JP2005059301A - Method for ejecting liquid and impact object - Google Patents

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Hironobu Iwashita
広信 岩下
Shigeru Nishio
茂 西尾
Kazuhiro Murata
和広 村田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To adjust the width/height of an impact object easily and appropriately. <P>SOLUTION: In the method for supplying solution to a nozzle 51 having inner diameter not larger than 25 [μm] at the forward end part thereof and ejecting charged solution, in the form of a liquid drop, from the forward end part of the nozzle toward a substrate K disposed oppositely thereto based on an ejection voltage being applied to the solution in the nozzle, the liquid drop is ejected such that the flatness factor D/d satisfies a following expression; 1≤D/d≤3, where d [μm] is the diameter of a flying liquid drop ejected from the forward end part of the nozzle, and D [μm] is the diameter of the liquid drop impacting on the liquid drop receiving surface K1 of the substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、基材に溶液を吐出する液体吐出方法及び基材に着弾した着弾物に関する。   The present invention relates to a liquid ejection method for ejecting a solution onto a base material and an impacted material landed on the base material.

従来のインクジェット記録方式としては、圧電素子の振動によりインク流路を変形させることによりインク液滴を吐出させるピエゾ方式、インク流路内に発熱体を設け、その発熱体を発熱させて気泡を発生させ、気泡によるインク流路内の圧力変化に応じてインク液滴を吐出させるサーマル方式、インク流路内のインクを帯電させてインクの静電吸引力によりインク液滴を吐出させる静電吸引方式が知られている。   As a conventional ink jet recording method, a piezo method that ejects ink droplets by deforming an ink flow path by vibration of a piezoelectric element, a heating element is provided in the ink flow path, and the heating element generates heat to generate bubbles. And a thermal method that discharges ink droplets in response to pressure changes in the ink flow path caused by bubbles, and an electrostatic suction method that charges ink in the ink flow channels and discharges ink droplets by the electrostatic suction force of the ink It has been known.

従来の静電吸引方式のインクジェットプリンタとして、先端部からインクの吐出を行う複数の凸状インクガイドと、各インクガイドの先端に対向して配設されると共に接地された対向電極と、各インクガイドごとにインクに吐出電圧を印加する吐出電極とを備えたものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。そして、凸状インクガイドは、インクを案内するスリット幅が異なる二種類のものを用意し、これらのものを使い分けることで、二種類の大きさの液滴を吐出可能とすることを特徴とする。
さらに、この従来のインクジェットプリンタは、吐出電極にパルス電圧を印加することでインク液滴を吐出し、吐出電極と対向電極間で形成された電界によりインク液滴を対向電極側に導いている。
As a conventional electrostatic suction type ink jet printer, a plurality of convex ink guides that discharge ink from the tip, a counter electrode that is disposed to face the tip of each ink guide and is grounded, and each ink One having a discharge electrode for applying a discharge voltage to ink for each guide is known (for example, see Patent Document 1). The convex ink guide is characterized in that two types of ink guides having different slit widths are prepared, and that two types of droplets can be ejected by properly using these types. .
Further, this conventional ink jet printer discharges ink droplets by applying a pulse voltage to the discharge electrodes, and guides the ink droplets to the counter electrode side by an electric field formed between the discharge electrodes and the counter electrode.

また、インクジェット技術を用いて基板の表面に回路の配線パターンを描画して基板を製造する方法も知られている(例えば、特許文献2参照。)。
特開平11−277747号公報(第2図及び第3図) 特開2000−33698号公報
A method of manufacturing a substrate by drawing a circuit wiring pattern on the surface of the substrate using an ink jet technique is also known (see, for example, Patent Document 2).
Japanese Patent Laid-Open No. 11-277747 (FIGS. 2 and 3) JP 2000-33698 A

しかしながら、上記従来例には以下の問題がある。
(1)微小液滴形成の安定性
ノズル径が大きいため、ノズルから吐出される液滴の形状が安定しない。
(2)高印加電圧
微小液滴の吐出のためには、ノズルの吐出口の微細化を図ることが重要因子となってくるが、従来の静電吸引方式の原理では、ノズル径が大きいことにより、ノズル先端部の電界強度が弱く、液滴を吐出するのに必要な電界強度を得るために、高い吐出電圧(例えば2000[V]に近い非常に高い電圧)を印加する必要があった。従って、高い電圧を印加するために、電圧の駆動制御が高価になり、さらに、安全性の面からも問題があった。
(3)吐出応答性
上記の特許文献1に開示されたインクジェット装置では、上記(2)と同様の理由により高い吐出電圧の印加により吐出を行うため、メニスカス部の中心に電荷が移動するための電荷の移動時間が吐出応答性に影響し、印字速度の向上において問題となっていた。
However, the conventional example has the following problems.
(1) Stability of micro droplet formation Since the nozzle diameter is large, the shape of the droplet discharged from the nozzle is not stable.
(2) High applied voltage In order to discharge fine droplets, miniaturization of the nozzle outlet is an important factor, but the principle of the conventional electrostatic suction method is that the nozzle diameter is large. As a result, the electric field strength at the nozzle tip is weak and it was necessary to apply a high discharge voltage (for example, a very high voltage close to 2000 [V]) in order to obtain the electric field strength necessary for discharging the droplet. . Therefore, in order to apply a high voltage, voltage drive control becomes expensive, and there is also a problem in terms of safety.
(3) Discharge responsiveness In the ink jet apparatus disclosed in the above-mentioned Patent Document 1, discharge is performed by applying a high discharge voltage for the same reason as in (2) above, so that charges move to the center of the meniscus portion. The charge transfer time has an influence on the ejection response, which has been a problem in improving the printing speed.

そこで、微小液滴を吐出可能な液体吐出方法を提供することを第一の目的とする。また同時に、安定した液滴を吐出することが可能な液体吐出方法を提供することを第二の目的とする。さらに、微小液滴を吐出可能で、且つ着弾精度の良い液体吐出方法の提供を第三の目的とする。さらに、印加電圧を低減することを可能とし、安価で安全性の高い液体吐出方法を提供することを第四の目的とする。   Therefore, a first object is to provide a liquid ejection method capable of ejecting micro droplets. At the same time, a second object is to provide a liquid ejection method capable of ejecting stable droplets. Furthermore, a third object is to provide a liquid ejection method capable of ejecting fine droplets and having high landing accuracy. It is a fourth object of the present invention to provide a liquid ejection method that can reduce the applied voltage and is inexpensive and highly safe.

また、従来例としての特許文献1は、インクに対するパルス電圧を印加することのみによりインク吐出を行うために、そのパルス電圧を印加する電極に高電圧を印加する必要があり、上述した(2)、(3)の問題を助長する傾向にある、という不都合があった。   Further, in Patent Document 1 as a conventional example, in order to perform ink ejection only by applying a pulse voltage to ink, it is necessary to apply a high voltage to an electrode to which the pulse voltage is applied. , (3) there is a disadvantage that it tends to promote the problem.

また、基板に形成される回路の抵抗値を所定の値とする上で、当該基板の回路配線パターンを所定の幅・高さのものとするためには、基板の液滴受面に着弾した液滴の濡れ拡がりを抑制したり調整したりする必要があるが、上記特許文献2等の場合、基板の液滴受面を親水性や疎水性の所定溶液により処理しなければならなかった。さらに、液滴を積層したりして所定の高さを有する回路配線パターンを作製する場合には、基板の表面に配線パターンの両側に沿って所定の高さの構造物等を作製することによって、液滴の濡れ拡がりを抑制するようになっている。
このように、基材の表面における液滴の濡れ拡がりの抑制等のための作業が煩雑であり、着弾物の幅・高さの調整は容易ではない。そこで、着弾物の幅・高さの調整を容易に且つ適正に行うことができる液体吐出方法を提供することを第五の目的とする。
In addition, when the resistance value of the circuit formed on the substrate is set to a predetermined value, the circuit wiring pattern of the substrate is landed on the droplet receiving surface of the substrate in order to have a predetermined width and height. Although it is necessary to suppress or adjust the wetting and spreading of the droplets, in the case of Patent Document 2 and the like, the droplet receiving surface of the substrate has to be treated with a predetermined hydrophilic or hydrophobic solution. Furthermore, when a circuit wiring pattern having a predetermined height is manufactured by laminating droplets, a structure or the like having a predetermined height is formed on the surface of the substrate along both sides of the wiring pattern. In this way, wetting and spreading of droplets are suppressed.
As described above, the operation for suppressing the wetting and spreading of the droplets on the surface of the base material is complicated, and it is not easy to adjust the width and height of the landing object. Accordingly, a fifth object is to provide a liquid ejection method capable of easily and appropriately adjusting the width and height of the landing object.

請求項1に記載の発明は、先端部の内部直径が25[μm]以下のノズルに溶液を供給し、前記ノズル内の溶液に対する吐出電圧の印加に基づいて、前記ノズルの先端部から前記先端部に対向配置された基材に対し、帯電した溶液を液滴として吐出する液体吐出方法であって、
前記ノズルの先端部から吐出されて飛翔する液滴の直径をd[μm]、前記基材の液滴受面に着弾した液滴の直径をD[μm]としたときに、扁平率D/dが、
1≦D/d≦3
の式を満足するように液滴を吐出させることを特徴としている。
According to the first aspect of the present invention, a solution is supplied to a nozzle having an inner diameter of a tip portion of 25 [μm] or less, and the tip portion of the nozzle is moved from the tip portion of the nozzle based on application of a discharge voltage to the solution in the nozzle. A liquid discharge method for discharging a charged solution as droplets to a substrate disposed opposite to a part,
When the diameter of the droplet discharged from the tip of the nozzle and flying is d [μm] and the diameter of the droplet landed on the droplet receiving surface of the substrate is D [μm], the flatness ratio D / d is
1 ≦ D / d ≦ 3
It is characterized in that the liquid droplets are ejected so as to satisfy the following formula.

ここで、飛翔する液滴の直径とは、飛翔する液滴の外径のことであり、具体的には、飛翔する液滴を球とみなした場合の外径を示すものとする。
また、基材に着弾した液滴の直径とは、着弾した液滴を所定厚の円板とみなした場合の外径を示すものとする。
以下、ノズル径という場合には、液滴を吐出する先端部におけるノズルの内部直径(ノズルの先端部の内部直径)を示すものとする。なお、ノズル内の液体吐出穴の断面形状は円形に限定されるものではない。例えば、液体吐出穴の断面形状が多角形、星形その他の形状である場合にはその断面形状の外接円が25[μm]以下となることを示すものとする。以下、ノズル径或いはノズルの先端部の内部直径という場合において、他の数値限定を行っている場合にも同様とする。また、ノズル半径という場合には、このノズル径(ノズルの先端部の内部直径)の1/2の長さを示すものとする。
さらに、本発明において、「基材」とは吐出された溶液の液滴の着弾を受ける対象物をいい材質的には特に限定されない。従って、例えば、上記構成をインクジェットプリンタに適応した場合には、用紙やシート等の記録媒体が基材に相当し、導電性ペーストを用いて回路の形成を行う場合には、回路が形成されるべきベースが基材に相当することとなる。
また、上記構成にあっては、ノズルの先端部に液滴受面が対向するように、ノズル又は基材が配置される。これら相互の位置関係を実現するための配置作業は、ノズルの移動又は基材の移動のいずれにより行っても良い。
そして、ノズル内の溶液は吐出を行うために帯電した状態にあることが要求される。なお、溶液の帯電は、吐出電圧を印加する吐出電圧印加手段により吐出されない範囲での帯電専用の電極による電圧印加により行っても良い。
Here, the diameter of the flying droplet refers to the outer diameter of the flying droplet, and specifically indicates the outer diameter when the flying droplet is regarded as a sphere.
Further, the diameter of the droplet that has landed on the base material indicates the outer diameter when the landed droplet is regarded as a disk having a predetermined thickness.
Hereinafter, the term “nozzle diameter” refers to the internal diameter of the nozzle (the internal diameter of the front end of the nozzle) at the front end where the droplet is discharged. The cross-sectional shape of the liquid discharge hole in the nozzle is not limited to a circle. For example, when the cross-sectional shape of the liquid discharge hole is a polygon, a star, or other shape, the circumscribed circle of the cross-sectional shape is 25 [μm] or less. Hereinafter, in the case of the nozzle diameter or the internal diameter of the tip of the nozzle, the same applies when other numerical values are limited. In addition, the term “nozzle radius” indicates a length that is ½ of this nozzle diameter (inner diameter at the tip of the nozzle).
Furthermore, in the present invention, the “substrate” refers to an object that receives the landing of the droplets of the discharged solution, and is not particularly limited in terms of material. Therefore, for example, when the above configuration is applied to an ink jet printer, a recording medium such as paper or a sheet corresponds to a base material, and when a circuit is formed using a conductive paste, a circuit is formed. The power base should correspond to the substrate.
Moreover, in the said structure, a nozzle or a base material is arrange | positioned so that a droplet receiving surface may oppose the front-end | tip part of a nozzle. The arrangement work for realizing the mutual positional relationship may be performed by either movement of the nozzle or movement of the base material.
The solution in the nozzle is required to be in a charged state for discharging. The solution may be charged by applying a voltage using a dedicated electrode for charging in a range that is not discharged by a discharge voltage applying unit that applies a discharge voltage.

請求項1に記載の発明によれば、ノズルの内部直径が25[μm]以下とされた先端部から吐出されて飛翔する液滴の直径をd[μm]、基材の液滴受面に着弾した液滴の直径をD[μm]としたときに、扁平率D/dが、
1≦D/d≦3
の式を満足するように液滴を吐出させるので、基材の液滴受面に着弾した液滴よりなる着弾物の幅及び高さの調整を行うことができる。即ち、ノズルの先端部の内部直径を25[μm]以下とすることによって、微小な液滴の吐出を行うことができ、液滴の表面積Sを体積Vで除算した当該液滴の比表面積S/Vを大きくすることができる。これにより、液滴の溶媒が蒸発する速度を速めて、乾燥・固化を急速に行うことができる。そして、液滴が扁平率D/dが3を上回る程度のものであると、濡れ拡がりが大きくなって、微細な形状の制御性や着弾物の高さの確保が困難となり、所定の高さを有する構造物の形成に支障が生じることとなるが、1≦D/d≦3の範囲内において、液滴よりなる着弾物の形成を適正に行うことができる。具体的には、扁平率D/dを1に近づけることにより液滴の幅を小さく且つ高さを高くすることができる一方で、扁平率D/dを3に近づけることにより液滴の幅を大きく且つ高さを低くすることができる。
従って、従来のように、基材表面の親水性や疎水性の所定溶液による処理や、基材表面に所定の高さを有する構造物等を作製する作業を行うことなく、着弾物の幅及び高さの調整を容易に且つ適正に行うことができる。
また、基材に着弾した液滴に対して重ねて液滴を着弾させた場合であっても、着弾した液滴の乾燥・固化が迅速に行われることとなって、液滴どうしの積み重ねを適正に行うことができ、所定の高さや体積を有する着弾物の構造体を容易に形成することができる。
According to the first aspect of the present invention, the diameter of the droplet ejected and flying from the tip portion where the inner diameter of the nozzle is 25 [μm] or less is d [μm], and the droplet receiving surface of the base material is used. When the diameter of the landed droplet is D [μm], the flatness ratio D / d is
1 ≦ D / d ≦ 3
Since the droplets are ejected so as to satisfy the above formula, the width and height of the landing object made of the droplets that have landed on the droplet receiving surface of the substrate can be adjusted. That is, by setting the internal diameter of the tip of the nozzle to 25 [μm] or less, it is possible to discharge minute droplets, and the specific surface area S of the droplets obtained by dividing the surface area S of the droplets by the volume V. / V can be increased. Thereby, the speed at which the solvent of the droplet evaporates can be increased, and drying and solidification can be performed rapidly. If the liquid droplet has a flatness ratio D / d of more than 3, wetting spread becomes large, and it becomes difficult to control the fine shape and ensure the height of the impacted object. In the range of 1 ≦ D / d ≦ 3, it is possible to appropriately form the landing material made of droplets. Specifically, the width of the droplet can be reduced and the height can be increased by bringing the flatness ratio D / d close to 1, while the width of the liquid droplet can be reduced by bringing the flatness ratio D / d close to 3. Large and low in height.
Therefore, the width of the impacted object can be reduced without performing treatment with a predetermined hydrophilic or hydrophobic solution on the surface of the base material or a structure having a predetermined height on the surface of the base material. The height can be adjusted easily and appropriately.
In addition, even when the droplets land on the base material, the droplets that have landed on the substrate are quickly dried and solidified. Therefore, it is possible to appropriately form a landing object structure having a predetermined height and volume.

また、上記構成にあっては、ノズルを従来にないノズル径が25[μm]以下のノズルとすることでノズル先端部に電界を集中させて電界強度を高めることに特徴がある。ノズルの小径化に関しては後の記載により詳述する。かかる場合、ノズルの先端部に対向する対向電極がなくとも液滴の吐出を行うことが可能である。例えば、対向電極が存在しない状態で、ノズル先端部に対向させて基材を配置した場合、当該基材が導体である場合には、基材の液滴受面を基準としてノズル先端部の面対称となる位置に逆極性の鏡像電荷が誘導され、基材が絶縁体である場合には、基材の液滴受面を基準として基材の誘電率により定まる対称位置に逆極性の映像電荷が誘導される。そして、ノズル先端部に誘起される電荷と鏡像電荷又は映像電荷間での静電力により液滴の飛翔が行われる。
但し、本発明の構成は、対向電極を不要とすることを可能とするが、対向電極を併用しても構わない。対向電極を併用する場合には、当該対向電極の対向面に沿わせた状態で基材を配置すると共に対向電極の対向面がノズルからの液滴吐出方向に垂直に配置されることが望ましく、これにより、ノズル−対向電極間での電界による静電力を飛翔電極の誘導のために併用することも可能となるし、対向電極を接地すれば、帯電した液滴の電荷を空気中への放電に加え、対向電極を介して逃がすことができ、電荷の蓄積を低減する効果も得られるので、むしろ併用することが望ましい構成といえる。
Further, the above configuration is characterized in that the electric field strength is increased by concentrating the electric field at the tip of the nozzle by using a nozzle having a nozzle diameter of 25 [μm] or less, which is not a conventional nozzle. The diameter reduction of the nozzle will be described in detail later. In such a case, it is possible to discharge liquid droplets without a counter electrode facing the tip of the nozzle. For example, when a substrate is placed facing the nozzle tip in the absence of a counter electrode, and the substrate is a conductor, the surface of the nozzle tip with reference to the droplet receiving surface of the substrate When a mirror image charge of opposite polarity is induced at a symmetrical position and the substrate is an insulator, an image charge of opposite polarity is detected at a symmetrical position determined by the dielectric constant of the substrate with respect to the droplet receiving surface of the substrate. Is induced. Then, the droplets fly by electrostatic force between the charge induced at the nozzle tip and the mirror image charge or the image charge.
However, although the configuration of the present invention can eliminate the need for the counter electrode, the counter electrode may be used in combination. When using the counter electrode together, it is desirable to arrange the base material in a state along the counter surface of the counter electrode and to arrange the counter surface of the counter electrode perpendicular to the direction of droplet discharge from the nozzle, As a result, electrostatic force due to the electric field between the nozzle and the counter electrode can be used together for the induction of the flying electrode, and if the counter electrode is grounded, the charge of the charged droplet is discharged into the air. In addition, it can be escaped through the counter electrode, and the effect of reducing charge accumulation can be obtained.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の液滴吐出方法において、
前記ノズルの先端部から吐出されて飛翔する液滴の表面積をS、当該液滴の体積をVとしたときに、前記液滴の比表面積S/Vが、0.6以上となるように液滴を吐出させることを特徴としている。
The invention described in claim 2 is the droplet discharge method according to claim 1,
When the surface area of the droplet discharged from the tip of the nozzle and flying is S and the volume of the droplet is V, the liquid surface area S / V is 0.6 or more. It is characterized by discharging droplets.

