JP2009078398A - 液滴噴射ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル数の増加による大型化を防止することができる液滴噴射ヘッドを提供する。
【解決手段】液滴噴射ヘッドにおいて、一列に並ぶ複数のノズル６ｂ及び複数のノズル６ｂにそれぞれ連通して同一方向に伸びる複数の液体流路６ａを有するノズルプレート６と、複数の液体流路６ａ上に複数の液体流路６ａにそれぞれ連通する複数の液室５ａを有する液室プレートと、複数の液室５ａに各々の一端を対向させてそれぞれ設けられた複数の圧電素子３ａとを備え、所定のノズル６ｂと隣接する他のノズル６ｂに各々連通する液室５ａのノズル６ｂとの距離が周期的に変化している。
【選択図】図４

Description

本発明は、液滴を噴射する液滴噴射ヘッドに関する。

液滴噴射装置は、画像情報の印刷のほか、液晶表示装置、有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示装置、電子放出表示装置、プラズマ表示装置及び電気泳動表示装置等の様々な平面型表示装置を製造する際、例えば、カラーフィルタやブラックマトリクス、導電膜等の形成工程に用いられている。この液滴噴射装置は、複数のノズルからインク等の液体を液滴として噴射する液滴噴射ヘッド（例えば、インクジェットヘッド）を備えており、その液滴噴射ヘッドにより塗布対象物に液滴を着弾させ、所定パターンのドット列を順次形成し、様々な塗布体を製造する。

液滴噴射ヘッドは、複数の圧電素子（例えば、ピエゾ素子）により、液体を収容する複数の液室の各々の容積を変化させ、それらの液室内の液体を各ノズル、すなわちノズル口（オリフィス）からそれぞれ噴射する。液滴噴射ヘッドは、各液室を有する液室プレート（中間プレート）と、それらの液室と各ノズル口とをそれぞれ連通する複数の液体流路を有するノズルプレートとを備えている（例えば、特許文献１参照）。なお、各圧電素子は二列の直線上に配置されて設けられており、隣接する各圧電素子は互いに干渉しないために必要な最小距離だけ離間させて配置されている。
特開２００５−２７０７４３号公報

しかしながら、前述のように各圧電素子がそれぞれ必要な最小距離だけ離間させて二列の直線上に配置されている場合には、ノズル数を増やす際、隣接する各圧電素子の間に新たに圧電素子を設けることができず、ノズル口のピッチを狭くすることは不可能である。このため、ノズル数を増加させた場合には、液滴噴射ヘッドはノズル口が並ぶ方向に伸びてしまうので、液滴噴射ヘッドが大型化してしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、ノズル数の増加による大型化を防止することができる液滴噴射ヘッドを提供することである。

本発明の実施の形態に係る特徴は、液滴噴射ヘッドにおいて、一列に並ぶ複数のノズル及び複数のノズルにそれぞれ連通して同一方向に伸びる複数の液体流路を有するノズルプレートと、複数の液体流路上に複数の液体流路にそれぞれ連通する複数の液室を有する液室プレートと、複数の液室に各々の一端を対向させてそれぞれ設けられた複数の圧電素子とを備え、所定のノズルと隣接する他のノズルに各々連通する液室のノズルとの距離が周期的に変化していることである。

本発明によれば、ノズル数の増加による大型化を防止することができる液滴噴射ヘッドを提供することができる。

本発明の実施の一形態について図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る液滴噴射ヘッド１は、本体ベースとなるベース部材２と、そのベース部材２の内部に設けられ複数の圧電素子３ａを保持する保持部材３と、各圧電素子３ａにより振動する振動プレート（ダイヤフラムプレート）４と、インク等の液体をそれぞれ収容し振動プレート４により容積が変化する複数の液室５ａを有する液室プレート５と、各液室５ａにそれぞれ連通する複数の液体流路６ａ及びそれらの液体流路６ａにそれぞれ連通する複数のノズル６ｂを有するノズルプレート６と、各液室５ａにそれぞれ対応する複数のオリフィス７ａを有するオリフィスプレート７と、そのオリフィスプレート７を露出させる開口部８ａを有してノズルプレート６を覆うホルダプレート８と、そのホルダプレート８とノズルプレート６との間に設けられた緩衝部材９と、ベース部材２、振動プレート４、液室プレート５及びホルダプレート８を締結する複数のネジ１０とを備えている。

