(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力チャンバと、前記圧力チャンバ内のインクが吐出される出口を含むノズルと、前記ノズル周囲に位置し、前記出口と同じ向きに開口され、前記出口が前記開口内部に延びているトレンチとを含む流路プレートと、
前記圧力チャンバ内のインクに、吐出のための圧力変化を提供する圧電アクチュエータと、
前記ノズル内のインクに静電駆動力を提供する静電アクチュエータと、を含み、
前記流路プレートは、インク流路が形成されている流路形成基板と、前記ノズルと前記トレンチとが形成され、前記流路形成基板と接合されているノズル基板と、を含み、
前記トレンチによって前記ノズル基板には下面から上面に向かって段差のついた段差面が形成され、
前記ノズルは、前記出口に向かって断面積が縮小するテーパ部と、ＳｉＮ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｎｉのうち一つ以上の物質から形成されて前記ノズルと前記ノズルの外側との境界を画定するノズル壁とを含み、
前記ノズル壁は、前記テーパ部からテーパ状を維持しつつ、前記段差面を超えて前記トレンチ内部に延び、その段部に前記出口が形成されている、プリンティング装置。
【請求項２】
前記ノズルは、多角錐状であることを特徴とする請求項１に記載のプリンティング装置。
【請求項３】
前記流路プレートは、インク流路が形成される流路形成基板と、前記ノズルと前記トレンチとが形成され、前記流路形成基板と接合されるノズル基板と、を含み、
前記ノズル基板は、単結晶シリコン基板であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプリンティング装置。
【請求項４】
前記ノズル壁は、コーティング、塗布、または蒸着により形成されていることを特徴とする請求項３に記載のプリンティング装置。
【請求項５】
前記ノズルの出口の外径をＮＯＤ、前記トレンチの深さをＴＤとするならば、
【数１】
0006327493.tif 000013
であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のうち、いずれか１項に記載のプリンティング装置。
【請求項６】
前記ノズルの出口の外径及び内径をそれぞれＮＯＤ、ＮＩＤとするならば、
【数２】
0006327493.tif 000014
であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のうち、いずれか１項に記載のプリンティング装置。
【請求項７】
前記ノズルは、前記テーパ部から直線的に延びた延長部を含み、
前記ノズルの出口の内径をＮＩＤ、延長部の長さをＮＬであるとするならば、
【数３】
0006327493.tif 000015
であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のうち、いずれか１項に記載のプリンティング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンティング装置、特に、圧電方式と静電方式とを採用した複合方式のイ
ンクジェット・プリンティング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット・プリンティング装置は、インクの微細な液滴（ｄｒｏｐｌｅｔ）を印
刷媒体上の所望の位置に吐出させ、所定の画像を印刷する装置である。
【０００３】
インクジェット・プリンティング装置には、その吐出方式によって、圧電体の変形によ
ってインクを吐出させる圧電方式（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）のインクジェット・プ
リンティング装置と、静電気力によってインクを吐出させる静電方式（ｅｌｅｃｔｒｏｓ
ｔａｔｉｃ）のインクジェット・プリンティング装置とがある。静電方式のインクジェッ
ト・プリンティング装置には、静電誘導（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｉｎｄｕｃｔｉ
ｏｎ）によって、インク液滴を吐出する方式と、帯電顔料（ｃｈａｒｇｅｄ  ｐｉｇｍｅ
ｎｔｓ）を静電気力によって蓄積させた後、インク液滴を吐出する方式とがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、微細液滴を、優秀な位置精度で、ＤＯＤ（ｄｒｏｐ  ｏｎ  ｄｅｍａｎｄ）
方式で吐出することができるプリンティング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
圧力チャンバと、前記圧力チャンバ内のインクが吐出される出口を含むノズルと、前記ノズル周囲に位置し、前記出口と同じ向きに開口され、前記出口が前記開口内部に延びているトレンチとを含む流路プレートと、前記圧力チャンバ内のインクに、吐出のための圧力変化を提供する圧電アクチュエータと、前記ノズル内のインクに静電駆動力を提供する静電アクチュエータと、を含む。前記流路プレートは、インク流路が形成されている流路形成基板と、前記ノズルと前記トレンチとが形成され、前記流路形成基板と接合されているノズル基板と、を含み、前記トレンチによって前記ノズル基板には下面から上面に向かって段差のついた段差面が形成され、前記ノズルは、前記出口に向かって断面積が縮小するテーパ部と、ＳｉＮ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｎｉのうち一つ以上の物質から形成されて前記ノズルと前記ノズルの外側との境界を画定するノズル壁とを含み、前記ノズル壁は、前記テーパ部からテーパ状を維持しつつ、前記段差面を超えて前記トレンチ内部に延び、その段部に前記出口が形成されている。
【０００６】
前記ノズルは、前記出口に向かって断面積が縮小するテーパ部を含んでもよい。
【０００７】
前記ノズルと前記流路プレートとの境界を形成するノズル壁が、前記トレンチ内部に延
びてもよい。
【０００８】
前記ノズルは、多角錐状であってもよい。
【０００９】
前記ノズル壁はＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｎｉのうち一つ以上の物質によ
って形成されてもよい。
【００１０】
前記流路プレートは、インク流路が形成される流路形成基板と、前記ノズルと前記トレ
ンチとが形成され、前記流路形成基板と接合されるノズル基板と、を含み、前記ノズル基
板は、単結晶シリコン基板であってもよい。前記ノズル壁は、ＳｉＯ２で形成されてもよ
い。前記ＳｉＯ２は、前記ノズル基板を酸化させて形成されてもよい。
【００１１】
前記ノズルの出口の外径をＮＯＤ、前記トレンチの深さをＴＤとするならば、
【００１２】
【数１】
0006327493.tif 000002
【００１３】
であってもよい。
【００１４】
前記ノズルの出口の外径及び内径をそれぞれＮＯＤ、ＮＩＤとするならば、
【００１５】
