(57)【要約】【課題】　ノズルに先端部から溶液を液滴として噴出するヘッドにおいて、ノズル内の電極に印加すべき吐出電圧を低減し、ノズルをマルチ化することである。【解決手段】　まず、成膜工程、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程を経て基板１４１上に複数の電極１４２，１４２，…を形成する。次に、電極１４２，１４２，…全体を被覆するようにして基板１４１上にレジスト層１４３'を形成し、レジスト層１４３'を露光・現像することによって、レジスト層１４３'をそれぞれの電極１４２に対応させて基板１４１に対して立設した超微小径のノズル１０３に形成するとともに、それぞれのノズル１０３内にノズル内流路１４５を形成する。【選択図】　　　図１４
2004136656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　ノズル先端から溶液を液滴として吐出する複数のノズルを有する静電吸引型液体吐出ヘッドを製造する製造方法において、
　吐出電圧を印加するための複数の吐出電極を基板上に形成し、前記複数の吐出電極全体を被覆するようにして前記基板上に感光性樹脂層を形成し、前記感光性樹脂層を露光・現像することによって、前記感光性樹脂層をそれぞれの前記吐出電極に対応させて前記基板に対して立設するとともにノズル径が３０μｍ以下のノズル形状に形成するとともに、それぞれの前記ノズル内に当該ノズルの先端部から当該吐出電極まで通ずるようにノズル内流路を形成し、前記複数ノズルに対応した溶液供給チャネルと接合することを特徴とする静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２】
　少なくともそれぞれの前記溶液供給チャネルの内面を絶縁性とするともに、ノズル先端部の溶液のメニスカス位置制御用の制御電極を前記溶液供給チャネルに設けることを特徴とする請求項１に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
　前記溶液供給チャネルが圧電材料で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４】
　前記ノズルのノズル径が２０μｍ未満であることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項５】
　前記ノズルのノズル径が１０μｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項６】
　前記ノズルのノズル径が８μｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
　前記ノズルのノズル径が４μｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項８】
　前記感光性樹脂層がフッ素含有であることを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
　請求項１から８の何れか一項に記載された静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法によって製造された静電吸引型液体吐出ヘッドを駆動する駆動方法において、
　それぞれの前記ノズルの先端部を基材に対向させ、それぞれの前記溶液供給チャネルに帯電可能な溶液を供給し、前記複数の吐出電極個別に吐出電圧を印加することを特徴とする静電吸引型液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項１０】
　それぞれの前記ノズル内流路の溶液が当該ノズルの先端部から凸状に盛り上がった状態を形成することを特徴とする請求項９に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項１１】
　それぞれの前記ノズル内流路の溶液が当該ノズルの先端部から凸状に盛り上がった状態を形成した時に当該吐出電極に吐出電圧を印加することを特徴とする請求項１０に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項１２】
　請求項１から８の何れか一項に記載された静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法によって製造された静電吸引型液体吐出ヘッドを備え、それぞれの前記ノズルの先端部が基材に対向して配置可能な静電吸引型液体吐出装置であって、
　それぞれの前記ノズル内流路に帯電可能な溶液を供給する溶液供給手段と、
　前記複数の吐出電極個別に吐出電圧を印加する吐出電圧印加手段と、を更に備えることを特徴とする静電吸引型液体吐出装置。
【請求項１３】
　それぞれの前記ノズル内流路の溶液が当該ノズルの先端部から凸状に盛り上がった状態を形成する凸状メニスカス形成手段を、更に備えることを特徴とする請求項１２に記載の静電吸引型液体吐出装置。
【請求項１４】
　前記吐出電圧印加手段は、前記凸状メニスカス形成手段がそれぞれの前記ノズル内流路の溶液が当該ノズルの先端部から凸状に盛り上がった状態を形成した時に当該吐出電極に吐出電圧を印加することを特徴とする請求項１３に記載の静電吸引型液体吐出装置。
【請求項１５】
　前記凸状メニスカス形成手段は、それぞれの前記ノズルに対応して設けられた圧電素子を有し、それぞれの前記圧電素子は変形によって当該ノズル内流路の溶液の圧力を変化させることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の静電吸引型液体吐出装置。
【請求項１６】
　ノズル先端から溶液を液滴として吐出する複数のノズルを有するノズルプレートを製造する製造方法において、
　吐出電圧を印加するための複数の吐出電極を基板上に形成し、前記複数の吐出電極全体を被覆するようにして前記基板上に感光性樹脂層を形成し、前記感光性樹脂層を露光・現像することによって、前記感光性樹脂層をそれぞれの前記吐出電極に対応させて前記基板に対して立設するとともにノズル径が３０μｍ以下のノズル形状に形成するとともに、それぞれの前記ノズル内に当該ノズルの先端部から当該吐出電極まで通ずるようにノズル内流路を形成することを特徴とするノズルプレートの製造方法。
【請求項１７】
　前記ノズルのノズル径が２０μｍ未満であることを特徴とする請求項１６に記載のノズルプレートの製造方法。
【請求項１８】
　前記ノズルのノズル径が１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１７に記載のノズルプレートの製造方法。
【請求項１９】
　前記ノズルのノズル径が８μｍ以下であることを特徴とする請求項１８に記載のノズルプレートの製造方法。
【請求項２０】
　前記ノズルのノズル径が４μｍ以下であることを特徴とする請求項１９に記載のノズルプレートの製造方法。
【請求項２１】
　前記感光性樹脂層がフッ素含有であることを特徴とする請求項１６から２０の何れか一項に記載のノズルプレートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、基材に液滴を吐出するためのノズルプレートを製造するノズルプレートの製造方法、そのノズルプレートを具備した静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法、その静電吸引型液体吐出ヘッドを駆動する静電吸引型液体吐出ヘッドの駆動方法及びその静電吸引型液体吐出ヘッドを備えた静電吸引型液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
　従来のインクジェット記録方式としては、圧電素子の振動によりインク流路を変形させることによりインク液滴を吐出させるピエゾ方式、インク流路内に発熱体を設け、その発熱体を発熱させて気泡を発生させ、気泡によるインク流路内の圧力変化に応じてインク液滴を吐出させるサーマル方式、インク流路内のインクを帯電させてインクの静電吸引力によりインク液滴を吐出させる静電吸引方式が知られている。
【特許文献１】特開平１１−２７７７４７号公報（第２図及び第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
　しかしながら、上記従来例には以下の問題がある。
（１）微小液滴形成の限界と安定性
　ノズル径が大きいため、ノズルから吐出される液滴の形状が安定しなく、且つ液滴の微小化限界がある。
（２）高印加電圧
　微小液滴の吐出のためには、ノズルの吐出口の微小化を図ることが重要因子となってくるが、従来の静電吸引方式の原理では、ノズル径が大きいことにより、ノズル先端部の電界強度が弱く、液滴を吐出するのに必要な電界強度を得るために、高い吐出電圧（例えば2000[V]に近い非常に高い電圧）を印加する必要があった。従って、高い電圧を印加するために、電圧の駆動制御が高価になり、さらに、安全性の面からも問題があった。
【０００４】
　そこで、微小液滴を吐出可能な液体吐出装置を提供することを第一の目的とする。また同時に、安定した液滴を吐出することが可能な液体吐出装置を提供することを第二の目的とする。さらに、微小液滴を吐出可能で、且つ着弾精度の良い液体吐出装置の提供を第三の目的とする。さらに、印加電圧を低減することを可能とし、安価で安全性の高い液体吐出装置を提供することを第四の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
　以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明のように、ノズル先端から溶液を液滴として吐出する複数のノズルを有する静電吸引型液体吐出ヘッドを製造する製造方法において、吐出電圧を印加するための複数の吐出電極を基板上に形成し、前記複数の吐出電極全体を被覆するようにして前記基板上に感光性樹脂層を形成し、前記感光性樹脂層を露光・現像することによって、前記感光性樹脂層をそれぞれの前記吐出電極に対応させて前記基板に対して立設するとともにノズル径が３０μｍ以下のノズル形状に形成するとともに、それぞれの前記ノズル内に当該ノズルの先端部から当該吐出電極まで通ずるようにノズル内流路を形成し、前記複数ノズルに対応した溶液供給チャネルと接合することを特徴とする静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。