ベース部材２は、例えばステンレス等の金属材料により形成されている。このベース部材２には、各圧電素子３ａがそれぞれ挿入される２つの挿入口２ａ及び各ネジ１０がそれぞれ挿入される複数のネジ穴Ｎ１が形成されている。各挿入口２ａは、例えば長方形状にそれぞれ形成されており、ベース部材２の表面の略中央に並べて設けられている。また、各ネジ穴Ｎ１は、ベース部材２の周縁部にそれぞれ設けられている。これらのネジ穴Ｎ１の内部には、例えば雌ネジのネジ溝が形成されている。

保持部材３は、ベース部材２と同様に、例えばステンレス等の金属材料により形成されている。この保持部材３には、図２及び図３に示すように、各圧電素子３ａが四列に並べて千鳥配列されて設けられている。これらの圧電素子３ａは、図１に示すように、それぞれの先端が振動プレート４に接触するようにベース部材２の各挿入口２ａに挿入され、保持部材３と共にベース部材２の内部に設けられている。なお、各圧電素子３ａの先端部は、振動プレート４に接着固定されている。このような圧電素子３ａには、電圧印加用の配線が接続されており、各圧電素子３ａに電圧が印加されると、各圧電素子３ａの伸縮により振動プレート４は振動する。

振動プレート４には、各ネジ１０がそれぞれ挿入される複数のネジ穴Ｎ２が形成されている。これらのネジ穴Ｎ２は、振動プレート４をそれぞれ貫通する貫通孔であり、振動プレート４の周縁部に設けられている。なお、ネジ穴Ｎ２は、ネジ穴Ｎ１と同一直線上に位置付けて形成されている。振動プレート４は、各圧電素子３ａの伸縮により変形し、液室プレート５の各液室５ａの容積を各々増減させる。これにより、各液室５ａ内の液体が液体流路６ａを介して各オリフィス７ａから液滴として噴射される。

液室プレート５は、例えば金属やセラミック等の材料により形成されている。この液室プレート５には、液体をそれぞれ収容する各液室５ａ、それらの液室５ａに連通するマニホールド等のメイン流路５ｂ及び各ネジ１０がそれぞれ挿入される複数のネジ穴Ｎ３が形成されている。メイン流路５ｂは、液室プレート５の略中央に直線状に設けられている。各液室５ａは、メイン流路５ｂから供給される液体を収容する収容部であり、メイン流路５ｂを挟むように四列に並べてそれぞれ設けられている。これらの液室５ａの内壁の一部は、振動プレート４により形成されている。メイン流路５ｂには、外部の液体タンクからチューブ等の供給径路（図示せず）を介して液体が供給される。各ネジ穴Ｎ３は、液室プレート５をそれぞれ貫通する貫通孔であり、液室プレート５の周縁部に設けられている。なお、ネジ穴Ｎ３は、ネジ穴Ｎ１と同一直線上に位置付けて形成されている。

ノズルプレート６は、例えばガラス、セラミック又は樹脂等の材料により形成されている。このノズルプレート６は、ホルダプレート８の開口部８ａから突出するように形成されている。すなわち、ノズルプレート６には、ホルダプレート８の開口部８ａに挿入される凸部６ｃが設けられている。また、ノズルプレート６には、各液室５ａにそれぞれ連通する複数の液体流路６ａと、それらの液体流路６ａ及び各オリフィス７ａにそれぞれ連通する複数のノズル６ｂとが設けられている。なお、オリフィス７ａはノズル口として機能する。

オリフィスプレート７は、例えばステンレスやＳｉ等の材料により形成されている。このオリフィスプレート７には、各オリフィス７ａが、各圧電素子３ａが並ぶ列方向に例えば一列状に設けられている。このオリフィス７ａから液滴が噴射される。オリフィスプレート７は、各オリフィス７ａが対応する液体流路６ａに連通するようにノズルプレート６の凸部６ｃ上に設けられる。

