(57)【要約】【課題】液滴の着弾位置精度及び液体充填時の泡抜け性を向上させることができる液滴噴射ヘッドを提供する。【解決手段】液滴噴射ヘッド１において、液体が流れるメイン流路５ｂと、液体を収容する複数の液室５ａと、複数の液室５ａの各々の容積を変化させる複数の噴射用の圧電素子３ａと、メイン流路５ｂと複数の液室５ａとをそれぞれ連通する複数の制限流路５ｃと、複数の制限流路５ｃを開閉する開閉機構６とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が流れるメイン流路と、
前記液体を収容する複数の液室と、
前記複数の液室の各々の容積を変化させる複数の噴射用の圧電素子と、
前記メイン流路と前記複数の液室とをそれぞれ連通する複数の制限流路と、
前記複数の制限流路を開閉する開閉機構と、
を備えることを特徴とする液滴噴射ヘッド。
【請求項２】
前記開閉機構は、
前記複数の制限流路を開閉するように移動可能に設けられた板部材と、
前記板部材を移動させる開閉用の圧電素子と、
を具備していることを特徴とする請求項１記載の液滴噴射ヘッド。
【請求項３】
前記メイン流路は溝状に形成されており、
前記板部材は、前記メイン流路を覆うように設けられて前記メイン流路の壁面を形成し、前記メイン流路に対して反対方向に凸状になるように形成されていることを特徴とする請求項２記載の液滴噴射ヘッド。
【請求項４】
前記メイン流路及び前記複数の制限流路は溝状に形成されており、
前記板部材は、前記メイン流路及び前記複数の制限流路を覆うように設けられ、前記メイン流路の壁面及び前記複数の制限流路の壁面を形成しており、
前記開閉用の圧電素子は前記板部材の前記メイン流路側と反対側に設けられていることを特徴とする請求項２記載の液滴噴射ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を噴射する液滴噴射ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴噴射装置は、画像情報の印刷のほか、液晶表示装置、有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示装置、電子放出表示装置、プラズマ表示装置及び電気泳動表示装置等の様々な平面型表示装置を製造する際、例えば、カラーフィルタやブラックマトリクス、導電膜等の形成工程に用いられている。この液滴噴射装置は、複数のノズルからインク等の液体を液滴として噴射する液滴噴射ヘッド（例えば、インクジェットヘッド）を備えており、その液滴噴射ヘッドにより塗布対象物に液滴を着弾させ、所定パターンのドット列を順次形成し、様々な塗布体を製造する。
【０００３】
液滴噴射ヘッドは、複数の圧電素子（例えば、ピエゾ素子）により、液体を収容する複数の液室の各々の容積を変化させ、それらの液室内の液体を各ノズルからそれぞれ噴射する。この液滴噴射ヘッドは、各液室及びメイン流路（主流路）を有する液室プレート（中間プレート）と、それらの液室にそれぞれ連通する複数のノズル（液体流路）を有するノズルプレートとを備えている（例えば、特許文献１参照）。各液室とメイン流路とは、それぞれリストリクタ等の制限流路により接続されている。この制限流路は、その開口面積が狭く形成されており、圧電素子の駆動を要因とするクロストークや液室からメイン流路への液体の逆流を制限する。
【特許文献１】特開２００５−２７０７４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述の制限流路は常時開口している状態であり、その開口面積は固定されているため、圧電素子の駆動を要因とするクロストークにより液滴の着弾位置精度が低下してしまう。さらに、制限流路の開口面積はそのクロストークや液室からメイン流路への液体の逆流を防止するために狭く設定されているので、液体充填時の泡抜け性が低下してしまう。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、液滴の着弾位置精度及び液体充填時の泡抜け性を向上させることができる液滴噴射ヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施の形態に係る特徴は、液滴噴射ヘッドにおいて、液体が流れるメイン流路と、液体を収容する複数の液室と、複数の液室の各々の容積を変化させる複数の噴射用の圧電素子と、メイン流路と複数の液室とをそれぞれ連通する複数の制限流路と、複数の制限流路を開閉する開閉機構とを備えることである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、液滴の着弾位置精度及び液体充填時の泡抜け性を向上させることができる液滴噴射ヘッドを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施の一形態について図面を参照して説明する。
