JPWO2020066440A1 - 液体塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体を吐出する吐出部に液体を供給する液体貯留部内の圧力を、迅速に所定の負圧にすることができる液体塗布装置を提供する。【解決手段】液体塗布装置１は、液体を貯留する液体貯留部１０と、液体貯留部１０内の液体残量を検出する圧力センサ２６と、液体貯留部１０内の前記液体を外部に吐出する吐出部３０と、大気圧よりも低い負圧を発生する負圧用ポンプ２２ａと、負圧用ポンプ２２ａによって内部が所定の負圧に調整される負圧調整容器２２ｂと、圧力センサ２６の検出結果に基づいて、負圧用ポンプ２２ａの駆動を制御する圧力調整制御部６１と、液体貯留部１０内の圧力を、負圧調整容器２２ｂ内の前記所定の負圧に切り換え可能な圧力切換部５０と、を有する。

Description

本発明は、液体塗布装置に関する。

液体貯留部から供給される液体を、被塗布材に吐出する液体塗布装置が知られている。このような液体塗布装置では、液室の容積を変えることにより、前記液室内の液体が吐出される。前記液体塗布装置の一例として、特許文献１には、圧電素子を駆動させることによって変形する可撓板により、液体を収容する液室内の容積を変化させて、ノズルから液体を吐出させる塗布装置が開示されている。

日本国公開公報：特開２０１６−５９８６３号公報

前記特許文献１に開示される構成のようにノズルから液室内の液体を吐出させる構成の場合、前記ノズルから液体を吐出させるタイミング以外で、前記ノズルから液体が漏れ出る可能性がある。そのため、負圧用ポンプ等の負圧調整器によって、前記液室内に液体を供給する液体貯留部に負圧を作用させることにより、前記ノズルから液体が漏れ出るのを防止する構成が考えられている。

しかしながら、前記負圧調整器によって前記液体貯留部内の液体に負圧を作用させる構成の場合、前記液体貯留部内の圧力が所定の負圧になるまでに時間を要する。そのため、前記液体貯留部内の圧力が前記所定の負圧になるまでの間は、前記ノズルから液体が漏れ出る可能性がある。一方、前記液体貯留部内の負圧が前記所定の負圧よりも高いと、前記ノズルから液室内に液体が引き込まれる際に、前記液室内に空気が入り込む可能性がある。

また、負圧用ポンプ等の負圧調整器によって負圧を発生した場合には、前記負圧調整器によって圧力の脈動が生じるため、前記液体貯留部内の負圧が変動するとともに前記液体貯留部内の圧力を安定させるために時間を要する。

本発明の目的は、液体を吐出する吐出部に液体を供給する液体貯留部内の圧力を、迅速に所定の負圧にすることができる液体塗布装置を提供することにある。

本発明の一実施形態に係る液体塗布装置は、液体を貯留する液体貯留部と、前記液体貯留部内の液体残量を検出する液体残量検出部と、前記液体貯留部内の前記液体を外部に吐出する吐出部と、大気圧よりも低い負圧を発生する負圧発生部と、前記負圧発生部によって内部が所定の負圧に調整される負圧調整容器と、前記液体残量検出部の検出結果に基づいて、前記負圧発生部の駆動を制御する負圧発生制御部と、前記液体貯留部内の圧力を、前記負圧調整容器内の前記所定の負圧に切り換え可能な圧力切換部と、を有する。

本発明の一実施形態に係る液体塗布装置によれば、液体を吐出する吐出部に液体を供給する液体貯留部内の圧力を、迅速に所定の負圧にすることができる。

図１は、実施形態に係る液体塗布装置の概略構成を示す図である。 図２は、吐出部の概略構成を拡大して示す図である。 図３は、液体塗布装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図４は、その他の実施形態に係る液体塗布装置の図１相当図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。なお、図中の同一または相当部分については同一の符号を付してその説明は繰り返さない。また、各図中の構成部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各構成部材の寸法比率等を忠実に表していない。

（液体塗布装置） 図１は、本発明の実施形態に係る液体塗布装置１の概略構成を模式的に示す図である。図２は、液体塗布装置１の動作を示すフローチャートである。

液体塗布装置１は、液体を液滴状で外部に吐出するインクジェット方式の液体塗布装置である。前記液体は、例えば、半田、熱硬化性樹脂、インク、機能性薄膜（配向膜、レジスト、カラーフィルタ、有機エレクトロルミネッセンスなど）を形成するための塗布液などである。

液体塗布装置１は、液体貯留部１０と、圧力調整部２０と、吐出部３０と、制御部６０とを備える。

液体貯留部１０は、内部に液体を貯留する容器である。液体貯留部１０は、貯留された液体を吐出部３０に供給する。すなわち、液体貯留部１０は、貯留された液体を吐出部３０に供給する流出口１０ａを有する。液体貯留部１０内の圧力は、圧力調整部２０によって調整される。なお、液体貯留部１０には、図示しない供給口から液体が供給される。

（圧力調整部） 圧力調整部２０は、液体貯留部１０内の圧力を、大気圧よりも高い正圧、大気圧よりも低い負圧、または、大気圧のいずれかに調整する。このように液体貯留部１０内の圧力を調整することにより、後述するように、吐出部３０の吐出口３２ａから液体を安定して吐出できるとともに、吐出口３２ａから液体が漏れるのを防止できる。

具体的には、圧力調整部２０は、正圧生成部２１と、負圧生成部２２と、圧力切換部５０と、大気開放部２５と、圧力センサ２６とを有する。

正圧生成部２１は、大気圧よりも高い正圧を生成する。正圧生成部２１は、正圧用ポンプ２１ａを有する。正圧用ポンプ２１ａは、大気圧よりも高い正圧を発生する正圧発生部である。

