CN100396488C - 液体喷射装置 - Google Patents

Abstract

一种用于将带电的液体溶液的液滴喷射到基材上的液体喷射装置(20)，包括：喷嘴(21)，其中该喷嘴的边缘部分被配设成面对基材K，该基材具有用于接收喷射液滴的接收表面，液滴被从其中喷射的边缘部分的内径不大于30μm；一液体溶液供给部(29)，用于将液体溶液供给到喷嘴(21)中；一喷射电压施加部(25)，用于对喷嘴(21)中的液体溶液施加喷射电压；和一凸状弯液面形成部(40)，用于形成一种状态，其中，喷嘴(21)中的液体溶液从喷嘴边缘部分凸出。

Description

液体喷射装置

技术领域

本发明涉及用于向基材喷射液体的液体喷射装置。

背景技术

用于通过根据压电元件的振动改变墨水通道的形状来喷射墨滴的压电方法，以及用于使设置在墨水通道中的热发生器加热以产生气泡并且根据墨水通道中的气泡的压力变化而喷射墨滴的热方法，以及用于对墨水通道中的墨水充电以便通过墨水的静电吸引力来喷射墨滴的静电吸引方法，这些传统的喷墨记录方法都是公知的。

被引用的Tokukaihei的JP-11-277747中所记载的喷墨打印机是一种传统的静电吸引型喷墨打印机。该喷墨打印机包括：多个用于从其边缘部分喷射墨水的凸状墨水导向件，被配设成面对每个墨水导向件的边缘且被接地的对向电极，和对于每个墨水导向件用于对墨水施加喷射电压的喷射电极。配备具有不同狭缝宽度的两种类型的用于引导墨水的凸状墨水导向件，以便具有这样一种特性，即，能够通过适当地使用它们来喷射具有两种尺寸的墨滴。

传统的喷墨打印机通过将脉冲电压施加到喷射电极上，来喷射墨滴并借助在喷射电极和对向电极之间形成的电场将墨滴引导到对向电极侧。

然而，上述喷墨记录方法存在以下问题。

(1)微小液滴形成的限制性和稳定性

因为喷嘴直径较大，所以从喷嘴喷射的液滴的形状不稳定，并且在使液滴微小化这方面受到了限制。

(2)较高的施加电压

对于喷射微小液滴而言，喷嘴的喷射口的小型化是一个重要的因素。在传统的静电吸引方法的原理中，因为喷嘴直径较大，喷嘴边缘部分的电场强度较弱，并且因此为了获得喷射液滴所需的电场强度，就需要施加较高的喷射电压(例如2000[V]左右的极高电压)。因此，为了施加高压，电压的驱动控制就变得非常昂贵。

然而，在作为传统例子的专利文献1中，仅通过对墨水施加脉冲电压来执行墨水的喷射，因此需要将高压施加给被施加脉冲电压的电极。这样，缺点是加剧了上述的问题(1)和(2)。

因此，本发明的首要目的是提供一种能够喷射微小液滴的液体喷射装置。同时，第二目的是提供一种能够喷射稳定液滴的液体喷射装置。另外，第三个目的是提供一种能够降低施加电压并且廉价的液体喷射装置。

发明内容

本发明具有一种结构，其中用于将带电的液体溶液的液滴喷射到基材上的液体喷射装置包括：

一液体喷射头，该喷射头包括从边缘部分喷射液滴的喷嘴，该喷嘴的边缘部分的内径不大于30[μm]；

一液体溶液供给部，该供给部将液体溶液供给到喷嘴中；

一喷射电压施加部，该喷射电压施加部对喷嘴中的液体溶液施加喷射电压；和

一凸状弯液面形成部，该凸状弯液面形成部形成一种状态，其中，喷嘴中的液体溶液从喷嘴边缘部分凸出。

在下文中，喷嘴直径是指在边缘部分处的喷嘴的内径(喷嘴边缘部分处的内径)，从该边缘处喷射液滴。喷嘴中的液体喷射孔的截面形状并不限于圆形。例如，在液体喷射孔的截面形状为多边形形状、星形形状或其它形状时，喷嘴直径是指截面形状的外接圆的直径不大于30[μm]。在下文中，考虑到喷嘴直径或喷嘴边缘部分处的内径，即使是当给定其它数值限制时也是相同的。喷嘴半径是指喷嘴直径(喷嘴的边缘部分的内径)的1/2长度。

在本发明中，“基材”是指用于接收被喷射的液体溶液的液滴的着陆的地象，其材料没有特殊限制。因此，例如，当将上述结构应用于喷墨打印机时，记录介质例如纸、片材等相当于所述基材，且当使用导电胶形成一电路时，其上形成电路的基底就相当于所述基材。

在上面的结构中，喷嘴或基材布置成使液滴着陆的接收表面朝向喷嘴的边缘部分。用于实现彼此的位置关系的配设操作可以通过移动喷嘴或者基材来执行。

然后，液体溶液通过液体溶液供给部供给液体喷射头的内部。喷嘴中的液体溶液需要处于便于执行喷射的带电状态。可以配备专门用于充电的电极来施加使液体溶液充电所需的电压。

凸状弯液面形成部形成一种状态，其中液体溶液在喷嘴边缘处凸出(凸状弯液面)。为了形成凸状弯液面，例如，采用一种方法，即在液滴不从喷嘴边缘部分滴落的范围内增加喷嘴中的压力。

然后，在喷嘴边缘部分处形成凸状弯液面之前或与其同时，位于凸状弯液面的位置处的喷射电压在液体喷射头中被喷射电压施加部施加给液体溶液。该喷射电压被设定在这样的范围内，即不单独执行液滴的喷射，但是可以与由凸状弯液面形成部形成弯液面配合地执行。因此，当凸状弯液面借助用于形成凸状弯液面的驱动电压而形成在喷嘴边缘处时，来自凸状弯液面的凸出边缘部分的液体溶液液滴沿着垂直于基材的接收表面的方向飞行，从而在基材的接收表面上形成液体溶液的一个点。

在本发明中，由于设置了凸状弯液面形成部，因此能够将喷射液滴的点集中在凸状弯液面的顶部，且液滴能够以较液面是平面或凹面的情况下的喷射力更小的喷射力来喷射。从而，通过有效地利用喷射电压的降低，平滑地喷射液滴，以及取决于弯液面的位置的喷射电压差，喷射电压可以被进一步降低。

通常，凸状弯液面的形成和液滴的喷射均通过对液体溶液施加电压来执行，因此，同时执行上述操作需要较高的高电压。然而，在本发明中，凸状弯液面的形成由凸状弯液面形成部执行，该部分与用于施加电压给液体溶液的喷射电压施加部不同，且液滴的喷射通过喷射电压施加部施加的电压来执行，因此，在喷射时施加给液体溶液的电压值可以被降低。

另外，在本发明中，由于使用传统上没被发现的具有超微小直径的喷嘴而发生在喷嘴边缘部分处的电场集中，因此电场强度会变高，此时，在位于基材侧上的镜像电荷的距离之间所产生的静电力被感应，导致液滴飞行。

因此，液滴的喷射可以以较通常更低的电压而被执行，即使在使用微小喷嘴的情况下，且即使当基材由导电性材料或绝缘材料制成时，也能顺利地进行。

在这种情况下，即使在没有面对喷嘴边缘部分的对向电极的情况下，也能够执行液滴的喷射。例如，在基材被布置成面对喷嘴边缘部分的情况下，在没有对向电极的状态下，当基材为导体时，具有相反极性的镜像电荷被感应在相对于作为标准的基材的接收表面与喷嘴边缘部分成平面对称的位置处，且当基材为绝缘体时，具有相反极性的镜像电荷被感应在相对于作为标准的基材的接收表面由基材的介电常数所限定的对称位置处。液滴的飞行由在喷嘴边缘部分处的感应电荷和镜像电荷之间的静电力来执行。

因此，装置的结构中使用的部件的数量可以被减少。因此，当将本发明应用于商业喷墨打印系统中时，能够提高整个系统的生产率，并且能够降低成本。

然而，虽然本发明的结构可以不使用对向电极，但同时也可以使用对向电极。当同时使用对向电极时，优选的是，基材被沿着对向电极的对向表面布置，且对向电极的对向表面被设置成垂直于从喷嘴喷射液滴的方向，因而能够使用喷嘴和对向电极之间的电场所产生的静电力，引起液滴的飞行电极。另外，除了将电荷释放到空气中之外，通过使对向电极接地，带电液滴的电荷可经由对向电极被释放，因此也能获得减少电荷存蓄的效果。因而同时使用对向电极可以作为一种优选的结构。

除了上述结构之外，可设置一操作控制部，用于分别控制驱动凸状弯液面形成部的驱动电压的施加以及喷射电压施加部的喷射电压的施加，且该操作控制部可以具有一种结构，该结构包括第一喷射控制单元，用于在喷射液滴时控制凸状弯液面形成部的驱动电压的施加，同时控制喷射电压施加部的喷射电压的施加。

在该结构中，在喷射电压被第一控制单元预先施加在液体溶液上的情况下，通过按照喷射需求形成凸状弯液面，就能够获得从喷嘴的边缘部分喷射液滴所需的静电力，以便执行液滴的喷射。

除了上述结构之外，可以设置一操作控制部，以控制凸状弯液面形成部的驱动电压的施加和喷射电压施加部的喷射电压的施加，该操作控制部可具有一种结构，该结构包括第二喷射控制单元，用于彼此同步地执行由凸状弯液面形成部执行的液体溶液的凸出操作和喷射电压的施加。

在该结构中，第二喷射控制单元彼此同步地执行凸状弯液面的形成和液滴的喷射，因此能够通过施加喷射电压来喷射液滴，还能够形成凸状弯液面，从而缩短了两个操作之间的时间间隔。

