(57)【要約】【課題】ノズル間の相互干渉を抑制することができる吐出装置を提供することである。【解決手段】実施形態に係る吐出装置は、流動体を吐出するノズル孔と、前記ノズル孔の一方の端部に接続された加圧室と、を有するノズルが複数設けられた吐出装置であって、複数の前記加圧室のそれぞれに接続されたリストリクタ部と、複数の前記リストリクタ部のそれぞれに接続された減衰部と、複数の前記減衰部が接続された流路と、を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動体を吐出するノズル孔と、前記ノズル孔の一方の端部に接続された加圧室と、を有するノズルが複数設けられた吐出装置であって、
複数の前記加圧室のそれぞれに接続されたリストリクタ部と、
複数の前記リストリクタ部のそれぞれに接続された減衰部と、
複数の前記減衰部が接続された流路と、
を備えた吐出装置。
【請求項２】
前記減衰部の容積は、前記加圧室の容積よりも大きい請求項１記載の吐出装置。
【請求項３】
前記減衰部の内部を前記流動体が流動する方向と、前記リストリクタの内部を前記流動体が流動する方向と、が交差する請求項１または２に記載の吐出装置。
【請求項４】
前記減衰部の内部を前記流動体が流動する方向と、前記流路の内部を前記流動体が流動する方向と、が交差する請求項１〜３のいずれか１つに記載の吐出装置。
【請求項５】
前記減衰部は、前記リストリクタ部に接続される第１の部分と、前記流路に接続される第２の部分と、を有し、
前記減衰部の内部を前記流動体が流動する方向と直交する方向における前記第１の部分の中心軸と、前記第２の部分の中心軸と、が重ならない請求項１〜４のいずれか１つに記載の吐出装置。
【請求項６】
前記第１の部分の前記流動体が流動する方向と直交する方向における断面積は、前記第２の部分の前記流動体が流動する方向と直交する方向における断面積よりも大きい請求項５記載の吐出装置。
【請求項７】
前記減衰部の外形形状は、平板状である請求項１〜６のいずれか１つに記載の吐出装置。
【請求項８】
前記平板状の減衰部は、互いに平行となるように設けられた請求項７記載の吐出装置。
【請求項９】
前記減衰部は、前記加圧室の上方に設けられた請求項１〜８のいずれか１つに記載の吐出装置。
【請求項１０】
前記流動体の粘度は、０．１Ｐａ・ｓ以上である請求項１〜９のいずれか１つに記載の吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
後述する実施形態は、概ね、吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
民生用プリンタなどの記録装置や、液晶表示装置や半導体装置などの製造に用いられる成膜装置などにおいては、インクジェット法によりインクや膜素材を対象物に向けて吐出させて着色や成膜を行う技術が知られている。  
このインクジェット法により吐出させるインクや膜素材などの流動体には粘度の高いものがある。  
この場合、流動体の粘度が高くなると、流動体を吐出させるために必要となる圧力も高くなる。また、流動体の粘度が高くなると、流動性が低くなるため、制限口（リストリクタ部）の開口面積を大きくする必要がある。  
そのため、ノズル間の相互干渉が大きくなり、ノズル間における吐出量の均一性が著しく悪化するおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３２１２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、ノズル間の相互干渉を抑制することができる吐出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る吐出装置は、流動体を吐出するノズル孔と、前記ノズル孔の一方の端部に接続された加圧室と、を有するノズルが複数設けられた吐出装置であって、複数の前記加圧室のそれぞれに接続されたリストリクタ部と、複数の前記リストリクタ部のそれぞれに接続された減衰部と、複数の前記減衰部が接続された流路と、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本実施の形態に係る吐出装置を例示するための模式断面図である。
【図２】流路８、減衰部９、リストリクタ部１０、ノズル１１を例示するための模式斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。  
なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。  また、各図中の矢印Ｘ、Ｙ、Ｚは互いに直交する三方向を表している。  
吐出装置の駆動方式には、加熱により気泡を発生させ膜沸騰現象を利用して流動体を吐出させる「サーマル型」と、圧電素子の変位を利用して流動体を吐出させる「圧電型」と、があるが、ここでは一例として、圧電型の吐出装置について例示をする。  
また、圧電型の吐出装置には圧電素子７に電圧を印加する電源、流動体を流路８に供給する供給部、吐出の制御を行う制御部などが必要に応じて設けられるが、これらには既知の技術を適用することができるので説明を省略する。
【０００８】
図１は、本実施の形態に係る吐出装置を例示するための模式断面図である。  
図２は、流路８、減衰部９、リストリクタ部１０、ノズル１１を例示するための模式斜視図である。  
図１に示すように、吐出装置１には、本体部２、ノズルプレート３、可撓性膜４、リストリクタ板５、スペーサ６、圧電素子７が設けられている。
【０００９】
本体部２の内部には、流路８、減衰部９が設けられている。  
図２に示すように、流路８は本体部２の内部をＹ方向に伸びるように設けられている。  減衰部９は、複数のノズル１１のそれぞれに対して１つずつ設けられている。  
減衰部９の一方の端部は流路８と接続され、減衰部９の他方の端部は本体部２の端面２ａに開口している。そして、減衰部９の他方の端部は、本体部２の端面２ａに開口する開口９ａを介してリストリクタ部１０と接続されている。  
すなわち、減衰部９は、複数のリストリクタ部１０のそれぞれに接続されている。  
また、流路８には、複数の減衰部９が接続されている。  
なお、減衰部９に関する詳細は後述する。
【００１０】
本体部２の材質には特に限定がなく、ある程度の剛性を有し、吐出させる流動体に対する耐食性があるものを適宜選択することができる。  
本体部２の材質は、例えば、ステンレスやニッケル合金などとすることができる。  
ノズルプレート３は、本体部２の減衰部９の端部が開口する側に設けられている。  
ノズルプレート３は、平板状を呈し、厚み方向（Ｚ方向）を貫通する複数のノズル１１が所定のピッチ寸法で設けられている。
【００１１】
ノズル１１には、加圧室１１ａとノズル孔１１ｂが設けられている。  
加圧室１１ａは、例えば、断面が円形の孔とすることができる。加圧室１１ａの一方の端部はリストリクタ部１０と接続され、他方の端部はノズル孔１１ｂと接続されている。  すなわち、リストリクタ部１０は、複数の加圧室１１ａのそれぞれに接続されている。  ノズル孔１１ｂは、例えば、断面が円形の孔とすることができる。ノズル孔１１ｂの一方の端部は加圧室１１ａと接続され、他方の端部はノズルプレート３の一方の面３ａに開口している。  
なお、加圧室１１ａが本体部２に設けられ、ノズル孔１１ｂがノズルプレート３に設けられていてもよい。
【００１２】
ノズルプレート３の材質には特に限定がなく、ある程度の剛性を有し、吐出させる流動体に対する耐食性があるものを適宜選択することができる。  
ノズルプレート３の材質は、例えば、ステンレスやニッケル合金などとすることができる。
【００１３】
可撓性膜４は、本体部２とノズルプレート３との間であって、本体部２の減衰部９の端部が開口する端面２ａに設けられている。  
可撓性膜４の材質は、例えば、ステンレスなどとすることができる。  
リストリクタ板５は、本体部２とノズルプレート３との間であって、ノズルプレート３の面３ａとは反対側の面３ｂに設けられている。
【００１４】
リストリクタ板５にはＸ方向に伸びる溝が設けられており、この溝がリストリクタ部１０となる。  
リストリクタ部１０は、流動体の吐出後のメニスカスの残留振動を減衰させるために設けられている。すなわち、リストリクタ部１０を設けることで流動抵抗を増加させて、メニスカスの残留振動を減衰させるようにしている。
【００１５】
リストリクタ板５の材質は、例えば、ステンレスなどとすることができる。  
スペーサ６は、本体部２とノズルプレート３との間であって、可撓性膜４とリストリクタ板５との間に設けられている。  
スペーサ６の材質は、例えば、ステンレスなどとすることができる。
【００１６】
減衰部９の端部が開口している位置には、可撓性膜４、リストリクタ板５、スペーサ６のそれぞれの厚み方向（Ｚ方向）を貫通する孔が設けられている。  
