CN110382867A - 液滴喷出装置 - Google Patents

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前田贤司
中谷政次
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Abstract

提供能够通过简单的结构而顺畅地喷出液滴的液滴喷出装置。液滴喷出装置(10)具有：液体贮存部(11)，其具有液体喷出口(11e)；隔膜(12)，其使液体贮存部(11)的容积改变；压电元件(13)，其对隔膜(12)施加加压振动；以及控制部(14)，其向压电元件(13)输出驱动电压信号(VR)。驱动电压信号(VR)包含喷出信号(VP)和振幅比喷出信号(VP)的振幅小的高频信号(VQ)。

Description

液滴喷出装置
技术领域
本发明涉及液滴喷出装置。
背景技术
利用压电效应进行从电能向机械能的能量转换的压电元件由于响应性优异，因此在半导体、印刷、化学药品等广泛的领域中被用于将液体作为液滴喷出到对象物的表面的液滴喷出装置。
但是，压电元件的移位量微小，无法对液体施加充分的压力，因此有时无法顺畅地喷出液滴。
因此，提出了设置用于增大压电元件的移位量的移位扩大机构的方法(参照专利文献1和专利文献2)、设置用于使液体的粘度降低的加热装置的方法(参照专利文献3和专利文献4)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-349387号公报
专利文献2：日本特开2008-054492号公报
专利文献3：日本特开2003-103207号公报
专利文献4：日本特开2000-317371号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在专利文献1～4的方法中，液滴喷出装置的结构复杂化或大型化。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供能够通过简单的结构而顺畅地喷出液滴的液滴喷出装置。
用于解决课题的手段
本发明的一个方式的液滴喷出装置具有：液体贮存部，其具有液体喷出口；隔膜，其使液体贮存部的容积改变；压电元件，其对隔膜施加加压振动；以及控制部，其向压电元件输出驱动电压信号。驱动电压信号包含喷出信号和振幅比喷出信号的振幅小的高频信号。
发明效果
根据本发明的一个方式，能够提供能够通过简单的结构而顺畅地喷出液滴的液滴喷出装置。
附图说明
图1是示出实施方式的液滴喷出装置的结构的示意图。
图2是示出喷出信号的一例的波形图。
图3是示出高频信号的一例的波形图。
图4是示出驱动电压信号的一例的波形图。
图5是示出压电元件的振幅的推移的曲线图。
图6是示出液体喷出口附近的液体的形状的示意图。
图7是示出驱动电压信号的一例的波形图。
图8是示出驱动电压信号的一例的波形图。
图9是示出驱动电压信号的一例的波形图。
图10是示出驱动电压信号的一例的波形图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一个实施方式的外观检查装置进行说明。但是，本发明的范围不限于以下的实施方式，能够在本发明的技术思想的范围内任意地变更。另外，在以下的附图中，为了易于理解各结构，有时使各构造中的比例尺和数量等与实际构造中的比例尺和数量等不同。
(液滴喷出装置10的结构)
图1是示出实施方式的液滴喷出装置10的结构的示意图。
液滴喷出装置10具有液体贮存部11、隔膜12、压电元件13以及控制部14。
(1)液体贮存部11
液体贮存部11具有压力室11a和喷嘴11b。
压力室11a形成为中空状。在本实施方式中，压力室11a形成为筒状，但不限于此。压力室11a例如能够由合金材料、陶瓷材料以及合成树脂材料等构成。
在压力室11a的内部形成有液室11c。在液室11c中贮存有液体。作为液体，能够举出焊料、热硬化性树脂、墨、用于形成功能性薄膜(配向膜、抗蚀剂、滤色器、有机电致发光等)的涂敷液等。另外，在压力室11a的侧壁上形成有液体供给口11d。从液体供给口11d向液室11c补充液体。
