(57)【要約】【課題】高粘度の液体を反応良く吐出することができ、且つ、貯留室内における液体の充填性を高めることができる液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】第１部材２０５と、第１部材２０５に対向して配置され、第１部材２０５とともに液体が貯留される貯留室２１３を形成する第２部材２０６と、第１部材２０５と第２部材２０６との間に配置されて貯留室２１３の外周部を規定し、第１部材２０５により第２部材２０６側に押圧されて弾性変形されることによって貯留室２１３の容積を増減させる弾性部材２０７と、を含む。第１部材２０５の押圧方向における貯留室２１３の断面形状は、円形状又は楕円形状である。押圧方向に直交する貯留室２１３の一端側には供給孔２１０が連通され、貯留室２１３の他端側には吐出孔２１４が連通されている。供給孔２１０の中心軸線Ｃ１は、吐出孔２１４の中心軸線Ｃ２からずれた位置に配置されている。【選択図】図５Ａ
2013132634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を押圧して液滴状に吐出する液体吐出ヘッドであって、
液体を押圧する第１部材と、
前記第１部材に対向して配置され、前記第１部材とともに液体が貯留される貯留室を形成する第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材との間に配置されて前記貯留室の外周部を規定し、前記第１部材により前記第２部材側に押圧されて弾性変形されることによって前記貯留室の容積を増減させる弾性部材と、
前記第１部材を前記第２部材に対して近接及び離隔する押圧方向に相対的に変位させることにより、前記弾性部材を弾性変形させる作動部材と、を備え、
前記第１部材の前記押圧方向における前記貯留室の断面形状は、円形状又は楕円形状であり、
前記押圧方向に直交する方向の前記弾性部材の内側の面における前記貯留室の一端側には、液体を前記第１部材側より前記貯留室に供給する供給孔が連通され、前記押圧方向に直交する方向の前記弾性部材の内側の面における前記貯留室の他端側には、前記貯留室内の液体を前記第２部材側に吐出する吐出孔が連通され、
前記供給孔の中心軸線は、前記吐出孔の中心軸線からずれた位置に配置されている
液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記供給孔は、前記第１部材の内部に設けられ、
前記第１部材の内部には、さらに、前記供給孔に連通され、且つ、液体を前記供給孔に供給する供給流路が形成され、
前記供給流路の直径は前記供給孔の直径よりも大きく構成され、
前記供給流路の中心軸線は、前記供給孔の中心軸線上よりも前記吐出孔の中心軸線側に配置されている
請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記供給孔及び前記供給流路の各々の中心軸線は、前記押圧方向に直交する方向に互いにずれて、且つ、前記第１部材の前記押圧方向に対して略平行に延びている
請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記貯留室の厚みｔは、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である
請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドと、
大気圧以上の圧力を有する液体を前記液体吐出ヘッドの供給孔に供給する供給部と、
前記液体吐出ヘッドの作動部材の動作を制御する作動制御部と、を備える
液体吐出装置。
【請求項６】
液体を押圧する第１部材と、
前記第１部材に対向して配置され、前記第１部材とともに液体が貯留される貯留室を形成する第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材との間に配置されて前記貯留室の外周部を円形状又は楕円形状に規定し、前記第１部材により前記第２部材側に押圧される押圧方向に弾性変形されることによって前記貯留室の容積を増減させる弾性部材と、を備える液体吐出ヘッドを用いて、液体を押圧して液滴状に吐出する液体吐出方法であって、
前記第１部材を前記第２部材に対して前記押圧方向の近接する方向に相対的に変位させることにより、前記弾性部材を弾性変形させて前記貯留室の容積を減少させ、前記貯留室内の液体を前記第２部材側に吐出する液体吐出ステップと、
前記第１部材を前記第２部材に対して前記押圧方向の離隔する方向に相対的に変位させることにより、前記弾性部材の弾性変形を復元させて前記貯留室の容積を増大させ、液体を前記第１部材側より前記貯留室に供給する液体供給ステップと、を含み、
前記液体供給ステップでは、前記押圧方向に直交する方向の前記弾性部材の内側の面における前記貯留室の一端側に連通された供給孔より液体を前記貯留室に供給し、
前記液体吐出ステップでは、前記押圧方向に直交する方向の前記弾性部材の内側の面における前記貯留室の他端側に連通された吐出孔より前記貯留室内の液体を吐出し、
前記液体供給ステップにおいて液体が供給される前記供給孔の中心軸線は、前記液体吐出ステップにおいて液体が吐出される前記吐出孔の中心軸線から前記押圧方向に直交する方向にずれた位置に配置されている
液体吐出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を押圧して液滴状に吐出する液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