そして、リストリクタ板５に設けられた孔には前述した溝、すなわちリストリクタ部１０が接続されている。
【００１７】
つまり、図２に示すように、所定のピッチ寸法で設けられた複数のノズル１１は、各ノズル１１ごとに設けられた減衰部９とリストリクタ部１０とを介して、本体部２の内部をＹ方向に伸びる流路８とそれぞれ接続されている。  
なお、可撓性膜４、リストリクタ板５、スペーサ６は、複数のノズル１１に対して１組設けられていてもよいし、複数のノズル１１のそれぞれに対して１組ずつ設けられていてもよい。
【００１８】
圧電素子７は複数設けられ、複数の圧電素子７は複数のノズル１１のそれぞれに対して１つずつ設けられている。  
圧電素子７の一方の端部の近傍は、接合部１２を介して本体部２と接続されている。  
接合部１２は、例えば、エポキシ系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。
【００１９】
圧電素子７の他方の端部は、本体部２に設けられた孔２ｂの内部に挿入されている。孔２ｂの底部には可撓性膜４が露出しており、圧電素子７の端面が可撓性膜４に接触している。  
また、孔２ｂの内部には接合部１３が設けられており、圧電素子７の端面と可撓性膜４の接触が維持されるようになっている。  
接合部１３は、例えば、シリコーンなどのエラストマー系接着剤を孔２ｂの内部に充填し、充填したエラストマー系接着剤を硬化させることで形成されたものとすることができる。
【００２０】
圧電素子７は、平板状を呈し、例えば、圧電セラミックス（例えば、ジルコンチタン酸鉛）などから形成されたものとすることができる。また、圧電素子７は、圧電セラミックスからなる部材、銅合金などからなる駆動電極、圧電セラミックスからなる部材、銅合金などからなる駆動電極の順に積層した後、一体焼成したものとすることもできる。
【００２１】
次に、減衰部９に関してさらに例示をする。  
一般的な吐出装置においては、所定のピッチ寸法で設けられた複数のノズル１１は、各ノズル１１ごとに設けられたリストリクタ部１０を介して、本体部の内部に設けられた共通の流路である流路８とそれぞれ接続されている。  
すなわち、一般的な吐出装置においては、リストリクタ部１０と流路８とが直接接続されている。
【００２２】
そのため、一般的な吐出装置においては、一のノズル１１から流動体を吐出させるために、加圧室１１ａの内部にある流動体に圧力を加えると、その圧力の一部はリストリクタ部１０と流路８とを介して、他のノズル１１の加圧室１１ａの内部にある流動体に伝播することになる。
【００２３】
この場合、流動体の粘度が低い場合には、加圧室１１ａの内部にある流動体に加える圧力を低くすることができる。  
また、流動体の粘度が低い場合には、流動体の流動性が高くなるので、リストリクタ部１０の内部を流動体が流動する方向に直交する方向の断面積（開口面積）を小さくすることができる。
【００２４】
そのため、流動体の粘度が低い場合には、他のノズル１１の加圧室１１ａの内部にある流動体に与える影響が小さくなる。  
例えば、流動体の粘度が０．０１Ｐａ・ｓ（パスカル秒）程度であれば、他のノズル１１の加圧室１１ａの内部にある流動体に与える影響が小さくなる。
【００２５】
一方、流動体の粘度が高い場合には、加圧室１１ａの内部にある流動体に加える圧力を高くする必要がある。  
また、流動体の粘度が高い場合には、流動体の流動性が低くなるので、リストリクタ部１０の流動方向に直交する方向の断面積を大きくする必要がある。
【００２６】
そのため、流動体の粘度が高い場合には、他のノズル１１の加圧室１１ａの内部にある流動体に与える影響が大きくなる。すなわち、ノズル１１間の相互干渉が大きくなり、ノズル１１間における吐出量の均一性が著しく悪化するおそれがある。  
例えば、流動体の粘度が０．１Ｐａ・ｓ（パスカル秒）以上となれば、他のノズル１１の加圧室１１ａの内部にある流動体に与える影響が大きなものとなる。
【００２７】
この場合、インクなどは粘度の低い流動体であるが、例えば、液晶表示装置や半導体装置などの製造に用いられる膜素材などには粘度の高い流動体もある。  
そのため、粘度の低い流動体のみならず、粘度の高い流動体を用いる場合であってもノズル１１間の相互干渉を小さくすることができる吐出装置とすることが好ましい。
【００２８】
