(57)【要約】【課題】強いインクの吐出、インクの循環の両立に加え、装置の小型化を可能とした、インクジェット装置を提供すること。【解決手段】インク供給流路、インク排出流路、及び、両者を連通するインク流路を備え、少なくとも１つのターン部を有するインク流路に圧電素子を配置し、圧電素子は、ターン部より上流側のインク流路と、ターン部より下流側のインク流路とに面するように配置されるものであり、かつ、インク流路のうち圧電素子とターン部とで形成される空間にノズルを設けることで解決できる。【選択図】図２
2011224971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク導入口からインクが供給されるインク供給流路と、
インク排出口にインクを排出するインク排出流路と、
前記インク供給流路と前記インク排出流路とを連通し、かつ、インクを吐出するノズルを有するインク流路と、を備え、
少なくとも１つのターン部を有する前記インク流路に圧電素子が設けられ、
前記圧電素子は、前記ターン部より上流側のインク流路と、前記ターン部より下流側のインク流路とに面して配置されること、
を特徴とするインクジェット装置。
【請求項２】
前記ノズルは、前記インク流路のうち圧電素子と前記ターン部とで形成される空間に設けられる、
請求項１記載のインクジェット装置。
【請求項３】
前記圧電素子の端部は、前記インク流路の前記ターン部に面して配置される、請求項１又は２に記載のインクジェット装置。
【請求項４】
前記ターン部より上流側に配置される圧電素子の複数の電極の電極間幅は、前記ターン部より下流側に配置される圧電素子の複数の電極の電極間幅よりも広い、
請求項１〜３の何れか一項に記載のインクジェット装置。
【請求項５】
前記圧電素子と前記インク流路との間には振動板が配置されてなる、請求項１〜４の何れか一項に記載のインクジェット装置。
【請求項６】
前記ノズルから前記インク排出流路に向かうインク流路において、流路断面積が大から小に変化する箇所を有する、
請求項１〜５の何れか一項に記載のインクジェット装置。
【請求項７】
前記インク供給流路から前記ターン部に向かうインク流路において、流路断面積が小から大に変化する箇所を有する、
請求項６記載のインクジェット装置。
【請求項８】
前記インク供給流路から前記ターン部に向かうインク流路は、流路断面積が段階的に小さくなる、
請求項１〜７の何れか一項に記載のインクジェット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット装置とは、入力信号に応じて、任意のタイミングで必要な液量のインクを対象物に向けて塗布することができるヘッドを備える装置である。特に圧電（ピエゾ）方式のインクジェット装置は、幅広い種類のインクを、高精度に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。
【０００３】
一般的にピエゾ方式のインクジェット装置は、インク供給流路と、インク供給流路と連通しかつノズルを有するインク流路と、インク流路内に充填されたインクに圧力を加える圧電素子とで構成される。そして該圧電素子に駆動電圧を印加することで圧電素子に機械的な歪みを生じさせ、インク流路内のインクに圧力を加えることでノズルからインクを吐出する。なお、インク流路のうち、特にインクが集められる空間をインク室、或いは、圧力室と言う。
【０００４】
例えば、代表的なインクジェット装置の構成としては、圧電素子を吐出口の上流側の圧力室の壁面に配設される構成が知られ、該圧電素子の駆動によって、圧力室の壁面を押圧して圧力室内に充填されたインクを加圧することで、吐出口からインクを吐出する技術である（特許文献１参照）。その他、特許文献２に開示されるような、インク供給通路１１の一部に電歪素子４を配置し、ノズル９からインクを吐出させるインクジェットヘッドが知られている。また、特許文献３〜１０のようなインクジェット装置も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１２１６９３号公報（図１）
【特許文献２】特開昭６０−２１７１６０号公報（第１図）
【特許文献３】特開２００７−１７５９２１号公報
【特許文献４】特表２００６−５１０５０６号公報
【特許文献５】特開２００４−２５９８６５号公報
【特許文献６】特開２００１−３４７６６０号公報
