WO2006067966A1

WO2006067966A1 - 液体吐出ヘッド、液体吐出装置および液体吐出方法

Info

Publication number: WO2006067966A1
Application number: PCT/JP2005/022442
Authority: WO
Inventors: Nobuhiro Ueno; Yasuo Nishi; Atsuro Yanata
Original assignee: Konica Minolta Holdings, Inc.
Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2005-12-07
Publication date: 2006-06-29
Also published as: TWI341794B; TW200624266A; CN100503249C; US7690766B2; EP1829688A1; CN101080324A; EP1829688A4; JPWO2006067966A1; US20080150975A1

Abstract

　液体を吐出するノズルと、前記ノズルが設けられたフラットなノズルプレートと、前記ノズルの吐出孔から吐出される液体を貯蔵するキャビティと、前記ノズル内の液体に圧力を発生させて前記ノズルの吐出孔に液体のメニスカスを形成する圧力発生部と、前記ノズルおよび前記キャビティ内の液体と基材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部と、前記静電電圧印加部による前記静電電圧の印加および前記圧力発生部を駆動する駆動電圧の印加を制御する動作制御部とを備え、前記ノズルプレートの体積抵抗率が１０１５Ωｍ以上であることを特徴とする液体吐出ヘッド。

Description

明細書

液体吐出ヘッド、液体吐出装置および液体吐出方法

技術分野

[0001] 本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出装置および液体吐出方法に係り、フラットノズルを有する電界集中型の液体吐出ヘッド、それを用いた液体吐出装置およびそれらを用いた液体吐出方法に関する。

背景技術

[0002] 近年、インクジェットでの画質の高精細化の進展および工業用途における適用範囲の拡大に伴い、微細パターン形成および高粘度のインク吐出の要請がますます強まっている。これらの課題を従来のインクジェット記録法で解決しょうとすると、ノズルの微小化や高粘度のインク吐出による液吐出力の向上を図る必要が生じ、それに伴つて駆動電圧が高くなり、ヘッドや装置のコストが非常に高価になってしまうため、実用に適う装置は実現されて、な、。

[0003] そこで、前記要請に応え、微小化されたノズル力低粘度のみならず高粘度の液滴を吐出させる技術として、ノズル内の液体を帯電させ、ノズルと液滴の着弾を受ける対象物となる各種の基材との間に形成される電界力も受ける静電吸引力により吐出させる、わゆる静電吸引方式の液滴吐出技術が知られて、る（特許文献 1参照)。

[0004] しかし、静電吸引方式の液滴吐出技術においてこのようなフラットな液体吐出ヘッドを用いる場合、ノズル内の液体や吐出孔部分のメニスカスへの電界集中の程度が小さぐ必要な静電吸引力を得るために液体吐出ヘッドと基材との間に印加する電圧として非常に高ヽ電圧を印加する必要があった。

[0005] そこで、この液滴吐出技術と、ピエゾ素子の変形や液体内部での気泡の発生による圧力を利用して液滴を吐出する技術とを組み合わせた、 V、わゆる電界アシスト法を用いた液滴吐出装置の開発が進んでいる（例えば、特許文献 2〜5等参照)。この電界アシスト法は、メニスカス形成部と静電吸引力を用、てノズルの吐出孔に液体のメニスカスを***させることにより、メニスカスに対する静電吸引力を高め、液表面張力に打ち勝ってメニスカスを液滴化し吐出する方法である。特許文献 1：国際公開第 03Z070381号パンフレット

特許文献 2 :特開平 5— 104725号公報

特許文献 3：特開平 5 - 278212号公報

特許文献 4：特開平 6— 134992号公報

特許文献 5：特開 2003 - 53977号公報

[0006] 電界アシスト法を用いたこれらの液体吐出装置は、従来のピエゾ方式ゃサーマル方式を用いたインクジェット記録法に比べ、吐出効率は良いが、電界による静電吸引力が最大限に活用されていないため、メニスカスの形成や液滴の吐出が効率的に行われておらず、微細パターン形成および高粘度のインク吐出の要請に応えようとすると、従来のインクジェット記録法と同様に、駆動電圧を高くする必要が生じ、ヘッドや装置のコストが高価になってしまうという問題があった。また、静電吸引力を高めるために印加電圧を上げると、ヘッドと基材間で絶縁破壊が発生してしま、装置を駆動できな、場合が生じると、う問題もあった。

[0007] 電界アシスト法を用いたこれらの液体吐出装置にぉ、て、液体を吐出するノズルが設けられた液体吐出ヘッドとしてフラットな液体吐出ヘッドを用いた場合、構造が単純であるために生産性に優れ、また、液体吐出ヘッドのクリーニング時における吐出面のワイビングの際にワイパにノズルが引っ掛力もないという大きな利点がある。

[0008] しかし、ピエゾ素子の変形等で圧力を発生させてノズルの吐出孔に液体のメニスカスを***させ、***させたメニスカスに選択的に電界集中させて静電吸引力により液体を吐出させる電界アシスト法を用いた液体吐出装置の場合も、電界集中が小さいためにメニスカスを形成するうえで静電吸弓 I力によるメニスカスを引き出す作用が小さぐ結果的にピエゾ素子等の圧電素子ァクチユエータよりなる圧力発生部に高い電圧を印加する必要があるという問題があった。

[0009] なお、本発明にお、て、フラットなノズルやノズルプレート、液体吐出ヘッドとは、ノズルプレートの吐出面からのノズルの突出が 30 μ m以下のものを意味し、前記ワイピングの際に破損等の支障を生じることがなぐノズルの突出が小さく突出による電界集中効果が期待できな、ものを、う。

[0010] そこで、このフラットな液体吐出ヘッドの問題点を解消するため、電界アシスト法を用いた液体吐出装置では、液体吐出ヘッドのノズルプレートから吐出面側にノズルを避雷針状に突出させ、ノズルの突起先端に電界を集中させてノズルの吐出効率を高めた液体吐出ヘッドが用いられることが多、。

[0011] しかし、液体吐出ヘッドのノズルプレートから吐出面側に高さ数十 μ m程度の避雷針状のノズルを多数立設させなければならな、ため、構造が複雑になり生産性が低下する。また、液体吐出ヘッドのクリーニング時に立設されたノズルが折れるなど操作性に劣るという問題があった。

発明の開示

[0012] そこで、本発明は、メニスカス***量を制御し吐出制御する電界アシスト法を用い、吐出面がフラットで、メニスカス形成駆動を低電圧でスイッチングでき、かつ低電圧の静電電圧の印加で効果的に電界集中を生じ効率良く液体を吐出することができ、それによって微細パターン形成および高粘度の液体の吐出が可能な液体吐出ヘッド、液体吐出装置および液体吐出方法を提供することを目的とする。

[0013] 前記の目的を達成するための液体吐出ヘッドの一つの態様は、

液体を吐出するノズルと、

前記ノズルヘッドが設けられたフラットなノズルプレートと、

前記ノズルの吐出孔から吐出される液体を貯蔵するキヤビティと、

前記ノズル内の液体に圧力を発生させて前記ノズルの吐出孔に液体のメニスカスを形成する圧力発生部と、

前記ノズルおよび前記キヤビティ内の液体と基材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部と、

前記静電電圧印加部による前記静電電圧の印加および前記圧力発生部を駆動する駆動電圧の印加を制御する動作制御部とを備え、

前記ノズルプレートの体積抵抗率が 10¹⁵ Ω m以上であることを特徴とする。図面の簡単な説明

[0014] [図 1]本実施形態に係る液体吐出装置の全体構成を示す断面図である。

[図 2]形状が異なるノズルの変形例を示す図である。

[図 3]シミュレーションによるノズルの吐出孔付近の電位分布を示す模式図である。 [図 4]メニスカス先端部の電界強度とノズルプレートの体積抵抗率との関係を示す図である。

