(57)【要約】【課題】着弾物の幅・高さの調整を容易に且つ適正に行う。【解決手段】先端部の内部直径が２５[μm]以下のノズル５１に溶液を供給し、ノズル内の溶液に対する吐出電圧の印加に基づいて、ノズルの先端部から先端部に対向配置された基材Kに対し、帯電した溶液を液滴として吐出する液体吐出方法である。ノズルの先端部から吐出されて飛翔する液滴の直径をｄ[μm]、基材の液滴受面Ｋ１に着弾した液滴の直径をＤ[μm]としたときに、扁平率Ｄ／ｄが、１≦Ｄ／ｄ≦３の式を満足するように液滴を吐出させる。【選択図】図１１
2005059301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部の内部直径が２５[μm]以下のノズルに溶液を供給し、前記ノズル内の溶液に対する吐出電圧の印加に基づいて、前記ノズルの先端部から前記先端部に対向配置された基材に対し、帯電した溶液を液滴として吐出する液体吐出方法であって、
前記ノズルの先端部から吐出されて飛翔する液滴の直径をｄ[μm]、前記基材の液滴受面に着弾した液滴の直径をＤ[μm]としたときに、扁平率Ｄ／ｄが、
１≦Ｄ／ｄ≦３
の式を満足するように液滴を吐出させることを特徴とする液体吐出方法。
【請求項２】
前記ノズルの先端部から吐出されて飛翔する液滴の表面積をＳ、当該液滴の体積をＶとしたときに、液滴の比表面積Ｓ／Ｖが、０．６以上となるように液滴を吐出させることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出方法。
【請求項３】
液滴の比表面積Ｓ／Ｖが、１．０以上となるように液滴を吐出させることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出方法。
【請求項４】
前記ノズルの前記内部直径が２０[μm]未満であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の液体吐出方法。
【請求項５】
前記ノズルの前記内部直径が１０[μm]以下であることを特徴とする請求項４に記載の液体吐出方法。
【請求項６】
前記ノズルの前記内部直径が８[μm]以下であることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出方法。
【請求項７】
前記ノズルの前記内部直径が４[μm]以下であることを特徴とする請求項６に記載の液体吐出方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の液体吐出方法により前記ノズルの先端部から吐出され、前記基材の液滴受面に着弾した液滴よりなる着弾物であって、
前記液滴受面に略垂直な方向の高さをｔ[μm]、前記液滴受面に略水平な方向の距離をＷ[μm]としたときに、アスペクト比Ｗ／ｔが、
０．１≦Ｗ／ｔ≦１００
の式を満足することを特徴とする着弾物。
【請求項９】
前記距離Ｗは、前記液滴受面上にて線状に延在する当該着弾物の長手方向に対して略垂直な方向の幅であることを特徴とする請求項８に記載の着弾物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材に溶液を吐出する液体吐出方法及び基材に着弾した着弾物に関する。
【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。
【０００３】
従来の静電吸引方式のインクジェットプリンタとして、先端部からインクの吐出を行う複数の凸状インクガイドと、各インクガイドの先端に対向して配設されると共に接地された対向電極と、各インクガイドごとにインクに吐出電圧を印加する吐出電極とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。そして、凸状インクガイドは、インクを案内するスリット幅が異なる二種類のものを用意し、これらのものを使い分けることで、二種類の大きさの液滴を吐出可能とすることを特徴とする。
さらに、この従来のインクジェットプリンタは、吐出電極にパルス電圧を印加することでインク液滴を吐出し、吐出電極と対向電極間で形成された電界によりインク液滴を対向電極側に導いている。
【０００４】
また、インクジェット技術を用いて基板の表面に回路の配線パターンを描画して基板を製造する方法も知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平１１−２７７７４７号公報（第２図及び第３図）
【特許文献２】特開２０００−３３６９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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い。
（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細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。
（３）吐出応答性
上記の特許文献１に開示されたインクジェット装置では、上記（２）と同様の理由により高い吐出電圧の印加により吐出を行うため、メニスカス部の中心に電荷が移動するための電荷の移動時間が吐出応答性に影響し、印字速度の向上において問題となっていた。
【０００６】
そこで、微小液滴を吐出可能な液体吐出方法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方法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方法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方法を提供することを第四の目的とする。
【０００７】
また、従来例としての特許文献１は、インクに対するパルス電圧を印加することのみによりインク吐出を行うために、そのパルス電圧を印加する電極に高電圧を印加する必要があり、上述した（２）、（３）の問題を助長する傾向にある、という不都合があった。
【０００８】
また、基板に形成される回路の抵抗値を所定の値とする上で、当該基板の回路配線パターンを所定の幅・高さのものとするためには、基板の液滴受面に着弾した液滴の濡れ拡がりを抑制したり調整したりする必要があるが、上記特許文献２等の場合、基板の液滴受面を親水性や疎水性の所定溶液により処理しなければならなかった。さらに、液滴を積層したりして所定の高さを有する回路配線パターンを作製する場合には、基板の表面に配線パターンの両側に沿って所定の高さの構造物等を作製することによって、液滴の濡れ拡がりを抑制するようになっている。
このように、基材の表面における液滴の濡れ拡がりの抑制等のための作業が煩雑であり、着弾物の幅・高さの調整は容易ではない。そこで、着弾物の幅・高さの調整を容易に且つ適正に行うことができる液体吐出方法を提供することを第五の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、先端部の内部直径が２５[μm]以下のノズルに溶液を供給し、前記ノズル内の溶液に対する吐出電圧の印加に基づいて、前記ノズルの先端部から前記先端部に対向配置された基材に対し、帯電した溶液を液滴として吐出する液体吐出方法であって、
前記ノズルの先端部から吐出されて飛翔する液滴の直径をｄ[μm]、前記基材の液滴受面に着弾した液滴の直径をＤ[μm]としたときに、扁平率Ｄ／ｄが、
１≦Ｄ／ｄ≦３
の式を満足するように液滴を吐出させることを特徴としている。
【００１０】
ここで、飛翔する液滴の直径とは、飛翔する液滴の外径のことであり、具体的には、飛翔する液滴を球とみなした場合の外径を示すものとする。
また、基材に着弾した液滴の直径とは、着弾した液滴を所定厚の円板とみなした場合の外径を示すものとする。
