(57)【要約】【課題】インク循環による吐出安定性と、インク材料ロス低減を両立させた、インクジェットヘッド及びそれを具備する装置の提供。【解決手段】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、インク回収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室と、インク室の振動板を変位させ、インク室内のインクに圧力を加えるアクチュエータと、を備え、ノズル上流側の流路断面における最小開口長さに比べて、ノズル下流側の流路断面における最小開口長さが小さいことを特徴とするインクジェットヘッドを用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出する吐出孔と、
前記吐出孔に連通するインク室と、
前記インク室にインクを導入するインク供給孔と、
前記インク室に振動板を介して圧力を与える圧電素子と、を含むインクジェットヘッドであり、
前記インク室は、前記インク室の底面に対して一定の傾斜角度αで傾斜した壁面を有し、かつ、前記吐出孔の中心軸と前記インク室の中心軸がずれているインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記インク供給孔の中心軸は、前記インク室の中心軸に対して、前記吐出孔の反対側に配置されている請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
さらに、前記インク室は、前記インク室の中心軸に対して、前記吐出孔の側に、前記インク室の底面に対して一定の傾斜角度βで傾斜した壁面を有し、
前記インク室は、前記インク室の中心軸に対して、前記インク供給孔の中心軸の側に、前記インク室の底面に対して一定の傾斜角度αで傾斜した壁面を有し、
前記傾斜角度αは、前記傾斜角度βより小さい請求項１、及び、２記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記傾斜角度βで傾斜した壁面の全面、或いは一部に曲面形状を有する湾曲部を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記傾斜角度αで傾斜した壁面の全面、或いは一部に曲面形状を有する湾曲部を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記インク供給孔の中心軸と前記吐出孔の中心軸とは、前記振動板からの距離が異なる請求項１から５記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記振動板と前記振動板に対向したインク室側壁との間の距離は、前記インク供給孔の場所での前記距離より、前記吐出孔の場所での前記距離の方が長いことを特徴とする請求項６記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
前記インク室の内において、前記インク供給孔と前記圧電素子間に存在する溶液体積は、前記吐出孔と圧電素子間に存在する溶液体積より小さい請求項１〜７記載のインクジェットヘッド。
【請求項９】
前記圧電素子の中心軸が、前記インク室の中心軸に対して、前記吐出孔の中心軸と異なる側にずれている請求項１〜８記載のインクジェットヘッド。
【請求項１０】
さらに、前記傾斜角度αで傾斜した壁面の前記インク室の内部側に、粒子整列板が配置され、
前記粒子整列板と前記傾斜角度αで傾斜した壁面との間を前記インクの一部が流れる請求項１〜９記載のインクジェットヘッド。
【請求項１１】
複数の前記インク室があり、前記複数のインク室間において、前記インク供給孔と前記振動板との距離は、異なっていることを特徴とする請求項１〜１０記載のインクジェットヘッド。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドに、さらに、
インク導入口から前記インク供給孔までのインク供給流路と、
前記インク室から前記インクを排出するインク排出孔と、
前記インク排出孔からインク回収口までのインク排出流路と、
前記インク室にあり、前記インクをインク排出流路へ排出するインク排出孔と、を有し、
前記吐出孔より上流側のインク流路における最小開口長さに比べて、前記吐出孔より下流側のインク流路における最小開口長さが小さいことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１３】
前記インク排出流路における最小開口部の長さが、前記吐出孔の最小開口部の長さに比べて小さいことを特徴とする、
請求項１２記載のインクジェットヘッド。
【請求項１４】
前記吐出孔は、前記インク供給孔よりも、前記インク排出孔の近傍に配置されることを特徴とする、
請求項１２または１３に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１５】
前記インクが細胞を含むことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１６】
請求項１〜１５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。
【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及びそれを具備するインクジェット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットヘッドは、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として知られる。特に圧電（ピエゾ）方式のインクジェットヘッドは、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。一般的に、圧電方式のインクジェットヘッドは、インク供給流路と、インク供給流路と連通し、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圧電素子とで構成される。そして、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、インク室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。
【０００３】
例えば、代表的なインクジェットヘッドの構成としては、圧電素子の全面がインク室に設置される構成が知られている。圧電素子の駆動によって、インク室を押圧し、インク室に充填されたインクを加圧する。このことで、ノズルからインク滴が吐出される技術がある（特許文献１参照）。
【０００４】
また、インク滴の高密度化を狙う発明として、特許文献２に記載のインクジェット記録ヘッドが知られる。インクジェットヘッドは、圧電素子によってＳｉ突起部を押圧し、ＳｉＯ２膜部を変位して、キャビティ板で形成されるインク加圧室の容積を変化させることでインクノズルからインクを吐出させる技術である。
【０００５】
また、特許文献３には、ノズルを有するインク室の上流側にインク供給流路を有し、当該インク室の下流側にインク排出流路を備え、インクを循環させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−０９６０４２号公報
【特許文献２】特開平３−０１５５５５号公報
【特許文献３】特開２０１１−２１８７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１から３記載の発明では、通常のインクを塗布する場合はよいが、インクに粒子が含まれる場合には、粒子はインク室で沈降し、インクの吐出が不安定になる。また、インクの吐出は均質でなくなる。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、インクの吐出が安定で、均質なインクを吐出するインクジェットヘッドと、それを用いた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】
上記課題を解決するため、インクを吐出する吐出孔と、吐出孔に連通するインク室と、インク室にインクを導入するインク供給孔と、インク室に振動板を介して圧力を与える圧電素子と、を含むインクジェットヘッドであり、インク室は、インク室の底面に対して一定の傾斜角度αで傾斜した壁面を有し、かつ、吐出孔の中心軸とインク室の中心軸がずれているインクジェットヘッドを用いる。
【００１０】
上記インクジェットヘッドに、さらに、インク導入口からインク供給孔までのインク供給流路と、インク排出孔からインク回収口までのインク排出流路と、インク室にあり、インクをインク排出流路へ排出するインク排出孔と、を有し、吐出孔より上流側のインク流路における最小開口長さに比べて、吐出孔より下流側のインク流路における最小開口長さが小さいインクジェットヘッドを用いる。
