JP2010191652A - 圧力調整弁およびこれを備えた液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】弁体を適正に開閉動作させることができる圧力調整弁等を提供する。
【解決手段】隔壁７６を隔ててバルブハウジング６４内に形成され、流入ポート７１に連通する１次室６７および流出ポートに連通する２次室６８と、１次室と２次室とを連通する連通流路６９と、１次室側開口部７８ａの縁を弁座として、連通流路６９を１次室６７側から開閉する弁体７０と、弁体７０を大気圧基準で開閉動作させる受圧膜体７３と、受圧膜体７３と拮抗しつつ弁体７０を閉弁方向に付勢する弁体ばねと、を備え、弁体７０は、１次室６７に配設され弁座に対し直接開閉動作する弁体本体８１と、弁体本体８１を保持する保持部８２ａと、保持部８２ａから連通流路６９を挿通して延びる作動軸部８２ｂと、作動軸部８２ｂの先端に設けられ、受圧膜体７３に当接し、且つ平行に対面する当接板部８３と、を有している。
【選択図】図７

Description

本発明は、弁体を大気圧基準で開閉する圧力調整弁およびこれを備えた液滴吐出装置に関する。

従来、サブタンクの機能液を、所定の圧力に減圧して機能液滴吐出ヘッドに供給する圧力調整弁が知られている（特許文献１）。この圧力調整弁は、バルブハウジング内に形成された流入ポートに連通する１次室および流出ポートに連通する２次室と、１次室と２次室との間の隔壁を連通する連通流路と、１次室側の連通流路の開口縁部を弁座として連通流路を１次室側から開閉する弁体と、２次室の１の面を構成すると共に、弁体を大気圧基準で開閉するダイヤフラム（受圧膜体）と、弁体を閉弁方向に付勢する弁体ばねと、を備えている。弁体は、環状のシール（Ｏリング）を有する弁体本体と、その中心から連通流路に遊嵌され２次室側に延びる軸部と、で一体形成されている。また、ダイヤフラムは、フィルム状のダイヤフラム本体と、その内側に貼着した受圧板と、から構成されている。
この圧力調整弁では、弁体ばねにより付勢された弁体が、閉弁状態で軸部の先端が受圧板に当接または所定の間隙を有している。そして、２次室内が負圧となると、ダイヤフラム本体が凹形状となり受圧板を介して軸部を押し込むことで弁体が開弁する。

特開２００６−１６３７３３号公報

しかし、このような圧力調整弁での弁体の開閉は、ダイヤフラムにかかる大気圧によるが、重力の影響や取付け時の残留応力等のため、開弁の際には常に一様に撓むわけではない。この場合、ダイヤフラムが不均一に撓むと、軸部が斜め方向に押される可能性がある。すると、弁体が微妙に傾き（回転力が作用）、弁体本体を構成するＯリングが弁座に対し片当りし、開閉動作が不安定になる。このため、所定の圧力制御特性が得られないという問題があった。

本発明は、弁体を適正に開閉動作させることができる圧力調整弁およびこれを備えた液滴吐出装置を提供することを課題とする。

本発明の圧力調整弁は、隔壁を隔ててバルブハウジング内に形成され、流入ポートに連通する１次室および流出ポートに連通する２次室と、隔壁に貫通形成され、１次室と２次室とを連通する連通流路と、連通流路を形成した隔壁の１次室側開口縁部を弁座として、連通流路を１次室側から開閉する弁体と、隔壁に平行な２次室の１の面を構成すると共に弁体を大気圧基準で開閉動作させる受圧膜体と、隔壁に対向する１次室の１の壁面を受けとして、受圧膜体と拮抗しつつ弁体を閉弁方向に付勢する弁体ばねと、を備え、弁体は、１次室に配設され弁座に対し直接開閉動作する弁体本体と、弁体本体を保持する保持部と、保持部から連通流路を挿通して延びる作動軸部と、作動軸部の先端に設けられ、受圧膜体に当接すると共に受圧膜体に平行に対面する当接板部と、を有していることを特徴とする。

