JP2009051077A - Liquid discharge head and liquid discharge apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】圧力室11を区画形成する部材の剛性を向上させて圧力室内の液体に高い圧力を印加可能にしつつ、ノズル12の流路抵抗の増大を防止することによって、吐出能力が大幅に向上した液体吐出ヘッド7及び液体吐出装置Aを提供する。
【解決手段】液体吐出ヘッド(ヘッド本体91)は、液体が収容される圧力室11を区画形成する圧力室壁部材14及び、所定の方向に伸縮駆動することで、圧力室11内の液体に圧力を印加するアクチュエータ19を備える。圧力室11は、アクチュエータ19の伸縮方向に対向する対向区画壁と、対向しない非対向区画壁と、によって区画され、圧力室壁部材14には、ノズル12が、非対向区画壁において圧力室11に連通すると共に、伸縮方向とは異なる方向に延びて形成される。
【選択図】図2Discharge performance is greatly improved by improving the rigidity of a member that forms a pressure chamber 11 and enabling high pressure to be applied to liquid in the pressure chamber while preventing an increase in flow resistance of a nozzle 12. The liquid discharge head 7 and the liquid discharge apparatus A are provided.
A liquid discharge head (head main body 91) converts a pressure chamber wall member 14 for defining and forming a pressure chamber 11 in which the liquid is stored, and a liquid in the pressure chamber 11 by being expanded and contracted in a predetermined direction. An actuator 19 for applying pressure is provided. The pressure chamber 11 is partitioned by an opposing partition wall that faces the expansion / contraction direction of the actuator 19 and a non-opposing partition wall that does not face the pressure chamber 11, and the nozzle 12 is provided in the pressure chamber wall member 14 at the non-opposing partition wall. And extending in a direction different from the expansion and contraction direction.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に関する。 The present invention relates to a liquid discharge head and a liquid discharge apparatus.
記録紙に対してインク滴を吐出するインクジェット技術が、近年、エレクトロニクス分野を始めとした様々な分野の製造過程に利用されている。すなわち、液体吐出ヘッドから液体材料を吐出することによって、各種のデバイス製造過程におけるパターンの形成や均一薄膜の形成等が行われている。そうしたパターン形成等に用いられる液体吐出ヘッドには、さらなる小液滴の吐出や高粘度液体の吐出が要求される。それらの要求を満たす吐出能力の高いヘッドを実現するには、圧力室内の液体に、より高い圧力を加える必要がある。 Ink jet technology for ejecting ink droplets onto recording paper has been used in manufacturing processes in various fields including the electronics field in recent years. That is, by discharging a liquid material from a liquid discharge head, patterns are formed and uniform thin films are formed in various device manufacturing processes. Liquid discharge heads used for such pattern formation are required to discharge further small droplets and high-viscosity liquids. In order to realize a head having a high discharge capacity that satisfies these requirements, it is necessary to apply a higher pressure to the liquid in the pressure chamber.
例えば特許文献1に開示されている液体吐出ヘッドは、液体が収容される圧力室を区画形成する圧力室壁部材と、前記圧力室の一部を区画する弾性区画部と、弾性区画部を伸縮変形させるように伸縮駆動するアクチュエータと、をその伸縮方向にこの順に積層することによって構成されている。この液体吐出ヘッドでは、圧力室を挟んでアクチュエータとは逆側に、伸縮方向に延びるノズルが設けられていて、弾性区画部が伸縮変形することによって圧力室内の液体に圧力が印加されたときには、液体がノズルを介して伸縮方向に吐出される。この構成の液体吐出ヘッドでは、アクチュエータの駆動により発生したエネルギーを、圧力室内の液体に印加する圧力へと効率的に変換して、その液体に高い圧力を印加することができる。
ところが、前記特許文献の液体吐出ヘッドの構成においては、圧力室を区画する部材、特に圧力室を区画する区画壁の内、前記伸縮方向に対向する区画壁(対向区画壁)は、アクチュエータの駆動により液体に圧力を印加する方向に対向することから、この対向区画室には高い圧力が付加される。ここで、対向区画壁を構成する部分の剛性が低いと、圧力室内の液体に高い圧力を印加しようとしても、その部分が変形してしまうことになる。それによって圧力室内に印加した圧力が逃げ、結果として液体に印加される圧力が低下してしまうことになる。 However, in the configuration of the liquid discharge head of the above-mentioned patent document, the partition wall (opposite partition wall) facing the expansion / contraction direction among the members partitioning the pressure chamber, particularly the partition wall partitioning the pressure chamber, is driven by the actuator. Therefore, a high pressure is applied to the facing compartment. Here, when the rigidity of the portion constituting the opposing partition wall is low, even when a high pressure is applied to the liquid in the pressure chamber, the portion is deformed. As a result, the pressure applied to the pressure chamber escapes, and as a result, the pressure applied to the liquid decreases.