【数２】
0006327493.tif 000003
【００１６】
であってもよい。
【００１７】
前記ノズルは、前記テーパ部から直線的に延びた延長部を含み、前記ノズルの出口の内
径をＮＩＤ、延長部の長さをＮＬであるとするならば、
【００１８】
【数３】
0006327493.tif 000004
【００１９】
であってもよい。
【００２０】
プリンティング装置は、圧力チャンバの形成された流路形成基板と、上面、下面、及び
前記上面と前記下面との間に段差のついた段差面を具備するノズル基板と、前記圧力チャ
ンバ内のインクが吐出される出口を含み、前記ノズル基板の上面から断面積が徐々に縮小
されるテーパ状に前記段差面を貫通し、前記下面に向かって延びたノズルと、を含んでも
よい。
【００２１】
前記ノズル基板は、単結晶シリコン基板であり、前記ノズルは、ＳｉＯ２で形成されて
もよい。
【００２２】
前記ノズルの出口の外径をＮＯＤ、前記段差面の前記下面からの段差量をＴＤとするな
らば、
【００２３】
【数４】
0006327493.tif 000005
【００２４】
であってもよい。
【００２５】
前記ノズルの出口の外径及び内径をそれぞれＮＯＤ、ＮＩＤとするならば、
【００２６】
【数５】
0006327493.tif 000006
【００２７】
であってもよい。
【００２８】
前記ノズルは、前記テーパ状になった部分から下方に直線に延びた延長部を含み、前記
ノズルの出口の内径をＮＩＤ、延長部の長さをＮＬであるとするならば、
【００２９】
【数６】
0006327493.tif 000007
【００３０】
であってもよい。
【００３１】
プリンティング装置は、圧力チャンバと、第１面及び前記第１面の反対面としての第２
面と、を含むノズル基板と、前記圧力チャンバ内のインクが吐出される出口を含み、前記
ノズル基板の前記第１面から前記第２面に向かい、前記出口まで断面積が徐々に縮小され
るテーパ状に形成されたノズルとを含んでもよい。
【００３２】
前記プリンティング装置は、前記ノズル基板の前記ノズル周囲に形成され、前記第２面
から前記第１面に向かって陥没されたトレンチと、前記ノズルと前記ノズル基板との境界
を形成するノズル壁と、含み、前記ノズル壁は、前記トレンチ内部に延びてもよい。
【００３３】
前記ノズルは、多角錐状であってもよい。
【００３４】
前記ノズルの出口の外径をＮＯＤ、前記トレンチの深さをＴＤとするならば、
【００３５】
【数７】
0006327493.tif 000008
【００３６】
であってもよい。
【００３７】
前記ノズルの出口の外径及び内径をそれぞれＮＯＤ、ＮＩＤとするならば、
【００３８】
【数８】
0006327493.tif 000009
【００３９】
であってもよい。
【発明の効果】
【００４０】
本発明のプリンティング装置によれば、全体的に尖った形態のノズルの周囲に大きい電
場を形成することができ、ノズルを介して吐出されるインク液滴に加えられる静電駆動力
を増大させることができる。また、液滴を非常に効果的に加速させることができ、与えら
れた静電駆動電圧の大きさの下で、液滴のサイズをさらに小さくすることができる。また
、数ピコリットル、さらには数フェムトリットルの超微細インク液滴を具現しやすく、吐
出されたインク液滴の直進性を向上させて精密印刷を具現することができる。
【００４１】
圧電駆動方式と静電駆動方式とを混用するので、微細なサイズのインク液滴をＤＯＤ方
式でインクを吐出することができ、プリンティング作業を制御するのが容易である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】プリンティング装置の一実施形態を概略的に図示した断面図である。
【図２】静電電圧印加手段、接地電極の位置、及び第１静電電極の形態を異にしたインクジェット・プリンティング装置の変形例を概略的に図示した断面図である。
【図３】静電電圧印加手段、接地電極の位置、及び第１静電電極の形態を異にしたインクジェット・プリンティング装置の変形例を概略的に図示した断面図である。
【図４】静電電圧印加手段、接地電極の位置、及び第１静電電極の形態を異にしたインクジェット・プリンティング装置の変形例を概略的に図示した断面図である。
【図５】静電電圧印加手段、接地電極の位置、及び第１静電電極の形態を異にしたインクジェット・プリンティング装置の変形例を概略的に図示した断面図である。
【図６】静電電圧印加手段、接地電極の位置、及び第１静電電極の形態を異にしたインクジェット・プリンティング装置の変形例を概略的に図示した断面図である。
【図７Ａ】図１の「Ａ」部の詳細図である。
【図７Ｂ】ノズル出口周辺の等電位線を図示した図面である。
【図８Ａ】図７Ａ及び図７Ｂに図示された尖った形態のノズルを形成する方法の一実施形態を示す図面である。
【図８Ｂ】図７Ａ及び図７Ｂに図示された尖った形態のノズルを形成する方法の一実施形態を示す図面である。
【図８Ｃ】図７Ａ及び図７Ｂに図示された尖った形態のノズルを形成する方法の一実施形態を示す図面である。
【図８Ｄ】図７Ａ及び図７Ｂに図示された尖った形態のノズルを形成する方法の一実施形態を示す図面である。
【図８Ｅ】図７Ａ及び図７Ｂに図示された尖った形態のノズルを形成する方法の一実施形態を示す図面である。
【図８Ｆ】図７Ａ及び図７Ｂに図示された尖った形態のノズルを形成する方法の一実施形態を示す図面である。
【図８Ｇ】図７Ａ及び図７Ｂに図示された尖った形態のノズルを形成する方法の一実施形態を示す図面である。
【図８Ｈ】図７Ａ及び図７Ｂに図示された尖った形態のノズルを形成する方法の一実施形態を示す図面である。
【図８Ｉ】図７Ａ及び図７Ｂに図示された尖った形態のノズルを形成する方法の一実施形態を示す図面である。
【図８Ｊ】図７Ａ及び図７Ｂに図示された尖った形態のノズルを形成する方法の一実施形態を示す図面である。
【図８Ｋ】図７Ａ及び図７Ｂに図示された尖った形態のノズルを形成する方法の一実施形態を示す図面である。
【図８Ｌ】図７Ａ及び図７Ｂに図示された尖った形態のノズルを形成する方法の一実施形態を示す図面である。
【図９】圧電方式と静電方式とを混用した場合のインク液滴の挙動をシミュレーション及び測定した結果を図示したグラフである。
【図１０】ノズル出口の外径とトレンチの深さとの比による電場の強度の変化をシミュレーションした結果を図示したグラフである。
【図１１】ノズル出口の外径及び内径の比によるノズル内部での圧力降下をシミュレーションした結果を図示したグラフである。
【図１２】直線状の延長部を具備するノズルの一例を図示した断面図である。
【図１３】ノズルの延長部の長さによるノズル内部での圧力降下をシミュレーションした結果を図示したグラフである。
【図１４】ノズルの延長部の長さとノズル出口の内径との比によるノズル内部での圧力降下をシミュレーションした結果を図示したグラフである。
【図１５】ドリッピング・モードによってインクが吐出される過程を図示した図面である。
【図１６】ドリッピング・モードに適用される圧電駆動電圧と静電駆動電圧との波形の一例を図示したグラフである。
