JP7021490B2 - 液体吐出ノズル - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ノズルに関する。特に、液体を連続的に吐出する液体吐出ノズルに関する。

基板等の塗布対象にマスクレスで所定のパターン等を形成するために、ノズルまたはスリットから液体を吐出して塗布対象に塗布し所定のパターンを直接描画する種々の液体塗布装置が利用されている。このような液体塗布装置としては、たとえば、ディスペンサ、インクジェット装置等が例示される。

有機ＥＬ、液晶等の表示装置、半導体装置、太陽電池、コイル、コンデンサ等の電子部品、タッチパネル等の電子装置を製造する際には、配線、電極、半田領域、接着領域、レジスト領域等の様々なパターンが基板上に形成される。これらのパターンを形成するために用いられる液体塗布装置には、当該パターンを短時間かつ高精度で形成することが求められる。

インクジェット装置は液体の吐出を精密に制御することが可能であるため、上記のパターンを形成する液体塗布装置として広く用いられている。インクジェットにより液体を塗布する場合、液体を吐出するための機構として、圧電式、加熱式、静電吸引式等が例示される。

これらの機構の中でも、静電吸引式インクジェット装置は着弾精度が高精度であることが知られている。このような静電吸引式インクジェット装置としては、たとえば、特許文献１から４に記載の静電吸引式インクジェット装置が例示される。

静電吸引式インクジェット装置では、まず、ノズルと塗布対象との間に電圧を印加して、ノズルに供給されるインクを帯電させる。ノズルの吐出口にインクのメニスカスが形成され、このメニスカスが静電吸引力により引っ張られ、メニスカスからインクの一部が分離して液滴が形成される。形成される液滴が静電吸引力により塗布対象に向かって飛翔し着弾することにより塗布される。

液滴は塗布対象に着弾した後ドット状に広がって塗布されるので、その塗布領域の大きさ（ドット径）は液滴の大きさに対応している。液滴が着弾して形成される塗布領域は、インクの塗布により形成されるパターンを構成する最小単位である。したがって、ドット径の大きさは当該パターンの形成精度に大きな影響を与える。

一方、当該パターンの形状および寸法は、用途等に応じて様々である。そのため、当該パターンの形状および寸法に応じて、塗布時にドット径を変更することが好ましい。

液滴は上述したようにメニスカスから分離して形成されるので、ドット径に影響を与える因子としては、静電吸引力の大きさ、すなわち、印加電圧の大きさ、ノズル先端部の径、ノズル先端部と塗布対象との距離等が例示される。しかしながら、ノズル先端部の径は塗布時には変更できないため、塗布時にドット径を変更する場合、印加電圧を変更する、または、ノズル先端部と塗布対象との距離を変更することが考えられる。

ところが、上記の条件を変更した場合、変更後の条件が塗布を行うための最適条件から外れてしまい、インクの吐出量が不安定になる、液滴の着弾位置がずれる等の不具合が生じることがある。そのため、塗布時において、ドット径の大きさを制御できる自由度が低いという問題があった。

一方、特許文献５には、インクを液滴として飛翔させる静電吸引式インクジェット装置とは異なる方式を有する静電吸引式インクジェット装置が開示されている。当該装置においては、ノズルの吐出口と塗布対象との間にインクの液柱が形成されるように、ノズルの吐出口からインクを連続的に吐出している。この場合には、塗布されたインクは線分として描画される。

特許第３６６１３５０号公報 特許第３３４０３７８号公報 特許第３３６７８４０号公報 特許第３９１６１８４号公報 特開２００１－８８３０６号公報

特許文献５には、塗布時に線幅を変更する場合、印加電圧を変更することおよびインクに対する圧力を変更することが記載されている。しかしながら、印加電圧を変更する場合、上述したように、線幅を制御できる自由度が低いという問題があった。

また、インクに対する圧力を変更する場合、静電吸引式インクジェット装置に対して、インクに圧力を付加するポンプ等の部材を追加する必要があり、コスト等の問題があった。

さらに、特許文献５では、静電吸引式インクジェット装置に用いるインクの電気伝導率が所定の範囲に限定されており、当該範囲を外れるインクを用いると線幅が一定にならないという問題があった。

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、塗布時に、塗布条件を変更することなく、線幅の変更が容易な液体吐出ノズルを提供することである。

本発明の態様は、
［１］液体を吐出口から塗布対象に連続的に吐出する液体吐出ノズルであって、
液体吐出ノズルの先端部が、胴部と、胴部の先端面に接続され胴部の先端面から液体の吐出方向に突出している突出部と、を有し、
突出部の先端には、液体の吐出方向に略垂直な先端面が形成されており、
吐出口の中心を通り吐出方向に平行な線を回転軸として、突出部の先端面を回転させて得られる仮想面を想定した場合に、
突出部の先端面および仮想面を、吐出方向に垂直な任意の方向から投影した時に、突出部の先端面の投影寸法の最小値が、仮想面の投影寸法の最小値よりも小さいことを特徴とする液体吐出ノズルである。

