(57)【要約】【課題】ノズルから吐出される液体の形状がミスト状になって飛び散ったり、分裂してサテライトを形成したりするのを防止することができる液体吐出装置を提供する。【解決手段】ノズルが設けられたノズルプレート、キャビティ、圧力発生手段及び吐出電圧印加手段を有する液体吐出ヘッドと、液体吐出ヘッドに対向する対向電極と、液体吐出ヘッドと対向電極の距離を制御する間隔制御手段と、液体吐出ヘッドから吐出される液体の吐出状態を判定する吐出状態判定手段と、を備える液体吐出装置において、圧力発生手段はノズルの半径に対して０．８倍以上の高さのテーラーコーン状のメニスカスを形成するとともに、吐出状態判定手段の判定結果に基づいて間隔制御手段により液体吐出ヘッドと対向電極の距離をテーラーコーン状に形成された液体が分裂する前に到達する距離に制御する。【選択図】図７
2006192614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するノズルが設けられたノズルプレート、前記ノズルの吐出孔から吐出される液体を貯蔵するキャビティ、前記液体のメニスカスを形成する圧力発生手段及び前記ノズル内の液体に吐出電圧を印加する吐出電圧印加手段を有する液体吐出ヘッドと、
前記圧力発生手段を駆動する駆動電圧の印加及び前記吐出電圧印加手段による前記吐出電圧の印加を制御する動作制御手段と前記液体吐出ヘッドに対向する対向電極と、
前記液体吐出ヘッドを駆動させて前記液体吐出ヘッドと前記対向電極と間隔を制御する間隔制御手段と、
前記液体吐出ヘッドから吐出される液体の吐出状態を判定する吐出状態判定手段と、
を備える前記吐出電圧印加手段により印加された前記ノズル内の液体と前記対向電極との間に生じる静電吸引力と前記ノズル内に生じる圧力とにより液体を吐出する液体吐出装置であって、
液体のメニスカスを形成する前記圧力発生手段は前記ノズルの吐出孔に前記ノズルの半径に対して０．８倍以上の高さのメニスカスを形成するとともに、
前記吐出状態判定手段の判定結果に基づいて前記間隔制御手段により前記液体吐出ヘッドと前記対向電極の距離をテーラーコーン状に形成された液体が分裂する前に到達する間隔に制御することを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
前記間隔制御手段により制御される前記液体吐出ヘッドノズルと前記対向電極の距離は３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
【請求項３】
前記ノズルの吐出孔の内部直径が１５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
【請求項４】
前記ノズルは吐出面から突出していないフラットなノズルであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
【請求項５】
前記ノズルプレートの体積抵抗率が１０１５Ωｍ以上であることを特徴とする請求項４に記載の液体吐出装置。
【請求項６】
前記液体は、導電性溶媒を含有する液体であり、前記ノズルプレートの前記液体の吸収率が０．６％以下であることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体吐出装置に係り、特にフラットノズルを有する電界集中型の液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェットでの画質の高精細化の進展および工業用途における適用範囲の拡大に伴い、微細パターン形成および高粘度のインク吐出の要請がますます強まっている。これらの課題を従来のインクジェット記録法で解決しようとすると、ノズルの微小化や高粘度のインク吐出による液吐出力の向上を図る必要が生じ、それに伴って駆動電圧が高くなり、ヘッドや装置のコストが非常に高価になってしまうため、実用に適う装置は実現されていない。
【０００３】
そこで、前記要請に応え、微小化されたノズルから低粘度のみならず高粘度の液滴を吐出させる技術として、ノズル内の液体を帯電させ、ノズルと液滴の着弾を受ける対象物となる各種の基材との間に形成される電界から受ける静電吸引力により吐出させるいわゆる静電吸引方式の液滴吐出技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、この液滴吐出技術と、ピエゾ素子の変形や液体内部での気泡の発生による圧力を利用して液滴を吐出する技術とを組み合わせた、いわゆる電界アシスト法を用いた液滴吐出装置の開発が進んでいる（例えば、特許文献２〜５等参照）。この電界アシスト法は、ピエゾ素子等の圧力発生手段であるメニスカス形成手段と静電吸引力を用いてノズルの吐出孔に液体のメニスカスを隆起させることにより、メニスカスに対する静電吸引力を高め、液表面張力に打ち勝ってメニスカスを液滴化し吐出する方法である。
【特許文献１】国際公開第０３／０７０３８１号パンフレット
【特許文献２】特開平５−１０４７２５号公報
【特許文献３】特開平５−２７８２１２号公報
【特許文献４】特開平６−１３４９９２号公報
【特許文献５】特開２００３−５３９７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電界アシスト法を用いたこれらの液体吐出装置は、従来のピエゾ方式やサーマル方式を用いたインクジェット記録法に比べ、吐出効率は良いが、電界による静電吸引力が最大限に活用されていないため、メニスカスの形成や液滴の吐出が効率的に行われておらず、微細パターン形成および高粘度のインク吐出の要請に応えようとすると、従来のインクジェット記録法と同様に、駆動電圧を高くする必要が生じ、ヘッドや装置のコストが高価になってしまうという問題があった。また、静電吸引力を高めるために印加電圧を上げると、ヘッドと基材間で絶縁破壊が発生してしまい装置を駆動できない場合が生じるという問題もあった。
【０００６】
しかし、圧力発生手段によるメニスカス形成時における振動により本来吐出を意図していないノズルから液体が誤射出されてしまうという問題が生じたり、ノズルから吐出される液体が糸引き状となり（以下「テーラーコーン」という）、液体がミスト状になって飛び散ったり、主液滴以外の意図しない微小な液滴すなわち「サテライト」が発生してしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、誤射出が発生しにくく、さらに、テーラーコーン状に形成された液体がミスト状になって飛び散ったり、分裂してサテライトを形成したりすることを防止できる液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】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の液体吐出装置は、液体を吐出するノズルが設けられたノズルプレート、前記ノズルの吐出孔から吐出される液体を貯蔵するキャビティ、前記液体のメニスカスを形成する圧力発生手段及び前記ノズル内の液体に吐出電圧を印加する吐出電圧印加手段を有する液体吐出ヘッドと、前記圧力発生手段を駆動する駆動電圧の印加及び前記吐出電圧印加手段による前記吐出電圧の印加を制御する動作制御手段と前記液体吐出ヘッドに対向する対向電極と、前記液体吐出ヘッドを駆動させて前記液体吐出ヘッドと前記対向電極と間隔を制御する間隔制御手段と、前記液体吐出ヘッドから吐出される液体の吐出状態を判定する吐出状態判定手段と、を備える前記吐出電圧印加手段により印加された前記ノズル内の液体と前記対向電極との間に生じる静電吸引力と前記ノズル内に生じる圧力とにより液体を吐出する液体吐出装置であって、液体のメニスカスを形成する前記圧力発生手段は前記ノズルの吐出孔に前記ノズルの半径に対して０．