ここで、飛翔する液滴の表面積及び体積は、飛翔する液滴を球とみなした場合の外径から算出されたものである。   Here, the surface area and volume of the flying droplet are calculated from the outer diameter when the flying droplet is regarded as a sphere.

請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、特に、液滴の比表面積S/Vが、0.6以上であり、液滴を微小なものとすることができるので、ノズルから吐出され飛翔する液滴や基材の液滴受面に着弾した液滴の溶媒が蒸発する速度を速めて、急速に乾燥・固化させることができる。より具体的には、比表面積を大きくすることにより液滴の表面からの物質の移動速度及び熱移動速度を速くすることができる。つまり、液滴の表面からの物質の移動律速の蒸発量を増加させるとともに、液滴中における溶質の内部拡散律速の移動量を増加させることができ、液滴の溶媒の蒸発速度を格段に速くすることができる。また、熱移動速度を速くすることができるので、基材に着弾した液滴の蒸発に必要な蒸発潜熱を当該基材から迅速に供給することができる。
従って、液滴の比表面積を大きくすることにより、液滴の溶媒の体積当たりの蒸発速度を増加させることができるので、液滴を急速に乾燥させて、基材に着弾した液滴を急速に固化させることができることとなって、基材の表面における液滴の濡れ拡がりの抑制を適正に行うことができる。
According to the invention described in claim 2, it is natural that the same effect as that of the invention described in claim 1 can be obtained, in particular, the specific surface area S / V of the droplet is 0.6 or more, Since the droplets can be made very small, the solvent of the droplets ejected from the nozzles and flying, or the droplets landing on the droplet receiving surface of the base material, is accelerated and dried and solidified rapidly. be able to. More specifically, by increasing the specific surface area, it is possible to increase the moving speed and heat transfer speed of the substance from the surface of the droplet. In other words, the amount of movement-controlled evaporation of the substance from the surface of the droplet can be increased, and the amount of solute internal diffusion-controlled movement of the solute in the droplet can be increased, and the evaporation rate of the solvent of the droplet can be greatly increased. can do. Further, since the heat transfer speed can be increased, the latent heat of vaporization required for evaporation of the droplets that have landed on the base material can be rapidly supplied from the base material.
Therefore, by increasing the specific surface area of the droplet, the evaporation rate per volume of the solvent of the droplet can be increased. Since it can be solidified, it is possible to appropriately suppress the wetting and spreading of droplets on the surface of the substrate.

請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の液滴吐出方法において、
前記液滴の比表面積S/Vが、1.0以上となるように液滴を吐出させることを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, in the droplet discharge method according to the second aspect,
The droplets are ejected so that the specific surface area S / V of the droplets is 1.0 or more.

請求項3に記載の発明によれば、請求項2に記載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、特に、液滴の比表面積S/Vが、1.0以上であるので、液滴の溶媒の体積当たりの蒸発速度をさらに増加させることができることとなって、液滴をさらに急速に乾燥・固化させることができる。これにより、基材の表面における液滴の濡れ拡がりの抑制をさらに適正に行うことができる。   According to the third aspect of the present invention, it is natural that the same effect as that of the second aspect of the present invention can be obtained. In particular, since the specific surface area S / V of the droplet is 1.0 or more. The evaporation rate per volume of the solvent of the droplet can be further increased, and the droplet can be dried and solidified more rapidly. Thereby, suppression of the wetting and spreading of the droplets on the surface of the substrate can be more appropriately performed.

請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の液滴吐出方法において、
前記ノズルの前記内部直径が20[μm]未満であることを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, in the droplet discharge method according to any one of the first to third aspects,
The internal diameter of the nozzle is less than 20 [μm].

請求項4に記載の発明によれば、請求項1〜3に記載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、特に、ノズルの先端部の内部直径を20[μm]未満とすることにより、電界強度分布が狭くなる。このことにより、電界を集中させることができる。その結果、形成される液滴を微小で且つ形状の安定化したものとすることができると共に、総印加電圧を低減することができる。また、液滴は、ノズルから吐出された直後、電界と電荷の間に働く静電力により加速されるが、ノズルから離れると電界は急激に低下するので、その後は、空気抵抗により減速する。しかしながら、微小液滴でかつ電界が集中した液滴は、対向電極に近づくにつれ、鏡像力により加速される。この空気抵抗による減速と鏡像力による加速とのバランスをとることにより、微小液滴を安定に飛翔させ、着弾精度を向上させることが可能となる。   According to the invention described in claim 4, it is of course possible to obtain the same effect as that of the invention described in claims 1-3, and in particular, the inner diameter of the nozzle tip is less than 20 [μm]. This narrows the electric field strength distribution. As a result, the electric field can be concentrated. As a result, the formed droplets can be made minute and the shape can be stabilized, and the total applied voltage can be reduced. In addition, immediately after the droplet is ejected from the nozzle, the droplet is accelerated by an electrostatic force acting between the electric field and the electric charge. However, when the droplet is separated from the nozzle, the electric field rapidly decreases, and thereafter, the droplet is decelerated due to air resistance. However, a droplet that is a minute droplet and has a concentrated electric field is accelerated by mirror image force as it approaches the counter electrode. By balancing the deceleration by the air resistance and the acceleration by the mirror image force, it is possible to stably fly the fine droplets and improve the landing accuracy.

請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の液滴吐出方法において、
前記ノズルの前記内部直径が10[μm]以下であることを特徴としている。
According to a fifth aspect of the present invention, in the droplet discharge method according to the fourth aspect,
The internal diameter of the nozzle is 10 [μm] or less.

請求項5に記載の発明によれば、請求項4に記載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、特に、ノズルの先端部の内部直径を10[μm]以下とすることによって、さらに電界を集中させることが可能となり、さらなる液滴の微小化と、飛翔時に対向電極の距離の変動が電界強度分布に影響することを低減させることができるので、対向電極の位置精度や基材の特性や厚さの液滴形状への影響や着弾精度への影響を低減することができる。   According to the fifth aspect of the invention, it is possible to obtain the same effect as the fourth aspect of the invention, in particular, by setting the inner diameter of the nozzle tip to 10 [μm] or less. In addition, it is possible to further concentrate the electric field, and further reduce the size of the droplets and reduce the influence of fluctuations in the distance of the counter electrode on the electric field intensity distribution during flight. It is possible to reduce the influence of the material properties and thickness on the droplet shape and the impact accuracy.

請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の液滴吐出方法において、
前記ノズルの前記内部直径が8[μm]以下であることを特徴としている。
The invention described in claim 6 is the droplet discharge method according to claim 5,
The internal diameter of the nozzle is 8 [μm] or less.

請求項6に記載の発明によれば、請求項5に記載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、特に、ノズルの先端部の内部直径を8[μm]以下とすることによって、さらに電界を集中させることが可能となり、さらなる液滴の微小化と、飛翔時に対向電極の距離の変動が電界強度分布に影響することを低減させることができるので、対向電極の位置精度や基材の特性や厚さの液滴形状への影響や着弾精度への影響を低減することができる。
さらに、電界集中の度合いが高まることにより、多ノズル化時のノズルの高密度化で課題となる電界クロストークの影響が軽減し、一層の高密度化が可能となる。
According to the invention described in claim 6, it is possible to obtain the same effect as that of the invention described in claim 5. In particular, by setting the inner diameter of the nozzle tip to 8 [μm] or less. In addition, it is possible to further concentrate the electric field, and further reduce the size of the droplets and reduce the influence of fluctuations in the distance of the counter electrode on the electric field intensity distribution during flight. It is possible to reduce the influence of the material properties and thickness on the droplet shape and the impact accuracy.
Furthermore, by increasing the degree of electric field concentration, the influence of electric field crosstalk, which is a problem in increasing the density of nozzles in the case of increasing the number of nozzles, is reduced, and a higher density can be achieved.

請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の液滴吐出方法において、
前記ノズルの前記内部直径が4[μm]以下であることを特徴としている。
The invention according to claim 7 is the droplet discharge method according to claim 6,
The internal diameter of the nozzle is 4 [μm] or less.

請求項7に記載の発明によれば、請求項6に記載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、特に、ノズルの先端部の内部直径を4[μm]以下とすることによって、顕著な電界の集中を図ることができ、最大電界強度を高くすることができ、形状の安定な液滴の超微小化と、液滴の初期吐出速度を大きくすることができる。これにより、飛翔安定性が向上することにより、着弾精度をさらに向上させ、吐出応答性を向上することができる。
さらに、電界集中の度合いが高まることにより、多ノズル化時のノズルの高密度化で課題となる電界クロストークの影響が受けにくくなり、より一層の高密度化が可能となる。
また、ノズルの先端部の内部直径は0.2[μm]より大きい方が望ましい。ノズルの内径を0.2[μm]より大きくすることで、液滴の帯電効率を向上させることができるので、液滴の吐出安定性を向上させることができる。
According to the seventh aspect of the invention, it is possible to obtain the same effect as the sixth aspect of the invention, in particular, by setting the inner diameter of the tip of the nozzle to 4 [μm] or less. Therefore, the concentration of the electric field can be significantly increased, the maximum electric field strength can be increased, the shape of the droplet having a stable shape can be reduced, and the initial discharge speed of the droplet can be increased. Thereby, by improving the flight stability, it is possible to further improve the landing accuracy and improve the ejection response.
Furthermore, the degree of concentration of the electric field increases, so that it becomes difficult to be affected by electric field crosstalk, which is a problem in increasing the density of the nozzles when the number of nozzles is increased, and it is possible to further increase the density.
The inner diameter of the nozzle tip is preferably larger than 0.2 [μm]. By making the inner diameter of the nozzle larger than 0.2 [μm], the charging efficiency of the droplets can be improved, and thus the droplet discharge stability can be improved.

請求項8に記載の発明は、請求項1〜7のいずれか一項に記載の液体吐出方法により前記ノズルの先端部から吐出され、前記基材の液滴受面に着弾した液滴よりなる着弾物であって、
前記液滴受面に略垂直な方向の高さをt[μm]、前記液滴受面に略水平な方向の距離をW[μm]としたときに、アスペクト比W/tが、
0.1≦W/t≦100
の式を満足することを特徴としている。
According to an eighth aspect of the present invention, the liquid ejecting method according to any one of the first to seventh aspects comprises droplets ejected from the tip of the nozzle and landed on the droplet receiving surface of the substrate. An impact,
When the height in the direction substantially perpendicular to the droplet receiving surface is t [μm] and the distance in the direction substantially horizontal to the droplet receiving surface is W [μm], the aspect ratio W / t is
0.1 ≦ W / t ≦ 100
It is characterized by satisfying the following formula.

請求項8に記載の発明によれば、請求項1〜7に記載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、特に、着弾物の基材の液滴受面に略垂直な方向の高さをt[μm]、液滴受面に略水平な方向の距離をW[μm]としたときのアスペクト比W/tが、
0.1≦W/t≦100
の式を満足するので、この範囲内において、着弾物のアスペクト比W/t、即ち、着弾物の幅及び高さの調整を適正に行うことができる。
According to the eighth aspect of the invention, it is obvious that the same effect as that of the first to seventh aspects of the invention can be obtained. In particular, the direction substantially perpendicular to the droplet receiving surface of the base material of the landing object Is the aspect ratio W / t, where t is the height [tm] and the distance in the direction substantially horizontal to the droplet receiving surface is W [m].
0.1 ≦ W / t ≦ 100
In this range, the aspect ratio W / t of the impacted object, that is, the width and height of the impacted object can be adjusted appropriately.

請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の着弾物において、
前記距離Wは、前記液滴受面上にて線状に延在する当該着弾物の長手方向に対して略垂直な方向の幅であることを特徴としている。
The invention according to claim 9 is the landing article according to claim 8,
The distance W is characterized by having a width in a direction substantially perpendicular to the longitudinal direction of the landing object extending linearly on the droplet receiving surface.

請求項9に記載の発明によれば、請求項8に記載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、特に、距離Wは、基材の液滴受面上にて線状に延在する当該着弾物の長手方向に対して略垂直な方向の幅である。即ち、線状に形成された着弾物のアスペクト比W/tの調整を適正に行うことができる。   According to the ninth aspect of the invention, it is possible to obtain the same effect as that of the eighth aspect of the invention. In particular, the distance W is linear on the droplet receiving surface of the substrate. It is the width in a direction substantially perpendicular to the longitudinal direction of the landing object. That is, it is possible to appropriately adjust the aspect ratio W / t of the landed object formed in a linear shape.

さらに、上記各請求項の構成において、
(1)ノズルを電気絶縁材で形成し、ノズル内に吐出電圧印加用の電極を挿入あるいは当該電極として機能するメッキ形成を行うことが好ましい。
(2)上記各請求項の構成又は上記(1)の構成において、ノズルを電気絶縁材で形成し、ノズル内に電極を挿入或いは電極としてのメッキを形成すると共にノズルの外側にも吐出用の電極を設けることが好ましい。
ノズルの外側の吐出用電極は、例えば、ノズルの先端側端面或いは、ノズルの先端部側の側面の全周若しくは一部に設けられる。
(1)及び(2)により、上記各請求項による作用効果に加え、吐出力を向上させることができるので、ノズル径をさらに微細化しても、低電圧で液滴を吐出することができる。
(3)上記各請求項の構成、上記(1)又は(2)の構成において、基材を導電性材料または絶縁性材料により形成することが好ましい。
(4)上記各請求項の構成、上記(1)、(2)又は(3)の構成において、吐出電圧印加手段よる吐出電圧Vを、