負圧生成部２２は、大気圧よりも低い負圧を生成する。負圧生成部２２は、負圧用ポンプ２２ａと、負圧調整容器２２ｂとを有する。

負圧用ポンプ２２ａは、大気圧よりも低い負圧を発生する負圧発生部である。負圧調整容器２２ｂの内部の圧力は、負圧用ポンプ２２ａによって生成された負圧になる。負圧調整容器２２ｂは、負圧用ポンプ２２ａと第２切換弁２４との間に位置する。負圧生成部２２が負圧調整容器２２ｂを有することにより、負圧用ポンプ２２ａで生成された負圧は所定の負圧に均一化される。

これにより、負圧用ポンプ２２ａで生じる負圧の脈動を低減できるとともに、負圧生成部２２で安定した所定の負圧が得られる。また、後述するように、負圧用ポンプ２２ａの出力が、圧力センサ２６による液体貯留部１０内の圧力の検出結果に応じて変化する場合でも、負圧調整容器２２ｂによって、負圧用ポンプ２２ａで生じる負圧の脈動が低減され且つ変化後の負圧において均一化された所定の負圧が得られる。よって、後述するように負圧生成部２２を液体貯留部１０に接続した際に、液体貯留部１０内の圧力を迅速に所定の負圧にすることができる。

圧力切換部５０は、液体貯留部１０内の圧力を切り換える。詳しくは、圧力切換部５０は、液体貯留部１０内の圧力を、正圧生成部２１によって生成された正圧と、負圧調整容器２２ｂ内の所定の負圧と、大気圧とに切り換える。すなわち、本実施形態の圧力切換部５０は、第１切換弁２３及び第２切換弁２４を用いて、液体貯留部１０内の圧力を、負圧調整容器２２ｂ内の所定の負圧に切り換え可能である。

具体的には、圧力切換部５０は、第１切換弁２３と第２切換弁２４とを有し、これらの第１切換弁２３及び第２切換弁２４を用いて液体貯留部１０内の圧力を切り換える。

第１切換弁２３及び第２切換弁２４は、それぞれ、３方向弁である。すなわち、第１切換弁２３及び第２切換弁２４は、それぞれ、３つのポートを有する。第１切換弁２３の３つのポートには、液体貯留部１０、正圧生成部２１及び第２切換弁２４が接続される。第２切換弁２４の３つのポートには、負圧生成部２２、大気開放部２５及び第１切換弁２３が接続される。

第１切換弁２３及び第２切換弁２４は、それぞれの内部で、３つのポートのうち２つのポートを接続する。本実施形態では、第１切換弁２３は、液体貯留部１０に接続されるポートに対し、正圧生成部２１に接続されるポートまたは第２切換弁２４に接続されるポートを接続する。すなわち、第１切換弁２３は、液体貯留部１０に対し、正圧生成部２１に繋がる回路と第２切換弁２４に繋がる回路とを切り換えて接続する。第２切換弁２４は、第１切換弁２３に接続されるポートに対し、負圧生成部２２に接続されるポートまたは大気開放部２５に接続されるポートを接続する。すなわち、第２切換弁２４は、第１切換弁２３に対し、負圧生成部２２に繋がる回路と大気開放部２５に繋がる回路とを切り換えて接続する。

なお、第１切換弁２３及び第２切換弁２４は、制御部６０から出力される開閉信号に応じて、ポート同士の接続を切り換える。前記開閉信号は、後述する第１制御信号、第２制御信号、第３制御信号及び第４制御信号を含む。

圧力センサ２６は、液体貯留部１０内の圧力を検出する。圧力センサ２６は、検出した液体貯留部１０内の圧力を圧力信号として、制御部６０に出力する。圧力センサ２６によって検出される負圧は、液体貯留部１０内の液体残量に応じて変化する。すなわち、液体貯留部１０内の液体残量が少なくなると、圧力センサ２６によって検出される負圧は、液体残量が多い場合に比べて高くなる。なお、負圧が高くなるとは、例えば−１ｋＰａから−１．１ｋＰａに変化した状態を意味する。

このように、圧力センサ２６は、液体貯留部１０内の液体残量を、液体貯留部１０内の圧力として検出する。すなわち、圧力センサ２６は、液体貯留部１０内の液体残量を検出する液体残量検出部である。これにより、液体貯留部１０内の液体残量を、液体貯留部１０内の圧力として検出し、該検出した圧力を用いて、後述の制御部６０によって負圧用ポンプ２２ａの駆動を制御することができる。

後述の制御部６０は、圧力センサ２６から出力された圧力信号に応じて、負圧用ポンプ２２ａの駆動を制御する。制御部６０は、液体貯留部１０内における液体残量の減少が、圧力センサ２６によって、液体貯留部１０内の高い負圧として検出されると、負圧目標値を低く設定することにより、負圧用ポンプ２２ａで発生する負圧を大気圧に近づける。

以上の構成により、圧力調整部２０は、液体貯留部１０内の圧力を正圧にする場合、すなわち液体貯留部１０内を正圧に加圧する場合には、第１切換弁２３を切り換えて、正圧生成部２１と液体貯留部１０とを接続する。これにより、液体貯留部１０から吐出部３０に液体を押し出すことができる。よって、吐出部３０に液体を安定して供給することができる。

また、圧力調整部２０は、液体貯留部１０内の圧力を負圧にする場合には、第２切換弁２４を切り換えて負圧生成部２２と第１切換弁２３とを接続し且つ第１切換弁２３を切り換えて第２切換弁２４と液体貯留部１０とを接続する。これにより、液体貯留部１０内の圧力を、負圧調整容器２２ｂ内の所定の負圧にして、吐出部３０の吐出口３２ａから液体が漏れ出すことを防止できる。

さらに、圧力調整部２０は、液体貯留部１０内の圧力を大気圧にする場合には、第２切換弁２４を切り換えて大気開放部２５と第１切換弁２３とを接続する。このとき、第１切換弁２３は、第２切換弁２４と液体貯留部１０とを接続した状態である。これにより、液体貯留部１０内の圧力を大気圧にすることができる。

