CN1832810A - 静电吸引型流体排出装置和静电吸引型流体排出方法以及使用该装置的描绘图案形成方法 - Google Patents

Abstract

静电吸引型流体排出装置从电源往喷嘴与绝缘衬底之间施加驱动电压，对供给喷嘴内的排出材料供给电荷，并使该排出材料从喷孔排出到绝缘衬底。喷嘴孔径为φ0.01μm～φ25μm，并且电源输出频率为大于等于1Hz的正负两个极性翻转的双极性脉冲电压，作为驱动电压。

Description

静电吸引型流体排出装置和静电吸引型流体排出方法 以及使用该装置的描绘图案形成方法

技术领域

本发明涉及通过使墨汁等导电流体带电并从喷嘴对该流体进行静电吸引，将流体排出到对象物上的静电吸引型流体排出装置。

背景技术

将墨汁等流体排出到对象物(记录媒体)上的流体喷射方式中，一般有作为喷墨打印机付诸实用的压电方式和感热方式等，但作为其它方式，还有使排出的流体为导电流体并且对导电流体施加电场，使其从喷嘴排出的静电吸引方式。

作为这种静电吸引方式的流体排出装置(下文称为静电吸引型流体排出装置)，有例如在日本国专利公报的专利公开昭36-13768号公报(公告日为1961年8月18日)和日本国公开专利公报的专利公开2001-88306号公报(公开日为2001年4月3日)中公开的装置。

而且，日本国公开专利公报的专利公开2000-127410号公报(公开日2005年5月9日)中，揭示了将喷嘴做成缝隙、并设置从喷嘴伸出的针电极，从而排出包含微粒子的墨汁的喷墨装置。例如，日本国公开专利公报的专利公开平8-238774号公报(公开日为1996年9月17日)公开了在喷嘴内部设置施加电压用的电极的喷墨装置。

这里，说明已有静电吸引型流体排出装置的流体排出模型。

作为静电吸引型流体排出装置、尤其是按需式静电吸引型流体排出装置的设计因素，有墨汁液体的导电性(例如电阻率10⁶～10¹¹Ωcm)、表面张力(例如0.020～0.040N/m)、黏度(例如0.011～0.015Pa·s)、施加电压(电场)。而且，作为施加电压，施加在喷嘴上的电压和喷嘴与对置电极之间的距离尤为重要。

静电吸引型流体排出装置中，利用带电流体的不稳定性，图32示出其状况。将导电流体静置于均匀电场中，作用在导电流体表面的静电力使表面不稳定，促使生长拉丝(静电拉丝现象)。将这时的电场取为对喷嘴与和喷嘴隔开距离h地对置的对置电极之间施加电压V时产生的电场E₀。物理上可导出这时的生长波长λ_c(例如“图像电子信息学会，第17卷，第4号，1988年，p.185～193”)，并可用下式表示。

${\mathrm{\λ}}_c=\frac{2\mathrm{\π\γ}}{{\mathrm{\ϵ}}_0}{E_0}^{-2}---\left(1\right)$

其中，γ为表面张力(N/m)，ε₀为真空的介电常数(F/m)，E₀为电场强度(V/m)。在喷嘴直径d(m)小于λ_c时，不发生生长。即，式(2)为排出用的条件。

$d>\frac{{\mathrm{\λ}}_c}{2}=\frac{\mathrm{\π\γ}}{{\mathrm{\ϵ}}_0{E_0}^2}---\left(2\right)$

这里，E₀是假设平行平板时的电场强度(V/m)，并且将喷嘴与对置电极之间的距离取为h(m)，加在喷嘴的电压取为V₀，则形成式(3)。

$E_0=\frac{V_0}{h}---\left(3\right)$

因此，形成式(4)。

$d>\frac{{\mathrm{\π\γh}}^2}{{\mathrm{\ϵ}}_0{V_0}^2}---\left(4\right)$

流体排出装置中，为了可形成微细的点和线，一般希望要减小排出墨汁的喷嘴的直径。

然而，当前付诸实用的压电方式和感热方式等流体排出装置中，难以减小喷嘴直径，使例如小于1pl的微小量流体排出。这是因为排出流体的喷嘴越微细，排出需要的压力越大。

上述那样的流体排出装置存在液滴微细化与高精度化相矛盾的课题，难以同时实现两者。其原因如下。

赋予喷嘴排出的液体的动能与液滴半径的立方成正比。因此，使喷嘴微细化时，排出的微细液滴不能确保经受排出时的空气阻力的程度的足够动能，受到空气滞留等造成的干扰，不能希望正确射中。而且，液滴越微细，表面张力效应越大，所以液滴的蒸气压变高，蒸发量激增。因此，微细液滴在飞翔中造成质量显著消失，存在连射中时都难保持液体形态的问题。

又，基于上述已有静电吸引型流体排出装置的流体排出模型，根据上述式(2)，喷嘴孔径减小要求加大排出需要的电场强度。而且，如上述式(3)所示，电场强度取决于加在喷嘴上的电压V₀和喷嘴与对置电极的距离，因而喷嘴孔径的减小导致驱动电压升高。

这里，已有静电吸引型流体排出装置的驱动电压为大于等于1000V，非常高，因而考虑各喷孔间的泄漏和干涉时，难以小型化和高密度化，并且进一步减小喷嘴孔径时，上述问题更大。超过1000V的高电压的功率半导体通常高价且频率响应性低。

专利公开昭36-13768号公报揭示的喷嘴孔径为0.127mm，专利公开2001-88306号公报揭示的喷嘴孔径范围为50～2000μm其中100～1000μm的范围较佳。

关于喷嘴孔径，套用已有静电吸引型流体排出的典型工作条件略加计算，使表面张力为0.020N/m，电场强度为10⁷V/m，代入上述式(1)进行计算，则生长波长λc为约140μm。即，作为极限喷嘴孔径，取得70μm的值。也就是说，上述条件下，即使采用10⁷V/m的强电场，在喷嘴孔径为小于等于70μm时，除非采取施加背压以强制形成弯液面等处理，才不发生墨汁生长，因而认为静电吸引型流体排出不成立。即，可认为存在未兼顾微细喷嘴与驱动电压的低电压化的课题。

综上所述，已有流体排出装置中，存在喷嘴微细化与高精度化相矛盾的课题，难以同时实现两者。尤其在静电吸引型流体排出装置中可认为存在未兼顾喷嘴微细化和驱动电压低电压化的课题。

发明内容

本发明是为解决上述问题而完成的，其目的在于，提供一种喷嘴微细化、微小流体排出和射中位置高精度化、而且驱动电压低电压化都得以实现的静电吸引型流体排出装置。

为了达到上述目的，本发明的静电吸引型流体排出装置，从驱动电压施加单元往喷嘴与排出处构件(例如绝缘衬底)之间施加驱动电压，对供给喷嘴内的流体供给电荷，使该流体从喷孔排出到所述排出处构件，所述喷嘴的孔径为φ0.01μm～φ25μm；所述驱动电压施加单元输出频率为大于等于1Hz，并且正负两个极性翻转的双极性脉冲电压，作为所述驱动电压。

本发明的静电吸引型流体排出方法，从驱动电压施加单元在喷嘴与排出处构件(例如绝缘衬底)之间施加驱动电压，对供给喷嘴内的流体供给电荷，使该流体从喷孔排出到所述排出处构件，所述喷嘴的孔径为φ0.01μm～φ25μm，所述驱动电压为频率大于等于1Hz，并且正负两个极性翻转的双极性脉冲电压。

以往，静电吸引型流体排出装置中，由于喷嘴孔径缩小导致排出需要的电场强度加大，可认为不能兼顾喷嘴孔径微细化和驱动电压低电压化。针对这点，本申请的发明中，根据使喷嘴孔径为φ0.01μm～φ25μm的微细直径时产生局部电场从而排出的驱动电压可降低的新见识，通过将喷嘴孔径做成上述范围，实现兼顾喷嘴孔径微细化和驱动电压低电压化。

上述组成中，加在喷嘴上的驱动电压是频率大于等于1Hz的正负两个极性翻转的双极性脉冲电压，因而能抑制排出处构件充电造成的排出处构件上液滴飞散区扩大和驱动电压升高。结果，能用喷嘴的低电压驱动而且鲜明地进行对排出处构件的微细图案的形成。

本发明的静电吸引型流体排出装置，从驱动电压施加单元在喷嘴与排出处构件(例如绝缘衬底)之间施加驱动电压，对供给喷嘴内的流体供给电荷，使该流体从喷孔排出到所述排出处构件，所述喷嘴的孔径为φ0.01μm～φ25μm；所述驱动电压施加单元输出正负两个极性翻转的双极性脉冲电压作为所述驱动电压，相对于所述流体的电传导率σS/m和介电常数ε，输出由τ＝ε/σ决定的时间常数τ与驱动电压频率f Hz的关系为f≤1/(2τ)的电压。

本发明的静电吸引型流体排出方法，从驱动电压施加单元往喷嘴与排出处构件(例如绝缘衬底)之间施加驱动电压，对供给喷嘴内的流体供给电荷，使该流体从喷孔排出到所述排出处构件，所述喷嘴的孔径为φ0.01μm～φ25μm；所述驱动电压为正负两个极性翻转的双极性脉冲电压，该电压下，相对于所述流体的电传导率σS/m和介电常数ε，输出由τ＝ε/σ决定的时间常数τ与驱动电压频率f Hz的关系为f≤1/(2τ)的电压。

以往，静电吸引型流体排出装置中，由于喷嘴孔径缩小导致排出需要的电场强度加大，可认为不能兼顾喷嘴孔径微细化和驱动电压低电压化。针对这点，本申请的发明中，根据使喷嘴孔径为φ0.01μm～φ25μm的微细直径时产生局部电场从而排出的驱动电压可降低的新见识，通过将喷嘴孔径做成上述范围，实现兼顾喷嘴孔径微细化和驱动电压低电压化。

上述组成中，作为加在喷嘴上的驱动电压，输出正负两个极性翻转的双极性脉冲电压，该电压相对于所述流体的电传导率σS/m和介电常数ε，输出由τ＝ε/σ决定的时间常数τ与驱动电压频率f Hz的关系为f≤1/(2τ)的电压，因而能抑制从喷嘴排出的最低电压的升高，而且缩小排出处构件上的液滴飞散区，能在排出处构件上形成鲜明地微细图案。

本发明的静电吸引型流体排出装置，从驱动电压施加单元往喷嘴与排出处构件(例如绝缘衬底)之间施加驱动电压，对供给喷嘴内的流体供给电荷，使该流体从喷孔排出到所述排出处构件，同时用移动单元使所述喷嘴和排出处构件往与该两者的对置方向正交的方向相对移动，所述喷嘴的孔径为φ0.01μm～φ25μm；所述驱动电压施加单元输出频率为大于等于fHz，并且正负两个极性翻转的双极性脉冲电压作为所述驱动电压；还具有控制单元，该单元控制所述驱动电压输出单元和所述移动单元的至少一方，使得所述驱动电压施加单元的驱动电压频率fHz与所述相对移动的相对速度vμm/sec的关系为f≥5v。

本发明的静电吸引型流体排出方法，从驱动电压施加单元往喷嘴与排出处构件(例如绝缘衬底)之间施加驱动电压，对供给喷嘴内的流体供给电荷，使该流体从喷孔排出到所述排出处构件，同时用移动单元使所述喷嘴和排出处构件往与该两者的对置方向正交的方向相对移动，所述喷嘴的孔径为φ0.01μm～φ25μm；作为所述驱动电压，输出频率为大于等于fHz，并且正负两个极性翻转的双极性脉冲电压；还控制驱动电压频率和相对移动速度的至少一方，使得驱动电压频率fHz与所述相对移动的相对速度vμm/sec的关系为f≥5v。

以往，静电吸引型流体排出装置中，由于喷嘴孔径缩小导致排出需要的电场强度加大，可认为不能兼顾喷嘴孔径微细化和驱动电压低电压化。针对这点，本申请的发明中，根据使喷嘴孔径为φ0.01μm～φ25μm的微细直径时产生局部电场从而排出的驱动电压可降低的新见识，通过将喷嘴孔径做成上述范围，实现兼顾喷嘴孔径微细化和驱动电压低电压化。