【図１７】コーンジェット・モードによってインクが吐出される過程を図示した図面である。
【図１８】コーンジェット・モードに適用される圧電駆動電圧と静電駆動電圧との波形の一例を図示したグラフである。
【図１９】スプレー・モードによってインクが吐出される過程を図示した図面である。
【図２０】スプレー・モードに適用される圧電駆動電圧と静電駆動電圧との波形の一例を図示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、添付された図面を参照しつつ、プリンティング装置の実施形態について詳細に説
明する。図面で同じ参照符号は、同じ構成要素を指し、図面上で、各構成要素のサイズや
厚みは、説明の明瞭性のためで誇張されていることがある。
【００４４】
図１は、プリンティング装置の一実施形態の構成図である。図１を参照すれば、流路プ
レート１１０と、インク吐出のための圧力と静電駆動力とをそれぞれ提供する圧電アクチ
ュエータ１３０と、静電アクチュエータ１４０とが図示されている。図１の実施形態は、
圧電方式と静電方式とを共に使用する複合方式のインクジェット・プリンティング装置を
図示しているが、今後説明するノズルまたはトレンチの構造は、複合方式ではない圧電方
式または静電方式のインクジェット・プリンティング装置にも適用される。
【００４５】
流路プレート１１０には、インク流路と、インク液滴を吐出させるための複数のノズル
１２８とが形成される。インク流路は、インクが流入するインクインレット１２１と、流
入されたインクを収めている複数の圧力チャンバ１２５とを含んでもよい。インクインレ
ット１２１は、流路プレート１１０の上面側に形成され、図示されていないインクタンク
と連結される。インクタンクから供給されたインクは、インクインレット１２１を介して
、流路プレート１１０の内部に流入する。複数の圧力チャンバ１２５は、流路プレート１
１０の内部に形成され、インクインレット１２１を介して流入されたインクが保存される
。流路プレート１１０の内部には、インクインレット１２１と複数の圧力チャンバ１２５
とを連結するマニホールド１２２，１２３と、リストラクタ１２４とが形成される。複数
のノズル１２８は、複数の圧力チャンバ１２５それぞれに対して一つずつ対応して連結さ
れる。複数の圧力チャンバ１２５に充填されたインクは、複数のノズル１２８を介して、
液滴の形態で吐出される。複数のノズル１２８は、流路プレート１１０の下面側に形成さ
れ、１列または２列以上に配列される。流路プレート１１０には、複数の圧力チャンバ１
２５と複数のノズル１２８とをそれぞれ連結する複数のダンパ１２６が設けられてもよい
。
【００４６】
流路プレート１１０は、微細加工性が良好な材質の基板、例えば、シリコン基板からな
ってもよい。例えば、流路プレート１１０は、インク流路が形成される流路形成基板と、
ノズル１２８が形成されるノズル基板１１１とを含んでもよい。流路形成基板は、第１流
路形成基板１１３及び第２流路形成基板１１２を含んでもよい。インクインレット１２１
は、最も上部に位置した第１流路形成基板１１３を貫通するように形成され、複数の圧力
チャンバ１２５は、第１流路形成基板１１３に、その下面から所定深さに形成される。複
数のノズル１２８は、最も下部に位置した基板、すなわち、ノズル基板１１１を貫通する
ように形成される。マニホールド１２２，１２３は、第１流路形成基板１１３と第２流路
形成基板１１２とにそれぞれ形成される。複数のダンパ１２６は、第２流路形成基板１１
２を貫通するように形成できる。順次積層された３枚の基板、すなわち、第１流路形成基
板１１３、第２流路形成基板１１２及びノズル基板１１１は、ＳＤＢ（ｓｉｌｉｃｏｎ  
ｄｉｒｅｃｔ  ｂｏｎｄｉｎｇ）によって接合される。
【００４７】
以上では、流路プレート１１０が３枚の基板１１１，１１２，１１３から構成された場
合について説明したが、これは、例示的なものに過ぎない。流路プレート１１０は、１枚
または２枚の基板や、４枚以上の基板から構成されることがあり、その内部に形成される
インク流路も、多様な構成で多様に配置されることがある。
【００４８】
圧電アクチュエータ１３０は、インク吐出のための圧電駆動力、すなわち、複数の圧力
チャンバ１２５に圧力変化を提供する役割を果たすものであり、流路プレート１１０の上
面に、複数の圧力チャンバ１２５に対応する位置に形成される。圧電アクチュエータ１３
０は、流路プレート１１０の上面に、順次積層される下部電極１３１、圧電膜１３２及び
上部電極１３３を含んでもよい。下部電極１３１は、共通電極の役割を果たし、上部電極
１３３は、圧電膜１３２に電圧を印加する駆動電極の役割を果たす。圧電電圧印加手段１
３５は、下部電極１３１と上部電極１３３とに圧電駆動電圧を印加する。圧電膜１３２は
、圧電電圧印加手段１３５から印加される圧電駆動電圧によって変形することによって、
圧力チャンバ１２５の上部壁をなす第１流路形成基板１１３を変形させる役割を果たす。
圧電膜１３２は、所定の圧電物質、例えば、ＰＺＴ（ｌｅａｄ  ｚｉｒｃｏｎａｔｅ  ｔ
ｉｔａｎａｔｅ）セラミック材料で形成されてもよい。
【００４９】
静電アクチュエータ１４０は、ノズル１２８内部のインクに静電駆動力を提供するもの
であり、互いに対向するように配置された第１静電電極１４１及び第２静電電極１４２を
含んでもよい。静電電圧印加手段１４５は、第１静電電極１４１と第２静電電極１４２と
の間に、静電駆動電圧を印加する。
【００５０】
例えば、第１静電電極１４１は、流路プレート１１０に設けられてもよい。第１静電電
極１４１は、流路プレート１１０の上面、すなわち、第１流路形成基板１１３の上面に形
成される。この場合、第１静電電極１４１は、圧電アクチュエータ１３０の下部電極１３
１と離隔されるように、インクインレット１２１が形成された領域に配置されることもあ
る。第２静電電極１４２は、流路プレート１１０の下面と所定間隔離隔されるように配置
され、第２静電電極１４２上には、流路プレート１１０のノズル１２８から吐出されるイ
ンク液滴が印刷される印刷媒体Ｐが配置される。
【００５１】
静電電圧印加手段１４５は、パルス状の静電駆動電圧を印加することができる。図１で
は、第２静電電極１４２が接地するが、図２に図示されているように、第１静電電極１４
１が接地することも可能である。
【００５２】
図３及び図４に図示されているように、静電電圧印加手段１４５は、直流電圧形態の静
電駆動電圧を印加することができる。その場合、第１静電電極１４１または第２静電電極
１４２が接地しうる。
【００５３】
第１静電電極１４１の位置は、図１ないし図４に図示された位置に限定されるものでは
ない。図５に図示されているように、第１静電電極１４１が、流路プレート１１０の内部
に形成されもする。第１静電電極１４１は、圧力チャンバ１２５、リストラクタ１２４及
びマニホールド１２３の底面に形成される。しかし、これに限定されるものではなく、第
１静電電極１４１は、流路プレート１１０の内部の多様な位置に設けられてもよい。例え
