(57)【要約】【課題】十分に微小な液滴の吐出が可能であると共に、液滴径が比較的大きい液滴を吐出することが可能な液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出方法を提供する。【解決手段】複数の小ノズル８及び大ノズル１０が形成されたノズルプレート５と、各ノズルに連通し液体を貯蔵するキャビティ１５と、キャビティ１５に連通した液体の共通流路１６と、液体と基材Ｋとの間に静電吸引力を発生させる静電電圧電源１８と、液体に圧力を発生させる駆動電圧電源２０と、小ノズル８の吐出の際は静電電圧電源１８により静電電圧を印加すると共に駆動電圧電源２０により小ノズル８の吐出口７にメニスカスを形成し、大ノズル１０の吐出の際は駆動電圧電源２０により大ノズル１０の内部の液体を一部分離し液滴を形成すると共に静電電圧電源１８により静電電圧を印加して液滴を飛翔させるように制御する制御手段２１と、を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を基材に吐出する吐出口を有する複数の小ノズル及び複数の大ノズルが形成されたノズルプレートと、
前記小ノズル及び前記大ノズルの各々に連通し前記吐出口から吐出される液体を貯蔵するキャビティと、
前記キャビティに連通した液体の共通流路と、
前記小ノズル、前記大ノズル及び前記キャビティ内部の液体と前記基材との間に静電電圧を印加して静電吸引力を発生させる静電電圧印加手段と、
前記キャビティ内部の液体に圧力を発生させる圧力発生手段と、
前記小ノズルから液体を吐出する際は前記静電電圧印加手段により静電電圧を印加すると共に前記圧力発生手段により前記小ノズルの吐出口にメニスカスを形成して液体を電界集中吐出させ、前記大ノズルから液体を吐出する際は前記圧力発生手段により前記大ノズル内部の液体を一部分離し液滴を形成すると共に前記静電電圧印加手段による静電電圧の印加により液滴を飛翔させるように制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記小ノズルの吐出口の開口径は１５μｍ未満であることを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記ノズルプレートの体積抵抗率は１０１５Ωｍ以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記基材の近傍には帯電した液滴の着弾により基材上に生じた電荷を除去する除電手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項３いずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１〜請求項４いずれか一項に記載の液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドに対向し前記基材を支持する対向電極とを備え、前記液体吐出ヘッドと前記対向電極との間に生じる前記静電吸引力により液体を吐出させることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項６】
液体を基材に吐出する吐出口を有する複数の小ノズル及び複数の大ノズルが形成されたノズルプレートと、
前記小ノズル及び前記大ノズルの各々に連通し前記吐出口から吐出される液体を貯蔵するキャビティと、
前記キャビティに連通した液体の共通流路と、
前記小ノズル、前記大ノズル及び前記キャビティ内部の液体と前記基材との間に静電電圧を印加して静電吸引力を発生させる静電電圧印加手段と、
前記キャビティ内部の液体に圧力を発生させる圧力発生手段と、
を備えた液体吐出ヘッドを使用して、
前記小ノズルから液体を吐出する際は前記静電電圧印加手段により静電電圧を印加すると共に前記圧力発生手段により前記小ノズルの吐出口にメニスカスを形成して液体を電界集中吐出させ、前記大ノズルから液体を吐出する際は前記圧力発生手段により前記大ノズル内部の液体を一部分離し液滴を形成すると共に前記静電電圧印加手段による静電電圧の印加により液滴を飛翔させるように制御することを特徴とする液体吐出方法。
【請求項７】
前記小ノズルの吐出口の開口径は１５μｍ未満であることを特徴とする請求項６記載の液体吐出方法。
【請求項８】
前記ノズルプレートの体積抵抗率は１０１５Ωｍ以上であることを特徴とする請求項６又は請求項７記載の液体吐出方法。
