JP2003001823A

JP2003001823A - 液体吐出素子、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置

Info

Publication number: JP2003001823A
Application number: JP2001194346A
Authority: JP
Inventors: Torahiko Kanda; 虎彦神田; Kazuhiko Hayashi; 一彦林; Shinichi Okuda; 真一奥田; Yoshihiro Hagiwara; 良広萩原; Fuminori Takizawa; 文則滝沢
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2003-01-08

Abstract

(57)【要約】【課題】主流路と分岐流路とを含む液体プールを備え
る際に、液体流の流体抵抗を小さくしながらも、ヘッド
幅と共にヘッド質量を低減し、プリンタ等の液体吐出装
置の大型化を回避することができる液体吐出素子を提供
する。【解決手段】本液体吐出素子は、インクプールに連通
するマトリックス状に配列された複数の圧力室１２と、
インクプールに液体を供給するインク供給口１３と、各
圧力室１２を駆動する複数の圧電素子１９とを備える。
この液体吐出素子では、インクプールが、インク供給口
１３に近接し且つヘッド走査方向Ａと平行な第１の方向
に延在する主流路１６と、主流路１６から分岐し且つヘ
ッド走査方向Ａと直交する第２の方向に延在する複数の
分岐流路１５とを備えており、第１の方向に配列される
圧力室１２の個数Ｎ1と、第２の方向に配列される圧力
室１２の個数Ｎ2との比Ｎ2／Ｎ1が１以上に設定されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体吐出素子、液
体吐出ヘッド、及び液体吐出装置に関し、特に、ノズル
から液体吐出対象物に液体を吐出する液体吐出素子、該
液体吐出素子を備える液体吐出ヘッド、及び、該液体吐
出ヘッドから液体吐出対象物に液体を吐出する液体吐出
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ノンインパクト記録方式は、記録
時の騒音が極めて小さく、また高速印字が可能である点
で関心を集めており、その中でも、インクジェット記録
方式を用いたインクジェット式プリンタへの関心が高ま
っている。このインクジェット式プリンタは、記録ヘッ
ドから液状のインク滴を飛翔させて記録紙に付着させ、
文字、図形、写真等の印字を高速で行う構成を備えてお
り、普通紙に特別の定着処理等を施すことなく記録する
ことができる。このような従来のインクジェット式プリ
ンタに使用されるインク吐出ヘッドが、例えば特開平４
−１４８９３６号公報に記載されている。

【０００３】図１７は、上記公報に記載のインク吐出ヘ
ッドを示す平面図である。このインク吐出ヘッド７０
は、一方向に配列された複数のノズル７１と、各ノズル
７１に連通するように１個ずつ設けられた細長い平面形
状を有する圧力室７２とを備えている。各圧力室７２
は、他端にインク供給口７３を有している。また、圧力
室７２の形成層と異なる層には、各インク供給口７３を
介して各圧力室７２に共通に連通するインクプール７４
が設けられている。各圧力室７２の一面を形成する振動
プレート（図示せず）には、各圧力室７２を駆動するア
クチュエータ（図示せず）が設けられている。

【０００４】以下、アクチュエータ（加圧手段）は、圧
電素子で構成されたものとして説明する。上記従来のイ
ンク吐出ヘッドでは、アクチュエータの駆動で振動プレ
ートが圧力室７２内の容積を減少させる方向に撓ませた
結果、圧力室７２内に充填されたインクが圧縮され、こ
の圧力室７２に連通するノズル７１からインク滴が吐出
される。この後、変形した振動プレートが復元するに従
って、インクプール７４からインクがインク供給口７３
を経由して圧力室７２に再充填されて、次回のインク吐
出に備える。

【０００５】上記従来例の構成から、より具体的なイン
ク吐出素子の構成を考える。図１８は、図１７に示した
インク吐出素子７０とはノズル７１及び圧力室７２の位
置関係等、形式が異なるインク吐出素子６０を示す展開
斜視図である。

【０００６】インク吐出素子６０は、マトリックス状に
配列された多数のノズル１１を有するノズルプレート６
１と、１本の主流路１６及び複数の分岐流路１５から成
るインクプールを有するインクプールプレート６２と、
ノズル１１にインクを供給するインク供給口６３ａ及び
インクプールに連通するインク吸入孔６３ｂを有するイ
ンク供給プレート６３と、マトリックス状に配列された
多数の圧力室１２を有する圧力室プレート６５と、各圧
力室１２の隔壁を成す振動プレート６６とがこの順に接
合されている。

【０００７】インクプールプレート６２には、各ノズル
１１の連通する連通孔６２ａが、櫛歯形状の各分岐流路
１５に沿って複数個ずつ形成されており、インクプール
にはインク供給口（図１９の１３）からインクが供給さ
れる。また、振動プレート６６上には、振動プレート６
６を挟んで各圧力室１２に対向する多数の圧電素子６７
が配設されている。これらのノズルプレート６１、イン
クプールプレート６２、インク供給プレート６３、圧力
室プレート６５及び振動プレート６６は、相互に所定の
状態に位置決めされて固定される。

【０００８】プレート６１〜６６は、何れもステンレス
（ＳＵＳ）の圧延材等で作製できる。また、ノズル１１
やインク供給口（図１８では図示省略）等は、穴開けプ
レス加工で作製し、櫛歯形状の分岐流路１５や圧力室１
２はエッチングで作製することができる。振動プレート
６６を除くノズルプレート６１、インクプールプレート
６２、インク供給プレート６３及び圧力室プレート６５
を相互に接着・接合してから、圧電素子６７を貼り付け
た振動プレート６６を接着・接合する。

【０００９】更に、インク吐出素子２０に、圧電素子６
７に電気信号を送るための信号線（図示せず）を接続す
る。例えば、マトリックス配置の外周にＦＰＣケーブル
（図示せず）の電極端子を配設し、その端子と各圧電素
子６７の個別電極とをワイヤボンディングで接続した
後、圧電素子６７に圧電性を与えるためにバイアス電圧
を与えて分極処理する。

【００１０】図１９は、インク吐出素子６０の主流路１
６及び分岐流路１５の一構成例を示す概略図である。イ
ンク吐出素子６０は、マトリックス状に配設された多数
のノズル１１と、各ノズル１１に連通する多数の圧力室
１２とを有し、また、インク供給口１３を介してインク
タンク（図示せず）に連通するインクプールを備える。

【００１１】インクプールは、インク吐出素子６０が搭
載されるインク吐出ヘッド（図示せず）の走査方向と直
交する方向に延在する主流路１６と、主流路１６から夫
々に分岐し走査方向に平行な複数の分岐流路１５とを備
える。各分岐流路１５には、ノズル１１に夫々連通する
圧力室１２が接続されている。このように、ノズル１１
と圧力室１２とが連通した分岐流路１５が複数設けられ
て、最小の単位素子であるインク吐出素子６０が構成さ
れている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１９に示
したインク吐出素子６０は、カラー印刷を実現する際に
は、通常３原色に黒色を加えた４色が必要になる。この
際に、異なる色のドットをほぼ同じ位置に容易に形成で
きる等の理由から、４色分の各単位素子６０Ａ〜６０Ｄ
を、図２０に示すように並べて作製することが望まし
い。但し、各色の単位素子６０Ａ〜６０Ｄをこのように
配列した場合、異なる色のドットを同じ位置に吐出する
構成を得るには、インクジェット式プリンタ内でのヘッ
ド走査方向は矢印Ａで示す方向に限定される。この場
合、インク吐出ヘッドを走査方向Ａに１ドット分ずつず
らしながら印刷すると、１つの単位素子２０内で隣接す
るドットが同じ位置に形成されることになり、好ましく
ない。このような現象をなくすには、各印字毎に数ドッ
ト分ずつずらせばよいが、その場合にはインク吐出ヘッ
ドの位置決めが困難になる。