８倍以上の高さのメニスカスを形成するとともに、前記吐出状態判定手段の判定結果に基づいて前記間隔制御手段により前記液体吐出ヘッドと前記対向電極の距離をテーラーコーン状に形成された液体が分裂する前に到達する間隔に制御することを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、液体吐出ヘッドと対向電極の間隔を調整してテーラーコーン状に形成された液体が分裂する前に基材に着弾させることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液体吐出装置において、前間隔制御手段により制御される前記液体吐出ヘッドのノズルと前記対向電極の間隔は３００μｍ以下であることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、テーラーコーン状に形成された液体を分裂する前に基材に着弾させることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の液体吐出装置であって、前記ノズルの吐出孔の内部直径が１５μｍ以下であることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、ノズルの吐出孔の内部直径１５μｍ以下とし、それによって形成されるメニスカスに電界集中を効率よく行うことができる。また、効率的な電界集中を行うことで微小なノズル径のノズルから微小な液体を吐出して高画質の画像を形成することが可能となる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の液体吐出装置において、前記ノズルは吐出面から突出していないフラットなノズルであることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、フラットノズルを使用する場合であってもサテライトやミストの発生を防止することができる。なお、フラットなノズルとはノズル大きく突出していない形状のノズルであり、その突出高さは３０μｍ以下のものを指す。突出量が小さい為、ノズルプレート表面のワイプ時に引っかかったり破損することもなくワイプ操作ができる利点を持つ。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の液体吐出装置において、前記ノズルプレートの体積抵抗率が１０１５Ωｍ以上であることを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、ノズルが形成されるノズルプレートとして体積抵抗率が１０１５Ωｍ以上の材料を用いることで、静電電圧印加手段からノズル内の液体に印加される静電電圧が１．５ｋＶ程度の電圧であっても、ノズルの吐出孔部分に形成される液体のメニスカスに効果的に電界を集中することができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の液体吐出装置において、前記液体は、導電性溶媒を含有する液体であり、前記ノズルプレートの前記液体の吸収率が０．６％以下であることを特徴とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、ノズルプレートの導電性溶媒を含有する液体の吸収率が０．６％以上の場合には液体から導電性溶媒を吸収してしまうが、前記液体の吸収率を０．６％以下とすることで、液体から導電性の溶媒を吸収することを防止することができる。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に記載の発明によれば、液体をノズルから安定して吐出することができるとともに、テーラーコーン状に形成された液体が分裂を開始する前に基材に着弾させることでミストやサテライトの発生を防いで画質の向上を図ることができる。
【００２１】
請求項２に記載の発明によれば、液体吐出ヘッドノズルと対向電極の距離を３００μｍ以下とすることで、テーラーコーン状に形成された液体が分裂する前に基材に着弾させることができるので、ミストやサテライトの発生を防いで画質の向上を図ることができる。
【００２２】
請求項３に記載の発明によれば、微小液滴が安定して液体の吐出を行うことができる。
【００２３】
請求項４に記載の発明によれば、フラットなノズルを使用した場合であってもノズルから吐出された液体からミストやサテライトの発生を防止するとともに、安定して液体の吐出を行うことができる。
【００２４】
請求項５に記載の発明によれば、ノズルが形成されるノズルプレートとして、体積抵抗率が１０１５Ωｍ以上の材料を用いることで、静電電圧印加手段からノズル内の液体に印加される静電電圧が１．５ｋＶ程度の電圧であっても、ノズルの吐出孔部分に形成される液体のメニスカスに効果的に電界を集中することができ、メニスカスの先端部の電界強度を液滴が効率良く安定的に吐出される電界強度とすることが可能となる。
【００２５】
請求項６に記載の発明によれば、ノズルプレートの液体の吸収率が０．６％以下とすることでノズルプレートが、液体から導電性の溶媒を吸収して体積抵抗率が低下させて、ノズルから安定的な液体の吐出ができなくなるという事態が生じることを有効に防止することができ、請求項５に記載の発明の効果をより効果的に発揮することが可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明に係る液体吐出装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２７】
図１は本実施形態にかかる液体吐出装置１の要部構成図である。液体吐出装置１はいわゆるシリアルヘッド方式の液体吐出装置１であり、インク液滴を基材Ｋに向けて吐出して画像記録を行うようになっている。
【００２８】
液体吐出装置１には、基材Ｋを非記録面から支持しつつ搬送方向Ｙに搬送する環状の搬送ベルト２ａが備えられている。搬送ベルト２ａの内側であって、基材Ｋに対向する位置には、搬送ベルト２ａを介して基材Ｋに静電圧を印加する平板状の対向電極３が備えられている。
【００２９】
また、搬送ベルト２ａの内側には、搬送ベルト２ａの張力を保つと同時に搬送ベルト２ａを搬送させる搬送ローラ２ｂが、対向電極３の搬送方向Ｙの上流と下流及び対向電極３の下方に回動自在に備えられている。搬送機構２は搬送ベルト２ａ及び搬送ローラ２ｂからなり、図示しないモータなどによる搬送ローラ２ｂの回動により、搬送ベルト２ａを介して基材Ｋが搬送されるようになっている。
