液滴喷出装置的制作方法

本发明涉及液滴喷出装置。

背景技术：

利用压电效应进行从电能向机械能的能量转换的压电元件由于响应性优异，因此在半导体、印刷、化学药品等广泛的领域中被用于将液体喷出到对象物的表面的液滴喷出装置。

这里，为了增大压电元件的移位量，提出了设置使用了铰接构造的移位扩大机构的方法(参照专利文献1和专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-349387号公报

专利文献2：日本特开2008-54492号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

但是，在专利文献1、2的方法中，需要借助铰接结构以增大压电元件的移位，因此压电元件的响应性会受到损害。

本发明的目的在于，提供能够在维持压电元件的响应性的同时增大移位量的液滴喷出装置。

用于解决课题的手段

本发明的一个方式的液滴喷出装置具有：液体贮存部，其具有液体喷出口；隔膜，其使液体贮存部的容积改变；承受部件，其固定于隔膜；以及压电元件，其对承受部件施加加压振动。压电元件相对于承受部件不是固定或紧固的。

发明效果

根据本发明的一个方式，能够提供能够在维持压电元件的响应性的同时增大移位量的液滴喷出装置。

附图说明

图1是示出第一实施方式的液滴喷出装置的结构的示意图。

图2是示出第一实施方式的隔膜和压电元件的移位波形的曲线图。

图3是用于对第一实施方式的隔膜和压电元件的状态进行说明的示意图。

图4是用于对第一实施方式的隔膜和压电元件的状态进行说明的示意图。

图5是用于对第一实施方式的隔膜和压电元件的状态进行说明的示意图。

图6是示出第二实施方式的液滴喷出装置的结构的示意图。

图7是示出第二实施方式的隔膜和压电元件的移位波形的曲线图。

图8是示出第二实施方式的隔膜和压电元件的移位波形的曲线图。

图9是示出第二实施方式的隔膜和压电元件的移位波形的曲线图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一个实施方式的外观检查装置进行说明。但是，本发明的范围不限于以下实施方式，能够在本发明的技术思想的范围内任意地变更。并且，在以下的附图中，为了容易理解各个结构，有时使各个构造中的比例尺和数量等与实际构造中的比例尺和数量等不同。

另外，在本说明书中，“垂直”是不仅包含物理上严格意义的垂直的情况也包含实质上垂直的情况的概念。“实质上垂直”是指在15°以下的范围内倾斜的情况。

1.第一实施方式

(液滴喷出装置10的结构)

图1是示出第一实施方式的液滴喷出装置10的结构的示意图。

液滴喷出装置10具有液体贮存部11、隔膜12、承受部件13、压电元件14、抵接部件15以及控制部16。

(1)液体贮存部11

液体贮存部11具有主体部11a、液室11b以及液体喷出口11c。

主体部11a形成为中空状。在本实施方式中，主体部11a形成为杯状，但不限于此。主体部11a能够由例如合金材料、陶瓷材料以及合成树脂材料等构成。

液室11b形成于主体部11a的内部。在液室11b中贮存有液体。作为液体，能够举出焊料、热固化性树脂、墨、用于形成功能性薄膜(配向膜、抗蚀剂、滤色器、有机电致发光等)的涂敷液等。

液体喷出口11c形成为贯通主体部11a。在本实施方式中，液体喷出口11c形成在与隔膜12对置的位置，但不限于此。液室11b内的液体从液体喷出口11c成为液滴而向外部喷出。另外，虽然在图1中未图示，但液体贮存部11具有用于向液室11b提供液体的液体供给口。

(2)隔膜12

隔膜12配置在液体贮存部11上。隔膜12将液体贮存部11的液室11b密封。当从后述的压电元件14对承受部件13施加加压振动时，隔膜12与承受部件13一同弹性地振动。由此，隔膜12使液室11b的容积改变。

隔膜12具有固定部12a和挠性部12b。固定部12a固定于液体贮存部11的主体部11a。固定部12a是隔膜12的外缘。挠性部12b是被固定部12a包围的部分。挠性部12b不固定于液体贮存部11的主体部11a，能够变形。