【００１３】そこで、図２１及び図２２に示すように、
ヘッド走査方向と直交する方向での隣り合うドットの位
置を相互にずらした構成が考えられる。図２１及び図２
２は夫々、図１９に示したインク吐出素子６０の変形例
を示す概略図である。図２１に示す構成では、シリコン
プロセスで作製する場合に、分岐流路１５がシリコンの
エッチングプロセスで傾斜した直線としては形成され
ず、図示のような階段状に形成される。分岐流路１５が
階段状に形成されると、流れるインクの流体抵抗が大き
くなる。これを回避するには、分岐流路１５の幅を広げ
なければならないが、分岐流路１５の幅を広げると、矢
印Ｂで示す用紙搬送方向での、最小の単位素子であるイ
ンク吐出素子６０の素子長さ（以下、最小単位素子高さ
と呼ぶ）Ｄ2が大きくなると共に、隣接するノズル１１
相互の間隔を狭めることが困難になる。

【００１４】また、図２２に示した構成では、分岐流路
１５を直線状に形成できるものの、圧力室１２と分岐流
路１５との間の距離Ｄ3を圧力室位置に応じて図示のよ
うに変えなければならない。距離Ｄ3が夫々に変わる
と、圧力室１２及び分岐流路１５間での流体抵抗が変化
し、ノズル１１毎にインク吐出量が変わる等の新たな問
題が生じると共に、単位素子６０としての縦幅Ｄ2が大
きくなる。以上説明したことは、シリコンプロセス特有
の課題であるが、たとえシリコンプロセスを用いない場
合でも、図１９〜図２２に示したような主流路１６が
縦、分岐流路１５が横に配列された構成によると、小型
化は困難である。

【００１５】つまり、図１９に示した構成の単位素子６
０では、インク供給口１３を介して主流路１６の一端部
にインクが供給されるので、インク流の流体抵抗を小さ
くするには、主流路１６の幅１６Ｗを広げる必要があ
る。この場合、インク吐出ヘッド全体として考えると、
複数の単位素子６０Ａ〜６０Ｄの夫々で、ヘッド走査方
向Ａでの、最小の単位素子であるインク吐出素子６０の
素子長さ（以下、最小単位素子幅と呼ぶ）Ｄ1が大きく
なるので、ヘッド幅と共にヘッド質量が増大し、プリン
タが大型化し、円滑なヘッド駆動が慣性の増大によって
損なわれることになる。

【００１６】図２３は、主流路のインク供給口との連通
位置が用紙搬送方向の両端にある複数のインク吐出素子
を配列した一例を示す概略図、図２４は、主流路のイン
ク供給口との連通位置が用紙搬送方向の中央部分にある
複数のインク吐出素子を配列した一例を示す概略図であ
る。主流路１６の流体抵抗を低減するには、図２３に示
すように、主流路１６の延在方向の両端にインク供給口
１３を設ける構成や、図２４に示すように、主流路１６
の延在方向中央部分にインク供給口１３を設ける構成が
必要になる。図２３の構成例では、ヘッド幅増大のおそ
れはないが、図２４の構成例では、インク吐出素子６０
Ａ〜６０Ｄを複数配列した際に、ヘッド幅が増大してプ
リンタの大型化を招くことになる。

【００１７】本発明は、上記に鑑み、主流路と分岐流路
とを含む液体プールを備える際に、液体流の流体抵抗を
小さくしながらも、ヘッド幅と共にヘッド質量を低減
し、プリンタ等の液体吐出装置の大型化を回避すること
ができる液体吐出素子、液体吐出ヘッド、及び液体吐出
装置を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る第１の視点の液体吐出素子は、液体プ
ールに連通するマトリックス状に配列された複数の圧力
室と、前記液体プールに液体を供給する液体供給口と、
各圧力室を駆動する複数の加圧手段とを備え、液体吐出
対象物に対面した状態で所定の走査方向に移動しつつ、
前記圧力室の駆動によって該圧力室に連通するノズルか
ら液滴を液体吐出対象物に吐出する型式の液体吐出素子
において、前記液体プールが、前記液体供給口に近接し
且つ前記走査方向と平行な第１の方向に延在する主流路
と、該主流路から分岐し且つ前記走査方向と直交する第
２の方向に延在する複数の分岐流路とを備え、前記第１
の方向に配列される前記圧力室の個数Ｎ1と、前記第２
の方向に配列される前記圧力室の個数Ｎ2との比Ｎ2／Ｎ
1が１以上であることを特徴とする。

【００１９】本発明の第１の視点の液体吐出素子では、
液体プールが、液体供給口に近接し且つ走査方向に延在
する主流路と、主流路からその延在方向と直交する方向
に分岐する複数の分岐流路とを備えるので、液体供給口
から主流路に供給される液体が、主流路と直交する方向
の分岐流路に円滑に流入する。これにより、分岐流路と
圧力室との間で発生する流体抵抗が大幅に低減するの
で、各ノズル間で液体吐出量がばらつくような不具合は
生じない。また、第１の方向に配列される圧力室の個数
Ｎ1と、第２の方向に配列される圧力室の個数Ｎ2との比
Ｎ2／Ｎ1が１以上に設定されるので、このような構成の
液体吐出素子を液体吐出ヘッドに搭載した際に、ヘッド
走査方向でのヘッド幅が小さいヘッド構成を得ることが
できる。更に、このような液体吐出ヘッドを搭載した液
体吐出装置では、大型化が回避でき、ヘッド重量が低減
していることによりヘッド動作時の慣性力が小さくな
り、液体吐出装置の振動や騒音が低減すると共に、ヘッ
ドの位置決め精度が向上する。その結果、吐出塗布位置
の正確な制御が可能となる。

【００２０】また、本発明に係る第２の視点の液体吐出
素子は、液体プールに連通するマトリックス状に配列さ
れた複数の圧力室と、前記液体プールに液体を供給する
液体供給口と、各圧力室を駆動する複数の加圧手段とを
備え、液体吐出対象物に対面した状態で所定の走査方向
に移動しつつ、前記圧力室の駆動によって該圧力室に連
通するノズルから液滴を液体吐出対象物に吐出する型式
の液体吐出素子において、前記液体プールが、前記液体
供給口に近接し且つ前記走査方向と平行な第１の方向に
延在する主流路と、該主流路から分岐し且つ前記第１の
方向と直交する第２の方向に延在する複数の分岐流路と
を備え、前記第１の方向での素子長さＤ1と、前記第２
の方向での素子長さＤ2との比Ｄ2／Ｄ1が０．８５以上
であることを特徴とする。

【００２１】本発明の第２の視点の液体吐出素子では、
上記第１の視点の液体吐出素子と同様に、液体供給口か
ら主流路に供給される液体を分岐流路に円滑に流入させ
ることができ、分岐流路と圧力室との間の流体抵抗を低
減することができる。また、第１の方向での素子長さＤ
1と、第２の方向での素子長さＤ2との比Ｄ2／Ｄ1が０．
８５以上に設定されるので、このような構成の液体吐出
素子を液体吐出ヘッドに搭載した際に、走査方向でのヘ
ッド幅が小さいヘッド構成を得ることができる。更に、
この液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出装置では、大型
化が回避でき、ヘッド重量が低減するなど、第１の視点
の液体吐出素子と同様の効果を奏することができる。

【００２２】また、前記主流路が、前記分岐流路の両端
部に夫々設けられることも好ましい態様である。この場
合、主流路が、例えば分岐流路の各端部に２本以上設け
られていれば、分岐流路へのインク供給が一層良好にな
る。

【００２３】更に、前記液体供給口が前記主流路の中央
部分に接続されることが好ましい。この場合、各分岐流
路へのインク供給をムラ無く行うことができる。

【００２４】好ましくは、前記圧力室、分岐流路及び主
流路が同一のシリコン基板に形成されている。これによ
り、シリコンプロセスによるヘッド作製の際に、１枚の
ウエハや、張り合わせによる１枚の基板から、より多く
の液体吐出ヘッドを作製することが可能になるので、ヘ
ッド作製上の原価低減を図ることができる。

