JP2011245795A - インクジェットヘッドおよびそれを具備するインクジェット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】循環型インクジェットにおいて、スムーズなインクの循環と、強いインクの吐出力とを両立させること。
【解決手段】インクを吐出するためのノズルを有する底面と、上面とを有する圧力室と、前記圧力室に連通し、前記圧力室に供給されるインクが流れる供給流路と、前記圧力室に連通し、前記圧力室から排出されるインクが流れる排出流路と、前記圧力室内の上面を振動させる可動面を有し、前記圧力室に圧力を供給する第１ピエゾ素子および第２ピエゾ素子と、を有するインクジェットヘッドであって、前記第１ピエゾ素子は、前記ノズルよりも前記供給流路側に配置され、前記第２ピエゾ素子は、前記ノズルよりも前記排出流路側に配置される、インクジェットヘッド。
【選択図】図４

Description

本発明は、インクジェットヘッド、およびそれを具備するインクジェット装置に関する。

ドロップオンデマンド型のインクジェットヘッドは、入力信号に応じて必要なときに必要な量のインクを塗布することができるインクジェットヘッドとして知られている。特に圧電（ピエゾ）方式のドロップオンデマンド型インクジェットヘッドは、幅広い種類のインクを、細かく制御しながら塗布することができることから、現在積極的に開発が行われている。ピエゾ方式のドロップオンデマンド型インクジェットヘッドは、一般的に、インク供給流路と、供給流路に接続し、ノズルを有する複数の圧力室と、圧力室内に充填されたインクに圧力を加えるピエゾ素子と、を有する。

ピエゾ方式のインクジェットヘッドでは、ピエゾ素子に駆動電圧を印加することによって生じるピエゾ素子の機械的歪みにより、圧力室内のインクに圧力を加えて、ノズルからインクを吐出する。ピエゾ方式のインクジェットヘッドは、圧電素子の歪み方によって、シェアモード型、プッシュモード型、ベンドモード型の３つのタイプに大別できる。特に積層構造のピエゾ素子を用いるベンドモードは、低い電圧で強い力を生み出せることから、有機ＥＬディスプレイや液晶パネルなどの電子デバイスの製造用に開発が期待されている（例えば特許文献１参照）。

図１は特許文献１に記載されたインク循環型のインクジェットヘッドの断面図である。図１に示されるように、特許文献１に記載されたインクジェットヘッド２５は、圧力室２５ｈと、圧力室２５ｈに供給するためのインクが流れるインク供給流路２５ｇと、圧力室２５ｈから排出されたインクが流れるインク排出流路２５ｉと、を有する。

圧力室２５ｈは、ノズル２５ｄが形成された底面と、ピエゾ素子２５ｅによって振動される上面とを有する。

インクは、インク供給流路２５ｇからインク入口孔２５ｆを通って圧力室２５ｈ内に流入し、さらにインク出口孔２５ｊを通って排出流路２５ｉまで流れる。このため、圧力室２５ｈ内には常に新しいインクが供給される。圧力室２５ｈ内に常に新しいインクを供給することで、圧力室２５ｈ内のインクのよどみやエアーの混入などによるインクの吐出不良を防止することができる。

このような構造を有するインクジェットヘッド１のピエゾ素子２５ｅに駆動電圧を加えると、ピエゾ素子２５ｅが振動し、圧力室２５ｈ内のインクに圧力が供給される。圧力室２５ｈ内に圧力が供給されると、ノズル２５ｄからインクが吐出される。

特開２００９−１６０８０７号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたような循環型インクジェットヘッドでは、ピエゾ素子の駆動によって生じた圧力波がインク入口孔２５ｆおよびインク出口孔２５ｊの２箇所に逃げてしまい、充分な吐出力が得られなかった。

この問題を解決するために、インク入口孔２５ｆおよびインク出口孔２５ｊの径を小さくしたり、圧力室の高さや幅を減少させたりして、ピエゾ素子の駆動によって生じた圧力波がインク入口孔２５ｆおよびインク出口孔２５ｊに逃げにくくすることも考えられる。

しかしながら、インク入口孔２５ｆおよびインク出口孔２５ｊの径を小さくしたり、圧力室の高さや幅を減少させたりすると、圧力室内をインクがスムーズに流れることができなくなり、特にインクが高粘度のインクを用いる場合、圧力室内でインクがよどんだり、混入したエアーを取り除けなかったりする恐れがある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、圧力室内をインクが循環する循環型インクジェットにおいて、スムーズなインクの循環と、強いインクの吐出力とを両立させることを目的とする。