【００３０】
搬送機構２の上方には、基材Ｋの幅方向に延在する棒状のガイドレール４が備えられている。ガイドレール４には、キャリッジ保持部材５が基材Kの幅方向（走査方向Ｘ）に往復自在に備えられており、キャリッジ保持部材５にキャリッジ６が取り付けられている。また、キャリッジ保持部材５には主走査方向搬送ベルト８が取り付けられている。
【００３１】
キャリッジ６のキャリッジ保持部材５への取り付け及び後述する液体吐出ヘッド１３対向電極３と間隔を制御する間隔制御手段７の一例について図２及び図３を用いて説明する。
【００３２】
キャリッジ保持部材５のキャリッジ保持面５aには図示しないねじ穴が設けられている。図２に示すようにキャリッジ６にはこれに対応する長ねじ穴６ａ，６ａが設けられており、長ねじ穴６ａ，６ａよりキャリッジ保持面５aのそれぞれ対応するねじ穴にねじ９，９が貫通され、キャリッジ６は後述する偏芯カム１１，１１の回転に応じて、長ねじ穴６ａ，６ａを貫通するねじ９，９に沿って上下方向に往復自在に取り付けられている。
【００３３】
また、キャリッジ保持面５ａの側面には突出部５ｂ，５ｃが設けられており、突出部５ｂ，５ｃには、モータＭに接続された回転軸１０が取り付けられており、回転軸１０には偏芯カム１１，１１が回転軸１０の回転に応じて回転するように取り付けられている。
【００３４】
また、回転軸１０の一端にはモータＭが接続されており、モータＭは後述する吐出状態判定手段３９の制御部４２により送信される制御信号に応じて回転するようになっている。
【００３５】
また、図３に示すようにキャリッジ保持部材５のキャリッジ保持面の上部には突出部５ｄが設けられており、突出部５ｂとキャリッジ６の背壁６ｂはバネ１２により接続されており、キャリッジ６はバネ１２により偏芯カム１１，１１に押圧されるようになっている。
【００３６】
キャリッジ６は長ねじ穴６ａ，６ａを貫通するねじ９，９に沿って上下方向に往復自在となっているとともに、バネ１２により偏芯カム１１，１１に押圧されるようになっているため、偏芯カム１１，１１の回転によりキャリッジ保持部材５への取り付け位置が上下方向に変更されるようになっている。キャリッジ６には、液体吐出ヘッド１３など画像記録に必要な部材が搭載されている。
【００３７】
キャリッジ６はバネ１２により偏芯カム１１，１１に常に押圧されるようになっているため、回転軸１０が回転し偏芯カム１１，１１が回転するとキャリッジ６は上下方向に移動し、併せてキャリッジ６に搭載されている液体吐出ヘッド１３も上下方向に移動するようになっている。なお、偏芯カム１１，１１の回転によるキャリッジ６の上下方向への移動は１００μｍから１０００μｍの範囲で行われるようなっている。
【００３８】
図４は、液体吐出ヘッド１３と基材Ｋとの構成及び電気的接続を示す概略図であり、後述するノズル１５の縦断面図である。ここで、対向電極３と液体吐出ヘッド１３の距離（この距離については以下において適宜「ノズルプレート１４の吐出面１６と基材Ｋの対向面との距離」という）は３００μｍ以下であることが望ましい。３００μｍ以上の距離とするとテーラーコーン状に形成されて吐出された液体は基材Ｋに着弾する以前に分裂を開始し、サテライトやミストが発生しやすくなるからである。なお、本実施形態においては、図４に示すように、対向電極３は接地されており常に接地電位を維持している。
【００３９】
そして、対向電極３と液体吐出ヘッド１３の距離は液体吐出ヘッド１３から吐出されたテーラーコーンの長さと同一又はそれ以下であることが特に望ましい。テーラーコーン状に形成された液体は、液体吐出ヘッド１３から完全に吐出され、液体吐出ヘッド１３と対向電極３の間の空間を飛翔している際に分裂を開始するものであり、その飛翔している距離が長ければ長くなるほど分裂は起こりやすくなる。そのため、対向電極３と液体吐出ヘッド１３の距離を吐出された液体が形成するテーラーコーンの長さと同一とすることでテーラーコーン状に形成されて吐出された液体が分裂をすることが防ぐことが可能となる。
【００４０】
液体吐出ヘッド１３の対向電極３に対向する側に樹脂製のノズルプレート１４が設けられており、ノズルプレート１４には複数のノズル１５が設けられている。液体吐出ヘッド１３は、ノズルプレート１４の対向電極３に対向する吐出面１６からノズル１５が突出されない、或いは前述したようにノズル１５が３０μｍ程度しか突出しないフラットな吐出面を有するヘッドとして構成されている（例えば、後述する図５（Ｄ）参照）。
【００４１】
各ノズル１５は、ノズルプレート１４に穿孔されて形成されており、各ノズル１５には、それぞれノズルプレート１４の吐出面１６に吐出孔１９を有する小径部２０とその背後に形成されたより大径の大径部２１との２段構造とされている。本実施形態では、ノズル１５の小径部２０および大径部２１は、それぞれ断面円形で対向電極側がより小径とされたテーパ状に形成されており、小径部２０の吐出孔１９の内部直径（以下、ノズル径という。）が１０μｍ、大径部２１の小径部２０から最も離れた側の開口端の内部直径が７５μｍとなるように構成されている。ノズル径は、１５μｍ以上とすると液体を吐出するために高い吐出電圧を必要とする不利が生じ得るので１５μｍ以下とすることが望ましい。
【００４２】
なお、ノズル１５の形状は前記の形状に限定されず、例えば、図５（Ａ）〜（Ｅ）に示すフラットノズルのように、形状が異なる種々のノズル１５を用いることが可能である。また、ノズルは図５（Ｆ）（Ｇ）に示すようなノズルが吐出面１６より吐出している突出型のノズルを用いることとしてもよい。また、ノズル１５は、断面円形状に形成する代わりに、断面多角形状や断面星形状等であってもよい。
【００４３】
ノズルプレート１４の吐出面１６と反対側の面には、例えばＮｉＰ等の導電素材よりなり、ノズル１５内の液体Ｌを帯電させるための帯電用電極２２が層状に設けられている。本実施形態では、帯電用電極２２は、ノズル１５の大径部２１の内周面２３まで延設されており、ノズル内の液体Ｌに接するようになっている。
【００４４】
また、帯電用電極２２は、静電吸引力を生じさせる静電電圧を印加する静電電圧印加手段としての静電電圧電源２４に接続されており、単一の帯電用電極２２がすべてのノズル１５内の液体Ｌに接触しているため、静電電圧電源２４から帯電用電極２２に静電電圧が印加されると、全ノズル１５内の液体Ｌが同時に帯電され、液体吐出ヘッド１３と対向電極３との間、特に液体Ｌと基材Ｋとの間に静電吸引力が発生されるようになっている。
【００４５】
帯電用電極２２の背後には、ボディ層２５が設けられている。ボディ層２５の前記各ノズル１５の大径部２１の開口端に面する部分には、それぞれ開口端にほぼ等しい内径を有する略円筒状の空間が形成されており、各空間は、吐出される液体Ｌを一時貯蔵するためのキャビティ２９とされている。
【００４６】
ボディ層２５の背後には、可撓性を有する金属薄板やシリコン等よりなる可撓層２６が設けられており、可撓層２６により液体吐出ヘッド１３が外界と画されている。
【００４７】
