(57)【要約】      （修正有）【課題】各圧力室の圧力の差を無くし、均質に吐出することができるインクジェット装置を提供する。【解決手段】インクを供給する供給流路２と、インクを排出する排出流路３と、供給流路と排出流路との間に位置する複数の圧力室４と、供給流路と圧力室との間に位置する複数の個別供給流路１８と、圧力室と排出流路との間に位置する複数の個別排出流路１９を有し、個別供給流路と個別排出流路の長さを長さを変えて個別流路の圧力損失を変更することで、複数の圧力室で発生する圧力差を均一化し、各々のノズル５からの吐出体積を均一化する。【選択図】図１
2015131475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを供給する供給流路と、
前記インクを排出する排出流路と、
前記供給流路と前記排出流路との間に位置する複数の圧力室と、
前記供給流路と前記圧力室との間に位置する複数の個別供給流路と、
前記圧力室と前記排出流路との間に位置する複数の個別排出流路を有し、
前記個別供給流路と前記個別排出流路との圧力損失を制御するにより複数の前記圧力室間の圧力を均一化することを特徴とするインクジェット装置。
【請求項２】
前記圧力損失を制御する機構として、
前記個別供給流路と前記個別排出流路の断面積を異ならせ、複数の前記圧力室内の圧力を均一化することを特徴とする請求項１記載のインクジェット装置。
【請求項３】
前記圧力損失を制御する機構として、
前記個別供給流路と前記個別排出流路の長さを異ならせ、複数の前記圧力室内の圧力を均一化することを特徴とする請求項１記載のインクジェット装置。
【請求項４】
前記個別供給流路と前記個別排出流路とが１直線であることを特徴とする請求項３記載のインクジェット装置。
【請求項５】
前記圧力損失を制御する機構として、
前記個別供給流路、または、前記個別排出流路の一部を屈曲させ、その屈曲の角度を異ならせることで、複数の前記圧力室内の圧力を均一化することを特徴とする請求項１記載のインクジェット装置。
【請求項６】
前記圧力損失を制御する機構として、
前記個別供給流路と前記個別排出流路の全体長さは同じであるが、長さの比率を異ならせ、かつ、インク吐出ノズルに対する前記圧力室の相対位置を変更することにより複数の前記圧力室内の圧力を均一化することを特徴とする請求項１記載のインクジェット装置。
【請求項７】
前記圧力損失を制御する機構として、
前記個別供給流路、または、前記個別排出流路の一部に突起を設け、前記突起大きさ、または、前記突起の数により、複数の前記圧力室内の圧力を均一化することを特徴とする請求項１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】
本発明はインクを吐出するインクジェット装置に関する。
【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の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。
【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、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では、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されることが期待されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、インクジェット装置ではノズルから吐出されるインク滴の直進性を向上するために、ノズルのインク吐出方向の長さ（以下ノズル長さ）を長くすることが知られている。
【０００５】
しかし、ノズル長さを長くした場合、ノズル内にインクが滞留しやすくなる。インクがノズル内に滞留するとインクに気泡や異物が混入した場合にノズル詰まりが起こりやすい。
【０００６】
これに対しインクジェットヘッドに、圧力室と連通し、かつ、圧力室から排出されたインクが流れるインク排出流路に流す技術が知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００７】
インク循環型のインクジェットヘッドでは、圧力室に連通したインク供給流路から圧力室にインクが供給され、圧力室において所望の体積をノズルより排出する。その時、残りのインクをインク排出流路へ排出することによって、インク溜りを防ぎ、ノズル詰まりの問題を解決することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１２１６９３号公報