这里，上述的“同步”不仅包括，执行液体溶液的凸出操作的期间与施加喷射电压的期间在时间上相一致的情况，还包括即使在一个期间和另一个期间之间开始定时和结束定时不同，至少喷射液滴所需的期间也重叠的情况。

此外，除了上述各结构之外，所述操作控制部可包括液体稳定控制部，以便在液体溶液的凸出操作和喷射电压的施加之后，执行将位于喷嘴边缘部分处的液面拉入内侧的操作控制。

在该结构中，在喷射液滴之后，例如，借助减小喷嘴的内压等的方法，在喷嘴边缘部分处的液滴被吸引到内部。当液滴从凸状弯液面处飞行时，该凸状弯液面可能由于液滴的飞行而发生振动，这就需要在等待凸状弯液面的振动停止之后再执行下一次液滴的喷射，以避免振动的影响。在上述结构中，即使当凸状弯液面振动时，液面振动状态也会消散，这是由于通过将喷嘴边缘部分处的液面暂时吸入喷嘴内部，所述凸起状态就会消失的原因，还由于通过具有低导电性的喷嘴内部的整流的原因。因此，液面的振动被有效地且迅速地停止，从而，在类似于通常的吸引之后，形成凸状弯液面和喷射的下一次操作可以在不等待振动停止的等待时间的情况下执行。

此外，除了上述结构之外，凸状弯液面形成部可包括一压电元件，以改变喷嘴中的容积。

在这种结构中，执行凸状弯液面的形成，从而压电元件通过改变其自身形状来改变喷嘴中的容积，以增加喷嘴压力。

将位于喷嘴边缘部分处的液面拉入到喷嘴内部，从而喷嘴中的容积通过压电元件形状的改变而改变，以便减小喷嘴压力。通过借助压电元件的容积改变来形成凸状弯液面，对液体溶液没有限制，且能够以高频率驱动。

另外，除了上述结构之外，凸状弯液面形成部可以包括加热器，以便在喷嘴中的液体溶液中产生气泡。

在这种结构中，形成凸状弯液面，从而在加热器的热量的作用下，借助液体溶液的蒸发来形成气泡，以增加喷嘴压力。在本发明中，原则上，喷射液体溶液受到限制，然而，从结构上来说以高密度布置喷嘴非常简单而理想，并且与使用驱动元件例如压电元件或静电制动器的情况相比具有足够的环境响应度。

另外，除了上述结构之外，该结构还可以是这样的，即，喷射电压施加部施加一喷射电压V，该喷射电压满足以下公式(1)：

$h\sqrt{\frac{\mathrm{\γ\π}}{{\mathrm{\ϵ}}_{0}d}}>V>\sqrt{\frac{\mathrm{\γkd}}{2{\mathrm{\ϵ}}_0}}---\left(1\right)$

其中，γ：液体溶液的表面张力[N/m]，ε₀：电常数[F/m]，d：喷嘴直径[m]，h：喷嘴和基材之间的距离[m]，k：取决于喷嘴形状的比例常数(1.5＜k＜8.5)。

在这种结构中，处于上述公式(1)的范围内的喷射电压V被施加在喷嘴中的液体溶液上。在上述公式(1)中，左项作为喷射电压V的上限的标准，表示在常规的借助喷嘴和对向电极之间的电场执行喷射液滴的情况下的喷射电压的最低限。在本发明中，如上所述，借助由于喷嘴的超小型化而导致的电场集中的效果，即使在喷射电压V被设定得低于常规最低限喷射电压的情况下也能够实现超微小液滴的喷射，这对于常规技术来说是不能实现的。

在上述公式(1)中，右项作为喷射电压V的下限的标准，表示用于本发明的抵抗喷嘴边缘部分的液体溶液的表面张力来喷射液滴的喷射电压的最低限。也就是，当施加的电压低于该最低限喷射电压时，不执行喷射液滴，但是例如，通过限定一较该最低限喷射电压高的值作为一更宽的喷射电压，并通过切换一较该值更低的电压值以及喷射电压，可以执行喷射操作的开关控制。在这种情况下，切换到喷射的关状态的较低电压值优选是接近所述最低限喷射电压。从而，在开关切换过程中的电压变化宽度可以较窄，从而提高了响应度。

此外，除了上述结构之外，喷嘴可以由具有绝缘性的材料形成，或者是至少喷嘴的边缘部分可以由具有绝缘性的材料形成。

这里，绝缘性是指，介质击穿长度不小于10[KV/mm]，优选是不小于21[KV/mm]，更优选是不小于30[KV/mm]。且所述介质击穿长度是指JIS-C2110中所述的“介质击穿长度”，且借助JIS-C2110中所述的测量方法来测量一值。

通过以这种方式形成喷嘴，可以有效地抑制从喷嘴边缘部分的放电，且液体可以在液体溶液的充电被有效执行的状态下被喷射，因而能够平稳且顺利地执行喷射。

另外，除了上述结构之外，喷嘴直径可以小于20[μm]。

从而，电场强度分布变窄。因此，电场能够被集中。这就使形成的液滴微小化且其形状稳定，降低了总施加电压。刚刚从喷嘴喷射之后的液滴被电场和电荷之间的静电力的作用下被加速。然而，随着液滴远离喷嘴，所述电场迅速减小。因而液滴被空气阻力减速。然而，在具有集中电场的情况下，微小液滴在其接近对向电极时被镜像力加速。通过平衡空气阻力的减速和镜像力的加速，微小液滴的稳定飞行和精确着落能被改善。

另外，喷嘴的内径可以不大于10[μm]。

从而，电场能进一步被集中，从而可使液滴进一步变微小，且当飞行时，由于距对向电极的距离的变化而引起的电场强度的分布影响可以被减小。这就减小了对向电极的位置精度、或基材的性质或厚度对液滴形状或着陆精度的影响。

另外，喷嘴的内径可以不大于8[μm]。

从而，电场能进一步被集中，从而可使液滴进一步变微小，且当飞行时，由于距对向电极的距离的变化而引起的电场强度的分布影响可以被减小。这就减小了对向电极的位置精度、或基材的性质或厚度对液滴形状或着陆精度的影响。

此外，随着电场集中程度变高，在使用多个喷嘴将喷嘴以高密度布置时成为问题的电场串扰效果被减小，使喷嘴能够以更高的密度设置。

另外，喷嘴的内径可以不大于4[μm]。借助这种结构，电场能够被显著集中，这样，使得电场强度最高，液滴可以是超微小的，且具有稳定的形状，而且液滴的初始速度能够被增加。从而，飞行稳定性被提高，进一步提高了着陆精度和喷射响应度。

另外，随着电场集中程度变高，在使用多个喷嘴将喷嘴以高密度布置时成为问题的电场串扰效果被减小，使喷嘴能够以更高的密度设置。

此外，喷嘴的内径优选的是大于0.2[μm]。通过使喷嘴的内径大于0.2[μm]，液滴的充电效率可以被提高。从而，喷射稳定性被提高。

另外，在上述的结构中，优选的是喷嘴由电绝缘材料形成，且用于施加喷射电压的电极被插入喷嘴中，或者形成起到电极功能的电镀层。

另外，优选的是喷嘴由电绝缘材料形成，且用于施加喷射电压的电极被插入喷嘴中，或者形成起到电极功能的电镀层，且用于喷射的电极也被设置在喷嘴的外侧上。

位于喷嘴之外的用于喷射的电极例如被设置在喷嘴的边缘部分侧的端面处，或者被设置在喷嘴的边缘部分侧的侧表面的整个圆周或部分上。

另外，除了由上述结构带来的操作效果之外，喷射力也可以被增大。这样，即使当进一步使喷嘴直径微小化时，液滴也可以以小电压被喷射。

另外，优选的是，所述基材由导电性材料或绝缘材料形成。

此外，优选施加的喷射电压不大于1000V。

通过这样来设置喷射电压的上限，就可以很容易地进行喷射控制，并且装置的耐久性可以被容易地提高。

此外，优选施加的喷射电压不大于500V。

通过这样来设置喷射电压的上限，就可以更容易地进行喷射控制，并且装置的耐久性可以被更容易地提高。。

此外，优选的是，喷嘴和基材之间的距离不大于500[μm]，因为这样即使当使喷嘴直径变微小时也可以获得较高的着陆精度。

此外，优选的结构是，压力被施加到喷嘴中的液体溶液上。

此外，当在单个脉冲执行喷射时，可以施加不小于由下面的公式(2)所确定的时间常数τ的脉冲宽度Δt。

$\mathrm{\τ}=\frac{\mathrm{\ϵ}}{\mathrm{\σ}}---\left(2\right)$

其中，ε：液体溶液的介电常数[F/m]，σ：液体溶液的电导率[S/m]。

附图说明

图1A为一视图，显示了喷嘴直径为Ф0.2[μm]并且喷嘴至对向电极的距离设置为2000[μm]时的电场强度分布，图1B为一视图，显示了喷嘴至对向电极的距离设置为100[μm]时的电场强度分布；

图2A为一视图，显示了喷嘴直径为Ф0.4[μm]并且喷嘴至对向电极的距离设置为2000[μm]时的电场强度分布，图2B为一视图，显示了喷嘴至对向电极的距离设置为100[μm]时的电场强度分布；

图3A为一视图，显示了喷嘴直径为Ф1[μm]并且喷嘴至对向电极的距离设置为2000[μm]时的电场强度分布，图3B为一视图，显示了喷嘴至对向电极的距离设置为100[μm]时的电场强度分布；

图4A为一视图，显示了喷嘴直径为Ф8[μm]并且喷嘴至对向电极的距离设置为2000[μm]时的电场强度分布，图4B为一视图，显示了喷嘴至对向电极的距离设置为100[μm]时的电场强度分布；

