(57)【要約】      （修正有）【課題】細胞などの生体粒子を含有する液体を被印刷物上に塗布する際に、ノズルの不吐出化を防止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】インクを供給する共通インク室４と、共通インク室に圧力を伝達する第一の振動板９ｂと、第一の振動板に圧力を与える第一の圧電素子１０と、共通インク室と連結され、インクを吐出するノズル５を有する複数の圧力室６と、複数の圧力室に圧力を伝達する第二の振動板９ａと、第二の振動板に圧力を与える複数の第二の圧電素子８と、を設けたインクジェット装置１を用いる。また、インクを供給する１つの共通インク室に、複数の第一の圧電素子により振動板を介して圧力を印加する工程と、共通インク室と連結され、インクを吐出するノズルを有する複数の圧力室に、複数の第二の圧電素子により、振動板を介して、圧力を印加し、インクを吐出する工程と、含むインクジェット方法を用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを供給する共通インク室と、
前記共通インク室に圧力を伝達する第一の振動板と、
前記第一の振動板に前記圧力を与える第一の圧電素子と、
前記共通インク室と連結され、前記インクを吐出するノズルを有する複数の圧力室と、
前記複数の圧力室に圧力を伝達する第二の振動板と、
前記第二の振動板に前記圧力を与える第二の圧電素子と、を含み
前記共通インク室１つに対して、複数の前記第一の圧電素子が設けられたことを特徴とするインクジェット装置。
【請求項２】
前記第一の振動板と前記第二の振動板とは、１つの振動板を構成する請求項１記載のインクジェット装置。
ことを特徴とするインクジェット装置。
【請求項３】
前記複数の圧力室と前記共通インク室を連通する複数の接続部の前記共通インク室側の入口に窪みを設けた請求項１または２記載のインクジェット装置。
【請求項４】
前記複数の第一の圧電素子は、個別に駆動することができる請求項１から３のいずれか１項に記載のインクジェット装置。
【請求項５】
前記複数の第一の圧電素子は、位相差を持って駆動することができる請求項１から４のいずれか１項に記載のインクジェット装置。
【請求項６】
塗布する前記インクには粒子が含まれている請求項１から５のいずれか１項に記載のインクジェット装置。
【請求項７】
前記粒子は、細胞であることを特徴とする請求項６のインクジェット装置。
【請求項８】
インクを供給する１つの共通インク室に、複数の第一の圧電素子により第一の振動板を介して圧力を印加する工程と、
前記共通インク室と連結され、前記インクを吐出するノズルを有する複数の圧力室に、第二の圧電素子により、第二の振動板を介して、圧力を印加し、前記インクを吐出する工程と、を含むことを特徴とするインクジェット方法。
【請求項９】
インクを供給する１つの共通インク室に、複数の第一の圧電素子により振動板を介して圧力を印加する工程と、
前記共通インク室と連結され、前記インクを吐出するノズルを有する複数の圧力室に、複数の第二の圧電素子により、前記振動板を介して、圧力を印加し、前記インクを吐出する工程と、を含むことを特徴とするインクジェット方法。
【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とインクジェット方法に関するものである。特に、粒子を含む液体を吐出し、所望のパターニングを行うインクジェット装置、インクジェット方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、細胞工学や再生医療工学技術の発展に伴い、１種類または２種類以上の細胞を平面状にパターニングして印刷物を作成する。あるいは、この平面を積層して立体的な構造物を作成する技術が求められている。
【０００３】
このようなパターニングを行うための装置として、粒子、特に、生体粒子である細胞を含んだ、液体あるいは培養液（以降この液体を粒状性インクと呼ぶことにする）を吐出することのできるインクジェット装置がある。
【０００４】
このインクジェット装置は、１つないし複数の吐出ノズルを有し、各ノズルは電気信号によって吐出を制御されている。被印刷基板とノズルとの相対的な位置変化に応じて目的のインクを被印刷物上に吐出する。このことで、被印刷物上に目的の粒状性インク（粒子を含むインク）を任意にパターニングした印刷物を作成することができる。
【０００５】
一方、インクジェット装置で吐出するインクが粒子を含んでいる場合、長時間放置しておくと、インクジェット装置内部でインク中の粒子が沈降する。結果、詰まりが発生し、不吐出になる場合がある。不吐出は勿論のこと、粒子濃度の変化が発生すると非印刷物上の液体のパターン中の粒子濃度が所望の濃度と異なってくるため好ましくない。
【０００６】
このようなインクジェット装置内部での液体中での粒子濃度の経時変化を改善する技術として、特許文献１ではインク収容部に配置された、粒状性インクに振動を与えるための圧電素子を備えたプリンタ用インクジェット装置が公開されている。
【０００７】
図９（ａ）と図９（ｂ）で、特許文献１の技術を説明する。図９（ａ）は、特許文献１のインクジェットヘッド９９の断面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ―Ａ’断面図である。
【０００８】
なお、図９（ａ）の紙面奥方向が、図９（ｂ）の右方向である。インクジェットヘッド９９は、筐体２、供給口３、共通インク室４、列設された複数のノズル５、ノズルから粒状性インク９１１（粒子を含むインク）を吐出するための圧力を発生させる圧力室６を上方に有する。さらに、インクジェットヘッド９９は、下方に、共通インク室４から分岐し、圧力室６と接続する接続部７、圧力室６に吐出のための圧力を印加する第二の圧電素子８、共通インク室４の中の粒状性インク９１１を攪拌するための圧電素子９１０、第二の圧電素子８の振動を圧力室６に伝達する第二の振動板９ａ、圧電素子９１０の振動を共通インク室４に伝達する第一の振動板９ｂを有する。