又，作为加在喷嘴上的驱动电压，输出频率为大于等于fHz，并且正负两个极性翻转的双极性脉冲电压；还控制驱动电压频率和相对移动速度的至少一方，使得喷嘴与排出处构件的相对移动的相对速度vμm/sec与驱动电压频率fHz的关系为f≥5v，因而可抑制排出处构件上的液滴飞散，并形成鲜明地图案。

本发明的静电吸引型流体排出装置，从驱动电压施加单元在往喷嘴与排出处构件(例如绝缘衬底)之间施加驱动电压，对供给喷嘴内的流体供给电荷，使该流体从喷孔排出到所述排出处构件，同时用移动单元使所述喷嘴和排出处构件往与该两者的对置方向正交的方向相对移动，所述喷嘴的孔径为φ0.01μm～φ25μm；所述驱动电压施加单元输出小于等于400V的正负两个极性翻转的双极性脉冲电压，作为所述驱动电压。

本发明的静电吸引型流体排出方法，从驱动电压施加单元在喷嘴与排出处构件(例如绝缘衬底)之间施加驱动电压，对供给喷嘴内的流体供给电荷，使该流体从喷孔排出到所述排出处构件，同时用移动单元使所述喷嘴和排出处构件往与该两者的对置方向正交的方向相对移动，所述喷嘴的孔径为φ0.01μm～φ25μm；所述驱动电压为小于等于400V的正负两个极性翻转的双极性脉冲电压。

以往，静电吸引型流体排出装置中，由于喷嘴孔径缩小导致排出需要的电场强度加大，可认为不能兼顾喷嘴孔径微细化和驱动电压低电压化。针对这点，本申请的发明中，根据使喷嘴孔径为φ0.01μm～φ25μm的微细直径时产生局部电场从而排出的驱动电压可降低的新见识，通过将喷嘴孔径做成上述范围，实现兼顾喷嘴孔径微细化和驱动电压低电压化。

又，施加在喷嘴上的驱动电压为小于等于400V的正负两个极性翻转的双极性脉冲电压，因而在排出处构件上排出流体并形成点时，能抑制液滴往该点周边部飞散，可形成鲜明地图案。

本发明的静电吸引型流体排出装置，利用静电吸引使因施加电压而带电的排出流体从流体排出头的喷嘴的流体喷孔，射中衬底，从而在该衬底表面形成排出流体的描绘图案，所述喷嘴的流体喷孔，其喷孔直径为0.01～25μm，同时所述衬底是绝缘衬底，并且具有在对该绝缘衬底排出流体前，去除该绝缘衬底表面的电荷的除电单元、以及用正负双极性脉冲电压，对除电的绝缘衬底进行流体排出的流体排出单元。

根据上述组成，通过将喷嘴的流体喷出孔径(喷嘴直径)做成0.01～25μm的微细孔径，产生局部电场，可利用喷嘴微细化降低排出的驱动电压。这样降低驱动电压，在装置小型化和喷嘴高密度化中极有利。当然，通过使驱动电压降低，也可使用成本优势大的低电压驱动的驱动器。

上述排出模型中，排出需要的电场强度依赖于局部集中电场强度，因而不必存在对置电极。即，不需要对置电极也可对绝缘衬底等进行印字，加大装置组成的自由度。而且也可对厚绝缘体进行印字。

上述喷嘴微细化在存在附着于绝缘衬底上的电荷时，受到该电荷的电场排斥力，又使排出形成的微细图案产生扰动，又反过来产生排出欠佳，存在难以形成稳定的微细图案的问题。

针对这点，所述静电吸引型流体排出装置中，在流体排出的绝缘衬底前，利用除电单元去除绝缘衬底表面的电荷，而且流体排出单元用正负双极性脉冲电压，对除电后的绝缘衬底进行流体排出。因此，又能抑制绝缘衬底充电，又能进行稳定的排出。

所述静电吸引型流体排出装置中，可构成所述除电单元按规定图案，进行绝缘衬底的除电。

根据上述组成，所述除电手段能与希望的图案制作数据对应地仅对绝缘衬底的需要部位进行除电。因此，所述除电单元不必对整个绝缘衬底除电，能使用例如针状除电头那样的不需要高电压的除电单元，所以能对该除电单元进行利用成本优势大的低电压驱动器的控制。又由于仅在绝缘衬底上需要的部分施行除电，可缩短花费在除电的时间。

又，所述静电吸引型流体排出装置中，最好构成所述流体排出单元用流体排出时对弯液面部的电荷集中产生的电场强度小于按Paschen曲线(帕邢曲线)计算式求出的放电启动电场强度的施加电压，进行流体排出。

根据上述组成，所述流体排出单元排出流体时，能抑制产生气体放电，无放电造成的流体微细液滴往周边部的飞散，可形成鲜明的微细图案的像。

本发明的静电吸引型流体排出装置，利用静电吸引使因施加电压而带电的排出流体从流体排出头的喷嘴的流体喷孔，射中衬底，从而在该衬底表面形成排出流体的描绘图案，其特征在于，所述喷嘴的流体喷孔，其喷孔直径为0.01～25μm，同时所述衬底是绝缘衬底，并且具有按规定的图案对该绝缘衬底的表面授给电荷的电荷授给单元。

根据上述组成，通过将喷嘴的流体喷出孔径(喷嘴直径)做成0.01～25μm的微细孔径，产生局部电场，可利用喷嘴微细化降低排出的驱动电压。这样降低驱动电压，在装置小型化和喷嘴高密度化中极有利。当然，通过使驱动电压降低，也可使用成本优势大的低电压驱动的驱动器。

上述排出模型中，排出需要的电场强度依赖于局部集中电场强度，因而不必存在对置电极。即，不需要对置电极也可对绝缘衬底等进行印字，加大装置组成的自由度。而且，也可对厚绝缘体进行印字。

上述喷嘴微细化在存在附着于绝缘衬底上的电荷时，受到该电荷的电场排斥力，又使排出形成的微细图案产生扰动，又反过来产生排出欠佳，存在难以形成稳定的微细图案的问题。

针对这点，所述电荷授给单元可在排出流体描绘图案前，按规定的图案对该绝缘衬底的表面授给电荷，利用该电荷图案，可防止微细喷嘴排出的流体描绘的图案扰动和排出欠佳，形成稳定的微细图案。

例如，使所述电荷授给单元授给的电荷的极性为与驱动电压极性相反的极性，并形成基于图案制作数据的希望的授给电荷图案。然后，通过从该授给电荷图案的正上面进行流体排出，使授给电荷的电场吸引力作用，能形成较鲜明的微细图案。

或者，使所述电荷授给单元授给的电荷的极性为与驱动电压极性相同的极性，并在绝缘衬底上形成包围希望的图案的周边的授给电荷图案。然后，通过从该授给电荷图案包围的希望图案部分的正上面进行流体排出，使排出流体在射中绝缘衬底前，横向受到授给电荷的电场排斥力，让液滴往集中到希望图案部分的方向射中，从而能较鲜明地形成该微细图案。

又，所述静电吸引型流体排出装置中，可构成所述电荷授给单元对由感光材料组成的绝缘衬底授给电荷，并且具有使所述绝缘衬底的表面均匀带电的均匀带电单元、以及按规定图案对均匀带电的所述绝缘衬底的表面进行激光照射，并且进行激光照射部位的除电的除电单元。

根据上述组成，形成所述电荷授给图案时，尤其在使该电荷授给图案的极性与驱动电压极性相同的情况下(即，使授给电荷图案包围的希望图案为描绘图案区的情况下)，由激光照射形成的描绘图案区，其激光光点直径能缩小到最小5μm左右，因而与例如针电极等的电荷授给方式相比，能形成精度较高的图案。

本发明的另一静电吸引型流体排出装置，利用静电吸引使因施加电压而带电的排出流体从流体排出头的喷嘴的流体喷孔，射中衬底，从而在该衬底表面形成排出流体的描绘图案，所述喷嘴的流体喷孔，其喷孔直径为0.01～25μm，同时所述衬底是绝缘衬底，并具有可配置成接触将导电材料制成图案的该绝缘衬底且在流体排出时对该绝缘衬底上的导电部施加电压的电压施加单元。

根据上述组成，绝缘衬底上具有已制作图案的导电图案时，能使电压施加单元配置成接触形成该导电图案的导电部，一面对调度部施加电压，一面进行流体排出。由此，往带电图案排出的集中程度加大，在进行往导电图案的线条上叠敷和连接导电图案的线条时，尤其有效。

本发明的描绘图案形成方法，其中静电吸引型流体排出装置利用静电吸引使因施加电压而带电的排出流体从流体排出头的喷嘴的流体喷孔，射中衬底，从而在该衬底表面形成排出流体的描绘图案，所述喷嘴的流体喷孔，其喷孔直径为0.01～25μm，同时所述衬底是绝缘衬底，并且在排出流体排出前，预先对该绝缘衬底在应形成描绘图案的部位授给极性与使排出流体带电用的驱动电压极性相反的电荷，从而形成电荷图案；通过在所述电荷图案上进行流体排出，形成排出流体的描绘图案。

根据上述组成，排出流体进行排出前，利用极性与驱动电压极性相反的电荷，在与描绘图案相同的部位形成电荷图案。然后，通过从该电荷图案的正上面进行流体排出，使授给电荷的电场吸引力作用，从而能形成较鲜明的微细图案。

又，本发明的描绘图案形成方法，是利用静电吸引型流体排出装置的描绘图案形成方法，该静电吸引型流体排出装置利用静电吸引使因施加电压而带电的排出流体从流体排出头的喷嘴的流体喷孔，射中衬底，从而在该衬底表面形成排出流体的描绘图案，其特征在于，所述喷嘴的流体喷孔，其喷孔直径为0.01～25μm，同时所述衬底是绝缘衬底，并且在排出流体排出前，预先对该绝缘衬底在应形成描绘图案的部位授给极性与使排出流体带电用的驱动电压极性相同的电荷，从而形成电荷图案；通过在所述电荷图案包围的描绘图案形成区上进行流体排出，形成排出流体的描绘图案。

根据上述组成，排出流体进行排出前，利用极性与驱动电压极性相同的电荷形成部位希望描绘图案周边的电荷图案。然后，通过从该电荷图案包围的希望描绘图案部分的正上面进行流体排出，使液滴往集中到描绘图案部分的方向射中，从而能较鲜明地形成该微细图案。

所述描绘图案形成方法中，可构成：使用由感光材料组成的绝缘衬底；使所述绝缘衬底的表面均匀带电后，对均匀带电的绝缘衬底的表面按规定图案进行激光照射，并且进行激光照射部位的除电，从而形成所述电荷图案。

根据上述组成，形成所述电荷授给图案时，尤其在使该电荷授给图案的极性与驱动电压极性相同的情况下(即使授给电荷图案包围的希望图案为描绘图案区的情况下)，由激光照射形成的描绘图案区，其激光光点直径能缩小到最小5μm左右，因而与例如针电极等的电荷授给方式相比，能形成精度较高的图案。

本发明的又一描绘图案形成方法，是利用静电吸引型流体排出装置的描绘图案形成方法，该静电吸引型流体排出装置利用静电吸引使因施加电压而带电的排出流体从流体排出头的喷嘴的流体喷孔，射中衬底，从而在该衬底表面形成排出流体的描绘图案，所述喷嘴的流体喷孔，其喷孔直径为0.01～25μm，同时所述衬底是绝缘衬底，并且在排出流体排出前，预先对该绝缘衬底在不形成描绘图案的非描绘区授给极性与使排出流体带电用的驱动电压极性相同的电荷，从而形成电荷图案；形成描绘图案，即使在所述非描绘区上也不停止对所述流体排出施加电压。

根据上述组成，所述非描绘区中形成的电荷图案在暂时中断的部位形成由连续的流体排出形成的描绘图案。这样，以和流体排出电压相同的极性预先在绝缘衬底上供给与非描绘区对应的电荷图案，从而能以不停止进行流体排出的方式可靠地形成非描绘区。