本発明の第１は以下に示すインクジェットヘッドに関する。
［１］インクを吐出するためのノズルを有する底面と、前記底面と対向する上面とを有する圧力室と、前記圧力室に連通し、前記圧力室に供給されるインクが流れる供給流路と、前記圧力室に連通し、前記圧力室から排出されるインクが流れる排出流路と、前記圧力室内の上面を振動させる可動面を有し、前記圧力室内のインクに圧力を供給する第１ピエゾ素子および第２ピエゾ素子と、を有するインクジェットヘッドであって、前記第１ピエゾ素子は、前記ノズルよりも前記供給流路側に配置され、前記第２ピエゾ素子は、前記ノズルよりも前記排出流路側に配置される、インクジェットヘッド。
［２］前記インクが吐出される方向と平行で、かつ、前記ノズルの中心を通るノズル軸と、前記第１ピエゾ素子の可動面の中心との距離は、１ｍｍ以下であり、前記ノズル軸と、前記第２ピエゾ素子の可動面の中心との距離は、１ｍｍ以下である、［１］に記載のインクジェットヘッド。
［３］前記圧力室の上面のうち、前記第１ピエゾ素子の可動面によって振動される領域は、前記ノズルに対向するように前記ノズル軸に対して傾き、前記圧力室の上面のうち、前記第２ピエゾ素子の可動面によって振動される領域は、前記ノズルに対向するように前記ノズル軸に対して傾く、［２］に記載のインクジェットヘッド。
［４］前記第２ピエゾ素子が供給する圧力は、前記第１ピエゾ素子が供給する圧力よりも大きい、［１］または［２］に記載のインクジェットヘッド。
［５］前記ノズル軸と、前記第２ピエゾ素子の可動面の中心との距離は、前記ノズル軸と、前記第１ピエゾ素子の可動面の中心との距離よりも小さい［２］に記載のインクジェットヘッド。

本発明の第２は以下に示すインクジェット装置に関する。
［６］［１］〜［５］のいずれか一つに記載のインクジェットヘッドを具備するインクジェット装置。

本発明によれば、スムーズなインクの循環と、強いインクの吐出力とを両立させることができる。このため、本発明によれば、高粘度のインクを用いても吐出不良が少ないインクジェットヘッドを提供することができる。

特許文献１に開示されたインクジェットヘッドの断面図 本発明の実施の形態１のインクジェットヘッドの斜視図 本発明の実施の形態１のインクジェットヘッドの断面図 本発明の実施の形態１のインクジェットヘッドの断面図 本発明の実施の形態１のインクジェットヘッドの断面図 本発明の実施の形態２のインクジェットヘッドの断面図 本発明の実施の形態３のインクジェットヘッドの断面図 本発明の実施の形態４のインクジェットヘッドの断面図 ノズル軸とピエゾ素子との距離と、吐出圧力との関係を示すグラフ

１．本発明のインクジェットヘッドについて
本発明のインクジェットヘッドは、圧力室と、インク供給流路と、インク排出流路と、ピエゾ素子と、を有する。インク供給流路から圧力室へインクが供給され、供給されたインクの一部はノズルから吐出され、残部はインク排出流路に排出される。このように、本発明のインクジェットヘッドは、インクが循環するタイプの、いわゆる循環型のインクジェットヘッドである。以下それぞれの構成要素について説明する。

１）圧力室
圧力室は、ノズルから吐出させるインクを収容するための空間である。圧力室はノズルを有する底面と、底面と対向し、かつ後述するピエゾ素子によって振動される上面とを有する。圧力室の上面はダイヤフラムから構成されてもよい。圧力室に収容されるインクの種類は、特に限定されず、製造物の種類によって適宜選択される。たとえば、製造物が有機ＥＬパネルである場合、圧力室に収容されるインクの例には、発光材料などの有機発光物質を含む溶液が含まれる。

ノズルとは圧力室からインクを吐出するための吐出孔である。インクジェットヘッドは、１つの圧力室に対して、１つのノズルを有する。圧力室内のインクは、ノズル内部を通り、外部に吐出される。ノズルの径は、特に限定されず、例えば１０〜１００μｍ程度であればよい。

