JP2013180226A - 吐出ヘッド、液体吐出装置、吐出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出量を変化させることができ、変化のダイナミックレンジが広い吐出ヘッドの提供。
【解決手段】貯留室２２３に貯留される液体３００を液滴状に吐出する吐出ヘッド２０であって、貯留室２２３と連通する吐出孔２２４が設けられる第二部材２０８と、第二部材２０８に近づく方に相対的に変位して貯留室２２３の容積を減少させ、貯留室２２３内の液体３００を吐出させる第一部材２０７と、第二部材２０８に対して第一部材２０７を相対的に近づく方向、または、遠ざかる方向である押圧方向に変位させる第一作動部材２３１と、第一作動部材２３１と押圧方向に並んで配置され、第一部材２０７、および、第一作動部材２３１を押圧方向に変位させる第二作動部材２３２と、第一作動部材２３１の動作と第二作動部材２３２の動作とを独立して制御する制御手段１１１とを備える。
【選択図】図６

Description

本願発明は、貯留室内の液体を貯留室の体積を小さくして液滴状態で吐出する吐出ヘッド、液体吐出装置、吐出方法に関する。

従来、印刷技術のひとつとして、正確な位置にインクの液体を吐出させて紙面上に像を印刷するインクジェット技術がある。そして近年、当該インクジェット技術が、各種のデバイス製造過程におけるパターンの形成や均一薄膜の形成等に応用されてきている。

さらに、インクジェット技術が、文字や図形などの印刷以外の分野に広く適用されるためには、いろいろな種類の液体を吐出することができるような吐出ヘッドが必要となる。例えば、青色の発光ダイオードを光源として白色の光りを照射するためには、微細な固形の蛍光体が分散状態で含む透明な樹脂の層を発光ダイオードの表面に形成する必要があり、固形物を含有した液体を吐出するための吐出ヘッドが必要となる。また、半導体デバイスの製造過程において、高粘度の熱硬化性樹脂を吐出する必要があり、高粘度の液体を正確な量で吐出する吐出ヘッドが必要となる。

このようないろいろな種類の液体を吐出することができる装置の一つとして、例えば特許文献１に記載の発明を例示することができる。特許文献１に記載の吐出ヘッドは、液体を貯留室の一部を圧電素子で形成し、当該圧電素子を撓ませることで貯留室の容積を瞬間的に減少させて、前記貯留室と連通する吐出孔から液体を吐出するものである。

さらに、特許文献１に記載の発明は、大型の圧電素子の撓みの頂点部分に小型の圧電素子を積み重ねた構造を採用している。この構造により小型の圧電素子を作動させることで大型の圧電素子の撓みの量を増加させ、吐出する液体の量を増加させることが可能となる。

従って、特許文献１に記載される吐出ヘッドは、大型の圧電素子のみ作動させた場合の液体の吐出量と、大型の圧電素子と小型の圧電素子の両方を作動させた場合の液体の吐出量の２種類の吐出量を切り替えることができるものとなっている。

特開２０００−１４１６４７号公報

ところが、圧電素子の撓みにより貯留室の体積を減少させる場合、圧電素子の撓み量には限界があるため、補助的に小型の圧電素子を作動させても、液体の吐出量に期待すべき量の変化を得ることは困難である。また、液体の最大吐出量が圧電素子の撓み量の限界に依存するため、複数の圧電素子を組み合わせて液体の吐出量を多段的に変化させるものとしても、液体の吐出量のダイナミックレンジは狭い。

また、圧電素子を撓ませて戻すという動作を高速で多数回作動させるため、圧電素子を固定する部分や、圧電素子に電圧を印加するための電極に歪みが蓄積し、吐出ヘッドの寿命が短くなる傾向にある。

本願発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、液体の吐出量を広いダイナミックレンジで多段的に変化させることができ、長寿命化も期待できる吐出ヘッド、液体吐出装置、吐出方法の提供を目的としている。

上記目的を達成するために、本願発明にかかる吐出ヘッドは、貯留室に貯留される液体を前記貯留室と連通する吐出孔から液滴状に吐出する吐出ヘッドであって、前記貯留室の一部を形成する第二部材と、前記第二部材に近づく方に相対的に変位して前記貯留室の容積を減少させ、前記貯留室内の液体を吐出させる第一部材と、前記第二部材に対して前記第一部材を相対的に近づく方向、または、遠ざかる方向である押圧方向に変位させる第一作動部材と、前記第一作動部材と押圧方向に並んで配置され、前記第一部材、および、前記第一作動部材を押圧方向に変位させる第二作動部材と、前記第一作動部材の動作と前記第二作動部材の動作とを独立して制御する制御手段とを備えることを特徴としている。

