(57)【要約】【課題】  所望の吐出孔のみから液状物質が吐出し、隣接する吐出孔や吐出孔周辺からの吐出は全く生じず、安定した吐出を実現した静電吸引型流体吐出装置を提供する。【解決手段】  本発明の静電吸引型流体吐出装置１は、液状物質を吐出する吐出口６ｂを一端に有した複数の貫通孔６と、上記吐出口がその吐出面４ａに配置されるように上記貫通孔６を備えたノズル部材４と、上記液状物質を帯電させる吐出電極５とを備え、上記吐出電極５は、各上記貫通孔６に設けられ、上記ノズル部材４は、上記吐出面４ａが、上記液状物質が吐出を開始する電界よりも小さい電界強度を有するように形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の貫通孔を備えると共に、該貫通孔を通過した液状物質を吐出する吐出口が、その吐出面に配置されてなるノズル部材と、
上記液状物質を帯電させる吐出電極とを備え、
上記吐出電極によって帯電した液状物質を上記吐出口から吐出させる静電吸引型流体吐出装置において、
上記吐出電極は、各貫通孔に配設されており、
上記ノズル部材は、上記吐出面が、液状物質の吐出が開始される電界強度よりも小さい電界強度を有するように構成されていることを特徴とする静電吸引型流体吐出装置。
【請求項２】
上記ノズル部材は、吐出口が、吐出面の電界強度に対して少なくとも３倍大きい電界強度を有するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の静電吸引型流体吐出装置。
【請求項３】
上記ノズル部材は、吐出面とその対向面とにより規定される厚さによって、吐出口が、吐出面の電界強度に対して少なくとも３倍大きい電界強度を有するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の静電吸引型流体吐出装置。
【請求項４】
上記吐出電極は、各貫通孔内に配設されていることを特徴とする請求項１記載の静電吸引型流体吐出装置。
【請求項５】
上記ノズル部材は、基底面から突出し、該基底面に対して略平行な平面部を有すると共に該平面部を吐出面として上記吐出口が設けられた突出部を複数備えていることを特徴とする請求項１記載の静電吸引型流体吐出装置。
【請求項６】
上記突出部は、上記基底面から平面部までの突出量に相当する突出側面部を有し、
突出部内における上記平面部と突出側面部とが成す角度が、９０°未満であることを特徴とする請求項５記載の静電吸引型流体吐出装置。
【請求項７】
上記平面部と突出側面部との境界部に、上記基底面に対して略平行となる方向に突出した爪部が設けられていることを特徴とする請求項５記載の静電吸引型流体吐出装置。
【請求項８】
上記突出側面部は、凹凸形状をなしていることを特徴とする請求項５記載の静電吸引型流体吐出装置。
【請求項９】
少なくとも上記吐出口には、撥水処理が施されていることを特徴とする請求項１に記載の静電吸引型流体吐出装置。
【請求項１０】
上記基底面から平面部までの突出量が少なくとも３μｍであり、上記平面部に配置された吐出口の径が２５μｍであることを特徴とする請求項５に記載の静電吸引型流体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電吸引型流体吐出装置に関し、詳細には、電圧を印加した場合に、所望の吐出孔のみから液状物質が吐出し、隣接する吐出孔や吐出孔周辺からの吐出は全く生じず、安定した吐出を実現した静電吸引型流体吐出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェットプリンター技術の汎用性および低コスト性が着目され、液晶表示装置用のカラーフィルタ等の微細パターンの形成や、プリント配線板の導体パターンの形成などへのインクジェットプリンターの応用が注目されている。
【０００３】
そこで、微小なインクドットを描画対象（例えば、液晶表示用のカラーフィルタやプリント配線板等）に直接描画することにより微細パターンを高い精度で形成することができる微小ドット形成装置の開発が活発となっている。
【０００４】
このような微小ドット形成装置においては、吐出安定性や高度の着弾精度など高い吐出特性をもつことが要求される。
【０００５】
一般に、インク等の液状物質を吐出対象となる記録媒体等の対象基材上に吐出する流体ジェット方式として、インクジェットプリンターとして実用化されているピエゾ方式やサーマル方式といった方式がある。また、その他の方式として、吐出する流体に電圧を印加してノズルのノズル孔から吐出させる静電吸引方式がある。
【０００６】
この静電吸引方式は、ピエゾやサーマル方式と比べ、以下のような利点がある。
【０００７】
まず、超微細液滴の吐出が可能であるということである。現在、ピエゾ方式やサーマル方式で実現可能な吐出液滴サイズは約２ｐＬであるが、これ以上液滴径が小さくなると、各方式で得られる吐出力よりも液滴が飛翔中に受ける空気抵抗の方が大きくなり、液滴が最終的に対象基材上に着弾しなくなる。しかしながら、静電吸引方式の場合、液滴が飛翔中に、初期吐出力以外に静電力が吐出方向に常時働くため、対象基板上に液滴を着弾させることできる。
【０００８】
また、別の利点として、吐出液体選択の自由度が挙げられる。例えば、ピエゾ方式では現状吐出可能な粘度の限界値は約３０ｃｐであるが、静電吸引方式では、１００００ｃｐでも吐出することができる。
【０００９】
このような静電吸引方式の微細パターン形成装置について、従来技術に基づいて説明すると以下の通りである。
【００１０】
特許文献１は、静電吸引方式を採用した微細パターン形成装置について開示されている。この微細パターン形成装置を、図１７に基づいて説明する。
【００１１】
図１７は、特許文献１に開示された微細パターン形成装置１００の構成を示す概略断面図である。図１７に示すように、微細パターン形成装置１００は、シリコン基板１１２と、該シリコン基板１１２の表面１１２Ａ側に配設された主電極１１６および支持部材１１８と、該シリコン基板１１２の裏面１１２Ｂ側に所定の間隔を設けて配置された対向電極１１７と、シリコン基板１１２と支持部材１１８との空隙部にインクを供給するインク流路１１９と、該インク流路１１９に接続されたインク供給装置１１０とを備えている。
【００１２】
シリコン基板１１２は、表面１１２Ａ側から裏面１１２Ｂ側に貫通する複数の微細孔１１３を備え、この微細孔１１３の表面１１２Ａ側の開口部１１３ａは、上記シリコン基板１１２と支持部材１１８とにより形成されている空隙部に露出している。
【００１３】
シリコン基板１１２は、シリコンの単結晶を用いることができ、厚さは２００〜５００μｍ程度である。このようなシリコン基板１１２は、その線膨張係数が約２．６×１０−６／Ｋと低いため、温度による形状変化が極めて小さいものである。
【００１４】
微細孔１１３は、その軸方向に垂直な横断面形状（シリコン１１２基板の表面１１２Ａに平行な断面）が円形、その軸方向に沿った縦断面形状（シリコン基板１１２の表面１１２Ａに垂直な断面）が長方形である円柱形状の空間からなるものであり、その壁面にはシリコン酸化物層１１４が設けられている。通常、このシリコン酸化物層１１４の厚さは５００〜１０００ｎｍ（５０００〜１００００Å）程度である。図示例では、シリコン基板１１２の厚さ、シリコン酸化物層１１４を備えた微細孔１１３の開口径、形成数、形成ピッチ等は、装置構成を説明するために簡略化してあるが、微細孔１１３の開口径は１〜１００μｍ程度、微細孔１１３のアスペクト比（長手方向の開口径に対する、横断面の開口径の比）は１〜１００程度の範囲で適宜設定することができるものである。
【００１５】
支持部材１１８は、上述のシリコン基板１１２の表面側１１２Ａに配設され、シリコン基板１１２を保持するためのものである。
【００１６】
図１８は、図１７に図示した微細パターン形成装置１００に備えられた主電極１１６の構成をより明確にするため、図１７における微細パターン形成装置１００のうち、支持部材１１８を取り除いた状態の構成を示す平面図である。
【００１７】
図１８に示すように、主電極１１６は、開口部１１６ａを有し、複数の微細孔を囲むように配設されている。主電極１１６は、アルミニウム、銅、クロム、金、銀、シリコン等の導電性薄膜からなるものであり、通常、シリコン基板１１２側にポリイミド等の電気絶縁性薄膜を介して配設することができる。
【００１８】
