WO2008050431A1 - Dispositif d'éjection de gouttelette de liquide - Google Patents

Dispositif d'éjection de gouttelette de liquide Download PDF

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WO2008050431A1
WO2008050431A1 PCT/JP2006/321393 JP2006321393W WO2008050431A1 WO 2008050431 A1 WO2008050431 A1 WO 2008050431A1 JP 2006321393 W JP2006321393 W JP 2006321393W WO 2008050431 A1 WO2008050431 A1 WO 2008050431A1
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pressure chamber
flow path
vibration film
vibration
groove
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PCT/JP2006/321393
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English (en)
French (fr)
Inventor
Yoshinori Adachi
Kenji Koizumi
Akiko Kusumoto
Original Assignee
Cluster Technology Co., Ltd.
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/04—Pumps having electric drive
    • F04B43/043—Micropumps
    • F04B43/046—Micropumps with piezoelectric drive
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49401—Fluid pattern dispersing device making, e.g., ink jet

Definitions

  • the present invention relates to a droplet discharge device. More specifically, a pressure chamber communicating with the nozzle, a vibration film forming a part of the pressure chamber, a piezoelectric element that vibrates the vibration film, and a vibration that is bonded to the piezoelectric element and is transmitted to the vibration film.
  • the present invention also relates to a droplet discharge device that includes a protrusion on a vibrating film to be transmitted and a flow path that communicates with the pressure chamber, and the nozzle force also discharges a droplet.
  • Patent Document 1 International Publication Number WO02Z002697
  • a recess 42 ⁇ ' forming a pressure chamber 42' corresponding to an individual ink chamber and a groove 35 ⁇ 'forming a channel 35' having a square cross section Assume that it is formed on one chamber plate.
  • the recesses and grooves of the nozzle chamber plate are shown in outline.
  • the diaphragm plate is bonded to the nozzle chamber plate with an adhesive.
  • the tapered portion 35e ' is provided between the flow channel 35' and the pressure chamber 42 'to overcome the problem of the flow channel blockage caused by the adhesive caused by the corner portion. You can also take measures to set up. However, in this configuration, the discharge pressure acting on the pressure chamber 42 'escapes to the tapered portion 35e', and the pressure transmission efficiency decreases. Further, in order to maintain the flow resistance of the flow path, it is necessary to separately provide the flow resistance in the tapered portion 35 ', and the force is complicated. In addition, the presence of the tapered portion 35e 'has the disadvantage that the rigidity in the vicinity of the pressure chamber 42' becomes nonuniform.
  • the present invention has a simple structure and does not cause the problem of blockage of the channel, resulting in high production efficiency!
  • An object is to provide a droplet discharge device.
  • the droplet discharge device is characterized by a pressure chamber communicating with a nozzle, a vibration film forming a part of the pressure chamber, and a piezoelectric that vibrates the vibration film.
  • the first member is provided with a diaphragm serving as the vibration film, the projection, a groove serving as the flow path, and a groove serving as the channel, and a recess serving as the nozzle and the pressure chamber.
  • the vibration film 32 is used.
  • the concave portion 35x of the flow path are formed on the same vibration plate 30, the adhesive is likely to accumulate in the pair of corners CS at the end 35a of the flow path 35.
  • the pair of corners CS protrudes into the space of the pressure chamber 42, so the accumulated adhesive is bonded to the plates. The flow does not flow into the flow path.
  • each of them is a wall or flow path that does not constitute a corner, so even if an adhesive flows in, the intersection CL The adhesive does not accumulate.
  • the adhesive accumulated in the pair of corners CS at the end 35a is only at the end of the flow path. It does not collect and block other flow paths. Therefore, when the plates 30 and 40 are bonded together, it is possible to prevent the flow path 35 from being blocked by the adhesive by overlapping the grooves serving as the flow paths and the recesses serving as the pressure chambers.
  • the first member and Z or the second member may be integrally formed of a resin material.
  • an area of a portion of the vibration film covered by the protrusion may be larger than an area of a remaining portion.
  • the projection and the outline of the diaphragm may be circular when viewed in a direction orthogonal to the diaphragm.
  • the circular configuration allows displacement and strain to be transmitted uniformly in all directions, allowing the diaphragm to vibrate smoothly and suppressing local fatigue failure.
  • the problem of channel blockage does not occur with a simple structure, and the production efficiency of the device can be improved.
  • FIG. 1 (a) is an exploded perspective view of a head, and (b) is a perspective view in the vicinity of a protrusion.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the head.
  • FIG. 3 is a vertical sectional view of the lower part of the head.
  • FIG. 4 is a plan view of the vicinity of a protrusion and a communication hole.
  • FIG. 5 is a perspective view from the bottom side of FIG.
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view in the vicinity of a protrusion.
  • FIG. 7 is another embodiment of FIG.
  • FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a mold for forming a protrusion and a vibration film.
  • FIG. 9 is a plan view showing another embodiment near the protrusion.
  • FIG. 10 is a plan view showing still another embodiment near a protrusion.
  • FIG. 11 is a perspective view showing a relationship between a conventional pressure chamber and a communication path.
  • a droplet discharge device 1 includes a head 2 that discharges liquid supplied from a cartridge (not shown) from a nozzle 41 as droplets.
  • This head In FIG. 2, the piezoelectric element 10, the vibration plate 30, the nozzle plate 40, the contact 50, the upper lid 6, and the cable 7 are fixed to the bracket 20.
  • the bracket 20, the vibration plate 30, the nozzle plate 40, and the upper lid 6 are each injection-molded with a resin material.
  • These members may be made of glass, metal or the like, or may be formed by etching or electroplating.
  • a groove portion 21 for guiding the piezoelectric element 10 is formed so as to penetrate vertically, and the fixing portion 23 and the cavity are formed by directing downward from the upper release portion 22 of the guiding groove portion 21.
  • Part 24 is arranged.
  • a second groove 25 is formed in the vicinity of the upper release 22, and a third groove 26 for fixing the cable 7 is formed on the upper portion of the bracket 20 from the upper release 22 toward the back of the bracket 20.
  • a connection port 27 for connecting the cartridge is provided on the rear surface of the bracket 20, and the lower surface of the bracket 20 is fitted with the vibration plate 30 and the nozzle plate 40, and has a protrusion 29 that is fitted to these. .
  • a pressure chamber and a nozzle driven by the piezoelectric element 10 are formed at the lower end of the head 2 by the vibration plate 30 and the nozzle plate 40, and the second groove portion 25 is a contact for electrically connecting the piezoelectric element 10 and the cable 7. Child 50 is mated.
  • the piezoelectric element 10 is configured using, for example, PZT (lead zirconate titanate), and the active portion 10b on the lower end side expands and contracts by energization. Since it is fixed to the bracket 20 by the central holding portion 10a, the position of the lower end 10d is vibrated up and down, and the vibrating membrane 32 is vibrated via a projection 31 described later.
  • a pair of external electrodes are formed on the upper connection portion 10c and connected to the bent portion 52 extending from the base portion 51 of the contact 50.
  • the piezoelectric element 10 has a square cross section, and is inserted from the upper release portion 22 so that the distal end side is disposed in the cavity portion 24 via the fixing portion 23.
  • the piezoelectric element 10 is fixed by an adhesive at the fixing portion 23. As shown in FIG. 2, the guiding groove 21 penetrates up and down with the piezoelectric element 10 attached, and the projection 31 can be observed from the upper release part 22.
  • the surface of the guiding groove portion 21 facing the piezoelectric element 10 is provided with an inclined surface 21 a that is closer to the piezoelectric element 10 toward the lower side away from the upper release portion 22.
  • the inclined surface 2 la comes into contact with the inclined surface 9 a of the jig 9, and the piezoelectric element 10 is fitted to the fixed portion 23 with high accuracy by pushing the jig 9.
  • the cable 7 with the conductors 7a and 7b exposed at the tip is inserted and pressed.
  • Ingredient 8 is used to prevent it from coming off.
  • the conducting wires 7a and 7b are distributed to the left and right by a branching portion 26a projecting to the center of the upper release portion 22, and are connected by bending the first and second contactors 50a and 50b and the connecting piece 55. After that, the upper lid 6 is attached to protect the upper part.
  • the vibration plate 30 and the nozzle plate 40 are overlapped and bonded to each other, and are fitted to the lower part of the bracket 20.
  • the vibration plate 30 has a round hole 39a and a long hole 39b, and passes through a pair of protrusions 29 from which the lower end force of the bracket 20 protrudes to be positioned.
  • a round hole 49a and a long hole 49b are formed at the same positions of the round hole 39a and the long hole 39b in the previous vibration plate 30, respectively.
  • a pair of protrusions 29 are fitted in the round hole 39a, the round hole 49a, the long hole 39b, and the long hole 49b, respectively, and the positioning of the bracket 20, the vibration plate 30, and the nozzle plate 40 is maintained with high accuracy.
  • the round holes 49a and the long holes 49b have bottoms and the projections 29 do not penetrate. Therefore, even if the discharged liquid or the like adheres to the lower surface of the nozzle plate 40, it is easy to clean, and it is not possible to detect dissimilar liquids. Can be prevented.
  • the vibration plate 30 has a protrusion 31, a vibration film 32, and a recess 33 in the vicinity of the lower end of the previously guided groove 21.
  • the upper surface of the nozzle plate 40 is provided with a recess 42x for forming the pressure chamber 42, and the lower surface of the vibration plate 30 is provided with a groove 35x for forming a flow path 35 communicating with the pressure chamber 42.