【００２５】本発明の好ましい液体吐出素子では、一の
分岐流路での前記主流路に近接する側からｎ番目（ｎ：
正の整数）の圧力室の位置が、前記一の分岐流路に隣接
する他の分岐流路での前記ｎ番目の圧力室の位置と前記
第２の方向でずれている。この場合、一の分岐流路と他
の分岐流路との間のずれ量を、液体吐出素子をインク吐
出ヘッドに搭載した際の印刷時のｐドット分(ｐ：正の
整数)に対応させることができる。これにより、複数の
液体吐出素子を搭載した液体吐出ヘッドをヘッド走査方
向に１ドット分ずつずらしながら印刷しても、同一の液
体吐出素子内で隣り合うノズルから吐出されるインク滴
（ドット）が同じ位置に塗布されることはない。このた
め、液体吐出ヘッドをヘッド走査方向に１ドット分ずつ
移動させながら行う印刷が可能になる。

【００２６】また、前記第１の方向での一方の最端部に
位置する分岐流路に接続された圧力室の内で前記主流路
に近接する側からｎ番目の圧力室と、他方の最端部に位
置する分岐流路に接続された圧力室の内で前記主流路に
近接する側からｎ＋１番目又はｎ−１番目の圧力室と
が、前記液体吐出素子をインク吐出ヘッドに搭載した際
の印刷時のｍ行分(ｍ：分数又は正の整数)ずれているこ
とも好ましい態様である。

【００２７】前記液体を、印刷用インク、有機ＥＬ素子
用材料又は有機半導体用材料で構成することができる。

【００２８】本発明に係る液体吐出ヘッドは、前記液体
吐出素子を複数備えた液体吐出ヘッドであって、各液体
吐出素子が夫々の主流路をヘッド走査方向と平行にした
状態で配列され、各液体吐出素子における前記第２方向
での圧力室位置が揃っていることを特徴とする。

【００２９】本発明に係る液体吐出ヘッドでは、例えば
３個の単位素子を含む際に、各単位素子から吐出される
インクが３原色用インクを含むようにする。また、４個
の単位素子を含む際には、単位素子から吐出されるイン
クが、３原色用インクに加えて黒色インクを含むように
する。更に、３個の単位素子を含む際に、各単位素子か
ら吐出される液体に含まれる有機ＥＬ発光材料を、３原
色用の有機ＥＬ素子用材料を含むようにすることができ
る。

【００３０】前記加圧手段を、前記圧力室の壁に接合さ
れた振動プレートと、該振動プレート上に接合された圧
電素子とで構成することができる。或いは、これに代え
て、加圧手段を、前記圧力室の壁に接合された加熱手段
で構成することもできる。

【００３１】また、本発明に係る液体吐出装置は、前記
液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドを走査させる駆動
手段と、前記液体吐出ヘッドの走査位置及び液体吐出対
象物の搬送位置を制御する制御手段とを備えることを特
徴とする。この場合、制御手段を、上位装置から送信さ
れる制御信号に応答して、加圧手段の駆動レベル、駆動
時間及び駆動回数を算出して、各加圧手段を選択的に駆
動するように構成することができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の実
施形態例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１
は、本発明に係る第１実施形態例のインク吐出素子を概
略的に示す平面図である。本インク吐出素子２０は、主
にノズル１１と圧力室１２の配置、及び主流路１６と分
岐流路１５の配置を除いて、図１８に示した基本構成と
ほぼ同様の基本構成を有する。

【００３３】本インク吐出素子（単位素子）２０は、マ
トリックス状に配設された多数のノズル１１と、各ノズ
ル１１に連通する多数の圧力室１２とを有し、インク供
給口１３を介してインクタンク（図示せず）に連通する
インクプールを備える。インクプールは、インク吐出素
子２０が搭載されるインク吐出ヘッド（図示せず）の矢
印Ａで示す走査方向（ヘッド走査方向）と平行に延在
し、インク供給口１３に近接する主流路１６と、主流路
１６から夫々に分岐し走査方向Ａと直交する矢印Ｂで示
す方向（用紙搬送方向）に延在する複数の分岐流路１５
とを備える。各分岐流路１５には、ノズル１１に夫々連
通する圧力室１２が連通している。

【００３４】具体的には、インク吐出素子２０では、分
岐流路１５の本数が４、つまり主流路１６の延在方向に
沿って配列された圧力室１２の個数Ｎ1は４であり、分
岐流路１５の延在方向に沿って配列された圧力室１２の
個数Ｎ2は１２であり、Ｎ1とＮ2との比Ｎ2／Ｎ1は３で
ある。これらの個数は、適宜選択することができる。

【００３５】本インク吐出素子２０では、各圧力室１２
を駆動する圧電素子（アクチュエータ）の夫々に、電圧
供給源に接続された電圧印加用の配線が接続されてい
る。電圧供給源は、どの圧力室１２の圧電素子を作動さ
せるかを選択する制御手段に接続されている。制御手段
は、インク吐出素子２０に搭載されており、コンピュー
タ等の上位装置から与えられる印刷データに基づいて、
電圧供給源を制御する。

【００３６】上記構成のインク吐出素子２０では、イン
クタンク（図示せず）からインク供給口１３を介して主
流路１６に供給されるインクが、主流路１６から各分岐
流路１５に流入しつつ、各分岐流路１５に沿って配設さ
れた各圧力室１２に供給される。各圧力室１２に供給さ
れるインクは、圧力室１２が、作動する圧電素子で撓み
変形する振動プレートによって、内部に充填されたイン
クが圧縮されることにより、インク吐出素子２０に対向
する記録用紙等の液体吐出対象物上にノズル１１からイ
ンク滴を吐出する。多数の圧電素子が選択的に駆動され
ることによって、インク吐出させる位置が適時決定され
る。

【００３７】図１に示したインク吐出素子２０は、イン
ク供給口１３が主流路１６近傍に配設されるので、イン
ク吐出ヘッドに搭載される際には、図２０に示したイン
ク吐出素子６０Ａ〜６０Ｄと同様に、３原色及び黒色用
のインク吐出素子（２０Ａ〜２０Ｄ）として配列され
る。

【００３８】本実施形態例では、インクプールが、イン
ク供給口１３に近接し且つ走査方向Ａと平行な方向に延
在する主流路１６と、主流路１６から分岐し且つ走査方
向Ａと直交する用紙搬送方向Ｂに延在する複数の分岐流
路１５とを備えるので、インク供給口１３から主流路１
６に供給されるインクが、主流路１６からその直交する
方向に直線的に延びる分岐流路１５に、インクを円滑に
流入させることができる。このため、分岐流路１５と圧
力室１２との間での流体抵抗が低減されるので、ノズル
１１毎に液体吐出量が変わるような不具合は発生しな
い。また、走査方向Ａ１と平行に配列される圧力室１２
の個数Ｎ1と、用紙搬送方向Ｂに配列される圧力室１２
の個数Ｎ2との比Ｎ2／Ｎ1が３、つまり１以上に設定さ
れるので、マトリックス状に配列される圧力室１２（ノ
ズル１１）が、走査方向Ａでのヘッド幅を小さくする配
列となる。これにより、インク吐出ヘッドの大型化が回
避できる。

【００３９】図２は、複数のインク吐出素子２０Ａ〜２
０Ｄを配列した一例を示す概略図である。この例では、
主流路１６のインク供給口１３との連通位置が、ヘッド
走査方向Ａでの主流路１６の中央部分に位置される。こ
の場合に、インク供給口１３から各分岐流路１５への距
離が図１の構成例に比して平均化し流体抵抗が低減さ
れ、主流路１６の幅を更に狭めることが可能になる。つ
まり、主流路１６とインク供給口１３との連通部（接続
部）から、この接続部に最も近い分岐流路１５端部まで
の距離と、最も遠い分岐流路１５端部までの距離とが平
均化され、主流路１６の上記接続部から分岐流路１５毎
に供給されるインクの流体抵抗のバラツキが小さく抑え
られる。