なお、ボディ層２５の可撓層２６との境界部には、キャビティ２９に液体Ｌを供給するための図示しない流路が形成されている。具体的には、ボディ層２５としてのシリコンプレートをエッチング加工して共通流路および共通流路とキャビティ２９とを結ぶ流路とが設けられており、共通流路には、外部の図示しない液体タンクから液体Ｌを供給する図示しない供給管が連絡されており、供給管に設けられた図示しない供給ポンプにより或いは液体タンクの配置位置による差圧により流路やキャビティ２９、ノズル１５等の液体Ｌに所定の供給圧力が付与されるようになっている。
【００４８】
可撓層２６の外面の各キャビティ２９に対応する部分には、それぞれ圧力発生手段としての圧電素子アクチュエータであるピエゾ素子３０が設けられており、ピエゾ素子３０には、素子に駆動電圧を印加して素子を変形させるための駆動電圧電源３１が接続されている。ピエゾ素子３０は、駆動電圧電源３１からの駆動電圧の印加により変形して、ノズル内の液体Ｌに圧力を生じさせてノズル１５の吐出孔１９に液体Ｌのメニスカスを形成させるようになっている。なお、圧力発生手段は、本実施形態のような圧電素子アクチュエータのほかに、例えば静電アクチュエータやサーマル方式等を採用することも可能である。
【００４９】
ここで、圧力発生手段により形成されるメニスカスの高さはノズルの半径の０．８倍以上であって、吐出される液体がテーラーコーン状に形成され得る高さであることが好ましい。
【００５０】
図６は、ノズル半径に対するメニスカスの高さ比とメニスカスの射出される電界強度との関係を表したグラフであり、縦軸を電界強度[Ｖ／ｍ]、横軸をノズル半径[μｍ]に対するに対するメニスカスの高さ[μｍ]の比を表したものであり、後述の実験と同様の条件下において行われたものである。図６に示すグラフから明らかなように、メニスカスの射出電界強度は３．０×１０７Ｖ／ｍに達するのは、ノズル高さに対するメニスカスの高さの比が０．８倍以上となった場合である。よって、ノズル高さに対するメニスカスの高さの比は０．８倍以上であることが望ましい。
【００５１】
これに対して、メニスカスの高さをノズル半径の０．８倍以下としても液体を吐出することは可能ではあるが、その際には静電吸引力を非常に大きくする必要があるため、高エネルギーが消費されることとなりランニングコストが高くなってしまう。
【００５２】
また、メニスカスの高さをノズル半径の０．８倍以下とするとメニスカスを押し出したときと押し出さないときとの発生する電界の差が小さく、圧力発生手段によるメニスカス形成時における振動による微小なメニスカスのゆれに反応してしまい、本来吐出を意図していないノズルから液体が誤射出されてしまうという問題が生じ得る。
【００５３】
駆動電圧電源３１および帯電用電極２２に静電電圧を印加する前記静電電圧電源２４は、それぞれ動作制御手段３２に接続されており、それぞれ動作制御手段３２による制御を受けるようになっている。
【００５４】
動作制御手段３２は、本実施形態では、ＣＰＵ３３やＲＯＭ３４、ＲＡＭ３５等が図示しないＢＵＳにより接続されて構成されたコンピュータからなっており、ＣＰＵ３３は、ＲＯＭ３４に格納された電源制御プログラムに基づいて静電電圧電源２４および各駆動電圧電源３１を駆動させてノズル１５の吐出孔１９から液体Ｌを吐出させるようになっている。
【００５５】
なお、本実施形態では、液体吐出ヘッド１３のノズルプレート１４の吐出面１６には、吐出孔１９からの液体Ｌの滲み出しを抑制するための撥液層３６が吐出孔１９以外の吐出面１６全面に設けられている。撥液層３６は、例えば、液体Ｌが水性であれば撥水性を有する材料が用いられ、液体Ｌが油性であれば撥油性を有する材料が用いられるが、一般に、ＦＥＰ(四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン)、ＰＴＦＥ(ポリテトラフロロエチレン)、フッ素シロキサン、フルオロアルキルシラン、アモルファスパーフルオロ樹脂等のフッ素樹脂等が用いられることが多く、塗布や蒸着等の方法で吐出面１６に成膜されている。なお、撥液層３６は、ノズルプレート１４の吐出面１６に直接成膜してもよいし、撥液層３６の密着性を向上させるために中間層を介して成膜することも可能である。
【００５６】
液体吐出ヘッド１３の下方には、基材Ｋを支持する平板状の対向電極３が液体吐出ヘッド１３の吐出面１６に平行に所定距離をもって配置されている。対向電極３と液体吐出ヘッド１３との間隔は、０．１〜３．０ｍｍ程度の範囲内で適宜設定される。
【００５７】
本実施形態では、対向電極３は接地されており、常時接地電位に維持されている。そのため、前記静電電圧電源２４から帯電用電極２２に静電電圧が印加されると、ノズル１５の吐出孔１９の液体Ｌと対向電極３の液体吐出ヘッド１３に対向する対向面との間に電界が生じるようになっている。また、帯電した液滴Ｄが基材Ｋに着弾すると、対向電極３はその電荷を接地により逃がすようになっている。
【００５８】
また、図７に示すように液体吐出装置１には、液体吐出ヘッド１３から吐出された液体の状態を判断するための吐出状態判定手段３９が備えられている。
【００５９】
図７及び図８に示すように吐出状態判定手段３９は、液体吐出ヘッド１３と基材Ｋの間に光路Ｘを形成する発光素子４０、受光素子４１及び制御部４２が備えられている。吐出状態判定手段３９は、発光素子４０と受光素子４１の間に形成された光路Ｘを通過して基材Ｋに着弾する液体がどの程度時間光路Ｈを遮るかによって液体の飛翔速度、テーラーコーン状の液体の先頭部が光路に到達する時間及びテーラーコーン状の液体が光路を通過する時間を測定するようになっている。
【００６０】
発光素子４０は、例えば、LED(LIGHT EMITTING DIODE)やＬＤ（LASER DIODE）を用いることができる。
【００６１】
受光素子４１は、例えばPD(PHOTO DIODE)を用いることができる。
【００６２】
制御部４２には、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等により構成されており、制御部４２には記憶部４３及び飛翔速度判定部４４が備えられている。
【００６３】
また、制御部４２は飛翔速度判定部４４の判定結果に応じてモータＭに対して回転軸１０を回転させる制御信号を送り、回転軸１０の回転量を制御するようになっている。
【００６４】
記憶部４３には、例えば図９に示すようなテーラーコーン状の液体の飛翔速度、テーラーコーンの長さ、所定の飛翔速度の所定の長さのテーラーコーン状の液体の光路Ｘまでの到達時間、光路Ｘの通過時間及び対向電極３と液体吐出ヘッド１３の最適な間隔の関係が表された表が記憶されている。なお、図９に記載の所定の飛翔速度の所定の長さのテーラーコーン状の液体の光路Ｘまでの到達時間は、対向電極３と液体吐出ヘッド１３の間隔を１ｍｍとするとともに、液体吐出ヘッド１３から光路Ｘまでの距離を１００μｍとして測定したものである。
【００６５】
飛翔速度判定部４４は、液体吐出ヘッド１３から吐出された液体が受光素子４１及び発光素子４０により形成される光路にテーラーコーン状の液体の先頭部が到達する時間を演算し、テーラーコーン状の液体の飛翔速度を測定する。次に、テーラーコーン状の液体が光路を通過する時間を測定することする。次に、記憶部４３に記録されている図９に示す表よりテーラーコーンの長さを導き出すようになっている。
