(57)【要約】  取扱いや輸送によって基体上に蓄積された電荷は、液滴付着精度に影響してプリント精度及びプリント品質を阻害し得るものである。液滴付着精度並びにプリント精度及びプリント品質を向上させるために、プリントヘッドのノズルと基体の表面との間に存在する電界を低減させる必要がある。この目的を達成するために、液体発射器及び導電性プレートを備えたプリントシステムを開発した。導電性プレートは、液滴が発射される対象である基体を支持し、プリント領域内において均一な導電性を有する及び／又は接地される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体上のプリント領域内に液滴を発射するよう構成された液体発射器と、
前記液滴が発射される対象である前記基体を支持し、前記プリント領域内において均一な導電性を有する導電性プレートと
を備えることを特徴とするプリントシステム。
【請求項２】
前記導電性プレートが接地されることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記導電性プレートが前記プリント領域内において均一な厚さを有することを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記導電性プレートが前記プリント領域内において凹部又は孔を有しないことを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記導電性プレートが前記プリント領域内において突出部を有しないことを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記導電性プレートが金属で形成されることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記導電性プレートが炭素添加プラスチックで形成されることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記導電性プレートが静電気消散プラスチックで形成されることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記導電性プレートが、前記基体を支持する導電性チャックであることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
前記システムが、前記基体を支持するチャックを更に備え、前記導電性プレートが、該チャックによって支持される導電性パッドであることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
前記基体を適切な場所に固定された状態で保持するために、前記導電性プレートと連通した真空装置を更に備えることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項１２】
前記導電性プレートが多孔性焼結金属でできていることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項１３】
液滴をプリントする方法であって、請求項１記載のプリントシステムを用いて液滴をプリントする工程を備えることを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記プリントする工程が、絶縁性基体上にプリントすることを含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記プリントする工程が、酸化物上にプリントすることを含むことを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記プリントする工程が、ガラス上にプリントすることを含むことを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
前記プリントする工程が、有機液体をプリントすることを含むことを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１８】
前記プリントする工程が、生物学的材料をプリントすることを含むことを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１９】
前記プリントする工程が、ポリマーをプリントすることを含むことを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項２０】
前記ポリマーをプリントする工程が、キャリヤビヒクル中に溶解されたポリマーをプリントすることを含むことを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
基体上にプリントするシステムであって、
プリントヘッドと、
前記プリントヘッドが液体を付着させる対象である基体を支持するチャックと、
前記基体の導電部に接続されるよう構成された導電性リードと
