JP2006142145A

JP2006142145A - バルブユニット、液滴吐出装置、電気光学装置の製造装置及び液滴吐出方法

Info

Publication number: JP2006142145A
Application number: JP2004332740A
Authority: JP
Inventors: Ryosuke Teranaka; 僚祐寺中
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-11-17
Filing date: 2004-11-17
Publication date: 2006-06-08

Abstract

【課題】液滴吐出ヘッドに供給されるインク中に含まれる気泡を減少させることができるバルブユニット及びそれを用いた液滴吐出装置、その液滴吐出装置を用いた電気光学装置の製造装置、並びに液滴吐出方法を提供する。
【解決手段】インクを取り入れるインク取入口３ａと、インクを排出して液滴吐出ヘッドに供給するためのインク排出口３ｂと、インク取入口３ａを備える１次液室５と、インク排出口３ｂを備える２次液室６と、１次液室５と２次液室６とを連通する流路７と、を含んで構成される圧力室（５，６，７）と、１次液室５に設けられ１次液室５内から気泡を外へ放出する気泡排出口３ｃと、２次液室６に設けられ２次液室６内から気泡を外へ放出する気泡排出口３ｄと、を有し、インク取入口３ａ及びインク排出口３ｄはそれぞれ、１次液室５及び２次液室６の気泡排出口３ｃ，３ｄよりも下方に配置されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、バルブユニット及びそれを用いた液滴吐出装置、その液滴吐出装置を用いた電気光学装置の製造装置、並びに液滴吐出方法に関し、特に、液滴吐出法により、有機ＥＬ素子などの機能性素子を基板上に微細に形成するためのバルブユニット等に関する。

特許文献１には、キャリッジに印字ヘッド及びそれに接続された印字カートリッジが搭載され、前記印字カートリッジがチューブを介してキャリッジ外のインク貯蔵容器に周期的に接続され、印字カートリッジに生じる真空圧力だけを利用して、インクをインク貯蔵容器から印字カートリッジに引き込むインクジェットプリンタにおいて、インク貯蔵容器の高さを変えることにより、インク補給圧力を可変に制御する技術が提案されている。

特許文献２には、メインタンクからサブタンクに開閉制御されるインク補給バルブを介してインクを補給するインクジェット式記録装置において、インク量検出手段からインク補給バルブに至る制御信号の伝達系における予期せぬ障害により生じる、例えば、サブタンクからのインクの漏出を効果的に防止しえるインクジェット式記録装置が提案されている。

特許文献３には、記録ヘッドを備えたキャリッジの移動時に、記録ヘッドとインクタンクの間に接続された圧力ダンパが振れ動くことを防止するため、圧力ダンパをキャリッジに対して剛体固定するインクジェット式記録装置が提案されている。

特開平１０−２４４６８６号公報（段落０００１）特開２００１−１９９０８０号公報（請求項１、段落００１０）特開２００１−２３２８０８号公報（段落０００１）

有機ＥＬパネルのような電気光学装置を液滴吐出法により製造する場合、印刷パターンの微細化、高いパターニング精度、パネル基板上に滴下される液滴の均一性などに関して、一般的な印刷用のインクジェットプリンタに対する要求よりも、数段高い要求がなされる。

中でも、液滴吐出ヘッドに供給されるインク中に気泡が含まれていると、液滴吐出ヘッドから均一な液滴が安定して吐出されないという問題が生じ、この結果、上述したような要求が充足されないおそれがある。

特許文献１のインクジェットプリンタは、インク補給圧力を制御するバルブを有していないため、上述のように、インク貯蔵容器内のインク面の高さ、印字ヘッドの高さを調整する、いわゆる水頭値管理をする必要がある。また、特許文献１は、印字ヘッドに供給されるインク中に含まれる気泡の問題について開示がない。

特許文献２及び３のインクジェット式記録装置は、上記水頭値管理を不要にできるインク補給バルブ又は圧力ダンパを備えているため、ヘッドからの液滴の流れ出しが防止され、インクタンクからのインク補給圧力の変動に影響されない液滴吐出を行うことができる。しかしながら、液滴吐出装置を用いた電気光学装置の製造においては、さらなる液滴吐出の安定化が求められる。

