KR101240132B1 - 토출 유닛 및 토출 장치 - Google Patents

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사토시 시바
히로후미 미나미
세이이치 사토우
가즈히로 무샤
미츠루 야하기
쥰페이 유아마
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Abstract

잉크 탱크의 배압을 제어한다. 잉크 탱크 (11) 는 압력 제어 장치 (12) 에 접속되어 있다. 압력 제어 장치 (12) 는 제 1, 제 2 역지 밸브 (13, 14) 를 갖고 있으며, 잉크 탱크 (11) 의 내부 압력이 외부 분위기보다 제 1 소정 압력 이상 작아지면, 제 1 역지 밸브 (13) 가 개방 상태가 되어, 외부 분위기와 잉크 탱크 (11) 가 접속된다. 반대로, 잉크 탱크 (11) 의 내부 압력이 외부 분위기보다 제 2 소정 압력 이상 높아지면, 제 2 역지 밸브 (14) 가 개방 상태가 되어, 잉크 탱크 (11) 와 외부 분위기가 접속된다. 따라서, 잉크 탱크 (11) 의 내부 압력은, 메니스커스를 안정시키기에 충분한 정밀도로 제어된다.

Description

토출 유닛 및 토출 장치{DISCHARGE UNIT, AND DISCHARGE APPARATUS}
본 발명은 토출액 (잉크) 을 토출하여 프린트를 실시하는 액적 토출 장치에 관한 것이다.
노즐로부터 액적을 토출하여 프린트를 실시하는 잉크젯 토출 장치에 있어서는, 통상적으로 프린트 헤드와 잉크 탱크를 전용 유로에 의해 연결하고, 이 유로를 통해 잉크 탱크 내에 저류된 잉크가 프린트 헤드에 공급된다.
공급된 잉크는, 프린트 헤드 내에 설치된 압력 발생 장치가 발생시킨 압력파 에 의해 노즐 구멍으로부터 잉크액으로서 밀려 나온다. 압력 발생 장치는, 예를 들어 온디맨드형 잉크젯 헤드에 있어서는, 히터 혹은 압전 소자 등의 액추에이터이다.
이 때, 노즐 구멍으로부터 잉크액이 양호하게 토출되기 위해서는, 프린트 헤드가 작동하고 있지 않을 때의 노즐 구멍 부분의 잉크 메니스커스를 포함하는 잉크의 표면 상태가 안정적으로 유지되어 있을 필요가 있다. 메니스커스를 유지하기 위해서는, 잉크액이 중력에 의해 자연 낙하될 때의 힘에 대항하는 힘을 잉크에 부여해야 한다.
그러나, 상기 서술한 온디맨드형 프린트 헤드에는, 액적을 사출하는 기구는 구비하고 있지만, 프린트 헤드가 작동하고 있지 않을 때에 프린트 헤드를 통해 잉크가 새지 않도록 하는 기구는 전혀 구비하고 있지 않다. 따라서, 잉크가 새지 않는 압력을 가하는 방법이 이용되고 있다. 그 압력을 여기서는 「배압 (背壓)」이라고 한다.
그러나, 잉크젯 토출 장치에서 필요한 배압의 최소 제어 범위는 약 10 mmH2O 이하 정도로 되어 있고, 또한, 외부 분위기의 압력과의 차가 매우 작다. 이 때문에, 종래의 진공 펌프 등을 사용한 시스템에서는 이 압력 영역을 고정밀도로 조절하는 것은 곤란하다.
배압을 제공하는 종래 기술의 하나로서, 잉크 탱크 내에 그물 형상의 다공질체가 이용되고 있는 예를 다수 볼 수 있다 (하기 특허문헌 1 ∼ 3 참조). 이것은 잉크가 다공질체에 흡수되었을 때에 다공질체의 세공에 의해 발생한 모세관력을 배압으로서 잉크의 유지에 이용하는 것으로, 세공 치수, 재질, 형상 등에 의해 모세관력의 제어가 가능하다. 그러나, 이 방법에서는 다공질체에 잉크 고형 성분이 흡착되어 잉크 조성이 변화되거나, 다공질체의 재질을 선정하는 데에 있어서 잉크 내성의 제약을 받는 등의 문제가 발생할 우려가 있다.
배압을 제공하는 다른 방법으로서는, 상기와 같은 다공질체를 이용하지 않는 예도 있다 (하기 특허문헌 4 를 참조). 이것은 실질적으로 밀폐 상태에 있는 잉크 탱크 내부에 잉크 탱크의 내외를 연통하여 U 자 형상으로 구부러진 트랩관을 형성하고, 관 내부의 액체가 유동됨으로써 잉크 탱크 내외의 차압인 배압을 조절하는 것이다. 이 방법에서는, 상기 서술한 다공질체에 관계된 문제는 발생하지 않지만, 밀폐 상태에 가까운 구조이기 때문에, 잉크 탱크에 외부로부터 잉크 공급을 실시하는 장치 구조에는 적용할 수 없다.