【００１１】
さらに、上記インクジェットヘッドを具備するインクジェット装置を用いる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、インクが流れやすいように、インク流路、インク室の構造を変更することで、インクの吐出が安定で、均質なインクを吐出するインクジェットヘッドと、それを用いた装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）〜（ｂ）本発明の実施の形態１におけるインクジェットヘッドのインク室の概略図
【図２】本発明の実施の形態２におけるインクジェットヘッドのインク室の概略図
【図３】本発明の実施の形態３におけるインクジェットヘッドのインク室の概略図
【図４】本発明の実施の形態４におけるインクジェットヘッドのインク室の概略図
【図５】本発明の実施の形態５におけるインクジェットヘッドのインク室の概略図
【図６】（ａ）〜（ｂ）本発明の実施の形態６におけるインクジェットヘッドのインク室の概略図
【図７】（ａ）〜（ｂ）本発明の実施の形態７におけるインクジェットヘッドのインク室の概略図
【図８】（ａ）〜（ｂ）本発明の実施の形態８におけるインクジェットヘッドのインク室の概略図
【図９】（ａ）〜（ｂ）本発明の実施の形態９におけるインクジェットヘッドのインク室の概略図
【図１０】（ａ）〜（ｂ）本発明の実施の形態１０におけるインクジェットヘッドのインク室の概略図
【図１１】（ａ）〜（ｄ）本発明の実施の形態１１におけるインクジェットヘッドのインク室概略図
【図１２】実施の形態１２のインクジェットヘッドの斜視図
【図１３】実施の形態１２のインクジェットヘッドの断面図
【図１４】（ａ）実施の形態１２のインクジェットヘッドの上面図、（ｂ）（ａ）のコーナ部Ａの拡大図、（ｃ）（ａ）のコーナ部Ｂの拡大図
【図１５】（ａ）〜（ｉ）実施の形態１２のインク排出孔の断面図
【図１６】特許文献３のインクジェットヘッド断面におけるインク含有粒子の分布図
【図１７】実施の形態１２における、インク循環流路内のインク含有粒子の分布状態を示す断面図
【図１８】（ａ）実施の形態１３のインクジェットヘッドの断面図、（ｂ）実施の形態１４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】
【００１４】
（実施の形態１）
図１（ａ）、図１（ｂ）は、本発明の実施の形態１におけるインクジェットヘッドのインク室１１０の概略図である。図１（ａ）は断面図で、図１（ｂ）は右側面図である。
【００１５】
＜構成＞
インクジェットヘッドの構成を説明する。インクを吐出する吐出孔１１２と、吐出孔１１２に連通するインク室１１０と、インク室１１０にインクを導入するインク供給孔１０７と、インクに含有される粒子１０をインク室１１０から吐出孔１１２へ誘導する第１粒子誘導部１２と、吐出孔１１２近傍からインク供給孔１０７へ粒子を誘導する第２粒子誘導部１３と、インク室１１０に圧力を与える振動板１３０と、振動板１３０を振動させる圧電素子１１３により構成されている。
【００１６】
第１粒子誘導部１２、第２粒子誘導部１３とも、インク室の壁面であり、インク室１１０の底面に対して、一定の傾斜角度α、傾斜角度βで、それぞれ傾いている。底面は、この場合、水平面である。壁面とは、底面でなく、側面である。
【００１７】
＜概略プロセス＞
次に、実施の形態１のインクジェットヘッドの動作手順を説明する。まず細胞等の粒子１０を含んだ溶液がインク供給孔１０７からインク室１１０へ注入される。一定期間後、注入された溶液によりインク室１１０内部が充填される。その後、圧電素子１１３に駆動電圧を印加させ、圧電素子１１３を駆動させる。圧電素子１１３は、複数の誘電体層で形成されており、それらの誘電体層に電圧を印加させることで変形させることができる。
【００１８】
その変形量により圧電素子１１３に接着されている振動板１３０をインク室１１０側へ押し出したり、逆に引き込んだりしてインク室１１０内の溶液に圧力を伝播することができる。その結果、インク室１１０内に存在する溶媒を、吐出孔１１２を介して吐出することができる。また、溶液には細胞等の粒子１０が含有されているため、その粒子１０も同時に吐出されることになる。
【００１９】
ここでは、例として、インク室１１０の幅は０．５ｍｍ〜３ｍｍで、長さは２ｍｍ〜５ｍｍ程度、吐出孔１１２の直径は数十ｕｍ〜１００ｕｍ程度である。
【００２０】
＜詳細プロセス＞
前述したように、注入された溶液によりインク室１１０内が充填され、溶液が吐出されると、さらに、インク供給孔１０７から細胞等の粒子１０を含んだ溶液が注入される。吐出孔１１２の中心軸１５とインク室１１０の中心軸１４とがずれているため、注入された粒子１０は、吐出孔１１２の左側に配置されている第１粒子誘導部１２上に沈降してくる。第１粒子誘導部１２には傾斜が付いているため、第１粒子誘導部１２に衝突した粒子１０は、その重力と圧電素子１１３から伝播された圧力により、吐出孔１１２の方へ流れ落ちていく。
【００２１】
さらに、吐出孔１１２の中心軸１５を境界にして、その左右で圧電素子１１３の駆動により発生する溶液体積の変動量を比較すると、吐出孔１１２の中心軸１５の左側のほうが右側より多いため反時計回りに溶液の流れが発生する。吐出孔１１２に到達した粒子１０の中で、一部は吐出孔１１２を通って外部へ吐出される。しかし、そのほかの粒子１０は第２粒子誘導部１３へ移動し、インク供給孔１０７のほうへ上昇していく。この状態で、連続して圧電素子１１３を駆動し続けると、反時計回りに溶液の流れが継続して形成される。このため、その流れによりインク室１１０内の細胞等の粒子１０が攪拌されることになる。
【００２２】
かかる構成によれば、第１粒子誘導部１２には傾斜がついており、かつ吐出孔１１２の中心軸１５とインク室の中心軸１４とがずれていることにより、インク室１１０内に反時計回りに流れが形成される。この結果、粒子１０が攪拌されるため、溶液中の粒子１０が均一に混ざった状態になる。その結果、吐出孔１１２より均一に粒子１０を吐出することが可能になる。
【００２３】
また、粒子１０が細胞である場合、インク室１１０の内壁にすぐに付着してしまう傾向がある。また、その内壁に研削加工等に発生する表面粗さや加工バリ、くずが存在する場合、その部分を核にして細胞が付着し、さらにその細胞を核にして他の細胞が付着して細胞の凝集体を形成する傾向がある。もし、吐出孔１１２の近傍に前述したような凝集体が形成されると、インク室１１０内の流れが滞留してしまう。さらには、吐出孔１１２を塞いでしまう事が考えられる。
【００２４】
しかし、この実施の形態１の構成によれば、粒子１０が吐出孔１１２付近に滞留し、凝集してしまったとしても、それらをかき回すことが可能になるため、ノズル詰りを解消することができ、結果として粒子１０を安定して吐出することができる。
【００２５】
吐出孔１１２の直径が数十ｕｍ〜１００ｕｍの場合、吐出孔１１２の中心軸１５とインク室の中心軸１４のずれ量は１０ｕｍ〜２００ｕｍの範囲が望ましい。１０ｕｍ〜５０ｕｍがより好ましい。つまり、ずれ量は、吐出孔１１２の直径以上、２倍以下が好ましい。
【００２６】
吐出孔１１２の直径が２０ｕｍで、中心軸１５と中心軸１４のずれ量が１０ｕｍ（吐出孔１１２の直径より小さい）より小さくなると、図１（ａ）に示すように、吐出孔１１２左端面と中心軸１４とが一直線状に配置される。この状態では、インク供給孔１０７の真下の領域として、第１粒子誘導部１２領域が小さい。結果、流れ込んできた溶液の流れが、第１粒子誘導部１２に、向けられず、溶液がスムーズに流れず、不安定な流れになってしまう。結果として効率的な粒子の攪拌ができないことになる。
【００２７】
また、吐出孔１１２の直径が１００ｕｍの場合で、ずれ量が２００ｕｍ以上（吐出孔１１２の直径の２倍より大きい）になると、吐出孔１１２が、中心軸１４から吐出孔１１２の直径と同程度距離を開けて配置されることになる。このため、第１粒子誘導部１２から流れ込んできた溶液は、うまく反時計回りに攪拌されるが、その溶液に含有された粒子はその攪拌流れに沿って移動してしまうため、吐出孔１１２内へ下降していかなくなり、結果として粒子自身の吐出ができなくなってしまう。
【００２８】
また、第１粒子誘導部１２の傾斜角度αは、インク室の中心軸１４に対して１５°〜７５°の範囲が好ましい。
【００２９】
傾斜角度αが１５°以下になると第１粒子誘導部１２に沿って流れる溶液は、吐出孔１１２の入口近傍付近で急激に角度を変更し、第２粒子誘導部１３に流れることになるため、溶液流れが不安定になり、結果として粒子をうまく攪拌できないことになる。また、逆に傾斜角度αが７５°より大きくなると、第１粒子誘導部１２に沿って流れる溶液の流れが遅くなることにより、吐出孔１１２近傍や第２粒子誘導部１３近傍での溶液流れが不安定になるため、結果として、粒子の攪拌がうまくできないことになる。