【０００９】
粒状性インク９１１は、長時間吐出していないなどによる経時により、内部の粒子が沈降し、共通インク室４下部に粒子９１２が沈降し粒子濃度の高い状態の粒状性インク９１１が生じる。
【００１０】
そこで共通インク室４に備えた圧電素子９１０に交流電流を印加することで圧電素子９１０を振動させ、その振動を、第一の振動板９ｂを通じて粒状性インク９１１に伝えることにより、経時で粒子が沈降し粒子濃度が高くなったインク収容部内部のインクの粒子９１２を攪拌し粒状性インク９１１の粒子濃度を均一化させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】実開平４−８７２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本願発明者は、図９（ａ）と図９（ｂ）の構造のインクジェットヘッド９９を作製した。供給口３より細胞を懸濁した培養液を粒状性インクとして通液し、基板上への塗布実験を行った。その結果、はじめは全てのノズルからインクの吐出が行われたが、しばらくすると吐出信号を与えているにもかかわらず、いくつかのノズル５について、吐出が行われなくなった。
【００１３】
その原因を調査したところ、吐出動作中に所望のパターンの作成のために吐出信号が与えられていない状態、即ち吐出動作を行っていない状態がしばらく続いた時、ノズル５は、その後吐出信号を与えても吐出が見られなくなっていることが分かった。
【００１４】
さらに調査を行ったところ、吐出動作中に吐出していないノズル５に連なっている接続部７の入口には吐出動作中であっても既に粒状性インク９１１が沈降、凝集してしまっていることが分かった。
【００１５】
そこで、共通インク室４内部の粒状性インク９１１を攪拌するための圧電素子９１０を、吐出動作中に、同時に駆動させて、粒状性インク９１１を攪拌させながらの塗布動作を試みた。しかし、圧電素子９１０が共通インク室４内部の粒状性インク９１１全体を攪拌してしまうため、共通インク室４内部の圧力変動が大きく、圧力室６の圧力変化に対してノイズを与えてしまった。結果、インクの吐出動作が安定しなくなった。
【００１６】
従来の粒状性インク９１１は、例えば、顔料分散インクなどであり、その粒子径が１０ｕｍ以下、典型的には１ｕｍ以下のような非常に小さいサイズのものであった。そのため、上記問題は発生せず、問題にはならなかったものである。
【００１７】
しかし、この発明の対象である粒状性インク９１１は、細胞からなり、その粒子径は１０ｕｍないし５０ｕｍ程度であるため非常に沈降しやすく、当然ながら顔料粒子のように微細化をすることもできない。
【００１８】
また、印刷物を作成するための吐出に要する時間程度の短い時間スケールであっても細胞同士が隣接し合っていると細胞間の相互作用で接着、凝集が発生するため、その間に吐出が行われていないノズルの接続部７のような微細流路で特に詰まりが発生しやすい。
【００１９】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、インクジェット装置を用いて細胞などの生体粒子を含有する液体を被印刷物上に塗布する際に、ノズルの不吐出化を防止することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために、インクを供給する共通インク室と、共通インク室に圧力を伝達する第一の振動板と、第一の振動板に圧力を与える第一の圧電素子と、共通インク室と連結され、インクを吐出するノズルを有する複数の圧力室と、複数の圧力室に圧力を伝達する第二の振動板と、第二の振動板に圧力を与える複数の第二の圧電素子と、を設けたインクジェット装置を用いる。
【００２１】
インクを供給する１つの共通インク室に、複数の第一の圧電素子により第一の振動板を介して圧力を印加する工程と、共通インク室と連結され、インクを吐出するノズルを有する複数の圧力室に、第二の圧電素子により、第二の振動板を介して、圧力を印加し、インクを吐出する工程と、を含むインクジェット方法を設ける。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のインクジェット装置を用いることにより、細胞などの生体粒子の塗布を行う場合でもノズルの不吐出化を防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（ａ）実施の形態１におけるインクジェットヘッドの模式図、（ｂ）図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図
【図２】（ａ）実施の形態１における第二の圧電素子の断面図、（ｂ）本発明の実施の形態１における第二の圧電素子の斜視図
【図３】（ａ）実施の形態１における複数の第一の圧電素子の断面図、（ｂ）実施の形態１における第二の複数の圧電素子の斜視図、（ｃ）従前の技術によるインクジェット装置の圧電素子の斜視図
【図４】（ａ）実施の形態１のインクジェットヘッドの模式図、（ｂ）（ａ）の断面図、（ｃ）（ａ）において、駆動チャンネルを駆動させたときの断面図、（ｄ）（ａ）において、駆動チャンネルの駆動に続いて駆動チャンネルを駆動させたときの断面図、（ｅ）（ａ）において、駆動チャンネル３５ｍまで駆動させたときの断面図、（ｆ）（ａ）において、駆動チャンネルの駆動を元に戻したときの断面図、（ｇ）（ａ）において、駆動チャンネル３５１と３５２を駆動させたときの断面図
【図５】（ａ）実施の形態２におけるインクジェットヘッドの模式図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ’断面図
【図６】（ａ）実施の形態３におけるインクジェットヘッドの模式図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ’断面図