上述のように、第１切換弁２３は、液体貯留部１０内の圧力を、正圧生成部２１によって生成された正圧と、正圧以外の圧力とに切り換える。第２切換弁２４は、前記正圧以外の圧力として、大気圧と負圧調整容器２２ｂ内の前記所定の負圧とを切り換える。

すなわち、圧力切換部５０は、液体貯留部１０内の圧力を、正圧生成部２１によって生成された前記正圧と、正圧以外の圧力とに切り換える第１切換弁２３と、前記正圧以外の圧力として、大気圧と負圧調整容器２２ｂ内の前記負圧とを切り換える第２切換弁２４とを有する。第１切換弁２３は、第１圧力切換部である。第２切換弁２４は、第２圧力切換弁である。

これにより、液体貯留部１０内の圧力を、正圧生成部２１によって生成され
た正圧と、負圧調整容器２２ｂ内の所定の負圧と、大気圧とに切り換えることができる。しかも、２つの切換弁によって、液体貯留部１０内の圧力を３つの圧力に切り換えることができるため、少ない部品数で液体貯留部１０内の圧力の切り換えを実現できる。これにより、液体塗布装置１を簡単且つ低コストな構成で実現できる。

（吐出部） 吐出部３０は、液体貯留部１０から供給された液体を、外部に液滴状で吐出する。図２は、吐出部３０の構成を拡大して示す図である。以下、図２を用いて、吐出部３０の構成を説明する。

吐出部３０は、液体供給部３１と、ダイヤフラム３５と、駆動部４０とを有する。

液体供給部３１は、内部に液室３３及び流入路３４を有するベース部材３２と、加熱部３６とを有する。ベース部材３２上には液体貯留部１０が位置する。ベース部材３２の流入路３４は、液体貯留部１０の流出口１０ａに接続される。流入路３４は、液室３３に接続される。すなわち、流入路３４は、液室３３に繋がり且つ液体貯留部１０から液室３３内に液体を供給する。液室３３は、液体を貯留する。

ベース部材３２は、液室３３に繋がる吐出口３２ａを有する。吐出口３２ａは、液室３３内に供給された液体を外部に吐出するための開口である。本実施形態では、吐出口３２ａは下方に向かって開口するため、流入路３４及び液室３３内に供給された液体は、メニスカスによって、吐出口３２ａ内において下方に突出する液面を有する。

加熱部３６は、ベース部材３２内で流入路３４の近傍に位置する。加熱部３６は、流入路３４内の液体を加熱する。特に図示しないが、加熱部３６は、例えば、板状のヒータ及び伝熱ブロックを有する。なお、加熱部３６は、流入路内の液体を加熱可能であれば、棒状のヒータまたはペルチェ素子などの他の構成を有してもよい。

加熱部３６によって流入路３４内の流体を加熱することにより、該液体の温度を室温よりも高い一定温度で維持することができる。これにより、前記液体の物性が温度によって変化することを防止できる。

なお、特に図示しないが、液体塗布装置１は、加熱部３６を加熱制御するための温度センサを、加熱部３６の近傍または吐出口３２ａの近傍に有してもよい。また、加熱部３６は、流入路３４内の流体を加熱可能であれば、ベース部材３２上に位置してもよい。

ダイヤフラム３５は、液室３３を区画する壁部の一部を構成する。ダイヤフラム３５は、液室３３を挟んで吐出口３２ａとは反対側に位置する。ダイヤフラム３５は、厚み方向に変形可能にベース部材３２に支持される。ダイヤフラム３５は、液室３３を区画する壁部の一部を構成し且つ変形によって液室３３の容積を変化させる。ダイヤフラム３５の厚み方向の変形によって液室３３の容積が変化することで、液室３３内の液体が吐出口３２ａから外部に向かって吐出される。

駆動部４０は、ダイヤフラム３５を厚み方向に変形させる。具体的には、駆動部４０は、圧電素子４１と、第１台座４２と、第２台座４３と、プランジャ４４と、コイルばね４５と、ケーシング４６とを有する。

圧電素子４１は、所定の電圧を印加することにより、一方向に伸びる。すなわち、圧電素子４１は、前記一方向に伸縮可能である。圧電素子４１は、前記一方向に伸縮することにより、ダイヤフラム３５を厚み方向に変形させる。なお、ダイヤフラム３５を厚み方向に変形させる駆動力は、磁歪素子等の他の駆動素子によって生じさせてもよい。

本実施形態の圧電素子４１は、前記一方向に長い直方体状である。また、特に図示しないが、本実施形態の圧電素子４１は、例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミックスによって構成された複数の圧電体４１ａを、前記一方向に積層した状態で電気的に接続することにより構成される。すなわち、圧電素子４１は、前記一方向に積層された複数の圧電体４１ａを有する。これにより、圧電素子４１が一つの圧電体を有する場合に比べて、前記一方向における圧電素子４１の伸縮量を大きくすることができる。なお、圧電素子の形状は直方体状に限らず、その他の形状、例えば円柱状等であってもよい。

複数の圧電体４１ａは、前記一方向と交差する方向に対向して位置する図示しない側面電極によって電気的に接続される。よって、圧電素子４１は、前記側面電極に所定の電圧を印加することにより、前記一方向に伸びる。圧電素子４１に印加される前記所定の電圧は、後述の制御部６０から入力される駆動信号である。

なお、圧電素子４１の構成は、従来の圧電素子の構成と同様であるため、詳しい説明を省略する。なお、圧電素子４１は、１つの圧電体のみを有してもよい。

プランジャ４４は、棒状の部材である。プランジャ４４における軸線方向の一方の端部は、ダイヤフラム３５に接触する。プランジャ４４における軸線方向の他方の端部は、圧電素子４１の前記一方向の端部を覆う後述の第１台座４２に接触する。すなわち、圧電素子４１の前記一方向とプランジャ４４の軸線方向とは一致する。また、圧電素子４１とダイヤフラム３５との間にプランジャ４４が位置する。これにより、圧電素子４１の伸縮は、プランジャ４４を介して、ダイヤフラム３５に伝達される。プランジャ４４は、棒状の伝達部材である。

