JP4218949B2 - Electrostatic suction type liquid discharge head manufacturing method, nozzle plate manufacturing method, electrostatic suction type liquid discharge head driving method, and electrostatic suction type liquid discharge device - Google Patents

Electrostatic suction type liquid discharge head manufacturing method, nozzle plate manufacturing method, electrostatic suction type liquid discharge head driving method, and electrostatic suction type liquid discharge device Download PDF

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Description

本発明は、基材に液滴を吐出するためのノズルプレートを製造するノズルプレートの製造方法、そのノズルプレートを具備した静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法、その静電吸引型液体吐出ヘッドを駆動する静電吸引型液体吐出ヘッドの駆動方法及びその静電吸引型液体吐出ヘッドを備えた静電吸引型液体吐出装置に関する。   The present invention relates to a method of manufacturing a nozzle plate for manufacturing a nozzle plate for discharging droplets onto a substrate, a method of manufacturing an electrostatic suction type liquid discharge head including the nozzle plate, and the electrostatic suction type liquid discharge head The present invention relates to a driving method of an electrostatic suction type liquid discharge head for driving the liquid and an electrostatic suction type liquid discharge device including the electrostatic suction type liquid discharge head.

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。
特開平11−277747号公報(第2図及び第3図)
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.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-277747 (FIGS. 2 and 3)

しかしながら、上記従来例には以下の問題がある。
(1)微小液滴形成の限界と安定性
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く、且つ液滴の微小化限界がある。
(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小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。
However, the conventional example has the following problems.
(1) Limit and stability of microdroplet formation Since the nozzle diameter is large, the shape of the droplet ejected from the nozzle is not stable, and there is a limit to micronization of the droplet.
(2) High applied voltage For the discharge of minute droplets, miniaturization of the nozzle outlet is an important factor, but in the principle of the conventional electrostatic suction method, 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.

そこで、微小液滴を吐出可能な液体吐出装置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装置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装置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装置を提供することを第四の目的とする。   Accordingly, a first object is to provide a liquid ejecting apparatus capable of ejecting micro droplets. At the same time, a second object is to provide a liquid ejecting apparatus capable of ejecting stable droplets. Furthermore, a third object is to provide a liquid ejecting apparatus that can eject minute droplets and has high landing accuracy. Furthermore, a fourth object is to provide an inexpensive and highly safe liquid ejection device that can reduce the applied voltage.

以上の課題を解決するために、請求項1に記載の発明のように、ノズル先端から溶液を帯電した液滴として吐出する複数のノズルを有する静電吸引型液体吐出ヘッドを製造する製造方法において、吐出電圧を印加するための複数の吐出電極を基板上に形成し、前記複数の吐出電極全体を被覆するようにして前記基板上に感光性樹脂層を形成し、前記感光性樹脂層を露光・現像することによって、それぞれの前記吐出電極に対応させて前記感光性樹脂層を前記基板に対して立設する突出形状のノズルであってノズルの先端部の内部直径0.2μmより大きく4μm以下であるものに形成するとともに、それぞれの前記ノズル内に当該ノズルの先端部から当該吐出電極まで通ずるようにノズル内流路を形成し、前記複数ノズルに対応した溶液供給チャネルと接合することを特徴とする静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。 In order to solve the above problems, in a manufacturing method for manufacturing an electrostatic suction type liquid discharge head having a plurality of nozzles for discharging a solution as charged droplets from a nozzle tip as in the invention of claim 1 A plurality of discharge electrodes for applying a discharge voltage are formed on the substrate, a photosensitive resin layer is formed on the substrate so as to cover the entire plurality of discharge electrodes, and the photosensitive resin layer is exposed. A nozzle having a protruding shape in which the photosensitive resin layer is erected with respect to the substrate by developing so as to correspond to each of the discharge electrodes, and the inner diameter of the tip of the nozzle is larger than 0.2 μm and 4 μm In addition to forming the following, a flow path in the nozzle is formed in each of the nozzles so as to pass from the tip of the nozzle to the discharge electrode, and solution supply corresponding to the plurality of nozzles Provided is a method of manufacturing an electrostatic attraction type liquid discharge head characterized by joining to a channel.

以下、ノズル径という場合には、液滴が吐出される先端部における内部直径(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30[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。   Hereinafter, the term “nozzle diameter” refers to the internal diameter (the internal diameter of the nozzle tip) at which 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, star, or other shape, the circumscribed circle of the cross-sectional shape is 30 [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).

請求項2に記載の発明のように、請求項1に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記複数のノズルの形成に際して、各ノズルの形状を先端部に向かうにつれて外径が細くなる円錐台形にすることを特徴とする静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。 According to a second aspect of the present invention, in the method of manufacturing the electrostatic attraction type liquid discharge head according to the first aspect, when forming the plurality of nozzles, the shape of each nozzle is increased toward the tip. Provided is a method for manufacturing an electrostatic attraction type liquid discharge head characterized in that it has a truncated cone shape with a reduced diameter .

請求項3に記載の発明のように、請求項1又は2に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記複数の吐出電極の形成に際して、前記基板にまで通じた貫通穴を各吐出電極に形成することを特徴とする静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。According to a third aspect of the present invention, in the method of manufacturing the electrostatic attraction type liquid discharge head according to the first or second aspect, a through-hole communicating with the substrate is formed when the plurality of discharge electrodes are formed. Is formed on each discharge electrode. A method of manufacturing an electrostatic attraction type liquid discharge head is provided.

請求項4に記載の発明のように、請求項3に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記感光性樹脂層としてポジ型のものを用い、前記感光性樹脂層の露光に際して前記各貫通穴に重なる部分を深層まで感光させるとともに前記複数のノズルの間の部分を中層まで感光させることを特徴とする静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。According to a fourth aspect of the present invention, in the method of manufacturing the electrostatic suction type liquid discharge head according to the third aspect, a positive type is used as the photosensitive resin layer, and the photosensitive resin layer Provided is a method for manufacturing an electrostatic suction type liquid discharge head, wherein a portion overlapping each through hole is exposed to a deep layer during exposure and a portion between the plurality of nozzles is exposed to a middle layer.

請求項5に記載の発明のように、請求項1から3の何れか一項に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法であって、少なくともそれぞれの前記溶液供給チャネルの内面を絶縁性とするともに、ノズル先端部の溶液のメニスカス位置制御用の制御電極を前記溶液供給チャネルに設けることを特徴とする静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。According to a fifth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an electrostatic suction type liquid discharge head according to any one of the first to third aspects, at least the inner surface of each of the solution supply channels is insulative. And providing a control electrode for controlling the meniscus position of the solution at the tip of the nozzle in the solution supply channel.

請求項6に記載の発明のように、請求項5に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記溶液供給チャネルが圧電材料で形成されていることを特徴とする静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。According to a sixth aspect of the present invention, in the method of manufacturing the electrostatic suction type liquid discharge head according to the fifth aspect, the solution supply channel is formed of a piezoelectric material. A method for manufacturing a suction-type liquid discharge head is provided.

請求項に記載の発明のように、請求項1からの何れか一項に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記感光性樹脂層がフッ素含有であることを特徴とする静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。 According to a seventh aspect of the present invention, in the manufacturing method of the electrostatic attraction type liquid discharge head according to any one of the first to sixth aspects, the photosensitive resin layer contains fluorine. Provided is a method for manufacturing an electrostatic attraction type liquid discharge head.

請求項に記載の発明のように、請求項1からの何れか一項に記載された静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法によって製造された静電吸引型液体吐出ヘッドを駆動する駆動方法において、それぞれの前記ノズルの先端部を基材に対向させ、それぞれの前記溶液供給チャネルに帯電可能な溶液を供給し、前記複数の吐出電極個別に吐出電圧を印加することを特徴とする静電吸引型液体吐出ヘッドの駆動方法を提供する。 A drive for driving the electrostatic suction type liquid discharge head manufactured by the manufacturing method of the electrostatic suction type liquid discharge head according to any one of claims 1 to 7 as in the invention of claim 8. In the method, the tip of each nozzle is opposed to a substrate, a chargeable solution is supplied to each solution supply channel, and a discharge voltage is applied to each of the plurality of discharge electrodes. Provided is a method for driving an electrosuction liquid discharge head.

なお、「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。   The “base material” 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.

請求項に記載の発明のように、請求項に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの駆動方法であって、それぞれの前記ノズル内流路の溶液が当該ノズルの先端部から凸状に盛り上がった状態を形成することを特徴とする静電吸引型液体吐出ヘッドの駆動方法を提供する。 According to a ninth aspect of the present invention, in the driving method of the electrostatic attraction type liquid discharge head according to the eighth aspect , the solution in the flow path in each nozzle protrudes from the tip of the nozzle. Provided is a driving method of an electrostatic suction type liquid discharge head, characterized by forming a raised state.

請求項10に記載の発明のように、請求項に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの駆動方法であって、それぞれの前記ノズル内流路の溶液が当該ノズルの先端部から凸状に盛り上がった状態を形成した時に当該吐出電極に吐出電圧を印加することを特徴とする静電吸引型液体吐出ヘッドの駆動方法を提供する。 According to a tenth aspect of the present invention, in the driving method of the electrostatic attraction type liquid discharge head according to the ninth aspect , the solution in the flow path in each nozzle protrudes from the tip portion of the nozzle. There is provided a driving method of an electrostatic suction type liquid discharge head, wherein a discharge voltage is applied to the discharge electrode when a raised state is formed.

請求項11に記載の発明のように、請求項1からの何れか一項に記載された静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法によって製造された静電吸引型液体吐出ヘッドを備え、それぞれの前記ノズルの先端部が基材に対向して配置可能な静電吸引型液体吐出装置であって、それぞれの前記ノズル内流路に帯電可能な溶液を供給する溶液供給手段と、前記複数の吐出電極個別に吐出電圧を印加する吐出電圧印加手段と、を更に備えることを特徴とする静電吸引型液体吐出装置を提供する。 As in the invention described in claim 11 , the electrostatic suction type liquid discharge head manufactured by the method of manufacturing an electrostatic suction type liquid discharge head described in any one of claims 1 to 7 , An electrostatic suction type liquid discharge device in which a tip portion of the nozzle can be disposed to face a substrate, a solution supply means for supplying a chargeable solution to each of the flow paths in the nozzle, and the plurality of the plurality of nozzles There is provided an electrostatic suction type liquid ejecting apparatus, further comprising ejection voltage applying means for applying an ejection voltage to each ejection electrode.

請求項12に記載の発明のように、請求項11に記載の静電吸引型液体吐出装置であって、それぞれの前記ノズル内流路の溶液が当該ノズルの先端部から凸状に盛り上がった状態を形成する凸状メニスカス形成手段を、更に備えることを特徴とする静電吸引型液体吐出装置を提供する。 As in the invention according to claim 12 , in the electrostatic suction type liquid ejection device according to claim 11 , the solution in the flow path in each nozzle rises in a convex shape from the tip of the nozzle An electrostatic suction type liquid discharge device is further provided, which further includes a convex meniscus forming means for forming the above.

請求項13に記載の発明のように、請求項12に記載の静電吸引型液体吐出装置であって、前記吐出電圧印加手段は、前記凸状メニスカス形成手段がそれぞれの前記ノズル内流路の溶液が当該ノズルの先端部から凸状に盛り上がった状態を形成した時に当該吐出電極に吐出電圧を印加することを特徴とする静電吸引型液体吐出装置を提供する。 According to a thirteenth aspect of the present invention, in the electrostatic suction type liquid discharge device according to the twelfth aspect , the discharge voltage applying means includes the convex meniscus forming means of each of the flow paths in the nozzle. There is provided an electrostatic suction type liquid discharge apparatus, wherein a discharge voltage is applied to the discharge electrode when a solution is formed in a convex shape from the tip of the nozzle.

請求項14に記載の発明のように、請求項12又は13に記載の静電吸引型液体吐出装置であって、前記凸状メニスカス形成手段は、それぞれの前記ノズルに対応して設けられた圧電素子を有し、それぞれの前記圧電素子は変形によって当該ノズル内流路の溶液の圧力を変化させることを特徴とする静電吸引型液体吐出装置を提供する。 According to a fourteenth aspect of the present invention, in the electrostatic attraction type liquid ejection device according to the twelfth or thirteenth aspect , the convex meniscus forming means is a piezoelectric element provided corresponding to each of the nozzles. There is provided an electrostatic suction type liquid ejecting apparatus including an element, and each piezoelectric element changes a pressure of a solution in a flow path in the nozzle by deformation.

