(57)【要約】【課題】静電吸引型流体吐出装置において、ノズルの微細化と駆動電圧の低電圧化を両立すると共に、ノズルを微細化した際の安定した流体吐出を実現する。【解決手段】流体吐出ヘッド２００のノズル径を０．０１〜２５μｍの微細径とする場合、微細ノズル化により吐出における駆動電圧の低下が可能となる。さらに、絶縁性基板２０に対し、吐出流体による描画パターン形成前に、電荷付与ヘッド１００によって付着電荷５０を与え、所定の電荷パターンを形成する。そして、この電荷パターン上で、流体吐出ヘッド２００による流体吐出を行うことにより吐出される流体は上記付着電荷５０に引き寄せられ、安定した微細パターンを形成することができる。【選択図】  図１
2005058809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧印加により帯電された吐出流体を、流体吐出ヘッドのノズルの流体噴出孔から静電吸引によって吐出させ基板に着弾させることによって、該基板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、
上記ノズルの流体噴出孔は、そのノズル径が０．０１〜２５μｍであると共に、
上記基板が絶縁性基板であり、該絶縁性基板の表面に所定のパターンにて電荷を付与する電荷付与手段を備え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】
上記電荷付与手段は、
感光性材料からなる絶縁性基板に対して電荷を付与するものであり、
上記絶縁性基板の表面を一様に帯電させる一様帯電手段と、
一様帯電された上記絶縁性基板の表面に所定のパターンにてレーザ照射を行い、レーザ照射された箇所の除電を行う除電手段とを備え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３】
電圧印加により帯電された吐出流体を、流体吐出ヘッドのノズルの流体噴出孔から静電吸引によって吐出させ基板に着弾させることによって、該基板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、
上記ノズルの流体噴出孔は、そのノズル径が０．０１〜２５μｍであると共に、
上記基板が絶縁性基板であり、導電材がパターニングされた該絶縁性基板に対して接触配置可能であり、流体吐出時に該絶縁性基板上の導電部に電圧を印加する電圧印加手段を備え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４】
電圧印加により帯電された吐出流体を、流体吐出ヘッドのノズルの流体噴出孔から静電吸引によって吐出させ絶縁性基板に着弾させることによって、該絶縁性基板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よる描画パターン形成方法において、
上記ノズルの流体噴出孔は、そのノズル径が０．０１〜２５μｍであると共に、
上記基板が絶縁性基板であり、該絶縁性基板に対し、吐出流体の吐出前に、描画パターンを形成すべき箇所に、予め吐出流体を帯電させるための駆動電圧極性とは逆極性の電荷を付与することで電荷パターンを形成し、
上記電荷パターンの上に流体吐出を行うことによって吐出流体による描画パターンを形成することを特徴とする描画パターン形成方法
【請求項５】
電圧印加により帯電された吐出流体を、流体吐出ヘッドのノズルの流体噴出孔から静電吸引によって吐出させ絶縁性基板に着弾させることによって、該絶縁性基板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よる描画パターン形成方法において、
上記ノズルの流体噴出孔は、そのノズル径が０．０１〜２５μｍであると共に、
上記基板が絶縁性基板であり、該絶縁性基板に対し、吐出流体の吐出前に、描画パターンを形成すべき箇所の周囲に、予め吐出流体を帯電させるための駆動電圧極性とは同極性の電荷を付与することで電荷パターンを形成し、
上記電荷パターンにて囲まれた描画パターン形成領域上に流体吐出を行うことによって吐出流体による描画パターンを形成することを特徴とする描画パターン形成方法。
【請求項６】
感光性材料からなる絶縁性基板を用い、
上記電荷パターンは、上記絶縁性基板の表面を一様に帯電させた後、一様帯電された絶縁性基板の表面に所定のパターンにてレーザ照射を行い、レーザ照射された箇所の除電を行うことによって形成されることを特徴とする請求項５に記載の描画パターン形成方法。
【請求項７】
電圧印加により帯電された吐出流体を、流体吐出ヘッドのノズルの流体噴出孔から静電吸引によって吐出させ絶縁性基板に着弾させることによって、該絶縁性基板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よる描画パターン形成方法において、
上記ノズルの流体噴出孔は、そのノズル径が０．０１〜２５μｍであると共に、
上記基板が絶縁性基板であり、該絶縁性基板に対し、吐出流体の吐出前に、描画パターンを形成しない非描画領域に、予め吐出流体を帯電させるための駆動電圧極性とは同極性の電荷を付与することで電荷パターンを形成し、
上記流体吐出への電圧印加を上記非描画領域の上でも停止することなく描画パターンを形成することを特徴とする描画パターン形成方法。
【請求項８】
電圧印加により帯電された吐出流体を、流体吐出ヘッドのノズルの流体噴出孔から静電吸引によって吐出させ絶縁性基板に着弾させることによって、該絶縁性基板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よる描画パターン形成方法において、
上記ノズルの流体噴出孔は、そのノズル径が０．０１〜２５μｍであると共に、
上記基板が絶縁性基板であり、該絶縁性基板の導電材による第１の描画パターンがすでに形成されている状態で、第１の描画パターンの上からさらに第２の描画パターンを形成する際、第１の描画パターンを形成する導電部に電圧を印加しながら第２の描画パターンを形成することを特徴とする描画パターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク等の導電性流体を帯電させて静電吸引することで、対象物中に流体を吐出する静電吸引型流体吐出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、インク等の流体を対象物（記録媒体）上に吐出する流体ジェット方式にはインクジェットプリンタとして実用化されているピエゾやサーマルなどの方式があるが、その他の方式として、吐出する流体を導電性流体とし、導電性流体に電界を印加してノズルから吐出させる静電吸引方式がある。
【０００３】
このような静電吸引方式の流体吐出装置（以下、静電吸引型流体吐出装置と称する）としては、例えば特許文献１および特許文献２において開示がある。
