JP5161986B2 - インクジェットヘッドおよびインクジェット装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェットヘッドおよびそれを備え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、インク供給流路に接続し、ノズルを有する複数のインク室と、インク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、インク室内のインクに圧力を加えて、ノズルからインク滴を吐出する。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つのタイプに大別されうる。特に、積層構造のピエゾ素子を用いるベンドモード型のインクジェットヘッドは、低い電圧で強い力を生み出せることから、高粘度のインクを用いる有機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）。

また、インク室内のインクにエアーが混入したり、ノズルが目詰まりしたりして、適切なインク吐出ができないことがある。そこで、インクジェットヘッドのインクを循環させる（インク室にインクを供給し、インク室からインクを排出する）ことで、エアー混入やノズルつまりを低減させる技術が提案されている（例えば、特許文献２〜６参照）。

さらに、ピエゾ素子がインク室内に配置されたインク循環型のインクジェットヘッドも提案されている（例えば、特許文献７，８参照）。

図１は特許文献７，８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７，８に記載されたインクジェットヘッド１は、インク室１０と、インク室１０に供給するためのインクが流れるインク供給流路１１と、インク室１０から排出されたインクが流れるインク排出流路１２とを有する。

インク室１０は、インク室１０の底面を構成し、ノズル２１が形成されたノズルプレート２０と、インク室１０の天面を構成し、ピエゾ素子３１が固定されたピエゾプレート３０と、インク室１０の側面を構成する隔壁４０とから構成される。

ピエゾプレート３０には、インク供給流路１１からインク室１０にインクを供給するためのインク入口孔３３と、インク室１０からインク排出流路１２にインクを排出するためのインク出口孔３５とが形成されている。

インクは、インク供給流路１１からインク室１０内を通って、インク排出流路１２まで流れる。このため、インク室１０内には常に新しいインクが供給される。インク室１０内に常に新しいインクを供給することで、インク室１０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のピエゾ素子に駆動電圧を加えると、ピエゾ素子３１の体積が膨張し、インク室１０内のインクに吐出方向の力が加わる。吐出方向の力が加えられたインクは、ノズル２１から吐出される。

このような循環型インクジェットヘッドでは、インク室内のインクのよどみやエアーの混入などを解消できるが、ピエゾ素子の駆動によって生じた力の逃げ道が２箇所（インク入口孔３３およびインク出口孔３５）あるので、インクの吐出力が上がらないと言われていた。

特開２０００−１７７１２１号公報 特開２００８−２００９０２号公報 特開２００５−１１９２８７号公報 米国特許出願公開第２００５／００９３９３１号明細書 特開２００８−０８７２８８号公報 米国特許出願公開第２００８／００７９７５９号明細書 特開２００９−１６０８０７号公報 米国特許出願公開第２００９／０１７４７３５号明細書

しかしながら、インク室内をインクが流れる循環式のインクジェットヘッドであっても、インクが滞留し、よどむことがあった。

図２は、他の循環式のインクジェットヘッド２の断面図である。図２に示されるインクジェットヘッド２は、インク室１０と、インク供給流路１１と、インク排出流路１２とを有する。インク室１０は、ノズル２１が形成されたノズルプレート２０と、積層ピエゾ素子３１が固定されたピエゾプレート３０と、インク室１０の側面を構成する隔壁４０とから構成される。隔壁４０には、インク供給流路１１からインク室１０にインクを供給するためのインク入口孔３３と、インク室１０からインク排出流路１２にインクを排出するためのインク出口孔３５と、が形成されている。また、インクジェットヘッド２では、積層ピエゾ素子３１は、隔壁４０と離間している。このため、積層ピエゾ素子３１と隔壁４０との間には隙間が形成される。

図２に示されるようにインク室１０内にインクを流しても、積層ピエゾ素子３１と隔壁４０との間の隙間に入りこんだインクは流動しにくい。このため、積層ピエゾ素子３１と隔壁４０との間には隙間に入りこんだインクが滞留し、よどむおそれがある。インク室内のインクがよどむと、インクの吐出が不安定になるなどのインクの吐出に悪影響を及ぼす。