本发明的又一描绘图案形成方法，是利用静电吸引型流体排出装置的描绘图案形成方法，该静电吸引型流体排出装置利用静电吸引使因施加电压而带电的排出流体从流体排出头的喷嘴的流体喷孔，射中衬底，从而在该衬底表面形成排出流体的描绘图案，所述喷嘴的流体喷孔，其喷孔直径为0.01～25μm，同时所述衬底是绝缘衬底，并且在已形成该绝缘衬底的导电材料的第1描绘图案的状态下，从第1描绘图案上进一步形成第2描绘图案时，一面对形成第1描绘图案的导电部施加电压，一面形成第2描绘图案。

根据上述组成，在绝缘衬底上具有已制作图案的第1描绘图案时，能一面对形成该第1描绘图案的导电部施加电压，一面进行流体排出，加大往第1描绘图案上的排出的集中程度。由此，在进行往第1描绘图案的线条上叠敷和连接线条时，尤其有效。

由下面所示的记述会充分理解本发明的其它目的、特征和优点。在下面参照附图的说明中会明白本发明的利益。

附图说明

图1是一本发明实施方式的静电吸引型流体排出装置的概略组成图。

图2是说明本发明的基础的排出模型中的喷嘴电场强度计算用的图。

图3是示出表面张力的压力和静电压力的喷嘴直径依赖性的模型计算结果的曲线图。

图4是示出排出压力的喷嘴直径依赖性的模型计算结果的曲线图。

图5是示出排出极限电压的喷嘴直径依赖性的模型计算结果的曲线图。

图6是示出本发明前提技术中作用在带电液滴与衬底之间的镜像力和喷嘴与衬底之间的距离的相关性的曲线图。

图7是示出本发明前提技术中从喷嘴流出的流量与施加电压的相关关系的模型计算结果的曲线图。

图8是示出以实验方式求出排出启动电压的喷嘴直径依赖性的结果的曲线图。

图9是示出将双极性脉冲电压用作喷嘴驱动电压形成描绘图案时在描绘图案周边产生微小液滴飞散的状态的说明图。

图10(a)是示出一例作为喷嘴驱动电压的低频脉冲电压的波形图。

图10(b)是绝缘衬底上产生液滴飞散的原理的说明图。

图11是示出一例从图1所示的电源输出的驱动电压的波形图。

图12是示出图1所示的静电吸引型流体排出装置中喷嘴的驱动电压频率与最低排出电压的关系的曲线图。

图13是示出图1所示的静电吸引型流体排出装置中描绘线条时喷嘴的驱动电压频率与绝缘衬底上的液滴飞散区宽度的关系的曲线图。

图14(a)是示出本发明另一实施方式的静电吸引型流体排出装置中作为加在喷嘴驱动电极上的驱动电压的双极性脉冲电压波形与喷嘴前端的排出材料表面电位的关系的波形图，其中示出喷嘴不发生排出材料的排出的情况。

图14(b)是示出本发明另一实施方式的静电吸引型流体排出装置中作为加在喷嘴驱动电极上的驱动电压的双极性脉冲电压波形与喷嘴前端的排出材料表面电位的关系的波形图，其中示出喷嘴发生排出材料的排出的情况。

图15是图1所示静电吸引型流体排出装置的喷嘴中在喷嘴前端的弯液面积存驱动电极供给的电荷的运作的说明图。

图16是示出使用图14(b)所示的驱动电压时喷嘴的排出材料的排出和不排出的状况的说明图。

图17是示出图1所示静电吸引型流体排出装置中驱动电压频率与最低排出电压的关系的曲线图。

图18是示出图1所示静电吸引型流体排出装置中驱动电压频率与绝缘衬底上液滴飞散区宽度的关系的曲线图。

图19是以大频率范围示出图1所示静电吸引型流体排出装置中将染色墨汁和银纳米糊用作排出材料时的驱动电压频率与最低排出电压的关系的曲线图。

图20是本发明又一实施方式的静电吸引型流体排出装置的概略组成。

图21是示出本发明又一实施方式的静电吸引型流体排出装置中置物台扫描速度与绝缘衬底上的液滴飞散区宽度的关系的曲线图。

图22是示出本发明又一实施方式的静电吸引型流体排出装置中加在喷嘴的驱动电极的驱动电压与绝缘衬底上的液滴飞散区的关系的曲线图。

图23是示出实施方式5的静电吸引型流体排出装置的概略组成的立体图。

图24是示出实施方式6的静电吸引型流体排出装置的概略组成的立体图。

图25是示出静电吸引型流体排出装置中喷嘴前端部的喷嘴直径与弯液面部上的电荷集中产生的电场强度的关系的曲线图。

图26是示出实施方式8的静电吸引型流体排出装置的概略组成的立体图。

图27是示出附着电荷的表面电位与流体排出的最低驱动电压的关系的曲线图。

图28是示出实施方式9的静电吸引型流体排出装置的概略组成的立体图。

图29是示出实施方式10的静电吸引型流体排出装置的概略组成的立体图。

图30是示出本发明实施方式11的静电吸引型流体排出装置的概略组成的立体图。

图31是示出实施方式12的静电吸引型流体排出装置的概略组成的立体图。

图32是示出静电吸引型流体排出装置中静电拉丝现象造成的排出流体生长的原理的图。

具体实施方式

前提技术

首先，在下面参照附图说明本发明的前提技术。本发明前提技术的静电吸引型流体排出装置将其喷嘴直径做成0.01μm～25μm，而且可用小于等于1000V的驱动电压控制排出流体的排出。

这里，已有流体排出模型中，喷嘴直径减小牵连到驱动电压升高，因而认为不可能用小于等于1000V的驱动电压排出流体，除非实施对排出流体供给背压等其它办法。然而，本申请的发明人的专心研究的结果查明小于等于某喷嘴直径，发生与已有流体排出模型不同的排出模型中的排出现象。本发明是根据该流体排出模型的新见识而完成的。

首先，说明成为基于上述见识的本申请前提技术的流体排出模型。

假设直径d(下面的说明中，除非专门指出，均指喷嘴的内径)的喷嘴注入导电流体，并且处在离开无限平板导体的高度为h上垂直的位置。图2示出此状况。这时，假设喷嘴前端感应的电荷Q集中在喷嘴前端的排出流体形成的半球部，并且用下面的公式近似地表示。

                Q＝2πε₀αV₀d       …(5)

这里，Q为喷嘴前端部上感应的电荷(C)，ε₀是真空的介电常数(F/m)，d为喷嘴直径(m)，V₀为加在喷嘴上的总电压。α是依赖于喷嘴形状等的比例常数，取1～1.5左右的值，但在D＜＜h(h为喷嘴与衬底之间的距离(m))时为大致1。

将导电衬底用作衬底时，认为与喷嘴对置地在衬底内的对置位置上感应具有与上述电荷Q相反的极性的镜像电荷Q’。衬底为绝缘体时，在根据介电常数决定的对称位置上，同样感应极性与电荷Q相反的镜像电荷Q’。

$E_{\mathrm{loc}}=\frac{V_0}{\mathrm{kR}}---\left(6\right)$

设前端部的曲率半径为R，则可由式(6)给出喷嘴前端部的集中电场强度E_loc。其中，k为依赖于喷嘴形状等的比例常数，取1.5～8.5的值，但多数情况认为是5左右(P.J.Birdseye and D.A.Smith，Surface Science，23(1970)，p.198-210)。这里，为了简化流体排出模型，假设R＝d/2。这相当于在喷嘴前端部中导电墨汁因表面张力而隆成具有与喷嘴直径d相同的曲率半径的半球形的状态。

$P_e=\frac{Q}{S}{E}_{\mathrm{loc}}=\frac{2Q}{{\mathrm{\πd}}^2}{E}_{\mathrm{loc}}---\left(7\right)$

接着，认为作用在喷嘴前端部的排出流体上的压力均衡。首先，设喷嘴前端部的液面积为S，则静电压力P_e为式(7)。由式(5)～式(7)，置入α＝1，则可表示为式(8)。

$P_e=\frac{4{\mathrm{\ϵ}}_0{V}_0}{d}\·\frac{2V_0}{\mathrm{kd}}=\frac{8{\mathrm{\ϵ}}_0{V_0}^2}{{\mathrm{kd}}^2}---\left(8\right)$

$P_s=\frac{4\mathrm{\γ}}{d}---\left(9\right)$

另一方面，设喷嘴前端部的排出流体的表面张力的压力为P_s，则形成式(9)。其中，γ是表面张力。由于因静电力而发生排出的条件为静电力超过表面张力，静电压力P_e与表面张力的压力P_s的关系为式(10)。

                         P_e＞P_s         …(10)

图3示出给出某直径d的喷嘴时的表面张力的压力与静电压力的关系。作为排出流体的表面张力，假设排出流体为水(γ＝72mN/m)的情况。将加在喷嘴上的电压取为700V时，隐含喷嘴直径为25μm的情况中，静电压力超过表面张力。据此，求V₀与d的关系时，式(11)给出排出的最低电压。

$V_0>\sqrt{\frac{\mathrm{\γkd}}{{2\mathrm{\ϵ}}_0}}---\left(11\right)$

这时的排出压力ΔP为

                     ΔP＝P_e-P_s             …(12)

因而，形成式(13)。

$\mathrm{\ΔP}=\frac{8{\mathrm{\ϵ}}_0{V_0}^2}{{\mathrm{kd}}^2}-\frac{4\mathrm{\γ}}{d}---\left(13\right)$

对某直径d的喷嘴，图4示出因局部电场强度而满足排出条件时的排出压力ΔP的依赖性，图5则示出排出临界电压(即产生排出的最低电压)Vc的依赖性。

从图4可知，因局部电场强度而满足排出条件时(假设V₀＝700V，γ＝72mN/m时)的喷嘴直径的上限是25μm。

图5的计算中，作为排出流体，设想水(γ＝72mN/m)和有机溶剂(γ＝20mN/m)，并假设k＝5的条件。从该图判明，考虑微细喷嘴的电场集中效应时，排出临界电压Vc随着喷嘴直径的减小而降低，并且判明在排出流体为水的情况下，喷嘴直径为25μm时，排出临界电压Vc为700V左右。

在已有排出模型的电场考虑方法的情况下，即仅考虑根据加在喷嘴上的电压V₀和喷嘴与对置电极之间的距离h定义的电场时，随着喷嘴直径变成微小，排出需要的电压加大。

与此相反，如本前提技术提出的新排出模型那样，关注局部电场强度，则利用喷嘴微细化可降低排出的驱动电压。这样降低驱动电压，在装置小型化和喷嘴高密度化中极有利。当然，通过使驱动电压降低，还可使用成本优势大的低电压驱动的驱动器。

上述排出模型中，排出需要的电场强度依赖于局部集中电场强度，因而不必存在对置电极。即，已有的排出模型中，在喷嘴与衬底之间施加电场，因而需要相对于绝缘衬底，在喷嘴的相反侧配置对置电极或使衬底为导电性。而且，配置对置电极时，亦即衬底为绝缘体时，能用的衬底厚度有限，

与此相反，本发明的排出模型中，不需要对置电极也可对绝缘衬底等进行印字，加大装置组成的自由度。而且也可对厚绝缘体进行印字。从喷嘴排出的液体带电，因而镜像力作用在该液体与衬底之间。图6示出该镜像力的大小与喷嘴离开衬底的距离的相关关系。

接着，试考虑所述排出流量的精密控制。粘性流的情况下，可由下面的哈金·泊肃叶公式表示圆筒状流路中的流量Q。现假设圆筒形的喷嘴，则流过该喷嘴的流体的流量Q可用下面的公式表示。

$Q=\frac{\mathrm{\π\ΔP}}{\mathrm{\ηL}}{d}^4---\left(14\right)$

其中，η为流体的粘性系数(Pa·s)，L为流路(即喷嘴)的长度(m)，d为流路(即喷嘴)的直径(m)，ΔP为压力差(Pa)。根据上式，流量Q与流路半径的4次方成正比，因而为了限制流量，采用微细喷嘴是有效的。将式(13)求出的排出压力ΔP代入该式(14)，可得下面的式(15)。