图5A为一视图，显示了喷嘴直径为Ф20[μm]并且喷嘴至对向电极的距离设置为2000[μm]时的电场强度分布，图5B为一视图，显示了喷嘴至对向电极的距离设置为100[μm]时的电场强度分布；

图6A为一视图，显示了喷嘴直径为Ф50[μm]并且喷嘴至对向电极的距离设置为2000[μm]时的电场强度分布，图6B为一视图，显示了喷嘴至对向电极的距离设置为100[μm]时的电场强度分布；

图7为一图表，显示了在图1至图6的每个状态下的最大电场强度；

图8为一图形，显示了喷嘴的喷嘴直径与最大电场强度之间的关系以及弯液面处的强电场区域；

图9为一图形，显示了喷嘴的喷嘴直径、弯液面处的喷射液滴开始飞行时的喷射起动电压、初始喷射液滴的瑞利极限处的电压值和喷射起动电压与瑞利极限电压的比值之间的关系；

图10为一图表，描绘了喷嘴直径和弯液面处的强电场区域之间的关系；

图11是沿着第一实施例中的液体喷射装置的喷嘴剖开的剖视图；

图12A为一解释图，显示了液体溶液的喷射操作和在不执行喷射的状态下施加在液体溶液上的电压之间的关系，图12B为一解释图，显示了喷射状态，且图12C为一解释图，显示了喷射之后的状态；

图13是沿着第二实施例中的液体喷射装置的喷嘴剖开的剖视图；

图14A为一解释图，显示了液体溶液的喷射操作和在不执行喷射的状态下施加在液体溶液上的电压之间的关系，并且图14B为一解释图，显示了液体溶液的喷射操作和在喷射状态下施加在液体溶液上的电压之间的关系，且图14C为一解释图，显示了液体溶液的喷射操作和喷射之后施加在液体溶液上的电压之间的关系；

图15为一沿着喷嘴剖开的剖视图，显示了采用加热器的液体喷射装置的一个例子；

图16A为一解释图，显示了液体溶液的喷射操作和在不执行喷射的状态下被施加在加热器上的电压之间的关系，图16B为一解释图，显示了液体溶液的喷射操作和在喷射状态下被施加在加热器上的电压之间的关系，图16C为一解释图，显示了液体溶液的喷射操作和在喷射之后被施加在加热器上的电压之间的关系。

图17A为一解释图，显示了液体溶液的喷射操作和在不执行喷射的状态下被施加到液体溶液上的电压之间的关系，图17B为一解释图，显示了液体溶液的喷射操作和在喷射状态下被施加到液体溶液上的电压之间的关系；

图18A为一局部断面透视图，显示了在液体溶液室一侧设置了圆度的喷嘴内通道形状的一个例子，图18B为一局部断面透视图，显示了具有内表面为锥形圆周表面的喷嘴内通道形状的一个例子，且图18C为一局部断面透视图，显示了将锥形圆周表面和线性通道组合的喷嘴内通道形状的一个例子；

图19为一图表，显示了比较研究所得的结果；

图20为一视图，用于描述本发明实施例的喷嘴的电场强度的计算；

图21是作为本发明的一个例子的液体喷射装置的侧面剖视图；并且

图22为一视图，用于根据本发明实施例的液体喷射装置中的距离-电压关系描述喷射状况。

具体实施方式

在下文的每个实施例中描述的液体喷射装置的喷嘴直径优选不大于30[μm]，进一步优选小于20[μm]，再进一步优选不大于10[μm]，再进一步优选不大于8[μm]，再进一步优选不大于4[μm]。而且喷嘴直径优选大于0.2[μm]。下文中，有关喷嘴直径和电场强度之间的关系将参照图1A至图6B来描述。图1A至图6B对应地显示了在喷嘴直径为Ф0.2、0.4、1、8和20[μm]的情形下以及作为参考的传统上使用的喷嘴直径为Ф50[μm]的情形下的电场强度分布。

这里，在图1A至图6B中，喷嘴中心位置C表示在喷嘴边缘处的液体喷射孔的液体喷射表面的中心位置。另外，图1A、图2A、图3A、图4A、图5A和图6A表示当喷嘴和对向电极间的距离设置在2000[μm]时的电场强度分布，而图1B、图2B、图3B、图4B、图5B和图6B表示当喷嘴和对向电极间的距离设置在100[μm]时的电场强度分布。在此，在每种情况下施加电压都设置为恒定值200[V]。图1A至图6B中的分布线表示从1×10⁶[V/m]至1×10⁷[V/m]的电荷强度范围。

图7为一图表，显示了在每种情况下的最大电场强度。

根据图5A和图5B可以理解：如果喷嘴直径不小于Ф20[μm]，那么电场强度分布就会扩展到较大的区域。另外，根据图7的图表可以理解：喷嘴和对向电极之间的距离对电场强度有影响。

从这些可以看出，当喷嘴直径不大于Ф8[μm](见图4A和图4B)时，电场强度很密集并且与对向电极的距离的变化对电场强度分布几乎没有影响。因此，当喷嘴直径不大于Ф8[μm]时，就可以执行稳定喷射，而不会受到对向电极的位置精度、基材特性和厚度不均匀的影响。其次，图8中显示了在液位处于喷嘴的边缘位置时，喷嘴的喷嘴直径和最大电场强度以及强电场区域之间的关系。

根据如图8所示的曲线图可以理解，当喷嘴直径不大于Ф4[μm]时，电场密集度增长得非常大，并且最大电场强度被升高。因此，由于能够使液体溶液的初始喷射速度变大，因而液滴的飞行稳定性增大并且在喷嘴边缘部分处电荷的移动速度提高，因而提高了喷射响应度。

下面将接着描述可充到喷射液滴上的最大电荷量。在考虑到液滴的瑞利分裂(瑞利极限)的情况下，可充到液滴上的电荷量由下面的公式(3)表述。

$q=8\×\mathrm{\π}\×\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_0\×\mathrm{\γ}\×\frac{d_0^3}{8}}---\left(3\right)$

其中q是给出瑞利极限的电荷量[C]，ε₀是电常数[F/m]，γ是液体溶液的表面张力[N/m]，d₀为液滴的直径[m]。

通过上述的公式(3)计算得到的电荷量q越接近瑞利极限值，静电力就变得越大，甚至是在相同的电场强度中，因此就提高了喷射稳定性。然而，当它太接近瑞利极限值时，相反地液体溶液在喷嘴的液体喷射口处就会发生分散，而且喷射缺乏稳定性。

图9为一曲线图，显示了喷嘴的喷嘴直径、喷嘴边缘部分处的喷射液滴开始飞行时的喷射起动电压、初始喷射液滴的瑞利极限处的电压值和喷射起动电压与瑞利极限电压的比值之间的关系。

从如图9所示的曲线图可以看出，在喷嘴直径从Ф0.2[μm]到Ф4[μm]的范围内，喷射起动电压与瑞利极限电压值的比值超过了0.6，并且获得了液滴充电效率的有利结果。因此，可以理解在这个范围内能够执行稳定的喷射。

例如，在如图10所示的在喷嘴边缘部分处喷嘴直径与强电场(不小于1×10⁶[V/m])区域之间的关系表示的曲线图中，显示出当喷嘴直径不大于Ф0.2[μm]时电场密集区域就变得非常窄。因此显示出了如下的情况：即喷射液滴不能充分地接收用于加速的能量，并且飞行稳定性降低。因此，优选喷嘴直径设置为大于Ф0.2[μm]。

[第一实施例]

(液体喷射装置的整体结构)

下面将参照图11至图12描述作为本发明的第一实施例的液体喷射装置20。图11是沿着后面将描述的喷嘴21剖开的液体喷射装置20的剖视图。图12为解释图，显示了液体溶液的喷射操作和施加在液体溶液上的电压的关系，其中，图12A显示了不执行喷射的状态，图12B显示了执行喷射的状态，且图12C显示了喷射之后的状态。

液体喷射装置20包括：具有超微小直径的用于从它的边缘部分喷射可充电的液体溶液液滴的喷嘴21，具有面向喷嘴21边缘部分的对向表面并且用于在对向表面处支撑接收液滴的基材K的对向电极23，用于向喷嘴21中的通道22供给液体溶液的液体溶液供给部29，用于向喷嘴21中的液体溶液施加喷射电压的喷射电压施加部25，用于形成喷嘴21中的液体溶液从喷嘴的边缘部分凸出呈凸面形状的状态的凸状弯液面形成部40，和用于控制喷射电压施加部25对凸状弯液面形成部40的驱动电压的施加以及喷射电压的操作控制部50。上述的喷嘴21、液体溶液供给部的局部结构和喷射电压施加部25的局部结构构成液体喷射头的整体。

为了便于描述，在图11中显示了喷嘴21的边缘部分朝上并且面对对向电极23、被设置在喷嘴21上方的状态。然而，实际上，通常该装置是这样应用的，即喷嘴21朝向水平方向或低于水平方向的方向，进一步优选的是，喷嘴21朝向垂直向下的方向。

(液体溶液)