【０００４】
また、特許文献４には、ノズルをスリットとして、ノズルより突出した針電極を設け微粒子を含むインクを吐出するインクジェット装置が開示されている。例えば特許文献３には、ノズルより内部に電圧印加用の電極を設けたインクジェット装置が開示されている。
【０００５】
ここで、従来の静電吸引型流体吐出装置における流体吐出モデルを説明する。
【０００６】
静電吸引型流体吐出装置とりわけオンデマンド型の静電吸引型流体吐出装置の設計要因としては、インク液体の導電性（例えば比抵抗１０６〜１０１１Ωｃｍ）、表面張力（例えば０．０２０〜０．０４０Ｎ／ｍ）、粘度（例えば０．０１１〜０．０１５Ｐａ・ｓ）、印加電圧（電場）がある。そして、印加電圧としては、ノズルに印加する電圧、およびノズルと対向電極間との距離が特に重要とされていた。
【０００７】
静電吸引型流体吐出装置においては、電気流体的な不安定性を利用しており、図１２にこの様子を示す。一様電界の中に導電性流体を静置すると、導電性流体の表面に作用する静電力が表面を不安定にし、曳き糸の成長を促す（静電曳き糸現象）。この時の電場は、ノズルと、ノズルとｈだけ距離を隔てて対向する対向電極との間に電圧Ｖを印加したときに発生する電場Ｅ０とする。この時の成長波長λｃは物理的に導くことが可能であり（例えば、非特許文献１）、次式で表される。
【０００８】
【数１】
2005058809.tif 000003
【０００９】
ここで、γ：表面張力（Ｎ／ｍ）、ε０：真空の誘電率（Ｆ／ｍ）、Ｅ０：電界の強さ（Ｖ／ｍ）である。ノズル径ｄ（ｍ）が、λｃよりも小さい場合、成長は起こらない。すなわち、
【００１０】
【数２】
2005058809.tif 000004
【００１１】
が、吐出のための条件となっていた。
【００１２】
ここで、Ｅ０は平行平板を仮定した場合の電界強度（Ｖ／ｍ）で、ノズル−対向電極間距離をｈ（ｍ）、ノズルに印加する電圧をＶ０として、
【００１３】
【数３】
2005058809.tif 000005
【００１４】
したがって、
【００１５】
【数４】
2005058809.tif 000006
【００１６】
となる。
【００１７】
【特許文献１】
特公昭３６−１３７６８号公報（公告日昭和３６年８月１８日）
【００１８】
【特許文献２】
特開２００１−８８３０６号公報（公開日平成１３年４月３日）
【００１９】
【特許文献３】
特開平８−２３８７７４号公報（公開日平成８年９月１７日）
【００２０】
【特許文献４】
特開２０００−１２７４１０号公報（公開日平成１２年５月９日）
【００２１】
【非特許文献１】
画像電子情報学会，第１７巻，第４号，１９８８年，ｐ．１８５−１９３
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
流体吐出装置では、一般的により微細なドット形成やライン形成を可能とするために、インクを吐出するノズルの径を小さくしたいといった要望がある。
【００２３】
しかしながら、現在実用化されているピエゾ方式やサーマル方式などの流体吐出装置では、ノズル径を小さくして、例えば１ｐｌを下回るような微小量の流体の吐出は困難である。これは、流体を吐出するノズルが微細になるほど吐出に必要な圧力が大きくなるためである。
【００２４】
また、上述のような流体吐出装置では、液滴の微細化と高精度化は相反する課題であり、両方を同時に実現するのは困難であった。これは以下の理由による。
【００２５】
ノズルから吐出された液滴に付与される運動エネルギーは、液滴半径の３乗に比例する。このため、ノズルを微細化した場合に吐出される微細液滴は、吐出時の空気抵抗に耐えるほどの十分な運動エネルギーを確保できず、空気滞留などによる撹乱を受け、正確な着弾を期待できない。さらに、液滴が微細になるほど、表面張力の効果が増すため、液滴の蒸気圧が高くなり蒸発量が激しくなる．このため、微細液滴は飛翔中に著しい質量の消失を招き、着弾時に液滴の形態を保つことすら難しいという問題があった。
【００２６】
またさらに、上述した従来の静電吸引型流体吐出装置における流体吐出モデルに基づくと、上記（２）式より、ノズル径の減少は吐出に必要な電界強度の増加を要請することとなる。そして、電界強度は、上記（３）式に示すように、ノズルに印加する電圧（駆動電圧）Ｖ０とノズル−対向電極間距離ｈとによって決まるため、ノズル径の減少は駆動電圧の上昇を招来する。
【００２７】
ここで、従来の静電吸引型流体吐出装置における駆動電圧は、１０００Ｖ以上と非常に高いため、各ノズル間でのリークや干渉化を考慮すると小型化および高密度化は難しく、ノズル径をさらに小さくすると上記問題がより大きなものとなる。また、１０００Ｖを越えるような高電圧のパワー半導体は一般的に高価で周波数応答性も低い。
【００２８】
尚、上記特許文献１で開示されているノズル径は０．１２７ｍｍであり、特許文献２で開示されているノズル径の範囲は５０〜２０００μｍ、より好ましくは１００〜１０００μｍといった範囲であった。
【００２９】
ノズル径に関して、従来の静電吸引型流体吐出における典型的な動作条件を当てはめて計算してみると、表面張力０．０２０Ｎ／ｍ、電界強度１０７Ｖ／ｍとして、上記（１）式に代入して計算すると、成長波長λｃは約１４０μｍとなる。すなわち、限界ノズル径として７０μｍという値が得られる。すなわち、上記条件下では１０７Ｖ／ｍの強電界を用いてもノズル径が直径７０μｍ程度以下の場合は背圧を印加して強制的にメニスカス形成させるなどの処置をとらない限り、インクの成長は起こらず、静電吸引型流体吐出は成立しないと考えられていた。すなわち、微細ノズルと駆動電圧の低電圧化は両立しない課題と考えられていた。
【００３０】
以上のように、従来の流体吐出装置では、ノズルの微細化と高精度化は相反する課題であり、両方を同時に実現することは困難であった。また、特に静電吸引型流体吐出装置では、ノズルの微細化と駆動電圧の低電圧化とは両立しない課題と考えられていた。
【００３１】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、ノズルの微細化と微小流体の吐出及び着弾位置の高精度化、さらに、駆動電圧の低電圧化をすべて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。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
本発明の静電吸引型流体吐出装置は、上記の課題を解決するために、電圧印加により帯電された吐出流体を、ノズルの流体噴出孔から静電吸引によって吐出させ基板に着弾させることによって、該基板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、上記ノズルの流体噴出孔は、そのノズル径が０．０１〜２５μｍであると共に、上記基板が絶縁性基板であり、該絶縁性基板の表面に所定のパターンにて電荷を付与する電荷付与手段を備えていることを特徴としている。