[図 5]メニスカス先端部の電界強度とノズルプレートの厚さとの関係を示す図である。

[図 6]メニスカス先端部の電界強度とノズル径との関係を示す図である。

[図 7]メニスカス先端部の電界強度とノズルのテーパ角との関係を示す図である。

[図 8]本実施形態の液体吐出装置における液体吐出ヘッドの駆動制御の一例を示し

、駆動制御とメニスカスの動きとの関係を説明する図である。

[図 9]ピエゾ素子に印加する駆動電圧の変形例を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0015] 本発明の上記目的は以下の構成によって達成される。

(1) 液体を吐出するノズルと、

前記ノズルプレートの体積抵抗率が 10¹⁵ Ω m以上であることを特徴とする。

[0016] (1)の構成によれば、体積抵抗率が 10¹⁵Ωπι以上の材料力もなり吐出面がフラットな液体吐出ヘッドのノズルおよびキヤビティ内の液体に静電電圧が印加されて液体吐出ヘッドと対向電極との間に電界が形成されるとともに、圧力発生部によりノズル内の液体に圧力が加えられてノズルの吐出孔に液体のメニスカスが形成され、そのメ- スカスに電界が集中されて、メニスカスが電界による静電吸引力により吸引されて液滴化して吐出される。

前記の本発明の目的は更に以下の構成によって達成できる。

[0017] (2)、構成（1)に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記液体は、導電性溶媒を含有する液体であり、前記ノズルプレートの前記液体の吸収率が 0. 6%以下であることを特徴とする。

[0018] 構成 (2)によれば、液体吐出ヘッドのノズルから吐出される液体は導電性溶媒を含有する液体であり、ノズルプレートは体積抵抗率が 10¹⁵ Ω πι以上であるうえに液体の吸収率が 0. 6%以下である。

[0019] (3)、構成（1)にに記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記液体は、絶縁性溶媒に帯電可能な粒子を分散した液体であることを特徴とする。

[0020] 構成 (3)によれば、体積抵抗率が 10¹⁵ Ω m以上のノズルプレートを有する液体吐出ヘッド力ゝら、絶縁性溶媒に帯電可能な粒子を分散した液体を吐出する。

[0021] (4)、構成（1)から（3)のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記ノズルプレートの厚さが 75 μ m以上であることを特徴とする。

[0022] 構成 (4)によれば、構成（1)から（3)のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドにおいて、厚さが 75 μ m以上のノズルプレートにノズルが形成される。

[0023] (5)、構成（1)から (4)のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記ノズルの吐出孔の内部直径が 15 m以下であることを特徴とする。

[0024] 構成（5)によれば、構成（1)から (4)のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドにおいて、ノズルは、その吐出孔の内部直径が 15 /z m以下になるように形成される。

[0025] (6)、構成（1)から（5)のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記ノズルプレートの吐出面側に撥液層が設けられていることを特徴とする。

[0026] 構成 (6)によれば、液体吐出ヘッドのフラットな吐出面に、液体を弾く撥液層が設けられる。

[0027] (7)、構成（1)から（6)のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記圧力発生部は、圧電素子ァクチユエータであることを特徴とする。

[0028] 構成 (7)に記載の発明によれば、前記ノズルの液体に圧力を発生させて前記ノズルの吐出孔に液体のメニスカスを形成する圧力発生部として、ピエゾ素子等の圧電素子ァクチユエータが用いられる。

[0029] (8)液体吐出装置は、構成（1)から（7)の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と前記ノズル内に生じる圧力とにより前記液体を吐出することを特徴とする。

[0030] 構成 (8)によれば、液体吐出装置は、前記構成（1)から（7)に記載された液体吐出ヘッドのノズル内の液体に対して圧力発生部により加えられた圧力と、静電電圧印加部により液体吐出ヘッドと対向電極との間に形成された電界との作用により、ノズルの吐出孔部分にメニスカスが形成され、それによりメニスカス先端部に電界集中により強い電界強度が生じて液体が液滴化し、液滴が電界により加速されて基材に着弾する。

[0031] (9)、構成（8)に記載の液体吐出装置において、前記圧力発生部による圧力により前記ノズルの吐出孔に液体のメニスカスを***させ、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。

[0032] 構成（9)によれば、構成（8)に記載の液体吐出装置において、まず、液体吐出へッドのノズル内の液体に圧力発生部により圧力をカ卩えて吐出孔部分にメ-スカスを形成させた後、静電吸弓 I力によりメニスカスを弓 Iきちぎるようにして液滴化する。

[0033] (10)、液体吐出方法は、液体を吐出するノズルが設けられ、フラットで体積抵抗率力 S 10¹⁵ Ω m以上のノズルプレートを有する液体吐出ヘッドのノズルおよびキヤビティ内の液体に静電電圧を印加して前記液体吐出ヘッドと対向電極との間に電界を形成するとともに、圧力発生部により前記ノズル内の液体に圧力を発生させ、前記電界による静電吸引力と前記圧力によりノズルの吐出孔に形成された液体のメニスカスに電界を集中させ、前記静電吸引力により液体を吸引して吐出させることを特徴とする

[0034] 方法（10)によれば、体積抵抗率が 10¹⁵Ωπι以上の材料力もなり吐出面がフラットな液体吐出ヘッドのノズルおよびキヤビティ内の液体に対して圧力発生部により加えられた圧力と、静電電圧印加部により液体吐出ヘッドと対向電極との間に形成された電界との作用により、ノズルの吐出孔部分にメニスカスが形成され、それによりメニスカス先端部に電界集中により強い電界強度が生じて液体が液滴化し、液滴が電界により加速されて基材に着弾する。 [0035] (11)、液体吐出方法は、液体を吐出するノズルが設けられ、フラットで体積抵抗率力 S 10¹⁵ Ω m以上のノズルプレートを有する液体吐出ヘッドのノズルおよびキヤビティ内の液体に静電電圧を印加して前記液体吐出ヘッドと対向電極との間に電界を形成するとともに、圧力発生部により前記ノズル内の液体に圧力を発生させて前記ノズルの吐出孔に液体のメニスカスを***させて電界^^中させ、前記電界による静電吸引力により液体を吸引して吐出させることを特徴とする。

[0036] 方法（11)によれば、液体を吐出するノズルが設けられ、フラットで体積抵抗率が 10 1⁵ Ω m以上のノズルプレートを有する液体吐出ヘッドのノズルおよびキヤビティ内の液体に圧力発生部により圧力を加えて吐出孔部分にメニスカスを***させ、それによりメニスカス先端部に電界集中により強、電界強度が生じて電界の静電吸引力によりメニスカスを引きちぎるようにして液滴化し、液滴が電界により加速されて基材に着弾する。

[0037] (12)、液体吐出方法は、（10)または（11)に記載の液体吐出方法において、前記液体は、導電性溶媒を含有する液体であり、前記ノズルプレートの前記液体の吸収率が 0. 6%以下であることを特徴とする。

