JP2014000515A - 液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出方法 - Google Patents
液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014000515A JP2014000515A JP2012137145A JP2012137145A JP2014000515A JP 2014000515 A JP2014000515 A JP 2014000515A JP 2012137145 A JP2012137145 A JP 2012137145A JP 2012137145 A JP2012137145 A JP 2012137145A JP 2014000515 A JP2014000515 A JP 2014000515A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid
- storage chamber
- pressing direction
- liquid discharge
- discharge
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
- Coating Apparatus (AREA)
Abstract
【課題】液体の吐出量のダイナミックレンジを拡大することができる液体吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】第1部材208と、第1部材208に対向して配置され、貯留室215を第1部材208とともに形成する第2部材209と、第1部材208と第2部材209との間に配置されて貯留室215の外周部を規定し、弾性変形されることによって貯留室215の容積を変化させる弾性部材210と、押圧方向に伸縮することにより、第1部材208を第2部材209に対して近接及び離隔する押圧方向に相対的に変位させる作動部材211と、第1部材208及び作動部材211を内部に収容するヘッド本体201と、を備え、第2部材209は、ヘッド本体201に対して着脱自在に取り付けられ、第2部材209には、液体を貯留室215に外部から直接供給する供給孔219と、貯留室215内の液体を外部に吐出する吐出孔218とが設けられている。
【選択図】図4
【解決手段】第1部材208と、第1部材208に対向して配置され、貯留室215を第1部材208とともに形成する第2部材209と、第1部材208と第2部材209との間に配置されて貯留室215の外周部を規定し、弾性変形されることによって貯留室215の容積を変化させる弾性部材210と、押圧方向に伸縮することにより、第1部材208を第2部材209に対して近接及び離隔する押圧方向に相対的に変位させる作動部材211と、第1部材208及び作動部材211を内部に収容するヘッド本体201と、を備え、第2部材209は、ヘッド本体201に対して着脱自在に取り付けられ、第2部材209には、液体を貯留室215に外部から直接供給する供給孔219と、貯留室215内の液体を外部に吐出する吐出孔218とが設けられている。
【選択図】図4
Description
本発明は、液体を押圧して液滴状に吐出する液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出方法に関する。
記録紙等に対してインクを液滴状に吐出するインクジェット技術が知られている。このインクジェット技術は、例えば、各種のデバイス製造過程におけるパターンの形成及び薄膜の形成等に応用されている。
このようなインクジェット技術には液体吐出装置が用いられる。この液体吐出装置では、シリンジ内の液体がプランジャによって液体吐出ヘッドに供給されることにより、液体吐出ヘッドから液体が液滴状に吐出される(例えば、特許文献1参照)。
従来の液体吐出ヘッドでは、ヘッド本体に第1部材及び第2部材が設けられている。第1部材及び第2部材は相互に対向して配置され、第1部材と第2部材との間には、液体が貯留される貯留室が形成されている。第1部材と第2部材との間にはリング状の弾性部材が配置され、この弾性部材によって貯留室の外周部が規定されている。第1部材の内部には、液体を貯留室に供給するための供給孔が設けられ、第2部材の内部には、貯留室内の液体を外部に吐出するための吐出孔が設けられている。さらに、ヘッド本体には、第1部材を第2部材に対して近接及び離隔する押圧方向に変位させるための作動部材が設けられている。
上述した液体吐出ヘッドによる液体の吐出は、例えば次のようにして行われる。第1部材が第2部材に対して近接する押圧方向に変位した際には、弾性部材が弾性変形することによって、貯留室の容積が減少する。これにより、貯留室内の液体に圧力が加わり、貯留室内の液体が吐出孔より外部に吐出される。第1部材が第2部材に対して離隔する押圧方向に変位した際には、弾性部材の弾性変形が復元することによって、貯留室の容積が増大する。これにより、シリンジからの液体が供給孔を通して貯留室内に供給される。
一般に、例えば液体吐出装置の用途等に応じて、液体吐出ヘッドからの液体の吐出量を小滴、中滴又は大滴に変更する場合がある。この場合、液体を効率良く吐出させるためには、液体の吐出量に応じて、供給孔及び吐出孔の各径の大きさを変更する必要がある。例えば、液体の吐出量を小滴から大滴に(又は大滴から小滴に)変更する場合には、供給孔及び吐出孔の各径の大きさを比較的大きく(又は比較的小さく)変更する必要がある。
しかしながら、上述した従来の液体吐出ヘッドでは、その構造上、供給孔を有する第1部材をヘッド本体から容易に取り外すことができない。そのため、第1部材を交換することにより、供給孔の径の大きさを変更することが難しい。仮に、第2部材を交換することにより吐出孔の径の大きさのみを変更した場合には、供給孔及び吐出孔をそれぞれ流れる液体に作用する流体抵抗のバランスが崩れてしまい、液体を効率良く吐出させることができない。従って、液体の吐出量を大きく変更した場合には、この流体抵抗のバランスが大きく崩れてしまうため、液体の吐出量のダイナミックレンジを拡大することができないという問題がある。
