(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７及び大ノズル９が形成されたノズルプレート４と、小ノズル７及び大ノズル９の各々に連通し吐出口６，８から吐出される液体を貯蔵するキャビティ１４と、キャビティ１４に連通した液体の流路１５ａ，１５ｂと、液体と基材Ｋ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電源１７と、キャビティ１４の容積を変化させることによって液体に圧力を発生させる駆動電圧電源１９と、小ノズル７から液体を吐出させる際は、静電電圧電源１７及び駆動電圧電源１９の制御により液体を電界集中吐出させ、大ノズル９から液体を吐出させる際は、駆動電圧電源１９の制御により液体を圧電吐出させる制御手段２０と、設ける。【選択図】図１
2007230179.tif 000002
【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ノズルが形成されたノズルプレートと、
前記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流路と、
前記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、
前記複数のノズルのうち少なくとも一つのノズル群に属するノズルから前記静電電圧印加手段及び前記圧力発生手段の制御により液体を電界集中吐出させ、他のノズル群に属するノズルから前記圧力発生手段の制御により液体を圧電吐出させる制御手段と、
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記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
液体を基材に吐出する吐出口を有する複数のノズルが形成されたノズルプレートと、
前記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流路と、
前記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、
前記複数のノズルのうち少なくとも一つのノズル群に属するノズルから前記静電電圧印加手段及び前記圧力発生手段の制御により液体を静電アシスト吐出させ、他のノズル群に属するノズルから前記圧力発生手段の制御により液体を圧電吐出させる制御手段と、
を備えることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項４】
液体を電界集中吐出又は静電アシスト吐出する前記ノズル群に属する前記ノズルの開口径は前記他のノズル群に属する前記ノズルの開口径より小さい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】
前記キャビティ及び前記液体の流路のうち液体と接する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〜請求項４いずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記液体の流路は、液体を電界集中吐出又は静電アシスト吐出する前記ノズル群に属する前記ノズルに連通する前記キャビティに液体を供給する流路と、前記他のノズル群に属する前記ノズルに連通する前記キャビティに液体を供給する流路とから成ることを特徴とする請求項１〜請求項５いずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
請求項１〜請求項６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、前記静電吸引力による液体の吐出と、前記圧力発生手段の発生圧力による液体の吐出との双方が可能であることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項８】
液体を基材に吐出する吐出口を有する複数のノズルが形成されたノズルプレートと、
前記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流路と、
前記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、
前記複数のノズルのうち少なくとも一つのノズル群に属するノズルから前記静電電圧印加手段及び前記圧力発生手段の制御により液体を電界集中吐出させ、他のノズル群に属するノズルから前記圧力発生手段の制御により液体を圧電吐出させることを特徴とする液体吐出方法。
【請求項９】
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８記載の液体吐出方法。
【請求項１０】
液体を基材に吐出する吐出口を有する複数のノズルが形成されたノズルプレートと、
前記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流路と、
前記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、
前記複数のノズルのうち少なくとも一つのノズル群に属するノズルから前記静電電圧印加手段及び前記圧力発生手段の制御により液体を静電アシスト吐出させ、他のノズル群に属するノズルから前記圧力発生手段の制御により液体を圧電吐出させることを特徴とする液体吐出方法。
【請求項１１】