【特許文献７】米国特許出願公開第２００６／０２２７１７９号明細書
【特許文献８】米国特許第６４５０６２７号明細書
【特許文献９】米国特許第７１５７８３７号明細書
【特許文献１０】米国特許第７１１１９２７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１及び２に記載された技術には、インクジェット装置において、インクを循環させるという考えの開示が一切ない。つまり、特許文献１及び２に記載されたインクジェット装置は、単に圧力室（インク供給通路）に溜まった液体を圧電素子の駆動によってノズル孔から押し出すという技術に過ぎず、インク供給流路とインク排出流路とを設け、インクを循環させる技術ではない。
【０００７】
とりわけ特許文献１のインクジェット装置の構成では、圧力室の隅部やノズル孔にインクが滞留し、ノズル孔の詰りなどの原因になり兼ねない。無論、粘度の高いインクを使用した場合、ノズル孔からインクを吐出することも難しくなる。また、特許文献２のインクジェットヘッドでは、電歪素子４を駆動させることで生じるインク供給通路１１を流れるインクへの圧力を、電歪素子４よりも上流側（ノズル９が形成される側とは反対の方向）に分散させてしまい、ノズル９に向けてインクを強く吐出させることが難しくなる。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、１．高粘度のインクを確実に吐出すべく強いインクの吐出と、２．ノズル付近の乾燥を防ぐべくインクの循環とを両立させ、かつ、３．装置全体の小型化をも可能とする、インクジェット装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のインクジェット装置は、以下のような特徴を有するものである。
【００１０】
［１］インク導入口からインクが供給されるインク供給流路と、インク排出口にインクを排出するインク排出流路と、インク供給流路とインク排出流路とを連通し、インクを吐出するノズルを有するインク流路と、を備え、少なくとも１つのターン部を有するインク流路に圧電素子が配置され、圧電素子は、ターン部より上流側のインク流路と、ターン部より下流側のインク流路とに面して配置される、インクジェット装置。
【００１１】
これにより、本発明のインクジェット装置は、高粘度のインクの場合でも、ノズルからインクを確実に吐出できることに加え、ノズル付近の乾燥をも確実に防ぐことができる。更に、本発明のインクジェット装置は、インクジェット装置全体の小型化をも可能となる。
【００１２】
［２］上記［１］において、ノズルは、インク流路のうち圧電素子とターン部とで形成される空間に設けられることが望ましい。
【００１３】
［３］上記［１］又は［２］において、圧電素子の端部は、インク流路のターン部に面して配置されることが望ましい。この構成により、インク流路を流れるインクを、極力、狭い空間に集めることができ、その状態で該インクに圧電素子が駆動することによる力を加えるために、ノズルからより強い力でインクを吐出することができる。
【００１４】
［４］上記［１］又は［２］において、ターン部より上流側に配置される圧電素子の複数の電極の電極間幅は、ターン部より下流側に配置される圧電素子の複数の電極の電極間幅よりも広いとなお良い。これは、ノズルから吐出するインクを効果的にインク流路内に集めることができるためである。
【００１５】
［５］上記［１］〜［４］において、圧電素子とインク流路との間には振動板が配置されてなると良い。また、［６］上記［１］〜［５］において、ノズルからインク排出流路に向かうインク流路において、流路断面積が大から小に変化する箇所を有することで、ノズルからインクを吐出する力をより一層高めることができる。
【００１６】
［７］上記［６］において、インク供給流路からターン部に向かうインク流路において、流路断面積が小から大に変化する箇所を有することが望ましい。更に、［８］上記［１］〜［７］において、インク供給流路からターン部に向かうインク流路は、流路断面積が段階的に小さくなるように構成すると好適である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のインクジェット装置は、圧電素子を、インク流路に形成されるターン部より上流側の流路と、該ターン部より下流側の流路とに面するように配置する構成であることから、インク流路にインクを効果的に集められる。その状態でインクを押圧するため、本発明のインクジェット装置は、ノズルから吐出するインクに強い吐出力を加えることができ、高粘度のインクを確実に吐出させることができる。また、本発明のインクジェット装置は、インク流路を、インク供給流路とインク排出流路とを連通する流路として配置する構成であることから、インク循環を可能とし、その結果、ノズル付近の乾燥を防ぐことができる。その結果、インクジェット装置の信頼性を向上させることができる。