Figure 2005059301
で表される領域において駆動することが好ましい。
ただし、γ:液体の表面張力(N/m)、ε0:真空の誘電率(F/m)、d:ノズル直径(m)、h:ノズル−基材間距離(m)、k:ノズル形状に依存する比例定数(1.5<k<8.5)とする。
ノズル内の溶液に対して上式(1)の範囲の吐出電圧Vの印加が行われる。上式(1)において、吐出電圧Vの上限の基準となる左側の項は、従来におけるノズル−対向電極間での電界による液滴吐出を行う場合での限界最低吐出電圧を示す。本発明は、前述したように、ノズルの超微細化による電界集中の効果により、微小液滴の吐出を、従来技術では実現されなかった従来の限界最低吐出電圧よりも低い範囲に吐出電圧Vを設定しても、実現することができる。
また、上式(1)における吐出電圧Vの下限の基準となる右側の項は、ノズル先端部における溶液による表面張力に抗して液滴の吐出を行うための本発明の限界最低吐出電圧を示す。つまり、この限界最低吐出電圧よりも低い電圧を印加しても液滴の吐出は実行されないが、例えば、この限界最低吐出電圧を境界とするこれより高い値を吐出電圧とし、これより低い値の電圧と吐出電圧とを切り替えることで、吐出動作のオンオフの制御を行うことができる。即ち、電圧の高低の切替のみにより吐出動作のオンオフの制御が可能となる。なお、この場合、吐出のオフ状態に切り替える低電圧値は、限界最低吐出電圧に近いことが望ましい。これにより、オンオフの切替における電圧変化幅を狭小化し、応答性の向上を図ることが可能となるからである。
(5)上記各請求項の構成、上記(1)、(2)、(3)又は(4)の構成において、印加する吐出電圧が1000V以下であることが好ましい。
吐出電圧の上限値をこのように設定することにより、吐出制御を容易とすると共に装置の耐久性の向上及び安全対策の実行により確実性の向上を容易に図ることが可能となる。
(6)上記各請求項の構成、上記(1)、(2)、(3)、(4)又は(5)の構成において、印加する吐出電圧が500V以下であることが好ましい。
吐出電圧の上限値をこのように設定することにより、吐出制御をより容易とすると共に装置の耐久性のさらなる向上及び安全対策の実行により確実性のさらなる向上を容易に図ることが可能となる。
(7)上記各請求項の構成、上記(1)〜(6)のいずれかの構成において、ノズルと基材との距離が500[μm]以下とすることが、ノズル径を微細にした場合でも高い着弾精度を得ることができるので好ましい。
(8)上記各請求項の構成、上記(1)〜(7)のいずれかの構成において、ノズル内の溶液に圧力を印加するように構成することが好ましい。
(9)上記各請求項の構成、上記(1)〜(8)いずれかの構成において、単一パルスによって吐出する場合、
Figure 2005059301
により決まる時定数τ以上のパルス幅Δtを印加する構成としても良い。ただし、ε:溶液の誘電率(F/m)、σ:溶液の導電率(S/m)とする。 Furthermore, in the configuration of each claim,
(1) Preferably, the nozzle is formed of an electrical insulating material, and an electrode for applying a discharge voltage is inserted into the nozzle or plating that functions as the electrode is performed.
(2) In the structure of each of the above claims or the structure of (1), the nozzle is formed of an electrically insulating material, and an electrode is inserted into the nozzle or plating as an electrode is formed, and also for discharge to the outside of the nozzle. It is preferable to provide an electrode.
The ejection electrode outside the nozzle is provided, for example, on the entire circumference or a part of the end surface on the tip side of the nozzle or the side surface on the tip portion side of the nozzle.
According to (1) and (2), in addition to the functions and effects of the above claims, the discharge force can be improved, so that even when the nozzle diameter is further reduced, the liquid droplets can be discharged at a low voltage.
(3) In the configuration of each of the above claims and the configuration of (1) or (2), the base material is preferably formed of a conductive material or an insulating material.
(4) In the configuration of each of the above claims and the configuration of (1), (2) or (3), the discharge voltage V by the discharge voltage applying means is
Figure 2005059301
It is preferable to drive in the region represented by
Where γ: surface tension of liquid (N / m), ε 0 : vacuum dielectric constant (F / m), d: nozzle diameter (m), h: distance between nozzle and substrate (m), k: nozzle Proportional constant depending on the shape (1.5 <k <8.5).
The ejection voltage V in the range of the above formula (1) is applied to the solution in the nozzle. In the above equation (1), the term on the left, which is the reference for the upper limit of the discharge voltage V, indicates the minimum limit discharge voltage in the case of performing droplet discharge by an electric field between the conventional nozzle and the counter electrode. As described above, according to the present invention, due to the effect of electric field concentration due to the ultra-miniaturization of the nozzle, the discharge of the fine droplets is set to a range lower than the conventional minimum minimum discharge voltage that could not be realized by the prior art. Even if it is set, it can be realized.
Further, the term on the right side, which serves as a reference for the lower limit of the discharge voltage V in the above formula (1), indicates the minimum minimum discharge voltage of the present invention for discharging droplets against the surface tension caused by the solution at the nozzle tip. Show. In other words, even if a voltage lower than this limit minimum discharge voltage is applied, droplet discharge is not executed.For example, a value higher than this limit at the limit minimum discharge voltage is set as a discharge voltage, and a value lower than this is set. By switching between the voltage and the discharge voltage, it is possible to control the on / off of the discharge operation. In other words, it is possible to control the discharge operation on / off only by switching the voltage level. In this case, it is desirable that the low voltage value for switching to the discharge OFF state is close to the limit minimum discharge voltage. This is because it is possible to narrow the voltage change width in the on / off switching and improve the responsiveness.
(5) In the configurations of the above claims and the configurations of (1), (2), (3), or (4), it is preferable that the applied discharge voltage is 1000 V or less.
By setting the upper limit value of the discharge voltage in this way, discharge control can be facilitated, and the reliability of the apparatus can be easily improved by improving the durability of the apparatus and executing safety measures.
(6) In the configurations of the above claims and the configurations of (1), (2), (3), (4) or (5), it is preferable that the discharge voltage to be applied is 500 V or less.
By setting the upper limit value of the discharge voltage in this way, it is possible to make discharge control easier and to further improve the reliability by further improving the durability of the apparatus and executing safety measures.
(7) In the configuration of each of the above claims and the configuration of any one of (1) to (6) above, the distance between the nozzle and the substrate may be 500 [μm] or less when the nozzle diameter is made fine However, it is preferable because high landing accuracy can be obtained.
(8) In the configuration of each of the above claims and the configuration of any of (1) to (7), it is preferable that the pressure is applied to the solution in the nozzle.
(9) In the configuration of each of the above claims and the configuration of any of the above (1) to (8), when discharging by a single pulse,
Figure 2005059301
It is also possible to apply a pulse width Δt greater than or equal to the time constant τ determined by. Where ε is the dielectric constant (F / m) of the solution, and σ is the conductivity of the solution (S / m).

本発明によれば、基材の液滴受面に着弾した液滴よりなる着弾物の幅及び高さの調整を行うことができる。即ち、ノズルの先端部の内部直径を25[μm]以下とすることによって、微小な液滴の吐出を行うことができ、液滴の表面積Sを体積Vで除算した当該液滴の比表面積S/Vを大きくすることができるため、液滴の溶媒が蒸発する速度を速めて、乾燥・固化を急速に行うことができる。さらに、扁平率D/dを、1≦D/d≦3の範囲に規定することによって、着弾物の形成を適正に行うことができる。これにより、従来のように、基材表面の親水性や疎水性の所定溶液による処理や、基材表面に所定の高さを有する構造物等を作製する作業を行うことなく、着弾物の幅及び高さの調整を容易に且つ適正に行うことができる。
また、基材に着弾した液滴に対して重ねて液滴を着弾させた場合であっても、着弾した液滴の乾燥・固化が迅速に行われることとなって、液滴どうしの積み重ねを適正に行うことができ、所定の高さや体積を有する着弾物の構造体を容易に形成することができる。
According to the present invention, it is possible to adjust the width and height of an impacted object composed of droplets that have landed on the droplet receiving surface of the substrate. That is, by setting the internal diameter of the tip of the nozzle to 25 [μm] or less, it is possible to discharge minute droplets, and the specific surface area S of the droplets obtained by dividing the surface area S of the droplets by the volume V. Since / V can be increased, the speed at which the solvent of the droplets evaporates can be increased and drying / solidification can be performed rapidly. Furthermore, by defining the flatness ratio D / d within the range of 1 ≦ D / d ≦ 3, the landing object can be properly formed. As a result, the width of the impacted object can be reduced without performing a treatment with a predetermined hydrophilic or hydrophobic solution on the surface of the substrate or a structure having a predetermined height on the surface of the substrate. In addition, the height can be adjusted easily and appropriately.
In addition, even when the droplets land on the base material, the droplets that have landed on the substrate are quickly dried and solidified. Therefore, it is possible to appropriately form a landing object structure having a predetermined height and volume.

また、本発明によれば、従来のようにノズルと対向電極間に形成される電界により生じる静電力を利用して液滴を飛翔させるものではなく、ノズルを従来にない超微細径(25[μm]以下のノズル径)とすることでノズル先端部に電界を集中させて電界強度を高めると共にその際に誘導される基材側の鏡像電荷或いは映像電荷までの間に生じる電界の静電力により液滴の飛翔を行っている。
従って、基材が導電体であっても絶縁体であっても良好に液滴の吐出を行うことが可能となる。また、対向電極の存在を不要とすることが可能となる。さらに、これにより、装置構成における備品点数の低減を図ることが可能となる。よって、本発明を業務用インクジェットシステムに適用した場合、システム全体の生産性の向上に貢献し、コスト低減をも図ることが可能となる。
Further, according to the present invention, droplets are not ejected by utilizing an electrostatic force generated by an electric field formed between a nozzle and a counter electrode as in the prior art, but the nozzle has an ultrafine diameter (25 [25 [ (μm] or less nozzle diameter), the electric field is concentrated at the tip of the nozzle to increase the electric field strength, and the electrostatic force of the electric field generated between the mirror image charge on the substrate side or the image charge induced at that time. A droplet is flying.
Therefore, it is possible to discharge droplets satisfactorily regardless of whether the substrate is a conductor or an insulator. In addition, it is possible to eliminate the need for the counter electrode. Further, this makes it possible to reduce the number of equipment in the apparatus configuration. Therefore, when the present invention is applied to a commercial ink jet system, it contributes to the improvement of the productivity of the entire system and can also reduce the cost.

以下に、本発明について、図面を用いて具体的な態様を説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。   Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the scope of the invention is not limited to the illustrated examples.

以下の実施形態で説明する液体吐出装置のノズル径は、25[μm]以下であることが好ましく、さらに好ましくは20[μm]未満、さらに好ましくは10[μm]以下、さらに好ましくは8[μm]以下、さらに好ましくは4[μm]以下とすることが好ましい。また、ノズル径は、0.2[μm]より大きいことが好ましい。以下、ノズル径と電界強度との関係について、図1〜図6を参照しながら以下に説明する。図1〜図6に対応して、ノズル径をφ0.2,0.4,1,8,20[μm]及び参考として従来にて使用されているノズル径φ50[μm]の場合の電界強度分布を示す。
ここで、各図において、ノズル中心位置とは、ノズル先端の液体吐出孔の液体吐出面の中心位置を示す。また、各々の図の(a)は、ノズルと対向電極との距離が2000[μm]に設定されたときの電界強度分布を示し、(b)は、ノズルと対向電極との距離が100[μm]に設定されたときの電界強度分布を示す。なお、印加電圧は、各条件とも200[V]と一定にした。図中の分布線は、電荷強度が1×106[V/m]から1×107[V/m]までの範囲を示している。
図7に、各条件下での最大電界強度を示す図表を示す。
図1〜図6から、ノズル径がφ20[μm](図5)以上だと電界強度分布は広い面積に広がっていることが分かった。また、図7の図表から、ノズルと対向電極の距離が電界強度に影響していることも分かった。
これらのことから、ノズル径がφ8[μm](図4)以下であると電界強度は集中すると共に、対向電極の距離の変動が電界強度分布にほとんど影響することがなくなる。従って、ノズル径がφ8[μm]以下であれば、対向電極の位置精度及び基材の材料特性のバラ付きや厚さのバラツキの影響を受けずに安定した吐出が可能となる。
次に、上記ノズルのノズル径とノズルの先端位置に液面があるとした時の最大電界強度と強電界領域の関係を図8に示す。
図8に示すグラフから、ノズル径がφ4[μm]以下になると、電界集中が極端に大きくなり最大電界強度を高くすることができるのが分かった。これによって、溶液の初期吐出速度を大きくすることができるので、液滴の飛翔安定性が増すと共に、ノズルの先端部での電荷の移動速度が増すために吐出応答性が向上する。
続いて、吐出した液滴における帯電可能な最大電荷量について、以下に説明する。液滴に帯電可能な電荷量は、液滴のレイリー分裂(レイリー限界)を考慮した以下の(3)式で示される。

Figure 2005059301
ここで、qはレイリー限界を与える電荷量(C)、ε0は真空の誘電率(F/m)、γは溶液の表面張力(N/m)、d0は液滴の直径(m)である。
上記(3)式で求められる電荷量qがレイリー限界値に近いほど、同じ電界強度でも静電力が強く、吐出の安定性が向上するが、レイリー限界値に近すぎると、逆にノズルの液体吐出孔で溶液の霧散が発生してしまい、吐出安定性に欠けてしまう。
ここで、ノズルのノズル径とメニスカス部で吐出する液滴が飛翔を開始する吐出開始電圧、該初期吐出液滴のレイリー限界での電圧値及び吐出開始電圧とレイリー限界電圧値の比との関係を示すグラフを図9に示す。
図9に示すグラフから、ノズル径がφ0.2[μm]からφ4[μm]の範囲において、吐出開始電圧とレイリー限界電圧値の比が0.6を超え、液滴の帯電効率が良い結果となっており、該範囲において安定した吐出が行えることが分かった。
例えば、図10に示すノズル径とノズルの先端部の強電界(1×106[V/m]以上)の領域の関係で表されるグラフでは、ノズル径がφ0.2[μm]以下になると電界集中の領域が極端に狭くなることが示されている。このことから、吐出する液滴は、加速するためのエネルギーを十分に受けることができず飛翔安定性が低下することを示す。よって、ノズル径はφ0.2[μm]より大きく設定することが好ましい。 The nozzle diameter of the liquid ejection device described in the following embodiments is preferably 25 [μm] or less, more preferably less than 20 [μm], still more preferably 10 [μm] or less, and even more preferably 8 [μm]. ], More preferably 4 [μm] or less. The nozzle diameter is preferably larger than 0.2 [μm]. Hereinafter, the relationship between the nozzle diameter and the electric field strength will be described below with reference to FIGS. Corresponding to FIGS. 1 to 6, the electric field strength distribution is obtained when the nozzle diameter is φ0.2, 0.4, 1, 8, 20 [μm] and the nozzle diameter is φ50 [μm] that is conventionally used as a reference. Show.
Here, in each figure, the nozzle center position indicates the center position of the liquid discharge surface of the liquid discharge hole at the tip of the nozzle. Further, (a) in each figure shows the electric field intensity distribution when the distance between the nozzle and the counter electrode is set to 2000 [μm], and (b) shows the distance between the nozzle and the counter electrode being 100 [ The electric field strength distribution when set to μm] is shown. The applied voltage was fixed at 200 [V] for each condition. The distribution line in the figure shows the range of charge intensity from 1 × 10 6 [V / m] to 1 × 10 7 [V / m].
FIG. 7 is a chart showing the maximum electric field strength under each condition.
1 to 6, it was found that the electric field strength distribution spreads over a wide area when the nozzle diameter is φ20 [μm] (FIG. 5) or more. In addition, it was found from the chart in FIG. 7 that the distance between the nozzle and the counter electrode affects the electric field strength.
For these reasons, when the nozzle diameter is equal to or smaller than φ8 [μm] (FIG. 4), the electric field strength is concentrated and the variation in the distance of the counter electrode hardly affects the electric field strength distribution. Accordingly, when the nozzle diameter is φ8 [μm] or less, stable ejection can be performed without being affected by the positional accuracy of the counter electrode, the material characteristics of the base material, and the thickness.
Next, FIG. 8 shows the relationship between the maximum electric field strength and the strong electric field region when the nozzle diameter of the nozzle and the liquid level are at the tip position of the nozzle.
From the graph shown in FIG. 8, it has been found that when the nozzle diameter is φ4 [μm] or less, the electric field concentration becomes extremely large and the maximum electric field strength can be increased. As a result, the initial discharge speed of the solution can be increased, so that the flight stability of the droplets is increased and the charge transfer speed at the tip of the nozzle is increased, thereby improving the discharge response.
Next, the maximum charge amount that can be charged in the discharged droplets will be described below. The amount of charge that can be charged in the droplet is expressed by the following equation (3) in consideration of the Rayleigh splitting (Rayleigh limit) of the droplet.
Figure 2005059301
Where q is the amount of charge that gives the Rayleigh limit (C), ε 0 is the dielectric constant in vacuum (F / m), γ is the surface tension of the solution (N / m), d 0 is the diameter of the droplet (m) It is.
The closer the charge amount q obtained by the above equation (3) is to the Rayleigh limit value, the stronger the electrostatic force is even at the same electric field strength, and the ejection stability is improved. Dispersion of the solution occurs at the discharge holes, resulting in lack of discharge stability.
Here, the relationship between the nozzle diameter of the nozzle and the discharge start voltage at which the droplet discharged from the meniscus starts to fly, the voltage value at the Rayleigh limit of the initial discharge droplet, and the ratio of the discharge start voltage to the Rayleigh limit voltage value The graph which shows is shown in FIG.
From the graph shown in FIG. 9, when the nozzle diameter is in the range of φ0.2 [μm] to φ4 [μm], the ratio of the discharge start voltage to the Rayleigh limit voltage value exceeds 0.6, and the droplet charging efficiency is good. It was found that stable discharge can be performed in this range.
For example, in the graph shown by the relationship between the nozzle diameter and the region of the strong electric field (1 × 10 6 [V / m] or more) at the tip of the nozzle shown in FIG. 10, the nozzle diameter is φ0.2 [μm] or less. Then, it is shown that the region of electric field concentration becomes extremely narrow. This indicates that the ejected droplets cannot receive sufficient energy for acceleration and the flight stability is lowered. Therefore, the nozzle diameter is preferably set to be larger than φ0.2 [μm].

[液体吐出装置]
(液体吐出装置の全体構成)
以下、液体吐出装置100について図11及び図12に基づいて説明する。図11は、本発明を適用した一実施の形態として例示する液体吐出装置100のうち、溶液の吐出動作に直接関わりある構成のみを図示したノズル51に沿った断面図である。また、図12は溶液に印加される電圧との関係を示す説明図であって、図12(A)は吐出を行わない状態であり、図12(B)は吐出状態を示す。
[Liquid ejection device]
(Overall configuration of liquid ejection device)
Hereinafter, the liquid ejection apparatus 100 will be described with reference to FIGS. 11 and 12. FIG. 11 is a cross-sectional view along the nozzle 51 illustrating only the configuration directly related to the solution discharge operation in the liquid discharge apparatus 100 exemplified as an embodiment to which the present invention is applied. FIG. 12 is an explanatory diagram showing the relationship with the voltage applied to the solution. FIG. 12A shows a state where no discharge is performed, and FIG. 12B shows a discharge state.

図11に示すように、液体吐出装置100は、帯電可能な溶液の液滴をその先端部から吐出する超微細径のノズル51と、ノズル51の先端部に対向する対向面を有すると共にその対向面で液滴の着弾を受ける基材Kを支持する対向電極23と、ノズル51内に溶液を供給する溶液供給部53と、ノズル51内の溶液に吐出電圧を印加する吐出電圧印加手段35とを備えている。なお、上記ノズル51と溶液供給部53の一部の構成と吐出電圧印加手段35の一部の構成はノズルプレート56により一体的に形成されている。
また、説明の便宜上、図12ではノズル51の先端部が上方を向いた状態で図示されているが、実際上は、ノズル51が水平方向か或いはそれよりも下方、より望ましくは垂直下方に向けた状態で使用される。
ここで、液体吐出装置100の液滴の吐出に直接関わりある構成について先に説明することとする。
As shown in FIG. 11, the liquid ejection device 100 has an ultra-fine nozzle 51 that ejects a droplet of a chargeable solution from its tip, and a facing surface that faces the tip of the nozzle 51 and faces the nozzle 51. A counter electrode 23 that supports a substrate K that receives droplets on the surface, a solution supply unit 53 that supplies a solution into the nozzle 51, and a discharge voltage application unit 35 that applies a discharge voltage to the solution in the nozzle 51. It has. A part of the configuration of the nozzle 51 and the solution supply unit 53 and a part of the configuration of the discharge voltage applying means 35 are integrally formed by a nozzle plate 56.
For convenience of explanation, FIG. 12 shows the nozzle 51 with the tip portion facing upward, but in practice, the nozzle 51 is in the horizontal direction or downward, more preferably vertically downward. Used in the state.
Here, the configuration directly related to the liquid droplet ejection of the liquid ejection device 100 will be described first.

