專(zhuān)利名稱(chēng)：噴液頭、噴液裝置和噴液方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及噴液頭、噴液裝置及噴液方法；也涉及具有扁平噴嘴的電場(chǎng)集中型噴液頭、與使用其的噴液裝置及使用上述二者的噴液方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著噴墨上的畫(huà)質(zhì)的高精細(xì)化的進(jìn)展以及工業(yè)用途上的適用范圍的擴(kuò)大，微細(xì)圖案的形成以及高粘度的噴墨的要求逐漸增強(qiáng)。若欲以以往的噴墨記錄法來(lái)解決這些課題，則必須謀求噴嘴的微小化與高粘度油墨的噴出所產(chǎn)生的噴液力的提高；予以說(shuō)明，伴隨于此的是驅(qū)動(dòng)電壓的提高，以及噴頭與裝置的成本也大大提高，故予以說(shuō)明，適于實(shí)用的裝置并無(wú)法被實(shí)現(xiàn)。
因此，對(duì)應(yīng)上述要求，而有“由微小化的噴嘴，不僅噴出低粘度的液滴，也噴出高粘度的液滴的技術(shù)”；即，使噴嘴內(nèi)的液體帶電，并受到“于噴嘴與作為受到液滴的彈在的對(duì)象物的各種基材之間形成的電場(chǎng)”的靜電引力而噴出的所謂“靜電吸引方式的液滴噴出技術(shù)”；此技術(shù)已廣為所知(參考專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。
然予以說(shuō)明，于靜電吸引方式的液滴噴出技術(shù)中，使用此種扁平的噴液頭時(shí)，向噴嘴內(nèi)的液體與噴出孔部分的彎液面(meniscus)的電場(chǎng)集中程度較小，為了得到必要的靜電引力，則必須在噴液頭與基材之間施加非常高的電壓。
因予以說(shuō)明，將此液滴噴出技術(shù)與“利用壓電(piezo)元件的變形或液體內(nèi)部的氣泡的產(chǎn)生所致的壓力而噴出液滴的技術(shù)”加以組合的使用了所謂“電場(chǎng)輔助法”的液滴噴出裝置的開(kāi)發(fā)，也日漸開(kāi)展(例如參考專(zhuān)利文獻(xiàn)2～5)。此電場(chǎng)輔助法是使用彎液面形成部與靜電引力，于噴嘴的噴出孔上使液體的彎液面隆起，藉此提高對(duì)彎液面的靜電引力，以超越液體的表面張力，使彎液面液滴化而噴出的方法。
〔專(zhuān)利文獻(xiàn)1〕日本國(guó)際公開(kāi)第03/070381號(hào)小冊(cè)子〔專(zhuān)利文獻(xiàn)2〕日本特開(kāi)平5-104725號(hào)公報(bào)〔專(zhuān)利文獻(xiàn)3〕日本特開(kāi)平5-278212號(hào)公報(bào)〔專(zhuān)利文獻(xiàn)4〕日本特開(kāi)平6-134992號(hào)公報(bào)〔專(zhuān)利文獻(xiàn)5〕日本特開(kāi)2003-53977號(hào)公報(bào)雖然，這些使用了電場(chǎng)輔助法的噴液裝置，與以往使用了壓電方式或熱泡式(thermal)的噴墨記錄法相比，噴出效率較佳，但是，由于并未最大限度活用電場(chǎng)所產(chǎn)生的靜電引力，故予以說(shuō)明，彎液面的形成與液滴的噴出并未有效率地進(jìn)行，若欲符合形成微細(xì)圖案以及噴出高粘度油墨的要求，則與以往的噴墨記錄法同樣地，必須提高驅(qū)動(dòng)電壓，而使得噴頭與裝置的成本提高。另外，為了提高靜電引力而提升所施加的電壓，則會(huì)在噴頭與基材之間產(chǎn)生絕緣破壞，而發(fā)生無(wú)法驅(qū)動(dòng)裝置的問(wèn)題。
在這些使用電場(chǎng)輔助法的噴液裝置中，若使用扁平噴液頭來(lái)作為設(shè)有噴出液體的噴嘴的噴液頭，則由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故而生產(chǎn)性?xún)?yōu)良；另外，其具有“在清潔噴液頭時(shí)，擦拭噴出面時(shí)，噴嘴不會(huì)被擦布之類(lèi)拉扯”的極大優(yōu)點(diǎn)。
然予以說(shuō)明，使用了“以壓電元件的變形等來(lái)產(chǎn)生壓力，在噴嘴的噴出孔上使液體的彎液面隆起，然后在隆起的彎液面上選擇性地使電場(chǎng)集中，由靜電引力使噴液的電場(chǎng)輔助法”的噴液裝置，也有以下問(wèn)題由于電場(chǎng)集中較小，故而在形成彎液面的后，由靜電引力來(lái)拉出彎液面的作用力也較小，結(jié)果就必須對(duì)由壓電元件等的壓電元件致動(dòng)器(actuator)所構(gòu)成的壓力產(chǎn)生部，施加較高的電壓。
予以說(shuō)明，本發(fā)明中，扁平的噴嘴或噴嘴板、噴液頭是指，由噴嘴板的噴出面起的噴嘴的突出在30μm以下；其不會(huì)發(fā)生在上述擦拭時(shí)產(chǎn)生破損等的問(wèn)題，然而由于噴嘴的突出較小，故無(wú)法期待因突出所致的電場(chǎng)集中效果。
因此，為解決此扁平噴液頭的問(wèn)題，多使用如下的噴液頭在使用電場(chǎng)輔助法的噴液裝置中，使噴嘴呈避雷針狀，由噴液頭的噴嘴板向噴出面?zhèn)韧怀觯允闺妶?chǎng)集中在噴嘴的突起頂端上，來(lái)提高噴嘴的噴出效率。
然予以說(shuō)明，由于必須由噴液頭的噴嘴板向噴出面?zhèn)?，設(shè)立多個(gè)高度數(shù)十μm左右的避雷針狀噴嘴，故予以說(shuō)明，結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜而生產(chǎn)性下降。另外，會(huì)發(fā)生清潔噴液頭時(shí)，所設(shè)立的噴嘴被彎曲等操作性不佳的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種噴液頭、噴液裝置及噴液方法，其特征在于使用控制彎液面的隆起量以控制噴出的電場(chǎng)輔助法，且噴出面平坦，并可以低電壓來(lái)切換彎液面形成驅(qū)動(dòng)，且通過(guò)施加低電壓的靜電電壓來(lái)產(chǎn)生電場(chǎng)集中，而有效地噴出液體，藉此可形成微細(xì)圖案及噴出高粘度的液體。
為達(dá)成上述目的的噴液頭的一個(gè)實(shí)施方式的特征為，具備噴嘴噴出液體；和扁平噴嘴板設(shè)置有上述噴嘴頭；和腔貯藏從上述噴嘴的噴出孔所噴出的液體；和壓力產(chǎn)生部對(duì)上述噴嘴內(nèi)的液體產(chǎn)生壓力，在上述噴嘴的噴出孔上形成液體的彎液面；和靜電電壓施加部在上述噴嘴及上述腔內(nèi)的液體與基材間，施加靜電電壓，而產(chǎn)生靜電引力；和工作控制部控制“上述靜電電壓施加部所為的上述靜電電壓的施加”、以及“驅(qū)動(dòng)上述壓力產(chǎn)生部的驅(qū)動(dòng)電壓的施加”；并且上述噴嘴板的體積電阻率在1015Ωm以上。


圖1是表示本實(shí)施方式中的噴液裝置的整體構(gòu)成的剖面圖。
圖2是表示形狀相異的噴嘴的變形例的圖。
圖3是模擬表示噴嘴的噴出孔附近的電位分布的模式圖。
圖4是彎液面頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度與噴嘴板的體積電阻率的關(guān)系的示意圖。
圖5是彎液面頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度與噴嘴板的厚度的關(guān)系的示意圖。
圖6是彎液面頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度與噴嘴直徑的關(guān)系的示意圖。
圖7是彎液面頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度與噴嘴的錐角的關(guān)系的示意圖。
圖8表示本實(shí)施方式的噴液裝置中的噴液頭的驅(qū)動(dòng)控制的一例，是說(shuō)明驅(qū)動(dòng)控制與彎液面的運(yùn)動(dòng)的關(guān)系的圖。
