液滴吐出方法および液滴吐出装置
【課題】ノズルから吐出される液滴の状態を変化させることができ、高精度に、受容物上に液状材料からなる膜を形成することのできる液滴吐出方法および液滴吐出装置を提供すること。
【解決手段】導電性を有するノズルプレート２６に形成されたノズル２６１から帯電性を有する液状材料１０を液滴Ｄとして吐出する液滴吐出ヘッド２と、液滴吐出ヘッド２と液状材料１０の吐出方向に対向配置された電極３１との間に、基材Ｓを配置し、ノズルプレート２６と電極３１との間に電位差を生じさせた状態でノズル２６１から液状材料１０を液滴として吐出することにより、液滴を該液滴よりも小さな複数の微小液滴に分裂した霧状にして基材Ｓに供給する第１吐出方法と、ノズルプレート２６１と電極３１との間の電位差を第１吐出方法よりも小さな状態としノズル２６１から吐出した液状材料１０の液滴を基材Ｓに供給する第２吐出方法とを選択する。
【解決手段】導電性を有するノズルプレート２６に形成されたノズル２６１から帯電性を有する液状材料１０を液滴Ｄとして吐出する液滴吐出ヘッド２と、液滴吐出ヘッド２と液状材料１０の吐出方向に対向配置された電極３１との間に、基材Ｓを配置し、ノズルプレート２６と電極３１との間に電位差を生じさせた状態でノズル２６１から液状材料１０を液滴として吐出することにより、液滴を該液滴よりも小さな複数の微小液滴に分裂した霧状にして基材Ｓに供給する第１吐出方法と、ノズルプレート２６１と電極３１との間の電位差を第１吐出方法よりも小さな状態としノズル２６１から吐出した液状材料１０の液滴を基材Ｓに供給する第２吐出方法とを選択する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出方法および液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、基板上に導体パターン（配線）用の液状材料や、カラーフィルター用の液状材料や、印刷用の液状材料を塗布する方法として、液体吐出ヘッドから液状材料を液滴状に吐出するインクジェット法が広く知られている（例えば、特許文献１参照）。
インクジェット法で用いられる液体吐出ヘッドは、ノズルが形成されたノズルプレートと、ノズルに連通し液状材料が充填されたキャビティと、キャビティ内の圧力を変化させる圧電素子とを有している。そして、圧電素子によってキャビティ内の圧力を高めることによりノズルから液状材料を液滴として吐出する。
【０００３】
しかしながら、このような吐出ヘッドでは、ノズルから吐出される液滴をそのままの状態、すなわち１つの液滴として基板上に供給することしかできない。言い換えれば、ノズルから吐出される液滴の状態を必要に応じて変化させることができないため、液状材料によって基板上に形成される膜（導体パータン、カラーフィルター、画像等）を高精度に形成することができないという問題がある。
【０００４】
導体パターンの場合を例に挙げて、より具体的に説明すれば、導体パターンには、配線などの線状の部分や、端子（接続パッド）などの面状の部分が含まれる。従来の方法では、ノズルから吐出される液滴を比較的小さくすることができるため、配線については、細い配線を形成することができる。しかしながら、端子については、吐出位置をずらしながら液滴を面状に複数回にわたって供給しなければならず、形成された端子の厚さが不均一となり、他の部材との接続に不具合が生じたり、端子の電気抵抗が不均一になったりする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−８４３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、ノズルから吐出される液滴の状態を変化させることができ、高精度に、受容物上に液状材料からなる膜を形成することのできる液滴吐出方法および液滴吐出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の液滴吐出方法は、導電性を有するノズルプレートに形成されたノズルから帯電性を有する液状材料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドと、前記液滴吐出ヘッドと前記液状材料の吐出方向に対向配置された電極との間に、前記液滴吐出ヘッドから吐出した前記液状材料を供給する受容物を配置し、前記ノズルプレートと前記電極との間に電位差を生じさせた状態で前記ノズルから前記液状材料を液滴として吐出することにより、前記液滴を該液滴よりも小さな複数の微小液滴に分裂した霧状にして前記受容物に供給する第１吐出方法と、前記ノズルプレートと前記電極との間の電位差を前記第１吐出方法よりも小さな状態とし前記ノズルから吐出した前記液状材料の液滴を前記受容物に供給する第２吐出方法とを選択することを特徴とする。
これにより、ノズルから吐出される液滴の状態を変化させることができ、高精度に、受容物上に液状材料からなる膜を形成することのできる液滴吐出方法を提供することができる。
【０００８】
本発明の液滴吐出方法では、前記第１吐出方法において、前記ノズルから吐出された前記液状材料の液滴は、前記ノズルプレートと前記電極との間に発生した電位空間で帯電し、該帯電により発生する静電反発力によって前記複数の微小液滴に分裂することが好ましい。
これにより、第１吐出方法において、より確実に、液滴を複数の微小液滴に分裂させることができる。
【０００９】
本発明の液滴吐出方法では、前記第１吐出方法において、前記ノズルから吐出された前記液状材料の液滴は、該液滴に働く電荷反発力が表面張力よりも大きいことが好ましい。
これにより、第１吐出方法において、より確実に、液滴を複数の微小液滴に分裂させることができる。
本発明の液滴吐出方法では、前記第１吐出方法において、前記ノズルから吐出された前記液状材料の液滴に働く表面張力をＴとし、前記液滴の帯電量をＱとし、前記液滴の半径をＲとし、真空の誘電率をε０とし、円周率をπとしたとき、Ｔ≦Ｑ２／６４π２ε０Ｒ３なる関係を満足することが好ましい。
これにより、第１吐出方法において、より確実に、液滴を複数の微小液滴に分裂させることができる。
【００１０】
本発明の液滴吐出方法では、前記液状材料の電気伝導率は、１×１０-１２Ｓ／ｍ以上、１×１０−２Ｓ／ｍ以下であることが好ましい。
これにより、より確実に、液滴を複数の微小液滴に分裂させることができる。
本発明の液滴吐出方法では、前記第２吐出方法において、前記ノズルから吐出された前記液状材料の液滴は、該液滴に働く電荷反発力が表面張力よりも小さいことが好ましい。
これにより、第２吐出方法において、液滴が第１吐出方法のように分裂するのを防止することができる。
【００１１】
本発明の液滴吐出方法では、前記液滴吐出ヘッドは、前記液状材料が充填され、前記ノズルに連通するキャビティと、前記キャビティ内の圧力を変化させる圧力発生部とを有し、前記圧電素子を駆動することにより前記ノズルから前記液状材料を吐出することが好ましい。
これにより、液滴の吐出を圧電発生部の駆動により行うことができるため、液滴の霧状化を省電力で実現することができる。
【００１２】
本発明の液滴吐出方法では、前記第１吐出方法において、前記微小液滴の平均滴径は、１ｎｍ以上、１０μｍ以下であることが好ましい。
これにより、受容物上に形成される液状材料からなる膜を充分に薄くすることができると共に、膜の厚さを均一化することができる。
本発明の液滴吐出方法では、前記第１吐出方法で吐出した前記液滴の前記受容物に対する着弾面積は、前記第２吐出方法で吐出した前記液滴の前記受容物に対する着弾面積よりも大きいことが好ましい。
これにより、第１吐出方法によって受容物上に形成される端子の膜厚を充分に薄くすることができると共に、膜厚を均一化することができる。
【００１３】
本発明の液滴吐出方法では、前記液状材料は、前記受容物に導体パターンを形成するための配線形成用の液状材料であることが好ましい。
これにより、受容物に回路が形成された回路基板の製造が簡単となると共に、回路基板の電気的特性が向上する。
本発明の液滴吐出方法では、前記受容物に形成する前記導体パターンの線状をなす配線については、前記第２供給方法で前記液状材料を供給し、面状をなす端子については、前記第１供給方法で前記液状材料を供給することが好ましい。
これにより、電気的特性に優れる導体パターンを形成することができる。
【００１４】
本発明の液滴吐出方法では、前記液状材料は、金属粒子を分散媒に分散したものであることが好ましい。
これにより、導体パターンを形成するのに適した液状材料となる。
本発明の液滴吐出装置は、導電性を有するノズルプレートに形成されたノズルから帯電性を有する液状材料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドと、
前記液滴吐出ヘッドと前記液状材料の吐出方向に対向配置された電極と、
前記ノズルプレートと前記電極との間に電位差を発生させる電位差発生手段とを有し、
前記電位差発生手段によって前記ノズルプレートと前記電極との間に電位差を生じさせた状態で前記ノズルから前記液状材料を液滴として吐出することにより、前記液滴を該液滴よりも小さな複数の微小液滴に分裂した霧状にして、前記液滴吐出ヘッドと前記電極との間に配置された受容物に供給する第１吐出方法と、前記ノズルプレートと前記電極との間の電位差を前記第１吐出方法よりも小さな状態とし前記ノズルから吐出した前記液状材料の液滴を前記霧状に分裂させずに前記受容物に供給する第２吐出方法とを選択可能であることを特徴とする。
これにより、ノズルから吐出される液滴の状態を変化させることができ、高精度に、受容物上に液状材料からなる膜を形成することのできる液滴吐出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の液滴吐出装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す液滴吐出装置が備えるインクジェットヘッドおよびテーブルの概略構成を説明するための模式図である。
【図３】図１に示す液滴吐出装置の作動を説明するための模式図である。
【図４】図１に示す液滴吐出装置の作動を説明するための模式図である。
【図５】回路基板の製造方法を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
《液滴吐出装置》
まず、本発明の液滴吐出装置の一例について説明する。
図１は、本発明の液滴吐出装置の概略構成を示す斜視図、図２は、図１に示す液滴吐出装置が備えるインクジェットヘッドおよびテーブルの概略構成を説明するための模式図、図３および図４は、図１に示す液滴吐出装置の作動を説明するための模式図、図５は、回路基板の製造方法を説明するための模式図である。なお、図１において、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、互いに直交する方向である。
図１および図２に示すように、液滴吐出装置１は、インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）２と、基材（受容物）Ｓを載置するテーブル３と、電圧印加手段（電位差発生手段）４と、これらの駆動を制御する制御装置１００とを有している。以下、これら各構成要素について順次詳細に説明する。
【００１７】
（インクジェットヘッド）
インクジェットヘッド２は、第１移動手段６１によりＸ方向に移動および位置決め可能とされている。また、インクジェットヘッド２は、リニアモータ５１によりＺ方向に移動および位置決め可能とされている。また、インクジェットヘッド２は、モータ５２、５３、５４により、それぞれα、β、γ方向に揺動（回転）および位置決め可能とされている。
【００１８】