このような、積層ピエゾ素子３１と隔壁４０との間に入りこんだインクの滞留を防止するために、特許文献２に開示されたように、隔壁ではなくピエゾプレート３０にインク入口孔を形成することも考えられる。図１に示された特許文献２のインクジェットヘッド１のように、ピエゾプレート３０にインク入口孔を形成すれば、インク入口孔から供給されたインクは、ピエゾ素子３１と、隔壁４０との間を流れるので、ピエゾ素子と、隔壁４０との間のインクが滞留することはない。

しかし、ピエゾプレート３０にインク入口孔を形成すると、ピエゾ素子の駆動によって生じた力の一部がインク入口孔を通して逃げてしまい、インクの吐出力が下がってしまう（図６Ａ参照）。

本発明の目的は、インク室内でのインクのよどみの解消と、強い吐出力とを両立することができる循環式インクジェットヘッドを提供することである。

本発明者は、インク入口孔と積層ピエゾ素子との位置関係を工夫することで、インク室内でのインクのよどみの解消と、強い吐出力をと両立できることを見出し、さらに検討を加え、本発明を完成させた。

すなわち、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］インク室と、前記インク室に供給するためのインクが流れるインク供給流路と、
前記インク室から排出された前記インクが流れるインク排出流路と、前記インク室の側面を構成する隔壁と、前記隔壁に形成され、前記インク供給流路と連通しているインク入口孔と、前記隔壁に形成され、前記インク排出流路と連通しているインク出口孔と、前記インク室の天面を構成するピエゾプレートと、前記インク室内に配置され、前記ピエゾプレートに固定された積層ピエゾ素子と、前記インク室の底面を構成するノズルプレートと、前記ノズルプレートに形成され、前記インク室と連通するノズルと、を有するインクジェットヘッドであって、前記積層ピエゾ素子は、前記隔壁と離間しており、前記インク入口孔は、前記隔壁と前記ピエゾプレートで形成される、インクジェットヘッド。
［２］前記インク入口孔と前記インク供給流路とを繋ぐインク入口流路をさらに有し、前記インク入口流路は、屈曲点を有する、［１］に記載のインクジェットヘッド。
［３］前記インク出口孔と前記インク排出流路とを繋ぐインク出口流路をさらに有し、前記インク出口流路は、屈曲点を有する、［１］または［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。
［４］［１］〜［３］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。

本発明のインクジェットヘッドでは、インク室内でインクが滞留せず、かつインクの吐出力が強い。このため、本発明のインクジェットヘッドは、高粘度のインクを安定して吐出することができる。

従来のインクジェットヘッドの一例を示す断面図 従来のインクジェットヘッドの他の例を示す断面図 実施の形態１のインクジェットヘッドの斜視図 図３に示されるインクジェットヘッドのＡ線による断面図 図３に示されるインクジェットヘッドのＢ線による断面図 図３に示されるインクジェットヘッドのＣ線による断面図 図４Ａに示されるインク室の拡大断面図 図４Ｂに示されるインク室の説明図 図４Ａに示されるインク室の拡大断面図 図４Ｂに示されるインク室の説明図 インク入口孔をインク室の天面に有するインクジェットヘッドの断面図 インク入口孔をインク室側面のノズルプレート側の部分に有するインクジェットヘッドの断面図 実施の形態２のインクジェットヘッドの断面図 実施の形態３のインクジェットヘッドの断面図 実施の形態４のインクジェットヘッドの断面図 図９Ａに示されるインクジェットヘッドの部分拡大平面図 実施の形態５のインクジェットヘッドの断面図 図１０Ａに示されるインクジェットヘッドの部分拡大平面図 実施の形態６のインクジェットヘッドの部分拡大平面図

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、積層型のピエゾ素子を用いるベンドモード型のインクジェットヘッドである。また、本発明は、インク室内をインクが流れるインク循環型のインクジェットヘッドである。

本発明のインクジェットヘッドは、１）インク供給流路と、２）インク排出流路と、３）インク室とを有する。以下それぞれの構成要素について説明する。

１）インク供給流路
インク供給流路は、インク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、複数のインク室が接続している。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。

２）インク排出流路
インク排出流路は、インク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、複数のインク室が接続している。

