JP2004330108A - 液体分注装置 - Google Patents

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JP2004330108A
JP2004330108A JP2003130547A JP2003130547A JP2004330108A JP 2004330108 A JP2004330108 A JP 2004330108A JP 2003130547 A JP2003130547 A JP 2003130547A JP 2003130547 A JP2003130547 A JP 2003130547A JP 2004330108 A JP2004330108 A JP 2004330108A
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Daisuke Yokoyama
大輔 横山
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Abstract

【課題】液体吐出ヘッドを洗浄可能でかつ速やかな微量分注を可能とする。
【解決手段】液体分注装置10は、液体槽25又は洗浄液槽24の液体又は洗浄液を吸入・吐出自在なシリンジ20を有し、該シリンジ20により液体吐出ヘッド11の液体収容部12に液体を供給する時は、ニードル20bに設けられたストッパ20eが液体収容部12の段部17に当接し、かつシリンジタンク20aの底部20a’に設けられた栓20cが大気開放室15を開放した状態でニードル20bの先端から液体が吐出され、また、液体吐出ヘッド11の液体収容部12の洗浄を行う時は、前記ストッパ20eが液体収容部12の段部17に当接し、かつ前記栓20eが大気開放室15を密閉した状態でニードル20bの先端から洗浄液が吐出される。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンターや複写機等の記録装置又は医療機器等の分野に適用され、所望の液槽から所望量の液体を分注する液体分注装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
インクジェットヘッド(液体吐出ヘッド)を用いた記録技術としては、例えばノズル内のインクをヒータにて加熱し気泡を発生させてノズル内の圧力を変化させ、インク滴を飛翔させるバブル・ジェット方式が知られている。このようなインクジェットヘッドのインク収容部は、自動液体分注装置又はマニュアル供給用としてのピペッター等を用いてインクが供給可能なように、その上面が大気開放となっており、このインク収容部に、例えば自動液体分注装置にてインクを供給する場合は、注射器のようなシリンジを用いて行われる。
【0003】
すなわち、従来の自動液体分注装置は、略水平なXY平面内で移動自在なステージに、インクジェットヘッド及びこれと別体にインク槽及び洗浄液槽を配置し、これらインク槽又は洗浄液槽からインク又は洗浄液を吸入・吐出自在に、前記シリンジをステージのXY平面と略直交する方向に移動自在に対向配置して、インクジェットヘッドのインク収容部とインク槽又は洗浄液槽との間で所望量のインク又は洗浄液の受け渡しが自在となっている。前記シリンジは、注射針のようなニードルと、吸入したインク等を収容するシリンジタンクと、該シリンジタンク内を摺動してニードル先端からインク等を吸入・吐出するピストンとを有していて、インクジェットヘッドへのインク供給時には、前記ニードルの先端を、インク収容部に形成された流路内側に接触させるか又は接触させない状態で、前記ピストンを動作させることでシリンジタンク内のインクを前記流路に供給する。こうして供給されたインクは、重力と流路が発生する毛細管力の作用によってノズルの先端からヒータ位置の近傍にまで達する。
【0004】
なお、上述したインクジェットヘッドの構成でかつノズル数が多いヘッドの場合には、インク収容部にインクを供給する際、効率化を図るために液体分注装置を用いるのが一般的である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の液体分注装置では、インク収容部への液体供給時にシリンジのニードル先端とインク収容部の底部との距離が離れてしまい、ニードル先端から吐出されつつあるインクがニードル上で徐々に大きな液滴を形成し、重力に耐え切れなくなって落下するという過程を待つため、微量分注ができないという課題があった。
