JP2009189997A - 液状体供給装置および液状体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液滴吐出ヘッドと液状体を収容する容器との水頭差に起因する吐出の不具合を低減する液状体供給装置およびそれを備えた液状体吐出装置を提供する。
【解決手段】液滴吐出ヘッド５０より吐出させる機能液Ｌを供給する液状体供給装置８０であって、前記液滴吐出ヘッド５０に連通するとともに、前記機能液Ｌを貯留するパック容器８２と、前記パック容器８２を密閉状態で収容する密閉容器８４と、前記密閉容器８４に連通する容積調整可能な空間を有するベローズ８６とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、液状体を吐出する液滴吐出ヘッドに液状体を供給する液状体供給装置およびこれを備えた液状体吐出装置に関する。

例えば、記録装置、液晶表示装置などのカラーフィルタや有機ＥＬ装置の成膜などの分野に液状体吐出装置が利用されている。液状体吐出装置は、液滴吐出ヘッドと呼ばれる液状体吐出機構を有している。この液滴吐出ヘッドには、複数のノズルが規則的に形成されている。液状体吐出装置では、これらのノズルから液状体を液滴として吐出することにより、記録用紙もしくは基板などに液状体からなるパターンの描画を行う。

このような液状体吐出装置では、液滴吐出ヘッドに供給される液状体を貯留する容器を備えている。液滴吐出ヘッドには、液滴吐出ヘッドと容器との水頭差に起因する圧力が作用する。容器が液滴吐出ヘッドより高い位置に配置されている場合は、液滴吐出ヘッドに水頭差に対応した正の圧力が作用して、液滴吐出ヘッドから液状体が流れ出す虞がある。

そこで、液滴吐出ヘッドに流体を供給する装置として、流体を貯留する第１の容器を備え、この第１の容器をひとまわり大きい第２の容器に格納し、第１の容器の流体の貯留量を検出して、その結果に基づいて、第１の容器と第２の容器との間の空間の空気を真空ポンプで引いて負圧制御を行うことで、流体が液滴吐出ヘッドから流れ出すことを防止する流体供給装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１９２７８５号公報

上述の流体供給装置では、第１の容器の流体の消費にともなって変動する圧力を調整するために、第１の容器の流体の貯留量を検出する検出手段、負圧状態を調節するためのレギュレータなどの調節手段、真空ポンプおよびこれらを制御する制御手段が必要となる。そのため、装置が複雑かつ大型化してしまうという課題がある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

（適用例１）液状体を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドに前記液状体を供給する液状体供給装置であって、前記液滴吐出ヘッドに連通するとともに、前記液状体を貯留する容積可変容器と、前記容積可変容器を密閉状態で収容する密閉容器と、前記密閉容器に連通する容積調整可能な空間を有する圧力調整手段と、を備えたことを特徴とする液状体供給装置。

この構成によれば、液状体供給装置は、密閉容器と連通する圧力調整手段の空間の容積を変えることによって、密閉容器内の圧力を調整することができる。密閉容器内の圧力を調整することによって、密閉容器内に収容される容積可変容器にかかる圧力を調整することができ、容積可変容器に貯留され液滴吐出ヘッドに供給される液状体にかかる圧力を調整することができる。そのため、液状体にかかる圧力を適正化させ、液滴吐出ヘッドのノズルからの液状体の漏れを防止し、液滴吐出ヘッドの液状体の吐出を安定させることができる。

（適用例２）前記容積可変容器は、袋状容器であることを特徴とする上記の液状体供給装置。

この構成によれば、袋状容器は、適正化された密閉容器内の圧力を受け、その圧力を貯留する液状体に伝えることができる。

（適用例３）前記圧力調整手段は、前記密閉容器と連通する第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面と、前記第１の面と前記第２の面とを連結して内部に空間を形成する側壁部と、を備え、前記第１の面および前記第２の面の少なくともどちらか一方は、前記第１の面と前記第２の面との対向方向に移動自在に設けられていることを特徴とする上記の液状体供給装置。

この構成によれば、圧力調整手段は、第１の面または第２の面のどちらか一方、もしくは、第１の面および第２の面の双方を、第１の面と第２の面との対向方向に移動させることによって、圧力調整手段の空間の容積を変化させることができる。そのため、連通する密閉容器内の圧力を調整することができる。

（適用例４）前記側壁部は、前記第１の面と前記第２の面との対向方向に伸縮自在な蛇腹構造に形成されていることを特徴とする上記の液状体供給装置。

この構成によれば、圧力調整手段は、第１の面と第２の面とを蛇腹構造の側壁部で連結する構造、いわゆるベローズ構造になっている。そのため、第１の面または第２の面のどちらか一方、もしくは、第１の面と第２の面の双方は、密閉容器内の容積が変動しようとすると、密閉容器内の圧力を一定に保とうとして第１の面と第２の面との対向方向に移動する。その結果、液状体の消費にともなって袋状容器の容積が減少して密閉容器内の圧力が変動することを自動的に防止することができる。従って、ベローズを密閉容器に連結させるというシンプルな構造で液状体にかかる圧力を適正化することができ、液滴吐出ヘッドのノズルからの液状体の漏れを防止し、液滴吐出ヘッドの液状体の吐出を安定させることができる。

