專利名稱：靜電吸引型流體排出裝置和靜電吸引型流體排出方法以及使用該裝置的描繪圖案形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過使墨汁等導(dǎo)電流體帶電并從噴嘴對該流體進(jìn)行靜電吸引，將流體排出到對象物上的靜電吸引型流體排出裝置。
背景技術(shù)：
將墨汁等流體排出到對象物(記錄媒體)上的流體噴射方式中，一般有作為噴墨打印機付諸實用的壓電方式和感熱方式等，但作為其它方式，還有使排出的流體為導(dǎo)電流體并且對導(dǎo)電流體施加電場，使其從噴嘴排出的靜電吸引方式。
作為這種靜電吸引方式的流體排出裝置(下文稱為靜電吸引型流體排出裝置)，有例如在日本國專利公報的專利公開昭36-13768號公報(公告日為1961年8月18日)和日本國公開專利公報的專利公開2001-88306號公報(
公開日為2001年4月3日)中公開的裝置。
而且，日本國公開專利公報的專利公開2000-127410號公報(
公開日2005年5月9日)中，揭示了將噴嘴做成縫隙、并設(shè)置從噴嘴伸出的針電極，從而排出包含微粒子的墨汁的噴墨裝置。例如，日本國公開專利公報的專利公開平8-238774號公報(
公開日為1996年9月17日)公開了在噴嘴內(nèi)部設(shè)置施加電壓用的電極的噴墨裝置。
這里，說明已有靜電吸引型流體排出裝置的流體排出模型。
作為靜電吸引型流體排出裝置、尤其是按需式靜電吸引型流體排出裝置的設(shè)計因素，有墨汁液體的導(dǎo)電性(例如電阻率106～1011Ωcm)、表面張力(例如0.020～0.040N/m)、黏度(例如0.011～0.015Pa·s)、施加電壓(電場)。而且，作為施加電壓，施加在噴嘴上的電壓和噴嘴與對置電極之間的距離尤為重要。
靜電吸引型流體排出裝置中，利用帶電流體的不穩(wěn)定性，圖32示出其狀況。將導(dǎo)電流體靜置于均勻電場中，作用在導(dǎo)電流體表面的靜電力使表面不穩(wěn)定，促使生長拉絲(靜電拉絲現(xiàn)象)。將這時的電場取為對噴嘴與和噴嘴隔開距離h地對置的對置電極之間施加電壓V時產(chǎn)生的電場E0。物理上可導(dǎo)出這時的生長波長λc(例如“圖像電子信息學(xué)會，第17卷，第4號，1988年，p.185～193”)，并可用下式表示。
λc=2πγϵ0E0-2---(1)]]>其中，γ為表面張力(N/m)，ε0為真空的介電常數(shù)(F/m)，E0為電場強度(V/m)。在噴嘴直徑d(m)小于λc時，不發(fā)生生長。即，式(2)為排出用的條件。
d>λc2=πγϵ0E02---(2)]]>這里，E0是假設(shè)平行平板時的電場強度(V/m)，并且將噴嘴與對置電極之間的距離取為h(m)，加在噴嘴的電壓取為V0，則形成式(3)。
E0=V0h---(3)]]>因此，形成式(4)。
d>πγh2ϵ0V02---(4)]]>流體排出裝置中，為了可形成微細(xì)的點和線，一般希望要減小排出墨汁的噴嘴的直徑。
然而，當(dāng)前付諸實用的壓電方式和感熱方式等流體排出裝置中，難以減小噴嘴直徑，使例如小于1pl的微小量流體排出。這是因為排出流體的噴嘴越微細(xì)，排出需要的壓力越大。
上述那樣的流體排出裝置存在液滴微細(xì)化與高精度化相矛盾的課題，難以同時實現(xiàn)兩者。其原因如下。
賦予噴嘴排出的液體的動能與液滴半徑的立方成正比。因此，使噴嘴微細(xì)化時，排出的微細(xì)液滴不能確保經(jīng)受排出時的空氣阻力的程度的足夠動能，受到空氣滯留等造成的干擾，不能希望正確射中。而且，液滴越微細(xì)，表面張力效應(yīng)越大，所以液滴的蒸氣壓變高，蒸發(fā)量激增。因此，微細(xì)液滴在飛翔中造成質(zhì)量顯著消失，存在連射中時都難保持液體形態(tài)的問題。
又，基于上述已有靜電吸引型流體排出裝置的流體排出模型，根據(jù)上述式(2)，噴嘴孔徑減小要求加大排出需要的電場強度。而且，如上述式(3)所示，電場強度取決于加在噴嘴上的電壓V0和噴嘴與對置電極的距離，因而噴嘴孔徑的減小導(dǎo)致驅(qū)動電壓升高。
這里，已有靜電吸引型流體排出裝置的驅(qū)動電壓為大于等于1000V，非常高，因而考慮各噴孔間的泄漏和干涉時，難以小型化和高密度化，并且進(jìn)一步減小噴嘴孔徑時，上述問題更大。超過1000V的高電壓的功率半導(dǎo)體通常高價且頻率響應(yīng)性低。
專利公開昭36-13768號公報揭示的噴嘴孔徑為0.127mm，專利公開2001-88306號公報揭示的噴嘴孔徑范圍為50～2000μm其中100～1000μm的范圍較佳。
關(guān)于噴嘴孔徑，套用已有靜電吸引型流體排出的典型工作條件略加計算，使表面張力為0.020N/m，電場強度為107V/m，代入上述式(1)進(jìn)行計算，則生長波長λc為約140μm。即，作為極限噴嘴孔徑，取得70μm的值。也就是說，上述條件下，即使采用107V/m的強電場，在噴嘴孔徑為小于等于70μm時，除非采取施加背壓以強制形成彎液面等處理，才不發(fā)生墨汁生長，因而認(rèn)為靜電吸引型流體排出不成立。即，可認(rèn)為存在未兼顧微細(xì)噴嘴與驅(qū)動電壓的低電壓化的課題。
綜上所述，已有流體排出裝置中，存在噴嘴微細(xì)化與高精度化相矛盾的課題，難以同時實現(xiàn)兩者。尤其在靜電吸引型流體排出裝置中可認(rèn)為存在未兼顧噴嘴微細(xì)化和驅(qū)動電壓低電壓化的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決上述問題而完成的，其目的在于，提供一種噴嘴微細(xì)化、微小流體排出和射中位置高精度化、而且驅(qū)動電壓低電壓化都得以實現(xiàn)的靜電吸引型流體排出裝置。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的靜電吸引型流體排出裝置，從驅(qū)動電壓施加單元往噴嘴與排出處構(gòu)件(例如絕緣襯底)之間施加驅(qū)動電壓，對供給噴嘴內(nèi)的流體供給電荷，使該流體從噴孔排出到所述排出處構(gòu)件，所述噴嘴的孔徑為φ0.01μm～φ25μm；所述驅(qū)動電壓施加單元輸出頻率為大于等于1Hz，并且正負(fù)兩個極性翻轉(zhuǎn)的雙極性脈沖電壓，作為所述驅(qū)動電壓。
本發(fā)明的靜電吸引型流體排出方法，從驅(qū)動電壓施加單元在噴嘴與排出處構(gòu)件(例如絕緣襯底)之間施加驅(qū)動電壓，對供給噴嘴內(nèi)的流體供給電荷，使該流體從噴孔排出到所述排出處構(gòu)件，所述噴嘴的孔徑為φ0.01μm～φ25μm，所述驅(qū)動電壓為頻率大于等于1Hz，并且正負(fù)兩個極性翻轉(zhuǎn)的雙極性脈沖電壓。
以往，靜電吸引型流體排出裝置中，由于噴嘴孔徑縮小導(dǎo)致排出需要的電場強度加大，可認(rèn)為不能兼顧噴嘴孔徑微細(xì)化和驅(qū)動電壓低電壓化。針對這點，本申請的發(fā)明中，根據(jù)使噴嘴孔徑為φ0.01μm～φ25μm的微細(xì)直徑時產(chǎn)生局部電場從而排出的驅(qū)動電壓可降低的新見識，通過將噴嘴孔徑做成上述范圍，實現(xiàn)兼顧噴嘴孔徑微細(xì)化和驅(qū)動電壓低電壓化。
上述組成中，加在噴嘴上的驅(qū)動電壓是頻率大于等于1Hz的正負(fù)兩個極性翻轉(zhuǎn)的雙極性脈沖電壓，因而能抑制排出處構(gòu)件充電造成的排出處構(gòu)件上液滴飛散區(qū)擴大和驅(qū)動電壓升高。結(jié)果，能用噴嘴的低電壓驅(qū)動而且鮮明地進(jìn)行對排出處構(gòu)件的微細(xì)圖案的形成。
本發(fā)明的靜電吸引型流體排出裝置，從驅(qū)動電壓施加單元在噴嘴與排出處構(gòu)件(例如絕緣襯底)之間施加驅(qū)動電壓，對供給噴嘴內(nèi)的流體供給電荷，使該流體從噴孔排出到所述排出處構(gòu)件，所述噴嘴的孔徑為φ0.01μm～φ25μm；所述驅(qū)動電壓施加單元輸出正負(fù)兩個極性翻轉(zhuǎn)的雙極性脈沖電壓作為所述驅(qū)動電壓，相對于所述流體的電傳導(dǎo)率σS/m和介電常數(shù)ε，輸出由τ＝ε/σ決定的時間常數(shù)τ與驅(qū)動電壓頻率f Hz的關(guān)系為f≤1/(2τ)的電壓。
本發(fā)明的靜電吸引型流體排出方法，從驅(qū)動電壓施加單元往噴嘴與排出處構(gòu)件(例如絕緣襯底)之間施加驅(qū)動電壓，對供給噴嘴內(nèi)的流體供給電荷，使該流體從噴孔排出到所述排出處構(gòu)件，所述噴嘴的孔徑為φ0.01μm～φ25μm；所述驅(qū)動電壓為正負(fù)兩個極性翻轉(zhuǎn)的雙極性脈沖電壓，該電壓下，相對于所述流體的電傳導(dǎo)率σS/m和介電常數(shù)ε，輸出由τ＝ε/σ決定的時間常數(shù)τ與驅(qū)動電壓頻率f Hz的關(guān)系為f≤1/(2τ)的電壓。
以往，靜電吸引型流體排出裝置中，由于噴嘴孔徑縮小導(dǎo)致排出需要的電場強度加大，可認(rèn)為不能兼顧噴嘴孔徑微細(xì)化和驅(qū)動電壓低電壓化。針對這點，本申請的發(fā)明中，根據(jù)使噴嘴孔徑為φ0.01μm～φ25μm的微細(xì)直徑時產(chǎn)生局部電場從而排出的驅(qū)動電壓可降低的新見識，通過將噴嘴孔徑做成上述范圍，實現(xiàn)兼顧噴嘴孔徑微細(xì)化和驅(qū)動電壓低電壓化。
上述組成中，作為加在噴嘴上的驅(qū)動電壓，輸出正負(fù)兩個極性翻轉(zhuǎn)的雙極性脈沖電壓，該電壓相對于所述流體的電傳導(dǎo)率σS/m和介電常數(shù)ε，輸出由τ＝ε/σ決定的時間常數(shù)τ與驅(qū)動電壓頻率f Hz的關(guān)系為f≤1/(2τ)的電壓，因而能抑制從噴嘴排出的最低電壓的升高，而且縮小排出處構(gòu)件上的液滴飛散區(qū)，能在排出處構(gòu)件上形成鮮明地微細(xì)圖案。
本發(fā)明的靜電吸引型流體排出裝置，從驅(qū)動電壓施加單元往噴嘴與排出處構(gòu)件(例如絕緣襯底)之間施加驅(qū)動電壓，對供給噴嘴內(nèi)的流體供給電荷，使該流體從噴孔排出到所述排出處構(gòu)件，同時用移動單元使所述噴嘴和排出處構(gòu)件往與該兩者的對置方向正交的方向相對移動，所述噴嘴的孔徑為φ0.01μm～φ25μm；所述驅(qū)動電壓施加單元輸出頻率為大于等于fHz，并且正負(fù)兩個極性翻轉(zhuǎn)的雙極性脈沖電壓作為所述驅(qū)動電壓；還具有控制單元，該單元控制所述驅(qū)動電壓輸出單元和所述移動單元的至少一方，使得所述驅(qū)動電壓施加單元的驅(qū)動電壓頻率fHz與所述相對移動的相對速度vμm/sec的關(guān)系為f≥5v。
本發(fā)明的靜電吸引型流體排出方法，從驅(qū)動電壓施加單元往噴嘴與排出處構(gòu)件(例如絕緣襯底)之間施加驅(qū)動電壓，對供給噴嘴內(nèi)的流體供給電荷，使該流體從噴孔排出到所述排出處構(gòu)件，同時用移動單元使所述噴嘴和排出處構(gòu)件往與該兩者的對置方向正交的方向相對移動，所述噴嘴的孔徑為φ0.01μm～φ25μm；作為所述驅(qū)動電壓，輸出頻率為大于等于fHz，并且正負(fù)兩個極性翻轉(zhuǎn)的雙極性脈沖電壓；還控制驅(qū)動電壓頻率和相對移動速度的至少一方，使得驅(qū)動電壓頻率fHz與所述相對移動的相對速度vμm/sec的關(guān)系為f≥5v。
以往，靜電吸引型流體排出裝置中，由于噴嘴孔徑縮小導(dǎo)致排出需要的電場強度加大，可認(rèn)為不能兼顧噴嘴孔徑微細(xì)化和驅(qū)動電壓低電壓化。針對這點，本申請的發(fā)明中，根據(jù)使噴嘴孔徑為φ0.01μm～φ25μm的微細(xì)直徑時產(chǎn)生局部電場從而排出的驅(qū)動電壓可降低的新見識，通過將噴嘴孔徑做成上述范圍，實現(xiàn)兼顧噴嘴孔徑微細(xì)化和驅(qū)動電壓低電壓化。