일본 특허 제2683187호 일본 특허 제3513979호 일본 공개특허공보 2007-326303호 일본 특허 제4011560호
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적은, 다공질체를 이용하지 않고, 잉크 탱크 내의 배압을 조정하고, 또한, 외부로부터 잉크를 보충 가능한 기술을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 처리 대상물에 토출되는 잉크가 배치되는 잉크 탱크와, 상기 잉크 탱크에 접속된 압력 제어 장치를 갖고, 상기 압력 제어 장치는, 상기 잉크 탱크와 외부 분위기 사이에 형성된 제 1, 제 2 유로와, 상기 제 1 유로에 형성되고, 상기 잉크 탱크의 내부 압력이 상기 외부 분위기의 압력보다 제 1 소정 압력 이상 작을 때에 개방 상태가 되어, 상기 잉크 탱크를 상기 외부 분위기에 접속하고, 개방 상태가 아닐 때에는 폐쇄 상태가 되어, 상기 잉크 탱크와 상기 외부 분위기 사이를 차단하는 부압 밸브와, 상기 제 2 유로에 형성되고, 상기 잉크 탱크의 내부 압력이, 상기 외부 분위기의 압력보다 제 2 소정 압력 이상 클 때에 개방 상태가 되어, 상기 잉크 탱크를 상기 외부 분위기에 접속하고, 개방 상태가 아닐 때에는 폐쇄 상태가 되어, 상기 잉크 탱크와 상기 외부 분위기 사이를 차단하는 정압 밸브를 갖는 토출 유닛이다.
또, 본 발명은, 상기 외부 분위기는 대기 분위기인 토출 유닛이다.
또, 본 발명은, 상기 부압 밸브는, 밸브 시트와 밸브체를 갖고, 상기 밸브 시트에는 상기 밸브체보다 작은 개구가 형성되고, 상기 밸브체가 상기 개구 상에 배치되어, 상기 개구를 밀폐하는 폐쇄 상태가 되고, 상기 밸브체의 중량은, 상기 개구의 하방 공간의 압력이, 상기 개구의 상방 공간의 압력보다 상기 제 1 소정 압력 이상 클 때에, 상기 밸브체가 부상하여 개방 상태가 되도록 설정된 토출 유닛이다.
또, 본 발명은, 상기 정압 밸브는, 밸브 시트와 밸브체를 갖고, 상기 밸브 시트에는 상기 밸브체보다 작은 개구가 형성되고, 상기 밸브체가 상기 개구 상에 배치되어, 상기 개구를 밀폐하는 폐쇄 상태가 되고, 상기 밸브체의 중량은, 상기 개구의 하방 공간의 압력이, 상기 개구의 상방 공간의 압력보다 상기 제 2 소정 압력 이상 클 때에, 상기 밸브체가 부상하여 개방 상태가 되도록 설정된 토출 유닛이다.
또, 본 발명은, 상기 부압 밸브는, 밸브 시트와 밸브체와 밸브 스프링을 갖고, 상기 밸브 시트에는 상기 밸브체보다 작은 개구가 형성되고, 상기 밸브체는, 상기 밸브 스프링의 복원력에 의해, 상기 밸브 시트의 표면에 눌려져 상기 개구를 밀폐하는 폐쇄 상태가 되고, 상기 밸브 스프링의 복원력은, 상기 밸브 시트의 이면측의 공간의 압력이, 상기 밸브 시트의 표면측의 공간의 압력보다 상기 제 1 소정 압력 이상 클 때에, 상기 밸브체가 상기 밸브 시트로부터 떨어져 개방 상태가 되도록 설정된 토출 유닛이다.
또, 본 발명은, 상기 정압 밸브는, 밸브 시트와 밸브체와 밸브 스프링을 갖고, 상기 밸브 시트에는 상기 밸브체보다 작은 개구가 형성되고, 상기 밸브체는, 상기 밸브 스프링의 복원력에 의해, 상기 밸브 시트의 표면에 눌려져 상기 개구를 밀폐하는 폐쇄 상태가 되고, 상기 밸브 스프링의 복원력은, 상기 밸브 시트의 이면측의 공간의 압력이, 상기 밸브 시트의 표면측의 공간의 압력보다 상기 제 2 소정 압력 이상 클 때에, 상기 밸브체가 상기 밸브 시트로부터 떨어져 개방 상태가 되도록 설정된 토출 유닛이다.
또, 본 발명은, 상기 어느 하나의 토출 유닛과, 상기 토출 유닛에 접속된 토출 헤드를 갖고, 상기 토출 헤드에는 상기 외부 분위기에 노출되는 토출구가 형성되고, 상기 잉크 탱크에 수용된 상기 잉크는 상기 토출 헤드에 공급되어, 상기 토출구로부터 상기 처리 대상물에 토출되도록 구성된 토출 장치이다.
또, 본 발명은, 상기 토출구는 상기 잉크 탱크보다 하방에 위치하고, 상기 압력 제어 장치는, 상기 잉크 탱크의 내부 압력을, 상기 외부 분위기의 압력 미만으로 하는 토출 장치이다.