記録紙等に対してインクを液滴状に吐出するインクジェット技術が知られている。このインクジェット技術は、例えば、各種のデバイス製造過程におけるパターンの形成及び薄膜の形成等に応用されている。
【０００３】
このようなインクジェット技術には液体吐出装置が用いられる。この液体吐出装置では、シリンジ内の液体がプランジャによって液体吐出ヘッドに供給されることにより、液体吐出ヘッドから液体が液滴状に吐出される（例えば、特許文献１参照）。図７は、従来の液体吐出ヘッドの構成の一部を示す断面図である。図示の液体吐出ヘッド５０では、第１部材５０１と第２部材５０２とが相互に対向して配置され、第１部材５０１と第２部材５０２との間には、液体が貯留される貯留室５０３が形成されている。第１部材５０１と第２部材５０２との間にはリング状の弾性部材５０４が配置され、この弾性部材５０４によって貯留室５０３の外周部が規定されている。第１部材５０１の内部には、液体を貯留室５０３に供給するための供給孔５０５が設けられ、第２部材５０２の内部には、貯留室５０３内の液体を外部に吐出するための吐出孔５０６が設けられている。供給孔５０５の中心軸線Ｃ１と吐出孔５０６の中心軸線Ｃ２とは、同一直線上に配置されている。
【０００４】
第１部材５０１は、アクチュエータ５０７の駆動によって、第２部材５０２に対して近接及び離隔する押圧方向に変位される。第１部材５０１が第２部材５０２に対して近接する変位方向に変位した際には、弾性部材５０４が弾性変形することによって、貯留室５０３の容積が減少する。これにより、貯留室５０３内の液体に圧力が加わり、貯留室５０３内の液体が吐出孔５０６より外部に吐出される。第１部材５０１が第２部材５０２に対して離隔する押圧方向に変位した際には、弾性部材５０４の弾性変形が復元することによって、貯留室５０３の容積が増大する。これにより、シリンジ（図示せず）からの液体が供給孔５０５より貯留室５０３内に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３０７４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、上述したインクジェット技術は、例えば半導体デバイスの製造過程及び発光ダイオードの製造過程にも応用されようとしている。半導体デバイスの製造過程では、高粘度の熱硬化性樹脂を吐出する必要がある。また、発光ダイオードの製造過程では、固形の蛍光体が分散された液体を吐出する必要がある。
【０００７】
しかしながら、上述した従来の液体吐出ヘッド５０を半導体デバイスの製造過程及び発光ダイオードの製造過程等に用いた場合には、次のような問題が生じる。従来の液体吐出ヘッド５０では、貯留室５０３の容積が比較的大きく、これに伴って弾性部材５０４の厚みｔが比較的大きくなる。これにより、弾性部材５０４が圧縮され弾性変形する際の圧力のかかる体積が増大し、その変形量（撓み量）が大きくなるので、貯留室５０３内の吐出される液体の圧力上昇にロスが生じ、液体の吐出能力（特に、吐出速度）が低下する。そのため、従来の液体吐出ヘッド５０では、高粘度の液体を反応良く吐出させることが難しい（即ち、高粘度の液体吐出能力が低下する）。
【０００８】
本発明は、上述した従来の課題を解決するものであり、その目的は、高粘度の液体を反応良く吐出することができ、且つ、貯留室内における液体の充填性を高めることができる液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る液体吐出ヘッドの一態様は、液体を押圧して液滴状に吐出する液体吐出ヘッドであって、液体を押圧する第１部材と、前記第１部材に対向して配置され、前記第１部材とともに液体が貯留される貯留室を形成する第２部材と、前記第１部材と前記第２部材との間に配置されて前記貯留室の外周部を規定し、前記第１部材により前記第２部材側に押圧されて弾性変形されることによって前記貯留室の容積を増減させる弾性部材と、前記第１部材を前記第２部材に対して近接及び離隔する押圧方向に相対的に変位させることにより、前記弾性部材を弾性変形させる作動部材と、を備え、前記第１部材の前記押圧方向における前記貯留室の断面形状は、円形状又は楕円形状であり、前記押圧方向に直交する方向の前記弾性部材の内側の面における前記貯留室の一端側には、液体を前記第１部材側より前記貯留室に供給する供給孔が連通され、前記押圧方向に直交する方向の前記弾性部材の内側の面における前記貯留室の他端側には、前記貯留室内の液体を前記第２部材側に吐出する吐出孔が連通され、前記供給孔の中心軸線は、前記吐出孔の中心軸線からずれた位置に配置されている。
【００１０】
本態様によれば、供給孔は貯留室の一端側に連通され、吐出孔は貯留室の他端側に連通されている。さらに、供給孔の中心軸線は、吐出孔の中心軸線からずれた位置に配置されている。このような構成によって、供給孔より貯留室に供給された液体は、貯留室内の空気を吐出孔に押しやりながら、貯留室の一端側から他端側に向けて流れる。これにより、貯留室内に空気溜まりが生じるのが抑制され、貯留室内における液体の特に初期の充填性を高めることができる。従って、例えば弾性部材の厚みを縮小するなどして、貯留室の容積を小さくすることによって、高粘度の液体を反応良く吐出することができるとともに、貯留室内における液体の充填性を高めることができるという、２つの効果を同時に得ることができる。また、一般に、貯留室の容積が小さくなると、貯留室内を流れる液体に作用する抵抗が大きくなる傾向にある。本態様によれば、貯留室の断面形状が円形状又は楕円形状であるので、液体が貯留室の外周部に沿って澱みなく流れるようになり、また、貯留室内を液体が流れる際の流路の断面積が大きくなり、そのため貯留室内を流れる液体に作用する抵抗の大きさをより低減することができる。
