JP2024500362A - 流体抽出器を持つ電気流体力学的プリンタ - Google Patents

Abstract

電気流体力学的プリンタは、流体抽出器を有する。印刷流体に比べて異なる電位にある液体またはキャリア流体の流れが、抽出口から印刷流体を抽出するための抽出口を通り過ぎる。液体の流れは、連続的な流れ、液滴の均一な流れ、または液滴の不均一な流れであり得る。抽出された印刷流体は、堆積のために印刷表面まで運ばれるために、抽出流体と合流し得る。抽出流体の流れは、流れの選択的な部分が印刷流体を抽出しないように、印刷流体を断続的に抽出するために、断続的に荷電され得る。

Description

技術分野
本開示は、一般に、印刷に関し、より詳しくは、電気流体力学的印刷に関する。

背景
ｅ－ｊｅｔ印刷としても知られる電気流体力学的印刷は、印刷表面上に堆積するために荷電された、または分極された印刷流体を印刷ノズルから抽出するための電場に依存する印刷技術である。ｅ－ｊｅｔ印刷は、サブミクロンもしくはナノメータースケールでの液滴サイズおよび空間的な正確さを持つ他のドロップオンデマンドまたは流れ印刷方法と比較して、とても高い解像度の印刷が可能である。初期に、ｅ－ｊｅｔ印刷は、印刷表面が、その間に電場が作り出される複数の電極の１つであったため、電気的な導電性の印刷表面に限定されていた。堆積されたインクが、印刷が進行されるにつれてその電場に干渉を引き起こすため、電場に対する整合性にも問題があった。Ｂａｒｔｏｎらによる米国特許Ｎｏ．９，４１５，５９０は、導電性の印刷表面に依存しない巧みなインクの抽出と指向技術によって、これらの問題および他の問題に対処した。

概要
種々の実施の形態にしたがって、電気流体力学的プリンタは、流体抽出器を有する。

種々の実施の形態において、抽出器は、抽出された印刷流体と合流し、印刷表面の方へ印刷流体を運ぶキャリア流体の流れである。

種々の実施の形態において、抽出器は、印刷流体供給源の抽出口から抽出された印刷流体に比べて異なる電位にある液体の流れである。

種々の実施の形態において、抽出器は、液体の連続的な流れである。
種々の実施の形態において、抽出器は、均一な液滴の流れである。

種々の実施の形態において、液滴の第１部分の各々は、印刷流体の液滴を抽出し、液滴の第２部分の各々は、印刷流体の液滴を抽出しない。

種々の実施の形態において、液滴の第１部分は、抽出された印刷流体を運び、かつ第１部分は印刷表面に向けられ、液滴の第２部分は、印刷表面に向けられない。

種々の実施の形態において、抽出器は、不均一な液滴の流れである。
種々の実施の形態にしたがって、プリンタは、第１ノズルおよび第２ノズルを含む。第１ノズルは、印刷表面の方へキャリア流体の流れを向けるように構成され、第２ノズルは、抽出口で印刷流体を提供するように構成される。キャリア流体の流れは、印刷表面の方へ流れるときに、抽出口を通り過ぎる。キャリア流体および印刷流体の間の電位差は、印刷流体が第２ノズルから抽出されることを引き起こす。

種々の実施の形態において、抽出された印刷流体は、印刷表面の方へ運ばれるために、キャリア流体の流れと合流する。

種々の実施の形態において、キャリア流体は、キャリア流体の流れを連続的な流れにするために、第１ノズルの中で均一に加圧される。

種々の実施の形態において、第１ノズルにおけるキャリア流体の圧力は、キャリア流体の流れを均一な液滴の流れにするために、一定の周波数で変わる。

種々の実施の形態において、プリンタは、第１ノズルにおけるキャリア流体の圧力を変えるために、一定の周波数で変形するように構成される圧電素子を含む。

種々の実施の形態において、プリンタは、第１ノズルに対して外部に位置する電極を含む。キャリア流体の流れは、電位差の少なくとも一部を提供するために電極によって荷電される。

種々の実施の形態において、プリンタは、キャリア流体の流れのある部分が抽出口を通り過ぎたときに、キャリア流体の流れが印刷流体を抽出し、キャリア流体の流れの荷電されていない部分が抽出口を通り過ぎたときに、キャリア流体の流れが印刷流体を抽出しないようにするために、キャリア流体の流れの一部のみを荷電するように構成される電極を含む。

種々の実施の形態において、キャリア流体の流れのある部分が、印刷流体を抽出することなく抽出口を通り過ぎ、第１ノズルにキャリア流体を供給するキャリア流体供給源に集められ、かつ戻される。

種々の実施の形態において、プリンタは、ドロップオンデマンドプリンタであり、キャリア流体の流れは、液滴の流れである。キャリア流体のそれぞれの液滴は、抽出口から印刷流体の液滴を抽出し、印刷表面に印刷流体のそれぞれの液滴を運ぶ。

