JP2014505582A - インクとともにガスを噴射する手段を備えるインクジェット装置、及び関連のインクジェット方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、インクジェット装置及び関連する方法に関する。本装置１は、少なくとも１つのインクジェットヘッド１０と、空気のモル質量よりも小さいモル質量を有するガス用の入口６６と、上記ガス用の少なくとも１つの出口２１とを含むチャンバー６０を備え、上記ヘッド１０は、ガスがヘッド１０の周囲に噴射されるとともに、ヘッドによって供給されるインクとともにチャンバー６０から噴出可能なようにチャンバー内に配置される。
【選択図】図１（ａ）

Description

本発明は、インクジェット印刷法に関する。

インクジェット印刷法は特にプリンターの分野、より包括的にはグラフィック用途において用いられる。

現在、インクジェット印刷法を、グラフィック用途以外の分野、例えばマイクロテクノロジー及び／又はナノテクノロジー等に適用することが望まれている。

この理由は、既知のインクジェット印刷装置は安価で信頼性が高いからである。したがって、グラフィック設計の分野以外の分野においてこれらの利点から効果を得ることができることが望ましい。

しかしながら、或る特定の用途には、既知のインクジェット印刷装置が満たすことのできない固有のニーズがある。

そのため、ナノテクノロジー分野では、既知のインクジェット印刷装置の使用は、この分野において従来的に用いられているフォトリソグラフィー等の技法の解像度に対するインクジェット印刷法の解像度に関する問題によって制限されている。具体的には、既知のインクジェット印刷装置は、ナノテクノロジーの分野において従来から用いられている技法によって得られる印刷品質に精度において匹敵する印刷品質でインクを基板上に付着させることができない。

同様の問題が概して、マイクロテクノロジー分野において生じている。

本発明の一目的は、特にグラフィック用途以外の分野において、既存のインクジェット印刷装置よりも高い解像度を得ることが可能なインクジェット印刷装置を提供することである。

特に、本発明の一目的は、マイクロテクノロジー用途及び／又はナノテクノロジー用途のためのインクジェット印刷装置を提供することである。

本発明の別の目的は、安価で信頼性の高いインクジェット印刷装置を提供することである。

これらの目的のうちの少なくとも１つを達成するために、本発明は、インクジェット印刷装置であって、少なくとも１つのインクジェットヘッドと、空気のモル質量よりも小さいモル質量を有するガス用の入口孔と、前記ガス用の少なくとも１つの出口孔とを含むチャンバーを備え、前記ヘッドは、前記ガスが該ヘッドの周囲に噴射されるとともに、該ヘッドから送出されるインクとともに前記チャンバーから噴出可能なように該チャンバー内に配置される、インクジェット印刷装置を提供する。

本方法は、場合によっては、単独であるか又は組み合わせによるかにかかわらず、以下の他の技術的特徴を有する：
前記インクジェットヘッドを支持する支持部材が設けられており、該支持部材は、該支持部材の温度を制御する手段、例えば抵抗ヒーター又は加熱回路を含み、
前記支持部材は、流体を除去する少なくとも１つのチャネルを含み、
前記インクジェットヘッドから送出される前記インクが付着する対象面の温度を制御する手段が設けられており、
前記チャンバーは、前記インクジェットヘッドの周囲の前記ガスの速度を増加させるために漏斗形状になっており、
前記ガスの流量を制御する手段が設けられている。

これらの目的のうちの少なくとも１つを達成するために、本発明はまた、対象面上に印刷するインクジェット印刷方法であって、
チャンバー内に配置されている少なくとも１つのインクジェットヘッドによって前記対象面上にインクを付着させるステップであって、該インクは、該インクが前記対象面と接触すると蒸発する傾向のある溶媒を含むステップと、
前記チャンバーの中へ、空気のモル質量よりも小さいモル質量を有するガスを噴射するステップであって、前記ヘッドは、そのように噴射された前記ガスが該ヘッドの周囲に流れ、次に、該ヘッドから送出される前記インクとともに前記チャンバーから噴出されるように該チャンバー内に配置されるステップと、
を含む、インクジェット印刷方法を提供する。

本方法は、場合によっては、単独であるか又は組み合わせによるかにかかわらず、以下の他の技術的特徴を有する：
対象面の温度が制御され、
ガスが、対象面上に付着するインクとこの対象面との間の接触角度を変更することが可能な添加剤を含み、
ガスが、インクから溶媒が蒸発した後で、インク中に含まれている粒子を官能化することが可能な添加剤を含み、
ガスの流量が制御され、
チャンバーから噴出されるガスにより、吹付け作用によってインク滴の速度が増加する。