【０００６】
　以下、ノズル径という場合には、液滴が吐出される先端部における内部直径（ノズルの先端部の内部直径）を示すものとする。なお、ノズル内の液体吐出穴の断面形状は円形に限定されるものではない。例えば、液体吐出穴の断面形状が多角形、星形その他の形状である場合にはその断面形状の外接円が30[μm]以下となることを示すものとする。以下、ノズル径或いはノズルの先端部の内部直径という場合において、他の数値限定を行っている場合にも同様とする。また、ノズル半径という場合には、このノズル径（ノズルの先端部の内部直径）の１／２の長さを示すものとする。
【０００７】
　請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法であって、少なくともそれぞれの前記溶液供給チャネルの内面を絶縁性とするともに、ノズル先端部の溶液のメニスカス位置制御用の制御電極を前記溶液供給チャネルに設けることを特徴とする静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。
【０００８】
　請求項３に記載の発明のように、請求項２に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記溶液供給チャネルが圧電材料で形成されていることを特徴とする静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。
【０００９】
　請求項４に記載の発明のように、請求項１から３の何れか一項に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記ノズルのノズル径が２０μｍ未満であることを特徴とする静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。
【００１０】
　請求項５に記載の発明のように、請求項４に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記ノズルのノズル径が１０μｍ以下であることを特徴とする静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。
【００１１】
　請求項６に記載の発明のように、請求項５に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記ノズルのノズル径が８μｍ以下であることを特徴とする静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。
【００１２】
　請求項７に記載の発明のように、請求項６に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記ノズルのノズル径が４μｍ以下であることを特徴とする静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。
【００１３】
　請求項８に記載の発明のように、請求項１から７の何れか一項に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記感光性樹脂層がフッ素含有であることを特徴とする静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。
【００１４】
　請求項９に記載の発明のように、請求項１から８の何れか一項に記載された静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法によって製造された静電吸引型液体吐出ヘッドを駆動する駆動方法において、それぞれの前記ノズルの先端部を基材に対向させ、それぞれの前記溶液供給チャネルに帯電可能な溶液を供給し、前記複数の吐出電極個別に吐出電圧を印加することを特徴とする静電吸引型液体吐出ヘッドの駆動方法を提供する。
【００１５】
　なお、「基材」とは吐出された溶液の液滴の着弾を受ける対象物をいい材質的には特に限定されない。従って、例えば、上記構成をインクジェットプリンタに適応した場合には、用紙やシート等の記録媒体が基材に相当し、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基材に相当することとなる。
【００１６】
　請求項１０に記載の発明のように、請求項９に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの駆動方法であって、それぞれの前記ノズル内流路の溶液が当該ノズルの先端部から凸状に盛り上がった状態を形成することを特徴とする静電吸引型液体吐出ヘッドの駆動方法を提供する。
【００１７】
　請求項１１に記載の発明のように、請求項１０に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの駆動方法であって、それぞれの前記ノズル内流路の溶液が当該ノズルの先端部から凸状に盛り上がった状態を形成した時に当該吐出電極に吐出電圧を印加することを特徴とする静電吸引型液体吐出ヘッドの駆動方法を提供する。
【００１８】
　請求項１２に記載の発明のように、請求項１から８の何れか一項に記載された静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法によって製造された静電吸引型液体吐出ヘッドを備え、それぞれの前記ノズルの先端部が基材に対向して配置可能な静電吸引型液体吐出装置であって、それぞれの前記ノズル内流路に帯電可能な溶液を供給する溶液供給手段と、前記複数の吐出電極個別に吐出電圧を印加する吐出電圧印加手段と、を更に備えることを特徴とする静電吸引型液体吐出装置を提供する。
【００１９】
　請求項１３に記載の発明のように、請求項１２に記載の静電吸引型液体吐出装置であって、それぞれの前記ノズル内流路の溶液が当該ノズルの先端部から凸状に盛り上がった状態を形成する凸状メニスカス形成手段を、更に備えることを特徴とする静電吸引型液体吐出装置を提供する。
【００２０】
　請求項１４に記載の発明のように、請求項１３に記載の静電吸引型液体吐出装置であって、前記吐出電圧印加手段は、前記凸状メニスカス形成手段がそれぞれの前記ノズル内流路の溶液が当該ノズルの先端部から凸状に盛り上がった状態を形成した時に当該吐出電極に吐出電圧を印加することを特徴とする静電吸引型液体吐出装置を提供する。
【００２１】
　請求項１５に記載の発明のように、請求項１３又は１４に記載の静電吸引型液体吐出装置であって、前記凸状メニスカス形成手段は、それぞれの前記ノズルに対応して設けられた圧電素子を有し、それぞれの前記圧電素子は変形によって当該ノズル内流路の溶液の圧力を変化させることを特徴とする静電吸引型液体吐出装置を提供する。
【００２２】
　請求項１６に記載の発明のように、ノズル先端から溶液を液滴として吐出する複数のノズルを有するノズルプレートを製造する製造方法において、吐出電圧を印加するための複数の吐出電極を基板上に形成し、前記複数の吐出電極全体を被覆するようにして前記基板上に感光性樹脂層を形成し、前記感光性樹脂層を露光・現像することによって、前記感光性樹脂層をそれぞれの前記吐出電極に対応させて前記基板に対して立設するとともにノズル径が３０μｍ以下のノズル形状に形成するとともに、それぞれの前記ノズル内に当該ノズルの先端部から当該吐出電極まで通ずるようにノズル内流路を形成することを特徴とするノズルプレートの製造方法を提供する。
【００２３】
　請求項１７に記載の発明のように、請求項１６に記載のノズルプレートの製造方法であって、前記ノズルのノズル径が２０μｍ未満であることを特徴とするノズルプレートの製造方法を提供する。
【００２４】
　請求項１８に記載の発明のように、請求項１７に記載のノズルプレートの製造方法であって、前記ノズルのノズル径が１０μｍ以下であることを特徴とするノズルプレートの製造方法を提供する。
【００２５】
　請求項１９に記載の発明のように、請求項１８に記載のノズルプレートの製造方法であって、前記ノズルのノズル径が８μｍ以下であることを特徴とするノズルプレートの製造方法を提供する。
【００２６】
　請求項２０に記載の発明のように、請求項１９に記載のノズルプレートの製造方法であって、前記ノズルのノズル径が４μｍ以下であることを特徴とするノズルプレートの製造方法を提供する。
【００２７】
　請求項２１に記載の発明のように、請求項１６から２０の何れか一項に記載のノズルプレートの製造方法であって、前記感光性樹脂層がフッ素含有であることを特徴とするノズルプレートの製造方法を提供する。
【００２８】
　本発明では、ノズルを従来にない超微小径とすることでノズル先端部に電界を集中させて電界強度を高めることに特徴がある。ノズルの小径化に関しては後の記載により詳述する。かかる場合、ノズルの先端部に対向する対向電極がなくとも液滴の吐出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、ノズル先端部に対向させて基材を配置した場合、当該基材が導体である場合には、基材の受け面を基準としてノズル先端部の面対称となる位置に逆極性の鏡像電荷が誘導され、基材が絶縁体である場合には、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、ノズル先端部に誘起される電荷と鏡像電荷又は映像電荷間での静電力により液滴の飛翔が行われる。
【００２９】
　但し、本発明の構成は、対向電極を不要とすることを可能とするが、対向電極を併用しても構わない。対向電極を併用する場合には、当該対向電極の対向面に沿わせた状態で基材を配置すると共に対向電極の対向面がノズルからの液滴吐出方向に垂直に配置されることが望ましく、ノズル−対向電極間での電界による静電力を飛翔電極の誘導のために併用することも可能となるし、対向電極を接地すれば、帯電した液滴の電荷を対向電極を介して逃がすことができ、電荷の蓄積を低減する効果も得られるので、むしろ併用することが望ましい構成といえる。
【００３０】
　また、請求項１、１６に記載の発明のように、感光性樹脂層を露光・現像するだけでノズルを形成するので、ノズル形状への柔軟性、多数のノズルを有したラインヘッドへの対応性、製造コストにおいて有利である。
