(57)【要約】【課題】飛行中の液滴にレーザ光を照射して飛行中の液滴を乾燥させるパターン形成装置において、飛行中の液滴の乾燥効率と着弾精度を向上させたパターン形成装置を提供する。【解決手段】制御装置は、メイン液滴とサテライト液滴とをその体積及び飛行速度が等しい状態で吐出する駆動信号ＣＯＭを生成して、ヘッド駆動回路６１に出力する。このような駆動信号ＣＯＭを用いることで着弾後のメイン液滴にサテライト液滴を重畳して着弾させることができ、パターンの形状精度の向上が図られる。また、同量を１つの液滴で吐出した場合よりも２つの液滴で吐出した場合の方が、レーザ光が照射される照射断面積を大きくすることができ乾燥効率の向上が図られる。【選択図】図８
2010099598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発成分及びパターン形成材料を含む液状体を貯留する圧力室と該圧力室の圧力を変動させる圧力発生素子と前記圧力室に通じるノズルとを有し、前記液状体からなる液滴を前記ノズルから描画対象物に向けて吐出させる吐出ヘッドと、
前記圧力発生素子を駆動する吐出制御部と、
前記ノズルと前記描画対象物との間の空間にレーザ光を照射して飛行中の前記液滴から前記蒸発成分を蒸発させるレーザ照射部とを備え、
前記描画対象物上に着弾した前記液滴によりパターンを形成するパターン形成装置であって、
前記吐出制御部は、
前記液滴の吐出に伴って生成されるサテライト液滴の体積が前記液滴の体積と同じになるように制御を行うこと
を特徴とするパターン形成装置。
【請求項２】
前記吐出制御部は、
前記サテライト液滴の吐出時の速度が、前記液滴の吐出時の速度と同じになるように制御を行う
請求項１に記載のパターン形成装置。
【請求項３】
前記吐出制御部は、
前記液滴及び前記サテライト液滴を同じ径の球体とする
請求項１または２に記載のパターン形成装置。
【請求項４】
前記レーザ照射部は、
前記空間に相対向する一対のレーザ光を照射する
請求項１〜３のいずれか１項に記載のパターン形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛行中の液滴に対してレーザ光を照射するパターン形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
低温焼成セラミックス（ＬＴＣＣ：Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ）からなる多層基板は、優れた高周波特性と高い耐熱性を有するため、高周波モジュールの基板やＩＣパッケージの基板等に広く利用されている。このようなＬＴＣＣ多層基板においては、一般に金属インクを用いて回路パターンが描画されたグリーンシートを積層して一括焼成することにより製造されている。
【０００３】
上記回路パターンを描画する工程においては、回路パターンの高密度化を図るため、金属インクを微小な液滴にして吐出する、いわゆるインクジェット法が提案されている（例えば、特許文献１）。インクジェット法では、吐出ヘッドに設けられたノズルから１滴の容量が数〜数十ピコリットルの液滴を吐出させるとともに、こうした液滴の吐出位置を回路パターンの形状に応じて変更することにより微細な回路パターンを描画可能にしている。
【特許文献１】特開２００５−５７１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記インクジェット法を利用して高精細なパターンを形成するためには、吐出した液滴を速やかに乾燥させて基板上における濡れ広がりを抑制することにより着弾径を小さくすることが好ましく、その一つの方法としては、吐出ヘッドから吐出された飛行中の液滴にレーザ光を照射して該液滴の乾燥を飛行中に促進させる方法が検討されている。こうした方法を用いて所望量の蒸発成分を蒸発させる場合、レーザ光に必要とされる最小のエネルギーが前記所望量に応じて概ね規定できることから、レーザ光の利用効率の向上を図る上では、飛行中の液滴に対して上記最小のエネルギーを与える態様が好ましい。
【０００５】
一方、ノズルに形成されたメニスカスを振動させることにより液滴を吐出するインクジェット法にあっては、振動するメニスカスから吐出される液滴が一般に尾を引くかたちで生成される。このようにして吐出された液滴においては、球状である先端部や尾にあたる後端部に液状体の動的表面張力などが作用して液滴の先端部と後端部とが飛行中に分かれ、同液滴の先端部によりメイン液滴が生成されて、さらに同液滴の後端部により前記メイン液滴に後続する微小なサテライト液滴が生成されるようになる。これらの液滴は、その大きさや飛行速度が異なることから、飛行中にレーザ光から受けるエネルギーが異なってしまう。そのため、メイン液滴を所望の乾燥状態で適正な着弾位置に着弾させるべくレーザ光の照射条件を選定すると、上述したような微小なサテライト液滴は、レーザ光からの光圧や蒸発成分の蒸発に伴う反作用力等の外力や飛行中の空気抵抗の影響により大きな飛行曲がりを来たし、終には吐出領域と異なる領域に着弾して基板上の描画面を汚染してしまう。一方、サテライト液滴を基準にレーザ光の照射条件を選択すると、メイン液滴は乾燥不足に陥り着弾後の濡れ広がりを招いてしまう。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、飛行中の液滴にレーザ光を照射して飛行中の液滴を乾燥させるパターン形成装置において、飛行中の液滴の乾燥効率と着弾精度を向上させたパターン形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のパターン形成装置は、蒸発成分及びパターン形成材料を含む液状体を貯留する圧力室と該圧力室の圧力を変動させる圧力発生素子と前記圧力室に通じるノズルとを有し、前記液状体からなる液滴を前記ノズルから描画対象物に向けて吐出させる吐出ヘッドと、前記圧力発生素子を駆動する吐出制御部と、前記ノズルと前記描画対象物との間の空間にレーザ光を照射して飛行中の前記液滴から前記蒸発成分を蒸発させるレーザ照射部とを備え、前記描画対象物上に着弾した前記液滴によりパターンを形成するパターン形成装置であって、前記吐出制御部は、前記液滴の吐出に伴って生成されるサテライト液滴の体積が前記液滴の体積と同じになるように制御を行うことを要旨とする。
【０００８】
ノズルに形成された液状体の気液界面であるメニスカスを振動させて液滴を吐出する場合、振動するメニスカスから吐出される液滴は一般に尾を引くかたちで生成される。このようにして吐出された液滴においては、球状である先端部や尾にあたる後端部に液状体の動的表面張力などが作用して液滴の先端部と後端部とが飛行中に分かれ、同液滴の先端部によりメイン液滴が生成され、また同液滴の後端部により前記メイン液滴に後続するサテライト液滴が生成されるようになる。飛行中の液滴にレーザ光を照射するパターン形成装置においては、こうしたメイン液滴とサテライト液滴との双方にレーザ光が照射されるため、レーザ光を受ける液状体の体積がメイン液滴の体積とサテライト液滴の体積とに二分されることになる。このパターン形成装置によれば、サテライト液滴の体積をメイン液滴の体積に近づけることから、同じ体積の液状体を吐出する場合においては、メイン液滴の乾燥速度とサテライト液滴の乾燥速度とを近づけることができる。それゆえサテライト液滴の体積をメイン液滴に近づける分だけ、メイン液滴の乾燥速度とサテライト液滴の乾燥速度との差を小さくすることができ、ひいては吐出した液状体そのものの乾燥速度を高めることができる。
【０００９】
