JP2012148233A - 液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】規則的に配置されたドットからなるパターンを低コストで形成可能な液滴吐出ヘッド。
【解決手段】ノズル孔２１が形成されたノズル基板２０と、ノズル孔２１に通じており液体を充填し得る圧力室１２と、圧力室１２内に圧力変動を生じさせ得る圧力発生手段３００と、を有し、第１の方向に走査しつつノズル孔２１から液体を液滴として吐出して媒体上にドットを形成する液滴吐出ヘッド５１であって、ノズル孔２１は第１の方向に略直行する方向である第２の方向に沿って複数個形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【選択図】図４

Description

本発明は、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置に関する。

近年、溶媒と機能性材料を含む液体材料（以下、単に「液体」と称する。）を液滴吐出ヘッドから吐出した後、該溶媒を乾燥除去して該機能性材料からなるパターンを形成する液滴吐出装置が、色々な用途に用いられている。上述の液体は、液滴として媒体上に吐出される。そして、上記溶媒が除去されて、上記機能性材料からなるドットとなる。上述のパターンは、かかるドットが集合して形成される。

液滴吐出装置が備える液滴吐出ヘッドは、一般的に液体供給口と連通する圧力室と、該圧力室に圧力を印加し得る圧力発生手段と、圧力室の上記媒体と対向する側に形成されたノズル孔と、を備えている（例えば特許文献１参照）。かかる構成の液滴吐出ヘッドは、圧力室とノズル孔が１対１で対応しているため、上記媒体上の任意の位置に液滴を吐出できる。したがって、ランダムに配置されたドットからなるパターンを形成できる。

特開２０１０−１７３１９７号公報

しかし、液滴吐出装置により形成されるパターンには、規則的に配置されたドットからなるパターンも多い。かかるパターンを形成する場合、上記の構成の液滴吐出ヘッドはオーバースペック、すなわち過剰な性能を有するものであり、パターンの形成に要するコストを増大させるという課題がある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例にかかる液滴吐出ヘッドは、ノズル孔が形成されたノズル基板と、上記ノズル孔に通じており液体を充填し得る圧力室と、上記圧力室内に圧力変動を生じさせ得る圧力発生手段と、を有し、第１の方向に走査しつつ上記ノズル孔から上記液体を液滴として吐出して媒体上にドットを形成する液滴吐出ヘッドであって、上記ノズル孔は上記第１の方向に略直行する方向である第２の方向に沿って複数個形成されていることを特徴とする。

このような構成の液滴吐出ヘッドであれば、１つの圧力室を用いて複数のドットを同時に形成できる。したがって、第２の方向において規則的に配置された多数のドットからなるパターンを最小限の（数の）圧力室で形成することができ、規則的な配列を形成する用途に用いられる液滴吐出ヘッドの小型化、及び低コストが可能となる。

［適用例２］上述の液滴吐出ヘッドであって、上記第２の方向において隣り合う上記ノズル孔の間隔は、形成すべきドットの上記第２の方向におけるピッチと同一であるか、又は該ピッチの整数倍であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。

このような構成の液滴吐出ヘッドであれば、第２の方向において一定の間隔を有する多数のドットを最小限の走査回数で形成できる。したがって、第２の方向において規則的に配置された多数のドットからなるパターンを形成する用途に用いる液滴吐出ヘッドのドット形成速度を高速化することができる。

［適用例３］上述の液滴吐出ヘッドであって、上記圧力室は上記第１の方向に沿って複数個形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。

このような構成の液滴吐出ヘッドであれば、上述のドットが第１の方向にも規則的に形成されている場合において、同時に形成できるドット数が増えるので、ヘッドの走査速度を高速にできる。もしくは、吐出液の粘度が高くて吐出周波数を上げられない場合にも、ドット形成速度を確保することが出来る。したがって、マトリクス状に配置された多数のドットからなるパターンを形成する用途に用いる液滴吐出ヘッドのドット形成速度を高速化することができる。

［適用例４］上述の液滴吐出ヘッドであって、上記液体の種類が複数であり、上記圧力室の個数は前記液体の種類数と同数であるか、又は整数倍であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。

このような構成の液滴吐出ヘッドであれば、複数種類のドットが第１の方向において規則的に配置されてなるパターンを１回の走査で同時に形成できる。したがって、マトリクス状に配置された複数種類のドットからなるパターンを形成する用途に用いる液滴吐出ヘッドを、小型化及び低コストできる。

［適用例５］上述の液滴吐出ヘッドであって、上記圧力発生手段は上記ノズル孔毎に形成されており、かつ、同一の上記圧力室に形成された上記圧力発生手段は一括制御されることを特徴とする液滴吐出ヘッド。

