本發(fā)明涉及流體噴射裝置。

背景技術：

已知一種通過移動體的往復移動而使液滴材料飛翔吐出的流體噴射裝置。作為用于使移動體移動的驅動源，多數(shù)情況下使用利用了壓電元件等的致動器。由于壓電元件的位移量小，因此，例如在專利文獻1所記載的技術中，通過增大機構來增大位移量。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特表2014-525831號公報

但是，若使用增大機構，則構成變得復雜，可能導致驅動裝置大型化。因而，期待一種在通過移動體的往復移動來吐出液滴的流體噴射裝置中不使用增大機構而能夠充分確保移動體的位移量的技術。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決上述技術問題的至少一部分而提出，可作為以下方式得以實現(xiàn)。

(1)根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了流體噴射裝置。該流體噴射裝置是用于噴射流動性材料的流體噴射裝置，具有：流動性材料室，被供給所述流動性材料；移動體，能夠在所述流動性材料室內往復移動；噴嘴部，具有與所述流動性材料室連通的吐出口，并且所述移動體的前端部能夠從所述流動性材料室一側接觸所述吐出口的周圍的內壁；致動器，通過接觸于所述移動體的后端部并使所述移動體往復移動，從而使所述流動性材料從所述吐出口吐出；以及驅動信號供給部，輸出用于驅動所述致動器的信號，所述致動器包括串聯(lián)連接的第一壓電元件和第二壓電元件，所述第二壓電元件的一端接觸所述移動體的后端部，所述驅動信號供給部能夠向所述第一壓電元件和所述第二壓電元件分別輸出第一驅動波形和第二驅動波形，所述第二驅動波形具有比所述第一驅動波形所包含的電壓變化部分更陡峭的電壓變化部分，所述驅動信號供給部在將所述第一驅動波形輸出至所述第一壓電元件時，將所述第二驅動波形輸出至所述第二壓電元件，而在將所述第二驅動波形輸出至所述第一壓電元件時，將所述第一驅動波形輸出至所述第二壓電元件。如果是這種方式的流體噴射裝置，由于用于使移動體往復移動的致動器由串聯(lián)連接的多個壓電元件構成，因此能夠在不使用增大機構的情況下充分確保移動體的位移量。另外，由于能夠將具有陡峭的電壓變化部分的第二驅動波形分別輸出至第一壓電元件和第二壓電元件，因此能夠抑制僅其中一方的壓電元件劣化的情況。因而，致動器的耐用性提高。

(2)在上述方式的流體噴射裝置中，也可以是，所述驅動信號供給部利用所述第一驅動波形的至少一部分，使所述移動體的前端部靠近所述內壁，所述驅動信號供給部利用所述第二驅動波形的陡峭的電壓變化部分，使所述移動體的前端部碰撞所述內壁。如果是這種方式，由于能夠在確保用于填充流動性材料的行程量的同時，使移動體高速碰撞內壁，因此能夠吐出高粘度的材料。

(3)在上述方式的流體噴射裝置中，也可以是，所述驅動信號供給部針對所述第一壓電元件和所述第二壓電元件各自，在輸出所述第一驅動波形后，開始輸出所述第二驅動波形。如果是這種方式，與第一驅動波形和第二驅動波形部分疊加輸出的情況相比，能夠抑制致動器產生不必要的振動。

(4)在上述方式的流體噴射裝置中，也可以是，所述驅動信號供給部具備第一驅動信號供給部和第二驅動信號供給部，所述第一驅動信號供給部將所述第一驅動波形和所述第二驅動波形輸出至所述第一壓電元件，所述第二驅動信號供給部將所述第一驅動波形和所述第二驅動波形輸出至所述第二壓電元件。如果是這種方式，由于能夠將驅動信號分別單獨供給至第一壓電元件和第二壓電元件，因此即使第一壓電元件和第二壓電元件是不同特性的元件，也能夠使其進行適應各自的元件特性的伸縮動作。