このような微細パターン形成装置１００は、インク吐出手段として、主電極と対向電極との間に形成される電界と、インク供給装置１１０からのインク供給圧とを併用するので、低いインクの供給圧でシリコン基板１１２の微細孔１１３からインクを微量かつ高精度で吐出させることができる。また、例えば、粘度が１００〜１００００ｃｐの範囲にある高粘度の範囲にある高粘度のインクを微量かつ高精度で吐出させることができる。
【特許文献１】特開２００３−３１１９４４号公報（公開日：２００３年１１月６日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された従来の構成には以下のような問題がある。
【００２０】
すなわち、特許文献１では、液滴が吐出する微細孔１１３の構成材料を電気伝導率が１０７Ω・ｃｍ以下のシリコンで形成しているため、主電極１１６に印加した電圧は、所望の微細孔１１３だけでなく、隣接する微細孔１１３に対しても電圧が印加されることとなる。すなわち図１８に示すように、シリコン基板側にポリイミド等の電気絶縁性薄膜を介して配設することで絶縁化処理を施しているが、主電極１１６とシリコン基板１１２間に直接的、或いは、インクを介して間接的に電気的接触点が存在すると主電極１１６に電圧を印加することでシリコン基板１１２全体に電圧が印加されることになる。
【００２１】
さらに、シリコン表面に自然酸化膜が形成され、表面が絶縁化されている場合においても、電圧印加時にシリコン基板内部の電位が駆動電圧に従って変動するため、各電極に対して独立に電圧を印加する度に内部の電位変動が発生し、吐出可能条件に影響を及ぼし吐出が不安定となる。そのため、所望の駆動電極にのみ電圧を印加することができず、微細孔１１３が独立して吐出可能なオンデマンド吐出による微細描画パターンの形成を実現することができない。
【００２２】
また別の問題点として、流体の安定吐出が挙げられる。静電吸引方式の微小流体吐出では、少なからず帯電量の低い液体が、吐出しきれず、微細孔１１３周辺の材料の濡れ性に従って濡れ広がる現象が発生する。その際、濡れ広がって微細孔１１３周辺に蓄積された液体が強い電界強度を受けると、同様に液滴分離が始まり吐出が開始する。このように微細孔１１３以外の場所で、液体が強電界を受けるような状況であると、そこで液滴分離が始まり吐出が開始する状況となり、常時、所望の微細孔１１３から吐出し、かつ、他の場所では吐出が全く起きない安定した吐出状態を得ることができない。
【００２３】
そこで本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電圧を印加した場合に、所望の吐出孔のみから液状物質が吐出し、隣接する吐出孔や吐出孔周辺からの吐出は全く生じず、安定した吐出を実現した静電吸引型流体吐出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明に係る静電吸引型流体吐出装置は、上述した課題を解決するために、複数の貫通孔を備えると共に、該貫通孔を通過した液状物質を吐出する吐出口が、その吐出面に配置されてなるノズル部材と、上記液状物質を帯電させる吐出電極とを備え、上記吐出電極によって帯電した液状物質を上記吐出口から吐出させる静電吸引型流体吐出装置において、上記吐出電極は、各貫通孔に配設されており、上記ノズル部材は、上記吐出面が、液状物質の吐出が開始される電界強度よりも小さい電界強度を有するように構成されていることを特徴としている。
【００２５】
上記の構成とすることにより、本発明に係る静電吸引型流体吐出装置は、上記液状物質を帯電させるために用いられる上記吐出電極を、上記ノズル部材に設けた複数の貫通孔のそれぞれに備えた構成となっている。そのため、液状物質の吐出を行いたい所望の貫通孔にのみ電圧を印加することができる。
【００２６】
これにより、隣接する貫通孔からの不要な吐出を生じることなく、各貫通孔が独立して吐出することができ、オンデマンド吐出による微細描画パターンの形成を実現することができる。
【００２７】
本発明の静電吸引型流体吐出装置においても、上述したように、少なからず帯電量の低い液状物質が吐出口から吐出しきれないという現象が生じる。また、この際、貫通孔周辺において、ノズル部材の材料の濡れ性に従って、上記の吐出しきれなかった液状物質が濡れ広がる現象が発生する。そこで、本発明の静電吸引型流体吐出装置では、上記液状物質の吐出のために上記吐出電極に電圧を印加した場合であっても、上記ノズル部材が、上記吐出面が、上記液状物質が吐出を開始する電界強度よりも小さい電界強度を有するように、形成されている。
【００２８】
そのため、上記ノズル部材の吐出面に濡れ広がっている液状物質の電界強度は、液状物質が吐出を起こす程度の電界強度に達しないようにすることができる。
【００２９】
これにより、上記ノズル部材の吐出口から液状物質を吐出するために上記吐出電極に電圧を印加した場合であっても、上記ノズル部材の吐出面に濡れ広がった液状物質は、吐出しない。
【００３０】
したがって、上記貫通孔内の液状物質をノズル部材の吐出口から安定して吐出することができる範囲内において、吐出電極に電圧が印加されると、吐出を起こすのは、貫通孔の吐出口の液状物質のみであり、上記吐出面に濡れ広がって蓄積した液状物質は、上記吐出口の液状物質を吐出するための好適な範囲内において吐出電極に印加される電圧による帯電によって、吐出することはない。
【００３１】
このように、本発明に係る静電吸引型流体吐出装置は、所望の貫通孔からの安定した吐出を行うことができ、かつ、良好な描画パターンを形成することができる。
【００３２】
また、本発明に係る静電吸引型流体吐出装置は、上記ノズル部材が、吐出口が、吐出面の電界強度に対して少なくとも３倍大きい電界強度を有するように構成されていることが好ましい。具体的には、上記ノズル部材が、吐出面とその対向面とにより規定される厚さによって、吐出口が、吐出面の電界強度に対して少なくとも３倍大きい電界強度を有するように構成されていることが好ましい。
【００３３】
上記の構成とすることにより、上記吐出面に濡れ広がって蓄積した液状物質が、上記吐出口の液状物質を吐出するための好適な範囲内において吐出電極に印加される電圧による帯電によって、吐出してしまうことを確実に抑制することができる。したがって、所望の貫通孔からの安定した吐出をより確実に行うことができ、良好な描画パターンを形成することができる。
【００３４】
また、本発明に係る静電吸引型流体吐出装置は、上記ノズル部材が、基底面から突出し、該基底面に対して略平行な平面部を有すると共に該平面部を吐出面として上記吐出口が設けられた突出部を複数備えていることが好ましい。
【００３５】
上記の構成とすることにより、貫通孔からの液状物質の吐出に伴い、同時に発生する上記吐出面方向の液状物質の濡れ広がりが、電圧増加とともにその流出量が増加しても、該吐出口を有する上記平面部が基底面から突出した構造となっているため、該吐出口に形成されるメニスカスの形状を維持することができる。
【００３６】
そのため、電圧の増減に依存せず、常に安定した吐出を行うことができ、良好な描画パターンを形成することができる。
【００３７】
また、上記基底面から突出した突出部に、上記吐出口が形成されていることから、吐出口近傍の電界集中を高めることができる。
【００３８】
これにより、低い吐出電圧で液状物質を吐出することが可能となる。
【００３９】
また、本発明に係る静電吸引型流体吐出装置は、上記吐出電極が、各貫通孔内に配設されていることが好ましい。
【００４０】
上記の構成とすることにより、例えば、吐出電極を貫通孔内に配設しない場合の構成と比較して、貫通孔内における液状物質の帯電を効率的に行うことができる。
【００４１】
すなわち、本発明に係る静電吸引型流体吐出装置は、上記ノズル部材の貫通孔内において、液状物質を帯電させる。液状物質を帯電させ、液状物質が吐出開始電界に達すると、貫通孔の一端である吐出口から該液状物質が吐出するのと並行して、吐出した該液状物質の液滴の静電力が吐出方向に働き、対象基板に着弾するまで該静電力は働く。そのため、上述した他の吐出方式と比較して、良好な吐出を実現することができる。
【００４２】
そこで、このような静電吸引型の吸引方式を採用するにあたり、本発明の静電吸引型流体吐出装置は、吐出電極と貫通孔との間において引き起こす液状物質の帯電を、吐出電極を貫通孔内に配設し、吐出電極と貫通孔との距離を非常に短くした構成としている。これにより、効率的に貫通孔内の液状物質を帯電させることができる。
【００４３】