これによれば、第一作動部材が作動方向でもある押圧方向に作動して第一部材を変位させるため、第一作動部材が撓むことなく貯留室の体積を減少させて液体を吐出させることができる。また、第二作動部材も同様である。従って、吐出ヘッドに歪みが蓄積することを抑制し、吐出ヘッドの長寿命化を図ることができる。

また、第一作動部材と第二作動部材とを独立して制御することができるため、第一作動部材のみを動作させた場合と、第一作動部材、および、第二作動部材を動作させた場合とで異なる量の液体を吐出することができる。しかも、第二作動部材は、第一部材、および、第一作動部材を変位させるため、第一部材の変位量は、第一作動部材の作動量と第二作動部材の作動量との和になり、広いダイナミックレンジを実現することができる。

前記第一部材は、前記貯留室に液体を供給する供給孔を備え、さらに、前記第二部材を一端に有し、他端には液体を流す流通孔が設けられる基体と、前記第一部材の前記供給孔と前記基体の前記流通孔とがつながるように前記第二部材と前記第一部材とを接続する可撓性、または、伸縮性を有する接続部材を備えるものでもよい。

これによれば、第一部材を介して液体を貯留室に供給する場合でも、基体に直接的に設けられる流通孔、または、基体に間接的に設けられる流通孔を備え、基体と第一部材とを接続部材でつないでいるため、第一部材をコンパクトに構成して軽量化することが可能となる。従って、第一部材を変位させる際の慣性を抑制でき、吐出ヘッドの液体吐出の応答性を高めることができる。特に、第二作動部材は、第一部材と第一作動部材とを変位させるため、第一部材の軽量化により、液体吐出の応答性を高めることができる。

また、前記第一作動部材の押圧方向に伸び縮みする量である第一ストロークは、前記第二作動部材の押圧方向に伸び縮みする量である第二ストロークより短いものでもよい。

これによれば、二つの作動部材を用いることで、第一作動部材のみを作動させた場合、第二作動部材のみを作動させた場合、第一作動部材と第二作動部材とを作動させた場合において、相互に異なる量の液体を吐出することができる。

またこの場合、第一作動部材の質量は、第二作動部材の質量より軽くなるため、第二作動部材を作動させた際の負荷を軽減することができ、前記三つの場合における応答性の相違を抑制することができる。

さらに、前記第一作動部材、および、前記第二作動部材、および、前記第一部材を押圧方向において圧縮する方に前記第二部材との間で付勢し、前記第一作動部材、および、前記第二作動部材、および、前記第一部材の配置状態を維持する付勢部材を備えてもかまわない。

これによれば、第一作動部材や第二作動部材や第一部材を接着剤などの固定部材で固定することなく付勢部材の付勢力により第一作動部材や第二作動部材や第一部材の位置関係を押圧方向において維持することができる。従って、第一作動部材や第二作動部材が作動する際に押圧方向と交差する方向に発生する大きさの変動（伸縮の変位量）を許容することができ、第一作動部材や第二作動部材のストロークを、大きさの変動を許容しなかった場合に比べて吐出ヘッドの寿命（作動部材の寿命）を長くすることが可能となる。

また、第一作動部材や第二作動部材を単独で動作させた場合における第一作動部材と第二作動部材とのずれの影響を受ける接着剤などの固定部材がないため、吐出ヘッドの長寿命化を計ることが可能となる。

また、上記目的を達成するために、本願発明にかかる液体吐出装置は、貯留室に貯留される液体を前記貯留室と連通する吐出孔から液滴状に吐出する吐出ヘッドを備える液体吐出装置であって、前記貯留室の一部を形成する第二部材と、前記第二部材に近づく方に相対的に変位して前記貯留室の容積を減少させ、前記貯留室内の液体を吐出させる第一部材と、前記第一部材と前記第二部材とを相対的に近づく方向、または、遠ざかる方向である押圧方向に変位させる第一作動部材と、前記第一作動部材と押圧方向に並んで配置され、前記第一部材、および、前記第一作動部材を変位させる第二作動部材と、前記第一作動部材の動作と前記第二作動部材の動作とを独立して制御する制御手段と、液体を前記貯留室に供給する供給手段と、前記吐出ヘッドを移動させる移動手段とを備えることを特徴とする。

これによれば、第一作動部材が作動方向でもある押圧方向に作動して第一部材を変位させるため、第一作動部材が撓むことなく貯留室の体積を減少させて液体を吐出させることができる。また、第二作動部材も同様である。従って、吐出ヘッドに歪みが蓄積することを抑制し、吐出ヘッドの長寿命化を図ることができる。