請求項15に記載の発明のように、ノズル先端から溶液を帯電した液滴として吐出する複数のノズルを有するノズルプレートを製造する製造方法において、吐出電圧を印加するための複数の吐出電極を基板上に形成し、前記複数の吐出電極全体を被覆するようにして前記基板上に感光性樹脂層を形成し、前記感光性樹脂層を露光・現像することによって、それぞれの前記吐出電極に対応させて前記感光性樹脂層を前記基板に対して立設する突出形状のノズルであってノズルの先端部の内部直径0.2μmより大きく4μm以下であるものに形成するとともに、それぞれの前記ノズル内に当該ノズルの先端部から当該吐出電極まで通ずるようにノズル内流路を形成することを特徴とするノズルプレートの製造方法を提供する。 A manufacturing method for manufacturing a nozzle plate having a plurality of nozzles for discharging a solution as charged droplets from a nozzle tip as in the invention according to claim 15 , wherein a plurality of discharge electrodes for applying a discharge voltage are formed on a substrate A photosensitive resin layer is formed on the substrate so as to cover the whole of the plurality of discharge electrodes, and the photosensitive resin layer is exposed and developed to correspond to each of the discharge electrodes. The photosensitive resin layer is formed into a protruding nozzle that stands up with respect to the substrate, and the inner diameter of the tip of the nozzle is greater than 0.2 μm and less than or equal to 4 μm . A nozzle plate manufacturing method is characterized in that an in-nozzle flow path is formed so as to lead from the tip of the nozzle to the discharge electrode.

請求項16に記載の発明のように、請求項15に記載のノズルプレートの製造方法であって、前記複数のノズルの形成に際して、各ノズルの形状を先端部に向かうにつれて外径が細くなる円錐台形にすることを特徴とするノズルプレートの製造方法を提供する。 A method of manufacturing a nozzle plate according to claim 15 , as in the invention described in claim 16 , wherein when forming the plurality of nozzles, the outer diameter of each of the nozzles decreases toward the tip. Provided is a method of manufacturing a nozzle plate characterized by being trapezoidal.

請求項17に記載の発明のように、請求項15又は16に記載のノズルプレートの製造方法であって、前記複数の吐出電極の形成に際して、前記基板にまで通じた貫通穴を各吐出電極に形成することを特徴とするノズルプレートの製造方法を提供する。 According to a seventeenth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a nozzle plate according to the fifteenth or sixteenth aspect , when the plurality of discharge electrodes are formed, through holes extending to the substrate are formed in the discharge electrodes. A method for manufacturing a nozzle plate is provided.

請求項18に記載の発明のように、請求項17に記載のノズルプレートの製造方法であって、前記感光性樹脂層としてポジ型のものを用い、前記感光性樹脂層の露光に際して前記各貫通穴に重なる部分を深層まで感光させるとともに前記複数のノズルの間の部分を中層まで感光させることを特徴とするノズルプレートの製造方法を提供する。   The method of manufacturing a nozzle plate according to claim 17, wherein a positive type is used as the photosensitive resin layer, and each of the through holes is exposed during exposure of the photosensitive resin layer. Provided is a method for producing a nozzle plate, wherein a portion overlapping a hole is exposed to a deep layer and a portion between the plurality of nozzles is exposed to a middle layer.

請求項19に記載の発明のように、請求項15から18の何れか一項に記載のノズルプレートの製造方法であって、前記感光性樹脂層がフッ素含有であることを特徴とするノズルプレートの製造方法を提供する。 The nozzle plate manufacturing method according to any one of claims 15 to 18 , as in the invention described in claim 19 , wherein the photosensitive resin layer contains fluorine. A manufacturing method is provided.

本発明では、ノズルを従来にない超微小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。そして、ノズル先端部に誘起される静電力により液滴の飛翔が行われる。 The present invention is characterized in that the electric field strength is increased by concentrating the electric field at the tip of the nozzle by making the nozzle an ultra-fine diameter that is not conventional. 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. Then, the droplets fly by the electrostatic force induced at the nozzle tip .

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、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。   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, It is possible to use electrostatic force due to the electric field between the nozzle and the counter electrode for induction of the flying electrode, and if the counter electrode is grounded, the charge of the charged droplet can be released through the counter electrode. In addition, since the effect of reducing the accumulation of electric charge can be obtained, it can be said that the combined use is desirable.

また、請求項1、16に記載の発明のように、感光性樹脂層を露光・現像するだけでノズルを形成するので、ノズル形状への柔軟性、多数のノズルを有したラインヘッドへの対応性、製造コストにおいて有利である。   In addition, since the nozzle is formed simply by exposing and developing the photosensitive resin layer as in the inventions according to claims 1 and 16, flexibility in the nozzle shape and compatibility with a line head having a large number of nozzles are provided. This is advantageous in terms of performance and manufacturing cost.

また、請求項に記載の発明において、メニスカス位置制御用の制御電極とは、溶液供給チャネルに設けられ、制御電極に電圧を印加することにより溶液供給チャネルの容積を変化させ、ノズル先端部の溶液のメニスカス位置を制御するものである。 Further, in the invention according to claim 5 , the control electrode for controlling the meniscus position is provided in the solution supply channel, and the volume of the solution supply channel is changed by applying a voltage to the control electrode, so that the nozzle tip portion It controls the meniscus position of the solution.

また、請求項に記載の発明において、溶液供給チャネルの内面を絶縁性とするのは、吐出電極と制御電極との間に存する溶液を介してのストロークを防止するためであり、溶液供給チャネルに設けられた制御電極を絶縁層で被覆すれば良い。絶縁層のレベルは、溶液の導電性及び印加電圧を考慮して材質及び膜厚を決める必要がある。例えばパリレン樹脂の蒸着、SiO2、Si34のCVD等が適当である。 Further, in the invention according to claim 5 , the reason why the inner surface of the solution supply channel is insulative is to prevent a stroke through the solution existing between the discharge electrode and the control electrode. The control electrode provided on the substrate may be covered with an insulating layer. The level of the insulating layer needs to determine the material and film thickness in consideration of the conductivity of the solution and the applied voltage. For example, vapor deposition of parylene resin, CVD of SiO 2 or Si 3 N 4 is suitable.

また、請求項10、13に記載の発明のように、それぞれのノズルの先端部においてノズル内流路の溶液が先端部から凸状に盛り上がっているため、溶液の凸状の部分において電界が集中し、電界強度が非常に高まる。そのため、電極に印加する電圧が低くても、溶液の表面張力を抗して、液滴が先端部から吐出し、液滴の飛翔が行われる。   In addition, as in the inventions according to claims 10 and 13, since the solution in the flow path in the nozzle rises in a convex shape from the tip portion at the tip portion of each nozzle, the electric field is concentrated in the convex portion of the solution. In addition, the electric field strength is greatly increased. Therefore, even when the voltage applied to the electrode is low, the droplet is ejected from the tip portion against the surface tension of the solution, and the droplet is ejected.

なお、ノズルの内部直径を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、基材や対向電極に近づくにつれ、静電力により加速される。この空気抵抗による減速と静電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。 The electric field strength distribution is narrowed by setting the internal diameter of the nozzle to less than 20 [μm]. 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, droplets that are minute droplets and in which an electric field is concentrated are accelerated by electrostatic force as they approach the substrate or the counter electrode. By balancing the deceleration by the air resistance and the acceleration by the electrostatic force , it is possible to stably fly the fine droplets and improve the landing accuracy.

ズルの内部直径を10[μm]以下とすることにより、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。 By the internal diameter of Bruno nozzle to 10 [[mu] m] or less, it becomes more possible to concentrate an electric field, and the minute of additional droplet, the variation of the distance of the counter electrode during flight can affect the electric field strength distribution Therefore, it is possible to reduce the influence of the position accuracy of the counter electrode, the characteristics of the base material, and the thickness on the droplet shape and the impact accuracy.

ズルの内部直径を8[μm]以下とすることにより、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、飛翔時に対向電極や基材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、対向電極や基材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。 The internal diameter of Roh nozzle by a 8 [[mu] m] or less, it becomes possible to further concentrate the electric field, and the minute of additional droplets to change the electric field intensity distribution of the distance of the counter electrode and substrate during flight Since the influence can be reduced, it is possible to reduce the influence of the position accuracy of the counter electrode and the base material, the characteristics of the base material and the thickness on the droplet shape and the impact accuracy.

請求項1、15に記載の発明のようにノズルの内部直径を4[μm]以下とすることにより、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。 When the internal diameter of the nozzle is set to 4 [μm] or less as in the inventions according to claims 1 and 15 , a remarkable electric field concentration can be achieved, the maximum electric field strength can be increased, It is possible to make stable ultrafine droplets and increase the initial discharge speed of the droplets. Thereby, by improving the flight stability, it is possible to further improve the landing accuracy and improve the ejection response.

請求項1、15に記載の発明のように、ノズルの内部直径は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。
(1)上記各請求項の構成において、ノズル(つまり、感光性樹脂層)を電気絶縁材で形成するとともにノズル内に吐出電圧印加用の電極を挿入し又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(つまり、感光性樹脂層)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。
As in the first and fifteenth aspects of the present invention, the inner diameter of the nozzle 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, so that the discharge stability of the droplets can be improved.
(1) In the configuration of each of the above claims, the nozzle (that is, the photosensitive resin layer) 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 formed. It is preferable.
(2) In the configuration of each of the above claims or the configuration of (1), the nozzle (that is, the photosensitive resin layer) is formed of an electrical insulating material, and an electrode is inserted into the nozzle or plating as the electrode is formed. It is preferable to provide an electrode for discharge also outside the nozzle.

ノズルの外側の吐出用電極は、例えば、ノズル先端側端面或いは、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。   The discharge electrode outside the nozzle is provided, for example, on the entire circumference or a part of the nozzle tip side end surface or the side surface of the nozzle tip side.

(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小化しても、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、吐出電極に印加される吐出電圧Vは次式(1)の範囲を満足することが好ましい。
According to (1) and (2), in addition to the operational effects of the above claims, the ejection force can be improved, so that even when the nozzle diameter is further reduced, the liquid droplets can be ejected 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 applied to the discharge electrode preferably satisfies the range of the following formula (1).

Figure 0004218949
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。
(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1000[V]以下であることが好ましい。
Figure 0004218949
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 A proportional constant depending on the shape (1.5 <k <8.5) is used.
(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.

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500[V]以下であることが好ましい。
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.

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)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、ノズル径を微小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)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 0004218949
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。 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 of (1) to (6) above, the distance between the nozzle and the substrate may be 500 [μm] or less, even when the nozzle diameter is small. 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 one 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 0004218949
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 electrical conductivity of the solution [S / m].

本発明では、感光性樹脂層を露光・現像するだけでノズルを形成するので、ノズル形状への柔軟性、多数のノズルを有したラインヘッドへの対応性、製造コストにおいて有利である。   In the present invention, the nozzle is formed only by exposing and developing the photosensitive resin layer, which is advantageous in terms of flexibility in nozzle shape, compatibility with a line head having a large number of nozzles, and manufacturing cost.

また、複数のノズル形状を形成し、それぞれのノズル内流路を電極に導いているため、それぞれのノズル内流路に供給された溶液に電極を通じて吐出電圧を印加することができる。電極に吐出電圧が印加されることで、ノズル形状の先端部から液滴が吐出され、基材に着弾した液滴がドットとなるパターンが基材に形成される。このようなノズル形状が基板上に複数形成されているため、パターンを速く形成することができる。   In addition, since a plurality of nozzle shapes are formed and each flow path in the nozzle is guided to the electrode, a discharge voltage can be applied to the solution supplied to each flow path in the nozzle through the electrode. By applying a discharge voltage to the electrodes, droplets are discharged from the tip of the nozzle shape, and a pattern in which the droplets that have landed on the substrate become dots is formed on the substrate. Since a plurality of such nozzle shapes are formed on the substrate, the pattern can be formed quickly.

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。そして、ノズル先端部に誘起される静電力により液滴の飛翔が行われる。 In such a case, it is possible to discharge liquid droplets without a counter electrode facing the tip of the nozzle. Then, the droplets fly by the electrostatic force induced at the nozzle tip .

さらに、本発明では、それぞれのノズル形状の先端部においてノズル内流路の溶液が先端部から凸状に盛り上げているため、電極に印加する電圧が低い場合であっても溶液の凸状の部分において電界が集中し、電界強度が非常に高めている。そのため、電極に印加する電圧が低くても、液滴がノズル形状の先端部から吐出する。   Furthermore, in the present invention, since the solution in the nozzle flow path is raised from the tip at the tip of each nozzle shape, even if the voltage applied to the electrode is low, the convex portion of the solution In FIG. 2, the electric field is concentrated and the electric field strength is very high. Therefore, even if the voltage applied to the electrode is low, the liquid droplet is ejected from the tip of the nozzle shape.

以下に、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。   EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form for implementing this invention is demonstrated using drawing. However, although various technically preferable limitations for implementing the present invention are given to the embodiments described below, the scope of the invention is not limited to the following embodiments and illustrated examples.

以下の実施形態で説明する静電吸引型液体吐出装置に備わった各ノズルのノズル径は、30[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。   The nozzle diameter of each nozzle provided in the electrostatic suction type liquid ejection device described in the following embodiments is preferably 30 [μm] or less, more preferably less than 20 [μm], and even more preferably 10 [μm]. ], More preferably 8 [μm] or less, still 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 when the nozzle diameter is φ0.2, 0.4, 1, 8, 20 [μm] and the nozzle diameter φ50 [μm] conventionally used as a reference. Show the distribution.

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。 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. Moreover, (a) of each figure shows the electric field strength 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].