部材の剛性を高める方策の一つとして、肉厚を分厚くすることが挙げられ、前記の液体吐出ヘッドにおいては、対向区画壁の構成部分の肉厚を厚くすればよい。しかしながら、対向区画壁の構成部分には、前述したようにノズルが伸縮方向に延びて形成されていることから、この部分の肉厚を分厚くする分、ノズルの長さは長くなってしまう。これは、ノズルの流路抵抗の増大を招くこととなる。従って、対向区画壁の構成部分の肉厚を分厚くすることによって剛性が向上して、圧力室内の液体に対し高い圧力を印加することはできるようになるものの、ノズルの流路抵抗の増大により、高粘度の液体を小液滴で吐出することはできなくなってしまう。 One way to increase the rigidity of the member is to increase the thickness. In the liquid discharge head, the thickness of the constituent part of the opposing partition wall may be increased. However, since the nozzles are formed in the constituent parts of the opposed partition walls so as to extend in the expansion and contraction direction as described above, the length of the nozzles is increased by increasing the thickness of this part. This leads to an increase in the flow path resistance of the nozzle. Therefore, by increasing the thickness of the constituent part of the opposing partition wall, the rigidity can be improved and a high pressure can be applied to the liquid in the pressure chamber. It becomes impossible to discharge a highly viscous liquid with small droplets.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、圧力室を区画形成する部材の剛性を向上させて圧力室内の液体に高い圧力を印加可能にしつつ、ノズルの流路抵抗の増大を防止することによって、吐出能力が大幅に向上した液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to improve the rigidity of a member that forms a pressure chamber and to apply a high pressure to the liquid in the pressure chamber, while An object of the present invention is to provide a liquid discharge head and a liquid discharge apparatus in which discharge capability is greatly improved by preventing an increase in flow path resistance.
本発明の一側面によると、液体吐出ヘッドは、液体が収容される圧力室を区画形成する圧力室壁部材、前記圧力室部材に対して弾性部材を介して接合されて前記圧力室の一部を区画形成する加圧部材、及び、所定の伸縮方向に伸縮駆動することで、前記加圧部材を介して弾性部材を前記伸縮方向に弾性変形させ、それによって前記圧力室内の前記液体に圧力を印加するアクチュエータ、を備え、前記圧力室は、少なくとも前記伸縮方向に対向する対向区画壁と伸縮方向に対向しない非対向区画壁とによって区画されており、前記圧力室壁部材には、前記アクチュエータの伸縮駆動に伴い前記圧力室内の液体を吐出するノズルが、前記非対向区画壁において前記圧力室に連通すると共に、前記伸縮方向とは異なる方向に延びて形成されている。 According to one aspect of the present invention, the liquid discharge head is bonded to the pressure chamber wall member that defines the pressure chamber in which the liquid is stored, and the pressure chamber member via the elastic member, and is a part of the pressure chamber. And the elastic member is elastically deformed in the expansion / contraction direction via the pressure member, thereby applying pressure to the liquid in the pressure chamber. An actuator to be applied, and the pressure chamber is partitioned by at least a facing partition wall facing the stretching direction and a non-facing partition wall not facing the stretching direction, and the pressure chamber wall member includes A nozzle that discharges the liquid in the pressure chamber in accordance with the expansion and contraction drive is formed to communicate with the pressure chamber in the non-opposing partition wall and to extend in a direction different from the expansion and contraction direction.