図２に示すように、インクジェットヘッド２は、ヘッド本体２１を有している。そして、このヘッド本体２１には、リザーバ２１１と、リザーバ２１１から分岐された複数のインク室２１２が形成されている。リザーバ２１１は、各インク室２１２に液状材料１０を供給するための流路になっている。
リザーバ２１１には、図示しないインク貯留槽が搬送路を介して接続されている。インク貯留槽には、液状材料１０が貯留されており、インク貯留槽に貯留された液状材料１０が搬送路を介してリザーバ２１１へ搬送される。
【００１９】
ヘッド本体２１の下端面（テーブル３側の面）には、インク吐出面を構成するノズルプレート２６が装着されている。このノズルプレート２６には、液状材料１０を吐出する複数のノズル２６１が、各インク室２１２に対応して形成されている。そして、各インク室２１２から対応するノズル２６１に向かって液状材料１０の流路が形成されている。
このノズルプレート２６は、例えば、金、銀、銅、アルミニウムまたはこれらを含む合金等の金属材料で構成されており、導電性を有している。そして、ノズルプレート２６は、電圧印加手段４と電気的に接続されている。
【００２０】
なお、ノズルプレート２６は、導電性を有していれば、その構成材料は特に限定されず、例えば、上述した金属材料の他、カーボンナノチューブ、グラフェン、フラーレン等の炭素系材料、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリフルオレンまたはこれらの誘導体等の電子導電性高分子材料、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート等のマトリックス樹脂中に、ＮａＣｌ、Ｃｕ（ＣＦ３ＳＯ３）２等のイオン性物質を分散させたイオン導電性高分子材料、インジウム酸化物（ＩＯ）、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）等の導電性酸化物材料のような各種導電性材料が挙げられる。
【００２１】
また、ノズルプレート２６は、例えば、後述するシート状の電極３１に対向する面以外を電気的に絶縁する処理が施されていてもよい。これにより、インクジェットヘッド２の内部への不本意な漏電等を防ぐことができる。
また、ノズルプレート２６は、例えば、絶縁性の樹脂材料で構成された基体の表面に上述したような導電性の材料で構成された導電層を形成したものであってもよい。
【００２２】
ヘッド本体２１の上端面には、振動板２２が装着されている。この振動板２２は、各インク室２１２の壁面の一部を構成している。その振動板２２の外側には、各インク室２１２に対応してピエゾ素子（圧電素子：圧力発生部）２３が設けられている。ピエゾ素子２３は、水晶等の圧電材料を一対の電極で挟持したものである。このピエゾ素子２３（一対の電極）は、駆動回路２４に電気的に接続されている。
【００２３】
そして、駆動回路２４からピエゾ素子２３に電気信号を入力すると、ピエゾ素子２３が膨張変形または収縮変形する。ピエゾ素子２３が収縮変形すると、インク室２１２の圧力が低下して、リザーバ２１１からインク室２１２に液状材料１０が流入する。また、ピエゾ素子２３が膨張変形すると、インク室２１２の圧力が増加して、ノズル２６１から液状材料１０が吐出される。
なお、印加電圧を変化させることにより、ピエゾ素子２３の変形量を制御することができる。また、印加電圧の周波数を変化させることにより、ピエゾ素子２３の変形速度を制御することができる。すなわち、ピエゾ素子２３への印加電圧を制御することにより、液状材料１０の吐出条件を制御することができる。
【００２４】
インクジェットヘッド２として、このようなピエゾ方式を用いることにより、省電力駆動を図ることができる。すなわち、ピエゾ方式によれば、ピエゾ素子２３の駆動によって液状材料１０を吐出することができるため、ノズルプレート２６と電極３１との間に電圧を印加することにより発生する静電力は、液状材料１０の分裂（霧状化）にのみ作用する。これにより、ノズルプレート２６と電極３１との間に印加する電圧をより小さくすることができるため、装置の省電力化を図ることができる。
また、ピエゾ方式は、熱がほとんど発生しないため、液状材料１０に熱が加わることがなく、液状材料１０の変質等を防止することができる。なお、液状材料１０を吐出する方法としては、前述したピエゾ方式に限定されず、例えば、液状材料１０を加熱して発生した泡によりインクを吐出させるバブルジェット（登録商標）方式を適用することができる。
【００２５】
（テーブル３）
図１に示すように、テーブル３は、第２移動手段６２によりＹ方向に移動および位置決め可能とされ、モータ５５によりθｚ方向に揺動（回転）および位置決め可能とされている。
また、テーブル３の上面には、膜状（板状）の電極３１が形成されている。この電極３１は、電圧印加手段４に電気的に接続されている。
【００２６】
電極３１の構成材料としては、導電性を有していれば特に限定されず、例えば、金、銀、銅、アルミニウムまたはこれらを含む合金等の金属材料、カーボンナノチューブ、グラフェン、フラーレン等の炭素系材料、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリフルオレンまたはこれらの誘導体等の電子導電性高分子材料、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート等のマトリックス樹脂中に、ＮａＣｌ、Ｃｕ（ＣＦ３ＳＯ３）２等のイオン性物質を分散させたイオン導電性高分子材料、インジウム酸化物（ＩＯ）、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）等の導電性酸化物材料のような各種導電性材料が挙げられる。
なお、テーブル３を例えば金属材料で構成することにより、テーブル３に電極機能を発揮させることができ、電極３１を省略することができる。言い換えれば、テーブル３が電極３１を兼ねることができる。
【００２７】
（電圧印加手段）
図２に示すように、電圧印加手段４には、インクジェットヘッド２が有するノズルプレート２６とテーブル３が有する電極３１とが電気的に接続されている。電圧印加手段４は、ノズルプレート２６と電極３１との間に電圧を印加する機能、すなわち、ノズルプレート２６と電極３１とに電位差を発生させる機能を有している。
このような電圧印加手段４を備えることにより、以下に説明するように、インクジェットヘッド２から吐出する液滴の状態が互いに異なる第１吐出方法および第２吐出方法を変化させることができる。
【００２８】
−第１吐出方法−
第１吐出方法は、インクジェットヘッド２から吐出する液滴を霧状にして基材Ｓに供給する吐出方法である。
例えば、図３に示すように、電圧印加手段４によって、ノズルプレート２６と電極３１との間に、ノズルプレート２６が負電位、電極３１が正電位となるような電圧を印加すると、ノズルプレート２６と電極３１との間に電界Ｅが発生する。この電界Ｅを発生させた状態で、インクジェットヘッド２から液状材料１０の液滴Ｄを吐出すると液滴Ｄが霧状に分散する。すなわち、インクジェットヘッド２から吐出された液滴Ｄが、それよりも体積の小さい複数の微小液滴Ｄ１に分裂する。
【００２９】
この現象について詳細に説明すると、電界Ｅが発生している状態でインクジェットヘッド２から液状材料１０を液滴Ｄとして吐出すると、電界Ｅの作用によって液滴Ｄがマイナスに帯電する。このように、マイナスに帯電した液滴Ｄには、主に、図４（ａ）に示す外向き方向の電荷反発力と、図４（ｂ）に示す内向き方向の表面張力とが働く。そして、電荷反発力が表面張力より大きいと、液滴Ｄは、安定した球面形状を維持できなくなり、複数の微小液滴Ｄ１に分裂（分散）する。
【００３０】
なお、電圧印加手段４によって、ノズルプレート２６と電極３１との間に、ノズルプレート２６が正電位、電極３１が負電位となるような電圧を印加しても、液滴Ｄがプラスに帯電する以外は、前述と同様に複数の微小液滴Ｄ１に分裂する。
このように、液滴Ｄを複数の微小液滴Ｄ１に分裂させるための方法として、例えば、液滴Ｄに働く電荷反発力を表面張力よりも大きくする方法が挙げられる。すなわち、液滴Ｄを過剰帯電の状態とする方法が挙げられる。この条件を満たすためには、液滴Ｄに働く表面張力をＴとし、液滴Ｄの帯電量をＱとし、液滴Ｄの半径をＲとし、真空の誘電率をε０とし、円周率をπとしたとき、下記式（１）を満足すればよい。
Ｔ≦Ｑ２／６４π２ε０Ｒ３‥‥（１）
【００３１】
ここで、上記式（１）を満たすためには、必要に応じて、ピエゾ素子２３の変形量を制御することにより液滴Ｄの半径Ｒを小さくしたり、ノズルプレート２６と電極３１との間に印加する電圧の大きさを制御することにより帯電量Ｑを大きくしたりすればよい。また、半径Ｒと帯電量Ｑの両方を制御してもよい。
これら２つの方法は、共に制御が比較的簡単であるため、いずれも好ましいが、帯電量Ｑを制御する方法がより好ましい。これにより、液滴Ｄの半径Ｒを一定に保ったままで液滴Ｄを微小液滴Ｄ１に分裂させることができるため、基材Ｓ上に、より均一な膜を形成することができる。また、ノズルプレート２６と電極３１との間に印加する電圧の大きさを制御することは、ピエゾ素子２３の変形量を制御することに比べて簡単でもあるし、その制御も精度を要求されない。
【００３２】
なお、前記式（１）は、インクジェットヘッド２から吐出された瞬間の液滴Ｄが満足していなくても、液滴Ｄの飛翔中に溶媒等の液体の蒸発が生じて過剰帯電となることにより満足することとなってもよい。
なお、微小液滴Ｄ１の平均滴径は、特に限定されないが、１ｎｍ以上１０μｍ以下程度であるのが好ましい。これにより、基材Ｓ上に供給された液状材料１０からなる塗布膜を乾燥等して形成される膜の厚さをより薄くすることができると共に、前記塗布膜の乾燥時間をより短くすることができる。
【００３３】
このような第１吐出方法によって基材Ｓ上に供給された液滴Ｄ（微小液滴Ｄ１の集合体）の着弾面積は、後述する第２吐出方法によって基材Ｓ上に供給され液滴Ｄの着弾面積よりも大きい。言い換えれば、第１吐出方法によれば、液滴Ｄ、１滴で比較した場合に、第２吐出方法よりも広い範囲に液状材料１０を供給することができるため、より短時間で端子等の面状の部分を形成することができる。
【００３４】
−第２吐出方法−
第２吐出方法は、インクジェットヘッド２から吐出する液滴をそのまま、すなわち、１つの液滴のまま基材Ｓに供給する吐出方法である。
このような第２吐出方法では、電圧印加手段４によるノズルプレート２６と電極３１との間への電圧印加を行わずに、すなわちノズルプレート２６と電極３１との間に電界が発生していない状態で、インクジェットヘッド２から液状材料１０を液滴Ｄとして吐出する。これにより、インクジェットヘッド２から吐出した液滴Ｄに電荷反発力が実質的に作用しないため、インクジェットヘッド２から吐出した液滴Ｄが、第１吐出方法のように微小液滴Ｄ１に分裂することなく飛翔し、そのまま（１つの液滴のまま）基材Ｓに供給される。
【００３５】
なお、第２吐出方法では、液滴Ｄに電荷反発力が作用していてもよいが、作用する電荷反発力は、液滴Ｄに作用する表面張力よりも小さくなければならない。言い換えれば、下記式（２）を満足する限り、電圧印加手段４によるノズルプレート２６と電極３１との間への電圧印加を行ってもよい。このように、液滴Ｄに作用する電荷反発力を表面張力よりも小さくすることにより、第１吐出方法のような液滴Ｄの分裂を確実に防止することができる。
Ｔ＞Ｑ２／６４π２ε０Ｒ３‥‥（２）
【００３６】
以上、第１吐出方法および第２吐出方法について説明した。第１吐出方法と第２吐出方法との切り替えは、ノズルプレート２６と電極３１との間に電圧を印加するか否か、すなわち、電圧印加手段４の制御により簡単かつ確実に行うことができる。また、第１吐出方法と第２吐出方法との切り替えを瞬時に行うことができため、基材Ｓへの液状材料１０の供給をスムーズに行うことができる。
【００３７】