잉크 탱크 내의 배압이 고정밀도로 제어되기 때문에, 토출구로부터의 잉크 누출이 방지되어 메니스커스도 안정된다. 메니스커스가 안정되기 때문에, 토출구로부터의 액적 토출량이나 착탄 위치 정밀도 등의 액적 토출 상태도 안정된다. 배압 제어에 다공질체를 이용하지 않기 때문에 잉크 성분이 변질되지 않는다.
도 1a 는 인쇄 장치의 측면도이다.
도 1b 는 인쇄 장치의 평면도이다.
도 2 는 본 발명의 토출 장치의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 3 은 토출 헤드의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 4 는 압력 제어 장치의 제 1 예를 나타내는 단면도이다.
도 5a 는 압력 제어 장치의 제 2 예를 나타내는 단면도이다.
도 5b 는 압력 제어 장치의 제 2 예를 나타내는 단면도이다.
도 6a 는 압력 제어 장치의 제 3 예를 나타내는 단면도이다.
도 6b 는 압력 제어 장치의 제 3 예를 나타내는 단면도이다.
도 1a, 도 1b 는 인쇄 장치의 측면도와 평면도이다. 인쇄 장치 (1) 는 받침대 (7) 와, 받침대 (7) 상에 배치된 가동 아암 (8) 을 갖고 있다. 도 1a 에서는 가동 아암 (8) 을 생략하고 있다.
받침대 (7) 의 측방에는 레일 (37) 이 연장되어 있고, 가동 아암 (8) 은 도시하지 않은 이동 수단에 의해 레일 (37) 의 연장 방향을 따라 왕복 이동한다.
가동 아암 (8) 에는 1 개 또는 복수의 토출 장치 (2) 가 형성되어 있다. 토출 장치 (2) 는 토출 헤드 (3) 를 각각 갖고 있다. 토출 헤드 (3) 에는 도시하지 않은 토출구가 형성되어 있고, 가동 아암 (8) 의 저면에는 각 토출 헤드 (3) 의 토출구가 각각 노출되어 있다.
받침대 (7) 표면으로부터 가동 아암 (8) 저면까지의 높이는, 처리 대상물인 기판 (6) 의 두께보다 크게 되어 있고, 토출 헤드 (3) 는 받침대 (7) 상에 배치된 기판 (6) 과 충돌하지 않고, 가동 아암 (8) 과 함께 받침대 (7) 위를 이동한다.
각 토출 장치 (2) 는 토출 유닛 (20) 을 갖고 있고, 토출 유닛 (20) 은, 배관 등의 유로 (9, 10) 를 통해 메인 탱크 (4) 와 배출 탱크 (5) 에 각각 접속되어 있다.
토출 헤드 (3) 는 토출 유닛 (20) 에 접속되어 있다. 토출 유닛 (20) 에 접속되는 토출 헤드 (3) 의 수는 1 개여도 되고 복수여도 되지만, 여기서는 2 개의 토출 헤드 (3) 가 1 개의 토출 유닛 (20) 에 접속되어 있다. 또, 토출 유닛 (20) 의 수는 1 개여도 되고 복수여도 된다.
도 2 는 토출 유닛 (20) 을 나타내는 모식적인 단면도이다. 토출 유닛 (20) 은 잉크 탱크 (11) 를 갖고 있고, 메인 탱크 (4) 를 토출 유닛 (20) 에 접속하는 유로 (9) 와 배출 탱크 (5) 를 토출 유닛 (20) 에 접속하는 유로 (10) 는, 각각 잉크 탱크 (11) 에 접속되어 있다.
그 2 개의 유로 (9, 10) 에는 콕 (cock) (16, 17) 이 각각 형성되어 있고, 메인 탱크 (4) 와 잉크 탱크 (11) 사이의 유로 (9) 의 콕 (16) 을 개방 상태로 하면 메인 탱크 (4) 로부터 잉크 탱크 (11) 에 잉크 (21) 가 공급되고, 폐쇄 상태로 하면 잉크 (21) 의 공급이 정지된다. 이 잉크 (21) 는 토출액이라고도 불린다.
또, 잉크 탱크 (11) 와 배출 탱크 (5) 사이의 콕 (17) 을 개방 상태로 하면 잉크 탱크 (11) 로부터 배출 탱크 (5) 에 잉크 (21) 가 배출되고, 폐쇄 상태로 하면 잉크 (21) 의 배출이 정지된다. 이와 같이 콕 (16, 17) 을 전환함으로써, 잉크 탱크 (11) 에 잉크 (21) 를 축액, 또는 배출할 수 있다.
도 2 는 잉크 탱크 (11) 에 잉크 (21) 를 축액한 상태를 나타낸다.
토출 헤드 (3) 는 유로 (15) 를 통해 잉크 탱크 (11) 에 접속되어 있고, 그 유로 (15) 의 도중에는 콕 (18) 이 형성되어 있다.