ば、第１静電電極１４１は、圧力チャンバ１２５の底面にのみ形成されることもあり、リ
ストラクタ１２４の底面や、マニホールド１２３の底面にのみ形成されることもある。ま
た、図６に図示されているように、第１静電電極１４１は、前記下部電極１３１と一体に
形成されることも可能である。
【００５４】
図７Ａは、図１の「Ａ」部を詳細に図示した図面である。図７Ａを参照すれば、ノズル
１２８は、ノズル基板１１１を貫通して形成される。ノズル１２８は、流路プレート１１
０の下面、すなわち、ノズル基板１１１の下面１１１ａに向かってその断面積が縮小する
テーパ形状である。また、ノズル１２８の周囲には、流路プレート１１０の下面、すなわ
ち、ノズル基板１１１の下面１１１ａから陥没されたトレンチ１６０が形成されている。
すなわち、ノズル基板１１１の下面１１１ａには、トレンチ１６０の開口が形成されてい
る。ノズル壁１２８ａは、ノズル１２８の外壁を形成する。ノズル壁１２８ａは、流路プ
レート１１０、詳細には、ノズル基板１１１とノズル１２８との境界を形成する。ノズル
壁１２８ａは、ノズル基板１１１の内部からトレンチ１６０の内部に延びて形成され、こ
れによって、全体的にノズル１２８の形状は、出口１２８ｃが下面１１１ａに向かってト
レンチ１６０の内部に延びた尖った形状になる。すなわち、トレンチ１６０は、ノズル１
２８の周囲に位置し、出口１２８ｃと同じ向きに開口され、出口１２８ｃが上記開口内部
に延びている。  この構成によって、ノズル基板１１１には、その下面１１１ａから上面
１１１ｃに向かって段差のついた段差面１１１ｂが形成される。ノズル１２８は、テーパ
状に、上面１１１ｃから段差面１１１ｂまで貫通する。ノズル壁１２８ａは、ノズル基板
１１１とノズル１２８との境界を形成し、テーパ状を維持しつつ、段差面１１１ｂを超え
て下面１１１ａに向かって延びる。ノズル壁１２８ａの端部１２８ｂ及び出口１２８ｃは
、ノズル基板１１１の下面１１１ａを超えないように形成できる。もちろん、ノズル壁１
２８ａの端部１２８ｂ及び出口１２８ｃは、ノズル基板１１１の下面１１１ａを超えてま
で延びることも可能である。
【００５５】
ノズル１２８は、断面形状が円形である円錐状、断面形状が多角形である多角錐状であ
ってもよい。一実施形態として、後述するように、単結晶シリコン基板の異方性エッチン
グによって、四角錐状のノズル１２８を形成することができる。ノズル１２８の断面形状
が多角形である場合、ノズル１２８の直径は、等価の円の直径で表示されることもある。
【００５６】
ノズル壁１２８ａは、ノズル基板１１１と異なる材料、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ｔ
ｉ、Ｐｔ、Ｎｉなどから形成できる。ノズル壁１２８ａは、ノズル基板１１１と同じ材料
、例えば、Ｓｉで形成されることもある。
【００５７】
以下、図８Ａないし図８Ｌを参照しつつ、ノズル１２８を形成する方法の一例について
説明する。
【００５８】
基板２１０の一面にエッチングマスクを形成する。例えば、図８Ａを参照すれば、その
上面の結晶方向が＜１００＞方向であるシリコン単結晶基板２１０を準備する。その後、
マスク層２２１を形成する。マスク層２２１は、例えば、ＳｉＯ２層であってもよい。Ｓ
ｉＯ２層は、基板２１０を酸化させて形成されてもよい。ＳｉＯ２層の厚みは、例えば、
約１００〜４，０００Åほどであってもよい。次に、マスク層２２１上に、フォトレジス
ト層２２２を形成し、これを、例えば、リソグラフィ法によってパターニングし、マスク
層２２１の一部を露出させる。フォトレジスト層２２２をマスクとしてマスク層２２１を
パターニングすれば、図８Ｂに図示されているように、基板２１０のノズル１２８が形成
される部分２２３を露出させたマスク層２２１が形成された基板２１０が製造される。マ
スク層２２１をパターニングする工程は、例えば、ＨＦ溶液（ｂｕｆｆｅｒｅｄ  ｈｙｄ
ｒｏｇｅｎ  ｆｌｕｏｒｉｄｅ  ａｃｉｄ）を利用した湿式エッチング工程によって遂行
される。
【００５９】
マスク層２２１をエッチングマスクとして基板２１０をエッチングする。この工程は、
例えば、ＴＭＡＨ（ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ  ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）
を利用する異方性エッチング工程によって遂行される。図８Ｃを参照すれば、基板２１０
の上面の結晶方向は、＜１００＞方向であり、エッチングが進められた面の結晶方向は、
＜１１１＞方向である。＜１００＞方向と＜１１１＞方向とであるエッチング速度の差に
よって、図８Ｃ及び図８Ｄに図示されているように、エッチングは、下方には速く、横に
は遅く遂行される。これによって、基板２１０には、下方に順次狭くなるテーパ状の陥没
部２３０が形成される。マスク層２２１の露出された部分２２３の形状を異ならせること
によって、多角錐状または円錐状の陥没部２３０を形成することができる。本実施形態で
は、マスク層２２１の露出された部分２２３の形状を四角形状として四角錐状の陥没部２
３０を形成する。陥没部２３０は、基板２１０の下面にまで貫通することはない。
【００６０】
ノズル１２８を基板２１０の下面まで貫通させる工程が遂行される。図８Ｅに図示され
ているように、エッチング、研磨（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）などの工程によって、基板２１
０の上面と下面とに形成されたマスク層２２１を除去する。次に、図８Ｉに図示されてい
るように、陥没部２３０を基板２１０の下面にまで貫通させるために、基板２１０の下面
を研磨する。他の方策として、図８Ｆに図示されているように、基板２１０の上面と、陥
没部２３０の壁面とに保護層２２４を形成する。保護層２２４は、例えば、基板２１０を
酸化させることによって得られるＳｉＯ２層であってもよい。保護層２２４の厚みは、例
えば、約１００〜１０，０００Åほどであってもよい。基板２１０の下面に形成されるＳ
ｉＯ２層は、酸化工程で自然に形成されるものであり、かならずしも必要なものではない
。次に、例えば、研磨工程によって、図８Ｇに図示されているように、基板２１０を下面
から所定厚ほど除去し、図８Ｈに図示されているように、エッチング後の下面２１１が、
少なくとも陥没部２３０に形成された保護層２２４の尖頭部２２５より高い位置に位置す
るように、基板２１０を下方からエッチングする。保護層２２４は、このエッチング工程
で、エッチング物質から陥没部２３０を保護する。その後、保護層２２４を除去すれば、
図８Ｉに図示されているように、陥没部２３０が基板２１０の下面２１１まで貫通する。
【００６１】
ノズル１２８と基板２１０との境界をなすノズル壁１２８ａとトレンチ１６０とを形成
する。まず、図８Ｊに図示されているように、基板２１０の上面、下面、及び陥没部２３
０の壁面に、壁体形成物質層２４０を形成する。壁体形成物質層２４０は、例えば、Ｓｉ
