JP6953801B2 - 液体吐出装置 - Google Patents
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Description
液体吐出装置であって、
液体を収容する液室と、
前記液室において開口している流入口を介して前記液室に連通し、前記液室に前記液体を流入させる流入路と、
前記液室において開口している連通口を介して前記液室に連通し、前記液室の前記液体を吐出するノズルと、
前記液室の内壁面を変位させて、前記液室の容積を変更することによって、前記ノズルから前記液体を吐出させる容積変更部と、
前記流入路の容積を変更して、前記流入路の流路抵抗を変化させる流入路抵抗変更部と、
を備え、
前記連通口は、前記液室において、前記容積変更部によって変位する前記内壁面のうち変位量が最も大きい変位中心部と前記流入口とが並ぶ方向について、前記変位中心部と前記流入口との間に位置する、液体吐出装置。
この形態の液体吐出装置によれば、ノズルに連通している連通口が、流入口に近い位置に設けられているため、流入路抵抗変更部の駆動に起因して生じる圧力変化を、ノズルにまで到達させやすい。そのため、容積変更部の駆動に加えて、流入路抵抗変更部の駆動によっても、ノズルから液体を吐出させるための圧力変化を生じさせることができる。よって、容積変更部と流入路抵抗変更部とを連携させて動作させることによって、ノズルから液体を吐出させるための圧力変化を、より高い精度で制御することができる。従って、液体吐出装置におけるノズルからの液体の吐出の制御性や信頼性を高めることができる。
この形態の液体吐出装置によれば、流入路抵抗変更部の駆動によって生じる圧力変化を、よりノズルに到達させやすくすることができる。
この形態の液体吐出装置によれば、ノズルから液体を吐出させる際に、容積変更部の駆動によって生じる圧力変化を、よりノズルに到達させやすくすることができる。
この形態の液体吐出装置によれば、液室内に、流入路から流出路に向かう液体の流れを生じさせることができ、液室における液体の滞留を抑制することができる。また、流出路を介して、液室に入り込んだ気泡を排出させることができる。そのため、そうした液室における液体の滞留や液室内の気泡に起因する吐出不良の発生を抑制することができ、液体吐出の信頼性を高めることができる。
この形態の液体吐出装置によれば、液室内に、流入路から流出路に向かう液体の流れを生じさせて液室における液体の滞留を抑制できる一方で、流出路から排出された液体が無駄に消費されてしまうことを抑制することができる。
この形態の液体吐出装置によれば、ノズルから液体が吐出されている間に、流入路の容積を増大させることによって、連通口から流出する液体に対して、流入口の方に戻る吸引力を生じさせることができる。その吸引力によって、ノズル内の液体とノズルから流出している液体との分断を促進させることができ、ノズルから吐出された液体が無駄に尾を引いてしまうことによる吐出不良の発生を抑制することができる。このように、ノズルから液体を吐出させるための力と、ノズルから液滴を分離させるための力とをそれぞれ、容積変更部や流入路抵抗変更部という別々の駆動部に発生させることができるため、吐出処理における液室内の圧力変化の制御性を高めることができる。
この形態の液体吐出装置によれば、容積変更部の駆動によって生じる液体吐出のための圧力が、流入路へと逃げてしまうことを抑制することができる。
この形態の液体吐出装置によれば、吐出処理において、ノズルから液体を吐出させるための力と、ノズルから液滴を分離させるための力と、をそれぞれ、容積変更部や流入路抵抗変更部という別々の駆動部に発生させることができる。従って、吐出処理における液室内の圧力変化の制御性を高めることができる。また、ノズルから液体を吐出させる際に、容積変更部の駆動によって生じる液体吐出のための圧力が、流入路や流出路へと逃げてしまうことを抑制することができる。
この形態の液体吐出装置によれば、流入路の容積の減少によって押し出された液体が、ノズルからの液体の吐出処理を開始する前に、ノズルから漏れ出てしまうことを抑制できる。よって、ノズルからの余分な液体の漏洩による液体の吐出不良の発生が抑制される。
図1は、第1実施形態における液体吐出装置100Aの全体構成を示す概略ブロック図である。液体吐出装置100Aは、タンク10と、圧力調整部15と、供給路16と、ヘッド部20Aと、制御部25と、を備える。