【００３３】
上記の構成によれば、ノズルの流体噴出孔径（ノズル径）を０．０１〜２５μｍの微細径とすることで、本願発明者らが提案する新たな吐出モデルにしたがって、局所電界が発生し、微細ノズル化により吐出における駆動電圧の低下が可能となる。このような駆動電圧の低下は、装置の小型化およびノズルの高密度化において極めて有利となる。もちろん、駆動電圧を低下させることで、コストメリットの高い低電圧駆動ドライバの使用をも可能にする。
【００３４】
さらに、上記吐出モデルでは、吐出に必要な電界強度は、局所的な集中電界強度に依存することになるため、対向電極の存在が必須とならない。すなわち、対向電極を要さずに絶縁性基板などに対しても印字を行うことが可能となり、装置構成の自由度が増す。また、厚い絶縁体に対しても印字を行うことが可能となる。
【００３５】
また、上述のような微細ノズル化は、絶縁基板上に付着した電荷が存在する場合、その電荷の電界反発力を受けて、吐出形成した微細パターンに乱れが生じたり、逆に吐出不良が発生したりと安定した微細パターンを形成するのが困難となるといった問題がある。
【００３６】
これに対し、上記電荷付与手段は、吐出流体によるパターン描画前に、該絶縁性基板の表面に所定のパターンにて電荷を付与することができ、この電荷パターンによって、微細ノズルから吐出される流体によって描画されるパターンの乱れや、吐出不良を防止し、安定した微細パターンを形成することができる。
【００３７】
例えば、上記電荷付与手段によって付与される電荷の極性を駆動電圧極性とは逆極性とし、パターニングデータに基づいた所望の付与電荷パターンを形成する。そして、この付与電荷パターンの真上から流体吐出を行うことにより、付与電荷による引き込み電界力が作用して、より鮮明な微細パターンを形成することができる。
【００３８】
あるいは、上記電荷付与手段によって付与される電荷の極性を駆動電圧極性とは同極性とし、所望のパターンの周辺を囲むような付与電荷パターンを絶縁性基板上に形成する。そして、この付与電荷パターンで囲まれた所望のパターン部分の真上から流体吐出を行うことにより、吐出された流体は絶縁性基板上に着弾する直前で、付予電荷による反発電界力を横方向に受け、所望パターン部分に集中する方向に液滴が着弾することで、その微細パターンをより鮮明に形成することができる。
【００３９】
また、上記静電吸引型流体吐出装置では、上記電荷付与手段は、感光性材料からなる絶縁性基板に対して電荷を付与するものであり、上記絶縁性基板の表面を一様に帯電させる一様帯電手段と、一様帯電された上記絶縁性基板の表面に所定のパターンにてレーザ照射を行い、レーザ照射された箇所の除電を行う除電手段とを備えている構成とすることができる。
【００４０】
上記の構成によれば、上記付与電荷パターンを形成するにあたって、特に該付与電荷パターンの極性を駆動電圧極性と同極性とする場合（すなわち、付与電荷パターンで囲まれた所望のパターンを描画パターン領域とする場合）、レーザ照射によって形成される描画パターン領域は、レーザスポット径は最小で５μｍ程度まで絞ることができるため、例えば針電極等による電荷付与方式に比べて精度の高いパターン形成が可能となる。
【００４１】
また、本発明の他の静電吸引型流体吐出装置は、上記の課題を解決するために、電圧印加により帯電された吐出流体を、ノズルの流体噴出孔から静電吸引によって吐出させ基板に着弾させることによって、該基板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、上記ノズルの流体噴出孔は、そのノズル径が０．０１〜２５μｍであると共に、上記基板が絶縁性基板であり、導電材がパターニングされた該絶縁性基板に対して接触配置可能であり、流体吐出時に該絶縁性基板上の導電部に電圧を印加する電圧印加手段を備えていることを特徴としている。
【００４２】
上記の構成によれば、絶縁性基板上に既にパターニングされている導電パターンがある場合、該導電パターンとなる導電部に対し電圧印加手段を接触配置させ、導電部に電圧を印加しながら流体吐出を行うことができる。これにより、導電パターン上への吐出の集中度が大きくなり、特に、導電パターンのライン上への重ね塗りや、導電パターンのライン同士の連結を行う際に有効となる。
【００４３】
また、本発明の描画パターン形成方法は、上記の課題を解決するために、電圧印加により帯電された吐出流体を、ノズルの流体噴出孔から静電吸引によって吐出させ絶縁性基板に着弾させることによって、該絶縁性基板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よる描画パターン形成方法において、上記ノズルの流体噴出孔は、そのノズル径が０．０１〜２５μｍであると共に、上記基板が絶縁性基板であり、該絶縁性基板に対し、吐出流体の吐出前に、描画パターンを形成すべき箇所に、予め吐出流体を帯電させるための駆動電圧極性とは逆極性の電荷を付与することで電荷パターンを形成し、上記電荷パターンの上に流体吐出を行うことによって吐出流体による描画パターンを形成することを特徴としている。
【００４４】
上記の構成によれば、吐出流体の吐出前に、駆動電圧極性とは逆極性の電荷により、描画パターンと同一の箇所に電荷パターンを形成する。そして、この電荷パターンの真上から流体吐出を行うことにより、付与電荷による引き込み電界力が作用して、より鮮明な微細パターンを形成することができる。
【００４５】
また、本発明の他の描画パターン形成方法は、上記の課題を解決するために、電圧印加により帯電された吐出流体を、ノズルの流体噴出孔から静電吸引によって吐出させ絶縁性基板に着弾させることによって、該絶縁性基板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よる描画パターン形成方法において、上記ノズルの流体噴出孔は、そのノズル径が０．０１〜２５μｍであると共に、上記基板が絶縁性基板であり、該絶縁性基板に対し、吐出流体の吐出前に、描画パターンを形成すべき箇所の周囲に、予め吐出流体を帯電させるための駆動電圧極性とは同極性の電荷を付与することで電荷パターンを形成し、上記電荷パターンにて囲まれた描画パターン形成領域上に流体吐出を行うことによって吐出流体による描画パターンを形成することを特徴としている。
【００４６】
上記の構成によれば、吐出流体の吐出前に、駆動電圧極性とは同極性の電荷により所望の描画パターンの周辺を囲むような電荷パターンを形成する。そして、この電荷パターンで囲まれた所望の描画パターン部分の真上から流体吐出を行うことにより、描画パターン部分に集中する方向に液滴が着弾し、その微細パターンをより鮮明に形成することができる。