［２］液体は静電吸引力により吐出されることを特徴とする［１］に記載の液体吐出ノズルである。

［３］胴部を、吐出方向に垂直な任意の方向から投影して得られる胴部の投影形状において、吐出方向に垂直な方向における胴部の長さが、胴部の先端面から吐出方向と逆方向に向かって漸次大きくなることを特徴とする［１］または［２］に記載の液体吐出ノズルである。

［４］突出部の先端面の投影寸法の最小値をｃｍｉｎとし、仮想面の投影寸法の最小値をｄｍｉｎとすると、ｃｍｉｎが、０．２ｄｍｉｎ以上０．８ｄｍｉｎ以下であることを特徴とする［１］から［３］のいずれかに記載の液体吐出ノズルである。

［５］吐出方向における胴部の先端面と突出部の先端面との距離をｈとし、仮想面の投影寸法の最小値をｄｍｉｎとすると、ｈが、０．１ｄｍｉｎ以上であることを特徴とする［１］から［４］のいずれかに記載の液体吐出ノズルである。

図１Ａは、本実施形態に係る液体吐出ノズルの斜視図である。 図１Ｂは、図１Ａにおいて、Ｂ方向から投影した液体吐出ノズルの投影図である。 図１Ｃは、図１Ａにおいて、Ｃ方向から投影した液体吐出ノズルの投影図である。 図１Ｄは、図１Ａにおいて、Ｄ方向から投影した液体吐出ノズルの投影図である。 図２は、図１Ａにおいて、Ｚ軸方向から見た液体吐出ノズルの平面図である。 図３は、図１Ａにおいて、Ｂ方向から投影した液体吐出ノズルの投影図である。 図４Ａは、Ｙ軸方向から見た液体吐出ノズルおよび液柱を示す模式図である。 図４Ｂは、Ｘ軸方向から見た液体吐出ノズルおよび液柱を示す模式図である。 図５は、Ｙ軸方向から投影した図１Ａに示す液体吐出ノズルとは異なる外周形状を有する液体吐出ノズルの投影図である。 図６Ａは、本実施形態に係る液体塗布装置の要部断面模式図である。 図６Ｂは、図６Ａに示す液体塗布装置が、ノズルの吐出口と塗布対象との間に液柱を形成することを説明するための要部断面模式図である。 図７は、本実施形態に係る液体吐出ノズルを用いて、線幅が異なる線分を形成できることを説明するための図である。 図８は、本実施形態に係る液体吐出ノズルを用いて、線幅が異なる線分を連ねて、同一形状の領域を形成できることを説明するための図である。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき、以下の順序で詳細に説明する。
１．液体吐出ノズル
１．１．液体吐出ノズルの構成
１．２．液柱の形状
１．３．液体吐出ノズルの他の形状
２．液体塗布装置
２．１．液体塗布装置の構成
２．２．液体塗布装置の動作
３．液体塗布方法
３．１．液体
３．２．塗布工程
４．本実施形態の効果
５．変形例

（１．液体吐出ノズル）
本実施形態に係る液体吐出ノズルは、液体を塗布対象に吐出するために用いられ、液体を連続的に吐出するノズルである。本実施形態に係る液体吐出ノズルを用いて液体を塗布対象に塗布する時には、当該液体吐出ノズルの吐出面と塗布対象とが液体の液柱で繋がれるように液体が塗布対象に塗布される。本実施形態に係る液体吐出ノズルは、後述する液体塗布装置における液体吐出部を構成する。

本実施形態では、上記の液柱は帯電した液体に静電吸引力が作用することにより形成される。すなわち、本実施形態に係る液体吐出ノズルは、静電吸引力を利用して液体を吐出し塗布対象に塗布する静電吸引式液体塗布装置に好適に用いられる。

（１．１．液体吐出ノズルの構成）
図１Ａは、液体吐出ノズル１の先端部を示している。液体吐出ノズル１は、中空状である。中空部分は、吐出される液体の流路であり、先端部の吐出口３０から液体が吐出される。本実施形態では、中空部分の断面は円形状である。図１Ａでは、液体の吐出方向は矢印Ｏ（Ｚ軸負方向）で示される方向である。

液体吐出ノズル１の先端部は、胴部２０と、胴部２０の先端面に接続され胴部２０から液体の吐出方向Ｏに突出している突出部１０とを有している。本実施形態では、胴部２０の内壁面と突出部１０の内壁面とが連続し、かつ胴部２０の外壁面と突出部１０の外壁面とが連続するように、胴部２０と突出部１０とが一体に形成されている。換言すれば、図１Ａに示す先端部は、円筒の端部を、吐出方向Ｏに平行であって中空部分の中心（図１Ａでは吐出方向Ｏ）を通る面と吐出方向Ｏに垂直な面とで切り欠いた形状を有している。

本実施形態では、胴部２０の先端面は吐出方向Ｏに垂直な面であり、突出部１０は、当該先端面から突出する部分である。胴部２０の先端面は、突出部１０と接続している面と外部に露出している面とから構成される。突出部１０には先端面１０ａが形成されており、当該先端面１０ａは、吐出方向Ｏに対して略垂直な面である。先端面１０ａと先端面２０ａとは、Ｚ軸方向に段差を有している。