上述のように圧力室は、インク供給流路およびインク排出流路に連通する。１のインク供給流路およびインク排出流路に接続する圧力室の最大数は、通常１０２４個である。

圧力室は、インク入口孔を介してインク供給流路に連通し、インク出口孔を介してインク排出流路と連通している。したがって、インクは、インク供給流路からインク入口孔を通って、圧力室内に流入し、そしてインク出口孔を通ってインク排出流路まで流れる（図５Ａ参照）。これにより圧力室内には常に新しいインクが供給される。圧力室内に常に新しいインクを供給することで、圧力室内のインクのよどみやエアーの混入などによるインクの吐出不良を防止することができる。

圧力室の形状は特に限定されないが、圧力室内をインクがスムーズに流れることができるように直方体状の空間であることが好ましい。

また、高粘度のインクであっても圧力室内をスムーズに流れることができるように、インク入口孔、インク出口孔、圧力室の幅および高さは充分に大きいことが好ましい。より具体的には、インク入口孔の径は、２０〜１０００μｍであり、インク出口孔の径は２０〜１０００μｍであり、圧力室の幅は５０〜３００μｍであり、圧力室の高さは５０〜３００μｍであることが好ましい（図３参照）。

２）インク供給流路
インク供給流路は、圧力室に供給するインクが流れる流路である。インク供給流路は、外部からインクが供給される導入口を有する。インク供給流路には、インクの流れに沿って、複数の圧力室が接続している。インク供給流路に供給されるインク供給量は、特に限定されず、数ｍｌ/ｍｉｎであっても、それ以上であってもよい。

３）インク排出流路
インク排出流路は、圧力室から排出されたインクが流れる流路である。インク排出流路は、外部にインクを排出するための排出口を有する。インク排出流路には、インクの流れに沿って、複数の圧力室が接続している。

４）ピエゾ素子
ピエゾ素子とは、電圧が加えられると収縮する素子である。ピエゾ素子は、伸縮することで圧力室の上面を振動させ、圧力室内のインクに圧力を供給する。圧力室の上面を振動させるピエゾ素子の面を「可動面」とも称する。圧力室の上面がダイヤフラムから構成される場合、ピエゾ素子の可動面は、ダイヤフラムを振動させる面である（図６参照）。一方、圧力室の上面がダイヤフラムから構成されない場合、ピエゾ素子の可動面は、圧力室の上面の一部を構成してもよい（図４参照）。

ピエゾ素子は、薄膜ピエゾ素子と積層ピエゾ素子とに分類されうる。本発明のインクジェットヘッドに含まれるピエゾ素子は、そのいずれでもよいが、高粘度のインクを吐出する場合には、積層ピエゾ素子を用いることが好ましい。積層ピエゾ素子による吐出力は、薄膜ピエゾ素子による吐出力よりも大きいからである。

本発明のインクジェットヘッドは、１の圧力室に対して２つのピエゾ素子を有することを特徴とする。より具体的には、本発明の液低吐出ヘッドは、ノズルよりもインク供給流路側に配置された第１ピエゾ素子と、ノズルよりもインク排出流路側に配置された第２ピエゾ素子とを有する。本発明の効果を損なわない限り、インクジェット装置は、第１ピエゾ素子および第２ピエゾ素子以外のピエゾ素子を有していてもよい。

本発明では、第１ピエゾ素子の駆動によって生じる圧力波と、第２ピエゾ素子の駆動によって生じる圧力波とをノズルの近傍で重ねることで、強い吐出力を得ることを特徴とする。

ここで、「ノズルよりもインク供給流路側に配置された」とは、ノズルからインクが吐出される方向と平行であって、かつノズルを通る線（以下「ノズル軸」とも称する）と、インク供給流路との間に配置されることを意味する。同様に「ノズルよりもインク排出流路側に配置された」とは、ノズル軸とインク排出流路との間に配置されることを意味する。

ノズル軸と第１ピエゾ素子の可動面の中心との距離（以下単に「ノズル軸と第１ピエゾ素子との距離」とも称する」）は１ｍｍ以下であり、０．２〜０．５ｍｍであることが好ましい。同様にノズル軸と第２ピエゾ素子の可動面の中心との距離（以下単に「ノズル軸と第２ピエゾ素子との距離」とも称する」）は１ｍｍ以下であり、０．２〜０．５ｍｍであることが好ましい。