【００４７】
また、上記描画パターン形成方法では、感光性材料からなる絶縁性基板を用い、上記電荷パターンは、上記絶縁性基板の表面を一様に帯電させた後、一様帯電された絶縁性基板の表面に所定のパターンにてレーザ照射を行い、レーザ照射された箇所の除電を行うことによって形成される構成とすることができる。
【００４８】
上記の構成によれば、電荷パターンを形成するにあたって、特に該付与電荷パターンの極性を駆動電圧極性と同極性とする場合（すなわち、付与電荷パターンで囲まれた所望のパターンを描画パターン領域とする場合）、レーザ照射によって形成される描画パターン領域は、レーザスポット径は最小で５μｍ程度まで絞ることができるため、例えば針電極等による電荷付与方式に比べて精度の高いパターン形成が可能となる。
【００４９】
また、本発明のさらに他の描画パターン形成方法は、上記の課題を解決するために、電圧印加により帯電された吐出流体を、ノズルの流体噴出孔から静電吸引によって吐出させ絶縁性基板に着弾させることによって、該絶縁性基板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よる描画パターン形成方法において、上記ノズルの流体噴出孔は、そのノズル径が０．０１〜２５μｍであると共に、上記基板が絶縁性基板であり、該絶縁性基板に対し、吐出流体の吐出前に、描画パターンを形成しない非描画領域に、予め吐出流体を帯電させるための駆動電圧極性とは同極性の電荷を付与することで電荷パターンを形成し、上記流体吐出への電圧印加を上記非描画領域の上でも停止することなく描画パターンを形成することを特徴としている。
【００５０】
上記の構成によれば、上記非描画領域に形成される電荷パターンは、連続した流体吐出によって形成される描画パターンが、一旦途切れるような箇所において形成される。このように、絶縁性基板上に予め非描画領域に対応した電荷パターンを流体吐出電圧と同極性で与えることにより、流体吐出の停止を行うことなしに非描画領域を的確に形成することができる。
【００５１】
また、本発明のさらに他の描画パターン形成方法は、上記の課題を解決するために、電圧印加により帯電された吐出流体を、ノズルの流体噴出孔から静電吸引によって吐出させ絶縁性基板に着弾させることによって、該絶縁性基板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よる描画パターン形成方法において、上記ノズルの流体噴出孔は、そのノズル径が０．０１〜２５μｍであると共に、上記基板が絶縁性基板であり、該絶縁性基板の導電材による第１の描画パターンがすでに形成されている状態で、第１の描画パターンの上からさらに第２の描画パターンを形成する際、第１の描画パターンを形成する導電部に電圧を印加しながら第２の描画パターンを形成することを特徴としている。
【００５２】
上記の構成によれば、絶縁性基板上に既にパターニングされている第１の描画パターンがある場合、該第１の描画パターンとなる導電部に対し電圧を印加しながら流体吐出を行うことができ、第１の描画パターン上への吐出の集中度が大きくなる。これにより、特に、第１の描画パターンにおけるライン上への重ね塗りや、ライン同士の連結を行う際に有効となる。
【００５３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図１ないし図１１に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００５４】
本実施の形態に係る静電吸引型流体吐出装置は、そのノズル径を０．０１μｍ〜２５μｍとしており、なおかつ、１０００Ｖ以下の駆動電圧にて吐出流体の吐出制御を可能としている。
【００５５】
ここで、従来の流体吐出モデルにおいては、ノズル径の減少は駆動電圧の上昇に繋がるため、５０〜７０μｍ以下のノズル径では、吐出流体に背圧を与えるなどの他の工夫を行わない限り、１０００Ｖ以下の駆動電圧での流体吐出は不可能と考えられていた。しかしながら、本願発明者らは鋭意検討の結果、あるノズル径以下では、従来の流体吐出モデルとは異なる吐出モデルでの吐出現象が起こることを突き止めた。本発明は、この流体吐出モデルにおける新たな知見に基づいてなされたものである。
【００５６】
先ずは、本願発明者他によって発見された流体吐出モデルについて説明する。
【００５７】
直径ｄ（以下の説明においては、特に断らない限りノズルの内径を指す）のノズルに導電性流体を注入し、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２に示す。このとき、ノズル先端に誘起される電荷Ｑは、ノズル先端の吐出流体によって形成される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。
【００５８】
【数５】
2005058809.tif 000007
【００５９】
ここで、Ｑ：ノズルの先端部に誘起される電荷（Ｃ）、ε０：真空の誘電率（Ｆ／ｍ）、ｄ：ノズルの直径（ｍ）、Ｖ０：ノズルに印加する総電圧である。また、αは、ノズル形状などに依存する比例定数であり、１〜１．５程度の値を取るが、特にＤ＜＜ｈ（ｈ：ノズル−基板間距離（ｍ））の時はほぼ１となる。
【００６０】
また、基板として導電基板を用いた場合、ノズルと対向して基板内の対称位置に、上記電荷Ｑと反対の極性を持つ鏡像電荷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電荷Ｑと逆極性の映像電荷Ｑ’が誘導される。
【００６１】
ノズル先端部における集中電界強度Ｅｌｏｃは、先端部の曲率半径をＲと仮定すると、
【００６２】
【数６】
2005058809.tif 000008
【００６３】
で与えられる。ここで、ｋは、ノズル形状などに依存する比例定数であり、１．５〜８．５程度の値を取るが、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），  ｐ．１９８−２１０）。また、ここでは、流体吐出モデルを簡単にするため、Ｒ＝ｄ／２と仮定する。これは、ノズル先端部において表面張力によって導電性流体がノズル径ｄと同じ曲率径を持つ半球形状に盛り上がっている状態に相当する。
【００６４】
ノズル先端の吐出流体に働く圧力のバランスを考える。まず、静電的な圧力Ｐｅは、ノズル先端部の液面積をＳとすると、
【００６５】
【数７】
2005058809.tif 000009
【００６６】
となる。（５）〜（７）式より、α＝１とおいて、
【００６７】
【数８】
2005058809.tif 000010
【００６８】
と表される。
【００６９】
一方、ノズル先端部における吐出流体の表面張力をＰｓとすると、
【００７０】
【数９】
2005058809.tif 000011
【００７１】