잉크 탱크 (11) 는 토출 헤드 (3) 의 상방에 위치하고 있고, 잉크 탱크 (11) 와 토출 헤드 (3) 사이의 콕 (18) 을 개방 상태로 하면, 잉크 탱크 (11) 의 잉크 (21) 가 토출 헤드 (3) 에 공급된다.
도 3 은 토출 헤드 (3) 의 부분 확대 단면도로, 토출 헤드 (3) 는 잉크실 (31) 을 갖고, 잉크 탱크 (11) 로부터 공급된 잉크 (21) 는 잉크실 (31) 에 수용된다.
토출구 (36) 는 잉크실 (31) 에 접속되어 있고, 잉크실 (31) 내에 수용된 잉크 (21) 는, 토출구 (36) 내에서 토출 장치 (1) 의 외부 분위기에 노출된다. 외부 분위기는 대기이다.
잉크실 (31) 에는 히터나 압전 소자 등의 액추에이터 (35) 가 형성되어 있다. 액추에이터 (35) 에 통전되면, 액추에이터 (35) 는 승온 또는 변형되어 잉크 (21) 에 가압력이 가해져, 잉크 (21) 가 토출구 (36) 로부터 토출되어 기판 (6) 에 착탄된다.
잉크 탱크 (11) 는 토출 헤드 (3) 의 상방에 위치하기 때문에, 토출구 (36) 내에 노출되는 잉크 (21) 액면과, 잉크 탱크 (11) 내의 잉크 (21) 액면의 높이가 상이하여 수두 (水頭) 차이가 발생한다.
잉크 탱크 (11) 내의 잉크 (21) 액면의 상방 공간의 압력을 잉크 탱크 (11) 의 내부 압력으로 하면, 액추에이터 (35) 로부터 가압력을 가하지 않은 정지 상태에서도 토출구 (36) 로부터 잉크 (21) 가 누출되지 않도록 하기 위해서는, 내부 압력을, 밸브 장치 (12) 와 같은 압력 제어 장치에 의해 제어할 필요가 있다.
도 4 는 밸브 장치 (12) 의 일례를 나타내는 확대 단면도로, 밸브 장치 (12) 는 파이프 등의 제 1, 제 2 유로 (41, 42) 와, 제 1, 제 2 유로 (41, 42) 의 도중에 형성된 제 1, 제 2 역지 밸브 (13, 14) 를 갖고 있다.
제 1, 제 2 유로 (41, 42) 의 일단 (一端) 은 잉크 탱크 (11) 에 접속되고, 타단은 토출구 (36) 와 동일한 외부 분위기 (여기서는 대기) 에 노출되어 있다. 여기서는, 제 1, 제 2 유로 (41, 42) 는 일단과 타단을 공유하지만, 제 1, 제 2 유로 (41, 42) 를 분리시켜도 된다.
제 1, 제 2 역지 밸브 (13, 14) 는, 밸브 시트 (45, 46) 와, 밸브체 (47, 48) 를 갖고 있다. 제 1, 제 2 역지 밸브 (13, 14) 의 밸브 시트 (45, 46) 는, 관통 구멍 (33, 34) 이 각각 형성된 판으로서, 측벽이 제 1, 제 2 유로 (41, 42) 의 내벽면과 기밀하게 밀착되어, 제 1, 제 2 유로 (41, 42) 의 도중의 위치에 고정되어 있다.
밸브 시트 (45, 46) 의 관통 구멍 (33, 34) 은 상방일수록 넓고 하방일수록 좁은 깔때기 형상이다. 밸브체 (47, 48) 는 입상 (粒狀) 으로서, 그 직경은 관통 구멍 (33, 34) 의 하단 개구보다는 크고, 상단 개구보다는 작게 되어 있다.
밸브체 (47, 48) 는 관통 구멍 (33, 34) 에 끼워 맞춰지도록 밸브 시트 (45, 46) 상에 배치되어 있고, 관통 구멍 (33, 34) 의 내벽면이 밸브체 (47, 48) 를 둘러싸는 위치 결정 부재가 되어, 밸브체 (47, 48) 가 위치 어긋나지 않고, 관통 구멍 (33, 34) 의 하단의 개구인 접속구 (43, 44) 상에 배치된다.
또한, 위치 결정 부재는, 밸브체 (47, 48) 를 접속구 (43, 44) 상에 배치하는 것이면 특별히 한정되지 않고, 접속구 (43, 44) 주위에 세워 형성한 2 개 이상의 지지봉을 위치 결정 부재로 해도 되고, 접속구 (43, 44) 의 바로 위에 매단 끈을 위치 결정 부재로 하고, 그 끈에 밸브체 (47, 48) 를 장착해도 된다.
밸브체 (47, 48) 는 자중에 의해 밸브 시트 (45, 46) 의 접속구 (43, 44) 주위에 눌려져, 접속구 (43, 44) 가 밸브체 (47, 48) 에 의해 밀폐되고, 접속구 (43, 44) 를 사이에 두고 상방의 공간과 하방의 공간이 분리되어 폐쇄 상태가 된다.