このよう第１ピエゾ素子と第２ピエゾ素子とを配置することで、第２ピエゾ素子からの圧力波と、第２ピエゾ素子からの圧力波とをノズル近傍で重ね合わせることができ、第１ピエゾ素子からの圧力波と、第２ピエゾ素子からの圧力波とが重なった強い圧力波でインクを吐出することができる。

このとき、ノズル近傍で重なる第１ピエゾ素子からの圧力波と、第１ピエゾ素子からの圧力波とで強度がばらつくと、ノズルからインクを垂直方向に吐出できなくなり、インクの吐出方向が不安定になる。このため、インクの吐出方向を垂直方向に安定させるためには、ノズル近傍に達した第１ピエゾ素子からの圧力波の強度と、ノズル近傍に達した第２ピエゾ素子からの圧力波の強度とを同程度にすることが求められる。

一方本発明では、上述のようにインクが圧力室内をインク供給流路からインク排出流路に向かって流れる。すなわち、ノズルよりもインク排出流路側に設けられた第２ピエゾ素子からノズルに向かう圧力波は、圧力室内をインクが流れる方向に対向する。このため、第２ピエゾ素子からのノズルに向かう圧力波は、圧力室内のインクの流れによって減衰される。したがって、本発明では、ノズル近傍に達した第２ピエゾ素子からの圧力波の強度は、ノズル近傍に達した第１ピエゾ素子からの圧力波の強度よりも弱くなり、インクの吐出方向が不安定になる恐れがある。

このため本発明では、第２ピエゾ素子から圧力波が、第１ピエゾ素子からの圧力波の強度よりも弱くなることを防止するため、第２ピエゾ素子が供給する圧力を、第１ピエゾ素子が供給する圧力よりも大きくしたり、ノズル軸と第２ピエゾ素子との距離を、ノズル軸と第１ピエゾ素子との距離よりも小さくしたりすることが好ましい。

第２ピエゾ素子が供給する圧力を、第１ピエゾ素子が供給する圧力よりも大きくするには、第２ピエゾ素子に加える駆動電圧を、第１ピエゾ素子に加える駆動電圧よりも高くしたり、第２ピエゾ素子の可動面を第１ピエゾ素子の可動面よりも大きくすればよい（実施の形態４参照）。

また、圧力室の上面のうち、第１ピエゾ素子の可動面によって振動される領域（以下単に「第１ピエゾ素子の可動面によって振動される上面」とも称する）は、ノズルに対向するようにノズル軸に対して傾き；圧力室の上面のうち、第２ピエゾ素子の可動面によって振動される領域（以下単に「第２ピエゾ素子の可動面によって振動される上面」とも称する）は、ノズルに対向するようにノズル軸に対して傾くことが好ましい（実施の形態２および実施の形態３参照）。

ピエゾ素子の可動面によって振動される上面をノズルに対向するようにノズル軸に対して傾けることで、ピエゾ素子の駆動によって生じる圧力波を無駄なくノズル側に向かわせることができ、より高い吐出力が得られる。

このように本発明では、第１ピエゾ素子からの圧力波と、第２ピエゾ素子からの圧力波とをノズル近傍で重ね合わせることができ、第１ピエゾ素子からの圧力波と、第２ピエゾ素子からの圧力波とが重なった強い圧力波でインクを吐出することができる。このため、本発明では圧力室内をインクがスムーズに流れることができるように、インク入口孔、インク出口孔、圧力室の幅および高さは充分に大きくしたとしても、強い吐出力を確保することができる。このように、本発明によれば、循環型のインクジェットヘッドにおいてスムーズなインクの流れと、高い吐出力とを両立させることができる。

２．本発明のインクジェットヘッド装置について
本発明のインクジェット装置は、前述のインクジェットヘッドを具備することを特徴とするが、それ以外は公知のインクジェット装置の部材を適宜有する。例えば、インクジェットヘッドを固定する部材や、インクを塗布する対象物を載置して移動するための移動ステージなどを有する。

インクジェット装置は、インク循環装置を具備する。インク循環装置は、インクに駆動圧力を供給することでインクを循環させる。インクに駆動圧力を供給するには、ポンプを用いてもよいが、圧縮空気を利用して圧力を供給するレギュレータを用いることが好ましい。レギュレータを用いることで駆動圧力が一定になり、インクの循環速度が安定するからである。

インクジェット装置は、インクジェットヘッドのインクを、装置作動中に絶えず循環させてもよいし、断続的に循環させてもよい。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明するが、本発明はこれらの実施の形態により限定されない。