となる。ここで、γ：表面張力である。静電的な力により吐出が起こる条件は、静電的な力が表面張力を上回ることなので、
【００７２】
【数１０】
2005058809.tif 000012
【００７３】
となる。
【００７４】
図３に、ある直径ｄのノズルを与えた時の、表面張力による圧力と静電的な圧力との関係を示す。吐出流体の表面張力としては、吐出流体が水（γ＝７２ｍＮ／ｍ）の場合を仮定している。ノズルに印加する電圧を７００Ｖとした場合、ノズル直径ｄが２５μｍにおいて静電的な圧力が表面張力を上回ることが示唆される。このことより、Ｖ０とｄとの関係を求めると、
【００７５】
【数１１】
2005058809.tif 000013
【００７６】
が吐出の最低電圧を与える。
【００７７】
また、その時の吐出圧力ΔＰは、
【００７８】
【数１２】
2005058809.tif 000014
【００７９】
より、
【００８０】
【数１３】
2005058809.tif 000015
【００８１】
となる。
【００８２】
ある直径ｄのノズルに対し、局所的な電界強度によって吐出条件を満たす場合の吐出圧力ΔＰの依存性を図４に、また、吐出臨界電圧（すなわち吐出の生じる最低電圧）Ｖｃの依存性を図５に示す。
【００８３】
図４から、局所的な電界強度によって吐出条件を満たす場合（Ｖ０＝７００Ｖ，γ＝７２ｍＮ／ｍと仮定した場合）のノズル直径の上限が２５μｍであることが分かる。
【００８４】
図５の計算では、吐出流体として水（γ＝７２ｍＮ／ｍ）及び有機溶剤（γ＝２０ｍＮ／ｍ）を想定し、ｋ＝５の条件を仮定した。この図より、微細ノズルによる電界の集中効果を考慮すると、吐出臨界電圧Ｖｃはノズル径の減少に伴い低下することが明らかであり、吐出流体が水の場合においてノズル直径が２５μｍの場合、吐出臨界電圧Ｖｃは７００Ｖ程度であることが分かる。
【００８５】
従来の吐出モデルにおける電界の考え方、すなわちノズルに印加する電圧Ｖ０とノズル−対向電極間距離ｈとによって定義される電界のみを考慮した場合では、ノズル径が微小になるに従い、吐出に必要な駆動電圧は増加する。
【００８６】
これに対し、本願発明者らが提案する新たな吐出モデルのように、局所電界強度に注目すれば、微細ノズル化により吐出における駆動電圧の低下が可能となる。このような駆動電圧の低下は、装置の小型化およびノズルの高密度化において極めて有利となる。もちろん、駆動電圧を低下させることで、コストメリットの高い低電圧駆動ドライバの使用をも可能にする。
【００８７】
さらに、上記吐出モデルでは、吐出に必要な電界強度は、局所的な集中電界強度に依存することになるため、対向電極の存在が必須とならない。すなわち、従来の吐出モデルでは、ノズル−基板間に電界を印加するため、絶縁体の基板に対してはノズルと反対側に対向電極を配置するか、あるいは基板を導電性とする必要があった。そして、対向電極を配置する場合、すなわち基板が絶縁体の場合では、使用できる基板の厚さに限界があった。
【００８８】
これに対し、本発明の吐出モデルでは、対向電極を要さずに絶縁性基板などに対しても印字を行うことが可能となり、装置構成の自由度が増す。また、厚い絶縁体に対しても印字を行うことが可能となる。
【００８９】
以上のように、本実施の形態に係る静電吸引型流体吐出装置では、局所電界強度に着目して新たに提案された吐出モデルに基づいているため、ノズル径０．０１μｍ〜２５μｍの微細ノズルとすることが可能であり、かつ、１０００Ｖ以下の駆動電圧にて吐出流体の吐出制御を行うことができる。尚、上記モデルに基づいて考察を行った結果、直径２５μｍ以下のノズルの場合は７００Ｖ以下の駆動電圧で、直径１０μｍ以下のノズルの場合は５００Ｖ以下の駆動電圧で、直径１μｍ以下のノズルの場合は３００Ｖ以下の駆動電圧で吐出制御が可能である。
【００９０】
図６に、吐出臨界電圧Ｖｃのノズル径依存性を実験的に求めた結果を示す。ここでは、吐出流体として、ハリマ化成（株）製の銀ナノペーストを用い、ノズル−基板間距離１００μｍの条件で測定を行った。図６より、微細ノズルになるにしたがって、吐出臨界電圧Ｖｃが低下し、従来より低電圧で吐出が可能となっていることが分かる。
【００９１】
本実施の形態に係る静電吸引型流体吐出装置では、上述したように、ノズル径および駆動電圧を共に小さくすることが可能であるが、この場合、従来の静電吸引型流体吐出装置に比べ、以下のような問題が顕著に発生する。
【００９２】
絶縁性基板上で静電吸引型流体吐出装置による流体吐出を行った場合、流体吐出の前工程で絶縁基板上に付着した電荷が存在すると、その電荷の電界反発力を受けて、吐出形成した微細パターンに乱れが生じたり、逆に吐出不良が発生したりと安定した微細パターンを形成するのが困難となる。
【００９３】
また、予め絶縁基板上に付着電荷がない場合でも、絶縁基板上に吐出し着弾した流体中には電荷が存在するため、絶縁基板上に吐出流体によるパターンを形成することで基板上に電荷の存在が生じ、この電荷の反発電界力を受けて吐出特性が低下する。
【００９４】
実際に、絶縁基板上に吐出流体によるパターンが形成され該基板がある程度帯電した状態では、以下の表１に示すように、表面抵抗値が１０１５Ω／ｓｑのポリイミド上での吐出最低電圧が、表面抵抗値が１０１０Ω／ｓｑのガラス或いは導電体のＳＵＳ基板よりも高くなっており、吐出特性が低下していることがわかる。
尚、上記表１は、ノズル径が１μｍの場合の結果を示している。
【００９５】
【表１】
2005058809.tif 000016
【００９６】
本実施の形態に係る静電吸引型流体吐出装置は、所望の微細パターンに適合した電荷を予め絶縁基板上に付与することで、より鮮明な微細ドットパターンの形成を可能とする。このような静電吸引型流体吐出装置について、以下の実施の形態１〜５に説明する。
【００９７】
〔実施の形態１〕
実施の形態１に係る静電吸引型流体吐出装置の構成を図１に示す。上記静電吸引型流体吐出装置では、接地されたステージ１０上に絶縁性基板２０を設置している。そして、絶縁性基板２０に先端が対向するように、電荷付与ヘッド１００と流体吐出ヘッド２００が設置されている。
【００９８】
電荷付与ヘッド１００は、先端径がφ０．１〜５μｍで形成された金属製または金属コートされた絶縁性の針状構造であり、絶縁性基板２０に対して針先端とのギャップが５０μｍ以下に設定されている。また、電荷付与ヘッド１００の先端は絶縁性基板上に接していても構わない。そして電荷付与ヘッド１００には、独立に電圧制御するための電源１１０が繋がっている。また電荷付与ヘッド１００は、独立して駆動するための３次元ロボットに備え付けられている。
【００９９】
流体吐出ヘッド２００は、先端孔径がφ１〜５μｍで形成されており、内部に駆動電極２１０を有している。またその駆動電極２１０には、独立に電圧制御をするための電源２２０が繋がっている。また、ヘッドの内部全体は所望の吐出材料、すなわち吐出流体で充填されている。流体吐出ヘッド２００も電荷付与ヘッド１００と同様に、独立して駆動するための３次元ロボットに備え付けられている。