【００３１】
　また、請求項２に記載の発明において、メニスカス位置制御用の制御電極とは、溶液供給チャネルに設けられ、制御電極に電圧を印加することにより溶液供給チャネルの容積を変化させ、ノズル先端部の溶液のメニスカス位置を制御するものである。
【００３２】
　また、請求項２に記載の発明において、溶液供給チャネルの内面を絶縁性とするのは、吐出電極と制御電極との間に存する溶液を介してのストロークを防止するためであり、溶液供給チャネルに設けられた制御電極を絶縁層で被覆すれば良い。絶縁層のレベルは、溶液の導電性及び印加電圧を考慮して材質及び膜厚を決める必要がある。例えばパリレン樹脂の蒸着、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4のＣＶＤ等が適当である。
【００３３】
　また、請求項１０、１３に記載の発明のように、それぞれのノズルの先端部においてノズル内流路の溶液が先端部から凸状に盛り上がっているため、溶液の凸状の部分において電界が集中し、電界強度が非常に高まる。そのため、電極に印加する電圧が低くても、溶液の表面張力を抗して、液滴が先端部から吐出し、液滴の飛翔が行われる。
【００３４】
　請求項４、１７に記載の発明のようにノズルの内部直径を２０［μｍ］未満とすることにより、電界強度分布が狭くなる。このことにより、電界を集中させることができる。その結果、形成される液滴を微小で且つ形状の安定化したものとすることができると共に、総印加電圧を低減することができる。また、液滴は、ノズルから吐出された直後、電界と電荷の間に働く静電力により加速されるが、ノズルから離れると電界は急激に低下するので、その後は、空気抵抗により減速する。しかしながら、微小液滴でかつ電界が集中した液滴は、基材や対向電極に近づくにつれ、鏡像力により加速される。この空気抵抗による減速と鏡像力による加速とのバランスをとることにより、微小液滴を安定に飛翔させ、着弾精度を向上させることが可能となる。
【００３５】
　請求項５、１８に記載の発明のようにノズルの内部直径を１０［μｍ］以下とすることにより、さらに電界を集中させることが可能となり、さらなる液滴の微小化と、飛翔時に対向電極の距離の変動が電界強度分布に影響することを低減させることができるので、対向電極の位置精度や基材の特性や厚さの液滴形状への影響や着弾精度への影響を低減することができる。
【００３６】
　請求項６、１９に記載の発明のようにノズルの内部直径を８［μｍ］以下とすることにより、さらに電界を集中させることが可能となり、さらなる液滴の微小化と、飛翔時に対向電極や基材の距離の変動が電界強度分布に影響することを低減させることができるので、対向電極や基材の位置精度や基材の特性や厚さの液滴形状への影響や着弾精度への影響を低減することができる。
【００３７】
　請求項７、２０に記載の発明のようにノズルの内部直径を４［μｍ］以下とすることにより、顕著な電界の集中を図ることができ、最大電界強度を高くすることができ、形状の安定な液滴の超微小化と、液滴の初期吐出速度を大きくすることができる。これにより、飛翔安定性が向上することにより、着弾精度をさらに向上させ、吐出応答性を向上することができる。
【００３８】
　また、ノズルの内部直径は０．２［μｍ］より大きい方が望ましい。ノズルの内径を０．２［μｍ］より大きくすることで、液滴の帯電効率を向上させることができるので、液滴の吐出安定性を向上させることができる。
（１）上記各請求項の構成において、ノズル（つまり、感光性樹脂層）を電気絶縁材で形成するとともにノズル内に吐出電圧印加用の電極を挿入し又は当該電極として機能するメッキ形成を行うことが好ましい。
（２）上記各請求項の構成又は上記（１）の構成において、ノズル（つまり、感光性樹脂層）を電気絶縁材で形成し、ノズル内に電極を挿入或いは電極としてのメッキを形成すると共にノズルの外側にも吐出用の電極を設けることが好ましい。
【００３９】
　ノズルの外側の吐出用電極は、例えば、ノズル先端側端面或いは、ノズルの先端部側の側面の全周若しくは一部に設けられる。
【００４０】
　（１）及び（２）により、上記各請求項による作用効果に加え、吐出力を向上させることができるので、ノズル径をさらに微小化しても、低電圧で液滴を吐出することができる。
（３）上記各請求項の構成、上記（１）又は（２）の構成において、基材を導電性材料または絶縁性材料により形成することが好ましい。
（４）上記各請求項の構成、上記（１）、（２）又は（３）の構成において、吐出電極に印加される吐出電圧Ｖは次式（１）の範囲を満足することが好ましい。
【００４１】
【数１】
2004136656.tif 000003
　ただし、γ：溶液の表面張力［Ｎ／ｍ］、ε0：真空の誘電率［Ｆ／ｍ］、ｄ：ノズル直径［ｍ］、h：ノズル−基材間距離［ｍ］、ｋ：ノズル形状に依存する比例定数（１．５＜ｋ＜８．５）とする。
（５）上記各請求項の構成、上記（１）、（２）、（３）又は（４）の構成において、印加する吐出電圧が１０００［Ｖ］以下であることが好ましい。
【００４２】
　吐出電圧の上限値をこのように設定することにより、吐出制御を容易とすると共に装置の耐久性の向上及び安全対策の実行により確実性の向上を容易に図ることが可能となる。
（６）上記各請求項の構成、上記（１）、（２）、（３）、（４）又は（５）の構成において、印加する吐出電圧が５００［Ｖ］以下であることが好ましい。
【００４３】
　吐出電圧の上限値をこのように設定することにより、吐出制御をより容易とすると共に装置の耐久性のさらなる向上及び安全対策の実行により確実性のさらなる向上を容易に図ることが可能となる。
（７）上記各請求項の構成、上記（１）〜（６）いずれかの構成において、ノズルと基材との距離が５００［μｍ］以下とすることが、ノズル径を微小にした場合でも高い着弾精度を得ることができるので好ましい。
（８）上記各請求項の構成、上記（１）〜（７）いずれかの構成において、ノズル内の溶液に圧力を印加するように構成することが好ましい。
（９）上記各請求項の構成、上記（１）〜（８）いずれかの構成において、単一パルスによって吐出する場合、
【数２】
2004136656.tif 000004
により決まる時定数τ以上のパルス幅Δtを印加する構成としても良い。ただし、ε：溶液の誘電率［Ｆ／ｍ］、σ：溶液の導電率［Ｓ／ｍ］とする。
【発明の効果】
【００４４】
　本発明では、感光性樹脂層を露光・現像するだけでノズルを形成するので、ノズル形状への柔軟性、多数のノズルを有したラインヘッドへの対応性、製造コストにおいて有利である。
【００４５】
　また、複数のノズル形状を形成し、それぞれのノズル内流路を電極に導いているため、それぞれのノズル内流路に供給された溶液に電極を通じて吐出電圧を印加することができる。電極に吐出電圧が印加されることで、ノズル形状の先端部から液滴が吐出され、基材に着弾した液滴がドットとなるパターンが基材に形成される。このようなノズル形状が基板上に複数形成されているため、パターンを速く形成することができる。
【００４６】
　かかる場合、ノズルの先端部に対向する対向電極がなくとも液滴の吐出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、ノズル先端部に対向させて基材を配置した場合、当該基材が導体である場合には、基材の受け面を基準としてノズル先端部の面対称となる位置に逆極性の鏡像電荷が誘導され、基材が絶縁体である場合には、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、ノズル先端部に誘起される電荷と鏡像電荷又は映像電荷間での静電力により液滴の飛翔が行われる。
【００４７】
　さらに、本発明では、それぞれのノズル形状の先端部においてノズル内流路の溶液が先端部から凸状に盛り上げているため、電極に印加する電圧が低い場合であっても溶液の凸状の部分において電界が集中し、電界強度が非常に高めている。そのため、電極に印加する電圧が低くても、液滴がノズル形状の先端部から吐出する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
　以下に、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、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、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００４９】
　以下の実施形態で説明する静電吸引型液体吐出装置に備わった各ノズルのノズル径は、３０［μｍ］以下であることが好ましく、さらに好ましくは２０［μｍ］未満、さらに好ましくは１０［μｍ］以下、さらに好ましくは８［μｍ］以下、さらに好ましくは４［μｍ］以下とすることが好ましい。また、ノズル径は、０．２［μｍ］より大きいことが好ましい。以下、ノズル径と電界強度との関係について、図１〜図６を参照しながら以下に説明する。図１〜図６に対応して、ノズル径をφ０．２，０．４，１，８，２０［μｍ］及び参考として従来にて使用されているノズル径φ５０［μｍ］の場合の電界強度分布を示す。
【００５０】
　ここで、各図において、ノズル中心位置とは、ノズル先端の液体吐出孔の液体吐出面の中心位置を示す。また、各々の図の（ａ）は、ノズルと対向電極との距離が２０００［μｍ］に設定されたときの電界強度分布を示し、（ｂ）は、ノズルと対向電極との距離が１００［μｍ］に設定されたときの電界強度分布を示す。なお、印加電圧は、各条件とも２００［Ｖ］と一定にした。図中の分布線は、電荷強度が１×１０6［Ｖ／ｍ］から１×１０7［Ｖ／ｍ］までの範囲を示している。
【００５１】
　図７に、各条件下での最大電界強度を示す図表を示す。
【００５２】
　図１〜図６から、ノズル径がφ２０［μｍ］（図５）以上だと電界強度分布は広い面積に広がっていることが分かった。また、図７の図表から、ノズルと対向電極の距離が電界強度に影響していることも分かった。
【００５３】
　これらのことから、ノズル径がφ８［μｍ］（図４）以下であると電界強度は集中すると共に、対向電極の距離の変動が電界強度分布にほとんど影響することがなくなる。従って、ノズル径がφ８［μｍ］以下であれば、対向電極の位置精度及び基材の材料特性のバラ付きや厚さのバラツキの影響を受けずに安定した吐出が可能となる。
