JP2008195002A - ノズルヘッド及び液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルヘッドにおいて、高い精度で液滴を吐出する。
【解決手段】ノズル３０２から液滴を吐出するノズルヘッド１２であって、液滴を吐出するノズル３０２と、ノズル３０２に供給される液体を貯える液室２０２と、液室２０２からノズル３０２へ供給される液体を整流する整流板２０４とを備える。また、少なくとも液室２０２の開口部を覆うダイヤフラム１０４と、ダイヤフラム１０４を挟んで液室２０２の開口部と対向する圧電素子１０８とを更に備え、整流板２０４は、圧電素子１０８が発生する圧力に応じてノズル３０２へ供給される液体を整流してよい。
【選択図】図２

Description

本発明は、ノズルヘッド及び液体吐出装置に関する。

従来、圧電素子の変位による圧力を利用してインク滴を吐出するインクジェットヘッドが知られている（例えば、特許文献１参照。）。このインクジェットヘッドでは、ノズルの前段に設けられた液室にインクを貯え、圧電素子からの圧力を液室に加えることにより、インク滴を吐出する。
特開２００５−２７０７４３号公報

インクジェットプリンタにおいて、印刷される画像の解像度は、年々高まっている。そのため、インクジェットヘッドにおいては、より高い精度で液滴を吐出できる構成が求められている。そこで、本発明は、上記の課題を解決できるノズルヘッド及び液体吐出装置を提供することを目的とする。

本願の発明者は、インク滴等の液滴をより高い精度で吐出し得る構成について、鋭意研究を行った。そして、ノズルから液滴が吐出される以前の液体の流れ方等の、従来は意識されていなかった点に着目した。そして、ノズルの前段において液体を貯える液室内における液体の流れ方を、整流部材を用いて制御することにより、液滴の吐出精度を高め得ることを見出した。本発明は、以下の構成を有する。

（構成１）ノズルから液滴を吐出するノズルヘッドであって、液滴を吐出するノズルと、ノズルに供給される液体を貯える液室と、液室からノズルへ供給される液体を整流する整流部材とを備える。

このように構成した場合、例えば、吐出される液体を円滑にノズルへ供給できる。また、ノズルから吐出される直前に液体が流れる方向を適切に制御できる。そのため、このように構成すれば、高い精度で液滴を吐出できる。

（構成２）少なくとも液室の開口部を覆うダイヤフラムと、ダイヤフラムを挟んで液室の開口部と対向する圧電素子とを更に備え、整流部材は、圧電素子が発生する圧力に応じてノズルへ供給される液体を整流する。このように構成すれば、ノズルへ供給される液体を適切に整流できる。

（構成３）整流部材は、液室の底面から突出する整流板である。このように構成すれば、整流部材を適切に形成できる。

（構成４）ノズルは、液室の底面に形成された供給孔から供給される液体を吐出し、ノズルヘッドは、長手方向の一端を供給孔にそれぞれ向け、かつ、供給孔を中心に放射状に並ぶ複数の整流板を備える。

液室内での液体の流れに、例えば供給孔を中心とする円周方向に流れる成分があると、ノズルから液滴が吐出される方向を制御することが難しくなる場合がある。また、円周方向に流れる成分が大きい場合、吐出される液滴が分散して、霧吹き状になってしまい、適切に液滴を吐出できないおそれもある。

これに対し、構成４のように構成すれば、液室内での液体の流れにおける、供給孔を中心とする円周方向の成分を適切に抑えることができる。これにより、液滴が吐出される方向を高い精度で制御できる。また、液滴が霧吹き状に分散することを防ぐことができる。

（構成５）液滴を吐出する液体吐出装置であって、構成１から４のいずれかに記載のノズルヘッドと、ノズルヘッドを制御する制御部とを備える。このように構成すれば、例えば、構成１から４と同様の効果を得ることができる。

本発明によれば、例えば、ノズルヘッドにおいて、高い精度で液滴を吐出できる。

以下、本発明に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る液体吐出装置１０の構成の一例を示す。液体吐出装置１０は、液滴の一例であるインク滴を被吐出部材５０に吐出する印刷装置であり、ノズルヘッド１２、テーブル１４、及び制御部１６を備える。

ノズルヘッド１２は、制御部１６の指示に応じて、被吐出部材５０へインク滴を吐出する。テーブル１４は、被吐出部材５０を上面に保持しており、制御部１６の指示に応じて移動することにより、ノズルヘッド１２と被吐出部材５０との相対位置関係を変化させる。制御部１６は、ノズルヘッド１２の吐出タイミング、及びテーブル１４の位置を制御する。本例によれば、例えば、予め設定された吐出パターンに応じて、被吐出部材５０へインク滴を適切に吐出できる。また、これにより、被吐出部材５０へ適切に印刷を行うことができる。

