JP7612877B2 - インクピンニングを有する電気流体力学的印刷ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、電気流体力学的印刷ヘッド及び当該電気流体力学的印刷ヘッドを製造する方法に関する。

特許文献４は、複数のノズルを備えるノズルキャリアを有する電気流体力学的印刷ヘッドを記載している。当該電気流体力学的印刷ヘッドは、噴射方向に沿ってインクを噴射するように設計されている。ノズルは、この噴射方向に沿って延びる突起を形成している。噴射電極は、ノズルに対応付けられており、ノズルのターゲット側に配置されている。

米国特許第６６３１９８３号明細書 国際公開第２０１３／０００５５８号 国際公開第２０１６／１２０３８１号 国際公開第２０１６／１６９９５６号

本発明によって解決されるべき課題は、このタイプの特定の印刷ヘッド及びその製造方法を提供することである。

この課題は、請求項１の印刷ヘッドによって解決される。

したがって、印刷ヘッドは、少なくとも以下の要素を備え得る。
－ノズルキャリア：これは、ノズルが配置された基板である。

－キャリア上に配置された複数のノズル。ノズルは、インクが噴射される位置を形成している。

－ノズルに対応付けられており、ノズルの前側に配置された、複数の噴射電極：噴射電極は、例えば、当該噴射電極に対応付けられたノズルからインクを個々に噴射するために使用される。

印刷ヘッドは、底層、上層、及び底層と上層との間の少なくとも１つの中間層を有する少なくとも１つの多層構造を備える。中間層は、底層と上層との間で延びる壁を形成している。複数のキャビティは、底層と上記上層との間の中間層に配置されている。

当該壁は、キャビティの壁の少なくとも一部を形成し得る。

好ましくは、キャビティの少なくとも一部、特に、キャビティの大多数は、閉キャビティであり、すなわち、それらは、特に、壁によって、並びに底層及び上層によって、全ての側面において閉じられている。本発明のこの態様は、当該キャビティが、ダクト以外の用途を有するという理解に基づいている。特に、当該キャビティは、機械的応力を低減し、及び／又は電界を形成するために使用され得る。

一実施形態では、壁は、底層と上層との間でハニカム構造、すなわち、６角形パターンを形成している。当該構造は、機械的応力を低減することが見出されている。

本発明の重要な態様では、キャビティの少なくとも一部は、印刷ヘッドのそれぞれ異なる電極間、又は電極と印刷ヘッドのインク保持部との間に配置されている。本文脈では、「それぞれ異なる電極」は好ましくは、印刷ヘッドの操作時に様々な電圧を伴い得る電極である。本設計は、電界の影響に対して良く耐える印刷ヘッドの能力を向上させる。

好ましくは、それぞれ異なる電極は、１つ以上の中実の誘電体層によって１つのキャビティ又は複数のキャビティから分離されている。これらの層は、電極間の電気絶縁破壊を防ぐのに役立つ。

電極は、多層構造の底層及び／又は上層に取り付けられてもよく、特に、ある電極は、底層に取り付けられ、他の電極は、上層に取り付けられる。

好ましくは、電極は、底層及び／又は上層内に埋め込まれており、底層及び／又は上層は、底側及び上側から電極を覆う誘電体中実層を形成している。

印刷ヘッドは、噴射電極の後ろの高さに配置されたガード電極を更に備え得る。本文脈では、「噴射電極の後ろの高さに」は、ガード電極が、噴射電極よりもノズルキャリアに近いことを示す。当該ガード電極は、その後ろの電界強度を低減するために、例えば、インクを保持する（留める）構造において場を低減するために使用され得る。

この場合、所与のノズルにおいて、キャビティの少なくとも一部は、ガード電極と噴射電極との間に配置され、それによって、噴射電極とガード電極との間の電気絶縁破壊のリスクを低減し得る。

印刷ヘッドは、噴射電極の前方の高さに配置された少なくとも１つの遮蔽電極を更に備え得る。本文脈では、「噴射電極の前方の高さに」は、噴射電極が、遮蔽電極よりもノズルキャリアに近いことを示す。当該遮蔽電極は、印刷ヘッドとターゲットとの間の電界を制御するために使用され得る。

この場合、所与のノズルにおいて、キャビティの少なくとも一部は、噴射電極と遮蔽電極との間に配置され、それによって、噴射電極と遮蔽電極との間の電気絶縁破壊のリスクを低減し得る。

述べられているように、印刷ヘッドは、ノズルが取り付けられたノズルキャリアを有する。一実施形態では、ノズルキャリアは、上記多層構造（又はいくつかの当該多層構造が存在する場合、そのうちの少なくとも１つ）を備え得る。

好ましい設計では、ノズルキャリアは、少なくとも以下の部分を備える。
－前方層：ノズルは、前方層の前側に取り付けられている。

－前方層の後側に配置された裏地層。

噴射電極に接続された電気ビアは、前方層及び裏地層を通って延びてもよい。当該電気ビアは、噴射電極に電圧を供給する。

加えて、インク供給ダクトは、（少なくとも）前方層に配置されている。

この場合、前方層は、中間層（又はいくつかの当該多層構造が存在する場合、そのうちの少なくとも１つ）を備え得る。これにより、印刷ヘッドにおいて過度の機械的歪みを生成することなく厚いインクダクトを形成することができる。

印刷ヘッドは、ノズルキャリア上で噴射電極を支持する支持構造を備えてもよく、支持構造は、ノズル間に配置された複数の支持要素を備える。この場合、支持構造は好ましくは、少なくとも多層構造の中間層（又はいくつかの当該多層構造が存在する場合、そのうちの少なくとも１つ）を備える。

この場合、印刷ヘッドは、ノズルと支持要素との間に配置された複数のインク保持部を更に備えてもよい。インク保持部は、インクが支持要素に達して当該支持要素を濡らすのを防ぐ。噴射方向に沿って、インク保持部の前方面は、ノズルの前方端の後ろ（すなわち、ノズルキャリアに対してより近く）の高さに配置されており、すなわち、噴射方向に沿って、インク保持部は、突起に対して後方に設定されている。

印刷ヘッドを製造する方法は好ましくは、少なくとも以下のステップを含む。
－上記底層の上に材料層を加えるステップ：この材料層は後に、中間層の少なくとも一部を形成する。当該材料は、例えば、ＳＵ８のような永続的なフォトレジストであり得る。

－材料層の一部を除去するステップ：これは、所定位置の壁を残し、キャビティを形成する。

－材料層の上方で上層を加えるステップ。

本発明の以下の詳細な説明を考慮すると、本発明はより充分に理解され、上述のもの以外の目的が明らかになるであろう。当該説明は、添付図面の参照を行う。

図１は、印刷ヘッド及びターゲットの部分断面図を示す。 図２は、ノズルの第１の実施形態を通る垂直断面図である。 図３は、図２の線Ａ－Ａに沿った水平断面図である。 図４は、図２の線Ｂ－Ｂに沿った水平断面図である。 図５は、図２の線Ｃ－Ｃに沿った水平断面図である。 図６は、図５の断面形状の設計に加えて、いくつかの代替的なノズル先端設計を示す。 図７は、図２の線Ｄ－Ｄに沿った水平断面図である。 図８は、図２の線Ｅ－Ｅに沿った水平断面図である。 図９は、ノズルの第２の実施形態を通る垂直断面図である。 図１０は、図９の線Ａ－Ａに沿った水平断面図である。 図１１は、ノズルの第３の実施形態を通る垂直断面図である。 図１２は、ノズルの第４の実施形態を通る垂直断面図であり、基本的に第１の実施形態に対応しているが、ノズル支持体の設計を示す。 図１３は、図１２の線Ａ－Ａに沿った水平断面図である。 図１４は、図１２の線Ｂ－Ｂに沿った水平断面図である。 図１５は、図１２の線Ｃ－Ｃに沿った水平断面図である。 図１６は、図１２の線Ｄ－Ｄに沿った水平断面図である。 図１７は、電極の配線のための可能性のある２つのビア設計を示す垂直断面である。 図１８は、多層ハニカム構造を示す。 図１９は、中間層の壁の設計を示す。 図２０は、電極を囲む誘電体層の実施形態を有する電極の垂直断面図を示す。 図２１は、インク保持部がない実施形態の垂直断面図である。

注記：図１における噴射方向Ｘは下向きを指しており、ターゲットは印刷ヘッドの下方に配置されているが、垂直断面図を示す全ての他の図における噴射方向Ｘは上向きを指している、すなわち、図１は、噴射方向に対して平行な断面を示す全ての他の図に対して１８０°回転している。むしろ、それらの図における方向は、製造の進み方、すなわち、下方の層が上層の前に製造されることに基づいている。

定義
「前」は、印刷ヘッドがインクを噴射するように設計された方向を定める。例えば、噴射電極は、ノズルの前にある。

「後ろ」は、反対の方向を定める。例えば、ノズルは、噴射電極の後ろに配置されている。

「前方に」及び「後方に」は、何か他のものの前又は後ろの高さの位置を示すように理解される。

「前方」及び「後方」は、前側及び後ろ側である。

「所与のノズルで」という特性は好ましくは、大多数、特に、少なくとも９０％のノズルについて当てはまる特性として理解される。例えば、「所与のノズルで、ガード電極は、噴射電極とインク保持部との間に配置されている」という場合、このことは好ましくは、大多数のノズル、特に、少なくとも９０％のノズルについて当てはまることを意味する。例えば、それは、印刷ヘッドのエッジにおけるノズル及び／又は未使用のノズルなど、噴射電極及び／又はガード電極を有しないいくつかのノズルあり得る。