種々の実施の形態において、キャリア流体は、１０センチポアズより小さい粘度を有し、印刷流体は、３０センチポアズより大きい粘度を有する。

種々の実施の形態において、電位差は、少なくとも５００Ｖであり、キャリア流体の流れは、キャリア流体の流れと第２ノズルの抽出口との間の隙間を維持するために十分に高い速度を有する。

種々の実施の形態において、印刷流体は、キャリア流体の中に溶解でき、電位差は、プリンタの洗浄モード中に第１ノズル上のキャリア流体の流れを引き寄せる。

上述の実施の形態の個別の特徴のいくつか、および以下の図面または明細書に詳述されるいずれの他の実施の形態の個別の特徴のいくつかは、特徴が相容れないものを除き、発明を定義するためのいずれの組合せに組み合わせることができることが予期される。

連続的な流れの形態における流体抽出器を有する電気流体力学的プリンタの断面図である。 均一な液滴の流れの形態における流体抽出器を有する電気流体力学的プリンタの断面図である。 不均一な液滴の流れの形態における流体抽出器を有する電気流体力学的プリンタの断面図である。 混合することのできない印刷流体が合流されたキャリア流体の流れを示す図１の部分の拡大図である。 混合することのできない印刷流体が合流されたキャリア流体の流れを示す図３の部分の拡大図である。 キャリア流体の流れが印刷流体と混合することができる図４の代替版を示す図である。 キャリア流体の流れが印刷流体と混合することができる図５の代替版を示す図である。 洗浄モードにおける図１のプリンタの図である。

実施の形態の説明
図１は、流体抽出器１２が備え付けられた電気流体力学的（またはｅ－ｊｅｔ）プリンタ１０の部分を概略的に示す。流体抽出器１２は、インクノズル２０の抽出口１８の位置で提供される印刷流体１６に比べて異なる電位にあるキャリア流体１４の噴射または流れ自体である。流体の流れが、電位差（Ｖ_１－Ｖ_２）と距離（Ｄ）との十分な組合せを有して抽出口１８を通り過ぎるとき、印刷流体１６は、インクノズル２０から抽出され、そして抽出流れ１２に合流して、基板２４の表面または印刷材料が以前に堆積された層などの印刷表面２２の方へ運ばれる。流体抽出器１２の使用は、前述の米国特許におけるＢａｒｔｏｎらによって詳述された利益などの、固体状態の抽出器の利益を享受する一方で、固体状態の抽出器において起こり得るある問題、たとえば、インクノズルおよび抽出器の間のアーク放電のための電位、抽出器上に積み重なるインク、およびインク抽出点および印刷表面２２の間の相対的に限定された飛距離（Ｈ）などの問題に追加的に対処している。流体抽出器は、普通に産業用の連続的なインクジェット（ＣＩＪ）プリンタで連想される飛距離を有する高い粘度の流体の印刷を可能にする。

図１の例において、プリンタ１０は、キャリア流体１４を含む第１ノズル２６、および印刷流体１６を含む第２ノズル（つまりインクノズル）を含む。ここに使用されるように、インクまたは印刷流体は、圧力下で流れるいずれかの流体である。いくつかの印刷流体は、堆積後に凝固することができる。凝固は、溶剤蒸発、化学反応、冷却または焼結などの種々の機構を経て起こり得る。いくつかの場合において、印刷流体は、印刷流体が印刷された表面上でひとたび凝固されると、色づけより他の機能を提供する印刷流体である、機能的なインクである。そのような機能の例には、電気導電性、誘電特性、物理構造（たとえば、剛性、弾性もしくは摩擦抵抗）、電磁気の遮蔽特性またはフィルタ特性、光学特性、エレクトロルミネセンス、対生物作用性などを含む。潤滑剤などのいくつかの他の印刷流体は、堆積後に凝固することを意図しない。

明確に図示されていないが、ノズル２０，２６は、プリンタ１０の印刷ヘッドの部分であってもよく、印刷ヘッドは、印刷表面２２に対して相対的に移動するように構成されている。印刷ヘッドは、たとえば、ノズル２０，２６を支持する、ならびに／または、ノズルの内部における流体１４，１６に圧力を提供しかつノズルおよび／もしくはそれらの含まれる流体に対する電圧をかけるように構成された１つ以上の連結を含む、ハウジングまたは他の構造を含んでいてもよい。プリンタ１０は、また、他の図示しない構成を含んでいてもよく、いくつかの例を挙げると、ベース、印刷ヘッドおよび印刷表面２２を互いに相対的に移動するための駆動機構、複数のインクノズル２０もしくはキャリア流体ノズル２６、指向性場の発生器、オンボードインク供給源、ノズルの中における流体１４，１６を加圧する手段、空気または他のガスのコネクタ、圧力制御装置、または１つ以上の電源、ならびに抽出器１２および抽出口１８の間に生ずる抽出場を選択的に制御するための関連付けられた制御部などである。

