(57)【要約】【解決手段】一体型のパージ機構を備えた印字ヘッドアセンブリが開示される。印刷ヘッドアセンブリは、（ａ）少なくとも第１と第２の圧力によって駆動される、ノズル板で囲まれた１つまたはそれ以上の分注ノズルを含む液体分注ヘッド、および、（ｂ）１つまたはそれ以上のノズルの前に開口部を含む遮蔽マスクを備え、印刷液が第１の圧力によって駆動されてヘッドから分注されると、液体が遮蔽マスク内の開口部を介してパルスに分注され、（ｉｉ）パージ印刷液が第２の圧力によって駆動されてヘッドから分注されると、印刷液は、遮蔽マスクとノズル板の間に形成される細長い空隙へと引き込まれ、それによって、近くのノズルからパージ印刷液を取り除く、ように、開口部は構成される。【選択図】図１Ａ
2020001398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体型のパージ機構を備えた印字ヘッドアセンブリであって、
前記印字ヘッドアセンブリは、
（ａ）少なくとも第１と第２の圧力によって駆動される、ノズル板で囲まれた１つまたはそれ以上の分注ノズルを含む液体分注ヘッド、および、
（ｂ）前記１つまたはそれ以上のノズルの前に開口部を含む遮蔽マスクを備え、
前記開口部は、
（ｉ）印刷液が前記第１の圧力によって駆動されて液体分注ヘッドから分注される際、印刷液は前記遮蔽マスク内の前記開口部を介してパルスで分注され、
（ｉｉ）パージ印刷液が前記第２の圧力によって駆動されて液体分注ヘッドから分注される際、パージ印刷液は、前記遮蔽マスクと前記ノズル板の間に形成される細長い空隙へと引き込まれ、それによって、近くの前記ノズルから前記パージ印刷液を取り除く、
ように構成される、印字ヘッドアセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載の一体型のパージ機構を備えた１つまたはそれ以上の印字ヘッドアセンブリを含む印刷システム。
【請求項３】
複数の印字ヘッドを含み、
前記遮蔽マスクが、印字ヘッドの各々の前に開口部を含む、請求項１に記載の印字ヘッドアセンブリ。
【請求項４】
前記遮蔽マスクの開口部はスリットを含む、請求項１に記載の印字ヘッドアセンブリ。
【請求項５】
前記１つまたはそれ以上のノズルが、前記印字ヘッドの各々で前記スリットの縁部に近接して構成されることで、前記パージ印刷液は、前記スリットの前記縁部を介して前記細長い空隙に引き込まれる、請求項４に記載の印字ヘッドアセンブリ。
【請求項６】
前記ノズルから前記スリットの１つの縁部までの距離が、前記ノズルから前記スリットの反対側の縁部までの距離の２０％未満であるように、前記スリットは、前記ノズルに対して中心から外れている、請求項４に記載の印字ヘッドアセンブリ。
【請求項７】
前記細長い空隙と流体相互接続する吸引システムをさらに含み、前記吸引システムは、前記細長い空隙に圧力勾配を与え、それによって、前記細長い空隙から前記パージ印刷液を取り除く、請求項１に記載の印字ヘッドアセンブリ。
【請求項８】
前記開口部の真下に取り外し可能なように取り付けられた前記細長い空隙と流体相互接続する吸引システムをさらに備え、前記吸引システムは、前記開口部に圧力勾配を与え、それによって、前記開口部を介して前記細長い空隙から前記パージ印刷液を取り除く、請求項１に記載の印字ヘッドアセンブリ。
【請求項９】
前記遮蔽マスクは印字ヘッドハウジングをさらに含む、請求項１に記載の印字ヘッドアセンブリ。
【請求項１０】
前記印字ヘッドハウジングを冷却する冷却システムを含む、請求項１０に記載の印字ヘッドアセンブリ。
【請求項１１】
前記細長い空隙で捕らえられた前記パージ印刷液を前記印字ヘッドアセンブリの印刷液貯蔵部に戻す、印刷液貯蔵および再循環システムをさらに備える、請求項８または９に記載の印字ヘッドアセンブリ。
【請求項１２】
前記印字ヘッドが印刷領域にある間、パージ印刷液は分注される、請求項１に記載の印字ヘッドアセンブリ。
【請求項１３】
前記印字ヘッドハウジングは、印字ヘッドが、前記ノズル板の近傍にある湿気のあらかじめ定められたレベルを維持するために、印刷領域から出る間に、加熱したプリント基板上に分注された印刷液から、または、印字ヘッドの真下の揮発性の液体の熱いプールから噴出するガスの少なくとも一部を抜くように配置された、補助吸引システムをさらに備える、請求項１に記載の印字ヘッドアセンブリ。
【請求項１４】
（ａ）印字ヘッドアセンブリに、一体型のパージ機構を提供する工程であって、各々の印字ヘッドアセンブリが、
（ｉ）１つまたはそれ以上のノズルを含む印字ヘッド、および、
（ｉｉ）多くの前記ノズルに合わせるように並べられた開口部を含む遮蔽マスクであって、細長い空隙が前記印字ヘッドと印刷マスクの間で形成される、遮蔽マスク、を含む、工程、
（ｂ）印刷液が開口部を通過して印字ヘッドからパルスで分注されるように、第１の圧力によって前記印字ヘッドを始動させることにより印刷する工程、および、
（ｃ）分注された液体が前記細長い空隙に引き込まれるように、第２の圧力によって前記１つまたはそれ以上のノズルに印刷液を通すことによってパージする工程、を含む、印刷方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の一体型のパージ機構を備えた、１つまたはそれ以上の印字ヘッドアセンブリを使用する、印刷方法。
【請求項１６】
前記遮蔽マスクは、印字ヘッドの各々の前に開口部を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記遮蔽マスクの開口部はスリットを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記印字ヘッドの各々の前記スリットの縁部の近傍に前記１つまたはそれ以上のノズルを構成する工程であって、したがって、前記パージ印刷液が前記スリットの前記縁部を介して前記細長い空隙に引き込まれる、工程をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記ノズルから前記スリットの１つの縁部までの距離が前記ノズルから前記スリットの反対側の縁部までの距離の２０％未満になるように、前記ノズルに対して中心から外れて前記スリットを構成する工程をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記細長い空隙に流体的に接続された吸引システムを用いて、前記細長い空隙から前記印刷液を取り除く工程であって、真空システムが前記細長い空隙に圧力勾配を与え、それによって、前記細長い空隙から前記印刷液を取り除く、工程をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
前記開口部の真下に取り外し可能なように取り付けられた前記細長い空隙と流体相互接続される吸引システムを用いて、前記細長い空隙から前記印刷液を取り除く工程であって、前記吸引システムが前記開口部に圧力勾配を与え、それによって、前記開口部を介して前記細長い空隙から前記パージ印刷液を取り除く、工程をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
前記細長い空隙に引き込まれた前記印刷液を、印字ヘッドアセンブリの印刷液貯蔵部へと再循環させる工程をさらに含む、請求項２０または２１に記載の方法。
【請求項２３】
ノズル板で囲まれたジェットノズルを含むインクジェットヘッドによって印刷するための方法であって、
前記ノズル板は、前記ノズル板上の固体の沈澱の蓄積を防ぐために、印刷のあいだ湿ったままである、方法。
【請求項２４】
ノズル板を湿ったままにする工程は、加熱した基板に蓄積する排出された印刷液から噴出するガスによって行われる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
ノズル板を湿ったままにする工程は、印字ヘッドが印刷領域を出るあいだに、印字ヘッドの真下の揮発性の液体の熱いプールから噴出するガスによって行われる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記ノズル板の近傍にある湿気のあらかじめ定められたレベルを維持するために、補助吸引システムによってガスの一部を取り除く工程をさらに含む、請求項２４または２５に記載の方法。
【請求項２７】
ノズル板上の水滴の大きさを制御するために、ノズル板を間欠的に拭き取る工程をさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記ノズル板の近傍にある湿気のあらかじめ定められたレベルを維持するために、開口部を含む遮蔽マスクを用いて、プリント基板の熱とガスから前記印字インクジェットヘッドの一部を守る工程をさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
