JP4407686B2 - 液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法、および液滴吐出装置 - Google Patents
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Description
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドでは、前記本体部の前記吐出孔側は、前記貫通部内に配置されていることが望ましい。
この構成によれば、液滴の吐出方向のぶれを抑えたり、或いは、貫通部内の容積の変化を調整したりすることができ、吐出安定性を向上させることができる。
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、液滴吐出ヘッドを形成するための液滴吐出ヘッドの製造方法であって、前記貫通部は、金属材料からなる前記ノズルプレートに対して、前記貫通部の形状を有するポンチを用いたプレス加工によって形成され、前記液体誘導部は、ドライエッチング法、光造形法、またはイオンビーム成型法によって形成されることを特徴とする。
金属材料のプレス加工によれば、凹部から吐出孔にかけての切削加工に比べて、スムーズな形状を得ることができる。また、液体誘導部の形状もいずれかの加工法によって、貫通部の形状に沿ったものとすることができる。
以下、第1の実施形態として、テーパー形状部として擂鉢状の形状の開口径が小さい側に円柱状の形状を有するノズルプレートを用いる場合の概略配置、およびノズルプレートの形成方法を図面を用いて説明する。図1(A)は擂鉢形状(円錐形状の尖鋭形状部を除去した形状)を有する擂鉢形状部と、擂鉢形状部の細い部分と接続された円柱部からなり、軸対称パターンを有するノズルプレートの平面図、図1(B)は図1(A)のA−A線断面図である。図2(A)は軸対称パターンを有する液滴誘導部の平面図、図2(B)は図2(A)のA−A線断面図である。図3(A)は、ノズルプレートと液滴誘導部を重ね合わせて形成された液滴吐出ヘッドの吐出部の平面図、図3(B)は図3(A)のA−A線断面図である。
液滴誘導部13の先端が擂鉢形状部11に位置することで、液滴吐出を行う場合に、液滴が液滴誘導部13の先端で千切れて吐出される。先端で千切れるため、液滴誘導部13の形状の影響は吐出を行う場合には緩和され、液滴は液滴誘導部13によって吐出すべき位置に配置されるため、高い直進性を持って吐出される。そのため、液滴の吐出方向のぶれを抑えることができる。
以下、第2の実施形態として、2つの半径を持つ円柱部をノズルプレートに用いる例について図面を用いて説明する。図5(A)は第1円柱部と、第1円柱部と比べ半径が小さい第2円柱部とを組合せてなり、軸対称パターンを有するノズルプレートの平面図、図5(B)は図5(A)のA−A線断面図である。図6(A)は軸対称パターンを有する液滴誘導部の平面図、図6(B)は図6(A)のA−A線断面図である。図7(A)は、ノズルプレートと液滴誘導部を重ね合わせて形成された液滴吐出ヘッドを構成する吐出部の平面図、図7(B)は図7(A)のA−A線断面図である。
次に、図8(B)に示すようにフォトレジスト層36を除去し、改めてフォトレジスト層37を形成し、第1円柱部31に対応する領域のエッチングを行うことで形成できる。ここで、第1円柱部31と第2円柱部32の形成順序はこの順序に従う必要はなく、第1円柱部31から形成しても良い。また、第1円柱部31を形成する面と反対側の面から第2円柱部32を形成しても良い。
第1円柱部31と第2円柱部32との容積差、或いは接続部の段差に起因して気泡の発生、溜まりなどが生じる恐れがあり、吐出安定性に問題がある。液滴誘導部33の先端が第1円柱部31に位置することで容積差を小さくすることができ、メニスカス位置の変化を滑らかに制御することができるため、吐出性能及び連続吐出性能を向上させることができる。また、第1円柱部31内に膨部を設けた構造を用いる場合、第1円柱部31と第2円柱部32との容積差を抑制するとともに、液滴の吐出方向に向かってテーパー状の形状を有するため、吐出方向をより安定化することができる。
以下、第3の実施形態について説明する。本実施形態では、液滴吐出ヘッドの特徴的な製造方法を説明する前に、液滴吐出方法で配線パターンを形成するときに用いられる配線材料、液滴吐出方法、配線材料の硬化処理方法、について順次説明する。
液滴吐出方法で配線パターンを形成するときの配線材料は、導電性微粒子を分散媒に分散させた分散液が用いられる。本実施形態では、導電性微粒子として、例えば、金、銀、銅、鉄、クロム、マンガン、モリブデン、チタン、パラジウム、タングステンおよびニッケルのうちのいずれかを含有する金属微粒子の他、これらの酸化物、並びに導電性ポリマーや超電導体の微粒子などが用いられる。これらの導電性微粒子は、分散性を向上させるために表面に有機物などをコーティングして使うこともできる。導電性微粒子の粒径は1nm以上0.1μm以下であることが好ましい。0.1μm以下とすることで液滴吐出ヘッドの吐出部の目詰まり発生を防ぐことができる。また、1nm以上とすることで、導電性微粒子に対するコーティング剤の体積比を適切な範囲に抑えられるので、得られる膜中の有機物の割合を適切な範囲で抑えることができる。