（適用例５）前記圧力調整手段は、当該圧力調整手段の空間の容積を拡張することによって前記密閉容器内を負圧状態に保ち、前記液滴吐出ヘッドの前記液状体の吐出にともなって減少する前記容積可変容器の容積を補完するように、当該圧力調整手段の空間の容積を調整することを特徴とする上記の液状体供給装置。

この構成によれば、圧力調整手段の空間の容積を拡張して密閉容器内を負の圧力状態に保ち、袋状容器に貯留される液状体に負の圧力をかけることができる。さらに、液滴吐出ヘッドの液状体の吐出にともない密閉容器内の袋状容器の容積が減少して、密閉容器内の圧力が変動することを、ベローズ構造により、圧力調整手段の空間の容積を変化させて低減することができる。そのため、シンプルかつ簡便な構造で、袋状容器にかかる圧力変動を低減させ、液滴吐出ヘッドに供給される液状体にかかる圧力変動を低減させることができる。

（適用例６）前記第２の面に対して、前記第１の面と前記第２の面との対向方向に荷重をかける負荷手段を備えたことを特徴とする上記の液状体供給装置。

この構成によれば、負荷手段によって第２の面を移動させ、圧力調整手段の空間の容積を所定の容積に設定し保つことができる。

（適用例７）液状体を吐出する液滴吐出ヘッドと、上記の液状体供給装置と、を備えたことを特徴とする液状体吐出装置。

この構成によれば、液滴吐出ヘッドに供給される液状体に所定の圧力を付与することができるとともに、その圧力の変動を低減させることができる。そのため、シンプルな構造で、液状体の安定吐出を実現できる液状体吐出装置を提供することができる。

以下、本実施形態を図面に基づいて説明する。以下の説明で参照する図面では、説明および図示の便宜上、部材ないし部分の縦横の縮尺を実際のものとは異なるように表す場合がある。

（第１実施形態）
（液状体吐出装置の全体構成について）
まず、本実施形態における液状体吐出装置を、図１を参照して説明する。図１は液状体吐出装置の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。図１に示すように、液状体吐出装置１００は、キャリッジ１５と、キャリッジ移動機構２０と、テーブル１０と、第１のテーブル移動機構３０と、第２のテーブル移動機構４０と、液状体供給装置８０と、メンテナンス部３５と、制御装置１６と、基台１８とを備えている。

この液状体吐出装置１００は、キャリッジ１５と、テーブル１０との相対位置を変化させつつ、キャリッジ１５に搭載された複数の液滴吐出ヘッド５０のノズルから液状体を液滴として吐出して、テーブル１０に搭載された被吐出物としての基板などからなるワークＢに液状体で所望のパターンを形成するものである。なお、図中のＹ方向はテーブル１０の主走査方向を示し、Ｘ方向はキャリッジ１５の移動方向およびテーブル１０の副走査方向を示し、Ｚ方向は、Ｘ方向とＹ方向とに直交する方向を示している。

このような液状体吐出装置１００は、例えば、各種の表示装置のカラー表示を可能にするカラーフィルタの製造に適用され得る。例えば、赤、緑および青の３色のフィルタエレメントを有するカラーフィルタを製造する場合は、各々の液滴吐出ヘッドから、赤、緑および青の３色の液状体のいずれかをワークＢに液滴として吐出して、赤、緑および青の３色のフィルタエレメントのパターンを描画する。

ここで、液状体吐出装置１００の各構成について説明する。
基台１８は、例えば、平板状の石材などの熱膨張係数が小さい材料から形成されており、Ｙ方向に一定の幅を有し、Ｘ方向に沿って延びるように４本の脚部１９に支持されている。また、基台１８のＺ方向の下部には、制御装置１６が設けられている。

第１のテーブル移動機構３０は、ベース３１と、２つのリニアモータ３２とを有している。ベース３１は、平板状に形成され、基台１８のＺ方向上面に固定されている。ベース３１のＺ方向上面には、２つのリニアモータ３２がＹ方向に沿って平行に配置されている。第２のテーブル移動機構４０は、スライド部材３７と、２つのリニアモータ３８とを有している。スライド部材３７は、平板状に形成され、ベース３１に配置された２つのリニアモータ３２の上方に配設されている。スライド部材３７のＺ方向上面には、２つのリニアモータ３８がＸ方向に沿って平行に配置されている。

テーブル１０は、平板状の部材であり、Ｚ方向上面にワークＢを着脱可能に保持する載置面１０Ａを有している。テーブル１０は、スライド部材３７に配置された２つのリニアモータ３８の上方に配設されている。