ここで、図４に示すように、各圧電素子３ａは、ピッチ（離間距離）Ｌ１で四列に千鳥状（ジグザグ状）に配置されている（図３も参照）。ここで、ピッチＬ１はオリフィス７ａのピッチであり、例えば０．７ｍｍ程度である。詳述すると、各圧電素子３ａは、各オリフィス７ａを通過する直線を中心として二列ずつ合計四列に配置されている。このとき、二列に並ぶ各圧電素子３ａはピッチ（離間距離）Ｌ２で三角波状に周期的に設けられており、それらの列は離間距離Ｌ３だけ離して配設されている。また、各液室５ａも、各圧電素子３ａに対応させて四列に千鳥状（ジグザグ状）に配置されている。詳述すると、各液室５ａは、各圧電素子３ａと同様に、各オリフィス７ａを通過する直線を中心として二列ずつ合計四列に配置されている。このとき、二列に並ぶ各液室５ａはピッチＬ２で三角波状に周期的に設けられており、それらの列は離間距離Ｌ３だけ離して配設されている。また、各液体流路６ａは、図４に示すように、一列に並ぶ複数の第１弧状壁面Ｈ１と、三角波状に周期的に配列された複数の第２弧状壁面Ｈ２と、各第１弧状壁面と各第２弧状壁面とを連続面でそれぞれ接続する複数の壁面Ｈ３とによりそれぞれ構成されている。加えて、各液体流路６ａは、ノズルプレート６の平面内でノズル口６ｃ（ノズル６ｂ）に向かって徐々に細くなるようにそれぞれ形成されている。すなわち、各液体流路６ａは、液体が流れる方向に徐々に細くなるように形成されている。これにより、ノズルピッチが狭い液滴噴射ヘッド１を製造する場合でも、各液体流路６ａが干渉することを防止することができる。

図１に戻り、ホルダプレート８は、ノズルプレート６よりも圧縮強度が高くなる材料、例えば金属等の材料により形成されている。このホルダプレート８には、オリフィスプレート７が露出するように形成された開口部８ａ及び各ネジ１０がそれぞれ挿入される複数のネジ穴Ｎ４が形成されている。開口部８ａは、ホルダプレート８の略中央に設けられており、オリフィスプレート７を露出させる形状、例えば長方形状に形成されている。また、各ネジ穴Ｎ４は、ホルダプレート８をそれぞれ貫通する貫通孔であり、ホルダプレート８の周縁部に設けられている。これらのネジ穴Ｎ４は、例えば座グリ加工により形成されている。なお、ネジ穴Ｎ４は、ネジ穴Ｎ１と同一直線上に位置付けて形成されている。

緩衝部材９は、例えば環状に形成されており、ノズルプレート６の凸部６ｃの周囲に設けられている。この緩衝部材９は、ノズルプレート６とホルダプレート８との当接を防止している。この緩衝部材９としては、例えば弾性部材等を用いる。弾性部材の材料としては、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン：四フッ化エチレン樹脂）やシリコーン、カルレッツ等を用いる。

各ネジ１０は、例えば棒状に形成されており、各ネジ穴Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４にそれぞれ挿入されている。これらのネジ１０は、ベース部材２に対して振動プレート４、液室プレート５及びホルダプレート８を固定する。このとき、ノズルプレート６も、液室プレート５及びホルダプレート８により挟持されて固定される。各ネジ１０には、例えば雄ネジのネジ溝が形成されている。この各ネジ１０により、ベース部材２、振動プレート４、液室プレート５及びホルダプレート８が締結されている。

前述の液滴噴射ヘッド１では、電圧が各圧電素子３ａにそれぞれ印加されると（印加電圧オン）、各圧電素子３ａが縮み、振動プレート４を変形させて、対応する液室５ａの容積を増大させる。このとき、容積が増大した液室５ａには、メイン流路５ｂから液体が補充される。その後、電圧が各圧電素子３ａに印加されなくなると（印加電圧オフ）、振動プレート４が元の形状に復帰し、対応する液室５ａの容積も元に戻る。このとき、液室５ａ内の液体が圧迫され、その液体が液体流路６ａを介してオリフィス７ａから液滴として噴射される。

このような液滴噴射ヘッド１では、各圧電素子３ａ及び各液室５ａは三角波状に周期的に設けられており、所定のノズル６ｂと隣接する他のノズル６ｂに各々連通する各液室５ａにおけるノズル６ｂとの距離が周期的に変化している。これにより、ノズル数（オリフィス７ａの数）を増加させた場合でも、隣接する各圧電素子３ａが互いに干渉しないために必要な最小離間距離（Ｌ１×２）を維持しつつ、オリフィス７ａのピッチを狭くすることが可能になるので、液滴噴射ヘッド１がオリフィス７ａの整列方向（オリフィス７ａが並ぶ方向）に伸びてしまうことを防止することができる。

