液滴排出装置.pdf

一种结构简单、不会产生流路堵塞的问题且生产效率较高的液滴排出装置及其制造方法。该液滴排出装置具有：压力室(42)，其与喷嘴(41)连通；振动膜(32)，其形成了该压力室(42)的一部分；压电元件，其使该振动膜(32)振动；振动膜上的突起(31)，该突起与该压电元件接合并将该压电元件的振动传递至振动膜(32)；以及流路(35)，其与压力室(42)连通，该液滴排出装置从喷嘴(41)排出液滴。该液滴排出装置具有第一部件和第二部件，振动膜(32)、突起(31)、作为流路的槽(35x)以及与该槽(35x)连通的供给孔都设置在第一部件上。喷嘴(41)以及作为压力室(42)的凹部(42x)设置在第二部件上。通过利用粘接剂贴合第一部件和第二部件，从而在槽形成流路(35)，同时在凹部形成压力室(42)。通过使槽(35x)和凹部(33)在局部重合，从而使流路(35)和压力室(42)连通。

1、  一种液滴排出装置，所述液滴排出装置具有：压力室，其与喷嘴连通；振动膜，其形成该压力室的一部分；压电元件，其使该振动膜振动；振动膜上的突起，该突起与该压电元件接合并将所述压电元件的振动传递至所述振动膜；以及流路，其与所述压力室连通，所述液滴排出装置从所述喷嘴排出液滴，其特征在于，
所述液滴排出装置具有第一部件和第二部件，所述振动膜、所述突起、作为所述流路的槽以及与该槽连通的供给孔都设置在第一部件上，所述喷嘴以及作为所述压力室的凹部设置在所述第二部件上，通过利用粘接剂贴合所述第一部件和所述第二部件，从而在所述槽形成所述流路，同时在所述凹部形成所述压力室，通过使所述槽和所述凹部在局部重合，从而使所述流路和压力室连通。

2、  根据权利要求1所述的液滴排出装置，其特征在于，
所述第一部件和/或所述第二部件由树脂材料一体形成。

3、  根据权利要求1或2所述的液滴排出装置，其特征在于，
从与所述振动膜正交的方向观察，所述振动膜中被所述突起所覆盖的部分的面积形成为比其余部分的面积大。

4、  根据权利要求1或2所述的液滴排出装置，其特征在于，
从与所述振动膜正交的方向观察，所述突起和所述振动膜的轮廓为圆形。

液滴排出装置
技术领域
本发明涉及一种液滴排出装置。更详细地说，涉及包括以下部件并用于从喷嘴排出液滴的液滴排出装置：压力室，其与所述喷嘴连通；振动膜，其形成该压力室的一部分；压电元件，其使该振动膜振动；振动膜上的突起，该突起与该压电元件接合，并将该压电元件的振动传递至所述振动膜；以及流路，其与所述压力室连通，所述液滴排出装置从所述喷嘴排出液滴。
背景技术
作为在上述液滴排出装置中所使用的成型品，例如公知有下面的专利文献1所记载的液滴排出装置。
专利文献1：国际公开号WO02/002697
根据该文献，在喷嘴腔板(chamber plate)上形成有各凹部，所述各凹部用于分别形成与喷嘴连通的独立墨水室、独立墨水流路以及共用墨水流路，而且在喷嘴腔板上贴合有振动膜板。如果采取这种结构，具有喷嘴周边的结构部件简化的优点。进而，在该文献中利用例如清漆(varnish)等粘接剂将这两个板接合起来。在这样使用粘接剂来粘接板的情况下，存在着积存的粘接剂流入流路中而导致流路被堵塞的可能性。
例如，如图11(a)所示，假定在喷嘴腔板上形成有凹部42x’和槽35x’，所述凹部42x’形成了相当于独立墨水室的压力室42’，所述槽35x’形成了截面呈方形的流路35’。另外，在该图中利用轮廓仅示出喷嘴腔板的凹部和槽。并且，利用粘接剂将振动膜板贴合在该喷嘴腔板上。