【００１８】
加えて、本発明のインクジェット装置の圧電素子は、ノズルの上流側と下流側のそれぞれに面するように配置される。そのため、本発明の圧電素子は、インク流路のうちノズル上流側のインクをノズル側に流動させる機能と、ノズル下流側のインクに流体抵抗を与える機能とを併せ持ち、ノズルの上流側と下流側のそれぞれに圧電素子に配置する構成に比べ、インクジェット装置の小型化を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のインクジェットヘッドの斜視図
【図２】実施の形態１のインクジェットヘッドの断面図
【図３】実施の形態１のインクジェットヘッドの上面図
【図４】実施の形態１の変形例１に係るインクジェット装置の断面図
【図５】実施の形態１の変形例２に係るインクジェット装置の断面図
【図６】本発明のインクジェット装置の動作（圧電素子の駆動とインク流れとの関係）を示す図
【図７】本発明の圧電素子の構造を示す図
【図８】実施の形態１の変形例３に係るインクジェット装置の断面図
【図９】実施の形態１の変形例４に係るインクジェット装置の断面図
【図１０】本実施の形態に係るインク供給流路やインク排出流路の端部の構造を示す図
【図１１】比較対象のインクジェット装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
＜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、複数のインク室を有するドロップオンデマンド型の圧電式インクジェット装置である。
【００２１】
ドロップオンデマンド型のインクジェット装置とは、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装置として知られ、特に圧電方式のドロップオンデマンド型インクジェット装置は、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ものである。また、本発明のインクジェット装置は、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装置を想定するものである。
【００２２】
本発明のインクジェット装置は、インク供給流路と、インク排出流路と、複数のインク室（或いは、インク流路）と、複数の圧電素子とを有する構成である。複数のインク室は並列に配置され、それぞれのインク室に対応して、圧電素子が配置される。そして、圧電素子を、インク流路に形成されるターン部より上流側の流路と、該ターン部より下流側の流路とに面するように配置することで、本発明のインクジェット装置は、高粘度のインクを確実に吐出させると共に、ノズル付近の乾燥をも防ぐことができ、なおかつ、装置全体の小型化を実現することができる。
【００２３】
１．インクジェット装置の基本構成：
以下、インクジェット装置における構成部材について説明する。
【００２４】
インク供給流路は、外部からインクが供給されるインク導入口を有し、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良い。インク導入口を通してインク供給流路に供給されたインクは、複数のインク室のそれぞれに分配され提供される。
【００２５】
インク排出流路は、外部にインクを排出するためのインク排出口を有し、複数のインク室から排出されたインクが流れる流路である。
【００２６】
インク室は、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。本発明のインクジェット装置では、インク供給流路とインク排出流路とを連通するインク流路のうち、後述する圧電素子と、インク流路に設けられるターン部とで形成される空間をインク室とする。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。