圖9是施加于壓電元件上的驅(qū)動(dòng)電壓的變形例的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的上述目的由以下的構(gòu)成而達(dá)成。
(1)其特征為，具備噴嘴噴出液體；和扁平噴嘴板設(shè)置有上述噴嘴頭；和腔貯藏從上述噴嘴的噴出孔所噴出的液體；和壓力產(chǎn)生部對(duì)上述噴嘴內(nèi)的液體產(chǎn)生壓力，而在上述噴嘴的噴出孔上形成液體的彎液面；和靜電電壓施加部于上述噴嘴及上述腔內(nèi)的液體與基材間，施加靜電電壓，而產(chǎn)生靜電引力；和工作控制部控制“上述靜電電壓施加部所為的上述靜電電壓的施加”、以及“驅(qū)動(dòng)上述壓力產(chǎn)生部的驅(qū)動(dòng)電壓的施加”；并且上述噴嘴板的體積電阻率在1015Ωm以上。
按(1)的構(gòu)成，則在靜電電壓被施加于由體積電阻率在1015Ωm以上的材料所構(gòu)成、且噴出面平坦的噴液頭的噴嘴及腔內(nèi)的液體上，使噴液頭與對(duì)置電極之間形成電場(chǎng)的同時(shí)，由壓力產(chǎn)生部來(lái)對(duì)噴嘴內(nèi)的液體施加壓力，以在噴嘴的噴出孔上形成液體的彎液面，且電場(chǎng)集中在該彎液面上，然后，彎液面因電場(chǎng)所產(chǎn)生的靜電引力而被吸引，并被液滴化而噴出。
本發(fā)明的上述目的可進(jìn)一步由以下的構(gòu)成而達(dá)成。
(2)于構(gòu)成(1)所述的噴液頭中，上述液體是含有導(dǎo)電性溶劑的液體；且上述噴嘴板對(duì)上述液體的吸收率在0.6％以下。
依構(gòu)成(2)，則由噴液頭的噴嘴所噴出的液體是含有導(dǎo)電性溶劑的液體；噴嘴板的體積電阻率在1015Ωm以上，且液體的吸收率在0.6％以下。
(3)于構(gòu)成(1)所述的噴液頭中，其特征在于，上述液體是在絕緣性溶劑中分散有可帶電粒子的液體。
依構(gòu)成(3)，則由具有體積電阻率在1015Ωm以上的噴嘴板的噴液頭，噴出在絕緣性溶劑中分散有可帶電粒子的液體。
(4)于構(gòu)成(1)至(3)中任一項(xiàng)所述的噴液頭中，其特征在于，上述噴嘴板的厚度在75μm以上。
依構(gòu)成(4)，則于構(gòu)成(1)至(3)中任一項(xiàng)所述的噴液頭中，在厚度在75μm以上的噴嘴板上形成噴嘴。
(5)于構(gòu)成(1)至(4)中任一項(xiàng)所述的噴液頭中，其特征在于，上述噴嘴的噴出孔的內(nèi)部直徑在15μm以下。
依構(gòu)成(5)，則于構(gòu)成(1)至(4)中任一項(xiàng)所述的噴液頭中，噴嘴形成為，其噴出孔的內(nèi)部直徑在15μm以下。
(6)于構(gòu)成(1)至(5)中任一項(xiàng)所述的噴液頭中，其特征在于，上述噴嘴板的噴出面?zhèn)壬显O(shè)有疏液層。
依構(gòu)成(6)，則于噴液頭的平坦噴出面上，設(shè)有彈開(kāi)液體的疏液層。
(7)于構(gòu)成(1)至(6)中任一項(xiàng)所述的噴液頭中，其特征在于，上述壓力產(chǎn)生部是壓電元件致動(dòng)器。
依構(gòu)成(7)所述的發(fā)明，則使用壓電元件等的壓電元件致動(dòng)器，來(lái)作為對(duì)上述噴嘴的液體產(chǎn)生壓力而在上述噴嘴的噴出孔上形成液體的彎液面的壓力產(chǎn)生部。
(8)噴液裝置的特征為，具備如構(gòu)成(1)至(7)中任一項(xiàng)所述的噴液頭；和對(duì)置電極，與上述噴液頭相對(duì)；并且由上述噴液頭與上述對(duì)置電極之間所產(chǎn)生的上述靜電引力和上述噴嘴內(nèi)所產(chǎn)生的壓力，來(lái)噴出上述液體。
依構(gòu)成(8)，則噴液裝置藉由“壓力產(chǎn)生部對(duì)上述構(gòu)成(1)至(7)中所述的噴液頭的噴嘴內(nèi)的液體所施加的壓力”和“通過(guò)靜電電壓施加部而在噴液頭與對(duì)置電極之間形成的電場(chǎng)”的作用，而于噴嘴的噴出孔部分上形成彎液面，藉此，電場(chǎng)集中在彎液面頂端部而產(chǎn)生強(qiáng)烈的電場(chǎng)強(qiáng)度，使液體液滴化，而液滴被電場(chǎng)加速而彈在基材上。
(9)于構(gòu)成(8)所述的噴液裝置中，其特征在于，由上述壓力產(chǎn)生部所產(chǎn)生的壓力使在上述噴嘴的噴出孔上的液體的彎液面隆起；并藉由上述靜電引力噴出液體。
依(9)的構(gòu)成，則于構(gòu)成(8)所述的噴液裝置中，首先，通過(guò)壓力產(chǎn)生部對(duì)噴液頭的噴嘴內(nèi)的液體施加壓力，在上述噴出孔部分形成液體的彎液面，然后，再通過(guò)靜電引力來(lái)拉斷彎液面，以進(jìn)行液滴化。
(10)噴液方法的特征為，設(shè)有噴出液體的噴嘴，在具有體積電阻率在1015Ωm以上的扁平的噴嘴板的噴液頭的噴嘴及腔內(nèi)的液體上施加靜電電壓，使在上述噴液頭與對(duì)置電極之間形成電場(chǎng)，同時(shí)通過(guò)壓力產(chǎn)生部對(duì)上述噴嘴內(nèi)的液體產(chǎn)生壓力，并由上述電場(chǎng)所產(chǎn)生的靜電引力與上述壓力，使電場(chǎng)集中在噴嘴的噴出孔上所形成的液體的彎液面上，并通過(guò)上述靜電引力來(lái)吸引液體，以使液體噴出。
依方法(10)，則通過(guò)壓力產(chǎn)生部對(duì)“由體積電阻率在1015Ωm以上的材料所構(gòu)成、且噴出面平坦的噴液頭的噴嘴及腔內(nèi)的液體”所施加的壓力，以及通過(guò)靜電電壓施加部而在噴液頭與對(duì)置電極之間形成的電場(chǎng)的作用，在噴嘴的噴出孔部分形成彎液面，藉此，電場(chǎng)集中在彎液面頂端部而產(chǎn)生強(qiáng)烈電場(chǎng)強(qiáng)度，使液體液滴化，而液滴被電場(chǎng)加速而彈在基材上。
(11)噴液方法的特征為，設(shè)有噴出液體的噴嘴，在具有體積電阻率在1015Ωm以上的扁平噴嘴板的噴液頭的噴嘴及腔內(nèi)的液體上，施加靜電電壓，以在上述噴液頭與對(duì)置電極之間形成電場(chǎng)，同時(shí)還通過(guò)壓力產(chǎn)生部來(lái)對(duì)上述噴嘴內(nèi)的液體產(chǎn)生壓力，以在上述噴嘴的噴出孔上使液體的彎液面隆起而使電場(chǎng)集中，并通過(guò)上述電場(chǎng)所產(chǎn)生的靜電引力來(lái)吸引液體，以將液體噴出。
依方法(11)，設(shè)有噴出液體的噴嘴，壓力產(chǎn)生部對(duì)具有體積電阻率在1015Ωm以上的扁平噴嘴板的噴液頭的噴嘴及腔內(nèi)的液體上，施加壓力，以在噴出孔部分上使彎液面隆起，依此，電場(chǎng)集中在彎液面頂端部而產(chǎn)生強(qiáng)烈電場(chǎng)強(qiáng)度，然后，依電場(chǎng)的靜電引力來(lái)拉斷彎液面而進(jìn)行液滴化，并且液滴被電場(chǎng)加速而彈在基材上。
(12)液吐噴出方法是如(10)或(11)所述的噴液方法中，其特征在于，上述液體是含有導(dǎo)電性溶劑的液體；且上述噴嘴板對(duì)上述液體的吸收率在0.6％以下。
依方法(12)，則由噴液頭的噴嘴所噴出的液體是含有導(dǎo)電性溶劑的液體；噴嘴板的體積電阻率在1015Ωm以上，且對(duì)液體的吸收率在0.6％以下。
(13)于噴液方法(10)或(11)中，其特征在于，上述液體是在絕緣性溶劑中分散有可帶電的粒子的液體。
依(13)，則由具有體積電阻率在1015Ωm以上的噴嘴板的噴液頭，噴出在絕緣性溶劑中分散有可帶電的粒子的液體。
(14)于噴液方法(10)至(13)中的任一項(xiàng)中，其特征在于，上述噴嘴板的厚度在75μm以上。
依(14)，則由在厚度在75μm以上的噴嘴板上所形成的噴嘴，噴出液體。
(15)于噴液方法(10)至(14)中的任一項(xiàng)中，其特征在于，上述噴嘴的噴出孔的內(nèi)部直徑在15μm以下。