ジェットノズルの近くで拡散するガスの量は、前記遮蔽マスクによって開口部の縁部の近くにノズルを設置することによって制御される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記印字インクジェットヘッドのパージシーケンスは、前記ノズル板上の液滴の広がりを取り除く、請求項２８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、一般に印刷分野に関し、とりわけ、一体型の、セルフパージ、沈澱防止、および、ガス除去の構造を備えた印刷システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット印字ヘッドは、印字ノズルを清掃し、気泡を取り除き、そして、印刷の質を維持するために、定期的なパージを必要とすることが印刷の分野では知られている。簡単にいえば、インクジェットプリンタは、複数のノズルから、紙、または、太陽電池の前面、または、印刷あるいは印が施される他の媒体に、近接して固定されたノズル板内の対応する小さな開口部を通って、少量のインクを放出することによって動作する。これらの開口部は、選択された数のノズルからインクの液滴が媒体の特定の位置に対して排出されることによって、所望の文字または画像の一部が生成されるように、ノズル板に配される。媒体を制御して再配置し、その後に、インクの液滴を別途排出することによって、所望の文字または画像のより多くの部分が生成される。
【０００３】
太陽電池は、太陽光のエネルギーを直接電気に変換する、固体の半導体装置である。大部分の大規模な商用太陽電池工場は、プリント形成された多結晶シリコン太陽電池を作る。プリント形成された多結晶シリコン太陽電池は、銀ペーストインクジェット印刷を用いて前面上にプリント形成された微細な指状体（ｆｉｎｅ  ｆｉｎｇｅｒｓ）とより大きな母線からなる格子様の金属接点を有する。格子様グリッドの金属接点は、２ミリメートル（ｍｍ）間隔で６０〜１００本の印刷された銀線でできており、典型的には、１００マイクロメートル（μｍ）の幅を有している。
【０００４】
印字ヘッドをパージする頻度は、印字ヘッドが使用されている特定の用途に依存する。パージングは、およそ０．５バールの過剰圧力下で、ノズルを介してインクジェットヘッドから印刷液を強く押し出すことを含む。過剰な圧力の力は、約−０．０１バールの印刷の間に使用される通常の減圧に関連する。
【０００５】
従来のパージ技術の欠点の１つは、パージ液を印字ヘッドから滴り落とすことができ、かつ、ヘッドから滴り落ちる任意の液体が印刷工程に悪影響を及ぼさないメンテナンス領域まで、印字ヘッドを印刷領域から動かす必要があることである。この作業では一般に知られているように、ノズル板は、印字ヘッドの印字面に置かれ、いくつかある特徴の中でも特に、印字ヘッドを保護しながら印刷するためのノズルへのアクセスを提供する。
【０００６】
パージした後、ノズル板を掃除する（拭き取りとしても知られている）ことで、パージされた液体を取り除き、ノズルから印刷液を正しく噴出できるようにするのが好ましい。ノズル板の滑らかさと抗湿潤特性を保つために、ノズル板に接触することなく拭き取りを行なうことが望ましい。
【０００７】
ノズル板に接触することなく拭くための従来の技術の１つは、真空による拭き取りであり、真空のヘッドはノズル板を横切って動く。真空のヘッドは、ノズル板には接触しないが、吸引管としても知られている真空がノズル板から液体を取り除くことを可能にするほどには十分に接近している。真空のヘッドがノズル板に接触しないため、真空のヘッドのすべての側から（ノズル板の方向からだけでなく）の吸引があり、ノズル板の清掃効率は悪くなる。
【０００８】
従来の真空による拭き取りの欠点は、コスト、印刷速度、信頼度、および、拭き取りの質を含む。従来の真空による拭き取りの欠点の例は、次のものを含んでいる：（ａ）パージされた液体が印字ヘッドから滴り落ちる可能性があるため、印刷領域からメンテナンス領域まで印字ヘッドを動かす必要がある。（ｂ）印刷領域からメンテナンス領域まで印字ヘッドを動かすことは時間がかかるため、印刷速度が落ちて、これに応じてコストがかかることになる。（ｃ）印刷機は、真空のスリットが、接触せずに、例えば、約０．１５ｍｍのわずかな距離を開けてノズル板を横断することができるように、非常に高精度の要素と構造を必要とする。高精度の要素は印刷機のコストを増加させ、拭き取りの信頼度は高精度の維持に依存している。（ｄ）効果的な拭き取りは、真空のスリットが、例えば、約２ｍｍ／ｓ（秒速ミリメートル）の低速度でノズル板を横断することを必要とする。効果的な拭き取りに必要な時間は、印刷速度を遅らせ、結果として、印刷コストを増加させる。
【０００９】
したがって、太陽電池の格子様金属接点をプリント設計するために使用されてもよい印刷システム、例えば、パージされた液体をノズル板から（または、一般的に印字ヘッドから）滴り落とさないパージを可能にする印刷システムが必要とされている。それは、現在の技術よりもコストが低く信頼度が高い高品質の清掃がさらに望ましい。さらに、ノズル板上での沈殿物の形成を防ぎ、印刷されるインクジェットの偏向を防ぐためにノズル表面上に蓄積するガスの一部を取り除く必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態は、一体型のパージ機構を備えた印字ヘッドアセンブリを開示している。印字ヘッドアセンブリは、（ａ）少なくとも第１と第２の圧力によって駆動される、ノズル板で囲まれた１つまたはそれ以上の分注ノズルを含む液体分注ヘッド、および、（ｂ）１つまたはそれ以上のノズルの前に開口部を含む遮蔽マスク（ａ  ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ  ｍａｓｋ）を備え、印刷液が第１の圧力によって駆動されてヘッドから分注される際、印刷液は遮蔽マスク内の開口部を介してパルスで（ｉｎ  ｐｕｌｓｅｓ）分注され、（ｉｉ）パージ印刷液（ｐｕｒｇｅ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ  ｌｉｑｕｉｄ）が第２の圧力によって駆動されてヘッドから分注される際、パージ印刷液は、遮蔽マスクとノズル板の間に形成される細長い空隙へと引き込まれ、それによって、近くのノズルから、パージ印刷液を取り除く、ように、開口部は構成される。
【００１１】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、印字ヘッドアセンブリは、一体型のパージ機構を備えた１つまたはそれ以上の印字ヘッドアセンブリを含んでいる。
【００１２】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、印字ヘッドアセンブリは、複数の印字ヘッドを含み、遮蔽マスクは、印字ヘッドの各々の前に開口部を含む。
【００１３】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、遮蔽マスクの開口部はスリットを含む。
【００１４】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、１つまたはそれ以上のノズルが、印字ヘッドの各々でスリットの縁部に近接して構成されることで、パージ印刷液はスリットの縁部を介して細長い空隙に引き込まれる。
【００１５】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、スリットはノズルに対して中心から外れているため、ノズルから１つの縁部までの距離は、ノズルからスリットの反対側の縁部までの距離の２０％未満である。
【００１６】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、吸引システムは、細長い空隙と流体相互接続し（ｆｌｕｉｄ  ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）、吸引システムは、細長い空隙に圧力勾配を与え、それによって、細長い空隙からパージ印刷液を取り除く。
【００１７】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、吸引システムは、開口部の真下に取り外し可能なように取り付けられた細長い空隙と流体相互接続し、吸引システムは、開口部に圧力勾配を与え、それによって、開口部を介して細長い空隙からパージ印刷液を取り除く。
【００１８】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、遮蔽マスクはさらに印字ヘッドハウジングを含んでいる。
【００１９】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、印字ヘッドアセンブリは、印字ヘッドハウジングを冷却する冷却システムを含む。
【００２０】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、印字ヘッドアセンブリは、細長い空隙で捕らえられたパージ印刷液を印字ヘッドアセンブリ印刷液貯蔵部に戻す、印刷液貯蔵および再循環システムをさらに備える。
【００２１】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、印字ヘッドが印刷領域にある間、パージ印刷液は分注されてもよい。