［実施の形態１］
図２は、本発明の実施の形態１のインクジェットヘッド１００の斜視図である。図２に示されるようにインクジェットヘッド１００は、圧力室１１０と、インク供給流路１０１と、インク排出流路１０２と、を有する。

インク供給流路１０１はインク導入口１０３を有する。また、インク排出流路１０２は、インク排出口１０４を有する。

図３Ａは、図２に示されたインクジェットヘッド１００のＡ線による断面図である。図３Ｂは、図２に示されたインクジェットヘッド１００のＢ線による断面図である。図４は、図２に示されたインクジェットヘッド１００のＣ線による断面図である。

図３Ａ、図３Ｂおよび図４に示されるように、圧力室１１０は直方体状の空間である。圧力室１１０は、インク入口孔１１３を介してインク供給流路１０１に連通し、インク出口孔１１５を介してインク排出流路１０２に連通している。また圧力室１１０は、ノズル１１１を有する底面と、ピエゾ素子に振動される上面とを有する。ノズル１１１は、圧力室１１０の底面の中心に位置することが好ましい。

図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、圧力室１１０の寸法は、長さＬが３００〜４０００μｍであり、幅ｗが５０〜３００μｍであり、高ｈが５０〜３００μｍであることが好ましい。

また、図４に示されるようにインク入口孔１１３の径１１３Φは２０〜１０００μｍであり、インク出口孔１１５の径１１５Φは、２０〜１０００μｍである。

このように、圧力室１１０やインク入口孔１１３、インク出口孔１１５の寸法を調節することで、インクが圧力室１１０をスムーズに流れることができる。

図４に示されるように、インクジェットヘッド１００は、圧力室１１０の上面を振動させる第１ピエゾ素子１２１と第２ピエゾ素子１２２とを有する。本実施の形態では、第１ピエゾ素子１２１および第２ピエゾ素子１２２は積層ピエゾ素子である。第１ピエゾ素子１２１および第２ピエゾ素子１２２の可動面は、圧力室１１０の上面の一部を構成する。また、本実施の形態では、第１ピエゾ素子１２１の可動面の大きさと第２ピエゾ素子１２２の大きさとは同じである。

インクの吐出方向に平行でかつノズルの中心を通る線Ｘ（以下単に「ノズル軸Ｘ」とも称する）と、第１ピエゾ素子１２１の可動面の中心との距離ｄ１（以下単に「ノズル軸Ｘと第１ピエゾ素子１２１との距離ｄ１」とも称する）およびノズル軸Ｘと第２ピエゾ素子１２２の可動面の中心との距離ｄ２（以下単に「ノズル軸Ｘと第２ピエゾ素子１２２との距離ｄ２」とも称する）は１ｍｍ以下であることが好ましく、０．２〜０．５ｍｍであることが特に好ましい。

ノズル軸Ｘと第１ピエゾ素子１２１との距離ｄ１とノズル軸Ｘと第２ピエゾ素子１２２との距離ｄ２とは同じであってもよいが、ノズル軸Ｘと第２ピエゾ素子１２２との距離ｄ２は、ノズル軸Ｘと第１ピエゾ素子１２１との距離ｄ１よりも小さくてもよい。

次に、図５Ａおよび図５Ｂを用いて実施の形態１のインクジェットヘッド１００の動作について説明する。

まず、インクタンク１０５からインク供給流路１０１にインクを供給する。インクタンク１０５は圧力調節機構を有することが好ましい。インクタンクが圧力調節機構を有することで、インクタンク内のインクが消費され、インクタンク内のインク液面が下がっても、インクタンクからインク供給流路１０１にインクを一定の圧力で供給することができる。圧力調節機構は、インクタンクの高さを調節し、インク液面の高さを一定にすることで、供給されるインクの圧力を一定にしてもよい。

インク供給流路１０１に供給されたインクは、インク入口孔１１３を通って各圧力室１１０に供給される（図５Ａ参照）。圧力室１１０に供給されたインクは、さらにインク出口孔１１５を通ってインク排出流路１０２に排出される。このため、圧力室１１０内をインク入口孔１１３からインク出口孔１１５に向かってインクが流れる。これにより、圧力室１１０内には常に新しいインクが供給される。上述のように本実施の形態は、インクがスムーズに流れることができるよう、圧力室１１０やインク入口孔１１３、インク出口孔１１５の寸法が調節されているので、高粘度のインクであっても圧力室１１０をスムーズに流れることができる。

