TWI326637B - - Google Patents

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1326637 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於將液體吐出至基材的'液體吐 【先前技術】 以吐出液滴之技術而言，所知的有使吐出 液帶電，藉由自形成在噴出噴嘴，和成爲接受 對象物的各種基材之間的電場所接受到的靜電 以吐出的所謂的靜電吸引方式之液滴吐出技術 如此分野之液滴吐出技術中，亦可企圖謀 徑之微 化（2 0 ~ 3 0 [ # m ]以下），並且利用在 藉由表面張力所形成之溶液半球狀之隆起狀態 產生之電場集中效果，吐出於先前無的微小液 參照國際公開03/070 3 8 1號冊）。 但是，爲了使吐出噴頭徑微 化圓滑地執 以在吐出噴嘴之前端部上形成帶電之溶液所引 狀之彎月面’由此取得電場集中之效果爲前。 另一方面，於持續溶液帶電執行之時，貝 (electro waiting)效果，吐出噴嘴之前端面 高，使得溶液應與吐出噴嘴內徑相等形成彎月 吐出噴嘴之前端面上變寬廣，有產生吐出不良 安定等之降低吐出性能的問題。 並且，噴出噴嘴以超微 化（15[/zm]以] 出之時，雖然可以成爲液滴超微化及因電場 出裝置。 噴嘴內之溶 液滴彈著之 吸引力，予 〇 求吐出噴嘴 噴嘴前端部 的頂點部所 滴（例如， 行吐出，是 起之略半球 提。但是， 11產生待電 的濕潤性變 面之處，在 、液滴徑不 F ]之條件吐 集中效果所 -5- (2) (2)1326637 引起之吐出高效率（滴電壓吐出），但是另一方面，由於 液滴微小化，使雷利（Rayleigh )分裂之電壓限界値下 降，因由接近於可吐出電壓値可抑制液滴的霧散狀，故被 要求電荷量之精密控制（參照第9圖）。 對此，依據具有無電荷之注入之凸狀彎月面形成手段 之方式的吐出，可以降低用以吐出之電荷量，由於抑制液 滴之霧散化具有效果，即使噴嘴微小化，亦可以迴避精密 控制。 但是，液滴之霧散化即使爲擴大噴嘴和基板間之間隙 或高速吐出等之要因，亦有變成容易產生之傾向。對於要 求如.此間隙擴大，則有僅靠形成凸狀彎月面則無法充分達. 到處理之問題。 並且，持續溶液帶電執行之時，在接受液滴彈著之基 材上產生帶電，此時無法滿足吐出所需之電位差而產生吐 出不良，再者，由於所吐出之液滴微小’故有產生彈著位 置精度下降之問題。 【發明內容】 在此，解決微小液滴吐出之課題，如1 )持續溶液帶 電而執行之時’產生待電（electro waiting )效果，吐出 噴嘴之前端面的濕潤性變高’使彳辱溶液應與吐出噴嘴內徑 相等形成彎月面之處’在吐出噴嘴之前端面上變寬廣’有 產生吐出不良、液滴徑不安定等之降低吐出性能的課題， 2 )液滴霧散化之抑制’ 3 )吐出噴嘴內之溶液的粒狀物過 -6- (3) (3)1326637 集中於吐出噴嘴內而產生阻塞之課題，以安定微小液滴圓 滑吐出爲第一目的。 再者，以達到微小液滴彈著徑之安定化爲第二目的。 液體吐出裝置是以具備有具有將帶電的溶液之液滴吐 出至基材上之內部直徑爲以下之噴嘴的液體吐出 頭；施加吐出電壓至上述噴嘴內之溶液的吐電壓出施加手 段；形成‘上述噴嘴內之溶液從該噴嘴隆起成凸狀之狀態的 凸狀的彎月面形成手段；和控制用以驅動上述凸狀彎月面 形成手段之驅動手段的施加，及藉由吐出電壓施加手段之 吐出電壓的施加，並且在與當作藉由上述吐出電壓施加手 段之吐出電壓的脈衝電壓之施加重疊的時間，施加上述凸 狀彎月面形成手段之驅動電壓的動作控制手段，來謀求解 決課題。 以下，稱爲噴嘴徑之時·是表示吐出液滴之噴嘴之內 部直徑（執行噴嘴之吐出部分之內部直徑）。並且，噴嘴 內之液體吐出穴之剖面形狀並非限定於圓形。例如，液體 吐出穴之剖面形狀爲多角形、星形其他形狀之時，則設爲 表示以該剖面形狀之外接圓爲1 5 [# m]以下者。 再者，稱爲噴徑半徑之時，是表示該噴嘴徑（噴嘴之 內部直徑）之1/2之長度者。 於本發明中，「基材」是指接受被吐出之溶液之液滴 彈著之對象物，材質性並不尤其限定。因此，例如，於上 述構成適用噴墨機之時，用紙或薄板等之記錄媒體相當於 基材，於使用導電性膠執行形成電路之時，應形成電路之 (4) (4)1326637 基座則相當於基材。 於上述構成中，爲了使基材之接受液滴面與噴嘴相 向，則被相對性配置。 然後，在液體吐出噴頭內被供給著溶液。如此之狀態 中，動作控制手段是執行雙方之施加電壓，使可重複產生 相對於藉由動作壓電元件、靜電調節器、發熱抵抗體等之 凸狀彎月’面形成手段的驅動電壓之施加，和吐出電極之吐 出電壓的施加。 此時，藉由凸狀彎月面形成手段在噴嘴形成隆起溶液 之狀態（凸狀彎月面）。爲了形成如此之凸狀彎月面，採 用在液滴自噴嘴不會滴落範圍中提高噴嘴內壓力等之方 法。 再者，吐出電壓並非持續維持上升狀態，藉由瞬間性 上升之脈衝電壓執行施加。 並且，相對於凸狀彎月面形成手段之驅動電壓，和吐 出電極之吐出電壓’是各自單獨施加中不吐出液滴之範 圍，執行雙方之施加厚設定成液滴被吐出之電位。依此， 當藉由形成凸狀彎月面之驅動電壓，在噴嘴形成凸狀彎月 面之時，溶液之液滴從凸狀彎月面之突出前端部對基材之 接受面飛翔至垂直方面，在基材之接受面上形成溶液之點 滴。 並且’本發明是與對溶液執行施加電壓之吐出電壓施 加手段不同’依據具備有用以形成凸狀灣月面之凸狀灣月 面形成手段，比較以吐出電壓施加手段單獨執行彎月面形 -8 - (5) (5)1326637 成及液滴吐出所需之電壓施加之時，可謀求低電壓化。 並且，因吐出電壓爲脈衝電壓，對溶液施加吐出電壓 之時間爲瞬間性，藉由待電（electro waiting)效果於產 生溶液向吐出噴嘴周圍擴散之前，執行吐出。 再者，因對溶液施加吐出電壓之時間爲瞬間，故防止 溶液中之粒狀物過剩集中於吐出噴嘴側，降低阻塞。 並且’，因對溶液施加吐出電壓之時間爲瞬間性，故抑 制基材側中之帶電（充電），執行安定之吐出，並且即使 微小液滴也向規定之方向飛翔。 再者，依據凸狀彎月面形成手段，可達到隨著降低施 加電壓至吐出電極而降低溶液之電荷量，抑制因雷利 (Rayleigh )限界所引起之液滴的霧散化。並且，在對吐 出電極施加脈衝電壓，依據脈衝量之最適當化可以達到液 滴之電荷量的最適當化。然後，依據電荷量之最適當化， 即使吐出可能電壓値和雷利（Rayleigh )限界電壓値接近 之時，亦可以達到抑制霧散化，即使於達到噴嘴和基板間 之間隙擴大化之時或高速吐出之時，亦可抑制液滴之霧散 化。 再者，上述之動作控制手段即使於對噴嘴內之溶液施 加吐出電壓之前或之後，執行施加與吐出電壓逆極性之電 壓的控制亦可。 即是，於吐出電壓施加之前執行施加與吐出電壓逆極 性之電壓時，互相抵銷並降低上次吐出時之施加吐出電壓 所引起之噴嘴的待電（electro waiting)效果，過剩集中 (6) 1326637 於溶液中之粒狀物之吐出噴嘴側，基材側中之充電影響， 而執行該吐出。 