【００５４】
　次に、ノズルのノズル径とノズルの先端位置に液面があるとした時の最大電界強度との関係を図８に示す。
【００５５】
　図８に示すグラフから、ノズル径がφ４［μｍ］以下になると、電界集中が極端に大きくなり最大電界強度を高くすることができるのが分かった。これによって、溶液の初期吐出速度を大きくすることができるので、液滴の飛翔安定性が増すと共に、ノズル先端部での電荷の移動速度が増すために吐出応答性が向上する。
【００５６】
　続いて、吐出した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。液滴に帯電可能な電荷量は、液滴のレイリー分裂（レイリー限界）を考慮した以下の（３）式で示される。
【００５７】
【数３】
2004136656.tif 000005
　ここで、ｑはレイリー限界を与える電荷量［Ｃ］、ε0は真空の誘電率［Ｆ／ｍ］、γは溶液の表面張力［Ｎ／ｍ］、ｄ0は液滴の直径［ｍ］である。
【００５８】
　上記（３）式で求められる電荷量ｑがレイリー限界値に近いほど、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が、レイリー限界値に近すぎると、逆にノズルの液体吐出孔で溶液の霧散が発生してしまい、吐出安定性に欠けてしまう。
【００５９】
　ここで、ノズルのノズル径とノズル先端部で吐出する液滴が飛翔を開始する吐出開始電圧、該初期吐出液滴のレイリー限界での電圧値及び吐出開始電圧とレイリー限界電圧値の比との関係を示すグラフを図９に示す。
【００６０】
　図９に示すグラフから、ノズル径がφ０．２［μｍ］からφ４［μｍ］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、液滴の帯電効率が良い結果となっており、該範囲において安定した吐出が行えることが分かった。
【００６１】
　例えば、図１０に示すノズル径とノズル先端部の強電界（１×１０6［Ｖ／ｍ］以上）の領域の関係で表されるグラフでは、ノズル径がφ０．２［μｍ］以下になると電界集中の領域が極端に狭くなることが示されている。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に受けることができず飛翔安定性が低下することを示す。よって、ノズル径はφ０．２［μｍ］より大きく設定することが好ましい。
【００６２】
　本実施形態の静電吸引型液滴吐出装置は、図１１に示されるように凸状メニスカス形成手段としての液室隔壁１０６，１０６，…及び液室隔壁１０７，１０７，…が設けられた静電吸引型液体吐出ヘッド１００と、液体吐出ヘッド１００の各溶液供給チャネル１０１への溶液の供給圧力を付与する図示しない供給ポンプと、液体吐出ヘッド１００を駆動するための回路（図１３、図１４に示された吐出電圧印加手段２５及び対向電極２３）と、から構成されている。
【００６３】
　まず、図１１を用いて液体吐出ヘッド１００について説明する。ここで、図１１は、液体吐出ヘッド１００の底面を紙面手前側にして示すとともに液体吐出ヘッド１００を一部破断して示した斜視図である。図１１に示すように、液体吐出ヘッド１００は、液室としての溶液供給チャネル１０１を複数内部に形成した液室構造１０２と、液室構造１０２の底部に取り付けられた、帯電可能な溶液を液滴としてその先端部から吐出する超微小径のノズル１０３をそれぞれの溶液供給チャネル１０１に対応して具備したノズルプレート１０４と、を備える。
【００６４】
　液室構造１０２について説明する。図１２は、液室構造１０２を底面方向から見て一つの溶液供給チャネル１０１を主に示した断面図である。図１１及び図１２に示すように、液室構造１０２は液室側壁１０５を具備し、液室側壁１０５に対して一体的に突条に形成された複数の第一液室隔壁１０６，１０６，…が互いに平行となるように液室側壁１０５に設けられている。それぞれの第一液室隔壁１０６には第二液室隔壁１０７が積み重なっており、第二液室隔壁１０７は接着剤層１０８を介して第一液室隔壁１０６に接着固定されている。これにより、液室側壁１０５上においては、第一液室隔壁１０６及び第二液室隔壁１０８の一対からなる突条が複数互いに平行に配列していることによって複数の溝が形成されている。そして、カバープレート１１０が、液室側壁１０５に対向するように且つ前記複数の溝を被覆するようにして、第二液室側壁１０７，１０７，…上に接着剤層１０９を介して接着固定されている。これにより、一対の第一液室隔壁１０６と、一対の第二液室隔壁１０７と、液室側壁１０５と、カバープレート１１０とによって区画された溶液供給チャネル１０１が複数形成される。この液室構造１０２の底面においては、各溶液供給チャネル１０１の底が開口しており、液室構造１０２の底面に後述するノズルプレート１０４を接着固定することで各溶液供給チャネル１０１を塞ぐ。ノズルプレート１０４には、各溶液供給チャネル１０１に対応してノズル１０３が形成されている。
【００６５】
　各溶液供給チャネル１０１は、液室側壁１０５の上端面１１１に近いところで浅くなっており、上端面１１１付近に浅溝１１８が形成されている。カバープレート１１０の上部には、液体導入口１１９、それに接続したマニホールド１２０が形成されている。そして、各溶液供給チャネル１０１がカバープレート１１０で覆われることにより、各溶液供給チャネル１０１の上端部がマニホールド１２０及び液体導入口１１９を介して溶液を貯蔵した液体供給源に接続される。この液体吐出ヘッド１００には各溶液供給チャネル１０１への溶液の供給圧力を付与する図示しない供給ポンプ（溶液供給手段）を備え付けられており、この供給ポンプによって付与された圧力により液体供給源から各溶液供給チャネル１０１に溶液が供給される。この供給ポンプは、後述するノズル１０３の先端部から溶液がこぼれ出さない範囲の供給圧力を維持して溶液の供給を行う。
【００６６】
　液室隔壁１０６，１０７の壁面には制御電極１２１が設けられており、制御電極１２１上に絶縁層１２５が設けられている。制御電極１２１を絶縁層１２５で被覆して溶液供給チャネル１０１の内壁を絶縁性とするのは、後述するノズルプレート１０４の吐出電極１４２と制御電極１２１との間に存する溶液を通じてストロークが発生することを防止するためである。絶縁層１２５の材質及び膜厚については、溶液の導電性及び印加電圧を考慮して決める必要がある。絶縁層１２５としては、パリレン樹脂を蒸着法で成膜したもの、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4をＣＶＤ法で成膜したものが適当である。
【００６７】
　第一液室側壁１０６の設けられた液室側壁１０５の面と反対となる面に取り付けられた駆動基板１２２には、各溶液供給チャネル１０１に対応した導電パターン１２３が形成され、その導電パターン１２３と制御電極１２１はワイヤボンディング法によって導線１２４で接続されている。
【００６８】
　液室隔壁１０６，１０７は圧電セラミックプレートで、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）の圧電セラミック材料で形成されており、積層方向でかつ互いに相反する方向に分極されている。液室隔壁１０６，１０７は、制御電極１２１に電圧が印加されることで変形し、溶液供給チャネル１０１内の溶液に圧力が付与されるが、液滴隔壁１０６，１０７単独での圧力では、後述するノズル１０３の先端部から液滴が吐出せずに、ノズル１０３の先端部から外部に突出した凸状メニスカスが形成されるだけである。つまり、これら液室隔壁１０６，１０６，…及び液室隔壁１０７，１０７，…は、それぞれのノズル内流路１４５の溶液が先端部から凸状に盛り上がった状態を形成する凸状メニスカス形成手段を構成していることになる。
【００６９】
　次に、ノズルプレート１０４について説明する。図１３は、ノズルプレート１０４の底面図であり、図１４は、ノズルプレート１０４を切断線Ａ−Ａ'で破断して示した断面図である。ノズルプレート１０４は、ベースとなる電気絶縁性の基板１４１と、基板１４１の表面１４１ａに形成された複数の吐出電極１４２，１４２，…と、複数の吐出電極１４２，１４２，…を介して基板１４１の表面１４１ａ一面に積層されたノズル層１４３と、を備える。
【００７０】
　基板１４１の裏面１４２ｂは、上記の液室構造１０２の底面に接着剤等を介して固着している。また、基板１４１には複数の貫通孔１４１ｃ，１４１ｃ，…が形成されており、これら貫通孔１４１ｃ，１４１ｃ，…はそれぞれ溶液供給チャネル１０１に対応するように配列されており、それぞれの溶液供給チャネル１０１に連通している。つまり、貫通孔１４１ｃは、溶液供給チャネル１０１の下部を構成している。
【００７１】
　吐出電極１４２，１４２，…は、それぞれの貫通孔１４１ｃに対応するように形成されている。各吐出電極１４２は対応する貫通孔１４１ｃを塞ぐようにして基板１４１の表面１４１ａに形成されており、底面視した場合に各吐出電極１４２が対応する貫通孔１４１ｃに重なっている。つまり、各吐出電極１４２は、対応する溶液供給チャネル１０１に面しており、対応する溶液供給チャネル１０１の底面を構成している。吐出電極１４２には、貫通孔１４１ｃに重なった部分において貫通穴１４２ａが形成されており、この貫通穴１４２ａは対応した溶液供給チャネル１０１に連通している。また、それぞれの吐出電極１４２には一体的に形成された配線１４４が接続されており、それぞれの配線１４４は後述するバイアス電源３０に接続されている。図面においては、底面視した場合に吐出電極１４２がリング状を呈しており、配線１４４が方状を呈しているが、本発明はこのような形状に限定されるわけではない。
【００７２】