又，作為加在噴嘴上的驅(qū)動電壓，輸出頻率為大于等于fHz，并且正負(fù)兩個極性翻轉(zhuǎn)的雙極性脈沖電壓；還控制驅(qū)動電壓頻率和相對移動速度的至少一方，使得噴嘴與排出處構(gòu)件的相對移動的相對速度vμm/sec與驅(qū)動電壓頻率fHz的關(guān)系為f≥5v，因而可抑制排出處構(gòu)件上的液滴飛散，并形成鮮明地圖案。
本發(fā)明的靜電吸引型流體排出裝置，從驅(qū)動電壓施加單元在往噴嘴與排出處構(gòu)件(例如絕緣襯底)之間施加驅(qū)動電壓，對供給噴嘴內(nèi)的流體供給電荷，使該流體從噴孔排出到所述排出處構(gòu)件，同時用移動單元使所述噴嘴和排出處構(gòu)件往與該兩者的對置方向正交的方向相對移動，所述噴嘴的孔徑為φ0.01μm～φ25μm；所述驅(qū)動電壓施加單元輸出小于等于400V的正負(fù)兩個極性翻轉(zhuǎn)的雙極性脈沖電壓，作為所述驅(qū)動電壓。
本發(fā)明的靜電吸引型流體排出方法，從驅(qū)動電壓施加單元在噴嘴與排出處構(gòu)件(例如絕緣襯底)之間施加驅(qū)動電壓，對供給噴嘴內(nèi)的流體供給電荷，使該流體從噴孔排出到所述排出處構(gòu)件，同時用移動單元使所述噴嘴和排出處構(gòu)件往與該兩者的對置方向正交的方向相對移動，所述噴嘴的孔徑為φ0.01μm～φ25μm；所述驅(qū)動電壓為小于等于400V的正負(fù)兩個極性翻轉(zhuǎn)的雙極性脈沖電壓。
以往，靜電吸引型流體排出裝置中，由于噴嘴孔徑縮小導(dǎo)致排出需要的電場強度加大，可認(rèn)為不能兼顧噴嘴孔徑微細(xì)化和驅(qū)動電壓低電壓化。針對這點，本申請的發(fā)明中，根據(jù)使噴嘴孔徑為φ0.01μm～φ25μm的微細(xì)直徑時產(chǎn)生局部電場從而排出的驅(qū)動電壓可降低的新見識，通過將噴嘴孔徑做成上述范圍，實現(xiàn)兼顧噴嘴孔徑微細(xì)化和驅(qū)動電壓低電壓化。
又，施加在噴嘴上的驅(qū)動電壓為小于等于400V的正負(fù)兩個極性翻轉(zhuǎn)的雙極性脈沖電壓，因而在排出處構(gòu)件上排出流體并形成點時，能抑制液滴往該點周邊部飛散，可形成鮮明地圖案。
本發(fā)明的靜電吸引型流體排出裝置，利用靜電吸引使因施加電壓而帶電的排出流體從流體排出頭的噴嘴的流體噴孔，射中襯底，從而在該襯底表面形成排出流體的描繪圖案，所述噴嘴的流體噴孔，其噴孔直徑為0.01～25μm，同時所述襯底是絕緣襯底，并且具有在對該絕緣襯底排出流體前，去除該絕緣襯底表面的電荷的除電單元、以及用正負(fù)雙極性脈沖電壓，對除電的絕緣襯底進(jìn)行流體排出的流體排出單元。
根據(jù)上述組成，通過將噴嘴的流體噴出孔徑(噴嘴直徑)做成0.01～25μm的微細(xì)孔徑，產(chǎn)生局部電場，可利用噴嘴微細(xì)化降低排出的驅(qū)動電壓。這樣降低驅(qū)動電壓，在裝置小型化和噴嘴高密度化中極有利。當(dāng)然，通過使驅(qū)動電壓降低，也可使用成本優(yōu)勢大的低電壓驅(qū)動的驅(qū)動器。
上述排出模型中，排出需要的電場強度依賴于局部集中電場強度，因而不必存在對置電極。即，不需要對置電極也可對絕緣襯底等進(jìn)行印字，加大裝置組成的自由度。而且也可對厚絕緣體進(jìn)行印字。
上述噴嘴微細(xì)化在存在附著于絕緣襯底上的電荷時，受到該電荷的電場排斥力，又使排出形成的微細(xì)圖案產(chǎn)生擾動，又反過來產(chǎn)生排出欠佳，存在難以形成穩(wěn)定的微細(xì)圖案的問題。
針對這點，所述靜電吸引型流體排出裝置中，在流體排出的絕緣襯底前，利用除電單元去除絕緣襯底表面的電荷，而且流體排出單元用正負(fù)雙極性脈沖電壓，對除電后的絕緣襯底進(jìn)行流體排出。因此，又能抑制絕緣襯底充電，又能進(jìn)行穩(wěn)定的排出。
所述靜電吸引型流體排出裝置中，可構(gòu)成所述除電單元按規(guī)定圖案，進(jìn)行絕緣襯底的除電。
根據(jù)上述組成，所述除電手段能與希望的圖案制作數(shù)據(jù)對應(yīng)地僅對絕緣襯底的需要部位進(jìn)行除電。因此，所述除電單元不必對整個絕緣襯底除電，能使用例如針狀除電頭那樣的不需要高電壓的除電單元，所以能對該除電單元進(jìn)行利用成本優(yōu)勢大的低電壓驅(qū)動器的控制。又由于僅在絕緣襯底上需要的部分施行除電，可縮短花費在除電的時間。
又，所述靜電吸引型流體排出裝置中，最好構(gòu)成所述流體排出單元用流體排出時對彎液面部的電荷集中產(chǎn)生的電場強度小于按Paschen曲線(帕邢曲線)計算式求出的放電啟動電場強度的施加電壓，進(jìn)行流體排出。
根據(jù)上述組成，所述流體排出單元排出流體時，能抑制產(chǎn)生氣體放電，無放電造成的流體微細(xì)液滴往周邊部的飛散，可形成鮮明的微細(xì)圖案的像。
本發(fā)明的靜電吸引型流體排出裝置，利用靜電吸引使因施加電壓而帶電的排出流體從流體排出頭的噴嘴的流體噴孔，射中襯底，從而在該襯底表面形成排出流體的描繪圖案，其特征在于，所述噴嘴的流體噴孔，其噴孔直徑為0.01～25μm，同時所述襯底是絕緣襯底，并且具有按規(guī)定的圖案對該絕緣襯底的表面授給電荷的電荷授給單元。
根據(jù)上述組成，通過將噴嘴的流體噴出孔徑(噴嘴直徑)做成0.01～25μm的微細(xì)孔徑，產(chǎn)生局部電場，可利用噴嘴微細(xì)化降低排出的驅(qū)動電壓。這樣降低驅(qū)動電壓，在裝置小型化和噴嘴高密度化中極有利。當(dāng)然，通過使驅(qū)動電壓降低，也可使用成本優(yōu)勢大的低電壓驅(qū)動的驅(qū)動器。
上述排出模型中，排出需要的電場強度依賴于局部集中電場強度，因而不必存在對置電極。即，不需要對置電極也可對絕緣襯底等進(jìn)行印字，加大裝置組成的自由度。而且，也可對厚絕緣體進(jìn)行印字。
上述噴嘴微細(xì)化在存在附著于絕緣襯底上的電荷時，受到該電荷的電場排斥力，又使排出形成的微細(xì)圖案產(chǎn)生擾動，又反過來產(chǎn)生排出欠佳，存在難以形成穩(wěn)定的微細(xì)圖案的問題。
針對這點，所述電荷授給單元可在排出流體描繪圖案前，按規(guī)定的圖案對該絕緣襯底的表面授給電荷，利用該電荷圖案，可防止微細(xì)噴嘴排出的流體描繪的圖案擾動和排出欠佳，形成穩(wěn)定的微細(xì)圖案。
例如，使所述電荷授給單元授給的電荷的極性為與驅(qū)動電壓極性相反的極性，并形成基于圖案制作數(shù)據(jù)的希望的授給電荷圖案。然后，通過從該授給電荷圖案的正上面進(jìn)行流體排出，使授給電荷的電場吸引力作用，能形成較鮮明的微細(xì)圖案。
或者，使所述電荷授給單元授給的電荷的極性為與驅(qū)動電壓極性相同的極性，并在絕緣襯底上形成包圍希望的圖案的周邊的授給電荷圖案。然后，通過從該授給電荷圖案包圍的希望圖案部分的正上面進(jìn)行流體排出，使排出流體在射中絕緣襯底前，橫向受到授給電荷的電場排斥力，讓液滴往集中到希望圖案部分的方向射中，從而能較鮮明地形成該微細(xì)圖案。
又，所述靜電吸引型流體排出裝置中，可構(gòu)成所述電荷授給單元對由感光材料組成的絕緣襯底授給電荷，并且具有使所述絕緣襯底的表面均勻帶電的均勻帶電單元、以及按規(guī)定圖案對均勻帶電的所述絕緣襯底的表面進(jìn)行激光照射，并且進(jìn)行激光照射部位的除電的除電單元。
根據(jù)上述組成，形成所述電荷授給圖案時，尤其在使該電荷授給圖案的極性與驅(qū)動電壓極性相同的情況下(即，使授給電荷圖案包圍的希望圖案為描繪圖案區(qū)的情況下)，由激光照射形成的描繪圖案區(qū)，其激光光點直徑能縮小到最小5μm左右，因而與例如針電極等的電荷授給方式相比，能形成精度較高的圖案。
本發(fā)明的另一靜電吸引型流體排出裝置，利用靜電吸引使因施加電壓而帶電的排出流體從流體排出頭的噴嘴的流體噴孔，射中襯底，從而在該襯底表面形成排出流體的描繪圖案，所述噴嘴的流體噴孔，其噴孔直徑為0.01～25μm，同時所述襯底是絕緣襯底，并具有可配置成接觸將導(dǎo)電材料制成圖案的該絕緣襯底且在流體排出時對該絕緣襯底上的導(dǎo)電部施加電壓的電壓施加單元。
根據(jù)上述組成，絕緣襯底上具有已制作圖案的導(dǎo)電圖案時，能使電壓施加單元配置成接觸形成該導(dǎo)電圖案的導(dǎo)電部，一面對調(diào)度部施加電壓，一面進(jìn)行流體排出。由此，往帶電圖案排出的集中程度加大，在進(jìn)行往導(dǎo)電圖案的線條上疊敷和連接導(dǎo)電圖案的線條時，尤其有效。
本發(fā)明的描繪圖案形成方法，其中靜電吸引型流體排出裝置利用靜電吸引使因施加電壓而帶電的排出流體從流體排出頭的噴嘴的流體噴孔，射中襯底，從而在該襯底表面形成排出流體的描繪圖案，所述噴嘴的流體噴孔，其噴孔直徑為0.01～25μm，同時所述襯底是絕緣襯底，并且在排出流體排出前，預(yù)先對該絕緣襯底在應(yīng)形成描繪圖案的部位授給極性與使排出流體帶電用的驅(qū)動電壓極性相反的電荷，從而形成電荷圖案；通過在所述電荷圖案上進(jìn)行流體排出，形成排出流體的描繪圖案。
根據(jù)上述組成，排出流體進(jìn)行排出前，利用極性與驅(qū)動電壓極性相反的電荷，在與描繪圖案相同的部位形成電荷圖案。然后，通過從該電荷圖案的正上面進(jìn)行流體排出，使授給電荷的電場吸引力作用，從而能形成較鮮明的微細(xì)圖案。
又，本發(fā)明的描繪圖案形成方法，是利用靜電吸引型流體排出裝置的描繪圖案形成方法，該靜電吸引型流體排出裝置利用靜電吸引使因施加電壓而帶電的排出流體從流體排出頭的噴嘴的流體噴孔，射中襯底，從而在該襯底表面形成排出流體的描繪圖案，其特征在于，所述噴嘴的流體噴孔，其噴孔直徑為0.01～25μm，同時所述襯底是絕緣襯底，并且在排出流體排出前，預(yù)先對該絕緣襯底在應(yīng)形成描繪圖案的部位授給極性與使排出流體帶電用的驅(qū)動電壓極性相同的電荷，從而形成電荷圖案；通過在所述電荷圖案包圍的描繪圖案形成區(qū)上進(jìn)行流體排出，形成排出流體的描繪圖案。
根據(jù)上述組成，排出流體進(jìn)行排出前，利用極性與驅(qū)動電壓極性相同的電荷形成部位希望描繪圖案周邊的電荷圖案。然后，通過從該電荷圖案包圍的希望描繪圖案部分的正上面進(jìn)行流體排出，使液滴往集中到描繪圖案部分的方向射中，從而能較鮮明地形成該微細(xì)圖案。
所述描繪圖案形成方法中，可構(gòu)成使用由感光材料組成的絕緣襯底；使所述絕緣襯底的表面均勻帶電后，對均勻帶電的絕緣襯底的表面按規(guī)定圖案進(jìn)行激光照射，并且進(jìn)行激光照射部位的除電，從而形成所述電荷圖案。
根據(jù)上述組成，形成所述電荷授給圖案時，尤其在使該電荷授給圖案的極性與驅(qū)動電壓極性相同的情況下(即使授給電荷圖案包圍的希望圖案為描繪圖案區(qū)的情況下)，由激光照射形成的描繪圖案區(qū)，其激光光點直徑能縮小到最小5μm左右，因而與例如針電極等的電荷授給方式相比，能形成精度較高的圖案。
本發(fā)明的又一描繪圖案形成方法，是利用靜電吸引型流體排出裝置的描繪圖案形成方法，該靜電吸引型流體排出裝置利用靜電吸引使因施加電壓而帶電的排出流體從流體排出頭的噴嘴的流體噴孔，射中襯底，從而在該襯底表面形成排出流體的描繪圖案，所述噴嘴的流體噴孔，其噴孔直徑為0.01～25μm，同時所述襯底是絕緣襯底，并且在排出流體排出前，預(yù)先對該絕緣襯底在不形成描繪圖案的非描繪區(qū)授給極性與使排出流體帶電用的驅(qū)動電壓極性相同的電荷，從而形成電荷圖案；形成描繪圖案，即使在所述非描繪區(qū)上也不停止對所述流體排出施加電壓。
根據(jù)上述組成，所述非描繪區(qū)中形成的電荷圖案在暫時中斷的部位形成由連續(xù)的流體排出形成的描繪圖案。這樣，以和流體排出電壓相同的極性預(yù)先在絕緣襯底上供給與非描繪區(qū)對應(yīng)的電荷圖案，從而能以不停止進(jìn)行流體排出的方式可靠地形成非描繪區(qū)。