再者’於施加吐出電壓之後，執行施加與吐出電壓逆 極性之電壓時，互相抵銷並降低該吐出時之施加吐出電壓 所引起之噴嘴的待電（electro waiting )效果，過剩集中 於溶液中之粒狀物之吐出噴嘴側，基材側中之充電影響， 而執行該吐出。 再者，上述之動作控制動作即使是一面使上述凸狀彎 月面形成手段之驅動電壓的施加先實施，同時也在與此重 疊之時間，執行施加上述吐出電壓施加手段之吐出電壓的 控制亦可。 上述構成是先執行施加凸狀彎月面形成手段之驅動電 壓，於持續施加中對吐出電極執行施加吐出電壓。 依此，即使產生凸狀彎月面形成手段之應答性延遲， 亦可以解消此。 並且，因在形成凸狀彎月面之狀態，對吐出電極執行 施加吐出電壓，故即使疆吐出電壓之脈衝寬設定成短，亦 可以容易達成與凸狀彎月面形成手段之驅動電壓同步。 再者，在上述頭部多數設置噴嘴之時，即使在各噴嘴 上設置凸狀彎月面形成手段亦可。 在頭部設置多數噴嘴之時，當接近配置各噴嘴而企圖 謀求達到高積體化時，藉由各噴嘴施加吐出電極之吐出電 壓，產生因電場強度分布不均勻所引起之交互干擾’容易 產生點滴徑不均勻，降低彈著精度，上述構成因是依據凸 -10- (7) (7)1326637 狀彎月面形成手段，達到降低吐出電壓，故可抑制交互干 擾，也成爲多噴嘴之高積體化。 液體吐出裝置除了對溶液執行施加吐出電壓的吐出電 壓施加手段之外，比起藉由具備有用以形成凸狀彎月面之 凸狀彎月面形成手段，以吐出電壓施加手段單獨執行施加 彎月面形成及液滴吐出所需之電壓之時，可達成低電壓 化。因此’，不需要高電壓’之施加電路或裝置之耐高電壓 化，可達成簡化構成進而提升生產性。 並且，依據將施加於吐出電壓施加手段之吐出電壓設 爲脈衝電壓，對溶液施加吐出電壓之時間成爲瞬間性，可 於因待電（electro waiting)效果所引起之吐出噴嘴周圍 之溶液擴散之前，執行吐出，可抑制吐出不良，並謀求安 定化液滴徑。 再者，因對溶液施加吐出電壓之時間成爲瞬間性，故 可迴避如持續性被施加吐出電壓時般，溶液中之粒狀物過 剩集中至吐出噴嘴側之事態，降低因粒狀物所引起之阻 塞，並可達到吐出之圓滑化。 並且，因對溶液施加吐出電壓之時間成爲瞬間性，故 可以抑制吐出電壓被持續性施加之時所產生之基材側之帶 電（充電），並可以維持安定吐出所需之電位差，達到提 升因降低吐出不良所引起之吐出安定性。再者，因抑制基 材側之帶電，故即使微小液滴亦可以安定飛翔至規定方 向，可達到提升彈著位置精度。 並且，因藉由相對於雷利（Rayleigh )界限之凸狀彎 -11 - (8) 1326637 月面形成手段而抑制霧散化，可藉由根據對吐出電極施加 脈衝電壓使電荷量最適合化，使更可抑制霧散化。因此， 即使於企圖擴大化噴嘴和基板間之間隙時，或執行高速吐 出時’亦可以抑制液滴之霧散化。 再者，動作控制手段是於控制吐出電壓施加手段而於 施加吐出電壓之後執行施加逆極性之電壓時，則可互相抵 銷該吐時之施加吐出電壓所引起的待電（electro waiting )效果，集中於溶液中之帶電粒狀物的噴嘴側，對 充電之影響，使下一次之吐出維持良好之狀態。 再者，於施加吐出電壓之前執行施加逆極性之電壓 時，則可除去並降低因上一次吐出所施加之施加吐出電壓 引起的待電（electro waiting )效果，集中於溶液中之帶 電粒狀物的噴嘴側，對充電之影響，使該吐出維持良好之 狀態。 再者，動作控制手段是於使施加凸狀彎月面形成手段 之驅動電壓比施加吐出電壓施加手段之吐出電壓先實行 時，可以解消因驅動凸狀彎月面形成手段而影響被形成在 噴嘴之凸狀彎月面形成延遲。 再者，對於事先爲彎月面形成狀態之溶液，因爲施加 帶電用之吐出電壓’故容易達成同步，其結果，可以將吐 出電壓之脈衝寬設定成比凸狀彎月面形成手段之驅動電壓 短，並可更有效果實現抑制待電（electro waiting)效 果，抑制集中至溶液中之帶電粒狀物之噴嘴側，抑制充 電。 -12- (9) 1326637 再者，於在頭部多數設置噴嘴’在每噴嘴上具備凸狀 彎月面形成手段之時，則可以達成降低吐出電壓，依此， 可以抑制在各噴嘴間所產生之交互千擾影響。因此，可以 在吐出頭比以往高密度設置噴嘴，並達成吐出頭之噴嘴高 積體化。. 【實施方式】 〔液體吐出裝置之全體構成〕 以下，針對本發明之實施形態的液體吐出裝置20，根 據第1至第6圖予以說明。第1圖是沿著後述之噴嘴21 之液體吐出裝置2 0的剖面圖。 該液體吐出裝置20是具備有將可帶電之溶液液滴自 該前端部吐出之超微細徑的噴嘴21;具有與噴嘴21之前 端部相向之相向面，並在該相向面支撐接受液滴彈著之基 材K的對向電極2 3 ;供給溶液至噴嘴2 1內之流路的溶液 供給手段29;施加吐出電壓至噴嘴21內之溶液的吐出電 壓施加手段25;噴嘴21內之溶液自該噴嘴21之前端部形 成隆起成凸狀之凸狀彎月面形成手段40;控制施加凸狀彎 月面形成手段40之驅動電壓及施加吐出電壓施加手段25 所引起之吐出電壓的動作控制手段5 0。 並且，上述噴嘴21是在噴出頭26被多數設置成朝向 與相同平面上相同方向之狀態。然後，依此，溶液供給手 段29在每各噴嘴21上是被形成在吐出頭26，再者，凸狀 彎月面形成手段40也在每各噴嘴21被設置在吐出頭26 -13- (10) (10)1326637 上。另一方面，吐出電壓施加手段25和對向電極僅有一 個，相對於各噴嘴則共同使用。 並且，第1圖中，爲了便於說明，雖然以使噴嘴2 1 之前端部朝上方，在噴嘴21之上方配設有對向電極23之 狀態，予以圖示，但實際上，噴嘴21是以水平方向或是 彼此更下方，更佳爲朝向垂直下方之狀態下使用。 再者'藉由相對性移動定位吐出噴頭2 6和基材K之 無圖示的定位手段，各搬送吐出頭26和基材K，依此自 吐出頭26之各噴嘴21所吐出之液滴，是可被彈著於任意 之位置。 〔噴嘴〕 上述噴嘴21是與後述之噴嘴板26c同時被一體形 成，自該噴嘴26c之平板面上被垂直豎立設置。再者，在 液滴吐出時，各噴嘴21是對基材K之接受面（液滴彈著 面）朝垂直使用。並且，在各噴嘴21形成有自該前端部 沿著噴嘴之中心貫通的噴嘴內流路2 2。 針對各噴嘴21更詳細說明。故噴嘴21該前端部之開 口徑和噴嘴內流路22爲均勻，如上述般，該是以超微細 徑所形成。當舉出具體之各部尺寸時’噴嘴內流路22之 內部直徑則以以下爲佳，又以l〇Um]以下爲更 佳，又以以下爲越佳，又以4[//m]以下爲最佳’ 於本實施形態中噴嘴內流路22之內部直徑是被成2[# m] 以下。然後，噴嘴21之前端部之外部直徑是被設定成 -14- (11) (11)1326637 2[ym]，噴嘴21之根部直徑是被設成5[ym]，噴嘴21之 高部是被設定成1 0 0 [# m ]’該形狀並不限制，形成接近圓 形之圓錐梯形。再者’噴嘴21之高度即使爲〇[//m]亦 可。即是，噴嘴21是被形成與該周圍之平面相同之高 度，於平坦面上單形成吐出口，即使在吐出口至溶液室24 間僅形成有流通之噴嘴內流路22亦可。