印刷ヘッドの噴射方向Ｘは、「垂直」上向き方向を定める、すなわち、印刷ヘッドは、定義によって、インクを上向きに噴射するように設計されている。（もちろん、操作時、それは、重力の方向に対する任意の角度未満であってもよい。）したがって、「上方」及び「下方」などの定義は、「垂直」のこの定義を参照して理解されるべきである。

「水平」は、垂直方向に対して垂直な任意の方向である。

「横」は、何か他のものから水平な何かを示す。

印刷ヘッド
図１は、印刷ヘッド１の実施形態の概略断面図を示す。それは、ターゲット２の上方に描写されており、それは、噴射方向Ｘに沿ってターゲットにインクを噴射するように構成されている。

印刷ヘッドは、ノズルキャリア６の前方側に配置された複数のノズル４を備える。ノズル４は、１又は２次元アレイに配置され得る。

印刷ヘッドは、ノズル４からインクを噴射する複数の噴射電極（図１に図示せず）と、支持構造８上に配置された任意選択的な更なる電極と、を有し、その設計は、以下でより詳細に記載される。更なる電極は、インクを、規定電気電位に設定するために、インクと電気的に接触して設けられ得る。

ノズルキャリア６は、前方層１０を備え、ノズル４は、前方層１０の前方側に取り付けられており、その上で突起を形成している。それはまた、前方層１０の後方側に配置された裏地層１２を備える。

前方層１０の内部構造は、図１に示されていないが、以下でより詳細に記載される。それは、例えば、誘電体、特にポリマーであり得る。

裏地層１２は、例えば、絶縁半導体材料であり得るか、又はそれは、誘電体であり得る。好ましくは、裏地層１２は、少なくとも部分的にガラスである。

電気ビア１４は、噴射電極に接続されており、噴射電極を電圧供給１７に接続するために前方層１０及び裏地層１２を通って延びている。好ましくは、各ノズル４に少なくとも１つのビア１４が存在する。他の電極を電圧供給１７に接続するために、更なるビアが設けられ得る。

インクダクト１５、１６は、インクをノズル４に供給し、（任意選択的に）ノズル４からインクを戻して再利用する。それらは部分的に、前方層１０に配置されており、それらは、裏地層１２の周辺領域を通って延びている。それらの設計は、以下でより詳細に記載される。

図１は、インクの供給ダクト１５及び吸引ダクト１６を有する印刷ヘッドの実施形態を示す。

インクを供給ダクト１５に供給するために、吸引ダクトが存在する場合、吸引ダクト１６からインクを回収するために、少なくとも１つのポンプ１８及び／又は別の圧力源若しくは真空源が設けられている。

好ましくは、印刷ヘッドは、供給ダクト１５の入力、例えば貯留タンク２２で第１の規定圧力ｐ１を生成する第１の圧力制御２０を備える。

インクは、任意選択的なフィルタ２４及び供給ダクト１５を通ってノズル４に供給される。

吸引ダクト１６が存在する場合、吸引ダクト１６は、吸引ダクト１６の出口、例えば吸引タンク２８で第２の規定圧力ｐ２を生成する第２の圧力制御２６を備え得る吸引システムに接続されている。吸引システムはまた、ポンプを備え得る。これは特に、上述のようなポンプ１８であり得、その場合、ポンプ１８は、循環ポンプとして機能する。

好適なポンプ設計は、例えば、特許文献１に示されている。

図１で更に示されるように、印刷ヘッドは、ノズルキャリア６の後方側に配置された、ＰＣＢなどの回路キャリア３０を備え得る。

任意選択的な介在層３２は、ビア１４のより密な分解能を回路キャリア３０の回路の分解能に合わせるために、回路キャリア３０とノズルキャリア６との間に設けられ得る。当該介在層は、例えば、半導体チップがＰＣＢに加えられるフリップチップ設計で使用される。

回路キャリア３０は、制御回路３３を支持しており、制御回路３３は、例えば、電圧供給１７の少なくとも一部、例えば当該電圧供給のドライバ段階を実装し得、印刷ヘッドのそれぞれの電極に電圧源を接続している。

図示された実施形態では、インクダクト１５、１６は、介在層３２（存在する場合）及び回路キャリア３０を通って延びている。

ビア１４が、充分大きい相互間隔を有する（例えば０．４ｍｍよりも大きい）場合、ビア１４は、介在層３２無しで回路キャリア３０と直接的にインターフェース接続し得る。

好ましくは、ターゲット２は、印刷ヘッド１とターゲット２との間に加速電界を生成するために電圧供給１７に接続された加速電極上に配置されている。

圧力制御２０、２６は、印刷ヘッドの操作というセクションで以下に記載されるように圧力を維持するために使用され得る。好ましくは、それらは、供給ダクト１５及び圧力ダクト１６内の圧力を別々に調整することが可能である。

ノズル設計１
図２～図８は、ノズル４及び周囲の要素の第１の実施形態を示す。（上述のように、図１とは対照的に、図２における噴射方向Ｘは、上向きを指している。）

図２から分かるように、ノズル４は、ノズルキャリア６の前方側３６、例えばその前方層１０の前方側で突起を形成している。それは、インクがターゲット２に向けて噴射され得る出口通路５に配置されている。

図２はまた、ノズル４に対応付けられ得る各種の電極を示す。

噴射電極３８は、ノズル４の前方側に配置されている。図２及び図７の実施形態では、それは、インクの通過のための中心開口３９を有する環状である。それは、支持構造８及びノズルキャリア６を通って延びるビア１４のうちの１つに接続されている。

図３及び図４は、ビア１４の可能性のある２つの実装を示す。右側で、参照番号１４の下、中空の実装が示されており、ここで、ビアは、噴射方向に沿って延びて中心ダクト１４ｃを囲む誘電体管１４ｂ内で金属コーティング１４ａとして形成されており、中心ダクト１４ｃは、印刷ヘッドとターゲットとの間の領域へ／当該領域から気体を供給する換気ダクトとしても使用され得る。このタイプの構造は、例えば、
ａ）以下に記載されるようなハニカム構造と共に管１４ｂを形成すること、及び
ｂ）例えば、スパッタリングによって管１４ｂ内で金属コーティング１４ａを形成することによって形成され得る。

参照番号１４’の下で示される代替的な設計は、誘電体管１４’ｂ内に中実の金属コア１４’ａを備える。再び、管１４’ｂは、以下に記載されるようなハニカム構造と共に形成され得、金属コア１４’ａは、例えば、電気メッキによって形成され得る。

代替的なビア設計１４、１４’は、図１７にも示されている。中空のビア設計１４は、遮蔽電極４０を接続するために描写されている一方、充填ビア設計１４’は、（図１７では見えない）噴射電極３８のために描写されている。注記：金属部分のみが図１７でハッチング領域として示されている一方、他の断面部分はハッチングされていない。

通常、単一の印刷ヘッドは、１つの設計のビアを使用するだけであり、例示のためにのみ、図３、図４、及び図１７において２つの異なるタイプが示されている。

図２及び図８を参照して、遮蔽電極４０は、噴射電極３８の前方側に離れて配置され得る、すなわち、ノズルキャリア６に対して、噴射電極３８は遮蔽電極４０よりも近い。好ましくは、印刷ヘッド１の前方で延びる１つの連続的な遮蔽電極４０が存在するが、いくつかの当該遮蔽電極も存在し得る。

いくつかの遮蔽電極が使用される場合、それらは、例えば、印刷ヘッドの断面において徐々にインクを偏向することを可能にする分圧器によって、例えば、電圧勾配を印加することによって異なる電位に印加され得る。

遮蔽電極４０は、印刷ヘッド１とターゲット２との間の場を制御するように設けられている。各ノズル４について、遮蔽電極４０内の開口４１は、インクの通過を可能にする。

図２及び図５に示されるように、ガード電極４２は、噴射電極３８の後ろ側に離れて配置され得るが、ノズルキャリア６の前方に離れて配置され得る。図２及び図５に示されるように再び、それは、環状であり得る。代替的に、それはまた、いくつかのノズルにわたって延び得る。

ノズル４の上方のガード電極４２内の開口４３は、インクの通過を可能にする。

ガード電極４２の機能は、以下に記載される。

本実施形態のノズル４は、先端部分４６と、シャフト部分４８と、ベース部分５０、５２と、を備え、先端部分４６は、シャフト部分４８の前方に配置されており、ベース部分５０、５２（図２、図３）は、シャフト部分４８の後ろに配置されている。

図示されたノズル設計は、（例えば、特許文献４から既知であるように）インクがノズル４の横面を濡らすことに依拠し、インクがノズル４の中心流路を通過することに依拠しないが、後者も同様に使用され得る。

ノズル４が中心流路を有する場合、例えば、出口ダクト６０がノズルの先端まで全域に延びている場合、好ましくは、ノズル４は依然、インクがノズルの上だけでなくその横の外側も濡らすように操作される。確実に、インクが全てのノズルの外側を覆うことによって、全てのノズルが、同じインク外形を噴射電極に与え、これにより、印刷ヘッド全体にわたって、より均一なインク噴射を実現することができる。

噴射方向Ｘへのノズル４に沿ったインクの望ましい流れを促進するために、好ましくは、ノズル４は、その横面において、すなわち、噴射方向Ｘに沿って延びる面において、噴射方向Ｘに沿って延びる少なくとも１つの溝を有する。この溝は、ノズル４の長さの少なくとも一部に沿って延びている。