この構成によると、圧力室壁部材に形成されるノズルは、非対向区画壁において圧力室に連通すると共に、アクチュエータの伸縮方向とは異なる方向に延びて形成されている。圧力室壁部材において対向区画壁を構成する部分にノズルが形成されないことから、この部分の肉厚を比較的分厚くすることが可能である。これに対し、ノズルが形成される非対向区画壁を構成する部分の肉厚は相対的に薄くすることができる。よって、ノズルの長さは比較的短くなり、流路抵抗の増大が抑制される。従って前記の液体吐出ヘッドでは、対向区画壁を構成する部分の肉厚を相対的に分厚くして、アクチュエータの伸縮駆動により加圧部材を介して弾性部材を弾性変形させる構成のヘッドにおいて、圧力室内の液体に高い圧力を印加可能にしつつ、ノズルの長さを比較的短くして流路抵抗の増大を抑制することで、ヘッドの吐出能力を高めることができる。すなわち、比較的高粘度の液体を小液滴で吐出することが可能になる。 According to this configuration, the nozzle formed on the pressure chamber wall member communicates with the pressure chamber on the non-opposing partition wall and extends in a direction different from the expansion / contraction direction of the actuator. Since the nozzle is not formed in the portion constituting the opposing partition wall in the pressure chamber wall member, the thickness of this portion can be made relatively thick. On the other hand, the thickness of the part which comprises the non-opposing partition wall in which a nozzle is formed can be made relatively thin. Therefore, the length of the nozzle becomes relatively short, and an increase in flow path resistance is suppressed. Therefore, in the liquid discharge head described above, in the head configured to relatively increase the thickness of the portion constituting the opposing partition wall and elastically deform the elastic member via the pressure member by the expansion and contraction drive of the actuator, The discharge capacity of the head can be increased by making it possible to apply a high pressure to the liquid while suppressing the increase in flow path resistance by relatively shortening the nozzle length. That is, it becomes possible to discharge a relatively high-viscosity liquid with small droplets.
前記ノズルは、前記伸縮方向に対し略直交する方向に延びて形成されている、としてもよい。こうすることで、ノズルの長さが最短になるため、流路抵抗を最小にして液体吐出ヘッドの吐出能力のさらなる向上が図られる。尚、「略直交」とは、直交(90°)のみではなく、直交を含んだ所定の範囲を含む概念であり、例えば90°に対して±30°程度を含む。 The nozzle may be formed to extend in a direction substantially orthogonal to the expansion / contraction direction. By doing so, since the nozzle length becomes the shortest, the flow resistance is minimized and the discharge capability of the liquid discharge head can be further improved. Note that “substantially orthogonal” is not only orthogonal (90 °) but also a concept including a predetermined range including orthogonal, and includes, for example, about ± 30 ° with respect to 90 °.
前記圧力室壁部材には、前記圧力室を区画する圧力室用凹部が、前記加圧部材との接合側の面に開口して形成され、前記圧力室壁部材において前記圧力室用凹部の開口側とは逆側の、前記対向区画壁を構成する部分は、前記ノズルが形成される非対向区画壁を構成する部分の肉厚に比べて分厚くされている、としてもよい。 The pressure chamber wall member is formed with a pressure chamber recess defining the pressure chamber so as to open on a surface on the side joined to the pressure member, and the pressure chamber wall member has an opening of the pressure chamber recess. The portion constituting the opposed partition wall on the side opposite to the side may be thicker than the thickness of the portion constituting the non-opposed partition wall where the nozzle is formed.
こうすることよって、圧力室壁部材における対向区画壁の構成部分の剛性として、十分な剛性が確保され、圧力室内の液体に対し、さらに高い圧力が印加可能になる。一方、圧力室壁部材における非対向区画壁の構成部分の肉厚が薄くなり、ノズルの流路抵抗がさらに低減する。 By doing so, sufficient rigidity is secured as the rigidity of the constituent part of the opposing partition wall in the pressure chamber wall member, and higher pressure can be applied to the liquid in the pressure chamber. On the other hand, the thickness of the constituent part of the non-opposing partition wall in the pressure chamber wall member is reduced, and the flow path resistance of the nozzle is further reduced.
前記アクチュエータは、前記伸縮方向に直交する横断面の面積が前記圧力室の横断面積よりも大に構成されている、としてもよい。 The actuator may be configured such that an area of a cross section orthogonal to the expansion and contraction direction is larger than a cross sectional area of the pressure chamber.