したがって、上記の構成とすることにより、吐出応答性の高い静電吸引型流体吐出装置を実現することができる。
【００４４】
また、高周波数吐出が可能となる。
【００４５】
また、本発明に係る静電吸引型流体吐出装置は、上記突出部は、上記基底面から平面部までの突出量に相当する突出側面部を有し、突出部内における上記平面部と突出側面部とが成す角度が、９０°未満であることが好ましい。
【００４６】
上記の構成とすることにより、突出部内における上記平面部と突出側面部とが成す角度が鋭角になっていることから、吐出口から液状物質が濡れ広がり、上記平面部の端部に到達した場合であっても、突出側面部に液状物質が流出しにくい。
【００４７】
したがって、上記突出側面部に液状物質が流出することによる吐出口（平面部）に形成されるメニスカスの大きさの急激な変化を低減させることができる。
【００４８】
すなわち、本発明の静電吸引型流体吐出装置は、上記の構成とすることにより、上記吐出口に形成されるメニスカスが安定した形状を保持することができる。
【００４９】
これにより、電圧の増減に依存せず、常に安定した吐出を行うことができる。
【００５０】
また、本発明に係る静電吸引型流体吐出装置は、上記平面部と突出側面部との境界部に、上記基底面に対して略平行となる方向に突出した爪部が設けられていることが好ましい。
【００５１】
上記の構成とすることにより、上記爪部によって、上記吐出口から吐出する液状物質が、上記突出側面部に濡れ広がることを抑制することができるとともに、該液状物質が、突出側面部に濡れ広がった場合であっても、突出側面部に濡れ広がって蓄積した液状物質が、上記平面部に逆流してきた場合に、上記爪部によって、該平面部（吐出口）に形成されつつある新たなメニスカスに流入することを抑制することができ、該メニスカスの形状を安定に保持することができる。
【００５２】
したがって、本発明の静電吸引型流体吐出装置は、上記の構成とすることにより、上記吐出口に形成されるメニスカスが、安定した形状を保持することができる。すなわち、本発明の静電吸引型流体吐出装置は、電圧の増減に依存せず、常に安定した吐出を行うことができる。
【００５３】
また、本発明に係る静電吸引型流体吐出装置は、上記突出側面部が、凹凸形状をなしていることが好ましい。
【００５４】
上記の構成とすることにより、該液状物質が、突出側面部に濡れ広がった場合であっても、該濡れ広がった液状物質は、上記突出側面に形成された凹凸形状に広がっていく。
【００５５】
これにより、上記突出側面部に濡れ広がった液状物質が、上記平面部に逆流するほどに堆積した場合であっても、濡れ広がった液状物質の逆流は、凹凸形状によって阻止される。すなわち、該平面部に形成されつつある新たなメニスカスに逆流する液状物質が流入することを抑制することができ、該メニスカスの形状を安定に保持することができる。
【００５６】
したがって、本発明の静電吸引型流体吐出装置は、上記の構成とすることにより、上記吐出口に形成されるメニスカスの形状を安定に保持することができる。電圧の増減に依存せず、常に安定した吐出を行うことができる。
【００５７】
また、本発明に係る静電吸引型流体吐出装置は、少なくとも上記吐出口には、撥水処理が施されていることが好ましい。
【００５８】
上記の構成とすることにより、上記吐出口において液状物質がメニスカスを形成する際、上記吐出面における該吐出面とメニスカスの界面との接触角度が大きくなる。
【００５９】
これにより、吐出面における液状物質の濡れ広がりが抑制される。そのため、メニスカス形状を安定保持することが可能である。また、上記突出部を備えた構成である場合も、該突出部の平面部から上記突出側面部への液状物質の流出量を減少することができ、メニスカス形状を安定保持することが可能である。なお、ここで撥水とは、液状物質に対してはじくことを言う。
【００６０】
したがって、少なくとも上記吐出口付近に撥水処理が施されていることにより、メニスカス形状を安定保持することができ、貫通孔からの安定した吐出をより確実に行うことができ、良好な描画パターンを形成することができる。
【００６１】
また、本発明に係る静電吸引型流体吐出装置は、上記基底面から平面部までの突出量が少なくとも３μｍであり、上記突出端に配置された上記吐出口の径が２５μｍであることが好ましい。
【００６２】
上記の構成とすることにより、上記吐出口における電界強度を上記吐出面の電界強度に対して少なくとも３倍大きくすることができ、吐出面上に液状物質が流出して隣接する吐出口から電界強度を受けても、該吐出面上の液状物質が吐出することはなく、誤吐出を抑制することが可能である。
【００６３】
したがって、所望の貫通孔の吐出口のみから吐出が行われ、良好な描画パターンを形成することができる。
【発明の効果】
【００６４】
本発明に係る静電吸引型流体吐出装置は、以上のように、複数の貫通孔を備えると共に、該貫通孔を通過した液状物質を吐出する吐出口が、その吐出面に配置されてなるノズル部材と、上記液状物質を帯電させる吐出電極とを備え、上記吐出電極によって帯電した液状物質を上記吐出口から吐出させる静電吸引型流体吐出装置において、上記吐出電極は、各貫通孔に配設されており、上記ノズル部材は、上記吐出面が、液状物質の吐出が開始される電界強度よりも小さい電界強度を有するように構成されていることを特徴としている。
【００６５】
上記の構成とすることにより、本発明に係る静電吸引型流体吐出装置は、上記液状物質を帯電させるために用いられる上記吐出電極を、上記ノズル部材に設けた複数の貫通孔のそれぞれに備えた構成となっている。そのため、液状物質の吐出を行いたい所望の貫通孔にのみ電圧を印加することができる。
【００６６】
これにより、隣接する貫通孔からの不要な吐出を生じることなく、各貫通孔が独立して吐出することができ、オンデマンド吐出による微細描画パターンの形成を実現することができる。
【００６７】
また、上記ノズル部材は、上記吐出面が、上記液状物質が吐出を開始する電界強度よりも小さい電界強度を有するように、形成されている。
【００６８】
そのため、上記ノズル部材の吐出面に濡れ広がっている液状物質の電界強度は、液状物質が吐出を起こす程度の電界強度に達しないようにすることができる。
【００６９】
これにより、上記ノズル部材の吐出口から液状物質を吐出するために上記吐出電極に電圧を印加した場合であっても、上記ノズル部材の吐出面に濡れ広がった液状物質は、吐出しない。
【００７０】
したがって、上記貫通孔内の液状物質をノズル部材の吐出口から安定して吐出することができる範囲内において、吐出電極に電圧が印加されると、吐出を起こすのは、貫通孔の吐出口の液状物質のみであり、上記吐出面に濡れ広がって蓄積した液状物質は、上記吐出口の液状物質を吐出するための好適な範囲内において吐出電極に印加される電圧による帯電によって、吐出することはない。
【００７１】
このように、本発明に係る静電吸引型流体吐出装置は、所望の貫通孔からの安定した吐出を行うことができ、かつ、良好な描画パターンを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７２】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１ないし図８に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００７３】
なお、以下の説明では、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲が、以下の実施形態および図面に限定されるものではない。
【００７４】
図１は、本発明の一実施形態に係る静電吸引型流体吐出装置１の構成を示した断面図である。
【００７５】
図１に示す静電吸引型流体吐出装置１は、例えばインクジェットプリンターに備えられ、微小なインクドット（液滴）を、描画対象となる対象基材に直接描画することによって微細パターンを高い精度で形成することができる。
【００７６】
なお、ここで上記対象基材とは、吐出された液状物質の着弾を受ける対象物をいう。また、その材質については特に限定されるものではない。したがって、本実施の形態の静電吸引型流体吐出装置１をインクジェットプリンターに適応した場合は、用紙やシート等の記録媒体や液晶表示用のカラーフィルタが上記対象基材に相当する。また、導電性ペーストを用いて回路の形成を行う場合には、回路が形成されるべきベースが上記対象基材に相当する。
【００７７】
