JP2010167370A - サブタンク装置およびこれを備えた液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で、サブタンクの液位、実質的には機能液滴吐出ヘッドへの機能液の圧力を適切に管理することができるサブタンク装置およびこれを備えた液滴吐出ヘッド装置を提供する。
【解決手段】流入流路４４を介してメインタンクから機能液の圧力供給を受けると共に、下流側機能液流路３８を介してインクジェット方式の機能液滴吐出ヘッドに機能液を重力供給するサブタンク装置３６であって、サブタンク５１と、サブタンク５１の上流側近傍の流入流路４４に介設され、メインタンクから圧力供給される機能液の流量を調整する流量調整弁５２と、下流側機能液流路３８に介設され、機能液滴吐出ヘッドに重力供給する機能液の圧力を検出する圧力センサ５３と、圧力センサ５３の検出結果に基づいて、流量調整弁５２を制御する制御装置５４と、を備えたものである。
【選択図】図６

Description

本発明は、メインタンクから機能液の圧力供給を受けると共に、インクジェット方式の機能液滴吐出ヘッドに機能液を重力供給するサブタンク装置およびこれを備えた液滴吐出装置に関するものである。

従来、この種のサブタンク（サブタンク装置）として、サブタンクの液位を一定に保つことにより、サブタンクに連なる機能液滴吐出ヘッドへの機能液の圧力を一定に保つものが知られている（特許文献１参照）。このサブタンクでは、液位を検出すべく、上限検出センサ、下限検出センサおよび液位検出センサから成る液位検出機構が設けられている。機能液滴吐出ヘッドへの機能液の圧力管理は、この液位検出センサの検出結果に基づいて、メインタンクからサブタンクに機能液を補給し、サブタンクの液位を常に一定に維持することで達成される。

特開２００８−２５０２１７号公報

しかしながら、このような従来のサブタンクでは、サブタンク内の機能液の液位を一定に保つために、サブタンクに液位検出センサおよび液位検出センサが臨む液柱パイプ（バイパスチューブ）を設ける必要があった。このため、サブタンクがコスト高になると共に、液柱パイプの内壁に付着して残った液滴により、液位検出センサが誤作動する問題があった。

本発明は、簡単な構造で、サブタンクの液位、実質的には機能液滴吐出ヘッドへの機能液の圧力を適切に管理することができるサブタンク装置およびこれを備えた液滴吐出装置を提供することをその課題としている。

本発明のサブタンク装置は、流入流路を介してメインタンクから機能液の圧力供給を受けると共に、流出流路を介してインクジェット方式の機能液滴吐出ヘッドに機能液を重力供給するサブタンク装置であって、サブタンクと、サブタンクの上流側近傍の流入流路に介設され、メインタンクから圧力供給される機能液の流量を調整する流量調整手段と、流出流路に介設され、機能液滴吐出ヘッドに重力供給する機能液の圧力を検出する圧力検出手段と、圧力検出手段の検出結果に基づいて、流量調整手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、圧力検出手段により、流出流路を重力供給により流れる機能液の圧力を測定することで、サブタンク内の機能液の液面からの水頭圧を間接的に測定することができる。この水頭圧は、サブタンクに貯留してある機能液の液位によって変化するため、圧力検出手段の検出結果に基づいて、流量調整手段を制御することにより、サブタンクの液位が制御されることになる。したがって、圧力検出手段の検出結果に基づいて、サブタンクに供給する機能液の流量を調整（サブタンク内の機能液の液位を制御）することで、流出流路に接続された機能液滴吐出ヘッドへの機能液の圧力を適切に管理することができる。また、サブタンクに液柱パイプおよび液位検出センサを設ける必要がないため、サブタンクの構造を単純化することができる。

この場合、制御手段は、流出流路の圧力が一定になるように流量調整手段を制御することが、好ましい。

この構成によれば、サブタンクに貯留した機能液の液位を一定に保つことができ、機能液滴吐出ヘッドに重力供給する機能液の圧力を一定に保つことができる。

この場合、圧力検出手段は、機能液滴吐出ヘッド近傍の流出流路に介設されていることが、好ましい。

この構成によれば、機能液滴吐出ヘッド近傍の機能液の圧力（水頭圧）に基づいて、サブタンク内の機能液の液位を制御するため、さらに機能液滴吐出ヘッドへの機能液の圧力、すなわちヘッド内流路における機能液の圧力を精度よく管理することができる。