本発明の他の特徴、目的及び利点は、添付の図面を参照しながら提供される以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

本発明によるインクジェット印刷装置の第１の実施形態の概略断面図である。 図１（ａ）に示されている装置を下から見た部分図である。 図１（ａ）に示されている装置の孔を下から見て示す概略図である。 装置の、図１（ｃ）に示されている部分のＡ−Ａ断面を示す概略図である。 図１（ａ）〜図１（ｄ）に示されている装置を用いて基板上に印刷されたインクの様々な線を示す図である。 本発明によるインクジェット印刷装置の第２の実施形態の概略断面図である。 インクジェットヘッドの拡大図を示す、図３（ａ）に示されている装置の概略図である。 同じ基板温度の場合でのヘリウム及び水素の噴射を伴った、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示されている装置を用いて基板上に印刷されたインクの様々な線を示す図である。 インクジェットヘッドの圧電アクチュエーターに印加される電圧に応じてこのヘッドから送出されるインク滴の速度の変化を示す図である。

第１の実施形態が図１（ａ）〜図１（ｄ）に示されている。

インクジェット印刷装置１は、インクが付着するように意図されている基板１００に接触すると蒸発しやすい溶媒を含有するインクのリザーバー１１０を備える。またインクジェット印刷装置１は、インクジェットヘッド１０を備えている。インクジェットヘッド１０の一端は、ダクト１１を介してインクのリザーバー１１０に流体接続されている。

インクジェットヘッド１０の他端は、対象面１００に対向配置されているインク噴出ノズル１０１において終端している。

インクジェットヘッド１０は、連続した個別のインク滴を生成することを可能にするシステム（図示せず）によって作動する。特に、このシステムは、システムの制御振幅及び制御周波数の適した選択によって滴をオンデマンドで生成することを可能にすることによって、滴サイズ及び生成速度を制御することを可能にする、いわゆる「ドロップオンデマンド」圧電システムとすることができる。

しかしながら、他の形態の滴、特にスプレー状の滴を生成することを可能にするインクジェットヘッドを想定することもできる。

インクジェット印刷装置１はまた、インクジェットヘッドが収容されるチャンバー６０を備える。

このチャンバー６０は、インクジェットヘッド１０を支持する部材２０の壁面によって画定されており、この場合、この支持部材２０は、複数の部分から構成されている。

具体的には、この支持部材２０は、支持本体２０１と、支持本体２０１の上面２４に取り付けられる垂直壁２０２と、垂直壁２０２に取り付けられるカバー２０３とを含む。

インクジェットヘッド１０の一端がカバー２０３に取り付けられており、そのため、このヘッド１０の重量がカバー２０３から垂直壁２０２へ、次に、フレーム（図示せず）に取り付けられている支持本体２０１へ伝わる。

このように、インクジェットヘッド１０は支持部材２０を通って、チャンバー６０の中へ、特に、このためにハウジング２３を収容している支持本体２０１の中へ延びる。

チャンバー６０は、インクジェットヘッド１０の周囲に、かつ垂直壁２０２の内側部分に対して配置されているＯリング６３によって、互いに対してシールされている２つの部分６０ａ、６０ｂに分離されている。

カバー２０３は、このカバーが垂直壁２０２に対して平行移動することができるように垂直壁２０２に対して可動に取り付けることができる。この移動は、インクジェットヘッド１０の長手方向軸Ａに沿って行われる。この移動は、添付の図面において矢印Ｆ_１によって示されている。

これにより、対象面１００に対するインクジェットヘッド１０の位置を調節することが可能である。

この場合、このチャンバー６０の上側部分６０ａは、カバー２０３の内側部分に取り付けられているプレート６４と、垂直壁２０２との間に配置されている、ばね等の弾性手段６５を備えることが有利である。このばね６５により、カバー２０３の上側部分に加わる傾向がある力に抗することが可能になり、それによって、インクジェットヘッド１０が基準位置に戻ることが可能になる。

一変形例として、インクジェットヘッド１０の位置を調整することができない、より単純な装置を想定することも可能である。

さらに、チャンバー６０の下側部分６０ｂは、ガス用の入口孔６６と、このガス用の出口孔２１とを含む。ヘッド１０は、ガスがヘッド１０の周囲に噴射されるとともに、ヘッドから送出されるインクとともにチャンバーから噴出されることができるようにチャンバー６０内に配置される。