このような構成の液滴吐出ヘッドであれば、ノズル孔の近傍において上述の液体に印加される圧力を、各ノズル孔間で均一化できる。したがって、各ノズル孔間における液滴の吐出特性を均一化でき、吐出品質が向上した液滴吐出ヘッドを実現できる。また、圧力発生手段を一括制御にすることで、配線を共通にして引き回し面積を節約し、駆動回路を簡便にすることが出来るので、液滴吐出ヘッドを小型化及び低コスト化できる。

［適用例６］上述の液滴吐出ヘッドであって、上記圧力室内に上記液体を供給する液体供給口が上記ノズル毎に形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。

このような構成の液滴吐出ヘッドであれば、ノズル孔の近傍に至るまでの液体の供給量と流路抵抗を、各ノズル孔間で均一化できる。したがって、各ノズル孔間における液滴の吐出特性を均一化でき、吐出品質が向上した液滴吐出ヘッドを実現できる。

［適用例７］上述の液滴吐出ヘッドであって、上記圧力室内に上記液体を供給する液体供給口と上記圧力発生手段との双方が上記ノズル毎に形成されており、かつ、同一の上記圧力室に形成された上記圧力発生手段は一括制御されることを特徴とする液滴吐出ヘッド。

このような構成の液滴吐出ヘッドであれば、ノズル孔の近傍に至るまでの液体の供給量と流路抵抗及びノズル孔近傍における上述の液体の印加圧力とを、各ノズル孔間で均一化できる。したがって、各ノズル孔間における液滴の吐出特性をより一層均一化でき、吐出品質がより一層向上した液滴吐出ヘッドを実現できる。

［適用例８］本適用例にかかる液滴吐出装置は、上述の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴とする。

このような構成であれば、規則的に形成されたドットからなるパターンを高速に形成可能な液滴吐出装置の小型化及び低コストが可能となる。

第１の実施形態にかかる液滴吐出装置の概要を示す模式斜視図。 液滴吐出ヘッドの概要を示す展開斜視図。 液滴吐出ヘッドの概要を示す図。 第１の実施形態にかかる液滴吐出ヘッドの概略を示す模式平面図。 第１の実施形態にかかる液滴吐出ヘッド形成されたドットパターンを示す図。 第２の実施形態にかかる液滴吐出ヘッドの概略を示す模式平面図。 第３の実施形態にかかる液滴吐出ヘッドの概略を示す模式平面図。 第４の実施形態にかかる液滴吐出ヘッドの概略を示す模式平面図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大または縮小して表示している。

（第１実施形態）
本実施形態では、第１の実施形態にかかる液滴吐出ヘッド５１と該液滴吐出ヘッドを備える（搭載する）液滴吐出装置１について説明する。また、液滴吐出ヘッドの概要について、第１〜第４の各実施形態にかかる液滴吐出ヘッド（５１〜５４）のいずれにも該当しない液滴吐出ヘッド５０を用いて説明する。なお、本実施形態にかかる液滴吐出装置１は、後述する第２〜第４の実施形態にかかる液滴吐出ヘッドも搭載可能である。

＜液滴吐出装置＞
図１は、本実施形態にかかる液滴吐出装置１の概要を示す模式斜視図である。図示するように、液滴吐出装置１は、直方体形状の基台２を備えている。基台２の長手方向がＹ方向であり、水平面上でＹ方向と直交する方向がＸ方向である。そして、上記双方の方向に直交する方向がＺ方向である。そして、本実施形態及び後述する各実施形態において、Ｘ方向が、液滴吐出ヘッド（５１等）の走査方向すなわちパターン形成時に被パターン形成物に対して相対的に移動する方向である第１の方向である。そして、Ｙ方向が第２の方向である。

基台２の上面２ａには、Ｙ方向に延在する一対の案内レール３がＹ方向の全幅にわたり形成されている。基台２の上側には、案内レール３に対応する図示しない直動機構を備えたステージ４が取付けられている。かかる直動機構により、ステージ４はＹ方向に沿って所定の速度で往動または復動が可能である。そして基台２の上面２ａには、案内レール３と平行にＹ方向におけるステージ４の位置を検出するステージ位置検出装置５が形成されている。

ステージ４の上面には、載置面６が配置されている。そして載置面６には、図示しない吸引式の基板チャック機構が設けられている。液滴吐出装置１の操作者が、載置面６にパターンが形成される媒体としての基板７を載置すると、該基板チャック機構によって基板７が固定される。

