(57)【要約】【課題】  液滴量等の射出の安定性の向上又は射出性能の均一化を図る。【解決手段】  帯電した溶液の液滴を基材に吐出する液体吐出装置１０であって、液滴を吐出する吐出部２１及び当該吐出部に通じるキャビティ２８とを備える液体吐出ヘッド２０と、液体吐出ヘッド２０内の溶液に吐出電圧を印加する吐出電圧印加手段と、キャビティ２８内の容積を変化させて吐出部２１に吐出側に突出した溶液のメニスカスを形成するメニスカス形成手段５０と、を備え、メニスカス形成手段５０は、キャビティ２８内に容積変化を付与する低圧電型の圧電アクチュエータ５１を有している。【選択図】図１
2005136151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯電した溶液の液滴を基材に吐出する液体吐出装置であって、
前記液滴を吐出する吐出部及び当該吐出部に通じるキャビティとを備える液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッド内の溶液を吐出させる吐出電圧を印加する吐出電圧印加手段と、
前記キャビティ内の容積を変化させて前記吐出部に吐出側に突出した溶液のメニスカスを形成するメニスカス形成手段と、を備え、
前記メニスカス形成手段は、前記キャビティ内に容積変化を付与する低圧電型の圧電アクチュエータを有することを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
前記低圧電型の圧電アクチュエータが単位電圧当たりの前記キャビティに付与する容積変化量を0.005〜1.25[pl/V]とすることを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
【請求項３】
前記低圧電型の圧電アクチュエータの圧電素子を、ゾルゲル法、水熱法又は、スパッタ、ＣＶＤ等の気相法で形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の液体吐出装置。
【請求項４】
前記低圧電型の圧電アクチュエータは、その振動板の厚みを2[μm]以下、当該振動板に積層する圧電材の厚みを10[μm]以下とし、且つ、そのd31圧電定数が1〜80[pC/N]であることを特徴とする請求項１，２又は３記載の液体吐出装置。
【請求項５】
前記低圧電型の圧電アクチュエータは、そのd31圧電定数が10〜50[pC/N]であることを特徴とする請求項４記載の液体吐出装置。
【請求項６】
前記低圧電型の圧電アクチュエータは、そのｄ33圧電定数が1〜250[ｐＣ／Ｎ]であることを特徴とする請求項１，２又は３記載の液体吐出装置。
【請求項７】
前記低圧電型の圧電アクチュエータは、鉛不使用の圧電材を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか一に記載の液体吐出装置。
【請求項８】
帯電した溶液の液滴を基材に吐出する液体吐出装置であって、
前記液滴を吐出する吐出部及び当該吐出部に通じるキャビティとを備える液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッド内の溶液を吐出させる吐出電圧を印加する吐出電圧印加手段と、
前記キャビティ内の容積を変化させて前記吐出部に吐出側に突出した溶液のメニスカスを形成するメニスカス形成手段と、を備え、
前記メニスカス形成手段は、前記キャビティ内に容積変化を付与する静電アクチュエータを有し、前記静電アクチュエータは単位電圧当りの前記キャビティに付与する容積変化量が0.005〜1.25[pl/V]であることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項９】
吐出部の形成された部材の基材側表面に絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
【請求項１０】
吐出部の形成された部材の溶液接液表面に絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一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、基材に液体を吐出する液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
導電性のインクに電荷を注入し、電界の作用によりインクの液滴を吐出する静電吸引方式のインクジェット記録装置として、特許文献１又は２に記載のものが挙げられる。かかるインクジェット記録装置は、先端部からインクを吐出するノズル及び当該ノズルに通じるキャビティとを備える高密度集積ヘッドと、ノズル内の溶液に吐出電圧を印加する吐出電圧印加手段と、キャビティ内に容積変化を与えてノズル先端部にメニスカスを形成する圧電アクチュエータであるピエゾ素子と、を備え、1ビットにつき一つのノズル及びピエゾ素子を備えている。
そして、このインクジェット記録装置は、ピエゾ素子に対してメニスカス形成に要する電圧のみを印加し、吐出に要する電圧は吐出電圧印加手段の吐出電圧により印加することを特徴としている。
【特許文献１】特開平５−２７８２１２号公報
【特許文献２】特開２００２−１２７４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来例で採用されていた圧電アクチュエータとしてのピエゾ素子の材料は、ペロブスカイト結晶構造（ＡＢＯ3）をとる鉛系複合酸化物で、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3すなわちＰＺＴで代表される圧電体セラミックスであり、このＰＺＴを主成分として、Ｓｒ，Ｎｂ，Ｌａ，Ｂｉ等種々の添加物を加えたものが使用されている。Ｐｂ（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ3系固溶体にさらに複合ペロブスカイト酸化物であるＰｂ（ＭｇｘＮｂｙ）Ｏ3（ｘ＝１／３、ｙ＝２／３）等を固溶させたセラミックス、あるいはＰｂＴｉＯ3系のセラミックスも使用されていた。