本發(fā)明的又一描繪圖案形成方法，是利用靜電吸引型流體排出裝置的描繪圖案形成方法，該靜電吸引型流體排出裝置利用靜電吸引使因施加電壓而帶電的排出流體從流體排出頭的噴嘴的流體噴孔，射中襯底，從而在該襯底表面形成排出流體的描繪圖案，所述噴嘴的流體噴孔，其噴孔直徑為0.01～25μm，同時所述襯底是絕緣襯底，并且在已形成該絕緣襯底的導(dǎo)電材料的第1描繪圖案的狀態(tài)下，從第1描繪圖案上進(jìn)一步形成第2描繪圖案時，一面對形成第1描繪圖案的導(dǎo)電部施加電壓，一面形成第2描繪圖案。
根據(jù)上述組成，在絕緣襯底上具有已制作圖案的第1描繪圖案時，能一面對形成該第1描繪圖案的導(dǎo)電部施加電壓，一面進(jìn)行流體排出，加大往第1描繪圖案上的排出的集中程度。由此，在進(jìn)行往第1描繪圖案的線條上疊敷和連接線條時，尤其有效。
由下面所示的記述會充分理解本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點。在下面參照附圖的說明中會明白本發(fā)明的利益。


圖1是一本發(fā)明實施方式的靜電吸引型流體排出裝置的概略組成圖。
圖2是說明本發(fā)明的基礎(chǔ)的排出模型中的噴嘴電場強度計算用的圖。
圖3是示出表面張力的壓力和靜電壓力的噴嘴直徑依賴性的模型計算結(jié)果的曲線圖。
圖4是示出排出壓力的噴嘴直徑依賴性的模型計算結(jié)果的曲線圖。
圖5是示出排出極限電壓的噴嘴直徑依賴性的模型計算結(jié)果的曲線圖。
圖6是示出本發(fā)明前提技術(shù)中作用在帶電液滴與襯底之間的鏡像力和噴嘴與襯底之間的距離的相關(guān)性的曲線圖。
圖7是示出本發(fā)明前提技術(shù)中從噴嘴流出的流量與施加電壓的相關(guān)關(guān)系的模型計算結(jié)果的曲線圖。
圖8是示出以實驗方式求出排出啟動電壓的噴嘴直徑依賴性的結(jié)果的曲線圖。
圖9是示出將雙極性脈沖電壓用作噴嘴驅(qū)動電壓形成描繪圖案時在描繪圖案周邊產(chǎn)生微小液滴飛散的狀態(tài)的說明圖。
圖10(a)是示出一例作為噴嘴驅(qū)動電壓的低頻脈沖電壓的波形圖。
圖10(b)是絕緣襯底上產(chǎn)生液滴飛散的原理的說明圖。
圖11是示出一例從圖1所示的電源輸出的驅(qū)動電壓的波形圖。
圖12是示出圖1所示的靜電吸引型流體排出裝置中噴嘴的驅(qū)動電壓頻率與最低排出電壓的關(guān)系的曲線圖。
圖13是示出圖1所示的靜電吸引型流體排出裝置中描繪線條時噴嘴的驅(qū)動電壓頻率與絕緣襯底上的液滴飛散區(qū)寬度的關(guān)系的曲線圖。
圖14(a)是示出本發(fā)明另一實施方式的靜電吸引型流體排出裝置中作為加在噴嘴驅(qū)動電極上的驅(qū)動電壓的雙極性脈沖電壓波形與噴嘴前端的排出材料表面電位的關(guān)系的波形圖，其中示出噴嘴不發(fā)生排出材料的排出的情況。
圖14(b)是示出本發(fā)明另一實施方式的靜電吸引型流體排出裝置中作為加在噴嘴驅(qū)動電極上的驅(qū)動電壓的雙極性脈沖電壓波形與噴嘴前端的排出材料表面電位的關(guān)系的波形圖，其中示出噴嘴發(fā)生排出材料的排出的情況。
圖15是圖1所示靜電吸引型流體排出裝置的噴嘴中在噴嘴前端的彎液面積存驅(qū)動電極供給的電荷的運作的說明圖。
圖16是示出使用圖14(b)所示的驅(qū)動電壓時噴嘴的排出材料的排出和不排出的狀況的說明圖。
圖17是示出圖1所示靜電吸引型流體排出裝置中驅(qū)動電壓頻率與最低排出電壓的關(guān)系的曲線圖。
圖18是示出圖1所示靜電吸引型流體排出裝置中驅(qū)動電壓頻率與絕緣襯底上液滴飛散區(qū)寬度的關(guān)系的曲線圖。
圖19是以大頻率范圍示出圖1所示靜電吸引型流體排出裝置中將染色墨汁和銀納米糊用作排出材料時的驅(qū)動電壓頻率與最低排出電壓的關(guān)系的曲線圖。
圖20是本發(fā)明又一實施方式的靜電吸引型流體排出裝置的概略組成。
圖21是示出本發(fā)明又一實施方式的靜電吸引型流體排出裝置中置物臺掃描速度與絕緣襯底上的液滴飛散區(qū)寬度的關(guān)系的曲線圖。
圖22是示出本發(fā)明又一實施方式的靜電吸引型流體排出裝置中加在噴嘴的驅(qū)動電極的驅(qū)動電壓與絕緣襯底上的液滴飛散區(qū)的關(guān)系的曲線圖。
圖23是示出實施方式5的靜電吸引型流體排出裝置的概略組成的立體圖。
圖24是示出實施方式6的靜電吸引型流體排出裝置的概略組成的立體圖。
圖25是示出靜電吸引型流體排出裝置中噴嘴前端部的噴嘴直徑與彎液面部上的電荷集中產(chǎn)生的電場強度的關(guān)系的曲線圖。
圖26是示出實施方式8的靜電吸引型流體排出裝置的概略組成的立體圖。
圖27是示出附著電荷的表面電位與流體排出的最低驅(qū)動電壓的關(guān)系的曲線圖。
圖28是示出實施方式9的靜電吸引型流體排出裝置的概略組成的立體圖。
圖29是示出實施方式10的靜電吸引型流體排出裝置的概略組成的立體圖。
圖30是示出本發(fā)明實施方式11的靜電吸引型流體排出裝置的概略組成的立體圖。
圖31是示出實施方式12的靜電吸引型流體排出裝置的概略組成的立體圖。
圖32是示出靜電吸引型流體排出裝置中靜電拉絲現(xiàn)象造成的排出流體生長的原理的圖。
具體實施例方式
前提技術(shù)首先，在下面參照

本發(fā)明的前提技術(shù)。本發(fā)明前提技術(shù)的靜電吸引型流體排出裝置將其噴嘴直徑做成0.01μm～25μm，而且可用小于等于1000V的驅(qū)動電壓控制排出流體的排出。
這里，已有流體排出模型中，噴嘴直徑減小牽連到驅(qū)動電壓升高，因而認(rèn)為不可能用小于等于1000V的驅(qū)動電壓排出流體，除非實施對排出流體供給背壓等其它辦法。然而，本申請的發(fā)明人的專心研究的結(jié)果查明小于等于某噴嘴直徑，發(fā)生與已有流體排出模型不同的排出模型中的排出現(xiàn)象。本發(fā)明是根據(jù)該流體排出模型的新見識而完成的。
首先，說明成為基于上述見識的本申請前提技術(shù)的流體排出模型。
假設(shè)直徑d(下面的說明中，除非專門指出，均指噴嘴的內(nèi)徑)的噴嘴注入導(dǎo)電流體，并且處在離開無限平板導(dǎo)體的高度為h上垂直的位置。圖2示出此狀況。這時，假設(shè)噴嘴前端感應(yīng)的電荷Q集中在噴嘴前端的排出流體形成的半球部，并且用下面的公式近似地表示。
Q＝2πε0αV0d …(5)這里，Q為噴嘴前端部上感應(yīng)的電荷(C)，ε0是真空的介電常數(shù)(F/m)，d為噴嘴直徑(m)，V0為加在噴嘴上的總電壓。α是依賴于噴嘴形狀等的比例常數(shù)，取1～1.5左右的值，但在D＜＜h(h為噴嘴與襯底之間的距離(m))時為大致1。
將導(dǎo)電襯底用作襯底時，認(rèn)為與噴嘴對置地在襯底內(nèi)的對置位置上感應(yīng)具有與上述電荷Q相反的極性的鏡像電荷Q’。襯底為絕緣體時，在根據(jù)介電常數(shù)決定的對稱位置上，同樣感應(yīng)極性與電荷Q相反的鏡像電荷Q’。
Eloc=V0kR---(6)]]>設(shè)前端部的曲率半徑為R，則可由式(6)給出噴嘴前端部的集中電場強度Eloc。其中，k為依賴于噴嘴形狀等的比例常數(shù)，取1.5～8.5的值，但多數(shù)情況認(rèn)為是5左右(P.J.Birdseye and D.A.Smith，Surface Science，23(1970)，p.198-210)。這里，為了簡化流體排出模型，假設(shè)R＝d/2。這相當(dāng)于在噴嘴前端部中導(dǎo)電墨汁因表面張力而隆成具有與噴嘴直徑d相同的曲率半徑的半球形的狀態(tài)。
Pe=QSEloc=2Qπd2Eloc---(7)]]>接著，認(rèn)為作用在噴嘴前端部的排出流體上的壓力均衡。首先，設(shè)噴嘴前端部的液面積為S，則靜電壓力Pe為式(7)。由式(5)～式(7)，置入α＝1，則可表示為式(8)。
Pe=4ϵ0V0d·2V0kd=8ϵ0V02kd2---(8)]]>Ps=4γd---(9)]]>另一方面，設(shè)噴嘴前端部的排出流體的表面張力的壓力為Ps，則形成式(9)。其中，γ是表面張力。由于因靜電力而發(fā)生排出的條件為靜電力超過表面張力，靜電壓力Pe與表面張力的壓力Ps的關(guān)系為式(10)。
Pe＞Ps…(10)圖3示出給出某直徑d的噴嘴時的表面張力的壓力與靜電壓力的關(guān)系。作為排出流體的表面張力，假設(shè)排出流體為水(γ＝72mN/m)的情況。將加在噴嘴上的電壓取為700V時，隱含噴嘴直徑為25μm的情況中，靜電壓力超過表面張力。據(jù)此，求V0與d的關(guān)系時，式(11)給出排出的最低電壓。
V0>γkd2ϵ0---(11)]]>這時的排出壓力ΔP為ΔP＝Pe-Ps…(12)因而，形成式(13)。
ΔP=8ϵ0V02kd2-4γd---(13)]]>對某直徑d的噴嘴，圖4示出因局部電場強度而滿足排出條件時的排出壓力ΔP的依賴性，圖5則示出排出臨界電壓(即產(chǎn)生排出的最低電壓)Vc的依賴性。
從圖4可知，因局部電場強度而滿足排出條件時(假設(shè)V0＝700V，γ＝72mN/m時)的噴嘴直徑的上限是25μm。
圖5的計算中，作為排出流體，設(shè)想水(γ＝72mN/m)和有機溶劑(γ＝20mN/m)，并假設(shè)k＝5的條件。從該圖判明，考慮微細(xì)噴嘴的電場集中效應(yīng)時，排出臨界電壓Vc隨著噴嘴直徑的減小而降低，并且判明在排出流體為水的情況下，噴嘴直徑為25μm時，排出臨界電壓Vc為700V左右。
在已有排出模型的電場考慮方法的情況下，即僅考慮根據(jù)加在噴嘴上的電壓V0和噴嘴與對置電極之間的距離h定義的電場時，隨著噴嘴直徑變成微小，排出需要的電壓加大。
與此相反，如本前提技術(shù)提出的新排出模型那樣，關(guān)注局部電場強度，則利用噴嘴微細(xì)化可降低排出的驅(qū)動電壓。這樣降低驅(qū)動電壓，在裝置小型化和噴嘴高密度化中極有利。當(dāng)然，通過使驅(qū)動電壓降低，還可使用成本優(yōu)勢大的低電壓驅(qū)動的驅(qū)動器。
上述排出模型中，排出需要的電場強度依賴于局部集中電場強度，因而不必存在對置電極。即，已有的排出模型中，在噴嘴與襯底之間施加電場，因而需要相對于絕緣襯底，在噴嘴的相反側(cè)配置對置電極或使襯底為導(dǎo)電性。而且，配置對置電極時，亦即襯底為絕緣體時，能用的襯底厚度有限，與此相反，本發(fā)明的排出模型中，不需要對置電極也可對絕緣襯底等進(jìn)行印字，加大裝置組成的自由度。而且也可對厚絕緣體進(jìn)行印字。從噴嘴排出的液體帶電，因而鏡像力作用在該液體與襯底之間。圖6示出該鏡像力的大小與噴嘴離開襯底的距離的相關(guān)關(guān)系。
接著，試考慮所述排出流量的精密控制。粘性流的情況下，可由下面的哈金·泊肅葉公式表示圓筒狀流路中的流量Q?，F(xiàn)假設(shè)圓筒形的噴嘴，則流過該噴嘴的流體的流量Q可用下面的公式表示。
Q=πΔPηLd4---(14)]]>其中，η為流體的粘性系數(shù)(Pa·s)，L為流路(即噴嘴)的長度(m)，d為流路(即噴嘴)的直徑(m)，ΔP為壓力差(Pa)。根據(jù)上式，流量Q與流路半徑的4次方成正比，因而為了限制流量，采用微細(xì)噴嘴是有效的。將式(13)求出的排出壓力ΔP代入該式(14)，可得下面的式(15)。
Q=4πd3ηL(2ϵ0V02kd-γ)---(15)]]>該式表示將電壓V加到直徑d、長度L的噴嘴上時，從噴嘴流出的流體的流出量。圖7示出此狀況。計算中使用的值為L＝10mm，η＝1(mPa·s)，γ＝72(mN/m)?，F(xiàn)假設(shè)噴嘴直徑為先行技術(shù)的最小值50μm。逐漸施加電壓V，則在電壓V＝1000V上開始排出。此電壓相當(dāng)于圖5中闡述的排出啟動電壓。在緊接排出啟動電壓Vc上側(cè)的電壓上，流量急劇上升。此模型計算中，想要通過以將電壓從Vc略為提升的方式進(jìn)行精密控制，取得微小流量，但如以半對數(shù)表示的圖預(yù)測的那樣，這是不可能的，難以實現(xiàn)具體為小于等于10-10m3/s的微小量。又，采用某直徑的噴嘴時，如式(11)給出的那樣確定最小驅(qū)動電壓。因此，先行技術(shù)那樣只限于使用直徑大于等于50μm的噴嘴，難以做到小于等于10-10m3/s的微小排出量和小于等于1000V的驅(qū)動電壓。