また、レーザ光を受ける飛行中の液滴は、その体積が小さくなるほど、レーザ光からの光圧や蒸発成分の蒸発に伴う反作用力等の外力や飛行中の空気抵抗の影響により飛行曲がりを来たし易くなる。このパターン形成装置によれば、体積の略等しいメイン液滴とサテライト液滴とが吐出されることから、メイン液滴及びサテライト液滴の双方に対する飛行曲がりが抑えられ、飛行曲がりを来たした場合においてもその相対的な着弾位置が保持されて、描画対象物上においてこれらを重畳させることもできる。
【００１０】
このパターン形成装置は、前記吐出制御部は、前記サテライト液滴の吐出時の速度が、前記液滴の吐出時の速度と同じになるように制御を行うことを要旨とする。
このパターン形成装置によれば、メイン液滴とサテライト液滴とが略等しい速度の下で吐出されることから、メイン液滴とサテライト液滴との飛行時間を略等しくすることができる。それゆえ飛行中のメイン液滴と飛行中のサテライト液滴との間ではレーザ光の照射時間が略等しくなるため、各々の乾燥速度の差が一層に小さくなり、吐出した液状体そのものの乾燥速度をさらに高めることができる。
【００１１】
このパターン形成装置は、前記吐出制御部は、前記液滴及び前記サテライト液滴を同じ径の球体とすることを要旨とする。
飛行中にレーザ光が照射される液滴において、そのレーザ光から受けるエネルギーは、レーザ光が照射される表面形状に依存し、レーザ光が照射される照射断面積が大きいほど大きくなる。このパターン形成装置によれば、メイン液滴とサテライト液滴とを同じ径の球体にすることによってレーザ光が照射される表面形状（照射断面積や形状）を等しくすることができる。それゆえ飛行中のメイン液滴と飛行中のサテライト液滴との間では、単位時間あたりに受けるレーザ光からのエネルギー量が略等しくなるため、各々の乾燥速度の差が一層に小さくなり、吐出した液状体そのものの乾燥速度をさらに高めることができる。
【００１２】
このパターン形成装置は、前記レーザ照射部は、前記空間に相対向する一対のレーザ光を照射することを要旨とする。
飛行中の液滴が蒸発成分を蒸発する際には、その蒸発成分の運動力に抗した反力が該液滴に対して作用する。そのため、蒸発率の高い方から低い方へ向かう上記反力が液滴に対して作用し、こうした反力が液滴を挟んで非対称であって、かつ液滴に対して過剰に作用する場合にあっては、その運動力に抗した反力による液滴の飛行曲がりが発生してしまい着弾位置の位置ずれが発生してしまう。
【００１３】
このパターン形成装置によれば、一つの液滴に対して相対向する方向からのレーザ光を照射することから、一方からレーザ光を照射する場合に比べて、液滴の乾燥効率を向上できるだけでなく、一対のレーザ光の強度分布を等しくすることにより、メイン液滴及びサテライト液滴双方の飛行曲がりをさらに抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明のパターン形成装置を液滴吐出装置に具体化した一実施形態について図１〜図１２を参照して説明する。図１は液滴吐出装置の斜視構造を模式的に示した斜視図である。図２は、本実施形態の吐出ヘッドの斜視構造を示す斜視図であり、図３は同吐出ヘッドの内部断面構造を示す部分断面図である。また図４は描画対象物であるグリーンシートと吐出ヘッドとの配置の関係を示す平面図である。
【００１５】
図１に示されるように、液滴吐出装置１０の基台１１には、該基台１１の長手方向に沿って往復移動可能なステージ１２が搭載されている。本実施形態では、基台１１の長手方向であって、図１における右上方向を＋Ｘ方向とし、＋Ｘ方向の反対方向を−Ｘ方向と言う。また、＋Ｘ方向と直交する水平方向であって、図１における左上方向を＋Ｙ方向とし、＋Ｙ方向の反対方向を−Ｙ方向と言う。また、鉛直方向上方を＋Ｚ方向とし、＋Ｚ方向の反対方向を−Ｚ方向と言う。
【００１６】
基台１１に搭載されるステージ１２の上面には、描画対象物としてのグリーンシートＧＳが描画面ＧＳａを上側にした状態でステージ１２に位置決め固定されている。ステージ１２は、基台１１に設けられたステージモータＳＭ（図８参照）が正転又は逆転するとき、位置決めされたグリーンシートＧＳを所定の速度で＋Ｙ方向又は−Ｙ方向へ走査する。
【００１７】
基台１１の上側には、門型に形成されたガイド部材１３が＋Ｘ方向に沿って架設されており、該ガイド部材１３の上側には、液状体としての導電性インクＩｋを供給するインクタンク１４が配設されている。インクタンク１４は、導電性微粒子の分散系からなる導電性インクＩｋを貯留し、貯留する導電性インクＩｋを所定の圧力の下で所定の温度調整しつつ吐出ヘッド１５へ供給する。
【００１８】
パターン形成材料である導電性微粒子は、数ｎｍ〜数十ｎｍの粒径を有する微粒子であり、例えば銀、金、銅、白金、パラジウム、ロジウム、オスミウム、ルテニウム、イリジウム、鉄、錫、コバルト、ニッケル、クロム、チタン、タンタル、タングステン、インジウム等の金属、あるいはこれらの合金を用いることができる。蒸発成分である分散媒は、上記導電性微粒子を均一に分散させるものであればよく、例えば水や水を主成分とする水溶液系、あるいはテトラデカン等の有機溶剤を主成分とする有機系を用いることができる。本実施形態の導電性インクＩｋには、導電性粒子として銀微粒子が用いられており、分散媒として水が用いられている。こうした水系の分散媒は、有機系の分散媒に比べて表面張力を高くすることができる。そして導電性インクＩｋからなる液滴は、こうした表面張力が液滴表面に作用することによって球体を呈しやすくなる。
【００１９】
ガイド部材１３には、＋Ｘ方向及び−Ｘ方向に移動可能なキャリッジ１６が搭載されて
おり、該キャリッジ１６には吐出ヘッド１５が搭載されている。キャリッジ１６は、ガイド部材１３に設けられたキャリッジモータＣＭ（図８参照）が正転又は逆転するとき、吐出ヘッド１５を＋Ｘ方向又は−Ｘ方向へ走査する。
【００２０】
図２に示されるように、吐出ヘッド１５は、キャリッジ１６に位置決め固定されて＋Ｘ方向に延びるヘッド基板１７と、ヘッド基板１７に支持されるヘッド本体２０とを有する。ヘッド基板１７における−Ｘ方向の端部には接続端子１７ａが設けられており、外部からの各種制御信号をこの接続端子１７ａがヘッド本体２０の内部へ入力し、またヘッド本体２０からの各種検出信号を同接続端子１７ａが外部へ出力する。
【００２１】
ヘッド本体２０の底部には、グリーンシートＧＳと対向するように配置されるノズルプレート２１が貼り付けられている。ノズルプレート２１は、ヘッド本体２０がグリーンシートＧＳの直上に配置されるとき、その底面であるノズル形成面２１ａと描画面ＧＳａとが略平行になるかたちで構成されており、これらノズル形成面２１ａと描画面ＧＳａとによって挟まれた空間である液滴の飛行空間を形成する。またノズルプレート２１は、ヘッド本体２０がグリーンシートＧＳの直上に配置されるとき、ノズル形成面２１ａと描画面ＧＳａとの間の距離であるプラテンギャップＰＧを所定の距離（図３参照、本実施形態では１０００μｍ）に維持する。ノズルプレート２１のノズル形成面２１ａには、ノズルプレート２１をＺ方向に貫通する複数個（ｉ個）のノズルＮがＸ方向に沿ってノズルピッチＤｘにて等間隔に配列されている。
【００２２】
図３に示されるように、ヘッド本体２０は、各ノズルＮの上側にそれぞれ圧力室としてのキャビティ２２と、振動板２３と、圧力発生素子としての圧電素子ＰＺを有する。各キャビティ２２は、供給チューブ２０Ｔを介して共通するインクタンク１４に接続されており、これによりインクタンク１４からの導電性インクＩｋを収容して、該導電性インクＩｋを各ノズルＮに供給する。振動板２３は、各キャビティ２２に対向する領域がＺ方向に振動することにより、該キャビティ２２の容積を拡大及び縮小させて圧力変動を発生させてノズルＮに形成された気液界面であるメニスカスを振動させる。各圧電素子ＰＺは、は、所定の中間電位で充電されており、その収縮量や収縮速度、伸張量や伸張速度を規定した電流信号である駆動信号ＣＯＭが入力される。この駆動信号ＣＯＭが圧電素子ＰＺに入力されるたびに、該圧電素子ＰＺが充放電されてＺ方向に収縮して伸張し、これにより振動板２３がＺ方向に振動する。