本発明は、上述した従来の課題を解決するものであり、その目的は、液体の吐出量のダイナミックレンジを拡大することができる液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出方法を提供することである。
本発明の一態様に係る液体吐出ヘッドは、液体を押圧することにより液体を液滴状に吐出する液体吐出ヘッドであって、液体を押圧する第1部材と、前記第1部材に対向して配置され、液体が貯留される貯留室を前記第1部材とともに形成する第2部材と、前記第1部材と前記第2部材との間に配置されて前記貯留室の外周部を規定し、前記第1部材により前記第1部材側から前記第2部材側に向かう押圧方向に押圧されて弾性変形されることによって、前記貯留室の容積を変化させる弾性部材と、前記押圧方向に伸縮することにより、前記第1部材を前記第2部材に対して近接及び離隔する前記押圧方向に相対的に変位させ、前記弾性部材を弾性変形させる作動部材と、前記第1部材及び前記作動部材を内部に収容するヘッド本体と、を備え、前記第2部材は、前記ヘッド本体に対して着脱自在に取り付けられ、前記第2部材には、液体を前記貯留室に外部から直接供給する供給孔と、前記貯留室内の液体を外部に吐出する吐出孔とが設けられている。
本態様によれば、供給孔及び吐出孔が第2部材に設けられているとともに、第2部材がヘッド本体に対して着脱自在に取り付けられているので、液体の吐出量を変更する際に第2部材を交換することによって、液体の吐出量に応じて供給孔及び吐出孔の各径の大きさをそれぞれ容易に変更することができる。これにより、液体の吐出量を大きく変更した場合であっても、供給孔及び吐出孔をそれぞれ流れる流体に作用する流体抵抗のバランスを保つことができるので、液体の吐出量のダイナミックレンジを拡大することができる。
また、本発明の一態様に係る液体吐出ヘッドにおいて、前記作動部材は、前記押圧方向に積層された複数の圧電素子を有し、前記複数の圧電素子の各々は独立して、前記押圧方向に伸縮可能であるように構成してもよい。
本態様によれば、作動部材の押圧方向への伸縮量を容易に調整することができる。
また、本発明の一態様に係る液体吐出ヘッドにおいて、前記供給孔は、外部から液体が流入する流入部及び前記貯留室に液体が流出する流出部を有し、前記流入部は、前記押圧方向に対して略垂直な方向に延び、前記流出部は、前記押圧方向に対して略平行な方向に延びているように構成してもよい。
本態様によれば、供給孔の流出部は貯留室の下側に接続されるので、貯留室の高さを低く抑えることができる。
また、本発明の一態様に係る液体吐出ヘッドにおいて、前記第2部材には、前記供給孔に連通される継手部材が設けられ、前記継手部材には、液体を前記供給孔に供給するためのチューブ部材が着脱自在に接続されるように構成してもよい。
本態様によれば、チューブ部材を継手部材から取り外すことにより、第2部材を容易に交換することができる。
本発明の一態様に係る液体吐出装置は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドと、大気圧以上の圧力を有する液体を前記液体吐出ヘッドの供給孔に供給する供給部と、前記液体吐出ヘッドの作動部材の動作を制御する作動制御部と、を備える。
本態様によれば、供給孔及び吐出孔が第2部材に設けられているとともに、第2部材がヘッド本体に対して着脱自在に取り付けられているので、液体の吐出量を変更する際に第2部材を交換することによって、液体の吐出量に応じて供給孔及び吐出孔の各径の大きさをそれぞれ容易に変更することができる。これにより、液体の吐出量を大きく変更した場合であっても、供給孔及び吐出孔をそれぞれ流れる流体に作用する流体抵抗のバランスを保つことができるので、液体の吐出量のダイナミックレンジを拡大することができる。
本発明の一態様に係る液体吐出方法は、液体を押圧する第1部材と、前記第1部材に対向して配置され、液体が貯留される貯留室を前記第1部材とともに形成し、外部から液体を前記貯留室に直接供給する供給孔及び前記貯留室内の液体を外部に吐出する吐出孔を有する第2部材と、前記第1部材と前記第2部材との間に配置されて前記貯留室の外周部を規定し、前記第1部材により前記第1部材側から前記第2部材側に向かう押圧方向に押圧されて弾性変形されることによって、前記貯留室の容積を変化させる弾性部材と、前記押圧方向に伸縮することにより、前記第1部材を前記第2部材に対して近接及び離隔する前記押圧方向に相対的に変位させ、前記弾性部材を弾性変形させる作動部材と、前記第1部材及び前記作動部材を内部に収容し、前記第2部材が着脱自在に取り付けられるヘッド本体と、を備える液体吐出ヘッドを用いて、液体を押圧することにより液体を液滴状に吐出する液体吐出方法であって、前記作動部材を前記押圧方向に伸長又は収縮させることにより、前記第1部材を前記第2部材に対して近接する前記押圧方向に相対的に変位させ、前記弾性部材を弾性変形させて前記貯留室の容積を減少させ、前記第2部材の前記供給孔より外部から前記貯留室に直接供給された前記貯留室内の液体を前記第2部材の前記吐出孔より外部に吐出する液体吐出ステップと、前記作動部材を前記押圧方向に収縮又は伸長させることにより、前記第1部材を前記第2部材に対して離隔する前記押圧方向に相対的に変位させ、前記弾性部材の弾性変形を復元させて前記貯留室の容積を増大させ、液体を前記第2部材の前記供給孔より前記貯留室に直接供給する液体供給ステップと、を含む。
本態様によれば、供給孔及び吐出孔が第2部材に設けられているとともに、第2部材がヘッド本体に対して着脱自在に取り付けられているので、液体の吐出量を変更する際に第2部材を交換することによって、液体の吐出量に応じて供給孔及び吐出孔の各径の大きさをそれぞれ容易に変更することができる。これにより、液体の吐出量を大きく変更した場合であっても、供給孔及び吐出孔をそれぞれ流れる流体に作用する流体抵抗のバランスを保つことができるので、液体の吐出量のダイナミックレンジを拡大することができる。
本発明によれば、液体の吐出量に応じて供給孔及び吐出孔の各径の大きさをそれぞれ容易に変更することができ、液体の吐出量のダイナミックレンジを拡大することができる。