(溶液)
上記液体吐出装置100による吐出を行う溶液の例としては、無機液体としては、水、COCl2、HBr、HNO3、H3PO4、H2SO4、SOCl2、SO2Cl2、FSO3Hなどが挙げられる。有機液体としては、メタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、2−メチル−1−プロパノール、tert−ブタノール、4−メチル−2−ペンタノール、ベンジルアルコール、α−テルピネオール、エチレングリコール、グリセリン、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールなどのアルコール類;フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、などのフェノール類;ジオキサン、フルフラール、エチレングリコールジメチルエーテル、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、エピクロロヒドリンなどのエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン、2−メチル−4−ペンタノン、アセトフェノンなどのケトン類;ギ酸、酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸などの脂肪酸類;ギ酸メチル、ギ酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸−n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸−3−メトキシブチル、酢酸−n−ペンチル、プロピオン酸エチル、乳酸エチル、安息香酸メチル、マロン酸ジエチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、炭酸ジエチル、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、セロソルブアセテート、ブチルカルビトールアセテート、アセト酢酸エチル、シアノ酢酸メチル、シアノ酢酸エチルなどのエステル類;ニトロメタン、ニトロベンゼン、アセトニトリル、プロピオニトリル、スクシノニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル、エチルアミン、ジエチルアミン、エチレンジアミン、アニリン、N−メチルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、o−トルイジン、p−トルイジン、ピペリジン、ピリジン、α−ピコリン、2,6−ルチジン、キノリン、プロピレンジアミン、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N−メチルプロピオンアミド、N,N,N',N'−テトラメチル尿素、N−メチルピロリドンなどの含窒素化合物類;ジメチルスルホキシド、スルホランなどの含硫黄化合物類;ベンゼン、p−シメン、ナフタレン、シクロヘキシルベンゼン、シクロヘキセンなどの炭化水素類;1,1−ジクロロエタン、1,2−ジクロロエタン、1,1,1−トリクロロエタン、1,1,1,2−テトラクロロエタン、1,1,2,2−テトラクロロエタン、ペンタクロロエタン、1,2−ジクロロエチレン(cis−)、テトラクロロエチレン、2−クロロブタン、1−クロロ−2−メチルプロパン、2−クロロ−2−メチルプロパン、ブロモメタン、トリブロモメタン、1−ブロモプロパンなどのハロゲン化炭化水素類、などが挙げられる。また、上記各液体を二種以上混合して溶液として用いても良い。
(solution)
Examples of the solution discharged by the liquid discharge apparatus 100 include inorganic liquids such as water, COCl 2 , HBr, HNO 3 , H 3 PO 4 , H 2 SO 4 , SOCl 2 , SO 2 Cl 2 , and FSO 3. H etc. are mentioned. Examples of the organic liquid include methanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, 2-methyl-1-propanol, tert-butanol, 4-methyl-2-pentanol, benzyl alcohol, α-terpineol, ethylene glycol, glycerin, Alcohols such as diethylene glycol and triethylene glycol; phenols such as phenol, o-cresol, m-cresol, and p-cresol; dioxane, furfural, ethylene glycol dimethyl ether, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, ethyl carbitol, butyl Ethers such as carbitol, butyl carbitol acetate, epichlorohydrin; acetone, methyl ethyl ketone, 2-methyl-4-pentanone, aceto Ketones such as enone; fatty acids such as formic acid, acetic acid, dichloroacetic acid, trichloroacetic acid; methyl formate, ethyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, acetic acid-n-butyl, isobutyl acetate, acetic acid-3-methoxybutyl, acetic acid- n-pentyl, ethyl propionate, ethyl lactate, methyl benzoate, diethyl malonate, dimethyl phthalate, diethyl phthalate, diethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, cellosolve acetate, butyl carbitol acetate, ethyl acetoacetate, cyanoacetic acid Esters such as methyl and ethyl cyanoacetate; nitromethane, nitrobenzene, acetonitrile, propionitrile, succinonitrile, valeronitrile, benzonitrile, ethylamine, diethylamine, ethylenediamine, aniline, N-methylaniline, N, N-dimethylaniline, o-toluidine, p-toluidine, piperidine, pyridine, α-picoline, 2,6-lutidine, quinoline, propylenediamine, formamide, N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, N, Nitrogen-containing compounds such as N-diethylformamide, acetamide, N-methylacetamide, N-methylpropionamide, N, N, N ′, N′-tetramethylurea, N-methylpyrrolidone; dimethylsulfoxide, sulfolane and the like Sulfur compounds; hydrocarbons such as benzene, p-cymene, naphthalene, cyclohexylbenzene, cyclohexene; 1,1-dichloroethane, 1,2-dichloroethane, 1,1,1-trichloroethane, 1,1,1,2- Tetrachloroethane, 1,1,2,2-tetrachloro Loethane, pentachloroethane, 1,2-dichloroethylene (cis-), tetrachloroethylene, 2-chlorobutane, 1-chloro-2-methylpropane, 2-chloro-2-methylpropane, bromomethane, tribromomethane, 1-bromopropane, etc. And halogenated hydrocarbons. Further, two or more of the above liquids may be mixed and used as a solution.

さらに、高電気伝導率の物質(銀粉等)が多く含まれるような導電性ペーストを溶液として使用し、吐出を行う場合には、上述した液体に溶解又は分散させる目的物質としては、ノズルで目詰まりを発生するような粗大粒子を除けば、特に制限されない。PDP、CRT、FEDなどの蛍光体としては、従来より知られているものを特に制限なく用いることができる。例えば、赤色蛍光体として、(Y,Gd)BO3:Eu、YO3:Euなど、緑色蛍光体として、Zn2SiO4:Mn、BaAl1219:Mn、(Ba,Sr,Mg)O・α−Al23:Mnなど、青色蛍光体として、BaMgAl1423:Eu、BaMgAl1017:Euなどが挙げられる。上記の目的物質を記録媒体上に強固に接着させるために、各種バインダーを添加するのが好ましい。用いられるバインダーとしては、例えば、エチルセルロース、メチルセルロース、ニトロセルロース、酢酸セルロース、ヒドロキシエチルセルロース等のセルロースおよびその誘導体;アルキッド樹脂;ポリメタクリタクリル酸、ポリメチルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート・メタクリル酸共重合体、ラウリルメタクリレート・2−ヒドロキシエチルメタクリレート共重合体などの(メタ)アクリル樹脂およびその金属塩;ポリN−イソプロピルアクリルアミド、ポリN,N−ジメチルアクリルアミドなどのポリ(メタ)アクリルアミド樹脂;ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン共重合体、スチレン・マレイン酸共重合体、スチレン・イソプレン共重合体などのスチレン系樹脂;スチレン・n−ブチルメタクリレート共重合体などのスチレン・アクリル樹脂;飽和、不飽和の各種ポリエステル樹脂;ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂;ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等のハロゲン化ポリマー;ポリ酢酸ビニル、塩化ビニル・酢酸ビニル共重合体等のビニル系樹脂;ポリカーボネート樹脂;エポキシ系樹脂;ポリウレタン系樹脂;ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール、ポリビニルアセタール等のポリアセタール樹脂;エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合樹脂などのポリエチレン系樹脂;ベンゾグアナミン等のアミド樹脂;尿素樹脂;メラミン樹脂;ポリビニルアルコール樹脂及びそのアニオンカチオン変性;ポリビニルピロリドンおよびその共重合体;ポリエチレンオキサイド、カルボキシル化ポリエチレンオキサイド等のアルキレンオキシド単独重合体、共重合体及び架橋体;ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのポリアルキレングリコール;ポリエーテルポリオール;SBR、NBRラテックス;デキストリン;アルギン酸ナトリウム;ゼラチン及びその誘導体、カゼイン、トロロアオイ、トラガントガム、プルラン、アラビアゴム、ローカストビーンガム、グアガム、ペクチン、カラギニン、にかわ、アルブミン、各種澱粉類、コーンスターチ、こんにゃく、ふのり、寒天、大豆蛋白等の天然或いは半合成樹脂;テルペン樹脂;ケトン樹脂;ロジン及びロジンエステル;ポリビニルメチルエーテル、ポリエチレンイミン、ポリスチレンスルフォン酸、ポリビニルスルフォン酸などを用いることができる。これらの樹脂は、ホモポリマーとしてだけでなく、相溶する範囲でブレンドして用いても良い。 Further, when a conductive paste containing a large amount of a substance having high electrical conductivity (silver powder or the like) is used as a solution and discharging is performed, the target substance to be dissolved or dispersed in the above-described liquid is a nozzle. There is no particular limitation except for coarse particles that cause clogging. Conventionally known phosphors such as PDP, CRT, FED and the like can be used without particular limitation. For example, (Y, Gd) BO 3 : Eu, YO 3 : Eu, etc. as red phosphors, and Zn 2 SiO 4 : Mn, BaAl 12 O 19 : Mn, (Ba, Sr, Mg) O as green phosphors. · α-Al 2 O 3: Mn , etc., as a blue phosphor, BaMgAl 14 O 23: Eu, BaMgAl 10 O 17: Eu and the like. Various binders are preferably added in order to firmly adhere the target substance to the recording medium. Examples of the binder used include celluloses such as ethyl cellulose, methyl cellulose, nitrocellulose, cellulose acetate, and hydroxyethyl cellulose and derivatives thereof; alkyd resins; polymethacrylic acid, polymethyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate / methacrylic acid copolymer (Meth) acrylic resins such as lauryl methacrylate / 2-hydroxyethyl methacrylate copolymer and metal salts thereof; poly (meth) acrylamide resins such as poly N-isopropylacrylamide and poly N, N-dimethylacrylamide; polystyrene, acrylonitrile Styrene resins such as styrene copolymers, styrene / maleic acid copolymers, styrene / isoprene copolymers; styrene / n-butyl methacrylate Styrene and acrylic resins such as copolymer; Saturated and unsaturated polyester resins; Polyolefin resins such as polypropylene; Halogenated polymers such as polyvinyl chloride and polyvinylidene chloride; Polyvinyl acetate, polyvinyl chloride and vinyl acetate Polyvinyl resins such as polymers; Polycarbonate resins; Epoxy resins; Polyurethane resins; Polyacetal resins such as polyvinyl formal, polyvinyl butyral, and polyvinyl acetal; Polyethylene such as ethylene / vinyl acetate copolymer and ethylene / ethyl acrylate copolymer resin Resin; Amide resin such as benzoguanamine; Urea resin; Melamine resin; Polyvinyl alcohol resin and its anionic cation modification; Polyvinylpyrrolidone and its copolymer; Polyethylene oxide, carboxyl Alkylene oxide homopolymers, copolymers and cross-linked products such as polyethylene oxide; Polyalkylene glycols such as polyethylene glycol and polypropylene glycol; Polyether polyols; SBR, NBR latex; Dextrin; Sodium alginate; Gelatin and its derivatives; Natural or semi-synthetic resins such as tragacanth gum, pullulan, gum arabic, locust bean gum, guar gum, pectin, carrageenin, glue, albumin, various starches, corn starch, konjac, fungi, agar, soybean protein; terpene resin; ketone resin; Rosin and rosin ester; polyvinyl methyl ether, polyethyleneimine, polystyrene sulfonic acid, polyvinyl sulfonic acid and the like can be used. These resins may be used not only as a homopolymer but also blended within a compatible range.

液体吐出装置100をパターンニング方法として使用する場合には、代表的なものとしてはディスプレイ用途に使用することができる。具体的には、プラズマディスプレイの蛍光体の形成、プラズマディスプレイのリブの形成、プラズマディスプレイの電極の形成、CRTの蛍光体の形成、FED(フィールドエミッション型ディスプレイ)の蛍光体の形成、FEDのリブの形成、液晶ディスプレイ用カラーフィルター(RGB着色層、ブラックマトリクス層)、液晶ディスプレイ用スペーサー(ブラックマトリクスに対応したパターン、ドットパターン等)などが挙げることができる。ここでいうリブとは一般的に障壁を意味し、プラズマディスプレイを例に取ると各色のプラズマ領域を分離するために用いられる。その他の用途としては、マイクロレンズ、半導体用途として磁性体、強誘電体、導電性ペースト(配線、アンテナ)などのパターンニング塗布、グラフィック用途としては、通常印刷、特殊媒体(フィルム、布、鋼板など)への印刷、曲面印刷、各種印刷版の刷版、加工用途としては粘着材、封止材などの本発明を用いた塗布、バイオ、医療用途としては医薬品(微量の成分を複数混合するような)、遺伝子診断用試料等の塗布等に応用することができる。   When the liquid ejecting apparatus 100 is used as a patterning method, it can be typically used for a display application. Specifically, plasma display phosphor formation, plasma display rib formation, plasma display electrode formation, CRT phosphor formation, FED (field emission display) phosphor formation, FED rib Formation, color filters for liquid crystal displays (RGB colored layers, black matrix layers), spacers for liquid crystal displays (patterns corresponding to black matrices, dot patterns, etc.), and the like. Here, the rib generally means a barrier, and when a plasma display is taken as an example, it is used to separate plasma regions of respective colors. Other applications include micro lenses, semiconductor coatings such as magnetic materials, ferroelectrics, conductive paste (wiring, antenna), etc., and graphic applications such as normal printing, special media (films, cloth, steel plates, etc.) ) Printing, curved surface printing, printing plates of various printing plates, application using the present invention such as adhesives and sealing materials for processing applications, biopharmaceuticals for medical applications (mixing multiple trace components) N), it can be applied to the application of a sample for genetic diagnosis.

(ノズル)
上記ノズル51は、後述するノズルプレート56の上面層56cと共に一体的に形成されており、当該ノズルプレート56の平板面上から垂直に立設されている。さらに、ノズル51にはその先端部からノズルの中心に沿って貫通するノズル内流路52が形成されている。
(nozzle)
The nozzle 51 is integrally formed with an upper surface layer 56 c of the nozzle plate 56 described later, and is erected vertically from the flat plate surface of the nozzle plate 56. Further, the nozzle 51 is formed with an in-nozzle channel 52 penetrating from the tip of the nozzle 51 along the center of the nozzle.

ノズル51についてさらに詳説する。ノズル51は、その先端部における開口径とノズル内流路52とが均一であって、前述の通り、これらが超微細径で形成されている。具体的な各部の寸法の一例を挙げると、ノズル内流路52の内部直径は、30[μm]以下、さらに20[μm]未満、さらに10[μm]以下、さらに8[μm]以下、さらに4[μm]以下が好ましく、本実施の形態では、ノズル内流路52の内部直径が1[μm]に設定されている。そして、ノズル51の先端部における外部直径は2[μm]、ノズル51の根元の直径は5[μm]、ノズル51の高さは100[μm]に設定されており、その形状は限りなく円錐形に近い円錐台形に形成されている。また、ノズルの内部直径は0.2[μm]より大きい方が好ましい。   The nozzle 51 will be described in further detail. The nozzle 51 has a uniform opening diameter at the tip and an in-nozzle flow path 52, and as described above, these are formed with an ultrafine diameter. As an example of specific dimensions of each part, the internal diameter of the nozzle internal flow path 52 is 30 [μm] or less, further less than 20 [μm], further 10 [μm] or less, further 8 [μm] or less, 4 [μm] or less is preferable, and in the present embodiment, the internal diameter of the in-nozzle flow path 52 is set to 1 [μm]. The external diameter at the tip of the nozzle 51 is set to 2 [μm], the diameter of the base of the nozzle 51 is set to 5 [μm], and the height of the nozzle 51 is set to 100 [μm]. It is formed in a truncated cone shape close to the shape. The inner diameter of the nozzle is preferably larger than 0.2 [μm].

なお、ノズル内流路52の形状は、図12に示すような、内径一定の直線状に形成しなくとも良い。例えば、図13(A)に示すように、ノズル内流路52の後述する溶液室54側の端部における断面形状が丸みを帯びて形成されていても良い。また、図13(B)に示すように、ノズル内流路52の後述する溶液室54側の端部における内径が吐出側端部における内径と比して大きく設定され、ノズル内流路52の内面がテーパ周面形状に形成されていても良い。さらに、図13(C)に示すように、ノズル内流路52の後述する溶液室54側の端部のみがテーパ周面形状に形成されると共に当該テーパ周面よりも吐出端部側は内径一定の直線状に形成されていても良い。   The shape of the in-nozzle flow path 52 does not have to be a straight line having a constant inner diameter as shown in FIG. For example, as shown in FIG. 13A, the cross-sectional shape at the end portion of the in-nozzle flow path 52 on the solution chamber 54 side, which will be described later, may be rounded. In addition, as shown in FIG. 13B, the inner diameter at the end on the solution chamber 54 side to be described later of the in-nozzle channel 52 is set larger than the inner diameter at the discharge-side end, The inner surface may be formed in a tapered circumferential shape. Furthermore, as shown in FIG. 13C, only the end portion of the in-nozzle flow path 52 on the side of the solution chamber 54 described later is formed in a tapered peripheral surface shape, and the discharge end portion side of the tapered peripheral surface has an inner diameter. It may be formed in a certain straight line shape.

(溶液供給部)
溶液供給部53は、ノズルプレート56の内部に、ノズル51の根元となる位置に設けられると共にノズル内流路52に連通する溶液室54と、図示しない外部の溶液タンクから溶液室54に溶液を導く供給路57と、溶液室54への溶液の供給圧力を付与する図示しない供給ポンプとを備えている。
上記供給ポンプは、ノズル51の先端部まで溶液を供給し、当該先端部からこぼれ出さない範囲の供給圧力を維持して溶液の供給を行う(図12(A)参照)。
供給ポンプとは、液体吐出ヘッドと供給タンクの配置位置による差圧を利用する場合も含み、別途、溶液供給手段を設けなくとも溶液供給路のみで構成しても良い。ポンプシステムの設計にもよるが、基本的にはスタート時に液体吐出ヘッドに溶液を供給するときに稼動し、液体吐出ヘッドから液体を吐出し、それに応じた溶液の供給は、キャピラリ及び凸状メニスカス形成手段による液体吐出ヘッド内の容積変化及び供給ポンプの各圧力の最適化を図って溶液の供給が実施される。
(Solution supply unit)
The solution supply unit 53 is provided in the nozzle plate 56 at a position serving as the root of the nozzle 51 and communicates the solution from the external solution tank (not shown) to the solution chamber 54. A supply path 57 for guiding and a supply pump (not shown) for applying a supply pressure of the solution to the solution chamber 54 are provided.
The supply pump supplies the solution to the tip of the nozzle 51 and supplies the solution while maintaining the supply pressure in a range that does not spill out from the tip (see FIG. 12A).
The supply pump includes a case where a differential pressure due to the arrangement position of the liquid discharge head and the supply tank is used, and may be configured only by a solution supply path without providing a separate solution supply unit. Although it depends on the design of the pump system, it is basically operated when supplying a solution to the liquid discharge head at the start, the liquid is discharged from the liquid discharge head, and the supply of the corresponding solution is performed by the capillary and the convex meniscus. The solution is supplied by optimizing the volume change in the liquid discharge head by the forming means and the pressures of the supply pump.