【００３０】
吐出孔１１２の中心軸１５とインク室の中心軸１４のズレ量は、第１粒子誘導部１２の傾斜角度αや溶液の粘度や含有される粒子の種類や大きさにより最適な値があることは言うまでもない。
【００３１】
なお、実施の形態１において、圧電素子１１３の形状は四角形で、かつインク室の中心軸１４と圧電素子１１３の中心軸が重なった状態で設置されているが、吐出孔１１２の中心軸１５に対して、前述したように左側の溶液体積が右側より大きい条件を満たすかぎり、圧電素子１１３の形状は多角形でも、楕円状でもよい。さらにそれぞれの位置関係も中心軸同士が一致せず、
圧電素子１１３の中心軸が、中心軸１４とある角度をもった状態で設置されていても構わない。
【００３２】
なお、第２粒子誘導部１３は、必須の構成要素でない。第２粒子誘導部１３は、あれば好ましい。
（実施の形態２）
図２は、実施の形態２におけるインクジェットヘッドのインク室の概略図（断面図）である。記載しない事項は実施の形態１と同様である。
【００３３】
インク供給孔１０７は、インク室１１０の中心軸１４より左側（吐出孔１１２の中心軸１５の反対側）で、かつ、インク室１１０の左側の壁と同一平面上に配置されている。
【００３４】
この構造では、インク供給孔１０７より注入された粒子１０は、インク室１１０の左側の壁に沿って、そのままほぼ真っ直ぐ第１粒子誘導部１２に向かって沈降していき、その後、第１粒子誘導部１２の傾斜に沿って移動していくことが可能になる。このため、より安定した反時計回りの溶液流れが継続して形成できるため、より効率的にインク室１１０内の細胞等の粒子１０を攪拌することが可能になる。
【００３５】
かかる構成によれば、第１粒子誘導部１２には傾斜がついており、かつ吐出孔１１２の中心軸１５とインク室の中心軸１４がずれている。さらに、インク供給孔１０７をインク室１１０の中心軸１４に対して、吐出孔１１２の反対側に配置している。これらのことにより、溶液中に存在する粒子１０の攪拌性を向上させることができる。溶液中の粒子１０が均一に混ざった状態になる。その結果、吐出孔１１２より均一に粒子１０を吐出することができる。さらに、粒子１０が吐出孔１１２付近に滞留し、凝集してしまったとしても、それらをかき回すことが可能になる。このため、さらにノズル詰りを解消することができ、結果として粒子１０を安定して吐出することができる。
【００３６】
なお、実施の形態２において、インク供給孔１０７と、インク室１１０の左側の壁とを同一性面上に配置した。しかし、インク室１１０の左側の壁は、インク室の中心軸１４より左側であれば、どの位置でも構わない。また、インク供給孔１０７とインク室１１０の接続部では、インク室１１０内壁の一部が鋭角形状になっているが、滑らかな面で形成されることが望ましい。それは、粒子１０が細胞である場合、鋭角部分が存在すると、前述した加工バリ部と同様に細胞が容易に付着してしまうためである。
【００３７】
さらに、本実施の形態では、インク室１１０の左側の壁は、上下方向（鉛直方向）になっているが、ある程度、吐出孔１１２方向に傾く方向で角度をつけても構わない。この構造により、インク供給孔１０７から注入された粒子１０は、さらに、インク室１１０の左側の壁に沿って移動することになる。このため、溶液中の粒子１０の攪拌性を、さらに、向上させることができ、結果として、吐出孔１１２より均一に粒子１０を吐出することや、ノズル詰りなく粒子１０を安定して吐出することができる。
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３におけるインクジェットヘッドのインク室の概略図（断面図）である。記載しない事項は実施の形態１、２と同様である。
【００３８】
実施の形態２では、第２粒子誘導部１３の傾斜角度は第１粒子誘導部１２の傾斜角度と同程度で配置されている。本実施の形態では、第１粒子誘導部１２の傾斜角度αと第２粒子誘導部１３の傾斜角度βとは、それぞれ異なり、第１粒子誘導部１２の傾斜角度αは、第２粒子誘導部１３の傾斜角度βより小さくしている。傾斜角度α、βの定義は、実施の形態１と同様である。
【００３９】
傾斜角度は、溶液の粘度や含有される粒子の種類や大きさ、圧電素子の駆動電圧等により最適な値があることは言うまでもない。
【００４０】
この構造では、実施の形態１で説明したように、吐出孔１１２の中心軸１５を境界にして、その左右で圧電素子１１３の駆動により発生する溶液体積の変動量を比較すると、吐出孔１１２の中心軸１５の左側の体積が右側よりさらに大きくなるため、より速い流速で反時計回りに溶液の流れが発生することになり、結果としてより効率的にインク室１１０内の細胞等の粒子１０を攪拌することが可能になる。
【００４１】
かかる構成によれば、第１粒子誘導部１２には傾斜がついており、かつ吐出孔１１２の中心軸１５とインク室の中心軸１４がずれている。インク供給孔１０７をインク室の中心軸１４に対して吐出孔１１２の反対側に配置している。第１粒子誘導部１２と第２粒子誘導部１３の傾斜角度はそれぞれ異なり、第１粒子誘導部１２の傾斜角度は第２粒子誘導部の角度より小さくする。このことにより溶液中に存在する粒子１０の攪拌性を向上させることで、溶液中の粒子１０が均一に混ざった状態になる。その結果、吐出孔１１２より均一に粒子１０を吐出することができる。また、粒子１０が吐出孔１１２付近に滞留し、凝集してしまったとしても、それらをかき回すことが可能になるため、さらにノズル詰りを解消することができ、結果として粒子を安定して吐出することができる。
（実施の形態４）
図４は本発明の実施の形態４におけるインクジェットヘッドのインク室１１０の断面図である。記載しない事項は実施の形態１と同様である。
【００４２】
実施の形態１〜３では第２粒子誘導部１３は任意の傾斜角度をもって配置されているが、本実施例では、一部或いは全体が曲面形状をしている湾曲部３３がある。湾曲部３３は、インク室１１０のコーナー部分にあるのが好ましい。
【００４３】
この構造では、実施の形態１で説明したように、吐出孔１１２の中心軸１５を境界にして、その左右で圧電素子１１３の駆動により発生する溶液体積の変動量を比較すると、吐出孔１１２の中心軸１５の左側の体積が右側より大きくなるため、速い流速で反時計回りに溶液の流れが発生することになる。さらに、粒子１０が衝突する第２粒子誘導部１３が曲面状に丸まっているため、より上方向へ粒子１０を巻き上げやすくなり、結果としてさらに効率的にインク室１１０内の細胞等の粒子１０を攪拌することが可能になる。特に、湾曲部３３は、第１粒子誘導部１２の傾斜面の延長上の部分であることが好ましい。
【００４４】
湾曲部３３は、曲率半径が２５ｕｍ〜３００ｕｍの円弧形状をしている。好適な曲率半径の範囲は細胞等の粒子サイズと溶液の流速で決定される。細胞等の粒子サイズが２０〜５０ｕｍ程度の場合、曲率半径は細胞の最小の大きさの２５ｕｍ以上が望ましい。また、曲率半径が大きくなるほど第２粒子誘導部１３に沿って細胞等の粒子が巻き上げやすくなる。しかし、曲率半径が３００ｕｍ以上に大きくなれば、圧電素子１１３からの距離が大きくなると圧電素子１１３の駆動により発生する流速が遅くなり、反対に巻き上げる力が小さくなるため、結果として反時計周りの溶液が発生しなくなる。よって好適には曲率半径は２５〜３００ｕｍの円光形状が望ましい。
【００４５】
吐出孔１１２に近接する湾曲部３３の部分での接線は、第１粒子誘導部１２と平行である、さらに、一致することが望ましい。第１粒子誘導部１２の傾斜の延長線が、湾曲部３３の凹部に相当することが好ましい。
【００４６】
また、上記円弧は吐出孔１１２に近接するように配置されていても良いし、第１粒子誘導部１２と同じ傾斜角度を持った直線部分を吐出孔１１２近傍に配置し、その直線に隣接するように上記円弧を形成しても良い。上記直線部分の長さはインク室の中心軸１４と吐出孔１１２の中心軸１５のずれ量により変化するが、なるべく少ないほうが望ましい。これらの円弧形状の曲率半径についても、溶液の粘度や含有される粒子の種類や大きさ、インク室の形状、圧電素子の駆動電圧等により最適な値があることは言うまでもない。
【００４７】
かかる構成によれば、第１粒子誘導部１２には傾斜がついている。かつ、吐出孔１１２の中心軸１５とインク室の中心軸１４がずれている。インク供給孔１０７をインク室１１０の中心軸１４に対して吐出孔１１２と反対側に配置している。第２粒子誘導部１３に湾曲部３３を有する。これらのことにより溶液中に存在する粒子１０の攪拌性を向上させることで、溶液中の粒子１０が均一に混ざった状態になり、その結果、吐出孔１１２より均一に粒子１０を吐出することができる。
【００４８】