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２２】
前記導電性リードが抵抗器に接続されることを特徴とする請求項２１記載のシステム。
【請求項２３】
前記プリントヘッドと前記チャックとの間の位置に焦点を合わせたカメラを更に備えることを特徴とする請求項２１記載のシステム。
【請求項２４】
基体上にプリントする方法であって、
前記基体の導電部を、接地、抵抗器又はバイアスに接続する工程と、
前記基体上にプリントする工程と
を有してなることを特徴とする方法。
【請求項２５】
前記基体上に導電層を形成する工程を更に備えることを特徴とする請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
前記導電層を形成する工程が、前記基体上に炭素の層を付着させることを含むことを特徴とする請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
前記導電層を形成する工程が、前記基体上に金属の層を付着させることを含むことを特徴とする請求項２５記載の方法。
【請求項２８】
前記基体が非導電性多孔性基体であることを特徴とする請求項２５記載の方法。
【請求項２９】
前記基体が多孔性基体であることを特徴とする請求項２４記載の方法。
【請求項３０】
前記プリントする工程が、液滴を形成して該液滴をプリントヘッドから放出することを含み、前記方法が、前記形成及び放出をカメラで記録する工程を更に備えることを特徴とする請求項２４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下の記載はインクジェットプリント法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリント法では、材料を基体上に正確に付着させることができる。図１を参照すると、多くのインクジェットシステムにおいて、プリンタ５は、関連付けられたアクチュエータ機構を有するノズル１０を有し、ノズル１０は、基体２０上に液滴１５を吐出する。ノズル１０及び基体２０は、基体２０のそれぞれ異なる部分に液滴１５を付着させるために互いに相対移動される。プリンタは、ノズル１０が基体２０に対して所定の相対位置にある時にプリンタに液滴１５を射出するよう指示する、関連付けられたソフトウェア及びハードウェアによって制御され得る。基体２０上における液滴１５の位置は、基体とノズルとの相対位置、相対速度、インク射出速度、及び基体からノズルまでの垂直方向の距離によって決定される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
液体発射器及び導電性プレートを有するプリントシステムが記載される。液体発射器は、基体上のプリント領域内に液滴を発射するよう構成される。導電性プレートは、液滴が発射される対象である基体を支持するものであり、プリント領域内において均一な導電性を有する。
【０００４】
基体上にプリントするシステムが記載される。このシステムは、プリントヘッドと、プリントヘッドが液体を付着させる対象である基体を支持するチャックと、基体の導電部に接続されるよう構成された導電性リードとを備える。
【０００５】
基体上にプリントする方法が記載される。この方法は、基体の導電部を、接地、抵抗器又はバイアスに接続する工程と、基体上にプリントする工程とを備える。
【０００６】
本願明細書に記載される方法及びシステムは、以下の特徴の１つ以上を有し得る。導電性プレートは接地されてもよく、又はバイアス源に接続されてもよい。導電性プレートはプリント領域内において均一な厚さを有してもよい。導電性プレートは、プリント領域内において凹部や孔を有しないものであってもよく、又は、プリント領域内において突出部を有しないものであってもよい。導電性プレートは、金属、炭素添加プラスチック、静電気消散プラスチック、又は多孔性焼結金属で形成され得る。導電性プレートは、基体を支持する導電性チャックであってもよい。システムは、基体を支持するチャックを更に備えてもよく、導電性プレートは、該チャックによって支持される導電性パッドであってもよく、又は、システムは、基体を適切な場所に固定された状態で保持するために、導電性プレートと連通した真空装置を更に備えてもよい。システムは、抵抗器に接続された導電性リードを備えてもよい。液滴をプリントする工程は、絶縁性基体、酸化物、ガラス又はプラスチック上にプリントすることを含み得る。液滴をプリントする工程は、有機液体、生物学的材料又はポリマー（キャリヤビヒクル中に溶解されたポリマー等）をプリントすることを含み得る。基体上にプリントする工程は、基体上に導電層を形成する工程を含み得る。導電層を形成する工程は、基体上に炭素の層を付着させること、又は基体上に金属の層を付着させることを含み得る。基体の導電部は、カーボンブラック等の炭素、又は静電防止スプレーの層であってもよい。基体は、非導電性多孔性プラスチック、ラバーフォーム、吸着性ポリエチレン繊維パッド又はセラミック等といった非導電性の多孔性基体であってもよい。プリントシステムは、形成されてプリントヘッドから放出される液滴を記録する液滴監視器を含み得る。