この構成によれば、大気圧に押された受圧膜体が不均一に撓んだ場合でも、受圧膜体に対し、当接板部が広い面積をもって倣うように接触する。これにより、弁体は直進方向（開閉方向）に平行移動するため、弁体が弁座に片当りすることがない。したがって、適正な開弁を行うことができ、適正な圧力制御特性を維持することができる。

この場合、弁体本体、保持部、作動軸部および当接板部は、同軸上に配設されていることが好ましい。

また、この場合、受圧膜体は、フィルム状の膜体本体と、同心上において膜体本体の中心部に設けた受圧板とを有し、当接板部と受圧板とは、同軸上に配設されていることが好ましい。

これらの構成によれば、高い直進性をもって、弁体を平行移動させることができる。これにより、弁体の開閉動作を精度良く行うことができ、所定の圧力調整が可能となる。

この場合、流入ポートを介して機能液供給手段から供給された機能液を、圧力調整し、流出ポートを介してインクジェット方式の機能液滴吐出ヘッドに供給することが好ましい。

この構成によれば、大気圧基準で圧力調整された機能液を、機能液滴吐出ヘッドに対して安定供給することができる。

本願発明の液滴吐出装置は、上記した圧力調整弁と、機能液供給手段と、機能液滴吐出ヘッドと、を備え、ワークに対し機能液滴吐出ヘッドを相対的に移動させながら、ワーク上に機能液を吐出して描画を行なうことを特徴とする。

この構成によれば、適正に圧力調整された機能液を、機能液滴吐出ヘッドに対して供給することができるため、液滴吐出装置の吐出不良を適切に防止することができる。これにより、液滴吐出装置で製造する製品の信頼性を向上させることができる。

本実施形態に係る液滴吐出装置の斜視図である。 液滴吐出装置に搭載されたキャリッジユニット（ヘッドユニット）を模式的に表した平面図である。 機能液滴吐出ヘッドの表裏外観斜視図である。 機能液供給ユニットを模式的に示した系統図である。 キャリッジユニットに搭載された圧力調整弁の外観側面図である。 圧力調整弁の流入コネクター側の縦断面図（ａ）および流出コネクター側の縦断面図（ｂ）である。 圧力調整弁の弁体および連通流路の拡大図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態に係る圧力調整弁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導入した機能液滴吐出ヘッドを用い、有機ＥＬ装置の各画素となる発光層やカラーフィルタのフィルタエレメント等を形成するものである。また、圧力調整弁は、機能液を機能液滴吐出ヘッドに所定の圧力で減圧供給するものである。

図１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１２ａ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１２と、複数本の支柱１１を介してＸ軸テーブル１２を跨ぐように架け渡された１対のＹ軸支持ベース１３ａ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１３と、Ｙ軸テーブル１３に移動自在に吊設され、複数（１２個）の機能液滴吐出ヘッド２５が搭載された１３個のキャリッジユニット１４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ー１５と、チャンバー１５を貫通して機能液滴吐出ヘッド２５に機能液を供給する機能液供給ユニット１６（機能液供給手段）と、を備えており、チャンバー１５の側壁の一部には、機能液供給ユニット１６の主要部を為すメインタンク４０等を収納するタンクキャビネット５０が設けられている。この液滴吐出装置１は、制御装置１７により装置全体が統括制御され、Ｘ軸テーブル１２およびＹ軸テーブル１３の駆動と同期して機能液滴吐出ヘッド２５を吐出駆動させることにより、機能液供給ユニット１６から供給された６色の機能液滴を吐出させ、ワークＷに所定の描画パターンが描画される。