さらに、粒子１０が吐出孔１１２付近に滞留し、凝集してしまったとしても、それらをかき回すことが可能になるため、さらにノズル詰りを解消することができる。結果として粒子を安定して吐出することができる。
【００４９】
なお、実施の形態４において、インク供給孔１０７近傍（インク室１１０の上方）の構造は直線状の任意の傾斜角度で形成しているが、実施の形態２，３のように山型状でも構わない。攪拌により巻き上げられた粒子１０をよりスムーズに第１粒子誘導部１２へ送り出すためには山型になっていることが望ましい。
（実施の形態５）
図５は本発明の実施の形態５におけるインクジェットヘッドのインク室の概略図（断面図）である。記載しない事項は実施の形態１と同様である。
【００５０】
実施の形態１〜４では第１粒子誘導部１２は任意の傾斜角度をもって配置されているが、本実施例のように一部或いは全体が曲面形状をしていても構わない。
【００５１】
この構造では、実施の形態４で説明したように、吐出孔１１２の中心軸１５を境界にして、その左右で圧電素子１１３の駆動により発生する溶液体積の変動量を比較すると、吐出孔１１２の中心軸１５の左側の体積が右側より大きくなる。このため、反時計回りに溶液の流れが発生し、さらに第１粒子誘導部１２の一部または全体が曲面形状をもっていると溶液の流れ自体がよりスムーズになる。そして、結果としてさらに効率的にインク室１１０内の細胞等の粒子１０を攪拌することが可能になる。また、第１粒子誘導部１２の曲面部分は直線部分に比べて傾斜角度が小さくなるため、粒子１０の下降速度が減少し第１粒子誘導部に沿って粒子１０を整列させることができる。その結果、吐出孔１１２に粒子１０を安定的に誘導することが可能になるため粒子を１個ずつ供給できるようになる。
【００５２】
第１粒子誘導部１２の曲率半径は２００ｕｍ〜８００ｕｍであることが望ましい。曲率半径が２００μｍより小さくなるとインク室１１０の側面にそって沈降してきた粒子１０がスムーズに第１粒子誘導部１２に整列して移動できなくなり、最悪の場合曲面形状部分で粒子１０が凝集してしまう。
【００５３】
また、曲率半径が８００μｍより大きくなると、第１粒子誘導部１２に沈降してきた粒子１０が吐出孔１１２へ移動しにくくなり、結果として粒子が凝集してしまう。また、吐出孔１１２近傍での第１粒子誘導部１２の曲面形状の接線は吐出孔１１２の中心軸１５とほぼ直交したほうがよい。これらの円弧形状の曲率半径についても、溶液の粘度や含有される粒子の種類や大きさ、インク室の形状、圧電素子の駆動電圧等により最適な値があることは言うまでもない。
【００５４】
かかる構成によれば、吐出孔１１２の中心軸１５とインク室の中心軸１４がずれていて、かつ第１粒子誘導部１２の一部或いは全体が曲面形状を有することにより溶液中に存在する粒子１０の攪拌性を向上させることで、溶液中の粒子１０が均一に混ざった状態になり、その結果、吐出孔１１２より均一に粒子１０を吐出することができる。さらに、粒子１０が吐出孔１１２付近に滞留し、凝集してしまったとしても、それらをかき回すことが可能になるため、さらにノズル詰りを解消することができ、結果として粒子を安定して吐出することができる。
【００５５】
なお、本実施例では第２粒子誘導部は任意の傾斜角度を有しているが、実施の形態４のように曲面形状をしていても構わない。さらに、インク供給孔１０７の位置も実施の形態５のようにインク室１１０の端面に位置していても構わない。
（実施の形態６）
図６（ａ）、図６（ｂ）は、本発明の実施の形態６におけるインクジェットヘッドのインク室１１０の概略図である。図６（ａ）は断面図で、図６（ｂ）は右側面図である。
【００５６】
実施の形態１から２では図１（ｂ）に示すように、インク供給孔１０７と吐出孔１１２は同一平面上に配置されているが、本実施例のように同一平面上に配置しなくても構わない。
【００５７】
この構造では、実施の形態１で説明したように、吐出孔１１２の中心軸１５を境界にして、その左右で圧電素子１１３の駆動により発生する溶液体積の変動量を比較すると、吐出孔１１２の中心軸１５の左側の体積が右側より大きくなる。このため、この構造では、断面方向では反時計回りに溶液の流れが発生することになる。
【００５８】
さらに本実施例では、インク供給孔１０７と吐出孔１１２をずらして配置することにより、図６（ｂ）のようにインク室１１０の対角線上に溶液の流れが形成される。このために、攪拌される領域は、さらに拡大し、結果として、この構造では、さらに効率的にインク室１１０内の粒子１０を攪拌することが可能になる。
【００５９】
インク供給孔１０７と吐出孔１１２とのずれ量は、５０ｕｍから３００ｕｍであることが望ましい。
【００６０】
ずれ量が、５０μｍより小さいと、対角線上での溶液の流れが発生しにくくなる。ずれ量が、３００μｍより大きいと、インク室内の溶液の体積がその分増加することになり、溶液の流れが発生しにくくなり、攪拌そのものができなくなる。このずれ量についても、溶液の粘度や含有される粒子の種類や大きさ、インク室の形状、圧電素子の駆動電圧等により最適な値があることは言うまでもない。
【００６１】
かかる構成によれば、第１粒子誘導部１２には傾斜がついている。かつ、吐出孔１１２の中心軸１５とインク室の中心軸１４がずれている。インク供給孔１０７をインク室の中心軸１４に対して吐出孔１１２の反対側に配置し、インク供給孔１０７と吐出孔１１２を同一平面上に配置していない。これらのことにより、溶液中に存在する粒子１０の攪拌性を向上させることで、溶液中の粒子１０が均一に混ざった状態になり、その結果、吐出孔１１２より均一に粒子１０を吐出することができる。さらに、粒子１０が吐出孔１１２付近に滞留し、凝集してしまったとしても、それらをかき回すことが可能になる。このため、さらにノズル詰りを解消することができ、結果として粒子を安定して吐出することができる。
【００６２】
なお、実施の形態６において、インク供給孔１０７を振動板１３０近傍に、吐出孔１１２を振動板１３０から離れた場所に配置しているが、反対にインク供給孔１０７を振動板１３０から離れた部分に、吐出孔１１２を振動板１３０近傍に配置している。さらに、インク室上壁２２やインク室下壁２３は直線（平面）形状になっているが、第１粒子誘導部１２や第２粒子誘導部１３のように一部、或いは全体が曲線（曲面）形状をしていても構わないが、インク室上壁２２、インク室下壁２３ともに曲面状になっていることが望ましい。
【００６３】
この部分の曲率半径は、上記ずれ量と同等の範囲が望ましい。上記と同じ理由である。
【００６４】
インク室上壁２２のインク室側壁２１と接する部分の接線は、インク室側壁２１と同一平面上にあることが望ましい。もし、同一平面上になければ、その部分に粒子１０が滞留し、最悪、粒子１０が凝集してしまう。この曲率半径についても、溶液の粘度や含有される粒子の種類や大きさ、インク室の形状、圧電素子の駆動電圧等により最適な値があることは言うまでもない。
（実施の形態７）
図７（ａ）、図７（ｂ）は、本発明の実施の形態７におけるインクジェットヘッドのインク室の概略図である。図７（ａ）は断面図で、図７（ｂ）は右側面図である。記載しない事項は実施の形態１と同様である。
【００６５】
実施の形態７ではインク室側壁２１は、振動板１３０に対して平行に形成されているが、本実施例のように振動板１３０と振動板１３０に対向したインク室側壁２１との間の距離をインク供給孔１０７近傍より吐出孔１１２近傍のほうが長くしている。
【００６６】
この構造では、まず実施の形態７で説明したように、断面方向では反時計回りに、側面方向では対角線上に溶液流れが発生する。さらに本実施例のようにインク供給孔１０７近傍ではインク室側壁２１と振動板１３０の距離を狭くすると、圧電素子１１３から溶液に伝達された圧力エネルギーは、吐出孔１１２近傍より強い状態で傾斜しているインク室側壁２１に衝突するため、対角線上の溶液の流れがさらに速くなり、結果としてさらに効率的にインク室１１０内の粒子１０を攪拌することが可能になる。
【００６７】
かかる構成によれば、第１粒子誘導部１２には傾斜がついている。かつ、吐出孔１１２の中心軸１５とインク室の中心軸１４がずれている。インク供給孔１０７をインク室の中心軸１４に対して吐出孔１１２の反対側に配置している。インク供給孔１０７と吐出孔１１２を同一平面上に配置しない。さらに振動板１３０と振動板１３０に対向したインク室側壁２１との間の距離において、インク供給孔１０７近傍より吐出孔１１２近傍の距離を長くする。これらにより溶液中に存在する粒子１０の攪拌性を向上させることで、溶液中の粒子１０が均一に混ざった状態になり、その結果、吐出孔１１２より均一に粒子１０を吐出することができる。さらに、粒子１０が吐出孔１１２付近に滞留し、凝集してしまったとしても、それらをかき回すことが可能になるため、さらにノズル詰りを解消することができ、結果として粒子を安定して吐出することができる。
【００６８】