作为通过上述液体喷射装置20喷射的液体溶液的例子，包括作为无机液体的水、COCl₂、HBr、HNO₃、H₃PO₄、H₂SO₄、SOCl₂、SO₂Cl₂、FSO₂H等。作为有机液体，有醇类，例如甲醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、2-甲基-1-丙醇、叔丁醇、4-甲基-2-戊醇、苯甲醇、α-萜品醇、乙二醇、甘油、二甘醇、三甘醇等；酚类，例如苯酚、邻甲酚、间甲酚、对甲酚等；醚类，例如双环氧乙烷(dioxiane)、糠醛、乙二醇二甲醚、甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、丁基溶纤剂、乙基卡必醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、环氧氯丙烷等；酮类，例如丙酮、甲基乙基酮、2-甲基-4-戊酮、苯乙酮等；脂肪酸类，例如甲酸、乙酸、二氯乙酸酯、三氯乙酸酯等；酯类，例如甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯、乙酸3-甲氧基丁酯、乙酸正戊酯、丙酸乙酯、乳酸乙酯、苯甲酸甲酯、丙二酸二乙酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙酸溶纤剂、丁基卡必醇乙酸酯、乙酰乙酸乙酯、氰基乙酸甲酯、氰基乙酸乙酯等；含氮化合物类，例如硝基甲烷、硝基苯、乙腈、丙腈、丁二腈、戊腈、苄腈、乙胺、二乙胺、乙二胺、苯胺、N-甲基苯胺、N，N-二甲基苯胺、邻甲苯胺、对甲苯胺、哌啶、吡啶、α-甲基吡啶、2，6-二甲基吡啶、喹啉、丙二胺、甲酰胺、N-甲基甲酰胺、N、N-二甲基甲酰胺、N、N-二乙基甲酰胺、乙酰胺、N-甲基乙酰胺、N-甲基丙酰胺、N，N，N′，N′-四甲基脲、N-甲基吡咯烷酮等；含硫化合物类，例如二甲基亚砜、环丁砜等；烃类，例如苯、对异丙基苯甲烷、萘、环己基苯、环己烯等；卤代烃类，例如1，1-二氯乙烷、1，2-二氯乙烷、1，1，1-三氯乙烷、1，1，1，2-四氯乙烷、1，1，2，2-四氯乙烷、五氯乙烷、1，2-二氯乙烯(顺式)、四氯乙烯、2-氯丁烷、1-氯-2-甲基丙烷、2-氯-2-甲基丙烷、溴化甲烷、三溴甲烷、1-溴丙烷等。另外，所提到的每种液体的两种或更多种可以进行混合而用作液体溶液。

另外，使用了其中包含了大部分具有较高导电性(银颜料等)材料的导电性胶，并且在执行喷射的情形下，对于将溶解或分散到上述液体中的目标材料并不进行特别的限制，其中它们不包括会导致喷嘴堵塞的粗粒。例如作为荧光材料的PDP、CRT、FED等作为传统上已知的材料也可以使用，而没有任何特定的限制。例如作为红色荧光材料，有(Y，Gd)BO₃:Eu、YO₃:Eu等，还可以列举作为红色荧光材料的Zn₂SiO₄:Mn、BaAl₁₂O₁₉:Mn、(Ba、Sr、Mg)O·α-Al₂O₃:Mn等，作为蓝色荧光材料的有BaMgAl₁₄O₂₃:Eu、BaMgAl₁₀O₁₇:Eu等。为了使上述目的材料牢固粘附在记录媒体上，优选添加多种类型的粘合剂。作为被使用的粘合剂，例如纤维素和它的衍生物，例如乙基纤维素、甲基纤维素、硝基纤维素、乙酸纤维素和羟乙基纤维素等；醇酸树脂；(甲基)丙烯酸酯树脂和它的金属盐，例如polymethacrytacrylate、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯-甲基丙烯酸共聚物、甲基丙烯酸月桂酯-甲基丙烯酸2-羟基乙酯共聚物等；聚(甲基)丙烯酰胺树脂，例如聚-N-异丙基丙烯酰胺、聚-N，N-二甲基丙烯酰胺等；苯乙烯树脂例如聚苯乙烯、丙烯腈-苯乙烯共聚物、苯乙烯-马来酸盐共聚物、苯乙烯-异戊二烯共聚物等；多种饱和或不饱和的聚酯树脂；聚烯烃树脂，例如聚丙烯等；卤代聚合物，例如聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯等；乙烯类树脂，例如聚乙酸乙烯酯、氯乙烯-聚乙酸乙烯酯共聚物等；聚碳酸酯树脂；环氧树脂；聚氨酯树脂；聚缩醛树脂，例如聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇缩乙醛等；聚乙烯树脂，例如乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物树脂等；酰胺树脂，例如苯胍胺等；尿素树脂；蜜胺树脂；聚乙烯醇树脂和它的阴离子阳离子退化物(degeneration)；聚乙烯基吡咯烷酮和它的共聚物；环氧烷均聚物、共聚物和交联物，例如聚环氧乙烷、聚环氧乙烷羧酸酯等；聚烷撑二醇，例如聚乙二醇、聚丙二醇等；聚醚多元醇；SBR、NBR乳胶；糊精；海藻酸钠；天然或半合成的树脂，例如明胶和它的衍生物、酪蛋白、木槿木薯(hibiscus manihot)、黄蓍胶、支链淀粉、阿拉伯树胶、刺槐豆胶、瓜耳树胶、胶质、角叉菜胶、胶、白蛋白、多种类型的淀粉、玉米淀粉、海芋根、富诺林、琼脂、大豆蛋白等；萜烯树脂；酮树脂；松香和松香酯；聚乙烯基甲基醚、聚乙烯亚胺、聚苯乙烯磺酸盐、聚乙烯磺酸盐等可以使用。这些树脂不仅能够用作均聚物，而且能够在相互可溶的范围内进行掺合使用。

当所述液体喷射装置20被用于构图方法时，作为一个典型的例子，它可以被用于显示的用途。具体而言，它可以用于形成等离子显示器的荧光材料，形成等离子显示器的肋，形成等离子显示器的电极，形成CRT的荧光材料，形成FED(场致发生型显示器)的荧光材料，形成FED的肋，形成液晶显示器的滤色器(RGB颜色层、黑矩阵层)，形成液晶显示器的隔片(对应于黑矩阵、点图案等的图案)。所述的“肋”通常是指一种隔栅，以等离子显示器为例，其被用于分隔每种颜色的等离子体区域。对于其它应用，用于半导体用途，可以将其应用于微镜，对磁性材料、铁介电质、导电性胶(电线、天线)等的涂覆进行构图；用于构图的用途，可用于常规印刷，对特殊介质(膜、织物、钢板)的印刷，弯曲表面的印刷，各种印刷版的平版印刷；用于加工的用途，可用于涂布粘合剂，焊料等。可以将本实施例用于生物、医疗的用途，制药(例如将多种少量的组分混合成一种)，以及用于基因诊断的样本涂布等。

(喷嘴)

上述喷嘴21与后面将描述的喷嘴板26c整体地形成，并且设置成相对于喷嘴板26c的平板表面垂直地竖立着。另外，在喷射液滴的时候，喷嘴21垂直地朝向基材K的接收表面(液滴着陆的表面)。另外，在喷嘴21中，从它的边缘部分沿着喷嘴中心穿入的喷嘴内通道22被形成。

下面将对喷嘴21更加详细地说明。在喷嘴21中，它的边缘部分和喷嘴内通道22的开口直径是均匀的。如所提到的那样，这些被形成为超微小的直径。作为每部分的尺寸的一个具体示例，喷嘴内通道22的内径优选是不大于30[μm]，进一步优选是小于20[μm]，再进一步优选不大于10[μm]，再进一步优选不大于8[μm]，再进一步优选不大于4[μm]，且在该实施例中，喷嘴内通道22的内径被设定为1[μm]。喷嘴21的边缘部分的外径被设定为2[μm]，喷嘴21的根部的直径被设定为5[μm]，且喷嘴21的高度被设定为100[μm]，由于其形状被形成为无限接近圆锥形的斜截圆锥形状，因此，喷嘴的内径优选是大于0.2[μm]。喷嘴21的高度可以是0[μm]。

另外，喷嘴内通道22的形状可以不形成为如图11所示的具有恒定内径的线性形状。例如如图18A所示，它可以形成如下的样式，即在喷嘴内通道22的液体溶液室24一侧的边缘部分处的剖面形状具有给定圆度，其中液体溶液室24将在后面进行描述。另外，如图18B所示，喷嘴内通道22的液体溶液室24一侧的端部处的内径可以设置成大于喷射侧端部的内径，并且喷嘴内通道22的内表面可以被形成为锥形圆周表面形状。另外，如图18C所示，只是喷嘴内通道22的液体溶液室24一侧的端部形成为锥形的圆周表面形状，而相对于锥形圆周表面的喷射端部一侧可以被形成为具有恒定内径的线形形状。

(液体溶液供给部)

液体溶液供给部29被设置在位于液体喷射头26内并位于喷嘴21根部的位置上，它包括连通至喷嘴内通道22的液体溶液室24，用于将液体溶液从未示出的外部液体溶液槽引导到液体溶液室24中的供给通道27，和未示出的用于将液体溶液的供给压力供给到液体溶液室24的供给泵。

上述供给泵将液体溶液供给到喷嘴21的边缘部分，且在供给液体溶液的同时将供给压力保持在一个不滴落的范围内(参照图12A)。

所述供给泵包括利用根据液体喷射头和供给槽的配置位置而得到的的压力差的情形，且可以仅由液体供给通道形成，而不需要分别设置液体溶液部。虽然它基本上取决于泵系统的设计，但是当在起动时间向液体喷射头供给液体溶液时，供给泵就进行操作，从液体喷射头26喷射液体，并且据此执行液体溶液的供给，同时通过毛细管和凸状弯液面形成部以及每个供给泵的压力来优化液体喷射头中的容量变化。

(喷射电压施加部)

喷射电压施加段25包括用于施加喷射电压的喷射电极28，该喷射电极28被设置在液体喷射头26内，并位于液体溶液室24和喷嘴内通道22之间的边界位置处；还包括用于始终向这个喷射电极28施加直流喷射电压的直流电源30。