【００２２】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、印字ヘッドハウジングは、印字ヘッドが、ノズル板の近傍にある湿気のあらかじめ定められたレベルを維持するために印刷領域から出る間に、加熱したプリント基板上に分注された印刷液から、または、印字ヘッドの真下の揮発性の液体の熱いプールから噴出するガスの少なくとも一部を抜くように配置された、補助吸引システムをさらに備える。
【００２３】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、印刷の方法が開示される。この方法は、以下の工程を含む：（ａ）印字ヘッドアセンブリに、一体型のパージ機構を提供する工程であって、各々の印字ヘッドアセンブリが、（ｉ）１つまたはそれ以上のノズルを含む印字ヘッド、および、（ｉｉ）多くのノズルに合わせるように並べられた開口部を含む遮蔽マスクを含み、細長い空隙が印字ヘッドと印刷マスクの間で形成される、工程、（ｂ）印刷液が開口部を通過して印字ヘッドからパルスで分注されるように、第１の圧力によって印字ヘッドを始動させることにより印刷する工程、および、（ｃ）分注された液体が細長い空隙に引き込まれるように、第２の圧力によって１つまたはそれ以上のノズルに印刷液を通すことによってパージする工程、を含む。
【００２４】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、該方法は、一体型のパージ機構を備えた１つまたはそれ以上の印字ヘッドアセンブリを使用する。
【００２５】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、遮蔽マスクは、印字ヘッドの各々の前に開口部を含む。
【００２６】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、遮蔽マスクの開口部はスリットを含む。
【００２７】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、該方法は、印字ヘッドの各々のスリットの縁部の近傍に１つまたはそれ以上のノズルを構成する工程であって、したがって、パージ印刷液がスリットの縁部を介して細長い空隙に引き込まれる、工程を含む。
【００２８】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、該方法は、ノズルからスリットの１つの縁部までの距離がノズルからスリットの反対側の縁部までの距離の２０％未満になるように、ノズルに対して中心から外れてスリットを構成する工程を含む。
【００２９】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、該方法は、細長い空隙に引き込まれた印刷液を、印字ヘッドアセンブリ印刷液貯蔵部へと再循環させる工程を含む。
【００３０】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、該方法は、細長い空隙に流体的に接続された吸引システムを用いて、細長い空隙から印刷液を取り除く工程であって、真空システムが細長い空隙に圧力勾配を与え、それによって、細長い空隙から印刷液を取り除く、工程を含む。
【００３１】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、該方法は、開口部の真下に取り外し可能なように取り付けられた細長い空隙と流体相互接続される吸引システムを用いて、細長い空隙から印刷液を取り除く工程であって、吸引システムが開口部に圧力勾配を与え、それによって、開口部を介して細長い空隙からパージ印刷液を取り除く、工程を含む。
【００３２】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、インクジェットヘッドによって印刷する方法が開示される。該方法は、ノズル板で囲まれたジェットノズルを含み、ノズル板は、ノズル板上の固体の沈澱の蓄積を防ぐために、印刷のあいだ湿ったままにする。
【００３３】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、ノズル板を湿ったままにしておく工程は、加熱した基板に蓄積する排出された印刷液から噴出するガスによって行われる。
【００３４】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、ノズル板を湿ったままにしておく工程は、印字ヘッドが印刷領域を出るあいだに、印字ヘッドの真下の揮発性の液体の熱いプールから噴出するガスによって行われる。
【００３５】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、補助吸引システムによってガスの一部を取り除く工程は、ノズル板の近傍にある湿気のあらかじめ定められたレベルを維持するために行なわれる。
【００３６】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、ノズル板を間欠的に拭き取る工程は、ノズル板上の水滴の大きさを制御する。
【００３７】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、開口部を含む遮蔽マスクを用いて、プリント基板の熱とガスから印字インクジェットヘッドの一部を守る工程は、前記ノズル板の近傍にある湿気のあらかじめ定められたレベルを維持する。
【００３８】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、ジェットノズルの近くで拡散するガスの量は、遮蔽マスクによって開口部の縁部に近くにノズルを設置することによって制御される。
【００３９】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、印字インクジェットヘッドのパージシーケンスは、ノズル板上の液滴の広がりを取り除く。
【００４０】
本発明の追加の特徴および利点は、以下の図面と明細書から明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
本発明についてのよりよい理解のために、および、同じものがどのようにして実行されるかを示すために、ここで、ほんの一例として添付の図面について言及する。図中、同様の数字は、全体にわたって対応する要素または部分を指定している。
【００４２】
ここで、図面について詳細に言及すると、示されている詳細は一例としてであり、本発明の好ましい実施形態の実例的な考察のためだけのものであり、本発明の原則と概念的な態様のも最も有用かつ容易な記載であると考えられているもののために提供されている、ということを強調しておく。この点に関して、本発明の構造的な細部を詳細に示そうとする試みは、本発明についての基本的な理解に必要とされる以上にはなされておらず、図面とともに取りこまれる明細書は、本発明の複数の形態がどのようにして実際に具体化されるのかを当業者に明白なものとしている。
【００４３】
【図１Ａ】本発明の実施形態に基づく、一体型のセルフパージ配置を備える印刷システムを示す。
【図１Ｂ】本発明の実施形態に基づく、一体型のセルフパージ構造を備える印刷システムの第２の図を示す。
【図１Ｃ】本発明の実施形態に基づく、インクが印刷される方向からの、一体型のセルフパージ構造を備える印刷システムの第３の図を示す。
【図２Ａ】本発明の実施形態に基づく、パージされた液体を洗浄するための真空パイプシステムの正面図を示す。
【図２Ｂ】本発明の実施形態に基づく、パージされた液体を取り除くための真空パイプシステムの側面図を示す。
【図３】本発明の実施形態に基づく、パージされた液体を取り除くための機構を示す。
【図４】本発明の実施形態に基づく、パージされた液体を取り除くための機構の詳細図を示す。
【図５】本発明の実施形態に基づく、印刷システムの細長い空隙と、パージ印刷液の排出を示す。
【図６Ａ】本発明の実施形態に基づく、印字ヘッドとプリント基板との間の間隔からガスを取り除くための機構を示す。
【図６Ｂ】本発明の実施形態に基づく、印字ヘッドとプリント基板との間の間隔からガスの一部を取り除くための機構を示す。
【図７】本発明の実施形態に基づく、印字ヘッドのノズル板を湿らせるガスを示す。
【図８】本発明の実施形態に基づく、印字ヘッドのノズル板上で形成された小さな水滴を示す。
【図９】本発明の実施形態に基づく、ノズルを介したインクの排出を妨害することがある、大きな水滴を示す。
【図１０】本発明の実施形態に基づく、小さな水滴に浮かぶインク液滴を示す。
【図１１】本発明の実施形態に基づく、ガスの源としての蒸発槽（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ  ｂａｔｈ）を示す。
【図１２】本発明の実施形態に基づく、スリットの縁部の近くに配されるノズルを示す。
【図１３】本発明の実施形態に基づく、ノズル板のスリットの底面図を示す。