図5は、第2実施形態の液体吐出装置100Bが備えるヘッド部20Bの内部構成を示す概略断面図である。第2実施形態の液体吐出装置100Bの構成は、第1実施形態のヘッド部20Aの代わりに、第2実施形態のヘッド部20Bを備えている点以外は、第1実施形態の液体吐出装置100A(図1)の構成とほぼ同じである。第2実施形態のヘッド部20Bの構成は、液室30におけるノズル31およびその連通口33の形成位置が異なっている点以外は、第1実施形態のヘッド部20A(図2)の構成とほぼ同じである。第2実施形態の液体吐出装置100Bでは、制御部25は、第1実施形態で説明したのと同様な吐出処理(図3)を実行する。
図6は、第3実施形態における液体吐出装置100Cの全体構成を示す概略ブロック図である。第3実施形態の液体吐出装置100Cは、以下に説明する点以外は、第1実施形態の液体吐出装置100A(図1)の構成ほぼ同じである。液体吐出装置100Cは、圧力調整部15の代わりに、加圧ポンプ60を備えており、第1実施形態のヘッド部20Aの代わりに第3実施形態のヘッド部20Cを備えている。また、液体吐出装置100Cには、排出路61と、液体貯留部63と、負圧発生源64と、循環路65と、が追加されている。
図9は、第4実施形態の液体吐出装置100Dが備えるヘッド部20Dの内部構成を示す概略断面図である。第4実施形態の液体吐出装置100Dの構成は、第3実施形態のヘッド部20Cの代わりに、第4実施形態のヘッド部20Dを備えている点以外は、第3実施形態の液体吐出装置100C(図6)の構成とほぼ同じである。第4実施形態のヘッド部20Dの構成は、液室30におけるノズル31およびその連通口33の形成位置が異なっている点以外は、第3実施形態のヘッド部20C(図7)の構成とほぼ同じである。第4実施形態の液体吐出装置100Dでは、制御部25は、第3実施形態で説明したのと同様な吐出処理(図8)を実行する。
上記の各実施形態で説明した種々の構成は、例えば、以下のように改変することが可能である。以下に説明する他の実施形態はいずれも、上記の各実施形態と同様に、発明を実施するための形態の一例として位置づけられる。
上記の各実施形態において、容積変更部35や、流入路抵抗変更部50の駆動部51、流出路抵抗変更部80の駆動部81は、ピエゾ素子によって構成されている。これに対して、容積変更部35および各駆動部51,81は、ピエゾ素子以外のアクチュエーターによって構成されていてもよい。容積変更部35および各駆動部51,81は、例えば、エアシリンダーやソレノイド、磁歪素子などの他のアクチュエーターによって構成されてもよい。
上記の各実施形態では、容積変更部35は、液室30の内壁面30wの一部を構成しているダイヤフラム37を撓み変形させて、液室30の容積を変更している。これに対して、容積変更部35は、他の構成によって、液室30の容積を変更してもよい。容積変更部35は、例えば、液室30の壁部の一部を構成している弁体を、ピストン運動させることによって、液室30の容積を変更する構成であってもよい。
上記の各実施形態において、流入路抵抗変更部50は、流入路40を開閉するように動作している。しかしながら、流入路抵抗変更部50は、流入路40を完全に閉塞した状態や開放した状態にしなくてもよい。流入路抵抗変更部50は、流入路40の容積を変更する動作によって、流入路40の流路抵抗を変化させればよい。この場合、流入路40の弁座部43は省略されてもよい。流出路抵抗変更部80および流出路70の弁座部73についても同様である。なお、上記の各実施形態において、流入路抵抗変更部50による流入路40の容積を変更する動作は、流入路40の流路断面積を変更する構成であると解釈することもできる。流出路抵抗変更部80による流出路70の容積を変更する動作についても同様である。
上記各実施形態において、流入路抵抗変更部50は、駆動部51によって弁体52を変位させて、流入路40の容積を変更し、流入路40の流路抵抗を変化させている。これに対して、流入路抵抗変更部50は、上記の各実施形態での構成以外の構成によって、流入路40の容積を変更し、流入路40の流路抵抗を変化させてもよい。例えば、流入路抵抗変更部50は、容積変更部35のように、流入路40の内壁面の一部を構成するダイヤフラムを撓み変形させて流入路40の容積を変更してもよい。また、流入路抵抗変更部50は、流入路40を横切るように移動するシャッター壁部によって、流入路40の容積を変化させて、流入路40の流路抵抗を変化させる構成であってもよい。流出路抵抗変更部80においても、同様な構成の改変が適用されてもよい。
上記の各実施形態において、ノズル31の連通口33は、ダイヤフラム37の下方領域から外れた位置に設けられている。これに対して、ノズル31の連通口33は、ダイヤフラム37の下方領域内に設けられていてもよい。ノズル31の連通口33は、ダイヤフラム37の下方領域内において、ダイヤフラム37の変位中心部37cよりも流入口41側に位置していればよい。