從附圖判明，直徑25μm的噴嘴的情況下，用小于等于700V的驅(qū)動電壓就足夠，直徑10μm的噴嘴時可用小于等于500V進(jìn)行控制。還判明直徑1μm的噴嘴時用小于等于300V也可。
以上的考察是考慮連續(xù)流的情況，但需要開關(guān)，以形成點。下面闡述此情況。
利用靜電吸引的排出，其基礎(chǔ)是噴嘴端部的流體帶電?？蓪щ姷乃俣瓤紤]為由介質(zhì)弛豫決定的時間常數(shù)的程度。
τ=ϵσ---(16)]]>式(16)中，ε為流體的介電常數(shù)，σ為流體的導(dǎo)電率(S/m)。假設(shè)流體介電常數(shù)為10，導(dǎo)電率為10-6S/m，則τ＝1.854×10-5sec。或者，設(shè)臨界頻率為fc，則形成式(17)。對比該fc快的頻率的電場變化不能響應(yīng)，認(rèn)為不可排出。對上述的例子進(jìn)行估計作為頻率，變成10kHz左右。
fc=σϵ---(17)]]>接著，考慮噴嘴內(nèi)的表面張力的降低。在電極上配置絕緣體，并且在滴落到其上的液體與電極之間施加電壓時，發(fā)現(xiàn)液體與絕緣體的接觸面積增大，即浸潤性變佳；稱之為電浸潤(Electrowetting)現(xiàn)象。此效應(yīng)在圓筒形毛細(xì)管形狀中也成立，有時稱之為電毛細(xì)現(xiàn)象(Electrocapillary)。電浸潤效應(yīng)造成的壓力與施加電壓、毛細(xì)管形狀、溶液的物理參數(shù)之間存在下面的關(guān)系。
Pec=2ϵ0ϵrtV02d---(18)]]>其中，ε0為真空的介電常數(shù)，εr為絕緣體的介電常數(shù)，t為絕緣體厚度，d為毛細(xì)管內(nèi)徑。將水當(dāng)作流體考慮，并試計算此壓力的值時，判明計算上述專利文獻(xiàn)1的實施例情況下，最多只不過為30000Pa(0.3大氣壓)，但本前提技術(shù)的情況下，通過在噴嘴外側(cè)設(shè)置電極，取得相當(dāng)于30大氣壓的效果。據(jù)此，使用微小噴嘴時，利用此效應(yīng)也能快速進(jìn)行對噴嘴前端部的流體供給。絕緣體的介電常數(shù)越大，或其厚度越小，此效應(yīng)越顯著。為了獲得電毛細(xì)現(xiàn)象的效應(yīng)，需要嚴(yán)格地以絕緣體為中介設(shè)置電極，但對十足絕緣體施加充分電場時，獲得同樣的效果。
以上的議論中，應(yīng)注意的點是這些近似理論并非以往那樣，作為電場強度，基于由加在噴嘴上的電壓V0和噴嘴與對置電極間的距離h決定的電場，而是基于噴嘴前端的局部集中電場強度。本前提技術(shù)中，重要的是局部的強電場和供給流體的流路具有非常小的電導(dǎo)。而且，流體本身在微小面積上充分帶電。帶電的微小流體靠近襯底等介質(zhì)或?qū)w時，鏡像力起作用，對襯底垂直地飛翔。為此，實施例中，從便于制成出發(fā)，使用玻璃毛細(xì)管，但不限于此。
綜上所述，本實施方式的靜電吸引型流體排出裝置中，由于以著眼于局部電場強度地新提出的排出模型為基礎(chǔ)，可做成噴嘴直徑0.01μm～25μm的微細(xì)噴嘴，而且能用小于等于1000V的驅(qū)動電壓進(jìn)行排出流體的排出控制。再者，根據(jù)上述模型進(jìn)行考察的結(jié)果為直徑小于等于25μm的噴嘴的情況下可用小于等于700V的驅(qū)動電壓控制排出，直徑小于等于10μm的噴嘴的情況和直徑小于等于1μm的噴嘴的情況下分別可用小于等于500V和小于等于300V的驅(qū)動電壓控制排出。
圖8示出以實驗方式求出排出臨界電壓Vc的噴嘴直徑依賴性的結(jié)果。這里，作為排出流體，使用ハリマ化成(株)制造的銀納米糊，并以噴嘴與襯底之間的距離100μm的條件進(jìn)行測量。從圖8判明，隨著形成微細(xì)噴嘴，排出臨界電壓Vc降低，能比以往用低電壓排出。
如上文所述，本實施方式的靜電吸引型流體排出裝置可使噴嘴直徑和驅(qū)動電壓都減小，但這時與已有靜電吸引型流體排出裝置相比，顯著產(chǎn)生以下的問題。
在絕緣襯底上進(jìn)行靜電吸引型流體排出裝置的流體排出時，如果流體排出前的工序中存在附著于絕緣襯底上的電荷，則受該電荷的電場排斥力影響，又使排出形成的圖案產(chǎn)生擾動，又反過來產(chǎn)生排出欠佳，難以形成微小圖案。例如在表面電阻為1015Ω/sq左右的聚酰亞胺、丙烯等高分子材料上利用接觸摩擦等簡單產(chǎn)生靜電，但在干燥環(huán)境下，表面電阻為1010Ω/sq左右的玻璃襯底上也容易產(chǎn)生靜電。
即使絕緣襯底上無預(yù)先附著電荷的情況下，由于在絕緣襯底上排出并射中的流體中存在電荷，如DC偏壓和單極性脈沖電壓那樣，將單極性偏壓用作驅(qū)動電壓時，絕緣襯底因排出的流體中的電荷而充電，使絕緣襯底上表面電位升高。即，由于在絕緣襯底上形成排出流體的圖案，產(chǎn)生襯底上存在電荷，受此電荷的電場排斥力的影響，排出特性降低。
實際上，在絕緣襯底上形成排出流體的圖案，并且該襯底為某種程度帶電的情況下，由下面的表1所示，判明表面電阻值為1015Ω/sq的聚酰亞胺上的最低排出電壓高于表面電阻值為1010Ω/sq的玻璃襯底或?qū)щ婓w的SUS襯底，排出特性降低。上述表1示出噴嘴直徑為1μm時的結(jié)果。


本實施方式的靜電吸引型流體排出裝置通過抑制絕緣襯底上附著電荷造成的表面電位升高，可總是穩(wěn)定地進(jìn)行微小流體排出，能形成較鮮明的微細(xì)圖案。對下面的實施方式說明這種靜電吸引型流體排出裝置。
實施方式1如上述前提技術(shù)所說明的那樣，靜電吸引型流體排出裝置中，通過將噴孔的直徑(噴嘴直徑)做成φ0.01μm～φ25μm的范圍，可兼顧噴嘴孔徑微細(xì)化和驅(qū)動電壓低電壓化。
可利用噴嘴與排出處構(gòu)件之間的電位差和噴嘴與排出處之間的距離(即間隙)，控制成為噴嘴的排出材料的液體的排出量。電位差越大且間隙越小，基本上能使噴嘴前端的電場強度越大，因而容易控制該排出量。
然而，所述靜電吸引型流體排出方法中，上述那樣存在襯底充電的問題。即，對絕緣的排出處構(gòu)件進(jìn)行液體排出時，在噴嘴上施加DC偏壓和單極性脈沖電壓等+或-單極性偏壓作為驅(qū)動電壓時，排出液體中的電荷使排出處構(gòu)件充電，其表面電位升高。而且，由于該表面電位升高的影響，成為排出驅(qū)動力的噴嘴(噴嘴內(nèi)部的驅(qū)動電極)與排出處構(gòu)件之間的電位差不穩(wěn)定，產(chǎn)生排出欠佳。
結(jié)果，為了使用單極性偏壓進(jìn)行穩(wěn)定排出，需要對噴嘴的驅(qū)動電極供給更高的偏壓(最低排出電壓升高)，以確保所述電位差，所以難以低電壓驅(qū)動噴嘴。
因此，為了抑制這種最低排出電壓升高，最好將雙極性脈沖電壓用作噴嘴的驅(qū)動電壓。這時，如下面的表2所示，判明與使用DC偏壓時相比，最低排出電壓降低。這相當(dāng)于射中排出處構(gòu)件的液滴的帶電電荷正負(fù)交替，極性相反的電荷依次滴落到排出處構(gòu)件上，所以能一面抑制排出處構(gòu)件上的充電，一面進(jìn)行排出。這樣將雙極性脈沖電壓用作噴嘴的驅(qū)動電壓，在提高噴嘴排出穩(wěn)定性方面有效。


將雙極性電壓用作噴嘴的驅(qū)動電壓的情況下，如圖9所示，對排出處構(gòu)件形成描繪圖案時，也在描繪圖案的周邊發(fā)生微小液滴飛散，導(dǎo)致描繪圖案擾動的事態(tài)。這是由于下面的原因。
例如，如圖30(a)所示，構(gòu)成將低頻脈沖電壓用作噴嘴的驅(qū)動電壓時，在作為排出處構(gòu)件的絕緣襯底16上連續(xù)排出具有正電荷的液體。這時，如圖30(b)所示，先滴落的液體上，其后滴落液體，則兩液體由于同極性地帶電，在絕緣襯底16上相互排斥，例如后滴落的液體變成進(jìn)一步微細(xì)的液滴，并且在絕緣襯底上飛散。
上述那樣，微細(xì)液滴的飛散在例如將排出材料取為導(dǎo)電材料并且在絕緣襯底16上描繪布線圖案時，對襯底的電特性產(chǎn)生不良影響。
因此，本發(fā)明靜電吸引型流體排出裝置中，進(jìn)一步構(gòu)成將雙極性脈沖電壓用作噴嘴的驅(qū)動電壓，抑制排出處構(gòu)件上的排出材料飛散，可形成描繪圖像擾動小的鮮明微細(xì)圖案。
下面，詳細(xì)說明本實施方式的靜電吸引型流體排出裝置。
圖1是本實施方式的靜電吸引型流體排出裝置的概略組成圖。如圖1所示，靜電吸引型流體排出裝置中，將成為液滴排出頭的噴嘴11和置物臺12對置地配置。即，把噴嘴11配置成前端部朝向下側(cè)，把置物臺12水平設(shè)置在噴嘴11的下側(cè)。噴嘴11受未示出的驅(qū)動裝置驅(qū)動，可往任意方向移動。例如，將噴嘴11安置在使噴嘴11獨立移動用的3維機器手中。使噴嘴11和置物臺12相對移動即可，因此置物臺12可為受驅(qū)動裝置驅(qū)動而移動的設(shè)備。
在噴嘴11內(nèi)設(shè)置驅(qū)動電極13，并且該驅(qū)動電極13上連接電源(驅(qū)動電壓施加單元)14。還在噴嘴11中填充液體組成的排出材料(流體)15，并將作為排出材料15的排出處的絕緣襯底(排出處構(gòu)件)16固定在置物臺12上。將置物臺12接地，因而將絕緣襯底12通過置物臺12接地。利用噴嘴11排出的排出材料15在絕緣襯底16上形成例如微細(xì)的布線圖案。
噴嘴11為了能排出超微細(xì)液體，將低電導(dǎo)的流路設(shè)在噴嘴11的旁邊，或者噴嘴11本身為低電導(dǎo)。為此，噴嘴11以玻璃制毛細(xì)管為佳，但用絕緣材料涂覆在導(dǎo)電物質(zhì)上的也可。
將噴嘴11取為玻璃制的原因基于能容易形成幾微米程度的噴孔、噴孔堵塞時可通過弄碎噴嘴端部再現(xiàn)新的噴嘴端部、玻璃噴嘴的情況下由于帶有錐角使不需要的溶液因表面張力而移動到上側(cè)且不滯留在噴嘴端部造成噴嘴堵塞、以及由于噴嘴11具有適度的柔軟性而便于形成活動噴嘴等。
具體而言，可用添芯玻璃管(商品名ナリシゲ股份公司制GD-1)由毛細(xì)管拉制機制成。使用添芯玻璃管時，有如下的優(yōu)點。
(1)芯側(cè)玻璃便于浸濕墨汁，因而便于填充墨汁。(2)芯側(cè)玻璃為親水性，外側(cè)玻璃為疏水性，因而噴嘴端部中存在墨汁的區(qū)域只限于芯側(cè)的玻璃的內(nèi)徑的程度，電場集中效應(yīng)較顯著。(3)噴嘴可微細(xì)化。(4)取得足夠的機械強度。
根據(jù)制作上的情況，噴嘴直徑的下限值以0.01μm為佳；根據(jù)圖3所示的靜電力超過表面張力時的噴嘴直徑上限值是25μm，并根據(jù)圖4所示的因局部電場強度而滿足排出條件時的噴嘴直徑上限是25μm，噴嘴直徑的上限值以25μm為佳、15μm較好。為了更有效利用局部電場集中效應(yīng)，噴嘴直徑最好在0.01μm～8μm的范圍。本實施方式中，就噴嘴直徑設(shè)定為φ0.1μm～20μm的范圍。
噴嘴11不限于毛細(xì)管，也可以是利用微細(xì)加工形成的2維圖案噴嘴。使噴嘴11為成型性良好的玻璃時，不能將噴嘴11用作電極，因而在噴嘴11內(nèi)插入金屬線(例如鎢線)，作為驅(qū)動電極13。也可用電鍍在噴嘴11內(nèi)形成驅(qū)動電極13。用導(dǎo)電物質(zhì)形成噴嘴11本身時，在其上涂覆絕緣材料。
將驅(qū)動電極13配置成浸在作為噴嘴11內(nèi)填充的液體的排出材料15中。從圖中未示出的供給源供給排出材料15。
由例如計算機組成的控制裝置(驅(qū)動電壓施加單元)17控制電源(驅(qū)動電壓施加單元)14的運作。即，將來自控制裝置17的排出信號供給電源14，根據(jù)此排出信號，從電源14對驅(qū)動電極13施加脈沖波形的電壓。由于此電壓，使噴嘴11內(nèi)的排出材料15帶電，并從噴嘴11排出。圖11示出一例所述驅(qū)動電壓。此驅(qū)動電壓是極性依次判定為正、負(fù)的雙極性脈沖電壓，其頻率為大于等于1Hz。