当在板的上表面上涂布有粘接剂时，该粘接剂容易受到表面张力而积存在顶角CT周边。因此，当将两张板接合起来的时候，积存在上角CT周边的粘接剂会与另一的板接触而流入流路内，这成为了流路堵塞的原因。并且，流入的粘接剂积存在底角CD处，使得在该部分也容易产生流路堵塞。在该图的情况下，由于底角CD位于顶角CT附近，因此在二者的复合作用下成为更容易产生流路堵塞的状态，使得生产上的成品合格率降低。
为了解决以这种角部为原因的由粘接剂导致的流路堵塞的问题，如图11(b)所示，可以采取在流路35’和压力室42’之间设置锥面部35e’的方法加以应对。但是，在该结构中，作用于压力室42’的排出压力退回至锥面部35e’，导致压力的传递效率降低。并且，为了维持流路的流动阻力，必须另外在流路35’中设置流动阻力，导致加工复杂。再有，由于该锥面部35e’的存在，会产生压力室42’附近的刚性变得不均匀的不良情况。
发明内容
鉴于上述的以往实际情况，本发明的目的在于提供一种结构简单、不会产生流路堵塞的问题且生产效率高的液滴排出装置。
为了达成上述目的，本发明涉及的液滴排出装置的特征在于，该液滴排出装置具有：压力室，其与喷嘴连通；振动膜，其形成该压力室的一部分；压电元件，其使该振动膜振动；振动膜上的突起，该突起与该压电元件接合并将所述压电元件的振动传递至所述振动膜；以及流路，其与所述压力室连通，所述液滴排出装置从所述喷嘴排出液滴，其中，所述液滴排出装置具有第一部件和第二部件，所述振动膜、所述突起、作为所述流路的槽以及与该槽连通的供给孔都设置在第一部件上，所述喷嘴以及作为所述压力室的凹部设置在所述第二部件上，通过利用粘接剂贴合所述第一部件和第二部件，从而在所述槽形成所述流路，并且在所述凹部形成所述压力室，通过使所述槽和所述凹部在局部相互重合而使所述流路和压力室连通。
根据该特征，例如图4～图6所示，在贴合作为第一部件的振动板30和作为第二部件的喷嘴板40时，由于振动膜32和作为流路的槽35x形成在同一个振动板30上，因此容易积存粘接剂的是流路35的末端35a处的一对角部CS。在该图的情况下，由于一对角部CS突出至压力室42的空间中，因此积存的粘接剂不会由于板之间的相互贴合而流动至流路中。并且，虽然压力室的壁部和流路35都呈线状地在交叉部CL相交，但是由于都是不构成角部的壁部或者流路，因此即使粘接剂暂时流入，粘接剂也不会积存在该交叉部CL。另一方面，例如在图9的情况下，即使流路的末端35a’位于压力室42’外部，积存在该末端35a处的一对角部CS的粘接剂也仅积存在流路的末端部分而不会堵塞其他流路。因此，在贴合两个板30、40时，通过使作为流路的槽和作为压力室的凹部重叠，从而能够防止由粘接剂导致的流路35的堵塞。
在上述结构中，所述第一部件和/或所述第二部件可以由树脂材料一体形成。
并且，从与所述振动膜正交的方向观察，所述振动膜中被所述突起所覆盖的部分的面积也可以形成为比其余部分的面积大。由此，被突起覆盖从而刚性提高了的振动膜的面积增大，振动膜在较大范围内振动而不会挠曲，因此对压力室的加压效率提高。
再有，从与所述振动膜正交的方向观察，所述突起和所述振动膜的轮廓可以是圆形。通过构成为圆形，移位和变形能够均匀地朝所有方向传递，使得振动膜能够圆滑地振动，并且能够抑制局部的疲劳破损。
根据上述本发明所述的液滴排出装置的特征，可以实现结构简单，不会产生流路堵塞的问题，并且可提高该装置的生产效率。并且，不需要为了防止由粘接剂导致的流路堵塞而在压力室的入口部设置锥面部等，从而能够提供一种维持良好的压力传递效率且压力室周围的刚性较高的液滴出装置。
从以下的具体实施方式中能够清楚本发明的其他目的、结构以及效果。
附图说明
图1(a)是液滴排出头的分解立体图，图1(b)是突起附近的立体图。
图2是液滴排出头的纵剖视图。
图3是液滴排出头的下部纵剖视图。
图4是突起以及连通孔附近的俯视俯视图。
