(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、サテライト液滴による描画面の汚染を抑制するパターン形成装置を提供する。【解決手段】各圧電素子に供給される駆動信号は、メイン液滴及びサテライト液滴が孤立飛行空間だけ飛行した後に合一するように、サテライト液滴がノズルから切断される際に同サテライト液滴のノズル側の切断点の速度をメイン液滴の速度よりも高くするように設定される。すなわち、サテライト液滴のノズル側の切断点の速度を規定する第５波形部分７５の変化率が、メイン液滴の速度を規定する第３波形部分７３の変化率よりも大きく設定される。このような駆動信号を用いることでメイン液滴の吐出に伴うサテライト液滴は、先行して吐出されたメイン液滴と合一した上で描画面に着弾する。これにより、サテライト液滴による描画面の汚染を抑制することができる。【選択図】図９
2010110664.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が飛行中の前記液滴に合一するように、前記サテライト液滴が前記ノズルから切断される際に同サテライト液滴のノズル側の切断点の速度を前記液滴の速度よりも高くすること
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、
前記液滴及び前記サテライト液滴が沸騰する前に前記液滴と前記サテライト液滴とが合一するように
前記サテライト液滴の前記ノズル側の切断点の速度を前記液滴の速度よりも高くする制御を行う
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の温度が前記蒸発成分の沸点に到達する前に前記液滴と前記サテライト液滴とが合一するように
前記サテライト液滴の前記ノズル側の切断点の速度を前記液滴の速度よりも高くする制御を行う
請求項２に記載のパターン形成装置。
【請求項４】
前記吐出制御部は、
前記液滴の体積を前記サテライト液滴の体積よりも小さくする
請求項１〜３のいずれか１項に記載のパターン形成装置。
【請求項５】
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１〜４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る液滴においては、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が後端部から切断されて、同液滴の先端部によりメイン液滴が先行して生成される。さらに同液滴の後端部がノズルから切断されて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。飛行過程にあるこうしたサテライト滴にレーザ光が照射されると、メイン液滴に比べてサイズが小さいサテライト液滴は、レーザ光から受ける光圧や蒸発成分が蒸発する際の反作用力により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。図１４は、このようなレーザ光を受けて着弾したメイン液滴とサテライト液滴との着弾状態を示す平面図である。
【０００６】
図１４に示されるように、例えばメイン液滴を一方向に配列させてライン状のパターンを描画する場合にあっては、飛行曲がりを来たしたサテライト液滴がメイン液滴の周辺に飛散するかたちで着弾してしまう。そして描画パターンの周辺全体をサテライト液滴で汚染するばかりか、特に微細な導電性のパターンを形成する場合にあっては、こうしたサテライト滴がパターンを形成すべきでない位置に着弾することにより導電性のパターン間に於ける電気的な短絡を招く虞がある。また、配線部分に配置される金属インク量がサテライト液滴を形成してしまう分だけ減少することになり配線抵抗の上昇や断線の原因ともな
っていた。
【０００７】
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、サテライト液滴による描画面の汚染を抑制する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】
【０００８】
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が飛行中の前記液滴に合一するように、前記サテライト液滴が前記ノズルから切断される際に同サテライト液滴のノズル側の切断点の速度を前記液滴の速度よりも高くする。
【０００９】
ノズルに形成された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る液滴においては、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が後端部から切断されて、液滴の先端部によりメイン液滴が先行して生成される。また同液滴の後端部がノズルから切断されて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。こうして生成されるサテライト液滴は、切断直後は吐出方向に細長い形状をしているものの、その表面張力などによって次第に球状となる。球状となったサテライト液滴では、細長い形状であるときに速度分布が生じている場合にはその速度が保存されて飛行する。また、飛行中のこれらの液滴は、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を受けやすく飛行曲がりを来たしやすくなる。このパターン形成装置によれば、サテライト液滴の体積が相対的に小さくなる場合、あるいはメイン液滴の体積が相対的に小さくなる場合であれ、飛行中のメイン液滴にサテライト液滴が合一するようにメイン液滴とサテライト液滴との間に速度の差が設けられることから、サテライト液滴による描画対象物の汚染を抑制することができる。