【０００９】
図１乃至図４に示すように、本発明の実施の形態に係る液滴噴射ヘッド１は、本体ベースとなるベース部材２と、そのベース部材２の内部に設けられ複数の噴射用の圧電素子３ａを保持する保持部材３と、それらの圧電素子３ａにより振動する振動プレート（ダイヤフラムプレート）４と、その振動プレート４により容積が変化する複数の液室５ａ及びその液室５ａにインク等の液体を供給するためのメイン流路５ｂを有する液室プレート５と、各液室５ａとメイン流路５ｂとをそれぞれ連通する複数の制限流路５ｃを開閉する開閉機構６と、各液室５ａにそれぞれ連通する複数の液体流路７ａを有するノズルプレート７と、各液室５ａにそれぞれ対応する複数のオリフィス８ａを有するオリフィスプレート８と、そのオリフィスプレート８を露出させる開口部９ａを有してノズルプレート７を覆うホルダプレート９と、そのホルダプレート９とノズルプレート７との間に設けられた緩衝部材１０と、ベース部材２、振動プレート４、液室プレート５及びホルダプレート９を締結する複数のネジ１１とを備えている。
【００１０】
ベース部材２は、例えばステンレス等の金属材料により形成されている。このベース部材２には、各圧電素子３ａが挿入される挿入口２ａ及び各ネジ１１がそれぞれ挿入される複数のネジ穴Ｎ１が形成されている。挿入口２ａは、例えば長方形状に形成されており、ベース部材２の表面の略中央に設けられている。また、各ネジ穴Ｎ１は、ベース部材２の周縁部にそれぞれ設けられている。これらのネジ穴Ｎ１の内部には、例えば雌ネジのネジ溝が形成されている。
【００１１】
保持部材３は、ベース部材２と同様に、例えばステンレス等の金属材料により形成されている。この保持部材３には、噴射用の各圧電素子３ａが二列に並べて千鳥配列されて設けられている。これらの圧電素子３ａは、それぞれの先端が振動プレート４に接触するようにベース部材２の挿入口２ａに挿入され、保持部材３と共にベース部材２の内部に設けられている。なお、各圧電素子３ａの先端部は、振動プレート４に接着固定されている。これらの圧電素子３ａには、電圧印加用の配線がそれぞれ接続されており、各圧電素子３ａに電圧が印加されると、各圧電素子３ａの伸縮により振動プレート４は振動する。
【００１２】
振動プレート４には、各ネジ１１がそれぞれ挿入される複数のネジ穴Ｎ２が形成されている。これらのネジ穴Ｎ２は、振動プレート４をそれぞれ貫通する貫通孔であり、振動プレート４の周縁部に設けられている。なお、ネジ穴Ｎ２は、ネジ穴Ｎ１と同一直線上に位置付けて形成されている。振動プレート４は、各圧電素子３ａの伸縮により変形し、液室プレート５の各液室５ａの容積を各々増減させる。これにより、各液室５ａ内の液体が液体流路７ａを介して各オリフィス８ａから液滴として噴射される。
【００１３】
液室プレート５は、例えば金属やセラミック等の材料により形成されている。この液室プレート５には、インク等の液体をそれぞれ収容する各液室５ａ、それらの液室５ａに連通するマニホールド等のメイン流路５ｂ、各液室５ａとメイン流路５ｂとをそれぞれ連通する各制限流路５ｃ及び各ネジ１１がそれぞれ挿入される複数のネジ穴Ｎ３が形成されている。メイン流路５ｂは液室プレート５の略中央に直線の溝状に形成されている。各制限流路５ｃも直線の溝状に形成されており、メイン流路５ｂから各液室５ａに向けてそれぞれ枝状に伸びている。各液室５ａはメイン流路５ｂから供給される液体を収容する収容部であり、メイン流路５ｂを挟むように二列に並べてそれぞれ設けられている。これらの液室５ａの内壁（壁面）の一部は、振動プレート４により形成されている。メイン流路５ｂには、外部の液体タンクからチューブ等の供給径路（図示せず）を介して液体が供給され、各液室５ａには、メイン流路５ｂから各制限流路５ｃを介して液体が供給される。各ネジ穴Ｎ３は、液室プレート５をそれぞれ貫通する貫通孔であり、液室プレート５の周縁部に設けられている。なお、ネジ穴Ｎ３は、ネジ穴Ｎ１と同一直線上に位置付けて形成されている。
【００１４】