【請求項９】
前記基材の近傍には帯電した液滴の着弾により基材上に生じた電荷を除去する除電手段を設けることを特徴とする請求項６〜請求項８いずれか一項に記載の液体吐出方法。
【請求項１０】
前記液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドに対向し前記基材を支持する対向電極とを使用して、前記液体吐出ヘッドと前記対向電極との間に生じる前記静電吸引力により液体を吐出させることを特徴とする請求項６〜請求項９いずれか一項に記載の液体吐出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出方法に係り、特にフラットノズルを有する液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高画質化、配線の微細化などに対応するため、微小な液滴を吐出することが可能なインクジェット方式が要望されている。
【０００３】
一方、微小な液滴を吐出する液体吐出装置では、広い範囲の吐出を行う場合には多数の液滴を吐出する必要があるため、液体吐出動作を高速に行うことが要求される。
【０００４】
そこで、微細な描画を可能とし、かつ、広い範囲の吐出を効率よく行うために、描画パターンに応じて液滴径の大きさを変化させて液滴の吐出を行う液体吐出装置が提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、異なる開口径を有するノズルグループを使用することにより異なる液滴径の液滴を吐出する液体吐出装置が記載されている。
【０００６】
また、特許文献２には、圧力により液滴を吐出させる高出力範囲と、圧力及び静電力により液滴を吐出させる低圧力範囲とで圧力を切り替えることにより、液滴径の大きさを変化させる液体吐出装置が知られている。
【０００７】
また、特許文献３には、ノズル群単位で異なる駆動波形を与えることにより、異なる液滴径の液滴を吐出することを可能とする液体吐出装置が記載されている。
【０００８】
また、特許文献４には、駆動波形を変形することで液滴径を変化させることにより、同一のノズルから大液滴と小液滴とを吐出することを可能とする液体吐出装置が記載されている。
【特許文献１】特開平９−１１８０２５号公報
【特許文献２】特開平１０−３１５４６４号公報
【特許文献３】特開平１０−３０５５６８号公報
【特許文献４】特開２００３−１１８１１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、産業用のパターニングなどでは液滴の着弾径を概ね３０μｍ以下とする高精細化が望まれ、吐出する液滴径は概ね１５μｍ以下とする必要があるところ、特許文献１〜特許文献４記載の発明では、液滴径を変化させることはできるが、吐出する液滴径を１５μｍ以下とすることは難しかった。
【００１０】
また、特許文献４記載の発明では、複雑な波形制御が必要になるという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、十分に微小な液滴の吐出が可能であると共に、液滴径が比較的大きい液滴を吐出することが可能な液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出方法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】
【００１２】
上記課題を解決するため請求項１記載の発明は、液体吐出ヘッドであって、液体を基材に吐出する吐出口を有する複数の小ノズル及び複数の大ノズルが形成されたノズルプレートと、前記小ノズル及び前記大ノズルの各々に連通し前記吐出口から吐出される液体を貯蔵するキャビティと、前記キャビティに連通した液体の共通流路と、前記小ノズル、前記大ノズル及び前記キャビティ内部の液体と前記基材との間に静電電圧を印加して静電吸引力を発生させる静電電圧印加手段と、前記キャビティ内部の液体に圧力を発生させる圧力発生手段と、前記小ノズルから液体を吐出する際は前記静電電圧印加手段により静電電圧を印加すると共に前記圧力発生手段により前記小ノズルの吐出口にメニスカスを形成して液体を電界集中吐出させ、前記大ノズルから液体を吐出する際は前記圧力発生手段により前記大ノズル内部の液体を一部分離し液滴を形成すると共に前記静電電圧印加手段による静電電圧の印加により液滴を飛翔させるように制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項１記載の発明によれば、小ノズルは吐出口の開口径が比較的小さいためメニスカスを形成するのみで電界が集中し、静電電圧の印加により小液滴を吐出させることが可能となる。