作為絕緣襯底16，表面電阻值為大于等于1010Ω/sq的襯底即可，除由聚酰亞胺、丙烯、聚碳酸脂等高分子材料組成外，還可由低濕度環(huán)境下的玻璃等組成，其阻值也合乎上述范圍之內(nèi)。
上述組成中，首先，說明從噴嘴11排出微細(xì)液體的原理。此排出原理考慮如下。靜電吸引型流體排出裝置中，通過從電源14對驅(qū)動電極13施加驅(qū)動電壓，從驅(qū)動電極13將電荷供給排出材料15。使電荷通過噴嘴11內(nèi)部的排出材料15，移動到形成在噴嘴11的前端部的具有靜電電容的彎液面40。然后，靜電吸引型流體排出裝置40的電荷量達(dá)到規(guī)定量時，進(jìn)行從噴嘴11往絕緣襯底16的液體排出。
接著，說明靜電吸引型流體排出裝置中從噴嘴將排出材料15排出并且在絕緣襯底16上形成希望的圖案時的運作。
利用3維機器手等驅(qū)動裝置，根據(jù)希望的圖案制作數(shù)據(jù)，往X軸方向和Y軸方向?qū)娮?1進(jìn)行2維驅(qū)動。這時，又對噴嘴11控制Z軸方向的位置，使噴嘴11的前端與絕緣襯底16的距離(間隙)總在30～200μm的范圍內(nèi)。作為所述間隙測量單元，可利用使用激光的位移儀或使用激光的間隙測長儀。
隨著噴嘴11的上述移動，從電源14對噴嘴的驅(qū)動電極13施加雙極性脈沖電壓(驅(qū)動電壓)。由此，噴嘴11內(nèi)的排出材料15中，電荷往噴嘴11的前端方向開始移動。于是，噴嘴11的前端部中，在排出材料15形成的彎液面40上儲蓄電荷，使其周邊部的電場強度升高。然后，電場強度超過使排出材料15從噴嘴11排出用的臨界點時，噴嘴11將排出材料15排出，使其在絕緣襯底16上射中。這時，作為噴嘴11的驅(qū)動電壓，在驅(qū)動電極13上施加大于等于1Hz的雙極性脈沖電壓，因而在絕緣襯底16上射中的液體的極性形成正負(fù)交替。1次射中的排出時間為小于等于500msec。
接著，說明由靜電吸引型流體排出裝置對絕緣襯底16的描繪運作中的雙極性脈沖電壓的頻率特性。
圖12示出在聚酰亞胺襯底(絕緣襯底16)上將銀納米糊作為排出材料排出時的驅(qū)動電壓頻率與最低排出電壓的關(guān)系，圖13示出驅(qū)動電壓頻率與描繪線條時在絕緣襯底16上的液滴飛散區(qū)寬度的關(guān)系。
對驅(qū)動電極13施加雙極性脈沖電壓作為驅(qū)動電壓時，排出材料15的液滴分別隨交替施加的正電壓和負(fù)電壓從噴嘴11排出。這時的排出時間根據(jù)雙極性脈沖電壓的頻率發(fā)生變化，并且在絕緣襯底16上射中的一滴排出材料15的電荷量與該排出時間成正比地變化。
這時，降低雙極性脈沖電壓的頻率，加大每1次射中(1次排出)的電荷量，則如圖12所示，最低排出電壓(噴嘴11的排出啟動電壓)升高。這是因為每1次射中的電荷量增加時，在絕緣襯底16上射中的液滴的電荷量(絕緣襯底16的充電量)變大，使絕緣襯底16與噴嘴11之間的電位差減小，從而持續(xù)進(jìn)行穩(wěn)定排出所需的加到驅(qū)動電極13的電壓(驅(qū)動電壓)的值升高。
即，圖12中，驅(qū)動電壓頻率低于1Hz時，最低排出電壓(排出啟動電壓)開始升高，這樣在驅(qū)動電壓頻率低于1Hz的條件下，如驅(qū)動電壓是DC偏壓(直流電壓)時那樣，噴嘴11的排出運作開始受絕緣襯底16的充電的影響。
實際上，如圖12所示，能確認(rèn)排出材料對絕緣襯底16上的排出造成的描繪時在絕緣襯底16上的液滴飛散區(qū)寬度在驅(qū)動電壓頻率電壓1Hz的條件下急劇增大。反之，在驅(qū)動電壓頻率為大于等于1Hz的條件下，能將絕緣襯底16上的液滴飛散區(qū)寬度抑制成小于等于50μm，能穩(wěn)定地形成良好地描繪圖像。
綜上所述，本實施方式的靜電吸引型流體排出裝置中，由于將大于等于1Hz的雙極性脈沖電壓用作加在噴嘴11的驅(qū)動電極13上的驅(qū)動電壓，能抑制絕緣襯底16的充電造成的絕緣襯底16上的液滴飛散區(qū)擴大和驅(qū)動電壓升高。結(jié)果，能利用噴嘴11的低電壓驅(qū)動而且鮮明地對絕緣襯底16形成微細(xì)圖案。
又，本實施方式中，設(shè)對噴嘴11的驅(qū)動電極13施加作為驅(qū)動電壓的雙極性脈沖電壓，進(jìn)行了說明，但噴嘴11的排出中需要的驅(qū)動電壓是加在驅(qū)動電極13上的電壓與作為對置電極起作用的置物臺12之間的電位差。因此，驅(qū)動電壓可為僅加在置物臺12上的電壓的組成，或加在置物臺12的電壓與加在驅(qū)動電極13上的電壓的合成電壓(電位差)的組成。
作為驅(qū)動電壓的雙極性脈沖電壓，即便是AC等那樣通過速率低的波形，也可利用。
實施方式2下面，根據(jù)

本發(fā)明的另一實施方式。
圖14(a)和圖14(b)是示出作為加在噴嘴11的驅(qū)動電極13上的驅(qū)動電壓的雙極性脈沖電壓的波形與噴嘴11前端的排出材料15的表面電位的關(guān)系的波形圖，圖14(a)示出噴嘴11不發(fā)生排出材料15的排出的情況，圖14(b)示出發(fā)生該排出的情況。圖15是噴嘴11中從驅(qū)動電極13供給的電荷積存在噴嘴前端的彎液面上的運作的說明圖。圖16是示出使用圖14(b)的驅(qū)動電壓(驅(qū)動電壓頻率)時的噴嘴11的排出材料15的排出和不排出的狀況的說明圖。圖17是示出驅(qū)動電壓頻率與最低排出電壓的關(guān)系的曲線圖，圖18是示出驅(qū)動電壓頻率與絕緣襯底16上的液滴飛散區(qū)寬度的關(guān)系曲線圖。圖19是在大頻率范圍示出將染色墨汁和銀納米糊用作排出材料15時的驅(qū)動電壓頻率與最低排出電壓的關(guān)系的曲線圖。本實施方式中，省略與上述實施方式的相同部分的說明，僅說明不同的部分。
本實施方式的靜電吸引型流體排出裝置具有圖1所示的組成。此靜電吸引型流體排出裝置中，對噴嘴11的驅(qū)動電極13施加雙極性脈沖電壓時的電壓波形和根據(jù)該電壓施加積存在噴嘴1前端的排出材料15中的電荷造成的表面電位的關(guān)系為圖14(a)或圖14(b)那樣。
即，圖14(a)、(b)和圖15中，對噴嘴11的驅(qū)動電極13施加雙極性脈沖電壓101時，電荷在排出材料15內(nèi)從噴嘴11內(nèi)部的驅(qū)動電極13往噴嘴11前端移動，并且在噴嘴11前端的彎液面40上積存該電荷。由此，彎液面的表面電位102一面描繪在上升電位101a和下降電位101b上變成最大的飽和曲線，一面升高。這時，在彎液面的表面電位102達(dá)到取得排出需要的驅(qū)動力用的最低可排出電位103的時間點，啟動噴嘴11的排出材料15的排出。
因此，如圖14(a)所示，脈沖在彎液面的表面電位102達(dá)不到最低可排出電位103的期間內(nèi)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)(施加反極性電壓)那樣的驅(qū)動電壓頻率的情況下，不產(chǎn)生來自噴嘴11的排出材料15的排出。因此，為了進(jìn)行噴嘴11的排出材料15的排出，需要加大雙極性脈沖電壓101的振幅或降低驅(qū)動電壓頻率，使雙極性脈沖電壓101的正電壓和負(fù)電壓各自的施加時間加長。
這里，關(guān)注使驅(qū)動電壓頻率降低的情況，則可根據(jù)由排出材料15的電傳導(dǎo)率σS/m和介電常數(shù)ε決定的帶電時間常數(shù)τ與雙極性脈沖電壓101的正電壓和負(fù)電壓各自的施加時間T的大小關(guān)系，設(shè)定噴嘴11有無排出。因此，如圖14(b)所示，設(shè)定驅(qū)動電壓頻率fHz，使施加時間T大于帶電時間常數(shù)τ，即將驅(qū)動電壓頻率f設(shè)定成滿足f≤1/(2τ)，從而能進(jìn)行噴嘴11的排出材料15的排出。圖16與圖14(b)的驅(qū)動電壓(驅(qū)動電壓頻率)對應(yīng)地示出噴嘴11的排出材料15的排出和不排出的狀況。
作為具體例子，對使銀納米糊作為排出材料15排出到聚酰亞胺襯底(絕緣襯底16)上的情況，圖17示出驅(qū)動電壓頻率與最低排出電壓的關(guān)系，圖18示出驅(qū)動電壓頻率與絕緣襯底16的液滴飛散區(qū)寬度的關(guān)系。
圖17的結(jié)果中，驅(qū)動電壓頻率為約大于等于50Hz時，最低排出電壓升高。意味著這是為了使彎液面的表面電位102達(dá)到最低可排出電位103，不得不使施加電壓(雙極性脈沖電壓)加大的驅(qū)動電壓頻率條件。即，驅(qū)動電壓頻率為大于等于50Hz時，不滿足f≤1/(2τ)的驅(qū)動頻率條件。
圖18的結(jié)果中，判明在驅(qū)動電壓頻率為大于等于50Hz的區(qū)域，絕緣襯底16上的液滴飛散區(qū)變大，絕緣襯底上的描繪圖像擾動。也就是說，為了盡量抑制絕緣襯底16上的液滴飛散，以取得鮮明的微細(xì)圖案，需要用小于等于50Hz的驅(qū)動電壓頻率進(jìn)行排出。
圖19在大頻率范圍示出將電傳導(dǎo)率為10-4～-6S/cm的染色墨汁和電傳導(dǎo)率為10-7～-9S/cm的銀納米糊用作排出材料15時的驅(qū)動電壓頻率與最低排出電壓的關(guān)系。即，圖19為對銀納米糊將表示低頻范圍的圖12和表示高頻范圍的圖17合成的曲線。
基于圖19的驅(qū)動電壓頻率f的較佳范圍是1Hz≤f而且f≤1/(2τ)。
綜上所述，本實施方式的靜電吸引型流體排出裝置中，將驅(qū)動電壓頻率f滿足f≤1/(2τ)的雙極性脈沖電壓用作驅(qū)動電壓，對噴嘴11進(jìn)行驅(qū)動，從而抑制最低排出電壓的升高，而且縮小絕緣襯底16上的液滴飛散區(qū)，能在絕緣襯底16上形成鮮明的微細(xì)圖案。
又，本實施方式中，設(shè)對噴嘴11的驅(qū)動電極13施加作為驅(qū)動電壓的雙極性脈沖電壓，進(jìn)行了說明，但噴嘴11的排出需要的驅(qū)動電壓是加在驅(qū)動電極13上的驅(qū)動電壓與作為驅(qū)動電極起作用的置物臺12之間的電位差。因此，驅(qū)動電壓可為僅對置物臺12施加的電壓的組成，或加在置物臺12的電壓與驅(qū)動電極13的電壓的合成電壓(電位差)的組成。
作為驅(qū)動電壓的雙極性脈沖電壓，即便是AC等那樣的通過速率低的波形也可以用。
實施方式3下面，根據(jù)

本發(fā)明又一實施方式。本實施方式的靜電吸引型流體排出裝置具有圖20所示的組成。即，本實施方式的靜電吸引型流體排出裝置中，用移動裝置(移動單元)21驅(qū)動置物臺12，使其移動?？刂蒲b置(控制單元)22控制移動裝置21的移動方向、移動速度和移動定時等?？刂蒲b置22還控制電源14對噴嘴11的驅(qū)動電極13供給的驅(qū)動電壓的電壓值、驅(qū)動電壓頻率和驅(qū)動電壓的施加定時等。
圖21是示出本實施方式的靜電吸引型流體排出裝置中的置物臺12的掃描速度與絕緣襯底16上的液滴飛散區(qū)寬度的關(guān)系的曲線圖。圖21示出將銀納米糊作為排出材料15在聚酰亞胺襯底(絕緣襯底16)上進(jìn)行線條描繪時的排出實驗結(jié)果。這時的噴嘴直徑為約1μm，驅(qū)動電壓頻率為50Hz。通過使置物臺12移動，進(jìn)行噴嘴11與絕緣襯底16(置物臺12)的相對移動。
圖21的結(jié)果中判明在掃描速度為小于等于10μm/sec的范圍中，絕緣襯底16上的液滴飛散區(qū)急劇縮小。這意味著將排出材料從噴嘴11排出時，下一射中點(液滴)的位置對已在絕緣襯底16上射中的點(液滴)的位置的偏移量影響絕緣襯底16上的液滴飛散區(qū)寬度。
因此，將絕緣襯底16上的液滴飛散區(qū)寬度抑制到最小極限方面的理想狀態(tài)為對絕緣襯底16掃描速度為零的狀態(tài)下，即噴嘴11存在于已在絕緣襯底16上射中的液滴上的位置的狀態(tài)下，按雙極性脈沖電壓的正電壓和負(fù)電壓將排出材料15交替排出。此狀態(tài)下，在噴嘴11正下面的位置上總存在電阻低于除電成大致0V的周邊絕緣部(絕緣襯底16的表面)的描繪部(射中液滴部)，從而抑制絕緣襯底16上的射中位置的充電。因此，這時，抑制最低排出電壓的升高，而且抑制絕緣襯底16上的具有相同極性的電荷的各液滴之間排斥造成的液滴飛散。