Ｏ２層であってもよい。この場合、壁体形成物質層２４０は、基板２１０を酸化させるこ
とによって形成される。それ以外にも、壁体形成物質層２４０は、ＳｉＮ、Ｔｉ、Ｐｔ、
Ｎｉなどのコーティング、塗布、蒸着などによって形成されてもよい。壁体形成物質層２
４０の厚みは、例えば、約１００〜１０，０００Åほどであってもよい。次に、図８Ｋに
図示されているように、基板２１０の下面側の壁体形成物質層２４０の一部２４１を除去
する。この工程は、壁体形成物質層２４０上にフォトレジストをコーティングした後にこ
れを壁体形成物質層２４０の一部２４１に該当する領域をパターニングし、パターニング
されたフォトレジストをマスクとして、壁体形成物質層２４０をエッチングすることによ
って遂行される。次に、図８Ｌに図示されているように、壁体形成物質層２４０をエッチ
ングマスクとして、基板２１０を下面からエッチングし、トレンチ１６０を形成する。陥
没部２３０の壁面に形成された壁体形成物質層２４０は、ノズル壁１２８ａになり、出口
１２８ｃは、下面に向かってトレンチ１６０の内部に延びた形態となる。図８Ｌに図示さ
れているように、出口１２８ｃは、下面１１１ａと同じ位置に存在したり、または下面１
１１ａと上面１１１ｃとの間、または下面１１１ａよりさらに下側にまで延びたりするこ
ともある。
【００６２】
前記の工程によって、図７Ａに図示されているように、ノズル基板１１１に、ノズル基
板１１１の下面１１１ａに向かってその断面積が縮小するテーパ状のノズル１２８と、ノ
ズル基板１１１とノズル１２８との境界を形成するノズル壁１２８ａ、及びノズル１２８
の周囲に、ノズル基板１１１の下面から陥没されたトレンチ１６０を形成することができ
る。
【００６３】
図７Ａを参照すれば、テーパ状のノズル１２８の周囲に、トレンチ１６０を形成するこ
とによって、ノズル１２８が全体的に尖った形態となる。一般的に、電荷は、尖った部分
に集中する傾向がある。また、図７Ｂに図示されているように、トレンチ１６０によって
、静電駆動電圧による等電位線が、ノズル１２８の出口１２８ｃ付近に集中し、ノズル１
２８の出口１２８ｃ付近に非常に大きい電場が形成され、ノズル１２８の出口１２８ｃで
の静電駆動力を増大させることができる。従って、液滴を非常に効果的に加速させること
ができ、与えられた静電駆動電圧のサイズ下で、液滴のサイズをさらに小さくすることが
できる。また、数ピコリットル、さらには、数フェムトリットルの超微細インク液滴を印
刷媒体Ｐにまで安定して吐出することができる。
【００６４】
図９は、トレンチ１６０の深さ１５μｍ、出口１２８ｃが３．１５μｍ×２．３１μｍ
である四角錐状のノズル１２８から、約０．８フェムトリットルのインク液滴を吐出する
場合、インク液滴の挙動をシミュレーション及び測定した結果を図示したグラフである。
ノズル１２８の出口１２８ｃでのインク液滴の初期速度は、約３．０ｍ／ｓである。印刷
媒体Ｐは、ノズル１２８の出口１２８ｃから約５００μｍ離れるように位置する。図９を
参照すれば、静電駆動電圧を印加せずに、圧電アクチュエータ１３０による圧電駆動力だ
けでインクを吐出した場合、空気の抵抗によって、約３００μｓ後には、インク液滴の速
度がほぼ「０」に近づくので、液滴が印刷媒体Ｐに達することができずに飛散する。しか
し、約２．０ＫＶの静電駆動電圧が印加された場合には、静電駆動力によってインク液滴
が加速され、約１００μｓが経過した後、約５００μｍ離れた印刷媒体Ｐに達し、そのと
きのインク液滴の速度は、約７．０ｍ／ｓである。
【００６５】
このように、本実施形態のプリンティング装置は、圧電駆動方式と静電駆動方式とを混
用するので、ＤＯＤ方式でインクを吐出することができ、プリンティング作業を制御する
のが容易である。また、出口１２８ｃに向かって断面積が順次縮小し、周辺にトレンチ１
６０が形成され、全体的に尖った形態のノズル１２８を採用することによって、超微細液
滴を具現しやすく、吐出されたインク液滴の直進性を向上させて精密印刷を具現すること
ができる。
【００６６】
与えられたノズル１２８出口１２８ｃの外径ＮＯＤに対して、トレンチ１６０の深さＴ
Ｄが深いほど、等電位線は、ノズル１２８の出口１２８ｃ付近にさらに集中する。トレン
チ１６０の深さＴＤは、下記数式９を満足するように設定される。
【００６７】
【数９】
0006327493.tif 000010
【００６８】
この条件によって、トレンチ１６０の深さＴＤを、少なくともノズル１２８出口１２８
ｃの外径ＮＯＤより大きく設定し、ノズル１２８を全体的に尖った形状にすることによっ
て、電場の強度を増大させることができる。前記のように、断面形状が円形ではないノズ
ル１２８の場合、等価の円を仮定して外径または内径を計算することができる。
【００６９】
図１０は、トレンチ１６０を形成していない場合と、トレンチ１６０を形成した場合と
のノズル１２８出口１２８ｃ付近の電場の強度をシミュレーションした結果を図示したグ
ラフである。図１０で、横軸は、トレンチ１６０の深さ比ＴＤ／ＮＯＤ、縦軸は、トレン
チ１６０を形成した場合の電場の強度ＥＷＴと、トレンチ１６０を形成していない場合の
電場の強度ＥＷＯＴとの比ＥＷＴ／ＥＷＯＴである。図１０で、ノズルの直径が小さいほ
ど、また深さ比ＴＤ／ＮＯＤが大きいほど、電場の強度が大きくなるということが分かる
。
【００７０】
また、ノズル１２８の出口１２８ｃは、可能な限り尖った状態で形成される必要がある
。このためには、ノズル１２８出口１２８ｃの外径ＮＯＤを可能な限り小さくしなければ
ならないが、その場合、ノズル１２８出口１２８ｃの内径ＮＩＤが小さくなり、これによ
り、ノズル１２８内での圧力降下が大きくなる。インク吐出のために、圧力チャンバ１２
５に形成される圧力は、圧電駆動電圧の大きさに比例し、圧電駆動電圧は、圧力降下を補
償し、インクを所定の速度で吐出することができるように決定されねばならない。微細な
インク液滴を吐出するためには、ノズル１２８出口１２８ｃの内径ＮＩＤが小さくなるこ
とによって、圧力降下は急激に大きくなるので、圧電アクチュエータ１３０に非常に大き
い負荷がかかる。図１１は、ノズル１２８出口１２８ｃの外径ＮＯＤと内径ＮＩＤとの比
ＮＯＤ／ＮＩＤと、圧力降下との関係をシミュレーションした結果の一例を図示したグラ
フである。図１１に図示されているように、与えられた外径ＮＯＤに対して、比ＮＯＤ／
ＮＩＤが大きいほど、圧力降下が非常に大きくなり、ノズル１２８出口１２８ｃの内径Ｎ
ＩＤが小さいほど、圧力降下が急激に増大する。圧力降下を適正レベル以下に維持し、圧
電アクチュエータ１３０に過度な負荷がかからないようにするためのノズル１２８出口１
２８ｃの外径ＮＯＤと内径ＮＩＤとの比ＮＯＤ／ＮＩＤは、下記数式１０の条件を満足す
るように設定される。
【００７１】
【数１０】
0006327493.tif 000011
【００７２】
前記数式１０を満足するように、比ＮＯＤ／ＮＩＤを設定することによって、ノズル１
２８出口１２８ｃまで圧力降下を適正レベル以下に維持することができる。
【００７３】