【０００４】
上記従来例にあっては、圧電アクチュエータは、メニスカス形成が可能となる容積変化をキャビティに与えれば足りるので、吐出に至るまでの容積変化をキャビティに付与する必要がなくなるという利点を備えている。しかしながら、インク吐出時において、容積変化により吐出を行う場合には、約数[Ｍpa]の圧力が必要となるのに対し、インクメニスカスを形成するために必要な圧力は、数[kPa]から数10[kPa]と、従来の圧電アクチュエータを使用するインクジェット記録装置に対して約1/100〜1/1000と非常に微小な圧力を制御する必要がある。
【０００５】
そして、従来採用されていたＰＺＴで代表されるピエゾ材料を使用する圧電アクチュエータでは、その圧電性能は例えばｄ31定数にして100〜200[pC/N]と大きく、微小な圧力を発生させる為には微小な電圧を制御する必要が発生し、制御を難しくする。その結果、射出液滴量がばらついたり、射出が不安定になるという不都合を生じていた。
また、印加する電圧が微小である為、微小なノイズにも影響されやすく、さらに、一般に高圧電性材料は組成変化による圧電性能の変化が大きく、微小電圧を制御し駆動しようとした場合は製造時のロット変動、チャネル間の不均一による圧電材組成の微妙な変化による圧電性能変動を受けやすいために圧電アクチュエータごとに吐出性能の均一化が困難となるという不都合があった。
【０００６】
本発明は、液滴量等の射出の安定性の向上又は射出性能の均一化を図ることをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、帯電した溶液の液滴を基材に吐出する液体吐出装置であって、液滴を吐出する吐出部及び当該吐出部に通じるキャビティとを備える液体吐出ヘッドと、液体吐出ヘッド内の溶液を吐出させる吐出電圧を印加する吐出電圧印加手段と、キャビティ内の容積を変化させて吐出部に吐出側に突出した溶液のメニスカスを形成するメニスカス形成手段と、を備え、メニスカス形成手段は、キャビティ内に容積変化を付与する低圧電型の圧電アクチュエータを有する、という構成を採っている。
本発明において、「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。
【０００８】
上記構成では、メニスカス形成手段により吐出部において溶液が吐出側に盛り上がった状態（凸状メニスカス）が形成される。かかる凸状メニスカスの形成のためには、キャビティ内容積を吐出部から液滴がこぼれ落ちない範囲で収縮させる等の方法が採られる。
そして、吐出部の凸状メニスカスの形成前又は同時に、液体吐出ヘッド内の溶液に対して吐出電圧印加手段により吐出電圧が印加される。この吐出電圧は、単独では液滴吐出が行われず、凸状メニスカス形成手段によるメニスカス形成との協働により吐出が可能となる範囲に設定することが望ましい。
これにより、凸状メニスカスを形成する駆動電圧により凸状メニスカスが吐出部に形成されると、凸状メニスカスの突出先端部から溶液の液滴が基材の受け面に対して垂直方向に飛翔し、基材の受け面上には溶液のドットが形成される。
【０００９】
そして、本発明の構成では、低圧電型の圧電アクチュエータを使用していることから、その印加電圧に対する圧電効果による変形量を通常よりも小さくすることができ、キャビティ内の微小な容積変化を従来よりも高電圧で制御することができる。このため、微小な電圧での制御を不要とし、射出液滴量のばらつきを抑制し、射出の安定化を図ることができ、微小ノイズによる影響も低減することができる。
また、高圧電性材料を使用する圧電アクチュエータのような材料の組成変化、ロット変動又はチャネル間の不均一等を原因とする圧電性能変動を抑制し、圧電アクチュエータごとの吐出性能のバラツキを抑制する。
なお、「低圧電型」とは、具体的には請求項２，４，５又は６の少なくともいずれか一つで規定される条件を具備することで単位印加電圧当たりの変形量を低減させることを示すものとする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、低圧電型の圧電アクチュエータが単位電圧当たりのキャビティに付与する容積変化量を0.005〜1.25 [pl/V]とする、という構成を採っている。
上記構成にあっては、特に、吐出部の吐出先端部における内部直径を5〜20[μm]の範囲とした場合において、キャビティに付与する容積変化量を0.005〜1.25 [pl/V]とすることにより、射出液滴量のばらつきを抑制し、射出の安定化を図ることができ、微小ノイズによる影響も低減することができる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明と同様の構成を備えると共に、低圧電型の圧電アクチュエータの圧電素子を、ゾルゲル法、水熱法又はスパッタ、ＣＶＤ等の気相法で形成する、という構成を採っている。
上記ゾルゲル法、水熱法又はスパッタ、ＣＶＤ等の気相法以外の圧電素子の形成方法として、圧電材を研磨加工した後に振動板に貼り付ける方法もあるが、薄膜圧電材は材料の脆さより50[μm]以上の厚みがなければ扱いが難しく接着が困難となり、接着による密着性不良が発生しやすいというデメリットがある。従って、上記ゾルゲル法、水熱法又はスパッタ、ＣＶＤ等の圧電素子形成で用いられる気相法を採用することにより、圧電材料の密着性と生産性の向上が図られる。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１，２又は３記載の発明と同様の構成を備えると共に、低圧電型の圧電アクチュエータは、その振動板の厚みを2[μm]以下、当該振動板に積層する圧電材の厚みを10[μm]以下とし、且つ、そのd31圧電定数が1〜80[pC/N]である、という構成を採っている。