次に、第１ピエゾ素子１２１および第２ピエゾ素子１２２に駆動電圧を加える。第１ピエゾ素子１２１に加える駆動電圧と、第２ピエゾ素子１２２に加える駆動電圧とは同じであってもよいが、第２ピエゾ素子１２２に加える駆動電圧は、第１ピエゾ素子１２１に加える駆動電圧よりも高くでもよい。図５Ｂに示されるように、第１ピエゾ素子１２１の駆動により圧力波Ｗ１が発生し、第２ピエゾ素子１２２の駆動により圧力波Ｗ２が発生する。

第１ピエゾ素子１２１からの圧力波Ｗ１と、第２ピエゾ素子１２２からの圧力波Ｗ２とは、ノズル１１１近傍で重なり、圧力波Ｗ３を生じさせる。圧力室内のインクは強い圧力波Ｗ３によってノズルから吐出される。このように、本実施の形態では、第１ピエゾ素子１２１からの圧力波Ｗ１と、第２ピエゾ素子１２２からの圧力波Ｗ２とを重ね合わせることで、ひとつのピエゾ素子では得られない強い吐出力を得ることができる。このため、仮に圧力波の一部がインク入口孔１１３やインク出口孔１１５に逃げたとしても充分な吐出力を確保することができる。

また、上述のように圧力室１１０内では、インクがンク入口孔１１３からにインク出口孔１１５に向かって流れる。このため、インクが流れる方向に対向する第２ピエゾ素子１２２からの圧力波Ｗ２は、インクの流れによって減衰し、第２ピエゾ素子１２２からの圧力波Ｗ２が第１ピエゾ素子１２１からの圧力波Ｗ１よりも弱くなる恐れがある。しかし、上述のようにノズル軸Ｘと第２ピエゾ素子１２２との距離ｄ２を、ノズル軸Ｘと第１ピエゾ素子１２１との距離ｄ１よりも小さくしたり、第２ピエゾ素子１２２に加える駆動電圧を、第１ピエゾ素子１２１に加える駆動電圧よりも高くしたりすることで、第２ピエゾ素子１２２からの圧力波Ｗ２が第１ピエゾ素子１２１からの圧力波Ｗ１よりも弱くなることを防止でき、インクの吐出方向を垂直方向（ノズル軸Ｘ方向）に安定させることができる。

このように、本実施の形態によれば、循環型のインクジェットヘッドにおいてスムーズなインクの流れと、高い吐出力とを両立させることができる。

［実施の形態２］
実施の形態２では、ピエゾ素子によって振動される圧力室の上面がノズル軸に対して傾けられている形態について説明する。

図６Ａおよび図６Ｂは、実施の形態２のインクジェットヘッド２００の断面図である。実施の形態１のインクジェットヘッド１００と同一の構成要素については、同一の符号を付し説明を省略する。

図６Ａでは、ピエゾ素子の可動面は、圧力室１１０の上面の一部を構成し、図６Ｂでは、ダイヤフラム１２７が圧力室１１０の上面を構成する。図６Ａおよび図６Ｂに示されるようにインクジェットヘッド２００では、ピエゾ素子によって振動される圧力室１１０の上面は、ノズル１１１に対向するようにノズル軸Ｘに対して傾けられている。

図６Ａのインクジェットヘッド２００では、セラミックなどからなる三角柱１２３が第１ピエゾ素子２２１および第２ピエゾ素子２２２に取り付けられている。これにより第１ピエゾ素子２２１の可動面がノズル１１１に対向するように、ノズル軸Ｘに対して傾けられ；第２ピエゾ素子２２２の可動面がノズル１１１に対向するように、ノズル軸Ｘに対して傾けられている。

一方図６Ｂのインクジェットヘッド２００では、圧力室１１０の上面を構成するダイヤフラム１２７のうちピエゾ素子によって振動される領域に、三角柱状の突起１２５を設けている。これにより第１ピエゾ素子２２１の可動面がノズル１１１に対向するように、ノズル軸Ｘに対して傾けられ；第２ピエゾ素子２２２の可動面がノズル１１１に対向するように、ノズル軸Ｘに対して傾けられている。ダイヤフラム１２７は、例えばニッケルや銅、ステンレス、ポリイミド樹脂などからなる薄膜で構成される。

