JP2020040338A - ノズルヘッド、および液滴塗布装置 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、近年においては、より粘度の高い液滴を吐出可能とすることが求められていた。
図1は、本実施の形態に係る液滴塗布装置1を例示するための模式斜視図である。
なお、図1中の矢印X、Y、Zは互いに直交する三方向を表している。例えば、鉛直方向をZ軸方向、水平面内の1つの方向をX軸方向、Z軸方向とX軸方向に垂直な方向をY軸方向としている。
図2は、ノズルヘッド2の模式斜視図である。
図3は、図2におけるノズルヘッド2のA−A線方向の模式断面図である。
図4は、アクチュエータプレート25および圧電素子26を例示するための模式断面図である。なお、図4は、図3におけるアクチュエータプレート25および圧電素子26のB−B線方向の模式断面図である。
図5は、圧電素子26を例示するための模式斜視図である。
図2および図3に示すように、ノズルヘッド2は、複数のノズル孔21aを備えたいわゆるマルチノズル型のノズルヘッドである。また、ノズルヘッド2は、圧電素子26の屈曲変位を利用して液滴を吐出させる「圧電型」のノズルヘッドである。
ノズルヘッド2には、ノズルプレート21、流路プレート22、シールプレート23、ダイアフラム24、アクチュエータプレート25、圧電素子26、固定部27、および導電部28が設けられている。
なお、本明細書において「液状体」とは液体のみに限定されるわけではなく、ノズル孔21aから吐出された際に粒状になるものであればよい。例えば、液状体は、液体、ゲル状体などとすることができる。また、本明細書における「液滴」とは、液状体が粒状となったものである。
ただし、本実施の形態に係るノズルヘッド2とすれば、一般的なノズルヘッドでは吐出が困難な粘度の高い液状体を吐出することが可能となる。例えば、本実施の形態に係るノズルヘッド2とすれば、粘度が20mPa・s以上の液滴を吐出可能である。
そのため、ノズルヘッド2により吐出される液滴の粘度は、例えば、20mPa・s以上とすることができる。
また、ノズルプレート21は、液滴を吐出可能な複数のノズル孔21aを有する。ノズル孔21aの一端は、テーパ部21aaに接続されている。ノズル孔21aの他端は、ノズルプレート21の、流路プレート22側とは反対側の端面に開口している。すなわち、液室21bとノズル孔21aとは、テーパ部21aaを介して繋がっている。
ノズル孔21aと液室21bは、例えば、円柱状を呈するものとすることができる。ノズル孔21aの直径は、例えば、20μm〜50μm程度とすることができる。液室21bの直径は、例えば、250μm〜600μm程度とすることができる。
流路プレート22の材料は、例えば、ノズルプレート21の材料と同じとすることができる。
なお、流路プレート22は必ずしも必要ではなく、流路がノズルプレート21に設けられるようにしてもよい。
なお、シールプレート23の数は、ノズルプレート21の変形量などに応じて適宜変更することができる。例えば、ノズルプレート21の変形量をS(μm)、シールプレート23の数をNとすると、S/N≦10となるようにすることが好ましい。
図4に示すように、アクチュエータプレート25は、基部25aおよび支持部25bを有する。基部25aおよび支持部25bは、一体に形成することができる。
基部25aは、複数のシールプレート23の、流路プレート22側とは反対側に設けられている。この場合、基部25aは、ダイアフラム24を覆うように設けることができる。基部25aは、所定の方向に延びた形態を有する。基部25aの平面形状および平面寸法は、ノズルプレート21の平面形状および平面寸法と同じとすることができる。基部25aには、厚み方向を貫通する孔25aaが複数設けられている。複数の孔25aaのそれぞれは、液室21bに対峙する位置に設けられている。孔25aaには、圧電素子26の一方の端部が挿入される。圧電素子26の一方の端部は、ダイアフラム24に接触している。
アクチュエータプレート25(基部25aおよび支持部25b)の材料は、例えば、ノズルプレート21の材料と同じとすることができる。
複数の圧電部26bのそれぞれは、少なくとも電極26aと電極26cとの間に設けられている。