リニアモータ３２は、図示しない固定子と可動子を有しており、固定子はベース３１に、可動子はスライド部材３７に設けられている。第１のテーブル移動機構３０は、制御装置１６からの指令に基づいて可動子のコイルが通電されることにより、テーブル１０をＹ方向に往復移動させることができる。リニアモータ３８は、図示しない固定子と可動子を有しており、固定子はスライド部材３７に、可動子はテーブル１０に設けられている。第２のテーブル移動機構４０は、制御装置１６からの指令に基づいて可動子のコイルが通電されることにより、テーブル１０をＸ方向に往復移動させることができる。

図１に示すように、キャリッジ移動機構２０は、２つのリニアモータ２２と、４本の支柱２３とを備えている。リニアモータ２２のそれぞれは、第２のテーブル移動機構４０に配置されたテーブル１０に対してＺ方向に空間を有する状態でＸ方向に延びるように、２本の支柱２３に支持され互いに平行に配設されている。

キャリッジ１５は、複数の液滴吐出ヘッド５０が搭載されており、液滴吐出ヘッド５０側がＺ方向下方、すなわち、テーブル１０に載置されたワークＢの上面に対向するように、２つのリニアモータ２２のＺ方向上方に配設されている。リニアモータ２２は、図示しない固定子と可動子を有しており、固定子は支柱２３に支持され、可動子はキャリッジ１５に設けられている。キャリッジ移動機構２０は、制御装置１６からの指令に基づいて可動子のコイルが通電されることにより、キャリッジ１５をＸ方向に往復移動させることができる。

メンテナンス部３５は、基台１８の図１中Ｘ方向左側にベース３１と並んで設けられている。メンテナンス部３５は、図示しないワイピングユニットおよびフラッシングユニットと、液状体吸引ユニット６０とを備えている。ワイピングユニットは、液滴吐出ヘッド５０のノズル面を布などで払拭して付着した異物や汚れの除去を行う。フラッシングユニットは、適宜、液滴吐出ヘッド５０から液状体を吐出させノズルの目詰まりの防止を行う。

液状体吸引ユニット６０は、上面がキャリッジ１５に搭載された液滴吐出ヘッド５０のノズル側と対向するように、メンテナンス部３５に設けられる。液状体吸引ユニット６０は、液滴吐出ヘッド５０のノズルから直接液状体を吸引することによって、液滴吐出ヘッド５０のノズルの目詰まりの解消を行う。

液状体供給装置８０は、液状体を貯留して、液滴吐出ヘッド５０に液状体を供給する。液状体供給装置８０の詳細については後述する。

（液滴吐出ヘッドの構成について）
次に、液滴吐出ヘッドについて、図２を参照して説明する。図２は液滴吐出ヘッドの構造を示す概略図であり、（ａ）は概略分解斜視図、（ｂ）はノズル部の構造を示す断面図である。図２（ａ）および（ｂ）に示すように、液滴吐出ヘッド５０は、液滴Ｄが吐出される複数のノズル５２を有するノズルプレート５１と、複数のノズル５２がそれぞれ連通するキャビティ５５を区画する隔壁５４を有するキャビティプレート５３と、各キャビティ５５に対応する駆動素子としての振動子５９を有する振動板５８とが、順に積層され接合された構造となっている。

キャビティプレート５３は、ノズル５２に連通するキャビティ５５を区画する隔壁５４と、キャビティ５５に液状体を充填するための流路５６，５７とを有している。流路５７は、ノズルプレート５１と振動板５８とによって挟まれ、出来上がった空間が、液状体が貯留されるリザーバの役目を果たす。

液状体は、液状体供給装置８０から供給流路を通じて供給され、振動板５８に設けられた供給孔５８ａを通じてリザーバに貯留された後に、流路５６を通じて各キャビティ５５に充填される。

図２（ｂ）に示すように、振動子５９は、ピエゾ素子５９ｃと、ピエゾ素子５９ｃを挟む一対の電極５９ａ，５９ｂとからなる圧電素子である。外部から一対の電極５９ａ，５９ｂに駆動信号としての駆動波形が印加されることにより接合された振動板５８を変形させる。これにより隔壁５４で仕切られたキャビティ５５の体積が増加して、液状体がリザーバからキャビティ５５に吸引される。そして、駆動波形の印加が終了すると、振動板５８は元に戻り充填された液状体を加圧する。これにより、ノズル５２から液状体を液滴Ｄとして吐出できる構造となっている。ピエゾ素子５９ｃへ印加される駆動波形を制御することにより、それぞれのノズル５２に対して液状体の吐出制御を行うことができる。

液滴吐出ヘッド５０における駆動素子は、圧電素子に限らない。振動板を静電吸着により変位させる電気機械変換素子や、液状体を加熱してノズル５２から液滴として吐出させる電気熱変換素子（サーマル方式）でもよい。

（キャリッジの構成について）
キャリッジ１５を、図１、図３を参照して説明する。図３はキャリッジを説明する図であり、詳しくはキャリッジを底面側から見た図である。図３中のＸ方向およびＹ方向は、図１に示すＸ方向およびＹ方向と同一の方向を示す。