図7に、各条件下での最大電界強度を示す図表を示す。   FIG. 7 is a chart showing the maximum electric field strength under each condition.

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。   1 to 6, it was found that the electric field intensity 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.

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。   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. Therefore, if 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.

次に、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の関係を図8に示す。   Next, FIG. 8 shows the relationship between the nozzle diameter of the nozzle and the maximum electric field strength when the liquid level is at the tip position of the nozzle.

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。   From the graph shown in FIG. 8, it was found that when the nozzle diameter becomes 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 droplet flying stability is increased and the charge transfer speed at the nozzle tip is increased, thereby improving the discharge response.

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。   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 0004218949
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。
Figure 0004218949
Here, q is the charge amount [C] that gives the Rayleigh limit, ε 0 is the dielectric constant [F / m] of vacuum, γ is the surface tension [N / m] of the solution, and d 0 is the diameter of the droplet [m]. It is.

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。   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.

ここで、ノズルのノズル径とノズル先端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。   Here, the nozzle diameter of the nozzle, the discharge start voltage at which the droplet discharged from the nozzle tip 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 A graph showing the relationship is shown in FIG.

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。   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 ejection start voltage to the Rayleigh limit voltage value exceeds 0.6, and the charging efficiency of the droplets is good. Thus, it was found that stable discharge can be performed in this range.

例えば、図10に示すノズル径とノズル先端部の強電界(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。 For example, in the graph represented by the relationship between the nozzle diameter and the region of the strong electric field (1 × 10 6 [V / m] or more) at the nozzle tip shown in FIG. 10, when the nozzle diameter becomes φ0.2 [μm] or less. 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 larger than φ0.2 [μm].

本実施形態の静電吸引型液滴吐出装置は、図11に示されるように凸状メニスカス形成手段としての液室隔壁106,106,…及び液室隔壁107,107,…が設けられた静電吸引型液体吐出ヘッド100と、液体吐出ヘッド100の各溶液供給チャネル101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、液体吐出ヘッド100を駆動するための回路(図13、図14に示された吐出電圧印加手段25及び対向電極23)と、から構成されている。   As shown in FIG. 11, the electrostatic attraction type droplet discharge device of this embodiment is a static chamber provided with liquid chamber partition walls 106, 106,... And liquid chamber partition walls 107, 107,. An electrosuction liquid discharge head 100, a supply pump (not shown) for applying a solution supply pressure to each solution supply channel 101 of the liquid discharge head 100, and a circuit for driving the liquid discharge head 100 (FIGS. 13 and 14) The discharge voltage applying means 25 and the counter electrode 23) shown in FIG.

まず、図11を用いて液体吐出ヘッド100について説明する。ここで、図11は、液体吐出ヘッド100の底面を紙面手前側にして示すとともに液体吐出ヘッド100を一部破断して示した斜視図である。図11に示すように、液体吐出ヘッド100は、液室としての溶液供給チャネル101を複数内部に形成した液室構造102と、液室構造102の底部に取り付けられた、帯電可能な溶液を液滴としてその先端部から吐出する超微小径のノズル103をそれぞれの溶液供給チャネル101に対応して具備したノズルプレート104と、を備える。   First, the liquid discharge head 100 will be described with reference to FIG. Here, FIG. 11 is a perspective view showing the liquid discharge head 100 with the bottom surface thereof being the front side of the paper and partially broken the liquid discharge head 100. As shown in FIG. 11, the liquid discharge head 100 includes a liquid chamber structure 102 in which a plurality of solution supply channels 101 serving as liquid chambers are formed, and a chargeable solution attached to the bottom of the liquid chamber structure 102. And a nozzle plate 104 provided with ultrafine nozzles 103 ejected as droplets from the tip thereof corresponding to the respective solution supply channels 101.

液室構造102について説明する。図12は、液室構造102を底面方向から見て一つの溶液供給チャネル101を主に示した断面図である。図11及び図12に示すように、液室構造102は液室側壁105を具備し、液室側壁105に対して一体的に突条に形成された複数の第一液室隔壁106,106,…が互いに平行となるように液室側壁105に設けられている。それぞれの第一液室隔壁106には第二液室隔壁107が積み重なっており、第二液室隔壁107は接着剤層108を介して第一液室隔壁106に接着固定されている。これにより、液室側壁105上においては、第一液室隔壁106及び第二液室隔壁108の一対からなる突条が複数互いに平行に配列していることによって複数の溝が形成されている。そして、カバープレート110が、液室側壁105に対向するように且つ前記複数の溝を被覆するようにして、第二液室側壁107,107,…上に接着剤層109を介して接着固定されている。これにより、一対の第一液室隔壁106と、一対の第二液室隔壁107と、液室側壁105と、カバープレート110とによって区画された溶液供給チャネル101が複数形成される。この液室構造102の底面においては、各溶液供給チャネル101の底が開口しており、液室構造102の底面に後述するノズルプレート104を接着固定することで各溶液供給チャネル101を塞ぐ。ノズルプレート104には、各溶液供給チャネル101に対応してノズル103が形成されている。   The liquid chamber structure 102 will be described. FIG. 12 is a cross-sectional view mainly showing one solution supply channel 101 when the liquid chamber structure 102 is viewed from the bottom surface direction. As shown in FIGS. 11 and 12, the liquid chamber structure 102 includes a liquid chamber side wall 105, and a plurality of first liquid chamber partition walls 106, 106, Are provided on the liquid chamber side wall 105 so as to be parallel to each other. A second liquid chamber partition wall 107 is stacked on each first liquid chamber partition wall 106, and the second liquid chamber partition wall 107 is bonded and fixed to the first liquid chamber partition wall 106 through an adhesive layer 108. Thereby, on the liquid chamber side wall 105, a plurality of grooves are formed by arranging a plurality of protrusions made up of a pair of the first liquid chamber partition wall 106 and the second liquid chamber partition wall 108 in parallel with each other. The cover plate 110 is bonded and fixed on the second liquid chamber side walls 107, 107,... Via the adhesive layer 109 so as to face the liquid chamber side wall 105 and cover the plurality of grooves. ing. Thereby, a plurality of solution supply channels 101 defined by the pair of first liquid chamber partition walls 106, the pair of second liquid chamber partition walls 107, the liquid chamber side wall 105, and the cover plate 110 are formed. At the bottom surface of the liquid chamber structure 102, the bottom of each solution supply channel 101 is open, and each solution supply channel 101 is closed by adhering and fixing a nozzle plate 104 described later to the bottom surface of the liquid chamber structure 102. A nozzle 103 is formed in the nozzle plate 104 corresponding to each solution supply channel 101.

各溶液供給チャネル101は、液室側壁105の上端面111に近いところで浅くなっており、上端面111付近に浅溝118が形成されている。カバープレート110の上部には、液体導入口119、それに接続したマニホールド120が形成されている。そして、各溶液供給チャネル101がカバープレート110で覆われることにより、各溶液供給チャネル101の上端部がマニホールド120及び液体導入口119を介して溶液を貯蔵した液体供給源に接続される。この液体吐出ヘッド100には各溶液供給チャネル101への溶液の供給圧力を付与する図示しない供給ポンプ(溶液供給手段)を備え付けられており、この供給ポンプによって付与された圧力により液体供給源から各溶液供給チャネル101に溶液が供給される。この供給ポンプは、後述するノズル103の先端部から溶液が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。   Each solution supply channel 101 is shallow in the vicinity of the upper end surface 111 of the liquid chamber side wall 105, and a shallow groove 118 is formed in the vicinity of the upper end surface 111. A liquid inlet 119 and a manifold 120 connected to the liquid inlet 119 are formed in the upper part of the cover plate 110. Then, each solution supply channel 101 is covered with the cover plate 110, whereby the upper end portion of each solution supply channel 101 is connected to the liquid supply source that stores the solution via the manifold 120 and the liquid inlet 119. The liquid discharge head 100 is provided with a supply pump (solution supply means) (not shown) that applies a supply pressure of the solution to each solution supply channel 101, and each pressure is supplied from the liquid supply source by the pressure applied by the supply pump. A solution is supplied to the solution supply channel 101. This supply pump supplies the solution while maintaining the supply pressure in a range where the solution does not spill out from the tip of the nozzle 103 described later.

液室隔壁106,107の壁面には制御電極121が設けられており、制御電極121上に絶縁層125が設けられている。制御電極121を絶縁層125で被覆して溶液供給チャネル101の内壁を絶縁性とするのは、後述するノズルプレート104の吐出電極142と制御電極121との間に存する溶液を通じてストロークが発生することを防止するためである。絶縁層125の材質及び膜厚については、溶液の導電性及び印加電圧を考慮して決める必要がある。絶縁層125としては、パリレン樹脂を蒸着法で成膜したもの、SiO2、Si34をCVD法で成膜したものが適当である。 A control electrode 121 is provided on the wall surfaces of the liquid chamber partition walls 106 and 107, and an insulating layer 125 is provided on the control electrode 121. The reason why the control electrode 121 is covered with the insulating layer 125 to make the inner wall of the solution supply channel 101 insulative is that a stroke occurs through the solution existing between the discharge electrode 142 of the nozzle plate 104 and the control electrode 121 described later. It is for preventing. The material and film thickness of the insulating layer 125 must be determined in consideration of the conductivity of the solution and the applied voltage. As the insulating layer 125, a film formed by depositing parylene resin by a vapor deposition method, or a film formed by depositing SiO 2 or Si 3 N 4 by a CVD method is suitable.

第一液室側壁106の設けられた液室側壁105の面と反対となる面に取り付けられた駆動基板122には、各溶液供給チャネル101に対応した導電パターン123が形成され、その導電パターン123と制御電極121はワイヤボンディング法によって導線124で接続されている。   A conductive pattern 123 corresponding to each solution supply channel 101 is formed on the drive substrate 122 attached to the surface opposite to the surface of the liquid chamber side wall 105 provided with the first liquid chamber side wall 106. And the control electrode 121 are connected to each other by a wire 124 by a wire bonding method.

液室隔壁106,107は圧電セラミックプレートで、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛系(PZT)の圧電セラミック材料で形成されており、積層方向でかつ互いに相反する方向に分極されている。液室隔壁106,107は、制御電極121に電圧が印加されることで変形し、溶液供給チャネル101内の溶液に圧力が付与されるが、液滴隔壁106,107単独での圧力では、後述するノズル103の先端部から液滴が吐出せずに、ノズル103の先端部から外部に突出した凸状メニスカスが形成されるだけである。つまり、これら液室隔壁106,106,…及び液室隔壁107,107,…は、それぞれのノズル内流路145の溶液が先端部から凸状に盛り上がった状態を形成する凸状メニスカス形成手段を構成していることになる。   The liquid chamber partition walls 106 and 107 are piezoelectric ceramic plates, which are made of a piezoelectric zirconate titanate (PZT) piezoelectric ceramic material having ferroelectricity, and are polarized in a direction opposite to each other in the stacking direction. The liquid chamber partition walls 106 and 107 are deformed by applying a voltage to the control electrode 121, and pressure is applied to the solution in the solution supply channel 101. However, the pressure of the liquid droplet partition walls 106 and 107 alone will be described later. The liquid droplets are not ejected from the tip portion of the nozzle 103, and only a convex meniscus protruding from the tip portion of the nozzle 103 is formed. In other words, the liquid chamber partition walls 106, 106,... And the liquid chamber partition walls 107, 107,... Are convex meniscus forming means for forming a state in which the solution in each nozzle flow path 145 is raised from the tip. It is composed.

次に、ノズルプレート104について説明する。図13は、ノズルプレート104の底面図であり、図14は、ノズルプレート104を切断線A−A'で破断して示した断面図である。ノズルプレート104は、ベースとなる電気絶縁性の基板141と、基板141の表面141aに形成された複数の吐出電極142,142,…と、複数の吐出電極142,142,…を介して基板141の表面141a一面に積層されたノズル層143と、を備える。   Next, the nozzle plate 104 will be described. FIG. 13 is a bottom view of the nozzle plate 104, and FIG. 14 is a cross-sectional view of the nozzle plate 104 taken along the cutting line AA ′. The nozzle plate 104 includes a base 141, an electrically insulating substrate 141, a plurality of discharge electrodes 142, 142,... Formed on the surface 141a of the substrate 141, and a plurality of discharge electrodes 142, 142,. A nozzle layer 143 laminated on the entire surface 141a.

基板141の裏面142bは、上記の液室構造102の底面に接着剤等を介して固着している。また、基板141には複数の貫通孔141c,141c,…が形成されており、これら貫通孔141c,141c,…はそれぞれ溶液供給チャネル101に対応するように配列されており、それぞれの溶液供給チャネル101に連通している。つまり、貫通孔141cは、溶液供給チャネル101の下部を構成している。   The back surface 142b of the substrate 141 is fixed to the bottom surface of the liquid chamber structure 102 with an adhesive or the like. Further, a plurality of through holes 141c, 141c,... Are formed in the substrate 141, and these through holes 141c, 141c,... Are arranged so as to correspond to the solution supply channels 101, respectively. 101 communicates. That is, the through hole 141 c constitutes the lower part of the solution supply channel 101.