尚、液体吐出装置１０は、印刷装置以外の液体吐出装置であってもよい。例えば、液体吐出装置１０は、液晶カラーフィルタや、有機ＥＬ発光層等の材料を液滴として吐出してもよい。また、液体吐出装置１０は、例えば接着剤や絶縁樹脂等、又は各種薬液等の液滴を吐出してもよい。

また、被吐出部材５０は、例えば紙やフィルム等の平坦な媒体に限らず、立体的形状を有する製品等であってもよい。例えば、被吐出部材５０は、ＩＣが実装された基板等であってよい。この場合、液体吐出装置１０は、例えば、実装されたＩＣの端子に絶縁樹脂を吐出してもよい。また、被吐出部材５０は、薬品の反応容器等であってもよい。この場合、液体吐出装置１０は、例えば、反応容器内に薬液を吐出してもよい。

また、被吐出部材５０が立体的な形状を有する場合、液体吐出装置１０は、例えば平坦な媒体に液体を吐出する場合と比べて、より吐出距離の大きなノズルヘッド１２を備えることが好ましい。このように構成すれば、例えば、ノズルヘッド１２と被吐出部材５０との間の距離を大きく保つことにより、被吐出部材５０の表面に凹凸がある場合にも、適切に液体を目標位置へ吐出できる。この場合、ノズルヘッド１２と被吐出部材５０との間の距離は、１０ｍｍ以上、例えば１０〜３０ｍｍとすることが好ましい。また、ノズルヘッド１２と被吐出部材５０との間の距離をこのように大きくする場合、ノズルヘッド１２の一回あたりの液滴の吐出量を、平坦な媒体に液体を吐出する場合と比べて大きくすることが好ましい。例えば、一回あたりの液滴の吐出量は、１００ｐリットル以上、例えば１００〜２０００ｐリットルとすることが好ましい。

図２は、ノズルヘッド１２の構成の一例を示す。図２（ａ）は、ノズルヘッド１２の断面図であり、液滴の吐出方向と平行な平面によるノズルヘッド１２の断面を示す。図２（ｂ）は、ノズルヘッド１２におけるチャンバ部１０２の上面図である。本例において、ノズルヘッド１２は、チャンバ部１０２、ダイヤフラム１０４、コマ１０６、及び圧電素子１０８を有する。ノズルヘッド１２は、接着剤等によりダイヤフラム１０４と一体に貼り合わされてダイヤフラム１０４を押さえるダイヤフラム押さえ部材等を更に有してもよい。

チャンバ部１０２は、ノズル３０２、液室２０２、複数の整流板２０４、及び流路２０６が形成されたノズルプレートである。ノズル３０２は、液滴を吐出する孔であり、ノズルヘッド１２の使用時に下方を向く面であるチャンバ部１０２の下面に形成されている。液室２０２は、ノズル３０２に供給される液体を貯える窪状部であり、チャンバ部１０２の上面に開口している。また、液室２０２の底面の中央部には、ノズル３０２と繋がる供給孔３０４が形成されている。これにより、液室２０２は、供給孔３０４からノズル３０２へ液体を供給する。

複数の整流板２０４は、ノズル３０２に供給される液体を整流する整流部材の一例である。本例において、複数の整流板２０４は、液室２０２の底面から突出する板状突起であり、長手方向の一端を供給孔３０４にそれぞれ向けて、供給孔３０４を中心に放射状に並ぶ。複数の整流板２０４は、供給孔３０４に対して点対称に配置されることが好ましい。また、整流板２０４の個数は、４〜８個程度とすることが好ましい。整流板２０４は、例えば、液室２０２と共に、エッチング加工により形成される。また、整流板２０４は、液室２０２がエッチング加工により形成された後に、例えば接着等により液室２０２の底面に取り付けられてもよい。

流路２０６は、外部から供給される液体を液室２０２へ供給する経路である。流路２０６の一端は、液室２０２と繋がり、他端は、例えば、ノズルヘッド１２内又は外部に設けられたインクタンク等と繋がる。これにより、ノズル３０２から液滴が吐出された場合に、流路２０６は、液室２０２に貯えられる液体を補充する。

ダイヤフラム１０４は、チャンバ部１０２の上面において少なくとも液室２０２の開口部を覆う隔膜（ダンパ）であり、圧電素子１０８の発生する圧力をコマ１０６を介して受け取り、液室２０２に伝達する。コマ１０６は、圧電素子１０８とダイヤフラム１０４との間に設けられた台座部材であり、圧電素子１０８の発生する圧力をダイヤフラム１０４に伝達する。