　ノズル層１４３には複数のノズル１０３，１０３，…が一体的に形成されており、複数のノズル１０３，１０３，…が一列になって並んでいる。各ノズル１０３は、基板１４１に対して略直角に立設するように（垂下するように）形成されている。これらノズル１０３，１０３，…はそれぞれ溶液供給チャネル１０１に対応するように配列されており、底面視した場合に各ノズル１０３が対応する貫通孔１４１ｃに重なっている。各ノズル１０３にはその先端部からその中心線に沿って貫通するノズル内流路１４５が形成されており、ノズル内流路１４５の末端となるノズル孔１０３ａが各ノズル１０３の先端部に形成されている。ノズル内流路１４５は、吐出電極１４２の貫通穴１４２ａを通じて対応する溶液供給チャネル１０１に連通しており、吐出電極１４２がノズル内流路１４５に面している。各溶液供給チャネル１０１に供給された溶液は、貫通孔１４１ｃ及びノズル内流路１４５内にも供給され、各溶液供給チャネル１０１及び各ノズル内流路１４５内において吐出電極１４２に直接接する。なお、図面においては、複数のノズル１０３，１０３，…が一列になって並んでいるが、二列以上になって並んでいても良いし、マトリクス状に並んでいても良い。
【００７３】
　これらノズル１０３，１０３，…を含めてノズル層１４３は電気絶縁性を有しており、ノズル内流路１４５の内面も電気絶縁性を有している。また、これらノズル１０３，１０３，…を含めてノズル層１４３が撥水性を有していても良いし（例えば、ノズル層１４３がフッ素を含有した樹脂で形成されている。）、ノズル１０３，１０３，…の表層に撥水性を有する撥水膜が形成されていても良い（例えば、ノズル１０３，１０３、…の表面に金属膜が形成され、更にその金属膜上にその金属と撥水性樹脂との共析メッキによる撥水層が形成されている。）。ここで撥水性とは、ノズル１０３で吐出する溶液に対してはじく性質である。また、溶液に応じた撥水処理方法を選択することによって、ノズル層１４３の撥水性をコントロールすることができる。撥水処理方法としては、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、シリコーン系樹脂、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。
【００７４】
　それぞれのノズル１０３についてさらに詳説する。ノズル１０３は、その先端部における開口径とノズル内流路２２とが均一であって、前述の通り、これらが超微小径で形成されている。ノズル１０３の形状は、先端部に向かうにつれて径が細くなるように先端部で尖鋭に形成されており、限りなく円錐形に近い円錐台形に形成されている。具体的な各部の寸法の一例を挙げると、ノズル内流路１４５の内部直径は、30[μm]以下、さらに20[μm]未満、さらに10[μm]以下、さらに8[μm]以下、さらに4[μm]以下が好ましく、本実施形態ではノズル内流路１４５の内部直径が１［μｍ］に設定されている。そして、ノズル１０３の先端部における外部直径は２［μｍ］、ノズル１０３の根元の直径は５［μｍ］、ノズル１０３の高さは１００［μｍ］に設定されている。
【００７５】
　なお、ノズル１０３の各寸法は、上記一例に限定されるものではない。特にノズル内径については、後述する電界集中の効果により液滴の吐出を可能とする吐出電圧が１０００［Ｖ］未満を実現する範囲であって、例えば、ノズル直径７０［μｍ］以下であり、より望ましくは、直径２０［μｍ］以下であって、現行のノズル形成技術により溶液を通す貫通穴を形成することが実現可能な範囲である直径をその下限値とする。また、これらノズル１０３，１０３，…の形状は互いに同じであることが望ましいが、異なる形状であっても良い。
【００７６】
　なお、ノズル内流路１４５の形状は、図１４に示すような、内径一定の直線状に形成しなくとも良い。例えば、図１５（Ａ）に示すように、ノズル内流路１４５の溶液供給チャネル１０１側の端部における断面形状が丸みを帯びて形成されていても良い。また、図１５（Ｂ）に示すように、ノズル内流路１４５の溶液供給チャネル１０１側の端部における内径が吐出側端部における内径と比して大きく設定され、ノズル内流路１４５の内面がテーパ周面形状に形成されていても良い。さらに、図１５（Ｃ）に示すように、ノズル内流路１４５の後述する溶液供給チャネル１０１側の端部のみがテーパ周面形状に形成されると共に当該テーパ周面よりも吐出端部側は内径一定の直線状に形成されていても良い。
【００７７】
　次に、この液体吐出ヘッド１００を駆動するための回路構成について説明する。この液体吐出ヘッド１００を駆動するための回路は、上記吐出電極１４２，１４２，…に個別に吐出電圧を印加する吐出電圧印加手段２５（便宜上図１３に図示）と、上記ノズル１０３，１０３，…に対向する対向面２３ａと共にその対向面２３ａで液滴の着弾を受ける基材２００を支持する対向電極２３（図１４に図示）と、から構成されている。
【００７８】
　吐出電圧印加手段２５は、吐出電極１４２に直流のバイアス電圧を印加するバイアス電源３０と、バイアス電圧に重畳して吐出に要する電位とするパルス電圧を吐出電極１４２に印加する吐出電源２９と、をそれぞれの吐出電極１４２に対応して備えている。バイアス電源３０及び吐出電源２９は全ての吐出電極１４２，１４２，…に共通であっても良いが、この場合には吐出電源２９はこれら吐出電極１４２，１４２，…個別にパルス電圧を印加する。
【００７９】
　バイアス電源３０によるバイアス電圧は、溶液の吐出が行われない範囲で常時電圧印加を行うことにより、吐出時に印加すべき電圧の幅を予め低減し、これによる吐出時の反応性の向上を図っている。
【００８０】
　吐出電圧電源２９は、溶液の吐出を行う時にのみパルス電圧をバイアス電圧に重畳させて吐出電極１４２，１４２，…個別に印加する。このときの重畳電圧Ｖは次式の条件を満たすようにパルス電圧の値が設定されている。
【００８１】
【数４】
2004136656.tif 000006
　ただし、γ：溶液の表面張力［Ｎ／ｍ］、ε0：真空の誘電率［Ｆ／ｍ］、ｄ：ノズル直径［ｍ］、h：ノズル−基材間距離［ｍ］、ｋ：ノズル形状に依存する比例定数（１．５＜ｋ＜８．５）とする。
【００８２】
　一例を挙げると、バイアス電圧はＤＣ３００［Ｖ］で印加され、パルス電圧は１００［Ｖ］で印される。従って、吐出の際の重畳電圧は４００［Ｖ］となる。
【００８３】
　対向電極２３は、ノズル１０３，１０３，…に垂直な対向面２３ａを備えており、かかる対向面２３ａに沿うように基材２００の支持を行う。ノズル１０３，１０３，…の先端部から対向電極２３の対向面２３ａまでの距離は、一例としては１００［μｍ］に設定される。
【００８４】
　また、この対向電極２３は接地されているため、常時，接地電位を維持している。従って、パルス電圧の印加時にはそれぞれのノズル１０３の先端部と対向面２３ａとの間に生じる電界による静電力により吐出された液滴を対向電極２３側に誘導する。
【００８５】
　なお、液体吐出ヘッド１００は、ノズル１０３，１０３，…の超微小化によるそれぞれのノズル１０３，１０３，…先端部での電界集中により電界強度を高めることで液滴の吐出を行うことから、対向電極２３による誘導がなくとも液滴の吐出を行うことは可能ではあるが、ノズル１０３，１０３，…と対向電極２３との間での静電力による誘導が行われた方が望ましい。また、帯電した液滴の電荷を対向電極２３の接地により逃がすことも可能である。
【００８６】
　この液体吐出ヘッド１００に供給されて液体吐出ヘッド１００から吐出される溶液について説明する。
【００８７】
　溶液の例としては、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。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溶液として用いても良い。
【００８８】
　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溶液として使用し、吐出を行う場合には、上述した液体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。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。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等のセルロースおよびその誘導体；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）アクリル樹脂およびその金属塩；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；ポリプロピレン等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等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等のビニル系樹脂；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等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；ベンゾグアナミン等のアミド樹脂；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およびその共重合体；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等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、大豆蛋白等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���囲でブレンドして用いても良い。
【００８９】
　本実施形態の液体吐出装置をパターンニング方法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）などが挙げることができる。ここでいう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、封止材などの本実施形態を用いた塗布、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。
【００９０】
　次に、液体吐出ヘッド１００の製造方法について説明する。
【００９１】
　液体吐出ヘッド１００を製造するには、液室構造１０２とノズルプレート１０４を別々に製造してから、液室構造１０２の底面にノズルプレート１０４を接着固定すれば良い。
【００９２】
　液室構造１０２を製造するには、まず、液室側壁１０５、第一の液室隔壁１０６及び第二の液室隔壁１０７を構成することになるチタン酸ジルコン酸塩系（ＰＺＴ）の圧電材料を準備し、ドクターブレード法、スクリーン印刷法等の手法を用いて、所定の厚さのシート状に形成する。