【図７】（ａ）実施の形態のインクジェットヘッドを搭載したインクジェット装置の印刷を示す模式図、（ｂ）（ａ）の後、塗布エリアの残りの部分を印刷する様子を示す模式図
【図８】（ａ）実施の形態のインクジェットヘッドを搭載したインクジェット装置がディッシュ上に印刷する様子を示す模式図、（ｂ）（ａ）の後、塗布エリアの残りの部分を印刷する様子を示す模式図
【図９】（ａ）従前の技術によるインクジェット装置の模式図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ’断面図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１（ａ）〜図４（ｇ）は、実施の形態１を示している。
【００２５】
図１（ａ）は、実施の形態１のインクジェット装置に用いられるインクジェットヘッド１の正面図で、図１（ｂ）はインクジェットヘッド１のＡ−Ａ’断面図である。なお、図１（ａ）の紙面奥方向が図１（ｂ）の右方向である。
【００２６】
インクジェットヘッド１の上部は、筐体２、供給口３、共通インク室４、列設された複数のノズル５、ノズルからインクを吐出するための圧力を発生させる圧力室６を有する。
【００２７】
インクジェットヘッド１の下部は、共通インク室４から分岐し圧力室６と接続する接続部７、圧力室６に吐出のための圧力を印加する第二の圧電素子８、第二の圧電素子８の振動を圧力室６に伝達する第二の振動板９ａ、共通インク室４の中の粒状性インク１１を攪拌するための第一の圧電素子１０、を有する。また、第一の圧電素子１０の振動を共通インク室４、に伝達する第一の振動板９ｂを含む。
【００２８】
なお、第一の圧電素子１０は、従来の圧電素子９１０とは異なる構造である（後述）。また、本実施の形態において、共通インク室４、ノズル５、圧力室６、接続部７をまとめてインク流路と呼ぶことにする。
【００２９】
＜筐体２＞
実施の形態の筐体２は、インクをインクジェットヘッド内に供給する供給口３、供給されたインクを貯留しておく共通インク室４、被印刷基板上に粒状性インク１１を吐出する複数のノズル５、この複数のノズルに接続し、インクを吐出するための圧力を発生させるノズル数に応じた数の圧力室６、共通インク室４から分岐し、複数の圧力室６と接続する接続部７で形成されている。
【００３０】
筐体２の材質は、吐出するインクに侵されないものであれば、特に制約はなく、ステンレスなどの金属、ガラスやシリコンなどの無機材料、樹脂などの有機材料を用いることができる。しかし、インク流路である共通インク室４や、ノズル５、圧力室６、接続部７などでインク詰まりが発生していないかどうかを確認するために、内部が可視化できることが好ましい。このため、ガラスや透明樹脂などの透光性のある材料を用いることが好ましい。また、加工のしやすさを考慮すると透明な樹脂で構成されることが好ましい。
【００３１】
透明な樹脂としては、ＰＭＭＡなどのアクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィン樹脂などを挙げることができる。
【００３２】
さらに、作成したインクジェットヘッド１のインク流路にインクを通液する前には、インクジェットヘッド１を滅菌する必要がある。このため、滅菌のための薬品に耐える、あるいは、オートクレーブ滅菌の熱に耐える必要がある。また、インクジェットヘッド１内部の細胞を顕微鏡などで観察する必要が生じた場合、細胞とレンズの間の物質に蛍光性が少ないことが好ましい。これらの耐熱性、耐薬品性、低自家蛍光性といった要求特性を満たせる材料の例として、シクロオレフィン樹脂を挙げることができるがこれに限定されるものではない。
【００３３】
また、筐体２にインク流路を加工する方法としては、切削加工、射出成型加工、インプリント法、注形加工、レーザ加工、ドリル加工、光造形、３Ｄプリンタによる加工など、任意の加工方法を選ぶことができる。
【００３４】
また、図１（ｂ）では、筐体２は、筐体２ａ、筐体２ｂと分割して第二の振動板９ａ、第一の振動板９ｂを挟む形で両側に配置されている。このうち、筐体２ｂ、即ち、図１（ａ）でいうと紙面奥側の部分には、インク流路は形成されておらず、筐体の強度確保などの必要に応じて配置すればよい。また、配置する場合も筐体２ａと同じ材料、加工方法でなくとも良い。
【００３５】
また、インク流路内部には、例えばＭＰＣポリマーのような細胞の付着を阻害するコーティングを施すこともできる。
【００３６】
＜供給口３＞
供給口３は、外部よりチューブ（図示せず）などを介して共通インク室４に粒状性インク１１を注入するときに使用する。インク注入を行っていないときは弁などによって封止し、外界からの圧力を受けない形にしても良いし、あるいは大気開放、圧力ポンプへの接続を行っていても良い。なお、図１（ａ）では供給口３が１つであるが、供給口３を複数設置しても良い。供給口３を複数設置することで、インクパージ時のインク排出口、エア抜き口、インク循環を行う場合のインクの出入り口とすることができる。
【００３７】
＜第二の振動板９ａ、第一の振動板９ｂ＞
筐体２に貼り合わされることでインク流路の１つの面を形成している第二の振動板９ａと第一の振動板９ｂは、薄い樹脂板あるいはニッケルの電鋳膜などの金属薄板によって形成することができる。
【００３８】
第二の振動板９ａ、第一の振動板９ｂと筐体２とは、熱硬化型接着材、２液混合型接着材、紫外線硬化型接着材などの接着材、あるいは熱圧着、レーザ圧着、超音波圧着などによって貼り合わせることができる。このうち、熱圧着によって貼り合わせる場合、第二の振動板９ａ、第一の振動板９ｂと筐体２のガラス転移点が同じ、あるいは近いことが好ましいため、第二の振動板９ａ、第一の振動板９ｂの材質と筐体２の材質を同じにすることが好ましい。
【００３９】
＜第二の圧電素子８＞
第二の圧電素子８については、図２（ａ）、図２（ｂ）で説明する。図２（ａ）は、図１（ｂ）と同じ方向からみた第二の圧電素子８の断面模式図であり、図２（ｂ）は第二の圧電素子８の斜視図である。図１（ａ）のＡ−Ａ’断面は、図２（ｂ）では点線で図示された断面２０の面になる。なお、見やすくするために図２（ｂ）では第二の振動板９ａの図示を省略している。
