CN1988963B - 液体排出装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的液体排出装置(20)将带电溶液的液滴排出到基材(K)；其中：具有液体排出头(26)、溶液供给单元(29)、及排出电压施加单元(25)；该液体排出头(26)从内径100μm以下的喷嘴(21)的前端部(21a)排出液滴；该溶液供给单元(29)将溶液供给到喷嘴(21)内；该排出电压施加单元(25)将排出电压施加到喷嘴(21)内的溶液。在液体排出装置(20)中，喷嘴(21)从与基材对置的喷嘴板(26c)上的喷嘴面(26e)朝液滴的排出方向突出；喷嘴(21)的高度在30μm以下。

Description

液体排出装置
技术领域
本发明涉及一种将带电的溶液的液滴排出到基材的静电式的液体排出装置。
背景技术
过去，作为将溶液以液滴形式排出到对象物的技术，已知所谓的静电式液体排出技术，该静电式液体排出技术使喷嘴内的溶液带电，而且在对象物与喷嘴间形成电场，将带电的溶液作为液滴从喷嘴的前端部排出到对象物。该静电式液体排出技术将油墨、导电性糊膏适用作排出用溶液，在记录介质上由微小的点形成高质量的图像，或在基板上形成超微细的配线图案。
可是，在排出导电性溶液的通常的液体排出装置(液体排出用头)中，使喷嘴从其支承构件(喷嘴板等)稍突出，利用该喷嘴前端部的电场集中作用，所以，对于溶液的排出性能，喷嘴成为极重要的部位。作为这样的喷嘴的一例，在专利文献1公开了由硅氧化物构成的突出量为10～400μm的喷嘴(15)，另外，在专利文献2中，公开了通过切削加工形成的板状、等腰三角形的喷嘴(油墨排出部16)。
专利文献1：日本特开2003-311944号公报(段落编号0033，参照图3)
专利文献2：日本特开2003-39682号公报(段落编号0014，参照图1)。
然而，在上述那样的使电场集中到喷嘴前端部的方式的液体排出装置中，由于喷嘴从其支承构件突出，所以，在溶液的稳定排出动作中作为重要因素的清洁时的擦拭(由橡胶制刮板等对形成了喷嘴的面进行擦拭的操作)变得困难，维护保养性存在问题，存在排出性能下降的可能性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可容易进行清洁时的擦拭、排出性能优良的液体排出装置。
用于解决上述问题的本发明的一个形式为将带电的溶液的液滴排出到基材的液体排出装置；其特征在于：
具有液体排出头、溶液供给单元、及排出电压施加单元；该液体排出头具有内径100μm以下的喷嘴，从上述喷嘴的前端部排出液滴；该溶液供给单元将溶液供给到上述喷嘴内；该排出电压施加单元将排出电压施加到上述喷嘴内的溶液；
上述喷嘴从喷嘴面朝液滴的排出方向突出；
上述喷嘴的高度在30μm以下。
附图说明
图1为液体排出装置的截面图。
图2为示出喷嘴的截面透视图。
图3(A)、(B)为示出图2的流路变型例的截面透视图。
图4为示出溶液排出状态与施加于溶液的电压的关系的说明图，图4(A)为示出不进行排出的状态的图，图4(B)为示出排出状态的图。
图5为排出电压和压电元件的驱动电压的时序图。
图6为示出代替图1和图2的喷嘴板和喷嘴的变型例的图，图6(A)为截面图(上段)和平面图(下段)，图6(B)为示出(A)的变型例的截面图。
图7(A)～(E)为示出图6的喷嘴、槽及流路的变型例的截面图。
图8为示出喷嘴的外径与电场强度的一般关系的图。
图9为示出构成喷嘴的材料的电导率与电场强度的一般关系的图。
图10为示出喷嘴的流路长度与电场强度的一般关系的图。
图11为示出施加于压电元件的施加电压的波形的一例的图。
具体实施方式
本发明的上述问题由以下构成实现。
(1)一种液体排出装置，将带电溶液的液滴排出到基材；其特征在于：具有液体排出头、溶液供给单元、及排出电压施加单元；
该液体排出头具有内径100μm以下的喷嘴，从上述喷嘴前端部排出液滴；
该溶液供给单元将溶液供给到上述喷嘴内；
该排出电压施加单元将排出电压施加到上述喷嘴内的溶液；
上述喷嘴从喷嘴面朝液滴的排出方向突出；
上述喷嘴的高度在30μm以下。
(2)在记载于上述(1)项的液体排出装置中，具有这样的特征：
上述喷嘴的高度在3μm以上，不到10μm。
(3)一种液体排出装置，将带电溶液的液滴排出到基材；其特征在于：具有液体排出头、溶液供给单元、及排出电压施加单元；
该液体排出头具有内径100μm以下的喷嘴，从上述喷嘴前端部排出液滴；
该溶液供给单元将溶液供给到上述喷嘴内；
该排出电压施加单元将排出电压施加到上述喷嘴内的溶液；
在上述喷嘴的周边形成凹部。
(4)在记载于上述(3)项的液体排出装置中，具有这样的特征：
上述凹部的宽度为3～1000μm。
(5)在记载于上述(3)项的液体排出装置中，具有这样的特征：
上述凹部的宽度为10～100μm。
(6)在记载于上述(3)～(5)中任何一项的液体排出装置中，具有这样的特征：
上述凹部的深度为1～30μm。