液体を電界集中吐出又は静電アシスト吐出する前記ノズル群に属する前記ノズルの開口径は前記他のノズル群に属する前記ノズルの開口径より小さいことを特徴とする請求項８〜請求項１０いずれか一項に記載の液体吐出方法。
【請求項１２】
前記キャビティ及び前記液体の流路のうち液体と接する面に絶縁膜を形成することを特徴とする請求項８〜請求項１１いずれか一項に記載の液体吐出方法。
【請求項１３】
前記液体の流路は、液体を電界集中吐出又は静電アシスト吐出する前記ノズル群に属する前記ノズルに連通する前記キャビティに液体を供給する流路と、前記他のノズル群に属する前記ノズルに連通する前記キャビティに液体を供給する流路とから成ることを特徴とする請求項８〜請求項１２いずれか一項に記載の液体吐出方法。
【請求項１４】
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備えた液体吐出装置を使用し、前記静電吸引力による液体の吐出と、前記圧力発生手段の発生圧力による液体の吐出との双方を行うことが可能であることを特徴とする請求項８〜請求項１３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ノズルが形成されたノズルプレートと、前記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流路と、前記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、前記複数のノズルのうち少なくとも一つのノズル群に属するノズルから前記静電電圧印加手段及び前記圧力発生手段の制御により液体を電界集中吐出させ、他のノズル群に属するノズルから前記圧力発生手段の制御により液体を圧電吐出させる制御手段と、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、液体を圧電吐出させる場合は圧力発生手段によって液体の吐出、飛翔、着弾を行うため、必然的に駆動電圧が高くなり、液滴径の微小化には限界があるが、液体を電界集中吐出させる場合は、静電電圧印加手段及び圧力発生手段によって液体を電界集中吐出させることから、駆動電圧を低減して、液滴径を微小化することが可能となる。したがって、複数のノズルのうち少なくとも一つのノズル群において液体を電界集中吐出させることにより、十分に微小な液滴を吐出して微細なパターンの描画を行うことが可能になると共に、他のノズル群によってさほどの高精細さは必要ないが比較的広い領域の吐出を効率よく行うことが可能になる。
【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。
【００１５】
請求項２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。
【００１６】
請求項３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ノズルが形成されたノズルプレートと、前記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流路と、前記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、前記複数のノズルのうち少なくとも一つのノズル群に属するノズルから前記静電電圧印加手段及び前記圧力発生手段の制御により液体を静電アシスト吐出させ、他のノズル群に属するノズルから前記圧力発生手段の制御により液体を圧電吐出させる制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項３記載の発明によれば、液体を静電アシスト吐出させる場合は、静電電圧印加手段及び圧力発生手段によって液体を静電アシスト吐出させることから、駆動電圧を低減して液滴径を微小化することが可能となる。したがって、請求項１記載の発明と同様に、十分に微小な液滴を吐出して微細なパターンの描画を行うことが可能になると共に、他のノズル群によってさほどの高精細さは必要ないが比較的広い領域の吐出を効率よく行うことが可能になる。
【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、液体を電界集中吐出又は静電アシスト吐出する前記ノズル群に属する前記ノズルの開口径は前記他のノズル群に属する前記ノズルの開口径より小さいことを特徴とする。
【００１９】
請求項４記載の発明によれば、液体を電界集中吐出するノズル群に属するノズルの開口径を他のノズル群に属するノズルの開口径よりも小さくすることによって、更に微細なパターンの描画を行うことが可能となる。
【００２０】
請求項５記載の発明は、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であって、前記キャビティ及び前記液体の流路のうち液体と接する面に絶縁膜が形成されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項５記載の発明によれば、キャビティ及び液体の流路のうち液体と接する面に絶縁膜を形成することによって、静電電圧の印加により帯電した液体の影響で他のノズル内部の液体やノズルプレートが帯電するのを防ぐことができる。これにより、ノズルプレートの分極や他のノズル群のノズルから吐出される液体の着弾位置のずれを防止することが可能となる。
【００２２】
請求項６記載の発明は、請求項１〜請求項５いずれか一項に記載の液体吐出ヘッドであって、前記液体の流路は、液体を電界集中吐出又は静電アシスト吐出する前記ノズル群に属する前記ノズルに連通する前記キャビティに液体を供給する流路と、前記他のノズル群に属する前記ノズルに連通する前記キャビティに液体を供給する流路とから成ることを特徴とする。