밸브체 (47, 48) 는 접속구 (43, 44) 를 통해, 접속구 (43, 44) 의 하방 공간에 노출되어 있기 때문에, 접속구 (43, 44) 의 하방 공간의 압력이, 상방 공간의 압력보다 커져, 그 압력차가 소정 압력 P1 (P1 ＞ 밸브체 (47, 48) 의 중량/접속구 (43, 44) 의 면적) 이상이 되면, 밸브체 (47, 48) 가 부상하여 간극이 발생하여, 접속구 (43, 44) 를 사이에 두고 상방 공간과 하방 공간이 접속된 개방 상태가 된다.
제 1, 제 2 유로 (41, 42) 는 도중에 구부러져, 제 1 역지 밸브 (13) 는 제 1 유로 (41) 의 하방으로 구부러진 부분에 위치하고, 제 2 역지 밸브 (14) 는 제 2 유로 (42) 의 상방으로 구부러진 부분에 위치한다.
제 1, 제 2 유로 (41, 42) 의 외부 분위기에 접속된 단부 (端部) 는, 잉크 탱크 (11) 에 접속된 단부보다 상방에 있고, 따라서, 제 1 역지 밸브 (13) 의 접속구 (43) 의 상방 공간은 잉크 탱크 (11) 에, 하방 공간은 외부 분위기에 접속되고, 반대로, 제 2 역지 밸브 (14) 의 접속구 (44) 의 상방 공간은 외부 분위기에, 하방 공간은 잉크 탱크 (11) 에 접속되어 있다.
잉크 탱크 (11) 의 내부 압력이, 외부 분위기의 압력과 동일하거나, 그 압력 차이가 소정 압력 P1 미만이면, 제 1, 제 2 역지 밸브 (13, 14) 는 폐쇄 상태가 되어, 잉크 탱크 (11) 가 외부 분위기로부터 차단된다.
잉크 탱크 (11) 의 내부 압력이 외부 분위기보다 낮아, 그 압력차가 소정 압력 P1 이상이면, 제 2 역지 밸브 (14) 가 폐쇄 상태, 제 1 역지 밸브 (13) 가 개방 상태가 되어, 잉크 탱크 (11) 가 외부 분위기에 접속된다.
또, 잉크 탱크 (11) 의 내부 압력이 외부 분위기보다 높고, 그 압력차가 소정 압력 P1 이상이면, 제 1 역지 밸브 (13) 가 폐쇄 상태, 제 2 역지 밸브 (14) 가 개방 상태가 되어, 잉크 탱크 (11) 가 외부 분위기에 접속된다.
이와 같이, 제 1 역지 밸브 (13) 는 잉크 탱크 (11) 의 부압을 조정하는 부압 밸브, 제 2 역지 밸브 (14) 는 잉크 탱크 (11) 의 정압을 조정하는 정압 밸브로서 작용하고, 잉크 탱크 (11) 의 내부 압력과 외부 분위기의 압력차가, 소정 범위 내에 유지된다.
부압 밸브인 제 1 역지 밸브 (13) 를 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 하는 소정의 압력 P1 과 정압 밸브인 제 2 역지 밸브 (14) 를 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 하는 소정의 압력 P1 은, 상기 실시예와 이하의 실시예에 있어서, 동일한 크기여도 되고, 상이한 크기여도 된다.
다음으로, 본 발명의 토출 장치 (2) 의 동작의 일례에 대하여 설명한다.
메인 탱크 (4) 로부터 잉크 탱크 (11) 로의 잉크 공급은, 메인 탱크 (4) 와 잉크 탱크 (11) 사이의 콕 (16) 을 개방 상태로 하고, 다른 콕 (17, 18) 을 폐쇄 상태로 하여 실시한다. 이 때의 잉크 탱크 (11) 의 내부 압력이 상승하지만, 제 2 역지 밸브 (14) 가 개방 상태가 됨으로써, 대기압과 동일한 정도로 보정된다. 소정량의 잉크 (21) 가 잉크 탱크 (11) 에 수용되면, 콕 (16) 을 닫아, 메인 탱크 (4) 로부터의 잉크 (21) 의 공급을 정지시킨다.
다음으로, 배출 탱크 (5) 와 잉크 탱크 (11) 사이의 유로 (10) 에 형성된 콕 (17) 을 개방 상태로 하고, 다른 콕 (16, 18) 을 폐쇄 상태로 하여, 잉크 탱크 (11) 로부터 잉크 (21) 를 소량 배출하고, 잉크 탱크 (11) 내부에, 잉크 누출 방지를 위해, 외부 분위기에 대해 부압인 배압을 형성한다. 잉크 탱크 (11) 의 내부 압력이 지나치게 내려가, 배압이 소정 압력 P1 이상이 되는 경우에는, 제 1 역지 밸브 (13) 가 개방 상태가 되어 압력이 회복되고, 배압이, 소정 압력 P1 미만인 필요값으로 보정된다.
