CN101512155B - 液滴排出装置 - Google Patents

Abstract

一种不会使气泡残留在流路内的液滴排出装置。该液滴排出装置包括：流路，其与液体供给路连接；喷嘴(41)，其位于该流路的下游并用于排出液滴；以及压力产生元件，其使流路中产生从喷嘴(41)排出液体的液体排出压力。流路具有第一流路(50)和第二流路(60)并且流路弯曲，所述第一流路(50)与液体供给路连接，所述第二流路(60)连接在该第一流路(50)的下游侧并且使液体在与第一流路(50)不同方向上流动。从该弯曲的外侧角部(P1)直到第二流路(60)的外侧壁部的部分连贯地形成。在连接的部分或者连接的部分附近，将第二流路(60)的与第一流路(50)的流动方向正交的宽度形成得比第一流路的宽度(W)窄。

Description

液滴排出装置

技术领域

本发明涉及一种液滴排出装置，更详细地说，涉及具有以下部件的液滴排出装置：流路，其与液体供给路连接；开口部，其位于该流路的下游并用于排出液滴；以及压力产生元件，其用于使所述流路中产生从所述开口部排出液体的液体排出压力。

背景技术

作为上述液滴排出装置，公知有下面的专利文献1所记载的装置。

专利文献1：日本特开平8－58089号

在该文献中，在从连通路38向压力室5供给墨水的结构中，墨水供给节流孔4配置成不与压力室对置，由此能够容易地排出气泡。然而，例如在该文献的图6中，压力室5和喷嘴连通路39弯曲地连续，存在根据墨水的种类不同在压力室5的左上角和端部F会形成气泡的问题。

为了说明与这种气泡的形成有关的问题，列举图21所示的新颖结构的流路。另外，此处说明的上下左右方向是为了方便，并不一定意味着所述方向是根据重力方向而决定的方向。在该例中，圆盘状的第一流路50’和漏斗状的第二流路60’位于不同方向并连续，第二流路60’连接在开口部43’上，整体形成弯曲的流路。利用压力产生元件使第一流路50’的上下壁50T、50B的间隔发生变化从而使第一流路50’中产生排出压力。当将排出液体导入该流路中时，确认了在弯曲的外侧角部P1’和第二流路60’的入口侧锐角部P2’形成有气泡。这种气泡在图23的筒状流路50’、60’的连接部的外侧角部P1’处也会形成。在所述外侧角部P1’、入口侧锐角部P2’处形成气泡会吸收掉从压力产生元件传递来的压力，因此会阻碍正常的液滴排出。

并且，如图22所示，如果第二流路60’构成为直径缩小的漏斗状部61’，则液体从周面依次进行填充，因此其液面如标号LS1’～LS3’所示那样依次变化。在该情况下，在液面LS3’的状态下，由于在液面的上端到达开口部43’之前开口部43’中就充满了液体，因此气体A残留在第二流路60’内并形成气泡，从而产生与在上述外侧角部P1’、入口侧锐角部P2’处形成气泡同样的问题。

发明内容

鉴于上述实际情况，本发明的目的在于提供一种能够防止在流路内形成气泡的液滴排出装置。

通常，液体与固体接触时液体表面与固体和液体的接触面所成的接触角由固体的表面张力、液体的表面张力以及固液界面张力决定。在固液的亲和性低的情况下接触角变大，在固液的亲和性高的情况下接触角变小。

发明人等进一步反复进行实验，判明了以下情况。首先，在上述接触角大且固液的亲和性低的情况下，在到达内侧角部P3’位置的液面的上部到达外侧角部P1’之前，液体流入第二流路60’。其结果是，在该外侧角部P1’气体残留而形成气泡。并且，由于液体难以流入上述入口侧锐角部P2’，因此在上述入口侧锐角部P2’形成气泡。即，判明了如下问题的所在，即气泡的形成状况根据液体的接触角和流路的结构而不同。

因此，鉴于该问题，为了达成上述目的，本发明所述的液滴排出装置的第一特征在于，所述液滴排出装置包括：流路，其与液体供给路连接；开口部，其位于该流路的下游并用于排出液滴；以及压力产生元件，其使所述流路中产生从所述开口部排出液体的液体排出压力，其中，