與此相反，一面噴嘴11與絕緣襯底16相對移動，一面進(jìn)行排出材料15的排出，并加快其掃描速度(相對速度)時，形成來自噴嘴11的排出材料15的排出位置略為偏離其前面的射中位置的狀態(tài)。這時，又受絕緣襯底16上的電位和描繪線條上的電位兩者的影響，又進(jìn)行排出，因而排出穩(wěn)定性降低，絕緣襯底16上容易發(fā)生排出材料15往排出位置周圍飛散。
具體而言，圖21所示的結(jié)果中，作為液滴飛散區(qū)寬度變大的臨界點的掃描速度(置物臺速度)10μm/sec、驅(qū)動頻率50Hz的條件是指離開前面射中位置0.1μm的位置上射中下一具有相反極性的電荷的液滴的條件。即，在一般驅(qū)動掃描頻率為f Hz、排出掃描速度vμm/sec的條件下，通過使點間隔v/2f為小于等于0.1μm，能減少絕緣襯底16上的液滴飛散。從上述結(jié)果導(dǎo)出雙極性脈沖電壓的驅(qū)動電壓頻率f Hz與排出掃描速度vμm/sec的關(guān)系，則v/2f≤0.1μm，從而f≥5v。
上述條件以描繪的線條寬度和點的之間在1～10μm的范圍為佳。
綜上所述，本實施方式的靜電吸引型流體排出裝置中，在將排出材料15的微細(xì)液滴排出到絕緣襯底16上進(jìn)行線條描繪時，將驅(qū)動電壓頻率f Hz和排出掃描速度vμm/sec設(shè)定成滿足f≥5v，從而能抑制絕緣襯底16上的液滴飛散，形成鮮明的微細(xì)圖案。
又，本實施方式中，設(shè)對噴嘴11的驅(qū)動電極13施加作為驅(qū)動電壓的雙極性脈沖電壓，進(jìn)行了說明，但噴嘴11的排出需要的驅(qū)動電壓是加在驅(qū)動電極13上的驅(qū)動電壓與作為驅(qū)動電極起作用的置物臺12之間的電位差。因此，驅(qū)動電壓可為僅對置物臺12施加的電壓的組成，或加在置物臺12的電壓與驅(qū)動電極13的電壓的合成電壓(電位差)的組成。
作為驅(qū)動電壓的雙極性脈沖電壓，即便是AC等那樣的通過速率低的波形也可以用。
又，本實施方式中，設(shè)移動裝置21使置物臺12移動，但使置物臺12(絕緣襯底16)與噴嘴11相對移動以在絕緣襯底16上進(jìn)行描繪即可，因此移動裝置21使噴嘴11和置物臺12中的至少一方移動即可。
實施方式4下面，根據(jù)

本發(fā)明又一實施方式。
本實施方式的靜電吸引型流體排出裝置具有圖1所示的組成。圖22是示出本實施方式的靜電吸引型流體排出裝置中加在噴嘴11的驅(qū)動電極13上的驅(qū)動電壓(雙極性脈沖電壓)與絕緣襯底16上的液滴飛散區(qū)的關(guān)系的曲線圖。
圖22中示出將銀納米糊作為排出材料15在聚酰亞胺襯底(絕緣襯底16)上排出并進(jìn)行描繪的實驗結(jié)果。這時的噴嘴直徑為約1μm，并使驅(qū)動電壓頻率為50Hz，噴嘴11與絕緣襯底16(置物臺12)的相對移動速度(掃描速度)為200μm/sec。此條件下進(jìn)行排出時，排出間距為2μm，噴嘴直徑1μm下排出的射中點直徑(射中液滴直徑)為約1μm，因而射中狀態(tài)為點，而非線條。
圖22的結(jié)果中，隨著驅(qū)動電壓(脈沖施加電壓)加大，將排出材料15排出時的絕緣襯底16上的液滴飛散區(qū)寬度急劇擴大。這是因為在相同位置上大量射中具有相同極性的電荷的液滴。即，驅(qū)動電壓變高時，噴嘴11的排出材料15的噴出量變多，該排出量由于在絕緣襯底16上射中時的射中液滴中的同極性電荷之間的排斥，使液滴飛散區(qū)擴大。尤其驅(qū)動電壓超過400V時，飛散區(qū)急劇擴大。反之，驅(qū)動電壓為小于等于400V時，飛散區(qū)相對縮小。也就是說，通過使驅(qū)動電壓為小于等于400V，能進(jìn)行抑制液滴往周邊部飛散的排出。這時，驅(qū)動電壓的下限值成為例如最低排出電壓。
綜上所述，本實施方式的靜電吸引型流體排出裝置中，將微細(xì)液體排出到絕緣襯底16上并形成點時，使加在噴嘴11的驅(qū)動電極13上的驅(qū)動電壓為小于等于400V，因而能在絕緣襯底16上抑制液滴往射中點(射中液滴)周邊部飛散，并形成鮮明的微細(xì)圖案。
又，本實施方式中，設(shè)對噴嘴11的驅(qū)動電極13施加作為驅(qū)動電壓的雙極性脈沖電壓，進(jìn)行了說明，但噴嘴11的排出需要的驅(qū)動電壓是加在驅(qū)動電極13上的驅(qū)動電壓與作為驅(qū)動電極起作用的置物臺12之間的電位差。因此，驅(qū)動電壓可為僅對置物臺12施加的電壓的組成，或加在置物臺12的電壓與驅(qū)動電極13的電壓的合成電壓(電位差)的組成。
作為驅(qū)動電壓的雙極性脈沖電壓，即便是AC等那樣的通過速率低的波形也可以用。
又，以上的實施方式中，液滴飛散區(qū)寬度不嚴(yán)格影響描繪的線條的寬度，可當(dāng)作包含描繪圖案區(qū)地往其兩側(cè)擴大的液滴無用飛散區(qū)的整個寬度。
實施方式5圖23示出實施方式5的靜電吸引型流體排出裝置的組成。所示靜電吸引型流體排出裝置中，將絕緣襯底16固定在接地的置物臺12上。作為絕緣襯底16的類型，表面電阻值為大于等于1010Ω/sq即可，除聚酰亞胺、丙烯、聚碳酸脂等高分子材料適用外，低濕度環(huán)境下的玻璃等也適用。而且，設(shè)置電暈充電器30和流體排出頭(噴嘴)11，使前端與絕緣襯底16對置。
電暈充電器30中，配置電極線31和對電極線31平行地設(shè)在絕緣襯底16側(cè)的縫隙電極32，進(jìn)而以包圍電極線31的方式設(shè)置外殼電極33。作為電極線31的材料，使用線徑約10～70μm的鎳或鎢。各電極連接電源，以便能獨立施加電壓。縫隙電極32與絕緣襯底16之間的距離總保持恒定，其縫隙為100μm～2mm左右。
將流體排出頭11形成得前端孔徑為φ0.1～20μm左右，并且內(nèi)部具有驅(qū)動電極13。在該驅(qū)動電極13上連接電源14，用于以雙極性脈沖電壓獨立進(jìn)行控制，而且將其頻率控制成大于等于1Hz。用希望的排出材料(即排出流體)填充流體排出頭11的整個內(nèi)部。將流體排出頭11安放在對其獨立驅(qū)動的3維機器手中。
接著，說明本實施方式5的靜電吸引型流體排出裝置的運作。首先，通過使置物臺12對電暈充電器30掃描或使電暈充電器30對置物臺12掃描，讓置物臺12和電暈充電器30相對移動，并且在該相對移動期間，由電暈充電器30對絕緣襯底16的襯底表面進(jìn)行除電。
在絕緣襯底16進(jìn)行除電時，對電極線31施加約幾千伏的AC(交流)電壓，使電暈放電發(fā)生在電極線31周圍。而且，這時，通過將縫隙電極32的電位設(shè)定為約零伏，能在絕緣襯底16上供給與絕緣襯底16上充電的電荷50(這里是負(fù)電荷)相反的電荷，從而進(jìn)行絕緣襯底16的除電。
然后，往進(jìn)行除電后的絕緣襯底16，與希望的圖案制作數(shù)據(jù)對應(yīng)地進(jìn)行流體排出頭11的流體排出。這時，按流體排出頭11與置物臺12的相對速度決定流體排出頭11的掃描速度。又對流體排出頭11的前端作Z軸控制，使其與絕緣襯底16之間總?cè)〉?0～200μm的恒定間隙。作為間隙控制單元，可利用使用激光的位移儀和縫隙測長儀。
流體排出頭11中，為了進(jìn)行流體排出，從電源14對驅(qū)動電極13施加雙極性脈沖電壓，從而在排出流體內(nèi)部開始往噴嘴前端方向移動電荷。然后，一面在噴嘴前端部的流體截面(即彎液面)上積存電荷，一面使其周邊部的電場強度提高，并且在其電場力超過需要的最小極限排出力的時間點，啟動流體排出，使其在絕緣襯底16上射中。
流體排出頭11中，為了用雙極性脈沖電壓對驅(qū)動電極13進(jìn)行驅(qū)動，使該流體排出頭11排出的流體正負(fù)交替地帶電。因此，絕緣襯底16上，總射中帶有抑制射中點的充電的極性的電荷的流體，能一面抑制絕緣襯底16上的充電，一面進(jìn)行穩(wěn)定的排出。
綜上所述，本實施方式5的靜電吸引型流體排出裝置的組成中，預(yù)先利用電暈充電器30對絕緣襯底16進(jìn)行除電后，用雙極性脈沖電壓驅(qū)動進(jìn)行流體排出，從而不發(fā)生絕緣襯底16上的充電造成的排出不穩(wěn)定。因此，又能抑制排出時的飛散，又能進(jìn)行鮮明微細(xì)圖案制作的形成。
實施方式6圖24是示出實施方式6的靜電吸引型流體排出裝置的組成。對本實施方式6省略與上述實施方式5相同部分的說明，僅說明不同的部分。實施方式5中使用電暈充電器作為除電方法，但本實施方式6使用針狀電極。
下面說明圖24的靜電吸引型流體排出裝置的組成。所述靜電吸引型流體排出裝置中，以前端與絕緣襯底16對置的方式設(shè)置除電頭34和流體排出頭11。除電頭34是將前端直徑形成φ0.1μm～20μm左右的金屬制或涂覆金屬的絕緣性的針狀結(jié)構(gòu)，并對絕緣襯底16設(shè)定成與針前端的間隙為小于等于50μm。除電頭34的前端也可連接在絕緣襯底16上。然后，除電頭34上連接獨立控制電壓用的電源35。將除電頭34安放在獨立進(jìn)行驅(qū)動用的3維機器手中。
接著，說明除電運作。首先，與希望的圖案制作數(shù)據(jù)對應(yīng)地對除電頭34進(jìn)行XY2維驅(qū)動，這時一面使頭前端與襯底之間的距離總保持小于等于5μm，一面對頭前端供給AC電壓，從而發(fā)生電暈放電。對除電頭34前端施加的電壓因前端直徑而不同，但只要前端部直徑為小于等于φ5μm，振幅為大于等于400V就基本上能除電。然后，由電暈放電產(chǎn)生的除電電荷因除電頭34前端與絕緣襯底16之間的電場力而附著在除電頭34的正下面。通過一面使除電頭34作XY掃描，一面實施這種除電作用，在絕緣襯底16上形成適應(yīng)希望的圖案制作數(shù)據(jù)的除電部分。
然后，在除電后的部分上，由流體排出頭11排出流體，并形成微細(xì)圖案。這樣，與圖案制作數(shù)據(jù)對應(yīng)地預(yù)先使除電頭34進(jìn)行掃描，從而能進(jìn)行圖案制作區(qū)上的流體排出頭11的穩(wěn)定流體排出。除電頭34由于如實施方式5的電暈充電器那樣不需要高電壓，能進(jìn)行成本優(yōu)勢大的低電壓驅(qū)動器的控制。又由于僅對絕緣襯底16上需要的部分實施除電，可縮短除電中花費的時間。
綜上所述，本實施方式6的靜電吸引型流體排出裝置的組成中，對絕緣襯底16上的希望的圖案制作區(qū)，預(yù)先利用針狀除電頭34進(jìn)行除電后，用雙極性脈沖電壓驅(qū)動進(jìn)行流體排出，從而不發(fā)生絕緣襯底16上的充電造成的排出不穩(wěn)定。因此，又能抑制排出時的飛散，又能進(jìn)行穩(wěn)定的微細(xì)流體排出，可進(jìn)行鮮明的微細(xì)圖案制作的形成。
又，上述說明中，除電頭34和流體排出頭11分別受到獨立驅(qū)動，但也可合為一體地驅(qū)動它們。
實施方式7流體排出頭11中，加電壓的驅(qū)動電極13供給的電荷在排出流體中開始往噴嘴前端移動，一面存儲在噴嘴前端部，一面形成彎液面?；旧弦院蛧娮斓目讖酱笾孪嗤拇笮⌒纬稍搹澮好娴闹睆健?br> 然后，在彎液面積存的電荷所形成的電場力超過排出需要的驅(qū)動力的瞬間，啟動流體排出頭11的流體排出。即，對具有各噴嘴直徑的流體排出頭11的驅(qū)動電極13供給大于等于排出啟動電壓的電壓，則進(jìn)行流體排出。具體而言，噴嘴直徑為φ1～10μm時，排出啟動電壓為約140V。然后，隨著使施加電壓變大，能使排出量增加，對與高速掃描對應(yīng)的大量排出和大直徑的點的形成有效。
然而，施加電壓超過規(guī)定值時，有可能超過大氣中放電啟動電場。具體而言，因彎液面部的電荷集中而產(chǎn)生的電場強度超過按下面的公式(帕邢曲線計算式)求出的放電啟動電場強度時，在噴嘴前端部周邊的高電場部分發(fā)生空氣絕緣破壞造成的放電的可能性高。實際上，在流體排出時發(fā)生放電，則產(chǎn)生排出流體飛散，在希望的微細(xì)圖案周邊射中衛(wèi)星狀的微小液滴，成為圖像噪聲。