また、液体吐出ノズル１の吐出面は、図１Ａに示すように、突出部１０の先端面１０ａおよび段差面１０ｂと、胴部２０の先端面と、から構成される。

本実施形態では、液体吐出ノズル１の先端部において、突出部１０の先端面１０ａに対する仮想面を想定する。具体的には、当該仮想面は、吐出口３０の中心を通り、吐出方向Ｏに平行な軸を回転軸として、突出部１０を回転させて得られる面である。

図１Ａに示す液体吐出ノズル１においては、吐出口３０の中心を通り、吐出方向Ｏに平行な軸は、吐出方向Ｏを示す線と一致する。したがって、突出部１０の先端面１０ａを回転させて得られる仮想面は、図１Ａにおいて、切欠きがない円筒の端面４０となる。

このようにして得られる仮想面４０と突出部１０の先端面１０ａとを、液体の吐出方向Ｏに垂直な任意の方向（図１ＡではＸ軸およびＹ軸を含むＸＹ平面に平行な方向）から投影したときに、突出部１０の先端面１０ａの投影寸法ｃの最小値ｃｍｉｎが、仮想面４０の投影寸法ｄの最小値ｄｍｉｎよりも小さくしてある。

たとえば、図１Ａに示す液体吐出ノズル１の先端部において各投影寸法を算出すると、後述する図１Ｂから図１Ｄを参照する説明からも明らかなように、仮想面４０の投影寸法ｄは、どの投影方向から見ても同じ値を示すが、突出部１０の先端面１０ａの投影寸法ｃは、投影する方向により変化し、最小値と最大値とを有している。

図１Ａにおいて、Ｂ方向（Ｙ軸方向）から液体吐出ノズル１の先端部を投影した場合、液体吐出ノズル１の先端部の投影形状は、図１Ｂに示す形状となる。当該形状は、Ｂ方向から見た液体吐出ノズル１の先端部の側面形状と一致する。図１Ｂから明らかなように、突出部１０の先端面１０ａの投影寸法ｃは、仮想面４０の投影寸法ｄよりも小さく、ｃはｄの半分の値となる。

一方、図１Ａにおいて、Ｃ方向（Ｘ軸方向）から液体吐出ノズル１の先端部を投影した場合、液体吐出ノズル１の先端部の投影形状は、図１Ｃに示す形状となる。当該形状は、Ｃ方向から見た液体吐出ノズル１の先端部の側面形状と一致する。図１Ｃから明らかなように、突出部１０の先端面１０ａの投影寸法ｃは、仮想面４０の投影寸法ｄと同じとなる。

また、図１Ａにおいて、Ｄ方向（Ｘ軸およびＹ軸の両方に４５°傾いた方向）から液体吐出ノズル１の先端部を投影した場合、液体吐出ノズル１の先端部の投影形状は、図１Ｄに示す形状となる。当該形状は、Ｄ方向から見た液体吐出ノズル１の先端部の側面形状と一致する。図１Ｄから明らかなように、突出部１０の先端面１０ａの投影寸法ｃは、仮想面４０の投影寸法ｄよりも小さい。ただし、図１Ｂに示すＢ方向から見た突出部１０の先端面１０ａの投影寸法ｃよりは大きい。

したがって、液体吐出ノズル１の先端部の形状が図１Ａに示す形状である場合、仮想面４０の投影寸法ｄは、投影方向に依らず同じ値を示すので、ｄ＝ｄｍｉｎ＝ｄｍａｘである。一方、突出部１０の先端面１０ａの投影寸法ｃは、投影方向により変化し、Ｂ方向から投影した投影寸法ｃが最小値ｃｍｉｎとなる。また、Ｃ方向から投影した投影寸法ｃが最大値ｃｍａｘとなり、ｃｍａｘはｄと等しい。

液体吐出ノズル１の先端部において、投影寸法の最小値が上記の関係を満足することにより、同じノズルでありながら、液体の吐出条件等を変更することなく、液体が塗布されて形成される線分の線幅を容易に変更することができる。

図２は、図１Ａに示す液体吐出ノズル１を吐出方向Ｏから見た平面図である。図２において、突出部１０の先端面１０ａの投影寸法の最小値ｃｍｉｎは、突出部１０のＸ軸方向の長さに一致する。また、仮想面４０の投影寸法の最小値ｄｍｉｎは、仮想面４０の外径に一致し、どの投影方向においても同じ値となる。

本実施形態では、ｃｍｉｎは０．３ｄｍｉｎ以上０．７ｄｍｉｎ以下であることが好ましい。また、ｃｍｉｎは０．４ｄ以上であることがより好ましい。一方、ｃｍｉｎは０．６ｄ以下であることがより好ましい。ｃｍｉｎが小さすぎると、突出部１０の肉厚が非常に薄くなってしまい、突出部１０の強度が不足する傾向にある。ｃが大きすぎると、形成される線幅の差が小さくなり、線幅を変更できる範囲が狭くなる傾向にある。なお、液体吐出ノズルに形成されている液体の経路が突出部１０において外部に露出するようｃｍｉｎを設定することが好ましい。