但是，將高度設 定成〇 [# m ]時’以絕緣性材料形成設置有噴嘴2 1之吐出 側開口部之吐出頭2 6之端面側，或在端面上設置絕緣性 被膜爲佳。 並且，噴嘴內流路22之形狀是如第1圖所示般’即 使不形成內徑一定之直線狀亦可。例如，如第2圖A所示 般，即使噴嘴內流路22之後述溶液室24側之端部中之剖 面形狀被形成帶有圓形亦可。再者，如第2圖B所示般’ 即使噴嘴內流路22之後述溶液室24側之端部中之內徑設 定成比吐出側端部中之內徑大，噴嘴內流路22之內面被 形成錐形周面形狀亦可。並且，如第2圖C所示般，僅有 噴嘴內流路22之後述溶液室24側之端部僅被形成錐形周 面形狀，並且吐出端部側也被形成比該錐形周面內徑一定 之直線狀亦可。 〔溶液供給手段〕 各溶液供給手段29是具備有被設置在液體吐出頭26 對應的噴嘴2 1之基端部側上，並連通於噴嘴內流路2 2之 溶液室24;將溶液自無圖示之外部之溶液槽引導至溶液室 -15- (12) (12)1326637 24之供給路27;和賦予溶液室24溶液之供給壓力的無圖 示之供給泵。 上述供給泵室供給溶液至噴嘴2 1之前端部爲止，並 於凸狀彎月面形成手段4〇之非動作時，吐出電壓施加手 段40之非動作時’維持自各噴嘴2ι之前端部不出現至外 部之範圍（不形成凸狀彎月面之範圍）之供給壓力而執行 供給溶液、 並且’上述之供給泵也包含利用液體吐出頭2 6和供 給槽之配置位置的差壓之情形，另外，即使無設置溶液供 給手段時，即使僅構成溶液供給路亦可。雖然依泵系統之 設計不同而有所不同’但是基本上於啓動時，將溶液供給 至液體吐出頭26時予以運轉，自液體吐出頭26吐出液 體’因應此之溶液供給，是達成因毛細管及凸狀彎月面形 成手段而使液體吐出頭26內之容積變化及供給泵之各壓 力成爲最適合化而實施溶液之供給。 〔吐出電壓施加手段〕 吐出電壓施加手段25是具備有被設置在液體吐出頭 26之內部溶液室24和噴嘴內流路22之境界的吐出電壓施 加用之吐出電極2 8，施加瞬間性上升之脈衝電壓當作該吐 出電極2 8之吐出電壓的脈衝電壓電源3 0。詳細於後述 般，吐出頭26是具備有形成各噴嘴21之層，和形成各溶 液室24及供給路27之層，在該些層之境界全面上設置有 吐出電極28。依此，單一之吐出電極28是連接於所有溶 -16 - (13) (13)1326637 液室24內之溶液，可以藉由對單一之吐出電極24施加吐 出電壓，使所有被引導至溶液室24內之溶液帶電。 依據脈衝電壓電源30之吐出電壓，該値是被設定成 可藉由凸狀彎月面形成手段40在噴嘴21之前端部形成有 溶液之凸狀彎月面之狀態中’施加可吐出之範圍的電壓。 依據該脈衝電源30執行施加之吐出電壓’理論上是 由下式（、）所求取。

但是，r :溶液之表面張力（N/m) ’ ε〇:真空之.介 電常數（F/m ) ，d:噴嘴直徑（m) ，h:噴嘴基材間距離 (m ) ，k:依存於噴嘴形狀之比例定數（1.5<k< 8.5 )。 並且，上述條件爲理論値’實際上執行凸狀彎月面之 形成時和非形成時之試驗，即使求取適當之電壓値亦可。 本實施形態之一例是將吐出電壓設爲4 0 0 [v ] ° 〔液體吐出頭〕 液體吐出頭26是具備有在第1圖中位於最下層’由 具有可撓性之素材（例如，金屬、矽、樹脂等）所構成之 可撓基座層26a;由被形成於該可撓基座層26a之上面全 體上之絕緣素材所構成之26d ;位於該上面形成溶液之供 給路的流路層26b;被形成於該流路層26b之上方的噴嘴 (14) (14)1326637 板26c，在流路層26b和噴嘴板26c之間介插有上述之電 極28。 上述可撓基座層26a是如上述般，若爲具有可撓性之 素材即可，例如即使使用金屬薄板亦可。如此，要求可撓 性是因爲在可撓基座層2 6a之外面，對應於溶液室24之 位置上，設置後述凸狀彎月面形成手段4〇之壓電元件 41，使可撓基座層26a彎曲之故。即是，可將規定電壓施 加至壓電元件4 1上，利用在上述位置中內側或外側中之 任一處使可撓基座層26a凹陷，來縮小或增加溶液室24 之內部容積，依據內壓變化在噴嘴21之前端部形成溶液 之凸狀彎月面或將液面引入至內側之故。 在可撓基座層26a之上面形成膜狀絕緣性高之樹脂， 並形成絕緣層26d。如此之絕緣層26d是充分形成薄膜是 不妨礙可撓基座層26a凹陷，使用更容易變形之樹脂素 材。 然後，在絕緣層26d上形成可溶解之樹脂層，並且僅 殘留跟隨用以形成供給路27及溶液室24之規定圖案的部 分而予以除去，在除該殘存部被除去之部分上形成絕緣樹 脂層。該絕緣樹脂層成爲流路層2 6b。然後，在該絕緣樹 脂層之上面持有面狀擴散而藉由導電素材（例如NiP)之 電鍍形成吐出電極28，並且自該上方形成絕緣性之防蝕樹 脂層或是聚對二甲苯層。該樹脂層是由考慮到噴嘴21之 高度的厚度所形成。然後，藉由電子束法或毫微微秒雷射 曝光，並形成噴嘴形狀》噴嘴內流路22也藉由雷射加工 -18- (15) (15)1326637 而被形成。然後，除去跟隨供給路2 7及溶液室24之圖案 的可溶解樹脂層，並開通該些供給路27及溶液室24而完 成液體吐出頭2 6。 並且，噴嘴板26c及噴嘴21之素材具體而言，除了 環氧樹脂、PMMA、苯酚、鹼玻璃、石英玻璃等之絕緣 材，即使爲如 Si般之半導體、Ni、SUS等般之導體亦 可。但是'於依據導體形成噴嘴板26及噴嘴21之時，至 少針對噴嘴21之前端部的前端部端面、更佳爲前端部之 周面，是以設置藉由絕緣材的被膜爲佳。依據由絕緣材形 成噴嘴21或在該前端表面形成絕緣材被膜，在對溶液施 加吐出電壓時，因可有效果地抑制電流從噴嘴前端部洩漏 至對向電極2 3。 再者，不管是否有絕緣處理，對於各噴嘴2 1之前端 面所使用之溶液，濕潤性爲高之時，則對該前端面施予防 水處理爲佳。因以噴嘴21之前端部所形成之凸狀彎月面 之曲率半徑經常設爲比噴嘴徑近的値。 再者，即使包含噴嘴21噴嘴板26c具有防水性亦可 (例如，以含有氟之樹脂形成噴嘴板26c。），即使在噴 嘴2 1之表層形成具有防水性之防水層亦可（例如，在噴 嘴板2 6c之表面上形成金屬膜，並在該金屬膜上形成有藉 由該金屬和防水性樹脂之共析電鍍的防水層。）。在此， 防水性是對液體排斥的性質。再者，依據選擇因應液體之 防水處理方法，可以控制噴嘴板2 6c之防水性。作爲防水 處理方法則有陽離子系或是陰離子系之含氟樹脂之電解澱 -19- (16) (16)1326637 積、氟系高分子、矽系樹脂、聚二甲基硅烷之塗布、燒結 法 '氟系高分子之共析電鍍法、非晶質合金薄膜之蒸鍍 法、附著以藉由電漿CVD法使當作聚合單體之六甲基二 @氧^完電漿聚合而所形成之聚二甲基硅烷系爲中心之有機 砂化合物或含氟矽化合物等之膜的方法。 〔對向電極〕 對向電極23是具備有垂直於噴嘴21之突出方向之對 向面’執行基材K之支撐使可沿著如此之對向面。從噴嘴 21之前端部到對向電極23之對向面爲止之距離，是以 5 00 [ // m]以下爲佳，ι〇〇[ μ m]以下爲更佳，設定成π)0[ # m ]以下當作一例。