(7)在记载于上述(3)～(6)中任何一项的液体排出装置中，具有这样的特征：
上述凹部的深度与上述喷嘴的高度相同。
(8)在记载于上述(3)～(6)中任何一项的液体排出装置中，具有这样的特征：
上述凹部的深度比上述喷嘴的高度大。
(9)在记载于上述(8)项的液体排出装置中，具有这样的特征：
上述凹部的深度比上述喷嘴的高度大1～20μm。
(10)在记载于上述(1)～(9)中任何一项的液体排出装置中，具有这样的特征：
形成于上述喷嘴内部的流路的流路长度为75μm以上，而且构成上述喷嘴的材料的电导率为10-13S/m以下。
(11)在记载于上述(1)～(10)中任何一项的液体排出装置中，具有这样的特征：
形成于上述喷嘴内部的流路的流路长度为100μm以上。
(12)在记载于上述(1)～(11)中任何一项的液体排出装置中，具有这样的特征：
构成上述喷嘴的材料的电导率为10-14S/m以下。
(13)在记载于上述(1)～(12)中任何一项的液体排出装置中，具有这样的特征：
上述喷嘴的表面受到疏水处理。
(14)在记载于上述(1)～(13)中任何一项的液体排出装置中，具有这样的特征：
形成于上述喷嘴内部的流路的内面受到疏水处理。
(15)在记载于上述(1)～(14)中任何一项的液体排出装置中，具有这样的特征：
具有隔着上述基材与上述喷嘴对置的对置电极，
上述对置电极呈平板形状或鼓形。
(16)在记载于上述(1)～(15)中任何一项的液体排出装置中，具有这样的特征：
上述喷嘴的内径为30μm以下。
(17)在记载于上述(1)～(16)中任何一项的液体排出装置中，具有这样的特征：
上述喷嘴的内径为10μm以下。
(18)在记载于上述(1)～(17)中任何一项的液体排出装置中，具有这样的特征：
上述喷嘴的内径为4μm以下。
(19)在记载于上述(1)～(18)中任何一项的液体排出装置中，具有这样的特征：
上述喷嘴的内径为0.1μm以上，不到1μm。
在(1)、(2)、(10)～(19)项的构成中，喷嘴高度被降低到30μm以下，所以，清洁时擦拭构件难以挂到喷嘴。为此，容易进行清洁时的擦拭，可防止将喷嘴挂坏，或当挂到喷嘴时将擦拭构件的一部分作为残渣附着到喷嘴，从而可良好地维持喷嘴的排出性能。
在(3)～(9)、(10)～(19)项的构成中，由于在喷嘴的周边形成凹部，所以，在清洁时，擦拭构件的推压力的一部分作用于凹部的内壁，减轻了作用于喷嘴的擦拭构件的推压力，擦拭构件不易挂到喷嘴。为此，容易进行清洁时的擦拭，可防止将喷嘴挂坏，或当挂到喷嘴时将擦拭构件的一部分作为残渣附着到喷嘴，从而可良好地维持喷嘴的排出性能。
下面，参照附图说明用于实施本发明的最佳形式。但是，发明范围不限于图示例。
(液体排出装置的整体构成)
图1为本发明液体排出装置20的截面图。
液体排出装置20具有液体排出头26、对置电极23、溶液供给单元29、排出电压施加单元25、凸状弯液面形成单元40、及动作控制单元50；该液体排出头26具有超微细径的喷嘴21，该喷嘴21从其前端部21a排出可带电的溶液的液滴；该对置电极23支承基材K，该基材K与喷嘴21的前端部21a对置，由其对置面接受液滴的弹落；该溶液供给单元29将溶液供给到喷嘴21内的流路22中；该排出电压施加单元25对喷嘴21内的溶液施加电压；该凸状弯液面形成单元40形成喷嘴21内的溶液从该喷嘴21的前端部21a隆起成凸状的状态；该动作控制单元50控制凸状弯液面形成单元40的驱动电压的施加和排出电压施加单元25对排出电压的施加。
喷嘴21相对液体排出头26设有多个，各喷嘴21在同一平面上按朝同一方向的状态设置。与此相随，溶液供给单元29对各喷嘴21形成于液体排出头26，另外，凸状弯液面形成单元40也对各喷嘴21设于液体排出头26。另一方面，排出电压施加单元25和对置电极23仅为一个，相对各喷嘴21共用地使用。
在图1中，为了方便说明，喷嘴21的前端部21a朝上方，以在喷嘴21上方配置对置电极23的状态进行了图示，但实际上，喷嘴21在朝水平方向或其下方(最好朝垂直下方)的状态下使用。另外，由相对地对液体排出头26与基材K进行移动位置确定的图中未示出的定位单元分别输送液体排出头26和基材K，由此可将从液体排出头26的各喷嘴21排出的液滴弹落于基材K表面上的任意位置。
(喷嘴)
上述各喷嘴21与后述喷嘴板26c一起一体形成，从该喷嘴板26c的平板面(图1中示出喷嘴板26c的上面，以下称“喷嘴面26e”)朝液滴排出方向垂直地突出。在液滴排出时，各喷嘴21相对基材K的接受面(液滴弹落的面)朝着垂直方向使用。
在各喷嘴21的内部形成从其前端部21a沿喷嘴21中心贯通的流路22。流路22与后述的溶液室24连通，从该溶液室24将溶液引导至喷嘴21的前端部21a。在各喷嘴21的前端部21a的表面和流路22的内面实施疏水处理，可使得由喷嘴21的前端部21a形成的凸状弯液面的曲率半径总为更接近喷嘴21内径的值。
下面更详细地说明各喷嘴21。
图2为用于详细说明喷嘴21的截面透视图。
