特許 7432719 横方向のインク偏向用の分割シールド電極を備えた電気流体力学的印刷ヘッド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-07

(45)【発行日】2024-02-16

(54)【発明の名称】横方向のインク偏向用の分割シールド電極を備えた電気流体力学的印刷ヘッド

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/06 20060101AFI20240208BHJP

   B41J 2/14 20060101ALI20240208BHJP

【ＦＩ】

B41J2/06

B41J2/14 611

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2022526358

(86)(22)【出願日】2019-11-11

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-01-04

(86)【国際出願番号】 EP2019080849

(87)【国際公開番号】W WO2021093929

(87)【国際公開日】2021-05-20

【審査請求日】2022-08-30

(73)【特許権者】

【識別番号】522019524

【氏名又は名称】スクロナ アクチェンゲゼルシャフト

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100153729

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 有一

(74)【代理人】

【識別番号】100148253

【弁理士】

【氏名又は名称】今枝 弘充

(72)【発明者】

【氏名】パトリック ガリカー

【審査官】長田 守夫

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－５０６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭４７－２１６３７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１０４９４７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１８－５０５０７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－４３９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２５２３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ４１Ｊ ２／０１－２／２１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気流体力学的印刷ヘッドが、
複数のウェル（１４）内に配置された複数のノズル（１２）と、
前記複数のノズルより下で前記複数のウェル（１４）の周囲に設置された複数の引出し電極（１６）と、
前記引出し電極（１６）より下で前記ウェル（１４）の周囲に設置された複数のシールド電極（１８ａ－１８ｈ）と、を備え、
各ウェル（１４）に、前記ウェル（１４）に隣接した異なる角度位置に設置された数個の前記シールド電極（１８ａ－１８ｈ）が存在する、電気流体力学的印刷ヘッド。

【請求項2】

前記シールド電極（１８ａ－１８ｈ）が前記各ウェル（１４）の周囲の少なくとも９０％を覆っている、請求項１に記載の印刷ヘッド。

【請求項3】

前記シールド電極（１８ａ－１８ｈ）の数個のサブセットを有し、
各サブセットは、異なる複数のウェル（１４）に設置された数個の電気的に相互接続されたシールド電極（１８ａ－１８ｈ）を含む、請求項１又は２に記載の印刷ヘッド。

【請求項4】

複数のシールド電極（１８ａ－１８ｈ）の少なくとも第１のサブセットタイプを有し、
前記第１のサブセットタイプの各セットの前記複数のシールド電極（１８ａ－１８ｈ）は、前記複数のシールド電極（１８ａ－１８ｈ）の垂直のレベルに設置された相互接続線（４０ａ、４０ｂ）によって接続されている、請求項３に記載の印刷ヘッド。

【請求項5】

前記第１のサブセットタイプの少なくとも２つのサブセットを有し、
前記複数のウェル（１４）の列が前記２つのサブセットの前記シールド電極（１８ａ－１８ｈ）の間に配置されている、請求項４に記載の印刷ヘッド。

【請求項6】

複数のシールド電極の少なくとも第２のサブセットタイプを有し、前記第２のサブセットタイプの各セットの前記複数のシールド電極（１８ａ－１８ｈ）は、シールド電極（１８ａ－１８ｈ）の垂直のレベルの上方に設置された相互接続線（４４ａ、４４ｂ）に複数のビア手段（４２ａ、４２ｂ）によって接続されており、特に、前記複数の引出し電極（１６）が前記相互接続線（４４ａ、４４ｂ）と同じ垂直のレベルに設置されている、請求項３～５のいずれか１項に記載の印刷ヘッド。

【請求項7】

第２のサブセットタイプの少なくとも２つのサブセットを有し、
前記複数のウェル（１４）の列が前記２つのサブセットの前記シールド電極（１８ａ－１８ｈ）の間に配置されている、請求項５又は６に記載の印刷ヘッド。

【請求項8】

前記複数のウェル（１４）の少なくとも一部は、前記ウェル（１４）に隣接して設置された正確に２つのシールド電極（１８ａ－１８ｈ）を有し、及び／又は、
前記複数のウェル（１４）の少なくとも一部は、前記ウェル（１４）に隣接して設置された正確に３つのシールド電極（１８ａ－１８ｈ）を有し、特に、前記３つのシールド電極（１８ａ－１８ｈ）の一つが前記ウェル（１４）の１８０度±２０度の角度（α１）の周囲に広がる参照電極であり、他の２つの電極が前記ウェル（１４）の９０度±２０度の角度（α２とα３）の周囲にそれぞれ広がる対電極であり、及び／又は、
前記複数のウェル（１４）の少なくとも一部が前記ウェル（１４）に隣接して設置された正確に４つのシールド電極（１８ａ－１８ｈ）を有する、請求項１～６のいずれか１項に記載の印刷ヘッド。

【請求項9】

複数の吹き出し口（５０ａ）と複数の吸い込み口（５０ｂ）とを含む複数の通気口（５０ａ、５０ｂ）を備える、請求項１～８のいずれか１項に記載の印刷ヘッド。

【請求項10】

複数のノズル（１２）と複数の通気口（５０ａ、５０ｂ）の規則的なマトリックスを有し、前記マトリックス内で、各ノズル（１２）が２つの吸い込み口（５０ｂ）と２つの吹き出し口（５０ａ）の中央に配置され、各通気口（５０ａ、５０ｂ）が４つのノズル（１２）の中央に配置されている、請求項９に記載の印刷ヘッド。