【００１１】
また、本発明に係る液体吐出ヘッドの一態様において、前記供給孔は、前記第１部材の内部に設けられ、前記第１部材の内部には、さらに、前記供給孔に連通され、且つ、液体を前記供給孔に供給する供給流路が形成され、前記供給流路の直径は前記供給孔の直径よりも大きく構成され、前記供給流路の中心軸線は、前記供給孔の中心軸線上よりも前記吐出孔の中心軸線側に配置されていることが好ましい。
【００１２】
本態様によれば、第１部材の直径を小さく抑えながら、第１部材の内部に供給流路及び供給孔を形成することができる。
【００１３】
また、本発明に係る液体吐出ヘッドの一態様において、前記供給孔及び前記供給流路の各々の中心軸線は、前記押圧方向に直交する方向に互いにずれて、且つ、前記第１部材の前記押圧方向に対して略平行に延びていることが好ましい。
【００１４】
本態様によれば、供給流路の中心軸線に対して供給孔の中心軸線が平行にずれているため、供給孔の加工が容易であり、洗浄等のメンテナンス性を向上することができる。
【００１５】
また、本発明に係る液体吐出ヘッドの一態様において、前記貯留室の厚みｔは、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１６】
本態様によれば、高粘度の液体を反応良く吐出することができる程度に、弾性部材を弾性変形させることができるとともに、貯留室の容積を小さくすることができる。貯留室の厚みｔが０．０５ｍｍよりも小さい場合には、弾性部材を弾性変形させるのが困難となり、貯留室の厚みｔが０．５ｍｍよりも大きい場合には、弾性部材が弾性変形する際の厚み方向の変形量（撓み量）が増大し、貯留室の容積変化の応答性が低下する。
【００１７】
本発明に係る液体吐出装置の一態様は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドと、大気圧以上の圧力を有する液体を前記液体吐出ヘッドの供給孔に供給する供給部と、前記液体吐出ヘッドの作動部材の動作を制御する作動制御部と、を備える。
【００１８】
本態様によれば、供給孔は貯留室の一端側に連通され、吐出孔は貯留室の他端側に連通されている。さらに、供給孔の中心軸線は、吐出孔の中心軸線からずれた位置に配置されている。このような構成によって、供給孔より貯留室に供給された液体は、貯留室内の空気を吐出孔に押しやりながら、貯留室の一端側から他端側に向けて流れる。これにより、貯留室内に空気溜まりが生じるのが抑制され、貯留室内における液体の特に初期の充填性を高めることができる。従って、例えば弾性部材の厚みを縮小するなどして、貯留室の容積を小さくすることによって、高粘度の液体を反応良く吐出することができるとともに、貯留室内における液体の充填性を高めることができるという、２つの効果を同時に得ることができる。また、一般に、貯留室の容積が小さくなると、貯留室内を流れる液体に作用する抵抗が大きくなる傾向にある。本態様によれば、貯留室の断面形状が円形状又は楕円形状であるので、液体が貯留室の外周部に沿って澱みなく流れるようになり、また、貯留室内を液体が流れる流路の断面積が大きくなり、そのため貯留室内を流れる液体に作用する抵抗の大きさをより低減することができる。
【００１９】
本発明に係る液体吐出方法の一態様は、液体を押圧する第１部材と、前記第１部材に対向して配置され、前記第１部材とともに液体が貯留される貯留室を形成する第２部材と、前記第１部材と前記第２部材との間に配置されて前記貯留室の外周部を円形状又は楕円形状に規定し、前記第１部材により前記第２部材側に押圧される押圧方向に弾性変形されることによって前記貯留室の容積を増減させる弾性部材と、を備える液体吐出ヘッドを用いて、液体を押圧して液滴状に吐出する液体吐出方法であって、前記第１部材を前記第２部材に対して前記押圧方向の近接する方向に相対的に変位させることにより、前記弾性部材を弾性変形させて前記貯留室の容積を減少させ、前記貯留室内の液体を前記第２部材側に吐出する液体吐出ステップと、前記第１部材を前記第２部材に対して前記押圧方向の離隔する方向に相対的に変位させることにより、前記弾性部材の弾性変形を復元させて前記貯留室の容積を増大させ、液体を前記第１部材側より前記貯留室に供給する液体供給ステップと、を含み、前記液体供給ステップでは、前記押圧方向に直交する方向の前記弾性部材の内側の面における前記貯留室の一端側に連通された供給孔より液体を前記貯留室に供給し、前記液体吐出ステップでは、前記押圧方向に直交する方向の前記弾性部材の内側の面における前記貯留室の他端側に連通された吐出孔より前記貯留室内の液体を吐出し、前記液体供給ステップにおいて液体が供給される前記供給孔の中心軸線は、前記液体吐出ステップにおいて液体が吐出される前記吐出孔の中心軸線から前記押圧方向に直交する方向にずれた位置に配置されている。
【００２０】