３）インク室
インク室は、後述する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。インク室はインク供給流路およびインク排出流路と接続している。したがって、インクは、インク供給流路からインク室内を通って、インク排出流路まで流れる。これによりインク室内には常に新しいインクが供給される。インク室内に常に新しいインクを供給することで、インク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。インク室内を流れるインクの流量は１０〜１００ｍｌ／ｍｉｎであることが好ましい。

１のインク供給流路およびインク排出流路に接続するインク室の最大数は、通常１０２４個である。インク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、インク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。また、液晶パネルを製造する場合、インクの例には、液晶材料などの高粘度の機能液が含まれる。

次にインク室を構成する部材について説明する。本発明では、インク室は、ノズルプレートと、隔壁と、ピエゾプレートとから構成される。したがって本発明のインクジェットヘッドは、さらに４）ノズルプレート、５）隔壁、および６）ピエゾプレートを有する。

４）ノズルプレート
ノズルプレートは、インク室の底面を構成する板である。ノズルプレートは例えば厚さ１０〜１００μｍのステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４ステンレス鋼）板である。

さらに、本発明のインクジェットヘッドは、ノズルプレートに形成されたノズルを有する。ノズルは、インク室からインクを吐出するための吐出孔を有する管である。インクジェットヘッドは、１つのインク室に対して、１つのノズルを有していてもよいし、２以上のノズルを有していてもよい。インク室内のインクは、ノズル内部を通り、吐出孔から外部に吐出される。吐出孔の径は、特に限定されず、例えば１０〜１００μｍ程度であればよい。

５）隔壁
隔壁は、インク室の側面を構成する板である。隔壁は、例えば、複数のステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４ステンレス鋼）板を熱拡散接合によって貼り合わすことで製造されてもよい。隔壁の断面形状は、矩形状でもよくテーパ状でもよい。隔壁の高さは、積層ピエゾ素子の高さよりも５〜１００μｍ高ければよく、通常１０５〜１１００μｍである。隔壁はピエゾプレートおよびノズルプレートに貼り付けられている。隔壁は、ピエゾプレートおよびノズルプレートに接着剤によって貼り付けられたり、溶接によって貼り付けられたりしてもよいが、熱拡散接合（熱圧着）によって貼り付けられてもよい。

さらに、本発明のインクジェットヘッドは、隔壁に形成されたインク入口孔およびインク出口孔を有する。

インク入口孔は、インク供給流路と連通した孔である。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インク室に流入する。インク入口孔とインク供給流路とは、通常インク入口流路によって繋がれる。インク入口流路は直線状であってもよいが、屈曲点を有することが好ましい（実施の形態２、図７参照）。

インク出口孔は、インク排出流路と連通した孔である。したがって、インクはインク室からインク出口孔を通ってインク排出流路に流入する。インク出口孔とインク排出流路とは、通常インク出口流路によって繋がれる。インク出口流路は直線状であってもよいが、屈曲点を有することが好ましい（実施の形態２、図７参照）。

６）ピエゾプレート
ピエゾプレートは、インク室の天面を構成する板である。ここで「インク室の天面」とは、ノズルプレートに対向する面を意味する。ピエゾプレートの材料は例えばセラミックスである。ピエゾプレートの材料をセラミックスとすることで、後述するピエゾ素子とピエゾプレートの熱膨張係数を同じにすることができる。

さらに本発明のインクジェットヘッドは、ピエゾプレートに固定されたピエゾ素子を有する。

ピエゾ素子は、制御信号を実際の動きに変換する作動装置である。ピエゾ素子に駆動電圧を印加することで、ピエゾ素子が伸縮し、インク室内のインクに圧力が加わる。これにより、ノズルの吐出孔からインクが吐出される。

本発明におけるピエゾ素子は、伸縮可能な積層型のピエゾ素子（以下単に「積層ピエゾ素子」とも称する）であることを特徴とする。積層ピエゾ素子は、入力に対する出力応答が遅いが、大きい出力を有する。そのため積層ピエゾ素子は、強い力を発生させることができる。積層ピエゾ素子の高さ（積層方向の長さ）は、通常１００〜１０００μｍである。