필요값의 배압이 형성되면, 콕 (17) 을 닫고 잉크 (21) 의 배출을 정지시킨다. 잉크 탱크 (11) 와 토출 헤드 (3) 사이의 콕 (18) 을 개방 상태로 하고, 다른 콕 (16, 17) 을 폐쇄 상태로 하면, 잉크 (21) 가 잉크 탱크 (11) 로부터 토출 헤드 (3) 에 공급되어, 토출 헤드 (3) 로부터의 토출 프로세스가 가능해진다.
상기 서술한 바와 같이, 잉크 탱크 (11) 의 내부에는, 잉크 누출 방지를 위한 배압이 형성되어 있기 때문에, 액추에이터 (35) 로부터 가압력이 가해지지 않는 정지 상태에서는, 토출구 (36) 로부터 잉크 (21) 가 누출되지 않는다.
액적 토출 프로세스의 실행에 따라 잉크 탱크 (11) 의 잉크 (21) 는 감소한다. 잉크 (21) 의 감소에 따라, 잉크 탱크 (11) 의 내부 압력도 감소하지만, 압력의 감소에 따라 제 1 역지 밸브 (13) 가 개방 상태가 됨으로써, 잉크 탱크 (11) 의 배압이 순차적으로 보정된다.
잉크 탱크 (11) 내의 잉크 (21) 가 소정량 미만으로 감소되면, 잉크 탱크 (11) 와 메인 탱크 (4) 사이의 콕 (16) 을 개방 상태로 하고, 다른 콕 (17, 18) 을 폐쇄 상태로 하여 잉크를 공급한다.
잉크 공급 후는, 상기 서술한 바와 같이, 배압을 형성한 후, 토출 프로세스를 재개한다.
또한, 이 예 및 이하의 예에서는, 외부 분위기의 압력은 대기압이며, 외부 분위기의 압력은 기상 현상에 따라 순차 변화하고 있는데, 그 경우는 외기압과 잉크 탱크 (11) 내부의 압력의 차압이 밸브 장치 (12) 에 대해 항상 작용하므로, 상기 배압 조정 중에 상기 대기압과의 차압 보정도 포함된다.
이상은 잉크 (21) 를 잉크 탱크 (11) 로부터 배출 탱크 (5) 로 배출함으로써 부압을 형성했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다.
예를 들어, 잉크 탱크 (11) 에 배기 펌프를 접속시킨다. 잉크 탱크 (11) 에 메인 탱크 (4) 로부터 잉크 (21) 를 공급하여 잉크 탱크 (11) 의 내부 압력이 상승되면, 잉크 탱크 (11) 의 잉크 (21) 액면보다 상방의 공간을 배기 펌프로 배기하여, 잉크 (21) 누출 방지를 위한 배압을 형성한다.
밸브체 (47, 48) 는 특별히 한정되지 않지만, 잉크 탱크 (11) 배압의 최소 제어 압력 범위는 1 mmH2O 로 작기 때문에, 그와 같은 작은 압력차를 제어하기 위해서는, 금속 입자와 같은 무거운 입자가 아니라, 수지 입자, 고무 입자, 세라믹 입자와 같은 가벼운 입자를 사용한다. 구체적으로 그 중량은 10 g 정도이다. 또, 밸브체 (47, 48) 를 경량화하기 위해, 입자 내부를 중공 (中空) 으로 해도 된다.
이상은 밸브체 (47, 48) 의 중량에 의해 제 1, 제 2 역지 밸브 (13, 14) 의 개변압 (開弁壓) 을 제어하는 경우에 대해 설명했지만 본 발명은 이것에 한정되지 않는다.
도 5a, 도 5b 의 부호 53, 54 와, 도 6a, 도 6b 의 부호 63, 64 는, 본 발명에 사용하는 제 1, 제 2 역지 밸브의 다른 예를 나타낸다.
지지 부재 (51, 61) 와 밸브 시트 (55, 65) 는, 제 1, 제 2 유로 (41, 42) 내에서 대향하고, 이간되어 배치되어 있고, 지지 부재 (51, 61) 와 밸브 시트 (55, 65) 의 주위는 제 1, 제 2 유로 (41, 42) 의 내주면에 밀착되어 기밀하게 고정되어 있다.
제 1, 제 2 역지 밸브 (53, 54, 63, 64) 는, 밸브 시트 (55, 65) 와, 지지 부재 (51, 61) 와, 밸브체 (57, 67) 와, 밸브 스프링 (52, 62) 을 갖고 있다. 각 밸브 시트 (55, 65) 에는, 밸브체 (57, 67) 보다 작은 관통 구멍 (56, 66) 이 각각 형성되어 있다. 부호 59, 69 는 관통 구멍 (56, 66) 의 하단인 접속구를 나타내고 있다. 지지 부재 (51, 61) 에도 관통 구멍 (50, 60) 이 형성되어 있다.