本態様によれば、液体供給ステップでは、貯留室の一端側に連通された供給孔より液体を貯留室に供給し、液体吐出ステップでは、貯留室の他端側に連通された吐出孔より貯留室内の液体を吐出する。さらに、液体供給ステップにおいて液体が供給される供給孔の中心軸線は、液体吐出ステップにおいて液体が吐出される吐出孔の中心軸線からずれた位置に配置されている。このような構成によって、供給孔より貯留室に供給された液体は、貯留室内の空気を吐出孔に押しやりながら、貯留室の一端側から他端側に向けて流れる。これにより、貯留室内に空気溜まりが生じるのが抑制され、貯留室内における液体の特に初期の充填性を高めることができる。従って、例えば弾性部材の厚みを縮小するなどして、貯留室の容積を小さくすることによって、高粘度の液体を反応良く吐出することができるとともに、貯留室内における液体の充填性を高めることができるという、２つの効果を同時に得ることができる。また、一般に、貯留室の容積が小さくなると、貯留室内を流れる液体に作用する抵抗が大きくなる傾向にある。本態様によれば、貯留室の断面形状が円形状又は楕円形状であるので、液体が貯留室の外周部に沿って澱みなく流れるようになり、また、貯留室内を液体が流れる流路の断面積が大きくなり、そのため貯留室内を流れる液体に作用する抵抗の大きさをより低減することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、高粘度の液体を反応良く吐出することができ、且つ、貯留室内における液体の充填性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る液体吐出装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの外観を示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る液体吐出ヘッドを分解した状態で示す斜視図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの構成を示す断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、作動部材が伸長状態に保持された状態での、液体吐出ヘッドの構成を示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、作動部材が収縮状態に保持された状態での、液体吐出ヘッドの構成を示す断面図である。
【図６】図６は、図５Ａ中のＢ−Ｂ線により切断した、吐出される液体が充填され押圧される貯留室の断面図である。
【図７】図７は、従来の液体吐出ヘッドの構成の一部を示す断面図である。
【図８】図８は、比較例１による液体吐出ヘッドの構成の一部を示す断面図である。
【図９】図９は、比較例２による液体吐出ヘッドの構成の一部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態に係る液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出方法について、図面を参照しながら説明する。本発明は、特許請求の範囲の記載に基づいて特定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、特許請求の範囲に記載されていない構成要素は、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。なお、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。
【００２４】
図１は、本発明の実施の形態に係る液体吐出装置の構成を示す斜視図である。図示の液体吐出装置１０は、装置基台１０１と、装置基台１０１に対して主走査方向（図１におけるＸ軸方向）に往復移動自在に支持されたヘッド１０２と、装置基台１０１に対して副走査方向（図１におけるＹ軸方向）に往復移動自在に支持されたステージ１０３と、を備えている。
【００２５】
装置基台１０１には、ヘッド移動機構１０４が支持されている。このヘッド移動機構１０４は、主走査方向に延びるキャリッジ軸１０５と、キャリッジ軸１０５に往復移動自在にガイドされるキャリッジ１０６と、を含んでいる。キャリッジ１０６には、ヘッド１０２が支持されている。例えばモータ等の駆動源（図示せず）によりキャリッジ１０６がキャリッジ軸１０５上を往復移動することによって、ヘッド１０２は、装置基台１０１に対して主走査方向に往復移動される。なお、ヘッド１０２には、例えばシリコン樹脂等の液体を押圧して液滴状に吐出する液体吐出ヘッド２０（後述する）が１個又は複数個設けられている。
【００２６】
また、装置基台１０１には、ステージ移動機構１０７が支持されている。このステージ移動機構１０７は、副走査方向に延び、且つ、間隔を置いて配置された一対のステージ軸１０８ａ，１０８ｂを含んでいる。一対のステージ軸１０８ａ，１０８ｂには、ステージ１０３が往復移動自在にガイドされている。ステージ１０３の上面には、例えば記録紙等の被吐出物１０９が支持されている。例えばモータ等の駆動源（図示せず）によりステージ１０３が一対のステージ軸１０８ａ，１０８ｂ上を往復移動することによって、ステージ１０３は、装置基台１０１に対して副走査方向に往復移動される。
【００２７】
本実施の形態の液体吐出装置１０では、ヘッド１０２とステージ１０３上の被吐出物１０９とをそれぞれ装置基台１０１に対して相対的に移動させながら、ヘッド１０２から液体を被吐出物１０９に向けて液滴状に吐出する。これにより、被吐出物１０９上に液体がドット状に付着し、例えば被吐出物１０９上に所望のパターン又は薄膜等を形成することができる。
【００２８】
次に、図２〜図６を用いて、本実施の形態の液体吐出ヘッド２０の構成について説明する。図２は、本発明の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの外観を示す斜視図である。図３は、本発明の実施の形態に係る液体吐出ヘッドを分解した状態で示す斜視図である。図４は、図２中のＡ−Ａ線により切断した液体吐出ヘッドの断面図である。図５Ａは、作動部材が伸長状態に保持された状態での、液体吐出ヘッドの構成を示す断面図である。図５Ｂは、作動部材が収縮状態に保持された状態での、液体吐出ヘッドの構成を示す断面図である。図６は、図５Ａ中のＢ−Ｂ線により切断した、吐出される液体が充填され押圧される貯留室の断面図である。