この場合、流入流路および流出流路は、サブタンクの底部に接続されていることが、好ましい。

この構成によれば、サブタンクに対する機能液の供給による液位の上昇および機能液滴吐出ヘッドによる吐出動作による液位の降下の際に、液面を波立てることがない。したがって、圧力検出手段による水頭圧（液位）の検出精度を高めることができ、さらに機能液滴吐出ヘッドへの機能液の圧力を安定且つ精度よく管理することができる。

本発明の液滴吐出装置は、上記したサブタンク装置と、サブタンク装置から機能液の供給を受け、ワークに機能液を吐出して描画を行なう機能液滴吐出ヘッドと、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、単純な構造で、機能液滴吐出ヘッドへの機能液の圧力を精度よく管理することができるため、ワークへの描画品質を損なうことなく、コストダウンを達成することができる。

本発明の実施形態に係る液滴吐出装置の斜視図である。 液滴吐出装置の平面図である。 液滴吐出装置の側面図である。 ヘッドユニットの平面模式図である。 機能液供給装置の配管系統図である。 サブタンク廻りの断面模式図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明に係るサブタンク装置を備えた液滴吐出装置について説明する。この液滴吐出装置は、フラットパネルディスプレイの製造ラインに組み込まれており、例えば、特殊なインクや発光性の樹脂液である機能液を一定圧力で導入した機能液滴吐出ヘッドを用い、液晶表示装置のカラーフィルタや有機ＥＬ装置の各画素となる発光素子等を形成するものである。

図１ないし図３に示すように、液滴吐出装置１は、石定盤に支持されたＸ軸支持ベース１１上に配設され、主走査方向となるＸ軸方向に延在してワークＷをＸ軸方向に移動させるＸ軸テーブル２と、複数本の支柱１２を介してＸ軸テーブル２を跨ぐように架け渡された１対のＹ軸支持ベース１３上に配設され、副走査方向となるＹ軸方向に延在するＹ軸テーブル３と、Ｙ軸テーブル３に移動自在に吊設され、複数（１２個）の機能液滴吐出ヘッド１４が搭載された１３個のキャリッジユニット４と、から構成されている。さらに、液滴吐出装置１は、これらの装置を、温度および湿度が管理された雰囲気内に収容するチャンバ５と、チャンバ５を貫通して、機能液滴吐出ヘッド１４に機能液を供給する機能液供給ユニット６と、を備えている。また、チャンバ５の側壁の一部には、機能液を貯留するメインタンク３９等を収納するタンクキャビネット７が設けられている。液滴吐出装置１は、Ｘ軸テーブル２およびＹ軸テーブル３の駆動と同期して機能液滴吐出ヘッド１４を吐出駆動させることにより、機能液供給ユニット６から供給された機能液を吐出させ、ワークＷに所定の描画パターンを描画する。

また、液滴吐出装置１は、フラッシングユニット１５、吸引ユニット１６、ワイピングユニット１７、吐出性能検査ユニット１８から成るメンテナンス装置８を備えており、これらユニットを機能液滴吐出ヘッド１４の保守に供して、機能液滴吐出ヘッド１４の機能維持・機能回復を図るようになっている。本実施形態の液滴吐出装置１では、Ｘ軸テーブル２とＹ軸テーブル３とが交わる部分にキャリッジユニット４を臨ませてワークＷの描画を行い、Ｙ軸テーブル３とメンテナンス装置８（吸引ユニット１６、ワイピングユニット１７）が交わる部分にキャリッジユニット４を臨ませて、機能液滴吐出ヘッド１４の機能維持・機能回復を行う。

図２ないし図４に示すように、Ｘ軸テーブル２は、ワークＷを吸着セットすると共にθ軸方向に補正可能な機構を有するセットテーブル２１と、セットテーブル２１をＸ軸方向にスライド自在に支持するＸ軸第１スライダ２２と、上記のフラッシングユニット１５および吐出性能検査ユニット１８をＸ軸方向にスライド自在に支持するＸ軸第２スライダ２３と、Ｘ軸方向に延在し、Ｘ軸第１スライダ２２およびＸ軸第２スライダ２３をＸ軸方向に移動させる左右一対のＸ軸リニアモータ（図示省略）と、を備えている。