基台２のＸ方向における両側に、は一対の支持台８が形成されている。そして、かかる支持台８には、Ｘ方向に延びる案内部材９が形成されている。案内部材９の上側には、吐出する液体を後述する液滴吐出ヘッドに供給可能に収容する収容タンク１０が設置されている。そして案内部材９の下側には、Ｘ方向に延在する第２の案内レール１１が該Ｘ方向の全幅にわたり形成されている。

第２の案内レール１１には、内蔵する直動機構により該第２の案内レールに沿って移動可能なキャリッジ２６が配置されている。そして案内部材９とキャリッジ２６との間には、キャリッジ２６の位置を計測可能なキャリッジ位置検出装置２７が配置されている。図示しない制御機構から駆動信号が上記直動機構に入力されると、キャリッジ２６はＸ方向に沿って移動する。そしてキャリッジ２６の下側には、液滴吐出ヘッドを基板７に対向するように収納して固定するヘッドユニット２８が配置されている。後述する駆動信号に基づき液滴吐出ヘッドが基板７に吐出した液滴が乾燥硬化することで、該基板上にパターンが形成される。

次に、液滴吐出ヘッドの構造等について、図２及び図３を参照しつつ説明する。なお、図２及び図３に示す液滴吐出ヘッド５０は本発明を具体化したものではない。液滴吐出ヘッドの概要を説明するために提示する従来の構成の液滴吐出ヘッド、すなわち圧力室１２とノズル孔２１が１対１で対応している液滴吐出ヘッドである。したがって、後述する各実施形態にかかる液滴吐出ヘッド（５１，５２，５３，５４）とは異なる物である。

図２は、液滴吐出ヘッド５０の概要を示す展開斜視図である。図３（ａ）は液滴吐出ヘッド５０の概略平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ’線における断面を示す概略断面図である。図示するように、液滴吐出ヘッド５０はノズル基板２０と圧力室形成基板１７と弾性膜８２と保護基板８４とを積層、すなわちＺ方向に重ねて配置することで形成されている。弾性膜８２上には、絶縁体膜８６を介して圧力発生手段としての圧電素子３００が形成されている。

ノズル基板２０は単結晶シリコンからなる基板であり、接着剤あるいは熱溶着フィルム等で圧力室形成基板１７に固着されている。なお、単結晶シリコンに代えてガラスセラミックス、ステンレス鋼等を用いることもできる。ノズル孔２１はノズル基板２０を貫通する孔であり、後述する夫々の圧力室１２毎に形成されている。ノズル孔２１は、吐出方向の先端側にいくに従い径が縮小するように形成されているが、先端側と圧力室１２側とで同一の径にしても良い。

圧力室形成基板１７は多結晶シリコン又は単結晶シリコンからなる基板である。該基板をＺ方向に貫通するようにパターニングすることにより、夫々が互いに連通する圧力室１２と連通部１３と液体供給口１４とが形成されている。圧力室１２はＸ方向を長手方向とする空間であり、上述のノズル孔２１は平面視で圧力室１２に対応する位置に形成されている。そして連通部１３は、上述の収容タンク１０と連通している。したがって、液滴吐出ヘッド５０は、収容タンク１０から供給され連通部１３と液体供給口１４を介して圧力室１２内に充填されている液体に、圧電素子３００により圧力を加えることで、該液体を液滴としてノズル孔２１から吐出できる。液滴吐出ヘッド５０においては、複数の圧力室１２がＹ方向に一列に形成されている。しかし後述するように、液滴吐出ヘッドは単一の圧力室１２で構成可能である。

弾性膜８２は酸化シリコンからなる膜であり、絶縁体膜８６は酸化ジルコニウムからなる膜である。該双方の膜には、連通部１３と重なる部分がパターニングされて、凹部となっている。そしてかかる２層の膜の積層体は所定の弾力を有しており、振動板として機能する。そしてかかる２層の膜の積層体における圧力室１２と重なる部分には、圧力発生手段としての圧電素子３００が圧力室１２毎に形成されている。

圧電素子３００は、第１電極６０と圧電体層７０と第２電極８０とで構成されている。第１電極６０及び第２電極８０は、白金、イリジウム等の金属材料からなる。第１電極６０は共通電極であり、本図に示すように圧力室１２を複数個有する液滴吐出ヘッド５０においては、となりあう該圧力室間にまたがって形成されている。そして第１電極６０は、上述の振動板の一部としても機能している。一方、圧電体層７０と第２電極８０は、圧力室１２毎に個別に形成されている。