上記の各実施形態において、流入路40は、液室30の上方に設けられ、流入口41は、液室30の上壁面34において開口している。これに対して、流入路40は、液室30の上方に設けられていなくてもよいし、流入口41は、液室30の上壁面34以外の部位において開口していてもよい。例えば、流入路40は、液室30の下方に設けられていてもよいし、液室30の側方に設けられていてもよい。流入口41は、液室30の底壁面32において開口していてもよいし、液室30の側壁面において開口していてもよい。
上記の第3実施形態および第4実施形態において、流出路抵抗変更部80は省略されてもよい。また、上記の第3実施形態および第4実施形態の液体吐出装置100C,100Dでは、循環路65を省略し、液体LQを循環させない構成が適用されてもよい。例えば、排出路61に流出した液体LQが、そのまま外部に排出される構成が適用されてもよい。
上記の各実施形態において液体吐出装置100A〜100Dが実行している吐出処理は、あくまで好適な吐出処理の一例にすぎない。各実施形態の液体吐出装置100A〜100Dは、他の種々の吐出処理を実行してもよい。例えば、上記の各実施形態の吐出処理において、流入路抵抗変更部50によって流入路40の容積を低減させるのに伴って、容積変更部35に液室30の容積を増大させる第1工程は、省略されてもよい。上記の各実施形態の液体吐出装置100A〜100Dは、容積変更部35によって液室30の容積を低減させるのと並行して、流入路抵抗変更部50によって流入路40の容積を低減させることによって、液室30の圧力を増大させて、ノズル31からの液体LQの流出を開始させてもよい。第3実施形態および第4実施形態の吐出処理において、流入路抵抗変更部50によって流入路40を閉じるときに、流出路抵抗変更部80を駆動させることなく、流出路70を開いた状態のままにしてもよい。
本発明は、インクを吐出する液体吐出装置に限らず、インク以外の他の液体を吐出する任意の液体吐出装置にも適用することができる。例えば、以下のような各種の液体吐出装置に本発明は適用可能である。
(1)ファクシミリ装置等の画像記録装置。
(2)液晶ディスプレイ等の画像表示装置用のカラーフィルターの製造に用いられる色材吐出装置。
(3)有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイや、面発光ディスプレイ(Field Emission Display、FED)等の電極形成に用いられる電極材吐出装置。
(4)バイオチップ製造に用いられる生体有機物を含む液体を吐出する液体吐出装置。
(5)精密ピペットとしての試料吐出装置。
(6)潤滑油の吐出装置。
(7)樹脂液の吐出装置。
(8)時計やカメラ等の精密機械にピンポイントで潤滑油を吐出する液体吐出装置。
(9)光通信素子等に用いられる微小半球レンズ(光学レンズ)などを形成するために紫外線硬化樹脂液等の透明樹脂液を基板上に吐出する液体吐出装置。
(10)基板などをエッチングするために酸性又はアルカリ性のエッチング液を吐出する液体吐出装置。
(11)他の任意の微小量の液滴を吐出させる液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置。
上記実施形態において、ソフトウェアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ハードウェアによって実現されてもよい。また、ハードウェアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ソフトウェアによって実現されてもよい。ハードウェアとしては、例えば、集積回路、ディスクリート回路、または、それらの回路を組み合わせた回路モジュールなど、各種回路を用いることができる。
Claims (10)
- 液体吐出装置であって、
液体を収容する液室と、
前記液室において開口している流入口を介して前記液室に連通し、前記液室に前記液体を流入させる流入路と、
前記液室において開口している連通口を介して前記液室に連通し、前記液室の前記液体を吐出するノズルと、
前記液室の内壁面を変位させて、前記液室の容積を変更することによって、前記ノズルから前記液体を吐出させる容積変更部と、
前記流入路の容積を変更して、前記流入路の流路抵抗を変化させる流入路抵抗変更部と、
を備え、