以下、ノズル径という場合には、液滴を吐出する先端部におけるノズルの内部直径（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２５[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。
さらに、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。
また、上記構成にあっては、ノズルの先端部に液滴受面が対向するように、ノズル又は基材が配置される。これら相互の位置関係を実現するための配置作業は、ノズルの移動又は基材の移動のいずれにより行っても良い。
そして、ノズル内の溶液は吐出を行うために帯電した状態にあることが要求される。なお、溶液の帯電は、吐出電圧を印加する吐出電圧印加手段により吐出されない範囲での帯電専用の電極による電圧印加により行っても良い。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、ノズルの内部直径が２５[μm]以下とされた先端部から吐出されて飛翔する液滴の直径をｄ[μm]、基材の液滴受面に着弾した液滴の直径をＤ[μm]としたときに、扁平率Ｄ／ｄが、
１≦Ｄ／ｄ≦３
の式を満足するように液滴を吐出させるので、基材の液滴受面に着弾した液滴よりなる着弾物の幅及び高さの調整を行うことができる。即ち、ノズルの先端部の内部直径を２５[μm]以下とすることによって、微小な液滴の吐出を行うことができ、液滴の表面積Ｓを体積Ｖで除算した当該液滴の比表面積Ｓ／Ｖを大きくすることができる。これにより、液滴の溶媒が蒸発する速度を速めて、乾燥・固化を急速に行うことができる。そして、液滴が扁平率Ｄ／ｄが３を上回る程度のものであると、濡れ拡がりが大きくなって、微細な形状の制御性や着弾物の高さの確保が困難となり、所定の高さを有する構造物の形成に支障が生じることとなるが、１≦Ｄ／ｄ≦３の範囲内において、液滴よりなる着弾物の形成を適正に行うことができる。具体的には、扁平率Ｄ／ｄを１に近づけることにより液滴の幅を小さく且つ高さを高くすることができる一方で、扁平率Ｄ／ｄを３に近づけることにより液滴の幅を大きく且つ高さを低くすることができる。
従って、従来のように、基材表面の親水性や疎水性の所定溶液による処理や、基材表面に所定の高さを有する構造物等を作製する作業を行うことなく、着弾物の幅及び高さの調整を容易に且つ適正に行うことができる。
また、基材に着弾した液滴に対して重ねて液滴を着弾させた場合であっても、着弾した液滴の乾燥・固化が迅速に行われることとなって、液滴どうしの積み重ねを適正に行うことができ、所定の高さや体積を有する着弾物の構造体を容易に形成することができる。
【００１２】
また、上記構成にあっては、ノズルを従来にないノズル径が２５[μm]以下のノズル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、基材の液滴受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、基材の液滴受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。
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、これにより、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空気中への放電に加え、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。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液滴吐出方法において、
前記ノズルの先端部から吐出されて飛翔する液滴の表面積をＳ、当該液滴の体積をＶとしたときに、前記液滴の比表面積Ｓ／Ｖが、０．６以上となるように液滴を吐出させることを特徴としている。
【００１４】
ここで、飛翔する液滴の表面積及び体積は、飛翔する液滴を球とみなした場合の外径から算出されたものである。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、特に、液滴の比表面積Ｓ／Ｖが、０．６以上であり、液滴を微小なものとすることができるので、ノズルから吐出され飛翔する液滴や基材の液滴受面に着弾した液滴の溶媒が蒸発する速度を速めて、急速に乾燥・固化させることができる。より具体的には、比表面積を大きくすることにより液滴の表面からの物質の移動速度及び熱移動速度を速くすることができる。つまり、液滴の表面からの物質の移動律速の蒸発量を増加させるとともに、液滴中における溶質の内部拡散律速の移動量を増加させることができ、液滴の溶媒の蒸発速度を格段に速くすることができる。また、熱移動速度を速くすることができるので、基材に着弾した液滴の蒸発に必要な蒸発潜熱を当該基材から迅速に供給することができる。
従って、液滴の比表面積を大きくすることにより、液滴の溶媒の体積当たりの蒸発速度を増加させることができるので、液滴を急速に乾燥させて、基材に着弾した液滴を急速に固化させることができることとなって、基材の表面における液滴の濡れ拡がりの抑制を適正に行うことができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の液滴吐出方法において、
前記液滴の比表面積Ｓ／Ｖが、１．０以上となるように液滴を吐出させることを特徴としている。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、特に、液滴の比表面積Ｓ／Ｖが、１．０以上であるので、液滴の溶媒の体積当たりの蒸発速度をさらに増加させることができることとなって、液滴をさらに急速に乾燥・固化させることができる。これにより、基材の表面における液滴の濡れ拡がりの抑制をさらに適正に行うことができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の液滴吐出方法において、
前記ノズルの前記内部直径が２０[μm]未満であることを特徴としている。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３に記載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、特に、ノズルの先端部の内部直径を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、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。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の液滴吐出方法において、
前記ノズルの前記内部直径が１０[μm]以下であることを特徴としている。
【００２１】
請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、特に、ノズルの先端部の内部直径を１０[μm]以下とすることによって、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。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の液滴吐出方法において、
前記ノズルの前記内部直径が８[μm]以下であることを特徴としている。
【００２３】
請求項６に記載の発明によれば、請求項５に記載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、特に、ノズルの先端部の内部直径を８[μm]以下とすることによって、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。
さらに、電界集中の度合いが高まることにより、多ノズル化時のノズルの高密度化で課題となる電界クロストークの影響が軽減し、一層の高密度化が可能となる。