(吐出電圧印加手段)
吐出電圧印加手段35は、ノズルプレート56の内部であって溶液室54とノズル内流路52との境界位置に設けられた吐出電圧印加用の吐出電極58と、この吐出電極58に常時,直流のバイアス電圧を印加するバイアス電源30と、吐出電極58にバイアス電圧に重畳して吐出に要する電位とする吐出パルス電圧を印加する吐出電圧電源31とを備えて構成されている。
(Discharge voltage application means)
The discharge voltage application means 35 includes a discharge electrode 58 for applying a discharge voltage provided in a boundary position between the solution chamber 54 and the nozzle flow path 52 inside the nozzle plate 56, and the discharge electrode 58 is always subjected to direct current. And a discharge power supply 31 for applying an ejection pulse voltage that is superimposed on the bias voltage and is used as a potential required for ejection.

上記吐出電極58は、溶液室54内部において溶液に直接接触し、溶液を帯電させると共に吐出電圧を印加する。
バイアス電源30によるバイアス電圧は、溶液の吐出が行われない範囲で常時電圧印加を行うことにより、吐出時に印加すべき電圧の幅を予め低減し、これによる吐出時の反応性の向上を図っている。
The discharge electrode 58 is in direct contact with the solution inside the solution chamber 54 to charge the solution and apply a discharge voltage.
The bias voltage by the bias power supply 30 is applied in a constant manner within a range where the solution is not discharged, thereby reducing in advance the voltage range to be applied during discharge, thereby improving the reactivity during discharge. Yes.

吐出電圧電源31は、溶液の吐出を行う際にのみパルス電圧をバイアス電圧に重畳させて印加する。このときの重畳電圧Vは次式(1)の条件を満たすようにパルス電圧の値が設定されている。

Figure 2005059301
ただし、γ:溶液の表面張力(N/m)、ε0:真空の誘電率(F/m)、d:ノズル直径(m)、h:ノズル−基材間距離(m)、k:ノズル形状に依存する比例定数(1.5<k<8.5)とする。
一例を挙げると、バイアス電圧はDC300[V]で印加され、パルス電圧は100[V]で印される。従って、吐出の際の重畳電圧は400[V]となる。 The discharge voltage power supply 31 applies the pulse voltage superimposed on the bias voltage only when discharging the solution. At this time, the value of the pulse voltage is set so that the superimposed voltage V satisfies the condition of the following expression (1).
Figure 2005059301
Where γ: surface tension of the solution (N / m), ε 0 : vacuum dielectric constant (F / m), d: nozzle diameter (m), h: distance between nozzle and substrate (m), k: nozzle Proportional constant depending on the shape (1.5 <k <8.5).
As an example, the bias voltage is applied at DC 300 [V] and the pulse voltage is marked at 100 [V]. Therefore, the superimposed voltage at the time of ejection is 400 [V].

(ノズルプレート)
ノズルプレート56は、図11において最も下層に位置するベース層56aと、その上に位置する溶液の供給路を形成する流路層56bと、この流路層56bのさらに上に形成される上面層56cとを備え、流路層56bと上面層56cとの間には前述した吐出電極58が介挿されている。
上記ベース層56aは、シリコン基板或いは絶縁性の高い樹脂又はセラミックにより形成され、その上に溶解可能な樹脂層を形成すると共に接続路57及び溶液室54を形成するための所定のパターンに従う部分のみを残して除去し、除去された部分に絶縁樹脂層を形成する。この絶縁樹脂層が流路層56bとなる。そして、この絶縁樹脂層の上面に導電素材(例えばNiP)のメッキにより吐出電極58を形成し、さらにその上から絶縁性のレジスト樹脂層を形成する。このレジスト樹脂層が上面層56cとなるので、この樹脂層はノズル51の高さを考慮した厚みで形成される。そして、この絶縁性のレジスト樹脂層を電子ビーム法やフェムト秒レーザにより露光し、ノズル形状を形成する。ノズル内流路52も露光・現像により形成される。そして、ノズル内供給路57及び溶液室54のパターンに従う溶解可能な樹脂層を除去し、これらノズル内供給路57及び溶液室54が開通してノズルプレート56が完成する。
(Nozzle plate)
The nozzle plate 56 includes a base layer 56a positioned in the lowest layer in FIG. 11, a flow path layer 56b that forms a solution supply path positioned above the base layer 56a, and an upper surface layer formed further above the flow path layer 56b. 56c, and the discharge electrode 58 described above is interposed between the flow path layer 56b and the upper surface layer 56c.
The base layer 56a is formed of a silicon substrate or a highly insulating resin or ceramic, forms a soluble resin layer on the base layer 56a, and only a portion following a predetermined pattern for forming the connection path 57 and the solution chamber 54. The insulating resin layer is formed on the removed portion. This insulating resin layer becomes the flow path layer 56b. A discharge electrode 58 is formed on the upper surface of the insulating resin layer by plating with a conductive material (for example, NiP), and an insulating resist resin layer is further formed thereon. Since this resist resin layer becomes the upper surface layer 56 c, this resin layer is formed with a thickness in consideration of the height of the nozzle 51. Then, this insulating resist resin layer is exposed by an electron beam method or a femtosecond laser to form a nozzle shape. The in-nozzle flow path 52 is also formed by exposure and development. Then, the dissolvable resin layer according to the pattern of the in-nozzle supply path 57 and the solution chamber 54 is removed, and the in-nozzle supply path 57 and the solution chamber 54 are opened to complete the nozzle plate 56.

なお、ノズルプレート56及びノズル51の素材は、具体的には、エポキシ、PMMA、フェノール、ソーダガラス、石英ガラス等の絶縁材の他、Siのような半導体、Ni、SUS等のような導体であっても良い。但し、導体によりノズルプレート56及びノズル51を形成した場合には、少なくともノズル51の先端部における先端部端面、より望ましくは先端部における周面については、絶縁材による被膜を設けることが望ましい。ノズル51を絶縁材から形成し又はその先端部表面に絶縁材被膜を形成することにより、溶液に対する吐出電圧印加時において、ノズル先端部から対向電極23への電流のリークを効果的に抑制することが可能となるからである。   The material of the nozzle plate 56 and the nozzle 51 is specifically an insulating material such as epoxy, PMMA, phenol, soda glass, or quartz glass, a semiconductor such as Si, or a conductor such as Ni or SUS. There may be. However, when the nozzle plate 56 and the nozzle 51 are formed of a conductor, it is desirable to provide a coating of an insulating material at least on the end surface of the tip of the nozzle 51, more preferably on the peripheral surface of the tip. By forming the nozzle 51 from an insulating material or forming an insulating material film on the surface of its tip, current leakage from the nozzle tip to the counter electrode 23 can be effectively suppressed when a discharge voltage is applied to the solution. This is because it becomes possible.

(対向電極)
対向電極23は、ノズル51の突出方向に垂直な対向面を備えており、かかる対向面に沿うように基材Kの支持を行う。ノズル51の先端部から対向電極23の対向面までの距離は、一例としては100[μm]に設定される。
また、この対向電極23は接地されているため、常時,接地電位を維持している。従って、パルス電圧の印加時にはノズル51の先端部と対向面との間に生じる電界による静電力により吐出された液滴を対向電極23側に誘導する。
なお、液体吐出装置100は、ノズル51の超微細化による当該ノズル51の先端部での電界集中により電界強度を高めることで液滴の吐出を行うことから、対向電極23による誘導がなくとも液滴の吐出を行うことは可能ではあるが、ノズル51と対向電極23との間での静電力による誘導が行われた方が望ましい。また、帯電した液滴の電荷を対向電極23の接地により逃がすことも可能である。
(Counter electrode)
The counter electrode 23 has a counter surface perpendicular to the protruding direction of the nozzle 51, and supports the base material K along the counter surface. As an example, the distance from the tip of the nozzle 51 to the opposing surface of the opposing electrode 23 is set to 100 [μm].
Further, since the counter electrode 23 is grounded, the ground potential is always maintained. Therefore, when a pulse voltage is applied, a liquid droplet ejected by an electrostatic force generated by an electric field generated between the tip of the nozzle 51 and the opposing surface is guided to the opposing electrode 23 side.
The liquid ejection device 100 ejects liquid droplets by increasing the electric field strength by concentrating the electric field at the tip of the nozzle 51 due to the ultra-miniaturization of the nozzle 51. Although it is possible to discharge droplets, it is desirable that induction by electrostatic force is performed between the nozzle 51 and the counter electrode 23. In addition, the charge of the charged droplet can be released by grounding the counter electrode 23.

(液体吐出装置による微小液滴の吐出動作)
図11及び図12により液体吐出装置100の吐出動作の説明を行う。
ノズル内流路52には溶液が供給された状態にあり、かかる状態でバイアス電源30により吐出電極58を介してバイアス電圧が溶液に印加されている。かかる状態で、溶液は帯電すると共に、ノズル51の先端部において溶液による凹状に窪んだメニスカスが形成される(図12(A))。
そして、吐出電圧電源31により吐出パルス電圧が印加されると、ノズル51の先端部では集中された電界の電界強度による静電力により溶液がノズル51の先端側に誘導され、外部に突出した凸状メニスカスが形成されると共に、かかる凸状メニスカスの頂点により電界が集中し、ついには溶液の表面張力に抗して微小液滴が対向電極側に吐出される(図12(B))。
(Discharge operation of micro droplets by liquid discharge device)
The discharge operation of the liquid discharge apparatus 100 will be described with reference to FIGS.
The solution is supplied to the in-nozzle channel 52, and in this state, a bias voltage is applied to the solution by the bias power supply 30 via the discharge electrode 58. In this state, the solution is charged, and a meniscus that is recessed in the solution is formed at the tip of the nozzle 51 (FIG. 12A).
Then, when an ejection pulse voltage is applied by the ejection voltage power supply 31, the solution is guided to the distal end side of the nozzle 51 by the electrostatic force due to the electric field strength of the concentrated electric field at the distal end portion of the nozzle 51, and protrudes to the outside. A meniscus is formed, and an electric field is concentrated by the apex of the convex meniscus. Finally, micro droplets are ejected to the counter electrode side against the surface tension of the solution (FIG. 12B).

上記液体吐出装置100は、従来にない微小径のノズル51により液滴の吐出を行うので、ノズル内流路52内で帯電した状態の溶液により電界が集中され、電界強度が高められる。このため、従来のように電界の集中化が行われない構造のノズル(例えば内径100[μm])では吐出に要する電圧が高くなり過ぎて事実上吐出不可能とされていた微細径でのノズルによる溶液の吐出を従来よりも低電圧で行うことを可能としている。
そして、微細径であるがために、ノズルコンダクタンスの低さによりその単位時間あたりの吐出流量を低減する制御を容易に行うことができると共に、パルス幅を狭めることなく十分に小さな液滴径(上記各条件によれば0.8[μm])による溶液の吐出を実現している。
さらに、吐出される液滴は帯電されているので、微小の液滴であっても蒸気圧が低減され、蒸発を抑制することから液滴の質量の損失を低減し、飛翔の安定化を図り、液滴の着弾精度の低下を防止する。
Since the liquid ejection apparatus 100 ejects droplets by using a nozzle 51 having a small diameter that has not been conventionally used, the electric field is concentrated by the charged solution in the nozzle flow path 52, and the electric field strength is increased. For this reason, a nozzle with a fine diameter that has been considered impossible in practice because the voltage required for ejection is too high for conventional nozzles with a structure that does not concentrate the electric field (for example, an inner diameter of 100 [μm]). The solution can be discharged at a lower voltage than before.
And since it has a fine diameter, it is possible to easily perform control for reducing the discharge flow rate per unit time due to the low nozzle conductance, and sufficiently small droplet diameter without reducing the pulse width (see above). According to each condition, 0.8 [μm]) discharge of the solution is realized.
In addition, since the ejected droplets are charged, the vapor pressure is reduced even for very small droplets and the evaporation is suppressed, so the loss of droplet mass is reduced and the flight is stabilized. , Preventing a drop in droplet landing accuracy.

(液滴)
次に、ノズル51から吐出される溶液の液滴について説明する。
本発明に係る液体吐出装置100は、ノズル51の先端部から吐出されて飛翔する液滴の直径をd[μm]、基材Kの液滴受面K1に着弾した液滴の直径をD[μm]としたときに、飛翔する液滴の直径dで着弾した液滴の直径Dを除算した扁平率D/dが、
1≦D/d≦3
の式を満足するように液滴を吐出させる。
ここで、飛翔する液滴の直径は、飛翔する液滴の外径のことであり、例えば、飛翔する液滴を球とみなし、超高速度カメラ(図示略)を用いて飛翔する液滴を撮影し、2次元画像を画像処理して液滴の面積を円換算した相当直径を示すものとする(図17参照)。また、基材Kに着弾した液滴の直径は、例えば、着弾した液滴を所定厚の円板とみなし、基材Kの液滴受面K1に対してほぼ垂直に設けられたレーザ顕微鏡(図示略)を用いて液滴を撮影し、撮影画像を画像処理して液滴の面積を円換算した相当直径を示すものとする(図17参照)。
(Droplet)
Next, liquid droplets discharged from the nozzle 51 will be described.
In the liquid ejection apparatus 100 according to the present invention, the diameter of the droplet ejected from the tip of the nozzle 51 and flying is d [μm], and the diameter of the droplet landed on the droplet receiving surface K1 of the substrate K is D [ μm], the flatness ratio D / d obtained by dividing the diameter D of the droplet landed by the diameter d of the flying droplet is
1 ≦ D / d ≦ 3
The droplets are ejected so as to satisfy the following formula.
Here, the diameter of the flying droplet is the outer diameter of the flying droplet. For example, the flying droplet is regarded as a sphere, and the flying droplet using an ultra-high speed camera (not shown) is used. It is assumed that an equivalent diameter obtained by taking a picture and processing a two-dimensional image and converting the area of the droplet into a circle is shown (see FIG. 17). The diameter of the liquid droplets that have landed on the substrate K is, for example, a laser microscope (see FIG. 1) that is provided substantially perpendicular to the liquid droplet receiving surface K1 of the substrate K, assuming that the landed liquid droplets are disks of a predetermined thickness. A droplet is photographed using a not-shown image, and the captured image is subjected to image processing to indicate the equivalent diameter obtained by converting the area of the droplet into a circle (see FIG. 17).

扁平率D/dを、1≦D/d≦3の範囲に規定する手段としては、(1)液滴の比表面積の調整、(2)吐出電圧の調整、(3)溶液の調整、(4)ノズル径の調整、(5)ノズル−基材間距離の調整等が挙げられる。
なお、吐出電圧信号の波形幅や、波形の形状を変更することにより、ノズルからの液滴の吐出量を調整し、これにより、扁平率D/dを調整するようにしても良い。また、扁平率D/dの調整において、基材Kの温度を調整しても良く、この場合、基材Kに着弾した液滴の熱移動量を調整して、蒸発速度を変更することができるからである。
Means for defining the flatness ratio D / d within the range of 1 ≦ D / d ≦ 3 include (1) adjustment of the specific surface area of the droplet, (2) adjustment of the discharge voltage, (3) adjustment of the solution, 4) Adjustment of nozzle diameter, (5) Adjustment of nozzle-base material distance, etc. are mentioned.
Note that the discharge rate of the droplets from the nozzles may be adjusted by changing the waveform width or waveform shape of the discharge voltage signal, thereby adjusting the flatness ratio D / d. Further, in adjusting the flatness ratio D / d, the temperature of the base material K may be adjusted. In this case, the evaporation rate can be changed by adjusting the heat transfer amount of the droplets landed on the base material K. Because it can.

(1)液滴の比表面積の調整
液滴の比表面積S/Vは、ノズルの先端部から吐出されて飛翔する液滴の表面積Sを体積Vで除算した値である。
ここで、飛翔する液滴の表面積S及び体積Vは、例えば、飛翔する液滴を球とみなした場合の直径から算出されたものである。
そして、扁平率D/dを、1≦D/d≦3の範囲に規定する上では、液滴の比表面積S/Vが、0.6以上であるのが好ましく、1.0以上であるのがより好ましい。即ち、液滴の比表面積S/Vを少なくとも0.6以上とすることにより、直径が10[μm]以下の微小な液滴とすることができるので、ノズルから吐出され飛翔する液滴や基材Kの液滴受面K1に着弾した液滴の溶媒が蒸発する速度を速めて、急速に乾燥・固化させることができる。より具体的には、比表面積を大きくすることにより液滴の表面からの物質の移動速度及び熱移動速度を速くすることができる。つまり、液滴の表面からの物質の移動律速の蒸発量を増加させるとともに、液滴中における溶質の内部拡散律速の移動量を増加させることができ、液滴の溶媒の蒸発速度を格段に速くすることができる。また、熱移動速度を速くすることができるので、基材Kに着弾した液滴の蒸発に必要な蒸発潜熱を当該基材Kから迅速に供給することができる。
(1) Adjustment of Specific Surface Area of Droplet The specific surface area S / V of the droplet is a value obtained by dividing the surface area S of the droplet ejected from the tip of the nozzle and flying by the volume V.
Here, the surface area S and volume V of the flying droplet are calculated from the diameter when the flying droplet is regarded as a sphere, for example.
In order to define the flatness ratio D / d within the range of 1 ≦ D / d ≦ 3, the specific surface area S / V of the droplet is preferably 0.6 or more, and 1.0 or more. Is more preferable. That is, by setting the specific surface area S / V of the droplet to at least 0.6 or more, it is possible to obtain a minute droplet having a diameter of 10 [μm] or less. It is possible to increase the speed at which the solvent of the droplets that have landed on the droplet receiving surface K1 of the material K evaporates, and to rapidly dry and solidify the solvent. More specifically, by increasing the specific surface area, it is possible to increase the moving speed and heat transfer speed of the substance from the surface of the droplet. In other words, the amount of movement-controlled evaporation of the substance from the surface of the droplet can be increased, and the amount of solute internal diffusion-controlled movement of the solute in the droplet can be increased, and the evaporation rate of the solvent of the droplet can be greatly increased. can do. In addition, since the heat transfer speed can be increased, the latent heat of vaporization required for evaporation of the droplets that have landed on the base material K can be quickly supplied from the base material K.

