KR100784590B1 - 정전 흡인형 유체 제트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 정전 흡인형 유체 제트 장치는, 노즐(4)이 종래의 유체로서의 잉크(2)의 정전 흡인 과정에 있어서, 형성되는 테일러 콘 형상의 선단부와 동등한 메니스커스에 상당하는 형상으로 형성된 장치이다. 노즐(4)의 잉크 토출 구멍(4b)의 직경이 상기 메니스커스(14)의 잉크 토출 직전의 선단부의 직경과 거의 동등하면서도 토출 직후의 잉크(2)의 액적 직경과 동등 이하로 설정된다. 이에 따라, 고해상도화와 안전성 모두를 만족시키는 것이 가능하여, 범용성이 높은 기록 장치를 실용화할 수 있는 정전 흡인형 유체 제트 장치를 제공할 수 있다.

정전 흡인형, 유체 제트 장치, 잉크젯 헤드, 잉크 토출, 미소 액적의 토출 방법, 메니스커스, 도전성 유체

Description

정전 흡인형 유체 제트 장치 {ELECTROSTATIC SUCTION TYPE FLUID JETTINT DEVICE}

본 발명은 잉크 등의 유체를 대전시켜 정전 흡인함으로써, 대상물상에 유체를 토출하는 정전 흡인형 유체 제트 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 잉크 등의 유체를 대상물(기록 매체)상에 토출하는 유체 제트 방식에는 여러가지의 방식이 있다. 여기에서는, 유체로서 잉크를 이용한 잉크젯 방식에 대해 설명한다.

온 디멘드 타입의 잉크젯 방식으로서는 압전 현상을 이용한 피에조 방식, 잉크의 막비등 현상을 이용한 서멀 방식, 정전기 현상을 이용한 정전 흡인 방식 등이 개발되어 있으며, 특히 최근, 고해상도의 잉크젯 방식의 요구가 강해지고 있다. 고해상도의 잉크젯 기록을 실현하기 위해서는, 토출한 잉크 액적의 미소화가 불가피하다.

여기에서, 노즐로부터 토출한 잉크 액적이 기록 매체에 착탄(着彈)할 때까지의 거동은,

으로 표시되는 운동 방정식((1)식)에 의해 나타낼 수 있다.

상기 ρink는 잉크의 체적 밀도, V는 액적 체적, V는 액적 속도, Cd는 항력 계수, ρair는 공기의 밀도, d는 잉크 액적 반경이며, Cd는,

로 표시되는 (2)식에 의해 나타낼 수 있다.

상기 Re는 레이놀즈수이며, η를 공기의 점도로 하여,

로 표시되는 (3)식에 의해 나타낼 수 있다.

상기 (1)식의 좌변의 잉크 액적의 운동 에너지에 관계되는 액적 반경의 영향이, 공기의 점성 저항에 관계되는 액적 반경의 영향보다 크다. 이 때문에, 동일한 속도인 경우, 액적이 작아지면 작아질수록 액적 속도의 감속이 빨라, 소정의 거리 떨어진 기록 매체에 도달할 수 없거나, 도달하더라도 착탄 정밀도가 나쁘게 되어 버린다.

이를 방지하기 위해서는, 액적의 토출 초속도를 크게, 즉 단위 체적당의 토출 에너지를 크게 할 필요가 있다.

그러나, 종래의 피에조 방식 및 서멀 방식의 잉크젯 헤드에서는 토출 액적의 미소화, 즉 토출 액적의 단위 체적당의 토출 에너지를 크게 한 경우에 이하에 나타내는 문제점을 갖고 있어, 토출 액적량 1pl 이하, 즉 액적의 직경(이하, 액적 직경이라 한다)을 φ10㎛ 이하로 하는 것이 특히 어려웠다.

문제점 (A): 피에조 방식의 잉크젯 헤드의 토출 에너지는, 구동하는 압전 소자의 변위량 및 발생 압력과 관련되어 있다. 이 압전 소자의 변위량은 잉크 토출량, 즉 잉크 액적 사이즈와 밀접하게 관련되어, 액적 사이즈를 작게 하기 위해서는 변위량도 작게 할 필요가 있어, 토출 액적의 단위 체적당의 토출 에너지의 향상이 곤란한 점.

문제점 (B): 서멀 방식의 잉크젯 헤드에서는 잉크의 막비등 현상을 이용하고 있기 때문에, 버블 형성시의 압력은 물리적인 한계가 있어, 가열 소자의 면적에 의해 거의 토출 에너지는 정해져 버린다. 이 가열 소자의 면적은 발생 버블의 체적, 즉 잉크 토출량과 거의 비례한다. 이 때문에, 잉크 액적 사이즈를 작게 하면, 발생 버블의 체적이 작아져, 토출 에너지는 작아지므로, 잉크의 토출 액적의 단위 체적당의 토출 에너지의 향상이 곤란한 점.

문제점 (C): 피에조 방식 및 서멀 방식 모두 구동(가열) 소자의 구동량이 토출량에 밀접하게 관련되기 때문에, 특히 미소한 액적 사이즈를 토출하는 경우, 그 불균일을 억제하는 것이 매우 어려운 점.

따라서, 상기의 각 문제점을 해소하기 위한 방식으로서, 정전 흡인 방식에 의한 미소 액적의 토출 방법의 개발이 행해지고 있다.

정전 흡인 방식에서는, 노즐로부터 토출한 잉크 액적의 운동 방정식은, 이하의 (4)식으로 표시된다.

여기에서, q는 액적의 전하량, E는 주위의 전계 강도이다.

상기 (4)식으로부터, 정전 흡인 방식에서는, 토출된 액적은 토출 에너지와는 별도로 비상(飛翔)중에도 정전력을 받기 때문에, 단위 체적당의 토출 에너지를 경감할 수 있어, 미소 액적의 토출로의 적용이 가능해진다.

이와 같은 정전 흡인 방식의 잉크젯 장치(이하, 정전 흡인형 잉크젯 장치라고 한다)로서, 예를 들면 특허 문헌 1(일본 특허공개 평8-238774호 공보(공개일: 1996년 9월 17일))에는, 노즐보다 내부에 전압 인가용의 전극을 설치한 잉크젯 장치가 개시되어 있다. 또한, 특허 문헌 2(일본 특허공개 2000-127410 공보(공개일: 2000년 5월 9일))에는, 노즐을 슬릿으로 하고 노즐보다 돌출한 침전극을 설치하여, 미립자를 포함하는 잉크를 토출하는 잉크젯 장치가 개시되어 있다.

상기 특허 문헌 1에 개시된 잉크젯 장치에 대해, 도 17을 참조하면서 이하에 설명한다. 도 17은 잉크젯 장치의 단면 모식도이다.

도 17에 있어서, 참조 번호 101은 잉크 분사실, 102는 잉크, 103은 잉크실, 104는 노즐 구멍, 105는 잉크 탱크, 106은 잉크 공급로, 107은 회전 롤러, 108은 피기록 매체, 110은 제어 소자부, 111은 프로세스 제어부를 나타내고 있다.

또한, 참조 번호 114는 잉크 분사실(101)의 잉크실(103)측에 배치된 정전계 인가용 전극부, 115는 회전 롤러(107)에 설치된 금속 드럼인 대향 전극부, 116은 대향 전극부(115)에 수천V의 부전압을 인가하는 바이어스 전원부이다. 117은 정전계 인가용 전극부(114)에 수백V의 고전압을 공급하는 고압 전원부, 118은 접지부이다.

여기에서, 정전계 인가용 전극부(114)와 대향 전극부(115)의 사이에 있어서, 대향 전극부(115)에 인가되고 있는 수천V의 부전압의 바이어스 전원부(116)와 수백V의 고압 전원부(117)의 고압 전압이 중첩되어 중첩 전계가 형성되어 있고, 이 중첩 전계에 의해 잉크(102)의 노즐 구멍(104)으로부터의 토출이 제어되고 있다.

또한, 참조 번호 119는 대향 전극부(115)에 인가된 수천V의 바이어스 전압에 의해 노즐 구멍(104)에 형성되는 볼록 형상의 메니스커스이다.

이상과 같이 구성된 정전 흡인 방식의 잉크젯 장치의 동작에 대해, 이하에 설명한다.

우선, 잉크(102)는 모세관 현상에 의해, 잉크 공급로(106)를 따라 잉크(102)를 토출하는 노즐 구멍(104)까지 이송된다. 이 때, 노즐 구멍(104)에 대향하여, 피기록 매체(108)를 장착한 대향 전극부(115)가 배치되어 있다.

노즐 구멍(104)까지 도달한 잉크(102)는 대향 전극부(115)에 인가된 수천V의 바이어스 전압에 의해 볼록 형상의 잉크 메니스커스(119)가 형성된다. 잉크실(103)내에 배치된 정전계 인가용 전극부(114)에 수백V의 고압 전원부(117)로부터 신호 전압을 인가함으로써, 대향 전극부(115)에 인가된 바이어스 전원부(116)로부터의 전압이 중첩되고, 중첩 전계에 의해 잉크(102)는 피기록 매체(108)로 토출되어 인자(印字) 화상이 형성된다.

상기 특허 문헌 1에 개시된 잉크젯 장치에서의 액적의 비상까지의 메니스커스의 거동을, 도 18a∼도 18c를 참조하면서 이하에 설명한다.

구동 전압을 인가하기 전에는, 도 18a에 도시하는 바와 같이, 잉크에 부가되 어 있는 바이어스 전압에 의한 정전력과 잉크의 표면 장력의 균형에 의해, 잉크 표면에 부풀어 오른 메니스커스(119a)가 형성된 상태로 되어 있다.

상기의 상태에서 구동 전압을 인가하면, 도 18b에 도시하는 바와 같이, 메니스커스(119b)는 액표면에 발생한 전하가 액면의 부풀어 오른 부분의 중심으로 모이기 시작하여, 그에 따라 액면의 부풀어 오른 부분의 중심이 높아진 메니스커스(119b)가 형성된다.

그 후, 구동 전압을 계속 인가하면, 도 18c에 도시하는 바와 같이, 액표면에 발생한 전하가 더욱 중심으로 집중함으로써 테일러 콘이라 불리는 반달 형상의 메니스커스(119c)가 형성되고, 그 테일러 콘의 정부에 집중한 전하량에 의한 정전력이 잉크의 표면 장력을 초과한 단계에서 액적의 분리가 행해져 토출된다.

다음으로, 상기 특허 문헌 2에 개시된 잉크젯 장치에 대해, 도 19를 참조하면서 이하에 설명한다. 도 19는 잉크젯 장치의 개략 구성도이다.

본 잉크젯 장치의 광체 내부에는, 도 19에 도시하는 바와 같이, 잉크젯 헤드로서 저유전체 재료(아크릴 수지, 세라믹스 등)로 형성된 라인형의 기록 헤드(211), 그 기록 헤드(211)의 잉크 토출구에 대향하도록 배치된 금속 또는 고유전체제의 대향 전극(210), 비도전성의 잉크 매체에 대전 안료 입자를 분산시킨 잉크를 저장하여 두기 위한 잉크 탱크(212), 잉크 탱크(212)와 기록 헤드(211)의 사이에서 잉크를 순환시키는 잉크 순환계(펌프(214a, 214b), 파이프(215a, 215b)), 기록 화상의 1화소를 형성하는 잉크 액적을 당기기 위한 펄스 전압을 각 토출 전극(211a)에 각각 인가하는 펄스 전압 발생 장치(213), 화상 데이터에 응답하여 펄스 전압 발생 장치(213)를 제어하는 구동 회로(도시 생략), 기록 헤드(211)와 대향 전극(210)의 사이에 설치된 간극에 기록 매체(A)를 통과시키는 기록 매체 반송 기구(도시 생략), 장치 전체를 제어하는 콘트롤러(도시 생략) 등이 수용되어 있다.

상기 잉크 순환계는 기록 헤드(211)와 잉크 탱크(212)의 사이를 연결하는 2개의 파이프(215a, 215b), 콘트롤러의 제어에 의해 구동되는 2대의 펌프(214a, 214b)에 의해 구성되고 있다.

그리고, 상기 잉크 순환계는 기록 헤드(211)에 잉크를 공급하기 위한 잉크 공급계와 기록 헤드(211)로부터 잉크를 회수하기 위한 잉크 회수계로 나누어져 있다.

잉크 공급계에서는 잉크 탱크(212)내로부터 잉크가 펌프(214a)로 흡상되어, 그것이 파이프(215a)를 통해 기록 헤드(211)의 잉크 공급부로 압송된다. 한편, 잉크 회수계에서는 기록 헤드(211)의 잉크 회수부로부터 잉크가 펌프(215b)로 흡인되어, 그것이 파이프(215b)를 통해 잉크 탱크(212)로 강제적으로 회수된다.

또한, 상기 기록 헤드(211)에는, 도 20에 도시하는 바와 같이, 잉크 공급계의 파이프(215a)로부터 이송된 잉크를 라인폭으로 넓히는 잉크 공급부(220a), 잉크 공급부(220a)로부터의 잉크를 산형으로 유도하는 잉크 유로(221), 잉크 유로(221)와 잉크 회수계의 파이프(215b)를 연결하는 잉크 회수부(220b), 잉크 유로(221)의 정상부를 대향 전극(210)측으로 개방하는 적당한 폭(약 O.2mm)의 슬릿 형상 잉크 토출구(222), 소정의 피치(약 O.2mm)로 잉크 토출구(222)내에 배열된 복수의 토출 전극(211a), 각 토출 전극(211a)의 양측 및 상면에 각각 배치된 저유전체제(예를 들면, 세라믹제)의 칸막이벽(223)이 설치되어 있다.

상기 각 토출 전극(211a)은 각각, 동, 니켈 등의 금속으로 형성되고, 그 표면에는 습윤성이 좋은 안료 부착 방지용 저유전체막(예를 들면, 폴리이미드막)이 형성되어 있다. 또한, 각 토출 전극(211a)의 선단은 삼각뿔 형상으로 성형되어 있고, 각각이 적당한 길이(70㎛∼80㎛)만큼 잉크 토출구(222)로부터 대향 전극(210)측을 향하여 돌출하고 있다.

상술한 도시하지 않은 구동 회로가 콘트롤러의 제어에 응답하여, 제어 신호를 화상 데이터에 포함되어 있는 계조 데이터에 부합하는 시간만큼 펄스 전압 발생 장치(213)에 부여하면, 펄스 전압 발생 장치(213)는 그 제어 신호의 종류에 부합하는 펄스 톱의 펄스(Vp)를 바이어스 전압(Vb)에 실은 고전압 신호를 바이어스 전압(Vb)에 중첩하여 출력하도록 되어 있다.

그리고, 콘트롤러는 화상 데이터가 전송되어 오면, 잉크 순환계의 2대의 펌프(214a, 214b)를 구동한다. 이에 따라, 잉크 공급부(220a)로부터 잉크가 압송될 뿐만 아니라 잉크 회수부(220b)가 부압으로 되어, 잉크 유로(221)를 흐르고 있는 잉크가 각 칸막이벽(223)의 간극을 모세관 현상으로 기어올라가, 각 토출 전극(211a)의 선단에까지 퍼진다. 이 때, 각 토출 전극(211a)의 선단 부근의 잉크액면에는 부압이 걸려 있기 때문에, 각 토출 전극(211a)의 선단에는, 각각 잉크 메니스커스가 형성된다.

또한, 콘트롤러에 의해 기록 매체 반송 기구가 제어됨으로써, 소정의 방향으로 기록 매체(A)가 보내질 뿐만 아니라, 구동 회로를 제어함으로써, 토출 전극 (211a)과의 사이에 전술한 고전압 신호가 인가된다.

상기 특허 문헌 2에 개시된 잉크젯 장치에서의 액적의 비상까지의 메니스커스의 거동을, 도 21∼도 24를 참조하면서 이하에 설명한다.