また、大ノズルは吐出口の開口径が比較的大きいためメニスカスを形成するのみでは十分な電界集中が得られないが、圧力発生手段の圧力で大ノズル内部の液体を一部分離して大液滴を形成することにより大液滴を飛翔させることが可能となる。これにより、描画パターンに応じ、微細な描画を行う際は小ノズルから小液滴を吐出させ、さほどの高精細さは必要ないが比較的広い領域の描画を行う際は大ノズルから大液滴を吐出させることが可能になる。
また、ノズルプレートに形成された小ノズル及び大ノズルのノズル径以外は、液体の流路や圧力発生手段などすべて共通の構成としてもよい。この場合は、ノズルプレートにおける小ノズル及び大ノズルの配置を液体吐出ヘッドの用途に応じて容易に変更することが可能となる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の液体吐出ヘッドであって、前記小ノズルの吐出口の開口径は１５μｍ未満であることを特徴とする。
【００１５】
請求項２記載の発明によれば、液滴径１５μｍ以下の十分に微細なパターンの描画が可能になると共に、さほどの高精細さは必要ないが比較的広い領域の描画を行う際に効率よく描画を行うことが可能となる。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の液体吐出ヘッドであって、前記ノズルプレートの体積抵抗率は１０１５Ωｍ以上であることを特徴とする。
【００１７】
請求項３記載の発明によれば、ノズルプレートの体積抵抗率を１０１５Ωｍ以上とすることで、液体を電界集中吐出させる際にメニスカス先端に強い電界を生じさせることができ、液滴を効率よく安定的に吐出させることが可能となる。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項１〜請求項３いずれか一項に記載の液体吐出ヘッドであって、前記基材の近傍には帯電した液滴の着弾により基材上に生じた電荷を除去する除電手段が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
請求項４記載の発明によれば、基材に発生する静電気を除電することにより、液滴の着弾位置のずれを防止することが可能になる。
【００２０】
請求項５記載の発明は、液体吐出装置であって、請求項１〜請求項４いずれか一項に記載の液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドに対向し前記基材を支持する対向電極とを備え、前記液体吐出ヘッドと前記対向電極との間に生じる前記静電吸引力により液体を吐出させることを特徴とする。
【００２１】
請求項５記載の発明によれば、液体吐出装置において請求項１〜請求項４と同様の作用を得ることが可能となる。
【００２２】
請求項６記載の発明は、液体吐出方法であって、液体を基材に吐出する吐出口を有する複数の小ノズル及び複数の大ノズルが形成されたノズルプレートと、前記小ノズル及び前記大ノズルの各々に連通し前記吐出口から吐出される液体を貯蔵するキャビティと、前記キャビティに連通した液体の共通流路と、前記小ノズル、前記大ノズル及び前記キャビティ内部の液体と前記基材との間に静電電圧を印加して静電吸引力を発生させる静電電圧印加手段と、前記キャビティ内部の液体に圧力を発生させる圧力発生手段と、を備えた液体吐出ヘッドを使用して、前記小ノズルから液体を吐出する際は前記静電電圧印加手段により静電電圧を印加すると共に前記圧力発生手段により前記小ノズルの吐出口にメニスカスを形成して液体を電界集中吐出させ、前記大ノズルから液体を吐出する際は前記圧力発生手段により前記大ノズル内部の液体を一部分離し液滴を形成すると共に前記静電電圧印加手段による静電電圧の印加により液滴を飛翔させるように制御することを特徴とする。
【００２３】
請求項６記載の発明によれば、小ノズルは吐出口の開口径が比較的小さいためメニスカスを形成するのみで電界が集中し、静電電圧の印加により小液滴を吐出させることが可能となる。また、大ノズルは吐出口の開口径が比較的大きいためメニスカスを形成するのみでは十分な電界集中が得られないが、圧力発生手段の圧力で大ノズル内部の液体を一部分離して大液滴を形成することにより大液滴を飛翔させることが可能となる。これにより、描画パターンに応じ、微細な描画を行う際は小ノズルから小液滴を吐出させ、さほどの高精細さは必要ないが比較的広い領域の描画を行う際は大ノズルから大液滴を吐出させることが可能になる。