【００２３】
請求項６記載の発明によれば、静電電圧の印加を行うノズル群と、それ以外のノズル群とで、キャビティに液体を供給する流路が別々に設けられていることから、静電電圧の印加により帯電した液体の影響で他のノズル内部の液体やノズルプレートが帯電するのを防ぐことができる。これにより、ノズルプレートの分極や他のノズル群のノズルから吐出される液体の着弾位置のずれを防止することが可能となる。
【００２４】
請求項７記載の発明は、液体吐出装置であって、請求項１〜請求項６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、前記静電吸引力による液体の吐出と、前記圧力発生手段の発生圧力による液体の吐出との双方が可能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、液体吐出装置において請求項１〜請求項６と同様の作用を得ることが可能となる。
【００２６】
請求項８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ノズルが形成されたノズルプレートと、前記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流路と、前記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、前記複数のノズルのうち少なくとも一つのノズル群に属するノズルから前記静電電圧印加手段及び前記圧力発生手段の制御により液体を電界集中吐出させ、他のノズル群に属するノズルから前記圧力発生手段の制御により液体を圧電吐出させることを特徴とする。
【００２７】
請求項８記載の発明によれば、液体を圧電吐出させる場合は圧力発生手段によって液体の吐出、飛翔、着弾を行うため、必然的に駆動電圧が高くなり、液滴径の微小化には限界があるが、液体を電界集中吐出させる場合は、静電電圧印加手段及び圧力発生手段によって液体を電界集中吐出させることから、駆動電圧を低減して、液滴径を微小化することが可能となる。したがって、複数のノズルのうち少なくとも一つのノズル群において液体を電界集中吐出させることにより、十分に微小な液滴を吐出して微細なパターンの描画を行うことが可能になると共に、他のノズル群によってさほどの高精細さは必要ないが比較的広い領域の吐出を効率よく行うことが可能になる。
【００２８】
請求項９記載の発明は、請求項８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。
【００２９】
請求項９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。
【００３０】
請求項１０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ノズルが形成されたノズルプレートと、前記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流路と、前記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、前記複数のノズルのうち少なくとも一つのノズル群に属するノズルから前記静電電圧印加手段及び前記圧力発生手段の制御により液体を静電アシスト吐出させ、他のノズル群に属するノズルから前記圧力発生手段の制御により液体を圧電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、液体を静電アシスト吐出させる場合は、静電電圧印加手段及び圧力発生手段によって液体を静電アシスト吐出させることから、駆動電圧を低減して液滴径を微小化することが可能となる。したがって、請求項８記載の発明と同様に、十分に微小な液滴を吐出して微細なパターンの描画を行うことが可能になると共に、他のノズル群によってさほどの高精細さは必要ないが比較的広い領域の吐出を効率よく行うことが可能になる。
【００３２】
請求項１１記載の発明は、請求項８〜請求項１０いずれか一項に記載の液体吐出方法であって、液体を電界集中吐出又は静電アシスト吐出する前記ノズル群に属する前記ノズルの開口径は前記他のノズル群に属する前記ノズルの開口径より小さいことを特徴とする。
【００３３】
請求項１１記載の発明によれば、液体を電界集中吐出するノズル群に属するノズルの開口径を他のノズル群に属するノズルの開口径よりも小さくすることによって、更に微細なパターンの描画を行うことが可能となる。
【００３４】
請求項１２記載の発明は、請求項８〜請求項１１いずれか一項に記載の液体吐出方法であって、前記キャビティ及び前記液体の流路のうち液体と接する面に絶縁膜を形成することを特徴とする。
【００３５】
請求項１２記載の発明によれば、キャビティ及び液体の流路のうち液体と接する面に絶縁膜を形成することによって、静電電圧の印加により帯電した液体の影響で他のノズル内部の液体やノズルプレートが帯電するのを防ぐことができる。これにより、ノズルプレートの分極や他のノズル群のノズルから吐出される液体の着弾位置のずれを防止することが可能となる。
【００３６】
請求項１３記載の発明は、請求項８〜請求項１２いずれか一項に記載の液体吐出方法であって、前記液体の流路は、液体を電界集中吐出又は静電アシスト吐出する前記ノズル群に属する前記ノズルに連通する前記キャビティに液体を供給する流路と、前記他のノズル群に属する前記ノズルに連通する前記キャビティに液体を供給する流路とから成ることを特徴とする。