プランジャ４４における前記他方の端部は、半球状である。すなわち、プランジャ４４は、圧電素子４１側の先端部が半球状である。これにより、圧電素子４１の伸縮を、プランジャ４４を介してダイヤフラム３５により確実に伝達することができる。

第１台座４２は、圧電素子４１における前記一方向のダイヤフラム３５側の端部を覆う。第１台座４２は、プランジャ４４に接触する。第２台座４３は、圧電素子４１における前記一方向のダイヤフラム３５とは反対側の端部を覆う。第２台座４３は、後述する固定ケーシング４７の固定ケーシング底壁部４７ａに支持される。

第１台座４２及び第２台座４３は、ぞれぞれ、底部４２ａ，４３ａと、外周側に位置する縦壁部４２ｂ，４３ｂとを有する。底部４２ａ，４３ａは、それぞれ、圧電素子４１の前記一方向の端面を覆う大きさを有する。縦壁部４２ｂ，４３ｂは、それぞれ、圧電素子４１の側面の一部を覆う。

なお、第１台座４２及び第２台座４３は、それぞれ、耐摩耗材料によって構成されている。第１台座４２及び第２台座４３の少なくとも一方は、耐摩耗性向上のために、焼結材料によって構成されてもよい。また、第１台座４２の硬度と第２台座４３の硬度とは、異なってもよい。

圧電素子４１は、ケーシング４６内に収容される。ケーシング４６は、固定ケーシング４７と、与圧ケーシング４８とを有する。与圧ケーシング４８は、固定ケーシング４７内に収容される。圧電素子４１は、与圧ケーシング４８内に収容される。なお、固定ケーシング４７と与圧ケーシング４８とは、図示しないボルト等によって固定される。

固定ケーシング４７は、ダイヤフラム３５側が開口する箱状である。具体的には、固定ケーシング４７は、固定ケーシング底壁部４７ａと、固定ケーシング側壁部４７ｂとを有する。

固定ケーシング底壁部４７ａは、圧電素子４１を挟んでダイヤフラム３５とは反対側に位置する。固定ケーシング底壁部４７ａは、圧電素子４１の前記一方向の端部を支持する半球状の突出部４７ｃを有する。すなわち、液体塗布装置１は、固定ケーシング底壁部４７ａから圧電素子４１に向かって前記一方向に突出し、圧電素子４１におけるダイヤフラム３５とは反対側の端部を支持する半球状の突出部４７ｃを有する。これにより、圧電素子４１におけるダイヤフラム３５とは反対側の端部を、固定ケーシング底壁部４７ａの突出部４７ｃによって、片当たりすることなく支持できる。よって、圧電素子４１におけるダイヤフラム３５とは反対側の端部を、固定ケーシング底壁部４７ａによって、より確実に支持できる。

圧電素子４１と突出部４７ｃとの間には、第２台座４３が位置する。すなわち、液体塗布装置１は、圧電素子４１と突出部４７ｃとの間に第２台座４３を有する。これにより、圧電素子４１におけるダイヤフラム３５とは反対側の端部を第２台座４３によって保持しつつ、圧電素子４１におけるダイヤフラム３５とは反対側の端部を、第２台座４３を介して、突出部４７ｃによって、より確実に支持できる。

与圧ケーシング４８は、圧電素子４１を挟んでダイヤフラム３５とは反対側が開口する箱状である。よって、与圧ケーシング４８が固定ケーシング４７内に収容された状態で、固定ケーシング底壁部４７ａの一部は、ケーシング４６内に露出する。なお、上述の突出部４７ｃは、固定ケーシング底壁部４７ａにおいて露出した部分に位置する。

与圧ケーシング４８は、与圧ケーシング底壁部４８ａと、与圧ケーシング側壁部４８ｂとを有する。

与圧ケーシング底壁部４８ａは、ダイヤフラム３５側に位置する。与圧ケーシング底壁部４８ａは、プランジャ４４が貫通する貫通孔を有する。よって、プランジャ４４は、圧電素子４１とダイヤフラム３５との間で前記一方向に延びて与圧ケーシング底壁部４８ａを貫通し、圧電素子４１の伸縮をダイヤフラム３５に伝達する。

与圧ケーシング底壁部４８ａは、ベース部材３２の上面によって支持されている。これにより、与圧ケーシング底壁部４８ａと第１台座４２とによって挟みこまれた後述のコイルばね４５によって生じる力は、ベース部材３２によって支持されるダイヤフラム３５に作用しないか、ダイヤフラム３５に作用したとしても非常に小さい。

また、与圧ケーシング底壁部４８ａは、後述のコイルばね４５を、第１台座４２との間で保持する。

与圧ケーシング側壁部４８ｂの外面が固定ケーシング側壁部４７ｂの内面に接触し、与圧ケーシング側壁部４８ｂの内面が第１台座４２及び第２台座４３の縦壁部４２ｂ，４３ｂに接触する。これにより、与圧ケーシング側壁部４８ｂによって、第１台座４２及び第２台座４３を保持できる。したがって、圧電素子４１に所定の電圧が印加された場合でも、前記一方向と直交する方向への圧電素子４１の変形が抑制される。

以上の構成により、圧電素子４１は、プランジャ４４と、固定ケーシング底壁部４７ａの突出部４７ｃとによって、前記一方向に挟み込まれる。これにより、圧電素子４１が前記一方向に伸縮した場合に、圧電素子４１の伸縮をプランジャ４４によってダイヤフラム３５に伝達することができる。したがって、圧電素子４１の伸縮によって、ダイヤフラム３５を厚み方向に変形させることができる。なお、図２に、圧電素子４１の前記一方向の伸縮によるプランジャ４４の移動を、実線矢印で示す。