また、ノズルプレートに形成された小ノズル及び大ノズルのノズル径以外は、液体の流路や圧力発生手段などすべて共通の構成としてもよい。この場合は、ノズルプレートにおける小ノズル及び大ノズルの配置を液体吐出ヘッドの用途に応じて容易に変更することが可能となる。
【００２４】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の液体吐出方法であって、前記小ノズルの吐出口の開口径は１５μｍ未満であることを特徴とする。
【００２５】
請求項７記載の発明によれば、液滴径１５μｍ以下の十分に微細なパターンの描画が可能になると共に、さほどの高精細さは必要ないが比較的広い領域の描画を行う際に効率よく描画を行うことが可能となる。
【００２６】
請求項８記載の発明は、請求項６又は請求項７記載の液体吐出方法であって、前記ノズルプレートの体積抵抗率は１０１５Ωｍ以上であることを特徴とする。
【００２７】
請求項８記載の発明によれば、ノズルプレートの体積抵抗率を１０１５Ωｍ以上とすることで、液体を電界集中吐出させる際にメニスカス先端に強い電界を生じさせることができ、液滴を効率よく安定的に吐出させることが可能となる。
【００２８】
請求項９記載の発明は、請求項６〜請求項８いずれか一項に記載の液体吐出方法であって、前記基材の近傍には帯電した液滴の着弾により基材上に生じた電荷を除去する除電手段を設けることを特徴とする。
【００２９】
請求項９記載の発明によれば、基材に発生する静電気を除電することにより、液滴の着弾位置のずれを防止することが可能になる。
【００３０】
請求項１０記載の発明は、請求項６〜請求項９いずれか一項に記載の液体吐出方法であって、前記液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドに対向し前記基材を支持する対向電極とを使用して、前記液体吐出ヘッドと前記対向電極との間に生じる前記静電吸引力により液体を吐出させることを特徴とする。
【００３１】
請求項１０記載の発明によれば、液体吐出装置において請求項６〜請求項９と同様の作用を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００３２】
請求項１又は請求項６記載の発明によれば、描画パターンに応じ、微細な描画を行う際は小ノズルから小液滴を吐出させ、さほどの高精細さは必要ないが比較的広い領域の描画を行う際は大ノズルから大液滴を吐出させることが可能になる。
また、ノズルプレートにおける小ノズル及び大ノズルの配置を液体吐出ヘッドの用途に応じて容易に変更することが可能となる。
【００３３】
請求項２又は請求項７記載の発明によれば、十分に微細なパターンの描画が可能になると共に、さほどの高精細さは必要ないが比較的広い領域の描画を行う際に効率よく描画を行うことが可能となる。
【００３４】
請求項３又は請求項８記載の発明によれば、液滴を効率よく安定的に吐出させることが可能となる。
【００３５】
請求項４又は請求項９記載の発明によれば、液滴の着弾位置のずれを防止することが可能になる。
【００３６】
請求項５又は請求項１０記載の発明によれば、液体吐出装置において上記と同様の効果を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３８】
図１は、本実施形態の液体吐出装置１の全体構成を示す断面模式図である。
【００３９】
図１に示すように、液体吐出装置１は、インクなどの帯電可能な液体の液滴を吐出するライン方式の液体吐出ヘッド２と、液体吐出ヘッド２に対向し液滴の着弾を受ける基材Ｋを支持する対向電極３とを備えて構成されている。
【００４０】
本実施形態の基材Ｋは導電性基材であることが望ましい。また、基材Ｋの近傍には、帯電した液滴の着弾により基材Ｋに発生した静電気を大地に逃す除電手段としての除電ブラシ４が設けられている。除電ブラシ４は、ステンレス繊維、アモルファス繊維、カーボン繊維、導電性アクリル繊維などの導電性材料により無数の立毛が密生するように構成されており、先端部分が基材Ｋの表面に接触するように、図示しない保持部材によって保持されている。なお、除電手段としては除電流体噴付け機などを使用してもよい。