【0006】
本発明は、上記課題を解決するため、液体吐出ヘッドの洗浄が可能でかつ速やかに微量分注が可能な液体分注装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項1に係る発明は、大気開放室とその下方に液体タンクが連通形成された液体収容部、及び前記液体タンクに一端が連通し他端が大気に連通する細流路が形成された液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドと別体に配置され液体を貯蔵する液体槽、及び洗浄液を貯蔵する洗浄液槽と、を載置する載置面を有するステージと、
前記ステージの上方に対向配置され、前記液体又は前記洗浄液を吸入・吐出自在な吸入・吐出手段と、
前記ステージと前記吸入・吐出手段のいずれか一方を、いずれか他方に対し前記載置面と略同一面内で略直交する方向に駆動する第1の駆動手段と、
前記ステージと前記吸入・吐出手段のいずれか一方を、いずれか他方に対し前記載置面と略直交する方向に駆動する第2の駆動手段と、を備え、
前記液体収容部と前記液体槽又は前記洗浄液槽との間で前記液体又は前記洗浄液を受け渡し自在とした液体吐出ヘッドへの液体分注装置において、
前記吸入・吐出手段は、吸入した前記液体又は前記洗浄液を一時的に貯蔵するシリンジタンクと、該シリンジタンク内に液密状に軸方向に摺動自在に配置されたピストン部材と、前記シリンジタンクの底部から前記ピストン部材の摺動方向に向けて該シリンジタンクに対し摺動自在に延設され、かつ先端近傍にストッパ部材を有する中空状のニードル部材と、前記シリンジタンクの前記底部に近接配置され該シリンジタンクが前記液体収容部に向けて近接移動するに従い該シリンジタンクと一体的に移動して前記大気開放室を密閉可能な密閉部材と、を備え、
前記吸入・吐出手段による前記液体収容部への液体供給時には、前記ストッパ部材が前記液体タンクの上部位に当接し、かつ前記密閉部材が前記大気開放室を開放した状態で前記ニードル部材の先端から前記液体が吐出され、
前記吸入・吐出手段による前記液体収容部の洗浄時には、前記ストッパ部材が前記液体タンクの上部位に当接し、かつ前記密閉部材が前記大気開放室を密閉した状態で前記ニードル部材の先端から前記洗浄液が吐出される、ことを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
【0009】
図1は、本発明に係る液体分注装置の全体斜視図である。
【0010】
同図において、液体分注装置10は、方形状のXYステージ22を有し、該XYステージ22は、第1の駆動手段としてのX方向駆動部23x及びY方向駆動部23yにより、載置面22aと略同一平面内で互いに略直交するX方向及びY方向に夫々移動自在とされている。このXYステージ22には、液体吐出ヘッド11と、該液体吐出ヘッド11と別体に配置されて種類の異なる液体を貯蔵する液体槽25a〜25iと、同様に液体吐出ヘッド11と別体に配置されて洗浄液を貯蔵する洗浄液槽24とが載置されている。
【0011】
前記液体吐出ヘッド11は、図2に示すように、方形状の枠体11a内に配置された多数の液体収容部としての液体収容部12を有し、この液体収容部12は、図3に示すように、大気開放室15とその下方に段部17を介して縦断面円錐状の液体タンク16が連通形成されている。すなわち、液体タンク16は、上面から液体を自動装置又はピペッター等の手動により分注可能なように、上面が大気開放の大気開放室15を有している。また、液体タンク16の下方にはノズル(細流路)13の一端が連通し、該ノズル13の他端は、吐出口である大気に連通している。このノズル13の先端近傍には、所定の電流パルスを印加することにより液体を飛翔させるヒータ14が設けられている。なお、液体タンク16に供給された液体は、重力と毛細管力によってノズル13のヒータ位置近傍にまで達する。
【0012】
