JP2004160672A - Electrostatic liquid ejector - Google Patents

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JP2004160672A
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Yuji Yamamoto
有治 山本
Toru Tanihata
透 谷端
Kazuhiro Kimura
和宏 木村
Kiyotaka Arai
清孝 新井
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Noritsu Koki Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrostatic liquid ejector capable of ejecting thread-like liquid. <P>SOLUTION: The electrostatic liquid ejector comprises a housing 5 for storing ink 1, a first voltage source E1 for applying an ejection voltage not lower than a specified level between an ejection electrode 2 for causing an electric field to act on an ink ejecting section 21 and an auxiliary electrode 3, and an ink ejection control section 6 for controlling the first voltage source E1 to sustain application of the ejection voltage for a specified time wherein thread-like ink 1 is ejected from the ink ejecting section 21 to the surface of a material P continuously for a specified time. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クーロン力により帯電した液体を吐出させる静電方式液体吐出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、ピエゾ方式やサーマル方式のインクジェット装置を用いて、予め読み取った原稿データや写真画像データをデジタルプリントする技術が知られている。この装置は、インクを一旦インク室に注入し、インク室に注入されたインクに圧力をかけることによってノズルから1ドットずつ吐出させる構造となっており、一度に吐出できるインクの量、すなわち1ドットの大きさはインク室の容量によって規定される。
【0003】
また、ピエゾ方式やサーマル方式のようにインク室を用いず、帯電したインク滴をクーロン力により吐出させる静電式のインクジェット装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。このような静電式のインクジェット装置が前記原稿データや写真画像データをデジタルプリントするものにも適用されるに至っている。
【0004】
すなわち、これらの装置では連続した線画像データを、滴状のインクを少しずつ位置をずらしながら吐出することにより、ドットパターンを一部重なり合わせるようにして描画している(図6参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開平9−11475号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、ドットパターンを一部重なり合わせるようにして連続した線を描画した場合、図6に示すように、ミクロ的には線の両縁がドットの継ぎ目部分で凸凹になっている。
【0007】
ところで、金属微粒子を有機溶剤中に混ぜた状態のインクを、ピエゾ方式やサーマル方式のインクジェット装置を用いて回路部品の実装に用いる基板に対して吐出させ、回路パターンを形成する技術が知られている。しかしながら、このようにして描画形成された回路パターンに電圧が印加されると、回路パターンの凸部で電界集中が生じて他の回路パターンとの間でスパークが発生し易くなったり、あるいは回路パターンが細くなっている部分で抵抗値が大きくなるため、電流を流した場合にその細くなっている部分で発熱して断線しやすくなったりするという新たな課題が生じる。
【0008】
すなわち単なる画像の描画と異なり、描画形成されたパターンに他の機能を与える場合(例えば電圧を印加する)に新たな問題を提起する。特に、近年の回路基板の高密度化に伴う微細な回路パターンを描画する場合に、ドットの継ぎ目で生じる凸凹の影響が顕著となる。
【0009】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、液体を糸状に吐出して、凸凹のない描画を実現する静電方式液体吐出装置を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、帯電した液体材料が導かれる吐出部に電界を作用させる吐出用電極と外部電極との間に吐出駆動部によって所定レベル以上の吐出用電圧を印加することにより、前記液体材料を前記吐出部から前記吐出部に対向して配置された材料の表面に吐出させる静電方式液体吐出装置において、前記吐出部から前記液体材料を糸状に吐出させるべく前記吐出用電圧の印加時間を所要の時間の間継続させる吐出制御部を備えることを特徴としている。
【0011】
請求項1に記載の発明によれば、吐出用電極と外部電極との間に所定レベル以上の吐出用電圧が所要の時間の間継続して印加されることにより、帯電した液体材料が前記吐出部に対向して配置された材料の表面に糸状に吐出される。
【0012】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の静電方式液体吐出装置において、前記液体材料は、絶縁性の液体中に帯電された導電性粒子が分散されてなると共に前記導電性粒子が連接して導体を形成可能にされたものであることを特徴としている。請求項2に記載の発明によれば、絶縁性の液体中に帯電された導電性粒子が分散されてなる液体材料が前記吐出部に対向して配置された前記材料の表面に糸状に吐出され、前記材料の表面において前記導電性粒子が連接して導体を形成可能になる。
【0013】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の静電方式液体吐出装置において、前記液体材料の吐出方向と略直交する方向に対して前記吐出部と前記材料との間の位置関係を変化させる駆動部と、前記材料に前記液体材料を用いて画像を描画すべく前記画像を表わす画像データに従って前記駆動部を駆動させる駆動制御部とをさらに備えることを特徴としている。請求項3に記載の発明によれば、前記画像を表わす画像データに従って駆動される駆動部により前記液体材料の吐出方向と略直交する方向に対して前記吐出部と前記材料との間の位置関係が変化させられるので、前記材料に前記液体材料を用いて凸凹のない線で前記画像が描画される。
【0014】
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の静電方式液体吐出装置において、前記吐出駆動部は、前記吐出用電圧が調整可能にされていることを特徴としている。請求項4に記載の発明によれば、前記吐出用電圧が調整されることにより前記吐出部から単位時間あたりに吐出される前記液体材料の量が調整されるので、これにより糸状に吐出される液体材料の糸状太さが変更調整可能となる。
【0015】
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれかに記載の静電方式液体吐出装置において、前記外部電極は、補助電極であって、前記吐出部と前記材料との間の位置に、前記吐出された液体材料が前記材料に到達するまでの経路を避けて設けられることを特徴としている。請求項5に記載の発明によれば、前記外部電極は、前記吐出された液体材料が前記材料に到達するまでの経路を避けて前記吐出部と前記材料との間の位置に設けられるので、前記吐出された液体材料が前記材料に到達するまでの経路が前記外部電極によって遮られることがない。また、前記外部電極は、前記吐出部と前記材料との間の位置、すなわち前記材料よりも前記吐出部に近い位置に設けられるので、前記吐出部に作用する電界が前記材料の影響を受けることが少なくなる。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の一実施形態に係る静電方式液体吐出装置の要部の斜視図である。また、図2は、本発明の一実施形態に係る静電方式液体吐出装置の側面視からの要部の断面図を示したものである。
【0017】
図2に示す静電方式液体吐出装置は、帯電したインク1を吐出させる吐出電極2、吐出電極2の先端部に二等辺三角形状に形成されたインク吐出部21、インク吐出部21と対向して配置された対向電極4、吐出電極2と対向電極4との間に配設される補助電極3、インクを貯留するハウジング5、吐出電極2と補助電極3との間に電位差を付与する第1電圧源E1、補助電極3と対向電極4との間に電位差を与える第2電圧源E2、第1電圧源E1に吐出電圧を出力させるインク吐出制御部6、材料Pの位置を平面上で移動させるXYテーブル7、及びXYテーブル7の位置を制御するXYテーブル駆動制御部8を備える。
【0018】
