JP2010197772A - 圧力調整弁および液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受圧膜体への気流の影響を排除することができる圧力調整弁および液滴吐出装置を提供する。
【解決手段】バルブハウジング７１の１次室７５と２次室７６とを連通する連通流路７８に設けた弁体８４を、２次室７６の１の面を構成する受圧膜体７３により大気圧基準で開閉し、流入ポート８１を介して１次室７５に供給した液体を、圧力調整して２次室７６から流出ポート８６を介して供給する圧力調整弁２７であって、受圧膜体７３の挙動を許容すると共に大気に連通する空間を存して、受圧膜体７３を覆う風防カバー５１を備えた。
【選択図】図７

Description

本発明は、例えば、機能液滴吐出ヘッドに機能液を減圧供給する圧力調整弁および液滴吐出装置に関する。

従来、この種の圧力調整弁として、インクジェット方式の機能液滴吐出ヘッドに機能液を減圧供給するものが知られている（特許文献１参照）。この圧力調整弁は、機能液タンクに連通する１次室と、１の壁面が受圧板を有するフィルム状のダイヤフラムで構成され、機能液滴吐出ヘッドに連通する２次室と、１次室および２次室を連通する連通流路と、連通流路を開閉する弁体と、を有している。弁体には、連通流路を挿通してダイヤフラムに当接する軸部が突設されており、ダイヤフラムの挙動を受けて、弁体が開閉動作するようになっている。
例えば、機能液滴吐出ヘッドの吐出駆動に伴って２次室が減圧すると、ダイヤフラム（受圧膜体）が凹型に変形し、軸部を介して弁体が開弁する。弁体が開弁すると、２次室に機能液が１次室側から流入し２次室が加圧され、ダイヤフラムが元の形状に戻り弁体が閉弁する。

特開２００６−８２５３８号公報

しかしながら、上述した従来の圧力調整弁では、大気圧で挙動するダイヤフラム（受圧膜体）がフィルムで構成されているため、周囲の気流の影響を受けるおそれがあった。ダイヤフラムが気流の影響、すなわち大気圧以外の外力の影響を受けると、ダイヤフラムの変形形態や挙動が乱れ、弁体の開閉動作が不安定になる。

本発明は、受圧膜体への気流の影響を排除することができる圧力調整弁および液滴吐出装置を提供することを目的としている。

本発明の圧力調整弁は、バルブハウジング内の１次室と２次室とを連通する連通流路に設けた弁体を、２次室の１の面を構成する受圧膜体により大気圧基準で開閉し、流入ポートを介して１次室に供給した液体を、圧力調整して２次室から流出ポートを介して供給する圧力調整弁であって、受圧膜体の挙動を許容すると共に大気に連通する空間を存して、受圧膜体を覆う風防カバーを備えたことを特徴とする。

この構成によれば、周囲に気流が生じていても、風防カバーが気流を遮蔽するため、受圧膜体が周囲の気流の影響を受けることがない。このため、気流による受圧膜体の変形形態や挙動の乱れを防止することができ、弁体の開閉動作を安定的に行うことができる。また、受圧膜体に対し、大気に連通する空間を存して風防カバーが設けられているため、風防カバー内が密閉されることなく大気圧を維持することができ、２次室内の圧力変動による受圧膜体の挙動が安定して行われる。これによって、受圧膜体が大気圧以外の外的条件の影響を受けることなく、２次室内の圧力変動による受圧膜体の変形形態や挙動を正常に維持し、機能液滴吐出ヘッドへの機能液供給を適切に行うことができる。

この場合、風防カバーは、受圧膜体に対面する覆装壁部と、覆装壁部に連なる周壁部とでキャップ状に形成され、バルブハウジングに対し着脱自在に装着されていることが好ましい。

この構成によれば、周囲の気流の影響を考慮した上で、必要に応じて風防カバーを装着することができる。また、風防カバーがキャップ状であるため、取外しが容易である。なお、受圧膜体越しに、２次室内のエアーの有無等を観察する必要がある場合には、少なくとも覆装壁部を透光性材料で構成することが好ましい。一方、紫外線等により変質する機能液を使用する場合には、風防カバーを遮光性材料で構成することが好ましい。

この場合、周壁部には、大気に連通する連通孔が形成されていることが好ましい。

この構成によれば、気流を遮蔽しつつ、風防カバー内を大気圧下に維持することができる。これにより、受圧膜体の変形形態や挙動を正常に維持することができる。なお、連通孔は、受圧膜体の挙動に影響を与えない程度に圧力損失を小さくできれば、その大きさや個数は任意である。

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、機能液供給手段と機能液滴吐出ヘッドとの間の水頭差に関係なく、機能液供給手段の機能液を適正圧力に減圧して機能液滴吐出ヘッドに供給することができる。

また、本発明の液滴吐出装置は、上記の圧力調整弁と、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うことを特徴とする。