图5是从图4的底面侧观察到的立体图。
图6是突起附近的纵剖视图。
图7是图6的另一实施方式。
图8是用于形成突起和振动膜的模具的纵剖视图。
图9是示出突起附近的另一实施方式的俯视图。
图10是示出突起附近的又一实施方式的俯视图。
图11是示出现有液滴排出装置的压力室与连通路之间的关系的立体图。
标号说明
1：液滴排出装置；2：液滴排出头；6：上盖；7：线缆；7a、7b：导线；8：按压件；9：夹具；9a：斜面；9b：抵接部；10：压电元件；10a：保持部；10b：活性部；10c：连接部；10d：下端；10f1、10f2：外部电极；20：托架；21：槽部；21a：倾斜面；22：上释放部；23：固定部；23a：横面；23b：底面；24：空腔部；25：第二槽部；25a：突部；25b：对置面；26：第三槽部；26a：分支部；27：连接口；27c：流路；29：突起；30：振动板；31：突起；31a：上部；31b：侧壁；32：振动膜；32a：周部；32b：中央部；32d：内边界；32e：外边界；33：凹部；33a：内壁；34：上表面；35：流路；35a：末端；35x：槽；36：连通孔；39a：圆孔；39b：长孔；40：喷嘴板；41：喷嘴；42：压力室；42a：下游侧壁；42b：上游侧壁；42x：凹部；43：连通路；49a：圆孔；49b：长孔；50：触头；50a：第一触头；50b：第二触头；51：基部；52：弯曲部；54：中间部；55：连接片；100：模具；101：上模；102：下模；103：基模；103a：圆筒部；103b：锥面部；103c：突出部；104：销；105：空腔部；C1：交叉角；C2：交叉角；CS：角部；CL：交叉部；R1：圆角。
具体实施方式
接下来，一边参照附图一边对本发明的实施方式进行说明。
如图1～图6所示，本发明所述的液滴排出装置1具有将由未图示的滤筒(cartridge)供给的液体从喷嘴41作为液滴排出的液滴排出头2。该液滴排出头2通过相对于托架20固定压电元件10、振动板30、喷嘴板40、触头50、上盖6以及线缆7而构成。此处，托架20、振动板30、喷嘴板40以及上盖6分别由树脂材料注射成型。另外，所述各部件也可以由玻璃、金属等构成，或者也可以通过蚀刻或电铸加工等形成。
在托架20上，上下贯穿地形成有用于引导压电元件10的槽部21，从该进行引导的槽部21的上释放部22朝向下侧配置有固定部23和空腔部24。并且，在上释放部22附近形成有第二槽部25，在托架20的上部从上释放部22朝向托架20的背部形成有用于固定线缆7的第三槽部26。并且，在托架20的背面设有用于连接滤筒的连接口27，托架20的下表面与振动板30和喷嘴板40嵌合并具有突起29，该突起29嵌合在振动板30和喷嘴板40上。在液滴排出头2的下部前方通过振动板30和喷嘴板40形成有被压电元件10驱动的压力室和喷嘴，在第二槽部25中嵌合有将压电元件10和线缆7电连接的触头50。
压电元件10例如使用PZT(钛酸锆酸铅)构成，下端侧的活性部10b通过通电进行伸缩。由于利用中央的保持部10a固定在托架20上，因此使下端10d的位置上下振动，并经由后述的突起31使振动膜32振动。在上部的连接部10c上形成有一对外部电极，这对外部电极与触头50的从基部51延伸出的弯曲部52的局部连接。压电元件10截面为方形，其从上释放部22插入并经由固定部23将前端侧配置在空腔部24中。并且，压电元件10利用粘接剂被固定在固定部23中。如图2所示，进行引导的槽部21在安装有压电元件10的状态下上下贯通，从而能够通过上释放部22观察突起31。在进行引导的槽部21的面对压电元件10的对置面上具有倾斜面21a，该倾斜面21a越离开上释放部22并朝向下侧越接近压电元件10。该倾斜面21a与夹具9的斜面9a接触，并通过夹具9的压入而将压电元件10高精度地嵌合在固定部23上。