依(15)，則由噴出孔的內(nèi)部直徑在15μm以下的噴嘴，噴出液體。
(16)于噴液方法(10)至(15)中的任一項(xiàng)中，其特征在于，上述噴嘴板的上述噴出面?zhèn)壬显O(shè)有疏液層。
依(16)，則噴出液體的噴液頭的平坦噴出面上，其特征在于，設(shè)有彈開(kāi)液體的疏液層。
(17)于噴液方法(10)至(16)中的任一項(xiàng)中，上述壓力產(chǎn)生部是壓電元件致動(dòng)器。
依(17)，則使用壓電元件等的壓電元件致動(dòng)器，其特征在于，來(lái)作為壓力產(chǎn)生部。
以下參照附圖，說(shuō)明本發(fā)明中的噴液頭及使用其的噴液裝置的實(shí)施方式。
圖1是表示本實(shí)施方式的噴液裝置的整體構(gòu)成的剖面圖。予以說(shuō)明，本發(fā)明的噴液頭2，可適用于所謂串聯(lián)式或線(line)式等的各種噴液裝置。
本實(shí)施方式的噴液裝置1具備噴液頭2其上形成有噴出油墨等可帶電的液體L的液滴D的噴嘴10；和對(duì)置電極3具有與噴液頭2的噴嘴10相對(duì)的對(duì)置面，同時(shí)通過(guò)該對(duì)置面來(lái)支撐接受液滴D的彈附的基材K。
噴液頭2的與對(duì)置電極3相對(duì)的一側(cè)上，設(shè)置了具有多個(gè)噴嘴10的樹(shù)脂制的噴嘴板11。噴液頭2的構(gòu)成是一個(gè)具有平坦的噴出面的噴頭，其噴嘴10不由噴嘴板11的與對(duì)置電極3相對(duì)的噴出面12突出，或如上述，噴嘴10僅突出30μm左右(例如參照后述圖2(D))。
各噴嘴10是在噴嘴板11上穿孔而形成；予以說(shuō)明，各個(gè)噴嘴10均為兩段式結(jié)構(gòu)，各自均由在噴嘴板11的噴出面12上具有噴出孔13的小徑部14，和其背后所形成的較大直徑的大徑部15而構(gòu)成。在本實(shí)施方式中，噴嘴10的小徑部14及大徑部15的構(gòu)成是各自按剖面呈圓形，且向?qū)χ秒姌O方向縮小的錐狀而形成；小徑部14的噴出孔13的內(nèi)部直徑(以下稱(chēng)噴嘴直徑)為10μm；大徑部15的遠(yuǎn)離小徑部14的一側(cè)的開(kāi)口端的內(nèi)部直徑為75μm。
另外，噴嘴10的形狀并不限于上述形狀，例如可使用如圖2(A)～(E)所示的形狀相異的各種噴嘴10。另外，噴嘴10的剖面也可以是多角形或剖面星形，來(lái)取代圓形剖面。
噴嘴11的與噴出面12相反的面上，層狀地設(shè)有例如由NiP等導(dǎo)電材料所構(gòu)成的使噴嘴10內(nèi)的液體L帶電所需的帶電用電極16。本實(shí)施方式中，帶電用電極16是延伸設(shè)置到噴嘴10的大徑部15的內(nèi)周面17，而與噴嘴內(nèi)的液體L相接。
另外，帶電用電極16被連接至，作為施加產(chǎn)生靜電引力的靜電電壓的靜電電壓施加部的帶電電壓電源18；而由于單一帶電用電極16與全部的噴嘴10內(nèi)的液體L相接觸，故予以說(shuō)明，若由帶電電壓電源18向帶電用電極16施加靜電電壓，則全噴嘴10內(nèi)的液體L同時(shí)都會(huì)帶電，在噴液頭2與對(duì)置電極3之間，特別是液體L與基材K之間，會(huì)產(chǎn)生靜電引力。
帶電用電極16的背后設(shè)有主體(body)層19。主體層19的面向上述各噴嘴10的大徑部15的開(kāi)口端的部分上，形成具有與各個(gè)開(kāi)口端約略相等的內(nèi)徑的略圓筒狀空間；而各空間成為用于暫時(shí)貯藏被噴出的液體L的腔20。
主體層19的背后設(shè)有由具有撓性的金屬薄板或硅等構(gòu)成的撓性層21；噴液頭2利用撓性層21而與外界隔離。
予以說(shuō)明，主體層19上形成將液體L供給至腔20所需的未圖示的流路。具體而言，是將作為主體層19的硅板予以蝕刻加工，以設(shè)置腔20、共通流路、以及連接共通流路與腔20的流路；并且，共通流路上連接有未圖示的供給管，其由外部的未圖示的液體槽供給液體L；另外，依設(shè)置于供給管上的未圖示的供給泵，或由液體槽的配置位置所產(chǎn)生的壓力差，來(lái)對(duì)流路與腔20、噴嘴10等的液體L賦予指定的供給壓力。
撓性層21的表面的對(duì)應(yīng)于各腔20的部分上，分別設(shè)有壓電元件22，也即作為其各自的壓力產(chǎn)生部的壓電元件致動(dòng)器；壓電元件22與對(duì)元件施加驅(qū)動(dòng)壓力以使元件變形所需的驅(qū)動(dòng)電壓電源23連接。壓電元件22因驅(qū)動(dòng)電壓電源23施加的驅(qū)動(dòng)電壓而變形，而對(duì)噴嘴內(nèi)的液體L產(chǎn)生壓力，以使在噴嘴10的噴出孔13上形成液體L的彎液面。予以說(shuō)明，壓力產(chǎn)生部除了如本實(shí)施方式中的壓電元件致動(dòng)器的外，也可采用例如靜電致動(dòng)器或熱泡方式等。
對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓電源23及帶電用電極16施加靜電電壓的上述帶電電壓電源18各自與工作控制部24連接，并各自受到工作控制部24的控制。
工作控制部24在本實(shí)施方式中，是由將CPU25、ROM26、RAM27等，依未圖示的BUS連接所構(gòu)成的計(jì)算機(jī)構(gòu)成；CPU25是基于儲(chǔ)存于ROM26的電源控制程序，來(lái)驅(qū)動(dòng)帶電電壓電源18及各驅(qū)動(dòng)電壓電源23，以使液體L從噴嘴10的噴出孔13被噴出。
予以說(shuō)明，噴嘴板也可直接使用體積電阻率在1015Ωm以上的材質(zhì)，也可于噴出面?zhèn)壬闲纬删哂?015Ωm以上的體積電阻率的薄膜(例如SiO2膜)。
在本實(shí)施方式中，在噴液頭2的噴嘴板11的噴出面12上的噴出孔13以外的噴出面口的整個(gè)面上，設(shè)有抑制來(lái)自噴出孔13的液體L的滲出所需的疏液層28。疏液層28例如當(dāng)液體L為水性時(shí)，可使用具有疏水性的材料，于液體L為油性時(shí)，可使用具有疏油性的材料；但一般而言多使用FEP(乙烯丙烯氟化物，如四氟乙烯、六氟丙烯)、PTFE(聚四氟乙烯)、氟硅氧烷、氟烷基硅烷、無(wú)定形全氟樹(shù)脂等氟樹(shù)脂等，而按涂布或蒸鍍等方法，于噴出面12上成膜。予以說(shuō)明，疏液層28也可于噴嘴板11的噴出面12上直接成膜；或者，為提高疏液層28的密接性，也可于中間夾著中間層而成膜。
噴液頭2的下方配置了支撐基材K的平板狀對(duì)置電極3，其與噴液頭2的噴出面12平行，并相距一定之間隔。對(duì)置電極3與噴液頭2之間距在0.1～3mm的范圍內(nèi)，因需要而適當(dāng)?shù)卦O(shè)定。
在本實(shí)施方式中，對(duì)置電極3是接地的，而恒常維持接地電位。因此，由上述帶電電壓電源18向帶電用電極16施加靜電電壓后，噴嘴10的噴出孔13的液體L和對(duì)置電極3的與噴液頭2相對(duì)的相對(duì)面之間就產(chǎn)生電場(chǎng)。另外，帶電的液滴D彈在基材K后，對(duì)置電極3因接地而使該電荷脫離。
予以說(shuō)明，對(duì)置電極3或噴液頭2上，裝置了未圖標(biāo)的定位部，其是為使噴液頭2與基材K之間相對(duì)移動(dòng)而進(jìn)行定位用的；依此，可使噴液頭2的各噴嘴10所噴出的液滴D，彈在基材K的表面的任意位置上。
噴液裝置1所噴出的液體L若為無(wú)機(jī)液體，則例如水、COCl2、HBr、HNO3、H3PO4、H2SO4、SOCl2、SO2Cl2、FSO3H等。