【００９３】
　それから、一対のシートを接着剤層１０８となる接着剤を用いて積層することで圧電積層体を形成し、その後、周知の方法により分極処理を行い、これによって上側のシートと下側のシートとが厚さ方向でかつ互いに相反する方向に分極されるようにする。
【００９４】
　そして、一対のシートが積層してなる圧電積層体に図示しない工具（例えばダイヤモンドブレード）によって上記圧電積層体を研削加工し、それによって上記圧電積層体に、溶液供給チャネル１０１を構成することとなる複数の溝部が互いに平行に形成される。
【００９５】
　その後、溝部を構成する液室隔壁１０６，１０７に電極をめっき等の周知の方法により形成する。なお、溝部の底面には電極は形成しない。そして、接着剤層１０９となる接着剤を第二の液室隔壁１０７の上部に塗布し、カバープレート１１０を貼り合わせると、複数の溶液供給チャネル１０１が互いに平行に形成されてなる液室構造１０２が製造される。そして、液室側壁１０５に駆動基板１２２を取り付け、それぞれの電極１１に導線１２４の一端部を接合するとともに、導線１２４の他端部を配線パターン１２３に接合する。
【００９６】
　一方、ノズルプレート１０４を製造するには、図１６に示すように、まず平板状の基板１４１を準備し（この時点ではまだ基板１４１には複数の貫通孔１４１ｃ，１４１ｃ，…が形成されていない。）、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法及びめっき法といった成膜方法によって基板１４１の表面１４１ａ一面に導電性膜１４２'を成膜し、フォトリソグラフィー法によってこの導電性膜１４２'にレジスト１５０，１５０，…を形成する。ここで、平面視した場合のレジスト１５０の形状は、底面視して吐出電極１４２と配線１４４を合わせた形状である。なお、基板１４１は、ガラス基板であっても良いし、シリコンウェーハであっても良いし、樹脂基板であっても良いが、絶縁性を有している。
【００９７】
　次いで、レジスト１５０，１５０，…をマスクとして導電性膜１４２'をエッチングすると、導電性膜１４２'が形状加工されて、複数の吐出電極１４２，１４２，…及び複数の配線１４４，１４４，…が形成され、その後レジスト１５０，１５０，…を除去する（図１７）。このように成膜工程、マスク工程及び形状加工工程を経て複数の吐出電極１４２，１４２，…をまとめて形成しているため、ノズルプレート１０４の生産効率が良い。
【００９８】
　次いで、これら吐出電極１４２，１４２，…及びこれら配線１４４，１４４，…の全てを被覆するようにして、基板１４１の表面１４１ａ一面にレジスト層（感光性樹脂層）１４３'を成膜する（図１８）。このレジスト層１４３'は、ポジ型であっても良いし、ネガ型であっても良い。レジスト層１４３'は感光性樹脂からなるが、その組成としてはＰＭＭＡ、ＳＵ８等であるのが好ましい。
【００９９】
　次いで、電子ビーム、フェムト秒レーザ等でレジスト層１４３'を形成しようとする複数のノズル１０３，１０３，…の形状に合わせて感光させる。つまり、レジスト層１４３'がポジ型の場合には、レジスト層１４３'において吐出電極１４２，１４２，…の貫通穴１４２ａに重なった部分を深層まで感光させるとともに、複数のノズル１０３，１０３，…の間の部分を中層まで感光させる。一方、レジスト層１４３'がネガ型の場合には、レジスト層１４３'において複数のノズル１０３，１０３，…となる部分を感光させる。ここで、電子ビーム、フェムト秒レーザでレジスト層１４３'を感光させるのではなく、可視光線、紫外線、エキシマレーザ、ｉ線、ｇ線等で感光させても良い。つまり、感光に用いる電磁波（広義の光）は、レジスト層１４３'を感光させるものであれば良い。
【０１００】
　次いで、レジスト層１４３'に現像液を塗布することで、レジスト層１４３'が露光に応じた形状で除去され、基板１４１に対して立設した複数のノズル１０３，１０３，…が形成される（図１９）。なお、図１９においては、ノズル形状は、円錐形状又は円錐台形状をとったが、突出していないフラットな形状でも構わない。
【０１０１】
　ここで、レジスト層１４３'がポジ型の感光性樹脂である場合には、露光されたレジスト層１４３'の表面側には照射エネルギーが大きく逆に基板１４１側に向かうにつれて照射エネルギーが小さくなるから、基板１４１側に向かうにつれて現像液に対する溶解性が小さくなる。従って、レジスト層１４３'がポジ型の場合のほうが、基板１４１側に向かうにつれて径が大きくなる略円錐状又は略円錐台状のノズル１０３，１０３，…を容易に形成することができる。また、レジスト層１４３'を成膜し、その後レジスト層１４３'を露光・現像するだけで複数のノズル１０３，１０３，…をまとめて形成しているため、液体吐出ヘッドの生産効率が良い。
【０１０２】
　次いで、フォトリソグラフィー法によって基板１４１の裏面１４１ｂにレジスト膜１５１を形成する（図２０）。ここで、平面視した場合のレジスト膜１５１の形状は、貫通孔１４１ｃ，１４１ｃ，…となる部分において開口した形状となっている。そして、レジスト膜１５１をマスクとして、基板１４１をエッチングすると、複数の貫通孔１４１ｃ，１４１ｃ，…が基板１４１に形成され、その後レジスト膜１５１を除去する（図２１）。これにより、ノズルプレート１０４が製造される。
【０１０３】
　そして、基板１４１に形成された貫通孔１４１ｃ，１４１ｃ，…を液室構造１０２のそれぞれの溶液供給チャネル１０１に対向させて、液室構造１０２の底面に基板１４１の裏面１４１ｂを接着剤等で接合する（図２１）。また、配線１４４，１４４，…それぞれにバイアス電源３０と吐出電圧電源２９を電気的に接続する。これにより、液体吐出ヘッド１００が製造される。
【０１０４】
　なお、必要に応じてノズル１０３，１０３，…の表層を撥水処理しても良い。例えば、撥水性を有する感光性樹脂（例えば、フッ素含有感光性樹脂）でレジスト層１４３'を形成することでノズル１０３，１０３，…の表層が撥水性を有するようにしても良いし、ノズル１０３，１０３，…を形成した後にそれぞれのノズル孔１０３ａをレジストでマスクした状態でノズル１０３の表面に金属膜（例えば、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ等）を形成し、その金属膜とフッ素含有樹脂との共析メッキにより形成される撥水膜を形成すことでノズル１０３，１０３，…の表層が撥水性を有するようにしても良い（ノズル孔１０３ａをマスクしたレジストは最後に除去する。）。撥水性を有する感光性樹脂とは、平均粒径約０．２μｍのＰＴＦＥ、ＦＥＰディスパージョン或いはパーフルオロ溶媒にフッ素樹脂を溶解した旭硝子株式会社製のサイトップを紫外線感光性樹脂に数％から数十％分散混合したものをいい、ディスパージョンにおいては、融点の低いＦＥＰの方が好ましい。また、そのディスパージョンにおいては、デュポン株式会社製のＭＤＦ　ＦＥＰ　１２０−Ｊ（５４ｗｔ％、水分散）、旭硝子株式会社製のフルオンＸＡＤ９１１（６０ｗｔ％、水分散）等がある。また、Ｆ２リソグラフィー用レジスト用ポリマーもフッ素含有感光性樹脂で、ポリマー主鎖にフッ素を導入したものや側鎖にフッ素を導入したものがある。
【０１０５】
　以上の製造方法のように、レジスト層１４３'を露光・現像するだけで、ノズル１０３，１０３，…を形成するので、ノズル１０３の形状への柔軟性、製造コスト、長尺ラインヘッドへの対応においては有利である。例えば特開２００１−６８８２７号公報にあるようなヘッドを製造するにはシリコン基板ベースにしてそのシリコン基板に微小孔を形成するので、ノズルの形状を柔軟に変更することは本実施形態の製造方法の方が便利であり、長尺ラインヘッドを製造することも本実施形態の製造方法の方が有利であり、ヘッド１００の製造コストも本実施形態の方が有利であると考えられる。
【０１０６】
　次に、液体吐出ヘッド１００の駆動方法及び液体吐出ヘッド１００の液滴吐出動作について説明を行う。図２２は溶液の吐出動作と溶液に印加される電圧との関係を示す説明図であって、図２２（Ａ）は吐出を行わない状態であり、図２２（Ｂ）は吐出状態を示す。
【０１０７】
　供給ポンプによって液体導入口１１９及びマニホールド１２０を介してそれぞれのノズル１０３のノズル内流路１４５には帯電可能な溶液が供給された状態にあり、かかる状態でそれぞれのバイアス電源３０によりそれぞれの吐出電極１４２を介してバイアス電圧が溶液に印加されている。かかる状態で、溶液は帯電すると共に、それぞれのノズル１０３の先端部において溶液による凹状に窪んだメニスカスが形成される（図２２（Ａ））。
【０１０８】
　そして、ノズル１０３，１０３，…のうち液滴を吐出するノズル１０３については、吐出電圧電源２９によりパルス電圧が吐出電極１４２を介して溶液に印加されるとともに、このパルス電圧に同期して制御電極１２１にもパルス電圧が印加される。制御電極１２１にパルス電圧が印加されると、液室隔壁１０６，１０７が膨張して溶液供給チャネル１０１の容積が減少することなり、これにより溶液供給チャネル１０１内の溶液の圧力が増加する。従って、ノズル１０３の先端部において外部に突出した凸状のメニスカスが形成される。更に、制御電極１２１にパルス電圧が印加されるのとほぼ同時に吐出電極１４２にもパルス電圧が印加されるから、外部に突出した凸状メニスカスの頂点により電界が集中し、ついには溶液の表面張力に抗して微小液滴が対向電極側に吐出される（図２２（Ｂ））。
【０１０９】
　そして、吐出電極１４２に印加されるパルス電圧が終了すると共に、制御電極１２１に印加されるパルス電圧が終了すると、溶液供給チャネル１０１の容積が増大することでノズル１０３の先端部において溶液が凹状に窪んだメニスカスが形成されるとともに、液体導入口１１９及びマニホールド１２０を介して液体を吐出したノズル１０３のノズル内流路１４５に溶液が供給される。
【０１１０】