【００４１】
液体吐出ヘッド２には、図１に示すように、ノズルプレート５及びボディ層６が層状となるように設けられている。
【００４２】
ノズルプレート５は石英ガラスによって構成されており、対向電極３に対向する側に位置している。
【００４３】
なお、ノズルプレート５に使用する材料は石英ガラスに限らず、体積抵抗率が１０１５Ωｍ以上である高抵抗の樹脂材料などを用いてもよい。例えば、ポリイミド（PI）、ポリエチレンテレフタラート（PET）、ポリエチレンナフタレート（PEN）、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、ポリプロピレン（PP）などを用いてもよい。
【００４４】
また、図１及び図２に示すように、ノズルプレート５には、吐出口７を備えた複数の小ノズル８及び吐出口９を備えた複数の大ノズル１０が、穿孔により各々ライン状に形成されている。
【００４５】
また、ノズルプレート５の体積抵抗率は１０１５Ωｍ以上とされている。これにより、小ノズル８の吐出口７に形成されるメニスカスの先端部では強い電界強度が得られるようになっている。
【００４６】
小ノズル８及び大ノズル１０は、各々大径部１１，１２と、大径部１１，１２の底面に開口されると共に吐出口７，９と連通する小径部１３，１４との２段構造とされている。
【００４７】
また、小ノズル８及び大ノズル１０の大径部１１，１２及び小径部１３，１４は、各々断面形状が円形となっており、大径部１１，１２及び小径部１３，１４の各側面は、小ノズル８又は大ノズル１０の内部を通過する液体と各側面との間に生じる抵抗を低減させるため、吐出口７，９に向かって各々テーパ状となるように、すなわち大径部１１，１２及び小径部１３，１４の各断面積が各々吐出口７，９に向かって減少するように形成されている。
【００４８】
また、小ノズル８及び大ノズル１０は、ノズルプレート５の対向電極３に対向する面から突出せず、或いは３０μｍ程度しか突出しないように形成されており、液体吐出ヘッド２はフラットな吐出面を有するヘッドとして構成されている。
【００４９】
小ノズル８は開口径が比較的小さく形成されることにより、微細な描画を行うことが可能となっている。小ノズル８の小径部１３の開口径は１５μｍ未満であり、より好ましくは１０μｍ未満とされる。これにより、小ノズル８の吐出口に形成されるメニスカスの先端部に強い電界強度が得られ、液滴を安定に吐出させることができる。なお、小ノズル８の小径部１３の開口径は液滴の吐出に必要な集中電界強度が得られる範囲で任意に変更することが可能である。
【００５０】
次に、大ノズル１０は開口径が比較的大きく形成されることにより、広い範囲の液滴吐出を効率よく行うことが可能となっている。本実施形態では、大ノズル１０の小径部１４の開口径は２５μｍ程度とされている。なお、大ノズル１０の吐出口９に形成されるメニスカス先端部の集中電界強度は小ノズル８に比べると低く、メニスカスを形成するのみでは、静電電圧の印加により液滴を吐出することができる程度の集中電界強度は得ることはできない。
【００５１】
ここで、図３及び図４に一般的なノズルの開口径に対するメニスカス先端部の電界強度を示す。図３は、ノズルプレート５の厚さＨを１０μｍ〜１００μｍとした場合のノズルの開口径に対するメニスカス先端部の電界強度を示すものである。また、図４は、小径部１３，１４の長さＬを５μｍ〜２０μｍとした場合のノズルの開口径に対するメニスカス先端部の電界強度を示すものである。図３及び図４のいずれにおいても、ノズルの開口径が小さくなるほどメニスカス先端部の電界強度が大きくなっている。
【００５２】
ボディ層６はシリコンプレートによって構成されている。ボディ層６の各小ノズル８及び各大ノズル１０に対応する位置には、各小ノズル８及び各大ノズル１０の一端部とほぼ等しい内径を有するキャビティ１５が各々形成されており、各小ノズル８及び各大ノズル１０から吐出される液体を一時貯蔵するようになっている。
【００５３】
また、ボディ層６の上面には、可撓性を有する金属薄板やシリコンなどよりなる図示しない可撓層が設けられており、この可撓層によって液体吐出ヘッド２が外界と画されている。
【００５４】
また、ボディ層６と図示しない可撓層との境界には、図５に示すように、ボディ層６をエッチング加工することにより、キャビティ１５に液体を供給するための共通流路１６が形成されている。また、共通流路１６には、外部の図示しない液体タンクから液体を供給するための液体供給孔１７が形成されている。