吐出電極142,142,…は、それぞれの貫通孔141cに対応するように形成されている。各吐出電極142は対応する貫通孔141cを塞ぐようにして基板141の表面141aに形成されており、底面視した場合に各吐出電極142が対応する貫通孔141cに重なっている。つまり、各吐出電極142は、対応する溶液供給チャネル101に面しており、対応する溶液供給チャネル101の底面を構成している。吐出電極142には、貫通孔141cに重なった部分において貫通穴142aが形成されており、この貫通穴142aは対応した溶液供給チャネル101に連通している。また、それぞれの吐出電極142には一体的に形成された配線144が接続されており、それぞれの配線144は後述するバイアス電源30に接続されている。図面においては、底面視した場合に吐出電極142がリング状を呈しており、配線144が方状を呈しているが、本発明はこのような形状に限定されるわけではない。   The discharge electrodes 142, 142,... Are formed so as to correspond to the respective through holes 141c. Each discharge electrode 142 is formed on the surface 141a of the substrate 141 so as to close the corresponding through hole 141c, and each discharge electrode 142 overlaps the corresponding through hole 141c when viewed from the bottom. That is, each ejection electrode 142 faces the corresponding solution supply channel 101 and constitutes the bottom surface of the corresponding solution supply channel 101. A through hole 142 a is formed in the discharge electrode 142 at a portion overlapping the through hole 141 c, and the through hole 142 a communicates with the corresponding solution supply channel 101. Each discharge electrode 142 is connected to a wiring 144 that is integrally formed, and each wiring 144 is connected to a bias power supply 30 described later. In the drawing, the discharge electrode 142 has a ring shape and the wiring 144 has a square shape when viewed from the bottom, but the present invention is not limited to such a shape.

ノズル層143には複数のノズル103,103,…が一体的に形成されており、複数のノズル103,103,…が一列になって並んでいる。各ノズル103は、基板141に対して略直角に立設するように(垂下するように)形成されている。これらノズル103,103,…はそれぞれ溶液供給チャネル101に対応するように配列されており、底面視した場合に各ノズル103が対応する貫通孔141cに重なっている。各ノズル103にはその先端部からその中心線に沿って貫通するノズル内流路145が形成されており、ノズル内流路145の末端となるノズル孔103aが各ノズル103の先端部に形成されている。ノズル内流路145は、吐出電極142の貫通穴142aを通じて対応する溶液供給チャネル101に連通しており、吐出電極142がノズル内流路145に面している。各溶液供給チャネル101に供給された溶液は、貫通孔141c及びノズル内流路145内にも供給され、各溶液供給チャネル101及び各ノズル内流路145内において吐出電極142に直接接する。なお、図面においては、複数のノズル103,103,…が一列になって並んでいるが、二列以上になって並んでいても良いし、マトリクス状に並んでいても良い。   A plurality of nozzles 103, 103,... Are integrally formed on the nozzle layer 143, and the plurality of nozzles 103, 103,. Each nozzle 103 is formed so as to stand substantially perpendicular to the substrate 141 (so as to hang down). These nozzles 103, 103,... Are arranged so as to correspond to the solution supply channels 101, respectively, and each nozzle 103 overlaps the corresponding through hole 141c when viewed from the bottom. Each nozzle 103 is formed with an in-nozzle channel 145 penetrating from the tip of the nozzle 103 along the center line thereof, and a nozzle hole 103 a serving as a terminal of the in-nozzle channel 145 is formed at the tip of each nozzle 103. ing. The in-nozzle flow path 145 communicates with the corresponding solution supply channel 101 through the through hole 142 a of the discharge electrode 142, and the discharge electrode 142 faces the in-nozzle flow path 145. The solution supplied to each solution supply channel 101 is also supplied to the through hole 141c and the nozzle flow path 145, and is in direct contact with the discharge electrode 142 in each solution supply channel 101 and each nozzle flow path 145. In the drawing, the plurality of nozzles 103, 103,... Are arranged in a line, but they may be arranged in two or more lines, or may be arranged in a matrix.

これらノズル103,103,…を含めてノズル層143は電気絶縁性を有しており、ノズル内流路145の内面も電気絶縁性を有している。また、これらノズル103,103,…を含めてノズル層143が撥水性を有していても良いし(例えば、ノズル層143がフッ素を含有した樹脂で形成されている。)、ノズル103,103,…の表層に撥水性を有する撥水膜が形成されていても良い(例えば、ノズル103,103、…の表面に金属膜が形成され、更にその金属膜上にその金属と撥水性樹脂との共析メッキによる撥水層が形成されている。)。ここで撥水性とは、ノズル103で吐出する溶液に対してはじく性質である。また、溶液に応じた撥水処理方法を選択することによって、ノズル層143の撥水性をコントロールすることができる。撥水処理方法としては、カチオン系又はアニオン系の含フッ素樹脂の電着、フッ素系高分子、シリコーン系樹脂、ポリジメチルシロキサンの塗布、焼結法、フッ素系高分子の共析メッキ法、アモルファス合金薄膜の蒸着法、モノマーとしてのヘキサメチルジシロキサンをプラズマCVD法によりプラズマ重合させることにより形成されるポリジメチルシロキサン系を中心とする有機シリコン化合物やフッ素系含有シリコン化合物等の膜を付着させる方法がある。   The nozzle layer 143 including these nozzles 103, 103,... Has electrical insulation, and the inner surface of the nozzle flow path 145 also has electrical insulation. In addition, the nozzle layer 143 including these nozzles 103, 103,... May have water repellency (for example, the nozzle layer 143 is formed of a resin containing fluorine), or the nozzles 103, 103. ,... May be formed with a water-repellent film having water repellency (for example, a metal film is formed on the surface of the nozzles 103, 103,..., And the metal and the water-repellent resin are formed on the metal film. A water-repellent layer is formed by eutectoid plating.) Here, the water repellency is a property of repelling the solution discharged from the nozzle 103. Further, the water repellency of the nozzle layer 143 can be controlled by selecting a water repellent treatment method according to the solution. Water repellent treatment methods include electrodeposition of cationic or anionic fluorine-containing resins, fluorine polymer, silicone resin, polydimethylsiloxane coating, sintering method, eutectoid plating method of fluorine polymers, amorphous Deposition method of alloy thin film, Method of attaching a film such as organic silicon compound mainly composed of polydimethylsiloxane and fluorine-containing silicon compound formed by plasma polymerization of hexamethyldisiloxane as monomer by plasma CVD method There is.

それぞれのノズル103についてさらに詳説する。ノズル103は、その先端部における開口径とノズル内流路22とが均一であって、前述の通り、これらが超微小径で形成されている。ノズル103の形状は、先端部に向かうにつれて径が細くなるように先端部で尖鋭に形成されており、限りなく円錐形に近い円錐台形に形成されている。具体的な各部の寸法の一例を挙げると、ノズル内流路145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、本実施形態ではノズル内流路145の内部直径が1[μm]に設定されている。そして、ノズル103の先端部における外部直径は2[μm]、ノズル103の根元の直径は5[μm]、ノズル103の高さは100[μm]に設定されている。   Each nozzle 103 will be described in further detail. The nozzle 103 has a uniform opening diameter at the tip and a nozzle flow path 22, and as described above, these are formed with a very small diameter. The shape of the nozzle 103 is sharply formed at the tip so that the diameter becomes narrower toward the tip, and is formed in a truncated cone shape that is almost as close to a cone as possible. As an example of specific dimensions of each part, the internal diameter of the in-nozzle channel 145 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 this embodiment, the internal diameter of the flow path 145 in the nozzle is set to 1 [μm]. The external diameter at the tip of the nozzle 103 is set to 2 [μm], the diameter of the base of the nozzle 103 is set to 5 [μm], and the height of the nozzle 103 is set to 100 [μm].

なお、ノズル103の各寸法は、上記一例に限定されるものではない。特にノズル内径については、後述する電界集中の効果により液滴の吐出を可能とする吐出電圧が1000[V]未満を実現する範囲であって、例えば、ノズル直径70[μm]以下であり、より望ましくは、直径20[μm]以下であって、現行のノズル形成技術により溶液を通す貫通穴を形成することが実現可能な範囲である直径をその下限値とする。また、これらノズル103,103,…の形状は互いに同じであることが望ましいが、異なる形状であっても良い。   The dimensions of the nozzle 103 are not limited to the above example. In particular, the nozzle inner diameter is a range in which the discharge voltage that enables the discharge of droplets by the effect of electric field concentration described later is less than 1000 [V], for example, the nozzle diameter is 70 [μm] or less. Desirably, the diameter is 20 [μm] or less, and the diameter within which it is feasible to form a through-hole through which a solution is passed by the current nozzle forming technique is set as the lower limit. Further, it is desirable that the nozzles 103, 103,... Have the same shape, but they may have different shapes.

なお、ノズル内流路145の形状は、図14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15(A)に示すように、ノズル内流路145の溶液供給チャネル101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15(B)に示すように、ノズル内流路145の溶液供給チャネル101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145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15(C)に示すように、ノズル内流路145の後述する溶液供給チャネル101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 145 does not have to be formed as a straight line having a constant inner diameter as shown in FIG. For example, as shown in FIG. 15A, the cross-sectional shape at the end of the in-nozzle flow path 145 on the solution supply channel 101 side may be rounded. Further, as shown in FIG. 15B, the inner diameter of the inner channel 145 at the end on the solution supply channel 101 side is set larger than the inner diameter at the discharge end, and the inner surface of the nozzle inner channel 145 is set. May be formed in a tapered peripheral surface shape. Furthermore, as shown in FIG. 15 (C), only the end portion of the in-nozzle flow path 145 on the solution supply channel 101 side, which will be described later, is formed in a tapered peripheral surface shape, and the discharge end portion side is more than the tapered peripheral surface. It may be formed in a straight shape with a constant inner diameter.

次に、この液体吐出ヘッド100を駆動するための回路構成について説明する。この液体吐出ヘッド100を駆動するための回路は、上記吐出電極142,142,…に個別に吐出電圧を印加する吐出電圧印加手段25(便宜上図13に図示)と、上記ノズル103,103,…に対向する対向面23aと共にその対向面23aで液滴の着弾を受ける基材200を支持する対向電極23(図14に図示)と、から構成されている。   Next, a circuit configuration for driving the liquid discharge head 100 will be described. The circuit for driving the liquid discharge head 100 includes discharge voltage application means 25 (shown in FIG. 13 for convenience) for individually applying discharge voltages to the discharge electrodes 142, 142,..., And the nozzles 103, 103,. And a counter electrode 23 (shown in FIG. 14) for supporting the substrate 200 that receives the landing of droplets on the counter surface 23a.

吐出電圧印加手段25は、吐出電極142に直流のバイアス電圧を印加するバイアス電源30と、バイアス電圧に重畳して吐出に要する電位とするパルス電圧を吐出電極142に印加する吐出電源29と、をそれぞれの吐出電極142に対応して備えている。バイアス電源30及び吐出電源29は全ての吐出電極142,142,…に共通であっても良いが、この場合には吐出電源29はこれら吐出電極142,142,…個別にパルス電圧を印加する。   The discharge voltage applying means 25 includes: a bias power source 30 that applies a DC bias voltage to the discharge electrode 142; and a discharge power source 29 that applies a pulse voltage that is superimposed on the bias voltage and that is a potential required for discharge to the discharge electrode 142. Corresponding to each discharge electrode 142 is provided. The bias power supply 30 and the discharge power supply 29 may be common to all the discharge electrodes 142, 142,..., But in this case, the discharge power supply 29 applies a pulse voltage to each of the discharge electrodes 142, 142,.

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 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29は、溶液の吐出を行う時にのみパルス電圧をバイアス電圧に重畳させて吐出電極142,142,…個別に印加する。このときの重畳電圧Vは次式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。   The discharge voltage power supply 29 applies the pulse voltage to the bias voltage only when discharging the solution, and applies them individually to the discharge electrodes 142, 142,. At this time, the value of the pulse voltage is set so that the superimposed voltage V satisfies the following equation.

Figure 0004218949
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。
Figure 0004218949
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 A proportional constant depending on the shape (1.5 <k <8.5) is used.

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。   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].

対向電極23は、ノズル103,103,…に垂直な対向面23aを備えており、かかる対向面23aに沿うように基材200の支持を行う。ノズル103,103,…の先端部から対向電極23の対向面23aまでの距離は、一例としては100[μm]に設定される。   The counter electrode 23 includes a counter surface 23a perpendicular to the nozzles 103, 103,..., And supports the substrate 200 along the counter surface 23a. The distance from the tip of the nozzles 103, 103,... To the opposing surface 23a of the opposing electrode 23 is set to 100 [μm] as an example.

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それぞれのノズル103の先端部と対向面23a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。   Further, since the counter electrode 23 is grounded, the ground potential is always maintained. Therefore, when a pulse voltage is applied, the liquid droplets ejected by the electrostatic force generated by the electric field generated between the tip of each nozzle 103 and the opposing surface 23a are guided to the opposing electrode 23 side.