【００１０】
このパターン形成装置は、前記吐出制御部は、前記液滴及び前記サテライト液滴が沸騰する前に前記液滴と前記サテライト液滴とが合一するように前記サテライト液滴の前記ノズル側の切断点の速度を前記液滴の速度よりも高くする制御を行うことを要旨とする。
【００１１】
飛行中の液滴における突沸を抑えて、かつ同液滴の乾燥効率を高めるためには、液状体が沸騰しない温度の中で相対的に高温である目標温度に液滴を保持することが好ましい。一方、メイン液滴とサテライト液滴との体積に差がある場合にあっては、体積の小さい液滴が上記目標温度に到達しやすくなり、反対に体積の大きい液滴が上記目標温度に到達し難くなる。このように飛行中の液滴間で温度が大きく異なる場合にあっては、上記突沸の抑制と乾燥効率の向上とを図る上で、目標温度に到達した一方の液滴に対して過剰な熱量供給を抑える照射態様が必要となり、反対に目標温度に到達していない液滴に対しては高い熱量供給を維持する照射態様が必要となる。それゆえ、１つの飛行空間で液滴ごとの照射態様が必要となり、レーザ光の照射系に大幅な複雑化を招く虞がある。
【００１２】
このパターン形成装置によれば、飛行中の液滴の双方が、沸点に到達する前に合一する。そのため、飛行中の液滴間に温度差がある場合であれ、双方の突沸を確実に抑えることができる。そして合一した液滴が飛行する空間に対しては、合一後の液滴に適した高い熱
量を供給し続けることもできるため、液滴の乾燥効率の向上と照射系の簡素化とを図ることもできる。
【００１３】
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の温度が前記蒸発成分の沸点に到達する前に前記液滴と前記サテライト液滴とが合一するように前記サテライト液滴の前記ノズル側の切断点の速度を前記液滴の速度よりも高くする制御を行うことを要旨とする。
【００１４】
飛行中の液滴が沸騰しない温度の中で相対的に高温である目標温度としては、例えば蒸発成分の沸点が挙げられる。このパターン形成装置によれば、液状体に応じて一義的に規定されるこうした沸点が前記目標温度として利用されるため、目標温度を設定するための各種実験や数値計算を行うことなく、液滴の突沸を抑えつつ乾燥効率の向上を図ることができる。
【００１５】
このパターン形成装置は、前記吐出制御部が、前記液滴の体積を前記サテライト液滴の体積よりも大きくする。
体積が小さい液滴は、その重量が小さいために飛行中における空気抵抗の影響を受けやすく、それゆえ体積が大きい液滴に比べて飛行速度を低下させやすい。そしてサテライト液滴の体積の方がメイン液滴の体積よりも小さい場合にあっては、メイン液滴に追いつく立場であるサテライト液滴の飛行速度が相対的に大きく低下してしまい、こうした飛行速度の低下を相殺するために、サテライト液滴の飛行速度に一層の高速度化が必要となってしまう。このパターン形成装置によれば、メイン液滴の体積よりも大きいサテライト液滴を吐出することにより、追いつく立場であるサテライト液滴の飛行速度の低下を回避することができ、メイン液滴とサテライト液滴とを確実に合体させることができる。
【００１６】
このパターン形成装置は、前記レーザ照射部が、前記空間に相対向する一対のレーザ光を照射する。
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の吐出方向を軸にして非対称であって、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。
【００１７】
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抑制することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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１０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。
【００１９】
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２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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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Ｉ