【００４０】
図２（ａ）において、第二の圧電素子８は、内部電極２１ａ、内部電極２１ｂを形成したチタン酸ジルコン酸鉛などの圧電体２２を積層した後、積層した圧電体２２の層の側面のうち、内部電極２１ａ、２１ｂが対向して露出する両面にそれぞれ表面電極２３と裏面電極２４を形成し、基台２９上に固定したものである。
【００４１】
入力信号に応じて第二の圧電素子８が圧力室６と貼り合わされている第二の振動板９ａを振動させる。
【００４２】
図２（ｂ）において、第二の圧電素子８は、複数のノズルの数に応じた駆動チャンネル２５ａ、駆動チャンネル２５ｂが交互に列設されており、各々のチャンネルの間には溝２６が存在している。溝２６は第二の圧電素子８を一体で形成した後、上記複数のチャンネルを分割するためにダイシング加工を行う際に形成されるものであり、各々の駆動チャンネル２５ａ、駆動チャンネル２５ｂ間はこの溝２６により離間絶縁されている。
【００４３】
また、駆動チャンネル２５ａは、接続電極２７が接続されている。駆動チャンネル２５ａは、図１（ｂ）の圧力室６と対向している位置の第二の振動板９ａと貼り合わされる。駆動チャンネル２５ｂは、接続電極２７が接続されておらず、図１（ａ）に示すように、隣接した２つの圧力室６の間に配置される。この２つの圧力室６を仕切っている筐体２の部分と対向している箇所に位置する第二の振動板９ａと貼り合わされ、ダミーチャンネルとなる。
【００４４】
即ち、駆動チャンネル２５ａの数は複数のノズル５の数に等しく、ダミーの駆動チャンネル２５ｂの数は複数のノズル５の数より１つ以上多い。
【００４５】
また、駆動チャンネル２５ａ、２５ｂ、溝２６の幅は、圧力室６の幅と設置間隔によって適切に設定されるが、駆動チャンネル２５ｂの幅は駆動チャンネル２５ａの幅と異なっていても良い。
【００４６】
また、図２（ｂ）の表面電極２３の４辺のうち、接続電極２７の根元方向（図２（ｂ）の紙面下方）の辺には斜め状や矩形状などの切り欠き部２８が研削加工により形成されている。切り欠き部２８と溝２６によって表面電極２３は電気的に分離され、駆動チャンネル２５ａ、ダミーの駆動チャンネル２５ｂを形成し、切り欠き部のない裏面電極２４は電気的に接続されて共通電極となっている。
【００４７】
＜第一の圧電素子１０＞
第一の圧電素子１０については、図３（ａ）〜図３（ｃ）で説明する。図３（ａ）は、図１（ｂ）と同じ方向からみた第一の圧電素子１０の断面模式図であり、図３（ｂ）は、第一の圧電素子１０の斜視図である。図１（ａ）のＡ−Ａ’断面は、図３（ｂ）では点線で図示された断面３０の面になる。なお、図３（ｂ）では、第一の振動板９ｂの図示を省略している。
【００４８】
図３（ｃ）は、従来の図９（ａ）のＡ−Ａ’断面図であり、従来の構造のインクジェットヘッド９９の圧電素子９１０の斜視図である。
【００４９】
図３（ａ）における第一の圧電素子１０の内部電極３１ａ、内部電極３１ｂ、圧電体３２、表面電極３３、裏面電極３４、基台３９の構成、作製方法は、第二の圧電素子８と同様である。第二の圧電素子８同様、基台３９側の振動は固定され、共通インク室４と貼り合わされている第一の振動板９ｂのみが振動する。
【００５０】
第一の圧電素子１０の振動面の合計の大きさは共通インク室４のサイズと同等程度であれば特に制限はなく、圧電体３２の厚み、積層数、表面電極３３、裏面電極３４の表裏の向き、同一入力電圧に対する振動の大きさは第二の圧電素子８と同じでも異なっていても良い。
【００５１】
図３（ｂ）において、第一の圧電素子１０は、複数の駆動チャンネル３５が列設されており、各々のチャンネルの間には溝３６が存在している。溝３６はダイシングにより形成されており、第二の圧電素子８の溝２６も同様である。
【００５２】
溝３６により、複数の駆動チャンネル３５は離間絶縁されている。また、ダミーチャンネルを有する第二の圧電素子８とは異なり、溝３６により分離されている駆動チャンネル３５の各々には接続電極３７が接続されて図１（ｂ）の共通インク室４と対向している位置の第一の振動板９ｂと貼り合わされて駆動チャンネル３５となる。
【００５３】
各々の駆動チャンネル３５には接続電極３７を介して図示しない信号入力装置より駆動電圧が印加され、各々の駆動チャンネル３５は独立に駆動することができる。
【００５４】
また、駆動チャンネル３５のうち、あるチャンネルに駆動電圧が印加されている間に、更に別のチャンネルに異なるタイミングで駆動電圧を印加することができる。すなわち、個々のチャンネルの位相を変えて駆動することが可能である。
【００５５】
この駆動チャンネルの数は、複数であれば第二の圧電素子８の駆動チャンネルの数と同じでも良いし、異なっていてもよい。
【００５６】
切り欠き部３８は図３（ｂ）で示すような斜め形状あるいは矩形状などをしており、第一の圧電素子１０をダイシング加工して溝３６を形成する前に研削加工などによって形成される。
【００５７】
一方、図３（ｃ）に示された従前の構造のインクジェットヘッド９９の圧電素子９１０は、内部電極、圧電体、表面電極、裏面電極、基台の構成、作成方法は図３（ａ）、図３（ｂ）に示した第一の圧電素子１０と同様であるが、溝３６が存在しておらず、チャンネル９３５は一つである。
【００５８】
チャンネル９３５は一つなので、接続電極９３７も一つでよいが、チャンネル９３５はインク室全体を振動させるため、チャンネル９３５のサイズは大きくなり、駆動に必要な電流量が多くなる。そのため、電圧降下対策として接続電極９３７は同じチャンネル９３５に対して複数存在しても良い。
【００５９】
チャンネル９３５が一つのため、圧電素子９１０は一つの駆動電圧の入力に対して、全体で振動し、図９（ｂ）の第一の振動板９ｂを介して共通インク室４全体を一様に振動させ、内部の粒状性インク１１全体を攪拌する機能を有している。
【００６０】