また、押し出し量は、例えば、液滴の粘度が20mPa・sの場合に、0.06×10−3mm3以上となるようにすることが好ましい。この場合、押し出し量は、圧電素子26の、液室21bの中心軸に直交する方向の断面積と、圧電素子26の変位量との積である。
なお、液滴の粘度と押し出し量との関係に関する詳細は後述する。
図4に示すように、固定部27は、複数の圧電素子26のそれぞれと支持部25b(アクチュエータプレート25)との間に設けられている。固定部27は、圧電素子26の、基部25a側(ノズルプレート21側)とは反対側の端部の近傍に設けられている。この場合、支持部25bに凸部25baを設け、凸部25baの頂面に固定部27を設けることができる。この様にすれば、固定部27の位置、すなわち、複数の圧電素子26の固定位置を揃えることができる。また、圧電素子26の、基部25a側とは反対側の端部は、凸部25baからオーバーハングさせることができる。圧電素子26は、固定部27を介して支持部25bに固定されている。固定部27は、絶縁性を有している。固定部27は、例えば、絶縁性を有する接着剤が硬化することで形成されたものとすることができる。接着剤は、例えば、熱硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤、常温硬化型接着剤などとすることができる。熱硬化型接着剤を用いる場合には、硬化温度が、圧電部26bの材料のキュリー点の1/2以下となるものとすることが好ましい。絶縁性を有する接着剤を用いれば、圧電素子26を支持部25bに押し付けた際に、接着剤の一部が、圧電素子26の、支持部25b側の面と交差する面に回り込んだとしても電極26cと電極26aとが短絡することがない。そのため、充分な接合強度を得るために必要となる量の接着剤を用いることができる。
なお、導電部28は、圧電素子26と支持部25bとの間の導通を行うものであれば適宜変更することができる。例えば、導電部28は、金属製の板バネやコイルバネなどであってもよい。また、圧電素子26と支持部25bとを接続する配線などであってもよい。
図6(a)に示すように、基部25aの、支持部25bが突出する側とは反対側の端面にダイアフラム24を接合する。例えば、基部25aの端面にダイアフラム24を接着することができる。
次に、図6(b)に示すように、孔25aaの内部に圧電素子26の一方の端部を挿入する。この場合、圧電素子26の一方の端部をダイアフラム24に接触させるようにする 続いて、凸部25baの頂面と圧電素子26との間に、絶縁性を有する接着剤を供給する。
続いて、治具200により、圧電素子26を支持部25bに押し付け、この状態で絶縁性を有する接着剤を硬化させる。
以上の様にして、固定部27を形成することができる。
次に、図6(c)に示すように、凸部25baの周辺に導電性接着剤を供給する。そして、導電性接着剤を硬化させることで導電部28を形成する。
固定部27を形成するための接着剤、および、導電部28を形成するための接着剤は、例えば、ディスペンサなどにより供給することができる。
なお、導電部28が板バネなどである場合には、導電部28を支持部25bに接合し、その後、圧電素子26の孔25aaへの挿入と固定部27の形成を行うようにすればよい。あるいは、固定部27の形成後に、圧電素子26と支持部25bとの間に導電部28を挟み込むようにすればよい。
なお、対象物100がノズルヘッド2の下方を移動する場合を例示したが、対象物100の上方をノズルヘッド2が移動するようにしてもよい。
供給部4には、タンク41、および開閉弁42を設けることができる。
タンク41は、液状体を収納する。例えば、タンク41は、ノズルヘッド2の上方に設けることができる。タンク41が、ノズルヘッド2の上方に設けられていれば、位置エネルギーを利用して液状体をノズルプレート21の液室21bに供給することができる。この場合、Z軸方向におけるタンク41の位置を移動させる移動部を設けることもできる。
また、ポンプを設けたり、タンク41の内部にガスを供給したりして、タンク41からノズルプレート21の液室21bに液状体を供給することもできる。