そこで、本実施の形態に係る吐出装置１においては、所定のピッチ寸法で設けられた複数のノズル１１が、各ノズル１１ごとに設けられた減衰部９とリストリクタ部１０とを介して、本体部２の内部に設けられた共通の流路である流路８とそれぞれ接続されるようになっている。
【００２９】
すなわち、本実施の形態に係る吐出装置１においては、リストリクタ部１０と流路８とが減衰部９を介して接続されている。  
減衰部９を設けるようにすれば、一のノズル１１の加圧室１１ａと、他のノズル１１の加圧室１１ａとの間の距離を長くすることができる。  
一のノズル１１の加圧室１１ａと、他のノズル１１の加圧室１１ａとの間の距離を長くすることができれば、伝播する圧力を減衰させることができる。  
そのため、粘度の高い流動体を用いる場合であっても、ノズル１１間の相互干渉を小さくすることができる。
【００３０】
また、減衰部９の容積は、ノズル１１の加圧室１１ａの容積よりも大きくなっている。  減衰部９の容積が、ノズル１１の加圧室１１ａの容積よりも大きくなっていれば、一のノズル１１の加圧室１１ａの内部にある流動体に加えられた圧力が、他のノズル１１の加圧室１１ａの内部にある流動体に伝播することを抑制することができる。  
そのため、粘度の高い流動体を用いる場合であっても、ノズル１１間の相互干渉をさらに小さくすることができる。
【００３１】
また、減衰部９の内部を流動体が流動する方向（図１に例示をしたものではＺ方向）と、リストリクタ部１０の内部を流動体が流動する方向（図１に例示をしたものではＸ方向）とが交差するようになっている。  
減衰部９の内部を流動体が流動する方向と、リストリクタ部１０の内部を流動体が流動する方向とが交差するようになっていれば、一のノズル１１の加圧室１１ａの内部にある流動体に加えられた圧力が、他のノズル１１の加圧室１１ａの内部にある流動体に伝播することを抑制することができる。  
そのため、粘度の高い流動体を用いる場合であっても、ノズル１１間の相互干渉をさらに小さくすることができる。
【００３２】
また、減衰部９の内部を流動体が流動する方向と、流路８の内部を流動体が流動する方向（図１に例示をしたものではＹ方向）とが交差するようになっている。  
減衰部９の内部を流動体が流動する方向と、流路８の内部を流動体が流動する方向とが交差するようになっていれば、一のノズル１１の加圧室１１ａの内部にある流動体に加えられた圧力が、他のノズル１１の加圧室１１ａの内部にある流動体に伝播することを抑制することができる。  
そのため、粘度の高い流動体を用いる場合であっても、ノズル１１間の相互干渉をさらに小さくすることができる。
【００３３】
また、減衰部９は、リストリクタ部１０に接続される第１の部分９ａと、流路８に接続される第２の部分９ｂとを有したものとすることができる。  
そして、減衰部９の内部を流動体が流動する方向と直交する方向（図１に例示をしたものではＸ方向またはＹ方向）における第１の部分９ａの中心軸９ａ１と、第２の部分９ｂの中心軸９ｂ１とが重ならないようになっている。  
第１の部分９ａの中心軸９ａ１と、第２の部分９ｂの中心軸９ｂ１とが重ならないようになっていれば、減衰部９の内部を伝播する圧力をさらに減衰させることができる。  
そのため、粘度の高い流動体を用いる場合であっても、ノズル１１間の相互干渉をさらに小さくすることができる。
【００３４】
また、第１の部分９ａの流動体が流動する方向と直交する方向における断面積は、第２の部分９ｂの流動体が流動する方向と直交する方向における断面積よりも大きくなっている。  
第１の部分９ａの流動体が流動する方向と直交する方向における断面積が、第２の部分９ｂの流動体が流動する方向と直交する方向における断面積よりも大きくなっていれば、減衰部９の内部を伝播する圧力をさらに減衰させることができる。  
そのため、粘度の高い流動体を用いる場合であっても、ノズル１１間の相互干渉をさらに小さくすることができる。
【００３５】
また、図２に示すように、減衰部９の外形形状は平板状とすることができる。  
減衰部９の外形形状を平板状とすれば、ノズル１１のピッチ寸法が短い場合であっても容積の大きな減衰部９を設けることが容易となる。  
そのため、ノズル１１のピッチ寸法が短く、且つ、粘度の高い流動体を用いる場合であっても、ノズル１１間の相互干渉を小さくすることができる。  
この場合、平板状の減衰部９が、互いに平行となるように設けられるものとすれば、ノズル１１のピッチ寸法がさらに短い場合であっても容積の大きな減衰部９を設けることが容易となる。