【００４０】ここで、主流路１６の中央部分にインク供
給口１３を位置させる構成自体は、図２４に示した従来
の構成例でも実現されていた。しかし、この従来構成で
は、各インク吐出素子（単位素子）６０Ａ〜６０Ｄの相
互間にインク供給口１３が位置することになるので、イ
ンク吐出ヘッド１０全体での幅が広くなるという問題が
生じる。これに比べ、図２に示した本実施形態例の構成
では、主流路１６が単位素子２０Ａ〜２０Ｄの一端側に
位置し、インク供給口１３が更にその外方側に位置し、
単位素子２０Ａ〜２０Ｄの相互間に位置することがない
ので、インク吐出ヘッド１０の幅が増大しない。

【００４１】なお、本実施形態例では、インクを加圧す
る手段が、圧力室１２の壁に接合された振動プレート
（図示せず）と、この振動プレート上に接合された圧電
素子とで構成されたが、振動プレート及び圧電素子に代
えて、加熱素子を用いてインク加圧手段を構成すること
もできる。この場合には、圧力室１２内に充填されたイ
ンクを加熱し、熱によるインクの体積膨張や、気泡の発
生による圧力を利用してインクを吐出させる。

【００４２】次に、本発明に係る第２実施形態例につい
て説明する。図３は、本実施形態例のインク吐出素子の
概略平面図である。本実施形態例では、図２に示した主
流路１６の中央部分のインク供給口１３を分岐流路１５
の反対側にも設け、インク吐出素子２０の分岐流路１５
に沿った両端部を、別々のインク供給口１３を介してイ
ンクタンクに接続している。これにより、各分岐流路１
５の両端部に位置する主流路１６からインクが夫々に流
入するので、分岐流路１５のインクの流体抵抗が低減で
きると共に、各分岐流路１５間の幅１５Ｗがより小さく
なる。

【００４３】図３のインク吐出素子２０は、一例として
図４のように配列することができる。その場合、インク
吐出ヘッドにインク吐出素子２０Ａ〜２０Ｄを搭載した
際のヘッド走査方向Ａでのヘッド幅が、図２４の従来構
成に比して小さくなり、一層のコンパクト化が可能にな
る。また、図３では、分岐流路１５の両端部に各１本ず
つの主流路１６を設けたが、例えば主流路１６を更に分
割し、分岐流路１５の両端部に２本以上の主流路１６を
設けることも可能である。なお、図１及び図３に示した
インク吐出素子２０は、図２及び図４に示すように複数
の単位素子２０Ａ〜２０Ｄとして配列される際、各単位
素子の何れにおいても主流路１６がヘッド走査方向Ａと
平行にした状態に配列されると共に、各単位素子２０Ａ
〜２０Ｄにおける用紙搬送方向Ｂでの圧力室１２の位置
が一致されている。

【００４４】ところで、図１〜図４に示したインク吐出
ヘッドは何れも、従来構成に比してヘッド小型化に寄与
することができるが、インク吐出ヘッドをヘッド走査方
向Ａに１ドット分ずつずらしながら印刷する際に、同一
のインク吐出素子（単位素子）２０内で隣り合うドット
が同じ位置に塗布されて重なるという問題が生じる。こ
の問題を解消するには、一度に数ドット分ずつずらしな
がら印字すればよいのであるが、その場合にはヘッドの
位置決めが困難になるという新たな問題が生じる。

【００４５】ここで、上記問題を解消するインク吐出ヘ
ッドを得る第３実施形態例について説明する。図５は、
本実施形態例のインク吐出素子２０を示す概略図であ
る。本実施形態例では、各分岐流路１５に接続される圧
力室１２（ノズル１１）の用紙搬送方向Ｂでのドット位
置が、圧力室１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの夫々か
らはじまる圧力室列毎にずれている。つまり、図５にお
ける圧力室１２Ａと１２Ｂ、圧力室１２Ｂと１２Ｃ、圧
力室１２Ｃと１２Ｄのノズル１１の用紙搬送方向Ｂでの
位置が、夫々１ドット分ずつずれるように構成されてい
る。また、圧力室１２Ａ〜１２Ｄの各ノズル１１の行
と、圧力室１２Ｅ〜１２Ｈの各ノズル１１の行とは、用
紙搬送方向Ｂでの位置が１行分ずれている。これは他の
隣接する各ノズル行の相互間でも同様である。

【００４６】つまり、本実施形態例では、分岐流路１５
の延在方向での一の分岐流路１５と、この分岐流路１５
に隣接する他の分岐流路１５との間に、印刷時のｐドッ
ト分(ｐ：正の整数)のずれがあるので、インク吐出ヘッ
ドをヘッド走査方向に１ドット分ずつずらしながら印刷
する場合でも、インク吐出素子２０Ａ〜２０Ｄの各素子
内での隣り合うノズル１１から吐出されるインク滴が同
じ位置に塗布されることはない。これにより、インク吐
出ヘッドの小型化の実現に加え、ヘッドをヘッド走査方
向Ａに１ドット分ずつ移動させながら行う簡素な制御に
よる印刷が可能になる。

【００４７】図５では、圧力室１２Ａ〜１２Ｄの行と、
圧力室１２Ｅ〜１２Ｈの行との間の用紙搬送方向Ｂでの
ずれ量が１行分ずつの場合を示したが、ずれ量は定めら
れたｍ行分ずつに設定することもできる(ｍ：正の整
数)。この場合、インク吐出ヘッドを用紙搬送方向Ｂに
１行ずつ送ってｍ行分印刷してから、未印刷部までイン
ク吐出ヘッドを長距離移動させて印刷を繰り返す手法、
或いは、所定の印刷領域をｍ行おきに印刷してから行間
を埋めるようにｍ行おきに印刷する処理を繰り返し、最
終的に１行おきの印刷部分を形成する手法等が必要にな
る。ここで、印刷ピッチは必ずしも整数行である必要は
なく、印刷行が相互に重なっている場合、つまりｍが分
数の場合も含まれる。

【００４８】また、本実施形態例では、主流路１６とイ
ンク供給口１３との連通位置（接続位置）を、主流路１
６の長手方向の中央位置としたが、この構成に限らず、
主流路１６の幅１６Ｗが主流路１６の長手方向位置によ
って夫々に異なる場合には、図５における上部側の主流
路１６のように、幅１６Ｗがやや太い方に接続位置をず
らすことによって、各分岐流路１５にインクをより均等
に供給できるという効果が得られる。本実施形態例のイ
ンク吐出素子２０Ａ〜２０Ｄは、インク吐出ヘッドに搭
載される際に、典型的には図６に示すような配列で搭載
される。図６の構成例では、インク吐出素子２０Ａ〜２
０Ｄ夫々における主流路１６とインク供給口１３との接
続位置が、ヘッド走査方向Ａの片側に偏って設けられて
いる。

【００４９】ところで、図２１に示した従来構成では、
シリコンのエッチングプロセスで圧力室１２、分岐流路
１５及び主流路１６を加工する際に、＜１１０＞方向か
らなる線で構成されるパターンのみが形成できる。この
ため、従来構成では、各ノズル１１の位置を用紙搬送方
向Ｂにずらした素子を小型化することは困難であった。
しかし、図５に示した本実施形態例の構成では、ヘッド
走査方向Ａと用紙搬送方向Ｂを夫々＜１１０＞方向とす
ることにより、このような素子を容易に小型に作製する
ことができる。

【００５０】次に、本発明に係る第４実施形態例につい
て説明する。図７は、本実施形態例のインク吐出素子の
概略平面図である。本実施形態例では、図５に示した分
岐流路１５を中央付近で分断、つまり２組の同じ構成を
有するサブ単位素子１８Ａ及び１８Ｂを用紙搬送方向Ｂ
で逆向きにして組み合わせ、１つの単位素子として構成
している。

【００５１】例えば、図５に示した構成では、各分岐流
路１５の両側の主流路１６から夫々供給されるインクが
分岐流路１５の中央付近で衝突するので、これによって
発生する渦等による影響を抑えるための設計が必要にな
る。これに比べ、本実施形態例では、分岐流路１５が中
央付近で分断されてインク流の衝突が生じないので、発
生する渦等への対策を施す必要がない。しかし、対向す
るサブ単位素子１８Ａ及び１８Ｂの相互間に、或るスペ
ースが必要になるので、図５の場合に比して、ヘッド走
査方向Ａでの単位素子幅は同等であるが、用紙搬送方向
Ｂでの単位素子高さはやや大きくなる。