キャリア流体ノズル２６は、印刷表面２２の方へキャリア流体の流れ１２を向けるように構成され、インクノズル２０は、抽出口１８で印刷流体１６を提供するように構成される。ノズル２０，２６の相対的な方向は、キャリア流体の流れ１２が印刷表面２２の方へ流れるときに、抽出口１８を通り過ぎるようにされている。図示された例において、それぞれのノズル２６，２０の中心の長手方向の軸Ａ_１，Ａ_２は、Ｘ－Ｚ平面において交差する。第１ノズル軸Ａ_１は、鉛直かつ印刷表面２２に対して垂直であり、第２ノズル軸Ａ_２は、図１中の印刷表面に水平かつ平行である。しかし、ノズル軸が斜めの角度で、互いにおよび／または印刷表面に交差してもよいため、これらのノズルの方向は欠かせないものではない。

キャリア流体１４は、１０センチポアズ（ｃｐｓ）もしくはそれ以下などの相対的に低い粘度を有する、相対的に揮発性がある液体溶剤（たとえば、有機溶剤）であってもよい。いくつかの実施の形態において、キャリア流体１４は、印刷流体１６にも含まれる溶剤または液体を含む。たとえば、印刷流体の固体状の成分が、溶解され、懸濁され、または乳化された液体である。ノズル２６において流体１４に印加された十分に高い圧力Ｐ_１のため、高い速度のキャリア流体の流れ１２が、ノズルの吐出口２８で生じ、印刷表面２２の方へ向けられる。吐出口２８は、１μｍから１００μｍまで、２０μｍから１００μｍまで、または２０μｍから７０μｍまでの範囲であってもよい。圧力Ｐ_１は、５ｐｓｉから５００ｐｓｉまで（３４ｋＰａから３．４ＭＰａまで）の範囲であってもよい。圧力Ｐ_１は、典型的に５０ｐｓｉ以下である従来の低い解像度のＣＩＪインク圧力より、かなり高くてもよい。キャリア流体１４の高い圧力Ｐ_１は、さらに以下で論じられるように、キャリア流体の流れが液滴の流れであるときに、より高い解像度の印刷を可能にする。

キャリア流体の流れの相対的に高い速度（ｖ）は、必須および有利の両方であると言ってもよい。高い速度は、高速印刷に繋がるといってもよい。しかし、閾値速度以下で、キャリア流体の流れは、電位差および結果として生じている電気的な引き寄せによって、インクノズル２０上に流れるであろう。閾値速度は、電位（Ｖ_１－Ｖ_２）、抽出器１２と抽出口１８との間の距離（Ｄ）、印刷流体１６の粘度、抽出口の寸法、および流体１４，１６の導電性を含む、いくつかの要因に依存する。流体１４，１６の間の電位がおよそ２０００Ｖである、ひとつの制限しない例において、閾値速度は、およそ６ｍ／ｓからおよそ１１ｍ／ｓまでの範囲である。プリンタ１０は、２０ｍ／ｓから５０ｍ／ｓまでの範囲などのＣＩＪプリンタの速度に匹敵する速度（ｖ）を有するキャリア流体の流れを生み出すことが可能である。

キャリア流体１４は、いくつかの場合において導電性があってもよく、これによって、キャリア流体が印加される電圧（Ｖ_１）から電荷をより容易に受け入れることを許容する。導電性のキャリア流体のある特定の例は、２０，０００μＳ／ｃｍより大きい電気導電性を有する、ＳＩＧＮＡＳＰＲＡＹ^(R)（Parker Laboratories, Inc., Fairfield, NJ, USA）である。導電性キャリア流体１４の別の例は、ナノ粒子などの金属（たとえば銀）粒子の懸濁を有する溶剤である。もちろん、キャリア流体１４の固体量は、堆積されたインクに存在しているであろう。他の場合において、キャリア流体１４は、非導電性である。適当な非導電性のキャリア流体の一例は、およそ０．０６μＳ／ｃｍの導電度を有する、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）である。非導電性のキャリア流体は、アーク放電の閾値を増加し、高い電圧の使用を許容し、結果として、高い印刷流体の抽出率およびより速い印刷プロセスを可能にする。上述したように、キャリア流体は、印刷流体１６の部分でもある溶剤を含んでもよく、またはそのような溶剤であってもよい。いくつかの場合、抽出口１８から印刷表面まで移動する間に印刷流体１６から蒸発する溶剤は、堆積された流体が所望の溶剤量を維持するように、キャリア流体によって満たされる。

