KR102574136B1

KR102574136B1 - 액적 토출 장치 및 액적 토출 방법

Info

Publication number: KR102574136B1
Application number: KR1020207017100A
Authority: KR
Inventors: 가즈마사 이쿠시마
Original assignee: 무사시 엔지니어링 가부시키가이샤
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2018-12-17
Publication date: 2023-09-01
Also published as: EP3730222B1; EP3730222A4; US20210078336A1; CN111511475A; US11338589B2; JP6941365B2; JP2019107621A; WO2019124295A1; EP3730222A1; KR20200099528A; TW201932315A; TWI785170B

Abstract

본 발명은, 임의의 탱크 간에서 액체 재료를 액체 이송할 때 토출 헤드로의 액체 이송을 계속할 수 있는 액적 토출 장치 및 액적 토출 방법을 제공하고자 한 것으로서, 액적 토출 헤드와, 제1 가압원과 연통되는 공급 탱크와, 제1 부압원과 연통되는 회수 탱크와, 공급 탱크 및 회수 탱크와 연통되는 보충 탱크와, 공급 탱크와 보충 탱크를 연통시키는 유로를 개폐하는 개폐 밸브 A와, 회수 탱크와 보충 탱크를 연통시키는 유로를 개폐하는 개폐 밸브 B와, 보충 탱크와 제2 가압원과의 연통 및 보충 탱크와 제2 부압원과의 연통을 전환하는 전환 밸브와, 제어 장치를 구비하고, 제어 장치가, 액적 토출 헤드로부터 액체 재료를 토출시키는 토출 모드, 공급 탱크로부터 회수 탱크로 액체 재료를 액체 이송하면서 보충 탱크로부터 공급 탱크로 액체 재료를 액체 이송하는 보충 모드, 공급 탱크로부터 회수 탱크로 액체 재료를 액체 이송하면서 회수 탱크로부터 보충 탱크로 액체 재료를 액체 이송하는 회수 모드를 가지는 액적 토출 장치 및 동 장치를 사용한 방법을 제공한다.

Description

액적 토출 장치 및 액적 토출 방법

본 발명은, 순환 기구(機構)를 구비하는 액적(液適; droplet) 토출(吐出) 장치 및 액적 토출 방법에 관한 것이다.

종래, 복수의 탱크 간에서 잉크를 순환시키는 기구를 가지는 잉크젯 기록 장치가 알려져 있다.

예를 들면, 특허 문헌 1에서는, 잉크를 저류(貯留)하는 제1 탱크와, 잉크젯 헤드와, 제1 탱크와 잉크젯 헤드와의 사이에 있어서 상기 잉크젯 헤드에 잉크를 공급하는 제2 탱크와, 제1 탱크에 회수되는 상기 잉크를 저류하는 제3 탱크를 구비하고, 제1 탱크는, 내부 공간에서의 압력을 가압(加壓)과 대기압으로 조정하는 기구를 가지고, 제2 탱크는, 내부 공간에서의 압력을 가압과 부압(負壓)으로 조정하는 기구를 가지고, 제3 탱크는, 내부 공간에서의 압력을 부압으로 조정하는 기구를 가지고, 제3 탱크의 액면(液面)이 상기 제1 탱크의 액면에 대하여 연직(沿直) 방향 위쪽으로 되도록 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록 장치가 개시되어 있다.