このように、ピエゾ素子によって振動される圧力室１１０の上面を、ノズル１１１に対向するようにノズル軸Ｘに対して傾けることで、ピエゾ素子の駆動によって生じる圧力波を無駄なくノズル側に向かわせることができ、より高い吐出力が得られる。

［実施の形態３］
実施の形態２では、ピエゾ素子によって振動される圧力室の上面が予めノズル軸に対して傾けられている形態について説明した。実施の形態３では、ピエゾ素子の駆動時にのみ圧力室の上面がノズル軸に対して傾く形態について説明する。

図７Ａは、実施の形態３のインクジェットヘッド３００の断面図である。実施の形態１のインクジェットヘッド１００と同一の構成要素については、同一の符号を付し説明を省略する。図７Ａに示されるようにインクジェットヘッド３００は、第１ピエゾ素子３２１および第２ピエゾ素子３２２を有する。

図７Ｂは、第１ピエゾ素子３２１および第２ピエゾ素子３２２に駆動電圧を印加したときの様子を示す。図７Ｂに示されるように、第１ピエゾ素子３２１に印加したとき、第１ピエゾ素子３２１のインク入口孔１１３側の領域の高さの増加率は、第１ピエゾ素子３２１のノズル１１１側の領域の高さの増加率よりも大きい。このため、第１ピエゾ素子３２１のインク入口孔１１３側の高さのみが増加し、第１ピエゾ素子３２１のノズル１１１側の高さが増加せず、圧力室１１０の上面の一部を構成する第１ピエゾ素子３２１の可動面がノズル１１１に対向するようにノズル軸Ｘに対して傾く。

同様に、第２ピエゾ素子３２２に印加したとき、第２ピエゾ素子３２２のインク出口孔１１５側の領域の高さの増加率は、第１ピエゾ素子３２２のノズル１１１側の領域の高さの増加率よりも大きい。このため、第１ピエゾ素子３２２のインク出口孔１１５側の高さのみが増加し、第２ピエゾ素子３２２のノズル１１１側の高さが増加せず、圧力室１１０の上面の一部を構成する第２ピエゾ素子３２２の可動面がノズル１１１に対向するようにノズル軸Ｘに対して傾く。

このように、駆動時にピエゾ素子の可動面をノズル１１１に対向するようにノズル軸Ｘに対して傾けるには、ピエゾ素子のノズル１１１側の領域の圧電効果を抑制すればよい。

このように、ピエゾ素子によって振動される圧力室１１０の上面を、ノズル１１１に対向するようにノズル軸Ｘに対して傾けることで、ピエゾ素子の駆動によって生じる圧力波を無駄なくノズル側に向かわせることができ、より高い吐出力が得られる。

［実施の形態４］
実施の形態１〜３では、ピエゾ素子の可動面の面積が同じである形態について説明した。実施の形態４では、第２ピエゾ素子の可動面の方が、第１ピエゾ素子の可動面よりも大きい形態について説明する。

図８は、実施の形態４のインクジェットヘッド４００の断面図である。実施の形態１のインクジェットヘッド１００と同じである。インクジェットヘッド１００と同一の構成要素については、同一の符号を付し説明を省略する。

図８に示されるように、実施の形態４のインクジェットヘッド４００では、第２ピエゾ素子４２２の可動面が第１ピエゾ素子１２１の可動面よりも大きい。具体的には、第１ピエゾ素子１２１の可動面の面積は２００００〜４５００００μｍ^２であり、第２ピエゾ素子４２２の可動面の面積は２００００〜５０００００μｍ^２であることが好ましい。

圧力室１１０内では、インクがインク入口孔１１３からにインク出口孔１１５に向かって流れる（図５Ａ参照）。このため、インクが流れる方向に対向する第２ピエゾ素子４２２からの圧力波は、インクの流れによって減衰し、第２ピエゾ素子４２２からの圧力波が第１ピエゾ素子１２１からの圧力波よりも弱くなる恐れがある。しかし、本実施の形態のように第２ピエゾ素子の可動面を大きくすることで、第２ピエゾ素子からの圧力波の強さを向上させることができる。これにより、第２ピエゾ素子４２２からの圧力波が第１ピエゾ素子１２１からの圧力波よりも弱くなることを防止でき、インクの吐出方向を垂直方向（ノズル軸Ｘ方向）に安定させることができる。