도 21에 도시하는 바와 같이, 펄스 전압 발생 장치(213)로부터의 펄스 전압이 기록 헤드(211)내의 토출 전극(211a)에 인가되면, 토출 전극(211a)측으로부터 대향 전극(210)측을 향하는 전기장이 발생한다. 여기에서는, 선단의 예리한 토출 전극(211a)을 이용하고 있기 때문에, 그 선단 부근에 가장 강한 전기장이 발생하고 있다.

이러한 전기장이 발생하면, 도 22에 도시하는 바와 같이, 잉크 용매내의 개개의 대전 안료 입자(201a)는, 각각, 이 전기장으로부터 미치는 힘(fE)(도 23)에 의해 잉크액면을 향해 이동한다. 이에 따라, 잉크액면 부근의 안료 농도가 농축된다.

이와 같이 안료 농도가 농축되면, 도 23에 도시하는 바와 같이, 잉크액면 부근에 복수의 대전 안료 입자(201a)가 전극의 반대측으로 모여져 응집하기 시작한다. 그리고, 잉크액면 부근에 안료 응집체(201)가 구상으로 성장하기 시작하면, 개개의 대전 안료 입자(201a)에는, 각각, 이 안료 응집체(201)로부터의 정전 반발력(fcon)이 작용하기 시작한다. 즉, 개개의 대전 안료 입자(201a)에는, 각각, 안료 응집체(201)로부터의 정전 반발력(fcon)과 펄스 전압에 의한 전기장(E)으로부터의 힘(fE)의 합력(ftotal)이 작용한다.

따라서, 대전 안료 입자간의 정전 반발력이 서로의 응집력을 넘지 않는 범위 내에 있어서는, 안료 응집체(201)를 향한 합력(ftotal)이 작용한다. 대전 안료 입자(201a)(토출 전극(211a)의 선단과 안료 응집체(201)의 중심을 연결하는 직선상에 있는 대전 안료 입자(201a))에 전계로부터 미치는 힘(fE)이 안료 응집체(201)로부터의 정전 반발력(fcon)을 상회하면(fE≥fcon), 대전 안료 입자(201a)는 안료 응집체(201)로 성장한다.

n개의 대전 안료 입자(201a)로 형성된 안료 응집체(201)는, 펄스 전압에 의한 전기장(E)으로부터 정전 반발력(FE)을 받는 한편, 잉크 용매로부터 구속력(Fesc)을 받고 있다. 정전 반발력(FE)과 구속력(Fesc)이 균형 잡히면, 안료 응집체(201)는 잉크액면으로부터 약간 돌출한 상태에서 안정한다.

또한, 안료 응집체(201)가 성장하여 정전 반발력(FE)이 구속력(Fesc)을 상회하면, 도 24의 (a)∼도 24의 (c)에 도시하는 바와 같이 안료 응집체(201)는 잉크액면(200a)으로부터 탈출한다.

그런데, 종래의 정전 흡인 방식의 원리에서는, 메니스커스의 중심에 전하를 집중시켜 메니스커스의 융기를 발생한다. 이 융기한 테일러 콘 선단부의 곡률 반경은 전하의 집중량에 의해 정해지며, 집중한 전하량과 전계 강도에 의한 정전력이 그 때 메니스커스의 표면 장력보다 셀 때에 액적의 분리가 시작된다.

메니스커스의 최대 전하량은 잉크의 물성치와 메니스커스의 곡률 반경에 의해 정해지기 때문에, 최소 액적의 사이즈는 잉크의 물성치(특히 표면 장력)와 메니스커스부에 형성되는 전계 강도에 의해 정해진다.

일반적으로, 액체의 표면 장력은 순수한 용매보다 용제를 포함하는 편이 표 면 장력은 낮아지는 경향이 있고, 실제의 잉크에 있어서도 여러가지의 용제를 포함하고 있기 때문에, 표면 장력을 높게 하는 것은 어렵다. 이 때문에, 잉크의 표면 장력을 일정하다고 생각하고 전계 강도를 높게 함으로써, 액적 사이즈를 작게 하는 방법이 취해지고 있었다.

따라서, 상기의 특허 문헌 1, 2에 개시된 잉크젯 장치에서는, 양자 모두 토출 원리로서 토출 액적의 투영 면적보다 훨씬 넓은 면적의 메니스커스 영역에 강한 전계 강도의 필드를 형성함으로써, 그 메니스커스의 중심에 전하를 집중시키고, 그 집중한 전하와 형성하고 있는 전계 강도로 이루어지는 정전력에 의해 토출을 행하기 때문에, 2000V에 가까운 매우 높은 전압을 인가할 필요가 있다. 그 때문에, 구동 제어가 어려울 뿐만 아니라, 잉크젯 장치를 조작하는데 있어서의 안전성의 면에서도 문제가 있었다.

특히, 넓은 영역에 강한 전계 강도를 형성하는 경우에는, 방전 파괴 강도(예를 들면, 평행 평판간의 공기의 방전 파괴 강도는 3×10⁶V/m) 이하로 설정할 필요가 있어, 형성할 수 있는 미소 액적의 사이즈에도 원리적으로 한계가 있었다.

또한, 메니스커스부의 중심으로 전하가 이동하기 때문에, 전하의 이동시간이 토출 응답성에 영향을 주어, 인자 속도의 향상에 있어서 문제가 되고 있었다.

이들 문제를 해소하는 방법으로서, 전술의 특허 문헌 1 및 2에 있어서도 사용되고 있지만, 미리 토출 전압보다 낮은 바이어스 전압을 인가함으로써 구동 전압을 저감하는 수법이나, 특허 문헌 2와 같이 전극을 노즐부보다 돌출시켜 전하의 집 중을 촉진시키는 구성이 취해지고 있었다.

또한, 특허 문헌 1과 같이, 잉크에 정압을 인가하여 메니스커스를 미리 부풀어 오르게 해 두는 수법 등도 제안되고 있다.

그러나, 특허 문헌 1 및 2에 개시된 어느 수법에 있어서도 근본적인 해결은 되지 않았다. 특히, 바이어스 전압을 인가한 경우, 구동 전압은 항상 정부 어느 한쪽밖에 인가할 수 없어, 피기록 매체가 절연재인 경우, 대전한 토출 액적의 부착에 의한 표면 전위가 누적해 가기 때문에 착탄 정밀도가 악화해 버려, 인자중에 피기록 매체 표면을 제전하는 등의 대책이 필요하였다.

또한, 넓은 범위의 메니스커스 영역에 강한 전계 강도의 필드를 형성하기 위해, 대향 전극의 배치를 정밀도 좋게 행할 필요가 있을 뿐만 아니라, 피기록 매체의 유전율 및 두께가 대향 전극의 배치에 영향을 주기 때문에, 사용상의 자유도가 좁았다. 특히, 피기록 매체가 두꺼운 경우, 대향 전극이 거기에 수반하여 노즐부의 전극보다 떨어진 위치에 배치해야만 하였다. 이 때문에, 보다 높은 전압을 가해야만 하여, 실제의 사용이 곤란한 피기록 매체가 다수 존재하였다.

따라서, 종래의 정전 흡인형 잉크젯 장치(정전 흡인형 유체 제트 장치)에서는, 고해상도와 안전성의 양쪽 모두를 만족시켜, 범용성이 높은 장치를 실용화할 수 없었다고 하는 문제점을 갖고 있었다.

본 발명은, 상기의 각 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 고해상도화와 안전성의 양쪽 모두를 만족시키는 것이 가능하며, 범용성이 높은 기록 장치를 실용화할 수 있는 정전 흡인형 유체 제트 장치를 제공하는 것에 있다.

본원 발명자들은, 도 16에 도시하는 바와 같이, 종래 방법에 있어서, 정전 흡인의 과정에 있어서 형성되는 노즐부(21)의 테일러 콘 형상의 유체의 메니스커스(22)의 액적 토출 직전의 선단부 곡률(24)과 거의 동등한 사이즈의 노즐 직경으로 되도록, 유체 토출 구멍측이 좁혀진 형상의 노즐(23)을 사용함으로써, 광범위하게 필요하였던 전기장의 형성을 좁힐 수 있으면서, 또한 유체의 메니스커스(22)에서의 전하의 이동량을 줄일 수 있는 것을 알아냈다.

그리고, 상기의 원리를 이용하여, 또한 본원 발명자들은 노즐 선단부의 유체 토출 구멍의 직경을 토출 직후의 유체의 액적 직경과 동등 이하로 설정함으로써, 전하의 집중 영역과 메니스커스 영역을 거의 동일하게 할 수 있는 것을 알아냈다.

그러므로, 본 발명의 정전 흡인형 유체 제트 장치는, 상기의 과제를 해결하기 위해, 전압 인가에 의해 대전된 유체를 절연 재료로 이루어지는 노즐의 유체 토출 구멍으로부터 정전 흡인에 의해 액적의 상태로 토출시키는 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서, 그 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 토출 직후의 유체의 액적 직경과 동등 이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

상기의 구성에 의하면, 종래의 유체의 정전 흡인의 과정에 있어서, 종래의 노즐의 유체 토출 구멍의 직경보다 작은 액적 직경의 유체를 토출하기 위해 형성되는 테일러 콘 형상의 전하가 집중한 선단부의 직경과 거의 동일하게, 본 발명에서는 노즐 직경을 설정함으로써, 광범위하게 필요했던 전기장의 형성을 좁힐 수 있다.

게다가, 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 토출 직후의 유체의 액적 직경과 동등 이하로 설정되어 있기 때문에, 전하의 집중 영역과 유체의 메니스커스 영역을 거의 동등한 사이즈로 할 수 있다.

이상으로부터, 전하의 이동에 필요한 전압, 즉 유체를 원하는 액적 직경의 액적의 상태로 정전 흡인시키는데 필요한 대전량을 그 유체에 부여하기 위해 필요한 전압을 큰폭으로 저감시키는 것이 가능해진다. 이에 따라, 종래와 같이, 2000V라고 하는 고전압을 필요로 하지 않기 때문에, 유체 제트 장치를 사용할 때의 안전성의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 상기와 같이, 전기장을 좁힐 수 있기 때문에 좁은 영역에 강한 전기장을 형성하는 것이 가능해지고, 이 결과, 형성할 수 있는 액적을 미소한 것으로 하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 액적을 잉크로 한 경우에, 인자 화상을 고해상도로 하는 것이 가능해진다.

또한, 상술한 바와 같이, 전하의 집중 영역과 유체의 메니스커스 영역이 거의 동등한 사이즈로 되기 때문에, 메니스커스 영역내에서의 전하의 이동시간이 토출 응답성에 영향을 주는 일이 없어져, 액적의 토출 속도(액적이 잉크인 경우의 인자 속도)의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 전하의 집중 영역과 유체의 메니스커스 영역이 거의 동등한 사이즈로 되기 때문에, 넓은 범위의 메니스커스 영역에 강한 전기장을 형성할 필요가 없어진다. 이에 따라, 종래와 같이, 넓은 범위의 메니스커스 영역에 강한 전기장을 형성하기 위해 대향 전극의 배치를 정밀도 좋게 행할 필요가 없어지며, 또한, 피기록 매체의 유전율 및 두께가 대향 전극의 배치에 영향을 주지 않게 된다.

따라서, 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서, 대향 전극의 배치에 대한 자유도가 증대한다. 즉, 정전 흡인형 유체 제트 장치의 설계의 자유도가 증대한다. 이 결과, 유전율이나 두께에 영향을 받지 않고, 종래, 사용이 곤란하였던 피기록 매체에 대해 인자하는 것이 가능해져, 범용성이 높은 유체 제트 장치를 실현할 수 있다.

따라서, 상기 구성의 정전 흡인형 유체 제트 장치에 의하면, 고해상도와 안전성의 양쪽 모두를 만족시켜, 범용성이 높은 장치를 실현할 수 있다.

여기에서, 상기의 유체로서는 순수한 물, 기름 등의 외에 미립자로서 염료나 안료를 포함한 유색의 액체인 잉크나, 회로 기판을 형성하는 배선 재료(은이나 동 등의 도전성 미립자)를 포함하는 용액 등이 사용 가능하다.

예를 들면, 유체로서 잉크를 이용한 경우에는, 고정세 인자를 할 수 있고, 유체로서 회로 기판을 형성하는 배선 재료를 포함한 용액을 이용한 경우에는, 선폭이 매우 좁은 배선으로 초고정밀한 회로를 형성하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 정전 흡인형 유체 제트 장치는 상기의 과제를 해결하기 위해, 전압 인가에 의해 대전된 유체를 절연 재료로 이루어지는 노즐의 유체 토출 구멍으로부터 정전 흡인에 의해 액적의 상태로 토출시키는 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서, 그 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 φ8㎛ 이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

상기의 구성에 의하면, 종래의 유체 정전 흡인의 과정에 있어서, 종래의 노즐의 유체 토출 구멍의 직경보다 작은 액적 직경의 유체를 토출하기 위해 형성되는 테일러 콘 형상의 전하가 집중한 선단부의 직경과 거의 동일하게 본 발명에서는 노즐 직경을 설정함으로써, 광범위하게 필요했던 전기장의 형성을 좁힐 수 있다.

이상으로부터, 전하의 이동에 필요한 전압, 즉 유체를 정전 흡인시키는데 필요한 대전량을 그 유체에 부여하기 위해 필요한 전압을 큰폭으로 저감시키는 것이 가능해진다. 이에 따라, 종래와 같이, 2000V라고 하는 고전압을 필요로 하지 않기 때문에, 유체 제트 장치를 사용할 때의 안전성의 향상을 도모할 수 있다.

게다가, 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 φ8㎛ 이하로 설정되어 있기 때문에, 전계 강도 분포가 그 유체 토출 구멍의 토출면 근방에 집중할 뿐만 아니라, 대향 전극에서부터 노즐의 유체 돌출공까지의 거리의 변동이 전계 강도 분포에 영향을 주는 일이 없어진다.

이에 따라, 대향 전극의 위치 정밀도, 피기록 매체의 재료 특성의 불균일이나 두께 불균일의 영향을 받지 않고 안정된 유체의 토출을 행할 수 있다.

또한, 상기와 같이, 전기장을 좁힐 수 있기 때문에, 좁은 영역에 강한 전기장을 형성하는 것이 가능해져, 이 결과, 형성할 수 있는 액적을 미소한 것으로 하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 액적을 잉크로 한 경우에 인자 화상을 고해상도로 하는 것이 가능해진다.

또한, 상술한 바와 같이, 전하의 집중 영역과 유체의 메니스커스 영역이 거의 동등한 사이즈로 되기 때문에, 메니스커스 영역내에서의 전하의 이동시간이 토출 응답성에 영향을 주는 일이 없어져, 액적의 토출 속도(액적이 잉크인 경우의 인자 속도)의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 전하의 집중 영역과 유체의 메니스커스 영역이 거의 동등한 사이즈로 되기 때문에, 넓은 범위의 메니스커스 영역에 강한 전기장을 형성할 필요가 없어진다. 이에 따라, 종래와 같이, 넓은 범위의 메니스커스 영역에 강한 전기장을 형성하기 위해 대향 전극의 배치를 정밀도 좋게 실시할 필요가 없어지며, 또한, 피기록 매체의 유전율 및 두께가 대향 전극의 배치에 영향을 주지 않게 된다.

따라서, 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서, 대향 전극의 배치에 대한 자유도가 증대한다. 즉, 정전 흡인형 유체 제트 장치의 설계의 자유도가 증대한다. 이 결과, 유전율이나 두께에 영향을 받지 않고, 종래, 사용이 곤란하였던 피기록 매체에 대해 인자하는 것이 가능해져, 범용성이 높은 유체 제트 장치를 실현할 수 있다.

따라서, 상기 구성의 정전 흡인형 유체 제트 장치에 의하면, 고해상도와 안전성의 양쪽 모두를 만족시켜, 범용성이 높은 장치를 실현할 수 있다.

여기에서는, 상기의 유체로서는 순수한 물, 기름 등의 외에, 미립자로서 염료나 안료를 포함한 유색의 액체인 잉크나, 회로 기판을 형성하는 배선 재료(은이나 동 등의 도전성의 미립자)를 포함하는 용액 등이 사용 가능하다.

