(57)【要約】【課題】複数のノズルから一斉に液体を吐出させることが可能であるとともに、複数のノズルのうちの任意のノズルを選択して液体の吐出を行う技術を提供する。【解決手段】液体吐出装置は、液体を吐出するための複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室と、前記複数の圧力室へ力を付与することによって、各圧力室の容積を変更させることにより、各ノズルから前記液体を吐出させる力付与部と、前記力付与部から前記複数の圧力室へ力をそれぞれ伝達可能な部材であって、屈曲変形が可能な複数の伝達部材と、前記伝達部材を屈曲変形させることにより、前記力付与部から前記複数の圧力室への力の伝達をそれぞれ遮断可能な複数の遮断部と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体吐出装置であって、
液体を吐出するための複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室と、
前記複数の圧力室へ力を付与することによって、各圧力室の容積を変更させることにより、各ノズルから前記液体を吐出させる力付与部と、
前記力付与部から前記複数の圧力室へ力をそれぞれ伝達可能な部材であって、屈曲変形が可能な複数の伝達部材と、
前記伝達部材を屈曲変形させることにより、前記力付与部から前記複数の圧力室への力の伝達をそれぞれ遮断可能な複数の遮断部と、を備える、液体吐出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液体吐出装置であって、
前記遮断部として、ピエゾアクチュエーターを用いる、液体吐出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の液体吐出装置であって、
前記遮断部として、ヒーターを用いる、液体吐出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の液体吐出装置であって、
前記伝達部材として、熱膨張率が異なる金属板を複数枚積層させた部材を用いる、液体吐出装置。
【請求項５】
請求項３に記載の液体吐出装置であって、
前記伝達部材として、形状記憶合金を用いる、液体吐出装置。
【請求項６】
請求項１に記載の液体吐出装置であって、
前記遮断部として、振動発生素子により振動するダイアフラムを用いる、液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、圧電素子によって液体で満たされた液室を圧縮することにより、液室に連通する複数のノズルから一斉に液体を吐出する装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−０８６０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の液体吐出装置では、複数のノズルのうちの任意のノズルのみから液体の吐出を行うことについては考慮されていなかった。このため、複数のノズルから一斉に液体を吐出させることが可能であるとともに、複数のノズルのうちの任意のノズルを選択して液体の吐出を行うことが可能な技術が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、液体吐出装置が提供される。この液体吐出装置は、液体を吐出するための複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室と、前記複数の圧力室へ力を付与することによって、各圧力室の容積を変更させることにより、各ノズルから前記液体を吐出させる力付与部と、前記力付与部から前記複数の圧力室へ力をそれぞれ伝達可能な部材であって、屈曲変形が可能な複数の伝達部材と、前記伝達部材を屈曲変形させることにより、前記力付与部から前記複数の圧力室への力の伝達をそれぞれ遮断可能な複数の遮断部と、を備える。このような形態の液体吐出装置によれば、複数のノズルから一斉に液体を吐出させることが可能であるとともに、複数のノズルのうちの任意のノズルを選択して液体の吐出を行うことが可能となる。
【０００７】
（２）上記形態の液体吐出装置において、前記遮断部として、ピエゾアクチュエーターを用いてもよい。このような液体吐出装置によれば、力付与部から圧力室へ力が伝達するのを迅速に遮断できる。
【０００８】