喷嘴11b形成为板状。喷嘴11b配置为封闭液室11c的一端开口。喷嘴11b形成有液体喷出口11e。液室11c内的液体从液体喷出口11e作为液滴向外部喷出。
(2)隔膜12
隔膜12配置为封闭液室11c的另一端开口。在从后述的压电元件13被施加加压振动时，隔膜12弹性地振动。由此，隔膜12使液室11c的容积改变。
隔膜12具有固定部12a和挠性部12b。固定部12a固定于液体贮存部11的压力室11a。固定部12a是隔膜12的外缘。挠性部12b是被固定部12a包围的部分。挠性部12b能够变形，不固定于液体贮存部11的压力室11a。在挠性部12b的外表面12S上固定有压电元件13。
当挠性部12b朝向液室11c的内部呈凸状弯曲时，液室11c的容积变小。由此，液体成为液滴而从液体喷出口11e向外部喷出。然后，当挠性部12b借助自身的弹性而恢复到图1的状态时，液室11c的容积复原。此时，从液体供给口向液室11c补充液体。
构成隔膜12的材料没有特别限制，例如能够使用合金材料、陶瓷材料以及合成树脂材料等。
(3)压电元件13
压电元件13配置于隔膜12的挠性部12b上。压电元件13的第一端部13p固定于固定部件15，为固定端。压电元件13的第二端部13q固定于隔膜12的挠性部12b，为自由端。第一和第二端部13p、13q的固定能够使用焊料膏、底部填充材料以及环氧树脂等。
压电元件13具有多个压电体13a、多个内部电极13b以及一对侧面电极13c、13c。各压电体13a与各内部电极13b交替地层叠。各压电体13a例如由锆钛酸铅(PZT)等压电陶瓷构成。各电内部极13b与一对侧面电极13c、13c中的任意一方电连接。即，与一方的侧面电极13c电连接的内部电极13c与另一方的侧面电极13c电绝缘。这样的构造通常被称为部分电极构造。
但是，压电元件13只要至少具有一个压电体和一对电极即可，作为压电元件13，能够使用公知的各种构造的压电元件。
压电元件13根据后述的驱动电压信号(即，驱动脉冲)VR的施加而在与挠性部12b的外表面12S垂直的方向上进行伸缩。具体而言，当从后述的控制部14向一对侧面电极13c、13c输出驱动电压信号VR时，各压电体13a进行伸缩。伴随着该压电元件13的伸缩动作，对隔膜12施加加压振动。
(4)控制部14
控制部14由CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)或DSP(DigitalSignal Processor：数字信号处理器)等微处理器、或者ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit：专用集成电路)等运算装置而实现。
控制部14生成用于使压电元件13进行伸缩的驱动电压信号VR。控制部14通过将生成的驱动电压信号VR输出给压电元件13的一方的侧面电极13c而使压电元件13进行伸缩。
(驱动电压信号VR的结构)
以下，对由控制部14生成的驱动电压信号VR的结构进行说明。
图2是示出用于生成驱动电压信号VR的喷出信号VP的一例的波形图。图3是示出用于生成驱动电压信号VR的高频信号VQ的一例的波形图。图4是示出根据喷出信号VP和高频信号VQ而生成的驱动电压信号VR的一例的波形图。
(1)喷出信号VP
喷出信号VP是用于使压电元件14进行驱动以对隔膜12施加喷出液滴的程度的加压振动的电压信号。
如图2所示，在喷出信号VP中，基准电压区间VP1、电压上升区间VP2、电压维持区间VP3以及电压下降区间VP4依次重复。在基准电压区间VP1中，电压维持为基准电压Pg(例如，电压0)。在电压上升区间VP2中，电压从基准电压Pg上升至驱动电压Pm。在电压维持区间VP3中，电压维持为驱动电压Pm。在电压下降区间VP4中，电压从驱动电压Pm下降至基准电压Pg。
喷出信号VP的驱动电压Pm比基准电压Pg大。驱动电压Pm的值没有特别限制，例如能够采用50V～150V。驱动电压Pm用于对隔膜12施加喷出液滴的程度的加压振动，因此优选综合考虑压电元件的最大移位量、液室11c的容积以及液体的粘度等来进行设定。
每秒内的各区间VP1～VP4的重复次数没有特别限制，例如能够采用1次～5000次。即，喷出信号VP的频率能够采用1Hz～5000Hz。另外，为了进一步高速化(高频激励)，优选使用能够更高速响应的压电元件13。