【請求項11】

前記シールド電極（１８ａ－１８ｈ）の数個のサブセットを有し、各サブセットは、異なる複数のウェル（１４）に設置された数個の電気的に相互接続されたシールド電極（１８ａ－１８ｈ）を含み、
複数のシールド電極の少なくとも１つのサブセットＡ（１８ｅ、１８ｆ）と複数のシールド電極のサブセットＢ（１８ｇ、１８ｈ）が存在し、前記複数のウェル（１４）から所定の角度の位置で、複数のノズルの列に沿って、前記サブセットＡ（１８ｅ、１８ｆ）の前記複数のシールド電極（１８ａ－１８ｈ）と、前記サブセットＢ（１８ｇ、１８ｈ）の前記複数のシールド電極が交互に現れる、請求項９又は１０に記載の印刷ヘッド。

【請求項12】

各シールド電極（１８ａ－１８ｈ）は前記ウェル（１４）の周囲の少なくとも８０度の角度の範囲を覆っている、請求項１～１１のいずれか１項に記載の印刷ヘッド。

【請求項13】

ターゲット（４）上に印刷する請求項１～１２のいずれか１項に記載の印刷ヘッド（２）を操作するための方法であって、前記方法は、前記ウェル（１４）の前記ノズル（１２）からインクが吐出されている間、同一の前記ウェル（１４）に隣接し異なる角度位置に設置された、少なくとも数個の前記シールド電極（１８ａ－１８ｈ）に対し電位差を加えるステップを備える、方法。

【請求項14】

前記ターゲットに対し方向Ａに沿って前記印刷ヘッド（２）の下方に、前記印刷ヘッド（２）を機械的に移動し、
方向Ｂにおいて前記シールド電極（１８ａ－１８ｈ）を用いてインクを偏向させる、
ステップを含み、
前記方向Ｂが前記方向Ａに対し横方向、特に垂直に延びている、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記印刷ヘッド（２）は、所定の方向（Ｄ）において、隣接する複数のノズル（１２）の間に間隔Ｓを有し、前記ターゲット（４）上の前記所定の方向（Ｄ）に沿って間隔Ｓ’を有する規則的な構造を印刷するため、前記間隔Ｓ’は、前記間隔Ｓと等しくなく、又はその整数倍ではなく、前記方法は、
前記ターゲット（４）上の前記インクの衝突位置の間隔を間隔Ｓ’と一致させるために、前記複数のシールド電極（１８ａ－１８ｈ）によって生成された電界の横方向成分を、前記所定の方向（Ｄ）に沿って空間的に変化させるステップを備える、請求項１３又は１４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電機流体力学的印刷ヘッドとそのような印刷ヘッドを操作するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１（国際公開第２０１６／１２０３８１号）は、複数のウェルに設置された複数のノズルを有する電機流体力学的印刷ヘッドについて記述している。引出し電極は、前記ノズルの下のレベルでウェルの周囲に設置されている。それらは、ノズルからインクを抽出するために使用される。さらに、連続シールド電極（シールド層）が引出し電極の下のレベルでウェルの周囲に設置され得る。シールド電極は、ノズル間のクロストークを低減し、印刷ヘッドとターゲット間の電界を均一に維持する。一実施形態では、引出し電極は、２つまたは３つのセグメントに分割され、インクを横方向に偏向させるためにわずかに異なる電圧で操作される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１６／１２０３８１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明によって解決されるべき課題は、良好な横方向のインク偏向用の印刷ヘッド、及びそのような印刷ヘッドを操作するための方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

この課題は、印刷ヘッドと独立クレームの方法によって解決される。

【0006】

特に、電気流体力学的印刷ヘッドは、少なくとも以下の要素を含む。
－複数のノズル：これらのノズルは、印刷ヘッドの複数のウェルに配置されている。それらは、ターゲット上に堆積させるためにインクを運搬し得る。
－前記ノズルの下のレベルでウェルの周囲に設置された引出し電極：引出し電極は、インクに対して適切な電圧を印加することにより、ノズルからインクを引き出すために使用される。
－引出し電極の下のレベルでウェルの周囲に設置されたシールド電極：従来技術とは対照的に、各ウェルに、ウェルに隣接する異なる角度位置に設置された数個のシールド電極が存在する。これにより、引出し電極の手段によって引出されたインクの横方向の偏向を生成することができる。

【0007】

「ウェルの周囲の異なる角度位置に設置されている」という表現は、ウェルの中心軸から見て第１の水平角度方向に設置された少なくとも１つのシールド電極と、別の水平角度方向に設置された別のシールド電極があることを意味する。２つのシールド電極は、インクを横方向に偏向させるために電位差を生じさせることができる、すなわち、それらは、好ましくは互いに電気的に絶縁されている。

【0008】

「各ウェルに」という表現は、特許請求の範囲が言及するウェルおよびノズルが、インクの横方向の偏向のための数個のシールド電極を有するウェルおよびノズルであることを示す。印刷ヘッド上に、それらの周囲に設置された数個のそのようなシールド電極のない、印刷ヘッド上の他のウェルおよびノズル、すなわち、横方向の偏向機能を有しないノズル及びウェルが存在してよい。クレームは、横方向の偏向機能を備えたノズルに加えて、この機能を備えていない他のノズルが印刷ヘッド上に存在する可能性があることを除外するものではない。