圧電素子１０８は、例えばピエゾアクチュエータであり、コマ１０６及びダイヤフラム１０４を挟んでチャンバ部１０２の液室２０２の開口部と対向する位置に設けられる。そして、圧電素子１０８は、外部から受け取る電圧に応じて圧力を発生させ、コマ１０６及びダイヤフラム１０４を介して液室２０２に圧力を加える。これにより、圧電素子１０８は、液室２０２の液体をノズル３０２へ押し出し、ノズル３０２から液滴を吐出させる。

ここで、本例において、圧電素子１０８が液室２０２の液体を押し出す場合、複数の整流板２０４は、圧電素子１０８が発生する圧力に応じてノズル３０２へ供給される液体を整流する。これにより、例えば、吐出される液体を円滑にノズル３０２へ供給できる。また、ノズル３０２から吐出される直前に液体が流れる方向を適切に制御できる。そのため、本例によれば、高い精度で液滴を吐出できる。また、これにより、例えば、ノズルヘッド１２と被吐出部材５０との間の距離が大きい場合（例えば１０ｍｍ以上）の場合であっても、適切に液滴を吐出できる。

また、本例においては、供給孔３０４を中心に放射状に並ぶ複数の整流板２０４を用いることにより、液室２０２内での液体の流れにおける、供給孔３０４を中心とする円周方向成分を適切に抑えることができる。これにより、液滴が吐出される方向を高い精度で制御できる。また、液滴が霧吹き状に分散することを防ぐことができる。

尚、以上の説明において、液滴とは、例えばインク滴である。また、ノズル３０２へ供給される液体とは、例えばインクである。このインクは、例えば水性ソルベントインク等のソルベントインクであってよい。また、このインクは、例えば粒子状の物質が添加されたピグメント入りのインクであってよい。この粒子状の物質は、例えばパール色、メタリック色を表現するための粒子であり、例えばＳｉＯ_２、Ｔｉ、又はＡｌのフレーク状粒子等を用いることができる。このような場合、本例によれば、整流板２０４を用いることで、インクに含まれる物質の偏り、目詰まり、及び沈殿等を適切に防ぐことができる。また、これにより、液滴の吐出を円滑に行うことができる。

また、ノズル３０２に供給される液体としては、インク以外の各種液体を用いてもよい。例えば、接着剤、絶縁樹脂、又は塗料等の、インクよりも粘性が高い液体や、ノズル３０２から吐出される液滴が大きくなる液体を好適に用いることができる。これらの場合も、整流板２０４を用いることにより、液滴の吐出を円滑に行うことができる。

更には、例えば、繊維強化が行われたウィスカー入りの接着剤等の、繊維状物質を含む液体も好適に用いることができる。繊維状物質としては、例えば長さが数１０μｍ程度（例えば１０〜５０μｍ）の針状繊維を用いることができる。この場合も、整流板２０４を用いることにより、例えば、繊維の方向を揃えて液体を吐出しやすくなる。また、これにより、液滴の吐出を円滑に行うことができる。

また、本例において、チャンバ部１０２は、例えば、アルミ又はステンレス等の金属で形成される。チャンバ部１０２は、例えば１ｍｍ以上の厚さを有することが好ましい。チャンバ部の厚さは、例えば１〜５ｍｍ、望ましくは２〜３ｍｍである。このように構成すれば、整流板２０４を適切に形成可能な深さの液室２０２を形成できる。

また、チャンバ部１０２には、複数のノズル３０２が形成されていてもよい。この場合、チャンバ部１０２には、複数のノズル３０２に対応する複数の液室２０２が形成されることが好ましい。複数の液室２０２内には、それぞれ整流板２０４が形成されることが好ましい。また、ノズル３０２は、チャンバ部１０２の側面に形成されてもよい。

ダイヤフラム１０４は、例えばアルミ又はステンレス等の金属で形成されることが好ましい。また、ダイヤフラム１０４の厚さは、例えば１０〜５０μｍ、望ましくは１０〜３０μｍ、更に望ましくは１５〜２５μｍとすることが好ましい。このようなダイヤフラム１０４は、例えば、強い圧力を発生する圧電素子１０８と共に用いることができる。そのため、例えば、ノズルヘッド１２と被吐出部材５０との間の距離が大きな場合等に、特に好適に用いることができる。また、例えば接着剤、絶縁樹脂、又は塗料等の、インクと比べて比重の大きな液体を吐出する場合にも、特に好適に用いることができる。