インク1は、絶縁性の液体中に帯電された導電性粒子が分散されたもので、基板や半導体ウェハーに塗布された状態で、例えば加熱することによって導電性粒子同士が融着して連接し、導体パターンを形成するものである。なお、本実施形態では、インク1は正に帯電しているものとする。また、この場合の液体の絶縁性は、導電性粒子に帯電した電荷が液体中を流れて失われない程度の絶縁性があればよく、例えばこの液体の導電率k(S/cm)が、100×10−12(S/cm)≦k≦1500×10−12(S/cm)を満たす程度のものでよい。
【0019】
また、インク1は、導電性粒子同士が直接触れ合わないように分散させる分散剤、インク1が加熱されて温度が上昇した場合にその分散剤を除去して導電性粒子同士の融着を促進する補助剤、インク1の粘度を調整するためのバインダー、導電性粒子の溶着を促進するための還元剤など、種々の材料を含んで構成されたものであってもよい。
【0020】
また、導電性粒子は、銀、銅、金、亜鉛、カドミウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、プラチナ、鉄、コバルト、ニッケル、インジウム、錫、アンチモン、鉛、ビスマス、およびこれらの酸化物、混合物、その他化合物等を含む金属粒子であってもよく、また、炭素等、金属以外の導電性粒子であってもよい。
【0021】
また、インク1は、加熱されることによって導電性粒子同士が融着して連接するものに限られず、例えばインク1に接着剤を含んで構成し、導電性粒子同士が接着されることによって連接し、導体パターンを形成するものであってもよい。また、インク1が乾燥することにより、導電性粒子同士が接触して導体パターンを形成するもの等であってもよい。
【0022】
材料Pは、例えば回路部品の実装に用いる基板や、半導体ウェハーなどであり、導体パターン等を形成する基材となるものである。
【0023】
吐出電極2は、例えば図1に示すようにライン状に3個配列される。また、図2に戻って吐出電極2は、ハウジング5内に貯留されたインク1を、第1電圧源E1及び第2電圧源E2によって形成される電界によって、インク吐出部21から対向電極4の方向に吐出させる。なお、インク1をインク吐出部21から吐出するためには、所定強度以上の電界を所定時間以上継続して吐出電極2に印加する必要がある。また、吐出電極2に印加される電界が強い程、電界発生後、インク吐出部21からのインク1の吐出が開始されるまでに要する時間が短くなり応答性が向上する。
【0024】
インク吐出部21は、例えば、吐出電極2の先端が頂部となる二等辺三角形状に形成される。そして、第1電圧源E1から出力された電圧が吐出電極2に印加されることにより、インク1中の導電性粒子がその印加電圧により形成される電界によって、その頂部に集中することによりインク1中の導電性粒子が濃縮される。
【0025】
補助電極3は、対向電極4に接して保持された材料Pと吐出電極2との間に、吐出電極2と補助電極3との間隔が補助電極3と対向電極4との間隔よりも狭くなるように配設される。また、補助電極3には、インク1を通過させるスリット31が設けられる。これにより、補助電極3に印加する電圧を制御することで、インク吐出部21付近の電界の強さを制御することが可能になる。すなわち、吐出電極2よりも低い電圧を補助電極3に印加することで、インク1を吐出させる方向に強い電界が発生するので、インク吐出部21からのインク吐出の応答性を向上することができる。
【0026】
また、補助電極3は、材料Pよりも吐出電極2に近い位置に配設されるので、例えば材料Pが金属や誘電体等、電界の強度や分布に影響を与えうる材質のものであっても、インク吐出部21付近の電界は材料Pの影響を受けることが少なくなる。これにより、吐出電極2と補助電極3とによって、インク吐出部21付近に安定した電界を生じさせることができ、インク吐出部21からインク1を安定して吐出させることができる。
【0027】
補助電極3には、スリット31近傍での電界集中により、補助電極3と吐出電極2との間で放電が発生することがないようにテーパ32が施されている。なお、テーパ32は、インク吐出部21近傍での電界を強くするため、吐出電極2と補助電極3との距離がインク吐出部21近傍で最小となるようにされている。
【0028】
対向電極4は、インク吐出部21と対向して配置される。また、対向電極4に接するように材料Pがセットされて補助電極3と材料Pとの間隔を一定に保持する。また、対向電極4は接地されて、補助電極3との間で電界を生じさせる。
【0029】
ハウジング5は、直方体状であり、インク吐出部21付近に開口部を設けて、ライン上に配列された吐出電極2全体を覆うように配設されている。
また、吐出電極2を間に挟んでハウジング5の両側面には、インク供給口52及びインク排出口51が設けられる。そして、インク供給口52及びインク排出口51は、図略のインクタンクとインク供給管により接続され、インクタンクからインク供給口52を介してハウジング5内にインクが供給されるとともに、ハウジング5内で不用となったインクは、インク排出口51を介してインクタンクに戻される。
【0030】
第1電圧源E1は、補助電極3を基準として全ての吐出電極2に所定の第1バイアス電圧を付与するバイアス電圧源E11と、バイアス電圧源E11に直列接続され各吐出電極2にインク吐出部21からインク1を吐出させるための吐出電圧を個々に付与する吐出電圧源E12とから構成され、第1電圧源E1の負極側が補助電極3に、第1電圧源E1の正極側が吐出電極2にそれぞれ接続される。バイアス電圧源E11は、第1バイアス電圧として例えば900Vの電圧を出力する。吐出電圧源E12は、インク吐出制御部6からの制御信号に応じて例えば500V〜700Vの電圧を第1バイアス電圧に加えて吐出電極2へ印加する。
【0031】
第2電圧源E2は、対向電極4を基準として補助電極3に所定の第2バイアス電圧を付与するバイアス電圧源であって、第2バイアス電圧として例えば600Vの電圧を出力し、第2電圧源E2の負極側が対向電極4に、第2電圧源E2の正極側が補助電極3にそれぞれ接続される。これにより、補助電極3には第2バイアス電圧、例えば600Vの電圧が印加され、吐出電極2には、第1電圧源E1の出力電圧と第2電圧源E2の出力電圧を加えたバイアス電圧、例えば1500Vの電圧を印加することが可能にされ、さらに吐出電圧源E12がインク吐出制御部6からの制御信号に応じて500Vの電圧を出力することにより、吐出電極2に、吐出電圧、例えば2000Vの電圧が印加されインク吐出部21からインク1を吐出させることが可能にされている。この場合、吐出電圧が吐出電極2に印加されている間、インク1はインク吐出部21から連続して吐出されるので、インク1が滴状にならずに糸状に吐出される。
【0032】
なお、ここでは、吐出電極2からインクが吐出する電圧の閾値は、例えば2000Vであり、吐出電圧が2000Vのとき、吐出電極2から糸状に吐出されるインク1の径は最も細くなり、一方、吐出電圧源E12がインク吐出制御部6からの制御信号に応じて700Vの電圧を出力することにより吐出電圧が2200Vにされたとき、吐出電極2から糸状に吐出されるインク1の径はより太くなる。
【0033】
インク吐出制御部6は、材料Pへの導体パターンの描画時に、その導体パターンを表わした画像データ等に基づいて吐出電圧源E12へ制御信号を出力し、その画像データ等に応じた吐出電圧を吐出電圧源E12から吐出電極2へ印加させる。また、インク吐出制御部6は、信号線等の連続した線状のパターンを描画する場合には、そのパターンを描画する間、吐出電圧源E12から吐出電極2への吐出電圧の印加を継続させ、糸状に吐出させたインク1で線状のパターンを描画させる。
【0034】
この場合、インク吐出制御部6は、例えば細い信号線などの導体パターンを描画するときは、吐出電圧を低くしてインク吐出部21から糸状に吐出されるインク1の径を細くすることにより細い線状のパターンを描画させ、太い信号線などの導体パターンを描画するときは、吐出電圧を高くしてインク吐出部21から糸状に吐出されるインク1の径を太くすることにより太い線状のパターンを描画させる。
【0035】
XYテーブル7は、対向電極4及び材料Pを移動可能に保持するものである。図3は、対向電極4と材料Pとを保持するXYテーブル7の一例を示す斜視図である。図3に示すXYテーブル7は、図2に示すXYテーブル駆動制御部8からの制御信号に応じて回転動作を行うX軸モータ71及びY軸モータ72と、X軸モータ71により回転させられる螺旋棒73と、螺旋棒73と螺合して螺旋棒73の回転運動をX軸方向の平行移動動作に変換して対向電極4をX軸方向に平行移動させるX軸ナット74と、Y軸モータ72により回転させられる螺旋棒75と、螺旋棒75と螺合して螺旋棒75の回転運動をY軸方向の平行移動動作に変換して対向電極4をY軸方向に平行移動させるY軸ナット76とを備える。
【0036】
そして、材料Pは固定レール9によって両側から挟み込まれるようにして対向電極4に固定され、XYテーブル駆動制御部8からの制御信号に応じてX軸モータ71及びY軸モータ72が回転動作を行うことにより、対向電極4と材料PとがXYテーブル7のX軸Y軸に沿った2次元平面上で自在に移動可能にされている。
【0037】
図2に戻ってXYテーブル駆動制御部8は、材料Pへの導体パターンの描画時に、その導体パターンを表わした画像データ等に基づいてXYテーブル7へ制御信号を出力してX軸モータ71及びY軸モータ72を駆動させることにより、材料Pに対向するインク吐出部21の位置がその導体パターンの形状をなぞるように、材料Pの位置を移動させる。
【0038】
この場合、XYテーブル駆動制御部8は、インク吐出制御部6と同期してXYテーブル7へ制御信号を出力し、インク吐出制御部6からの制御信号に応じてインク吐出部21からインク1が糸状に吐出されている状態のときに、その導体パターンの形状をなぞるように材料Pの位置を移動させるので、インク吐出部21から糸状に吐出されたインク1によって、その導体パターンが描画される。これにより、図5に示すように、凹凸の少ない滑らかな線状の導体パターンを材料Pの表面に描画することが可能になる。
【0039】