これは、例えば、図５で分かり、ここで、先端部分４６は、（４つの凹部４６ａが十字形のアーム間で形成された）断面形状で示され、シャフト部分４８は、２つの溝４８ａを形成している。

図６は、先端部分４６の代替的な設計を示す。
（ａ）は、凸状横面を有し、且つ例えば、溝無しの円柱である、先端部分４６であり、－これは、現在の好ましい設計であり、その理由は、当該設計が、噴射されるインクについて、望ましいメニスカスを生成するためであり、
（ｂ）は、２つの横溝４６ａを形成した先端部分４６であり、
（ｃ）は、軸方向の管４６ｃを形成した先端部分である。

ベース部分５０、５２は、先端部分４６及びシャフト部分４８をノズルキャリア６に接続している。それは、インクをノズルに供給するダクトも含む。このことは、図２、図３、及び図４で最もよく分かる。

特に、図示された実施形態では、ベース部分５０、５２は、底のサブ層５２と、上のサブ層５０と、を備える。底のサブ層５２は、インクをノズル４に供給する供給ダクト部分１５ａの端に通じる中心開口５４を有する。１つ以上の径方向の横断出口ダクト５６は、噴射方向Ｘに対して横断して、第１の環状ダクト５８に向けて中心開口５４から外向きに延びている。

図２では、ダクト内のインクの流れは、矢印によって描写されている。

上のサブ層５０はまた、軸方向の出口ダクト６０を形成し得、軸方向の出口ダクト６０は、ノズルの先端に向けて延びており、供給ダクト部分１５ａをシャフト部分４８の溝４８ａ（図５）に接続し、それによって、インクを直接的に先端部分４６に向けて上にガイドする。

上のサブ層５０は、ノズル４を囲む第１の環状ダクト５８と整列した第２の環状ダクト６２によって囲まれ得る。

ノズル４は、インク保持部６６によって囲まれており、その目的は、インクを横方向に保持するためである。環状ダクト６２は、インク保持部６６とノズル４との間で径方向に配置されており、それによって、ノズル４とインク保持部６６との間の領域６４と通じている。

インク保持部６６の前方面６８（すなわち、噴射電極３８に最も近い前方に向いた面）は、ノズル４の前方端７０に対して噴射方向Ｘに沿って後方に設定されている。したがって、領域６４内にインクが存在する場合、インクの面は、１点鎖線によって示されるような、ノズル４の先端に向かう上昇傾斜を形成し、インクが噴射電極３８に最も近い位置に先端が確実にあるようにし、それによって、インクを送り出す規定点を形成している。

インク保持部６６の主な機能は、インクを留めること、すなわち、インクを支持構造８の垂直部分に近づけないようにすること、すなわち、インクが上がっていって、ノズルを沈め得るプールを形成するのを防ぐことである。

この機能は、以下の特徴のうちの１つ以上の組合せによって実装される。
ａ）インク保持部６６には、図２において太い黒線で示される、例えば、疎水性及び／又は疎油性コーティング７３による疎水性及び／又は疎油性の面が設けられている。例えば、当該面は、少なくとも部分的に、疎水性及び疎油性であるテフロン（登録商標）及び／又はＰＴＦＥで形成され得る。使用されるインクの範囲に応じて、当該面はまた、疎水性（例えば、ＨＭＤＳ、すなわち、ビス（トリメチルシリル）アミン）のみであり得るか、又は（例えば、ポリマーベースの）疎油性のみであり得る。特に、インク６６保持部の面は好ましくは、ノズル４の面よりも疎水性及び／又は疎油性である。

ｂ）インク保持部６６は、それに最も近いノズル４から離れる方に向いたレッジ部分６６ａを形成しており、これにより、その周囲でインクが進むのを困難にする。換言すれば、ノズルから見ると、レッジは、外向きに延びて、「アンダーカット」６６ｂを形成している。

ｃ）インク保持部６６は、電界が低い領域に配置されている。強電界は、インクの表面張力を低下させる傾向にあるため、本設計は、インク保持部の周囲がインクで濡れるリスクを低減する。図示された実施形態では、ノズル４に対応付けられたガード電極４２は、噴射電極３８とインク保持部６６との間に配置されている。本文脈では、「間」は好ましくは、ガード電極４２が、噴射電極３８とインク保持部６６との間の空間の容積を横切る、好ましくは２分割することを意味する。

インク保持部６６が、インクを横方向に保持する、すなわち、最も近い支持要素にインクが達するのを防ぐ唯一の手段ではないことに留意されたい。代替的に、又はそれに加えて、インク吸引ダクト１６は、支持要素に達し得る任意のインクを除去するために使用され得る。これは、印刷ヘッドの操作というセクションでより詳細に記載される。

ガード電極４２は、例えば、ビア１４’又は１４によって電圧供給１７に接続されており、それは、操作中、噴射電極の（最大）電位よりもインク保持部６６の（すなわち、インクの）電位に近い電位に設定され得る。特に、電圧供給１７は、インク保持部６６と同じ電位にガード電極４２を維持するように構成され得る。これにより、インク保持部６６における電界を非常に低く維持することができる。

図２に示されるように、ガード電極４２は好ましくは、ノズル４の前方端７０と同じ「高さ」（垂直方向は噴射方向Ｘによって定められる）、例えば、噴射電極３８とノズル４の前方端７０との間の垂直距離ｄの２５％の精度内で配置される。これは、依然、噴射電極３８の場に対して先端を著しく露出させつつ、ノズル４の先端の下方でのインクの望ましい遮蔽を提供する。

図２で分かるように、ガード電極４２とインク保持部６６との間のギャップを形成した、空気で満たされたキャビティ７１が存在し、これは、インクがガード電極４２に達するのを防ぐ。

インクを領域６４内で横方向に保持するために、インク保持部６６は好ましくは、ノズルキャリア６の前方側３６に配置されており、そこから突出している。図２～図４の実施形態では、それは、ノズルキャリア６の前方面３６に取り付けられた第１のリング７２と、第１のリング７２の前方側に取り付けられた第２のリング７４と、を備える。第２のリング７４は、上述のレッジ部分６６ａを形成している。

インク吸引
上述のように、図１及び図２の実施形態では、吸引ダクト１６は、ノズル４からインクを回収するために設けられている。これにより、所与のノズルにおいて、新鮮なインクの流れを維持することができる。

その場合、所与のノズルにおいて、最も近いインク保持部６６は好ましくは、ノズル４及び供給ダクトの端部分１５ａだけでなく、吸引ダクト１６の端部分１６ａの端も囲んでいる。したがって、２つのダクトは、ノズルに向かい、そこから戻るインクの流れを制御するために使用され得る。

供給ダクト１５及び吸引ダクト１６での圧力は、例えば、図２に示されるような上方の高さ６４ａと下方の高さ６４ｂとの間のどこかの領域６４内にインクを維持するように調整される。好ましくは、以下の「印刷ヘッドの操作」というセクションでより詳細に記載されるように、インクは、下方の高さ６４ｂで維持される。

インクの望ましい横方向の制限のために、各ノズル４は好ましくは、１つ以上の吸引ダクトの開口又は開口（複数）によって囲まれている。これは、例えば、（図２の環状開口６２によって形成されるような）単一の環状開口であり得るか、又はそれは、環状の一連の吸引開口であり得る。この開口又はこれらの開口は、ノズルと、その隣の支持要素７８との間に配置されている。

支持構造
述べられているように、支持構造８は、それぞれ異なる電極３８、４０、４２をノズルキャリア６に接続するために設けられている。それは、ノズルキャリア６の前方側３６に配置されている。

支持構造８は、ノズル４間に配置された複数の支持要素７６、７８を備える。

インク保持部６６は好ましくは、インクがこれらの支持要素７６、７８に達するのを防ぐように、且つインクがそれらを濡らすのを防ぐように設計されており、それによって、インクがノズルを沈める傾向を低減する。

支持構造８は好ましくは、少なくとも１つの電極キャリア層を備える。図２の実施形態では、３つの当該層８０、８２、８４が存在する。当該電極キャリア層の各々は、少なくとも１つの電極３８、４０、４２を備え、上面３６に対して平行に延び得る。

通常、電極３８、４０、４２は、その電極キャリア層８０、８２、８４内に埋め込まれており、その前方及び後方側において少なくとも１つの誘電体サブ層８０ａ、８０ｂ、又は８２ａ、８２ｂ、又は８４ａ、８４ｂによって覆われている。

支持要素の少なくとも一部は、図３参照のハニカム構造を形成した垂直壁７６によって形成されている。当該ハニカム構造の各々は、印刷ヘッドの様々な部分で使用され、且つ以下でより詳細に記載される多層構造の一部である。

ハニカム構造を形成した壁７６に加えて又は代替的に、図示された実施形態では、支持要素は、各ノズル４の出口通路５を囲む垂直壁７８を備える。壁７８は、例えば円柱壁であり得るが、それはまた、例えば多角形であり得る。好ましくは、それは、ノズル４を中心としている。

別の実施形態では、壁７８はまた、省かれ得、出口通路５の周囲の壁は、ハニカム構造の壁７６によって形成され得る。この場合、ハニカム構造をノズルと整列させる必要がある。