(5)在上述方式的流體噴射裝置中，也可以是，所述第一壓電元件和所述第二壓電元件的共振頻率相等。如果是這種方式，能夠使第一壓電元件和第二壓電元件進行相同的伸縮動作。因而，容易控制致動器的伸縮動作。

(6)在上述方式的流體噴射裝置中，也可以是，輸出至所述第一壓電元件的所述第一驅動波形和輸出至所述第二壓電元件的所述第一驅動波形是相同波形，并且輸出至所述第一壓電元件的所述第二驅動波形和輸出至所述第二壓電元件的所述第二驅動波形是相同波形。如果是這種方式，由于能夠使第一壓電元件和第二壓電元件使用公共的驅動波形，因此容易控制致動器的伸縮動作。

(7)在上述方式的流體噴射裝置中，也可以是，所述第一壓電元件和所述第二壓電元件借助接觸部相連接，所述接觸部與所述第一壓電元件和所述第二壓電元件分別點接觸或線接觸。如果是這種方式，由于壓電元件相互的發(fā)熱不會對彼此造成影響，因此壓電元件的耐用性提高。

(8)在上述方式的流體噴射裝置中，也可以是，還具有：施力部件，從所述吐出口一側向所述致動器一側對所述移動體施力。如果是這種方式，由于能夠利用施力部件對壓電元件施加預載荷，因此壓電元件的耐用性提高。

需要說明的是，本發(fā)明可通過各種方式實現(xiàn)，例如，可通過流體噴射系統(tǒng)、噴射流體的方法等方式實現(xiàn)。

附圖說明

圖1是作為第一實施方式的包括流體噴射裝置的流體噴射系統(tǒng)的概略構成圖。

圖2是示出驅動波形的輪廓的圖。

圖3是示出流動性材料被吐出之前的狀態(tài)變化的說明圖。

圖4是示出流動性材料被吐出之前的狀態(tài)變化的說明圖。

圖5是作為第二實施方式的流體噴射裝置的概略構成圖。

附圖標記說明

10流動性材料室11流動性材料存積部

12流路13加壓部

14壁面15流動性材料

20移動體21凸緣部

30噴嘴部31吐出口

32內壁40致動器

40a第一壓電元件40b第二壓電元件

50a、50b信號放大部60驅動信號供給部

60a第一驅動信號供給部60b第二驅動信號供給部

70控制部80施力部件

90接觸部100、100a流體噴射裝置

101殼體200流體噴射系統(tǒng)

pr電壓變化部分w1第一驅動波形

w2第二驅動波形。

具體實施方式

a.第一實施方式

圖1是作為本發(fā)明的第一實施方式的包括流體噴射裝置100的流體噴射系統(tǒng)200的概略構成圖。流體噴射裝置100是例如用于打印機的裝置，并且是針對從水、溶劑、試劑等粘性低的流動性材料到焊錫漿、銀漿、粘結劑等粘性高的流動性材料，不論其是否含有填充劑，都將其以微量高速吐出的裝置。

流體噴射系統(tǒng)200具備流體噴射裝置100、流動性材料存積部11、流路12、加壓部13、驅動信號供給部60以及控制部70。流體噴射裝置100具備流動性材料室10、移動體20、噴嘴部30、致動器40以及施力部件80。需要說明的是，也可以將流體噴射系統(tǒng)200視作廣義上的流體噴射裝置。

在流動性材料室10內存積有流動性材料。流動性材料從流動性材料存積部11通過流路12供給至流動性材料室10。存積于流動性材料存積部11內的流動性材料由加壓部13加壓而被供給至流路12。在流動性材料室10配置有能夠在該流動性材料室10內往復移動的移動體20的前端部。另外，在流動性材料室10的一側面上，在與移動體20的前端側相對的位置設置有噴嘴部30。

噴嘴部30具有與流動性材料室10連通的吐出口31。移動體20的前端部能夠從流動性材料室10一側接觸吐出口31周圍的內壁32。內壁32呈錐形傾斜。移動體20碰撞該錐形部分，從而流動性材料室10內的流動性材料從噴嘴部30吐出。