【特許文献２】特願２０１３−８４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら複数のノズルを持つインク循環型のインクジェットヘッドにおいて、流路の圧力損失のため、複数の圧力室の圧力は差が生じる。圧力に差がある場合、圧力室からノズルを経て吐出する液滴の体積に差が生じる。そのため、各圧力室毎に圧力差はノズル毎の吐出体積バラツキを引き起こし、印刷物の面内ムラを招く恐れがあった。
【００１０】
そこで、従来技術では供給流路と排出流路のインクの流れ方向を一部分、逆にすることで、圧力の均一化を図っている。しかし、この方法ではインクジェットヘッドへの供給口、排出口の位置に制約が発生し、複数ヘッドを狭隣接で並べることが困難であり、例えば有機ＥＬテレビを印刷法で作製する場合など、大面積かつ高密度に塗布すると面内のムラを発生する恐れがあった。
【００１１】
そこで、各圧力室の圧力の差を無くし、均質に吐出することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、インクを供給する供給流路と、前記インクを排出する排出流路と、供給流路と排出流路との間に位置する複数の圧力室と、供給流路と圧力室の間の個別供給流路と、圧力室と排出流路間の個別排出流路を有し、各圧力室の圧力差に合わせて個別供給流路と個別排出流路の圧力損失を変更することにより各圧力室の圧力を均一化するインクジェットヘッドを用いる。
【発明の効果】
【００１３】
以上の様に本発明は、インクジェットヘッドのノズルによる吐出体積の差を低減することができ、印刷物が面内で不均一になる課題を解決するできる塗布方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１のインクジェットヘッドの平面方向の構造を示す平面図
【図２】実施の形態１のインクジェットヘッドの断面方向の構造を示す断面図
【図３】実施の形態１のインクジェットヘッドに使用する電圧波形を示す図
【図４】吐出体積にバラツキがある場合の塗布面とヘッドとの関係を示す平面図
【図５】（ａ）実施の形態２のインクジェットヘッドの平面方向の構造を示す平面図、（ｂ）（ａ）のＡＡ´断面図
【図６】実施の形態３のインクジェットヘッドの平面方向の構造を示す平面図
【図７】（ａ）実施の形態４のインクジェットヘッドの平面方向の構造を示す平面図、（ｂ）個別流路の曲がり角度を説明する図
【図８】実施の形態５のインクジェットヘッドの平面方向の構造を示す図
【図９】（ａ）実施の形態６のインクジェットヘッドの平面方向の構造を示す平面図、（ｂ）実施の形態６のインクジェットヘッドの個別流路の断面図、（ｃ）実施の形態６のインクジェットヘッドの個別流路の形成を説明する断面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図１〜図９に基づいて説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施形態に係わるインクジェットヘッドシステムの平面図を示す。インクを供給口６よりインク供給流路２を通じて供給側インクの流れ８の方向に沿って圧力室４に供給する。圧力室４の内に設けられたピエゾ１５の機械的歪みによりノズル５より所望の体積のインクを印刷対象物に吐出する。
【００１６】
そして、残りのインクは圧力室４よりインク排出流路３を通じて排出側インクの流れ９の方向で排出口７まで排出される。インクは排出口７からフィルタ１１により異物を除去された後、ポンプ１２により供給口６に供給され、循環を継続する。
【００１７】
図２は、図１に示したピエゾ１５のインク供給流路２に垂直方向の断面図である。ピエゾ１５は電極が櫛歯になっており各層で電界を加えることによって、電気エネルギーを効率よく機械歪みに変換することができる。結果、圧力室４より、ノズル５を通過し、インク液滴１６を吐出する。ピエゾ１５に印加する電圧は、印加電圧１７である。
【００１８】
図３にインクを吐出するためにピエゾ１５に印加する電圧波形の一例を示す。図３の縦軸は電圧、横軸は時間を示している。吐出波３１により、図２のピエゾ１５が歪み、圧力室４の圧力を振動させ、ノズル５からインク液滴１６を吐出する（図２）。
【００１９】
従来のインク循環型インクジェットヘッドでは各々の圧力室４に加わる圧力は供給口６と排出口７の圧力差に加え、インク供給流路２とインク排出流路３の圧力損失の影響を受ける。そのため各々の圧力室４の圧力はそれぞれ異なり、排出口側圧力室１３は供給口側圧力室１４に比べて圧力が低くなる。この圧力差が吐出体積のバラツキを引き起こし、インクジェットヘッド毎に、その位置による吐出のバラツキが発生する。この場合の塗布結果を図４に示す。