液滴吐出方法の吐出技術としては、オンデマンドで微細なパターンが形成可能なインクジェット法を用いることが好ましい。インクジェット法としては、電気機械変換方式、静電駆動方式等が挙げられる。電気機械変換方式は、ピエゾ素子(圧電素子)がパルス的な電気信号を受けて変形する性質を利用したもので、ピエゾ素子が変形することによって材料を貯留した空間に可撓物質を介して圧力を与え、この空間から材料を押し出して吐出部から吐出させるものである。また、静電駆動方式は、静電気の吸引反発力を用いて材料を貯留した空間に可撓物質を介して圧力を与え、この空間から材料を押し出して吐出部から吐出させるものである。なお、この他、液滴吐出方式としては、ヒーターを用いるサーマル方式を用いることができる。
配線材料の硬化処理方法は、焼成処理とも呼ばれ、通常大気中で行なわれるが、必要に応じて、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気中、または水素などの還元雰囲気中で行うこともできる。焼成処理の処理温度は、分散媒の沸点(蒸気圧)、雰囲気ガスの種類や圧力、微粒子の分散性や酸化性等の熱的挙動、コーティング材の有無や量、基材の耐熱温度などを考慮して適宜決定される。本実施形態では、配線材料に対して、大気中クリーンオーブンにて200℃で約60分間の焼成処理を行った。以上により配線層(図示省略)を形成することができ、微粒子間の電気的接触が確保される。
以下、第4の実施形態として液滴誘導部のドライエッチング法による製造方法について図面を用いて説明する。図9(A)〜図12(A)は液滴誘導部の製造工程を示す平面図、図9(B)〜図12(B)はそれぞれの平面図に対応するA−A線断面図である。
以下、第5の実施形態として、液滴誘導部を光造形法またはイオンビーム法による製造方法について図面を用いて説明する。図13(A)〜図13(D)は液滴吐出ヘッドを構成する吐出部に用いられる液滴誘導部が複雑な形状を有する場合に対応させるために、光造形技術を用いて製造する工程を示す工程断面図である。本実施形態では、膨部を有する膨部を有する形形状を有する液滴誘導部52(図13(D)参照)を形成している。
以下、第6の実施形態として、液滴吐出装置に搭載される液滴吐出ヘッドの構造について図面を用いて説明する。図14は液滴吐出ヘッドを含む構造の主要部を示す図であり、図14(A)は、模式斜視図、図14(B)は、模式断面図である。
次に、第7の実施形態として液滴吐出装置の構成について説明する。図16は、液滴吐出装置100の斜視図である。図16において、X方向はベース101の左右方向であり、Y方向は前後方向であり、Z方向は上下方向である。液滴吐出装置100は、液滴吐出ヘッド80と、基板Pとを載置するテーブル103とを主として構成されている。なお、液滴吐出装置100の動作は、制御装置110により制御されるように構成されている。
第1の実施形態では、貫通部の一部として図1(A)、図1(B)に記載した擂鉢形状部11と円柱部12から成る形状の例について説明している。また、第2の実施形態では、貫通部の一部として図5(A)、図5(B)に記載の第1円柱部31と第2円柱部32を用いた形状を有するものについて説明している。これらの説明は一例を挙げたものであり、形状をこれらの例に限定するものではない。
第1の実施形態および第2の実施形態では、液滴誘導部に円錐形状や円柱形状を有するものについて説明したが、これは別の形状、例えば円錐形状の頂部を除いた擂鉢形状を用いても良い。また、正多角形を含む多角形の角錐や、星型の錘状、楕円の錘、或いはこれらの錘形状の頂部を落とした形状を有するものを用いても良い。また円柱、正多角形を含む多角形の柱、星型の柱、楕円の柱等の形状や、膨部を有する形状を用いても良い。また、必ずしも軸対称パターンである必要はなく、回転に対し対称軸を有さないパターンを用いることも可能である。この場合、液滴が吐出される場合に液滴誘導部の定まった位置から液滴が剥れるため、着弾位置の再現性を向上することができる。また、液滴誘導部に上記した形状に加えて均一あるいは不均一な溝を形成したものを用いても良い。溝を設けた場合には、液滴の剥離性が向上し、より高い直進性を持って液滴を吐出することが可能となる。
第4の実施形態では、ドライエッチング法により円錐状の尖鋭形状を有するパターンや、円柱形状を有する軸対称パターンを形成する液滴誘導物を形成する製造方法について説明したが、このドライエッチング法を用いることで、異なるパターンを形成することが可能である。例えば、工程2で用いられるフォトレジスト層42の平面形状を変えることで、例えば正多角形を含む多角形や、星型、楕円形等を有する錘状、または錘状の頂部を切り落とした形状を得ることができる。さらには、フォトレジスト層42の形状を回転に対し非対称なパターンを用いることで、回転に対し非対称な錘状パターンを用いることも可能である。
上記した液滴誘導部を支える第1脚部、第2脚部として主として3本の梁を用いて支える例について説明したが、これは梁の数を3本に限定する意図ではなく、異なる梁の数で液滴誘導部を支えることができる。例えば、1〜2本の梁を用いても良く、4本以上の梁を用いても良い。また、第1脚部、第2脚部は梁の形状に限定されることはなく、例えば平板形状に液滴の透過用孔部を設けた形状を用いても良い。
Claims (14)
- 液体を供給する圧力室と、
前記圧力室に対向するとともに、前記液体を液滴として吐出する貫通部が形成されたノズルプレートと、