예를 들면, 유체로서 잉크를 이용한 경우에는, 고정밀한 인자를 할 수 있고, 유체로서 회로 기판을 형성하는 배선 재료를 포함한 용액을 이용한 경우에는, 선폭이 매우 좁은 배선으로 초고정밀한 회로를 형성하는 것이 가능해져서, 어느 경우에 있어서도 유체를 안정되게 토출시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 정전 흡인형 유체 제트 장치는, 상기의 과제를 해결하기 위해, 전압 인가에 의해 대전된 유체를 절연 재료로 이루어지는 노즐의 유체 토출 구멍으로부터 정전 흡인에 의해 액적의 상태로 토출시키는 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서, 상기 노즐내의 유체에 인가되는 전압을 제어하는 인가 전압 제어부를 구비하고, 그 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 φ8㎛ 이하로 설정되며, 상기 인가 전압 제어부는 상기 유체 토출 구멍으로부터 토출한 직후의 유체의 액적에 유도되는 전하량이, 그 액적의 레일리(Rayleigh) 한계에 상당하는 전하량의 90% 이하로 되도록, 상기 유체에 인가하는 전압을 제어하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기의 구성에 의하면, 종래의 유체의 정전 흡인의 과정에 있어서, 종래 노즐의 유체 토출 구멍의 직경보다 작은 액적 직경의 유체를 토출하기 위해 형성되는 테일러 콘 형상의 전하가 집중한 선단부의 직경과 거의 동일하게 본 발명에서는 노즐 직경을 설정함으로써, 광범위하게 필요했던 전기장의 형성을 좁힐 수 있다.

이상으로부터, 전하의 이동에 필요한 전압, 즉 유체를 정전 흡인시키는데 필요한 대전량을 그 유체에 부여하기 위해 필요한 전압을 큰폭으로 저감시키는 것이 가능해진다. 이에 따라, 종래와 같이, 2000V라고 하는 고전압을 필요로 하지 않기 때문에, 유체 제트 장치를 사용할 때의 안전성의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 φ8㎛ 이하로 설정되어 있기 때문에, 전계 강도 분포가 그 유체 토출 구멍의 토출면 근방에 집중할 뿐만 아니라, 대향 전극으로부터 노즐의 유체 돌출공까지의 거리의 변동이 전계 강도 분포에 영향을 주는 일이 없어진다.

이에 따라, 대향 전극의 위치 정밀도, 피기록 매체의 재료 특성의 불균일이나 두께 불균일의 영향을 받지 않고 안정된 유체의 토출을 행할 수 있다.

또한, 상기와 같이, 전기장을 좁힐 수 있기 때문에, 좁은 영역에 강한 전기장을 형성하는 것이 가능해져, 이 결과, 형성할 수 있는 액적을 미소한 것으로 하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 액적을 잉크로 한 경우에, 인자 화상을 고해상도로 하는 것이 가능해진다.

또한, 상술한 바와 같이, 전하의 집중 영역과 유체의 메니스커스 영역이 거의 동등한 사이즈로 되기 때문에, 메니스커스 영역내에서의 전하의 이동시간이 토출 응답성에 영향을 주는 일이 없어져, 액적의 토출 속도(액적이 잉크인 경우의 인자 속도)의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 전하의 집중 영역과 유체의 메니스커스 영역이 거의 동등한 사이즈로 되기 때문에, 넓은 범위의 메니스커스 영역에 강한 전기장을 형성할 필요가 없어진다. 이에 따라, 종래와 같이, 넓은 범위의 메니스커스 영역에 강한 전기장을 형성하기 위해 대향 전극의 배치를 정밀도 좋게 행할 필요가 없어지고, 또한, 피기록 매체의 유전율 및 두께가 대향 전극의 배치에 영향을 주지 않게 된다.

따라서, 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서, 대향 전극의 배치에 대한 자유도가 증대한다. 즉, 정전 흡인형 유체 제트 장치의 설계의 자유도가 증대한다. 이 결과, 유전율이나 두께에 영향을 받지 않고, 종래, 사용이 곤란했던 피기록 매체에 대해 인자하는 것이 가능해져, 범용성이 높은 유체 제트 장치를 실현할 수 있다.

따라서, 상기 구성의 정전 흡인형 유체 제트 장치에 의하면, 고해상도와 안전성의 양쪽 모두를 만족시켜, 범용성이 높은 장치를 실현할 수 있다.

여기에서, 상기의 유체로서는 순수한 물, 기름 등의 외에, 미립자로서 염료나 안료를 포함한 유색의 액체인 잉크나, 회로 기판을 형성하는 배선 재료(은이나 동 등의 도전성의 미립자)를 포함하는 용액 등이 사용 가능하다.

예를 들면, 유체로서 잉크를 이용한 경우에는, 고정밀한 인자를 할 수 있고, 유체로서 회로 기판을 형성하는 배선 재료를 포함한 용액을 이용한 경우에는, 선폭이 매우 좁은 배선으로 초고정밀한 회로를 형성하는 것이 가능해져서, 어느 경우에 있어서도, 유체를 안정되게 토출시킬 수 있다.

게다가, 상기 인가 전압 제어부는 상기 유체 토출 구멍으로부터 토출한 직후의 유체의 액적에 유도되는 전하량이, 그 액적의 레일리 한계에 상당하는 전하량의 90% 이하로 되도록 상기 유체에 인가하는 전압을 제어함으로써, 토출한 액적의 건조에서의 액적 표면적의 현상에 의한 방전을 방지할 뿐만 아니라, 액적의 대전에 의한 증기압의 감소를 막을 수 있다.

이에 따라, 토출한 액적의 건조 시간(액적의 용제가 모두 증발할 때까지의 시간)의 감소를 저감시킬 수 있으므로, 착탄한 액적의 도트 직경의 사이즈의 불균일을 없앨 수 있다.

또한, 토출한 액적의 건조 시간이 길어지기 때문에, 액적이 착탄할 때까지의 사이에 액적의 직경, 즉 액적량의 변화를 줄일 수 있다. 이에 따라, 비상중의 액적이 받는 공기 저항이나 주위 습도 등의 환경 조건은 각 액적에서 균일하게 되므로, 액적의 착탄 정밀도의 향상을 도모하는 것, 즉 착탄시의 액적의 불균일을 억제할 수 있다.

또한, 토출한 액적의 건조 시간이 길어지므로, 토출 액적의 직경이 φ5㎛ 정도의 미소한 액적이라도, 액적을 건조하지 않고 착탄시키는 것이 가능해진다.

따라서, 상기 구성의 정전 흡인형 유체 제트 장치를 사용하면, 미소한 액적을 안정되게 토출할 수 있을 뿐만 아니라, 고정밀도로 착탄시킬 수 있다.

상기 유체 토출 구멍으로부터 토출한 직후의 유체의 액적에 유도되는 전하량이, 그 액적의 레일리 한계에 상당하는 전하량의 90% 이하로 되도록 하기 위해서는, 이하와 같이 하는 것을 생각할 수 있다.

즉, 본 발명의 정전 흡인형 유체 제트 장치는 상기의 과제를 해결하기 위해, 전압 인가에 의해 대전된 유체를 절연 재료로 이루어지는 노즐의 유체 토출 구멍으로부터 정전 흡인에 의해 액적의 상태로 토출시키는 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서, 상기 노즐내의 유체에 인가되는 전압을 제어하는 인가 전압 제어부를 구비하고, 그 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 토출 직후의 유체의 액적 직경과 동등 이하로 설정되며, 상기 인가 전압 제어부는 상기 유체 토출 구멍으로부터 토출한 직후의 유체의 액적에 유도되는 전하량이, 상기 메니스커스의 최대 전계 강도에 의한 유체 토출 직후의 액적 직경에서의 레일리 한계에 상당하는 전하량 이하로 되도록, 상기 유체에 인가하는 전압을 제어한다.

또한, 본 발명의 정전 흡인형 유체 제트 장치는, 상기의 과제를 해결하기 위해, 전압 인가에 의해 대전된 유체를 절연 재료로 이루어지는 노즐의 유체 토출 구멍으로부터 정전 흡인에 의해 액적의 상태로, 인가되는 전압에 부합하는 속도로 피기록 매체를 향해 토출시키는 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서, 상기 노즐내의 유체에 인가되는 전압을 제어하는 인가 전압 제어부를 구비하고, 그 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 φ8㎛ 이하로 설정되며, 상기 인가 전압 제어부는 상기 유체의 토출로부터 피기록 매체로의 착탄까지의 평균 토출 속도가 10m/s 이상 40m/s 이하로 되도록, 상기 유체에 인가되는 전압을 제어하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기의 구성에 의하면, 종래의 유체의 정전 흡인의 과정에 있어서, 종래 노즐의 유체 토출 구멍의 직경보다 작은 액적 직경의 유체를 토출하기 위해 형성되는 테일러 콘 형상의 전하가 집중한 선단부의 직경과 거의 동일하게 본 발명에서는 노즐 직경을 설정함으로써, 광범위하게 필요했던 전기장의 형성을 좁힐 수 있다.

이상으로부터, 전하의 이동에 필요한 전압, 즉 유체를 정전 흡인시키는데 필요한 대전량을 그 유체에 부여하기 위해 필요한 전압을 큰폭으로 저감시키는 것이 가능해진다. 이에 따라, 종래와 같이, 2000V라고 하는 고전압을 필요로 하지 않기 때문에, 유체 제트 장치를 사용할 때의 안전성의 향상을 도모할 수 있다.

게다가, 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 φ8㎛ 이하로 설정되어 있기 때문에, 전계 강도 분포가 그 유체 토출 구멍의 토출면 근방에 집중할 뿐만 아니라, 대향 전극으로부터 노즐의 유체 돌출공까지의 거리의 변동이 전계 강도 분포에 영향을 주는 일이 없어진다.

이에 따라, 대향 전극의 위치 정밀도, 피기록 매체의 재료 특성의 불균일이나 두께 불균일의 영향을 받지 않고 안정된 유체의 토출을 행할 수 있다.

또한, 상기와 같이, 전기장을 좁힐 수 있기 때문에, 좁은 영역에 강한 전기장을 형성하는 것이 가능해져, 이 결과, 형성할 수 있는 액적을 미소한 것으로 하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 액적을 잉크로 한 경우에 인자 화상을 고해상도로 하는 것이 가능해진다.

또한, 상술한 바와 같이, 전하의 집중 영역과 유체의 메니스커스 영역이 거의 동등한 사이즈로 되기 때문에, 메니스커스 영역내에서의 전하의 이동시간이 토출 응답성에 영향을 주는 일이 없어져, 액적의 토출 속도(액적이 잉크인 경우의 인자 속도)의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 전하의 집중 영역과 유체의 메니스커스 영역이 거의 동등한 사이즈로 되기 때문에, 넓은 범위의 메니스커스 영역에 강한 전기장을 형성할 필요가 없어진다. 이에 따라, 종래와 같이, 넓은 범위의 메니스커스 영역에 강한 전기장을 형성하기 위해 대향 전극의 배치를 정밀도 좋게 행할 필요가 없으며, 또한, 피기록 매체의 유전율 및 두께가 대향 전극의 배치에 영향을 주지 않게 된다.

따라서, 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서, 대향 전극의 배치에 대한 자유도가 증대한다. 즉, 정전 흡인형 유체 제트 장치의 설계의 자유도가 증대한다. 이 결과, 유전율이나 두께에 영향을 받지 않고, 종래, 사용이 곤란했던 피기록 매체에 대해 인자하는 것이 가능해져, 범용성이 높은 유체 제트 장치를 실현할 수 있다.

따라서, 상기 구성의 정전 흡인형 유체 제트 장치에 의하면, 고해상도와 안전성의 양쪽 모두를 만족시켜, 범용성이 높은 장치를 실현할 수 있다.

여기에서, 상기의 유체로서는 순수한 물, 기름 등의 외에, 미립자로서 염료나 안료를 포함한 유색의 액체인 잉크나, 회로 기판을 형성하는 배선 재료(은이나 동 등의 도전성의 미립자)를 포함하는 용액 등이 사용 가능하다,

예를 들면, 유체로서 잉크를 이용한 경우에는, 고정밀한 인자를 할 수 있고, 유체로서 회로 기판을 형성하는 배선 재료를 포함한 용액을 이용한 경우에는, 선폭이 매우 좁은 배선으로 초고정밀한 회로를 형성하는 것이 가능해져서, 어느 경우에 있어서도 유체를 안정되게 토출시킬 수 있다.

게다가, 상기 인가 전압 제어부에 의해, 상기 유체의 토출로부터 피기록 매체로의 착탄까지의 평균 토출 속도가 1Om/s 이상 40m/s 이하로 되도록, 상기 유체에 인가되는 전압이 제어됨으로써, 유체의 비상중의 건조의 영향을 경감할 수 있어, 이 결과, 피기록 매체에서의 액적의 착탄 정밀도의 향상을 도모할 수 있으면서, 또한, 액적의 착탄 도트 직경의 불균일을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 메니스커스부에서의 전계 강도의 영향에 의한 토출 액적의 미스트화의 발생을 방지하여, 안정된 토출을 할 수 있다.

여기에서, 유체의 피기록 매체로의 착탄까지의 평균 토출 속도가 1Om/s보다 작으면, 착탄 정밀도가 나쁘고 토출 안정성도 나쁘기 때문에, 액적의 착탄 도트 직경에 불균일이 생긴다. 또한, 유체의 피기록 매체로의 착탄까지의 평균 토출 속도가 40m/s보다 크면, 높은 전압이 필요해지므로 메니스커스부에서의 전계 강도가 매우 강해지고 토출하는 액적의 미스트화가 빈번하게 발생하여, 액적을 안정되게 토출할 수 없다.

따라서, 상기 구성의 정전 흡인형 유체 제트 장치와 같이, 유체의 토출로부터 피기록 매체로의 착탄까지의 평균 토출 속도가 1Om/s 이상 4Om/s 이하로 함으로써, 액적을 안정되게 비상시키는 것이 가능하게 되어, 그 결과, 액적의 착탄 정밀도의 향상을 도모할 수 있으며, 또한, 액적의 착탄 도트 직경의 불균일을 억제할 수 있다.

또한, 상기 구성의 정전 흡인형 유체 제트 장치는 이하의 구성에 의해서도 실현될 수 있다.

즉, 본 발명의 정전 흡인형 유체 제트 장치는, 전압 인가에 의해 대전된 유체를 절연 재료로 이루어지는 노즐의 유체 토출 구멍으로부터 정전 흡인에 의해 액적의 상태로, 인가되는 전압에 부합하는 속도로 피기록 매체를 향해 토출시키는 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서, 그 노즐내의 유체에 인가되는 전압을 제어하는 인가 전압 제어부를 구비하고, 그 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 토출 직후의 유체의 액적 직경과 동등 이하로 설정되며, 상기 인가 전압 제어부는 상기 유체의 토출로부터 피기록 매체로의 착탄까지의 평균 토출 속도가 10m/s 이상 40m/s 이하로 되도록, 상기 유체에 인가되는 전압을 제어하는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명의 정전 흡인형 유체 제트 장치는 상기의 과제를 해결하기 위해, 미립자를 포함하여 전압 인가에 의해 대전된 유체를, 절연 재료로 이루어지는 노즐의 유체 토출 구멍으로부터 정전 흡인에 의해 액적의 상태로 토출시키는 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서, 그 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 φ8㎛ 이하로 설정되고, 상기 유체에 함유된 미립자의 입경은 φ30nm 이하인 것을 특징으로 하고 있다.

상기의 구성에 의하면, 종래 유체의 정전 흡인 과정에 있어서, 종래의 노즐의 유체 토출 구멍의 직경보다 작은 액적 직경의 유체를 토출하기 위해 형성되는 테일러 콘 형상의 전하가 집중한 선단부의 직경과 거의 동일하게 본 발명에서는 노즐 직경을 설정함으로써, 광범위하게 필요했던 전기장의 형성을 좁힐 수 있다.