移動體20是例如前端為平面或球狀、或者在前端設置有突起的桿狀部件。移動體20的后端部具備施力部件80。施力部件80對移動體20從吐出口31向致動器40一側施力。更具體而言，通過以使施力部件80夾在設置于移動體20的后端部的凸緣部21和流動性材料室10的致動器40一側的壁面14之間的方式進行配置，施力部件80對移動體20向致動器40一側施力。通過該施力部件80所施加的力，對致動器40(第一壓電元件40a、第二壓電元件40b)施加預載荷。在本實施方式中，施力部件80由壓縮螺旋彈簧構成。需要說明的是，施力部件80也可以由橡膠彈簧等其它彈性部件構成。

致動器40具備串聯(lián)連接的第一壓電元件40a和第二壓電元件40b。第二壓電元件40b的一端接觸移動體20的后端部。第一壓電元件40a的與移動體20相反一側的端部固定于流體噴射裝置100的殼體101。致動器40通過使移動體20往復移動，使流動性材料從吐出口31吐出。

在本實施方式中，第一壓電元件40a和第二壓電元件40b均為沿長度方向伸縮的棒狀或塊狀的壓電元件。在本實施方式中，第一壓電元件40a和第二壓電元件40b是相同特性的壓電元件。具體而言，其共振頻率、伸展速度、最大位移量相同。第一壓電元件40a和第二壓電元件40b通過粘結劑接合。作為粘結劑，可以使用例如環(huán)氧樹脂、丙烯酸粘結劑等。

信號放大部50a連接于第一壓電元件40a，信號放大部50b連接于第二壓電元件40b。驅動信號供給部60連接于信號放大部50a、50b和控制部70。信號放大部50a、50b輸出用于驅動各自連接的第一壓電元件40a、第二壓電元件40b的信號。

驅動信號供給部60生成用于驅動致動器40的驅動信號。在本實施方式中，驅動信號供給部60具備第一驅動信號供給部60a和第二驅動信號供給部60b。第一驅動信號供給部60a生成用于供給至第一壓電元件40a的驅動信號。第二驅動信號供給部60b生成用于供給至第二壓電元件40b的驅動信號。由第一驅動信號供給部60a、第二驅動信號供給部60b生成的驅動信號通過各信號放大部50a、50b放大而被施加至各壓電元件40a、40b。由驅動信號供給部60a、60b生成驅動信號是在控制部70的控制下進行的。

圖2是示出本實施方式中輸出至各壓電元件40a、40b的第一驅動波形w1和第二驅動波形w2的輪廓的圖。在本實施方式中，在控制部70的控制下，第一驅動信號供給部60a能夠將第一驅動波形w1和第二驅動波形w2輸出至第一壓電元件40a，第二驅動信號供給部60b能夠將第一驅動波形w1和第二驅動波形w2輸出至第二壓電元件40b。并且，驅動信號供給部60在將第一驅動波形w1從第一驅動信號供給部60a輸出至第一壓電元件40a時，將第二驅動波形w2從第二驅動信號供給部60b輸出至第二壓電元件40b，而在將第二驅動波形w2從第一驅動信號供給部60a輸出至第一壓電元件40a時，將第一驅動波形w1從第二驅動信號供給部60b輸出至第二壓電元件40b。

而且，驅動信號供給部60針對第一壓電元件40a和第二壓電元件40b各自，在輸出第一驅動波形w1后，開始輸出第二驅動波形w2。因而，在本實施方式中，第一驅動波形w1和第二驅動波形w2分別交替輸出至第一壓電元件40a和第二壓電元件40b。