更に別の実施形態では、いくつかのノズルが、単一の壁７８によって囲まれ得る。

ここで示される実施形態では、支持要素７６及び／又は７８は、電極キャリア層８０、８２、８４の各々の間、及び最後方の電極キャリア層８０ａとノズルキャリア６との間に設けられている。しかしながら、それらはまた、サブセットのこれらの構造間にのみ設けられ得る。

図２から最もよく分かるように、ノズル４とそのインク保持部６６との間に配置された第１の凹部が存在し、これは、環状の第１及び第２の環状ダクト５８、６２によって形成されている。それは、インクプール６４の少なくとも一部を受け入れるための容積を提供する。噴射方向Ｘに沿って、第１の凹部５８、６２の底は、インク保持部６６の前方面６８に対して後方にある（すなわち、前方面６８に対するよりもノズルキャリア６に対して近い）。

図示された実施形態では、インク保持部６６と、最も近い支持要素７８との間に配置された第２の凹部８６が存在する。それは、レッジ部分６６ａについての空間を提供し、及び／又はインクが支持要素７８に達するのをより困難にする。噴射方向Ｘに沿って、凹部８６の底は、インク保持部６６の前方面６８に対して後方にある（すなわち、ノズルキャリア６に対して前方面６８よりも近い）。

ノズル設計２
図９及び図１０は、ノズル設計の第２の実施形態を示す。それは主に、ノズルに対してインク供給ダクト１５（その端部分１５ａが図１０に示されている）のみが存在するが、吸引ダクトが存在しない点で第１のものと異なっている。

更に、ノズル４とインク保持部６６との間には凹部が存在しない。むしろ、インク保持部６６は、横方向にノズル４上に配置されており、その前方面６８は、ノズル４の前方端（先端）７０から離れている。

換言すれば、その前方面６８は、領域６４内でインクに対して上昇傾斜を形成して、ノズルを沈めるリスクを低減するために、ノズル４の前方端７０に対して後方に設定されている。

好ましくは、インク保持部６６は、ノズルを沈める可能性を低くするために、ノズル４上に「低く」取り付けられる。特に、インク保持部６６の前方面６８は、ノズル４の前方端７０に対して、ノズルキャリア６の前方サイズ３６よりも近い。

分かるように、本実施形態では、インク保持部６６は、ノズル４のベース部分のサブ層５２によって形成されている。

ノズル設計３
図１１は、ノズル設計の第３の実施形態を示す。それは主に、それがガード電極を有しない点で第２のものと異なっている。インク保持部６６の位置における電界を低く維持するために、インク保持部６６は、後方遠くに配置されている。

特に、図１１に示されるように、インク保持部６６の前方面６８と、ノズル４の前方端７０との間の噴射方向Ｘに沿った距離ｄ’は大きい。

定量的に、ｄが、噴射電極３８とノズル４の前方端７０との間の噴射方向Ｘに沿った距離を示す場合、好ましくは、以下の条件が維持される：
ｄ’＞ｋ・ｄ
ｋは、少なくとも０．５、特に少なくとも１．０である。

インク保持部が無いノズル設計
これまでに図示された実施形態では、ノズル４は、ノズルキャリア６の上面３６から上に突出したインク保持部６６によって囲まれていた。しかしながら、インク吸引部を使用することで、当該インク保持部を省くことができる。これは、図２１に示されており、図２１は、基本的に図２のものに対応するがインク保持部がない実施形態を示す。したがって、図２の実施形態のベース部分５０、５２を形成した層は省かれ得る。

本実施形態では、インクは、ノズルを囲むインク吸引ダクト１６の端部分１６ａ内に吸引されることによって、ノズル４の周囲で保持される。

一実施形態では、吸引ダクト１６の単一の環状（又は、例えば、６角形若しくは他の場合には閉ループ）端部分１６ａは、ノズル４の周囲に配置され得る。

別の実施形態では、密な間隔でノズル４を囲んで、複数の個々の端部分１６ａが設けられ、例えば、円形又は別の閉ループに沿って配置され得る。

本実施形態では、ガード電極４２は、ノズルキャリア６の面３６に沿ってインクが広がる傾向を低減するため、ガード電極４２は、依然有用であり得る。

図示される実施形態では、出口ダクト６０は、ノズルの上７０まで全域に延びている。したがって、インクは、ノズルを通って軸方向に流れる。好ましくは、出口ダクト６０の圧力は、インクがノズルからあふれ出てその横側壁に沿って下に流れるように選択される。そこから、インクは、吸引ダクト１６の端部分１６ａに到達して取り去られる。これは、ノズル内で連続的なインク交換を提供する。

別の実施形態では、インクは、例えば、図２～図５の実施形態に示されるような溝内でノズルの外面に沿って上にガイドされ得、インクは、例えば、ノズル内の軸方向の開口を通って端部分１６ａから吸引され得る。

しかしながら、任意選択的に、本セクションの設計はまた、例えば、吸引ダクト１６の端部分１６ａを囲む（点線で示されるような）簡易のインク保持部６６と組み合わされ得る。

ノズルキャリア
図１２～図１６は、可能性のあるノズルキャリア６の設計を示す。図１３～図１５は、隣接するノズルが、供給ダクト及び吸引ダクトによってどのように相互接続され得るかを示すために、図１２と比較して縮小したスケールであり、図１６は、裏地層１２の高さの印刷ヘッドの断面全体を示す、よりいっそう縮小したスケールで示されていることに留意されたい。

これらの図は、図２のノズルを示しているが、同様のノズルキャリアが、図９及び図１１の設計などの様々なノズル設計で使用され得る。

上述のように、ノズルキャリア６は、前方層１０を備え、ノズル４は、その前方側３６に取り付けられており、更に、裏地層１２は、前方層１０の後方側に配置されている。次いで、前方層１０及び裏地層１２は、多層構造であり得る。

それらは、以下でより詳細に記載される。

前方層１０は、いくつかのサブ層１０ａ～１０ｄで構成されており、インクをノズルに供給し、適用可能な場合、インクをノズルから供給する、ダクト１５、１６の少なくとも一部を形成している。

図１２の実施形態では、前方層１０は、前方から後方への順に、ダクトを形成するサブ層１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、及び１０ｄを備える。

サブ層１０ａは、前方面３６を形成しており、供給ダクト及び（必要な場合）吸引ダクトそれぞれについての開口１５ａ、１６ａを備える。

サブ層１０ｂは、（必要な場合）吸引ダクトの水平部分１６ｂ及び供給ダクトの垂直部分１５ｂを形成している。

図１３で最もよく分かるように、吸引ダクトの水平部分１６ｂは、全てのノズル４又は少なくとも複数のノズル４と相互接続している。加えて、ダクト間でサブ層１０ｂは、支持構造８のものと同様のハニカムパターンを形成した垂直壁９０を備える。ハニカムパターンの領域は、垂直分離壁９２によってダクト１６ｂ及び／又は１５ｂから分離され得る。

図１３はまた、前方層１０の全てを通って噴射方向Ｘに沿って延びるビア１４、１４’を示す。

供給ダクトの垂直部分１５ｂは、図１４を参照して、サブ層１０ｃ内の供給ダクトの垂直部分１５ｃに接続されている。

図１５に示されるように、サブ層１０ｄは、隣接するノズルと相互接続した供給ダクトの水平部分１５ｄを形成している。

再び、サブ層１０ｄは、支持構造８のものと同様のハニカムパターンを形成した垂直壁９４を備え得る。ハニカムパターンの領域は、垂直分離壁９６によってダクト１５から分離され得る。

図１５はまた、前方層１０の全てを通って噴射方向Ｘに沿って延びるビア１４、１４’を示す。

図１６は、裏地層１２の高さの電気ビア１４（及び１４’）、供給ダクト１５、並びに吸引ダクト１６についての可能性のある配置を示す。インクダクト１５、１６の水平分配が、裏地層１２の上方の前方層１０において実装されるため、１つ又はいくつかの、電気ビア１４の規則的なアレイの凸包９６の外側に配置された、場合によっては、大きいインクダクトを通ってインクを供給することが可能であり、これは、裏地層１２の設計を簡略化し、すなわち、インクダクトは、凸包９６内で裏地層１２を通って延びない設計である。

サブ層１０ｂ及び／又は１０ｄ内でハニカム構造を使用する代わりに、例えば、ガラスの中実層が使用され得る。

ハニカム多層構造
上記から以下のように、ここで示される印刷ヘッドは好ましくは、１つ以上のハニカム多層構造を使用する。１つの当該多層構造１０９は、図１８、図１９に示されている。それは、底層１１０と、上層１１２と、底層１１０と上層１０２との間の少なくとも１つの中間層１１４と、を有する。中間層１１４は、底層１１０と上層１１２との間で延びる壁１１６を形成している。これらの壁は、底層１１０と上層１１２との間の中間層１１４で複数のキャビティ１１８の壁の少なくとも一部を形成している。

壁１１４は好ましくは、ハニカムパターンを形成している。

特に、底層１１０若しくは上層１１２が、中間層１１４とは異なる材料である場合、及び／又はそれが、中間層１１４とは異なる材料である別の層の近くに若しくは隣接して配置されている場合、当該構造は、機械的応力を低減することが見出されている。

上記の例における当該ハニカム多層構造の例は、以下の通りである。
－図２、図１１、図１２において：前方層１０又はサブ層１０ａは、「底層」１１０であり、支持構造８の層８０は、「上層」１１２であり、それらの間の壁７６は、「中間層」１１４を形成している。