また、第一作動部材と第二作動部材とを独立して制御することができるため、第一作動部材のみを動作させた場合と、第一作動部材、および、第二作動部材を動作させた場合とで異なる量の液体を吐出することができる。しかも、第二作動部材は、第一部材、および、第一作動部材を変位させるため、第一部材の変位量は、第一作動部材の作動量と第二作動部材の作動量との和になり、広いダイナミックレンジを実現することができる。

以上から、液体吐出装置は、異なる量の液体を適切に塗布することが可能となる。

また、上記目的を達成するために、本願発明にかかる吐出方法は、貯留室に貯留される液体を前記貯留室と連通する吐出孔から液滴状に吐出する吐出ヘッドであって、前記貯留室の一部を形成する第二部材と、前記第二部材に近づく方に相対的に変位して前記貯留室の容積を減少させ、前記貯留室内の液体を吐出させる第一部材と、前記第二部材に対し前記第一部材を相対的に近づく方向、または、遠ざかる方向である押圧方向に変位させる第一作動部材と、前記第一作動部材と押圧方向に並んで配置され、前記第一部材、および、前記第一作動部材を変位させる第二作動部材と、前記第一作動部材の動作と前記第二作動部材の動作とを独立して制御する制御手段とを備える吐出ヘッドを制御する吐出方法であって、比較的少量の液体を吐出させる場合は、前記制御手段は前記第一作動部材のみを液体が吐出するように動作させ、比較的多量の液体を吐出させる場合は、前記制御手段は、前記第一作動部材、および、前記第二作動部材を同時期に動作させて液体を吐出することを特徴とする。

これによれば、第一作動部材のみを動作させた場合と、第一作動部材、および、第二作動部材を動作させた場合とで異なる量の液体を吐出することができる。しかも、第二作動部材は、第一部材、および、第一作動部材を変位させるため、第一部材の押圧方向の変位量は、第一作動部材の作動量と第二作動部材の作動量との和になり、広いダイナミックレンジを実現することができる。

また、前記第一作動部材、および、前記第二作動部材を同時期に動作させて液体を吐出する場合において、前記第二部材に対して前記第一部材を相対的に遠ざかる方向に変位させるための前記第一作動部材の動作タイミングと、前記第二部材に対して前記第一部材を相対的に遠ざかる方向に変位させるための前記第二作動部材の動作タイミングとが異なるように前記制御手段が前記第一作動部材と前記第二作動部材とを制御してもよい。

これによれば、貯留室に液体を供給する際に、吐出孔からの空気の吸い込み量を可及的に抑制することが可能となる。

なお、前記吐出方法が含む各処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを実施することも本願発明の実施に該当する。無論、そのプログラムが記録された記録媒体を実施することも本願発明の実施に該当する。

本願発明によれば、一つの吐出ヘッドから吐出する液体の量を段階的に変化させることができ、また、液体の量を大きく変化させることができる。

図１は、液体吐出装置を概略構成を示す斜視図である。 図２は、吐出ヘッドの外観を示す斜視図である。 図３は、吐出ヘッドを分解した状態で示す斜視図である。 図４は、図２中のＡ−Ａ線により仮想的に切断した吐出ヘッドを示す断面図である。 図５は、作動部材が収縮した状態を基準として第一部材の変位量と時間との関係を示すグラフである。 図６は、吐出ヘッドを単純化し、模式的に示す断面図である。

次に、本願発明に係る吐出ヘッド、液体吐出装置、吐出方法の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本願発明に係る吐出ヘッド、液体吐出装置、吐出方法の一例を示したものに過ぎない。従って本願発明は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が画定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。

図１は、液体吐出装置の概略構成を示す斜視図である。

同図に示すように、液体吐出装置１０は、被吐出体１０９上の所望の位置に液体３００を吐出して、パターンを形成することができる装置であって、装置基台１０１と、移動手段１０４と、ヘッド１０２と、被吐出体１０９を支持するステージ１０３とを備えている。

移動手段１０４は、装置基台１０１に支持されており、主走査方向（図中Ｘ軸方向）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が取り付けられている。移動手段１０４は、キャリッジ軸１０５に沿ってキャリッジ１０６を往復移動させるためのモータ等の駆動源（図示せず）を備えている。なお、ヘッド１０２は、液体３００を液滴状に吐出する吐出ヘッド２０（後述する）を１個又は複数個備えている。

さらに、液体吐出装置１０は、ステージ移動機構１０７を備えている。ステージ移動機構１０７は、副走査方向（図中Ｙ軸方向）に延びて配置されるステージ軸１０８を備えている。また、ステージ軸１０８は、Ｘ軸方向に間隔を置いて２本配置され、ステージ１０３がＹ軸方向に往復移動自在となるようにガイドしている。