液体吐出ヘッドに取り付けられるアクチュエータが、その横断面積が相対的に大きいアクチュエータである場合は、圧力室内の液体に対し高い圧力を印加可能な能力を有している。本構成では、対向区画壁を構成する部分の剛性が十分確保されているため、当該アクチュエータの能力を十分に発揮させて、圧力室内の液体に対し高い圧力を印加することが可能になる。 When the actuator attached to the liquid discharge head is an actuator having a relatively large cross-sectional area, the actuator has a capability of applying a high pressure to the liquid in the pressure chamber. In this configuration, since the rigidity of the portion constituting the opposing partition wall is sufficiently ensured, it is possible to fully exert the capacity of the actuator and apply a high pressure to the liquid in the pressure chamber.
前記圧力室壁部材は、そのヤング率が0.1〜10GPaの材料で構成されている、としてもよい。 The pressure chamber wall member may be made of a material having a Young's modulus of 0.1 to 10 GPa.
この構成の液体吐出ヘッドでは、圧力室壁部材を構成する材料の性質によって対向区画壁の構成部分の剛性を確保する(つまり、高剛性の材料を用いる)のではなく、その剛性を圧力室壁部材における対向区画壁の構成部分の肉厚によって確保する。このため、圧力室壁部材を構成する材料の選択の自由度が向上する。圧力室壁部材の材料として、例えば樹脂材料を利用することが可能であり、そうした場合、製造コストの低減化や、圧力室内に充填される液体に対する耐食性の点で有利になる。 In the liquid discharge head having this configuration, the rigidity of the constituent portion of the opposing partition wall is not ensured by the property of the material constituting the pressure chamber wall member (that is, a high-rigidity material is used), but the rigidity is used for the pressure chamber wall. This is ensured by the thickness of the constituent part of the opposing partition wall in the member. For this reason, the freedom degree of selection of the material which comprises a pressure chamber wall member improves. As a material for the pressure chamber wall member, for example, a resin material can be used. In such a case, it is advantageous in terms of reduction in manufacturing cost and corrosion resistance to the liquid filled in the pressure chamber.
本発明の他の側面によると、液体吐出装置は、前記の液体吐出ヘッドを備えている。このため、圧力室壁部材の剛性向上と、ノズルの流路抵抗の低減と、が合わさって液体吐出ヘッドの吐出能力が向上するため、吐出能力の高い液体吐出装置が実現する。 According to another aspect of the present invention, a liquid ejection apparatus includes the liquid ejection head. For this reason, since the improvement in the rigidity of the pressure chamber wall member and the reduction in the flow resistance of the nozzle are combined, the discharge capability of the liquid discharge head is improved, thereby realizing a liquid discharge device with a high discharge capability.
以上説明したように、本発明によると、圧力室壁部材に形成されるノズルを、非対向区画壁において圧力室に連通させると共に、伸縮方向とは異なる方向に延びて形成することによって、対向区画壁を構成する部分の肉厚を分厚くして剛性を確保すると共に、ノズルの長さを比較的短くして流路抵抗の増大を抑制することができ、その結果、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置の吐出能力を高めることができる。 As described above, according to the present invention, the nozzle formed in the pressure chamber wall member communicates with the pressure chamber in the non-opposing partition wall and extends in a direction different from the expansion / contraction direction, thereby forming the facing partition. The wall constituting the wall can be thickened to ensure rigidity and the nozzle length can be made relatively short to prevent an increase in flow path resistance. As a result, the liquid discharge head and the liquid discharge device The discharge capacity can be increased.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the following description of the preferred embodiment is merely illustrative in nature, and is not intended to limit the present invention, its application, or its use.