【図１４】本発明の実施形態に基づく、一体型のセルフパージおよびガス除去構造を備えた、印字ヘッドアセンブリを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
本発明の実施形態は、パージ液をノズル板から滴り落とすことのない、一体型のセルフパージ、沈澱防止、および、ガス除去の構造を備えた、印刷システムを提供する。一体型のセルフパージ構造は、現在の技術よりもコストが低く、信頼度の高い、高品質の清掃に望ましい。とりわけ、本実施形態は、印刷を容易にする一方で、従来の技術に必要とされる時間と比較して、印字ヘッドをメンテナンス領域へと動かすのにかかる時間を減らす。加えて、１つのメンテナンス領域（または一般的にヘッドよりも少ないメンテナンス領域）がパージングに用いられるマルチヘッドシステム（または、多くのヘッド群を備えたシステム）において、本実施形態はシステムの複雑さを容易にする。例えば、各々のヘッド（またはヘッド群）は、メンテナンス領域のためのヘッドの競合（ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｏｎ）と調整を不要にする、一体型のセルフパージ構造を有する。この実施形態はインクジェット印字ヘッドに関して記載されているが、記載されたシステムと方法は、ノズルディスペンサーのような液体排出機構の液体排出ノズルにも一般的に適用可能である。
【００４５】
この明細書の文脈では、印刷液とインクという用語は、一般的に印刷に使用される材料を指すが、例えば、印刷プロセスによって沈着する金属粒子を含むキャリア液（ｃａｒｒｉｅｒ  ｌｉｑｕｉｄ）などの均質および非均質な材料に限定されない。
【００４６】
本発明の第１の態様によると、一体型のパージ機構を備えた印字ヘッドアセンブリは、（ａ）少なくとも第１と第２の圧力によって駆動される、ノズル板で囲まれた１つまたはそれ以上の分注ノズルを含む液体分注ヘッド、および、（ｂ）１つまたはそれ以上のノズルの前に開口部を含む遮蔽マスクを備え、印刷液が第１の圧力によって駆動されてヘッドから分注される際、印刷液は遮蔽マスク内の開口部を介してパルスで分注され、および、パージ印刷液が第２の圧力によって駆動されてヘッドから分注される際、パージ印刷液は、遮蔽マスクとノズル板の間に形成される細長い空隙へと引き込まれ、それによって、近くのノズルから、パージ印刷液を取り除く、ように、開口部は構成される。
【００４７】
本発明の実施形態によれば、毛細管現象は、印刷液を捕らえるため、かつ、印字ヘッドからプリント基板へ印刷液が滴り落ちるのを防ぐために使用される。
【００４８】
毛細管現象は、小さな開口部へと引き込まれる液体の性質である。毛細管作用としても知られている毛細管現象は、液体と固体材料の内部での分子間引力の結果である。毛細管現象のよく知られている例は、繊維間の狭い開口部へと液体を吸引することにより液体を吸収する、乾燥したペーパータオルの性質である。別の例は、狭いチューブ内で上昇する液体の性質である。特定の液体の類似する分子間に存在する相互引力は、凝集と呼ばれる。凝集は、表面張力として知られる現象を生じさせる。引力が２つの異なる材料、例えば、液体と固体容器の縁部との間に存在する際、引力は接着として知られている。毛細管現象は、液体分子の凝集と、空間（例えば、狭いチューブの壁によって形成される空間）との液体分子の接着の結果である。例えば、狭いチューブのなかで容器の縁部を近づけてくっつけると、凝集と接着の相互作用により、液体は、容器の縁部によって形成された空間に（現在の例では狭いチューブに）引き込まれる。この明細書の文脈では、空間は、ノズルと遮蔽板の間の細長い空隙によって形成される。
【００４９】
本発明のさらなる態様は、ガスを用いてインクジェットを遮るまたはそらす印字ヘッドノズル板上の沈澱蓄積を防ぐための、および、ノズル板上の印字ヘッドの真下に蓄積されたガスの一部を取り除くための、方法に関する。
【００５０】
本発明のさらなる態様によれば、特定の実施形態は、一体型のセルフパージ、沈澱防止、および、ガス除去の構造を用いて印刷する方法を提供する。該方法は、（ａ）一体型のパージ機構を備えた印字ヘッドアセンブリを含む１つまたはそれ以上の印字ヘッドアセンブリを含む印刷システムを提供する工程であって、各々の印字ヘッドアセンブリは、１つまたはそれ以上のノズルを含む印字ヘッドと、開口部を備えたノズル板を含む印刷マスクとを備え、開口部は、ノズル板開口部が１つまたはそれ以上のノズルに合わせられ、細長い空隙が印字ヘッドと印刷マスクとの間で形成される、ように並べられる工程、（ｂ）印刷液がノズル板開口部を通り抜けて印字ヘッドから排出されるように、第１の圧力によって印字ヘッドを始動させることにより印刷する工程、（ｃ）第２の圧力によって印字ヘッドを始動させることによりパージする工程であって、したがって、第２の圧力を介して１つまたはそれ以上のノズルを通して排出された印刷液は細長い空隙によって捕らえられる、工程を含む。
【００５１】
本発明のさらなる態様によれば、印字ヘッドはマスクによって基板の熱とガスから守られ、マスクは、インクが基板上に分注される際に通るスリットを含む。さらに、印字ヘッドノズルはスリットの１つの縁部の近くに配され、ゆえに、スリットに入るガスの大部分は、スリットを通して見た際のノズル板の中心領域で凝縮し、ガスの一部のみがスリットの縁部の近くで凝縮する。
【００５２】
本発明の様々な態様は、太陽電池の格子様接点をプリント形成するためのシステムと方法の非限定的な例に主に言及することによって本明細書に示されるが、当然のことながら、本発明の様々な態様は多種多様な他のインクジェット印刷システムに等しく適用可能である。
【００５３】
図１Ａは、本発明の実施形態によって、一体型のセルフパージ構造を備えた印刷システムの第１の図を示す。便宜上、図１Ａおよび図１Ｂは、適宜、正面図と側面図と呼ばれる。図は一定の縮尺で描かれていないことに注意する。インクジェット印字ヘッド（１００）は、ノズル板（１０２）を含める。インクは、複数のノズル（図示せず）から矢印（１０８）の方向にポリシリコン太陽電池の前面であるプリント基板（図示せず）へと印刷される。この分野での通常の使用は多くのノズルを伴うが、このシステムは１つまたはそれ以上のノズルに使用され得ることに注意する。便宜上、矢印（１０８）によって示される印字ヘッドからプリント基板までのインクの方向を、下方と呼ぶ。図１Ａは、ノズルの配列からのインクの印字方向を示す複数の矢印（１０８）を示しており、一方で、図１Ｂの側面図は、側面図からは１つの配列しか見えないように、１本だけの矢印を示している。この実施の特徴は、この明細書ではマスクとも呼ばれる印刷マスク（１０４）を、ノズル板（１０２）に合わせて位置付けることにより、ノズル板と印刷マスクとの間に細長い空隙（１１０）が形成される。パージしている間、パージされた液体は細長い空隙（１１０）の表面に付着し、毛細管現象は、パージされた液体を細長い空隙へと引き込む。
印字ヘッドのノズルは、印刷を容易にするために、印刷マスク（１０４）内のスリット（１０６）に合わせて並べられる。
【００５４】
図１Ｃは、インクが印刷される方向からの、一体型のセルフパージ構造を備えた印刷システムの第３の図を示している。便宜上、図１Ｃを底面図とも呼ぶ。参考のために、スリット（１０６）は、幅（１１２）と長さ（１１４）を有する。深さとも呼ばれる高さ（１１６）は、印刷マスクの厚みとほぼ同じであるのが一般的である。
【００５５】
印刷マスク（１０４）は、ノズル板（１０２）に合わせて並べられ、印刷マスクとノズル板との間に細長い空隙（１１０）を形成するために位置付けられる。この明細書の文脈では、マスクは、部分的にノズル板（１０２）を覆うとともにノズルから印刷領域への印刷を容易にするために開口部を有する、板のことを指す。ノズル板（１０２）は、ノズルからの印刷を容易にするために印刷工程の間に用いられるのが一般的であり、印字ヘッド（１００）とノズルを守ることもできる。通常の操作時、印刷マスク（１０４）内のスリット（１０６）は、印刷を促進するために、十分に幅が広く、かつ、印刷ノズルに十分なほどに正確に合わせて並べられる。インクジェット印字ヘッド（１００）の場合は、印刷は、ジェット圧力が圧電性結晶（各ノズルに１つの圧電性結晶）によって印字ヘッド（１００）内部で形成される、パルスでのノズル（図示されず）からのインク液滴の噴射を含む。噴射は、適切な時間にわたって印字ヘッドに適切な圧力を加えることで、印字ヘッドに、印刷液（インク）の液滴を、ノズルから、ノズル板（１０２）の開口部（図示せず）を介して、空隙（１１０）を横切って、印刷マスク（１０４）内のスリット（１０６）を介して、プリント基板（図示せず）上に放出させる。１つの非限定的な例において、２０μｍ幅のノズルは、１００μｍと３００μｍの間の幅（１１２）を有するスリットを通って印刷される。
【００５６】