　なお、上記説明では制御電極１２１にパルス電圧が印加されることで液室隔壁１０６，１０７が膨張して溶液供給チャネル１０１の容積が増大したが、逆に制御電極１２１にパルス電圧が印加されることで液室隔壁１０６，１０７が収縮して溶液供給チャネル１０１の容積が減少するように動作しても良い。但しこの場合には、吐出の際において吐出電極１４２にパルス電圧が印加されている時には制御電極１２１にパルス電圧が印加されておらず、吐出しない際において吐出電極１４２にバイアス電圧が印加されている時には制御電極１２１にパルス電圧が印加される。また、別のヘッド駆動方法として、ノズル１０３のメニスカス位置により吐出電圧が異なることを利用し、メニスカスがノズル１０３先端よりも下がった位置では吐出しない電圧Ｖ0を吐出電極１４２に印加し、制御電極１２１にパルス電圧を印加することで溶液供給チャネル１０１の容積を変化させることで電圧Ｖ0で吐出可能なノズル１０３先端より吐出したメニスカス位置に制御することで吐出を制御することが可能である。
【０１１１】
　また、圧電素子である液室隔壁１０６，１０７によって溶液供給チャネル１０１内の溶液に圧力を吐出の時に付与することで凸状のメニスカスを形成したが、ヒータ等によって溶液供給チャネル１０１内の溶液を吐出の時に膜沸騰させて溶液に圧力を付与することで凸状のメニスカスを形成しても良い。凸状メニスカス形成手段は、ノズル内流路１４５の溶液の圧力を変化させおこなうものであるので溶液供給チャネル１０１の容積を変化させる方法であれば良く、静電気力により溶液供給チャネル１０１の隔壁を撓ませ容積を変化させる静電吸引方式でも可能である。なお、凸状メニスカスを形成せずに吐出しても良いが、凸状メニスカスを形成し吐出した方が、吐出電圧の定電圧化及び液滴吐出制御での安全性及び制御コスト面において有利である。
【０１１２】
　以上の液体吐出ヘッド１００の使用方法としては、例えば基材２００に平行な面内において上記液体吐出ヘッド１００（主に、液室構造１０２とノズルプレート１０４）を基材２００に対して相対的に移動させつつ、それぞれのノズル１０３の先端部から選択的に液滴を吐出することによって、基材２００の表面に着弾した液滴がドットとなるパターンが基材２００の表面に形成される。また、複数のノズル１０３，１０３，…が一列になって配列されているから、ノズル１０３，１０３，…の列に対して直角となる方向に基材２００を移動させつつ、それぞれのノズル１０３の先端部から選択的に液滴を吐出することによって、基材２００の表面に着弾した液滴がドットとなるパターンを基材２００の表面に形成することができる。液体吐出ヘッド１００には複数のノズル１０３，１０３，…が設けられているため、パターンを速く形成することができる。また、液体吐出ヘッド１００は、回路の配線パターンの形成，金属超微粒子の配線パターンの形成，カーボンナノチューブおよびその前駆体ならびに触媒配列の形成，強誘電性セラミックスおよびその前駆体のパターンニングの形成，高分子およびその前駆体の高配向化，ゾーンリファイニング，マイクロビーズマニピュレーション，アクティブタッピング，立体構造の形成の何れかに用いることができる。
【０１１３】
　以上のように、上記液体吐出ヘッド１００は、従来にない微小径のノズル１０３により液滴の吐出を行うので、ノズル内流路１４５内で帯電した状態の溶液により電界が集中され、電界強度が高められる。このため、従来のように電界の集中化が行われない構造のノズル（例えば内径１００［μｍ］）では吐出に要する電圧が高くなり過ぎて事実上吐出不可能とされていた微小径でのノズルによる溶液の吐出を従来よりも低電圧で行うことを可能としている。
【０１１４】
　そして、微小径であるがために、ノズルコンダクタンスの低さによりその単位時間あたりの吐出流量を低減する制御を容易に行うことができると共に、パルス幅を狭めることなく十分に小さな液滴径（上記各条件によれば０．８［μｍ］）による溶液の吐出を実現している。
【０１１５】
　さらに、吐出される液滴は帯電されているので、微小の液滴であっても蒸気圧が低減され、蒸発を抑制することから液滴の質量の損失を低減し、飛翔の安定化を図り、液滴の着弾精度の低下を防止する。
【０１１６】
　さらに、ノズル１０３，１０３，…の表層が撥水性を有しているため、溶液を吐出するべきでない際にノズル１０３，１０３，…内の溶液が垂れて流れたりしない。また、ノズル１０３，１０３，…の表層が撥水性を有しているため、ノズル孔１０３ａ周辺に溶液が付着することで液滴の吐出に悪影響を及ぼすこともない。また、ノズル１０３，１０３，…の表層が撥水性を有することで、吐出の際に形成されるメニスカスが綺麗な凸状で形成され、液滴が安定して吐出される。
【０１１７】
　さらに、それぞれのノズル１０３内の溶液にパルス電圧を印加するのとほぼ同時にノズル１０３内の溶液に圧力を加えているから、吐出電極１４２に印加されるパルス電圧が低電圧であっても、液滴が吐出される。つまり、吐出に要する電圧が高くなり過ぎて事実上吐出不可能とされていた微小径でのノズルによる溶液の吐出を従来よりも低電圧で行うことが可能となっている。
【０１１８】
　なお、ノズル１０３にエレクトロウェッティング効果を得るために、ノズル１０３の外周に電極（例えば上述した撥水膜下に形成された金属膜である。）を設けるか、また或いは、ノズル内流路１４５の内面に電極を設け、その上から絶縁膜で被覆しても良い。そして、この電極に電圧を印加することで、吐出電極１４２により電圧が印加されている溶液に対して、エレクトロウェッティング効果によりノズル内流路１４５の内面のぬれ性を高めることができ、ノズル内流路１４５への溶液の供給を円滑に行うことができ、良好に吐出を行うと共に、吐出の応答性の向上を図ることが可能となる。
【０１１９】
　また、吐出電圧印加手段２５ではそれぞれの吐出電極１４２にバイアス電圧を常時印加すると共にパルス電圧をトリガーとして液滴の吐出を行っているが、それぞれの吐出電極１４２につき吐出に要する振幅で常時交流又は連続する矩形波を印加すると共にその周波数の高低を切り替えることで吐出を行う構成としても良い。液滴の吐出を行うためには溶液の帯電が必須であり、溶液の帯電する速度を上回る周波数で吐出電圧を印加していても吐出が行われず、溶液の帯電が十分に図れる周波数に替えると吐出が行われる。従って、吐出を行わないときには吐出可能な周波数より大きな周波数で吐出電圧を印加し、吐出を行う場合にのみ吐出可能な周波数帯域まで周波数を低減させる制御を行うことで、溶液の吐出を制御することが可能となる。かかる場合、溶液に印加される電位自体に変化はないので、より時間応答性を向上させると共に、これにより液滴の着弾精度を向上させることが可能となる。
【０１２０】
　［静電吸引型液体吐出装置の理論説明]
　従前は以下の条件式により定まる範囲を超えて液滴の吐出は不可能と考えられていた。
【０１２１】
【数５】
2004136656.tif 000007
　ここで、λCは静電吸引力によりノズル先端部からの液滴の吐出を可能とするための溶液液面における成長波長［ｍ］であり、λC＝2πγh2/ε0V2で求められる。
【０１２２】
【数６】
2004136656.tif 000008
【０１２３】
【数７】
2004136656.tif 000009
　本発明では、静電吸引型インクジェット方式において果たすノズルの役割を再考察し、従来吐出不可能として試みられていなかった領域において、マクスウェル力などを利用することで、微小液滴を形成することができる。
【０１２４】
　このような駆動電圧低下および微少量吐出実現の方策のための吐出条件等を近似的に表す式を導出したので以下に述べる。
【０１２５】
　以下の説明は、上記各本発明の実施形態で説明した静電吸引型液体吐出装置に適用可能である。
【０１２６】
　いま、内部ｄのノズルに導電性溶液を注入し、基材としての無限平板導体からｈの高さに垂直に位置させたと仮定する。この様子を図２３に示す。このとき、ノズル先端部に誘起される電荷は、ノズル先端の半球部に集中すると仮定し、以下の式で近似的に表される。
【０１２７】
【数８】
2004136656.tif 000010
　ここで、Ｑ：ノズル先端部に誘起される電荷［Ｃ］、ε0：真空の誘電率［Ｆ／ｍ］、ε：基材の誘電率［Ｆ／ｍ］、h：ノズル−基材間距離［ｍ］、ｒ：ノズル内部の直径の半径［ｍ］、Ｖ：ノズルに印加する総電圧［Ｖ］である。α：ノズル形状などに依存する比例定数で、1〜1.5程度の値を取り、特にｄ≪ｈのときほぼ1程度となる。
【０１２８】
　また、基材としての基板が導体基板の場合、基板内の対称位置に反対の符号を持つ鏡像電荷Ｑ'が誘導されると考えられる。基板が絶縁体の場合は、誘電率によって定まる対称位置に同様に反対符号の映像電荷Ｑ'が誘導される。
【０１２９】
　ところで、ノズル先端部に於ける凸状メニスカスの先端部の電界強度Eloc.［Ｖ／ｍ］は、凸状メニスカス先端部の曲率半径をＲ［ｍ］と仮定すると、
【数９】
2004136656.tif 000011
で与えられる。ここでｋ：比例定数で、ノズル形状などにより異なるが、1.5〜8.5程度の値をとり、多くの場合5程度と考えられる。（P. J. Birdseye and D.A.Smith, Surface Science, 23 (1970) 198-210）。
【０１３０】
　今簡単のため、ｄ／２＝Ｒとする。これは、ノズル先端部に表面張力で導電性溶液がノズルの半径と同じ半径を持つ半球形状に盛り上がっている状態に相当する。
【０１３１】
　ノズル先端の液体に働く圧力のバランスを考える。まず、静電的な圧力は、ノズル先端部の液面積をＳ［ｍ2］とすると、
【数１０】
2004136656.tif 000012
（７）、（８）、（９）式よりα＝１とおいて、
【数１１】
2004136656.tif 000013
と表される。
【０１３２】
　一方、ノズル先端部に於ける液体の表面張力をＰSとすると、
【数１２】
2004136656.tif 000014
　ここで、γ：表面張力［Ｎ／ｍ］、である。
静電的な力により流体の吐出が起こる条件は、静電的な力が表面張力を上回る条件なので、
【０１３３】
【数１３】
2004136656.tif 000015
となる。十分に小さいノズル径をもちいることで、静電的な圧力が、表面張力を上回らせる事が可能である。
この関係式より、Ｖとｄの関係を求めると、
【数１４】
2004136656.tif 000016
が吐出の最低電圧を与える。すなわち、式（６）および式（１３）より、
【数１５】
2004136656.tif 000017
が、本発明の実施形態における動作電圧となる。
【０１３４】