【００２７】
そして、インク室とインク供給流路とは、インク供給孔によって接続されている。また、インク室とインク排出流路とは、インク排出孔によって接続されている。従って、インク室内ではインクがインク供給孔からインク排出孔まで流れる。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ようになっている。このように、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詰り、エアーの混入などを防止することができる。また、インク室内のインクの流量は、１０〜１００ｍｌ／ｍｉｎであることが好ましい。
【００２８】
ノズルは、インク流路に備えられる。ノズルは外部に対しインクを吐出する場所である。具体的には、インク室内のインクは、ノズル内部を通り、吐出口から外部に吐出される。吐出口の口径は、特に限定されるものではなく、例えば１０〜１００μｍ程度であり、約２０μｍであることが多い。インクがノズルから吐出される方向は、インク室内のうち、ノズル付近をインクが流れる方向と略垂直な方向ある（図２参照）。
【００２９】
また、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。例えば、製造物が有機ＥＬパネルや液晶パネルである場合、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や、液晶材料などの高粘度のインクが含まれる。上述のように、本発明のインクジェット装置は、強い吐出力を有するので、高粘度のインクであっても十分に塗布できる。
【００３０】
圧電素子は、駆動電圧を含む制御信号を実際の動きに変換し、インク流路（インク室）の壁面（図４のように「振動板」を有する場合もあり得る）を変位させる作動装置である。圧電素子に電圧を印加することで、圧電素子の高さが増加し、インク室内のインクに圧力が加わる。これにより、ノズルからインクを吐出され得る。また、本発明の圧電素子は、インク流路に形成されるターン部より上流側の流路と、該ターン部より下流側の流路とに面するように配置される。本発明における圧電素子は、薄膜型の圧電素子であっても、積層型の圧電素子であっても良いが、積層型の圧電素子であることがより好ましい。
【００３１】
これは、薄膜型の圧電素子の場合、入力に対する出力応答が速いが、出力が低くなりがちである。そのため、薄膜型の圧電素子は、吐出するべきインク室内のインク圧力や粘度によって吐出がばらつきやすくなる。そのため、インクの種類によっては適切な吐出ができない場合があるためである。一方、積層型の圧電素子の場合には、入力に対する出力応答が遅いが、出力を高めやすいため、吐出するべきインク室内のインク圧力に影響を受けにくく、安定した吐出を実現し得る。なお、積層型の圧電素子の高さ（積層方向の長さ）は、通常、１００〜１０００μｍである。
【００３２】
また、積層型の圧電素子は、圧電素子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、そして駆動体を分割することで作製されれば良い。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良い。
【００３３】
２．その他：
本発明のインクジェット装置は、上述の主要構成部材を具備する他、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。
【００３４】
また、本発明のインクジェット装置は、インクの循環を行うことを前提とするため、インク循環装置（図示せず）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、ポンプを用いても良いが、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。本発明のインクジェット装置では、インクジェット装置のインクを、装置作動中に絶えず循環させることが好ましい。
【００３５】
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。