【００６６】
液体吐出装置１による吐出を行う液体Ｌは、例えば、無機液体としては、水、ＣＯＣｌ２、ＨＢｒ、ＨＮＯ３、Ｈ３ＰＯ４、Ｈ２ＳＯ４、ＳＯＣｌ２、ＳＯ２Ｃｌ２、ＦＳＯ３Ｈなどが挙げられる。
【００６７】
また、有機液体としては、メタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、２−メチル−１−プロパノール、ｔｅｒｔ−ブタノール、４−メチル−２−ペンタノール、ベンジルアルコール、α−テルピネオール、エチレングリコール、グリセリン、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールなどのアルコール類；フェノール、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾールなどのフェノール類；ジオキサン、フルフラール、エチレングリコールジメチルエーテル、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、エピクロロヒドリンなどのエーテル類；アセトン、メチルエチルケトン、２−メチル−４−ペンタノン、アセトフェノンなどのケトン類；ギ酸、酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸などの脂肪酸類；ギ酸メチル、ギ酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸−ｎ−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸−３−メトキシブチル、酢酸−ｎ−ペンチル、プロピオン酸エチル、乳酸エチル、安息香酸メチル、マロン酸ジエチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、炭酸ジエチル、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、セロソルブアセテート、ブチルカルビトールアセテート、アセト酢酸エチル、シアノ酢酸メチル、シアノ酢酸エチルなどのエステル類；ニトロメタン、ニトロベンゼン、アセトニトリル、プロピオニトリル、スクシノニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル、エチルアミン、ジエチルアミン、エチレンジアミン、アニリン、Ｎ−メチルアニリン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリン、ｏ−トルイジン、ｐ−トルイジン、ピペリジン、ピリジン、α−ピコリン、２，６−ルチジン、キノリン、プロピレンジアミン、ホルムアミド、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルホルムアミド、アセトアミド、Ｎ−メチルアセトアミド、Ｎ−メチルプロピオンアミド、Ｎ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−テトラメチル尿素、Ｎ−メチルピロリドンなどの含窒素化合物類；ジメチルスルホキシド、スルホランなどの含硫黄化合物類；ベンゼン、ｐ−シメン、ナフタレン、シクロヘキシルベンゼン、シクロヘキセンなどの炭化水素類；１，１−ジクロロエタン、１，２−ジクロロエタン、１，１，１−トリクロロエタン、１，１，１，２−テトラクロロエタン、１，１，２，２−テトラクロロエタン、ペンタクロロエタン、１，２−ジクロロエチレン（ｃｉｓ−）、テトラクロロエチレン、２−クロロブタン、１−クロロ−２−メチルプロパン、２−クロロ−２−メチルプロパン、ブロモメタン、トリブロモメタン、１−ブロモプロパンなどのハロゲン化炭化水素類などが挙げられる。また、上記各液体を二種以上混合して用いてもよい。
【００６８】
さらに、高電気伝導率の物質（銀粉等）が多く含まれるような導電性ペーストを液体Ｌとして使用し、吐出を行う場合には、前述した液体Ｌに溶解又は分散させる目的物質としては、ノズルで目詰まりを発生するような粗大粒子を除けば、特に制限されない。
【００６９】
ＰＤＰ、ＣＲＴ、ＦＥＤなどの蛍光体としては、従来より知られているものを特に制限なく用いることができる。例えば、赤色蛍光体として、（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ３：Ｅｕ、ＹＯ３：Ｅｕなど、緑色蛍光体として、Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ、ＢａＡｌ１２Ｏ１９：Ｍｎ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｍｇ）Ｏ・α−Ａｌ２Ｏ３：Ｍｎなど、青色蛍光体として、ＢａＭｇＡｌ１４Ｏ２３：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕなどが挙げられる。
【００７０】
上記の目的物質を記録媒体上に強固に接着させるために、各種バインダーを添加するのが好ましい。用いられるバインダーとしては、例えば、エチルセルロース、メチルセルロース、ニトロセルロース、酢酸セルロース、ヒドロキシエチルセルロースなどのセルロース及びその誘導体；アルキッド樹脂；ポリメタクリタクリル酸、ポリメチルメタクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート・メタクリル酸共重合体、ラウリルメタクリレート・２−ヒドロキシエチルメタクリレート共重合体などの（メタ）アクリル樹脂及びその金属塩；ポリＮ−イソプロピルアクリルアミド、ポリＮ，Ｎ−ジメチルアクリルアミドなどのポリ（メタ）アクリルアミド樹脂；ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン共重合体、スチレン・マレイン酸共重合体、スチレン・イソプレン共重合体などのスチレン系樹脂；スチレン・ｎ−ブチルメタクリレート共重合体などのスチレン・アクリル樹脂；飽和、不飽和の各種ポリエステル樹脂；ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂；ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンなどのハロゲン化ポリマー；ポリ酢酸ビニル、塩化ビニル・酢酸ビニル共重合体などのビニル系樹脂；ポリカーボネート樹脂；エポキシ系樹脂；ポリウレタン系樹脂；ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール、ポリビニルアセタールなどのポリアセタール樹脂；エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合樹脂などのポリエチレン系樹脂；ベンゾグアナミンなどのアミド樹脂；尿素樹脂；メラミン樹脂；ポリビニルアルコール樹脂及びそのアニオンカチオン変性；ポリビニルピロリドン及びその共重合体；ポリエチレンオキサイド、カルボキシル化ポリエチレンオキサイドなどのアルキレンオキシド単独重合体、共重合体及び架橋体；ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのポリアルキレングリコール；ポリエーテルポリオール；ＳＢＲ、ＮＢＲラテックス；デキストリン；アルギン酸ナトリウム；ゼラチン及びその誘導体、カゼイン、トロロアオイ、トラガントガム、プルラン、アラビアゴム、ローカストビーンガム、グアガム、ペクチン、カラギニン、にかわ、アルブミン、各種澱粉類、コーンスターチ、こんにゃく、ふのり、寒天、大豆蛋白などの天然或いは半合成樹脂；テルペン樹脂；ケトン樹脂；ロジン及びロジンエステル；ポリビニルメチルエーテル、ポリエチレンイミン、ポリスチレンスルフォン酸、ポリビニルスルフォン酸などを用いることができる。これらの樹脂は、ホモポリマーとしてだけでなく、相溶する範囲でブレンドして用いてもよい。