以下、本発明の一態様に係る液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出方法について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。
(実施の形態)
図1は、本発明の実施の形態に係る液体吐出装置の構成を示す斜視図である。図示の液体吐出装置10は、装置基台101と、装置基台101に対して主走査方向(図1においてX軸方向)に往復移動自在に支持されたヘッド102と、装置基台101に対して副走査方向(図1においてY軸方向)に往復移動自在に支持されたステージ103と、を備えている。
図1は、本発明の実施の形態に係る液体吐出装置の構成を示す斜視図である。図示の液体吐出装置10は、装置基台101と、装置基台101に対して主走査方向(図1においてX軸方向)に往復移動自在に支持されたヘッド102と、装置基台101に対して副走査方向(図1においてY軸方向)に往復移動自在に支持されたステージ103と、を備えている。
装置基台101には、ヘッド移動機構104が支持されている。このヘッド移動機構104は、主走査方向に延びるキャリッジ軸105と、キャリッジ軸105に往復移動自在にガイドされるキャリッジ106と、を含んでいる。キャリッジ106には、ヘッド102が支持されている。例えばモータ等の駆動源(図示せず)によりキャリッジ106がキャリッジ軸105上を往復移動することによって、ヘッド102は、装置基台101に対して主走査方向に往復移動される。なお、ヘッド102には、例えばシリコン樹脂(シリコンオイル)等の液体を押圧して液滴状に吐出する液体吐出ヘッド20(後述する)が1個又は複数個設けられている。
また、装置基台101には、ステージ移動機構107が支持されている。このステージ移動機構107は、副走査方向に延び、且つ、間隔を置いて配置された一対のステージ軸108a,108bを含んでいる。一対のステージ軸108a,108bには、ステージ103が往復移動自在にガイドされている。ステージ103の上面には、例えば記録紙等の対象物109が支持されている。例えばモータ等の駆動源(図示せず)によりステージ103が一対のステージ軸108a,108b上を往復移動することによって、ステージ103は、装置基台101に対して副走査方向に往復移動される。
本実施の形態の液体吐出装置10では、ヘッド102とステージ103上の例えば基板やトレイに配置された部品等の対象物109とをそれぞれ装置基台101に対して相対的に移動させながら、ヘッド102から液体を対象物109に向けて液滴状に吐出する。これにより、対象物109上に液体がドット状に付着し、例えば対象物109上に所望のパターン又は薄膜等を形成することができる。
次に、図2〜図6を用いて、本実施の形態の液体吐出ヘッド20の構成について説明する。図2は、本発明の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの外観を示す斜視図である。図3は、本発明の実施の形態に係る液体吐出ヘッドを分解した状態で示す斜視図である。図4は、貯留室に液体が供給される状態での、図2中のA−A線により切断した液体吐出ヘッドの断面図である。図5は、貯留室内の液体が外部に吐出される状態での、図2中のA−A線により切断した液体吐出ヘッドの断面図である。図6は、図4中のB−B線により切断した、吐出される液体が充填され且つ押圧される貯留室を示す断面図である。
図2〜図5に示すように、図示の液体吐出ヘッド20は、ヘッド本体201を備えている。ヘッド本体201は、相互に締結された保持体202及び蓄熱体203を有している。
蓄熱体203は、上面に開口部203aを有する容器形状に構成されている。蓄熱体203の底部には、第1部材208(後述する)の下端部が挿入される開口部203bが設けられている。蓄熱体203は、熱伝導性の高い材質、例えば銅及びアルミニウム等で構成されている。なお、蓄熱体203は、線膨張係数が相対的に小さい銅で構成されるのが好ましい。図4及び図5に示すように、蓄熱体203の底面近傍における外面には、供給部110(後述する)を保持するためのホルダ204が設けられている。なお、図2及び図3においては、ホルダ204の図示を省略している。
蓄熱体203の内面には、蓄熱体203を加熱するための加熱部材205が2個取り付けられている。加熱部材205は、例えば電気ヒータ及びセラミックスヒータ等で構成されている。加熱部材205からの熱が蓄熱体203に伝達されることによって、蓄熱体203が所定の温度(例えば、30〜80℃)に保たれる。
保持体202は、蓄熱体203の開口部203aを覆うようにして、蓄熱体203の上面に取り付けられている。保持体202は、剛性を有する材質、例えばステンレス等で構成されている。
保持体202と蓄熱体203との間には、断熱部材206が配置されている。断熱部材206は、断熱性を有する材質、例えばpeek等の樹脂で構成されている。断熱部材206の断熱作用により、蓄熱体203から保持体202への熱の伝達が遮断される。
保持体202と蓄熱体203とは、例えば4本のネジ207によって相互に且つ強固に締結されている。4本のネジ207はそれぞれ、保持体202、断熱部材206及び蓄熱体203を貫通して延びている。4本のネジ207はそれぞれ、例えばセラミック材等の低熱膨張材料で構成されている。
上述したヘッド本体201には、第1部材208、第2部材209、弾性部材210、作動部材211及び付勢部材212が設けられている。
第1部材208は、例えば下端部が円柱状に構成されている。第1部材208の上端部における外面には、フランジ状の支持部208aが設けられている。支持部208aは、ヘッド本体201の内部において、押圧方向に対して直交する方向における外向きに延びている。ここで、「押圧方向」とは、第1部材208が第2部材209に対して近接及び離隔する方向であり、図2〜図5におけるZ軸方向である。第1部材208の下端部は、蓄熱体203の開口部203bに挿入され、第1部材208の上端部の支持部208aは、蓄熱体203の底部よりもやや上側に配置されている。なお、第1部材208は、後述する弾性部材210に対して剛性の高い材質、例えばステンレス鋼等で構成されている。