当挠性部12b朝向液室11b的内部呈凸状弯曲时，液室11b的容积变小。由此，液体从液体喷出口11c变为液滴而向外部喷出。之后，当挠性部12b借助自身的弹性而恢复到图1的状态时，液室11b的容积复原。此时，从液体供给口向液室11b补充液体。

构成隔膜12的材料没有特别限制，能够使用例如合金材料、陶瓷材料以及合成树脂材料等。

(3)承受部件13

承受部件13固定于隔膜12中的挠性部12b的外表面12s。承受部件13能够通过粘接剂或通过焊接而与挠性部12b紧固起来。

从后述的压电元件14对承受部件13施加加压振动。当被施加加压振动时，承受部件13作为隔膜12的配重而发挥功能，对隔膜12施加惯性力。其结果为，与不设置承受部件13的情况相比，隔膜12能够大幅地移位。关于隔膜12的移位，在后文详细描述。

构成承受部件13的材料没有特别限制，但是为了抑制由于与后述的抵接部件15接触而破损或磨损，优选使用耐冲击性和耐磨损性优异的材料。作为这样的材料，能够举出氧化锆和氮化硅(siliconnitride)等陶瓷材料。另外，也可以在承受部件13中的与抵接部件15接触的部分使用耐冲击性及耐磨损性优异的材料，在其他部分使用密度比较高的材料(不锈钢合金和黄铜等)以确保作为配重的重量。

承受部件13的尺寸没有特别限制，但由于挠性部12b中的固定有承受部件13的区域不易挠曲，因此优选以能够确保挠性部12b的挠曲量的方式适当调整承受部件13的尺寸。

具体而言，在与挠性部12b的外表面12s平行的方向(以下，称为“第一方向”)上，承受部件13的宽度w1优选为挠性部12b的宽度w2的60％以下，更优选为50％以下，尤其优选为30％以下。例如，在挠性部12b为φ10mm的圆板状的情况下，优选将φ6mm以下的圆柱状的承受部件13配置于外表面12s的中央。由此，能够在挠性部12b中留下环状挠性区域，因此能够确保隔膜12的挠曲量。

(4)压电元件14

压电元件14配置为与承受部件13对置。在本实施方式中，压电元件14在第二方向上远离承受部件13，不是相对于承受部件13固定或紧固。压电元件14的基端部14p固定于固定部件19，为固定端。在压电元件14的前端部14q固定有后述的抵接部件15，为自由端。

压电元件14具有多个压电体14a、多个内部电极14b以及一对侧面电极14c、14c。各压电体14a和各内部电极14b交替地层叠。各压电体14a例如由锆钛酸铅(pzt)等压电陶瓷构成。各内部电极14b与一对侧面电极14c、14c中的任意一方电连接。即，与一方的侧面电极14c电连接的内部电极14c与另一方的侧面电极14c电绝缘。这种结构通常被称为部分电极构造。

但是，压电元件14只要至少具有一个压电体和一对电极即可，压电元件14能够使用公知的各种构造的压电元件。

压电元件14根据电压的施加而在与第一方向垂直的方向(以下，称为“第二方向”)上进行伸缩。具体而言，压电元件14在一对侧面电极14c、14c没有被施加电压的情况下为自然长度的状态。一对侧面电极14c、14c被施加的电压越大，压电元件14向承受部件13侧伸展得越多。而且，当一对侧面电极14c、14c被施加驱动电压(即，最高电位)时，压电元件14成为向承受部件13侧伸展得最长的状态。

伴随着这样的压电元件14的伸展动作，对非约束状态的承受部件13施加加压振动。非约束状态是指承受部件13相对于压电元件14不是固定或紧固的，承受部件13能够独立于压电元件14进行移动的状态。

另外，当对一对侧面电极14c、14c施加的电压从驱动电压变小时，压电元件14朝向承受部件13的相反侧收缩，恢复为自然长度的状态。

(5)抵接部件15

抵接部件15插入于承受部件13与压电元件14之间。抵接部件15固定于压电元件14的前端部14q。抵接部件15能够通过粘接剂或通过焊接而与压电元件14紧固起来。抵接部件15伴随着压电元件14的伸缩而与压电元件14一同在第二方向上移动。