上述的喷射电极28直接与液体溶液室24中的液体溶液接触，用于向液体溶液充电并且施加喷射电压。

关于由直流电源30施加的喷射电压，该直流电源30被操作控制部50控制，从而电压值处于这样的范围中，即，液滴首先在由液体溶液形成的凸状弯液面已经被形成在喷嘴21的边缘部分处的状态下被喷射，且液滴在凸状弯液面没有被形成的状态下不能被喷射。

由直流电源30施加的喷射电压理论上由以下公式(1)计算。

$h\sqrt{\frac{\mathrm{\γ\π}}{{\mathrm{\ϵ}}_{0}d}}>V>\sqrt{\frac{\mathrm{\γkd}}{2{\mathrm{\ϵ}}_0}}---\left(1\right)$

其中，γ：液体溶液的表面张力[N/m]，ε₀：电常数[F/m]，d：喷嘴直径[m]，h：喷嘴和基材之间的距离[m]，k：取决于喷嘴形状的比例常数(1.5＜k＜8.5)。

上述条件为理论值，因此，实践中，当凸状弯液面被形成和不被形成时，可以进行试验，以计算适合的电压值。

在该实施例中，作为一个例子，喷射电压被设定为400[V]。

(液体喷射头)

液体喷射头26包括：在图11中置于最低层的柔性基底层26a，该基底层由具有柔性的材料(例如，金属、硅、树脂等)制成；由绝缘材料制成的绝缘层26d，该绝缘层被形成在所述柔性基底层26a的整个上表面上；被放置在前述层的顶部且构成液体溶液的供给通道的通道层26b；和进一步形成在所述通道层26b的顶部的喷嘴板26c。上述喷射电极28被插入所述通道层26b和喷嘴板26c之间。

如上所述，所述柔性基底层26a可以由具有柔性的材料形成，且金属薄板可以作为一个例子。需要柔性的原因是，当下文将描述的凸状弯液面形成部40的压电元件41被设置在与液体溶液室24相对应的柔性基底层26a的外表面上的位置处时，所述柔性基底层26a被变形。也就是，通过对压电元件41施加预定电压，使柔性基底层26a在上述位置处或者向内凹或者向外凹，液体溶液室24的内部容积被减小或增大，从而，根据内压的变化，就能够在喷嘴21的边缘部分处形成液体溶液的凸状弯液面，或者将液面向内拉动。

具有高绝缘性能的树脂薄膜被形成在柔性基底层26a的外表面上，以形成一绝缘层26d。所述绝缘层26d被形成地足够薄，以防止柔性基底层26a发生凹陷，或者由更加容易变形的树脂材料制成。

一可溶性树脂层被形成在绝缘层26d上，该树脂层被除去，仅留下与用于形成供给通道27和液体溶液室24的预定图案相对应的部分，且一绝缘树脂层被形成在一部分上，除了剩余部分之外，所述树脂层被从该部分上去除。这个绝缘树脂层用作通道层26b。然后，通过电镀导电元件(例如NiP)，喷射电极28就被平坦地地形成在所述绝缘树脂层的上表面上，并且在喷射电极28顶上进一步形成具有绝缘性质的抗蚀剂树脂层或聚对二甲苯层。由于所述抗蚀剂树脂层变为喷嘴板26c，因此，考虑喷嘴21的高度来形成该树脂层的厚度。然后，借助电子束法或毫微微秒激光器对所述绝缘抗蚀剂树脂层进行曝光，以形成喷嘴形状。所述喷嘴内通道22也借助激光加工来形成。然后，与供给通道27和液体溶液室24的图案相对应的可溶性树脂层被去除，从而这些供给通道27和液体溶液室24就被连通，且液体喷射头26的制造也就完成了。

另外，具体而言，喷嘴板26c和喷嘴21的材料可以是：除了绝缘材料例如环氧树脂、PMMA、苯酚、钠玻璃之外，还可以是半导体例如硅等，导电材料例如Ni、SUS等。然而，在由导电材料形成喷嘴板26c和喷嘴21的情况下，优选的是至少在喷嘴21的边缘部分的边缘部分边缘表面处，更优选是在边缘部分的圆周表面处，设置绝缘材料涂层。这是因为，通过由绝缘材料形成喷嘴21或在其边缘部分表面处形成绝缘材料涂层，在对液体溶液施加喷射电压时，就能够有效地抑制电流从喷嘴边缘部分到对向电极23的泄漏。

(对向电极)

对向电极23包括垂直于喷嘴21的伸出方向的面对表面，并且它沿着面对表面支撑基材K。作为一个例子，从喷嘴21的边缘部分至对向电极23的面对表面的距离设置为100[μm]，优选是不大于500[μm]，更优选的是不大于100[μm]。

另外，因为这个对向电极23接地，所以它始终保持地电势。因此，借助喷嘴21的边缘部分和面对表面之间产生的电场的静电力而被喷射的液滴被导向对向电极23一侧。

另外，因为液体喷射装置20借助喷嘴21的超小型化，通过增强喷嘴21边缘部分处的电场密集度来增强电场强度以便喷射液滴，所以没有对向电极23的导向作用也可以喷射液滴。然而，优选通过喷嘴21和对向电极23之间的静电力来执行导向。另外，可以通过使对向电极23接地来为带电的液滴放电。

(凸状弯液面形成部)

凸状弯液面形成部40包括：作为压电效应部件的压电元件41，该压电元件被配置在与液体溶液室24相对应的位置上，且位于喷嘴板26的柔性基底层26a的外侧表面处(图11中的较低表面)；和用于施加驱动脉冲电压的驱动电压电源42，用于改变所述压电元件41的形状。

上述压电元件41被安装在柔性基底层26a上，从而所述柔性基底层26a沿着向内或者向外的方向发生凹陷变形。

所述驱动电压电源42输出与第一电压值相对应的驱动脉冲电压(例如10[V])，该电压值适合于使压电元件41适当地减小液体溶液室24的容积，以借助操作控制部50的控制，从喷嘴内通道22中的液体溶液在喷嘴21的边缘部分处形成凹状弯液面(参照图12A)的状态转变为形成凸状弯液面(参照图12B)的状态。另外，驱动电压电源42输出与第二电压值相对应的驱动脉冲电压，该电压值适合于使压电元件41适当地增大液体溶液室24的容积，以借助操作控制部50的控制，从喷嘴内通道22中的液体溶液在喷嘴21边缘部分处形成凹状弯液面(图12A)的状态转变为液面被拉入预定距离(图12C)的状态。第二电压值的驱动脉冲电压使压电元件41变形的方向，与施加第一电压值的驱动脉冲电压使压电元件41变形的方向相反。因此第二电压值与第一电压值的极性相反。然而，液面的拉入距离没有特殊限制，可以是液面停留在喷嘴内通道22的中间位置的程度。

作为另一种驱动模式，第一电压值总是被以这样一种状态施加，即，液体溶液的凹入弯液面被形成在喷嘴内通道22中的喷嘴21边缘部分处(参照图12A)，且液体溶液24处于减少状态。然后，为了转变为形成凸状弯液面(参照图12B)的状态，进一步输出与第二电压值相对应的驱动脉冲电压，该电压值适合于使压电元件41适当地减少液体溶液室24中的液体溶液。驱动电压电源42可以为压电元件41被设定0[V]的电压，以适当地增加液体溶液室24的容量，以便借助操作控制部50的控制，从喷嘴内通道22中的液体溶液在喷嘴21的边缘部分处形成凹入弯液面(图12A)的状态，转变为液面被拉入预定距离(参照图12C)的状态。

(操作控制部)

在实践中，操作控制部50由计算装置构成，该计算装置包括CPU、ROM、RAM等，将预定程序输入该计算装置，从而实现以下的功能结构，并执行以下操作控制。

上述操作控制部50使直流电源30连续地施加喷射电压，且包括：第一喷射控制单元51，用于当从外界接收到喷射指令时，对驱动电压电源42施加第一电压值的驱动脉冲电压进行控制；和液面稳定控制单元52，用于在施加第一电压值的驱动脉冲电压之后，对由驱动电压电源42施加第二电压值的驱动脉冲电压的操作进行控制。

所述操作控制部50包括一未示出的接收部，用于从外界接收喷射指令信号。

所述第一喷射控制单元51使直流电源30总是恒定地对喷射电极28施加喷射电压。另外，第一喷射控制单元51识别通过接收部接收的喷射指令信号，使驱动电压电源42对压电元件41施加第一电压值的驱动脉冲电压。从而，执行从喷嘴21的边缘部分喷射液滴。

所述液面稳定控制单元52识别由第一喷射控制单元51输出的驱动电压电源42的第一电压值的驱动脉冲电压，之后迅速使驱动电压电源42对压电元件41施加第二电压值的驱动脉冲电压。

(液体喷射的微小液滴喷射操作)

下面将参照图11至图12C来描述液体喷射装置20的操作。

该状态为液体溶液已经被液体溶液供给部的供给泵供给到喷嘴内通道22中的状态，在这种状态下，喷射电压总是恒定地被从直流电源30施加到喷射电极28上(图12A)。在这种状态下，液体溶液为带电状态。

然后，当喷射指令信号被从外界输入到操作控制部50中时，根据第一喷射控制单元51的控制，由驱动电压电源42对压电元件41施加第一电压值的驱动脉冲电压。因而，由于在喷嘴21的边缘部分处的带电液体溶液的电场集中状态和凸状弯液面形成状态，电场强度变高，且微小液滴在凸状弯液面的顶部被喷射(图12B)

在喷射液滴之后，虽然凸状弯液面变为振动状态，由驱动电压电源42施加的第二电压值的驱动脉冲电压被液面稳定控制单元52迅速施加给压电元件41，从而所述凸状弯液面消失，且液体溶液的液面被拉入到喷嘴21内侧(图12C)。由于微小直径停止了振动状态，因而凸状弯液面消失且液体溶液在低电导的喷嘴21中的移动。在喷嘴21的边缘部分处的液面的拉入状态是临时的，且由于脉冲电压，所述状态可以回到图12A所示的状态。