ステージ１０３は、例えば基板やトレイに収納された部品等の被吐出体１０９を保持するためのテーブルである。ステージ１０３は、例えばモータ等の駆動源（図示せず）を備えており、一対のステージ軸１０８上を往復移動することができるものとなっている。

以上のように、本実施の形態の液体吐出装置１０は、ヘッド１０２とステージ１０３上の被吐出体１０９とをそれぞれ装置基台１０１に対して独立して移動を制御することができるものとなっており、ＸＹ平面においてヘッド１０２を自在に移動させることにより、被吐出体１０９上の任意の位置に液体を液滴状に吐出することができるものとなっている。これにより、液体吐出装置１０は、例えば被吐出体１０９上に所望の量の液体３００を吐出でき、所望のパターン又は薄膜等を形成することができる。

図２は、吐出ヘッドの外観を示す斜視図である。

図３は、吐出ヘッドを分解した状態で示す斜視図である。

図４は、図２中のＡ−Ａ線により仮想的に切断した吐出ヘッドを示す断面図である。

これらの図に示すように、吐出ヘッド２０は、貯留室２２３に貯留される液体３００を液滴状に吐出する装置であって、第二部材２０８と、第一部材２０７と、第一作動部材２３１と、第二作動部材２３２と、制御手段１１１とを備えている。本実施の形態の場合、さらに吐出ヘッド２０は、接続部材２１３と、付勢部材２１１と、変形部材２０９と、第三作動部材２３３と、基体２０１とを備えている。

第二部材２０８は、貯留室２３３の一部を形成する部材であり、本実施の形態の場合、貯留室２２３と連通する吐出孔２２４が設けられている。

基体２０１は、第二部材２０８を一端に有し前記第一部材２０７が内部に配置される部材であり、作動部材（以下、第一作動部材２３１、第二作動部材２３２、第三作動部材２３３を総称して「作動部材」と記す場合がある。）を動作させる際の基礎部材として機能している。本実施の形態の場合、基体２０１は、保持体２０２と、蓄熱体２０３と、第二部材２０８と、断熱部材２０５と、供給部材２１２とが組み付けられることにより構成されている。

第二部材２０８は、第一部材２０７の下端面と対向するように配置され。厚さ方向（図中Ｚ軸方向）に貫通した吐出孔２２４が設けられる部材である。

本実施の形態の場合、第二部材２０８は、蓄熱体２０３の底部側に着脱可能に取り付けられている。これにより、例えば吐出孔２２４が目詰まりを起こした場合など、容易にメンテナンスが可能となる。また、第二部材２０８は、上面に円形状の貯留室を形成する凹部が形成されている。

蓄熱体２０３は、上面に開口部を有する矩形の容器形状に構成される部材である。蓄熱体２０３は、内部に取り付けられた加熱部材２０４により加熱され、貯留室２２３内に貯留される液体３００を加温するための部材であり、十分な熱容量を有することで安定して液体３００を加温するものとなっている。

保持体２０２は、蓄熱体２０３の開口部を覆うようにして、蓄熱体２０３の上面に取り付けられる部材であり、吐出ヘッド２０をヘッド１０２に取り付けるための部材である。

供給部材２１２は、吐出ヘッド２０の外部より吐出ヘッド２０の貯留室２２３に液体３００を供給するための部材であり、パイプ状に構成されている。供給部材２１２の内部には、液体３００が流通する流通孔２１４が形成されている。本実施の形態の場合、供給部材２１２は、支持部材２１５によって保持体２０２に固定されることにより基体２０１の一部を構成している。つまり、当該構成により基体２０１に供給部材２１２流通孔２１４が間接的に設けられていることになる。

断熱部材２０５は、保持体２０２と蓄熱体２０３との間に配置され、蓄熱体２０３から保持体２０２への熱の伝導を阻害する部材である。これにより、加熱部材２０４の発熱量が小さい場合でも、蓄熱体２０３を所定の温度に安定して維持することが可能となる。

本実施の形態の場合、保持体２０２と蓄熱体２０３とが、締結部材２０６によって相互に締結され、保持体２０２と供給部材２１２とが支持部材２１５により組み付けられることにより基体２０１が形成されている。

なお、基体２０１は、本実施の形態にかかわらず、任意の形状を採用しうる（例えば図６参照）。また、基体２０１の複数の構成要素、例えば第二部材２０８と蓄熱体２０３などを一体に形成してもかまわない。また、保持体２０２に流通孔２１４を直接設けてもかまわない。この場合、供給部材２１２は不要となる。

第一部材２０７は、基体２０１の吐出孔２２４が設けられている部分に近づく方に相対的に押圧方向に変位して貯留室２２３の容積を減少させ、貯留室２２３内の液体３００を吐出させる部材である。本実施の形態の場合、第一部材２０７は、貯留室２２３に液体３００を供給する供給孔２７１を備えたパイプ状に構成されている。また、第一部材２０７は、基体２０１の内部に配設されている。