前記ステージ22の上方には、液体槽25a〜25i又は洗浄液槽24から液体又は洗浄液を吸入・吐出して該液体又は洗浄液を液体吐出ヘッド11に供給自在な吸入・吐出手段としてのシリンジ20が対向配置されている。このシリンジ20は、上部をシリンジボックス21により覆われていて、該シリンジボックス21は、第2の駆動手段としてのZ方向駆動部23zにより、支柱26に沿って載置面22aと略直交するZ方向に駆動自在な構成となっている。
【0013】
図4に示すように、前記シリンジ20は、吸入した液体又は洗浄液を一時的に貯蔵するシリンジタンク20aと、該シリンジタンク20a内に液密状に軸方向に摺動自在に配置されたピストン20dとを有していて、該ピストン20dがシリンジタンク20a内をスライドすることで、液体または気体の吸入・吐出が可能となっている。前記シリンジタンク20aは、シリンジボックス21の内部に固定されており、また、ピストン20dは、シリンジボックス21内の不図示の駆動機構により軸方向にスライド自在に構成されている。更に、前記シリンジタンク20aの底部20a’には、一端を該シリンジタンク20aの底部に固定され、かつ他端が前記ピストン20dの摺動方向に向けて延設された中空状のニードルホルダ20fが取付けられている。このニードルホルダ20fは、他端の自由端側にフランジ20gが設けられている。
【0014】
前記ニードルホルダ20fの中空部には、シリンジタンク20aに対し摺動自在に中空状のニードル20bが挿通されていて、該ニードル20bは、長手方向の先端近傍に先端が液体収容部12の底部に衝突するのを防止するため、接着または溶接等によりストッパ20eが固定されている。このストッパ20eには、表裏面側を液体が連通可能に多数の孔20hが形成されている。また、ニードル20bは、ニードルホルダ20fから脱落しないように、図示しないストッパ機構によりピストン20dの摺動方向の動作が所定量に規制されている。また、ニードルホルダ20fのフランジ20gと、ニードル20bのストッパ20eとの間には、弾性付勢部材としてのバネ(圧縮)27が装着されている。このバネ27により、ストッパ20eにはフランジ20gから離れる方向に付勢力が作用する。
【0015】
更に、シリンジタンク20aの底部20a’には、密閉部材としての栓20cが近接配置されていて、該栓20cは、シリンジタンク20aが液体収容部12に向けて近接移動するに従い、該シリンジタンク20aと一体的に移動して大気開放室15を密閉可能な構成となっている。この栓20cは、本実施形態では密閉性を確実にするためにゴム等の弾性部材からなる。
【0016】
なお、シリンジ20が複数設けられる場合は、各シリンジ20間の配設ピッチは液体収容部12の大気開放室15のピッチの整数倍となっていて、また、図5に示すように、液槽125が、複数種類の液体を入れられるように複数の液槽125a,125b,・・・に分かれている場合は、各シリンジ20間の配設ピッチは液槽間ピッチの整数倍になっている。
【0017】
次に、本実施の形態の使用形態を説明するため、図6に基づき、液体吐出ヘッド11として、その液体タンク16にインクを供給したものを用いた描画装置50について説明する。この描画装置50は、被印刷物にインクを吐出して、例えばLCD用カラーフィルタを製造したり、ガラスやキャンバスに印刷する場合等に用いられる。
【0018】
同図において、描画装置50は、Y軸ステージ53及びガイドレール57,58が略平行に固定された定盤59を有している。前記Y軸ステージ53及びガイドレール57,58の可動部分には、X軸ステージ54が取り付けられており、該X軸ステージ54はY方向に移動可能となっている。また、X軸ステージ54の可動部分には、回転ステージ55が固定されており、更に該回転ステージ55の上部にはチャック56が固定されている。このチャック56は、図示しないポンプにチューブを介して接続されており、該ポンプが空気を吸引することで被記録部材68はチャック56に吸着される。
【0019】
また、定盤59上には支柱65,66が固定され、該支柱65,66の上部には夫々ブリッジ63,64が固定されている。前記ブリッジ63,64はステー62で固定されており、該ステー62により、支柱65,66とブリッジ63,64の構造物の強度が保たれている。前記ステー62には、被記録部材68の状態を監視するCCDカメラ52が取り付けられている。また、前記ブリッジ63とブリッジ64との間には、回転ステージ61が固定されており、該回転ステージ61には液体吐出ヘッド11が固定されている。