E＝4.03×106{1+3.08×10-2/D0.54+4.48×10-7/D1.41}E放電啟動電場強度(V/m)D噴嘴直徑(m)這里，圖25的曲線中，分別對將施加電壓取為200V、340V、400V、500V的情況示出噴嘴前端部的噴嘴直徑與彎液面部上的電荷集中產(chǎn)生的電場強度的關(guān)系。圖25的曲線還同時示出由上述帕邢曲線(Paschen曲線)計算式求出的噴嘴直徑與放電啟動電場強度的關(guān)系。
所述圖25中，在各施加電壓的噴嘴直徑-電場強度線圖超出根據(jù)帕邢曲線計算式求出的噴嘴直徑-放電啟動電場強度線圖的條件下，認(rèn)為發(fā)生流體排出時的大氣中放電。
于是，從所述圖25判明本發(fā)明靜電吸引型流體排出裝置中成為對象的噴嘴直徑0.01～25μm的條件下，通過使施加電壓為小于等于340V，可在確實不發(fā)生放電的條件下排出流體。由此，可進(jìn)行無飛散現(xiàn)象的穩(wěn)定流體排出，能形成較鮮明的微小圖案。從所述圖25還判明噴嘴直徑為大于等于16μm或小于等于0.25μm時，用小于等于500V的施加電壓可進(jìn)行不伴隨放電的流體排出；噴嘴直徑為大于等于7.4μm或小于等于0.65μm時，用小于等于400V的施加電壓可進(jìn)行不伴隨放電的流體排出。
綜上所述，本實施方式7的組成中，通過預(yù)先對絕緣襯底16進(jìn)行除電，進(jìn)而用流體排出時的電場強度小于根據(jù)帕邢曲線計算式求出的放電啟動電場強度的施加電壓進(jìn)行流體排出，能抑制放電造成的往周邊部的飛散，可形成較鮮明的微細(xì)圖案。
再者，上述實施方式5～7中，將加在流體排出頭11內(nèi)部的驅(qū)動電極13上的雙極性脈沖電壓作為驅(qū)動電壓，進(jìn)行了說明，但實際上作為驅(qū)動力需要的電壓是加在頭內(nèi)部的電極210上的信號電壓與加在置物臺12側(cè)的電壓的電位差，因而可僅對置物臺側(cè)施加雙極性脈沖電壓或合成頭側(cè)和置物臺側(cè)兩者的信號。雙極性脈沖電壓也適用AC等那樣通過速率低的波形。
實施方式8圖26示出實施方式8的靜電吸引型流體排出裝置的組成。所述靜電吸引型流體排出裝置中，在接地的置物臺12上設(shè)置絕緣襯底16。而且，將電荷授給頭60和流體排出頭11設(shè)置成前端與絕緣襯底16對置。
電荷授給頭60為以φ0.1～5μm形成前端直徑的金屬制或涂覆金屬的絕緣性的針狀結(jié)構(gòu)，并設(shè)定成針尖端對絕緣襯底16的間隙為小于等于50μm。電荷授給頭60的前端可連接在絕緣襯底上。而且，電荷授給頭60連接獨立進(jìn)行電壓控制用的電源61。將電荷授給頭61安放在獨立驅(qū)動用的3維機器手中。
以前端孔徑為φ1～5μm的方式形成流體排出頭11，并且其內(nèi)部具有驅(qū)動電極13。該驅(qū)動電極13連接獨立進(jìn)行電壓控制用的電源14。用希望的排出材料(即排出流體)填充頭的整個內(nèi)部。與電荷授給頭60相同，也將流體排出頭11安放在進(jìn)行獨立驅(qū)動用的3維機器手中。
接著，說明本實施方式8的靜電吸引型流體排出裝置的運作。首先，電荷授給頭60與希望的圖案制作數(shù)據(jù)對應(yīng)地進(jìn)行XY2維驅(qū)動，但這時一面使電荷授給頭60的前端與絕緣襯底16直徑的距離總保持小于等于5μm，一面由電源61對電荷授給頭60的前端供給電源，使電暈放電發(fā)生。
對電荷授給頭60的前端施加的電壓因其前端直徑而不同，但如果前端直徑為小于等于φ5μm，則用大于等于400V就可放電。于是，放電的電荷因電荷授給頭60的前端與絕緣襯底16之間的電場力而附著在絕緣襯底16上的電荷授給頭60的下面，成為附著電荷70。
一面使電荷授給頭60作XY掃描，一面實施這種放電作用，從而在絕緣襯底16上形成基于圖案制作數(shù)據(jù)的希望的授給電荷圖案。接著，一面從由附著電荷70制作圖案的部分的正上面靠近流體排出頭11，將頭前端與絕緣襯底16的表面的距離保持30～200μm，一面對驅(qū)動電極13施加極性與附著電荷70相反的電壓，進(jìn)行流體排出，從而附著電荷70的電場吸引力起作用，能形成較鮮明的微細(xì)圖案。
又，如圖27所示，流體排出時的驅(qū)動電壓依賴于附著電荷70的表面電位，通過預(yù)先使附著電荷量增多，可減小驅(qū)動電壓。
綜上所述，本實施方式8的靜電吸引型流體排出裝置的組成中，在流體排出前預(yù)先對絕緣襯底16在應(yīng)描繪的部位授給極性與驅(qū)動電壓極性相反的電荷，從而能降低驅(qū)動電壓，而且可進(jìn)行鮮明的微細(xì)流體排出的微細(xì)圖案制作的形成。
實施方式9圖28示出實施方式9的靜電吸引型流體排出裝置的組成。對本實施方式9省略與上述實施方式8相同的部分的說明，僅說明不同的部分。本實施方式9中，裝置組成與上述實施方式8的相同。但是，其不同點為實施方式8的靜電吸引型流體排出裝置的情況下，電荷授給頭60對絕緣襯底16授給的電荷是極性與流體排出的驅(qū)動電壓極性相反的電荷，而本實施方式9的情況下，與此相反，授給絕緣襯底16的電荷的極性與流體排出的驅(qū)動電壓極性相同。
說明實施方式9的運作如下。首先，電荷授給頭60根據(jù)希望的圖案制作數(shù)據(jù)進(jìn)行XY2維驅(qū)動，但這時進(jìn)行編程，使電荷授給頭60的前端掃描相對于希望的圖案制作點偏離幾μm～10μm的整個周邊位置。然后，一面使電荷授給頭60的前端與絕緣襯底16之間的距離總保持小于等于5μm，一面對頭前端供給電壓，使電暈放電發(fā)生。對頭前端施加的電壓因前端直徑而不同，但如果前端直徑為小于等于φ5μm，用大于等于400V就基本上開始放電。
然后，放電的電荷因電荷授給頭60的前端與絕緣襯底16之間的電場力而附著在絕緣襯底16上，成為附著電荷70。通過一面使電荷授給頭60作XY掃描，一面實施這種放電作用，最后能在絕緣襯底16上形成包圍希望的圖案的周邊的附著電荷圖案。
接著，一面將流體排出頭11靠近電荷圖案制作包圍的希望的圖案部分的正上面，并將頭前端與絕緣襯底16表面的距離保持30～200μm，一面在該上面施加極性與附著電荷70相同的電壓，進(jìn)行流體排出。由此，排出的流體在絕緣襯底16上射中前，橫向受到附著電荷70的電場排斥力，使液滴往集中到希望圖案部分的方向射中，從而能較鮮明地形成其微細(xì)圖案。
綜上所述，本實施方式9的組成中，預(yù)先對絕緣襯底16供給極性與流體排出的驅(qū)動電壓極性相同的附著電荷70，從而橫向受到附著電荷70的排斥力，抑制排出流體射中希望點的周邊，較鮮明地形成圖案，而且通過優(yōu)化該附著電荷70的射中位置，能使希望圖案的線條寬度和點的直徑最小。
實施方式10圖29示出實施方式10的靜電吸引型流體排出裝置的組成。對本實施方式10省略與上述實施方式8和9相同的部分的說明，僅說明不同的部分。
實施方式10中，將感光材料用作絕緣襯底16的材料。而且，作為對所述絕緣襯底16授給電荷的單元，不用實施方式8和9那樣的針狀電荷授給頭，而用能使絕緣襯底16的整個表面均勻帶電的電暈充電器等均勻電荷授給系統(tǒng)(未示出)。
作為對整個表面均勻帶電的絕緣襯底16按希望圖案進(jìn)行除電的除電機構(gòu)，設(shè)置激光裝置62。以電子攝像技術(shù)中使用的多面反射鏡、fθ透鏡、圓柱透鏡等構(gòu)成激光裝置62。
接著，說明本實施方式10的運作。首先，由均勻電荷授給系統(tǒng)在絕緣襯底16上均勻地授給電荷。使用電暈放電作為這種電荷授給單元時，可用電暈帶電器的縫隙電壓控制絕緣襯底16上受供的電荷的表面電位，從而授給希望的電荷量。
然后，通過用激光裝置62對均勻授給電荷的感光材料組成的絕緣襯底16僅在希望的圖案部分照射激光63，進(jìn)行除電。這時的激光束直徑能縮小到最小5μm左右。因此，與針電極電荷授給方式相比，可形成精度高的除電圖案。
然后，與實施方式9相同，一面將流體排出頭11靠近授給電荷70包圍的希望除電圖案部分，并使頭前端與絕緣襯底16表面的距離保持30～200μm，一面對該圖案部分施加與附著電荷70同極性的電壓，進(jìn)行流體排出，從而橫向從附著電荷70接受電場排斥力，能較鮮明的形成微細(xì)圖案。
實施方式10的組成中，使用有機感光體的絕緣襯底16，并且組合使用均勻帶電機構(gòu)和激光除電機構(gòu)，從而能對該絕緣襯底形成精度較高的除電圖案，可使排出流體不發(fā)生排出擾動，準(zhǔn)確射中在除電圖案上。
實施方式11圖30示出實施方式11的靜電吸引型流體排出裝置的組成。對本實施方式11省略與上述實施方式8至10相同的部分的說明，僅說明不同的部分。
實施方式11的靜電吸引型流體排出裝置的基本組成與實施方式9的靜電吸引型流體排出裝置的組成相同。即，如實施方式9所示那樣，用針電極的電暈放電和微細(xì)圖案電極的接觸帶電等進(jìn)行圖30所示的電荷供給。但是，實施方式9對希望圖案部周邊授給極性與加在排出流體上的電壓相同的電荷，而本實施方式對希望圖案部的非描繪部分授給電荷。
接著，說明本實施方式11的運作。首先，由電暈帶電等電荷授給單元(可用圖26或圖28所示的電荷授給頭60等)預(yù)先將附著電荷70供給到絕緣襯底20上，利用該附著電荷70形成希望的非描繪圖案。然后，又用流體排出頭11形成希望的描繪圖案，但這時形成非描繪圖案的附著電荷70有選擇地受到電場排斥力，所以排出流體不能在絕緣襯底上射中。因此，能在描繪圖案的間隙形成非描繪圖案，而不使流體排出頭11內(nèi)部的驅(qū)動電壓停止。
即，能在由連續(xù)流體排出形成的描繪圖案暫時中斷的部位形成由所述附著電荷70形成的非描繪圖案。
非描繪圖案的形成條件考慮附著電荷70造成的絕緣襯底16上的表面電位與流體排出頭11所驅(qū)動電壓的電位差，例如絕緣襯底16為聚酰亞胺時，將該電位差設(shè)定成小于330V，則能形成非描繪區(qū)。還能根據(jù)絕緣襯底16上的表面電位與流體排出頭11的驅(qū)動電壓的電位差的大小，抑制非描繪區(qū)的大小。
本實施方式11的組成中，能通過預(yù)先在絕緣襯底16上按與流體排出電壓相同的極性供給與非描繪區(qū)對應(yīng)的圖案的電荷，準(zhǔn)確形成非描繪區(qū)，而不停止流體排出頭11，又能通過控制授給電荷50的表面電位與頭的驅(qū)動電壓之差，控制非描繪區(qū)的大小。
實施方式12圖31示出實施方式12的靜電吸引型流體排出裝置的組成。對本實施方式12省略與上述實施方式8至11相同的部分的說明，僅說明不同的部分。
本實施方式12的靜電吸引型流體排出裝置，其目的為對具有已制作圖案的導(dǎo)電圖案80的絕緣襯底16高精度地進(jìn)行導(dǎo)電圖案80的線條上的疊敷或線條之間的連接用的流體排出。
所述靜電吸引型流體排出裝置中，進(jìn)行線條疊敷或線條間連接時，在絕緣襯底16上制作圖案的導(dǎo)電圖案80的端部配置公共電極81。此公共電極81是靜電吸引型流體排出裝置備置的，并安放成對絕緣襯底16實施描繪時與導(dǎo)電圖案80的端部接觸。公共電極81連接電源82，以便能控制電壓。
接著，說明實施方式12的運作。如圖31所示，從電源82對公共電極81施加電壓，進(jìn)而對流體排出頭11施加極性與公共電極81相反的電壓時，以對接觸公共電極81的導(dǎo)電圖案80集中的方式進(jìn)行流體排出。
這時，公共電極81與流體排出頭11的驅(qū)動電極13之間的電位差越大，排出往導(dǎo)電圖案80上集中的程度越大，在描繪導(dǎo)電圖案80上疊敷的排出圖案83和導(dǎo)電圖案80的連接圖案84時尤其有效。
連接各導(dǎo)電圖案80時，為了盡量減小連接部分的接觸電阻值，最好加大線條重疊部分的面積，使連接部分的排出量略為加大，但可利用對公共電極81施加的電壓控制該排出量。
本實施方式12的組成中，通過預(yù)先對絕緣襯底20上存在的導(dǎo)電圖案80施加電壓，能往導(dǎo)電圖案80上集中地進(jìn)行排出，可提高線條疊敷和線條間連接的描繪精度。