所述液滴排出装置能够应对与所述流路的接触角不同的多种液体，所述流路具有第一流路和第二流路并且所述流路弯曲，所述第一流路与所述液体供给路连接，所述第二流路连接在该第一流路的下游侧并且使液体在与第一流路不同的方向上流动，从该弯曲的外侧角部直到第二流路的外壁部的部分以及该外壁部无阶梯差且平顺连贯地形成，在所述第一流路和所述第二流路连接的部分或者所述连接的部分附近，通过使第二流路的横向宽度形成得比第一流路的横向宽度窄，在所述连接部的左右任一侧或者两侧形成有侧阶梯部，以此防止在供给所述液体时形成气泡。

根据该结构，例如图3～6所示，由于从弯曲的外侧角部P1直到第二流路60的外壁部的部分50W、60W以及该外壁部无阶梯差且平顺连贯地形成，因此在该部分难以形成气泡。进而，在第二流路60入口部的左右任一侧或者两侧，通过使第二流路的与第一流路的流动方向正交的宽度形成得比第一流路的宽度窄，在该宽度形成得窄的方向上在第一流路和第二流路之间形成侧阶梯部53，从而进入到第一流路50的液体容易流过侧阶梯部53并到达外侧角部P1。因此，如上所述能够抑制内侧角部P3的液体首先流入第二流路60中而在外侧角部P1形成气泡。

除了上述第一特征中的与第二流路的宽度有关的特征之外或者在其基础上，本发明的第二特征在于，在所述连接的部分或者所述连接的部分附近，第二流路的在所述第一流路的流动方向上的进深D和第一流路在所述外侧角部及所述弯曲的内侧角部之间的与所述第一流路的流动方向正交的最大宽度W构成为如下关系，从而防止在供给所述液体时形成气泡：

D/W<0.4。

从上述问题点的分析出发，如果进入到第一流路50中的液体的液面延迟到达外侧角部P1，则会在外部角部P1形成气泡。因此，如果将代表距外侧角部P1的距离的第二流路的进深D缩短，就能够防止气泡的形成，通过发明人等的试验判明了通过上述D与W的关系能够满足防止气泡形成的条件。

在上述各特征的基础上，本发明的第三特征在于，所述弯曲的内侧角部以及/或者所述第一流路在所述弯曲的内侧的至少一部分（以下为“内侧等”）处的所述液体的流动阻力比其他部分大。

根据该特征，能够防止在流入到第一流路50中的液体的液面的上部到达外侧角部P1之前内侧角部P3的液体首先流入到第二流路60中，从而能够防止在外侧角部P1形成气泡。为了这样使内侧等的流动阻力比其他部分大，除了对内侧等施加增大流动阻力的加工之外，还可以对其他部分施加减小流动阻力的加工。

在上述第一或者第二特征的基础上，本发明的第四特征在于，所述连接的部分中的与第二流路的流动方向正交的截面的形状可以由呈钝角的线段以及/或者曲线构成。

根据该结构，在第二流路入口部不存在锐角，液体容易流入锐角部从而能够防止形成气泡。

另一方面，发明人等进一步反复实验，判明了如上述图22所述的问题是在上述接触角小且固液的亲和性高的情况下产生的。

因此，为了解决该问题，在上述第一或者第二特征的基础上，本发明的第五特征在于，所述第二流路的壁面位于比呈直线状地连接该第二流路的入口和出口而形成的面靠外侧的位置。

根据该结构，例如如图7所示，从第一流路50进入到第二流路60中的液体如液面LS1所示首先流过筒状内表面61并扩展，其液面的下端与上端一起在缩小内表面62上如标号LS2～5所示逐渐下降。由此，能够防止开口部43在液面的上端下降之前堵塞，能够防止气泡的形成。

这样，根据上述本发明所述的第一～第三特征，主要能够防止在外侧角部P1’处形成气泡，根据第四特征，主要能够防止在入口侧锐角部P2’形成气泡，根据第五特征，主要能够防止在第二流路内形成气泡。并且，通过组合这些特征，能够进一步产生复合效果。

进而，根据本发明，由于能够使流路弯曲，因此开口部附近的设计上的自由度提高。并且，由于能够在构造上防止气泡的形成，因此能够使用的液体的粘度或者由液体和流路结构部件所决定的接触角的限制得到缓和，液体种类选择的自由度增大，能够显著地提高实验、生产等的效率。