【００５５】
なお、本実施形態では、小ノズル８に連通するキャビティ１５及び大ノズル１０に連通するキャビティ１５の双方に共通流路１６から液体が供給されるようになっているが、小ノズル８と大ノズル１０とで別々に流路を設ける構成としてもよい。
【００５６】
また、各キャビティ１５には、静電吸引力を生じさせる静電電圧を印加する静電電圧印加手段としての静電電圧電源１８が電気的に接続されている。これにより、静電電圧電源１８から各キャビティに静電電圧が印加されると、小ノズル８、大ノズル１０及び各キャビティ１５の内部の液体が同時に帯電され、液体吐出ヘッド２と対向電極３との間、特に液体と基材Ｋとの間に静電吸引力が発生するようになっている。
【００５７】
また、図示しない可撓層の上面であってキャビティ１５に対応する位置には、圧力発生手段として、圧電素子アクチュエータであるピエゾ素子１９が設けられている。なお、圧力発生手段は、本実施形態のような圧電素子アクチュエータのほか、静電アクチュエータやサーマル方式などを採用することも可能である。
【００５８】
また、各ピエゾ素子１９には、ピエゾ素子１９に駆動電圧を印加してピエゾ素子１９を変形させるための駆動電圧電源２０が各々接続されている。
【００５９】
また、静電電圧電源１８及び駆動電圧電源２０には、制御手段２１が電気的に接続されている。
【００６０】
対向電極３は、基材Ｋを支持する平板状の対向電極であり、液体吐出ヘッド２の下方において、液体吐出ヘッド２のノズルプレート５の下面に対して平行となるように所定距離離間されて配置されている。
【００６１】
対向電極３は接地されており、常時接地電位に維持されている。これにより、静電電圧電源１８から各キャビティ１５に静電電圧が印加されると、各キャビティ１５の内部の液体と対向電極３に支持された基材Ｋとの間に電界が生じるようになっている。
【００６２】
また、液体吐出ヘッド２又は対向電極３には、液体吐出ヘッド２と基材Ｋとを相対的に移動させて位置決めするための図示しない位置決め手段が取り付けられており、これにより液体吐出ヘッド２から吐出された液滴は、基材Ｋの表面における任意の位置に着弾させることが可能となっている。
【００６３】
また、対向電極３と液体吐出ヘッド２との離間距離（ギャップ）は、図示しない位置決め手段により、０．１〜３．０ｍｍ程度の範囲内で適宜設定されるようになっている。
【００６４】
このように液体吐出ヘッド２の構成は、ノズルプレート５に形成された小ノズル８及び大ノズル１０のノズル径以外は、液体の流路や圧力発生手段などすべて共通の構成としてもよい。この場合は、液体吐出装置１の製造段階において、ノズルプレート５における小ノズル８及び大ノズル１０の配置を液体吐出ヘッド２の用途に応じて容易に変更することができるようになっている。
【００６５】
次に、本実施形態の液体吐出ヘッド２の制御構成について説明する。
【００６６】
静電電圧電源１８は、液体の吐出時に、キャビティ１５に静電電圧を印加して小ノズル８、大ノズル１０及び各キャビティ１５の内部の液体を帯電させ、液体吐出ヘッド２と対向電極３との間、特に液体と基材Ｋとの間に静電吸引力を発生させるようになっている。
【００６７】
具体的には、静電電圧電源１８は、小ノズル８に連通するキャビティ１５に静電電圧を印加して、小ノズル８の吐出口７に形成されたメニスカスを小ノズル８の内部の液体から分離して小液滴とするようになっている。更に、静電力により小液滴を加速させて対向電極３に支持された基材Ｋに着弾させるようになっている。
【００６８】
また、静電電圧電源１８は、大ノズル１０に連通するキャビティ１５に静電電圧を印加して、ピエゾ素子１９の駆動により形成された大液滴を静電力により飛翔させ、基材Ｋに着弾させるようになっている。
【００６９】
駆動電圧電源２０は、液体の吐出時に、ピエゾ素子１９に駆動電圧を印加することによりピエゾ素子１９を変形させて、小ノズル８、大ノズル１０及び各キャビティ１５の内部の液体に圧力を発生させるようになっている。
【００７０】
具体的には、駆動電圧電源２０は、ピエゾ素子１９の駆動によって、小ノズル８に連通するキャビティ１５及び小ノズル８の内部の液体に圧力を発生させることにより、小ノズル８の吐出口７にメニスカスが形成するようになっている。これにより、吐出口７の開口径は比較的小さく形成されていることから、メニスカスに電界が集中し、静電電圧の印加により小液滴を吐出させることが可能となる。
【００７１】