【００２０】
図４は、吐出したインクジェットヘッドの位置と印刷物のムラとの関係を示す平面図である。印刷物５４と３つのインクジェットヘッド１との関係を示している。図４に示すように、インクジェットヘッド１の中に吐出体積が多くなる領域５１と吐出体積が少なくなる領域５２が現れる。その結果、印刷物５４のように印刷ムラが発生する。例えば有機ＥＬディスプレイに使用した場合、印刷ムラにより画面の色ムラとなり、製品の画像品質を低下させる。
【００２１】
この問題に対し、第１の実施の形態では、図１に示すように、個別供給流路１８と個別排出流路１９の長さを変える。このことにより供給口６から各々の圧力室４の流路抵抗と各々の圧力室４から排出口７の流路抵抗をそれぞれ均一化する。これによって各々の圧力室４の圧力を均一化する。
【００２２】
実施の形態１では、個別流路の断面積は固定とし、個別供給流路１８と個別排出流路１９の長さを０．０２ｍｍから１０ｍｍの間で選択する。個別供給流路１８と個別排出流路１９の長さは０．０２ｍｍ以下にした場合は吐出時の振動の影響を圧力室４の外に伝播してしまい、１０ｍｍを超える場合はインク粘度が１０ｍＰａｓ程度においてインクの循環が阻害される。１０ｍｍ付近ではインク投入時に加圧による注入が必要となる。
【００２３】
供給口６に近い側の個別供給流路１８が一番長く、排出口７に近いほど短くなる。一方、個別排出流路１９は、供給口６に近いほど短く、排出口７に近いほど長くなる。
【００２４】
実施の形態１はインクの循環流量が少なく、各々の圧力室４の圧力差が小さい場合に特に有効である。
（第２の実施の形態）
図５（ａ）は、インクジェットヘッド１の平面図である。第２の実施形態に係わるインクジェットヘッド１は、個別供給流路１８ａと個別排出流路１９ａの長さを一定とし、インクが通る内径である断面積を変えることにより供給口６から各々の圧力室４の流路抵抗と各々の圧力室４から排出口７の流路抵抗をそれぞれ均一化する。
【００２５】
また、個別供給流路１８ａと個別排出流路１９ａはある区間の断面積を小さくし、その他の区間の断面積を大きく設計することが可能である。
【００２６】
断面積を変える方法としては、図５（ｂ）のＡ−Ａ’断面が示すように、個別流路の幅Ｗと高さＨを変更する方法がある。一例として個別流路２ｍｍのうち０．２ｍｍの区間を絞り部として断面積を０．００２ｍｍ２とし、その他の１．８ｍｍの区間では０．０２ｍｍ２のように設計できる。
【００２７】
もちろん、絞り部（断面積を小さくした流路）の長さを各個別流路で変えることによって圧力損失を調整することも可能である。
【００２８】
供給口６に近い側の個別供給流路１８ａの断面積が一番小さく、排出口７に近いほど大きく。一方、個別排出流路１９ａの断面積は、供給口６に近いほど大きく、排出口７に近いほど小さくなる。
【００２９】
個別流路の作製方法として、図５（ｂ）のＡ−Ａ’断面が示すようにエッチングにより流路を形成したプレートを重ね合わせ接合することにより形成する方法がある。この方法では複雑な個別流路が精度よく形成できる。
【００３０】
個別流路の幅を変更する場合はエッチング精度によって流路の断面積の作製精度が規定される。厚み方向は１枚１枚のプレート厚みによって断面積が規定される。プレートの厚みは最薄で約３μｍが可能である。
【００３１】
ただし、過度に薄いプレートは取り扱いが難しいため、厚さ１０μｍ以上のプレートを使用する方が歩留りの観点から効率的である。そのため個別流路の断面積はプレート厚みで概略を決定し、エッチング幅で詳細を合わせる方法を用いる。
【００３２】
これによって各々の圧力室４の圧力を均一化する。この実施の形態はインクの乾燥が速いなどインクの循環流量が多く、各圧力室の圧力差が大きい場合に有効である。
（第３の実施の形態）
図６はインクジェットヘッドの平面図である。第３の実施形態に係わるインクジェットヘッドは、第１の実施の形態１（図１）と同様、個別供給流路１８ｂと個別排出流路１９ｂの長さを変えることにより供給口６から各々の圧力室４の流路抵抗と各々の圧力室４から排出口７の流路抵抗をそれぞれ均一化する。
【００３３】
個別供給流路１８ｂと個別排出流路１９ｂの長さは０．０２ｍｍから１５ｍｍの間で選択することができる。これによって各々の圧力室４の圧力を均一化する。０．０２ｍｍより小さいとインク室と流路との間の壁が薄くなるため、形成が困難である。また、吐出波形のクロストークが顕著になる。１５ｍｍより大きいと、ヘッドが大きくなりすぎるため現実的ではない。