次に、本発明の一実施形態に係る静電方式液体吐出装置の動作について、図2を参照しつつ説明する。まず、装置のメインスイッチオン又は描画開始信号受信により直列接続されたバイアス電圧源E11と第2電圧源E2から補助電極3に第2バイアス電圧、例えば600Vの電圧が印加され、吐出電極2と補助電極3との間に第1バイアス電圧、例えば900Vが印加され、吐出電極2に1500Vの電圧が印加される。その結果、インク吐出部21の近傍にインク吐出方向に向かう電界が生じ、正に帯電しているインク1中の導電性粒子にインク吐出方向のクーロン力が作用し、インク吐出部21の近傍でインク1中の導電性粒子が集中して濃縮される。
【0040】
次に、導体パターンを表わした画像データ等に基づいてインク吐出制御部6から出力された制御信号に応じて吐出電圧源E12から例えば500Vの電圧が第1バイアス電圧に加えて出力され、各吐出電極2に吐出電圧として例えば2000Vの電圧が印加されると、この吐出電圧が印加された吐出電極2ではインク吐出部21近傍の電界がさらに強くなり、この電界によるクーロン力を受けて、濃縮されたインク1がインク吐出部21から材料Pに向けて吐出される。
【0041】
吐出されたインク1は、吐出電極2と補助電極3との間に形成された電界によるクーロン力により加速され、補助電極3のスリット31を通過する。スリット31を通過したインク1は、補助電極3と対向電極4との間に形成された電界によるクーロン力を受けてさらに前方に進み、やがて材料Pに到達する。この場合、インク1は、スリット31を通過した後も材料Pに到達するまで補助電極3と対向電極4との間に形成された電界によるクーロン力を受け続けるので、インク1が拡がって飛翔することが抑制される。
【0042】
一方、インク吐出制御部6からの制御信号によりインク吐出部21からインク1が糸状に吐出されている状態のときに、XYテーブル駆動制御部8によって導体パターンを表わした画像データ等に応じた制御信号が出力され、その導体パターンの形状をなぞるように材料Pの位置が移動される。これにより、インク吐出部21から糸状に吐出されたインク1によって、その導体パターンが材料Pの表面に描画される。
【0043】
なお、吐出電極2は3個配列されているが、例えば平行に3本の直線を描画する場合は、インク吐出制御部6はその3個の吐出電極2に対して吐出電圧源E12から吐出電圧を印加させて図5に示すように3本の直線状の導体パターンを描画させ、一方、平行な直線では描画困難な複雑な形状の導体パターンを描画する場合は、その3個の吐出電極2のうち1個に対してのみ吐出電圧を印加させて導体パターンを描画させるようにしてもよい。要するに、吐出電極2の数が問題ではなく、例えば1個の吐出電極でインク1を吐出し、XYテーブル7を適宜動かすことで導体パターンは作成できる。作成時間がかかるという問題があるだけである。
【0044】
また、3個配列(実施の一例として示した)された吐出電極2のうち、両側の2個の吐出電極2と、これらの吐出電極2に対向する位置の補助電極3とを内側に傾けることにより両側の2個の吐出電極2からインク1を斜めに吐出させ、材料Pの表面で3個配列された吐出電極2から吐出されたインク1が略同一個所で着弾するようにしてもよい。この場合、その3個の吐出電極2について、インク1を吐出させる吐出電極2の数を多く、例えば3個の吐出電極2から同時にインク1を吐出させるすることによりインク1の吐出量の合計が増加し、材料Pに描画される導体パターンを太くしたり、導体パターンの厚さを厚くしたりすることが可能になる。同様に、インク1を吐出させる吐出電極2の数を少なく、例えば1個の吐出電極2のみからインク1を吐出させるすることによりインク1の吐出量を少なくし、材料Pに描画される導体パターンを細くしたり、導体パターンの厚さを薄くしたりすることが可能になる。
【0045】
この場合、例えば、材料Pの表面で3個配列された吐出電極2から吐出されたインク1を略同一個所で着弾させるための電界を生じる補助電極を別途設けてもよい。また、例えば、対向電極4の形状を小さく、あるいは材料Pに対して凸状の形状にすることにより対向電極4の略同一個所に電界を集中させ、その電界の作用により3個配列された吐出電極2から吐出されたインク1を材料Pの表面上の略同一個所で着弾させる構成としてもよい。
【0046】
次いで、インク1により導体パターンが描画された材料Pを、ヒータ等を利用して加熱することによって導電性粒子同士が融着して連接し、材料P上に導体パターンが形成される。
【0047】
次に、吐出電極2に印加する電圧の変化について、図4を参照しつつ説明する。図4中、縦軸は電圧、横軸は時間、実線の波形は吐出電極2の電圧、破線の波形は補助電極3の電圧を示す。
【0048】
図4中、「濃縮1」は、装置のメインスイッチオン又は描画開始信号受信後のインク1中の導電性粒子を濃縮している期間を示す。この期間中、バイアス電圧源E11によるバイアス電圧900Vが補助電極3と吐出電極2との間に印加され、インク吐出部21の近傍におけるインク1中の導電性粒子の濃度が濃縮される。これにより、インク1は、インク吐出部21から吐出される前に粘性が高められた状態にされる。なお、この「濃縮1」の期間中、吐出電圧源E12はインク吐出制御部6によりオフにされている。
【0049】
「吐出1」は、例えば、細い1本の連続した導体パターンを描画している期間を示す。この期間中、インク吐出制御部6により、導体パターンを表わす画像データに応じて吐出電圧源E12へ制御信号が出力され、吐出電圧源E12から吐出電極2へ細い導体パターンを描画するための吐出電圧、例えば2000Vの電圧が印加される。
【0050】
吐出電極2に吐出電圧が印加されると、インク吐出部21の近傍のインク1に吐出方向へのクーロン力が加わり、インク吐出部21から材料P側に吐出される。そして、インク吐出部21へはハウジング5内部に貯留されたインク1が供給され、吐出電極2に吐出電圧が印加されている限りインク吐出部21からインク1が吐出されるので、インク1は途切れることなく糸状に材料Pの表面に到達する。
【0051】
一方、「吐出1」の期間中、上記のように、XYテーブル駆動制御部8からの制御信号に応じてその導体パターンの形状をなぞるように材料Pの位置が移動され、その導体パターンが糸状に吐出されたインク1により材料Pの表面に描画される。
【0052】
この場合、インク1は予め濃縮され、粘性が高められているので、材料P表面に着弾したときに滲んだり拡がったりすることが少なくなる結果、より微細な導体パターンを描画することができる。実験によれば、線幅が10〜20μm程度の導体パターンを形成可能であることが確認された。
【0053】
「濃縮2」は、例えば連続した導体パターンを1本描画した後、次の導体パターンを描画する前にインク1中の導電性粒子の濃度を濃縮している期間を示す。この場合の動作は上記「濃縮1」の場合と同様である。また、「吐出2」は、材料Pに新たな導体パターンを描画している期間を示し、この例では、「吐出1」の場合よりも線幅の太い導体パターンを描画する場合を示している。
【0054】
「吐出2」期間中、インク吐出制御部6により、太い導体パターンを表わす画像データに応じて吐出電圧源E12へ制御信号が出力され、吐出電圧源E12から例えば900Vの電圧を第1バイアス電圧に加えて2200Vの吐出電圧が吐出電極2へ印加される。この場合、吐出電極2に印加される吐出電圧が「吐出1」の場合よりも高い電圧にされているので、インク吐出部21の近傍のインク1に作用するクーロン力がより強くなり、インク吐出部21から材料P側へ単位時間あたりに吐出されるインク1の量が増加し、材料Pの表面に描画される導体パターンの線幅が太くなる。以降、「吐出1」の場合と同様にして、その導体パターンが糸状に吐出されたインク1により材料Pの表面に描画される。
【0055】
(1)なお、本実施形態では、導体パターンの描画を行う「吐出」期間の前に、インク1の濃度を濃縮する「濃縮」期間を設ける例を示したが、「濃縮」期間を設けず、吐出電極2に電圧が印加されていない状態で吐出電圧が印加されることにより、「吐出」期間が開始される構成であってもよい。また、インク1として粘度の高いものを用いることにより、インク1を濃縮して粘性を高める必要がない構成としてもよい。また、吐出電圧によりインク1を濃縮しつつ、インク吐出部21からインク1を吐出させる構成であってもよい。
【0056】
(2)「吐出2」期間において、吐出電圧を高くすることにより、インク吐出部21から材料P側へ単位時間あたりに吐出するインク1の量を増加し、材料Pの表面に描画される導体パターンの線幅を太くする例を示したが、例えばより粘度の高いインク1をインク吐出部21から材料Pへ吐出させることにより、単位時間あたりに吐出されるインク1の量が増加した場合に材料Pの表面に描画される導体パターンの厚みが増すようにされていてもよい。
【0057】
(3)補助電極3と対向電極4とを備える構成を示したが、補助電極3を備えず、吐出電極2と対向電極4との間に吐出電圧を印加することによりインク1を吐出させる構成であってもよい。また、対向電極4を備えず、吐出電極2と補助電極3との間に印加された吐出電圧により吐出されたインク1が、その慣性により吐出電極2に対向して配置された材料Pに到達する構成であってもよい。
【0058】
(4)インク吐出部21から下向けにインク1が吐出される例を示したが、例えば下から上へ、あるいは横方向にインク1が吐出される構成であってもよい。
【0059】
(5)インク1中の導電性粒子が正に帯電している場合について説明したが、導電性粒子が負に帯電している場合は、第1電圧源E1及び第2電圧源E2の電圧極性を逆にしたものとすればよい。
【0060】
(6)インク1を吐出させつつ材料Pの位置をXYテーブル7によって移動させることによって導体パターンを材料Pの表面に描画する構成を示したが、材料Pを固定した状態でXYテーブル7と同様の駆動機構によりインク吐出部21の位置を移動させることによって、導体パターンを材料Pの表面に描画する構成としてもよい。あるいはベルト等を用いた駆動機構により、材料Pとインク吐出部21の一方をX軸方向、他方をY軸方向に移動させることにより、導体パターンを材料Pの表面に描画する構成としてもよい。