なお、実施の形態７においても実施の形態６と同様に、インク供給孔１０７を振動板１３０近傍に、吐出孔１１２を振動板１３０から離れた場所に配置しているが、反対にインク供給孔１０７を振動板１３０から離れた部分に、吐出孔１１２を振動板１３０近傍に配置している。さらに、インク室下壁２３は直線（平面）形状になっているが、一部、或いは全体が曲線（曲面）形状をしていても構わないが、インク室下壁２３は曲面状になっていることが望ましい。
【００６９】
この曲線（曲面）形状についても実施の形態６と同様に、上記ずれ量と同等の範囲が望ましいが、インク室下壁２３の吐出孔１１２及び振動板１３０と接する部分の接線はそれぞれ吐出孔１１２や振動板１３０と同一平面上にあることが望ましい。もし、同一平面上になければ、その部分に粒子１０が滞留し、最悪、粒子１０が凝集してしまう。この曲率半径についても、溶液の粘度や含有される粒子の種類や大きさ、インク室の形状、圧電素子の駆動電圧等により最適な値があることは言うまでもない。
（実施の形態８）
図８（ａ）、図８（ｂ）は、本発明の実施の形態８におけるインクジェットヘッドのインク室の概略図である。図８（ａ）は断面図で、図８（ｂ）は右側面図である。記載しない事項は実施の形態１と同様である。
【００７０】
実施の形態８では、圧電素子１１３はインク室１１０に対してインク室１１０のほぼ中央部に配置されているが、本実施例のように、インク室１１０内において、インク供給孔１０７と圧電素子１１３の間に存在する溶液体積２４と吐出孔１１２と圧電素子１１３の間に存在する溶液体積２５を比較すると、Ｕ＜Ｄの関係になっても構わない。
【００７１】
この構造では、まず実施の形態６で説明したように、断面方向では反時計回りに、側面方向では対角線上に溶液流れが発生する。さらに、本実施例のように圧電素子１１３をインク室１１０の上側にシフトして配置すると、インク供給孔１０７付近に存在する溶液体積２４が小さくなり、圧電素子１１３により押し出される溶液の圧力が高まる。それとともに、圧電素子１１３から押し出された溶液が対面するインク室上壁２２に衝突する。このことにより、吐出孔１１２へ向かって溶液の流れがさらに速くなるため、結果としてさらに効率的にインク室１１０内の粒子１０を攪拌することが可能になる。
【００７２】
かかる構成によれば、第１粒子誘導部１２には傾斜がついており、かつ吐出孔１１２の中心軸１５とインク室の中心軸１４がずれている。インク供給孔１０７をインク室の中心軸１４に対して吐出孔１１２の反対側に配置する。インク供給孔１０７と吐出孔１１２を同一平面上に配置せず、さらに、インク供給孔１０７と圧電素子１１３の間に存在する溶液体積２４と吐出孔１１２と圧電素子１１３の間に存在する溶液体積２５では、Ｕ＜Ｄにする。
【００７３】
これらのことにより、溶液中に存在する粒子１０の攪拌性を向上させることで、溶液中の粒子１０が均一に混ざった状態になり、その結果、吐出孔１１２より均一に粒子１０を吐出することができる。さらに、粒子１０が吐出孔１１２付近に滞留し、凝集してしまったとしても、それらをかき回すことが可能になるため、さらにノズル詰りを解消することができ、結果として粒子を安定して吐出することができる。
【００７４】
なお、実施の形態８においても実施の形態６と同様に、インク供給孔１０７を振動板１３０近傍に、吐出孔１１２を振動板１３０から離れた場所に配置しているが、反対にインク供給孔１０７を振動板１３０から離れた部分に、吐出孔１１２を振動板１３０近傍に配置し、圧電素子１１３を本実施例とは反対に下側の吐出孔１１２側へシフトさせて配置させても構わない。
【００７５】
この構造では、吐出孔１１２側の溶液体積２５は、インク供給孔１０７側の溶液体積２４より小さくなる。圧電素子１１３で押し出される溶液の圧力は、吐出孔１１２側が大きくなり、かつ、対面するインク室下壁２３へ衝突した溶液はインク供給孔１０７方向へ押し出される。このため、溶液中に存在する粒子１０の攪拌性をさらに向上させることできる。
【００７６】
また、インク室上壁２２は直線（平面）形状になっているが、一部、或いは全体が曲線（曲面）形状をしていても構わないが、曲面状になっていることが望ましい。
【００７７】
この曲線（曲面）形状についても実施の形態６と同様に、上記ずれ量と同等の範囲が望ましいが、インク室上壁２２の吐出孔１１２及びインク室側壁２１と接する部分の接線はそれぞれ吐出孔１１２やインク室側壁２１と同一平面上にあることが望ましい。もし、同一平面上になければ、その部分に粒子１０が滞留し、最悪、粒子１０が凝集してしまう。この曲率半径についても、溶液の粘度や含有される粒子の種類や大きさ、インク室の形状、圧電素子の駆動電圧等により最適な値があることは言うまでもない。
（実施の形態９）
図９（ａ）、図９（ｂ）は、本発明の実施の形態９におけるインクジェットヘッドのインク室の概略図である。図９（ａ）は断面図で、図９（ｂ）は右側面図である。記載しない事項は実施の形態１と同様である。
【００７８】
実施の形態９では圧電素子１１３はインク室１１０に対してインク室１１０のほぼ中央部に配置されているが、本実施例のように、インク室１１０の中心軸１４より圧電素子１１３の中心軸２６が左側になるように圧電素子１１３を配置している。
【００７９】
この構造では、実施の形態９で説明したように、断面方向では反時計回りに、側面方向では対角線上に溶液流れが発生し、さらに本実施例のように圧電素子１１３をインク室１１０の左側にシフトして配置するとインク室１１０の左側で圧電素子１１３により押し出される溶液の圧力がより高まることにより、さらに反時計回りに溶液流れが速くなるため、結果としてさらに効率的にインク室１１０内の粒子１０を攪拌することが可能になる。
【００８０】
インク室の中心軸１４と圧電素子の中心軸２６とずれ量は、２００ｕｍ以下が望ましい。
ずれ量が２００μｍより大きくなると、確かにインク室１１０の左側で圧電素子１１３により押し出される溶液の圧力は大きくなるが、その圧力がインク室１１０の右側に伝わらなくなり、結果として溶液のながれが発生しなくなってしまう。このずれ量についても、溶液の粘度や含有される粒子の種類や大きさ、インク室の形状、圧電素子の駆動電圧等により最適な値があることは言うまでもない。
【００８１】
かかる構成によれば、第１粒子誘導部１２には傾斜がついており、かつ吐出孔１１２の中心軸１５とインク室の中心軸１４がずれている。インク供給孔１０７をインク室の中心軸１４に対して吐出孔１１２の反対側に配置し、インク供給孔１０７と吐出孔１１２を同一平面上に配置せず、さらに圧電素子の中心軸２６がインク室の中心軸１４よりも左側にシフトさせる。これらのことにより、溶液中に存在する粒子１０の攪拌性を向上させることで、溶液中の粒子１０が均一に混ざった状態になり、その結果、吐出孔１１２より均一に粒子１０を吐出することができる。さらに、粒子１０が吐出孔１１２付近に滞留し、凝集してしまったとしても、それらをかき回すことが可能になるため、さらにノズル詰りを解消することができ、結果として粒子を安定して吐出することができる。
【００８２】
なお、実施の形態９においても実施の形態６と同様に、インク供給孔１０７を振動板１３０近傍に、吐出孔１１２を振動板１３０から離れた場所に配置しているが、反対にインク供給孔１０７を振動板１３０から離れた部分に、吐出孔１１２を振動板１３０近傍に配置させても構わない。さらに、インク室上壁２２は直線（平面）形状になっているが、一部、或いは全体が曲線（曲面）形状をしていても構わないが、曲面状になっていることが望ましい。
【００８３】
この曲線（曲面）形状についても実施の形態６と同様に、上記ずれ量と同等の範囲が望ましいが、インク室上壁２２の吐出孔１１２及びインク室側壁２１と接する部分の接線はそれぞれ吐出孔１１２やインク室側壁２１と同一平面上にあることが望ましい。もし、同一平面上になければ、その部分に粒子１０が滞留し、最悪、粒子１０が凝集してしまう。この曲率半径についても、溶液の粘度や含有される粒子の種類や大きさ、インク室の形状、圧電素子の駆動電圧等により最適な値があることは言うまでもない。
（実施の形態１０）
図１０（ａ）、図１０（ｂ）は、本発明の実施の形態１０におけるインクジェットヘッドのインク室の概略図である。図１０（ａ）は断面図で、図１０（ｂ）は右側面図である。記載しない事項は実施の形態１と同様である。
【００８４】
実施の形態１、及び６ではインク室１１０内部において、第１粒子誘導部１２に沿って反時計回りに粒子を攪拌させているが、本実施例のように、第１粒子誘導部１２近傍に粒子整列板２７を配置し、第２流路を形成している。
【００８５】