パージする間、適切な余分な圧力が外部から印刷液に、かつ、適切な間にわたって印字ヘッド（１００）を介してかけられることで、ノズルを通って印字ヘッドからインクを無理やり押し出す。パージの間にノズルから噴出するインクは、接着（以下に定義されるように２つの異なる材料の間の引力）によってノズル板（１０２）に接着し、このことは、この場合、ノズル板を湿らすインクの性質としても知られている。ノズル板が抗湿潤コーティングで覆われる際でもノズル板の湿潤は生じる。マスク（１０４）をノズル板（１０２）に十分に近づけて並べる際、マスクもインクによって湿る。接着によって、インクは、スリット（１０６）を通り抜けない。マスク（１０４）がノズル板（１０２）に対して適切に位置付けられると、パージされたインクは毛細管力によって細長い空隙（１１０）に引き込まれる傾向にある。細長い空隙（１１０）の縁部は、スリット（１０６）の縁部の少なくとも一部を共有する。パージが（ノズル板をパージして拭き取る間に滴り落ちることもあるインクを集めるために）マスク（１０４）の下に任意の追加ハードウェアを必要としないため、この技術は口語的に「隠れたパージ」と呼ばれる。
【００５７】
所望の毛細管現象をもたらすために必要な細長い空隙の大きさは、特定の出願に依存しており、より具体的には、表面そのものと液体の特性に依存している。この明細書の文脈では、細長い空隙の大きさへの言及は、別段の定めがない限り、ノズル板（１０２）とマスク（１０４）の間の距離を指す。印刷液、ノズル板、および、マスク板の物理的な特性を考慮して、当業者は、所望の毛細管現象を与えるために、細長い空隙の必要な大きさを計算することができる。
【００５８】
ノズルが２０μｍ幅である非限定的な例において、細長い空隙（１１０）は、５０〜５００μｍと同じくらいの大きさであってもよい。上記の実施形態の範囲内で、細長い空隙（１１０）の好ましい大きさは可能な限り小さく、したがって、ノズルをプリント基板にできるだけ近づけることができ、高品質な印刷を容易にする。同様に、毛細管現象を強化するために、細長い空隙はできるだけ小さくなければならない。最も小さな細長い空隙の大きさは、印刷液の物理的な特性に少なくとも部分的には依存する。細長い空隙の大きさは、特定の用途のために、印刷液の流れと採取を容易にするほどには大きくなければならない。毛細管現象を促進するために、パージされた印刷液は、好ましくは、スリットの縁部（空隙の縁）の少なくとも１つに付着しなければならず、したがって、ノズルはスリットの縁部に可能な限り近づけられ、パージされたインクが少なくとも１つのスリット縁部（細長い空隙の縁部）に付着するのを促進しなければならない。本実施例において、ノズルからスリット縁部までの距離は５０〜３００μｍであるのが適切である。
【００５９】
スリットは、例えば、弾性的な薄いワイパーによって、ノズル板の時々拭くことを容易にするほどに十分に大きいのが好ましい。本実施例において、０．７〜１．５ｍｍのスリット幅で十分である。この場合、パージされた印刷液がスリットの端に付着するのを容易にするために、ノズルは、（スリットの真中に位置付けられるのとは対照的に）スリットの縁部に近づけて位置付けられるのが好ましい。
【００６０】
同様に、マスク（１０４）は、必要とされる機械的強度と熱伝導を提供するのに十分なほどの厚さが必要とされ（寸法１１６）、ノズルが印刷面に可能な限り近づけるように、できるだけ薄いのが好ましい。パージした後、遅れは、パージされた液体のほとんどすべてが、ノズル板（１０２）から細長い空隙（１１０）へとながれるための十分な時間を提供する。非限定的な例において、インクジェットヘッドをパージした後に、２〜８秒の遅れは、ノズル板からインクが取り除かれ、高品質な清掃を提供するのに十分である。遅れの後、印字ヘッドは、印刷に使用される準備ができている。
【００６１】
ノズル板と印刷マスクの内側（この文脈では、ノズル板に面する印刷マスクの側）と両方は、抗浸潤コーティングで覆われることは望ましい。抗浸潤コーティングは、ノズル板の表面と印刷マスクの内側とに付着する印刷液の傾向を減らす。パージされた印刷液は、細長い空隙から取り除かれる必要があり、言い換えれば、細長い空隙から一掃される必要がある。細長い空隙を清掃する頻度は用途に依存する。１つの場合では、細長い空隙は、すべてのパージの後に清掃される。清掃システムの実施は用途に依存する。
【００６２】
図２Ａと図２Ｂは、パージされた液体を取り除くための真空パイプシステムの正面図と側面図をそれぞれ示し、真空パイプシステム（２００）は、スリット（１０６）の一部を覆うマスク（１０４）の下に示されている。この場合、真空パイプシステム（２００）は、その下からスリット（１０６）に沿って移動する、真空ヘッド（２０２）を含んでいる。真空ヘッド（２０２）は、ポンプ（図示せず）に接続されるチューブ（２０４）に接続するか、または、その一部である。真空、例えば−０．４〜−０．８バールの減圧が、ポンプによってチューブ（２０４）にかけられ、圧力勾配の力は、細長い空隙（１１０）からスリット（１０６）を介して矢印（２０６）の方向にパージされた液体を吸引する。
【００６３】
真空ヘッド（２０２）がスリット（１０６）を覆うマスク（１０４）の床に堅く取り付けられ得るため、真空ヘッドの吸引は主としてスリットからであり、その一方で、真空ヘッドはノズル板を接触しない。図２Ｂから分かるように、真空ヘッド（２０２）は、マスク（１０４）と接し、スリット（１０６）の幅を覆う。対照的に、上記の従来の真空による拭き取り技術では、真空ヘッドはノズル板とは接触せず、ノズル板の清掃効率を低下させる。本実施形態において、ノズル板（１０２）の清掃は、パージの最中またはパージの後に行われ、パージされたインクが高い清掃効率で毛細管現象によって空隙へと引き込まれると、真空パイプシステム（２００）は、スリット（１０６）によって細長い空隙（１１０）からパージされた液体を排出する。別の実施形態では、ノズル板（１０２）の清掃は、スリットによってノズル板からパージされた液体を排出する真空パイプシステム（２００）によって、パージの間またはパージの後に行われ得る。さらに、従来の真空による拭き取りと比較すると、清掃時間は短くなる。真空パイプシステムは当該技術では知られており、この明細書に基づいて、当業者は、用途に適切な真空パイプシステムを実施することができることができるであろう。
【００６４】
上記方法は有効である。しかしながら、特定の場合には、印刷マスクの下にシステム要素を伴わない細長い空隙を清掃することが好ましい。この特徴は、ヘッドが清掃のあいだ印刷面の上にあり、メンテナンスに必要な時間を短くするのを容易にすることで印刷速度が速くなるような場合に望ましい。
【００６５】
図３は、パージされた液体を除去するための機構を示し、印字ヘッドは、たんにハウジングとしても知られている印字ヘッドハウジング（３００）をさらに含み、それは印字ヘッド（１００）を部分的に囲む。当該技術において、印字ヘッドハウジング（３００）は、しばしば「マスク」とも呼ばれるが、本明細書で使用されるマスク（１０４）と混同されてはならないことに注意する。ハウジング（３００）は、印字ヘッド（１００）の側部を囲む側方部分（３０２）を含んでいる。床としても知られているハウジング（３００）の底部部分（３０４）は、マスク（１０４）として機能し、ノズル板（１０２）を部分的に囲む。ハウジング（３００）は、真空システム（３１０）に接続された１つまたはそれ以上の吸引口（３０６）を含んでいる。吸引口（３０６）は、パージされた液体が細長い空隙（１１０）からハウジングの外へ吸引されるのを促進する。真空システム（３１０）は、真空パイプシステムの真空ヘッド（２０２）を動かす必要なく、上記の真空パイプシステム（２００）と同様に実施され得る。真空システム（３１０）はハウジング（３００）に接続したままにすることができる。
【００６６】
１つの非限定的な例において、該システムはパージを行い、その後、真空システム（３１０）の操作が行われる。この場合、パージされた液体は、上記のように、細長い空隙に引き込まれる。パージが終わった後の測定時間に、真空システム（３１０）は作動し、上記のように、パージされた液体をハウジングから排出する。別の非限定的な例において、真空システム（３１０）はパージの間に作動する。この場合、パージは、吸引が毛細管現象に追加の圧力を加え、パージされた液体が滴るのを防ぐのを役立つとともに、迅速なパージを促進することで、上記の技術と比較して清掃時間を短くするという点でより効率的である。対照的に、従来のパージ技術では、同時にすべてのノズルからパージされるため、真空による拭き取りはパージの最中には行うことができず、その一方で、真空ヘッドがノズル板を横断して移動すると、一度にノズルの一部のみを覆う真空ヘッドによって、真空による拭き取りが行われる。随意の実施形態では、真空システム（３１０）は、パージの最中またはパージの後に、毛細管現象と無関係に作動することが可能で、パージされた液体を空隙（１１０）によってノズル板から排出する。随意に、パージされた液体は、適切な濾過システムを介した真空システムから、インク供給システムへと再利用することができる。真空システムは当該技術では知られており、この記載に基づいて、当業者は、ハウジング（３００）と用途とに適切な真空システム（３１０）を実施することができる。
【００６７】