【００３７】
請求項１３記載の発明によれば、静電電圧の印加を行うノズル群と、それ以外のノズル群とで、キャビティに液体を供給する流路が別々に設けられていることから、静電電圧の印加により帯電した液体の影響で他のノズル内部の液体やノズルプレートが帯電するのを防ぐことができる。これにより、ノズルプレートの分極や他のノズル群のノズルから吐出される液体の着弾位置のずれを防止することが可能となる。
【００３８】
請求項１４記載の発明は、請求項８〜請求項１３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備えた液体吐出装置を使用し、前記静電吸引力による液体の吐出と、前記圧力発生手段の発生圧力による液体の吐出との双方を行うことが可能であることを特徴とする。
【００３９】
請求項１４記載の発明によれば、液体吐出装置において請求項８〜請求項１３と同様の作用を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００４０】
請求項１又は請求項８記載の発明によれば、一つのノズル群により十分に微小な液滴の吐出が可能になると共に、他のノズル群によりさほどの高精細さは必要ないが比較的広い領域の吐出を効率よく行うことが可能になる。
【００４１】
請求項２又は請求項９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。
【００４２】
請求項３又は請求項１０記載の発明によれば、一つのノズル群により比較的微小な液滴の吐出が可能になると共に、他のノズル群によりさほどの高精細さは必要ないが比較的広い領域の吐出を効率よく行うことが可能になる。
【００４３】
請求項４又は請求項１１記載の発明によれば、更に微細なパターンの描画を行うことが可能となる。
【００４４】
請求項５又は請求項１２記載の発明によれば、他のノズル内部の液体やノズルプレートが帯電するのを防いで、ノズルプレートの分極や他のノズル群のノズルから吐出される液体の着弾位置のずれを防止することが可能となる。
【００４５】
請求項６又は請求項１３記載の発明によれば、他のノズル内部の液体やノズルプレートが帯電するのを防いで、ノズルプレートの分極や他のノズル群のノズルから吐出される液体の着弾位置のずれを防止することが可能となる。
【００４６】
請求項７又は請求項１４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】
【００４７】
以下、本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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４及びボディ層５が層状となるように設けられている。
【００５１】
ノズルプレート４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。また、図１及び図２に示すように、ノズルプレート４には、吐出口６を備えた複数の小ノズル７及び吐出口８を備えた複数の大ノズル９が、穿孔により各々ライン状に形成されている。また、ノズルプレート４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７の吐出口６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。
【００５２】
なお、ノズルプレート４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。
【００５３】
小ノズル７及び大ノズル９は、各々大径部１０，１１と、大径部１０，１１の底面に開口されるとともに吐出口６，８と連通する小径部１２，１３との２段構造とされている。
【００５４】
また、大径部１０，１１及び小径部１２，１３は、各々断面形状が円形となっており、大径部１０，１１及び小径部１２，１３の各側面は、小ノズル７又は大ノズル９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６，８に向かって各々テーパ状となるように、すなわち大径部１０，１１及び小径部１２，１３の各断面積が各々吐出口６，８に向かって減少するように形成されている。
【００５５】
また、小ノズル７及び大ノズル９は、ノズルプレート４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。
【００５６】
小ノズル７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７の小径部１２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、小ノズルの吐出口に形成されるメニスカスの先端部へ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７の小径部１２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。
【００５７】
次に、大ノズル９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９の小径部１３の開口径は２５μｍ程度とされている。
【００５８】
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４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１２，１３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。