【００２３】
こうした構成からなる吐出ヘッド１５では、各圧電素子ＰＺがＺ方向に収縮及び伸張するとき、各キャビティ２２に収容される導電性インクＩｋの一部が、上記駆動信号ＣＯＭに応じた体積や速度を有する液柱としてメニスカスから尾をひくように吐出される。このようにして吐出された液柱においては、球状である先端部や尾にあたる後端部で大きな表面張力等が作用することにより、液柱の先端部と後端部とが飛行中に分かれて、液柱の先端部によりメイン液滴Ｄｍが生成され、またメイン液滴Ｄｍに後続するかたちのサテライト液滴Ｄｓが液柱の後端部により生成されるようになる。
【００２４】
この際、ノズルＮに形成されるメニスカスは、駆動信号ＣＯＭに従って伸縮する圧電素子ＰＺの変位を受けて振動して、同駆動信号ＣＯＭに応じた形状で前記液柱を生成する。本実施形態における駆動信号ＣＯＭは、着弾後のメイン液滴Ｄｍに対してサテライト液滴Ｄｓが重畳するように、サテライト液滴Ｄｓの体積をメイン液滴Ｄｍの体積に近づけるかたちの液柱を生成させる。こうした構成により吐出されたサテライト液滴Ｄｓは、メイン液滴Ｄｍに後続するように飛行空間を飛行して、先行して着弾したメイン液滴Ｄｍに重畳するように着弾する。
【００２５】
なお、ノズルＮから吐出された液滴は、該液滴に加わる外力の合力がＺ方向にのみ作用
することによって、ノズルＮからＺ方向に沿って飛行することが可能となり、またノズルＮからＺ方向に延びる仮想線である目標経路ＴＬの上を飛行することが可能となる。一方、液滴に加わる外力の合力がＺ方向と交差する方向に大きく作用する場合、ノズルＮから吐出された液滴は外力の作用に従って上記目標経路ＴＬから外れた経路を飛行し、着弾位置の精度を損なう要因である所謂飛行曲がりを来たすことになる。
【００２６】
ところで、このような液滴から所望量の分散媒を効果的に蒸発させるためには、まずは室温下にある液滴を、その液状体が沸騰しない範囲のなかで最も高い温度である目標温度付近まで昇温させる必要がある。例えば室温下にある液滴を分散媒の沸点まで昇温せしめるための熱量である第１熱量ｑ１を同液滴に供給する必要がある。次いで第１熱量ｑ１により昇温された液滴が沸騰しない状態を保ちながら分散媒を円滑に気体へと相転移させるための潜熱（気化熱）である第２熱量ｑ２を同液体に供給する必要がある。そしてこのような第１熱量ｑ１及び第２熱量ｑ２を上述するタイミングで液滴に供給することにより、所望量の分散媒を液滴から効果的に蒸発させることができる。なおこれら第１熱量ｑ１及び第２熱量ｑ２は、導電性インクＩｋの性状と液滴の体積とを用いた演算により推定することができ、また各種実験等に基づく直接測定よって決定することもできる。
【００２７】
例えば上述する演算により上記第１熱量ｑ１及び第２熱量ｑ２を推定する場合には、導電性インクＩｋの性状から得られる分散媒及び導電性微粒子のモル分率と、分散媒及び導電性微粒子の比熱容量と、駆動信号ＣＯＭに基づいて得られる液滴の重量と、吐出時における液滴の温度とに基づいて行うことができる。なお上述するような微小な液滴から蒸発した蒸発成分のなかには、液滴の表面から十分に離間した遠方へと拡散するものと、目標経路ＴＬに残留して該経路上における蒸発成分の分圧を高くするものとがある。そのため、各温度における液滴の蒸発量は、目標経路ＴＬに残留する蒸発成分の濃度が低くなるほど高くなり、逆に目標経路ＴＬにおける蒸発成分の濃度が高くなるほど低くなる。そこで、液滴表面における蒸発成分の密度やその拡散などに基づく蒸発成分の物質移動流束を用いた液滴の物質収支に関わる微分方程式や、液滴の気化熱を考慮した液滴の熱収支に関わる微分方程式、さらには液滴に対する空気抵抗を考慮した液滴の運動方程式などを解く数値計算により上記第１熱量ｑ１及び第２熱量ｑ２を推定することもできる。
【００２８】
また上述する実験により上記第１熱量ｑ１及び第２熱量ｑ２決定する場合には、飛行中の液滴をハイスピードカメラで撮像しながら該液滴に対して異なる熱量の光を照射して、該液滴が沸騰しない状態を維持できる最も高い熱量を直接測定することにより第１熱量ｑ１及び第２熱量ｑ２を得ることもできる。
【００２９】
図４の一点鎖線で示されるように、グリーンシートＧＳの描画面ＧＳａは二次元の矩形格子であるドットパターン格子ＤＬによって仮想分割されている。ドットパターン格子ＤＬは、＋Ｘ方向の格子間隔と＋Ｙ方向の格子間隔とが、それぞれ所定の間隔で設定される仮想格子である。例えば、ドットパターン格子ＤＬの＋Ｘ方向の格子間隔は、ノズルピッチＤｘで規定されており、ドットパターン格子ＤＬの＋Ｙ方向の格子間隔は、メイン液滴Ｄｍの吐出周期とステージ１２の走査速度との積から算出される吐出ピッチＤｙで規定されている。こうしたドットパターン格子ＤＬが上記ステージ１２により走査されるとき、上述する吐出ヘッド１５は、ドットパターン格子ＤＬの各格子点Ｔが目標経路ＴＬを横切るかたちで配置されて、各ノズルＮから描画面ＧＳａに向けてメイン液滴Ｄｍを吐出するか否かの選択が上記格子点Ｔごとに設定されるようになる。なお、図４ではドットパターン格子ＤＬの各格子点Ｔを説明する便宜上、ドットパターン格子ＤＬの格子間隔及び吐出ヘッド１５のノズルピッチＤｘを拡大して示している。
【００３０】
次に、上記飛行中の液滴にレーザ光を照射して該液滴を乾燥させる光学系について図５を参照して説明する。図５は、上記液滴吐出装置１０に搭載されるレーザ照射部３１の光
学的構成を模式的に示した図であり、図６は各メイン液滴Ｄｍに対するレーザ光の照射角度を模式的に示した図である。
【００３１】
図５に示されるように、レーザ照射部３１は、レーザ出射部としてのレーザ光源３２、コリメートレンズ３３、分岐部としてのハーフミラー３４、及び反射ミラー３５、３６、３７、３８、３９と、第１レーザ成形部４０ａと第２レーザ成形部４０ｂとを備えている。レーザ光源３２は、断面強度分布がガウシアン分布である基本レーザ光Ｌｅを出射する装置である。
【００３２】
レーザ光源３２は、断面強度分布がガウシアン分布である基本レーザ光Ｌｅを出射する装置である。レーザ光源３２は、所謂半導体レーザであって、導電性インクＩｋに対して所定の吸収率を有する波長に設定された基本レーザ光Ｌｅをコリメートレンズ３３に入射させる。
【００３３】
コリメートレンズ３３は、その出射面側に所定の曲率を有する平凸レンズであって、レーザ光源３２から出射された基本レーザ光Ｌｅの光束を光軸に対して平行な平行光に変換してハーフミラー３４に入射させる。ハーフミラー３４は、コリメートレンズ３３から出射された基本レーザ光Ｌｅをエネルギーが等しい一対のレーザ光である第１レーザ光Ｌｅ１と第２レーザ光Ｌｅ２とに分割する。各反射ミラー３５，３６は、ハーフミラー３４の反射光である第１レーザ光Ｌｅ１を反射する反射面を有した平面ミラーであり、その反射光である第１レーザ光Ｌｅ１を第１レーザ成形部４０ａに入射させる。各反射ミラー３７〜３９は、ハーフミラー３４の透過光である第２レーザ光Ｌｅ２を反射する反射面を有した平面ミラーであり、その反射光である第２レーザ光Ｌｅ２を第２レーザ成形部４０ｂに入射させる。
【００３４】
第１レーザ成形部４０ａは、第１レーザ光Ｌｅ１の光路上にシリンドリカルレンズ４１ａと、回折光学素子（ＤＯＥ：Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｎｔ、以後、ＤＯＥという）４２ａとを備えている。第２レーザ成形部４０ｂは、第２レーザ光Ｌｅ２の光路上にシリンドリカルレンズ４１ｂとＤＯＥ４２ｂとを備えている。
【００３５】