从以下的具体实施方式中能够清楚本发明的其他目的、结构以及效果。

附图说明

图1是液体排出头的纵剖视图。

图2是突起以及连通孔附近的俯视图。

图3是液体排出头的下部纵剖视图。

图4是流路组的立体图。

图5是从图4的下方侧观察到的立体图。

图6是第一、第二流路连接部附近的俯视图。

图7是第二流路附近的纵剖视图。

图8示出第二实施方式所述的流路组，图8（a）为立体图，图8（b）为侧视图，图8（c）为沿着A－A线的剖视图。

图9示出第三实施方式所述的流路组，图9（a）为立体图，图9（b）为侧视图，图9（c）为沿着A－A线的剖视图。

图10示出第四实施方式所述的流路组，图10（a）为立体图，图10（b）为侧视图，图10（c）为沿着A－A线的剖视图。

图11示出第五实施方式所述的流路组，图11（a）为立体图，图11（b）为侧视图，图11（c）为沿着A－A线的剖视图。

图12是示出第六实施方式所述的流路组的纵剖视图。

图13是示出第七实施方式所述的流路组的纵剖视图。

图14是示出第八实施方式所述的流路组的纵剖视图。

图15是示出第九实施方式所述的流路组的纵剖视图。

图16是示出第十实施方式所述的流路组的纵剖视图。

图17是图16的立体图。

图18是示出第十一实施方式所述的流路组的纵剖视图。

图19是图18的立体图。

图20是示出图7的另一实施方式的第二流路附近的纵剖视图。

图21是流路组中的问题的说明图，图21（a）为立体图，图21（b）为仰视图。

图22是示出比较例的与图7对应的图。

图23是流路组中的问题部位的说明图，图23（a）是截面为方形的流路，图23（b）是截面为圆管的流路。

标号说明

1：液滴排出装置；2：液体排出头；10：压电元件；10a：保持部；10b：活性部；10c：接线部；10d：下端；20：托架；21：槽部；22：上释放部；23：固定部；24：空腔部；27：连接口；27c：供给路；30：振动板；30a：下表面；31：突起；32：振动膜；33：凹部；34：上表面；35：供给路；36：连通孔；40：喷嘴板；41：喷嘴（第三流路）；42：凹部；43：开口部；50：第一流路；50w：下游侧壁；50T：上壁；50B：下壁；52：侧角；53：侧阶梯部；55a～55f：阻流部；60：第二流路；60a：入口；60b：出口；60w：外壁部；61：筒状内表面；62：缩小内表面；63：平坦部；D：第二流路的进深；W：第一流路的宽度；JP：连接部；PG：流路组；P1：外侧角部；P2：入口侧锐角部；P3：内侧角部。

具体实施方式

首先，一边参照图1～图7一边对本发明的第一实施方式进行说明。另外，本说明书中的上下左右是为了说明的方便，并不受绝对的重力方向所约束。

如图1～3所示，本发明所述的液滴排出装置1具有液体排出头2，其将由未图示的滤筒（cartridge）供给的液体以液滴形式从喷嘴41下端的开口部43排出。该液体排出头2通过相对于托架20分别紧固作为压力产生元件的压电元件10、振动板30以及喷嘴板40，并进一步固定未图示的触头、上盖以及线缆而构成。此处，未图示的上盖、托架20、振动板30以及喷嘴板40分别由树脂材料等注射成型。另外，所述各部件也可以由玻璃、金属等构成，或者也可以通过蚀刻或电铸加工等形成。

在托架20上，上下贯通地形成有用于引导压电元件10的槽部21，从该进行引导的槽部21的上释放部22朝向下侧配置有固定部23和空腔部24。并且，在托架20的背面设有用于与滤筒连接的连接口27，托架20的下表面上嵌合有振动板30和喷嘴板40。在液体排出头2的下部前方通过振动板30和喷嘴板40形成有由压电元件10驱动的压力室和作为喷嘴的流路。

压电元件10例如使用PZT（钛酸锆酸铅）构成，其下侧部的活性部10b通过通电进行伸缩。由于是利用中央的保持部10a固定在托架20上的，因此使下端10d的位置上下振动，并经由后述的突起31使振动膜32振动。压电元件10的截面为方形，从上释放部22***并经由固定部23将前端侧配置在空腔部24中。并且，压电元件10利用粘接剂被固定在固定部23上。

在振动板30上，在上述的进行引导的槽部21的下端附近具有突起31、振动膜32以及凹部33。并且，在振动板30的下表面上设有与在喷嘴板40上形成的凹部42连续的槽35。

如图4、图6所示，突起31、振动膜32以及凹部33的边界部为同心圆形状，且直径依次扩大。压电元件10的下端10d的一部分与突起31的一部分相抵接，且二者通过粘接剂紧固。并且，使凹部33的外形比下端10d大，以防止下端10d与上表面34接触。