μ 再者，該對向電極2 3因被接地，故經常維持接地電 位。因此，依據在噴嘴21之前端部和對向面之間所產生 之電場的靜電力，將所吐出之液滴誘導至對向電極23。 並且，液體吐出裝置20由於依據噴嘴21之超微 化 所產生之該噴嘴21之前端部的電場集中，提高電場強度 而執行吐出液滴，故即使無依據對向電極2 3之誘導，亦 可以執行吐出液滴，但是以執行依據噴嘴2 1和對向電極 23間之靜電力的誘導爲佳。再者，藉由將帶電液滴之電荷 接地於對向電極2 3則也可放掉。 〔凸狀彎月面形成手段〕 各凸狀彎月面形成手段40是具備有被設置在噴嘴板 -20- (17) 1326637 26之可撓基座層26a之外側面（第1圖中之下g 溶液室2 4之位置上當作該壓電元件4 1，和爲1 元件4 1變形，施加瞬間性上升之驅動脈衝電腫 壓電源42。 上述壓電元件41是被裝著於該可撓基座層 受施加驅動脈衝電壓而使可撓基座層2 6 a在內俱 中之任一處凹陷方向上產生變形。 驅動電壓電源42是藉由動作控制手段50之 了從噴嘴內流路22內之溶液在噴嘴21之前端窗 之彎月面的狀態’成爲形成凸狀彎月面之狀態（ 圖B)，減少適當溶液室24之容積，輸出壓電〕 帶來之適當値之驅動脈衝電壓（例如l〇[V]) 。 〔溶液〕 作爲執行藉由上述液體吐出裝置 20之吐 例’可舉出無機液體，如水' C0C12、HBr H3P〇4、H2S04、S0C12、S0C12 ' FSO3H 等。作 體可舉出甲醇、丙醇、異丙醇、n-丁醇' 2 -甲基 tetr-丁醇、4 -甲基-2-戊烷、苯氨基甲 、α -松 二醇、甘油、二乙二醇二甲醚、三甘醇單丁醚 類：酚、鄰甲酚、甲酚' ρ-甲酚等之酚類；二 糠醇、二醇二硼烷、甲氧乙醇醚、乙氧乙醇醚' 醚、乙基二甘醇、丁基二甘醇、乙酸丁基二甘醇 丙烷、等之醚類；丙酮、丁酮、2 -甲基-4-二戊烷 5 )對應於 ^使該壓電 g的驅動電 26a ，可接 J或是外側 :控制，爲 ;不形凸狀 參照第3 Ϊ；件4 1所 出的溶液 、hno3 ' 爲有機液 -1 -丙醇、 油醇、乙 、等之醇 氧六環、 乙二醇丁 、環氧氯 、苯乙酮 -21 - (18) (18)1326637 等之酮類；蟻酸、醋酸、二氯醋酸' 三氯醋酸等之脂肪酸 類；甲酸甲脂、甲酸乙脂、甲基醋酸、醋酸-η-丁酯、醋酸 異丁酯、醋酸-3 -甲氧基丁基、醋酸戊酯、丙酸乙酯 '乳酸 乙酯、苯甲酸甲酯、丙二酸酯、鄰苯二甲酸甲酯、鄰苯甲 酸二乙酯、碳酸乙烯、碳酸丙烯、甲氧乙酸乙醇醚 '乙醋 酸醚、氰乙醋酸、氰乙酸甲酯、氰乙酸乙酯、等之酯類； 硝基甲烷'硝基苯、乙酸腈、丁腈、戊腈、苯腈、甲基苯 胺 '乙胺 '二乙胺、乙二胺、苯胺' Ν -甲基苯胺、Ν，Ν -二甲（基）苯胺、〇·甲苯胺、ρ-甲苯胺、啶酮、吡啶、α · 甲基吡啶、2，6 -二甲基吡啶、Q奎啉、丙鄰二胺、甲醯 胺、Ν -甲基甲醯胺、、Ν，Ν -二甲基甲醯胺、Ν，Ν -二甲 基甲醯胺、乙醯胺、Ν-甲基乙醯胺、Ν-甲基吡咯烷酮等之 含氫化合物類；二甲亞楓、環丁碼等之含硫黃化合物類； 苯、對傘花烴、萘、環已苯、環已烷等之碳化氫類；1， 1-二氯乙烷、1’ 2-二氯乙烷' 1，1，1-三氯乙烷、1，1， 1’ 2-四氯乙烷' 1’ 1，2，2-四氯乙烷、五氯乙烷、1，2-二氯乙烯（cis-)、四氯乙烯、2-氯丁烷、卜氯-2-甲基丙 烷、2-氯-2-甲基丙烷' 溴甲烷、三溴甲烷、卜溴丙烷等之 鹵素碳化氫類等。再者，即使二種以上混合上述各液體當 作溶液使用亦可。 並且’將多含有高電傳導率之物質（銀粉等）的導電 性膠當作溶液使用，於執行吐出時，作爲溶解或分散於上 述液體目的物質，除了在噴嘴發生阻塞的粗大粒子外，並 不限制。作爲PDP、CRT、FED等之螢光體，並不限制可 -22- (19) 1326637 使用以往所知者。例如，以紅色螢光體而言， (Y ' Gd ) BO3 : Eu ' YO3 ： Eu等’以綠色螢光體 可舉出 Zn2Si〇4 : Μη、BaAh2〇i9 : Μη、( Ba > Sr 〇 . a -AI203 :Mn等，以藍色螢光體而言，

BaMgAl14〇23: Eu、BaMgAli〇〇i7: Eu 等。爲了將 的物質強固黏著於紀錄媒體上’則以添加各種黏 佳。作爲所使用之黏合劑，可以使用例如乙基纖維 基纖維素、硝化纖維、醋酸纖維素 '彈力纖維素等 素及該誘導體；醇酸樹脂；聚甲酯酸、聚甲基丙烯 酯、2-乙環丙烯酸*甲基丙烯酸共聚合體、月桂基 酯· 2 -羥乙基甲丙烯酸酯共聚合體等之（甲基）丙 脂及該金屬鹽：聚N-異丙烯酸醯胺、聚N，N-二甲 酸醯胺等之聚（甲基）丙烯酸醯胺樹脂；聚苯乙 烯•苯乙烯共聚合體、苯乙烯·馬來酸共聚合體 烯·異戊二烯共聚合體等至之苯乙烯系樹脂；苯乙 甲基丙烯酸正丁酯共聚合體等之苯乙烯•丙烯酸樹 和、不飽和之各種聚酯樹脂；聚丙烯等之聚烯烴系 聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯等之鹵素化聚合單體；聚 烯、氯乙烯•醋酸乙烯共聚合體等之乙烯系樹脂； 酯；環氧系樹脂；聚氨酯系樹脂；聚乙烯醇縮甲醛 烯丁醛、聚乙烯醇縮醛等之聚縮醛樹脂；苯乙烯. 烯共聚合體、苯乙烯·丙烯酸乙酯共聚合體樹脂等 乙烯系樹脂；苯甲胺等之醯胺樹脂；三十碳烷樹脂 樹脂：聚乙烯醇樹脂及該陰離子陽離子變性；聚乙 可舉出 而言， ，Mg ) 可舉出 上述目 合劑爲 素、甲 之纖維 酸多甲 丙烯酸 烯酸樹 基丙烯 稀.、丙 '苯乙 烧· η · 脂；飽 樹脂； 醋酸乙 聚碳酸 、聚乙 醋酸乙 之聚苯 ;尿素 烯吡咯 -23- (20) (20)1326637 烷酮及該共聚合體；聚氧化乙烯、羥基化聚氧化乙烯等之 羥基氧單獨聚合體、共聚合體及架橋體；聚二乙醇、聚丙 二醇等之聚烷基乙醇油；聚醚多元醇；SBr、NRB乳膠； 糊精；海藻酸鈉；明膠及該誘導體、酪蛋白、秋葵、山羊 刺樹脂、普魯蘭、阿拉伯樹脂 '角豆膠 '瓜爾膠粉 '果 膠；膠水' 蛋白質 '各種澱粉類、玉米澱粉、蒴篛、海 蘿 '洋菜粉、大豆蛋白等之天然或半合成樹脂；帖烴樹 脂；松脂及松香脂聚乙嫌甲基醚；聚乙烯亞胺、聚磺苯乙 稀酸.、聚磺乙稀酸等。該些樹脂不僅聚合單體，即使在相 溶之範圍下混合使用亦可。 於將液體吐出裝置20當作圖案製作方法使用之時， 以代表性而言可使用於顯示器用途。具體而言，可以舉出 電漿顯示器之螢光體形成、電漿顯示器之肋材形成 '電漿 顯示器之電極形成、CRT之螢光體形成、FED (場效型顯 示器）之螢光體形成、EFD之肋材形成、液晶顯示器用彩 色濾光片（RGB著色層、黑矩陣層）、液晶顯示器用間隔 物（對應於黑矩陣之圖案，像點圖案）等之例。在此稱爲 肋材一般是意味障壁，以顯示器爲例時，則指用於分離各 色之電漿區域。作爲其他之用途，則可應用於磁性體、強 介電體、導電性膠（配線 '天線）等之圖案製作塗布而作 爲顯微透鏡、半導體用途；通常印刷、特殊印刷（薄板、 布、鋼板等）之印刷、曲面印刷、各種印刷板之印板而當 作圖形製作用途；使用如黏著材、密封材等之本發明作爲 加工用途：塗布醫藥品（多數混合微量成分）、遺傳子診 * 24 - (21) (21)1326637 斷試料等作爲生化、醫療用途等。 