【００２４】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の液滴吐出方法において、
前記ノズルの前記内部直径が４[μm]以下であることを特徴としている。
【００２５】
請求項７に記載の発明によれば、請求項６に記載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、特に、ノズルの先端部の内部直径を4[μm]以下とすることによって、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。
さらに、電界集中の度合いが高まることにより、多ノズル化時のノズルの高密度化で課題となる電界クロストークの影響が受けにくくなり、より一層の高密度化が可能となる。
また、ノズルの先端部の内部直径は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。
【００２６】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の液体吐出方法により前記ノズルの先端部から吐出され、前記基材の液滴受面に着弾した液滴よりなる着弾物であって、
前記液滴受面に略垂直な方向の高さをｔ[μm]、前記液滴受面に略水平な方向の距離をＷ[μm]としたときに、アスペクト比Ｗ／ｔが、
０．１≦Ｗ／ｔ≦１００
の式を満足することを特徴としている。
【００２７】
請求項８に記載の発明によれば、請求項１〜７に記載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、特に、着弾物の基材の液滴受面に略垂直な方向の高さをｔ[μm]、液滴受面に略水平な方向の距離をＷ[μm]としたときのアスペクト比Ｗ／ｔが、
０．１≦Ｗ／ｔ≦１００
の式を満足するので、この範囲内において、着弾物のアスペクト比Ｗ／ｔ、即ち、着弾物の幅及び高さの調整を適正に行うことができる。
【００２８】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の着弾物において、
前記距離Ｗは、前記液滴受面上にて線状に延在する当該着弾物の長手方向に対して略垂直な方向の幅であることを特徴としている。
【００２９】
請求項９に記載の発明によれば、請求項８に記載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、特に、距離Ｗは、基材の液滴受面上にて線状に延在する当該着弾物の長手方向に対して略垂直な方向の幅である。即ち、線状に形成された着弾物のアスペクト比Ｗ／ｔの調整を適正に行うことができる。
【００３０】
さらに、上記各請求項の構成において、
（１）ノズルを電気絶縁材で形成し、ノズル内に吐出電圧印加用の電極を挿入あるい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。
ノズルの外側の吐出用電極は、例えば、ノズルの先端側端面或いは、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。
（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細化しても、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、吐出電圧印加手段よる吐出電圧Ｖを、
【数１】
2005059301.tif 000003
で表される領域において駆動することが好ましい。
ただし、γ：液体の表面張力（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。
ノズル内の溶液に対して上式（１）の範囲の吐出電圧Ｖの印加が行われる。上式（１）において、吐出電圧Ｖの上限の基準となる左側の項は、従来におけるノズル−対向電極間での電界による液滴吐出を行う場合での限界最低吐出電圧を示す。本発明は、前述したように、ノズルの超微細化による電界集中の効果により、微小液滴の吐出を、従来技術では実現されなかった従来の限界最低吐出電圧よりも低い範囲に吐出電圧Ｖを設定しても、実現することができる。
また、上式（１）における吐出電圧Ｖの下限の基準となる右側の項は、ノズル先端部における溶液による表面張力に抗して液滴の吐出を行うための本発明の限界最低吐出電圧を示す。つまり、この限界最低吐出電圧よりも低い電圧を印加しても液滴の吐出は実行されないが、例えば、この限界最低吐出電圧を境界とするこれより高い値を吐出電圧とし、これより低い値の電圧と吐出電圧とを切り替えることで、吐出動作のオンオフの制御を行うことができる。即ち、電圧の高低の切替のみにより吐出動作のオンオフの制御が可能となる。なお、この場合、吐出のオフ状態に切り替える低電圧値は、限界最低吐出電圧に近いことが望ましい。これにより、オンオフの切替における電圧変化幅を狭小化し、応答性の向上を図ることが可能となるからである。
（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1000V以下であることが好ましい。
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500V以下であることが好ましい。
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）の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、ノズル径を微細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）の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】
2005059301.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】
【００３１】
本発明によれば、基材の液滴受面に着弾した液滴よりなる着弾物の幅及び高さの調整を行うことができる。即ち、ノズルの先端部の内部直径を２５[μm]以下とすることによって、微小な液滴の吐出を行うことができ、液滴の表面積Ｓを体積Ｖで除算した当該液滴の比表面積Ｓ／Ｖを大きくすることができるため、液滴の溶媒が蒸発する速度を速めて、乾燥・固化を急速に行うことができる。さらに、扁平率Ｄ／ｄを、１≦Ｄ／ｄ≦３の範囲に規定することによって、着弾物の形成を適正に行うことができる。これにより、従来のように、基材表面の親水性や疎水性の所定溶液による処理や、基材表面に所定の高さを有する構造物等を作製する作業を行うことなく、着弾物の幅及び高さの調整を容易に且つ適正に行うことができる。
また、基材に着弾した液滴に対して重ねて液滴を着弾させた場合であっても、着弾した液滴の乾燥・固化が迅速に行われることとなって、液滴どうしの積み重ねを適正に行うことができ、所定の高さや体積を有する着弾物の構造体を容易に形成することができる。
【００３２】
また、本発明によれば、従来のようにノズルと対向電極間に形成される電界により生じる静電力を利用して液滴を飛翔させるものではなく、ノズルを従来にない超微細径（２５[μm]以下のノズル径）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と共にその際に誘導される基材側の鏡像電荷或いは映像電荷までの間に生じる電界の静電力により液滴の飛翔を行っている。
従って、基材が導電体であっても絶縁体であっても良好に液滴の吐出を行うことが可能となる。また、対向電極の存在を不要とすることが可能となる。さらに、これにより、装置構成における備品点数の低減を図ることが可能となる。よって、本発明を業務用インクジェットシステムに適用した場合、システム全体の生産性の向上に貢献し、コスト低減をも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】
【００３３】