【0009】

本発明は、引出し電極をセグメント化する従来技術の解決策が様々な問題を引き起こすという理解に基づいている。１つは、各ノズルにそれぞれの電圧を供給する必要があり、ノズルが個別に操作されるため、各ノズルで少なくとも３つの独立した電位を生成するには、印刷ヘッド内に複雑な配線が必要とされる。これとは対照的に、横方向のインクの偏向がインクの引出しから分離されている場合、多くの場合、偏向は多数のノズルで同じになり得るため、配線が簡単になり得る。

【0010】

さらに、シールド電極を偏向に使用することは、基本的にシールド電極とターゲットの間の領域で、少なくとも２つのノズル間の距離に相当する距離内で、大容量の電界を形成するため、より効率的である。これとは対照的に、引出し電極の到達範囲は基本的にウェルの小さな容量に制限される。

【0011】

最後に、特許文献１では、偏向のアパーチャは、ウェルの直径と深さの比率によって制限される。さらに、インクを引出すために使用される電界の横方向の非対称性は、ノズルのメニスカスの形状に強く影響し、横方向の液滴の引出しにつながる可能性があり、インクがウェルの壁に衝突する可能性がさらに高くなり、ウェルがインクであふれることにつながる可能性がある。

【0012】

好ましくは、シールド電極は、各ウェルの周囲の少なくとも９０％を覆っている、すなわち、それらは、引出し電極の場をシールドするために、ウェルの周囲のすべてまたは大部分を覆っている。

【0013】

一実施形態では、印刷ヘッドは、シールド電極の数個のサブセットを有し、各サブセットは、異なる複数のウェルに設置された数個の電気的に相互接続されたシールド電極を含む。つまり、サブセットのシールド電極は、印刷ヘッドの配線を簡単にする、単一の電圧を供給することができる。

【0014】

特に、少なくとも第１のサブセットタイプのシールド電極があり得る。第１のサブセットタイプの各セットのシールド電極は、シールド電極の垂直のレベルに設置された相互接続線によって互いに相互接続されている。すなわち、このサブセットタイプの電極は、シールド電極層上で直接相互接続されている。

【0015】

第１のサブセットタイプの少なくとも２つのサブセットがあり得、前記ウェルの列が２つのサブセットのシールド電極の間に配置されている。

【0016】

少なくとも１つの第２のサブセットタイプのシールド電極があり得、第２のサブセットタイプの各セットのシールド電極は、シールド電極の上の垂直のレベルに設置された相互接続線にビアによって互いに相互接続されている。この場合、シールド電極間の相互接続は、シールド電極のレベルから空間的に分離され、これにより、シールド電極を形成する層の設計が単純化される。これは、２つのサブセットタイプの配線を空間的に分離できるため、前述のように第１のサブセットと組み合わせると特に有利である。

【0017】

第２のサブセットタイプの少なくとも２つのサブセットがあり得、前記ウェルの列が２つのサブセットのシールド電極の間に配置されている。

【0018】

印刷ヘッドは、吹き出し口と吸い込み口を含む複数の通気口をさらに含み得る。それらは、シールド電極の下の空間にガスを吹き込み、前記空間からガスを吸引するように適合されており、それにより、改善されたインク乾燥のために空間を換気する。

【0019】

その場合、シールド電極を使用して、吹き出し口と吸い込み口の間に発生する横方向の気体流を相殺することができる。

【0020】

一実施形態では、印刷ヘッドは、ノズルおよび通気口の規則的なマトリックスを有し得る。

【0021】

このマトリックス内で、各ノズルは２つの吸い込み口と２つの吹き出し口の中央に配置され、各通気口は４つのノズルの中央に配置される。この場合、隣接する２つのノズルの周囲の気体流は互いに逆になる。つまり、気体流の交互パターンが存在する。

【0022】

気体流のそのようなまたは類似の交互パターンを相殺するために、相互接続されたシールド電極のサブセットＡおよび相互接続されたシールド電極のサブセットＢが少なくとも存在し得る。ノズルの列に沿って、そしてこの列のウェルからの所定の角度位置の下に、サブセットＡのシールド電極はサブセットＢのシールド電極と交互に現れる。これにより、電位差を交互のノズルに生じさせ、静電偏向を交流パターンに合せることができる。

【0023】

印刷ヘッドを操作する方法は、インクが前記ウェルのノズルから放出されている間に、同じウェルに隣接する異なる角度位置に設置されたシールド電極の少なくともいくつかに異なる電位を印加するステップを含む。これは、インクの横方向の偏向を発生する。

【0024】

一実施形態では、この方法は、以下のステップを含み得る。
－方向Ａに沿って、その下のターゲットに対して印刷ヘッドを機械的に移動する。
－シールド電極を使用してインクを方向Ｂに偏向させる：この方向Ｂは、方向Ａに対して横方向に、特に垂直に延びる。

