JP6707907B2

JP6707907B2 - 流体噴射装置

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Publication number: JP6707907B2
Application number: JP2016040813A
Authority: JP
Inventors: 圭吾須貝; 岡本　英司; 英司岡本; 中村　真一; 真一中村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2016-03-03
Filing date: 2016-03-03
Publication date: 2020-06-10
Anticipated expiration: 2036-03-03
Also published as: US20170252769A1; JP2017154422A; CN107150003B; CN107150003A; US10434535B2; EP3225396A1; EP3225396B1

Description

本発明は、流体噴射装置に関する。

移動体の往復移動によって液滴材料を飛翔吐出させる流体噴射装置が知られている。移動体を移動させるための駆動源として圧電素子などを用いたアクチュエーターが使われることが多い。圧電素子は変位量が小さいため、例えば特許文献１に記載された技術では、拡大機構を介して変位量を大きくしている。

特表２０１４−５２５８３１号公報

しかし、拡大機構を用いると構成が複雑になり、駆動装置の大型化を招く可能性がある。そのため、移動体の往復移動によって液滴を吐出する流体噴射装置において、拡大機構を用いることなく移動体の変位量を十分に確保可能な技術が望まれていた。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の一形態によれば、流体噴射装置が提供される。この流体噴射装置は、前記流動性材料が供給される流動性材料室と、前記流動性材料室内で往復移動可能な移動体と、前記流動性材料室と連通した吐出口を有し、前記移動体の先端部が、前記吐出口の周囲の内壁に前記流動性材料室側から接触可能なノズル部と、前記移動体の後端部に接触し、前記移動体を往復移動させることにより、前記吐出口から前記流動性材料を吐出させるアクチュエーターと、を備え、前記アクチュエーターは、直列に連結された複数の固体変位素子を有し、複数の固体変位素子のうちの一の固体変位素子の一端が、前記移動体の後端部に接触し、複数の前記固体変位素子はそれぞれ共振周波数が異なり、複数の前記固体変位素子のうち、前記移動体の前記後端部側に設けられた固体変位素子の共振周波数が最も高いことを特徴とする。また、本発明は、以下の形態としても実現できる。

（１）本発明の一形態によれば、流体噴射装置が提供される。この流体噴射装置は、流体性材料を噴射するための流体噴射装置であって；前記流動性材料が供給される流動性材料室と；前記流動性材料室内で往復移動可能な移動体と；前記流動性材料室と連通した吐出口を有し、前記移動体の先端部が、前記吐出口の周囲の内壁に前記流動性材料室側から接触可能なノズル部と；前記移動体の後端部に接触し、前記移動体を往復移動させることにより、前記吐出口から前記流動性材料を吐出させるアクチュエーターと、を備え；前記アクチュエーターは、直列に連結された複数の固体変位素子を有し、複数の固体変位素子のうちの一の固体変位素子の一端が、前記移動体の後端部に接触する。このような形態の流体噴射装置であれば、移動体を往復移動させるためのアクチュエーターが、直列に連結された複数の固体変位素子によって構成されているので、拡大機構を用いることなく移動体の変位量を十分に確保できる。

（２）上記形態の流体噴射装置において、前記流動性材料が貯留される流動性材料貯留部と；前記流動性材料貯留部と前記流動性材料室に連通し、前記流動性材料が流動する流路と；前記流動性材料貯留部に貯留された前記流動性材料を、前記流路に加圧して供給する加圧部と、を備えてもよい。このような形態であれば、流動性材料を流動性材料貯留部から流動性材料室に加圧して供給するので、高い粘度の材料を吐出することができる。

（３）上記形態の流体噴射装置において、複数の前記固体変位素子のそれぞれに対して、前記固体変位素子を駆動するための信号を供給する駆動信号供給部が個別に接続されてもよい。このような形態であれば、複数の固体変位素子にそれぞれ異なる駆動信号を供給することができるので、アクチュエーターの伸縮動作の自由度を高めることができる。

（４）上記形態の流体噴射装置において、複数の前記固体変位素子はそれぞれ共振周波数が異なり；複数の前記固体変位素子のうち、前記移動体の前記後端部側に設けられた固体変位素子の共振周波数が最も高くてもよい。このような形態であれば、移動体の速度が確保できるので、高い粘度の材料を吐出することができる。

（５）上記形態の流体噴射装置において、複数の前記固体変位素子はそれぞれ伸長速度が異なり；複数の前記固体変位素子のうち、前記移動体の前記後端部側に設けられた固体変位素子の伸長速度が最も速くてもよい。このような形態であれば、移動体の速度が確保できるので、高い粘度の材料を吐出することができる。