なお、液体吐出ヘッド100は、ノズル103,103,…の超微小化によるそれぞれのノズル103,103,…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103,103,…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。   The liquid discharge head 100 discharges liquid droplets by increasing the electric field strength by concentration of the electric field at the nozzles 103, 103,... Although it is possible to discharge droplets without induction by the counter electrode 23, it is desirable that induction by electrostatic force is performed between the nozzles 103, 103,... And the counter electrode 23. In addition, the charge of the charged droplet can be released by grounding the counter electrode 23.

この液体吐出ヘッド100に供給されて液体吐出ヘッド100から吐出される溶液について説明する。   The solution supplied to the liquid discharge head 100 and discharged from the liquid discharge head 100 will be described.

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。 Examples of the solution include water, COCl 2 , HBr, HNO 3 , H 3 PO 4 , H 2 SO 4 , SOCl 2 , SO 2 Cl 2 , and FSO 3 H as the inorganic liquid. 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 and 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.

本実施形態の液体吐出装置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、封止材などの本実施形態を用いた塗布、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 ejection apparatus of this embodiment is used as a patterning method, it can be typically used for display applications. 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 this embodiment such as adhesives and sealing materials for processing applications, biopharmaceuticals for medical applications (mixing a plurality of trace components) It can be applied to the application of a sample for genetic diagnosis.

次に、液体吐出ヘッド100の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the liquid discharge head 100 will be described.

液体吐出ヘッド100を製造するには、液室構造102とノズルプレート104を別々に製造してから、液室構造102の底面にノズルプレート104を接着固定すれば良い。   In order to manufacture the liquid discharge head 100, the liquid chamber structure 102 and the nozzle plate 104 may be manufactured separately, and then the nozzle plate 104 may be bonded and fixed to the bottom surface of the liquid chamber structure 102.

液室構造102を製造するには、まず、液室側壁105、第一の液室隔壁106及び第二の液室隔壁107を構成することになるチタン酸ジルコン酸塩系(PZT)の圧電材料を準備し、ドクターブレード法、スクリーン印刷法等の手法を用いて、所定の厚さのシート状に形成する。   In order to manufacture the liquid chamber structure 102, first, a zirconate titanate (PZT) piezoelectric material that constitutes the liquid chamber side wall 105, the first liquid chamber partition wall 106 and the second liquid chamber partition wall 107. Is prepared and formed into a sheet having a predetermined thickness using a doctor blade method, a screen printing method, or the like.

それから、一対のシートを接着剤層108となる接着剤を用いて積層することで圧電積層体を形成し、その後、周知の方法により分極処理を行い、これによって上側のシートと下側のシートとが厚さ方向でかつ互いに相反する方向に分極されるようにする。   Then, a piezoelectric laminated body is formed by laminating a pair of sheets using an adhesive that becomes the adhesive layer 108, and thereafter, a polarization process is performed by a well-known method, whereby an upper sheet and a lower sheet Are polarized in the thickness direction and in opposite directions.

そして、一対のシートが積層してなる圧電積層体に図示しない工具(例えばダイヤモンドブレード)によって上記圧電積層体を研削加工し、それによって上記圧電積層体に、溶液供給チャネル101を構成することとなる複数の溝部が互いに平行に形成される。   Then, the piezoelectric laminate is ground on a piezoelectric laminate obtained by laminating a pair of sheets with a tool (not shown) (for example, a diamond blade), thereby forming the solution supply channel 101 in the piezoelectric laminate. A plurality of grooves are formed in parallel to each other.

その後、溝部を構成する液室隔壁106,107に電極をめっき等の周知の方法により形成する。なお、溝部の底面には電極は形成しない。そして、接着剤層109となる接着剤を第二の液室隔壁107の上部に塗布し、カバープレート110を貼り合わせると、複数の溶液供給チャネル101が互いに平行に形成されてなる液室構造102が製造される。そして、液室側壁105に駆動基板122を取り付け、それぞれの電極11に導線124の一端部を接合するとともに、導線124の他端部を配線パターン123に接合する。   Thereafter, electrodes are formed on the liquid chamber partition walls 106 and 107 constituting the groove by a known method such as plating. An electrode is not formed on the bottom surface of the groove. Then, when an adhesive to become the adhesive layer 109 is applied to the upper part of the second liquid chamber partition wall 107 and the cover plate 110 is bonded together, a liquid chamber structure 102 in which a plurality of solution supply channels 101 are formed in parallel to each other. Is manufactured. Then, the drive substrate 122 is attached to the liquid chamber side wall 105, and one end portion of the conducting wire 124 is joined to each electrode 11, and the other end portion of the conducting wire 124 is joined to the wiring pattern 123.

一方、ノズルプレート104を製造するには、図16に示すように、まず平板状の基板141を準備し(この時点ではまだ基板141には複数の貫通孔141c,141c,…が形成されていない。)、PVD法、CVD法及びめっき法といった成膜方法によって基板141の表面141a一面に導電性膜142'を成膜し、フォトリソグラフィー法によってこの導電性膜142'にレジスト150,150,…を形成する。ここで、平面視した場合のレジスト150の形状は、底面視して吐出電極142と配線144を合わせた形状である。なお、基板141は、ガラス基板であっても良いし、シリコンウェーハであっても良いし、樹脂基板であっても良いが、絶縁性を有している。   On the other hand, in order to manufacture the nozzle plate 104, a flat substrate 141 is first prepared as shown in FIG. 16 (a plurality of through holes 141c, 141c,... Are not yet formed in the substrate 141 at this time). ), A conductive film 142 ′ is formed on the entire surface 141a of the substrate 141 by a film forming method such as PVD, CVD, plating, etc., and resists 150, 150,... Are formed on the conductive film 142 ′ by photolithography. Form. Here, the shape of the resist 150 in a plan view is a shape in which the discharge electrode 142 and the wiring 144 are combined in a bottom view. Note that the substrate 141 may be a glass substrate, a silicon wafer, or a resin substrate, but has an insulating property.

次いで、レジスト150,150,…をマスクとして導電性膜142'をエッチングすると、導電性膜142'が形状加工されて、複数の吐出電極142,142,…及び複数の配線144,144,…が形成され、その後レジスト150,150,…を除去する(図17)。このように成膜工程、マスク工程及び形状加工工程を経て複数の吐出電極142,142,…をまとめて形成しているため、ノズルプレート104の生産効率が良い。   Next, when the conductive film 142 ′ is etched using the resists 150, 150,... As a mask, the conductive film 142 ′ is processed to form a plurality of discharge electrodes 142, 142,. Then, the resists 150, 150,... Are removed (FIG. 17). As described above, since the plurality of discharge electrodes 142, 142,... Are collectively formed through the film forming process, the mask process, and the shape processing process, the production efficiency of the nozzle plate 104 is good.

次いで、これら吐出電極142,142,…及びこれら配線144,144,…の全てを被覆するようにして、基板141の表面141a一面にレジスト層(感光性樹脂層)143'を成膜する(図18)。このレジスト層143'は、ポジ型であっても良いし、ネガ型であっても良い。レジスト層143'は感光性樹脂からなるが、その組成としてはPMMA、SU8等であるのが好ましい。   Next, a resist layer (photosensitive resin layer) 143 ′ is formed on the entire surface 141a of the substrate 141 so as to cover all of the discharge electrodes 142, 142,... And the wirings 144, 144,. 18). The resist layer 143 ′ may be a positive type or a negative type. The resist layer 143 ′ is made of a photosensitive resin, and the composition is preferably PMMA, SU8, or the like.

次いで、電子ビーム、フェムト秒レーザ等でレジスト層143'を形成しようとする複数のノズル103,103,…の形状に合わせて感光させる。つまり、レジスト層143'がポジ型の場合には、レジスト層143'において吐出電極142,142,…の貫通穴142aに重なった部分を深層まで感光させるとともに、複数のノズル103,103,…の間の部分を中層まで感光させる。一方、レジスト層143'がネガ型の場合には、レジスト層143'において複数のノズル103,103,…となる部分を感光させる。ここで、電子ビーム、フェムト秒レーザでレジスト層143'を感光させるのではなく、可視光線、紫外線、エキシマレーザ、i線、g線等で感光させても良い。つまり、感光に用いる電磁波(広義の光)は、レジスト層143'を感光させるものであれば良い。   Next, the resist layer 143 ′ is formed with an electron beam, a femtosecond laser, or the like to be exposed in accordance with the shapes of the plurality of nozzles 103, 103,. That is, when the resist layer 143 ′ is a positive type, the portions of the resist layer 143 ′ that overlap the through holes 142a of the ejection electrodes 142, 142,... Are exposed to the deep layer, and the plurality of nozzles 103, 103,. The middle part is exposed to the middle layer. On the other hand, when the resist layer 143 ′ is a negative type, the portions of the resist layer 143 ′ that become the plurality of nozzles 103, 103,. Here, instead of exposing the resist layer 143 ′ with an electron beam or a femtosecond laser, the resist layer 143 ′ may be exposed with visible light, ultraviolet light, excimer laser, i-line, g-line, or the like. In other words, the electromagnetic wave (light in a broad sense) used for the light exposure may be anything that makes the resist layer 143 ′ be exposed.

次いで、レジスト層143'に現像液を塗布することで、レジスト層143'が露光に応じた形状で除去され、基板141に対して立設した複数のノズル103,103,…が形成される(図19) Next, by applying a developing solution to the resist layer 143 ′, the resist layer 143 ′ is removed in a shape corresponding to the exposure, and a plurality of nozzles 103, 103,. FIG. 19) .

ここで、レジスト層143'がポジ型の感光性樹脂である場合には、露光されたレジスト層143'の表面側には照射エネルギーが大きく逆に基板141側に向かうにつれて照射エネルギーが小さくなるから、基板141側に向かうにつれて現像液に対する溶解性が小さくなる。従って、レジスト層143'がポジ型の場合のほうが、基板141側に向かうにつれて径が大きくなる略円錐状又は略円錐台状のノズル103,103,…を容易に形成することができる。また、レジスト層143'を成膜し、その後レジスト層143'を露光・現像するだけで複数のノズル103,103,…をまとめて形成しているため、液体吐出ヘッドの生産効率が良い。   Here, when the resist layer 143 ′ is a positive photosensitive resin, the irradiation energy is large on the surface side of the exposed resist layer 143 ′, and conversely, the irradiation energy decreases toward the substrate 141 side. The solubility in the developer decreases toward the substrate 141 side. Therefore, when the resist layer 143 ′ is a positive type, the nozzles 103, 103,... Having a substantially conical shape or a substantially frustoconical shape whose diameter increases toward the substrate 141 can be easily formed. Further, since the plurality of nozzles 103, 103,... Are formed by simply forming the resist layer 143 ′ and then exposing and developing the resist layer 143 ′, the production efficiency of the liquid discharge head is good.

次いで、フォトリソグラフィー法によって基板141の裏面141bにレジスト膜151を形成する(図20)。ここで、平面視した場合のレジスト膜151の形状は、貫通孔141c,141c,…となる部分において開口した形状となっている。そして、レジスト膜151をマスクとして、基板141をエッチングすると、複数の貫通孔141c,141c,…が基板141に形成され、その後レジスト膜151を除去する(図21)。これにより、ノズルプレート104が製造される。   Next, a resist film 151 is formed on the back surface 141b of the substrate 141 by photolithography (FIG. 20). Here, the shape of the resist film 151 when seen in a plan view is a shape opened at a portion to be the through holes 141c, 141c,. When the substrate 141 is etched using the resist film 151 as a mask, a plurality of through holes 141c, 141c,... Are formed in the substrate 141, and then the resist film 151 is removed (FIG. 21). Thereby, the nozzle plate 104 is manufactured.

そして、基板141に形成された貫通孔141c,141c,…を液室構造102のそれぞれの溶液供給チャネル101に対向させて、液室構造102の底面に基板141の裏面141bを接着剤等で接合する(図21)。また、配線144,144,…それぞれにバイアス電源30と吐出電圧電源29を電気的に接続する。これにより、液体吐出ヘッド100が製造される。   The through holes 141c, 141c,... Formed in the substrate 141 are opposed to the respective solution supply channels 101 of the liquid chamber structure 102, and the back surface 141b of the substrate 141 is bonded to the bottom surface of the liquid chamber structure 102 with an adhesive or the like. (FIG. 21). Further, the bias power supply 30 and the discharge voltage power supply 29 are electrically connected to the wirings 144, 144,. Thereby, the liquid discharge head 100 is manufactured.