【0025】

これは、静電偏向の手段によって他の方向をスキャンしながら、印刷ヘッド（またはターゲット）が一方向に沿って機械的に移動することを可能にする。

【図面の簡単な説明】

【0026】

以下の詳細な説明を考慮すると、本発明はよりよく理解され、上記以外の目的が明らかになるであろう。そのような説明は、添付の図面を参照している。

【図1】図１は、図２のＩ－Ｉ線に沿った印刷ヘッドの断面図を示している。

【図2】図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った図を示している。

【図3】図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った図を示している。

【図4】図４は、プリンタの構成要素を示している。

【図5】図５は、図２の図に対応するシールド電極の第２の実施形態を示している。

【図6】図６は、図２の図に対応するシールド電極の第３の実施形態を示している。

【図7】図７は、交互換気を相殺するための設計を示している。

【図8】図８は、偏向技術の第１の適用例を示している。

【図9】図９は、偏向技術の第２の適用例を示している。

【発明を実施するための形態】

【0027】

定義：
「上」、「下」、「上部」、「下部」などの用語は、ノズルが引出し電極の上のレベルに配置され、シールド電極が抽出電極の下のレベルに配置されるように理解されるべきである。好ましくは、ノズルの軸方向は、垂直方向を規定すると考えられる。
「水平方向」と「横方向」は、垂直方向に直角な方向を示す。
誘電体は、電気伝導率が１０^－６Ｓ／ｍ以下の材料である。

【0028】

印刷ヘッドのデザイン：
図１～４は、ターゲット４にインクを印刷するための印刷ヘッド２の第１の実施形態を示している。

【0029】

それは、複数の構造化された層を備えた本体６を含む。特に、本体６は、ノズル層８および供給層１０を含み、ノズル層８は、定義により、供給層１０の下に配置されている。

【0030】

ノズル層８は、複数のノズル１２を形成する。各ノズル１２は、ウェル１４、すなわちウェル１４の上端に配置されている。

【0031】

放出電極１６は、ノズル１２の垂直のレベルの下で各ノズル１２に設けられている。ノズル１２から電気流体力学的にインクを抽出し、下のターゲット４に向かってインクを加速するように構成されている。

【0032】

放出電極１６は、少なくとも部分的に、ウェル１４の周囲に配置されるのが好ましく、図３に示されるように、特に環状であり得る。

【0033】

複数のシールド電極１８ａ～１８ｄは、放出電極１６の垂直のレベルの下でノズル層８の下部に配置されている。これらのシールド電極は、ノズル１２間のクロストークを低減するために使用されるが、インクが印刷ヘッド２とターゲット４との間の空間２２を通過するときにインクを横方向に偏向させるようにも設計されている。これらについては、次節で詳しく説明する。

【0034】

ノズル層８は、複数の副層を含む。現在の実施形態では、これらには以下が含まれる。
－ウェル１４の下部を形成する第１の副層８ａ。
－第１の副層８ａの上に設置され、ウェル１４の中間セクションを形成する第２の副層８ｂ。
－第２の副層８ｂの上に設置され、ウェル１４の上部セクションおよびノズル１２の壁を形成する第３の副層８ｃ。
－第３の副層８ｃの上に配置され、それぞれのウェル１４の中心にノズル１２を支持するプレートを形成する第４の副層８ｄ。

【0035】

副層８ａ～８ｄは、好ましくは、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素などの無機材料の層、またはＳＵ８またはＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）などの有機材料の層などの誘電体層である。

【0036】

各ノズル１２は、ノズルの底面開口部と供給層１０との間に延びるチャネル２３を形成する。

【0037】

ノズル層８は、すべてのノズル１２の大部分で、またはむしろそれらのすべてで、同じ構造を有し得る。例：既知の異方性エッチングおよび半導体パターニング技術を使用して、半導体ファウンドリで大量生産され得る。

【0038】

供給層１０は、例えば半導体製造から知られているインターポーザー層として設計されており、ノズル１２にインクを供給するためにそれを通って延びる複数のインクダクト２４ａ、２４ｂを含む。

【0039】

示される実施形態では、インクダクトは、ビア部分２４ａを含み、各ビア部分は、ノズル１２から供給層１０まで上方に延在し、そこで相互接続部分２４ｂに接続される。相互接続部分２４ｂは、水平方向に延在し、数個のビア部分２４ａを相互接続し、次に、それらは、任意選択でさらに垂直ビア部分および／または水平相互接続部分を介して、印刷ヘッド２の１つまたは複数のインク端子２６（図４）に接続される。インク端子２６において、インクダクトは、直接または追加のダクトによって、１つまたは複数のインク容器２８に接続されている。

【0040】

図３から分かるように、放出電極１６は、導電路によって、１つまたは複数の電気ビア３０に接続され得、ここで、供給層１０（図１には示されていない）に上方に延びる。それらは、放出電極端子３２に適切に配線されている（図４）。

【0041】

図４に示す制御ユニット３４は、ノズル１２からインクを放出するために、電圧パルス、すなわち、放出電極１６とノズル１２内のインクとの間に電圧パルスを生成するために設けられている。好ましくは、個々のノズル１２の電圧は、個別にまたは小グループ（各グループは、例えば、すべてのノズル１２の１／１００以下を含む）で制御することができる。

【0042】

図１は、好ましくは、誘電体層であり、インクダクトのビア部分２４ａを形成する、副層１０ａを含む供給層１０を示している。供給層６は、例えば以下の実施形態のいくつかについて説明するように、さらなるインクダクト部分および／または導電路および／または通気ダクトを形成するため、さらなる副層、例えば、図１の層１０ｂ－１０ｇ、を含んでもよい。

