インクジェットヘッドおよびインクジェット装置ならびにそれらの製造方法
【課題】高い解像度と、強い吐出力とを有するインクジェットヘッドを提供すること。
【解決手段】インクが流れるインク供給流路と；ノズルが形成された底面と、振動板から構成される上面とを有し、かつ前記インク供給流路内をインクが流れる方向に沿って一列に配列された２以上のインク室と；前記インク室を仕切る隔壁と；前記２以上のインク室の上面それぞれを振動させ、一列に配列された２以上の積層ピエゾ素子と、前記積層ピエゾ素子間に配置された２以上の支柱と、が固定され、かつ前記インク室の上面上に配置されたピエゾプレートと；を有するインクジェットヘッドであって、前記インク室の上面を構成する振動板は、前記隔壁と前記支柱とによって挟まれ、隣接する２つの前記積層ピエゾ素子の間には、ギャップが大きい箇所と、ギャップが小さい箇所とが形成され、前記支柱は、前記ギャップが大きい箇所にのみ配置される、インクジェットヘッド。
【解決手段】インクが流れるインク供給流路と；ノズルが形成された底面と、振動板から構成される上面とを有し、かつ前記インク供給流路内をインクが流れる方向に沿って一列に配列された２以上のインク室と；前記インク室を仕切る隔壁と；前記２以上のインク室の上面それぞれを振動させ、一列に配列された２以上の積層ピエゾ素子と、前記積層ピエゾ素子間に配置された２以上の支柱と、が固定され、かつ前記インク室の上面上に配置されたピエゾプレートと；を有するインクジェットヘッドであって、前記インク室の上面を構成する振動板は、前記隔壁と前記支柱とによって挟まれ、隣接する２つの前記積層ピエゾ素子の間には、ギャップが大きい箇所と、ギャップが小さい箇所とが形成され、前記支柱は、前記ギャップが大きい箇所にのみ配置される、インクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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ならびにそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、インク供給流路に連通し、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。
【０００３】
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）。
【０００４】
図１は、特許文献１に開示されたインクジェットヘッド１０の断面の一部拡大図である。図１に示されるようにインクジェットヘッド１０は、インク供給流路（不図示）と、ノズル３ａを有する複数のインク室２ｂと、積層ピエゾ素子５ｆおよび支柱５ｇを交互に有するピエゾプレート４０とを有する。
【０００５】
各インク室２ｂは隔壁２ｄによって区画されている。積層ピエゾ素子５ｆは、インク室２ｂの壁面を構成する振動板（ダイヤフラム）６ａを振動させる。インクジェットヘッド１０では、複数のインク室２ｂが１つのダイヤフラム６ａを共有する。ダイヤフラム６ａは、支柱５ｇおよび隔壁２ｄによって挟まれることで固定される。
【０００６】
このようなインクジェットヘッド１０では、積層ピエゾ素子５ｆがインク室２ｂの壁面を構成するダイヤフラム６ａを振動させることで、インク室２ｂ内のインクに圧力が加えられ、ノズルからインクが吐出される。
【０００７】
また、インクジェットヘッド１０では、ダイヤフラム６ａが支柱５ｇと隔壁２ｄとに挟まれ、固定されている。このように、ダイヤフラム６ａを固定することで、ダイヤフラム６ａを通して、１のインク室２ｂにおける振動が、隣接するインク室２ｂに伝わること（クロストーク）が防止される。
【０００８】
このようなインクジェットヘッド１０を用いたプリンタの解像度は、ノズルの配置ピッチＰ１（以下単に「ノズルピッチ」とも称する）によって決定される。すなわちノズルピッチＰ１が大きいほど、解像度が低くなり、ノズルピッチＰ１が小さいほど解像度が高くなる。
【０００９】
また、中空六角柱型の積層ピエゾ素子の内部空間をインク室として用いる技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【００１０】
また、インクジェットヘッドの内部のインクにエアーが混入したり、インクジェットヘッドの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（外部からインクジェットヘッドにインクを供給し、インクジェットヘッド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ことが提案されている（例えば、特許文献３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特願２００８−８７４５７号公報
【特許文献２】特願平８−８５２０６号公報
【特許文献３】特開２００８−２５４１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
近年、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のために、高い解像度と、強い吐出力とを有するインクジェットヘッドの開発が求められている。
【００１３】
インクジェットヘッドの解像度を向上させるためには、ノズルピッチを縮めることが求められる。例えば、図１に示されるようなインクジェットヘッド１０では、ノズル３ａはインク室２ｂごとに配置される。このため、ノズルピッチＰ１は、インク室２ｂの配置ピッチによって決定される。さらに、インク室２ｂの配置ピッチは、ピエゾ素子５ｆの配置ピッチＰ２によって決定される。したがって、ノズルピッチＰ１を縮めるには、ピエゾプレート４０における積層ピエゾ素子５ｆの配置ピッチＰ２を縮めることが求められる。
【００１４】
図１に示されたインクジェットヘッド１０において、積層ピエゾ素子５ｆの配置ピッチＰ２を縮めるには、積層ピエゾ素子５ｆ間のギャップを狭めればよい。積層ピエゾ素子５ｆ間のギャップを狭めるには、積層ピエゾ素子５ｆの幅Ｄ１を狭くしたり、支柱５ｇの幅Ｄ２を狭くしたりすることが考えられる。
【００１５】
しかし、積層ピエゾ素子５ｆの幅Ｄ１を狭くすると、積層ピエゾ素子５ｆの可動面（ダイヤフラム６ａを押す面）の面積も小さくなり、積層ピエゾ素子５ｆがダイヤフラム６ａを振動させる力が減少する。ダイヤフラム６ａを振動させる力が減少すると、インク室２ｂ内のインクに充分な圧力を加えることができず、その結果、吐出力が減少してしまう。
【００１６】
また、支柱５ｇの幅Ｄ２を狭くするには加工限界による限界があり、例えば、幅Ｄ２が３０μｍ以下の支柱５ｇを形成することは困難である。
【００１７】
一方、インクジェットヘッドの吐出力を向上させるためには、積層ピエゾ素子の可動面の面積を増大させることが求められる。図１に示されたインクジェットヘッド１０において、積層ピエゾ素子５ｆの可動面の面積を増大させるには、積層ピエゾ素子５ｆの幅Ｄ１を広くすることが考えられる。しかし、積層ピエゾ素子５ｆの幅Ｄを広くすると、積層ピエゾ素子５ｆの配置ピッチＰ２およびノズルピッチＰ１が広がり、その結果、インクジェットヘッドの解像度が低下する。
【００１８】
さらに、インクジェットヘッド１０において、支柱５ｇを省略し、その分、積層ピエゾ素子５ｆの配置ピッチＰ２を縮めたり、積層ピエゾ素子５ｆの幅Ｄを大きくして、可動面の面積を増大させたりすることも考えられる。しかし、ダイヤフラム６ａを固定する支柱を省略してしまうと、１のインク室２ｂの振動が、ダイヤフラム６ａを通して、隣接するインク室２ｂに伝わり、クロストークが生じる。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。このため、支柱５ｇを省略することは現実的ではない。
【００１９】
このように、従来のインクジェットヘッドでは、「高い解像度を得るために、積層ピエゾ素子の配置ピッチを縮めること」と、「強い吐出力を得るために、積層ピエゾ素子の可動面の面積を大きくすること」と、を両立させることができなかった。
【００２０】
本発明の目的は、「積層ピエゾ素子の配置ピッチを縮めること」と、「積層ピエゾ素子の可動面の面積を大きくすること」と、を両立させることができるインクジェットヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
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］外部から供給されたインクが流れるインク供給流路と；前記インクを吐出するためのノズルが形成された底面と、振動板から構成される上面とを有し、かつ前記インク供給流路内をインクが流れる方向に沿って一列に配列された２以上のインク室と；前記インク室を仕切る隔壁と；前記２以上のインク室の上面それぞれを振動させ、一列に配列された２以上の積層ピエゾ素子と、前記積層ピエゾ素子間に配置された２以上の支柱と、が固定され、かつ前記インク室の上面上に配置されたピエゾプレートと；を有するインクジェットヘッドであって、前記インク室の上面を構成する振動板は、前記隔壁と前記支柱とによって挟まれ、隣接する２つの前記積層ピエゾ素子の間には、ギャップが大きい箇所と、ギャップが小さい箇所とが形成され、前記支柱は、前記ギャップが大きい箇所にのみ配置される、インクジェットヘッド。
［２］前記積層ピエゾ素子間のギャップの最大値は、５０〜１４０μｍである、［１］に記載のインクジェットヘッド。
［３］前記積層ピエゾ素子は、六角柱状であり、前記六角柱状の積層ピエゾ素子の底面は、互いに対向し、かつ前記積層ピエゾ素子が配列された方向に平行な辺ａおよび辺ｂを有し、それぞれの前記積層ピエゾ素子の辺ａは、同一の直線に重なり、それぞれの前記積層ピエゾ素子の辺ｂは、同一の直線に重なる、［１］または［２］に記載のインクジェットヘッド。
［４］前記インク室の上面および底面は、六角形である、［３］に記載のインクジェットヘッド。
［５］２以上の前記インク室と連通し、前記インク室から排出されたインクが流れるインク排出流路をさらに有する、［１］〜［４］のいずれか一つに記載のインクジェットヘッド。
【００２２】
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］のいずれか一つ記載のインクジェットヘッドを有するインクジェット装置。