【００５９】
ボディ層５はシリコンプレートによって構成されている。ボディ層５の各小ノズル７及び各大ノズル９に対応する位置には、各小ノズル７及び各大ノズル９の一端部とほぼ等しい内径を有するキャビティ１４が各々形成されており、各小ノズル７及び各大ノズル９から吐出される液体を一時貯蔵するようになっている。また、キャビティ１４のうち液体に接する面にはＳｉＯ２膜などの絶縁性の膜が形成されている。
【００６０】
また、ボディ層５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。
【００６１】
また、ボディ層５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５をエッチング加工することにより、小ノズル７に連通するキャビティ１４に液体を供給するための流路１５ａ及び大ノズル９に連通するキャビティ１４に液体を供給するための流路１５ｂが形成されている。また、流路１５ａ，１５ｂのうち液体に接する面にはＳｉＯ２膜などの絶縁性の膜が形成されている。
【００６２】
また、流路１５ａ，１５ｂ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１６ａ，１６ｂが各々形成されている。
【００６３】
このように、小ノズル７又は大ノズル９について別個に流路１５ａ，１５ｂを形成し、また、キャビティ１４及び流路１５ａ，１５ｂのうち液体に接する面に絶縁性の膜を形成することによって、静電電圧の印加により帯電した小ノズル７の内部の液体による影響で大ノズル９の内部の液体やボディ層５及びノズルプレート４が帯電することを防止している。
【００６４】
また、小ノズル７に連通するキャビティ１４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１７が電気的に接続されている。これにより、静電電圧電源１７から小ノズル７に連通するキャビティ１４に静電電圧が印加されると、小ノズル７及び小ノズル７に連通するキャビティ１４の内部の液体が同時に帯電され、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。
【００６５】
また、図示しない可撓層の上面であってキャビティ１４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１８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。
【００６６】
また、各ピエゾ素子１８には、ピエゾ素子１８に駆動電圧を印加してピエゾ素子１８を変形させるための駆動電圧電源１９が各々接続されている。
【００６７】
また、静電電圧電源１７及び駆動電圧電源１９には、制御手段２０が電気的に接続されている。
【００６８】
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４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。
【００６９】
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１７から各キャビティ１４に静電電圧が印加されると、各キャビティ１４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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
本実施形態の液体吐出ヘッド２は、小ノズル７から小液滴を電界集中吐出させ、大ノズル９から大液滴を圧電吐出させるようになっている。ここで、「電界集中射出」とは、液滴が形成されない程度のメニスカスに強い集中電界強度による静電力を作用させ、メニスカスを引きちぎって液滴化し飛翔させる方式であり、「圧電吐出」とは、液体に圧力を発生させることにより、液体の一部を分離させて液滴を形成すると共にその液滴を飛翔させる方式をいう。
【００７４】
静電電圧電源１７は、液体の吐出時に、小ノズル７に連通するキャビティ１４に静電電圧を印加して、小ノズル７に連通するキャビティ１４及び小ノズル７の内部の液体を帯電させ、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。
【００７５】
これにより、静電電圧電源１７は、小ノズル７の吐出口６に形成されたメニスカスを液体から分離して小液滴とし、更に、静電力により小液滴を加速させて基材Ｋに着弾させるようになっている。
【００７６】
駆動電圧電源１９は、液体の吐出時に、小ノズル７に連通するキャビティ１４に対応する位置に設けられたピエゾ素子１８に駆動電圧を印加することにより、ピエゾ素子１８を変形させて小ノズル７に連通するキャビティ１４の内部の液体に圧力を発生させ、小ノズル７の吐出口６にメニスカスを形成するようになっている。
【００７７】
これにより、小ノズル７は吐出口６の開口径が比較的小さく形成されていることから、メニスカス先端部で非常に強い電界集中が生じる。そして、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り、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ようになっている。その際、小液滴は静電力の作用でより近い所に着弾しようとするため、基材Ｋに対する着弾の際の角度などが安定し正確に行われる。