図１に示すように、キャリッジ１５は、ヘッドプレート３６と、複数の液滴吐出ヘッド５０と、液状体供給装置８０とを備えている。ヘッドプレート３６は、ステンレスなどからなる上面視略平行四辺形の板状部材であり、複数の液滴吐出ヘッド５０が設置されている。ヘッドプレート３６は、液滴吐出ヘッド５０を図１中Ｚ方向下方に突出するようにキャリッジ１５のＺ方向下方に設けられている。キャリッジ１５のＺ方向上方には液状体供給装置８０が設けられている。

図３に示すように、ヘッドプレート３６には１２個の液滴吐出ヘッド５０が搭載されており、１２個の液滴吐出ヘッド５０は、６個ずつに二分されＸ方向に所定の間隔をあけて、ヘッド列６４ａおよびヘッド列６４ｂを形成している。ヘッド列６４ａおよびヘッド列６４ｂは、Ｙ方向から所定の角度θを有する方向に延びるように構成されている。そのため、図３中のＹ方向から見たとき、キャリッジ１５において、１２個の液滴吐出ヘッド５０は、これらの全ノズル列５２ａおよび５２ｂで１つの描画ラインを構成するように配設されている。

上記構成を有する液状体吐出装置１００は、キャリッジ１５と、テーブル１０との相対位置を変化させつつ、キャリッジ１５に搭載された複数の液滴吐出ヘッド５０から液状体を液滴として吐出して、テーブル１０に搭載されたワークＢに所望のパターンを形成する。そして、吐出された液状体を乾燥などにより固化して、パターン化された様々な機能性膜を形成することができる。

（液状体供給装置の構成について）
次に、液状体供給装置について、図４を参照して説明する。図４は液状体供給装置の構造を示す概略図である。
図４に示すように、液状体供給装置８０は、容積可変容器としての袋状容器であるパック容器８２と、パック容器８２を密閉状態で収容する密閉容器８４と、容積調整可能な空間を有する圧力調整手段としてのベローズ８６と、ベローズ８６の一方の面に所定の負荷をかける負荷手段８８と、圧力センサー９０と、各構成を制御する制御手段とを有している。

液状体供給装置８０の液状体供給系は、１２個の液滴吐出ヘッド５０ごとに設けられ、１つの液滴吐出ヘッド５０に１つのパック容器８２が接続されている。なお、図４では、液状体供給装置８０の液状体供給系のうち１系統のみを図示している。また、制御手段は単体で設けてもよいが、実施形態のものは液状体吐出装置１００の制御装置１６に組み込まれている。

パック容器８２は、例えば、方形の２枚の合成樹脂フィルムを重ね合わせ、その周縁部を気密に溶着したものであり、柔軟性を有する容積可変な袋状に形成されている。パック容器８２は、液状体としての脱気された機能液Ｌを真空パック状に貯留している。パック容器８２は、供給チューブ９６を介して、液滴吐出ヘッド５０に連通しており、機能液Ｌは、供給チューブ９６を介して、液滴吐出ヘッド５０に供給され吐出される。このパック容器８２は、貯留される機能液Ｌが吐出により減少するにともない容積が減少する。

なお、ここで機能液Ｌとは、表示装置のカラーフィルタのフィルタ材料などの機能性材料を、所定の溶媒にて溶解または分散させた液状体（サスペンション、エマルジョンなどの分散液を含む）をいう。機能性材料は、カラーフィルタのフィルタ材料に限定されず、例えば、表示装置のカラーフィルタのフィルタ材料、有機ＥＬ装置におけるＥＬ発光層を形成するための発光材料、配線および電極を形成するための金属微粒子材料などが適用され得る。

溶媒としては、上記機能性材料を溶解または分散できるもので凝集を起こさないものであれば特に限定されない。例えば、アルコール類、ケトン類、有機アミン類、エーテル類、エステル類、その他の有機溶媒と水と界面活性剤などを混合させた液状体などが適用され得る。

密閉容器８４は、一定の容積を有し、例えば、ステンレスなどの金属材料で密閉されたボックス状に形成されている。密閉容器８４は、液状体吐出装置１００のキャリッジ１５上に設置されている。密閉容器８４の内部には、パック容器８２の重量を検出する重量測定装置９２が底面側に設けられており、パック容器８２は、重量測定装置９２の図示しない保持部に着脱可能に保持される。密閉容器８４内部には、密閉容器８４とパック容器８２との間に空間が形成される。以降の説明では、この空間を密閉容器空間Ｑといい、密閉容器空間Ｑの容積を容積ｑと表す。
なお、パック容器８２は、密閉容器８４の図４中手前に位置する図示しない扉を開閉し保持部に着脱することによって、交換することができる。

ベローズ８６は、第１の面としての円形の天面８６ａと対向する第２の面としての円形の底面８６ｂとを有し、天面８６ａと底面８６ｂとは蛇腹構造の側壁部としての側面８６ｃで連結され略円筒形に形成されている。そのため、ベローズ８６の内部には空間が形成される。以降の説明では、この空間をベローズ空間Ｒといい、ベローズ空間Ｒの容積を容積ｒと表す。側面８６ｃは、伸縮自在な蛇腹構造に形成されているため、天面８６ａと底面８６ｂとが対向方向である矢印Ｅ方向に移動可能となっている。