以下、図１（ａ）、図１（ｂ）を用いて、インク流路を形成する共通インク室４、ノズル５、圧力室６、接続部７の構成について説明する。
【００６１】
＜ノズル５＞
インク流路の一部であるノズル５は、直接筐体に形成しても良いし、圧力室６の下流側に接続口を形成し、別途、ノズル５を形成したノズルプレート、筐体２の下部に設置し、この接続口を通じて、圧力室６と接続することで形成することもできる。
【００６２】
実施の形態のインクジェット装置のノズル５は複数であるが、２以上であればその数は特に制限はないが、隣接するノズル５の間の間隔にもよるが、あまりノズル数が多すぎると筐体２のサイズが増大する。実施の形態のインクジェット装置が印刷して作製する対象物は生体試料であり、そのサイズは１ないし２０ｃｍ程度である。従って、ノズル数が多すぎると被印刷物のサイズに対して適切でなくなるため好ましくない。ノズル５の数は２ないし２００、典型的には２ないし５０である。
【００６３】
また、ノズル５の直径（ノズル断面が円形でない場合は円とみなしたときの直径）は、２０ないし１５０ミクロン、典型的には３０ないし１００ミクロンである。直径がこれよりも小さいと細胞の詰まりが発生する。これより大きいと、インクが垂れる、あるいは、吐出が安定しなくなるなどの不具合が発生する。ノズル５の直径はインク粘度、粒状性インク中の細胞のサイズ、濃度、塗布量などに応じて適切に設定される。
【００６４】
ノズル５の加工方法は、ドリルによる加工、針状の金型を押し込んで形成する方法、レーザによる方法、また、筐体２に溝状の加工を施し、第二の振動板９ａ貼り合わせることで溝の表面との間で管を形成する方法、などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００６５】
＜圧力室６＞
インク流路の一部である圧力室６は筐体２の接続部７の下流とノズル５の間に形成され、１つの面（図１（ａ）では紙面奥側の面）には第二の振動板９ａが貼り合わされており、この第二の振動板９ａを介した第二の圧電素子８の振動により圧力室６内部の粒状性インク１１に圧力を印加することができる。
【００６６】
＜接続部７＞
インク流路の一部である接続部７は、共通インク室４から複数の圧力室６にインクを分配する機能を持つと共に圧力室６で発生した吐出のための圧力が共通インク室４側に逃げることを防止する機能も有する。そのため、接続部７の中で最も断面積が小さい箇所は圧力室６の断面積よりも小さく設計されるが、あまり断面積が小さすぎると粒状性インク１１中の細胞の詰まりを引き起こすため、インク中の細胞のサイズや濃度に応じて適切に設定される。
【００６７】
＜共通インク室４＞
インク流路の一部である共通インク室４は、供給口３より供給された粒状性インク１１を貯留しておくと共に、接続された複数の接続部７に粒状性インク１１を分配、供給する機能を有している。共通インク室４の１つの面（図１（ａ）では紙面奥側の面）には、第一の振動板９ｂが貼り合わされている。この第一の振動板９ｂを介して配置されている複数の第一の圧電素子１０の複数の駆動チャンネル３５の振動により、共通インク室４内部の粒状性インク１１を揺動させることができる。
【００６８】
＜プロセス＞
図４（ａ）〜図４（ｇ）を用いて、駆動チャンネル３５の振動を用いたノズルの不吐出化防止機構について説明する。
【００６９】
図４（ａ）は、図１（ａ）のノズル５、圧力室６、接続部７、第一の圧電素子１０にチャンネル名を与えたものである。紙面左側からノズル５１、５２、・・・５ｎ、５（ｎ＋１）・・・、圧力室６１、６２、・・・６ｎ、６（ｎ＋１）・・・、接続部７１、７２、・・・７ｎ、７（ｎ＋１）・・・がそれぞれ接続された状態で形成されている。また、第一の圧電素子１０にも駆動チャンネル３５１、３５２、・・・３５ｍ、３５（ｍ＋１）・・・が形成されている。
【００７０】
ただし、ノズル５、圧力室６、接続部７のピッチと、駆動チャンネル３５のピッチは、等しくても異なっていても良い。そのため、紙面左からｎ番目のノズル５ｎ、圧力室６ｎ、接続部７ｎの直上に駆動チャンネル３５ｎが配置されているとは限らず、ここでは左からｎ番目のノズル５ｎ、圧力室６ｎ、接続部７ｎの直上には駆動チャンネル３５ｍが配置されているものとする。
【００７１】
例えば、第二の圧電素子８と第一の圧電素子１０に同一形状の圧電素子を用いた場合、
第二の圧電素子８のダミーチャンネルも、第一の圧電素子１０においては、駆動チャンネルとするとことができる。このことで、左からｎ番目のノズル５ｎ、圧力室６ｎ、接続部７ｎの直上には駆動チャンネル３５（２ｎ−１）、３５（２ｎ）が配置される。
【００７２】
図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ’断面図であり、紙面奥方向に図４（ａ）の供給口３が位置する向きから見た図である。また、第一の圧電素子１０の各駆動チャンネル３５ｍには０から最大電圧をかけるに従って伸びる方向に変位し、駆動チャンネル３５ｍ直上に位置する部分の第一の振動板９ｂを押し上げることができる。
【００７３】
また、０から最大電圧の間の電圧を予め与えておいて、その電圧から電圧を大小に変化させることで、駆動チャンネル３５ｍ直上に位置する部分の第一の振動板９ｂを押し上げることも引き下げることもできる。
【００７４】
ここで、例として、このインクジェットヘッド１に細胞を含んだ粒状性インク１１を入れ、このインクジェットヘッド１のノズルのうち、ノズル５（ｎ＋１）以降のノズル５（ｎ＋１）、５（ｎ＋２）・・・、つまりヘッドの右側の領域のノズルだけを用いて基板上に塗布動作を行わせる場合を示す。
【００７５】
まず、図４（ａ）の供給口３よりインクを注入すると、共通インク室４に粒状性インク１１が満たされ、図４（ａ）、図４（ｂ）の粒状性インク１１のように共通インク室４内部には粒子が均一に分布する。
【００７６】