〔動作控制手段〕 動作控制.手段 50實際上爲具有 CPU51、ROM52、 RAM 5 3等之演算裝置的構成，依據規定之程式被輸入於該 些’實現下述所示之機能性構成，並實行後述之動作控 制。 · 上述動作控制手段5 0是執行各凸狀彎月面形成手段 之脈衝電壓電源42之脈衝電壓輸出控制和吐出電壓施 加手段2 5之脈衝電壓電源3 0之脈衝電壓輸出控制。 首先，動作控制手段50之CPU51是於藉由被收放於 ROM52之電源控制程式，執行溶液吐出時，使成爲對象之 凸狀彎月面形成手段40之脈衝電壓電源42先呈脈衝電壓 輸出狀態，之後執^ ¾出電壓施加手段25之脈衝電壓電 源3 0呈脈衝電壓輸出狀態之控制。此時，當作先行之凸 狀彎月面形成手段4〇之驅動電壓的脈衝電壓，是被控制 成可與吐出電壓施加手段2 5之脈衝電壓重複（參照第4 圖）。然後，在該重複之時間執行液滴之吐出。 再者，動作控制手段5 0是於施加吐出電壓施加手段 25之吐出電壓，其屬上升成矩形之脈衝電壓之後，執行輸 出逆極性之電壓的控制。該逆極性之電壓是比非施加脈衝 電壓時還低電壓’描繪出掉落至矩形的波形。 〔依據液體吐出裝置的微小液滴吐出動作〕 -25- (22) (22)1326637 依據第1圖、第3圖A及第4圖執行說明液體吐出裝 置20之動作。第3圖A是用以說明凸狀彎月面形成手段 40之動作的說明圖，表示非施加驅動電壓時，第3圖B 是表示施加驅動電壓之時。第4圖是表示吐出電壓和壓電 元素41之驅動電壓之時序圖。並且，在第4圖之最上部 上無表示凸狀彎月面形成手段40之時所需的吐出電壓電 位，並在最下部上表示隨著施加各施加電壓的噴嘴21之 前端溶液的狀態變化。 藉由溶液供給手段29之供給泵供給溶液至溶液室24 及噴嘴2 1的狀態。然後，動作控制手段5 0是當例如接受 自外部針對任一噴嘴21吐出溶液之指令時，首先，針對 該噴嘴21之凸狀彎月面形成手段40，自脈衝電壓電源42 對該壓電元件4 1施加屬於脈衝電壓之.驅動電壓。依此， 在該噴嘴21之前端部，使可推出溶液，從第3圖A之狀 態移行第3圖B之凸狀彎月面形成狀態。 在如此之移行過程中，動作控制手段5 0是針對吐出 電壓施加手段2 5，自脈衝電壓電源3 0對吐出電極2 8施加 屬於脈衝電壓之吐出電壓。 如第4圖所示般，控制凸狀彎月面形成手段4 0之驅 動電壓，和比此延遲被施加之吐出電壓施加手段25之吐 出電壓，使雙方之上升狀態可時間性重覆。因此，在凸狀 彎月面形成狀態中溶液是帶電，依據產生在凸狀彎月面之 前端部所產生之電場集中效果，飛翔微小液滴。 -26- (23) 1326637 〔液體吐出裝置之效果說明〕 液體吐出裝置20因除了對溶液執行施加吐出電壓的 吐出電壓施加手段25’另具備有凸狀彎月面形成手段 4 0 ’故比以吐出電壓施加手段2 5單獨執行彎月面熄成及 液滴吐出所需之電壓施加時，可達成低電壓化。因此，不 需要高電壓之施加電路或裝置之耐高電壓化，可達成零件 點數之輕減、構成之簡易化而提升生產性。 並且，因將相對於吐出電極2 8之吐出電壓設爲脈衝 電壓，故可以短縮該電壓施加時間。第5圖是表示連續性 對吐出電極施加吐出電壓（直流電壓）的比較例之時序 圖。如此之第5圖的例中，持續施加與施加至吐出電極28 之脈衝電壓之上升狀態的電.位相等之電位的直流電壓。 比起上述比較例，於比實施形態中，對溶液施加吐出 電壓之時間爲瞬間性，可於因帶電之液體引起之帶電效果 所產生之噴嘴21之前端面上擴散溶液之前，執行吐出， 抑制吐出不良，達到液滴徑之安定化。 再者，因對溶液施加吐出電壓之時間爲瞬間性，故可 以迴避如比較例，於吐出電壓被持續施加之時般，溶液中 之帶電粒狀物過剩集中於噴嘴21之前端部側，降低音粒 狀物而引起之阻塞，達到吐出之圓滑化。 並且，因對溶液施加吐出電壓之時間爲瞬間性，故可 以抑制如比較例般，在持續施加吐出電壓之時所產生之基 材K側之帶電（充電），維持安定吐出所需知電位差，因 降低吐出不良而達成提升吐出安定性。再者，因抑制基材 -27- (24) (24)1326637 側之帶電，故即使微小液滴亦可飛翔至規定方向，並可達 到提升彈著位置精度。 並且，動作控制手段5 0是利用使凸狀彎月面形成手 段4 0中之脈衝電壓的施加，比吐出電壓施加手段2 5中之 脈衝電壓之施加的時間先，則可以解消因凸狀彎月面形成 手段40之驅動而在噴嘴21之前端部所形成之凸狀彎月面 形成延遲的影響。 再者，因對事先彎月面形成狀態的溶液，施加帶電用 之吐出電壓，故容易達到同步，其結果，可將相對於吐出 電極之脈衝電壓之脈衝寬，設定比相對於壓電元件之驅動 電壓的脈衝寬短。因此，可貢獻抑制待電效果、抑制集中 至溶液中之帶電粒狀物之噴嘴前端部側、抑制充電。 再者，動作控制手段5 0因於對吐出電極2 8施加吐出 電壓之後，執行施加逆極性之電壓’故可互相抵銷因施加 吐出電壓所引起之待電效果、集中於溶液中之帶電粒狀物 之噴嘴前端部側、影響至充電，可將下一次之吐出維持良 好狀態。 並且，於本實施狀態中，雖然於施加吐出電壓之後執 行逆極性之電壓，但是即使於施加吐出電壓之後’執行施 加逆極性之電壓亦可。此時’可降低並除去因上一次吐出 施加吐出電壓所引起之待電效果、集中於溶液中之帶電粒 狀物之噴嘴前端部側、影響至充電’可將下一次之吐出維 持良好狀態。 針對固有之凸狀彎月面形成手段40對具備多數噴嘴 -28- (25) (25)1326637 之液體吐出頭26具有的效果’根據第6圖予以說明。第6 圖是表示依據在任一之噴嘴21執行吐出，對在吐出頭26 之吐出側前面產生之電場強度分布之影響的說明圖。P ! 是表示除了所圖示之3個噴嘴21內的中間外，其他執行 吐出之時的電場強度分布，P2是表示在所有噴嘴21執行 吐出之時的電場強度分布。並且，PI、P2所示之電場強 度是越往圖之上方爲越高。 首先，保持溶液之時，並依據該液壓變化，即使在噴 嘴21之前端部形成凸狀彎月面之其他手段當然亦可。 例如，如第7圖所示般，在自噴嘴可吐出之密閉容器 內保持溶液，並即使將對該溶液賦予吐出空壓的壓力發生 器40A當作凸狀月灣面形成手段而予以設置構成亦可。並 且，在該第7圖所示之吐出頭中，針對噴嘴形狀、各部尺 寸、材質，則與上述之吐出頭2 6相同。 並且，在以上之說明中所記載.之脈衝電壓之波形，雖 然是例示矩形波，但是亦可使用適當之其他形態之波形的 脈衝電壓。例如，即使爲例如三角波、梯形波、圓形波、 正弦波等之形態，或脈衝波形之上升的波形和下降之波形 呈非對稱者或不同之形態者亦可。再者，即使下述記載也 相同。 〔藉由微小噴嘴之微小液滴吐出的理論說明〕 以下，執行本發明之液體吐出的理論說明及根據此之 基本例的說明。並且，以下所說明之理論及基本例中噴嘴 -29- (26) 1326637 構造、各部素材及吐出液體之特性、附加於噴嘴周圍之構 成及關於吐出動作之控制條件等所有內容，當然即使儘可 能適用在上述之各實施形態中也爲佳。 〔施加電壓下降及微小液滴量之安定吐出實現之對策〕 以往藉由以下之條件式是無法超過規定範圍執行液滴 吐出。 ⑵