前記圧力室と前記貫通部との間に介在する液体誘導部と、
を備え、
前記液体誘導部は、前記貫通部に少なくとも一部が挿入される本体部、および該本体部を支える脚部を有し、
前記脚部は、前記ノズルプレートの前記圧力室側の表面に配置されるとともに、
前記本体部は、前記貫通部の内壁に接しないように配置されてなり、
前記貫通部には、前記本体部が挿入される凹部と、該凹部に挿入された前記本体部との間隙を流動してきた前記液体を吐出するための略円柱形状の吐出孔と、が設けられていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 前記脚部は、3本以上の梁からなり、
各前記梁の一方の端部は、前記本体部に接続され、
各前記梁の他方の端部は、前記ノズルプレートの前記圧力室側の表面に固定され、
前記液体は、前記梁の間を流動することを特徴とする請求項1に記載の液滴吐出ヘッド。 - 前記脚部には、各前記梁の前記他方の端部を結ぶ円形部がさらに設けられていることを特徴とする請求項2に記載の液滴吐出ヘッド。
- 前記円形部の直径は、前記凹部の前記圧力室側の開口部の直径よりも大きいことを特徴とする請求項3に記載の液滴吐出ヘッド。
- 液体を供給する圧力室と、
前記圧力室に対向するとともに、前記液体を液滴として吐出する貫通部が形成されたノズルプレートと、
前記圧力室と前記貫通部との間に介在する液体誘導部と、
を備え、
前記圧力室は、前記液体を収納するための収納部と、該収納部を形成する側壁および天壁とを有し、
前記液体誘導部は、前記貫通部に少なくとも一部が挿入される本体部、および該本体部を支える脚部を有し、
前記貫通部には、前記本体部が挿入される凹部と、該凹部に挿入された前記本体部との間隙を流動してきた前記液体を吐出するための略円柱形状の吐出孔と、が設けられ、
前記本体部は、前記貫通部の内壁に接しないように配置されるとともに、前記圧力室側に延長した形状を有し、
前記延長した形状の端部を前記脚部とするとともに、該脚部は、前記貫通部と対向する前記圧力室の前記天壁に固定されてなり、
前記天壁は、前記圧力室の容量を変化させる振動板であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 液体を供給する圧力室と、
前記圧力室に対向するとともに、前記液体を液滴として吐出する貫通部が形成されたノズルプレートと、
前記圧力室と前記貫通部との間に介在する液体誘導部と、
を備え、
前記液体誘導部は、前記貫通部に少なくとも一部が挿入される本体部、および該本体部を支える脚部を有し、
前記本体部は、前記貫通部の内壁に接しないように配置されてなり、
前記貫通部には、前記本体部が挿入される凹部と、該凹部に挿入された前記本体部との間隙を流動してきた前記液体を吐出するための略円柱形状の吐出孔と、が設けられ、
前記脚部は、前記圧力室に配置された3本以上の梁からなり、
各前記梁の一方の端部は、前記本体部に接続され、
各前記梁の他方の端部は、前記圧力室の側壁に固定され、
前記液体は、前記梁の間を流動することを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 前記凹部の断面形状は、前記圧力室側における開口部よりも、前記吐出孔側に向かうに沿って狭くなることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
- 前記凹部における前記吐出孔側の形状は、前記吐出孔の形状と略一致していることを特徴とする請求項7に記載の液滴吐出ヘッド。
- 平面視における前記吐出孔の中心からの垂線を軸としたときに、
前記本体部は、前記軸を軸とする軸対称パターンを備えた回転体であり、前記本体部の先端が前記軸上に位置することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。 - 前記凹部は、前記軸を軸とする軸対称パターンを備えた回転体であり、
前記本体部と前記凹部との間隙が略均一であることを特徴とする請求項9に記載の液滴吐出ヘッド。 - 前記本体部の断面形状は、前記圧力室側よりも前記吐出孔側に向かうに沿って太くなる部分を含むことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
- 前記本体部の前記吐出孔側は、前記貫通部内に配置されていることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
- 請求項1乃至12のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドを形成するための液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
前記貫通部は、金属材料からなる前記ノズルプレートに対して、前記貫通部の形状を有するポンチを用いたプレス加工によって形成され、
前記液体誘導部は、ドライエッチング法、光造形法、またはイオンビーム成型法によって形成されることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 - 請求項1乃至12のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴とする液滴吐出装置。
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