積層ピエゾ素子は、インク室内に配置され、後述するピエゾプレートに固定される固定端と、積層ピエゾ素子の伸縮方向の端部である可動端とを有する。

また、本発明では、積層ピエゾ素子と上述した隔壁とが離間していることを特徴とする。このため、積層ピエゾ素子と隔壁との間には、隙間が形成される。積層ピエゾ素子と隔壁との間の隙間の幅は５〜１００μｍであることが好ましく、５〜２０μｍであることがさらに好ましい。積層ピエゾ素子と隔壁との間の隙間の幅が５μｍ以下であると、電圧の印加によって積層ピエゾ素子が膨張したときに、積層ピエゾ素子が隔壁に接触する恐れがある。一方、積層ピエゾ素子と隔壁との間の隙間の幅が２０μｍ以上であると、インクに圧力を加えたときに、インクが積層ピエゾ素子と隔壁との間の隙間に逃げ、インクに充分な圧力を加えられない場合がある。

上述のように、積層ピエゾ素子は大きい出力を有するが、発生する振動も大きい。このため、積層ピエゾ素子の振動が隔壁を介して、隣接するインク室に伝わる恐れがある。このように、１のインク室内のピエゾ素子の振動が他のインク室に影響を与えることはクロストークと称される。クロストークが生じると、インク室間で吐出するインク滴の量が不安定になったり、インクの吐出ピッチが不安定になったりする。

しかし、本発明では、積層ピエゾ素子と隔壁とが離間しているので、積層ピエゾ素子の振動が隔壁を通して隣接するインク室に伝わることが無い。このため、本発明によればインク室間のクロストークが軽減される。

本発明は、インク入口孔と積層ピエゾ素子との位置関係を工夫することで、インク室内のよどみの解消と、強い吐出力とを両立させたことを特徴とする。より具体的には、本発明は、「インク入口孔を積層ピエゾ素子の可動端よりも固定端側に配置し」、かつ上述のように「インク入口孔を隔壁に形成したこと」でインク室内のよどみの解消と、強い吐出力とを両立させたことを特徴とする。

ここで「インク入口孔が積層ピエゾ素子の可動端よりも固定端側に配置されている」とは、駆動されてない状態の積層ピエゾ素子の可動端と固定端との間隔（積層ピエゾ素子の高さ）よりもインク入口孔とピエゾプレートとの間隔の方が、小さいことを意味する。インク入口孔とピエゾプレートとの間隔は、１００μｍ以下であることが好ましく、０であることがより好ましい（図４Ｂ参照）。インク入口孔とピエゾプレートとの間隔が１００μｍ以上であると、積層ピエゾ素子と隔壁との間のインクが滞留し、よどむ恐れがある。積層ピエゾ素子の可動端とインク入口孔との、積層ピエゾ素子の伸縮方向に沿った距離（以下単に「積層ピエゾ素子の可動端とインク入口孔との距離」とも称する）は、１００μｍ以上であることが好ましく、３００μｍ以上であることがより好ましい（図４Ｂ参照）。積層ピエゾ素子の可動端とインク入口孔との間隔が１００μｍ未満であると、積層ピエゾ素子と隔壁との間のインクが滞留したり、積層ピエゾ素子の駆動によって生じた力が、インク入口孔に逃げやすくなったりする。

このように、インク入口孔を積層ピエゾ素子の可動端よりも固定端側に配置することで、積層ピエゾ素子と隔壁との間に入り込んだインクが滞留することを防止することができる（図５Ａ参照）。

さらに本発明では、積層ピエゾ素子の可動端よりも固定端側に配置されたインク入口孔は、上述のように隔壁（インク室の側面）に形成されている。このように、インク入口孔を積層ピエゾ素子の可動端よりも固定端側であって、かつ隔壁に形成することで、積層ピエゾ素子の駆動によって生じた力がインク入口孔に逃げることを防止することもできる（図５Ｂ参照）。積層ピエゾ素子の駆動によって生じた力がインク入口孔に逃げることを防止することによって、積層ピエゾ素子の駆動によって生じた力を効率的にインクの吐出力に変換することができ、強いインクの吐出力が得られる。

以上のように本発明によれば、インク室内のよどみの解消と、強い吐出力とを両立させることができる。このため、本発明のインクジェットヘッドは、高粘度のインクを安定して吐出することができる。