ベローズ８６の天面８６ａは、連通チューブ９４を介して密閉容器８４と連結されている。そのため、密閉容器空間Ｑとベローズ空間Ｒとは、合算され１つの空間（Ｑ＋Ｒ）を構成する。以降の説明では、この空間（Ｑ＋Ｒ）を合算空間Ｓといい、合算空間Ｓの容積を容積ｓと表す。なお、密閉容器８４とベローズ８６とを連結する連通チューブ９４の空間は密閉容器空間Ｑに含まれるものとする。

ベローズ８６の底面８６ｂは、負荷手段８８の上面に設けられたベローズ保持部９８に固定されている。負荷手段８８は、キャリッジ１５の上面に設置されている。負荷手段８８は、ベローズ８６の底面８６ｂに所定の荷重を負荷するものであり、ベローズ保持部９８は、矢印Ｅ方向に所定の範囲上下に可動できるクリアランスを有している。ベローズ８６の底面８６ｂに負荷する荷重は、例えば、錘などが適用され得る。
圧力センサー９０は、密閉容器８４の内部の１面に設けられ、制御装置１６に接続されている。圧力センサー９０は、密閉容器内の圧力を検知して制御装置１６に圧力データを送信する。

（液状体供給装置の供給動作について）
ここで、液状体供給装置の液状体の供給動作について、図５を参照して説明する。図５は、液状体供給装置の供給動作を説明する図である。
図５（ａ）に示すように、液状体吐出作業を開始するため、液状体供給装置８０の密閉容器８４内の保持部に機能液Ｌがフル充填された新たなパック容器８２を取り付ける。

次いで、液滴吐出ヘッド５０のノズル５２のメニスカスを適正化してノズル５２からの機能液Ｌの漏れ防止や安定吐出を確保するために、機能液Ｌにかかる圧力を調整する。
具体的には、図５（ｂ）に示すように、負荷手段８８のベローズ保持部９８、すなわち、ベローズ８６の底面８６ｂに錘を用い荷重Ｗを負荷させる。荷重Ｗが負荷されることによって、ベローズ８６の底面８６ｂは図５（ｂ）中矢印Ｆ方向に移動して、ベローズ空間Ｒの容積ｒを容積ｒ１（ｒ１＞ｒ）に増加させる。

すなわち、合算空間Ｓの容積ｓは、容積（ｑ＋ｒ）から容積（ｑ＋ｒ１）に増える。合算空間Ｓは密閉された空間であるため、合算空間Ｓの圧力は、ボイルの法則（圧力と体積の積は一定）に従い負圧となる。合算空間Ｓが負圧になることによって、パック容器８２貯留された機能液Ｌにかかる圧力も負圧になる。そのため、液滴吐出ヘッド５０のノズル５２からの機能液Ｌの漏れは防止される。このように調整された合算空間Ｓの圧力を圧力Ｐ０とする。

このとき、ベローズ８６は、底面８６ｂに荷重Ｗを付加され側面８６ｃの蛇腹部分が伸びて、所定の容積ｒ１および圧力Ｐ０を確保して平衡状態で吊り合っている。なお、ベローズ８６の側面８６ｃの蛇腹部分は可動余地を有している。

その後、制御装置１６から送信されるヘッド駆動信号によって液滴吐出ヘッド５０が駆動され、液滴吐出ヘッド５０から機能液Ｌが液滴として吐出される。その結果、ワークＢに所望のパターンが描画される。

この吐出作業において、パック容器８２から機能液Ｌが液滴吐出ヘッド５０に供給される。その結果、パック容器８２は、機能液Ｌが供給されるにともない容積が減少する。パック容器８２の容積が減少すると、密閉容器８４とパック容器８２との間の密閉容器空間Ｑの容積ｑが容積ｑ１（ｑ１＞ｑ）に増えようとする。密閉容器空間Ｑの容積ｑが増えると、合算空間Ｓの容積ｓも増えてしまう。合算空間Ｓは密閉された空間であるため、合算空間Ｓの圧力は、ボイルの法則に従い圧力Ｐ０より低下しようとする。

このとき、図５（ｃ）に示すように、密閉容器８４は、ベローズ８６に連通されており、ベローズ８６は、合算空間Ｓの容積ｓおよび圧力Ｐ０で平衡状態となっている。そのため、ベローズ８６は、合算空間Ｓの容積ｓが容積（ｑ１−ｑ）分増加しようとするのに抗して、側面８６ｃの蛇腹部分を図中矢印Ｇ方向に収縮させ合算空間Ｓの容積ｓを確保するように機能する。つまり、ベローズ空間Ｒの容積ｒ１は、容積ｒ２（ｒ１＞ｒ２）に減ずる。その結果、密閉容器空間Ｑの容積ｑの増加分（容積ｑ１−ｑ）と、ベローズ空間Ｒの容積ｒの減少分（容積ｒ１−ｒ２）とは互いに相殺される。従って、合算空間Ｓの容積ｓを確保しつつ、圧力Ｐ０を維持できる。このベローズ８６の動作は、パック容器８２から機能液Ｌが液滴吐出ヘッド５０に供給され、パック容器８２の容積が減少するにともない連続的に行われる。