第2部材209は、第1部材208の下端面と対向するようにして、蓄熱体203の底部側に例えば4本のネジ213によって着脱自在に取り付けられている。第2部材209は、熱伝導性の高い材質、例えばステンレス鋼やセラミック材等で構成されている。第2部材209は、蓄熱体203と熱的に接続されている。これにより、加熱部材205により加熱された蓄熱体203の熱が、第2部材209を介して吐出孔218に充填された液体に伝達される。ここで、「熱的に接続される」とは、蓄熱体203の熱を第2部材209に十分に伝達できる程度に、蓄熱体203と第2部材209とが直接的又は間接的に接触されている状態をいう。また、「間接的に接触」とは、蓄熱体203と第2部材209との間に、例えば熱伝導性の高い部材が配置されている状態をいう。
第2部材209の上面には、例えば円形状の貯留室形成用凹部214が形成されている。第1部材208の下端面と第2部材209の貯留室形成用凹部214とによって、液体が貯留される貯留室215が形成される。第1部材208の下端面は、貯留室215の上面を規定する。第2部材209の貯留室形成用凹部214は、貯留室215の下面を規定する。また、第2部材209の下面には、押圧方向に突出する凸部216が設けられている。第2部材209の外面には、押圧方向に対して直交する方向に延びる継手部材217が設けられている。この継手部材217は、例えばステンレス等で構成されている。
第2部材209の内部には、貯留室215と連通された吐出孔218が形成されている。この吐出孔218は、押圧方向に対して略平行に延びている。吐出孔218の流入部218aは、その断面積が貯留室215に向けて漸増するテーパ状に構成され、貯留室215と連通されている。吐出孔218の吐出部218bは、その断面積が貯留室215と反対側に向けて漸減するテーパ状に構成されることにより径が縮小され、液体吐出ヘッド20の外部と連通されている。吐出孔218の吐出部218bは、第2部材209の下方側の凸部216の下面に開口されている。
さらに、第2部材209の内部には、貯留室215と連通された供給孔219が形成されている。この供給孔219は、液体吐出ヘッド20の外部から液体が流入する流入部219aと、貯留室215に液体が流出する流出部219bと、を有している。流入部219aと流出部219bとは相互に連通されている。流入部219aは、押圧方向に対して直交する方向に延び、継手部材217と連通されている。流出部219bは、押圧方向に対して略平行な方向に延び、貯留室215と連通されている。
なお、図6に示すように、吐出孔218と供給孔219の流出部219bとは、押圧方向に対して直交する方向にずれた位置に配置されている。供給孔219の流出部219bは、押圧方向に対して直交する方向における貯留室215の一端側に連通されている。吐出孔218は、押圧方向に対して直交する方向における貯留室215の他端側に連通されている。
弾性部材210は、薄い板状、且つ、XY平面視でリング状に構成されている。この弾性部材210は、第1部材208と第2部材209との間に配置されている。弾性部材210は、弾性及び耐薬品性を有する材料、例えばフッ素ゴム及びシリコンゴム等で構成されている。この弾性部材210は、貯留室形成用凹部214の外周部に配置されることによって、押圧方向に対して直交する方向における貯留室215の外周部を規定する。図6に示すように、押圧方向における貯留室215の断面形状は、円形状である。後述するように、弾性部材210が第1部材208により第2部材209側に押圧されて弾性変形された際には、弾性部材210の径方向外側への弾性変形が貯留室形成用凹部214の外周部によって規制される。なお、この弾性部材210は、貯留室215内の液体が外部に漏れるのを防止するシール機能をも有している。
作動部材211は、例えば押圧方向に積層された複数の圧電素子を有するアクチュエータである。作動部材211は、ヘッド本体201の内部に収容されている。作動部材211の上面は、保持体202の下面に接触されている。作動部材211の下面は、第1部材208の支持部208aの上面に接触されている。後述する付勢部材212の付勢力によって、作動部材211は、第1部材208の支持部208aと保持体202との間に挟持されている。
作動部材211は、本実施の形態では、押圧方向に積層された第1圧電素子211a、第2圧電素子211b及び第3圧電素子211cを有している。第1圧電素子211a、第2圧電素子211b及び第3圧電素子211cにはそれぞれ、第1電極220a、第2電極220b及び第3電極220cが取り付けられている。
第1電極220aに電圧を印加することにより、第1電極220aに対応する第1圧電素子211aが押圧方向に伸長される。同様に、第2電極220bに電圧を印加することにより、第2電極220bに対応する第2圧電素子211bが押圧方向に伸長される。第3電極220cに電圧を印加することにより、第3電極220cに対応する第3圧電素子211cが押圧方向に伸長される。
第1電極220aへの電圧の印加を解除することにより、第1電極220aに対応する第1圧電素子211aが押圧方向に収縮される。同様に、第2電極220bへの電圧の印加を解除することにより、第2電極220bに対応する第2圧電素子211bが押圧方向に収縮される。第3電極220cへの電圧の印加を解除することにより、第3電極220cに対応する第3圧電素子211cが押圧方向に収縮される。
第1圧電素子211a、第2圧電素子211b及び第3圧電素子211cの全部又は一部が電圧の印加により伸長された際には、作動部材211は全体として押圧方向に伸長される。第1圧電素子211a、第2圧電素子211b及び第3圧電素子211cの全部又は一部が電圧の解除により収縮された際には、作動部材211は全体として押圧方向に収縮される。
なお、本実施の形態では、第1圧電素子211aが押圧方向に伸縮する量である第1ストローク量は最も小さく、第3圧電素子211cが押圧方向に伸縮する量である第3ストローク量は最も大きい。第2圧電素子211bが押圧方向に伸縮する量である第2ストローク量は、第1ストローク量よりも大きく、且つ、第3ストローク量よりも小さい。具体的には、第2ストローク量は第1ストローク量の2倍の大きさであり、第3ストローク量は第1ストローク量の4倍の大きさである。