出口孔２１は、支持本体２０１の下壁２２内に形成されており、この下壁２２は、この支持本体２０１の上壁２４の反対側にある。

チャンバー６０の入口孔６６は、種々の手段によって、加圧ガスを収容しているリザーバー３０に接続される。

具体的には、ガスリザーバー３０が、ダクト８０によって、調整器等のガスを移動させる手段４０に接続される。

リザーバー内に収容されているガスは、空気のモル質量よりも小さいモル質量を有する。空気のモル質量は２９ｇ／ｍｏｌであることに留意されたい。

したがって、リザーバー内に収容されているガスは、「軽い」ガスとみなすことができる。このガスは、例えばヘリウム又は水素とすることができる。

リザーバー３０内に収容されているガス中のインク溶媒蒸気の拡散係数は、このガスのモル質量に起因して、空気中の同じ溶媒蒸気の拡散係数よりも高い。これにより、溶媒の性質は、その性質がどのようなものであれ、当該ガス中の溶媒蒸気の拡散係数の値に二次的な影響を与えることが観察され得る。

調整器４０に関して、調整器４０はダクト８１によって流量計５０に接続される。最後に、流量計５０が、ダクト８２によって、チャンバー６０の下側部分６０ｂにつながる入口孔６６に接続される。

流量計５０により、ガスリザーバー３０から送出されるガスの流量を測定することが可能になるとともに、この流量を操作者が選択した値に設定することが可能になる。

ガスを移動させる他の手段を採用することができる。

ガスは、チャンバー６０の下側部分６０ｂに入った後、支持本体２０１のハウジング２３内のインクジェットヘッド１０に沿って流れてから、支持本体２０１の下壁２２内に形成されている孔２１を介して出る。

このガスは次に、インクジェットヘッド１０のノズル１０１から送出されるインクと同時に、対象面１００に対して噴霧される。したがって、このガスは、ノズル１０１から送出される、対象面１００上に付着するように意図されているインクの滴の周囲に流れるとともに、インクの滴と同じ方向に移動する。

リザーバーから送出されるガスが移動する経路が矢印Ｆによって示されている。

マイクロテクノロジー用途又はナノテクノロジー用途の場合、動作の際、支持本体２０１の下面２２と対象面１００の上面１０５との間にある容積内に含まれる流体が、一方ではリザーバー３０からのガスと、他方ではインクからの溶媒蒸気とを含む流体で飽和される。

具体的には、これらの用途に使用されるインクは、粉末と、状況に応じてマイクロ粒子又はナノ粒子と、溶媒との混合物によって形成することができる。これらの用途では、対象面１００は一般的には基板である。

したがって、インクの滴１０１’が基板１００上に付着すると、所望の付着物だけを残すように、滴中に含まれている溶媒が蒸発し、次に、溶媒蒸気が、支持部材２０と基板１００との間にある容積内に含まれる流体と混合する。

溶媒が蒸発する速度は、付着物の解像度が向上するかどうかに影響を及ぼす重要な因子である。

以下で説明するように、空気のモル質量よりも小さいモル質量を有するガスの噴射により、この付着物の解像度を向上させることが可能になることが示されている。

装置１は、基板１００を所望の温度に加熱する手段１０４を備えることが望ましい。この手段１０４は概して、上記基板１００のインク１０１’が付着される上面、いわゆる上面１０５とは反対側の、基板１００の下面１０６に配置される。具体的には、基板１００を加熱することにより、溶媒の蒸発が早まる。

孔２１は十字形を有することができ、その場合、図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示されているように、ノズル１０１の長手方向軸がこの孔２１の中央を通ることが望ましい。

また、支持部材、より詳細には支持本体２０１は、支持本体２０１の下壁の中へ開口している、少なくとも１つの例えば環状のチャネル７０を備えることが望ましい。これにより、支持本体２０１と基板１００との間にある容積内に含まれる流体における乱流を低減することが可能になる。

このチャネル７０により、基板１００上に生成される付着物の品質が向上することで、特に、高品質の付着物が、ガスリザーバー３０からのより広範囲の流量のガスによってもたらされることが可能になる。この乱流を抑える他の手段を設けることができる。

最後に、支持本体２０１は、一般に、ノズル１０１から送出されるインク滴のサイズに影響を及ぼすように、上記支持本体２０１の温度、ひいてはノズル１０１の温度を制御することが可能な加熱手段（図示せず）を備える。この加熱手段は、抵抗ヒーター、所望の温度に加熱された流体を循環させることができる回路、又は、この機能を果たすことが可能な任意の他の手段とすることができる。

本発明による装置１により、基板１００上に得られるインク付着物の解像度を既知のインクジェット印刷装置に比べて向上させることが可能になる。

具体的には、本出願人は、本発明の効果を実証する試験を行った。これらの試験の結果は図２に示す。

図２は、部分的に異なる試験条件下で、図１（ａ）〜図１（ｃ）を参照して説明した装置を用いて基板１００上に付着したインクの４本の線Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを示す。