第１吐出方法によれば、液滴Ｄを霧状にして基材Ｓに供給するため、例えば、第２吐出方法と比較して、基材Ｓ上に形成される膜の厚さを薄くかつ均一にすることができる。これに対して第２吐出方法によれば、第１吐出方法のように液滴Ｄを霧状としないため、例えば、第１吐出方法と比較して、より狭い範囲に液状材料１０を供給することができる（すなわち、液滴Ｄの着弾面積を第１吐出方法と比較して小さくすることができる）。このように、第１吐出方法および第２吐出方法は、それぞれ、異なる特徴を有しており、これら２つの吐出方法を使い分けることにより、基材Ｓ上により高精度な膜を形成することができる。
【００３８】
液滴吐出装置１は、特に、液状材料１０によって、基材Ｓ上に導体パターンを形成するのに有効な装置である。具体的には、導体パターンには、線状の配線と、面状の端子（接続パッド）とが含まれており、導体パターン（回路）の機能性の向上を目的として、配線には狭幅化が求められており、端子には膜厚の均質化が求められている。そのため、液滴吐出装置１を用いれば、導体パターンの配線に対応する部分については第２吐出方法によって液状材料１０を供給し、端子に対応する部分については第１吐出方法によって液状材料１０を供給することにより、狭幅化が図られた配線および膜厚の均質化が図られた端子を有する導体パターンを簡単かつ高精度に形成することができる。
以上、液滴吐出装置１について説明した。
【００３９】
《液状材料》
次いで、液滴吐出装置１により供給される液状材料１０について説明する。
液状材料１０としては、電界Ｅが作用したときに液滴Ｄが帯電することができれば特に限定されず、例えば、導体パターンを形成ための材料であってもよく、液晶ディスプレイ等に設けられるカラーフィルターを形成するための材料であってもよく、画像を印刷するための印刷用の材料であってもよい。
【００４０】
液状材料１０が導体パターンを形成ための材料である場合には、後述するように電気的特性に優れた回路基板を形成することができ、カラーフィルターを形成するための材料である場合には、薄くかつ膜厚が均一なカラーフィルターを容易に形成することができ、印刷用の材料である場合には、階調表現に優れた画像を印刷することができる。
以下では、配線を形成するための材料について代表して説明する。
導体パターンを形成するための液状材料１０としては、例えば、銀粒子（金属粒子）を水系分散媒（分散媒）に分散してなる分散液を好適に用いることができる。このような構成とすることにより、導体パターンを形成するのに適した液状材料となる。
【００４１】
〔水系分散媒〕
本明細書において、「水系分散媒」とは、水および／または水との相溶性に優れる液体（例えば、２５℃における水１００ｇに対する溶解度が３０ｇ以上の液体）で構成されたもののことを指す。このように、水系分散媒は、水および／または水との相溶性に優れる液体で構成されたものであるが、主として水で構成されたものであるのが好ましく、特に、水の含有率が７０ｗｔ％以上のものであるのが好ましく、９０ｗｔ％以上のものであるのがより好ましい。これにより、上述した効果がより顕著に発揮される。
【００４２】
水系分散媒の具体例としては、例えば、水、メタノール、エタノール、ブタノール、プロパノール、イソプロパノール等のアルコール系溶媒、１，４−ジオキサン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）等のエーテル系溶媒、ピリジン、ピラジン、ピロール等の芳香族複素環化合物系溶媒、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）等のアミド系溶媒、アセトニトリル等のニトリル系溶媒、アセトアルデヒド等のアルデヒド系溶媒等が挙げられ、これらのうち、１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
また、液状材料１０中における水系分散媒の含有量は、２０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下であることが好ましく、２５ｗｔ％以上７０ｗｔ％以下であることがより好ましい。これにより、液状材料１０の粘度を好適なものとしつつ、分散媒の揮発による粘度の変化を少ないものとすることができる。
【００４３】
〔銀粒子〕
次に、銀粒子（金属粒子）について説明する。
銀粒子は、形成される導体パターンの主成分であり、導体パターンに導電性を付与する成分である。このような銀粒子は、液状材料１０中において分散している。
銀粒子の平均粒径は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるのが好ましく、１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下であるのがより好ましい。これにより、液状材料１０の吐出安定性をより高くすることができるとともに、微細な導体パターンを容易に形成することができる。なお、本明細書では、「平均粒径」とは、特に断りのない限り、体積基準の平均粒径のことを指す。
【００４４】
また、液状材料１０中に含まれる銀粒子（分散剤が表面に吸着していない銀粒子の含有量は、０．５ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下であるのが好ましく、１０ｗｔ％以上４５ｗｔ％以下であるのがより好ましい。これにより、導体パターンの断線をより効果的に防止することができ、より信頼性の高い導体パターンを形成することができる。
また、銀粒子は、その表面に分散剤が付着した銀コロイド粒子として、水系分散媒中に分散していることが好ましい。これにより、銀粒子の水系分散媒への分散性が特に優れたものとなり、液状材料１０の吐出安定性が特に向上する。
【００４５】
分散剤としては、特に限定されないが、ＣＯＯＨ基とＯＨ基とを合わせて３個以上有し、かつ、ＣＯＯＨ基の数がＯＨ基と同じか、それよりも多いヒドロキシ酸またはその塩を含むことが好ましい。これらの分散剤は、銀粒子の表面に吸着してコロイド粒子を形成し、分散剤中に存在するＣＯＯＨ基の電気的反発力によって銀コロイド粒子を水溶液中に均一に分散させてコロイド液を安定化する働きを有する。
【００４６】
このように、銀コロイド粒子が安定して液状材料１０中に存在することにより、より容易に微細な導体パターンを形成することができる。また、液状材料１０によって形成されたパターンにおいて銀粒子が均一に分布し、クラック、断線等が発生し難くなる。このような分散剤としては、例えば、クエン酸、りんご酸、クエン酸三ナトリウム、クエン酸三カリウム、クエン酸三リチウム、クエン酸三アンモニウム、りんご酸二ナトリウム、タンニン酸、ガロタンニン酸、五倍子タンニン等が挙げられ、これらのうち１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
液状材料１０中における銀コロイド粒子の含有量は、１ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下であるのが好ましく、５ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下であるのがより好ましい。
また、銀コロイド粒子の熱重量分析における５００℃までの加熱減量は、１ｗｔ％以上２５ｗｔ％以下が好ましい。
【００４７】
〔有機バインダー〕
また、液状材料１０は、有機バインダーを含んでいてもよい。有機バインダーは、液状材料１０を用いて形成された導体パターン前駆体において、銀粒子の凝集を防止するものである。また、有機バインダーは、基材Ｓに対する液状材料１０の密着性を向上させる機能を有している。
【００４８】
有機バインダーとしては、特には限定されないが、例えば、ポリエチレングリコール＃２００（重量平均分子量２００）、ポリエチレングリコール＃３００（重量平均分子量３００）、ポリエチレングリコール＃４００（平均分子量４００）、ポリエチレングリコール＃６００（重量平均分子量６００）、ポリエチレングリコール＃１０００（重量平均分子量１０００）、ポリエチレングリコール＃１５００（重量平均分子量１５００）、ポリエチレングリコール＃１５４０（重量平均分子量１５４０）、ポリエチレングリコール＃２０００（重量平均分子量２０００）等のポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール＃２００（重量平均分子量：２００）、ポリビニルアルコール＃３００（重量平均分子量：３００）、ポリビニルアルコール＃４００（平均分子量：４００）、ポリビニルアルコール＃６００（重量平均分子量：６００）、ポリビニルアルコール＃１０００（重量平均分子量：１０００）、ポリビニルアルコール＃１５００（重量平均分子量：１５００）、ポリビニルアルコール＃１５４０（重量平均分子量：１５４０）、ポリビニルアルコール＃２０００（重量平均分子量：２０００）等のポリビニルアルコール、ポリグリセリン、ポリグリセリンエステル等のポリグリセリン骨格を有するポリグリセリン化合物が挙げられ、これらのうち１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。また、ポリグリセリンエステルとしては、例えば、ポリグリセリンのモノステアレート、トリステアレート、テトラステアレート、モノオレエート、ペンタオレエート、モノラウレート、モノカプリレート、ポリシノレート、セスキステアレート、デカオレエート、セスキオレエート等が挙げられる。
【００４９】
〔乾燥抑制剤〕
また、液状材料１０は、乾燥抑制剤を含んでいてもよい。乾燥抑制剤は、液状材料１０中の水系分散媒の不本意な揮発を防止するものである。その結果、液滴吐出装置１のノズル２６１付近において水系分散媒が揮発することを防止でき、液状材料１０の粘度の上昇、乾燥が抑えられる。このような乾燥抑制剤としては、下記式（Ｉ）で示される化合物、アルカノールアミン、糖アルコール等が挙げられ、これらのうち１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００５０】
【化１】
（ただし、Ｒ、Ｒ’は、それぞれ、Ｈまたはアルキル基である。）
【００５１】
〔表面張力調整剤〕
また、液状材料１０は、表面張力調整剤を含んでいてもよい。表面張力調整剤は、液状材料１０と基材Ｓとの接触角を所定の角度に調整する機能を有している。また、表面張力調整剤は、液状材料１０が式（１）を満足するよう調整する機能を有していてもよい。表面張力調整剤としては、各種界面活性剤を用いることができ、１種または２種以上を組み合わせて用いることができるが、少ない添加量で、液状材料１０と基材Ｓとの接触角を所定の範囲に調整することができる観点からアセチレングリコール系化合物を含むことが好ましい。
【００５２】
アセチレングリコール系化合物としては、例えば、サーフィノール１０４シリーズ（１０４Ｅ、１０４Ｈ、１０４ＰＧ−５０、１０４ＰＡ等）、サーフィノール４００シリーズ（４２０、４６５、４８５等）、オルフィンシリーズ（ＥＸＰ４０３６、ＥＸＰ４００１、Ｅ１０１０等）（「サーフィノール」および「オルフィン」は、日信化学工業株式会社の商品名）等が挙げられ、これらのうち１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００５３】
〔その他の成分〕
なお、液状材料１０の構成成分は、上記成分に限定されず、上記以外の成分を含んでいてもよい。このような成分としては、例えば、チオ尿素等が挙げられる。
また、液状材料１０の粘度は、特に限定されないが、１．０ｍＰａ・ｓ以上１５．０ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、４．０ｍＰａ・ｓ以上１１．０ｍＰａ・ｓ以下であることがより好ましい。これにより、液滴の吐出安定性が向上するとともに、基材Ｓに供給された液状材料１０の不本意な濡れ広がりをより確実に防止することができる。また、容易に液滴Ｄが、複数の微小液滴Ｄ１に分裂することができる。