如图2所示那样，当设喷嘴21的内径为In、喷嘴21的外径为Out时，各喷嘴21呈内径In和外径Out一定的圆筒状。当喷嘴的内径变大时，与内径相应，射出液滴的直径变大。当内径超过100[μm]时，不适于利用微小点的高质量的图像形成、微细配线图案的形成，不符合本发明的目的。因此，各喷嘴21的内径In在100[μm]以下，如在30[μm]以下则较理想，如在10[μm]以下则更好，如在4[μm]以下则更理想，如在0.1[μm]以上、不到1[μm]则尤为理想。
当设喷嘴21的高度为H时，各喷嘴21的高度H在30[μm]以下，最好在3[μm]以上、不到10[μm]。在公知的静电式液体排出装置中，通过在喷嘴与对置电极间形成电场以及使溶液带电，从而在喷嘴的前端部的端面作用溶液浸润展开的力(电浸润)，所以，发生溶液的渗出现象，不能将电场集中于喷嘴的前端部，结果，存在导致排出不良的可能性，但在本发明的液体排出装置20中，由于喷嘴的高度H在30[μm]以下，其突出量非常微小，所以，可有效地抑制溶液的渗出现象。另外，作为可实现该效果的喷嘴21的高度H，最低也需要3[μm]。
由于电场强度受到形成于喷嘴前端的弯液面的外径的影响，所以，在溶液不漏到喷嘴前端部展宽、弯液面外形与喷嘴内径一致的场合(情形1)，电场强度受喷嘴内径影响。另外，在由电浸润现象等使溶液漏到喷嘴前端部展宽的场合(情形2)，由于将喷嘴外形作为基部形成弯液面，所以，电场强度受喷嘴外形影响。符合哪一种情形随使用的溶液的物性等而变，图8为示出受外径影响的场合(情形2)的电场强度与外径的关系的曲线图。
对于各喷嘴21，外径Out越小，则电场强度越大(参照图8)，容易排出溶液，但另一方面，内径In越小，则流路阻力(在流路22中作用于溶液的阻力)越大，变得不易排出溶液。为此，各喷嘴21的厚度越小越好，需要在比加工上的实用性更现实的范围设定其厚度。具体地说，当设各喷嘴21的平均厚度为T时，各喷嘴21的平均厚度T最好满足下式(11)的条件，如满足下述式(12)的条件的则更好。
T＝(Out-In)/2≤1(μm)...(11)
T＝(Out-In)/2≤0.5(μm)...(12)
各喷嘴21并不是必须要外径Out与内径In为一定，外径Out和内径In的至少一方也可朝对置电极23以锥状形成。在该场合，各喷嘴21的外径Out在该喷嘴21与中央部的外径相当，各喷嘴21的平均厚度T根据该喷嘴21中央部的外径Out和内径In计算，其条件最好满足上述式(11)，如满足上述式(12)则更理想。
另外，关于流路22的通到后述的溶液室24的端部，如图3(A)所示那样，流路22的后述的溶液室24侧的端部截面形状可带有圆角，也可如图3(B)所示那样，仅流路22的后述的溶液室24侧的端部形成为锥形周面形状，同时，该锥形周面的前端部21a侧的内径In形成为一定的直线状。
(溶液供给单元)
各溶液供给单元29具有溶液室24、供给通道27、及图中未示出的供给泵；该溶液室24在液体排出头26的内部设于对应的喷嘴21的基端部侧，同时，与流路22连通；该供给通道27从图中未示出的外部溶液槽将溶液引导至溶液室24；该供给泵对溶液室24施加溶液的供给压力。
上述供给泵将溶液供给到喷嘴21的前端部21a，在凸状弯液面形成单元40的非工作时，即排出电压施加单元40的非工作时，维持不从各喷嘴21的前端部21a露出到外部的范围(不形成凸状弯液面的范围)的供给压力，进行溶液的供给。
上述供给泵也可还包含利用由液体排出头26与供给槽的配置位置获得的差压的场合，不另行设置溶液供给单元，仅由溶液供给通道构成。虽然也随泵系统的设计而变，但基本上开始时当将溶液供给到液体排出头26时工作，从液体排出头26排出液体，与此相应的溶液的供给通过实现由毛细管和凸状弯液面形成单元40产生的液体排出头26内的容积变化和供给泵的各压力的最佳化，而实施溶液的供给。
(排出电压施加单元)
排出电压施加单元25具有排出电压施加用的排出电极28和脉冲电压电源30；该排出电极28设于液体排出头26内部的、溶液室24与流路22的边界位置；该脉冲电压电源30施加瞬间上升的脉冲电压，作为对该排出电极28的排出电压。虽然详细情况在后面说明，但液体排出头26具有形成各喷嘴21的层及形成各溶液室24和供给通道27的层，在这些层的边界整个面设置排出电极28。这样，单一的排出电极28与所有溶液室24内的溶液接触，通过对单一的排出电极24施加排出电压，从而可使被引导至所有溶液室24的溶液带电。
由脉冲电压电源30产生的排出电压施加这样的范围的电压地设定其值，在该范围，可在由凸状弯液面形成单元40将溶液的凸状弯液面形成于喷嘴21的前端部21a的状态下排出溶液。由该脉冲电压电源30施加的排出电压理论上根据下式(1)求出。
[式1]
h γπ ϵ 0 d > V > γkd 2 ϵ 0 - - - ( 1 )
在式(1)中，γ：溶液的表面张力(N/m)，ε0：真空介电常数(F/m)，d：喷嘴直径(m)，h：排出基材间距离(m)，k：依存于喷嘴形状的比例常数(1.5＜k＜8.5)。