【発明の効果】
【０００７】
本願明細書に記載される技術の潜在的な長所としては、絶縁性基体の表面に存在する電位を低減できることが挙げられる。基体の表面電圧、及びそれに従ってプリントヘッドのノズルと基体の表面との間に存在する電界が低減されると、帯電した液滴を、より正確に基体上に付着させることができる。電界によって偏向されやすい小さい液滴を、より正確に絶縁性基体上に付着させることができる。絶縁性基体上への高精度なプリントが必要な場合（例えば、生物学的な液体を噴射する場合や、表示画素を付着させるためにジェットを用いて高解像度ディスプレイを形成する場合）には、導電性バッキングによって、必要な液滴付着精度を得ることが可能になる。システムの液滴監視器を、新たな物質又は液体のプリントの設定に用いることができる。液滴の形成を監視することにより、液滴の形成に用いられる波形を修正でき、それによってプリントプロセスの微調整が可能になる。
【０００８】
本発明の１つ以上の実施形態の詳細を、添付の図面及び以下の説明で述べる。本発明の他の特徴、目的及び長所は、これらの説明及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来のプリントシステムの模式的な斜視図。
【図２】基体に蓄積された電荷の分布が示された、従来のプリントシステムの模式的な斜視図。
【図３】基体に蓄積された電荷の分布が示された、従来のプリントシステムの模式的な側面図。
【図４】正確な液滴の配置を可能にするよう構成されたプリントシステムの模式図。
【図５】正確な液滴の配置を可能にするよう構成されたプリントシステムの模式図。
【図６】正確な液滴の配置を可能にするよう構成されたプリントシステムの模式図。
【図７】正確な液滴の配置を可能にするよう構成されたプリントシステムの模式図。
【図８】液滴監視器を有するプリントシステムの模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
各種図面において、同一参照番号は同一要素を示す。
【００１１】
図２を参照すると、ノズル１０から液滴１５が吐出される際、液滴１５はしばしば帯電する。基体２０が絶縁性材料で形成されている場合には、帯電した液滴が基体２０に着地すると、基体２０上に付着した液滴の周囲に電圧場が生じる。基体が導電性材料でできていても、アースの接地又は関連する回路の接地電位に接続されていない場合には、このメカニズムによって基体全体に電位が生じる。更に、基体へのプリント前でも、取扱いや輸送によって基体に電荷が蓄積されることがある。一部の用途では、プリントシステムは、液滴の電荷を利用して液滴が飛ぶ方向を制御するよう設計される。しかし、他の用途では、高い電圧場の中に射出された液滴は静電偏向を受ける。これは、液滴の付着精度に影響し、プリント精度及びプリント品質の妨げとなり得る。図３に示されるように、電界は帯電した液滴を偏向し、基体上の所望の付着位置から液滴を離れさせる。
【００１２】
図４を参照すると、２００６年１２月７日に出願された「液体付着装置（Fluid Deposition Device）という名称の米国特許出願公開第２００７／００１３７３６号（その開示を参照して本願明細書に組み込む）に記載されているプリントシステム等といったプリントシステム１００は、液体を発射するための１つ以上のノズル１０を有するプリントヘッドを有する。ノズル１０の下方には、チャック１２０、即ち基体支持部が設けられる。液滴の配置は、ノズル１０とチャック１２０上の基体との相対位置によって決定されるので、所望の位置への液滴の配置を可能にするために、ノズル１０及び／又はチャック１２０は可動になっている。チャック１２０は導電性である。プリント中にノズル１０又はチャック１２０のいずれを移動させるかに関わらず、チャック１２０のサイズは、ノズル１０が基体上２０に液体を発射する際にノズルがチャック１２０の上方に位置するサイズである。
【００１３】
チャック１２０は、プリント領域内に均一な導電性を有する。幾つかの実施形態では、チャック１２０の周囲は、基体２０の周囲と同程度であるか又はそれより大きい。チャック１２０が、少なくともプリント中の基体の縁部まで又は基体の縁部を超えて延在する場合には、基体上に電荷蓄積領域が形成されなくなる。幾つかの実施形態では、チャックには、基体上に電界強度が高い領域を生じ得る不均一性の領域（孔、溝、凹部、隆起部又は材料の変更等）は存在しない。
【００１４】