凹部42与振动板30的下表面30a一起构成了作为压力室的第一流路50，并经由第二流路60与喷嘴41连通。上述的连接口27收纳滤筒的连接部，经由供给路27c、35以及连通孔36将液体供给至第一流路50。

图4～图6为流路组PG，这些图仅表示第一、第二流路50、60的轮廓。第一流路50构成为圆盘状，第二流路60以使轴线与第一流路50的圆盘正交的姿势在第一流路50的下游侧端突出，从而整体构成弯曲的流路。另外，本说明书中的内侧、外侧的概念是以弯曲的内侧、外侧的意思进行使用的。第二流路60具有截面八边形的筒状内表面61和与筒状内表面61连续且直到平坦部63为止直径暂时缩小的缩小内表面62。并且，在平坦部63上贯穿设置有喷嘴41和开口部43。另外，在本实施方式中，喷嘴41形成第三流路，开口部43成为第三流路的出口。

第二流路60的入口部的截面为八边形，各侧壁彼此之间呈钝角地相连，因此能够防止由于液体难以流入而导致形成气泡。该八边形的一边构成为圆弧状的外壁部60w，该外壁60w与第一流路50的下游侧壁50w平顺连贯且无阶梯差地连续，从而将到达上述外侧角部P1的液面顺滑地引导至下侧。该入口部的最上游侧为内侧角部P3，内侧角部P3和下游侧壁50w之间形成侧角52。

在本实施方式中，通过使第二流路60的宽度比第一流路50的沿着与第一流路流动方向X正交的Y方向的宽度窄，在连接部JP的左右形成侧阶梯部53，利用该部分能够使液面如箭头F所示那样迅速地到达外侧角部P1。从而在形状上同时将第二流路60的连接部JP的轮廓角构成为钝角。并且，在本实施方式中，以使第一流路在内侧角部P3处的沿着Y方向的最大宽度W与第二流路60在连接部JP处的沿着X方向的进深D形成D/W<0.4的关系的方式构成流路。

在使用接触角较大的液体的情况下，液体难以从内侧角部P3、侧角52流入第二流路60中，液面流过侧阶梯部53并如箭头F所示那样到达外侧角部P1，能够防止气泡的形成。并且，由于第二流路60的连接部JP处的轮廓角为钝角，因此这里也能够防止气泡的形成。另一方面，在使用接触角小的液体的情况下，在液体从内侧角部P3进入第二流路60之前，液面流过侧阶梯部53而到达外侧角部P1，因此能够防止气泡的形成。

进而，如图7所示，第二流路60利用筒状内表面61和缩小内表面62的协作来防止气泡的形成。详细地说，通过使上述内表面61、62位于比由连接第二流路的入口60a和出口60b的线段构成的虚拟面LP还靠外侧的位置，从而液面如标号LS1～5所示那样移动，通过使缩短液面彼此之间间隔的时间延迟，从而防止在该第二流路内形成气泡。进而，上述各效果互相结合，能够可靠地传递由上壁50T的振动产生的对液体的压力，能够正常地排出液滴。

本发明所述的液滴排出装置1在符合本发明的主旨的范围内能够进行各种改变。

在要通过改变流路的形状来实施上述第一特征时，例如能够构成为如图8～图11所记载的结构。在图8的实施方式中，构成流路组PG的第一流路50、第二流路60的截面为方形，并将第二流路60的横向宽度形成为比第一流路50的横向宽度窄，由此在第二流路60的连接部JP的左右形成侧阶梯部53。另外，也可以通过使第二流路60偏向第一流路50的一侧从而仅在一侧形成侧阶梯部53。

在图9的实施方式中，以截面形成为梯形的方式构成第二流路60，第一流路50和第二流路60的连接部JP成为倾斜状态。在图10的实施方式中，将第二流路60构成为半圆弧状。并且，在图11的实施方式中，将第一流路50、第二流路60的截面都构成为圆形。

要实施上述第三特征时，例如按照图12～图19所示构成即可。在图12的实施方式中，在内侧角部P3形成突起状的阻流部55a。该阻流部55a也可以形成在上述侧角52上。在图13～图15的实施方式中，在下壁50B上形成阶梯差状的阻流部55b、55c、55d。在图16、17的实施方式中，在下壁50B上形成突起状的阻流部55e，在图18、19的实施方式中，在下壁50B上形成凹状的阻流部55f。这些阻流部55a～55f也可以构成为通过例如表面处理等增大该部分的流动阻力。或者，通过表面处理等减小阻流部55a～55f以外的部分的流动阻力，相对地使内侧等的流动阻力比其他部分的流动阻力大即可。也可以使该部分的材料与其他部分不同以代替表面处理等。