ｋ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、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信号波形からなる駆動信号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、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。
【００２７】
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に、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に応じたサイズや速度を有する液滴として尾を引くように吐出される。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が作用して液滴の先端部が後端部から切断されて、同液滴の先端部によってメイン液滴Ｄｍが先行して生成される。また同液滴の後端部がノズルから切断されて前記メイン液滴Ｄｍに後続するかたちのサテライト液滴Ｄｓが生成されるようになる。こうして生成されるサテライト液滴Ｄｓは、切断直後は吐出方向に細長い形状をしているものの、その表面張力などによって次第に球状となる。球状となったサテライト液滴Ｄｓでは、細長い形状であるときに速度分布が生じている場合にはその速度が保存された状態となる。そしてノズルＮから吐出されるこれらの液滴は、上述する飛行空間を飛行してグリーンシートＧＳの描画面ＧＳａに着弾する。
【００２８】
本実施形態における駆動信号ＣＯＭは、上述するメイン液滴Ｄｍの体積がサテライト液滴の体積よりも大きくなるように設定されている。また駆動信号ＣＯＭは、メイン液滴Ｄｍとサテライト液滴Ｄｓとが所定の距離である孤立飛行距離ＰＧａ（＜プラテンギャップＰＧ）だけ飛行した後に合一するように、サテライト液滴ＤｓがノズルＮから切断される際に同サテライト液滴Ｄｓのノズル側の切断点の速度がそのとき飛行しているメイン液滴Ｄｍの速度よりも高くなるように設定されている。すなわち上述するメイン液滴Ｄｍとサテライト液滴Ｄｓとは、ノズルＮから孤立飛行距離ＰＧａだけ飛行した後に合一液滴Ｄを生成して、上記プラテンギャップＰＧから孤立飛行距離ＰＧａを差し引いた差分に相当する距離だけ合一液滴Ｄとして飛行する。このような構成によれば、飛行中のメイン液滴Ｄｍにサテライト液滴Ｄｓが合一するように同サテライト液滴Ｄｓのノズル側の切断点の速度がメイン液滴Ｄｍの速度よりも高くすることから、サテライト液滴Ｄｓの飛散による描画面ＧＳａの汚染を抑制することができる。以下、これらメイン液滴Ｄｍ及びサテライト液滴Ｄｓが孤立した状態で飛行する空間を孤立飛行空間Ａ１とし、合一液滴Ｄが飛行する空間を合一飛行空間Ａ２という。
【００２９】
この際、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でき、またノズルＮを含んで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できる。一方、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方向と交差する方向に大きく作用する場合にあっては、該合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て、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。
【００３０】
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。
【００３１】
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ことにより上記第１熱量ｑ１及び第２熱量ｑ２を推定することもできる。
【００３２】
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。
【００３３】
上述する第１熱量ｑ１と第２熱量ｑ２との合計である乾燥エネルギーＥは、メイン液滴Ｄｍ、サテライト液滴Ｄｓ、及びこれらが合一した合一液滴Ｄの各々が固有に有する値である。そしてこうした固有の乾燥エネルギーＥが対応する液滴に与えられることにより、各液滴に対して好適な乾燥状態を実現させることが可能となる。すなわち、メイン液滴Ｄｍに固有の乾燥エネルギーであるメイン乾燥エネルギーが孤立飛行空間Ａ１に与えられることにより、飛行中のメイン液滴Ｄｍに対して好適な乾燥状態が実現される。あるいはサテライト液滴Ｄｓに固有の乾燥エネルギーであるサテライト乾燥エネルギーが孤立飛行空間Ａ１に与えられることにより、飛行中のメイン液滴Ｄｍに対して好適な乾燥状態が実現される。そして合一液滴Ｄに固有の乾燥エネルギーＥである合一乾燥エネルギーが合一飛行空間Ａ２に与えられることにより、飛行中の合一液滴Ｄに対して好適な乾燥状態が実現される。
【００３４】
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を十分拡大して示している。