[0038] 方法（12)によれば、液体吐出ヘッドのノズルから吐出される液体は導電性溶媒を含有する液体であり、ノズルプレートは体積抵抗率が 10¹⁵ Ω πι以上であるうえに液体の吸収率が 0. 6%以下である。

[0039] (13)、液体吐出方法（10)または（11)において、前記液体は、絶縁性溶媒に帯電可能な粒子を分散した液体であることを特徴とする。

[0040] (13)によれば、体積抵抗率が 10¹⁵ Ω πι以上のノズルプレートを有する液体吐出へッドカゝら、絶縁性溶媒に帯電可能な粒子を分散した液体を吐出する。

[0041] (14)、液体吐出方法（10)から（13)のいずれか一項において、前記ノズルプレートの厚さが 75 μ m以上であることを特徴とする。

[0042] (14)によれば、厚さが 75 μ m以上のノズルプレートに形成されたノズルから液体が吐出される。

[0043] (15)、液体吐出方法（10)から（14)のいずれか一項において、前記ノズルの吐出孔の内部直径が 15 m以下であることを特徴とする。 [0044] (15)によれば、吐出孔の内部直径が 15 μ m以下のノズル力も液体が吐出される。

[0045] (16)、液体吐出方法（10)から（15)のいずれか一項において、前記ノズルプレートの前記吐出面側に撥液層が設けられていることを特徴とする。

[0046] (16)によれば、液体が吐出される液体吐出ヘッドのフラットな吐出面には、液体を弾く撥液層が設けられている。

[0047] (17)、液体吐出方法（10)から（16)のいずれか一項において、前記圧力発生部は、圧電素子ァクチユエータであることを特徴とする。

[0048] (17)によれば、圧力発生部として、ピエゾ素子等の圧電素子ァクチユエータが用いられる。

[0049] 以下、本発明に係る液体吐出ヘッドおよびそれを用いた液体吐出装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。

[0050] 図 1は、本実施形態に係る液体吐出装置の全体構成を示す断面図である。なお、本発明の液体吐出ヘッド 2は、いわゆるシリアル方式或いはライン方式等の各種の液体吐出装置に適用可能である。

[0051] 本実施形態の液体吐出装置 1は、インク等の帯電可能な液体 Lの液滴 Dを吐出するノズル 10が形成された液体吐出ヘッド 2と、液体吐出ヘッド 2のノズル 10に対向する対向面を有するとともにその対向面で液滴 Dの着弾を受ける基材 Kを支持する対向電極 3とを備えている。

[0052] 液体吐出ヘッド 2の対向電極 3に対向する側には、複数のノズル 10を有する榭脂製のノズルプレート 11が設けられている。液体吐出ヘッド 2は、ノズルプレート 11の対向電極 3に対向する吐出面 12からノズル 10が突出されない、或いは前述したようにノズル 10が 30 m程度しか突出しない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（例えば、後述する図 2 (D)参照)。

[0053] 各ノズル 10は、ノズルプレート 11に穿孔されて形成されており、各ノズル 10には、それぞれノズルプレート 11の吐出面 12に吐出孔 13を有する小径部 14とその背後に形成されたより大径の大径部 15との 2段構造とされている。本実施形態では、ノズル 10の小径部 14および大径部 15は、それぞれ断面円形で対向電極側がより小径とされたテーパ状に形成されており、小径部 14の吐出孔 13の内部直径 (以下、ノズル径という。）が 10 /ζ πι、大径部 15の小径部 14力も最も離れた側の開口端の内部直径が 75 μ mとなるように構成されて、る。

[0054] なお、ノズル 10の形状は前記の形状に限定されず、例えば、図 2 (A)〜 (E)に示すように、形状が異なる種々のノズル 10を用いることが可能である。また、ノズル 10は、断面円形状に形成する代わりに、断面多角形状や断面星形状等であってもよい。

[0055] ノズルプレート 11の吐出面 12と反対側の面には、例えば NiP等の導電素材よりなりノズル 10内の液体 Lを帯電させるための帯電用電極 16が層状に設けられている。本実施形態では、帯電用電極 16は、ノズル 10の大径部 15の内周面 17まで延設されており、ノズル内の液体 Lに接するようになっている。

[0056] また、帯電用電極 16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部としての帯電電圧電源 18に接続されており、単一の帯電用電極 16がすべてのノズル 10内の液体 Lに接触してヽるため、帯電電圧電源 18から帯電用電極 16に静電電圧が印加されると、全ノズル 10内の液体 L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 Lと基材 Kとの間に静電吸引力が発生されるようになつている。

[0057] 帯電用電極 16の背後には、ボディ層 19が設けられている。ボディ層 19の前記各ノズル 10の大径部 15の開口端に面する部分には、それぞれ開口端にほぼ等しい内径を有する略円筒状の空間が形成されており、各空間は、吐出される液体 Lを一時貯蔵するためのキヤビティ 20とされている。

[0058] ボディ層 19の背後には、可撓性を有する金属薄板やシリコン等よりなる可撓層 21 が設けられており、可撓層 21により液体吐出ヘッド 2が外界と画されている。

[0059] なお、ボディ層 19には、キヤビティ 20に液体 Lを供給するための図示しない流路が形成されている。具体的には、ボディ層 19としてのシリコンプレートをエッチングカロェしてキヤビティ 20、共通流路、および共通流路とキヤビティ 20とを結ぶ流路が設けられており、共通流路には、外部の図示しない液体タンク力液体 Lを供給する図示しない供給管が連絡されており、供給管に設けられた図示しない供給ポンプにより或いは液体タンクの配置位置による差圧により流路ゃキヤビティ 20、ノズル 10等の液体 L に所定の供給圧力が付与されるようになってヽる。 [0060] 可撓層 21の外面の各キヤビティ 20に対応する部分には、それぞれ圧力発生部としての圧電素子ァクチユエータであるピエゾ素子 22が設けられており、ピエゾ素子 22 には、素子に駆動電圧を印加して素子を変形させるための駆動電圧電源 23が接続されている。ピエゾ素子 22は、駆動電圧電源 23からの駆動電圧の印加により変形して、ノズル内の液体 Lに圧力を生じさせてノズル 10の吐出孔 13に液体 Lのメ-スカスを形成させるようになつている。なお、圧力発生部は、本実施形態のような圧電素子ァクチユエータのほかに、例えば、静電ァクチユエ一タゃサ一マル方式等を採用することも可能である。

[0061] 駆動電圧電源 23および帯電用電極 16に静電電圧を印加する前記帯電電圧電源 18は、それぞれ動作制御部 24に接続されており、それぞれ動作制御部 24による制御を受けるようになって、る。

[0062] 動作制御部 24は、本実施形態では、 CPU25や ROM26、 RAM27等が図示しない BUSにより接続されて構成されたコンピュータからなっており、 CPU25は、 ROM 26に格納された電源制御プログラムに基づいて帯電電圧電源 18および各駆動電圧電源 23を駆動させてノズル 10の吐出孔 13から液体 Lを吐出させるようになつている

[0063] なお、ノズルプレートは、体積抵抗率が 10¹⁵Wm以上である材質のものをそのまま用いても良いし、吐出面側に 10¹⁵Wm以上の体積抵抗率を有する薄膜 (例えば SiO