ノズル１２８の形状は、ノズル１２８内での圧力降下が最小化されるように決定される
。ノズル１２８は、入口から出口１２８ｃまで完全にテーパ状であるとき、すなわち、図
１２で、延長部３０２の長さが「０」であるとき、圧力降下が一番小さい。ただし、製造
工程上の都合で必要がある場合、または製造工程上の都合で不可避的な場合には、図１２
に図示されているように、ノズル１２８は、テーパ部３０１から下方に直線的に延びた延
長部３０２を含んでもよい。図１３及び図１４に図示されているように、ノズル１２８内
での圧力降下は、延長部３０２の長さＮＬが長くなるほど大きくなり、ノズル１２８出口
１２８ｃの内径ＮＩＤが小さいほど大きくなる。インクの粘度が５ｃｐであり、ノズル１
２８出口１２８ｃでのインク液滴の平均速度が１ｍ／ｓを維持する条件で、ノズル１２８
出口１２８ｃの内径ＮＩＤに対する延長部３０２の長さＮＬの比ＮＬ／ＮＩＤと圧力降下
との関係を調べた結果が図１４に図示されている。これにより、ＮＬ／ＮＩＤが増大する
ほど、圧力降下が大きくなるということが分かる。微細なインク液滴を吐出するためには
、ノズル１２８出口１２８ｃの内径ＮＩＤを小さくしなければならないが、その場合、延
長部３０２の長さＮＬが増大することによって、圧力降下が急激に大きくなるので、圧電
アクチュエータ１３０に非常に大きい負荷がかかる。従って、ノズル１２８出口１２８ｃ
の内径ＮＩＤが小さくなるとき、圧電駆動電圧を過度に増大させないようにするために、
延長部３０２の長さＮＬを適切に設定する必要がある。シミュレーションによれば、下記
数式１１を満足するようにノズル１２８を形成する場合、与えられたノズル１２８出口１
２８ｃの内径ＮＩＤに対して、圧電駆動電圧の過度な増大を防止することができる。
【００７４】
【数１１】
0006327493.tif 000012
【００７５】
本実施形態のプリント装置は、圧電アクチュエータ１３０に印加される圧電駆動電圧と
、静電アクチュエータ１４０に印加される静電駆動電圧との印加順序、大きさ及び持続時
間を制御することによって、インク液滴を、互いに異なるサイズと形態とで吐出する多数
の駆動モードで駆動される。例えば、本実施形態のプリンティング装置は、ノズルのサイ
ズに比べ、小サイズを有した微細液滴を吐出するドリッピング・モード（ｄｒｉｐｐｉｎ
ｇ  ｍｏｄｅ）、ドリッピング・モードよりさらに小サイズの微細液滴を吐出するコーン
ジェット・モード（ｃｏｎｅ−ｊｅｔ  ｍｏｄｅ）、インク液滴をジェットストリーム形
態で吐出するスプレー・モード（ｓｐｒａｙ  ｍｏｄｅ）で駆動される。以下、上の３つ
駆動モードについて説明する。
【００７６】
図１５は、ドリッピング・モードについて説明するための概略的な図面であり、図１６
は、図１５に図示されたドリッピング・モードに適用される圧電駆動電圧と静電駆動電圧
との波形の一例を図示した図面である。
【００７７】
図１５及び図１６を参照すれば、第１段階は、圧電アクチュエータ１３０と静電アクチ
ュエータ１４０とに駆動電圧が印加されていない初期状態を示している。このとき、ノズ
ル１２８内部のインク１２９は、表面張力によって、若干凹状であるか、あるいは扁平な
メニスクス（Ｍ：ｍｅｎｉｓｃｕｓ）を示している。
【００７８】
第２段階で、第１静電電極１４１と第２静電電極１４２との間に、静電電圧印加手段１
４５から、第１静電駆動電圧Ｖｅ１が印加される。第１静電駆動電圧Ｖｅ１は、例えば、
約３ないし５ＫＶほどであってもよい。これにより、ノズル１２８内部のインク１２９に
静電気力が作用し、インク１２９のメニスクスＭは、若干凸状に変形する。このように、
凸状のメニスクスＭが形成されれば、この部分に電場が集束されるので、インク１２９内
部の正電荷は、第２静電電極１４２側に移動し、ノズル１２８の出口１２８ｃに集まる。
【００７９】
第３段階で、第１静電駆動電圧Ｖｅ１の印加から所定時間後、圧電アクチュエータ１３
０に所定の第１圧電駆動電圧Ｖｐ１を印加し、圧電アクチュエータ１３０を、圧力チャン
バ１２５の体積を縮小させる方向に変形させる。第１圧電駆動電圧Ｖｐ１は、例えば、約
５０ないし９０Ｖほどであって、後述するコーンジェット・モード及びスプレー・モード
での圧電駆動電圧に比べ、相対的に高い。第１圧電駆動電圧Ｖｐ１は、吐出しようとする
インク液滴のサイズによって、適切に調節される。第１静電駆動電圧Ｖｅ１のピーク値か
ら、第１圧電駆動電圧Ｖｐ１のピーク値までの初期遅延時間（Ｄｉ：ｉｎｉｔｉａｌ  ｄ
ｅｌａｙ  ｔｉｍｅ）は、例えば、約３０μｓほどであってもよい。第１圧電駆動電圧Ｖ
ｐ１の持続時間Ｄｐは、例えば、約５μｓほどであってもよい。
【００８０】
第１静電駆動電圧Ｖｅ１が印加された状態で、第１圧電駆動電圧Ｖｐ１が印加されれば
、圧力チャンバ１２５内の体積が縮小して圧力が上昇するので、ノズル１２８内部のイン
ク１２９のメニスクスＭがさらに凸状に変形しつつ、ドーム形状をなすようになる。これ
により、インク１２９のメニスクスＭの曲率半径が縮小し、メニスクスＭの凸状の先端に
は、さらに多くの正電荷が集束される。
【００８１】
一般的に、静電気力は、電荷量と電場の強度とに比例し、電荷量も、電場の強度に比例
する。従って、静電気力は、電場の強度の自乗に比例する。電場の強度は、印加された静
電電圧に比例するが、トレンチ１６０によって、ノズル１２８が全体的に尖った形状であ
る場合、ノズル１２８の周辺に等電位線が集中し、ノズル１２８の出口１２８ｃ周辺の電
場の強度は非常に大きくなる。また、電場の強度は、メニスクスＭの曲率半径には反比例
するので、ノズル１２８出口１２８ｃで尖って突出した部分のインク１２９に作用する静
電気力は、その部分のメニスクスＭの曲率半径の自乗に反比例する。凸状に突出した部分
のインク１２９に作用する静電気力が大きくなることにより、ノズル１２８中央部のメニ
スクスＭの曲率半径はさらに縮小し、これは、静電気力をさらに増大させる。結局、凸状
に突出した部分のインク１２９は、インクメニスクスＭの表面から液滴１２９ａの形態で
落ちて出てくる。従って、ノズル１２８のサイズに比べ、非常に小サイズのインク液滴１
２９ａが吐出される。このように分離されたインク液滴１２９ａは、静電気力によって加
速され、第２静電電極１４２側に移動し、印刷媒体Ｐ上に印刷される。印刷媒体Ｐ上には
、多数の微細なドットからなる印刷パターンが形成される。
【００８２】
圧電アクチュエータ１３０に印加された第１圧電駆動電圧Ｖｐ１を除去し、次に、所定
時間後、第１静電電極１４１と第２静電電極１４２との間に印加された第１静電駆動電圧
Ｖｅ１を除去する。それにより、圧電アクチュエータ１３０は、本来の状態に戻り、圧力
チャンバ１２５内の圧力も、本来の状態に回復されるので、凸状の形態のメニスクスＭも
、元の状態、すなわち、前記の第１段階の状態に戻る。
【００８３】
このとき、第１圧電駆動電圧Ｖｐ１の除去から第１静電駆動電圧Ｖｅ１の除去までの終
了遅延時間（Ｄｆ：ｆｉｎａｌ  ｄｅｌａｙ  ｔｉｍｅ）は、例えば、約２０μｓほどで
あってもよい。このように、ドリッピング・モードでは、第１圧電駆動電圧Ｖｐ１より第