이상으로부터, 전하의 이동에 필요한 전압, 즉 유체를 정전 흡인시키는데 필요한 대전량을 그 유체에 부여하기 위해 필요한 전압을 큰폭으로 저감시키는 것이 가능해진다. 이에 따라, 종래와 같이, 2000V라고 하는 고전압을 필요로 하지 않기 때문에, 유체 제트 장치를 사용할 때의 안전성의 향상을 도모할 수 있다.

게다가, 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 φ8㎛ 이하로 설정되어 있기 때문에, 전계 강도 분포가 그 유체 토출 구멍의 토출면 근방에 집중할 뿐만 아니라, 대향 전극으로부터 노즐의 유체 돌출공까지의 거리의 변동이 전계 강도 분포에 영향을 주는 일이 없어진다.

이에 따라, 대향 전극의 위치 정밀도, 피기록 매체의 재료 특성의 불균일이나 두께 불균일의 영향을 받지 않고 안정된 유체의 토출을 행할 수 있다.

또한, 상기와 같이, 전기장을 좁힐 수 있기 때문에, 좁은 영역에 강한 전기장을 형성하는 것이 가능해져, 이 결과, 형성할 수 있는 액적을 미소한 것으로 하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 액적을 잉크로 한 경우에, 인자 화상을 고해상도로 하는 것이 가능해진다.

또한, 상술한 바와 같이, 전하의 집중 영역과 유체의 메니스커스 영역이 거의 동등한 사이즈로 되기 때문에, 메니스커스 영역내에서의 전하의 이동시간이 토출 응답성에 영향을 주는 일이 없어져, 액적의 토출 속도(액적이 잉크인 경우의 인자 속도)의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 전하의 집중 영역과 유체의 메니스커스 영역이 거의 동등한 사이즈로 되기 때문에, 넓은 범위의 메니스커스 영역에 강한 전기장을 형성할 필요가 없어진다. 이에 따라, 종래와 같이, 넓은 범위의 메니스커스 영역에 강한 전기장을 형성하기 위해 대향 전극의 배치를 정밀도 좋게 행할 필요가 없어지며, 또한, 피기록 매체의 유전율 및 두께가 대향 전극의 배치에 영향을 주지 않게 된다.

따라서, 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서, 대향 전극의 배치에 대한 자유도가 증대한다. 즉, 정전 흡인형 유체 제트 장치의 설계의 자유도가 증대한다. 이 결과, 유전율이나 두께에 영향을 받지 않고, 종래, 사용이 곤란했던 피기록 매체에 대해 인자하는 것이 가능해져, 범용성이 높은 유체 제트 장치를 실현할 수 있다.

따라서, 상기 구성의 정전 흡인형 유체 제트 장치에 의하면, 고해상도와 안전성의 양쪽 모두를 만족시켜, 범용성이 높은 장치를 실현할 수 있다.

여기에서, 상기의 유체로서는 순수한 물, 기름 등의 외에, 미립자로서 염료나 안료를 포함한 유색의 액체인 잉크나, 회로 기판을 형성하는 배선 재료(은이나 동 등의 도전성의 미립자)를 포함하는 용액 등이 사용 가능하다.

예를 들면, 유체로서 잉크를 이용한 경우에는, 고정밀한 인자를 할 수 있고, 유체로서 회로 기판을 형성하는 배선 재료를 포함한 용액을 이용한 경우에는, 선폭이 매우 좁은 배선으로 초고정밀한 회로를 형성하는 것이 가능해지고, 어느 경우에 있어서도 유체를 안정되게 토출시킬 수 있다.

게다가, 상기 유체에 함유된 미립자의 입경은, φ30nm 이하이기 때문에, 미립자 자체의 대전에 의한 영향을 경감할 수 있으므로, 액적에 미립자가 포함되어 있어도, 안정되게 토출시킬 수 있다.

또한, 미립자 자체의 대전의 영향이 경감되므로, 종래와 같이, 미립자의 대전을 이용하여 유체를 토출시키는 경우와 같이, 입경이 작을 때에 미립자의 이동이 늦어지는 일은 없다. 따라서, 미립자가 포함된 유체, 예를 들면 잉크라도, 기록 속도를 저하시키는 일은 없다.

또한, 상기 구성의 정전 흡인형 유체 제트 장치는, 이하의 구성에 의해서도 실현될 수 있다.

즉, 본 발명의 정전 흡인형 유체 제트 장치는, 미립자를 포함하여 전압 인가에 의해 대전된 유체를, 절연 재료로 이루어지는 노즐의 유체 토출 구멍으로부터 정전 흡인에 의해 액적의 상태로 토출시키는 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서, 그 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이, 토출 직후의 유체의 액적 직경과 동등 이하로 설정되고, 그 유체에 함유된 미립자의 입경은 φ30nm 이하인 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 또 다른 목적, 특징, 및 뛰어난 점은, 이하에 나타내는 기재에 의해 충분히 알 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 이익은, 첨부 도면을 참조한 다음의 설명에서 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 잉크젯 장치의 개략 구성 단면도이다.

도 2a∼도 2c는 도 1에 도시하는 잉크젯 장치에서의 잉크의 메니스커스의 거동을 설명하는 도면이다.

도 3a는 노즐과 대향 전극과의 거리가 2000㎛일 때의 노즐 중심으로부터의 거리와 대향 전극으로부터의 거리의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 3b는 노즐과 대향 전극과의 거리가 100㎛일 때의 노즐 중심으로부터의 거리와 대향 전극으로부터의 거리의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 4a는 노즐과 대향 전극과의 거리가 2000㎛일 때의 노즐 중심으로부터의 거리와 대향 전극으로부터의 거리의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 4b는 노즐과 대향 전극과의 거리가 100㎛일 때의 노즐 중심으로부터의 거리와 대향 전극으로부터의 거리의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 5a는 노즐과 대향 전극과의 거리가 2000㎛일 때의 노즐 중심으로부터의 거리와 대향 전극으로부터의 거리의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 5b는 노즐과 대향 전극과의 거리가 100㎛일 때의 노즐 중심으로부터의 거리와 대향 전극으로부터의 거리의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 6a는 노즐과 대향 전극과의 거리가 2000㎛일 때의 노즐 중심으로부터의 거리와 대향 전극으로부터의 거리의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 6b는 노즐과 대향 전극과의 거리가 100㎛일 때의 노즐 중심으로부터의 거 리와 대향 전극으로부터의 거리의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 7a는 노즐과 대향 전극과의 거리가 2000㎛일 때의 노즐 중심으로부터의 거리와 대향 전극으로부터의 거리의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 7b는 노즐과 대향 전극과의 거리가 100㎛일 때의 노즐 중심으로부터의 거리와 대향 전극으로부터의 거리의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 8a는 노즐과 대향 전극과의 거리가 2000㎛일 때의 노즐 중심으로부터의 거리와 대향 전극으로부터의 거리의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 8b는 노즐과 대향 전극과의 거리가 100㎛일 때의 노즐 중심으로부터의 거리와 대향 전극으로부터의 거리의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 9는 노즐 직경과 최대 전계 강도의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 10은 노즐 직경과 각종 전압의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 11은 노즐 직경과 강전계 영역의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 12는 인가 전압과 대전 전하량의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 13은 초기 토출 액적 직경과 건조 시간의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 14는 주위 습도와 건조 시간의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 15는 본 발명의 다른 실시의 형태에 관한 잉크젯 장치의 개략 구성 단면도이다.

도 16은 본 발명의 원리를 설명하는 도면이다.

도 17은 종래의 정전 흡인형 잉크젯 장치의 개략 구성 단면도이다.

도 18a∼도 18c는 도 17에 도시하는 잉크젯 장치에서의 잉크의 메니스커스의 거동을 설명하는 도면이다.

도 19는 종래의 다른 정전 흡인형 잉크젯 장치의 개략 구성도이다.

도 20은 도 19에 도시하는 잉크젯 장치의 노즐 부분의 개략 단면 사시도이다.

도 21은 도 19에 도시하는 잉크젯 장치의 잉크 토출 원리를 설명하는 도면이다.

도 22는 도 19에 도시하는 잉크젯 장치의 노즐 부분에서의 전압 인가시에서의 미립자의 상태를 설명하는 도면이다.

도 23은 도 19에 도시하는 잉크젯 장치의 노즐 부분에서의 미립자체 형성의 원리를 설명하는 도면이다.

도 24의 (a)∼도 24의 (c)는 도 19에 도시하는 잉크젯 장치에서의 잉크의 메니스커스의 거동을 설명하는 도면이다.

[실시의 형태]

본 발명을 실시하기 위한 가장 양호한의 형태(이하, 실시의 형태)에 대해 설명하면, 이하와 같다. 또, 본 실시의 형태에서는, 유체로서 잉크를 이용한 정전 흡인형의 잉크젯 장치에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시의 일 형태에 관한 잉크젯 장치의 구조를 도시한 도면이다.

상기 잉크젯 장치는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 잉크실(1)에 저장한 유체 로서의 잉크(2)를 토출하기 위한 노즐(4)을 구비하고 있다. 이 노즐(4)은 잉크실(1)에 대해 패킹(5)을 통해 연결되어 있다. 이에 따라, 잉크실(1)내의 잉크(2)가 노즐(4)과 잉크실(1)의 연결 부분에서 외부로 누설되지 않도록 밀봉되어 있다.

또한, 상기 노즐(4)은 잉크실(1)과의 연결부와는 반대측, 즉 잉크의 토출측으로 되는 선단부(4a)를 향해 내경이 작아지도록 좁혀진 형상으로 되어 있다. 상기 노즐(4)의 선단부(4a)의 잉크 토출 구멍(4b)의 내경(직경)은 토출 직후의 잉크(2)의 입경과의 관계로 설정되고 있다.

또, 노즐(4)로부터 토출된 잉크(2)와 잉크실(1)에 저장되어 있는 잉크(2)를 구별하기 위해, 이후, 노즐(4)로부터 토출된 잉크(2)를 액적(3)이라 칭하여 설명한다. 이 잉크 토출 구멍(4b)의 직경과 토출 직후의 액적(3)의 액적 직경과의 관계에 대한 상세는 후술한다.

또한, 상기 노즐(4)의 내부에는 잉크(2)에 대해 정전계를 인가하기 위한 정전계 인가용 전극(9)이 설치되어 있다. 이 정전계 인가용 전극(9)은 프로세스 제어부(10)에 접속되어, 이 프로세스 제어부(10)에 의해 도시하지 않은 구동 회로로부터의 인가 전압에 의한 전계 강도가 제어되도록 되어 있다. 이 전계 강도를 제어함으로써, 노즐(4)로부터 토출하는 액적(3)의 액적 직경이 조정된다. 즉, 프로세스 제어부(10)는 정전계 인가용 전극(9)을 통해 잉크(2)에 인가하는 전압을 제어하는 인가 전압 제어 수단으로서의 기능을 갖고 있다.

상기 노즐(4)의 잉크 토출 구멍(4b)의 대향면측에는, 소정의 거리 떨어진 위치에 대향 전극(7)이 배치되어 있다. 이 대향 전극(7)은 노즐(4)과 대향 전극(7) 의 사이에 반송되는 피기록 매체(8)의 표면을, 노즐(4)의 잉크 토출 구멍(4b)으로부터 토출되는 액적(3)의 대전 전위의 역극성의 전위로 대전시키는 것이다. 이에 따라, 노즐(4)의 잉크 토출 구멍(4b)으로부터 토출한 액적(3)을 피기록 매체(8)의 표면에 안정되게 착탄시키고 있다.

이와 같이, 액적(3)은 대전하고 있을 필요가 있으므로, 노즐(4)의 적어도 선단부(4a)의 잉크 토출면은 절연부재로 형성되고 있는 것이 바람직하며, 또한 미세한 노즐 직경(잉크 토출 구멍(4b)의 내경)을 형성할 필요가 있기 때문에, 본 실시의 형태에서는 노즐(4)로서 유리의 캐피러리 튜브를 사용하고 있다.

따라서, 상기 노즐(4)은 유체인 잉크(2)의 정전 흡인의 과정에 있어서, 노즐의 잉크 토출 구멍의 직경보다 작은 직경의 액적을 토출하기 위해 형성되는 테일러 콘 형상의 잉크의 메니스커스에 상당하는 형상으로 형성될 뿐만 아니라, 그 노즐(4)의 잉크 토출 구멍(4b)의 직경이 상기 메니스커스의 잉크 토출 직전의 선단부의 직경과 거의 동일하게 설정되며, 또한, 토출 직후의 액적(3)의 직경과 동등 이하로 설정되고 있다.

상기 구성의 잉크젯 장치에 있어서는, 토출하는 잉크(2)의 액적량이 1pl 이하로 되도록, 정전계 인가용 전극(9)을 통해 잉크(2)에 인가되는 전압이 프로세스 제어부(10)에 의해 제어되고 있다.

또한, 상기 잉크실(1)에는 상기 노즐(4) 외에, 잉크(2)를 도시하지 않은 잉크 탱크로부터 공급하기 위한 잉크 공급로(6)가 접속되어 있다. 여기에서는, 잉크실(1)내 및 노즐(4)내에 잉크(2)가 채워진 상태로 유지되고 있으므로, 잉크(2)에는 부압이 걸려 있다.

여기에서, 잉크(2)가 노즐(4)로부터 액적(3)으로서 토출할 때에, 잉크 토출 구멍(4b) 근방에 형성되는 메니스커스부(메니스커스 영역)(14)의 거동에 대해 이하에 설명한다. 도 2a∼도 2c는 상기 잉크 토출 구멍(4b) 근방의 메니스커스부(14)의 거동을 도시하는 모델도이다.

우선, 잉크(2)의 토출전 상태에 있어서는, 도 2a에 도시하는 바와 같이, 잉크에는 부압이 걸려 있으므로, 메니스커스부(14)로서 노즐(4)의 선단부(4a) 내부에 오목 형상으로 메니스커스부(14a)가 형성되고 있다.

다음으로, 잉크(2)의 토출을 행하기 위해, 정전계 인가용 전극(9)을 통해 잉크(2)에 인가되는 전압이 프로세스 제어부(10)에 의해 제어되고, 그 잉크(2)에 소정의 전압이 인가되면, 노즐(4)내의 잉크(2)의 표면에 전하가 유도되어, 잉크(2)는 도 2b에 도시하는 바와 같이, 메니스커스부(14)로서 그 노즐(4) 선단부(4a)의 잉크 토출 구멍(4b) 표면, 즉 대향 전극측(도시 생략)으로 당겨진 메니스커스부(14b)가 형성된다. 이 때, 노즐(4)의 지름이 미소하기 때문에, 메니스커스부(14b)는 당초보다 테일러 콘의 형상을 형성하면서 외측으로 당겨지고 있다.

계속해서, 외측으로 당겨진 메니스커스부(14b)는, 도 2c에 도시하는 바와 같이, 메니스커스부(14)로서 대향 전극측(도시 생략)으로 한층 더 토출한 형상의 메니스커스부(14c)로 되고, 유도된 메니스커스부(14c) 표면의 전하와 노즐(4)에 형성되는 전기장(전계 강도)의 힘이 잉크(2)의 표면 장력보다 큼으로써, 토출 액적이 형성된다.

여기에서, 본 실시의 형태에서 사용하는 노즐(4)의 잉크 토출 구멍(4b)의 내경(이하, 노즐 직경이라고 한다)은 φ5㎛로 하고 있다. 이와 같이, 노즐(4)의 노즐 직경이 미소한 경우, 종래와 같이 메니스커스 선단부의 곡률 반경이 표면 전하의 집중에 의해 서서히 작게 변화해 가는 일 없이, 거의 일정하다고 간주할 수 있다.

따라서, 잉크의 물성치가 일정하면, 액적 분리시의 표면 장력은 전압 인가에 의한 토출 상태에서는 거의 일정하며, 또한 집중 가능한 표면 전하의 양도 잉크의 표면 장력을 넘는 값, 즉 레일리 분열치 이하이기 때문에 최대량은 일의적으로 정의된다.