以上、液状材料１０の一例を説明した。
このような液状材料１０の誘電率は、１×１０-１２Ｓ／ｍ以上、１×１０−２Ｓ／ｍ以下程度であるのが好ましい。これにより、より確実に、液滴Ｄを複数の微小液滴Ｄ１に分裂させることができる。
【００５４】
《基材》
液状材料１０が供給される基材Ｓとしては、特に限定されず、液状材料１０によって種々のものを用いることができる。具体的には、液状材料１０が導体パターンを形成ための材料である場合には、基材Ｓとしてセラミックス成形体（セラミックグリーンシート）を用いることができ、液状材料１０がカラーフィルターを形成するための材料である場合には、基材Ｓとしてガラス板等を用いることができ、液状材料１０が印刷用の材料である場合には、基材Ｓとして各種印刷紙等を用いることができる。
【００５５】
《液滴吐出装置の使用方法（液滴吐出方法）》
次いで、液滴吐出装置１の使用方法（液滴吐出方法）について、配線基板（積層基板）を形成する場合を例に挙げて説明する。なお、配線基板は、各種の電子機器に用いられる電子部品となるもので、各種配線や電極等からなる回路パターン、積層セラミックスコンデンサ、積層インダクター、ＬＣフィルタ、複合高周波部品等を基板に形成してなるものである。
【００５６】
まず、テーブル３に基材Ｓとしてのセラミックグリーンシートを載置する。このセラミックグリーンシートは、例えば、次のように製造することができる。
図５に示すように、まず、原料粉体として、平均粒径が１〜２μｍ程度のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や酸化チタン（ＴｉＯ２）等からなるセラミックス粉末と、平均粒径が１〜２μｍ程度のホウ珪酸ガラス等からなるガラス粉末とを用意し、これらを適宜な混合比、例えば１：１の重量比で混合する。次に、得られた混合粉末に適宜なバインダー（結合剤）や可塑剤、有機溶剤（分散剤）等を加え、混合・撹拌することにより、スラリーを得る。ここで、バインダーとしては、ポリビニルブチラールが好適に用いられるが、これは水に不溶であり、かつ、いわゆる油系の有機溶媒に溶解しあるいは膨潤し易いものである。次に、得られたスラリーを、ドクターブレード、リバースコーター等を用いてＰＥＴフィルム上にシート状に形成し、製品の製造条件に応じて数μｍ〜数百μｍ厚のシートに成形し、その後、ロールに巻き取る。
【００５７】
続いて、製品の用途に合わせて切断し、さらに所定寸法のシートに裁断する。本実施形態では、例えば１辺の長さを２００ｍｍとする正方形状に裁断する。次に、必要に応じて所定の位置に、ＣＯ２レーザー、ＹＡＧレーザー、機械式パンチ等によって孔開けを行うことでスルーホールを形成する。そして、このスルーホールに、金属粒子が分散した厚膜導電ペーストを充填することにより、コンタクト（導体ポスト）となるべき部位を形成する。このようにしてセラミックグリーンシートが得られる。なお、厚膜導電ペーストとしては、液状材料１０を用いることができる。
【００５８】
次いで、電圧印加手段４を制御することにより第１吐出方法と第２吐出方法から吐出方法を選択かつ切り替えながら、インクジェットヘッド２のノズル２６１から液状材料１０を複数の微小液滴Ｄ１または液滴Ｄとして吐出し、液状材料を１０を基材Ｓ状に供給する。このような液状材料１０の基材Ｓへの供給を、前記第１、第２移動手段６１、６２、リニアモータ５１、モータ５２、５３、５４、５５を必要に応じて駆動して、インクジェットヘッド２と基材Ｓとを相対的に移動させながら行うことにより、基材Ｓの所定箇所に液状材料１０を供給し、基材Ｓ上に導体パターン前駆体２００が形成される。
【００５９】
ここで、前述したように、導体パターン前駆体２００のうち、配線などの線状の部分については、第２吐出方法によって液状材料１０を供給するのが好ましい。これにより、狭幅化されたより細い配線を形成することができ、また、隣り合う配線の離間距離をより短くすることができる。
また、導体パターン前駆体２００のうち、端子等の面状の部分については、第１吐出方法によって液状材料１０を供給するのが好ましい。これにより、膜厚が薄く均一な端子を形成することができる。そのため、端子表面の凹凸が抑えられ、端子と、それに接続されるものとをより確実に接続することができる。また、端子の全域で電気抵抗を均一にすることができるため導体パターンの電気的特性が向上する。また、微小液滴Ｄ１が基材Ｓ上の比較的広い範囲（第２の吐出方法に比較して広い範囲）に均一に分散して供給されるため、より短時間で端子を形成することができる。
【００６０】
このようにして導体パターン前駆体２００を形成したら、同様の工程により、導体パターン前駆体２００を形成した基材Ｓを必要枚数（例えば１０枚から２０枚程度）作製する。次に、これら基材ＳからＰＥＴフィルムを剥がし、これらを積層する。このとき、積層する基材Ｓについては、上下に重ねられる基材Ｓ間で、それぞれの導体パターン前駆体２００が必要に応じてコンタクトを介して接続するように配置する。その後、基材Ｓを構成するバインダーのガラス転移点以上に加熱しつつ、各基材Ｓ同士を圧着する。これにより、積層体３００を得る。
このようにして積層体３００を形成したら、例えば、ベルト炉などによって加熱処理する。これにより、各基材Ｓは、焼結されることで配線基板となり、また、導体パターン前駆体２００は、これを構成する銀コロイド粒子が焼結して配線パターンや電極パターンからなる回路（導体パターン）となる。
【００６１】
ここで、積層体３００の加熱温度としては、基材Ｓ中に含まれるガラスの軟化点以上とするのが好ましく、具体的には、６００℃以上９００℃以下とするのが好ましい。また、加熱条件としては、適宜な速度で温度を上昇させ、かつ下降させるようにし、さらに、最大加熱温度、すなわち前記の６００℃以上９００℃以下の温度では、その温度に応じて適宜な時間保持するようにする。
【００６２】
このようにガラスの軟化点以上の温度、すなわち前記温度範囲にまで加熱温度を上げることにより、得られるセラミックス基板のガラス成分を軟化させることができる。したがって、その後常温にまで冷却し、ガラス成分を硬化させることにより、積層基板を構成する各セラミックス基板と回路との間がより強固に固着するようになる。
また、このような温度範囲で加熱することにより、得られるセラミックス基板は、９００℃以下の温度で焼結されて形成された、低温焼結セラミックス（ＬＴＣＣ）となる。
【００６３】
ここで、基材Ｓ上に配された液状材料１０中の金属は、加熱処理によって互いに融着し、連続することによって導電性を示すようになる。
このような加熱処理によって、回路は、セラミックス基板中のコンタクトに直接接続させられ、導通させられて形成されたものとなる。ここで、この回路が単にセラミックス基板上に載っているだけでは、セラミックス基板に対する機械的な接続強度が確保されず、したがって衝撃等によって破損してしまうおそれがある。しかしながら、本実施形態では、前述したように基材Ｓ中のガラスを一旦軟化させ、その後硬化させることにより、回路を基材Ｓに対し強固に固着させている。したがって、形成された回路は、機械的にも高い強度を有するものとなる。
以上、本発明の液滴吐出方法および液滴吐出装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１‥‥液滴吐出装置 １０‥‥液状材料 ２‥‥インクジェットヘッド ２１‥‥ヘッド本体 ２１１‥‥リザーバ ２１２‥‥インク室 ２２‥‥振動板 ２３‥‥ピエゾ素子 ２４‥‥駆動回路 ２６‥‥ノズルプレート ２６１‥‥ノズル ３‥‥テーブル ３１‥‥電極 ４‥‥電圧印加手段（電位差発生手段） ５１‥‥リニアモータ ５２‥‥モータ ５３‥‥モータ ５４‥‥モータ ５５‥‥モータ ６１‥‥第１移動手段 ６２‥‥第２移動手段 １００‥‥制御装置 ２００‥‥導体パターン前駆体 ３００‥‥積層体 Ｄ‥‥液滴 Ｄ１‥‥微小液滴 Ｅ‥‥電界 Ｓ‥‥基材（受容物）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出方法および液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、基板上に導体パターン（配線）用の液状材料や、カラーフィルター用の液状材料や、印刷用の液状材料を塗布する方法として、液体吐出ヘッドから液状材料を液滴状に吐出するインクジェット法が広く知られている（例えば、特許文献１参照）。
インクジェット法で用いられる液体吐出ヘッドは、ノズルが形成されたノズルプレートと、ノズルに連通し液状材料が充填されたキャビティと、キャビティ内の圧力を変化させる圧電素子とを有している。そして、圧電素子によってキャビティ内の圧力を高めることによりノズルから液状材料を液滴として吐出する。
【０００３】
しかしながら、このような吐出ヘッドでは、ノズルから吐出される液滴をそのままの状態、すなわち１つの液滴として基板上に供給することしかできない。言い換えれば、ノズルから吐出される液滴の状態を必要に応じて変化させることができないため、液状材料によって基板上に形成される膜（導体パータン、カラーフィルター、画像等）を高精度に形成することができないという問題がある。
【０００４】
導体パターンの場合を例に挙げて、より具体的に説明すれば、導体パターンには、配線などの線状の部分や、端子（接続パッド）などの面状の部分が含まれる。従来の方法では、ノズルから吐出される液滴を比較的小さくすることができるため、配線については、細い配線を形成することができる。しかしながら、端子については、吐出位置をずらしながら液滴を面状に複数回にわたって供給しなければならず、形成された端子の厚さが不均一となり、他の部材との接続に不具合が生じたり、端子の電気抵抗が不均一になったりする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−８４３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、ノズルから吐出される液滴の状態を変化させることができ、高精度に、受容物上に液状材料からなる膜を形成することのできる液滴吐出方法および液滴吐出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の液滴吐出方法は、導電性を有するノズルプレートに形成されたノズルから帯電性を有する液状材料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドと、前記液滴吐出ヘッドと前記液状材料の吐出方向に対向配置された電極との間に、前記液滴吐出ヘッドから吐出した前記液状材料を供給する受容物を配置し、前記ノズルプレートと前記電極との間に電位差を生じさせた状態で前記ノズルから前記液状材料を液滴として吐出することにより、前記液滴を該液滴よりも小さな複数の微小液滴に分裂した霧状にして前記受容物に供給する第１吐出方法と、前記ノズルプレートと前記電極との間の電位差を前記第１吐出方法よりも小さな状態とし前記ノズルから吐出した前記液状材料の液滴を前記受容物に供給する第２吐出方法とを選択することを特徴とする。
これにより、ノズルから吐出される液滴の状態を変化させることができ、高精度に、受容物上に液状材料からなる膜を形成することのできる液滴吐出方法を提供することができる。
【０００８】
本発明の液滴吐出方法では、前記第１吐出方法において、前記ノズルから吐出された前記液状材料の液滴は、前記ノズルプレートと前記電極との間に発生した電位空間で帯電し、該帯電により発生する静電反発力によって前記複数の微小液滴に分裂することが好ましい。
これにより、第１吐出方法において、より確実に、液滴を複数の微小液滴に分裂させることができる。
【０００９】