【００２３】
本発明の第３は、以下に示すインクジェットヘッドの製造方法に関する。
［７］積層ピエゾ素子および支柱が固定されたピエゾプレートを準備するステップと、前記積層ピエゾ素子および支柱上に振動板を積層するステップと、前記振動板上に隔壁およびノズルプレートを積層するステップと、を有する［１］〜［５］のいずれか一つに記載のインクジェットヘッドを製造する方法であって、前記積層ピエゾ素子および支柱が固定されたピエゾプレートを準備する方法は、ピエゾプレートを準備するステップと、前記ピエゾプレートに圧電シートと導電シートとを積層し、長方体状の積層体を形成するステップと、前記長方体状の積層体の底面の長辺に対して傾いた２以上の溝Ａを、一定ピッチで前記積層体に設けるステップと、前記長方体状の積層体の底面の長辺に対して、前記溝Ａと逆方向に傾き、かつ前記溝Ａと交差する２以上の溝Ｂを、一定ピッチで前記積層体に設け、前記積層ピエゾ素子と、前記支柱とを形成するステップと、を有する、インクジェットヘッドを製造する方法。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、積層ピエゾ素子の配置ピッチを確保したまま、積層ピエゾ素子の可動面の面積を大きくしたり；積層ピエゾ素子の可動面の面積を確保したまま、積層ピエゾ素子の配置ピッチを縮めたりすることができる。このため、本発明によれば高い解像度と強い吐出力を有するインクジェットヘッドが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来のインクジェットヘッドの断面図
【図２】複数の積層ピエゾ素子と、支柱とが固定されたピエゾプレートの平面図
【図３】本発明のインクジェットヘッドの製造方法のフローを示す図
【図４】本発明のインクジェットヘッドの製造方法のフローを示す図
【図５】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
【図６】実施の形態１のインクジェットヘッドの断面図
【図７】実施の形態１のインクジェットヘッドにおけるピエゾプレートを示す図
【図８】本発明の実施の形態２のインクジェットヘッドの斜視図
【図９】実施の形態２のインクジェットヘッドの断面図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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（以下単に「積層ピエゾ素子」とも称する）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。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）インク供給流路と連通した複数のインク室と、３）インク室を仕切る隔壁と、４）インク室の上面上に配置され、複数の積層ピエゾ素子と支柱とが固定されたピエゾプレートとを有する。
【００２７】
本発明は、ピエゾプレートに固定された積層ピエゾ素子と支柱との構造および配置態様を工夫することで、「積層ピエゾ素子の配置ピッチを縮めること」と、「積層ピエゾ素子の可動面の面積を大きくすること」と、を両立させたことを特徴とする。以下、それぞれの構成要素について説明する。
【００２８】
１）インク供給流路
インク供給流路は、外部から供給されるインクが流れる流路である。インク供給流路を流れるインクは、後述するインク室群のインク室に供給される。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。
【００２９】
２）インク室
インク室は、インク供給流路と連通し、インクを収容するための空間である。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高粘度の溶液が含まれる。
【００３０】
本発明のインクジェットヘッドは、複数のインク室を有する。複数のインク室は、インク供給流路内をインクが流れる方向（以下単に「インクの流れ方向」とも称する）に沿って、一列に配列される（図５参照）。
【００３１】
１のインク供給流路およびインク排出流路に連通するインク室の最大数は、通常１０２４個である。本発明のインクジェットヘッドが有するインク室の寸法は、通常全て同じである。
【００３２】
各インク室は、ノズルが形成された底面と、弾性を有する上面とを有する。より具体的には、各インク室の底面はノズルプレートから構成され、各インク室の上面は、振動板（以下「ダイヤフラム」とも称する）から構成される。本発明では、複数のインク室が１枚のノズルプレートおよび振動板を共有する（図６Ａ参照）。また、インク室の側面は後述する隔壁から構成される。
【００３３】
各インク室の上面および底面は、後述する六角柱状の積層ピエゾ素子の形状に合わせて、六角形であることが好ましい（図６Ｃ参照）。
【００３４】
ノズルとはインク室からインクを吐出するための吐出孔である。通常インクジェットヘッドは、１つのインク室に対して、１つのノズルを有する。インク室内のインクは、ノズルから外部に吐出される。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。
【００３５】
ダイヤフラムは、例えば、金属膜や樹脂膜などの振動できる部材である。ダイヤフラムの振幅量は、約１００ｎｍ以下に設定されることが好ましい。後述する積層ピエゾ素子の変位量が、最大２００〜３００ｎｍ程度であるからである。
【００３６】
ダイヤフラムは、ヤング率Ｅと断面２次モーメントＩとの積ＥＩが２．９×１０−１９ＧＰａ・ｍ４〜６．２×１０−１５ＧＰａ・ｍ４の範囲に設定されることが好ましい。ヤング率Ｅは、物質固有の定数である。断面２次モーメントＩは、Ｉ＝ｂ×ｈ３/１２（ｂ：膜の幅、ｈ：膜の厚み）にて算出される。
【００３７】
ダイヤフラムを構成する金属膜の例には、高さ２０〜５０μｍの突起を有するニッケル膜（厚さ４〜６μｍ）やステンレス（ヤング率Ｅ＝１９０〜２２０ＧＰａ）の膜などが含まれる。ステンレス膜の厚みは、断面２次モーメントの値が１．５×１０―２０〜２．８×１０―１６ｍ４となるように調整されればよく、ステンレス膜の幅が約１ｍｍである場合には、１〜２５μｍ、例えば２０μｍであればよい。
【００３８】
ダイヤフラムを構成する樹脂膜は耐薬品性の高い樹脂膜であることが求められ、例えばポリイミド（ヤング率Ｅ＝３〜５ＧＰａ）や、ポリアリルエーテルケトンの膜などであるが、特に限定されない。
【００３９】
また、ダイヤフラムは、後述する隔壁と支柱とに挟まれることで固定される。
【００４０】
３）隔壁
隔壁は、インク室を仕切り、インク室の側面を構成する部材である。隔壁は、例えば、複数のステンレス（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。隔壁はインク室の上面およびインク室の底面に貼り付けられている。
【００４１】
４）ピエゾプレート
ピエゾプレートは、複数のピエゾ素子および支柱が固定された板である。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、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。
【００４２】
ピエゾプレートには、インクの流れ方向に沿って一列に配列されたピエゾ素子と、ピエゾ素子間に配置された支柱とが固定されている。ピエゾ素子と支柱とは互いに離間している。
【００４３】
ピエゾ素子は、制御信号に応じて、インク室の上面を構成する振動板をそれぞれ振動させる。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。積層ピエゾ素子の非駆動時の高さ（積層方向の長さ）は、通常、１００〜１０００μｍである。
【００４４】
積層ピエゾ素子は、ピエゾプレートに固定される固定面と、インク室の上面を構成するダイヤフラムに接触する可動面とを有する。各積層ピエゾ素子の寸法は同一であることが好ましい。積層ピエゾ素子に駆動電圧を印加することで、積層ピエゾ素子の可動面がインク室の上面を振動させ、インク室内のインクに圧力が加わる。これにより、ノズルからインクが吐出される。
【００４５】
支柱は、ダイヤフラムを固定するための部材である。具体的には、支柱は隔壁と共にダイヤフラムを挟むことで、ダイヤフラムを固定する（図６Ａ参照）。これにより、１のインク室の振動が、ダイヤフラムを通して、隣接するインク室に伝わること（クロストーク）が防止される。支柱の形状はダイヤフラムを固定できるのであれば特に限定されないが、例えば三角柱である（図２、図７参照）。また、支柱の高さは、通常、積層ピエゾ素子と同じで、１００〜１０００μｍである。
【００４６】
上述のように本発明のインクジェットヘッドは、積層ピエゾ素子と支柱との構造および配置態様に特徴を有する。より具体的には、本発明では、隣接する積層ピエゾ素子の間に、ギャップが大きい箇所と、ギャップが小さい箇所とが形成される。積層ピエゾ素子間のギャップの最大値は、５０〜１４０μｍであり、最小値は、２０〜５０μｍである（図７Ｂ参照）。隣接する積層ピエゾ素子の間に、ギャップが大きい箇所と、ギャップが小さい箇所とを形成する手段は、特に限定されないが、例えば、積層ピエゾ素子の形状を六角柱とすればよい（後述）。
【００４７】
さらに本発明では、支柱が、ギャップが大きい箇所にのみ配置され、ギャップが小さい箇所に配置されないことを特徴とする。
【００４８】
このように、隣接する積層ピエゾ素子の間のギャップに、一部支柱が配置されない領域を設けることで、積層ピエゾ素子間のギャップの面積を縮小させることができる。これにより、「積層ピエゾ素子の配置ピッチを縮めること」と、「積層ピエゾ素子の可動面の面積を大きくすること」と、を両立できる。
【００４９】
以下、図面を参照しながら、隣接する積層ピエゾ素子の間のギャップに、一部支柱が配置されない領域を設けることと、本発明の効果（「積層ピエゾ素子の配置ピッチを縮めること」と、「積層ピエゾ素子の可動面の面積を大きくすること」と、を両立すること）との関係について説明する。
【００５０】