図1は、液体吐出装置Aの概略構成を示している。この液体吐出装置Aは、一又は複数のヘッド本体(図2等参照)を備えた液体吐出ヘッド7と、被記録物4を支持するステージ31と、を備えている。
FIG. 1 shows a schematic configuration of the liquid ejection apparatus A. The liquid ejection apparatus A includes a liquid ejection head 7 including one or a plurality of head bodies (see FIG. 2 and the like), and a
液体吐出ヘッド7は、装置基台6に支持されたヘッド移動装置2によって主走査方向(図1に示すX方向)に往復移動し、ステージ31は、同じく装置基台6に支持されたステージ移動装置3によって副走査方向(図1に示すY方向)に往復移動する。
The liquid discharge head 7 is reciprocated in the main scanning direction (X direction shown in FIG. 1) by the
ヘッド移動装置2は、液体吐出ヘッド7を支持するキャリッジ7aを含む。キャリッジ7aは、主走査方向に延びるキャリッジ軸7bにガイドされ、図示を省略する駆動源(例えばモータ)によって、主走査方向に往復移動する。
The
ステージ移動装置3は、主走査方向に所定間隔を開けて配置されかつ、それぞれ副走査方向に延びる2つのステージ軸32,32を含む。ステージ31はこれらのステージ軸32,32にガイドされ、図示を省略する駆動源(例えばモータ)によって、副走査方向に往復移動する。
The stage moving device 3 includes two
液体吐出装置Aはこの構成によって、液体吐出ヘッド7とステージ31上の被記録物4とを相対移動させながら、液体吐出ヘッド7(ヘッド本体)から被記録物4に向かって液体材料を吐出し、被記録物4上に所望のパターンや均一薄膜等を形成する。
With this configuration, the liquid ejection apparatus A ejects a liquid material from the liquid ejection head 7 (head body) toward the
図2,3に示すように、ヘッド本体91は、液体材料が収容される圧力室11と、その圧力室11に連通するノズル12とを備えている。このヘッド本体91は、圧力室11の側面及び底面を区画する圧力室壁部材14と、圧力室11の上面を区画する加圧部材15及びそれを保持する保持部材16と、アクチュエータ19と、を積層した積層構造を有している。尚、以下においては、図2における上下方向をヘッド本体91における上下方向、図2における左右方向をヘッド本体91における水平方向と呼ぶ。
As shown in FIGS. 2 and 3, the head
圧力室壁部材14は、例えば約2.0mm厚の樹脂材料からなる板状部材であり、圧力室用凹部14aがその上面に開口して形成されている。圧力室用凹部14aは、その内周面及び底面によって、圧力室11の側面及び底面を区画する凹部である。本実施形態では、その幅が約0.3mm、長さが約1.0mm、その深さが約0.25mm程度に設定されている。ここで、圧力室用凹部14aの内周面によって構成される圧力室11の側面は、後述するようにアクチュエータ19の伸縮方向に対向しない非対向区画壁に対応し、圧力室用凹部14aの底面によって構成される圧力室11の底面は、アクチュエータ19の伸縮方向に対向する対向区画壁に対応する。そうして、圧力室壁部材14において、圧力室用凹部14aの開口側とは逆側の、対向区画壁を構成する部分は、比較的厚肉にされている(図2のt参照)一方、圧力室11を挟んだ水平方向両側の非対向区画壁を構成する部分は、比較的薄肉にされている。
The pressure
圧力室壁部材14にはまた、一側の側面から水平方向に延びて圧力室用凹部14aの内周面に連通する供給口14bが形成されている。供給口14bは、図示は省略する液体材料の供給源から圧力室11内に、液体材料を供給するための孔である。
The pressure
前記ノズル12は、圧力室壁部材14において、その他側の側面から水平方向に延びて圧力室用凹部14aの内周面に連通するように形成されている。ノズル12は、径が略一定のストレート部12aと、ストレート部12aに連続すると共に、径が先端に向かって小さくなるテーパ部12bと、から構成されている。ここで、ストレート部12aの径はφ0.15mm程度、テーパ部12bの先端開口の径はφ0.03mm程度とすればよい。
The
尚、圧力室壁部材14において、ノズル12の先端開口が形成される側面には、液体材料の吐出安定性の観点から撥水膜を形成することが好ましい。こうした撥水膜は、公知の方法により形成することが可能である。
In the pressure
保持部材16は、例えばその厚みが約0.3mmの板状部材であり、前記圧力室壁部材14の上面に対して接着層18aを介して接着されている。保持部材16にはまた、所定の断面形状を有しかつ、その板厚方向に貫通した貫通孔16aが形成されている。貫通孔16aは、加圧部材15が内挿される孔である。図3に示すように、保持部材16を圧力室壁部材14の上面に接着した状態において、圧力室壁部材14の圧力室用凹部14aの中心位置と、保持部材16の貫通孔16aの中心位置とは、互いに同じ位置となるように設定される。
The holding
この保持部材16の上面は、図2においては図示しないヘッド本体91の他の構成部材に固定されており、それによって保持部材16は、アクチュエータ19が駆動したときにも、変位しないようにされている。
The upper surface of the holding