以下に、本発明について、図面を用いて具体的な態様を説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。
【００３４】
以下の実施形態で説明する液体吐出装置のノズル径は、25[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。
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。
図７に、各条件下での最大電界強度を示す図表を示す。
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。
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。
次に、上記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強電界領域の関係を図８に示す。
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、ノズルの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。
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。
【数３】
2005059301.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。
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。
ここで、ノズルのノズル径とメニスカス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。
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。
例えば、図１０に示すノズル径とノズルの先端部の強電界（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。
【００３５】
[液体吐出装置]
（液体吐出装置の全体構成）
以下、液体吐出装置１００について図１１及び図１２に基づいて説明する。図１１は、本発明を適用した一実施の形態として例示する液体吐出装置１００のうち、溶液の吐出動作に直接関わりある構成のみを図示したノズル５１に沿った断面図である。また、図１２は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１２（Ａ）は吐出を行わない状態であり、図１２（Ｂ）は吐出状態を示す。
【００３６】
図１１に示すように、液体吐出装置１００は、帯電可能な溶液の液滴をその先端部から吐出する超微細径のノズル５１と、ノズル５１の先端部に対向する対向面を有すると共にその対向面で液滴の着弾を受ける基材Ｋを支持する対向電極２３と、ノズル５１内に溶液を供給する溶液供給部５３と、ノズル５１内の溶液に吐出電圧を印加する吐出電圧印加手段３５とを備えている。なお、上記ノズル５１と溶液供給部５３の一部の構成と吐出電圧印加手段３５の一部の構成はノズルプレート５６により一体的に形成されている。
また、説明の便宜上、図１２ではノズル５１の先端部が上方を向いた状態で図示されているが、実際上は、ノズル５１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。
ここで、液体吐出装置１００の液滴の吐出に直接関わりある構成について先に説明することとする。
【００３７】
（溶液）
上記液体吐出装置１００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。
【００３８】
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。
【００３９】
液体吐出装置１００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。
【００４０】
（ノズル）
上記ノズル５１は、後述するノズルプレート５６の上面層５６ｃと共に一体的に形成されており、当該ノズルプレート５６の平板面上から垂直に立設されている。さらに、ノズル５１にはその先端部からノズルの中心に沿って貫通するノズル内流路５２が形成されている。
【００４１】
ノズル５１についてさらに詳説する。ノズル５１は、その先端部における開口径とノズル内流路５２とが均一であって、前述の通り、これらが超微細径で形成されている。具体的な各部の寸法の一例を挙げると、ノズル内流路５２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、本実施の形態では、ノズル内流路５２の内部直径が1[μm]に設定されている。そして、ノズル５１の先端部における外部直径は2[μm]、ノズル５１の根元の直径は5[μm]、ノズル５１の高さは100[μm]に設定されており、その形状は限りなく円錐形に近い円錐台形に形成されている。また、ノズルの内部直径は0.2[μm]より大きい方が好ましい。
【００４２】
なお、ノズル内流路５２の形状は、図１２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１３（Ａ）に示すように、ノズル内流路５２の後述する溶液室５４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１３（Ｂ）に示すように、ノズル内流路５２の後述する溶液室５４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５２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１３（Ｃ）に示すように、ノズル内流路５２の後述する溶液室５４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。
【００４３】
（溶液供給部）
溶液供給部５３は、ノズルプレート５６の内部に、ノズル５１の根元となる位置に設けられると共にノズル内流路５２に連通する溶液室５４と、図示しない外部の溶液タンクから溶液室５４に溶液を導く供給路５７と、溶液室５４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を備えている。
上記供給ポンプは、ノズル５１の先端部まで溶液を供給し、当該先端部から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（図１２（Ａ）参照）。
供給ポンプとは、液体吐出ヘッドと供給タンクの配置位置による差圧を利用する場合も含み、別途、溶液供給手段を設けなくとも溶液供給路のみで構成しても良い。ポンプシステムの設計にもよるが、基本的にはスタート時に液体吐出ヘッドに溶液を供給するときに稼動し、液体吐出ヘッドから液体を吐出し、それに応じた溶液の供給は、キャピラリ及び凸状メニスカス形成手段による液体吐出ヘッド内の容積変化及び供給ポンプの各圧力の最適化を図って溶液の供給が実施される。
【００４４】
（吐出電圧印加手段）
吐出電圧印加手段３５は、ノズルプレート５６の内部であって溶液室５４とノズル内流路５２との境界位置に設けられた吐出電圧印加用の吐出電極５８と、この吐出電極５８に常時，直流のバイアス電圧を印加するバイアス電源３０と、吐出電極５８にバイアス電圧に重畳して吐出に要する電位とする吐出パルス電圧を印加する吐出電圧電源３１とを備えて構成されている。
【００４５】
上記吐出電極５８は、溶液室５４内部において溶液に直接接触し、溶液を帯電させると共に吐出電圧を印加する。
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。
【００４６】