Ｙ軸テーブル３は、１３個のキャリッジユニット４をそれぞれ吊設した１３個のブリッジプレート２４と、各ブリッジプレート２４を両持ちで支持する１３組のＹ軸スライダ（図示省略）と、一対のＹ軸支持ベース１３上に設置され、ブリッジプレート２４をＹ軸方向に移動させる一対のＹ軸リニアモータ（図示省略）と、を備えている。また、Ｙ軸テーブル３は、各キャリッジユニット４を介して描画時に機能液滴吐出ヘッド１４を副走査するほか、機能液滴吐出ヘッド１４を吸引ユニット１６およびワイピングユニット１７に臨ませる。この場合、各キャリッジユニット４を独立させて個別に移動させることも可能であるし、１３個のキャリッジユニット４を一体として移動させることも可能である。

各キャリッジユニット４は、Ｒ・Ｇ・Ｂ・Ｃ・Ｍ・Ｙの６色、各２個（計１２個）の機能液滴吐出ヘッド１４と、１２個の機能液滴吐出ヘッド１４を６個ずつ２群に分けて支持するヘッドプレート２５と、から成るヘッドユニット２６を備えている（図４参照）。また、各キャリッジユニット４は、ヘッドユニット２６をθ補正（θ回転）可能に支持するθ回転機構２７と、θ回転機構２７を介して、ヘッドユニット２６をブリッジプレート２４に支持させる吊設部材２８と、を備えている。加えて、各キャリッジユニット４は、その上部に後述するサブタンク装置３６が配設されており（実際には、ブリッジプレート２４上に配設）、主にこのサブタンク装置３６により、各機能液滴吐出ヘッド１４に一定の圧力で機能液が重力供給されるようになっている。

次に、図５および図６を参照して機能液供給ユニット６について説明する。機能液供給ユニット６は、上記の６色に対応した６組の機能液供給装置３１と、メインタンク３９およびサブタンク装置３６等に制御用の圧縮窒素ガスを供給する窒素ガス供給設備３２と、各種開閉弁の制御用の圧縮エアーを供給する圧縮エアー供給設備３３と、各部からガス排気を行うためのガス排気設備３４と、を備えている。６組の機能液供給装置３１は、それぞれ６色に対応した機能液滴吐出ヘッド１４に接続されており、これにより、各色の機能液滴吐出ヘッド１４には対応する色の機能液が供給される。

各機能液供給装置３１は、機能液の供給源を構成する２つのメインタンク３９,３９を有するメインタンクユニット３５と、各キャリッジユニット４に対応した１３個のサブタンク装置３６と、メインタンクユニット３５および各サブタンク装置３６を接続する上流側機能液流路（流入流路）３７と、各サブタンク装置３６と各機能液滴吐出ヘッド１４とを接続する１３組の下流側機能液流路（流出流路）３８と、を備えている。各メインタンク３９内の機能液は、これに接続した窒素ガス供給設備３２からの圧縮窒素ガスにより加圧され、１３個のサブタンク装置３６に選択的に供給される。また同時に、各サブタンク装置３６は、ガス排気設備３４を介して大気開放された状態で、必要量の機能液を受容する。

上流側機能液流路３７は、上流端がメインタンクユニット３５に接続されており、１３分岐流路４１を介して、下流端が後述するサブタンク装置３６にそれぞれ接続されている。また、上流側機能液流路３７には、上流側から、機能液中の気泡を除去する気泡除去ユニット４２と、上流側の上流側機能液流路３７内に混入した気泡を除去するエアー抜きユニット４３と、が介設されている。メインタンクユニット３５から供給された機能液は、１３分岐流路４１により１３個に分流して各サブタンク装置３６に供給される。なお、請求項にいう流入流路４４は、上流側機能液流路３７の下流側、すなわち、１３分岐流路４１およびサブタンク５１を接続する流路を言う。