また、請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明と同様の構成を備えると共に、低圧電型の圧電アクチュエータは、そのd31圧電定数が10〜50[pC/N]である、という構成を採っている。
【００１３】
振動板に圧電材薄膜を積層し電界歪みにより振動させる圧電アクチュエータにおいて、圧電材の圧電性能はｄ31定数で表現される。厚み２μｍ以下の振動板に１０μ以下の圧電材を積層したものにおいては、ｄ31定数にして1〜80[pC/N]の範囲が、射出液滴量のばらつきの抑制、射出の安定化、微小ノイズによる影響の低減を図ることができる。
また、d31圧電定数を10〜50[pC/N]の範囲とすることで、より射出液滴量のばらつきの抑制、射出の安定化、微小ノイズによる影響の低減を図ることができる。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項１，２又は３記載の発明と同様の構成を備えると共に、低圧電型の圧電アクチュエータは、そのｄ33圧電定数が1〜250[ｐＣ／Ｎ]である、という構成を採っている。
圧電アクチュエータが圧電材自身の伸縮にてキャビテイの容積変化を付与する場合、圧電材の圧電性能はｄ33定数で表現され、d33圧電定数を1〜250[ｐＣ／Ｎ]の範囲とすることで射出液滴量のばらつきの抑制、射出の安定化、微小ノイズによる影響の低減を図ることができる。
【００１５】
請求項７記載の発明は、請求項１から６のいずれか一に記載の発明と同様の構成を備えると共に、低圧電型の圧電アクチュエータは、鉛不使用の圧電材を有する、という構成を採っている。
上記構成にあっては、圧電アクチュエータについて高い圧電性能が求められないことから、鉛を含む圧電材料の使用を回避でき、これにより、安全性、環境への影響を小さくすることができる。
【００１６】
請求項８記載の発明は、帯電した溶液の液滴を基材に吐出する液体吐出装置であって、液滴を吐出する吐出部及び当該吐出部に通じるキャビティとを備える液体吐出ヘッドと、液体吐出ヘッド内の溶液を吐出させる吐出電圧を印加する吐出電圧印加手段と、キャビティ内の容積を変化させて吐出部に吐出側に突出した溶液のメニスカスを形成するメニスカス形成手段と、を備え、メニスカス形成手段は、キャビティ内に容積変化を付与する静電アクチュエータを有し、静電アクチュエータは単位電圧当りのキャビティに付与する容積変化量を0.005〜1.25[pl/V]とする、という構成を採っている。
本発明において、「基材」とは請求項１記載の発明と同様である。また、「静電アクチュエータ」とは静電気力を駆動源とするアクチュエータをいう。
【００１７】
上記構成では、メニスカス形成手段の静電アクチュエータにより、吐出部から液滴がこぼれ落ちない範囲でキャビティを収縮させ、吐出部に凸状メニスカスを形成する。
そして、吐出部の凸状メニスカスの形成前又は同時に、液体吐出ヘッド内の溶液に対して吐出電圧印加手段により吐出電圧が印加される。この吐出電圧は、単独では液滴吐出が行われず、凸状メニスカス形成手段によるメニスカス形成との協働により吐出が可能となる範囲に設定することが望ましい。
これにより、凸状メニスカスの突出先端部から溶液の液滴が基材の受け面に対して垂直方向に飛翔し、基材の受け面上には溶液のドットが形成される。
そして、本発明の構成では、容積変化量を0.005〜1.25 [pl/V]とする静電アクチュエータを使用していることから、キャビティ内の微小な容積変化を従来の圧電アクチュエータを使用する場合よりも高電圧で制御することができる。このため、微小な電圧での制御を不要とし、射出液滴量のばらつきを抑制し、射出の安定化を図ることができ、微小ノイズによる影響も低減することができる。
また、高圧電性材料を使用する圧電アクチュエータのような材料の組成変化、ロット変動又はチャネル間の不均一等を原因とする圧電性能変動を抑制し、圧電アクチュエータごとの吐出性能のバラツキを抑制する。
【００１８】
請求項９記載の発明は、吐出部の形成された部材の基材側表面に絶縁膜を形成する構成とし、請求項１０記載の発明は、吐出部の形成された部材の溶液接液表面に絶縁膜が形成されている、という構成を採っている。上記「吐出部の形成された部材の基材側表面」とは、吐出部の溶液吐出側における開口部の周囲がこれに該当する。また、「吐出部の形成された部材の溶液接液表面」とは、キャビティ内の内壁面やキャビティから吐出部に至るまでの溶液の通過経路の内面がこれに該当する。
上記各構成にあっては、吐出部の形成された部材の基材側表面又は溶液接液表面が絶縁されるため、溶液への帯電の高効率化が図られる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、吐出部に溶液のメニスカスを形成するために、低圧電型の圧電アクチュエータを使用していることから、その印加電圧に対する圧電効果による変形量を従来よりも小さくすることができ、キャビティ内の微小な容積変化を従来よりも高電圧で制御することができる。このため、微小な電圧での制御を回避し、射出液滴量のばらつきの抑制、射出の安定化を図ることが可能となると共に、微小ノイズによる影響を低減することが可能となる。
また、低圧電性の圧電アクチュエータを使用することから、高圧電性材料を使用する圧電アクチュエータのような材料の組成変化、ロット変動又はチャネル間の不均一等による圧電性能変動を生じにくく、圧電アクチュエータごとの吐出性能の均一化を図ることが可能となる。
【００２０】
また、圧電アクチュエータが単位電圧当たりのキャビティに付与する容積変化量を0.005〜1.25[pl/V]とすることで、特に、吐出部の吐出先端部における内部直径を5〜20[μm]の範囲とした場合において、液適量及び応答性の安定化を図ることが可能となる。
また、圧電アクチュエータの圧電素子を、ゾルゲル法、水熱法又はスパッタ、CVD等の気相法で形成することにより、研磨加工した圧電材を振動板に貼り付ける方法と比して、圧電材料の密着性と生産性の向上を図ることが可能となる
【００２１】