図２Ａは、積層ピエゾ素子４１および支柱４３が固定された従来のピエゾプレート４０の、積層ピエゾ素子の可動面側からの平面図である。図２Ａに示されるように、従来のピエゾプレート４０には、一定のピッチ（Ｐ１）で、Ｘ方向に一列に配列された積層ピエゾ素子４１と、積層ピエゾ素子４１の間に配置された支柱４３とが固定されている。積層ピエゾ素子４１間のギャップ全体に支柱４３が配置されている。
【００５１】
図２Ａに示されるピエゾプレート４０において、積層ピエゾ素子４１の配置ピッチＰ１を縮めたり、積層ピエゾ素子の可動面の面積を大きくしたりするには、支柱４３の幅４３Ｗを縮めることが考えられる。しかし、支柱４３の幅４３Ｗを縮めるには、加工限界による限度がある。このため、支柱４３の幅４３Ｗを３０μｍ以下にすることは困難である。
【００５２】
支柱４３の幅４３Ｗを加工限界まで縮めた上で、さらに積層ピエゾ素子４１の配置ピッチＰ１を縮めるためには、積層ピエゾ素子４１の幅４１Ｗを縮めざるを得ない。積層ピエゾ素子４１の幅４１Ｗを縮めると、積層ピエゾ素子４１の可動面の面積が小さくなり、インクジェットヘッドの吐出力が低下する。
【００５３】
また、幅４３Ｗを加工限界まで縮めた上で、さらに積層ピエゾ素子４１の可動面の面積を広げるためには、積層ピエゾ素子４１の幅４１Ｗを広げざるを得ない。積層ピエゾ素子４１の幅４１Ｗを広げると、積層ピエゾ素子４１の配置ピッチＰ１が広くなり、インクジェットヘッドの解像度が低下する。
【００５４】
一方、図２Ｂは、本発明におけるピエゾプレート１４０の、積層ピエゾ素子の可動面側からの平面図である。図２Ｂに示されるように、ピエゾプレート１４０には、一定のピッチ（Ｐ２）で、Ｘ方向に一列に配列された六角柱状の積層ピエゾ素子１４１と、積層ピエゾ素子１４１の間に配置された三角柱状の支柱１４３とが固定されている。
【００５５】
六角柱状の積層ピエゾ素子１４１の底面（固定面）は、互いに対向し、積層ピエゾ素子が配列された方向（以下単に「配列方向」とも称する）Ｘに平行な辺ａおよび辺ｂを有する。さらに、それぞれの積層ピエゾ素子１４１の辺ａは、同一の直線Ｙに重なり、それぞれの積層ピエゾ素子の辺ｂは、同一の直線Ｚに重なる。このように、各積層ピエゾ素子の辺ａおよび辺ｂをそれぞれ同一の直線上に配置することで、隣接する積層ピエゾ素子の間に、ギャップが大きい箇所βと、ギャップが小さい箇所αとを形成することができる。
【００５６】
支柱１４３はギャップが大きい箇所βにのみ配置され、ギャップが小さい箇所αには配置されない。
【００５７】
図２Ｂに示されるように、本発明では、隣接する積層ピエゾ素子の間のギャップに、一部支柱が配置されない領域（ギャップが小さい箇所α）が設けられている。このため、本発明の支柱１４３の幅１４３Ｗを加工限界（３０μｍ）まで縮めたとしても、本発明の支柱１４３の水平投射面積は、図２Ａに示される従来の支柱４３よりも小さくなる。このため、本発明では、支柱１４３の水平投射面積が小さくなった分、積層ピエゾ素子１４１間のギャップの面積を縮小させることができる。これにより本発明では、積層ピエゾ素子１４１の配置ピッチＰ２をさらに縮めたり、積層ピエゾ素子１４１の可動面の面積をさらに増大させたりすることができる。具体的には本発明では、積層ピエゾ素子１４１の配置ピッチＰ１を１６５μｍ以下にすることができ、インクジェットヘッドの解像度を１５０ｄｐｉまで向上させることができる。また、本発明では、積層ピエゾ素子１４１の可動面の面積を、５００００μｍ２〜８００００μｍ２まで増大させることができる。
【００５８】
このように、本発明では、積層ピエゾ素子の可動面の面積を確保したまま、積層ピエゾ素子の配置ピッチを縮めたり、積層ピエゾ素子の配置ピッチを確保したまま、積層ピエゾ素子の可動面の面積を増大させたりすることができる。このため、本発明によれば、「積層ピエゾ素子の配置ピッチを縮めること」と、「積層ピエゾ素子の可動面の面積を確保すること」と、を両立させることができ、高い解像度と、強い吐出力とを有する本発明のインクジェットヘッドを提供することができる。
【００５９】
また、本発明のインクジェットヘッドは、インク排出流路を有していてもよい（図８参照）。インク排出流路は、インク室群のインク室から排出されたインクが流れる流路であり、インクの流れ方向と平行な流路である。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、インク室が連通する。インク排出流路を設けることで、インク室内に常に新しいインクを供給することができ、エアーの混入やインクよどみによる吐出不良を防止することができる。
【００６０】
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）積層ピエゾ素子および支柱が固定されたピエゾプレートを準備する第１ステップと、２）ピエゾプレートの積層ピエゾ素子および支柱上にダイヤフラムを積層する第２ステップと、３）ダイヤフラム上に隔壁およびノズルプレートを積層する第３ステップと、を有する。
【００６１】
１）第１ステップでは、複数の積層ピエゾ素子および支柱が固定されたピエゾプレートを準備する。本発明の好ましい製造方法では、積層ピエゾ素子および支柱が固定されたピエゾプレートを準備（作製）するステップに特徴を有する。以下、図面を参照しながら、積層ピエゾ素子および支柱が固定されたピエゾプレートを準備する方法について説明する。
【００６２】
積層ピエゾ素子および支柱が固定されたピエゾプレートを準備する方法は、Ａ）まず、ピエゾプレート上に圧電シートと導電シートとを複数積層して、積層体を作製するＡステップ（図３Ａおよび図３Ｂ）と、Ｂ）積層体を分割し、積層ピエゾ素子および支柱を形成するＢステップとを有する（図４Ａおよび図４Ｂ）。
【００６３】
Ａ）図３Ａおよび図３ＢはＡステップを示す。図３Ａおよび図３Ｂに示されるようにＡステップでは、ピエゾプレート１４０上に圧電シート（例えば、チタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ）のシート）１４５と導電シート１４６とを複数積層して（図３Ａ参照）、積層体１４７を作製する（図３Ｂ参照）。積層された圧電シート１４５および導電シート１４６に、接着処理および焼成処理を施すことで、圧電シート１４５および導電シート１４６が一体化し、長方体状の積層体１４７が形成される。
【００６４】
Ｂ）図４Ａ〜図４ＣはＢステップを示す。図４Ａは図３Ｂに示される積層体１４７の平面図である。図４Ａ〜図４Ｃに示されるように、Ｂステップでは、積層体１４７を分割し、ピエゾ素子１４１および支柱１４３を形成する。本発明は、Ｂステップにおいて積層体１４７を分割する方法に特徴を有する。
【００６５】
Ｂステップはさらに、積層体１４７の底面の長辺に対して傾いた溝１４９Ａを、積層体１４７に、所定のピッチで設けるステップ（図４Ｂ）と、積層体１４７の底面の長辺に対して、溝１４９Ａとは逆方向に傾いた溝１４９Ｂを、積層体１４７に所定のピッチで設けるステップ（図４Ｃ）とを有する。溝１４９Ａおよび溝１４９Ｂを設けるピッチは、積層ピエゾ素子の配置ピッチと同じにする。
【００６６】
溝１４９Ａおよび溝１４９Ｂは、例えば、回転ブレードが組み込まれたダイシング装置などで、積層体１４７を切断することで設けられる。このように形成された溝１４９Ａおよび溝１４９Ｂの幅は、通常２０〜４０μｍである。
【００６７】
また、溝１４９Ａの、積層体１４７の底面の長辺に対する傾斜角度θＡおよび溝１４９Ｂの、積層体１４７の底面の長辺に対する傾斜角度θＢは、同じであり、３０〜６０°であることが好ましい。
【００６８】
図４Ｃに示されるように、溝１４９Ａと、溝１４９Ｂとは、交差する。その結果、六角柱状の積層ピエゾ素子１４１と、三角柱状の支柱１４３とが形成される。積層ピエゾ素子１４１の外部に露出した面Ｐには、積層ピエゾ素子に電圧を印加するための電極が接続される。一方、三角柱状の支柱には、電極が接続されない。これにより、積層ピエゾ素子１４１がダイヤフラムを振動させるアクチュエータとして機能し、支柱がダイヤフラムを固定する部材として機能しうる。
【００６９】
このように、本発明では、積層ピエゾ素子１４１と、三角柱状の支柱１４３とを同時に形成することができるので工程数が少なく歩留まりが高い。
【００７０】
２）第２ステップでは、ピエゾプレートの積層ピエゾ素子および支柱上にダイヤフラムを積層する。ダイヤフラムは、積層ピエゾ素子および支柱と接着されることが好ましい。
【００７１】
３）第３ステップでは、ダイヤフラム上に隔壁とノズルプレートとを積層する。これにより、底面、側面および上面を有するインク室が構成される。
【００７２】
ダイヤフラムと隔壁、および隔壁とノズルプレートとは、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。
【００７３】
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、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。
【００７４】
インクジェットヘッドがインク排出流路を有する場合、インクジェットヘッド装置は、インク循環装置を具備してもよい。インク循環装置は、インクに駆動圧力を加えることでインクを循環させる。インクに駆動圧力を加えるには、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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
（実施の形態１）
図５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５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、インクの流れ方向Ｘに沿って配列された複数のインク室１１０とを有する。インク供給流路１０１はインク供給口１０３を介してインクタンク１０５に接続している。
【００７８】
図６Ａは、図５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６Ｂは、図５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６Ｃは、図５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。