【００３４】
しかし、実施の形態１（図１）との相違点は、流路が一定の直線状であることである。ヘッドに対する圧力室４の角度αは例えば４５°から８０°の間で設計することができる。流路が一定の直線状であるので、初期のインク導入性が良く、気泡の除去時間が短くなる。
【００３５】
個別供給流路１８ｂと圧力室４と個別排出流路１９ｂが同一直線上に形成されるとさらに気泡の除去時間が短くなる効果が得られる。
【００３６】
圧力室４がヘッドに対して斜めの位置に配置されるため、ピエゾ１５も斜めに配置する必要がある。ピエゾ１５に電圧を加えて変位する寸法はピエゾの短辺方向の位置によりバラツキを持つ場合がある。
【００３７】
例として、短辺方向の中央部の変位が大きく、端部の変位が大きい場合、各インク室に対しピエゾの変位量が均一のなるように、ピエゾの中央がインク室の中央に一致するように配置する。この実施の形態は個別流路の長さによる無段階の調整が可能なため、可能である。高精密な調整ができる。
（第４の実施の形態）
図７（ａ）はインクジェットヘッド１の平面図である。図７（ｂ）は図７（ａ）で点線の丸で囲まれた屈曲部部分の拡大図である。第４の実施形態に係わるインクジェットヘッド１は、個別供給流路１８ｃと個別排出流路１９ｃの一箇所の屈曲角度θを変えることにより供給口６から各々の圧力室４の流路抵抗と各々の圧力室４から排出口７の流路抵抗をそれぞれ均一化する。
【００３８】
供給口６に近い側の個別供給流路１８ｃの屈曲角度が一番大きく、排出口７に近いほど小さく。一方、個別排出流路１９ｃの屈曲角度は、供給口６に近いほど小さく、排出口７に近いほど小さくなる。
【００３９】
屈曲角度は例えば６０°から１８０°の間で設計する。６０度より小さくすると、ヘッドが縦に大きくなってしまう。１８０°より以上は逆曲がりとなり効果がでない。
【００４０】
個別供給流路１８ｃと個別排出流路１９ｃは、例えば、ＳＵＳのプレートの接合体により形成することが可能である。
【００４１】
ＳＵＳのプレートはエッチングにより流路を形成することができ、流路を屈曲させて形成することは可能である。
【００４２】
ただし、屈曲角度θが大きすぎる場合は、エッチングによる除去が困難となるため、図７（ｂ）の拡大部に示すように屈曲部には半径０．０５ｍｍ以上のアールをつけることが望ましい。これはエッチング加工のしやすさを向上するとともに、気泡が流路の残留することを防止する。これによって各々の圧力室４の圧力を均一化する。本実施の形態では、残留振動の伝播を抑制する効果も併せ持つため、吐出回数が１秒間に１万回以上の高速吐出を実施する場合に有効である。
（第５の実施の形態）
図８（ａ）は、第５の実施の形態のインクジェットヘッドの平面図である。また、図８（ｂ）はノズルの位置とノズル毎の吐出体積との関係を示す。第５の実施形態に係わるインクジェットヘッドは個別供給流路１８ｄと個別排出流路１９ｄの長さの比率を変えることにより供給口６から各々の圧力室４の流路抵抗と各々の圧力室４から排出口７の流路抵抗を均一化する。全体長さは一定。
【００４３】
これによって各々の圧力室４の圧力をそれぞれ均一化する。しかし、この場合、１秒間に２００００回を超える高速吐出においてはインク供給流路２とインク排出流路３の壁面で反射する反射波によって、個別供給流路１８ｄと個別排出流路１９ｄの長さの比率を変更した場合において、図８（ｂ）の吐出体積線８２のように端部の体積が１０〜３０％大きくなる場合がある。
【００４４】
本実施例ではピエゾ１５の短辺方向の変位バラツキを考慮して、吐出体積の少ない中央部は変位の大きなピエゾ１５の中央と圧力室４の中央を一致させるように配置する。また吐出体積の多い端部は変位の大きなピエゾ１５の中央と圧力室４の中央をズラして配置する。
【００４５】
供給口６から、排出口７に向かって、その位置関係をずらす。中央では一致させる。これにより圧力を調整する。結果、図８（ｂ）の吐出体積線８３のように均一な吐出体積が得られる。
【００４６】
よって、吐出体積線８２は、ピエゾ１５の中央と圧力室４の中央との位置をすべての圧力室において一致させた場合の吐出体積線を示す。
【００４７】
吐出体積線８３は、ピエゾ１５の中央と圧力室４の中央との位置を圧力室の位置に応じて変化された場合の吐出体積線を示す。
【００４８】
この実施の形態はインクの循環流量が少なく、配管が短い場合や、各々の圧力室４の圧力差が小さい場合に有効である。この実施の形態では設備化した設計の自由度を確保するため、ヘッド内のノズルの位置を変えずに圧力室とノズルの相対位置を変更するため、ノズル５の並び位置はヘッド筐体８１と平行にすることができる。