また、振動板に圧電材薄膜を積層し電界歪みにより振動させる圧電アクチュエータを使用する場合にあっては、振動板の厚みを2[μm]以下、圧電材の厚みを10[μm]以下とし、且つ、そのd31圧電定数が1〜80[pC/N]とすることで、射出液滴量のばらつきの抑制、射出の安定化、微小ノイズによる影響の低減を図ることが可能となり、d31圧電定数を10〜50[pC/N]の範囲とすることで、より射出液滴量のばらつきの抑制、射出の安定化、微小ノイズによる影響の低減を図ることが可能となる。
【００２２】
また、圧電アクチュエータが圧電材自身の伸縮にてキャビテイの容積変化を付与する場合にあっては、圧電材の圧電性能を示すd33圧電定数を1〜250[ｐＣ／Ｎ]の範囲とすることで射出液滴量のばらつきの抑制、射出の安定化、微小ノイズによる影響の低減を図ることが可能となる。
また、本発明は、圧電アクチュエータについて高い圧電性能が求められないことから、鉛不使用の圧電材を用いた圧電アクチュエータを使用することができ、その場合、安全性、環境への影響の低減を図ることが可能となる。
【００２３】
また、キャビティに付与する容積変化量が0.005〜1.25[pl/V]である静電アクチュエータを使用する場合にあっては、微小な電圧での制御を回避し、射出液滴量のばらつきの抑制、射出の安定化を図ることが可能となると共に、微小ノイズによる影響を低減することが可能となる。
また、上記静電アクチュエータを使用することから、高圧電性材料を使用する圧電アクチュエータのような材料の組成変化、ロット変動又はチャネル間の不均一等による圧電性能変動を生じにくく、圧電アクチュエータごとの吐出性能の均一化を図ることが可能となる。
【００２４】
また、吐出部の形成された部材の基材側表面に絶縁膜を形成する構成とした場合、又は吐出部の形成された部材の溶液接液表面に絶縁膜を形成する構成とした場合には、かかる絶縁処理により、溶液への帯電の高効率化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（液体吐出装置の全体構成）
以下、本発明の実施形態である液体吐出装置１０について図１乃至図３に基づいて説明する。図１は液体吐出装置１０の概略構成を示すブロック図であり、図２は後述する吐出ヘッド２０の吐出時における液体吐出装置１０のブロック図である。
この液体吐出装置１０は、帯電した溶液の液滴を基材Ｋに吐出する吐出部としての吐出口２１及び当該吐出口２１に通じるキャビティ２８とを備える液体吐出ヘッド２０と、吐出ヘッド２０内のキャビティ２８に溶液を供給する溶液供給手段３０と、吐出ヘッド２０内の溶液を吐出させる吐出電圧を印加する吐出電圧印加手段４０と、キャビティ２８内の容積を変化させて吐出口２１から吐出側に突出した溶液のメニスカスを形成するメニスカス形成手段５０と、を備えている。
なお、説明の便宜上、図１では吐出口２１が上方を向いた状態で図示されているが、実際上は、吐出口２１が水平方向か或いはそれよりも下方、より望ましくは垂直下方に向けた状態で使用される。
以下各部について詳細に説明する。
【００２６】
（吐出ヘッド）
上記吐出ヘッド２０には、丸穴状の複数（簡単のため図では２つ）の吐出口２１と、各吐出口２１に個別に通じると共に溶液を貯留するためのキャビティ２８とが形成されている。
上記吐出口２１は、溶液が通過する方向に沿ってその内部直径が均一に形成されている。具体的な各部の寸法の一例を挙げると、吐出口２１の内部直径は、30[μm]以下、さらに20[μm]未満、さらに10[μm]以下が好ましい。なお、吐出口２１はその内径が溶液通過方向に沿って均一でなくても良く、例えば、先細となるようにテーパを設けても良い。
【００２７】
上記キャビティ２８は溶液流路２２を介して、溶液供給手段３０に接続されている。溶液供給手段３０は、溶液を貯留するカートリッジ３１とこのカートリッジ３１を溶液流路２２に接続する配管３２とを備え、キャビティ２８が所定圧力（吐出口２１にメニスカスが形成されない程度の圧力）で常に溶液で満たされるようになっている。
【００２８】
吐出ヘッド２１は、吐出口２１が形成された第１の基板２４と、第１の基板２４と接合した状態で第１の基板２４の全ての吐出口２１に連通する溝が形成された第２の基板２５と、第２の基板２５における第１の基板２４とは反対側の面に形成された薄板上の第３の基板２６とを有している。第２の基板２５の溝は、第１の基板２４と第２の基板２５とが接合した状態でキャビティ２８及び溶液流路２２を形成する。
また、第２の基板２５には、第１の基板２４と第２の基板２５とが接合した状態で、各吐出口２１の吐出側とは反対側の位置に貫通孔２７が形成されている。これら各貫通孔２７は、第３の基板２６により閉塞され、かかる状態により第２の基板２５の溝及び貫通孔２７がキャビティ２８及び溶液流路２２を形成する。
【００２９】
（吐出電圧印加手段）
吐出電圧印加手段４０は、吐出ヘッド２０の各キャビティ２８ごとに設けられた図示を省略した吐出電極と、この吐出電極を接地するアース２３と、液体吐出ヘッド２０の吐出口２１の吐出側に対向する対向電極１１と、対向電極１１に負極性の電圧を印加する電源１２とを備えている。
上記対向電極１１は、吐出口２１に対向する対向面を備えており、かかる対向面に沿うように基材Ｋの支持を行う。吐出口２１の先端部から対向電極１１の対向面までの距離は、2[mm]以下が好ましく、さらにより好ましくは1[mm]以下に設定すべきである。
かかる、吐出電圧印加手段４０は、上記構成により吐出ヘッド２０内の溶液を対向電極よりも高電位として、吐出電位を付与（吐出電圧を印加）し、これにより生じる静電吸引力により対向電極１１に対する液滴の飛翔を誘引する。
吐出電極と対向電極１１との間に設定される吐出電圧の値は、後述するメニスカス供給手段５０の圧電アクチュエータ５１にパルス電圧が印加されていない状態では、液滴が吐出口２１より飛翔せず、圧電アクチュエータ５１にパルス電圧を印加してメニスカスを対向電極１１側に凸状に隆起させた状態で、対向電極１１及び吐出電極とメニスカスを形成する溶液との間の電界の大きさが、溶液が液滴として吐出口２１から分離し飛翔するのに十分な値になる程度に設定されている。