【００３５】
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は合一液滴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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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、例えば合一液滴Ｄの径をｒとしたときに、ｓｉｎθ≧２ｒ／Ｄｘを満足する範囲から上記傾斜角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液滴に対して第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＝２ｒ／Ｄｘを満足する場合には、隣接するノズルＮから吐出された合一液滴Ｄ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を向上させることもできる。
【００４３】
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る。ＤＯＥ４２ａ、４２ｂは、それぞれ孤立飛行空間Ａ１に含まれる目標経路ＴＬにおいて、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。またＤＯＥ４２ａ、４２ｂは、それぞれ合一飛行空間Ａ２に含まれる目標経路ＴＬにおいても、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厳密に平坦に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等に応じて適宜選択される。
【００４４】
また、孤立飛行空間Ａ１に含まれる目標経路ＴＬ上の液滴に対して、ＤＯＥ４２ａ、４２ｂは上記メイン乾燥エネルギーあるいは上記サテライト乾燥エネルギーを与えるように第１レーザ光Ｌｅ１及び第２レーザ光Ｌｅ２の強度を調整する。また、合一飛行空間Ａ２に含まれる目標経路ＴＬ上の液滴に対して、ＤＯＥ４２ａ、４２ｂは上記合一乾燥エネルギーを与えるように、第１レーザ光Ｌｅ１及び第２レーザ光Ｌｅ２の断面強度を調整する。さらにまた第１レーザ光Ｌｅ１の断面強度と第２レーザ光Ｌｅ２の断面強度が飛行空間の全体で等しくなるように、ＤＯＥ４２ａ、４２ｂは各強度を調整する。
【００４５】
上述するようなレーザ光の単位面積及び単位時間あたりのレーザ強度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、各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ることができる。あるいは、乾燥対象である液滴が固有に有する乾燥エネルギーＥと、同液滴の半径ｒ、飛行距離Ｌ及び飛行期間ｔを用いることにより、式（１）から上記レーザ強度Ｐを簡易的に推定することもできる。式（１）におけるＬ×２ｒは、飛行中の液滴に対するレーザ光の照射断面積であり、式（１）における飛行期間ｔは、同液滴の飛行速度ｖと飛行距離Ｌとからｔ＝Ｌ／ｖとして得られる。
【００４６】
Ｐ＝Ｅ／（（Ｌ×２ｒ）×ｔ）…（１）
こうした構成からなるＤＯＥ４２ａ、４２ｂによれば、各液滴に対して好適な乾燥状態を実現させることが可能となる。すなわち、孤立飛行空間Ａ１を飛行する液滴メイン乾燥エネルギーが与えられる場合には、飛行中のメイン液滴Ｄｍにおいて好適な乾燥状態が実現される。また孤立飛行空間Ａ１を飛行する液滴にサテライト乾燥エネルギーが与えられる場合には、飛行中のサテライト液滴Ｄｓにおいて好適な乾燥状態が実現される。そして合一飛行空間Ａ２を飛行する合一液滴Ｄに合一乾燥エネルギーが与えられることにより、飛行中の合一液滴Ｄにおいて好適な乾燥状態が実現される。
【００４７】
なお、上述するようにサテライト液滴Ｄｓの体積がメイン液滴Ｄｍの体積よりも小さい場合にあっては、メイン液滴Ｄｍに要求される蒸発量がサテライト液滴Ｄｓに要求される蒸発量よりも高くなり、メイン乾燥エネルギーがサテライト乾燥エネルギーよりも高くなる。このような場合において孤立飛行空間Ａ１にメイン乾燥エネルギーが与えられると、メイン液滴Ｄｍに対しては好適な乾燥状態が実現される一方、過剰なエネルギー供給によりサテライト液滴Ｄｓが突沸しやすくなる。それゆえ、メイン乾燥エネルギーがサテライト乾燥エネルギーよりも十分に高くなる場合、本実施形態のＤＯＥ４２ａ、４２ｂは、孤立飛行空間Ａ１の液滴に対してサテライト乾燥エネルギーを与えるようにしている。このような構成であれば、サテライト液滴Ｄｓの突沸を抑制しつつ各液滴の乾燥を促進させることができる。
【００４８】