この構成によれば、大気圧以外の外的条件による影響を受けることなく、精度良く安定的に圧力調整弁を機能させ得るため、機能液滴吐出ヘッドを適切に駆動させることができ、ワークへの描画品質を向上させることができる。

液滴吐出装置の斜視図である。 （ａ）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）の斜視図、および（ｂ）機能液滴吐出ヘッドを搭載した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。 圧力調整弁における２次室側の平面図である。 圧力調整弁を流入ポートの軸線方向に切断した縦断面図である。 （ａ）風防カバーの外観斜視図、（ｂ）風防カバーを装着した圧力調整弁の２次室側の外観斜視図、である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の圧力調整弁を適用し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、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。また、圧力調整弁は、機能液滴吐出ヘッドに対し機能液を一定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、を備えている。この液滴吐出装置１は、制御装置（図示省略）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。

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、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（図１参照）。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。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、後述するヘッド側チューブ４３の一部が接続され、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が接続されており、制御装置から出力された駆動波形が各ポンプ部３３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。

次に、図５および図６を参照して、本実施形態に係る圧力調整弁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６１と、調整弁本体６１の流入側に差込み接合した流入コネクター６２と、調整弁本体６１の流出側に差込み接合した流出コネクター６３と、を備えている。そして、流入コネクター６２には、押えナット６４を介して、図外のサブタンク４１に連なるチューブ２９が接続され、同様に流出コネクター６３には、押えナット６４を介して、図外の機能液滴吐出ヘッド２５に連なるチューブ２９が接続される。

調整弁本体６１は、略円板状で、か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７１と、バルブハウジング７１と共に１次室７５を画成する蓋体７２と、バルブハウジング７１に受圧膜体７３を固定することでバルブハウジング７１と共に２次室７６を画成する膜体押え部材７４と、で構成されている。また、１次室７５および２次室７６は、バルブハウジング７１の一部を構成する隔壁７７を隔てて同軸上に配設されており、隔壁７７の中心部（軸心）には、１次室７５および２次室７６を連通する連通流路７８が貫通形成されている。

膜体押え部材７４および蓋体７２は、バルブハウジング７１に対し、前後方向から挟み込むようにねじ止めして組み込まれており（図示省略）、いずれも円形の受圧膜体７３の中心を通る軸線と同心円となる円形の外形を有している。バルブハウジング７１および膜体押え部材７４は、受圧膜体７３の周縁部およびシールリング１１１を挟み込んで相互に液密に突合せ接合されている。

１次室７５は、隔壁７７を主体とするバルブハウジング７１の後面と、バルブハウジング７１の開放端を閉蓋する蓋体７２とにより、受圧膜体７３と同心となる略円柱形状に形成されている。また、１次室７５の上部には、１次室７５から径方向斜めに延びる流入ポート８１が形成され、中心部には、連通流路７８に連なる１次室側開口縁部８２が開口している。そして、この１次室側開口縁部８２には、１次室７５側から連通流路７８を開閉する弁体８４が臨む一方、これに対応して、１次室側開口縁部８２により、弁体８４が離接する弁座が構成されている。また、弁体８４は、これと蓋体７２との間に介設した弁体付勢ばね８５によって、閉弁方向（２次室７６側）に弱い力で付勢されている。

流入ポート８１は、流入コネクター６２が差込み接合される接合受け部１１２と、接合受け部１１２に連なり、フィルタ１１３を収容するフィルタ収容部１１４と、フィルタ収容部１１４と１次室７５とを連通する流入流路部１１５と、から構成されている。接合受け部１１２には、流入コネクター６２の接続口部１２８が差し込み接合される。フィルタ収容部１１４には、フィルタ１１３が、流入コネクター６２との間に介設した押えばね１１６に付勢された状態で収容されている。また、流入流路部１１５は、流入ポート８１に対し１次室７５側に偏って形成されている。

２次室７６は、バルブハウジング７１の前面と、バルブハウジング７１の開放端を閉蓋する受圧膜体７３と、で形成されており、受圧膜体７３は、シールリング１１１を介在した状態で、膜体押え部材７４によりバルブハウジング７１に取り付けられている。また、２次室７６の下部には、２次室７６から真下に延びる流出ポート８６が形成され、中心部には、連通流路７８に連なる２次室側開口部８７が開口している。そして、この２次室側開口部８７の周縁部と後述する受圧膜体７３との間には、受圧膜体７３を前方向に向かって付勢する膜体付勢ばね８８が介設されている。

受圧膜体７３は、樹脂フィルムで構成した膜体本体９１と、膜体本体９１の中央部に接着した樹脂製の受圧板９２とで構成されている。受圧板９２は、膜体本体９１と同心上に、且つ膜体本体９１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８４が離接するようになっている。

弁体８４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８４ａと、弁体本体８４ａ保持する弁ホルダ９３と、を備えている。弁体本体８４ａは、弁座となる１次室側開口縁部８２に離接することで連通流路７８を開閉する。また、弁ホルダ９３の先端部は、連通流路７８を挿通して延在しており、この先端部が上記の受圧板９２に当接し開閉動作するようになっている。