Ac是用以使可藉由靜電吸引力吐出來自噴嘴前端部 之液滴的液面中之生長波長（m)，以Ac=27T7h2/ ε 0V2所求取出。 ⑶ d< V<h^ (4) 本發明是再次硏究在靜電吸引型噴墨方式中發揮噴嘴 作用’對於在以往不可能吐出之領域，利用麥克斯偉 (Maxwell’s )力等，可以形成微小液滴。 -30- (27) (27)1326637 因將如此之驅動電壓降低及實現爲少量吐出之對策用 之吐出條件’導出近似的式’故如下所述。 現在，將導電性溶液注入至內徑d之噴嘴，並假設位 於自當作基材之無限平板導體h之高度垂直的位置上。該 狀態如第8圖所示。此時，被誘導於噴嘴前端部之電荷， 是假設集中於噴嘴前端之半球部’以下式近似性表示。 Q = 2πε0αΥά ⑸ 在此，Q:被誘導於噴嘴前端部之電荷（C) ，ε〇: 真空之介電常數（F/m) ’ ε :基材之介電常數（F/m) ’ h:噴嘴基材間距離（m) ，d:噴嘴內部之直徑（m)， V:施加於噴嘴之總電壓（V) 。α :依存於噴嘴形狀等 之比例定數，採用1〜1_5左右之値，尤其d<<h時幾乎 爲1左右。 再者，當作基材之基板爲導體基板之時，用以取消電 荷Q之電位的逆電何則被誘起至表面附近，依據該電荷分 布，則與在基板內之對稱位置上持有反對符號之鏡像電荷 Q’被誘導之狀態等效。再者，基板爲絕緣體時，則與在基 板表面依據分極逆電荷被誘導至表面側，依據介電常數相 同於反對符號之映像電荷Q’被誘導至予規定之對稱位置 上的狀態等效。 在此，噴嘴前端部中之凸狀彎月面之前端部之電場強 度El()(：[V/m]是當將凸狀彎月面前端部之曲率半徑假設爲 -31 - (28) 1326637 R[m]時，則以下式表示

E loc

v_ ~kR ⑹ 在此’ k:比例定數，雖然噴嘴形狀等不同而有所不 同，但採用1 .5〜8.5左右之値，爲多之時則爲5左右。 (P.J. Birdseye and D.A. Smith, Surface Science, 23 (1970) 198-210) · 現在爲了簡單，設爲d/2=R。該是相當於噴嘴前端部 導電性溶液以表面張力隆起持有與噴嘴之半徑相同之半徑 的半球形狀之狀態。 想像作用於噴嘴前端之液體的壓力平衡。首先’靜電 性之壓力是當噴嘴前端部之液面積設馬S[m2]時’

Pe^Eloc"^3r2El〇c ⑺ 依據（5) 、 （6) 、 （7)式’在〇:=1中’則以下式 表示 pJsQV V _8s^ e ~ d/2 k-d/2 k^d2 ⑻ 另外，將噴嘴前端部中之液體的表面張力設爲Ps -32- (29)1326637 時，

⑼ 在此，T :表面張力（N/m)。 依據靜電性之力引起吐出流體之條件，因靜電性之力 超過表面張力之條件，故成爲 Ρβ>Ρ3 (10) 藉由使用極小之噴嘴直徑，使靜電性之力可超過表面 張力。當藉由該關係式，求取V和d之關係時，

則給予吐出之最低電壓。即是，藉由式（4)及式 (11)，

⑴ 成爲本發明之動作電壓。 對某內徑d之噴嘴，將吐出界限Vc之依存性表示於 -33- (30) 1326637 上述之第9圖。依據該圖，當考慮微 噴嘴之電場集中效 果時’可知吐出開始電壓是隨著噴嘴徑之減少降低之事 育旨〇 以往之對於電場的想法，即是僅考慮施加於噴嘴之電 壓和依據對向電極間之距離而所定義之電場時’隨著轉變 成微 噴嘴，則增加吐出所需之電壓。另外，若注目於局 部電場強’度時，依據微 噴嘴化，則可降低吐出電壓。 依據靜電吸引之吐出，噴嘴端部中之液體（溶液）之 帶電爲基本。帶電速度可想像成藉由介電緩和而所決定之 時定數程度。 ε τ ——— (12) 在此，e :溶液之介電常數（F/m) ，σ :溶液之導 電率（S/m )。當將溶液之介電常數假設爲1〇，導電率假 設爲l(T6S/m時，則成爲π = 1.854xl(T5sec。或是，當將 臨界頻率設爲fc[Hz]時，則成爲

ε (13) 比該fc還早之頻率之電場的變化，可想像成部可能 成爲無法應答之吐出。針對上述之例予以預估時，頻率則 成爲10kHz左右。此時，噴嘴半徑2//m，電壓500V弱之 -34- (31) (31)1326637 時，因可在1 OkHz吐出，故1週期之最小吐出量可以達成 10Π (毫微微升）左右。 並且，在各上述本實施形態中，如第8圖所示般，是 以在噴嘴前端部中之電場集中效果，和被誘起至對向基板 之鏡像力之作用爲特徵。因此，如先前技術般，不一定要 使基板或是基板支撐體成爲導電性，或對該些基板或基板 支撐體施加電壓。即是，可使用絕緣性之玻璃基板、聚醯 亞胺等之塑膠基板、陶瓷基板、半導體基板等當作基板。 再者，在上述各實施形態中，施加至電極之電壓即使 是正或負中之任一者亦可。 並且，噴嘴與基材之距離是依據保持於500[/zm]以 下，可以容易吐出溶液。再者，雖然無圖示，但是執行藉 由噴嘴位置檢測的回授控制，即使將噴嘴對基材保持一定 ( 亦可。 再者，即使將基材載置於導電性或絕緣性之基材支撐 器而予以保持亦可。 〔根據實測値之最佳噴嘴徑的硏究〕 第10圖是表示在各條件下之最大電場強度的圖表。 由該圖表可知噴嘴和對向電極之距離影響電場強度。即 是，噴嘴徑自0 20[/zm]和0 8[//m]之間的0 15km]增 加電場強度，當在0 l〇Um]、0 8[/im]以下時，電場強 度則更集中，並且對向電極之距離的變動則幾乎不影響至 電場強度分布。因此’噴嘴徑若爲0 15[em]，噴嘴徑更 -35- (32) (32)1326637 佳爲0 10[#m],又更佳爲0 8[/zm]以下之時，則不受對 向電極之位置精度及基材之材料特性之參差或厚度不均的 影響，可安定吐出。 接著’第 Π圖是表示在上述噴嘴之噴嘴徑和噴嘴之 前端位置上具有液面時之最大電場強度漢強電場區域的關 係。 由第11圖所示之曲線圖可知，當噴嘴徑成爲0 4[ #m]以下之時，可知電場集中極端變大，可以提高最大電 場強度。依此’因可以增大溶液之初期吐出速度，故增加 液滴飛翔安定性，並且增加噴嘴前端部之電荷移動速度， 可提升吐出應答性。 接著，針對吐出之液滴中之可帶電之最大電荷量。以 下予以說明。液滴中可帶電之電荷量是以考慮液滴雷利 (Rayleigh)分裂（雷利界限）的下式所示。 q = Sx π X Js0 (14) 在此，q爲給予雷利（Rayleigh )界限之電荷量 (C) ，εα爲真空介電常數（F/m ) ，7爲溶液之表面張 力（N/m) ’ d〇爲液滴之直徑（m )。 以上述（14)所求取之電荷量 q越接近於雷利 (Rayleigh )界限値，即使相同電場強度靜電力也越強， 雖然提升吐出之安定性，但太過於接近於雷利 -36- (33) (33)1326637 (Rayleigh )界限値時，相反的在噴嘴液體吐出孔發生溶 液之霧散，缺乏吐出安定性。 