【００３０】
なお、上記構成にあっては、各キャビティ２８ごとに吐出電極を設けているが、吐出ヘッド２０内に溶液が供給された状態にあっては、吐出ヘッド２０内において接液するいずれかの位置に吐出電極を一つの設ければ吐出ヘッド２０内の溶液を同一電位とすることも可能なので、吐出電極の単一かを図ると共にかかる接液可能な位置に設ける構成としても良い。
また、吐出電極を複数設けるか一つ設けるかにかかわらず、当該吐出電極に正極性の電圧を印加する吐出電圧電源を設けても良い。この場合、吐出電極と対向電極との間に前述した電位差を生じれば良く、従って、吐出電極を高電位として対向電極をアースによりアース電位とする構成としても良い。
なお、吐出電極又は対向電極に印加する電圧は、定電圧である必要はなく、高周波のパルス電圧を印加しても構わない。
【００３１】
（メニスカス形成手段）
メニスカス形成手段５０は、吐出ヘッド２０の第３の基板２６の吐出側とが反対側の面において、第２の基板２５の各貫通孔２７に対応して設けられた圧電素子を有する薄板状の圧電アクチュエータ５１と、各圧電アクチュエータ５１に個別に所定のパルス電圧（本実施形態では正極性）を印加するパルス電源５２とを備えている。
上記圧電アクチュエータ５１は、低圧電性の圧電素子を有している。具体的には、単位電圧当たりのキャビティ２８に付与する容積変化量が1.25[pl/V]以下であって0.005[pl/V]以上となる圧電素子を有している。
【００３２】
パルス電源５２により印加するパルス電圧は、圧電アクチュエータ５１を圧電効果により第３の基板２６と共に撓ませて、キャビティ２８内の溶液に圧力を付与し、対応する吐出口２１に吐出側に突出するメニスカスを形成させる（図２参照）。そして、かかるメニスカスが形成され、前述した吐出電極−対向電極間に吐出電位差が生じるように電圧が印加されて初めて溶液が液滴として飛翔することが可能となるような圧力をキャビティ２８に付加することが可能となる電位のパルス電圧がパルス電源５２により印加される。
なお、一つの液滴を吐出させるために一つの圧電アクチュエータ５１に印加する電圧としては、一個のパルスである必要はなく、高周波のパルス電圧を印加しても良い。
【００３３】
かかる構成により、所定の吐出情報に基づいて、任意に選択した圧電アクチュエータ５１にパルス電圧を印加することで、図２に示すようにキャビティ２８の外壁の一部を構成する第三の基板２６を湾曲させ、対応する吐出口２１にメニスカスを凸状に形成させる。一方、吐出電極−対向電極間に吐出電位差が生じるように電圧が印加された状態にあれば、上記所望の圧電アクチュエータ５１に対応した吐出口２１から液滴ｄが吐出し、吐出ヘッド２０と対向電極１１の間に配置される基材Ｋに付着してパターンを形成する。
【００３４】
（圧電アクチュエータの形成）
図３を用いて、圧電アクチュエータ５１の形成方法を説明する。かかる圧電アクチュエータ５１は、下部電極５３、ＳｉＯ2の薄膜５４、圧電材５５及び上部電極５６とを有し、前述した第３の基板２６を吐出ヘッド２０と共用してその構成としている。即ち、圧電アクチュエータ５１は、第３の基板２６と下地電極５３とＳｉＯ2の薄膜５４とが振動板として機能し、圧電材５５が圧電素子として機能する。また、上記振動板は、複数の圧電アクチュエータで共用することとなる。
まず、圧電アクチュエータ５１に通電を行うための下部電極５３の形成方法の一例を説明する。図３（Ａ）に示すＳｉからなる第３の基板２６上に、スパッタリング法を用いて、全ての圧電素子に共通の下部電極５３としてＡｕ薄膜を蒸着形成する（図３（Ｂ））。次に、ＣＶＤ法を用いて共通下部電極５３上にＳｉＯ2の薄膜５４を形成する（図３（Ｃ））。
【００３５】
さらに、ＳｉＯ2の薄膜５４上に圧電材層５５を形成する（図３（Ｄ））。圧電材層５５の材料としてジルコン酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛やその混合物その他所望の圧電性能の圧電材が使用可能である。ここでは所望の圧電定数をもつものとしてチタン酸バリウムを使う。
圧電材５５の形成方法として有機金属アルコキシド溶液からなるゾルをスピンコート等の塗布法により下部電極上に塗布する。次いで、一定温度で一定時間乾燥させ、溶媒を蒸発させる。乾燥後、所定の高温で所定回数処理し金属に配位している有機の配位子を熱分解させ、金属酸化物を生成させ、焼成し結晶化させるゾルゲル法、別の方法として下部電極上にスパッタ法にてＴｉ種層を形成し、背面側を保護し、チタンイオン等圧電材成分イオンを含む高温高圧強アルカリ水溶液中に浸漬し圧電材を析出させる水熱法又はスパッタ、ＣＶＤ等の気相法を採ることが出来る。
【００３６】
さらに、圧電素材５４上に上部電極５６としてＡｕ薄膜を蒸着形成する（図３（Ｅ））。そして、共通する下部電極５３及び上部電極５６に導電リード部を接続することで、パターン情報に応じて各圧電材５５にパルス電圧を印加することができる。
下部電極５３は、上部電極５６と同様に、各圧電材５４に個別に形成してもよい。この場合、下部電極５３を共通電極とした場合に比べて第三の基板２６を湾曲させ易く、したがって、圧電アクチュエータ５１に印加する電圧の大きさを更に小さくすることが可能である。また、各電極５３，５６の材料は、Ａｕの他にＰｔなどでもよく、特に限定されるものではない。
【００３７】
上部電極５６が形成された圧電素子膜上にフォトレジストをスピン塗布し第３の基板２６の各貫通穴２７に対応した位置に露光現像しパターニングする。更に反応性ドライエッチング又は、イオンミーリングにて上部電極５６と圧電材５５をエッチングし、残ったレジストを除去し、各吐出口２１に対応した圧電アクチュエータ５１を形成する（図３（Ｆ））。
なお、上記説明では、上部電極５６の形成後にエッチングを１回行いパターニングを行うこととしているが、圧電材５５及び上部電極５６を構成する層ごとにパターニングを行ってもよい。