（３）上記形態の液体吐出装置において、前記遮断部として、ヒーターを用いてもよい。このような形態の液体吐出装置によれば、製造コストを削減できる。
【０００９】
（４）上記形態の液体吐出装置において、熱膨張率が異なる金属板を複数枚積層させた部材を用いてもよい。このような形態の液体吐出装置によれば、伝達部材の屈曲変形の変位が大きいため、遮断部によって、力付与部から圧力室への力の伝達を確実に遮断できる。
【００１０】
（５）上記形態の液体吐出装置において、前記伝達部材として、形状記憶合金を用いてもよい。このような形態の液体吐出装置によれば、伝達部材の屈曲変形の変位が大きいため、遮断部によって、力付与部から圧力室への力の伝達を確実に遮断できる。
【００１１】
（６）上記形態の液体吐出装置において、前記遮断部として、振動発生素子により振動するダイアフラムを用いてもよい。このような形態の液体吐出装置によれば、遮断部により伝達部材を屈曲変形させる時に遮断部と伝達部材との接触面積を広くすることができるため、伝達部材の特定の部分にのみ力が集中することを抑制できる。
【００１２】
本発明は、上述した液体吐出装置としての形態以外にも、種々の形態で実現することが可能である。例えば、液体吐出装置によって実行される液体吐出方法や、液体吐出装置を制御するためのコンピュータープログラム、そのコンピュータープログラムが記録された一時的でない有形な記録媒体等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態における液体吐出装置の概略構成を示す説明図。
【図２】ヘッド部の概略構成を示す断面図。
【図３】図２の紙面左側から紙面右側を見た断面図。
【図４】ノズルから液体を吐出させる時の状態を示す図。
【図５】ノズルから液体を吐出させない場合を説明する図。
【図６】ノズルから液体を吐出させない場合を説明する図。
【図７】上述の実施形態とは異なる形態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
Ａ．本実施形態：
Ａ１．液体吐出装置の構成：
図１は、本発明の実施形態における液体吐出装置１００の概略構成を示す説明図である。液体吐出装置１００は、タンク１０と、加圧ポンプ２０と、供給流路３０と、ヘッド部２００と、制御部４０と、を備える。本実施形態では、液体吐出装置１００は、インクを吐出する装置である。
【００１５】
タンク１０には液体が収容されている。液体としては、例えば、所定の粘度を有するインクが例示できる。所定の粘度としては、室温（２５℃）にて５０ｍＰａ・ｓ以上４０，０００ｍＰａ・ｓ以下が例示できる。タンク１０内の液体は、加圧ポンプ２０により供給流路３０を通じてヘッド部２００に供給される。加圧ポンプ２０は、例えば、１０ｋＰａから１０ＭＰａの圧力を液体に付与する。ヘッド部２００に供給された液体は、ヘッド部２００により吐出される。ヘッド部２００の動作は、制御部４０により制御される。
【００１６】
制御部４０は、ＣＰＵやメモリーを備えたコンピューターとして構成されており、メモリーに記憶された制御プログラムを実行することにより、種々の処理を実現する。制御プログラムは、一時的でない有形な種々の記録媒体に記録されていてもよい。
【００１７】
図２は、ヘッド部２００の概略構成を示す断面図である。ヘッド部２００は、ノズル２１１と、圧力室２１０と、力付与部２２０と、伝達部材２３０とを備える。ヘッド部２００は、ノズル２１１と圧力室２１０と伝達部材２３０とを複数組備える。本実施形態では、ヘッド部２００は、ノズル２１１と圧力室２１０と伝達部材２３０とを４組備える。
【００１８】
図２には、相互に直交するＸＹＺ軸が図示されている。図２のＸＹＺ軸のうち、Ｘ軸は、図２の紙面左から紙面右に向かう軸であり、Ｙ軸は、図２の紙面手前から紙面奥に向かう軸であり、Ｚ軸は、図２の紙面下から紙面上に向かう軸である。−Ｚ軸方向が、重力方向である。図２のＸＹＺ軸は、図３以降の図においても対応する。
【００１９】
圧力室２１０は、液体が供給される部屋である。複数の圧力室２１０は、液体を外部に吐出するための複数のノズル２１１にそれぞれ連通している。圧力室２１０へは、図示しない供給流路３０から液体が供給されている。圧力室２１０の紙面上方（＋Ｚ軸方向側）の壁面は、振動板２４０により形成されている。
【００２０】