吐出電圧電源３１は、溶液の吐出を行う際にのみパルス電圧をバイアス電圧に重畳させて印加する。このときの重畳電圧Ｖは次式（１）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。
【数４】
2005059301.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。
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。
【００４７】
（ノズルプレート）
ノズルプレート５６は、図１１において最も下層に位置するベース層５６ａと、その上に位置する溶液の供給路を形成する流路層５６ｂと、この流路層５６ｂのさらに上に形成される上面層５６ｃとを備え、流路層５６ｂと上面層５６ｃとの間には前述した吐出電極５８が介挿されている。
上記ベース層５６ａは、シリコン基板或いは絶縁性の高い樹脂又はセラミックにより形成され、その上に溶解可能な樹脂層を形成すると共に接続路５７及び溶液室５４を形成するための所定のパターンに従う部分のみを残して除去し、除去された部分に絶縁樹脂層を形成する。この絶縁樹脂層が流路層５６ｂとなる。そして、この絶縁樹脂層の上面に導電素材（例えばNiP）のメッキにより吐出電極５８を形成し、さらにその上から絶縁性のレジスト樹脂層を形成する。このレジスト樹脂層が上面層５６ｃとなるので、この樹脂層はノズル５１の高さを考慮した厚みで形成される。そして、この絶縁性のレジスト樹脂層を電子ビーム法やフェムト秒レーザにより露光し、ノズル形状を形成する。ノズル内流路５２も露光・現像により形成される。そして、ノズル内供給路５７及び溶液室５４のパターンに従う溶解可能な樹脂層を除去し、これらノズル内供給路５７及び溶液室５４が開通してノズルプレート５６が完成する。
【００４８】
なお、ノズルプレート５６及びノズル５１の素材は、具体的には、エポキシ、ＰＭＭＡ、フェノール、ソーダガラス、石英ガラス等の絶縁材の他、Ｓｉのような半導体、Ｎｉ、ＳＵＳ等のような導体であっても良い。但し、導体によりノズルプレート５６及びノズル５１を形成した場合には、少なくともノズル５１の先端部における先端部端面、より望ましくは先端部における周面については、絶縁材による被膜を設けることが望ましい。ノズル５１を絶縁材から形成し又はその先端部表面に絶縁材被膜を形成することにより、溶液に対する吐出電圧印加時において、ノズル先端部から対向電極２３への電流のリークを効果的に抑制することが可能となるからである。
【００４９】
（対向電極）
対向電極２３は、ノズル５１の突出方向に垂直な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。ノズル５１の先端部から対向電極２３の対向面までの距離は、一例としては100[μm]に設定される。
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ノズル５１の先端部と対向面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。
なお、液体吐出装置１００は、ノズル５１の超微細化による当該ノズル５１の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５１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。
【００５０】
（液体吐出装置による微小液滴の吐出動作）
図１１及び図１２により液体吐出装置１００の吐出動作の説明を行う。
ノズル内流路５２には溶液が供給された状態にあり、かかる状態でバイアス電源３０により吐出電極５８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、ノズル５１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１２（Ａ））。
そして、吐出電圧電源３１により吐出パルス電圧が印加されると、ノズル５１の先端部では集中された電界の電界強度による静電力により溶液がノズル５１の先端側に誘導され、外部に突出した凸状メニスカスが形成されると共に、かかる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１２（Ｂ））。
【００５１】
上記液体吐出装置１００は、従来にない微小径のノズル５１により液滴の吐出を行うので、ノズル内流路５２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細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。
そして、微細径であるがために、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。
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。
【００５２】
（液滴）
次に、ノズル５１から吐出される溶液の液滴について説明する。
本発明に係る液体吐出装置１００は、ノズル５１の先端部から吐出されて飛翔する液滴の直径をｄ[μm]、基材Ｋの液滴受面Ｋ１に着弾した液滴の直径をＤ[μm]としたときに、飛翔する液滴の直径ｄで着弾した液滴の直径Ｄを除算した扁平率Ｄ／ｄが、
１≦Ｄ／ｄ≦３
の式を満足するように液滴を吐出させる。
ここで、飛翔する液滴の直径は、飛翔する液滴の外径のことであり、例えば、飛翔する液滴を球とみなし、超高速度カメラ（図示略）を用いて飛翔する液滴を撮影し、２次元画像を画像処理して液滴の面積を円換算した相当直径を示すものとする（図１７参照）。また、基材Ｋに着弾した液滴の直径は、例えば、着弾した液滴を所定厚の円板とみなし、基材Ｋの液滴受面Ｋ１に対してほぼ垂直に設けられたレーザ顕微鏡（図示略）を用いて液滴を撮影し、撮影画像を画像処理して液滴の面積を円換算した相当直径を示すものとする（図１７参照）。
【００５３】
扁平率Ｄ／ｄを、１≦Ｄ／ｄ≦３の範囲に規定する手段としては、（１）液滴の比表面積の調整、（２）吐出電圧の調整、（３）溶液の調整、（４）ノズル径の調整、（５）ノズル−基材間距離の調整等が挙げられる。
なお、吐出電圧信号の波形幅や、波形の形状を変更することにより、ノズルからの液滴の吐出量を調整し、これにより、扁平率Ｄ／ｄを調整するようにしても良い。また、扁平率Ｄ／ｄの調整において、基材Ｋの温度を調整しても良く、この場合、基材Ｋに着弾した液滴の熱移動量を調整して、蒸発速度を変更することができるからである。
【００５４】
（１）液滴の比表面積の調整
液滴の比表面積Ｓ／Ｖは、ノズルの先端部から吐出されて飛翔する液滴の表面積Ｓを体積Ｖで除算した値である。
ここで、飛翔する液滴の表面積Ｓ及び体積Ｖは、例えば、飛翔する液滴を球とみなした場合の直径から算出されたものである。
そして、扁平率Ｄ／ｄを、１≦Ｄ／ｄ≦３の範囲に規定する上では、液滴の比表面積Ｓ／Ｖが、０．６以上であるのが好ましく、１．０以上であるのがより好ましい。即ち、液滴の比表面積Ｓ／Ｖを少なくとも０．６以上とすることにより、直径が１０[μm]以下の微小な液滴とすることができるので、ノズルから吐出され飛翔する液滴や基材Ｋの液滴受面Ｋ１に着弾した液滴の溶媒が蒸発する速度を速めて、急速に乾燥・固化させることができる。より具体的には、比表面積を大きくすることにより液滴の表面からの物質の移動速度及び熱移動速度を速くすることができる。つまり、液滴の表面からの物質の移動律速の蒸発量を増加させるとともに、液滴中における溶質の内部拡散律速の移動量を増加させることができ、液滴の溶媒の蒸発速度を格段に速くすることができる。また、熱移動速度を速くすることができるので、基材Ｋに着弾した液滴の蒸発に必要な蒸発潜熱を当該基材Ｋから迅速に供給することができる。
【００５５】
（２）吐出電圧の調整
ノズル内の溶液に印加する吐出電圧の大きさを調整することによって、液滴の帯電量を変化させて、蒸気圧の調整を行うことができる。
【００５６】
（３）溶液の調整