【００２９】
図示の液体吐出ヘッド２０は、ヘッド本体２０１を備えている。ヘッド本体２０１は、相互に組み合わされた保持体２０２及び蓄熱体２０３を有している。
【００３０】
蓄熱体２０３は、上面が開口された箱形状に構成されている。蓄熱体２０３の底部には、第２部材２０６（後述する）の吐出孔２１４を外部に露出させるための開口部２０３ａが設けられている。蓄熱体２０３は、熱伝導性の高い材質、例えば銅やステンレス等で構成されている。蓄熱体２０３の内面には、蓄熱体２０３を加熱するためのヒータ２０４が取り付けられている。ヒータ２０４は、例えば電気ヒータ及びセラミックスヒータ等で構成される。ヒータ２０４からの熱が蓄熱体２０３に伝達されることによって、蓄熱体２０３が所定の温度（例えば、３０〜８０℃）に保たれる。
【００３１】
保持体２０２は、蓄熱体２０３の開口された上面を覆うようにして、蓄熱体２０３の上面に取り付けられている。この保持体２０２には、第１部材２０５（後述する）が挿入される開口部２０２ａが設けられている。保持体２０２は、断熱性及び剛性を有する材質、例えばｐｅｅｋ等の樹脂で構成されている。
【００３２】
上述したヘッド本体２０１には、第１部材２０５、第２部材２０６、弾性部材２０７及び作動部材２０８が設けられている。
【００３３】
第１部材２０５はパイプ状に構成され、その内部には、液体が供給される供給流路２０９が形成されている。第２部材２０６側に位置する第１部材２０５の下端部側は、保持体２０２の開口部２０２ａを通してヘッド本体２０１の内部に延びている。その下端部側に対して第２部材２０６側からより離れる側に位置する第１部材２０５の上端部側は、保持体２０２の開口部２０２ａを通してヘッド本体２０１の外部に延びている。第１部材２０５の内部には、供給流路２０９の下流側端部と連通されたオリフィス状の供給孔２１０が形成されている。供給孔２１０の直径は、供給流路２０９の直径よりも小さく構成されている。供給流路２０９の中心軸線Ｃ０は、供給孔２１０の中心軸線Ｃ１と吐出孔２１４（後述する）の中心軸線Ｃ２との間に配置されている。供給流路２０９の中心軸線Ｃ０及び供給孔２１０の中心軸線Ｃ１は、押圧方向（図５Ａにおいて上下方向）に直交する方向に互いにずれて、且つ、第１部材２０５の押圧方向に対して略平行に延びている。第１部材２０５の第２部材２０６側の下端部には、供給孔２１０と貯留室２１３（後述する）とを相互に接続する供給側凹部２１１が形成されている。供給側凹部２１１は、その断面積が貯留室２１３に向けて漸増するテーパ状に構成されている。供給孔２１０の中心軸線Ｃ１に対する第１部材２０５の供給側凹部２１１の傾斜角度は、例えば約４５度である。
【００３４】
なお、第１部材２０５は、シリコンゴムやフッ素ゴム等の弾性と耐薬品性とを有する部材で構成される弾性部材２０７に対して剛性の高い材質、例えばステンレス鋼で構成されている。第１部材２０５に関する寸法として、例えば、第１部材２０５の外形の直径は約５ｍｍ、オリフィス状の供給孔２１０の直径は約０．１５ｍｍ、供給孔２１０の長さは約１ｍｍ、供給孔２１０に液体を供給する供給流路２０９の直径は約１．５ｍｍ、供給孔２１０と貯留室２１３とを相互に接続する供給側凹部２１１の直径の最大値は約０．５ｍｍに構成されている。
【００３５】
第２部材２０６は、第１部材２０５の下端面と対向するようにして、蓄熱体２０３の底部側に取り付けられている。第２部材２０６の上面には、例えば円形状の貯留室形成用凹部２１２が形成されている。第１部材２０５の下端面と第２部材２０６の貯留室形成用凹部２１２とが協働することによって、液体が貯留される貯留室２１３が形成される。第１部材２０５の下端面（供給側凹部２１１を含む）は、貯留室２１３の上面を規定し、第２部材２０６の貯留室形成用凹部２１２（後述する吐出側凹部２１５を含む）は、貯留室２１３の下面を規定する。第２部材２０６の内部には、貯留室２１３と連通された吐出孔２１４が形成されている。この吐出孔２１４は、蓄熱体２０３の開口部２０３ａを通して外部に露出されている。第２部材２０６の上端部には、吐出孔２１４と貯留室２１３とを相互に接続する吐出側凹部２１５が形成されている。吐出側凹部２１５は、その断面積が貯留室２１３に向けて漸増するテーパ状に構成されている。吐出孔２１４の中心軸線Ｃ２に対する吐出側凹部２１５の傾斜角度は、例えば約４５度である。
【００３６】
なお、第２部材２０６は、吐出孔２１４に充填される液体に熱を伝達させるために熱伝導性の高い材質、例えばステンレス鋼やセラミック材で構成されている。第２部材２０６に関する寸法として、例えば、吐出孔２１４の直径は約０．１５ｍｍ、吐出孔２１４の長さは０．０３〜０．５ｍｍ、吐出孔２１４と貯留室２１３とを相互に接続する吐出側凹部２１５の直径の最大値は約１ｍｍに構成されている。
【００３７】
また、貯留室２１３の直径は、第１部材２０５の供給側凹部２１１の直径の最大値及び第２部材２０６の吐出側凹部２１５の直径の最大値よりも大きく構成されている。
【００３８】