ここで、図５および図６を参照して、サブタンク装置３６、すなわちサブタンク５１廻りの構造について詳細に説明する。サブタンク装置３６は、機能液を一時的に貯留するサブタンク５１と、流入流路４４に介設され、メインタンク３９から圧力供給される機能液の流量を調整する圧空制御の流量調整弁（流量調整手段）５２と、下流側機能液流路３８に介設され、機能液滴吐出ヘッド１４に重力供給する機能液の圧力を検出する圧力センサ（圧力検出手段）５３と、圧力センサ５３の検出結果に基づいて、流量調整弁５２を制御する制御装置（制御手段）５４と、を備えている。なお、この場合の制御装置５４は、液滴吐出装置１全体を統括制御する制御装置５４が兼ねている。

サブタンク５１は、機能液を貯留するサブタンク本体５５と、サブタンク本体５５に落し蓋様に浮かした蓋体フロート５６と、サブタンク本体５５の側方に接続された液柱パイプ５７と、液柱パイプ５７に臨み、貯留された機能液の液位を検出する液位検出機構５８と、を備えている。

サブタンク本体５５は、ステンレス等の金属材料で、薄型直方体形状に形成されている。サブタンク本体５５の上部空間に面する一方の側壁には、通気用チューブ６１が接続されている。また、他方の側壁の上部空間に面する上部に液柱パイプ５７の上端部が接続されており、貯留する機能液に面する下部に液柱パイプ５７の下端部が接続されている。一方、サブタンク本体５５の底部には、上記した流入流路４４および下流側機能液流路３８が、継手を介してそれぞれ接続されている。

通気用チューブ６１は、リング状にループさせたループ配管部６２と、ループ配管部６２に連なり、窒素ガス供給設備３２およびガス排気設備３４と接続した主通気チューブ６３と、から構成されている。また、主通気チューブ６３のガス排気設備３４側にはチューブ開閉弁６４、主通気チューブ６３の窒素ガス供給設備３２側にはガス圧導入弁６５がそれぞれ介設されており、チューブ開閉弁６４が開放された状態で、サブタンク５１への機能液の供給が実施されると共に、サブタンク５１から機能液滴吐出ヘッド１４への機能液の供給が行われる。

液位検出機構５８は、液柱パイプ５７に外側から臨んでおり、上限となる機能液のオーバーフロー液位を検出するオーバーフローセンサ６６と、下限となる機能液の下限液位を検出する下限センサ６７と、を備えている。オーバーフローセンサ６６は、サブタンク５１のオーバーフローを防止すべく設けられており、オーバーフローセンサ６６がオーバーフロー液位を検出した場合には、メインタンク３９からの送液が停止制御される。一方、下限センサ６７は、サブタンク５１が空になるのを防止すべく設けられており、下限センサ６７が下限液位を検出した場合には、現時点のワークＷの描画が終了したところで液滴吐出装置１が停止制御される。

圧力センサ５３は、下流側機能液流路３８に介設された圧力調整弁７１より上流側に位置して機能液滴吐出ヘッド１４近傍に介設されており、流出弁７２を開放した状態で、サブタンク本体５５から機能液滴吐出ヘッド１４に重力供給される機能液の圧力を測定する。上記したようにサブタンク５１は、機能液滴吐出ヘッド１４より上方に配設されているため、サブタンク５１と機能液滴吐出ヘッド１４との間に位置する圧力センサ５３による機能液の圧力の検出結果は、サブタンク５１に貯留してある機能液の液面からの水頭圧に相当する。この水頭圧は、サブタンク５１に貯留してある機能液の液位によって変化するため、圧力センサ５３は、サブタンク５１内に貯留している機能液の液位、すなわち機能液滴吐出ヘッド１４への機能液の圧力を間接的に検出していることになる。なお、流出弁７２および後述する流入弁７３は、予備的なものであり、主としてサブタンク５１を交換するときに閉弁される。

流量調整弁５２は、流入流路４４のサブタンク５１近傍に介設されており、流入弁７３を開放した状態でサブタンク５１に機能液を供給する。なお、流量調整弁５２は、流量調整弁５２に組み込まれた図外の弁体の弁開度を微調整することができるようになっていれば、電気による駆動のもの、圧空による駆動のもの等、その形態を問うものではない。上述のようにメインタンクユニット３５の機能液は、加圧された状態でこの流量調整弁５２まで供給されてきており、流量調整弁５２の弁開度に応じた量の機能液がサブタンク５１に補給される。そして、この機能液の補給によりサブタンク５１の液位（液面）は上昇するが、一方で機能液滴吐出ヘッド１４の駆動（液滴吐出）により、サブタンク５１の液位（液面）は下降する。そこで、制御装置５４は、このサブタンク５１の液位が一定になるように制御を実施する。