2 膜)を成膜したものでもよい。

[0064] 本実施形態では、液体吐出ヘッド 2のノズルプレート 11の吐出面 12には、吐出孔 1 3からの液体 Lの滲み出しを抑制するための撥液層 28が吐出孔 13以外の吐出面 12 全面に設けられている。撥液層 28は、例えば、液体 Lが水性であれば撥水性を有する材料が用いられ、液体 Lが油性であれば撥油性を有する材料が用いられる力一般に、 FEP (四フッ化工チレン'六フッ化プロピレン)、 PTFE (ポリテトラフロロエチレン）、フッ素シロキサン、フルォロアルキルシラン、アモルファスパーフルォロ榭脂等のフッ素榭脂等が用いられることが多ぐ塗布や蒸着等の方法で吐出面 12に成膜されている。なお、撥液層 28は、ノズルプレート 11の吐出面 12に直接成膜してもよいし、撥液層 28の密着性を向上させるために中間層を介して成膜することも可能である。 [0065] 液体吐出ヘッド 2の下方には、基材 Kを支持する平板状の対向電極 3が液体吐出ヘッド 2の吐出面 12に平行に所定距離離間されて配置されている。対向電極 3と液体吐出ヘッド 2との離間距離は、 0. l〜3mm程度の範囲内で適宜設定される。

[0066] 本実施形態では、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。

そのため、前記帯電電圧電源 18から帯電用電極 16に静電電圧が印加されると、ノズル 10の吐出孔 13の液体 Lと対向電極 3の液体吐出ヘッド 2に対向する対向面との間に電界が生じるようになつている。また、帯電した液滴 Dが基材 Kに着弾すると、対向電極 3はその電荷を接地により逃がすようになって、る。

[0067] なお、対向電極 3または液体吐出ヘッド 2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部が取り付けられており、これにより液体吐出ヘッド 2の各ノズル 10から吐出された液滴 Dは、基材 Kの表面に任意の位置に着弾させることが可能とされて、る。

[0068] 液体吐出装置 1による吐出を行う液体 Lは、例えば、無機液体としては、水、 COC1

2

、 HBr、 HNO、 H PO、 H SO、 SOC1、 SO CI、 FSO Hなどが挙げられる。

3 3 4 2 4 2 2 2 3

[0069] また、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—メチルー 1 プロパノール、 tert—ブタノール、 4ーメチルー 2 ペンタノール、ベンジルアルコール、 a 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；フエノール、 o—タレゾール、 m クレゾール、 p タレゾールなどのフエノール類；ジォキサン、フルフラーノレ、エチレングリコーノレジメチノレエーテノレ、メチノレセロソノレブ、ェチノレセロソノレブ、ブチルセ口ソルブ、ェチルカルビトール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールァセテート、ェピクロロヒドリンなどのエーテル類；アセトン、メチルェチルケトン、 2—メチル —4—ペンタノン、ァセトフエノンなどのケトン類；ギ酸、酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロ口酢酸などの脂肪酸類；ギ酸メチル、ギ酸ェチル、酢酸メチル、酢酸ェチル、酢酸 n ーブチル、酢酸イソブチル、酢酸 3—メトキシブチル、酢酸 n ペンチル、プロピオン酸ェチル、乳酸ェチル、安息香酸メチル、マロン酸ジェチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジェチル、炭酸ジェチル、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、セロソルブァセテート、ブチルカルビトールアセテート、ァセト酢酸ェチル、シァノ酢酸メチル、シァノ酢酸ェチルなどのエステル類；ニトロメタン、ニトロベンゼン、ァセトニトリル、プロピオ二トリル、スクシノ-トリル、バレロ-トリル、ベンゾニトリル、ェチルァミン、ジェチルアミン、エチレンジァミン、ァニリン、 N—メチルァニリン、 N, N ジメチルァニリン、 o トルイジン、 p トルイジン、ピぺリジン、ピリジン、 a ピコリン、 2, 6—ルチジン、キノリン、プロピレンジァミン、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 ジェチルホルムアミド、ァセトアミド、 N メチルァセトアミド、 N—メチルプロピオンアミド、 N, N, Ν', Ν'—テトラメチル尿素、 Ν—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ィ匕合物類；ベンゼン、 ρ シメン、ナフタレン、シクロへキシルベンゼン、シクロへキセンなどの炭化水素類； 1, 1ージクロ口エタン、 1, 2—ジクロ口エタン、 1, 1, 1 トリクロ口エタン、 1, 1, 1, 2 ーテトラクロ口エタン、 1, 1, 2, 2—テトラクロロェタン、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—クロ口一 2—メチノレプロパン、 2—クロロー 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用いてもよい。

[0070] 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液体 Lとして使用し、吐出を行う場合には、前述した液体 L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

[0071] 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) BO ： Eu、YO ： Euなど

3 3

、緑色蛍光体として、 Zn SiO ： Mn、 BaAl O ： Mn、 (Ba, Sr, Mg) 0 - a—Al O

2 4 12 19 2 3

： Mnなど、青色蛍光体として、 BaMgAl O ： Eu, BaMgAl O ： Euなどが挙げら

14 23 10 17

れる。

[0072] 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カロするのが好ましい。用いられるバインダーとしては、例えば、ェチルセルロース、メチノレセノレロース、ニトロセノレロース、酢酸セノレロース、ヒドロキシェチノレセノレロースなどのセルロースおよびその誘導体；アルキッド榭脂；ポリメタタリタクリル酸、ポリメチルメタクリレート、 2—ェチルへキシルメタタリレート'メタクリル酸共重合体、ラウリルメタクリレート · 2—ヒドロキシェチルメタタリレート共重合体などの (メタ)アクリル榭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)アクリルアミド榭脂；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榭脂；スチレン · n—ブチルメタタリレート共重合体などのスチレン'アクリル榭脂；飽和、不飽和の各種ポリエステル榭脂；ポリプロピレンなどのポリオレフイン系榭脂；ポリ塩ィ匕ビュル、ポリ塩化ビ-リデンなどのハロゲン化ポリマー；ポリ酢酸ビュル、塩化ビニル '酢酸ビ- ル共重合体などのビュル系榭脂；ポリカーボネート榭脂；エポキシ系榭脂；ポリウレタン系榭脂；ポリビュルホルマール、ポリビュルブチラール、ポリビュルァセタールなどのポリアセタール榭脂；エチレン'酢酸ビュル共重合体、エチレン'ェチルアタリレート共重合榭脂などのポリエチレン系榭脂;ベンゾグアナミンなどのアミド榭脂;尿素樹脂；メラミン榭脂；ポリビュルアルコール榭脂及びそのァ-オンカチオン変性；ポリビュ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などのアルキレンォキシド単独重合体、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、グァガム、ぺクチン、カラギニン、にかわ、ァノレブミン、各種搬粉類、コーンスターチ、こんにゃく、ふのり、寒天、大豆蛋白などの天然或いは半合成樹脂;テルペン榭脂；ケトン榭脂；ロジン及びロジンエステル；ポリビニルメチルエーテル、ポリエチレンィミン、ポリスチレンスルフォン酸、ポリビュルスルフォン酸などを用いることができる。これらの榭脂は、ホモポリマーとしてだけでなぐ相溶する範囲でブレンドして用いてもよい。

液体吐出装置 1をパターンユング手段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 (フィールドェ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、ブラックマトリタス層）、液晶ディスプレイ用スぺーサー（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)などを挙げることができる。

[0074] なお、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)などのパターンユング塗布、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。