【００７９】
図６Ａ〜図６Ｃに示されるように、インク室１１０は、ノズル１１１を有する。インク室１１０は、ノズル１１１から吐出させるためのインクを収容している。また、図６Ｂに示されるように、インク室１１０は、インク連通孔１０７を介してインク供給流路１０１と連通している。
【００８０】
インク室１１０の底面はノズルプレート１２０によって構成され、インク室１１０の上面はダイヤフラム１２３によって構成され、インク室１１０の側面は隔壁１２５によって構成される。また、複数のインク室１１０は、１枚のノズルプレート１２０および一枚のダイヤフラム１２３を共有する。また、ダイヤフラム１２３は、隔壁１２５と支柱１４３とに挟まれることで、固定される。
【００８１】
図６Ｃに示されるように、インク室１１０の上面および底面は六角形である。したがって、本実施の形態ではインク室１１０は六角柱状の空間である。インク室１１０の長さ（インクの流れ方向に垂直方向の長さ）１１０Ｌは、通常５００〜１５００μｍであり、インク室１１０の幅（インクの流れ方向に平行な長さ）１１０Ｗは、通常５０〜１８０μｍである。
【００８２】
図６Ａおよび図６Ｂに示されるように、ダイヤフラム１２３上には、積層ピエゾ素子１４１と支柱１４３とが固定されたピエゾプレート１４０が配置される。以下、積層ピエゾ素子１４１と支柱１４３とが固定されたピエゾプレート１４０について詳細に説明する。
【００８３】
図７Ａは、積層ピエゾ素子１４１と支柱１４３とが固定されたピエゾプレート１４０の斜視図であり、図７Ｂは、積層ピエゾ素子１４１と支柱１４３とが固定されたピエゾプレート１４０の平面の一部拡大図である。
【００８４】
図７Ａに示されるように、ピエゾプレート１４０には、方向Ｘに沿って一列に配列された六角柱状の積層ピエゾ素子１４１と、積層ピエゾ素子１４１間に配置された三角柱状の支柱１４３とが固定されている。
【００８５】
積層ピエゾ素子１４１の可動面の長さ（配列（インクの流れ）方向Ｘと垂直方向の長さ）１４１Ｌは、３００〜８００μｍであり、積層ピエゾ素子１４１の可動面の幅（配列方向Ｘの長さ）のうち最も広い幅１４１Ｗ１が８０〜１８０μｍであり、最も狭い幅１４１Ｗ２が３０〜１００μｍである。さらに、支柱１４３の幅（配列方向Ｘの長さ）１４３Ｗは、３０〜１００μｍである（図７Ｂ参照）。
【００８６】
図７Ｂに示されるように、隣接する積層ピエゾ素子１４１の間には、ギャップが小さい箇所αと、ギャップが大きい箇所βとが形成される。隣接する積層ピエゾ素子１４１の最も小さいギャップＧ１の大きさは、２０〜５０μｍであることが好ましく、最も大きいギャップＧ２は、５０〜１４０μｍであることが好ましい。
【００８７】
また、支柱１４３は、ギャップが大きい箇所βにのみ配置され、ギャップが小さい箇所αに配置されない。このように、隣接する積層ピエゾ素子１４１の間に、ギャップが小さい箇所αと、ギャップが大きい箇所βとを形成し、そして支柱１４３を、ギャップが大きい箇所βにのみ配置することで、積層ピエゾ素子１４１間のギャップの面積を縮小させることができる（図２Ｂ参照）。これにより「積層ピエゾ素子の配置ピッチを縮めること」と、「積層ピエゾ素子の可動面の面積を大きくすること」と、を両立させることができる（図２Ｂ参照）。
【００８８】
次に、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。
【００８９】
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。インク供給流路１０１に供給されたインクは、インク連通孔１０７を通って各インク室１１０に供給される（図６Ｂ参照）。
【００９０】
次に、ピエゾ素子１４１に駆動電圧を加える。これにより、積層ピエゾ素子１４１の可動面が、インク室１１０の上面を構成するダイヤフラム１２３を振動させる。これにより、インク室１１０内のインクに圧力が加わる。その結果、インクがノズル１１１から吐出される。
【００９１】
上述のように、本実施の形態では、積層ピエゾ素子１４１の可動面の面積が大きい。このため、本実施の形態のインクジェットヘッド１００では、強い力でインク室内のインクに圧力を加えることができ、粘度の高いインクでも吐出することができる。
【００９２】
また、本実施の形態のインクジェットヘッド１００では、インク室１１０間のダイヤフラム１２３が支柱１４３と隔壁１２５とに挟まれることで、固定されているので、１のインク室１１０の振動が、他のインク室１１０に伝わること（クロストーク）を防止することができる。
【００９３】
（実施の形態２）
実施の形態２では、インク排出流路を有するインクジェットヘッドについて説明する。
【００９４】
図８は、実施の形態２のインクジェットヘッド２００の斜視図である。実施の形態２のインクジェットヘッド２００は、インク排出流路１０２を有する以外は、実施の形態１のインクジェットヘッド１００と同じ基本構造を有する。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。
【００９５】
図８に示されるように、インクジェットヘッド２００は、インク排出流路１０２を有する。インク排出流路１０２には、各インク室１１０が連通している。また、インク排出流路１０２は、インク排出口１０４を有する。図９Ａは、図８に示されたインクジェットヘッド２００のＡ線による断面図である。図９Ｂは、図８に示されたインクジェットヘッド２００のＢ線による断面図である。図９Ａおよび図９Ｂにおける矢印は、インクジェットヘッド２００内をインクが流れる方向を示す。
【００９６】
図９ＡおよびＢに示されるように、インクジェットヘッド２００にインク排出流路１０２を設けることで、インクをインク供給流路１０１からインク室１１０内を通ってインク排出流路１０２に流すことができ、インク室１１０内のインクを循環させることができる。これにより、インク室１１０内のインクのよどみやエアーなどを抑制することができ、安定したインクの吐出が可能になる。
【００９７】
また、本実施の形態では、図９Ｂに示されるように、インク室１１０がインク排出流路１０２に向かって絞り込まれることが好ましい。
【００９８】
インクジェットヘッドがインク排出流路１０２を有すると、図９Ｂに示されるように、インク室１１０では、インク供給流路１０１からインク排出流路１０２方向にインクが流れる。このため、積層ピエゾ素子１４１の駆動によって生じた力が、インクの流れに沿って、インク排出流路１０２側に逃げることがある。
【００９９】
しかし、本実施の形態のように、インク室１１０がインク排出流路１０２に向かって絞り込まれていると、積層ピエゾ素子１４１の駆動によって生じた力が、インク排出流路１０２側に逃げにくくなる。このため、積層ピエゾ素子１４１の駆動によって生じた力を効率的に吐出力に変換でき、吐出力の減衰を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明のインクジェットヘッドは、高い解像度と強い吐出力を有するので、例えば有機ＥＬディスプレイパネルなどの電子デバイス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。
【符号の説明】
【０１０１】
１００、２００ 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 インク供給口
１０４ インク排出口
１０５ インクタンク
１０７ インク連通孔
１１０ インク室
１１１ ノズル
１２０ ノズルプレート
１２３ 振動板（ダイヤフラム）
１２５ 隔壁
１４０ ピエゾプレート
１４１ 積層ピエゾ素子
１４３ 支柱
１４５ 圧電シート
１４６ 導電シート
１４７ 積層体
１４９ 溝
【技術分野】
【０００１】
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ならびにそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、インク供給流路に連通し、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。
【０００３】
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）。
【０００４】
図１は、特許文献１に開示されたインクジェットヘッド１０の断面の一部拡大図である。図１に示されるようにインクジェットヘッド１０は、インク供給流路（不図示）と、ノズル３ａを有する複数のインク室２ｂと、積層ピエゾ素子５ｆおよび支柱５ｇを交互に有するピエゾプレート４０とを有する。
【０００５】
各インク室２ｂは隔壁２ｄによって区画されている。積層ピエゾ素子５ｆは、インク室２ｂの壁面を構成する振動板（ダイヤフラム）６ａを振動させる。インクジェットヘッド１０では、複数のインク室２ｂが１つのダイヤフラム６ａを共有する。ダイヤフラム６ａは、支柱５ｇおよび隔壁２ｄによって挟まれることで固定される。
【０００６】
このようなインクジェットヘッド１０では、積層ピエゾ素子５ｆがインク室２ｂの壁面を構成するダイヤフラム６ａを振動させることで、インク室２ｂ内のインクに圧力が加えられ、ノズルからインクが吐出される。
【０００７】
また、インクジェットヘッド１０では、ダイヤフラム６ａが支柱５ｇと隔壁２ｄとに挟まれ、固定されている。このように、ダイヤフラム６ａを固定することで、ダイヤフラム６ａを通して、１のインク室２ｂにおける振動が、隣接するインク室２ｂに伝わること（クロストーク）が防止される。
【０００８】
このようなインクジェットヘッド１０を用いたプリンタの解像度は、ノズルの配置ピッチＰ１（以下単に「ノズルピッチ」とも称する）によって決定される。すなわちノズルピッチＰ１が大きいほど、解像度が低くなり、ノズルピッチＰ１が小さいほど解像度が高くなる。
【０００９】
また、中空六角柱型の積層ピエゾ素子の内部空間をインク室として用いる技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【００１０】