【００３８】
（キャビティの形成）
圧電アクチュエータ５１を形成した第３の基板２６の背面をキャビティ２８の形状に抜ける状態にレジストでパターニング保護し反応性ドライエッチングにてＳｉＯ2膜５２までの深さにエッチングする。保護された部分は隔壁となる。エッチング後スパッタ法にて吐出電圧印加用電極としてＡＵ電極をキャビテイ内側に形成し、残ったレジストを溶解等にて除去する。
同様の方法で第３の基板２６に張り合わせる第２の基板２５をキャビティ２８や溶液流路２２の形状、吐出口２１の形状に対応する形状に加工し、第１の基板２４と貼り合せキャビティ２８及び溶液流路２２を形成する。
なお、吐出ヘッド２０では、インクをアースし電圧が印加された対向電極１１との間で静電圧を帯電させているが、吐出電極を第１の基板２４側、或いは、第２の基板２５側に形成しても良く、電極ワイアをキャビティ２８や溶液流路２２に挿入する等、吐出電極はインクと電気的に接続し、対向電極１１との間で溶液に静電圧を帯電させることが出来る方法が採用可能である。
【００３９】
吐出ヘッド２０を形成する第１，第２の基板２４，２５の材料として、Ｓｉ以外に感光性ガラス、感光性樹脂などを使用しても良く、特に限定されるものではない。
そして、第１，第２の基板２４，２５の材料としてＳｉ又はガラスを使う場合、第１及び第２の基板２４，２５は陽極接合にて接合することが可能である。また、各基盤２４，２５をキャビテイ２８や溶液流路２２、吐出口２１の形状に加工する方法として、キャビテイ２８や溶液流路２２、吐出口２１等が形成されるべき位置に合わせてエッチングマスクを施し、反応性イオンエッチングやイオンミーリング等のドライエッチングにより、予め定められた深さまで基板をエッチングし、形成する方法を採用しても良いし、Ｓｉ酸化膜をエッチングマスクとした異方性ウエットエッチングが採用可能である。
【００４０】
また、吐出口２１の外側の周囲であって第１の基板２４の吐出側面に撥水膜を形成しても良く、撥水性のコントロールは、溶液に応じた処理方法を選択することで対応できる。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含有シリコン化合物などの膜を付着させる方法がある。
また、吐出口２１の形成された第１の基板２４の吐出側面である外側周囲には絶縁膜を形成し溶液への帯電効率の良好化を図っても良い。絶縁膜は酸化シリコン等の無機物、フッ素樹脂等の樹脂が利用でき、熱酸化、蒸着、スパッタ、コーティング等の方法で形成する。上記撥水膜を形成する場合には、絶縁膜は撥水膜の下層に形成するか、或いは撥水膜が絶縁性を持つ場合は絶縁撥水膜として共用することが出来る。なお、絶縁膜は第１の基板２４のインクキャビティ側面にも形成してもよい。
【００４１】
なお、キャビテイ２８，溶液流路２２，吐出口２１、吐出電極等が形成された吐出ヘッド２０は、その溶液流路２２に配管３２を接続される。また、吐出電極や圧電アクチュエータ５１の各電極はボンデイングワイア、熱圧着接合等によりその駆動回路と接続される。
【００４２】
（溶液）
上記液体吐出装置２０による吐出を行う溶液の例としては、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。
【００４３】
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、相溶する範���でブレンドして用いても良い。
【００４４】
液体吐出装置２０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。
【００４５】
（液滴の吐出動作）
上記構成からなる液体吐出装置１０についての液体吐出動作を説明する。まず、溶液がカートリッジ３１から配管３２及び溶液流路２２を介してキャビティ２８に供給された状態にあり、対向電極１１には電源１２により負極性の電圧が印加される。
そして、吐出電極はアース電位とされるために、対向電極に対して吐出電圧に等しい電位差を生じ、かかる状態において、任意の圧電アクチュエータ５１にパルス電圧が印加されると、対応する吐出口２１に溶液のメニスカスが形成される。これにより、メニスカスの先端において、電界が溶液に集中して作用し、溶液の表面張力を越えて液滴が飛翔する。従って、吐出ヘッド２０と対向電極１１の間に配置される基材Ｋに液滴が着弾し、溶液のドットが形成される。
【００４６】
（液体吐出装置の効果）
以上のように、上記液体吐出装置１０では、吐出電圧印加手段４０により、対向電極１１に対して吐出電圧に等しい電位差を溶液に付与した状態でメニスカス形成手段５０によりメニスカスを形成することで液滴の吐出を行っていることから、圧電アクチュエータ５１によりキャビティ２８内の容積変動のみで液滴を吐出する方式に比して圧電アクチュエータ５１により容積変動量はわずかでよい。
かかる構成にあっては、圧電アクチュエータ５１は微少量の変形を行う駆動を要求されることになるが、吐出ヘッド２０に設けられた圧電アクチュエータ５１は、低圧電型であるため、微少量の変形の駆動を行う場合であって、印加すべきパルス電圧が高電圧で制御することができる。このため、微小な電圧での制御を不要とし、射出液滴量のばらつきを抑制し、射出の安定化を図ることができ、微小ノイズによる影響も低減することが可能となる。
また、高圧電性材料を使用する圧電アクチュエータのような材料の組成変化、ロット変動又はチャネル間の不均一等を原因とする圧電性能変動を抑制し、圧電アクチュエータごとの吐出性能のバラツキを抑制することが可能となる。
【００４７】
（その他）
振動板としての第３の基板２６は、熱酸化シリコン膜、ガラス等の酸化物や、キャビテイ側に絶縁層をもつステンレス、チタン等の金属材料を使用しても良い。
また、第３の基板２６には、圧電アクチュエータ５１からのイオン拡散を防止する拡散防止層を設けても良い。
【００４８】