図３は、図１Ａにおいて、Ｂ方向から見た液体吐出ノズルの先端部の側面図である。したがって、図３は、図１Ｂと等価な図である。図３において、吐出方向Ｏにおける突出部１０の先端面１０ａと、胴部２０の先端面２０ａとの距離をｈとすると、本実施形態では、ｈは０．１ｄｍｉｎ以上であることが好ましい。ｈが小さすぎると、形成される線幅の差が小さくなり、線幅を変更できる範囲が狭くなる傾向にある。

ｈの上限は、線幅を変更できるという効果の観点からは特に制限されない。しかしながら、ｈが大きすぎると、突出部１０の先端面１０ａにおいて液体がメニスカスを形成するまでに、外部に露出する液体量が多くなるため、液体の乾燥、液体のノズルからのあふれ等が生じやすくなり好ましくない。このような観点から、ｈの上限は、２．０ｄｍｉｎ程度である。

（１．２．液柱の形状）
図４Ａおよび図４Ｂは、図１Ａに示す液体吐出ノズル１が液体を塗布対象７０に吐出する様子を示している。液体吐出ノズル１から液体を吐出すると、静電吸引力により液体吐出ノズル１の吐出口において、液体のメニスカスが形成される。そして、そのメニスカスが静電吸引力によりさらに引っ張られて吐出方向に延び最終的に塗布対象７０に到達して液体の液柱ＬＣを形成する。

本実施形態では、液体吐出ノズル１の先端部が上述した形状を有することにより、特定の方向において液柱の形状を強制的に変化させ、吐出方向Ｏに垂直な方向から見た液柱の形状に異方性を持たせている。液柱の形状の異方性について図４Ａおよび図４Ｂを用いて詳細に説明する。

図４Ａは、図１Ａに示すＹ軸方向から見た液体吐出ノズル１および液柱ＬＣを示している。図４Ａに示すように、突出部１０の先端面１０ａのＸ軸方向の長さは、先端面１０ａの投影寸法の最小値ｃｍｉｎであるため、胴部２０の先端面のＸ軸方向の長さ（図４Ａでは仮想面４０の投影寸法に一致する）よりも小さいので、吐出面はＺ軸方向に段差が生じている。

このような吐出面において、胴部２０の先端面２０ａ付近に到達した液体は先端面２０ａ上に濡れ広がりメニスカスを形成しようとするものの、突出部１０の内壁面側に存在する液体は、メニスカスを形成せずに突出部１０の先端面１０ａまで移動しようとする。そのため、先端面２０ａ上に形成されようとするメニスカスは、突出部１０の先端面１０ａまで移動しようとする液体に引っ張られ突出部１０の内壁面側に移動する。

その結果、突出部１０の先端面１０ａに到達した液体のＸ軸方向の長さ（液体の幅）は、胴部２０の先端面２０ａ付近に到達した時点での液体のＸ軸方向の長さ（液体の幅）よりも小さくなる。そして、図４Ａに示すように、突出部１０の先端面１０ａに到達した液体が先端面１０ａ上に濡れ広がりメニスカスを形成して、さらに、先端面１０ａ上に形成されたメニスカスの大きさに対応する液柱ＬＣが形成される。

一方、図４Ｂは、図１Ａに示すＸ軸方向から見た液体吐出ノズル１および液柱ＬＣを示している。図４Ｂに示すように、突出部１０の先端面１０ａのＹ軸方向の長さは、先端面１０ａの投影寸法の最大値ｃｍａｘであり、胴部２０の先端面のＹ軸方向の長さ（図４Ｂでは仮想面４０の投影寸法に一致する）と同じなので、液体が胴部２０の先端面２０ａに到達してもほとんどメニスカスを形成せず、そのまま突出部１０の先端面１０ａまで移動する。そして、突出部１０の先端面１０ａに到達した液体は、先端面１０ａ上に濡れ広がりメニスカスを形成する。

図４Ｂにおいては、突出部１０の先端面１０ａに到達した液体のＹ軸方向の長さ（液体の幅）は、胴部２０の先端面２０ａ付近に到達した時点での液体のＹ軸方向の長さ（液体の幅）と同程度なので、胴部２０の先端面の径と同程度のメニスカスの大きさに対応する液柱ＬＣが形成される。

したがって、図４Ａに示すように、Ｙ軸方向から見た場合には、液柱ＬＣの幅は突出部１０の先端面１０ａの投影寸法の最小値ｃｍｉｎに対応する。一方、図４Ｂに示すように、Ｘ軸方向から見た場合には、液柱ＬＣの幅は胴部２０の先端面の径（仮想面４０の投影寸法）に対応する。すなわち、Ｙ軸方向から見た液柱ＬＣの形状と、Ｘ軸方向から見た液柱ＬＣの形状とは異なっており、吐出方向Ｏに垂直な方向から見た液柱の形状は異方性を有している。

吐出方向Ｏに垂直な方向から見た液柱の形状は異方性を有していることから、図４Ａにおいて、液体吐出ノズル１をＹ軸正負方向に掃引すると、線幅がＬＷ１である線分が形成される。