本発明の効果については、実施の形態１で詳細に説明する。

２．本発明のインクジェットヘッドの製造方法について
上述した本発明のインクジェットヘッドは、本発明の効果を損なわない限り任意の方法で製造される。本発明のインクジェットヘッドの製造方法の好ましい例は、１）ピエゾプレートを準備する第１ステップと、２）ピエゾプレート上にフレームを積層する第２ステップと、３）フレーム上に、隔壁が接続されたノズルプレートを積層する第３ステップと、を有する。

１）第１ステップでは、複数の積層ピエゾ素子が固定されたピエゾプレートを準備する。複数の積層ピエゾ素子は、ｉ）まず、ピエゾプレート上にチタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ）のシートと導電膜とを複数積層して、駆動体を作製し、ii）そして駆動体を分割することで作製されればよい。駆動体を分割するには、回転ブレードが組み込まれたダイシング装置を用いればよい。

２）第２ステップでは、ピエゾプレート上にフレームを積層する。ここで「フレーム」とは、インクジェットヘッドの側面を構成する部材である（図３、図４Ａ〜Ｃ、符番１６０参照）。フレームは、ピエゾプレートに接着剤によって貼り付けられたり、溶接によって貼り付けられたりしてもよいが、熱拡散接合（熱圧着）によって貼り付けられてもよい。

３）第３ステップでは、フレーム上に、複数の隔壁が接続されたノズルプレートを積層する。これにより、底面、側面および天面を有するインク室が構成される。

隔壁は、積層ピエゾ素子と積層ピエゾ素子との間に挿入されるように配列されている。隔壁は、ノズルプレートに接着剤によって貼り付けられたり、溶接によって貼り付けられたりしてもよいが、熱拡散接合（熱圧着）によって貼り付けられてもよい。また、ノズルプレートは、フレームに接着剤によって貼り付けられたり、溶接によって貼り付けられたりしてもよいが、熱拡散接合（熱圧着）によって貼り付けられてもよい。

３．本発明のインクジェット装置について
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、本発明のインクジェット装置は、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３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３に示されるように、インクジェットヘッド１００は、インク供給流路１０１と、インク排出流路１０２と、インク室１１０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４Ａは、図３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４Ｂは、図３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４Ｃは、図３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４Ａ〜図４Ｃに示されるように、インクジェットヘッド１００は、吐出孔１１２を有するノズル１１１、積層ピエゾ素子１１３、インク入口孔１２１、インク入口流路１２３、インク出口孔１２５、およびインク出口流路１２７を有する。

またインクジェットヘッド１００は、ノズル１１１が形成され、インク室１１０の底面を構成するノズルプレート１３０、積層ピエゾ素子１１３が固定され、インク室１１０の天面を構成するピエゾプレート１４０、インク入口孔１２１およびインク出口孔１２５が形成され、インク室１１０の側面を構成する隔壁１５０を有する。また、インクジェットの側面は、フレーム１６０によって構成される。

インク室１１０は、インク入口孔１２１およびインク入口流路１２３を介して、インク供給流路１０１と接続している。また、インク室１１０は、インク出口孔１２５およびインク出口流路１２７を介してインク排出流路１０２と接続している。

本実施の形態ではインク入口流路１２３およびインク出口流路１２７は、屈曲点を有さず直線状である。

図４Ａに示されるように、積層ピエゾ素子１１３は、隔壁１５０に接触していない。積層ピエゾ素子１１３と隔壁１５０との間の隙間は、５〜１００μｍである。積層ピエゾ素子１１３は、ピエゾプレート１４０に固定された固定端１１３ａと、ピエゾの伸縮方向の端部である可動端１１３ｂとを有する。

図４Ｂに示されるように、インク入口孔１２１およびインク出口孔１２５は、隔壁１５０に形成されている。また、インク入口孔１２１が形成されている隔壁１５０と、インク出口孔１２５が形成されている隔壁１５０とは対向している。

インク入口孔１２１は、積層ピエゾ素子１１３の可動端１１３ｂよりも固定端１１３ａ側に配置されている。本実施の形態では、インク入口孔１２１とピエゾプレート１４０との間隔は、０である。また、図４Ｂに示される積層ピエゾ素子１１３の可動端１１３ｂと、インク入口孔１２１との、積層ピエゾ素子１１３の伸縮方向に沿った距離Ｄは、１００μｍ以上であることが好ましく、３００μｍ以上であることがより好ましい。一方、インク出口孔１２５は、積層ピエゾ素子１１３の可動端１１３ｂよりもノズルプレート１３０側に配置されている。