すなわち、駆動信号ＣＯＭを受ける吐出ヘッド１５とレーザ照射部３１とが協働することにより、上記液滴吐出装置１０は、メイン液滴Ｄｍ及びサテライト液滴Ｄｓが沸騰する前に、メイン液滴Ｄｍとサテライト液滴Ｄｓとを合一させている。それゆえ飛行中の液滴間に大きな温度差が生じる場合であれ、各液滴の突沸を確実に抑えることができる。そしてメイン液滴Ｄｍが孤立飛行空間Ａ１で乾燥不足になる場合であっても、合一液滴Ｄに固有の乾燥エネルギーＥが合一飛行空間Ａ２に与えられるため、着弾時における導電性インクＩｋに対してより好適な乾燥状態が実現される。なおこうした構成においては、メイン液滴Ｄｍの温度が分散媒の沸点に到達する前であって、かつサテライト液滴Ｄｓの温度が分散媒の沸点に到達する前に、メイン液滴Ｄｍとサテライト液滴Ｄｓとが合一するようにサテライト液滴Ｄｓのノズル側の切断点の速度をメイン液滴Ｄｍの速度よりも高くする構成が好ましい。こうした構成であれば、導電性インクＩｋの性状に基づいて一義的に規定されるこうした沸点が乾燥エネルギーＥを求めるための目標温度として利用できるため、目標温度を設定するための各種実験や数値計算を行うことなく、液滴の突沸や乾燥効率の向上を図ることができる。
【００４９】
なお、上述するように飛行中の液滴が分散媒を蒸発させる際、該分散媒の運動力に抗した反力が乾燥対象である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の外力が飛行中の液滴に対して作用し、こうした蒸発率が目標経路ＴＬに対して対称でない場合にあっては、それに伴う外力によって液滴の飛行曲がりが誘発されやすくなる。一方、上述のように第１レーザ光Ｌｅ１の断面強度と第２レーザ光Ｌｅ２の断面強度とが等しくなる構成であれば、各液滴の蒸発率が目標経路ＴＬに対して対称となるため、液滴に作用する上記反力が互いに打ち消し合うようになり、液滴の飛行曲がりがより生じ難くなる。本実施形態における駆動信号ＣＯＭは、飛行中のサテライト液滴Ｄｓがメイン液滴Ｄｍと合一するようにサテライト液滴Ｄｓのノズル側の切断点の速度をメイン液滴Ｄｍの速度よりも高くするものであるが、上述するような照射態様が適用されることにより液滴個々の飛行曲がりが抑えられる。このため、各液滴の速度の範囲やレーザ強度の範囲等、各種描画条件の自由度をさらに拡張することも可能になる。
【００５０】
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等を有している。制御装置５０は、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を用いた搬送処理、吐出ヘッド１５を用いた液滴吐出処理、レーザ光源３２を用いたレーザ光出射処理等の各種処理を実行する。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、駆動信号ＣＯＭの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に供給する信号波形を示すデータである。この駆動信号ＣＯＭの波形に関する情報は、メイン液滴Ｄｍの体積がサテライト液滴の体積よりも大きく、かつメイン液滴Ｄｍとサテライト液滴Ｄｓとが孤立飛行距離ＰＧａだけ飛行した後に合一するように、サテライト液滴Ｄｓのノズル側の切断点の速度がメイン液滴Ｄｍの速度よりも高くなるように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に所定レーザ強度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には、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からの制御信号を受け、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。このドットパターンデータを用いて転送クロックＣＬＫに同期するシリアルデータを生成し、そのシリアルデータを内部Ｉ／Ｆ５７を介してヘッド駆動回路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に基づ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ており、各スイッチ素子の入力端には制御装置５０からの駆動信号ＣＯＭが入力され、また各スイッチ素子の出力端からは対応する圧電素子ＰＺへ駆動信号ＣＯＭがさ
れる。これらのスイッチ素子は、その接続先である圧電素子ＰＺに関連付けられた開閉信号を受けることにより、同圧電素子ＰＺに駆動信号ＣＯＭを出力する。
【００６６】
こうした構成によれば、タイミング信号ＬＡＴがヘッド駆動回路６１に入力されるたびに、該ノズルＮに対応する圧電素子ＰＺがドットパターンデータに基づいて選択されて、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、駆動波形生成回路５５が駆動信号ＣＯＭを生成すべく生成した電圧信号の波形を示し、図１０は、同駆動信号ＣＯＭにより吐出された液滴の飛行状態を経時的に示すものであり、左端の液滴から右端の液滴に向けて順に飛行時間が経過した状態に示す。なお、図１０においては、吐出動作における初期状態を左端に示し、メイン液滴Ｄｍとサテライト液滴Ｄｓの飛行状態を中央に示し、これらメイン液滴Ｄｍとサテライト液滴Ｄｓとが合一する状態を右端に示す。
