トップ :: B 処理操作 運輸 :: B05 霧化または噴霧一般;液体または他の流動性材料の表面への適用一般

【発明の名称】 液滴噴射ヘッド及び液滴噴射装置
【発明者】 【氏名】小泉 洋

【要約】 【課題】噴射性の安定を実現し、液滴の着弾精度を向上させることができる液滴噴射ヘッドを提供する。

【構成】複数の圧電素子2aを保持するベース部材2と、ベース部材2上に設けられ、各圧電素子2aにより振動する振動プレート3と、振動プレート3上に設けられ、液体をそれぞれ収容する複数の液室4aの壁面を形成する液室プレート4と、液室プレート4上に設けられ、各液室4aにそれぞれ連通する複数のノズル5aを有するノズルプレート5と、ノズルプレート5を覆うように液室プレート4上に設けられ、各ノズル5aを露出させる開口部6aを有するホルダプレート6と、ホルダプレート6とノズルプレート5との間に設けられた緩衝部材7と、ベース部材2、振動プレート3、液室プレート4及びホルダプレート6を締結する複数のネジ8とを備える。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の圧電素子を保持するベース部材と、
前記ベース部材上に設けられ、前記複数の圧電素子により振動する振動プレートと、
前記振動プレート上に設けられ、液体をそれぞれ収容し前記振動プレートにより容積が変化する複数の液室の壁面を形成する液室プレートと、
前記液室プレート上に設けられ、前記複数の液室にそれぞれ連通する複数のノズルを有するノズルプレートと、
前記ノズルプレートを覆うように前記液室プレート上に設けられ、前記複数のノズルを露出させる開口部を有するホルダプレートと、
前記ホルダプレートと前記ノズルプレートとの間に設けられた緩衝部材と、
前記ベース部材、前記振動プレート、前記液室プレート及び前記ホルダプレートを締結する複数のネジと、
を備えることを特徴とする液滴噴射ヘッド。
【請求項2】
前記ノズルプレートは、前記ホルダプレートと組み合わされた状態において、前記ノズルが形成されている領域が前記開口部から突出するように形成され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】
前記ホルダプレートは、前記ノズルプレートよりも圧縮強度が高くなる材料により形成され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4】
請求項1ないし3のいずれか一に記載の液滴噴射ヘッドと、
前記液滴噴射ヘッドを保持すると共に、前記液滴噴射ヘッドにインクを供給する本体と、
を備えることを特徴とする液滴噴射装置。