  • the pressure chamber 42 and the flow path 35 are formed by laminating the plates.
  • the flow path 35 communicates with the flow path 27c of the bracket 20 through the communication hole 36.
  • the boundary between the protrusion 31, the vibrating membrane 32, and the recess 33 is concentric and gradually increases in diameter.
  • the pressure chamber 42 communicates with the nozzle 41 via the communication path 43.
  • a part of the lower end 10d of the piezoelectric element 10 is brought into contact with a part of the protrusion 31, and both are fixed by an adhesive.
  • the outer shape of the recess 33 is larger than that of the lower end 10d, so that the lower end 10d is prevented from contacting the upper surface 34.
  • the base of the protrusion 31 in the vicinity of the vibration film 32 is an enlarged portion whose cross-sectional area increases as it approaches the vibration film.
  • the enlarged portion is formed so as to increase in diameter as it approaches the vibration membrane 32, and the outer side thereof is the side wall 31b.
  • the upper portion 31a of the side wall 31b of the protrusion 31 is formed so that the outer wall thereof is orthogonal to the vibration film 32, and is formed in a columnar shape in the present embodiment.
  • the mold can be composed of round holes and round pins, and the height accuracy of the upper part 31a is improved by adjusting the height of the pins.
  • such a mold employs the configuration shown in FIG.
  • the mold 100 has an upper mold 101 and a lower mold 102, and the upper mold 101 is formed by fitting a pin 104 into the cylindrical hole 103a of the base mold 103 and filling the cavity 105 with grease.
  • the insertion position of the pin 104 with respect to the cylindrical hole 103a is easy to adjust, and the distance H between the lower end of the cylindrical hole 103a and the lower end of the pin 104 is the height of the upper part 31a.
  • the tapered portion 103b forms the side wall 31b, and the protruding portion 103c forms a part of the vibration film 32.
  • the vibration film 32 includes a disc-shaped central portion 32b covered with the protrusions 31 and an annular peripheral portion 32a positioned around the center portion 32b.
  • the vibration of the piezoelectric element 10 force transmitted to the protrusion 31 can be made uniform throughout the vibration membrane 32. It is configured to be able to communicate with.
  • a roundness R 1 may be provided near the inner boundary 32 d as shown in FIG.
  • the inner boundary 32d is a so-called R butt.
  • a cylindrical inner wall 33a is interposed between the recess 33 and the diaphragm 32, and the crossing angle C2 at the outer boundary 32e between the inner wall 33a and the diaphragm 32 may be formed as an obtuse angle. This improves the rigidity and releasability of the diaphragm 32.
  • the vicinity of the outer boundary 32e may be rounded, or the inner wall 33a may be given a gradient closer to the protrusion 31 as it approaches the vibration film.
  • the outer diameter of the pressure chamber 42 is larger than the outer diameter of the vibrating membrane 32.
  • the outer boundary 32e of the vibrating membrane 32 and the downstream side wall 42a of the pressure chamber 42 almost coincide with each other. Eccentric and superposed. Due to this eccentricity, a clearance can be formed between the outer boundary 32e of the diaphragm and the upstream wall 42b of the pressure chamber 42 on the channel 35 side, and the end 35a of the channel 35 is positioned in the clearance portion.
  • an adhesive is applied between them.
  • a varnish in which the same resin as that of the power plates 30, 40 can be dispersed may be used as the adhesive.
  • a few drops of adhesive are dropped on one joint surface of both plates 30 and 40, and are rotated by a spin coater to form a uniform liquid film. It is good to overlap the plates. Thereafter, the joined plates 30 and 40 are inserted into a mold to bring the plates into close contact with each other.
  • the adhesive is cured by heating in a heating furnace.
  • the pair of corner portions CS where the adhesive accumulates at the end 35a of the flow path 35 is It protrudes into the space of the pressure chamber 42 and does not block the flow path 35.
  • the vibration plate 30 and the nozzle plate 40 are bonded to each other in a separate process. Then, the pair of protrusions 29 on the lower part of the bracket 20 are fitted and bonded to the round holes 39a, the round holes 49a, the long holes 39b, and the long holes 49b of both plates. Prior to bonding the plates 30 and 40 to the bracket, adhesive is applied to the lower end 10d of the piezoelectric element 10, so that the lower end 10d of the piezoelectric element 10 contacts the protrusion 31 of the vibration plate 30. Glue.
  • the contact 50 is inserted into the second groove 25 and the cable 7 is inserted into the third groove 26, and the conductors 7a and 7b are fixed by bending the connection piece 55, and the external electrodes 10fl, 10f2, The electrical connection of the first and second contacts 50a and 50b and the conductors 7a and 7b is completed. Then, a driving current is supplied from the cable 7 and the protrusion 31 is observed through the groove portion 21 to be guided. The adhesion between the lower end 10d and the protrusion 31 can be confirmed by the vibration of the protrusion 31.