前端露出有导线7a、7b的线缆7嵌入到第三槽部26中，并利用按压件8防脱。导线7a、7b被突出至上释放部22中央部的分支部26a左右分开，并借助于连接片55的弯曲使导线7a、7b与第一、第二触头50a、50b连接。然后安装上盖6，将上部保护起来。
振动板30、喷嘴板40相互重合地粘接在一起，并嵌合在托架20的下部。振动板30具有圆孔39a和长孔39b，从托架20的下端突出来的一对突起29分别贯穿圆孔39a和长孔39b，从而完成振动板30的定位。并且，在喷嘴板40中的与上述的振动板30的圆孔39a、长孔39b相同的位置上分别形成有圆孔49a和长孔49b。圆孔39a和圆孔49a、长孔39b和长孔49b分别与一对突起29嵌合，从而将所述托架20、振动板30、喷嘴板40的定位维持在高精度。另外，由于圆孔49a、长孔49b有底，突起29不贯穿它们，因此即使排出的液体等附着在喷嘴板40的下表面上也容易进行清扫，能够防止不经意地混入不同液体。
在振动板30上，在上述的进行引导的槽部21的下端附近具有突起31、振动膜32以及凹部33。在喷嘴板40的上表面设有用于形成压力室42的凹部42x，在振动板30的下表面设有用于形成与压力室42连通的流路35的槽35x，通过这两个板的贴合而形成了压力室42和流路35。该流路35经由连通孔36与托架20的流路27c连通。如图4和图6所示，突起31、振动膜32以及凹部33的边界部为同心圆形状，且直径依次增大。压力室42经由连通路43与喷嘴41连通。压电元件10的下端10d的一部分与突起31的一部分相抵接，且二者通过粘接剂紧固。并且，使凹部33的外形比下端10d的外形大，因此，能够防止下端10d与上表面34接触。
如图4～图6所示，所述突起31的位于振动膜32附近的基部是随着接近该振动膜截面积增大的增大部。在本实施例中该增大部形成为随着接近振动膜32直径增大，该基部的外侧为侧壁31b。进而，通过将突起31与振动膜32交叉的交叉部分即内边界32d处的侧壁31b和振动膜32的交叉角C1形成为钝角，能够保持该内边界32d及其附近的刚性，同时能够提高从成形模具脱模的脱模性。因此，倾斜的侧壁31b可以仅截止到内边界32d附近的部分。
突起31中的侧壁31b的上部31a形成为其外壁与振动膜32正交，在本实施方式中上部31a形成为圆柱状。通过这样将上部31a形成为圆柱状，能够防止上部31a自身的刚性降低。并且，成形模具能够由圆孔和圆销构成，并且通过调整销的高度来实现该上部31a的高度精度的提高。具体而言，这种模具采用图8所示的结构。模具100具有上模101和下模102，使销104嵌合在上模101的基模103的圆筒孔103a中，并在空腔部105中填充树脂进行成形。销104相对于圆筒孔103a的插入位置能够容易地调整，圆筒孔103a的下端与销104的下端之间的距离H成为上述的上部31a的高度。锥部103b形成上述的侧壁31b，突出部103c形成振动膜32的一部分。
振动膜32由被所述突起31所覆盖的圆盘状的中央部32b和位于该中央部32b周围的圆环状的周部32a构成。在本实施例中，在图4所示的俯视图中，通过将中央部32b的面积设定为比周部32a的面积大，从而能够使传递至突起31的来自压电元件10的振动更加均匀地传递至整个振动膜32。
对于突起31，也可以如图7所示使内边界32d附近形成圆角R1以取代如上所述将交叉角C1形成为钝角的情况。在该情况下，内边界32d形成所谓的圆倒角(R尻)。并且，在凹部33和振动膜32之间形成有圆筒状的内壁33a，也可以使该内壁33a与振动膜32之间的外边界32e处的交叉角C2形成为钝角，由此提高振动膜32的刚性和脱模性。与内边界32d和侧壁31b的情况相同，也可以在该外边界32e附近形成圆角或者使内壁33a形成随着接近振动膜而接近突起31的斜度。