【００３６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態に係るインクジェット装置１００の斜視図である。図１に示されるようにインクジェット装置１００は、インク供給流路１０１と、インク排出流路１０２と、複数のインク室１１０とを有する。また、インク供給流路１０１はインク導入口１０３を有する。インク排出流路１０２はインク排出口１０４を有する。なお、図１のインクジェット装置１００は、後述する変形例と共通するもの（斜視図）である。
【００３７】
図２は、図１に示されたインクジェット装置１００のＡ線による断面図である。図３は、図１に示されたインクジェット装置１００のＢ線による断面図（上面図）である。
【００３８】
図２および図３に示すように、インク室１１０は、ノズルプレート１２０に形成され、かつ、外部にインクを吐出するためのノズル１１１を有する。ノズル１１１は、図２に示す通り、インク流路１３０のうち圧電素子１１３とインク流路１３０のターン部１１２とで形成される空間に形成されることが望ましいが、圧電素子１１３の直下、或いは、圧電素子１１３が配置される位置よりも下流のインク流路１３０に形成しても良い。例えば、ノズル１１１を圧電素子１１３の直下に配置した場合には、インク吐出の応答性が高めることができる。また、ノズル１１１を圧電素子１１３が配置される位置よりも下流のインク流路１３０に形成した場合でも、圧電素子１１３を駆動した場合の力がノズル１１１に伝播されるようであれば、特段の問題はない。
【００３９】
また、インク室１１０は、インク供給孔１０７を介してインク供給流路１０１に連通しており、インク排出孔１０８を介してインク排出流路１０２に連通している。
【００４０】
図２および図３において、インクは、インク供給流路１０１を流れ（図２の場合には、紙面に対して垂直に手前向きに流れ）、インク供給孔１０７を介して、インク室１１０に流れる。そして、圧電素子１１３の一方の面を介してインク流路１３０のターン部１１２を流れる。圧電素子１１３が駆動することで、ノズル１１１から一部のインクが外部に吐出され、残りのインクは圧電素子１１３の他方の面、並びに、インク排出孔１０８を介して、インク排出流路１０２に流れる（図２では、紙面に対して垂直の奥行き向きに流れ形態を示す）。
【００４１】
圧電素子１１３は、インクジェット装置の基材（符号なし）に固定されている。具体的には、図２に示すように、圧電素子１１３のうちインク流路１３０と面する側とは反対の面をインクジェット装置の基材と結合される。なお、図２及び図３に示す矢印はインクの流れ方向を表すものである。以降の変形例についても同様である。
【００４２】
このとき、図４に示すような、実施の形態１の変形例（その１）のインクジェット装置１００もあり得る。つまり、第１の変形例のインクジェット装置１００は、インク流路１３０のうち、少なくとも圧電素子１１３が面する箇所に振動板１４０を備え、圧電素子１１３の駆動によって振動板１４０を変位させる構成である。このように、振動板１４０を介してインク流路のインクに圧力を加える形態は、図２に示すような実施の形態１に比べ、インクジェット装置の信頼性が高まる。これは、例えば、図２に示すような形態では、圧電素子１１３が直接インクと触れるため、圧電素子１１３の表面がインク乾燥などで荒れてしまうため、所望の応答性が発揮できなくなったり、インクにゴミ（インク乾燥によってできたものが剥がれ落ちる際に生じるダストなど）が混入する場合もあり得る。一方、第１の変形例のインクジェット装置１００は、圧電素子１１３が直接、インクに触れることがないので、インクジェット装置の信頼性が向上する。
【００４３】
また、図５に示すような、実施の形態１の変形例（その２）のインクジェット装置１００もあり得る。つまり、第２の変形例のインクジェット装置１００は、圧電素子１１３の一端がインク流路１３０のターン部１１２に面するように配置される構成である。これは、圧電素子１１３をインク流路１３０のターン部１１２に最大限近づけることを意味し、圧電素子１１３を駆動させた際に、インクをインク流路の狭い区域（領域）に圧縮することができる。その結果、ノズル１１１からインクを吐出させる際の力（勢い）を高めることができる。
【００４４】
次に、図６を参照しながら、本実施の形態のインクジェット装置１００の動作について説明する。
【００４５】