圧電体層７０は、電気機械変換作用を示す圧電材料、特に圧電材料の中でも一般式ＡＢＯ₃で示されるペロブスカイト構造を有する金属酸化物からなる。上述の金属酸化物としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等が挙げられる。圧電体層７０の厚さは、製造工程でクラックが発生せず、かつ、充分な変位特性を呈する厚さであることが必要である。液滴吐出ヘッド５０における圧電体層７０の厚さは略１μｍ〜５μｍである。そして、圧電素子３００の個別電極である各第２電極８０には、液体供給口１４側の端部近傍から引き出され、絶縁体膜８６上にまで延設される、例えば金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が接続されている。

圧電素子３００が形成された圧力室形成基板１７上、すなわち、第１電極６０、絶縁体膜８６及びリード電極９０上には、リザーバー部３１を有する保護基板８４が接着剤３５を介して接合されている。リザーバー部３１は、保護基板８４を厚さ方向に貫通して圧力室１２の幅方向にわたって形成されている。そしてリザーバー部３１は、圧力室形成基板１７の連通部１３と連通して、各圧力室１２の共通の液体室となるリザーバー１００を構成している。

保護基板８４の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部２９９が設けられている。保護基板８４の形成材料は、圧力室形成基板１７の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料であることが好ましい。液滴吐出ヘッド５０及び後述する各実施形態の液滴吐出ヘッド（５１〜５４）では、保護基板８４の形成材料として、圧力室形成基板１７の形成材料と同一の単結晶シリコン基板を用いている。

保護基板８４には、該保護基板を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、貫通孔３３内に露出するように設けられている。また、保護基板８４上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２０が固定されている。この駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とは、ボンディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されている。

保護基板８４上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料からなる。そして、封止膜４１によってリザーバー部３１の一方面が封止されている。固定板４２は、比較的硬質の材料で形成されている。固定板４２のリザーバー１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっている。したがって、リザーバー１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。

使用時、すなわちパターン形成時における液滴吐出ヘッド５０は、リザーバー１００からノズル孔２１に至るまで内部が、上述の収容タンク１０から供給された液体で満たされている。駆動回路１２０から信号が伝えられると、圧力室１２に対応するそれぞれの第１電極６０と第２電極８０との間に電圧が印加され、弾性膜８２、絶縁体膜８６、第１電極６０及び圧電体層７０がたわみ変形する。その結果、各圧力室１２内の圧力が増大して、ノズル孔２１から上述の液体が液滴として吐出される。

＜液滴吐出ヘッド＞
次に、本実施形態にかかる液滴吐出ヘッド５１について説明する。図４は、本実施形態にかかる液滴吐出ヘッド５１の概略を示す模式平面図である。本実施形態にかかる液滴吐出ヘッド５１及び後述する各実施形態にかかる液滴吐出ヘッド（５２〜５４）は、上述の液滴吐出ヘッド５０と類似した構成を有している。そのため、上述の図３（ｂ）に相当する断面図は省略して説明する。また、図３（a）と同様に弾性膜８２等の図示は省略する。そしてさらに、コンプライアンス基板４０の図示も省略する。

本実施形態にかかる液滴吐出ヘッド５１及び後述する各実施形態にかかる液滴吐出ヘッド（５２〜５４）の特徴は、圧力室１２がノズル孔２１を複数個備えている点である。そして、本実施形態にかかる液滴吐出ヘッド５１は、かかる複数個のノズル孔２１を備える圧力室１２を１個のみ備えている。かかる複数個のノズル孔２１は、Ｙ方向に一列に形成されている。そして、ノズル孔２１間のピッチは、形成すべきドットパターンのＹ方向におけるピッチと同一であるか、又は該ピッチの整数倍である。
なお、本実施形態及び後述する各実施形態における上記個数は３個であるが、１つの圧力室１２に形成されるノズル孔２１の個数は上述の値に限定されるものではなく、２個あるいは４個以上でも実施可能である。

ノズル孔２１と圧力室１２との個数以外の点では、液滴吐出ヘッド５１の構成は上述の液滴吐出ヘッド５０と類似している。すなわち、圧力室１２は液体供給口１４及び連通部１３を介して図１に示す収容タンク１０と連通している。圧力室１２の上面には、第１電極６０と圧電体層７０と第２電極８０とからなる圧電素子３００が形成されている。第２電極８０は、リード電極９０と電気的に接続されている。そして該リード電極は図示を省略した駆動回路１２０（図２等参照）に電気的に接続されている。
第１電極６０はＹ方向に延在しており、端部がパッド状にパターニングされている。そしてかかるパッド状の部分に接続された図示を省略した配線を介して上述の駆動回路１２０と電気的に接続されている。