  • the flow path 35 is configured to pass through the center of the pressure chamber 42.
  • the pressure chamber 42 is eccentric to one side of the pressure chamber 42 and the flow path 35 is positioned so that the pressure chamber 42 and the flow path 35 partially overlap.
  • the end 35al of the flow path 35 may overlap the pressure chamber 42 as in the above embodiment, but the end 35a may extend to the outside of the pressure chamber 42. In either case, even if the adhesive accumulates in the pair of corners CS, the adhesive does not block the flow path.
  • the outer diameters of the protrusion 31 and the pressure chamber 42 are not limited to a circular shape, and a shape as shown in FIG. 10 may be adopted.
  • the liquid droplet ejection apparatus according to the present invention can be variously modified as long as the gist of the present invention is met.
  • the present invention can be used for chemical experiments, biotechnology experiments, medical diagnosis, electronics production, and the like.
  • Many kinds of liquids can be used.
  • a liquid containing fine particles such as DNA-protein / fungal biomaterials, fluorescent fine particles, conductive fine particles, resin fine particles, ceramic fine particles, pigment dyes and the like can be used. It is also suitable for using small amounts of liquids with high surface tension, such as distilled water, or expensive liquids.
  • electrode formation and microlenses can be created.
  • liquid droplets for example, in addition to placing liquid droplets at a plurality of predetermined locations such as biomaterial chips, it can also be used for odor generation by dispensing, spraying, blending adjustment by adjusting discharge amount, film formation, etc. wear.

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Description

明 細 書
液滴吐出装置
技術分野
[0001] 本発明は、液滴吐出装置に関する。さらに詳しくは、ノズルに連通する圧力室と、こ の圧力室の一部をなす振動膜と、この振動膜を振動させる圧電素子と、この圧電素 子に接合してその振動を前記振動膜に伝える振動膜上の突起と、前記圧力室に連 通する流路とを備え、前記ノズル力も液滴を吐出する液滴吐出装置に関する。
背景技術
[0002] 上記液滴吐出装置に用いられる成型品としては、例えば次の特許文献 1に記載の ものが知られている。
特許文献 1：国際公開番号 WO02Z002697
[0003] 同文献によれば、ノズルに連通する個別インク室、個別インク流路及び共通インク 流路を形成するそれぞれの凹部がノズルチャンバ一プレートに形成され、その上に 振動膜プレートが貼り合わせられている。このような構造をとると、ノズル周辺の構成 部材が簡素される利点がある。そして、これらの両プレートは同文献では例えばヮ- ス等の接着剤により接合されている。このように接着剤を用いてプレートを接着する 場合、溜まっていた接着剤が流路に流れ込むことで流路が閉塞される虞がある。