【０１００】
次に、本実施の形態１に係る静電吸引型流体吐出装置の動作について説明する。まず、所望のパターニングデータに対応して電荷付与ヘッド１００がＸＹ２次元の駆動をするが、その際、電荷付与ヘッド１００の先端と絶縁性基板２０との間の距離を常に５μｍ以下に保持しながら、電源１１０によって電荷付与ヘッド１００の先端に電圧を与え、コロナ放電を発生させる。
【０１０１】
電荷付与ヘッド１００の先端への印加電圧は、その先端径により異なるが基本的に先端径がφ５μｍ以下であれば４００Ｖ以上で放電が可能である。そして、放電された電荷は、電荷付与ヘッド１００の先端と絶縁性基板２０との間の電界力により、絶縁性基板２０上の電荷付与ヘッド１００の真下に付着し、付着電荷５０となる。
【０１０２】
このような放電作用を電荷付与ヘッド１００をＸＹ走査させながら行うことで、絶縁性基板２０上にパターニングデータに基づいた所望の付与電荷パターンが形成される。そして次に、付着電荷５０にてパターニングされた部分の真上から、流体吐出ヘッド２００を近づけてヘッド先端と絶縁性基板２０表面との距離を３０〜２００μｍに保ちながら、付着電荷５０とは逆極性の電圧を駆動電極２１０に印加して流体吐出を行うことにより、付着電荷５０による引き込み電界力が作用して、より鮮明な微細パターンを形成することができる。
【０１０３】
また、図７に示すように、流体吐出時の駆動電圧は、付着電荷５０による表面電位に依存し、予め付着電荷量を多くすることにより駆動電圧を低減することが可能である。
【０１０４】
以上のように本実施の形態１に係る静電吸引型流体吐出装置の構成では、絶縁性基板２０に対して流体吐出前に予め描画すべき箇所に駆動電圧極性とは逆極性の電荷を付与することにより、駆動電圧を低下することができ、且つ鮮明な微細流体吐出による微細パターニング形成を行うことができる。
【０１０５】
〔実施の形態２〕
実施の形態２に係る静電吸引型流体吐出装置の構成を図８に示す。本実施の形態２については、上記実施の形態１と同じ部分の説明は省略し、異なる部分のみを説明する。本実施の形態２では、装置構成は上記実施の形態１と同じである。但し、実施の形態１に係る静電吸引型流体吐出装置の場合、電荷付与ヘッド１００が絶縁性基板２０に付与する電荷が流体吐出の駆動電圧極性とは逆極性の電荷であったのに対し、本実施の形態２の場合、絶縁性基板２０に付与される電荷の極性は流体吐出の駆動電圧極性と同極性である点で異なる。
【０１０６】
実施の形態２の動作について説明すると以下の通りである。まず、所望のパターニングデータに応じて電荷付与ヘッド１００がＸＹの２次元駆動をするが、その際、電荷付与ヘッド１００の先端が所望のパターニングポイントに対して数μｍ〜１０μｍ外れた周辺位置全体を走査するようにプログラムされている。そして電荷付与ヘッド１００の先端と絶縁性基板２０との間の距離を常に５μｍ以下に保持しながらヘッド先端に電圧を与え、コロナ放電を発生させる。ヘッド先端への印加電圧は、先端径により異なるが基本的に先端径がφ５μｍ以下であれば４００Ｖ以上で放電が開始する。
【０１０７】
そして、放電された電荷は電荷付与ヘッド１００の先端と絶縁性基板２０との間の電界力により、絶縁性基板２０上に付着し付着電荷５０となる。このような放電作用を電荷付与ヘッド１００をＸＹ走査させながら行うことで、最終的に、所望のパターンの周辺を囲むような付着電荷パターンを絶縁性基板２０上に形成することができる。
【０１０８】
次に、電荷パターニングで囲まれた所望のパターン部分の真上に、流体吐出ヘッド２００を近づけてヘッド先端と絶縁性基板２０表面との距離を３０〜２００μｍに保ちながら、付着電荷５０と同極性の電圧を印加して流体吐出を行う。これにより、吐出された流体は絶縁性基板２０上に着弾する直前で、付着電荷５０による反発電界力を横方向に受け、所望パターン部分に集中する方向に液滴が着弾することで、その微細パターンをより鮮明に形成することができる。
【０１０９】
以上、本実施の形態２に係る構成では、流体吐出の駆動電圧極性と同極性の付着電荷５０を絶縁性基板２０に予め与えることにより、付着電荷５０の反発力を横方向に受けて、所望のポイントの周辺に吐出流体が着弾するのを抑制してパターンをより鮮明にし、さらに、その付着電荷５０の着弾位置を最適化することにより、所望パターンのライン幅及びドット径を最小にすることが可能である。
【０１１０】
〔実施の形態３〕
実施の形態３に係る静電吸引型流体吐出装置の構成を図９に示す。本実施の形態２については、上記実施の形態１と同じ部分の説明は省略し、異なる部分のみを説明する。
【０１１１】
実施の形態３では、絶縁性基板２０の材料として感光性材料を用いている。そして、上記絶縁性基板２０に電荷を付与する手段としては、実施の形態１および２のような針状の電荷付与ヘッドを用いるのではなく、絶縁性基板２０の表面全体を一様に帯電させることのできるコロナチャージャ等の一様電荷付与システム（図示せず）が用いられる。
【０１１２】
また、表面全体を一様に帯電された絶縁性基板２０に対し、所望のパターンにて除電を行う除電機構としてレーザユニット３００が設置されている。レーザユニット３００は電子写真技術で使用されるポリゴンミラーやｆθレンズ、シリンドリカルレンズ等で構成されている。
【０１１３】
次に、本実施の形態３の動作について説明する。まず、一様電荷付与システムにより絶縁性基板２０の上に一様に電荷が付与される。このような電荷付与手段としてコロナ放電が使用される場合は、絶縁性基板２０上に与える電荷の表面電位をコロナ帯電器のスリット電圧で制御して所望の電荷量を付与することができる。
【０１１４】
そして、一様電荷が付与された感光性材料からなる絶縁性基板２０に対し、レーザユニット３００にて所望のパターン部分にのみレーザ３１０を照射することで除電が行われる。その際のレーザスポット径は最小で５μｍ程度まで絞ることができる。そのため、針電極による電荷付与方式に比べて精度の高い除電パターンの形成が可能である。
【０１１５】
そして、実施の形態２と同様に、付着電荷５０で囲まれた所望の除電パターン部分に、流体吐出ヘッド２００を近づけてヘッド先端と絶縁性基板２０表面との距離を３０〜２００μｍに保ちながら、付着電荷５０とは同極性の電圧を印加して流体吐出を行うことにより、付着電荷５０から横方向に反発電界力を受けて、より鮮明に微細パターンを形成することができる。
【０１１６】
本実施の形態３に係る構成では、有機感光体である絶縁性基板２０を用い、該絶縁性基板に対して、一様帯電機構とレーザによる除電機構とを組み合わせて使用することにより、より高精度な除電パターンを形成することができ、吐出の乱れを生じることなく、除電パターン上に的確に吐出流体を着弾させることが可能になる。