【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及びその液滴噴射ヘッドを備える液滴噴射装置に関する。
【背景技術】
【0002】
液滴噴射ヘッドは、塗布対象物に向けて複数のノズルからインク等の液体を液滴としてそれぞれ噴射する液滴噴射部(例えば、インクジェットヘッド)である。この液滴噴射ヘッドを備える液滴噴射装置は、通常、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表示装置を製造するために用いられている。この液滴噴射装置は、液滴噴射ヘッドにより塗布対象物である基板に液滴を着弾させ、所定のパターンのドット列を形成し、例えば、カラーフィルタやブラックマトリクス(カラーフィルタの額縁)等の塗布体を製造する。
【0003】
このような液滴噴射ヘッドは、複数の圧電素子を保持するベース部材と、そのベース部材上に設けられ各圧電素子により振動する振動プレートと、その振動プレート上に設けられ液体をそれぞれ収容する液室を有する液室プレートと、その液室プレート上に設けられ各液室にそれぞれ連通する複数のノズル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)。ノズルプレートは、例えばガラス等の材料により形成されており、ベース部材、振動プレート、液室プレート及びノズルプレートは、それらをそれぞれ貫通する複数のネジにより締結されている。この締結力が強いほど、液滴噴射ヘッドの噴射性は安定する。
【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、ネジ止めによる締結力を強くし過ぎると、ノズルプレートがガラス等の材料により形成されており、加えて、ネジがノズルプレートを直接押圧するため、ノズルプレートに亀裂(クラック)が発生してしまう。このため、ネジ止めによる締結力はノズルプレートが破損しない程度の強さに設定されるので、圧電素子からのエネルギーが効率良くノズルに伝達しなくなる。その結果、噴射性が安定せず、液滴の着弾精度が低下してしまう。
【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、噴射性の安定を実現し、液滴の着弾精度を向上させることができる液滴噴射ヘッド及び液滴噴射装置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第1の特徴は、液滴噴射ヘッドにおいて、複数の圧電素子を保持するベース部材と、ベース部材上に設けられ、複数の圧電素子により振動する振動プレートと、振動プレート上に設けられ、液体をそれぞれ収容し振動プレートにより容積が変化する複数の液室の壁面を形成する液室プレートと、液室プレート上に設けられ、複数の液室にそれぞれ連通する複数のノズルを有するノズルプレートと、ノズルプレートを覆うように液室プレート上に設けられ、複数のノズルを露出させる開口部を有するホルダプレートと、ホルダプレートとノズルプレートとの間に設けられた緩衝部材と、ベース部材、振動プレート、液室プレート及びホルダプレートを締結する複数のネジとを備えることである。
【0007】
本発明の実施の形態に係る第2の特徴は、液滴噴射装置において、前述の第1の特徴の液滴噴射ヘッドと、液滴噴射ヘッドを保持すると共に、液滴噴射ヘッドにインクを供給する本体とを備えることである。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、噴射性の安定を実現し、液滴の着弾精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態について図1及び図2を参照して説明する。
【0010】
図1及び図2に示すように、本発明の第1の実施の形態に係る液滴噴射ヘッド1Aは、複数の圧電素子2aを保持するベース部材2と、ベース部材2上に設けられ、各圧電素子2aにより振動する振動プレート(ダイヤフラムプレート)3と、その振動プレート3上に設けられ、インク等の液体をそれぞれ収容し振動プレート3により容積が変化する複数の液室4aの壁面を形成する液室プレート4と、その液室プレート4上に設けられ、各液室4aにそれぞれ連通する複数のノズル5aを有するノズルプレート5と、そのノズルプレート5を覆うように液室プレート4上に設けられ、各ノズル5aを露出させる開口部6aを有するホルダプレート6と、そのホルダプレート6とノズルプレート5との間に設けられた緩衝部材7と、ベース部材2、振動プレート3、液室プレート4及びホルダプレート6を締結する複数のネジ8とを備えている。
【0011】
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の表面には、各圧電素子2aがそれぞれ挿入される2つの挿入口2b及び各ネジ8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。各挿入口2bは、例えば長方形状にそれぞれ形成されており、ベース部材2の表面の略中央に並べて設けられている。また、各ネジ穴N1は、ベース部材2の表面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。なお、ネジ穴N1は、例えば10個設けられている。
【0012】
各圧電素子2aは、2列に並べてそれぞれ配置されており、例えば3つの支持部材2cにより支持されている。これらの圧電素子2aは、各先端が振動プレート3に接触するように各挿入口2bに挿入され、3つの支持部材2c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2aの先端部は、振動プレート3に接着固定されている。このような圧電素子2aには、電圧印加用の配線が接続されており、各圧電素子2aに電圧が印加されると、各圧電素子2aの伸縮により振動プレート3が振動する。
【0013】
振動プレート3は、例えば弾性材料により形成されている。この振動プレート3には、各ネジ8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3の表面の周縁部にそれぞれ設けられており、振動プレート3を貫通する貫通孔である。なお、ネジ穴N2は、例えば10個設けられており、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3は、各圧電素子2aの伸縮により変形し、液室プレート4の各液室4aの容積をそれぞれ増減させる。これにより、各液室4a内の液体が各ノズル5aから液滴として噴射される。
【0014】