上述式(1)所示条件为理论值，实际上也可进行凸状弯液面形成时和非形成时的试验，求出适当的电压值。在本实施形式中，作为一例，将排出电压设为400[V]。
(液体排出头)
液体排出头26具有柔性基底层26a、绝缘层26d、流路层26b、及喷嘴板26c；该柔性基底层26a在图1中位于最下层，由具有柔性的材料(例如金属、硅、树脂等)构成；该绝缘层26d由形成于该柔性基底层26a上面整体的绝缘材料构成；该流路层26b形成位于其上的溶液供给通道；该喷嘴板26c形成于该流路层26b更上面。上述排出电极28插于流路层26b与喷嘴板26c间。
上述柔性基底层26a如上述那样为具有柔性的材料即可，例如也可使用金属薄板。这样要求柔性，是为了在柔性基底层26a外面的、与溶液室24对应的位置设置后述的凸状弯液面形成单元40的压电元件41，使柔性基底层26a挠曲。即，通过对压电元件41施加预定电压，使柔性基底层26a在上述位置朝内侧和外侧都可凹下，从而缩小或增加溶液室24的内部容积，可由内压变化将溶液的凸状弯液面形成于喷嘴21的前端部21a，或将液面拉入到内侧。
在柔性基底层26a的上面形成将绝缘性高的树脂形成为膜状的绝缘层26d。绝缘层26d不妨碍柔性基底层26a凹下地形成得足够薄，或使用更容易变形的树脂材料。
在绝缘层26d上形成绝缘树脂层。该绝缘树脂层这样形成，即，先形成可溶解的树脂层，同时，仅将用于形成供给通道27和溶液室24的、按照预定图案的部分留下，将其它部分除去，在除了该残存部以外的被除去的部分形成该绝缘树脂层，该绝缘树脂层成为流路层26b。然后，在该绝缘树脂层上面以面状具有宽度地通过导电材料(例如NIP)的电镀形成排出电极28，然后在其上形成绝缘性的抗蚀剂树脂层或聚对亚苯基二甲基层。该抗蚀剂树脂层成为喷嘴板26c，所以，该树脂层按考虑了喷嘴21的高度的厚度形成。然后，由电子束法或飞秒激光对该绝缘性的抗蚀剂树脂层进行曝光，形成喷嘴形状。流路22也通过激光加工形成。然后，除去按照供给通道27和溶液室24的图案的可溶解的树脂层，这些供给通道27和溶液室24开孔，完成液体排出头26。
喷嘴板26c和喷嘴21具体地说最好由电导率低的材料构成。在液体排出装置20中，各喷嘴21的高度H低到30[μm]以下，所以，流路22的电场集中变弱，静电吸引力下降，但当将电导率低的材料适用作构成喷嘴21的材料时，可在降低了喷嘴21的高度H的状态下提高流路22的电场集中。
为了获得流路22中的所期望的电场集中效果，各喷嘴21最好由电导率10-13S/m以下(如为10-14S/m以下则更理想)的材料构成(参照图9)，作为这样的材料，可列举出石英玻璃、聚酰亚胺、4氟化乙烯树脂、聚乙烯、酚醛树脂、环氧树脂、聚丙烯树脂、氟树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(PET)、聚2，6-奈二甲酸乙酯树脂(PEN)、聚酯树脂等树脂、陶瓷等。由上述材料构成的各喷嘴21相应于其材质，可通过干式腐蚀、注射成形、热压花、压印、激光加工、干膜的光刻、电铸、电沉积等方法形成，也可组合这些方法中的2种或2种以上的方法形成。
另外，喷嘴21和喷嘴板26c也可由上述材料以外的Si那样的半导体、Ni、SUS等导体构成。在由导体形成喷嘴板26c和喷嘴21的场合，最好至少在喷嘴21的前端部21a的端面设置由绝缘材料的被覆膜，如在前端部21a的周面设置由绝缘材料形成的被覆膜则更理想。这是因为，通过由绝缘材料形成喷嘴21或在前端部21a的表面形成绝缘材料被覆膜，可在相对溶液施加排出电压时有效地抑制从喷嘴21的前端部21a到对置电极23的电流泄漏。
另外，关于形成于喷嘴21和喷嘴板26c内部的流路22，该流路22从喷嘴21的前端部21a到达溶液室24，但其流路长度L(参照图2)根据在喷嘴21的前端部21a的与电场强度的关系，最好在75μm以上，如为100μm以上则更理想(参照图10)。作为喷嘴21的流路长度L的上限，由于流路长度L越长，则流路22的压力损失越大，越不容易从喷嘴21排出溶液，所以，需要根据要排出的溶液的粘度等相对地决定。
(对置电极)
对置电极23为呈平板形状的电极，具有与喷嘴21的突出方向垂直的对置面，沿该对置面对基材K进行支承。从喷嘴21的前端部21a到对置电极23的对置面的距离最好在500[μm]以下，如在100[μm]以下则更理想，作为一例，设定为100[μm]。另外，对置电极23接地，总是维持接地电位。因此，产生于喷嘴21的前端部21a与对置电极23的对置面间的电场形成的静电力将排出的液滴引导至对置电极23侧。
液体排出装置20通过喷嘴21的超微细化在该喷嘴21的前端部21a产生电场集中，由此提高电场强度，从而进行液滴的排出，所以，即使没有对置电极23的引导，也可进行液滴的排出，但最好由喷嘴21与对置电极23间的静电力进行引导。另外，也可由对置电极23的接地使带电的液滴的电荷逃逸。另外，对置电极23不一定非要为平板形状，例如也可呈鼓形。
(凸状弯液面形成单元)