－図２、図１１、図１２において：支持構造の層８０は、「底層」１１０であり、支持構造８の層８２は、「上層」１１２であり、それらの間の壁７６は、「中間層」１１４を形成している。

－図２、図１１、図１２において：支持構造の層８２は、「底層」１１０であり、支持構造８の層８４は、「上層」１０２であり、それらの間の壁７６は、「中間層」１１４を形成している。

－図１２、図１３において：サブ層１０ｃは、「底層」１１０であり、サブ層１０ａは、「上層」１１２であり、それらの間のサブ層１０ｂの壁９０は、「中間層」１１４を形成している。

－図１２、図１５において：裏地層１２は、「底層」１１０であり、サブ層１０ｃは、「上層」１１２であり、それらの間のサブ層１０ｄの壁９４は、「中間層」１１４を形成している。

最初の３つの例では、支持構造８は少なくとも、多層構造の中間層１１４を備える。

最後の２つの例では、ノズルキャリア６は少なくとも、多層構造の中間層１１４を備える。

中間層１１４の厚さｔ（図１８参照）が比較的大きい場合、多層構造によって達成される応力低減は、特に明らかである。好ましくは、厚さｔは、１μｍよりも大きく、特に、１０μｍよりも大きい。

好ましくは、中間層１１４は、例えば、構造化後のＳＵ－８層から形成されたポリマー層である。このタイプの層は、容易に製造及び構造化され得（以下の製造情報を参照）、示されるような多層構造においてそれを使用する場合、当該材料の中実層と比較して応力を低減する。

したがって、好ましくは、印刷ヘッドは、中間層とは異なる材料の少なくとも１つの層、特に、半導体又はガラスの層を備える。

キャビティ１１８は好ましくは、閉キャビティである、すなわち、キャビティ１１８は、図１５及び図１３のインクダクト部分１５ｂ又は１６ｄの一部も形成しておらず、キャビティ１１８は、周囲の雰囲気と通じてもいない。

壁１１６が、規則的な繰り返しパターンを形成している場合、均一性が向上し、応力は更に減少し得る。

好ましくは、壁１１６は、キャビティの最小直径Ｍの２５％未満の厚さｍを有する（図１９参照）。これは、中間層において中実材料が低含有量であることにつながり、更に機械的応力を低減する。本文脈では、厚さｍは、壁１１６の面に対して垂直な壁１１６の広がりである。キャビティの直径Ｍは、底層及び上層１１０、１１４に対して平行な方向におけるキャビティ１１８の広がりである。

歪みを最適に除去するために、キャビティ１１８の最小直径Ｍは好ましくは、中間層１１４の厚さｔよりも大きい、すなわちＭ＞ｔである。中間層１１４を通って延びるキャビティが小さいほど、中間層において、より高い機械的応力が生成される。

壁１１６は好ましくは、底層１１０及び上層１１２に対して垂直に延びている。これは、層に対して垂直に作用する力に対する機械的安定性を向上させるだけでなく、異方性材料除去技術によって、特に光活性ポリマーのフォトリソグラフィによって壁を形成することも可能にする。

多層構造の上層及び底層は互いに平行であることに留意されたい。

閉キャビティ１１８は、インクダクトと通じていない、すなわち、閉キャビティ１１８は、印刷ヘッドを通るインクをガイドするために使用されていない。印刷ヘッドが換気ダクトを有する場合、閉キャビティ１１８は、これらの換気ダクトと通じてもいない。

閉キャビティ１１８は、空気で満たされ得る。代替的に、閉キャビティ１１８は、排気され得る。又は、閉キャビティ１１８は、窒素などの気体で満たされ得る。好ましくは、閉キャビティ１１８は、ＳＦ_６又はＣ_４Ｆ_８などの高い降伏電圧を有する気体で満たされ得る。気体は、所望の気体組成を有する作業空間内でそれぞれの製造ステップ（以下参照）を実行することによって導入され得る。

電極設計
印刷ヘッドは、最小の構造的損傷で、操作中に生じる高電界に耐えるように設計されている。

このために、電極３８、４０、４２は、キャビティとの境界をなす中実の誘電体層８０ａ、８０ｂ、８２ａ、８２ｂ、８４ａ、８４ｂ間に配置されている。図示された実施形態では、当該キャビティは、例えば、電極キャリア層８０、８２、８４の下方のキャビティ７１、７１’、７１’’によって、及び／又は壁１１６によって形成されたキャビティ１１８によって形成されている。

キャビティの少なくとも一部は、閉キャビティであり得る（すなわち、キャビティ１１８のように、全てのサイドにおいて壁によって囲まれている）。

キャビティの少なくとも一部は、開キャビティ、特に、上記の実施形態のキャビティ７１、７１’、７１’’などの、ノズル４の出口通路５に隣接して通じるキャビティであり得る。

当該設計では、電極の周囲の中実の誘電体層は通常、キャビティ内の気体よりも高い場に耐えることができ、より高い比誘電率εも有し、したがって、全体の破壊を防ぐ。同時に、固定された分子又は原子構造がキャビティ内に存在しないため、キャビティは、大きい電界によってもたらされる永久損傷を受けにくい。したがって、本設計は、長期間の操作中であっても電極の電界の効果に耐える印刷ヘッドの能力を向上させる。

ここで図示される実施形態で分かるように、隣接する電極キャリア層８０、８２、８４間で垂直に延びる中実の支持構造、例えば壁７６及び７８が存在する。しかしながら、好ましくは、隣接する電極間で直接的に延びる当該中実の支持構造は存在しない。換言すれば、２つの隣接する電極間で延びる任意の直線は、キャビティ７１、７１’、７１’’、又は１１８のうちの少なくとも１つを通って延びている。この条件は、印刷ヘッドの隣接する電極の一部、又は特に全てが、操作時に、実質的に異なる電位、特に少なくとも１００Ｖの電圧分異なる電位を伴う場合に満たされるべきである。

この条件は、例えば、図７の接触リード３８ｂの位置で、電極間で垂直に延びるように中実の支持構造を配置せず、及び／又は支持構造の部分を局所的に除去することによって満たされ得る。

更に別の実施形態では、電界の強度は、電極間にキャビティが設けられていない位置で電気トラックを非常に狭く設計することによって低減され得る。その場合、トラックは好ましくは、壁構造７６、７８の高さの半分以下の幅である。例えば、壁構造が５μｍの高さを有する場合、トラックは、２．５μｍ以下の幅になるべきである。

好ましくは、電極と、隣の（すなわち、最も近い）支持構造との間の横のオフセットは、２つの隣接する電極のうちの少なくとも一方について、２つの隣接する電極間の垂直距離の少なくとも２５％になるべきである。

好ましくは、電極を保護する誘電体層のうちの少なくとも１つは、高い比誘電率εを有する。したがって、その中で場が弱くなっており、主要な電圧降下は、より低い誘電率の層、特にキャビティにシフトする。これにより、構造を電気絶縁破壊からよりいっそう充分に保護することができる。

これに関連して、高い比誘電率εは好ましくは、少なくとも５である。好適な材料は、例えば、（９．５～１０．５の比誘電率εを有する）Ｓｉ_３Ｎ_４又は（９．３～１１．５のεを有する）Ａｌ_２Ｏ_３である。

好ましくは、図２０に示されるように、いくつかの誘電体層は、キャビティ１２０と電極１２２との間に設けられている。（図２０のキャビティ１２０は、例えば、上記の例のキャビティ１１８又は７１、７１’、７１’’を表し、電極１２２は、上記の例の電極３８、４０、４２のうちの１つ、特に噴射電極３８を表す。

図示された実施形態では、電極１２２は、第１の誘電体層１２４ａ、１２４ｂによって囲まれており、次いで、第１の誘電体層１２４ａ、１２４ｂは、第２の誘電体層１２６によって囲まれている。

第１の誘電体層１２４ａ、１２４ｂは好ましくは、例えばパターン化ＳＵ－８（以下の製造プロセスを参照）で構成されたポリマー層である。当該ポリマー層は、例えば、２．５～３．０の低い比誘電率を有する。それは、例えば、上述の電極キャリア層８０、８２、８４のサブ層８０ａ、８０ｂ、８２ａ、８２ｂ、８４ａ、８４ｂに対応し、少なくとも部分的に、積層技術（以下を参照）を使用して製造され得る。

第２の誘電体層１２６は、第１の誘電体層１２４ａ、１２４ｂよりも高い電気絶縁破壊の閾値を有する無機層である。それは好ましくは、第１の誘電体層１２４ａ、１２４ｂよりも高い、特に２倍の比誘電率を有する。それは、例えば、上述の理由でＳｉ_３Ｎ_４又はＡｌ_２Ｏ_３であり得る。それは、２つの電極間の全ての構成要素の最高の破壊抵抗を有し、通常、電気絶縁破壊を防ぐ。

電極１２２と第２の誘電体層１２６との間に第１の誘電体層１２４ａ、１２４ｂを配置することは、例えば、電極１２２のエッジにおけるピーク電界強度が第１の誘電体層内にあり、したがって、破壊を防ぐ第２の誘電体層１２６の能力を増大させるという利点を有する。

したがって、好ましい実施形態では、キャビティ１２０の少なくとも一部は、印刷ヘッドの幾つかの異なる電極間、又は印刷ヘッドの電極と印刷ヘッドのインク保持部６６との間に配置されている。

好ましくは、異なる電極３８、４０、４２、１２２は、１つ以上の中実の誘電体層１２４ａ、１２４ｂ、１２６によってキャビティ又はキャビティ（複数）１２０から分離されている。