在此，表示在噴嘴之噴嘴徑和噴嘴徑之前端部吐出之 液滴開始飛翔的吐出開始電壓 '該初期吐出液滴之雷利 (Rayleigh )界限的電壓値及吐出開始電壓和雷利 (Rayleigh)界限電壓値之比的關係，參照上述第9圖之 曲線圖/ 由第9圖所示之曲線圖可知，在噴嘴徑自0 0.2 U m] 至0 4[#m]之範圍中，吐出開始電壓和雷利（Rayleigh) 界限電壓値之比超過0.6，即使低電壓也可以將比較大的 帶電量給予至液滴，液滴之帶電效率則成爲良好結果，在 該範圍中可執行安定之吐出。 例如，以來自噴嘴之中心位置表示在第12A及第12 圖B所示之噴嘴徑和噴嘴之前端部之強電場（1 xlO 6 [V/m] 以上）之區域之値的關係所表示之曲線圖，是表示當噴嘴 徑成爲0 〇.2[；am]時電場集中之區域極端變窄之事態。由 此表示吐出之液滴是無法充分接受用以加速之能量，飛翔 安定性下降。依此，噴嘴徑是設定成比0 0.2 [ # m]大爲 佳。 〔依據凸狀彎月面形成手段的吐出電壓降低效果試驗〕 第13圖是針對將賦予吐出空壓至上述第7圖所示之 噴嘴上的壓力發生器，當作凸狀彎月面形成手段使用之時 的液體吐出裝置，將處理用以控制彎月面之空氣壓的時間 -37 - (34) (34)1326637 設爲一定時，將該空氣壓當作橫軸，將某空氣壓之時的最 低吐出電壓當作縱軸的曲線圖。 曲線C1是表示對乙二醇施加DC (連續性之偏壓電 壓）時，曲線 C2是表示施加 AC電壓（脈衝電壓）之 時。再者，曲線C3是表示對丁基二甘醇必施加AC電壓 (脈衝電壓）之時，C4是表示對含有 l〇wt%丁基二甘醇 + PVP (聚乙烯基咯烷酮）施加 AC電壓（脈衝電壓）之 時。 如該些線圖C1〜C4所示般，表示隨著用以形成彎月面 之空壓變大，吐出電壓降低的傾向，觀測到依據彎月面形 成的吐出電壓降低之效果。 〔依據凸狀形成手段的吐出電壓降低效果試驗〕 第14圖A是針對賦予吐出空壓至第7圖所示之噴嘴 的壓力發生器當作凸狀彎月面形成手段使用之時的液體吐 出裝置，表示施加使用彎月面控制用之空氣壓予以發生之 驅動電壓後，到施加吐出電極至吐出電極爲止之間隔期間 (驅動延遲時間）和此時所需之吐出電極之施加電壓値的 關係之曲線圖，第14圖B是表示隨著施加使空氣壓發生 之驅動電壓後的經過時間變長，在噴嘴前端部產生彎月面 之發生狀態之變化的說明圖。第14圖B是表示隨著從左 向右移行施加驅動電壓後之經過時間變長之狀態。 如第1 4圖A所示般，觀察到當隨著驅動延遲時間增 加至100[mSeC]爲止，最低吐出電壓產生下降，驅動延遲 -38- (35) 1326637 時間變成該以上時，最低吐出電壓則再次增加的傾向。 另外，第1 4 B圖中，觀察到當驅動電壓之施加的經過 時間變長時，彎月面之吐出量漸漸變大，終於自噴嘴前端 溢出之狀態，自施加驅動電壓l〇〇[msec]經過後之彎月面 形成狀態則如第14圖B中自左到第3所示般，觀察到曲 率半徑成爲最小。 即是\使彎月面之曲率半徑成爲最小之時間與驅動延 遲時間一致，企圖達到驅動延遲時間之適當化，可有效果 降滴最低吐出電壓。 〔依據凸狀彎月面形成手段的抑制雷利（Rayleigh )界限 引起的霧散化效果試驗〕 依據第9圖所示般，可知可以無霧散化吐出之電壓値 (雷利（Rayleigh)界限電壓），是噴嘴徑之微 化的液 滴越微小化，則越接近於吐出開始電壓。因此，在微小液 滴區域則有困難執行不霧散化的安定吐出》 對此，依據吐出狀態中之式（14)，可知電荷量q越 小越難引起霧散化。依據本發明中所使用之凸狀彎月面形 成手段時，當在噴嘴前端部形成彎月面之狀態下施加電壓 時，由於電場集中之效果，比起僅以電場吐出之時，則可 降低以式（7 )當作吐出條件q (式（7 )中表記爲Q )。 尤其，利用對吐出電極以適當脈衝寬施加脈衝電壓，則無 過剩電荷注入液滴，可接近於吐出所需之最小限之電荷 量，可容易達到電荷量之最適當化。 -39 - (36)1326637 因此，可達到抑制因相對於雷利 凸狀彎月面形成手段所引起之霧散化， 出電極施加脈衝電壓之電荷量最適當化 再者，當噴嘴基材間之間隔（Ga! 需之電荷量則變大，產生容易發生霧影 噴嘴前端之電場E[V/m]則以下式表示 部直徑）’。 (Rayleigh)界限之 及抑制因根據對吐 所引起之霧散化。 >)變寬時，吐出所 :化之傾向。在此， 〔d爲噴嘴前端之內 E = f ( Gap > V > d ) 即是，噴嘴前端之電場E是以噴嘆 加電壓値和噴嘴前端直徑之函數所表示 噴嘴前端之電荷Q[C]之値是必須滿足 溶液之表面張力[N/m])。 基材間之間隔和施 。然後，應誘導至 下式之條件（r :

Q > 2 r 7Γ d/E 將表示噴嘴徑設爲10[；am]，吐出 之時的噴嘴基材間之間隔和應誘導於噴 關係的曲線圖，表示於第15圖》由該多 噴嘴基材間的間隔變寬時，最低吐出電 超過雷利（Rayleigh)界限容易產生霧育 在此，對噴嘴基材間之間隔擴大執 散化的效果試驗，針對該結果予以說明 電壓設爲10000 [V] 嘴前端之電荷量之 I丨5圖可知，因當 荷量變高，故液滴 女化。 行本發明之抑制霧 -40- (37) (37)1326637 第16圖是表示將吐出空壓賦予至第7圖所示之噴嘴 的壓力發生器當作凸狀彎月面形成手段使用之時的液體吐 出裝置中，（1)施加脈衝電壓至吐出電極時，和（2)施 加値流電壓之時，並且（3)不使用凸狀彎月面形成手段 之液體吐出裝置之三種的比較試驗之結果。再者，針對 Gap 是以 5〇[#m]、100[/zm]、1000[#111]之三階段變化’ 觀測在連續性吐出之時是否產生溶液霧散（飛散）。 於第1 6圖中，◎(雙圈）表示即使即使連續吐出亦 無法觀測到飛散之情形，〇（單圈）則表示於執行連續吐 出之時觀測到若干液滴飛散之情形，X表示在連續吐出中 觀測到霧散化之情形。 若依據上述試驗，在Gap 50[#m]可無發生任何飛散 予以吐出，當超過Gap 100 [# m]時，不具有凸狀彎月面形 成手段之液體吐出裝置由於霧散化不能吐出》再者，對於 具備有凸狀彎月面形成手段，施加値流電壓至吐出電極的 液體吐出裝置，則觀測到當超過Gap 100 [ μ m]時，雖然可 予以吐出，但是有伴隨著液滴飛散狀態的狀態。 然後，具備凸狀彎月面形成手段，且施加脈衝電壓至 吐出電極之液體吐出裝置，是觀測到即使將Gap擴寬至 10 00[//m]爲止，也不會產生溶液之飛散，呈良好之吐出 狀態。 由上述之結果，觀測到凸狀彎月面形成手段具有溶液 霧散化之抑制效果，並且利用施加脈衝電壓至吐出電極， 可取得因電荷量之最適當化而更抑制霧散化之效果，即使 -41 - (38) (38)1326637 在Gap擴大之環境下亦可取得抑制霧散化。 〔將吐出電壓當作脈衝電壓之時的效果試驗Π]〕 第17圖是針對將賦予吐出空壓至上述第7圖所示之 噴嘴的壓力發生器，當作凸狀彎面形成手段使用之時的液 體吐出裝置，各表示施加脈衝電壓至吐出電極之時’和施 加屬於一定期間之直流電壓施加的偏壓電壓時之吐出所需 的最低電壓値的曲線圖。