図６（ａ）に示すように、インクジェット装置１００において、ノズル１１１からインクを吐出しない場合、つまり、圧電素子１１３を駆動しない場合には、インクはインク供給流路１０１からインク流路１３０に流れ、インク排出流路に戻る経路になる。図６における矢印は、インクの流れ方向とその強さを示すものである。そして、ノズル１１１からインクを吐出させる場合には、圧電素子１１３を所望の周期で駆動させる。図６（ｂ）は圧電素子１１３に駆動電圧を印加し、圧電素子１１３の一方の面と他方の面とがインク流路１３０方向に延びた状態を示すものである。
【００４６】
すると、圧電素子１１３の駆動周期に併せて、図６（ｂ）に示すように、一時的にインク流路１３０のうち圧電素子１１３とターン部１１２とで形成される空間（領域）〔これを「インク貯蔵部」と言う〕にインクが圧縮させられる。つまり、図６（ｂ）のように、インク貯蔵部にインクが圧縮（集結）され、ノズル１１１からインクを勢い良く吐出させることができる。そして、圧電素子１１３を元の位置に戻すと、図６（ｃ）に示すように、再び、インク流路をインクが流れ、インクジェット装置１００はインク循環も円滑に行うことができる。
【００４７】
このとき、インク貯蔵部にインクを効果的に集めることが望ましい。具体的には、圧電素子１１３の一方の面（インク流路の上流側に配置される面）に比べ、圧電素子１１３の他方の面（インク流路の下流側に配置される面）の応答速度を遅らせることで、インク供給通路１０１からインク排出通路１０２に流れるインク流路のインク貯蔵部に、効果的にインクを集めることができる。これを具現化する方法として、例えば、図７に示すような圧電素子１１３の構造とすれば良い。つまり、圧電素子１１３におけるコンデンサの容量Ｃ  ［Ｆ］は、圧電素子１１３を構成する電極の表面積をＳ［ｍ2］、電極間距離をｄ［
ｍ］、比例定数（真空誘電率）をεｏとしたとき、
2011224971.tif 000003
【００４８】
で定義できる。ここで、ε０とＳは一定であることから、圧電素子１１３の一方の面（インク流路の上流側に配置される面）に比べ、圧電素子１１３の他方の面（インク流路の下流側に配置される面）の応答速度を遅らせる（小さくする）ためには、圧電素子１１３のうち、インク流路１３０の上流側に面する側の電極間距離ｄ１（ギャップ）を、インク流路１３０の下流側に面する側の電極間距離ｄ２に比べ広くすればよい。この点に関する技術的裏付けについては後述する。
【００４９】
このような圧電素子１１３の構成により、圧電素子１１３の一方の面と他方の面との間に相対的な応答速度差をつけることができるので、インク流路のインク貯蔵部に、インクを効果的に集めることができる。
【００５０】
次に圧電素子の静電容量と応答性の関係について述べる。圧電素子を扱う場合、例えば、Ｋ31の場合、電気機械変換係数は以下の式で記述することができる。
2011224971.tif 000004
【００５１】
の関係が成り立つ。ただし、
：電気機械変換係数（材料が同じ場合は、この係数は同じ）
：圧電素子のコンプライアンス
：圧電素子の誘電率
となる。つまり、電気機械変換係数は、以下の式で書き表すことができる。
2011224971.tif 000005
【００５２】
つまり、電気機械変換係数については一定であるために、ｄ（圧電定数）が大きくなると誘電率も大きくなるという特徴を有している。
【００５３】
例えば、圧電素子の静電容量の計算式は以下のように計算することができる。
2011224971.tif 000006
【００５４】
以上の関係から、圧電素子の応答性を議論する。その抵抗Ｒ（Ω）とコンデンサーＣ（Ｆ）の直列回路に直流電圧Ｅ（Ｖ）を加えときの応答性を考える。電圧をかけた瞬間を時刻０とするとき、時刻ｔで回路に流れる電流をｉ（ｔ）（Ａ）、コンデンサーに蓄えられた電気量をｑ（ｔ）（クーロン）とする。このとき回路の方程式は次のようになる。
2011224971.tif 000007
【００５５】
ここで
2011224971.tif 000008
【００５６】
（電流は電子の流れ、即ち、荷電量の時間変化の大きさ）であるから、上式は次のような電荷量ｑ（ｔ）についての微分方程式に書き換えられる。
2011224971.tif 000009
【００５７】
上式を解くと、ｑ（ｔ）はｔに関して以下のような指数関数で表わされることが分かる。
2011224971.tif 000010
【００５８】
さらに、コンデンサー両端の電圧をｅc（ｔ）とすれば、ｑ（ｔ）＝Ｃｅc（ｔ）から、
2011224971.tif 000011
【００５９】