[0004] 例えば、図 11 (a)に示すように、個別インク室に相当する圧力室 42'を形成する凹 部 42χ'と断面が方形の流路 35'を形成する溝 35χ'とがノズルチャンバ一プレートに 形成されていると仮定する。なお、同図ではノズルチャンバ一プレートの凹部、溝の みを輪郭で示す。また、このノズルチャンバ一プレートに振動膜プレートが接着剤で 貼り合わされるものとする。
[0005] プレートの上面に接着剤が塗布された場合には、その接着剤が表面張力によって 上角 CT周辺に溜まり易い。したがって、 2枚のプレートが接合されると、上角 CT周辺 に溜まっていた接着剤は他のプレートと接触することによって流路内に流れ込むこと となり、これが流路閉塞の原因となる。また、流れ込んだ接着剤は下角 CDに溜まるこ ととなり、この部分でも流路閉塞は発生し易い。同図の場合では、上角 CTの近くに下 角 CDが位置しているので、両者の相乗作用により、さらに流路閉塞が発生し易い状 況となり、製造上の歩留まりが低下する。
[0006] このような角部を原因とする接着剤による流路閉塞の問題を打開すベぐ図 11 (b) のように流路 35'と圧力室 42'との間にテーパー部 35e'を設ける対策も講じ得る。し かし、同構成では、圧力室 42'に作用する吐出圧力がテーパー部 35e'に逃げ、圧 力の伝達効率が低下する。また、流路の流動抵抗を維持するには別途テーパー部 3 5'に流動抵抗を設けねばならず力卩ェが煩雑である。さらに、同テーパー部 35e'の 存在で圧力室 42'近傍の剛性が不均一となる不都合がある。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] 力かる従来の実情に鑑みて、本発明は、簡素な構造で流路閉塞の問題が生じず生 産効率のよ！ヽ液滴吐出装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0008] 上記目的を達成するため、本発明に係る液滴吐出装置の特徴は、ノズルに連通す る圧力室と、この圧力室の一部をなす振動膜と、この振動膜を振動させる圧電素子と 、この圧電素子に接合してその振動を前記振動膜に伝える振動膜上の突起と、前記 圧力室に連通する流路とを備え、前記ノズル力も液滴を吐出する構成において、 第一の部材及び第二の部材を備え、前記振動膜、前記突起、前記流路となる溝及 びこの溝に連通する供給孔が第一の部材に設けられ、前記ノズル及び前記圧力室と なる凹部が前記第二の部材に設けられ、前記第一の部材と第二の部材とを接着剤 により貼り合わせることで前記溝部分に前記流路を形成すると共に前記凹部部分に 前記圧力室を形成し、前記溝及び前記凹部を一部で重ね合わせることにより前記流 路と圧力室とを連通させたことにある。
[0009] 同特徴によれば、例えば図 4〜6に示すように、第一の部材である振動プレート 30 と第二の部材であるノズルプレート 40との貼り合わせ時にぉ 、て、振動膜 32と流路 の凹部 35xとが同一の振動プレート 30に形成されているので、接着剤が溜まり易い のは流路 35の終端 35aにおける一対の角部 CSである。同図の場合、一対の角部 C Sは圧力室 42の空間に突出しているので、溜まった接着剤がプレート同士の貼り合 わせを原因に流路に流れることもない。また、圧力室の壁部と流路 35とは共に線状 に交差部 CLで交わる力 それぞれは角部を構成しない壁部又は流路であるため、 仮に接着剤が流れ込んでも、この交差部 CLで接着剤が溜まることもない。一方、例 えば、図 9の場合、流路の終端 35a'を圧力室 42'の外に位置させても、同終端 35a における一対の角部 CSに溜まった接着剤は流路の終端部分のみに溜まり他の流路 を閉塞することがない。したがって、両プレート 30, 40の貼り合わせ時において、流 路となる溝と圧力室となる凹部とを重ねることで、接着剤による流路 35の閉塞を防止 することが可能となった。
[0010] 上記構成において、前記第一の部材及び Z又は前記第二の部材を榭脂材料によ り一体的に形成してもよい。
[0011] また、前記振動膜に直交する方向視において、前記振動膜のうち前記突起に覆わ れる部分の面積が残余の部分の面積よりも大きく形成されてもよい。これにより、突起 に覆われ剛性の向上した振動膜の面積が増大し、振動膜が広範囲で橈まずに振動 するので、圧力室に対する加圧効率が向上する。
[0012] さらに、前記振動膜に直交する方向視において、前記突起及び前記振動膜の輪郭 を円形としてもよい。円形に構成することで、全方向に対して変位と歪みが均等に伝 達し、振動膜が円滑に振動すると共に局所的な疲労破壊も抑制することが可能とな る。
発明の効果
[0013] 上記本発明に係る液滴吐出装置の特徴によれば、簡素な構造で流路閉塞の問題 が生じず、同装置の生産効率を向上させ得るに至った。また、接着剤による流路閉 塞を防止する趣旨でテーパー部等を圧力室の入口部に設ける必要もなぐ圧力伝達 効率を良好に維持しながら圧力室周囲の剛性が高い液滴と出装置を提供できるよう になった。
[0014] 本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項か ら明らかになるであろう。
図面の簡単な説明