如上所述，不考虑是否执行喷射，第一喷射控制单元51总是对液体溶液施加恒定的电压，因此，可以实现喷射时的响应度以及液体体积的稳定性。

液面稳定控制单元可以通过抽吸作用，抑制在喷射之后由于凸状弯月面形成部产生的振动，因此在不需等待一段等待时间的情况下就可以执行下一次喷射，所述等待时间用于凸状弯液面停止振动。这就使连续喷射操作更易于处理。

另外，由于上述液体喷射装置20借助喷嘴21喷射的液滴具有通常没有的微小直径，因此电场被处于带电状态的液体溶液集中在喷嘴内通道22中，从而，电场强度被增强。因此，液体溶液由具有微小直径(例如内径为100[μm])的喷嘴所喷射，且可以以较传统电压更低的电压进行喷射，所述微小直径的喷嘴通常被认为是不可能的，因为采用具有不执行电场集中的结构的喷嘴，用于喷射所需的电压变得过高。

由于微小的喷嘴直径，且电导率较低，因此液体溶液在喷嘴内通道22处的流动受到限制，因而能够进行控制，从而容易地减小每单位时间的喷射量，且能够实现具有充分小的液滴直径(根据每个上述条件为0.8[μm])的液体溶液的喷射，而不使脉冲宽度变窄。

另外，由于被喷射的液滴带电，即使它是微小的墨滴，蒸汽压力也被减小且蒸发受到抑制，从而液滴质量的损失被减小，获得了飞行的稳定性，且防止了液滴着陆精度的降低。

另外，为了获得喷嘴21的电湿润效果，一电极可以被设置在喷嘴21的圆周上，或者一电极可以被设置在喷嘴内通道22的内表面处，且一绝缘膜可以覆盖该电极。然后，通过对该电极施加一电压，就能够提高喷嘴内通道22的内表面相对于液体溶液的湿润能力，所述液体溶液由喷射电极28根据电湿润效果施加电压，从而就能够使液体溶液被平滑地供给到喷嘴内通道22中，以便理想地执行喷射并提高喷射的响应度。

另外，喷射电压施加部25总是施加偏压，且通过使用脉冲电压作为触发信号来喷射液滴。然而，可以具有一种结构，其中通过施加具有用于喷射所必须的振幅的交替电流，或连续的矩形波，并改变其频率的高低，来执行喷射。为了喷射液滴而使液体溶液带电是关键的，且当以超过液体溶液被充电的速度的频率来施加喷射电压时，不执行喷射，但是当被切换到能够为液体溶液充分充电的频率时，执行喷射。因此，通过进行控制，以较当不执行喷射时能够喷射的频率大的频率施加喷射电压，并将该频率减小到一个频带，在该频带仅当执行喷射时才能执行喷射，就能够控制液体溶液的喷射。在这种情况下，由于将被施加给液体溶液的电势其本身没有变化，因此就能够更大地改善相应时间，且因此能够提高液滴的着陆精度。

[第二实施例]

接下来，将基于图13至图14C对本发明的第二实施例的液体喷射装置20A进行解释。图13为液体喷射装置20A的剖面图，图14A

图14B和图14C是解释图，用于解释液体溶液的喷射操作和被施加给液体溶液的电压之间的关系。图14A示出了不执行喷射的状态，图14B示出了喷射状态，图14C示出了喷射之后的状态。在图13中，为了便于描述，示出了一个状态，其中喷嘴21的边缘部分面朝上。然而，实际上，该装置也可以这样使用，即，喷嘴21面朝水平方向或较水平方向低的方向，更优选的是，喷嘴21朝向垂直向下。

在本实施例的说明中，与第一实施例中的液体喷射装置20相同的元件将以相同的参考标号表示，从而可以省略重复的说明。

(液体喷射装置的整体结构)

液体喷射装置20A与上述的液体喷射装置20的区别在于，用于将喷射电压施加给喷嘴21中的液体溶液的喷射电压施加部25A，和用于控制凸状弯液面形成部40的驱动电压的施加和喷射电压施加部25A的喷射电压的施加的操作控制部50A。因此，仅对上述部分进行解释。

(喷射电压施加部)

喷射电压施加部25A包括：上述的用于施加喷射电压的喷射电极28，用于总是对该喷射电极28施加直流偏压的偏压电源30A，和用于将喷射脉冲电压施加给喷射电极28的喷射电压电源31A，偏压被叠加以成为用于喷射的电势。

关于通过偏压电源30A施加的偏压，通过总是施加一电压，该电压在不执行液体溶液的喷射的范围内，在喷射时被施加的电压大宽度被预先减小，借此改善喷射的响应度。

喷射电压电源31A被操作控制部50A控制，从而在叠加偏压的情况下，电压值处于这样的范围中，其中液滴可以首先在液体溶液的凸状弯液面已经被形成在喷嘴21的边缘部分处的状态下被喷射，且液滴可以在凸状弯液面没有被形成的状态下不喷射。

在被叠加到偏压上的状态下，由喷射电压电源31A施加的喷射脉冲电压由上述公式(1)计算。

上述条件是理论值，因此在实践中，在当凸状弯液面被形成和不被形成时，可以进行试验，以计算适合的电压值。作为一个例子，偏压被施加为DC300[V]，且喷射脉冲电压被施加为100[V]。因此，喷射处的叠加电压为400[V]。

(操作控制部)

实际上，操作控制部50A由计算装置构成，该计算装置包括：CPU、ROM、RAM等，预定程序被输入所述计算装置，从而实现以下的功能结构，并执行以下的操作控制。

上述操作控制部50A包括：第二喷射控制单元51A，在连续地使偏压电源30A施加偏压的状态下，当从外界接收喷射指令输入时，所述第二喷射控制单元用于控制彼此同步的喷射电压电源31A施加喷射脉冲电压，和控制驱动电压电源42施加第一电压值的驱动脉冲电压；还包括页面稳定控制单元52，用于执行操作控制，在施加喷射脉冲电压和第一电压值的驱动脉冲电压之后，使驱动电压电源42施加第二电压值的驱动脉冲电压。

所述操作控制部50A包括未示出的接收部，用于从外界接收喷射指令信号。

第二喷射控制单元51A使偏压电源30A对喷射电极28总是施加恒定的偏压。另外，第二喷射控制单元51A识别经由接收部接收的喷射指令信号，以使喷射电压电源31A施加喷射脉冲电压，并使驱动电压电源42施加第一电压值的驱动脉冲电压，二者彼此同步。从而，执行从喷嘴21的边缘部分喷射液滴。

这里，上文所述的同步包括两种情况，即，在考虑液体溶液的充电速度的响应度和压电元件41的压力改变的响应度，并调节它们之间的差之后，使电压的施加恰好同时，或者电压的施加近似同时。

(液体喷射装置的微小液滴喷射操作)

下面将参照图13至图14C来描述液体喷射装置20A的操作。

该状态为液体溶液已经被液体溶液供给部的供给泵供给到喷嘴内通道22中的状态，在这种状态下，偏压总是恒定地被从直流电源30A施加到喷射电极28上(图14A)。

然后，当喷射指令信号被从外界输入到操作控制部50A中时，根据第二喷射控制单元51A的控制，由喷射电压电源31A对喷射电极28施加喷射脉冲电压，且由驱动电压电源42对压电元件41施加第一电压值的驱动脉冲电压，且二者彼此同步进行。因而，由于在喷嘴21的边缘部分处的带电液体溶液的电场集中状态和凸状弯液面形成状态，电场强度变高，从而微小液滴在凸状弯液面的顶部被喷射(图14B)

在喷射液滴之后，虽然凸状弯液面变为振动状态，由驱动电压电源42施加的第二电压值的驱动脉冲电压被液面稳定控制单元52迅速施加给压电元件41，从而液体溶液的液面被拉入到喷嘴21内侧(图14C)。

如上所述，由于液体喷射装置20A具有与液体喷射装置20类似的效果，因此借助第二喷射控制单元51A，由喷射电压电源31A对喷射电极28施加喷射脉冲电压和由驱动电压电源42对压电元件41施加第一电压的驱动脉冲电压二者彼此同步执行，因此与二者彼此不同时执行的情况相比，喷射响应度能进一步改善。

[其它]

在上述的液体喷射装置20，20A中，压电元件41被用于在喷嘴21的边缘部分处形成凸状弯液面，然而，也可以采用其它部分作为凸起形成部，例如用于将液体溶液引导到喷嘴内通道22中的边缘部分侧的部分，流向相同的方向，增加压力等的部分。例如，可以借助静电致动器系统通过改变液体溶液室的内部容积来形成凸状凸状弯液面，在所述静电致动器系统中，被设置在液体溶液室中的振动板被变形，然而，这在图中并没有示出。这里，所述静电致动器是一种机构，其中，通道的壁由于静电力而被变形，以改变其容积。在使用静电致动器的情况下，形成凸状弯液面，从而该静电致动器通过其形状的变化来改变液体溶液室中的容积，以增加喷嘴压力。另外，当在喷嘴边缘部分处将页面拉入内部时，液体溶液室的容量通过静电致动器的形状的变化而被改变，且喷嘴压力被减小。通过借助静电致动器改变容积来形成凸状弯液面，虽然与使用压电元件的情况相比结构较复杂，但类似地，对于液体溶液没有限制，且能够以高频率驱动。另外，能够获得以高密度和非常好的环境响应度来配置喷嘴的效果。