付勢部材212は、第1部材208の支持部208aと蓄熱体203の底部との間に設けられている。本実施の形態では、付勢部材212は、皿ばねで構成されている。この付勢部材212の付勢力によって、第1部材208の支持部208aは、作動部材211側に向けて弾性的に押圧される。
図4及び図5に示すように、本実施の形態の液体吐出装置10は、さらに、液体吐出ヘッド20に液体を供給する供給部110と、作動部材211の動作を制御する作動制御部111と、を備えている。
供給部110は、シリンジ112及びプランジャ113を備えている。シリンジ112は筒状の容器であり、ヘッド本体201に設けられたホルダ204に保持されている。シリンジ112の内部には、プランジャ113が摺動自在に設けられている。このプランジャ113によって、シリンジ112の内部は、液体が充填された液体室114と、空気が密閉された圧力調整室115とに区画されている。液体室114には、液体供給源116より供給された液体が充填される。圧力調整室115には、エアーコンプレッサ117より供給された圧縮空気が充填される。シリンジ112の先端部は、チューブ部材118を介して継手部材217に接続されている。これにより、シリンジ112の液体室114は、チューブ部材118及び継手部材217を介して第2部材209の供給孔219の流入部219aと連通される。なお、チューブ部材118は、継手部材217に対して着脱自在に接続されている。
圧力調整室115に供給された圧縮空気の圧力によって、プランジャ113がシリンジ112内を液体室114側に摺動される。これにより、液体室114内の液体がプランジャ113によって加圧され、その圧力は大気圧よりも大きい一定の圧力となる。このように大気圧以上の圧力を有する液体は、チューブ部材118、継手部材217、供給孔219の流入部219a及び流出部219bを通して貯留室215に直接供給される。
なお、液体吐出ヘッド20の貯留室215に対して供給部110が液体を供給するタイミングの制御は、図示しない供給制御部により行われる。また、液体吐出ヘッド20から液体が吐出されるサイクルが比較的遅い場合には、供給部110から液体吐出ヘッド20の貯留室215への液体の供給は、液体の吐出毎に必ずしも行わなくてもよい。
なお、本実施の形態では、シリンジ112は、液体吐出ヘッド20と同じ高さの位置に配置されているが、液体吐出ヘッド20より高い位置に配置されていてもよく、あるいは、液体吐出ヘッド20より低い位置に配置されていてもよい。シリンジ112を液体吐出ヘッド20より高い位置に配置することにより、供給部110から液体吐出ヘッド20へ大気圧以上に加圧された液体を供給することが容易となる。また、シリンジ112を液体吐出ヘッド20より低い位置に配置することにより、吐出孔218から液体が吐出される際の液だれを防止するために、負圧源(図示せず)から圧力調整室115へ負圧を印加する構成を不要とすることができる。
作動制御部111は、第1電極220a、第2電極220b及び第3電極220cの各々に印加される電圧をそれぞれ独立して制御する。これにより、第1圧電素子211a、第2圧電素子211b及び第3圧電素子211cの各々は独立して、押圧方向に伸縮可能である。
液体吐出ヘッド20から液体を吐出するときには、作動制御部111は、第1電極220a、第2電極220b及び第3電極220cの全部又は一部に電圧を印加する。これにより、図5に示すように、第1圧電素子211a、第2圧電素子211b及び第3圧電素子211cの全部又は一部が伸長され、作動部材211は全体として押圧方向に伸長される。このとき、第1部材208は、作動部材211の伸長力によって、第2部材209に近接する押圧方向に変位される。
液体吐出ヘッド20から液体を吐出しないときには、作動制御部111は、第1電極220a、第2電極220b及び第3電極220cの全部又は一部への電圧の印加を解除する。これにより、図4に示すように、第1圧電素子211a、第2圧電素子211b及び第3圧電素子211cの全部又は一部が収縮され(戻され)、作動部材211は全体として押圧方向に収縮される。このとき、第1部材208は、付勢部材212の付勢力によって、第2部材209から離隔する押圧方向に変位される。
従って、作動制御部111が所定のサイクルで作動部材211の各電極に対する電圧の印加と解除とを繰り返すことにより、液体吐出ヘッド20からの液体の吐出が上記所定のサイクルで行われる。
ここで、ストローク量がそれぞれ異なる第1圧電素子211a、第2圧電素子211b及び第3圧電素子211cを駆動(伸縮)させる組み合わせを選択して制御することにより、第1部材208を7通りの変位量で変位させることができ、液体の吐出量を7通りに変更することができる。即ち、第1圧電素子211aのみを駆動させたときの第1部材208の変位量を「1」としたとき、第2圧電素子211bのみを駆動させたときの第1部材208の変位量は「2」となり、第1圧電素子211a及び第2圧電素子211bを駆動させたときの第1部材208の変位量は「3」となる。また、第3圧電素子211cのみを駆動させたときの第1部材208の変位量は「4」となり、第1圧電素子211a及び第3圧電素子211cを駆動させたときの第1部材208の変位量は「5」となる。さらに、第2圧電素子211b及び第3圧電素子211cを駆動させたときの第1部材208の変位量は「6」となり、第1圧電素子211a、第2圧電素子211b及び第3圧電素子211cを全て駆動させたときの第1部材208の変位量は「7」となる。
次に、本実施の形態の液体吐出ヘッド20による液体吐出方法について説明する。図4に示すように、液体の吐出直前の状態では、貯留室215には液体が充填されている。また、作動部材211の各電極220a,220b,220cには電圧が印加されておらず、作動部材211は全体として収縮されている。この状態では、第1部材208の支持部208aは、付勢部材212の付勢力によって作動部材211側に向けて弾性的に押圧されている。これにより、第1部材208は、第2部材209に対して離隔する押圧方向に変位されるので、第1部材208による弾性部材210の押圧が解除されている。