또, 노즐 직경이 미소하기 때문에 전계 강도는, 메니스커스부의 매우 근방에만 매우 강한 값으로 되어, 이와 같이 극소 영역에서의 높은 전기장에서의 방전 파괴 강도는 매우 높은 값으로 되기 때문에, 문제가 되지 않는다.

본 실시의 형태에 관한 잉크젯 장치에 있어서 사용되는 잉크로는, 순수를 포함하여 염료계 잉크 및 미립자를 함유한 잉크를 사용할 수 있다. 여기에서, 미립자를 함유한 잉크로서는, 노즐부가 종래부터 매우 작기 때문에 함유하는 미립자의 입경도 작게 할 필요가 있어, 일반적으로 노즐의 1/20로부터 1/100 정도이면 막힘이 발생하기 어렵다.

이 때문에, 본 실시의 형태에서 사용하는 노즐(4)의 노즐 직경을, 상술한 바와 같이 5㎛로 하면, 그 노즐 직경에 대응하는 잉크의 미립자 직경은 50nm 이하로 된다. 이 때, 특허 문헌 2에 개시된 미립자를 포함하는 잉크를 토출하는 원리와 같이, 미립자의 대전에 의한 이동에 의해 메니스커스부의 전하를 집중시키고, 집중한 미립자 상호의 정전 반발력에 의해 토출하는 방법에서는, 종래 사용하고 있던 최소 미립자 직경 φ100nm보다 더 작기 때문에, 잉크중의 대전 미립자의 이동 속도가 저하해 버려, 토출의 응답 속도 및 기록 속도가 늦어져 버린다.

이에 비해, 본 발명에 있어서는 대전한 미립자 상호의 정전 반발력을 이용하는 것이 아니라, 미립자를 포함하지 않는 잉크의 경우와 마찬가지로 메니스커스 표면의 전하에 의해 토출을 행한다. 이 경우, 잉크중의 미립자의 전하의 영향이 메니스커스 표면의 전하에 영향을 주는 것에 의한 토출 불안정을 해소하기 때문에, 잉크중의 미립자의 전하량이 메니스커스 표면의 전하에 비해 훨씬 작은 값으로 되는 형상이 바람직하다.

이는 잉크중의 미립자의 단위 질량당의 전하량이 10μC／g 이하이면, 그 미립자끼리의 정전 반발력 및 응답 속도가 작아지고, 또한 잉크 미립자의 질량을 작게 하는 것, 즉 잉크 미립자의 지름을 작게 함으로써, 잉크중의 미립자의 총전하량을 감소할 수 있다.

이하의 표 1에, 잉크중의 평균 미립자 직경을 φ3nm 내지 φ50nm로 한 경우의 토출 안정성을 나타낸다.

[표 1]

표 1 중의 기호는, 각 노즐의 토출 안정성을 나타내고 있으며, ×: 막힘 등으로 불토출 이고, △: 연속 토출에서 토출 불안정, ○: 안정 토출이다.

표 1로부터, 미립자 직경으로서는 φ30nm 이하가 바람직한 것을 알 수 있었다. 특히 미립자 직경이 φ1Onm 이하로 되면, 잉크중의 미립자 1개의 대전량은 잉크 토출에서의 전하로서의 영향을 거의 무시할 수 있을 뿐만 아니라, 전하에 의한 이동 속도도 매우 늦어져 미립자의 메니스커스 중심으로의 집중도 발생하지 않는다. 또한, 노즐 직경이 φ3㎛ 이하에서는, 메니스커스부의 전계 집중에 의해 극단적으로 최대 전계 강도가 높아져, 미립자 1개마다의 정전력도 커지기 때문에, φ1Onm 이하의 미립자를 포함한 잉크를 이용하는 것이 바람직하다. 단, 미립자 직경이 φ1nm 이하로 되면, 미립자의 응집 및 농도의 불균일의 발생이 커지기 때문에, 미립자 직경은 φ1nm 내지 φ1Onm의 범위가 바람직하다.

본 실시의 형태에 있어서는, 평균 입경이 φ3nm 내지 φ7nm 사이의 은의 미립자를 포함한 페이스트를 사용하고 있으며, 그 미립자에는 응집 방지의 코팅을 실시하고 있다.

여기에서, 노즐(4)의 노즐 직경과 전계 강도의 관계에 대해, 도 3a, b∼도 8a, b를 참조하면서 이하에 설명한다. 도 3a, b 내지 도 8a, b에 대응하여, 노즐 직경을 φO.2, O.4, 1, 8, 20㎛ 및 참고로서 종래에 사용되고 있는 노즐 직경 φ50㎛의 경우의 전계 강도 분포를 나타낸다.

여기에서, 각 도면에 있어서 노즐 중심 위치란, 노즐(4)의 잉크 토출 구멍(4b)의 잉크 토출면의 중심 위치를 나타낸다. 또한, 각각의 도면의 (a)는 노즐과 대향 전극의 거리가 2000㎛로 설정되었을 때의 전계 강도 분포를 나타내고, (b)는 노즐과 대향 전극의 거리가 100㎛로 설정되었을 때의 전계 강도 분포를 나타낸다. 또, 인가 전압은 각 조건 모두 200V로 일정하게 하였다. 도면 중의 분포선은, 전계 강도가 1×1O6^V/m부터 1×10⁷V/m까지의 범위를 나타내고 있다.

이하의 표 2에, 각 조건하에서의 최대 전계 강도를 나타낸다.

[표 2]

도 3a, b∼도 8a, b로부터, 노즐 직경이 φ20㎛(도 7a, b) 이상이라면 전계 강도 분포는 넓은 면적에 퍼져 있음을 알 수 있었다. 또한, 표 2로부터, 노즐과 대향 전극의 거리가 전계 강도에 영향을 주고 있는 것도 알았다.

이들 때문에, 노즐 직경이 φ8㎛(도 6a, b) 이하이면, 전계 강도는 집중할 뿐만 아니라, 대향 전극의 거리의 변동이 전계 강도 분포에 거의 영향을 주는 일이 없어진다. 따라서, 노즐 직경이 φ8㎛ 이하이면, 대향 전극의 위치 정밀도 및 피기록 매체의 재료 특성의 불균일이나 두께 불균일의 영향을 받지 않고, 안정된 토출이 가능해진다. 여기에서, 1pl의 액적량의 잉크(2)를 토출하기 위해서는, 노즐 직경을 φ10㎛로 할 필요가 있으므로, 상기와 같이 노즐 직경이 8φ 이하이면, 액적량을 1pl 이하로 하는 것은 가능하다.

다음으로, 상기 노즐(4)의 노즐 직경과 메니스커스부(14)의 최대 전계 강도와 강전계 영역의 관계를 도 9에 나타낸다.

도 9에 나타내는 그래프로부터, 노즐 직경이 φ4㎛ 이하가 되면, 전계 집중이 극단적으로 커져, 최대 전계 강도를 높게 할 수 있음을 알 수 있었다. 이에 따라, 잉크의 초기 토출 속도를 크게 할 수 있으므로, 잉크(액적)의 비상 안정성이 증대할 뿐만 아니라, 메니스커스부에서의 전하의 이동 속도가 증대하기 때문에 토출 응답성이 향상된다.

계속해서, 토출 잉크(2)의 액적(3)에서의 대전 가능한 최대 전하량에 대해, 이하에 설명한다. 액적(3)에 대전 가능한 전하량은, 액적(3)의 레일리 분열(레일리 한계)을 고려한 이하의 (5)식으로 표시된다.

여기에서, q는 레일리 한계를 부여하는 전하량, εO은 진공의 유전율, γ는 잉크의 표면 장력, r는 잉크 액적의 반경이다.

상기 (5)식에서 구해지는 전하량(q)이 레일리 한계치에 가까울수록, 동일한 전계 강도에서도 정전력이 강하여 토출의 안정성이 향상하지만, 레일리 한계치에 너무 가까우면, 반대로 노즐(4)의 잉크 토출 구멍(4b)에서 잉크(2)의 무산이 발생해 버려, 토출 안정성이 결여되어 버린다.

여기에서, 노즐의 노즐 직경과 메니스커스부에서 토출하는 그 노즐 직경의 약 2배의 지름의 초기 토출 액적이 비상을 개시하는 토출 개시 전압, 초기 토출 액적의 레일리 한계에서의 전압치 및 토출 개시 전압과 레일리 한계 전압치의 비와의 관계를 나타내는 그래프를 도 10에 나타낸다.

도 10에 나타내는 그래프로부터, 노즐 직경이 φO.2㎛ 내지 φ4㎛의 범위에 있어서, 토출 개시 전압과 레일리 한계 전압치의 비가 O.6을 넘어, 액적의 대전 효율이 좋은 결과로 되고 있어, 그 범위에 있어서 안정된 토출을 행할 수 있음을 알 수 있었다.

예를 들면, 도 11에 나타내는 노즐 직경과 메니스커스부의 강전계(1×10⁶V/m 이상)의 영역의 관계로 표시되는 그래프에서는, 노즐 직경이 φO.2㎛ 이하로 되면 전계 집중의 영역이 극단적으로 좁아지는 것이 나타나고 있다. 이것으로부터, 토출하는 액적은 가속하기 위한 에너지를 충분히 받을 수 없어 비상 안정성이 나빠지 는 것을 나타낸다. 따라서, 노즐 직경은 φ0.2㎛보다 크게 설정할 필요가 있다.

다음으로, 상기 구성의 잉크젯 장치를 실제로 구동하는 경우의 인가 전압, 즉 액적의 토출 개시 전압 이상의 전압으로 최적인 전압치를 변동한 경우의 최대 전계 강도로부터 유도되는 메니스커스부의 초기 토출 액적을 일정하게 하였을 경우의 그 액적의 전하량과, 액적의 표면 장력으로부터 오는 레일리 한계치의 관계를 도 12의 그래프에 나타낸다.

도 12에 나타내는 그래프에 있어서, A점은 상기 액적의 전하량과 액적의 표면 장력으로부터 오는 레일리 한계치의 교점으로서, 잉크로의 인가 전압이 A점보다 높은 전압이면, 초기 토출 액적에는 거의 레일리 한계에 가까운 최대 전하량이 형성되고 있고, A점보다 낮은 전압이면 레일리 한계 이하이면서 토출에 필요한 전하량이 형성되고 있는 것을 나타내고 있다.

여기에서, 토출 액적의 운동 방정식에만 착목하면, 강전계이면서 최대 전하량의 토출 에너지로서 최적인 조건에서의 비상이 행해지기 때문에, 인가 전압으로서는 A점보다 높은 전압이 바람직하다.

그런데, 도 13에 환경 습도를 50%로 했을 경우의 잉크(여기에서는 순수)의 초기 토출 액적 직경과 건조 시간(액적의 용제가 모두 증발해 버리는 시간)의 관계를 나타내는 그래프를 나타낸다. 이 그래프로부터, 초기 토출 액적 직경이 작은 경우에는, 증발에 의한 잉크의 액적 직경의 변화가 매우 빨라, 비상중의 짧은 시간에 있어서도 건조가 진행되어 버리는 것을 알 수 있다.

이 때문에, 초기 토출시에 최대 전하량이 액적에 형성되어 있으면, 건조에 의한 액적 직경의 감소, 즉 전하가 형성되어 있는 액적의 표면적이 감소함으로써, 잉크의 비상중에 레일리 분열이 발생하고, 과분의 전하를 방출할 때에 전하는 액적의 일부를 데리고 방출되기 때문에, 증발 이상의 비상 액적의 감소가 발생하게 된다.

따라서, 착탄시의 액적 직경의 불균일 및 착탄 정밀도가 악화될 뿐만 아니라, 노즐과 피기록 매체중에 분열한 미스트가 부유하게 되어, 피기록 매체를 오염시키게 된다. 이 때문에, 안정된 토출 도트의 형성을 고려하면, 초기 토출 액적에 유도되는 전하량을 레일리 한계에 상당하는 전하량보다 어느 정도 작게 할 필요가 있다. 이 경우, 그 전하량을 레일리 한계치에 상당하는 전하량의 95% 정도에서는, 착탄 도트 직경의 불균일의 정밀도를 향상할 수 없어, 결과적으로서 90% 이하로 하는 것이 바람직하다.

구체적인 수치로서는, 노즐 구멍경을 침전극의 선단 형상으로 간주한 경우의 메니스커스의 최대 전계 강도에 의한 초기 토출 액적 직경의 레일리 한계를 산출하여, 그 산출값 이하의 범위로 함으로써 착탄시의 액적의 불균일을 억제할 수 있었다. 이는 토출 액적이 분리하기 직전의 표면적이 토출 직후의 액적에 비해 작으면서, 또한 전하의 이동시간의 타임 러그에 의해 실제의 초기 토출 액적에 유도되는 전하량은, 상기 계산에 의해 구해지는 전하량보다 작아지고 있기 때문이라고 생각된다.

이와 같은 조건이면, 비상시의 레일리 분열을 방지할 뿐만 아니라, 메니스커스부에서의 토출 액적의 분리시에 전하량이 많은 것에 의한 미스트화 등의 안정 토 출을 경감할 수 있다.

또, 대전한 액적은 증기압이 감소하여 증발하기 어려워진다. 이는 이하의 (6)식으로부터 알 수 있다.

‥‥(6)

여기에서, R는 기체 정수, M는 기체의 분자량, T는 기체의 온도, ρ는 기체의 밀도, P는 미소 액적에서의 증기압, P0은 평면에서의 증기압, γ는 잉크의 표면 장력, d는 잉크 액적의 반경이다.

상기의 (6)식으로 표시되는 바와 같이, 대전한 액적은 그 액적의 대전량에 의해 증기압이 감소하는 것으로, 대전량이 너무 적으면 증발의 완화에 영향이 적기 때문에, 레일리 한계에 상당하는 전계 강도 및 전압치의 60% 이상이 바람직한 결과로 되었다. 이 결과는, 상기와 마찬가지로 노즐 구멍경을 침전극의 선단 형상으로 간주한 경우의 메니스커스의 최대 전계 강도에 의한 초기 토출 액적 직경의 레일리 한계를 산출하여, 그 산출값의 O.8배 이상의 범위를 나타내는 것과 동일하다.

특히, 도 13에 나타내는 바와 같이, 초기 토출 액적 직경이 Φ5㎛ 이하로 되면, 건조 시간은 극단적으로 짧아져 증발의 영향을 받기 쉬워지기 때문에, 초기 토출 액적의 전하량을 낮게 억제하는 것은 증발을 억제하는 관점에서 보다 효과가 있는 것을 알 수 있다. 또, 도 13에 나타내는 건조 시간과 초기 토출 액적 직경의 관계를 구하는 경우의 주위 습도는 50%로 하였다.

또한, 토출 액적의 건조를 고려하면, 피기록 매체까지의 액체의 토출 시간을 짧게 할 필요가 있다.

여기에서, 토출 액적이 메니스커스부에서 분리하여 노즐로부터 피기록 매체에 착탄할 때까지의 평균 비상 속도를 5m／s, 10m／s, 20m／s, 30m／s, 40m／s, 50m／s로 하고, 토출의 안정성과 착탄 도트의 위치 정밀도를 비교하여, 이하의 표 3에 나타낸다.

[표 3]

표 3 중의 토출 안정성의 기호에 있어서는, ×: 거의 토출지 않음, △: 연속 토출에서 불토출 있음, ○: 불토출 없음을 나타내고 있고, 착탄 정밀도의 기호에 있어서는, ×: 착탄 어긋남＞착탄 도트 직경, △: 착탄 어긋남＞착탄 도트 직경×O.5, ○: 착탄 어긋남 ＜착탄 도트 직경×O.5, ◎: 착탄 어긋남＜착탄 도트 직경×O.2를 나타내고 있다.