貯留室２２３は、一時的に液体３００を貯留する空間であり、第一部材２０７の供給孔２７１と第二部材２０８の吐出孔２２４とに連通する空間である。本実施の形態の場合、貯留室２２３は、第一部材２０７の下端面と僅かな距離を隔てて配置される第二部材２０８の凹部と変形部材２０９により形成される空間である。

変形部材２０９は、基体２０１の第二部材２０８と第一部材２０７との相対的な移動を許容しつつ、第一部材２０７の供給孔２７１と第二部材２０８の吐出孔２２４との間において貯留室２２３からの液漏れを防止する部材である。本実施の形態の場合、変形部材２０９は、薄い板状、且つ、ＸＹ平面視でリング状の弾性部材で構成されている。具体的に変形部材２０９は、弾性及び耐薬品性を有する材料、例えばフッ素ゴムやシリコンゴム等で構成されている。変形部材２０９は、第二部材２０８に設けられる凹部２２２にＺ軸方向の一部が嵌入する状態で配置されており、押圧方向に対して直交する方向である貯留室２２３の外周部を規定している。

接続部材２１３は、第一部材２０７の供給孔２７１と基体２０１に設けられた供給部材２１２の流通孔２１４とがつながるように基体２０１（供給部材２１２）と第一部材２０７とを接続する可撓性、または、伸縮性を有する部材である。本実施の形態の場合、接続部材２１３は、耐溶剤性を有するフッ素樹脂等で構成されている。

以上のように基体２０１と第一部材２０７とを接続部材２１３で接続することで、第一部材２０７が押圧方向に変位する際の慣性に接続部材２１３の質量が与える影響を抑制している。特に、第一部材２０７と供給部材２１２とが一体となって押圧方向に変位する場合に比べ、慣性に対する影響は低く抑えられている。

付勢部材２１１は、第一作動部材２３１、および、第二作動部材２３２（本実施の形態の場合、第三作動部材２３３も含む）、および、第一部材２０７を押圧方向において圧縮する方に基体２０１の蓄熱体２０３との間で付勢し、第一作動部材２３１、および、第二作動部材２３２、および、第三作動部材２３３、および、第一部材２０７の押圧方向における配置状態を維持する弾性を備えた部材である。本実施の形態の場合、付勢部材２１１は、皿ばねで構成されている。この付勢部材２１１の付勢力によって、第一部材２０７は、作動部材側に向けて弾性的に押圧される。

第一作動部材２３１は、第一部材２０７と第二部材２０８とを相対的に近づく方向、または、遠ざかる方向である押圧方向に変位させる部材である。本実施の形態の場合、第一作動部材２３１は、積層型の圧電素子で構成されている。また、第一作動部材２３１の中央部には貫通孔が設けられ、この貫通孔は、第一部材２０７の上端部及び接続部材２１３を押圧方向に挿入するためのものである。

第二作動部材２３２は、第一作動部材２３１と押圧方向（図中Ｚ軸方向）に並んで配置され、第一部材２０７、および、第一作動部材２３１を押圧方向に変位させる部材である。

本実施の形態の場合、第二作動部材２３２は、第一作動部材２３１と同じ積層型の圧電素子で構成されており、貫通孔も設けられている。第二作動部材２３２は、自身が伸び縮みする量である第二ストロークよりも第一作動部材２３１の伸び縮みする量である第一ストロークが短くなるように設定されている。具体的には、第二ストロークは第一ストロークの倍となっている。なお、押圧方向に積層された圧電素子からなるそれぞれの作動部材の圧電素子の押圧方向の厚みが異なって構成されることにより、押圧方向の各作動部材の押圧方向のストロークを異ならせるものであっても良い。

本実施の形態の場合、吐出ヘッド２０は、さらに第三作動部材２３３を備えている。第三作動部材２３３は、押圧方向（図中Ｚ軸方向）に第一作動部材２３１、および、第二作動部材２３２と並んで配置され、第一部材２０７、および、第一作動部材２３１、および、第二作動部材２３２とを押圧方向に変位させる部材である。

本実施の形態の場合、第三作動部材２３３は、第一作動部材２３１と同じ積層型の圧電素子で構成されており、貫通孔も設けられている。第三作動部材２３３が伸び縮みする量である第三ストロークは、例えば第一ストロークの４倍に設定されている。