【0061】
(7)インク吐出部21と材料Pの位置との間の位置関係を、X軸方向及びY軸方向に変化させることによって、糸状に吐出させたインク1により線状の導体パターンを描画する例を示したが、例えば複数の吐出電極2をX軸方向にライン状に配列し、その複数の吐出電極2から吐出させたインク1によって、ドットパターンを一部重なり合わせるようにしてX軸方向に線状の導体パターンを描画させる構成としてもよい。
【0062】
この場合、XYテーブル7はX軸方向への駆動機構を備えなくてもよい。例えば、Y軸方向に導体パターンを描画する場合は、ライン状に配列された吐出電極2からドットパターンを一部重なり合わせるようにしてインク1を吐出させることによりX軸方向に線状の導体パターンを描画させ、Y軸方向に導体パターンを描画する場合は、Y軸方向への駆動部を備えたテーブルや搬送ローラ等の駆動機構をY軸方向に駆動させて材料Pを移動させることによって、吐出電極2から糸状に吐出させたインク1により材料Pの表面に線状の導体パターンを描画させる構成としてもよい。
【0063】
(8)インク1として絶縁性の液体中に帯電された導電性粒子が分散され導体パターンを形成可能にされたものを用いる例を示したが、インク1は導電性粒子が分散されたものに限られず、帯電可能な液体であればよい。この場合、静電方式液体吐出装置は、例えば光学的な発色を目的としたインクを用いて微細な図形を描画するものであってもよく、化学薬品等を平面形状、あるいは立体的な形状のものに塗布するものであってもよい。これらの液体を糸状に吐出することにより、例えば、滑らかな線で微細な図形を描画することが可能になり、また、化学薬品等を精密にむらなく塗布することが可能になる。
【0064】
(9)インク1を吐出して導体パターンを描画し、インク1により導体が形成される例を示したが、例えばインク1としてフォトレジスト等のマスク材料を用いて金属膜上にマスクパターンを描画形成し、マスクパターンが形成されていない部分の金属膜をエッチング処理等により除去することで、導体パターンを形成するようにしてもよい。
【0065】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明によれば、帯電した液体材料を吐出部に対向して配置された材料の表面に糸状に吐出することができる。
【0066】
請求項2に記載の発明によれば、絶縁性の液体中に帯電された導電性粒子が分散されてなる液体材料を、前記吐出部に対向して配置された前記材料の表面に糸状に吐出して、前記材料の表面において前記導電性粒子が連接した導体を形成させることが可能になる。
【0067】
請求項3に記載の発明によれば、前記材料に前記液体材料を糸状に吐出して画像を描画できるので、画像をなめらかな線で描画することができる。また、前記液体材料として絶縁性の液体中に帯電された導電性粒子が分散されてなると共に前記導電性粒子が連接して導体を形成可能なものを用いた場合には、なめらかな導体パターンを形成することが可能になる。
【0068】
請求項4に記載の発明によれば、前記吐出用電圧を調整することにより前記吐出部から単位時間あたりに吐出される前記液体材料の量を調整することができるので、これにより糸状に吐出される液体材料の糸状太さを変更調整することができる。
【0069】
請求項5に記載の発明によれば、前記吐出部に作用する電界が前記材料の影響を受けることが少なくなるので、前記吐出部に作用する電界の状態が安定する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る静電方式液体吐出装置の要部の斜視図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る静電方式液体吐出装置の側面視からの要部の断面図である。
【図3】本発明の一実施形態に係るXYテーブル7の構成の一例を示す斜視図である。
【図4】本発明の一実施形態に係る静電方式液体吐出装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図5】本発明の一実施形態に係る静電方式液体吐出装置を用いて描画した描画パターンを説明するための図である。
【図6】従来例による描画パターンを説明するための図である。
【符号の説明】
1 インク(液体材料)
2 吐出電極(吐出用電極)
3 補助電極(外部電極)
4 対向電極(外部電極)
5 ハウジング
6 インク吐出制御部(吐出制御部)
7 XYテーブル(駆動部)
8 XYテーブル駆動制御部(駆動制御部)
9 固定レール
21 インク吐出部(吐出部)
31 スリット
32 テーパ
51 インク排出口
52 インク供給口
71 X軸モータ
72 Y軸モータ
73 螺旋棒
74 X軸ナット
75 螺旋棒
76 Y軸ナット
E1 第1電圧源(吐出駆動部)
E11 バイアス電圧源
E12 吐出電圧源
E2 第2電圧源
P 材料
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrostatic liquid ejecting apparatus that ejects a liquid charged by Coulomb force.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a technique of digitally printing original data or photographic image data read in advance using a piezo-type or thermal-type inkjet apparatus. This device has a structure in which ink is once injected into an ink chamber, and pressure is applied to the ink injected into the ink chamber, thereby discharging the ink one dot at a time from a nozzle. Is determined by the capacity of the ink chamber.
[0003]
Also, there is known an electrostatic ink jet apparatus that discharges a charged ink droplet by Coulomb force without using an ink chamber as in a piezo method or a thermal method (for example, see Patent Document 1). Such an electrostatic ink jet device has been applied to a device for digitally printing the original data and the photographic image data.
[0004]
In other words, in these apparatuses, continuous line image data is drawn so as to partially overlap dot patterns by discharging droplet-like ink while shifting the position little by little (see FIG. 6).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-9-11475
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, when a continuous line is drawn by partially overlapping the dot patterns, as shown in FIG. 6, both edges of the line are uneven at the seam portion of the dot in a microscopic manner.
[0007]
By the way, there is known a technique of forming a circuit pattern by discharging an ink in which metal fine particles are mixed in an organic solvent onto a substrate used for mounting circuit components by using a piezo-type or thermal-type inkjet device. I have. However, when a voltage is applied to the circuit pattern drawn and formed in this way, electric field concentration occurs at the projecting portions of the circuit pattern, so that sparks easily occur with other circuit patterns, or Since the resistance value is increased in the portion where the thickness is small, there is a new problem that when a current is supplied, heat is generated in the thinned portion and disconnection is likely to occur.