弾性部材２０７は、薄い板状、且つ、ＸＹ平面視でリング状に構成されている。この弾性部材２０７は、第１部材２０５と第２部材２０６との間に配置されている。弾性部材２０７は、上述のように弾性変形可能な材料、例えばフッ素ゴム及びシリコンゴム等で構成される。この弾性部材２０７は、貯留室形成用凹部２１２の外周部に配置されることによって、押圧方向に直交する方向である貯留室２１３の外周部を規定する。図６に示すように、第１部材２０５が貯留室２１３に向かって押圧動作する押圧方向である第１部材２０５の変位方向（図４において上下方向）における貯留室２１３の断面形状は、円形状で構成されている。後述するように、弾性部材２０７が第１部材２０５により第２部材２０６側に押圧されて弾性変形された際には、弾性部材２０７の径方向外側への弾性変形が貯留室形成用凹部２１２の外周部によって規制される。なお、この弾性部材２０７は、第１部材２０５と第２部材２０６との合わせ面からの液漏れを防止するシール機能をも有している。弾性部材２０７の寸法として、例えば、厚みｔは０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ、外径は５．２〜７ｍｍ、内径は０．２〜４．８ｍｍに構成されている。
【００３９】
供給孔２１０は、押圧方向に直交する方向の弾性部材２０７の内側の面における貯留室２１３の一端側に連通され、吐出孔２１４は、押圧方向に直交する方向の弾性部材２０７の内側の面における貯留室２１３の他端側に連通されている。吐出孔２１４の中心軸線Ｃ２は、供給孔２１０の中心軸線Ｃ１からずれた位置に配置されている。また、供給孔２１０の中心軸線Ｃ１及び吐出孔２１４の中心軸線Ｃ２はそれぞれ、第１部材２０５の押圧方向に対して略平行に延びている。供給孔２１０の中心軸線Ｃ１と吐出孔２１４の中心軸線Ｃ２との配置間隔は、例えば１．０〜３．６ｍｍに構成されている。
【００４０】
作動部材２０８は、例えば積層型の圧電素子で構成されたアクチュエータである。作動部材２０８の中央部には貫通孔が設けられ、この貫通孔には第１部材２０５が挿入されている。これにより、作動部材２０８は、第１部材２０５の周囲を取り囲むようにして、ヘッド本体２０１の内部に配設されている。作動部材２０８の上端部は、第１部材２０５の外周面に接着剤等により固定されている。作動部材２０８の下端部は、第２部材２０６の上面に弾性部材２０７の一部を介して接触されている。作動部材２０８の上端部と保持体２０２の下面との間には皿ばね２１６が配置されており、この皿ばね２１６の付勢力によって、作動部材２０８の下端部が第２部材２０６の上面に押し当てられる。
【００４１】
作動部材２０８の外周部には、電極２１７が配設されている。電極２１７に電圧が印加されたときには、図５Ａに示すように、作動部材２０８は、Ｚ軸方向に伸長される伸長状態に保持される。このとき、第１部材２０５は、第２部材２０６から離隔する押圧方向（変位方向）に変位される。電極２１７への電圧の印加が解除されたときには、図５Ｂに示すように、作動部材２０８は、Ｚ軸方向に収縮される収縮状態に保持される。このとき、第１部材２０５は、押圧方向における第２部材２０６に近接する方向に変位（収縮）される。なお、作動部材２０８が伸長又は収縮した際の、第１部材２０５の押圧方向における変位量は、例えば７〜１５μｍである。
【００４２】
本実施の形態の液体吐出装置１０は、さらに、液体吐出ヘッド２０に液体を供給する供給部１１０と、作動部材２０８の動作を制御する作動制御部１１１と、を備えている。
【００４３】
供給部１１０は、図４に示すように、シリンジ１１２及びプランジャ１１３を備えている。シリンジ１１２は筒状の容器であり、その内部には、プランジャ１１３が摺動自在に設けられている。このプランジャ１１３によって、シリンジ１１２の内部は、液体が充填された液体室１１４と、空気が密閉された圧力調整室１１５とに区画されている。液体室１１４には、液体供給源１１６より供給された液体が充填される。圧力調整室１１５には、エアーコンプレッサ１１７より供給された圧縮空気が充填される。シリンジ１１２の先端部は、接続チューブ（図示せず）を介して第１部材２０５の上端部に接続されている。これにより、シリンジ１１２の液体室１１４は、接続チューブを介して第１部材２０５の供給流路２０９と連通されている。
【００４４】
なお、図４では、シリンジ１１２は、液体吐出ヘッド２０より高い位置に配置されているが、液体吐出ヘッド２０より低い位置に配置されていてもよい。これにより、供給部１１０からの液体吐出ヘッド２０への液体の大気圧以上での加圧供給が容易となる。
【００４５】
圧力調整室１１５に供給された圧縮空気の圧力によって、プランジャ１１３がシリンジ１１２内を液体室１１４側に摺動される。これにより、液体室１１４内の液体がプランジャ１１３によって加圧され、その圧力は大気圧よりも大きい一定の圧力となる。このように大気圧以上の圧力を有する液体は、第１部材２０５の供給流路２０９を通して貯留室２１３に供給される。
【００４６】
なお、液体吐出ヘッド２０の貯留室２１３及び吐出孔２１４等に供給部１１０が液体を加圧して供給するタイミングの制御は、図示しない供給制御部により行われる。また、液体吐出ヘッド２０の吐出サイクルが比較的遅い場合には、上述の液体供給により貯留室２１３及び吐出孔２１４等に液体が充填されれば、吐出毎に、液体吐出ヘッド２０への供給部１１０からの加圧した液体の供給は必ずしも行わなくてもよい。
【００４７】
作動制御部１１１は、電極２１７に印加する電圧を制御する。液体吐出ヘッド２０から液体を吐出するときには、作動制御部１１１は、電極２１７に印加された電圧を解除する。液体吐出ヘッド２０から液体を吐出しないときには、作動制御部１１１は、電極２１７に電圧を印加する。従って、作動制御部１１１が所定のサイクルで電極２１７に対する電圧の印加と解除とを繰り返すことにより、液体吐出ヘッド２０からの液体の吐出が上記所定のサイクルで行われる。
【００４８】
