静电吸引型流体排出方法及其装置的制作方法

专利名称：静电吸引型流体排出方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及静电吸引型流体排出方法及其装置，其中通过使墨汁等流体带电并进行静电吸引，将该流体排出到衬底等的对象物上。
背景技术：
将墨汁等流体排出到对象物(记录媒体)上的流体喷射方式中，一般有作为喷墨打印机付诸实用的压电方式和感热方式等，但作为其它方式，还有使排出的流体为导电流体并且对导电流体施加电场，使其从喷嘴的喷嘴孔(墨汁喷出孔、喷出孔)排出的静电吸引方式。
作为这种静电吸引方式的流体排出装置(下文称为静电吸引型流体排出装置)，例如在日本国专利公报“专利公开昭36-13768号公报(公告日为昭和36年8月18日)”和日本国公开专利公报“专利公开2001-88306号公报(
公开日为平成13年4月3日)”中有公开。
而且，日本国公开专利公报“专利公开2000-127410号公报(
公开日为平成12年5月9日)”中，公开了将喷嘴做成缝隙并设置从喷嘴伸出的针电极从而排出包含微粒子的墨汁的喷墨装置。
日本国公开专利公报“专利公开平8-238774号公报(
公开日为平成8年9月17日)”公开了在喷嘴孔内部的墨汁室设置施加电压用的电极的装置。
这里，说明已有静电吸引型流体排出装置的流体排出模型。
作为静电吸引型流体排出装置、尤其是按需式静电吸引型流体排出装置的设计主要因素，有墨汁液体的导电性(例如电阻率106～1011Ωcm)、表面张力(例如0.020～0.040N/m)、黏度(例如0.011～0.015Pa·s)、施加电压(电场)。而且，作为施加电压，施加在喷嘴上的电压和喷嘴与对置电极之间的距离尤为重要。
静电吸引型流体排出装置中利用带电流体的不稳定性，图32示出其状况。将导电流体静置于均匀电场中，作用在导电流体表面的静电力使表面不稳定，促使生长拉丝(静电拉丝现象)。将这时的电场取为对喷嘴与和喷嘴隔开距离h地对置的对置电极之间，施加电压V时产生的电场E0。物理上可导出这时的生长波长λc(例如“图像电子信息学会，第17卷，第4号，1988年，p.185～193”)，并可用下式表示。
λc=2πγϵ0E0-2---(1)]]>其中，γ为表面张力(N/m)，ε0为真空的介电常数(F/m)，E0为电场强度(V/m)。在喷嘴直径d(m)小于λc时，不发生生长。即，式(2)为排出用的条件。
d>λc2=πγϵ0E02---(2)]]>这里，E0是假设平行平板时的电场强度(V/m)，并且将喷嘴与对置电极之间的距离取为h(m)，加在喷嘴的电压取为V0，则形成式(3)。
E0=V0h---(3)]]>因此，d形成式(4)的关系。
d>πγh2ϵ0V02---(4)]]>可是，不拘于静电吸引型流体排出装置的流体排出装置中，一般都希望要减小排出墨汁的喷嘴的直径，以便能形成微细的点和线。
然而，当前付诸实用的压电方式和感热方式等流体排出装置中，难以减小喷嘴直径，使例如小于1pl的微小量流体排出。这是因为排出流体的喷嘴越微细，排出需要的压力越大。
上述那样的流体排出装置，存在液滴微细化与高精度化相矛盾的课题，难以同时实现两者。其原因如下。
赋予喷嘴排出的液体的动能与液滴半径的立方成正比。因此，使喷嘴微细化时，排出的微细液滴不能确保经受排出时的空气阻力的程度的足够动能，受到空气滞留等造成的干扰，不能希望正确射中。而且，液滴越微细，表面张力效应越大，所以液滴的蒸气压变高，蒸发量激增。因此，微细液滴在飞翔中造成质量显著消失，存在连射中时都难保持液体形态的问题。
又，基于上述已有静电吸引型流体排出装置的流体排出模型，根据上述式(2)，喷嘴孔径减小要求加大排出需要的电场强度。而且，如上述式(3)所示，电场强度取决于加在喷嘴上的电压(驱动电压)V0和喷嘴与对置电极的距离h，因而喷嘴孔径的减小导致驱动电压升高。
这里，已有静电吸引型流体排出装置的驱动电压为1000V以上，非常高，因而考虑各喷嘴间的泄漏和干涉时，难以小型化和高密度化，并且进一步减小喷嘴孔径时，上述问题更大。超过1000V的高电压的功率半导体通常售价高且频率响应性低。
上述日本国专利公报“专利公开昭36-13768号公报(
公开日为昭和36年8月18日)”公开的喷嘴孔径为0.127mm，日本国公开专利公报“专利公开2001-88306号公报(
公开日为平成13年4月3日)”公开的喷嘴孔径范围为50～2000μm，其中100～1000μm的范围较佳。
关于喷嘴孔径，用已有静电吸引型流体排出的典型工作条件略加计算时，以表面张力为0.020N/m，电场强度为107V/m，代入上述式(1)进行计算，则生长波长λc为约140μm。即，作为极限喷嘴孔径，取得70μm的值。也就是说，上述条件下，即使采用107V/m的强电场，在喷嘴孔径为70μm以下时，除非采取施加背压以强制形成弯液面等处理，才不发生墨汁生长，因而认为静电吸引型流体排出不成立。即，可认为存在未兼顾微细喷嘴与驱动电压的低电压化的课题。
综上所述，已有流体排出装置中，存在喷嘴微细化与高精度化相矛盾的课题，难以同时实现两者。尤其在静电吸引型流体排出装置中可认为存在未兼顾喷嘴微细化和驱动电压低电压化的课题。
本发明是为解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种喷嘴微细化、微小流体排出和射中位置高精度化、而且驱动电压低电压化都得以实现的静电吸引型流体排出方法及其装置。

发明内容
为了达到上述目的，本发明的静电吸引型流体排出装置，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其中，所述喷嘴的喷出孔直径为0.01μm～25μm，同时还具有将上限电压被设定成大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的脉冲电压施加在所述喷嘴与所述衬底之间的电压施加单元，并且紧接在该脉冲电压上升沿前，设定极性与上限电压相同而且绝对值小于所述最低可排出电压的预充电电压。
为了达到上述目的，本发明的静电吸引型流体排出方法，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其中，将所述喷嘴的喷出孔直径取为0.01μm～25μm，并且在将上限电压被设定成大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的脉冲电压，施加在所述喷嘴与所述衬底之间时，紧接在该脉冲电压上升沿前，设定极性与上限电压相同而且绝对值小于所述最低可排出电压的预充电电压。
根据上述组成，通过将喷嘴的喷出孔径做成0.01～25μm的微细孔径，产生局部电场，可利用喷嘴微细化降低排出的驱动电压。这样降低驱动电压，在装置小型化和喷嘴高密度化中极有利。当然，通过使驱动电压降低，也可使用成本优势大的低电压驱动的驱动器。后面将对这种喷嘴微细化造成产生局部电场并进行排出的模型的详细内容进行说明。
使用该局部电场的排出模型中，排出需要的电场强度依赖于局部集中电场强度，因而不必存在对置电极。即，不需要对置电极也可对绝缘衬底等进行印字，加大装置组成的自由度。而且，也可对厚的绝缘体进行印字。
上述那样喷嘴微细化存在的问题是排出量越微量，排出响应性越急剧劣化，高频驱动越困难。当然，这种问题通过加大施加在喷嘴与衬底之间的脉冲电压的上限电压，排出响应性提高，可某种程度实现高频率驱动，但需要在驱动电极加高压用的高电压驱动器，不可能使用成本优势大的低电压驱动的驱动器，这原本应为喷嘴微细化带来的优点。
详细观察排出响应性，则分为脉冲电压上升时的排出启动响应性和脉冲电压下降时的排出结束响应性，排出响应性低终究存在不能进行依赖于上限电压施加时间的高精度排出量控制的问题。
针对这点，上述组成中，电压施加单元在所述喷嘴与所述衬底之间施加将上限电压设定成大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的脉冲电压，其中紧接在该脉冲电压上升沿前，设定极性与上限电压相同且绝对值小于所述最低可排出电压的预充电电压，因而在脉冲电压上升沿前形成弯液面表面电位已某种程度得到预充电的状态。
因此，脉冲电压上升沿后，弯液面表面电位在短时间就达到作为排出条件的最低可排出电压，开始进行排出，能提高排出启动响应性，进而使排出极限频率提高，可作高频驱动。
为了达到上述目的，本发明的另一静电吸引型流体排出装置，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其中，所述喷嘴的喷出孔直径为0.01μm～25μm，同时还具有将上限电压被设定成大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的脉冲电压，施加在所述喷嘴与所述衬底之间的电压施加单元，并且紧接在该脉冲电压下降沿后，设定极性与上限电压相反的促衰减电压。
为了达到上述目的，本发明的另一静电吸引型流体排出方法，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其中，将所述喷嘴的喷出孔直径取为0.01μm～25μm，并且将上限电压被设定成大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的脉冲电压，施加在所述喷嘴与所述衬底之间时，紧接在该脉冲电压下降沿后，设定极性与施加电压相反的促衰减电压。
上述组成中，也具有与上述本发明静电吸引型流体排出装置相同的作用通过将喷嘴的喷出孔直径做成0.01～25μm的微细直径，可降低驱动电压，在装置小型化和喷嘴高密度化中极有利，同时还可使用成本优势大的低电压驱动的驱动器等。
而且，上述组成中，电压施加单元在所述喷嘴与所述衬底之间，施加将上限电压设定成大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的脉冲电压，其中紧接在脉冲电压下降沿后，设定极性与上限电压相反的促衰减电压，所以在脉冲电压下降沿后，弯液面表面电位急剧衰减。
因此，脉冲下降沿后，弯液面表面电位在短时间就低于作为继续排出的条件的最低可维持排出电压，并使排出停止，能提高排出结束响应性，进而使排出极限频率提高，可作高频驱动。
为了达到上述目的，本发明的另一静电吸引型流体排出装置，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从排出头具有的喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其中，所述喷嘴的喷出孔直径为0.01μm～25μm，同时还具有一面使所述喷嘴与所述衬底相对移动、一面将大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的电压，施加在所述喷嘴与所述衬底之间以进行线条描绘的线条描绘单元，该线条描绘单元依据频率随所述电压和所述流体的电传导率不同的间歇排出现象的周期，控制所述相对移动的速度，使得被间歇排出的排出图案的相邻图案之间，部分相互重叠。
为了达到上述目的，本发明的另一静电吸引型流体排出方法，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从排出头具有的喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其中，将所述喷嘴的喷出孔直径取为0.01μm～25μm，并且一面使所述喷嘴与所述衬底相对移动，一面将大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的电压，施加在所述喷嘴与所述衬底之间以进行线条描绘时，依据频率随所述电压和所述流体的电传导率不同的间歇排出现象的周期，控制所述相对移动的速度，使得被间歇排出的排出图案的相邻图案之间，部分相互重叠。
根据上述组成，通过将喷嘴的喷出孔直径做成0.01μm～25μm的微细直径，按照使用局部电场的排出模型产生局部电场，可利用喷嘴微细化降低驱动电压。这样降低驱动电压，在装置小型化和喷嘴高密度化中极有利。当然，通过使驱动电压降低，还可使用成本优势高的低电压驱动的驱动器。
又，使用该局部电场的排出模型中，排出需要的电场强度依赖于局部集中电场强度，因而不必存在对置电极。即，不需要对置电极也可对绝缘衬底等进行印字，加大装置组成的自由度。而且，也可对厚的绝缘体进行印字。
可是，这种组成中，排出响应性基本上起因于喷嘴内部的电极与喷嘴前端部之间的流体(排出材料)的电阻，所以排出响应性因流体电传导率大小而大幅度变化，存在喷嘴与衬底的相对速度或加在喷嘴与衬底之间的电压造成不能进行稳定的线条描绘的缺陷。该缺陷是由于喷嘴前端微细造成电阻升高并且排出响应性劣化和衬底上形成的点的直径和线条的宽度变成超微细而产生的问题，是以往的排出量中不成问题的新问题。
针对这点，上述组成中，线条描绘单元一面使喷嘴与衬底相对移动，一面在喷嘴与衬底之间，施加大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压以进行线条描绘，其中依据频率随电压和流体电传导率而不同的间歇排出现象的周期，控制相对移动的速度，使被间歇排出的排出图案的相邻图案相互部分重叠，因而又能将电压设定在可形成超微细线条的最低可排出电压附近，又能高速实施无间断的稳定线条描绘，并且不带来线宽变粗等缺陷。