[0008]
That is, unlike a simple image drawing, a new problem is raised when another function is given to a pattern formed by drawing (for example, voltage is applied). In particular, when a fine circuit pattern is drawn in accordance with the recent increase in the density of circuit boards, the influence of unevenness generated at the seam of dots becomes remarkable.
[0009]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide an electrostatic liquid discharging apparatus which discharges a liquid in a thread form and realizes drawing without unevenness.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, by applying a discharge voltage of a predetermined level or more by a discharge drive unit between a discharge electrode for applying an electric field to the discharge unit to which the charged liquid material is guided and an external electrode, In an electrostatic liquid ejecting apparatus for ejecting the liquid material from the ejection section onto a surface of a material arranged opposite to the ejection section, the discharge voltage is controlled so as to eject the liquid material in a string form from the ejection section. It is characterized by having a discharge control unit for continuing the application time for a required time.
[0011]
According to the first aspect of the present invention, the charged liquid material is discharged by continuously applying a discharge voltage of a predetermined level or more between the discharge electrode and the external electrode for a required time. It is discharged in the form of a thread on the surface of the material arranged opposite to the part.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, in the electrostatic liquid ejecting apparatus according to the first aspect, the liquid material includes electrically conductive particles dispersed in an insulating liquid and the conductive particles. Are connected to form a conductor. According to the second aspect of the present invention, a liquid material in which charged conductive particles are dispersed in an insulating liquid is discharged in a thread form onto the surface of the material disposed opposite to the discharge portion. The conductive particles can be connected to each other on the surface of the material to form a conductor.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, in the electrostatic liquid ejecting apparatus according to the first or second aspect, a position between the ejection portion and the material with respect to a direction substantially orthogonal to an ejection direction of the liquid material. The image forming apparatus further includes a driving unit that changes the relationship, and a driving control unit that drives the driving unit according to image data representing the image so as to draw an image using the liquid material as the material. According to the third aspect of the present invention, a positional relationship between the discharge unit and the material in a direction substantially orthogonal to a discharge direction of the liquid material by a driving unit driven in accordance with image data representing the image. Is changed, so that the image is drawn by a line having no unevenness by using the liquid material as the material.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, in the electrostatic liquid ejecting apparatus according to any one of the first to third aspects, the ejection driving unit is configured to adjust the ejection voltage. . According to the fourth aspect of the invention, the amount of the liquid material ejected from the ejection unit per unit time is adjusted by adjusting the ejection voltage, whereby the liquid material is ejected in a thread shape. The thread thickness of the liquid material can be changed and adjusted.
[0015]
According to a fifth aspect of the present invention, in the electrostatic liquid ejecting apparatus according to any one of the first to fourth aspects, the external electrode is an auxiliary electrode, and a position between the ejection portion and the material. The liquid material is provided so as to avoid a path until the discharged liquid material reaches the material. According to the invention described in claim 5, since the external electrode is provided at a position between the discharge portion and the material while avoiding a path until the discharged liquid material reaches the material, The path until the discharged liquid material reaches the material is not blocked by the external electrode. Further, since the external electrode is provided at a position between the discharge portion and the material, that is, a position closer to the discharge portion than the material, an electric field acting on the discharge portion is affected by the material. Is reduced.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a perspective view of a main part of an electrostatic liquid ejection apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the electrostatic liquid ejecting apparatus according to the embodiment of the present invention, as viewed from a side.
[0017]
The electrostatic liquid ejecting apparatus shown in FIG. 2 includes an ejection electrode 2 for ejecting charged ink 1, an ink ejection section 21 formed at an end of the ejection electrode 2 in an isosceles triangular shape, and facing the ink ejection section 21. Electrode 4, an auxiliary electrode 3 disposed between the discharge electrode 2 and the counter electrode 4, a housing 5 for storing ink, and a third electrode for applying a potential difference between the discharge electrode 2 and the auxiliary electrode 3. The first voltage source E1, the second voltage source E2 for giving a potential difference between the auxiliary electrode 3 and the counter electrode 4, the ink discharge control unit 6 for outputting the discharge voltage to the first voltage source E1, and the position of the material P on a plane. An XY table 7 to be moved and an XY table drive control unit 8 for controlling the position of the XY table 7 are provided.
[0018]
Ink 1 is a dispersion of charged conductive particles dispersed in an insulating liquid. In a state where the conductive particles are applied to a substrate or a semiconductor wafer, for example, the conductive particles are fused and connected by heating. , To form a conductor pattern. In this embodiment, it is assumed that the ink 1 is positively charged. In addition, the insulating property of the liquid in this case may be an insulating property that does not cause the charge charged on the conductive particles to flow through the liquid and be lost. For example, the conductivity k (S / cm) of the liquid may be: 100 × 10 -12 (S / cm) ≦ k ≦ 1500 × 10 -12 (S / cm).
[0019]
Ink 1 is a dispersant that disperses the conductive particles so that they do not come into direct contact with each other. When ink 1 is heated and the temperature rises, the dispersant is removed to promote fusion of the conductive particles. It may include various materials such as an auxiliary agent, a binder for adjusting the viscosity of the ink 1, and a reducing agent for accelerating the welding of the conductive particles.
[0020]
In addition, conductive particles include silver, copper, gold, zinc, cadmium, palladium, iridium, ruthenium, osmium, rhodium, platinum, iron, cobalt, nickel, indium, tin, antimony, lead, bismuth, and oxides thereof. , A mixture, a metal particle containing another compound, or the like, or a conductive particle other than a metal such as carbon.
[0021]
Further, the ink 1 is not limited to one in which the conductive particles are fused and connected by being heated. For example, the ink 1 includes an adhesive and is connected by bonding the conductive particles. Alternatively, a conductor pattern may be formed. Further, the ink 1 may be dried so that the conductive particles come into contact with each other to form a conductor pattern.
[0022]
The material P is, for example, a substrate used for mounting circuit components, a semiconductor wafer, or the like, and serves as a base material on which a conductor pattern and the like are formed.
[0023]
For example, three ejection electrodes 2 are arranged in a line as shown in FIG. Returning to FIG. 2, the ejection electrode 2 applies the ink 1 stored in the housing 5 to the opposite electrode 4 from the ink ejection unit 21 by an electric field formed by the first voltage source E1 and the second voltage source E2. Discharge in the direction. In order to discharge the ink 1 from the ink discharge unit 21, it is necessary to continuously apply an electric field having a predetermined strength or more to the discharge electrode 2 for a predetermined time or more. In addition, as the electric field applied to the ejection electrode 2 becomes stronger, the time required after the generation of the electric field to start the ejection of the ink 1 from the ink ejection unit 21 becomes shorter, and the responsiveness is improved.
[0024]
The ink ejection unit 21 is formed, for example, in an isosceles triangle shape with the tip of the ejection electrode 2 as a top. Then, when the voltage output from the first voltage source E1 is applied to the ejection electrode 2, the conductive particles in the ink 1 are concentrated on the top by the electric field formed by the applied voltage. The conductive particles therein are concentrated.
[0025]
The distance between the discharge electrode 2 and the auxiliary electrode 3 between the material P held in contact with the counter electrode 4 and the discharge electrode 2 is smaller than the distance between the auxiliary electrode 3 and the counter electrode 4. It is arranged as follows. The auxiliary electrode 3 is provided with a slit 31 through which the ink 1 passes. Thus, by controlling the voltage applied to the auxiliary electrode 3, it is possible to control the intensity of the electric field near the ink ejection unit 21. That is, when a voltage lower than that of the ejection electrode 2 is applied to the auxiliary electrode 3, a strong electric field is generated in the direction in which the ink 1 is ejected, so that the responsiveness of ink ejection from the ink ejection unit 21 can be improved. .
[0026]
Further, since the auxiliary electrode 3 is disposed at a position closer to the ejection electrode 2 than the material P, the material P is made of a material that can affect the intensity and distribution of the electric field, such as a metal or a dielectric. Also, the electric field near the ink discharge portion 21 is less affected by the material P. Accordingly, a stable electric field can be generated in the vicinity of the ink discharge unit 21 by the discharge electrode 2 and the auxiliary electrode 3, and the ink 1 can be discharged from the ink discharge unit 21 stably.