本発明の液滴吐出方法では、前記第１吐出方法において、前記ノズルから吐出された前記液状材料の液滴は、該液滴に働く電荷反発力が表面張力よりも大きいことが好ましい。
これにより、第１吐出方法において、より確実に、液滴を複数の微小液滴に分裂させることができる。
本発明の液滴吐出方法では、前記第１吐出方法において、前記ノズルから吐出された前記液状材料の液滴に働く表面張力をＴとし、前記液滴の帯電量をＱとし、前記液滴の半径をＲとし、真空の誘電率をε０とし、円周率をπとしたとき、Ｔ≦Ｑ２／６４π２ε０Ｒ３なる関係を満足することが好ましい。
これにより、第１吐出方法において、より確実に、液滴を複数の微小液滴に分裂させることができる。
【００１０】
本発明の液滴吐出方法では、前記液状材料の電気伝導率は、１×１０-１２Ｓ／ｍ以上、１×１０−２Ｓ／ｍ以下であることが好ましい。
これにより、より確実に、液滴を複数の微小液滴に分裂させることができる。
本発明の液滴吐出方法では、前記第２吐出方法において、前記ノズルから吐出された前記液状材料の液滴は、該液滴に働く電荷反発力が表面張力よりも小さいことが好ましい。
これにより、第２吐出方法において、液滴が第１吐出方法のように分裂するのを防止することができる。
【００１１】
本発明の液滴吐出方法では、前記液滴吐出ヘッドは、前記液状材料が充填され、前記ノズルに連通するキャビティと、前記キャビティ内の圧力を変化させる圧力発生部とを有し、前記圧電素子を駆動することにより前記ノズルから前記液状材料を吐出することが好ましい。
これにより、液滴の吐出を圧電発生部の駆動により行うことができるため、液滴の霧状化を省電力で実現することができる。
【００１２】
本発明の液滴吐出方法では、前記第１吐出方法において、前記微小液滴の平均滴径は、１ｎｍ以上、１０μｍ以下であることが好ましい。
これにより、受容物上に形成される液状材料からなる膜を充分に薄くすることができると共に、膜の厚さを均一化することができる。
本発明の液滴吐出方法では、前記第１吐出方法で吐出した前記液滴の前記受容物に対する着弾面積は、前記第２吐出方法で吐出した前記液滴の前記受容物に対する着弾面積よりも大きいことが好ましい。
これにより、第１吐出方法によって受容物上に形成される端子の膜厚を充分に薄くすることができると共に、膜厚を均一化することができる。
【００１３】
本発明の液滴吐出方法では、前記液状材料は、前記受容物に導体パターンを形成するための配線形成用の液状材料であることが好ましい。
これにより、受容物に回路が形成された回路基板の製造が簡単となると共に、回路基板の電気的特性が向上する。
本発明の液滴吐出方法では、前記受容物に形成する前記導体パターンの線状をなす配線については、前記第２供給方法で前記液状材料を供給し、面状をなす端子については、前記第１供給方法で前記液状材料を供給することが好ましい。
これにより、電気的特性に優れる導体パターンを形成することができる。
【００１４】
本発明の液滴吐出方法では、前記液状材料は、金属粒子を分散媒に分散したものであることが好ましい。
これにより、導体パターンを形成するのに適した液状材料となる。
本発明の液滴吐出装置は、導電性を有するノズルプレートに形成されたノズルから帯電性を有する液状材料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドと、
前記液滴吐出ヘッドと前記液状材料の吐出方向に対向配置された電極と、
前記ノズルプレートと前記電極との間に電位差を発生させる電位差発生手段とを有し、
前記電位差発生手段によって前記ノズルプレートと前記電極との間に電位差を生じさせた状態で前記ノズルから前記液状材料を液滴として吐出することにより、前記液滴を該液滴よりも小さな複数の微小液滴に分裂した霧状にして、前記液滴吐出ヘッドと前記電極との間に配置された受容物に供給する第１吐出方法と、前記ノズルプレートと前記電極との間の電位差を前記第１吐出方法よりも小さな状態とし前記ノズルから吐出した前記液状材料の液滴を前記霧状に分裂させずに前記受容物に供給する第２吐出方法とを選択可能であることを特徴とする。
これにより、ノズルから吐出される液滴の状態を変化させることができ、高精度に、受容物上に液状材料からなる膜を形成することのできる液滴吐出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の液滴吐出装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す液滴吐出装置が備えるインクジェットヘッドおよびテーブルの概略構成を説明するための模式図である。
【図３】図１に示す液滴吐出装置の作動を説明するための模式図である。
【図４】図１に示す液滴吐出装置の作動を説明するための模式図である。
【図５】回路基板の製造方法を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
《液滴吐出装置》
まず、本発明の液滴吐出装置の一例について説明する。
図１は、本発明の液滴吐出装置の概略構成を示す斜視図、図２は、図１に示す液滴吐出装置が備えるインクジェットヘッドおよびテーブルの概略構成を説明するための模式図、図３および図４は、図１に示す液滴吐出装置の作動を説明するための模式図、図５は、回路基板の製造方法を説明するための模式図である。なお、図１において、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、互いに直交する方向である。
図１および図２に示すように、液滴吐出装置１は、インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）２と、基材（受容物）Ｓを載置するテーブル３と、電圧印加手段（電位差発生手段）４と、これらの駆動を制御する制御装置１００とを有している。以下、これら各構成要素について順次詳細に説明する。
【００１７】
（インクジェットヘッド）
インクジェットヘッド２は、第１移動手段６１によりＸ方向に移動および位置決め可能とされている。また、インクジェットヘッド２は、リニアモータ５１によりＺ方向に移動および位置決め可能とされている。また、インクジェットヘッド２は、モータ５２、５３、５４により、それぞれα、β、γ方向に揺動（回転）および位置決め可能とされている。
【００１８】
図２に示すように、インクジェットヘッド２は、ヘッド本体２１を有している。そして、このヘッド本体２１には、リザーバ２１１と、リザーバ２１１から分岐された複数のインク室２１２が形成されている。リザーバ２１１は、各インク室２１２に液状材料１０を供給するための流路になっている。
リザーバ２１１には、図示しないインク貯留槽が搬送路を介して接続されている。インク貯留槽には、液状材料１０が貯留されており、インク貯留槽に貯留された液状材料１０が搬送路を介してリザーバ２１１へ搬送される。
【００１９】
ヘッド本体２１の下端面（テーブル３側の面）には、インク吐出面を構成するノズルプレート２６が装着されている。このノズルプレート２６には、液状材料１０を吐出する複数のノズル２６１が、各インク室２１２に対応して形成されている。そして、各インク室２１２から対応するノズル２６１に向かって液状材料１０の流路が形成されている。
このノズルプレート２６は、例えば、金、銀、銅、アルミニウムまたはこれらを含む合金等の金属材料で構成されており、導電性を有している。そして、ノズルプレート２６は、電圧印加手段４と電気的に接続されている。
【００２０】
なお、ノズルプレート２６は、導電性を有していれば、その構成材料は特に限定されず、例えば、上述した金属材料の他、カーボンナノチューブ、グラフェン、フラーレン等の炭素系材料、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリフルオレンまたはこれらの誘導体等の電子導電性高分子材料、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート等のマトリックス樹脂中に、ＮａＣｌ、Ｃｕ（ＣＦ３ＳＯ３）２等のイオン性物質を分散させたイオン導電性高分子材料、インジウム酸化物（ＩＯ）、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）等の導電性酸化物材料のような各種導電性材料が挙げられる。
【００２１】
また、ノズルプレート２６は、例えば、後述するシート状の電極３１に対向する面以外を電気的に絶縁する処理が施されていてもよい。これにより、インクジェットヘッド２の内部への不本意な漏電等を防ぐことができる。
また、ノズルプレート２６は、例えば、絶縁性の樹脂材料で構成された基体の表面に上述したような導電性の材料で構成された導電層を形成したものであってもよい。
【００２２】
ヘッド本体２１の上端面には、振動板２２が装着されている。この振動板２２は、各インク室２１２の壁面の一部を構成している。その振動板２２の外側には、各インク室２１２に対応してピエゾ素子（圧電素子：圧力発生部）２３が設けられている。ピエゾ素子２３は、水晶等の圧電材料を一対の電極で挟持したものである。このピエゾ素子２３（一対の電極）は、駆動回路２４に電気的に接続されている。
【００２３】
そして、駆動回路２４からピエゾ素子２３に電気信号を入力すると、ピエゾ素子２３が膨張変形または収縮変形する。ピエゾ素子２３が収縮変形すると、インク室２１２の圧力が低下して、リザーバ２１１からインク室２１２に液状材料１０が流入する。また、ピエゾ素子２３が膨張変形すると、インク室２１２の圧力が増加して、ノズル２６１から液状材料１０が吐出される。
なお、印加電圧を変化させることにより、ピエゾ素子２３の変形量を制御することができる。また、印加電圧の周波数を変化させることにより、ピエゾ素子２３の変形速度を制御することができる。すなわち、ピエゾ素子２３への印加電圧を制御することにより、液状材料１０の吐出条件を制御することができる。
【００２４】
インクジェットヘッド２として、このようなピエゾ方式を用いることにより、省電力駆動を図ることができる。すなわち、ピエゾ方式によれば、ピエゾ素子２３の駆動によって液状材料１０を吐出することができるため、ノズルプレート２６と電極３１との間に電圧を印加することにより発生する静電力は、液状材料１０の分裂（霧状化）にのみ作用する。これにより、ノズルプレート２６と電極３１との間に印加する電圧をより小さくすることができるため、装置の省電力化を図ることができる。
また、ピエゾ方式は、熱がほとんど発生しないため、液状材料１０に熱が加わることがなく、液状材料１０の変質等を防止することができる。なお、液状材料１０を吐出する方法としては、前述したピエゾ方式に限定されず、例えば、液状材料１０を加熱して発生した泡によりインクを吐出させるバブルジェット（登録商標）方式を適用することができる。
【００２５】
（テーブル３）
図１に示すように、テーブル３は、第２移動手段６２によりＹ方向に移動および位置決め可能とされ、モータ５５によりθｚ方向に揺動（回転）および位置決め可能とされている。
また、テーブル３の上面には、膜状（板状）の電極３１が形成されている。この電極３１は、電圧印加手段４に電気的に接続されている。
【００２６】
電極３１の構成材料としては、導電性を有していれば特に限定されず、例えば、金、銀、銅、アルミニウムまたはこれらを含む合金等の金属材料、カーボンナノチューブ、グラフェン、フラーレン等の炭素系材料、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリフルオレンまたはこれらの誘導体等の電子導電性高分子材料、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート等のマトリックス樹脂中に、ＮａＣｌ、Ｃｕ（ＣＦ３ＳＯ３）２等のイオン性物質を分散させたイオン導電性高分子材料、インジウム酸化物（ＩＯ）、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）等の導電性酸化物材料のような各種導電性材料が挙げられる。