印刷流体１６は、キャリア流体１４に対して相対的に高い粘度を有していてもよい。印刷流体の粘度は、たとえば１ｃｐｓから３００，０００ｃｐｓまでの範囲であってもよい。種々の実施の形態において、印刷流体の粘度は、３００，０００ｃｐｓもしくはそれより低い一方で、１０ｃｐｓより高く、３０ｃｐｓより高く、１００ｃｐｓより高く、１０００ｃｐｓより高く、１０，０００ｃｐｓより高く、または１００，０００ｃｐｓより高くてもよい。たくさんの機能的なインクは、高い固体量および／または粒子寸法によって高い粘度を有する。インクノズル２０における印刷流体１６の背圧Ｐ_２は、０．５ｐｓｉおよび２００ｐｓｉ（３．４ｋＰａから１．４ＭＰａまで）の間など、他のノズル２６における圧力Ｐ_１と比較して低くてもよい。抽出口１８は、１μｍから２００μｍまでの範囲であってもよい。一実施の形態においては、抽出口１８は、２０μｍから１００μｍまでの範囲である。高い解像度の印刷は、典型的に、１μｍから２μｍまでの開口などのより小さい抽出口１８が必要である。

キャリア流体１４および印刷流体１６が流体の抽出流れ１２に沿って合流する前の、それらの間の電位差は、５００Ｖから５０００Ｖまで、または１０００Ｖから５０００Ｖまでの範囲であってもよい。印加される電圧（Ｖ_１，Ｖ_２）の種々の組合せが可能であり、電圧は、種々の方法で印加されてもよい。たとえば、ノズル２０，２６の１つまたは両方は、金属材料（たとえば、ステンレス鋼）などの導電性材料から形成されていてもよいし、電圧は流体１４，１６がノズルの内部に接触した状態でノズル２０，２６に印加されてもよい。別の例では、ノズル２０，２６の各々は、導電性の部分を有し、ノズルのその部分に電圧が印加される。たとえば、ノズル２０，２６は、内部の表面上にメッキされたまたは堆積された金属層を有する非導電性材料（たとえば、プラスチック）から形成されることができ、または、ノズルは、対応している抽出口１８または吐出口２８を含む導電性の先端を含んでいてもよい。他の実施の形態においては、電圧の各々は、ノズルにおける流体に、またはノズルを供給する貯蔵器に、少なくとも部分的に浸された電極に印加される。

一例において、印刷流体１６上の電圧は、キャリア流体１４上の電圧より大きい（Ｖ_２＞Ｖ_１）。たとえば、キャリア流体１４が接地され、または電位が印加されていない状態でフロートしているとき、印刷流体１６に高い電圧（５００－５０００Ｖ）が印加されてもよい。この配置は、導電性のキャリア流体を使用しているときに、特に適当である。これは、固体状態の抽出器を持つ好まれる配置に類似しており、その配置では、印刷流体が抽出器の方へ引き寄せられ、そしてそれによって、印刷流体がインクノズルから抽出されることを引き起こすために、抽出器が接地され、高電圧パルスが印刷流体に印加される。この配置において、抽出口１８での電荷密度は、鋭いノズル先端を備えることによって大変高く、アーク放電の閾値を抽出の閾値より高くしやすく、これによりアーク放電に関わることなく印刷流体１６の抽出を許容する。この配置は、印刷表面２２がキャリア流体１４と同じ電位（つまり、ゼロの印加電圧または接地）であってもよいという事実によって、制限されてもよい。これは、高い電圧の印刷流体１６がキャリア流体の流れ１２および印刷表面２２の両方に引き寄せられることができる、つまり、インクノズル２０に対する印刷表面２２の近接が、抽出される印刷流体の軌道に影響し得ることを意味する。これは、たとえば、かなり近接して重合体の基板上に印刷する、および／または、非導電性キャリア流体を使用する時に問題がある可能性がある。適切なとき、この配置における導電性のキャリア流体の使用は、キャリア流体を抽出口１８に近い電場におけるより支配的な素子にすることによって、このような問題を緩和する助けとなる。

別の例において、印刷流体１６上の電圧は、キャリア流体１４上の電圧より低い（Ｖ_２＜Ｖ_１）。たとえば、印刷流体１６が接地される、または電位が印加されていない状態でフロートしているとき、高電圧がキャリア流体１４に対して印加されてもよい。この配置において、インクノズル２０の抽出口１８では高い電荷密度はない。このため、この配置によっては印刷流体のいくつかのタイプを抽出することができないかもしれない。しかし、相対的に低い電荷密度でｅ－ｊｅｔ印刷をすることができる流体については、この配置は、印刷流体１６と基板２４とが同電位であるため、基板の干渉を避けるだろう。キャリア流体の流れ１２は、全体システムにおける印刷流体のための唯一の引き寄せる特徴である。たとえ印刷表面２２がいくつかの残留静電気を持っていても、キャリア流体の流れにおける電荷の大きさは、基板に対する抽出された印刷流体のどんな引き寄せにも容易に打ち勝つ。いくつかの場合において、アーク放電の事象において電流の流れを有効に制限するために、印刷流体を接地しないこと（つまり、印刷流体が電気的にフロートしている電位を持つことを許容すること）の利益があるかもしれない。電荷が印刷流体を離れるための経路がないことから、キャリア流体から印刷流体に移る電荷の量は、制限される。インクノズル２０を通過している電荷を制限することは、アーク放電の電流によって生じた熱を減らすことを助け、それゆえ、ノズルが熱硬化性の印刷流体で詰まる可能性を減らす。