（６）上記形態の流体噴射装置において、複数の前記固体変位素子はそれぞれ最大変位量が異なり；複数の前記固体変位素子のうち、前記移動体の前記後端部側に設けられた固体変位素子の最大変位量が最も小さくてもよい。このような形態であれば、移動体の速度が確保できるので、高い粘度の材料を吐出することができる。

（７）上記形態の流体噴射装置において、複数の前記固体変位素子は、接触部を介して連結しており；前記接触部は複数の前記固体変位素子とそれぞれ点接触、または線接触してもよい。このような形態であれば、各固体変位素子の発熱が互いに影響を与えることを抑制できるので、固体変位素子の耐用性が向上する。

（８）上記形態の流体噴射装置において、前記移動体を前記吐出口側から前記アクチュエーター側に付勢する付勢部材を有してもよい。このような形態であれば、付勢部材から予備荷重を加えることができるので、固体変位素子の耐用性が向上する。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、流体噴射システムや流体を噴射する方法等の形態で実現することができる。

第１実施形態としての流体噴射システムの概略構成図である。第２実施形態としての流体噴射システムの概略構成図である。第３実施形態としての流体噴射装置の概略構成図である。第４実施形態としての流体噴射装置の概略構成図である。

Ａ．第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態としての流体噴射装置１００を含む流体噴射システム２００の概略構成図である。流体噴射装置１００は、例えばプリンターに用いられる装置であり、水、溶剤、試薬等の粘性の低い流動性材料から、半田ペースト、銀ペースト、接着剤等の粘性が高い流動性材料までを、フィラーの含有にかかわらず、微量に高速に吐出する装置である。

流体噴射システム２００は、流体噴射装置１００と、流動性材料貯留部１１と、流路１２と、加圧部１３と、駆動信号供給部６０と、制御部７０と、を備える。流体噴射装置１００は、流動性材料室１０と、移動体２０と、ノズル部３０と、アクチュエーター４０と、付勢部材８０と、を備える。なお、流体噴射システム２００を広義の流体噴射装置として捉えることもできる。

流動性材料室１０には、流動性材料が貯留されている。流動性材料室１０には、流動性材料貯留部１１から流路１２を通じて、流動性材料が供給される。流動性材料貯留部１１に貯留された流動性材料は、加圧部１３により、加圧されて流路１２に供給される。流動性材料室１０には、該流動性材料室１０内で往復移動可能な移動体２０の先端部が配置されている。また、流動性材料室１０の一側面には、移動体２０の先端側に対向する位置にノズル部３０が設けられている。

ノズル部３０は、流動性材料室１０と連通した吐出口３１を有している。移動体２０の先端部は吐出口３１の周囲の内壁３２に、流動性材料室１０側から接触可能である。内壁３２は、テーパー状に傾斜している。このテーパー状の部分に移動体２０が衝突することにより、流動性材料室１０内の流動性材料がノズル部３０から吐出される。

移動体２０は、例えば先端が平面や球状、または先端に突起が設けられたロッド状部材である。移動体２０は、後端部に、付勢部材８０を備える。付勢部材８０は、移動体２０を吐出口３１からアクチュエーター４０側に付勢する。より具体的には、移動体２０の後端部に設けられたフランジ部２１と、流動性材料室１０のアクチュエーター４０側の壁面１４との間に付勢部材８０が挟まれて配置されることで、付勢部材８０は、移動体２０をアクチュエーター４０側に付勢する。この付勢部材８０の付勢力によりアクチュエーター４０（固体変位素子４０ａ、固体変位素子４０ｂ）に予備荷重が加わる。本実施形態では、付勢部材８０は圧縮コイルバネにより構成されている。なお、付勢部材８０は、ゴムバネなど他の弾性部材によって構成されてもよい。

アクチュエーター４０は、直列に連結された複数の固体変位素子４０ａ、４０ｂを備えている。複数の固体変位素子４０ａ、４０ｂのうち一の固体変位素子４０ｂの一端が、移動体２０の後端部に接触している。複数の固体変位素子４０ａ、４０ｂのうちの、他の固体変位素子４０ａの移動体２０とは反対側の端部は、流体噴射装置１００の筐体１０１に固定されている。アクチュエーター４０は、移動体２０を往復移動させることにより、吐出口３１から流動性材料を吐出させる。