図４に示すように、第一作動部材２３１と第二作動部材２３２と第三作動部材２３３とは、第一部材２０７と保持体２０２との間に配置され、付勢部材２１１の付勢力によって押圧方向の配置状態が維持されている。これにより、第一作動部材２３１と第二作動部材２３２と第三作動部材２３３とを接着剤などの固定部材を用いて接続する必要が無く、押圧方向に対して垂直な方向への圧電素子で構成される各作動部材の伸縮が拘束されるのを抑制することができ、第一作動部材２３１と第二作動部材２３２と第三作動部材２３３の押圧方向への伸縮量を増大させることができる。従って、第二部材２０８に対する第一部材２０７の押圧方向の変位量を増大させることができ、液体の吐出能力を高めることができる。なお、本願発明者の検証によると、押圧方向に並べて配置された作動部材の押圧方向への伸縮量が従来に比べて１５％程度向上されることが確認された。

制御手段１１１は、第一作動部材２３１の動作と第二作動部材２３２の動作と第三作動部材２３３の動作とを独立して制御するコンピュータである。具体的に制御手段１１１は、第一作動部材２３１と第二作動部材２３２と第三作動部材２３３との各々に取り付けられる第一電極２４１、第二電極２４２、第三電極２４３に印加される電圧を個々に制御することによりそれぞれの作動部材の動作を制御している。

図４に示すように、本実施の形態の液体吐出装置１０は、さらに、吐出ヘッド２０に液体を供給する供給部１１０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、その内部には、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、接続チューブ（図示せず）を介して供給部材２１２に接続されている。これにより、シリンジ１１２の液体室１１４は、接続チューブを介して供給部材２１２の流通孔２１４と連通されている。

なお、図４では、シリンジ１１２は、吐出ヘッド２０より高い位置に配置されているが、吐出ヘッド２０より低い位置に配置されていてもよい。これにより、供給部１１０からの吐出ヘッド２０への液体の大気圧以上での加圧供給が容易なことや、液体吐出ヘッド２０により液体が吐出される吐出孔２１７の液だれを防止するために、負圧源（図示せず）からの圧力調整室１１５への負圧の印加を不要とすることが可能である。

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３００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３００は、接続チューブ、供給部材２１２の流通孔２１４、接続部材２１３の接続流路２１８及び第一部材２０７の供給孔２７１を通して貯留室２２３に供給される。

なお、吐出ヘッド２０の貯留室２２３及び吐出孔２２４等に対して供給部１１０が液体３００を加圧して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、吐出ヘッド２０の吐出サイクルが比較的遅い場合には、上述の液体供給により貯留室２２３及び吐出孔２２４等に液体３００が充填されれば、吐出毎に、吐出ヘッド２０への供給部１１０からの加圧した液体の供給は必ずしも行わなくてもよい。

次に、本実施の形態の吐出ヘッド２０による液体３００の吐出方法について説明する。

液体３００の吐出直前の状態では、貯留室２２３には液体３００が充填されている。この液体３００の圧力は、上述したように、供給部１１０によって大気圧以上に加圧されている。また、作動部材には電圧が印加されておらず、作動部材は、収縮状態となっている。この状態では、第一部材２０７は、付勢部材２１１の付勢力によって押圧方向の作動部材側に向けて弾性的に押圧されている。これにより、第一部材２０７は、第二部材２０８に対して離れた状態に維持されている。

吐出ヘッド２０から液体３００を吐出する際には、制御手段１１１が第一作動部材２３１と第二作動部材２３２と第三作動部材２３３の少なくともいずれかに電圧を印加することにより、作動部材の少なくともいずれかは、付勢部材２１１の付勢力に抗して収縮状態から伸長状態となる。これにより、第一部材２０７は、基体２０１の一部である第二部材２０８に対して近接する方向に相対的に変位する。なお、接続部材２１３は、湾曲又は伸縮することによって第一部材２０７の変位に追随するが、第一部材２０７の変位量が僅か（数ミクロン〜数十ミクロン程度）であるため、第一部材２０７の変位にほとんど影響を与えない。

この状態では、変形部材２０９は、第一部材２０７と第二部材２０８により押圧されて弾性変形され、貯留室２２３の体積が減少する。これにより、貯留室２２３内の液体３００に圧力が加わり、貯留室２２３内の液体３００が吐出孔２２４より液滴状に吐出される。

ここで、例えば押圧方向の変位量がそれぞれ異なる第一作動部材２３１の動作と第二作動部材２３２の動作と第三作動部材２３３の動作の組み合わせを選択して制御することにより、第一部材２０７を７通りの変位量で変位させることができ、液体３００の吐出量を７通りとすることができる。即ち、第一作動部材２３１のみを駆動させたときの第一部材２０７の変位量を「１」としたとき、第二作動部材２３２のみを駆動させたときの第一部材２０７の変位量は「２」となり、第二作動部材２３２及び第一作動部材２３１を駆動させたときの第一部材２０７の変位量は「３」となる。また、第三作動部材２３３のみを駆動させたときの第一部材２０７の変位量は「４」となり、第三作動部材２３３及び第一作動部材２３１を変位させたときの第一部材２０７の変位量は「５」となる。さらに、第三作動部材２３３及び第二作動部材２３２を変位させたときの第一部材２０７の変位量は「６」となり、第三作動部材２３３、第二作動部材２３２及び第一作動部材２３１を全て駆動させたときの第一部材２０７の変位量は「７」となる。