液室プレート4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4には、液体をそれぞれ収容する各液室4a、それらの液室4aにそれぞれ連通する2つの液体供給溝4b及び各ネジ8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。各液室4aは、液体供給溝4bから供給される液体を収容する収容部であり、液室プレート4の略中央に2列に並べてそれぞれ設けられている。これらの液室4aの底面は、振動プレート3により形成されている。各液体供給溝4bは、各液室4aを挟持するように略平行に設けられている。これらの液体供給溝4bには、外部の液体タンク等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る。各ネジ穴N3は、液室プレート4の表面の周縁部にそれぞれ設けられており、液室プレート4を貫通する貫通孔である。なお、ネジ穴N3は、例えば10個設けられており、ネジ穴N1と同一直線上に位置付けて形成されている。
【0015】
ノズルプレート5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、例えばガラス等の材料により形成されている。このノズルプレート5は、ホルダプレート6の開口部6a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5には、ホルダプレート6の開口部6aに挿入される凸部5bが設けられている。これにより、図2に示すように、ノズルプレート5の露出面R1(オリフィスプレート5cの露出面)はホルダプレート6の表面R2よりも、例えば数十μm程度突出している。この凸部5bの表面(図2中の上面)上には、各ノズル5aが一列に並べて形成されたオリフィスプレート5cが設けられている。このオリフィスプレート5cは、例えばSi等の材料により形成されている。また、ノズルプレート5には、各ノズル5aと各液室4aとをそれぞれ連通する複数の液体流路5dが設けられている。これらの液体流路5dは、各液室4aに対向する位置に位置付けて形成されている。
【0016】
ホルダプレート6は、ノズルプレート5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6には、各ノズル5aが露出するように形成された開口部6a及び各ネジ8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6aは、ホルダプレート6の略中央に設けられており、各ノズル5aを露出させる形状、例えば長方形状に形成されている。この開口部6aからノズルプレート5の各ノズル5aが露出している。また、各ネジ穴N4は、ホルダプレート6の表面の周縁部にそれぞれ設けられており、ホルダプレート6を貫通する貫通孔である。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、例えば10個設けられており、ネジ穴N1と同一直線上に位置付けて形成されている。
【0017】
緩衝部材7は、例えば環状に形成されており、ノズルプレート5の凸部5bの周囲に設けられている。この緩衝部材7は、ノズルプレート5とホルダプレート6との当接を防止し、それらの衝撃をやわらげている。この緩衝部材7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、カルレッル等を用いる。
【0018】
各ネジ8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8は、ベース部材2に対して振動プレート3、液室プレート4及びホルダプレート6を固定する。このとき、ノズルプレート5も、ホルダプレート6及び液室プレート4により挟持されて固定されている。各ネジ8には、例えば雄ネジのネジ溝が形成されている。このような各ネジ8により、ベース部材2、振動プレート3、液室プレート4及びホルダプレート6が締結されている。
【0019】
次に、このような液滴噴射ヘッド1Aの噴射動作について説明する。
【0020】
電圧が各圧電素子2aにそれぞれ印加されると(印加電圧オン)、各圧電素子2aが縮み、振動プレート3を変形させて、対応する液室4aの容積を増大させる。このとき、容積が増大した液室4aには、液体供給溝4bから液体が補充される。その後、電圧が各圧電素子2aに印加されなくなると(印加電圧オフ)、振動プレート3が元の形状に復帰し、対応する液室4aの容積も元に戻る。このとき、液室4a内の液体が圧迫され、その液体がノズル5aから液滴として噴射される。
【0021】
以上説明したように、本発明の第1の実施の形態によれば、ノズルプレート5を覆うようにホルダプレート6を設け、さらに、ノズルプレート5とホルダプレート6との間に緩衝部材7を設けることによって、各ネジ8がホルダプレート6に当接するようになり、各ネジ8がノズルプレート5を直接押圧することがなくなり、加えて、ノズルプレート5とホルダプレート6とが当接することも防止されるので、ノズルプレート5の破損を防止しながら各ネジ8による締結力を向上させることが可能になり、十分な締結力を得ることができる。その結果として、噴射性の安定を実現し、液滴の着弾精度を向上させることができる。加えて、十分な締結力が得られるので、振動プレート3、液室プレート4及びノズルプレート5の各間から液体が漏れ出すことを確実に防止することができる。さらに、ノズルプレート5がホルダプレート6により覆われるので、液滴噴射ヘッド1Aの機械的な強度を向上させることができ、その結果として、液滴噴射ヘッド1Aの破損を防止することができる。
【0022】
加えて、ノズルプレート5は、ホルダプレート6と組み合わされた状態において、ノズル5aが形成されている領域がホルダプレート6の開口部6aから突出するように形成されていることから、ノズルプレート5の露出面R1(オリフィスプレート5cの露出面)がホルダプレート6の表面R2よりも突出するようになる。これにより、各ノズル5a及びその周辺を清掃するヘッドクリーニング動作等を行う場合には、各ノズル5a及びその周辺を清掃しやすく、それらを確実に清掃することが可能になるので、液滴の噴射不良の発生を防止することができる。
【0023】
また、ホルダプレート6は、ノズルプレート5よりも圧縮強度が高くなる材料により形成されていることから、ホルダプレート6の機械的な強度がノズルプレート5よりも向上するので、ホルダプレート6とノズルプレート5とが同じ材料により形成されている場合に比べ、ホルダプレート6の破損を防止しながら、各ネジ8による締結力をより向上させることができ、さらに、ノズルプレート5をより強い衝撃から保護することができる。
【0024】
なお、このような液滴噴射ヘッド1Aと、この液滴噴射ヘッド1Aを保持すると共に液滴噴射ヘッド1Aにインク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、噴射性の安定を実現し、液滴の着弾精度を向上させることができる。さらに、機械的な強度が高い液滴噴射ヘッド1Aが用いられるので、液滴噴射装置の耐久性を上げることができる。