力付与部２２０は、複数の圧力室２１０へ力を付与する部材である。力付与部２２０は、複数の圧力室２１０へ力を付与することによって、各圧力室２１０の容積を変更させることにより、各圧力室２１０に連通する各ノズル２１１から液体を吐出させる。本実施形態では、力付与部２２０として、ピエゾアクチュエーターを用いる。ピエゾアクチュエーターは応答性が速いため、力付与部２２０としてピエゾアクチュエーターを用いることにより、ノズル２１１から液体を吐出する時間の間隔を短くすることができる。
【００２１】
伝達部材２３０は、力付与部２２０から付与された力を複数の圧力室２１０へそれぞれ伝達可能な部材である。本実施形態において、伝達部材２３０は、力付与部２２０と複数の圧力室２１０との間に設けられている。伝達部材２３０は、力付与部２２０に接続された第１の部材２３２と、屈曲変形が可能な複数の第２の部材２３５と、を備える。伝達部材２３０の第１の部材２３２は、複数の第２の部材２３５とそれぞれ接触可能な複数の凸部２３１を備える部材である。本実施形態では、第２の部材２３５は、板状の部材であり、第２の部材２３５は、Ｙ軸方向における幅よりもＸ軸方向における幅のほうが広い。なお、本実施形態では、伝達部材２３０として、第１の部材２３２を備えるが、これに限らない。伝達部材２３０が第１の部材２３２を備えず、第２の部材２３５が、力付与部２２０と接触可能な構成としてもよい。
【００２２】
本実施形態では、第１の部材２３２及び第２の部材２３５は、金属により形成されている。金属としては、例えば、ステンレス鋼や、ジルコニアなどが挙げられる。第１の部材２３２と第２の部材２３５とは、どちらか一方が先に破損することを防止する観点から、同じ材料から形成されていることが好ましい。本実施形態では、第１の部材２３２及び第２の部材２３５は、ステンレス鋼により形成されている。
【００２３】
図３は、図２とは異なる方向から伝達部材２３０近傍を見た断面図である。図３は、図２の紙面左側から紙面右側を見た断面図である。図３に示されるように、伝達部材２３０の第２の部材２３５の紙面下側（＋Ｙ軸方向側）には、遮断部２６０が設けられている。
【００２４】
遮断部２６０は、伝達部材２３０の第２の部材２３５を屈曲変形させることにより、力付与部２２０から複数の圧力室２１０への力の伝達をそれぞれ遮断可能な部材である。本実施形態では、遮断部２６０として、ピエゾアクチュエーターを用いる。このようにすることにより、伝達部材２３０を迅速に屈曲変形させることができる。また、本実施形態では、遮断部２６０は、第２の部材２３５の第１の部材２３２側の端部よりも圧力室２１０側に設けられている。このようにすることにより、屈曲変形した状態において、第２の部材２３５の力付与部２２０側の端部における変位を大きくすることができる。このため、力付与部２２０から圧力室２１０への力の伝達を、より確実に遮断できる。
【００２５】
圧力室２１０及びノズル２１１が形成されている本体部材２７０は、遮断部２６０よりも振動板２４０側において、第２の部材２３５と接する凸部２７２を備える。このようにすることにより、第２の部材２３５がＹ軸方向に動くことを凸部２７２によって規制することができる。
【００２６】
本実施形態では、それぞれの伝達部材２３０に遮断部２６０が設けられている。このため、本実施形態の液体吐出装置１００によれば、複数のノズル２１１のうち、選択されたノズル２１１のみから液体を吐出することが可能となる。以下、制御部４０による吐出時と非吐出時における制御について説明する。
【００２７】
図４は、ノズル２１１から液体を吐出させる時の状態を示す図である。まず、制御部４０は、液体を吐出させるノズル２１１に対応する遮断部２６０を制御することによって、遮断部２６０を伸長させない状態とすることにより、伝達部材２３０の第２の部材２３５を屈曲変形させない状態とする。この状態において、制御部４０は、力付与部２２０を制御することによって、力付与部２２０を伸長させることにより、力付与部２２０が、伝達部材２３０の第１の部材２３２及び第２の部材２３５を圧力室２１０側に押す。このようにすることにより、第２の部材２３５が振動板２４０を圧力室２１０側に変位させ、この結果として、圧力室２１０の容積が小さくなり、ノズル２１１から液体が吐出される。
【００２８】
この後、制御部４０は、力付与部２２０を制御することにより、力付与部２２０を縮ませる。この結果として、伝達部材２３０の第１の部材２３２及び第２の部材２３５は、振動板２４０の弾性力によって液体吐出前の位置まで戻り、図３に示される状態に戻る。
【００２９】