特に、１つ以上の中実の誘電体層１２４ａ、１２４ｂ、１２６は好ましくは、ポリマー層１２４ａ、１２４及び／又は無機層１２６を備える。好ましくは、ポリマー層１２４ａ、１２４は、電極１２２と無機層１２６との間に配置されている。

印刷ヘッドの操作
操作時、すなわち印刷中、インクは、供給ダクト１５によって印刷ヘッドに供給される。このインクは、ノズル４とインク保持部６６との間の領域６４に制限される。

インク液滴を噴射するために、（インクの電圧に対する）所望の噴射電極における電圧を一時的に増加させる。例えば、４００Ｖの電圧パルスが生成され得る。印刷していない間、噴射電極における電圧は、インクが噴射されていないレベルに維持される。好ましくは、それは、ゼロではないが、例えば、２００Ｖである。

上述のように、インク保持部６６における電界は好ましくは、低く、例えば、ノズルの前方端７０における電界の強度の５０％未満、特に１０％未満に維持される。高い電界強度はインクの表面張力を低減するため、この手順は、インクがインク保持部を濡らしてそこを横断する傾向を低減する。

吸引ダクト１６は、存在する場合、インクをノズルから回収するために使用される。好ましくは、印刷方法は、以下のステップを含む。
－ノズルキャリア６内の供給ダクト１５を使用して、ノズルにインクを個々に供給するステップ、及び
－ノズルキャリア６内の吸引ダクト１６を使用して、ノズルからインクを個々に吸引するステップ。

これにより、ノズルにおいて、新鮮なインクの貯留を維持することができる。

操作時、所与のノズルにおける吸引ダクト１６の端の圧力ｐｘは好ましくは、図２の高さ６４ｂなどでインク保持部６６にインクを近づけないように維持される。好ましくは、ｐｘは、空気が吸引ダクト１６内に吸引されるのを防ぐために低すぎるべきではない。好適な圧力は、環状ダクト６２の径方向の幅ｗから計算され得る。ｗ＝５μｍ及び水の表面張力を有するインクについて、ヤング・ラプラスの式は、１４４ミリバール（約１４．４ｋＰａ）の圧力差ｄｐをもたらす。アルカンの表面張力を有する液体について、圧力差ｄｐは、４０ミリバール（約４ｋＰａ）である。したがって、圧力ｐｘを、周囲の圧力よりもｄｐ以下で低く維持することによって、面６４ｂが維持され得、空気が吸引されない。

環状ダクト６２の代わりに、例えば、５μｍの直径のいくつかの円形開口が使用される場合、ｄｐは２倍の大きさになる。

周囲の圧力とｐｘとの間の差がｄｐ未満である場合、液体の高さは、例えば、図２の線６４ａに上昇する。そこにおいて、曲率は、線６４ｂよりもはるかに低い。簡略化した例で、曲率が１０倍低いと仮定すると、対応する圧力差は、（水について）１４ミリバール（約１．４ｋＰａ）である。したがって、例えば、圧力ｐｘを、大気圧よりも５０ミリバール（約５ｋＰａ）低く維持することによって、インクが線６４ａの高さと同じくらいの高さに達するのを防ぐことができる。

一方、所与のノズルにおける供給ダクト１５の端の圧力ｐｙは、ノズルを通る所望のインク流を維持するように調整され得る。また、上述のように、出口ダクト５６及び６０を通るインク流は、これらのダクトにおいて好適な直径を選択することによって調整され得る。

更に別の実施形態では、吸引ダクト１６の端部分１６ａにおける（周囲の圧力よりも低い）圧力差は、より低い高さ６４ｂにおけるｄｐよりも大きくなるように選択され得る。したがって、空気が吸引ダクト１６内に吸引される。

その場合、吸引ダクト１６を通って戻るインクが再利用されるとき、インクが再循環ポンプ１８に供給される前にインク及び空気を分離するために分離デバイスが使用され得る。

製造
本印刷ヘッドは、例えば、特許文献２～４に記載されるような、例えば半導体製造及びパッケージングから既知であるような技術を使用して製造され得る。

好ましくは、印刷ヘッドの層の少なくとも一部、特に、図１８、図１９のタイプのそこで使用される多層構造の中間層１１４は、ポリマー層である。

当該多層構造の製造は好ましくは、以下のステップを含む。
１．底層１１０を設けるステップ。これは、例えば、前の製造ステップによって形成された上層であり得る。

２．底層１１０の上に材料層を加えるステップ。この材料層は、中間層１１４を形成する。

３．材料層の上方で上層１１２を加えるステップ。

ステップ２及び３において堆積される材料層は、ラミネーション、スピンコーティング、スパッタリング、又は蒸着などの様々な技術を使用して加えられ得る。

特に、上層１１２を加えるのにラミネーションが特に好ましい。ラミネーションでは、層は、シート材料として加えられ、例えば、熱及び圧力を使用して、下にある構造に接続される。これにより、容易にキャビティを架橋することができ、及び／又は張り出し構造を作ることができる。

ステップ２の材料層は好ましくは、ＳＵ－８などのフォトレジストであり、これにより、容易に当該材料層を構造化することができる。この場合、ステップ２は、少なくとも以下のサブステップを含む。
２ａ：マスクを通じてコリメート光で材料層を照射し、それによって、材料層において照射領域及び非照射領域を定めるサブステップ。

２ｂ：ポジティブ又はネガティブのフォトレジストが使用されるかに応じて、材料層から照射領域又は非照射領域を選択的に除去するサブステップ。

代替的に、上層１１２はまた、中実の材料、例えばガラスウェハから形成され得、当該材料は、例えば、接着結合、融合結合、共晶結合などによって中間層１１４に結合される。

無機誘電体層１２６（図２０）は、例えば、ポリマー誘電体層１２４ａ、１２４ｂ上にそれを堆積させる原子層堆積プロセスによって製造され得る。

注記
これまでに図示された実施形態のほとんどでは、各ノズルは、インクがノズルから流れ得る制限エリアを定めるインク保持部によって囲まれている。

例において、各ノズルは、それ自身のインク保持部によって囲まれている。代替的に、いくつかのノズルは、共通のインク保持部によって囲まれ得る、すなわち、１つのインク保持部は、いくつかのノズルを囲み得る。

代替的に、又はそれに加えて、支持構造８の各支持要素は、インク保持部によって囲まれ得、当該インク保持部は、支持要素の周囲でインク無エリアを定め、インクが支持要素に達するのを防ぐ。これは特に、支持要素が個々の孤立した柱を形成しているときに好ましい場合がある。

上記で図示された実施形態で分かるように、ガード電極４２は好ましくは、ノズルの軸線に近い。これは、例として、図１２に示されている。

ここで、噴射方向Ｘに沿って延びるノズル４の中心軸線１００は、破線で示されている。ｘ１は、ガード電極４２とノズル軸線１００との間の距離である。ｘ２は、インク保持部６６とノズル軸線１００との間の距離である。ｘ３は、最も近い支持要素７８とノズル軸線１００との間の距離であり、支持要素７８は、ノズルキャリア６に隣接した要素である。

以下の関係が好ましい。
ｘ１＜ｘ２、特にｘ１＜０．８・ｘ２：ノズル軸線１００に対してインク保持部６６よりも近くにガード電極４２を配置することによって、インク保持部６６のより充分な遮蔽が達成される。

ｘ１＜ｘ３、特にｘ１＜０．８・ｘ３、特にｘ１＜０．５・ｘ３：再び、最も近い支持要素７８を、ガード電極４２よりも軸線１００から更に遠くに配置することによって、支持要素も同様に遮蔽される。

それに加えて、又は代替的に、差ｘ２－ｘ１は好ましくは、ガード電極４２とインク保持部６６との間の垂直距離ｄ’の少なくとも５０％である。

特に、ｘ３は、少なくとも１μｍ分、特に、少なくとも５μｍ分、ｘ２よりも大きくなるべきである。

したがって、単独で又は任意の組合せで以下の関係が好ましい。
－ガード電極４２とノズル軸線１００との間の距離ｘ１は、インク保持部６６とノズル軸線１００との間の距離ｘ２よりも小さい。

－ガード電極４２とノズル軸線１００との間の距離ｘ１は、軸線１００と、ノズル軸線１００に最も近い、ノズルキャリア６に隣接した支持要素７８との間の距離ｘ３よりも小さい。

－（ガード電極４２とノズル軸線１００との間の距離ｘ１と、インク保持部６６とノズル軸線１００との間の距離ｘ２との間の）差ｘ２－ｘ１は、ガード電極４２とインク保持部６６との間の垂直距離の少なくとも５０％である。

－（軸線１００と、ノズルキャリア６に隣接した支持要素７８との間の）距離ｘ３は、インク保持部６６とノズル軸線１００との間の距離ｘ２よりも少なくとも１μｍ分、特に、少なくとも５μｍ分大きい。

－（ガード電極４２とノズル軸線１００との間の距離ｘ１と、インク保持部６６とノズル軸線１００との間の距離ｘ２との間の）差ｘ２－ｘ１は好ましくは、ガード電極４２とインク保持部６６との間の垂直距離の少なくとも５０％である。

述べられているように、印刷ヘッドはまた、印刷ヘッドとターゲットとの間の領域に気体を供給し、及び／又は上記領域から気体を回収するための気体ダクトを備え得る。当該気体ダクト供給はまた、図１３及び図１５に示されるインクダクトと同様に、例えば、前方層１０及び／又は裏地層１２及び／又は介在層３２において、相互接続部分などの水平部分を備え得る。