【0025】
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態について図3を参照して説明する。本発明の第2の実施の形態では、第1の実施の形態と異なる部分について説明する。なお、第2の実施の形態においては、第1の実施の形態で説明した部分と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する(他の実施の形態も同様である)。
【0026】
図3に示すように、本発明の第2の実施の形態に係る液滴噴射ヘッド1Bでは、ノズルプレート5の凸部5bがオリフィスプレート5cにより形成されており、ノズルプレート5が直方体形状に形成されている。オリフィスプレート5cは、ノズルプレート5の露出面R1(オリフィスプレート5cの露出面)がホルダプレート6の表面R2より例えば数十μm程度突出するように形成されている。
【0027】
以上説明したように、本発明の第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様な効果を得ることができる。特に、ノズルプレート5を直方体形状に形成すればよく、ノズルプレート5の加工が容易になるので、液滴噴射ヘッド1Bを製造する際の製造上の歩留まりの低下を抑えることができる。
【0028】
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態について図4を参照して説明する。本発明の第3の実施の形態では、第1の実施の形態と異なる部分について説明する。
【0029】
図4に示すように、本発明の第3の実施の形態に係る液滴噴射ヘッド1Cでは、ノズルプレート5の凸部5bが形成されておらず、ノズルプレート5が直方体形状に形成されており、そのノズルプレート5の表面上にその全面に亘ってオリフィスプレート5cが設けられている。
【0030】
以上説明したように、本発明の第3の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様な効果を得ることができる。特に、ノズルプレート5を直方体形状に形成すればよく、ノズルプレート5の加工が容易になるので、液滴噴射ヘッド1Cを製造する際の製造上の歩留まりの低下を抑えることができる。ただし、ノズルプレート5の露出面R1(オリフィスプレート5cの露出面)がホルダプレート6の表面R2よりも突出していないため、第1の実施の形態に比べ、清掃のしやすさは低下する。
【0031】
(第4の実施の形態)
本発明の第4の実施の形態について図5を参照して説明する。本発明の第4の実施の形態では、第1の実施の形態と異なる部分について説明する。
【0032】
図5に示すように、本発明の第4の実施の形態に係る液滴噴射ヘッド1Dでは、オリフィスプレート5cが設けられておらず、各ノズル5aがノズルプレート5の凸部5bに一列に並べて形成されている。なお、ノズルプレート5は、その露出面R1がホルダプレート6の表面R2より例えば数十μm程度突出するように形成されている。
【0033】
以上説明したように、本発明の第4の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様な効果を得ることができる。特に、ノズルプレート5上にオリフィスプレート5cを設ける必要がなくなり、製造工程数を削減することが可能になるので、液滴噴射ヘッド1Dを製造する際の製造上の歩留まりの低下を抑えることができる。
【0034】
(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。
【0035】
例えば、前述の実施の形態においては、ネジ8によりベース部材2と液室プレート4との間に振動プレート3を固定しているが、これに限るものではなく、例えば、ネジ8に加え、接着剤によりベース部材2と液室プレート4との間に振動プレート3を接着固定するようにしてもよい。
【0036】
また、前述の実施の形態においては、緩衝部材7を環状に形成し、ノズルプレート5上に1つの緩衝部材7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7を長方体形状や円板形状に形成し、ノズルプレート5上に複数の緩衝部材7を設けるようにしてもよい。
【0037】
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】
【0038】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る液滴噴射ヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。
【図2】図1に示す液滴噴射ヘッドの概略構成を示す断面図である。
【図3】本発明の第2の実施の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4】本発明の第3の実施の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5】本発明の第4の実施の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。
【符号の説明】
【0039】
1A,1B,1C,1D…液滴噴射ヘッド、2a…圧電素子、2…ベース部材、3…振動プレート、4a…液室、4…液室プレート、5a…ノズル、5…ノズルプレート、6a…開口部、6…ホルダプレート、7…緩衝部材、8…ネジ

【出願人】 【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
【出願日】 平成18年6月30日(2006.6.30)
【代理人】 【識別番号】100083806
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和

【識別番号】100100712
【弁理士】
【氏名又は名称】岩▲崎▼ 幸邦

【識別番号】100100929
【弁理士】
【氏名又は名称】川又 澄雄

【識別番号】100108707
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 友之

【識別番号】100095500
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 正和

【識別番号】100101247
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 俊一

【識別番号】100098327
【弁理士】
【氏名又は名称】高松 俊雄


【公開番号】 特開2008−6418(P2008−6418A)
【公開日】 平成20年1月17日(2008.1.17)
【出願番号】 特願2006−182255(P2006−182255)