$Q=\frac{4\mathrm{\π}{d}^3}{\mathrm{\ηL}}(\frac{2{\mathrm{\ϵ}}_0{V_0}^2}{\mathrm{kd}}-\mathrm{\γ})---\left(15\right)$

该式表示将电压V加到直径d、长度L的喷嘴上时，从喷嘴流出的流体的流出量。图7示出此状况。计算中使用的值为：L＝10mm，η＝1(mPa·s)，γ＝72(mN/m)。现假设喷嘴直径为先行技术的最小值50μm。逐渐施加电压V，则在电压V＝1000V上开始排出。此电压相当于图5中阐述的排出启动电压。在紧接排出启动电压Vc上侧的电压上，流量急剧上升。此模型计算中，想要通过以将电压从Vc略为提升的方式进行精密控制，取得微小流量，但如以半对数表示的图预测的那样，这是不可能的，难以实现具体为小于等于10^-10m³/s的微小量。又，采用某直径的喷嘴时，如式(11)给出的那样确定最小驱动电压。因此，先行技术那样只限于使用直径大于等于50μm的喷嘴，难以做到小于等于10^-10m³/s的微小排出量和小于等于1000V的驱动电压。

从附图判明，直径25μm的喷嘴的情况下，用小于等于700V的驱动电压就足够，直径10μm的喷嘴时可用小于等于500V进行控制。还判明直径1μm的喷嘴时用小于等于300V也可。

以上的考察是考虑连续流的情况，但需要开关，以形成点。下面阐述此情况。

利用静电吸引的排出，其基础是喷嘴端部的流体带电。可将带电的速度考虑为由介质弛豫决定的时间常数的程度。

$\mathrm{\τ}=\frac{\mathrm{\ϵ}}{\mathrm{\σ}}---\left(16\right)$

式(16)中，ε为流体的介电常数，σ为流体的导电率(S/m)。假设流体介电常数为10，导电率为10^-6S/m，则τ＝1.854×10^-5sec。或者，设临界频率为fc，则形成式(17)。对比该fc快的频率的电场变化不能响应，认为不可排出。对上述的例子进行估计：作为频率，变成10kHz左右。

$f_c=\frac{\mathrm{\σ}}{\mathrm{\ϵ}}---\left(17\right)$

接着，考虑喷嘴内的表面张力的降低。在电极上配置绝缘体，并且在滴落到其上的液体与电极之间施加电压时，发现液体与绝缘体的接触面积增大，即浸润性变佳；称之为电浸润(Electrowetting)现象。此效应在圆筒形毛细管形状中也成立，有时称之为电毛细现象(Electrocapillary)。电浸润效应造成的压力与施加电压、毛细管形状、溶液的物理参数之间存在下面的关系。

$P_{\mathrm{ec}}=\frac{2{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\ϵ}}_r}{t}\frac{{V_0}^2}{d}---\left(18\right)$

其中，ε₀为真空的介电常数，ε_r为绝缘体的介电常数，t为绝缘体厚度，d为毛细管内径。将水当作流体考虑，并试计算此压力的值时，判明计算上述专利文献1的实施例情况下，最多只不过为30000Pa(0.3大气压)，但本前提技术的情况下，通过在喷嘴外侧设置电极，取得相当于30大气压的效果。据此，使用微小喷嘴时，利用此效应也能快速进行对喷嘴前端部的流体供给。绝缘体的介电常数越大，或其厚度越小，此效应越显著。为了获得电毛细现象的效应，需要严格地以绝缘体为中介设置电极，但对十足绝缘体施加充分电场时，获得同样的效果。

以上的议论中，应注意的点是：这些近似理论并非以往那样，作为电场强度，基于由加在喷嘴上的电压V₀和喷嘴与对置电极间的距离h决定的电场，而是基于喷嘴前端的局部集中电场强度。本前提技术中，重要的是局部的强电场和供给流体的流路具有非常小的电导。而且，流体本身在微小面积上充分带电。带电的微小流体靠近衬底等介质或导体时，镜像力起作用，对衬底垂直地飞翔。为此，实施例中，从便于制成出发，使用玻璃毛细管，但不限于此。

综上所述，本实施方式的静电吸引型流体排出装置中，由于以着眼于局部电场强度地新提出的排出模型为基础，可做成喷嘴直径0.01μm～25μm的微细喷嘴，而且能用小于等于1000V的驱动电压进行排出流体的排出控制。再者，根据上述模型进行考察的结果为：直径小于等于25μm的喷嘴的情况下可用小于等于700V的驱动电压控制排出，直径小于等于10μm的喷嘴的情况和直径小于等于1μm的喷嘴的情况下分别可用小于等于500V和小于等于300V的驱动电压控制排出。

图8示出以实验方式求出排出临界电压Vc的喷嘴直径依赖性的结果。这里，作为排出流体，使用ハリマ化成(株)制造的银纳米糊，并以喷嘴与衬底之间的距离100μm的条件进行测量。从图8判明，随着形成微细喷嘴，排出临界电压Vc降低，能比以往用低电压排出。

如上文所述，本实施方式的静电吸引型流体排出装置可使喷嘴直径和驱动电压都减小，但这时与已有静电吸引型流体排出装置相比，显著产生以下的问题。

在绝缘衬底上进行静电吸引型流体排出装置的流体排出时，如果流体排出前的工序中存在附着于绝缘衬底上的电荷，则受该电荷的电场排斥力影响，又使排出形成的图案产生扰动，又反过来产生排出欠佳，难以形成微小图案。例如在表面电阻为10¹⁵Ω/sq左右的聚酰亚胺、丙烯等高分子材料上利用接触摩擦等简单产生静电，但在干燥环境下，表面电阻为10¹⁰Ω/sq左右的玻璃衬底上也容易产生静电。

即使绝缘衬底上无预先附着电荷的情况下，由于在绝缘衬底上排出并射中的流体中存在电荷，如DC偏压和单极性脉冲电压那样，将单极性偏压用作驱动电压时，绝缘衬底因排出的流体中的电荷而充电，使绝缘衬底上表面电位升高。即，由于在绝缘衬底上形成排出流体的图案，产生衬底上存在电荷，受此电荷的电场排斥力的影响，排出特性降低。

实际上，在绝缘衬底上形成排出流体的图案，并且该衬底为某种程度带电的情况下，由下面的表1所示，判明表面电阻值为10¹⁵Ω/sq的聚酰亚胺上的最低排出电压高于表面电阻值为10¹⁰Ω/sq的玻璃衬底或导电体的SUS衬底，排出特性降低。上述表1示出喷嘴直径为1μm时的结果。

                 [表1]

衬底类型	最低排出电压
		聚酰亚胺(1015Ω/sq)	330V
玻璃(1010Ω/sq)	148V
		SUS	148V

本实施方式的静电吸引型流体排出装置通过抑制绝缘衬底上附着电荷造成的表面电位升高，可总是稳定地进行微小流体排出，能形成较鲜明的微细图案。对下面的实施方式说明这种静电吸引型流体排出装置。

实施方式1

如上述前提技术所说明的那样，静电吸引型流体排出装置中，通过将喷孔的直径(喷嘴直径)做成φ0.01μm～φ25μm的范围，可兼顾喷嘴孔径微细化和驱动电压低电压化。

可利用喷嘴与排出处构件之间的电位差和喷嘴与排出处之间的距离(即间隙)，控制成为喷嘴的排出材料的液体的排出量。电位差越大且间隙越小，基本上能使喷嘴前端的电场强度越大，因而容易控制该排出量。

然而，所述静电吸引型流体排出方法中，上述那样存在衬底充电的问题。即，对绝缘的排出处构件进行液体排出时，在喷嘴上施加DC偏压和单极性脉冲电压等+或-单极性偏压作为驱动电压时，排出液体中的电荷使排出处构件充电，其表面电位升高。而且，由于该表面电位升高的影响，成为排出驱动力的喷嘴(喷嘴内部的驱动电极)与排出处构件之间的电位差不稳定，产生排出欠佳。

结果，为了使用单极性偏压进行稳定排出，需要对喷嘴的驱动电极供给更高的偏压(最低排出电压升高)，以确保所述电位差，所以难以低电压驱动喷嘴。

因此，为了抑制这种最低排出电压升高，最好将双极性脉冲电压用作喷嘴的驱动电压。这时，如下面的表2所示，判明与使用DC偏压时相比，最低排出电压降低。这相当于射中排出处构件的液滴的带电电荷正负交替，极性相反的电荷依次滴落到排出处构件上，所以能一面抑制排出处构件上的充电，一面进行排出。这样将双极性脉冲电压用作喷嘴的驱动电压，在提高喷嘴排出稳定性方面有效。

               [表2]

电压施加方法	最低排出电压
		DC	330V
双极性脉冲电压	163V

将双极性电压用作喷嘴的驱动电压的情况下，如图9所示，对排出处构件形成描绘图案时，也在描绘图案的周边发生微小液滴飞散，导致描绘图案扰动的事态。这是由于下面的原因。

例如，如图30(a)所示，构成将低频脉冲电压用作喷嘴的驱动电压时，在作为排出处构件的绝缘衬底16上连续排出具有正电荷的液体。这时，如图30(b)所示，先滴落的液体上，其后滴落液体，则两液体由于同极性地带电，在绝缘衬底16上相互排斥，例如后滴落的液体变成进一步微细的液滴，并且在绝缘衬底上飞散。

上述那样，微细液滴的飞散在例如将排出材料取为导电材料并且在绝缘衬底16上描绘布线图案时，对衬底的电特性产生不良影响。

因此，本发明静电吸引型流体排出装置中，进一步构成将双极性脉冲电压用作喷嘴的驱动电压，抑制排出处构件上的排出材料飞散，可形成描绘图像扰动小的鲜明微细图案。

下面，详细说明本实施方式的静电吸引型流体排出装置。

图1是本实施方式的静电吸引型流体排出装置的概略组成图。如图1所示，静电吸引型流体排出装置中，将成为液滴排出头的喷嘴11和置物台12对置地配置。即，把喷嘴11配置成前端部朝向下侧，把置物台12水平设置在喷嘴11的下侧。喷嘴11受未示出的驱动装置驱动，可往任意方向移动。例如，将喷嘴11安置在使喷嘴11独立移动用的3维机器手中。使喷嘴11和置物台12相对移动即可，因此置物台12可为受驱动装置驱动而移动的设备。

在喷嘴11内设置驱动电极13，并且该驱动电极13上连接电源(驱动电压施加单元)14。还在喷嘴11中填充液体组成的排出材料(流体)15，并将作为排出材料15的排出处的绝缘衬底(排出处构件)16固定在置物台12上。将置物台12接地，因而将绝缘衬底12通过置物台12接地。利用喷嘴11排出的排出材料15在绝缘衬底16上形成例如微细的布线图案。

喷嘴11为了能排出超微细液体，将低电导的流路设在喷嘴11的旁边，或者喷嘴11本身为低电导。为此，喷嘴11以玻璃制毛细管为佳，但用绝缘材料涂覆在导电物质上的也可。

将喷嘴11取为玻璃制的原因基于：能容易形成几微米程度的喷孔、喷孔堵塞时可通过弄碎喷嘴端部再现新的喷嘴端部、玻璃喷嘴的情况下由于带有锥角使不需要的溶液因表面张力而移动到上侧且不滞留在喷嘴端部造成喷嘴堵塞、以及由于喷嘴11具有适度的柔软性而便于形成活动喷嘴等。

具体而言，可用添芯玻璃管(商品名：ナリシゲ股份公司制GD-1)由毛细管拉制机制成。使用添芯玻璃管时，有如下的优点。

(1)芯侧玻璃便于浸湿墨汁，因而便于填充墨汁。(2)芯侧玻璃为亲水性，外侧玻璃为疏水性，因而喷嘴端部中存在墨汁的区域只限于芯侧的玻璃的内径的程度，电场集中效应较显著。(3)喷嘴可微细化。(4)取得足够的机械强度。