チャック１２０は、金属、炭素添加プラスチック、静電気消散(ＥＳＤ)プラスチック（即ち、１０９オーム＊ｃｍ以下の範囲の抵抗率を有するプラスチック材料）、又は他の適切な材料等といった導電性材料で形成される。幾つかの実施形態では、チャックは多孔性焼結金属の平板で形成され、これにより、金属の厚みを通して印加される真空を用いた一体の基体保持機能が可能になる。チャック１２０は、直接又はプリントシステム１００内の構成要素（プリントヘッドを駆動する回路等）を介して、アース又は回路の接地に電気的に接続される。チャックを電気的に接地するために、チャックには、直接接触により、はんだにより、又はチャックに孔を形成しこの孔を通してワイヤを巻き付けること等により、導電性リードが取り付けられ得る。このワイヤは接地に取り付けられる。或いは、リベットやねじ等の固定具をチャックに取り付け、それによってチャック上の適切な位置にワイヤを保持する。幾つかの実施形態では、チャックは接地に接続されるのではなく、或る電位に僅かにバイアスされる。幾つかの実施形態では、チャックは値が大きい抵抗器に接続される。チャックの接地ワイヤは、プリンタ５の駆動回路の接地又は関連付けられたアースの接地に接続され得る。
【００１５】
図５を参照すると、別の実施形態では、チャックの代わりに、プリント中の基体の裏側に導電性パッド１４０が当てられる。パッドはプリントシステム１００と一体の部品である必要はなく、非導電性のチャック又は不均一な導電性を有するチャックを有するシステムを修正するために用いることができる。パッドは、単に基体とチャックとの間に配置されてもよい。パッドは別個に接地されてもよく、又は、接地のためにプリントシステムに接続されてもよい。
【００１６】
導電性パッド又は導電性チャックのいずれを用いるかに関わらず、基体はプリント中に導電性材料と接触する。プリントシステム１００が基体に液滴を付着させる際、基体はノズルに対して相対移動される。基体が移動する際も、チャック又はパッドは、基体のプリント領域内の下に保たれる。
【００１７】
幾つかの実施形態では、例えばスパッタリングによって又は導電性の塗料若しくは接着剤を用いることによって、基体の裏側に導電層が直接設けられる。この導電層はプリント中に接地される。必要に応じて、プリントプロセスが完了したら導電層を除去可能であってもよい。
【００１８】
幾つかのタイプの基体は、プリント中に特に電荷が蓄積しやすい。例えば、プリント液の液体成分を吸収可能な、非導電性材料で形成された多孔性基体は、電荷を蓄積し得る。多孔性プラスチック（例えばＰｏｒｅｘ（登録商標）社（米国ジョージア州フェアバーンに所在）から入手可能なプラスチックシート等）及び多孔性セラミックは、正味電荷を生じて、基体上に射出された液滴を撥き得る基体である。
【００１９】
多孔性基体にプリントするための解決法は、プリントを行う前に多孔性基体上に導電層を設けることを含み得る。多孔性基体にプリントする１つの例示的な方法は、多孔性基体に炭素の層を付着させて基体の導電性を高めることを含む。幾つかの基体では、プラスチックを成形する前にプラスチックにカーボンブラックを混ぜる。プラスチックは、ポリプロピレンやポリエチレン等の任意のタイプの熱可塑性物質であり得る。或いは、又はそれに加えて、例えば基体に金属の層をスパッタリングすることにより、多孔性基体に導電層を設ける。所望であれば、プリント後に導電層を除去してもよい。多孔性基体にプリントする別の方法は、焼結炭素基体や焼結ニッケル基体等といった導電性の多孔性基体を選択することを含む（例えば、Ｍｏｔｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（米国コネチカット州ファーミントンに所在）から入手可能な多孔性金属部品等といった、ステンレス鋼、青銅、ニッケル、ニッケル合金、チタン、銅、アルミニウム又は貴金属で作られた部品）。導電性材料は、導電性バッキングと同様に、電荷を流すために接地に接続されるか又は僅かにバイアスされる。更に別の解決法は、電荷を消散させるために、基体に静電防止スプレー（例えば、ＰｅｒｆｅｃｔＤａｔａ（登録商標）社（米国ペンシルバニア州ノリスタウンに所在）から入手可能なＳｔａｔＦｒｅｅスプレー等）を塗布するものである。スプレーは、僅かに導電性を有する静電防止材料の層を基体上に形成する。或いは、インクが導電性である場合には、インクを用いて接地接続への経路を設けることもできる。
【００２０】
図６を参照すると、導電性パッド１４０(破線で示す)は基体２０ほど大きい必要はない。しかし、導電性パッド１４０の大きさは、基体上のプリント領域１６０(破線で示す)と同程度であるか又はそれより大きい。プリント領域内の基体２０の領域は、導電性パッド１４０の位置に対応しない基体２０の領域と比較して、実質的に低減された電界をその表面に有する。
【００２１】