開閉機構６は、各制限流路５ｃを開閉するように移動可能に設けられた板部材６ａと、その板部材６ａを移動させる開閉用の圧電素子６ｂとを具備している。板部材６ａは、各制限流路５ｃにそれぞれ対応する複数の開閉部Ｋを有している（図４参照）。この板部材６ａはメイン流路５ｂ及び各制限流路５ｃを覆うように設けられ、メイン流路５ｂの壁面及び各制限流路５ｃの壁面を形成している。板部材６ａは、開閉用の圧電素子６ｂにより制限流路５ｃを開閉する方向（図２及び図３中の上下方向）に変形して移動する。図２は板部材６ａが開いた開状態を示し、図３は板部材６ａが閉じた閉状態を示す。加えて、板部材６ａは、メイン流路５ｂに対して反対方向に凸状になるように形成されている。したがって、板部材６ａは、気泡を捕捉（トラップ）する捕捉空間Ｓを有している（図２及び図３参照）。この捕捉空間Ｓは気泡溜まりとして機能し、メイン流路５ｂで発生した気泡や他からメイン流路５ｂに侵入した気泡等が液室５ａ内に移動してしまうことを防止することができる。なお、板部材６ａは可撓性を有する材料、例えばステンレス（ＳＵＳ）等の材料により形成されている。開閉用の圧電素子６ｂは板部材６ａのメイン流路５ｂ側と反対側に設けられている。この開閉用の圧電素子６ｂは、板部材６ａを変形させて制限流路５ｃを開閉する方向（図２及び図３中の上下方向）に板部材６ａを移動させるアクチュエータである。この開閉用の圧電素子６ｂとしては、例えばピエゾ素子（ＰＺＴ）等を用いる。なお、開閉用の圧電素子６ｂは、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術等の半導体の微細加工技術を用いて、例えばシリコン等の材料により形成されている。このような開閉用の圧電素子６ｂには、電圧印加用の配線が接続されており、その圧電素子６ｂに電圧が印加されると、圧電素子６ｂの伸縮により板部材６ａは変形する（図２及び図３参照）。
【００１５】
この開閉機構６は、制御部（図示せず）による制御に応じて、開閉用の圧電素子６ｂを駆動し、各制限流路５ｃを開状態及び閉状態のどちらか一方の状態にする。例えば、開閉機構６は、インク等の液体を液滴噴射ヘッド１内、すなわち各液室５ａ内に充填する場合、各制限流路５ｃを開状態にする。一方、開閉機構６は、液滴噴射動作を行う場合、各制限流路５ｃを閉状態にする。ここで、各制限流路５ｃが開状態となると、気泡がメイン流路５ｂ内に存在する場合でも、その気泡は液体充填によりメイン流路５ｂから制限流路５ｃを介して液室５ａに移動し、オリフィス８ａから液滴噴射ヘッド１外に抜け出る。なお、開状態における各制限流路５ｃの各々の開口面積は、メイン流路５ｂから各液室５ａに気泡が抜け出しやすい面積（従来の開口面積より大きい面積）に設定されている。一方、各制限流路５ｃが閉状態となると、各液室５ａとメイン流路５ｂとの接続が断たれるため、圧電素子３ａの駆動によるクロストーク（干渉）が防止される。
【００１６】
ノズルプレート７は、例えばガラス、セラミック又は樹脂等の材料により形成されている。あいるは、ノズルプレート７は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術等の半導体の微細加工技術を用いて、例えばシリコン等の材料により形成されている。このノズルプレート７は、ホルダプレート９の開口部９ａから突出するように形成されている。すなわち、ノズルプレート７には、ホルダプレート９の開口部９ａに挿入される凸部７ｂが設けられている。また、ノズルプレート７には、各オリフィス８ａと各液室５ａとをそれぞれ連通する複数の液体流路７ａが設けられている。なお、これらの液体流路７ａはノズルとして機能する。
【００１７】
オリフィスプレート８は、例えばステンレスやＳｉ等の材料により形成されている。このオリフィスプレート８には、各オリフィス８ａが、各圧電素子３ａが並ぶ列方向に例えば一列状に設けられている。これらのオリフィス８ａはノズル口として機能し、各オリフィス８ａからそれぞれ液滴が噴射される。オリフィスプレート８は、各オリフィス８ａが対応する液体流路７ａに連通するようにノズルプレート７の凸部７ｂ上に設けられている。
【００１８】
ホルダプレート９は、ノズルプレート７よりも圧縮強度が高くなる材料、例えば金属等の材料により形成されている。このホルダプレート９には、オリフィスプレート８が露出するように形成された開口部９ａ及び各ネジ１１がそれぞれ挿入される複数のネジ穴Ｎ４が形成されている。開口部９ａは、ホルダプレート９の略中央に設けられており、オリフィスプレート８を露出させる形状、例えば長方形状に形成されている。また、各ネジ穴Ｎ４は、ホルダプレート９をそれぞれ貫通する貫通孔であり、ホルダプレート９の周縁部に設けられている。これらのネジ穴Ｎ４は、例えば座グリ加工により形成されている。なお、ネジ穴Ｎ４は、ネジ穴Ｎ１と同一直線上に位置付けて形成されている。