[0075] ここで、本発明の液体吐出ヘッド 2における液体 Lの吐出原理について本実施形態を用いて説明する。

[0076] 本実施形態では、帯電電圧電源 18から帯電用電極 16に静電電圧を印加し、ノズル 10の吐出孔 13の液体 Lと対向電極 3の液体吐出ヘッド 2に対向する対向面との間に電界を生じさせる。また、駆動電圧電源 23からピエゾ素子 22に駆動電圧を印加してピエゾ素子 22を変形させ、それにより液体 Lに生じた圧力でノズル 10の吐出孔 13 に液体 Lのメニスカスを形成させる。

[0077] 本実施形態のように、ノズルプレート 11の絶縁性が高くなると、図 3にシミュレーションによる等電位線で示すように、ノズルプレート 11の内部に、吐出面 12に対して略垂直方向に等電位線が並び、ノズル 10の小径部 14の液体 Lや液体 Lのメニスカス部分に向かう強い電界が発生する。

[0078] 特に、図 3でメニスカスの先端部では等電位線が密になっていることから分力るように、メニスカス先端部では非常に強い電界集中が生じる。そのため、電界の静電力によってメニスカスが引きちぎられてノズル内の液体 Lカゝら分離されて液滴 Dとなる。さらに、液滴 D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。その際、液滴 Dは、静電力の作用でより近い所に着弾しょうとするため、基材 Kに対する着弾の際の角度等が安定し正確に行われる。

[0079] このように、本発明の液体吐出ヘッド 2における液体 Lの吐出原理を利用すれば、フラットな吐出面を有する液体吐出ヘッド 2にお、ても、高、絶縁性を有するノズルプレート 11を用い、吐出面 12に対して垂直方向の電位差を発生させることで強い電界集中を生じさせることができ、正確で安定した液体 Lの吐出状態を形成することができる。

[0080] 発明者らが、電極間の電界の電界強度が実用的な値である 1. 5kVZmmとなるように構成し、各種の絶縁体でノズルプレート 11を形成して下記の実験条件に基づヽて行った実験では、ノズル 10から液滴 Dが吐出される場合と吐出されなヽ場合があつた o

[実験条件]ノズルプレート 11の吐出面 12と対向電極 3の対向面との距離： 1. Omm ノズルプレート 11の厚さ： 125mmノズル径： 10 μ m静電電圧： 1. 5kV駆動電圧： 20 V

この実機による実験で、液滴 Dがノズル 10から安定に吐出されたすベての場合について、メニスカス先端部の電界強度を求めた。実際には、メニスカス先端部の電界強度を直接測定することが困難であるため、電界シミュレーションソフトである「PHOT 0- VOLT」（商品名、株式会社フオトン製)で電流分布解析モードによるシミュレーションにより算出した。その結果、すべての場合においてメニスカス先端部の電界強度は 1. 5 X 10⁷V/m (15kV/mm)以上であった。

[0081] また、前記実験条件と同様のパラメータを同ソフトに入力してメニスカス先端部の電界強度を演算した結果、図 4に示すように、電界強度はノズルプレート 11に用いる絶縁体の体積抵抗率に強く依存することが分力つた。

[0082] 図 4は、ノズルプレート 11に用いる絶縁体体積抵抗率を 10¹⁴ Ω πιから 10¹⁸ Ω πιとした場合、静電電圧を印加開始後、メニスカス先端部の電界強度が変化していく様子を計算した結果を示して、る。この計算にぉ、ては空気の体積抵抗率を設定する必要があり 10²⁰ Ω mとした。図 5よりノズルプレート 11に用いる絶縁体のイオン分極により、その体積抵抗率が 10¹⁴ Ω πιの場合は静電電圧を印加し始めて 100秒後にはメニスカス先端部の電界強度が大きく低下する。この静電電圧の印加開始からメニスカス先端部の電界強度が低下し始めるまでの時間は空気の体積抵抗率とノズルプレート 11に用!、る絶縁体の体積低効率の比で決まり、ノズルプレート 11に用、る絶縁体の体積抵抗率が大きいほどメニスカス先端部の電界強度が低下し始める時間が遅くなる。つまり、絶縁体の体積抵抗率が大きいほど必要な電界強度が得られる時間が長くなり有利である。

[0083] 文献等では絶縁体または誘電体とされる物質の体積抵抗率は 10^1G Ω m以上のものを指すことが多ぐ代表的な絶縁体として知られて、るポロシリケイトガラス (例えば、 PYREX (登録商標)ガラス）の体積抵抗率は 10¹⁴ Ω mである。

[0084] しかし、このような体積抵抗率の絶縁体では、液滴 Dは吐出されな、。これは、射出有無の評価中、または評価する前に電界強度が低下してしまい必要な電界強度が得られなくなった為と推定される。なお、射出評価に要した時間及び観察時間から空気の体積抵抗率を 10² Ω πιとした場合が実験結果と合致した。一旦、メニスカス先端部の電界強度が低下した後は、ノズルプレート 11に用ヽる絶縁体のイオン分極を除電し、初期状態に戻す必要がある。

前記のように、ノズル 10から液滴 Dを安定に吐出させるためにはメニスカス先端部の電界強度が 1. 5 X 10⁷VZm以上であることが必要であり、図 4力、ノズルプレート 1 1の体積抵抗率は少なくとも 1000秒（15分間)メニスカス先端部の電界強度が維持できる 10¹⁵ Ω m以上であることが実用上必要であることが分力り実験上も同様の結果であった。

[0085] ノズルプレート 11の体積抵抗率とメニスカス先端部の電界強度との関係が図 4のような特徴的な関係になるのは、ノズルプレート 11の体積抵抗率が低いと、静電電圧を印加してもノズルプレート内で等電位線が図 3に示したように吐出面 12に対して略垂直方向に並ぶような状態にはならず、ノズル内の液体 Lおよび液体 Lのメニスカスへの電界集中が十分に行われないためであると考えられる。

[0086] 理論上、体積抵抗率が 10¹⁵ Ω m未満のノズルプレート 11でも、静電電圧を非常に大きくすればノズル 10から液滴 Dが吐出される可能性はある力電極間でのスパークの発生等により基材 Kが損傷される可能性があるため、本発明では採用されない。

[0087] なお、図 4に示したようなメニスカス先端部の電界強度のノズルプレート 11の体積抵抗率に対する特徴的な依存関係は、ノズル径を種々に変化させてシミュレーションを行った場合でも同様に得られており、どの場合も体積抵抗率が 10¹⁵ Ω πι以上の場合にメニスカス先端部の電界強度が 1. 5 X 10⁷V/m以上になることが分力つている。また、前記実験条件中のノズルプレート 11の厚さとは、本実施形態の場合は、ノズル 10の小径部 14の長さと大径部 15の長さの和に等しい。

[0088] 一方、体積抵抗率が 10¹⁵ Ω πι以上の絶縁体を用いてノズルプレート 11を作製しても、ノズル 10から液滴 Dが吐出されない場合がある。下記実施例 1に示すように、液体 Lとして水などの導電性溶媒を含有する液体を用いた実験では、ノズルプレート 11 の液体の吸収率が 0. 6%以下であることが必要であることが分かった。

[0089] これは、ノズルプレート 11が液体 L中力導電性溶媒を吸収すると導電性の液体である水分子等の分子が本体絶縁性であるノズルプレート 11内に存在することになるため、結果的にノズルプレート 11の電気伝導度が高くなり、特に液体 Lに接する局部の実効的な体積抵抗率の値が低下し、図 4に示す関係に従ってメニスカス先端部の電界強度が弱まり、液体 Lの吐出に必要な電界集中が得られなくなるためと考えられる。