なお、必要に応じてノズル103,103,…の表層を撥水処理しても良い。例えば、撥水性を有する感光性樹脂(例えば、フッ素含有感光性樹脂)でレジスト層143'を形成することでノズル103,103,…の表層が撥水性を有するようにしても良いし、ノズル103,103,…を形成した後にそれぞれのノズル孔103aをレジストでマスクした状態でノズル103の表面に金属膜(例えば、Ni、Au、Pt等)を形成し、その金属膜とフッ素含有樹脂との共析メッキにより形成される撥水膜を形成すことでノズル103,103,…の表層が撥水性を有するようにしても良い(ノズル孔103aをマスクしたレジストは最後に除去する。)。撥水性を有する感光性樹脂とは、平均粒径約0.2μmのPTFE、FEPディスパージョン或いはパーフルオロ溶媒にフッ素樹脂を溶解した旭硝子株式会社製のサイトップを紫外線感光性樹脂に数%から数十%分散混合したものをいい、ディスパージョンにおいては、融点の低いFEPの方が好ましい。また、そのディスパージョンにおいては、デュポン株式会社製のMDF FEP 120−J(54wt%、水分散)、旭硝子株式会社製のフルオンXAD911(60wt%、水分散)等がある。また、F2リソグラフィー用レジスト用ポリマーもフッ素含有感光性樹脂で、ポリマー主鎖にフッ素を導入したものや側鎖にフッ素を導入したものがある。   If necessary, the surface layer of the nozzles 103, 103,. For example, the surface layer of the nozzles 103, 103,... May have water repellency by forming the resist layer 143 ′ with a photosensitive resin having water repellency (for example, fluorine-containing photosensitive resin). , 103,..., A metal film (for example, Ni, Au, Pt, etc.) is formed on the surface of the nozzle 103 with each nozzle hole 103a masked with a resist, and the metal film and fluorine-containing resin are formed. The surface layer of the nozzles 103, 103,... May have water repellency by forming a water repellent film formed by eutectoid plating (the resist masking the nozzle hole 103a is removed last). The photosensitive resin having water repellency is from several percent to several percent of UV-sensitive resin CYTOP manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. in which a fluororesin is dissolved in PTFE, FEP dispersion or a perfluoro solvent having an average particle size of about 0.2 μm. 10% dispersion-mixed, and in dispersion, FEP having a low melting point is preferred. In addition, the dispersion includes MDF FEP 120-J (54 wt%, water dispersion) manufactured by DuPont Co., Ltd., and Fullon XAD911 (60 wt%, water dispersion) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. In addition, the resist polymer for F2 lithography is also a fluorine-containing photosensitive resin, in which fluorine is introduced into the polymer main chain and fluorine is introduced into the side chain.

以上の製造方法のように、レジスト層143'を露光・現像するだけで、ノズル103,103,…を形成するので、ノズル103の形状への柔軟性、製造コスト、長尺ラインヘッドへの対応においては有利である。例えば特開2001−68827号公報にあるようなヘッドを製造するにはシリコン基板ベースにしてそのシリコン基板に微小孔を形成するので、ノズルの形状を柔軟に変更することは本実施形態の製造方法の方が便利であり、長尺ラインヘッドを製造することも本実施形態の製造方法の方が有利であり、ヘッド100の製造コストも本実施形態の方が有利であると考えられる。   As in the above manufacturing method, the nozzles 103, 103,... Are formed simply by exposing and developing the resist layer 143 ′, so flexibility in the shape of the nozzle 103, manufacturing cost, and support for a long line head. Is advantageous. For example, in order to manufacture a head as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-68827, a microhole is formed in a silicon substrate based on the silicon substrate. Therefore, the shape of the nozzle can be flexibly changed in accordance with the manufacturing method of the present embodiment. This is more convenient, and it is considered that the manufacturing method of this embodiment is more advantageous for manufacturing a long line head, and the manufacturing cost of the head 100 is also more advantageous for this embodiment.

次に、液体吐出ヘッド100の駆動方法及び液体吐出ヘッド100の液滴吐出動作について説明を行う。図22は溶液の吐出動作と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22(A)は吐出を行わない状態であり、図22(B)は吐出状態を示す。   Next, a driving method of the liquid discharge head 100 and a droplet discharge operation of the liquid discharge head 100 will be described. FIG. 22 is an explanatory diagram showing the relationship between the solution discharge operation and the voltage applied to the solution. FIG. 22A shows a state in which no discharge is performed, and FIG. 22B shows a discharge state.

供給ポンプによって液体導入口119及びマニホールド120を介してそれぞれのノズル103のノズル内流路145には帯電可能な溶液が供給された状態にあり、かかる状態でそれぞれのバイアス電源30によりそれぞれの吐出電極142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、それぞれのノズル103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22(A))。   A chargeable solution is supplied to the in-nozzle flow paths 145 of the respective nozzles 103 via the liquid introduction port 119 and the manifold 120 by the supply pump, and in this state, the respective discharge electrodes are supplied by the respective bias power sources 30. A bias voltage is applied to the solution via 142. In such a state, the solution is charged, and a meniscus that is recessed in the form of a solution is formed at the tip of each nozzle 103 (FIG. 22A).

そして、ノズル103,103,…のうち液滴を吐出するノズル103については、吐出電圧電源29によりパルス電圧が吐出電極142を介して溶液に印加されるとともに、このパルス電圧に同期して制御電極121にもパルス電圧が印加される。制御電極121にパルス電圧が印加されると、液室隔壁106,107が膨張して溶液供給チャネル101の容積が減少することなり、これにより溶液供給チャネル101内の溶液の圧力が増加する。従って、ノズル103の先端部において外部に突出した凸状のメニスカスが形成される。更に、制御電極121にパルス電圧が印加されるのとほぼ同時に吐出電極142にもパルス電圧が印加されるから、外部に突出した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22(B))。   Among the nozzles 103, 103,..., The nozzle 103 that discharges droplets is supplied with a pulse voltage from the discharge voltage power supply 29 via the discharge electrode 142, and the control electrode is synchronized with the pulse voltage. A pulse voltage is also applied to 121. When a pulse voltage is applied to the control electrode 121, the liquid chamber partition walls 106 and 107 expand to reduce the volume of the solution supply channel 101, thereby increasing the pressure of the solution in the solution supply channel 101. Accordingly, a convex meniscus protruding outward is formed at the tip of the nozzle 103. Further, since the pulse voltage is applied to the ejection electrode 142 almost simultaneously with the application of the pulse voltage to the control electrode 121, the electric field is concentrated by the apex of the convex meniscus protruding outside, and finally the surface tension of the solution. Against this, fine droplets are ejected to the counter electrode side (FIG. 22B).

そして、吐出電極142に印加されるパルス電圧が終了すると共に、制御電極121に印加されるパルス電圧が終了すると、溶液供給チャネル101の容積が増大することでノズル103の先端部において溶液が凹状に窪んだメニスカスが形成されるとともに、液体導入口119及びマニホールド120を介して液体を吐出したノズル103のノズル内流路145に溶液が供給される。   When the pulse voltage applied to the discharge electrode 142 is finished and the pulse voltage applied to the control electrode 121 is finished, the volume of the solution supply channel 101 is increased, so that the solution becomes concave at the tip of the nozzle 103. A depressed meniscus is formed, and a solution is supplied to the in-nozzle channel 145 of the nozzle 103 that ejects the liquid via the liquid inlet 119 and the manifold 120.

なお、上記説明では制御電極121にパルス電圧が印加されることで液室隔壁106,107が膨張して溶液供給チャネル101の容積が増大したが、逆に制御電極121にパルス電圧が印加されることで液室隔壁106,107が収縮して溶液供給チャネル101の容積が減少するように動作しても良い。但しこの場合には、吐出の際において吐出電極142にパルス電圧が印加されている時には制御電極121にパルス電圧が印加されておらず、吐出しない際において吐出電極142にバイアス電圧が印加されている時には制御電極121にパルス電圧が印加される。また、別のヘッド駆動方法として、ノズル103のメニスカス位置により吐出電圧が異なることを利用し、メニスカスがノズル103先端よりも下がった位置では吐出しない電圧V0を吐出電極142に印加し、制御電極121にパルス電圧を印加することで溶液供給チャネル101の容積を変化させることで電圧V0で吐出可能なノズル103先端より吐出したメニスカス位置に制御することで吐出を制御することが可能である。 In the above description, the liquid chamber partition walls 106 and 107 are expanded by applying a pulse voltage to the control electrode 121 and the volume of the solution supply channel 101 is increased. Conversely, a pulse voltage is applied to the control electrode 121. Thus, the liquid chamber partition walls 106 and 107 may contract so that the volume of the solution supply channel 101 is reduced. However, in this case, the pulse voltage is not applied to the control electrode 121 when a pulse voltage is applied to the discharge electrode 142 during discharge, and the bias voltage is applied to the discharge electrode 142 when discharge is not performed. Sometimes a pulse voltage is applied to the control electrode 121. Further, as another head driving method, utilizing the fact that the discharge voltage by the meniscus position in the nozzle 103 are different, the meniscus voltage V 0 is applied to the not ejected at the position which falls below the nozzle 103 distal to the ejection electrode 142, the control electrode 121 it is possible to control the discharge by controlling the pulse voltage meniscus position discharged from the discharge capable nozzle 103 tip voltage V 0 by varying the volume of the solution supply channel 101 by applying to the.

また、圧電素子である液室隔壁106,107によって溶液供給チャネル101内の溶液に圧力を吐出の時に付与することで凸状のメニスカスを形成したが、ヒータ等によって溶液供給チャネル101内の溶液を吐出の時に膜沸騰させて溶液に圧力を付与することで凸状のメニスカスを形成しても良い。凸状メニスカス形成手段は、ノズル内流路145の溶液の圧力を変化させおこなうものであるので溶液供給チャネル101の容積を変化させる方法であれば良く、静電気力により溶液供給チャネル101の隔壁を撓ませ容積を変化させる方式でも可能である。なお、凸状メニスカスを形成せずに吐出しても良いが、凸状メニスカスを形成し吐出した方が、吐出電圧の定電圧化及び液滴吐出制御での安全性及び制御コスト面において有利である。 In addition, a convex meniscus was formed by applying pressure to the solution in the solution supply channel 101 at the time of discharge by the liquid chamber partition walls 106 and 107, which are piezoelectric elements. However, the solution in the solution supply channel 101 was removed by a heater or the like. A convex meniscus may be formed by boiling the film at the time of discharge and applying pressure to the solution. The convex meniscus forming means changes the pressure of the solution in the in-nozzle flow path 145 and may be any method that changes the volume of the solution supply channel 101, and bends the partition wall of the solution supply channel 101 by electrostatic force. it is also possible in the way formula Ru changing the Mase volume. Although it is possible to discharge without forming the convex meniscus, it is advantageous to form and discharge the convex meniscus in terms of safety and control cost in making the discharge voltage constant and droplet discharge control. is there.

以上の液体吐出ヘッド100の使用方法としては、例えば基材200に平行な面内において上記液体吐出ヘッド100(主に、液室構造102とノズルプレート104)を基材200に対して相対的に移動させつつ、それぞれのノズル103の先端部から選択的に液滴を吐出することによって、基材200の表面に着弾した液滴がドットとなるパターンが基材200の表面に形成される。また、複数のノズル103,103,…が一列になって配列されているから、ノズル103,103,…の列に対して直角となる方向に基材200を移動させつつ、それぞれのノズル103の先端部から選択的に液滴を吐出することによって、基材200の表面に着弾した液滴がドットとなるパターンを基材200の表面に形成することができる。液体吐出ヘッド100には複数のノズル103,103,…が設けられているため、パターンを速く形成することができる。また、液体吐出ヘッド100は、回路の配線パターンの形成,金属超微粒子の配線パターンの形成,カーボンナノチューブおよびその前駆体ならびに触媒配列の形成,強誘電性セラミックスおよびその前駆体のパターンニングの形成,高分子およびその前駆体の高配向化,ゾーンリファイニング,マイクロビーズマニピュレーション,アクティブタッピング,立体構造の形成の何れかに用いることができる。   As a method of using the liquid discharge head 100 described above, for example, the liquid discharge head 100 (mainly, the liquid chamber structure 102 and the nozzle plate 104) is relatively positioned with respect to the base 200 in a plane parallel to the base 200. By selectively ejecting droplets from the tips of the respective nozzles 103 while being moved, a pattern in which droplets that have landed on the surface of the substrate 200 become dots is formed on the surface of the substrate 200. Further, since the plurality of nozzles 103, 103,... Are arranged in a line, the base material 200 is moved in a direction perpendicular to the nozzles 103, 103,. By selectively discharging droplets from the tip, a pattern in which droplets that have landed on the surface of the substrate 200 become dots can be formed on the surface of the substrate 200. Since the liquid discharge head 100 is provided with a plurality of nozzles 103, 103,..., The pattern can be formed quickly. In addition, the liquid discharge head 100 is formed with a circuit wiring pattern, a metal ultrafine particle wiring pattern, a carbon nanotube and its precursor and a catalyst array, a ferroelectric ceramic and its precursor patterning, It can be used for high orientation of polymer and its precursor, zone refining, microbead manipulation, active tapping, and formation of three-dimensional structure.

以上のように、上記液体吐出ヘッド100は、従来にない微小径のノズル103により液滴の吐出を行うので、ノズル内流路145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小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。   As described above, since the liquid ejection head 100 ejects droplets with the unprecedented minute diameter nozzle 103, the electric field is concentrated by the charged solution in the nozzle flow path 145, and the electric field strength is increased. Enhanced. For this reason, with a nozzle having a structure that does not concentrate the electric field as in the prior art (for example, an inner diameter of 100 [μm]), the voltage required for ejection becomes too high, and the nozzle with a minute diameter that has been virtually impossible to eject. The solution can be discharged at a lower voltage than before.