【００７１】
液体吐出装置１をパターンニング手段として使用する場合には、代表的なものとしてはディスプレイ用途に使用することができる。具体的には、プラズマディスプレイの蛍光体の形成、プラズマディスプレイのリブの形成、プラズマディスプレイの電極の形成、ＣＲＴの蛍光体の形成、ＦＥＤ（フィールドエミッション型ディスプレイ）の蛍光体の形成、ＦＥＤのリブの形成、液晶ディスプレイ用カラーフィルター（ＲＧＢ着色層、ブラックマトリクス層）、液晶ディスプレイ用スペーサー（ブラックマトリクスに対応したパターン、ドットパターン等）などを挙げることができる。
【００７２】
なお、リブとは一般的に障壁を意味し、プラズマディスプレイを例に取ると各色のプラズマ領域を分離するために用いられる。その他の用途としては、マイクロレンズ、半導体用途として磁性体、強誘電体、導電性ペースト（配線、アンテナ）などのパターンニング塗布、グラフィック用途としては、通常印刷、特殊媒体（フィルム、布、鋼板など）への印刷、曲面印刷、各種印刷版の刷版、加工用途としては粘着材、封止材などの本発明を用いた塗布、バイオ、医療用途としては医薬品（微量の成分を複数混合するような）、遺伝子診断用試料等の塗布等に応用することができる。
【００７３】
ここで、本発明の液体吐出ヘッド１３における液体Ｌの吐出原理について本実施形態を用いて説明する。
【００７４】
本実施形態では、静電電圧電源２４から帯電用電極２２に静電電圧を印加し、ノズル１５の吐出孔１９の液体Ｌと対向電極３の液体吐出ヘッド１３に対向する対向面との間に電界を生じさせる。また、駆動電圧電源３１からピエゾ素子３０に駆動電圧を印加してピエゾ素子３０を変形させ、それにより液体Ｌに生じた圧力でノズル１５の吐出孔１９に液体Ｌのメニスカスを形成させる。
【００７５】
本実施形態のように、ノズルプレート１４の絶縁性が高くなると、図１０にシミュレーションによる等電位線で示すように、ノズルプレート１４の内部に、吐出面１６に対して略垂直方向に等電位線が並び、ノズル１５の小径部２０の液体Ｌや液体Ｌのメニスカス部分に向かう強い電界が発生する。
【００７６】
特に、図１０でメニスカスの先端部では等電位線が密になっていることから分かるように、メニスカス先端部では非常に強い電界集中が生じる。そのため、電界の静電力によってメニスカスが引きちぎられてノズル内の液体Ｌから分離されて液滴Ｄとなる。さらに、液滴Ｄは静電力により加速され、対向電極３に支持された基材Ｋに引き寄せられて着弾する。その際、液滴Ｄは、静電力の作用でより近い所に着弾しようとするため、基材Ｋに対する着弾の際の角度等が安定し正確に行われる。
【００７７】
発明者らが、電極間の電界の電界強度が実用的な値である１．５ｋＶ／ｍｍとなるように構成し、各種の絶縁体でノズルプレート１４を形成して下記の実験条件に基づいて行った実験では、ノズル１５から液滴Ｄが吐出される場合と吐出されない場合があった。なお、以下の実験においては、ノズルプレート１４の吐出面１６と対向電極３の対向面との距離は１．０ｍｍとしているが、図１１に示すようにノズルプレート１４の吐出面１６と対向電極３の対向面との距離は１．０mm以下の場合においてメニスカスの射出電界強度である３．０×１０７Ｖ／ｍに達するものである。
【００７８】
図１１に示すようにノズルプレート１４の吐出面１６と対向電極３の対向面との距離が１．０mmよりも短くなるにつれて電界強度が大きくなっている。よって、距離を縮めることで電界強度を効率的に利用できる。また、このことノズルプレート１４の吐出面１６と基材Ｋの対向面との距離を短くすればより少ない静電電圧でメニスカスの射出強度である３．０×１０７Ｖ／ｍに得られることを意味する。例えば、下記に示すようにノズルプレート１４の吐出面１６と基材Ｋの対向面との距離を１．０ｍｍの場合においてメニスカスの射出電界強度である３．０×１０７Ｖ／ｍを得るためには１．５ｋＶの静電電圧を必要とするが、ノズルプレート１４の吐出面１６と基材Ｋの対向面との距離を０．３ｍｍとした場合には１．０ｋＶの静電電圧でメニスカスの射出強度である３．０×１０７Ｖ／ｍを得ることができる。
［実験条件］
ノズルプレート１４の吐出面１６と基材Ｋの対向面との距離：１．０ｍｍ
ノズルプレート１４の厚さ：１２５μｍ
ノズル径：１０μｍ
静電電圧：１．５ｋＶ
駆動電圧：２０Ｖ
【００７９】
この実機による実験で、液滴Ｄがノズル１５から安定に吐出されたすべての場合について、メニスカス先端部の電界強度を求めた。実際には、メニスカス先端部の電界強度を直接測定することが困難であるため、電界シミュレーションソフトである「ＰＨＯＴＯ−ＶＯＬＴ」（商品名、株式会社フォトン製）で電流分布解析モードによるシミュレーションにより算出した。その結果、すべての場合においてメニスカス先端部の電界強度は３×１０７Ｖ／ｍ（３０ｋＶ／ｍｍ）以上であった。
【００８０】
また、前記実験と同様のパラメータを同ソフトに入力したシミュレーションにおいて、ノズルプレート１４の厚さを変化させた場合およびノズル径を変化させた場合のメニスカス先端部の電界強度を、図１２および図１３にそれぞれ示す。この結果から、メニスカス先端部の電界強度は、ノズルプレート１４の厚さおよびノズル径にも依存し、それぞれ７５μｍ以上および１５μｍ以下であることが好ましい。なお、ノズルプレート１４の厚さおよびノズル径の前記適正範囲は、下記実施例２に示すように実機による実験でも確認されている。
【００８１】
メニスカス先端部の電界強度がノズルプレート１４の厚さに依存する理由としては、ノズルプレート１４の厚さがより厚くなることで、ノズル１５の吐出孔１９と帯電用電極２２との距離が遠くなり、ノズルプレート内の等電位線が略垂直方向に並び易くなるためメニスカス先端部への電界集中が生じ易くなることが考えられる。
【００８２】
また、ノズル径が小径になることで、メニスカスの径が小さくなり、より小径となったメニスカス先端部に電界が集中することで電界集中の度合が大きくなる。そのため、メニスカス先端部の電界強度が強くなると考えられる。
【００８３】