コイルばね４５は、前記一方向に軸線に沿って螺旋状に延びるばね部材である。コイルばね４５は、第１台座４２と与圧ケーシング底壁部４８ａとによって、前記一方向に挟み込まれる。コイルばね４５には、棒状のプランジャ４４が軸線方向に貫通する。すなわち、圧電素子４１とプランジャ４４及びコイルばね４５との間に第１台座４２が位置する。また、コイルばね４５は、圧電素子４１と与圧ケーシング底壁部４８ａとの間にプランジャ４４の軸線に沿って延びる。

これにより、コイルばね４５は、第１台座４２を介して圧電素子４１に前記一方向に圧縮する力を付与する。図２に、コイルばね４５による圧縮力を白抜き矢印で示す。なお、コイルばね４５によって生じる圧縮力は、圧電素子４１に電圧が印加されていない状態で、第１台座４２を、プランジャ４４と接触する位置に位置付ける力が好ましい。例えば、前記圧縮力は、圧電素子４１に定格電圧が印加された際に圧電素子４１に発生する力に対して３０から５０％の力が好ましい。

しかも、圧電素子４１とプランジャ４４及びコイルばね４５との間に第１台座４２が位置する
ことにより、第１台座４２を介して、プランジャ４４に対して圧電素子４１の伸縮を安定して伝達できるとともに、第１台座４２を介して、圧電素子４１に対してコイルばね４５の圧縮力を安定して伝達できる。

ここで、液体の粘度が高い場合などには、圧電素子４１を高速で動作させることが要求される。そのため、圧電素子４１に対して矩形波の駆動信号を入力することにより、圧電素子４１の応答性を高めることが考えられる。この場合、圧電素子４１が高速で伸縮した際に、圧電素子４１が過剰に伸縮して内部で剥離等の損傷が生じる可能性がある。特に、圧電素子４１が、伸縮方向に積層された複数の圧電体４１ａを有する場合には、圧電素子４１の高速動作によって、圧電素子４１の内部に剥離等の損傷が生じやすい。なお、圧電素子４１が過剰に伸縮とは、圧電素子４１の伸縮量が、圧電素子４１に定格電圧が印加された際の最大伸縮量よりも大きい場合を意味する。

これに対し、本実施形態のようにコイルばね４５によって圧電素子４１を前記一方向に圧縮することにより、圧電素子４１に対して矩形波の駆動信号を入力した場合でも、圧電素子４１の伸縮によって圧電素子４１の内部で剥離等の損傷が生じることを防止できる。すなわち、コイルばね４５によって、圧電素子４１の過剰な伸縮を抑制することができ、圧電素子４１の伸縮による内部損傷の発生を防止できる。これにより、圧電素子４１の耐久性を向上することができる。

しかも、上述のようにコイルばね４５が圧電素子４１と与圧ケーシング底壁部４８ａとの間に位置することにより、コイルばね４５の弾性復元力を与圧ケーシング底壁部４８ａによって受けることができる。よって、コイルばね４５の弾性復元力によって、ダイヤフラム３５が変形を生じることを防止できる。したがって、吐出口３２ａから液体が漏れたり、液体の吐出性能が低下したりすることを防止できる。

また、プランジャ４４が、軸線に沿って螺旋状に延びるコイルばね４５を軸線方向に貫通することにより、プランジャ４４及びコイルばね４５をコンパクトに配置できる。これにより、液体塗布装置１の小型化を図れる。

（制御部） 次に、以下で制御部６０の構成について説明する。

制御部６０は、液体塗布装置１の駆動を制御する。すなわち、制御部６０は、圧力調整部２０及び駆動部４０の駆動をそれぞれ制御する。

制御部６０は、圧力調整制御部６１と、駆動制御部６２とを有する。

圧力調整制御部６１は、圧力調整部２０の第１切換弁２３及び第２切換弁２４に対して、制御信号を出力する。また、圧力調整制御部６１は、正圧用ポンプ２１ａに対して、正圧用ポンプ駆動信号を出力する。さらに、圧力調整制御部６１は、負圧用ポンプ２２ａに対して、負圧用ポンプ駆動信号を出力する。圧力調整制御部６１は、第１切換弁２３及び第２切換弁２４に対して制御信号を出力することにより、液体貯留部１０内の圧力を制御する。

例えば、液体貯留部１０内に正圧を付与する場合には、圧力調整制御部６１は、第１切換弁２３に対し、正圧生成部２１と液体貯留部１０とを接続する第１制御信号を出力する。また、液体貯留部１０内に負圧を付与する場合には、圧力調整制御部６１は、第１切換弁２３に対し、第２切換弁２４と液体貯留部１０とを接続する第２制御信号を出力し、第２切換弁２４に対し、負圧生成部２２と第１切換弁２３とを接続する第３制御信号を出力する。さらに、液体貯留部１０内を大気圧にする場合には、圧力調整制御部６１は、第１切換弁２３に対し、第２切換弁２４と液体貯留部１０とを接続する第２制御信号を出力し、第２切換弁２４に対し、大気開放部２５と第１切換弁２３とを接続する第４制御信号を出力する。

圧力調整制御部６１は、圧力センサ２６から出力された圧力信号に応じて、負圧用ポンプ２２ａの駆動を制御する。すなわち、圧力調整制御部６１は、負圧用ポンプ２２ａを駆動させても圧力センサ２６で検出された圧力が負圧目標値に到達しない場合、前記負圧目標値を低く設定し、新しい負圧目標値に応じて負圧用ポンプ２２ａを駆動させる。このように、圧力調整制御部６１は、圧力センサ２６によって、液体貯留部１０内における液体残量の減少が液体貯留部１０内の高い負圧として検出されると、負圧目標値を低く設定することにより、負圧用ポンプ２２ａで発生する負圧を大気圧に近づける。すなわち、圧力調整制御部６１は、圧力センサ２６によって液体貯留部１０内における液体残量の減少が検出された場合に、負圧用ポンプ２２ａで発生する負圧を大気圧に近づける。