（第６の実施の形態）
図９（ａ）はインクジェットヘッド１の平面図である。第６の実施形態に係わるインクジェットヘッド１は、個別供給流路１８ｅと個別排出流路１９ｅに障害物として突起９１を形成している。突起９１の数により、供給口６から各々の圧力室４の流路抵抗と、各々の圧力室４から排出口７の流路抵抗と、をそれぞれ均一化する。
【００４９】
これによって各々の圧力室４の圧力を均一化する。突起９１の大きさや形状を変えることにより流路抵抗を制御することも可能である。
【００５０】
図９（ａ）に、全体の配管の平面図を示し、図９（ｂ）に個別供給流路１８ｅ、個別排出流路１９ｅに設けられた突起９１がある部分の流路断面を示す。
【００５１】
図９（ａ）では、同じ形状の突起９１を以下のように設けている。つまり、供給口６に近い側の個別供給流路１８ｅに一番に突起９１が多く、排出口７に近いほど少なくなる。一方、個別排出流路１９ｅの突起９１は、供給口６に近いほど少なく、排出口７に近いほど多くなる。圧力の均質化ができる。
【００５２】
障害物である突起９１は圧力室作製時に、圧力室のプレートをハーフエッチングにて、除去部１０２を取り除くことで作製できる。図９（ｃ）は、圧力室のプレートの断面であり、除去部１０２を取り除いたものである。他のプレートを重ねて、図９（ｂ）となる。
【００５３】
各プレートの接合は例えば真空状態で加圧加熱する方法を用いることができる。障害物の突起９１が角部を持つ場合、角部が欠け落ちて異物となり、ノズルを詰まらせる原因となるため、障害物の突起９１の形状は円筒状が望ましい。
【００５４】
また、より大きな圧力抵抗が必要な場合や、流路部の強度向上が必要な場合は、突起９１が上面のプレートと接触するように設計することが可能である。例えば５０μｍ厚のプレートに除去部１０２を２０μｍ設けることで、高さ２０μｍの除去部１０２を形成することができる。
【００５５】
ただし、突起９１の直径を１０μｍ以下にすると、形状バラツキが大きくなり、圧力損失の均一効果が低下する。
【００５６】
突起９１がある流路において、流路の残りの断面積が１００μｍ２以下にならないことが必要である。これ以下になると循環が阻害されて不吐出が多くなる。
【００５７】
突起９１の数は制限がない。ただし、突起９１の並べ方は、流路に対して均等がよい。さらに、ボーリングのように流れ方向からみて隙間が見えないのが好ましい。これは、直接通るインクを防止し、不均一になることを防ぐ効果がある。
【００５８】
この実施の形態では、残留振動の伝播を抑制する効果も併せ持つため、吐出回数が１秒間に１万回以上の高速吐出を実施する場合に有効である。
【００５９】
なお、上記実施の形態は組み合わせることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は吐出体積のバラツキが少ないインクジェットヘッドとして有機ＥＬディスプレイなどのディスプレイデバイスの塗布工程の製造設備として利用可能であり、有機ＥＬディスプレイでは色合いのムラの少ない画面を製作することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１  インクジェットヘッド
２  インク供給流路
３  インク排出流路
４  圧力室
５  ノズル
６  供給口
７  排出口
８  供給側インクの流れ
９  排出側インクの流れ
１１  フィルタ
１２  ポンプ
１３  排出口側圧力室
１４  供給口側圧力室
１５  ピエゾ
１６  インク液滴
１７  印加電圧
１８  個別供給流路
１９  個別排出流路
１８ａ  個別供給流路
１９ａ  個別排出流路
１８ｂ  個別供給流路
１９ｂ  個別排出流路
１８ｃ  個別供給流路
１９ｃ  個別排出流路
１８ｄ  個別供給流路
１９ｄ  個別排出流路
１８ｅ  個別供給流路
１９ｅ  個別排出流路
８１  ヘッド筐体
８２  吐出体積線
８３  吐出体積線
９１  突起
１０２  除去部
【図１】
2015131475.tif 000003
【図２】
2015131475.tif 000004
【図３】
2015131475.tif 000005
【図４】
2015131475.tif 000006
【図５】
2015131475.tif 000007
【図６】
2015131475.tif 000008
【図７】
2015131475.tif 000009
【図８】
2015131475.tif 000010
【図９】
2015131475.tif 000011