各凸状弯液面形成单元40具有作为压电元件的压电元件41和驱动电压电源42；该压电元件41在液体排出头26的柔性基底层26a的外侧面(图1的下面)设于与溶液室24对应的位置；该驱动电压电源42为了使该压电元件41变形，施加可在瞬间上升的驱动脉冲电压。
压电元件41安装于该柔性基底层26a，接受驱动脉冲电压的施加，使柔性基底层26a向朝内侧或外侧凹下的方向产生变形。
驱动电压电源42在动作控制单元50的控制下，输出用于由压电元件41产生适当的溶液室24容积减少的、适当值的驱动脉冲电压(例如10[V])，以从流路22内的溶液在喷嘴21的前端部21a不形成凸状的弯液面的状态(参照图4(A))成为以凸状形成弯液面的状态(参照图4(B))。
为了在喷嘴21的前端部21a形成弯液面而施加于压电元件41的施加电压不限于图4(B)所示电压，也可为具有图11所示那样的各种波形的施加电压。
(溶液)
在由上述液体排出装置20排出的溶液的例子中，作为无机液体，可列举出水、COCl2、HBr、HNO3、H3PO4、H2SO4、SOCl2、SO2Cl2、FSO3H等。作为有机液体，可列举出甲醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、2-甲基-1-丙醇、叔丁醇、4-甲基-2-戊醇、苄醇、α-萜品醇、乙二醇、丙三醇、二甘醇、三甘醇等醇类；苯酚、o-甲酚、m-甲酚、p-甲酚等酚类；二
Figure 058249530_0
烷、糠醇、乙二醇二甲基醚、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、环氧氯丙烷等醚类；丙酮、甲基乙基酮、2-甲基-4-戊酮、乙醯苯等酮类；甲酸、乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸等脂肪酸类；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、安息香酸甲酯、丙二酸二乙酯、苯二甲酸二甲酯、苯二甲酸二乙酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、溶纤剂乙酸酯、丁基卡必醇乙酸酯、乙酰乙酸乙酯、氰基乙酸甲酯、氰基乙酸乙酯等酯类；硝基甲烷、硝基苯、乙醯腈、丙腈、琥珀腈、戊腈、苯甲腈、乙基胺、二乙基胺、乙烯二胺、苯胺、N-甲基苯胺、N，N-二甲基苯胺、o-甲苯胺、p-甲苯胺、哌啶、吡啶、α-皮考啉、2，6-二甲基吡啶、喹啉、丙烯二胺、甲酰胺、N-甲基甲酰胺、N，N-二甲基酰胺、N，N-二乙基甲酰胺、乙酰酰胺、N-甲基乙酰酰胺、N-甲基二乙基甲酮酰胺、N，N，N’，N’-四甲基尿素、N-甲基吡咯烷酮等含氮化合物类；二甲亚砜、环丁砜等含硫化合物类；苯、p-伞花烃、萘、环己基苯、环乙烯等烃类；1，1-二氯代乙烷、1，2-二氯代乙烷、1，1，1-三氯代乙烷、1，1，1，2-四氯代乙烷、1，1，2，2-四氯代乙烷、五氯代乙烷、顺式1，2-二氯代乙烯、四氯代乙烯、2-氯代丁烷、1-氯代-2-甲基丙烷、2-氯代-2-甲基丙烷、溴代甲烷、三溴代甲烷、1-溴代丙烷等卤化烃类等。另外，也可将上述各液体混合二种或二种以上用作溶液。
另外，在将包含许多高电导率物质(银粉等)的那样的导电性糊膏用作溶液、进行排出的场合，作为溶解或分散到上述液体中的目的物质，只要除了在喷嘴发生堵塞的那样的粗大粒子，则不特别限制。作为PDP、CRT、FED等荧光体，可不特别限制地使用过去已知的荧光体。例如，作为红色荧光体，可列举出(Y，Gd)BO3:Eu、YO3:Eu等，作为绿色荧光体，可列举出Zn2SiO4:Mn、BaAl12O19:Mn、(Ba，Sr，Mg)O·α-Al2O3:Mn等，作为蓝色荧光体，可列举出BaMgAl14O23:Eu、BaMgAl10O17:Eu等。为了将上述目的物质牢固地粘接于记录介质上，最好添加各种粘结剂。作为使用的粘结剂，例如可使用乙基纤维素、甲基纤维素、硝基纤维素、乙酸纤维素、羟基乙基纤维素等纤维素及其衍生物；醇酸树脂；聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯甲酯、2-己基甲基丙烯酸乙酯·甲基丙烯酸共聚物、月桂基甲基丙烯酸酯·2-羟基乙基甲基丙烯酸酯共聚物等(间)丙烯树脂及其金属盐；聚N-异丙基丙烯酰胺、聚N，N-二甲基丙烯酰胺等聚(间)丙烯酰胺树脂；聚苯乙烯、丙烯腈·苯乙烯共聚物、苯乙烯·顺丁烯二酸共聚物、苯乙烯·异戊二烯共聚物等苯乙烯类树脂；苯乙烯·正丁基甲基丙烯酸酯共聚物等苯乙烯·丙烯树脂；饱和、不饱和的各种聚酯树脂；聚丙烯等聚烯烃类树脂；聚氯乙烯、聚氯乙烯叉等卤化聚合物；聚乙酸乙烯基、氯乙烯·乙酸乙烯基共聚物等乙烯类树脂；聚碳酸酯树脂；环氧类树脂；聚胺基甲酸乙酯类树脂；聚乙烯基甲缩醛、聚乙烯基丁缩醛、聚乙烯基缩醛等之聚缩醛树脂；乙烯·乙酸乙烯基共聚物、乙烯·乙基丙烯酸酯共聚树脂等聚乙烯类树脂；苯并鸟粪胺等酰胺树脂；尿素树脂；三聚氰胺树脂；聚乙烯醇树脂及其阴离子·阳离子改性物；聚乙烯基吡咯烷酮及其共聚物；聚乙烯氧化物、羟基聚乙烯氧化物等环氧烯均聚物、共聚物及交联体；聚乙二醇、聚丙二醇等聚亚烷基二醇；聚醚多元醇；SBR、NBR胶乳；糊精；褐藻酸钠；明胶及其衍生物、酪蛋白、木槿根、西黄蓍胶树胶、茁霉多糖、阿拉伯树胶、刺槐豆胶、果胶、角叉菜胶、骨胶、白蛋白、各种淀粉类、玉米淀粉、蒟蒻、海萝、琼脂、大豆蛋白等之天然或半合成树脂；萜烯树脂；酮树脂；松脂及松脂酯；聚乙烯基甲基醚、聚乙烯亚胺、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯基磺酸等。