上述の駆動回路１２０から伝えられる信号（電圧）が第１電極６０と第２電極８０との間に印加されると、各圧力室１２内の圧力が増大して、圧力室１２内に充填されていた液体が、上述の一列に形成された３個のノズル孔２１から液滴として同時に吐出される。したがって、本実施形態にかかる液滴吐出ヘッド５１を用いれば、Ｙ方向に規則的に並ぶドットからなるパターンを効率的に形成できる。そして、本実施形態にかかる液滴吐出ヘッド５１をＸ方向に走査させつつ規則的に液滴を吐出することで、Ｘ方向及びＹ方向の双方に規則的に配置されたドットからなるパターンを形成できる。

図５は、本実施形態にかかる液滴吐出ヘッド５１で形成されたドットパターンを、従来の液滴吐出ヘッド５０で形成されたドットパターンと共に示す図である。
図５（ａ）は、本実施形態の液滴吐出ヘッド５１すなわち１つの圧力室１２に所定のピッチ（Ｐｎ₁）でＹ方向に一列に形成された３個のノズル孔２１を有する液滴吐出ヘッド５１と、該液滴吐出ヘッド５１をＸ方向に走査させつつ液滴を吐出して得られたドット５５のパターンを示す図である。ここで、得られたドット５５のパターンのＹ方向のピッチ（Ｐｄ₁）は、ノズル孔２１のピッチ（Ｐｎ₁）と等しい。

図５（ｂ）は、従来の液滴吐出ヘッド５０、すなわち所定のピッチ（Ｐｎ₀）でＹ方向に一列に形成された複数（本図では３個）の圧力室１２を有する液滴吐出ヘッド５０と、該液滴吐出ヘッド５０をＸ方向に走査させつつ液滴を吐出して得られたドット５５のパターンを示す図である。ここで、得られたドット５５のパターンのＹ方向のピッチ（Ｐｄ₀）は、圧力室１２のピッチ（Ｐｎ₀）と等しい。

このように、どちらの液滴吐出ヘッドを用いても、Ｙ方向に所定のピッチで並ぶドット５５のパターンをＸ方向に連続的に形成できる。しかし、従来の液滴吐出ヘッド５０が複数の圧力室１２を有しているのに比べて、本実施形態の液滴吐出ヘッド５１が有する圧力室１２は１つのみである。すなわち本実施形態の液滴吐出ヘッド５１は、１つの圧力室１２を用いてＹ方向に一列に並ぶ複数のドット５５を同時に形成できる。したがって、本実施形態の液滴吐出ヘッド５１は、略同一の能力を有する従来の液滴吐出ヘッド５０に比べて、小型化そして低コスト化されている。すなわち本実施形態の構成であれば、走査方向に直交する方向に規則的に配列されたドット５５のパターンを走査方向に連続的に形成する用途に用いる液滴吐出ヘッドを、小型化、及び低コスト化することが可能となる。

また、従来の液滴吐出ヘッド５０におけるノズル孔２１のピッチＰｎ₀は、Ｙ方向に一列に形成された圧力室１２のピッチで規定されている。かかる圧力室１２は、圧力室形成基板１７をパターニングすることにより形成されるが、圧力室のピッチＰｎ₀はヘッド特性に大きく影響するため容易に設計を変更することはできない。一方、本実施形態の液滴吐出ヘッド５１のピッチＰｎ₁は、ノズル基板２０にＹ方向に一列に形成したノズル孔２１のピッチで規定されているため、ヘッド特性への影響は小さく容易に設計を変更することが可能である。

ここで、圧力室形成基板１７とノズル基板２０とを比較した場合、圧力室形成基板１７の方が厚いため、微細なパターンの形成が困難である。また、双方の基板に形成するパターンを比較した場合、圧力室１２はノズル孔２１に比べて複雑な平面形状（ＸＹ面における形状）を有している。そのためノズル孔２１の方が、ピッチ（Ｐｎ）の微細化が容易である。したがって、本実施形態の構成であれば、ノズル孔２１のピッチＰｎの微細化が容易であり、かかる観点においても、規則的に配列されたドット５５のパターンを目的とする液滴吐出ヘッドの小型化、及び低コストが可能となる。

さらに、本実施形態の液滴吐出ヘッド５１は１つの圧力室１２に複数のノズル孔２１が形成されているため、形成するドット５５の個数に比べて１つの圧電素子３００を用いて複数の液滴を同時に吐出できる。すなわち１つの駆動信号で複数の液滴を同時に吐出できる。したがって、本実施形態の構成であれば駆動回路１２０の構成を簡略化できる。そして、本実施形態の液滴吐出ヘッド５１を用いることで、規則的に配列されたドット５５のパターンを目的とする液滴吐出装置１の低コスト化が可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態にかかる液滴吐出ヘッド５２について説明する。図６は本実施形態にかかる液滴吐出ヘッド５２の概略を示す模式平面図である。本実施形態にかかる液滴吐出ヘッド５２及び後述する第３、第４の実施形態にかかる液滴吐出ヘッド（５３，５４）は上述の液滴吐出ヘッド５１と類似した構成を有している。すなわち圧力室１２内に充填する液体を圧電素子３００により加圧してノズル孔２１から吐出するものである。そこで、第２〜第４の実施形態の液滴吐出ヘッド（５２，５３，５４）については、図３等に相当する図は省略して、模式平面図のみを用いて説明する。