なお、図１２に示したノズルプレート１４の厚さとメニスカス先端部の電界強度との関係および図１３に示したノズル径とメニスカス先端部の電界強度との関係は、本実施形態のような小径部２０および大径部２１よりなる２段構造のノズル１５の場合のみならず、１段構造、すなわち、単純なテーパ状のノズルや円筒状のノズル、或いは多段構造のノズルの場合もほぼ同じシミュレーション結果が得られている。
【００８４】
さらに、前記シミュレーションにおいて、小径部２０および大径部２１の区別がないテーパ状または円筒状の１段構造のノズル１５において、ノズル１５のテーパ角を変化させた場合のメニスカス先端部の電界強度の変化を図１４に示す。この結果から、メニスカス先端部の電界強度は、ノズル１５のテーパ角に依存することが分かる。ノズル１５のテーパ角は３０°以下であることが好ましい。なお、テーパ角とはノズル１５の内面とノズルプレート１４の吐出面１６の法線とがなす角のことをいい、テーパ角が０°の場合はノズル１５が円筒形状であることに対応する。
【００８５】
また、前記実験条件と同様のパラメータを同ソフトに入力してメニスカス先端部の電界強度を演算した結果、図１５に示すように、電界強度はノズルプレート１４に用いる絶縁体の体積抵抗率に強く依存することが分かった。文献等では絶縁体または誘電体とされる物質の体積抵抗率は１０１０Ωｍ以上のものを指すことが多く、代表的な絶縁体として知られているボロシリケイトガラス（例えば、ＰＹＲＥＸ（登録商標）ガラス）の体積抵抗率は１０１４Ωｍである。
【００８６】
しかし、このような体積抵抗率の絶縁体では、液滴Ｄは吐出されない。前記のように、ノズル１５から液滴Ｄを安定に吐出させるためにはメニスカス先端部の電界強度が３×１０７Ｖ／ｍ以上であることが必要であり、図１５から、少なくともノズルプレート１４の体積抵抗率は１０１５Ωｍ以上であることが必要であることが分かった。
【００８７】
ノズルプレート１４の体積抵抗率とメニスカス先端部の電界強度との関係が図１５のような特徴的な関係になるのは、ノズルプレート１４の体積抵抗率が低いと、静電電圧を印加してもノズルプレート内で等電位線が図４に示したように吐出面１６に対して略垂直方向に並ぶような状態にはならず、ノズル内の液体Ｌおよび液体Ｌのメニスカスへの電界集中が十分に行われないためであると考えられる。
【００８８】
理論上、体積抵抗率が１０１５Ωｍ未満のノズルプレート１４でも、静電電圧を非常に大きくすればノズル１５から液滴Ｄが吐出される可能性はあるが、電極間でのスパークの発生等により基材Ｋが損傷される可能性があるため、本発明では採用されない。
【００８９】
なお、図１５に示したようなメニスカス先端部の電界強度のノズルプレート１４の体積抵抗率に対する特徴的な依存関係は、ノズル径を種々に変化させてシミュレーションを行った場合でも同様に得られており、どの場合も体積抵抗率が１０１５Ωｍ以上の場合にメニスカス先端部の電界強度が３×１０７Ｖ／ｍ以上になることが分かっている。また、前記実験条件中のノズルプレート１４の厚さとは、本実施形態の場合は、ノズル１５の小径部２０の長さと大径部２１の長さの和に等しい。
【００９０】
一方、体積抵抗率が１０１５Ωｍ以上の絶縁体を用いてノズルプレート１４を作製しても、ノズル１５から液滴Ｄが吐出されない場合がある。下記実施例１に示すように、液体Ｌとして水などの導電性溶媒を含有する液体を用いた実験では、ノズルプレート１４の液体の吸収率が０．６％以下であることが必要であることが分かった。
【００９１】
これは、ノズルプレート１４が液体Ｌ中から導電性溶媒を吸収すると導電性の液体である水分子等の分子が本体絶縁性であるノズルプレート１４内に存在することになるため、結果的にノズルプレート１４の電気伝導度が高くなり、特に液体Ｌに接する局部の実効的な体積抵抗率の値が低下し、図１５に示す関係に従ってメニスカス先端部の電界強度が弱まり、液体Ｌの吐出に必要な電界集中が得られなくなるためと考えられる。
【００９２】
一方、下記実施例１によれば、液体Ｌとして導電性溶媒を含まない絶縁性溶媒に帯電可能な粒子を分散した液体を用いた場合には、ノズルプレート１４は、その液体に対する吸収率に係わりなく体積抵抗率が１０１５Ωｍ以上であれば液体Ｌを吐出することが分かった。これは、絶縁性溶媒がノズルプレート１４内に吸収されても絶縁性溶媒の電気伝導度が低いためノズルプレート１４の電気伝導度が大きく変化せず、実効的な体積抵抗率が低下しないためであると考えられる。
【００９３】
なお、前記絶縁性溶媒に分散されている帯電可能な粒子は、例えば、電気伝導度が極めて大きな金属粒子であってもノズルプレート１４には吸収されないため、ノズルプレート１４の電気伝導度を高めることはない。なお、前記絶縁性溶媒とは、単体では静電吸引力により吐出されない溶媒をいい、具体的には、例えば、キシレンやトルエン、テトラデカン等が挙げられる。また、導電性溶媒とは、電気伝導度が１０−１０Ｓ／ｃｍ以上の溶媒をいう。
【００９４】
次に、本実施形態の液体吐出ヘッド１３及び液体吐出装置１の作用について説明する。
【００９５】
図１６は、本実施形態の液体吐出装置における液体吐出ヘッドの駆動制御を説明する、メニスカスの高さをノズル半径の０．８倍（＝d）に形成した場合の図である。なお、この場合は、静電電圧電源２４から帯電用電極２２に印加される一定の静電電圧ＶＣは１．５ｋＶに設定されており、駆動電圧電源３１からピエゾ素子３０に印加されるパルス状の駆動電圧ＶＤは２０Ｖに設定されている。
【００９６】
液体吐出装置１の動作制御手段３２は、静電電圧電源２４から帯電用電極２２に一定の静電電圧ＶＣを印加させる。これにより、液体吐出ヘッド１３の各ノズル１５には常時一定の静電電圧ＶＣが印加され、液体吐出ヘッド１３と対向電極３との間に電界が生じる。
【００９７】
また、動作制御手段３２は、液滴Ｄを吐出させるべきノズル１５ごとに、そのノズル１５に対応する駆動電圧電源３１からピエゾ素子３０に対してパルス状の駆動電圧ＶＤを印加させる。このような駆動電圧ＶＤが印加されると、ピエゾ素子３０が変形してノズル内部の液体Ｌの圧力を上げ、ノズル１５の吐出孔１９では、図中Ａの状態からメニスカスが隆起し始め、Ｂのようにメニスカスが大きく隆起した状態となる。
【００９８】
すると、前述したように、メニスカス先端部に高度な電界集中が生じて電界強度が非常に強くなり、メニスカスに対して前記静電電圧ＶＣにより形成された電界から強い静電力が加わる。この強い静電力による吸引とピエゾ素子３０による圧力とにより図中Ｃのようにメニスカスが引きちぎられて、テーラーコーンが形成される。図中Ｄのようにテーラーコーンは光路Ｘを通過して基材Ｋに向かって飛翔する。その際、吐出状態判定手段によりテーラーコーンの長さ及び飛翔速度が判定される。
【００９９】
また、テーラーコーンは図中Ｄに示すように分裂し、その後図中Ｅのように電界で加速されて対向電極方向に吸引され、対向電極３に支持された基材Ｋに着弾するが目標地点だけでなくその周囲にもサテライトやミストが形成されてしまう。
【０１００】
次に吐出状態判定手段３９は先の判定結果に基づいて間隔制御手段７により液体吐出ヘッド１３を駆動させて液体吐出ヘッド１３と基材Ｋの間隔をテーラーコーンの長さと同様にするようにする。
【０１０１】