这些树脂不仅可作为均聚物使用，也可在相溶的范围混合使用。
在将液体排出装置20用于图案形成方法的场合，作为典型的装置，可用于显示器用途。具体地说，可列举出等离子体显示器的荧光体的形成、等离子体显示器的肋的形成、等离子显示器的电极的形成、CRT的荧光体的形成、FED(场发射型显示器)的荧光体的形成、FED的肋的形成、液晶显示器用滤色片(RGB着色层、黑色矩阵层)、液晶显示器用间隔构件(与黑色矩阵对应的图案、点图案等)等。这里所说的肋一般意味着分隔壁，当以等离子体显示器为例时，用于分离各色的等离子体区域。作为其它用途，可应用到微透镜，作为半导体用途，可应用到磁性体、强电介质、导电性糊膏(配线、天线)等图案成形涂覆，作为图像用途，可应用到普通印刷、特殊介质(薄膜、布、钢板等)的印刷、曲面印刷、各种印刷版的刷版，作为加工用途，可应用到粘着材料、密封材料等使用本发明的涂覆，作为生物、医疗用途，可应用到医药品(混合多种微量成分那样的)、基因诊断用试样等的涂覆等。
(动作控制单元)
动作控制单元50实际上为具有运算装置的构成，该运算装置包含CPU51、ROM52、RAM53等，通过将预定的程序输入到它们中，从而实现下述功能结构，同时，实施后述的动作控制。
上述动作控制单元50进行各凸状弯液面形成单元40的脉冲电压电源42的脉冲电压输出控制和排出电压施加单元25的脉冲电压电源30的脉冲电压输出控制。
首先，动作控制单元50的CPU51在按照存储于ROM52的电源控制程序进行溶液的排出的场合，使成为对象的凸状弯液面形成单元40的脉冲电压电源42先成为脉冲电压输出状态，此后进行排出电压施加单元25的脉冲电压电源30成为脉冲电压输出状态的控制。此时，作为先行的凸状弯液面形成单元40的驱动电压的脉冲电压与排出电压施加单元25的脉冲电压重复地受到控制(参照图5)。然后，按该重复的时刻进行液滴的排出。
另外，动作控制单元50实施在排出电压施加单元25的作为排出电压的、以矩形上升的脉冲电压施加后立即输出相反极性的电压的控制。该相反极性的电压为比脉冲电压的非施加时低的电位，绘出以矩形下降的波形。
(液体排出装置的微小液滴排出动作)
根据图1、图4和图5说明液体排出装置20的动作。
图4为凸状弯液面形成单元40的动作说明图，图4(A)示出驱动电压的非施加时，图4(B)示出驱动电压的施加时。图5示出排出电压和压电元件41的驱动电压的时序图。在图5的最上部示出没有凸状弯液面形成单元40的场合所需要的排出电压电位，在最下部示出随着各施加电压的施加的、喷嘴21的前端部21a的溶液状态变化。
在由溶液供给单元29的供给泵将溶液供给到各流路22、溶液室24、及喷嘴21的状态下，当动作控制单元50例如从外部接受关于任一个喷嘴21排出溶液的指令时，首先，对于相应的喷嘴21的凸状弯液面形成单元40，从驱动电压电源42将作为脉冲电压的驱动电压施加到其压电元件41。这样，在该喷嘴21的前端部21a中，从图4(A)的状态将溶液挤出地转移到图4(B)的凸状弯液面形成状态。在该转移过程中，动作控制单元50对于排出电压施加单元25，从脉冲电压电源30将作为脉冲电压的排出电压施加于排出电极28。
如图5所示那样，凸状弯液面形成单元40的驱动电压和比其滞后地施加的排出电压施加单元25的排出电压使双方的上升状态定时重复地受到控制。为此，在凸状弯液面形成状态下溶液带电，由在凸状弯液面的前端部产生的电场集中效果使微小液滴从喷嘴21的前端部21a飞翔。
按照以上的液体排出装置20，各喷嘴21的高度被抑制到30μm以下，所以，在液体排出头26的清洁时，擦拭构件不易挂到喷嘴21。为此，可容易地进行清洁时的擦拭，可防止喷嘴21被挂住而破损或喷嘴21被挂住而将擦拭构件的一部分作为残渣附着到喷嘴21，从而可良好地维持喷嘴21的排出性能。
本发明不限于上述实施形式，也可在不脱离本发明主旨的范围进行各种改良和设计的变更。
虽然以下示出其变形例，但仅下述记载事项与上述不同，此外的事项与上述相同。
作为变形例的一例，也可使用形式不同的图6的喷嘴板70和喷嘴71代替喷嘴板26c和喷嘴21。图6(A)、(B)为示出图1和图2的喷嘴板26c和喷嘴21的变形例的图，图6(A)上段示出喷嘴板70和喷嘴71的截面图，图6(A)下段示出喷嘴板70和喷嘴71的平面图，图6(B)为示出图6(A)的变型例的平面图。