本実施形態の液滴吐出ヘッド５２は、液滴吐出ヘッド５１と同様に圧力室形成基板１７をパターニングして形成された、Ｙ方向を長手方向とする圧力室１２を有している。そして該圧力室には、複数（３個）のノズル孔２１がＹ方向に一列に並ぶように形成されている。ノズル孔２１間のピッチは、形成すべきドットパターンのＹ方向におけるピッチと同一であるか、又は該ピッチの整数倍である点は、上述の第１の実施形態にかかる液滴吐出ヘッド５１と同様である。

圧力室１２の上面には、圧電素子３００が形成されている。圧電素子３００の構成及び平面形状は、上述の液滴吐出ヘッド５１の圧電素子３００と略共通している。すなわち、圧電素子３００は、平面視で該圧力室と重なるようにパターニングされた圧電体層７０と、該圧電体層に平面視で含まれるようにパターニングされた第２電極８０と、第１電極６０とで構成されている。

第２電極８０の一方の端部は、リード電極９０と電気的に接続されている。そして第１電極６０は、圧力室１２上において第２電極８０と重なると共に、リード電極９０が形成されている側が延長されている。そしてかかる延長された部分の端部がパターニングされて、リード電極９０とＸ方向に隣り合うパッド状の部分が形成されている。

リード電極９０は、図示を省略した駆動回路１２０（図２等参照）と同じく図示を省略した接続配線１２１（図３ｂ参照）により電気的に接続されている。また第１電極６０も、上述のパッド状の部分に接続された図示しない配線を介して駆動回路１２０と電気的に接続されている。駆動回路１２０から伝えられる信号（電圧）が第１電極６０と第２電極８０との間に印加されると、圧力室１２内の圧力が増大して、圧力室１２内に充填されていた液体が、上述の一列に形成された３個のノズル孔２１から液滴として同時に吐出される。そして、液滴吐出ヘッド５２は、液体供給口１４がノズル孔２１毎に形成されている点に特徴がある。

液滴吐出ヘッド５２の連通部１３は、平面視で圧力室１２と並行するように、Ｙ方向に延在している。そして液体供給口１４は、圧力室１２におけるノズル孔２１が形成されている領域の近辺と連通部１３との間を連通させるように、ノズル孔２１毎に形成されている。連通部１３と圧力室１２とがＹ方向に延在しているため、液体供給口１４は、Ｘ方向すなわち上述の長手方向と直交する方向に延在するように形成されている。各ノズル孔２１から吐出される液体は、かかるノズル孔２１毎に形成された液体供給口１４を介して（上述の収容タンク１０から）供給される。

ここで、連通部１３からノズル孔２１に至る流路は、それ自体が流路抵抗を有している。したがって、１つの圧力室１２に形成された複数のノズル孔２１間で上述の流路に差があれば、液滴の吐出量が（ノズル孔２１間で）ばらつく可能性が生じる。本実施形態の液滴吐出ヘッド５２は、液体供給口１４がノズル孔２１毎に形成されているため、ノズル孔２１間における上述の流路の差異が低減されている。したがって、各ノズル孔２１間における液滴の吐出特性が均一化されており、吐出品質が向上している。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態にかかる液滴吐出ヘッド５３について説明する。図７は、本実施形態にかかる液滴吐出ヘッド５３の概略を示す模式平面図である。

本実施形態の液滴吐出ヘッド５３は、圧力室形成基板１７をパターニングして形成された、Ｙ方向を長手方向とする圧力室１２を有しており、該圧力室には複数（３個）のノズル孔２１がＹ方向に一列に並ぶように形成されている点で、上述の液滴吐出ヘッド５１及び液滴吐出ヘッド５２と共通している。ノズル孔２１間のピッチは、形成すべきドットパターンのＹ方向におけるピッチと同一であるか、又は該ピッチの整数倍である点でも上述の液滴吐出ヘッド５１及び液滴吐出ヘッド５２と共通している。そして液滴吐出ヘッド５３は、液体供給口１４がノズル孔２１毎に形成されている点で、上述の液滴吐出ヘッド５２と共通している。そして液滴吐出ヘッド５３は、圧力発生手段としての圧電素子３００もノズル孔２１毎に形成されている点で、液滴吐出ヘッド５２と相違している。