液体の吐出直前の状態では、さらに、加熱部材205によって蓄熱体203が所定の温度(例えば、30〜80℃)まで加熱される。蓄熱体203の熱は、第2部材209を介して吐出孔218に充填された液体に伝達される。これにより、吐出孔218に充填された液体の温度が上昇して所定の温度に保たれるので、液体の粘度が相対的に低下して安定する。このように液体の粘度が一定に保たれることにより、メニスカスの形状(即ち、吐出孔218の吐出部218b内の液体の表面によって形成される凸状又は凹状の曲面形状)をよりスムーズに安定させることができる。なお、後述する液体吐出ステップ及び液体供給ステップにおいても、加熱部材205によって蓄熱体203の温度が上記所定の温度に保たれる。
液体吐出ヘッド20から液体を吐出する際には、作動制御部111が作動部材211の各電極220a,220b,220cの全部又は一部に電圧を印加することにより、図5に示すように、作動部材211は、付勢部材212の付勢力に抗して伸長される。これにより、第1部材208の支持部208aは、作動部材211の伸長力によって第2部材209側に向けて押圧されるので、第1部材208は、第2部材209に対して近接する押圧方向に所定の変位量だけ変位される。この状態では、弾性部材210は、第1部材208により第2部材209側に押圧されて弾性変形され、第1部材208は、貯留室215内の液体を押圧する。これにより、貯留室215の容積が減少するので、貯留室215内の液体に圧力が加わり、貯留室215内の液体が吐出孔218の吐出部218bより液滴状に吐出される(液体吐出ステップ)。
液体の吐出が完了した際には、作動制御部111による作動部材211の各電極220a,220b,220cの全部又は一部への電圧の印加が解除されることにより、図4に示すように、作動部材211は全体として収縮される。これにより、第1部材208は、付勢部材212の付勢力によって第2部材209に対して離隔する押圧方向に変位され、第1部材208による弾性部材210の押圧が解除される。弾性部材210の弾性変形が復元されることにより、貯留室215の容積が増大する。これにより、貯留室215内の液体に作用する圧力が低下し、また、このタイミングに対応して液体を加圧することにより、液体室114内の液体(換言すると、貯留室215の外部の液体)が第1部材208に対して押圧方向に対向して配置されている第2部材209の供給孔219を通して貯留室215に直接外部より供給される(液体供給ステップ)。
上述した液体吐出ステップ及び液体供給ステップが交互に繰り返し行われることによって、液体吐出ヘッド20の吐出孔218の吐出部218bから液体が対象物109に向けて液滴状に吐出される。これにより、液体が対象物109上にドット状に付着し、例えば対象物109上に所望のパターン又は薄膜等を形成することができる。
本実施の形態の液体吐出ヘッド20では、次のような効果が得られる。液体の吐出量を変更する際には、上述したように、作動制御部111は、第1圧電素子211a、第2圧電素子211b及び第3圧電素子211cを駆動させる組み合わせを選択する。液体の吐出量を大滴(例えば、約70nl(ナノリットル))に変更する場合には、作動制御部111は、例えば第1圧電素子211a、第2圧電素子211b及び第3圧電素子211cを全て駆動させる。このとき、第1部材208の変位量は、例えば約14μmとなる。液体の吐出量を中滴(例えば、約30nl)に変更する場合には、作動制御部111は、例えば第1圧電素子211a及び第2圧電素子211bを駆動させる。このとき、第1部材208の変位量は、例えば約6μmとなる。さらに、液体の吐出量を小滴(例えば、約10nl)に変更する場合には、作動制御部111は、例えば第1圧電素子211aのみを駆動させる。このとき、第1部材208の変位量は、例えば約2μmとなる。
液体の吐出量を大幅に変更する際には、第2部材209を交換することにより、供給孔219の流出部219bの直径d1及び吐出孔218の吐出部218bの直径d2をそれぞれ、液体の吐出量に対応した直径に変更することができる。供給孔219の流出部219bの直径d1及び吐出孔218の吐出部218bの直径d2がそれぞれ異なる複数の第2部材209を予め準備しておき、複数の第2部材209の中から液体の吐出量に対応する第2部材209を一つ選択してヘッド本体201に取り付ければよい。なお、第2部材209を交換する際には、4本のネジ213を第2部材209から取り外すとともに、チューブ部材118を継手部材217から取り外す。
より具体的に説明すると、液体の吐出量の範囲をさらに拡大するため、大滴及び小滴の液体を吐出制御する作動制御部111の各圧電素子の駆動の組み合わせを例えば上述と同様に行いながら、液体の吐出量を大幅に変更する場合、交換する第2部材209の供給孔219及び吐出部218bは、下記のように変更する。
液体の吐出量をさらに、大滴(例えば、約80nl)に変更する場合には、例えば供給孔219の流出部219bの直径d1を約0.33mm、吐出孔218の吐出部218bの直径d2を約0.33mmに変更する。また、液体の吐出量をさらに、小滴(例えば、約7nl)に変更する場合には、例えば供給孔219の流出部219bの直径d1を約0.13mm、吐出孔218の吐出部218bの直径d2を約0.13mmに変更する。
従って、本実施の形態の液体吐出ヘッド20では、供給孔219及び吐出孔218が第2部材209に設けられているとともに、第2部材209がヘッド本体201に対して着脱自在に取り付けられているので、液体の吐出量に応じて供給孔219の流出部219bの直径d1及び吐出孔218の吐出部218bの直径d2をそれぞれ容易に変更することができる。これにより、液体の吐出量を大きく変更した場合であっても、供給孔219及び吐出孔218をそれぞれ流れる流体に作用する流体抵抗のバランスを保つことができるので、液体の吐出量のダイナミックレンジを拡大することができる。
以上、本発明の一つ又は複数の態様に係る液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
上記実施の形態では、ストローク量の異なる複数(本実施の形態では3個)の圧電素子を押圧方向に積層することにより作動部材を構成したが、ストローク量の同じ複数の圧電素子を押圧方向に積層することにより作動部材を構成することもできる。