図３は、チャンバ部１０２の構成の変形例を示す。尚、以下に説明する点を除き、図３において、図２と同一又は同様の構成は、図２と同じ符号を付して説明を省略する。

図３（ａ）は、チャンバ部１０２の第１の変形例を示す。本例において、ノズル３０２は、チャンバ部１０２の側面に形成される。チャンバ部１０２の側面とは、例えば、ダイヤフラム１０４（図２参照）と対向する面と直交する面である。また、整流板２０４は、ノズル３０２の手前の供給孔３０４内に設けられる。本例においても、整流板２０４により、ノズル３０２へ供給される液体を適切に整流できる。また、これにより、高い精度で液滴を吐出できる。

尚、ノズルヘッド１２（図２参照）は、例えば、ノズル３０２を下側に向けて使用される。また、液室２０２において破線４０２で示した領域は、ダイヤフラム１０４を介して圧電素子１０８からの圧力を受ける領域である。

図３（ｂ）は、チャンバ部１０２の第２の変形例を示す。本例において、ノズル３０２は、チャンバ部１０２の下面に形成される。チャンバ部１０２の下面とは、ダイヤフラム１０４と対向する面と反対側の面である。また、整流板２０４は、図３（ａ）に示した場合と同様に、供給孔３０４内に設けられる。本例においても、整流板２０４により、ノズル３０２へ供給される液体を適切に整流できる。また、これにより、高い精度で液滴を吐出できる。

図４は、整流板２０４の形成方法の変形例を示す。尚、本図においては、説明の便宜上、チャンバ部１０２の一部の構成であるノズル３０２及び供給孔３０４の近傍のみを示した。

本例において、整流板２０４は、ノズル３０２等が形成されているチャンバ部１０２の本体と別体に形成され、当該本体に取り付けられる。このようにした場合も、チャンバ部１０２に整流板２０４を適切に設けることができる。また、これにより、高い精度で液滴を吐出できる。

また、本例において、整流板２０４は、ノズル３０２の手前の供給孔３０４内に取り付けられる。この場合、例えば、供給孔３０４の側面で押さえることにより整流板２０４を保持してもよい。このように構成すれば、整流板２０４を容易かつ適切に取り付けることができる。

以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

本発明は、例えばノズルヘッドに好適に利用できる。

本発明の一実施形態に係る液体吐出装置１０の構成の一例を示す図である。 ノズルヘッド１２の構成の一例を示す図である。図２（ａ）は、ノズルヘッド１２の断面図である。図２（ｂ）は、チャンバ部１０２の上面図である。 チャンバ部１０２の構成の変形例を示す図である。図３（ａ）は、チャンバ部１０２の第１の変形例を示す。図３（ｂ）は、チャンバ部１０２の第２の変形例を示す。 整流板２０４の形成方法の変形例を示す図である。

符号の説明

１０・・・液体吐出装置、１２・・・ノズルヘッド、１４・・・テーブル、１６・・・制御部、５０・・・被吐出部材、１０２・・・チャンバ部、１０４・・・ダイヤフラム、１０６・・・コマ、１０８・・・圧電素子、２０２・・・液室、２０４・・・整流板（整流部材）、２０６・・・流路、３０２・・・ノズル、３０４・・・供給孔、４０２・・・破線

Claims (5)

1. ノズルから液滴を吐出するノズルヘッドであって、
   液滴を吐出する前記ノズルと、
   前記ノズルに供給される液体を貯える液室と、
   前記液室から前記ノズルへ供給される液体を整流する整流部材と
   を備えることを特徴とするノズルヘッド。
2. 少なくとも前記液室の開口部を覆うダイヤフラムと、
   前記ダイヤフラムを挟んで前記液室の開口部と対向する圧電素子と
   を更に備え、
   前記整流部材は、前記圧電素子が発生する圧力に応じて前記ノズルへ供給される液体を整流することを特徴とする請求項１に記載のノズルヘッド。
3. 前記整流部材は、前記液室の底面から突出する整流板であることを特徴とする請求項１又は２に記載のノズルヘッド。
4. 前記ノズルは、前記液室の底面に形成された供給孔から供給される液体を吐出し、
   前記ノズルヘッドは、長手方向の一端を前記供給孔にそれぞれ向け、かつ、前記供給孔を中心に放射状に並ぶ複数の前記整流板を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のノズルヘッド。
5. 液滴を吐出する液体吐出装置であって、
   請求項１から４のいずれかに記載のノズルヘッドと、
   前記ノズルヘッドを制御する制御部と
   を備えることを特徴とする液体吐出装置。

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