また、インクジェットヘッドの内部のインクにエアーが混入したり、インクジェットヘッドの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（外部からインクジェットヘッドにインクを供給し、インクジェットヘッド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ことが提案されている（例えば、特許文献３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特願２００８−８７４５７号公報
【特許文献２】特願平８−８５２０６号公報
【特許文献３】特開２００８−２５４１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
近年、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のために、高い解像度と、強い吐出力とを有するインクジェットヘッドの開発が求められている。
【００１３】
インクジェットヘッドの解像度を向上させるためには、ノズルピッチを縮めることが求められる。例えば、図１に示されるようなインクジェットヘッド１０では、ノズル３ａはインク室２ｂごとに配置される。このため、ノズルピッチＰ１は、インク室２ｂの配置ピッチによって決定される。さらに、インク室２ｂの配置ピッチは、ピエゾ素子５ｆの配置ピッチＰ２によって決定される。したがって、ノズルピッチＰ１を縮めるには、ピエゾプレート４０における積層ピエゾ素子５ｆの配置ピッチＰ２を縮めることが求められる。
【００１４】
図１に示されたインクジェットヘッド１０において、積層ピエゾ素子５ｆの配置ピッチＰ２を縮めるには、積層ピエゾ素子５ｆ間のギャップを狭めればよい。積層ピエゾ素子５ｆ間のギャップを狭めるには、積層ピエゾ素子５ｆの幅Ｄ１を狭くしたり、支柱５ｇの幅Ｄ２を狭くしたりすることが考えられる。
【００１５】
しかし、積層ピエゾ素子５ｆの幅Ｄ１を狭くすると、積層ピエゾ素子５ｆの可動面（ダイヤフラム６ａを押す面）の面積も小さくなり、積層ピエゾ素子５ｆがダイヤフラム６ａを振動させる力が減少する。ダイヤフラム６ａを振動させる力が減少すると、インク室２ｂ内のインクに充分な圧力を加えることができず、その結果、吐出力が減少してしまう。
【００１６】
また、支柱５ｇの幅Ｄ２を狭くするには加工限界による限界があり、例えば、幅Ｄ２が３０μｍ以下の支柱５ｇを形成することは困難である。
【００１７】
一方、インクジェットヘッドの吐出力を向上させるためには、積層ピエゾ素子の可動面の面積を増大させることが求められる。図１に示されたインクジェットヘッド１０において、積層ピエゾ素子５ｆの可動面の面積を増大させるには、積層ピエゾ素子５ｆの幅Ｄ１を広くすることが考えられる。しかし、積層ピエゾ素子５ｆの幅Ｄを広くすると、積層ピエゾ素子５ｆの配置ピッチＰ２およびノズルピッチＰ１が広がり、その結果、インクジェットヘッドの解像度が低下する。
【００１８】
さらに、インクジェットヘッド１０において、支柱５ｇを省略し、その分、積層ピエゾ素子５ｆの配置ピッチＰ２を縮めたり、積層ピエゾ素子５ｆの幅Ｄを大きくして、可動面の面積を増大させたりすることも考えられる。しかし、ダイヤフラム６ａを固定する支柱を省略してしまうと、１のインク室２ｂの振動が、ダイヤフラム６ａを通して、隣接するインク室２ｂに伝わり、クロストークが生じる。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。このため、支柱５ｇを省略することは現実的ではない。
【００１９】
このように、従来のインクジェットヘッドでは、「高い解像度を得るために、積層ピエゾ素子の配置ピッチを縮めること」と、「強い吐出力を得るために、積層ピエゾ素子の可動面の面積を大きくすること」と、を両立させることができなかった。
【００２０】
本発明の目的は、「積層ピエゾ素子の配置ピッチを縮めること」と、「積層ピエゾ素子の可動面の面積を大きくすること」と、を両立させることができるインクジェットヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
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］外部から供給されたインクが流れるインク供給流路と；前記インクを吐出するためのノズルが形成された底面と、振動板から構成される上面とを有し、かつ前記インク供給流路内をインクが流れる方向に沿って一列に配列された２以上のインク室と；前記インク室を仕切る隔壁と；前記２以上のインク室の上面それぞれを振動させ、一列に配列された２以上の積層ピエゾ素子と、前記積層ピエゾ素子間に配置された２以上の支柱と、が固定され、かつ前記インク室の上面上に配置されたピエゾプレートと；を有するインクジェットヘッドであって、前記インク室の上面を構成する振動板は、前記隔壁と前記支柱とによって挟まれ、隣接する２つの前記積層ピエゾ素子の間には、ギャップが大きい箇所と、ギャップが小さい箇所とが形成され、前記支柱は、前記ギャップが大きい箇所にのみ配置される、インクジェットヘッド。
［２］前記積層ピエゾ素子間のギャップの最大値は、５０〜１４０μｍである、［１］に記載のインクジェットヘッド。
［３］前記積層ピエゾ素子は、六角柱状であり、前記六角柱状の積層ピエゾ素子の底面は、互いに対向し、かつ前記積層ピエゾ素子が配列された方向に平行な辺ａおよび辺ｂを有し、それぞれの前記積層ピエゾ素子の辺ａは、同一の直線に重なり、それぞれの前記積層ピエゾ素子の辺ｂは、同一の直線に重なる、［１］または［２］に記載のインクジェットヘッド。
［４］前記インク室の上面および底面は、六角形である、［３］に記載のインクジェットヘッド。
［５］２以上の前記インク室と連通し、前記インク室から排出されたインクが流れるインク排出流路をさらに有する、［１］〜［４］のいずれか一つに記載のインクジェットヘッド。
【００２２】
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］のいずれか一つ記載のインクジェットヘッドを有するインクジェット装置。
【００２３】
本発明の第３は、以下に示すインクジェットヘッドの製造方法に関する。
［７］積層ピエゾ素子および支柱が固定されたピエゾプレートを準備するステップと、前記積層ピエゾ素子および支柱上に振動板を積層するステップと、前記振動板上に隔壁およびノズルプレートを積層するステップと、を有する［１］〜［５］のいずれか一つに記載のインクジェットヘッドを製造する方法であって、前記積層ピエゾ素子および支柱が固定されたピエゾプレートを準備する方法は、ピエゾプレートを準備するステップと、前記ピエゾプレートに圧電シートと導電シートとを積層し、長方体状の積層体を形成するステップと、前記長方体状の積層体の底面の長辺に対して傾いた２以上の溝Ａを、一定ピッチで前記積層体に設けるステップと、前記長方体状の積層体の底面の長辺に対して、前記溝Ａと逆方向に傾き、かつ前記溝Ａと交差する２以上の溝Ｂを、一定ピッチで前記積層体に設け、前記積層ピエゾ素子と、前記支柱とを形成するステップと、を有する、インクジェットヘッドを製造する方法。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、積層ピエゾ素子の配置ピッチを確保したまま、積層ピエゾ素子の可動面の面積を大きくしたり；積層ピエゾ素子の可動面の面積を確保したまま、積層ピエゾ素子の配置ピッチを縮めたりすることができる。このため、本発明によれば高い解像度と強い吐出力を有するインクジェットヘッドが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来のインクジェットヘッドの断面図
【図２】複数の積層ピエゾ素子と、支柱とが固定されたピエゾプレートの平面図
【図３】本発明のインクジェットヘッドの製造方法のフローを示す図
【図４】本発明のインクジェットヘッドの製造方法のフローを示す図
【図５】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
【図６】実施の形態１のインクジェットヘッドの断面図
【図７】実施の形態１のインクジェットヘッドにおけるピエゾプレートを示す図
【図８】本発明の実施の形態２のインクジェットヘッドの斜視図
【図９】実施の形態２のインクジェットヘッドの断面図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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（以下単に「積層ピエゾ素子」とも称する）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。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）インク供給流路と連通した複数のインク室と、３）インク室を仕切る隔壁と、４）インク室の上面上に配置され、複数の積層ピエゾ素子と支柱とが固定されたピエゾプレートとを有する。
【００２７】
本発明は、ピエゾプレートに固定された積層ピエゾ素子と支柱との構造および配置態様を工夫することで、「積層ピエゾ素子の配置ピッチを縮めること」と、「積層ピエゾ素子の可動面の面積を大きくすること」と、を両立させたことを特徴とする。以下、それぞれの構成要素について説明する。
【００２８】
１）インク供給流路
インク供給流路は、外部から供給されるインクが流れる流路である。インク供給流路を流れるインクは、後述するインク室群のインク室に供給される。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。
【００２９】
２）インク室
インク室は、インク供給流路と連通し、インクを収容するための空間である。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高粘度の溶液が含まれる。
【００３０】
本発明のインクジェットヘッドは、複数のインク室を有する。複数のインク室は、インク供給流路内をインクが流れる方向（以下単に「インクの流れ方向」とも称する）に沿って、一列に配列される（図５参照）。
【００３１】
１のインク供給流路およびインク排出流路に連通するインク室の最大数は、通常１０２４個である。本発明のインクジェットヘッドが有するインク室の寸法は、通常全て同じである。