［実験例］
実験例では、実施の形態１のインクジェットヘッドにおいてノズル軸とピエゾ素子との最適距離を導き出したシミュレーション実験について説明する。

シミュレーション用のプログラムとしてＡＮＳＹＳ社の熱流体解析ソフトウェア「ＦＬＵＥＮＴ」を用いた。

次にシミュレーションにおける各種パラメータについて説明する。図３Ａおよび図３Ｂに示される圧力室１１０の長さＬを２０００μｍ、幅ｗを１２０μｍ、高ｈを５０μｍと設定した。また、圧力室１１０に収容されるインクの粘度を１０Ｐａ・ｓと設定した。また、インク吐出時の第１ピエゾ素子１２１および第２ピエゾ素子１２２の伸縮速度を０．１ｍ／ｓ、伸長距離を０．１μｍと設定した。

そして、図４に示された第１ピエゾ素子１２１とノズル軸Ｘとの距離ｄ１および第２ピエゾ素子１２２とノズル軸Ｘとの距離ｄ２を０〜１ｍｍの変数とした。本実験例では、第１ピエゾ素子１２１とノズル軸Ｘとの距離ｄ１と、第２ピエゾ素子１２２とノズル軸Ｘとの距離ｄ２とは同一とした。

このような条件で、第１ピエゾ素子１２１および第２ピエゾ素子１２２を駆動したときの吐出圧力（図５ＢのＷ３）を測定した。測定結果を図９に示す。図９に示されたグラフは、横軸にノズル軸とピエゾ素子との距離（ｄ１およびｄ２）を示し、縦軸にインクの吐出圧力を示す。図９のグラフに示されるように、インクの吐出圧力は、ノズル軸とピエゾ素子との距離（ｄ１およびｄ２）が０．２〜０．５ｍｍの範囲で最大になる。

この解析結果は、ノズル軸とピエゾ素子との距離（ｄ１およびｄ２）が０．２〜０．５ｍｍの範囲で最も強い吐出力が得られることを示唆する。

本発明のインクジェットヘッドを具備するインクジェット装置を用いれば、高粘度のインクを安定して吐出することができる。そのため、本発明のインクジェット装置は、例えば、高度な膜厚均一性が求められる有機発光ディスプレイの有機発光層を塗布形成するために有用である。

１００、２００、３００、４００インクジェットヘッド
１０１ インク供給流路
１０２ インク排出流路
１０３ インク導入口
１０４ インク排出口
１０５ インクタンク
１１０ 圧力室
１１１ ノズル
１１３ インク入口孔
１１５ インク出口孔
１２１、２２１、３２１ 第１ピエゾ素子
１２２、２２２、３２２、４２２ 第２ピエゾ素子
１２３ 三角柱
１２５ 突起
１２７ ダイヤフラム

Claims (6)

1. インクを吐出するためのノズルを有する底面と、前記底面と対向する上面とを有する圧力室と、
   前記圧力室に連通し、前記圧力室に供給されるインクが流れる供給流路と、
   前記圧力室に連通し、前記圧力室から排出されるインクが流れる排出流路と、
   前記圧力室内の上面を振動させる可動面を有し、前記圧力室内のインクに圧力を供給する第１ピエゾ素子および第２ピエゾ素子と、を有するインクジェットヘッドであって、
   前記第１ピエゾ素子は、前記ノズルよりも前記供給流路側に配置され、
   前記第２ピエゾ素子は、前記ノズルよりも前記排出流路側に配置される、インクジェットヘッド。
2. 前記インクが吐出される方向と平行で、かつ、前記ノズルの中心を通るノズル軸と、前記第１ピエゾ素子の可動面の中心との距離は、１ｍｍ以下であり、
   前記ノズル軸と、前記第２ピエゾ素子の可動面の中心との距離は、１ｍｍ以下である、請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記圧力室の上面のうち、前記第１ピエゾ素子の可動面によって振動される領域は、前記ノズルに対向するように前記ノズル軸に対して傾き、
   前記圧力室の上面のうち、前記第２ピエゾ素子の可動面によって振動される領域は、前記ノズルに対向するように前記ノズル軸に対して傾く、請求項２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記第２ピエゾ素子が供給する圧力は、前記第１ピエゾ素子が供給する圧力よりも大きい、請求項２に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記ノズル軸と、前記第２ピエゾ素子の可動面の中心との距離は、前記ノズル軸と、前記第１ピエゾ素子の可動面の中心との距離よりも小さい、請求項２に記載のインクジェットヘッド。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドを具備するインクジェット装置。
   

Images