次に、本実施の形態の液体吐出ヘッド２０による液体吐出方法について説明する。図５Ａに示すように、液体の吐出直前の状態では、貯留室２１３には液体が充填されている。この液体の圧力は、上述したように、供給部１１０によって大気圧以上に加圧されている。また、電極２１７には電圧が印加され、作動部材２０８は、皿ばね２１６の付勢力に抗して伸長状態に保持されている。この状態では、第１部材２０５は、第２部材２０６に対して押圧方向に離隔する方向に変位される。これにより、第１部材２０５による弾性部材２０７の押圧が解除されている。
【００４９】
液体の吐出直前の状態では、さらに、ヒータ２０４によって蓄熱体２０３が所定の温度（例えば、３０〜８０℃）まで加熱される。蓄熱体２０３の熱は、第２部材２０６を介して吐出孔２１４の近傍に充填された液体に伝達される。これにより、吐出孔２１４の近傍に充填された液体の温度が上昇して所定の温度に保たれ、相対的に液体の粘度が低下されて液体の粘度が安定し、粘度を一定に保つことによりメニスカスの形状（即ち、吐出孔２１４内の液体の表面によって形成される凸状又は凹状の曲面形状）をよりスムーズに安定させることができる。なお、後述する液体吐出ステップ及び液体供給ステップにおいても、ヒータ２０４によって蓄熱体２０３の温度が上記所定の温度に保たれる。
【００５０】
上述した状態より、液体吐出ヘッド２０から液体を吐出する際には、作動制御部１１１は、電極２１７に電圧を印加する。図５Ｂに示すように、作動部材２０８が伸長状態から収縮状態に変位されることにより、第１部材２０５は、第２部材２０６に対して近接する押圧方向（変位方向）に変位（例えば、７〜１５μｍ）される。この状態では、弾性部材２０７は、第１部材２０５により第２部材２０６側に押圧されて弾性変形され、第１部材２０５は、貯留室２１３内の液体を押圧する。これにより、貯留室２１３の容積が減少するので、貯留室２１３内の液体に圧力が加わり、貯留室２１３内の液体が吐出孔２１４より液滴状に吐出される（液体吐出ステップ）。
【００５１】
本実施の形態では、例えば粘度が５〜６Ｐａ・ｓの液体であっても、吐出孔２１４より吐出される液体の量は２０ｎｌ／滴とすることが可能となる。また、本実施の形態の構成により、表面張力６３．１ｍＮ／ｍである充填性が低く吐出が難しいグリセリンであっても、良好に液体吐出ヘッド２０の貯留室２１３に充填することができ、安定した吐出が可能となった。なお、液体吐出ヘッド２０の各構成要素の寸法等を変更することによって、吐出孔２１４より吐出される液体の量を用途に応じて設定することができる。例えば、第１部材２０５の直径が約９ｍｍ、作動部材２０８が伸長又は収縮する際の第１部材２０５の変位量が１０．５〜２２．５μｍである場合には、吐出孔２１４より吐出される液体の量は２００ｎｌ／滴とすることが可能となる。
【００５２】
液体の吐出が完了した際には、作動制御部１１１によって電極２１７へ電圧が印加されることにより、図５Ａに示すように、作動部材２０８が収縮状態から伸長状態に変位される。これにより、第１部材２０５が第２部材２０６に対して離隔する押圧方向（変位方向）に変位され、第１部材２０５による弾性部材２０７の押圧が解除される。弾性部材２０７の弾性変形が復元されることにより、貯留室２１３の容積が増大する。これにより、貯留室２１３内の液体に作用する圧力が低下し、供給流路２０９内の液体が供給孔２１０を通して貯留室２１３に供給される（液体供給ステップ）。
【００５３】
上述した液体吐出ステップ及び液体供給ステップが交互に繰り返し行われることによって、液体吐出ヘッド２０の吐出孔２１４から液体が被吐出物１０９に向けて液滴状に吐出される。これにより、液体が被吐出物１０９上にドット状に付着し、例えば被吐出物１０９上に所望のパターン又は薄膜等を形成することができる。
【００５４】
本実施の形態の液体吐出ヘッド２０では、次のような効果が得られる。弾性部材２０７の厚みｔを縮小するとともに、弾性部材２０７の押圧方向に直交する方向の内径を増大することによって、貯留室２１３の容積を抑制することができる。これにより、弾性部材２０７を反応良く弾性変形させることができ、高粘度の液体を反応良く吐出することができる。
【００５５】
さらに、本実施の形態の液体吐出ヘッド２０では、供給孔２１０は押圧方向に直交する方向の貯留室２１３の一端側に連通され、吐出孔２１４は押圧方向に直交する方向の貯留室２１３の他端側に連通されている。供給孔２１０の中心軸線は、吐出孔２１４の中心軸線からずれた位置に配置されている。このような構成によって、供給孔２１０より貯留室２１３に供給された液体は、図６に示すように、押圧方向に直交する方向の貯留室２１３の一端側から他端側に向けて流れる。これにより、液体は、貯留室２１３内の空気を吐出孔２１４に押しやりながら流れるので、貯留室２１３内に空気溜まりが生じるのが抑制され、効率的に貯留室２１３内における液体の充填性を高めることができる。
【００５６】
従って、本実施の形態の液体吐出ヘッド２０では、高粘度の液体を反応良く吐出することができるとともに、貯留室２１３内における液体の充填性を高めることができるという、２つの効果を同時に得ることができる。
【００５７】
また、貯留室２１３の押圧方向の断面形状が円形状等であり、貯留室２１３内を液体が流れる断面積を大きくすることができるので、図６において実線で示すように、液体が貯留室２１３の外周部に沿って澱みなく流れるようになる。これにより、貯留室２１３内を流れる液体に作用する抵抗の大きさを低減し、貯留室２１３や吐出孔２１４への充填性をより向上させることができる。
【００５８】
（比較例）
ここで、上述した実施の形態の液体吐出装置１０の優れた効果について理解を容易にするために、以下のような２つの比較例について説明する。
【００５９】