流出ポート８６は、流入ポート８１と同様の形態を有しており、流出コネクター６３が差込み接合される接合受け部１１２と、接合受け部１１２と２次室７６とを連通する流出流路部（図示省略）と、から構成されている。接合受け部１１２には、流出コネクター６３の接続口部１２８が差し込み接合される。なお、流入ポート８１および流出ポート８６は、機能液の流れ方向とフィルタ１１３の有無とにおいて異なるが、接合部分の基本形態は同一である。

ところで、実施形態の液滴吐出装置１では、圧力調整弁２７を介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が、雰囲気が管理されたチャンバー１５に収容されている。一方、チャンバー１５内には、機能液供給ユニット１６の他に、Ｘ軸テーブル１２やＹ軸テーブル１３等の発熱を生ずる駆動装置も収容されている。このため、チャンバー１５内において、部分的に気流が発生し、圧力調整弁２７の受圧膜体７３の挙動に影響を及ぼすおそれがある。そこで、本実施形態では、圧力調整弁２７に以下のような対策を施している。

図７を参照して、圧力調整弁２７の２次室７６側に装着した風防カバー５１について説明する。図７（ａ）に示すように、風防カバー５１は、受圧膜体７３に対面する円形の覆装壁部５２と、覆装壁部５２の外周に連なる周壁部５３とでキャップ形状を為して一体に形成され、例えば耐溶剤性のある透明な素材（例えば、ポリエチレンテレフタラート、ガラス、ポリプロピレン等）で構成されている。風防カバー５１の周壁部５３は、上記の膜体押え部材７４と略同径の開口径を有しており、この部分において風防カバー５１は、バルブハウジング７１の前面（２次室７６側）に着脱自在に装着されている。なお、図示では省略されているが、風防カバー５１の内面には、装着のための複数の小突起が設けられている。また、周壁部５３には、大気に連通する連通孔５４が少なくとも１つ設けられている。この場合の、連通孔５４は、周壁部５３に開口側から切り込んだ切欠き部で構成されている。なお、連通孔５４を、周壁部５３に穿孔した１以上の小穴で構成してもよい。

図７（ｂ）に示すように、風防カバー５１は、２次室７６側を覆うようにバルブハウジング７１に対して着脱自在に装着され、この状態で切欠き部の半部がバルブハウジング７１に覆われ、切欠き部が連通孔５４として機能する。この場合、風防カバー５１は、２次室７６側からバルブハウジング７１全体にキャップを被せるように、膜体押え部材７４の外周縁部を風防カバー５１の周壁部５３内部に入れ込むようにして装着される。装着の際に、連通孔５４を形成する切欠き部が僅かに開くため、風防カバー５１を差し込むようにして円滑に装着することができる。一方、取外す場合には、周壁部５３に設けられた連通孔５４を摘み部として使用し、風防カバー５１を引張ることによって容易に取外すことができる。

なお、本実施形態における風防カバー５１は、透明な素材で構成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、耐光性の低い機能液を用いる場合には、ステンレス等の金属製の風防カバー５１を用いることによって機能液の劣化を防ぐことができる。

また、風防カバー５１の形状は、円筒形に限定されるものではなく、円錐台形状などであってもよい。風防カバー５１は、バルブハウジング７１に確実に装着されるものであれば、その装着構造は、本実施形態におけるスナップイン式の他、ネジ式であってもよい。

以上の構成によれば、圧力調整弁２７の２次室７６側に必要に応じて風防カバー５１を装着することによって、受圧膜体７３が周囲の気流による影響を受けることなく２次室７６内の圧力変動により挙動し、機能液滴吐出ヘッド２５への機能液供給を安定して行うことができる。

１６…機能液供給ユニット ２５…機能液滴吐出ヘッド ２７…圧力調整弁 ５１…風防カバー ５２…覆装壁部 ５３…周壁部 ５４…連通孔 ７１…バルブハウジング ７３…受圧膜体 ７５…１次室 ７６…２次室 ７８…連通流路 ８１…流入ポート ８４…弁体 ８６…流出ポート

Claims (5)

1. バルブハウジング内の１次室と２次室とを連通する連通流路に設けた弁体を、前記２次室の１の面を構成する受圧膜体により大気圧基準で開閉し、流入ポートを介して前記１次室に供給した液体を、圧力調整して前記２次室から流出ポートを介して供給する圧力調整弁であって、
   前記受圧膜体の挙動を許容すると共に大気に連通する空間を存して、前記受圧膜体を覆う風防カバーを備えたことを特徴とする圧力調整弁。
2. 前記風防カバーは、前記受圧膜体に対面する覆装壁部と、前記覆装壁部に連なる周壁部とでキャップ状に形成され、前記バルブハウジングに対し着脱自在に装着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. 前記周壁部には、大気に連通する連通孔が形成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うことを特徴とする液滴吐出装置。

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