次に、図５Ａ〜図５Ｄ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。図５Ａおよび図５Ｃは、図４Ａに示されたインク室１１０の拡大断面図であり、図５Ｂおよび図５Ｄは、図４Ｂに示されたインク室１１０の説明図である。

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、インク入口流路１２３およびインク入口孔１２１を通って各インク室１１０に供給される（図５Ａおよび図５Ｂ参照）。インク室１１０に供給されたインクは、さらにインク出口孔１２５およびインク出口流路１２７を通ってインク排出流路１０２に排出される。このため、インク室１１０内をインクが流れる。これにより、インク室１１０内には常に新しいインクが供給される。

また、上述のように、インク入口孔１２１は、積層ピエゾ素子１１３の可動端１１３ｂよりも固定端１１３ａ側に配置されている。このため、積層ピエゾ素子１１３と隔壁１５０との間の空間にもインクが供給され、積層ピエゾ素子１１３と隔壁１５０との間の空間でもインクの流れが生じる。これにより、積層ピエゾ素子１１３と隔壁１５０との間のインクがよどむことを防止することができる。

一方、図２に示されるように、インク入口孔３３が、積層ピエゾ素子３１の可動端よりもノズルプレート２０側に配置されていると、積層ピエゾ素子３１と隔壁４０との間の空間でインクが滞留し、積層ピエゾ素子３１と隔壁４０との間のインクがよどむおそれがある。

次に、積層ピエゾ素子１１３に駆動電圧を加える。これにより、積層ピエゾ素子１１３の高さが増加し、インク室１１０の容量が縮小する（図５Ｃおよび図５Ｄ）。

上述のように、本実施の形態では、積層ピエゾ素子１１３と隔壁１５０とが離間している。このため、図５Ｃおよび図５Ｄに示すように積層ピエゾ素子１１３の高さが増加した場合であっても、積層ピエゾ素子１１３の振動が隔壁１５０に伝達しない。これにより、インク室１１０間のクロストークを減少させることができる。

また、積層ピエゾ素子１１３の高さが増加することで、インクの吐出方向Ｘと同じ方向の力Ｆ１が発生する。これにより、インク室１１０内のインクは、積層ピエゾ素子１１３が駆動することによって生じた力によって吐出される。

また、積層ピエゾ素子１１３が駆動することによって生じた力の一部は、ノズルプレート１３０に跳ね返されたり、隔壁１５０に跳ね返されたりすることで、吐出方向Ｘに垂直方向な力Ｆ２および吐出方向Ｘに逆方向な力Ｆ３に変換される。

本発明では、インク入口孔１２１は、隔壁１５０に形成され、かつ積層ピエゾ素子１１３の可動端１１３ｂよりも、固定端１１３ａ側に配置されているので、吐出方向Ｘに逆方向な力Ｆ３の方向の延長上にインク入口孔１２１が存在しない。したがって、力Ｆ３は、インク入口孔１２１に逃げ難い。このため、積層ピエゾ素子１１３の駆動によって生じる力が、効率よく吐出力に変換される。

一方、図６Ａに示されるようにインク入口孔１２１をインク室１１０の側面ではなく、インク室の天面（ピエゾプレート１４０）に設けた場合、吐出方向Ｘに逆方向な力Ｆ３は、インク入口孔１２１に逃げやすい。このため、積層ピエゾ素子１１３の駆動によって生じた力は、効率よくインクの吐出力に変換されず、インクの吐出力が減少する。

さらに、インク入口孔１２１を隔壁１５０に形成した場合であっても、図６Ｂに示されたように、インク入口孔１２１を積層ピエゾ素子１１３の可動端１１３ｂよりもノズルプレート１３０側に配置すると、吐出方向Ｘに垂直方向な力Ｆ２が、インク入口孔１２１に逃げやすい。このため、積層ピエゾ素子１１３の駆動によって生じる力は、効率よくインクの吐出力に変換されず、インクの吐出力が減少する。