【0043】

供給層１０は、例えば、それらのいくつかを無効にするため、例えばそれらのいくつかへのインクダクト、および／またはそれらの放出電極１６への電気的接続を遮断または相互接続することによって、ノズル１２の機能をカスタマイズするために使用できる。

【0044】

第１の実施形態、シールド電極：
シールド電極１８ａ～１８ｄの設計は、図１と２に最もよく見られる。

【0045】

示される実施形態では、各ウェル１４の周囲および下の異なる角度位置に設置された４つのシールド電極１８ａ～１８ｄがあり、シールド電極１８ａ～１８ｄのそれぞれは、シールド電極の異なるサブセットに属する。

【0046】

各ウェル１４について、ウェルから角度位置－Ｘに設置されたシールド電極１８ａ、ウェルから角度位置＋Ｘに設置されたシールド電極１８ｂ、ウェルから角度位置－Ｙに設置されたシールド電極１８ｃ、およびウェルから角度位置＋Ｙに設置されたシールド電極１８ｄが存在する。

【0047】

シールド電極１８ａは、電気的に相互接続されたシールド電極のサブセットを形成する。同様に、シールド電極１８ｂ、１８ｃ、および１８ｄは、それら自身のサブセットを形成し、個々のサブセットは相互に絶縁されている。

【0048】

シールド電極１８ａによって形成されるサブセットは、「第１のサブセットタイプ」のサブセットである。この第１のサブセットタイプのサブセットでは、シールド電極１８ａは、それらが接続しているシールド電極１８ａの垂直のレベル、すなわち第１の副層８ａの下側に設置された相互接続線４０ａによって接続されている。

【0049】

同様に、シールド電極１８ｂによって形成されるサブセットは、電極１８ｂと同じレベルに設置された相互接続線４０ｂによって相互接続されているため、この第１のサブセットタイプのサブセットである。

【0050】

シールド電極１８ｃによって形成されるサブセットは、「第２のサブセットタイプ」のサブセットである。この第２のサブセットタイプのセットでは、シールド電極１８ｃは、ビア４２ａによって、シールド電極１８ｃの上の垂直のレベルに設置された相互接続線４４ａに接続されている（図３参照）。

【0051】

同様に、シールド電極１８ｄによって形成されるサブセットは、これらがビア４２ｂによってシールド電極１８ｄの上の垂直のレベルに設置された相互接続線４４ｂに相互接続されるため、この第２のサブセットタイプのサブセットである。

【0052】

図３に示されるように、相互接続線４４ａ、４４ｂは、好ましくは、このレベルの空間および構造化金属層を使用して、放出電極１６の垂直のレベルに設置される。このレベルは、例えば、第１の副層８ａの上部に設置される。

【0053】

相互接続された電極にシールド電極１８ａ～１８ｄを組み立てることは、同じ電圧で複数のシールド電極を制御することを可能にし、供給層１０における必要な配線を簡素化する。

【0054】

第１および第２のサブセットタイプのサブセットにシールド電極１８ａ～１８ｄを組み立てることは、所定のサブセットのシールド電極を相互接続するための水平配線を簡素化する。

【0055】

図２に見られるように、ウェル１４およびノズル１２の列は、シールド電極１８ａ、１８ｂのサブセットの間に設置されている。したがって、これらの２つのサブセットの電極１８ａ、１８ｂの間に電圧差を生成することにより、方向Ｘに沿って、これらすべてのノズルで同じ方法で噴射されたインクを横方向に偏向させることができる。

【0056】

同様に、ウェル１４およびノズル１２の列は、シールド電極１８ｃ、１８ｄのサブセットの間に設置されている。したがって、これらの２つのサブセットの電極１８ｃ、１８ｄの間に電圧差を生成することにより、方向Ｙに沿って、同じ方法でこれらすべてのノズルに放出されたインクを横方向に偏向させることができる。

【0057】

シールド電極の各サブセットは、印刷ヘッドの少なくとも数個の層を通って延びる導電路によって、偏向端子に接続され、その１つは、図４の参照番号４６で示されている。様々なサブセットの偏向端子４６は、それらの電圧を制御するために制御ユニット３４に接続されている。

【0058】

同様に、制御ユニット３４は、印刷ヘッド２とターゲット４との間の空間２２内の電界を制御するために、ターゲット４またはターゲット４の基板４８に接続されている（参照図４）。

【0059】

図２の実施形態では、正確に４つのシールド電極１８ａ～１８ｄが、各ウェル１４およびノズル１２に隣接して設置されている。

【0060】

より一般的に言えば、ウェル１４の少なくとも一部は、ウェル１４に隣接して設置された正確に４つのシールド電極１８ａ～１８ｄを有し得る。

【0061】

第２の実施形態、シールド電極：
各ウェル１４およびノズル１２に隣接して４つのシールド電極１８ａ～１８ｄを有することは厳密には必要ではない。図５の実施形態では、各ウェル１４およびノズル１２に対して、３つのシールド電極１８ａ、１８ｂ、１８ｄのみが存在する。