일본 공개특허 제2016―175186호 공보

종래의 복수의 탱크 간에서 액체 재료(잉크)를 순환시키는 기구를 가지는 토출 장치는, 임의의 탱크 간에서 액체 재료를 액체 이송할 때 토출 헤드로의 액체 이송을 정지시키는 것이 필요해지는 경우가 있다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명에서는, 임의의 탱크 간에서 액체 재료를 액체 이송할 때 토출 헤드로의 액체 이송을 계속할 수 있는 액적 토출 장치 및 액적 토출 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 액적 토출 장치는, 액체 재료를 토출시키는 액적 토출 헤드와, 액적 토출 헤드 및 제1 가압원(加壓源)과 연통되는 공급 탱크와, 액적 토출 헤드 및 제1 부압원(負壓源)과 연통되는 회수 탱크와, 공급 탱크 및 회수 탱크와 연통되는 보충 탱크와, 공급 탱크와 보충 탱크를 연통시키는 유로(流路; flowpath)를 개폐하는 개폐 밸브 A와, 회수 탱크와 보충 탱크를 연통시키는 유로를 개폐하는 개폐 밸브 B와, 보충 탱크와 제2 가압원을 연통시키는 제1 위치 및 보충 탱크와 제2 부압원을 연통시키는 제2 위치를 가지는 전환 밸브와, 제어 장치를 구비하고, 상기 제어 장치가, 상기 개폐 밸브 A를 폐쇄 상태, 상기 개폐 밸브 B를 폐쇄 상태로 하고, 상기 공급 탱크로부터 상기 회수 탱크로 액체 재료를 액체 이송하면서 상기 액적 토출 헤드로부터 액체 재료를 토출시키는 토출 모드, 상기 개폐 밸브 A를 개방 상태, 상기 개폐 밸브 B를 폐쇄 상태로 하고, 상기 공급 탱크로부터 상기 회수 탱크로 액체 재료를 액체 이송하면서 상기 보충 탱크로부터 상기 공급 탱크로 액체 재료를 액체 이송하는 보충 모드, 상기 개폐 밸브 A를 폐쇄 상태, 상기 개폐 밸브 B를 개방 상태로 하고, 상기 공급 탱크로부터 상기 회수 탱크로 액체 재료를 액체 이송하면서 상기 회수 탱크로부터 상기 보충 탱크로 액체 재료를 액체 이송하는 회수 모드를 가진다.

상기 액적 토출 장치에 있어서, 상기 제어 장치가, 상기 보충 모드에 있어서, 상기 액적 토출 헤드로부터 액체 재료를 토출시키는 것을 특징으로 해도 된다.

상기 액적 토출 장치에 있어서, 상기 제어 장치가, 상기 회수 모드에 있어서, 상기 액적 토출 헤드로부터 액체 재료를 토출시키는 것을 특징으로 해도 된다.

상기 액적 토출 장치에 있어서, 상기 토출 모드, 상기 보충 모드 및 상기 회수 모드에 있어서, 상기 공급 탱크가 대기압보다 높은 압력으로, 상기 회수 탱크가 대기압보다 낮은 압력으로 유지되어 있는 것을 특징으로 해도 된다.

상기 액적 토출 장치에 있어서, 상기 제어 장치가, 상기 개폐 밸브 A를 개방 상태로 하기 전에, 상기 보충 탱크를 정압(正壓) 환경으로 하는 것을 특징으로 해도 된다.

상기 액적 토출 장치에 있어서, 상기 제어 장치가, 상기 개폐 밸브 B를 개방 상태로 하기 전에, 상기 보충 탱크를 부압 환경으로 하는 것을 특징으로 해도 된다.

상기 액적 토출 장치에 있어서, 상기 공급 탱크 및 상기 회수 탱크 간의 유로의 유동(流動) 저항이, 상기 보충 탱크 및 상기 공급 탱크 간의 유로의 유동 저항과 비교하여 큰 것을 특징으로 해도 된다.

상기 액적 토출 장치에 있어서, 상기 공급 탱크 및 상기 회수 탱크 간의 유로의 유동 저항이, 상기 회수 탱크 및 상기 보충 탱크 간의 유로의 유동 저항과 비교하여 큰 것을 특징으로 해도 된다.

상기 액적 토출 장치에 있어서, 또한 공급 탱크의 액면 위치를 검출하는 제1 액면 센서, 회수 탱크의 액면 위치를 검출하는 제2 액면 센서, 보충 탱크의 액면 위치를 검출하는 제3 액면 센서를 구비하고, 상기 제어 장치가, 제1 내지 제3 액면 센서의 검출값에 기초하여, 상기 토출 모드, 상기 보충 모드 및 상기 회수 모드를 전환하는 것을 특징으로 해도 된다.

상기 액적 토출 장치에 있어서, 상기 제1 가압원 및/또는 상기 제2 가압원의 하류에 기체(氣體) 필터를 구비한 것을 특징으로 해도 된다.

상기 액적 토출 장치에 있어서, 상기 보충 탱크와 상기 공급 탱크를 연통시키는 유로에 액체 필터를 구비한 것을 특징으로 해도 된다.

본 발명의 액적 토출 방법은, 상기 액적 토출 장치를 사용한 액적 토출 방법이다.

상기 액적 토출 방법에 있어서, 상기 액체 재료가, 필러(filler)를 함유하는 액체 재료인 것을 특징으로 해도 된다.