[0090] 一方、下記実施例 1によれば、液体 Lとして絶縁性溶媒に帯電可能な粒子を分散した液体を用いた場合には、ノズルプレート 11は、その液体に対する吸収率に係わりなく体積抵抗率が 10¹⁵ Ω πι以上であれば液体 Lを吐出することが分力つた。これは、絶縁性溶媒がノズルプレート 11内に吸収されても絶縁性溶媒の電気伝導度が低、ためノズルプレート 11の電気伝導度が大きく変化せず、実効的な体積抵抗率が低下しないためであると考えられる。

[0091] なお、前記絶縁性溶媒に分散されて!ヽる帯電可能な粒子は、例えば、電気伝導度が極めて大きな金属粒子であってもノズルプレート 11には吸収されな、ため、ノズルプレート 11の電気伝導度を高めることはない。なお、前記絶縁性溶媒とは、単体では静電吸引力により吐出されない溶媒をいい、具体的には、例えば、キシレンやトルェン、テトラデカン等が挙げられる。また、導電性溶媒とは、電気伝導度が 10^_1 SZc m以上の溶媒をいう。

[0092] また、前記シミュレーションにおいて、ノズルプレート 11の厚さを変化させた場合およびノズル径を変化させた場合のメニスカス先端部の電界強度を、図 5および図 6にそれぞれ示す。この結果から、メニスカス先端部の電界強度は、ノズルプレート 11の厚さおよびノズル径にも依存し、それぞれ 75 μ m以上および 15 μ m以下であることが好ましい。なお、ノズルプレート 11の厚さおよびノズル径の前記適正範囲は、下記実施例 2に示すように実機による実験でも確認されて！ヽる。

[0093] メニスカス先端部の電界強度がノズルプレート 11の厚さに依存する理由としては、ノズルプレート 11の厚さがより厚くなることで、ノズル 10の吐出孔 13と帯電用電極 16 との距離が遠くなり、ノズルプレート内の等電位線が略垂直方向に並び易くなるためメニスカス先端部への電界集中が生じ易くなることが考えられる。

[0094] また、ノズル径が小径になることで、メニスカスの径が小さくなり、より小径となったメニスカス先端部に電界が集中することで電界集中の度合が大きくなる。そのため、メニスカス先端部の電界強度が強くなると考えられる。

[0095] なお、図 5に示したノズルプレート 11の厚さとメニスカス先端部の電界強度との関係および図 6に示したノズル径とメニスカス先端部の電界強度との関係は、本実施形態のような小径部 14および大径部 15よりなる 2段構造のノズル 10の場合のみならず、 1 段構造、すなわち、単純なテーパ状のノズルや円筒状のノズル、或いは多段構造のノズルの場合も同様のシミュレーション結果が得られて、る。

[0096] さらに、前記シミュレーションにおいて、小径部 14および大径部 15の区別がないテーパ状または円筒状の 1段構造のノズル 10において、ノズル 10のテーパ角を変化させた場合のメニスカス先端部の電界強度の変化を図 7に示す。この結果から、メニスカス先端部の電界強度は、ノズル 10のテーパ角に依存することが分かる。ノズル 10 のテーパ角は 30° 以下であることが好ましい。なお、テーパ角とはノズル 10の内面とノズルプレート 11の吐出面 12の法線とがなす角のことをいい、テーパ角が 0° の場合はノズル 10が円筒形状であることに対応する。

[0097] 次に、本実施形態の液体吐出ヘッド 2および液体吐出装置 1の作用につ、て説明する。

[0098] 図 8は、本実施形態の液体吐出装置における液体吐出ヘッドの駆動制御を説明する図である。本実施形態では、液体吐出装置 1の動作制御部 24は、帯電電圧電源 1 8から帯電用電極 16に一定の静電電圧 Vを印加させる。これにより、液体吐出へッ

C

ド 2の各ノズル 10には常時一定の静電電圧 Vが印加され、液体吐出ヘッド 2と対向電極 3との間に電界が生じる。

[0099] また、動作制御部 24は、液滴 Dを吐出させるべきノズル 10ごとに、そのノズル 10に対応する駆動電圧電源 23からピエゾ素子 22に対してパルス状の駆動電圧 Vを印

D

加させる。このような駆動電圧 Vが印加されると、ピエゾ素子 22が変形してノズル内

D

部の液体 Lの圧力を上げ、ノズル 10の吐出孔 13では、図中 Aの状態からメニスカスが***し始め、 Bのようにメニスカスが大きく***した状態となる。

[0100] すると、前述したように、メニスカス先端部に高度な電界集中が生じて電界強度が非常に強くなり、メニスカスに対して前記静電電圧 Vにより形成された電界から強い

C

静電力が加わる。この強ヽ静電力による吸引とピエゾ素子 22による圧力とにより図中 Cのようにメニスカスが引きちぎられて液滴 Dが形成される。液滴 Dは、電界で加速されて対向電極方向に吸引され、対向電極 3に支持された基材 Kに着弾する。

[0101] その際、液滴 Dには空気の抵抗等が加わる力前述したように、静電力の作用で液滴 Dはより近い所に着弾しょうとするため、基材 Kに対する着弾方向がぶれることなく安定し、基材 Kに正確に着弾する。

[0102] 本実施形態では、帯電電圧電源 18から帯電用電極 16に印加される一定の静電電圧 Vは 1. 5kVに設定されており、駆動電圧電源 23からピエゾ素子 22に印加される

C

パノレス状の駆動電圧 Vは 20Vに設定されている。

D

[0103] なお、ピエゾ素子 22に印加する駆動電圧 Vとしては、本実施形態のようにパルス

D

状の電圧とすることも可能であるが、この他にも、例えば、電圧が漸増した後漸減するいわば三角状の電圧や、電圧が漸増した後一且一定値を保ちその後漸減する台形状の電圧、或いはサイン波の電圧を印加するように構成することも可能である。また、図 9 (A)に示すように、ピエゾ素子 22に常時電圧 Vを印加しておいてー且切り、再

D

度電圧 Vを印加してその立ち上がり時に液滴 Dを吐出させるようにしてもよい。また、

D

図 9 (B)、（C)に示すような種々の駆動電圧 Vを印加するように構成してもよく適宜

D

決定される。

[0104] 以上のように、本実施形態の液体吐出ヘッド 2および液体吐出装置 1によれば、液体吐出ヘッド 2は、フラットな吐出面 12を有するヘッドとされているため、図示を省略する力液体吐出ヘッド 2のクリーニング時に吐出面 12にブレードやワイパ等の部材が接触してもノズル 10が損傷する等の事態が生じることがなぐ操作性に優れる。

[0105] また、液体吐出ヘッド 2の製造においてノズル 10の突起等の微細構造を形成する必要がなく構造が単純であるから、容易に製造することが可能で生産性に優れる。

[0106] さらに、ノズル 10が形成されるノズルプレート 11として、体積抵抗率が 10¹⁵ Ω πι以上の材料を用いることで、帯電用電極 16に印加する静電電圧が 1. 5kV程度の低い電圧であっても、ピエゾ素子 22の変形によりノズル 10の吐出孔部分に形成される液体 Lのメニスカスに電界を集中することができ、メニスカスの先端部の電界強度を液滴 Dが安定的に吐出される 1. 5 X 10⁷VZm以上とすることが可能となる。