また、液滴吐出装置１は、フラッシングユニット２１、吸引ユニット２２、ワイピングユニット２３、吐出性能検査ユニット２４から成るメンテナンス装置１８を備えており、これらユニットを機能液滴吐出ヘッド２５の保守に供して、機能液滴吐出ヘッド２５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１２とＹ軸テーブル１３とが交わる部分にキャリッジユニット１４を臨ませてワークＷの描画を行い、Ｙ軸テーブル１３とメンテナンス装置１８（吸引ユニット２２、ワイピングユニット２３）が交わる部分にキャリッジユニット１４を臨ませて、機能液滴吐出ヘッド２５の機能維持・機能回復を行う。

図１および図２に示すように、各キャリッジユニット１４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２５と、１２個の機能液滴吐出ヘッド２５を６個ずつ２群に分けて支持するヘッドプレート２６と、各機能液滴吐出ヘッド２５に機能液を大気圧基準で供給する１２個の圧力調整弁２７と、を有するヘッドユニット１９を備えている。各圧力調整弁２７は、ヘッドプレート２６上において機能液滴吐出ヘッド２５の分割方向と直交する方向に６個ずつ２群に分割して配設されている。各キャリッジユニット１４は、一対のＹ軸支持ベース１３ａに掛け渡されたブリッジプレート１３ｂに吊設されている。各キャリッジユニット１４は、ブリッジプレート１３ｂ上に配設されたサブタンク４１から自然水頭を利用し、かつ圧力調整弁２７を介して各機能液滴吐出ヘッド２５に機能液が供給されるようになっている（図４参照）。なお、キャリッジユニット１４の個数および各キャリッジユニット１４に搭載される機能液滴吐出ヘッド２５の個数は任意である。

図３に示すように、機能液滴吐出ヘッド２５は、いわゆる２連のインクジェットヘッドであり、２連の接続針３４を有する機能液導入部３１と、機能液導入部３１の側方に連なる２連のヘッド基板３２と、ヘッド基板３２の下方に連なる２連のポンプ部３３と、ポンプ部３３に連なるノズルプレート３５と、を備えている。機能液導入部３１には、後述する２本の２次側チューブ４３ｂが接続され（図４参照）、ノズルプレート３５のノズル面ＮＦには、２列のノズル列ＮＬが相互に平行に列設されており、各ノズル列ＮＬは、等ピッチで並べた１８０個の吐出ノズル３６で構成されている。ヘッド基板３２は、フレキシブルフラットケーブル（図示省略）を介して上記の制御装置１７が接続されており、制御装置１７から出力された駆動波形が各ポンプ部３３（の圧電素子）に印加されることで、各吐出ノズル３６から機能液が吐出される。

図１および図４に示すように、機能液供給ユニット１６は、チャンバー１５に併設のタンクキャビネット５０に収容された６個（６色）のメインタンク４０と、各ブリッジプレート１３ｂ上に配設された複数（１３個）のサブタンク４１と、メインタンク４０と複数のサブタンク４１とを接続するタンク側チューブ４２と、各サブタンク４１と各機能液滴吐出ヘッド２５を接続する複数のヘッド側チューブ４３と、を備えている。各ヘッド側チューブ４３には、機能液滴吐出ヘッド２５と共にキャリッジユニット１４に搭載された圧力調整弁２７が介設されており、ヘッド側チューブ４３は、サブタンク４１と圧力調整弁２７とを接続する１次側チューブ４３ａと、圧力調整弁２７と機能液滴吐出ヘッド２５とを接続する２次側チューブ４３ｂと、を有している。

メインタンク４０から送液された機能液は、タンク側チューブ４２を通って各サブタンク４１に貯留される。各サブタンク４１の機能液は、各機能液滴吐出ヘッド２５の駆動に応じ、ヘッド側チューブ４３および圧力調整弁２７を介して、機能液滴吐出ヘッド２５に自然水頭で供給される。一方、キャリッジユニット１４（ヘッドユニット１９）を交換する場合には、１次側チューブ４３ａに介設された開閉バルブ４３ｃを閉弁した後、１次側チューブ４３ａを圧力調整弁２７から接続を解除（離脱）し、この状態で交換が行われる。