본 발명에 의하면, 임의의 탱크 간에서 액체 재료를 액체 이송할 때 토출 헤드로의 액체 이송을 계속할 수 있는 액적 토출 장치 및 액적 토출 방법을 제공하는 것이 가능해진다.

도 1은 제1 실시형태에 관한 액적 토출 장치(1)의 구성도이다.
도 2는 액적 토출 장치(1)의 토출 모드를 설명하는 도면이다.
도 3는 액적 토출 장치(1)의 보충 모드를 설명하는 도면이다.
도 4는 액적 토출 장치(1)의 회수 모드를 설명하는 도면이다.
도 5는 제2 실시형태에 관한 액적 토출 장치(2)의 구성도이다.
도 6은 제3 실시형태에 관한 액적 토출 장치(3)의 구성도이다.

이하에, 본 발명을 실시하기 위한 형태예를 설명한다.

<<제1 실시형태>>

<구성>

도 1은, 제1 실시형태에 관한 액적 토출 장치(1)의 구성도이다.

액적 토출 장치(1)는, 액적 토출 헤드(10)와, 제1 탱크(공급 탱크)(20)와, 제2 탱크(회수 탱크)(30)와, 제3 탱크(보충 탱크)(40)와, 전환 밸브(46)와, 개폐 밸브 A(50)와, 개폐 밸브 B(60)와, 제어 장치(도시하지 않음)를 주로 구비하여 구성된다.

액적 토출 헤드(10)는, 바닥면에 설치된 복수의 노즐과, 복수의 노즐과 연통되는 공급 유로와, 공급 유로의 노즐과 대향하는 측의 면에 설치된 복수의 압력 발생 장치와, 공급 유로에 액체 재료를 공급하는 유입구(11)와, 공급 유로를 통과한 액체 재료를 배출하는 유출구(12)를 구비하여 구성된 잉크젯 헤드이다. 복수의 압력 발생 장치는, 예를 들면, 압전 소자[피에조(piezo) 소자]를 사용한 피에조 방식, 히터로 공급 유로 내의 액체 재료를 가열하여 기포가 발생할 때의 압력을 이용하는 서멀 방식의 장치에 의해 구성된다. 액적 토출 헤드(10)는, 공작물(workpiece)에 대한 상대(相對) 이동을 가능하게 하는 상대 이동 장치에 탑재되어 사용된다.

액적 토출 헤드(10)의 상류[유입구(11) 측]에는, 제1 액체 이송로(71)를 통해 연통되는 제1 탱크(공급 탱크)(20)가 설치되고, 하류[유출구(12) 측]에는 제2 액체 이송로(72)를 통해 연통되는 제2 탱크(회수 탱크)(30)가 설치된다.

공급 탱크(20)는, 탱크 내의 공간을 대기압보다 높은 압력으로 가압하는 제1 가압원(24)(예를 들면, 가압 펌프)와 연통되어 있다. 공급 탱크(20)의 탱크 내 공간의 압력은, 제1 압력 센서(21)에 의해 측정되어 있어, 탱크 내의 공간을 대기압보다 높은 상태로 유지한다. 제1 압력 센서(21)의 측정값에 따라서, 압력 조절을 하는 정압 조정 밸브를 제1 가압원(24)의 하류에 설치해도 된다. 공급 탱크(20)는, 제4 액체 이송로(74) 및 개폐 밸브 A(50)를 통하여, 후술하는 제3 탱크(보충 탱크)(40)와 연통된다.

회수 탱크(30)는, 탱크 내의 공간을 대기압보다 낮은 압력으로 감압하는 제1 부압원(34)(예를 들면, 진공 펌프)과 연통되어 있다. 회수 탱크(30)의 탱크 내 공간의 압력은, 제2 압력 센서(31)에 의해 측정되어 있고, 탱크 내의 공간을 대기압보다 낮은 상태로 유지된다. 제2 압력 센서(31)의 측정값에 따라서, 압력 조절을 하는 부압 조정 밸브를 제1 부압원(34)의 상류에 설치해도 된다. 회수 탱크(30)는, 제3 액체 이송로(73) 및 개폐 밸브 B(60)를 통하여, 후술하는 제3 탱크(보충 탱크)(40)와 연통된다.