【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、第１波形部分７１、第２波形部分７２、第３波形部分７３、第４波形部分７４、第５波形部分７５、第６波形部分７６及び第７波形部分７７により構成されている。第１波形部分７１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、第２波形部分７２は第１波形部分７１の終端から電圧レベルを保持する。
【００６９】
第３波形部分７３は、第２波形部分７２の終端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は、キャビティ２２における体積の縮小量や縮小速度を規定するものであり、その両端間における電圧レベルの差及び変化率によりメイン液滴Ｄｍの体積及び速度を規定する。この第３波形部分７３は、メイン液滴Ｄｍに所望する体積と速度とを与えるべく、各種実験等に基づく直接測定や各種数値計算により決定される。第４波形部分７４は、第３波形部分７３の終端から電圧レベルを保持して、メイン液滴Ｄｍとサテライト液滴Ｄｓとを強制的に分裂させるための波形である。
【００７０】
第５波形部分７５は、その両端間における電圧レベルの差及び変化率が共に第３波形部分７３よりも大きく、第４波形部分７４の終端から第３電位Ｖ３まで電圧レベルを降下させる。第５波形部分７５は、その両端間における電圧レベルの差及び変化率によりサテライト液滴Ｄｓの体積及び速度を規定する。この第５波形部分７５は、サテライト液滴Ｄｓに所望する体積と速度とを与えるべく、各種実験等に基づく直接測定や各種数値計算により決定される。第６波形部分７６は、第５波形部分７５の終端から電圧レベルを保持して、第７波形部分７７は、第６波形部分７６の終端から電圧レベルを基準電位Ｖ０まで上昇させる。
【００７１】
このような電圧波形に対応した駆動信号ＣＯＭが圧電素子ＰＺに供給されるとき、第１波形部分７１に対応した電流信号を受けて圧電素子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する。そして導電性インクＩｋがキャビティ２２に導入される。次いで第２波形部分７２に対応した電流信号を受けて圧電素子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に対応した電流信号を受けて圧電素子ＰＺが伸張し、これにより第３波形部分７３の変化率に応じた速度でキャビティ２２の容積が縮小する。そしてキャビティ２２内の導電性インクＩｋが加圧される。こうした加圧を受けるメニスカスがノズルＮから押し出されることにより、先端部が半球状のインク柱がノズルＮから形成される。
【００７２】
次いで、第４波形部分７４に対応した電流信号を受けて圧電素子ＰＺが第４波形部分７４の期間だけその状態を保持し、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導電性インクＩｋは、そのインク柱への流動が抑えられ、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に引き戻されるような動きをする。このとき、第４波形部分７４の期間だけキャビティ２２の容積を保持していることで、このようなメニスカスの動きが抑制されることはない。一方、上述したインク柱の先端部はノズルＮに引き戻されず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、上述したインク柱が先太りするかたちに形成される。
【００７３】
次いで、第５波形部分７５に対応した電流信号を受けて圧電素子ＰＺが再び伸張し、これにより第５波形部分７５の傾きに応じた速度でキャビティ２２の容積が縮小する。そしてキャビティ２２内の導電性インクＩｋが再び加圧される。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ることにより、先行して形成されたインク柱に連なるかたちで新たなインク柱が形成される。
【００７４】
次いで、第６波形部分７６に対応した電流信号を受けて圧電素子ＰＺが第６波形部分７６の期間だけその状態を保持し、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導電性インクＩｋは、後続するインク柱への流動が抑えられ、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に引き戻されるような動きをする。このとき、第６波形部分７６の期間だけキャビティ２２の容積を保持していることで、このようなメニスカスの動きが抑制されることない。一方、第３波形部分７３及び第５波形部分７５により形成された各インク柱は、ノズルＮに引き戻されず、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、先行するインク柱と後続するインク柱とが自然に切れやすくなる。そして、後続するインク柱から先行するインク柱が分離して、メイン液滴Ｄｍとして吐出される。
【００７５】
次いで、第７波形部分７７に対応した電流信号を受けて圧電素子ＰＺが収縮し、これによりキャビティ２２の容積が拡大する。そしてキャビティ２２の容積が初期状態へと復元することにより、後続するインク柱の基端部がノズルＮから切り離されて、図１０の左側に示されるように、メイン液滴Ｄｍにともなうサテライト液滴Ｄｓとして吐出される。