この構造では、まず実施の形態９で説明したように、断面方向では反時計回りに、側面方向では対角線上に溶液流れが発生する。さらに、本実施例のように粒子整列板２７を第１粒子誘導部１２近傍に配置することにより、インク室１１０内部では粒子１０を反時計回りに攪拌させながら、インク室上壁近傍に存在する粒子の一部を第２流路に順番に導入させる。かつ、第２流路をインク室１１０とは分離されることにより、溶液の流れる速度を抑制する。このことにより、粒子１０を第１粒子誘導部１２に沿って配列させる。結果、吐出孔１１２へ順次送り出すことが可能になるため、結果として吐出孔１１２より均一に粒子１０を吐出することが可能になる。
【００８６】
粒子整列板２７と第１粒子誘導部１２の距離は、粒子１０の大きさにより決定されるが、粒子１０の大きさが２０ｕｍ〜３０ｕｍの場合、上記距離は粒子サイズの２倍から３倍であるほうが望ましい。
【００８７】
上記距離が粒子サイズの２倍以下になると、粒子整列板２７と粒子１０との距離、或いは第１粒子誘導部１２と粒子１０との距離が粒子サイズの半分以下（例えば粒子サイズが２０ｕｍでは１０ｕｍ以下）になるため、粒子を送り出すための溶液が流れる隙間が小さくなり粒子１０が流れにくくなる。さらに粒子１０自身が粒子整列板２７や第１粒子誘導部１２に吸着しやすくなり、最悪の場合は粒子１０が凝集し詰まってしまう。
【００８８】
粒子整列板２７と第１粒子誘導部１２の距離が３倍以上になると、粒子を送り出すための溶液が流れる速度が遅くなり、粒子１０が流れにくくなる。さらに、上記距離が広くなると、ノズル方向ではなく、粒子整列板２７や第１粒子誘導部１２方向へ粒子１０が移動する尤度が大きくなるため、粒子１０が整列しにくくなり、最悪の場合、粒子１０同士が凝集して詰まってしまうことになる。
【００８９】
さらに、粒子整列板２７と吐出孔１１２との距離は２０ｕｍ〜１００ｕｍ程度が望ましい。距離が１００μｍより大きくなると、粒子整列板２７から出てきた粒子１０がインク室１１０内で発生している溶液の流れにより吐出孔１１２に流入せず、インク室１１０上方に攪拌されてしまう可能性がある。
【００９０】
２０μｍより小さいと、粒子１０が流れにくい。
【００９１】
また、逆に近すぎると吐出孔１１２方向への粒子１０を押し出す流れが弱くなりすぎ、結果として吐出孔１１２へ粒子が流入しないことがある。しかし、上記のように第２流路内での溶液流れを十分確保できればこの限りではない。
【００９２】
かかる構成によれば、第１粒子誘導部１２には傾斜がついている。かつ、吐出孔１１２の中心軸１５とインク室の中心軸１４がずれていて、インク供給孔１０７をインク室の中心軸１４に対して吐出孔１１２の反対側に配置し、インク供給孔１０７と吐出孔１１２を同一平面上に配置しない。さらに、第１粒子誘導部１２近傍に粒子整列板２７を配置し、第２流路を形成することにより溶液中に存在する粒子１０の攪拌性を維持したまま、吐出孔１１２より粒子１０を均一に吐出することができる。さらに、粒子１０が吐出孔１１２付近に滞留し、凝集してしまったとしても、それらをかき回すことが可能になるため、さらにノズル詰りを解消することができ、結果として粒子を安定して吐出することができる。
【００９３】
なお、実施の形態１２においても実施の形態６と同様に、インク供給孔１０７を振動板１３０近傍に、吐出孔１１２を振動板１３０から離れた場所に配置しているが、反対にインク供給孔１０７を振動板１３０から離れた部分に、吐出孔１１２を振動板１３０近傍に配置させても構わない。さらに、インク室上壁２２は直線（平面）形状になっているが、一部、或いは全体が曲線（曲面）形状をしていても構わないが、曲面状になっていることが望ましい。
【００９４】
また、図１０では粒子整列板２７と吐出孔１１２の間には空間が存在し、インク室１１０側から溶液の圧力を伝播させることで吐出孔１１２から粒子１０を吐出させることができるが、第２流路内での溶液流れの速度を向上させることにより、第２流路からだけで粒子吐出が可能になるため、吐出孔１１２自身も第２流路と同様にインク室１１０から分離させても構わない。
【００９５】
なお、粒子整列板２７の長さや粒子配列板と第１粒子誘導部１２との距離等は、溶液中に存在する粒子の大きさにより変更されることは言うまでない。また、粒子整列板２７の形状は直線（平面）状に記載されているが、曲面形状でも波型形状でも構わない。
（実施の形態１１）
図１１（ａ）〜図１１（ｄ）は、本発明の実施の形態１１におけるインクジェットヘッドのインク室の概略図である。図１１（ａ）は、断面図で、図１１（ｂ）は、上面図、図１１（ｃ）は、インク室１１０（図１１（ａ）の左側の点線部）の右側面図、図１１（ｄ）は、インク室１１０（図１１（ａ）の右側の点線部）の右側面図である。記載しない事項は実施の形態１と同様である。
【００９６】
実施の形態１〜１０では、隣接するインク供給孔１０７の配置については、同じ位置に配置（特に図示なし）していたが、本実施例のように隣接するインク室１１０において、インク供給孔１０７と振動板１３０の距離が異なっていても構わない。
【００９７】
この構造では、実施の形態９で説明したように、断面方向では反時計回りに、側面方向では対角線上に溶液流れが発生するが、インク供給孔１０７と振動板１３０の位置関係を変えることにより、圧電素子１１３による溶液を押し出し、吐出孔１１２から粒子を吐出する、またはインク供給孔１０７へ新しい溶液を供給するタイミングをずらすことができるため、結果として、均一に粒子を吐出することが可能になる。
【００９８】
具体的には、図１１（ｃ）で示すように、インク供給孔１０７が振動板１３０近傍に配置する場合、圧電素子１１３で発生した溶液の圧力は直接、吐出孔１１２へ向かう波と、インク室上壁２２に反射して吐出孔１１２へ向かう波が合成されて進み、最終的に粒子を吐出することになる。
【００９９】
一方、図１１（ｄ）で示すようにインク供給孔１０７が振動板１３０と離れた位置に配置される場合、溶液圧力の一部はインク室下壁２３に反射してインク供給孔１０７方向へ向かってしまい、さらに対面にあるインク室上壁２２に衝突してから吐出孔１１２へ戻ってくるため、それらの合成波が吐出孔１１２に到達するには時間的に遅れることになる。
【０１００】
このことにより、隣接するインク供給孔１０７間で同時にインクが吸引されることがなくなるため、それぞれのインク供給孔へ誘導される溶液量を安定化することが可能になり、結果として吐出孔１１２から均一に粒子を吐出することができるようになる。もし、仮にインク供給孔１０７間距離が短く、同時にインクが吸入された場合、インク供給孔１０７間に存在する粒子をお互いが引っ張り合うことになり、粒子１０のインク室内への導入効率が低下し、最悪、粒子が入っていかない状況になる可能性も考えられる。
【０１０１】
また、隣接するインク室１１０において、振動板１３０からの吐出孔１１２やインク供給孔１０７の位置を変えることにより、隣接するノズル１間及びインク供給孔１０７間の距離も離れることになるため、お互いの影響を受けにくくなり、結果として安定した吐出が可能になる。
【０１０２】
かかる構成によれば、第１粒子誘導部１２には傾斜がついており、かつ吐出孔１１２の中心軸１５とインク室の中心軸１４がずれていている。インク供給孔１０７をインク室の中心軸１４に対して吐出孔１１２の反対側に配置し、インク供給孔１０７と吐出孔１１２を同一直線（平面）上に配置しない。さらに隣接するインク室１１０において吐出孔１１２やインク供給孔１０７の位置を変える。これらのことにより、お互いの影響を受けにくくできるため、結果として粒子を安定して吐出することができる。
【０１０３】
なお、インク室上壁２２は直線（平面）形状になっているが、一部、或いは全体が曲線（曲面）形状をしていても構わないが、曲面状になっていることが望ましい。
【０１０４】
以下の実施の形態１２〜１５では、実施の形態１〜１１のインクジェットヘッドにさらに、インクが循環する場合のインクジェットヘッドを示す。
構成としては、インク供給流路と、インク排出流路と、インク排出孔とをさらに含む。
（実施の形態１２）
図１２は、本発明の実施の形態１２のインクジェットヘッド１００の斜視図である。図１２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、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、インク回収口１０４を有する。
【０１０５】
図１３は、図１２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１４（ａ）は、図１２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（上面図）である。
【０１０６】
＜構成＞
インク室１１０は、吐出孔１１２を有する。インク室１１０は、インクを収容する。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に連通している。また、インク室１１０は、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。