【0062】

したがって、この実施形態では、ウェル１４の少なくとも一部は、ウェル１４に隣接して設置された正確に３つのシールド電極１８ａ、１８ｂ、１８ｄを有する。

【0063】

図５と図２を比較すると、隣接する２つのシールド電極（つまり、図２の電極１８ａ、１８ｃ）は、１つのシールド電極（つまり、図２の電極１８ａ）に組み立てられていることがわかる。この実施形態は、インクを方向Ｘ（シールド電極１８ａ、１８ｂの両端に電圧降下を有することによる）ならびに方向Ｙ（シールド電極１８ａ、１８ｄの両端に電圧降下を有することによる）に偏向させることを可能にする。

【0064】

示される実施形態では、シールド電極１８ａは、第１のサブセットタイプのサブセットを形成し、シールド電極１８ｂも同様に形成する。すなわち、これらのサブセットは両方とも、シールド電極１８ａ、１８ｂ自身と同じ垂直のレベルで相互接続線４０ａ、４０ｂによって相互接続される。他方、シールド電極１８ｄは、第２のサブセットタイプのサブセットを形成する、すなわち、それらは、シールド電極１８ｄの垂直のレベルの上の相互接続線（図３の４４ａの相互接続線と同様）に接続されたビア４２によって相互接続される。

【0065】

好ましくは、ウェル１４およびノズル１２ごとに３つのシールド電極のみが存在する場合、シールド電極の１つ、すなわち、図示の実施形態におけるシールド電極１８ａは、参照電極を形成し、最大の電極であり、他の２つのシールド電極、すなわち、図示されている実施形態における電極１８ｂおよび１８ｄは、対電極を形成し、より小さい。

【0066】

特に、参照電極はウェル１４とノズル１２の１８０°＋／－２０°の周囲に広がり（図５の角度α１を参照）、対電極はそれぞれウェル１４およびノズル１２の９０°＋／－２０°の周囲に広がっている（図５の角度α２およびα３を参照）。

【0067】

このように、３つの電極すべての間に発生する電界は、個々に、参照電極１８ａと電極１８ｂの間に印加される電圧、および参照電極１８ａと電極１８ｄの間に印可される電圧に起因するｘ偏向電界とｙ偏向電界の重ね合わせと見なすことができる。しかしながら、他の電極形状を形成することは、もちろん可能である。すなわち、同じ大きさの３つの電極がウェルの周囲に配置され、好ましくは、各電極がウェル１４およびノズル１２の１２０°＋／－２０°の周囲に広がっている。ただし、この場合、異なる電極に印加された電圧から特定のｘ－ｙ偏向値を評価することはより困難になる可能性がある。

【0068】

第３の実施形態、シールド電極：
図６は、各ウェル１４およびノズル１２に設置された３つのシールド電極１８ａ、１８ｅ、１８ｆのみを備えたさらに別の実施形態を示している。

【0069】

しかしながら、第２の実施形態とは対照的に、第２のサブセットタイプの２つのサブセットがあり、これらのサブセットの１つはシールド電極１８ｅによって形成され、これらのサブセットの他方はシールド電極１８ｆによって形成される。

【0070】

他方、シールド電極１８ａのみが第１のサブセットタイプのサブセットに属する（たとえそれらが第２のサブセットタイプのサブセットにも属するとしても）。

【0071】

通気口：
印刷ヘッド２は、複数の通気口５０ａ、５０ｂを備えてもよい。これらには、吹き出し口５０ａおよび吸い込み口５０ｂが含まれる。

【0072】

吹き出し口５０ａは、気体を空間２２に吹き込むように適合され、吸い込み口５０ｂは、空間２２から気体を吸引するように適合され、それによって、改善されたインク乾燥のために空間２２を換気する。

【0073】

図１に示すように、通気口５０ａ、５０ｂは、印刷ヘッド２の通気ダクト５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂに接続されており、これらは、次に、通気源５６ａおよび通気シンク５６ｂに接続されている（図４参照）。

【0074】

通気源５６ａは、気体を通気ダクト５２ａ、５４ａを通して吹き出し口５０ａに吹き込むように適合されている。通気シンク５６ｂは、吸い込み口５０ｂから通気ダクト５２ｂ、５４ｂを介して気体を吸引するように適合されている。

【0075】

一実施形態では、すべての吹き出し口５０ａは同じ通気源５６ａに接続され、すべての吸い込み口５０ｂは同じ通気シンク５６ｂに接続される。

【0076】

コンパクトな実施形態では、ノズル１２および通気口５０ａ、５０ｂの少なくともいくつかが、規則的な２次元マトリックス状に配置されている。例えば図２に示すように、ノズルは規則的に広がっており、それぞれ方向ＸおよびＹに沿って、各ノズル１２は、２つの吹き出し口５０ａおよび２つの吸い込み口５０ｂの中心に配置され、各通気口５０ａ、５０ｂは、４つのノズル１２の中心に配置される。

【0077】

その場合、図７の矢印５８ａ、５８ｂ、６０ａ、６０ｂによって示されるような交互の流れパターンが形成される。すなわち、流れパターンは、隣接するノズル１２の間で交互になる。

【0078】

流れの方向に関係なく、ノズル軸での速度はゼロになる。これは、積極的に偏向されていない液滴の軌道が交互の流れパターンの影響を受けないことを意味する。ただし、シールド電極を使用してインクを偏向させると、液滴はゼロ以外の流れ場に入り、飛行軌道に非対称性が生じ、相殺する必要が生じる場合がある。