図４は、パージされた液体を除去するための詳細な機構を示し、ハウジング（３００）は、冷却液が通る冷却水路（４００）をさらに含んでいる。用途に依存して、印字ヘッド（１００）および／またはハウジング（３００）は、印刷によって熱くなり、例えば、損傷から該システムを守るために、および／または、印刷の質を維持するために、冷却されること必要としてもよい。一般に、熱源はハウジング（３００）の外部にあり、ハウジングは熱による損傷から印字ヘッド（１００）を守る。非限定的な例において、主な熱源は、金属線がプリントされている太陽電池シリコンウエハーのような、ハウジング（３００）の真下のプリント基板である。太陽電池シリコンウエハーは、摂氏２５０度まで暖められた後に印刷領域に入ってもよい。この温度は、銀粒子などのインクを含む金属粒子の液体キャリアを蒸発させるために必要とされてもよい。この場合、ハウジング（３００）は、太陽電池ウエハーからの熱が印字ヘッド（１００）のノズル板（１０２）に到達するのを防ぐ熱障壁として機能する。１つの任意の実施形態において、冷却水路（４００）は、冷却液のための経路を有する。冷却液は、用途に適切な経路を循環して、システムを冷却する。ハウジング（３００）は、アルミニウム、銅、または、用途に適切な他の材料、好ましくは、優れた熱導体である材料から構築され得る。
【００６８】
非限定的な例において、ハウジング（３００）はアルミニウムから作られ、印字ヘッド（１００）はインクジェットヘッドである。図１Ａ、１Ｂ、および、１Ｃを参照すると、スリット（１０６）は、０．３ミリメートル（ｍｍ）の幅（１１２）を有している。スリット幅は用途に依存して小さくしても大きくてしてもよい。スリット幅は、噴出する液滴の直径よりも大きく、さらに、ノズルの真直度と配置の不正確さを許容するほどに大きいのが望ましい。非限定的な例において、液滴の直径が２０μｍである場合、５０μｍのスリット幅は最小幅であるのが好ましい。スリットが好ましい最小値よりも大きいような場合では、パージされた液体が細長い空隙（１１０）の縁部に付着するのを促進するために、ノズルをスリットの縁部（側）に十分に近づけることが望ましい。この場合の非限定的な例は、１〜２ｍｍのスリット幅が０．３ｍｍの最小スリット幅の代わりに用いられ、ノズルはスリットの縁部から０．１ｍｍとなるように並べられる場合である。上記のように、ひとたびパージされた液体が細長い空隙（１１０）の縁部に付着すれば、毛細管現象は、パージされた液体をマスク（１０４）の後ろの細長い空隙に引き込む。スリットの一方の側、この場合は、ノズルが並べられた方に近い側の細長い空隙に、パージされた液体を引き込むことで一般的には十分であることに留意する。２列のノズルを含むノズル配列を備えた例において、スリットの幅と配置は、ノズルの各列がスリットのそれぞれの縁部に近くなるように、設計され得る。０．３ｍｍのスリットの高さ（１１６）は、マスクの厚みに相当し、ハウジング（３００）の床（３０４）として実現される。高さは用途に応じて低くしても高くしてもよい。高さは低くても可能であるが（例えば０．２ｍｍ）、実施の実現性を考慮することで制限される。実施の実現性の考慮には、限定されないが、一般的に不十分な熱伝導度を有し、かつ、損傷を受けやすい薄いマスクに相当する低い高さを含む。高さが高くても可能であるが（例えば１ｍｍ）、高さが高いと、印字ヘッドとプリント基板とを大きく切り離す必要があることを含む（ただし、これに限定されない）実施の実現性の考慮によって制限され、これは上記のように印刷の質を低下させる。ノズル板とマスクの間の細長い空隙（１１０）は０．３ｍｍであるのが好ましいが、用途によって変わり、細長い空隙は０．０５ｍｍから約０．５ｍｍまでであり得る。ハウジングの側方部分（３０２）と印字ヘッド（１００）のあいだの間隔（４１０）は、０．３ｍｍであるのが好ましいが、用途によって変わり、細長い空隙は０．１ｍｍから１ｍｍまでであり得る。
【００６９】
矢印（４０２）は、パージされた液体の流れの方向を示す。図４の平面図では、矢印は、スリット（１０６）から離れて左右に向かう流れを示すが、実際の三次元システムでは、流れは、スリット（１０６）から、真空システム（３１０）に接続された吸引口（３０６）へと外部に向かうことに留意する。清掃は、真空システム（３１０）の随意のバルブＶｆまたは用途に適した他の手段の活性化によって、始められ得る。代替的な実施形態において、パージの間、ノズルから噴出する印刷液はノズル板に付着する。真空システム（３１０）は、空隙（１１０）を介して負圧を与え、吸引によって、ノズル板（１０２）から、パージされた印刷液を除去する。
【００７０】
図５は、本発明の実施形態に従って、印刷システムの細長い空隙と、パージ液の排出を示す。印字ヘッド（１００）と、任意の冷却液（４００）を備えたハウジング（３００）が図示されている。パージ液（５１０）は、ノズル（図示せず）の配列とノズル板（１０２）とを通り抜ける。パージ液（５１０）は、細長い空隙（１１０）に引き込まれ、細長い空隙（１１０）を通って、および、印字ヘッドハウジング（５２０）から外に、真空パイプシステムによって排出される。パージ液は再度循環して、印刷液を包含するように構成された印字ヘッドの内側部分に貯蔵されてもよい。
【００７１】
インクジェットヘッド（１００）のノズル板（１０２）は、印刷液と混じり合わず、印刷液が板にくっつくのを防ぐ、非浸潤性材料によってしばしば覆われる。結果として、ノズル板（１０２）上を流れる液体は、ノズル板に付着しやすい大きな液滴（５１０）へと容易に変わり、細長い空隙（１１０）と真空パイプシステムとによってノズル板から除去され得る。
【００７２】
インクはいくつかの方法でノズル板（１０２）に蓄積してもよい：１．パージング中に、インクは、ノズルからひっきりなしに流れ、最良の非浸潤性コーティングをもってしても、インクは、滴下して外気になるか、基板に滴下するよりも、ノズル板一面に広がる。２．噴射された衛星（すなわち、噴出したインクを含むはるかに大きな主要な液滴を伴う非常に小さな寄生液滴（ｐａｒａｓｉｔｅ  ｄｒｏｐｌｅｔ））は、ノズルから浮上した直後に（大気との摩擦のために）勢いを失い、大気中を容易に逆流してノズル板に着陸する。
３．基板に影響を与える噴出したインクの一部は、跳弾（ｒｉｃｈｃｈｅｔ）のようにノズル板の方に戻り、それにくっつく。４．とりわけ、加熱した基板上にプリントする場合、基板上に沈着した印刷流体の溶媒はすぐに蒸発し、冷たいノズル板（１０２）上で凝縮する溶媒蒸気のガスを生成する。
【００７３】
限定されないが、銀などの導電性金属粒子を用いる印刷の特に好ましい例などの、固体粒子を含む印刷液（「インク」）で印刷する場合、ノズル板上にインクが存在すると甚大な問題につながることもある。具体的に、ノズル板上のインクが乾燥してもよい場合、粒子の層は表面上に沈着する。時間とともに、複数のこのような層は蓄積することもある。これらの層は、ノズル板の非浸潤性の表面特性を低下させ、ノズルに十分に近づけて構築されると、印刷の質を直接的に低下させ、結果として、ノズルを完全に詰まらせることもある。
【００７４】
本発明のさらなる態様によれば、粒子のそのような沈着は、ノズル板上に存在する任意のインクが乾燥しないようにノズル板のすぐ近くに液体の蒸気がくるようにすることによって、除去されるか、または、減らされる。依然として湿っているインクは、その後、ノズル板上に材料が蓄積するのを防ぐために、機械的な拭き取りや吸引によって、周期的に取り除かれる。特に、加熱した半導体ウエハーのような高温基板上でのプリント形成の好ましい場合において、溶媒蒸気は、基板に沈着したインクから本質的に生成される。しかしながら、余分な蒸気は、ノズル板上の大きな液滴の蓄積を引き起こし、この蓄積そのものが印刷工程に直接干渉する。従って、本発明のこの態様は、表面上の任意のインクが乾燥しないように、大きな液滴を形成することなくノズル板のすぐ近くに十分な蒸気を残したまま、余分な蒸気を取り除く、蒸気（あるいは「ガス」）管理システムを提供する。
【００７５】
印字ヘッドがノズルの配列を含むと仮定すると、ガスの量を制御する２つの方法がある：ガスがノズル領域に到達する前に、補助の真空開口部によってガスの一部を排出することと、第２の方法は、ヘッドがマスクによって基板の熱とガスから守られている場合のことを指し、マスクは、インクが基板上に分注される際に通るスリットを含む。そのような場合、スリットに入るガスのほとんどは、スリットから見てノズル板の中心領域で凝縮し、少量のガスだけがスリットの縁部の近くで凝縮する。本発明の特定の好ましい実施に従ってこの現象を利用するために、マスクのスリットは、印字ヘッドのノズルがスリットの１つの縁部の近くになるように、配される。スリットの１つの縁部の近くにノズルをこのように位置付けることは、パージ工程の間の前述の毛細管現象による取り込みにも有利であり、パージ工程の間にノズルで形成される液滴が、すぐに細長い空隙と接触して、該空隙に引き込まれることを保証する。
【００７６】
図６Ａは、本発明の実施形態によって、印字ヘッドとプリント基板の間の空隙から余分なガスを取り除くための機構を示している。印刷液がノズル板（１０２）内のノズルを通って印字ヘッド（１００）から放出された後に、熱い基板（６２０）によって形成されるガス（６１０）は、印字ヘッドハウジング（３００）を通って補助吸引システムによって取り除かれる。