また、圧電アクチュエータ５１の圧電素子の駆動方式としては、上述のものに限られず、例えば、シェアモード方式を採用しても良い。
また、圧電材５５の採用可能な素材として、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、チタン酸バリウムに限らず、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、マンガンタングステン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛、等の鉛を含むもの、チタン酸ナトリウムビスマス、チタン酸ストロンチウム、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸カリウムナトリウム、ニオブ酸カドミウムナトリウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸ストロンチウムビスマス、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、タンタル酸ニオブ酸カリウム、等の鉛を含まない物を単独であるいは混合物として含有するセラミックスが挙げられる。また、酸化亜鉛等のセラミック以外の圧電材料の採用も可能である。
特に、上述の素材の内、鉛を含まない素材を選択した場合、安全性、環境への影響の低減を図ることが可能となる。
【００４９】
また、圧電アクチュエータを低圧電性とするためには、圧電材の材料選択に限られず、例えば、振動板の厚みを増加させる、振動板を硬質素材とする等により剛性を高めて振動効率を低下させる方法を採っても良い。
【実施例１】
【００５０】
前述した液体吐出装置１０と同じ構造であって、各部の材質及び寸法が異なる四種類の圧電アクチュエータについて、それぞれ吐出口の内部直径を20,10,5[μm]の三種類とした場合の１２種の吐出ヘッドと上記四種の内の一種類の圧電アクチュエータについて吐出口の内部直径を20,10,5[μm]の三種類とした場合であって異なる吐出液体を使用した３種の吐出ヘッドによる比較試験について説明する。
各圧電アクチュエータの共通する構成として、基板には、Ｓｉ（１００）基板材料を熱酸化させてＳｉＯ2 層を形成したＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板を使用した。このＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板を厚さ1[μm]で形成し、このＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板からなる積層膜上に、電極となるＰｔの接着性を改善するためにＴｉ薄膜を１５０ｎｍスパッタリングにより形成した。さらに、上記Ｔｉ薄膜を形成したＴｉ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板からなる積層膜上に、電極となるＰｔ薄膜を１５０ｎｍスパッタリングにより形成した。また、上記Ｐｔ膜上にチタン酸鉛系強誘電体の薄膜をゾル・ゲル法により形成した。
これにより形成されるＰｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2／Ｓｉ基板は、圧電アクチュエータの振動板として機能し、その厚さは上記各積層膜厚の合計値、即ち、1.3[μm]で形成される。
【００５１】
そして、Ｐｂ／Ｔｉ／Ｚｒ＝１００／ｘ／1-ｘになるように秤量した複合アルコキシド溶液をｘ＝0.47〜0.4までの範囲で３種類作成し、これら各溶液を用い、（１１１）面が膜厚方向に配向するＰｔコーティング層をもつＰｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板上にスピンコート法により薄膜を作成した。次に、各々を乾燥し、焼成をＯ2 雰囲気中で行い、膜厚2[μm]のＰｂ（ＴｉＺｒ）Ｏ3 薄膜をＰｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2／Ｓｉ基板からなる積層薄膜上に形成した。かかるＰｂ（ＴｉＺｒ）Ｏ3 薄膜が圧電材に相当し、これにより、振動板の厚さが2[μm]以下の範囲である1.3[μm]となり、圧電材の厚みが10[μm]以下の範囲である2[μm]となる圧電アクチュエータが形成される。
このような寸法条件を具備すると共に、d31圧電定数が160,90,45[PC/N]となる三種の圧電アクチュエータを形成した。
また、同様に、膜厚2[μm]のBaTiＯ3をＰｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2／Ｓｉ基板からなる積層薄膜上に形成した。かかるBaTiＯ3薄膜が圧電材に相当し、これにより、振動板の厚さが2[μm]以下の範囲である1.3[μm]となり、圧電材の厚みが10[μm]以下の範囲である2[μm]となる圧電アクチュエータが形成される。
このような寸法条件を具備すると共に、d31圧電定数が75[PC/N]となる四種類目の圧電アクチュエータを形成した。
【００５２】
次に、各々の圧電アクチュエータ上をフォトレジストにてパターニング保護しドライエッチングにて電極と圧電材を形成すべきキャビティに対応する形状にエッチングし、背面のＳｉ基盤をキャビティに対応した形状にドライエッチングし、前述した内部直径の異なる三種の吐出口及び吐出電極の形成された部品を接合、配線及び配管部品を取り付けて、合計１２種の吐出ヘッドを作成した。
【００５３】
各吐出ヘッドにて一定の吐出電圧を吐出電極に印加し、圧電アクチュエータを駆動させることで高電気伝導率の物質(銀粉など)が多く含まれるような導電性ペーストを（藤倉化成製  粘度10ｃｐ）をＳｉ基板上に射出し評価した結果およびエチレングリコール35％、プロピレングリコール11％を含有した水系シアンインク（粘度4cp、表張40dyn/cm）を紙上に射出し評価した結果を図4に示す。