図１に示すように、フラッシングユニット２１は、一対の描画前フラッシングユニット２１ａと、定期フラッシングユニット２１ｂと、を有し、描画処理直前や、ワークＷの載換え時等の描画処理休止時に行われる、機能液滴吐出ヘッド２５の捨て吐出を受ける。吸引ユニット２２は、１３台のキャップユニット４４を有し、各機能液滴吐出ヘッド２５の吐出ノズル３６から機能液を強制的に吸引すると共に、キャッピングを行う。ワイピングユニット２３は、吸引後の機能液滴吐出ヘッド２５のノズル面ＮＦを拭取る。吐出性能検査ユニット２４は、機能液滴吐出ヘッド２５の吐出の有無および飛行曲りを検査する。

本実施形態における液滴吐出装置１の稼動停止時には、Ｙ軸テーブル１３により１３個のキャリッジユニット１４が１３台の吸引ユニット２２の位置まで移動し、キャップユニット４４を密接位置に上昇させ、全機能液滴吐出ヘッド２５に対し、いわゆるキャッピングが行われる。一方、稼動開始時には、全機能液滴吐出ヘッド２５に対し、キャッピングされた状態でエジェクター（図示省略）を駆動して吸引処理が行なわれ（初期充填）、続いてキャリッジユニット１４単位でワイピング処理が行なわれる。そして、１３台のキャリッジユニット１４は順次、Ｘ軸テーブル１２にセットされたワークＷ上に移動する。

次に、図５ないし図７を参照して、圧力調整弁２７について説明する。圧力調整弁２７は、主要部を成す調整弁本体６０と、調整弁本体６０の流入側に差込み接合した流入コネクター６１と、調整弁本体６０の流出側に差込み接合した流出コネクター６２と、を備えている。そして、流入コネクター６１には、サブタンク４１に連なる１次側チューブ４３ａが接続され、他方、流出コネクター６２には、機能液滴吐出ヘッド２５に連なる２次側チューブ４３ｂが接続されている。

調整弁本体６０は、略円板状で、且つ前面および後面の中央部が凹型形成されたバルブハウジング６４と、バルブハウジング６４と共に１次室６７を画成する蓋体６５と、バルブハウジング６４に受圧膜体７３（ダイヤフラム）を固定することでバルブハウジング６４と共に２次室６８を画成するドーナツ状の膜体押え部材６６と、で構成されている。また、１次室６７および２次室６８は、バルブハウジング６４の一部を構成する隔壁７６を隔てて同軸上に配設されており、隔壁７６の中心部（軸心）には、１次室６７および２次室６８を連通する連通流路６９が貫通形成されている。なお、バルブハウジング６４、蓋体６５および膜体押え部材６６は、ステンレス等の耐食性材料で形成されている。

蓋体６５および膜体押え部材６６は、円形の受圧膜体７３の中心を通る軸線と同心円となる外形を有しており、バルブハウジング６４を前後方向から挟み込むようにネジ止めされている（図示省略）。また、蓋体６５および膜体押え部材６６は、バルブハウジング６４に対し、各々シールリングＳを挟込み込んで相互に固定され、１次室６７および２次室６８を液密に構成している。

１次室６７は、受圧膜体７３と同心となる略円柱形状に形成され、１次室６７の上部には、１次室６７から径方向斜めに延びる流入ポート７１が形成されている。また、１次室６７側の隔壁７６の中心部には、連通流路６９に連なる１次室側開口部７８ａが開口している。１次室側開口部７８ａには、１次室６７側から連通流路６９を開閉する弁体７０が臨む一方、これに対応して、１次室側開口部７８ａの周縁部には、弁体７０が離接する弁座となる弁座形成部位７８ｂが構成されている。流入ポート７１には、流入コネクター６１が差し込み接合されており、流入コネクター６１と１次室６７とを連通する流入流路部７２が形成されている（図６（ａ）参照）。