따라서, 지지 부재 (51, 61) 와 밸브 시트 (55, 65) 사이의 공간은, 그 외부 로서, 제 1, 제 2 유로 (41, 42) 내의 지지 부재 (51, 61) 측의 공간과, 밸브 시트 (55, 65) 측의 공간에, 관통 구멍 (50, 60, 56, 66) 에 의해 각각 접속되어 있다.
밸브 스프링 (52, 62) 은 일단이 지지 부재 (51, 61) 에 고정되어 있다. 밸브 스프링 (52, 62) 의 타단에는, 관통 구멍 (56) 보다 큰 밸브체 (57, 67) 가 장착되어 있다.
도 5a 에서는, 밸브 시트 (55) 의 지지 부재 (51) 측의 면을 표면으로 하면, 밸브 스프링 (52) 과 밸브체 (57) 는, 밸브 시트 (55) 의 표면측으로서, 밸브 시트 (55) 와 지지 부재 (51) 사이에 있고, 밸브 스프링 (52) 은 줄어들어 지지 부재 (51) 에 장착되고, 밸브 스프링 (52) 의 원래대로 돌아가려고 하는 복원력에 의해, 밸브체 (57) 가, 밸브 시트 (55) 에 가압되어 관통 구멍 (56) 을 막고 있다.
도 6a 에서는, 밸브 시트 (65) 의 지지 부재 (61) 측의 면과는 반대측의 면을 표면으로 하면, 밸브체 (67) 는, 밸브 시트 (65) 의 표면측에 배치되고, 밸브 스프링 (62) 은, 밸브 시트 (65) 의 관통 구멍 (66) 을 통해 늘어나 일단이 지지 부재 (61) 에 고정되어 있고, 늘어난 밸브 스프링 (62) 의 원래대로 돌아가려고 하는 복원력에 의해, 밸브체 (67) 는 밸브 시트 (65) 의 표면에 눌려져 있다.
도 5a, 도 6a 의 어느 경우도, 밸브체 (57, 67) 가 밸브 시트 (55, 65) 의 표면에 눌려짐으로써, 접속구 (59, 69) 가 밸브체 (57, 67) 에 의해 밀폐되어, 밸브 시트 (55, 65) 의 표면측의 공간이, 이면측의 공간으로부터 차단된 폐쇄 상태가 된다.
밸브체 (57, 67) 는, 접속구 (59, 69) 를 통해 밸브 시트 (55, 65) 의 이면측의 공간에 노출되어 있기 때문에, 밸브 시트 (55, 65) 의 이면측의 공간의 압력이, 표면측의 공간의 압력보다 높아져, 그 압력차가 소정 압력 P2 (P2 ＞ 밸브 스프링 (52, 62) 의 복원력/접속구 (59, 69) 의 면적) 보다 커지면, 밸브 스프링 (52) 이 더욱 줄어들거나 (도 5b), 밸브 스프링 (62) 이 더욱 늘어나 (도 6b), 밸브체 (57, 67) 가 밸브 시트 (55, 65) 로부터 떨어져 밸브 시트 (55, 65) 의 표면측의 공간이, 이면측의 공간에 접속된 개방 상태가 된다.
제 1 역지 밸브 (53, 63) 의 밸브 시트 (55, 65) 의 표면측의 공간을 잉크 탱크 (11) 에, 이면측의 공간을 외부 분위기에 접속시키고, 제 2 역지 밸브 (54, 64) 의 밸브 시트 (55, 65) 의 표면측의 공간을 외부 분위기에, 이면측의 공간을 잉크 탱크 (11) 에 접속되도록 장착하면, 도 4 의 경우와 마찬가지로 제 1 역지 밸브 (53, 63) 가 부압 밸브로, 제 2 역지 밸브 (54, 64) 가 정압 밸브로서 기능한다.
또한, 제 1, 제 2 역지 밸브 중, 어느 일방을 도 4 의 역지 밸브 (13, 14) 로 구성하고, 타방을 도 5, 도 6 의 역지 밸브 (53, 54, 63, 64) 로 구성해도 된다.
잉크 탱크 (11) 의 내부 압력은 특별히 한정되지 않지만, 지나치게 작아지면, 잉크 (21) 가 잉크 탱크 (11) 로부터 토출 헤드 (3) 에 정상적으로 공급되지 않게 되므로, 잉크 (21) 의 공급을 방해할 수 없는 값으로 한다.
구체적으로는, 잉크 탱크 (11) 의 내부 압력으로부터 외부 분위기의 압력을 뺀 값이 -5 mmH2O ∼ -100 mmH2O 의 범위 내의 설정값이 되었을 때에, 제 1 역지 밸브 (13, 53, 63) 가 개방 상태가 되도록 설정한다. 또, 제 1 역지 밸브 (13, 53, 63) 의 구조 및 재질은, 최소 제어 압력 범위가 1 mmH2O 가 되도록 한다.
한편, 제 2 역지 밸브 (14, 54, 64) 는, 잉크 탱크 (11) 의 내부 압력이 외부 분위기의 압력보다 커졌을 때에 개방 상태가 되도록 설정한다.