まず、この状態で第一の圧電素子１０を使用せずにインクジェットヘッド１のノズルのうち、ノズル５（ｎ＋１）、５（ｎ＋２）・・・から吐出を行わせる。すると、共通インク室４の粒状性インク１１のうち接続部７（ｎ＋１）、７（ｎ＋２）・・・直上の粒状性インク１１のみが接続部７（ｎ＋１）、７（ｎ＋２）・・・に流れ込み、共通インク室４内部のうち右側には液の流れが発生、供給口３から新たな粒状性インク１１が供給される。しかし、接続部７１、７２、・・・、７ｎの直上の粒状性インク１１は静止したままである。
【００７７】
図４（ｃ）は、ノズル５（ｎ＋１）、５（ｎ＋２）・・・から吐出を行わせているときの図４（ｂ）の状態で、第一の圧電素子１０を作用させたものである。
【００７８】
接続部７１、７２、・・・、７ｎの直上の粒状性インク１１が静止している状態で、図４（ｃ）の駆動チャンネル３５１を押し上げる。すると、第一の振動板９ｂを介して駆動チャンネル３５１直上の粒状性インク１１に正の圧力が加わり、駆動チャンネル３５２側に押し出され、近傍の細胞４１は右側に移動する。
【００７９】
図４（ｄ）は、図４（ｃ）から、さらに、駆動チャンネル３５２を押し上げたものである。図４（ｃ）同様、第一の振動板９ｂを介して駆動チャンネル３５２直上の粒状性インク１１に正の圧力が加わり、駆動チャンネル３５３側に押し出され、近傍の細胞４１は右側に移動する。
【００８０】
同様に、駆動チャンネル３５４、３５５・・・と順次押し上げていくと、都度、粒状性インク１１の細胞が右側に移動する。
【００８１】
このように第一の圧電素子１０の駆動チャンネルを順次押し上げ、駆動チャンネル３５ｍまで押し上げた状態が図４（ｅ）である。
【００８２】
駆動チャンネル３５１から３５ｍまで順次押し上げることで、第一の振動板９ｂを介して直上の粒状性インク１１に正の圧力が加わり、駆動チャンネル３５（ｍ＋１）側に押し出され、近傍の細胞４ｍは右側に移動する。つまり、細胞４ｍは、共通インク室４の右側に移動し、図４（ａ）の接続部７１、７２、・・・、７ｎから圧力室側に流れ込む。
【００８３】
図４（ｆ）は、図４（ｅ）からさらに駆動チャンネル３５１を引き下げたものである。
駆動チャンネル３５１を引き下げることで、第一の振動板９ｂを介して駆動チャンネル３５１直上の粒状性インク１１に負の圧力が加わり、駆動チャンネル３５２側からインクを引き込み、一部は図４（ａ）の供給口３側からもインクが引き込む。さらに駆動チャンネル３５２、３５３、・・・、３５ｍまで順次引き下げることで、都度、供給口３からインクを引き込み、図４（ｂ）の状態に戻る。
【００８４】
このように、従来とは異なる複数の第一の圧電素子１０により、図４（ｂ）から図４（ｆ）の動作を繰り返すことで、静止していた接続部７１、７２、・・・、７ｎの直上の粒状性インク１１を接続部７（ｎ＋１）、７（ｎ＋２）・・・直上に移動させ、接続部７（ｎ＋１）、７（ｎ＋２）・・・を通じてノズル５（ｎ＋１）、５（ｎ＋２）・・・より吐出させることができる。このため、接続部７１、７２、・・・、７ｎの直上の粒状性インク１１の細胞が凝集、沈降することが無く、その後図４（ａ）のノズル５１、５２・・・５ｎに吐出信号を送っても不吐出になることがない。
【００８５】
また、図４（ａ）〜図４（ｆ）の第一の圧電素子１０は吐出を行っていないノズルに接続される接続部７１、７２、・・・、７ｎとその近傍のみに、選択的に圧力を加えることができる。さらに、各駆動チャンネルは時間軸的に分散して駆動しているために共通インク室４内部の圧力変動が小さく、吐出動作への影響が小さい。
【００８６】
なお、図４（ｂ）から図４（ｆ）の動作では駆動チャンネル３５１から３５ｍまですべて、押し上げてから駆動チャンネル３５１を引き下げているが、駆動チャンネル３５ｍを押し上げる前に、ある程度の駆動チャンネルを押し上げた段階で駆動チャンネル３５１から引き下げ始めても構わない。さらに、その状態で、駆動チャンネル３５ｍまで押し上げきる前に、一旦引き下げた駆動チャンネル３５１から順次、再度押し上げても構わない。逆に、駆動チャンネル３５１から３５ｍまですべて押し上げてから一定時間経過させてから駆動チャンネル３５１を引き下げてもよい。即ち、駆動チャンネル３５１から３５ｎまで順次押し上げるまでの時間（駆動チャンネル群の振動周期）とある１つのチャンネルが駆動する周期（個別の駆動チャンネルの振動周期）の大小関係に特に制約はない。
【００８７】
さらに、図４（ｂ）から図４（ｆ）の動作では、駆動チャンネル３５１から３５ｍまですべて押し上げの駆動を行っている例を示したが、上述のように駆動チャンネルに予め電圧をかけておき、その電圧を下げることで第一の振動板９ｂを引き下げて共通インク室４に負の圧力を与えることができる。
【００８８】
そこで、図４（ｇ）のように駆動チャンネル３５１を押し上げると同時に、あるいは、実質的に同時に、隣接する駆動チャンネル３５２を引き下げることもできる。このように駆動すると、駆動チャンネル３５１の直上には正の圧力が発生し、隣接する駆動チャンネル３５２の直上には負の圧力が発生するため、粒状性インク１１を効率よく駆動チャンネル３５２側に移動させることができる。さらに、正負の圧力が近傍で同時に発生し、相殺するため、共通インク室４内部全体での圧力変動がさらに小さくなり、より好ましい。
【００８９】
また、上述の例ではヘッドの右側のノズルだけを吐出させるための第一の圧電素子１０の駆動手順を示した。しかし、吐出ノズルのパターンはこれだけではなく、例えば、ヘッド中央部のノズルだけを吐出させるために第一の圧電素子１０の両サイドの駆動チャンネルを左右対称に駆動することもできる。よって、駆動チャンネルの駆動手順は上述の例に限定されるものではない。また、第一の圧電素子１０に印加する駆動電圧波形には特に制限は無く、正弦波、三角波、矩形波などを印加することができる。
以上により、実施の形態１は本願の課題を解決するものである。
【００９０】
（実施の形態２）
図５（ａ）ないし図５（ｂ）は、実施の形態２を示している。図５（ａ）は、実施の形態２のインクジェット装置に用いられるインクジェットヘッド５０１の正面図である。図５（ｂ）は、インクジェットヘッド５０１のＡ−Ａ’断面図である。なお、図５（ａ）の紙面奥方向が、図５（ｂ）の右方向である。