另外，若為有機(jī)液體，則例如甲醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、2-甲基-1-丙醇、叔丁醇、4-甲基-2-戊醇、苯甲醇、α-萜品醇、乙二醇、甘油、二乙二醇、三乙二醇等醇類(lèi)；酚、鄰甲酚、間甲酚、對(duì)甲酚等酚類(lèi)；二烷、糠醛、乙二醇二甲醚、甲基溶纖素、乙基溶纖素、丁基溶纖素、乙基卡必醇、丁基卡必醇、乙酸丁基卡必醇酯、環(huán)氧氯丙烷等醚類(lèi)；丙酮、丁酮、2-甲基-4-戊酮、苯乙酮等酮類(lèi)；甲酸、乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸等脂肪酸類(lèi)；甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丁酯、乙酸異丁酯、乙酸3-甲氧基丁酯、乙酸正戊酯、丙酸乙酯、乳酸乙酯、苯甲酸甲酯、丙二酸二乙酯、苯二甲酸二甲酯、苯二甲酸二乙酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙二醇乙醚乙酸酯、乙酸丁基卡必醇酯、乙酰乙酸乙酯、氰基乙酸甲酯、氰基乙酸乙酯等酯類(lèi)；硝基甲烷、硝基苯、乙腈、丙腈)、琥珀腈、戊腈、苯甲腈、乙胺、二乙胺、乙二胺、苯胺、N-甲基苯胺、N，N-二甲基苯胺、鄰甲苯胺、對(duì)甲苯胺、哌啶、吡啶、α-甲基吡啶、2，6-二甲基吡啶、喹啉、丙二胺、甲酰胺、N-甲基甲酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二乙基甲酰胺、乙酰胺、N-甲基乙酰胺、N-甲基丙酰胺、N，N，N′，N′-四甲基脲、N-甲基吡咯烷酮等含氮化合物類(lèi)；二甲亞砜、環(huán)丁砜等含硫化合物類(lèi)；苯、對(duì)甲基異丙基苯、萘、環(huán)己基苯、環(huán)己烯等烴類(lèi)；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(順式-)、四氯乙烯、2-氯丁烷、1-氯-2-甲基丙烷、2-氯-2-甲基丙烷、溴甲烷、三溴甲烷、1-溴丙烷等鹵化烴類(lèi)等等。另外，也可混合使用二種以上的上述各液體。
并且，將含有大量高電導(dǎo)率物質(zhì)(銀粉等)的導(dǎo)電性糊作為液體L來(lái)使用，來(lái)進(jìn)行噴出時(shí)，則，被上述液體L溶解或分散的目的物質(zhì)，除會(huì)在噴嘴上產(chǎn)生阻塞的粗大粒子以外，無(wú)特別限制。
PDP、CRT、FED等熒光體方面，無(wú)特別限制，可使用以往廣為所知的熒光體。例如，紅色熒光體可使用(Y，Gd)BO3:Eu、YO3:Eu等；綠色熒光體可使用Zn2SiO4:Mn、BaAl12O19:Mn、(Ba，Sr，Mg)O·α-Al2O3:Mn等；藍(lán)色熒光體可使用BaMgAl14O23:Eu、BaMgAl10O17:Eu等。
為使上述目的物質(zhì)強(qiáng)固地粘合于記錄介質(zhì)上，優(yōu)選添加各種粘合劑。可使用的粘合劑例如有乙基纖維素、甲基纖維素、硝酸纖維素、乙酸纖維素、羥乙基纖維素等纖維素及其衍生物；醇酸樹(shù)脂；聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、2-乙基己基甲基丙烯酸酯·甲基丙烯酸共聚物、甲基丙烯酸十二烷基酯·2-羥基乙基甲基丙烯酸酯共聚物等(甲基)丙烯酸樹(shù)脂及其金屬鹽；聚N-異丙基丙烯酰胺、聚N，N-二甲基丙烯酰胺等聚(甲基)丙烯酰胺樹(shù)脂；聚苯乙烯、丙烯腈·苯乙烯共聚物、苯乙烯·馬來(lái)酸共聚物、苯乙烯·異戊二烯共聚物等苯乙烯類(lèi)樹(shù)脂；苯乙烯·甲基丙烯酸正丁酯共聚物等苯乙烯·丙烯酸樹(shù)脂；飽和、不飽和的各種聚酯樹(shù)脂；聚丙烯等聚烯烴樹(shù)脂；聚氯乙烯、聚偏氯乙烯等鹵化聚合物；聚乙酸乙烯酯、氯乙烯·乙酸乙烯共聚物等乙烯類(lèi)樹(shù)脂；聚碳酸酯樹(shù)脂；環(huán)氧類(lèi)樹(shù)脂；聚氨酯類(lèi)樹(shù)脂；聚乙烯醇甲縮醛、聚乙烯丁縮醛、聚乙烯縮醛等聚縮醛樹(shù)脂；乙烯·乙酸乙烯共聚物、乙烯·丙烯酸乙酯共聚樹(shù)脂等聚乙烯類(lèi)樹(shù)脂；苯并鳥(niǎo)糞胺等酰胺樹(shù)脂；脲醛樹(shù)脂；三聚氰胺樹(shù)脂；聚乙烯醇樹(shù)脂及其陰陽(yáng)離子改性樹(shù)脂；聚乙烯吡咯烷酮及其共聚物；聚氧化乙烯、羧化聚氧化乙烯等環(huán)氧化物均聚物、共聚物及交聯(lián)物；聚乙二醇、聚丙二醇等聚亞烷基二醇；聚醚多元醇；SBR、NBR乳膠；糊精；藻酸鈉；明膠及其衍生物、酪蛋白、黃蜀葵、西黃蓍膠、霉多糖、阿拉伯膠、刺槐豆膠、瓜爾豆膠、果膠、角叉菜膠、動(dòng)物膠、白蛋白、各種淀粉類(lèi)、玉米淀粉、蒟蒻、海蘿、瓊脂、大豆蛋白等天然或半合成樹(shù)脂；萜烯類(lèi)樹(shù)脂；酮樹(shù)脂；松香及松香脂；聚乙烯甲基醚、聚乙烯亞胺、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯磺酸等。這些樹(shù)脂不僅可作為均聚物，也可在相溶范圍內(nèi)混合后加以使用。
將噴液裝置1作為圖案化手段而使用時(shí)，具有代表性的用途為用于顯示器。具體而言，例如等離子顯示器的熒光體的形成、等離子顯示器的肋(rib)的形成、等離子顯示器的電極的形成、CRT的熒光體的形成、FED(場(chǎng)致發(fā)射顯示器)的熒光體的形成、FED的肋的形成、液晶顯示器用濾色器(RGB著色層、黑色矩陣層)、液晶顯示器用襯墊(對(duì)應(yīng)于黑色矩陣的圖案、點(diǎn)狀圖案等)。
予以說(shuō)明，“肋”一般而言是指阻擋肋，以等離子顯示器為例，則是用于分離各色等離子體領(lǐng)域。其它可應(yīng)用于例如微透鏡；半導(dǎo)體用途方面的磁性體、強(qiáng)磁性體、導(dǎo)電性糊(配線、天線)等的圖案涂布；繪圖(Graphic)用途方面的普通印刷、對(duì)特殊介質(zhì)(薄膜、布、鋼板等)的印刷、曲面印刷、各種印刷板的印刷；加工用途方面的粘合材料、密封材料等的使用本發(fā)明的涂布；生化、醫(yī)療用途方面則是醫(yī)藥品(將多種微量成分混合)、基因診斷用樣品等的涂布。
在此使用本實(shí)施方式，來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的噴液頭2中的液體L的噴出原理。
在本實(shí)施方式中，由帶電電壓電源18向帶電用電極16施加靜電電壓，而使噴嘴10的噴出孔13的液體L和對(duì)置電極3的與噴液頭2相對(duì)的對(duì)置面之間產(chǎn)生電場(chǎng)。另外，由驅(qū)動(dòng)電壓電源23向壓電元件22施加驅(qū)動(dòng)電壓而使壓電元件22變形，藉此對(duì)液體L產(chǎn)生壓力，以在噴嘴10的噴出孔13上形成液體L的彎液面。
如本實(shí)施方式，若噴嘴板11的絕緣性越高，則如圖3中模擬而成的等位線所示，于噴嘴板11的內(nèi)部，在與噴出面12的略垂直方向上，等位線并排著，產(chǎn)生向噴嘴10的小徑部14的液體L、液體L的彎液面部分的強(qiáng)烈電場(chǎng)。
特別是，由圖3中的彎液面的頂端部上的等位線較密一事可知，彎液面頂端部上產(chǎn)生了非常強(qiáng)烈的電場(chǎng)集中現(xiàn)象。因此，彎液面因電場(chǎng)的靜電力而被拉扯，而被從噴嘴內(nèi)的液體L分離出來(lái)，成為液滴D。并且，液滴D被靜電力加速而被拉近并且彈在對(duì)置電極3所支撐的基材K。此際，液滴D因靜電力的作用而會(huì)彈在更近的地方，故予以說(shuō)明，對(duì)基材K進(jìn)行彈附時(shí)的角度等較為穩(wěn)定且正確。
如此，若利用本發(fā)明的噴液頭2中的液體L的噴出原理，則縱使在具有平坦噴出面的噴液頭2，使用具有高絕緣性的噴嘴板11，通過(guò)產(chǎn)生與噴出面12垂直的方向的電位差，也可產(chǎn)生強(qiáng)烈的電場(chǎng)集中，而可形成正確且穩(wěn)定的液體L的噴出狀態(tài)。
本發(fā)明人等使電極間的電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為實(shí)用值1.5kV/mm，并以各種絕緣體形成噴嘴板11，并基于下述實(shí)驗(yàn)條件所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，有由噴嘴10噴出液滴D的情形，和未噴出的情形。