図５及び図６は、ノズル２１１から液体を吐出させない場合を説明する図である。図５は、力付与部２２０を伸長させる前の状態を示し、図６は、力付与部２２０を伸長させた後の状態を示す。図５に示されるように、まず、制御部４０は、液体を吐出させないノズル２１１に対応する遮断部２６０を制御することによって、遮断部２６０を第２の部材２３５側に伸長させ、第２の部材２３５を屈曲変形させた状態とする。
【００３０】
この状態において、図６に示されるように、制御部４０は、力付与部２２０を制御することによって、力付与部２２０を伸長させる。この結果、第１の部材２３２は、力付与部２２０により圧力室２１０側へ押される。しかし、第２の部材２３５が屈曲変形しているため、第１の部材２３２と第２の部材２３５とが接触せず、力付与部２２０から圧力室２１０への力は遮断される。この結果として、圧力室２１０の容積は変動せず、ノズル２１１から液体が吐出されない。
【００３１】
この後、制御部４０は、力付与部２２０を制御することにより、力付与部２２０を縮ませる。この結果として、力付与部２２０に接続された伝達部材２３０の第１の部材２３２は、力付与部２２０の伸長前の位置まで戻る。また、制御部４０は、遮断部２６０を制御して、伝達部材２３０の第２の部材２３５の屈曲変形を元に戻すことにより、図３に示される状態に戻る。
【００３２】
以上の説明のとおり、第１実施形態の液体吐出装置１００では、伝達部材２３０と遮断部２６０とを備えることにより、力付与部２２０によって、複数のノズル２１１から一斉に液体を吐出させることが可能であるとともに、複数のノズル２１１のうちの任意のノズル２１１を選択して液体を吐出することが可能となる。この結果として、圧力室２１０ごとに力付与部２２０を設ける場合と比較して、力付与部２２０の個数を削減できる。
【００３３】
また、一般に、高粘度の液体をノズル２１１から吐出させる場合、液体を吐出させる際の圧力室２１０の容積変化量を大きくする必要があり、容積変化量を大きくするためには、大きな力付与部２２０を液体吐出装置１００に搭載する必要がある。しかし、本実施形態によれば、力付与部２２０によって複数の圧力室２１０の容積変更が可能となるため、圧力室２１０ごとに力付与部２２０を設ける場合と比較して、液体吐出装置１００のヘッド部２００の小型化を図ることができる。
【００３４】
Ｂ．その他の実施形態：
上述の実施形態では、伝達部材２３０は、力付与部２２０と複数の圧力室２１０との間に設けられていたが、これに限られない。例えば、伝達部材２３０の配置位置を以下のようにしてもよい。
【００３５】
図７は、上述の実施形態とは異なる形態を示す図である。この形態では、力付与部２２０ｂは、第２の部材２３５の紙面下側（−Ｙ軸方向側）に設けられている。この形態では、制御部４０がＺ軸方向に力付与部２２０ｂを縮ませることにより、力付与部２２０ｂに接続された第１の部材２３２ｂと、第２の部材２３５とを圧力室２１０側に押すことができる。この結果として、第２の部材２３５が振動板２４０を圧力室２１０側に変位させ、ノズル２１１から液体が吐出される。
【００３６】
上述の実施形態では、遮断部２６０としてピエゾアクチュエーターを用いた。しかし、本発明は、これに限られない。例えば、遮断部２６０として、ヒーターを用いてもよい。このようにすることにより、製造コストを抑えることができる。遮断部２６０としてヒーターを用いる場合、第２の部材２３５として、例えば、形状記憶合金や熱膨張率が異なる金属板を複数枚積層させた部材を用いてもよい。このようにすることにより、第２の部材２３５の変位を大きくすることができるため、伝達部材２３０が圧力室２１０へ伝達する力を、より確実に遮断部２６０が遮断することができる。なお、遮断部２６０としてヒーターを用いる場合、遮断部２６０は、さらに、クーラーを備えることが好ましい。このようにすることにより、迅速に、第２の部材２３５の屈曲変形を元に戻すことができる。
【００３７】
また、遮断部２６０として、振動発生素子により振動するダイアフラムを用いた構成としてもよい。ダイアフラムを用いた構成としては、例えば、液体を収容した凹部をダイアフラムで覆う構成とし、この凹部を、振動発生素子としてのヒーターによって加熱する構成としてもよい。この構成では、凹部をヒーターによって加熱することによって凹部内に気泡を発生させて、凹部内を膨張させることによりダイアフラムを押させ、この力によって、第２の部材２３５を変形させることができる。このようにすることにより、遮断部２６０によって伝達部材２３０の第２の部材２３５を屈曲変形させる時に、遮断部２６０と伝達部材２３０との接触面積を広くすることができる。このため、伝達部材２３０の特定の部分にのみ力が集中することを抑制できる。また、遮断部２６０として、例えば、磁歪や、静電気力、電磁力により第２の部材２３５を変形させる素子を用いてもよい。