[0015] [図 1] (a)はヘッドの分解斜視図、（b)は突起近傍の斜視図である。 [図 2]ヘッドの縦断面図である。
[図 3]ヘッドの下部縦断面図である。
[図 4]突起及び連通孔近傍の平面図である。
[図 5]図 4の底面側からの斜視図である。
[図 6]突起近傍の縦断面図である。
[図 7]図 6の別実施形態である。
[図 8]突起及び振動膜を形成する金型の縦断面図である。
[図 9]突起近傍の別実施形態を示す平面図である。
[図 10]突起近傍のさらに別の実施形態を示す平面図である。
[図 11]従来の圧力室と連通路との関係を示す斜視図である。
符号の説明
[0016] 1:液滴吐出装置、 2:ヘッド、 6:上蓋、 7:ケーブル、 7a, b:導線、 8:押さえ具、 9:治 具、 9a:斜面、 9b;接当部、 10:圧電素子、 10a:保持部、 10b:活性部、 10c:接続部 、 10d:下端、 10fl, 2:外部電極、 20:ブラケット、 21:溝部、 21a:傾斜面、 22:上解 放部、 23:固定部、 23a:横面、 23b:底面、 24:空洞部、 25:第 2の溝部、 25a:突部 、 25b:対抗面、 26:第 3の溝部、 26a:分岐部、 27:接続口、 27c:流路、 29:突起、 3 0:振動プレート、 31:突起、 31a:上部、 31b:側壁、 32:振動膜、 32a:周部、 32b: 中央部、 32d:内境界、 32e:外境界、 33:凹部、 33a:内壁、 34:上面、 35:流路、 3 5a:終端、 35x:溝、 36:連通孔、 39a:丸孔、 39b:長孔、 40:ノズルプレート、 41：ノ ズル、 42:圧力室、 42a:下流側壁、 42b:上流側壁、 42x:凹部、 43:連通路、 49a: 丸穴、 49b:長穴、 50:接触子、 50a:第一接触子、 50b:第二接触子、 51:基部、 52 ：屈曲部、 54:中間部、 55:接続片、 100:金型、 101:上型、 102:下型、 103:基型 、 103a:円筒部、 103b:テーノ一部、 103c:突出部、 104:ピン、 105:空洞部、 C1: 交差角、 C2：交差角、 CS：角部、 CL：交差部、 R1：丸み
発明を実施するための最良の形態
[0017] 次に、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図 1〜6に示すように、本発明に係る液滴吐出装置 1は、図示しないカートリッジから 供給される液体をノズル 41から液滴として吐出するヘッド 2を備えて 、る。このヘッド 2は、ブラケット 20に対し、圧電素子 10、振動プレート 30、ノズルプレート 40、接触子 50、上蓋 6及びケーブル 7が固定されてなる。ここで、ブラケット 20、振動プレート 30 、ノズルプレート 40及び上蓋 6は、それぞれ榭脂材料により射出成形されている。な お、これら各部材はガラス、金属等で構成してもよぐまた、エッチングゃ電铸加工等 により形成してもよい。
[0018] ブラケット 20には、圧電素子 10を誘導する溝部 21が上下に貫通して形成されてお り、この誘導する溝部 21の上解放部 22から下側に向力つて固定部 23,空洞部 24が 配置されている。また、上解放部 22近傍には第 2の溝部 25が形成され、ブラケット 20 の上部には上解放部 22からブラケット 20の背部に向力つてケーブル 7固定用の第 3 の溝部 26が形成されている。また、ブラケット 20の背面には、カートリッジ接続用の接 続口 27が設けられ、ブラケット 20の下面は振動プレート 30,ノズルプレート 40と嵌合 されると共にこれらに嵌合する突起 29を備えている。ヘッド 2の下部先方には振動プ レート 30,ノズルプレート 40によって圧電素子 10により駆動される圧力室やノズルが 形成され、第 2の溝部 25には圧電素子 10とケーブル 7とを電気接続する接触子 50 が嵌合される。
[0019] 圧電素子 10は例えば PZT (チタン酸ジルコン酸鉛)を用いて構成され、下端側の 活性部 10bは通電により伸縮する。中央の保持部 10aでブラケット 20に固定されるの で、下端 10dの位置を上下振動させ、後述の突起 31を介して振動膜 32を振動させ る。上部の接続部 10cには一対の外部電極が形成され、接触子 50の基部 51から延 びる屈曲部 52の部分と接続される。圧電素子 10は断面方形であり、上解放部 22か ら挿入されて固定部 23を介して先端側を空洞部 24に配置させる。また、圧電素子 1 0は固定部 23において接着剤により固定される。図 2に示すように、誘導する溝部 21 は圧電素子 10の取り付け状態で上下に貫通し、上解放部 22より突起 31を観察可能 である。誘導する溝部 21の圧電素子 10に対する対向面には、上解放部 22から離れ て下側に向力 ほど圧電素子 10に近接する傾斜面 21aを備えている。この傾斜面 2 laは治具 9の斜面 9aと接触し、治具 9の押し込みで圧電素子 10を固定部 23に精度 良く嵌合させる。
[0020] 第 3の溝部 26には先端に導線 7a, 7bを露出させたケーブル 7が嵌入され、押さえ 具 8で抜け止めがなされる。導線 7a、 7bは上解放部 22の中央部に突出する分岐部 26aで左右に振り分けられ、第一、第二接触子 50a, 50bと接続片 55の折り曲げによ り接続される。その後、上蓋 6が取り付けられて、上部を保護する。