【００９１】
実施の形態１と振動板５０９が異なる。２つの振動板が、１つの振動板となっている。インクジェットヘッド５０１は、その上部に、筐体５０２、供給口５０３、共通インク室５０４、列設された複数のノズル５０５、１つの面が共通インク室５０４の一つの面と同一平面上にある圧力室５０６を有する。インクジェットヘッド５０１は、その下部に、共通インク室５０４から分岐し、圧力室５０６と接続する接続部５０７、圧力室５０６に吐出のための圧力を印加する第二の圧電素子５０８、共通インク室４の中の粒状性インク５１１を攪拌するための複数の第一の圧電素子５１０、第二の圧電素子５０８および複数の第一の圧電素子５１０の振動をそれぞれ圧力室５０６、共通インク室５０４に伝達する、振動板５０９を有する。
【００９２】
図５（ａ）のように、共通インク室５０４の一つの面と、圧力室５０６の１つの面とを同一平面上（図５（ａ）では紙面奥方向の面）に配置する。このことで、図５（ｂ）に示すように、共通インク室５０４と圧力室５０６の両方に圧力を伝達することのできる振動板５０９を配置することが可能になる。
【００９３】
振動板５０９の共通インク室５０４に相当する部分に、第一の圧電素子５１０が位置する。振動板５０９の圧力室５０６に相当する部分に、第二の圧電素子５０８が位置する。
【００９４】
実施の形態２とすることで、インクジェットヘッド５０１は第二の圧電素子８、第一の圧電素子１０の２つの圧電素子を有しながらも振動板５０９を合一とすることができ、インクジェットヘッド５０１の製造工程を簡略化しつつも実施の形態１と同等の機能を有することができる。
【００９５】
（実施の形態３）
図６（ａ）ないし図６（ｂ）は第三の態様を示している。図６（ａ）は、第三の態様のインクジェット装置に用いられるインクジェットヘッド６０１の正面図である。図６（ｂ）は、インクジェットヘッド６０１のＡ−Ａ’断面図である。なお、図６（ａ）の紙面奥方向が図６（ｂ）の右方向である。
【００９６】
実施の形態１，２と異なり、窪み６０７ｂが特徴である。
【００９７】
インクジェットヘッド６０１は、その上部に、筐体２、供給口３、共通インク室４、列設された複数のノズル５、１つの面が共通インク室４の一つの面と同一平面上にある圧力室６を有する。インクジェットヘッド６０１は、その下部に、共通インク室４から分岐し圧力室６と接続される接続部６０７ａと、接続部６０７ａの共通インク室４側に設けられた窪み６０７ｂと、圧力室６に吐出のための圧力を印加する第二の圧電素子８と、共通インク室４の中の粒状性インク１１を攪拌するための複数の第一の圧電素子１０と、を有する。さらに、第二の圧電素子８および複数の第一の圧電素子１０の振動を、それぞれ圧力室６と、共通インク室４と、に伝達する振動板５０９と、有する。
【００９８】
実施の形態２の図５（ａ）の共通インク室４の内部において、粒状性インク１１は、第一の圧電素子１０によって揺動している。このため、接続部７の近傍の粒状性インク１１に含まれる細胞の量は、常に変動している。場合によっては、瞬間的に吐出に必要な濃度を下回ってしまう可能性がある。
【００９９】
そこで、第三の実施の態様のように、図６（ａ）の接続部６０７ａの共通インク室４側の入口に、内部の粒状性インク１１が揺動の影響を受けにくくすることができる、窪み６０７ｂを設け、一定量の粒状性インク１１をバッファとして貯留しておくことで、第一の圧電素子１０によって揺動されている共通インク室４から接続部６０７ａに流れ込む細胞の濃度の時間的ばらつきを緩和することができる。
【０１００】
窪み６０７ｂのサイズは、幅がノズルピッチより小さいという以外に特に制限はないが、あまり小さすぎると、バッファとしての機能が発揮されない。また、あまり大きすぎると、吐出に用いていないチャンネルに接続されている窪み６０７ｂ内で細胞の沈降、凝集が起きてしまうため好ましくない。
【０１０１】
窪み６０７ｂの幅方向（ノズル列方向）のサイズは、典型的には０．１ないし２ミリメートルである。窪み６０７ｂの深さ方向（接続部方向）のサイズは、幅方向のサイズの０．１ないし１０倍程度であるが、これに限定されるものではない。
【０１０２】
また、窪み６０７ｂの形状にも特に制約は無く、共通インク室４側の入口は図６（ａ）の左右方向、及び図６（ｂ）の左右、即ち、図６（ａ）の奥行方向に広がりを持つことができ、その形状も四角錐、半円錐、直方体、半円柱、半ラッパ状、半釣鐘状など、任意の形状で構成してよい。
【０１０３】
（実施の形態４）
図７（ａ）ないし図７（ｂ）は、第１ないし第３の実施の形態で示されたインクジェットヘッド１を搭載したインクジェット装置の模式図である。
【０１０４】
図７（ａ）において、インクジェットヘッド１は、インクタンク７０３より、配管７０２を通じてインク供給を受け、ステージ（図示せず）上に配置された被印刷基板７０４の上の塗布エリア７０５に粒状性インクを吐出し、ステージのスキャン方向７０７の相対移動によって、印刷パターン７０６を形成している。塗布エリア７０５の幅がインクジェットヘッド１の塗布幅よりも広い場合、図７（ａ）の段階ではインクジェットヘッド１の塗布幅全体、即ち、インクジェットヘッド１の全ノズルから吐出を行って印刷パターン７０６を形成する。
【０１０５】
しかし、塗布エリア７０５の幅がインクジェットヘッド１の塗布幅よりも広い。このため、図７（ｂ）のように一度に印刷できなかった塗布エリア７０５の残りの部分を印刷する場合、塗布エリア７０５の残りの幅が、インクジェットヘッド１の塗布幅よりも狭くなる。この結果、インクジェットヘッド１のうち、領域７０８の右側のノズルのみで残りの印刷パターン７０６の塗布を行い、領域７０８の左側のノズルは吐出動作を行わない。
【０１０６】
印刷パターンで形成する目的物が、例えば、フラットパネルディスプレイや紙上のドキュメント、画像など、印刷サイズがある程度一定のものを印刷し続けるという目的の印刷装置であれば、設計の段階で塗布エリアの幅に応じて塗布幅に無駄が無いようにインクジェットヘッドの塗布幅を設計することができる。