本実施形態では、固体変位素子４０ａと固体変位素子４０ｂとは、それぞれ、長手方向に伸縮する棒状またはブロック状の圧電素子である。本実施形態では、固体変位素子４０ａ及び固体変位素子４０ｂの共振周波数、伸長速度、最大変位量は同一である。固体変位素子４０ａと固体変位素子４０ｂとは接着剤で接合されている。接着剤としては、例えばエポキシ樹脂やアクリル接着剤等を用いることができる。

信号増幅部５０ａは、固体変位素子４０ａに接続されており、信号増幅部５０ｂは、固体変位素子４０ｂに接続されている。駆動信号供給部６０は、信号増幅部５０ａ、５０ｂと、制御部７０と、に接続されている。

駆動信号供給部６０はアクチュエーター４０を駆動するための駆動信号を生成する。駆動信号供給部６０によって生成された駆動信号は、信号増幅部５０ａ、５０ｂによって増幅されて、各固体変位素子４０ａ、４０ｂに印加される。駆動信号供給部６０による駆動信号の生成は制御部７０によって制御される。本実施形態では、駆動信号供給部６０からは同一の波形が信号増幅部５０ａ及び信号増幅部５０ｂに出力されて、固体変位素子４０ａ、４０ｂに印加される。

以上で説明した本実施形態の流体噴射装置１００によれば、移動体を往復移動させるためのアクチュエーター４０が、直列に連結された複数の固体変位素子４０ａ、４０ｂによって構成されているので、拡大機構を用いることなく移動体２０の変位量を十分に確保できる。この結果、流体噴射装置１００を小型化することができる。

また、本実施形態では、加圧部１３により流動性材料を流動性材料貯留部１１から流動性材料室１０に加圧して供給しているので、高い粘度の材料を吐出することができる。

また、本実施形態では、駆動信号を生成する駆動信号供給部６０を固体変位素子４０ａと固体変位素子４０ｂとで共用しているので、装置構成を簡素化することができる。

また、本実施形態では、付勢部材８０により固体変位素子４０ａ、４０ｂに予備荷重が印加されているので、固体変位素子４０ａ、４０ｂに引っ張り応力が働くことを抑制することができる。この結果、固体変位素子４０ａ、４０ｂの耐用性が向上する。

Ｂ．第２実施形態
図２は、本発明の第２実施形態における流体噴射システム２００Ａの概略構成図である。本実施形態の流体噴射装置１００の構成は、第１実施形態の流体噴射装置１００と同じである。本実施形態の流体噴射システム２００Ａでは、駆動信号供給部６０ａが信号増幅部５０ａに接続されており、駆動信号供給部６０ｂが信号増幅部５０ｂに接続されている点が、第１実施形態と異なる。つまり、本実施形態では、駆動信号供給部６０ａ、６０ｂが信号増幅部５０ａ、５０ｂに個別に接続されている。駆動信号供給部６０ａ、６０ｂによって生成された駆動信号は、それぞれ接続された信号増幅部５０ａ、５０ｂによって増幅されて、各固体変位素子４０ａ、４０ｂに印加される。

以上で説明した本実施形態の流体噴射装置１００によれば、固体変位素子４０ａ及び固体変位素子４０ｂに対して、それぞれ異なる駆動信号を供給することができるので、アクチュエーター４０の伸縮動作の自由度を高めることができる。

Ｃ．第３実施形態
図３は、本発明の第３実施形態としての流体噴射装置１００Ａの概略構成図である。本実施形態の流体噴射装置１００Ａは、固体変位素子４０ａ及び固体変位素子４０ｂの特性が同一でない点が、第１実施形態と異なり、他の構成は第１実施形態と同じである。

本実施形態の流体噴射装置１００Ａは、共振周波数の異なる固体変位素子４０ａ、４０ｂを備える。本実施形態では、移動体２０の後端部側に設けられた固体変位素子４０ｂの共振周波数は、固体変位素子４０ａの共振周波数よりも高い。

以上で説明した本実施形態の流体噴射装置１００によれば、固体変位素子４０ｂの共振周波数は固体変位素子４０ａの共振周波数よりも高いため、固体変位素子４０ａよりも速い速度で移動体２０を吐出口３１側に動かすことができる。そのため、移動体２０の速度が確保できるので、高い粘度の材料を吐出することができる。

Ｄ．第４実施形態
図４は、本発明の第４実施形態としての流体噴射装置１００Ｂの概略構成図である。本実施形態の流体噴射装置１００Ｂは、固体変位素子４０ａ、４０ｂが接触部９０を介して連結されている点が、第１実施形態と異なり、他の構成は第１実施形態と同じである。