噴嘴板11的噴出面12與對(duì)置電極3的對(duì)置面之間的距離1.0mm；噴嘴板11的厚度125mm；噴嘴徑10μm；靜電電壓1.5kV；驅(qū)動(dòng)電壓20V。
在使用實(shí)機(jī)實(shí)驗(yàn)，針對(duì)液滴D由噴嘴10穩(wěn)定地被噴出的所有情形，求出了彎液面頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度。實(shí)際上，由于直接測(cè)定彎液面頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度有困難，故予以說(shuō)明，以電場(chǎng)仿真軟件“PHOTO-VOLT”(商品名，日本光子(PHOTON)公司制)，按電流分布分析模型進(jìn)行的模擬來(lái)加以算出。結(jié)果，所有情形中，彎液面頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度在1.5×107V/m(15kV/mm)以上。
另外，將與上述實(shí)驗(yàn)條件相同的參數(shù)輸入相同軟件中，演算彎液面頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度的結(jié)果則如圖4所示可知，電場(chǎng)強(qiáng)度是高度依存于用于噴嘴板11的絕緣體的體積電阻率。
圖4是表示將用作噴嘴板11的絕緣體體積電阻率為1014Ωm至1018Ωm時(shí)，開(kāi)始施加靜電電壓后，計(jì)算彎液面頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度的變化情形所得的結(jié)果。此計(jì)算中，必須設(shè)定空氣的體積電阻率，而設(shè)為1020Ωm。依圖5，通過(guò)用于噴嘴板11的絕緣體的離子極化，該體積電阻率為1014Ωm時(shí)，在開(kāi)始施加靜電電壓100秒后，彎液面頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度大幅下降。從開(kāi)始施加此靜電電壓起至彎液面頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度開(kāi)始下降為止時(shí)間，由空氣的體積電阻率與用于噴嘴板11的絕緣體的體積電阻率的比來(lái)決定；用于噴嘴板11的絕緣體的體積電阻率越大，則彎液面頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度開(kāi)始下降時(shí)間越晚。即，絕緣體的體積電阻率越大，則得到所必要的電場(chǎng)強(qiáng)度的時(shí)間就越長(zhǎng)而越有利。
在文獻(xiàn)等中，被當(dāng)作絕緣體或電介體的物質(zhì)的體積電阻率在1010Ωm以上者很多，作為代表性的絕緣體而廣為人知的硼硅酸鹽玻璃(例如PYREX(注冊(cè)商標(biāo))玻璃)的體積電阻率為1014Ωm。
然予以說(shuō)明，于此種體積電阻率的絕緣體上，液滴D不會(huì)被噴出。其原因被推定為，在有無(wú)射出的評(píng)價(jià)中或評(píng)價(jià)前，電場(chǎng)強(qiáng)度就下降，而無(wú)法得到所必須的電場(chǎng)強(qiáng)度。予以說(shuō)明，從射出評(píng)價(jià)所需時(shí)間以及觀察時(shí)間起，空氣的體積電阻率設(shè)為1020Ωm的情形與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。而一旦彎液面頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度下降后，則必須將用于噴嘴板11的絕緣體的離子極化予以除電，而回到初始狀態(tài)。
如前所述，為使液滴D由噴嘴10穩(wěn)定地噴出，必須使彎液面頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度在1.5×107V/m以上；而由圖4可知，噴嘴板11的體積電阻率在實(shí)用上，必須至少在可維持1000秒(15分鐘)彎液面頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度的1015Ωm以上；而實(shí)驗(yàn)上也為相同的結(jié)果。
噴嘴板11的體積電阻率與彎液面頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系，有如圖4所示的特征性關(guān)系，其原因被認(rèn)為是，若噴嘴板11的體積電阻率低，則縱使施加靜電電壓，在噴嘴板內(nèi)的等位線不會(huì)如圖3所示般地，成為在與噴出面12的略垂直方向上排列的狀態(tài)，不能充分進(jìn)行向噴嘴內(nèi)的液體L及液體L的彎液面的電場(chǎng)集中。
理論上，縱使是體積電阻率未滿1015Ωm的噴嘴板11，若施加非常大的靜電電壓，液滴D也可能從噴嘴10被噴出，不過(guò)，由于可能產(chǎn)生電極間的火花，而損傷基材K，故本發(fā)明并不采用。
予以說(shuō)明，對(duì)于如圖4所示的彎液面頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度的噴嘴板11的體積電阻率的特征性依存關(guān)系，縱使將噴嘴直徑作各種變化而進(jìn)行模擬，也可得到相同的結(jié)果，任何情形下，只要體積電阻率在1015Ωm以上，則彎液面頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度均會(huì)在1.5×107V/m以上。另外，上述實(shí)驗(yàn)條件中的噴嘴板11的厚度在本實(shí)施方式中，等于噴嘴10的小徑部14的長(zhǎng)度與大徑部15的長(zhǎng)度之和。
另一方面，縱使使用體積電阻率在1015Ωm以上的絕緣體來(lái)制作噴嘴板11，也有液滴D不會(huì)從噴嘴10被噴出的情形。如下述第1實(shí)施例所示，在使用含有水等導(dǎo)電性溶劑的液體來(lái)作為液體L的實(shí)驗(yàn)中可知，噴嘴板11的液體的吸收率須在0.6％以下。
其原因被認(rèn)為是，若噴嘴板11從液體L中吸收導(dǎo)電性溶劑，則導(dǎo)電性液體即水分子等的分子就存在本身是絕緣性的噴嘴板11的內(nèi)部，故予以說(shuō)明，結(jié)果噴嘴板11的電導(dǎo)率變高，特別是與液體L相接的局部，產(chǎn)生了實(shí)效性的體積電阻率的值的下降，而按照?qǐng)D4所示關(guān)系，彎液面頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度變?nèi)酰鵁o(wú)法得到噴出液體L所必須的電場(chǎng)集中。
另一方面，依下述第1實(shí)施例可知，使用在絕緣性溶劑中分散有可帶電粒子的液體來(lái)作為液體L時(shí)，則與對(duì)該液體的吸收率無(wú)關(guān)，只要噴嘴板11的體積電阻率在1015Ωm以上，就可噴出液體L。其原因被認(rèn)為是，縱使絕緣性溶劑被吸收至噴嘴板11內(nèi)，也因?yàn)榻^緣性溶劑的電導(dǎo)率低，故而噴嘴板11的電導(dǎo)率不會(huì)大幅變化，就實(shí)際效果而言，體積電阻率不會(huì)下降的故。
予以說(shuō)明，上述在絕緣性溶劑中被分散的可帶電粒子，縱使是例如電導(dǎo)率極大的金屬粒子，也不會(huì)被噴嘴板11所吸收，故而不會(huì)提高噴嘴板11的電導(dǎo)率。予以說(shuō)明，上述絕緣性溶劑是指，以單體不會(huì)因靜電引力而被噴出的溶劑，具體而言例如二甲苯或甲苯、十四烷等。另外，導(dǎo)電性溶劑是指電導(dǎo)率在10-10S/cm以上的溶劑。