【００５２】次に、本発明に係る第５実施形態例につい
て説明する。図８は、本実施形態例のインク吐出素子の
概略平面図である。本実施形態例では、図７の構成に比
して、相互に対向する異なる構成、つまり用紙搬送方向
Ｂでの中央位置に関してほぼ線対称となる形状のサブ単
位素子１８Ｃ及び１８Ｄを組み合わせ、１つのインク吐
出素子（単位素子）２０を構成している。本実施形態例
によれば、サブ単位素子１８Ｃと１８Ｄとの間のスペー
スが不要になるので、用紙搬送方向Ｂでの単位素子高さ
を抑えることができる。但し、サブ単位素子１８Ｃと１
８Ｄとで構成が異なるので、夫々に有する圧力室１２へ
の分岐流路１５を通してのインク供給の均一化を図る設
計が必要となる。図７及び図８の構成のインク吐出素子
２０は、インク吐出ヘッドの搭載する際には、典型的に
は図６に示した配列で配置される。

【００５３】以上説明した図１〜図８では、１つの主流
路１６への外部インクタンクからのインク供給路が１箇
所の場合を示したが、供給路は複数でも構わない。ま
た、主流路１６から各分岐流路１５へのインク供給路
は、１箇所若しくは２箇所として示したが、３カ所以上
でも構わない。

【００５４】以上説明したように、本発明の適用によ
り、どのようなタイプのマトリックス型プリンタヘッド
でも、そのインク吐出ヘッドの小型化、特にヘッド走査
方向での小型化を図ることができ、例えば、エッチング
で加工するシリコンヘッドの場合にはその効果は一層顕
著になる。

【００５５】ところで、図５、図７及び図８に示した各
構成例は、小型化を実現できる点と、インク吐出ヘッド
をヘッド走査方向に１ドット分ずつ移動させながら行う
印刷が可能になる点で優れている。図１及び図３に示し
た構成例は夫々、従来構成例に比較した際に種々の長所
を有し、上記以外の観点、例えば経済性や配線との干渉
の問題等でも優れており、プリンタ装置用ヘッドに好適
に使用できる。

【００５６】図９は、本発明に係るインク吐出素子に適
用可能な圧力室及び分岐流路の基本構成を示す概略図で
あり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のIXb−IXb線に
沿った断面図である。図９（ａ）に示すように、分岐流
路１５と圧力室１２とは、切欠き状のインク供給路２３
を介して連通している。圧力室１２は、四角錐状に形成
され、中央部にノズル１１を有している。図９（ｂ）に
示すように、圧力室１２上には振動プレート１７が接合
されており、振動プレート１７の圧力室１２と逆側の面
には、圧電素子１９が固定されている。

【００５７】図１０は、図９の構成を変形した例を示す
平面図であり、インク供給路２３が圧力室１２の端部に
形成されている。インク供給路２３は、図９及び図１０
に示した位置以外にも、任意に形成することができる。

【００５８】図１１は、本発明に係るインク吐出素子に
適用できる圧力室１２及び分岐流路１５の基本構成を示
しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のXIb−XIb
線に沿った断面図である。図１１（ａ）に示すように、
分岐流路１５と圧力室１２とがインク供給路２３を介し
て連通している。この構成では、図１１（ｂ）に示すよ
うに、分岐流路１５及び圧力室１２の双方の一部が立体
的に重なり合っている点に特徴を有する。圧力室１２上
には振動プレート１７が接合されており、振動プレート
１７の圧力室１２と逆側の面には圧電素子１９が固定さ
れている。図１０及び図１１に示した構成例では、振動
プレート１７及び圧電素子１９に代えて、加熱素子を設
けることも可能である。

【００５９】図１２は、本発明に係るインク吐出ヘッド
を搭載した印刷装置（液体吐出装置）の要部を示す概念
図である。印刷装置４４は、マイクロコンピュータ等か
ら成る制御手段３５と、加圧駆動手段３９と、インク吐
出ヘッド３０をヘッド走査方向Ａに移動させると共に各
種信号を供給するヘッド駆動手段３１と、記録用紙３２
を用紙搬送方向Ｂに搬送する用紙送り手段３３とを備え
ている。

【００６０】制御手段３５は、印刷装置４４の全体を統
括的に制御すると共に、加圧駆動手段３９に加圧制御信
号４１を、ヘッド駆動手段３１にヘッド制御信号３６
を、用紙送り手段３３に用紙送り制御信号３７を夫々送
信する。制御手段３５は、装置外部のコンピュータ等の
上位装置から送信される外部信号４０を、ヘッド制御信
号３６、用紙送り制御信号３７及び加圧制御信号４１に
変換し、ヘッド駆動手段３１、用紙送り手段３３及び加
圧駆動手段３９に夫々送る。加圧制御信号４１は、どの
時刻に、どの単位素子の、どのアクチュエータに、どの
程度の大きさの駆動力で、どの程度の時間、駆動するか
を情報として含む。

【００６１】ヘッド駆動手段３１は、制御手段３５から
送られるヘッド制御信号３６に応答して、インク吐出ヘ
ッド３０を所定時刻に所定位置に位置するように駆動す
る。用紙送り手段３３は、制御手段３５から送信される
用紙送り制御信号３７に応答して、記録用紙３２が所定
時刻に所定位置に位置するように駆動する。外部信号４
０、ヘッド制御信号３６、用紙送り制御信号３７及び加
圧制御信号４１には、電気信号、光信号、或いは無線信
号を用いることが可能である。

【００６２】インク吐出ヘッド３０は、ヘッド走査方向
Ａに沿って配列されたインク吐出素子２０Ａ〜２０Ｄを
有している。記録用紙３２は、用紙送り手段３３に接触
されて、ヘッド走査方向Ａと直交する用紙搬送方向Ｂに
搬送される。

【００６３】インク吐出ヘッド３０のインク吐出素子２
０Ａ〜２０Ｄ内の各圧電素子は加圧駆動手段３９に接続
されており、加圧駆動手段３９を通じて加圧制御信号４
１を受けた際に作動し、対応する圧力室１２内のインク
を加圧し、この圧力室１２に連通するノズルからインク
を吐出させる。圧電素子を駆動するには、電圧や電流等
の電気的な信号や、光等の信号が挙げられる。このよう
にして、インク吐出ヘッド３０の位置、記録用紙３２の
位置、及び加圧制御信号４１の印加を同期させることに
より、記録用紙３２の印刷範囲内の或る任意位置に、所
望の色及び明暗を有する色調で画像や文字等を表現する
ことができる。

【００６４】以上のように、本発明を適用することによ
り、従来に比してより小型のインク吐出素子２０等の液
体吐出素子を備えた液体吐出ヘッド、及び、液体吐出ヘ
ッドを内蔵したより小型の液体吐出装置（印刷装置）を
実現できる。液体吐出ヘッドの小型化の実現によりヘッ
ド重量が低減するので、ヘッド動作時の慣性力が小さく
なり、液体吐出装置の振動や騒音が低減できるという効
果が得られる。また、ヘッド位置決め精度が向上する結
果として、吐出位置の正確な制御を図ることができる。
更に、ヘッド走査方向での小型化が実現すると、液体吐
出装置の横幅を低減して小型化することができる。ま
た、シリコンプロセスによりヘッド作製する際には１枚
のウエハから、また、貼り合わせで作製する際には、１
枚の基板からより多くのインク吐出ヘッドを作製するこ
とが可能になり、製造コストを低減できる。

【００６５】図１、図３、図５及び図７では、何れも分
岐流路１５が４本で、１本の分岐流路１５に接続された
圧力室１２が１２個の場合を示したが、これらの個数は
適宜選択することができる。また、図８では、分岐流路
１５が４本、１本の分岐流路１５に接続された圧力室１
２の個数が５個の場合を示したが、これらの個数も適宜
選択することができる。