【００７７】
図６Ｂは、本発明の実施形態にしたがって、印字ヘッドとプリント基板の間の空隙からガスの一部を取り除くための機構を示している。ガス（６１０）の一部、典型的にはガスの９０％は、補助吸引システム（６４０）によって排出され、ガス（６１５）の残りの部分は、ノズル板（１０２）上に蓄積している。非常に低いガス圧で、ノズル板は、インク液滴によって、したがって、例えば、銀粒子のようなインク中に含まれる固体の沈殿物によって、徐々に覆われる。高いガス圧で、印字液の液滴は凝集して、ノズル板（１０２）のノズルをそらしたり、塞いだりすることもある。
【００７８】
図７は、本発明の実施形態にしたがって、印字ヘッドのノズル表面を湿らせるガスを示している。ガス（６１５）の一部はノズル板（１０２）に蓄積する。
【００７９】
本発明の実施形態によれば、固体の沈殿物の沈着がノズル板の湿気を維持することで防がれるため、蓄積したインクは、吸収スポンジなどを用いた拭き取り点検作業（ｓｅｒｖｉｃｅ  ａｃｔｉｏｎ）によって、間欠的に拭き取られ得る。摩擦を繰り返すと、ノズル板の非浸潤性コーティングを分解させることになる。本発明によれば、ノズル板上でのインクの乾燥が防がれるため、ノズル板の連続的な機械的拭き取りの間の時間は、蒸気を制御せずに拭き取りにのみ依存した従来のシステムと比べて、大幅に増やされてもよい。
【００８０】
図８は、本発明の実施形態にしたがって、印字ヘッドのノズル表面に形成される小さな液滴を示す。ノズル板（１０２）に塗布される非浸潤性のコーティングにより、ノズル板表面に大きな液滴がくっつくのを防ぐ。しかしながら、熱い基板のプリント画像（６６０）から発生した熱いガス（６１５）は、ノズル板表面（１０２）上に小さな液滴（６７０）を形成する。
【００８１】
図９は、本発明の実施形態にしたがって、ノズルを介したインクの排出を妨害する大きな液滴を示している。図８で示された小さな液滴（６７０）は、ノズル板表面（１０２）上で集まって固まり、数少ない大きな液滴（６８０）になり、インクジェットをそらして、高すぎるガス圧力でノズル板のノズルを塞ぐことさえある。
【００８２】
図１０は、本発明の実施形態にしたがって、小さな液滴に浮かぶインク液滴を示している。実験によって、ノズル板が小さな液滴（６７０）を含んで湿っている場合、大きな液滴（６９０）でノズル板に接触する印刷流体は、ノズル上に固形沈殿物の痕跡を残さないということが分かった。このことは、ノズル板の表面へのインク中の固形材料の密接な接触が、固体粒子（または、溶解材料）とノズル板を間でバッファーの役割を果たす、ノズル板に広がる透明な液体の液体層によって、防がれるという点で説明することができる。インクが実際にはノズル板に接触せずに、むしろ、透明の液体の小さな液滴次第である場合には、密接な接触が防がれることもある。最後の文章は、ノズル板上にくっつくインク液滴さえ、いったん取り除かれると、固形の沈殿物を残さないという事実を説明するものであってもよい。代替的な仮説によれば、ノズル板上にくっつくインク液滴（６９０）はノズル板を汚したりはせず、なぜなら、インク液滴がノズル板に溜まった後に透明な液体の噴霧またはガスまたは蒸気が連続的に供給され、ノズル上に固形物が付くのを防ぐためである。ノズル板（１０２）に蓄積されるガスに対する排出されるガスの比率は、補助吸引システムの効率に依存して、当業者によって制御され得る。本発明の実施形態によれば、ノズル板上の少量のガスは、先に本明細書に記載されるように、沈澱と印刷液の液滴の両方の蓄積を防ぐ。
【００８３】
図１１は、本発明の実施形態にしたがって、ガスの供給源としての蒸発槽を示している。ヘッドが印刷領域（７００）を出るあいだに、ガス（６１５）は、例えば、ヘッドの真下の揮発性の液体（６６５）の暖かいプールによって生成されてもよい。この選択肢は、印刷が冷たい（加熱されない）基板上で行なわれ、したがって、印刷工程がノズル板上での所望の水分量を維持するために本質的に十分なガスを生成しないような状況で特に適している。
【００８４】
ノズル板を湿らせることは、各印刷パス（例えば、各々の印刷されたページ）間で必要とされてもよい。しかしながら、パージングの前後に、または、任意の他のメンテナンス動作の前後に、ノズル板を一度だけ湿らせることで十分な場合もある。この場合、湿らせることは、必要に応じて、それほど頻繁には行われない。別の実施形態は、印刷作業の合間（例えば、２Ｄ印刷における中間の異なるページ、または、３Ｄ印刷における層、または、太陽電池上のプリント金属線内のウエハー）に、ノズル板上に液体蒸気または蒸気を噴霧することまたは向けることである。
【００８５】
印字ヘッドがノズル配列を含むと仮定すると、ガスの量を制御するための２つの方法がある：ガスがノズル領域に到達する前に、補助の真空開口部によってガスの一部を排出することと、第２の方法は、ヘッドがマスクによって基板の熱とガスから守られている場合のことを指し、マスクは、インクが基板上に分注される際に通るスリットを含む。そのような場合、スリットに入るガスのほとんどは、スリットから見てノズル板の中心領域で凝縮し、少量のガスだけがスリットの縁部の近くで凝縮する。したがって、ヘッドは、ノズルがスリットの１つの縁部に近づくように、マスクの後ろに位置付けられる。
【００８６】
図１２は、本発明の実施形態にしたがって、スリットの縁部に近くに配されたノズルを示している。典型的には２０μｍの直径を有するインクジェット（７１５）は、スリット縁部の近くを通るように示されている。
【００８７】
図１３は、本発明の実施形態にしたがって、ノズル板のスリットの底面図を示している。マスク（７２０）は、スリット（７３０）の形をした開口部を有しており、スリットの真下にはノズル板（１０２）が示されている。スリット（７３０）がノズル（７５０）に対して中心から外れているため、ノズルからスリットの１つの縁部までの距離は、ノズルからスリットの反対側の縁部までの距離の２０％未満になるような、ノズル（７５０）の配列が記載されている。凝縮した液滴（７６０）は、スリット（７３０）のほぼ中心で凝集し、ごく一部のかつ直径の小さな液滴だけが、ノズル（７５０）の配列が位置付けられたスリット縁部に到達する。
【００８８】
図１４は、本発明の実施形態にしたがって、一体型のセルフパージおよびガス除去の構造を備えた、印字ヘッドアセンブリを示す。補助吸引システム（６４０）は、ノズル板（１０２）の近傍にある湿気のあらかじめ定められたレベルを維持するために設置される。補助吸引システム（６４０）は、ガス（６９５）の大部分を取り除き、その一方で、少量のガス（６１５）はノズル板（１０２）に到達する。細長い空隙（１１０）は、真空パイプシステム（図示せず）によって取り除かれるパージ印刷液（５１０）の大きな液滴を引きこむ。吸引システムは、細長い空隙（１１０）に圧力勾配を与え、それによって、細長い空隙（１１０）からパージ印刷液（５１０）を取り除く。パージ印刷液（５１０）は、印刷液を包含するように構成された印字ヘッドの内側部分に対して、再度循環されてもよい。
【００８９】
パージする頻度は、印字ヘッドが使用されている特定の用途に依存する。１つの実施形態では、パージは、連続的な印刷工程中の１つの工程として周期的に始められる。別の実施形態では、パージは、あらかじめ決められたスケジュールに従って開始され、別の実施形態では、パージは、システムの要件に基づいて始められる。システム要件の１つの非限定的な例は、印刷の質を追跡するために検査カメラを使用している。印刷の質が与えられたパラメータを満たさない場合、パージが始められる。
【００９０】
本発明の実施形態は、効率的な印刷シーケンス（ｐｒｉｎｔｉｎｇ  ｓｅｑｕｅｎｃｅ）とメンテナンスのサイクルを容易にし、滴り落とすことなくパージを利用し、および、印刷マスクの下にシステム要素を含まずに清掃を行う。パージメンテナンスサイクルの１つの実施形態において、連続的な印刷のあいだ、印字ヘッドは印刷をストップし、印刷面の上で適切な場所に留まる。０．２秒から０．５秒かかるパージが始められる。パージの後、約５秒の遅れは、パージされた液体のほとんどすべてが、スリットに合わせて並べられるノズル板の一部から、ノズル板とマスクの間の空隙へと流れるために十分な時間を提供する。１〜３秒の真空システムの操作は、パージされた液体を空隙から吸引するための圧力を与える。吸引が完了すると印刷は再開することができる。印刷は、上記のように、吸引中に再開することができ、その場合には、吸引圧力は、正確な印刷と正確な噴射方向を可能にするための適切なレベルであることが確認されなければならない。印刷は、印刷領域からメンテナンス領域まで移行するのに時間がかかる印字ヘッドを伴わずに再開する。
【００９１】
随意の実施形態において、印刷ノズルを清掃し、かつ、印刷の質を維持するために、パージが十分ではない場合、印字ヘッド以外に、供給源からノズルの近傍で減圧をかけることができる。印字ヘッドの内部からのノズルに正圧を加えることとは対照的に、圧力勾配をかけることは、詰まったノズルを開くのにより有効であり得る。図２に関して記載されたシステムは、印刷ノズルを清掃するこの方法を容易にするために、約−０．４〜−０．８バールの必要とされる減圧を与えることができる。