一方、図４Ｂにおいて、液体吐出ノズル１をＸ軸正負方向に掃引すると、線幅が、ＬＷ２である線分が形成される。

図１Ａに示す液体吐出ノズル１を用いることにより、Ｙ軸方向に沿って形成される線分の線幅ＬＷ１を、Ｘ軸方向に沿って形成される線分の線幅ＬＷ２よりも小さくすることができる。したがって、液体吐出ノズル１の掃引方向を変えるだけで、塗布時の塗布条件を変更することなく、液体を塗布対象に塗布して形成される線分の線幅を変更することができる。

なお、ＬＷ１は、図１Ａに示す液体吐出ノズル１により描画できる線分の線幅のほぼ最小値であり、ＬＷ２は、図１Ａに示す液体吐出ノズル１により描画できる線分の線幅のほぼ最大値である。したがって、たとえば、ＬＷ１とＬＷ２との間の線幅を有する線分を形成したい場合には、Ｘ軸またはＹ軸に対して所定の角度を有する方向に液体吐出ノズルを掃引すればよい。

（１．３．液体吐出ノズルの他の形状）
上記では、液体吐出ノズルの先端部の形状が、円筒の端部から一部が切り欠かれた形状である場合について説明したが、本実施形態では、液体吐出ノズルの先端部の形状は、上記の形状に限定されない。本実施形態では、液体吐出ノズルの先端部において、吐出方向と逆方向に向かって、少なくとも胴部の外周が漸次広がる形状であることが好ましい。

図５は、図１Ａに示す液体吐出ノズルとは異なる外周形状を有する液体吐出ノズルの胴部２０を、液体の吐出方向Ｏに垂直な方向（Ｙ軸方向）から投影して得られる胴部２０および突出部１０の投影形状を示している。なお、図５では、突出部１０は、先端面１０ａの投影寸法が最小値ｃｍｉｎとなるように胴部２０上に配置されている。また、突出部１０の外周形状は、胴部２０の先端面において、胴部２０の外周形状から連続するよう形成され、かつ吐出方向Ｏと逆方向に向かって、突出部１０の投影寸法が大きくなるように形成されている。

図５から明らかなように、胴部２０および突出部１０の外周形状は、図１Ｂに示す液体吐出ノズル１の外周形状を、吐出方向Ｏと逆方向に向かって広がるテーパー形状にしただけである。液柱の形状に異方性を与える要因（ｃｍｉｎ、ｄｍｉｎ、ｈ等）は、上述したように、液体吐出ノズルの先端部の外周形状にはほとんど影響しない。したがって、図５に示す液体吐出ノズル１に対しても、上記で説明した事項を適用することができ、同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態では、突出部１０の先端面１０ａの投影寸法と仮想面４０の投影寸法とが上述した関係を満足する限りにおいて、先端面１０ａの外周形状は特に制限されない。図１Ａおよび図５に示す液体吐出ノズル１では、先端面１０ａの外周形状は半円形状であるが、たとえば、先端面１０ａの外周が、複数の辺から構成される多角形形状であってもよい。

（２．液体塗布装置）
本実施形態に係る液体塗布装置は、静電吸引力を利用する液体塗布装置であり、液体塗布時には、液体を吐出するノズルから、液体が連続的に供給され、ノズルと塗布対象との間に液柱が形成される。したがって、静電吸引力を利用する液体塗布装置であっても、ノズルの吐出口に形成されるメニスカスから液体の一部を分離して液滴を形成し、当該液滴を塗布対象まで飛翔させて塗布する装置とは異なる。

（２．１．液体塗布装置の構成）
本実施形態では、液体塗布装置５０は、図６Ａに示すように、液体吐出部としての複数のノズル１と、電圧印加手段５２と、塗布対象が載置される支持体５３と、を備えている。ノズル１は、その吐出口３０が支持体５３および塗布対象７０に対向するように配置されている。ノズル１は、上述した本実施形態に係る液体吐出ノズル１である。

なお、図６Ａでは、液体塗布装置５０は複数のノズルを有しているが、液体塗布装置５０が有するノズルは１つでもよい。

電圧印加手段５２は、ノズル１と支持体５３とに接続されており、ノズル１と支持体５３との間に電圧を印加することができる。これにより、図示しない液体供給部からノズル内に供給された液体６０を帯電させることができる。なお、印加される電圧は数百Ｖから数千Ｖ程度の高電圧である。本実施形態では、各ノズルは並列に接続されており、各ノズルに同一の電圧を印加することができる。

また、支持体５３は、図示しない制御部からの電気信号に応じてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各方向に移動可能なテーブル５４上に保持されており、テーブル５４の移動に対応して支持体５３も移動可能とされる。なお、ノズルと塗布対象とが相対的に移動できれば、ノズルが移動してもよいし、テーブルが移動してもよい。

（２．２．液体塗布装置の動作）
液体塗布装置５０において、図示しない制御部が電気信号を電圧印加手段５２に送ると、電圧印加手段５２が当該電気信号に対応した電圧をノズル１に印加する。このような制御を行うことにより、図６Ｂに示すように、帯電した液体６０がノズル１内の流路を通ってノズル１の吐出口３０まで移動し、ノズル１の先端面上に液体６０が濡れ広がり液体６０のメニスカスが形成される。形成されたメニスカスがさらに静電吸引力により引き延ばされ、塗布対象７０（支持体または支持体上に形成された塗布体）まで延びて、ノズル１の吐出口３０と塗布対象７０とをつなぐ液柱ＬＣが形成される。この液柱ＬＣを介して、ノズル１は、液体６０を塗布対象７０に連続的に供給することができる。