なお、合算空間Ｓの圧力Ｐ０は、密閉容器８４に設けられた圧力センサー９０で定期的に測定され、測定データが制御装置１６に送信され管理される。また、パック容器８２の重量は、パック容器８２の下部に設けられた重量測定装置９２により定期的に測定され、測定データが制御装置１６に送信され管理される。パック容器８２の重量が所定の重量以下になったとき、制御装置１６により、図示しない表示部にパック容器８２の交換を促す表示が表示され、空のパック容器８２が密閉容器８４から取り除かれ、新たなパック容器８２が密閉容器８４の保持部に取り付けられる。

なお、ベローズ８６の容積ｒ、側面８６ｃの蛇腹構造の可動長および可動に要する力、底面８６ｂに負荷する荷重Ｗは、合算空間Ｓの圧力Ｐ０、密閉容器空間Ｑの容積ｑの変動範囲などの条件により適宜設定される。

以下、実施形態の効果を記載する。

（１）液状体供給装置８０は、パック容器８２を収容する密閉容器８４と連通するベローズ８６を備えている。負荷手段８８によりベローズ８６の底面８６ｂに荷重Ｗを負荷し、ベローズ空間Ｒの容積ｒを増加させることにより、密閉容器８４内の圧力を負圧状態にすることができる。そのため、パック容器８２に貯留される機能液Ｌにかかる圧力を適正にすることができ、液滴吐出ヘッド５０とパック容器８２との水頭差による液滴吐出ヘッド５０の機能液Ｌの流れ出しを防止することができる。また、機能液Ｌにかかる圧力を適正にすることによって、液滴吐出ヘッド５０の吐出を安定させることができる。さらに負圧制御においても、真空ポンプや真空ポンプを動作および制御する制御手段が不要になり、装置をシンプルかつ小型化することができる。

（２）液状体供給装置８０は、側面８６ｃが蛇腹構造になっている容積調整可能なベローズ８６を有している。液滴吐出ヘッド５０からの機能液Ｌの吐出にともなってパック容器８２の容積が減少して密閉容器空間Ｑの容積ｑが増えようとすることを、ベローズ８６は、側面８６ｃの蛇腹構造を自動で収縮させることにより一定容積に保つことができる。そのため、密閉容器８４内の圧力を適正な圧力Ｐ０に保つことができる。従って、パック容器８２にかかる圧力変動を低減させ、液滴吐出ヘッド５０に供給される機能液Ｌにかかる圧力変動を低減させることができる。

（３）また、圧力調整手段としてのベローズ８６は、自ら、密閉容器８４内の容積変動を検知して自らの容積を調整させ圧力を一定に保つことができる。そのため、パック容器８２の機能液Ｌの残量を検出する検出手段、負圧状態を調節するためのレギュレータなどの調節手段、およびこれらを制御する制御手段が不要になり、装置をシンプルかつ小型化することができる。

（第２実施形態）
ここで、第２実施形態における液状体吐出装置を、図６および図７を参照して説明する。図６は、第２実施形態における液状体供給装置の構造を示す概略図であり、図７は、第２実施形態にかかる液状体供給装置の供給動作を説明する図である。なお、第１実施形態と同様な構成および内容については、符号を等しくし説明を省略する。

上述の第１実施形態では、圧力調整手段としてベローズを用いた場合を例にとり説明したが、これに限定されない。いわゆるシリンダーを用いて機能液にかかる圧力変動を低減させてもよい。図６に示すように、液状体供給装置８０Ａは、圧力調整手段として、シリンダー１２０とピストン１２２とを備えている。シリンダー１２０は、１面が開放された円筒形状に形成され、第１の面としての上面１２０ａは、連通チューブ９４を介して密閉容器８４と連結されている。シリンダー１２０の開放された底面側には、円板状のピストン１２２が嵌合されている。ピストン１２２は、外周部に図示しないピストンリングが取り付けられシリンダー１２０内の空間を気密に保ちつつ、図６中矢印Ｅ方向に摺動可能となっている。なお、ピストン１２２は第２の面に対応する。

ピストン１２２には、負荷手段８８Ａが設けられており、ピストン１２２に所定の荷重が負荷される。ピストン１２２に負荷する荷重は、例えば、錘などが適用され得る。荷重が負荷されることによって、シリンダー１２０の円筒とピストン１２２とに囲まれた空間が構成される。以降の説明では、このシリンダー１２０内の空間をシリンダー空間Ｔといい、シリンダー空間Ｔの容積を容積ｔと表す。