　ある半径ｄのノズルに対し、吐出限界電圧Ｖｃの依存性を前述した図９に示す。この図より、微小ノズルによる電界の集中効果を考慮すると、吐出開始電圧は、ノズル径の減少に伴い低下する事が明らかになった。
【０１３５】
　従来の電界に対する考え方、すなわちノズルに印加する電圧と対向電極間の距離によって定義される電界のみを考慮した場合では、微小ノズルになるに従い、吐出に必要な電圧は増加する。一方、局所電界強度に注目すれば、微小ノズル化により吐出電圧の低下が可能となる。
【０１３６】
　静電吸引による吐出は、ノズル端部における液体（溶液）の帯電が基本である。帯電の速度は誘電緩和によって決まる時定数程度と考えられる。
【０１３７】
【数１６】
2004136656.tif 000018
　溶液の誘電率εを１０Ｆ／ｍ、溶液導電率σを１０-6Ｓ／ｍを仮定すると、τ＝１．８５４×１０-6ｓｅｃとなる。あるいは、臨界周波数をｆc［Ｈｚ］とすると、
【数１７】
2004136656.tif 000019
となる。このｆcよりも早い周波数の電界の変化に対しては、応答できず吐出は不可能になると考えられる。上記の例について見積もると、周波数としては１０ｋＨｚ程度となる。このとき、ノズル半径２μｍ、電圧５００Ｖ弱の場合、ノズル内流量Ｇは１０-13ｍ3／ｓと見積もることができるが、上記の例の液体の場合、１０ｋＨｚでの吐出が可能なので、1周期での最小吐出量は１０ｆｌ（フェムトリットル、１ｆｌ＝１０-16ｌ）程度を達成できる。
【０１３８】
　なお、各上記本実施の形態においては、図２３に示したようにノズル先端部に於ける電界の集中効果と、対向基板に誘起される鏡像力の作用を特徴とする。このため、先行技術のように基板または基板支持体を導電性にすることや、これら基板または基板支持体への電圧の印加は必ずしも必要はない。すなわち、基板として絶縁性のガラス基板、ポリイミドなどのプラスチック基板、セラミックス基板、半導体基板などを用いることが可能である。
【０１３９】
　また、上記各実施形態において電極への印加電圧はプラス、マイナスのどちらでも良い。
【０１４０】
　さらに、ノズルと基材との距離は、500[μm]以下に保つことにより、溶液の吐出を容易にすることができる。また、図示しないが、ノズル位置検出によるフィードバック制御を行い、ノズルを基材に対し一定に保つようにすることが望ましい。
【０１４１】
　また、基材を、導電性または絶縁性の基材ホルダーに裁置して保持するようにしても良い。
【０１４２】
　図２４は、本発明を適用した他の基本例の一例としての静電吸引型液体吐出装置のノズル部分の側面断面図を示したものである。ノズル１の側面部には電極１５が設けられており、ノズル内溶液３との間に制御された電圧が印加される。この電極１５の目的は、Electrowetting 効果を制御するための電極である。十分な電場がノズルを構成する絶縁体にかかる場合この電極がなくともElectrowetting効果は起こると期待される。しかし、本基本例では、より積極的にこの電極を用いて制御することで、吐出制御の役割も果たすようにしたものである。ノズル１を絶縁体で構成し、先端部におけるノズル管が1μm、ノズル内径が2μm、印加電圧が300Ｖの場合、約30気圧のElectrowetting効果になる。この圧力は、吐出のためには、不十分であるが溶液のノズル先端部への供給の点からは意味があり、この制御電極により吐出の制御が可能と考えられる。
【０１４３】
　前述した図９は、本発明を適用した実施形態における吐出開始電圧のノズル径依存性を示したものである。静電吸引型液体吐出装置のノズルとして、図１１に示した液体吐出ヘッド１００に示すものを用いた。微小ノズルになるに従い吐出開始電圧が低下し、従来より低電圧で吐出可能なことが明らかになった。
【０１４４】
　上記各実施形態において、溶液吐出の条件は、ノズル基板間距離(ｈ)、印加電圧の振幅（V）、印加電圧振動数（f）のそれぞれの関数になり、それぞれにある一定の条件を満たすことが吐出条件として必要になる。逆にどれか一つの条件を満たさない場合他のパラメーターを変更する必要がある。
【０１４５】
　この様子を図２５を用いて説明する。
【０１４６】
　まず吐出のためには、それ以上の電界でないと吐出しないというある一定の臨界電界Ecが存在する。この臨界電界は、ノズル径、溶液の表面張力、粘性などによって変わってくる値で、Ec以下での吐出は困難である。臨界電界Ec以上すなわち吐出可能電界強度において、ノズル基板間距離(ｈ)と印加電圧の振幅(V)の間には、おおむね比例の関係が生じ、ノズル−基材間距離を縮めた場合、臨界印加電圧Ｖを小さくする事が出来る。
【０１４７】
　逆に、ノズル−基材間距離ｈを極端に離し、印加電圧Ｖを大きくした場合、仮に同じ電界強度を保ったとしても、コロナ放電による作用などによって、流体液滴の破裂すなわちバーストが生じてしまう。
【図面の簡単な説明】
【０１４８】
【図１】ノズル径をφ0.2 [μm]とした場合の電界強度分布を示し、図１（ａ）はノズルと対向電極との距離が2000[μm]に設定されたときの電界強度分布を示し、図１（ｂ）は、ノズルと対向電極との距離が100[μm]に設定されたときの電界強度分布を示す。
【図２】ノズル径をφ0.4 [μm]とした場合の電界強度分布を示し、図２（ａ）はノズルと対向電極との距離が2000[μm]に設定されたときの電界強度分布を示し、図２（ｂ）は、ノズルと対向電極との距離が100[μm]に設定されたときの電界強度分布を示す。
【図３】ノズル径をφ1 [μm]とした場合の電界強度分布を示し、図３（ａ）はノズルと対向電極との距離が2000[μm]に設定されたときの電界強度分布を示し、図３（ｂ）は、ノズルと対向電極との距離が100[μm]に設定されたときの電界強度分布を示す。
【図４】ノズル径をφ8 [μm]とした場合の電界強度分布を示し、図４（ａ）はノズルと対向電極との距離が2000[μm]に設定されたときの電界強度分布を示し、図４（ｂ）は、ノズルと対向電極との距離が100[μm]に設定されたときの電界強度分布を示す。
【図５】ノズル径をφ20 [μm]とした場合の電界強度分布を示し、図５（ａ）はノズルと対向電極との距離が2000[μm]に設定されたときの電界強度分布を示し、図５（ｂ）は、ノズルと対向電極との距離が100[μm]に設定されたときの電界強度分布を示す。
【図６】ノズル径をφ50 [μm]とした場合の電界強度分布を示し、図６（ａ）はノズルと対向電極との距離が2000[μm]に設定されたときの電界強度分布を示し、図６（ｂ）は、ノズルと対向電極との距離が100[μm]に設定されたときの電界強度分布を示す。
【図７】図１〜図６の各条件下での最大電界強度を示す図表を示す。
【図８】ノズルのノズル径とノズルの先端位置に液面があるとした時の最大電界強度との関係を示す線図である。
【図９】ノズルのノズル径とノズル先端部で吐出する液滴が飛翔を開始する吐出開始電圧、該初期吐出液滴のレイリー限界での電圧値及び吐出開始電圧とレイリー限界電圧値の比との関係を示す線図である。
【図１０】ノズル径とノズル先端部の強電界の領域の関係で表されるグラフである。
【図１１】本発明の実施形態としての液体吐出ヘッドを一部破断して示した斜視図である。
【図１２】図１１に示された液体吐出ヘッドに備わる液室構造を底面方向から見て示した断面図である。
【図１３】図１１に示された液体吐出ヘッドに備わるノズルプレートを示した底面図である。
【図１４】図１３に示された切断線Ａ−Ａ'で破断して示した断面図である。
【図１５】ノズル内流路の他の形状の例を示す一部切り欠いた斜視図であり、図１５（Ａ）は溶液室側に丸みを設けた例であり、図１５（Ｂ）は流路内壁面をテーパ周面とした例であり、図１５（Ｃ）はテーパ周面と直線状の流路とを組み合わせた例を示す。
【図１６】上記液体吐出ヘッドの製造方法の工程を示した図面である。
【図１７】上記液体吐出ヘッドの製造方法の工程を示した図面であり、図１７（Ａ）は平面図であり、図１７（Ｂ）は切断線Ｂ−Ｂ'で破断して示した断面図である。
【図１８】上記液体吐出ヘッドの製造方法の工程を示した図面である。
【図１９】上記液体吐出ヘッドの製造方法の工程を示した図面である。
【図２０】上記液体吐出ヘッドの製造方法の工程を示した図面である。
【図２１】上記液体吐出ヘッドの製造方法の工程を示した図面である。
【図２２】溶液の吐出動作と溶液に印加される電圧との関係を示す説明図であって、図２２（Ａ）は吐出を行わない状態であり、図２２（Ｂ）は吐出状態を示す。
【図２３】本発明の実施の形態として、ノズルの電界強度の計算を説明するために示したものである。
【図２４】本発明の一例としての液体吐出機構の側面断面図を示したものである。
【図２５】本発明の実施の形態の液体吐出装置における距離−電圧の関係による吐出条件を説明した図である。
【符号の説明】
【０１４９】
１００　　　液体吐出ヘッド
１０２　　　液室構造
１０１　　　溶液供給チャネル
１０４　　　ノズルプレート
１０３　　　ノズル
１０６　　　第一の液室隔壁（圧電素子、凸状メニスカス形成手段）
１０７　　　第二の液室隔壁（圧電素子、凸状メニスカス形成手段）
１２１　　　制御電極
１４１　　　基板
１４２　　　吐出電極
１４３　　　ノズル層
１４３'      レジスト層（感光性樹脂層）
１４５　　　ノズル内流路
２５　　　吐出電圧印加手段
【図１】
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【図２】
2004136656.tif 000021
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2004136656.tif 000036
【図１８】
2004136656.tif 000037
【図１９】
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【図２０】
2004136656.tif 000039
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
2004136656.tif 000042
【図２４】
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【図２５】
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