(2)吐出電圧の調整
ノズル内の溶液に印加する吐出電圧の大きさを調整することによって、液滴の帯電量を変化させて、蒸気圧の調整を行うことができる。
(2) Adjustment of discharge voltage By adjusting the magnitude of the discharge voltage applied to the solution in the nozzle, the charge amount of the droplet can be changed to adjust the vapor pressure.

(3)溶液の調整
溶媒の調整:沸点の低い溶媒ほど、所定温度における飽和蒸気圧が高くなり、蒸発速度を速くすることができる。また、溶媒の濃度を調整することにより、蒸発速度を変更することもできる。
溶質の調整:溶質の種類と、それに応じた適切な溶解性パラメーターを有する溶媒を選択することで、溶質の内部拡散速度を調整することができる。
(3) Solution adjustment Solvent adjustment: The lower the boiling point of the solvent, the higher the saturated vapor pressure at a predetermined temperature, and the higher the evaporation rate. Further, the evaporation rate can be changed by adjusting the concentration of the solvent.
Solute adjustment: The internal diffusion rate of a solute can be adjusted by selecting a solvent having an appropriate solubility parameter according to the type of solute.

(4)ノズル径の調整
ノズル径を小さくすることにより液滴を微小化させて、液滴からの溶媒の蒸発速度を速くすることができる。
(4) Adjustment of nozzle diameter By reducing the nozzle diameter, the droplets can be made minute, and the evaporation rate of the solvent from the droplets can be increased.

(5)ノズル−基材間距離(GAP)の調整
ノズル−基材間距離を大きくすることにより、電界強度を減少させることができ、これにより、液滴を微小化させて、液滴からの溶媒の蒸発速度を速くすることができる。
(5) Adjustment of the distance between the nozzle and the substrate (GAP) By increasing the distance between the nozzle and the substrate, it is possible to reduce the electric field strength. The evaporation rate of the solvent can be increased.

(着弾物)
次に、着弾物について説明する。
本発明に係る着弾物は、基材Kの液滴受面K1に着弾した液滴よりなるものであり、当該着弾物の液滴受面K1に略垂直な方向の高さt[μm]で、液滴受面K1に略水平な方向の距離W[μm]を除算したアスペクト比W/tが、
0.1≦W/t≦100
の式を満足するようになっている。
ここで、着弾物は、液滴受面K1上にて線状に延在するものであっても良く、この場合、着弾物の液滴受面K1に略水平な方向の距離Wは、当該着弾物の長手方向に対して略垂直な方向の幅を示すものとする。これにより、線状に形成された着弾物のアスペクト比W/tの調整を適正に行うことができる。
(Landing object)
Next, the landing object will be described.
The landing object according to the present invention is composed of liquid droplets that have landed on the droplet receiving surface K1 of the substrate K, and has a height t [μm] in a direction substantially perpendicular to the liquid droplet receiving surface K1 of the landing object. The aspect ratio W / t obtained by dividing the distance W [μm] in the direction substantially horizontal to the droplet receiving surface K1 is:
0.1 ≦ W / t ≦ 100
It has come to satisfy the formula of
Here, the landing object may extend linearly on the droplet receiving surface K1, and in this case, the distance W in the direction substantially horizontal to the droplet receiving surface K1 of the landing object is The width in the direction substantially perpendicular to the longitudinal direction of the landing object is shown. Thereby, adjustment of the aspect ratio W / t of the landed object formed linearly can be performed appropriately.

また、着弾物の基材Kの液滴受面K1に略垂直な方向の高さtは、例えば、基材Kの液滴受面K1に対してほぼ垂直に設けられたレーザ顕微鏡を用いて着弾物を撮影し、計測された高さ方向の平均値から算出されたものとする。
さらに、着弾物の基材Kの液滴受面K1に略水平な方向の距離Wは、着弾物の高さtと同様に、例えば、レーザ顕微鏡を用いて着弾物を撮影し、計測されたものとする。
The height t of the landing material in the direction substantially perpendicular to the droplet receiving surface K1 of the base material K is determined by using, for example, a laser microscope provided substantially perpendicular to the droplet receiving surface K1 of the base material K. It is assumed that the impacted object is photographed and calculated from the measured average value in the height direction.
Further, the distance W in the direction substantially horizontal to the droplet receiving surface K1 of the base material K of the impacted object was measured by photographing the impacted object using, for example, a laser microscope in the same manner as the height t of the impacted object. Shall.

以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。
(溶液)
ポリp−ビニルフェノールを、酢酸2−(2−n−ブトキシエトキシ)エチルで溶解し、重量固形分率が40重量%(実施例1及び2、実施例10〜12)、10重量%(実施例3、比較例1及び2、4)の溶液を用いた。
ポリp−ビニルフェノールを、エタノールで溶解し、重量固形分率が10重量%(実施例4〜6)の用いた。
ここで、酢酸2−(2−n−ブトキシエトキシ)エチル及びエタノールの沸点及び蒸発速度係数を、表1に示す。なお、蒸発速度係数は、ASTM D 3539で計測したものであり、酢酸ブチルの蒸発速度係数を1とした場合のものである。

Figure 2005059301
また、実施例7〜9、比較例3にあっては、銀ナノペースト(ハリマ化成製)を用いた。 Examples of the present invention and comparative examples will be described below.
(solution)
Poly (p-vinylphenol) was dissolved in 2- (2-n-butoxyethoxy) ethyl acetate, and the solids content was 40% by weight (Examples 1 and 2, Examples 10-12) and 10% by weight (implementation). The solution of Example 3, Comparative Examples 1 and 2, 4) was used.
Poly p-vinylphenol was dissolved in ethanol, and the weight solid content ratio was 10% by weight (Examples 4 to 6).
Here, Table 1 shows boiling points and evaporation rate coefficients of 2- (2-n-butoxyethoxy) ethyl acetate and ethanol. The evaporation rate coefficient is measured by ASTM D 3539, and is obtained when the evaporation rate coefficient of butyl acetate is 1.
Figure 2005059301
In Examples 7 to 9 and Comparative Example 3, silver nano paste (manufactured by Harima Chemicals) was used.

(ノズル)
素材:ガラス製、先端部の内部直径:2[μm](実施例1〜5、実施例7〜12、比較例1、比較例3及び4);12[μm](実施例6、比較例2)
(nozzle)
Material: Glass, internal diameter of tip: 2 [μm] (Examples 1 to 5, Examples 7 to 12, Comparative Example 1, Comparative Examples 3 and 4); 12 [μm] (Example 6, Comparative Example) 2)

(ノズル−基材間距離(GAP))
100[μm](実施例1〜4、実施例6〜12、比較例2〜4);2[μm](実施例5、比較例1)
(Distance between nozzle and substrate (GAP))
100 [μm] (Examples 1-4, Examples 6-12, Comparative Examples 2-4); 2 [μm] (Example 5, Comparative Example 1)

(吐出電圧)
240[V](実施例7及び10);250[V](実施例1);300[V](実施例8);400[V](実施例11);500[V](実施例2〜6、実施例9、比較例1及び2);700[V](実施例12、比較例4);1000[V](比較例3)
(Discharge voltage)
240 [V] (Examples 7 and 10); 250 [V] (Example 1); 300 [V] (Example 8); 400 [V] (Example 11); 500 [V] (Example 2) -6, Example 9, Comparative Examples 1 and 2); 700 [V] (Example 12, Comparative Example 4); 1000 [V] (Comparative Example 3)

(扁平率の算出)
基材としてのガラス基板に対してノズルから吐出され飛翔する液滴の直径d[μm]及びガラス基板の液滴受面に着弾した液滴の直径D[μm]を測定した。そして、直径D[μm]を直径d[μm]で除算した値を扁平率D/dとした。
なお、ノズルから吐出され飛翔する液滴の直径d[μm]は、飛翔する液滴を超高速度カメラを用いて撮影し、当該液滴を球とみなし、2次元画像を画像処理して液滴の面積を円換算した相当直径として示した。ここで、液滴の直径の計測方法は、例えば、特開2001−150658号公報、特開2001−150659号公報、特開2001−150696号公報に開示された方法を適用することができる。具体的には、高倍率のレンズを通して拡大した液滴を撮像素子に結像させ、この撮像素子から出力された信号を画像処理する。そして、画像処理された画像情報の液滴外形部分の濃度値から液滴外径を認識して、その外径を当該液滴の直径とした。
また、基材に着弾した液滴の直径D[μm]は、基材の液滴受面に対してほぼ垂直に設けられたレーザ顕微鏡(例えば、キーエンス社製レーザ顕微鏡)を用いて撮影し、当該液滴を所定厚の円板とみなし、撮影画像を画像処理して液滴の面積を円換算した相当直径として示した。
実施例1〜6並びに比較例1及び2に対応する扁平率の比較結果を、表2に示す。
(Calculation of flatness)
A diameter d [μm] of a droplet discharged from a nozzle and flying on a glass substrate as a base material and a diameter D [μm] of a droplet landed on a droplet receiving surface of the glass substrate were measured. A value obtained by dividing the diameter D [μm] by the diameter d [μm] was defined as the flatness ratio D / d.
The diameter d [μm] of the droplet ejected and ejected from the nozzle is obtained by photographing the flying droplet using an ultra-high speed camera, treating the droplet as a sphere, and performing image processing on a two-dimensional image. The area of the droplet was shown as an equivalent diameter in terms of a circle. Here, for example, methods disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2001-150658, 2001-150659, and 2001-150696 can be applied to the method for measuring the diameter of the droplet. Specifically, a droplet enlarged through a high-magnification lens is imaged on an image sensor, and a signal output from the image sensor is subjected to image processing. Then, the outer diameter of the droplet was recognized from the density value of the outer shape portion of the droplet of the image information subjected to image processing, and the outer diameter was used as the diameter of the droplet.
In addition, the diameter D [μm] of the droplet landed on the substrate was photographed using a laser microscope (for example, a laser microscope manufactured by Keyence Corporation) provided substantially perpendicular to the droplet receiving surface of the substrate. The droplet was regarded as a disk having a predetermined thickness, and the photographed image was image-processed to show the area of the droplet as a circle equivalent diameter.
Table 2 shows the comparison results of the flatness ratios corresponding to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2.

(比表面積の算出)
吐出電圧を240、300、500及び1000[V]と変更することにより、液滴径を変化させ、これによって、液滴の比表面積を調整した。そして、各場合において、飛翔する液滴の超高速度カメラによる撮像画像から求められた、当該液滴を球とみなした場合の直径d[μm]から、液滴の表面積S及び体積Vを算出し、表面積Sを体積Vで除算した値を比表面積S/Vとした。
実施例7〜9並びに比較例3に対応する比表面積S/Vの比較結果を、表3に示す。
(Calculation of specific surface area)
By changing the discharge voltage to 240, 300, 500 and 1000 [V], the droplet diameter was changed, thereby adjusting the specific surface area of the droplet. In each case, the surface area S and the volume V of the droplet are calculated from the diameter d [μm] obtained when the droplet is regarded as a sphere, which is obtained from an image captured by the ultrahigh-speed camera of the flying droplet. The value obtained by dividing the surface area S by the volume V was defined as the specific surface area S / V.
Table 3 shows the comparison results of specific surface areas S / V corresponding to Examples 7 to 9 and Comparative Example 3.

(アスペクト比の算出)
溶液中の重量固形分率及び吐出電圧を240、400及び700[V]と変更して、各場合において、ノズルから液滴を100回吐出することによりガラス基板の液滴受面に重ねて着弾された液滴よりなる着弾物を形成した。そして、着弾物の液滴受面に略垂直な方向の高さt[μm]並びに当該着弾物の液滴受面に略水平な方向の距離W[μm]を算出し、距離W[μm]を高さt[μm]で除算した値をアスペクト比W/tとした。
なお、着弾物の高さt[μm]は、ガラス基板に着弾した着弾物をレーザ顕微鏡を用いて撮影し、計測した当該着弾物の高さの平均値を用いた。また、着弾物の距離W[μm]は、着弾物の高さと同様に、レーザ顕微鏡を用いて着弾物を撮影し、計測した値を用いた。
実施例10〜12及び比較例4に対応するアスペクト比W/tの比較結果を、表4に示す。
(Aspect ratio calculation)
The weight solid content ratio and discharge voltage in the solution are changed to 240, 400 and 700 [V], and in each case, droplets are ejected from the nozzle 100 times so as to overlap with the droplet receiving surface of the glass substrate. A landing object made of the formed droplets was formed. Then, a height t [μm] in a direction substantially perpendicular to the droplet receiving surface of the landing object and a distance W [μm] in a direction substantially horizontal to the droplet receiving surface of the landing object are calculated, and the distance W [μm] is calculated. Was divided by the height t [μm] to obtain an aspect ratio W / t.
In addition, the height t [μm] of the landing object was obtained by photographing the landing object landed on the glass substrate using a laser microscope and measuring the average height of the landing object. For the distance W [μm] of the impacted object, a value measured by photographing the impacted object using a laser microscope was used in the same manner as the height of the impacted object.
Table 4 shows comparison results of aspect ratios W / t corresponding to Examples 10 to 12 and Comparative Example 4.

なお、表2〜表4中における評価は、着弾物の寸法(例えば、高さ)の所望寸法からのずれの程度を示すものであり、具体的には、所望寸法からのずれの程度が、10%以内のものを「◎」で示し、10%を上回り25%以内のものを「○」で示し、25%を上回るものを「×」で示した。   The evaluations in Tables 2 to 4 indicate the degree of deviation from the desired dimension of the dimensions (for example, height) of the impacted object. Specifically, the degree of deviation from the desired dimension is as follows. Those within 10% are indicated by “◎”, those exceeding 10% and within 25% are indicated by “◯”, and those exceeding 25% are indicated by “x”.

Figure 2005059301
Figure 2005059301

(扁平率の評価)
<吐出電圧の比較>
表2に示すように、吐出電圧を250[V]とすることにより(実施例1)、500[V]とした場合(実施例2)に比べて扁平率D/dを1により近づけることができた。即ち、吐出電圧を低下させることにより液滴量を少なくすることができ、これにより、液滴の比表面積が大きくなるので、液滴の溶媒の蒸発を加速させて、蒸発に必要な時間を短縮することができるからである。また、液滴の電荷量が減少することによりElectrowetting 効果を減少させることもできる。
以上により、扁平率D/dを小さくするためには、吐出電圧を低下させた方が好ましいと考えられる。
(Evaluation of flatness)
<Comparison of discharge voltage>
As shown in Table 2, by setting the discharge voltage to 250 [V] (Example 1), the flatness ratio D / d can be made closer to 1 compared to the case of 500 [V] (Example 2). did it. That is, the droplet volume can be reduced by lowering the discharge voltage, which increases the specific surface area of the droplet, thereby accelerating the evaporation of the solvent of the droplet and reducing the time required for evaporation. Because it can be done. In addition, the electrowetting effect can be reduced by reducing the charge amount of the droplet.
From the above, in order to reduce the flatness ratio D / d, it is considered preferable to reduce the discharge voltage.

<溶液の比較>
溶液中の重量固形分率を40重量%とすることにより(実施例2)、10重量%とした場合(実施例3)に比べて扁平率D/dを1により近づけることができた。即ち、液滴中の溶剤重量が減少することにより蒸発に必要な時間が短縮することができるからである。また、固形分に対して粘度がべき乗で大きくなることも起因していると考えられる。
ノズル−基材間距離を100[μm]として、溶剤の種類をエタノールとすることにより(実施例4)、酢酸2−(2−n−ブトキシエトキシ)エチルとした場合(実施例3)に比べて扁平率D/dを1により近づけることができた。また、ノズル−基材間距離を20[μm]とした場合においては(実施例5及び比較例1)、溶剤をエタノールとすることにより、扁平率D/dを3以下にすることができた。即ち、エタノールは、酢酸2−(2−n−ブトキシエトキシ)エチルに比べて沸点が低く、且つ、蒸発速度係数が大きいため、蒸発速度が速い溶剤であるからである。
以上により、扁平率D/dを小さくするためには、溶液中の重量固形分率を大きくし、且つ、蒸発速度が速い溶剤を用いた方が好ましいと考えられる。
<Comparison of solutions>
By setting the weight solid content ratio in the solution to 40% by weight (Example 2), the flatness ratio D / d could be made closer to 1 compared to the case of 10% by weight (Example 3). That is, the time required for evaporation can be shortened by reducing the weight of the solvent in the droplets. It is also considered that the viscosity increases to a power with respect to the solid content.
Compared to the case where 2- (2-n-butoxyethoxy) ethyl acetate was used (Example 3) by setting the distance between the nozzle and the substrate to 100 [μm] and using ethanol as the solvent (Example 4). Thus, the flatness ratio D / d could be made closer to 1. Further, when the distance between the nozzle and the substrate was 20 [μm] (Example 5 and Comparative Example 1), the flatness ratio D / d could be 3 or less by using ethanol as the solvent. . That is, ethanol has a lower boiling point than acetic acid 2- (2-n-butoxyethoxy) ethyl and has a large evaporation rate coefficient, so that it is a solvent having a high evaporation rate.
From the above, in order to reduce the flatness ratio D / d, it is considered preferable to use a solvent having a high solid content ratio in the solution and a high evaporation rate.

<ノズル−基材間距離の比較>
溶剤の種類を酢酸2−(2−n−ブトキシエトキシ)エチルとして、ノズル−基材間距離を20[μm]とした場合(比較例1)、扁平率D/dは3を上回ったが、ノズル−基材間距離を100[μm]とした場合(実施例3)、扁平率D/dを3以下にすることができた。また、溶剤の種類をエタノールとして、ノズル−基材間距離を100[μm] とすることにより(実施例4)、20[μm]とした場合に比べて扁平率D/dを1により近づけることができた。即ち、ノズル−基材間距離を大きくすることにより、電界強度が減少して、液滴が微小化されることにより蒸発速度が速くなったためと考えられる。
以上により、扁平率D/dを小さくするためには、ノズル−基材間距離を大きくした方が好ましいと考えられる。
<Comparison of distance between nozzle and substrate>
When the solvent type was 2- (2-n-butoxyethoxy) ethyl acetate and the distance between the nozzle and the substrate was 20 [μm] (Comparative Example 1), the flatness ratio D / d exceeded 3, When the distance between the nozzle and the substrate was 100 [μm] (Example 3), the flatness ratio D / d could be 3 or less. Further, when the solvent type is ethanol and the distance between the nozzle and the substrate is 100 [μm] (Example 4), the flattening ratio D / d is made closer to 1 compared to 20 [μm]. I was able to. That is, it is considered that by increasing the distance between the nozzle and the substrate, the electric field strength is decreased, and the evaporation speed is increased by making the droplets smaller.
From the above, in order to reduce the flatness ratio D / d, it is considered preferable to increase the distance between the nozzle and the substrate.