[0021] 振動プレート 30,ノズルプレート 40はそれぞれ重ね合わされて接着され、ブラケット 20の下部に嵌合される。振動プレート 30は、丸孔 39a,長孔 39bを有しており、ブラ ケット 20の下端力も突出する一対の突起 29をそれぞれ貫通し、位置決めがなされる 。また、ノズルプレート 40のうち、先の振動プレート 30における丸孔 39a、長孔 39bの 同位置には、丸穴 49a,長穴 49bがそれぞれ形成されている。丸孔 39a、丸穴 49a、 長孔 39b及び長穴 49bには一対の突起 29が各々嵌合し、これらブラケット 20,振動 プレート 30,ノズルプレート 40の位置決めが高精度に維持される。なお、丸穴 49a, 長穴 49bは底を有し、突起 29が貫通しないので、吐出された液体等がノズルプレー ト 40の下面に付着してもその清掃が容易であり、異種液体の不測の混入を防止する ことができる。
[0022] 振動プレート 30には先の誘導する溝部 21の下端近傍に突起 31,振動膜 32、凹部 33を有している。ノズルプレート 40の上面には圧力室 42形成用の凹部 42xが設けら れ、振動プレート 30の下面には圧力室 42に連通する流路 35を形成するための溝 3 5xが設けられ、これら両プレートの貼り合わせで圧力室 42及び流路 35が形成される 。この流路 35は連通孔 36を介してブラケット 20の流路 27cに連通する。突起 31,振 動膜 32,凹部 33の境界部は図 4, 6に示すように同心円状であり、順次拡径している 。圧力室 42は連通路 43を介してノズル 41と連通している。圧電素子 10の下端 10d はその一部を突起 31の一部に接当させ、両者は接着剤により固着されている。また 、下端 10dよりも凹部 33の外形は大きぐしたがって、下端 10dが上面 34に接触する ことを防いでいる。
[0023] 図 4〜6に示すように、前記突起 31における振動膜 32近傍の基部はこの振動膜に 近接するに従って断面積が拡大する拡大部である。本実施例ではこの拡大部を振 動膜 32に近接するに従って直径を拡大するように形成してあり、その外側が側壁 31 bである。そして、振動膜 32との交差部分である内境界 32dにおける側壁 31bと振動 膜 32との交差角 C1を鈍角に形成することで、この内境界 32d及びその近傍の剛性 を保持すると共に、成形型力もの離型性を向上させてある。よって、傾斜する側壁 31 bは内境界 32d近傍部分のみに止めてもよい。
[0024] 突起 31のうち側壁 31bの上部 31aは、その外壁が振動膜 32に直交するように形成 され、本実施形態では円柱状に形成されている。このように上部 31aを円柱状に形成 することで、上部 31a自体の剛性の低下を防ぐ。また、成形型を丸穴と丸ピンとで構 成可能であり、ピンの高さ調整によりこの上部 31aの高さ精度の向上を図っている。こ のような金型は、具体的には、図 8に示すような構成が採用される。金型 100は上型 1 01と下型 102とを有し、上型 101は基型 103の円筒孔 103aにピン 104を嵌合させ、 空洞部 105に榭脂が充填されて成形がなされる。円筒孔 103aに対するピン 104の 挿入位置は調整が容易であり、円筒孔 103aの下端とピン 104の下端との距離 Hが 先の上部 31aの高さとなる。テーパー部 103bは先の側壁 31bを形成し、突出部 103 cは振動膜 32の一部を形成する。
[0025] 振動膜 32は前記突起 31に覆われた円盤状の中央部 32bとその周隨こ位置する 円環状の周部 32aとよりなる。本実施例では、図 4に示す平面視において、中央部 3 2bを周部 32aの面積よりも大きく設定することで、突起 31に伝達される圧電素子 10 力もの振動を振動膜 32全体により均一に伝達可能に構成してある。
[0026] 突起 31に関し、上記の如く交差角 C1を鈍角に形成する替わりに、図 7の如く内境 界 32d近傍に丸み R1を付与してもよい。この場合、内境界 32dは所謂 R尻となる。ま た、凹部 33と振動膜 32との間には円筒状の内壁 33aが介在し、この内壁 33aと振動 膜 32との間の外境界 32eにおける交差角 C2を鈍角に形成してもよぐこれによつて 振動膜 32の剛性と離型性が向上する。この外境界 32e近傍に丸みを付与したり、内 壁 33aに振動膜に近接するに従って突起 31に近接する勾配を付与してよいのは内 境界 32d及び側壁 31bの場合と同様である。
[0027] 振動膜 32の外径よりも圧力室 42の外径は大きぐ連通路 43側で振動膜 32の外境 界 32eと圧力室 42の下流側壁 42aとがほぼ一致するように両者は偏心して重ね合わ せられる。この偏心により、流路 35側では振動膜の外境界 32eと圧力室 42の上流側 壁 42bとの間にクリアランスを形成でき、そのクリアランス部分に流路 35の終端 35aを 位置させてある。 [0028] 振動プレート 30とノズルプレート 40との貼り合わせ時において、両者の間に接着剤 が塗布される。この接着剤としては、液状の熱硬化型接着剤等を用いることができる 力 両プレート 30, 40と同一の榭脂を分散させたワニスを接着剤として用いてもよい 。塗布に際しては、例えば、両プレート 30, 40のうちの一方の接合面に接着剤を数 滴滴下し、スピンコーターで回転させて均一な液膜を形成し、この接着剤の液膜上に 他方のプレートを重ね合わせるとよい。その後、接合した両プレート 30, 40を型に挿 入して両プレート同士を密着させ、熱硬化型接着剤の場合は加熱炉で加熱して接着 剤を硬化させる。