【００１９】
緩衝部材１０は、例えば環状に形成されており、ノズルプレート７の凸部７ｂの周囲に設けられている。この緩衝部材１０は、ノズルプレート７とホルダプレート９との当接を防止している。この緩衝部材１０としては、例えば弾性部材等を用いる。弾性部材の材料としては、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン：四フッ化エチレン樹脂）やシリコーン、カルレッツ等を用いる。
【００２０】
各ネジ１１は、例えば棒状に形成されており、各ネジ穴Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４にそれぞれ挿入されている。これらのネジ１１は、ベース部材２に対して振動プレート４、液室プレート５及びホルダプレート９を固定する。このとき、ノズルプレート７も、液室プレート５及びホルダプレート９により挟持されて固定される。各ネジ１１には、例えば雄ネジのネジ溝が形成されている。この各ネジ１１により、ベース部材２、振動プレート４、液室プレート５及びホルダプレート９が締結されている。
【００２１】
次に、前述の液滴噴射ヘッド１の液体充填動作及び液滴噴射動作について説明する。
【００２２】
液体充填動作では、電圧が開閉用の圧電素子６ｂに印加されておらず、各制限流路５ｃは開状態となっている（図２参照）。この開状態で、液滴噴射ヘッド１に液体が充填される。液体はメイン流路５ｂから各液室５ａに各制限流路５ｃを介して流れ込み、各液体流路７ａを介して各オリフィス８ａまで到達する。このとき、気泡がメイン流路５ｂ内に存在する場合でも、その気泡は液体充填によりメイン流路５ｂから制限流路５ｃを介して液室５ａに移動し、オリフィス８ａから液滴噴射ヘッド１外に抜け出る。このように各制限流路５は気泡が通過しやすい開口面積の開状態になり、気泡がメイン流路５ｂ内の気泡は液室５ａ内に移動しやすくなるので、液体充填時の泡抜け性が向上する。
【００２３】
液滴噴射動作では、電圧が噴射用の各圧電素子３ａにそれぞれ印加されると（印加電圧オン）、各圧電素子３ａが縮み、振動プレート４を変形させて、対応する液室５ａの容積を増大させる。このとき、容積が増大した液室５ａには、メイン流路５ｂから液体が補充される。次いで、電圧が開閉用の圧電素子６ｂに印加されると、板部材６ａは変形し、各制限流路５ｃを閉状態にする（図３参照）。その後、電圧が噴射用の各圧電素子３ａに印加されなくなると（印加電圧オフ）、振動プレート４が元の形状に復帰し、対応する液室５ａの容積も元に戻る。このとき、液室５ａ内の液体が圧迫され、その液体が液体流路７ａを介してオリフィス８ａから液滴として噴射される。噴射後、電圧が開閉用の圧電素子６ｂに印加されなくなると、板部材６ａは元の形状に復帰し、各制限流路５ｃを開状態にする（図２参照）。この液滴噴射動作中、各制限流路５ｃが閉状態となると、各液室５ａとメイン流路５ｂとの接続が断たれるので、圧電素子３ａの駆動によるクロストーク（干渉）が防止される。これにより、液滴の着弾位置精度が向上する。
【００２４】
また、前述の液滴充填動作後や液滴噴射動作中等、気泡がメイン流路５ｂで発生した場合や他からメイン流路５ｂに侵入した場合でも、その気泡は板部材６ａの捕捉空間Ｓに溜まることになるので、その気泡がメイン流路５ｂから制限流路５ｃを介して液室５ａ内に移動してしまうことを防止することが可能になる。これにより、気泡を要因する不噴射や噴射量不足、液滴の着弾位置精度の低下等を防止することができる。
【００２５】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、各液室５ａとメイン流路５ｂとをそれぞれ連通する各制限流路５ｃを開閉する開閉機構６を設けることによって、各制限流路５ｃが常時開口していることがなくなり、必要に応じて各制限流路５ｃを開閉することが可能になる。したがって、液体充填を行う場合には、各制限流路５ｃを開状態にして液体充填を行うことが可能になり、メイン流路５ｂ内に存在する気泡はメイン流路５ｂから制限流路５ｃを介して液室５ａに容易に移動し、オリフィス８ａから液滴噴射ヘッド１外に抜け出るので、液体充填時の泡抜け性を向上させることができる。さらに、液滴噴射を行う場合には、各制限流路５ｃを閉状態にして液滴噴射を行うことが可能になり、噴射時に各液室５ａとメイン流路５ｂとの接続が断たれ、圧電素子３ａの駆動によるクロストーク（干渉）が防止されるので、液滴の着弾位置精度を向上させることができる。