[0027]
The auxiliary electrode 3 is provided with a taper 32 so that a discharge does not occur between the auxiliary electrode 3 and the discharge electrode 2 due to electric field concentration near the slit 31. Note that the taper 32 is configured so that the distance between the ejection electrode 2 and the auxiliary electrode 3 is minimized near the ink ejection unit 21 in order to increase the electric field near the ink ejection unit 21.
[0028]
The counter electrode 4 is arranged to face the ink discharge unit 21. Further, the material P is set so as to be in contact with the opposing electrode 4, and the distance between the auxiliary electrode 3 and the material P is kept constant. Further, the opposing electrode 4 is grounded and generates an electric field with the auxiliary electrode 3.
[0029]
The housing 5 has a rectangular parallelepiped shape, is provided with an opening in the vicinity of the ink discharge unit 21, and is disposed so as to cover the entire discharge electrodes 2 arranged on a line.
Further, an ink supply port 52 and an ink discharge port 51 are provided on both side surfaces of the housing 5 with the ejection electrode 2 interposed therebetween. The ink supply port 52 and the ink discharge port 51 are connected to an ink tank (not shown) by an ink supply pipe. Ink is supplied from the ink tank into the housing 5 through the ink supply port 52, The ink that has become unnecessary is returned to the ink tank through the ink discharge port 51.
[0030]
The first voltage source E1 includes a bias voltage source E11 for applying a predetermined first bias voltage to all the ejection electrodes 2 with reference to the auxiliary electrode 3, and an ink ejection unit connected in series to the bias voltage source E11 and connected to each ejection electrode 2. And a discharge voltage source E12 for individually applying a discharge voltage for discharging the ink 1 from the discharge electrode 21. The negative electrode side of the first voltage source E1 is used for the auxiliary electrode 3, and the positive electrode side of the first voltage source E1 is used for the discharge electrode 2. Connected respectively. The bias voltage source E11 outputs a voltage of, for example, 900 V as the first bias voltage. The ejection voltage source E12 applies a voltage of, for example, 500 V to 700 V to the ejection electrode 2 in addition to the first bias voltage in accordance with a control signal from the ink ejection control unit 6.
[0031]
The second voltage source E2 is a bias voltage source that applies a predetermined second bias voltage to the auxiliary electrode 3 with reference to the counter electrode 4, and outputs a voltage of, for example, 600 V as the second bias voltage. The negative electrode side of E2 is connected to the counter electrode 4, and the positive electrode side of the second voltage source E2 is connected to the auxiliary electrode 3, respectively. Thereby, a second bias voltage, for example, a voltage of 600 V is applied to the auxiliary electrode 3, and a bias voltage obtained by adding the output voltage of the first voltage source E1 and the output voltage of the second voltage source E2 to the ejection electrode 2, For example, a voltage of 1500 V can be applied, and the discharge voltage source E12 outputs a voltage of 500 V in response to a control signal from the ink discharge control unit 6, so that a discharge voltage, for example, 2000 V Is applied, and the ink 1 can be ejected from the ink ejection unit 21. In this case, while the ejection voltage is applied to the ejection electrode 2, the ink 1 is continuously ejected from the ink ejection unit 21, so that the ink 1 is ejected in the form of a thread instead of a droplet.
[0032]
Here, the threshold value of the voltage at which the ink is ejected from the ejection electrode 2 is, for example, 2000 V. When the ejection voltage is 2000 V, the diameter of the ink 1 ejected from the ejection electrode 2 in the form of a thread becomes the thinnest. When the ejection voltage source E12 outputs a voltage of 700 V in response to a control signal from the ink ejection control unit 6 and the ejection voltage is set to 2200 V, the diameter of the ink 1 ejected from the ejection electrode 2 in a thread form is larger. Become.
[0033]
The ink ejection control unit 6 outputs a control signal to the ejection voltage source E12 based on image data or the like representing the conductor pattern when drawing the conductor pattern on the material P, and outputs an ejection voltage according to the image data or the like. The voltage is applied to the ejection electrode 2 from the ejection voltage source E12. Further, when writing a continuous linear pattern such as a signal line, the ink discharge control unit 6 continues to apply the discharge voltage from the discharge voltage source E12 to the discharge electrode 2 while drawing the pattern. Then, a linear pattern is drawn with the ink 1 discharged in a thread form.
[0034]
In this case, when drawing a conductor pattern such as a thin signal line, for example, the ink discharge control unit 6 reduces the discharge voltage to make the diameter of the ink 1 discharged in a thread form from the ink discharge unit 21 thinner. When drawing a linear pattern and drawing a conductor pattern such as a thick signal line, the ejection voltage is increased to increase the diameter of the ink 1 ejected from the ink ejection section 21 in a thread form, thereby forming a thick line pattern. Draw a pattern.
[0035]
The XY table 7 movably holds the counter electrode 4 and the material P. FIG. 3 is a perspective view showing an example of the XY table 7 for holding the counter electrode 4 and the material P. The XY table 7 shown in FIG. 3 includes an X-axis motor 71 and a Y-axis motor 72 that perform a rotation operation according to a control signal from the XY table drive control unit 8 shown in FIG. A rod 73, an X-axis nut 74 that is screwed with the spiral rod 73, converts the rotational movement of the spiral rod 73 into a parallel movement in the X-axis direction, and translates the opposing electrode 4 in the X-axis direction, and a Y-axis motor. A spiral rod 75 rotated by 72, and a Y-axis nut that is screwed with the spiral rod 75 to convert the rotational movement of the spiral rod 75 into a parallel movement operation in the Y-axis direction and translate the opposing electrode 4 in the Y-axis direction. 76.
[0036]
Then, the material P is fixed to the counter electrode 4 so as to be sandwiched from both sides by the fixed rail 9, and the X-axis motor 71 and the Y-axis motor 72 rotate according to a control signal from the XY table drive control unit 8. Thus, the counter electrode 4 and the material P can freely move on a two-dimensional plane along the X-axis and Y-axis of the XY table 7.
[0037]
Returning to FIG. 2, when drawing the conductor pattern on the material P, the XY table drive control unit 8 outputs a control signal to the XY table 7 based on image data or the like representing the conductor pattern, and By driving the Y-axis motor 72, the position of the material P is moved so that the position of the ink discharge unit 21 facing the material P follows the shape of the conductor pattern.
[0038]
In this case, the XY table drive control unit 8 outputs a control signal to the XY table 7 in synchronization with the ink discharge control unit 6, and the ink 1 is discharged from the ink discharge unit 21 in accordance with the control signal from the ink discharge control unit 6. Since the position of the material P is moved so as to follow the shape of the conductor pattern in a state where the conductor pattern is ejected in a thread form, the conductor pattern is drawn by the ink 1 ejected from the ink ejection section 21 in a thread form. . This makes it possible to draw a smooth linear conductor pattern with little unevenness on the surface of the material P, as shown in FIG.
[0039]
Next, the operation of the electrostatic liquid ejection apparatus according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. First, a second bias voltage, for example, a voltage of 600 V, is applied to the auxiliary electrode 3 from the bias voltage source E11 and the second voltage source E2 connected in series by turning on the main switch of the apparatus or receiving a drawing start signal, and the discharge electrode 2 A first bias voltage, for example, 900 V is applied to the electrode 3 and a voltage of 1500 V is applied to the ejection electrode 2. As a result, an electric field in the ink discharge direction is generated in the vicinity of the ink discharge unit 21, and the Coulomb force in the ink discharge direction acts on the positively charged conductive particles in the ink 1, and in the vicinity of the ink discharge unit 21. The conductive particles in the ink 1 are concentrated and concentrated.
[0040]
Next, a voltage of, for example, 500 V is output from the discharge voltage source E12 in addition to the first bias voltage from the discharge voltage source E12 according to a control signal output from the ink discharge control unit 6 based on image data or the like representing the conductor pattern. When a voltage of, for example, 2000 V is applied to the electrode 2 as a discharge voltage, the electric field near the ink discharge portion 21 is further increased at the discharge electrode 2 to which the discharge voltage is applied, and the electric field is concentrated by receiving the Coulomb force due to the electric field. The discharged ink 1 is ejected from the ink ejection unit 21 toward the material P.