線Ａ、線Ｂ、線Ｃ及び線Ｄに関して、以下の実験条件は同じとした。

インクを、溶媒、すなわちエチレングリコール中に、１０重量％濃度の酸化亜鉛ナノ粒子を混合することによって形成し、所与の量のインクを付着させた。

使用した噴出ノズルは直径が５０μｍであり、このノズルを４７℃の温度に加熱した。

５０μｍごとに連続して滴を付着させることによって１本の線を形成した。

インクジェットヘッドを圧電アクチュエーターによって電圧Ｖ_１＝３５ボルトで作動させた。

ノズルを４５０μｍ／秒の速度で基板に対して移動させた。

滴を１．３ｍ／秒の速度でノズル１０１から送出した。この速度を決定するために、ストロボ検出器を装置１内に統合した。

使用した基板１００は、水滴を用いて予め測定した接触角度が４０°であった。

孔２１は、長さＬ＝５ｍｍ及び幅ｌ＝１ｍｍを有する十字形とした。これらのパラメーターＬ及びｌを図１（ｃ）に示す。この孔２１の中央部にノズル１０１を収納し、この中央部の外径は約５００μｍとした。

最後に、ノズル１０１と基板１００との間の距離は約１ｍｍとした。

対照的に、これらの試験は、基板の温度及び／又はガスリザーバー３０からの流体の有無を異なるものとした。

したがって、線Ａは、ガスリザーバー３０からの流体の噴射を伴わない、温度Ｔ_基板＝６５℃での基板上のインクの付着物に相当する。線Ｂは、３７４ｍｌ／分の流量でのガスリザーバー３０からのヘリウムの噴射を伴った、温度Ｔ_基板＝６５℃での基板上のインクの付着物に相当する。線Ｃは、ガスリザーバー３０からのガスの噴射を伴わない、温度Ｔ_基板＝９０℃での基板上のインクの付着物に相当する。線Ｄは、ガスリザーバー３０からのガスの噴射を伴わない、温度Ｔ_基板＝９５℃での基板上のインクの付着物に相当する。

線Ａは、基板１００の温度（６５℃）が低すぎたことで溶媒を十分迅速に蒸発させることが妨げられたため、真っ直ぐではなく、インクが拡がった領域を含んでいる。この結果、インクは、基板１００の上の或る特定の領域において拡がる傾向があった。

対照的に、同一温度（６５℃）での基板１００の場合、線Ｂは、真っ直ぐであり、非常に均一であり、さらに、その幅を測定したところ、５６μｍであった。

線Ａと線Ｂとを比較することによって、支持部材２０と基板１００との間に形成されている容積内にヘリウムを噴射することの有益な影響に注目することができる。

この有益な影響は、ヘリウム中の溶媒蒸気、この場合ではエチレングリコール蒸気の拡散係数が空気中の溶媒蒸気の対応する係数よりも高いことに起因する。これはヘリウムのモル質量がより小さいことに起因しており、そのため、同じ性質の結果が任意の他のタイプの溶媒を用いて得られる。

さらに、本発明者らはまた、この有益な影響は、基板上に付着するインクを囲んでいる溶媒蒸気を吹き飛ばすガス、この場合ではヘリウムの速度に起因するものと考えている。

線Ａ及び線Ｂに対応する試験を行った後、支持部材２０と基板１００との間にある容積内へのヘリウムの噴射を伴わずに複数の試験を行い、線Ｂをもたらした試験によって得られたのとほぼ同等の付着物品質を達成することが可能な基板温度を特定するために、基板１００の温度を各回に５℃ずつ上げた。

したがって、線Ｃ及び線Ｄは、それぞれ９０℃及び９５℃の基板温度の場合に、支持部材２０と基板１００との間にある容積内へのヘリウム噴射を伴わずに得られた結果を示す。

基板上に付着した線Ｃは、比較的真っ直ぐであり、幅が約７０μｍであった。

線Ｄは、不均一性が線Ｃよりも僅かだけ低いものではあったが、付着物を不均質にする輪を含んでいた。線Ｄの幅も約７０μｍであった。

厳密に９０℃以下の温度では、インク中に含まれている溶媒の蒸発が遅すぎ、そのため、基板上に付着したインクの線は真っ直ぐではなかった。さらに、厳密に９５℃を超える温度では、インク中に含まれている溶媒の蒸発が早すぎ、付着物の品質は不適格であった。