導電層、チャック又はパッド（略して導電性バッキング）は、基体上に生じる電界を低減できるが、電界を完全になくすことはできないこともある。導電性バッキングは、基体の表面の電荷に対する容量を効果的に増加させる。液滴の射出時に発生する電荷の大きさは、導電性バッキングの存在に関わらずほぼ一定である。従って、導電性バッキングが配置されていてもいなくても、プリント中には基体に同じ量の電荷が送られ、その表面に蓄積される。従って、電荷に対する容量を増加させることにより、基体とプリントヘッドのノズルとの間の電界は、導電性バッキングが無い場合と比較して大きく低減される。導電性バッキングを設けた場合の絶縁性基体上へのプリントと、設けない場合の絶縁性基体上へのプリントとでは、その差は２〜１０００倍以上になり得る。基体の表面の電界を低減することの効果は、帯電した液滴が基体の表面に近づいた際に、低減された電界によって生じる帯電した液滴の偏向が、より高い電界で生じる偏向よりも比例的に小さくなることである。図７に示されるように、液滴は、付着した表面の電荷に大きく影響されることなく、所望の位置に着地できる。
【００２２】
本願明細書に記載した導電性バッキング、導電層又は導電性基体のいずれかの使用を可能にするために、プリントシステムは、必要に応じて、この導電性要素に接続され得る導電性リードを含み得る。リードは導電性であり、接地、比較的大きい抵抗器（即ち、１メガオームより大きい抵抗を有する抵抗器）、又は小さいＤＣ若しくはＡＣ電圧源等の電圧源に接続される。リードは、ワイヤ、導電性接着剤、固定具（ワニ口クリップ等）、又は一時的若しくは恒久的にリードを導電性要素に固定可能にする他の要素を含み得る。
【００２３】
本願明細書に記載した導電性プレート又は導電性チャックを有するプリントシステムは、たとえ低湿低酸素環境においても、絶縁性基体上に生じる電界を低減できる。これは、液滴又は基体を、水又は酸素が存在しない環境に保たなければならない場合に長所となり得る。このような液滴は、水又は酸素に影響される有機材料（例えば導電性ポリマー、生物学的材料、乾燥剤材料、ＤＮＡ前駆体、その他の影響を受けやすい材料等）であり得る。高解像度ディスプレイの形成や、非常に小量の試料を付着させる生物学的試料の試験等といった、非常に小さい液滴が必要な用途では、正確な液滴の配置がより重要となり得る。液滴が小さくなるほど、液滴毎に生じる電荷の絶対量は大きくなるので、重量な量である電荷質量比は遥かに大きくなる。０．１〜２０ピコリットルの範囲内の小さい液滴は、より大きい液滴よりも、基体上の電界によって所望のプリント位置から離れやすい。より大きい液滴は、液滴の射出によって生じる電荷の電位に対する液滴の質量が大きいので、しばしば、電界からの力により良好に耐えることができ、その軌道から逸れる傾向はより低い。
【００２４】
導電性バッキングは、ＬＣＤディスプレイコンポーネントを形成するためにガラス上に液晶カラーフィルタ材料をプリントする、プラズマディスプレイやバックプレーンを形成する、又は、ガラス基体やスライド上に生物学的試料やＤＮＡ前駆体をプリントする等の、多くの用途で有用であり得る。接地された導電性多孔性基体、又は接地された導電層を有する多孔性基体へのプリントは、同じ位置に向けて複数の液滴が射出される場合に有用であり得る。本願明細書に記載したシステム及び技術は、新たな材料をプリントするためのプリンタの設定にも用いられ得る。例えば、米国特許出願公開第２００７／００１３７３６号明細書に記載されているような、図８に示される液滴監視器１８０を有するシステムでは、液滴を基体２０上に繰り返しプリントして、液滴の形状を判定し、液滴の噴射に用いられる波形を最適化することができる。液滴を多孔性基体２０上にプリントして、撥ねた液滴が液滴監視器１８０のカメラに付着するのを防止する又は射出された液体の蓄積を防止することができる。本願明細書で説明したように、多孔性基体２０が絶縁性であり、導電層がない場合には、基体上に電荷が蓄積され、その後射出された液滴が誤った方向に飛ぶことがある。接地された導電性の多孔性基体は、この状況でも、再現性のある液滴の配置を可能にする。多孔性であるか非多孔性であるかに関わらず、接地された導電性基体を液滴監視器と共に用いれば、液滴の挙動を変える静電気による干渉を生じずに、カメラで液滴の形成、放出及び落下を記録しながら、基体上に液滴をプリントすることができる。カメラで記録された液滴の挙動を用いて、液滴の形成に用いられる波形を微調整できる。
【００２５】
本発明の多くの実施形態を説明した。それにも関わらず、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変形が行われ得ることが理解されよう。従って、他の実施形態も、添付の特許請求の範囲に包含される。
【００２６】
本願明細書に記載した全ての参照文献は、参照することによって本願明細書に組み込まれる。
【符号の説明】
【００２７】
１０  ノズル
１５  液滴
２０  基体
１００  プリントシステム
１２０  チャック
１４０  導電性パッド
【図１】
2010514558.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010514558.tif 000008
【図７】
2010514558.tif 000009
【図８】
2010514558.tif 000010
【国際調査報告】
2010514558.tif 000011
2010514558.tif 000012