なお、テーブル３を例えば金属材料で構成することにより、テーブル３に電極機能を発揮させることができ、電極３１を省略することができる。言い換えれば、テーブル３が電極３１を兼ねることができる。
【００２７】
（電圧印加手段）
図２に示すように、電圧印加手段４には、インクジェットヘッド２が有するノズルプレート２６とテーブル３が有する電極３１とが電気的に接続されている。電圧印加手段４は、ノズルプレート２６と電極３１との間に電圧を印加する機能、すなわち、ノズルプレート２６と電極３１とに電位差を発生させる機能を有している。
このような電圧印加手段４を備えることにより、以下に説明するように、インクジェットヘッド２から吐出する液滴の状態が互いに異なる第１吐出方法および第２吐出方法を変化させることができる。
【００２８】
−第１吐出方法−
第１吐出方法は、インクジェットヘッド２から吐出する液滴を霧状にして基材Ｓに供給する吐出方法である。
例えば、図３に示すように、電圧印加手段４によって、ノズルプレート２６と電極３１との間に、ノズルプレート２６が負電位、電極３１が正電位となるような電圧を印加すると、ノズルプレート２６と電極３１との間に電界Ｅが発生する。この電界Ｅを発生させた状態で、インクジェットヘッド２から液状材料１０の液滴Ｄを吐出すると液滴Ｄが霧状に分散する。すなわち、インクジェットヘッド２から吐出された液滴Ｄが、それよりも体積の小さい複数の微小液滴Ｄ１に分裂する。
【００２９】
この現象について詳細に説明すると、電界Ｅが発生している状態でインクジェットヘッド２から液状材料１０を液滴Ｄとして吐出すると、電界Ｅの作用によって液滴Ｄがマイナスに帯電する。このように、マイナスに帯電した液滴Ｄには、主に、図４（ａ）に示す外向き方向の電荷反発力と、図４（ｂ）に示す内向き方向の表面張力とが働く。そして、電荷反発力が表面張力より大きいと、液滴Ｄは、安定した球面形状を維持できなくなり、複数の微小液滴Ｄ１に分裂（分散）する。
【００３０】
なお、電圧印加手段４によって、ノズルプレート２６と電極３１との間に、ノズルプレート２６が正電位、電極３１が負電位となるような電圧を印加しても、液滴Ｄがプラスに帯電する以外は、前述と同様に複数の微小液滴Ｄ１に分裂する。
このように、液滴Ｄを複数の微小液滴Ｄ１に分裂させるための方法として、例えば、液滴Ｄに働く電荷反発力を表面張力よりも大きくする方法が挙げられる。すなわち、液滴Ｄを過剰帯電の状態とする方法が挙げられる。この条件を満たすためには、液滴Ｄに働く表面張力をＴとし、液滴Ｄの帯電量をＱとし、液滴Ｄの半径をＲとし、真空の誘電率をε０とし、円周率をπとしたとき、下記式（１）を満足すればよい。
Ｔ≦Ｑ２／６４π２ε０Ｒ３‥‥（１）
【００３１】
ここで、上記式（１）を満たすためには、必要に応じて、ピエゾ素子２３の変形量を制御することにより液滴Ｄの半径Ｒを小さくしたり、ノズルプレート２６と電極３１との間に印加する電圧の大きさを制御することにより帯電量Ｑを大きくしたりすればよい。また、半径Ｒと帯電量Ｑの両方を制御してもよい。
これら２つの方法は、共に制御が比較的簡単であるため、いずれも好ましいが、帯電量Ｑを制御する方法がより好ましい。これにより、液滴Ｄの半径Ｒを一定に保ったままで液滴Ｄを微小液滴Ｄ１に分裂させることができるため、基材Ｓ上に、より均一な膜を形成することができる。また、ノズルプレート２６と電極３１との間に印加する電圧の大きさを制御することは、ピエゾ素子２３の変形量を制御することに比べて簡単でもあるし、その制御も精度を要求されない。
【００３２】
なお、前記式（１）は、インクジェットヘッド２から吐出された瞬間の液滴Ｄが満足していなくても、液滴Ｄの飛翔中に溶媒等の液体の蒸発が生じて過剰帯電となることにより満足することとなってもよい。
なお、微小液滴Ｄ１の平均滴径は、特に限定されないが、１ｎｍ以上１０μｍ以下程度であるのが好ましい。これにより、基材Ｓ上に供給された液状材料１０からなる塗布膜を乾燥等して形成される膜の厚さをより薄くすることができると共に、前記塗布膜の乾燥時間をより短くすることができる。
【００３３】
このような第１吐出方法によって基材Ｓ上に供給された液滴Ｄ（微小液滴Ｄ１の集合体）の着弾面積は、後述する第２吐出方法によって基材Ｓ上に供給され液滴Ｄの着弾面積よりも大きい。言い換えれば、第１吐出方法によれば、液滴Ｄ、１滴で比較した場合に、第２吐出方法よりも広い範囲に液状材料１０を供給することができるため、より短時間で端子等の面状の部分を形成することができる。
【００３４】
−第２吐出方法−
第２吐出方法は、インクジェットヘッド２から吐出する液滴をそのまま、すなわち、１つの液滴のまま基材Ｓに供給する吐出方法である。
このような第２吐出方法では、電圧印加手段４によるノズルプレート２６と電極３１との間への電圧印加を行わずに、すなわちノズルプレート２６と電極３１との間に電界が発生していない状態で、インクジェットヘッド２から液状材料１０を液滴Ｄとして吐出する。これにより、インクジェットヘッド２から吐出した液滴Ｄに電荷反発力が実質的に作用しないため、インクジェットヘッド２から吐出した液滴Ｄが、第１吐出方法のように微小液滴Ｄ１に分裂することなく飛翔し、そのまま（１つの液滴のまま）基材Ｓに供給される。
【００３５】
なお、第２吐出方法では、液滴Ｄに電荷反発力が作用していてもよいが、作用する電荷反発力は、液滴Ｄに作用する表面張力よりも小さくなければならない。言い換えれば、下記式（２）を満足する限り、電圧印加手段４によるノズルプレート２６と電極３１との間への電圧印加を行ってもよい。このように、液滴Ｄに作用する電荷反発力を表面張力よりも小さくすることにより、第１吐出方法のような液滴Ｄの分裂を確実に防止することができる。
Ｔ＞Ｑ２／６４π２ε０Ｒ３‥‥（２）
【００３６】
以上、第１吐出方法および第２吐出方法について説明した。第１吐出方法と第２吐出方法との切り替えは、ノズルプレート２６と電極３１との間に電圧を印加するか否か、すなわち、電圧印加手段４の制御により簡単かつ確実に行うことができる。また、第１吐出方法と第２吐出方法との切り替えを瞬時に行うことができため、基材Ｓへの液状材料１０の供給をスムーズに行うことができる。
【００３７】
第１吐出方法によれば、液滴Ｄを霧状にして基材Ｓに供給するため、例えば、第２吐出方法と比較して、基材Ｓ上に形成される膜の厚さを薄くかつ均一にすることができる。これに対して第２吐出方法によれば、第１吐出方法のように液滴Ｄを霧状としないため、例えば、第１吐出方法と比較して、より狭い範囲に液状材料１０を供給することができる（すなわち、液滴Ｄの着弾面積を第１吐出方法と比較して小さくすることができる）。このように、第１吐出方法および第２吐出方法は、それぞれ、異なる特徴を有しており、これら２つの吐出方法を使い分けることにより、基材Ｓ上により高精度な膜を形成することができる。
【００３８】
液滴吐出装置１は、特に、液状材料１０によって、基材Ｓ上に導体パターンを形成するのに有効な装置である。具体的には、導体パターンには、線状の配線と、面状の端子（接続パッド）とが含まれており、導体パターン（回路）の機能性の向上を目的として、配線には狭幅化が求められており、端子には膜厚の均質化が求められている。そのため、液滴吐出装置１を用いれば、導体パターンの配線に対応する部分については第２吐出方法によって液状材料１０を供給し、端子に対応する部分については第１吐出方法によって液状材料１０を供給することにより、狭幅化が図られた配線および膜厚の均質化が図られた端子を有する導体パターンを簡単かつ高精度に形成することができる。
以上、液滴吐出装置１について説明した。
【００３９】
《液状材料》
次いで、液滴吐出装置１により供給される液状材料１０について説明する。
液状材料１０としては、電界Ｅが作用したときに液滴Ｄが帯電することができれば特に限定されず、例えば、導体パターンを形成ための材料であってもよく、液晶ディスプレイ等に設けられるカラーフィルターを形成するための材料であってもよく、画像を印刷するための印刷用の材料であってもよい。
【００４０】
液状材料１０が導体パターンを形成ための材料である場合には、後述するように電気的特性に優れた回路基板を形成することができ、カラーフィルターを形成するための材料である場合には、薄くかつ膜厚が均一なカラーフィルターを容易に形成することができ、印刷用の材料である場合には、階調表現に優れた画像を印刷することができる。
以下では、配線を形成するための材料について代表して説明する。
導体パターンを形成するための液状材料１０としては、例えば、銀粒子（金属粒子）を水系分散媒（分散媒）に分散してなる分散液を好適に用いることができる。このような構成とすることにより、導体パターンを形成するのに適した液状材料となる。
【００４１】
〔水系分散媒〕
本明細書において、「水系分散媒」とは、水および／または水との相溶性に優れる液体（例えば、２５℃における水１００ｇに対する溶解度が３０ｇ以上の液体）で構成されたもののことを指す。このように、水系分散媒は、水および／または水との相溶性に優れる液体で構成されたものであるが、主として水で構成されたものであるのが好ましく、特に、水の含有率が７０ｗｔ％以上のものであるのが好ましく、９０ｗｔ％以上のものであるのがより好ましい。これにより、上述した効果がより顕著に発揮される。
【００４２】
水系分散媒の具体例としては、例えば、水、メタノール、エタノール、ブタノール、プロパノール、イソプロパノール等のアルコール系溶媒、１，４−ジオキサン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）等のエーテル系溶媒、ピリジン、ピラジン、ピロール等の芳香族複素環化合物系溶媒、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）等のアミド系溶媒、アセトニトリル等のニトリル系溶媒、アセトアルデヒド等のアルデヒド系溶媒等が挙げられ、これらのうち、１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
また、液状材料１０中における水系分散媒の含有量は、２０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下であることが好ましく、２５ｗｔ％以上７０ｗｔ％以下であることがより好ましい。これにより、液状材料１０の粘度を好適なものとしつつ、分散媒の揮発による粘度の変化を少ないものとすることができる。
【００４３】
〔銀粒子〕
次に、銀粒子（金属粒子）について説明する。
銀粒子は、形成される導体パターンの主成分であり、導体パターンに導電性を付与する成分である。このような銀粒子は、液状材料１０中において分散している。
銀粒子の平均粒径は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるのが好ましく、１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下であるのがより好ましい。これにより、液状材料１０の吐出安定性をより高くすることができるとともに、微細な導体パターンを容易に形成することができる。なお、本明細書では、「平均粒径」とは、特に断りのない限り、体積基準の平均粒径のことを指す。
【００４４】
また、液状材料１０中に含まれる銀粒子（分散剤が表面に吸着していない銀粒子の含有量は、０．５ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下であるのが好ましく、１０ｗｔ％以上４５ｗｔ％以下であるのがより好ましい。これにより、導体パターンの断線をより効果的に防止することができ、より信頼性の高い導体パターンを形成することができる。