抵接部件15相对于承受部件13不是固定或紧固的。抵接部件15以接近、离开自如的状态与承受部件13抵接。

抵接部件15具有曲面15s和平面15t。曲面15s与承受部件13的外表面13s对置。平面15t与压电元件14的端面14s连接。因此，抵接部件15与承受部件13点接触，并且与压电元件14面接触。因此，从承受部件13对抵接部件15施加的力经由抵接部件15而均等地传递给压电元件14。其结果为，能够抑制压缩应力在压电元件14的内部集中而导致其破损。

另外，在本实施方式中，抵接部件15形成为大致半球状，但不限于此。抵接部件15只要是能够与承受部件13点接触并且与压电元件14面接触的形状即可。

构成抵接部件15的材料没有特别限制，但是为了抑制由于与承受部件13碰撞而破损或磨损，与承受部件13同样地，优选使用耐冲击性和耐磨损性优异的材料。另外，也可以在抵接部件15中的与承受部件13接触的部分使用耐冲击性和耐磨损性优异的材料，在其他部分使用密度比较高的材料。

(6)控制部16

控制部16由cpu(centralprocessingunit：中央处理单元)或dsp(digitalsiganalprocessor：数字信号处理器)等微处理器、或asic(applicationspecificintegratedcircuit：专用集成电路)等运算装置而实现。

控制部16生成用于使压电元件14进行伸缩的驱动脉冲，根据生成的驱动脉冲而对压电元件14的一对侧面电极14c、14c施加电压。在控制部16中，能够适当设定驱动脉冲的最高电位(即，驱动电压)和波形。

(液滴喷出装置10的动作)

接下来，参照附图对液滴喷出装置10的动作进行说明。

图2是示出隔膜12的移位量d和压电元件14的移位量e的推移的曲线图。图3～图5是用于对隔膜12和压电元件14在时刻t1～t3的状态进行说明的示意图。另外，隔膜12的移位量d的推移是指隔膜12的移位波形。压电元件14的移位量e的推移与控制部16生成的驱动脉冲的波形相同。

在时刻t0，控制部16不对压电元件14施加电压。因此，在时刻t0，压电元件14不伸展，不对承受部件13施加加压振动(参照图1)。在时刻t0，液体贮存部11的容积最大。

在时刻t0～t1，控制部16使对压电元件14施加的电压逐渐上升，在时刻t1施加最高电位(驱动电压)。因此，在时刻t0～t1，压电元件14从移位量0伸展至最大移位量emax，隔膜12被压电元件14施力，与压电元件14一同移位至第一移位量da(参照图3)。隔膜12的第一移位量da与压电元件14的最大移位量emax相同。

在时刻t1～t2，控制部16使对压电元件14施加的电压逐渐下降，在时刻t2恢复为不施加电压的状态。因此，在时刻t1～t2，压电元件14从最大移位量emax进行收缩直至移位量0(参照图4)。另一方面，在时刻t1～t2，隔膜12被作为配重而发挥功能的承受部件13的惯性力施力，从而从第一移位量da进一步进行移位直至第二移位量db(＞da)(参照图4)。

在时刻t2～t3，控制部16不对压电元件14施加电压。因此，压电元件14维持为移位量0(参照图5)。另一方面，在时刻t2～t3，隔膜12被作为配重而发挥功能的承受部件13的惯性力进一步施力，从第二移位量db进一步进行移位直至最大移位量dmax(＞db)(参照图5)。隔膜12的最大移位量dmax大于压电元件14的最大移位量emax。在时刻t3，液体贮存部11的容积最小。

在时刻t3及以后，控制部16不对压电元件14施加电压，但如图2所示，隔膜12在时刻t4恢复为不挠曲的状态(以下，称为“原状态”)，然后以与自身的弹性对应的固有振动频率进行衰减振动，同时移位量逐渐接近0。因此，在隔膜12的移位波形中，在第一波之后，产生持续或过渡的第二波～第n波(以下，称为“振荡(ringing)”)

(特征)