別の例においては、反対の極性を有するゼロでない電圧がキャリア流体１４および印刷流体１６に印加される。たとえば、高い大きさの負の電圧（たとえば、Ｖ_１＝－２０００Ｖ～－５０００Ｖ）がキャリア流体１４に印加されるとともに、適度な電圧（たとえば、Ｖ_２＝５００Ｖ～１５００Ｖ）がインクノズル２０における印刷流体１６に印加されてもよく、それで抽出流れ１２が印刷流体１６および印刷表面２２より低い電位になる。この配置において、インクノズルと基板２４と他の近くの構成要素との間の電位差は、ノズルから印刷流体１６を抽出するために不十分であるが、印刷流体に適用される正の電圧は、インクノズル２０において電荷密度の相当なレベルを与えるために十分である。その効果は、負に荷電された抽出流れ１２が、抽出口１８を通り過ぎるときに、印刷流体を抽出するために十分な電位差を提供する唯一の特徴であるということである。これは、抽出される印刷流体が、印刷流体が合流して印刷表面の方へ向かい続けるキャリア流体の流れ以外の何かに引き寄せられる確率を低減する。

特定の実施の形態において、１０００Ｖの電荷がインクノズル２０に印加され、－２０００Ｖの電荷がキャリア流体１４に印加される。これらの電圧のレベルは、抽出された印刷流体がキャリア流体の流れ１２および基板の間を有効に区別するために十分であり、そのため、抽出されたインクが抽出流れ１２により引き寄せられ、基板または他の荷電されていない構成要素から重大な競合無しにキャリア流体に合流する。これは、キャリア流体１４が実質的に非導電性（たとえば、ＩＰＡ）である場合にも該当する。

印刷流体の飛距離（Ｈ）は、５ｍｍから１５ｍｍまでの範囲であってもよく、連続的な流れ、均一な液滴の流れ、または不均一な液滴の流れ（たとえば、ドロップオンデマンド）であり得る、キャリア流体の流れ１２の特徴によって大部分が決定される。印刷流体の抽出の比率は、電位、背圧（Ｐ_２）、抽出口１８とキャリア流体の流れとの間の距離（Ｄ）、抽出口のサイズ、および印刷流体１６の特徴（たとえば、導電性、粘度など）によって決定される。図１の例は、キャリア流体の連続的な流れ１２を描写する。連続流れの形式で、キャリア流体は、壊れて個々の液滴になることなく、連続する流れの中において印刷流体１６を抽出することができ、そのため、２つの流れが合流し、大体がキャリア流体の流れの方向において印刷表面の方へ向かい続ける。

図２は、抽出器１２がキャリア流体の均一な液滴３０の流れである電気流体力学的プリンタ１０の一例を概略的に示す。ここで使用される「均一な」とは、流れ１２の液滴３０が移動の方向において均等に間隔をあけ、互いに同じサイズであることを意味する。図２において示されるキャリア流体の流れの放出と形成は、ＣＩＪ印刷において生ずるインクの噴射方法に類似している。しかしながら、この場合において、壊れて液滴になる流体はキャリア流体１４であり、印刷流体１６ではない。ノズル２６におけるキャリア流体１４は、圧力Ｐ_１で加圧される。しかし、一定圧力がノズル２６に適用される図１のキャリア流体の連続的な流れと異なり、ノズル２６におけるキャリア流体１４に適用される圧力Ｐ_１は、一定の周波数で変わる。一定の周波数で圧力を変える１つの方法は、圧電素子３２によることである。圧電素子３２は、電圧が印加されたときに、機械的に撓む。素子３２は、撓むときに、つまり、ノズルにおけるキャリア流体１４の量をわずかに減少させることによって、ノズル２６における圧力を増加させるように構成される。圧電素子３２に対する電圧は、ノズル２６を出て行くときにキャリア流体の流れを壊して均一な液滴３０の流れにするために、超音波振動（たとえば、２０ｋＨｚより大きい）などのとても高い振動数で印加される。

キャリア流体の流れが荷電素子３４を通り過ぎるときには、荷電素子３４は液滴の部分に電荷を与える。この例において、荷電素子３４は、キャリア流体の流れが通る荷電リングである。電圧Ｖ_１は、通過する液滴の一部を選択的に荷電するために、断続的に荷電素子３４に印加される。特に、インクノズル２０から印刷流体１６の液滴を抽出し、印刷表面に留まろうとする液滴３０のみが荷電される。荷電素子３４は、また、電極と呼んでもよい。

インクノズル２０の抽出口１８を通り過ぎるとき、キャリア流体の液滴の第１部分の液滴３０の各々（つまり、荷電された液滴）は、印刷表面２２の方へ運ばれるキャリア流体のそれぞれの液滴に合流する印刷流体１６の液滴を抽出する。液滴３０の第２部分（たとえば、荷電されていない液滴）は、印刷流体の液滴を抽出せず、単に、キャリア流体の流れの元の方向に留まる。