【０１１７】
〔実施の形態４〕
実施の形態４に係る静電吸引型流体吐出装置の構成を図１０に示す。本実施の形態２については、上記実施の形態１と同じ部分の説明は省略し、異なる部分のみを説明する。
【０１１８】
実施の形態４に係る静電吸引型流体吐出装置の基本構成は、実施の形態２に係る静電吸引型流体吐出装置の構成と同じである。すなわち、図１０に示す電荷付与は、実施の形態２に示すように針電極によるコロナ放電や、微細パターン電極による接触帯電などで行われる。但し、実施の形態２は所望のパターン部周辺に吐出流体に印加する電圧と同極性の電荷を付与するものであったが、本実施の形態４では所望のパターン部の非描画部分に電荷を付与する。
【０１１９】
次に、本実施の形態４の動作について説明する。まず、コロナ帯電などの電荷付与手段（図１または図８に示す電荷付与ヘッド１００等が使用可能）により予め絶縁基板２０上に付着電荷５０を与え、該付着電荷５０によって所望の非描画パターンを形成する。そして、その上から、所望の描画パターンを流体吐出ヘッド２００を用いて形成するが、その際、非描画パターンを形成する付着電荷５０上では、選択的に反発電界力を受けるので吐出流体が絶縁性基板２０上に着弾することができない。このため、流体吐出ヘッド２００内部の駆動電圧を停止することなく描画パターンの合間に非描画パターンを形成することが可能である。
【０１２０】
すなわち、上記付着電荷５０によって形成される非描画パターンは、連続した流体吐出によって形成される描画パターンが、一旦途切れるような箇所において形成される。
【０１２１】
非描画パターンの形成条件は、付着電荷５０による絶縁性基板２０上の表面電位と流体吐出ヘッド２００の駆動電圧との電位差を考慮し、例えば、絶縁性基板２０がポリイミドの場合、その電位差を３３０Ｖ未満に設定しておけば非描画領域を形成することができる。また、非描画領域の大きさは、絶縁性基板２０上の表面電位と流体吐出ヘッド２００の駆動電圧との電位差の大きさにより制御することができる。
【０１２２】
本実施の形態４に係る構成では、絶縁性基板２０上に予め非描画領域に対応したパターンの電荷を流体吐出電圧と同極性で与えることにより、流体吐出ヘッド２００の停止を行うことなしに非描画領域を的確に形成することができ、さらには、付与電荷５０の表面電位とヘッドの駆動電圧との差を制御することによって、非描画領域の大きさを制御することができる。
【０１２３】
〔実施の形態５〕
実施の形態５に係る静電吸引型流体吐出装置の構成を図１１に示す。本実施の形態２については、上記実施の形態１と同じ部分の説明は省略し、異なる部分のみを説明する。
【０１２４】
本実施の形態５に係る静電吸引型流体吐出装置は、既にパターニングされている導電パターン７０を有する絶縁性基板２０に対し、導電パターン７０のライン上の重ね塗り、もしくはライン同士の連結のための流体吐出を高精度に行うことを目的とするものである。
【０１２５】
上記静電吸引型流体吐出装置にて、ラインの重ね塗り、またはライン同士の連結を行う場合には、絶縁性基板２０上にパターニングされた導電パターン７０の端に共通電極８０が配置される。この共通電極８０は、静電吸引型流体吐出装置が備えるものであり、絶縁性基板２０に対する描画実施時に導電パターン７０の端部に接触するように置かれるものである。共通電極８０には電圧制御が可能になるように電源９０が繋がれている。
【０１２６】
次に、実施の形態５の動作について説明する。図１１に示すように、電源９０から共通電極８０に電圧を印加し、さらに、流体吐出ヘッド２００に共通電極８０に対して逆極性の電圧を印加すると、共通電極８０に接触した導電パターン７０に対して集中して流体の吐出が行われる。
【０１２７】
この時、共通電極８０と流体吐出ヘッド２００の駆動電極２１０との間の電位差が大きいほど、導電パターン７０上への吐出の集中度が大きくなり、特に、導電パターン７０上への重ね塗り吐出パターン７１や、導電パターン７０同士の連結パターン７２を描画する際に有効となる。
【０１２８】
また、導電パターン７０同士を連結する際、連結部分の接触抵抗値をできるだけ下げるために連結部分の吐出量を少し大きくして、ラインの重なり部分の面積を大きくすることが好ましいが、その吐出量は共通電極８０への印加電圧により制御することができる。
【０１２９】
本実施の形態５に係る構成では、絶縁基板２０上に存在する導電パターン７０に予め電圧を印加することにより、導電パターン７０上への吐出を集中して行うことができ、ラインの重ね塗りやライン同士の連結の描画精度を向上することができる。
【０１３０】
尚、上記実施の形態１〜４では、流体吐出ヘッド２００内部の駆動電極２１０に印加される電圧を駆動電圧として説明したが、実際、駆動力として必要な電圧はヘッド内部の電極２１０に印加された信号電圧とステージ１０側に印加された電圧の電位差であるため、各電極の信号形態は任意で構わない。また、駆動電圧の符号は、正負どちらでも構わない。
【０１３１】
【発明の効果】
本発明の静電吸引型流体吐出装置は、以上のように、上記ノズルの流体噴出孔は、そのノズル径が０．０１〜２５μｍであると共に、上記基板が絶縁性基板であり、該絶縁性基板の表面に所定のパターンにて電荷を付与する電荷付与手段を備えている構成である。
【０１３２】
それゆえ、ノズルの流体噴出孔径（ノズル径）を０．０１〜２５μｍの微細径とする場合、微細ノズル化により吐出における駆動電圧の低下が可能となる。このような駆動電圧の低下は、装置の小型化およびノズルの高密度化において極めて有利となるといった効果を奏する。
【０１３３】
さらに、吐出に必要な電界強度は、局所的な集中電界強度に依存することになるため、対向電極を要さずに絶縁性基板などに対しても印字を行うことが可能となり、装置構成の自由度が増すといった効果を奏する。
【０１３４】
さらに、上記電荷付与手段が、吐出流体によるパターン描画前に該絶縁性基板の表面に所定のパターンにて電荷を付与することで、この電荷パターンによって、微細ノズルから吐出される流体によって描画されるパターンの乱れや、吐出不良が防止され、安定した微細パターンを形成することができるといった効果を奏する。
【０１３５】
また、上記静電吸引型流体吐出装置では、上記電荷付与手段は、感光性材料からなる絶縁性基板に対して電荷を付与するものであり、上記絶縁性基板の表面を一様に帯電させる一様帯電手段と、一様帯電された上記絶縁性基板の表面に所定のパターンにてレーザ照射を行い、レーザ照射された箇所の除電を行う除電手段とを備えている構成とすることができる。
【０１３６】
それゆえ、レーザ照射によって形成される描画パターン領域は、レーザスポット径は最小で５μｍ程度まで絞ることができるため、例えば針電極等による電荷付与方式に比べて精度の高いパターン形成が可能となるといった効果を奏する。
【０１３７】