(1)在液滴喷出装置10中，在隔膜12上设置有作为配重而发挥功能的承受部件13。因此，在压电元件14移位至最大移位量emax之后，借助承受部件13的惯性力对隔膜12施力，由此能够使该隔膜12移位至最大移位量dmax。因此，能够对贮存于液体贮存部11中的液体施加较大的力。其结果为，即使液体是高粘度的，也能够顺畅地喷出液体而无需设置加热机构(参照日本特开2003-103207号公报、日本特开2000-317371号公报)等。而且，由于能够将来自压电元件14的加压振动直接施加于隔膜12，因此与设置了使用铰接构造的移位扩大机构(参照日本特开2005-349387号公报、日本特开2008-54492号公报)的情况相比，能够提高响应性。这样，根据第一实施方式的液滴喷出装置10，能够在维持压电元件14的响应性的同时增大隔膜12的移位量。

(2)在液滴喷出装置10中，具有抵接部件15，抵接部件15固定于压电元件14，并且以接近、离开自如的状态与承受部件13抵接。因此，和压电元件14与承受部件13抵接的情况相比，能够抑制压电元件14自身破损或磨损。并且，由于抵接部件15不是相对于承受部件13固定的，因此能够维持承受部件13的非约束状态。

(3)抵接部件15与承受部件13点接触，并且与压电元件14面接触。因此能够将从承受部件13对抵接部件15施加的力均等地传递给压电元件14，因此，能够抑制压缩应力在压电元件14的内部集中而导致其破损。

2.第二实施方式

对第二实施方式的液滴喷出装置20的结构进行说明。

在第一实施方式的液滴喷出装置10中，在隔膜12的移位波形中，在第一波之后产生振荡，而在第二实施方式的液滴喷出装置20中，执行抑制隔膜12振荡的控制(以下，称为“振荡抑制控制”)。以下，主要对与第一实施方式的不同点进行说明。

(液滴喷出装置20的结构)

图6是示出液滴喷出装置20的结构的示意图。液滴喷出装置20除了上述的液滴喷出装置10的结构之外，还具有应变计17和放大器装置18。

应变计17设置于隔膜12中的挠性部12b的外表面12s。应变计17根据挠性部12b的电阻值的增减来检测挠性部12b的应变量。应变计17是用于检测隔膜12的移位波形(移位的经时推移)的“移位计”的一例。应变计17将检测到的应变量输出给放大器装置18。放大器装置18放大从应变计17输入的应变量并输出给控制部16。

控制部16根据输入的应变量而获取隔膜12的移位波形。控制部16根据上一次加压振动中的隔膜12的移位波形而执行下一次加压振动中的振荡抑制控制。

(振荡抑制控制)

以下，参照附图对控制部16的振荡抑制控制的一例进行说明。作为振荡抑制控制的具体方法，考虑了各种方法，但是在以下说明的振荡抑制控制中，采用根据上一次加压振动中的隔膜12的移位波形来抑制下一次加压振动中的隔膜12的振荡的方法。根据这样的振荡抑制控制，能够随着每次反复隔膜12的加压振动而逐渐抑制振荡。

图7～图9是示出隔膜12的移位量d和压电元件14的移位量e的推移的曲线图。隔膜12的移位量d的推移是指隔膜12的移位波形。压电元件14的移位量e的推移与控制部16生成的驱动脉冲的波形相同。

在图7～图9中，假设了隔膜12以规定的时间间隔连续进行3次加压振动的情况。在图7所示的第一次加压振动m1中，不执行振荡抑制控制，在图8所示的第二次加压振动m2中，根据图7的移位波形而执行了振荡抑制控制，在图9所示的第三次加压振动m3中，根据图8的移位波形而执行了振荡抑制控制。以下，进行详细说明。

在图7所示的第一次加压振动m1中，在隔膜12的移位波形中包含有第一波x1～第n波xn，其中，第二波x2～第n波xn是振荡。

在图8所示的第二次加压振动m2中，在隔膜12的移位波形中包含有第一波y1～第n波yn，其中，第二波y2～第n波yn是振荡。

在图9所示的第三次加压振动m3中，在隔膜12的移位波形中包含有第一波z1～第n波zn，其中，第二波z2～第n波zn是振荡。

(第一次加压振动m1)