１静電駆動電圧Ｖｅ１がまず印加されて遅く除去されるので、第１静電駆動電圧Ｖｅ１の
持続時間（Ｄｅ：ｄｕｒａｔｉｏｎ  ｔｉｍｅ）が、第１圧電駆動電圧Ｖｐ１の持続時間
Ｄｐに比べて長い。
【００８４】
ドリッピング・モードによれば、ノズルのサイズに比べ、小サイズの微細なインク液滴
を吐出することができる。すなわち、比較的大きい直径、例えば、数μｍないし数十μｍ
ほどの直径を有したノズルを介しても、液滴の体積が数ピコリットルレベルの微細な液滴
、またはフェムトリットルレベルの超微細液滴を吐出することができる。そして、微細な
液滴を吐出しつつも、比較的大きい直径のノズルを使用することができるので、ノズルの
詰まり（ｃｌｏｇｇｉｎｇ）が発生する可能性が低くて信頼性が高まる。
【００８５】
図１７は、コーンジェット・モードについて説明するための概略的な図面であり、図１
８は、図１７に図示されたコーンジェット・モードに適用される圧電駆動電圧と静電駆動
電圧との波形の一例を図示した図面である。
【００８６】
図１７及び図１８を共に参照すれば、第１段階は、圧電アクチュエータ１３０と静電ア
クチュエータ１４０とに駆動電圧を印加していない初期状態であり、ノズル１２８内部の
インク１２９は、表面張力によって若干凹状であるか、あるいは扁平なメニスクスＭを示
している。
【００８７】
第２段階で、圧電アクチュエータ１３０に所定の第２圧電駆動電圧Ｖｐ２を印加し、圧
電アクチュエータ１３０を、圧力チャンバ１２５の体積を縮小させる方向に変形させる。
第２圧電駆動電圧Ｖｐ２は、例えば、約２５ないし４０Ｖほどであり、ドリッピング・モ
ードでの第１圧電駆動電圧Ｖｐ１に比べて相対的に低く、後述するスプレー・モードでの
圧電駆動電圧に比べて相対的に高い。第２圧電駆動電圧Ｖｐ２の持続時間Ｄｐは、例えば
、約２２μｓほどであり、ドリッピング・モードでの第１圧電駆動電圧Ｖｐ１の持続時間
に比べて長い。圧力チャンバ１２５内の体積が縮小して圧力が上昇するので、ノズル１２
８内部のインク１２９のメニスクスＭが凸状に変形する。
【００８８】
第３段階で、第２圧電駆動電圧Ｖｐ２の印加から所定時間後、第１静電電極１４１と第
２静電電極１４２との間に、静電電圧印加手段１４５から第２静電駆動電圧Ｖｅ２が印加
される。第２静電駆動電圧Ｖｅ２は、例えば、約３ないし５ＫＶほどであってもよい。第
２圧電駆動電圧Ｖｐ２のピーク値から第２静電駆動電圧Ｖｅ２のピーク値までの初期遅延
時間Ｄｉは、例えば、約９μｓほどであってもよい。
【００８９】
第２静電駆動電圧Ｖｅ２が印加されれば、インク１２９の凸状に突出した部分に電場が
集束されるので、インク１２９内部の正電荷は、第２静電電極１４２側に移動し、ノズル
１２８の出口１２８ｃに集まり、これにより、凸状に突出した部分のインク１２９に作用
する静電気力は大きくなる。インク１２９の電気伝導度が低く、粘度が高い場合には、イ
ンク１２９のメニスクスＭは、テイラーコーン（Ｔａｙｌｏｒ  ｃｏｎｅ）状に変形され
る。テイラーコーン状に突出した部分のインク１２９は、ノズル１２８内部のインク１２
９から液滴１２９ａの形態で落ちて出てくる。インク液滴１２９ａは、テイラーコーン状
のメニスクスＭの尖った先端から落ちて出てくるので、そのサイズは、前述のドリッピン
グ・モードでのインク液滴のサイズよりさらに小さい。このように分離されたインク液滴
１２９ａは、静電気力によって第２静電電極１４２側に移動し、印刷媒体Ｐ上Ｅ印刷され
る。印刷媒体Ｐ上には、多数のさらに微細なドットからなる印刷パターンが形成される。
【００９０】
圧電アクチュエータ１３０に印加された第２圧電駆動電圧Ｖｐ２を除去し、次に、所定
時間後、第１静電電極１４１と第２静電電極１４２との間に印加された第２静電駆動電圧
Ｖｅ２を除去する。それにより、圧電アクチュエータ１３０は、本来の状態に戻り、圧力
チャンバ１２５内の圧力も元の状態に回復されるので、テイラーコーン状に突出したメニ
スクスＭも、元の状態、すなわち、前記の第１段階の状態に戻る。第２圧電駆動電圧Ｖｐ
２の除去から第２静電駆動電圧Ｖｅ２の除去までの終了遅延時間Ｄｆは、例えば、約２０
μｓほどであってもよい。このように、コーンジェット・モードでは、第２圧電駆動電圧
Ｖｐ２が第２静電駆動電圧Ｖｅ２より先に印加され、先に除去される。そして、第２静電
駆動電圧Ｖｅ２の持続時間Ｄｅが、第２圧電駆動電圧Ｖｐ２の持続時間Ｄｐに比べて長い
。
【００９１】
コーンジェット・モードによれば、前述のマイクロ−ドリッピング・モードでのインク
液滴よりさらに微細なサイズのインク液滴を吐出することができる。ドリッピング・モー
ドとコーンジェット・モードは、インクの電気伝導度と粘度とに影響を受ける。例えば、
電気伝導度が高くても粘度が低いインクでは、インクの表面側への電荷のチャージング（
ｃｈａｒｇｉｎｇ）速度が速くなり、テイラーコーン状のメニスクスを形成する前に、ド
ーム形状のメニスクスからインク液滴の分離が容易になされるので、ドリッピング・モー
ドによるインク液滴の吐出が容易に起こる。一方、電気伝導度が低くても粘度が高いイン
クでは、インク表面への電荷のチャージング速度が遅くなり、テイラーコーン状のメニス
クスＭが形成されやすいので、コーンジェット・モードによってさらに微細なサイズのイ
ンク液滴を吐出することができる。従って、インクの特性を適切に活用し、前記の２種の
モードを適切に具現することができる。コーンジェット・モードのためには、圧電駆動電
圧を比較的低く維持し、インク１２９をノズル１２８外に押し出す圧力より、インク１２
９をノズル１２８外に引っ張る静電気力をさらに大きく作用させることが、テイラーコー
ン状のメニスクスＭをさらに容易に形成させる。
【００９２】
図１９は、スプレー・モードについて説明するための概略的な図面であり、図２０は、
図１９に図示されたスプレー・モードに適用される圧電駆動電圧及び静電駆動電圧の波形
の一例を図示した図面である。
【００９３】
図１９及び図２０を参照すれば、第１段階は、圧電アクチュエータ１３０と静電アクチ
ュエータ１４０とに駆動電圧を印加していない初期状態であり、ノズル１２８内部のイン
ク１２９は、表面張力によって若干凹状であるか、あるいは扁平なメニスクスＭを示して
いる。
【００９４】
第２段階で、第１静電電極１４１と第２静電電極１４２との間に、静電電圧印加手段１
４５から第３静電駆動電圧Ｖｅ３が印加される。第３静電駆動電圧Ｖｅ３は、例えば、約
５ないし７ＫＶほどであってもよい。これにより、ノズル１２８内部のインク１２９に静
電気力が作用し、インク１２９のメニスクスＭは、若干凸状に変形する。このように、凸
状のメニスクスＭが形成されれば、この部分に電場が集束されるので、インク１２９内部
の正電荷は、第２静電電極１４２側に移動し、ノズル１２８の出口１２８ｃに集まる。
【００９５】
第３−１段階で、第３静電駆動電圧Ｖｅ３の印加から所定時間後、圧電アクチュエータ
１３０に所定の第３圧電駆動電圧Ｖｐ３を印加し、圧電アクチュエータ１３０を、圧力チ
ャンバ１２５の体積を縮小させる方向に変形させる。第３圧電駆動電圧Ｖｐ３は、例えば