根据制作上的情况，喷嘴直径的下限值以0.01μm为佳；根据图3所示的静电力超过表面张力时的喷嘴直径上限值是25μm，并根据图4所示的因局部电场强度而满足排出条件时的喷嘴直径上限是25μm，喷嘴直径的上限值以25μm为佳、15μm较好。为了更有效利用局部电场集中效应，喷嘴直径最好在0.01μm～8μm的范围。本实施方式中，就喷嘴直径设定为φ0.1μm～20μm的范围。

喷嘴11不限于毛细管，也可以是利用微细加工形成的2维图案喷嘴。使喷嘴11为成型性良好的玻璃时，不能将喷嘴11用作电极，因而在喷嘴11内插入金属线(例如钨线)，作为驱动电极13。也可用电镀在喷嘴11内形成驱动电极13。用导电物质形成喷嘴11本身时，在其上涂覆绝缘材料。

将驱动电极13配置成浸在作为喷嘴11内填充的液体的排出材料15中。从图中未示出的供给源供给排出材料15。

由例如计算机组成的控制装置(驱动电压施加单元)17控制电源(驱动电压施加单元)14的运作。即，将来自控制装置17的排出信号供给电源14，根据此排出信号，从电源14对驱动电极13施加脉冲波形的电压。由于此电压，使喷嘴11内的排出材料15带电，并从喷嘴11排出。图11示出一例所述驱动电压。此驱动电压是极性依次判定为正、负的双极性脉冲电压，其频率为大于等于1Hz。

作为绝缘衬底16，表面电阻值为大于等于10¹⁰Ω/sq的衬底即可，除由聚酰亚胺、丙烯、聚碳酸脂等高分子材料组成外，还可由低湿度环境下的玻璃等组成，其阻值也合乎上述范围之内。

上述组成中，首先，说明从喷嘴11排出微细液体的原理。此排出原理考虑如下。静电吸引型流体排出装置中，通过从电源14对驱动电极13施加驱动电压，从驱动电极13将电荷供给排出材料15。使电荷通过喷嘴11内部的排出材料15，移动到形成在喷嘴11的前端部的具有静电电容的弯液面40。然后，静电吸引型流体排出装置40的电荷量达到规定量时，进行从喷嘴11往绝缘衬底16的液体排出。

接着，说明静电吸引型流体排出装置中从喷嘴将排出材料15排出并且在绝缘衬底16上形成希望的图案时的运作。

利用3维机器手等驱动装置，根据希望的图案制作数据，往X轴方向和Y轴方向对喷嘴11进行2维驱动。这时，又对喷嘴11控制Z轴方向的位置，使喷嘴11的前端与绝缘衬底16的距离(间隙)总在30～200μm的范围内。作为所述间隙测量单元，可利用使用激光的位移仪或使用激光的间隙测长仪。

随着喷嘴11的上述移动，从电源14对喷嘴的驱动电极13施加双极性脉冲电压(驱动电压)。由此，喷嘴11内的排出材料15中，电荷往喷嘴11的前端方向开始移动。于是，喷嘴11的前端部中，在排出材料15形成的弯液面40上储蓄电荷，使其周边部的电场强度升高。然后，电场强度超过使排出材料15从喷嘴11排出用的临界点时，喷嘴11将排出材料15排出，使其在绝缘衬底16上射中。这时，作为喷嘴11的驱动电压，在驱动电极13上施加大于等于1Hz的双极性脉冲电压，因而在绝缘衬底16上射中的液体的极性形成正负交替。1次射中的排出时间为小于等于500msec。

接着，说明由静电吸引型流体排出装置对绝缘衬底16的描绘运作中的双极性脉冲电压的频率特性。

图12示出在聚酰亚胺衬底(绝缘衬底16)上将银纳米糊作为排出材料排出时的驱动电压频率与最低排出电压的关系，图13示出驱动电压频率与描绘线条时在绝缘衬底16上的液滴飞散区宽度的关系。

对驱动电极13施加双极性脉冲电压作为驱动电压时，排出材料15的液滴分别随交替施加的正电压和负电压从喷嘴11排出。这时的排出时间根据双极性脉冲电压的频率发生变化，并且在绝缘衬底16上射中的一滴排出材料15的电荷量与该排出时间成正比地变化。

这时，降低双极性脉冲电压的频率，加大每1次射中(1次排出)的电荷量，则如图12所示，最低排出电压(喷嘴11的排出启动电压)升高。这是因为每1次射中的电荷量增加时，在绝缘衬底16上射中的液滴的电荷量(绝缘衬底16的充电量)变大，使绝缘衬底16与喷嘴11之间的电位差减小，从而持续进行稳定排出所需的加到驱动电极13的电压(驱动电压)的值升高。

即，图12中，驱动电压频率低于1Hz时，最低排出电压(排出启动电压)开始升高，这样在驱动电压频率低于1Hz的条件下，如驱动电压是DC偏压(直流电压)时那样，喷嘴11的排出运作开始受绝缘衬底16的充电的影响。

实际上，如图12所示，能确认排出材料对绝缘衬底16上的排出造成的描绘时在绝缘衬底16上的液滴飞散区宽度在驱动电压频率电压1Hz的条件下急剧增大。反之，在驱动电压频率为大于等于1Hz的条件下，能将绝缘衬底16上的液滴飞散区宽度抑制成小于等于50μm，能稳定地形成良好地描绘图像。

综上所述，本实施方式的静电吸引型流体排出装置中，由于将大于等于1Hz的双极性脉冲电压用作加在喷嘴11的驱动电极13上的驱动电压，能抑制绝缘衬底16的充电造成的绝缘衬底16上的液滴飞散区扩大和驱动电压升高。结果，能利用喷嘴11的低电压驱动而且鲜明地对绝缘衬底16形成微细图案。

又，本实施方式中，设对喷嘴11的驱动电极13施加作为驱动电压的双极性脉冲电压，进行了说明，但喷嘴11的排出中需要的驱动电压是加在驱动电极13上的电压与作为对置电极起作用的置物台12之间的电位差。因此，驱动电压可为仅加在置物台12上的电压的组成，或加在置物台12的电压与加在驱动电极13上的电压的合成电压(电位差)的组成。

作为驱动电压的双极性脉冲电压，即便是AC等那样通过速率低的波形，也可利用。

实施方式2

下面，根据附图说明本发明的另一实施方式。

图14(a)和图14(b)是示出作为加在喷嘴11的驱动电极13上的驱动电压的双极性脉冲电压的波形与喷嘴11前端的排出材料15的表面电位的关系的波形图，图14(a)示出喷嘴11不发生排出材料15的排出的情况，图14(b)示出发生该排出的情况。图15是喷嘴11中从驱动电极13供给的电荷积存在喷嘴前端的弯液面上的运作的说明图。图16是示出使用图14(b)的驱动电压(驱动电压频率)时的喷嘴11的排出材料15的排出和不排出的状况的说明图。图17是示出驱动电压频率与最低排出电压的关系的曲线图，图18是示出驱动电压频率与绝缘衬底16上的液滴飞散区宽度的关系曲线图。图19是在大频率范围示出将染色墨汁和银纳米糊用作排出材料15时的驱动电压频率与最低排出电压的关系的曲线图。本实施方式中，省略与上述实施方式的相同部分的说明，仅说明不同的部分。

本实施方式的静电吸引型流体排出装置具有图1所示的组成。此静电吸引型流体排出装置中，对喷嘴11的驱动电极13施加双极性脉冲电压时的电压波形和根据该电压施加积存在喷嘴1前端的排出材料15中的电荷造成的表面电位的关系为图14(a)或图14(b)那样。

即，图14(a)、(b)和图15中，对喷嘴11的驱动电极13施加双极性脉冲电压101时，电荷在排出材料15内从喷嘴11内部的驱动电极13往喷嘴11前端移动，并且在喷嘴11前端的弯液面40上积存该电荷。由此，弯液面的表面电位102一面描绘在上升电位101a和下降电位101b上变成最大的饱和曲线，一面升高。这时，在弯液面的表面电位102达到取得排出需要的驱动力用的最低可排出电位103的时间点，启动喷嘴11的排出材料15的排出。

因此，如图14(a)所示，脉冲在弯液面的表面电位102达不到最低可排出电位103的期间内进行翻转(施加反极性电压)那样的驱动电压频率的情况下，不产生来自喷嘴11的排出材料15的排出。因此，为了进行喷嘴11的排出材料15的排出，需要加大双极性脉冲电压101的振幅或降低驱动电压频率，使双极性脉冲电压101的正电压和负电压各自的施加时间加长。

这里，关注使驱动电压频率降低的情况，则可根据由排出材料15的电传导率σS/m和介电常数ε决定的带电时间常数τ与双极性脉冲电压101的正电压和负电压各自的施加时间T的大小关系，设定喷嘴11有无排出。因此，如图14(b)所示，设定驱动电压频率fHz，使施加时间T大于带电时间常数τ，即将驱动电压频率f设定成满足f≤1/(2τ)，从而能进行喷嘴11的排出材料15的排出。图16与图14(b)的驱动电压(驱动电压频率)对应地示出喷嘴11的排出材料15的排出和不排出的状况。

作为具体例子，对使银纳米糊作为排出材料15排出到聚酰亚胺衬底(绝缘衬底16)上的情况，图17示出驱动电压频率与最低排出电压的关系，图18示出驱动电压频率与绝缘衬底16的液滴飞散区宽度的关系。

图17的结果中，驱动电压频率为约大于等于50Hz时，最低排出电压升高。意味着这是为了使弯液面的表面电位102达到最低可排出电位103，不得不使施加电压(双极性脉冲电压)加大的驱动电压频率条件。即，驱动电压频率为大于等于50Hz时，不满足f≤1/(2τ)的驱动频率条件。

图18的结果中，判明在驱动电压频率为大于等于50Hz的区域，绝缘衬底16上的液滴飞散区变大，绝缘衬底上的描绘图像扰动。也就是说，为了尽量抑制绝缘衬底16上的液滴飞散，以取得鲜明的微细图案，需要用小于等于50Hz的驱动电压频率进行排出。

图19在大频率范围示出将电传导率为10^-4～-6S/cm的染色墨汁和电传导率为10^-7～-9S/cm的银纳米糊用作排出材料15时的驱动电压频率与最低排出电压的关系。即，图19为对银纳米糊将表示低频范围的图12和表示高频范围的图17合成的曲线。

基于图19的驱动电压频率f的较佳范围是1Hz≤f而且f≤1/(2τ)。

综上所述，本实施方式的静电吸引型流体排出装置中，将驱动电压频率f满足f≤1/(2τ)的双极性脉冲电压用作驱动电压，对喷嘴11进行驱动，从而抑制最低排出电压的升高，而且缩小绝缘衬底16上的液滴飞散区，能在绝缘衬底16上形成鲜明的微细图案。

又，本实施方式中，设对喷嘴11的驱动电极13施加作为驱动电压的双极性脉冲电压，进行了说明，但喷嘴11的排出需要的驱动电压是加在驱动电极13上的驱动电压与作为驱动电极起作用的置物台12之间的电位差。因此，驱动电压可为仅对置物台12施加的电压的组成，或加在置物台12的电压与驱动电极13的电压的合成电压(电位差)的组成。

作为驱动电压的双极性脉冲电压，即便是AC等那样的通过速率低的波形也可以用。

实施方式3

下面，根据附图说明本发明又一实施方式。本实施方式的静电吸引型流体排出装置具有图20所示的组成。即，本实施方式的静电吸引型流体排出装置中，用移动装置(移动单元)21驱动置物台12，使其移动。控制装置(控制单元)22控制移动装置21的移动方向、移动速度和移动定时等。控制装置22还控制电源14对喷嘴11的驱动电极13供给的驱动电压的电压值、驱动电压频率和驱动电压的施加定时等。