という関係式を得る。ここでτをこのＲＣ回路の時定数と定義する。τが大きいほど  ｅc（ｔ）がその最大値Ｅになるまでの時間が長くなる。時定数は回路の抵抗値と静電容量
に比例する。回路の抵抗が大きいほど、また、コンデンサーなどに誘起される電荷量が大きいほどコンデンサーの充電に要する時間が長くなる。
【００６０】
以上の関係より、圧電素子において、時定数τを計算すると以下のようになる。
2011224971.tif 000012
【００６１】
となる。つまり、積層された圧電素子のギャップが大きくなるほど、静電容量は小さくなり、時定数が短くなることになる。つまり、応答性をあげるためには、ギャップを大きくし、圧電素子の積層枚数が少ないほど、応答性に対して有利になる。
【００６２】
本実施の形態の変形例として、図８に示すような第３の変形例もあり得る。つまり、第３の変形例のインクジェット装置１００は、インク供給流路１０１からターン部に向かうインク流路の流路断面積を段階的に小さくなるように構成するものである。このような構成によって、インク貯蓄部にインクを効果的に集めることができることに加え、インクに強い押圧を加えることができ、ノズル１１１におけるインクの吐出力をより一層高めることができる。なお、図８は、図２に示すインクジェット装置の一部を、ノズル１１１方向から視斜したときの断面図である。
【００６３】
また、本実施の形態の変形例として、図９（ａ）に示すような第４の変形例もあり得る。つまり、第４の変形例のインクジェット装置１００は、ノズル１１１からインク排出流路１０２に向かうインク流路１３０の一部に、流路断面積が変化する箇所（具体的には、流路断面積を大から小に変化する箇所）を有する構成である。このような構成によって、インク流路１３０のうち、ノズル１１１より下流側の流路の流路抵抗を高めることができ、ノズル１１１からインクを吐出する力をより一層高めることができる。また、図９（ｂ）に示すようなインクジェット装置１００もあり得る。すなわち、インク供給流路１０１から圧電素子１１３に向かうインク流路１３０の一部に、流路断面積が変化する箇所、具体的には、流路断面積を小から大に変化する箇所を有する構成である。
【００６４】
これは、圧電素子１１３を駆動させた場合、圧電素子１１３のうちインク流路１３０の上流側に面する一面がインクを押圧する力が、インク供給流路１０１に逆流すること防ぐ効果がある。つまり、圧電素子１１３が駆動する力をターン部１１２方向に効果的に伝播させることができ、ノズル１１１から強い吐出を実現することができる。
【００６５】
なお、本実施の形態のインク供給流路１０１において、インク供給流路１０１の最下流部（図３における端部Ａ）は、図１０（ａ）のようにテーパー形状、或いは、図１０（ｂ）のように曲面形状であると好適である。その理由は、インク供給流路１０１からインク室１１０にインクが流れる際、インク供給流路１０１のコーナ部でインクが滞留する可能性があるためである。さらに、図１０（ｃ）のように、インク供給流路１０１の流路そのものを下流に向かうにつれて狭くする構造としてもよい。
【００６６】
図示はしないものの、同様な考えにより、インク排出流路１０２の最上流部（図３における端Ｂ）においても、テーパー形状、或いは、曲面形状を施す工夫、更にはインク排出流路１０２そのものを上流に向かうにつれて狭くする工夫があると、インク流れの観点から良い。これらの考えは、前述の実施の形態１（変形例を含む）に共通する形態である。
【００６７】
３．発明の効果について：
本発明は、上述の通り、１．高粘度のインクを確実に吐出すべく強いインクの吐出と、２．ノズル付近の乾燥を防ぐべくインクの循環とを両立させ、かつ、３．装置全体の小型化をも可能とする、点を発明の効果として掲げている。以下、それぞれ効果についてまとめる。
【００６８】
まず、第１の効果については、本発明のインクジェット装置は、インク流路に形成されるターン部の上下流部に圧電素子を配置する構成であり、該インク流路にインクを効果的に集められる。その状態で該圧電素子に電圧を印加し、該圧電素子の変位によってインクを押圧するため、ノズルから勢い良くインクを吐出させることができる。また、本発明のインクジェット装置は、上述の通り、インク流路にターン部が形成される構成であるため、該ターン部によってインク流路を流れるインクを混ぜ合わすことができる。そのため、インク流路においてインクの滞留が生じる可能性が低くなり、ノズルから高品位のインクを確実に吐出させることができる。
【００６９】