如图6(A)所示那样，在喷嘴板70的中央部隔开相等间隔地将多个喷嘴71形成为列状。当设喷嘴71的内径为In、喷嘴71的外径为Out(示出沿与喷嘴71的列方向正交的方向的喷嘴71的宽度)时，各喷嘴71的内径In和外径Out呈一定的直线状。在各喷嘴71的图6(A)中左右两侧分别形成作为凹部的槽72。各槽72沿喷嘴71的列以直线状形成。
当设各槽72的宽度为W时，各槽72的宽度W为3～1000[μm]，最好形成为10～100[μm]。
当将各槽72的深度设为D时，槽72的深度D为1～30[μm]。当设各喷嘴71的高度为T时，槽72的深度D与喷嘴71的高度T相同，喷嘴板70的平板面(在图6(A)上段中，示出喷嘴板70的上面，以下称“喷嘴面70a”)与喷嘴71的前端部71a的端面(图6(A)上段中的上面)存在于同一平面上。
在扩大各喷嘴71的节距(间隔)的场合，也可如图6(B)所示那样围住各喷嘴71外周地形成圆形的凹部73，代替槽72。在该场合，最好凹部73的宽度、深度与槽72的宽度W、深度D相同。
另外，也可将图6(A)所示喷嘴71、槽72、形成于喷嘴71内部的流路74等的形式替换为图7(A)～(E)所示各形式。即，也可如图7(A)所示那样，随着各槽72变深而减小该槽72的宽度W，同时，将流路74形成为锥状。也可形成为图7(B)所示那样的形状，随着各槽72变深，减小该槽72的宽度W，同时，从基端部到中途部，将流路74形成为锥状，从中途部到前端部，使内径为一定。
也可如图7(C)所示那样，使流路74的内径为一定，使槽72的深度D形成得比喷嘴71的高度T大。在该场合，最好将槽72的深度D形成得比喷嘴71的高度T大1～20[μm]。也可如图7(D)所示那样，在各槽72设置台阶，使底部的宽度比开口部的宽度大，同时，在流路74也设置台阶，使从基端部到中途部的内径比从中途部到前端部的内径大。
另外，作为图6(A)、(B)和图7(A)～(D)的另一变型例，也可如图7(E)所示那样，沿多列配置喷嘴71，在各喷嘴71的列的两侧形成槽72。图7(E)的形式具体地示出图7(C)的形式的变形例，但喷嘴71、槽72、流路74等的形式也可适用图6(A)、(B)及图7(A)～(D)中的任何形式。
如以上那样，当在各喷嘴71的周边形成槽72、凹部73时，在液体排出头26的清洁时擦拭构件的推压力的一部分作用于槽72或凹部73的内壁，作用于喷嘴71的擦拭构件的推压力减轻，擦拭构件不易挂到喷嘴71。为此，与上述同样，容易进行清洁时的擦拭，可容易地进行清洁时的擦拭，可防止喷嘴71被挂住而破损或喷嘴71被挂住而将擦拭构件的一部分作为残渣附着到喷嘴71，从而可良好地维持喷嘴71的排出性能。
实施例1
在本实施例1中，制作喷嘴高度、喷嘴周边的槽深·宽等相互不同的多种喷嘴板，评价各喷嘴板的特性。
(1)喷嘴板的制作
对厚300μm的石英玻璃晶片进行干式腐蚀，制作5种与图1和图2的喷嘴板26c相当的、喷嘴数为30并且喷嘴的节距为100μm的喷嘴板，设其为“喷嘴板1～5”。喷嘴板1～5由下述表1详细示出。
除了喷嘴板1～5以外，对石英玻璃晶片进行干式腐蚀，制作8种与图6(A)的喷嘴板70相当的、喷嘴数为30而且喷嘴节距为100μm的喷嘴板，将其设为“喷嘴板21～28”。具体地说，在石英玻璃晶片上涂覆光致抗蚀剂，对其进行曝光·显影，在与喷嘴内径部相当的部位以外制作保护膜，通过RIE干式腐蚀形成与图6(A)的流路74相当的贯通孔。此后，再次从光致抗蚀剂的涂覆开始进行与上述同样的处理，形成槽的保护膜图案。槽宽通过适当选择曝光掩模的图案而进行调整。喷嘴的高度、槽的深度通过适当改变干式腐蚀的腐蚀时间进行调整。下述表1详细示出喷嘴板。
(2)耐擦伤性的评价
关于各喷嘴板1～5、21～28，用水浸润形成喷嘴的面(与喷嘴面相当的面)，分别进行用橡胶制刮板对该面擦3万次的操作，确认喷嘴的破损状态和该面的橡胶的残渣状态。下述表1示出其确认结果。
表1中，“破损”的判断基准如下。
○...喷嘴没有破损
△...虽然用眼观察时没有破损，但用电子显微镜观察时，喷嘴存在很小的缺陷
×...喷嘴明显破损
表1中，“残渣”的判断基准如下。
○...完全没有橡胶的残渣。
△...虽然用眼观察时没有橡胶的残渣，但用电子显微镜观察时，可观察到橡胶的残渣
×...橡胶的残渣明显残留
对用石英玻璃晶片代替聚酰亚胺树脂制基板的、与各喷嘴板1～5、21～28同样的喷嘴板进行上述操作，观察了喷嘴破损状态和该面的橡胶的残渣状态，获得与表1结果同样的结果。
(3)排出性能的评价
相对与图1所示液体排出头26相当的液体排出头适用各喷嘴板1～5、21～28，在各喷嘴板1～5、21～28的侧方设置显微镜照相机。此后，使油墨从各喷嘴板1～5、21～28的喷嘴排出，由显微镜照相机观察油墨的排出状态。其观察结果如表1所示。
在表1中，“排出性能”的判断基准如下。
○...根据控制信号排出油墨
△...虽然排出油墨，但不稳定(确认到漏点)
×...不排出油墨
[表1]