图21是示出本实施方式的静电吸引型流体排出装置中的置物台12的扫描速度与绝缘衬底16上的液滴飞散区宽度的关系的曲线图。图21示出将银纳米糊作为排出材料15在聚酰亚胺衬底(绝缘衬底16)上进行线条描绘时的排出实验结果。这时的喷嘴直径为约1μm，驱动电压频率为50Hz。通过使置物台12移动，进行喷嘴11与绝缘衬底16(置物台12)的相对移动。

图21的结果中判明：在扫描速度为小于等于10μm/sec的范围中，绝缘衬底16上的液滴飞散区急剧缩小。这意味着将排出材料从喷嘴11排出时，下一射中点(液滴)的位置对已在绝缘衬底16上射中的点(液滴)的位置的偏移量影响绝缘衬底16上的液滴飞散区宽度。

因此，将绝缘衬底16上的液滴飞散区宽度抑制到最小极限方面的理想状态为：对绝缘衬底16扫描速度为零的状态下，即喷嘴11存在于已在绝缘衬底16上射中的液滴上的位置的状态下，按双极性脉冲电压的正电压和负电压将排出材料15交替排出。此状态下，在喷嘴11正下面的位置上总存在电阻低于除电成大致0V的周边绝缘部(绝缘衬底16的表面)的描绘部(射中液滴部)，从而抑制绝缘衬底16上的射中位置的充电。因此，这时，抑制最低排出电压的升高，而且抑制绝缘衬底16上的具有相同极性的电荷的各液滴之间排斥造成的液滴飞散。

与此相反，一面喷嘴11与绝缘衬底16相对移动，一面进行排出材料15的排出，并加快其扫描速度(相对速度)时，形成来自喷嘴11的排出材料15的排出位置略为偏离其前面的射中位置的状态。这时，又受绝缘衬底16上的电位和描绘线条上的电位两者的影响，又进行排出，因而排出稳定性降低，绝缘衬底16上容易发生排出材料15往排出位置周围飞散。

具体而言，图21所示的结果中，作为液滴飞散区宽度变大的临界点的扫描速度(置物台速度)10μm/sec、驱动频率50Hz的条件是指离开前面射中位置0.1μm的位置上射中下一具有相反极性的电荷的液滴的条件。即，在一般驱动扫描频率为f Hz、排出扫描速度vμm/sec的条件下，通过使点间隔v/2f为小于等于0.1μm，能减少绝缘衬底16上的液滴飞散。从上述结果导出双极性脉冲电压的驱动电压频率f Hz与排出扫描速度vμm/sec的关系，则v/2f≤0.1μm，从而f≥5v。

上述条件以描绘的线条宽度和点的之间在1～10μm的范围为佳。

综上所述，本实施方式的静电吸引型流体排出装置中，在将排出材料15的微细液滴排出到绝缘衬底16上进行线条描绘时，将驱动电压频率f Hz和排出扫描速度vμm/sec设定成满足f≥5v，从而能抑制绝缘衬底16上的液滴飞散，形成鲜明的微细图案。

又，本实施方式中，设对喷嘴11的驱动电极13施加作为驱动电压的双极性脉冲电压，进行了说明，但喷嘴11的排出需要的驱动电压是加在驱动电极13上的驱动电压与作为驱动电极起作用的置物台12之间的电位差。因此，驱动电压可为仅对置物台12施加的电压的组成，或加在置物台12的电压与驱动电极13的电压的合成电压(电位差)的组成。

作为驱动电压的双极性脉冲电压，即便是AC等那样的通过速率低的波形也可以用。

又，本实施方式中，设移动装置21使置物台12移动，但使置物台12(绝缘衬底16)与喷嘴11相对移动以在绝缘衬底16上进行描绘即可，因此移动装置21使喷嘴11和置物台12中的至少一方移动即可。

实施方式4

下面，根据附图说明本发明又一实施方式。

本实施方式的静电吸引型流体排出装置具有图1所示的组成。图22是示出本实施方式的静电吸引型流体排出装置中加在喷嘴11的驱动电极13上的驱动电压(双极性脉冲电压)与绝缘衬底16上的液滴飞散区的关系的曲线图。

图22中示出将银纳米糊作为排出材料15在聚酰亚胺衬底(绝缘衬底16)上排出并进行描绘的实验结果。这时的喷嘴直径为约1μm，并使驱动电压频率为50Hz，喷嘴11与绝缘衬底16(置物台12)的相对移动速度(扫描速度)为200μm/sec。此条件下进行排出时，排出间距为2μm，喷嘴直径1μm下排出的射中点直径(射中液滴直径)为约1μm，因而射中状态为点，而非线条。

图22的结果中，随着驱动电压(脉冲施加电压)加大，将排出材料15排出时的绝缘衬底16上的液滴飞散区宽度急剧扩大。这是因为在相同位置上大量射中具有相同极性的电荷的液滴。即，驱动电压变高时，喷嘴11的排出材料15的喷出量变多，该排出量由于在绝缘衬底16上射中时的射中液滴中的同极性电荷之间的排斥，使液滴飞散区扩大。尤其驱动电压超过400V时，飞散区急剧扩大。反之，驱动电压为小于等于400V时，飞散区相对缩小。也就是说，通过使驱动电压为小于等于400V，能进行抑制液滴往周边部飞散的排出。这时，驱动电压的下限值成为例如最低排出电压。

综上所述，本实施方式的静电吸引型流体排出装置中，将微细液体排出到绝缘衬底16上并形成点时，使加在喷嘴11的驱动电极13上的驱动电压为小于等于400V，因而能在绝缘衬底16上抑制液滴往射中点(射中液滴)周边部飞散，并形成鲜明的微细图案。

又，本实施方式中，设对喷嘴11的驱动电极13施加作为驱动电压的双极性脉冲电压，进行了说明，但喷嘴11的排出需要的驱动电压是加在驱动电极13上的驱动电压与作为驱动电极起作用的置物台12之间的电位差。因此，驱动电压可为仅对置物台12施加的电压的组成，或加在置物台12的电压与驱动电极13的电压的合成电压(电位差)的组成。

作为驱动电压的双极性脉冲电压，即便是AC等那样的通过速率低的波形也可以用。

又，以上的实施方式中，液滴飞散区宽度不严格影响描绘的线条的宽度，可当作包含描绘图案区地往其两侧扩大的液滴无用飞散区的整个宽度。

实施方式5

图23示出实施方式5的静电吸引型流体排出装置的组成。所示静电吸引型流体排出装置中，将绝缘衬底16固定在接地的置物台12上。作为绝缘衬底16的类型，表面电阻值为大于等于10¹⁰Ω/sq即可，除聚酰亚胺、丙烯、聚碳酸脂等高分子材料适用外，低湿度环境下的玻璃等也适用。而且，设置电晕充电器30和流体排出头(喷嘴)11，使前端与绝缘衬底16对置。

电晕充电器30中，配置电极线31和对电极线31平行地设在绝缘衬底16侧的缝隙电极32，进而以包围电极线31的方式设置外壳电极33。作为电极线31的材料，使用线径约10～70μm的镍或钨。各电极连接电源，以便能独立施加电压。缝隙电极32与绝缘衬底16之间的距离总保持恒定，其缝隙为100μm～2mm左右。

将流体排出头11形成得前端孔径为φ0.1～20μm左右，并且内部具有驱动电极13。在该驱动电极13上连接电源14，用于以双极性脉冲电压独立进行控制，而且将其频率控制成大于等于1Hz。用希望的排出材料(即排出流体)填充流体排出头11的整个内部。将流体排出头11安放在对其独立驱动的3维机器手中。

接着，说明本实施方式5的静电吸引型流体排出装置的运作。首先，通过使置物台12对电晕充电器30扫描或使电晕充电器30对置物台12扫描，让置物台12和电晕充电器30相对移动，并且在该相对移动期间，由电晕充电器30对绝缘衬底16的衬底表面进行除电。

在绝缘衬底16进行除电时，对电极线31施加约几千伏的AC(交流)电压，使电晕放电发生在电极线31周围。而且，这时，通过将缝隙电极32的电位设定为约零伏，能在绝缘衬底16上供给与绝缘衬底16上充电的电荷50(这里是负电荷)相反的电荷，从而进行绝缘衬底16的除电。

然后，往进行除电后的绝缘衬底16，与希望的图案制作数据对应地进行流体排出头11的流体排出。这时，按流体排出头11与置物台12的相对速度决定流体排出头11的扫描速度。又对流体排出头11的前端作Z轴控制，使其与绝缘衬底16之间总取得30～200μm的恒定间隙。作为间隙控制单元，可利用使用激光的位移仪和缝隙测长仪。

流体排出头11中，为了进行流体排出，从电源14对驱动电极13施加双极性脉冲电压，从而在排出流体内部开始往喷嘴前端方向移动电荷。然后，一面在喷嘴前端部的流体截面(即弯液面)上积存电荷，一面使其周边部的电场强度提高，并且在其电场力超过需要的最小极限排出力的时间点，启动流体排出，使其在绝缘衬底16上射中。

流体排出头11中，为了用双极性脉冲电压对驱动电极13进行驱动，使该流体排出头11排出的流体正负交替地带电。因此，绝缘衬底16上，总射中带有抑制射中点的充电的极性的电荷的流体，能一面抑制绝缘衬底16上的充电，一面进行稳定的排出。

综上所述，本实施方式5的静电吸引型流体排出装置的组成中，预先利用电晕充电器30对绝缘衬底16进行除电后，用双极性脉冲电压驱动进行流体排出，从而不发生绝缘衬底16上的充电造成的排出不稳定。因此，又能抑制排出时的飞散，又能进行鲜明微细图案制作的形成。

实施方式6

图24是示出实施方式6的静电吸引型流体排出装置的组成。对本实施方式6省略与上述实施方式5相同部分的说明，仅说明不同的部分。实施方式5中使用电晕充电器作为除电方法，但本实施方式6使用针状电极。

下面说明图24的静电吸引型流体排出装置的组成。所述静电吸引型流体排出装置中，以前端与绝缘衬底16对置的方式设置除电头34和流体排出头11。除电头34是将前端直径形成φ0.1μm～20μm左右的金属制或涂覆金属的绝缘性的针状结构，并对绝缘衬底16设定成与针前端的间隙为小于等于50μm。除电头34的前端也可连接在绝缘衬底16上。然后，除电头34上连接独立控制电压用的电源35。将除电头34安放在独立进行驱动用的3维机器手中。

接着，说明除电运作。首先，与希望的图案制作数据对应地对除电头34进行XY2维驱动，这时一面使头前端与衬底之间的距离总保持小于等于5μm，一面对头前端供给AC电压，从而发生电晕放电。对除电头34前端施加的电压因前端直径而不同，但只要前端部直径为小于等于φ5μm，振幅为大于等于400V就基本上能除电。然后，由电晕放电产生的除电电荷因除电头34前端与绝缘衬底16之间的电场力而附着在除电头34的正下面。通过一面使除电头34作XY扫描，一面实施这种除电作用，在绝缘衬底16上形成适应希望的图案制作数据的除电部分。

然后，在除电后的部分上，由流体排出头11排出流体，并形成微细图案。这样，与图案制作数据对应地预先使除电头34进行扫描，从而能进行图案制作区上的流体排出头11的稳定流体排出。除电头34由于如实施方式5的电晕充电器那样不需要高电压，能进行成本优势大的低电压驱动器的控制。又由于仅对绝缘衬底16上需要的部分实施除电，可缩短除电中花费的时间。

综上所述，本实施方式6的静电吸引型流体排出装置的组成中，对绝缘衬底16上的希望的图案制作区，预先利用针状除电头34进行除电后，用双极性脉冲电压驱动进行流体排出，从而不发生绝缘衬底16上的充电造成的排出不稳定。因此，又能抑制排出时的飞散，又能进行稳定的微细流体排出，可进行鲜明的微细图案制作的形成。

又，上述说明中，除电头34和流体排出头11分别受到独立驱动，但也可合为一体地驱动它们。

实施方式7

流体排出头11中，加电压的驱动电极13供给的电荷在排出流体中开始往喷嘴前端移动，一面存储在喷嘴前端部，一面形成弯液面。基本上以和喷嘴的孔径大致相同的大小形成该弯液面的直径。