インクノズル２０を通り過ぎた後、キャリア流体の流れは、指向性ユニット３６を通り過ぎる。この場合において、指向性ユニット３６は、一対の逆に荷電されたプレートを含む。キャリア流体の荷電されていない液滴の第２部分は、指向性ユニット３６によって影響を受けず、流れ１２の元の方向に沿って収集器３８の内部に入り続ける。収集器３８において、キャリア流体は、清浄なキャリア流体をノズル２６に供給するかまたは再利用のために貯蔵するキャリア流体供給源４０に戻される。各々が今や印刷流体の液滴と合流した、荷電された液滴３０’の第１部分は、指向性ユニット３６によって収集器３８から離れるように、そして印刷表面２２に向かうように向けられ、印刷パターン４２の部分として所望の場所に堆積される。

図２において、基板２４および印刷表面２２は、印刷ヘッドと同じ図の中に印刷パターン４２を示すために平面図で概略的に示されている。荷電された液滴３０’の各々に印加される電荷の大きさは、同じであることができ、指向性ユニットの対向する面にかかって印加される電圧は一定であることができ、所望のパターン４２を生み出すために互いに相対的に印刷ヘッドおよび／または基板２４が移動する。そのような配置において、印刷流体を運んでいる荷電された液滴３０’の各々は、キャリア流体の流れの軸Ａ_１から同じ量だけ横方向に方向を変え、相対的に印刷ヘッドに対する基板の移動は、印刷される材料の所望のパターン４２を形成するために依存される。

いくつかの実施の形態において、指向性ユニットの効果が変わるように、荷電された液滴の各々に印加された電荷が変わる。言い換えれば、より高度に荷電された液滴は、指向性ユニットによってより影響され、より多くの量だけ横方向に方向を変えられる。代替的または付加的に、指向性ユニットにかかる電圧は、似た効果を持って変えられる。この方法において、印刷ヘッドと基板２４との間の相対的な移動は、より単純にすることができる。たとえば、印刷流体を運んでいる複数の異なる荷電された液滴は、ｘ方向における液滴の列として印刷表面２２上に連続的に堆積されることができ、印刷ヘッドは基板２４に対してｘ方向に相対的に移動せず、その後、基板および／または印刷ヘッドが、別の液滴の堆積の列を始めるためにｙ方向に割り出される。列方向における印刷ヘッドまたは基板の移動なしでの液滴の列の長さは、指向性ユニット３６が可能な方向を変える総量に対して、当然制限される。いくつかの実施の形態において、指向性ユニット３６は、ｘ方向、ｙ方向およびｘとｙの何らかの組合せなど、１つ以上の方向において荷電された液滴の方向を変えるように構成される。

図３は、抽出器１２がキャリア流体の液滴３０の不均一な流れである電気流体力学的プリンタ１０の一例を概略的に示す。液滴の不均一な流れにおいて、個々の液滴間の間隔は、液滴ごとに変わる。この構成は、キャリア流体３０の液滴が、対応する印刷流体１６の液滴を印刷表面２２まで運ぶために抽出することが必要とされるときのみに生成される、ドロップオンデマンドの印刷として機能することができる。図３に示されるキャリア流体の流れの放出と形成は、産業用でないインクジェットプリンタにおいてインクの噴射が生まれる方法に類似する。ノズル２６におけるキャリア流体１４は、キャリア流体の液滴が欲せられるとき、圧力パルスを受ける。この場合、圧力パルスの各々は、キャリア流体１４の仕事量の小さい減少を引き起こす方向に撓む圧電素子３２によって提供される。キャリア流体１４の対応する量は、圧力パルスの各々とともに吐出口２８を通じて解放される。圧力パルスは、熱エネルギー（たとえば、泡噴射）によるなど、他の手法で生み出されてもよい。図３のドロップオンデマンドの実施の形態と一致する別の例では、ノズル２６におけるキャリア流体１４は、５ｐｓｉから１５０ｐｓｉまでの範囲で加圧され、ソレノイドまたは圧電素子によって制御される液滴の解放バルブがキャリア流体の流れを作り出すために使用される。

キャリア流体の流れ１２の液滴３０の各々が荷電され、液滴の各々は、それゆえインクノズル２０の抽出口１８を通り過ぎるときに印刷流体１６の液滴を抽出する。印刷流体の抽出された液滴の各々は、対応するキャリア流体の液滴に合流し、印刷表面に堆積される。印刷パターンは、ｘおよびｙ方向における印刷ヘッドと印刷表面２２との相対的な動き、ならびに、圧力パルスのタイミングおよび対応する液滴の形成によって、制御される。この例において、キャリア流体は、ノズル２６の中のキャリア流体１４に接触する電極４４を経た電圧（Ｖ_１）の印加によって荷電される。他の実施の形態においては、キャリア流体の液滴は図２に示すように、荷電されたノズル２６に対して外側の電極を通り過ぎてもよい。液滴の流れのすべての液滴３０が印刷流体を抽出するために荷電されるため、荷電された液滴を印刷表面に向かせ、荷電されていない液滴を印刷表面から離すために、指向性が無い場が必要とされる。しかしながら、指向性場は、液滴の軌道に対する付加的な制御のために任意に使用されることができ、電極を変える、または、素子電圧（Ｖ_１）を荷電することによって、液滴の各々の電荷の量を変えることができる。