另外，喷出信号VP的电压上升区间VP2和电压下降区间VP4中的上升/下降速度(波形的斜率)没有特别限制，能够分别适当设定。
(2)高频信号VQ
高频信号VQ的振幅(电位差)比喷出信号VP的振幅(电位差)小。高频信号VQ是用于使压电元件14进行驱动以对隔膜12施加不喷出液滴的程度的加压振动的电压信号。
如图3所示，在高频信号VQ中，电压上升区间VQ1和电压下降区间VQ2依次重复。本实施方式的高频信号VQ是不间断地持续的连续信号。在电压上升区间VQ1中，电压从基准电压Pg上升至微小电压Pn。在电压下降区间VQ2中，电压从微小电压Pn下降至基准电压Pg。
高频信号VQ的微小电压Pn比基准电压Pg大并且比驱动电压Pm小。微小电压Pn的值没有特别限制，例如能够设定为驱动电压Pm的20％以下。
每秒内的各区间VQ1～VQ2的重复次数没有特别限制，优选为驱动频率的2倍以上。即，高频信号VQ的频率优选为2Hz～30kHz。
这里，如后所述，高频信号VQ具有使贮存于液体贮存部11中的液体的流动性提高的功能。从该流动性提高的观点出发，微小电压Pn优选为驱动电压Pm的1％～20％，高频信号VQ的频率优选为1kHz～30kHz。另外，在表现出触变性的液剂的情况下，通常，高频信号VQ的频率越高，能够使流动性提高得越多。
另外，如后所述，高频信号VQ具有使从液体贮存部11喷出液滴时的断液性提高的功能。从该断液性提高的观点出发，微小电压Pn优选为驱动电压Pm的1％～20％，高频信号VQ的频率优选为1kHz～5kHz。
(3)驱动电压信号VR
驱动电压信号VR具有将喷出液滴的程度的喷出信号VP的波形与不喷出液滴的程度的高频信号VQ的波形叠加而得到的波形。
如图4所示，在驱动电压信号VR中，稳态电压区间VR1、电压上升区间VR2、电压维持区间VR3、以及电压下降区间VR4依次重复。在稳态电压区间VR1中，电压在基准电压Pg与微小电压Pn之间反复。在电压上升区间VR2中，电压从基准电压Pg上升至驱动电压Pm。在电压维持区间VR3中，电压在驱动电压Pm与基准电压Pg和微小电压Pn之和(Pg+Pn)之间反复。在电压下降区间VR4中，电压从驱动电压Pm下降至基准电压Pg。
这里，图5是示出根据驱动电压信号VR而进行伸缩的压电元件13的振幅的推移(即，移位波形)的曲线图。图6是示出液体喷出口11e附近的液体的形状的示意图。
如图5所示，压电元件13的振幅的推移与驱动电压信号VR的波形一致。
在本实施方式中，高频信号VQ叠加于喷出信号VP的基准电压区间VP1。即，在驱动电压信号VR中，高频信号VQ位于比电压上升区间VR2靠前的区间。因此，在驱动电压信号VR的稳态电压区间VR1中，压电元件13以微小振幅进行伸缩。该压电元件13的伸缩经由隔膜12作为微小的加压振动而传递给所贮存的液体整体。其结果为，所贮存的液体的流动性提高。但是，基于高频信号VQ的加压振动被抑制为不喷出液滴的程度，因此如图6的(a)所示，能够抑制液体从液体喷出口11e泄漏。
另外，在本实施方式中，高频信号VQ叠加于喷出信号VP的电压上升区间VP2和电压维持区间VP3。因此，从驱动电压信号VR的电压上升区间VR2到电压维持区间VR3，压电元件13以微小振幅进行伸缩并且大幅伸长。因此，能够在维持液体的流动性提高的状态的同时，像图6的(b)所示那样将液体从液体喷出口11e顺畅地推出。
另外，在本实施方式中，高频信号VQ叠加于喷出信号VP的电压下降区间VP3。高频信号VQ位于从喷出信号VP中的至少电压下降区间VP3的开始地点起的规定的期间内。因此，从驱动电压信号VR的电压下降区间VR3到稳态电压区间VR1，压电元件13以微小振幅进行伸缩并且大幅收缩。此时，能够在维持液体的流动性提高的状态的同时，将从液体喷出口11e推出了的液体向液体喷出口11e侧拉回，因此能够像图6的(c)所示那样促进液体的根部部分的狭窄。而且，能够通过对液体的狭窄部分进一步施加微小的加压振动来促进断液，因此如图6的(d)所示，液体的前端部分顺畅地被切断为液滴。
另外，液滴被切断的时机不限于电压下降区间VR3内，也可以在电压下降区间VR3后的稳态电压区间VR1内被切断。
(特征)