【００６６】次に、本発明に係るインク吐出素子（液体
吐出素子）を、同一のシリコン基板を用いて作製する作
製方法の一例について説明する。図１３及び図１４は夫
々、圧力室及び分岐流路部分を作製するプロセスを示
し、図１３（ａ）〜(ｆ)及び図１４（ａ）〜(ｅ)は製造
プロセスを順に示す断面図である。

【００６７】まず、図１３（ａ）に示すように、シリコ
ン基板４５を準備し、シリコン基板４５の周囲の各表面
に酸化膜４６を形成する。次いで、図１３（ｂ）に示す
ように、凹部（ザグリ）４７を形成する。この際に、シ
リコン基板４５上の凹部形成部以外の部分をフォトレジ
スト膜で覆い、ミリングで凹部４７を形成し、その後に
フォトレジスト膜を除去する。更に、図１３(ｃ)に示す
ように、イオン注入等によってボロン拡散層４９を形成
する。

【００６８】引き続き、図１３(ｄ)に示すように、シリ
コン基板４５のボロン拡散層４９と逆側の面（裏面）
に、切欠き状のインク供給路５０を形成する。この際
に、シリコン基板４５の裏面のインク供給路５０以外の
部分をフォトレジスト膜で覆い、ミリング処理でインク
供給路５０を形成し、フォトレジストを除去する。更
に、図１３(ｅ)のように、ノズル部を補強するための積
層保護膜５１をボロン拡散層４９上に形成してから、ノ
ズル形成部以外の部分をフォトレジスト膜５２で覆い、
ミリング処理で積層保護膜５１のノズル形成部を除去す
る。続いて、フォトレジスト膜５２を除去し、ミリング
等によって、図１３(ｆ)に示すように、ノズル１１を形
成する。

【００６９】続いて、図１４（ａ）に示すように、シリ
コン基板４５の裏面に、圧力室形成部５３及び分岐流路
形成部５５を形成する。この際に、圧力室形成部５３及
び分岐流路形成部５５以外の部分をフォトレジスト膜５
４で覆い、ミリング処理で切欠き状のインク供給路５０
に形成する。次いで、図１４（ｂ）に示すように、フォ
トレジスト膜５４を除去し、シリコン基板４５裏面の圧
力室形成部５３及び分岐流路形成部５５にエッチングを
施し、図１４（ｃ）に示すように、圧力室１２及び分岐
流路１５を形成する。

【００７０】引き続き、図１４（ｄ）、(ｅ)に示すよう
に、ボロン拡散層４９上及びシリコン基板４５側面の積
層保護膜５１及び酸化膜をエッチングで除去する。この
後、圧力室１２の裏面にインク吐出のための振動プレー
ト及びアクチュエータ（又は加熱素子）を接合する。こ
の例では、同一のシリコン基板４５に、圧力室１２と分
岐流路１５とを形成したが、これに加えて主流路１６も
分岐流路１５と同様の手法で形成することができる。こ
れにより、インク吐出ヘッドの作製が容易になる。

【００７１】次に、金属板の貼り合わせでインク吐出ヘ
ッドを製造する方法を図１５及び図１６（ａ）〜（ｃ）
を参照して説明する。図１５及び図１６（ａ）〜（ｃ）
は、インク吐出ヘッドの製造過程を順に示す斜視図であ
る。

【００７２】まず、図１５に示すように、Ａｕ電極８０
を両面に蒸着した厚さ３０μｍのシート状圧電体８１
を、仮固定粘着シート８２を介して仮固定基板８３に貼
り付ける。次いで、図１６（ａ）に示すように、アクチ
ュエータとして必要な位置及び寸法に合わせてパターン
形成したマスク８５を仮固定粘着シート８２上に位置決
めし、サンドブラスタ８６を用いてサンドブラスト処理
を行い、シート状圧電体８１を一方向にパターニングす
る。更に、図１６（ｂ）に示すように、マスク８５と直
交する方向の別のパターンが形成されたマスク８７を仮
固定粘着シート８２上に位置決めし、同様にサンドブラ
スト処理を行って、シート状圧電体８１を他方向にパタ
ーニングする。これにより、シート状圧電体８１は、相
互に直交する方向に切断され、多数のアクチュエータと
して分離される。

【００７３】引き続き、アクチュエータ表面に導電性接
着剤（図示せず）を塗布してから、振動プレート８９に
転写接合する。この後、先の仮固定粘着シート８２及び
仮固定基板８３を取り外し、図１６（ｃ）に示すよう
に、振動プレート８９とアクチュエータ８１Ａのユニッ
トを完成させる。

【００７４】次に、ノズルから吐出する液体がインクで
はなく、有機ＥＬ材料を含む液体である場合について説
明する。つまり、本発明の液体吐出素子、液体吐出ヘッ
ド及び液体吐出装置は、吐出対象の液体として、有機Ｅ
Ｌ素子用有機材料を含む液体を用いることができる。塗
布対象として有機ＥＬディスプレイ用基板を用いること
により、有機ＥＬディスプレイ製造素子、有機ＥＬディ
スプレイ製造ヘッド、及び、有機ＥＬディスプレイ製造
装置が構成できる。

【００７５】有機ＥＬディスプレイ用基板は、表面及び
裏面に夫々上電極及び下電極を備えるが、下電極として
は、ITO（インジウム錫酸化物）等の有機ＥＬ用の無機
電極パターンを予め透明基板上に予め作製しておくか、
電極にもPEDTポリアニリン等の有機材料を用い、それら
を溶解した液体を、本発明に係る有機ＥＬディスプレイ
製造装置で、透明基板上に吐出してパターン形成するこ
とができる。

【００７６】本発明に係る装置によって吐出塗布してパ
ターン化し得る材料としては、例えば、電子注入層用材
料、電子輸送層用材料、発光層用材料、正孔輸送層用材
料、正孔注入層用材料、及び、上電極層用材料を挙げる
ことができる。但し、上電極はITOや金属材料を別工程
で製膜、及びパターン化した方が良い場合もあり得る。
カラー表示可能な有機ディスプレイを製造するために
は、３原色用の上記材料を吐出塗布する必要がある。

【００７７】また、各電極を電流供給装置（図示せず）
に接続する配線は、予め基板上に作製しておくことが望
ましい。また、アクティブマトリックスタイプのディス
プレイを製造するためには、素子スイッチング用トラン
ジスタ及びトランジスタと有機ＥＬ素子の電極及び電流
供給装置に接続するための配線を、予め基板上に作り込
んでおくことが望ましい。有機ＥＬ素子を構成する各部
材には、陽極、陰極、陰極バッファ層、電子注入輸送
層、発光層、ホール注入輸送層、陽極バッファ層、保護
層、スイッチング素子、電流印加素子、スイッチング配
線、電流印加配線、第２スイッチング配線、共通配線、
グランド配線が挙げられ、これらの材料には代表的なも
のとして、表１に示すものを使用することができる。

【００７８】

【表１】

【００７９】次に、ノズルから吐出する液体がインクで
はなく、有機半導体材料を含む液体である場合について
説明する。本発明に係る液体吐出素子、液体吐出ヘッド
及び液体吐出装置は、吐出する液体として有機半導体素
子用有機材料を含む液を用い、塗布対象として有機半導
体素子用基板を用いることにより、有機半導体素子製造
素子、有機半導体素子製造ヘッド、及び、有機半導体素
子製造装置を構成することができる。この場合には、有
機半導体素子用基板上にソース電極及びドレイン電極を
予め形成しておき、双方にまたがるように、本発明の液
体吐出装置によって有機半導体を含む液体を吐出し、固
化させた後に、ソース電極とドレイン電極との間にゲー
ト電極パターンを形成することになる。

【００８０】或いは、有機半導体層上に絶縁層を形成
し、この絶縁層上にゲート電極を形成する。或いは、有
機半導体素子用基板上にゲート電極を形成し、このゲー
ト電極上に絶縁層を形成し、この絶縁層上にソース電極
及びドレイン電極パターンを形成し、更に、これらの上
に、液体吐出ヘッドを用いて有機半導体層を形成する。
各電極や絶縁層に有機材料を用い、これらを含む溶液を
本発明の液体吐出ヘッドによって吐出塗布し、パターン
化することも可能である。