筒状内表面61的截面不限于八边形，也可以形成为不等边的多边形或者圆、曲线状。并且，开口部43和筒状内表面61并不一定必须同心，但是从动作的可靠性出发，优选使筒状内表面61和开口部43同心。

第二流路60也可以按照图20的方式构成。例如，可以如图20（a）所示由与虚拟面LP一致的缩小内表面64和弯曲面65构成，或者如图20（b）所示由圆筒内表面66和缩小面67构成。在图20（b）的情况下，开口部43与第二流路60的出口60b一致。

在上述实施方式中，将压力产生元件构成为压电元件。但是，该压力产生元件也可以构成为使液体沸腾以产生排出压力的电阻发热元件，压力产生元件除了使第一流路50的一部分振动之外，只要能够对第一流路50或者第二流路供给压力即可。

上述实施方式中的外侧角部P1如果是角部就存在形成（残留）气泡的可能性，在该处理（order）中，也可以使其形成为圆弧。

产业上的利用可能性

本发明能够利用于化学实验、生物技术实验、医疗诊断、电子设备生产等中。液体能够采用多种液体。例如能够采用包括DNA、蛋白质、菌类等的活体材料、荧光微粒、导电体微粒、树脂微粒、陶瓷微粒、颜料或染料等的液体。并且，也适用于少量采用水等表面张力高的液体或昂贵的液体。除了通过印制描绘线条等之外，例如还能够形成电极或制作微透镜。再有，除了通过排出液滴而将液滴配置在例如活体材料片等预定的多个部位上之外，还能够用于通过分注、散布产生气味，通过调整排出量进行调整配合，以及成膜等。

Claims (5)

1.一种液滴排出装置，所述液滴排出装置包括：流路，其与液体供给路连接；开口部，其将该流路内的液体以液滴形式排出；以及压力产生元件，其使所述流路中产生液体排出压力，其特征在于，

所述液滴排出装置能够应对与所述流路的接触角不同的多种液体，所述流路具有第一流路和第二流路并且所述流路弯曲，所述第一流路与所述液体供给路连接，所述第二流路连接在该第一流路的下游侧并且使液体在与第一流路不同的方向上流动，所述第二流路具有筒状内表面，且具有逐渐缩小其直径的缩小内表面，并与形成第三流路的喷嘴连接，从该弯曲的外侧角部直到第二流路的外壁部的部分以及该外壁部无阶梯差且平顺连贯地形成，在所述第一流路和所述第二流路相连接的连接部分或者所述连接部分附近，通过使第二流路的横向宽度形成得比第一流路的横向宽度窄，在所述连接部分的左右任一侧或者两侧形成有侧阶梯部，以此防止在供给所述液体时形成气泡。

2.一种液滴排出装置，所述液滴排出装置包括：流路，其与液体供给路连接；开口部，其将该流路内的液体以液滴形式排出；以及压力产生元件，其使所述流路中产生液体排出压力，其特征在于，

所述液滴排出装置能够应对与所述流路的接触角不同的多种液体，所述流路具有第一流路和第二流路并且所述流路弯曲，所述第一流路与所述液体供给路连接，所述第二流路连接在该第一流路的下游侧并且使液体在与第一流路不同的方向上流动，所述第二流路具有筒状内表面，且具有逐渐缩小其直径的缩小内表面，并与形成第三流路的喷嘴连接，从该弯曲的外侧角部直到第二流路的外壁部的部分以及该外壁部无阶梯差且平顺连贯地形成，在所述第一流路和所述第二流路相连接的连接部分或者所述连接部分附近，第二流路的在所述第一流路的流动方向上的进深（D）和第一流路在所述外侧角部及所述弯曲的内侧角部之间的与所述第一流路的流动方向正交的最大宽度（W）构成为如下关系，以此防止在供给所述液体时形成气泡：

（D）/（W）<0.4。

3.根据权利要求1或2所述的液滴排出装置，其特征在于，

所述弯曲的内侧角部以及/或者所述第一流路在所述弯曲的内侧的至少一部分处的所述液体的流动阻力比其他部分大。

4.根据权利要求1或2所述的液滴排出装置，其特征在于，

所述连接部分中的与第二流路的流动方向正交的截面的形状由呈钝角的线段以及/或者曲线构成。

5.根据权利要求1或2所述的液滴排出装置，其特征在于，

所述第二流路的壁面位于比呈直线状地连接该第二流路的入口和出口而形成的面靠外侧的位置。

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