これにより、液体貯留部１０内の液体残量に応じて、液体貯留部１０内の圧力を適切な負圧にすることができる。すなわち、液体貯留部１０内の液体残量が多い場合に、液体貯留部１０内の負圧が低すぎると、吐出部３０から液体が漏れ出る可能性がある。一方、液体貯留部１０内の液体残量が少ない場合に、液体貯留部１０内の負圧が高すぎると、液室３３内に空気が入り込む可能性がある。これに対し、上述の構成により、液体貯留部１０内の圧力を、吐出部３０から液体が漏れ出ることなく且つ液室３３内に空気が入り込まない適切な負圧にすることができる。

また、圧力調整制御部６１は、正圧用ポンプ２１ａの駆動も制御する。なお、正圧用ポンプ２１ａの駆動は、従来の構成と同様であるため、詳しい説明を省略する。

駆動制御部６２は、圧電素子４１の駆動を制御する。すなわち、駆動制御部６２は、圧電素子４１に対して駆動信号を出力する。この駆動信号は、吐出信号を含む。

前記吐出信号は、後述するように圧電素子４１を伸縮させてダイヤフラム３５を振動させることにより、液室３３内の液体を吐出口３２ａから外部に吐出させる信号である。

制御部６０は、駆動制御部６２によって、前記吐出信号を圧電素子４１に出力するタイミング及び前記制御信号を圧力調整部２０に出力するタイミングを制御する。

図３は、吐出部３０による液体の吐出及び圧力調整部２０による液体貯留部１０内の圧力調整の動作の一例を示すフローチャートである。制御部６０の駆動制御部６２による、前記吐出信号を圧電素子４１に出力するタイミングと前記制御信号を圧力調整部２０に出力するタイミングとの制御について説明する。

図３に示すように、まず、制御部６０は、吐出を指示する外部信号が入力されたかどうかを判定する（ステップＳ１）。この外部信号は、制御部６０よりも上位のコントローラ等から制御部６０に入力される。

制御部６０に外部信号が入力された場合（ステップＳ１でＹＥＳの場合）には、ステップＳ２で、制御部６０の圧力調整制御部６１は、圧力調整部２０の第１切換弁２３において正圧生成部２１と液体貯留部１０とを接続する第１制御信号を生成して、第１切換弁２３に出力する。第１切換弁２３は前記第１制御信号に応じて駆動する。これにより、液体貯留部１０内は、正圧に加圧される。一方、制御部６０に外部信号が入力されていない場合（ステップＳ１でＮＯの場合）には、制御部６０に外部信号が入力されるまでステップＳ１の判定を繰り返す。

ステップＳ２の後、制御部６０の駆動制御部６２は、圧電素子４１に対して吐出信号を出力して、吐出部３０に吐出口３２ａから液体を吐出させる（ステップＳ３）。

なお、駆動制御部６２が圧電素子４１に対して吐出信号を出力した後、圧力調整制御部６１が前記第１制御信号を第１切換弁２３に出力してもよい。すなわち、吐出部３０の吐出を、液体貯留部１０内の正圧の加圧よりも前に行ってもよい。

その後、圧力調整制御部６１は、圧力調整部２０の第１切換弁２３において第２切換弁２４と液体貯留部１０とを接続する第２制御信号を生成して、第１切換弁２３に出力する。また、圧力調整制御部６１は、第２切換弁２４において大気開放部２５と第１切換弁２３とを接続する第３制御信号を生成して、第２切換弁２４に出力する（ステップＳ４）。第１切換弁２３は、前記第２制御信号に応じて駆動する。第２切換弁２４は、前記第３制御信号に応じて駆動する。これにより、液体貯留部１０内の圧力は、大気圧になる。

続いて、圧力調整制御部６１は、第２切換弁２４において負圧生成部２２と第１切換弁２３とを接続する第４制御信号を生成して、第２切換弁２４に出力する（ステップＳ５）。第２切換弁２４は、前記第４制御信号に応じて駆動する。これにより、液体貯留部１０内の圧力は、負圧になる。よって、吐出部３０の吐出口３２ａから液体が漏れ出るのを防止できる。その後、このフローを終了する（ＥＮＤ）。制御部６０は、必要に応じて、上述のフローを繰り返し実行する。

上述のように液体貯留部１０内の圧力を制御することにより、吐出部３０の吐出口３２ａから液体が漏れ出ることなく、適正なタイミングで液体を吐出口３２ａから安定して吐出させることができる。

本実施形態の液体塗布装置１は、液体を貯留する液体貯留部１０と、液体貯留部１０内の液体残量を検出する圧力センサ２６と、液体貯留部１０内の前記液体を外部に吐出する吐出部３０と、大気圧よりも低い負圧を発生する負圧用ポンプ２２ａと、負圧用ポンプ２２ａによって内部が所定の負圧に調整される負圧調整容器２２ｂと、圧力センサ２６の検出結果に基づいて、負圧用ポンプ２２ａの駆動を制御する圧力調整制御部６１と、液体貯留部１０内の圧力を、負圧調整容器２２ｂ内の前記所定の負圧に切り換え可能な圧力切換部５０と、を有する。

これにより、負圧用ポンプ２２ａで生成された負圧が、負圧調整容器２２ｂで均一化される。よって、圧力切換部５０によって、液体貯留部１０内の圧力を、負圧調整容器２２ｂ内の所定の負圧に迅速に切り換えることができる。また、負圧用ポンプ２２ａで負圧を生成する際の脈動も、負圧調整容器２２ｂによって低減できる。これにより、液体貯留部１０内の圧力を、迅速に所定の負圧にすることができる。