保持部材16と圧力室壁部材14との間には、圧力室11の側面の上端部を区画する弾性部材18が介設されている。弾性部材18は、後述するように、アクチュエータ19の駆動に伴い加圧部材15が上下方向に変位することで弾性的に伸縮変形して、圧力室11の体積を変化させるための部材であり、図3に示すように略矩形の環状に形成される。弾性部材18は、例えばその幅を約0.7mm、その長さを約1.4mmとすればよい。またその厚みは0.02mm〜0.1mm程度、好適には0.03mm程度とすればよい。弾性部材18はまた、液体材料に対する耐食性を考慮して、例えば耐溶剤性のゴム、具体的にはフッ素ゴムやシリコンゴム等によって形成すればよい。
Between the holding
保持部材16と圧力室壁部材14とを互いに接合する接着層18aは、弾性部材18の外周面を取り囲んでいる。これによって、接着層18aは、弾性部材18が弾性変形するときに、その弾性部材18が圧力室11の外方に向かって逃げ変形することを規制するようになっている。
An
加圧部材15は、例えばステンレス鋼やセラミック等の、比較的高剛性の材料によって構成された板状の部材である。その幅は例えば約0.5mm程度、その長さは約1.2mm程度とすればよい。加圧部材15は、保持部材16の貫通孔16aに内挿されて保持されることで弾性部材18の上面に対し当接しており、圧力室11の上面は、この加圧部材15の下面によって区画される。加圧部材15は、保持部材16によって上下方向に変位可能に保持されており、アクチュエータ19の駆動に伴い上下方向に変位することで、弾性部材18を上下方向に伸縮変形させる。
The
加圧部材15と保持部材16の貫通孔との隙間には充填剤16bが充填されている。この充填剤16bは、加圧部材15が積層方向に変位可能となるように弾性変形する。尚、充填剤16bは、省略することも可能である。
A gap between the
アクチュエータ19は、例えばその幅が0.5mm程度、その長さが1.1mm程度でかつその厚みが1.0mm程度の積層型圧電体からなる。アクチュエータ19は、その下端が加圧部材15の上面に対して接合されていると共に、その上端が、図示は省略する他の構成部材に固定されている。アクチュエータ19は、図2では図示を省略する電極に電圧が印可されることによって、図2における上下方向に伸縮変形する(図2の白抜きの矢印参照)。アクチュエータ19の伸縮駆動に伴い、加圧部材15が図2における上下方向に変位し、それに伴い弾性部材18が上下方向に伸縮変形することで、圧力室11の体積が増減するようになっている。ここで、図3に示すように、アクチュエータ19は、その横断面積が圧力室11の横断面積よりも大とされており、このアクチュエータ19は、圧力室11内の液体に対し、比較的高い圧力を印加する能力を有している。
The
次に、上記構成のヘッド本体91の動作について説明する。供給口14b、圧力室11、及びノズル12内のそれぞれに液体材料が充填された状態でアクチュエータ19に所定の電圧を印可する。このことによって、アクチュエータ19を伸長変形させる。
Next, the operation of the head
アクチュエータ19の伸長変形に伴い加圧部材15は下方に変位するため、弾性部材18が収縮変形し、圧力室11内の液体材料に対して圧力が印加される。そうして液体材料がノズル12から押し出されて被記録物4に向かって、図2においては水平方向に液滴として吐出される。液滴は被記録物4にドット状に付着する。
The pressurizing
アクチュエータ19への電圧印加を解除することによって、伸長していたアクチュエータ19が元に戻り、加圧部材15が上方に変位して圧力室11の体積が元に戻る。このときに、液体材料の供給源から供給口14bを介して、液体材料が圧力室11内に補充される。
By canceling the voltage application to the
このヘッド本体91では、圧力室壁部材14において、圧力室11の底面(対向区画壁)を構成する部分の肉厚が比較的分厚く、それによって十分な剛性が確保されている。そのため、アクチュエータ19を上下方向に伸縮駆動させて、圧力室11内の液体に対し上下方向に圧力を印加したときでも、この部分に変形等が生じない。その結果、例えばアクチュエータ19に高い電圧(例えば20V)を印加して、圧力室11内の液体材料に高い圧力を印加することが可能になる。
In the head
また、圧力室壁部材14に形成するノズル12は、アクチュエータ19の伸縮方向に直交する水平方向に延びて、圧力室11の側面(非対向区画壁)に連通している。このため、例えば図2に仮想線で示すように、ノズルを圧力室11の底面を構成する部分にアクチュエータ19の伸縮方向に延びるように形成する場合と比較して、その長さを大幅に短くすることができる。その結果、ノズル12の流路抵抗を可及的に小さくすることができる。
The
従って、ヘッド本体91の吐出能力が高くなり、小液滴の吐出や高粘度液体の吐出が実現する。前記構成のヘッド本体91は、例えば粘度が50cP(0.05Pa・s)の高粘度液体を、約20pl(ピコリットル)の小さい液滴量で吐出することが可能である。
Therefore, the discharge capacity of the head
ここで、アクチュエータ19の駆動は、前記のようないわゆる押し引き駆動ではなくて、加圧部材15を上方に変位させて液体材料を圧力室11内に充填させた後に、その加圧部材15を元に戻すことで、液体材料をノズル12から吐出させる、いわゆる引き押し駆動としてもよい。
Here, the
尚、液体吐出ヘッド7におけるヘッド本体の構成は、前記の構成に限定されるものではない。例えば、図4に示すような構成を採用してもよい。 The configuration of the head body in the liquid discharge head 7 is not limited to the above configuration. For example, a configuration as shown in FIG. 4 may be adopted.