本発明の目的は、液滴吐出ヘッドに供給されるインク中に含まれる気泡を減少させることができるバルブユニット及びそれを用いた液滴吐出装置、その液滴吐出装置を用いた電気光学装置の製造装置、並びに液滴吐出方法を提供することである。

本発明は、第１の視点において、液滴吐出ヘッドに供給するインクを調圧するバルブユニットであって、圧力室と、前記圧力室が前記インクを取り入れるインク取入口と、前記圧力室が前記インクを排出して前記液滴吐出ヘッドに供給するためのインク排出口と、前記圧力室内から気泡を該圧力室外へ放出する気泡排出口と、を有し、前記インク取入口及び前記インク排出口は、前記圧力室の前記気泡排出口よりも下方に配置される、ことを特徴とするバルブユニットを提供する。

第１の視点において、本発明によれば、バルブユニット内の圧力室に、インクが下方から湧き出るよう充填されることにより、圧力室上部の空気を上方に押し出す力が作用するため、圧力室において、インク内から気泡が効率的に排出される。この結果、液滴吐出ヘッド及びそれに対するインク供給路において、気泡だまりの発生が防止される。また、圧力室に下方からインクが充填されるため、圧力室に上方からインクを垂れ流し充填するよりも、インクが静かに充填されるため、圧力室上部の空気がインクに巻き込まれにくくなり、液滴吐出ヘッドに供給されるインク中の気泡が減少する。

本発明は、第２の視点において、前記圧力室は、前記インク取入口を備える１次液室と、前記インク排出口を備える２次液室と、前記１次液室と前記２次液室とを連通する流路と、を含んで構成され、さらに、前記圧力室に内蔵され前記流路を流れる前記インクの量ないし圧力を調整する弁体と、を有することを特徴とするバルブユニットを提供する。

第２の視点において、本発明によれば、弁体が圧力室に内蔵されたコンパクトなバルブユニットが提供される。

本発明は、第３の視点において、前記気泡排出口が、前記一次液室と前記２次液室の両方に設けられたことを特徴とするバルブユニットを提供する。

第３の視点において、本発明によれば、気泡がさらに排出されやすくなる。

本発明は、第４の視点において、前記インク取入口と前記インク排出口とが、近接して配置され且つ同一方向に向かって開口することを特徴とするバルブユニットを提供する。

第４の視点において、本発明によれば、厚みや大きさが減少したコンパクトなバルブユニットが提供される。

本発明は、第５の視点において、前記インク取入口が下方に向かって開口することを特徴とする請求項１記載のバルブユニットを提供する。

第５の視点において、本発明によれば、バルブユニット内の圧力室に、インクが下方から湧き出るよう一層静かに充填される。

本発明は、第６の視点において、前記インク排出口が下方に向かって開口することを特徴とする請求項１記載のバルブユニットを提供する。

第６の視点において、本発明によれば、インクがスムーズに液滴吐出ヘッドに向かって供給され、また、圧力室内にインク溜まりができなくなる。

本発明は、第７の視点において、前記インク取入口に対して下方からインク取入管が接続されることを特徴とするバルブユニットを提供する。

第７の視点において、本発明によれば、バルブユニット内の圧力室に、インクが下方から湧き出るよう一層静かに充填され、また、バルブユニットの厚みを減少させることができる。

本発明は、第８の視点において、前記インク排出口に対して下方からインク排出管が接続されることを特徴とするバルブユニットを提供する。

第８の視点において、本発明によれば、バルブユニット内の圧力室からスムーズにインクが排出され且つ圧力室内にインク溜まりができなくなり、又バルブユニットの厚みを減少させることができる。

好ましくは、前記インク排出口に対して下方からインク排出管が接続される。

上記構造によれば、バルブユニット内の圧力室からスムーズにインクが排出され且つ圧力室内にインク溜まりができなくなり、又バルブユニットの厚みを減少させることができる。