シリンドリカルレンズ４１ａ、４１ｂは、それぞれ短手方向にのみ曲率を有する出射面を備えたレンズであって、コリメートレンズ３３によって平行光に変換された第１レーザ光Ｌｅ１と第２レーザ光Ｌｅ２の断面を上記ノズル形成面２１ａに沿って延びる矩形状に変換する。なお、シリンドリカルレンズ４１ａ、４１ｂに入射する第１レーザ光Ｌｅ１や第２レーザ光Ｌｅ２は、Ｚ方向に所定幅を有している。そのため、該レーザ光がシリンドリカルレンズ４１ａ、４１ｂにより成形されることなく飛行空間に照射される場合にあっては、該レーザ光におけるＺ方向の端部が吐出ヘッド１５やグリーンシートＧＳ、ステージ１２などに遮られてしまい、第１レーザ光Ｌｅ１や第２レーザ光Ｌｅ２のエネルギーの一部が損なわれてしまう。シリンドリカルレンズ４１ａ、４１ｂは、それぞれ対応する反射ミラーからの第１レーザ光Ｌｅ１と第２レーザ光Ｌｅ２のＺ方向成分を変換して、第１レーザ光Ｌｅ１及び第２レーザ光Ｌｅ２のＺ方向におけるビーム長を上記プラテンギャップＰＧ（本実施形態では、１０００μｍ）と等しくなるように断面形状を成形する。これにより、第１レーザ光Ｌｅ１及び第２レーザ光Ｌｅ２のエネルギー損失を抑えつつ、液滴の目標経路ＴＬに第１レーザ光Ｌｅ１及び第２レーザ光Ｌｅ２を導くことができる。
【００３６】
ＤＯＥ４２ａ、４２ｂは、それぞれシリンドリカルレンズ４１ａ、４１ｂにより成形された第１レーザ光Ｌｅ１及び第２レーザ光Ｌｅ２の断面強度分布を所定の分布に変換して上記飛行空間へ照射する。ＤＯＥ４２ａ、４２ｂの光軸は、それぞれ目標経路ＴＬの中間位置に位置するように配置されており、全てのノズルＮから吐出される液滴に対して第１レーザ光Ｌｅ１及び第２レーザ光Ｌｅ２を照射すべく、ノズルＮの配列方向（図６に示す
一点鎖線方向）に対して所定の傾斜角θ（θ：０°＜θ≦９０°）だけ水平方向に傾斜している。
【００３７】
なお、本実施形態におけるレーザ光の照射系は、図６に示されるように、例えば相対的に体積が大きい液滴をメイン液滴Ｄｍとし、該メイン液滴Ｄｍの直径を２ｒｍとしたときに、ｓｉｎθ≧２ｒｍ／Ｄｘを満足する範囲から傾斜角θを選択する。こうした条件を満足する傾斜角θであれば、同じタイミングで吐出された液滴に対して第１レーザ光Ｌｅ１及び第２レーザ光Ｌｅ２を照射する場合であれ、相対的にＤＯＥに近い側の液滴が、相対的にＤＯＥから遠い側の液滴に対してレーザ光を遮ることがない。それゆえ吐出ヘッド１５から同時に吐出された全てのメイン液滴Ｄｍに対して第１レーザ光Ｌｅ１と第２レーザ光Ｌｅ２とを均等に照射することができる。しかも、ｓｉｎθ＝２ｒｍ／Ｄｘを満足する場合には、隣接するノズルＮから吐出されたメイン液滴Ｄｍ間においてレーザ光の照射方向における隙間が無くなることから、飛行空間を透過してしまうレーザ光が最小限に抑えられて、レーザ光の利用効率が向上するようにもなる。
【００３８】
ＤＯＥ４２ａ、４２ｂは、それぞれ第１レーザ光Ｌｅ１及び第２レーザ光Ｌｅ２の強度分布を変更する光学的構成要素であり、各液滴の目標経路ＴＬにおける第１レーザ光Ｌｅ１及び第２レーザ光Ｌｅ２の強度分布が同目標経路ＴＬに沿って平坦なトップハット型分布となるように変換する。なお、こうしたレーザ光の強度分布を所望の強度分布に厳密に変換することは困難であるため、上述するトップハット型分布である平坦な強度分布とは、その最大強度と平均強度との差分、ならびに最小強度と平均強度との差分がそれぞれ平均強度に対して±５％以内である分布である。こうした平坦性は描画パターンの設計ルールであるメイン液滴Ｄｍの着弾位置の精度や着弾径の精度などに応じて適宜選択される。
【００３９】
このようなレーザ光のエネルギーが飛行中の液滴に吸収される場合、液滴の表面や液滴の内部で吸収されたエネルギーにより液滴の温度が上昇するようになる。断面強度分布がガウシアン分布であるレーザ光を照射する場合にあっては、同ガウシアン分布の裾野にあたる低エネルギー領域により、吐出直後の液滴が昇温されることになる。
【００４０】
これに対して上述するトップハット型のレーザ光を照射する形態であれば、吐出直後の液滴が前記目標温度（例えば分散媒の沸点）まですばやく昇温されるようになり、分散媒の蒸発効率が高くなる温度で液滴が長く飛行できる。しかも上述するような吐出形態であれば、所定の体積で吐出された導電性インクＩｋが、メイン液滴Ｄｍと該メイン液滴Ｄｍに近い体積であるサテライト液滴Ｄｓとに二分されるため、同じ体積の導電性インクＩｋを吐出する上では、メイン液滴Ｄｍの乾燥速度とサテライト液滴Ｄｓの乾燥速度とが近づけられる。すなわち、サテライト液滴Ｄｓの体積がメイン液滴Ｄｍに近づけられる分だけ、メイン液滴Ｄｍの乾燥速度とサテライト液滴Ｄｓの乾燥速度との差が小さくなり、吐出した導電性インクＩｋそのものの乾燥速度が高くなる。
【００４１】
例えば、メイン液滴Ｄｍとサテライト液滴Ｄｓとが球状に吐出される場合、メイン液滴Ｄｍの径をｒｍ、サテライト液滴Ｄｓの径をｒｓとすると、メイン液滴Ｄｍの体積Ｖｍとサテライト液滴Ｄｓの体積Ｖｓとは、それぞれ式（１）、式（２）により与えられる。またメイン液滴Ｄｍの照射断面積とサテライト液滴Ｄｓの照射断面積との合計である総照射断面積Ｓは式（３）により与えられる。
【００４２】
Ｖｍ＝４／３×π×ｒｍ３…（１）
Ｖｓ＝４／３×π×ｒｓ３…（２）
Ｓ＝π×ｒｍ２＋π×ｒｓ２…（３）
そして、メイン液滴Ｄｍの体積Ｖｍとサテライト液滴Ｄｓの体積Ｖｓとの合計が一定（Ｖｍ＋Ｖｓ＝一定）である条件、すなわち一定量の導電性インクＩｋを吐出する条件を式
（３）に適用すると、サテライト液滴Ｄｓの体積がメイン液滴Ｄｍの体積に近づくほど総照射断面積Ｓが増大する。そして、ｒｍ＝ｒｓのとき、すなわちサテライト液滴Ｄｓの体積とメイン液滴Ｄｍの体積とが等しくなるときに、同総照射断面積Ｓが最大になることが分かる。
【００４３】
また、このようにメイン液滴Ｄｍの体積とサテライト液滴Ｄｓの体積が等しいとき、すなわちｒｍ＝ｒｓ（＝最大照射径ｒ）のとき、上記体積Ｖｍと体積Ｖｓとの合計である総体積Ｖａと、同総体積Ｖａからなる１つの液滴Ｄａの径ｒａとは、それぞれ式（４）、式（５）により与えられる。また、この液滴Ｄａの照射断面積である比較照射断面積Ｓａは式（６）により与えられる。
【００４４】
Ｖａ＝２×４／３×π×ｒｍ３…（４）
ｒａ＝２１／３×ｒｍ…（５）
Ｓａ＝π×ｒａ２＝２２／３×π×ｒｍ２…（６）
そして、上記体積Ｖｍと体積Ｖｓとが等しいときの総照射断面積Ｓは上記式（３）から２×π×ｒｍ２で与えられるため、この総照射断面積Ｓと比較照射断面積Ｓａとを比較すれば、体積Ｖｍと体積Ｖｓとが等しくなることにより総照射断面積が２／２２／３倍（約１．２６倍）だけ大きくなっていることが分かる。それゆえ、同量の導電性インクＩｋが吐出される上では、サテライト液滴Ｄｓの体積がメイン液滴Ｄｍの体積に近づくことにより、その大きくなった照射断面積の分だけレーザ光が効率よく導電性インクＩｋに吸収され、導電性インクＩｋそのものの乾燥効率が向上されるようになる。
【００４５】
また、飛行中にレーザ光を受ける液滴がその分散媒を蒸発する場合、蒸発する分散媒の反作用力が液滴の表面に対して作用する。そして上記反作用力が目標経路ＴＬに対して対称でない場合にあっては、その反作用力による液滴の飛行曲がりが誘発されてしまい、着弾位置の位置ずれを発生させる場合がある。
【００４６】
そこで、上述するレーザ照射部３１は、飛行中の液滴に与える単位面積・単位時間あたりの熱量であるレーザ強度Ｐを、相対向する第１レーザ光Ｌｅ１と第２レーザ光Ｌｅ２とに等分する、すなわち各々の強度をＰ／２に設定している。こうした照射態様であれば、液滴の蒸発率が目標経路ＴＬを挟んで対称となり、分散媒の蒸発にともなう反作用力が互いに打ち消し合うことから、液滴の飛行曲がりが生じ難くなり、メイン液滴Ｄｍの着弾位置の位置ずれが抑制される。しかも、上述するような吐出形態であれば、サテライト液滴Ｄｓの体積がメイン液滴Ｄｍに近づけられる分だけ、メイン液滴Ｄｍが受ける反作用力とサテライト液滴Ｄｓが受ける反作用力との差が小さくなる。すなわちサテライト液滴Ｄｓの飛行経路がメイン液滴Ｄｍの飛行経路に近づけられることになり、着弾後のメイン液滴Ｄｍに対してサテライト液滴Ｄｓが重畳しやすくなる。それゆえメイン液滴Ｄｍとサテライト液滴Ｄｓの双方が略同じ位置に着弾するため、飛行曲がりを来たした液滴による描画面ＧＳａの汚染が抑制される。またたとえ双方が飛行曲がりを来たしたとしてもその相対的な着弾位置が保持されて、これらを重畳させることができる。