【００７６】
また、この第７波形部分７７は、メニスカスの残留振動がノズルから吐出する方向に転じるタイミングで入力され、キャビティ２２の容積を拡大することでノズルから吐出する方に移動しているメニスカスの振動が相殺される（制振）。
【００７７】
このようして吐出された２つの液滴は、その表面張力によってそれぞれ球体となって飛行するようになる。この際、第３波形部分７３に基づいて生成されたメイン液滴Ｄｍは、第３波形部分７３における電圧レベルの変化率に対応した速度（メイン吐出速度ｖ１）で吐出される。また第５波形部分７５に基づいて生成されたサテライト液滴Ｄｓは、吐出当初は細長い形状をしており、吐出方向の先端部はメイン液滴Ｄｍが吐出されるときの影響を受けてメイン吐出速度ｖ１よりも遅い速度で吐出される一方、尻尾部の端部であるノズルＮ側の切断点の速度は第５波形部分７５における電圧レベルの変化率に対応した速度で吐出される。そして、尻尾部が先端部に追いついてその速度が保存された速度であって、かつメイン吐出速度ｖ１よりも高い速度（サテライト吐出速度ｖ２）で吐出される。そしてメイン液滴Ｄｍ及びサテライト液滴Ｄｓが孤立飛行距離ＰＧａだけ飛行すると、メイン液滴Ｄｍ及びサテライト液滴Ｄｓが沸騰する前に、高速のサテライト液滴Ｄｓが低速のメイン液滴に追いつき、これらメイン液滴Ｄｍとサテライト液滴Ｄｓとが合一する。このよ
うにして生成された合一液滴Ｄは、合一飛行空間Ａ２で合一乾燥エネルギーを受け、十分な乾燥状態で目標位置へ着弾する。
【００７８】
この間、相対向する一対のレーザ光が等しい強度で各液滴に照射されるため、各液滴においては飛行曲がりが生じ難くなり、これにより着弾位置の位置ずれが抑制されるようになる。ただし、このような一対のレーザ光の強度を厳密に等しくすることが困難な場合がある。そのため、一対のレーザ光の強度が異なる場合、飛行中の液滴は、その重量が低くなるほど、レーザ光からの光圧や分散媒の蒸発にともなう反力の影響を受けやすくなる。また飛行中の液滴は、その重量が低くなるほど空気抵抗の影響をも受けやすくなる。すなわちサテライト液滴Ｄｓが飛行曲がりを来たしやすくなる。そこで、このようなサテライト液滴Ｄｓの飛行曲がりを抑えるためには、より早い段階でメイン液滴Ｄｍとサテライト液滴Ｄｓとを合体させることが好ましい。
【００７９】
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及びサテライト液滴Ｄｓは、ノズル形成面２１ａから孤立飛行距離ＰＧａだけ飛行した後に合一することから、サテライト液滴Ｄｓの飛散による描画面ＧＳａの汚染を抑制することができる。
【００８０】
（２）また、孤立飛行空間Ａ１において体積の小さい液滴であるサテライト液滴Ｄｓに基づいた乾燥エネルギーを各液滴に供給することで、メイン液滴Ｄｍ及びサテライト液滴Ｄｓの双方が沸騰する前に合一させることができ、これらの液滴の突沸を確実に抑えることができる。
【００８１】
（３）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を等しい強度分布で照射することにより、各液滴の飛行曲がりが抑制され、合一液滴Ｄ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。
【００８２】
なお、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。
【００８３】
・上記実施形態における電圧波形では、図９に示されるように、第５波形部分７５の両端間における電圧レベルの差が第３波形部分７３よりも小さい例を示した。そしてサテライト液滴の体積がメイン液滴Ｄｍの体積よりも小さく、かつサテライト液滴ＤｓがノズルＮから切断される際に同サテライト液滴ＤｓのノズルＮ側の切断点の速度がそのとき飛行中のメイン液滴Ｄｍの速度よりも高い例を示した。これに限らず、駆動信号ＣＯＭに対応する電圧波形は、以下のように変更することもできる。図１１及び図１２は、この変更例において上記実施形態の図９及び図１０に対応するものである。
【００８４】
図１１に示されるように、駆動信号ＣＯＭに対応する電圧波形は、例えば第５波形部分７５の両端間における電圧レベルの差が第３波形部分７３よりも大きい構成であってもよい。すなわちサテライト液滴Ｄｓの体積がメイン液滴Ｄｍの体積よりも大きく、かつサテライト液滴ＤｓのノズルＮ側の切断点の速度がメイン液滴Ｄｍの速度よりも高くなる構成であってもよい。こうした構成であっても、図１１に示されるように、サテライト吐出速
度ｖ２がメイン吐出速度ｖ１よりも高いため、メイン液滴Ｄｍ及びサテライト液滴Ｄｓが孤立飛行距離ＰＧａだけ飛行すれば、メイン液滴Ｄｍ及びサテライト液滴Ｄｓが沸騰する前に、高速のサテライト液滴Ｄｓが低速のメイン液滴Ｄｍに追いつき、これらメイン液滴Ｄｍとサテライト液滴Ｄｓとが合一する。それゆえ上述する実施形態と同種の効果を得ることができる。
【００８５】