【００７８】
また、駆動電圧電源１９は、液体の吐出時に、大ノズル９に連通するキャビティ１４に対応する位置に設けられたピエゾ素子１８に駆動電圧を印加し、ピエゾ素子１８を変形させて大ノズル９に連通するキャビティ１４及び大ノズル９の内部の液体に圧力を発生させることにより、大ノズル９の内部の液体を一部分離させて大液滴を形成し、また、形成した大液滴を基材Ｋまで飛翔させるようになっている。
【００７９】
ここで、ピエゾ素子１８の駆動により発生させる圧力は、小ノズル７に連通するキャビティ１４の液体に発生させる圧力より、大ノズル９に連通するキャビティ１４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７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９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、小ノズル７と同程度の大きさの駆動電圧をかけた場合でも、メニスカスから大液滴を形成し、かつ、大液滴が基材Ｋに着弾する程度の初速度が得ることが可能となるためである。
【００８０】
制御手段２０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１７及び駆動電圧電源１９を駆動させて、液体の吐出を制御するようになっている。
【００８１】
本実施形態の制御手段２０は、描画パターンに応じて駆動電圧電源１９及び静電電圧電源１７を駆動することにより、微細な描画を行う際は小ノズル７から小液滴を電界集中吐出させ、また、比較的広い面積の描画を行う際は大ノズル９から大液滴を圧電吐出させるようになっている。
【００８２】
すなわち、制御手段２０は、小ノズル７から小液滴を吐出させる際は、静電電圧電源１７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１９の制御によりピエゾ素子１８を駆動し、吐出口６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。
【００８３】
また、制御手段２０は、大ノズル９から大液滴を吐出させる際は、駆動電圧電源１９の制御によりピエゾ素子１８を駆動して、大ノズル９に連通するキャビティ１４の内部の液体に圧力を発生させ、大ノズル９の内部の液体を一部分離させて大液滴を形成し、また、大液滴を基材Ｋまで飛翔させるようになっている。
【００８４】
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。
【００８５】
液体吐出ヘッド２を構成するノズルプレート４の体積抵抗率は、１０１５Ωｍ以上とする。
【００８６】
また、小ノズル７の小径部１２，１３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９の小径部１２，１３の開口径は２５μｍ程度とする。
【００８７】
また、液体吐出ヘッド２を構成するボディ層５の各小ノズル７及び各大ノズル９に対応する位置には、各小ノズル７及び各大ノズル９から吐出される液体を一時貯蔵するキャビティ１４を各々形成する。また、キャビティ１４のうち液体と接する面には絶縁性の膜を形成する。
【００８８】
また、ボディ層５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５をエッチング加工することにより、小ノズル７に連通するキャビティ１４に液体を供給するための流路１５ａ及び大ノズル９に連通するキャビティ１４に液体を供給するための流路１５ｂを形成する。また、流路１５ａ，１５ｂのうち液体と接する面には、絶縁性の膜を形成する。
【００８９】
また、図示しない可撓層の上面であってキャビティ１４に対応する位置には、圧力発生手段としてのピエゾ素子１８を設ける。
【００９０】
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２０は、描画パターンに応じて静電電圧電源１７及び駆動電圧電源１９を駆動する。すなわち、微細な描画を行う際は小ノズル７から小液滴を吐出させ、また、比較的広い面積の描画を行う際は大ノズル９から大液滴を吐出させる。
【００９１】
すなわち、制御手段２０は、小ノズル７から小液滴を吐出させる際は、静電電圧電源１７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１９の制御によりピエゾ素子１８を駆動し、吐出口６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。
【００９２】
また、制御手段２０は、大ノズル９から大液滴を吐出させる際は、駆動電圧電源１９の制御によりピエゾ素子１８を駆動して、大ノズル９に連通するキャビティ１４の内部の液体に圧力を発生させ、大ノズル９の内部の液体を一部分離させて大液滴を形成し、また、大液滴を基材Ｋまで飛翔させる。
【００９３】
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、液体を圧電吐出させる場合は駆動電圧電源１９によるピエゾ素子１８の駆動によって液体の吐出、飛翔、着弾を行うため、必然的に駆動電圧が高くなり、液滴径の微小化には限界があるが、液体を電界集中吐出させる場合は、静電電圧電源１７及び駆動電圧電源１９によって液体を電界集中吐出させることから、駆動電圧を低減して、液滴径を微小化することが可能となる。したがって、複数のノズルのうち小ノズル７から液体を電界集中吐出させることにより、十分に微小な液滴を吐出して微細なパターンの描画を行うことが可能になると共に、大ノズル９によってさほどの高精細さは必要ないが比較的広い領域の吐出を効率よく行うことが可能になる。