[0041]
The ejected ink 1 is accelerated by Coulomb force due to the electric field formed between the ejection electrode 2 and the auxiliary electrode 3 and passes through the slit 31 of the auxiliary electrode 3. The ink 1 that has passed through the slit 31 receives Coulomb force due to an electric field formed between the auxiliary electrode 3 and the counter electrode 4, and proceeds further forward, and eventually reaches the material P. In this case, the ink 1 continues to receive the Coulomb force due to the electric field formed between the auxiliary electrode 3 and the counter electrode 4 until it reaches the material P even after passing through the slit 31, so that the ink 1 spreads and flies. Is suppressed.
[0042]
On the other hand, when the ink 1 is being ejected in a thread form from the ink ejection unit 21 by the control signal from the ink ejection control unit 6, the XY table drive control unit 8 performs control according to image data representing a conductor pattern or the like. A signal is output, and the position of the material P is moved so as to follow the shape of the conductor pattern. As a result, the conductive pattern is drawn on the surface of the material P by the ink 1 discharged in a thread form from the ink discharge unit 21.
[0043]
Although three ejection electrodes 2 are arranged, for example, when three straight lines are drawn in parallel, the ink ejection control unit 6 applies an ejection voltage from the ejection voltage source E12 to the three ejection electrodes 2. To draw three straight conductor patterns as shown in FIG. 5, while drawing a complicated conductor pattern that is difficult to draw with parallel straight lines, the three discharge electrodes 2 Of these, the discharge voltage may be applied to only one of them to draw the conductor pattern. In short, the number of the ejection electrodes 2 does not matter. For example, a conductor pattern can be created by ejecting the ink 1 with one ejection electrode and appropriately moving the XY table 7. The only problem is that it takes time to create.
[0044]
In addition, of the three ejection electrodes 2 arranged as an example (shown as an example), two ejection electrodes 2 on both sides and an auxiliary electrode 3 at a position facing these ejection electrodes 2 are inclined inward. Thus, the ink 1 may be ejected obliquely from the two ejection electrodes 2 on both sides, and the ink 1 ejected from the three ejection electrodes 2 arranged on the surface of the material P may land at substantially the same location. In this case, for the three ejection electrodes 2, the number of ejection electrodes 2 for ejecting the ink 1 is large. For example, by simultaneously ejecting the ink 1 from the three ejection electrodes 2, the total ejection amount of the ink 1 is reduced. It is possible to increase the thickness of the conductor pattern drawn on the material P, or to increase the thickness of the conductor pattern. Similarly, the number of the discharge electrodes 2 for discharging the ink 1 is reduced, for example, the discharge amount of the ink 1 is reduced by discharging the ink 1 from only one discharge electrode 2, and the conductor pattern drawn on the material P And the thickness of the conductor pattern can be reduced.
[0045]
In this case, for example, an auxiliary electrode that generates an electric field for causing the ink 1 ejected from the three ejection electrodes 2 arranged on the surface of the material P to land at substantially the same location may be separately provided. Further, for example, by making the shape of the opposing electrode 4 small or making it a convex shape with respect to the material P, the electric field is concentrated at substantially the same location of the opposing electrode 4, and three discharges are arranged by the action of the electric field. The ink 1 discharged from the electrode 2 may be landed at substantially the same location on the surface of the material P.
[0046]
Next, the material P on which the conductor pattern is drawn with the ink 1 is heated using a heater or the like, whereby the conductive particles are fused and connected to each other, so that the conductor pattern is formed on the material P.
[0047]
Next, a change in voltage applied to the ejection electrode 2 will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the vertical axis represents voltage, the horizontal axis represents time, the solid line waveform represents the voltage of the discharge electrode 2, and the broken line waveform represents the voltage of the auxiliary electrode 3.
[0048]
In FIG. 4, “concentration 1” indicates a period during which the conductive particles in the ink 1 are concentrated after the main switch of the apparatus is turned on or the drawing start signal is received. During this period, a bias voltage of 900 V from the bias voltage source E11 is applied between the auxiliary electrode 3 and the ejection electrode 2, and the concentration of the conductive particles in the ink 1 near the ink ejection unit 21 is concentrated. Thus, the viscosity of the ink 1 is increased before the ink 1 is ejected from the ink ejection unit 21. During the period of “concentration 1”, the ejection voltage source E12 is turned off by the ink ejection control unit 6.
[0049]
“Discharge 1” indicates, for example, a period during which one thin continuous conductor pattern is drawn. During this period, a control signal is output by the ink discharge control unit 6 to the discharge voltage source E12 in accordance with the image data representing the conductor pattern, and the discharge voltage for drawing a thin conductive pattern from the discharge voltage source E12 to the discharge electrode 2 is output. For example, a voltage of 2000 V is applied.
[0050]
When a discharge voltage is applied to the discharge electrode 2, a Coulomb force in the discharge direction is applied to the ink 1 near the ink discharge unit 21, and the ink 1 is discharged from the ink discharge unit 21 toward the material P. Then, the ink 1 stored in the housing 5 is supplied to the ink ejection unit 21 and the ink 1 is ejected from the ink ejection unit 21 as long as the ejection voltage is applied to the ejection electrode 2, so that the ink 1 is interrupted. It reaches the surface of the material P without a thread.
[0051]
On the other hand, during the period of “ejection 1”, as described above, the position of the material P is moved so as to follow the shape of the conductor pattern in accordance with the control signal from the XY table drive control unit 8, and the conductor pattern is formed in a thread shape. Is drawn on the surface of the material P by the ink 1 discharged on the surface of the material P.
[0052]
In this case, since the ink 1 is concentrated in advance and the viscosity is increased, when the ink 1 lands on the surface of the material P, bleeding or spreading is reduced, so that a finer conductive pattern can be drawn. According to an experiment, it was confirmed that a conductor pattern having a line width of about 10 to 20 μm could be formed.
[0053]
Concentration 2” indicates a period during which the concentration of the conductive particles in the ink 1 is concentrated, for example, after one continuous conductor pattern is drawn and before the next conductor pattern is drawn. The operation in this case is the same as that in the case of “concentration 1”. Further, “ejection 2” indicates a period during which a new conductor pattern is drawn on the material P, and in this example, a case where a conductor pattern having a wider line width than the case of “ejection 1” is depicted. .
[0054]
During the “ejection 2” period, a control signal is output from the ejection voltage source E12 to the first bias voltage by the ink ejection control unit 6 to the ejection voltage source E12 according to the image data representing the thick conductor pattern. In addition, a discharge voltage of 2200 V is applied to the discharge electrode 2. In this case, since the ejection voltage applied to the ejection electrode 2 is higher than that in the case of “ejection 1”, the Coulomb force acting on the ink 1 in the vicinity of the ink ejection section 21 becomes stronger, and The amount of the ink 1 ejected from the unit 21 to the material P side per unit time increases, and the line width of the conductor pattern drawn on the surface of the material P increases. Thereafter, the conductor pattern is drawn on the surface of the material P by the ink 1 discharged in the form of a thread in the same manner as in the case of “discharge 1”.
[0055]
(1) In the present embodiment, an example is described in which the “concentration” period for concentrating the concentration of the ink 1 is provided before the “ejection” period for drawing the conductor pattern, but the “concentration” period is not provided. Alternatively, a configuration may be employed in which the “discharge” period is started by applying a discharge voltage in a state where no voltage is applied to the discharge electrode 2. Further, by using a high-viscosity ink 1, it is possible to adopt a configuration in which it is not necessary to increase the viscosity by concentrating the ink 1. Further, a configuration may be employed in which the ink 1 is ejected from the ink ejection unit 21 while the ink 1 is concentrated by the ejection voltage.
[0056]
(2) In the “ejection 2” period, by increasing the ejection voltage, the amount of ink 1 ejected per unit time from the ink ejection unit 21 to the material P side is increased, and the conductor drawn on the surface of the material P An example in which the line width of the pattern is made thicker has been described. For example, when the ink 1 having a higher viscosity is ejected from the ink ejection unit 21 to the material P, the amount of the ink 1 ejected per unit time increases. The thickness of the conductor pattern drawn on the surface of the material P may be increased.