次に、第２の効果については、本発明のインクジェット装置は、インク供給流路とインク排出流路とを連通してインク流路が配置される構成であることから、インク循環を可能とする。このとき、上記第１の発明でも言及する通り、本発明のインクジェット装置は、インク流路にターン部が形成される構成であることから、インクを効果的に混ぜ合わせることができ、インク濃度の濃淡が生じにくくなる。そのため、インク流路、とりわけ、ノズル近傍でのインクの滞留が生じにくくなることに加え、ノズル付近の乾燥をも防ぐことができる。その結果、インクジェット装置の信頼性を向上させることができる。
【００７０】
最後に、第３の効果については、図１１に示すような、ノズルの上流側と下流側のそれぞれに圧電素子に配置するインクジェット装置と比較して述べる。
【００７１】
図１１のインクジェット装置において、インクは、インク供給流路１０１を流れ（図１１の場合には、紙面に対して垂直に手前向きに流れ）、インク室１１０を介して、インク排出流路１０２に流れる（図１１では、紙面に対して垂直の奥行き向きに流れ形態を示す）。このとき、ノズル１１１の上流側には圧電素子ＰＺ１（幅：ｌｐ1）が配置され、ノズル１１１の下流側には圧電素子ＰＺ２（幅：ｌｐ2）が配置される。すると、インク供給流路１０１から圧電素子ＰＺ２のインク排出流路１０２側の端部までの距離Ｌ２は、インク供給流路１０１から圧電素子ＰＺ１のインク供給流路１０１側の端部までの距離Ｌ０と、圧電素子ＰＺ１と圧電素子ＰＺ２のそれぞれの幅（ｌｐ1とｌｐ2）とを加えた、Ｌ０＋ｌｐ1＋ｌｐ2になる。
【００７２】
無論、圧電素子ＰＺ１と圧電素子ＰＺ２とは一部は重複していても良いので、距離Ｌ２は、Ｌ０＋ｌｐ1＋ｌｐ2よりも小さくなる場合も設計上は考えられるが、図１１のインクジェット装置の形態の場合、圧電素子ＰＺ１と圧電素子ＰＺ２とが完全に重複して配置されることは有り得ない。そのため、図１１のようなインクジェット装置は、本発明のインクジェット装置に比べ、装置の幅方向の寸法が必然的に大となる。よって、本発明のインクジェット装置は、小型化を可能とできる。
【００７３】
また、更なる効果として、本発明のインクジェット装置は、インク流路にターン部を形成する構成であるため、ノズルの上流側に配置される圧電素子１１３とノズルの下流側に配置される圧電素子１１３との相互干渉が生じにくい。例えば、図１１のようなインクジェット装置の構成では、ノズルの下流側に配置される圧電素子ＰＺ２が駆動した場合、圧電素子ＰＺ２によるインクの波動が、圧電素子ＰＺ２が配置される上流側にも伝わることになる。つまり、ノズルの上流側に配置される圧電素子ＰＺ１にも影響し、ノズルからインクを吐出する際の妨げにもなり得る。
【００７４】
他方、本発明のインクジェット装置は、インク流路にターン部を形成する構成であるため、ノズルの上下流側にそれぞれ配置される圧電素子同士の相互干渉は生じにくく、好適なインク吐出を実現でき得る。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明のインクジェット装置は、インクの吐出力が強く、そのうえインクの循環も可能とするため、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、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装置として好ましく用いられる。
【符号の説明】
【００７６】
１００  インクジェット装置
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
１０７  インク供給孔
１０８  インク排出孔
１１０  インク室
１１１  ノズル
１１２  ターン部
１１３  圧電素子
１２０  ノズルプレート
１３０  インク流路
１４０  振動板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年2月1日(2011.2.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
の関係が成り立つ。ただし、
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となる。つまり、電気機械変換係数は、以下の式で書き表すことができる。
2011224971.tif 000025