上述したように、圧電素子３００は第１電極６０と圧電体層７０と第２電極８０との積層体である。そして上述の液滴吐出ヘッド５１及び液滴吐出ヘッド５２では、圧電体層７０が圧力室１２の略全域と重なるようにパターニングされている。それに対して、本実施形態の液滴吐出ヘッド５３における圧電体層７０は、ノズル孔２１毎に島状にパターニングされている。すなわち、圧力室１２の上面には、島状にパターニングされた圧電体層７０がノズル孔２１の個数分形成されている。そして夫々の圧電体層７０は、平面視でノズル孔２１を含んでいる。

一方、第１電極６０及び第２電極８０は、圧電体層７０とは異なり、上述の液滴吐出ヘッド５１等と同様に一体的に形成されている。そのため、ノズル孔２１毎に形成された複数の圧電体層７０に同時に電圧を印加可能である。

第１電極６０は、上述の液滴吐出ヘッド５２の該第１電極と同様に、圧力室１２と平面視で重なるように、すなわちＹ方向に延在するようにパターニングされている。そして一方の端が延長されており、リード電極９０とＸ方向に隣り合うパッド状の部分が生じるように（端部が）パターニングされている。そして該パッド状の部分は図示しない配線により図示を省略した駆動回路１２０（図２等参照）と電気的に接続されている。
ここで、第１電極６０のＸ方向の寸法は、上述のパッド状の部分を除いて、圧電体層７０の該寸法より小さい。したがって、圧電体層７０は、Ｘ方向において第１電極６０を覆うように形成されている。

第２電極８０は、圧力室１２上においては圧電体層７０と同様に島状にパターニングされている。また、第１電極６０と平面視で隣り合うように、Ｙ方向に延在する部分も形成されている。そして液体供給口１４と重なる領域では、Ｙ方向に延在する部分と島状の部分とを連結するためのＸ方向に延在する部分が、各々の液体供給口１４毎に形成されている。かかる３個の部分により、第２電極８０は全体として櫛状の平面形状を有している。そして、上述のＹ方向に延在する部分の一方の端部が、リード電極９０と電気的に接続されており、リード電極９０は、接続配線１２１（図３参照）により駆動回路１２０（図２等参照）と電気的に接続されている。
なお、第２電極８０の上記島状の部分におけるＹ方向の寸法は、圧電体層７０の該寸法よりも小さくなるようにパターンされている。したがって、第１電極６０と第２電極８０とが重なる領域には、必ず圧電体層７０が形成されている。

駆動回路１２０から伝えられる信号（電圧）が第１電極６０と第２電極８０との間に印加されると、ノズル孔２１毎に形成された圧電素子３００が同時に動作する。そして該圧電素子が形成された領域における圧力室１２の圧力を増加させる。その結果、圧力室１２に充填されている液体が液滴として各ノズル孔２１から吐出される。

このように、本実施形態の液滴吐出ヘッド５３は、１つの圧力室１２に複数のノズル孔２１が形成されており、圧力室１２内に充填されている液体が該複数のノズル孔２１から同時に吐出される点で、上記の各実施形態の液滴吐出ヘッド（５１，５２）と共通している。しかし、かかる液滴の吐出が、ノズル孔２１毎に形成された圧電素子３００によって行われる点で相違している。かかる構成により、本実施形態の液滴吐出ヘッド５３は、ノズル孔２１の近傍においての液体に印加される圧力を、各ノズル孔間で均一化できる。したがって、各ノズル孔２１間における液滴の吐出特性が均一化されている。そのため、液体供給口１４がノズル孔２１毎に形成されていることの効果も併せて、吐出品質がより一層向上している。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態にかかる液滴吐出ヘッド５４について説明する。図８は本実施形態にかかる液滴吐出ヘッド５４の概略を示す模式平面図である。本実施形態にかかる液滴吐出ヘッド５４は、圧力室１２が複数個配置されている点で、上述の各実施形態にかかる液滴吐出ヘッド（５１，５２，５３）と相違している。

個々の圧力室１２の態様は、上記の第３の実施形態の液滴吐出ヘッド５３における圧力室１２の構成と略同一である。すなわち、圧力室１２はＹ方向に一列に形成された３個のノズル孔２１を有している。ノズル孔２１間のピッチは、形成すべきドットパターンのＹ方向におけるピッチと同一であるか、又は該ピッチの整数倍である点は、上述の各実施形態にかかる液滴吐出ヘッド（５１，５２，５３）と共通している。液体供給口１４と圧電素子３００は、第３の実施形態にかかる液滴吐出ヘッド５３と同様に、ノズル孔２１毎に形成されている。圧電素子３００に信号（電圧）が加わると、圧力室１２に充填されている液体が３個のノズル孔２１から同時に液滴として吐出される。そして本実施形態にかかる液滴吐出ヘッド５４は、かかる構成の圧力室１２が、Ｘ方向に３個、等間隔で形成されている。