例えば、圧電素子26は、複数の電極26a、複数の圧電部26b、および複数の電極26cを有している。すなわち、圧電素子26は、積層構造を有する圧電素子である。そのため、電極26a、圧電部26b、および電極26cを1つずつ有する圧電素子に比べて、印加電圧を低くしても、同一の変位を得たり、より大きな変位を得たりすることができる。その結果、粘度が20mPa・s以上の液状体であってもノズル孔21aから吐出させることが容易となる。
図7は、液滴の粘度と押し出し量との関係を例示するためのグラフ図である。
図7は、積層構造を有する圧電素子26を用いた場合である。
液滴の粘度が高くなれば、押し出し量を増加させる必要がある。本実施の形態に係る圧電素子26を用いれば、図7に示すように、以下の式を満足させることが容易となる。 Y≧9E−0.5X2.1572
なお、Xは液滴の粘度(mPa・s)であり、Y(mm3)は押し出し量である。
前述したように、押し出し量は、圧電素子26の、液室21bの中心軸に直交する方向の断面積と、圧電素子26の変位量との積である。
図7から分かるように、本実施の形態に係る圧電素子26を用いれば、粘度が20mPa・s以上の液状体であっても、所定の量の液滴を吐出させることが容易となる。
例えば、コントローラ5は、「Y≧9E−0.5X2.1572」となるような印加電圧や印加時間などを演算することができる。
そして、コントローラ5は、演算された印加電圧や印加時間などに基づいて圧電素子26の変位量を制御し、適切な液滴が吐出されるようにすることができる。
すなわち、コントローラ5は、ノズルヘッド21に設けられた複数の圧電素子26毎に、印加する電圧、および、電圧の印加時間の少なくともいずれかを制御可能とすることができる。そして、コントローラ5は、「Y≧9E−0.5X2.1572」を満足するように、電圧、および、電圧の印加時間の少なくともいずれかを制御することができる。
Claims (7)
- 液滴を吐出可能な複数のノズル孔を有するノズルプレートと、
交互に設けられた複数の第1の電極と複数の第2の電極、および、前記複数の第1の電極と前記複数の第2の電極との間に設けられた圧電部を有し、前記複数のノズル孔毎に設けられた圧電素子と、
前記ノズルプレートの、前記複数のノズル孔が開口する側とは反対側に設けられたアクチュエータプレートと、
絶縁性を有し、複数の前記圧電素子のそれぞれと、前記アクチュエータプレートとの間に設けられた固定部と、
導電性を有し、複数の前記圧電素子のそれぞれと、前記アクチュエータプレートとの間に設けられた導電部と、
を備えたノズルヘッド。 - 液滴を吐出可能な複数のノズル孔を有するノズルプレートと、
交互に設けられた複数の第1の電極と複数の第2の電極、および、前記複数の第1の電極と前記複数の第2の電極との間に設けられた圧電部を有し、前記複数のノズル孔毎に設けられた圧電素子と、
前記ノズルプレートの、前記複数のノズル孔が開口する側とは反対側に設けられたアクチュエータプレートと、
前記ノズルプレートと、前記アクチュエータプレートとの間に設けられ、前記ノズルプレートの厚みよりも薄い複数のシールプレートと、
を備えたノズルヘッド。 - 前記複数の第1の電極の数は奇数である請求項1または2に記載のノズルヘッド。
- 前記複数の第2の電極の数は奇数である請求項1〜3のいずれか1つに記載のノズルヘッド。
- 前記ノズルプレートと、前記アクチュエータプレートとの間に設けられ、前記ノズルプレートの厚みよりも薄い複数のシールプレートをさらに備えた請求項1、3、4のいずれか1つに記載のノズルヘッド。
- 前記液滴の粘度は、20mPa・s以上である請求項1〜5のいずれか1つに記載のノズルヘッド。
- 請求項1〜6のいずれか1つに記載のノズルヘッドと、
前記ノズルヘッドに設けられた複数の圧電素子毎に、印加する電圧、および、前記電圧の印加時間の少なくともいずれかを制御可能なコントローラと、
を備え、
液滴の粘度をX(mPa・s)、押し出し量をY(mm3)とした場合に、
前記コントローラは、以下の式を満足するように、前記電圧、および、前記電圧の印加時間の少なくともいずれかを制御可能となっている液滴塗布装置。
Y≧9E−0.5X2.1572
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