従って、押圧方向に変位量が異なる作動部材を並べて配置することにより液体３００の吐出量のバリエーションに対して作動部材を構成する圧電素子の個数が少なくて済み、部品点数や配線数を減少させることができる。また、第一部材２０７に近いほど変位量が小さく小型となり軽い作動部材を採用することにより、第二作動部材２３２や第三作動部材２３３の負荷を軽減することができ、液体３００の吐出の応答性の低下を抑制することができる。

液体３００の吐出が完了すると、制御手段１１１による作動部材の電極への電圧の印加が解除され、作動部材は、伸長状態から収縮状態となる。これにより、第一部材２０７は、付勢部材２１１の付勢力によって第二部材２０８に対して離隔する方向に変位し、貯留室２２３の容積が増大する。これにより、貯留室２２３内の液体３００の圧力が低下し、第一部材２０７の供給孔２７１を通して貯留室２２３に供給される。

上述工程が繰り返し行われることによって、吐出ヘッド２０の吐出孔２２４から液体が被吐出体１０９に向けて液滴状に吐出される。これにより、液体が被吐出体１０９上にドット状に付着し、例えば被吐出体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。

ここで、液体３００の吐出後の液切れを良くするためには、液体３００の吐出後に作動部材を急激に収縮させることが好ましい。しかしながら、作動部材を急激に収縮させた場合には、吐出孔２２４から貯留室２２３内に空気が吸い込まれ易くなる。そこで、液体の吐出後の液切れを良くし、且つ、吐出孔２２４からの空気の吸い込みを防止するためには、図５に破線で示すように作動部材をゆっくりと変位させればよい。しかしながら、作動部材の静電容量が大きい場合には、作動部材に大電流を流す必要があるので作動部材をゆっくりと変位するように制御することは難しい。

そこで、図５に実線で示すように、複数の作動部材を動作させた場合には、第一部材２０７と第二部材２０８とを相対的に遠ざかる方向に変位させるための各作動部材の動作タイミングを異なるように制御すれば、図５に破線で示す状態と類似の効果を得ることができる。例えば、全ての作動部材が伸長状態となっている状態（ｔ１）から、最初に第一作動部材２３１を収縮させ期間ｔ２が経過すると第二作動部材２３２を収縮させる。そして、期間ｔ３の経過後、第三作動部材２３３を収縮させる多段収縮の動作を行うことにより、吐出孔２２４からの空気の吸い込みを抑制しつつ貯留室２２３に液体３００を供給することができる。

本実施の形態の吐出ヘッド２０を用い上記吐出方法を採用することにより、次のような効果が得られる。つまり、一つの吐出ヘッド２０から吐出される液体３００の吐出量を段階的に変更することができ、かつ、変更しうる吐出量のダイナミックレンジを広くすることができる。また、第一部材２０７と基体２０１との相対的な押圧方向と、作動部材の作動方向とが一致するため、高い応答性で液体３００を吐出することが可能となる。また同様の理由で、作動部材に撓みが発生せず、作動部材と接触する部分に発生するずれや歪みを抑制して吐出ヘッド２０の寿命を向上させることができる。

なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本願発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本願発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本願発明に含まれる。

例えば吐出ヘッド２０が備える作動部材は、第一作動部材２３１、第二作動部材２３２、第三作動部材２３３の３個に限定されるわけではなく、第一作動部材２３１、第二作動部材２３２の２個であっても、また、４個以上であってもかまわない。また、吐出ヘッド２０が備える複数の作動部材のストロークが同じものであってもかまわない。

また、加熱の必要が無い液体３００を吐出する吐出ヘッド２０の場合、加熱部材２０４や、蓄熱体２０３等は不要となる。従って、吐出ヘッド２０を単純化し、かつ、模式的に示すと図６に示すようなものとなる。

本願発明は、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吐出ヘッド及び液体吐出装置、吐出方法として適用することができる。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工程などに適用することができる。