したがって、これらの試験から、支持部材２０と基板１００との間にある容積内にヘリウムを噴射することにより、ヘリウム噴射を伴わずに得られる解像度（付着した線の幅が約７０μｍ）よりも良好な解像度（付着した線の幅が５６μｍ）を得ることが可能になると同時に、基板の加熱温度を２５℃〜３０℃だけ下げることが可能になることが推定される。

ヘリウムの代わりに水素を用いて更なる試験も行い、水素流量及び基板温度は、ヘリウムを用いて行った試験と同一とし、他の試験条件は、上記に挙げた条件と同じままとするとともに上記に挙げた条件に従った。

この試験では、水素により、ヘリウムを用いて得られた付着物品質に匹敵する付着物品質を達成することができることが示された。特に、水素を用いてこれらの条件下で付着した線は、真っ直ぐであり、幅が約５６μｍであった。

第２の実施形態を図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す。

第２の実施形態では、装置１’は、支持部材２０’内に形成されているハウジング２３’の側壁の形状、ひいてはハウジング２３’自体の形状が異なっているという点で第１の実施形態の装置１と異なる。

したがって、チャンバー６０’の形状も変更されている。

これは孔２１’の形状にも当てはまる。

具体的には、支持部材２０’内に形成されているハウジング２３’は漏斗形状を有する。この形状により、インクジェットヘッドとハウジング２３’の壁との間にベンチュリ効果をもたらすことが可能になる。

漏斗は、孔２１’において終端しており、したがって、下から見た場合に円形形状を有し、この円形形状内にインクジェットヘッド１０のノズル１０１が位置付けられる。

ハウジング２３’及び孔２１’の例示的な形状は、より詳細に図３（ｂ）に示されている。

ハウジング２３’は円筒形部分２３０’を含み、この円筒形部分２３０’の下に、幅狭になっていく形態をとる別の部分２３１’が設けられている。ハウジング２３’が幅狭になっていくこの部分２３１’の壁の配向は、図３（ｂ）の垂直断面において例えば１２０°の角度αで規定することができる。この角度αは乱流を抑えるように選択される。

孔２１’に関して、孔２１’は直径ｌ_２及び高さｈ_２の第１の円筒部分２１０’を有し、この第１の円筒部分２１０’の下に、円錐形状を有する高さｈ_１の別の部分が位置している。この円錐部分の壁と壁との間に形成されている、図３（ｂ）の垂直断面において規定された角度α_１は、乱流を抑えるように選択されることが望ましい。しかしながら、孔２１’はより単純な形状を有することができ、例えば完全に円筒形とすることができる。

この第２の実施形態の装置１’の他の特徴は、第１の実施形態の装置１について記載した特徴と同じであり、これらの２つの実施形態における同一の参照符号は同じ部材に関する。

本発明のこの第２の実施形態の効果を実証することを可能にする試験を行った。これらの試験の結果を図４に示す。

図４は、部分的に異なる試験条件下で、図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照して説明した装置１’を用いて基板１００上に付着させたインクの２本の線Ａ’及びＢ’を示す。

２つの線Ａ’及びＢ’に関して、以下の実験条件は同じとした。

インクを、溶媒、すなわちエチレングリコール中に、１０重量％濃度の酸化亜鉛ナノ粒子を混合することによって形成し、同じ量のインクを付着させた。

使用した噴出ノズルは直径が５０μｍであり、このノズルを４７℃の温度に加熱した。

５０μｍごとに連続して滴を付着させることによって１本の線を形成した。

インクジェットヘッドを圧電アクチュエーターによって電圧Ｖ_１＝５０ボルトで作動させた。

ノズルを４５０μｍ／秒の速度で基板に対して移動させた。

滴を３．２ｍ／秒の速度でノズル１０１から送出した。この速度は、ストロボ検出器を用いて測定した。これらの試験では、ガスの速度により、このガスを伴わずに得られた滴の速度に比べて滴の速度が増加したことに留意すべきである。具体的には、この速度は、ガスを伴わずに第１の実施形態の装置１を用いて行った試験によれば、１．３ｍ／秒であった。

使用した基板１００は、水滴を用いて予め測定した接触角度が４０°であり、その温度は６５℃に設定した。

リザーバー３からの流体の流量は５１０ｍｌ／分とした。さらに、インクジェットヘッド１０の位置を、インクジェットヘッド１０とそのハウジング２３’との間の流体の通過断面が４．７ｍｍ^２に等しくなるように調整した。この調整は、カバー２０３を垂直壁２０２に対して平行移動させることによって行った。

これらの試験では、ノズル１０１と基板１００との間の距離は２ｍｍ〜３ｍｍの間とした。この距離は、ハウジング２３’の円錐部分内でのインクジェットヘッド１０の移動が制限されることから、第１の実施形態の装置を用いて行った試験におけるよりも長いものとした。