上記各吐出ヘッドについて、圧電アクチュエータへの単位印加電圧当りのキャビティの体積変化量Ａを測定するために、射出実験後、各吐出ヘッド内部を洗浄し、水を封入し、溶液の供給配管部を塞いだ状態で顕微鏡にセットした。吐出電極には電圧を印加せず圧電アクチュエータに静的に電圧を加え、吐出口から水が溢れる状況を吐出方向下流側から観察した。加えた電圧と吐出口から盛り上がる水球の直径より換算した圧電アクチュエータへの単位印加電圧当りのキャビティの体積変化量Ａを図４最右欄に示す。
【００５４】
図４において、「液滴量バラツキ」とは、規定回数の射出において、最小となるドット径を基準として最大となるドット径との差を最小となるドット径の比率で表している。また、「射出異常有無」とは、規定回数の射出において、射出欠や多重射出等の異常回数が所定範囲内であれば評価を○とし、範囲外であれば×とした。
上記比較試験によれば、ｄ３１圧電定数が大きいと液滴量バラツキが大きくなり、射出欠や多重射出等の異常が発生しやすくなった。特に、ｄ３１圧電定数が75[PC/N]以下の範囲では、「液滴量バラツキ」及び「射出異常有無」について良好となることが観測された。
また、圧電アクチュエータへの単位印加電圧当りのキャビティの体積変化量Ａが、0.005〜1.25[pl/V]の範囲で「液滴量バラツキ」及び「射出異常有無」について良好となることが観測された。
特に、吐出口の内径が小さい場合に差が顕著に表れることが観測され、圧電アクチュエータへの単位印加電圧当りのキャビティの体積変化量Ａの低減化がノズルの高密度化に有効であることが観測された。
また、ｄ31圧電定数が75[PC/Ｎ]以下の範囲で「液適量バラツキ」及び「射出異常有無」について良好となることが観測された。
【実施例２】
【００５５】
前述した液体吐出装置１０と比べて、圧電材自身の伸縮にてキャビテイの体積変化させる方式を取る点が異なるがその他の構造はほぼ等しく、各部の材質及び寸法について異なる三種類の圧電アクチュエータについて、それぞれ吐出口の内部直径を20,10,5[μm]の三種類とした場合の九種の吐出ヘッドと、上記三種の内の一種類の圧電アクチュエータについて吐出口の内部直径を20,10,5[μm]の三種類とした場合であって異なる吐出液体を使用した３種の吐出ヘッドによる比較試験について説明する。
各圧電アクチュエータは、Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板上にフォトレジストにてパターニング保護しドライエッチングにて電極をキャビテイに対応する形状にエッチングし、エッチングした部分に研磨加工された圧電材を接合して形成した。さらに、圧電材は、厚さを70[μm]とし、ｄ33圧電定数をそれぞれ64、250、290[pC/N]とした三種類のものを使用した。さらに、各圧電素子上に電極としてPt薄膜を形成し、圧電素子上を、ＳｉＯ2スパッタ膜にて絶縁した。この圧電素子基板に20,10,5[μm]と内部直径の異なる三種の吐出口及び吐出電極の形成された部品を接合、配線及び配管部品を取り付け圧電材自身の伸縮にてキャビテイの体積変化させる方式のヘッドを作成した。
【００５６】
各吐出ヘッドにて一定の吐出電圧を吐出電極に印加し、圧電素子を駆動させることで高電気伝導率の物質(銀粉など)が多く含まれるような導電性ペーストをＳｉ基板上に射出し評価した結果およびエチレングリコール、プロピレングリコールを含有した水系シアンインクを紙上に射出し評価した結果を図５に示す。
上記各吐出ヘッドにおける、圧電素子への単位印加電圧当りのキャビティの体積変化量Ａの測定及び各吐出ヘッドの評価の対象となる「液滴量バラツキ」、「射出異常有無」については、前述した実施例１と同じである。
上記比較試験によれば、ｄ33圧電定数が250[PC/Ｎ]以下の範囲で「液適量バラツキ」及び「射出異常有無」共に良好となることが観測された。
【実施例３】
【００５７】
圧電素子に換え、振動板にエアギャップを介して対向して形成された電極とを有し、振動板と電極との間に電気パルスを印加し、振動板を静電気力により変形させる静電アクチュエータを備えた吐出ヘッドおいてエアギャップ0.2〜2[μm]の吐出ヘッドで比較試験を行った結果を図６に示す。実施例１と同様に静電アクチュエータへの単位印加電圧当りのキャビティ体積変化量Ａが、0.005〜1.25[pl／Ｖ]の範囲内では「液適量バラツキ」及び「射出異常有無」について良好となることが観測され、圧電素子を静電アクチュエータに置き換えることも可能であることが観測された。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】発明の実施形態たる液体吐出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】吐出ヘッドの吐出時における液体吐出装置のブロック図である。
【図３】アクチュエータの形成工程を示し、図３（Ａ）は圧電素子形成前の第３の基板を示し、図３（Ｂ）は第３の基板上に下部電極を形成した状態を示し、図３（Ｃ）は下部電極上にＳｉＯ2の薄膜５４を形成した状態を示し、図３（Ｄ）はＳｉＯ2薄膜上に圧電材層を形成した状態を示し、図３（Ｅ）は圧電材層上に上部電極を形成した状態を示し、図３（Ｆ）はエッチング等により各吐出口に対応したアクチュエータを形成した状態を示す。
【図４】実施例１における比較試験結果を示す図表である。
【図５】実施例２における比較試験結果を示す図表である。
【図６】実施例３における比較試験結果を示す図表である。
【符号の説明】
【００５９】
１０  液体吐出装置
２０  吐出ヘッド
２１  吐出口（吐出部）
２８  キャビティ
５０  メニスカス形成手段
５１  圧電アクチュエータ
５５  圧電材（圧電素子）
Ｋ  基材
【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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