另外，如图15所示，一加热器41B可以被设置在喷嘴板26的液体溶液室中，或被设置在液体溶液室附近，作为加热液体溶液的部分。该加热器41B迅速加热液体溶液，并借助蒸发作用产生起泡，以增加液体溶液室24中的压力，从而在喷嘴21的边缘部分处形成凸状弯液面。

在这种情况下，喷嘴板26的最下层(图15中加热器41B被嵌入的一层)需要具有绝缘性，然而，该结构不需要是柔性的，因为不使用压电元件。但是，当加热器41B被配设成暴露于液体溶液室24中的液体溶液时，该加热器41B及其布线需要被绝缘。

原则上，在凸状弯液面的形成过程中，加热器41B不能在喷嘴21的边缘部分处拉动液体溶液的页面，因此液面稳定控制单元52的控制不能进行。然而，例如如图16C所示的例子，弯液面等待位置(当加热器41B不执行加热时，液体溶液在喷嘴21的边缘部分处的液面位置)被降低，因此在刚刚喷射之后可类似地获得稳定弯液面的效果。

使用具有高加热响应度的加热器41B，并使用用于向加热器41B施加加热脉冲电压(例如，10[V])的驱动电压电源42B来驱动它。

此外，下面将对液体喷射装置20采用加热器41B的操作进行解释，液体溶液被供给到喷嘴内通道22，从直流电源30总是恒定地将喷射电压施加给喷射电极28。在该状态中，液体溶液处于带电状态。加热器41B并不处于加热状态，因此位于喷嘴21的边缘部分处的液面处于弯液面等待位置(图17A)。

然而，当从外界将喷射指令信号输入操作控制部50中时，根据第一喷射控制单元51，来自驱动电压电源42B的加热脉冲电压被施加给加热器41B。从而，在液体溶液室24中产生气泡，且其内压被临时地增加，因此凸状弯液面就被形成在喷嘴21的边缘部分处。同时，由于液体溶液已经被施加了喷射电压，并处于带电状态，因此凸状弯液面的形成起到从该弯液面顶部喷射微小液滴(图17B)的触发器的功能。

在喷射液滴之后，虽然凸状弯液面变为处于振动状态，加热器41B不处于加热状态，因而，喷嘴21的边缘部分处的液面返回到弯液面等待位置。这样，所述凸状弯液面就消逝了，且液体溶液的液面被拉入喷嘴21内部。

如上所述，当凸状弯液面形成部具有采用加热器41B的结构时，对液体溶液施加的电压不改变，从而提高了喷射时的响应度，并获得了液体体积的稳定性。另外，可以以根据加热器41B的加热响应度的喷射响应度来执行液体溶液的喷射，从而提高了喷射操作的响应度。

由于不需要类似于使用类似压电元件的情况即液体溶液室24为柔性的结构，由于结构被简化，因此可以提高生产率。

上述加热器41B可以被应用于液体喷射装置20A。在这种情况下，在偏压电源30A连续地施加偏压的状态下，当喷射指令信号被操作控制部50A的第二喷射控制单元51A从外界输入时，喷射电压电源31A施加喷射脉冲电压以及驱动电压电源42B施加加热脉冲电压，二者借助操作控制部50A的第二喷射控制单元51A彼此同步地执行。

而且，在这种情况下，喷射电压电源31A对喷射电极28施加喷射脉冲电压以及驱动电压电源42B对加热器41B施加加热脉冲，二者彼此同步地执行，因此与上述电压被不同时地施加的情况相比，喷射响应度可以被提高。

[比较研究]

下文将解释在预定条件下进行的各种液体喷射装置的比较研究结果，所述各种液体喷射装置有，包括上述的凸状弯液面形成部的液体喷射装置和没有凸状弯液面形成部的液体喷射装置。图19为一图表，显示了比较研究结果。比较研究的主题为以下的七种。

①控制模式A

凸状弯液面形成部：不可用

喷射电压施加部：偏压+喷射脉冲电压

同步：不可用

液面吸引：不可用

②控制模式B

凸状弯液面形成部：压电元件

喷射电压施加部：直流电压

同步：不可用

液面吸引：不可用

③控制模式C

凸状弯液面形成部：压电元件

喷射电压施加部：偏压+喷射脉冲电压

同步：使压电元件与喷射脉冲电压同步

液面吸引：不可用

④控制模式D

凸状弯液面形成部：压电元件

喷射电压施加部：直流电压

同步：不可用

液面吸引：可用

⑤控制模式E

凸状弯液面形成部：压电元件

喷射电压施加部：偏压+喷射脉冲电压

同步：使压电元件与喷射脉冲电压同步

液面吸引：可用

⑥控制模式F

凸状弯液面形成部：加热器

喷射电压施加部：直流电压

同步：不可用

液面吸引：不可用

⑦控制模式G

凸状弯液面形成部：加热器

喷射电压施加部：偏压+喷射脉冲电压

同步：使加热器与喷射脉冲电压同步

液面吸引：不可用

上述条件之外的其它结构与第一实施例中示出的液体喷射装置20相同。即，使用具有喷嘴内通道的内径和喷射口为1[μm]的喷嘴。

另外，驱动条件为，作为喷射的触发信号的脉冲电压的频率为：1[kHz]，且喷射电压为：(1)直流(400[V])，(2)偏压(300[V])+喷射脉冲电压(100[V])，压电元件驱动电压：10[V]和加热器驱动电压10[V]。

液体溶液是水，其性能如下，粘度：8[cP](8×10^-2[Pa/S])，电阻率：10⁸[Ωcm]，表面张力：30×10^-3[N/m]。

评价方法是，在0.1[mm]的玻璃板上，以上述喷射频率连续地执行20次喷射。该评价是在五个等级上进行的，其中五为最好的结果。

根据所述评价结果，采用⑤控制模式E的液体喷射装置(使用压电元件，通过喷射电压施加部施加偏压和喷射脉冲电压的叠加电压，使压电元件与喷射脉冲电压同步，并吸引所述液面)显示了最高的响应度。

顺便提及，控制模式E是与如第二实施例所示的液体喷射装置20A相同的结构。

[液体喷射装置的液体喷射的理论说明]

下文中，将进行本发明的液体喷射的理论说明和基于此的基本实例的说明。另外，在下文描述的理论和基本实例中的所有内容例如喷嘴结构、每个部分的材料和喷射液体的性能、围绕着喷嘴添加的结构、关于喷射操作的控制条件等，不用说，都尽可能地应用在上述的每个实施例中。

(用于实现施加电压的降低和微小液滴量的稳定喷射的方法)

此前，超过下面条件公式所确定范围的液滴的喷射被认为是不可能的。

$d<\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_c}{2}---\left(4\right)$

其中，λ_c为在液体溶液的液面处使液滴能够由静电吸引力从喷嘴边缘部分进行喷射的增长波长[m]，它可以由λ_c＝2πrh²/ε₀V²计算得出。

$d<\frac{\mathrm{\&pi;\&gamma;}{h}^2}{{\mathrm{\&epsiv;}}_0{V}^2}---\left(5\right)$

$V<h\sqrt{\frac{\mathrm{\&gamma;\&pi;}}{{\mathrm{\&epsiv;}}_{0}d}}---\left(6\right)$

在本发明中，重新考虑了喷嘴在静电吸引式喷墨方法中的作用，在由于传统上认为不可能喷射而没有进行尝试的区域中，可以通过使用麦克斯韦力等来形成微小液滴。

导出了一个公式并且在下文中将对它进行描述，这个公式大概上表达了在降低驱动电压并且以这种方式实现微小液滴量喷射的这一方法中所需的喷射条件等。

下文的说明可以应用到本发明上述的每个实施例中所描述的液体喷射装置中。

假定导电性液体溶液注入到内径为d的喷嘴中，并且这时喷嘴相对于作为基材的无限平面导体垂直地放置，并且距离导体的高度为h。这个状态如图20所示。这时假定喷嘴边缘部分处的感应电荷集中到喷嘴边缘，并且大概由下面的公式表达。

Q＝2πε₀αVd(7)

其中，Q：喷嘴边缘部分处的感应电荷[C]，ε₀：电常数[F/m]，h：喷嘴和基材之间的距离[m]，d：喷嘴内的直径[m]，V：施加到喷嘴上的总电压。α：取决于喷嘴形状等的比例常数，取值大约为1至1.5，特别是当d＜＜h时大约取1。

另外，当基板与基材是导电性基板时，考虑到具有异号的镜像电荷Q′感应到基板中的对称位置上。当基板为绝缘材料时，类似地，异号的镜像电荷Q′感应到由电导率确定的对称位置上。

这样，当凸形弯液面的曲率半径假定为R[m]时，喷嘴边缘部分处的凸形弯液面的边缘部分的电场强度E_loc[V/m]由下式给出：

$E_{\mathrm{loc}}=\frac{V}{\mathrm{kR}}---\left(8\right)$

其中，k：比例常数，虽然根据喷嘴的不同形状等大约取值1.5至8.5，但是在大多数情形下大约取值为5(P.J.Birdseye和D.A.Smith，Surface Science，23(1970)198-210)。

现在，为了简化，假定d/2＝R。这对应于其中根据表面张力导电性液体溶液以与喷嘴具有相同半径的半球形升起的状态。

考虑到了压力的平衡，该压力会影响喷嘴边缘的液体。首先，当喷嘴边缘部分处的液体区域假定为S[m²]时，静电压力由下式给出：

$P_e=\frac{Q}{S}{E}_{\mathrm{loc}}\&ap;\frac{Q}{\mathrm{\&pi;}{d}^2/2}{E}_{\mathrm{loc}}---\left(9\right)$