【００３２】
各インク室は、ノズルが形成された底面と、弾性を有する上面とを有する。より具体的には、各インク室の底面はノズルプレートから構成され、各インク室の上面は、振動板（以下「ダイヤフラム」とも称する）から構成される。本発明では、複数のインク室が１枚のノズルプレートおよび振動板を共有する（図６Ａ参照）。また、インク室の側面は後述する隔壁から構成される。
【００３３】
各インク室の上面および底面は、後述する六角柱状の積層ピエゾ素子の形状に合わせて、六角形であることが好ましい（図６Ｃ参照）。
【００３４】
ノズルとはインク室からインクを吐出するための吐出孔である。通常インクジェットヘッドは、１つのインク室に対して、１つのノズルを有する。インク室内のインクは、ノズルから外部に吐出される。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。
【００３５】
ダイヤフラムは、例えば、金属膜や樹脂膜などの振動できる部材である。ダイヤフラムの振幅量は、約１００ｎｍ以下に設定されることが好ましい。後述する積層ピエゾ素子の変位量が、最大２００〜３００ｎｍ程度であるからである。
【００３６】
ダイヤフラムは、ヤング率Ｅと断面２次モーメントＩとの積ＥＩが２．９×１０−１９ＧＰａ・ｍ４〜６．２×１０−１５ＧＰａ・ｍ４の範囲に設定されることが好ましい。ヤング率Ｅは、物質固有の定数である。断面２次モーメントＩは、Ｉ＝ｂ×ｈ３/１２（ｂ：膜の幅、ｈ：膜の厚み）にて算出される。
【００３７】
ダイヤフラムを構成する金属膜の例には、高さ２０〜５０μｍの突起を有するニッケル膜（厚さ４〜６μｍ）やステンレス（ヤング率Ｅ＝１９０〜２２０ＧＰａ）の膜などが含まれる。ステンレス膜の厚みは、断面２次モーメントの値が１．５×１０―２０〜２．８×１０―１６ｍ４となるように調整されればよく、ステンレス膜の幅が約１ｍｍである場合には、１〜２５μｍ、例えば２０μｍであればよい。
【００３８】
ダイヤフラムを構成する樹脂膜は耐薬品性の高い樹脂膜であることが求められ、例えばポリイミド（ヤング率Ｅ＝３〜５ＧＰａ）や、ポリアリルエーテルケトンの膜などであるが、特に限定されない。
【００３９】
また、ダイヤフラムは、後述する隔壁と支柱とに挟まれることで固定される。
【００４０】
３）隔壁
隔壁は、インク室を仕切り、インク室の側面を構成する部材である。隔壁は、例えば、複数のステンレス（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。隔壁はインク室の上面およびインク室の底面に貼り付けられている。
【００４１】
４）ピエゾプレート
ピエゾプレートは、複数のピエゾ素子および支柱が固定された板である。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、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。
【００４２】
ピエゾプレートには、インクの流れ方向に沿って一列に配列されたピエゾ素子と、ピエゾ素子間に配置された支柱とが固定されている。ピエゾ素子と支柱とは互いに離間している。
【００４３】
ピエゾ素子は、制御信号に応じて、インク室の上面を構成する振動板をそれぞれ振動させる。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。積層ピエゾ素子の非駆動時の高さ（積層方向の長さ）は、通常、１００〜１０００μｍである。
【００４４】
積層ピエゾ素子は、ピエゾプレートに固定される固定面と、インク室の上面を構成するダイヤフラムに接触する可動面とを有する。各積層ピエゾ素子の寸法は同一であることが好ましい。積層ピエゾ素子に駆動電圧を印加することで、積層ピエゾ素子の可動面がインク室の上面を振動させ、インク室内のインクに圧力が加わる。これにより、ノズルからインクが吐出される。
【００４５】
支柱は、ダイヤフラムを固定するための部材である。具体的には、支柱は隔壁と共にダイヤフラムを挟むことで、ダイヤフラムを固定する（図６Ａ参照）。これにより、１のインク室の振動が、ダイヤフラムを通して、隣接するインク室に伝わること（クロストーク）が防止される。支柱の形状はダイヤフラムを固定できるのであれば特に限定されないが、例えば三角柱である（図２、図７参照）。また、支柱の高さは、通常、積層ピエゾ素子と同じで、１００〜１０００μｍである。
【００４６】
上述のように本発明のインクジェットヘッドは、積層ピエゾ素子と支柱との構造および配置態様に特徴を有する。より具体的には、本発明では、隣接する積層ピエゾ素子の間に、ギャップが大きい箇所と、ギャップが小さい箇所とが形成される。積層ピエゾ素子間のギャップの最大値は、５０〜１４０μｍであり、最小値は、２０〜５０μｍである（図７Ｂ参照）。隣接する積層ピエゾ素子の間に、ギャップが大きい箇所と、ギャップが小さい箇所とを形成する手段は、特に限定されないが、例えば、積層ピエゾ素子の形状を六角柱とすればよい（後述）。
【００４７】
さらに本発明では、支柱が、ギャップが大きい箇所にのみ配置され、ギャップが小さい箇所に配置されないことを特徴とする。
【００４８】
このように、隣接する積層ピエゾ素子の間のギャップに、一部支柱が配置されない領域を設けることで、積層ピエゾ素子間のギャップの面積を縮小させることができる。これにより、「積層ピエゾ素子の配置ピッチを縮めること」と、「積層ピエゾ素子の可動面の面積を大きくすること」と、を両立できる。
【００４９】
以下、図面を参照しながら、隣接する積層ピエゾ素子の間のギャップに、一部支柱が配置されない領域を設けることと、本発明の効果（「積層ピエゾ素子の配置ピッチを縮めること」と、「積層ピエゾ素子の可動面の面積を大きくすること」と、を両立すること）との関係について説明する。
【００５０】
図２Ａは、積層ピエゾ素子４１および支柱４３が固定された従来のピエゾプレート４０の、積層ピエゾ素子の可動面側からの平面図である。図２Ａに示されるように、従来のピエゾプレート４０には、一定のピッチ（Ｐ１）で、Ｘ方向に一列に配列された積層ピエゾ素子４１と、積層ピエゾ素子４１の間に配置された支柱４３とが固定されている。積層ピエゾ素子４１間のギャップ全体に支柱４３が配置されている。
【００５１】
図２Ａに示されるピエゾプレート４０において、積層ピエゾ素子４１の配置ピッチＰ１を縮めたり、積層ピエゾ素子の可動面の面積を大きくしたりするには、支柱４３の幅４３Ｗを縮めることが考えられる。しかし、支柱４３の幅４３Ｗを縮めるには、加工限界による限度がある。このため、支柱４３の幅４３Ｗを３０μｍ以下にすることは困難である。
【００５２】
支柱４３の幅４３Ｗを加工限界まで縮めた上で、さらに積層ピエゾ素子４１の配置ピッチＰ１を縮めるためには、積層ピエゾ素子４１の幅４１Ｗを縮めざるを得ない。積層ピエゾ素子４１の幅４１Ｗを縮めると、積層ピエゾ素子４１の可動面の面積が小さくなり、インクジェットヘッドの吐出力が低下する。
【００５３】
また、幅４３Ｗを加工限界まで縮めた上で、さらに積層ピエゾ素子４１の可動面の面積を広げるためには、積層ピエゾ素子４１の幅４１Ｗを広げざるを得ない。積層ピエゾ素子４１の幅４１Ｗを広げると、積層ピエゾ素子４１の配置ピッチＰ１が広くなり、インクジェットヘッドの解像度が低下する。
【００５４】
一方、図２Ｂは、本発明におけるピエゾプレート１４０の、積層ピエゾ素子の可動面側からの平面図である。図２Ｂに示されるように、ピエゾプレート１４０には、一定のピッチ（Ｐ２）で、Ｘ方向に一列に配列された六角柱状の積層ピエゾ素子１４１と、積層ピエゾ素子１４１の間に配置された三角柱状の支柱１４３とが固定されている。
【００５５】
六角柱状の積層ピエゾ素子１４１の底面（固定面）は、互いに対向し、積層ピエゾ素子が配列された方向（以下単に「配列方向」とも称する）Ｘに平行な辺ａおよび辺ｂを有する。さらに、それぞれの積層ピエゾ素子１４１の辺ａは、同一の直線Ｙに重なり、それぞれの積層ピエゾ素子の辺ｂは、同一の直線Ｚに重なる。このように、各積層ピエゾ素子の辺ａおよび辺ｂをそれぞれ同一の直線上に配置することで、隣接する積層ピエゾ素子の間に、ギャップが大きい箇所βと、ギャップが小さい箇所αとを形成することができる。
【００５６】
支柱１４３はギャップが大きい箇所βにのみ配置され、ギャップが小さい箇所αには配置されない。
【００５７】
図２Ｂに示されるように、本発明では、隣接する積層ピエゾ素子の間のギャップに、一部支柱が配置されない領域（ギャップが小さい箇所α）が設けられている。このため、本発明の支柱１４３の幅１４３Ｗを加工限界（３０μｍ）まで縮めたとしても、本発明の支柱１４３の水平投射面積は、図２Ａに示される従来の支柱４３よりも小さくなる。このため、本発明では、支柱１４３の水平投射面積が小さくなった分、積層ピエゾ素子１４１間のギャップの面積を縮小させることができる。これにより本発明では、積層ピエゾ素子１４１の配置ピッチＰ２をさらに縮めたり、積層ピエゾ素子１４１の可動面の面積をさらに増大させたりすることができる。具体的には本発明では、積層ピエゾ素子１４１の配置ピッチＰ１を１６５μｍ以下にすることができ、インクジェットヘッドの解像度を１５０ｄｐｉまで向上させることができる。また、本発明では、積層ピエゾ素子１４１の可動面の面積を、５００００μｍ２〜８００００μｍ２まで増大させることができる。
【００５８】
このように、本発明では、積層ピエゾ素子の可動面の面積を確保したまま、積層ピエゾ素子の配置ピッチを縮めたり、積層ピエゾ素子の配置ピッチを確保したまま、積層ピエゾ素子の可動面の面積を増大させたりすることができる。このため、本発明によれば、「積層ピエゾ素子の配置ピッチを縮めること」と、「積層ピエゾ素子の可動面の面積を確保すること」と、を両立させることができ、高い解像度と、強い吐出力とを有する本発明のインクジェットヘッドを提供することができる。
【００５９】
また、本発明のインクジェットヘッドは、インク排出流路を有していてもよい（図８参照）。インク排出流路は、インク室群のインク室から排出されたインクが流れる流路であり、インクの流れ方向と平行な流路である。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、インク室が連通する。インク排出流路を設けることで、インク室内に常に新しいインクを供給することができ、エアーの混入やインクよどみによる吐出不良を防止することができる。