以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、三角波状に周期的に各圧電素子３ａ及び各液室５ａを配列することによって、ノズル数を増加させた場合でも、隣接する各圧電素子３ａが互いに干渉しないために必要な最小離間距離（Ｌ１×２）を維持しつつ、圧電素子３ａの数を増やし、オリフィス７ａのピッチを狭くすることが可能になるので、液滴噴射ヘッド１がオリフィス７ａの整列方向に伸びてしまうことを防止することができる。その結果、ノズル数の増加による液滴噴射ヘッド１の大型化を防止することができ、加えて、液滴噴射ヘッド１の重量が増加することも防止することができる。特に、液滴噴射ヘッド１の小型化を実現することによって、液滴噴射装置に対する液滴噴射ヘッド１の設置自由度を向上させることができる。

さらに、各液体流路６ａは液体が流れる方向に徐々に細くなるように形成されていることから、ノズルピッチが狭くなった場合でも、各液体流路６ａが干渉することを防止することが可能になるので、ノズルピッチが狭い液滴噴射ヘッド１を製造することができる。

また、前述の液滴噴射ヘッド１と、この液滴噴射ヘッド１を保持すると共に液滴噴射ヘッド１にインク等の液体を供給する本体とを用いて液滴噴射装置を構成することによって、小型の液滴噴射ヘッド１を保持すればよく、液滴噴射ヘッド１を保持する保持機構の簡略化や補強の不必要化等を実現することができる。

（他の実施の形態）
なお、本発明は、前述の実施の形態に限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

例えば、前述の実施の形態においては、各圧電素子３ａを四列に並べているが、これに限るものではなく、例えば三列や五列に並べるようにしてもよく、各液室５ａも四列に並べているが、これに限るものではなく、例えば三列や五列に並べるようにしてもよい。

また、前述の実施の形態においては、ネジ１０によりベース部材２と液室プレート５との間に振動プレート４を固定しているが、これに限るものではなく、例えば、ネジ１０に加え、接着剤によりベース部材２と液室プレート５との間に振動プレート４を接着固定するようにしてもよい。

さらに、前述の実施の形態においては、緩衝部材９を環状に形成し、ノズルプレート６上に１つの緩衝部材９を設けているが、これに限るものではなく、例えば、緩衝部材９を長方体形状や円板形状に形成し、ノズルプレート６上に複数の緩衝部材９を設けるようにしてもよい。

最後に、前述の実施の形態においては、ネジ穴Ｎ４の内部に雌ネジのネジ溝を形成していないが、これに限るものではなく、例えば、ネジ穴Ｎ４の内部に雌ネジのネジ溝を形成するようにしてもよい。

本発明の実施の一形態に係る液滴噴射ヘッドの概略構成を示す断面図である。 図１に示す液滴噴射ヘッドが備える各圧電素子及び保持部材の概略構成を示す斜視図である。 図２に示す各圧電素子及び保持部材の概略構成を示す平面図である。 図１に示す液滴噴射ヘッドにおけるノズル口、液室及び圧電素子の位置関係を説明するための説明図である。

符号の説明

１…液滴噴射ヘッド、３ａ…圧電素子、５…液室プレート、５ａ…液室、６…ノズルプレート、６ａ…液体流路、６ｂ…ノズル、Ｈ１…第１弧状壁面、Ｈ２…第２弧状壁面、Ｈ３…壁面

Claims (3)

1. 一列に並ぶ複数のノズル及び前記複数のノズルにそれぞれ連通して同一方向に伸びる複数の液体流路を有するノズルプレートと、
   前記複数の液体流路上に前記複数の液体流路にそれぞれ連通する複数の液室を有する液室プレートと、
   前記複数の液室に各々の一端を対向させてそれぞれ設けられた複数の圧電素子と、
   を備え、
   所定の前記ノズルと隣接する他のノズルに各々連通する前記液室の前記ノズルとの距離が周期的に変化していることを特徴とする液滴噴射ヘッド。
2. 前記複数の液体流路は、一列に並ぶ複数の第１弧状壁面と、三角波状に周期的に配列された複数の第２弧状壁面と、前記複数の第１弧状壁面と前記複数の第２弧状壁面とを連続面でそれぞれ接続する複数の壁面とによりそれぞれ構成されていることを特徴とする請求項１記載の液滴噴射ヘッド。
3. 前記複数の液体流路は、前記液体が流れる方向に徐々に細くなるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の液滴噴射ヘッド。

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