最後に、孔２１’の幾何学的特徴は以下の通りとした：ｈ_１＝２．５ｍｍ；ｈ_２＝１．５ｍｍ；ｌ_２＝２．５ｍｍ及びα_１＝１５°。

対照的に、これらの試験ではリザーバー３０からの流体の性質は異なるものとした。

具体的には、インクの線Ａ’を形成する試験はリザーバー３０からのヘリウムを用いて行い、インクの線Ｂ’を形成する試験は水素を用いて行った。

双方の場合において、線Ａ’及び線Ｂ’の幅は約５８μｍであったが、ヘリウムを用いて得られた線Ａ’は、水素を用いて得られた線Ｂ’よりも僅かにより真っ直ぐであった。

線Ａ’及び線Ｂ’を、流体を噴射せずに６５℃の同じ基板温度で得た線Ａと比較する。線Ａ’及び線Ｂ’を得るのに使用したノズルは、線Ａを得るのに使用したノズルとは異なるものであった。この理由から、ガス流を全く伴わずに、１．３ｍ／秒、すなわち、インクの線Ａを形成するのに用いた試験におけるインク滴の速度と同一のインク滴速度を得るために、インクの線Ａ’及び線Ｂ’を形成するのに用いた試験では、圧電アクチュエーターの電圧をＶ_１＝５０Ｖに調整した。

したがって、ヘリウム又は水素の噴射によって、線Ａを形成する試験に比べて向上した解像度を得た。より包括的には、装置１’により、上述した本発明の第１の実施形態に対応する装置１を用いて観察された利点と同様の利点を得ることが可能になる。

第２の実施形態の装置１’は、第１の実施形態の装置１よりも優れた利点を更に有する。

したがって、ヘッド１０から送出されるインクの滴を、リザーバー３０から送出されるガスによって吹き付ける（driven）作用を実施することが特に有利である。

具体的には、既知のインクジェット印刷装置では、インク滴の速度を増加させることが必要な場合があることが分かっている。

例えば、高さが数百ミクロン、さらには数ミリメートルの段差を含む凹凸状の対象面上にインクを付着させることが望まれる場合、インクジェットヘッドは一般に、対象面から比較的遠い距離のところに配置される。したがって、ヘッド１０が基板１００からより遠い距離のところに位置している場合、インクの噴流が外乱によって逸れないようにインク滴の速度が増加する。

インク滴速度を増加させるには、既知のインクジェット印刷装置は、インクジェットヘッド１０が圧電アクチュエーターによって作動する場合は、インクジェットヘッド１０における圧電アクチュエーターの電圧（又はこのヘッドにおいて熱アクチュエーターが用いられる場合は加熱出力）を増加させる。これは、滴の直径の増大を伴い、そのため、そのようにして得られたインクの付着物の解像度が低下する。

第２の実施形態の装置１’はこれらの欠点を有しない。

一方では流体噴射を伴わない、他方ではリザーバー３０からの流体、この場合ではヘリウムの噴射を伴った、圧電アクチュエーターの電圧Ｖ_１に応じた、ノズル１０１から送出される滴の速度の変化を測定する試験を行った。

結果を図５に示す。

第１の曲線Ｃ_１は、流体噴射を伴わない、圧電アクチュエーターの電圧に応じた、ノズルから送出される滴の速度の変化を示す。

第２の曲線Ｃ_２は、５１５ｍｌ／分の流量でのヘリウムの噴射を伴った、圧電アクチュエーターの電圧に応じた、ノズルから送出される滴の速度の変化を示す。さらに、インクジェットヘッド１０の位置を、インクジェットヘッド１０とそのハウジング２３’との間の流体の通過断面が４．７ｍｍ^２に等しくなるように調整した。

第３の曲線Ｃ_３は、１１００ｍｌ／分の流量でのヘリウムの噴射を伴った、圧電アクチュエーターの電圧に応じた、ノズルから送出される滴の速度の変化を示す。インクジェットヘッドの位置は、曲線Ｃ_１及び曲線Ｃ_２を得た試験の場合に用いた位置と同一とした。

他の試験条件も同一とし、以下の通りとした。

インクは、溶媒、すなわちエチレングリコールのみから構成した。これは、ノズル１０１から送出されるインクの滴の速度に影響を及ぼさなかった。

使用した噴出ノズルは直径が８０μｍであり、このノズルを４７℃の温度に加熱した。

５０μｍごとに連続して滴を付着させることによって１本の線を形成した。

ノズルを４５０μｍ／秒の速度で基板に対して移動させた。

使用した基板１００は、水滴を用いて予め測定した接触角度が４０°であり、その温度は６５℃に設定した。

これらの試験では、ノズル１０１と基板１００との間の距離は２ｍｍ〜３ｍｍの間とした。この距離は、ハウジング２３’の円錐部分内でのインクジェットヘッド１０の移動が制限されることから、第１の実施形態の装置を用いて行った試験におけるよりも長いものとした。