【0020】
次に、液体吐出ヘッド11の液体タンク16に液体(インク)を供給し、前述した描画装置50にて印字後、液体吐出ヘッド11内の流路を洗浄するまでの工程を順を追って説明する。
【0021】
図1に示した液体分注装置10のXYステージ22に、液体吐出ヘッド11と、該液体吐出ヘッド11の液体タンク16に供給する液体(インク)を予め入れた液槽25とをセットする。
【0022】
次に、所望の液槽(ここでは25aとする)とシリンジ20のXY方向の位置を合わせるために、ステージ22が図1のX方向及びY方向に駆動され、シリンジボックス21は、ニードル20bが液槽25a内の液体(インク)に浸るまで図1のZ方向に下降する。
【0023】
次に、ピストン20dをスライドさせて液槽25a内の液体(インク)を所定量吸入した後、シリンジボックス21を図1のZ方向に上昇させる。次いで、液体吐出ヘッド11とシリンジ20のX方向及びY方向の位置を合致させるために、ステージ22が図1のX方向及びY方向に駆動され、シリンジボックス21を図1のZ方向に下降させる。その際、ストッパ20eが液体収容部12の段部17に接触し、かつ栓20cと液体収容部12の大気開放室15との間に隙間を持つような位置までシリンジボックス21を下降させる。
【0024】
図7は、シリンジ20の先端部と液体収容部12との詳細図を示す。
【0025】
同図に示すように、液体収容部12の大気開放室15が栓20cによって密閉されないことにより、大気開放室15が密閉された場合と比較してピストン20dを下降させるための駆動力は小さくて済む。これは、ノズル13の口径は通常20μm程度であり、液体供給時の空気の押し出しによる流抵抗が影響するためである。
【0026】
また、ニードル20bの先端が液体タンク16の底部に隣接しているため、ニードル20bの先端から吐出されつつある液体(インク)が、該先端で徐々に大きな液滴を形成し、重力に耐え切れなくなったときに落下するという過程を待たずとも、速やかに液体(インク)は液体タンク16の底部に移動する。こうして、液体(インク)を液体吐出ヘッド11に供給後、再びシリンジボックス21は上昇する。なお、このときXYステージ22はデフォルトの位置に戻るが、そのままの位置で待機していても構わない。
【0027】
次に、液体吐出ヘッド11をXYステージ22から取り外し、図6に示した描画装置50によって印字する。
【0028】
印字終了後、次回の印字時に液体吐出ヘッド11の各流路には、今回供給した液体とは異なるものを入れる場合が想定されると共に、液体タンク16内の残留液体の粘度が増加し固着する等の理由により、洗浄工程が必要となる。
【0029】
そこで、図1に示した液体分注装置10のXYステージ22に、液体吐出ヘッド11と、予め洗浄液を入れた洗浄液槽24とをセットする。
【0030】
次いで、洗浄液槽24とシリンジ20のXY方向の位置を合わせるためにXYステージ22を図1のXY方向に駆動し、シリンジボックス21はニードル20bが洗浄液槽24内の液体に浸るまでZ方向に下降させる。その際、洗浄液槽24の内壁にストッパ20eは接触しない。
【0031】
次いで、ピストン20dをスライドさせてシリンジタンク20a内に洗浄液を所定量吸入した後、シリンジボックス21を図1のZ方向に上昇させる。次に、液体吐出ヘッド11とシリンジ20のXY方向の位置を合わせるためにXYステージ22が図1のXY方向に駆動され、シリンジボックス21を図1のA方向に下降させる。
【0032】
図8は、このときのシリンジ20の先端部と液体収容部12の詳細図を示す。
【0033】
ニードル20bのストッパ20eが液体収容部12の段部17に接触し、かつ栓20cによって液体収容部12の大気開放室15は密閉される。また、バネ20gは液体供給時(図7参照)よりも圧縮されている。このとき、液体収容部12の大気開放室15は、栓20cによって密閉されるようにシリンジボックス21は液体供給時よりも近接した位置にある。そして、液体収容部12の大気開放室15が密閉されることで、洗浄液の流れ方向はノズル13の流路方向に規制され、これにより流路内の洗浄を効率的に行える。