また体積が小さい液滴は、その重量が小さいために飛行中における空気抵抗の影響を受けやすく、それゆえ体積が大きい液滴に比べて飛行速度を低下させやすい。こうした構成であれば、メイン液滴Ｄｍの体積よりも大きいサテライト液滴Ｄｓが吐出されるため、追いつく立場であるサテライト液滴Ｄｓの飛行速度の低下を回避することができ、メイン液滴Ｄｍとサテライト液滴Ｄｓとを確実に合体させることができる。
【００８６】
・上記実施形態では、図９に示したように、第３電位Ｖ３が基準電位Ｖ０よりも低い電圧波形により駆動信号ＣＯＭを生成し、こうした駆動信号ＣＯＭによってサテライト液滴ＤｓのノズルＮ側の切断点の速度を高くすることでサテライト吐出速度ｖ２をメイン吐出速度ｖ１よりも高くした。これに限らず、サテライト吐出速度ｖ２をメイン吐出速度ｖ１よりも高くする電圧波形としては、例えば図１３（ａ）（ｂ）に示すように、第１〜第３電位Ｖ１〜Ｖ３を基準電位Ｖ０よりも大きい駆動信号ＣＯＭを用いてもよい。
【００８７】
・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各液滴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。
【００８８】
・上記実施形態では、液状体の分散媒として水を用いたが、これに限らず、界面活性剤を添加した分散媒を液状体として利用してもよい。これによれば、その添加量に応じて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の調整に関わる自由度を拡大することができる。
【００８９】
・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。
【００９０】
・上記実施形態では、液滴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、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。
【００９１】
・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。
【００９２】
・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。
【００９３】
・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】
【００９４】
【図１】本実施形態におけるパターン形成装置の斜視構造を示した斜視図。
【図２】吐出ヘッドの斜視構造を示した斜視図。
【図３】吐出ヘッドの内部構造を示した部分断面図。
【図４】グリーンシートに形成されるドットパターン格子を示した模式図。
【図５】液滴吐出装置の光学系を模式的に示した構成図。
【図６】レーザ光の進行方向と液滴の位置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したブロック回路図。
【図８】ヘッド駆動回路の電気的構成を示したブロック回路図。
【図９】駆動信号に対応した電圧波形を示した図。
【図１０】駆動信号に基づく吐出状況を模式的に示した図。
【図１１】変更例における駆動信号の電圧波形を示した図。
【図１２】駆動信号に基づく吐出状況を模式的に示した図。
【図１３】（ａ）（ｂ）変更例における駆動信号に対応した電圧波形を示した図。
【図１４】従来例におけるメイン液滴及びサテライト液滴の着弾状況を示した図。
【符号の説明】
【００９５】
θ…傾斜角、Ａ１…孤立飛行空間、Ａ２…合一飛行空間、ＣＥ…キャリッジエンコーダ、ＣＬＫ…転送クロック、ＣＭ…キャリッジモータ、ＣＯＭ…駆動信号、Ｄ…合一液滴、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、Ｅ…乾燥エネルギー、ＧＳ…グリーンシート、ＧＳａ…描画面、Ｉａ…描画情報、Ｉｋ…導電性インク、Ｌ…飛行距離、Ｎ…ノズル、Ｐ…レーザ強度、ｒ…半径、ｔ…飛行期間、Ｔ…格子点、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、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、ｖ…飛行速度、ｖ１…メイン吐出速度、ｖ２…サテライト吐出速度、Ｖ１…第１電位、Ｖ２…第２電位、Ｖ３…第３電位、ＬＡＴ…タイミング信号、Ｌｅ１…第１レーザ光、Ｌｅ２…第２レーザ光、ＰＧａ…孤立飛行距離、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、５６…外部Ｉ／Ｆ、５７…内部Ｉ／Ｆ、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。
【図１】
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【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】
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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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