【００３６】
また、ノズル１１の加圧室１１ａの重力方向における上方に、減衰部９を設けるようにすれば、減衰部９の内部にある流動体の重量を利用して加圧室１１ａの内部に流動体を供給することができる。  
そのため、加圧室１１ａの内部への流動体の供給が円滑に行われるようにすることができる。
【００３７】
次に、吐出装置１の作用について例示をする。  
流動体を吐出させるノズル１１に対して設けられた圧電素子７に電圧を印加すると、圧電素子７は可撓性膜４に向けて変位する。図１に例示をしたものの場合には、圧電素子７は、Ｚ方向の下方に向けて変位する。
【００３８】
圧電素子７が可撓性膜４に向けて変位すると、可撓性膜４とスペーサ６が圧電素子７により押圧されるので、可撓性膜４とスペーサ６が圧電素子７の変位方向に変位する。  
そして、可撓性膜４とスペーサ６が圧電素子７の変位方向に変位すると、加圧室１１ａの内部にある流動体が加圧される。加圧された流動体は、ノズル孔１１ｂから外部に向けて吐出される。この場合、圧電素子７に印加する電圧を制御すれば圧電素子７の変位量を制御することができるので、ノズル孔１１ｂから吐出される流動体の量を制御することができる。  
なお、加圧室１１ａの内部にある流動体の量は吐出により減少するが、減少した分は減衰部９、リストリクタ部１０を介して、流路８から補充される。
【００３９】
ここで、加圧室１１ａの内部にある流動体が加圧されると、その圧力の一部はリストリクタ部１０と流路８とを介して、他のノズル１１の加圧室１１ａの内部にある流動体に伝播することになる。  
この場合、流動体の粘度が高い場合には、加圧室１１ａの内部にある流動体に加える圧力を高くする必要があるので、ノズル１１間の相互干渉がさらに大きくなるおそれがある。
【００４０】
しかしながら、本実施の形態に係る吐出装置１においては、リストリクタ部１０と流路８とが減衰部９を介して接続されているので、他のノズル１１の加圧室１１ａの内部にある流動体に伝播する圧力を減衰させることができる。  
そのため、粘度の高い流動体を用いる場合であっても、ノズル１１間の相互干渉を小さくすることができる。  
またさらに、減衰部９の形状などを前述したものとすれば、ノズル１１間の相互干渉をさらに小さくすることができる。
【００４１】
なお、以上に例示をした吐出装置１は、圧電素子７の変位を利用して流動体を吐出させる「圧電型」であるが、加熱により気泡を発生させ膜沸騰現象を利用して流動体を吐出させる「サーマル型」の吐出装置にも減衰部９を設けることができる。  
例えば、サーマル型の吐出装置の場合には、圧電素子７の代わりに発熱素子が設けられ、以下の手順で流動体の吐出が行われる。
【００４２】
発熱素子を発熱させることにより加圧室１１ａの内部にある流動体中に気泡を発生させる。  
発生させた気泡により加圧室１１ａの内部にある流動体が加圧されると、加圧された流動体は、ノズル孔１１ｂから外部に向けて吐出される。そして、発生させた気泡は周囲の流動体に熱を取られて収縮するようにして消滅する。
【００４３】
この場合、サーマル型の吐出装置の場合であっても、加圧室１１ａの内部にある流動体が加圧されると、その圧力の一部はリストリクタ部１０と流路８とを介して、他のノズル１１の加圧室１１ａの内部にある流動体に伝播することになる。
【００４４】
そのため、サーマル型の吐出装置に減衰部９を設けるようにすれば、粘度の高い流動体を用いる場合であっても、ノズル１１間の相互干渉を小さくすることができる。  
またさらに、減衰部９の形状などを前述したものとすれば、ノズル１１間の相互干渉をさらに小さくすることができる。
【００４５】
以上に例示をした実施形態によれば、ノズル間の相互干渉を抑制することができる吐出装置を実現することができる。  
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１  吐出装置、２  本体部、３  ノズルプレート、４  可撓性膜、５  リストリクタ板、６  スペーサ、７  圧電素子、８  流路、９  減衰部、９ａ  第１の部分、９ａ１  中心軸、９ｂ  第２の部分、９ｂ１  中心軸、１０  リストリクタ部、１１  ノズル、１１ａ  加圧室、１１ｂ  ノズル孔
【図１】
2013193448.tif 000003
【図２】
2013193448.tif 000004