【0079】

例えば、図７の実施形態では、すべてのノズル１２から同じ量だけ方向Ｙではなく、方向Ｘに沿ってインクを偏向させたいと仮定する。これを達成するには、方向Ｘに沿ってノズルに電圧Ｖ１を印加する必要がある。そうすると、ノズル１２ａから放出された液滴は、方向－Ｙに沿った矢印６０ｂに対応する気流から抗力を受ける。ノズル１２ｂからのインクは、方向＋Ｙに沿った矢印６０ａに対応する反対方向の気流から抗力を受けるであろう。

【0080】

それを相殺するために、交互の補助電圧Ｖ２および－Ｖ２が、ウェル１４を挟んで方向Ｙに沿って印加され得る。

【0081】

そのような交互の補助電圧Ｖ２および－Ｖ２を印加できるようにするために、少なくともシールド電極１８ｆのサブセットＡおよびシールド電極１８ｈのサブセットＢが存在しなければならない。ノズルの列（つまり、図７の方向Ｙに沿って延びる列）に沿って、ウェル１４から見た角度位置Ｙを見ると、２つのサブセットＡとＢのシールド電極１８ｆと１８ｈが交互になっている。

【0082】

言い換えると、図７では、各ウェルから角度位置Ｙにあるシールド電極を見ると、これらのシールド電極はシールド電極１８ｆおよび１８ｈ交互に存在する。

【0083】

インクを方向Ｘだけでなく方向Ｙにも偏向させたい場合、方向Ｘに沿って互いに交互になっている２つのサブセット１８ｅと１８ｇがあることによって示されるように、図７のウェル１４の右側にあるシールド電極（つまり、角度位置＋Ｘにあるもの）を２つのサブセットＡとＢの間で同様に交互に配置する必要がある。

【0084】

操作方法：
水平方向Ｘおよび／またはＹに沿ってインクを偏向させるために、いくつかまたはすべてのウェルに隣接する異なる角度位置に設置されたシールド電極に異なる電位を印加することができる。

【0085】

様々な電極に印加される典型的な電圧は、例えば、次の１つ以上の組み合わせである：

【0086】

－ノズル内のインクと放出電極の間に印加される電圧は、放出のために、例えば、１００Ｖから５００Ｖの範囲である。

【0087】

－ノズル内のインクとシールド電極の間に印加される電圧は、通常、放出電極に印加される電圧と同じ範囲であるが、放出電極に印加される電圧よりも高い場合と低い場合があり得る。

【0088】

－ノズルの反対側のシールド電極に印加される絶対電圧は、最大の偏向のために、通常１０Ｖから１００Ｖの間である。

【0089】

高速偏向；

【0090】

重要な適用例の１つが図８に示されている。ここで、印刷ヘッド（単一のノズル１２とその周囲のシールド電極１８ａ～１８ｄによって示される）は、インクを放出しながら、ターゲットに対して水平方向Ａに沿って機械的に動かされる。

【0091】

同時に、インクは、シールド電極によって、方向Ａに垂直（または横方向）である方向Ｂに偏向される。

【0092】

したがって、ノズル１２の真下以外の位置で印刷することが可能になる。

【0093】

好ましくは、静電偏向による方向Ｂでのターゲット上のインク位置の横方向変位速度は、特に少なくとも機械的変位による方向Ａでのターゲット上のインク位置の横方向変位よりも、少なくとも１０倍速い。これにより、高速の機械的変位なしに、両方向に沿って高解像度の印刷を生成できる。

【0094】

この手法により、衝突位置が方向Ｂに沿って振動している間、Ａに沿って加速せずに（または大きな加速なしに）印刷ヘッド２を動かすことができる。

【0095】

印刷ヘッド２が方向Ａに沿って着実に移動し、図７に示すように、方向Ｂに正確に沿って、つまりＡに正確に直角な方向に一連のドットを生成することが望ましい場合、方向Ｂに沿ってノズルを挟んで配置されたシールド電極（すなわち、示されている例の電極１８ａ、１８ｂ）は、方向Ｂに沿った横方向の偏向に使用でき、一方、方向Ａに沿ってノズルを挟んで配置されたシールド電極（すなわち、示されている例の電極１８ｃおよび１８ｄ）を、方向Ａに沿った印刷ヘッド２の連続的な前進を相殺するために使用することができる。

【0096】

好ましくは、方向ＡおよびＢに沿った電圧は鋸歯状の電圧であり、すなわち、それらのそれぞれは、第１の時間間隔Ｔ１の間に、特に連続的に、第１の電圧から第２の電圧に変化し、次いで、第２の時間間隔Ｔ２、Ｔ１≧Ｔ２、特にＴ１＞１０・Ｔ２において第１の電圧に戻る。

【0097】

図８の技術を実施するために、図６のもののような３つのシールド電極のみを備えた印刷ヘッドも使用できることに留意されたい。

【0098】

位置合わせの修正：
特定の状況では、印刷ヘッド上のすべてのノズルが個別に制御可能であるとは限らないが、代わりに、数個のノズルの放出電極１６が相互接続され、その結果、常に同時に液滴を排出していることが有益である可能性がある。通常の構造６４を印刷する場合は、このような特性を備えた印刷ヘッドを使用することができる。この場合、印刷ヘッド上の相互接続されたノズル１２は、印刷する必要のある通常の構造６４を参照して配置することができる。印刷を開始するとき、相互接続されたノズル１２の数は、同時に印刷される通常の構造６４の数を規定する。しかしながら、そうするとき、隣接するノズル１２間の基準間隔Ｓは、規則的な構造６４を定義する間隔Ｓ’と正確に同じであることを意味する。さまざまな理由により、これらの距離は異なる場合があり、そのため、シールド電極による別の偏向の適用例を図９に示す。この偏向は、ノズル１２と通常の構造６４の間の位置合わせの不一致を修正するために使用される。