为了达到上述目的，本发明的另一静电吸引型流体排出装置，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从排出头具有的喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其中，所述喷嘴的喷出孔直径为0.01μm～25μm，同时还具有一面使所述喷嘴与所述衬底相对移动、一面将大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的电压，施加在所述喷嘴与所述衬底之间以进行线条描绘的线条描绘单元，该线条描绘单元对电压进行控制，使得被间歇排出且由所述相对移动的速度决定的排出图案的相邻图案之间，部分相互重叠。
为了达到上述目的，本发明的另一静电吸引型流体排出方法，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从排出头具有的喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其中，将所述喷嘴的喷出孔直(径取为0.01μm～25μm，并且一面使所述喷嘴与所述衬底相对移动，一面将大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的电压，施加在所述喷嘴与所述衬底之间以进行线条描绘时，对电压进行控制，使得被间歇排出的排出图案中与所述相对移动的速度决定的排出图案相邻的排出图案之间，部分相互重叠。
上述组成中，也具有与上述本发明静电吸引型流体排出装置相同的作用通过将喷嘴的喷出孔直径做成0.01～25μm的微细直径，可降低驱动电压，在装置小型化和喷嘴高密度化中极有利，同时还可使用成本优势大的低电压驱动的驱动器等。
而且，上述组成中，线条描绘单元一面使喷嘴与衬底相对移动，一面在喷嘴与衬底之间，施加大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压以进行线条描绘，其中对电压进行控制，使得被间歇排出且由所述相对移动的速度决定的排出图案的相邻图案之间，部分相互重叠，因而可提高间歇排出频率，适应高速移动，能用希望的高速作无间断的稳定线条描绘。
为了达到上述目的，本发明的利用静电吸引型流体排出装置，从驱动电压施加单元在喷嘴与排出处构件之间施加驱动电压，对供给喷嘴内的流体供给电荷，使该流体从喷嘴孔排出到所述排出处构件，其中，所述喷嘴的孔径为φ1μm～φ5μm，并且所述驱动电压施加单元在将所述流体的电阻取为R，喷嘴前端部的所述流体与所述排出处构件之间的静电电容取为C时，按满足下面的公式的电压V0和施加时间t的条件输出所述驱动电压130V＜V0[1-exp(-t/RC)]。
以往，静电吸引型流体排出装置中，由于喷嘴孔径的缩小导致排出中需要的电场强度加大，认为不能兼顾喷嘴孔径的微细化和驱动电压的低电压化。与此相反，本申请的发明根据将喷嘴孔径做成φ0.01μm～φ25μm的微细孔径时产生局部电场并可使排出的驱动电压降低的新见识，通过将喷嘴孔径取为上述范围内，实现兼顾喷嘴孔径微细化和驱动电压低电压化。
本申请发明的组成中，由于进一步将喷嘴孔径限定在φ1μm～φ5μm的范围，使喷嘴孔径微细化带来的驱动电压低电压化更可靠。
此外，由于以满足130V＜V0[1-exp(-t/RC)]的电压V0和施加时间t的条件输出所述驱动电压，能将喷嘴前端的弯液面表面电位可靠地设定成大于等于可排出的电位，可提高形成微细点的可靠性。
本发明的又一静电吸引型流体排出装置，从驱动电压施加单元在喷嘴与排出处构件之间施加驱动电压，对供给喷嘴内的流体供给电荷，使该流体从喷嘴孔排出到所述排出处构件，其中，将所述喷嘴前端部与所述排出处构件之间的距离取为X，所述喷嘴的孔径取为φ1μm～φ5μm，喷嘴孔径在该范围时从喷嘴启动所述流体排出的排出启动电压最大值取为VH、最小值取为VL时，下面的关系式成立。
VH＝-0.001X2+0.44X+125VL＝-0.0013X2+0.69X+160根据上述组成，与上述静电吸引型流体排出装置相同，也能实现兼顾喷嘴孔径微细化和驱动电压低电压化，而且由于进一步将喷嘴孔径限定在φ1μm～φ5μm的范围，使喷嘴孔径微细化带来的驱动电压低电压化更可靠。
又由于将流体从喷嘴排出的启动电压设定在VH＝-0.001X2+0.44X+125、VL＝-0.0013X2+0.69X+160给出的最大值(VH)与最小值(VL)之间，在形成微细图案时来自喷嘴的流体排出中，可进行稳定且可靠性高的运作。
由以下所示的记述会充分了解本发明进一步的目的、特征和优点。下面，参照附图的说明中会明白本发明的利益。


图1(a)是示出一本发明实施方式的静电吸引型流体排出装置中施加在喷嘴与衬底之间的脉冲电压的波形和这时弯液面表面电位的迁移的波形图。
图1(b)其比较例的脉冲电压波形以及这时的弯液面表面电位的迁移的波形图。
图2是说明在成为本发明的基础的使用局部电场的排出模型中计算喷嘴的电场强度用的图。
图3是示出表面张力压力和静电压力的喷嘴直径依赖性的模型计算结果的曲线图。
图4是示出排出压力的喷嘴直径依赖性的模型计算结果的曲线图。
图5是示出极限排出电压的喷嘴直径依赖性的模型计算结果的曲线图。
图6是作用在带电液滴与衬底之间的镜像力与喷嘴-衬底之间的距离的相关的图。
图7是示出从喷嘴流出的流量与施加电压的相关关系的模型计算结果的图。
图8是说明喷嘴直径与排出响应性、极限排出电压的关系用的曲线图。
图9是包含一本发明实施方式的静电吸引型流体排出装置的关键部分侧视截面的说明图。
图10(a)是示出加在喷嘴与衬底之间的脉冲电压的波形和这时的弯液面表面电位的迁移的波形图。
图10(b)是示出加在喷嘴与衬底之间的脉冲电压的波形和这时的弯液面表面电位的迁移的波形图。
图11是示出基于加在喷嘴与衬底之间的脉冲电压的上升沿前的电压值的排出启动响应性确认实验的结果的曲线图。
图12(a)是示出示出加在喷嘴与衬底之间的脉冲电压的波形和这时的弯液面表面电位的迁移的波形图。
图12(b)是示出加在喷嘴与衬底之间的脉冲电压的波形和这时的弯液面表面电位的迁移的波形图。
图13是示出基于加在喷嘴与衬底之间的脉冲电压的下降沿后的电压值的排出结束响应性确认实验的结果的曲线图。
图14是示出加在喷嘴与衬底之间的脉冲电压的波形和这时的弯液面表面电位的迁移的波形图。
图15(a)是示出图1所示静电吸引型流体排出装置中加在喷嘴与衬底之间的直流电压施加启动时的波形和这时的弯液面表面电位的迁移的波形图。
图15(b)是示出比较例的直流电压施加启动时的波形和这时的弯液面表面电位的迁移的波形图。
图16(a)是示出图1所示静电吸引型流体排出装置中加在喷嘴与衬底之间的直流电压施加结束时的波形和这时的弯液面表面电位的迁移的波形图。
图16(b)是示出比较例的直流电压施加结束时的波形和这时的弯液面表面电位的迁移的波形图。
图17是示出用低速驱动和高速驱动作的描绘图案的不同的说明图。
图18是包含另一本发明实施方式的静电吸引型流体排出装置的关键部分侧视剖视图的说明图。
图19是示出排出头与衬底载置台的相对速度的关系的说明图。
图20是示出加在喷嘴与衬底之间的直流信号电压的波形与间歇排出周期的关系的说明图。
图21(a)是示出用单一排出模式形成线条描绘用的条件的说明图。
图21(b)是示出用单一排出模式形成线条描绘用的条件的说明图。
图21(c)是示出用单一排出模式形成线条描绘用的条件的说明图。
图22(a)是示出加在喷嘴与衬底之间的直流信号电压的波形与间歇排出周期的关系的说明图。
图22(b)是示出加在喷嘴与衬底之间的直流信号电压的波形与间歇排出周期的关系的说明图。
图23是示出加在喷嘴与衬底之间的直流信号电压的值与间歇排出频率的关系的说明图。
图24是示出扫描速度与最低可线条描绘电压的关系的曲线图。
图25(a)是另一本发明实施方式的静电吸引型流体排出装置的概略组成图。
图25(b)是该静电吸引型流体排出装置的等效电路。
图26是示出图25(a)所示静电吸引型流体排出装置中驱动电压施加时间与排出启动电压的关系的曲线图。
图27(a)是示出图25(a)所示静电吸引型流体排出装置中到达排出启动电位前的弯液面表面电位的变化且施加电压和施加时间分别为440V和2400μs的情况的曲线图。
图27(b)是示出施加电压和施加时间分别为680V和1200μs的情况的曲线图。
图27(c)是示出施加电压和施加时间分别为1600V和400μs的情况的曲线图。
图28是示出一例图25(a)所示电源输出的驱动电压的波形图。
图29是示出图25(a)所示静电吸引型流体排出装置的喷嘴直径与来自喷嘴的喷出材料的排出启动电压的关系的曲线图。
图30是示出图25(a)所示静电吸引型流体排出装置中使用喷嘴直径不同的多个喷嘴时的排出启动电压与喷嘴-衬底之间的距离的关系的曲线图。
图31是示出图25(a)所示静电吸引型流体排出装置中弯液面表面电位偏差与对驱动电极的施加电压(驱动电压)的关系的曲线图。
图32是示出静电吸引型流体排出装置的静电拉丝现象造成的排出流体生长原理的图。
具体实施例方式
下面，利用实施例和比较例进一步详细说明本发明，但本发明并不受它们任何限定。
下面说明的本实施方式的静电吸引型流体排出装置，将其喷嘴直径取为0.01μm～25μm，而且可用1000V以下的驱动电压进行排出流体排出控制。
已有流体排出模型中，喷嘴直径减小牵连到驱动电压升高，因而认为不可能用1000V以下的驱动电压排出流体，除非实施对排出流体供给背压等其它办法。然而，查明在某喷嘴直径以下，发生与已有流体排出模型不同的排出模型中的排出现象。本发明是根据该流体排出模型的新见识而完成的。
首先，用图2～图7说明使用局部电场的流体排出模型。
假设直径d(下面的说明中，除非专门指出，均指喷嘴的内径)的喷嘴注入导电流体，并且处在离开无限平板导体的高度为h上垂直的位置。图2示出此状况。这时，假设喷嘴前端部(喷嘴孔)感应的电荷Q集中在喷嘴前端的排出流体形成的半球部，并且用下面的公式近似地表示。
Q＝2πε0αV0d…(5)这里，Q为喷嘴前端部上感应的电荷(C)，ε0是真空的介电常数(F/m)，d为喷嘴直径(m)，V0为加在喷嘴上的总电压。α是依赖于喷嘴形状等的比例常数，取1～1.5左右的值，但在D＜＜h(h为喷嘴与衬底之间的距离(m))时为大致1。
将导电衬底用作衬底时，认为与喷嘴对置地在衬底内的对置位置上感应具有与上述电荷Q相反的极性的镜像电荷Q’。衬底为绝缘体时，在根据介电常数决定的对称位置上，同样感应极性与电荷Q相反的镜像电荷Q’。
设前端部的曲率半径为R，则可由式(6)给出喷嘴前端部的集中电场强度Eloc。
Eloc=V0kR---(6)]]>其中，k为依赖于喷嘴形状等的比例常数，取1.5～8.5的值，但多数情况认为是5左右(P.J.Birdseye and D.A.Smith，Surface Science，23(1970)，p.198-210)。这里，为了简化流体排出模型，假设R＝d/2。这相当于在喷嘴前端部中导电墨汁因表面张力而隆成具有与喷嘴直径d相同的曲率半径的半球形的状态。
接着，认为作用在喷嘴前端部的排出流体上的压力均衡。首先，设喷嘴前端部的液面积为S，则静电压力Pe为式(7)。
Pe=QSEloc=2Qπd2Eloc---(7)]]>由式(5)～式(7)，置入α＝1，则可表示为式(8)。
Pe=4ϵ0V0d·2V0kd=8ϵ0V02kd2---(8)]]>另一方面，设喷嘴前端部的排出流体的表面张力的压力为Ps，则形成式(9)。
Ps=4γd---(9)]]>其中，γ是表面张力。由于因静电力而发生排出的条件为静电力超过表面张力，静电压力Pe与表面张力的压力Ps的关系为式(10)。
Pe＞Ps…(10)图3示出给出某直径d的喷嘴时的表面张力的压力Ps与静电压力Pe的关系。作为排出流体的表面张力，假设排出流体为水(γ＝72mN/m)的情况。将加在喷嘴上的电压取为700V时，隐含喷嘴直径为25μm的情况中，静电压力Pe超过表面张力的压力Ps。据此，求V0与d的关系时，式(11)给出排出的最低电压。
这时的排出压力ΔP为ΔP＝Pe-Ps…(12)因而，形成式(13)。
ΔP=8ϵ0V02kd2-4γd---(13)]]>对某直径d的喷嘴，图4示出因局部电场强度而满足排出条件时的排出压力ΔP的依赖性，图5则示出排出临界电压(即产生排出的最低电压)Vc的依赖性。
从图4可知，因局部电场强度而满足排出条件时(假设V0＝700V，γ＝72mN/m时)的喷嘴直径的上限是25μm。
图5的计算中，作为排出流体，设想水(γ＝72mN/m)和有机溶剂(γ＝20mN/m)，并假设k＝5的条件。从该图判明，考虑微细喷嘴的电场集中效应时，排出临界电压Vc随着喷嘴直径的减小而降低，并且判明在排出流体为水的情况下，喷嘴直径为25μm时，排出临界电压Vc为700V左右。
在已有排出模型的电场考虑方法的情况下，即仅考虑根据加在喷嘴上的电压V0和喷嘴与对置电极之间的距离h定义的电场时，随着喷嘴直径变成微小，排出需要的电压加大。
与此相反，如使用局部电场的排出模型那样，关注局部电场强度，则利用喷嘴微细化可降低排出的驱动电压。这样降低驱动电压，在装置小型化和喷嘴高密度化中极有利。当然，通过使驱动电压降低，还可使用成本优势大的低电压驱动的驱动器。
上述使用局部电场的排出模型中，排出需要的电场强度依赖于局部集中电场强度，因而不必存在对置电极。即，已有的排出模型中，在喷嘴与衬底之间施加电场，因而需要相对于绝缘衬底，在喷嘴的相反侧配置对置电极或使衬底为导电性。而且，配置对置电极时，亦即衬底为绝缘体时，能用的衬底厚度有限，与此相反，本发明作为前提的使用局部电场的排出模型中，不需要对置电极也可对绝缘衬底等进行印字，加大装置组成的自由度。而且也可对厚的绝缘体进行印字。
又，从喷嘴排出的液体带电，因而镜像力作用在该液体与衬底之间。图6示出该镜像力的大小与喷嘴离开衬底的距离h的相关关系。从该图判明，衬底与喷嘴之间的距离越近，此镜像力越显著，在h小于等于20μm时尤其显著。
接着，试考虑所述排出流量的精密控制。粘性流的情况下，可由下面的哈金·泊肃叶公式表示圆筒状流道中的流量Q。现假设圆筒形的喷嘴，则流过该喷嘴的流体的流量Q可用下面的公式表示。