【００４７】
また、前記目標温度に到達した液滴がレーザ光を受ける場合、同液滴に加えられるエネルギー量が蒸発成分である分散媒の気化熱を超えると、導電性インクＩｋの沸点まで液滴が昇温されてしまい、液滴の内部からも分散媒の蒸発が開始されて、液滴の突沸が発生しやすくなる。
【００４８】
そこで、上述するレーザ照射部３１は、飛行中の液滴に対して前記第１熱量ｑ１と第２熱量ｑ２との総和である総エネルギーＥを与えるように、上記レーザ強度Ｐを調整している。こうしたレーザ強度Ｐであれば、液滴の突沸を抑制できる温度範囲の中から、より高い温度、例えば分散媒の沸点まで液滴が昇温して、こうした温度状態が維持されるように
なる。この結果、液滴の突沸が抑えられつつも安定した蒸発状態が維持されることになり、液滴の温度が目標温度である期間が長くなる分だけ、液滴の乾燥速度が高くなる。
【００４９】
なお、上述するようなレーザ強度Ｐは、例えば異なる強度のレーザ光を飛行中の液滴に照射して該液滴の飛行状態をハイスピードカメラで撮像し、液滴が突沸しないレーザ強度の中から最も高い値を選択することにより直接的に得られる。また、上述するプラテンギャップＰＧや液滴の飛行速度ｖを式（７）に適用することにより、簡易的に推定することもできる。式（７）における飛行期間ｔは吐出された液滴が飛行する期間であり、液滴の飛行速度ｖと上記プラテンギャップＰＧとを用いて飛行期間ｔ＝ＰＧ／ｖにより得られる。式（７）における２ｒは同液滴の直径であり、同式（７）におけるＰＧ×２ｒは飛行中の液滴に対するレーザ光の照射断面積である。
【００５０】
Ｐ＝Ｅ／（（ＰＧ×２ｒ）×ｔ）…（７）
次に、上記のように構成した液滴吐出装置１０の電気的構成について図７を参照して説明する。図７は、液滴吐出装置１０における電気的構成を示したブロック回路図であり、図８は、ヘッド駆動回路の電気的構成を示すブロック回路図である。
【００５１】
図７に示されるように、液滴吐出装置１０の制御装置５０は、ＣＰＵ等からなる制御部５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３等を有しており、これらＲＯＭ５２及びＲＡＭ５３に格納された各種データ及び各種制御プログラムに従ってステージ１２及びキャリッジ１６の搬送処理、吐出ヘッド１５の液滴吐出処理、レーザ光源３２のレーザ光出射処理等を実行する。また制御装置５０は、クロック信号を生成する発振回路５４と、駆動波形に関わる信号を生成する駆動波形生成回路５５と、各種の信号を受信する外部Ｉ／Ｆ５６と、各種の信号を送受信する内部Ｉ／Ｆ５７とを有する。
【００５２】
制御装置５０は、外部Ｉ／Ｆ５６を介して入出力装置５８に電気的に接続されており、また内部Ｉ／Ｆ５７を介してキャリッジモータ駆動回路５９、ステージモータ駆動回路６０、ヘッド駆動回路６１及びレーザ光源駆動回路６２に電気的に接続されている。なお、この制御装置５０とヘッド駆動回路６１とによって吐出制御部が構成されている。
【００５３】
入出力装置５８は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク、液晶ディスプレイ等を有する外部コンピュータである。入出力装置５８は、描画パターンに関する情報、駆動信号ＣＯＭの波形に関する情報、レーザ光の強度に関する情報等を描画情報Ｉａとして制御装置５０に入力する。制御装置５０は、入出力装置５８からの描画情報Ｉａを受けて、その描画情報ＩａをＲＡＭ５３の記憶領域に格納する。
【００５４】
描画パターンに関する情報とは、液滴を吐出する目標位置が上記ドットパターン格子ＤＬに関連付けられたデータであり、例えば描画パターンを示す画像データである。駆動信号ＣＯＭの波形に関する情報とは、圧電素子ＰＺに供給する電圧波形を示すデータであり、着弾後のメイン液滴Ｄｍに対してサテライト液滴Ｄｓが重畳するようにサテライト液滴Ｄｓの体積をメイン液滴Ｄｍの体積に近づけるべく、各種液滴の吐出実験や数値計算等に基づいて設定されたデータである。レーザ光の強度に関する情報とは、レーザ光源３２の出力を示すデータであり、上述するレーザ照射部３１にレーザ強度Ｐのレーザ光を照射させるべく設定されたデータである。
【００５５】
発振回路５４は、各種処理のタイミングを制御するためのクロック信号を生成する。例えば発振回路５４は、上記ＲＡＭ５３から読み出された各種データをヘッド駆動回路６１にシリアル転送するための同期信号である転送クロックＣＬＫを生成する。
【００５６】
駆動波形生成回路５５は、駆動信号ＣＯＭを生成するための波形データが所定の記憶領
域に格納される波形メモリを有している。また駆動波形生成回路５５は、駆動信号ＣＯＭを生成するための電圧レベルデータをアナログ信号に変換するデジタル／アナログ変換器と、該デジタル／アナログ変換器で変換したアナログ信号を圧電素子ＰＺが駆動する電圧まで増幅して、さらに該増幅した電圧信号に対応した電流供給を行うための増幅器を有している。上記波形データは、基準クロックごとの昇圧量や降圧量を示すデータである。また上記電圧レベルデータは、駆動信号ＣＯＭの波形に対応した電圧レベルを示す電圧レベルデータであり、上述する波形データが基準クロックに同期して加算されることにより生成される。
【００５７】
こうした構成からなる駆動波形生成回路５５では、波形データを示すデータ信号や該波形データの書き込みアドレスを示すアドレス信号が制御部５１から入力されることにより、そのアドレスに対応する記憶領域に同波形データが格納される。また液滴の吐出動作を実行するとき、例えば格子点ＴがノズルＮの直下に位置するときには、読み出しアドレスを示すアドレス信号が基準クロックに同期して制御部５１から入力されることにより、そのアドレスに格納された波形データが読み出される。そして駆動波形生成回路５５は、読み出した波形データに基づく電圧レベルデータを生成し、該電圧レベルデータをアナログ信号に変換して増幅した電圧信号を用いて、該電圧信号に対応する電流信号を駆動信号ＣＯＭとして出力する。
【００５８】
キャリッジモータ駆動回路５９は、制御装置５０からの制御信号が入力されると、その制御信号に応答してキャリッジ１６を移動させるためのキャリッジモータＣＭを正転又は逆転させる。キャリッジモータ駆動回路５９には、キャリッジエンコーダＣＥが接続されており、このキャリッジエンコーダＣＥからの検出信号が入力される。キャリッジモータ駆動回路５９は、キャリッジエンコーダＣＥからの検出信号に基づいて、描画面ＧＳａに対するキャリッジ１６の移動方向及び移動量、すなわちノズルＮの移動方向や移動量に関わる信号を生成して制御装置５０に出力する。
【００５９】
ステージモータ駆動回路６０は、制御装置５０からの制御信号が入力されると、その制御信号に応答してステージ１２を移動させるためのステージモータＳＭを正転又は逆転させる。ステージモータ駆動回路６０には、ステージエンコーダＳＥが接続されており、このステージエンコーダＳＥからの検出信号が入力される。ステージモータ駆動回路６０は、ステージエンコーダＳＥからの検出信号に基づいて、ステージ１２の移動方向及び移動量に関する信号、すなわち目標位置である格子点Ｔの移動方向や移動量に関わる信号を生成して制御装置５０に出力する。
【００６０】
レーザ光源駆動回路６２は、グリーンシートＧＳがノズルＮの直下に進入し始めるときに制御装置５０からの制御信号が入力されて、その制御信号に応答してレーザ光源３２に上記レーザ強度Ｐからなるレーザ光を出射させる。