高い粘度の印刷流体１６は、抽出器としてキャリア流体の流れを使用してうまく印刷される。動作の例において、印刷流体１６は、典型的にスクリーン印刷（DGP-NO, ANP Materials, Milpitas, CA, USA, www.anapro.com）によってのみ印刷可能な銀ナノペーストである。この印刷流体は、５０，０００～１５０，０００ｃｐｓの間の粘度を有し、７０～８０ｗｔ％の銀ナノ粒子を含む。インクノズル２０は、２００μｍの距離（Ｄ）によって、抽出流れ１２から間隔をあけられた７０μｍの抽出口１８を有する。キャリア流体１４と印刷流体１６との間の電位は２０００Ｖである。６ｍ／ｓと１１ｍ／ｓとの間の速度にあるキャリア流体１４の流れ１２によって、印刷流体１６は、インクノズル２０から抽出され、キャリア流体の流れに合流して印刷表面に運ばれた。

図４～７は、抽出された印刷流体１６がキャリア流体１４の流れに合流する、異なる方法を示す。図４は、図１のキャリア流体１４の連続的な流れの部分の拡大図である。この例において、印刷流体１６は、キャリア流体１４に混合することができない。したがって、２つの流体１４，１６は、それらが印刷表面の方へ移動するときに混ざらない。これは、キャリア流体１４が印刷流体１６を希釈することを妨げるために望ましい状況といってもよく、そうしないと、キャリア流体と印刷流体とが混合可能である場合、溶質に対する溶媒の比が変わる。キャリア流体１４は、印刷表面に向かう経路上でキャリア流体の少なくとも一部を蒸発させるため、とても低い沸点を有するように選ぶことができ（たとえば、アセトン）、そのため、印刷流体１６は最小のキャリア流体の量で堆積される。同じ発想は、図３のキャリア流体の流れの一部の拡大図である図５に示されるような、均一な、または、不均一な液滴３０の形式のときのキャリア流体の流れに適用される。

図６は、印刷流体１６がキャリア流体１４に混合することができる図４の代替版である。２つの流体１４，１６は、それらが合流する、および／または、印刷流体の方へ移動するときに混ざる。これは、印刷流体１６が、インクノズル２０から印刷表面まで移動する間に部分的に蒸発される低い沸点の溶媒を持って調製されているときには望ましい状況といってもよい。キャリア流体１４は、印刷流体１６から蒸発する溶媒を含むことができ、または、同じ溶媒であってもよく、それにより、蒸発した溶媒を補充してもよく、そのため、印刷流体は、ノズルにおける印刷流体の溶質に対する溶媒の比にとても近い溶質に対する溶媒の比で、またはいくつかの異なる比で、堆積される。同じ発想は、印刷流体１６がキャリア流体１４に混合することができる図５の代替版である図７に示されるような、均一な、または、不均一な液滴３０の形式のときのキャリア流体の流れに適用される。

図８は、図１の構成に適用するときのプリンタの洗浄モードを示す。印刷流体１６が溶解できる、または、そうでなければ、キャリア流体１４と親和性があるとき、キャリア流体は、インクノズル２０のための清浄剤または詰まり防止剤として用いられる。プリンタが印刷していないとき、背圧は印刷流体１６から除去され、そしてキャリア流体１４の圧力Ｐ_１は、ノズル２６から出て行くキャリア流体の流れ１２の速度が、電圧がそれぞれの流体に印加されるときに、キャリア流体の流れがインクノズル２０を通り過ぎるために十分な高さでないように、低減される。結果として、キャリア流体の流れは、ノズル２０に引き寄せられ、清浄なノズル先端を維持するために役立ち、印刷流体１６が干上がる、または、そうでなければ抽出口１８を詰まらせることを妨げる。

前述の説明は、本発明の１つ以上の実施の形態の説明であると理解される。本発明は、ここに開示される特定の実施の形態に限定されず、むしろ以下の特許請求の範囲によって単独で定義される。さらに、前述の説明の中に含まれる主張は、開示された実施の形態に関連し、用語または句が上記で明確に定義された場合を除いて、発明の範囲または特許請求の範囲において使用される用語の定義を限定するように解釈されない。種々の他の実施の形態、ならびに開示された実施の形態に対する種々の変更および修正は、当業者に明らかになるだろう。