しかも、上述の構成により、液体貯留部１０内の液体残量に応じて液体貯留部１０内の負圧を調整することができる。液体貯留部１０内の液体残量が多い場合に、液体貯留部１０内の負圧が低すぎると、吐出部３０から液体が漏れ出る可能性がある。一方、液体貯留部１０内の液体残量が少ない場合等に、液体貯留部１０内の負圧が高すぎると、液室３３内に空気が入り込む可能性がある。これに対し、上述の構成により、液体貯留部１０内の圧力を、吐出部３０から液体が漏れ出ることなく且つ液室３３内に空気が入り込まない適切な負圧にすることができる。

また、上述の構成では、液体塗布装置１が負圧調整容器２２ｂを有するため、負圧調整容器２２ｂの体積と負圧調整容器２２ｂに繋がる流路の体積との比によって、所定の負圧を超えることなく該所定の負圧に近づけることができる。すなわち、負圧調整容器２２ｂは、液体貯留部１０に供給される負圧が前記所定の負圧を超えるのを防止する機能も有する。

また、本実施形態では、液体塗布装置１は、大気圧よりも高い正圧を生成する正圧生成部２１をさらに有する。圧力切換部５０は、液体貯留部１０内の圧力を、正圧生成部２１によって生成された前記正圧と、負圧調整容器２２ｂ内の前記所定の負圧と、大気圧とで切り換える。

これにより、液体貯留部１０内の圧力を、液体貯留部１０から吐出部３０に液体を供給する正圧と、吐出部３０から液体が漏れ出るのを防止する負圧とに、切り換えることができる。よって、吐出部３０から安定して液体を吐出できるとともに、吐出部３０から液体を吐出していない場合に吐出部３０から液体が漏れ出るのを防止できる。

そして、本実施形態のように負圧生成部２２が負圧調整容器２２ｂを有することにより、上述のように液体貯留部１０内の圧力を負圧に切り換える際に、液体貯留部１０内の圧力を、迅速且つ安定して所定の負圧にす
ることができる。

また、本実施形態では、吐出部３０は、液体が供給される液室３３と、液室３３に繋がり且つ液体貯留部１０から液室３３内に液体を供給する流入路３４と、液室３３を区画する壁部の一部を構成し且つ変形によって液室３３の容積を変化させるダイヤフラム３５と、ダイヤフラム３５を厚み方向に変形させる駆動部４０と、を有する。

このような構成を有する吐出部３０では、吐出部３０から吐出する液体が微量であるため、液体の吐出量及び吐出タイミングにおいて高い精度が要求される。よって、上述の構成を有する吐出部３０では、液体貯留部１０内の負圧をより精度良く制御する必要がある。このような吐出部３０を有する液体塗布装置１において、本実施形態のように負圧生成部２２が負圧調整容器２２ｂを有することにより、液体貯留部１０内の圧力を、迅速且つ安定して所定の負圧にすることができる。したがって、本実施形態の構成は、上述の構成の吐出部３０を有する液体塗布装置１に、より効果的である。

（その他の実施形態） 以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

前記実施形態では、液体塗布装置１は、ダイヤフラム３５の厚み方向の変形によって液室３３の容積を変化させることにより、液室３３内の液体を外部に吐出する、いわゆるインクジェット方式の液体塗布装置である。しかしながら、液体塗布装置は、液室内の圧力変化によってノズルから液体を吐出する、いわゆるノズル方式の液体塗布装置でもよい。また、液体塗布装置の吐出部の構成は、ダイヤフラムの厚み方向の変形によって液室３３内の液体を外部に吐出可能な構成であれば、本実施形態の構成に限定されない。

前記実施形態では、正圧発生部は、正圧用ポンプ２１ａであり、負圧発生部は、負圧用ポンプ２２ａである。しかしながら、正圧発生部は、正圧を発生可能であれば、ポンプ以外の構成を有してもよい。負圧発生部は、負圧を発生可能であれば、ポンプ以外の構成を有してもよい。

前記実施形態では、圧力調整部２０は、液体貯留部１０に対し、正圧生成部２１に繋がる回路と第２切換弁２４に繋がる回路とを切り換えて接続する第１切換弁２３と、第１切換弁２３に対し、負圧生成部２２に繋がる回路と大気開放部２５に繋がる回路とを切り換えて接続する第２切換弁２４とを有する。

しかしながら、図４に示すように、液体塗布装置１０１の圧力調整部１２０は、液体貯留部１０に対し、正圧生成部２１、負圧生成部２２及び大気開放部２５をそれぞれ接続する圧力切換部１５０を有してもよい。なお、図４において、図１と同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。

圧力切換部１５０は、正圧切換弁１２１と、負圧切換弁１２２と、大気圧切換弁１２３とを有する。正圧切換弁１２１は、正圧生成部２１と液体貯留部１０との間に位置する。負圧切換弁１２２は、負圧生成部２２と液体貯留部１０との間に位置する。大気圧切換弁１２３は、大気開放部１２５と液体貯留部１０との間に位置する。負圧生成部２２の負圧調整容器２２ｂは、負圧用ポンプ２２ａと負圧切換弁１２２との間に位置する。正圧切換弁１２１、負圧切換弁１２２及び大気圧切換弁１２３は、それぞれ、制御部６０から入力される制御信号に応じて開閉可能である。

正圧切換弁１２１は、液体貯留部１０内の圧力を正圧にする際に、開状態になって正圧生成部２１と液体貯留部１０とを接続する一方、それ以外の場合には閉状態である。負圧切換弁１２２は、液体貯留部１０内を負圧にする際に、開状態になって負圧生成部２２と液体貯留部１０とを接続する一方、それ以外の場合には閉状態である。大気圧切換弁１２３は、液体貯留部１０内を大気圧にする際に、開状態になって大気開放部２５と液体貯留部１０とを接続する一方、それ以外の場合には閉状態である。

上述のような構成を有する液体塗布装置１０１でも、圧力切換部１５０によって、液体貯留部１０内の圧力を、正圧生成部２１によって生成された正圧と、負圧調整容器２２ｂ内の前記所定の負圧と、大気圧とに切り換えることができる。そして、上述の液体塗布装置１０１も前記実施形態と同様の負圧調整容器２２ｂを有することにより、液体貯留部１０内の圧力を、迅速に所定の負圧にすることができる。したがって、液体塗布装置１０１の構成によっても、前記実施形態の構成と同様の作用効果が得られる。