また、吐出方向Ｘに垂直方向な力Ｆ２が、インク出口孔１２５に逃げることを防止するため、インク出口孔１２５を積層ピエゾ素子１１３の可動端１１３ｂよりも、ピエゾプレート１４０側に配置することも考えられる。しかし、インク出口孔１２５を、積層ピエゾ素子１１３の可動端１１３ｂよりもピエゾプレート１４０側に配置した場合、インク室１１０内にインクを循環させたときに、ノズル１１１から意図せずインクが漏れ出してしまう恐れがあるので好ましくない。

その後、積層ピエゾ素子１１３に駆動電圧と逆の電圧を加えると、積層ピエゾ素子の高さが減少し、インク室１１０の容量が拡大する。これにより、インク供給流路１０１からインク室１１０にインクが再び流入する。

このように本実施の形態のインクジェットヘッドによれば、インク室内のよどみの解消と、強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１では、インク入口流路およびインク出口流路が直線状である形態について説明した。実施の形態２では、インク入口流路およびインク出口流路が屈曲点を有する形態について説明する。

図７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。インクジェットヘッド２００は、インク入口流路およびインク出口流路が屈曲点を有する以外は、図４Ｂに示された実施の形態１のインクジェットヘッド１００と同じである。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７に示されるように、本実施の形態のインクジェットヘッド２００では、インク入口流路２２３およびインク出口流路２２７が屈曲点Ｃを有する。これにより、インク入口流路２２３およびインク出口流路２２７の圧力損失が高まる。このため、積層ピエゾ素子１１３の駆動によって生じた力のうち吐出方向Ｘに垂直方向な力Ｆ２は、インク入口孔１２１にもインク出口孔１２５にもより逃げにくくなる。

このため、本実施の形態によれば、さらにインクの吐出力を向上させることができる。

（実施の形態３）
実施の形態１では、インク室の側面（隔壁）が天面（ピエゾプレート）および底面（ノズルプレート）に対して垂直である形態について説明した。実施の形態３では、インク室の側面にテーパ部が設けられている形態について説明する。

図８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。インクジェットヘッド３００は、インク室の側面にテーパ部が設けられている以外は、図４Ｂに示された実施の形態１のインクジェットヘッド１００と同じである。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８に示されるように、本実施の形態のインクジェットヘッド３００では、インク室１１０の側面にテーパ部３１０が設けられている。より具体的には、インク入口孔１２１が設けられた隔壁１５０に対向する隔壁１５０にテーパ部３１０が設けられている。このようにすることで、ピエゾ素子１１３と隔壁１５０との隙間にインクおよび気泡が滞留しにくくなる。したがって、本実施の形態によれば、さらにインクの吐出力を向上させることができる。

（実施の形態４）
実施の形態４では、インク室の側面に凸部が設けられている形態について説明する。

図９Ａ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。図９Ｂは、実施の形態４のインクジェットヘッド４００の部分拡大平面図である。図９Ｂでは、ピエゾプレート１４０を除去した状態を図示している。インクジェットヘッド４００は、インク室の側面に凸部が設けられている以外は、図４Ｂおよび図４Ｃに示された実施の形態１のインクジェットヘッド１００と同じである。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９Ａおよび図９Ｂに示されるように、本実施の形態のインクジェットヘッド４００では、インク室１１０の側面に凸部４１０が設けられている。凸部４１０は、ピエゾ素子１１３の周囲を取り囲むように隔壁１５０上に設けられている。インク入口孔１２１から供給されたインクは、ピエゾ素子１１３と凸部４１０との隙間からインク室１１０の下部に流入する。このようにすることで、インク室１１０内の特定の領域にインクおよび気泡が滞留しにくくなる。したがって、本実施の形態によれば、さらにインクの吐出力を向上させることができる。

（実施の形態５）
実施の形態１では、インク入口孔の幅がインク室の幅よりも狭い形態について説明した。実施の形態５では、インク入口孔の幅がインク室の幅と同じである形態について説明する。