具体的には、上記静電吸引型流体吐出装置１を用いて液状物質の吐出を行う場合は、該静電吸引型流体吐出装置１に備えられた吐出電極５に電圧を印加し、貫通孔６内の液状物質を帯電させる。吐出口６ｂから帯電させた液状物質を吐出すると、該液状物質は、その静電吸引力により飛翔し、対象基板に着弾することができる。
【００７８】
なお、本実施の形態における静電吸引型流体吐出装置１は、貫通孔６の吐出口６ｂに対向して配置される対向電極がない場合であっても、液状物質の吐出および着弾を行うことが可能である。例えば、対向電極が存在しない状態で、吐出口６ｂに対向させて対象基材を配置した場合、該対象基材が導体である場合には、対象基材の受け面を基準として吐出口６ｂの面対称となる位置に逆極性の鏡像電荷が誘導される。一方、上記対象基材が絶縁体である場合には、対象基材の受け面を基準として基材の誘電率により定まる対称位置に逆極性の映像電荷が誘導される。そして、上記吐出口６ｂに誘起される電荷と鏡像電荷または映像電荷間での静電力により液状物質の液滴が飛翔する。
【００７９】
なお、以下の説明する本実施の形態においては、対向電極を設けない構成について説明する。
【００８０】
以上のような液状物質の吐出を行うため、静電吸引型流体吐出装置１は、図１に示すように、圧力供給部材２と、インク供給体３と、ノズル部材４と、吐出電極５とを備えている。
【００８１】
上記圧力供給部材２は、全チャンネルに対して均一に圧力を付与する構成となっており、図示しない圧力供給装置により最大１０ａｔｍまで付与することが可能である。上記圧力供給部材２には、圧力供給路２ａが設けられている。
【００８２】
上記インク供給体３は、絶縁材料であり、加工性の高いガラス等が好ましい。なお、材質が金属材料の場合であっても、材料表面を絶縁コートしておけば使用可能である。上記インク供給体３には、複数のインク供給路３ａが設けられている。
【００８３】
図１に示した静電吸引型流体吐出装置１では、上記インク供給体３のインク供給路３ａは、後述する上記ノズル部材４の各貫通孔６に対して独立した構成となっている。これは、隣接チャンネル間を電気的に分断するためである。
【００８４】
なお、ここでチャンネルとは、ある位置におけるインク供給路３ａと貫通孔６とを一体として考えた場合の単位のことである。
【００８５】
このように電気的に完全に独立した構成にすることにより、理想的なオンデマンド吐出、すなわち所望の貫通孔６からの吐出を行うことが可能となる。
【００８６】
理想的なオンデマンド吐出を行うための構成としては、図２に示した構成であってもよい。図２は、別の構成のインク供給体３を備えた静電吸引型流体吐出装置１の断面図である。図２に示すように、インク供給路３ａを共通化することによっても、オンデマンド吐出を行うことが可能である。
【００８７】
図２に示したようなインク供給路３ａを共通化した場合には、オンデマンド吐出を実現するために、吐出電極５の位置を、貫通孔６の吐出口６ｂに十分接近させ、隣接する吐出電極５間の流路抵抗値よりも吐出電極５と吐出口６ｂ間の流路抵抗値を小さくする必要がある。また、最適なパルス電圧条件を与える必要がある。
【００８８】
また、上記ノズル部材４は、図１に示すように、インク供給路３ａを流れた液状物質が流入する流入面４ａ（対向面）と、図示しない対象基材に該液状物質を吐出する、該流入面４ａに対向配置された吐出面４ｂとを有している。上記ノズル部材４には、複数の貫通孔６が設けられており、該貫通孔６は、上記インク供給路３ａと連通している。
【００８９】
上記貫通孔６は、上記ノズル部材４の流入面４ａおよび吐出面４ｂの両方において開口しており、流入面４ａ側にて開口した流入口６ａから液状物質は貫通孔６内に流入し、吐出面４ｂ側にて開口した吐出口６ｂから液状物質は吐出される。
【００９０】
上記吐出電極５は、ノズル部材４の流入口６ａ側に設置されており、各貫通孔６に対して独立に配線されている。上記吐出電極５の電極材料としては、アルミニウム、銅、クロム、金、銀、シリコン等の導電性材料を用いることができる。
【００９１】
なお、本実施の形態における静電吸引型流体吐出装置１に設けられた吐出電極５は、図１に示すように、貫通孔６内における流入口６ａ側に挿入された構成となっている。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではなく、各貫通孔６に対して独立に配線され、所望の貫通孔６に電圧を印加させ、該所望の貫通孔６内に充填された液状物質を帯電させることができる構成であればよい。具体的には、本発明に係る静電吸引型流体吐出装置１に設けられる吐出電極５は、上記の形状に限定されるものではなく、例えば、ノズル部材４とインク供給路３ａとの境界面において、貫通孔６の流入口６ａに相当する領域が開口した構造の吐出電極であってもよい。
【００９２】
しかしながら、本実施の形態のように、貫通孔６内に挿入された構成の吐出電極５とすることにより、上記のような他の構成の場合と比較して、貫通孔６内に充填された液状物質の帯電を効率よく行うことができる。すなわち、吐出応答性を大きくすることができる。
【００９３】
さらに、このような構成とすることにより、高周波数吐出が可能となる。
【００９４】
なお、本実施の形態のような吐出電極５の構成とする場合、貫通孔６における流入口６ａから吐出口６ｂまでの長さ方向に対して、挿入する該吐出電極５の長さを長く配置することにより、より吐出応答性を大きくすることができ、また、より高周波数吐出が可能となる。
【００９５】
上記ノズル部材４は、絶縁性材料で構成されており、例えばポリイミド、エポキシ等の成形性が良く、かつ、耐薬品性の高い樹脂材料等を用いることができる。特に、ノズル部材４は、シリコンの単結晶からなる樹脂材料から構成することにより、線膨張係数を約２．６×１０−６／Ｋと低くすることができ、温度によるノズル部材４形状変化、具体的には貫通孔６の形状変化を低減することができる。
【００９６】
上記ノズル部材４に設けられた複数の貫通孔６の設置数、設置ピッチ等は、適宜設定することができる。
【００９７】
また、上記ノズル部材４に設けられた上記貫通孔６の開口径、すなわち、上記流入口６ａおよび吐出口６ｂの径については、詳細は後述するが、描画パターンのサイズにより適宜設定することができ、例えば、上記開口径が１〜３０μｍの範囲であれば、この開口径とほぼ同等の描画ライン幅を得ることが可能である。
【００９８】
以下に、上記貫通孔６の吐出口６ｂの径（直径）について説明する。上記吐出口６ｂの径（以下、これを吐出径と呼ぶ）としては、２５μｍ以下であることが好ましい。さらに、８μｍ以下とすることがより好ましく、４μｍ以下とすることがさらに好ましい。以下、吐出径と電界強度との関係について、図３ないし図５に基づいて説明する。
【００９９】
図３は、各吐出径における、表面張力による圧力Ｐｓと静電的な圧力Ｐｅとの関係を示すグラフである。
【０１００】
図３に示した液状物質の表面張力としては、水（表面張力＝７２ｍＮ／ｍ）の場合を仮定している。図３のグラフより、吐出電極５に印加する電圧を７００Ｖとした場合、吐出径が２５μｍにおいて静電的な圧力Ｐｅが表面張力による圧力Ｐｓを上回ることがわかる。
【０１０１】
このように、吐出径を２５μｍ以下にすることにより、１０００Ｖ以下の電圧印加条件で液状物質を安定して吐出することができる。
【０１０２】
次に、各上記吐出径における、ギャップ変化に対する電界強度の変化率の関係を下記の表に示す。なお、ギャップとは、吐出口６ｂから図示しない対象基材までの距離を示す。下記の表には、吐出口６ｂから対象基材までの距離が１００μｍの場合および、２０００μｍの場合の２種類のギャップについて、各吐出径における吐出口６ｂの電界強度を測定し、その変動を百分率で示している。
【０１０３】
【表１】
2006110757.tif 000003
【０１０４】
上記の表から、吐出径が８μｍ以下である場合、吐出口６ｂと対象基材との間のギャップの変化はほとんどなくなる。
【０１０５】
すなわち、吐出径が８μｍ以下とすることにより、対象基材の厚さや、該対象基材表面の凹凸等の影響を受けずに、一定量の液状物質の吐出を行うことができる。
【０１０６】
したがって、より安定した吐出が可能となる。
【０１０７】
さらに、吐出した液状物質の液滴における帯電可能な最大電荷量について、以下に説明する。
【０１０８】
液滴に帯電可能な電荷量は、液滴のレイリー分裂を考慮し、下記の式で示すことができる。
Ｑ＝８×π×（ε０×γ×ｒ3）2