另外，上述模擬中，使噴嘴板11的厚度變化時(shí)，以及使噴嘴直徑變化時(shí)的彎液面頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度，分別以圖5及圖6來(lái)表示。由此結(jié)果可知，彎液面頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度也依存于噴嘴板11的厚度以及噴嘴直徑，其分別以75μm以上以及15μm以下為佳。予以說(shuō)明，噴嘴板11的厚度及噴嘴直徑的上述適當(dāng)范圍，如下述第2實(shí)施例所示，也被實(shí)機(jī)實(shí)驗(yàn)所確認(rèn)。
彎液面頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度依存于噴嘴板11的厚度的理由被認(rèn)為是，若噴嘴板11的厚度變厚，則噴嘴10的噴出孔13與帶電用電極16的距離就變遠(yuǎn)，而噴嘴板內(nèi)的等位線就容易在略垂直方向上排列，故予以說(shuō)明，往彎液面頂端部的電場(chǎng)集中就容易產(chǎn)生。
另外，若噴嘴直徑變小，則彎液面的直徑就變??；電場(chǎng)集中在變小的彎液面頂端部上，使得電場(chǎng)集中的程度變大。因此，彎液面頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度就變強(qiáng)。
予以說(shuō)明，圖5所示的噴嘴板11的厚度與彎液面頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系，以及圖6所示的噴嘴直徑與彎液面頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系，非僅發(fā)生在如本實(shí)施方式的由小徑部14及大徑部15所構(gòu)成的二段結(jié)構(gòu)的噴嘴10的情形，縱使是在一段結(jié)構(gòu)，即簡(jiǎn)單的錐狀噴嘴或圓筒狀噴嘴，或是多段結(jié)構(gòu)的噴嘴的情形下，也可得相同的模擬結(jié)果。
并且，于上述模擬中，無(wú)小徑部14及大徑部15的區(qū)別的錐狀或圓筒狀一段結(jié)構(gòu)的噴嘴10中，使噴嘴10的錐角變化時(shí)的彎液面頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度變化，以圖7來(lái)表示。由此結(jié)果可知，彎液面頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度系依存于噴嘴10的錐角。噴嘴10的錐角以在30°以下為佳。予以說(shuō)明，錐角是指噴嘴10的內(nèi)面與噴嘴板11的噴出面12的法線的夾角；錐角為0°時(shí)，對(duì)應(yīng)噴嘴10為圓筒狀。
其次說(shuō)明本實(shí)施方式的噴液頭2及噴液裝置1的作用。
圖8是本實(shí)施方式的噴液裝置中的噴液頭的驅(qū)動(dòng)控制的說(shuō)明圖。在本實(shí)施方式中，噴液裝置1的工作控制部24使靜電電壓電源18向帶電用電極16施加一定的靜電電壓VC。依此，噴液頭2的各噴嘴10上，恒常地被施加一定的靜電電壓VC，而于噴液頭2與對(duì)置電極3之間產(chǎn)生電場(chǎng)。
另外，工作控制部24就每一應(yīng)使液滴D噴出的噴嘴10，由對(duì)應(yīng)于該噴嘴10的驅(qū)動(dòng)電壓電源23，對(duì)壓電元件22施加脈沖狀的驅(qū)動(dòng)電壓VD。施加此種驅(qū)動(dòng)電壓VD后，壓電元件22會(huì)變形，而提高噴嘴內(nèi)部的液體L的壓力；而于噴嘴10的噴出孔13上，彎液面開(kāi)始隆起，由圖中A的狀態(tài)，變?yōu)槿鏐的彎液面大幅隆起的狀態(tài)。
然后，如前所述，彎液面頂端部上產(chǎn)生高度的電場(chǎng)集中，電場(chǎng)強(qiáng)度變得非常強(qiáng)；予以說(shuō)明，由因上述靜電電壓VC所形成的電場(chǎng)，對(duì)彎液面施加強(qiáng)烈靜電力。由此強(qiáng)烈靜電力所產(chǎn)生的引力與壓電元件22所產(chǎn)生的壓力，彎液面如圖中的C，被拉扯而形成液滴D。液滴D被電場(chǎng)加速而被吸引至對(duì)置電極方向，并彈在對(duì)置電極3所支撐的基材K上。
此際，雖有空氣的阻力等施加于液滴D上，不過(guò)，如前所述，因靜電力的作用，液滴D會(huì)彈在較近的地方，故予以說(shuō)明，對(duì)于基材K的彈附方向不會(huì)晃動(dòng)，而可穩(wěn)定且正確地彈在基材K上。
在本實(shí)施方式中，由帶電電壓電源18向帶電用電極16所施加的一定的靜電電壓VC設(shè)定為1.5kV；而由驅(qū)動(dòng)電壓電源23向壓電元件22所施加的脈沖狀驅(qū)動(dòng)電壓VD則設(shè)定為20V。
予以說(shuō)明，施加于壓電元件22的驅(qū)動(dòng)電壓VD可為如本實(shí)施方式的脈沖狀電壓，也可為例如電壓漸增后漸減的所謂“三角形電壓”；或電壓漸增后暫時(shí)保持一定值，而后漸減的“梯形電壓”；或正弦波的電壓。另外，也可如圖9(A)所示，恒常地施加電壓VD于壓電元件22上，再暫時(shí)切斷，而后再度施加電壓VD，而在該電壓上升時(shí)使液滴D噴出。另外，也可以是施加如圖9(B)、(C)所示的各種驅(qū)動(dòng)電壓VD的構(gòu)成。
如上所述，依本實(shí)施方式的噴液頭2及噴液裝置1，由于噴液頭2設(shè)為具有平坦的噴出面12的噴頭，故予以說(shuō)明，雖然圖示中省略，不過(guò)，在清潔噴液頭2時(shí)，縱使刮刀或擦布等構(gòu)件接觸到噴出面12，也不會(huì)發(fā)生噴嘴10損傷等情形，故操作性?xún)?yōu)良。
另外，由于在噴液頭2的制造中，無(wú)須形成噴嘴10的突起等微細(xì)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故而易于制造，生產(chǎn)性?xún)?yōu)良。
并且，使用體積電阻率在1015Ωm以上的材料來(lái)作為形成噴嘴10的噴嘴板11，則縱使施加于帶電用電極16上的靜電電壓為1.5kV左右的低電壓，也可因壓電元件22的變形，使電場(chǎng)集中在噴嘴10的噴出孔部分上所形成的液體L的彎液面上，而使彎液面的頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度在可使液滴D穩(wěn)定地噴出的1.5×107V/m以上。
如此，由于本實(shí)施方式的噴液頭2雖是平坦的噴頭，但與噴嘴突出的噴頭相同，可有效地在彎液面頂端部上產(chǎn)生電場(chǎng)集中，故予以說(shuō)明，縱使施加低的靜電電壓，也可有效率且正確地噴出液體。
予以說(shuō)明，在本實(shí)施方式中，雖是以靜電引力來(lái)將因壓電元件22的變形而形成的彎液面加以分離，而使之液滴化，并以靜電電壓VC所產(chǎn)生的電場(chǎng)來(lái)加速，以使之彈在基材K上，不過(guò)，此外也有其它構(gòu)成方法；例如，施加可使液體L液滴化的強(qiáng)度的驅(qū)動(dòng)電壓，而僅以壓電元件22的變形所產(chǎn)生的壓力來(lái)進(jìn)行。
另外，以上所示者，雖是使用壓電元件22的變形來(lái)作為對(duì)噴嘴內(nèi)的液體L產(chǎn)生壓力，以在噴嘴10的噴出孔13上形成液體L的彎液面的壓力產(chǎn)生手段的情形，不過(guò)，壓力產(chǎn)生手段只要有此功能即可，其它例如將噴嘴10與腔20的內(nèi)部的液體L加熱等，以產(chǎn)生氣泡，而利用該壓力的構(gòu)成，也無(wú)不可。