前記連通口は、前記液室において、前記容積変更部によって変位する前記内壁面のうち変位量が最も大きい変位中心部と前記流入口とが並ぶ方向について、前記変位中心部と前記流入口との間に位置する、液体吐出装置。 - 請求項1記載の液体吐出装置であって、
前記連通口は、前記液室内の前記変位中心部よりも前記流入口側の領域において、前記変位中心部よりも前記流入口に近い位置に設けられている、液体吐出装置。 - 請求項1記載の液体吐出装置であって、
前記連通口は、前記液室内の前記変位中心部よりも前記流入口側の領域において、前記流入口よりも、前記変位中心部に近い位置に設けられている、液体吐出装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の液体吐出装置であって、さらに、
前記液室から前記液体を流出させる流出路を備える、液体吐出装置。 - 請求項4記載の液体吐出装置であって、
前記流出路から流出する前記液体を、前記液室に循環させる循環路を備える、液体吐出装置。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の液体吐出装置であって、さらに、
前記容積変更部と、前記流入路抵抗変更部と、を制御し、前記ノズルから前記液体の液滴を吐出させる吐出処理を実行する制御部を備え、
前記制御部は、前記吐出処理において、前記容積変更部に前記液室の容積を低減させることによって、前記ノズルからの前記液体の流出を開始させ、前記ノズルから前記液体が流出している間に、前記流入路抵抗変更部に前記流入路の容積を増大させることによって、前記ノズルの前記液体から前記液滴を分離させて飛翔させる、液体吐出装置。 - 請求項6記載の液体吐出装置であって、
前記制御部は、前記吐出処理において、前記ノズルからの前記液体の流出を開始させるために、前記容積変更部に前記液室の容積を低減させる前に、前記流入路抵抗変更部に前記流入路の流路抵抗を増大させる、液体吐出装置。 - 請求項4または請求項5記載の液体吐出装置であって、さらに、
前記流出路の容積を変更して、前記流出路の流路抵抗を変化させる流出路抵抗変更部と、
前記容積変更部と、前記流入路抵抗変更部と、前記流出路抵抗変更部と、を制御し、前記ノズルから前記液体の液滴を吐出させる吐出処理を実行する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記吐出処理において、前記容積変更部に前記液室の容積を低減させることによって、前記ノズルからの前記液体の流出を開始させ、前記ノズルから前記液体を流出させている間に、前記流入路抵抗変更部に、前記流入路の容積を増大させることによって、前記ノズルの前記液体から前記液滴を分離させて飛翔させ、
前記制御部は、前記吐出処理において、前記ノズルからの前記液体の流出を開始させるために、前記容積変更部に前記液室の容積を低減させる前に、前記流入路抵抗変更部に前記流入路の流路抵抗を増大させるとともに、前記流出路抵抗変更部に前記流出路の流路抵抗を増大させる、液体吐出装置。 - 液体吐出装置であって、
液体を収容する液室と、
前記液室において開口している流入口を介して前記液室に連通し、前記液室に前記液体を流入させる流入路と、
前記液室において開口している連通口を介して前記液室に連通し、前記液室の前記液体を吐出するノズルと、
前記液室の内壁面を変位させて、前記液室の容積を変更することによって、前記ノズルから前記液体を吐出させる容積変更部と、
前記流入路の容積を変更して、前記流入路の流路抵抗を変化させる流入路抵抗変更部と、
前記容積変更部と、前記流入路抵抗変更部と、を制御し、前記ノズルから前記液体の液滴を吐出させる吐出処理を実行する制御部と、
を備え、
前記連通口は、前記液室において、前記容積変更部によって変位する前記内壁面のうち変位量が最も大きい変位中心部よりも前記流入口側に位置し、
前記制御部は、
前記吐出処理において、前記容積変更部に前記液室の容積を低減させることによって、前記ノズルからの前記液体の流出を開始させ、前記ノズルから前記液体が流出している間に、前記流入路抵抗変更部に前記流入路の容積を増大させることによって、前記ノズルの前記液体から前記液滴を分離させて飛翔させ、
前記流入路抵抗変更部に前記流入路の容積を低減させるのに伴って、前記容積変更部に前記液室の容積を増大させる、液体吐出装置。 - 請求項9記載の液体吐出装置であって、
前記制御部は、前記吐出処理において、前記ノズルからの前記液体の流出を開始させるために、前記容積変更部に前記液室の容積を低減させる前に、前記流入路抵抗変更部に前記流入路の流路抵抗を増大させる、液体吐出装置。
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