圧力室１２の個数は、上述の３個に限定されるものではない。２個、あるいは４個以上でもかまわない。そして、圧力室１２に充填される液体の種類も１種類に限定されない。すなわち、１つの液滴吐出ヘッド５４において、圧力室１２毎に異なる種類の液体が充填されていてもよい。

充填される液体の種類が単一である場合、液滴吐出ヘッド５４はＸ方向とＹ方向の双方に規則的に形成された単一のドットすなわち単一の液体が乾燥硬化してなるドットのパターンを、短時間で形成できる。すなわち、走査速度を高速にできる。上述のパターンには、独立したドットからなるパターンのみでなく、連結されたドットからなる線状（帯状）のパターンも含まれる。すなわち、本実施形態の液滴吐出ヘッド５４を用いれば、金属粒子を含有する液体を用いて、並進する複数本の配線パターン等を短時間で形成できる。さらには、ドットをＹ方向にも連結させて所定の領域を塗りつぶすようなパターンの形成も、効果的に実施できる。

充填される液体の種類が複数である場合、複数種類のドットがＸ方向において規則的に配置されてなるパターンを１回の走査で同時に形成できる。したがって、本実施形態の液滴吐出ヘッド５４であれば、マトリクス状に配置された複数種類のドットからなるパターンを効率的に形成できる。したがって、本実施形態の構成であればマトリクス状に配置された複数種類のドットからなるパターンを形成する用途に用いる液滴吐出ヘッドを、小型化及び低コストできる。またかかる用途に用いる液滴吐出装置を小型化及び低コストできる。

１…液滴吐出装置、２…基台、２ａ…上面、３…案内レール、４…ステージ、５…ステージ位置検出装置、６…載置面、７…基板、８…支持台、９…案内部材、１０…収容タンク、１１…第２の案内レール、１２…圧力室、１３…連通部、１４…液体供給口、２０…ノズル基板、２１…ノズル孔、２６…キャリッジ、２７…キャリッジ位置検出装置、２８…ヘッドユニット、３１…リザーバー部、３３…貫通孔、３５…接着剤、４０…コンプライアンス基板、４１…封止膜、４２…固定板、４３…開口部、５０…液滴吐出ヘッド、５１…第１の実施形態にかかる液滴吐出ヘッド、５２…第２の実施形態にかかる液滴吐出ヘッド、５３…第３の実施形態にかかる液滴吐出ヘッド、５４…第４の実施形態にかかる液滴吐出ヘッド、５５…ドット、６０…第１電極、７０…圧電体層、８０…第２電極、８２…弾性膜、８４…保護基板、８６…絶縁体膜、９０…リード線、１００…リザーバー、１２０…駆動回路、１２１…接続配線、２９９…圧電素子保持部、３００…圧力発生手段としての圧電素子。

Claims (8)

1. ノズル孔が形成されたノズル基板と、前記ノズル孔に通じており液体を充填し得る圧力室と、前記圧力室内に圧力変動を生じさせ得る圧力発生手段と、を有し、第１の方向に走査しつつ前記ノズル孔から前記液体を液滴として吐出して媒体上にドットを形成する液滴吐出ヘッドであって、
   前記ノズル孔は前記第１の方向に略直行する方向である第２の方向に沿って複数個形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 請求項１に記載の液滴吐出ヘッドであって、
   前記第２の方向において隣り合う前記ノズル孔の間隔は、形成すべきドットの前記第２の方向におけるピッチと同一であるか、又は該ピッチの整数倍であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
3. 請求項２に記載の液滴吐出ヘッドであって、
   前記圧力室は前記第１の方向に沿って複数個形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
4. 請求項３に記載の液滴吐出ヘッドであって、
   前記液体の種類が複数であり、前記圧力室の個数は前記液体の種類数と同数であるか、又は整数倍であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッドであって、
   前記圧力発生手段は前記ノズル孔毎に形成されており、かつ、同一の前記圧力室に形成された前記圧力発生手段は一括制御されることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッドであって、
   前記圧力室内に前記液体を供給する液体供給口が前記ノズル毎に形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
7. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッドであって、
   前記圧力室内に前記液体を供給する液体供給口と前記圧力発生手段との双方が前記ノズル毎に形成されており、かつ、同一の前記圧力室に形成された前記圧力発生手段は一括制御されることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴とする液滴吐出装置。

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