なお、ここで、Ｑはレイリー限界を与える電荷量、ε０は真空の誘電率、γは液状物質の表面張力、ｒは液状物質液滴の半径を表す。
【０１０９】
上記の式で求められる電荷量Ｑが、レイリー限界値に近い程、同じ電界強度でも静電力が強く吐出の安定性が向上する。しかしながら、レイリー限界値に近すぎると、逆に吐出口６ｂでスプレー現象が起きてしまい、吐出安定性に欠けてしまう。
【０１１０】
次に、各吐出径における、吐出開始液滴のレイリー限界における電圧値と、吐出開始電圧値との関係、さらに、これらと、該吐出開始液滴のレイリー限界における電圧値に対する該吐出開始電圧値の比との関係について説明する。
【０１１１】
図４は、吐出開始液滴のレイリー限界における電圧値と、吐出開始電圧値と、該吐出開始液滴のレイリー限界における電圧値に対する、該吐出開始電圧値の比とを示すグラフである。図４に示すグラフから、吐出径が１μｍから４μｍの範囲において、吐出開始電圧とレイリー限界電圧値の比が０．６を超えていることがわかる。これにより、吐出径が１μｍから４μｍの範囲では液滴の帯電効率が良いという結果となり、該範囲において安定した吐出が行うことができるといえる。
【０１１２】
また、図５は、各吐出径における液滴吐出に寄与する強電界領域について示したグラフである。図５に示すように、吐出径が１μｍ以下になると、電界集中の領域が極端に狭くなる。このことから、吐出する液滴は、加速するためのエネルギーを十分受けることができず、飛翔安定性が悪くなることを示している。
【０１１３】
したがって、吐出径は、１μｍより大きく設定する必要がある。
【０１１４】
以上のことから、本実施の形態における静電吸引型流体吐出装置１（図１）に設けられたノズル部材４の吐出口６ｂの吐出径は、下限値として、１μｍより大きく設定することが好ましく、上限値として、２５μｍ以下であることが好ましく、より具体的には、８μｍ以下とすることがより好ましく、４μｍ以下とすることがさらに好ましい。
【０１１５】
上記貫通孔６の形成方法としては、例えば、上記吐出径が１〜３０μｍの範囲であり、上記流入口６ａから吐出口６ｂまでの長さに相当する貫通孔６の長さを数１０〜数１００μｍとするような加工を行う場合には、エキシマレーザ加工、Ｘ線フォトリソ加工、または微小放電加工を用いることができる。
【０１１６】
また、上記流入口６ａおよび吐出口６ｂの形状は、特に限定されるものではない。具体的には、円形、楕円形、多角形等、または、特殊な形状であってもよい。また、複数の貫通孔６において、互いに形状が異なる２種以上の開口形状を有するものであってもよい。また、貫通孔６のアスペクト比（貫通孔６における流入口６ａから吐出口６ｂまでの長さに対する、上記吐出径の比）を、１〜１００程度の範囲で適宜設定することができるのであれば、上記貫通孔６における上記吐出口６ｂ部分と流入口６ａ部分とを含む面で切断した切断面の形状も特に限定されるものはなく、例えば吐出口６ｂと流入口６ａとが円形である場合に上記切断面が長方形であってもよく、吐出口６ｂと流入口６ａとが径の異なる円形である場合であれば、上記切断面が台形となるものであってもよい。
【０１１７】
以下に、図１に示す本実施の形態の静電吸引型流体吐出装置１を用いた場合の液状物質の吐出原理に基づいて、上記ノズル部材４についてより具体的に説明する。
【０１１８】
まず、上記貫通孔６に液状物質が充填された状態において、図示しない電源から各吐出電極５に電圧が印加されると、印加された各吐出電極５とそれぞれに対応する貫通孔６との間に充填された該液状物質が帯電する。圧力供給部材２から付与された圧力と、吐出電極５からの帯電量の増加とによって、貫通孔６の吐出口６ｂにおける液状物質のメニスカス７が大きくなる。メニスカス７は、その近傍の電界強度が吐出開始電界以上に達した瞬間、吐出する。
【０１１９】
なお、本実施の形態では、上述したように、圧力供給部材２から付与された圧力と、吐出電極５からの帯電量とによって、貫通孔６の吐出口６ｂにおけるメニスカス７が大きくなる構成となっている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、圧力供給部材２からの圧力の付与がない場合であっても、帯電量が増加するにつれて、貫通孔６の吐出口６ｂにおける液状物質のメニスカス７が大きくなる構成とすることも可能である。
【０１２０】
しかしながら、本実施の形態のように、吐出電極５からの帯電と、インク供給体３からのインク供給圧とを併用すれば、低いインクの供給圧でノズル部材４の吐出口６ｂから液状物質を微量かつ高精度で吐出させることができる。また、例えば、粘度が１００〜１００００ｃｐの範囲にある高粘度の範囲にある高粘度の液状物質を微量かつ高精度で吐出させることができる。
【０１２１】
ノズル部材４の吐出口６ｂから液状物質が吐出を開始するのと同時に、ノズル部材４の吐出面４ｂには、上述したように、液状物質が吐出口６ｂ周辺から濡れ広がりが発生する。図６は、吐出口６ｂ周辺において液状物質が濡れ広がっている状態を示した断面模式図である。
【０１２２】
濡れ広がりの大きさは、吐出する液状物質の材料とノズル部材４との相互関係、具体的には、液状物質の材料と吐出面４ｂとの相互関係で決まる。すなわち、吐出面４ｂにおける液状物質（メニスカス７）の接触角が小さい程、濡れ広がりの程度が大きい傾向にある。
【０１２３】
このように、吐出面４ｂにおいて液状物質の濡れ広がりが発生すると、吐出する液状物質量の多さや、吐出処理時間の経過とともに、濡れ広がった液状物質がますます堆積していく。そして、吐出面４ｂに濡れ広がった液状物質が堆積すると、その堆積した液溜まりから、液状物質が吐出する可能性がある。すなわち、電源から吐出電極５に電圧が印加されることによって、吐出面４ｂ上の液溜まりに関しても、帯電を起こし、液溜まりにおける帯電量が、吐出開始電界以上に達すると、吐出が開始される可能性がある。
【０１２４】
上記吐出面４ｂの液溜まりから、液状物質の吐出が引き起こると、上述したように、所望の貫通孔６の吐出口６ｂからの吐出以外の箇所から液状物質が吐出されることになり、対象基材に対して良好な描画パターンを形成することができないという問題が生じる。
【０１２５】
したがって、上記吐出面４ｂの液溜まりから吐出を引き起こさないようにするためには、吐出口６ｂから液状物質を吐出する条件下において、該吐出面４ｂが吐出開始電界に達しない状況を設定する必要がある。
【０１２６】
上述した状況を設定するために、本実施の形態においては、上記ノズル部材４の吐出口６ｂ付近の電界強度および、上記吐出口６ｂ付近以外の吐出面４ｂ領域の電界強度について、上記ノズル部材４の厚さに基づいて検討を行った。
【０１２７】
なお、上記厚さとは、上記ノズル部材４の流入面４ａと吐出面４ｂとによって形成される厚さのことを言う。
【０１２８】
図７は、上記ノズル部材４の吐出口６ｂ付近の電界強度および、上記吐出口６ｂ付近以外の吐出面４ｂ領域の電界強度について、上記ノズル部材４の厚さを変化させて測定をおこなった結果を示すグラフである。
【０１２９】
図７に示すように、液状物質の吐出が開始される際の電界強度を一点鎖線にて示している。この電界強度の値以上になれば、吐出が開始される。
【０１３０】
また、図７に示すように、吐出電極５に電圧を印加して、液状物質の吐出を安定して行うことのできる電界強度は、グラフ中に破線で示した値の電界強度を示す場合である。この電界強度よりも高い電界強度を示した場合は、吐出を起こしている部分、本実施の形態では吐出口６ｂにおいてスプレー現象が生じる可能性が高くなる。このスプレー現象とは、過剰電圧を印加したために電界強度が高くなりすぎ、メニスカス先端部が割れて液滴の着弾精度が悪化する現象を意味する。
【０１３１】
図７には、さらに、各ノズル部材４の厚さにおける上記ノズル部材４の吐出口６ｂ付近の電界強度および、上記吐出口６ｂ付近以外の吐出面４ｂ領域の電界強度を示している。図７に示すように、上記ノズル部材４の吐出口６ｂ付近を吐出安定限界の電界強度とした場合、すなわち、吐出口６ｂから液状物質を安定して吐出しようとする場合、ノズル部材４の厚さを８０μｍ以上にすることにより、上記吐出口６ｂ付近以外の吐出面４ｂ領域における電界強度は、一点鎖線で示した値以下となる。
【０１３２】