並且，成爲吐出對象之基材K是 使用絕緣體。在第17圖中，〇是表示施加脈衝電壓的結 果，X是表示施加偏壓電壓之結果。 對絕緣體執行吐出之時，雖然容易產生對絕緣表面之 充電的影響，但是如上述之曲線圖所示般’觀測到因脈衝 電壓比偏壓電壓施加時間短，故可降低該吐出所需之電壓 値。 〔將吐出電壓當作脈衝電壓之時的效果試驗[2]〕 第18圖是針對將賦予吐出空壓至上述第7圖所示之 噴嘴的壓力發生器，當作凸狀彎面形成手段使用之時的液 體吐出裝置，施加脈衝電壓至吐出電極之時，和施加屬於 一定期間之直流電壓施加的偏壓電壓時的比較試驗’表示 觀測到噴嘴之小徑化和產生在噴嘴前端面上之待電影響的 結果圖表。 比較試驗所使用之噴嘴內部直徑爲30' 10、 溶液是使用二縮三乙二醇。再者，脈衝電壓和偏壓電壓之 -42- (39) 1326637 値任一皆設爲1 000[V]。 於施加偏壓電壓時，當將噴嘴徑設爲1 〇 [ # m]時’則 在噴嘴前端面上發生因待電所引起之溶液彎月面變寬（滲 出）。 另外，觀測到於施加脈衝電壓之時，藉由短縮該電壓 施加時間，即使將噴嘴徑設爲1 [ /z m]時，也不會發生在 噴嘴之前端面上因待電所引起之溶液彎月面變寬（滲出） 之事態。 〔當吐出電壓當作脈衝電壓之時的效果試驗[3]〕 第19圖是針對將賦予吐出空壓至上述第7圖所示之 噴嘴的壓力發生器，當作凸狀彎面形成手段使用之時的液 體吐出裝置，施加脈衝電壓至吐出電極之時’和施加屬於 一定期間之直流電壓施加的偏壓電壓時的比較試驗’表示 觀測到噴嘴之小徑化和產生在噴嘴前端面之阻塞影響的結 果圖表。 比較試驗所使用之噴嘴的內部直徑爲30、10、1[ //m]，溶液是使用金屬糊膠。再者，脈衝電壓和偏壓電壓 之値任_皆設爲1000[V]。 於施加偏壓電壓時，當將噴嘴徑設爲1 〇[ // m]時’則 在噴嘴上發生阻塞。 另外，觀測到於施加脈衝電壓之時，藉由短縮該電壓 施加時間，即使將噴嘴徑設爲l[^m]時，也不會發生阻 塞之事態。 -43 - (40) (40)1326637 〔產業上之利用可行性〕 如上述般’本發明之液體吐出裝置是對於當作圖形用 途之一般印刷、對特殊媒體（例如薄板、布、金屬板等） 之印刷 '或是藉由液體狀或糊膠狀之導電性物質的配線、 天線之圖案塗布、當作加工用途之黏著劑、密封劑、當作 生化、醫藥用途之醫藥品（多數混合微量之成分時）'遺 傳子診斷用試料等之塗布等，適當於因應各用途之液體的 吐出。 【圖式簡單說明】 第1圖是沿著第1實施形態中之液體吐出裝置之噴嘴 的剖面圖。 第2圖A爲將表示噴嘴內流路之其他形狀例的一部分 缺口之剖面圖，表示在溶液室側設置圓形之例。 第2圖B爲將表示噴嘴內流路之其他形狀例的一部分 缺口之剖面圖，表示在溶液室側設置錐形周面之例。 第2圖C爲將表示噴嘴內流路之其他形狀例的一部分 缺口之剖面圖，表示組合錐形周面和直線狀之流路的例。 第3圖A是表示溶液吐出動作和被施加至溶液之電壓 的關係說明圖，表示不執行吐出的狀態。 第3圖B是表示溶液吐出動作和被施加至溶液之電壓 的關係說明圖，表示吐出狀態。 第4圖是吐出電壓和壓電元件之驅動電壓的時序圖。 -44- (41 ) (41 )1326637 第5圖是連續性施加吐出電壓（直流電壓）至吐出電 極之比較例的時序圖。 第6圖是表示於任一噴嘴依據是否執行吐出，而對產 生在吐出頭之吐出側前面之電場強度分布之影響的說明 圖。 第7圖是表示將賦予吐出空壓至溶液上之壓力發生器 當作凸狀彎月面形成手段之例的構成圖。 第8圖是作爲本發明之實施形態，用以說明噴嘴之電 場強度之計算的圖式。 第9圖是表示在噴嘴之噴嘴徑和彎月面部所吐出之液 滴開始飛翔的吐出電壓、該初期吐出液滴之雷利 (Rayleigh )界限的電壓値和最大電場強度和雷利 (Rayleigh)界限電壓値之比的關係曲線圖。 第10圖是表示噴嘴徑和對向電極爲止之距離和最大 電場強度之關係的圖表。 第11圖是表示噴嘴之噴嘴徑之彎月面部之最大電場 強度和強電場區域之關係曲線圖。 第12圖A是表示噴嘴徑和噴嘴前端部之強電場區域 的關係曲線圖。 第12圖B是表示第12圖A中之噴嘴徑在微小範圍中 放大的圖式》 第13圖是表示使用賦予吐出空壓至噴嘴的凸狀彎月 面形成手段之時的空氣壓之大小，和該時之最低吐出電壓 的關係曲線圖。 -45- (42) (42)1326637 第14圖A是表示驅動延遲時間和該時所需之吐出電 極隻施加電壓値的關係曲線圖。 第14圖B是表示隨著施加使發生空氣壓之驅動電壓 後的經過時間變長，在噴嘴前端上產生彎月面發生狀態變 化的說明圖。 第15圖是表示噴嘴基材間之間隔和最低吐出電荷量 之關係β線圖。 第1 6圖是表示本發明和比較例中之噴嘴基材間的間 隔所引起之液滴霧散化的影響之比較試驗結果圖表。 第17圖是表示施加吐出電極至吐出電極時，和施加 偏壓電壓時的吐出各所需之最低電壓値的曲線圖。 第18圖爲施加脈衝電壓至吐出電壓時，和施加偏壓 電壓時的比較試驗，表示觀測到噴嘴之小徑化和產生在噴 嘴前端面的待電所產生影響的結果圖表。 第19圖爲施加脈衝電壓至吐出電壓時，和施加偏壓 電壓時的比較試驗’表示觀測到噴嘴之小徑化和產生在噴 嘴前端面的阻塞所產生之影響的結果圖表。 【主要元件符號說明】 20液體吐出裝置 2 1 噴嘴 25吐出電壓施加手段 2 6液體吐出頭 40凸狀彎月面形成手段 -46- (43)1326637 5 0動作控制手段 Κ基材 -47

Claims (1)

1. (1) (1)1326637 十、申請專利範圍 1. ~種液體吐出裝置，其特徵爲：具備有 具有將帶電的溶液之液滴吐出至基材上之內部直徑爲 15[/z m]以下之噴嘴的液體吐出頭； 施加吐出電壓至上述噴嘴內之溶液的吐電壓出施加手 段；和" 形成上述噴嘴內之溶液從該噴嘴隆起成凸狀之狀態的 凸狀的彎月面形成手段； 控制用以驅動上述凸狀彎月面形成手段之驅動手段的 施加，及藉由吐出電壓施加手段之吐出電壓的施加，並且 在與當作藉由上述吐出電壓施加手段之吐出電壓的脈衝電 壓之施加重疊的時間，施加上述凸狀彎月面形成手段之驅 動電壓的動作控制手段。 2. 如申請專利範圍第1項所述之液體吐出裝置，其 中，上述動作控制手段是對上述噴嘴內之溶液施加吐出電 壓之前或之後，施加與上述吐出電壓逆極性的電壓。 3 .如申請專利範圍第1項所述之液體吐出裝置，其 中，上述動作控制手段是一面使上述凸狀彎月面形成手段 之驅動電壓的施加先實施，同時也在與此重疊之時間，施 加上述吐出電壓施加手段之吐出電壓。 4 ·如申請專利範圍第2項所述之液體吐出裝置，其 中，上述動作控制手段是一面使上述凸狀彎月面形成手段 之驅動電壓的施加先實施，同時也在與此重疊之時間，施 加上述吐出電壓施加手段之吐出電壓。 -48- (2) 1326637 5 .如申請專利範圍第1項至第4項中之任一項所述之 液體吐出裝置，其中，上述每各噴嘴上具備有上述凸狀凸 狀彎月面形成手段。 -49-