２次室６８は、受圧膜体７３が膜体押え部材６６によりバルブハウジング６４に取り付けられ、バルブハウジング６４（隔壁７６）に凹型形成した内面壁６８ａと受圧膜体７３とによって、全体として受圧膜体７３を底面とする円錐台形状に形成されている。すなわち、内面壁６８ａは、テーパー部位６８ｂを有する有底すり鉢状に形成されている。また、２次室６８側の隔壁７６の中心部には、連通流路６９に連なる２次室側開口部７８ｃが開口している。

受圧膜体７３（ダイヤフラム）は、樹脂フィルムで構成した膜体本体７３ａと、膜体本体７３ａの中央部に接着した樹脂製の受圧板７３ｂと、で構成されている。受圧板７３ｂは、膜体本体７３ａと同心の円板状に、且つ膜体本体７３ａに対し十分に小さい径に形成されており、その中央に上記の弁体７０が離接するようになっている。また、２次室側開口部７８ｃの周縁部と受圧板７３ｂとの間には、受圧板７３ｂ（受圧膜体７３）を前方向に向かって付勢する膜体付勢ばね７９が介設されている。

図６（ｂ）に示すように、２次室６８の下部から真下に延びる流出ポート７４には、流出コネクター６２が差し込み接合されており、流出コネクター６２と２次室６８とを連通する流出流路部７５が形成されている。流出流路部７５は、２次室６８内下部のテーパー部位６８ｂに開口して、後方斜め下方に向かって形成されており、前後方向、略中央で流出コネクター６２に連通している。

連通流路６９は、弁体７０の作動軸部８２ｂがスライド自在に挿通する軸遊挿部６９ａと、軸遊挿部６９ａから径方向四方に延びる十字状断面の流路部６９ｂと、から構成されている（図５参照）。なお、１次室６７、２次室６８および連通流路６９（の軸遊挿部６９ａ）は、受圧膜体７３と同心の円形断面を有している。

弁体７０は、弾性材で構成され、弁の機能を奏するリング状の弁体本体８１と、弁体本体８１を保持する弁ホルダー８２と、受圧板７３ｂに当接すると共に、受圧板７３ｂに平行に対面するように設けられた当接板部８３と、を備えている。弁体本体８１は、弁座形成部位７８ｂに離接することで連通流路６９を開閉する。弁ホルダー８２は、弁体本体８１を保持する保持部８２ａと、保持部８２ａから連通流路６９を挿通して延在する作動軸部８２ｂと、で一体に形成されている。また、保持部８２ａと蓋体６５との間には、弁体付勢ばね８４が介設されており、弁体７０は、この弁体付勢ばね８４によって、閉弁方向（２次室６８側）に弱い力で付勢されている。

当接板部８３は、弁体本体８１とは別部材で構成された円板状の部材であり、膜体付勢ばね７９に内包可能な直径に形成されている。そして、当接板部８３は、膜体付勢ばね７９の内側において、弁体７０の開閉の際に、膜体付勢ばね７９に接触しないように位置している。また、当接板部８３の中心（軸心）には、嵌合孔（図示省略）が貫通形成されており、この嵌合孔に作動軸部８２ｂの先端を圧入することで、当接板部８３と作動軸部８２ｂとが接続固定される。弁体７０は、この当接板部８３の表面に受圧板７３ｂが当接して後方に押し込まれることで開弁するようになっている。なお、弁体本体８１、保持部８２ａ、作動軸部８２ｂおよび当接板部８３は、同軸上に配設されている。これにより、高い直進性をもって、弁体７０を平行移動させることができるため、弁体７０の開閉動作を精度良く行うことができ、所定の圧力調整が可能となる。

このように構成された圧力調整弁２７では、機能液の吐出等により２次室６８の圧力が低くなると、受圧膜体７３が後方（内側）に変形し、受圧板７３ｂが弁体７０を後方に押して開弁し、１次室６７から２次室６８に機能液が流入する。機能液の流入が進み２次室６８の圧力が高まると、受圧膜体７３が前方（外側）に変形し、弁体７０が閉弁する。すなわち、圧力調整弁２７は、大気圧と２次室６８の内部圧力とのバランスにより受圧膜体７３が変形することで連通流路６９を開閉する。