本実施形態の流体噴射装置１００Ｂは、真球状の接触部９０を備える。固体変位素子４０ａ及び固体変位素子４０ｂの接触部９０に接触する端面はそれぞれテーパー状に窪んでいる。そのため、接触部９０と固体変位素子４０ａ、４０ｂとはそれぞれ線接触している。接触部９０は、剛性体であり、金属やセラミックで構成される。

以上で説明した本実施形態の流体噴射装置１００によれば、固体変位素子４０ａ、４０ｂの相互の発熱が互いに影響を与えることを接触部９０により抑制することができるので、固体変位素子４０ａ、４０ｂの耐用性が向上する。

Ｅ．変形例
＜第１変形例＞
上記実施形態では、固体変位素子として圧電素子を用いた。これに対して、固体変位素子として磁歪素子を用いてもよい。

＜第２変形例＞
上記第１実施形態において、付勢部材８０を設けずに、移動体２０と固体変位素子４０ｂとを接着剤で接合してもよい。このような構成であっても、移動体２０の速度を確保できるので、高い粘度の材料を吐出することができる。

＜第３変形例＞
上記第３実施形態において、固体変位素子４０ｂには、固体変位素子４０ａより伸長速度の速い固体変位素子を用いてもよい。このような構成であっても、移動体２０の速度を確保できるので、高い粘度の材料を吐出することができる。

＜第４変形例＞
上記第３実施形態において、固体変位素子４０ｂには、固体変位素子４０ａより最大変位量の小さい固体変位素子を用いてもよい。このような構成であっても、移動体２０の速度を確保できるので、高い粘度の材料を吐出することができる。

＜第５変形例＞
上記第４実施形態において、固体変位素子４０ａ及び固体変位素子４０ｂの接触部９０に接触する端面を平面にして、接触部９０と固体変位素子４０ａ、４０ｂとをそれぞれ点接触にさせてもよい。また、一方を点接触させ、他方を線接触させてもよい。

本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述した課題を解決するために、あるいは上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することが可能である。

１０…流動性材料室、１１…流動性材料貯留部、１２…流路、１３…加圧部、１４…壁面、２０…移動体、２１…フランジ部、３０…ノズル部、３１…吐出口、３２…内壁、４０…アクチュエーター、４０ａ、４０ｂ…固体変位素子、５０ａ、５０ｂ…信号増幅部、６０、６０ａ、６０ｂ…駆動信号供給部、７０…制御部、８０…付勢部材、９０…接触部、１００、１００Ａ、１００Ｂ…流体噴射装置、１０１…筐体、２００、２００Ａ…流体噴射システム

Claims

流動性材料を噴射するための流体噴射装置であって、
前記流動性材料が供給される流動性材料室と、
前記流動性材料室内で往復移動可能な移動体と、
前記流動性材料室と連通した吐出口を有し、前記移動体の先端部が、前記吐出口の周囲の内壁に前記流動性材料室側から接触可能なノズル部と、
前記移動体の後端部に接触し、前記移動体を往復移動させることにより、前記吐出口から前記流動性材料を吐出させるアクチュエーターと、を備え、
前記アクチュエーターは、直列に連結された複数の固体変位素子を有し、複数の固体変位素子のうちの一の固体変位素子の一端が、前記移動体の後端部に接触し、
複数の前記固体変位素子はそれぞれ共振周波数が異なり、
複数の前記固体変位素子のうち、前記移動体の前記後端部側に設けられた固体変位素子の共振周波数が最も高いことを特徴とする、流体噴射装置。
請求項１に記載の流体噴射装置であって、
前記流動性材料が貯留される流動性材料貯留部と、
前記流動性材料貯留部と前記流動性材料室に連通し、前記流動性材料が流動する流路と、
前記流動性材料貯留部に貯留された前記流動性材料を、前記流路に加圧して供給する加圧部と、
を備える流体噴射装置。
請求項１または２に記載の流体噴射装置であって、
複数の前記固体変位素子のそれぞれに対して、前記固体変位素子を駆動するための信号を供給する駆動信号供給部が個別に接続されている流体噴射装置。
請求項１〜３のいずれか１つに記載の流体噴射装置であって、
複数の前記固体変位素子は、接触部を介して連結しており、
前記接触部は複数の前記固体変位素子とそれぞれ点接触、または線接触している流体噴射装置。
請求項１〜４のいずれか１つに記載の流体噴射装置であって、
前記移動体を前記吐出口側から前記アクチュエーター側に付勢する付勢部材を有する流体噴射装置。