Q=πΔPηLd4---(14)]]>其中，η为流体的粘性系数(Pa·s)，L为流道(即喷嘴)的长度(m)，d为流道(即喷嘴)的直径(m)，ΔP为压力差(Pa)。根据上式，流量Q与流道半径的4次方成正比，因而为了限制流量，采用微细喷嘴是有效的。将式(13)求出的排出压力ΔP代入该式(14)，可得下面的式(15)。
Q=4πd3ηL(2ϵ0V02kd-γ)---(15)]]>该式表示将电压V加到直径d、长度L的喷嘴上时，从喷嘴流出的流体的流出量。图7示出此状况。计算中使用的值为L＝10mm，η＝1(mPa·s)，γ＝72(mN/m)。现假设喷嘴直径为先行技术的最小值50μm。逐渐施加电压V，则在电压V＝1000V上开始排出。此电压相当于图5中说明的排出启动电压。在紧接排出启动电压Vc上方的电压上，流量急剧上升。
此模型计算中，想要通过以将电压从Vc略为提升的方式进行精密控制，取得微小流量，但如以半对数表示的图预测的那样，实际上这是不可能的，尤其难以实现小于等于10-10m3/s的微小流量。又，采用某直径的喷嘴时，如式(11)给出的那样确定最小驱动电压。因此，先行技术那样只限于使用直径50μm以上的喷嘴，难以做到10-10m3/s以下的微小排出量和1000V以下的驱动电压。
由图可见，直径25μm的喷嘴的情况下，用700V以下的驱动电压就足够，直径10μm的喷嘴时可用500V以下进行控制。还判明直径1μm的喷嘴时用300V以下也可。
以上的考察是考虑连续流的情况，但需要开关，以形成孤单流。下面说明这种情况。
利用静电吸引的排出，其基础是喷嘴端部的流体带电。可将带电的速度考虑为由介质弛豫决定的时间常数的程度。
τ=ϵσ---(16)]]>式(16)中，ε为流体的介电常数，σ为流体的导电率(S/m)。假设流体介电常数为10，导电率为10-6S/m，则τ＝1.854×10-5sec。或者，设临界频率为fc，则形成式(17)。认为对比该fc快的频率的电场变化不能响应，不可排出。对上述的例子进行估计作为频率，变成10kHz左右。
fc=σϵ---(17)]]>接着，考虑喷嘴内的表面张力的降低。在电极上配置绝缘体，并且在滴落到其上的液体与电极之间施加电压时，发现液体与绝缘体的接触面积增大，即浸润性变佳；称之为电浸润(Electrowetting)现象。此效应在圆筒形毛细管形状中也成立，有时称之为电毛细现象(Electrocapillary)。电浸润效应造成的压力与施加电压、毛细管形状、溶液的物理参数之间存在下面的关系。
Pec=2ϵ0ϵrtV02d---(18)]]>其中，ε0为真空的介电常数，εr为绝缘体的介电常数，t为绝缘体厚度，d为毛细管内径。将水当作流体考虑，并试计算此压力的值时，判明计算上述日本国专利公报“专利公开昭36-13768号公报(
公开日为昭和36年8月18日)”的实施例情况下，最多只不过为30000Pa(0.3大气压)，但本发明的情况下，通过在喷嘴外侧设置电极，取得相当于30大气压的效果。据此，使用微小喷嘴时，利用此效应也能快速进行对喷嘴前端部的流体供给。绝缘体的介电常数越大，或其厚度越小，此效应越显著。为了获得电毛细现象的效应，需要严格地以绝缘体为中介设置电极，但对十足绝缘体施加充分电场时，获得同样的效果。
以上的议论中，应注意的点是这些近似理论并非以往那样，作为电场强度，基于由加在喷嘴上的电压V0和喷嘴与对置电极间的距离h决定的电场，而是基于喷嘴前端的局部集中电场强度。本发明中，重要的是局部的强电场和供给流体的流道具有非常小的电导。而且，流体本身在微小面积上充分带电。带电的微小流体靠近衬底等介质或导体时，镜像力起作用，对衬底垂直地飞翔。为此，实施例中，从便于制成出发，使用玻璃毛细管，但不限于此。
实施方式1如上所述，使用局部电场的静电吸引型流体排出中，能使喷嘴和驱动电压都小。此情况下，为了以孤单流的方式排出流体，采用的方法也在填有流体的喷嘴和配置成与喷嘴前端对置的衬底之间施加脉冲电压，利用其电力将液体从喷嘴前端吸引到衬底侧，在衬底上形成液滴。
根据此方法，将加在喷嘴与衬底之间的脉冲电压的上限电压(上限值)取大，则喷嘴排出的流体量多；反之，将脉冲电压的上限电压取小，则喷嘴排出的流体量少。也就是说，通过控制脉冲电压的上限值，能控制排出量。
然而，此模型的情况下，排出响应性基本上由喷嘴内部的电极与喷嘴前端部之间的流体的电阻R和喷嘴前端部与衬底之间的静电电容C之积(即时间常数RC)决定。而且，电阻R和静电电容C的单元参数中包含喷嘴直径d，排出响应性因该喷嘴直径d而变化。
图8是示出银纳米糊的排出响应性的曲线图。由于时间常数RC如图中那样随喷嘴直径减小而极端变大，排出响应性变差，可排出的极限频率也变低。
即，基于使用局部电场的流体排出模型的静电吸引型流体排出中，具有待解决的新课题排出量越为微量，排出响应性越急剧劣化，高频驱动越难。当然，通过加大施加在喷嘴与衬底之间的脉冲电压，可提高排出响应性，在某种程度上实现高频驱动，但为了对驱动电极施加高电压，需要高电压驱动器，不可能使用成本优势大的低电压驱动的驱动器，这原本应为基于采用局部电场的流体排出模型的静电吸引型流体排出的优点。
详细观察排出响应性，则其分为脉冲电压上升时的排出启动响应性和脉冲电压下降时的排出结束响应性，排出响应性低终究存在不能进行依赖于上限电压施加时间的高精度排出量控制的问题。
这种电压上升和下降时的响应性的问题，均并非限于脉冲电压，在衬底上进行线条描绘时施加的直流电压，其施加时也产生此问题。即，开始施加直流电压时的排出启动响应性导致依赖于直流电压施加启动定时的高精度排出结束位置控制不能进行。
这里说明的问题均为新问题，起因于以使用局部电场的流体排出模型为基础的静电吸引型流体排出可作以往没有的微量的流体排出，描绘衬底上形成的点的直径和间距、线条，则线宽、间距、线长变成微细。
本实施方式的静电吸引型流体排出装置，通过筹划加在喷嘴与衬底之间的电压波形，实现使用成本优势大的低电压的驱动器，而且可作高频驱动，可进行依赖于上限电压施加时间的高精度排出量控制，或可进行依赖于直流电压施加启动、结束定时的高精度排出位置控制。下面，具体说明这种静电吸引型流体排出装置的组成。
图9示出本实施方式的静电吸引型流体排出装置的侧视剖视图。图中，1是前端形成超微细直径的喷嘴孔(喷出孔)的超微细喷嘴。为了实现超微细量的流体排出，需要在喷嘴1的附近设置低电导的液道或使喷嘴1本身电导低。为此，玻璃制的毛细管较佳，但用绝缘材料涂覆在导电物质上的也可。
将喷嘴1取为玻璃制的原因基于能容易形成几微米程度的喷孔、喷孔堵塞时可通过弄碎喷嘴端部再现新的喷嘴端部、玻璃喷嘴的情况下由于带有锥角使不需要的溶液因表面张力而移动到上方且不滞留在喷嘴端部造成喷嘴堵塞、以及由于喷嘴1具有适度的柔软性而便于形成活动喷嘴等。
具体而言，可用添芯玻璃管(商品名ナリシグ股份公司制GD-1)由毛细管拉制机制成。使用添芯玻璃管时，有如下的优点。
(1)芯侧玻璃便于浸湿墨汁，因而便于填充墨汁。(2)芯侧玻璃为亲水性，外侧玻璃为疏水性，因而喷嘴端部中存在墨汁的区域只限于芯侧的玻璃的内径的程度，电场集中效应较显著。(3)喷嘴可微细化。(4)取得足够的机械强度。
根据制作上的情况，喷嘴孔的直径(下文称为喷嘴直径)的下限值以0.01μm为佳；根据图3所示的静电力超过表面张力时的喷嘴直径上限值是25μm，并根据图4所示的因局部电场强度而满足排出条件时的喷嘴直径上限是25μm，喷嘴直径的上限值以25μm为佳、15μm较好。为了更有效利用局部电场集中效应，喷嘴直径最好在0.01μm～8μm的范围。
喷嘴1不限于毛细管，也可以是利用微细加工形成的2维图案喷嘴。使喷嘴1为成型性良好的玻璃时，不能将喷嘴1用作电极，因而在喷嘴1内插入金属线(例如钨线)，作为后面说明的电极2。也可用电镀在喷嘴1内形成电极2。用导电物质形成喷嘴1本身时，在其上涂覆绝缘材料。
从未图示的流体供给源通过供液道8对喷嘴1内部供给并填充应排出的排出材料(流体)3，同时将电极2配置成浸在该排出材料15中。利用密封胶4和喷嘴卡箍5将喷嘴1安装在保持件6上。
根据本发明，由于喷嘴前端部的电场集中效应和对置衬底上感应的镜像力的作用，不必如先行技术那样使衬底为导电性或在衬底的背面侧设置对置电极，可将绝缘玻璃衬底、聚酰亚胺等的塑料衬底、陶瓷衬底、半导体衬底等用作衬底。
然而，本实施方式中，将对置电极14配置在喷嘴1的喷嘴孔的对置面侧离开规定距离的位置，并且在该地址电极14与喷嘴1之间配置衬底13，其目的在于，使喷嘴1的喷嘴孔喷出的排出材料3较稳定地击中衬底13的表面。
将上述电极2和地址电极14连接到电压施加部9。此电压施加部9对加在电极2上的电压和加在地址电极14上的电压的至少一方进行控制，如果是孤单流排出，在喷嘴1的前端部与衬底13之间施加脉冲电压；如果是连续流排出，则其间施加直流电压。施加在喷嘴1的前端部与衬底13之间的电压的极性正、负均可。
这里，在说明上述电压施加部9的电压施加前，首先在喷嘴1与衬底13之间施加各种电压，调查排出响应性，并示出其结果。
首先，在喷嘴1与衬底13之间施加图10(a)、图10(b)所示的脉冲电压。
图10(a)、图10(b)的各脉冲电压都将上限电压10设定成大于等于最低可排出电压30的相同电压，同时还使上限电压10的施加时间和周期相同。两者的不同点在于下限电压20，图10(b)将下限电压20设定为0V，图10(a)将下限电压20设定成高于0V、小于最低可排出电压30的电压。
所述最低可排出电压30的含义为在直流偏压下排出流体时，可排出的最低电压条件，并且在喷嘴1的前端部(喷嘴孔)的流体所形成的弯液面表面电位达到最低可排出电压30的时间点开始进行排出。例如，喷嘴前端直径为2μm时，最低可排出电压30为150V。
本实施方式示出上限电压10为+极性时的例子，但如上文所述，上限电压10也可以是-极性。因此，说明中用的电压值的高低以0V行为基准，其绝对值相当于大小。
观察施加这种波形的各脉冲电压时的喷嘴1的前端部弯液面表面电位的变化与排出的关系，则图10(b)所示的脉冲电压下，下限电压20为0V，因而施加脉冲电压后就对排出材料3开始进行通电，从在喷嘴1的前端部弯液面储存电荷开始，弯液面表面电位(图中用虚线表示)40升高。弯液面表面电位40的上升曲线因上限电压10、排出材料3的电传导率、喷嘴1内部的流阻而不同，但基本上描绘饱和曲线。然后，在弯液面表面电位40达到最低可排出电压(图中用虚线表示)30的时间点，启动流体排出，但图10(b)的情况下，在上限电压施加时间内，弯液面表面电位40达不到最低可排出电压30，不启动流体排出。上限电压10的下降沿后，开始释放适应与下限电压20的电位差的弯液面上的储存电荷，使弯液面表面电位40衰减。即，在比较例中，不排出流体，依据脉冲电压周期重复弯液面表面电位40的上升、衰减。
另一方面，图10(a)所示的脉冲电压下，由于将下限电压20设定成大于0V，在施加上限电压10前，预先在弯液面上储存电荷，弯液面表面电位40变成与下限电压20大致相同的值。然后，随着施加上限电压(上升沿)，弯液面表面电位40从与下限电压20相同的值开始上升，并且在上限值施加时间内达到最低可排出电压30。在弯液面表面电位40达到最低可排出电压30的时间点，开始排出流体，并且在上限电压的下降沿后，随着弯液面表面电位40的衰减，结束排出。
这样，通过预先施加与上限电压10极性相同的同极性偏压作为下限电压20，下限电压20为0V时，在不能排出流体的上限电压10的施加时间内，能使弯液面表面电位40达到最低可排出电压30，可进行符合脉冲电压周期(上限电压周期)的流体排出。
上限电压10上升后启动流体排出前的时间越短，排出启动响应性越高，因而仅考虑排出启动响应性时，下限电压20的设定范围在与上限电压10同极性的情况下为低于最低可排出电压30的范围，最好在该范围内较高(即接近最低可排出电压30)。
图11示出将ハリマ化成股份公司制造的银纳米糊用作流体排出启动响应性确认实验的结果(喷嘴直径为12μm)。为了确认排出特性适合银纳米糊，将脉冲电压的上限电压10设定为+450V，上限电压10的施加时间设定为2000μsec。这时的最低可排出电压30为+200V。
如图11所示，使脉冲电压的下限电压20从0V增加到+150V时，从施加上限电压10开始到启动流体排出为止的时间逐渐缩短，能确认下限电压20的排出响应性提高的效果。
因此，通过将下限电压20设定成与上限电压10极性相同且在小于最低可排出电压30的范围内，能提高排出启动响应性，进而能使驱动频率提高。
接着，在喷嘴1与衬底13之间施加图12(a)、图12(b)所示的脉冲电压。
图12(a)、图12(b)的各脉冲电压都将上限电压10设定成大于等于最低可排出电压30的相同电压，同时还使上限电压10的施加时间和周期相同。两者的不同点在于下限电压20，图12(b)中，将下限电压20设定成与上限电压极性相同，而图12(a)中，将下限电压20设定成与上限电压10极性相反。
观察施加这种波形的各脉冲电压时的喷嘴1的前端部弯液面表面电位40的变化与排出的关系，则图12(b)所示的比较例中，下限电压20与上限电压10极性相同，因而上限电压下降沿后的弯液面表面电位40与下限电压20之间的电位差小，上限电压10下降沿后的弯液面表面电位40衰减速度慢。因此，上限电压10下降沿后弯液面表面电位40达到可维持排出的最低电压(图中用虚线表示)50前，需要时间，排出比较连续。图12(b)是其最甚者，下限电压20非常高，因而弯液面表面电位40在下限电压20的施加时间内不能低于最低可维持排出电压50，使排出断续进行，不依据脉冲信号周期(上限电压施加周期)中断。