そして、微小径であるがために、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。   And since it has a very small diameter, it is possible to easily control to reduce the discharge flow rate per unit time due to the low nozzle conductance, and the droplet diameter (see above) is sufficiently small without narrowing the pulse width. According to each condition, discharge of the solution by 0.8 [μm]) is realized.

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。   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.

さらに、ノズル103,103,…の表層が撥水性を有しているため、溶液を吐出するべきでない際にノズル103,103,…内の溶液が垂れて流れたりしない。また、ノズル103,103,…の表層が撥水性を有しているため、ノズル孔103a周辺に溶液が付着することで液滴の吐出に悪影響を及ぼすこともない。また、ノズル103,103,…の表層が撥水性を有することで、吐出の際に形成されるメニスカスが綺麗な凸状で形成され、液滴が安定して吐出される。   Further, since the surface layers of the nozzles 103, 103,... Have water repellency, the solution in the nozzles 103, 103,. In addition, since the surface layer of the nozzles 103, 103,... Has water repellency, the adhesion of the solution around the nozzle hole 103a does not adversely affect the discharge of droplets. Further, since the surface layer of the nozzles 103, 103,... Has water repellency, the meniscus formed at the time of discharge is formed in a beautiful convex shape, and the droplets are stably discharged.

さらに、それぞれのノズル103内の溶液にパルス電圧を印加するのとほぼ同時にノズル103内の溶液に圧力を加えているから、吐出電極142に印加されるパルス電圧が低電圧であっても、液滴が吐出される。つまり、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小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が可能となっている。   Furthermore, since the pressure is applied to the solution in the nozzle 103 almost simultaneously with the application of the pulse voltage to the solution in each nozzle 103, the liquid voltage is applied even if the pulse voltage applied to the ejection electrode 142 is low. Drops are ejected. That is, it is possible to discharge a solution with a nozzle having a minute diameter, which has been impossible to be discharged practically because the voltage required for the discharge becomes too high, at a lower voltage than before.

なお、ノズル103にエレクトロウェッティング効果を得るために、ノズル103の外周に電極(例えば上述した撥水膜下に形成された金属膜である。)を設けるか、また或いは、ノズル内流路145の内面に電極を設け、その上から絶縁膜で被覆しても良い。そして、この電極に電圧を印加することで、吐出電極142により電圧が印加されている溶液に対して、エレクトロウェッティング効果によりノズル内流路145の内面のぬれ性を高めることができ、ノズル内流路145への溶液の供給を円滑に行うことができ、良好に吐出を行うと共に、吐出の応答性の向上を図ることが可能となる。   In order to obtain an electrowetting effect on the nozzle 103, an electrode (for example, a metal film formed under the above-described water-repellent film) is provided on the outer periphery of the nozzle 103, or the nozzle flow path 145 is provided. An electrode may be provided on the inner surface of the substrate and covered with an insulating film. By applying a voltage to this electrode, the wettability of the inner surface of the in-nozzle channel 145 can be increased by the electrowetting effect on the solution to which the voltage is applied by the discharge electrode 142, It is possible to smoothly supply the solution to the flow path 145, and to discharge well, and to improve the responsiveness of discharge.

また、吐出電圧印加手段25ではそれぞれの吐出電極142にバイアス電圧を常時印加すると共にパルス電圧をトリガーとして液滴の吐出を行っているが、それぞれの吐出電極142につき吐出に要する振幅で常時交流又は連続する矩形波を印加すると共にその周波数の高低を切り替えることで吐出を行う構成としても良い。液滴の吐出を行うためには溶液の帯電が必須であり、溶液の帯電する速度を上回る周波数で吐出電圧を印加していても吐出が行われず、溶液の帯電が十分に図れる周波数に替えると吐出が行われる。従って、吐出を行わないときには吐出可能な周波数より大きな周波数で吐出電圧を印加し、吐出を行う場合にのみ吐出可能な周波数帯域まで周波数を低減させる制御を行うことで、溶液の吐出を制御することが可能となる。かかる場合、溶液に印加される電位自体に変化はないので、より時間応答性を向上させると共に、これにより液滴の着弾精度を向上させることが可能となる。   In addition, the discharge voltage applying means 25 constantly applies a bias voltage to each discharge electrode 142 and discharges a droplet by using a pulse voltage as a trigger. It is good also as a structure which discharges by applying the continuous rectangular wave and switching the frequency level. In order to discharge droplets, charging of the solution is indispensable. Even if a discharge voltage is applied at a frequency exceeding the charging speed of the solution, discharging is not performed, and the frequency is changed so that the solution can be sufficiently charged. Discharging is performed. Therefore, when discharging is not performed, the discharge voltage is applied at a frequency higher than the frequency at which ejection can be performed, and control is performed to reduce the frequency to a frequency band where ejection can be performed only when ejection is performed, thereby controlling solution ejection. Is possible. In such a case, since the potential applied to the solution itself does not change, it is possible to further improve the time response and thereby improve the droplet landing accuracy.

[静電吸引型液体吐出装置の理論説明]
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。
[Theoretical Explanation of Electrostatic Suction Liquid Discharge Device]
Previously, it was considered impossible to discharge droplets beyond the range determined by the following conditional expression.

Figure 0004218949
ここで、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 0004218949
Here, λ C is the growth wavelength [m] on the liquid surface of the solution for enabling the discharge of droplets from the nozzle tip by electrostatic attraction, and is obtained by λ C = 2πγh 2 / ε 0 V 2 . It is done.

Figure 0004218949
Figure 0004218949

Figure 0004218949
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。
Figure 0004218949
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.

このような駆動電圧低下および微少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。   Formulas that approximate the discharge conditions and the like for measures for realizing such a drive voltage drop and a small amount of discharge are derived and will be described below.

以下の説明は、上記各本発明の実施形態で説明した静電吸引型液体吐出装置に適用可能である。   The following description is applicable to the electrostatic suction type liquid ejecting apparatus described in the above embodiments of the present invention.

いま、内部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23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。   Now, it is assumed that the conductive solution is injected into the nozzle of the inside d and is positioned perpendicular to the height of h from the infinite plate conductor as the 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 0004218949
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[F/m]、ε:基材の誘電率[F/m]、h:ノズル−基材間距離[m]、r:ノズル内部の直径の半径[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。
Figure 0004218949
Where Q: charge [C] induced at the tip of the nozzle, ε 0 : dielectric constant [F / m] of vacuum, ε: dielectric constant of substrate (F / m), h: between nozzle and substrate Distance [m], r: radius of nozzle internal diameter [m], V: total voltage [V] applied to the nozzle. α: A proportional constant depending on the nozzle shape and the like, and takes a value of about 1 to 1.5, and is about 1 particularly 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'が仮想的に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'が仮想的に誘導される。 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 at a symmetrical position in the substrate is virtually induced. When the substrate is an insulator, a video charge Q ′ having an opposite sign is virtually induced at a symmetrical position determined by the dielectric constant.

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 0004218949
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)。 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 0004218949
Given in. Here, k: proportional constant, which varies depending on the nozzle shape and the like, takes a value of about 1.5 to 8.5, and is considered to be about 5 in many cases. (PJ Birdseye and DASmith, 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。   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.

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 0004218949
(7)、(8)、(9)式よりα=1とおいて、
Figure 0004218949
と表される。 Consider the balance of pressure acting on the liquid at the nozzle tip. First, the electrostatic pressure is determined by assuming that the liquid area at the nozzle tip is S [m 2 ].
Figure 0004218949
From the equations (7), (8) and (9), α = 1 is set,
Figure 0004218949
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 0004218949
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、 On the other hand, if the surface tension of the liquid at the nozzle tip is P S ,
Figure 0004218949
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 0004218949
となる。十分に小さいノズル径をもちいることで、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 0004218949
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 0004218949
が、本発明の実施形態における動作電圧となる。
Figure 0004218949
It becomes. By using a sufficiently small nozzle diameter, the electrostatic pressure can exceed the surface tension.
From this relational expression, when the relationship between V and d is obtained,
Figure 0004218949
Gives the lowest discharge voltage. That is, from Equation (6) and Equation (13),
Figure 0004218949
Is the operating voltage in the embodiment of the present invention.

ある半径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、微小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。   The dependency of the discharge limit voltage Vc on the nozzle having a certain radius d is shown in FIG. From this figure, it is clear that the discharge start voltage decreases as the nozzle diameter decreases in consideration of the electric field concentration effect due to the minute nozzles.

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、微小ノズル化により吐出電圧の低下が可能となる。   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 intensity, the discharge voltage can be lowered by the miniaturization of the nozzle.

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。   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 0004218949
溶液の誘電率εを10F/m、溶液導電率σを10-6S/mを仮定すると、τ=1.854×10-6secとなる。あるいは、臨界周波数をfc[Hz]とすると、
Figure 0004218949
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10kHz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10-133/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=10-16l)程度を達成できる。
Figure 0004218949
Assuming that the dielectric constant ε of the solution is 10 F / m and the solution conductivity σ is 10 −6 S / m, τ = 1.854 × 10 −6 sec. Alternatively, if the critical frequency is f c [Hz],
Figure 0004218949
It becomes. It is considered that it is impossible to respond to a change in the electric field having a frequency faster than f c and ejection is impossible. When the above example is estimated, the frequency is about 10 kHz. At this time, when 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, since discharge at 10 kHz is possible, one cycle is possible. The minimum discharge amount can be about 10 fl (femtoliter, 1 fl = 10 −16 l).

なお、各上記本実施の形態においては、図23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静電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。 Each of the above-described embodiments is characterized by the electric field concentration effect at the nozzle tip and the action of the electrostatic 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.

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。   In each of the above embodiments, the voltage applied to the electrode may be either positive or negative.

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。   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.

また、基材を、導電性または絶縁性の基材ホルダーに裁置して保持するようにしても良い。   Further, the base material may be placed and held on a conductive or insulating base material holder.

図24は、本発明を適用した他の基本例の一例としての静電吸引型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管が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. 24 is a side sectional view of a nozzle portion of an electrostatic attraction type liquid ejection device as an example of another basic example to which the present invention is applied. 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 made of an insulator, the nozzle tube 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、本発明を適用した実施形態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。静電吸引型液体吐出装置のノズルとして、図11に示した液体吐出ヘッド100に示すものを用いた。微小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 dependency of the discharge start voltage on the nozzle diameter in the embodiment to which the present invention is applied. As the nozzle of the electrostatic suction type liquid discharge device, the nozzle shown in the liquid discharge head 100 shown in FIG. 11 was used. As the nozzle size became smaller, the discharge start voltage decreased, and it became clear that 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、ノズル基板間距離(h)、印加電圧の振幅(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 conditions are functions of the nozzle substrate distance (h), the applied voltage amplitude (V), and the applied voltage frequency (f), and satisfy certain conditions for each. This is necessary 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25を用いて説明する。   This will be described with reference to FIG.

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、ノズル基板間距離(h)と印加電圧の振幅(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。   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. Above the critical electric field Ec, that is, at the dischargeable electric field strength, there is a generally proportional relationship between the nozzle substrate distance (h) and the amplitude (V) of the applied voltage. The applied voltage V can be reduced.

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。   On the other hand, 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 of the fluid droplets, that is, bursting occurs due to the action of corona discharge. End up.

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の関係を示す線図である。It is a diagram which shows the relationship between the nozzle diameter of a nozzle, and the maximum electric field strength when a liquid level exists at the tip position of a nozzle. ノズルのノズル径とノズル先端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。The relationship between the nozzle diameter of the nozzle and the discharge start voltage at which the droplet discharged from the nozzle tip starts flying, the voltage value at the Rayleigh limit of the initial discharge droplet, and the ratio between the discharge start voltage and the Rayleigh limit voltage value is shown. FIG. ノズル径とノズル先端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 nozzle front-end | tip part. 本発明の実施形態としての液体吐出ヘッドを一部破断して示した斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a partially broken liquid discharge head as an embodiment of the present invention. 図11に示された液体吐出ヘッドに備わる液室構造を底面方向から見て示した断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing the liquid chamber structure provided in the liquid discharge head shown in FIG. 図11に示された液体吐出ヘッドに備わるノズルプレートを示した底面図である。FIG. 12 is a bottom view showing a nozzle plate provided in the liquid discharge head shown in FIG. 11. 図13に示された切断線A−A'で破断して示した断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view taken along the cutting line AA ′ shown in FIG. 13. 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15(A)は溶液室側に丸みを設けた例であり、図15(B)は流路内壁面をテーパ周面とした例であり、図15(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. 15A is a partially cutaway perspective view showing an example of another shape of the flow path in the nozzle, FIG. 15A is an example in which the solution chamber is rounded, and FIG. FIG. 15C shows an example in which the tapered peripheral surface and the linear flow path are combined. 上記液体吐出ヘッドの製造方法の工程を示した図面である。It is drawing which showed the process of the manufacturing method of the said liquid discharge head. 上記液体吐出ヘッドの製造方法の工程を示した図面であり、図17(A)は平面図であり、図17(B)は切断線B−B'で破断して示した断面図である。It is drawing which showed the process of the manufacturing method of the said liquid discharge head, FIG. 17 (A) is a top view, FIG.17 (B) is sectional drawing fractured | ruptured and shown by the cutting line BB '. 上記液体吐出ヘッドの製造方法の工程を示した図面である。It is drawing which showed the process of the manufacturing method of the said liquid discharge head. 上記液体吐出ヘッドの製造方法の工程を示した図面である。It is drawing which showed the process of the manufacturing method of the said liquid discharge head. 上記液体吐出ヘッドの製造方法の工程を示した図面である。It is drawing which showed the process of the manufacturing method of the said liquid discharge head. 上記液体吐出ヘッドの製造方法の工程を示した図面である。It is drawing which showed the process of the manufacturing method of the said liquid discharge head. 溶液の吐出動作と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22(A)は吐出を行わない状態であり、図22(B)は吐出状態を示す。FIG. 22A is an explanatory diagram showing a relationship between a solution discharge operation and a voltage applied to the solution. FIG. 22A shows a state where no discharge is performed, and FIG. 22B shows a discharge state. 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.