在本實施方式中，輸出至第一壓電元件40a的第一驅動波形和輸出至第二壓電元件40b的第一驅動波形是相同波形，輸出至第一壓電元件40a的第二驅動波形和輸出至第二壓電元件40b的第二驅動波形是相同波形。第二驅動波形w2具有比包含于第一驅動波形w1的電壓變化部分更陡峭的電壓變化部分pr。若該陡峭的電壓變化部分pr施加于第一壓電元件40a或第二壓電元件40b，則第一壓電元件40a或第二壓電元件40b急劇伸展，由此，移動體20的移動速度提高，流動性材料15從吐出口31吐出。

圖3是示出當向第一壓電元件40a施加第一驅動波形w1、向第二壓電元件40b施加第二驅動波形w2時，流動性材料15被吐出之前的狀態(tài)變化的說明圖。各圖表的橫軸表示時間(μs)，圖表的縱軸表示壓電元件40a、40b的位移量(μm)和電壓。最上層所示的圖表示出了將第一壓電元件40a的位移量和第二壓電元件40b的位移量合成而得的合成位移量。需要說明的是，在使驅動波形進行與壓電元件的位移量相同的動作的前提下使驅動波形簡單化。另外，為了簡單示出流體噴射裝置100的動作，在圖的下部示出了致動器40直接接觸于吐出口31而使流動性材料15吐出的狀態(tài)。

從定時t0到定時t1的期間是同時向壓電元件40a、40b施加電壓、壓電元件40a、40b同時最大程度伸展的狀態(tài)。在從定時t1到定時t2的期間(25μs)內，第一驅動波形w1和第二驅動波形w2同時下降，從而第一壓電元件40a和第二壓電元件40b收縮。在定時t2，第一壓電元件40a和第二壓電元件40b完全收縮。

在從定時t2到定時t3的期間(50μs)內，第一驅動波形w1、第二驅動波形w2和第一壓電元件40a和第二壓電元件40b均未發(fā)生變化。在這期間，流動性材料15從流動性材料存積部11填充到流動性材料室10內。

在從定時t3到定時t4的期間(100μs)內，第一驅動波形w1逐漸上升，從而第一壓電元件40a伸展。在定時t4，第一壓電元件40a伸展至最大位移量，然后，第二驅動波形w2的陡峭的電壓變化部分pr施加至第二壓電元件40b。

在從定時t4到定時t5的期間(25μs)內，由于第二驅動波形w2內的陡峭的電壓變化部分pr施加至第二壓電元件40b，前端側的第二壓電元件40b急劇伸展。因而，在定時t5，加速的移動體20(在圖3中省略)碰撞內壁32，流動性材料15從吐出口31吐出。

圖4是示出當向第一壓電元件40a施加第二驅動波形w2、向第二壓電元件40b施加第一驅動波形w1時，流動性材料15被吐出之前的狀態(tài)變化的說明圖。如圖4所示，在將第二驅動波形w2施加至第一壓電元件40a、將第一驅動波形w1施加至第二壓電元件40b的情況下，首先前端側的第二壓電元件40b伸展，然后，后端側的第一壓電元件40a伸展。即使是這樣的動作，后端側的第一壓電元件40a也會急劇伸展，從而流動性材料15從吐出口31吐出。

在本實施方式中，對第一壓電元件40a和第二壓電元件40b每次交替重復進行圖3所示的動作和圖4所示的動作。

根據(jù)以上所說明的本實施方式的流體噴射裝置100，由于多個壓電元件40a、40b串聯(lián)連接，因此能夠在不使用增大機構的情況下增大移動體20的位移量。結果，能夠抑制致動器40的大小。另外，由于能夠將具有陡峭的電壓變化部分pr的第二驅動波形w2分別輸出至第一壓電元件40a和第二壓電元件40b，因此能夠抑制僅其中一個壓電元件40a劣化的情況。因而，壓電元件40a的耐用性提高。

另外，在本實施方式中，利用第一驅動波形w1使移動體20的前端部靠近吐出口31周圍的內壁32，利用第二驅動波形w2的陡峭的電壓變化部分pr，使移動體20的前端部碰撞內壁32。因而，能夠在確保用于填充流動性材料15的行程量的同時，使移動體20高速碰撞內壁32，從而能夠吐出高粘度的材料。