另一方面，图12(a)所示本实施方式的脉冲电压中，将下限电压20设定成与上限电压10极性相反，因而上限电压下降沿后的弯液面表面电位40与下限电压20之间的电位差大，弯液面表面电位40的衰减速度快。因此，弯液面表面电位40由于衰减，能使低于最低可维持排出电压50的时期提早，可使排出切断的良好性(即排出结束响应性)优良。
这样，通过将下限电压20取为与上限电压10极性相反，并且在上限电压10的下降沿后施加极性相反的偏压，能加快上限电压10下降沿后结束排出，可使排出结束响应性良好。由于提高排出结束响应性，能使排出极限频率提高。
上限电压10下降沿后的流体排出结束前的时间越短，排出结束响应性越高，因而仅考虑排出结束响应性时，下限电压20在与上限电压极性相反的情况下，其绝对值越大，其设定范围越好。然而，绝对值大于最低可排出电压30的绝对值时，存在上限电压10与下限电压20的施加时间的比率(负载比)均衡，但弯液面表面电位40可能变成相反极性，因而最好取为最低可排出电压30的绝对值以内。
图13示出将ハリマ化成股份公司制造的银纳米糊用作流体排出启动响应性确认实验的结果(喷嘴直径为12μm)。为了确认排出特性适合银纳米糊，将脉冲电压的上限电压10设定为+450V，上限电压10的施加时间设定为3000μsec。此情况下，最低可排出电压30为+200V。
如图13所示，使脉冲电压的下限电压20从0V增大到200V时，上限电压10的下降沿至排出结束的时间逐渐缩短，能确认基于使下限电压20形成与上限电压10极性相反的排出结束响应性提高的效果。
由此可见提高将下限电压20设定成与上限电压10极性相反，能提高排出结束响应性，进而能使驱动频率提高。
鉴于这样对脉冲电压的下限电压20想办法带来的排出启动响应性和排出结束响应性改善的效果，本静电吸引型流体排出装置的电压施加部9构成在喷嘴1与衬底13之间施加如下的电压。
图1(a)示出孤单流排出时所述电压施加部9施加在喷嘴1与衬底13之间的脉冲电压的波形。图1(b)示出比较例的脉冲电压波形。
本实施方式的脉冲电压和比较例的脉冲电压都将上限电压10设定成大于等于最低可排出电压30的相同电压，同时该上限电压10的施加时间和周期也相同。两者的不同点在于下限电压20。比较例将下限电压20设定为0V。反之，本实施方式中，分为2阶段设定下限电压20，为了使排出启动响应性良好，紧接在上限电压10的上升沿前设定与上限电压10极性相同且小于最低可排出电压30的第1下限电压(预充电电压)20a；为了使排出结束响应性良好，紧接在上限电压10的下降沿后设定与上限电压10极性相反的第2下限电压(促衰减电压)20b。
观察施加这种波形的各脉冲电压时的喷嘴1前端部的弯液面表面电位40的变化与排出的关系，可见图1(b)所示的比较例中，由于下限电压20为0V，施加脉冲电压后，对排出材料3启动通电，开始在喷嘴1的前端部的弯液面储存电荷，使弯液面表面电位40升高。然后，在弯液面表面电位40达到最低可排出电压30的时间点启动流体排出，并且在上限电压10的下降沿后，弯液面表面电位40随着衰减而超过最低可排出电压50时，排出结束。
另一方面，图1(a)所示的本实施方式的脉冲电压中，首先紧接在上限电压10的上升沿前，将下限电压20a设定成小于最低可排出电压30的程度，因而在弯液面的表面储存适应第1下限电压20a的份额的电荷，使弯液面表面电位40变成与第1下限电压20a大致相同的电位。于是，再施加大于等于最低可排出电压30的上限电压10时，弯液面表面电位40立即达到最低可排出电压30，并启动流体排出。对排出结束时而言，紧接在上限电压10的下降沿后，由于设定与上限电压10极性相反的第2下限电压20b，上限电压10的下降沿后，弯液面表面电位40的衰减速度加快，弯液面表面电位40立即低于最低可维持排出电压50，使排出结束。
通过做成这种结构，上限电压10的上升和下降，两者都能改善排出响应性，可提高排出极限频率。通过使上升和下降双方的响应性改善，能进行依赖于上限电压的排出控制，可作排出量的时间控制。
图14示出孤单流排出时，所述电压施加部9加在喷嘴1与衬底13之间的脉冲电压变换例的波形，图14所示的电压与图1(a)的脉冲电压的不同点在于上限电压10的下降沿后的第2下限电压20b，这里第2下限电压20b小于第1下限电压20a并与上限电压10极性相同。但是，作为第2下限电压20b，如果极性相同，则越接近0V，排出结束响应性越好。又，第2下限电压20b也可以是取为0伏的脉冲电压。这样，与第2下限电压20b为不同极性的相比，使排出结束响应性良好的效果差，但可作尽量缩短非排出时间的孤单流排出，对邻近点的形成有效。又由于脉冲电压的上限电压与下限电压的电位差小，可用低电压驱动的驱动器。
图15(a)示出连续流排出时，所述电压施加部9加在喷嘴1与衬底13之间的直流电压上升沿的波形。图15(b)示出比较例的直流电压上升沿的波形。
图15(a)中，紧接在直流电压15的上升沿前，施加与直流电压15极性相同且小于最低可排出电压30的偏压(预充电电压)25。与此相反，比较例的图15(b)中，不施加偏压25，形成从0V开始上升。
图15(b)中，由于直流电压上升沿前不施加偏压25，弯液面表面电位40在直流电压15的上升沿后，从0V开始升高。因此，弯液面表面电位40到达最低可排出电压30后至启动流体排出的时间长，不能与开始施加直流电压15同时地启动流体排出。
反之，图15(a)中，由于在直流电压15的上升沿前设定偏压25，弯液面表面电位40预先变成与偏压25大致相同的电位。因此，施加直流电压15时，弯液面表面电位40到达最低可排出电压30前的时间缩短，能与施加直流电压15大致同时地启动流体排出。关于此排出启动响应性，在小于最低可排出电压30的范围内，上升沿前的偏压25越大，即越接近最低可排出电压30，该响应性越好。
图16(a)示出连续流排出时，所述电压施加部9加在喷嘴1与衬底13之间的直流电压下降沿的波形。图15(b)示出比较例的直流电压下降沿的波形。
图16(a)中，紧接在直流电压15的下降沿后，施加与直流电压15极性相反的偏压(促衰减电压)26。与此相反，比较例的图15(b)中，不施加偏压26，形成下降到0V。
图16(b)中，由于直流电压下降沿后不施加偏压26，下降到0V，弯液面表面电位40在直流电压下降升沿描绘缓慢时间曲线。因此，弯液面表面电位40低于最低可维持排出电压50，排出结束前的时间长，不能与结束施加直流电压同时地结束排出。
反之，图16(a)中，由于在直流电压15的下降沿后设定极性相反的偏压26，直流电压15下降沿后与弯液面表面电位40之间的电位差大于图16(b)的该电位，弯液面表面电位40在直流电压15的下降沿后描绘急剧衰减的曲线。因此，弯液面表面电位40低于最低可维持排出电压50，排出结束前的时间缩短，能与施加直流偏压的结束大致同时地结束排出。关于此排出结束响应性，下降沿后的偏压26在与直流电压15极性相反时，其绝对值越大，该响应性越好。然而，大得超过最低可排出电压30时，也取决于偏压26的施加时间，但在极性相反侧，弯液面表面电位40大于最低可排出电压30，可能排出反极性带电的流体，因而最好小于最低可排出电压30的绝对值。
通过做成这种结构，可使直流电压15升降双侧都排出响应性良好，即排出启动响应性、排出结束响应性都良好，从而用直流电压15进行线条描绘时，能提高其排出启动位置和排出结束位置的精度。
本实施方式中，构成具有对置电极14，但如上文所述，本发明的静电吸引型流体排出中，不必设置对置电极14，因而可构成仅用加在喷嘴1内部的电极2上的电压产生图1(a)所示的脉冲电压。也可构成将对置电极14接地，电压施加部9仅控制加在喷嘴1内部的电极2的电压，并产生图1(a)所示的脉冲电压。
本实施方式中，示出图1、图10、图12、图14～图16的矩形波作为加在喷嘴1与衬底13之间的脉冲电压波形的例子，但对正弦波那样通过速率低的波形也同样可用。
本实施方式中，作为最佳实施方式，说明了排出启动响应性、排出结束响应性都良好的情况，但从用图10～图13的说明可知，排出启动响应性和排出结束响应性各自独立。
综上所述，本发明的静电吸引型流体排出装置，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其中，所述喷嘴的喷出孔直径为0.01μm～25μm，同时还具有将上限电压被设定成大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的脉冲电压，施加在所述喷嘴与所述衬底之间的电压施加单元，并且紧接在该脉冲电压上升沿前，设定极性与上限电压相同而且绝对值小于所述最低可排出电压的预充电电压。
根据上述组成，通过将喷嘴的喷出孔径做成0.01～25μm的微细孔径，产生局部电场，可利用喷嘴微细化降低排出的驱动电压。这样降低驱动电压，在装置小型化和喷嘴高密度化中极有利。当然，通过使驱动电压降低，也可使用成本优势大的低电压驱动的驱动器。
又，使用该局部电场的排出模型中，排出需要的电场强度依赖于局部集中电场强度，因而不必存在对置电极。即，不需要对置电极也可对绝缘衬底等进行印字，加大装置组成的自由度。而且，也可对厚的绝缘体进行印字。
然而，上述那样喷嘴微细化存在的问题是排出量越微量，排出响应性越急剧劣化，高频驱动越困难。当然，此问题通过加大施加在喷嘴与衬底之间的脉冲电压的上限电压，可某种程度实现高频率驱动，但需要在驱动电极加高压用的高电压驱动器，不可能使用成本优势大的低电压驱动的驱动器，这原本应为喷嘴微细化带来的优点。
详细观察排出响应性，则分为脉冲电压上升时的排出启动响应性和脉冲电压下降时的排出结束响应性，排出响应性低终究存在不能进行依赖于上限电压施加时间的高精度排出量控制的问题。
针对这点，上述组成中，电压施加单元在所述喷嘴与所述衬底之间施加将上限电压设定成大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的脉冲电压，其中紧接在该脉冲电压上升沿前，设定极性与上限电压相同且绝对值小于所述最低可排出电压的预充电电压，因而在脉冲电压上升沿前形成弯液面表面电位已某种程度得到预充电的状态。
因此，脉冲电压上升沿后，弯液面表面电位在短时间就达到作为排出条件的最低可排出电压，开始进行排出，能提高排出启动响应性，进而使排出极限频率提高，可作高频驱动。
为了达到上述目的，本发明的另一静电吸引型流体排出装置，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其中，所述喷嘴的喷出孔直径为0.01μm～25μm，同时还具有将上限电压被设定成大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的脉冲电压，施加在所述喷嘴与所述衬底之间的电压施加单元，并且在该脉冲电压下降沿后，设定极性与上限电压相反的促衰减电压。
上述组成中，也具有与上述本发明静电吸引型流体排出装置相同的作用通过将喷嘴的喷出孔直径做成0.01～25μm的微细直径，可降低驱动电压，在装置小型化和喷嘴高密度化中极有利，同时还可使用成本优势大的低电压驱动的驱动器等。
而且，上述组成中，电压施加单元在所述喷嘴与所述衬底之间施加将上限电压设定成大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的脉冲电压，其中紧接在脉冲电压下降沿后，设定极性与上限电压相反的促衰减电压，所以在脉冲电压下降沿后，弯液面表面电位急剧衰减。
因此，脉冲下降沿后，弯液面表面电位在短时间就低于作为继续排出的条件的最低可维持排出电压，并使排出停止，能提高排出结束响应性，进而使排出极限频率提高，可作高频驱动。
本发明的又一静电吸引型流体排出装置，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其中，所述喷嘴的喷出孔直径为0.01μm～25μm，同时还具有将上限电压被设定成大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的脉冲电压，施加在所述喷嘴与所述衬底之间的电压施加单元，并且紧接在该脉冲电压上升沿前，设定极性与上限电压相同且绝对值小于所述最低可排出电压的预充电电压，同时还紧接在该脉冲电压下降沿后，设定极性与上限电压相反的促衰减电压。
上述组成中，也具有与上述本发明静电吸引型流体排出装置相同的作用通过将喷嘴的喷出孔直径做成0.01～25μm的微细直径，可降低驱动电压，在装置小型化和喷嘴高密度化中极有利，同时还可使用成本优势大的低电压驱动的驱动器等。
而且，上述组成中，电压施加单元在所述喷嘴与所述衬底之间，施加将上限电压设定成大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的脉冲电压，其中紧接在该脉冲电压上升沿前，设定极性与上限电压相同且绝对值小于最低可排出电压的预充电电压，同时还在脉冲电压下降沿后，设定极性与上限电压相反的促衰减电压。
因此，如上文所述，能使排出启动响应性和排出结束响应性都提高，进而能使排出极限频率提高，可作高频驱动。由于能进行依赖于上限电压施加时间的排出控制，可作排出量的时间控制。
本发明的另一静电吸引型流体排出装置，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其中，所述喷嘴的喷出孔直径为0.01μm～25μm，同时还具有将上限电压被设定成大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的脉冲电压，施加在所述喷嘴与所述衬底之间的电压施加单元，并且紧接在该脉冲电压上升沿前，设定极性与上限电压相同且绝对值小于所述最低可排出电压的预充电电压，同时还紧接在该脉冲电压下降沿后，设定极性与上限电压相同的促衰减电压。