第一次加压振动m1与在上述第一实施方式中参照图2所说明的加压振动相同。控制部16通过具有时刻t0～t1的电压上升区间和时刻t1～t2的电压下降区间的驱动脉冲而对压电元件14进行控制。

因此，对压电元件14施加的电压在时刻t0～t1从0(基准电位)上升至驱动电压(最高电位)，然后在时刻t1～t2从驱动电压下降至0。

如图7所示，在第一次加压振动m1中，在时刻t1～t2的电压下降区间内，表示压电元件14的移位的le1与表示隔膜12的移位的线段ld1不交叉。因此，隔膜12在时刻t4恢复为原状态之前不与抵接部件15接触，因此振荡保持原样。

(第二次加压振动m2)

接着，控制部16从应变计17获取图7的移位波形。然后，控制部16以减小图7的移位波形所包含的振荡的方式来决定减小电压的时机和电压的减小速度(斜率)，基于此而调整驱动脉冲的波形。

具体而言，如图8所示，控制部16通过具有时刻t5～t6的电压上升区间、时刻t6～t7的电压维持区间以及时刻t7～t8的电压下降区间的驱动脉冲而对压电元件14进行控制。

因此，对压电元件14施加的电压在时刻t5～t6从0(基准电位)上升至驱动电压(最高电位)，在时刻t6～t7维持为驱动电压，然后在时刻t7～t8从驱动电压下降至0。时刻t6～t7的电压维持区间的时间宽度为tw1。

如图8所示，在第二次加压振动m2中，在时刻t7～t8的电压下降区间内，表示压电元件14的移位的le2与表示隔膜12的移位的线段ld2交叉。这表示隔膜12在时刻t7～t8向原状态恢复的中途与收缩中的抵接部件15接触。

因此，隔膜12的振动被抵接部件15的收缩吸收，从而与图7的振荡相比，图8的振荡减小。

(第三次加压振动m3)

接着，控制部16从应变计17获取图8的移位波形。然后，控制部16以进一步减小图8的移位波形所包含的振荡的方式来决定使电压减小的时机和电压的减小速度(斜率)，并基于此而进一步调整驱动脉冲波形。

具体而言，如图9所示，控制部16通过具有时刻t9～t10的电压上升区间、时刻t10～t11的电压维持区间、以及时刻t11～t12电压下降区间的驱动脉冲而对压电元件14进行控制。因此，对压电元件14施加的电压在时刻t9～t10从0(基准电位)上升至驱动电压(最高电位)，在时刻t10～t11维持为驱动电压，然后在时刻t11～t12从驱动电压下降至0。时刻t10～t11的电压维持区间的时间宽度tw2比第二次加压振动m2的时刻t6～t7的电压维持区间的时间宽度tw1长。

如图9所示，在第三次加压振动m3中，在时刻t10～t11的电压下降区间内，表示压电元件14的移位的le3与表示隔膜12的移位的线段ld3交叉。因此，隔膜12在时刻t11～t12向原状态恢复的中途与收缩中的抵接部件15接触。

而且，由于电压维持区间的时间宽度tw2被设定得比时间宽度tw1长，因此隔膜12与抵接部件15接触的时机稍微滞后。因此，通过隔膜12的振动被抵接部件15的收缩而吸收，从而与图8的振荡相比，图9的振荡进一步减小。

(第四次及以后的加压振动)

以上，对第三次及之前的加压振动进行了说明，但第四次及以后也可以继续执行相同的振荡抑制控制。或者，也可以是，之后继续使用振荡最大移位不到规定的值时的驱动脉冲，在振荡的最大移位变为了规定的值以上时，重新开始振荡抑制控制。

(特征)

(1)在液滴喷出装置20中，控制部16在第二次加压振动m2中，在对压电元件14施加了驱动电压之后，在时刻t7～t8执行振荡抑制控制，以减小振荡。因此，能够限制从液体喷出口11c变为液滴而向外部喷出的液体量，因此能够高精细地喷出液滴。