溶媒の調整：沸点の低い溶媒ほど、所定温度における飽和蒸気圧が高くなり、蒸発速度を速くすることができる。また、溶媒の濃度を調整することにより、蒸発速度を変更することもできる。
溶質の調整：溶質の種類と、それに応じた適切な溶解性パラメーターを有する溶媒を選択することで、溶質の内部拡散速度を調整することができる。
【００５７】
（４）ノズル径の調整
ノズル径を小さくすることにより液滴を微小化させて、液滴からの溶媒の蒸発速度を速くすることができる。
【００５８】
（５）ノズル−基材間距離（ＧＡＰ）の調整
ノズル−基材間距離を大きくすることにより、電界強度を減少させることができ、これにより、液滴を微小化させて、液滴からの溶媒の蒸発速度を速くすることができる。
【００５９】
（着弾物）
次に、着弾物について説明する。
本発明に係る着弾物は、基材Ｋの液滴受面Ｋ１に着弾した液滴よりなるものであり、当該着弾物の液滴受面Ｋ１に略垂直な方向の高さｔ[μm]で、液滴受面Ｋ１に略水平な方向の距離Ｗ[μm]を除算したアスペクト比Ｗ／ｔが、
０．１≦Ｗ／ｔ≦１００
の式を満足するようになっている。
ここで、着弾物は、液滴受面Ｋ１上にて線状に延在するものであっても良く、この場合、着弾物の液滴受面Ｋ１に略水平な方向の距離Ｗは、当該着弾物の長手方向に対して略垂直な方向の幅を示すものとする。これにより、線状に形成された着弾物のアスペクト比Ｗ／ｔの調整を適正に行うことができる。
【００６０】
また、着弾物の基材Ｋの液滴受面Ｋ１に略垂直な方向の高さｔは、例えば、基材Ｋの液滴受面Ｋ１に対してほぼ垂直に設けられたレーザ顕微鏡を用いて着弾物を撮影し、計測された高さ方向の平均値から算出されたものとする。
さらに、着弾物の基材Ｋの液滴受面Ｋ１に略水平な方向の距離Ｗは、着弾物の高さｔと同様に、例えば、レーザ顕微鏡を用いて着弾物を撮影し、計測されたものとする。
【実施例】
【００６１】
以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。
（溶液）
ポリｐ−ビニルフェノールを、酢酸２−（２−ｎ−ブトキシエトキシ）エチルで溶解し、重量固形分率が４０重量％（実施例１及び２、実施例１０〜１２）、１０重量％（実施例３、比較例１及び２、４）の溶液を用いた。
ポリｐ−ビニルフェノールを、エタノールで溶解し、重量固形分率が１０重量％（実施例４〜６）の用いた。
ここで、酢酸２−（２−ｎ−ブトキシエトキシ）エチル及びエタノールの沸点及び蒸発速度係数を、表１に示す。なお、蒸発速度係数は、ＡＳＴＭ  Ｄ  ３５３９で計測したものであり、酢酸ブチルの蒸発速度係数を１とした場合のものである。
【表１】
2005059301.tif 000007
また、実施例７〜９、比較例３にあっては、銀ナノペースト（ハリマ化成製）を用いた。
【００６２】
（ノズル）
素材：ガラス製、先端部の内部直径：２[μm]（実施例１〜５、実施例７〜１２、比較例１、比較例３及び４）；１２[μm]（実施例６、比較例２）
【００６３】
（ノズル−基材間距離（ＧＡＰ））
１００[μm]（実施例１〜４、実施例６〜１２、比較例２〜４）；２[μm]（実施例５、比較例１）
【００６４】
（吐出電圧）
２４０[V]（実施例７及び１０）；２５０[V]（実施例１）；３００[V]（実施例８）；４００[V]（実施例１１）；５００[V]（実施例２〜６、実施例９、比較例１及び２）；７００[V]（実施例１２、比較例４）；１０００[V]（比較例３）
【００６５】
（扁平率の算出）
基材としてのガラス基板に対してノズルから吐出され飛翔する液滴の直径ｄ[μm]及びガラス基板の液滴受面に着弾した液滴の直径Ｄ[μm]を測定した。そして、直径Ｄ[μm]を直径ｄ[μm]で除算した値を扁平率Ｄ／ｄとした。
なお、ノズルから吐出され飛翔する液滴の直径ｄ[μm]は、飛翔する液滴を超高速度カメラを用いて撮影し、当該液滴を球とみなし、２次元画像を画像処理して液滴の面積を円換算した相当直径として示した。ここで、液滴の直径の計測方法は、例えば、特開２００１−１５０６５８号公報、特開２００１−１５０６５９号公報、特開２００１−１５０６９６号公報に開示された方法を適用することができる。具体的には、高倍率のレンズを通して拡大した液滴を撮像素子に結像させ、この撮像素子から出力された信号を画像処理する。そして、画像処理された画像情報の液滴外形部分の濃度値から液滴外径を認識して、その外径を当該液滴の直径とした。
また、基材に着弾した液滴の直径Ｄ[μm]は、基材の液滴受面に対してほぼ垂直に設けられたレーザ顕微鏡（例えば、キーエンス社製レーザ顕微鏡）を用いて撮影し、当該液滴を所定厚の円板とみなし、撮影画像を画像処理して液滴の面積を円換算した相当直径として示した。
実施例１〜６並びに比較例１及び２に対応する扁平率の比較結果を、表２に示す。
【００６６】
（比表面積の算出）
吐出電圧を２４０、３００、５００及び１０００[V]と変更することにより、液滴径を変化させ、これによって、液滴の比表面積を調整した。そして、各場合において、飛翔する液滴の超高速度カメラによる撮像画像から求められた、当該液滴を球とみなした場合の直径ｄ[μm]から、液滴の表面積Ｓ及び体積Ｖを算出し、表面積Ｓを体積Ｖで除算した値を比表面積Ｓ／Ｖとした。
実施例７〜９並びに比較例３に対応する比表面積Ｓ／Ｖの比較結果を、表３に示す。
【００６７】
（アスペクト比の算出）
溶液中の重量固形分率及び吐出電圧を２４０、４００及び７００[V]と変更して、各場合において、ノズルから液滴を１００回吐出することによりガラス基板の液滴受面に重ねて着弾された液滴よりなる着弾物を形成した。そして、着弾物の液滴受面に略垂直な方向の高さｔ[μm]並びに当該着弾物の液滴受面に略水平な方向の距離Ｗ[μm]を算出し、距離Ｗ[μm]を高さｔ[μm]で除算した値をアスペクト比Ｗ／ｔとした。
なお、着弾物の高さｔ[μm]は、ガラス基板に着弾した着弾物をレーザ顕微鏡を用いて撮影し、計測した当該着弾物の高さの平均値を用いた。また、着弾物の距離Ｗ[μm]は、着弾物の高さと同様に、レーザ顕微鏡を用いて着弾物を撮影し、計測した値を用いた。
実施例１０〜１２及び比較例４に対応するアスペクト比Ｗ／ｔの比較結果を、表４に示す。
【００６８】
なお、表２〜表４中における評価は、着弾物の寸法（例えば、高さ）の所望寸法からのずれの程度を示すものであり、具体的には、所望寸法からのずれの程度が、１０％以内のものを「◎」で示し、１０％を上回り２５％以内のものを「○」で示し、２５％を上回るものを「×」で示した。
【００６９】
【表２】
2005059301.tif 000008
【００７０】
（扁平率の評価）
＜吐出電圧の比較＞
表２に示すように、吐出電圧を２５０[V]とすることにより（実施例１）、５００[V]とした場合（実施例２）に比べて扁平率Ｄ／ｄを１により近づけることができた。即ち、吐出電圧を低下させることにより液滴量を少なくすることができ、これにより、液滴の比表面積が大きくなるので、液滴の溶媒の蒸発を加速させて、蒸発に必要な時間を短縮することができるからである。また、液滴の電荷量が減少することによりElectrowetting 効果を減少させることもできる。
以上により、扁平率Ｄ／ｄを小さくするためには、吐出電圧を低下させた方が好ましいと考えられる。
【００７１】
＜溶液の比較＞
溶液中の重量固形分率を４０重量％とすることにより（実施例２）、１０重量％とした場合（実施例３）に比べて扁平率Ｄ／ｄを１により近づけることができた。即ち、液滴中の溶剤重量が減少することにより蒸発に必要な時間が短縮することができるからである。また、固形分に対して粘度がべき乗で大きくなることも起因していると考えられる。
ノズル−基材間距離を１００[μm]として、溶剤の種類をエタノールとすることにより（実施例４）、酢酸２−（２−ｎ−ブトキシエトキシ）エチルとした場合（実施例３）に比べて扁平率Ｄ／ｄを１により近づけることができた。また、ノズル−基材間距離を２０[μm]とした場合においては（実施例５及び比較例１）、溶剤をエタノールとすることにより、扁平率Ｄ／ｄを３以下にすることができた。即ち、エタノールは、酢酸２−（２−ｎ−ブトキシエトキシ）エチルに比べて沸点が低く、且つ、蒸発速度係数が大きいため、蒸発速度が速い溶剤であるからである。