本発明は、第９の視点において、前記気泡排出口と前記インク排出口を鉛直方向に沿って対向するように配置することを特徴とするバルブユニットを提供する。

本発明は、第１０の視点において、液滴吐出ヘッドに供給するインクを調圧するバルブユニットであって、前記インクを取り入れるインク取入口と、前記インクを排出して前記液滴吐出ヘッドに供給するためのインク排出口と、前記インク取入口を備える１次液室と、前記インク排出口を備える２次液室と、前記１次液室と前記２次液室とを連通する流路と、を含んで構成される圧力室と、前記圧力室に設けられ、該圧力室内から気泡を該圧力室外へ放出する気泡排出口と、を有し、前記インク取入口及び前記インク排出口は、前記圧力室の前記気泡排出口よりも下方に配置され、さらに、前記２次液室の背部に設けられ、該２次液室内外の圧力差に感応して変位するダイヤフラムと、前記２次液室の背部に前記ダイヤフラムに接続又は一体化されて設けられ、前記ダイヤフラムの変位に応じて変位する受圧板と、前記受圧板の変位に応じてストロークすることにより、前記流路を流れる前記インクの量ないし圧力を調整する弁体と、前記１次液室に内蔵され前記弁体を前記受圧板に向かって付勢する第１のばねと、前記２次液室に内蔵され前記受圧板を前記弁体の反対側に向かって付勢する第２のばねと、を有する、ことを特徴とするバルブユニットを提供する。

第１０の視点において、本発明によれば、バルブユニット内の圧力室に、インクが下方から湧き出るよう充填されることにより、圧力室上部の空気を上方に押し出す力が作用するため、圧力室から気泡が効率的に排出され、バルブユニットを通じて液滴吐出ヘッドに供給されるインク内に含まれる気泡量が減少する。この結果、液滴吐出ヘッド及びそれに対するインク供給路において、気泡だまりの発生が防止される。また、圧力室に下方からインクが充填されるため、圧力室に上方からインクを垂れ流し充填するよりも、インクが静かに充填されるため、圧力室上部の空気がインクに巻き込まれにくくなり、液滴吐出ヘッドに供給されるインク中の気泡が減少する。

本発明は、第１１の視点において、前記液滴吐出ヘッドと、前記液滴吐出ヘッドとインク供給源との間に接続されるバルブユニットと、を有することを特徴とする液滴吐出装置を提供する。

第１１の視点において、本発明によれば、液滴が安定的に吐出される液滴吐出装置が提供される。

本発明は、第１２の視点において、前記液摘吐出装置を有し、前記液滴吐出ヘッドから、電気的装置、光学的装置又は電気光学的装置の構成要素となる成分を含む前記インクを吐出して基板に印刷することを特徴とする電気光学装置の製造装置を提供する。

第１２の視点において、本発明によれば、高精度が要求される電気光学装置を安価に製造することができる。

本発明は、第１３の視点において、液滴吐出ヘッドから調圧されたインクを吐出する液滴吐出方法であって、バルブユニットの圧力室の下側に設けられたインク取入口から前記インクを取り入れる工程と、前記圧力室内で前記インクを調圧し、且つ前記インク取入口よりも上方に設けられた気泡排出口から気泡を該圧力室外へ排出する工程と、前記圧力室の前記気泡排出口よりも下方に設けられたインク排出口から前記インクを排出して前記液滴吐出ヘッドに供給する工程と、を含む、ことを特徴とする液滴吐出方法を提供する。

第１４の視点において、本発明によれば、バルブユニット内の圧力室に、インクが下方から湧き出るよう充填されることにより、圧力室上部の空気を上方に押し出す力が作用するため、圧力室から気泡が効率的に排出され、バルブユニットを通じて液滴吐出ヘッドに供給されるインク内に含まれる気泡量が減少する。この結果、液滴吐出ヘッド及びそれに対するインク供給路において、気泡だまりの発生が防止される。また、圧力室に下方からインクが充填されるため、圧力室に上方からインクを垂れ流し充填するよりも、インクが静かに充填されるため、圧力室上部の空気がインクに巻き込まれにくくなり、液滴吐出ヘッドに供給されるインク中の気泡が減少する。