(2)在液滴喷出装置20中，控制部16在时刻t11～t12改善了振荡抑制控制，使得第三次加压振动m3中的振荡z2～zn比第二次加压振动m2中的振荡进一步减小。因此，能够进一步限制从液体喷出口11c变为液滴而向外部喷出的液体量，因此能够更高精细地喷出液滴。

(其他实施方式)

通过上述实施方式记载了本发明，但不应该理解为构成该公开的一部分的论述和附图是对本发明的限定。本领域技术人员能够根据本公开而明确各种代替实施方式、实施例及运用技术。

在上述第一及第二实施方式中，在隔膜12与压电元件14之间插入有抵接部件15，但也可以不插入抵接部件15。在该情况下，承受部件13与压电元件14直接接触。在承受部件13与压电元件14直接接触情况下，承受部件13优选与压电元件14点接触。

在上述第一及第二实施方式中，抵接部件15具有与承受部件13点接触的曲面15s，但是不限于此。抵接部件15只要能够与承受部件13点接触即可，例如在承受部件13具有曲面的情况下，抵接部件15也可以是平面。

在上述第一及第二实施方式中，抵接部件15形成为大致半球状，其整体插入于承受部件13与压电元件14之间，但是不限于此。抵接部件15也可以仅其一部分插入于承受部件13与压电元件14之间。例如，抵接部件15也可以是收纳压电元件14的箱状的收纳器。在该情况下，夹在承受部件13与压电元件14之间的收纳器的底板作为抵接部件而发挥功能。

在上述第一及第二实施方式中没有特别提到，但压电元件14进行伸缩的第二方向可以是铅垂方向，也可以是与铅垂方向交叉的方向。即，压电元件14的伸缩方向能够与铅垂方向无关地自由地设定。因此，隔膜12也可以配置于液体贮存部11的侧面，也可以配置于液体贮存部11的底面。

在上述第二实施方式中，控制部16在第二次和第三次加压振动m2、m3中以减小全部的振荡的方式执行振荡抑制控制，但是不限于此。控制部16也可以以使振荡的一部分不减小的方式来执行振荡抑制控制。这样，例如通过不减小第二波或第三波而特意保留，从而能够增大液滴的体积。

在上述第二实施方式中，液滴喷出装置20在振荡抑制控制中每次都决定隔膜12的电压减小时机和电压减小速度，但是不限于此。例如，也可以是，之后继续使用根据第一次的移位波形而决定的电压减小时机和电压减小速度。在该情况下，只要将隔膜12的移位变为规定的值以下的时刻作为电压减小时机即可。

在上述第二实施方式中，液滴喷出装置20具有应变计17和放大器装置18以执行振荡抑制控制，但是即使不具有应变计17和放大器装置18，液滴喷出装置20也能够执行振荡抑制控制。例如，只要预先获取使用所希望的液体时的隔膜12的移位波形并且预先决定能够抑制振荡的驱动脉冲，控制部16就无需调整驱动脉冲，因此不需要应变计17和放大器装置18。

在上述第二实施方式中，控制部16在第三次加压振动m3中调整电压维持区间的时间宽度、即调整使电压减小的时机，但是不限于此。控制部16也能够通过调整电压的减小速度(每单位时间的减小电位)来调整振荡的减小量。“调整电压减小速度”具体而言是指使图8的t7～t8或图9的t11～t12的时间可变并改变下降的斜率。另外，控制部16也能够通过调整使电压减小的时机和电压的减小速度这两者来调整振荡的减小量。

在上述第二实施方式中，控制部16根据第一次和第二次加压振动m1、m2中的隔膜12的移位量来执行振荡抑制控制，但是不限于此。控制部16能够使用振荡抑制控制用的预先设定的规定的驱动脉冲来执行振荡抑制控制。在该情况下，液滴喷出装置20也可以不具备应变计17和放大器装置18。

在上述第二实施方式中，作为用于检测隔膜12的移位波形的移位计的一例，对应变计17进行了说明，但是不限于此。作为移位计，能够使用直接测定隔膜12的尺寸的形状测定仪等。

标号说明

10：液滴喷出装置；11：液体贮存部；12：隔膜；13：承受部件；14：压电元件；15：抵接部件；16：控制部；17：应变计。