上記実施の形態では、4本のネジにより第2部材をヘッド本体に着脱自在に取り付けたが、第2部材の取付方法はこれに限定されない。例えば、第2部材の上面及びヘッド本体の下面にそれぞれネジ溝を設け、両者のネジ溝を相互に合わせた状態で第2部材をヘッド本体に対して所定方向に回転させることにより、第2部材をヘッド本体に対して着脱自在に取り付けることができる。
上記実施の形態では、第2部材に吐出孔の吐出部がその下面に開口する凸部を設けたが、例えば第2部材と対象物との距離が短い場合には、この凸部を省略し、単に第2部材の下面側に液滴を吐出する吐出部を開口させた形態としてもよい。
また、第2部材に設けられる吐出部の開口の位置は、第2部材の下面に限らず、第2部材の側面等に設け、例えば第1部材が変位する押圧方向に交差する方向であってもよい。これにより、液体の液滴の吐出方向の自由度が拡大する。
本発明は、各種のデバイスの製造過程において、種々のパターン及び薄膜を形成するための液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出方法として適用することができる。また、本発明は、例えば発光ダイオードの製造過程において、固形の蛍光体が分散された液体を発光ダイオードの発光部に吐出することにより、青色発光ダイオードから白色光を発光させる膜を形成するための液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出方法としても適用することができる。
10 液体吐出装置
20 液体吐出ヘッド
101 装置基台
102 ヘッド
103 ステージ
104 ヘッド移動機構
105 キャリッジ軸
106 キャリッジ
107 ステージ移動機構
108a,108b ステージ軸
109 対象物
110 供給部
111 作動制御部
112 シリンジ
113 プランジャ
114 液体室
115 圧力調整室
116 液体供給源
117 エアーコンプレッサ
201 ヘッド本体
202 保持体
203 蓄熱体
204 ホルダ
205 加熱部材
206 断熱部材
207 ネジ
208 第1部材
208a 支持部
209 第2部材
210 弾性部材
211 作動部材
211a 第1圧電素子
211b 第2圧電素子
211c 第3圧電素子
212 付勢部材
213 ネジ
214 貯留室形成用凹部
215 貯留室
216 凸部
217 継手部材
218 吐出孔
219 供給孔
219a 流入部
219b 流出部
220a 第1電極
220b 第2電極
220c 第3電極
20 液体吐出ヘッド
101 装置基台
102 ヘッド
103 ステージ
104 ヘッド移動機構
105 キャリッジ軸
106 キャリッジ
107 ステージ移動機構
108a,108b ステージ軸
109 対象物
110 供給部
111 作動制御部
112 シリンジ
113 プランジャ
114 液体室
115 圧力調整室
116 液体供給源
117 エアーコンプレッサ
201 ヘッド本体
202 保持体
203 蓄熱体
204 ホルダ
205 加熱部材
206 断熱部材
207 ネジ
208 第1部材
208a 支持部
209 第2部材
210 弾性部材
211 作動部材
211a 第1圧電素子
211b 第2圧電素子
211c 第3圧電素子
212 付勢部材
213 ネジ
214 貯留室形成用凹部
215 貯留室
216 凸部
217 継手部材
218 吐出孔
219 供給孔
219a 流入部
219b 流出部
220a 第1電極
220b 第2電極
220c 第3電極
Claims (6)
- 液体を押圧することにより液体を液滴状に吐出する液体吐出ヘッドであって、
液体を押圧する第1部材と、
前記第1部材に対向して配置され、液体が貯留される貯留室を前記第1部材とともに形成する第2部材と、
前記第1部材と前記第2部材との間に配置されて前記貯留室の外周部を規定し、前記第1部材により前記第1部材側から前記第2部材側に向かう押圧方向に押圧されて弾性変形されることによって、前記貯留室の容積を変化させる弾性部材と、
前記押圧方向に伸縮することにより、前記第1部材を前記第2部材に対して近接及び離隔する前記押圧方向に相対的に変位させ、前記弾性部材を弾性変形させる作動部材と、
前記第1部材及び前記作動部材を内部に収容するヘッド本体と、を備え、
前記第2部材は、前記ヘッド本体に対して着脱自在に取り付けられ、
前記第2部材には、液体を前記貯留室に外部から直接供給する供給孔と、前記貯留室内の液体を外部に吐出する吐出孔とが設けられている
液体吐出ヘッド。 - 前記作動部材は、前記押圧方向に積層された複数の圧電素子を有し、
前記複数の圧電素子の各々は独立して、前記押圧方向に伸縮可能である
請求項1に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記供給孔は、外部から液体が流入する流入部及び前記貯留室に液体が流出する流出部を有し、
前記流入部は、前記押圧方向に対して略垂直な方向に延び、
前記流出部は、前記押圧方向に対して略平行な方向に延びている
請求項1又は2に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記第2部材には、前記供給孔に連通される継手部材が設けられ、
前記継手部材には、液体を前記供給孔に供給するためのチューブ部材が着脱自在に接続される
請求項1〜3のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドと、
大気圧以上の圧力を有する液体を前記液体吐出ヘッドの供給孔に供給する供給部と、
前記液体吐出ヘッドの作動部材の動作を制御する作動制御部と、を備える
液体吐出装置。 - 液体を押圧する第1部材と、
前記第1部材に対向して配置され、液体が貯留される貯留室を前記第1部材とともに形成し、外部から液体を前記貯留室に直接供給する供給孔及び前記貯留室内の液体を外部に吐出する吐出孔を有する第2部材と、
前記第1部材と前記第2部材との間に配置されて前記貯留室の外周部を規定し、前記第1部材により前記第1部材側から前記第2部材側に向かう押圧方向に押圧されて弾性変形されることによって、前記貯留室の容積を変化させる弾性部材と、
前記押圧方向に伸縮することにより、前記第1部材を前記第2部材に対して近接及び離隔する前記押圧方向に相対的に変位させ、前記弾性部材を弾性変形させる作動部材と、