これまでに記載された実施形態では、３つの異なる垂直高さにおける３つの電極、すなわち、噴射電極、ガード電極、及び遮蔽電極が述べられている。しかしながら、以下のような他の電極も存在し得ることに留意されたい。
－電極は、インクの電位を定めるために、ノズルキャリア６において、例えば、供給ダクト１５及び／若しくは吸引ダクト１６に、並びに／又はノズル及び／若しくはインク保持部に設けられ得る。当該電極は、例えば、インクを、ガード電極４２と同様の又は同じ電位に維持することを可能にする。好ましくは、当該電極は、プラチナ及び／又は金である。

－（例えば、図２の噴射電極３８と遮蔽電極４０との間の）更なる電極は、異なるサイズのノズルが印刷ヘッドに存在する場合に設けられ得る。これは特に、噴射電極とノズルとの間の距離が、遮蔽電極と噴射電極との間の距離よりも著しく小さいノズルについて有用である。

本発明の現在の好ましい実施形態が図示され記載されているが、本発明は、それに限定されるのではなく、以下の特許請求の範囲内において他の方法で種々、具現化及び実施され得ることを明確に理解されるべきである。
なお、本発明の実施態様として、以下に示すものがある。
［態様１］
電気流体力学的印刷ヘッドであって、
ノズルキャリア（６）と、
前記ノズルキャリア（６）上に配置された複数のノズル（４）と、
前記ノズル（４）に対応付けられており、前記ノズル（４）の前側に配置された、複数の噴射電極（３８）と、
を備え、
前記印刷ヘッドは、底層（１１０）、上層（１１２）、及び前記底層（１１０）と前記上層（１１２）との間の少なくとも１つの中間層（１１４）を有する少なくとも１つの多層構造（１０９）を備え、前記中間層（１１４）は、前記底層（１１０）と前記上層（１１２）との間で延びる壁（１１６）を形成しており、
複数のキャビティ（１１８、１２０）は、前記底層（１１０）と前記上層（１１２）との間の前記中間層（１１４）に配置されている、電気流体力学的印刷ヘッド。
［態様２］
前記キャビティ（１１８）の少なくとも一部、特に、前記キャビティ（１１８）の大多数は、閉キャビティである、態様１に記載の印刷ヘッド。
［態様３］
前記キャビティ（１１８）の少なくとも一部は、繰り返しの規則的なパターンを形成している、態様１～２のうちいずれかの態様に記載の印刷ヘッド。
［態様４］
前記壁（１１６）は、前記底層（１１０）と前記上層（１１２）との間でハニカム構造を形成している、態様１～３のうちいずれかの態様に記載の印刷ヘッド。
［態様５］
前記壁（１１６）は、前記キャビティ（１１８）の最小直径（Ｍ）の２５％未満の厚さ（Ｍ）を有する、態様１～４のうちいずれかの態様に記載の印刷ヘッド。
［態様６］
前記キャビティ（１１８）の最小直径（Ｍ）は、前記中間層（１１４）の厚さ（ｔ）よりも大きい、態様１～５のうちいずれかの態様に記載の印刷ヘッド。
［態様７］
前記壁（１１６）は、前記底層（１１０）及び前記上層（１１２）に対して垂直に延びている、態様１～６のうちいずれかの態様に記載の印刷ヘッド。
［態様８］
前記キャビティ（７１、７１’、７１’’、１２０）の少なくとも一部は、前記ノズル（４）に配置された出口通路（５）と通じていて隣接している、態様１～７のうちいずれかの態様に記載の印刷ヘッド。
［態様９］
前記キャビティ（７１）の少なくとも一部は、前記印刷ヘッドの異なる電極（３８、４０、４２、１２２）間に配置されており、
特に、２つの隣接する電極（３８、４０、４２、１２２）間で延びる任意の直線は、前記キャビティ（７１、７１’、７１’’）のうちの少なくとも１つを通って延びている、態様１～８のうちいずれかの態様に記載の印刷ヘッド。
［態様１０］
前記キャビティ（７１’、７１’’）の少なくとも一部は、前記印刷ヘッドの電極（３８、４２、１２２）と、前記印刷ヘッドのインク保持部（６６）との間に配置されている、態様１～９のうちいずれかの態様に記載の印刷ヘッド。
［態様１１］
前記異なる電極（３８、４０、４２、１２２）は、１つ以上の中実の誘電体層（１２４ａ、１２４ｂ、１２６）によって前記キャビティ又はキャビティ（複数）（１１８、１２０）から分離されている、態様９又は１０のうちいずれかの態様に記載の印刷ヘッド。
［態様１２］
前記電極（３８、４０、４２、１２２）は、前記多層構造（１０９）の前記底層（１１０）及び／又は前記上層（１１２）に取り付けられている、態様１０又は１１のうちいずれかの態様に記載の印刷ヘッド。
［態様１３］
前記電極（３８、４０、４２、１２２）は、前記多層構造（１０９）の前記底層（１１０）及び／又は前記上層（１１２）内に埋め込まれており、前記底層（１１０）及び／又は上層（１１２）は、底側及び上側から前記電極（３８、４０、４２、１２２）を覆う誘電体中実層を形成している、態様１２に記載の印刷ヘッド。
［態様１４］
前記１つ以上の中実の誘電体層（１２４ａ、１２４ｂ、１２６）は、ポリマー層（１２４ａ、１２４ｂ）及び／又は無機層（１２６）を備え、特に、前記ポリマー層（１２４ａ、１２４）は、前記電極（１２２）と前記無機層（１２６）との間に配置されている、態様１１～１３のうちいずれかの態様に記載の印刷ヘッド。
［態様１５］
前記噴射電極（３８）の後ろの高さに配置されたガード電極（４２）を更に備え、前記キャビティ（７１’）の少なくとも一部は、前記噴射電極（３８）のうちの少なくとも１つと、前記ガード電極（４２）のうちの少なくとも１つとの間に配置されている、態様１０～１４のうちいずれかの態様に記載の印刷ヘッド。
［態様１６］
前記噴射電極（３８）の前方の高さに配置された少なくとも１つの遮蔽電極（４０）を更に備え、前記キャビティ（７１’’）の少なくとも一部は、前記噴射電極（３８）のうちの少なくとも１つと、前記遮蔽電極（４２）との間に配置されている、態様１０～１５のうちいずれかの態様に記載の印刷ヘッド。
［態様１７］
前記ノズルキャリア（６）は少なくとも、前記多層構造（１０９）の前記中間層（１１４）を備える、態様１～１６のうちいずれかの態様に記載の印刷ヘッド。
［態様１８］
前記ノズルキャリア（６）は、
－前方層（１０）であって、前記ノズル（４）は、前記前方層（１０）の前方側（３６）に取り付けられている、前記前方層（１０）と、
－前記前方層（１０）の後方側に配置された裏地層（１２）と、
－前記噴射電極（３８）に接続されており、前記前方層（１０）及び前記裏地層（１２）を通って延びる、電気ビア（１４）と、
－前記前方層（１０）に配置されたインク供給ダクト（１５、１６）と、
を備え、
前記前方層（１０）は少なくとも、前記中間層（１１４）を備え、
特に、前記インクダクト（１５、１６）に通じていない閉キャビティ（１１８）が存在する、態様１～１７のうちいずれかの態様に記載の印刷ヘッド。
［態様１９］
前記ノズルキャリア（６）上で前記噴射電極（３８）を支持する支持構造（８）を更に備え、前記支持構造（８）は、前記ノズル（４）間に配置された複数の支持要素（７６、７８）を備え、
前記支持構造（８）は少なくとも、前記多層構造（１０９）の前記中間層（１１４）を備える、態様１～１８のうちいずれかの態様に記載の印刷ヘッド。
［態様２０］
前記ノズル（４）と前記支持要素（７６、７８）との間に配置された複数のインク保持部（６６）を更に備え、前記印刷ヘッドの噴射方向（Ｘ）に沿って、前記インク保持部（６６）の前方面（６８）は、前記ノズル（４）の前方端（７０）の後ろの高さに配置されている、態様１９に記載の印刷ヘッド。
［態様２１］
前記中間層（１１４）の厚さ（ｔ）は、少なくとも１μｍ、特に少なくとも１０μｍである、態様１～２０のうちいずれかの態様に記載の印刷ヘッド。
［態様２２］
前記中間層（１１４）は、ポリマー層である、態様１～２１のうちいずれかの態様に記載の印刷ヘッド。
［態様２３］
前記中間層（１１４）とは異なる材料の少なくとも１つの材料層、特に、半導体又はガラス層を備える、態様１～２２のうちいずれかの態様に記載の印刷ヘッド。
［態様２４］
態様１～２３のうちいずれかの態様に記載の印刷ヘッドを製造する方法であって、
前記底層（１１０）の上に材料層を加えるステップと、
前記キャビティ（１１８）を形成する前記材料層の一部を除去するステップと、
前記材料層の上方で前記上層（１１２）を加えるステップと、
を含む、方法。
［態様２５］
前記材料層は、フォトレジスト、特にＳＵ－８であり、前記方法は、
マスクを通じてコリメート光で前記材料層を照射し、前記照射によって、前記材料層において照射領域及び非照射領域を定めるステップと、
前記材料層から前記照射領域又は前記非照射領域を選択的に除去するステップと、
を含む、態様２４に記載の方法。
［態様２６］
ラミネーションを使用して前記材料層の上方で前記上層（１１２）を加えるステップを含む、態様２４又は２５のうちいずれかの態様に記載の方法。