【0099】

例えば、印刷ヘッド２は、Ｄに対し直角な水平前方向、すなわち図９の平面に垂直な方向に移動しながら、方向Ｄに沿って間隔Ｓ’で、基板４上に含まれる通常の構造６４に向けて印刷することになる。しかしながら、構造６４の間隔Ｓ’は、間隔Ｓの整数倍ではない。

【0100】

すなわち、従来の印刷ヘッドでは、すべての構造６４に正確に印刷するために、印刷ヘッドをその前方向だけでなく方向Ｄに沿って横方向にも変位させる必要がある。これは、追加の機械的な移動を必要とするだけでなく、印刷速度を大幅に低下させるであろう。

【0101】

しかしながら、シールド電極がインクを横方向に偏向させるために使用される場合（すなわち、方向Ｄに沿って）、これは、方向Ｄに沿って印刷ヘッド２を横方向に変位させることなく達成することができる。

【0102】

構造６４を印刷するために、方向Ｄに沿った電界の成分は、ターゲット４上のインクの衝突位置の間隔を間隔Ｓ’と一致させるために、方向Ｄに沿って静的に変化させられる。

【0103】

図９の例では、間隔Ｓ’は間隔Ｓよりいくらか大きい。したがって、インクを左端のノズル１２からわずかに左に、そして右端のノズル１２からわずかに右に偏向させることによって、インクをＤに沿って広げる必要がある。

【0104】

これは、印刷ヘッドが方向Ｄに沿って大きく拡張している場合に特に重要である。印刷ヘッド２とターゲット４の異なる熱膨張と、印刷ヘッド２とターゲット４で異なる温度と、を組み合わせることは、間隔ＳとＳ’に異なる影響を与える可能性がある。したがって、１組の温度で、間隔ＳとＳ’が完全に一致したとしても、温度の変化は不一致につながる。

【0105】

例えば、印刷ヘッド２の中心のノズル１２は、構造６４上に適切に位置合わせされ得る。その場合、最も外側のノズル１２のインクは、横方向の修正が必要になる。

【0106】

したがって、方向Ｄに沿って、好ましくは、中心のノズルと中心からさらに離れた（方向Ｄに沿った）ノズルに異なる電圧差を印加することが可能な、シールド電極の数個の異なるサブセットがあり、これにより、偏向を方向Ｄに沿って適合させる。

【0107】

場合によっては、たとえば、１０ｍｍの範囲内の全ての電極は、同じ電圧差を使用することで十分になり得る。印刷ヘッドが、Ｄに沿って、たとえば３０ｍｍの拡張を有する場合、異なるサブセットの３つの領域で十分な場合があり得る。

【0108】

図９に示されている修正は、両方の水平方向、つまり方向Ｄに垂直な水平方向に沿って使用することもできる。

【0109】

注記：
上記の実施形態では、第１のサブセットタイプのシールド電極の少なくとも１つのサブセットが存在する、すなわち、それらは、シールド電極自体と同じ垂直のレベルに設置された相互接続線によって接続されている。あるいは、しかしながら、第２のサブセットタイプのシールド電極のサブセットのみが存在し得る。すなわち、シールド電極１８ａ～１８ｆのレベルに相互接続線４０ａ、４０ｂが存在しない。むしろ、すべてのシールド電極１８ａ～１８ｆは、シールド電極１８ａ～１８ｆの上の垂直のレベルで、ビア（ビア４２ａ、４２ｂなど）および相互接続線（図３の線４４ａ、４４ｂなど）に接続されている。これにより、対称性の高いシールド電極パターンを生成できる。

【0110】

上記の実施形態では、各ノズル１２およびウェル１４に３つまたは４つのシールド電極が存在する。一方向に沿った偏向のみが望まれ（図９の適用例の方向Ｄなど）、図７に示されているタイプの通気が望まれない場合は、上記したように２つのシールド電極のみを隣接して設置するだけで十分な場合があり得る。

【0111】

すでに述べたように、シールド電極は、放出電極１６の場をシールドし、隣接するノズル１２間のクロストークを防ぐために、各ウェル１４の周囲の領域の大部分、例えば、周囲の少なくとも９０％、を覆う必要がある。

【0112】

上記のように、所定のサブセットのシールド電極は、電極の垂直のレベルで、または放出電極の垂直のレベルで相互接続することができる。ただし、特にサブセットが図７に示すようなより複雑な形状を有している場合は、例えば、第１の副層８ａを２つのサブ副層に分割し、２つのサブ副層の間に相互接続線の少なくともいくつかを設置することによって（それらをシールド電極に接続するビアを用いて）さらに相互接続層を導入できる。

【0113】

本発明の現在好ましい実施形態が示され、説明されているが、本発明はそれに限定されないが、他の方法で以下の特許請求の範囲内で様々に実施および実施され得ることが明確に理解されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】