符号の説明Explanation of symbols

100 液体吐出ヘッド
102 液室構造
101 溶液供給チャネル
104 ノズルプレート
103 ノズル
106 第一の液室隔壁(圧電素子、凸状メニスカス形成手段)
107 第二の液室隔壁(圧電素子、凸状メニスカス形成手段)
121 制御電極
141 基板
142 吐出電極
143 ノズル層
143' レジスト層(感光性樹脂層)
145 ノズル内流路
25 吐出電圧印加手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Liquid discharge head 102 Liquid chamber structure 101 Solution supply channel 104 Nozzle plate 103 Nozzle 106 1st liquid chamber partition (piezoelectric element, convex meniscus formation means)
107 Second liquid chamber partition wall (piezoelectric element, convex meniscus forming means)
121 Control electrode 141 Substrate 142 Discharge electrode 143 Nozzle layer 143 ′ Resist layer (photosensitive resin layer)
145 Nozzle flow path 25 Discharge voltage application means

Claims (19)

ノズル先端から溶液を帯電した液滴として吐出する複数のノズルを有する静電吸引型液体吐出ヘッドを製造する製造方法において、
吐出電圧を印加するための複数の吐出電極を基板上に形成し、前記複数の吐出電極全体を被覆するようにして前記基板上に感光性樹脂層を形成し、前記感光性樹脂層を露光・現像することによって、それぞれの前記吐出電極に対応させて前記感光性樹脂層を前記基板に対して立設する突出形状のノズルであってノズルの先端部の内部直径0.2μmより大きく4μm以下であるものに形成するとともに、それぞれの前記ノズル内に当該ノズルの先端部から当該吐出電極まで通ずるようにノズル内流路を形成し、前記複数ノズルに対応した溶液供給チャネルと接合することを特徴とする静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法。
In a manufacturing method of manufacturing an electrostatic suction type liquid discharge head having a plurality of nozzles that discharge a solution as droplets charged from a nozzle tip,
A plurality of discharge electrodes for applying a discharge voltage is formed on the substrate, a photosensitive resin layer is formed on the substrate so as to cover the whole of the plurality of discharge electrodes, and the photosensitive resin layer is exposed and exposed. By developing, a nozzle having a projecting shape in which the photosensitive resin layer is erected with respect to the substrate corresponding to each discharge electrode, and the inner diameter of the tip of the nozzle is greater than 0.2 μm and less than 4 μm In addition, a flow path in the nozzle is formed in each of the nozzles so as to pass from the tip of the nozzle to the discharge electrode, and is joined to a solution supply channel corresponding to the plurality of nozzles. A method of manufacturing an electrostatic suction type liquid discharge head.
前記複数のノズルの形成に際して、各ノズルの形状を先端部に向かうにつれて外径が細くなる円錐台形にすることを特徴とする請求項1に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法。   2. The method of manufacturing an electrostatic attraction type liquid discharge head according to claim 1, wherein when forming the plurality of nozzles, the shape of each nozzle is a frustoconical shape whose outer diameter becomes narrower toward the tip. 前記複数の吐出電極の形成に際して、前記基板にまで通じた貫通穴を各吐出電極に形成することを特徴とする請求項1又は2に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法。   3. The method of manufacturing an electrostatic suction type liquid discharge head according to claim 1, wherein, in forming the plurality of discharge electrodes, a through hole extending to the substrate is formed in each discharge electrode. 前記感光性樹脂層としてポジ型のものを用い、前記感光性樹脂層の露光に際して前記各貫通穴に重なる部分を深層まで感光させるとともに前記複数のノズルの間の部分を中層まで感光させることを特徴とする請求項3に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法。   A positive type is used as the photosensitive resin layer, and at the time of exposure of the photosensitive resin layer, a portion overlapping each through hole is exposed to a deep layer, and a portion between the plurality of nozzles is exposed to a middle layer. A method for manufacturing an electrostatic attraction type liquid discharge head according to claim 3. 少なくともそれぞれの前記溶液供給チャネルの内面を絶縁性とするともに、ノズル先端部の溶液のメニスカス位置制御用の制御電極を前記溶液供給チャネルに設けることを特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法。   4. The liquid supply channel according to claim 1, wherein at least an inner surface of each of the solution supply channels is insulative and a control electrode for controlling a meniscus position of a solution at a nozzle tip is provided on the solution supply channel. The manufacturing method of the electrostatic attraction | suction type liquid discharge head of item. 前記溶液供給チャネルが圧電材料で形成されていることを特徴とする請求項5に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法。   6. The method of manufacturing an electrostatic suction type liquid discharge head according to claim 5, wherein the solution supply channel is formed of a piezoelectric material. 前記感光性樹脂層がフッ素含有であることを特徴とする請求項1からの何れか一項に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法。 Electrostatic suction type method for producing a liquid discharge head according to any one of claims 1 6, wherein the photosensitive resin layer is a fluorine-containing. 請求項1からの何れか一項に記載された静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法によって製造された静電吸引型液体吐出ヘッドを駆動する駆動方法において、
それぞれの前記ノズルの先端部を基材に対向させ、それぞれの前記溶液供給チャネルに帯電可能な溶液を供給し、前記複数の吐出電極個別に吐出電圧を印加することを特徴とする静電吸引型液体吐出ヘッドの駆動方法。
In the drive method which drives the electrostatic attraction type liquid discharge head manufactured by the manufacturing method of the electrostatic attraction type liquid discharge head according to any one of claims 1 to 7 ,
An electrostatic attraction type characterized in that a tip portion of each nozzle is opposed to a substrate, a chargeable solution is supplied to each solution supply channel, and a discharge voltage is applied to each of the plurality of discharge electrodes. A method for driving a liquid discharge head.
それぞれの前記ノズル内流路の溶液が当該ノズルの先端部から凸状に盛り上がった状態を形成することを特徴とする請求項に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの駆動方法。 The method of driving an electrostatic suction type liquid discharge head according to claim 8 , wherein the solution in each of the nozzle flow paths forms a state in which the solution protrudes from the tip of the nozzle. それぞれの前記ノズル内流路の溶液が当該ノズルの先端部から凸状に盛り上がった状態を形成した時に当該吐出電極に吐出電圧を印加することを特徴とする請求項に記載の静電吸引型液体吐出ヘッドの駆動方法。 10. The electrostatic attraction type according to claim 9 , wherein a discharge voltage is applied to the discharge electrode when the solution in the flow path in each nozzle forms a state in which the solution rises from the tip of the nozzle. A method for driving a liquid discharge head. 請求項1からの何れか一項に記載された静電吸引型液体吐出ヘッドの製造方法によって製造された静電吸引型液体吐出ヘッドを備え、それぞれの前記ノズルの先端部が基材に対向して配置可能な静電吸引型液体吐出装置であって、
それぞれの前記ノズル内流路に帯電可能な溶液を供給する溶液供給手段と、
前記複数の吐出電極個別に吐出電圧を印加する吐出電圧印加手段と、を更に備えることを特徴とする静電吸引型液体吐出装置。
Comprising an electrostatic attraction type liquid ejection head manufactured by the manufacturing method of an electrostatic attraction type liquid ejection head according to any one of claims 1 to 7, facing the tip portion of each of the nozzle to the substrate An electrostatic suction type liquid discharge device that can be arranged as
Solution supply means for supplying a chargeable solution to each of the flow paths in the nozzle;
An electrostatic suction type liquid ejection apparatus, further comprising ejection voltage application means for applying an ejection voltage to each of the plurality of ejection electrodes.
それぞれの前記ノズル内流路の溶液が当該ノズルの先端部から凸状に盛り上がった状態を形成する凸状メニスカス形成手段を、更に備えることを特徴とする請求項11に記載の静電吸引型液体吐出装置。 The electrostatic attraction type liquid according to claim 11 , further comprising a convex meniscus forming means for forming a state in which the solution in each of the flow paths in the nozzles is raised from the tip of the nozzle. Discharge device. 前記吐出電圧印加手段は、前記凸状メニスカス形成手段がそれぞれの前記ノズル内流路の溶液が当該ノズルの先端部から凸状に盛り上がった状態を形成した時に当該吐出電極に吐出電圧を印加することを特徴とする請求項12に記載の静電吸引型液体吐出装置。 The discharge voltage applying means applies the discharge voltage to the discharge electrode when the convex meniscus forming means forms a state in which the solution in the flow path in each nozzle bulges from the tip of the nozzle. The electrostatic attraction type liquid ejection device according to claim 12 . 前記凸状メニスカス形成手段は、それぞれの前記ノズルに対応して設けられた圧電素子を有し、それぞれの前記圧電素子は変形によって当該ノズル内流路の溶液の圧力を変化させることを特徴とする請求項12又は13に記載の静電吸引型液体吐出装置。 The convex meniscus forming means has a piezoelectric element provided corresponding to each nozzle, and each piezoelectric element changes the pressure of the solution in the flow path in the nozzle by deformation. The electrostatic suction type liquid ejection device according to claim 12 or 13 . ノズル先端から溶液を帯電した液滴として吐出する複数のノズルを有するノズルプレートを製造する製造方法において、
吐出電圧を印加するための複数の吐出電極を基板上に形成し、前記複数の吐出電極全体を被覆するようにして前記基板上に感光性樹脂層を形成し、前記感光性樹脂層を露光・現像することによって、それぞれの前記吐出電極に対応させて前記感光性樹脂層を前記基板に対して立設する突出形状のノズルであってノズルの先端部の内部直径0.2μmより大きく4μm以下であるものに形成するとともに、それぞれの前記ノズル内に当該ノズルの先端部から当該吐出電極まで通ずるようにノズル内流路を形成することを特徴とするノズルプレートの製造方法。
In a manufacturing method for manufacturing a nozzle plate having a plurality of nozzles for discharging a solution as charged droplets from a nozzle tip,
A plurality of discharge electrodes for applying a discharge voltage is formed on the substrate, a photosensitive resin layer is formed on the substrate so as to cover the whole of the plurality of discharge electrodes, and the photosensitive resin layer is exposed and exposed. By developing, a nozzle having a projecting shape in which the photosensitive resin layer is erected with respect to the substrate corresponding to each discharge electrode, and the inner diameter of the tip of the nozzle is greater than 0.2 μm and less than 4 μm In addition, the nozzle plate flow path is formed in each nozzle so as to pass from the tip of the nozzle to the discharge electrode.
前記複数のノズルの形成に際して、各ノズルの形状を先端部に向かうにつれて外径が細くなる円錐台形にすることを特徴とする請求項15に記載のノズルプレートの製造方法。 16. The method of manufacturing a nozzle plate according to claim 15 , wherein when forming the plurality of nozzles, the shape of each nozzle is a frustoconical shape whose outer diameter becomes narrower toward the tip. 前記複数の吐出電極の形成に際して、前記基板にまで通じた貫通穴を各吐出電極に形成することを特徴とする請求項15又は16に記載のノズルプレートの製造方法。 Wherein the formation of the plurality of discharge electrodes, method of manufacturing a nozzle plate according to claim 15 or 16 a through hole through to the substrate and forming the respective discharge electrodes. 前記感光性樹脂層としてポジ型のものを用い、前記感光性樹脂層の露光に際して前記各貫通穴に重なる部分を深層まで感光させるとともに前記複数のノズルの間の部分を中層まで感光させることを特徴とする請求項17に記載のノズルプレートの製造方法。 A positive type is used as the photosensitive resin layer, and at the time of exposure of the photosensitive resin layer, a portion overlapping each through hole is exposed to a deep layer, and a portion between the plurality of nozzles is exposed to a middle layer. The method for manufacturing a nozzle plate according to claim 17 . 前記感光性樹脂層がフッ素含有であることを特徴とする請求項15から18の何れか一項に記載のノズルプレートの製造方法。 The method for producing a nozzle plate according to any one of claims 15 to 18 , wherein the photosensitive resin layer contains fluorine.
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