本発明によれば、バルブユニット内の圧力室に、インクが下方から湧き出るよう充填されることにより、圧力室上部の空気を上方に押し出す力が作用するため、圧力室から圧力室内壁に付着している気泡やインク中に含まれる気泡が効率的に排出され、バルブユニットを通じて液滴吐出ヘッドに供給されるインク内に含まれる気泡量が減少する。この結果、液滴吐出ヘッド及びそれに対するインク供給路において、気泡だまりの発生が防止される。また、圧力室に下方からインクが充填されるため、圧力室に上方からインクを垂れ流し充填するよりも、インクが静かに充填されるため、圧力室上部の空気がインクに巻き込まれにくくなり、液滴吐出ヘッドに供給されるインク内の気泡が減少する。更に、インク排出口付近の気泡は圧力室内に抜け易く、液滴吐出ヘッド側へ流れて行き難くなるため、液滴吐出ヘッドに気泡が入ってしまいインクが吐出されない状態が起こり難い。

本発明の好ましい実施の形態に係るバルブユニットは、液滴吐出ヘッドとインク供給源との間に接続され、該液滴吐出ヘッドに供給するインクを調圧するバルブユニットであって、互いに連通可能な複数の圧力室を設け、前記複数の圧力室の間に前記液滴吐出ヘッドからの液滴吐出圧力を一定に制御する調圧用の弁を配置し、前記複数の圧力室のうち、前記インク供給源に接続される上流側の圧力室に対して下方よりインク供給管を接続し、一方、前記液滴吐出ヘッド側に接続される下流側の圧力室に対して下方よりインク排出管を接続し、前記複数の圧力室のうち少なくとも一つの圧力室に気泡排出口を設ける。

本発明の好ましい実施の形態において、本発明のバルブユニットは、可動するキャリッジ外に設置される可撓性のインクパックと、前記キャリッジに搭載される液滴吐出ヘッドとの間に接続され、該キャリッジに搭載される。また、本発明のバルブユニットを用いることにより、可撓性のインクパックに圧力を印加して該インクパックからインクを絞りだす手段を不要とすることができ、或いは、インクパック内のインク面と液滴吐出ヘッドとの水頭差管理を不要とすることができる。

図１は、本発明の一実施例に係るバルブユニットが適用される液滴吐出装置を説明するための模式図である。

図１を参照すると、インクが充填されたインクパック１と、液滴吐出ヘッド２との間に本発明の一実施例に係るバルブユニット３が接続される。バルブユニット３のインク取入口及びインク排出口３ｂは後述するように、バルブユニット３の圧力室の下部に形成される。

図２は、本発明の一実施例に係るバルブユニットの外観図であり、図３は、図２に示したバルブユニットの内部構造を説明するための断面図である。

図２及び図３を参照すると、本発明の一実施例に係るバルブユニット３は、液滴吐出ヘッドに供給するインクを調圧するバルブユニット３であって、インクを取り入れるインク取入口３ａと、インクを排出して液滴吐出ヘッドに供給するためのインク排出口３ｂと、インク取入口３ａを備える１次液室５と、インク排出口３ｂを備える２次液室６と、１次液室５と２次液室６とを連通する流路７と、を含んで構成される圧力室（５，６，７）と、１次液室５に設けられ１次液室５内から気泡を外へ放出する気泡排出口３ｃと、２次液室６に設けられ２次液室６内から気泡を外へ放出する気泡排出口３ｄと、を有する。

インク取入口３ａ及びインク排出口３ｄはそれぞれ、１次液室５及び２次液室６の下側であって気泡排出口３ｃ，３ｄよりも下方に配置されている。

さらに、液滴吐出圧力を調整する機構として、バルブユニット３は、２次液室６の背部に設けられ、２次液室６内外の圧力差に感応して変位するダイヤフラム８と、２次液室６の背部にダイヤフラム８に接続又は一体化されて設けられ、ダイヤフラム８の変位に応じて変位する受圧板９と、受圧板９の変位に応じてストロークすることにより、流路７を流れるインクの量ないし圧力を調整する弁体１０と、１次液室５に内蔵され弁体１０を受圧板１０に向かって付勢する第１のばね１１と、２次液室６に内蔵され受圧板９を弁体１０の反対側に向かって付勢する第２のばね１２と、を有している。