すなわちこのヘッド本体92は、圧力室壁部材14、加圧部材17、アクチュエータ19を、この順番で積層して構成されている。
That is, the head
このヘッド本体92においては、圧力室壁部材14と加圧部材17との間に、薄膜20が介設されており、この薄膜20によって圧力室11の上面が区画される。薄膜20は、例えば0.01〜0.2mm厚の樹脂製のフィルムや、0.05〜0.5mm厚の金属製の薄膜としてもよい。こうした薄膜20を介在させる構成は、圧力室11内の液体材料に対する耐食性を向上させる上で有利な構成である。
In the head
加圧部材17は略板状の部材であって、その下面における圧力室用凹部14aの開口に対応する位置には、下方に突出する凸部17aが形成されている。
The
加圧部材17と薄膜20との間であって、前記加圧部材17の凸部17aを除く範囲には、弾性部材21が配設されている。この弾性部材21は、上下方向に弾性的に伸縮変位することによって、加圧部材17の上下方向の変位を許容する部材である。
An
そうして、アクチュエータ19は加圧部材17の上面に接合されており、ヘッド本体92は、この構成によって、アクチュエータ19を駆動させたときに、この弾性部材21が弾性的に伸縮変形するようになり、それによって加圧部材15が上下方向に変位して、圧力室11の体積が変化するようになる。
Thus, the
この構成のヘッド本体92においても、圧力室11の底面(対向区画壁)を構成する部分の肉厚が比較的分厚く、十分な剛性が確保されているため、アクチュエータ19の伸縮駆動によって圧力室11内の液体材料に高い圧力を印加することが可能になる。また、圧力室壁部材14に形成するノズル12は、アクチュエータ19の伸縮方向に直交する水平に延びて、圧力室11の側面(非対向区画壁)に連通しているため、その長さを短くして、ノズル12の流路抵抗を可及的に小さくすることができる。
Also in the head
その結果、ヘッド本体92の吐出能力が高くなり、小液滴の吐出や高粘度液体の吐出が実現する。
As a result, the discharge capacity of the head
尚、ノズル12は、水平方向に延びて形成することに限らず、例えば液体吐出装置Aの構成等に応じて、適宜その角度を調整するようにしてもよい。
The
また、圧力室壁部材14の材料としては、樹脂材料に限らず、例えばステンレス鋼等の金属材料や、その他材料を用いることも可能である。
Further, the material of the pressure
さらに、圧力室11内の液体に対して圧力を印加するためのアクチュエータとしては、圧電体に限らず、例えば磁歪素子を採用することも可能である。
Furthermore, the actuator for applying pressure to the liquid in the
以上説明したように、本発明は、小液滴の吐出や高粘度液体の吐出が実現するから、例えばフラットパネルディスプレイや回路基板等の各種デバイスの製造といったエレクトロニクス分野を始めとして、オプトエレクトロニクス分野、バイオ・メディカル分野等の各種の技術分野において、種々なパターンや均一薄膜等を形成する液体材料吐出ヘッド及び液体材料吐出装置として有用であると共に、インクを吐出することによって例えば記録紙等の記録媒体上に画像を形成するインク吐出ヘッド及び画像形成装置としても有用である。 As described above, since the present invention realizes the ejection of small droplets and the ejection of high-viscosity liquids, for example, the electronics field such as the manufacture of various devices such as flat panel displays and circuit boards, the optoelectronics field, In various technical fields such as the bio-medical field, it is useful as a liquid material ejection head and liquid material ejection device for forming various patterns, uniform thin films, etc., and by ejecting ink, for example, a recording medium such as recording paper It is also useful as an ink discharge head and an image forming apparatus for forming an image thereon.