【0034】
なお、このような洗浄工程により、液体吐出ヘッド11内の全流路を洗浄することが可能であるが、流路径の大きい部位(具体的には大気開放室15)は洗浄液の流速が小さくなってしまうため、流路径が小さい部位よりも洗浄効果は上がりにくい場合もある。その場合は、液体収容部12の大気開放室15からの圧縮空気の噴射等と組み合わせることで、十分な洗浄効果を得ることができる。
【0035】
洗浄後、再びシリンジボックス21は上昇する。その際、バネ20gの付勢力により、ニードル20bのストッパ20eは、ニードルホルダ20fのフランジ20gに対して離間する方向に移動される。これにより、次回の液体供給時に備えることが可能となる。なお、XYステージ22の位置はデフォルトの位置に戻るが、そのままの位置で待機していても構わない。
【0036】
本発明の実施態様の例を以下に列挙する。
【0037】
[実施態様1] 大気開放室とその下方に液体タンクが連通形成された液体収容部、及び前記液体タンクに一端が連通し他端が大気に連通する細流路が形成された液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドと別体に配置され液体を貯蔵する液体槽、及び洗浄液を貯蔵する洗浄液槽と、を載置する載置面を有するステージと、
前記ステージの上方に対向配置され、前記液体又は前記洗浄液を吸入・吐出自在な吸入・吐出手段と、
前記ステージと前記吸入・吐出手段のいずれか一方を、いずれか他方に対し前記載置面と略同一面内で略直交する方向に駆動する第1の駆動手段と、
前記ステージと前記吸入・吐出手段のいずれか一方を、いずれか他方に対し前記載置面と略直交する方向に駆動する第2の駆動手段と、を備え、
前記液体収容部と前記液体槽又は前記洗浄液槽との間で前記液体又は前記洗浄液を受け渡し自在とした液体分注装置において、
前記吸入・吐出手段は、吸入した前記液体又は前記洗浄液を一時的に貯蔵するシリンジタンクと、該シリンジタンク内に液密状に軸方向に摺動自在に配置されたピストン部材と、前記シリンジタンクの底部から前記ピストン部材の摺動方向に向けて該シリンジタンクに対し摺動自在に延設され、かつ先端近傍にストッパ部材を有する中空状のニードル部材と、前記シリンジタンクの前記底部に近接配置され該シリンジタンクが前記液体収容部に向けて近接移動するに従い該シリンジタンクと一体的に移動して前記大気開放室を密閉可能な密閉部材と、を備え、
前記吸入・吐出手段による前記液体収容部への液体供給時には、前記ストッパ部材が前記液体タンクの上部位に当接し、かつ前記密閉部材が前記大気開放室を開放した状態で前記ニードル部材の先端から前記液体が吐出され、
前記吸入・吐出手段による前記液体収容部の洗浄時には、前記ストッパ部材が前記液体タンクの上部位に当接し、かつ前記密閉部材が前記大気開放室を密閉した状態で前記ニードル部材の先端から前記洗浄液が吐出される、
ことを特徴とする液体分注装置。
【0038】
[実施態様2] 一端を前記シリンジタンクの底部に固定され、前記ピストン部材の摺動方向に向けて延設された中空状のニードルホルダを有し、該ニードルホルダは、前記ニードル部材を軸方向に摺動自在に挿通すると共に、他端の自由端側にフランジ部を有し、かつ該フランジ部と前記ストッパ部材との間に弾性付勢部材を装着した、
ことを特徴とする実施態様1記載の液体分注装置。
【0039】
[実施態様3] 前記密閉部材は弾性体からなる、
ことを特徴とする実施態様1又は2に記載の液体分注装置。
【0040】
[実施態様4] 大気開放室とその下方に液体タンクが連通形成された液体収容部、及び前記液体タンクに一端が連通し他端が大気に連通する細流路が形成されて、前記液体タンクに収容されたインクを大気に飛翔する液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドに対向配置された被印刷部材と、前記液体吐出ヘッド及び前記被印刷部材のいずれか一方をいずれか他方に対し前記液体吐出ヘッドを載置する載置面と略同一面内で移動自在とする駆動手段と、を備えている、