したがって、本実施の形態における静電吸引型流体吐出装置１では、ノズル部材４の厚さを８０μｍ以上にすることにより、電源から吐出電極５に電圧が印加され、吐出口６ｂから液状物質が安定して吐出されている状況下においても、吐出面４ｂの吐出口６ｂ付近以外の領域に形成された液溜まりが吐出開始電界以上に達するほどに帯電することはなくなる。すなわち、吐出面４ｂの吐出口６ｂ付近以外の領域に液状物質が漏れ広がり、液溜まりが形成された場合であっても、その液溜まりから、液状物質が吐出する可能性はなくなる。
【０１３３】
また、図７に示した結果に基づいて、上記吐出口６ｂ付近以外の吐出面４ｂ領域の電界強度に対する、上記ノズル部材４の吐出口６ｂ付近の電界強度（以下、これを単に電界強度比と言う）を測定した。
【０１３４】
図８は、上記吐出口６ｂ付近以外の吐出面４ｂ領域の電界強度に対する、上記ノズル部材４の吐出口６ｂ付近の電界強度の比（電界強度比）について、横軸に上記ノズル部材４の厚さをとって求めた結果を示すグラフである。
【０１３５】
その結果、図８に示すように、本実施の形態における静電吸引型流体吐出装置１では、ノズル部材４が厚さ８０μｍ以上の場合、すなわち、吐出口６ｂから液状物質が安定して吐出され、かつ、上記液溜まりからの吐出が生じない条件である場合、電界強度比は３以上となる。
【０１３６】
このように、上記吐出口６ｂ付近以外の吐出面４ｂ領域の電界強度に対して、上記ノズル部材４の吐出口６ｂ付近の電界強度を３倍とすることによって、吐出口６ｂにスプレー現象が生じる電圧に至るまでの範囲内で、ノズル部材４の吐出面４ｂ上の電界強度を常に吐出開始電界以下にすることができる。
【０１３７】
したがって、ノズル部材４の吐出面からの吐出が全く発生せず、吐出口６ｂのみからの安定した液状物質の吐出を行うことができる。
【０１３８】
以上のように、本実施の形態における静電吸引型流体吐出装置１では、液状物質の吐出のために上記吐出電極５に電圧を印加した場合であっても、上記ノズル部材４が、上記吐出面４ｂの電界強度を、吐出開始電界よりも小さくなるように形成されている。
【０１３９】
そのため、上記ノズル部材４の吐出面４ｂに濡れ広がっている液状物質の電界強度を、液状物質が吐出を起こす程度の電界に達しないようにすることができる。
【０１４０】
これにより、上記ノズル部材４の吐出口６ｂから液状物質（メニスカス７）を吐出するために上記吐出電極５に電圧を印加した場合であっても、上記ノズル部材４の吐出面４ｂに濡れ広がった液状物質は、吐出しない。
【０１４１】
したがって、上記貫通孔６内の液状物質を吐出口６ｂから安定して吐出することができる範囲内において、吐出電極５に電圧が印加されると、吐出を起こすのは、貫通孔６の吐出口６ｂの液状物質のみであり、上記吐出面４ｂに濡れ広がって蓄積した液状物質は、上記吐出口６ｂのメニスカス７を吐出するための好適な範囲内において吐出電極５に印加される電圧による帯電によって、吐出することはない。
【０１４２】
加えて、上述したように、本実施の形態における静電吸引型流体吐出装置１では、上記液状物質を帯電させるために用いられる上記吐出電極５を、上記ノズル部材４に設けた複数の貫通孔６のそれぞれに備えた構成となっている。
【０１４３】
そのため、液状物質の吐出を行いたい所望の貫通孔６にのみ電圧を印加することができる。
【０１４４】
これにより、所望の貫通孔６に隣接する別の貫通孔６からの不要な吐出を生じることなく、各貫通孔６が独立して吐出することができる。
【０１４５】
したがって、上記静電吸引型流体吐出装置１を用いることにより、所望の貫通孔６からの安定した吐出を行うオンデマンド吐出によって、良好な微細描画パターンの形成を実現することができる。
【０１４６】
なお、上記静電吸引型流体吐出装置１は、上述したように対向電極を備えない構成であるが、対向電極を備えた構成であってもよい。また、対向電極を備えた場合は、電気的に接地状態および浮遊状態のいずれであってもよい。特に、より細いラインを描画するためには、接地状態が好ましい。
【０１４７】
また、対向電極とノズル部材４の吐出面４ｂとの距離は、５０〜５００μｍ程度の範囲内で設定することができる。このような対向電極は、ＳＵＳ３０４、銅、アルミニウム等の導電性を有する材料で形成されたものを用いることができる。また、ガラス、樹脂材料等の非導電性材料に導電性薄膜を形成して対向電極とすることもできる。
〔実施の形態２〕
本発明に係る他の実施の形態について、図９および図１２に基づいて説明すれば、以下の通りである。本実施の形態では、上記実施の形態１との相違点について説明するため、説明の便宜上、実施の形態１で説明した部材と同様の機能を有する部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１４８】
図９は、本実施の形態における静電吸引型流体吐出装置１０の構成を示す断面図である。なお、本実施の形態における静電吸引型流体吐出装置１は、構成部材としては、上記実施の形態１と同一である。
【０１４９】
上記実施の形態１の静電吸引型流体吐出装置１は、吐出面４ｂが、貫通孔６の吐出口６ｂ以外、平坦な構造となっている。これに対して、本実施の形態静電吸引型流体吐出装置１０は、ノズル部材４０の基底面４１に、上記吐出口６ｂが形成されている平面部８ｂ（吐出部）が、図示しない対象基材に向けて突出した形状である突出部８を備えた構造となっている。
【０１５０】
上記突出部８は、上記基底面４１に対して略平行な平面部８ｂと、上記基底面４１から平面部８ｂまでの突出量に相当する突出側面部８ａとを備えている。また、上記貫通孔６は、上記吐出口６ｂが上記平面部８ｂにおいて開口するように、該突出部８を貫通している。
【０１５１】
図１０（ａ）・（ｂ）は、上記実施の形態１および本実施の形態における、液状物質の吐出時に吐出口６ｂに形成されるメニスカス７の形状を示した模式図である。図１０（ａ）は、上記実施の形態１の場合であり、図示するように、吐出面４ｂは平坦である。図１０（ｂ）は、本実施の形態の場合であり、図示するように、ノズル部材４０の基底面４１から突出した突出部８が形成されている。図１０（ａ）に示すように、吐出口６ｂ周辺が突出形状でない場合、貫通孔６から流出する液状物質の流量に従い、図中の矢印のようにメニスカスの大きさが変化する。
【０１５２】
メニスカスの大きさが変動すると、吐出開始電圧および電圧に対する吐出量が変動し、安定した吐出を行うことができない。
【０１５３】
一方、図６（ｂ）に示した本実施の形態のように、吐出口６ｂ周辺が突出形状である場合は、貫通孔６から流出する液状物質の流出量に変動が生じた場合であっても、突出部８の端部によってメニスカス形状を一定に保持することができる。そのため、吐出開始電圧および電圧に対する吐出量の変動がなく、安定した吐出を行うことができる。
【０１５４】
そのため、本実施の形態に示す静電吸引型流体吐出装置１０は、電圧の増減に依存せず、常に安定した吐出を行うことができ、良好な描画パターンを形成することができる。
【０１５５】
さらに、基底面４１から突出した突出部８は、吐出口６ｂ近傍において電界集中を高めることができる。
【０１５６】
これにより、低い吐出電圧で液状物質を吐出することが可能となる。
【０１５７】
次に、上記突出部８の平面部８ｂに設けられた吐出口６ｂの径と、突出量との関係について説明する。なお、上記突出量とは、上記ノズル部材４０の基底面４１から、上記平面部８ｂの端部までの長さのことを言う。
【０１５８】
上記突出部８の平面部８ｂに設けられた吐出口６ｂの径（以下、これを吐出径と呼ぶ）としては、上記実施の形態１にて説明した吐出口６ｂ（図１）と同様である。すなわち、吐出径は、２５μｍ以下であることが好ましい。さらに、上記吐出径は、８μｍ以下とすることがより好ましく、４μｍ以下とすることがさらに好ましい。
【０１５９】
また、本実施の形態も上記実施の形態１と同じく、上記の表から、吐出径が８μｍ以下である場合には、突出部８の平面部８ｂと対象基材との間のギャップの変化はほとんどなくなり、対象基材の厚さや、該対象基材表面の凹凸等の影響を受けずに、一定量の液状物質の吐出を行うことができる。したがって、より安定した吐出が可能となる。
【０１６０】
また、上記実施の形態１にて説明したように、吐出径が１μｍ以下になると、電界集中の領域が極端に狭くなる。このことから、吐出する液滴は、加速するためのエネルギーを十分受けることができず、飛翔安定性が悪くなるため、吐出径は、１μｍより大きく設定する必要がある。
【０１６１】
以上のことから、本実施の形態における静電吸引型流体吐出装置１０に設けられたノズル部材４０の突出部８の吐出径も、下限値として、１μｍよりも大きく設定することが好ましく、上限値として、２５μｍ以下であることが好ましく、より具体的には、８μｍ以下とすることがより好ましく、４μｍ以下とすることがさらに好ましい。