種々の曲線Ｃ_１〜Ｃ_３を比較することによって理解されるように、変化は実質的に直線的であった。対照的に、所与の電圧Ｖ_１の場合、ヘリウムの流量を増加させることにより滴の速度が増加することが効果的に可能になることに留意されたい。

これは、インクの滴がヘリウム流によって吹き付けられる吹付け作用を特徴とする。

上記に提示した試験は、本発明に伴う利点を示す単なる例である。特に、詳述した試験条件は、本発明に係る装置１、１’を用いて得られた結果を同じ条件下での（ガス噴射を伴わない）基準と比較することを可能にするために与えられているのであって、本発明によるこの装置の動作の限定的な設定条件を規定するものではない。

リザーバーから送出されるガスは、基板１００上に付着されたインクとこの基板との間の接触角度を変更することを可能にする添加剤を含むことができる。このため、添加剤は該当する基板に適応させなければならない。例えば、添加剤は、金製であるか又は金製の表層を含む基板の場合にはヘキサデカンチオールとすることができる。

このように、インクと基板との間の接触特性が変更される。より詳細には、インクと基板との間の接触角度が増加すると、得られるインクの付着物の解像度が高まる。

ガスはまた、インクが対象面上に付着するとともに溶媒が蒸発した後で、インク中に含まれている粒子の特性を変える機能を有する添加剤を含むことができる。

そのような添加剤を添加する利点を、一例を用いて以下で説明する。

既知の装置の場合、例えば導電線を形成するために、溶媒中に懸濁した銀（又は銅）ナノ粒子を含有しているインクを用いて、銀（又は銅）ナノ粒子を表面上に付着させることが可能である。銀及び銅は空気中で酸化する。銀及び銅は、チオールで官能化することによってこの酸化から保護することができる。これらの既知の装置の場合、２つの動作を連続して行わねばならない。第１の動作において、インクを基板上に付着し、第２の動作において、溶媒の蒸発後に、インク中に含まれているナノ粒子を官能化する。

本発明に関して、チオール等の添加剤をリザーバー３０からのガスに添加することにより、同じ性質の結果を単一動作で得ることが可能になる。

したがって、このプロセスは実施するのがよりいっそう単純となる。

上記に提示した本発明の実施形態は、例として挙げられている。他の変形例も想定することができる。

特に、上記に提示した実施形態は、インクジェットヘッド１０の周囲に出口孔２１、２１’を１つしか含まない。しかしながら、ヘッドの周囲に複数の出口孔を設けることを想定することができる。

特に、１つ又は複数の孔を有する複数のインクジェットヘッドを想定することもできる。

最後に、本発明による装置１、１’は、支持部材２０、２０’と対象面１００との間にある容積内に適したガスを噴射することによって、既知の装置に比べて多くの利点を提供する。

一利点は、より低温の対象面上、すなわちより低い温度における対象面上に、インクを印刷することが可能であることである。例えば、図２に示されている結果は、適したガスの噴射により、同様の解像度又はさらにはより良好な解像度の場合に２５℃〜３０℃の温度が抑制されることを実証する。

したがって、高温に耐えることができないポリマーから作製される基板上に印刷するとともに、得られる付着物の解像度を維持することが可能である。

生物学的化合物を含むインク等の、高温に耐えることができない、インクの溶媒中に希釈された材料を印刷することも可能である。

さらに、基板温度の抑制により、装置の製造コスト及び使用コストが抑えられる。

特に、ナノテクノロジー又はマイクロテクノロジーの分野において、基板キャリアの熱膨張が抑えられるため、基板キャリアの製造がより容易に行われるとともに、その位置合わせの精度が高まる。

加えて、基板上に施される表面処理の耐用年数が延びる。具体的には、滴の直径よりも小さな領域上にインクを付着させることが望まれる場合、この領域の周囲に、フォトリソグラフィーによって疎水性領域が画定され、この疎水性ゾーンは、基板がシリコンから作製されている場合は例えばオクタデシルトリクロロシランで官能化される。その場合、付着した滴が疎水性ゾーン内の領域に閉じ込められる。しかしながら、この疎水処理の耐用年数は、基板の動作温度に非常に左右される。基板の温度が高いほど、処理の耐用年数が短くなる。