【００２６】
また、開閉機構６は、各制限流路５ｃを開閉するように移動可能に設けられた板部材６ａと、その板部材６ａを移動させる開閉用の圧電素子６ｂとを具備していることから、簡略な構成により開閉機構６を構築することができ、さらに、開閉用の圧電素子６ｂに電圧を印加する制御を行えばよく、開閉機構６の制御を容易にすることができる。
【００２７】
さらに、メイン流路５ｂは溝状に形成されており、板部材６ａはメイン流路５ｂを覆うように設けられてメイン流路５ｂの壁面を形成し、そのメイン流路５ｂに対して反対方向に凸状になるように形成されていることから、板部材６ａは、発生した気泡を捕捉する捕捉空間Ｓを有することになり、メイン流路５ｂで発生した気泡や他から侵入した気泡等が液室５ａ内に移動してしまうことを防止することが可能になる。これにより、気泡が要因となる不噴射や噴射量不足、液滴の着弾位置精度の低下等を防止することができる。なお、捕捉空間Ｓは、気泡に加えて、液体内に浮遊するゴミ等も捕捉可能である。
【００２８】
加えて、メイン流路５ｂ及び各制限流路５ｃは溝状に形成されており、板部材６ａは、メイン流路５ｂ及び各制限流路５ｃを覆うように設けられ、メイン流路５ｂの壁面及び各制限流路５ｃの壁面を形成しており、開閉用の圧電素子６ｂは板部材６ａのメイン流路５ｂ側と反対側に設けられていることから、容易に開閉機構６を構築することができる。
【００２９】
また、前述の液滴噴射ヘッド１と、この液滴噴射ヘッド１を保持すると共に液滴噴射ヘッド１にインク等の液体を供給する本体とを用いて液滴噴射装置を構成することによって、液体充填時の泡抜け性及び液滴の着弾位置精度を向上させることが可能であり、その結果、信頼性が高い液滴噴射装置を得ることができる。
【００３０】
（他の実施の形態）
なお、本発明は、前述の実施の形態に限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。
【００３１】
例えば、前述の実施の形態においては、開閉機構６を板部材６ａ及び開閉用の圧電素子６ｂにより構成しているが、これに限るものではない。
【００３２】
また、前述の実施の形態においては、ネジ１１によりベース部材２と液室プレート５との間に振動プレート４を固定しているが、これに限るものではなく、例えば、ネジ１１に加え、接着剤によりベース部材２と液室プレート５との間に振動プレート４を接着固定するようにしてもよい。
【００３３】
さらに、前述の実施の形態においては、緩衝部材１０を環状に形成し、ノズルプレート７上に１つの緩衝部材１０を設けているが、これに限るものではなく、例えば、緩衝部材１０を長方体形状や円板形状に形成し、ノズルプレート７上に複数の緩衝部材１０を設けるようにしてもよい。
【００３４】
最後に、前述の実施の形態においては、ネジ穴Ｎ４の内部に雌ネジのネジ溝を形成していないが、これに限るものではなく、例えば、ネジ穴Ｎ４の内部に雌ネジのネジ溝を形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の一形態に係る液滴噴射ヘッドの概略構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す液滴噴射ヘッドが備える板部材の開状態を示す拡大図である。
【図３】図１に示す液滴噴射ヘッドが備える板部材の閉状態を示す拡大図である。
【図４】図１に示す液滴噴射ヘッドの一部を分解して示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…液滴噴射ヘッド、３ａ…噴射用の圧電素子、５ａ…液室、５ｂ…メイン流路、５ｃ…制限流路、６…開閉機構、６ａ…板部材、６ｂ…開閉用の圧電素子
【図１】
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【図２】
2009078396.tif 000004
【図３】
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【図４】
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