また、本発明の他の静電吸引型流体吐出装置は、以上のように、上記ノズルの流体噴出孔は、そのノズル径が０．０１〜２５μｍであると共に、上記基板が絶縁性基板であり、導電材がパターニングされた該絶縁性基板に対して接触配置可能であり、流体吐出時に該絶縁性基板上の導電部に電圧を印加する電圧印加手段を備えている構成である。
【０１３８】
それゆえ、絶縁性基板上に既にパターニングされている導電パターンがある場合、該導電パターンとなる導電部に対し電圧印加手段を接触配置させ、導電部に電圧を印加しながら流体吐出を行うことで、導電パターン上への吐出の集中度が大きくなり、特に、導電パターンのライン上への重ね塗りや、導電パターンのライン同士の連結を行う際に有効となるといった効果を奏する。
【０１３９】
また、本発明の描画パターン形成方法は、以上のように、上記ノズルの流体噴出孔は、そのノズル径が０．０１〜２５μｍであると共に、上記基板が絶縁性基板であり、該絶縁性基板に対し、吐出流体の吐出前に、描画パターンを形成すべき箇所に、予め吐出流体を帯電させるための駆動電圧極性とは逆極性の電荷を付与することで電荷パターンを形成し、上記電荷パターンの上に流体吐出を行うことによって吐出流体による描画パターンを形成する構成である。
【０１４０】
それゆえ、吐出流体の吐出前に、駆動電圧極性とは逆極性の電荷により、描画パターンと同一の箇所に電荷パターンを形成し、この電荷パターンの真上から流体吐出を行うことにより、付与電荷による引き込み電界力が作用して、より鮮明な微細パターンを形成することができるといった効果を奏する。
【０１４１】
また、本発明の他の描画パターン形成方法は、以上のように、上記ノズルの流体噴出孔は、そのノズル径が０．０１〜２５μｍであると共に、上記基板が絶縁性基板であり、該絶縁性基板に対し、吐出流体の吐出前に、描画パターンを形成すべき箇所の周囲に、予め吐出流体を帯電させるための駆動電圧極性とは同極性の電荷を付与することで電荷パターンを形成し、上記電荷パターンにて囲まれた描画パターン形成領域上に流体吐出を行うことによって吐出流体による描画パターンを形成する構成である。
【０１４２】
それゆえ、吐出流体の吐出前に、駆動電圧極性とは同極性の電荷により所望の描画パターンの周辺を囲むような電荷パターンを形成し、この電荷パターンで囲まれた所望の描画パターン部分の真上から流体吐出を行うことにより、描画パターン部分に集中する方向に液滴が着弾し、その微細パターンをより鮮明に形成することができるといった効果を奏する。
【０１４３】
また、上記描画パターン形成方法では、感光性材料からなる絶縁性基板を用い、上記電荷パターンは、上記絶縁性基板の表面を一様に帯電させた後、一様帯電された絶縁性基板の表面に所定のパターンにてレーザ照射を行い、レーザ照射された箇所の除電を行うことによって形成される構成とすることができる。
【０１４４】
それゆえ、レーザ照射によって形成される描画パターン領域は、レーザスポット径は最小で５μｍ程度まで絞ることができるため、例えば針電極等による電荷付与方式に比べて精度の高いパターン形成が可能となるといった効果を奏する。
【０１４５】
また、本発明のさらに他の描画パターン形成方法は、以上のように、上記ノズルの流体噴出孔は、そのノズル径が０．０１〜２５μｍであると共に、上記基板が絶縁性基板であり、該絶縁性基板に対し、吐出流体の吐出前に、描画パターンを形成しない非描画領域に、予め吐出流体を帯電させるための駆動電圧極性とは同極性の電荷を付与することで電荷パターンを形成し、上記流体吐出への電圧印加を上記非描画領域の上でも停止することなく描画パターンを形成する構成である。
【０１４６】
それゆえ、上記非描画領域に形成される電荷パターンは、連続した流体吐出によって形成される描画パターンが、一旦途切れるような箇所において形成され、該電荷パターンを流体吐出電圧と同極性で与えることにより、流体吐出の停止を行うことなしに非描画領域を的確に形成することができるといった効果を奏する。
【０１４７】
また、本発明のさらに他の描画パターン形成方法は、以上のように、上記ノズルの流体噴出孔は、そのノズル径が０．０１〜２５μｍであると共に、上記基板が絶縁性基板であり、該絶縁性基板の導電材による第１の描画パターンがすでに形成されている状態で、第１の描画パターンの上からさらに第２の描画パターンを形成する際、第１の描画パターンを形成する導電部に電圧を印加しながら第２の描画パターンを形成することを特徴としている。
【０１４８】
それゆえ、絶縁性基板上に既にパターニングされている第１の描画パターンがある場合、該第１の描画パターンとなる導電部に対し電圧を印加しながら流体吐出を行うことで、第１の描画パターン上への吐出の集中度が大きくなり、特に、第１の描画パターンにおけるライン上への重ね塗りや、ライン同士の連結を行う際に有効となるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであり、実施の形態１に係る静電吸引型流体吐出装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の基本となる吐出モデルにおいて、ノズルの電界強度の計算を説明するための図である。
【図３】表面張力圧力および静電的圧力のノズル径依存性のモデル計算結果を示すグラフである。
【図４】吐出圧力のノズル径依存性のモデル計算結果を示すグラフである。
【図５】吐出限界電圧のノズル径依存性のモデル計算結果を示すグラフである。
【図６】吐出開始電圧のノズル径依存性を実験的に求めた結果を示すグラフである。
【図７】付着電荷の表面電位と流体吐出における駆動最低電圧との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態２に係る静電吸引型流体吐出装置の概略構成を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係る静電吸引型流体吐出装置の概略構成を示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態４に係る静電吸引型流体吐出装置の概略構成を示す斜視図である。
【図１１】
本発明の実施の形態５に係る静電吸引型流体吐出装置の概略構成を示す斜視図である。
【図１２】
静電吸引型流体吐出装置における静電曳き糸現象による吐出流体の成長原理を示す図である。
【符号の説明】
２０    絶縁性基板
５０    付着電荷
８０    共通電極（電圧印加手段）
１００    電荷付与ヘッド（電荷付与手段）
２００    流体吐出ヘッド
３００    レーザユニット（除電手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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