再者，上述實施方式8至12中，將加在流體排出頭11內(nèi)部的驅(qū)動電極13上的電壓作為驅(qū)動電壓，進(jìn)行了說明，但實際上作為驅(qū)動力需要的電壓是加在頭11內(nèi)部的電極13上的信號電壓與加在置物臺12側(cè)的電壓的電位差，所以各電極的信號形態(tài)可任意。而且，驅(qū)動電壓的符號正負(fù)均可。
工業(yè)上的實用性能用于在絕緣襯底上描繪導(dǎo)電布線圖案的裝置和噴墨打印機等。
權(quán)利要求
1.一種靜電吸引型流體排出裝置，從驅(qū)動電壓施加單元往噴嘴與排出處構(gòu)件之間施加驅(qū)動電壓，對供給噴嘴內(nèi)的流體供給電荷，使該流體從噴孔排出到所述排出處構(gòu)件，其特征在于，所述噴嘴的孔徑為φ0.01μm～φ25μm；所述驅(qū)動電壓施加單元輸出頻率為大于等于1Hz，并且正負(fù)兩個極性翻轉(zhuǎn)的雙極性脈沖電壓作為所述驅(qū)動電壓。
2.一種靜電吸引型流體排出裝置，從驅(qū)動電壓施加單元往噴嘴與排出處構(gòu)件之間施加驅(qū)動電壓，對供給噴嘴內(nèi)的流體供給電荷，使該流體從噴孔排出到所述排出處構(gòu)件，其特征在于，所述噴嘴的孔徑為φ0.01μm～φ25μm；所述驅(qū)動電壓施加單元輸出正負(fù)兩個極性翻轉(zhuǎn)的雙極性脈沖電壓作為所述驅(qū)動電壓，相對于所述流體的電傳導(dǎo)率σS/m和介電常數(shù)ε，輸出由τ＝ε/σ決定的時間常數(shù)τ與驅(qū)動電壓頻率fHz的關(guān)系為f≤1/(2τ)的電壓。
3.一種靜電吸引型流體排出裝置，從驅(qū)動電壓施加單元往噴嘴與排出處構(gòu)件之間施加驅(qū)動電壓，對供給噴嘴內(nèi)的流體供給電荷，使該流體從噴孔排出到所述排出處構(gòu)件，同時用移動單元使所述噴嘴和排出處構(gòu)件往與該兩者的對置方向正交的方向相對移動，其特征在于，所述噴嘴的孔徑為φ0.01μm～φ25μm；所述驅(qū)動電壓施加單元輸出頻率為大于等于fHz，并且正負(fù)兩個極性翻轉(zhuǎn)的雙極性脈沖電壓作為所述驅(qū)動電壓；還具有控制單元，該控制單元控制所述驅(qū)動電壓輸出單元和所述移動單元的至少一方，使得所述驅(qū)動電壓施加單元的驅(qū)動電壓頻率fHz與所述相對移動的相對速度vμm/sec的關(guān)系為f≥5v。
4.一種靜電吸引型流體排出裝置，從驅(qū)動電壓施加單元往噴嘴與排出處構(gòu)件之間施加驅(qū)動電壓，對供給噴嘴內(nèi)的流體供給電荷，使該流體從噴孔排出到所述排出處構(gòu)件，同時用移動單元使所述噴嘴和排出處構(gòu)件往與該兩者的對置方向正交的方向相對移動，其特征在于，所述噴嘴的孔徑為φ0.01μm～φ25μm；所述驅(qū)動電壓施加單元輸出小于等于400V的正負(fù)兩個極性翻轉(zhuǎn)的雙極性脈沖電壓作為所述驅(qū)動電壓。
5.一種靜電吸引型流體排出方法，從驅(qū)動電壓施加單元往噴嘴與排出處構(gòu)件之間施加驅(qū)動電壓，對供給噴嘴內(nèi)的流體供給電荷，使該流體從噴孔排出到所述排出處構(gòu)件，其特征在于，所述噴嘴的孔徑為φ0.01μm～φ25μm；所述驅(qū)動電壓為大于等于1Hz，并且正負(fù)兩個極性翻轉(zhuǎn)的雙極性脈沖電壓。
6.一種靜電吸引型流體排出方法，從驅(qū)動電壓施加單元往噴嘴與排出處構(gòu)件之間施加驅(qū)動電壓，對供給噴嘴內(nèi)的流體供給電荷，使該流體從噴孔排出到所述排出處構(gòu)件，其特征在于，所述噴嘴的孔徑為φ0.01μm～φ25μm；所述驅(qū)動電壓為正負(fù)兩個極性翻轉(zhuǎn)的雙極性脈沖電壓，相對于所述流體的電傳導(dǎo)率σS/m和介電常數(shù)ε，輸出由τ＝ε/σ決定的時間常數(shù)τ與驅(qū)動電壓頻率fHz的關(guān)系為f≤1/(2τ)的電壓。
7.一種靜電吸引型流體排出方法，從驅(qū)動電壓施加單元往噴嘴與排出處構(gòu)件之間施加驅(qū)動電壓，對供給噴嘴內(nèi)的流體供給電荷，使該流體從噴孔排出到所述排出處構(gòu)件，同時用移動單元使所述噴嘴和排出處構(gòu)件往與該兩者的對置方向正交的方向相對移動，其特征在于，所述噴嘴的孔徑為φ0.01μm～φ25μm；所述驅(qū)動電壓施加單元輸出頻率為大于等于fHz，并且正負(fù)兩個極性翻轉(zhuǎn)的雙極性脈沖電壓作為所述驅(qū)動電壓；控制驅(qū)動電壓頻率和相對移動速度的至少一方，使得所述驅(qū)動電壓頻率fHz與所述相對移動的相對速度vμm/sec的關(guān)系為f≥5v。
8.一種靜電吸引型流體排出方法，從驅(qū)動電壓施加單元往噴嘴與排出處構(gòu)件之間施加驅(qū)動電壓，對供給噴嘴內(nèi)的流體供給電荷，使該流體從噴孔排出到所述排出處構(gòu)件，同時用移動單元使所述噴嘴和排出處構(gòu)件往與該兩者的對置方向正交的方向相對移動，其特征在于，所述噴嘴的孔徑為φ0.01μm～φ25μm；所述驅(qū)動電壓為小于等于400V的正負(fù)兩個極性翻轉(zhuǎn)的雙極性脈沖電壓。
9.一種靜電吸引型流體排出裝置，利用靜電吸引使因施加電壓而帶電的排出流體從流體排出頭的噴嘴的流體噴孔，射中襯底，從而在該襯底表面形成排出流體的描繪圖案，其特征在于，所述噴嘴的流體噴孔，其噴孔直徑為0.01～25μm，同時所述襯底是絕緣襯底，并且具有在對該絕緣襯底排出流體前，去除該絕緣襯底表面的電荷的除電單元；以及用正負(fù)雙極性脈沖電壓，對除電的絕緣襯底進(jìn)行流體排出的流體排出單元。
10.如權(quán)利要求9中所述的靜電吸引型流體排出裝置，其特征在于，所述除電單元按規(guī)定圖案，進(jìn)行絕緣襯底的除電。
11.如權(quán)利要求9中所述的靜電吸引型流體排出裝置，其特征在于，所述流體排出單元用流體排出時對彎液面部的電荷集中產(chǎn)生的電場強度小于按Paschen曲線計算式求出的放電啟動電場強度的施加電壓，進(jìn)行流體排出。
12.如權(quán)利要求11中所述的靜電吸引型流體排出裝置，其特征在于，所述流體排出單元用小于等于340V的施加電壓，進(jìn)行流體排出。
13.如權(quán)利要求11中所述的靜電吸引型流體排出裝置，其特征在于，所述噴嘴的流體噴孔，其噴孔直徑為大于等于16μm或小于等于0.25μm；所述流體排出單元用小于等于500V的施加電壓，進(jìn)行流體排出。
14.如權(quán)利要求11中所述的靜電吸引型流體排出裝置，其特征在于，所述噴嘴的流體噴孔，其噴孔直徑為大于等于7.4μm或小于等于0.65μm；所述流體排出單元用小于等于400V的施加電壓進(jìn)行流體排出。
15.一種靜電吸引型流體排出方法，利用靜電吸引使因施加電壓而帶電的排出流體從流體排出頭的噴嘴的流體噴孔，射中襯底，從而在該襯底表面形成排出流體的描繪圖案，其特征在于，所述噴嘴的流體噴孔，其噴孔直徑為0.01～25μm，同時所述襯底是絕緣襯底，并且在對該絕緣襯底排出流體前，去除該絕緣襯底表面的電荷，用正負(fù)雙極性脈沖電壓，對除電的絕緣襯底進(jìn)行流體排出。
16.一種靜電吸引型流體排出裝置，利用靜電吸引使因施加電壓而帶電的排出流體從流體排出頭的噴嘴的流體噴孔，射中襯底，從而在該襯底表面形成排出流體的描繪圖案，其特征在于，所述噴嘴的流體噴孔，其噴孔直徑為0.01～25μm，同時所述襯底是絕緣襯底，并且具有按規(guī)定的圖案，對該絕緣襯底的表面授給電荷的電荷授給單元。
17.如權(quán)利要求16中所述的靜電吸引型流體排出裝置，其特征在于，所述電荷授給單元對由感光材料組成的絕緣襯底授給電荷，并且具有使所述絕緣襯底的表面均勻帶電的均勻帶電單元、以及按規(guī)定圖案對均勻帶電的所述絕緣襯底的表面進(jìn)行激光照射，并且進(jìn)行激光照射部位的除電的除電單元。
18.一種靜電吸引型流體排出裝置，利用靜電吸引使因施加電壓而帶電的排出流體從流體排出頭的噴嘴的流體噴孔，射中襯底，從而在該襯底表面形成排出流體的描繪圖案，其特征在于，所述噴嘴的流體噴孔，其噴孔直徑為0.01～25μm，同時所述襯底是絕緣襯底，并具有可配置成接觸將導(dǎo)電材料制成圖案的該絕緣襯底且在流體排出時對該絕緣襯底上的導(dǎo)電部施加電壓的電壓施加單元。
19.一種描繪圖案形成方法，其中靜電吸引型流體排出裝置利用靜電吸引使因施加電壓而帶電的排出流體從流體排出頭的噴嘴的流體噴孔，射中襯底，從而在該襯底表面形成排出流體的描繪圖案，其特征在于，所述噴嘴的流體噴孔，其噴孔直徑為0.01～25μm，同時所述襯底是絕緣襯底，并且在排出流體排出前，預(yù)先對該絕緣襯底在應(yīng)形成描繪圖案的部位授給極性與使排出流體帶電用的驅(qū)動電壓極性相反的電荷，從而形成電荷圖案；通過在所述電荷圖案上進(jìn)行流體排出，形成排出流體的描繪圖案。
20.一種描繪圖案形成方法，是利用靜電吸引型流體排出裝置的描繪圖案形成方法，該靜電吸引型流體排出裝置利用靜電吸引，使因施加電壓而帶電的排出流體從流體排出頭的噴嘴的流體噴孔，射中襯底，從而在該襯底表面形成排出流體的描繪圖案，其特征在于，所述噴嘴的流體噴孔，其噴孔直徑為0.01～25μm，同時所述襯底是絕緣襯底，并且在排出流體排出前，預(yù)先對該絕緣襯底在應(yīng)形成描繪圖案的部位授給極性與使排出流體帶電用的驅(qū)動電壓極性相同的電荷，從而形成電荷圖案；通過在所述電荷圖案包圍的描繪圖案形成區(qū)上進(jìn)行流體排出，形成排出流體的描繪圖案。
21.如權(quán)利要求20中所述的描繪圖案形成方法，其特征在于，使用由感光材料組成的絕緣襯底；使所述絕緣襯底的表面均勻帶電后，對均勻帶電的絕緣襯底的表面按規(guī)定圖案進(jìn)行激光照射，并且進(jìn)行激光照射部位的除電，從而形成所述電荷圖案。
22.一種描繪圖案形成方法，是利用靜電吸引型流體排出裝置的描繪圖案形成方法，該靜電吸引型流體排出裝置利用靜電吸引，使因施加電壓而帶電的排出流體從流體排出頭的噴嘴的流體噴孔，射中襯底，從而在該襯底表面形成排出流體的描繪圖案，其特征在于，所述噴嘴的流體噴孔，其噴孔直徑為0.01～25μm，同時所述襯底是絕緣襯底，并且在排出流體排出前，預(yù)先對該絕緣襯底在不形成描繪圖案的非描繪區(qū)授給極性與使排出流體帶電用的驅(qū)動電壓極性相同的電荷，從而形成電荷圖案；形成描繪圖案，即使在所述非描繪區(qū)上也不停止對所述流體排出施加電壓。
23.一種描繪圖案形成方法，是利用靜電吸引型流體排出裝置的描繪圖案形成方法，該靜電吸引型流體排出裝置利用靜電吸引，使因施加電壓而帶電的排出流體從流體排出頭的噴嘴的流體噴孔，射中襯底，從而在該襯底表面形成排出流體的描繪圖案，其特征在于，所述噴嘴的流體噴孔，其噴孔直徑為0.01～25μm，同時所述襯底是絕緣襯底，并且在已形成該絕緣襯底的導(dǎo)電材料的第1描繪圖案的狀態(tài)下，從第1描繪圖案上進(jìn)一步形成第2描繪圖案時，一面對形成第1描繪圖案的導(dǎo)電部施加電壓，一面形成第2描繪圖案。
全文摘要
靜電吸引型流體排出裝置從電源往噴嘴與絕緣襯底之間施加驅(qū)動電壓，對供給噴嘴內(nèi)的排出材料供給電荷，并使該排出材料從噴孔排出到絕緣襯底。噴嘴孔徑為φ0.01μm～φ25μm，并且電源輸出頻率為大于等于1Hz的正負(fù)兩個極性翻轉(zhuǎn)的雙極性脈沖電壓，作為驅(qū)動電壓。
文檔編號B41J2/06GK1832810SQ200480022260
公開日2006年9月13日 申請日期2004年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月8日
發(fā)明者西尾茂, 巖下広信, 山本和典, 村田和広 申請人:夏普株式會社, 柯尼卡美能達(dá)控股株式會社, 獨立行政法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)總合研究所