另外，在本實施方式中，由于針對各壓電元件40a、40b，在輸出第一驅動波形w1后，開始輸出第二驅動波形w2，因此與第一驅動波形w1和第二驅動波形w2部分疊加輸出的情況相比，能夠抑制致動器40產生不必要的振動。

另外，在本實施方式中，由于能夠將驅動信號從驅動信號供給部60a、60b分別單獨供給至第一壓電元件40a和第二壓電元件40b，因此，即使第一壓電元件40a和第二壓電元件40b是不同特性的元件，也能夠使其進行適應各自的元件特性的伸縮動作。

另外，在本實施方式中，由于第一壓電元件40a和第二壓電元件40b的共振頻率相等，因此能夠使第一壓電元件40a和第二壓電元件40b進行相同的伸縮動作。因而，容易控制致動器40的伸縮動作。

另外，在本實施方式中，由于輸出至第一壓電元件40a的第一驅動波形w1和輸出至第二壓電元件40b的第一驅動波形w1是相同波形，并且輸出至第一壓電元件40a的第二驅動波形w2和輸出至第二壓電元件40b的第二驅動波形w2是相同波形，因此能夠使第一壓電元件40a和第二壓電元件40b使用公共的驅動波形。因而，容易控制致動器40的伸縮動作。

另外，在本實施方式中，由于利用施力部件80對壓電元件40a、40b施加預載荷，因此壓電元件40a、40b的耐用性提高。

b.第二實施方式

圖5是作為本發(fā)明的第二實施方式的流體噴射裝置100a的概略構成圖。本實施方式的流體噴射裝置100a與第一實施方式的區(qū)別在于：壓電元件40a、40b借助接觸部90相連接，而其它構成與第一實施方式相同。

本實施方式的流體噴射裝置100a具備正圓球狀的接觸部90。第一壓電元件40a和第二壓電元件40b的接觸于接觸部90的端面分別呈錐形凹陷。因而，接觸部90和壓電元件40a、40b分別進行線接觸。接觸部90是剛性體，由金屬、陶瓷構成。

根據(jù)以上所說明的本實施方式的流體噴射裝置100，由于壓電元件40a、40b相互的發(fā)熱不會對彼此造成影響，因此壓電元件40a、40b的耐用性提高。

c.變型例

第一變形例

在上述實施方式中，也可以是，第一壓電元件40a和第二壓電元件40b的共振頻率、伸展速度、最大位移量不相等。施加于第一壓電元件40a的第一驅動波形和第二驅動波形與施加于第二壓電元件40b的第一驅動波形和第二驅動波形根據(jù)各壓電元件的共振頻率、伸展速度、最大位移量，也可以設為彼此不同的驅動波形，以使各壓電元件表現(xiàn)出相同的行為。

第二變形例

在上述實施方式中，也可以是，不設置施力部件80，而是通過粘結劑接合移動體20和第二壓電元件40b。

第三變形例

在上述實施方式中，圖3和圖4的驅動波形的施加動作既可以每次都交替切換，也可以各自進行多次后才切換。另外，圖3和圖4的動作次數(shù)也可以不一致。

第四變形例

在上述第二實施方式中，也可以是，將第一壓電元件40a和第二壓電元件40b的接觸于接觸部90的端面設為平面，而使接觸部90和壓電元件40a、40b分別進行點接觸。另外，也可以是，使其中一方進行點接觸，使另一方進行線接觸。

本發(fā)明不限于上述的實施方式、變形例，在不脫離其宗旨的范圍內，可通過各種構成來實現(xiàn)。例如，為了解決上述技術問題，或者為了實現(xiàn)上述效果的部分或全部，與發(fā)明內容一欄內所記載的各方式中的技術特征相對應的實施方式、變形例中的技術特征可適當進行替換、組合。另外，如果該技術特征在本說明書中并未作為必須特征進行說明，則可適當刪除。