以上により、扁平率Ｄ／ｄを小さくするためには、溶液中の重量固形分率を大きくし、且つ、蒸発速度が速い溶剤を用いた方が好ましいと考えられる。
【００７２】
＜ノズル−基材間距離の比較＞
溶剤の種類を酢酸２−（２−ｎ−ブトキシエトキシ）エチルとして、ノズル−基材間距離を２０[μm]とした場合（比較例１）、扁平率Ｄ／ｄは３を上回ったが、ノズル−基材間距離を１００[μm]とした場合（実施例３）、扁平率Ｄ／ｄを３以下にすることができた。また、溶剤の種類をエタノールとして、ノズル−基材間距離を１００[μm] とすることにより（実施例４）、２０[μm]とした場合に比べて扁平率Ｄ／ｄを１により近づけることができた。即ち、ノズル−基材間距離を大きくすることにより、電界強度が減少して、液滴が微小化されることにより蒸発速度が速くなったためと考えられる。
以上により、扁平率Ｄ／ｄを小さくするためには、ノズル−基材間距離を大きくした方が好ましいと考えられる。
【００７３】
＜ノズル径の比較＞
溶剤の種類を酢酸２−（２−ｎ−ブトキシエトキシ）エチルとして、ノズル径を１２[μm]とした場合（比較例２）、扁平率Ｄ／ｄは３を上回ったが、ノズル径を２[μm]とした場合（実施例３）、扁平率Ｄ／ｄを３以下にすることができた。また、溶剤の種類をエタノールとして、ノズル径を２[μm] とすることにより（実施例４）、１２[μm]とした場合に比べて扁平率Ｄ／ｄを１により近づけることができた。即ち、ノズル径を小さくすることにより、液液を微小化することができ、液滴の蒸発速度が速くなったためと考えられる。
以上により、扁平率Ｄ／ｄを小さくするためには、ノズル径を小さくした方が好ましいと考えられる。
【００７４】
【表３】
2005059301.tif 000009
【００７５】
（比表面積の評価）
表３に示すように、液滴の比表面積Ｓ／Ｖが０．６を下回った場合（比較例３）、即ち、吐出電圧が大きい場合には、液滴径が大きくなって扁平率Ｄ／ｄが大きくなるため、液滴の濡れ広がりが著しく悪化し、微細な形状や、所定の高さを有する構造物の形成が困難となる。一方で、液滴の比表面積Ｓ／Ｖが０．６を上回った場合（実施例９）、特に、１．０を上回った場合（実施例７及び８）、即ち、吐出電圧を小さくした場合には、液滴径が小さくなって扁平率Ｄ／ｄを小さくすることができる。従って、ノズルから吐出され飛翔する液滴や基材の液滴受面に着弾した液滴の溶媒が蒸発する速度を速めて、急速に乾燥・固化させることができるため、液滴の濡れ拡がりを適正に抑制することができたためであると考えられる。
以上により、扁平率Ｄ／ｄを小さくするためには、比表面積Ｓ／Ｖを０．６以上、好ましくは、１．０以上とした方が良いと考えられる。
【００７６】
【表４】
2005059301.tif 000010
【００７７】
（アスペクト比の評価）
＜溶液の比較＞
表４に示すように、吐出電圧を７００[V]として、溶液中の重量固形分率を１０重量％とした場合（比較例４）、アスペクト比Ｄ／ｔが１００を上回り、即ち、液滴の濡れ広がりが著しく悪化して、微細な形状や、所定の高さを有する構造物の形成が困難であった。一方で、重量固形分率を４０重量％とすることにより（実施例１２）、液滴の濡れ拡がりを適正に抑制して、アスペクト比Ｄ／ｔを１００以下にすることができた。
以上により、アスペクト比Ｄ／ｔを小さくするためには、溶液中の重量固形分率を大きくした方が好ましいと考えられる。
【００７８】
＜吐出電圧の比較＞
吐出電圧を７００、４００、２４０[V]と小さくすることにより（実施例１０〜１２）、液滴を微小化することができるため、液滴の濡れ拡がりを適正に抑制して、アスペクト比Ｄ／ｔを小さくすることができた。
以上により、アスペクト比Ｄ／ｔを小さくするためには、吐出電圧を低下させた方が好ましいと考えられる。
【００７９】
なお、データの図示は省略するが、実施例１０の条件下にて、液滴が５０回重ねて着弾された着弾物のアスペクト比Ｄ／ｔは、０．１５であった。
【００８０】
このように、ノズル５１の先端部の内部直径を２５[μm]以下とすることによって、微小な液滴の吐出を行うことができ、液滴の比表面積Ｓ／Ｖを大きくすることができる。特に、液滴の比表面積Ｓ／Ｖを０．６以上、好ましくは、１．０以上とすることにより、液滴の溶媒の体積当たりの蒸発速度を増加させることができるので、液滴を急速に乾燥させて、基材Ｋに着弾した液滴を急速に固化させることができることとなって、基材Ｋの表面における液滴の濡れ拡がりの抑制を簡便に且つ適正に行うことができる。
そして、１≦Ｄ／ｄ≦３の範囲内において、扁平率Ｄ／ｄを１に近づけることにより液滴の幅を小さく且つ高さを高くすることができる一方で、扁平率Ｄ／ｄを３に近づけることにより液滴の幅を大きく且つ高さを低くすることができる。
従って、従来のように、基材Ｋ表面の親水性や疎水性の所定溶液による処理や、基材Ｋ表面に所定の高さを有する構造物等を作製する作業を行うことなく、基材Ｋに着弾した液滴よりなる着弾物の幅・高さの調整を容易に且つ適正に行うことができる。特に、基材Ｋの表面に線状に形成される回路の配線パターン等の幅及び高さの調整を適正に行うことができる。
また、基材Ｋに着弾した液滴に対して重ねて液滴を着弾させた場合であっても、着弾した液滴の乾燥・固化が迅速に行われることとなって、液滴どうしの積み重ねを適正に行うことができ、所定の高さや体積を有する着弾物の構造体を形成することができる。
【００８１】
また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
例えば、上記実施の形態では、扁平率Ｄ／ｄを、１≦Ｄ／ｄ≦３の範囲に規定するために、液滴の比表面積、吐出電圧、溶液、ノズル径、ノズル−基材間距離等を調整するようにしたが、これら以外の手段によって扁平率Ｄ／ｄを上記の範囲に規定するようにしても良い。
【００８２】
[液体吐出装置の理論説明]
以下に、上記液体吐出装置による液体吐出の理論説明及びこれに基づく基本例の説明を行う。なお、以下に説明する理論及び基本例におけるノズルの構造、各部の素材及び吐出液体の特性、ノズル周囲に付加する構成、吐出動作に関する制御条件等全ての内容は、可能な限り上述した実施形態中に適用しても良いことはいうまでもない。
【００８３】
（印加電圧低下および微小液滴量の安定吐出実現の方策）
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。
【数５】
2005059301.tif 000011
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。
【数６】
2005059301.tif 000012
【数７】
2005059301.tif 000013
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。
このような駆動電圧低下および微小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。
以下の説明は、上記各本発明の実施形態で説明した液体吐出装置に適用可能である。
いま、直径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１４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。
【数８】
2005059301.tif 000014
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、ε：基材の誘電率（F/m）、h：ノズル−基材間距離（m）、ｄ：ノズル内部の直径（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。