【００６０】
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）積層ピエゾ素子および支柱が固定されたピエゾプレートを準備する第１ステップと、２）ピエゾプレートの積層ピエゾ素子および支柱上にダイヤフラムを積層する第２ステップと、３）ダイヤフラム上に隔壁およびノズルプレートを積層する第３ステップと、を有する。
【００６１】
１）第１ステップでは、複数の積層ピエゾ素子および支柱が固定されたピエゾプレートを準備する。本発明の好ましい製造方法では、積層ピエゾ素子および支柱が固定されたピエゾプレートを準備（作製）するステップに特徴を有する。以下、図面を参照しながら、積層ピエゾ素子および支柱が固定されたピエゾプレートを準備する方法について説明する。
【００６２】
積層ピエゾ素子および支柱が固定されたピエゾプレートを準備する方法は、Ａ）まず、ピエゾプレート上に圧電シートと導電シートとを複数積層して、積層体を作製するＡステップ（図３Ａおよび図３Ｂ）と、Ｂ）積層体を分割し、積層ピエゾ素子および支柱を形成するＢステップとを有する（図４Ａおよび図４Ｂ）。
【００６３】
Ａ）図３Ａおよび図３ＢはＡステップを示す。図３Ａおよび図３Ｂに示されるようにＡステップでは、ピエゾプレート１４０上に圧電シート（例えば、チタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ）のシート）１４５と導電シート１４６とを複数積層して（図３Ａ参照）、積層体１４７を作製する（図３Ｂ参照）。積層された圧電シート１４５および導電シート１４６に、接着処理および焼成処理を施すことで、圧電シート１４５および導電シート１４６が一体化し、長方体状の積層体１４７が形成される。
【００６４】
Ｂ）図４Ａ〜図４ＣはＢステップを示す。図４Ａは図３Ｂに示される積層体１４７の平面図である。図４Ａ〜図４Ｃに示されるように、Ｂステップでは、積層体１４７を分割し、ピエゾ素子１４１および支柱１４３を形成する。本発明は、Ｂステップにおいて積層体１４７を分割する方法に特徴を有する。
【００６５】
Ｂステップはさらに、積層体１４７の底面の長辺に対して傾いた溝１４９Ａを、積層体１４７に、所定のピッチで設けるステップ（図４Ｂ）と、積層体１４７の底面の長辺に対して、溝１４９Ａとは逆方向に傾いた溝１４９Ｂを、積層体１４７に所定のピッチで設けるステップ（図４Ｃ）とを有する。溝１４９Ａおよび溝１４９Ｂを設けるピッチは、積層ピエゾ素子の配置ピッチと同じにする。
【００６６】
溝１４９Ａおよび溝１４９Ｂは、例えば、回転ブレードが組み込まれたダイシング装置などで、積層体１４７を切断することで設けられる。このように形成された溝１４９Ａおよび溝１４９Ｂの幅は、通常２０〜４０μｍである。
【００６７】
また、溝１４９Ａの、積層体１４７の底面の長辺に対する傾斜角度θＡおよび溝１４９Ｂの、積層体１４７の底面の長辺に対する傾斜角度θＢは、同じであり、３０〜６０°であることが好ましい。
【００６８】
図４Ｃに示されるように、溝１４９Ａと、溝１４９Ｂとは、交差する。その結果、六角柱状の積層ピエゾ素子１４１と、三角柱状の支柱１４３とが形成される。積層ピエゾ素子１４１の外部に露出した面Ｐには、積層ピエゾ素子に電圧を印加するための電極が接続される。一方、三角柱状の支柱には、電極が接続されない。これにより、積層ピエゾ素子１４１がダイヤフラムを振動させるアクチュエータとして機能し、支柱がダイヤフラムを固定する部材として機能しうる。
【００６９】
このように、本発明では、積層ピエゾ素子１４１と、三角柱状の支柱１４３とを同時に形成することができるので工程数が少なく歩留まりが高い。
【００７０】
２）第２ステップでは、ピエゾプレートの積層ピエゾ素子および支柱上にダイヤフラムを積層する。ダイヤフラムは、積層ピエゾ素子および支柱と接着されることが好ましい。
【００７１】
３）第３ステップでは、ダイヤフラム上に隔壁とノズルプレートとを積層する。これにより、底面、側面および上面を有するインク室が構成される。
【００７２】
ダイヤフラムと隔壁、および隔壁とノズルプレートとは、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。
【００７３】
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、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。
【００７４】
インクジェットヘッドがインク排出流路を有する場合、インクジェットヘッド装置は、インク循環装置を具備してもよい。インク循環装置は、インクに駆動圧力を加えることでインクを循環させる。インクに駆動圧力を加えるには、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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
（実施の形態１）
図５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５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、インクの流れ方向Ｘに沿って配列された複数のインク室１１０とを有する。インク供給流路１０１はインク供給口１０３を介してインクタンク１０５に接続している。
【００７８】
図６Ａは、図５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６Ｂは、図５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６Ｃは、図５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。
【００７９】
図６Ａ〜図６Ｃに示されるように、インク室１１０は、ノズル１１１を有する。インク室１１０は、ノズル１１１から吐出させるためのインクを収容している。また、図６Ｂに示されるように、インク室１１０は、インク連通孔１０７を介してインク供給流路１０１と連通している。
【００８０】
インク室１１０の底面はノズルプレート１２０によって構成され、インク室１１０の上面はダイヤフラム１２３によって構成され、インク室１１０の側面は隔壁１２５によって構成される。また、複数のインク室１１０は、１枚のノズルプレート１２０および一枚のダイヤフラム１２３を共有する。また、ダイヤフラム１２３は、隔壁１２５と支柱１４３とに挟まれることで、固定される。
【００８１】
図６Ｃに示されるように、インク室１１０の上面および底面は六角形である。したがって、本実施の形態ではインク室１１０は六角柱状の空間である。インク室１１０の長さ（インクの流れ方向に垂直方向の長さ）１１０Ｌは、通常５００〜１５００μｍであり、インク室１１０の幅（インクの流れ方向に平行な長さ）１１０Ｗは、通常５０〜１８０μｍである。
【００８２】
図６Ａおよび図６Ｂに示されるように、ダイヤフラム１２３上には、積層ピエゾ素子１４１と支柱１４３とが固定されたピエゾプレート１４０が配置される。以下、積層ピエゾ素子１４１と支柱１４３とが固定されたピエゾプレート１４０について詳細に説明する。
【００８３】
図７Ａは、積層ピエゾ素子１４１と支柱１４３とが固定されたピエゾプレート１４０の斜視図であり、図７Ｂは、積層ピエゾ素子１４１と支柱１４３とが固定されたピエゾプレート１４０の平面の一部拡大図である。
【００８４】
図７Ａに示されるように、ピエゾプレート１４０には、方向Ｘに沿って一列に配列された六角柱状の積層ピエゾ素子１４１と、積層ピエゾ素子１４１間に配置された三角柱状の支柱１４３とが固定されている。
【００８５】
積層ピエゾ素子１４１の可動面の長さ（配列（インクの流れ）方向Ｘと垂直方向の長さ）１４１Ｌは、３００〜８００μｍであり、積層ピエゾ素子１４１の可動面の幅（配列方向Ｘの長さ）のうち最も広い幅１４１Ｗ１が８０〜１８０μｍであり、最も狭い幅１４１Ｗ２が３０〜１００μｍである。さらに、支柱１４３の幅（配列方向Ｘの長さ）１４３Ｗは、３０〜１００μｍである（図７Ｂ参照）。
【００８６】
図７Ｂに示されるように、隣接する積層ピエゾ素子１４１の間には、ギャップが小さい箇所αと、ギャップが大きい箇所βとが形成される。隣接する積層ピエゾ素子１４１の最も小さいギャップＧ１の大きさは、２０〜５０μｍであることが好ましく、最も大きいギャップＧ２は、５０〜１４０μｍであることが好ましい。
【００８７】
また、支柱１４３は、ギャップが大きい箇所βにのみ配置され、ギャップが小さい箇所αに配置されない。このように、隣接する積層ピエゾ素子１４１の間に、ギャップが小さい箇所αと、ギャップが大きい箇所βとを形成し、そして支柱１４３を、ギャップが大きい箇所βにのみ配置することで、積層ピエゾ素子１４１間のギャップの面積を縮小させることができる（図２Ｂ参照）。これにより「積層ピエゾ素子の配置ピッチを縮めること」と、「積層ピエゾ素子の可動面の面積を大きくすること」と、を両立させることができる（図２Ｂ参照）。
【００８８】
次に、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。
【００８９】
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。インク供給流路１０１に供給されたインクは、インク連通孔１０７を通って各インク室１１０に供給される（図６Ｂ参照）。
【００９０】
次に、ピエゾ素子１４１に駆動電圧を加える。これにより、積層ピエゾ素子１４１の可動面が、インク室１１０の上面を構成するダイヤフラム１２３を振動させる。これにより、インク室１１０内のインクに圧力が加わる。その結果、インクがノズル１１１から吐出される。
【００９１】
上述のように、本実施の形態では、積層ピエゾ素子１４１の可動面の面積が大きい。このため、本実施の形態のインクジェットヘッド１００では、強い力でインク室内のインクに圧力を加えることができ、粘度の高いインクでも吐出することができる。
【００９２】