这里，将促衰减电压取为同极性且绝对值小于最低可维持排出电压，因而与促衰减电压为极性相反时相比，使排出结束响应性良好的效果差，但能作尽量缩短非排出时间的孤单流排出，对相邻点的形成有效。又由于脉冲电压的上限电压与下限电压的电位差小，能用低电压驱动的驱动器。
本发明的又一静电吸引型流体排出装置，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其中，所述喷嘴的喷出孔直径为0.01μm～25μm，同时还具有将上限电压被设定成大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的直流电压，施加在所述喷嘴与所述衬底之间的电压施加单元，并且紧接在该直流电压上升沿前，设定极性与上限电压相同而且绝对值小于所述最低可排出电压的预充电电压。
上述组成中，具有与上述本发明静电吸引型流体排出装置相同的作用通过将喷嘴的喷出孔直径做成0.01～25μm的微细直径，可降低驱动电压，在装置小型化和喷嘴高密度化中极有利，同时还可使用成本优势大的低电压驱动的驱动器等。
而且，上述组成中，电压施加单元在所述喷嘴与所述衬底之间施加将上限电压设定成大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的直流电压，其中紧接在该直流电压上升沿前，设定极性与上限电压相同且绝对值小于最低可排出电压的预充电电压，因而开始施加电压时的排出启动响应性导致可作依赖于直流电压施加结束定时的高精度排出启动位置控制。
即，上述电压升降时的响应性的问题都不限于脉冲电压，在衬底上进行线条描绘时施加的直流电压，施加该电压时也发生。因此，开始施加直流电压时的排出启动响应性导致不能进行依赖于直流电压施加启动定时的高精度排出启动位置控制，但利用该响应性可作依赖于直流电压启动定时的高精度排出启动位置控制。
本发明的另一静电吸引型流体排出装置，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其特征在于，所述喷嘴的喷出孔直径为0.01μm～25μm，同时还具有将上限电压被设定成大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的直流电压，施加在所述喷嘴与所述衬底之间的电压施加单元，并且在该直流电压下降沿后，设定极性与上限电压相反的促衰减电压。
上述组成中，也具有与上述本发明静电吸引型流体排出装置相同的作用通过将喷嘴的喷出孔直径做成0.01～25μm的微细直径，可降低驱动电压，在装置小型化和喷嘴高密度化中极有利，同时还可使用成本优势大的低电压驱动的驱动器等。
而且，上述组成中，电压施加单元在所述喷嘴与所述衬底之间施加将上限电压设定成大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的直流电压，其中紧接在直流电压下降沿后，设定极性与上限电压相反的促衰减电压，所以施加电压结束时的排出结束响应性导致可作依赖于直流电压施加结束定时的高精度排出结束位置控制。
与电压施加启动位置控制相同，在衬底上进行线条描绘时，施加直流电压结束时的排出结束响应性导致不能进行依赖于直流电压施加结束定时的高精度排出结束位置控制，但利用该响应性，可作依赖于直流电压施加结束定时的高精度排出结束位置控制。
又，本发明的上述静电吸引型流体排出装置中，最好构成所述促衰减电压的绝对值小于最低可排出电压。
其原因在于，促衰减电压大到超过最低可排出电压的绝对值时，该控制也取决于脉冲电压的周期等促衰减电压的施加时间，但弯液面表面电位在极性相反侧大于最低可排出电压，可能排出相反的极性带电的流体。通过使其小于最低可排出电压的绝对值，弯液面表面电位不极性相反。
综上所述，本发明的静电吸引型流体排出方法，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其特征在于，将所述喷嘴的喷出孔直径取为0.01μm～25μm，并且在将上限电压被设定成大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的脉冲电压，施加在所述喷嘴与所述衬底之间时，紧接在该脉冲电压上升沿前，设定极性与上限电压相同而且绝对值小于所述最低可排出电压的预充电电压。
如已说明的那样，通过将喷嘴的喷出孔径做成0.01～25μm的微细孔径，可降低驱动电压，在装置小型化和喷嘴高密度化中极有利，同时也可使用成本优势大的低电压驱动的驱动器，并可构成不用对置电极。
此外，还紧接在电压上升沿前，施加绝对值小于最低可排出电压的与施加电压极性相同的预充电电压，从而弯液面表面电位可预充电，能使排出启动响应性良好。
综上所述，本发明的另一静电吸引型流体排出方法，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其特征在于，将所述喷嘴的喷出孔直径取为0.01μm～25μm，并且在将上限电压被设定成大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的脉冲电压，施加在所述喷嘴与所述衬底之间时，紧接在该脉冲电压上升沿后，施加极性与施加电压相反的促衰减电压。
如已说明的那样，通过将喷嘴的喷出孔径做成0.01～25μm的微细孔径，可降低驱动电压，在装置小型化和喷嘴高密度化中极有利，同时也可使用成本优势大的低电压驱动的驱动器，并可构成不用对置电极。
此外，还在电压上升沿后施加极性与施加电压相反的施加促进电压，从而促进弯液面表面电位衰减，能使排出结束响应性良好。
实施方式2基于使用局部电场的流体排出模型的静电吸引型排出中，如上文所述，能使喷嘴直径和驱动电压都减小。
然而，使用局部电场的流体排出模型时，排出响应性基本上由喷嘴内部的电极与喷嘴前端部之间的流体的电阻R和喷嘴前端部与衬底之间的静电电容C的乘积的时间常数RC降低。而且，电阻R和静电电容C的单元参数包含喷嘴直径d，排出响应性因该喷嘴直径而变化。如上文所述，随着喷嘴直径d的减小，时间常数RC变得极大，因而排出响应性差，可排出的极性频率变低。
也就是说，基于使用局部电场的流体排出模型的静电吸引型流体排出中，排出响应性基本上受喷嘴内部电极与喷嘴前端部之间的流体(排出材料)的电阻影响而变化。因此，流体的电传导率大小引起排出响应性大幅度变化，喷嘴与衬底的相对速度或加在喷嘴与衬底之间的电压导致不能进行稳定的线条描绘这种缺陷。
例如，电传导率低的流体由于排出响应性差，如图17所示，高速进行排出头110与载放衬底13的衬底载置台16的相对移动时，即使施加直流偏压，在低速驱动中不成问题地描绘的线条也得不到描绘，形成中断的线条描绘图像。
这种问题起因于基于使用局部电场的流体排出模型的静电吸引型流体排出装置的微细喷嘴前端的直径，产生的原因为喷嘴内部电极与喷嘴前端部直径的流体(排出材料)的电阻变大造成的排出响应性差和衬底上形成的点的直径和线条的宽度的超微细化，是以往的排出量中不成问题的待解决的新课题。
本实施方式的静电吸引型流体排出装置，通过控制扫描速度或喷嘴与衬底之间施加的电压，能稳定地取得无中断的线条扫描图像。在下面的2个例子中具体说明这种静电吸引型流体排出装置的组成。为了说明方便，对具有与上述实施方式1中用的组成部分相同的功能的构件标注相同的标号，并省略其说明。
实施方式2-1图18示出本实施方式的静电吸引型流体排出装置的关键部分的侧视剖视图。
这种静电吸引型流体排出装置中，喷嘴1的喷嘴孔的对置面侧在离开规定距离的位置设置具有作为地址电极14的功能的衬底载置台6，并将衬底13放在该衬底载置台16上，其目的在于使喷嘴1的喷嘴孔排出的排出材料稳定地击中衬底13的表面。
这里，对衬底载置台16授给作为对置衬底的功能，但如上文所述，根据本发明，由于喷嘴前端部的电场集中效应和对置衬底上感应的镜像力的作用，不需要如先行技术那样使衬底为导电性，或者在衬底的背面方设置对置电极，可将绝缘玻璃衬底、聚酰亚胺等的塑料衬底、陶瓷衬底、半导体衬底等用作衬底。
电极2和衬底载置台16连接驱动信号施加部109，以代替电压施加部9(参考图9)。此驱动信号施加部109根据控制部118的控制，控制加在电极1的信号电压和加在衬底载置台16的信号电压的至少一方，将脉冲电压或直流电偏压在喷嘴1与衬底13之间。如果是孤单流排出，驱动信号施加部109施加脉冲电压；如果是连续流排出，则施加直流偏压。加在喷嘴1与衬底13之间的电压的极性可为正，也可为负。还可将衬底载置台16接地。
本实施方式的静电吸引型流体排出装置，还具有排出头驱动部116、控制部117和台驱动部119。排出头驱动部116至少往X方向驱动排出头110，台驱动部119至少往反X方向驱动衬底载置台16。也可构成往衬底载置台16侧或排出头110侧驱动。然后，如图19所示，排出头驱动部116和台驱动部119由控制部117控制，使往排出头110的X方向的速度vH和往衬底载置台16的反X方向的速度vs之和的相对速度成为扫描速度v。
这里，由控制部117和118、台驱动部119、衬底载置台16、排出头110、排出头驱动部116和驱动信号施加部109构成线条描绘单元，一面使喷嘴1和衬底13相对移动，一面在喷嘴1与衬底13之间施加电压，进行线条扫描。
图20示出加在喷嘴1与衬底13之间的驱动信号波形。这里，首先用图20说明静电吸引型流体排出的排出特性。由所述驱动信号施加部109对排出头110的所述喷嘴1内部的电极2和衬底载置台16施加驱动信号，基本上就在喷嘴1与衬底13之间施加其电位差决定的信号电压111。
信号电压111是大于最低可排出电压(图中示为虚线)130的电压。通过用最低可排出电压130进行排出，能使击中在衬底上的流体所形成的点的直径和线条的宽度的尺寸最小，因而将所述信号电压111设定在各喷嘴的最低可排出电压条件附近。
最低可排出电压130的含义为用直流偏压使流体排出时可排出的最低电压条件，并且依赖于喷嘴直径。在喷嘴1的前端部(喷嘴孔)的流体所形成的维也纳表面电位达到该最低可排出电压130的时间点，启动流体排出。
一施加信号电压111，就从所述电极2流出电荷，开始在喷嘴1的前端部(喷嘴孔)的流体所形成的弯液面上储存电荷。作为弯液面表面电位的电位曲线的弯液面表面电位(图中用虚线表示)120是饱和曲线，其饱和速度取决于施加的信号电压111、作为排出材料3的流体的电传导率、喷嘴1内部的流道形状。
然后，弯液面表面电位120达到最低可排出电压130时，接受这时的电场力，排出微小量的流体。排出流体，则弯液面表面电位120暂时低于最低可排出电压130，因而在喷嘴1的前端部切断形成拉丝状的排出流体。其后，弯液面表面电位120因电极2供给电荷而再次升高并再次达到最低可排出电压130时，再次排出流体。重复此过程。即，通过重复流体排出带来的电位降低和来自电极的电荷的积存造成的电位升高，使弯液面表面电位120在最低可维持排出电压130附近作锯齿状转移，并按其周期间歇地重复排出。
该间歇周期tv因信号电压111和流体的电传导率而不同，例如用喷嘴直径约2μm的喷嘴头以300V的施加电压使电传导率为10-8S/cm左右的银纳米糊材料排出时，该周期为约66μsec。
接着，线条描绘条件如图21(a)所示，由扫描速度v与各排出条件决定的间歇排出周期tv的乘积v×tv决定衬底上的排出间隔。于是，该排出间隔v×tv如果等于孤单排出图案(点)P的扫描方向的图案宽度，则孤单排出图案一面不重叠地接连产生，一面形成不在一直线上。描绘稳定的线条中，最好扫描方向相邻的各孤单排出图案略为重叠。因此，这里决定扫描速度v，使相邻的孤单排出图案P、P重叠副扫描方向图案宽度D之半以上，如图21(c)所示。由此，图案P、P不分开地相连，可实现常稳定的线条描绘。
这里，将重叠宽度取为副扫描方向图案宽度D之半以上是因为如图21(c)所示，孤单排出图案P依赖于扫描速度v，扫描速度越快，在扫描方向越长，但副扫描方向图案宽度D即使存在若干变化，也不会依赖于扫描速度，变化成扫描方向图案的程度。
结束相邻的孤单排出图案P、P之间无用地重叠成需要的程度以上，扫描速度v也慢，因而通过控制扫描速度v，按副扫描方向图案宽度D的1.5倍以下相互重叠，避免带来无用重叠并使扫描速度v太慢的缺点。
对此，将扫描方向图案宽度取为L，并将与扫描方向垂直的副扫描方向的图案宽度取为D时，通过将扫描速度v设定成满足式(19)，能在维持超微细线条宽度的状态下，能以高速进行无中断的稳定线条扫描。
V＜(L-1.5D)/tv……(19)因此，本实施方式的静电吸引型流体排出装置中，在控制部117的控制下，所述拾光头驱动部116和台驱动部119根据流体的电传导率和适应信号电压11的间歇排出周期tv，驱动排出头110和重叠载置台16，使间歇排出的排出图案P相邻的图案依据间歇排出现象的周期局部重叠，具体而言，将扫描速度v设定成满足上述式(19)，并进行该驱动。
由此，能在设定的信号电压111的条件内，进行无中断的稳定线条扫描，可实现高速形成线条描绘。
实施方式2-2说明本实施方式的静电吸引型流体排出装置。但是，本实施方式的静电吸引型流体排出装置的组成基本上与前面说明的实施方式2-1的静电吸引型流体排出装置相同，因而作为装置组成图，同样用图18，并省略相同部分的说明，仅说明不同的部分。
实施方式2-1的静电吸引型流体排出装置将信号电压111设定成满足大于最低可维持排出电压130而且在最低可排出电压130附近，并使扫描速度v变化，从而能描绘稳定的线条。与此相反，本实施方式2的静电吸引型流体排出装置通过使信号电压变化，可描绘稳定的线条。
图22(a)、图22(b)示出驱动信号波形与间歇排出周期的关系。首先用该图说明静电吸引型流体排出的排出特性。实施方式2-1中已说明，在施加信号电压111后开始增加的弯液面表面电位120达到最低可排出电压130的时间点开始排出，但在一次排出流体后，重复因流体排出而释放的电荷量份额的电位降低和来自电极2的电荷供给份额的电位升高，能维持间歇排出状态。