【００８４】
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。
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】
2005059301.tif 000015
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）。
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。
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】
2005059301.tif 000016
（７）、（８）、（９）式よりα＝１とおいて、
【数１１】
2005059301.tif 000017
と表される。
【００８５】
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】
2005059301.tif 000018
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、
【数１３】
2005059301.tif 000019
となる。十分に小さいノズル直径ｄを用いることで、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】
2005059301.tif 000020
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】
2005059301.tif 000021
が、本発明の動作電圧となる。
【００８６】
ある直径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、微細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。
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、微細ノズル化により吐出電圧の低下が可能となる。
【００８７】
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。
【数１６】
2005059301.tif 000022
ここで、ε：溶液の誘電率（F/m）、σ：溶液の導電率（S/m）である。溶液の比誘電率を10、導電率を10-6 S/m を仮定すると、τ＝1.854×10-5secとなる。あるいは、臨界周波数をfc[Hz]とすると、
【数１７】
2005059301.tif 000023
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10 kHz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：10-15 l）程度を達成できる。
【００８８】
なお、各上記本実施の形態においては、図１４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。
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。
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。
また、基材を、導電性または絶縁性の基材ホルダーに載置して保持するようにしても良い。
【００８９】
図１５は、本発明の他の基本例の一例としての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の管厚が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。
【００９０】
前述した図９は、本発明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。液体吐出装置として、図１１に示すものを用いた。微細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。
【００９１】
上記各実施形態において、溶液吐出の条件は、ノズル−基材間距離(ｈ)、吐出電圧の振幅（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。
【００９２】
この様子を図１６を用いて説明する。
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−基材間距離(ｈ)と吐出電圧の振幅(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。
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】
【００９３】
【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】ノズルのノズル径のメニスカス部の最大電界強度と強電界領域の関係を示す線図である。
【図９】ノズルのノズル径とメニスカス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】ノズル径とメニスカス部の強電界の領域の関係で表されるグラフである。
【図１１】本発明が適用された一実施の形態として例示する液体吐出装置のうち、溶液の吐出動作に直接関わりある構成のみを図示したノズルに沿った断面図である。
【図１２】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１２（Ａ）は吐出を行わない状態であり、図１２（Ｂ）は吐出状態を示す。
【図１３】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１３（Ａ）は溶液室側に丸みを設けた例であり、図１３（Ｂ）は流路内壁面をテーパ周面とした例であり、図１３（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１４】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１５】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１６】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。
【図１７】液滴の扁平率を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００９４】
１００      液体吐出装置
３５        吐出電圧印加手段
５１        ノズル
６０        供給路
６１        溶液収納部
Ｋ          基材
Ｋ１        液滴受面
【図１】
2005059301.tif 000024
【図２】
2005059301.tif 000025
【図３】
2005059301.tif 000026
【図４】
2005059301.tif 000027
【図５】
2005059301.tif 000028
【図６】
2005059301.tif 000029
【図７】
2005059301.tif 000030
【図８】
2005059301.tif 000031
【図９】
2005059301.tif 000032
【図１０】
2005059301.tif 000033
【図１１】
2005059301.tif 000034
【図１２】
2005059301.tif 000035
【図１３】
2005059301.tif 000036
【図１４】
2005059301.tif 000037
【図１５】
2005059301.tif 000038
【図１６】
2005059301.tif 000039
【図１７】
2005059301.tif 000040