Claims (30)

1. 電気流体力学的印刷ヘッドであって、
   ノズルキャリア（６）と、
   前記ノズルキャリア（６）上に配置された複数のノズル（４）と、
   前記ノズル（４）に対応付けられており、前記ノズル（４）の前側に配置された、複数の噴射電極（３８）と、
   を備え、
   前記印刷ヘッドは、底層（１１０）、上層（１１２）、及び前記底層（１１０）と前記上層（１１２）との間の少なくとも１つの中間層（１１４）を有する少なくとも１つの多層構造（１０９）を備え、前記中間層（１１４）は、前記底層（１１０）と前記上層（１１２）との間で延びる壁（１１６）を形成しており、
   複数のキャビティ（１１８、１２０）は、前記底層（１１０）と前記上層（１１２）との間の前記中間層（１１４）に配置されており、
   前記複数のキャビティ（１１８）のうちの少なくとも一部は、閉キャビティである、電気流体力学的印刷ヘッド。
2. 前記複数のキャビティ（１１８）のうちの少なくとも一部は、繰り返しの規則的なパターンを形成している、請求項１に記載の印刷ヘッド。
3. 前記壁（１１６）は、前記底層（１１０）と前記上層（１１２）との間でハニカム構造を形成している、請求項１又は２に記載の印刷ヘッド。
4. 前記壁（１１６）は、前記複数のキャビティ（１１８）の最小直径（Ｍ）の２５％未満の厚さ（Ｍ）を有する、請求項１～３のうちいずれか１項に記載の印刷ヘッド。
5. 前記複数のキャビティ（１１８）の最小直径（Ｍ）は、前記中間層（１１４）の厚さ（ｔ）よりも大きい、請求項１～４のうちいずれか１項に記載の印刷ヘッド。
6. 前記壁（１１６）は、前記底層（１１０）及び前記上層（１１２）に対して垂直に延びている、請求項１～５のうちいずれか１項に記載の印刷ヘッド。
7. 前記複数のキャビティ（７１、７１’、７１’’、１２０）のうちの少なくとも一部は、前記ノズル（４）に配置された出口通路（５）と通じていて隣接している、請求項１～６のうちいずれか１項に記載の印刷ヘッド。
8. 前記複数のキャビティ（７１）のうちの少なくとも一部は、前記印刷ヘッドの異なる電極（３８、４０、４２、１２２）間に配置されている、請求項１～７のうちいずれか１項に記載の印刷ヘッド。
9. 前記複数のキャビティ（７１’、７１’’）のうちの少なくとも一部は、前記印刷ヘッドの電極（３８、４２、１２２）と、前記印刷ヘッドのインク保持部（６６）との間に配置されている、請求項１～８のうちいずれか１項に記載の印刷ヘッド。
10. 前記異なる電極（３８、４０、４２、１２２）は、１つ以上の中実の誘電体層（１２４ａ、１２４ｂ、１２６）によって前記複数のキャビティ（１１８、１２０）のうちの１つ又は複数から分離されている、請求項８に記載の印刷ヘッド。
11. 前記電極（３８、４０、４２、１２２）は、前記多層構造（１０９）の前記底層（１１０）及び／又は前記上層（１１２）に取り付けられている、請求項９又は１０のうちいずれか１項に記載の印刷ヘッド。
12. 前記電極（３８、４０、４２、１２２）は、前記多層構造（１０９）の前記底層（１１０）及び／又は前記上層（１１２）内に埋め込まれており、前記底層（１１０）及び／又は上層（１１２）は、底側及び上側から前記電極（３８、４０、４２、１２２）を覆う誘電体中実層を形成している、請求項１１に記載の印刷ヘッド。
13. 前記１つ以上の中実の誘電体層（１２４ａ、１２４ｂ、１２６）は、ポリマー層（１２４ａ、１２４ｂ）及び／又は無機層（１２６）を備える、請求項１０に記載の印刷ヘッド。
14. 前記噴射電極（３８）の後ろの高さに配置されたガード電極（４２）を更に備え、前記複数のキャビティ（７１’）のうちの少なくとも一部は、前記噴射電極（３８）のうちの少なくとも１つと、前記ガード電極（４２）のうちの少なくとも１つとの間に配置されている、請求項９～１３のうちいずれか１項に記載の印刷ヘッド。
15. 前記噴射電極（３８）の前方の高さに配置された少なくとも１つの遮蔽電極（４０）を更に備え、前記複数のキャビティ（７１’’）のうちの少なくとも一部は、前記噴射電極（３８）のうちの少なくとも１つと、前記遮蔽電極（４２）との間に配置されている、請求項９～１４のうちいずれか１項に記載の印刷ヘッド。
16. 前記ノズルキャリア（６）は少なくとも、前記多層構造（１０９）の前記中間層（１１４）を備える、請求項１～１５のうちいずれか１項に記載の印刷ヘッド。
17. 前記ノズルキャリア（６）は、
    －前方層（１０）であって、前記ノズル（４）は、前記前方層（１０）の前方側（３６）に取り付けられている、前記前方層（１０）と、
    －前記前方層（１０）の後方側に配置された裏地層（１２）と、
    －前記噴射電極（３８）に接続されており、前記前方層（１０）及び前記裏地層（１２）を通って延びる、電気ビア（１４）と、
    －前記前方層（１０）に配置されたインク供給ダクト（１５、１６）と、
    を備え、
    前記前方層（１０）は少なくとも、前記中間層（１１４）を備える、請求項１～１６のうちいずれか１項に記載の印刷ヘッド。
18. 前記ノズルキャリア（６）上で前記噴射電極（３８）を支持する支持構造（８）を更に備え、前記支持構造（８）は、前記ノズル（４）間に配置された複数の支持要素（７６、７８）を備え、
    前記支持構造（８）は少なくとも、前記多層構造（１０９）の前記中間層（１１４）を備える、請求項１～１７のうちいずれか１項に記載の印刷ヘッド。
19. 前記ノズル（４）と前記支持要素（７６、７８）との間に配置された複数のインク保持部（６６）を更に備え、前記印刷ヘッドの噴射方向（Ｘ）に沿って、前記インク保持部（６６）の前方面（６８）は、前記ノズル（４）の前方端（７０）の後ろの高さに配置されている、請求項１８に記載の印刷ヘッド。
20. 前記中間層（１１４）の厚さ（ｔ）は、少なくとも１μｍである、請求項１～１９のうちいずれか１項に記載の印刷ヘッド。
21. 前記中間層（１１４）は、ポリマー層である、請求項１～２０のうちいずれか１項に記載の印刷ヘッド。
22. 前記中間層（１１４）とは異なる材料の少なくとも１つの材料層を備える、請求項１～２１のうちいずれか１項に記載の印刷ヘッド。
23. 電気流体力学的印刷ヘッドであって、
    ノズルキャリア（６）と、
    前記ノズルキャリア（６）上に配置された複数のノズル（４）と、
    前記ノズル（４）に対応付けられており、前記ノズル（４）の前側に配置された、複数の噴射電極（３８）と、
    を備え、
    前記印刷ヘッドは、底層（１１０）、上層（１１２）、及び前記底層（１１０）と前記上層（１１２）との間の少なくとも１つの中間層（１１４）を有する少なくとも１つの多層構造（１０９）を備え、前記中間層（１１４）は、前記底層（１１０）と前記上層（１１２）との間で延びる壁（１１６）を形成しており、
    複数のキャビティ（１１８、１２０）は、前記底層（１１０）と前記上層（１１２）との間の前記中間層（１１４）に配置されており、
    前記壁（１１６）は、前記底層（１１０）と前記上層（１１２）との間でハニカム構造を形成している、電気流体力学的印刷ヘッド。
24. 請求項１～２３のうちいずれか１項に記載の印刷ヘッドを製造する方法であって、
    前記底層（１１０）の上に材料層を加えるステップと、
    前記複数のキャビティ（１１８）を形成する前記材料層の一部を除去するステップと、
    前記材料層の上方で前記上層（１１２）を加えるステップと、
    を含む、方法。
25. 前記材料層は、フォトレジストであり、前記方法は、
    マスクを通じてコリメート光で前記材料層を照射し、前記照射によって、前記材料層において照射領域及び非照射領域を定めるステップと、
    前記材料層から前記照射領域又は前記非照射領域を選択的に除去するステップと、
    を含む、請求項２４に記載の方法。
26. ラミネーションを使用して前記材料層の上方で前記上層（１１２）を加えるステップを含む、請求項２４又は２５のうちいずれか１項に記載の方法。
27. 前記複数のキャビティ（１１８）の大多数は、閉キャビティである、請求項１に記載の印刷ヘッド。
28. ２つの隣接する電極（３８、４０、４２、１２２）間で延びる任意の直線は、前記複数のキャビティ（７１、７１’、７１’’）のうちの少なくとも１つを通って延びている、請求項８に記載の印刷ヘッド。
29. 前記ポリマー層（１２４ａ、１２４）は、前記電極（１２２）と前記無機層（１２６）との間に配置されている、請求項１３に記載の印刷ヘッド。
30. 前記インク供給ダクト（１５、１６）に通じていない閉キャビティ（１１８）が存在する、請求項１７に記載の印刷ヘッド。

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