另外，在本實(shí)施方式中所述者，是將對(duì)置電極3接地的情形，不過(guò)，也可有不同的構(gòu)成，例如，由電源向?qū)χ秒姌O3施加電壓，以工作控制部24來(lái)控制該電源，使其與帶電用電極16的電位差為1.5kV等的特定電位差。
〔實(shí)施例〕[第1實(shí)施例]使用各種材料，實(shí)際制作本實(shí)施方式的噴液頭2的噴嘴板11，來(lái)確認(rèn)液滴D是否由噴嘴10的噴出孔13被噴出到基材K上。
噴液頭2的構(gòu)成按與上述實(shí)驗(yàn)條件相同的條件來(lái)制作；噴嘴10的錐角為4°，小徑部14與大徑部15為連續(xù)的一段結(jié)構(gòu)。
另外，液體L1調(diào)制為，含有水52重量％，乙二醇及丙二醇各22重量％、染料(CI酸性紅1)3重量％、表面活性劑1重量％的導(dǎo)電性液體；液體L2調(diào)制為，在乙醇中含有3重量％的染料(同上)的導(dǎo)電性液體；液體L3調(diào)制為，在十四烷中使Ag粒子分散，并在絕緣性溶劑中將可帶電粒子分散的液體。
予以說(shuō)明，體積電阻率依據(jù)JISC2151，由在片狀被測(cè)物的面間施加電壓時(shí)的電阻值算出。另外，噴嘴板11的液體吸收率，是將噴嘴板11或代用的片狀被測(cè)物，在23℃的使用對(duì)象即液體L中浸漬24小時(shí)，然后依據(jù)浸漬前后的噴嘴板11或被測(cè)定物的重量變化率而算出。若液體L是水溶性油墨，則也可以依據(jù)ASTMD570的吸水率來(lái)代用。
對(duì)于上述液體L1～L3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下述第1表。予以說(shuō)明，第1表的“吸收率”欄，上行表示對(duì)水的吸收率(吸水率)，下行則表示對(duì)乙醇的吸收率。
〔第1表〕

由第1表的結(jié)果可知，如液體L1或液體L2這樣的含有導(dǎo)電性溶劑的情形，縱使液體吸收率低，體積電阻率未滿1015Ωm的材料仍無(wú)法使液體L由噴嘴10被噴出。這表示了與模擬而成的結(jié)果相同的結(jié)果。另外，可知體積電阻率在1015Ωm以上的材料，雖可使液體L由噴嘴10被噴出，但吸收率至少須在0.6％以下，否則無(wú)法使液體L噴出。
另一方面可知，若噴出的是如液體L3這樣的在絕緣性溶劑中分散有可帶電粒子的液體，則只要是體積電阻率在1015Ωm以上的材料，均可使液體全部由噴嘴10被噴出。
將本實(shí)施方式的噴液頭2的噴嘴板11的厚度以及噴嘴直徑做各種改變，并使之向基材K進(jìn)行噴出，來(lái)確認(rèn)上述液體L1有無(wú)噴出在基材K上。另外，在液體L1的噴出未被確認(rèn)的條件下，將靜電電壓設(shè)為3.0kV，來(lái)確認(rèn)液體L1有無(wú)噴出，以此作為對(duì)照實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下述第2表。予以說(shuō)明，噴嘴板11使用第1表中所述的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(LUMIRA，日本東麗株式會(huì)社制)而形成。
〔第2表〕

由第2表的結(jié)果可知，比較噴嘴板11的厚度為125μm時(shí)的結(jié)果后，發(fā)現(xiàn)噴嘴直徑在15μm以下者較佳。另外，比較噴嘴直徑為15μm時(shí)的結(jié)果后，發(fā)現(xiàn)噴嘴板11的厚度在75μm以上者較佳。予以說(shuō)明，在液體未被噴出的條件下，若將靜電電壓設(shè)為3.0kV時(shí)，則液體會(huì)被噴出。
按本發(fā)明的實(shí)施方式，對(duì)由體積電阻率為1015Ωm以上的材料構(gòu)成的、且噴出面平坦的噴液頭的噴嘴及腔內(nèi)的液體，施加靜電電壓，在噴液頭與對(duì)置電極之間形成電場(chǎng)，同時(shí)由壓力產(chǎn)生部來(lái)對(duì)噴嘴內(nèi)的液體施加壓力，而在噴嘴的噴出孔上形成液體的彎液面，并使電場(chǎng)集中在該彎液面上，然后，彎液面被電場(chǎng)所產(chǎn)生的靜電引力所吸引而液滴化并被噴出。
因此，由于噴液頭是平坦的噴頭，故而縱使在清潔噴液頭時(shí)，刮刀或擦布等構(gòu)件接觸到噴出面，噴嘴也不會(huì)損傷等，故操作性?xún)?yōu)良。另外，噴液頭的制造上，也因無(wú)須形成噴嘴的突起等微細(xì)結(jié)構(gòu)，故結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，因而生產(chǎn)性相當(dāng)優(yōu)良。
另外，使用體積電阻率在1015Ωm以上的材料來(lái)作為形成有噴嘴的噴嘴板，使得縱使由靜電電壓施加部向噴嘴內(nèi)的液體所施加的靜電電壓是低于2kV左右的低電壓，也可有效地使電場(chǎng)集中在，通過(guò)壓力產(chǎn)生部而在噴嘴的噴出孔部分上形成的液體的彎液面上。因此，可使彎液面的頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度，成為可有效且穩(wěn)定地使液滴被噴出的電場(chǎng)強(qiáng)度，而可由微小化的噴嘴噴出液體，并且可噴出高粘度的液體。
按本發(fā)明的實(shí)施方式，噴液頭的噴嘴所噴出的液體是含有導(dǎo)電性溶劑的液體；且使用了液體吸收率在0.6％以下的材質(zhì)來(lái)作為噴液頭的噴嘴板。吸收率大于此時(shí)，有時(shí)噴嘴板會(huì)從液體中吸收導(dǎo)電性的溶劑而使得體積電阻率下降，而無(wú)法由噴嘴穩(wěn)定地噴出液體，不過(guò)，只要液體吸收率在0.6％以下，則可有效防止此種情形的發(fā)生，而可更有效發(fā)揮上述本發(fā)明的實(shí)施方式的效果。
按本發(fā)明的實(shí)施方式，則由具有體積電阻率在1015Ωm以上的噴嘴板的噴液頭，將在絕緣性溶劑中分散有可帶電粒子的噴液。使用含有此種絕緣性溶劑的液體來(lái)作為噴出液體時(shí)，噴嘴板不會(huì)吸收可帶電粒子，而僅吸收絕緣性溶劑。然予以說(shuō)明，縱使絕緣性溶劑被噴嘴板所吸收，也由于絕緣性溶劑的電導(dǎo)率低，故而噴嘴板的電導(dǎo)率不會(huì)大幅變化，就實(shí)際效果而言，體積電阻率不會(huì)下降，所以，只要噴嘴板的體積電阻率在1015Ωm以上，即可噴出液體，而與其對(duì)該液體的吸收率無(wú)關(guān)，而可有效發(fā)揮上述各本發(fā)明的實(shí)施方式的效果。
依本發(fā)明的實(shí)施方式，則通過(guò)在體積電阻率在1015Ωm以上，厚度在75μm以上的噴嘴板上形成噴嘴，而有效產(chǎn)生向彎液面頂端部的電場(chǎng)集中，故予以說(shuō)明，可使彎液面頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度在使液體穩(wěn)定噴出所必須的1.5×107V/m以上，而可更確實(shí)地發(fā)揮上述各本發(fā)明的實(shí)施方式的效果。
依本發(fā)明的實(shí)施方式，則通過(guò)使噴嘴的噴出孔的內(nèi)部直徑在15μm以下，而有效產(chǎn)生向彎液面頂端部的電場(chǎng)集中，故予以說(shuō)明，可確實(shí)使彎液面頂端部的電場(chǎng)強(qiáng)度在使液體穩(wěn)定噴出所必須的1.5×107V/m以上，而可更確實(shí)地發(fā)揮上述各本發(fā)明的實(shí)施方式的效果。
依本發(fā)明的實(shí)施方式，則通過(guò)在噴液頭的平坦噴出面上，設(shè)置有彈開(kāi)液體的疏液層，故可有效防止“噴嘴的噴出孔部分所形成的液體的彎液面擴(kuò)散至噴出孔的周?chē)膰姵雒嫔纤碌南驈澮好骓敹瞬康碾妶?chǎng)集中的下降”，而可更確實(shí)地發(fā)揮上述各本發(fā)明的實(shí)施方式的效果。