液体６０の吐出と同時に、制御部は、ノズル移動部（図示省略）またはテーブル移動部（図示省略）にも電気信号を送り、ノズル１とテーブル５４との距離を一定に維持しながらノズル１またはテーブル５４をＸＹ平面上で移動させることができる。したがって、液体６０が塗布対象７０に吐出された状態でノズルとテーブルとがＸＹ平面上で相対的に移動するので、テーブル上に載置されている塗布対象７０に液体が移動方向に沿って塗布され所定のパターンが描画される。

このとき、ノズル１の先端部は、上述した形状を有しているので、ノズルの掃引方向またはテーブルの移動方向を制御することにより、描画されるパターンの線幅を所定の範囲内で自由に設定できる。

制御部が電気信号の送信を停止すると、電圧印加手段５２はノズル１に印加する電圧を０とする。その結果、液体６０に静電吸引力が作用しなくなるので、液柱ＬＣを構成している液体６０は表面張力の効果により塗布対象７０から離れノズル１の吐出面に形成されているメニスカスに引き戻され、塗布対象７０への塗布が終了する。この一連の動作により、塗布対象７０に対し所定のパターンを形成することができる。

本実施形態に係る液体塗布装置では、液体を帯電させ、帯電した液体の吐出開始および吐出停止を静電吸引力により制御しているため、電圧印加に対して、液体の吐出開始および吐出停止が非常に速くかつ精度よく応答する。したがって、電圧を印加すると、直ちに液体が塗布対象に吐出され、電圧印加を停止すると、液だれ等を生じることなく、直ちに液体の吐出が停止するので、所定のパターンを繰り返し再現性よく描画できる。

ノズルの吐出口と塗布対象との距離は、ノズル１の先端部の形状、液体の成分および粘度、印加電圧等を考慮して、適宜設定すればよい。

本実施形態では、上述したように、ノズル１の先端部の形状を特定の形状とすることにより、液体がメニスカスから引き出されて形成される液柱の形状を強制的に変化させている。したがって、その変化させた形状を維持できる程度の距離に設定することが好ましい。

当該距離が長すぎると、塗布対象に到達した時点での液柱の形状が、液体の表面張力により、メニスカスから引き出された直後の液柱の形状から変化し、円柱状に近くなる傾向にある。

また、本実施形態では、液体塗布装置が備える複数のノズルに同一の電圧を印加することができる。このようにすることにより、同一のパターンを同時に形成することができる。この場合、複数のノズルに電圧を印加する電源は１つでよく、複数のノズルに同時に異なる電圧を印加して同時に異なるパターンを形成するように電圧印加手段を構成する必要はない。また、同一パターンを形成する複数のノズルには同じ電圧が印加されているため、近接しているノズル間の絶縁処理は必要ない。その結果、本実施形態に係る液体塗布装置の構成を簡易な構成にすることができる。

さらに、液体塗布装置は、複数の液体を用いて、塗布対象に塗布することができる。この場合には、液体吐出部を、用いる液体の数に応じて、複数のノズルを構成すればよい。たとえば、液体吐出部を、第１の液体が供給された複数のノズルを備える第１のヘッド部と、第２の液体が供給された複数のノズルを備える第２のヘッド部とから構成することができる。

（３．液体の塗布方法）
本実施形態に係る液体の塗布方法は、上記の静電吸引力を利用する液体塗布装置を用いて液体を塗布する方法である。

（３．１．液体）
本実施形態に係る液体の塗布方法において塗布される液体は、静電吸引力により塗布対象に塗布可能な液体であれば特に制限されない。本実施形態では、当該液体は、機能性粒子と溶媒とを含み、機能性粒子が溶媒中に分散しているインクであることが好ましい。

機能性粒子は、形成されたパターンにおいて、所定の電気的性質、所定の光学的性質、所定の磁気的性質等の所定の性質を示す材料または当該材料となる化合物等から構成される。本実施形態では、金属材料、セラミックス材料等が例示される。また、機能性粒子の粒子径も、形成するパターンの用途等に応じて適宜選択することができる。

溶媒は、機能性粒子を分散可能な溶媒であれば、特に制限されず、公知の水系溶媒、有機溶媒等が例示される。

また、当該インクは、パターンを強固に形成するために樹脂成分を含んでもよい。また、当該インクは、上記した成分以外の成分（分散剤、可塑剤等）を含んでもよい。

（３．２．塗布工程）
続いて、本実施形態に係る液体の塗布方法における塗布工程では、上記の液体塗布装置を用いて、上記の液体を支持体上または支持体上に形成された塗布体に塗布して所定のパターンを描画する。以下、塗布工程について詳細に説明する。

本工程では、液体塗布装置に備えられたノズルとして、図１Ａに示す液体吐出ノズルを用いる。当該液体吐出ノズルは、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、支持体に対して、ノズルの吐出口３０が対向するように配置されている。また、Ｙ軸方向から投影した突出部１０の先端面１０ａの投影寸法が最小値ｃｍｉｎとなり、Ｘ軸方向から投影した突出部１０の先端面１０ａの投影寸法が最大値ｃｍａｘとなるように配置されている。なお、図４Ａおよび図４Ｂでは、ノズルの先端部以外の液体塗布装置の図示は省略している。