ことを特徴とする描画装置。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、液体収容部への液体供給時には、ストッパ部材が液体タンクの上部位に当接し、かつ密閉部材が大気開放室を開放した状態でニードル部材の先端から液体が吐出され、液体収容部の洗浄時には、ストッパ部材が液体タンクの上部位に当接し、かつ密閉部材が大気開放室を密閉した状態でニードル部材の先端から洗浄液が吐出されることにより、液体分注装置とヘッド洗浄装置とを兼用することができる。また、液体供給時には液移りが速やかに行われ、迅速に微量分注を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る液体分注装置の斜視図である。
【図2】液体吐出ヘッドの外観斜視図である。
【図3】図2のIII −III 線に沿う断面図である。
【図4】シリンジの部分断正面図である。
【図5】液体槽の全体斜視図である。
【図6】描画装置の全体斜視図である。
【図7】液体供給時における液体収容部とシリンジとの位置関係を示す断正面図である。
【図8】洗浄時における液体収容部とシリンジとの位置関係を示す断正面図である。
【符号の説明】
10 液体分注装置
11 液体吐出ヘッド
12 液体収容部
13 ノズル
14 ヒータ
15 大気開放室
16 液体タンク
17 段部(上部位)
20 シリンジ(吐出・吸入手段)
20a シリンジタンク
20a’ 底部
20b ニードル(ニードル部材)
20c 栓(密閉部材)
20d ピストン(ピストン部材)
20e ストッパ(ストッパ部材)
20f ニードルホルダ
20g フランジ(フランジ部)
21 シリンジボックス
22 XYステージ
23x X方向駆動部(第1の駆動手段)
23y Y方向駆動部(第1の駆動手段)
23z Z方向駆動部(第2の駆動手段)
24 洗浄液槽
25,125 液体槽
27 バネ
50 描画装置

Claims (1)

  1. 大気開放室とその下方に液体タンクが連通形成された液体収容部、及び前記液体タンクに一端が連通し他端が大気に連通する細流路が形成された液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドと別体に配置され液体を貯蔵する液体槽、及び洗浄液を貯蔵する洗浄液槽と、を載置する載置面を有するステージと、
    前記ステージの上方に対向配置され、前記液体又は前記洗浄液を吸入・吐出自在な吸入・吐出手段と、
    前記ステージと前記吸入・吐出手段のいずれか一方を、いずれか他方に対し前記載置面と略同一面内で略直交する方向に駆動する第1の駆動手段と、
    前記ステージと前記吸入・吐出手段のいずれか一方を、いずれか他方に対し前記載置面と略直交する方向に駆動する第2の駆動手段と、を備え、
    前記液体収容部と前記液体槽又は前記洗浄液槽との間で前記液体又は前記洗浄液を受け渡し自在とした液体分注装置において、
    前記吸入・吐出手段は、吸入した前記液体又は前記洗浄液を一時的に貯蔵するシリンジタンクと、該シリンジタンク内に液密状に軸方向に摺動自在に配置されたピストン部材と、前記シリンジタンクの底部から前記ピストン部材の摺動方向に向けて該シリンジタンクに対し摺動自在に延設され、かつ先端近傍にストッパ部材を有する中空状のニードル部材と、前記シリンジタンクの前記底部に近接配置され該シリンジタンクが前記液体収容部に向けて近接移動するに従い該シリンジタンクと一体的に移動して前記大気開放室を密閉可能な密閉部材と、を備え、
    前記吸入・吐出手段による前記液体収容部への液体供給時には、前記ストッパ部材が前記液体タンクの上部位に当接し、かつ前記密閉部材が前記大気開放室を開放した状態で前記ニードル部材の先端から前記液体が吐出され、
    前記吸入・吐出手段による前記液体収容部の洗浄時には、前記ストッパ部材が前記液体タンクの上部位に当接し、かつ前記密閉部材が前記大気開放室を密閉した状態で前記ニードル部材の先端から前記洗浄液が吐出される、
    ことを特徴とする液体分注装置。
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