상기의 표 3으로부터 알 수 있듯이, 평균 비상 속도 5m／s에서는 착탄 정밀도가 나쁘고, 토출 안정성도 나빠진다. 특히, 노즐 직경이 φ1㎛ 이하에서는, 토출 속도가 늦으면 액적에 가해지는 공기 저항의 요인이 크면서도 증발에 의해 도트 직경이 더욱 미소화하기 때문에, 착탄할 수 없는 경우가 있었다. 반대로, 평균 비상 속도 50m／s에서는, 인가 전압을 높게 할 필요가 있기 때문에, 메니스커스부에서의 전계 강도가 매우 강해지고 토출 액적의 미스트화가 빈번하게 발생해 버려, 안정된 토출이 어려움을 알 수 있었다.

이상으로부터, 토출 액적이 메니스커스부에서 분리하여 피기록 매체에 착탄할 때까지의 평균 비상 속도는 10m／s에서 40m／s의 사이가 바람직한 것을 알 수 있었다.

그런데, 도 13에서는, 주위 습도로서 50%로 했을 경우의 초기 토출 액적 직경과 건조 시간의 관계를 나타내었지만, 도 14에서는 초기 토출 액적 직경이 O.5㎛이며 노즐과 피기록 매체의 거리를 O.2mm로 했을 경우의 주위 습도와 건조 시간의 관계를 나타낸다.

도 14에 나타내는 그래프로부터, 주위 습도가 60% 이하에서는 그 건조 속도의 수치는 크게 변동하지 않는 것을 알 수 있었다. 그러나, 주위 습도가 70%를 넘으면 잉크의 증발을 극단적으로 억제하는 것이 가능하여, 주위 습도를 70% 이상으로 하는 경우에는 상기 조건 등의 영향은 낮게 되고, 특히 주위 습도를 95% 이상으로 설정하면 건조의 영향을 거의 무시할 수 있어져, 본 발명의 잉크젯 장치의 설계 조건의 자유도를 넓게 또한 적용 범위를 넓히는 것이 가능한 것을 알 수 있었다.

여기에서, 노즐 직경을 Φ1 및 φ3㎛로 하여 초기 토출 액적 직경을 변동한 경우의 토출 안정성 및 토출 도트 직경 불균일(착탄 불균일)을 이하의 표 4에 나타낸다. 또, 노즐에 의한 초기 토출경은 인가 전압치를 변동함으로써 제어 가능하 고, 또한 인가하는 전압 펄스의 펄스폭을 조정함으로써도 제어 가능하며, 여기에서는, 동일 노즐 직경에서의 전계 강도의 영향을 배제하기 위해, 상기 펄스폭을 변동시켜 초기 토출경을 조정하고 있다.

표 4 중의 토출 안정성의 기호에 있어서, ×: 거의 토출하지 않음, △: 1O분간 연속 토출에서 불토출 있음, ○: 10분간 연속 토출에서 불토출 없음, ◎: 30분간 연속 토출에서 불토출 없음을 나타내고 있으며, 불균일의 기호에 있어서는 △: 착탄 도트의 불균일＞착탄 도트 직경×O.2, ○: 착탄 도트의 불균일≤착탄 도트 직경×O.2, ◎: 착탄 도트의 불균일≤착탄 도트 직경×O.1을 나타내고 있다.

[표 4]

표 4로부터, 노즐 직경에 대해 1.5배∼3배 정도에 있어서 토출의 안정성이 좋고, 특히 1.5배∼2배에 있어서 착탄 도트 직경의 불균일이 극단적으로 억제되는 것을 알 수 있었다. 이는 메니스커스부로부터 인출되는 잉크 형상을 액주(液柱)라 고 간주한 경우, 그 액주의 표면적이 그 액주의 체적분의 구의 표면적보다 커지는 조건에서의 액적 분리가 가장 안정되기 때문이라고 생각된다.

상기의 구성에 의하면, 잉크의 토출 직후의 액적량이 1pl 이하의 미소한 잉크 액적을 토출하는 정전 흡인형 잉크젯 장치에 있어서, 노즐(4)의 잉크 토출 구멍(4b)의 직경을 잉크의 토출 직후의 액적 직경과 동등 이하로 함으로써 노즐(4)의 메니스커스부(14)에 토출을 위한 전계를 집중시킬 수 있으므로, 잉크를 토출하는데 필요한 인가 전압을 큰폭으로 낮출 수 있어, 개개로 분리, 토출하는 액적 지름의 불균일을 작게 안정된 토출을 실현 가능하게 하였다.

또한, 종래에 필요하였던 바이어스 전압의 인가가 불필요해져, 구동 전압을 정부 교대로 인가하는 것이 가능하게 되어, 피기록 매체의 표면 전위의 증가에 의한 착탄 정밀도로의 영향을 경감할 수 있었다.

또한, 노즐의 구멍의 직경을 Φ8㎛ 이하의 범위로 함으로써 노즐의 메니스커스부에 전계를 집중시킬 수 있을 뿐만 아니라, 대향 전극의 위치 정밀도 및 피기록 매체의 재료 특성의 불균일이나 두께 불균일의 영향을 받지 않고 안정된 토출이 가능해졌다.

특히, 노즐(4)의 잉크 토출 구멍(4b)의 직경을 O.2㎛ 이상 Φ4㎛ 이하의 범위로 함으로써, 전계 집중이 극단적으로 커진다. 이와 같이, 최대 전계 강도를 높게 하는 것이 잉크의 초기 토출 속도를 크게 하는 것이 되므로, 비상 안정성이 증대할 뿐만 아니라 메니스커스부에서의 전하의 이동 속도가 증대하기 때문에, 토출 응답성이 향상될 뿐만 아니라 레일리 분열의 영향에 의한 착탄 도트 직경의 불균일 을 억제할 수 있다.

또한, 노즐(4)로부터의 잉크의 토출 직후의 액적 직경을 노즐(4)의 잉크 토출 구멍(4b)의 직경의 1.5배에서 3배 이하의 범위로 함으로써, 토출의 안정성을 향상시킬 수 있고, 특히 잉크 토출 직후의 액적 직경을 그 노즐 직경의 1.5배에서 2배 이하의 범위로 함으로써, 토출 도트 직경의 불균일을 극단적으로 억제할 수 있다.

본 실시의 형태에서는, 상술한 바와 같이, 잉크실(1)내의 잉크에 부압이 인가된 예에 대해 설명하였지만, 잉크에 정압이 인가되었을 경우라도 상관없다. 잉크실(1)내의 잉크에 정압을 인가하기 위해서는, 예를 들면, 도 15에 도시하는 바와 같이, 잉크 공급로(6)의 도시하지 않은 잉크 탱크측에 펌프(12)를 설치하고, 그 펌프(12)를 이용하여 잉크실(1)내의 잉크에 정압을 인가하는 것을 생각할 수 있다. 이 경우, 잉크실(1)로부터의 잉크 토출의 타이밍에 맞추어 구동시키도록 프로세스 제어부(13)를 이용하여 상기 펌프(12)를 구동 제어하면 된다. 이와 같이, 잉크실(1)내의 잉크에 정압을 인가하도록 하면, 메니스커스부의 볼록 형상을 정전력으로 형성하는 수고를 줄일 수 있어, 인가 전압의 저감 및 응답 속도의 향상을 도모할 수 있다.

또, 본 실시의 형태에서는, 설명의 간단화를 위해 단일 노즐을 구비한 잉크젯 장치에 대해 설명을 행하였지만, 이것으로 한정되는 것이 아니라 인접 노즐에서의 전계 강도의 영향을 고려한 설계를 행하면, 복수의 노즐을 갖는 멀티 헤드를 구비한 잉크젯 장치에도 적용 가능하다.

또한, 본 실시의 형태에서는, 도 1 및 도 15에 도시하는 바와 같이, 대향 전극(7)을 항상 설치한 잉크젯 장치에 대해 설명하였지만, 표 2로부터 알 수 있듯이, 대향 전극(7)과 노즐(4)의 잉크 토출 구멍(4b) 사이의 거리(갭)는 피기록 매체와 노즐간의 전계 강도에 거의 영향을 주지 않고, 그 피기록 매체와 노즐간의 거리가 가깝고 피기록 매체의 표면 전위가 안정되어 있다면 대향 전극은 불필요해진다.

이상과 같이, 본 발명의 정전 흡인형 유체 제트 장치는, 전압 인가에 의해 대전된 유체를 절연 재료로 이루어지는 노즐의 유체 토출 구멍으로부터 정전 흡인에 의해 액적의 상태로 토출시키는 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서, 그 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 토출 직후의 유체의 액적 직경과 동등 이하로 설정된 구성이다.

그러므로, 종래의 유체 정전 흡인 과정에 있어서, 종래의 노즐의 유체 토출 구멍의 직경보다 작은 액적 직경의 유체를 토출하기 위해 형성되는 테일러 콘 형상의 전하가 집중한 선단부의 직경과 거의 동일하게 본 발명에서는 노즐 직경을 설정함으로써, 광범위하게 필요했던 전기장의 형성을 좁힐 수 있다.

게다가, 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 토출 직후의 유체의 액적 직경과 동등 이하로 설정되어 있기 때문에, 전하의 집중 영역과 유체의 메니스커스 영역을 거의 동등한 사이즈로 할 수 있다.

이상으로부터, 전하의 이동에 필요한 전압, 즉 유체를 원하는 액적 직경의 액적의 상태로 정전 흡인시키는데 필요한 대전량을 그 유체에 부여하기 위해 필요한 전압을 큰폭으로 저감시키는 것이 가능해진다. 이에 따라, 종래와 같이, 2000V 라고 하는 고전압을 필요로 하지 않기 때문에, 유체 제트 장치를 사용할 때의 안전성의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 상기와 같이, 전기장을 좁힐 수 있기 때문에, 좁은 영역에 강한 전기장을 형성하는 것이 가능해져, 이 결과, 형성할 수 있는 액적을 미소한 것으로 하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 액적을 잉크로 한 경우에, 인자 화상을 고해상도로 하는 것이 가능해진다.

또한, 상술한 바와 같이, 전하의 집중 영역과 유체의 메니스커스 영역이 거의 동등한 사이즈로 되기 때문에, 메니스커스 영역내에서의 전하의 이동시간이 토출 응답성에 영향을 주는 일이 없어져, 액적의 토출 속도(액적이 잉크인 경우의 인자 속도)의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 전하의 집중 영역과 유체의 메니스커스 영역이 거의 동등한 사이즈로 되기 때문에, 넓은 범위의 메니스커스 영역에 강한 전기장을 형성할 필요가 없어진다. 이에 따라, 종래와 같이, 넓은 범위의 메니스커스 영역에 강한 전기장을 형성하기 위해 대향 전극의 배치를 정밀도 좋게 행할 필요가 없어지며, 또한, 피기록 매체의 유전율 및 두께가 대향 전극의 배치에 영향을 주지 않게 된다.

따라서, 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서, 대향 전극의 배치에 대한 자유도가 증대한다. 즉, 정전 흡인형 유체 제트 장치의 설계의 자유도가 증대한다. 이 결과, 유전율이나 두께에 영향 받지 않고, 종래, 사용이 곤란하였던 피기록 매체에 대해 인자하는 것이 가능해져, 범용성이 높은 유체 제트 장치를 실현할 수 있다.

따라서, 상기 구성의 정전 흡인형 유체 제트 장치에 의하면, 고해상도와 안전성의 양쪽 모두를 만족시켜, 범용성이 높은 장치를 실현할 수 있다.

또한, 본 발명의 정전 흡인형 유체 제트 장치는, 전압 인가에 의해 대전된 유체를 절연 재료로 이루어지는 노즐의 유체 토출 구멍으로부터 정전 흡인에 의해 액적의 상태로 토출시키는 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서, 그 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 Φ8㎛ 이하로 설정된 구성이다.

그러므로, 종래의 유체의 정전 흡인의 과정에 있어서, 종래 노즐의 유체 토출 구멍의 직경보다 작은 액적 직경의 유체를 토출하기 위해 형성되는 테일러 콘 형상의 전하가 집중한 선단부의 직경과 거의 동일하게 본 발명에서는 노즐 직경을 설정함으로써, 광범위하게 필요했던 전기장의 형성을 좁힐 수 있다.

이상으로부터, 전하의 이동에 필요한 전압, 즉 유체를 정전 흡인시키는데 필요한 대전량을 그 유체에 부여하기 위해 필요한 전압을 큰폭으로 저감시키는 것이 가능해진다. 이에 따라, 종래와 같이, 2000V라고 하는 고전압을 필요로 하지 않기 때문에, 유체 제트 장치를 사용할 때의 안전성의 향상을 도모할 수 있다.

게다가, 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 φ8㎛ 이하로 설정되어 있기 때문에, 전계 강도 분포가 그 유체 토출 구멍의 토출면 근방에 집중할 뿐만 아니라, 대향 전극으로부터 노즐의 유체 돌출공까지의 거리의 변동이 전계 강도 분포에 영향을 주는 일이 없어진다.

이에 따라, 대향 전극의 위치 정밀도, 피기록 매체의 재료 특성의 불균일이나 두께 불균일의 영향을 받지 않고 안정된 유체의 토출을 행할 수 있다.

또한, 상기와 같이, 전기장을 좁힐 수 있기 때문에, 좁은 영역에 강한 전기장을 형성하는 것이 가능해져, 이 결과, 형성할 수 있는 액적을 미소한 것으로 하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 액적을 잉크로 한 경우에 인자 화상을 고해상도로 하는 것이 가능해진다.

또한, 상술한 바와 같이, 전하의 집중 영역과 유체의 메니스커스 영역이 거의 동등한 사이즈로 되기 때문에, 메니스커스 영역내에서의 전하의 이동시간이 토출 응답성에 영향을 주는 일이 없어져, 액적의 토출 속도(액적이 잉크인 경우의 인자 속도)의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 전하의 집중 영역과 유체의 메니스커스 영역이 거의 동등한 사이즈로 되기 때문에, 넓은 범위의 메니스커스 영역에 강한 전기장을 형성할 필요가 없어진다. 이에 따라, 종래와 같이, 넓은 범위의 메니스커스 영역에 강한 전기장을 형성하기 위해 대향 전극의 배치를 정밀도 좋게 행할 필요가 없어지고, 또한, 피기록 매체의 유전율 및 두께가 대향 전극의 배치에 영향을 주지 않게 된다.

따라서, 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서, 대향 전극의 배치에 대한 자유도가 증대한다. 즉, 정전 흡인형 유체 제트 장치의 설계의 자유도가 증대한다. 이 결과, 유전율이나 두께에 영향을 받지 않고, 종래, 사용이 곤란하였던 피기록 매체에 대해 인자하는 것이 가능해져, 범용성이 높은 유체 제트 장치를 실현할 수 있다.

따라서, 상기 구성의 정전 흡인형 유체 제트 장치에 의하면, 고해상도와 안전성의 양쪽 모두를 만족시켜, 범용성이 높은 장치를 실현할 수 있다.

상기의 유체에 인가하는 전압을 제어함으로써, 토출하는 유체의 액적량(액적의 체적이나 직경)을 조정할 수 있다. 따라서, 상기 유체 토출 구멍으로부터 토출한 직후의 유체의 액적량이 1pl 이하로 되도록, 유체에 인가하는 전압을 제어하는 인가 전압 제어 수단을 구비하고 있어도 무방하다.

또한, 상기 노즐의 유체 토출 구멍의 직경을 ΦO.2㎛ 이상 Φ4㎛ 이하로 설정하여도 된다.

이 경우, 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 ΦO.2㎛ 이상 Φ4㎛ 이하로 설정되어 있음으로써, 전계 집중이 극단적으로 커져 최대 전계 강도를 높게 할 수 있다. 이 결과, 직경이 작은 미소한 액적을 안정되게 토출하는 것이 가능해진다.

상기 인가 전압 제어 수단에 의해, 상기 유체 토출 구멍으로부터 토출한 직후의 액적 직경을, 그 유체 토출 구멍의 직경의 1.5배 내지 3배 이하로 되도록, 유체에 인가하는 전압을 제어하도록 하여도 되며, 또한 상기 유체 토출 구멍으로부터 토출한 직후의 액적 직경을 그 유체 토출 구멍의 직경의 1.5배에서 2배 이하로 되도록, 유체에 인가하는 전압을 제어하도록 하여도 된다.