【０１６２】
次に、上記突出部８の突出量について説明する。上記突出部８の突出量が長い程、上記平面部８ｂに形成された吐出口６ｂに電界を集中することができる。しかしながら、所望の突出形状を形成する上で、その加工レベルが高くなってしまう。実際に、絶縁体材料であるノズル部材４０に対して、１〜２５μｍの範囲の吐出径で、かつ、突出量を数１０μｍ以上とするような加工を行う場合、その加工方法として、エキシマレーザ加工、X線フォトリソ加工が挙げられる。しかしながら、どの方法を採用しても高アスペクト比形状の加工は容易ではなく、加工精度の悪化が懸念される。
【０１６３】
そこで、できるだけ高精度なノズル形状を得るためには、各吐出径において、突出量をできるだけ短くすることが好ましい。
【０１６４】
そこで、図１１は、各突出量における吐出径２５μｍ、８μｍ、４μｍを有した吐出口６ｂ付近とノズル部材４０の基底面４１との電界強度比の関係をＦＥＭ解析した結果を示す。吐出径２５μｍの場合を実線で示し、吐出径８μｍの場合を破線で示し、吐出径４μｍの場合を一点鎖線で示している。
【０１６５】
図１１に示すように、実線で示した吐出径が２５μｍの場合において、突出量を３μｍ以上にすることにより、吐出口６ｂ付近と基底面４１との電界強度比を３倍以上であること、すなわち、基底面４１よりも吐出口６ｂ付近のほうが３倍以上大きい電界強度を有することがわかった。また、実際に実験的にも安定吐出状況を得ることが実証できた。
【０１６６】
電界強度比が３倍以上であると、スプレー現象等の不安定吐出が発生しない安定吐出可能条件内で、基底面４１上に蓄積した液状物質が誤吐出することがなく、常時安定した吐出を実現することができる。
【０１６７】
次に、各吐出径において、突出量と、吐出電極５に印加される電圧（Ｖ）との関係を図１２に示す。図１２において、吐出径２５μｍの場合を実線で示し、吐出径８μｍの場合を破線で示し、吐出径４μｍの場合を一点鎖線で示している。
【０１６８】
図１２に示すように、吐出径が４μｍの時、突出量を２５μｍ以上とすることにより、吐出電圧を５００Ｖ以下にすることができる。また、吐出径が８μｍの場合においても、突出量を６０μｍ以上とすることにより、吐出電圧を５００Ｖ以下にすることができる。
【０１６９】
現在、複数の貫通孔でオンデマンド制御を行うためのドライバの耐電圧は最大で、約５００Ｖである。これらのことから、上記の構成でノズル部材４０の突出部８を設計することにより、複数の貫通孔６の中から、所望の貫通孔を選択して該貫通孔６から液状物質を吐出するオンデマンド制御を実現することができる。
〔実施の形態３〕
本発明に係る他の実施の形態について、図１３に基づいて説明すれば、以下の通りである。本実施の形態では、上記実施の形態１との相違点について説明するため、説明の便宜上、実施の形態１で説明した部材と同様の機能を有する部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１７０】
図１３は、本実施の形態における静電吸引型流体吐出装置１０に設けられたノズル部材４０の構造を示す断面図である。
【０１７１】
上記実施の形態１の静電吸引型流体吐出装置１は、吐出面４ｂが、貫通孔６の吐出口６ｂ以外、平坦な構造となっている。これに対して、本実施の形態静電吸引型流体吐出装置１０は、ノズル部材４０の基底面４１に、上記吐出口６ｂが形成されている平面部８ｂ（吐出部）が、図示しない対象基材に向けて突出した形状である突出部８を備えた構造となっており、かつ、該突出部８が、液状物質の吐出方向に対して垂直方向に該突出部８を切断した場合に、その切断面の面積が、基底面４１から平面部８ｂにかけて、連続的に大きくなる形状となっている。
【０１７２】
すなわち、上記突出部８は、上記基底面４１に対して略平行な平面部８ｂと、基底面４１から平面部８ｂまでの突出量に相当する突出側面部８ａとを備え、突出部８内における上記平面部８ｂと上記突出側面部８ａとが成す角度Ｘが、９０°未満となるような形状を有している。上記貫通孔６は、上記吐出口６ｂが上記平面部８ｂにおいて開口するように、該突出部８を貫通している。
【０１７３】
本発明の静電吸引型流体吐出装置１は、電圧の増加に伴って、液状物質の流出量が増加するが、その際、少なからず吐出口６ｂで形成されるメニスカス７の大きさも拡大する。そこで、図１３に示すようなノズル部材４を設けることにより、突出部８内における上記平面部８ｂと上記突出側面部８ａとが成す角度Ｘが鋭角となっていることから、突出側面部８ａに沿ってメニスカス７界面が広がることが少ない。その結果、メニスカス７の大きさの変動を抑制することができる。
【０１７４】
これにより、吐出電圧変動および吐出量変動が引き起こる要因となるメニスカスのサイズの変動を、上記のような形状を有した突出部８を備えることにより回避することができ、液状物質を吐出口６ｂから安定して吐出することができる。
【０１７５】
上記突出部８の形成方法としては、レーザ加工の場合、その照射エネルギーの制御、照射角度の最適化を行うことで実現可能である。
〔実施の形態４〕
本発明に係る他の実施の形態について、図１４および図１６に基づいて説明すれば、以下の通りである。本実施の形態では、上記実施の形態１との相違点について説明するため、説明の便宜上、実施の形態１で説明した部材と同様の機能を有する部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１７６】
図１４ないし図１６は、本実施の形態における静電吸引型流体吐出装置１に設けられたノズル部材４の構造を示す断面図である。
【０１７７】
上記実施の形態１の静電吸引型流体吐出装置１は、該静電吸引型流体吐出装置１を構成するノズル部材４の吐出面４ｂは、貫通孔６の吐出口６ｂ以外の領域は、平坦な構造となっている。これに対して、本実施の形態では、ノズル部材４４の基底面４１に、上記吐出口６ｂが形成されている平面部８ｂ（吐出部）が、図示しない対象基材に向けて突出した形状である突出部８を備えた構造となっており、かつ、上記平面部８ｂと突出側面部８ａとの境界部に、基底面４１に対して略平行となる方向に突出した爪部９が形成された構造となっている。貫通孔６は、吐出口６ｂが平面部８ｂにおいて開口するように、該突出部８を貫通している。
【０１７８】
本発明の静電吸引型流体吐出装置は、電圧の増加に伴って、液状物質の流出量が増加するが、その際、少なからず吐出口６ｂで形成されるメニスカス７の大きさも拡大する。その場合、メニスカス７の大きさが上記平面部８ｂ領域よりも大きくなる場合が考えられる。この場合、メニスカス７界面は、突出側面部８ａに沿って広がる可能性がある。
【０１７９】
そこで、本実施の形態における静電吸引型流体吐出装置１では、上記爪部９を上記突出部８に設けていることから、吐出電圧の増加とともに、液状物質が平面部８ｂから突出側面部８ａまで、さらにはノズル部材４４の基底面４１にまで溢れ出した場合であっても、流出した液状物質が吐出口６ｂまで逆流することを抑制することができる。これにより、常に平面部８ｂに形成されるメニスカス７の形状を維持することができ、液状物質を上記吐出口６ｂから安定して吐出することができる。
【０１８０】
さらに、図１５に示すように、上記突出側面部８ａに凹凸形状１１を形成した構造とすることにより、突出側面部８ａまで、さらにはノズル部材４４の基底面４１にまで溢れ出した液状物質の移動を制限することができるため、該液状物質の逆流をより効率的に抑制することができる。
【０１８１】
したがって、吐出電圧変動および吐出量変動が引き起こる要因となるメニスカス７のサイズの変動を、上記のような形状を有した突出部８を備えることにより回避することができ、液状物質を吐出口６ｂから安定して吐出することができる。
【０１８２】
以上のような構造の上記突出部８の形成方法としては、レーザ加工の場合、その照射エネルギーの制御、照射角度の最適化を行うことで実現可能である。
【０１８３】
さらに、本実施の形態における静電吸引型流体吐出装置１は、図１０に示すように、上記吐出口６ｂ付近に撥水処理１２が施されているものであってもよい。
【０１８４】
具体的には、図１０に示す突出部８には、上記平面部８ｂと、上記爪部９と、上記突出側面部８ａとに撥水処理１２が施されている。
【０１８５】
撥水処理１２が施されていることにより、上記吐出口６ｂにおいて液状物質がメニスカス７を形成する際、平面部８ｂの表面とメニスカス７の界面との接触角度が大きくなる。