【００６１】
制御部５１は、描画パターンに関する情報に基づいてドットパターンデータを生成する。ドットパターンデータは、全ての格子点Ｔに対して上記メイン液滴Ｄｍを吐出するか否かを関連付けたビットマップデータである。制御部５１は、このドットパターンデータを生成すると、上記転送クロックＣＬＫを同期信号にして該ドットパターンデータをヘッド駆動回路６１にシリアル転送する。本実施形態においては、ドットパターンデータを用いて生成する上記シリアルデータを、シリアルパターンデータＳＩという。シリアルパターンデータＳＩは、メイン液滴Ｄｍの吐出及び非吐出を各圧電素子ＰＺに関連付けるためのデータである。
【００６２】
制御部５１は、上述したステージエンコーダＳＥからのステージ１２の移動方向及び移動量に関する信号、すなわち目標位置である格子点ＴのノズルＮに対する移動方向や移動
量に関する信号を受けて、格子点ＴがノズルＮの直下に位置するか否かを判断する。そして格子点ＴがノズルＮの直下に位置するときにタイミング信号ＬＡＴを生成し、該タイミング信号ＬＡＴをヘッド駆動回路６１に出力する。
【００６３】
図８に示されるように、ヘッド駆動回路６１は、シフトレジスタ６３、制御信号生成部６４、レベルシフタ６５、圧電素子スイッチ６６を有する。シフトレジスタ６３は、制御装置５０から転送されるシリアルパターンデータＳＩを順次シフトさせて、ノズルＮの数であるｉ個のビット値からなるシリアルパターンデータＳＩを格納する。
【００６４】
制御信号生成部６４は、制御装置５０からのタイミング信号ＬＡＴを受けてシフトレジスタ６３に格納されるシリアルパターンデータＳＩをラッチする。制御信号生成部６４は、シリアルパターンデータＳＩをシリアル／パラレル変換して、各ノズルＮに対応するｉビットのパラレルデータを生成し、該パラレルデータをレベルシフタ６５に出力する。本実施形態においては、制御信号生成部６４が出力するパラレルデータをパラレルパターンデータＰＩという。
【００６５】
レベルシフタ６５は、制御信号生成部６４からのパラレルパターンデータＰＩを圧電素子スイッチ６６の駆動電圧レベルに昇圧して、各圧電素子ＰＺに関連付けられるｉ個の開閉信号を生成する。圧電素子スイッチ６６は、各圧電素子ＰＺに対応するｉ個のスイッチ素子を有し、各スイッチ素子の入力端には、それぞれ制御装置５０からの駆動信号ＣＯＭが入力され、各スイッチ素子の出力端には、それぞれ対応する圧電素子ＰＺが接続されている。各スイッチ素子は、それぞれ対応する圧電素子ＰＺに関連付けられた開閉信号に応じて、対応する圧電素子ＰＺに駆動信号ＣＯＭを出力する。
【００６６】
こうした構成からなるヘッド駆動回路６１によれば、タイミング信号ＬＡＴが入力されるたびに、すなわち格子点ＴがノズルＮの直下に位置するたびに、ドットパターンデータに基づいて圧電素子ＰＺが選択されて、該圧電素子ＰＺに駆動信号ＣＯＭが出力される。そして選択された圧電素子ＰＺに対応するノズルＮからメイン液滴Ｄｍとサテライト液滴Ｄｓとが吐出されて、該ノズルＮの直下にある格子点Ｔにメイン液滴Ｄｍとサテライト液滴Ｄｓとが重畳するかたちで着弾する。
【００６７】
次に、駆動波形生成回路５５が生成する駆動信号ＣＯＭについて図９及び図１０を参照して説明する。図９は駆動信号ＣＯＭを生成すべく駆動波形生成回路５５が生成した電圧信号の波形を示す図であり、図１０は同駆動信号ＣＯＭに対応する吐出状況を模式的に示す図である。
【００６８】
図９に示されるように、駆動信号ＣＯＭに対応する電圧信号の波形は、電圧レベルを基準電位Ｖ０から第１電位Ｖ１まで上昇させる第１波形部分７１と、該第１波形部分７１から電圧レベルを保持する第２波形部分７２と、該第２波形部分７２から電圧レベルを第２電位Ｖ２まで降下させる第３波形部分７３とを有している。また駆動信号ＣＯＭに対応する電圧信号の波形は、上記第３波形部分７３から電圧レベルを保持する第４波形部分７４と、該第４波形部分７４から基準電位Ｖ０よりも低い第３電位Ｖ３まで電圧レベルを降下させる第５波形部分７５と、該第５波形部分７５から電圧レベルを保持する第６波形部分７６と、該第６波形部分７６から電圧レベルを基準電位Ｖ０まで上昇させる第７波形部分７７とを有している。
【００６９】
このような駆動信号ＣＯＭが圧電素子ＰＺに供給されるとき、第１波形部分７１に対応する電流信号により圧電素子ＰＺが収縮し、これによりキャビティ２２の容積が初期状態から拡大し、導電性インクＩｋがキャビティ２２に導入される。次いで第２波形部分７２に対応する電流信号により圧電素子ＰＺがその収縮状態を保持し、これによりキャビティ
２２の容積が拡大した状態で保持される。そしてキャビティ２２の容積拡大により生じたメニスカスの振動の位相を調節する。続いて第３波形部分７３により、第２波形部分７２で調整されたタイミングで、圧電素子ＰＺを収縮した状態から伸張させ、これにより第２電位Ｖ２の電圧レベルに対応する容積まで第３波形部分７３の傾きに応じた速度でキャビティ２２の容積が縮小し、キャビティ２２内の導電性インクＩｋが加圧される。そして、こうした加圧を受けるメニスカスがノズルＮから押し出されて、第３波形部分７３の終端では、図１０（ａ）に示されるように、半球状の先端部を有したインク柱７８がノズルＮから形成される。
【００７０】
次いで、第４波形部分７４に対応する電流信号により第４波形部分７４の期間だけ圧電素子ＰＺがその状態を保持し、これによりキャビティ２２の容積が保持される。このとき、前段階の第３波形部分７３の加圧により流動していたキャビティ２２内の導電性インクＩｋは、そのインク柱への流動を抑えられるかたちとなる。一方、インク柱の先端部のメニスカスは、前段階の第３波形部分７３の加圧時の慣性力により吐出方向へと移動し続ける。この結果、第４波形部分７４の終端では、図１０（ｂ）に示されるように、先端部が太く、基端部が細いインク柱７８が形成される。
【００７１】
次いで第５波形部分７５に対応する電流信号により圧電素子ＰＺが再び伸張し、これにより第３電位Ｖ３の電圧レベルに対応する容積まで第５波形部分７５の傾きに応じた速度でキャビティ２２の容積が縮小し、キャビティ２２内の導電性インクＩｋが再び加圧される。そして、こうした加圧を受けるメニスカスがノズルＮからさらに押し出されて、第５波形部分７５の終端では、図１０（ｃ）に示されるように、先行して形成されたインク柱７８に連なるかたちで新たなインク柱７９が形成される。
【００７２】
次いで第６波形部分７６に対応する電流信号により第６波形部分７６の期間だけ圧電素子ＰＺがその状態を保持し、これによりキャビティ２２の容積が保持される。このとき、前段階の第５波形部分７５の加圧により流動していたキャビティ２２内の導電性インクＩｋは、そのインク柱への流動を抑えられ、これにともなう残留振動によってノズルＮの周縁部のメニスカスはノズルＮへと引き戻されるようになる。一方、インク柱の先端部のメニスカスは、前段階の第５波形部分７５の加圧時の慣性力により吐出方向へと移動し続ける。この結果、第６波形部分７６の終端では、図１０（ｄ）に示されるように、インク柱７８に連なる先端部が太く、基端部が細いインク柱７９が形成される。
【００７３】
次いでキャビティ２２及びメニスカスにおける導電性インクＩｋの振動と逆位相になるタイミングで入力される第７波形部分７７に対応する電流信号により圧電素子ＰＺが収縮し、これによりキャビティ２２の容積が拡大して同キャビティ２２の容積が初期状態へと復元する。これにより、図１０（ｅ）に示されるように、インク柱７９の基端部がノズルＮから切り離される。そして図１０（ｆ）に示すように、インク柱７８、７９の各々がその表面張力によって分裂して球体となり、メイン液滴Ｄｍ及びサテライト液滴Ｄｓとして飛行するようになる。なお、この第７波形部分７７をキャビティ２２及びメニスカスにおける導電性インクＩｋの振動と逆位相になるタイミングで入力することにより、上述したメイン液滴Ｄｍ及びサテライト液滴Ｄｓの吐出にともなうキャビティ２２及びメニスカスにおける残留振動を減衰させることができる。