また、駆動電圧電源２０は、ピエゾ素子１９の駆動により、大ノズル１０に連通するキャビティ１５及び大ノズル１０の内部の液体に圧力を発生させて、大ノズル１０の内部の液体を一部分離し大液滴を形成するようになっている。すなわち、吐出口７の開口径は比較的大きく形成されており、メニスカスを形成するのみでは電界が十分に集中しないことから、ピエゾ素子１９の駆動により大液滴を形成して、静電電圧の印加により大液滴を飛翔させることを可能とする。
【００７２】
ここで、ピエゾ素子１９の駆動により発生させる圧力は、小ノズル８に連通するキャビティ１５の液体に発生させる圧力より、大ノズル１０に連通するキャビティ１５の液体に発生させる圧力の方が大きい場合のみならず、両者の大きさが同程度である場合も考えられる。すなわち、小ノズル８は開口径が小さいため液体に対する流路抵抗が比較的大きくなるのに対し、大ノズル１０は開口径が大きく、液体に対する流路抵抗が比較的小さくなることから、大きさが同程度の駆動電圧をかけた場合でも、メニスカスは大液滴が形成される程度の十分な隆起量となりうるためである。
【００７３】
制御手段２１は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備えて構成され、ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより、液体吐出ヘッド２が備える静電電圧電源１８及び駆動電圧電源２０を駆動させて、液体の吐出を制御するようになっている。
【００７４】
本実施形態の制御手段２１は、描画パターンに応じて駆動電圧電源２０及び静電電圧電源１８を駆動することにより、微細な描画を行う際は小ノズル８から小液滴を吐出させ、また、さほどの高精細さは必要ないが比較的広い領域の描画を行う際は大ノズル１０から大液滴を吐出させるようになっている。
【００７５】
すなわち、制御手段２１は、小ノズル８から小液滴を吐出させる際は、静電電圧電源１８の制御により静電電圧を印加して、液体と基材Ｋとの間に静電吸引力を発生させる。また、駆動電圧電源２０の制御によりピエゾ素子１９を駆動し、吐出口７にメニスカスを形成させるようになっている。これにより、電界の静電力によりメニスカスが引きちぎられて液滴となる。更に、液滴は静電力により加速され、対向電極３に支持された基材Ｋに引き寄せられて着弾する。
【００７６】
また、制御手段２１は、大ノズル１０から大液滴を吐出させる際は、駆動電圧電源２０の制御によりピエゾ素子１９を駆動して、大ノズル１０の内部の液体を一部分離し大液滴を形成すると共に、静電電圧電源１８の制御により静電電圧を印加して液滴を飛翔させるように制御するようになっている。これにより、ピエゾ素子１９の駆動により形成された大液滴は静電力により加速され、基材Ｋに着弾する。
【００７７】
次に、液体吐出ヘッド２を使用した本発明の液体吐出方法について説明する。
【００７８】
液体を吐出する基材Ｋは、導電性基材とすることが望ましく、基材Ｋの近傍には、除電手段としての除電ブラシ４を設ける。
【００７９】
また、液体吐出ヘッド２を構成するノズルプレート５の体積抵抗率は１０１５Ωｍ以上とする。
【００８０】
また、小ノズル８の小径部１３，１４の開口径は１５μｍ未満とし、より好ましくは１０μｍ未満とする。また、大ノズル１０の小径部１３，１４の開口径は２５μｍ程度とする。
【００８１】
また、液体吐出ヘッド２を構成するボディ層６の各小ノズル８及び各大ノズル１０に対応する位置には、各小ノズル８及び各大ノズル１０から吐出される液体を一時貯蔵するキャビティ１５を各々形成する。
【００８２】
また、ボディ層６と図示しない可撓層との境界には、図５に示すように、ボディ層６をエッチング加工することにより、キャビティ１５に液体を供給するための共通流路１６を形成する。
【００８３】
また、図示しない可撓層の上面であってキャビティ１５に対応する位置には、圧力発生手段としてのピエゾ素子１９を設ける。
【００８４】
このように液体吐出ヘッド２の構成は、ノズルプレート５に形成された小ノズル８及び大ノズル１０のノズル径以外は液体の流路や圧力発生手段などすべて共通の構成としてもよい。
【００８５】
次に、液体吐出装置１が液体吐出動作を開始すると、制御手段２１は、描画パターンに応じて駆動電圧電源２０及び静電電圧電源１８を駆動する。すなわち、微細な描画を行う際は小ノズル８から小液滴を吐出させ、また、さほどの高精細さは必要ないが比較的広い領域の描画を行う際は大ノズル１０から大液滴を吐出させる。