根据公式(7)、(8)和(9)，假定α＝1，

$P_e=\frac{2{\mathrm{\&epsiv;}}_{0}V}{d/2}\&CenterDot;\frac{V}{k\&CenterDot;d/2}=\frac{2{\mathrm{\&epsiv;}}_0{V}^2}{k{d}^2}---\left(10\right)$

同时，当喷嘴边缘部分处的液体表面张力为Ps时，

$P_s=\frac{4\mathrm{\&gamma;}}{d}---\left(11\right)$

其中，λ：表面张力[N/m]。

因为液体发生喷射的条件中静电压力超过表面张力，所以液体发生喷射的条件给出为，

P_e＞P_s(12)

通过使用充分小的喷嘴直径d，可以使静电压力超过表面张力。

根据这个关系公式，当计算V和d之间的关系时，

$V>\sqrt{\frac{\mathrm{\&gamma;kd}}{2{\mathrm{\&epsiv;}}_0}}---\left(13\right)$

给出了喷射的最小电压。换句话说，由公式(6)和公式(13)，得出的

$h\sqrt{\frac{\mathrm{\&gamma;\&pi;}}{{\mathrm{\&epsiv;}}_{0}d}}>V>\sqrt{\frac{\mathrm{\&gamma;kd}}{2{\mathrm{\&epsiv;}}_0}}---\left(1\right)$

变成了本发明中的操作电压。

在上述的图9中显示了喷射极限电压VC与喷嘴的特定内径d的相关性。从这个图可以显示出，当考虑到小喷嘴的电场集中作用时，喷射起动电压根据喷嘴直径的降低而降低了。

在对于电场进行传统的考虑时，即仅仅考虑由施加到喷嘴上的电压和极板之间的距离界定的电场时，用于喷射所需的电压随着喷嘴的变小而提高。另一方面，由于喷嘴的小型化，局部电场强度的聚集使得可以降低喷射电压。

根据静电吸引的喷射以喷嘴边缘部分处的液体(液体溶液)的充电为基础。充电速度大约在由介电松弛所确定的时间常数附近。

$\mathrm{\&tau;}=\frac{\mathrm{\&epsiv;}}{\mathrm{\&sigma;}}---\left(2\right)$

其中，ε：液体溶液的介电常数[F/m]，σ：液体溶液电导率[S/m]。当假定液体溶液的介电常数为10F/m并且液体溶液的电导率为10^-6S/m时，就可以得到τ＝1.854×10^-6sec。或者，当临界频率设置为f_c[Hz]时，可以得到：

$f_c=\frac{\mathrm{\&sigma;}}{\mathrm{\&epsiv;}}---\left(14\right)$

因为不能对以比这个频率f_c更高的频率改变的电场的变化作出反应，所以认为不能进行喷射。当对上述的实例进行估算时，这个频率大约取10kHz。这时，在喷嘴半径为2μm并且电压比500V稍低的情形下，可以估算出喷嘴G中电流为10^-13m³/s。在上述实例的液体中，因为可以在10kHz执行喷射，所以能够在大约为10fl(毫微微升，1fl＝10^-16l)的一个周期处实现极小的喷射量。

另外，如图20所示，上述的每个实施例的特征在于喷嘴边缘部分处的电场的集中效果和感应到相反的基板上的镜像力的作用。因此，不需要像传统上那样使基板或者基板支撑构件具有导电性能或者向这些基板或者基板支撑构件施加电压。换句话说，对于基板，可以使用电绝缘的玻璃基板、例如聚酰亚胺的塑料基板、陶瓷基板、半导体基板等。

另外，在上述的每个实施例中，向电极施加的电压可以是正的或者负的。

另外，通过保持喷嘴和基板之间的距离不大于500[μm]，就可以使液体溶液易于喷射。另外，优选通过根据对喷嘴位置进行的检测进行反馈控制而使喷嘴相对于基材保持恒值。

另外，基材可以安装在不论是导电还是绝缘的基材支架上并被保持着。

图21显示了作为本发明的另一个基本实例的液体喷射装置的喷嘴部分的侧面剖视图。在喷嘴1的侧表面部分处配备了电极15，并且在电极15和喷嘴内的液体溶液3之间施加了受控制的电压。这个电极15的目的是用于控制电湿效果。当足够的电场覆盖了构成喷嘴的绝缘体时，预计即使没有这个电极也会发生电湿效果。然而，在这个基本实例中，通过使用这个电极进行更积极地控制，也可以实现喷射控制的作用。在喷嘴1由绝缘体构成的情形下，喷嘴边缘部分处的喷嘴管为1μm，喷嘴内径为2μm并且施加的电压为300V，电湿效果大约为30大气压。这个压力对于喷射是不够的但是对于向喷嘴边缘部分供给液体溶液却有意义，而且还考虑到通过控制电极可以进行对喷射进行控制。

上述的图9显示了本发明中喷射起动电压与喷嘴直径的相关性。使用了如图11所示的喷嘴作为液体喷射装置的喷嘴。随着喷嘴的变小，喷射起动电压减少，并且显示出可以在比传统的电压低时执行喷射。

在上述的每个实施例中，用于喷射液体溶液的条件是以下参数的各个函数：喷嘴和基材之间的距离(h)；施加电压的幅度(V)；以及施加电压的频率(f)，而且需要满足分别作为喷射条件的特定条件。否则，当任一项条件不满足时，就需要改变另一个参数。

这个状态将参照图22来描述。

首先，对于喷射，存在特定的临界电场E_C，其中除非电场不小于临界电场E_C，否则就不会执行喷射。这个临界电场是根据喷嘴直径、液体溶液的表面张力和粘度等而改变的值，并且当值不大于E_C时很难执行喷射。在不小于临界电场E_C即能够喷射的电场强度处，在喷嘴与基材之间的距离(h)和施加电压的幅度(V)之间产生一个大概的比例关系，并且当喷嘴与基材之间的距离缩短时，可以使临界施加电压V减小。

反之，当喷嘴与基材之间的距离h变得非常远以使施加电压V更大时，即使根据例如电晕放电等作用保持相同的电场强度，仍会发生液滴的喷出即爆裂。

工业实用性

如上所述，本发明适合于在以下的用途中用于喷射液滴，作为构图用途的常规印刷，向特殊介质(薄膜、织物和钢板)进行印刷，曲面印刷等，或者作为加工用途的通过液体或糊状导电材料进行布线、天线等的图案涂布，粘合剂、焊料等的涂布等，用于生物工艺学，医疗用途，制药(例如将多种少量的成分混合)，用于基因诊断的样本涂布等。

Claims (11)

1.一种用于将带电的液体溶液的液滴喷射到基材上的液体喷射装置，包括：

一液体喷射头，该喷射头包括从边缘部分喷射液滴的喷嘴，该喷嘴的边缘部分的内径大于0.2μm小于等于4μm；

一液体溶液供给部，该供给部将液体溶液供给到喷嘴中；

一喷射电压施加部，该喷射电压施加部对喷嘴中的液体溶液施加喷射电压；和

一凸状弯液面形成部，该凸状弯液面形成部形成一种状态，其中，喷嘴中的液体溶液从喷嘴边缘部分凸出。

2.如权利要求1所述的液体喷射装置，进一步包括一操作控制部，以控制用于驱动凸状弯液面形成部的驱动电压的施加和由喷射电压施加部执行的喷射电压的施加，

其中，所述操作控制部包括第一喷射控制单元，用于当喷射液滴时，控制由凸状弯液面形成部执行的液体溶液的凸出操作，同时控制由喷射电压施加部执行的喷射电压的施加。

3.如权利要求1所述的液体喷射装置，进一步包括一操作控制部，以控制凸状弯液面形成部的驱动和由喷射电压施加部执行的电压的施加，

其中，所述操作控制部包括第二喷射控制单元，用于彼此同步地执行由凸状弯液面形成部执行的液体溶液的凸出操作和由喷射电压施加部的喷射电压的施加。

4.如权利要求2或3所述的液体喷射装置，其中，所述操作控制部包括液体稳定控制部，用于执行：在液体溶液的凸出操作以及喷射电压的施加操作之后，将位于喷嘴边缘部分处的液面拉入内部的操作控制。

5.如权利要求1所述的液体喷射装置，其中，凸状弯液面形成部包括压电元件，用于改变喷嘴中的容积。

6.如权利要求1所述的液体喷射装置，其中，所述凸状弯液面形成部包括加热器，用于在喷嘴中的液体溶液中产生气泡。

7.如权利要求1所述的液体喷射装置，其中，由喷射电压施加部施加的喷射电压V满足以下公式(1)；

$h\sqrt{\frac{\mathrm{\&gamma;\&pi;}}{{\mathrm{\&epsiv;}}_{0}d}}>V>\sqrt{\frac{\mathrm{\&gamma;kd}}{2{\mathrm{\&epsiv;}}_0}}---\left(1\right)$

其中，γ：液体溶液的表面张力N/m，ε₀：电常数F/m，d：喷嘴直径m，h：喷嘴和基材之间的距离m，k：取决于喷嘴形状的比例常数，1.5＜k＜8.5。

8.如权利要求1所述的液体喷射装置，其中，所述喷嘴由具有绝缘性能的材料形成。

9.如权利要求1所述的液体喷射装置，其中，至少喷嘴的边缘部分由具有绝缘性能的材料形成。

10.如权利要求1所述的液体喷射装置，其中，还包括喷嘴板，在其上整体地形成喷嘴，还包括喷射电压施加部的喷射电极，该喷射电极为一个位于喷嘴板的后端表面上的具有墨通道孔的层，该墨通道孔位于液体溶液供应部和喷嘴内部通道之间的边界位置处。

11.如权利要求10所述的液体喷射装置，其中所述液体溶液供应部包括  一个液体溶液室，所述墨通道孔位于所述液体溶液室和喷嘴的内通道之间的边界位置处。

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