喷嘴板   喷嘴   喷嘴周边的槽   耐擦伤性 排出性能
  高度(μm)   内径(μm)   外径(μm)   深度(μm)   宽度(μm)   破损   残渣
1   30   20   24   -   -   ○   △ ○
2   60   20   24   -   -   ×   × ×
3   30   10   11   -   -   ○   △ ○
4   30   3   4   -   -   ○   △ ○
5   30   0.8   1   -   -   ○   △ ○
21   3   20   24   3   50   ○   ○ ○
22   10   20   24   10   50   ○   ○ ○
23   30   20   24   30   50   ○   ○ ○
24   60   20   24   60   50   △   △ △
25   30   20   24   30   3   ○   ○ ○
26   30   20   24   30   10   ○   ○ ○
27   30   20   24   30   100   ○   ○ ○
28   30   20   24   30   1   ○   △ ○
实施例2
在本实施例2中，制作进行了疏水处理的喷嘴板和未实施疏水处理的喷嘴板，对各喷嘴板的特性进行评价。
(1)喷嘴板的制作
制作4种将石英玻璃晶片替换成聚酰亚胺树脂制基板的、与喷嘴板23(参照实施例1)同样的喷嘴板，将其中1种喷嘴板设为“喷嘴板31”。对余下的3种喷嘴板实施疏水处理。具体地说，对于3种喷嘴板中的1种，实施涂覆层处理(将FEP微粒子分散液涂覆到基板后，在880℃下进行加热·熔接)，形成膜厚0.05μm的FEP膜，将其设为“喷嘴板32”。对其它2种，实施过滤阴极真空电弧法处理(使用纳米膜技术国际公司FCAV系统)，分别形成膜厚0.05μm的ta-C膜和MiCC膜，将形成了ta-C膜的喷嘴板设为“喷嘴板33”，另外，将形成了MiCC膜的喷嘴板设为“喷嘴板34”。
(2)耐擦伤性的评价和接触角的测定
按与上述实施例1(2)的项目相同的内容·基准，评价各喷嘴板31～34中的喷嘴的破损状态和橡胶的残渣状态。另外，使用纯水，对各喷嘴板31～34分别测定形成了喷嘴的面(与喷嘴面相当的面)的由橡胶制刮板进行擦过操作前后的接触角。下述表2示出其评价·测定结果。
(3)排出性能的评价
按与上述实施例1(3)的项目相同的内容·基准对各喷嘴板31～34的油墨的排出状态进行评价。将其评价结果示于下述表2。
[表2]
喷嘴板   疏水膜   耐擦伤性 接触角(度) 排出性能
  膜种   膜厚(μm)   破损   残渣 操作前 操作后
31   -   -   ○   ○ 65 65 ○
32   FEP   0.05   ○   ○ 120 80 ○
33   ta-C   0.05   ○   ○ 85 85 ○
34   MiCC   0.05   ○   ○ 95 95 ○
产业上利用的可能性
在本发明的构成中，由于喷嘴的高度被抑制到30μm以下，或在喷嘴的周边形成凹部，所以，在清洁时擦拭构件不易挂到喷嘴。为此，可容易地进行清洁时的擦拭，可防止将喷嘴挂坏，或当挂到喷嘴时将擦拭构件的一部分作为残渣附着到喷嘴，从而可良好地维持喷嘴的排出性能。

Claims (8)

1.一种液体排出装置，将带电溶液的液滴排出到基材；其特征在于：具有液体排出头、溶液供给单元、排出电压施加单元、对置电极；
该液体排出头从喷嘴前端部排出液滴；
该溶液供给单元将溶液供给到上述喷嘴内；
该排出电压施加单元将排出电压施加到上述喷嘴内的溶液；
该对置电极隔着上述基材与上述喷嘴对置；
上述液体排出头具有喷嘴板和喷嘴；该喷嘴板具有与上述基材对置的喷嘴面；
该喷嘴配置于上述喷嘴板上，该喷嘴的内径为30μm以下并为0.1μm以上；
上述喷嘴从喷嘴面朝液滴的排出方向突出；
上述喷嘴的突出高度在30μm以下；
形成于上述喷嘴内部的流路的流路长度为100μm以上，而且构成上述喷嘴的材料的电导率为10-14S/m以下。
2.根据权利要求1所述的液体排出装置，其特征在于：
上述喷嘴的高度在3μm以上，不到10μm。
3.根据权利要求1所述的液体排出装置，其特征在于：
上述喷嘴的表面受到疏水处理。
4.根据权利要求1所述的液体排出装置，其特征在于：
形成于上述喷嘴内部的流路的内面受到疏水处理。
5.根据权利要求1所述的液体排出装置，其特征在于：
上述对置电极呈平板形状或鼓形。
6.根据权利要求1所述的液体排出装置，其特征在于：
上述喷嘴的内径为10μm以下。
7.根据权利要求1所述的液体排出装置，其特征在于：
上述喷嘴的内径为4μm以下。
8.根据权利要求1所述的液体排出装置，其特征在于：上述喷嘴的内径为0.1μm以上，不到1μm。
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