<ノズル径の比較>
溶剤の種類を酢酸2−(2−n−ブトキシエトキシ)エチルとして、ノズル径を12[μm]とした場合(比較例2)、扁平率D/dは3を上回ったが、ノズル径を2[μm]とした場合(実施例3)、扁平率D/dを3以下にすることができた。また、溶剤の種類をエタノールとして、ノズル径を2[μm] とすることにより(実施例4)、12[μm]とした場合に比べて扁平率D/dを1により近づけることができた。即ち、ノズル径を小さくすることにより、液液を微小化することができ、液滴の蒸発速度が速くなったためと考えられる。
以上により、扁平率D/dを小さくするためには、ノズル径を小さくした方が好ましいと考えられる。
<Nozzle diameter comparison>
When the solvent type was 2- (2-n-butoxyethoxy) ethyl acetate and the nozzle diameter was 12 [μm] (Comparative Example 2), the flatness ratio D / d exceeded 3, but the nozzle diameter was 2 In the case of [μm] (Example 3), the flatness ratio D / d could be 3 or less. Further, by setting the type of solvent to ethanol and the nozzle diameter to 2 [μm] (Example 4), the flatness ratio D / d could be made closer to 1 compared to 12 [μm]. That is, it is considered that by reducing the nozzle diameter, the liquid can be miniaturized, and the evaporation rate of the droplets is increased.
From the above, in order to reduce the flatness ratio D / d, it is considered preferable to reduce the nozzle diameter.

Figure 2005059301
Figure 2005059301

(比表面積の評価)
表3に示すように、液滴の比表面積S/Vが0.6を下回った場合(比較例3)、即ち、吐出電圧が大きい場合には、液滴径が大きくなって扁平率D/dが大きくなるため、液滴の濡れ広がりが著しく悪化し、微細な形状や、所定の高さを有する構造物の形成が困難となる。一方で、液滴の比表面積S/Vが0.6を上回った場合(実施例9)、特に、1.0を上回った場合(実施例7及び8)、即ち、吐出電圧を小さくした場合には、液滴径が小さくなって扁平率D/dを小さくすることができる。従って、ノズルから吐出され飛翔する液滴や基材の液滴受面に着弾した液滴の溶媒が蒸発する速度を速めて、急速に乾燥・固化させることができるため、液滴の濡れ拡がりを適正に抑制することができたためであると考えられる。
以上により、扁平率D/dを小さくするためには、比表面積S/Vを0.6以上、好ましくは、1.0以上とした方が良いと考えられる。
(Evaluation of specific surface area)
As shown in Table 3, when the specific surface area S / V of the droplet is less than 0.6 (Comparative Example 3), that is, when the discharge voltage is large, the droplet diameter increases and the flatness ratio D / Since d becomes large, the wetting and spreading of the droplets is remarkably deteriorated, and it becomes difficult to form a fine structure or a structure having a predetermined height. On the other hand, when the specific surface area S / V of the droplet exceeds 0.6 (Example 9), particularly when it exceeds 1.0 (Examples 7 and 8), that is, when the discharge voltage is reduced. In this case, the droplet diameter can be reduced and the flatness ratio D / d can be reduced. Therefore, it is possible to increase the speed at which the solvent of the droplets ejected from the nozzles and flying, or the droplets landed on the droplet receiving surface of the substrate, evaporate and rapidly dry and solidify. It is thought that it was because it was able to suppress appropriately.
From the above, in order to reduce the flatness ratio D / d, it is considered that the specific surface area S / V should be 0.6 or more, preferably 1.0 or more.

Figure 2005059301
Figure 2005059301

(アスペクト比の評価)
<溶液の比較>
表4に示すように、吐出電圧を700[V]として、溶液中の重量固形分率を10重量%とした場合(比較例4)、アスペクト比D/tが100を上回り、即ち、液滴の濡れ広がりが著しく悪化して、微細な形状や、所定の高さを有する構造物の形成が困難であった。一方で、重量固形分率を40重量%とすることにより(実施例12)、液滴の濡れ拡がりを適正に抑制して、アスペクト比D/tを100以下にすることができた。
以上により、アスペクト比D/tを小さくするためには、溶液中の重量固形分率を大きくした方が好ましいと考えられる。
(Aspect ratio evaluation)
<Comparison of solutions>
As shown in Table 4, when the discharge voltage is 700 [V] and the weight solid content ratio in the solution is 10 wt% (Comparative Example 4), the aspect ratio D / t exceeds 100, that is, the droplets As a result, the wetting and spreading of the material significantly deteriorated, and it was difficult to form a fine structure or a structure having a predetermined height. On the other hand, by setting the weight solid content ratio to 40% by weight (Example 12), it was possible to appropriately suppress the wetting and spreading of the droplets and to reduce the aspect ratio D / t to 100 or less.
From the above, in order to reduce the aspect ratio D / t, it is considered preferable to increase the weight solid content ratio in the solution.

<吐出電圧の比較>
吐出電圧を700、400、240[V]と小さくすることにより(実施例10〜12)、液滴を微小化することができるため、液滴の濡れ拡がりを適正に抑制して、アスペクト比D/tを小さくすることができた。
以上により、アスペクト比D/tを小さくするためには、吐出電圧を低下させた方が好ましいと考えられる。
<Comparison of discharge voltage>
By reducing the discharge voltage to 700, 400, and 240 [V] (Examples 10 to 12), the droplets can be miniaturized, so that wetting and spreading of the droplets can be appropriately suppressed, and the aspect ratio D / T could be reduced.
From the above, in order to reduce the aspect ratio D / t, it is considered preferable to reduce the discharge voltage.

なお、データの図示は省略するが、実施例10の条件下にて、液滴が50回重ねて着弾された着弾物のアスペクト比D/tは、0.15であった。   Although illustration of the data is omitted, the aspect ratio D / t of the landing object on which the droplets landed 50 times under the conditions of Example 10 was 0.15.

このように、ノズル51の先端部の内部直径を25[μm]以下とすることによって、微小な液滴の吐出を行うことができ、液滴の比表面積S/Vを大きくすることができる。特に、液滴の比表面積S/Vを0.6以上、好ましくは、1.0以上とすることにより、液滴の溶媒の体積当たりの蒸発速度を増加させることができるので、液滴を急速に乾燥させて、基材Kに着弾した液滴を急速に固化させることができることとなって、基材Kの表面における液滴の濡れ拡がりの抑制を簡便に且つ適正に行うことができる。
そして、1≦D/d≦3の範囲内において、扁平率D/dを1に近づけることにより液滴の幅を小さく且つ高さを高くすることができる一方で、扁平率D/dを3に近づけることにより液滴の幅を大きく且つ高さを低くすることができる。
従って、従来のように、基材K表面の親水性や疎水性の所定溶液による処理や、基材K表面に所定の高さを有する構造物等を作製する作業を行うことなく、基材Kに着弾した液滴よりなる着弾物の幅・高さの調整を容易に且つ適正に行うことができる。特に、基材Kの表面に線状に形成される回路の配線パターン等の幅及び高さの調整を適正に行うことができる。
また、基材Kに着弾した液滴に対して重ねて液滴を着弾させた場合であっても、着弾した液滴の乾燥・固化が迅速に行われることとなって、液滴どうしの積み重ねを適正に行うことができ、所定の高さや体積を有する着弾物の構造体を形成することができる。
As described above, by setting the inner diameter of the tip of the nozzle 51 to 25 [μm] or less, it is possible to discharge minute droplets and increase the specific surface area S / V of the droplets. In particular, when the specific surface area S / V of the droplet is 0.6 or more, preferably 1.0 or more, the evaporation rate per volume of the solvent of the droplet can be increased. Thus, the droplets that have been dried and landed on the substrate K can be rapidly solidified, and the wetting and spreading of the droplets on the surface of the substrate K can be easily and appropriately suppressed.
Then, within the range of 1 ≦ D / d ≦ 3, the width of the droplet can be reduced and the height can be increased by bringing the flatness D / d close to 1, while the flatness D / d is 3 By making the distance closer to, the width of the droplet can be increased and the height can be decreased.
Therefore, unlike the conventional method, the substrate K can be processed without the treatment with a predetermined hydrophilic or hydrophobic solution on the surface of the substrate K, or the production of a structure having a predetermined height on the surface of the substrate K. It is possible to easily and appropriately adjust the width and height of a landing object made up of droplets that have landed on the surface. In particular, it is possible to appropriately adjust the width and height of a circuit wiring pattern formed linearly on the surface of the substrate K.
In addition, even when the droplets landed on the base material K, the droplets that have landed are quickly dried and solidified, so that the droplets are stacked. Can be performed appropriately, and a structure of an impacted object having a predetermined height and volume can be formed.

また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
例えば、上記実施の形態では、扁平率D/dを、1≦D/d≦3の範囲に規定するために、液滴の比表面積、吐出電圧、溶液、ノズル径、ノズル−基材間距離等を調整するようにしたが、これら以外の手段によって扁平率D/dを上記の範囲に規定するようにしても良い。
Various improvements and design changes may be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above embodiment, in order to define the flatness ratio D / d in the range of 1 ≦ D / d ≦ 3, the specific surface area of the droplet, the discharge voltage, the solution, the nozzle diameter, and the nozzle-substrate distance However, the flatness ratio D / d may be regulated within the above range by means other than these.

[液体吐出装置の理論説明]
以下に、上記液体吐出装置による液体吐出の理論説明及びこれに基づく基本例の説明を行う。なお、以下に説明する理論及び基本例におけるノズルの構造、各部の素材及び吐出液体の特性、ノズル周囲に付加する構成、吐出動作に関する制御条件等全ての内容は、可能な限り上述した実施形態中に適用しても良いことはいうまでもない。
[Theoretical explanation of liquid ejection device]
Hereinafter, the theoretical explanation of the liquid ejection by the liquid ejection apparatus and the basic example based on this will be described. In addition, all the contents such as the structure of the nozzle in the theory and basic example described below, the characteristics of the material of each part and the discharge liquid, the configuration added around the nozzle, the control conditions regarding the discharge operation, etc. are as much as possible in the above-described embodiment. Needless to say, the above may be applied.

(印加電圧低下および微小液滴量の安定吐出実現の方策)
従前は以下の条件式により定まる範囲を超えて液滴の吐出は不可能と考えられていた。

Figure 2005059301
λCは静電吸引力によりノズル先端部からの液滴の吐出を可能とするための溶液液面における成長波長(m)であり、λC=2πγh20V2で求められる。
Figure 2005059301
Figure 2005059301
本発明では、静電吸引型インクジェット方式において果たすノズルの役割を再考察し、従来吐出不可能として試みられていなかった領域において、マクスウェル力などを利用することで、微小液滴を形成することができる。
このような駆動電圧低下および微小量吐出実現の方策のための吐出条件等を近似的に表す式を導出したので以下に述べる。
以下の説明は、上記各本発明の実施形態で説明した液体吐出装置に適用可能である。
いま、直径dのノズルに導電性溶液を注入し、基材としての無限平板導体からhの高さに垂直に位置させたと仮定する。この様子を図14に示す。このとき、ノズル先端部に誘起される電荷は、ノズル先端の半球部に集中すると仮定し、以下の式で近似的に表される。
Figure 2005059301
ここで、Q:ノズル先端部に誘起される電荷(C)、ε0:真空の誘電率、ε:基材の誘電率(F/m)、h:ノズル−基材間距離(m)、d:ノズル内部の直径(m)、V:ノズルに印加する総電圧(V)である。α:ノズル形状などに依存する比例定数で、1〜1.5程度の値を取り、特にd<<hのときほぼ1程度となる。 (Measures to reduce applied voltage and realize stable discharge of small droplets)
Previously, it was considered impossible to discharge droplets beyond the range determined by the following conditional expression.
Figure 2005059301
λ C is a growth wavelength (m) on the liquid surface of the solution for enabling discharge of a droplet from the nozzle tip by electrostatic attraction, and is obtained by λ C = 2πγh 2 / ε 0 V 2 .
Figure 2005059301
Figure 2005059301
In the present invention, the role of the nozzle in the electrostatic attraction type ink jet system is reconsidered, and a micro droplet can be formed by utilizing Maxwell force or the like in an area that has not been attempted as impossible in the past. it can.
Formulas representing the discharge conditions and the like for measures for realizing such a drive voltage drop and a small amount of discharge have been derived and will be described below.
The following description is applicable to the liquid ejection apparatus described in the above embodiments of the present invention.
Now, it is assumed that a conductive solution is injected into a nozzle having a diameter d and is positioned perpendicular to the height of h from an infinite plate conductor as a base material. This is shown in FIG. At this time, it is assumed that the charge induced in the nozzle tip is concentrated in the hemisphere at the nozzle tip, and is approximately expressed by the following equation.
Figure 2005059301
Where Q: charge induced at the nozzle tip (C), ε 0 : vacuum dielectric constant, ε: dielectric constant of substrate (F / m), h: distance between nozzle and substrate (m), d: Diameter (m) inside the nozzle, V: Total voltage (V) applied to the nozzle. α: A proportional constant depending on the nozzle shape and the like, which takes a value of about 1 to 1.5, and is about 1 when d << h.

また、基材としての基板が導体基板の場合、基板内の対称位置に反対の符号を持つ鏡像電荷Q'が誘導されると考えられる。基板が絶縁体の場合は、誘電率によって定まる対称位置に同様に反対符号の映像電荷Q'が誘導される。
ところで、ノズル先端部に於ける凸状メニスカスの先端部の電界強度Eloc.[V/m]は、凸状メニスカス先端部の曲率半径をR[m]と仮定すると、

Figure 2005059301
で与えられる。ここでk:比例定数で、ノズル形状などにより異なるが、1.5〜8.5程度の値をとり、多くの場合5程度と考えられる。(P. J. Birdseye and D.A. Smith, Surface Science, 23 (1970) 198-210)。
今簡単のため、d/2=Rとする。これは、ノズル先端部に表面張力で導電性溶液がノズルの半径と同じ半径を持つ半球形状に盛り上がっている状態に相当する。
ノズル先端の液体に働く圧力のバランスを考える。まず、静電的な圧力は、ノズル先端部の液面積をS[m2]とすると、
Figure 2005059301
(7)、(8)、(9)式よりα=1とおいて、
Figure 2005059301
と表される。 Further, when the substrate as the base material is a conductor substrate, it is considered that a mirror image charge Q ′ having an opposite sign is induced at a symmetrical position in the substrate. When the substrate is an insulator, a video charge Q ′ having an opposite sign is similarly induced at a symmetrical position determined by the dielectric constant.
By the way, the electric field intensity E loc. [V / m] at the tip of the convex meniscus at the nozzle tip assumes that the radius of curvature of the convex meniscus tip is R [m].
Figure 2005059301
Given in. Here, k is a proportional constant and varies depending on the nozzle shape and the like, but takes a value of about 1.5 to 8.5 and is considered to be about 5 in many cases. (PJ Birdseye and DA Smith, Surface Science, 23 (1970) 198-210).
For simplicity, let d / 2 = R. This corresponds to a state in which the conductive solution swells in a hemispherical shape having the same radius as the nozzle radius due to surface tension at the nozzle tip.
Consider the balance of pressure acting on the liquid at the nozzle tip. First, the electrostatic pressure is S [m 2 ] when the liquid area at the nozzle tip is
Figure 2005059301
From the equations (7), (8) and (9), α = 1 is set,
Figure 2005059301
It is expressed.

一方、ノズル先端部に於ける液体の表面張力をPsとすると、

Figure 2005059301
ここで、γ:表面張力(N/m)、である。
静電的な力により流体の吐出が起こる条件は、静電的な力が表面張力を上回る条件なので、
Figure 2005059301
となる。十分に小さいノズル直径dを用いることで、静電的な圧力が、表面張力を上回らせる事が可能である。
この関係式より、Vとdの関係を求めると、
Figure 2005059301
が吐出の最低電圧を与える。すなわち、式(6)および式(13)より、
Figure 2005059301
が、本発明の動作電圧となる。 On the other hand, if the surface tension of the liquid at the nozzle tip is Ps,
Figure 2005059301
Here, γ: surface tension (N / m).
The conditions under which fluid discharge occurs due to electrostatic force is a condition where the electrostatic force exceeds the surface tension.
Figure 2005059301
It becomes. By using a sufficiently small nozzle diameter d, the electrostatic pressure can exceed the surface tension.
From this relational expression, when the relationship between V and d is obtained,
Figure 2005059301
Gives the lowest discharge voltage. That is, from Equation (6) and Equation (13),
Figure 2005059301
Is the operating voltage of the present invention.

ある直径dのノズルに対し、吐出限界電圧Vcの依存性を前述した図9に示す。この図より、微細ノズルによる電界の集中効果を考慮すると、吐出開始電圧は、ノズル径の減少に伴い低下する事が明らかになった。
従来の電界に対する考え方、すなわちノズルに印加する電圧と対向電極間の距離によって定義される電界のみを考慮した場合では、微小ノズルになるに従い、吐出に必要な電圧は増加する。一方、局所電界強度に注目すれば、微細ノズル化により吐出電圧の低下が可能となる。
The dependency of the discharge limit voltage Vc on a nozzle having a certain diameter d is shown in FIG. From this figure, it is clear that the discharge start voltage decreases as the nozzle diameter decreases, considering the effect of electric field concentration by the fine nozzles.
In the conventional way of thinking about the electric field, that is, considering only the electric field defined by the voltage applied to the nozzle and the distance between the counter electrodes, the voltage required for ejection increases as the nozzle becomes smaller. On the other hand, if attention is paid to the local electric field strength, the discharge voltage can be reduced by making the nozzle fine.