また、本実施の形態のインクジェットヘッド１００では、インク室１１０間のダイヤフラム１２３が支柱１４３と隔壁１２５とに挟まれることで、固定されているので、１のインク室１１０の振動が、他のインク室１１０に伝わること（クロストーク）を防止することができる。
【００９３】
（実施の形態２）
実施の形態２では、インク排出流路を有するインクジェットヘッドについて説明する。
【００９４】
図８は、実施の形態２のインクジェットヘッド２００の斜視図である。実施の形態２のインクジェットヘッド２００は、インク排出流路１０２を有する以外は、実施の形態１のインクジェットヘッド１００と同じ基本構造を有する。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。
【００９５】
図８に示されるように、インクジェットヘッド２００は、インク排出流路１０２を有する。インク排出流路１０２には、各インク室１１０が連通している。また、インク排出流路１０２は、インク排出口１０４を有する。図９Ａは、図８に示されたインクジェットヘッド２００のＡ線による断面図である。図９Ｂは、図８に示されたインクジェットヘッド２００のＢ線による断面図である。図９Ａおよび図９Ｂにおける矢印は、インクジェットヘッド２００内をインクが流れる方向を示す。
【００９６】
図９ＡおよびＢに示されるように、インクジェットヘッド２００にインク排出流路１０２を設けることで、インクをインク供給流路１０１からインク室１１０内を通ってインク排出流路１０２に流すことができ、インク室１１０内のインクを循環させることができる。これにより、インク室１１０内のインクのよどみやエアーなどを抑制することができ、安定したインクの吐出が可能になる。
【００９７】
また、本実施の形態では、図９Ｂに示されるように、インク室１１０がインク排出流路１０２に向かって絞り込まれることが好ましい。
【００９８】
インクジェットヘッドがインク排出流路１０２を有すると、図９Ｂに示されるように、インク室１１０では、インク供給流路１０１からインク排出流路１０２方向にインクが流れる。このため、積層ピエゾ素子１４１の駆動によって生じた力が、インクの流れに沿って、インク排出流路１０２側に逃げることがある。
【００９９】
しかし、本実施の形態のように、インク室１１０がインク排出流路１０２に向かって絞り込まれていると、積層ピエゾ素子１４１の駆動によって生じた力が、インク排出流路１０２側に逃げにくくなる。このため、積層ピエゾ素子１４１の駆動によって生じた力を効率的に吐出力に変換でき、吐出力の減衰を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明のインクジェットヘッドは、高い解像度と強い吐出力を有するので、例えば有機ＥＬディスプレイパネルなどの電子デバイス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。
【符号の説明】
【０１０１】
１００、２００ 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 インク供給口
１０４ インク排出口
１０５ インクタンク
１０７ インク連通孔
１１０ インク室
１１１ ノズル
１２０ ノズルプレート
１２３ 振動板（ダイヤフラム）
１２５ 隔壁
１４０ ピエゾプレート
１４１ 積層ピエゾ素子
１４３ 支柱
１４５ 圧電シート
１４６ 導電シート
１４７ 積層体
１４９ 溝
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から供給されたインクが流れるインク供給流路と；
前記インクを吐出するためのノズルが形成された底面と、振動板から構成される上面とを有し、かつ前記インク供給流路内をインクが流れる方向に沿って一列に配列された２以上のインク室と；
前記インク室を仕切る隔壁と；
前記２以上のインク室の上面それぞれを振動させ、一列に配列された２以上の積層ピエゾ素子と、前記積層ピエゾ素子間に配置された２以上の支柱と、が固定され、かつ前記インク室の上面上に配置されたピエゾプレートと；を有するインクジェットヘッドであって、
前記インク室の上面を構成する振動板は、前記隔壁と前記支柱とによって挟まれ、
隣接する２つの前記積層ピエゾ素子の間には、ギャップが大きい箇所と、ギャップが小さい箇所とが形成され、
前記支柱は、前記ギャップが大きい箇所にのみ配置される、インクジェットヘッド。
【請求項２】
前記積層ピエゾ素子間のギャップの最大値は、５０〜１４０μｍである、請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記積層ピエゾ素子は、六角柱状であり、
前記六角柱状の積層ピエゾ素子の底面は、互いに対向し、かつ前記積層ピエゾ素子が配列された方向に平行な辺ａおよび辺ｂを有し、
それぞれの前記積層ピエゾ素子の辺ａは、同一の直線に重なり、
それぞれの前記積層ピエゾ素子の辺ｂは、同一の直線に重なる、請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記インク室の上面および底面は、六角形である、請求項３に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
２以上の前記インク室と連通し、
前記インク室から排出されたインクが流れるインク排出流路をさらに有する、請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
請求項１に記載のインクジェットヘッドを有するインクジェット装置。
【請求項７】
積層ピエゾ素子および支柱が固定されたピエゾプレートを準備するステップと、
前記積層ピエゾ素子および支柱上に振動板を積層するステップと、
前記振動板上に隔壁およびノズルプレートを積層するステップと、を有する請求項１に記載のインクジェットヘッドを製造する方法であって、
前記積層ピエゾ素子および支柱が固定されたピエゾプレートを準備する方法は、
ピエゾプレートを準備するステップと、
前記ピエゾプレートに圧電シートと導電シートとを積層し、長方体状の積層体を形成するステップと、
前記長方体状の積層体の底面の長辺に対して傾いた２以上の溝Ａを、一定ピッチで前記積層体に設けるステップと、
前記長方体状の積層体の底面の長辺に対して、前記溝Ａと逆方向に傾き、かつ前記溝Ａと交差する２以上の溝Ｂを、一定ピッチで前記積層体に設け、前記積層ピエゾ素子と、前記支柱とを形成するステップと、を有する、請求項１に記載のインクジェットヘッドを製造する方法。
【請求項１】
外部から供給されたインクが流れるインク供給流路と；
前記インクを吐出するためのノズルが形成された底面と、振動板から構成される上面とを有し、かつ前記インク供給流路内をインクが流れる方向に沿って一列に配列された２以上のインク室と；
前記インク室を仕切る隔壁と；
前記２以上のインク室の上面それぞれを振動させ、一列に配列された２以上の積層ピエゾ素子と、前記積層ピエゾ素子間に配置された２以上の支柱と、が固定され、かつ前記インク室の上面上に配置されたピエゾプレートと；を有するインクジェットヘッドであって、
前記インク室の上面を構成する振動板は、前記隔壁と前記支柱とによって挟まれ、
隣接する２つの前記積層ピエゾ素子の間には、ギャップが大きい箇所と、ギャップが小さい箇所とが形成され、
前記支柱は、前記ギャップが大きい箇所にのみ配置される、インクジェットヘッド。
【請求項２】
前記積層ピエゾ素子間のギャップの最大値は、５０〜１４０μｍである、請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記積層ピエゾ素子は、六角柱状であり、
前記六角柱状の積層ピエゾ素子の底面は、互いに対向し、かつ前記積層ピエゾ素子が配列された方向に平行な辺ａおよび辺ｂを有し、
それぞれの前記積層ピエゾ素子の辺ａは、同一の直線に重なり、
それぞれの前記積層ピエゾ素子の辺ｂは、同一の直線に重なる、請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記インク室の上面および底面は、六角形である、請求項３に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
２以上の前記インク室と連通し、
前記インク室から排出されたインクが流れるインク排出流路をさらに有する、請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
請求項１に記載のインクジェットヘッドを有するインクジェット装置。
【請求項７】
積層ピエゾ素子および支柱が固定されたピエゾプレートを準備するステップと、
前記積層ピエゾ素子および支柱上に振動板を積層するステップと、
前記振動板上に隔壁およびノズルプレートを積層するステップと、を有する請求項１に記載のインクジェットヘッドを製造する方法であって、
前記積層ピエゾ素子および支柱が固定されたピエゾプレートを準備する方法は、
ピエゾプレートを準備するステップと、
前記ピエゾプレートに圧電シートと導電シートとを積層し、長方体状の積層体を形成するステップと、
前記長方体状の積層体の底面の長辺に対して傾いた２以上の溝Ａを、一定ピッチで前記積層体に設けるステップと、
前記長方体状の積層体の底面の長辺に対して、前記溝Ａと逆方向に傾き、かつ前記溝Ａと交差する２以上の溝Ｂを、一定ピッチで前記積層体に設け、前記積層ピエゾ素子と、前記支柱とを形成するステップと、を有する、請求項１に記載のインクジェットヘッドを製造する方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２３５２５１（Ｐ２０１１−２３５２５１Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１０２５４（Ｐ２０１０−１１０２５４）
【出願日】平成２２年５月１２日（２０１０．５．１２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１２日（２０１０．５．１２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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