すなわち、制御装置５４は、圧力センサ５３による検出結果に基づいて、流量調整弁５２を制御することで、サブタンク５１の液位が一定になるように制御する。具体的には、圧力センサ５３により検出した機能液の圧力と、設定圧力と、を比較して、その圧力差に応じて流量調整弁５２の弁開度を調整する。この場合の設定圧力は、機能液滴吐出ヘッド１４の吐出ノズルの位置における水頭圧が所定の圧力（実施形態においては、−２５ｍｍＨｇ）となるように、圧力センサ５３の位置における目標圧力として設定される。

そして、制御装置５４は、圧力センサ５３による機能液の圧力のモニタリングをしながら、圧力センサ５３の測定圧力が設定圧力となるように、流量調整弁５２の弁開度をリアルタイムで調整する。すなわち、圧力センサ５３により、その機能液の圧力をモニタリングしながら、流量調整弁５２の弁開度を調整することで、サブタンク５１内の機能液の液位、すなわち機能液滴吐出ヘッド１４への機能液の圧力が一定になるように制御する。なお、圧力センサ５３の下流側に位置する上記の圧力調整弁７１は、主として、流量調整弁５２の弁開度の調整に伴う微小な圧力変動を吸収し、この部分の制御系の追従性を補完する。

ところで、本実施形態において、圧力センサ５３を、サブタンク５１および圧力調整弁７１の間に設けたが、圧力調整弁７１を省略し、圧力センサ５３を機能液滴吐出ヘッド１４の直近に設けてもよく、さらには、小型の圧力センサ５３を機能液滴吐出ヘッド１４内に組み込むようにしてもよい。これにより、下流側機能液流路３８の圧力損失の影響を受けることなく、機能液滴吐出ヘッド１４における機能液の圧力を測定することができ、機能液滴吐出ヘッド１４に供給する機能液の圧力をさらに一定に保つことができる。

以上の構成によれば、圧力センサ５３の検出結果に基づいて、サブタンク５１に供給する機能液量を調整することで、機能液滴吐出ヘッド１４への機能液の圧力を管理することができる。すなわち、簡単な構造で、機能液滴吐出ヘッド１４への機能液の圧力を一定に維持することができ、機能液滴吐出ヘッド１４の吐出性能を損なうことなく、コストダウンを達成することができる。

１４…機能液滴吐出ヘッド ３６…サブタンク装置 ３８…下流側機能液流路 ３９…メインタンク ４４…流入流路 ５１…サブタンク ５２…流量調整弁 ５３…圧力センサ ５４…制御装置

Claims (5)

1. 流入流路を介してメインタンクから機能液の圧力供給を受けると共に、流出流路を介してインクジェット方式の機能液滴吐出ヘッドに機能液を重力供給するサブタンク装置であって、
   サブタンクと、
   前記サブタンクの上流側近傍の前記流入流路に介設され、前記メインタンクから圧力供給される機能液の流量を調整する流量調整手段と、
   前記流出流路に介設され、前記機能液滴吐出ヘッドに重力供給する機能液の圧力を検出する圧力検出手段と、
   前記圧力検出手段の検出結果に基づいて、前記流量調整手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするサブタンク装置。
2. 前記制御手段は、前記流出流路の圧力が一定になるように前記流量調整手段を制御することを特徴とする請求項１に記載のサブタンク装置。
3. 前記圧力検出手段は、前記機能液滴吐出ヘッド近傍の前記流出流路に介設されていることを特徴とする請求項１または２に記載のサブタンク装置。
4. 前記流入流路および前記流出流路は、前記サブタンクの底部に接続されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のサブタンク装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のサブタンク装置と、
   前記サブタンク装置から機能液の供給を受け、ワークに機能液を吐出して描画を行なう前記機能液滴吐出ヘッドと、を備えたことを特徴とする液滴吐出装置。

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