[0107] このように、本実施形態の液体吐出ヘッド 2は、フラットなヘッドでありながら、ノズルが突出されたヘッドと同様の電界集中をメニスカス先端部に効果的に生じさせることができるため、低電圧の静電電圧の印加でも効率良くかつ正確に液体を吐出することが可能となる。

[0108] なお、本実施形態では、ピエゾ素子 22の変形により形成されたメニスカスを静電吸引力で分離して液滴化し、静電電圧 Vによる電界で加速して基材 Kに着弾させる構

C

成としている力この他にも、例えば、ピエゾ素子 22の変形による圧力のみで液体 L が液滴化する程度の強ヽ駆動電圧を印加するように構成することも可能である。

[0109] また、ノズル内の液体 Lに圧力を生じさせ、ノズル 10の吐出孔 13に液体 Lのメニスカスを形成する圧力発生手段としてピエゾ素子 22の変形を用いる場合について示した力圧力発生手段はこの機能を有するものであればよぐこの他にも、例えば、ノズル 10やキヤビティ 20の内部の液体 Lを加熱するなどして気泡を生じさせ、その圧力を用いるように構成することも可能である。

[0110] また、本実施形態では、対向電極 3を接地する場合について述べた力例えば、電源から対向電極 3に電圧を印加して、帯電用電極 16との電位差が 1. 5kV等の所定の電位差になるようにその電源を動作制御部 24で制御するように構成することも可能である。

実施例

[0111] [実施例 1]

本実施形態の液体吐出ヘッド 2のノズルプレート 11を種々の材料を用いて実際に作製し、ノズル 10の吐出孔 13から液滴 Dが吐出されるか否かを基材 Kに吐出させて確認した。

[0112] 液体吐出ヘッド 2の構成は、前記実験条件と同様の条件で作製し、ノズル 10のテ一パ角は 4° で小径部 14と大径部 15とが連続した 1段構造とした。

[0113] また、液体 L1は、水 52重量⁰ /₀、エチレングリコールおよびプロピレングリコールをそれぞれ 22重量％、染料 (CIアシッドレッド 1) 3重量％、界面活性剤 1重量％含有する導電性の液体として調製し、液体 L2は、エタノールに染料（同上）を 3重量％含有する導電性の液体として調整し、液体 L3は、テトラデカンに Ag粒子を分散させ、絶縁性溶媒に帯電可能な粒子を分散した液体として調製した。

[0114] なお、体積抵抗率は、 JISC2151に準拠し、シート状被測定物の面間に電圧を印カロした場合の電気抵抗値より算出した。また、ノズルプレート 11の液体の吸収率は、 23°Cの使用対象である液体 Lにノズルプレート 11または代用のシート状被測定物を 24時間浸漬し、浸漬前後のノズルプレート 11または被測定物の重量変化率より算出した。液体 Lが水溶性インクである場合には、 ASTMD570に準拠した吸水率で代用することも可能である。

[0115] 前記液体 L1〜L3に対する実験結果は下記の表 1のようになった。なお、表 1の吸収率の欄は、上段が水に対する吸収率（吸水率）、下段がエタノールに対する吸収率を表している。

[0116] [表 1]

。また、体積抵抗率が 10¹⁵ Ω πι以上の材料であればノズル 10から液体 Lが吐出され得るが、吸収率が少なくとも 0. 6%以下でなければ液体 Lは吐出されないことが分かる。

[0117] 一方、液体 L3のように絶縁性溶媒に帯電可能な粒子を分散した液体を吐出する場合には、体積抵抗率が 10¹⁵ Ω m以上の材料であればすべてノズル 10から液体が吐出され得ることが分かる。

[実施例 2]

本実施形態の液体吐出ヘッド 2のノズルプレート 11の厚さおよびノズル径を種々変えて作製し、前記液体 L1の吐出の有無を基材 Kに吐出させて確認した。また、参照実験として、液体 L1の吐出が確認されなかった条件で静電電圧を 3. OkVにして吐出の有無を確認した。

[0118] 実験結果は下記の表 2のようになった。なお、ノズルプレート 11は表 1に記載されてレ、るポリエチレンテレフタレート (ルミラー (東レ株式会社製) )を用レ、て形成した。

[0119] [表 2]

[0120] 表 2の結果から、ノズルプレート 11の厚さが 125 μ mの場合の結果を比較すると、ノズル径は 15 m以下であることが好ましレヽことが分かる。また、ノズル径を 15 μ mとした場合の結果を比較すると、ノズルプレート 11の厚さは 75 μ m以上であることが好ましいことが分かる。なお、液体が吐出されな力つた条件で静電電圧を 3. OkVとしたところ、この場合は、液体が吐出された。

[0121] 本発明の形態によれば、体積抵抗率が 10¹⁵ Ω πι以上の材料からなり吐出面がフラットな液体吐出ヘッドのノズルおよびキヤビティ内の液体に静電電圧が印加されて液体吐出ヘッドと対向電極との間に電界が形成されるとともに、圧力発生部によりノズル内の液体に圧力が加えられてノズルの吐出孔に液体のメニスカスが形成され、そのメニスカスに電界が集中されて、メニスカスが電界による静電吸引力により吸引されて液滴化して吐出される。

[0122] そのため、液体吐出ヘッドがフラットなヘッドとされているから、液体吐出ヘッドのタリ一-ング時に吐出面にブレードやワイパ等の部材が接触してもノズルが損傷する等の事態が生じることがなぐ操作性に優れる。また、液体吐出ヘッドの製造においてもノズルの突起等の微細構造を形成する必要がなく構造が単純であるから、容易に製造することが可能で生産性に優れる。

[0123] また、ノズルが形成されるノズルプレートとして、体積抵抗率が 10¹⁵ Ω πι以上の材料を用いることで、静電電圧印加部からノズル内の液体に印加される静電電圧が 2kV 程度以下の低い電圧であっても、圧力発生部によりノズルの吐出孔部分に形成される液体のメニスカスに効果的に電界を集中することができる。そのため、メニスカスの先端部の電界強度を液滴が効率良く安定的に吐出される電界強度とすることが可能となり、微小化されたノズル力液体を吐出でき、さらに高粘度の液体を吐出することも可能となる。

[0124] 本発明の形態によれば、液体吐出ヘッドのノズルから吐出される液体は導電性溶媒を含有する液体であり、液体吐出ヘッドのノズルプレートとして液体の吸収率が 0. 6%以下である材質を用いる。吸収率力これより大きい場合には、ノズルプレートが、液体から導電性の溶媒を吸収して体積抵抗率が低下し、ノズルから安定的な液体の吐出ができなくなる場合がある力液体の吸収率が 0. 6%以下であれば、このような事態が生じることを有効に防止することができ、前記本発明の形態の効果をより効果的に発揮することが可能となる。

[0125] 本発明の形態によれば、体積抵抗率が 10¹⁵ Ω πι以上のノズルプレートを有する液体吐出ヘッドから、絶縁性溶媒に帯電可能な粒子を分散した液体を吐出する。液体としてこのような絶縁性溶媒を含有する液体を用いる場合には、ノズルプレートには帯電可能な粒子は吸収されず、絶縁性溶媒のみが吸収される。しかし、絶縁性溶媒がノズルプレートに吸収されても、絶縁性溶媒の電気伝導度が低!、ためノズルプレートの電気伝導度は大きく変化せず、実効的な体積抵抗率が低下しないため、ノズルプレートは、その液体に対する吸収率に係わりなく体積抵抗率が 10¹⁵Ωπι以上であれば液体を吐出することができ、前記各本発明の形態の効果を効果的に発揮することが可能となる。