ここで、第２実施形態にかかる液状体供給装置８０Ａの液状体の供給動作について、図７を参照して説明する。図７（ａ）に示すように、液状体吐出作業を開始するため、液状体供給装置８０Ａの密閉容器８４内の保持部に機能液Ｌがフル充填された新たなパック容器８２を取り付ける。

次いで、液滴吐出ヘッド５０のノズル５２のメニスカスを適正化してノズル５２からの機能液Ｌの漏れ防止や安定吐出を確保するために、機能液Ｌにかかる圧力を調整する。
具体的には、図７（ｂ）に示すように、ピストン１２２に負荷手段８８Ａとしての錘を用い荷重Ｗを負荷させる。荷重Ｗが負荷されることによって、ピストン１２２は図７（ｂ）中矢印Ｆ方向に移動して、シリンダー空間Ｔの容積ｔを容積ｔ１（ｔ１＞ｔ）に増加させる。

すなわち、合算空間Ｓの容積ｓは、容積（ｑ＋ｔ）から容積（ｑ＋ｔ１）に増える。合算空間Ｓは密閉された空間であるため、合算空間Ｓの圧力は、ボイルの法則（圧力と体積の積は一定）に従い負圧となる。合算空間Ｓが負圧になることによって、パック容器８２貯留された機能液Ｌにかかる圧力も負圧になる。そのため、液滴吐出ヘッド５０のノズル５２からの機能液Ｌの漏れは防止される。このように調整された合算空間Ｓの圧力を圧力Ｐ０とする。このとき、シリンダー１２０とピストン１２２とは、荷重Ｗを負荷され所定の容積ｔ１および圧力Ｐ０を確保して平衡状態で吊り合っている。

その後、制御装置１６から送信されるヘッド駆動信号によって液滴吐出ヘッド５０が駆動され、液滴吐出ヘッド５０から機能液Ｌが液滴として吐出される。その結果、ワークＢに所望のパターンが描画される。この吐出作業において、パック容器８２から機能液Ｌが液滴吐出ヘッド５０に供給される。その結果、パック容器８２は、機能液Ｌが供給されるにともない容積が減少する。パック容器８２の容積が減少すると、密閉容器８４とパック容器８２との間の密閉容器空間Ｑの容積ｑが容積ｑ１（ｑ１＞ｑ）に増えようとする。密閉容器空間Ｑの容積ｑが増えると、合算空間Ｓの容積ｓも増えてしまう。合算空間Ｓは密閉された空間であるため、合算空間Ｓの圧力は、ボイルの法則に従い圧力Ｐ０より低下しようとする。

このとき、図７（ｃ）に示すように、密閉容器８４は、シリンダー１２０に連通しており、シリンダー１２０とピストン１２２とは、合算空間Ｓの容積ｓおよび圧力Ｐ０で平衡状態となっている。そのため、ピストン１２２は、合算空間Ｓの容積ｓが容積（ｑ１−ｑ）分増加しようとするのに抗して、シリンダー１２０の内壁に沿って図中矢印Ｇ方向に摺動し合算空間Ｓの容積ｓを確保するように機能する。つまり、シリンダー空間Ｔの容積ｔ１は、容積ｔ２（ｔ１＞ｔ２）に減ずる。その結果、密閉容器空間Ｑの容積ｑの増加分（容積ｑ１−ｑ）と、シリンダー空間Ｔの容積ｔの減少分（容積ｔ１−ｔ２）とは互いに相殺される。従って、合算空間Ｓの容積ｓを確保しつつ、圧力Ｐ０を維持できる。このシリンダー１２０およびピストン１２２の動作は、パック容器８２から機能液Ｌが液滴吐出ヘッド５０に供給され、パック容器８２の容積が減少するにともない連続的に行われる。

この液状体供給装置８０Ａにおいても、液滴吐出ヘッド５０からの機能液Ｌの吐出にともなってパック容器８２の容積が減少して密閉容器空間Ｑの容積ｑが増え合算空間Ｓの容積ｓが増加することを、シリンダー１２０内部をピストン１２２が摺動することにより一定容積に保つことができる。そのため、密閉容器８４内の圧力を所望の圧力Ｐ０に保つことができる。すなわち、機能液Ｌの消費にともなうパック容器８２にかかる圧力変動を低減させることができる。その結果、機能液Ｌにかかる圧力変動を低減させ、機能液の安定吐出を実現できる。

以上、実施形態について説明したが、上述の実施形態に対しては、趣旨から逸脱しない範囲で様々な変形を加えることができる。例えば上記実施形態以外の変形例は、以下の通りである。なお、実施形態と同様な構成および内容については、符号を等しくし説明を省略する。

（変形例）
上述の実施形態では、密閉容器内に新たなパック容器が取り付けられたとき、ベローズを用いて所望の初期圧力に調整する場合を例にとり説明したが、これに限定されない。真空ポンプを用いて機能液にかかる初期圧力を調整してもよい。変形例を説明する図である図８に示すように、液状体供給装置８０Ｂは、真空ポンプ１１０、圧力チューブ１１２およびバルブ１１４を備えている。真空ポンプ１１０は、圧力チューブ１１２を介して密閉容器８４に接続されている。圧力チューブ１１２の中間にはバルブ１１４が設けられている。真空ポンプ１１０およびバルブ１１４は、制御装置１６により制御される。