図１０Ａは、実施の形態５のインクジェットヘッド５００の断面図である。図１０Ｂは、実施の形態５のインクジェットヘッド５００の部分拡大平面図である。図１０Ｂでは、ピエゾプレート１４０を除去した状態を図示している。インクジェットヘッド５００は、インク入口流路５２３の幅が徐々に大きくなっていること以外は、図４Ｂおよび図４Ｃに示された実施の形態１のインクジェットヘッド１００と同じである。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１０Ａおよび図１０Ｂに示されるように、本実施の形態のインクジェットヘッド５００では、インク入口流路５２３の幅が徐々に大きくなっており、インク入口孔５２１の幅がインク室１１０と同じ幅となっている。このようにすることで、インク入口孔５２１の周囲においてインクおよび気泡が滞留しにくくなる。したがって、本実施の形態によれば、さらにインクの吐出力を向上させることができる。

なお、インク入口流路５２３の入口部分（インク供給流路１０１との接続部分）の幅は、インク入口孔５２１に比べて狭い。これは、吐出圧力をロスしないようにするためである。

（実施の形態６）
実施の形態１では、１つのインク入口流路が１つのインク室に接続する形態について説明した。実施の形態６では、２つ以上のインク入口流路が１つのインク室に接続する形態について説明する。

図１１は、実施の形態６のインクジェットヘッド６００の部分拡大平面図である。図１１では、ピエゾプレート１４０を除去した状態を図示している。インクジェットヘッド６００は、複数のインク入口孔６２１および複数のインク入口流路６２３を有すること以外は、図４Ｃに示された実施の形態１のインクジェットヘッド１００と同じである。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１１に示されるように、本実施の形態のインクジェットヘッド６００では、３つのインク入口流路６２３が１つのインク室１１０に接続している。両端のインク入口流路６２３は、インク室１１０の隅の部分に接続している。このようにすることで、インク室１１０の隅の部分においてインクおよび気泡が滞留しにくくなる。したがって、本実施の形態によれば、さらにインクの吐出力を向上させることができる。

インク室１１０の隅の部分におけるインクおよび気泡の滞留を防止するためには、インク入口流路６２３の数を増やす代わりに、１つのインク入口流路６２３の幅をインク室１１０の幅と同じにすることも考えられる。しかしながら、吐出圧力をロスしないようにする観点からは、インク入口流路６２３の幅をインク室１１０の幅と同じにすることは好ましくない。

本発明のインクジェットヘッドでは、インク室内でインクがよどまず、かつインクの吐出力が強い。このため、本発明のインクジェットヘッドは、粘度の高いインクを被塗布物に安定して塗布することができる。そのため、本発明のインクジェットヘッドは、例えば有機ＥＬディスプレイパネルの製造における有機発光材料を塗布形成するためのインクジェットヘッドとして好ましく用いられる。

１００、２００、３００、４００、５００、６００ 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 インク室
１１１ ノズル
１１２ 吐出孔
１１３ 積層ピエゾ素子
１２１、５２１、６２１ インク入口孔
１２３、２２３、５２３、６２３ インク入口流路
１２５ インク出口孔
１２７、２２７ インク出口流路
１３０ ノズルプレート
１４０ ピエゾプレート
１５０ 隔壁
１６０ フレーム
３１０ テーパ部
４１０ 凸部

Claims (4)

1. インク室と、
   前記インク室に供給するためのインクが流れるインク供給流路と、
   前記インク室から排出された前記インクが流れるインク排出流路と、
   前記インク室の側面を構成する隔壁と、
   前記隔壁に形成され、前記インク供給流路と連通しているインク入口孔と、
   前記隔壁に形成され、前記インク排出流路と連通しているインク出口孔と、
   前記インク室の天面を構成するピエゾプレートと、
   前記インク室内に配置され、前記ピエゾプレートに固定された積層ピエゾ素子と、
   前記インク室の底面を構成するノズルプレートと、
   前記ノズルプレートに形成され、前記インク室と連通するノズルと、を有するインクジェットヘッドであって、
   前記積層ピエゾ素子は、前記隔壁と離間しており、
   前記インク入口孔は、前記隔壁と前記ピエゾプレートで形成される、インクジェットヘッド。
2. 前記インク入口孔と前記インク供給流路とを繋ぐインク入口流路をさらに有し、
   前記インク入口流路は、屈曲点を有する、請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記インク出口孔と前記インク排出流路とを繋ぐインク出口流路をさらに有し、
   前記インク出口流路は、屈曲点を有する、請求項１に記載のインクジェットヘッド。
4. 請求項１〜３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。

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