11 圧力室
12 ノズル
14 圧力室壁部材
14a 圧力室用凹部
19 アクチュエータ
7 液体吐出ヘッド
91 ヘッド本体
92 ヘッド本体
A 液体吐出装置
11
Claims (6)
前記圧力室部材に対して弾性部材を介して接合されて前記圧力室の一部を区画形成する加圧部材、及び、
所定の伸縮方向に伸縮駆動することで、前記加圧部材を介して弾性部材を前記伸縮方向に弾性変形させ、それによって前記圧力室内の前記液体に圧力を印加するアクチュエータ、を備え、
前記圧力室は、少なくとも前記伸縮方向に対向する対向区画壁と伸縮方向に対向しない非対向区画壁とによって区画されており、
前記圧力室壁部材には、前記アクチュエータの伸縮駆動に伴い前記圧力室内の液体を吐出するノズルが、前記非対向区画壁において前記圧力室に連通すると共に、前記伸縮方向とは異なる方向に延びて形成されている液体吐出ヘッド。 A pressure chamber wall member that defines and forms a pressure chamber in which a liquid is stored;
A pressure member joined to the pressure chamber member via an elastic member to form a part of the pressure chamber; and
An actuator that elastically deforms the elastic member in the expansion / contraction direction via the pressure member by driving the expansion / contraction in a predetermined expansion / contraction direction, thereby applying pressure to the liquid in the pressure chamber;
The pressure chamber is partitioned by at least a facing partition wall facing the stretching direction and a non-facing partition wall not facing the stretching direction,
In the pressure chamber wall member, a nozzle that discharges the liquid in the pressure chamber with the expansion / contraction drive of the actuator communicates with the pressure chamber in the non-opposing partition wall and extends in a direction different from the expansion / contraction direction. A liquid discharge head that is formed.
前記ノズルは、前記伸縮方向に対し略直交する方向に延びて形成されている液体吐出ヘッド。 The liquid discharge head according to claim 1,
The liquid ejection head, wherein the nozzle extends in a direction substantially orthogonal to the expansion / contraction direction.
前記圧力室壁部材には、前記圧力室を区画する圧力室用凹部が、前記加圧部材との接合側の面に開口して形成され、
前記圧力室壁部材において前記圧力室用凹部の開口側とは逆側の、前記対向区画壁を構成する部分は、前記ノズルが形成される非対向区画壁を構成する部分の肉厚に比べて分厚くされている液体吐出ヘッド。 The liquid discharge head according to claim 1 or 2,
The pressure chamber wall member is formed with a pressure chamber recess for partitioning the pressure chamber, which is open to a surface on the joint side with the pressure member,
In the pressure chamber wall member, the portion constituting the opposing partition wall on the side opposite to the opening side of the pressure chamber recess is compared with the thickness of the portion constituting the non-opposing partition wall where the nozzle is formed. Liquid discharge head is thickened.
前記アクチュエータは、前記伸縮方向に直交する横断面の面積が前記圧力室の横断面積よりも大に構成されている液体吐出ヘッド。 The liquid discharge head according to any one of claims 1 to 3,
The actuator is a liquid discharge head in which an area of a cross section perpendicular to the expansion / contraction direction is configured to be larger than a cross-sectional area of the pressure chamber.
前記圧力室壁部材は、そのヤング率が0.1〜10GPaの材料で構成されている液体吐出ヘッド。 In the liquid discharge head according to any one of claims 1 to 4,
The pressure chamber wall member is a liquid discharge head made of a material having a Young's modulus of 0.1 to 10 GPa.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007219303A JP2009051077A (en) | 2007-08-27 | 2007-08-27 | Liquid discharge head and liquid discharge apparatus |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11602577B2 (en) | 2016-03-28 | 2023-03-14 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | Water-absorbing agent and method for producing same, and absorbent article produced using water-absorbing agent |
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2007
- 2007-08-27 JP JP2007219303A patent/JP2009051077A/en active Pending
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