この液状体供給装置８０Ｂは、密閉容器８４内の保持部に新たなパック容器８２が取り付けられたとき、真空ポンプ１１０を用いて機能液Ｌにかかる圧力を調整する。具体的には、制御装置１６からの駆動信号に従い真空ポンプ１１０を駆動させ、圧力チューブ１１２を介して密閉容器空間Ｑの空気を引いて密閉容器８４内の圧力を負圧にする。このとき、ベローズ８６は、真空ポンプ１１０の空気吸引力に抗してベローズ空間Ｒの容積ｒが確保できるように、負荷手段８８によって所定の荷重が負荷される。そのため、合算空間Ｓの容積ｓを確保しつつ、合算空間Ｓの圧力を負圧にすることができる。

合算空間Ｓの圧力は、密閉容器８４内の圧力センサー９０により測定され制御装置１６に送信される。合算空間Ｓの圧力が所望の圧力Ｐ０になったとき、制御装置１６から指令が送られ、バルブ１１４が閉じられるとともに真空ポンプ１１０の駆動が停止される。このようにして、合算空間Ｓの圧力を所望の圧力Ｐ０に調整することができる。

この液状体供給装置８０Ｂにおいても、液滴吐出ヘッド５０からの機能液Ｌの吐出にともなってパック容器８２の容積が減少して密閉容器空間Ｑの容積ｑが増え合算空間Ｓの容積ｓが増加することを、ベローズ８６の蛇腹構造を自動で収縮させることにより一定容積に保つことができる。そのため、密閉容器８４内の圧力を所望の圧力Ｐ０に保つことができる。すなわち、機能液Ｌの消費にともなうパック容器８２にかかる圧力変動を低減させることができる。その結果、機能液Ｌにかかる圧力変動を低減させ、機能液の安定吐出を実現できる。

また、上述の実施形態では、負荷手段として錘を負荷する場合を例にとり説明したがこれに限定されない、負荷手段として、引っ張り方向にクリアランスを有する引っ張り機構、例えば、ジャッキ機構などを用いてもよい。

第１実施形態における液状体吐出装置の構成を示す図。 液滴吐出ヘッドの構造を示す概略図。 キャリッジを説明する図。 液状体供給装置の構造を示す概略図。 液状体供給装置の供給動作を説明する図。 第２実施形態における液状体供給装置の構造を示す概略図。 液状体供給装置の供給動作を説明する図。 変形例を説明する図。

符号の説明

１０…テーブル、１５…キャリッジ、１６…制御装置、２０…キャリッジ移動機構、３０…第１のテーブル移動機構、４０…第２のテーブル移動機構、５０…液滴吐出ヘッド、５２…ノズル、８０…液状体供給装置、８２…容積可変容器としての袋状容器であるパック容器、８４…密閉容器、８６…圧力調整手段としてのベローズ、８８…負荷手段、９４…連通チューブ、９６…供給チューブ、１００…液状体吐出装置、１２０…シリンダー、１２２…ピストン、Ｂ…ワーク、Ｌ…液状体としての機能液、Ｑ…密閉容器空間、Ｒ…ベローズ空間、Ｓ…合算空間、Ｔ…シリンダー空間、ｑ，ｒ，ｔ…容積。

Claims (7)

1. 液状体を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドに前記液状体を供給する液状体供給装置であって、
   前記液滴吐出ヘッドに連通するとともに、前記液状体を貯留する容積可変容器と、
   前記容積可変容器を密閉状態で収容する密閉容器と、
   前記密閉容器に連通する容積調整可能な空間を有する圧力調整手段と、を備えたことを特徴とする液状体供給装置。
2. 前記容積可変容器は、袋状容器であることを特徴とする請求項１に記載の液状体供給装置。
3. 前記圧力調整手段は、前記密閉容器と連通する第１の面と、
   前記第１の面に対向する第２の面と、
   前記第１の面と前記第２の面とを連結して内部に空間を形成する側壁部と、を備え、
   前記第１の面および前記第２の面の少なくともどちらか一方は、前記第１の面と前記第２の面との対向方向に移動自在に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の液状体供給装置。
4. 前記側壁部は、前記第１の面と前記第２の面との対向方向に伸縮自在な蛇腹構造に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液状体供給装置。
5. 前記圧力調整手段は、当該圧力調整手段の空間の容積を拡張することによって前記密閉容器内を負圧状態に保ち、
   前記液滴吐出ヘッドの前記液状体の吐出にともなって減少する前記容積可変容器の容積を補完するように、当該圧力調整手段の空間の容積を調整することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の液状体供給装置。
6. 前記第２の面に対して、前記第１の面と前記第２の面との対向方向に荷重をかける負荷手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の液状体供給装置。
7. 液状体を吐出する液滴吐出ヘッドと、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の液状体供給装置と、を備えたことを特徴とする液状体吐出装置。

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