【００８６】
すなわち、小ノズル８から小液滴を吐出させる際は、制御手段２１は、静電電圧電源１８の制御により静電電圧を印加して、液体と基材Ｋとの間に静電吸引力を発生させる。また、駆動電圧電源２０の制御によりピエゾ素子１９を駆動し、吐出口７にメニスカスを形成させる。これにより、電界の静電力によりメニスカスが引きちぎられて小液滴となる。更に、小液滴は静電力により加速され、対向電極３に支持された基材Ｋに引き寄せられて着弾する。
【００８７】
一方、大ノズル１０から大液滴を吐出させる際は、制御手段２１は、駆動電圧電源２０の制御によりピエゾ素子１９を駆動して、大ノズル１０の内部の液体を一部分離し大液滴を形成すると共に、静電電圧電源１８の制御により静電電圧を印加して液滴を飛翔させるように制御する。これにより、ピエゾ素子１９の駆動により形成された大液滴は静電力により加速され、基材Ｋに着弾する。
【００８８】
また、除電ブラシ４は、帯電した液滴が着弾することにより基材Ｋに発生した静電気を大地に逃す。
【００８９】
このように本実施形態に係る液体吐出ヘッド２、液体吐出装置１及び液体吐出方法によれば、小ノズル８は吐出口７の開口径が比較的小さいためメニスカスを形成するのみで電界が集中し、静電電圧の印加により小液滴を吐出させることが可能となる。また、大ノズル１０は吐出口９の開口径が比較的大きいためメニスカスを形成するのみでは十分な電界集中が得られないが、ピエゾ素子１９の駆動による圧力で大ノズル１０の内部の液体を一部分離して大液滴を形成することにより大液滴を飛翔させることが可能となる。これにより、描画パターンに応じ、微細な描画を行う際は小ノズル８から小液滴を吐出させ、さほどの高精細さは必要ないが比較的広い領域の描画を行う際は大ノズル１０から大液滴を吐出させることが可能になる。
【００９０】
また、ノズルプレート５に形成された小ノズル８及び大ノズル１０のノズル径以外は、液体の流路や圧力発生手段などすべて共通の構成としてもよい。この場合は、ノズルプレート５における小ノズル８及び大ノズル１０の配置を液体吐出ヘッド２の用途に応じて容易に変更することが可能となる。
【００９１】
また、液滴径１５μｍ以下の十分に微細なパターンの描画か可能になると共に、さほどの高精細さは必要ないが比較的広い領域の描画を行う際に効率よく描画を行うことが可能となる。
【００９２】
また、ノズルプレート５の体積抵抗率を１０１５Ωｍ以上とすることで、液体を電界集中吐出させる際にメニスカス先端に強い電界を生じさせることができ、液滴を効率よく安定的に吐出させることが可能となる。
【００９３】
また、基材Ｋに発生する静電気を除電することにより、液滴の着弾位置のずれを防止することが可能になる。
【００９４】
以上詳細に説明したように、本発明の液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出方法によれば、十分に微小な液滴の吐出が可能であると共に、液滴径が比較的大きい液滴を吐出することが可能となる。また、ノズルプレートにおける小ノズル及び大ノズルの配置を液体吐出ヘッドの用途に応じて容易に変更することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本実施形態に係る液体吐出装置の全体構成を示す概略構成図である。
【図２】本実施形態に係るノズルプレートの構成を示す平面図である。
【図３】ノズル径と電界強度との関係例を示すグラフである。
【図４】ノズル径と電界強度との他の関係例を示すグラフである。
【図５】本実施形態に係るノズルプレートの構成を示す上面図である。
【符号の説明】
【００９６】
１  液体吐出装置
２  液体吐出ヘッド
３  対向電極
４  除電ブラシ
５ノズルプレート
６  ボディ層
７  吐出口
８  小ノズル
９  吐出口
１０  大ノズル
１１，１２  大径部
１３，１４  小径部
１５  キャビティ
１６  共通流路
１７  液体供給孔
１８  静電電圧電源
１９  ピエゾ素子
２０  駆動電圧電源
２１  制御手段
【図１】
2007230178.tif 000003
【図２】
2007230178.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007230178.tif 000006
【図５】
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