また、図４Ａおよび図４Ｂは、ノズル内に供給されている液体に電圧を印加して帯電させ、静電吸引力により、メニスカスから引き出された液柱が塗布対象７０まで達した状態を示している。

この図４Ａおよび図４Ｂにおいて、突出部の先端面の投影寸法と、当該先端面の仮想面の投影寸法とが上述した関係を有しているので、Ｙ軸方向から見た液柱の幅ＬＷ１（Ｘ軸方向の長さ）は、Ｘ軸方向から見た液柱の幅ＬＷ２（Ｙ軸方向の長さ）よりも小さくなっている。

図４Ａおよび図４Ｂに示すノズルと塗布対象７０とがＹ軸方向に相対移動するように、ノズル１を掃引またはテーブルを移動させると、図７に示すように、Ｙ軸方向に沿って、線幅がＬＷ１である線分Ｌ１が描画される。一方、ノズルと塗布対象とがＸ軸方向に相対移動するように、ノズルを掃引またはテーブルを移動させると、図７に示すように、Ｘ軸方向に沿って、線幅がＬＷ２である線Ｌ２が描画される。

したがって、同じノズルを用いていながら、線幅が異なる線分を描画することができる。しかも、液体の塗布条件を変更することなく、形成される線分の線幅を変えることができるので、線幅が異なる線分であっても描画安定性を維持しながら描画できる。

また、線分Ｌ１を所定の長さで線分Ｌ１同士が連なるように、Ｙ軸方向に平行な方向に所定の回数で繰り返し形成することにより、線分Ｌ１が連なって形成され所定の面積を有する矩形状領域Ｓ１を形成することができる。同様に、線分Ｌ２を所定の長さで線分Ｌ２同士が連なるように、Ｘ軸方向に平行な方向に所定の回数で繰り返し形成することにより、線分Ｌ２が連なって形成され所定の面積を有する矩形状領域Ｓ２を形成することができる。

ここで、線分Ｌ１の形成長さおよび線分Ｌ２の形成長さと、線分Ｌ１を形成する回数および線分Ｌ２を形成する回数とを調整することにより、矩形状領域Ｓ１と、矩形状領域Ｓ２と、を同一形状とすることができる。

すなわち、図８に示すように、矩形状領域Ｓ１のＹ軸方向の長さ（線分Ｌ１の形成長さａ１）と、矩形状領域Ｓ２のＹ軸方向の長さ（線分Ｌ２が幅方向に連なって形成される長さｂ２）と、が同じ長さであり、矩形状領域Ｓ１のＸ軸方向の長さ（線分Ｌ１が幅方向に連なって形成される長さｂ１）と、矩形状領域Ｓ２のＸ軸方向の長さ（線分Ｌ２の形成長さａ２）と、が同じ長さである。

たとえば、矩形状領域の寸法が大きく、形成精度がそれほど求められない場合には、線幅が広い線分Ｌ２を連ねて矩形状領域Ｓ２を形成することにより、線幅が狭い線分Ｌ１を連ねて矩形状領域Ｓ１を形成するよりも短時間で、矩形状領域Ｓ１と同形状の矩形状領域Ｓ２を形成することができる。したがって、所定のパターンを描画する際の生産性を向上させることができる。

一方、矩形状領域の寸法が小さく、形成精度が求められる場合には、線幅が狭い線分Ｌ１を連ねて矩形状領域Ｓ１を形成することにより、矩形状領域Ｓ２に比べて、矩形状領域Ｓ１を高解像度で精度よく形成することができる。

すなわち、本実施形態に係る液体吐出ノズルを備えた液体塗布装置を用いることにより、描画されるパターンの寸法および形成精度に応じて、当該パターンを形成する際の線幅を柔軟に変更することができるので、生産性と形成精度とを両立することができる。

（４．本実施形態における効果）
上記の（１）から（３）において説明した本実施形態では、上述した形状を有する液体吐出ノズルを備える液体塗布装置を用いて、ノズルの吐出口と塗布対象とを繋ぐ液柱を形成しながら塗布対象への液体の塗布を行っている。

本実施形態に係る液体吐出ノズルは、上述した形状を有することにより、当該ノズルの掃引方向において、液柱の幅を変化させることができる。液柱の幅は、液体の塗布により形成される線分の線幅に対応している。

したがって、液柱の幅を変化させることにより、ノズルの掃引方向に応じて、形成される線分の線幅を変化させることができる。しかも、液体の塗布条件（液体の成分、粘度、印加電圧、吐出口と塗布対象との距離等）を変更することなく、単にノズルの掃引方向を変えるだけで、線幅を所定の範囲内で自由に制御できる。

すなわち、形成される線分の品質は、線幅が異なっていても同じであり、優れた描画安定性を確保することができる。

また、形成される線分の線幅が大きい場合には、線幅が小さい場合に比べて、所定の面積を有するパターンをより短時間で形成することができる。これに対して、微少なパターンを形成する場合には、線幅が小さい線分により形成することで、線幅が大きい線分により形成する場合に比べて、微少なパターンの形成精度を高めることができる。