図８は、比較例１による液体吐出ヘッドの構成の一部を示す断面図である。図８において、図７に示す液体吐出装置５０と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。図示の液体吐出ヘッド５０Ａでは、図７に示す液体吐出ヘッド５０に比べて、弾性部材５０４Ａの厚みが小さく構成されるとともに、弾性部材５０４Ａの内径が小さく構成されている。これにより、貯留室５０３Ａの容積を小さくすることができる。しかしながら、このような構成では、弾性部材５０４Ａの押圧方向に直交する方向である貯留室５０３Ａの内側方向への変形量が小さくなり、液体の圧力上昇が低下する。そのため、この比較例１による液体吐出ヘッド５０Ａでは、高粘度の液体を反応良く吐出することが難しい。
【００６０】
図９は、比較例２による液体吐出ヘッドの構成の一部を示す断面図である。図９において、図７に示す液体吐出装置５０と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。図示の液体吐出ヘッド５０Ｂでは、図７に示す液体吐出ヘッド５０に比べて、弾性部材５０４Ｂの厚みが小さく構成されるとともに、弾性部材５０４Ｂの内径が増大されている。これにより、第１部材５０１Ａによって押圧されることによる貯留室５０３Ｂの容積を抑制し、貯留室５０３Ｂの受圧面面積及び弾性部材５０４Ｂによる内側方向への変形容積を大きくすることができ、液体の圧力上昇を大きくすることができる。しかしながら、このような構成では、貯留室５０３Ｂの形状は、供給孔５０５の中心軸線Ｃ１を中心として円形状等に大きく広がった形状となるため、供給孔５０５より液体を貯留室５０３Ｂ内に供給する際に、空気溜まりや液体のよどみ領域が生じやすくなり、効率的に液体を貯留室５０３Ｂの全域に充填させることが困難となる。
【００６１】
以上、本発明の液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。この実施の形態に対して当業者が思い付く変形を施して得られる形態も本発明に含まれる。
【００６２】
上記実施の形態では、第１部材２０５の押圧方向（変位方向）における貯留室２１３の断面形状を円形状に構成したが、これを楕円形状に構成することもできる。貯留室２１３の断面形状を楕円形状に構成した場合であっても、上述と同様の効果を得ることができる。なお、本明細書において、「円形状」には、真円を僅かに変形した円が含まれ、「楕円形状」には、長円や、押圧方向に直交する方向の貯留室２１３の一端側及び他端側の一部を円弧状として一端側と他端側とを押圧方向における貯留室２１３の厚みに比べて大きい流路で継いだ長円状の形状（長穴状、ひし形、ひとみ形状等）が含まれる。
【００６３】
また、上記実施の形態では、供給孔２１０は第１部材２０５の内部に設けられ、吐出孔２１４は第２部材２０６の内部に設けられているが、供給孔２１０を第１部材２０５の外部に設け、吐出孔２１４を第２部材２０６の外部に設けることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、各種のデバイスの製造過程において、種々のパターン及び薄膜を形成するための液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出方法として適用することができる。また、本発明は、例えば発光ダイオードの製造過程において、固形の蛍光体が分散された液体を発光ダイオードの発光部に吐出することにより、青色発光ダイオードから白色光を発光させる膜を形成するための液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出方法としても適用することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１０  液体吐出装置
２０，５０，５０Ａ，５０Ｂ  液体吐出ヘッド
１０１  装置基台
１０２  ヘッド
１０３  ステージ
１０４  ヘッド移動機構
１０５  キャリッジ軸
１０６  キャリッジ
１０７  ステージ移動機構
１０８ａ，１０８ｂ  ステージ軸
１０９  被吐出物
１１０  供給部
１１１  作動制御部
１１２  シリンジ
１１３  プランジャ
１１４  液体室
１１５  圧力調整室
１１６  液体供給源
１１７  エアーコンプレッサ
２０１  ヘッド本体
２０２  保持体
２０３  蓄熱体
２０４  ヒータ
２０５，５０１，５０１Ａ  第１部材
２０６，５０２，５０２Ｂ  第２部材
２０７，５０４，５０４Ａ，５０４Ｂ  弾性部材
２０８，５０７  作動部材
２０９  供給流路
２１０，５０５  供給孔
２１１  供給側凹部
２１２  貯留室形成用凹部
２１３，５０３，５０３Ａ，５０３Ｂ  貯留室
２１４，５０６  吐出孔
２１５  吐出側凹部
２１６  皿ばね
２１７  電極
Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２  中心軸線
【図１】
2013132634.tif 000003
【図２】
2013132634.tif 000004
【図３】
2013132634.tif 000005
【図４】
2013132634.tif 000006
【図５Ａ】
2013132634.tif 000007
【図５Ｂ】
2013132634.tif 000008
【図６】
2013132634.tif 000009
【図７】
2013132634.tif 000010
【図８】
2013132634.tif 000011
【図９】
2013132634.tif 000012