【０１０７】
インク排出孔１０８は、インク供給孔１０７よりも吐出孔１１２側（吐出孔１１２近く）に配置されている。また、インク排出孔１０８は、後述する圧電素子１１３よりもノズル側に配置されている。このような構成とすることで、インク排出孔１０８と吐出孔１１２との距離を短く設計することができ、吐出孔１１２の近傍におけるインク流れがより円滑に行われることが可能となる。特に、図１３のように、吐出孔１１２と同じ平面に、インク排出孔１０８があることが好ましい。
【０１０８】
インク供給孔１０７およびインク排出孔１０８は、共にインクの吐出方向Ｘで異なる位置で、インク室１１０の壁面に設けられている。
【０１０９】
インク供給孔１０７は、インク室１１０内において、鉛直上方に配置され、インク排出孔１０８が鉛直下方に配置される構成とされる。このため、インク室１１０内におけるインク流れは鉛直下向きとなる。それ故、インク内の分散粒子成分も滞りなく、吐出孔１１２の近傍に供給されることが可能となる。
【０１１０】
＜インク供給流路１０１における流路断面の最小の開口長さ＞
インク供給孔１０７を含むインク供給流路１０１における流路断面の最小の開口部の長さに比べて、インク排出孔１０８を含むインク排出流路１０２における流路断面の最小の開口部の長さが小さいことを特徴とする。なお、最小の開口部は、通常、インク供給孔１０７、インク排出孔１０８となる場合が多い。
【０１１１】
特に限定されないが、インク供給孔１０７を含むインク供給流路１０１における流路断面の最小の開口部の長さは、円滑なインク循環を実現するため、吐出孔１１２の直径よりも大きいことが望ましい。
【０１１２】
吐出孔１１２が複数ある場合には、ノズルの総面積を円とした場合の直径である。以下同じである。
【０１１３】
かつ、インク吐出力の観点から、インク供給孔１０７を含むインク供給流路１０１における流路断面の最小の開口部の長さは、吐出孔１１２の直径の３倍よりも小さいことが好適である。圧電素子１１３の変位によるインク室１１０内のインク圧力が、インク供給流路１０１の側へと伝播して損失されることなく、吐出孔１１２からのインク吐出のエネルギへと効率よく変換できるためである。
【０１１４】
３倍以上となると、圧電素子の変位による力が、ノズルより、インク供給流路１０１の側へと伝播されてしまう。
＜インク排出流路１０２における流路断面の最小の開口長さ＞
さらに、インク排出孔１０８を含むインク排出流路１０２における流路断面の最小の開口長さは、円滑なインク循環の観点から吐出孔１１２の直径の１０分の１よりも大きく、インク含有粒子の材料ロスの観点から吐出孔１１２の直径よりも小さいことが好適である。
【０１１５】
例えば、吐出孔１１２の直径の１０分の１以下となると、インク含有粒子の濃度によって圧力損失抵抗が大きく変化し、インク循環を安定的に実現することは困難となる。
【０１１６】
また、吐出孔１１２の直径以上となると、インク含有粒子の大部分はインク排出孔１０８の上流側で留まることなく通過することになり、吐出孔１１２近傍のインク含有粒子の濃度を高めることはできなくなる。
【０１１７】
また、特に限定されないが、例えば、インク供給孔１０７における流路断面の最小の開口長さは、インク含有粒子の直径の２倍以上であることが好適である。インク含有粒子の弾性率や耐圧特性などの性質に大きく影響を受けるが、インク含有粒子への機械的ダメージが問題となるためである。
【０１１８】
一方、インク排出孔１０８における流路断面の最小の開口長さは、インク含有粒子の直径の２倍以下であることが好適である。これは、インク含有粒子の弾性率や耐圧特性だけでなく、凝集しやすさや流路壁面への付着しやすさなど様々な性質に大きく影響を受けるが、インク排出孔１０８におけるインク含有粒子のトラップ率低下が問題となるためである。
【０１１９】
＜圧力損失抵抗＞
なお、インク循環安定性の観点から、インク供給孔１０７を含むインク供給流路１０１の圧力損失抵抗に対する、インク排出孔１０８を含むインク排出流路１０２の圧力損失抵抗の比率は、０．５〜１．５程度の範囲内で構成されることが好適である。
【０１２０】
なお、通常、流路の圧力損失抵抗は、インク供給孔１０７、インク排出孔１０８の開口面積および長さが最も支配的で決まる場合が多い。しかし、インク室１１０を含む、インク導入口１０３からインク回収口１０４までのインク循環流路が長い、細い、複雑に折れ曲がっていると、その影響も受ける。
【０１２１】
例えば、インク排出孔１０８を含むインク排出流路１０２における流路断面の最小の開口長さが比較的小さく、かつ最小開口部が長く、折れ曲がり流路構造で構成されると、インク循環流路内でのインク流れが円滑に行われず、よどみ箇所が生じるため、インク内の分散粒子成分が付着したり、凝集したり、沈降したりするリスクが増大するためである。
【０１２２】
特に、凝集あるいは沈降しやすく分散が比較的不安定な粒子含有インクの場合は、インク循環流路におけるインク流れをより円滑に行う必要があるため、インク供給孔１０７およびインク排出孔１０８などの最小開口部のインク流れ方向の長さは短く、折れ曲がりや断面形状の変化が少ない構成とされることが好適である。
【０１２３】
＜圧電素子１１３＞
また、図１３に示すように、インクジェットヘッド１００は、インクの吐出方向Ｘに沿ったインク室１１０の壁面１３０（以下、これを「振動板１３０」と称す）を変位させる圧電素子（ピエゾ素子）１１３を有する。圧電素子１１３は、インク室１１０の外側に配置され、振動板１３０に設けられたアイランド部１０５を介して設けられている。アイランド部１０５は、吐出孔１１２を跨ぐように配置され、振動板１３０および圧電素子１１３と別部材であっても良いし、いずれかと同じ部材であっても良い。
【０１２４】
＜動作＞
次に、図１４（ａ）を参照し、実施の形態１２のインクジェットヘッド１００の動作について説明する。
【０１２５】
まず、インクタンク（図示せず）からインク供給流路１０１にインクを供給する。インクタンクは圧力調節機構（図示せず）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。
【０１２６】
インク供給流路１０１に供給されたインクは、インク供給孔１０７を通ってインク室１１０に供給される。インク室１１０に供給されたインクは、更にインク排出孔１０８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。
【０１２７】
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１４（ａ）におけるコーナ部Ａ）は、図１４（ｂ）のように、テーパー形状、あるいは、図１４（ｃ）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や気泡が滞留する可能性があるためである。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１４（ａ）におけるコーナ部Ｂ）においても、テーパー形状、或いは、曲面形状を施す工夫があるとインク流れの観点から好ましい。
【０１２８】
また、上述のように、インク排出孔１０８は、インク供給孔１０７よりもノズル側に設けられている。また、インク室１１０内をインクが流れる方向は、インクが吐出孔１１２から吐出される方向Ｘ（吐出方向Ｘ）と同じである。このため、インク室１１０内のインクには予め吐出方向Ｘと同じ方向の力が作用している。
【０１２９】
次に、圧電素子１１３に駆動電圧を加える。これにより、圧電素子１１３の高さが増加し、インク室１１０の容量が縮小し、インク室１１０内のインクに圧力が加わる。
【０１３０】
本実施の形態では、圧電素子１１３は、インク室１１０の外側に配置されており、アイランド部１０５を介して、振動板１３０を変形させる。これにより、インク室１１０の圧力を変化させる。この発生圧力を流路構造に沿って伝播させることによって、図１３に示されたインクの吐出方向Ｘと同じ方向の力が発生する。また、上述のように、インク室１１０内のインクには、インクが流れることによって、予め吐出方向Ｘと同じ方向の力が作用している。このため、インク室１１０内のインクは、インクに予め作用している方向の力と、圧電素子１１３が駆動することによって生じた力とが合成した力によって吐出される。
【０１３１】
このように、本実施の形態によれば、圧電素子１１３を駆動することによって生じた力以外に、インクがインク室１１０内を流れることによって予めインクに作用している力をインクの吐出力として利用できるので、インクを循環させながら安定的に吐出させることができる。
【０１３２】