次に、図中Ｆの状態からメニスカスが隆起し始め、Ｇのようにメニスカスが大きく隆起した状態となる。
【０１０２】
すると、図中Ｈに示すようにメニスカスが引きちぎられて、テーラーコーンが形成され、テーラーコーンは分裂する前に基材Ｋの目標位置に接地する。その後、図中Ｉに示すように目標地点にテーラーコーンが到達し、図中Ｊに示すように目標地点テーラーコーン全体が着弾する。
【０１０３】
なお、ピエゾ素子３０に印加する駆動電圧ＶＤとしては、本実施形態のようにパルス状の電圧とすることも可能であるが、この他にも、例えば、電圧が漸増した後漸減するいわば三角状の電圧や、電圧が漸増した後一旦一定値を保ちその後漸減する台形状の電圧、或いはサイン波の電圧を印加するように構成することも可能である。また、図１７（Ａ）に示すように、ピエゾ素子３０に常時電圧ＶＤを印加しておいて一旦切り、再度電圧ＶＤを印加してその立ち上がり時に液滴Ｄを吐出させるようにしてもよい。また、図１７（Ｂ）、（Ｃ）に示すような種々の駆動電圧ＶＤを印加するように構成してもよく適宜決定される。
【０１０４】
以上のように、本実施形態にかかる発明によれば、液体をノズルから安定して吐出することができるとともに、ノズルから吐出された液体が液滴上に形成され、ミストやサテライトの発生を防いで射出の安定性を得ることができる。
【０１０５】
メニスカスの高さをノズルの半径の１．３倍以上の高さに形成した場合には、ノズルか吐出される液体の形状を液滴状に形成するのでミストやサテライトが生じる恐れはなく、ノズルの基材の距離に関係なく射出を安定して行うことができる。
【０１０６】
また、ノズルの半径を１５μｍ以下とすることで、微小な液滴を安定して吐出することができる。
【実施例１】
【０１０７】
本実施形態のノズルヘッドの半径、メニスカスの高さ、及びインクヘッドと基材Ｋの距離について種々の変更を行い、ノズル１５の吐出孔１９から吐出される液体の射出状態を確認した。
【０１０８】
メニスカスの高さはメニスカスの隆起高さを観察しながら、ピエゾ素子に印加する電圧ＶHを調整した。
【０１０９】
また、吐出電圧Vｃを変化させ吐出する状態に調整した。上限は２ｋＶとした。順次吐出電圧Ｖｃを変化させながら吐出状態を観察し最も吐出状態の良い条件での結果を図１８に示す表に記載した。観察には、ストロボライト照射下で５０００倍レンズＣＣＤカメラを使用した。
【０１１０】
また、吐出する液体は、は水を４７%エチレングリコールとプロピレングリコールを夫々２２％界面活性剤を１％染料（ＣＩアシッドレッド１）を３％含有する物を用いた。ノズルは撥液加工をした１２５μｍ厚みのポリエチレンテレフタレートシートにレーザー加工で形成したフラットノズルを用いた。
【０１１１】
表における「○」とは誤射出が生じず、またミストやサテライトも発生しない場合を意味し、×とは、誤射出、ミスト又はサテライトのいずれかが発生した場合を意味する。
【０１１２】
この結果から、ノズルの直径を１５μｍ以下としない場合には液体が吐出されず、×であった。また、メニスカスの高さがノズル半径の０．８倍未満の場合には、誤出射が生じたり、ミストやサテライトが発生して×であった。また、メニスカスの高さがノズル半径の０．８倍かそれ以上であっても、間隔が３００μｍ以上の場合はミスト又はサテライトのいずれかが発生し×であった。
【０１１３】
また、メニスカスの高さがノズルの半径の０．８倍以上であって、間隔が３００μｍ以下の場合には、テーラーコーンは分裂せずに基材に着弾するとともに、ミストやサテライトも発生せず射出状態は良好で○であった。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本実施形態における液体吐出装置を示す要部構成図である。
【図２】間隔制御手段を表す正面模式図である。
【図３】間隔制御手段を表す側面断面図である。
【図４】本実施形態に係る液体吐出装置の全体構成を示す断面模式図である。
【図５】キャビティ部分が異なるノズルの変形例を示す図である。
【図６】ノズル半径に対するメニスカスの高さ比とメニスカスの射出される電界強度との関係を表したグラフである。
【図７】吐出状態判定手段の配置の一例を表した断面模式図である。
【図８】吐出状態判定手段の構成を示すブロック図である。
【図９】記憶部に記録されているテーラーコーン状の液体の飛翔速度、テーラーコーンの長さ、所定の飛翔速度の所定の長さのテーラーコーン状の液体の光路Ｘまでの到達時間、光路Ｘの通過時間及び対向電極３と液体吐出ヘッド１３の最適な間隔の関係を表す表である。
【図１０】シミュレーションによるノズルの吐出孔付近の電位分布を示す模式図である。
【図１１】記録媒体とノズルの距離と電界強度との関係を表すグラフである。
【図１２】メニスカス先端部の電界強度とノズルプレートの厚さとの関係を示すグラフである。
【図１３】メニスカス先端部の電界強度とノズル径との関係を示すグラフである。
【図１４】メニスカス先端部の電界強度とノズルのテーパ角との関係を示す図である。
【図１５】メニスカス先端部の電界強度とノズルプレートの体積抵抗率との関係を示す図である。
【図１６】本実施形態の液体吐出装置におけるメニスカスの高さをノズル半径の０．８倍に形成する場合の液体吐出ヘッドの駆動制御を説明する図である。
【図１７】ピエゾ素子に印加する駆動電圧の変形例を示す図である。
【図１８】実施例の結果を表した表である。
【符号の説明】
【０１１５】
１     液体吐出装置
２     搬送機構
３     対向電極
４     ガイドレール
６     キャリッジ
７     間隔制御手段
１０   回転軸
１１   偏芯カム
１２   バネ
１３   液体吐出ヘッド
１４   ノズルプレート
１５   ノズル        
１６   吐出面
１９   吐出孔
２６   可撓層
２９   キャビティ
３１   駆動電圧電源
３２   動作制御手段
３６   撥液層
３９   吐出状態判定手段
４０   発光素子
４１   受光素子
４２   制御部
４３   記憶部
４４   飛翔速度判定部
【図１】
2006192614.tif 000003
【図２】
2006192614.tif 000004
【図３】
2006192614.tif 000005
【図４】
2006192614.tif 000006
【図５】
2006192614.tif 000007
【図６】
2006192614.tif 000008
【図７】
2006192614.tif 000009
【図８】
2006192614.tif 000010
【図９】
2006192614.tif 000011
【図１０】
2006192614.tif 000012
【図１１】
2006192614.tif 000013
【図１２】
2006192614.tif 000014
【図１３】
2006192614.tif 000015
【図１４】
2006192614.tif 000016
【図１５】
2006192614.tif 000017
【図１６】
2006192614.tif 000018
【図１７】
2006192614.tif 000019
【図１８】
2006192614.tif 000020