別の利点は、そのようにして得られた付着物の解像度の向上に関する。

具体的には、装置１、１’により、対象面上に付着したインクの線の解像度を既知の装置に比べて実質的に向上させることが可能になる。例えば、図２に示されている結果を参照することができる。

さらに、解像度を低下させることなく、詰まりによる問題を防止するために、既知のノズルよりも大きい直径を有するノズルを選択することが可能である。

加えて、装置１’の特定の場合において、リザーバー３０から送出されるガスの速度によってもたらされる、インクの滴を吹き付ける作用により、圧電アクチュエーターの電圧を下げること、及び／又はより高い滴速度の場合により小さい滴を得ること、及び／又は解像度を低下させることなく支持部材２０’と対象面１００との間のより長い距離で作用することが可能になる。

特に、これにより、高さが比較的高い幾何学パターンを含む対象面上にインクを印刷することが可能になる。これは例えば、ホルダーと電子チップとの間に導電トラックを形成することが望まれる場合に当てはまる。

高い沸点を有するそのようなインクの使用により、インクジェット印刷装置が停止する段階及びインクジェット装置が再始動する段階中にノズルが詰まるリスクが減る。

さらに、ヘリウム又は水素等のそのようなガスで飽和した雰囲気下での作用により、外部環境条件から、特に、周囲空気中に含まれている湿気から、インクが隔離される。したがって、インクが対象面上に付着する条件の再現性が改善される。

最後に、上記に提示した試験は、ヘリウム又は水素のいずれかを用いて行われたことに留意すべきである。これらのガスは非常に小さいモル質量を有しており、本発明者らはこれらのガスを特に有利であると考えている。

しかしながら、ネオン、フッ素、メタン、エタン及びさらには窒素（Ｎ_２）等の他のガスの使用を想定することができる。

Claims (11)

1. インクジェット印刷装置（１、１’）であって、少なくとも１つのインクジェットヘッド（１０）と、空気のモル質量よりも小さいモル質量を有するガス用の入口孔（６６）と、前記ガス用の少なくとも１つの出口孔（２１、２１’）とを含むチャンバー（６０、６０’）を備え、前記ヘッド（１０）は、前記ガスが該ヘッド（１０）の周囲に噴射されるとともに、該ヘッドから送出されるインクとともに前記チャンバー（６０、６０’）から噴出可能なように該チャンバー内に配置される、インクジェット印刷装置。
2. 前記インクジェットヘッド（１０）を支持する支持部材（２０、２０’）が設けられており、該支持部材（２０、２０’）は、該支持部材（２０、２０’）の温度を制御する手段、例えば抵抗ヒーター又は加熱回路を含む、請求項１に記載のインクジェット印刷装置。
3. 前記支持部材（２０、２０’）は、流体を除去する少なくとも１つのチャネル（７０）を含む、請求項２に記載のインクジェット印刷装置。
4. 前記インクジェットヘッド（１０）から送出される前記インクが付着する対象面（１００）の温度を制御する手段（１０４）が設けられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のインクジェット印刷装置。
5. 前記チャンバー（６０’）は、前記インクジェットヘッド（１０）の周囲の前記ガスの速度を増加させるために漏斗形状になっている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のインクジェット印刷装置。
6. 前記ガスの流量を制御する手段（５０）が設けられている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のインクジェット印刷装置。
7. 対象面（１００）上に印刷するインクジェット印刷方法であって、
   チャンバー（６０、６０’）内に配置されている少なくとも１つのインクジェットヘッド（１０）によって前記対象面上にインクを付着させるステップであって、該インクは、該インクが前記対象面と接触すると蒸発しやすい溶媒を含むステップと、
   前記チャンバー（６０、６０’）の中へ、空気のモル質量よりも小さいモル質量を有するガスを噴射するステップであって、前記ヘッドは、噴射された前記ガスが該ヘッドの周囲に流れ、次に、該ヘッドから送出される前記インクとともに前記チャンバーから噴出されるように該チャンバー内に配置されるステップと、
   を含む、インクジェット印刷方法。
8. 前記対象面（１００）の温度が制御される、請求項７に記載のインクジェット印刷方法。
9. 前記ガスは、前記対象面上に付着した前記インクと前記対象面との間の接触角度を変更することが可能な添加剤を含む、請求項７又は８に記載のインクジェット印刷方法。
10. 前記ガスは、前記インクから前記溶媒が蒸発した後で前記インク中に含まれている粒子を官能化することが可能な添加剤を含む、請求項７〜９のいずれか一項に記載のインクジェット印刷方法。
11. 前記ガスの流量が制御される、請求項７〜１０のいずれか一項に記載のインクジェット印刷方法。

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