また、前述の通り、本実施の形態におけるインク流路は、ノズル上流側の流路断面（吐出孔１１２より上流側のインク循環流路の断面）における最小の開口長さに比べて、ノズル下流側の流路断面（吐出孔１１２より下流側のインク循環流路の断面）における最小の開口長さが小さい構成とされる。
【０１３３】
この例では、ノズル下流側で流路断面が小さいのは、インク排出孔１０８である。インク排出孔１０８の断面形状は、例えば、図１５（ａ）に示すような四角形や、図１５（ｂ）に示すような円形であっても良く、その他にも図１５（ｃ）〜図１５（ｄ）に示すような三角形や星形であっても良い。さらに、図１５（ｅ）〜図１５（ｆ）に示すように複数の開口を有しても良い。このような構成にすることにより、インク材料ロスを低減できるメカニズムについて以下に説明する。
【０１３４】
図１６は、特許文献３に記載の技術における、インク循環流路内のインク含有粒子１４０の分布状態を示すものである。ノズル上流側と下流側の流路断面における最小の開口長さが同程度となる構成であるため、インク循環流路全体において、均一に粒子分散したインクが滞りなく流れるため、粒子濃度は均一となっている。
【０１３５】
このような場合、インクタンク内のインク残量がなくなって、インク吐出ができない状況下でも、インク循環流路内には多量のインクと含有粒子が残っており、廃棄せざるを得なくなる。それ故、特許文献３のようなインクジェットヘッドでは、インク材料ロスが大きくなる。
【０１３６】
一方、図１７は、本実施の形態における、インク循環流路内のインク含有粒子１４０の分布状態を示すものである。前述の通り、本実施の形態におけるインク流路は、ノズル上流側の流路断面における最小の開口長さに比べて、ノズル下流側の流路断面における最小の開口長さが小さい構成とされる。そのため、インク溶媒成分はインク排出側の流路断面が小さな部位でも通過することができる一方で、インク含有粒子１４０は、インク排出側の流路断面が小さな部位を通過することができず、インク室１１０内の吐出孔１１２近傍に留まることとなる。
【０１３７】
なお、図１５（ｅ）〜図１５（ｆ）は、インク排出孔１０８において、同じ形状サイズの複数の開口形状を示すものであるが、形状およびサイズ、開口率のいずれかが異なるような構成であっても構わない。特に、限定されないが、例えば、図１５（ｇ）に示すように、インク室１１０内におけるインク流れの上流側と下流側の開口形状が異なる構成としても良い。また、図１５（ｈ）に示すように、インク室１１０内におけるインク流れの上流側の開口長さが下流側の開口長さに比べて大きくなる構成としても良い。さらに、図１５（ｉ）に示すように、インク室１１０内におけるインク流れの上流側の開口率が下流側の開口率に比べて大きくなる構成としても良い。
【０１３８】
上述のような構成とすれば、インク含有粒子に比べて比重の小さな溶媒成分の流れを妨げることなく、インク室１１０内におけるインク流れの最下流近くに配置される吐出孔１１２近傍に、より多くのインク含有粒子を供給することができ、インク循環による吐出安定性と、インク材料ロス低減の両立を、より効率的に実現させることが可能となるので好適である。
【０１３９】
インク循環を継続することによって、上述の現象が繰り返され、吐出孔１１２近傍で粒子濃度を上げることができる。また、インク含有粒子１４０はインク循環や吐出動作によって攪拌されるため、凝集や沈降などの恐れもない。したがって、インク含有粒子１４０がなくなるまで、高濃度インクでの吐出ができるため、インク構成成分の中でも最も高価であるインク含有粒子１４０の廃棄ロスを低減することが可能となる。
【０１４０】
なお、ノズル下流側の流路断面における最小の開口長さが、吐出孔１１２の直径に比べて小さい場合が、特に、インク循環による吐出安定性と、インク材料ロス低減の両立をより効果的に実現させることができる。この考えは、後述する実施の形態についても同様に効果を有する。
【０１４１】
（実施の形態１３）
実施の形態１３として、図１８（ａ）に示すようなインクジェットヘッドもあり得る。つまり、実施の形態１のインクジェットヘッド１００は、インク室１１０において、インクが流れる方向に吐出孔１１２が形成される形態であるが、実施の形態２では、吐出孔１１２が、インク供給孔１０７からインク排出孔１０８に向かって流れるインクと、略垂直な方向のノズルプレート１２０に形成される形態である。
【０１４２】
前述の実施の形態１２は、圧電素子１１３が駆動することによりインク室１１０内のインクを吐出孔１１２（または、吐出孔１１２）の方向に押し出す力と、インク供給孔１０７からインク排出孔１０８に向かってインクが流れる力と、が重なって、吐出孔１１２からインクを強い吐出力で押し出すことができるものである。これに対して、本実施例の場合には、インク室１１０のインクの流れの方向は、圧電素子１１３によるインクを押し出す方向と、略垂直方向の流れである。
【０１４３】
実施の形態１３のインクジェットヘッド１００の場合、実施の形態１とは異なり、インク室１１０の上流部において、吐出孔１１２の方向にインクの流れを作る構造（図１３では、インク供給孔１０７からインク室１１０にインクを供給する際、略直角にインクの流れを変える構造）が不必要であることから、圧電素子１１３と吐出孔１１２（または、吐出孔１１２）との距離を短く設計することができる。そのため、本実施の形態２の場合、圧電素子１１３の駆動によりインク室１１０内のインクを吐出孔１１２から押し出す力は、実施の形態１の場合よりも強くなる。その結果、実施の形態２のインクジェットヘッド１００は、実施の形態１と同程度のインク吐出力を実現することが可能となる。
【０１４４】
（実施の形態１４）
実施の形態１４として、図１８（ｂ）に示すようなインクジェットヘッド１００もあり得る。つまり、実施の形態１のインクジェットヘッドと同様に、インク室１１０において、インクが流れる方向に吐出孔１１２が形成される形態である。また、インク室内におけるインク流れ方向が鉛直下向きであるため、インク含有粒子は滞りにくく、吐出孔１１２近傍により安定的に供給されることが可能である。
【０１４５】
前述の実施の形態１は、圧電素子１１３が駆動することによりインク室１１０内のインクを吐出孔１１２（または、吐出孔１１２）の方向に押し出す力と、インク供給孔１０７からインク排出孔１０８に向かってインクが流れる力と、が重なって、吐出孔１１２からインクを強い吐出力で押し出すことができるものである。これに対して、本実施例の場合には、インク室１１０のインクは、圧電素子１１３が駆動することによりインク室１１０内のインクを吐出孔１１２の方向に押し出す力と略垂直方向の流れである。
【０１４６】
本実施例のインクジェットヘッド１００の場合、上述の実施の形態１２とは異なり、圧電素子１１３と吐出孔１１２（又は、吐出孔１１２）との距離を短く設計することができる。そのため、本実施例の場合、圧電素子１１３の駆動によりインク室１１０内のインクを吐出孔１１２から押し出す力は、前述の実施の形態１２よりも強くなる。その結果、本実施例のインクジェットヘッド１００は、前述の実施の形態１と同程度のインク吐出力を実現することが可能となる。
【０１４７】
＜なお書き＞
実施の形態は、組み合わせることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４８】
本発明の細胞の３次元組織化装置は再生医療や創薬開発、動物実験の代替に利用可能である。特に、産業としては、心臓や肝臓等の臓器や角膜や皮膚の治療として活用される細胞シートを作製する装置、或いは創薬開発時の開発期間短縮を実現する少量試薬滴下装置として利用できる。
【符号の説明】
【０１４９】
１０  粒子
１２  第１粒子誘導部
１３  第２粒子誘導部
１４  中心軸
１５  中心軸
２１  インク室側壁
２２  インク室上壁
２３  インク室下壁
２４  溶液体積
２５  溶液体積
２６  中心軸
２７  粒子整列板
３３  湾曲部
１００  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  インク回収口
１０５  アイランド部
１０７  インク供給孔
１０８  インク排出孔
１１０  インク室
１１２  吐出孔
１１３  圧電素子
１２０  ノズルプレート
１３０  振動板
１４０  インク含有粒子
【図１】
2016150291.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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2016150291.tif 000016
【図１５】
2016150291.tif 000017
【図１６】
2016150291.tif 000018
【図１７】
2016150291.tif 000019
【図１８】
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