また、銀粒子は、その表面に分散剤が付着した銀コロイド粒子として、水系分散媒中に分散していることが好ましい。これにより、銀粒子の水系分散媒への分散性が特に優れたものとなり、液状材料１０の吐出安定性が特に向上する。
【００４５】
分散剤としては、特に限定されないが、ＣＯＯＨ基とＯＨ基とを合わせて３個以上有し、かつ、ＣＯＯＨ基の数がＯＨ基と同じか、それよりも多いヒドロキシ酸またはその塩を含むことが好ましい。これらの分散剤は、銀粒子の表面に吸着してコロイド粒子を形成し、分散剤中に存在するＣＯＯＨ基の電気的反発力によって銀コロイド粒子を水溶液中に均一に分散させてコロイド液を安定化する働きを有する。
【００４６】
このように、銀コロイド粒子が安定して液状材料１０中に存在することにより、より容易に微細な導体パターンを形成することができる。また、液状材料１０によって形成されたパターンにおいて銀粒子が均一に分布し、クラック、断線等が発生し難くなる。このような分散剤としては、例えば、クエン酸、りんご酸、クエン酸三ナトリウム、クエン酸三カリウム、クエン酸三リチウム、クエン酸三アンモニウム、りんご酸二ナトリウム、タンニン酸、ガロタンニン酸、五倍子タンニン等が挙げられ、これらのうち１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
液状材料１０中における銀コロイド粒子の含有量は、１ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下であるのが好ましく、５ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下であるのがより好ましい。
また、銀コロイド粒子の熱重量分析における５００℃までの加熱減量は、１ｗｔ％以上２５ｗｔ％以下が好ましい。
【００４７】
〔有機バインダー〕
また、液状材料１０は、有機バインダーを含んでいてもよい。有機バインダーは、液状材料１０を用いて形成された導体パターン前駆体において、銀粒子の凝集を防止するものである。また、有機バインダーは、基材Ｓに対する液状材料１０の密着性を向上させる機能を有している。
【００４８】
有機バインダーとしては、特には限定されないが、例えば、ポリエチレングリコール＃２００（重量平均分子量２００）、ポリエチレングリコール＃３００（重量平均分子量３００）、ポリエチレングリコール＃４００（平均分子量４００）、ポリエチレングリコール＃６００（重量平均分子量６００）、ポリエチレングリコール＃１０００（重量平均分子量１０００）、ポリエチレングリコール＃１５００（重量平均分子量１５００）、ポリエチレングリコール＃１５４０（重量平均分子量１５４０）、ポリエチレングリコール＃２０００（重量平均分子量２０００）等のポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール＃２００（重量平均分子量：２００）、ポリビニルアルコール＃３００（重量平均分子量：３００）、ポリビニルアルコール＃４００（平均分子量：４００）、ポリビニルアルコール＃６００（重量平均分子量：６００）、ポリビニルアルコール＃１０００（重量平均分子量：１０００）、ポリビニルアルコール＃１５００（重量平均分子量：１５００）、ポリビニルアルコール＃１５４０（重量平均分子量：１５４０）、ポリビニルアルコール＃２０００（重量平均分子量：２０００）等のポリビニルアルコール、ポリグリセリン、ポリグリセリンエステル等のポリグリセリン骨格を有するポリグリセリン化合物が挙げられ、これらのうち１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。また、ポリグリセリンエステルとしては、例えば、ポリグリセリンのモノステアレート、トリステアレート、テトラステアレート、モノオレエート、ペンタオレエート、モノラウレート、モノカプリレート、ポリシノレート、セスキステアレート、デカオレエート、セスキオレエート等が挙げられる。
【００４９】
〔乾燥抑制剤〕
また、液状材料１０は、乾燥抑制剤を含んでいてもよい。乾燥抑制剤は、液状材料１０中の水系分散媒の不本意な揮発を防止するものである。その結果、液滴吐出装置１のノズル２６１付近において水系分散媒が揮発することを防止でき、液状材料１０の粘度の上昇、乾燥が抑えられる。このような乾燥抑制剤としては、下記式（Ｉ）で示される化合物、アルカノールアミン、糖アルコール等が挙げられ、これらのうち１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００５０】
【化１】
（ただし、Ｒ、Ｒ’は、それぞれ、Ｈまたはアルキル基である。）
【００５１】
〔表面張力調整剤〕
また、液状材料１０は、表面張力調整剤を含んでいてもよい。表面張力調整剤は、液状材料１０と基材Ｓとの接触角を所定の角度に調整する機能を有している。また、表面張力調整剤は、液状材料１０が式（１）を満足するよう調整する機能を有していてもよい。表面張力調整剤としては、各種界面活性剤を用いることができ、１種または２種以上を組み合わせて用いることができるが、少ない添加量で、液状材料１０と基材Ｓとの接触角を所定の範囲に調整することができる観点からアセチレングリコール系化合物を含むことが好ましい。
【００５２】
アセチレングリコール系化合物としては、例えば、サーフィノール１０４シリーズ（１０４Ｅ、１０４Ｈ、１０４ＰＧ−５０、１０４ＰＡ等）、サーフィノール４００シリーズ（４２０、４６５、４８５等）、オルフィンシリーズ（ＥＸＰ４０３６、ＥＸＰ４００１、Ｅ１０１０等）（「サーフィノール」および「オルフィン」は、日信化学工業株式会社の商品名）等が挙げられ、これらのうち１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００５３】
〔その他の成分〕
なお、液状材料１０の構成成分は、上記成分に限定されず、上記以外の成分を含んでいてもよい。このような成分としては、例えば、チオ尿素等が挙げられる。
また、液状材料１０の粘度は、特に限定されないが、１．０ｍＰａ・ｓ以上１５．０ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、４．０ｍＰａ・ｓ以上１１．０ｍＰａ・ｓ以下であることがより好ましい。これにより、液滴の吐出安定性が向上するとともに、基材Ｓに供給された液状材料１０の不本意な濡れ広がりをより確実に防止することができる。また、容易に液滴Ｄが、複数の微小液滴Ｄ１に分裂することができる。
以上、液状材料１０の一例を説明した。
このような液状材料１０の誘電率は、１×１０-１２Ｓ／ｍ以上、１×１０−２Ｓ／ｍ以下程度であるのが好ましい。これにより、より確実に、液滴Ｄを複数の微小液滴Ｄ１に分裂させることができる。
【００５４】
《基材》
液状材料１０が供給される基材Ｓとしては、特に限定されず、液状材料１０によって種々のものを用いることができる。具体的には、液状材料１０が導体パターンを形成ための材料である場合には、基材Ｓとしてセラミックス成形体（セラミックグリーンシート）を用いることができ、液状材料１０がカラーフィルターを形成するための材料である場合には、基材Ｓとしてガラス板等を用いることができ、液状材料１０が印刷用の材料である場合には、基材Ｓとして各種印刷紙等を用いることができる。
【００５５】
《液滴吐出装置の使用方法（液滴吐出方法）》
次いで、液滴吐出装置１の使用方法（液滴吐出方法）について、配線基板（積層基板）を形成する場合を例に挙げて説明する。なお、配線基板は、各種の電子機器に用いられる電子部品となるもので、各種配線や電極等からなる回路パターン、積層セラミックスコンデンサ、積層インダクター、ＬＣフィルタ、複合高周波部品等を基板に形成してなるものである。
【００５６】
まず、テーブル３に基材Ｓとしてのセラミックグリーンシートを載置する。このセラミックグリーンシートは、例えば、次のように製造することができる。
図５に示すように、まず、原料粉体として、平均粒径が１〜２μｍ程度のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や酸化チタン（ＴｉＯ２）等からなるセラミックス粉末と、平均粒径が１〜２μｍ程度のホウ珪酸ガラス等からなるガラス粉末とを用意し、これらを適宜な混合比、例えば１：１の重量比で混合する。次に、得られた混合粉末に適宜なバインダー（結合剤）や可塑剤、有機溶剤（分散剤）等を加え、混合・撹拌することにより、スラリーを得る。ここで、バインダーとしては、ポリビニルブチラールが好適に用いられるが、これは水に不溶であり、かつ、いわゆる油系の有機溶媒に溶解しあるいは膨潤し易いものである。次に、得られたスラリーを、ドクターブレード、リバースコーター等を用いてＰＥＴフィルム上にシート状に形成し、製品の製造条件に応じて数μｍ〜数百μｍ厚のシートに成形し、その後、ロールに巻き取る。
【００５７】
続いて、製品の用途に合わせて切断し、さらに所定寸法のシートに裁断する。本実施形態では、例えば１辺の長さを２００ｍｍとする正方形状に裁断する。次に、必要に応じて所定の位置に、ＣＯ２レーザー、ＹＡＧレーザー、機械式パンチ等によって孔開けを行うことでスルーホールを形成する。そして、このスルーホールに、金属粒子が分散した厚膜導電ペーストを充填することにより、コンタクト（導体ポスト）となるべき部位を形成する。このようにしてセラミックグリーンシートが得られる。なお、厚膜導電ペーストとしては、液状材料１０を用いることができる。
【００５８】
次いで、電圧印加手段４を制御することにより第１吐出方法と第２吐出方法から吐出方法を選択かつ切り替えながら、インクジェットヘッド２のノズル２６１から液状材料１０を複数の微小液滴Ｄ１または液滴Ｄとして吐出し、液状材料を１０を基材Ｓ状に供給する。このような液状材料１０の基材Ｓへの供給を、前記第１、第２移動手段６１、６２、リニアモータ５１、モータ５２、５３、５４、５５を必要に応じて駆動して、インクジェットヘッド２と基材Ｓとを相対的に移動させながら行うことにより、基材Ｓの所定箇所に液状材料１０を供給し、基材Ｓ上に導体パターン前駆体２００が形成される。
【００５９】
ここで、前述したように、導体パターン前駆体２００のうち、配線などの線状の部分については、第２吐出方法によって液状材料１０を供給するのが好ましい。これにより、狭幅化されたより細い配線を形成することができ、また、隣り合う配線の離間距離をより短くすることができる。
また、導体パターン前駆体２００のうち、端子等の面状の部分については、第１吐出方法によって液状材料１０を供給するのが好ましい。これにより、膜厚が薄く均一な端子を形成することができる。そのため、端子表面の凹凸が抑えられ、端子と、それに接続されるものとをより確実に接続することができる。また、端子の全域で電気抵抗を均一にすることができるため導体パターンの電気的特性が向上する。また、微小液滴Ｄ１が基材Ｓ上の比較的広い範囲（第２の吐出方法に比較して広い範囲）に均一に分散して供給されるため、より短時間で端子を形成することができる。
【００６０】
このようにして導体パターン前駆体２００を形成したら、同様の工程により、導体パターン前駆体２００を形成した基材Ｓを必要枚数（例えば１０枚から２０枚程度）作製する。次に、これら基材ＳからＰＥＴフィルムを剥がし、これらを積層する。このとき、積層する基材Ｓについては、上下に重ねられる基材Ｓ間で、それぞれの導体パターン前駆体２００が必要に応じてコンタクトを介して接続するように配置する。その後、基材Ｓを構成するバインダーのガラス転移点以上に加熱しつつ、各基材Ｓ同士を圧着する。これにより、積層体３００を得る。
このようにして積層体３００を形成したら、例えば、ベルト炉などによって加熱処理する。これにより、各基材Ｓは、焼結されることで配線基板となり、また、導体パターン前駆体２００は、これを構成する銀コロイド粒子が焼結して配線パターンや電極パターンからなる回路（導体パターン）となる。