【００８１】有機半導体材料としてはペンタセンやregi
oregular poly (3-hexylliophene)等を、有機電極材料
としては高ドープポリアニリンやPEDOT等を用いること
ができる。絶縁材料には、プロセス適合性のあるもので
あれば種々のものを使用することができる。

【００８２】

【実施例】実施例１本実施例では、ヘッド走査方向Ａに沿って配列される圧
力室の個数と、用紙搬送方向Ｂに沿って配列される圧力
室の個数とを変更し、図５に示した本発明構成例と図２
１に示した従来構成例とにおける、流体抵抗の計算上必
要とされる主流路幅及び分岐流路幅を求め、これらに基
づいて算出される最小の単位素子幅Ｄ1及び単位素子高
さＤ2を求めた。その結果を表２に示す。ここでは、分
岐流路深さ及び主流路深さは夫々一定であると仮定し
た。圧力室の形状は、吐出能力に優れ且つ作製が容易な
平面視正方形状としたが、正Ｐ角形状(Ｐ：５以上の整
数)や、円形状でも、今回の計算とほぼ同等の結果を得
ることができる。

【００８３】

【表２】

【００８４】表２では、横方向に、ヘッド走査方向Ａ
の圧力室１２の個数Ｎ1、用紙搬送方向Ｂの圧力室１
２の個数Ｎ2、圧力室数Ｎ1と圧力室数Ｎ2との比Ｎ2／
Ｎ1、ヘッド走査方向Ａでの、最小の単位素子である
インク吐出素子２０の素子長さ（以下、最小単位素子幅
と呼ぶ）Ｄ1(mm)、用紙搬送方向Ｂでの、最小の単位
素子であるインク吐出素子２０の素子長さ（以下、最小
単位素子高さと呼ぶ）Ｄ2(mm)、最小単位素子長さＤ1
と最小単位素子長さＤ2との比Ｄ2／Ｄ1を示し、縦方向
に、〜に記載した各構成例での数値を示した。

【００８５】表２では、圧力室数Ｎ1が１６〜６の間
で数が変化し、これに対応して圧力室数Ｎ2が１６〜
４３の間で数が変化している。圧力室数Ｎ1の変化及
び圧力室数Ｎ2の変化により、比Ｎ2／Ｎ1は１〜
７．１の間で値が変化している。各構成例で、インク吐
出ヘッド（単位素子）に含まれる圧力室数は何れも２６
０個近傍である。

【００８６】圧力室個数Ｎ1とＮ2との比Ｎ2／Ｎ1の変
化に対応して、最小単位素子幅Ｄ1が、図５の本発明
構成例では１０．１〜３．７(mm)の間で変化し、図２１
の従来構成例では１２．０〜７．８(mm)の間で変化して
いる。これらの変化に対応して、図２１の従来構成例で
の最小単位素子幅Ｄ1と図５の本発明構成での最小単位
素子幅Ｄ1との差である改善量(mm)が１．９〜４．１の
間で変化している。

【００８７】また、比Ｎ2／Ｎ1の変化に対応して、
最小単位素子高さＤ2が、図５の本発明構成例では８．
６〜３７．０(mm)の間で変化し、図２１の従来構成例で
は１２．０〜４７．２(mm)の間で変化している。これら
の変化に対応して、図２１の従来構成例での最小単位素
子高さＤ2と図５の本発明構成例での最小単位素子高さ
Ｄ2との差である改善量(mm)が３．２〜１０．２の間で
値が変化している。

【００８８】最小単位素子幅Ｄ1と最小単位素子高
さＤ2との変化により比Ｄ2／Ｄ1は、図５の本発明に
係る構成例では０．８５〜１０の間で値が変化し、図２
１の従来構成例では１．０〜６．１の間で値が変化して
いる。

【００８９】表２から、図５に示す本発明構成例の方
が、図２１に示す従来構成例に比して、最小単位素子幅
Ｄ1及び最小単位素子高さＤ2の値が各場合で小さくなっ
ており、本発明の適用によって最小単位素子幅Ｄ1及び
最小単位素子高さＤ2の双方を低減できることが理解で
きる。

【００９０】また、表２から、最小単位素子幅Ｄ1の
改善量が、ヘッド走査方向Ａの圧力室数Ｎ1の増加に
伴って小さくなったことが分かる。これは、ヘッド走
査方向Ａの圧力室１２の数Ｎ1が増加すると、図５の本
発明構成例では、分岐流路１５の本数が増大するので、
主流路１６がヘッド走査方向Ａに延在することによる単
位素子幅減少の効果が、分岐流路１５の本数増加による
単位素子幅の増大に起因して薄れるためと定性的には解
釈できる。

【００９１】更に、図２１の従来構成例での最小単位素
子高さＤ2と図５の本発明構成例での最小単位素子高さ
Ｄ2との差である最小単位素子高さの改善量が、用紙
搬送方向Ｂの圧力室数Ｎ2の増大に伴って大きくなった
ことが分かる。これは、用紙搬送方向Ｂの圧力室数Ｎ
2が増大すると、図２１の従来構成例では、用紙搬送方
向Ｂで分岐流路１５の本数が増大するので、最小単位素
子高さＤ2が増大するためと解釈される。

【００９２】以上のように、本発明に係る実施形態例で
は、ヘッド走査方向Ａに配列される圧力室数Ｎ1と、
用紙搬送方向Ｂに配列される圧力室数Ｎ2との比Ｎ2／Ｎ
1が１以上７．１以下に設定されるので、このような構
成のインク吐出素子を液体吐出ヘッドに適用した際に、
ヘッド走査方向Ａでのヘッド幅が小さいヘッド構成を得
ることができる。更に、この液体吐出ヘッドを適用した
液体吐出装置では、大型化が回避でき、ヘッド重量が低
減していることによりヘッド動作時の慣性力が小さくな
り、液体吐出装置の振動や騒音が低減すると共に、ヘッ
ドの位置決め精度が向上する。

【００９３】また、本発明に係る実施形態例では、ヘッ
ド走査方向Ａでの最小単位素子幅（素子長さ）Ｄ1と、
用紙搬送方向Ｂでの最小単位素子高さ（素子長さ）Ｄ2
との比Ｄ2／Ｄ1が０．８５以上１０以下に設定されるの
で、上記と同様に、ヘッド走査方向Ａでのヘッド幅が小
さいヘッド構成を得ることができる。

【００９４】以上、本発明をその好適な実施形態例に基
づいて説明したが、本発明の液体吐出素子、液体吐出ヘ
ッド及び液体吐出装置は、上記実施形態例の構成にのみ
限定されるものではなく、上記実施形態例の構成から種
々の修正及び変更を施した液体吐出素子、液体吐出ヘッ
ド及び液体吐出装置も、本発明の範囲に含まれる。

【００９５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
主流路と分岐流路とを含む液体プールを備える際に、液
体流の流体抵抗を小さくしながらも、ヘッド幅と共にヘ
ッド質量を低減し、プリンタ等の液体吐出装置の大型化
を回避できる液体吐出素子、液体吐出ヘッド、及び液体
吐出装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施形態例のインク吐出素子
を概略的に示す平面図である。

【図２】主流路のインク供給口との連通位置がヘッド走
査方向の中央部分にある複数のインク吐出素子を配列し
た一例を示す概略図である。

【図３】本発明に係る第２実施形態例のインク吐出素子
を概略的に示す平面図である。

【図４】主流路のインク供給口との連通位置が用紙搬送
方向の両端にある複数のインク吐出素子を配列した一例
を示す概略図である。

【図５】本発明に係る第３実施形態例のインク吐出素子
を概略的に示す平面図である。

【図６】主流路のインク供給口との連通位置が用紙搬送
方向の両端にある複数のインク吐出素子を配列した別の
例を示す概略図である。

【図７】本発明に係る第４実施形態例のインク吐出素子
を概略的に示す平面図である。

【図８】本発明に係る第５実施形態例のインク吐出素子
を概略的に示す平面図である。

【図９】本発明に係るインク吐出素子に適用可能な圧力
室及び分岐流路の基本構成を示す概略図であり、（ａ）
は平面図、（ｂ）は（ａ）のIXb−IXb線に沿った断面図
である。