【００３８】
また、上述の実施形態では、第２の部材２３５を屈曲変形させる際、第２の部材２３５の第１の部材２３２側の端部を最も変位させているが、これに限らない。例えば、第２の部材２３５を座屈変形させてもよい。つまり、第２の部材２３５の第１の部材２３２側の端部以外の場所を最も変位させてもよい。このようにすることにより、力付与部２２０と伝達部材２３０とを一体の部材としてもよい。
【００３９】
上述の実施形態におけるピエゾアクチュエーターの代わりに、ソレノイドや磁歪素子など、種々のアクチュエーターを用いてもよい。また、アクチュエーターは、伸長する量を拡大させるために拡大変位機構を備えていてもよい。
【００４０】
本発明は、インクを吐出する液体吐出装置１００に用いることができるが、これに限らず、インク以外の他の液体を吐出する任意の液体吐出装置にも適用することができる。例えば、以下のような各種の液体吐出装置に本発明は適用可能である。
（１）ファクシミリ装置等の画像記録装置。
（２）液晶ディスプレイ等の画像表示装置用のカラーフィルターの製造に用いられる色材吐出装置。
（３）有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイや、面発光ディスプレイ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ、ＦＥＤ）等の電極形成に用いられる電極材吐出装置。
（４）バイオチップ製造に用いられる生体有機物を含む液体を吐出する液体吐出装置。
（５）精密ピペットとしての試料吐出装置。
（６）潤滑油の吐出装置。
（７）樹脂液の吐出装置。
（８）時計やカメラ等の精密機械にピンポイントで潤滑油を吐出する液体吐出装置。
（９）光通信素子等に用いられる微小半球レンズ（光学レンズ）などを形成するために紫外線硬化樹脂液等の透明樹脂液を基板上に吐出する液体吐出装置。
（１０）基板などをエッチングするために酸性又はアルカリ性のエッチング液を吐出する液体吐出装置。
（１１）他の任意の微小量の液滴を吐出させる液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置。
【００４１】
なお、「液滴」とは、液体吐出装置から吐出される液体の状態をいい、粒状、涙状、糸状に尾を引くものも含むものとする。また、ここでいう「液体」とは、液体吐出装置が消費できるような材料であればよい。例えば、「液体」は、物質が液相であるときの状態の材料であれば良く、粘性の高い又は低い液状態の材料、及び、ゾル、ゲル水、その他の無機溶剤、有機溶剤、溶液、液状樹脂、液状金属（金属融液）のような液状態の材料も「液体」に含まれる。また、物質の一状態としての液体のみならず、顔料や金属粒子などの固形物からなる機能材料の粒子が溶媒に溶解、分散または混合されたものなども「液体」に含まれる。液体の代表的な例としてはインクや液晶等が挙げられる。ここで、インクとは一般的な水性インクおよび油性インク並びにジェルインク、ホットメルトインク等の各種の液体状組成物を包含するものとする。
【００４２】
また、本発明は、３Ｄプリンターに用いてもよい。
【００４３】
本発明は、上述の実施形態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の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、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。
【符号の説明】
【００４４】
１０…タンク、２０…加圧ポンプ、３０…供給流路、４０…制御部、１００…液体吐出装置、２００…ヘッド部、２１０…圧力室、２１１…ノズル、２２０、２２０ｂ…力付与部、２３０…伝達部材、２３１…凸部、２３２、２３２ｂ…第１の部材、２３５…第２の部材、２４０…振動板、２６０…遮断部、２７０…本体部材、２７２…凸部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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