而且，排出后的弯液面表面电位120的上升速度因信号电压111而大为不同。例如，如图22(a)所示，在施加信号电压111大致等于最低可排出电压130那样的低电压的情况下，弯液面表面电位120以接近饱和的状态重复电位的增减，所以弯液面表面电位120的增加速度非常慢。因此，在弯液面表面电位120达到最低可排出电压130的时间点上启动的排出的时间间隔长。
与此相反，如图22(b)所示，信号电压111充分大于最低可排出电压130时，以弯液面表面电位120远离饱和的状态重复电位增减，所以弯液面表面电位120的增加速度非常快。因此，在弯液面表面电位120达到最低可排出电压130的时间点启动的排出的时间间隔短。
这样，即使排出材料3相同且使用直径相同的排出头110，如果信号电压111不同，其间歇排出频率也变化。
图23示出将ハリマ化成股份公司制造的银纳米糊用作排出材料3，以排出头110的喷嘴直径约1μm进行排出时的信号电压111与间歇排出频率的关系。从图23判明信号电压111越大，间歇排出频率越高，排出的时间间隔越短。亦即，信号电压111越大，对线条描绘越有效。
进而，使用银纳米糊，并以排出头110的喷嘴直径约1μm调查扫描速度v与最低线条可扫描电压的关系。其结果如图24所示，可确认每一扫描速度存在对线条进行扫描用的最低电压值，并且扫描速度越高，该电压值越大。
因此，本实施方式的静电吸引型流体排出装置中，在控制部118的控制下，所述驱动信号施加部109设定大于对指定的扫描速度v间歇排出现象的孤单排出图案间隔为零的最低线条可扫描电压的电压条件的信号电压111。
具体而言，与实施方式2-1相同，如图21(b)所示，将信号电压111设定成扫描方向上相邻的孤单排出图案P、P的重叠宽度大于等于0.5倍且小于等于1.5倍副扫描方向图案宽度D的范围。
由此，能在设定的扫描速度v的条件内，可靠地形成无中断的稳定线条扫描，可实现形成高速线条扫描。
又，根据图24，通过对银纳米糊那样的电传导率为10-7～10-9S/cm的排出材料3，将扫描速度v(mm/sec)和可作线条扫描的最低信号电压Vin(V)取为式(20)，能简便地实现形成高速线条扫描。
→Vin＞31v+75 ……(20)例如，为了在大于等于5mm/sec的高速扫描时稳定地进行高速扫描，需要供给大于等于300V的施加电压。
本实施方式中，分别说明了将扫描速度v和信号电压111各自优化并可作稳定的线条扫描的组成，但由于存在将信号电压111设定得越大于最低可排出电压130，线条扫描的线宽约增大的趋势，也可将扫描速度v和信号电压111两者都优化，并驱动需要的线宽和需要的扫描速度v。
综上所述，本发明的静电吸引型流体排出装置，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从排出头具有的喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其中，所述喷嘴的喷出孔直径为0.01μm～25μm，同时还具有一面使所述喷嘴与所述衬底相对移动、一面将大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的电压，施加在所述喷嘴与所述衬底之间以进行线条描绘的线条描绘单元，该线条描绘单元依据频率随所述电压和所述流体的电传导率不同的间歇排出现象的周期，控制所述相对移动的速度，使被间歇排出的排出图案的相邻图案之间，部分相互重叠。
根据上述组成，通过将喷嘴的喷出孔直径做成0.01～25μm的微细直径，按照使用局部电场的排出模型，产生局部电场，利用喷嘴微细化可降低驱动电压。这样降低驱动电压，在装置小型化和喷嘴高密度化中极有利。当然，通过使驱动电压降低，可使用成本优势大的低电压驱动的驱动器。
又，使用所述局部电场的排出模型中，排出需要的电场强度依赖于局部集中电场强度，因而不必存在对置电极。即，不需要对置电极也可对绝缘衬底等进行印字，加大装置组成的自由度。而且，也可对厚的绝缘体进行印字。
可是，这种组成中，排出响应性基本上起因于喷嘴内部的电极与喷嘴前端部之间的流体(排出材料)的电阻，所以排出响应性因流体电传导率大小而大幅度变化，存在喷嘴与衬底的相对速度或加在喷嘴与衬底之间的电压造成不能进行稳定的线条描绘的缺陷。该缺陷是由于喷嘴前端微细造成电阻加大并且排出响应性劣化以及衬底上形成的点的直径和线条的宽度变成超微细而产生的问题，是以往的排出量中不成问题的新问题。
针对这点，上述组成中，线条描绘单元一面使喷嘴与衬底相对移动、一面在喷嘴与衬底之间施加大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压以进行线条描绘，其中依据频率随电压和流体电传导率而不同的间歇排出现象的周期，控制相对移动的速度，使被间歇排出的排出图案的相邻图案相互部分重叠，所以又能将电压设定在可形成超微细线条的最低可排出电压附近，又能高速实施无间断的稳定线条描绘，而不带来线宽变粗等缺陷。
综上所述，本发明的另一静电吸引型流体排出装置，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从排出头具有的喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其中，将所述喷嘴的喷出孔直径取为0.01μm～25μm，同时还具有一面使所述喷嘴与所述衬底相对移动、一面将大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的电压，施加在所述喷嘴与所述衬底之间以进行线条描绘的线条描绘单元，该线条描绘单元对电压进行控制，使得所述相对移动的速度决定的被间歇排出的排出图案的相邻图案之间，部分相互重叠。
上述组成中，也具有与上述本发明静电吸引型流体排出装置线相同的作用通过将喷嘴的喷出孔直径做成0.01～25μm的微细直径，可降低驱动电压，在装置小型化和喷嘴高密度化中极有利，同时还可使用成本优势大的低电压驱动的驱动器。
而且上述组成中，线条描绘单元一面使所述喷嘴与所述衬底相对移动、一面将大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的电压，施加在所述喷嘴与所述衬底之间以进行线条描绘，其中对电压进行控制，使得所述相对移动的速度决定的被间歇排出的排出图案的相邻图案之间，部分相互重叠，因而提高间歇排出频率，能应对高速移动，可用希望的高速进行无中断的稳定线条描绘。
上述的本发明的静电吸引型流体排出装置中，所示线条描绘单元最好控制所述相对移动速度或所述电压，使得相邻的排出图案以大于等于0.5倍且小于等于1.5倍该图案在与所述相对移动的移动方向垂直的方向的直径的方式重叠。
排出图案在相对移动方向的图案直径因相对移动速度而变化，但相对移动速度对与相对移动方向垂直的方向的图案直径影响小。因此，通过这样控制所述相对移动速度或所述电压，使相邻的排出图案以大于等于0.5倍且小于等于1.5倍该图案在与所述相对移动的移动方向垂直的方向的直径的方式重叠，能可靠地进行稳定的描绘，同时不带来无用重叠并使相对移动速度慢或电压太大这种缺陷。
综上所述，本发明的又一静电吸引型流体排出装置，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从排出头具有的喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其中，所述喷嘴的喷出孔直径为0.01μm～25μm，同时还具有一面使所述喷嘴与所述衬底相对移动、一面将大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的电压，施加在所述喷嘴与所述衬底之间以进行线条描绘的线条描绘单元，该线条描绘单元在所述流体的电传导率为10-7～10-9S/cm的情况下，用满足关系式Vin＞31v+75的扫描速度和等于进行线条描绘，其中设作为所述相对移动速度的扫描速度为v(mm/sec)，并且所述电压为Vin(V)。
上述组成中，也具有与上述本发明静电吸引型流体排出装置相同的作用通过将喷嘴的喷出孔直径做成0.01～25μm的微细直径，可降低驱动电压，在装置小型化和喷嘴高密度化中极有利，同时还可使用成本优势大的低电压驱动的驱动器等。
而且，所述组成中，线条扫描单元一面使喷嘴与衬底相对移动、一面将大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的电压，施加在喷嘴与衬底之间以进行线条描绘，其中在流体的电传导率为10-7～10-9S/cm的情况下，用满足关系式Vin＞31v+75的扫描速度和等于进行线条描绘，该关系式设作为所述相对移动速度的扫描速度为v(mm/sec)所述电压为Vin(V)，因而最好是银纳米糊那样电传导率为10-7～10-9S/cm的排出材料，但能高速且简便地实现稳定的线条扫描。
综上所述，本发明的静电吸引型流体排出方法，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从排出头具有的喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其中，将所述喷嘴的喷出孔直径取为0.01μm～25μm，并且一面使所述喷嘴与所述衬底相对移动、一面将大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的电压，施加在所述喷嘴与所述衬底之间以进行线条描绘时，依据频率随所述电压和所述流体的电传导率不同的间歇排出现象的周期，控制所述相对移动的速度，使得被间歇排出的排出图案的相邻图案之间，部分相互重叠。
如已说明的那样，通过将喷嘴的喷出孔直径做成0.01～25μm的微细直径，可降低驱动电压，在装置小型化和喷嘴高密度化中极有利，同时还可使用成本优势大的低电压驱动的驱动器，并能构成不用对置电极。
此外，还依据频率随电压和流体的电传导率不同的间歇排出现象的周期，控制所述相对移动的速度，使得被间歇排出的排出图案的相邻图案之间，部分相互重叠，从而能以维持超微细线宽的状态高速进行稳定的线条描绘。
综上所述，本发明的另一静电吸引型流体排出方法，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从排出头具有的喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其中，将所述喷嘴的喷出孔直径取为0.01μm～25μm，并且一面使所述喷嘴与所述衬底相对移动、一面将大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的电压，施加在所述喷嘴与所述衬底之间以进行线条描绘时，对电压进行控制，使得被间歇排出且由所述相对移动的速度决定的排出图案的相邻图案之间，部分相互重叠。
如已说明的那样，通过将喷嘴的喷出孔直径做成0.01～25μm的微细直径，可降低驱动电压，在装置小型化和喷嘴高密度化中极有利，同时还可使用成本优势大的低电压驱动的驱动器，并能构成不用对置电极。
此外，还对电压进行控制，使得由所述相对移动的速度决定的、被间歇排出的排出图案的相邻图案之间，部分相互重叠，因而能对速度和电压进行优化，以希望的高速进行无中断的稳定线条描绘。
实施方式3这里，对由超微细喷嘴利用静电力使超微细液体排出时的驱动条件研究的结果进行说明。下面的实施方式中，所取的组成使对置电极与喷嘴对置，在喷嘴与对置电极(即通过对置电极接地的排出处构件)之间产生电场，以便对排出对象物进行液体(流体)的稳定排出。
静电吸引型流体排出装置中，采用基于使用局部电场的流体排出模型，因而如已说明的那样，通过将喷嘴孔直径(喷嘴直径)取为0.01～25μm的范围，能兼顾喷嘴孔径的微细化和驱动电压的低电压化。
然而，由静电吸引型流体排出装置形成特别微小的点或微细的线条时，喷嘴内部的驱动电极与衬底(设在对置电极前的对象物)之间的电位差成为重要因素。即，此电位差太大时，液体排出量变多，难以形成微细图案，另一方面，施加时间太短，则产生排出欠佳。
再有，对于各电压值的施加时间也是重要的因素。即，对于某个电压值施加时间太长时，排出量变多，难以形成微细图案，另一方面，施加时间太短，则产生排出欠佳。
因此，本实施方式中，通过时的设定喷嘴与对置电极之间施加的电压(驱动电压)，可稳定地形成微细点图案。为了说明方便，对具有与上述实施方式1、2中用的组成部分相同的功能的构件标注相同的标号，并省略其说明。
实施方式3-1图25(a)、图25(b)、图26、图27(a)～图27(c)是说明本实施方式的静电吸引型流体排出装置的液体排出方法的图。图25(a)是静电吸引型流体排出装置的概略组成图，图25(b)是其等效电路图。图26是示出加在喷嘴1与对置电极14(即衬底13)之间的驱动电压的施加时间与排出启动电压(最低排出电压)的关系的曲线图。图27(a)～图27(c)是示出喷嘴前端的弯液面表面电位升高与排出启动条件的关系的曲线图。
如图25(a)所示，静电吸引型流体排出装置中，将喷嘴1和对置电极14配置成对置。将对置电极14接地。在喷嘴1内设置电极(驱动电极)2，该电极2上连接电源(驱动电压施加单元)214。在喷嘴1内填充液体组成的排出材料(流体)3，并且在对置电极14的与喷嘴1对置的面配置作为排出材料3的排出处的衬底(排出处构件)13。通过对置电极14将该衬底13接地。利用喷嘴1排出的排出材料3形成例如微细的布线图案。
由例如计算机组成的控制装置(驱动电压施加单元)217控制电压214的运作。即，将来自控制装置217的排出信号供给电源214，并且电源214根据该排出信号对电极2施加例如脉冲波形的电压。喷嘴1内的排出材料3因该电压而带电。作为所述驱动电压的一个例子，例如，如图28所示。