【図１０】図９の構成を変形した例を示す平面図であ
る。

【図１１】本発明に係るインク吐出素子に適用できる圧
力室及び分岐流路の基本構成を示しており、（ａ）は平
面図、（ｂ）は（ａ）のXIb−XIb線に沿った断面図であ
る。

【図１２】本発明に係るインク吐出ヘッドを搭載した印
刷装置の要部を示す概念図である。

【図１３】圧力室及び分岐流路部分を作製する際のプロ
セスを示し、（ａ）〜(ｆ)は製造プロセスを順に示す断
面図である。

【図１４】圧力室及び分岐流路部分を作製する際のプロ
セスを示し、（ａ）〜(ｅ)は製造プロセスを順に示す断
面図である。

【図１５】インク吐出ヘッドの製造過程を示す斜視図で
ある。

【図１６】図１５に後続する製造過程を示し、（ａ）〜
（ｃ）は製造過程を順に示す斜視図である。

【図１７】従来のインク吐出ヘッドの一例を示す平面図
である。

【図１８】従来のインク吐出素子の別の例の構成部品を
展開して示す斜視図である。

【図１９】従来のインク吐出素子における主流路及び分
岐流路の一構成例を示す概略図である。

【図２０】主流路のインク供給口との連通位置がヘッド
走査方向の一端部にある複数のインク吐出素子を配列し
た一例を示す概略図である。

【図２１】図１９に示すインク吐出素子の主流路及び分
岐流路の変形例を示す概略図である。

【図２２】図１９に示すインク吐出素子の主流路及び分
岐流路の変形例を示す概略図である。

【図２３】主流路のインク供給口との連通位置が用紙搬
送方向の両端にある複数のインク吐出素子を配列した一
例を示す概略図である。

【図２４】主流路のインク供給口との連通位置が用紙搬
送方向の中央部分にある複数のインク吐出素子を配列し
た一例を示す概略図である。

【符号の説明】

１０：インク吐出ヘッド１１：ノズル１２：圧力室１２Ａ〜１２Ｈ：圧力室１３：インク供給口１５：分岐流路１６：主流路１７：振動プレート１８Ａ〜１８Ｄ：サブ単位素子１９：圧電素子（アクチュエータ）２０：インク吐出素子（単位素子）２０Ａ〜２０Ｄ：インク吐出素子（単位素子）２３：インク供給路３０：インク吐出ヘッド３１：ヘッド駆動手段３２：記録用紙（液体吐出対象物）３３：用紙送り手段３５：制御手段３６：ヘッド制御信号３７：用紙送り制御信号３９：加圧駆動手段４０：外部信号４１：加圧制御信号４４：印刷装置（液体吐出装置）４５：シリコン基板４６：酸化膜４７：凹部（ザグリ）４９：ボロン拡散層５０：インク供給路５１：積層保護膜５２：フォトレジスト膜５３：圧力室形成部５５：分岐流路形成部５４：フォトレジスト膜６０Ａ〜６０Ｄ：インク吐出素子８１：シート状圧電体８１Ａ：アクチュエータ８２：仮固定粘着シート８３：仮固定基板８５：マスク８６：サンドブラスタ８９：振動プレートＡ：ヘッド走査方向Ｂ：用紙搬送方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者奥田真一東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内 (72)発明者萩原良広東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内 (72)発明者滝沢文則新潟県柏崎市大字安田7546番地新潟日本電気株式会社内Ｆターム(参考） 2C057 AF99 AG14 AG39 AG68 AJ10 AP02 AP22 AP25 AP31 AP54 AQ02 BA03 BA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体プールに連通するマトリックス状に
配列された複数の圧力室と、前記液体プールに液体を供
給する液体供給口と、各圧力室を駆動する複数の加圧手
段とを備え、液体吐出対象物に対面した状態で所定の走
査方向に移動しつつ、前記圧力室の駆動によって該圧力
室に連通するノズルから液滴を液体吐出対象物に吐出す
る型式の液体吐出素子において、前記液体プールが、前記液体供給口に近接し且つ前記走
査方向と平行な第１の方向に延在する主流路と、該主流
路から分岐し且つ前記走査方向と直交する第２の方向に
延在する複数の分岐流路とを備え、前記第１の方向に配列される前記圧力室の個数Ｎ1と、
前記第２の方向に配列される前記圧力室の個数Ｎ2との
比Ｎ2／Ｎ1が１以上であることを特徴とする液体吐出素
子。
【請求項２】液体プールに連通するマトリックス状に
配列された複数の圧力室と、前記液体プールに液体を供
給する液体供給口と、各圧力室を駆動する複数の加圧手
段とを備え、液体吐出対象物に対面した状態で所定の走
査方向に移動しつつ、前記圧力室の駆動によって該圧力
室に連通するノズルから液滴を液体吐出対象物に吐出す
る型式の液体吐出素子において、前記液体プールが、前記液体供給口に近接し且つ前記走
査方向と平行な第１の方向に延在する主流路と、該主流
路から分岐し且つ前記第１の方向と直交する第２の方向
に延在する複数の分岐流路とを備え、前記第１の方向での素子長さＤ1と、前記第２の方向で
の素子長さＤ2との比Ｄ2／Ｄ1が０．８５以上であるこ
とを特徴とする液体吐出素子。
【請求項３】前記主流路が、前記分岐流路の両端部に
夫々設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載
の液体吐出素子。
【請求項４】前記液体供給口が前記主流路の中央部
分に接続されることを特徴とする請求項１〜３の内の何
れかに記載の液体吐出素子。
【請求項５】前記圧力室、分岐流路及び主流路が同一
のシリコン基板に形成されることを特徴とする請求項１
〜４の内の何れかに記載の液体吐出素子。
【請求項６】一の分岐流路での前記主流路に近接する
側からｎ番目（ｎ：正の整数）の圧力室の位置が、前記
一の分岐流路に隣接する他の分岐流路での前記ｎ番目の
圧力室の位置と前記第２の方向でずれていることを特徴
とする請求項１〜５の内の何れかに記載の液体吐出素
子。
【請求項７】前記一の分岐流路と他の分岐流路との
間のずれ量は、前記液体吐出素子をインク吐出ヘッドに
搭載した際の印刷時のｐドット分(ｐ：正の整数)に対応
することを特徴とする請求項６に記載の液体吐出素子。
【請求項８】前記液体が、印刷用インク、有機ＥＬ素
子用材料又は有機半導体用材料を含むことを特徴とする
請求項１〜７の内の何れかに記載の液体吐出素子。
【請求項９】請求項１〜８の何れかに記載の液体吐出
素子を複数備えた液体吐出ヘッドであって、各液体吐出素子が夫々の主流路をヘッド走査方向と平行
にした状態で配列され、各液体吐出素子における前記第
２方向での圧力室位置が揃っていることを特徴とする液
体吐出ヘッド。
【請求項１０】前記加圧手段が、前記圧力室の壁に接
合された振動プレートと、該振動プレート上に接合され
た圧電素子とを含むことを特徴とする請求項９に記載の
液体吐出ヘッド。
【請求項１１】前記加圧手段が、前記圧力室の壁に接
合された加熱手段を含むことを特徴とする請求項９に記
載の液体吐出ヘッド。
【請求項１２】請求項９〜１１の何れかに記載の液体
吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドを走査させる駆動手段
と、前記液体吐出ヘッドの走査位置及び液体吐出対象物
の搬送位置を制御する制御手段とを備えることを特徴と
する液体吐出装置。
【請求項１３】前記制御手段が、上位装置から送信さ
れる制御信号に応答して、前記加圧手段の駆動レベル、
駆動時間及び駆動回数を算出して、各加圧手段を選択的
に駆動することを特徴とする請求項１２に記載の液体吐
出装置。