上記のように、弁体７０の開閉は、膜体本体７３ａにかかる大気圧によるため、開弁の際に、膜体本体７３ａ（受圧膜体７３）が常に一定の形状変化を伴って撓むわけではなく、不均一に撓み、作動軸部８２ｂが斜め方向に押される場合がある。しかし、このような場合であっても、この圧力調整弁２７では、受圧膜体７３の後方への変形（撓み）に伴い、受圧板７３ｂが当接板部８３に倣うように接触して弁体７０を押し込む。これにより、受圧板７３ｂ（受圧膜体７３）を、当接板部８３が広い面積をもって受けるため、弁体７０は直進方向に平行移動する。したがって、弁体７０が軸遊挿部６９ａ（連通流路６９）に片当りすることがなく、弁体７０の開閉に支障が生じることがない。

以上の構成によれば、大気圧に押された受圧膜体７３が、弁体７０に対して斜め方向に撓むような場合でも、適正な開弁を行うことができ、適正な圧力制御特性を維持することができる。これにより、大気圧基準で適正に圧力調整された機能液を、機能液滴吐出ヘッド２５に対して供給することができるため、液滴吐出装置１の吐出不良を適切に防止することができ、液滴吐出装置１で製造する製品の信頼性の向上を図ることができる。

１：液滴吐出装置、２５：機能液滴吐出ヘッド、２７：圧力調整弁、６４：バルブハウジング、６７：１次室、６８：２次室、６９：連通流路、７０：弁体、７１：流入ポート、７３：受圧膜体、７３ａ：膜体本体、７３ｂ：受圧板、７４：流出ポート、７６：隔壁、７８ａ：１次室側開口部、７８ｂ：弁座形成部位、８１：弁体本体、８２：弁ホルダー、８２ａ：保持部、８２ｂ：作動軸部、８３：当接板部、８４：弁体付勢ばね、Ｗ：ワーク

Claims (5)

1. 隔壁を隔ててバルブハウジング内に形成され、流入ポートに連通する１次室および流出ポートに連通する２次室と、
   前記隔壁に貫通形成され、前記１次室と前記２次室とを連通する連通流路と、
   前記連通流路を形成した前記隔壁の１次室側開口縁部を弁座として、前記連通流路を前記１次室側から開閉する弁体と、
   前記隔壁に平行な前記２次室の１の面を構成すると共に前記弁体を大気圧基準で開閉動作させる受圧膜体と、
   前記隔壁に対向する前記１次室の１の壁面を受けとして、前記受圧膜体と拮抗しつつ前記弁体を閉弁方向に付勢する弁体ばねと、を備え、
   前記弁体は、
   前記１次室に配設され前記弁座に対し直接開閉動作する弁体本体と、
   前記弁体本体を保持する保持部と、
   前記保持部から前記連通流路を挿通して延びる作動軸部と、
   前記作動軸部の先端に設けられ、前記受圧膜体に当接すると共に前記受圧膜体に平行に対面する当接板部と、を有していることを特徴とする圧力調整弁。
2. 前記弁体本体、前記保持部、前記作動軸部および前記当接板部は、同軸上に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力調整弁。
3. 前記受圧膜体は、フィルム状の膜体本体と、同心上において前記膜体本体の中心部に設けた受圧板とを有し、
   前記当接板部と前記受圧板とは、同軸上に配設されていることを特徴とする請求項２に記載の圧力調整弁。
4. 前記流入ポートを介して機能液供給手段から供給された機能液を、圧力調整し、前記流出ポートを介してインクジェット方式の機能液滴吐出ヘッドに供給す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圧力調整弁。
5. 請求項４に記載の圧力調整弁と、
   前記機能液供給手段と、
   前記機能液滴吐出ヘッドと、を備え、
   ワークに対し前記機能液滴吐出ヘッドを相対的に移動させながら、前記ワーク上に機能液を吐出して描画を行なうことを特徴とする液滴吐出装置。

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