この明細書および特許請求の範囲において使用されるとき、用語「たとえば（ｅ．ｇ．）」、「たとえば（ｆｏｒ ｅｘａｍｐｌｅ）」、「たとえば（ｆｏｒ ｉｎｓｔａｎｃｅ）」、「など（ｓｕｃｈ ａｓ）」、および「など（ｌｉｋｅ）」、ならびに、動詞「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、およびそれらの他の動詞形は、１つ以上の構成要素または他の項目の列挙と組み合わせて使用されるとき、オープンエンドとして各々解釈されるべきであり、列挙が他の追加の構成要素または項目を除外する者と考えられていないことを意味する。さらに、「電気的に接続された」という用語およびその変形は、無線電気接続と、１つ以上のワイヤ、ケーブル、または導体を介して行われる電気接続（有線接続）との両方を包含することを意図している。他の用語は、異なる解釈を必要とする文脈で使用されない限り、それらの最も広い合理的な意味を使用して解釈されるべきである。

Claims (20)

1. 流体抽出器を有する、電気流体力学的プリンタ。
2. 前記抽出器は、抽出された印刷流体と合流し、印刷表面の方へ前記印刷流体を運ぶキャリア流体の流れである、請求項１に記載のプリンタ。
3. 前記抽出器は、印刷流体供給源の抽出口から抽出された印刷流体に比べて異なる電位にある液体の流れである、請求項１に記載のプリンタ。
4. 前記液体の流れは、連続的な流れである、請求項３に記載のプリンタ。
5. 前記液体の流れは、均一な液滴の流れである、請求項３に記載のプリンタ。
6. 前記液滴の第１部分の各々は、前記印刷流体の液滴を抽出し、前記液滴の第２部分の各々は、前記印刷流体の液滴を抽出しない、請求項５に記載のプリンタ。
7. 前記液滴の前記第１部分は、抽出された前記印刷流体を運び、かつ前記第１部分は印刷表面に向けられ、前記液滴の前記第２部分は、前記印刷表面に向けられない、請求項６に記載のプリンタ。
8. 前記液体の流れは、不均一な液滴の流れである、請求項３に記載のプリンタ。
9. 印刷表面の方へキャリア流体の流れを向けるように構成される第１ノズルと、
   抽出口で印刷流体を提供するように構成される第２ノズルとを備え、前記キャリア流体の流れは、前記印刷表面の方へ流れるときに、前記抽出口を通り過ぎ、
   前記キャリア流体および前記印刷流体の間の電位差は、前記印刷流体が前記第２ノズルから抽出されることを引き起こす、プリンタ。
10. 抽出された前記印刷流体は、前記印刷表面の方へ運ばれるために、前記キャリア流体の流れと合流する、請求項９に記載のプリンタ。
11. 前記キャリア流体は、前記キャリア流体の流れを連続的な流れにするために、前記第１ノズルの中で均一に加圧される、請求項９に記載のプリンタ。
12. 前記第１ノズルにおける前記キャリア流体の圧力は、前記キャリア流体の流れを均一な液滴の流れにするために、一定の周波数で変わる、請求項９に記載のプリンタ。
13. 前記第１ノズルにおける前記キャリア流体の圧力を変えるために、前記一定の周波数で変形するように構成される圧電素子をさらに備える、請求項１２に記載のプリンタ。
14. 前記第１ノズルに対して外部に位置する電極をさらに備え、前記キャリア流体の流れは、前記電位差の少なくとも一部を提供するために前記電極によって荷電される、請求項９に記載のプリンタ。
15. 前記キャリア流体の流れのある部分が前記抽出口を通り過ぎたときに、前記キャリア流体の流れが前記印刷流体を抽出し、前記キャリア流体の流れの荷電されていない部分が前記抽出口を通り過ぎたときに、前記キャリア流体の流れが前記印刷流体を抽出しないようにするために、前記キャリア流体の流れの一部のみを荷電するように構成される電極をさらに備える、請求項９に記載のプリンタ。
16. 前記キャリア流体の流れのある部分が、前記印刷流体を抽出することなく前記抽出口を通り過ぎ、前記第１ノズルに前記キャリア流体を供給するキャリア流体供給源に集められ、かつ戻される、請求項９に記載のプリンタ。
17. 前記プリンタは、ドロップオンデマンドプリンタであり、前記キャリア流体の流れは、液滴の流れであり、前記キャリア流体のそれぞれの液滴は、前記抽出口から前記印刷流体の液滴を抽出し、前記印刷表面に前記印刷流体のそれぞれの液滴を運ぶ、請求項９に記載のプリンタ。
18. 前記キャリア流体は、１０センチポアズより小さい粘度を有し、前記印刷流体は、３０センチポアズより大きい粘度を有する、請求項９に記載のプリンタ。
19. 前記電位差は、少なくとも５００Ｖであり、前記キャリア流体の流れは、前記キャリア流体の流れと前記第２ノズルの前記抽出口との間の隙間を維持するために十分に高い速度を有する、請求項９に記載のプリンタ。
20. 前記印刷流体は、前記キャリア流体の中に溶解でき、前記電位差は、前記プリンタの洗浄モード中に前記第１ノズルに前記キャリア流体の流れを引き寄せる、請求項９に記載のプリンタ。
    

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