【０１０７】
しかし、細胞工学や再生医療工学の分野における印刷パターンの目的物、例えば、細胞シートのサイズはその都度変化するため、予め最適なインクジェットヘッドの塗布幅を設計することができない。そのため、印刷動作において一時的に吐出に使用されないノズルが頻繁に発生する。
【０１０８】
また、第一ないし第三の態様によるインクジェットヘッド１を搭載したインクジェット装置を用いることで、一時的に吐出に使用されないノズルが不吐出化しないため有用である。
【０１０９】
また、図７（ａ）ないし図７（ｂ）において、被印刷基板の例として一般的な被印刷物の形状である平面の四角形状にしている。しかし、細胞工学や再生医療工学の分野における被印刷基板７０４は、例えば、シャーレ、ディッシュ、ウェルなど、側壁を有した円形、即ち底面のある浅い円筒状をしている場合が多い。
【０１１０】
例として、図８（ａ）のように円形のディッシュ８０４の底面の塗布エリア８０５に印刷する場合を示す。
【０１１１】
ディッシュ８０４の直径よりも小さいインクジェットヘッド１を、挿入して底面に近接させ、ディッシュ８０４の中心を軸として図示しないステージで回転方向８０７のように回転させる。このことで、ディッシュ８０４の底面の塗布エリア８０５に同心円状に円形の印刷パターン８０６を作成することができる。
【０１１２】
さらに、インクジェットヘッド１の塗布幅が、塗布エリア８０５より狭い場合、図８（ｂ）のように、インクジェットヘッド１をディッシュ８０４の中で側壁に触れない範囲で、外側にずらして領域８０８の外側（図８（ｂ）における紙面左側）の領域のノズルのみを使って塗布エリア８０５の残りの部分を印刷することができる。
【０１１３】
このように同心円状に塗布を行う場合、ディッシュ８０４の回転軸中心とノズルの距離によって印刷速度が異なり、ノズルごとにインク吐出量も異なってくる。即ち、ディッシュ８０４の回転軸中心に近いノズルは周速が遅く、単位時間あたりのインク吐出量が、回転軸中心から離れているノズルと比較して少なくなる。このため、ディッシュ８０４の回転軸中心に近いノズル直上の共通インク室において粒状性インクの流動が少なくなるため沈降・凝集が発生しやすい。
【０１１４】
従って、実施の形態のインクジェットヘッド１を搭載したインクジェット装置は、共通インク室において、粒状性インクの沈降・凝集を防止できるため、細胞工学や再生医療工学の分野におけるインクジェット装置として有用である。
【０１１５】
このように、第一ないし第四の態様で示されたインクジェットヘッドを搭載したインクジェット装置は、粒子、特に生体粒子である細胞を含んだ粒状性インクの印刷に好適に用いられるものである。
【０１１６】
なお、粒状性インクに含まれる粒子の例としては、細胞、菌類などの真核生物、細菌などの原核生物、タンパク質、核やミトコンドリアなどのオルガネラなどを挙げることができる。細胞の例としては、心筋細胞、血管内皮細胞、筋芽細胞、繊維芽細胞、表皮細胞、肝細胞、骨格筋細胞、骨芽細胞、神経細胞、色素細胞、平滑筋細胞、脂肪細胞、骨細胞、軟骨細胞などが挙げられる。また、粒状性インクに含まれる典型的な細胞の濃度は１×１０５個／ｍｌないし１×１０７個／ｍｌであるがこれに限定されるものではない。
【０１１７】
（なお書き）
実施の形態１〜４は、組み合わせすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
実施の形態のインクジェット装置により、細胞などの生体粒子を含有する液体を被印刷物上に塗布する際に、ノズルの不吐出化を防止することが可能になるため、有用である。
【符号の説明】
【０１１９】
１、５０１        インクジェットヘッド
２、５０２        筐体
２ａ      筐体
２ｂ      筐体
３、５０３        供給口
４、５０４        共通インク室
５、５ｎ、５０５        ノズル
６、６ｎ、５０６        圧力室
７、５０７、７ｎ        接続部
８、５０８        第二の圧電素子
９ａ      第二の振動板
９ｂ      第一の振動板
１０、５１０      第一の圧電素子
１１、５１１      粒状性インク
２０      断面
２１ａ    内部電極
２１ｂ    内部電極
２２      圧電体
２３      表面電極
２４      裏面電極
２５ａ    駆動チャンネル
２５ｂ    駆動チャンネル
２６      溝
２７      接続電極
２８      切り欠き部
２９      基台
３０      断面
３１ａ    内部電極
３１ｂ    内部電極
３２      圧電体
３３      表面電極
３４      裏面電極
３５、３５ｎ      駆動チャンネル
３６      溝
３７      接続電極
３８      切り欠き部
３９      基台
４１  細胞
５１  ノズル
６１  圧力室
７１  接続部
３５１、３５２、３５３、３５４    駆動チャンネル
５０９    振動板
６０１    インクジェットヘッド
６０７ａ  接続部
６０７ｂ  窪み
７０２    配管
７０３    インクタンク
７０４    被印刷基板
７０５    塗布エリア
７０６    印刷パターン
７０７    スキャン方向
７０８    領域
８０４    ディッシュ
８０５    塗布エリア
８０６    印刷パターン
８０７    回転方向
８０８    領域
９９      インクジェットヘッド
９１０    圧電素子
９１１    粒状性インク
９１２    粒子
９３５  チャンネル
９３７  接続電極
【図１】
2016087822.tif 000003
【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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