【００６１】
ここで、積層体３００の加熱温度としては、基材Ｓ中に含まれるガラスの軟化点以上とするのが好ましく、具体的には、６００℃以上９００℃以下とするのが好ましい。また、加熱条件としては、適宜な速度で温度を上昇させ、かつ下降させるようにし、さらに、最大加熱温度、すなわち前記の６００℃以上９００℃以下の温度では、その温度に応じて適宜な時間保持するようにする。
【００６２】
このようにガラスの軟化点以上の温度、すなわち前記温度範囲にまで加熱温度を上げることにより、得られるセラミックス基板のガラス成分を軟化させることができる。したがって、その後常温にまで冷却し、ガラス成分を硬化させることにより、積層基板を構成する各セラミックス基板と回路との間がより強固に固着するようになる。
また、このような温度範囲で加熱することにより、得られるセラミックス基板は、９００℃以下の温度で焼結されて形成された、低温焼結セラミックス（ＬＴＣＣ）となる。
【００６３】
ここで、基材Ｓ上に配された液状材料１０中の金属は、加熱処理によって互いに融着し、連続することによって導電性を示すようになる。
このような加熱処理によって、回路は、セラミックス基板中のコンタクトに直接接続させられ、導通させられて形成されたものとなる。ここで、この回路が単にセラミックス基板上に載っているだけでは、セラミックス基板に対する機械的な接続強度が確保されず、したがって衝撃等によって破損してしまうおそれがある。しかしながら、本実施形態では、前述したように基材Ｓ中のガラスを一旦軟化させ、その後硬化させることにより、回路を基材Ｓに対し強固に固着させている。したがって、形成された回路は、機械的にも高い強度を有するものとなる。
以上、本発明の液滴吐出方法および液滴吐出装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１‥‥液滴吐出装置 １０‥‥液状材料 ２‥‥インクジェットヘッド ２１‥‥ヘッド本体 ２１１‥‥リザーバ ２１２‥‥インク室 ２２‥‥振動板 ２３‥‥ピエゾ素子 ２４‥‥駆動回路 ２６‥‥ノズルプレート ２６１‥‥ノズル ３‥‥テーブル ３１‥‥電極 ４‥‥電圧印加手段（電位差発生手段） ５１‥‥リニアモータ ５２‥‥モータ ５３‥‥モータ ５４‥‥モータ ５５‥‥モータ ６１‥‥第１移動手段 ６２‥‥第２移動手段 １００‥‥制御装置 ２００‥‥導体パターン前駆体 ３００‥‥積層体 Ｄ‥‥液滴 Ｄ１‥‥微小液滴 Ｅ‥‥電界 Ｓ‥‥基材（受容物）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有するノズルプレートに形成されたノズルから帯電性を有する液状材料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドと、前記液滴吐出ヘッドと前記液状材料の吐出方向に対向配置された電極との間に、前記液滴吐出ヘッドから吐出した前記液状材料を供給する受容物を配置し、前記ノズルプレートと前記電極との間に電位差を生じさせた状態で前記ノズルから前記液状材料を液滴として吐出することにより、前記液滴を該液滴よりも小さな複数の微小液滴に分裂した霧状にして前記受容物に供給する第１吐出方法と、前記ノズルプレートと前記電極との間の電位差を前記第１吐出方法よりも小さな状態とし前記ノズルから吐出した前記液状材料の液滴を前記受容物に供給する第２吐出方法とを選択することを特徴とする液滴吐出方法。
【請求項２】
前記第１吐出方法において、前記ノズルから吐出された前記液状材料の液滴は、前記ノズルプレートと前記電極との間に発生した電位空間で帯電し、該帯電により発生する静電反発力によって前記複数の微小液滴に分裂する請求項１に記載の液滴吐出方法。
【請求項３】
前記第１吐出方法において、前記ノズルから吐出された前記液状材料の液滴は、該液滴に働く電荷反発力が表面張力よりも大きい請求項１または２に記載の液滴吐出方法。
【請求項４】
前記第１吐出方法において、前記ノズルから吐出された前記液状材料の液滴に働く表面張力をＴとし、前記液滴の帯電量をＱとし、前記液滴の半径をＲとし、真空の誘電率をε０とし、円周率をπとしたとき、Ｔ≦Ｑ２／６４π２ε０Ｒ３なる関係を満足する請求項３に記載の液滴吐出方法。
【請求項５】
前記液状材料の電気伝導率は、１×１０-１２Ｓ／ｍ以上、１×１０−２Ｓ／ｍ以下である請求項３または４に記載の液滴吐出方法。
【請求項６】
前記第２吐出方法において、前記ノズルから吐出された前記液状材料の液滴は、該液滴に働く電荷反発力が表面張力よりも小さい請求項１ないし５のいずれかに記載の液滴吐出方法。
【請求項７】
前記液滴吐出ヘッドは、前記液状材料が充填され、前記ノズルに連通するキャビティと、前記キャビティ内の圧力を変化させる圧力発生部とを有し、前記圧電素子を駆動することにより前記ノズルから前記液状材料を吐出する請求項１ないし６のいずれかに記載の液滴吐出方法。
【請求項８】
前記第１吐出方法において、前記微小液滴の平均滴径は、１ｎｍ以上、１０μｍ以下である請求項１ないし７のいずれかに記載の液滴吐出方法。
【請求項９】
前記第１吐出方法で吐出した前記液滴の前記受容物に対する着弾面積は、前記第２吐出方法で吐出した前記液滴の前記受容物に対する着弾面積よりも大きい請求項１ないし８のいずれかに記載の液滴吐出方法。
【請求項１０】
前記液状材料は、前記受容物に導体パターンを形成するための配線形成用の液状材料である請求項１ないし９のいずれかに記載の液滴吐出方法。
【請求項１１】
前記受容物に形成する前記導体パターンの線状をなす配線については、前記第２供給方法で前記液状材料を供給し、面状をなす端子については、前記第１供給方法で前記液状材料を供給する請求項１０に記載の液滴吐出方法。
【請求項１２】
前記液状材料は、金属粒子を分散媒に分散したものである請求項１０または１１に記載の液滴吐出方法。
【請求項１３】
導電性を有するノズルプレートに形成されたノズルから帯電性を有する液状材料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドと、
前記液滴吐出ヘッドと前記液状材料の吐出方向に対向配置された電極と、
前記ノズルプレートと前記電極との間に電位差を発生させる電位差発生手段とを有し、
前記電位差発生手段によって前記ノズルプレートと前記電極との間に電位差を生じさせた状態で前記ノズルから前記液状材料を液滴として吐出することにより、前記液滴を該液滴よりも小さな複数の微小液滴に分裂した霧状にして、前記液滴吐出ヘッドと前記電極との間に配置された受容物に供給する第１吐出方法と、前記ノズルプレートと前記電極との間の電位差を前記第１吐出方法よりも小さな状態とし前記ノズルから吐出した前記液状材料の液滴を前記霧状に分裂させずに前記受容物に供給する第２吐出方法とを選択可能であることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項１】
導電性を有するノズルプレートに形成されたノズルから帯電性を有する液状材料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドと、前記液滴吐出ヘッドと前記液状材料の吐出方向に対向配置された電極との間に、前記液滴吐出ヘッドから吐出した前記液状材料を供給する受容物を配置し、前記ノズルプレートと前記電極との間に電位差を生じさせた状態で前記ノズルから前記液状材料を液滴として吐出することにより、前記液滴を該液滴よりも小さな複数の微小液滴に分裂した霧状にして前記受容物に供給する第１吐出方法と、前記ノズルプレートと前記電極との間の電位差を前記第１吐出方法よりも小さな状態とし前記ノズルから吐出した前記液状材料の液滴を前記受容物に供給する第２吐出方法とを選択することを特徴とする液滴吐出方法。
【請求項２】
前記第１吐出方法において、前記ノズルから吐出された前記液状材料の液滴は、前記ノズルプレートと前記電極との間に発生した電位空間で帯電し、該帯電により発生する静電反発力によって前記複数の微小液滴に分裂する請求項１に記載の液滴吐出方法。
【請求項３】
前記第１吐出方法において、前記ノズルから吐出された前記液状材料の液滴は、該液滴に働く電荷反発力が表面張力よりも大きい請求項１または２に記載の液滴吐出方法。
【請求項４】
前記第１吐出方法において、前記ノズルから吐出された前記液状材料の液滴に働く表面張力をＴとし、前記液滴の帯電量をＱとし、前記液滴の半径をＲとし、真空の誘電率をε０とし、円周率をπとしたとき、Ｔ≦Ｑ２／６４π２ε０Ｒ３なる関係を満足する請求項３に記載の液滴吐出方法。
【請求項５】
前記液状材料の電気伝導率は、１×１０-１２Ｓ／ｍ以上、１×１０−２Ｓ／ｍ以下である請求項３または４に記載の液滴吐出方法。
【請求項６】
前記第２吐出方法において、前記ノズルから吐出された前記液状材料の液滴は、該液滴に働く電荷反発力が表面張力よりも小さい請求項１ないし５のいずれかに記載の液滴吐出方法。
【請求項７】
前記液滴吐出ヘッドは、前記液状材料が充填され、前記ノズルに連通するキャビティと、前記キャビティ内の圧力を変化させる圧力発生部とを有し、前記圧電素子を駆動することにより前記ノズルから前記液状材料を吐出する請求項１ないし６のいずれかに記載の液滴吐出方法。
【請求項８】
前記第１吐出方法において、前記微小液滴の平均滴径は、１ｎｍ以上、１０μｍ以下である請求項１ないし７のいずれかに記載の液滴吐出方法。
【請求項９】
前記第１吐出方法で吐出した前記液滴の前記受容物に対する着弾面積は、前記第２吐出方法で吐出した前記液滴の前記受容物に対する着弾面積よりも大きい請求項１ないし８のいずれかに記載の液滴吐出方法。
【請求項１０】
前記液状材料は、前記受容物に導体パターンを形成するための配線形成用の液状材料である請求項１ないし９のいずれかに記載の液滴吐出方法。
【請求項１１】
前記受容物に形成する前記導体パターンの線状をなす配線については、前記第２供給方法で前記液状材料を供給し、面状をなす端子については、前記第１供給方法で前記液状材料を供給する請求項１０に記載の液滴吐出方法。
【請求項１２】
前記液状材料は、金属粒子を分散媒に分散したものである請求項１０または１１に記載の液滴吐出方法。
【請求項１３】
導電性を有するノズルプレートに形成されたノズルから帯電性を有する液状材料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドと、
前記液滴吐出ヘッドと前記液状材料の吐出方向に対向配置された電極と、
前記ノズルプレートと前記電極との間に電位差を発生させる電位差発生手段とを有し、
前記電位差発生手段によって前記ノズルプレートと前記電極との間に電位差を生じさせた状態で前記ノズルから前記液状材料を液滴として吐出することにより、前記液滴を該液滴よりも小さな複数の微小液滴に分裂した霧状にして、前記液滴吐出ヘッドと前記電極との間に配置された受容物に供給する第１吐出方法と、前記ノズルプレートと前記電極との間の電位差を前記第１吐出方法よりも小さな状態とし前記ノズルから吐出した前記液状材料の液滴を前記霧状に分裂させずに前記受容物に供給する第２吐出方法とを選択可能であることを特徴とする液滴吐出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１３５７４４（Ｐ２０１２−１３５７４４Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９１２９２（Ｐ２０１０−２９１２９２）
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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