【００７４】
上述するように、メイン液滴Ｄｍ及びサテライト液滴Ｄｓの飛行速度やその体積は、インク柱７８、７９の境界を形成する第４波形部分７４の電圧レベルやインク柱７８、７９を形成する第３波形部分７３及び第５波形部分７５の傾き等に依存する。そこで本実施形態の駆動信号ＣＯＭに対応する電圧信号の波形では、着弾後のメイン液滴Ｄｍにサテライト液滴Ｄｓが重畳するようにサテライト液滴Ｄｓの飛行速度及び体積とメイン液滴Ｄｍの飛行速度及び体積とを等しくすべく、これら第４波形部分７４の電圧レベルや第３波形部
分７３及び第５波形部分７５の傾きが設定されている。
【００７５】
こうした第４波形部分７４の電圧レベルや第３波形部分７３及び第５波形部分７５の傾きは、メイン液滴Ｄｍ及びサテライト液滴Ｄｓの飛行状態や着弾状態を直接観測することにより決定することができる。図１１及び図１２は、上述する照射態様の下で第４波形部分７４の電圧レベルを決定すべく実施された実験の観測結果を示すものであり、図１１はメイン液滴Ｄｍとサテライト液滴Ｄｓとの着弾状況を模式的に示した図である。また図１２は、着弾したメイン液滴Ｄｍとサテライト液滴Ｄｓとの間の距離である位置ずれ量と、サテライト液滴Ｄｓの体積との関係を示す図である。なお、図１１においては、図中左側から右側にかけて、第４波形部分７４の電圧レベルが上記第３電位Ｖ３から上記第２電位Ｖ２へ徐々に上昇した場合における着弾状況を示す。
【００７６】
図１１に示されるように、第４波形部分７４の電圧レベルが第３電位Ｖ３と略等しい場合、すなわち前記インク柱７８、７９の境界が無くなる場合には、メイン液滴Ｄｍが細く長い尾を引くかたちで吐出されて、同メイン液滴Ｄｍに比べて著しく小さいサテライト液滴Ｄｓが生成されてしまう。こうした小さいサテライト液滴Ｄｓはレーザ光を受けることにより容易に飛行曲がりを起こしてしまい、図１１及び図１２に示されるように、メイン液滴Ｄｍの着弾位置とサテライト液滴Ｄｓの着弾位置との間のずれ量を大きくしてしまう。
【００７７】
一方、第４波形部分７４の電圧レベルが第２電位Ｖ２に近くなる場合には、サテライト液滴Ｄｓの体積がメイン液滴Ｄｍの体積に近くなり、サテライト液滴Ｄｓの飛行速度ならびに飛行中における乾燥状態がメイン液滴Ｄｍに近づくようになる。すなわち、サテライト液滴Ｄｓの飛行軌跡がメイン液滴Ｄｍの飛行軌跡に近くなる。この結果、図１１及び図１２に示されるように、メイン液滴Ｄｍの着弾位置とサテライト液滴Ｄｓの着弾位置とが近くなり、第４波形部分７４の電圧レベルが第２電位Ｖ２になる場合には、メイン液滴Ｄｍとサテライト液滴Ｄｓとの間で体積及び飛行速度が略等しくなり、サテライト液滴Ｄｓの略全体が着弾後のメイン液滴Ｄｍに重畳するように着弾する。それゆえ、こうした電圧レベルが第４波形部分７４の電圧レベルとして採用されることにより、着弾後のメイン液滴Ｄｍとサテライト液滴Ｄｓとが重畳するようにサテライト液滴Ｄｓの体積をメイン液滴Ｄｍの体積に近づけることが可能となる。
【００７８】
なお、上述する吐出態様においては、サテライト液滴Ｄｓがメイン液滴Ｄｍよりも遅れて生成されるために、サテライト液滴Ｄｓが着弾するタイミングとメイン液滴Ｄｍが着弾するタイミングとの間に時間差が生じる。一方、メイン液滴Ｄｍが着弾するタイミングとサテライト液滴Ｄｓが着弾するタイミングとの間にもステージ１２が移動し続けていることから、上述する時間差の分だけ、サテライト液滴Ｄｓの着弾位置がメイン液滴Ｄｍの着弾位置に対してステージ１２の移動方向にずれてしまう。ただし、上記液滴吐出装置にあっては、そもそもメイン液滴Ｄｍやサテライト液滴Ｄｓの飛行速度がステージ１２の移動速度よりも十分に高く、またメイン液滴Ｄｍやサテライト液滴Ｄｓの飛行期間が上述する時間差よりも十分に長いために、先行して着弾したメイン液滴に対してサテライト液滴の着弾位置の位置ずれが非常に小さくて済む。それゆえ、着弾したメイン液滴Ｄｍに対してサテライト液滴Ｄｓを重畳させて着弾させることができ、パターンの形状精度を向上させることができる。
【００７９】
なお、第４波形部分７４の電圧レベルを上記第２電位Ｖ２よりも第１電位Ｖ１側に上昇させた場合にあっては、メイン液滴Ｄｍの体積がサテライト液滴Ｄｓの体積よりも小さくなり、図１２に示されるように、メイン液滴Ｄｍにおいて飛行曲がりが発生するようになる。このメイン液滴Ｄｍの飛行曲がりはメイン液滴Ｄｍの体積が小さくなるほど、言い換えればサテライト液滴Ｄｓの体積が大きくなるほど大きくなり、メイン液滴Ｄｍの着弾位
置に対するサテライト液滴Ｄｓの着弾位置の位置ずれ量が大きくなる。そのため、第４波形部分７４の電圧レベルの決定に際しては、図１２に示されるように、予め定めた設計ルールに基づいて所定の位置ずれ量Ｌよりも小さい位置ずれ量が得られる範囲Ａに該当する体積のサテライト液滴Ｄｓを吐出させる電圧レベルを選択することが好ましい。
【００８０】
以上説明したように、上記実施形態の液滴吐出装置１０によれば以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態によれば、メイン液滴Ｄｍとサテライト液滴Ｄｓを同じ体積の球状にすることで、同量の導電性インクＩｋを１つの液滴で吐出した場合よりも第１及び第２レーザ光Ｌｅ１，Ｌｅ２が照射される照射断面積を大きくすることができ、各液滴の乾燥速度を向上させることができる。
【００８１】
（２）また、メイン液滴Ｄｍとサテライト液滴Ｄｓの双方に対する飛行曲がりが抑制されて描画面ＧＳａにこれらを重畳させて着弾させることができ、パターンの形状精度を向上させることもできる。
【００８２】
（３）上記実施形態によれば、メイン液滴Ｄｍとサテライト液滴Ｄｓの飛行速度を等しくすることで、各液滴にレーザ光が照射される照射時間を等しくすることができる。すなわち、各液滴が第１及び第２レーザ光Ｌｅ１，Ｌｅ２から受けるエネルギーを等しくすることができ、各液滴を同じ乾燥状態の下で描画面ＧＳａに着弾させることもできる。
【００８３】
（４）各液滴に対して相対向する一対のレーザ光である第１及び第２レーザ光Ｌｅ１，Ｌｅ２を照射することにより、各液滴の飛行曲がりが抑制され、メイン液滴Ｄｍの格子点Ｔに対する着弾位置の位置ずれを抑制することもできる。
【００８４】
（５）上記実施形態によれば、第１及び第２レーザ光Ｌｅ１，Ｌｅ２の強度分布をトップハット型分布にすることでメイン液滴Ｄｍ及びサテライト液滴Ｄｓの乾燥効率をより高めることができる。
【００８５】
尚、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態におけるレーザ照射部３１の光学系では、飛行中の液滴を挟むように液滴の両側からレーザ光が照射される。こうした照射態様を変更して、例えば、各液滴の重量が大きく、その飛行速度が速い場合など、飛行曲がりが微小である場合や飛行曲がりが発生しても着弾位置の位置ずれが許容できるような描画パターンにおいては、液滴に対して片側のみからレーザ光が照射されてもよい。このような場合であっても、メイン液滴Ｄｍの体積にサテライト液滴Ｄｓの体積を近づけて吐出させる分だけ、パターンの形状精度と乾燥効率の向上を図ることができる。
【００８６】
・上記実施形態におけるレーザ照射部３１の光学系では、第１レーザ光Ｌｅ１と第２レーザ光Ｌｅ２の光軸がノズルＮの配列方向に対して傾斜角θだけ傾斜した構成を説明した。こうした照射態様に限らず、第１レーザ光Ｌｅ１と第２レーザ光Ｌｅ２の光軸が、ノズルＮの配列方向に対して傾斜することなく、同配列方向と一致する構成であってもよい。このような構成においては、吐出ヘッド１５の各ノズルＮから異なる吐出タイミングでメイン液滴Ｄｍ及びサテライト液滴Ｄｓが吐出されることにより、全ての液滴に対してレーザ光が照射されるようになる。