したがって、形成するパターンに応じて、線幅を変化させることにより、当該パターンの形成速度と形成精度とを両立することができる。

（５．変形例）
上述した実施形態では、液体吐出ノズルは、静電吸引力を利用する液体塗布装置に用いられるノズルである。しかしながら、静電吸引力を利用する液体塗布装置に限定されず、たとえば、空圧ディスペンサに用いられる液体吐出ノズルであってもよい。この場合には、ノズル内の液体の移動が圧力により生じること以外は、上述した実施形態での説明を適用することができ、同様の効果を得ることができる。

また、上述した実施形態では、突出部１０の先端面１０ａと、胴部２０の露出した先端面２０ａとの間に段差が形成されている構成を採用している。しかしながら、突出部１０の段差面１０ｂを吐出方向Ｏに対して所定の角度で形成することにより、胴部２０の先端面の全体が突出部１０に接続される構成であってもよい。この場合、段差面１０ｂは平面であってもよいし、曲面であってもよい。

また、上述した実施形態では、突出部１０の先端面１０ａは平面で構成されている。しかしながら、液体が先端面１０ａ上に濡れ広がってメニスカスを形成できる限りにおいて、突出部１０の先端面１０ａが曲面で構成されていてもよい。

また、上述した実施形態では、線幅の広い線分はＸ軸方向に沿って形成され、線幅の狭い線分はＹ軸方向に沿って形成されている。しかしながら、一方の線分を形成した後、ノズルまたはテーブルをＺ軸に対して所定の角度で回転させてから、他方の線分を形成することにより、線幅の大きい線分と線幅の小さい線分とを同一方向に沿って形成してもよい。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の範囲内において種々の態様で改変しても良い。

以下、実施例を用いて、発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実験例１）
液体吐出ノズルとして、図１Ａに示すノズルを用いた。当該ノズルにおいて、突出部の先端面の投影寸法の最小値ｃｍｉｎおよび仮想面の投影寸法の最小値ｄｍｉｎは表１に示す値であった。

これらのノズルを備える液体塗布装置に、セラミック粒子が分散したインクを充填し、ノズル内に供給した。液体塗布装置において、ノズルと支持体との間に、実施例１および３では、１０００Ｖの電圧を印加し、実施例２では、５００Ｖの電圧を印加して、ノズルと支持体とを繋ぐ液柱を形成した。液柱が形成されている状態で、突出部の先端面の投影寸法が最小値を示す投影方向（図１ＡにおけるＢ方向）と、当該投影寸法が最大値を示す投影方向（図１ＡにおけるＣ方向）とにそれぞれノズルを掃引して、支持体上に線分を形成し、その線幅を測定した。結果を表１に示す。

表１より、ノズル先端部の形状を上述した形状とすることにより、塗布条件を変更することなく、ノズルの掃引方向を変えるだけで、形成される線幅の差を大きくできることが確認できた。

１… 液体吐出ノズル
１０… 突出部
１０ａ… 先端面
１０ｂ… 段差面
２０… 胴部
２０ａ… 外部に露出している先端面
５０… 吐出装置
１… ノズル
５２… 電圧印加手段
５３… 支持体
５４… テーブル
６０… インク
７０… 塗布対象

Claims (4)

1. 液体を吐出口から塗布対象に連続的に吐出する液体吐出ノズルであって、
   前記液体は静電吸引力により吐出され、
   前記液体吐出ノズルの先端部が、胴部と、前記胴部の先端面に接続され前記胴部の前記先端面から前記液体の吐出方向に突出している突出部と、を有し、
   前記突出部の先端には、前記液体の吐出方向に略垂直な先端面が形成されており、
   前記吐出口の中心を通り前記吐出方向に平行な線を回転軸として、前記突出部の前記先端面を回転させて得られる仮想面を想定した場合に、
   前記突出部の先端面および前記仮想面を、前記吐出方向に垂直な任意の方向から投影した時に、前記突出部の先端面の投影寸法の最小値をｃｍｉｎとし、前記仮想面の投影寸法の最小値をｄｍｉｎとすると、前記ｃｍｉｎが、０．２ｄｍｉｎ以上０．８ｄｍｉｎ以下であり、
   前記吐出方向における前記胴部の前記先端面と前記突出部の前記先端面との距離をｈとし、前記仮想面の投影寸法の最小値をｄｍｉｎとすると、前記ｈが、０．１ｄｍｉｎ以上であることを特徴とする液体吐出ノズル。
2. 前記突出部に、前記液体の吐出方向に平行な段差面が形成されている請求項１に記載の液体吐出ノズル。
3. 前記胴部を、前記吐出方向に垂直な任意の方向から投影して得られる前記胴部の投影形状において、前記吐出方向に垂直な方向における前記胴部の長さが、前記胴部の前記先端面から前記吐出方向と逆方向に向かって漸次大きくなることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ノズル。
4. 前記回転軸の方向から見たときに、前記仮想面と、前記胴部の前記先端面とが重複する請求項１から３のいずれかに記載の液体吐出ノズル。

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