이 경우, 유체 토출 구멍으로부터 토출한 직후의 액적 직경(초기 토출 액적 직경)이 유체 토출 구멍의 직경에 대해 1.5배 내지 3배로 설정되었을 때, 유체 토출의 안정성이 좋아진다. 특히 유체 토출 구멍으로부터 토출한 직후의 액적 직경이 유체 토출 구멍의 직경에 대해 1.5배 내지 2배로 설정되어 있으면, 유체가 토출하여 기록 매체상에 착탄했을 때의 착탄 도트 직경의 불균일을 극단적으로 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 정전 흡인형 유체 제트 장치는, 전압 인가에 의해 대전된 유체를 절연 재료로 이루어지는 노즐의 유체 토출 구멍으로부터 정전 흡인에 의해 액적의 상태로 토출시키는 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서, 상기 노즐내의 유체에 인가되는 전압을 제어하는 인가 전압 제어 수단을 구비하고, 그 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 Φ8㎛ 이하로 설정되며, 상기 인가 전압 제어 수단은 상기 유체 토출 구멍으로부터 토출한 직후의 유체의 액적에 유도되는 전하량이, 그 액적의 레일리 한계에 상당하는 전하량의 90% 이하로 되도록, 상기 유체에 인가하는 전압을 제어하도록 구성되어 있다.

그러므로, 종래의 유체의 정전 흡인의 과정에 있어서, 종래의 노즐의 유체 토출 구멍의 직경보다 작은 액적 직경의 유체를 토출하기 위해 형성되는 테일러 콘 형상의 전하가 집중한 선단부의 직경과 거의 동일하게 본 발명에서는 노즐 직경을 설정함으로써, 광범위하게 필요했던 전기장의 형성을 좁게 할 수 있다.

이상으로부터, 전하의 이동에 필요한 전압, 즉 유체를 정전 흡인시키는데 필요한 대전량을 그 유체에 부여하기 위해 필요한 전압을 큰폭으로 저감시키는 것이 가능해진다. 이에 따라, 종래와 같이, 2000V라고 하는 고전압을 필요로 하지 않기 때문에, 유체 제트 장치를 사용할 때의 안전성의 향상을 도모할 수 있다.

게다가, 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 φ8㎛ 이하로 설정되어 있기 때문에, 전계 강도 분포가 그 유체 토출 구멍의 토출면 근방에 집중할 뿐만 아니라, 대향 전극으로부터 노즐의 유체 돌출공까지의 거리의 변동이 전계 강도 분포에 영향을 주는 일이 없어진다.

이에 따라, 대향 전극의 위치 정밀도, 피기록 매체의 재료 특성의 불균일이나 두께 불균일의 영향을 받지 않고 안정된 유체의 토출을 행할 수 있다.

또한, 상기와 같이, 전기장을 좁힐 수 있기 때문에, 좁은 영역에 강한 전기장을 형성하는 것이 가능해져, 이 결과, 형성할 수 있는 액적을 미소한 것으로 하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 액적을 잉크로 한 경우에 인자 화상을 고해상도로 하는 것이 가능해진다.

또한, 상술한 바와 같이, 전하의 집중 영역과 유체의 메니스커스 영역이 거의 동등한 사이즈로 되기 때문에, 메니스커스 영역내에서의 전하의 이동시간이 토출 응답성에 영향을 주는 일이 없어져, 액적의 토출 속도(액적이 잉크인 경우의 인자 속도)의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 전하의 집중 영역과 유체의 메니스커스 영역이 거의 동등한 사이즈로 되기 때문에, 넓은 범위의 메니스커스 영역에 강한 전기장을 형성할 필요가 없어진다. 이에 따라, 종래와 같이, 넓은 범위의 메니스커스 영역에 강한 전기장을 형성하기 위해 대향 전극의 배치를 정밀도 좋게 행할 필요가 없어지고, 또한, 피기록 매체의 유전율 및 두께가 대향 전극의 배치에 영향을 주지 않게 된다.

따라서, 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서, 대향 전극의 배치에 대한 자유도가 증대한다. 즉, 정전 흡인형 유체 제트 장치의 설계의 자유도가 증대한다. 이 결과, 유전율이나 두께에 영향을 받지 않고, 종래, 사용이 곤란하였던 피기록 매체에 대해 인자하는 것이 가능해져, 범용성이 높은 유체 제트 장치를 실현할 수 있다.

따라서, 상기 구성의 정전 흡인형 유체 제트 장치에 의하면, 고해상도와 안전성의 양쪽 모두를 만족시켜, 범용성이 높은 장치를 실현할 수 있다.

여기에서, 상기의 유체로서는 순수한 물, 기름 등의 외에, 미립자로서 염료나 안료를 포함한 유색의 액체인 잉크나, 회로 기판을 형성하는 배선 재료(은이나 동 등의 도전성의 미립자)를 포함하는 용액 등이 사용 가능하다.

예를 들면, 유체로서 잉크를 이용한 경우에는, 고정밀한 인자를 할 수 있고, 유체로서 회로 기판을 형성하는 배선 재료를 포함한 용액을 이용한 경우에는, 선폭이 매우 좁은 배선으로 초고정밀한 회로를 형성하는 것이 가능해져, 어느 경우에 있어서도 유체를 안정되게 토출시킬 수 있다.

게다가, 상기 인가 전압 제어 수단은 상기 유체 토출 구멍으로부터 토출한 직후의 유체의 액적에 유도되는 전하량이, 그 액적의 레일리 한계에 상당하는 전하량의 90% 이하가 되도록 상기 유체에 인가하는 전압을 제어함으로써, 토출 액적의 건조에서의 액적 표면적의 현상에 의한 방전을 방지할 뿐만 아니라, 액적의 대전에 의한 증기압의 감소를 막을 수 있다.

이에 따라, 토출 액적의 건조 시간(액적의 용제가 모두 증발할 때까지의 시간)의 감소를 저감시킬 수 있으므로, 착탄한 액적의 도트 직경 사이즈의 불균일을 없앨 수 있다.

또한, 토출한 액적의 건조 시간이 길어지기 때문에, 액적이 착탄할 때까지의 사이에 액적의 직경, 즉 액적량의 변화를 줄일 수 있다. 이에 따라, 비상중의 액적이 받는 공기 저항이나 주위 습도 등의 환경 조건은 각 액적에서 균일하게 되므 로, 액적의 착탄 정밀도의 향상을 도모하는 것, 즉 착탄시의 액적의 불균일을 억제할 수 있다.

또한, 토출한 액적의 건조 시간이 길어지므로, 토출 액적의 직경이 φ5㎛ 정도의 미소한 액적이라도, 액적을 건조하지 않고 착탄시키는 것이 가능해진다.

따라서, 상기 구성의 정전 흡인형 유체 제트 장치를 사용하면, 미소한 액적을 안정되게 토출할 수 있을 뿐만 아니라, 고정밀도로 착탄시킬 수 있다.

상기 유체 토출 구멍으로부터 토출한 직후의 유체의 액적에 유도되는 전하량이, 그 액적의 레일리 한계에 상당하는 전하량의 90% 이하로 되도록 하기 위해서는, 이하와 같이 하는 것을 생각할 수 있다.

즉, 본 발명의 정전 흡인형 유체 제트 장치는 상기의 과제를 해결하기 위해, 전압 인가에 의해 대전된 유체를 절연 재료로 이루어지는 노즐의 유체 토출 구멍으로부터 정전 흡인에 의해 액적의 상태로 토출시키는 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서, 상기 노즐내의 유체에 인가되는 전압을 제어하는 인가 전압 제어 수단을 구비하고, 그 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 토출 직후의 유체의 액적 직경과 동등 이하로 설정되며, 상기 인가 전압 제어 수단은 상기 유체 토출 구멍으로부터 토출한 직후의 유체의 액적에 유도되는 전하량이, 상기 메니스커스의 최대 전계 강도에 의한 유체 토출 직후의 액적 직경에서의 레일리 한계에 상당하는 전하량 이하로 되도록, 상기 유체에 인가하는 전압을 제어한다.

상기 인가 전압 제어 수단은, 상기 유체 토출 구멍으로부터 토출한 직후의 유체의 액적에 유도되는 전하량이, 그 액적의 레일리 한계에 상당하는 전하량의 60% 이상으로 되도록, 상기 유체에 인가하는 전압을 제어하도록 하여도 된다.

일반적으로, 대전한 액적은 그 액적의 표면에 대전한 전하량(대전량)에 의해 증기압이 감소하므로, 대전량이 너무 적으면 증발의 완화에 영향을 미치지 않게 된다. 구체적으로는, 액적의 레일리 한계에 상당하는 전하량의 60%보다 적은 전하량의 경우에, 액적의 증발의 완화에 영향을 미치지 않게 된다.

따라서, 유체 토출 구멍으로부터 토출한 직후의 유체의 액적에 유도되는 전하량은, 액적의 레일리 한계에 상당하는 전하량의 60% 이상 90% 이하로 설정되는 것이 바람직하다.

상기 유체 토출 구멍으로부터 토출한 직후의 유체의 액적에 유도되는 전하량이, 그 액적의 레일리 한계에 상당하는 전하량의 60% 이상으로 되도록 하기 위해서는, 이하와 같이 하는 것을 생각할 수 있다.

즉, 상기 인가 전압 제어 수단은 상기 유체 토출 구멍으로부터 토출한 직후의 유체의 액적에 유도되는 전하량이, 상기 유체의 메니스커스의 최대 전계 강도에 의한 유체 토출 직후의 액적 직경에서의 레일리 한계에 상당하는 전하량의 O.8배 이상으로 되도록, 상기 유체에 인가하는 전압을 제어한다.

상기 노즐의 유체 토출 구멍의 직경은 Φ5㎛ 이하로 설정하는 것이 바람직하고, 또한 상기 노즐의 유체 토출 구멍의 직경은 ΦO.2㎛ 이상 Φ4㎛ 이하로 설정하는 것이 바람직하다.

이 경우, 노즐의 유체 토출 구멍의 직경을 Φ5㎛ 이하로 설정함으로써, 전계 강도가 집중하여 전계 집중이 극단적으로 커져, 최대 전계 강도를 높게 할 수 있 고, 이 결과, 액적의 대전 효율을 좋게 할 수 있다. 또한, 액적의 대전 효율을 좋게 하기 위해서는, 노즐의 유체 토출 구멍의 직경을 O.2㎛ 이상 4㎛ 이하로 설정하면 된다. 이 경우, 전계 집중이 극단적으로 커져 최대 전계 강도를 높게 할 수 있어, 이 결과, 직경이 작은 미소한 액적을 안정되게 토출하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 정전 흡인형 유체 제트 장치는, 전압 인가에 의해 대전된 유체를 절연 재료로 이루어지는 노즐의 유체 토출 구멍으로부터 정전 흡인에 의해 액적의 상태로, 인가되는 전압에 부합하는 속도로 피기록 매체를 향해 토출시키는 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서, 상기 노즐내의 유체에 인가되는 전압을 제어하는 인가 전압 제어 수단을 구비하고, 그 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 Φ8㎛ 이하로 설정되며, 상기 인가 전압 제어 수단은 상기 유체의 토출로부터 피기록 매체로의 착탄까지의 평균 토출 속도가 1Om／s 이상 40m／s 이하로 되도록, 상기 유체에 인가되는 전압을 제어하도록 구성되어 있다.

그러므로, 종래의 유체의 정전 흡인의 과정에 있어서, 종래의 노즐의 유체 토출 구멍의 직경보다 작은 액적 직경의 유체를 토출하기 위해 형성되는 테일러 콘 형상의 전하가 집중한 선단부의 직경과 거의 동일하게 본 발명에서는 노즐 직경을 설정함으로써, 광범위하게 필요했던 전기장의 형성을 좁게 할 수 있다.

이상으로부터, 전하의 이동에 필요한 전압, 즉 유체를 정전 흡인시키는데 필요한 대전량을 그 유체에 부여하기 위해 필요한 전압을 큰폭으로 저감시키는 것이 가능해진다. 이에 따라, 종래와 같이, 2000V라고 하는 고전압을 필요로 하지 않기 때문에, 유체 제트 장치를 사용할 때의 안전성의 향상을 도모할 수 있다.

게다가, 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 φ8㎛ 이하로 설정되어 있기 때문에, 전계 강도 분포가 그 유체 토출 구멍의 토출면 근방에 집중할 뿐만 아니라, 대향 전극으로부터 노즐의 유체 돌출공까지의 거리의 변동이 전계 강도 분포에 영향을 끼치는 일이 없어진다.

이에 따라, 대향 전극의 위치 정밀도, 피기록 매체의 재료 특성의 불균일이나 두께 불균일의 영향을 받지 않고 안정된 유체의 토출을 행할 수 있다.

또한, 상기와 같이, 전기장을 좁힐 수 있기 때문에, 좁은 영역에 강한 전기장을 형성하는 것이 가능해져, 이 결과, 형성할 수 있는 액적을 미소한 것으로 하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 액적을 잉크로 한 경우에 인자 화상을 고해상도로 하는 것이 가능해진다.

또한, 상술한 바와 같이, 전하의 집중 영역과 유체의 메니스커스 영역이 거의 동등한 사이즈로 되기 때문에, 메니스커스 영역내에서의 전하의 이동시간이 토출 응답성에 영향을 주는 일이 없어져, 액적의 토출 속도(액적이 잉크인 경우의 인자 속도)의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 전하의 집중 영역과 유체의 메니스커스 영역이 거의 동등한 사이즈로 되기 때문에, 넓은 범위의 메니스커스 영역에 강한 전기장을 형성할 필요가 없어진다. 이에 따라, 종래와 같이, 넓은 범위의 메니스커스 영역에 강한 전기장을 형성하기 위해 대향 전극의 배치를 정밀도 좋게 행할 필요가 없어지고, 또한, 피기록 매체의 유전율 및 두께가 대향 전극의 배치에 영향을 주지 않게 된다.

따라서, 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서, 대향 전극의 배치에 대한 자 유도가 증대한다. 즉, 정전 흡인형 유체 제트 장치의 설계의 자유도가 증대한다. 이 결과, 유전율이나 두께에 영향을 받지 않고, 종래, 사용이 곤란하였던 피기록 매체에 대해 인자하는 것이 가능해져, 범용성이 높은 유체 제트 장치를 실현할 수 있다.

따라서, 상기 구성의 정전 흡인형 유체 제트 장치에 의하면, 고해상도와 안전성의 양쪽 모두를 만족시켜, 범용성이 높은 장치를 실현할 수 있다.

여기에서, 상기의 유체로서는 순수한 물, 기름 등의 외에, 미립자로서 염료나 안료를 포함한 유색의 액체인 잉크나, 회로 기판을 형성하는 배선 재료(은이나 동 등의 도전성의 미립자)를 포함하는 용액 등이 사용 가능하다.

예를 들면, 유체로서 잉크를 이용한 경우에는, 고정밀한 인자를 할 수 있고, 유체로서 회로 기판을 형성하는 배선 재료를 포함한 용액을 이용한 경우에는, 선폭이 매우 좁은 배선으로 초고정밀한 회로를 형성하는 것이 가능해져, 어느 경우에 있어서도 유체를 안정되게 토출시킬 수 있다.

게다가, 상기 인가 전압 제어 수단에 의해, 상기 유체의 토출로부터 피기록 매체로의 착탄까지의 평균 토출 속도가 10m／s 이상 40m／s 이하로 되도록, 상기 유체에 인가되는 전압이 제어됨으로써, 유체의 비상중의 건조의 영향을 경감할 수 있어, 이 결과, 피기록 매체에서의 액적의 착탄 정밀도의 향상을 도모할 수 있으며, 또한, 액적의 착탄 도트 직경의 불균일을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 메니스커스부에서의 전계 강도의 영향에 의한 토출 액적의 미스트화의 발생을 방지하여, 안정된 토출을 할 수 있다.