【００９４】
また、ノズルプレート４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。
【００９５】
また、液体を電界集中吐出する小ノズル７の開口径を大ノズル９の開口径よりも小さくすることによって、更に微細なパターンの描画を行うことが可能となる。
【００９６】
また、キャビティ１４及び流路１５ａ，１５ｂのうち液体と接する面に絶縁膜を形成することによって、静電電圧の印加により帯電した液体の影響で大ノズル９の内部の液体やノズルプレート４が帯電するのを防ぐことができる。これにより、ノズルプレート４の分極や大ノズル９から吐出される液体の着弾位置のずれが防止される。
【００９７】
また、静電電圧の印加を行う小ノズル７と、それ以外の大ノズル９とで、キャビティ１４に液体を供給する流路１５ａ，１５ｂが別々に設けられていることから、静電電圧の印加により帯電した液体の影響で大ノズル９の内部の液体やノズルプレート４が帯電するのを防ぐことができる。これにより、ノズルプレート４の分極や大ノズル９から吐出される液体の着弾位置のずれが防止される。
【００９８】
［実施形態の変形例］
次に、上記実施形態の変形例について説明する。
【００９９】
本変形例においては、上記実施形態と異なる液体吐出ヘッド２の制御構成について説明する。なお、同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１００】
本変形例の液体吐出ヘッド２は、小ノズル７から小液滴を静電アシスト吐出させ、大ノズル９から大液滴を圧電吐出させるようになっている。ここで、「静電アシスト吐出」とは、液体に圧力を発生させることにより液体を一部分離して液滴を形成し、その液滴に静電力を作用させて飛翔させる方式をいう。
【０１０１】
静電電圧電源１７は、小ノズル７から小液滴を吐出させる際に、小ノズル７に連通するキャビティ１４に静電電圧を印加して、ピエゾ素子１８の駆動により形成された小液滴を静電力により飛翔させて、基材Ｋに着弾させるようになっている。
【０１０２】
また、駆動電圧電源１９は、小ノズル７から小液滴を吐出させる際に、ピエゾ素子１８の駆動により、小ノズル７に連通するキャビティ１４及び小ノズル７の内部の液体に圧力を発生させて、小ノズル７の内部の液体を一部分離し小液滴を形成させるようになっている。
【０１０３】
また、制御手段２０は、小ノズル７から小液滴を吐出させる際は、小ノズル７に連通するキャビティ１４の内部の液体に圧力を発生させ、小ノズル７の内部の液体を一部分離し小液滴を形成すると共に、静電電圧電源１７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１８の駆動により形成された小液滴は静電力により加速され、基材Ｋに着弾する。
【０１０４】
次に、液体吐出ヘッド２を使用した本変形例の液体吐出方法について説明する。
【０１０５】
液体吐出装置１が液体吐出動作を開始すると、制御手段２０は、描画パターンに応じて静電電圧電源１７及び駆動電圧電源１９を駆動する。すなわち、微細な描画を行う際は小ノズル７から小液滴を吐出させ、また、比較的広い面積の描画を行う際は大ノズル９から大液滴を吐出させる。
【０１０６】
すなわち、制御手段２０は、小ノズル７から小液滴を吐出させる際は、小ノズル７に連通するキャビティ１４の内部の液体に圧力を発生させ、小ノズル７の内部の液体を一部分離し小液滴を形成すると共に、静電電圧電源１７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１８の駆動により形成された小液滴は静電力により加速され、基材Ｋに着弾する。
【０１０７】
また、制御手段２０は、大ノズル９から大液滴を吐出させる際は、駆動電圧電源１９の制御によりピエゾ素子１８を駆動して、大ノズル９に連通するキャビティ１４の内部の液体に圧力を発生させ、大ノズル９の内部の液体を一部分離させて大液滴を形成し、また、大液滴を基材Ｋまで飛翔させる。
【０１０８】
このように本変形例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７から小液滴を吐出させる際は、静電電圧電源１７及び駆動電圧電源１９によって液体を吐出させるため、上記実施形態と同様に、駆動電圧を低減して、液滴径を微小化することが可能となる。
【０１０９】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【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】
【０１１１】
１  液体吐出装置
２  液体吐出ヘッド
３  対向電極
４  ノズルプレート
５  ボディ層
６  吐出口
７  小ノズル
８  吐出口
９  大ノズル
１０，１１  大径部
１２，１３  小径部
１４  キャビティ
１５ａ，１５ｂ  流路
１６ａ，１６ｂ  液体供給孔
１７  静電電圧電源
１８  ピエゾ素子
１９  駆動電圧電源
２０  制御手段
【図１】
2007230179.tif 000003
【図２】
2007230179.tif 000004
【図３】
2007230179.tif 000005
【図４】
2007230179.tif 000006
【図５】
2007230179.tif 000007