前記第1部材及び前記作動部材を内部に収容し、前記第2部材が着脱自在に取り付けられるヘッド本体と、を備える液体吐出ヘッドを用いて、液体を押圧することにより液体を液滴状に吐出する液体吐出方法であって、
前記作動部材を前記押圧方向に伸長又は収縮させることにより、前記第1部材を前記第2部材に対して近接する前記押圧方向に相対的に変位させ、前記弾性部材を弾性変形させて前記貯留室の容積を減少させ、前記第2部材の前記供給孔より外部から前記貯留室に直接供給された前記貯留室内の液体を前記第2部材の前記吐出孔より外部に吐出する液体吐出ステップと、
前記作動部材を前記押圧方向に収縮又は伸長させることにより、前記第1部材を前記第2部材に対して離隔する前記押圧方向に相対的に変位させ、前記弾性部材の弾性変形を復元させて前記貯留室の容積を増大させ、液体を前記第2部材の前記供給孔より前記貯留室に直接供給する液体供給ステップと、を含む
液体吐出方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012137145A JP2014000515A (ja) | 2012-06-18 | 2012-06-18 | 液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012137145A JP2014000515A (ja) | 2012-06-18 | 2012-06-18 | 液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014000515A true JP2014000515A (ja) | 2014-01-09 |
Family
ID=50034218
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012137145A Pending JP2014000515A (ja) | 2012-06-18 | 2012-06-18 | 液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014000515A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020032384A (ja) * | 2018-08-31 | 2020-03-05 | 日本電産株式会社 | 塗布装置 |
-
2012
- 2012-06-18 JP JP2012137145A patent/JP2014000515A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020032384A (ja) * | 2018-08-31 | 2020-03-05 | 日本電産株式会社 | 塗布装置 |
JP7008332B2 (ja) | 2018-08-31 | 2022-01-25 | 兵神装備株式会社 | 塗布装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5884018B2 (ja) | 液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出方法 | |
JP6610121B2 (ja) | 液体噴射装置、圧力調整装置 | |
US9944087B2 (en) | Liquid ejecting apparatus and pressure-regulating device | |
JPWO2017122683A1 (ja) | 液体材料吐出装置 | |
US20100013895A1 (en) | Liquid ejecting apparatus | |
JP5967351B2 (ja) | 液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置 | |
JP5166656B2 (ja) | 液体吐出装置、および、液体吐出方法 | |
KR20060024342A (ko) | 밸브 장치, 감압 밸브, 캐리지, 액체 분사 장치, 및, 밸브장치의 제조 방법 | |
JP2008230196A (ja) | 弁装置、流体供給装置及び流体噴射装置 | |
CN108656744B (zh) | 液体喷出装置以及液体喷出方法 | |
JP2013193001A (ja) | 液体供給装置、液体吐出装置及び液体供給方法 | |
JP2014000515A (ja) | 液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出方法 | |
JP2013180226A (ja) | 吐出ヘッド、液体吐出装置、吐出方法 | |
JP2013154303A (ja) | 液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出方法 | |
JP2019098571A (ja) | 液体噴射装置 | |
JP2013198885A (ja) | 弾性部材、液体吐出ヘッド及び液体吐出方法 | |
JP2013154299A (ja) | 液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出方法 | |
JP4379128B2 (ja) | インクジェットヘッド | |
KR101026551B1 (ko) | 압전구동 액적 디스펜싱 헤드 | |
JP2013132634A (ja) | 液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出方法 | |
JP5853164B2 (ja) | 液体供給装置、液体吐出装置及び液体供給方法 | |
JP2000033694A (ja) | インクジェットのヘッド機構 | |
JP2005343123A (ja) | 減圧弁、キャリッジおよび液体噴射装置 | |
JP2013192998A (ja) | 液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出方法 | |
JP2012166160A (ja) | 液体吐出手段、および、液体吐出装置 |