なお、圧力調整部は、図１及び図４に示す構成に限定されず、液体貯留部に対し、正圧生成部、負圧生成部及び大気開放部をそれぞれ接続可能な構成であれば、どのような構成を有してもよい。

前記実施形態では、液体塗布装置１は、液体貯留部１０内の液体残量を、圧力センサ２６によって、液体貯留部１０内の圧力として検出する。しかしながら、液体塗布装置は、液体残留部内の液体残量を、他の構成によって検出してもよい。

前記実施形態では、圧力調整部２０によって、液体貯留部１０と大気開放部とが接続可能である。しかしながら、圧力調整部は、液体貯留部に対して大気開放部が接続できない構成を有してもよい。圧力調整部は、液体貯留部内の圧力を、負圧調整容器内の所定の負圧にできる構成であれば、どのような構成を有してもよい。

前記実施形態では、圧力調整部２０によって、液体貯留部１０と正圧生成部２１とが接続可能である。しかしながら、液体塗布装置は、正圧生成部を有していなくてもよい。すなわち、液体塗布装置は、負圧と大気圧とによって、液体貯留部内の圧力を制御してもよい。

前記実施形態では、コイルばね４５によって、圧電素子４１を一方向に圧縮する。しかしながら、圧電素子を前記一方向に圧縮可能であれば、コイルばね以外の構成によって、前記圧電素子を圧縮してもよい。すなわち、前記実施形態では、圧縮力付与部の一例として、螺旋状のばね部材であるコイルばね４５を挙げたが、これに限らず、前記螺旋状のばね部材は、所定長さを有し且つ波形状を有する線材または平板が螺旋状に巻かれた、いわゆるコイルドウェーブスプリングなどでもよい。また、圧縮力付与部は、圧電素子を一方向に圧縮可能な構成であれば、螺旋状以外の構成を有してもよい。なお、圧縮力付与部は、どのような構成を有している場合でも、プランジャと干渉しないように配置されるのが好ましい。

本発明は、液体を吐出部から吐出する液体塗布装置に利用可能である。

１、１０１ 液体塗布装置１０ 液体貯留部１０ａ 流出口２０ 圧力調整部２１ 正圧生成部２１ａ 正圧用ポンプ（正圧発生部）２２ 負圧生成部２２ａ 負圧用ポンプ（負圧発生部）２２ｂ 負圧調整容器２３ 第１切換弁（第１圧力切換部）２４ 第２切換弁（第２圧力切換部）２５ 大気開放部２６ 圧力センサ（液体残量検出部）３０ 吐出部３１ 液体供給部３２ ベース部材３２ａ 吐出口３３ 液室３４ 流入路３５ ダイヤフラム３６ 加熱部４０ 駆動部４１ 圧電素子４１ａ 圧電体４２ 第１台座４２ａ 底部４２ｂ 縦壁部４３ 第２台座４３ａ 底部４３ｂ 縦壁部４４ プランジャ４５ コイルばね４６ ケーシング４７ 固定ケーシング４７ａ 固定ケーシング底壁部４７ｂ 固定ケーシング側壁部４７ｃ 突出部４８ 与圧ケーシング４８ａ 与圧ケーシング底壁部４８ｂ 与圧ケーシング側壁部５０、１５０ 圧力切換部６０ 制御部６１ 圧力調整制御部６２ 駆動制御部１２１ 正圧切換弁１２２ 負圧切換弁１２３ 大気圧切換弁

Claims (6)

1. 液体を貯留する液体貯留部と、 前記液体貯留部内の液体残量を検出する液体残量検出部と、 前記液体貯留部内の前記液体を外部に吐出する吐出部と、 大気圧よりも低い負圧を発生する負圧発生部と、 前記負圧発生部によって内部が所定の負圧に調整される負圧調整容器と、 前記液体残量検出部の検出結果に基づいて、前記負圧発生部の駆動を制御する圧力調整制御部と、 前記液体貯留部内の圧力を、前記負圧調整容器内の前記所定の負圧に切り換え可能な圧力切換部と、を有する、液体塗布装置。
2. 請求項１に記載の液体塗布装置において、 大気圧よりも高い正圧を生成する正圧生成部をさらに有し、 前記圧力切換部は、前記液体貯留部内の圧力を、前記正圧生成部によって生成された前記正圧と、前記負圧調整容器内の前記所定の負圧と、大気圧とで切り換える、液体塗布装置。
3. 請求項１または２に記載の液体塗布装置において、 前記圧力調整制御部は、前記液体残量検出部によって前記液体貯留部内における液体残量の減少が検出された場合に、前記負圧発生部で発生する負圧を大気圧に近づける、液体塗布装置。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載の液体塗布装置において、 前記液体残量検出部は、前記液体貯留部内の圧力に基づいて、前記液体貯留部内の液体残量を検出する、液体塗布装置。
5. 請求項２に記載の液体塗布装置において、 前記圧力切換部は、 前記液体貯留部内の圧力を、前記正圧生成部によって生成された前記正圧と、正圧以外の圧力とに切り換える第１圧力切換部と、 前記正圧以外の圧力として、大気圧と前記負圧調整容器内の前記所定の負圧とを切り換える第２圧力切換部と、を有する、液体塗布装置。
6. 請求項１から５のいずれか一つに記載の液体塗布装置において、 前記吐出部は、 前記液体が供給される液室と、 前記液室に繋がり且つ前記液体貯留部から前記液室内に液体を供給する流入路と、 前記液室を区画する壁部の一部を構成し且つ変形によって前記液室の容積を変化させるダイヤフラムと、 前記ダイヤフラムを厚み方向に変形させる駆動部と、を有する、液体塗布装置。

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