、約１０Ｖほどであり、前述のドリッピング・モード並びにコーンジェット・モードでの
圧電駆動電圧に比べて相対的に低い。そして、第３静電駆動電圧Ｖｅ３のピーク値から第
３圧電駆動電圧Ｖｐ３のピーク値までの初期遅延時間Ｄｉは、例えば、約１８μｓほどで
ある。
【００９６】
第３静電駆動電圧Ｖｅ３が印加された状態で、第３圧電駆動電圧Ｖｐ３が印加されれば
、圧力チャンバ１２５内の体積が縮小して圧力が上昇するので、ノズル１２８内部のイン
ク１２９が、ノズル１２８外に押し出される。第３圧電駆動電圧Ｖｐ３が比較的低く維持
され、第３静電駆動電圧Ｖｅ３が比較的高く維持されるので、インク１２９をノズル１２
８外に押し出す圧力より、インク１２９をノズル１２８外に引き出す静電気力がさらに大
きく作用し、テイラーコーン状のメニスクスＭが形成される。さらに、インク１２９の電
気伝導度が低くて粘度が高い場合には、テイラーコーン状のメニスクスＭがさらに容易に
形成される。そして、テイラーコーン状に尖って突出した部分のインク１２９は、静電気
力によって、第２静電電極１４２側に、ストリーム１２９ｂ形態に長く延びる。印刷媒体
Ｐとノズル１２８とを比較的近く配置すれば、インクストリーム１２９ｂは、印刷媒体Ｐ
まで延びる。従って、印刷媒体Ｐ上には、多数の実線からなる印刷パターンが形成される
。
【００９７】
第３−２段階を参照すれば、印刷媒体Ｐとノズル１２８とを比較的遠く配置すれば、イ
ンクストリーム１２９ｂは、印刷媒体Ｐまで延びず、印刷媒体Ｐ近くで、その端部が超微
細インク液滴に分離され、印刷媒体Ｐ側に分散しうる。その場合、印刷媒体Ｐ上には、少
なくとも部分的にスプレー方式でコーティングされた印刷パターンが形成される。
【００９８】
次に、第１静電電極１４１と第２静電電極１４２との間に印加された第３静電駆動電圧
Ｖｅ３を除去し、次に、所定時間後、圧電アクチュエータ１３０に印加された第３圧電駆
動電圧Ｖｐ３を除去する。それにより、圧電アクチュエータ１３０は、本来の状態に戻り
、圧力チャンバ１２５内の圧力も、元の状態に回復されるので、テイラーコーン状に突出
したメニスクスＭも元の状態、すなわち、第１段階の状態に戻る。
【００９９】
第３静電駆動電圧Ｖｅ３の除去から第３圧電駆動電圧Ｖｐ３の除去までの終了遅延時間
Ｄｆは、例えば、約５μｓほどである。このように、スプレー・モードでは、第３静電駆
動電圧Ｖｅ３が第３圧電駆動電圧Ｖｐ３より先に印加され、先に除去される。そして、第
３静電駆動電圧Ｖｅ３の持続時間Ｄｅが、第３圧電駆動電圧Ｖｐ３の持続時間Ｄｐに比べ
て長い。また、前記第３圧電駆動電圧Ｖｐ３の持続時間Ｄｐは、例えば、約１２μｓほど
であり、前述のマイクロ−ドリッピング・モードでの第１圧電駆動電圧Ｖｐ１の持続時間
より長いが、コーンジェット・モードでの第２圧電駆動電圧Ｖｐ２の持続時間よりは短い
。
【０１００】
このように、コーンジェット・ストリームモードによれば、インクをストリーム状に延
長させ、印刷媒体上に多数の実線からなる印刷パターンを形成したり、あるいはそのイン
クストリームを分散させ、印刷媒体Ｐ上にスプレー方式でコーティングされた印刷パター
ンを形成したりすることができる。
【０１０１】
以上、圧電方式と静電方式とを共に使用する複合方式のプリンティング装置について、
実施形態でもって説明した。しかし、かような実施形態は、単に例示的なものに過ぎず、
開示されたノズルまたはトレンチの構造や製作方法が、複合方式ではない圧電方式または
静電方式のプリンティング装置にも適用が可能であるということは、当分野で当業者であ
るならば、理解することができるであろう。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明のプリンティング装置は、例えば、プリンティング関連の技術分野に効果的に適
用可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１１０        流路プレート、
１１１        ノズル基板、
１１１ａ        ノズル基板の下面、
１１１ｂ        段差面、
１１１ｃ        上面、
１１２        第２流路形成基板、
１１３        第１流路形成基板、
１２１        インクインレット（ｉｎｋ  ｉｎｌｅｔ）、
１２２，１２３        マニホールド、
１２４        リストラクタ、
１２５        圧力チャンバ、
１２６        ダンパ、
１２８        ノズル、
１２８ａ        ノズル壁、
１２８ｂ        ノズル壁の端部、
１２８ｃ        ノズル出口、
１２９        インク、
１２９ａ        インク液滴、
１３０        圧電アクチュエータ、
１３１        下部電極、
１３２        圧電膜、
１３３        上部電極、
１３５，１４５        印加手段、
１４０        静電アクチュエータ、
１４１        第１静電電極、
１４２        第２静電電極、
１６０        トレンチ、
２１０        基板、
２２１        マスク層、
２２２        フォトレジスト層、
２２３        ノズル形成部分、
２２４        保護層、
２２５        尖頭部、
２３０        陥没部、
３０１        テーパ部、
３０２        延長部、
Ｍ        メニスクス、
Ｐ        印刷媒体。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
0006327493.tif 000025
【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図８Ｇ】
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【図８Ｈ】
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【図８Ｉ】
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【図８Ｊ】
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【図８Ｋ】
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【図８Ｌ】
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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】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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