【００９２】
本発明の実施形態によれば、印刷システムは、太陽電池生産ラインにおけるコンベアシステムの上の太陽電池の金属接触線をプリント形成する場合のように、大量連続印刷で使用されてもよい。通常の運転では、コンベアシステムは、連続的に作動するため、連続的に作動するか、あるいは、最小のメンテナンス時間で作動する、印刷システムを必要とする。通常は、コンベアシステムは、印刷システムのメンテナンス時間を許可するために、停止することはできない。印刷システムにおける印字ヘッドがパージをする必要があるため、従来の解決策は、アクティブな第１の印字ヘッドと置き換えるために、余分な第２の印字ヘッドを提供することであり、別のパージ機構と、パージ領域に印字ヘッドを移すための機構とを用いて、コンベアシステムを停止させることなく印刷を続けることができる。
【００９３】
本発明の実施形態を用いると、用途の詳細に依存して、アクティブな第１の印字ヘッドは、印字ヘッドをメンテナンス領域に動かす必要なく、つまり、連続印刷を遅らせることなく、連続する太陽電池間で、または、電池群の間で、本来からあるわずかな時間の遅れの範囲内で、パージを行うことができる。余分の第２の印字ヘッドは、確実に連続印刷を行うために作動することができ、先のアクティブな第１の印字ヘッドは、本発明の実施形態を用いて、迅速にパージを行うことができ、第２の印字ヘッドと素早く置き換えるために第１の印字ヘッドを準備するのを助け、必要とされた印刷の質を備えた連続印刷を維持する。
【００９４】
本発明の実施形態によれば、印刷システムは、典型的には、少なくとも１つのプロセッサーを含むとともに、印字ヘッドの動作を調整するために適切なハードウェアおよび／またはソフトウェアによって構成された制御システム（図示せず）、本明細書に記載された様々な機能を行うための様々な吸引システム、蒸気制御構造、および／または、冷却システムを含む。
【００９５】
有利なことに、本発明の印字ヘッドアセンブリは、熱い太陽電池ポリシリコン基板上に、一般的には幅が５０μｍの線と高さが２０μｍの線を含む太陽電池格子様接点をプリント形成するために使用されてもよい。
【００９６】
上記の印字ヘッドアセンブリの別の利点は、印字ヘッドをメンテナンス領域に動かす必要なく、印刷領域での印刷の間に、印字ヘッドアセンブリのパージが行われる場合に、大量印刷が連続して行われてもよい、ということである。
【００９７】
上記の印字ヘッドアセンブリの別の利点は、印刷液がすぐに蒸発し、その結果、次の印字ヘッドは、プリント形成された銀の乾燥ライン（ｄｒｙ  ｌｉｎｅ）上で印刷液を放出し、したがって、印刷ラインが熱い表面上で垂直に層内で蓄積し、水平に最小に広がる場合、金属接触線のプリント形成は、基板上の印字ヘッドアセンブリの１つの経路で行われてもよい、ということである。
【００９８】
さらに、本発明のヘッドアセンブリは、紙の上でのインクジェット印刷のような他のインクジェット印刷用途に使用されてもよい。印字ヘッドが効率的なパージを必要とする任意の他の用途も、本発明の範囲以内である。
【００９９】
要約すると、本発明の印字ヘッドアセンブリは、自己パージ、沈殿物の防止、ガス除去の構造を導入することによって、従来技術の太陽電池格子様接触印刷インクジェットヘッドを改善する。印字ヘッドアセンブリは、迅速かつ高品質の大量インクジェット印刷を可能にしてもよい。
【０１００】
当然のことながら、明確にするために、別々の実施形態の文脈に記載される本発明の特徴は、１つの実施形態で組み合わせて提供されてもよい。逆に、簡潔さのために、１つの実施形態の文脈で記載される本発明の様々な特徴も、別々に、または、任意の適切な下位組み合わせで提供されてもよい。
【０１０１】
別段定義されない限り、本明細書で用いられる全ての技術的および科学的な用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書に記載されているものと類似または同等の方法が、本発明の実施または試験で用いられ得るが、適切な方法と材料が本明細書に記載されている。
【０１０２】
本明細書で言及される、出版物、特許出願、特許、および、他の引用文はすべて、そっくりそのまま引用されることによって組み込まれる。対立する場合には、定義を含む特許明細書が優先される。加えて、材料、方法、および、実施例は、一例にすぎず、限定的なものとしては意図されていない。
【０１０３】
本発明が本明細書で蒸気にとりわけ示されて記載されたものに限定されないということは、当業者によって理解されるであろう。むしろ、本発明の範囲は添付の請求項によって定義され、本明細書で上記に記載される様々な特徴と、その変化形態と修飾形態の組み合わせと下位組み合わせの両方とも、前述の記載を一読すれば当業者に明らかとなるであろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2020001398.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2020001398.tif 000010
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年9月19日(2019.9.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶媒及び固体粒子を含む印刷液体を用いて対象物を作製する３Ｄ印刷システムであって、該印刷システムは、
複数のノズルを有しノズル領域に配置された印字ヘッドを支持するハウジングと、
印刷領域に配置されたプリント基板であって、溶媒及び固体粒子を含む印刷液体が前記ノズルから前記プリント基板に向かって放出されるとき、複数層を形成する処理において印刷される対象物を支持するプリント基板と、
前記プリント基板を加熱して、前記プリント基板上に沈着した前記印刷液体の前記溶媒からガスを生成するように構成された熱源と、
前記ガスは、ノズルの上で凝縮し、ノズルプレートを湿った状態に維持し、
前記ガスの余分な凝縮物を前記ノズル及び／又は前記ノズルプレートから除去する手段と、を備えた３Ｄ印刷システム。
【請求項２】
前記ガスの余分な凝縮物を除去する手段は、前記ノズルを拭き取るもの及び／又は前記ノズルをパージするものから選択された、請求項１に記載の３Ｄ印刷システム。
【請求項３】
前記ノズル領域から蒸気の一部を取り除くように構成されたガス管理システムをさらに備えた、請求項１または２に記載の３Ｄ印刷システム。
【請求項４】
前記ガス管理システムは、前記ノズルプレートを湿った状態に維持するために、前記ノズル領域の近くの蒸気を残したまま、前記ノズル領域から余分な蒸気を取り除くように構成された、請求項３に記載の３Ｄ印刷システム。
【請求項５】
前記熱源は、前記ハウジングまたは前記ノズルの下方に配置された、請求項１〜４のいずれか１項に記載の３Ｄ印刷システム。
【請求項６】
前記ガス管理システムは、生成された前記ガスの少なくとも一部を印刷領域から取り除くように構成された補助吸引システムを含む、請求項３に記載の３Ｄ印刷システム。
【請求項７】
前記ノズル領域における前記蒸気のレベルは、前記複数層を形成する処理において維持される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の３Ｄ印刷システム。
【請求項８】
前記印刷基板の熱から前記印字ヘッドを保護する遮蔽マスクをさらに備えた、請求項１または２に記載の３Ｄ印刷システム。
【請求項９】
溶媒及び固体粒子を含む印刷液体を用いて対象物を印刷する３Ｄ印刷方法であって、該印刷方法は、
複数のノズルを有しノズル領域に配置された印字ヘッドを支持する工程と、
印刷領域に配置されたプリント基板であって、溶媒及び固体粒子を含む印刷液体が前記ノズルから前記プリント基板に向かって放出されるとき、前記複数層を形成する処理において印刷される対象物を支持する工程と、
前記プリント基板を加熱して、前記プリント基板上に沈着した前記印刷液体の前記溶媒からガスを生成する工程と、
前記ガスは、ノズルの上で凝縮し、ノズルプレートを湿った状態に維持し、
前記ガスの余分な凝縮物を前記ノズルから除去する工程と、を備えた３Ｄ印刷方法。
【請求項１０】
前記ガスの余分な凝縮物を前記ノズルから除去する工程は、前記ノズルをパージする、及び／又は前記ノズルを拭き取ることにより行われる、請求項９に記載の３Ｄ印刷方法。
【請求項１１】
前記ノズルプレートを湿った状態に維持するために、前記ノズル領域の近傍において十分な蒸気を残したまま、前記蒸気の一部を前記ノズル領域から取り除く、請求項９または１０に記載の３Ｄ印刷方法。
【請求項１２】
前記ノズル領域における前記蒸気は、前記複数層を形成する処理において、前記ノズルプレートを湿った状態に維持するのに十分なレベルに維持される、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の３Ｄ印刷方法。
【請求項１３】
前記印刷基板の熱から前記印字ヘッドを保護する遮蔽マスクを利用する、請求項８〜１２のいずれか１項に記載の３Ｄ印刷方法。
【外国語明細書】
2020001398000001.pdf