(1)驱动电压信号VR包含喷出信号VP和振幅比喷出信号VP的振幅小的高频信号VQ。因此，能够在驱动电压信号VR中的叠加有高频信号VQ的区间内，对液体施加微小的加压振动，因此能够提高液体的流动性。因此，即使在液体的粘度比较高的情况下，也能够顺畅地喷出液滴而不设置移位扩大机构或加热装置。
(2)在驱动电压信号VR中，高频信号VQ叠加于比电压上升区间VR2靠前的稳态电压区间VR1。因此，能够对所贮存的液体施加微小的加压振动，因此能够预先使所贮存的液体的流动性提高。
(3)在驱动电压信号VR中，高频信号VQ叠加于电压下降区间VR3。因此，能够促进从液体喷出口11e推出的液体的狭窄，并且能够促进狭窄部分的断液。其结果为，能够从液体的前端部分顺畅地切断出液滴。
(4)在驱动电压信号VR中，高频信号VQ是连续信号。因此，能够在驱动电压信号VR的整个区间内使液体的流动性提高，并且能够在要切断液滴的时机顺畅地切断出液滴。
(其他实施方式)
通过上述的实施方式记载了本发明，但不应该理解为本发明被形成该公开的一部分的论述和附图限定。根据本公开，对于本领域技术人员来说，各种代替实施方式、实施例以及运用技术变得明确。
在上述实施方式中，在驱动电压信号VR中包含的高频信号VQ是连续信号，但不限于此。在驱动电压信号VR中，高频信号VQ也可以是断续信号。在该情况下，能够抑制液体因微小振动而被过度加热，因此能够抑制液体劣化。并且，在通过断续信号来驱动压电元件13的情况下，能够抑制压电元件13自身的加热，并且也能够抑制压电元件13的功耗。
另外，在高频信号VQ是断续信号的情况下，可以如图7所示，高频信号VQ叠加于驱动电压信号VR的稳态电压区间VR1的至少一部分。这样，通过使高频信号VQ位于比电压上升区间VR2靠前的区间，能够预先使所贮存的液体的流动性提高。
另外，在高频信号VQ是断续信号的情况下，也可以如图8所示，高频信号VQ仅叠加于从电压下降区间VR4的开始时刻起的规定的期间内。这样，通过使高频信号VQ位于电压下降区间VR4的开始时刻后，能够促进液体的狭窄和/或断液中的至少一方，从而能够顺畅地切断出液滴。
另外，在高频信号VQ是断续信号的情况下，也可以如图9所示，高频信号VQ叠加于电压上升区间VR2的至少一部分。并且，也可以如图10所示，叠加于电压上升区间VR3的至少一部分。
在上述实施方式中，喷出信号VP包含电压维持区间VP3，驱动电压信号VR包含电压维持区间VR3，但不限于此。也可以是，喷出信号VP不包含电压维持区间VP3，驱动电压信号VR不包含电压维持区间VR3。
在上述实施方式中，压电元件13直接固定于隔膜12，但不限于此。例如，也可以是，在压电元件13与隔膜12之间插有夹插部件。夹插部件能够借助焊料膏、底部填充材料以及环氧树脂等而与压电元件13和隔膜12分别固定起来。
在上述实施方式中，固定部件15固定于液体贮存部11，但不限于此。固定部件15只要是能够以使压电元件13的第一端部13p成为固定端的方式进行支承的结构即可。
标号说明
10：液滴喷出装置；11：液体贮存部；12：隔膜；13：压电元件；14：控制部；15：固定部件。

Claims (5)

1.一种液滴喷出装置，其具有：
液体贮存部，其具有液体喷出口；
隔膜，其使所述液体贮存部的容积改变；
压电元件，其对所述隔膜施加加压振动；以及
控制部，其向所述压电元件输出驱动电压信号，
所述驱动电压信号包含喷出信号和振幅比所述喷出信号的振幅小的高频信号。
2.根据权利要求1所述的液滴喷出装置，其中，
所述喷出信号至少包含电压上升区间和电压下降区间，
在所述驱动电压信号中，所述高频信号位于比所述电压上升区间靠前的区间。
3.根据权利要求1所述的液滴喷出装置，其中，
所述喷出信号至少包含电压上升区间和电压下降区间，
所述高频信号位于从所述喷出信号中的所述电压下降区间的开始时刻起的规定的期间内。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的液滴喷出装置，其中，
在所述驱动电压信号中，所述高频信号是断续信号。
5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的液滴喷出装置，其中，
在所述驱动电压信号中，所述高频信号是连续信号。
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