1……인쇄 장치
2……토출 장치
3……토출 헤드
11……잉크 탱크
12……압력 제어 장치 (밸브 장치)
13, 53, 63……제 1 역지 밸브 (부압 밸브)
14, 54, 64……제 2 역지 밸브 (정압 밸브)
20……토출 유닛
21……잉크
36……토출구

Claims (8)

  1. 처리 대상물에 토출되는 잉크가 배치되는 잉크 탱크와,
    상기 잉크 탱크에 접속된 압력 제어 장치를 갖고,
    상기 압력 제어 장치는, 상기 잉크 탱크와 외부 분위기 사이에 형성된 제 1, 제 2 유로와,
    상기 제 1 유로에 형성되고, 상기 잉크 탱크의 내부 압력이 상기 외부 분위기의 압력보다 제 1 소정 압력 이상 작을 때에 개방 상태가 되어, 상기 잉크 탱크를 상기 외부 분위기에 접속하고, 개방 상태가 아닐 때에는 폐쇄 상태가 되어, 상기 잉크 탱크와 상기 외부 분위기 사이를 차단하는 부압 밸브와,
    상기 제 2 유로에 형성되고, 상기 잉크 탱크의 내부 압력이, 상기 외부 분위기의 압력보다 제 2 소정 압력 이상 클 때에 개방 상태가 되어, 상기 잉크 탱크를 상기 외부 분위기에 접속하고, 개방 상태가 아닐 때에는 폐쇄 상태가 되어, 상기 잉크 탱크와 상기 외부 분위기 사이를 차단하는 정압 밸브를 갖는, 토출 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 분위기는 대기 분위기인, 토출 유닛.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 부압 밸브는, 밸브 시트와 밸브체를 갖고,
    상기 밸브 시트에는 상기 밸브체보다 작은 개구가 형성되고,
    상기 밸브체가 상기 개구 상에 배치되어, 상기 개구를 밀폐하는 폐쇄 상태가 되고,
    상기 밸브체의 중량은, 상기 개구의 하방 공간의 압력이, 상기 개구의 상방 공간의 압력보다 상기 제 1 소정 압력 이상 클 때에, 상기 밸브체가 부상하여 개방 상태가 되도록 설정된, 토출 유닛.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 정압 밸브는, 밸브 시트와 밸브체를 갖고,
    상기 밸브 시트에는 상기 밸브체보다 작은 개구가 형성되고,
    상기 밸브체가 상기 개구 상에 배치되어, 상기 개구를 밀폐하는 폐쇄 상태가 되고,
    상기 밸브체의 중량은, 상기 개구의 하방 공간의 압력이, 상기 개구의 상방 공간의 압력보다 상기 제 2 소정 압력 이상 클 때에, 상기 밸브체가 부상하여 개방 상태가 되도록 설정된, 토출 유닛.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 부압 밸브는, 밸브 시트와 밸브체와 밸브 스프링을 갖고,
    상기 밸브 시트에는 상기 밸브체보다 작은 개구가 형성되고,
    상기 밸브체는, 상기 밸브 스프링의 복원력에 의해, 상기 밸브 시트의 표면에 눌려져 상기 개구를 밀폐하는 폐쇄 상태가 되고,
    상기 밸브 스프링의 복원력은, 상기 밸브 시트의 이면측의 공간의 압력이, 상기 밸브 시트의 표면측의 공간의 압력보다 상기 제 1 소정 압력 이상 클 때에, 상기 밸브체가 상기 밸브 시트로부터 떨어져 개방 상태가 되도록 설정된, 토출 유닛.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 정압 밸브는, 밸브 시트와 밸브체와 밸브 스프링을 갖고,
    상기 밸브 시트에는 상기 밸브체보다 작은 개구가 형성되고,
    상기 밸브체는, 상기 밸브 스프링의 복원력에 의해, 상기 밸브 시트의 표면에 눌려져 상기 개구를 밀폐하는 폐쇄 상태가 되고,
    상기 밸브 스프링의 복원력은, 상기 밸브 시트의 이면측의 공간의 압력이, 상기 밸브 시트의 표면측의 공간의 압력보다 상기 제 2 소정 압력 이상 클 때에, 상기 밸브체가 상기 밸브 시트로부터 떨어져 개방 상태가 되도록 설정된, 토출 유닛.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 토출 유닛과,
    상기 토출 유닛에 접속된 토출 헤드를 갖고,
    상기 토출 헤드에는 상기 외부 분위기에 노출되는 토출구가 형성되고,
    상기 잉크 탱크에 수용된 상기 잉크는 상기 토출 헤드에 공급되어, 상기 토출구로부터 상기 처리 대상물에 토출되도록 구성된, 토출 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 토출구는 상기 잉크 탱크보다 하방에 위치하고,
    상기 압력 제어 장치는, 상기 잉크 탱크의 내부 압력을, 상기 외부 분위기의 압력 미만으로 하는, 토출 장치.
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