可将绝缘玻璃衬底、聚酰亚胺等的塑料衬底、陶瓷衬底或半导体衬底等用作衬底13。
上述组成中，说明静电吸引型流体排出装置中的微细液体排出的基本特性，尤其是喷嘴1的前端的弯液面240积存的电荷造成的表面电位。
图25(a)所示的静电吸引型流体排出装置中，通过从电源214对电极2施加驱动电压，从电极2对排出材料3供给电荷。此电荷通过喷嘴1内部的排出材料3移动到在喷嘴1的前端部形成的具有静电电容的弯液面240，可认为与衬底13对置。因此，如图25(b)所示，图25(a)的组成可用电源214对电极2施加的驱动电压V0、喷嘴1内部的排出材料3的电阻R、弯液面240与衬底13之间的静电容C表示为串联电路。
所述V0、R、C的串联电路中，可用弯液面240上积存的电荷Q(t)将这些V0、R、C的关系表示如下。
RdQ(t)/dt+Q(t)/C＝V0……(21)接上述式(21)的微分方程式，则可将弯液面表面的积存电荷Q(t)和弯液面表面电位V(t)表示如下。
Q(t)＝CV0[1-exp(-t/RC)] ……(22)V(t)＝V0[1-exp(-t/RC)] ……(23)接着，说明图26所示的实验结果。这是将银纳米糊用作排出材料3实际进行的实验结果，示出排出启动电压与施加时间的关系。排出启动电压(最低排出电压)是指喷嘴1进行排出材料3的排出时对电极2施加的最低电压。
从图26能确认随着施加时间变短，排出需要的电压值变大；作为排出启动条件，施加电压(驱动电压)和施加时间两者与排出启动所需的参数相关。
图27(a)～图27(c)中，对电源214给电极2施加的电压为相互不同的3个值的情况示出到达排出启动电位前的弯液面240的表面电位变化。图27(a)～图27(c)是将图26所示的结果代入式(23)后得到的结果。图27(a)～图27(c)中施加电压与施加时间各自的值是图26的曲线是的3个点，分别在图27(a)为440V且2400μsec，图27(b)为680V且1200μsec，图27(a)为1600V且400μsec。
在图27(a)～图27(c)的情况下，从电源214对电极2施加电压时，从电极2对排出材料3流出电荷，开始积存到弯液面240的表面。这时，如图27(a)～图27(c)所示，弯液面表面电位一面描绘饱和曲线，一面上升，并且其上升速度依赖于式(23)中的电压V0和时间常数RC。
能确认随各施加电压上升的弯液面表面电位在达到最低排出条件的情况下设定的施加时间的时间点，达到排出启动电压。即，如果提供弯液面表面电位达到排出启动电压所需要的时间以上的施加时间，当然就能作排出材料3的排出。具体而言，设定式(23)的弯液面表面电位V(t)成为大于排出启动电压VDC的状态的驱动电压V0和施加时间t，就能排出。即，可取为式(24)。
VDC≤V0[1-exp(-t/RC)]……(24)这里说的排出启动电压VDC是指充分提供施加时间时的最低施加电压，此处作为DC(直流)偏置下的最低电压条件。
如上所述，本实施方式的静电吸引型流体排出装置中，能可靠地将喷嘴1前端产生的弯液面表面电位设定成大于等于排出材料3的排出启动电压，可进行稳定形成微细点。
图29是示出本实施方式的静电吸引型流体排出装置中喷嘴之间(喷嘴1的孔径(直径))与喷嘴1的排出材料3的排出启动电压的关系的曲线图。图29是调查将排出材料3取为银纳米糊并施加DC偏压时的排出启动电压与喷嘴直径的关系的结果。
图29的结果中，随着喷嘴直径减小，排出启动电压降低，在喷嘴直径为1μm时，排出启动电压为约140V。即，使用喷嘴直径大于等于φ1μm的喷嘴时，通过最低也施加大于130V的DC偏压。可靠地进行稳定的排出。
即，φ1μm～φ5μm的喷嘴直径下，上述式(24)VDC≤V0[1-exp(-t/RC)]表示的排出启动电压VDC为130V，因而通过对全部电压波形设定满足式(25)的驱动电压V0和施加时间t，可进行稳定的微细液体排出。
130V＜V0[1-exp(-t/RC)]……(25)
这样，本实施方式的静电吸引型流体排出装置中，通过对喷嘴直径φ1μm～φ5μm的喷嘴1设定满足上述式(25)的驱动电压V0及其施加时间t，可进行稳定的微细液体排出。
又，以上那样将喷嘴直径的范围取为φ1μm～φ5μm是由于喷嘴直径φ1μm为可形成喷嘴直径的技术的下限值。喷嘴直径φ5μm在利用静电吸引型流体排出装置描往衬底13上描绘线条时，由该喷嘴直径可描绘当作微细线条要求的10μm线条。
喷嘴1的驱动中需要的电压是喷嘴1内部的电极2上施加的信号与对置电极14上施加的信号的电位差，因而加在各电极上的信号的形态是任意的。驱动电压的符号正、负均可。
实施方式3-2下面，根据

本实施方式。图30是示出本实施方式的静电吸引型流体排出装置中排出启动电压(最低排出电压)与喷嘴-衬底间的距离(喷嘴1的前端部与衬底13的距离)的关系的曲线图。本实施方式的静电吸引型流体排出装置具有图25的组成。而且，将喷嘴直径取为φ1μm～φ5μm。本实施方式中，省略与上述实施方式3-1相同的部分的说明，仅说明不同的部分。
图30是调查将排出材料3取为银纳米糊并且在各喷嘴直径(φ1.2μm、φ1.8μm、φ2.4μm、φ4.2μm)往电极2施加DC偏压时的排出启动电压与喷嘴-衬底间的距离的关系的结果。
图30的结果中，排出启动电压依赖于喷嘴-衬底间的距离，并随着该距离加大而升高、然而。将喷嘴直径限定为φ1μm～φ5μm时，如果以200μm以下的喷嘴-衬底间距离进行描绘，能使对电极2的施加电压低到大于130V、小于250V，而且范围小。
即，φ1μm～φ5μm的喷嘴直径下，由式(24)表示为VDC≤V0[1-exp(-t/RC)]的排出启动电压VDC的范围是大于130V、小于250V。据此，通过对全部电压波形设定满足式(26)的电压V0和施加时间t，可进行稳定的微细液体排出。
130V＜V0[1-exp(-t/RC)]＜250V …(26)这样，本实施方式的静电吸引型流体排出装置中，通过对喷嘴直径为φ1μm～φ5μm的喷嘴1设定满足上述式(26)的驱动电压V0及其施加时间t，可进行无多余排出和排出欠佳的稳定微细液体排出。
再者，喷嘴1的驱动中需要的电压是喷嘴1内部的电极2上施加的信号与对置电极14上施加的信号的电位差，因而加在各电极上的信号的形态是任意的。驱动电压的符号正、负均可。
这里，根据图30的结果，用通式表示使用喷嘴直径φ1μm～φ5μm范围的喷嘴1并将喷嘴-衬底间的距离作为变量X使其变化时的排出启动电压(最低排出电压)的最大值(VH)和最小值(VL)各自的位移，则为式(27)和式(28)。
VH＝-0.001X2+0.44X+125 ……(27)VL＝-0.0013X2+0.69X+160 ……(28)使用上述VH和VL，可将上述式(26)表示为式(29)。
VL≤V0[1-exp(-t/RC)]≤VH ……(29)实施方式3-3下面，根据

本实施方式。图31是示出本实施方式的静电吸引型流体排出装置中弯液面表面电位偏差与对电极2的施加电压(驱动电压)的关系的曲线图。本实施方式的静电吸引型流体排出装置具有图25的组成。而且，将喷嘴直径取为φ1μm～φ5μm。本实施方式中，省略与上述实施方式3-1、3-2相同的部分的说明，仅说明不同的部分。
用静电吸引型流体排出装置在衬底13上形成微细图案时，高精度设定排出材料3的水平方向位置和高精度调整喷嘴与衬底之间的距离(喷嘴前端与衬底之间的间隙)都重要。这两点在对预先具有凹凸图案的衬底13形成微细图案时，尤为重要。
因此，本实施方式中，调查对喷嘴1的电极2施加脉冲电压作为驱动电压时的喷嘴与衬底之间的距离变动造成弯液面表面电位偏差，并在图31示出其结果。这时，将银纳米糊用作排出材料3，喷嘴直径的范围为φ1μm～φ5μm。图31具体示出将喷嘴与衬底之间的距离设定为30μm并且产生相当于其十分之一的偏差1.5μm时的弯液面表面电位变化量。
从根据图31的结果判明弯液面表面电位偏差变化得大于对电极2的施加电压的值，并且施加电压越大，变化率越急剧变大。即，发生的事态为例如设弯液面表面电位变化量往增加侧移动，则喷嘴1的排出材料3被突然大量排出；反之，往减少侧移动，则喷嘴1的排出材料3的排出突然停止。
具体而言，对电极2施加大电压时，排出材料3突然大量排出或排出停止的可能性高。即，根据图31的结果，为了进行稳定的排出，最好将弯液面表面电位变化量抑制到1V以下。根据图35，通过将对电极2的施加电压设定成小于250V，可做到这点。
综上所述，本静电吸引型流体排出装置在使用喷嘴直径为φ1μm～φ5μm的喷嘴1组成中，通过设定满足130V＜V0[1-exp(-t/RC)]＜250V的电压V0和施加时间t，进而将施加电压V0设定成小于250V，能抑制喷嘴与衬底之间的距离变动等造成的弯液面表面电位偏差，能进行衬底13上形成微细图案时的微细液体稳定排出。
再者，喷嘴1的驱动中需要的电压是喷嘴1内部的电极2上施加的信号与对置电极14上施加的信号的电位差，因而加在各电极上的信号的形态是任意的。驱动电压的符号正、负均可。
综上所述，本发明的静电吸引型流体排出装置，从驱动电压施加单元对喷嘴施加驱动电压，将电荷供给对喷嘴内供给的流体，使该流体从喷嘴孔排出到排出处构件，其中，所示喷嘴的孔径为φ0.01μm～φ25μm，并且所述驱动电压施加单元在将喷嘴内部的液体材料的电阻定义为R，喷嘴前端部的液体与排出处构件之间的静电电容定义为C，因施加所述驱动电压而使流体可排出的最低电压条件定义为VDC时，输出满足VDC≤V0[1-exp(-t/RC)]的驱动电压V0，而且将施加时间t的脉冲电压作为所述驱动电压。
综上所述，本发明的静电吸引型流体排出装置，从驱动电压施加单元在喷嘴与排出处构件之间施加驱动电压，对供给喷嘴内的流体供给电荷，使该流体从喷嘴孔排出到所述排出处构件，其中，所述喷嘴的孔径为φ1μm～φ5μm，并且所述驱动电压施加单元在将所述流体的电阻取为R，喷嘴前端部的所述流体与所述排出处构件之间的静电电容取为C时，按满足下面的公式的电压V0和施加时间t的条件输出所述驱动电压130V＜V0[1-exp(-t/RC)]。
又，本发明的静电吸引型流体排出方法，从驱动电压施加单元在喷嘴与排出处构件之间施加驱动电压，对供给喷嘴内的流体供给电荷，使该流体从喷嘴孔排出到所述排出处构件，其中，所述喷嘴的孔径为φ1μm～φ5μm，并且在所述流体的电阻取为R，喷嘴前端部的所述流体与所述排出处构件之间的静电电容取为C时，按满足下面的公式的电压V0和施加时间t的条件输出所述驱动电压130V＜V0[1-exp(-t/RC)]。
以往，静电吸引型流体排出装置中，由于喷嘴孔径的缩小导致排出中需要的电场强度加大，认为不能兼顾喷嘴孔径的微细化和驱动电压的低电压化。与此相反，本申请的发明根据将喷嘴孔径做成φ0.01μm～φ25μm的微细孔径时产生局部电场并可使排出的驱动电压降低的新见识，通过将喷嘴孔径取为上述范围内，实现兼顾喷嘴孔径微细化和驱动电压低电压化。
本申请发明的组成中，由于进一步将喷嘴孔径限定在φ1μm～φ5μm的范围，使喷嘴孔径微细化带来的驱动电压低电压化更可靠。
又，由于以满足130V＜V0[1-exp(-t/RC)]的电压V0和施加时间t的条件输出所述驱动电压，能将喷嘴前端的弯液面表面电位可靠地设定成大于等于可排出的电位，可提高形成微细点的可靠性。
本发明的另一静电吸引型流体排出装置，从驱动电压施加单元在喷嘴与排出处构件之间施加驱动电压，对供给喷嘴内的流体供给电荷，使该流体从喷嘴孔排出到所述排出处构件，其中，所述喷嘴的孔径为φ1μm～φ5μm，并且所述驱动电压施加单元在将所述流体的电阻取为R，喷嘴前端部的所述流体与所述排出处构件之间的静电电容取为C时，按满足下面的公式的电压V0和施加时间t的条件输出所述驱动电压130V＜V0[1-exp(-t/RC)]＜250V。
根据上述组成，与上述静电吸引型流体排出装置相同，能实现兼顾喷嘴孔径的微细化和驱动电压的低电压化，而且由于进一步将喷嘴孔径限定在φ1μm～φ5μm的范围，使喷嘴孔径微细化带来的驱动电压低电压化更可靠。
又，由于以满足130V＜V0[1-exp(-t/RC)]＜250V的电压V0和施加时间t的条件输出所述驱动电压，能将喷嘴前端的弯液面表面电位可靠地设定成大于等于可排出的电位，可提高形成微细点的可靠性，同时还能将驱动电压设定得低且范围小。
本发明的又一静电吸引型流体排出装置，从驱动电压施加单元在喷嘴与排出处构件之间施加驱动电压，对供给喷嘴内的流体供给电荷，使该流体从喷嘴孔排出到所述排出处构件，其中，所述喷嘴的孔径为φ1μm～φ5μm，并且所述驱动电压施加单元在将所述流体的电阻取为R，喷嘴前端部的所述流体与所述排出处构件之间的静电电容取为C时，按满足下面的公式而且V0＜250V的电压V0和施加时间t的条件输出所述驱动电压130V＜V0[1-exp(-t/RC)]＜250V。
根据上述组成，与上述静电吸引型流体排出装置相同，能实现兼顾喷嘴孔径的微细化和驱动电压的低电压化，而且由于进一步将喷嘴孔径限定在φ1μm～φ5μm的范围，使喷嘴孔径微细化带来的驱动电压低电压化更可靠。
又，由于以满足130V＜V0[1-exp(-t/RC)]＜250V的电压V0和施加时间t的条件输出所述驱动电压，能将喷嘴前端的弯液面表面电位可靠地设定成大于等于可排出的电位，可提高形成微细点的可靠性，同时还能将驱动电压设定得低且范围小。
又，由于取为电压V0＜250V，能将喷嘴前端部形成的弯液面表面电位变化量抑制得低。由此，能抑制喷嘴与排出处构件之间的距离变动等造成的弯液面表面电位偏差，可进行在排出处构件上形成微细图案时的微细液体稳定排出。