[0029] 本実施形態では、振動膜 32と流路とが同一の振動プレート 30に形成されているの で、上述の通り、流路 35の終端 35aにおける接着剤の溜まる一対の角部 CSは圧力 室 42の空間に突出し、流路 35を閉塞することはない。
[0030] 上述の如きヘッド 2の組み立てを行うに際しては、まず、圧電素子 10に接着剤を塗 布すると共に、この圧電素子 10を上解放部 22から誘導する溝部 21に挿入し、固定 部 23へ移動する。この状態で治具 9を誘導する溝部 21に挿入し、斜面 9a,接当部 9 bと圧電素子 10及び溝部 21との接当により固定部 23に圧電素子 10を押し込み、接 着剤を硬化させる。
[0031] 一方、別工程で振動プレート 30及びノズルプレート 40を互いに接着する。そして、 これら両プレートの丸孔 39a、丸穴 49a、長孔 39b及び長穴 49bにブラケット 20の下 部の一対の突起 29を各々嵌合させて接着する。なお、プレート 30, 40のブラケット への接着に先立って圧電素子 10の下端 10dに接着剤を塗布することで、振動プレ ート 30の突起 31に圧電素子 10の下端 10dを接当させ、これらを接着する。
[0032] その後、第 2の溝部 25に接触子 50を挿入すると共に第 3の溝部 26にケーブル 7を 嵌入し、導線 7a, 7bを接続片 55の折り曲げで固定し、外部電極 10fl、 10f2、第一 、第二接触子 50a, 50b、導線 7a, 7bそれぞれの電気接続を完了させる。そして、ケ 一ブル 7から駆動電流を供給し、誘導する溝部 21を介して突起 31を観察する。下端 10dと突起 31との固着は突起 31の振動により確認が可能である。
[0033] 次に、本発明のさらに別の実施形態の可能性を列挙する。なお、上記実施形態と 同様の部材には同一の符号を附してある。 [0034] 上記実施形態では、流路 35が圧力室 42の中心を通るように構成した。しかし、図 9 に示すように、圧力室 42の片側に偏心させて流路 35を位置させ、圧力室 42と流路 3 5とが一部重なるように構成してもよい。流路 35の終端 35alは上記実施形態の如く 圧力室 42と重ねてもよいが、終端 35aを圧力室 42の外側まで延長させてもよい。い ずれの場合も、一対の角部 CSに接着剤が溜まっても、この接着剤が流路を塞ぐこと はない。また、突起 31や圧力室 42の外径は円形に限られず、図 10のような形状を 採用しても構わない。その他、本発明に係る液滴吐出装置は本発明の趣旨に添う限 り様々な改変が可能である。
産業上の利用可能性
[0035] 本発明は、化学実験、バイオテクノロジー実験、医療診断、エレクトロニクス生産等 に利用することができる。液体は多種類のものを用いることができる。例えば、 DNA- 蛋白質 ·菌類等の生体材料、蛍光微粒子、導電体微粒子、榭脂微粒子、セラミック微 粒子、顔料染料等、微粒子を含む液体を用いることができる。また、蒸留水等、表面 張力の高い液体や、高価な液体を少量用いるのにも適している。印刷により線画等 を描く他、例えば、電極形成やマイクロレンズを作成することができる。さらに、液滴を 吐出させることで、例えば生体材料チップ等所定の複数箇所に液滴を配置させる他 、分注、散布による匂い発生、吐出量調整による配合調整、成膜等に用いることもで きる。

Claims

請求の範囲
[1] ノズルに連通する圧力室と、この圧力室の一部をなす振動膜と、この振動膜を振動さ せる圧電素子と、この圧電素子に接合してその振動を前記振動膜に伝える振動膜上 の突起と、前記圧力室に連通する流路とを備え、前記ノズル力 液滴を吐出する液 滴吐出装置であって、
第一の部材及び第二の部材を備え、前記振動膜、前記突起、前記流路となる溝及 びこの溝に連通する供給孔が第一の部材に設けられ、前記ノズル及び前記圧力室と なる凹部が前記第二の部材に設けられ、前記第一の部材と第二の部材とを接着剤 により貼り合わせることで前記溝部分に前記流路を形成すると共に前記凹部部分に 前記圧力室を形成し、前記溝及び前記凹部を一部で重ね合わせることにより前記流 路と圧力室とを連通させてある液滴吐出装置。
[2] 前記第一の部材及び Z又は前記第二の部材が榭脂材料により一体的に形成されて いる請求項 1記載の液滴吐出装置。
[3] 前記振動膜に直交する方向視において、前記振動膜のうち前記突起に覆われる部 分の面積が残余の部分の面積よりも大きく形成されている請求項 1又は 2に記載の液 滴吐出装置。
[4] 前記振動膜に直交する方向視において、前記突起及び前記振動膜の輪郭が円形 である請求項 1又は 2に記載の液滴吐出装置。
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