依本發(fā)明的實(shí)施方式，則通過(guò)使用壓電元件等的壓電元件致動(dòng)器，來(lái)作為對(duì)上述噴嘴的液體產(chǎn)生壓力、以在上述噴嘴的噴出孔上形成彎液面的壓力產(chǎn)生部，故可以低電壓來(lái)有效地提高噴嘴內(nèi)液體的壓力，而可使噴嘴的噴出孔上的彎液面大幅隆起。因此，可更有效地發(fā)揮上述各本發(fā)明的實(shí)施方式的效果。
依本發(fā)明的實(shí)施方式，則噴液裝置是通過(guò)壓力產(chǎn)生部對(duì)噴液頭的噴嘴內(nèi)的液體所施加的壓力，與通過(guò)靜電電壓施加部而在噴液頭與對(duì)置電極之間所形成的電場(chǎng)的作用，以在噴嘴的噴出孔部分上形成彎液面，藉此，通過(guò)使在彎液面頂端部上的電場(chǎng)集中來(lái)產(chǎn)生更強(qiáng)的電場(chǎng)強(qiáng)度，來(lái)將液體液滴化，然后，液滴被電場(chǎng)加速而彈在基材上。
因此，液滴因電場(chǎng)所產(chǎn)生的靜電引力的作用，而會(huì)彈在基材的較近的部分，故予以說(shuō)明，可使對(duì)基材彈附時(shí)的角度等較穩(wěn)定，而使液滴正確地彈在特定的彈附位置上。另外，與上述各本發(fā)明的實(shí)施方式相同地，以低壓的靜電電壓來(lái)使彎液面大幅隆起，故予以說(shuō)明，可使靜電電壓施加部所施加的靜電電壓的電壓值下降，而可更有效地發(fā)揮上述各本發(fā)明的實(shí)施方式的效果。
按本發(fā)明的實(shí)施方式，則在噴液裝置中，首先，在通過(guò)壓力產(chǎn)生部來(lái)對(duì)噴液頭的噴嘴內(nèi)的液體施加壓力，而在噴出孔部分上形成彎液面后，由靜電引力來(lái)拉扯彎液面以進(jìn)行液滴化。因此，縱使壓力產(chǎn)生部所產(chǎn)生的壓力未使噴嘴內(nèi)的液體液滴化，只要充分使彎液面隆起，彎液面也會(huì)因電場(chǎng)的靜電引力而被拉扯，故予以說(shuō)明，施加于壓力產(chǎn)生部的驅(qū)動(dòng)電壓可設(shè)為更低的電壓，而可謀求噴液裝置的電力消耗的減輕。
產(chǎn)業(yè)實(shí)用性依本發(fā)明，則可提供一種噴液頭、噴液裝置及噴液方法，其系使用控制彎液面的隆起量以控制噴出的電場(chǎng)輔助法，且噴出面系為平坦，并可以低電壓來(lái)切換彎液面形成驅(qū)動(dòng)，且以低電壓的靜電電壓的施加來(lái)有效地產(chǎn)生電場(chǎng)集中，而有效率地噴出液體，藉此形成微細(xì)圖案及噴出高粘度的液體。
權(quán)利要求
1.噴液頭，其特征為，具備噴嘴噴出液體；扁平噴嘴板設(shè)置有上述噴嘴；腔貯藏從上述噴嘴的噴出孔所噴出的液體；壓力產(chǎn)生部對(duì)上述噴嘴內(nèi)的液體產(chǎn)生壓力，在上述噴嘴的噴出孔上形成液體的彎液面；靜電電壓施加部在上述噴嘴及上述腔內(nèi)的液體與基材之間，施加靜電電壓，而產(chǎn)生靜電引力；和工作控制部控制上述靜電電壓施加部所為的上述靜電電壓的施加、以及控制驅(qū)動(dòng)上述壓力產(chǎn)生部的驅(qū)動(dòng)電壓的施加；并且，上述噴嘴板的體積電阻率在1015Ωm以上。
2.如權(quán)利要求1所述的噴液頭，其特征為，上述液體是含有導(dǎo)電性溶劑的液體；且上述噴嘴板的上述液體的吸收率在0.6％以下。
3.如權(quán)利要求1所述的噴液頭，其特征為，上述液體是在絕緣性溶劑中分散有可帶電粒子的液體。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的噴液頭，其特征為，上述噴嘴板的厚度在75μm以上。
5.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的噴液頭，其特征為，上述噴嘴的噴出孔的內(nèi)部直徑在15μm以下。
6.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的噴液頭，其特征為，上述噴嘴板的噴出面?zhèn)壬显O(shè)有疏液層。
7.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的噴液頭，其特征為，上述壓力產(chǎn)生部是壓電元件致動(dòng)器。
8.噴液裝置，其特征為，具備如上述權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的噴液頭；和對(duì)置電極與上述噴液頭相對(duì)；并且通過(guò)上述噴液頭與上述對(duì)置電極之間所產(chǎn)生的上述靜電引力、和上述噴嘴內(nèi)所產(chǎn)生的壓力，而噴出上述液體。
9.如權(quán)利要求8所述的噴液裝置，其特征為，由上述壓力產(chǎn)生部所產(chǎn)生的壓力，在上述噴嘴的噴出孔上，使液體的彎液面隆起；并通過(guò)上述靜電引力來(lái)噴出液體。
10.噴液方法，其特征為，設(shè)有噴出液體的噴嘴，在具有體積電阻率在1015Ωm以上的為扁平的噴嘴板的噴液頭的噴嘴及腔內(nèi)的液體上，施加靜電電壓，使在上述噴液頭與對(duì)置電極之間形成電場(chǎng)，同時(shí)通過(guò)壓力產(chǎn)生部對(duì)上述噴嘴內(nèi)的液體產(chǎn)生壓力，并通過(guò)上述電場(chǎng)所產(chǎn)生的靜電引力與上述壓力，使電場(chǎng)集中在噴嘴的噴出孔上所形成的液體的彎液面上，并通過(guò)上述靜電引力來(lái)吸引液體，以將其噴出。
11.噴液方法，其特征為，設(shè)有噴出液體的噴嘴，在具有體積電阻率在1015Ωm以上的為扁平的噴嘴板的噴液頭的噴嘴及腔內(nèi)的液體上，施加靜電電壓，以在上述噴液頭與對(duì)置電極之間形成電場(chǎng)，同時(shí)通過(guò)壓力產(chǎn)生部來(lái)對(duì)上述噴嘴內(nèi)的液體產(chǎn)生壓力，以在上述噴嘴的噴出孔上使液體的彎液面隆起而使電場(chǎng)集中，并通過(guò)上述電場(chǎng)所產(chǎn)生的靜電引力來(lái)吸引液體，以將其噴出。
12.如權(quán)利要求10或11所述的噴液方法，其特征為，上述液體是含有導(dǎo)電性溶劑的液體；且上述噴嘴板的上述液體的吸收率在0.6％以下。
13.如權(quán)利要求10或11所述的噴液方法，其特征為，上述液體是在絕緣性溶劑中分散有可帶電粒子的液體。
14.如權(quán)利要求10或11所述的噴液方法，其特征為，上述噴嘴板的厚度在75μm以上。
15.如權(quán)利要求10或11所述的噴液方法，其特征為，上述噴嘴的噴出孔的內(nèi)部直徑在15μm以下。
16.如權(quán)利要求10或11所述的噴液方法，其特征為，上述噴嘴板的上述噴出面?zhèn)壬显O(shè)有疏液層。
17.如權(quán)利要求10或11所述的噴液方法，其特征為，上述壓力產(chǎn)生部是壓電元件致動(dòng)器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種噴液頭，其特征為，具備噴嘴噴出液體；和扁平噴嘴板其上設(shè)置有上述噴嘴；和腔貯藏從上述噴嘴的噴出孔所噴出的液體；和壓力產(chǎn)生部對(duì)上述噴嘴內(nèi)的液體產(chǎn)生壓力，而在上述噴嘴的噴出孔上形成液體的彎液面；和靜電電壓施加部在上述噴嘴及上述腔內(nèi)的液體與基材間，施加靜電電壓，而產(chǎn)生靜電引力；和工作控制部控制上述靜電電壓施加部所為的上述靜電電壓的施加、以及驅(qū)動(dòng)上述壓力產(chǎn)生部的驅(qū)動(dòng)電壓的施加；并且，上述噴嘴板的體積電阻率在10
文檔編號(hào)B41J2/06GK101080324SQ2005800432
公開(kāi)日2007年11月28日 申請(qǐng)日期2005年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月20日
發(fā)明者上野修敬, 西泰男, 梁田篤郎 申請(qǐng)人:柯尼卡美能達(dá)控股株式會(huì)社