本发明的又一静电吸引型流体排出装置，从驱动电压施加单元在喷嘴与排出处构件之间施加驱动电压，对供给喷嘴内的流体供给电荷，使该流体从喷嘴孔排出到所述排出处构件，其中，将所述喷嘴前端部与所述排出处构件之间的距离取为X，所述喷嘴的孔径取为φ1μm～φ5μm，喷嘴孔径在该范围时从喷嘴启动所述流体排出的排出启动电压最大值取为VH、最小值取为VL时，下面的关系式成立。
VH＝-0.001X2+0.44X+125VL＝-0.0013X2+0.69X+160根据上述组成，与上述静电吸引型流体排出装置相同，也能实现兼顾喷嘴孔径微细化和驱动电压低电压化，而且由于进一步将喷嘴孔径限定在φ1μm～φ5μm的范围，使喷嘴孔径微细化带来的驱动电压低电压化更可靠。
又，由于将流体从喷嘴排出的启动电压设定在VH＝-0.001X2+0.44X+125、VL＝-0.0013X2+0.69X+160给出的最大值(VH)与最小值(VL)之间，形成微细图案时来自喷嘴的流体排出中，可进行稳定且可靠性高的运作。
“实施发明用的最佳方式(具体实施方式
)”的部分中完成的具体实施方式
或实施例均为阐明本发明技术内容的例子，不应仅限于这种具体例子作侠义解释，在本发明的精神和下面记述的权利要求书的范围内，可进行各种变换并付诸实施。
工业上的实用性能在衬底上形成微细的点和微细的布线的图案，因而可用于液晶显示器、等离子显示器、电致发光等平板显示装置制造中的图案形成以及半导体器件制造和印刷电路板的导体图案形成等。
权利要求
1.一种静电吸引型流体排出装置，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其特征在于，所述喷嘴的喷出孔直径为0.01μm～25μm，同时还具有将上限电压被设定成大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的脉冲电压，施加在所述喷嘴与所述衬底之间的电压施加单元，并且在该脉冲电压上升沿前，设定极性与上限电压相同而且绝对值小于所述最低可排出电压的预充电电压。
2.一种静电吸引型流体排出装置，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其特征在于，所述喷嘴的喷出孔直径为0.01μm～25μm，同时还具有将上限电压被设定成大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的脉冲电压，施加在所述喷嘴与所述衬底之间的电压施加单元，并且紧接在该脉冲电压下降沿后，设定极性与上限电压相反的促衰减电压。
3.一种静电吸引型流体排出装置，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其特征在于，所述喷嘴的喷出孔直径为0.01μm～25μm，同时还具有将上限电压被设定成大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的脉冲电压，施加在所述喷嘴与所述衬底之间的电压施加单元，并且在该脉冲电压上升沿前，设定极性与上限电压相同而且绝对值小于所述最低可排出电压的预充电电压，同时还紧接在所述脉冲电压下降沿后，设定极性与上限电压相反的促衰减电压。
4.一种静电吸引型流体排出装置，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其特征在于，所述喷嘴的喷出孔直径为0.01μm～25μm，同时还具有将上限电压被设定成大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的脉冲电压施加在所述喷嘴与所述衬底之间的电压施加单元，并且在该脉冲电压上升沿前，设定极性与上限电压相同而且绝对值小于所述最低可排出电压的预充电电压，同时还紧接在脉冲电压的下降沿后，设定极性与上限电压相同且绝对值小于所述预充电电压的促衰减电压。
5.一种静电吸引型流体排出装置，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其特征在于，所述喷嘴的喷出孔直径为0.01μm～25μm，同时还具有将直流电压按大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的方式，施加在所述喷嘴与所述衬底之间的电压施加单元，并且在施加该直流电压前，设定极性与该直流电压相同而且绝对值小于所述最低可排出电压的预充电电压。
6.一种静电吸引型流体排出装置，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其特征在于，所述喷嘴的喷出孔直径为0.01μm～25μm，同时还具有将直流电压按大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的方式，施加在所述喷嘴与所述衬底之间的电压施加单元，并且紧接在施加该直流电压后，设定极性与该直流电压相反的促衰减电压。
7.如权利要求2、3或6中所述的静电吸引型流体排出装置，其特征在于，所述促衰减电压的绝对值小于所述最低可排出电压。
8.一种静电吸引型流体排出方法，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从喷嘴喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其特征在于，将所述喷嘴的喷出孔直径取为0.01μm～25μm，并且在所述喷嘴与所述衬底之间施加大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压时，在电压上升前，施加绝对值小于所述最低可排出电压的与施加电压同极性的预充电电压。
9.一种静电吸引型流体排出方法，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其特征在于，将所述喷嘴的喷出孔直径取为0.01μm～25μm，并且在所述喷嘴与所述衬底之间施加大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压时，紧接在电压上升后，施加极性与施加电压相反的促衰减电压。
10.一种静电吸引型流体排出装置，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从排出头具有的喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其特征在于，所述喷嘴的喷出孔直径为0.01μm～25μm，同时还具有一面使所述喷嘴与所述衬底相对移动、一面将大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的电压，施加在所述喷嘴与所述衬底之间以进行线条描绘的线条描绘单元，该线条描绘单元依据频率随所述电压和所述流体的电传导率不同的间歇排出现象的周期，控制所述相对移动的速度，使得被间歇排出的排出图案的相邻图案之间，部分相互重叠。
11.一种静电吸引型流体排出装置，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从排出头具有的喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其特征在于，所述喷嘴的喷出孔直径为0.01μm～25μm，同时还具有一面使所述喷嘴与所述衬底相对移动、一面将大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的电压，施加在所述喷嘴与所述衬底之间以进行线条描绘的线条描绘单元，该线条描绘单元对电压进行控制，使得被间歇排出的排出图案中与所述相对移动的速度决定的排出图案相邻的排出图案之间，部分相互重叠。
12.如权利要求10或11中所述的静电吸引型流体排出装置，其特征在于，所述线条描绘单元控制所述相对移动速度或所述电压，使得相邻的排出图案按大于等于0.5倍、小于等于1.5倍该排出图案中与所述相对移动的移动方向形成垂直的方向的直径的方式相互重叠。
13.一种静电吸引型流体排出装置，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从排出头具有的喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其特征在于，所述喷嘴的喷出孔直径为0.01μm～25μm，同时还具有一面使所述喷嘴与所述衬底相对移动、一面将大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的电压，施加在所述喷嘴与所述衬底之间以进行线条描绘的线条描绘单元，该线条描绘单元在所述流体的电传导率为10-7～10-9S/cm的情况下，设作为所述相对移动的速度的扫描速度为v(mm/sec)、所述电压为Vin(V)，则用满足下面的关系式的扫描速度和电压进行描绘。Vin＞31v+75
14.一种静电吸引型流体排出方法，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从排出头具有的喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其特征在于，将所述喷嘴的喷出孔直径取为0.01μm～25μm，并且在一面使所述喷嘴与所述衬底相对移动、一面将大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的电压，施加在所述喷嘴与所述衬底之间以进行线条描绘时，依据频率随所述电压和所述流体的电传导率不同的间歇排出现象的周期，控制所述相对移动的速度，使得被间歇排出的排出图案的相邻图案之间，部分相互重叠。
15.一种静电吸引型流体排出方法，利用静电吸引使因施加电压而带电的流体从排出头具有的喷嘴的喷出孔排出，并击中配置成与喷嘴对置的衬底，其特征在于，将所述喷嘴的喷出孔直径取为0.01μm～25μm，并且在一面使所述喷嘴与所述衬底相对移动、一面将大于或大于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压的电压，施加在所述喷嘴与所述衬底之间以进行线条描绘时，对电压进行控制，使得被间歇排出的排出图案中与所述相对移动的速度决定的排出图案相邻的排出图案之间，部分相互重叠。
16.一种静电吸引型流体排出装置，从驱动电压施加单元在喷嘴与排出处构件之间施加驱动电压，对供给喷嘴内的流体供给电荷，使该流体从喷嘴孔排出到所述排出处构件，其特征在于，所述喷嘴的孔径为φ1μm～φ5μm，并且所述驱动电压施加单元在将所述流体的电阻取为R，喷嘴前端部的所述流体与所述排出处构件之间的静电电容取为C时，按满足下面的公式的电压V0和施加时间t的条件输出所述驱动电压。130V＜V0[1-exp(-t/RC)]
17.一种静电吸引型流体排出装置，从驱动电压施加单元在喷嘴与排出处构件之间施加驱动电压，对供给喷嘴内的流体供给电荷，使该流体从喷嘴孔排出到所述排出处构件，其特征在于，所述喷嘴的孔径为φ1μm～φ5μm，并且所述驱动电压施加单元在将所述流体的电阻取为R，喷嘴前端部的所述流体与所述排出处构件之间的静电电容取为C时，按满足下面的公式的电压V0和施加时间t的条件输出所述驱动电压。130V＜V0[1-exp(-t/RC)]＜250V
18.一种静电吸引型流体排出装置，从驱动电压施加单元在喷嘴与排出处构件之间施加驱动电压，对供给喷嘴内的流体供给电荷，使该流体从喷嘴孔排出到所述排出处构件，其特征在于，所述喷嘴的孔径为φ1μm～φ5μm，并且所述驱动电压施加单元在将所述流体的电阻取为R，喷嘴前端部的所述流体与所述排出处构件之间的静电电容取为C时，按满足下面的公式的电压V0和施加时间t的条件输出所述驱动电压130V＜V0[1-exp(-t/RC)]＜250V而且V0＜250V。
19.一种静电吸引型流体排出装置，从驱动电压施加单元在喷嘴与排出处构件之间施加驱动电压，对供给喷嘴内的流体供给电荷，使该流体从喷嘴孔排出到所述排出处构件，其特征在于，将所述喷嘴前端部与所述排出处构件之间的距离取为X，所述喷嘴的孔径取为φ1μm～φ5μm，喷嘴孔径在该范围时从喷嘴启动所述流体排出的最大排出启动电压最大值取为VH、最小值取为VL时，下面的关系式成立。VH＝-0.001X2+0.44X+125VL＝-0.0013X2+0.69X+160
20.一种静电吸引型流体排出方法，在喷嘴与排出处构件之间施加驱动电压，对供给喷嘴内的流体供给电荷，使该流体从喷嘴孔排出到所述排出处构件，其特征在于，所述喷嘴的孔径为φ1μm～φ5μm，并且在将所述流体的电阻取为R，喷嘴前端部的所述流体与所述排出处构件之间的静电电容取为C时，按满足下面的公式的电压V0和施加时间t的条件输出所述驱动电压。130V＜V0[1-exp(-t/RC)]＜250V
全文摘要
喷嘴的喷出孔直径为0.01～25μm，并由电压施加单元在喷嘴与衬底之间施加设定成大于等于作为启动流体排出的电压条件的最低可排出电压(30)的上限电压(10)的脉冲电压。在脉冲电压上升沿前，设定极性与上限电压(10)相同且绝对值小于最低可排出电压(30)的第1下限电压(20a)，而且紧接在脉冲电压上升沿后，设定极性与上限电压(10)相反的第2下限电压(20b)。由此，能提供一种静电吸引型流体排出方法和装置，谋求喷嘴微细化、微小流体排出、击中位置高精度化和驱动电压的低电压化，同时还提高排出起止特性，提高驱动频率，并能进行排出量的脉冲时间控制。
文档编号B05D1/04GK1849178SQ200480026239
公开日2006年10月18日 申请日期2004年8月6日 优先权日2003年8月8日
发明者西尾茂, 岩下广信, 山本和典, 村田和广 申请人:夏普株式会社, 柯尼卡美能达控股株式会社, 独立行政法人产业技术总合研究所