特に、図３を参照すると、弁体１０の大径部１０ａの一側には、第１のばね１１が当接し、他側には流路７を解除可能に塞ぐためのリング状のシール１３が取り付けられている。

次に、以上説明したバルブユニット３の動作を説明する。

図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、図２等に示したバルブユニット３の動作を説明するための模式的な断面図である。

なお、図示の都合上、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）と、図２及び図３とは、一次液室と二次液室の配置が左右反対になり、両図中左方が下方となっている。

図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を参照すると、インク取入口３ａを通じて、１次液室５にその下方からインクが充填される。ここで、下方から湧き出るようインクが充填されるため、１次液室５内の空気が上へ押し上げられ、気泡が気泡排出口３ｃ（図２参照）より放出される。これによって、１次液室５等に気泡溜まりが発生しにくくなる。

図１に示した液滴吐出ヘッド２のノズルから、インクが吐出されると、２次液室６内のインクが液滴吐出ヘッドに向かって流れ、同室内のインクが消費される。

その結果、２次液室６内が外圧、例えば大気圧に対して負圧となり、内外圧力差に弾性を有するダイヤフラム８が２次液室６の内側方向に向かって変形して、受圧板９を介して、１次液室５と２次液室６の境界（流路７）にある弁体１０を同方向にストロークさせる。

その結果、シール１３がケーシング４の座面から離間して、流路７を通じて、１次液室５と２次液室６が連通することにより、１次液室５にあるインクが２次液室６に流入する（図４（Ｂ）参照）。

２次液室６に流入したインクが所定量になると、負圧が減少し、ダイヤフラム８が押し戻され、受圧板９を介して弁体１０にかかる荷重が減少し、やがて、第１のばね１１によって、受圧板９及び弁体１０が元位置に戻り、シール１３がシール座面に着座し、流路７が閉じる（図４（Ａ）参照）。

印刷中は、以上説明した一連の動作が繰り返される。これによって、図１に示したインクパック（タンク、サブタンク）１のインク水面（インク水頭値、或いはインク残存量）ないしインクパック１中の圧力にかかわらず、インクパック１と液滴吐出ヘッド２を接続しているバルブユニット（圧力ダンパ）３内の２次液室６内の圧力が一定に保たれる。言い換えると、インクパック１内のインク残存量、圧力（水頭値）がいかに変化しようととも、バルブユニット３の作用によって、液滴吐出ヘッド２のヘッドないしノズルからの液滴の流れ出しの発生が防止され、スムーズで安定した液滴吐出が行われる。

本発明のバルブユニットは、印刷を行う工業用装置全般のインク供給源と液滴吐出ヘッドの間に接続することができ、中でも、カラーフィルタ、配向膜及びそれらを含む液晶表示装置などのパネル、有機ＥＬ素子などを発光素子とするＥＬ装置、ＦＥＤ装置、ＰＤＰ装置、さらに、プリント基板上の金属配線及び電極、などの電気光学装置の製造装置に好適に適用される。

本発明の一実施例に係るバルブユニットが適用される液滴吐出装置を説明するための模式図である。本発明の一実施例に係るバルブユニットの外観図である。図２に示したバルブユニットの内部構造を説明するための断面図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、図３に示したバルブユニットの動作を説明するための模式的な断面図である。

符号の説明

１インクパック
２液滴吐出ヘッド
３バルブユニット（自己封止バルブ）
３ａインク取入口
３ｂインク排出口
３ｃ気泡排出口（一次液室側）
３ｄ気泡排出口（二次液室側）
４ケーシング
５一次液室
６二次液室
７流路
８ダイヤフラム
９受圧板
１０弁体
１０ａ大径部
１１第１のばね（バルブばね）
１２第２のばね（負圧保持ばね）
１３シール（リング状シール）
１４インク取入管
１５インク排出管