[0057]
(3) A configuration in which the auxiliary electrode 3 and the counter electrode 4 are provided is shown, but the auxiliary electrode 3 is not provided, and the ink 1 is discharged by applying a discharge voltage between the discharge electrode 2 and the counter electrode 4. It may be. Further, the ink 1 ejected by the ejection voltage applied between the ejection electrode 2 and the auxiliary electrode 3 without the opposing electrode 4 reaches the material P arranged opposite to the ejection electrode 2 due to its inertia. The configuration may be as follows.
[0058]
(4) Although the example in which the ink 1 is ejected downward from the ink ejection unit 21 has been described, a configuration in which the ink 1 is ejected, for example, from bottom to top or in the horizontal direction may be employed.
[0059]
(5) The case where the conductive particles in the ink 1 are positively charged has been described. However, when the conductive particles are negatively charged, the voltage polarity of the first voltage source E1 and the second voltage source E2 is used. May be reversed.
[0060]
(6) The configuration in which the conductive pattern is drawn on the surface of the material P by moving the position of the material P by the XY table 7 while discharging the ink 1 has been described. However, similar to the XY table 7 with the material P fixed. The conductive pattern may be drawn on the surface of the material P by moving the position of the ink discharge unit 21 by the driving mechanism of (1). Alternatively, the conductive pattern may be drawn on the surface of the material P by moving one of the material P and the ink discharge unit 21 in the X-axis direction and the other in the Y-axis direction by a driving mechanism using a belt or the like.
[0061]
(7) An example in which a linear conductor pattern is drawn with the ink 1 discharged in the form of a thread by changing the positional relationship between the ink discharge unit 21 and the position of the material P in the X-axis direction and the Y-axis direction. However, for example, a plurality of ejection electrodes 2 are arranged in a line in the X-axis direction, and the dot patterns are partially overlapped by the ink 1 ejected from the plurality of ejection electrodes 2 in the X-axis direction. It may be configured to draw a linear conductor pattern.
[0062]
In this case, the XY table 7 does not need to include a drive mechanism in the X-axis direction. For example, when a conductor pattern is drawn in the Y-axis direction, the ink 1 is ejected from the ejection electrodes 2 arranged in a line so as to partially overlap the dot patterns, thereby forming a linear conductor pattern in the X-axis direction. When drawing a conductor pattern in the Y-axis direction, a driving mechanism such as a table or a transport roller having a driving unit in the Y-axis direction is driven in the Y-axis direction to move the material P. A configuration in which a linear conductor pattern is drawn on the surface of the material P with the ink 1 discharged in a thread form from the discharge electrode 2 may be adopted.
[0063]
(8) An example in which charged conductive particles are dispersed in an insulating liquid to form a conductive pattern is used as the ink 1, but the ink 1 has a structure in which the conductive particles are dispersed. The liquid is not limited and may be a chargeable liquid. In this case, the electrostatic liquid ejecting apparatus may draw a fine figure using, for example, ink for the purpose of optical coloring, and may apply a chemical or the like in a planar shape or a three-dimensional shape. It may be applied to an object. By discharging these liquids in a thread form, for example, it becomes possible to draw fine figures with smooth lines, and it is possible to apply chemicals and the like precisely and evenly.
[0064]
(9) An example in which a conductor pattern is drawn by discharging ink 1 and a conductor is formed by ink 1 has been described. For example, a mask pattern is drawn on a metal film using a mask material such as a photoresist as ink 1. The conductor pattern may be formed by forming and removing the metal film in a portion where the mask pattern is not formed by etching or the like.
[0065]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, it is possible to discharge the charged liquid material in a thread form onto the surface of the material disposed opposite to the discharge unit.
[0066]
According to the second aspect of the present invention, a liquid material in which charged conductive particles are dispersed in an insulating liquid is discharged in a thread form on the surface of the material disposed opposite to the discharge portion. Thus, it is possible to form a conductor in which the conductive particles are connected on the surface of the material.
[0067]
According to the third aspect of the present invention, the image can be drawn by discharging the liquid material onto the material in the form of a thread, so that the image can be drawn with smooth lines. Further, in the case of using a material in which charged conductive particles are dispersed in an insulating liquid and the conductive particles are connected to form a conductor as the liquid material, a smooth conductor pattern is formed. It can be formed.
[0068]
According to the fourth aspect of the present invention, the amount of the liquid material discharged from the discharge unit per unit time can be adjusted by adjusting the discharge voltage. The thread thickness of the liquid material can be changed and adjusted.
[0069]
According to the fifth aspect of the present invention, the electric field acting on the discharge section is less affected by the material, so that the state of the electric field acting on the discharge section is stabilized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a main part of an electrostatic liquid ejection apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the electrostatic liquid ejection device according to one embodiment of the present invention as viewed from a side.
FIG. 3 is a perspective view showing an example of a configuration of an XY table 7 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a timing chart for explaining the operation of the electrostatic liquid ejection apparatus according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining a drawing pattern drawn by using the electrostatic liquid ejection apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram for explaining a drawing pattern according to a conventional example.
[Explanation of symbols]
1 Ink (liquid material)
2 Discharge electrode (discharge electrode)
3 Auxiliary electrode (external electrode)
4 Counter electrode (external electrode)
5 Housing
6. Ink ejection control unit (ejection control unit)
7 XY table (drive unit)
8 XY table drive control unit (drive control unit)
9 Fixed rail
21 Ink ejection unit (ejection unit)
31 slit
32 taper
51 Ink outlet
52 Ink supply port
71 X-axis motor
72 Y-axis motor
73 spiral rod
74 X-axis nut
75 spiral rod
76 Y-axis nut
E1 First voltage source (ejection drive unit)
E11 Bias voltage source
E12 Ejection voltage source
E2 Second voltage source
P material

Claims (5)

帯電した液体材料が導かれる吐出部に電界を作用させる吐出用電極と外部電極との間に吐出駆動部によって所定レベル以上の吐出用電圧を印加することにより、前記液体材料を前記吐出部から前記吐出部に対向して配置された材料の表面に吐出させる静電方式液体吐出装置において、前記吐出部から前記液体材料を糸状に吐出させるべく前記吐出用電圧の印加時間を所要の時間の間継続させる吐出制御部を備えることを特徴とする静電方式液体吐出装置。By applying a discharge voltage of a predetermined level or more by a discharge drive unit between a discharge electrode for applying an electric field to the discharge unit to which the charged liquid material is guided and an external electrode, the liquid material is discharged from the discharge unit. In an electrostatic liquid ejecting apparatus that ejects the liquid material from the ejection section in a thread form, the application time of the ejection voltage is continued for a required time in an electrostatic liquid ejection apparatus that ejects the material onto a surface of a material disposed opposite to an ejection section. An electrostatic liquid discharge device comprising a discharge control unit for causing the liquid to be discharged. 前記液体材料は、絶縁性の液体中に帯電された導電性粒子が分散されてなると共に前記導電性粒子が連接して導体を形成可能にされたものであることを特徴とする請求項1記載の静電方式液体吐出装置。2. The liquid material according to claim 1, wherein charged conductive particles are dispersed in an insulating liquid, and the conductive particles are connected to form a conductor. Electrostatic liquid ejection device. 前記液体材料の吐出方向と略直交する方向に対して前記吐出部と前記材料との間の位置関係を変化させる駆動部と、前記材料に前記液体材料を用いて画像を描画すべく前記画像を表わす画像データに従って前記駆動部を駆動させる駆動制御部とをさらに備えることを特徴とする請求項1又は2記載の静電方式液体吐出装置。A driving unit that changes a positional relationship between the ejection unit and the material with respect to a direction substantially orthogonal to a direction in which the liquid material is ejected, and forming the image using the liquid material as the material. The electrostatic liquid ejecting apparatus according to claim 1, further comprising: a driving control unit configured to drive the driving unit in accordance with the represented image data. 前記吐出駆動部は、前記吐出用電圧が調整可能にされていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の静電方式液体吐出装置。The electrostatic discharge device according to any one of claims 1 to 3, wherein the discharge drive unit is configured to adjust the discharge voltage. 前記外部電極は、補助電極であって、前記吐出部と前記材料との間の位置に、前記吐出された液体材料が前記材料に到達するまでの経路を避けて設けられることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の静電方式液体吐出装置。The external electrode is an auxiliary electrode, and is provided at a position between the discharge unit and the material, avoiding a path until the discharged liquid material reaches the material. Item 5. An electrostatic liquid discharge device according to any one of Items 1 to 4.
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