然后，在弯液面积存的电荷所形成的电场力超过排出需要的驱动力的瞬间，启动流体排出头11的流体排出。即，对具有各喷嘴直径的流体排出头11的驱动电极13供给大于等于排出启动电压的电压，则进行流体排出。具体而言，喷嘴直径为φ1～10μm时，排出启动电压为约140V。然后，随着使施加电压变大，能使排出量增加，对与高速扫描对应的大量排出和大直径的点的形成有效。

然而，施加电压超过规定值时，有可能超过大气中放电启动电场。具体而言，因弯液面部的电荷集中而产生的电场强度超过按下面的公式(帕邢曲线计算式)求出的放电启动电场强度时，在喷嘴前端部周边的高电场部分发生空气绝缘破坏造成的放电的可能性高。实际上，在流体排出时发生放电，则产生排出流体飞散，在希望的微细图案周边射中卫星状的微小液滴，成为图像噪声。

E＝4.03×10⁶{1+3.08×10^-2/D^0.54+4.48×10^-7/D^1.41}

E：放电启动电场强度(V/m)

D：喷嘴直径(m)

这里，图25的曲线中，分别对将施加电压取为200V、340V、400V、500V的情况示出喷嘴前端部的喷嘴直径与弯液面部上的电荷集中产生的电场强度的关系。图25的曲线还同时示出由上述帕邢曲线(Paschen曲线)计算式求出的喷嘴直径与放电启动电场强度的关系。

所述图25中，在各施加电压的喷嘴直径-电场强度线图超出根据帕邢曲线计算式求出的喷嘴直径-放电启动电场强度线图的条件下，认为发生流体排出时的大气中放电。

于是，从所述图25判明：本发明静电吸引型流体排出装置中成为对象的喷嘴直径0.01～25μm的条件下，通过使施加电压为小于等于340V，可在确实不发生放电的条件下排出流体。由此，可进行无飞散现象的稳定流体排出，能形成较鲜明的微小图案。从所述图25还判明：喷嘴直径为大于等于16μm或小于等于0.25μm时，用小于等于500V的施加电压可进行不伴随放电的流体排出；喷嘴直径为大于等于7.4μm或小于等于0.65μm时，用小于等于400V的施加电压可进行不伴随放电的流体排出。

综上所述，本实施方式7的组成中，通过预先对绝缘衬底16进行除电，进而用流体排出时的电场强度小于根据帕邢曲线计算式求出的放电启动电场强度的施加电压进行流体排出，能抑制放电造成的往周边部的飞散，可形成较鲜明的微细图案。

再者，上述实施方式5～7中，将加在流体排出头11内部的驱动电极13上的双极性脉冲电压作为驱动电压，进行了说明，但实际上作为驱动力需要的电压是加在头内部的电极210上的信号电压与加在置物台12侧的电压的电位差，因而可仅对置物台侧施加双极性脉冲电压或合成头侧和置物台侧两者的信号。双极性脉冲电压也适用AC等那样通过速率低的波形。

实施方式8

图26示出实施方式8的静电吸引型流体排出装置的组成。所述静电吸引型流体排出装置中，在接地的置物台12上设置绝缘衬底16。而且，将电荷授给头60和流体排出头11设置成前端与绝缘衬底16对置。

电荷授给头60为以φ0.1～5μm形成前端直径的金属制或涂覆金属的绝缘性的针状结构，并设定成针尖端对绝缘衬底16的间隙为小于等于50μm。电荷授给头60的前端可连接在绝缘衬底上。而且，电荷授给头60连接独立进行电压控制用的电源61。将电荷授给头61安放在独立驱动用的3维机器手中。

以前端孔径为φ1～5μm的方式形成流体排出头11，并且其内部具有驱动电极13。该驱动电极13连接独立进行电压控制用的电源14。用希望的排出材料(即排出流体)填充头的整个内部。与电荷授给头60相同，也将流体排出头11安放在进行独立驱动用的3维机器手中。

接着，说明本实施方式8的静电吸引型流体排出装置的运作。首先，电荷授给头60与希望的图案制作数据对应地进行XY2维驱动，但这时一面使电荷授给头60的前端与绝缘衬底16直径的距离总保持小于等于5μm，一面由电源61对电荷授给头60的前端供给电源，使电晕放电发生。

对电荷授给头60的前端施加的电压因其前端直径而不同，但如果前端直径为小于等于φ5μm，则用大于等于400V就可放电。于是，放电的电荷因电荷授给头60的前端与绝缘衬底16之间的电场力而附着在绝缘衬底16上的电荷授给头60的下面，成为附着电荷70。

一面使电荷授给头60作XY扫描，一面实施这种放电作用，从而在绝缘衬底16上形成基于图案制作数据的希望的授给电荷图案。接着，一面从由附着电荷70制作图案的部分的正上面靠近流体排出头11，将头前端与绝缘衬底16的表面的距离保持30～200μm，一面对驱动电极13施加极性与附着电荷70相反的电压，进行流体排出，从而附着电荷70的电场吸引力起作用，能形成较鲜明的微细图案。

又，如图27所示，流体排出时的驱动电压依赖于附着电荷70的表面电位，通过预先使附着电荷量增多，可减小驱动电压。

综上所述，本实施方式8的静电吸引型流体排出装置的组成中，在流体排出前预先对绝缘衬底16在应描绘的部位授给极性与驱动电压极性相反的电荷，从而能降低驱动电压，而且可进行鲜明的微细流体排出的微细图案制作的形成。

实施方式9

图28示出实施方式9的静电吸引型流体排出装置的组成。对本实施方式9省略与上述实施方式8相同的部分的说明，仅说明不同的部分。本实施方式9中，装置组成与上述实施方式8的相同。但是，其不同点为：实施方式8的静电吸引型流体排出装置的情况下，电荷授给头60对绝缘衬底16授给的电荷是极性与流体排出的驱动电压极性相反的电荷，而本实施方式9的情况下，与此相反，授给绝缘衬底16的电荷的极性与流体排出的驱动电压极性相同。

说明实施方式9的运作如下。首先，电荷授给头60根据希望的图案制作数据进行XY2维驱动，但这时进行编程，使电荷授给头60的前端扫描相对于希望的图案制作点偏离几μm～10μm的整个周边位置。然后，一面使电荷授给头60的前端与绝缘衬底16之间的距离总保持小于等于5μm，一面对头前端供给电压，使电晕放电发生。对头前端施加的电压因前端直径而不同，但如果前端直径为小于等于φ5μm，用大于等于400V就基本上开始放电。

然后，放电的电荷因电荷授给头60的前端与绝缘衬底16之间的电场力而附着在绝缘衬底16上，成为附着电荷70。通过一面使电荷授给头60作XY扫描，一面实施这种放电作用，最后能在绝缘衬底16上形成包围希望的图案的周边的附着电荷图案。

接着，一面将流体排出头11靠近电荷图案制作包围的希望的图案部分的正上面，并将头前端与绝缘衬底16表面的距离保持30～200μm，一面在该上面施加极性与附着电荷70相同的电压，进行流体排出。由此，排出的流体在绝缘衬底16上射中前，横向受到附着电荷70的电场排斥力，使液滴往集中到希望图案部分的方向射中，从而能较鲜明地形成其微细图案。

综上所述，本实施方式9的组成中，预先对绝缘衬底16供给极性与流体排出的驱动电压极性相同的附着电荷70，从而横向受到附着电荷70的排斥力，抑制排出流体射中希望点的周边，较鲜明地形成图案，而且通过优化该附着电荷70的射中位置，能使希望图案的线条宽度和点的直径最小。

实施方式10

图29示出实施方式10的静电吸引型流体排出装置的组成。对本实施方式10省略与上述实施方式8和9相同的部分的说明，仅说明不同的部分。

实施方式10中，将感光材料用作绝缘衬底16的材料。而且，作为对所述绝缘衬底16授给电荷的单元，不用实施方式8和9那样的针状电荷授给头，而用能使绝缘衬底16的整个表面均匀带电的电晕充电器等均匀电荷授给系统(未示出)。

作为对整个表面均匀带电的绝缘衬底16按希望图案进行除电的除电机构，设置激光装置62。以电子摄像技术中使用的多面反射镜、fθ透镜、圆柱透镜等构成激光装置62。

接着，说明本实施方式10的运作。首先，由均匀电荷授给系统在绝缘衬底16上均匀地授给电荷。使用电晕放电作为这种电荷授给单元时，可用电晕带电器的缝隙电压控制绝缘衬底16上受供的电荷的表面电位，从而授给希望的电荷量。

然后，通过用激光装置62对均匀授给电荷的感光材料组成的绝缘衬底16仅在希望的图案部分照射激光63，进行除电。这时的激光束直径能缩小到最小5μm左右。因此，与针电极电荷授给方式相比，可形成精度高的除电图案。

然后，与实施方式9相同，一面将流体排出头11靠近授给电荷70包围的希望除电图案部分，并使头前端与绝缘衬底16表面的距离保持30～200μm，一面对该图案部分施加与附着电荷70同极性的电压，进行流体排出，从而横向从附着电荷70接受电场排斥力，能较鲜明的形成微细图案。

实施方式10的组成中，使用有机感光体的绝缘衬底16，并且组合使用均匀带电机构和激光除电机构，从而能对该绝缘衬底形成精度较高的除电图案，可使排出流体不发生排出扰动，准确射中在除电图案上。

实施方式11

图30示出实施方式11的静电吸引型流体排出装置的组成。对本实施方式11省略与上述实施方式8至10相同的部分的说明，仅说明不同的部分。

实施方式11的静电吸引型流体排出装置的基本组成与实施方式9的静电吸引型流体排出装置的组成相同。即，如实施方式9所示那样，用针电极的电晕放电和微细图案电极的接触带电等进行图30所示的电荷供给。但是，实施方式9对希望图案部周边授给极性与加在排出流体上的电压相同的电荷，而本实施方式对希望图案部的非描绘部分授给电荷。

接着，说明本实施方式11的运作。首先，由电晕带电等电荷授给单元(可用图26或图28所示的电荷授给头60等)预先将附着电荷70供给到绝缘衬底20上，利用该附着电荷70形成希望的非描绘图案。然后，又用流体排出头11形成希望的描绘图案，但这时形成非描绘图案的附着电荷70有选择地受到电场排斥力，所以排出流体不能在绝缘衬底上射中。因此，能在描绘图案的间隙形成非描绘图案，而不使流体排出头11内部的驱动电压停止。

即，能在由连续流体排出形成的描绘图案暂时中断的部位形成由所述附着电荷70形成的非描绘图案。

非描绘图案的形成条件考虑附着电荷70造成的绝缘衬底16上的表面电位与流体排出头11所驱动电压的电位差，例如绝缘衬底16为聚酰亚胺时，将该电位差设定成小于330V，则能形成非描绘区。还能根据绝缘衬底16上的表面电位与流体排出头11的驱动电压的电位差的大小，抑制非描绘区的大小。

本实施方式11的组成中，能通过预先在绝缘衬底16上按与流体排出电压相同的极性供给与非描绘区对应的图案的电荷，准确形成非描绘区，而不停止流体排出头11，又能通过控制授给电荷50的表面电位与头的驱动电压之差，控制非描绘区的大小。

实施方式12

图31示出实施方式12的静电吸引型流体排出装置的组成。对本实施方式12省略与上述实施方式8至11相同的部分的说明，仅说明不同的部分。

本实施方式12的静电吸引型流体排出装置，其目的为：对具有已制作图案的导电图案80的绝缘衬底16高精度地进行导电图案80的线条上的叠敷或线条之间的连接用的流体排出。

所述静电吸引型流体排出装置中，进行线条叠敷或线条间连接时，在绝缘衬底16上制作图案的导电图案80的端部配置公共电极81。此公共电极81是静电吸引型流体排出装置备置的，并安放成对绝缘衬底16实施描绘时与导电图案80的端部接触。公共电极81连接电源82，以便能控制电压。