１０ 液体吐出装置
２０ 吐出ヘッド
１０１ 装置基台
１０２ ヘッド
１０３ ステージ
１０４ 移動手段
１０５ キャリッジ軸
１０６ キャリッジ
１０７ ステージ移動機構
１０８ ステージ軸
１０９ 被吐出体
１１０ 供給部
１１１ 制御手段
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 基体
２０２ 保持体
２０３ 蓄熱体
２０４ 加熱部材
２０５ 断熱部材
２０６ 締結部材
２０７ 第一部材
２０８ 第二部材
２０９ 変形部材
２１０ 基体
２１１ 付勢部材
２１２ 供給部材
２１３ 接続部材
２１４ 流通孔
２１５ 支持部材
２１８ 接続流路
２２２ 凹部
２２３ 貯留室
２２４ 吐出孔
２３１ 第一作動部材
２３２ 第二作動部材
２３３ 第三作動部材
２７１ 供給孔
３００ 液体

Claims (7)

1. 貯留室に貯留される液体を前記貯留室と連通する吐出孔から液滴状に吐出する吐出ヘッドであって、
   前記貯留室の一部を形成する第二部材と、
   前記第二部材に近づく方に相対的に変位して前記貯留室の容積を減少させ、前記貯留室内の液体を吐出させる第一部材と、
   前記第二部材に対して前記第一部材を相対的に近づく方向、または、遠ざかる方向である押圧方向に変位させる第一作動部材と、
   前記第一作動部材と押圧方向に並んで配置され、前記第一部材、および、前記第一作動部材を押圧方向に変位させる第二作動部材と、
   前記第一作動部材の動作と前記第二作動部材の動作とを独立して制御する制御手段と
   を備える吐出ヘッド。
2. 前記第一部材は、前記貯留室に液体を供給する供給孔を備え、
   さらに、
   前記第二部材を一端に有し、他端には液体を流す流通孔が設けられる基体と、
   前記第一部材の前記供給孔と前記基体の前記流通孔とがつながるように前記第二部材と前記第一部材とを接続する可撓性、または、伸縮性を有する接続部材
   を備える請求項１に記載の吐出ヘッド。
3. 前記第一作動部材の押圧方向に伸び縮みする量である第一ストロークは、前記第二作動部材の押圧方向に伸び縮みする量である第二ストロークより短い、
   請求項１または請求項２に記載の吐出ヘッド。
4. さらに、
   前記第一作動部材、および、前記第二作動部材、および、前記第一部材を押圧方向において圧縮する方に前記第二部材との間で付勢し、前記第一作動部材、および、前記第二作動部材、および、前記第一部材の配置状態を維持する付勢部材
   を備える請求項１に記載の吐出ヘッド。
5. 貯留室に貯留される液体を前記貯留室と連通する吐出孔から液滴状に吐出する吐出ヘッドを備える液体吐出装置であって、
   前記貯留室の一部を形成する第二部材と、
   前記第二部材に近づく方に相対的に変位して前記貯留室の容積を減少させ、前記貯留室内の液体を吐出させる第一部材と、
   前記第一部材と前記第二部材とを相対的に近づく方向、または、遠ざかる方向である押圧方向に変位させる第一作動部材と、
   前記第一作動部材と押圧方向に並んで配置され、前記第一部材、および、前記第一作動部材を変位させる第二作動部材と、
   前記第一作動部材の動作と前記第二作動部材の動作とを独立して制御する制御手段と、
   液体を前記貯留室に供給する供給手段と、
   前記吐出ヘッドを移動させる移動手段と
   を備える液体吐出装置。
6. 貯留室に貯留される液体を前記貯留室と連通する吐出孔から液滴状に吐出する吐出ヘッドであって、前記貯留室の一部を形成する第二部材と、前記第二部材に近づく方に相対的に変位して前記貯留室の容積を減少させ、前記貯留室内の液体を吐出させる第一部材と、前記第二部材に対し前記第一部材を相対的に近づく方向、または、遠ざかる方向である押圧方向に変位させる第一作動部材と、前記第一作動部材と押圧方向に並んで配置され、前記第一部材、および、前記第一作動部材を変位させる第二作動部材と、前記第一作動部材の動作と前記第二作動部材の動作とを独立して制御する制御手段とを備える吐出ヘッドを制御する吐出方法であって、
   比較的少量の液体を吐出させる場合は、前記制御手段は前記第一作動部材のみを液体が吐出するように動作させ、比較的多量の液体を吐出させる場合は、前記制御手段は、前記第一作動部材、および、前記第二作動部材を同時期に動作させて液体を吐出する
   吐出方法。
7. 前記第一作動部材、および、前記第二作動部材を同時期に動作させて液体を吐出する場合において、
   前記第二部材に対して前記第一部材を相対的に遠ざかる方向に変位させるための前記第一作動部材の動作タイミングと、前記第二部材に対して前記第一部材を相対的に遠ざかる方向に変位させるための前記第二作動部材の動作タイミングとが異なるように前記制御手段が前記第一作動部材と前記第二作動部材とを制御する
   請求項６に記載の吐出方法。

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