[0126] 本発明の形態によれば、体積抵抗率が 10¹⁵Ωπι以上、厚さが 75 μ m以上のノズルプレートにノズルが形成されることで、メニスカス先端部への電界集中が効果的に生じるため、メニスカス先端部の電界強度が液体の安定的な吐出に必要な 1. 5 X 10⁷ VZm以上とすることができ、前記各本発明の形態の効果をより的確に発揮することが可能となる。

[0127] 本発明の形態によれば、ノズル力その吐出孔の内部直径が 15 m以下になるように形成されることで、メニスカス先端部への電界集中が効果的に生じるため、メニスカス先端部の電界強度が液体の安定的な吐出に必要な 1. 5 X 10⁷VZm以上とすることを確実に行うことができ、前記各本発明の形態の効果をより的確に発揮することが可能となる。

[0128] 本発明の形態によれば、液体吐出ヘッドのフラットな吐出面に、液体を弾く撥液層が設けられることで、ノズルの吐出孔部分に形成される液体のメニスカスが吐出孔の周囲の吐出面に広がることによるメニスカス先端部への電界集中の低下を効果的に防止することができ、前記本発明の形態の効果をより的確に発揮することが可能となる。

[0129] 本発明の形態によれば、前記ノズルの液体に圧力を発生させて前記ノズルの吐出孔に液体のメニスカスを形成する圧力発生部として、ピエゾ素子等の圧電素子ァクチユエータが用いられるため、低電圧で有効にノズル内の液体の圧力を高めることができ、ノズルの吐出孔でのメニスカスを大きく***させることが可能となる。そのため、前記各本発明の形態の効果を有効に発揮することが可能となる。

[0130] 本発明の形態によれば、液体吐出装置は、液体吐出ヘッドのノズル内の液体に対して圧力発生部により加えられた圧力と、静電電圧印加部により液体吐出ヘッドと対向電極との間に形成された電界との作用により、ノズルの吐出孔部分にメ-スカスが形成され、それによりメニスカス先端部に電界集中により強い電界強度が生じて液体が液滴化し、液滴が電界により加速されて基材に着弾する。

[0131] そのため、液滴は、電界からの静電吸引力の作用で、基材のより近い部分に着弾しようとするため、基材に対する着弾の際の角度等を安定させ、液滴を所定の着弾位置に正確に着弾させることが可能となる。また、前記各本発明の形態と同様に、低電圧の静電電圧でメニスカスが大きく***するため、静電電圧印加部により印加される静電電圧の電圧値を低下させることが可能となり、前記各本発明の形態の効果をより有効に発揮することが可能となる。

[0132] 本発明の形態によれば、液体吐出装置にお!、て、まず、液体吐出ヘッドのノズル内の液体に圧力発生部により圧力をカ卩えて吐出孔部分にメ-スカスを形成させた後、静電吸引力によりメニスカスを引きちぎるようにして液滴化する。そのため、圧力発生部による圧力でノズル内の液体を液滴化しなくても、十分にメニスカスを***させれば電界の静電吸引力によりメニスカスが引きちぎられるから、圧力発生部に印加する駆動電圧をより低電圧とすることが可能となり、液体吐出装置の電力消費の軽減を図ることが可能となる。

産業上の利用可能性

[0133] 本発明によれば、メニスカス***量を制御し吐出制御する電界アシスト法を用い、吐出面がフラットで、メニスカス形成駆動を低電圧でスイッチングでき、かつ低電圧の静電電圧の印加で効果的に電界集中を生じ効率良く液体を吐出することができ、それによって微細パターン形成および高粘度の液体の吐出が可能な液体吐出ヘッド、液体吐出装置および液体吐出方法を提供することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 液体を吐出するノズルと、

前記ノズルが設けられたフラットなノズルプレートと、

前記ノズルプレートの体積抵抗率が 10¹⁵ Ω m以上であることを特徴とする液体吐出ヘッド、。

[2] 前記液体は、導電性溶媒を含有する液体であり、前記ノズルプレートの前記液体の吸収率が 0. 6%以下であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の液体吐出へッド、。

[3] 前記液体は、絶縁性溶媒に帯電可能な粒子を分散した液体であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の液体吐出ヘッド。

[4] 前記ノズルプレートの厚さが 75 μ m以上であることを特徴とする請求の範囲第 1項力第 3項のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。

[5] 前記ノズルの吐出孔の内部直径が 15 m以下であることを特徴とする請求の範囲第 1項力第 3項のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。

[6] 前記ノズルプレートの吐出面側に撥液層が設けられてヽることを特徴とする請求の範囲第 1項力第 3項のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。

[7] 前記圧力発生部は、圧電素子ァクチユエータであることを特徴とする請求の範囲第

1項力第 3項のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。

[8] 前記請求の範囲第 1項から第 3項の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と前記ノズル内に生じる圧力とにより前記液体を吐出することを特徴とする液体吐出装置。

[9] 前記圧力発生部による圧力により前記ノズルの吐出孔に液体のメニスカスを***させ、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の範囲第 8項に記載の液体吐出装置。

[10] 液体を吐出するノズルが設けられ、フラットで体積抵抗率が 10¹⁵ Ω m以上のノズルプレートを有する液体吐出ヘッドのノズルおよびキヤビティ内の液体に静電電圧を印加して前記液体吐出ヘッドと対向電極との間に電界を形成するとともに、圧力発生部により前記ノズル内の液体に圧力を発生させ、前記電界による静電吸引力と前記圧力によりノズルの吐出孔に形成された液体のメニスカスに電界^^中させ、前記静電吸引力により液体を吸引して吐出させることを特徴とする液体吐出方法。

[11] 液体を吐出するノズルが設けられ、フラットで体積抵抗率が 10¹⁵ Ω πι以上のノズルプレートを有する液体吐出ヘッドのノズルおよびキヤビティ内の液体に静電電圧を印加して前記液体吐出ヘッドと対向電極との間に電界を形成するとともに、圧力発生部により前記ノズル内の液体に圧力を発生させて前記ノズルの吐出孔に液体のメニスカスを***させて電界を集中させ、前記電界による静電吸引力により液体を吸弓 Iして吐出させることを特徴とする液体吐出方法。

[12] 前記液体は、導電性溶媒を含有する液体であり、前記ノズルプレートの前記液体の吸収率が 0. 6%以下であることを特徴とする請求の範囲第 10項または第 11項に記載の液体吐出方法。

[13] 前記液体は、絶縁性溶媒に帯電可能な粒子を分散した液体であることを特徴とする請求の範囲第 10項または第 11項に記載の液体吐出方法。

[14] 前記ノズルプレートの厚さが 75 μ m以上であることを特徴とする請求の範囲第 10 項または第 11項に記載の液体吐出方法。

[15] 前記ノズルの吐出孔の内部直径が 15 m以下であることを特徴とする請求の範囲第 10項または第 11項に記載の液体吐出方法。

[16] 前記ノズルプレートの前記吐出面側に撥液層が設けられて、ることを特徴とする請求の範囲第 10項または第 11項に記載の液体吐出方法。

[17] 前記圧力発生部は、圧電素子ァクチユエータであることを特徴とする請求の範囲第項または第 11項に記載の液体吐出方法。