【０１８６】
これにより、平面部８ｂにおける液状物質の濡れ広がりが抑制され、該平面部８ｂから上記突出側面部８ａへの液状物質の流出量を減少させることができ、メニスカスの形状を安定に保持することが可能となる。
【０１８７】
したがって、貫通孔からの液状物質の安定した吐出をより確実に行うことができ、良好な描画パターンを形成することができる。
【０１８８】
撥水処理方法としては、特に限定されるものではなく、従来公知の方法を用いることができる。具体的には、カチオン系又はアニオン系の含フッ素樹脂の電着、フッ素系高分子、シリコン系樹脂、ポリジメチルシロキサンの塗布、焼結法、フッ素系高分子の共析メッキ法、アモルファス合金薄膜の蒸着法、モノマーとしてのヘキサメチルジシロキサンをプラズマＣＶＤ法によりプラズマ重合させることにより形成されるポリジメチルシロキサン系を中心とする有機シリコン化合物やフッ素系含有シリコン化合物等の膜を付着させる方法がある。
【０１８９】
なお、本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１９０】
本発明に係る静電吸引型流体吐出装置は、換言すれば、以下の点を特徴としているとも表現できる。すなわち、電圧印加により帯電された吐出流体を、流体吐出ヘッドを構成する被記録材料に対向したノズル部材中の流体噴出孔から静電吸引によって吐出させ被記録材料に着弾させることによって、該被記録材料表面に吐出流体による描画パターンを形成する静電吸引型流体吐出装置において、上記ノズル部材は、流体噴出孔を複数有する絶縁性材料で構成されたマルチノズル構造であり、さらに、電圧印加時の流体噴出孔の電界強度が流体噴出孔以外のノズル部材表面の電界強度よりも３倍以上大きくなる構成とすることを特徴とすることもできる。
【０１９１】
この場合、さらに、上記流体噴出孔は、ノズル部材表面に対して突出していることを特徴とすることもできる。
【０１９２】
さらに、上記流体噴出孔を有する突出部の先端面と側面で形成される端部の角度が９０度以上であることを特徴とする請求項１及び２いずれかに記載の静電吸引型流体吐出装置。
【０１９３】
この場合、さらに、上記流体噴出孔を有する突出部の側面に複数のエッジを設けることを特徴とすることもできる。
【０１９４】
この場合、さらに、上記突出した流体噴出孔の少なくとも先端面乃至は外壁面のいずれかに対して撥水化処理することを特徴とすることもできる。
【０１９５】
この場合、さらに、上記流体噴出孔は、その吐出径が２５μｍ以下の時に突出長さを３μｍ以上とすることを特徴とすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１９６】
本発明に係る静電吸引型流体吐出装置は、電圧を印加した場合に、所望の吐出孔のみから液状物質が吐出し、隣接する吐出孔や吐出孔周辺からの吐出は全く生じず、安定した吐出を実現することができる。
【０１９７】
したがって、例えば、液晶表示装置用のカラーフィルタ等の微細パターンの形成や、プリント配線板の導体パターンの形成などへのインクジェットプリンター等に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１９８】
【図１】本発明の一実施形態に係る静電吸引型流体吐出装置の構成を示した断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る静電吸引型流体吐出装置の構成であって、図１に示した静電吸引型流体吐出装置の中で、別の構成のインク供給体を備えた構成を示した断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る静電吸引型流体吐出装置における各吐出径での表面張力による圧力Ｐｓと静電的な圧力Ｐｅとの関係を示すグラフである。
【図４】吐出開始液滴のレイリー限界における電圧値と、吐出開始電圧値と、吐出開始液滴のレイリー限界における電圧値に対する、吐出開始電圧値の比とを示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係る静電吸引型流体吐出装置における各吐出径での液滴吐出に寄与する強電界領域について示したグラフである。
【図６】本発明の一実施形態に係る静電吸引型流体吐装置の吐出口周辺において液状物質が濡れ広がっている状態を示した断面模式図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る静電吸引型流体吐出装置のノズル部材の吐出口付近の電界強度および、吐出口付近以外の吐出面領域の電界強度について、ノズル部材の厚さを変化させて測定をおこなった結果を示すグラフである。
【図８】本発明の一実施形態に係る静電吸引型流体吐出装置の吐出口付近以外の吐出面領域の電界強度に対する、ノズル部材の吐出口付近の電界強度の比について、横軸にノズル部材の厚さをとって求めた結果を示すグラフである。
【図９】本発明の他の実施形態に係る静電吸引型流体吐出装置の構成を示す断面図である。
【図１０】（ａ）は、実施の形態１における、液状物質の吐出時に、静電吸引型流体吐出装置の吐出口に形成されるメニスカスの形状を示した模式図であり、（ｂ）は、実施の形態２における、液状物質の吐出時に、静電吸引型流体吐出装置の吐出口に形成されるメニスカスの形状を示した模式図であり
【図１１】本発明の一実施形態に係る静電吸引型流体吐出装置における各突出量での吐出径と電界強度比の関係をＦＥＭ解析した結果を示すグラフである。
【図１２】本発明の一実施形態に係る静電吸引型流体吐出装置における各吐出径での突出量と、吐出電極に印加される電圧との関係を示すグラフである。
【図１３】本発明の他の実施形態に係る静電吸引型流体吐出装置に設けられたノズル部材の構造を示す断面図である。
【図１４】本発明の他の実施形態に係る静電吸引型流体吐出装置に設けられたノズル部材の構造を示す断面図である。
【図１５】本発明の他の実施形態に係る静電吸引型流体吐出装置に設けられたノズル部材の構造を示す断面図である。
【図１６】本発明の他の実施形態に係る静電吸引型流体吐出装置に設けられたノズル部材の構造を示す断面図である。
【図１７】従来技術における微パターン形成装置の構成を示す断面図である。
【図１８】従来技術における微パターン形成装置の構成を示す平面図である。
【符号の説明】
【０１９９】
１，１０        静電吸引型流体吐出装置
２              圧力供給部材
２ａ            圧力供給路
３              インク供給体
３ａ            インク供給路
４，４０，４４  ノズル部材
４ａ            流入面
４ｂ            吐出面
５              吐出電極
６              貫通孔
６ａ            流入口
６ｂ            吐出口
７              メニスカス
８              突出部
８ａ            突出側面
８ｂ            平面部
９              爪部
１１              凹凸形状
１２              撥水処理
４１              基底面
【図１】
2006110757.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006110757.tif 000008
【図６】
2006110757.tif 000009
【図７】
2006110757.tif 000010
【図８】
2006110757.tif 000011
【図９】
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【図１０】
2006110757.tif 000013
【図１１】
2006110757.tif 000014
【図１２】
2006110757.tif 000015
【図１３】
2006110757.tif 000016
【図１４】
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【図１５】
2006110757.tif 000018
【図１６】
2006110757.tif 000019
【図１７】
2006110757.tif 000020
【図１８】
2006110757.tif 000021