【００８７】
・上記実施形態におけるレーザ照射部３１の光学系では、１つのレーザ光源３２から出射された基本レーザ光Ｌｅがハーフミラー３４を介して第１レーザ光Ｌｅ１と第２レーザ光Ｌｅ２とに分岐される構成を説明した。こうした光学系に限らず、飛行中の液滴を挟むように液滴の両側からレーザ光が照射される態様であれば、例えば一対のレーザ光を出射
すべく一対のレーザ光源が用いられる構成であってもよい。こうした構成によれば、液滴吐出装置がハーフミラー３４を割愛できる。
【００８８】
・上記実施形態では、メイン液滴Ｄｍ及びサテライト液滴Ｄｓに照射するレーザ光を半導体レーザとした。これに限らず、これらの液滴にレーザ光を照射する上では、液体レーザやガスレーザ、ＹＡＧレーザなどの固体レーザであってもよい。なお、ＹＡＧレーザを用いた場合には、基本レーザ光の光路上にシャッターを配置し開閉制御することでレーザ光を飛行空間に照射するか否かを選択するようにするとよい。
【００８９】
・上記実施形態では、吐出ヘッド１５が１列のノズル列を有する構成を説明した。こうした構成に限らず、吐出ヘッド１５が複数のノズル列を有してもよい。なお、このような構成では、第１レーザ光Ｌｅ１及び第２レーザ光Ｌｅ２がノズルＮから吐出される全ての液滴に照射されるように該レーザ光の光軸の傾斜角θを適宜変更するとよい。
【００９０】
・上記実施形態では、駆動信号ＣＯＭに対応する電位波形が、メイン液滴Ｄｍの飛行速度とサテライト液滴Ｄｓの飛行速度とを等しくするが、これらの飛行速度が異なる形態であってもよい。すなわちサテライト液滴Ｄｓが着弾後のメイン液滴Ｄｍと重畳するようにサテライト液滴Ｄｓの体積をメイン液滴Ｄｍの体積に近づける構成であれば、各液滴の飛行速度が異なる形態であってもよい。こうした構成であっても、サテライト液滴Ｄｓの体積をメイン液滴Ｄｍの体積に近づけることから、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【００９１】
・上記実施形態では、メイン液滴Ｄｍとサテライト液滴Ｄｓとが球状を呈するが、これらの液滴が柱状を呈する構成であってもよい。こうした構成であっても、サテライト液滴Ｄｓの体積をメイン液滴Ｄｍの体積に近づけることから、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【００９２】
・上記実施形態では、図９に示したように、第３電位Ｖ３を基準電位Ｖ０よりも低い電位レベルを示す電圧波形が用いられることにより、メイン液滴Ｄｍとサテライト液滴Ｄｓとの間で飛行速度及び体積が等しくなる。このような電位レベルに限らず、メイン液滴Ｄｍとサテライト液滴Ｄｓとの間で飛行速度及び体積を等しくする電圧波形には、例えば図１３に示されるように、第１〜第３電位Ｖ１〜Ｖ３が基準電位Ｖ０よりも高くなる電圧波形も適用可能である。
【００９３】
・上記実施形態では、液状体の分散媒として水系の分散媒が用いられるが、これに加えて、液状体の表面張力を調整すべく、同分散媒には界面活性剤が添加されてもよい。こうした分散媒によれば、界面活性剤の添加量を変更することによりメニスカスにおける表面張力を調整することが可能となり、駆動信号ＣＯＭに対応する電圧波形の自由度が拡張可能になる。
【００９４】
・上記実施形態では、グリーンシートＧＳに導電性微粒子を含んだ導電性インクＩｋを吐出して金属配線を描画するパターン形成装置を説明した。これに限らず、飛行中の液滴にレーザ光を照射して乾燥させるものであれば、例えば絶縁パターンを描画するパターン形成装置など、他の用途のパターン形成装置に具体化することもできる。
【００９５】
・上記実施形態では、吐出ヘッドの駆動方式として圧電素子駆動方式を説明した。こうした駆動方式に限らず、吐出ヘッドから液滴を吐出するという観点からは、抵抗加熱方式や静電駆動方式を利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本実施形態におけるパターン形成装置の一例を示す斜視図。
【図２】吐出ヘッドを示す斜視図。
【図３】吐出ヘッドの内部を示す要部断面図。
【図４】グリーンシートのドットパターン格子を示す模式図。
【図５】液滴吐出装置の光学系を示す模式図。
【図６】レーザ光と液滴との関係を説明するための模式図。
【図７】液滴吐出装置の電気的構成を示すブロック回路図。
【図８】ヘッド駆動回路の電気的構成を示すブロック回路図。
【図９】駆動信号に対応する電圧波形を示す図。
【図１０】（ａ）〜（ｆ）同じく、駆動信号に応じた吐出状況を模式的に示す図。
【図１１】メイン液滴とサテライト液滴との着弾状況を模式的に示す図。
【図１２】サテライト液滴の体積と位置ずれ量との関係を示すグラフ。
【図１３】変更例における駆動信号に対応した電圧波形を示す図。
【符号の説明】
【００９７】
θ…傾斜角、Ａ…範囲、Ｅ…総エネルギー、Ｌ…位置ずれ量、Ｎ…ノズル、Ｐ…レーザ強度、Ｓ…総照射断面積、Ｔ…格子点、ｔ…飛行期間、ｖ…飛行速度、ＣＥ…キャリッジエンコーダ、ＣＭ…キャリッジモータ、Ｄａ…液滴、ＤＬ…ドットパターン格子、Ｄｍ…メイン液滴、Ｄｓ…サテライト液滴、Ｄｘ…ノズルピッチ、Ｄｙ…吐出ピッチ、ＧＳ…グリーンシート、Ｉａ…描画情報、Ｉｋ…導電性インク、Ｌｅ…基本レーザ光、ＰＧ…プラテンギャップ、ＰＩ…パラレルパターンデータ、ＰＺ…圧電素子、ｑ１…第１熱量、ｑ２…第２熱量、ｒａ…径、Ｓａ…比較照射断面積、ＳＥ…ステージエンコーダ、ＳＩ…シリアルパターンデータ、ＳＭ…ステージモータ、ＴＬ…目標経路、Ｖ０…基準電位、Ｖ１…第１電位、Ｖ２…第２電位、Ｖ３…第３電位、Ｖａ…総体積、Ｖｍ…体積、Ｖｓ…体積、ＣＬＫ…転送クロック、ＣＯＭ…駆動信号、ＧＳａ…描画面、ＬＡＴ…タイミング信号、Ｌｅ１…第１レーザ光、Ｌｅ２…第２レーザ光、５６…外部Ｉ／Ｆ、５７…内部Ｉ／Ｆ、１０…液滴吐出装置、１１…基台、１２…ステージ、１３…ガイド部材、１４…インクタンク、１５…吐出ヘッド、１６…キャリッジ、１７…ヘッド基板、１７ａ…接続端子、２０…ヘッド本体、２０Ｔ…供給チューブ、２１…ノズルプレート、２１ａ…ノズル形成面、２２…キャビティ、２３…振動板、３１…レーザ照射部、３２…レーザ光源、３３…コリメートレンズ、３４…ハーフミラー、３５…反射ミラー、３６…反射ミラー、４０ａ…第１レーザ成形部、４０ｂ…第２レーザ成形部、４１ａ…シリンドリカルレンズ、４１ｂ…シリンドリカルレンズ、４２ａ…ＤＯＥ、４２ｂ…ＤＯＥ、５０…制御装置、５１…制御部、５２…ＲＯＭ、５３…ＲＡＭ、５４…発振回路、５５…駆動波形生成回路、５８…入出力装置、５９…キャリッジモータ駆動回路、６０…ステージモータ駆動回路、６１…ヘッド駆動回路、６２…レーザ光源駆動回路、６３…シフトレジスタ、６４…制御信号生成部、６５…レベルシフタ、６６…圧電素子スイッチ、７１…第１波形部分、７２…第２波形部分、７３…第３波形部分、７４…第４波形部分、７５…第５波形部分、７６…第６波形部分、７７…第７波形部分、７８…インク柱、７９…インク柱。
【図１】
2010099598.tif 000003
【図２】
2010099598.tif 000004
【図３】
2010099598.tif 000005
【図４】
2010099598.tif 000006
【図５】
2010099598.tif 000007
【図６】
2010099598.tif 000008
【図７】
2010099598.tif 000009
【図８】
2010099598.tif 000010
【図９】
2010099598.tif 000011
【図１０】
2010099598.tif 000012
【図１１】
2010099598.tif 000013
【図１２】
2010099598.tif 000014
【図１３】
2010099598.tif 000015