여기에서, 유체의 피기록 매체로의 착탄까지의 평균 토출 속도가 10m／s보다 작으면, 착탄 정밀도가 나쁘고 토출 안정성도 나쁘기 때문에, 액적의 착탄 도트 직경에 불균일이 생긴다. 또한, 유체의 피기록 매체로의 착탄까지의 평균 토출 속도가 40m／s보다 크면, 높은 전압이 필요하기 때문에, 메니스커스부에서의 전계 강도가 매우 강해지고 토출하는 액적의 미스트화가 빈번하게 발생하여, 액적을 안정되게 토출할 수 없다.

따라서, 상기 구성의 정전 흡인형 유체 제트 장치와 같이, 유체의 토출로부터 피기록 매체로의 착탄까지의 평균 토출 속도가 10m／s 이상 40m／s 이하로 함으로써, 액적을 안정되게 비상시키는 것이 가능하게 되고, 그 결과, 액적의 착탄 정밀도의 향상을 도모할 수 있으면서, 또한, 액적의 착탄 도트의 불균일을 억제할 수 있다.

또한, 상기 노즐의 유체 토출 구멍의 직경은 φ5㎛ 이하로 설정하는 것이 바람직하고, 또한 노즐의 유체 토출 구멍의 직경은 φO.2㎛ 이상 Φ4㎛ 이하로 설정하는 것이 바람직하다.

이 경우, 노즐의 유체 토출 구멍의 직경을 Φ5㎛ 이하로 설정함으로써, 전계 강도가 집중하여 전계 집중이 극단적으로 커져, 최대 전계 강도를 높게 할 수 있고, 이 결과, 액적의 대전 효율을 좋게 할 수 있다. 또한, 액적의 대전 효율을 좋게 하기 위해서는, 노즐의 유체 토출 구멍의 직경을 ΦO.2㎛ 이상 Φ4㎛ 이하로 설정하면 된다. 이 경우, 전계 집중이 극단적으로 커져 최대 전계 강도를 높게 할 수 있어, 이 결과, 직경이 작은 미소한 액적을 안정되게 토출하는 것이 가능해진 다.

또한, 상기 구성의 정전 흡인형 유체 제트 장치는, 이하의 구성에 의해서도 실현할 수 있다.

즉, 본 발명의 정전 흡인형 유체 제트 장치는, 전압 인가에 의해 대전된 유체를 절연 재료로 이루어지는 노즐의 유체 토출 구멍으로부터 정전 흡인에 의해 액적의 상태로, 인가되는 전압에 부합하는 속도로 피기록 매체를 향해 토출시키는 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서, 그 노즐내의 유체에 인가되는 전압을 제어하는 인가 전압 제어 수단을 구비하고, 그 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 토출 직후의 유체의 액적 직경과 동등 이하로 설정되며, 상기 인가 전압 제어 수단은 상기 유체의 토출로부터 피기록 매체로의 착탄까지의 평균 토출 속도가 1Om／s 이상 40m／s 이하로 되도록, 상기 유체에 인가되는 전압을 제어하도록 구성되어 있다.

또한, 본 발명의 정전 흡인형 유체 제트 장치는, 미립자를 포함하여 전압 인가에 의해 대전된 유체를 절연 재료로 이루어지는 노즐의 유체 토출 구멍으로부터 정전 흡인에 의해 액적의 상태로 토출시키는 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서, 그 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 φ8㎛ 이하로 설정되고, 상기 유체에 함유된 미립자의 입경은 30nm 이하인 구성이다.

그러므로, 종래의 유체의 정전 흡인의 과정에 있어서, 종래의 노즐의 유체 토출 구멍의 직경보다 작은 액적 직경의 유체를 토출하기 위해 형성되는 테일러 콘 형상의 전하가 집중한 선단부의 직경과 거의 동일하게 본 발명에서는 노즐 직경을 설정함으로써, 광범위하게 필요했던 전기장의 형성을 좁게 할 수 있다.

이상으로부터, 전하의 이동에 필요한 전압, 즉 유체를 정전 흡인시키는데 필요한 대전량을 그 유체에 부여하기 위해 필요한 전압을 큰폭으로 저감시키는 것이 가능해진다. 이에 따라, 종래와 같이, 2000V라고 하는 고전압을 필요로 하지 않기 때문에, 유체 제트 장치를 사용할 때의 안전성의 향상을 도모할 수 있다.

게다가, 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 φ8㎛ 이하로 설정되어 있기 때문에, 전계 강도 분포가 그 유체 토출 구멍의 토출면 근방에 집중할 뿐만 아니라, 대향 전극으로부터 노즐의 유체 돌출공까지의 거리의 변동이 전계 강도 분포에 영향을 주는 일이 없어진다.

이에 따라, 대향 전극의 위치 정밀도, 피기록 매체의 재료 특성의 불균일이나 두께 불균일의 영향을 받지 않고 안정된 유체의 토출을 행할 수 있다.

또한, 상기와 같이, 전기장을 좁힐 수 있기 때문에, 좁은 영역에 강한 전기장을 형성하는 것이 가능해져, 이 결과, 형성할 수 있는 액적을 미소한 것으로 하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 액적을 잉크로 한 경우에 인자 화상을 고해상도로 하는 것이 가능해진다.

또한, 상술한 바와 같이, 전하의 집중 영역과 유체의 메니스커스 영역이 거의 동등한 사이즈로 되기 때문에, 메니스커스 영역내에서의 전하의 이동시간이 토출 응답성에 영향을 주는 일이 없어져, 액적의 토출 속도(액적이 잉크인 경우의 인자 속도)의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 전하의 집중 영역과 유체의 메니스커스 영역이 거의 동등한 사이즈로 되기 때문에, 넓은 범위의 메니스커스 영역에 강한 전기장을 형성할 필요가 없어진 다. 이에 따라, 종래와 같이, 넓은 범위의 메니스커스 영역에 강한 전기장을 형성하기 위해 대향 전극의 배치를 정밀도 좋게 행할 필요가 없어지고, 또한, 피기록 매체의 유전율 및 두께가 대향 전극의 배치에 영향을 주지 않게 된다.

따라서, 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서, 대향 전극의 배치에 대한 자유도가 증대한다. 즉, 정전 흡인형 유체 제트 장치의 설계의 자유도가 증대한다. 이 결과, 유전율이나 두께에 영향을 받지 않고, 종래, 사용이 곤란하였던 피기록 매체에 대해 인자하는 것이 가능해져, 범용성이 높은 유체 제트 장치를 실현할 수 있다.

따라서, 상기 구성의 정전 흡인형 유체 제트 장치에 의하면, 고해상도와 안전성의 양쪽 모두를 만족시켜, 범용성이 높은 장치를 실현할 수 있다.

여기에서, 상기의 유체로서는 순수한 물, 기름 등의 외에, 미립자로서 염료나 안료를 포함한 유색의 액체인 잉크나, 회로 기판을 형성하는 배선 재료(은이나 동 등의 도전성의 미립자)를 포함하는 용액 등이 사용 가능하다.

예를 들면, 유체로서 잉크를 이용한 경우에는, 고정밀한 인자를 할 수 있고, 유체로서 회로 기판을 형성하는 배선 재료를 포함한 용액을 이용한 경우에는, 선폭이 매우 좁은 배선으로 초고정밀한 회로를 형성하는 것이 가능해져, 어느 경우에 있어서도 유체를 안정되게 토출시킬 수 있다.

게다가, 상기 유체에 함유된 미립자의 입경은 φ30nm 이하이기 때문에, 미립자 자체의 대전에 의한 영향을 경감할 수 있으므로, 액적에 미립자가 포함되어 있어도, 안정되게 토출시킬 수 있다.

또한, 미립자 자체의 대전의 영향이 경감되므로, 종래와 같이, 미립자의 대전을 이용하여 유체를 토출시키는 경우와 같이, 입경이 작을 때에 미립자의 이동이 늦어지는 일은 없다. 따라서, 미립자가 포함된 유체, 예를 들면 잉크라도, 기록 속도를 저하시키는 일은 없다.

또한, 상기 유체에 함유된 미립자의 입경은 φ1nm 이상 Φ10nm 이하인 것이 바람직하다.

또한, 상기 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 ΦO.2㎛ 이상 Φ4㎛ 이하로 설정되어 있어도 된다.

이 경우, 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 ΦO.2㎛ 이상 Φ4㎛ 이하로 설정되어 있음으로써, 전계 집중이 극단적으로 커져 최대 전계 강도를 높게 할 수 있다. 이 결과, 직경의 작은 미소한 액적을 안정되게 토출하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 구성의 정전 흡인형 유체 제트 장치는, 이하의 구성에 의해서도 실현될 수 있다.

즉, 본 발명의 정전 흡인형 유체 제트 장치는, 미립자를 포함하여 전압 인가에 의해 대전된 유체를, 절연 재료로 이루어지는 노즐의 유체 토출 구멍으로부터 정전 흡인에 의해 액적의 상태로 토출시키는 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서, 그 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 토출 직후의 유체의 액적 직경과 동등 이하로 설정되고, 그 유체에 함유된 미립자의 입경은 Φ30nm 이하인 구성이라도 된다.

또, 발명을 실시하기 위한 최량의 형태의 항에 있어서 이룬 구체적인 실시 형태 또는 실시예는, 어디까지나, 본 발명의 기술 내용을 분명히 하는 것으로서, 그와 같은 구체적인 예에만 한정하여 협의로 해석되어야 하는 것이 아니라, 본 발명의 정신과 다음에 기재하는 특허 청구의 범위내에서 여려 가지로 변경하여 실시할 수 있는 것이다.

본 발명의 정전 흡인형 유체 제트 장치는, 유체로서 잉크를 토출하여 인쇄하는 잉크젯 헤드에 적용하는 것, 또한 유체로서 도전성 유체를 사용하면, 미세한 배선을 형성할 필요가 있는 회로 기판의 제조 장치에 적용하는 것이 가능하며, 또한 배선 용도 이외에는, 모든 프린팅 유스, 화상 형성, 단백질이나 DNA 등의 바이오 재료의 패터닝, 조합 화학(Combinatorial Chemistry) 등에의 응용, 또한, 컬러 필터, 유기 EL(Electroluminescence), FED(카본나노튜브의 패터닝), 세라믹스의 패터닝에 적용하는 것이 가능하다.

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11. 전압 인가에 의해 대전된 유체를, 절연 재료로 이루어지는 노즐의 유체 토출 구멍으로부터 정전 흡인에 의해 액적의 상태로 토출시키는 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서,

    상기 노즐내의 유체에 인가되는 전압을 제어하는 인가 전압 제어 수단을 구비하고,

    상기 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 ΦO.2㎛ 이상 Φ4㎛ 이하로 설정되며,

    상기 인가 전압 제어 수단은, 상기 유체 토출 구멍으로부터 토출한 직후의 유체의 액적에 유도되는 전하량이, 그 액적의 레일리 한계에 상당하는 전하량의 60% 이상 90% 이하로 되도록, 상기 유체에 인가하는 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 정전 흡인형 유체 제트 장치.
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15. 전압 인가에 의해 대전된 유체를, 절연 재료로 이루어지는 노즐의 유체 토출 구멍으로부터 정전 흡인에 의해 액적의 상태로 토출시키는 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서,

    상기 노즐내의 유체에 인가되는 전압을 제어하는 인가 전압 제어 수단을 구비하고,

    상기 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 ΦO.2㎛ 이상 Φ4㎛ 이하로 설정되며,

    상기 인가 전압 제어 수단은, 상기 유체 토출 구멍으로부터 토출한 직후의 유체의 액적에 유도되는 전하량이 상기 유체의 메니스커스의 최대 전계 강도에 의한 유체 토출 직후의 액적 직경에서의 레일리 한계에 상당하는 전하량의 0.8배 이상이고 그 전하량 이하로 되도록, 상기 유체에 인가하는 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 정전 흡인형 유체 제트 장치.
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19. 전압 인가에 의해 대전된 유체를, 절연 재료로 이루어지는 노즐의 유체 토출 구멍으로부터 정전 흡인에 의해 액적의 상태로, 인가되는 전압에 부합하는 속도로 피기록 매체를 향해 토출시키는 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서,

    상기 노즐내의 유체에 인가되는 전압을 제어하는 인가 전압 제어 수단을 구비하고,

    상기 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 ΦO.2㎛ 이상 Φ4㎛ 이하로 설정되며,

    상기 인가 전압 제어 수단은, 상기 유체의 토출로부터 피기록 매체로의 착탄까지의 평균 토출 속도가 10m／s 이상 40m／s 이하로 되도록, 상기 유체에 인가되는 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 정전 흡인형 유체 제트 장치.
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25. 미립자를 포함하여 전압 인가에 의해 대전된 유체를, 절연 재료로 이루어지는 노즐의 유체 토출 구멍으로부터 정전 흡인에 의해 액적의 상태로 토출시키는 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서,

    상기 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 ΦO.2㎛ 이상 Φ4㎛ 이하로 설정되고,

    상기 유체에 함유된 미립자의 입경은 Φ1nm 이상 Φ30nm 이하인 것을 특징으로 하는 정전 흡인형 유체 제트 장치.
26. 제25항에 있어서, 상기 유체에 함유된 미립자의 입경은 Φ1nm 이상 φ10nm 이하인 것을 특징으로 하는 정전 흡인형 유체 제트 장치.
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33. 전압 인가에 의해 대전된 유체를, 절연 재료로 이루어지는 노즐의 유체 토출 구멍으로부터 정전 흡인에 의해 액적의 상태로 토출시키는 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서,

    상기 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 ΦO.2㎛ 이상 Φ4㎛ 이하로 설정되고,

    유체에 전압을 인가하는 전극과,

    유체 토출 구멍으로부터 토출 액적량을 조정하기 위해, 상기 전극에 인가하는 전압을 제어하는 프로세스 제어부를 구비하며,

    상기 프로세스 제어부는, 상기 유체 토출 구멍으로부터 토출한 직후의 유체의 액적에 유도되는 전하량이, 상기 액적의 레일리 한계에 상당하는 전하량의 60% 이상 90% 이하로 되도록, 상기 전극에 인가하는 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 정전 흡인형 유체 제트 장치.
34. 전압 인가에 의해 대전된 유체를, 절연 재료로 이루어지는 노즐의 유체 토출 구멍으로부터 정전 흡인에 의해 액적의 상태로 토출시키는 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서,

    상기 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 ΦO.2㎛ 이상 Φ4㎛ 이하로 설정되고,

    유체에 전압을 인가하는 전극과,

    유체 토출 구멍으로부터 토출 액적량을 조정하기 위해, 상기 전극에 인가하는 전압을 제어하는 프로세스 제어부를 구비하며,

    상기 프로세스 제어부는, 상기 유체 토출 구멍으로부터 토출한 직후의 유체의 액적에 유도되는 전하량이, 상기 유체의 메니스커스의 최대 전계 강도에 의한 유체 토출 직후의 액적 직경에서의 레일리 한계에 상당하는 전하량의 0.8배 이상이고 그 전하량 이하로 되도록, 상기 전극에 인가하는 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 정전 흡인형 유체 제트 장치.
35. 전압 인가에 의해 대전된 유체를, 절연 재료로 이루어지는 노즐의 유체 토출 구멍으로부터 정전 흡인에 의해 액적의 상태로, 인가되는 전압에 부합하는 속도로 피기록 매체를 향해 토출시키는 정전 흡인형 유체 제트 장치에 있어서,

    상기 노즐의 유체 토출 구멍의 직경이 ΦO.2㎛ 이상 Φ4㎛ 이하로 설정되고,

    유체에 전압을 인가하는 전극과,

    유체 토출 구멍으로부터 토출 액적량을 조정하기 위해, 상기 전극에 인가하는 전압을 제어하는 프로세스 제어부를 구비하며,

    상기 프로세스 제어부는, 상기 유체의 토출로부터 피기록 매체로의 착탄까지의 평균 토출 속도가 1Om／s 이상 40m／s 이하로 되도록, 상기 전극에 인가되는 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 정전 흡인형 유체 제트 장치.
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