静電吸引による吐出は、ノズル端部における液体(溶液)の帯電が基本である。帯電の速度は誘電緩和によって決まる時定数程度と考えられる。

Figure 2005059301
ここで、ε:溶液の誘電率(F/m)、σ:溶液の導電率(S/m)である。溶液の比誘電率を10、導電率を10-6 S/m を仮定すると、τ=1.854×10-5secとなる。あるいは、臨界周波数をfc[Hz]とすると、
Figure 2005059301
となる。このfcよりも早い周波数の電界の変化に対しては、応答できず吐出は不可能になると考えられる。上記の例について見積もると、周波数としては10 kHz程度となる。このとき、ノズル半径2μm、電圧500V弱の場合、ノズル内流量Gは10-13m3/sと見積もることができるが、上記の例の液体の場合、10kHzでの吐出が可能なので、1周期での最小吐出量は10fl(フェムトリットル、1fl:10-15 l)程度を達成できる。 The discharge by electrostatic suction is basically charging of a liquid (solution) at the nozzle end. The charging speed is considered to be about a time constant determined by dielectric relaxation.
Figure 2005059301
Here, ε is the dielectric constant (F / m) of the solution, and σ is the conductivity (S / m) of the solution. Assuming that the relative permittivity of the solution is 10 and the conductivity is 10 −6 S / m, τ = 1.854 × 10 −5 sec. Or, if the critical frequency is fc [Hz],
Figure 2005059301
It becomes. It is considered that the ejection cannot be performed because it cannot respond to the change in the electric field having a frequency faster than fc. Estimating the above example, the frequency is about 10 kHz. At this time, if the nozzle radius is 2 μm and the voltage is less than 500 V, the flow rate G in the nozzle can be estimated to be 10 −13 m 3 / s. However, in the case of the liquid in the above example, discharge at 10 kHz is possible, so one cycle The minimum discharge volume can be about 10 fl (femtoliter, 1 fl: 10 -15 l).

なお、各上記本実施の形態においては、図14に示したようにノズル先端部に於ける電界の集中効果と、対向基板に誘起される鏡像力の作用を特徴とする。このため、先行技術のように基板または基板支持体を導電性にすることや、これら基板または基板支持体への電圧の印加は必ずしも必要はない。すなわち、基板として絶縁性のガラス基板、ポリイミドなどのプラスチック基板、セラミックス基板、半導体基板などを用いることが可能である。
また、上記各実施形態において電極への印加電圧はプラス、マイナスのどちらでも良い。
さらに、ノズルと基材との距離は、500[μm]以下に保つことにより、溶液の吐出を容易にすることができる。また、図示しないが、ノズル位置検出によるフィードバック制御を行い、ノズルを基材に対し一定に保つようにすることが望ましい。
また、基材を、導電性または絶縁性の基材ホルダーに載置して保持するようにしても良い。
Each of the above-described embodiments is characterized by the electric field concentration effect at the nozzle tip and the action of the mirror image force induced on the counter substrate, as shown in FIG. For this reason, it is not always necessary to make the substrate or the substrate support conductive as in the prior art or to apply a voltage to these substrates or substrate support. That is, an insulating glass substrate, a plastic substrate such as polyimide, a ceramic substrate, a semiconductor substrate, or the like can be used as the substrate.
In each of the above embodiments, the voltage applied to the electrode may be either positive or negative.
Furthermore, the discharge of the solution can be facilitated by keeping the distance between the nozzle and the substrate at 500 [μm] or less. Although not shown, it is desirable to perform feedback control by detecting the nozzle position so as to keep the nozzle constant with respect to the substrate.
The base material may be placed and held on a conductive or insulating base material holder.

図15は、本発明の他の基本例の一例としての液体吐出装置のノズル部分の側面断面図を示したものである。ノズル1の側面部には電極15が設けられており、ノズル内溶液3との間に制御された電圧が印加される。この電極15の目的は、Electrowetting 効果を制御するための電極である。十分な電場がノズルを構成する絶縁体にかかる場合この電極がなくともElectrowetting効果は起こると期待される。しかし、本基本例では、より積極的にこの電極を用いて制御することで、吐出制御の役割も果たすようにしたものである。ノズル1を絶縁体で構成し、先端部におけるノズルの管厚が1μm、ノズル内径が2μm、印加電圧が300Vの場合、約30気圧のElectrowetting効果になる。この圧力は、吐出のためには、不十分であるが溶液のノズル先端部への供給の点からは意味があり、この制御電極により吐出の制御が可能と考えられる。   FIG. 15 is a side sectional view of a nozzle portion of a liquid ejection apparatus as an example of another basic example of the present invention. An electrode 15 is provided on the side surface of the nozzle 1, and a controlled voltage is applied to the nozzle solution 3. The purpose of the electrode 15 is an electrode for controlling the electrowetting effect. If a sufficient electric field is applied to the insulator constituting the nozzle, the Electrowetting effect is expected to occur even without this electrode. However, in this basic example, the role of discharge control is also fulfilled by controlling more positively using this electrode. When the nozzle 1 is composed of an insulator, the tube thickness of the nozzle at the tip is 1 μm, the nozzle inner diameter is 2 μm, and the applied voltage is 300 V, an electrowetting effect of about 30 atm is obtained. This pressure is insufficient for discharge, but is meaningful from the viewpoint of supplying the solution to the nozzle tip, and it is considered that discharge can be controlled by this control electrode.

前述した図9は、本発明における吐出開始電圧のノズル径依存性を示したものである。液体吐出装置として、図11に示すものを用いた。微細ノズルになるに従い吐出開始電圧が低下し、従来より低電圧で吐出可能なことが明らかになった。   FIG. 9 described above shows the nozzle diameter dependency of the discharge start voltage in the present invention. As the liquid ejection device, the one shown in FIG. 11 was used. It became clear that the discharge start voltage decreased as the nozzle became finer, and discharge was possible at a lower voltage than before.

上記各実施形態において、溶液吐出の条件は、ノズル−基材間距離(h)、吐出電圧の振幅(V)、印加電圧振動数(f)のそれぞれの関数になり、それぞれにある一定の条件を満たすことが吐出条件として必要になる。逆にどれか一つの条件を満たさない場合他のパラメーターを変更する必要がある。   In each of the above embodiments, the solution discharge condition is a function of each of the nozzle-substrate distance (h), the discharge voltage amplitude (V), and the applied voltage frequency (f). Satisfaction is required as a discharge condition. Conversely, if any one of the conditions is not met, the other parameters must be changed.

この様子を図16を用いて説明する。
まず吐出のためには、それ以上の電界でないと吐出しないというある一定の臨界電界Ecが存在する。この臨界電界は、ノズル径、溶液の表面張力、粘性などによって変わってくる値で、Ec以下での吐出は困難である。臨界電界Ec以上すなわち吐出可能電界強度において、ノズル−基材間距離(h)と吐出電圧の振幅(V)の間には、おおむね比例の関係が生じ、ノズル−基材間距離を縮めた場合、臨界印加電圧Vを小さくする事が出来る。
逆に、ノズル−基材間距離(h)を極端に離し、印加電圧Vを大きくした場合、仮に同じ電界強度を保ったとしても、コロナ放電による作用などによって、流体液滴の破裂すなわちバーストが生じてしまう。
This will be described with reference to FIG.
First, for discharge, there is a certain critical electric field Ec that does not discharge unless the electric field is higher than that. This critical electric field varies depending on the nozzle diameter, the surface tension of the solution, the viscosity, and the like, and it is difficult to discharge below Ec. When the critical electric field Ec or higher, that is, the dischargeable electric field strength, there is a generally proportional relationship between the nozzle-base distance (h) and the discharge voltage amplitude (V), and the nozzle-base distance is reduced. The critical applied voltage V can be reduced.
On the contrary, when the distance (h) between the nozzle and the substrate is extremely increased and the applied voltage V is increased, even if the same electric field strength is maintained, bursting or bursting of fluid droplets may occur due to the action of corona discharge. It will occur.

ノズル径をφ0.2 [μm]とした場合の電界強度分布を示し、図1(a)はノズルと対向電極との距離が2000[μm]に設定されたときの電界強度分布を示し、図1(b)は、ノズルと対向電極との距離が100[μm]に設定されたときの電界強度分布を示す。FIG. 1A shows the electric field strength distribution when the nozzle diameter is φ0.2 [μm], and FIG. 1A shows the electric field strength distribution when the distance between the nozzle and the counter electrode is set to 2000 [μm]. 1 (b) shows the electric field intensity distribution when the distance between the nozzle and the counter electrode is set to 100 [μm]. ノズル径をφ0.4 [μm]とした場合の電界強度分布を示し、図2(a)はノズルと対向電極との距離が2000[μm]に設定されたときの電界強度分布を示し、図2(b)は、ノズルと対向電極との距離が100[μm]に設定されたときの電界強度分布を示す。FIG. 2A shows the electric field strength distribution when the nozzle diameter is set to φ0.4 [μm]. FIG. 2A shows the electric field strength distribution when the distance between the nozzle and the counter electrode is set to 2000 [μm]. 2 (b) shows the electric field intensity distribution when the distance between the nozzle and the counter electrode is set to 100 [μm]. ノズル径をφ1 [μm]とした場合の電界強度分布を示し、図3(a)はノズルと対向電極との距離が2000[μm]に設定されたときの電界強度分布を示し、図3(b)は、ノズルと対向電極との距離が100[μm]に設定されたときの電界強度分布を示す。FIG. 3A shows the electric field strength distribution when the nozzle diameter is φ1 [μm], and FIG. 3A shows the electric field strength distribution when the distance between the nozzle and the counter electrode is set to 2000 [μm]. b) shows the electric field strength distribution when the distance between the nozzle and the counter electrode is set to 100 [μm]. ノズル径をφ8 [μm]とした場合の電界強度分布を示し、図4(a)はノズルと対向電極との距離が2000[μm]に設定されたときの電界強度分布を示し、図4(b)は、ノズルと対向電極との距離が100[μm]に設定されたときの電界強度分布を示す。FIG. 4A shows the electric field intensity distribution when the nozzle diameter is φ8 [μm], and FIG. 4A shows the electric field intensity distribution when the distance between the nozzle and the counter electrode is set to 2000 [μm]. b) shows the electric field strength distribution when the distance between the nozzle and the counter electrode is set to 100 [μm]. ノズル径をφ20 [μm]とした場合の電界強度分布を示し、図5(a)はノズルと対向電極との距離が2000[μm]に設定されたときの電界強度分布を示し、図5(b)は、ノズルと対向電極との距離が100[μm]に設定されたときの電界強度分布を示す。FIG. 5A shows the electric field strength distribution when the nozzle diameter is φ20 [μm]. FIG. 5A shows the electric field strength distribution when the distance between the nozzle and the counter electrode is set to 2000 [μm]. b) shows the electric field strength distribution when the distance between the nozzle and the counter electrode is set to 100 [μm]. ノズル径をφ50 [μm]とした場合の電界強度分布を示し、図6(a)はノズルと対向電極との距離が2000[μm]に設定されたときの電界強度分布を示し、図6(b)は、ノズルと対向電極との距離が100[μm]に設定されたときの電界強度分布を示す。FIG. 6A shows the electric field strength distribution when the nozzle diameter is φ50 [μm], and FIG. 6A shows the electric field strength distribution when the distance between the nozzle and the counter electrode is set to 2000 [μm]. b) shows the electric field strength distribution when the distance between the nozzle and the counter electrode is set to 100 [μm]. 図1〜図6の各条件下での最大電界強度を示す図表を示す。The chart which shows the maximum electric field strength on each condition of FIGS. ノズルのノズル径のメニスカス部の最大電界強度と強電界領域の関係を示す線図である。It is a diagram which shows the relationship between the maximum electric field strength of the meniscus part of the nozzle diameter of a nozzle, and a strong electric field area | region. ノズルのノズル径とメニスカス部で吐出する液滴が飛翔を開始する吐出開始電圧、該初期吐出液滴のレイリー限界での電圧値及び吐出開始電圧とレイリー限界電圧値の比との関係を示す線図である。A line indicating the relationship between the nozzle diameter of the nozzle and the discharge start voltage at which the droplet discharged from the meniscus starts to fly, the voltage value at the Rayleigh limit of the initial discharge droplet, and the ratio of the discharge start voltage to the Rayleigh limit voltage value FIG. ノズル径とメニスカス部の強電界の領域の関係で表されるグラフである。It is a graph represented by the relationship between a nozzle diameter and the area | region of the strong electric field of a meniscus part. 本発明が適用された一実施の形態として例示する液体吐出装置のうち、溶液の吐出動作に直接関わりある構成のみを図示したノズルに沿った断面図である。It is sectional drawing along the nozzle which illustrated only the structure directly related to the discharge operation | movement of a solution among the liquid discharge devices illustrated as one embodiment with which this invention was applied. 溶液に印加される電圧との関係を示す説明図であって、図12(A)は吐出を行わない状態であり、図12(B)は吐出状態を示す。It is explanatory drawing which shows the relationship with the voltage applied to a solution, Comprising: FIG. 12 (A) is a state which does not discharge, FIG.12 (B) shows a discharge state. ノズル内流路の他の形状の例を示す一部切り欠いた斜視図であり、図13(A)は溶液室側に丸みを設けた例であり、図13(B)は流路内壁面をテーパ周面とした例であり、図13(C)はテーパ周面と直線状の流路とを組み合わせた例を示す。FIG. 13A is a partially cutaway perspective view showing an example of another shape of the flow path in the nozzle, FIG. 13A is an example in which the solution chamber is rounded, and FIG. 13B is a flow path inner wall surface. Is a taper circumferential surface, and FIG. 13C shows an example in which the taper circumferential surface and a linear flow path are combined. 本発明の実施の形態として、ノズルの電界強度の計算を説明するために示したものである。As an embodiment of the present invention, it is shown to explain the calculation of the electric field strength of the nozzle. 本発明の一例としての液体吐出機構の側面断面図を示したものである。1 is a side sectional view of a liquid discharge mechanism as an example of the present invention. 本発明の実施の形態の液体吐出装置における距離−電圧の関係による吐出条件を説明した図である。It is a figure explaining the discharge conditions by the relationship of distance-voltage in the liquid discharge apparatus of embodiment of this invention. 液滴の扁平率を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the flatness of a droplet.

符号の説明Explanation of symbols

100 液体吐出装置
35 吐出電圧印加手段
51 ノズル
60 供給路
61 溶液収納部
K 基材
K1 液滴受面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Liquid discharge apparatus 35 Discharge voltage application means 51 Nozzle 60 Supply path 61 Solution storage part K Base material K1 Droplet receiving surface

Claims (9)

先端部の内部直径が25[μm]以下のノズルに溶液を供給し、前記ノズル内の溶液に対する吐出電圧の印加に基づいて、前記ノズルの先端部から前記先端部に対向配置された基材に対し、帯電した溶液を液滴として吐出する液体吐出方法であって、
前記ノズルの先端部から吐出されて飛翔する液滴の直径をd[μm]、前記基材の液滴受面に着弾した液滴の直径をD[μm]としたときに、扁平率D/dが、
1≦D/d≦3
の式を満足するように液滴を吐出させることを特徴とする液体吐出方法。
A solution is supplied to a nozzle having an inner diameter of a tip portion of 25 [μm] or less, and a substrate disposed opposite to the tip portion from the tip portion of the nozzle is applied based on application of a discharge voltage to the solution in the nozzle. In contrast, a liquid discharge method for discharging a charged solution as droplets,
When the diameter of the droplet discharged from the tip of the nozzle and flying is d [μm] and the diameter of the droplet landed on the droplet receiving surface of the substrate is D [μm], the flatness ratio D / d is
1 ≦ D / d ≦ 3
A liquid discharge method, wherein a liquid droplet is discharged so as to satisfy the following formula.
前記ノズルの先端部から吐出されて飛翔する液滴の表面積をS、当該液滴の体積をVとしたときに、液滴の比表面積S/Vが、0.6以上となるように液滴を吐出させることを特徴とする請求項1に記載の液滴吐出方法。   The droplet is discharged so that the specific surface area S / V of the droplet is 0.6 or more when the surface area of the droplet discharged from the tip of the nozzle is S and the volume of the droplet is V. The droplet discharging method according to claim 1, wherein the droplet is discharged. 液滴の比表面積S/Vが、1.0以上となるように液滴を吐出させることを特徴とする請求項2に記載の液体吐出方法。   The liquid ejection method according to claim 2, wherein the liquid droplets are ejected such that the specific surface area S / V of the liquid droplets is 1.0 or more. 前記ノズルの前記内部直径が20[μm]未満であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の液体吐出方法。   The liquid ejection method according to claim 1, wherein the inner diameter of the nozzle is less than 20 [μm]. 前記ノズルの前記内部直径が10[μm]以下であることを特徴とする請求項4に記載の液体吐出方法。   The liquid ejection method according to claim 4, wherein the inner diameter of the nozzle is 10 [μm] or less. 前記ノズルの前記内部直径が8[μm]以下であることを特徴とする請求項5に記載の液体吐出方法。   The liquid ejection method according to claim 5, wherein the internal diameter of the nozzle is 8 μm or less. 前記ノズルの前記内部直径が4[μm]以下であることを特徴とする請求項6に記載の液体吐出方法。   The liquid ejection method according to claim 6, wherein the inner diameter of the nozzle is 4 [μm] or less. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の液体吐出方法により前記ノズルの先端部から吐出され、前記基材の液滴受面に着弾した液滴よりなる着弾物であって、
前記液滴受面に略垂直な方向の高さをt[μm]、前記液滴受面に略水平な方向の距離をW[μm]としたときに、アスペクト比W/tが、
0.1≦W/t≦100
の式を満足することを特徴とする着弾物。
A landed object composed of droplets ejected from the tip of the nozzle by the liquid ejection method according to any one of claims 1 to 7 and landed on a droplet receiving surface of the substrate,
When the height in the direction substantially perpendicular to the droplet receiving surface is t [μm] and the distance in the direction substantially horizontal to the droplet receiving surface is W [μm], the aspect ratio W / t is
0.1 ≦ W / t ≦ 100
A landing object characterized by satisfying the following formula.
前記距離Wは、前記液滴受面上にて線状に延在する当該着弾物の長手方向に対して略垂直な方向の幅であることを特徴とする請求項8に記載の着弾物。

The landing object according to claim 8, wherein the distance W is a width in a direction substantially perpendicular to a longitudinal direction of the landing object extending linearly on the droplet receiving surface.

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