压力室42的外径比振动膜32的外径大，并且二者偏心地相互重合，以使振动膜32的外边界32e与压力室42的下游侧壁42a在连通路43侧大致一致。通过该偏心，在流路35侧且在振动膜的外边界32e与压力室42的上游侧壁42b之间能够形成间隙，并且使流路35的末端35a位于该间隙部分。
在贴合振动板30和喷嘴板40时，在二者之间涂布粘接剂。作为该粘接剂能够采用液状的热固型粘接剂等，也可以采用分散有与两个板30、40相同的树脂的清漆作为粘接剂。在涂布时，例如在两个板30、40中的一个板的接合面上滴下数滴粘接剂，使旋转涂布机旋转以形成均匀的液膜，并将另一个板重合在该粘接剂的液膜上即可。然后，将接合后的两个板30、40插入模具中使两个板彼此紧贴，在热固型粘接剂的情况下使用加热炉加热以使粘接剂固化。
在本实施方式中，由于振动膜32和流路形成在同一个振动板30上，因此如上所述，流路35的末端35a处的积存有粘接剂的一对角部CS突出至压力室42的空间中，不会出现堵塞流路35的情况。
在如上所述对液滴排出头2进行组装时，首先，在压电元件10上涂布粘接剂，同时将该压电元件10从上释放部22插入到进行引导的槽部21中，并使该压电元件10朝固定部23移动。在该状态下将夹具9插入到进行引导的槽部21中，通过斜面9a与槽部21以及抵接部9b与压电元件10的抵接，从而将压电元件10按压在固定部23上，并使粘接剂固化。
另一方面，在另一工序中相互粘接振动板30和喷嘴板40。进而，使托架20下部的一对突起29分别嵌合到这两个板的圆孔39a、圆孔49a和长孔39b、长孔49b中并进行粘接。另外，在将板30、40粘接在托架20上之前将粘接剂涂布在压电元件10的下端10d上，从而使压电元件10的下端10d抵接在振动板30的突起31上，并将它们粘接在一起。
然后，将触头50插入第二槽部25中，同时将线缆7嵌入到第三槽部26中，借助于连接片55的弯曲来固定导线7a、7b，并完成外部电极10f1、第一触头50a和导线7a的电连接以及外部电极10f2、第二触头50b和导线7b的电连接。进而，从线缆7供给驱动电流，并经由进行引导的槽部21观察突起31。能够根据突起31的振动来确认下端10d与突起31之间的紧固。
接下来，列举出本发明的另一实施方式的可能性。另外，对与上述实施方式相同的部件标以相同的标号。
在上述实施方式中构成为流路35通过压力室42的中心。但是，如图9所示，也可以构成为使流路35偏心地位于压力室42的一侧，并使压力室42和流路35在局部重叠。流路35的末端35a1可以如上述实施方式所述那样与压力室42重叠，也可以使末端35a延长至压力室42的外侧。无论在哪一种情况下，即使粘接剂积存在一对角部CS处，该粘接剂也不会堵塞流路。并且，突起31和压力室42的外径并不限于圆形，也可以采用图10的形状。另外，本发明所述的液滴排出装置在符合本发明的主旨的范围内能够进行各种改变。
产业上的可利用性
本发明能够利用于化学实验、生物技术实验、医疗诊断、电子设备生产等中。液体能够采用多种液体。例如能够采用包括DNA、蛋白质、菌类等的活体材料、荧光微粒、导电体微粒、树脂微粒、陶瓷微粒、颜料染料等微粒的液体。并且，也适用于少量采用蒸馏水等表面张力高的液体或昂贵的液体。除了通过印制描绘线条等之外，例如还能够形成电极或制作微透镜。再有，除了通过排出液滴而将液滴配置在例如活体材料片等预定的多个部位上之外，还能够用于通过分注、散布产生气味，通过调整排出量进行调整配合，以及成膜等。