接着，说明实施方式12的运作。如图31所示，从电源82对公共电极81施加电压，进而对流体排出头11施加极性与公共电极81相反的电压时，以对接触公共电极81的导电图案80集中的方式进行流体排出。

这时，公共电极81与流体排出头11的驱动电极13之间的电位差越大，排出往导电图案80上集中的程度越大，在描绘导电图案80上叠敷的排出图案83和导电图案80的连接图案84时尤其有效。

连接各导电图案80时，为了尽量减小连接部分的接触电阻值，最好加大线条重叠部分的面积，使连接部分的排出量略为加大，但可利用对公共电极81施加的电压控制该排出量。

本实施方式12的组成中，通过预先对绝缘衬底20上存在的导电图案80施加电压，能往导电图案80上集中地进行排出，可提高线条叠敷和线条间连接的描绘精度。

再者，上述实施方式8至12中，将加在流体排出头11内部的驱动电极13上的电压作为驱动电压，进行了说明，但实际上作为驱动力需要的电压是加在头11内部的电极13上的信号电压与加在置物台12侧的电压的电位差，所以各电极的信号形态可任意。而且，驱动电压的符号正负均可。

工业上的实用性

能用于在绝缘衬底上描绘导电布线图案的装置和喷墨打印机等。

Claims (23)

1、一种静电吸引型流体排出装置，从驱动电压施加单元往喷嘴与排出处构件之间施加驱动电压，对供给喷嘴内的流体供给电荷，使该流体从喷孔排出到所述排出处构件，其特征在于，

所述喷嘴的孔径为φ0.01μm～φ25μm；

所述驱动电压施加单元输出频率为大于等于1Hz，并且正负两个极性翻转的双极性脉冲电压作为所述驱动电压。

2、一种静电吸引型流体排出装置，从驱动电压施加单元往喷嘴与排出处构件之间施加驱动电压，对供给喷嘴内的流体供给电荷，使该流体从喷孔排出到所述排出处构件，其特征在于，

所述喷嘴的孔径为φ0.01μm～φ25μm；

所述驱动电压施加单元输出正负两个极性翻转的双极性脉冲电压作为所述驱动电压，相对于所述流体的电传导率σS/m和介电常数ε，输出由τ＝ε/σ决定的时间常数τ与驱动电压频率fHz的关系为f≤1/(2τ)的电压。

3、一种静电吸引型流体排出装置，从驱动电压施加单元往喷嘴与排出处构件之间施加驱动电压，对供给喷嘴内的流体供给电荷，使该流体从喷孔排出到所述排出处构件，同时用移动单元使所述喷嘴和排出处构件往与该两者的对置方向正交的方向相对移动，其特征在于，

所述喷嘴的孔径为φ0.01μm～φ25μm；

所述驱动电压施加单元输出频率为大于等于fHz，并且正负两个极性翻转的双极性脉冲电压作为所述驱动电压；

还具有控制单元，该控制单元控制所述驱动电压输出单元和所述移动单元的至少一方，使得所述驱动电压施加单元的驱动电压频率fHz与所述相对移动的相对速度vμm/sec的关系为f≥5v。

4、一种静电吸引型流体排出装置，从驱动电压施加单元往喷嘴与排出处构件之间施加驱动电压，对供给喷嘴内的流体供给电荷，使该流体从喷孔排出到所述排出处构件，同时用移动单元使所述喷嘴和排出处构件往与该两者的对置方向正交的方向相对移动，其特征在于，

所述喷嘴的孔径为φ0.01μm～φ25μm；

所述驱动电压施加单元输出小于等于400V的正负两个极性翻转的双极性脉冲电压作为所述驱动电压。

5、一种静电吸引型流体排出方法，从驱动电压施加单元往喷嘴与排出处构件之间施加驱动电压，对供给喷嘴内的流体供给电荷，使该流体从喷孔排出到所述排出处构件，其特征在于，

所述喷嘴的孔径为φ0.01μm～φ25μm；

所述驱动电压为大于等于1Hz，并且正负两个极性翻转的双极性脉冲电压。

6、一种静电吸引型流体排出方法，从驱动电压施加单元往喷嘴与排出处构件之间施加驱动电压，对供给喷嘴内的流体供给电荷，使该流体从喷孔排出到所述排出处构件，其特征在于，

所述喷嘴的孔径为φ0.01μm～φ25μm；

所述驱动电压为正负两个极性翻转的双极性脉冲电压，相对于所述流体的电传导率σS/m和介电常数ε，输出由τ＝ε/σ决定的时间常数τ与驱动电压频率fHz的关系为f≤1/(2τ)的电压。

7、一种静电吸引型流体排出方法，从驱动电压施加单元往喷嘴与排出处构件之间施加驱动电压，对供给喷嘴内的流体供给电荷，使该流体从喷孔排出到所述排出处构件，同时用移动单元使所述喷嘴和排出处构件往与该两者的对置方向正交的方向相对移动，其特征在于，

所述喷嘴的孔径为φ0.01μm～φ25μm；

所述驱动电压施加单元输出频率为大于等于fHz，并且正负两个极性翻转的双极性脉冲电压作为所述驱动电压；

控制驱动电压频率和相对移动速度的至少一方，使得所述驱动电压频率fHz与所述相对移动的相对速度vμm/sec的关系为f≥5v。

8、一种静电吸引型流体排出方法，从驱动电压施加单元往喷嘴与排出处构件之间施加驱动电压，对供给喷嘴内的流体供给电荷，使该流体从喷孔排出到所述排出处构件，同时用移动单元使所述喷嘴和排出处构件往与该两者的对置方向正交的方向相对移动，其特征在于，

所述喷嘴的孔径为φ0.01μm～φ25μm；

所述驱动电压为小于等于400V的正负两个极性翻转的双极性脉冲电压。

9、一种静电吸引型流体排出装置，利用静电吸引使因施加电压而带电的排出流体从流体排出头的喷嘴的流体喷孔，射中衬底，从而在该衬底表面形成排出流体的描绘图案，其特征在于，

所述喷嘴的流体喷孔，其喷孔直径为0.01～25μm，同时所述衬底是绝缘衬底，并且具有

在对该绝缘衬底排出流体前，去除该绝缘衬底表面的电荷的除电单元；以及

用正负双极性脉冲电压，对除电的绝缘衬底进行流体排出的流体排出单元。

10、如权利要求9中所述的静电吸引型流体排出装置，其特征在于，

所述除电单元按规定图案，进行绝缘衬底的除电。

11、如权利要求9中所述的静电吸引型流体排出装置，其特征在于，

所述流体排出单元用流体排出时对弯液面部的电荷集中产生的电场强度小于按Paschen曲线计算式求出的放电启动电场强度的施加电压，进行流体排出。

12、如权利要求11中所述的静电吸引型流体排出装置，其特征在于，

所述流体排出单元用小于等于340V的施加电压，进行流体排出。

13、如权利要求11中所述的静电吸引型流体排出装置，其特征在于，

所述喷嘴的流体喷孔，其喷孔直径为大于等于16μm或小于等于0.25μm；

所述流体排出单元用小于等于500V的施加电压，进行流体排出。

14、如权利要求11中所述的静电吸引型流体排出装置，其特征在于，

所述喷嘴的流体喷孔，其喷孔直径为大于等于7.4μm或小于等于0.65μm；

所述流体排出单元用小于等于400V的施加电压进行流体排出。

15、一种静电吸引型流体排出方法，利用静电吸引使因施加电压而带电的排出流体从流体排出头的喷嘴的流体喷孔，射中衬底，从而在该衬底表面形成排出流体的描绘图案，其特征在于，

所述喷嘴的流体喷孔，其喷孔直径为0.01～25μm，同时所述衬底是绝缘衬底，并且

在对该绝缘衬底排出流体前，去除该绝缘衬底表面的电荷，

用正负双极性脉冲电压，对除电的绝缘衬底进行流体排出。

16、一种静电吸引型流体排出装置，利用静电吸引使因施加电压而带电的排出流体从流体排出头的喷嘴的流体喷孔，射中衬底，从而在该衬底表面形成排出流体的描绘图案，其特征在于，

所述喷嘴的流体喷孔，其喷孔直径为0.01～25μm，同时所述衬底是绝缘衬底，并且具有

按规定的图案，对该绝缘衬底的表面授给电荷的电荷授给单元。

17、如权利要求16中所述的静电吸引型流体排出装置，其特征在于，

所述电荷授给单元对由感光材料组成的绝缘衬底授给电荷，并且具有

使所述绝缘衬底的表面均匀带电的均匀带电单元、以及

按规定图案对均匀带电的所述绝缘衬底的表面进行激光照射，并且进行激光照射部位的除电的除电单元。

18、一种静电吸引型流体排出装置，利用静电吸引使因施加电压而带电的排出流体从流体排出头的喷嘴的流体喷孔，射中衬底，从而在该衬底表面形成排出流体的描绘图案，其特征在于，

所述喷嘴的流体喷孔，其喷孔直径为0.01～25μm，同时所述衬底是绝缘衬底，并具有可配置成接触将导电材料制成图案的该绝缘衬底且在流体排出时对该绝缘衬底上的导电部施加电压的电压施加单元。

19、一种描绘图案形成方法，其中静电吸引型流体排出装置利用静电吸引使因施加电压而带电的排出流体从流体排出头的喷嘴的流体喷孔，射中衬底，从而在该衬底表面形成排出流体的描绘图案，其特征在于，

所述喷嘴的流体喷孔，其喷孔直径为0.01～25μm，同时所述衬底是绝缘衬底，并且

在排出流体排出前，预先对该绝缘衬底在应形成描绘图案的部位授给极性与使排出流体带电用的驱动电压极性相反的电荷，从而形成电荷图案；

通过在所述电荷图案上进行流体排出，形成排出流体的描绘图案。

20、一种描绘图案形成方法，是利用静电吸引型流体排出装置的描绘图案形成方法，该静电吸引型流体排出装置利用静电吸引，使因施加电压而带电的排出流体从流体排出头的喷嘴的流体喷孔，射中衬底，从而在该衬底表面形成排出流体的描绘图案，其特征在于，

所述喷嘴的流体喷孔，其喷孔直径为0.01～25μm，同时所述衬底是绝缘衬底，并且

在排出流体排出前，预先对该绝缘衬底在应形成描绘图案的部位授给极性与使排出流体带电用的驱动电压极性相同的电荷，从而形成电荷图案；

通过在所述电荷图案包围的描绘图案形成区上进行流体排出，形成排出流体的描绘图案。

21、如权利要求20中所述的描绘图案形成方法，其特征在于，

使用由感光材料组成的绝缘衬底；

使所述绝缘衬底的表面均匀带电后，对均匀带电的绝缘衬底的表面按规定图案进行激光照射，并且进行激光照射部位的除电，从而形成所述电荷图案。

22、一种描绘图案形成方法，是利用静电吸引型流体排出装置的描绘图案形成方法，该静电吸引型流体排出装置利用静电吸引，使因施加电压而带电的排出流体从流体排出头的喷嘴的流体喷孔，射中衬底，从而在该衬底表面形成排出流体的描绘图案，其特征在于，

所述喷嘴的流体喷孔，其喷孔直径为0.01～25μm，同时所述衬底是绝缘衬底，并且

在排出流体排出前，预先对该绝缘衬底在不形成描绘图案的非描绘区授给极性与使排出流体带电用的驱动电压极性相同的电荷，从而形成电荷图案；

形成描绘图案，即使在所述非描绘区上也不停止对所述流体排出施加电压。

23、一种描绘图案形成方法，是利用静电吸引型流体排出装置的描绘图案形成方法，该静电吸引型流体排出装置利用静电吸引，使因施加电压而带电的排出流体从流体排出头的喷嘴的流体喷孔，射中衬底，从而在该衬底表面形成排出流体的描绘图案，其特征在于，

所述喷嘴的流体喷孔，其喷孔直径为0.01～25μm，同时所述衬底是绝缘衬底，并且

在已形成该绝缘衬底的导电材料的第1描绘图案的状态下，从第1描绘图案上进一步形成第2描绘图案时，一面对形成第1描绘图案的导电部施加电压，一面形成第2描绘图案。

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