Claims

液滴吐出ヘッドに供給するインクを調圧するバルブユニットであって、
圧力室と、
前記圧力室が前記インクを取り入れるインク取入口と、
前記圧力室が前記インクを排出して前記液滴吐出ヘッドに供給するためのインク排出口と、
前記圧力室内から気泡を該圧力室外へ放出する気泡排出口と、
を有し、
前記インク取入口及び前記インク排出口は、前記圧力室の前記気泡排出口よりも下方に配置される、ことを特徴とするバルブユニット。
前記圧力室は、前記インク取入口を備える１次液室と、前記インク排出口を備える２次液室と、前記１次液室と前記２次液室とを連通する流路と、を含んで構成され、
さらに、前記圧力室に内蔵され前記流路を流れる前記インクの量ないし圧力を調整する弁体と、を有することを特徴とする請求項１記載のバルブユニット。
前記気泡排出口が、前記一次液室と前記２次液室の両方に設けられたことを特徴とする請求項２記載のバルブユニット。
前記インク取入口と前記インク排出口とが、近接して配置され且つ同一方向に向かって開口することを特徴とする請求項１記載のバルブユニット。
前記インク取入口が下方に向かって開口することを特徴とする請求項１記載のバルブユニット。
前記インク排出口が下方に向かって開口することを特徴とする請求項１記載のバルブユニット。
前記インク取入口に対して下方からインク取入管が接続されることを特徴とする請求項１記載のバルブユニット。
前記インク排出口に対して下方からインク排出管が接続されることを特徴とする請求項１記載のバルブユニット。
前記気泡排出口と前記インク排出口を鉛直方向に沿って対向するように配置することを特徴とする請求項１記載のバルブユニット。
液滴吐出ヘッドに供給するインクを調圧するバルブユニットであって、
前記インクを取り入れるインク取入口と、
前記インクを排出して前記液滴吐出ヘッドに供給するためのインク排出口と、
前記インク取入口を備える１次液室と、前記インク排出口を備える２次液室と、前記１次液室と前記２次液室とを連通する流路と、を含んで構成される圧力室と、
前記圧力室に設けられ、該圧力室内から気泡を該圧力室外へ放出する気泡排出口と、を有し、
前記インク取入口及び前記インク排出口は、前記圧力室の前記気泡排出口よりも下方に配置され
さらに、
前記２次液室の背部に設けられ、該２次液室内外の圧力差に感応して変位するダイヤフラムと、
前記２次液室の背部に前記ダイヤフラムに接続又は一体化されて設けられ、前記ダイヤフラムの変位に応じて変位する受圧板と、
前記受圧板の変位に応じてストロークすることにより、前記流路を流れる前記インクの量ないし圧力を調整する弁体と、
前記１次液室に内蔵され前記弁体を前記受圧板に向かって付勢する第１のばねと、
前記２次液室に内蔵され前記受圧板を前記弁体の反対側に向かって付勢する第２のばねと、
を有する、ことを特徴とするバルブユニット。
前記液滴吐出ヘッドと、前記液滴吐出ヘッドとインク供給源との間に接続される前記請求項１〜５のいずれか一記載のバルブユニットと、を有することを特徴とする液滴吐出装置。
請求項６記載の液摘吐出装置を有し、前記液滴吐出ヘッドから、電気的装置、光学的装置又は電気光学的装置の構成要素となる成分を含む前記インクを吐出して基板に印刷することを特徴とする電気光学装置の製造装置。
液滴吐出ヘッドから調圧されたインクを吐出する液滴吐出方法であって、
バルブユニットの圧力室に設けられたインク取入口から前記インクを取り入れる工程と、
前記圧力室内で前記インクを調圧し、且つ前記インク取入口よりも上方に設けられた気泡排出口から気泡を該圧力室外へ排出する工程と、
前記圧力室の前記気泡排出口よりも下方に設けられたインク排出口から前記インクを排出して前記液滴吐出ヘッドに供給する工程と、
を含む、ことを特徴とする液滴吐出方法。