제3 탱크(보충 탱크)(40)는, 전환 밸브(46)를 통해 제2 가압원(44)(예를 들면, 가압 펌프) 및 제2 부압원(45)(예를 들면, 진공 펌프)과 연통되어 있다. 전환 밸브(46)는, 보충 탱크(40)가 제2 가압원(44)과 연통되는 제1 위치와, 제2 부압원(45)과 연통되는 제2 위치를 가지고 있다. 전환 밸브(46)를 제1 위치로 함으로써 보충 탱크(40)의 탱크 내 공간의 압력을 대기압보다 높은 압력으로 할 수 있고, 전환 밸브(46)를 제2 위치로 함으로써 보충 탱크(40)의 탱크 내 공간의 압력을 대기압보다 낮은 압력으로 할 수 있다. 보충 탱크(40)의 탱크 내 공간의 압력은, 제3 압력 센서(41)에 의해 측정되어 있다. 제3 압력 센서(41)의 측정값에 따라서, 압력 조절을 하는 정압 조정 밸브를 제2 가압원(44)의 하류에, 부압 조정 밸브를 제2 부압원(45)의 상류에 설치해도 된다.

보충 탱크(40)에는, 액체 재료를 외부로부터 보충하기 위한 보충관을 접속하도록 해도 된다.

도시하지 않은 제어 장치는, 액적 토출 헤드(10), 각각의 압력 센서(21, 31, 41), 전환 밸브(46), 개폐 밸브 A(50) 및 개폐 밸브 B(60)와 전기적으로 접속되어 있고, 이들 각각의 장치의 동작을 제어하는 토출 프로그램을 저장한 기억 장치와 처리 장치를 구비하고 있다.

이상에서 설명한 액적 토출 장치(1)는, 1종류의 액체 재료를 사용하는 것을 전제로 한 것이지만, 복수 종류의 액체 재료를 사용하는 경우에는, 공급 탱크(20), 회수 탱크(30), 보충 탱크(40), 전환 밸브(46), 개폐 밸브 A(50) 및 개폐 밸브 B(60)로 이루어지는 순환 기구를, 액체 재료의 종류수과 같은 수만큼 설치하면, 복수 종류의 액체 재료를 토출시키는 것도 가능하다. 이제, 각 가압원 및 부압원은, 복수의 순환 기구로 공유하도록 할 수도 있다.

<동작>

액적 토출 장치(1)의 동작을 도 2∼도 4를 참조하면서 설명한다. 이하에 설명하는 토출 모드, 보충 모드 및 회수 모드는, 제어 장치(도시하지 않음)에 의해 자동적으로 전환된다.

[1] 토출 모드

도 2에 도시한 바와 같이, 개폐 밸브 A(50)를 폐쇄 상태로 하여 보충 탱크(40)와 공급 탱크(20)와의 연통을 차단하는 동시에, 개폐 밸브 B(60)를 폐쇄 상태로 하여 회수 탱크(30)와 보충 탱크(40)와의 연통을 차단한다.

공급 탱크(20)에는, 제1 가압원(24)으로부터 가압 기체가 공급되고, 공급 탱크(20) 내가 대기압보다 고압의 정압으로 압력 조정되어 있다. 회수 탱크(30)는 제1 부압원(34)과 연통되어 있고, 회수 탱크(30) 내는 대기압보다 저압의 부압으로 압력 조정되어 있다. 공급 탱크(20)와 회수 탱크(30)의 압력차에 의해, 공급 탱크(20)에 저류된 액체 재료는, 액적 토출 헤드(10)를 통해 회수 탱크(30)를 향해 유동한다. 액적 토출 헤드(10)는 압력 발생 장치의 펌프 작용에 의해 액체 재료를 복수의 노즐로부터 방울형으로 토출한다. 즉, 액적 토출 헤드(10)의 압력 발생 장치가 동작했을 때, 액적 토출 헤드 내의 공급 유로를 유동하는 액체 재료의 일부가, 액적 토출 헤드(10)의 노즐[토출구(吐出口)]로부터 토출된다.

이와 같이, 공급 탱크(20)로부터 유출된 액체 재료의 일부는 액적 토출 헤드(10)의 노즐로부터 토출되지만, 토출되지 않았던 액체 재료는 회수 탱크(30)를 향해 흐르고, 여기에 저류된다. 여기서, 액적 토출 헤드(10)의 압력 발생 장치가 동작했는지의 여부에 관계없이, 액체 재료는, 공급 탱크(20)로부터 회수 탱크(30)를 향해 유동하고 계속한다.

그리고, 토출 모드에서는, 개폐 밸브 A(50) 및 개폐 밸브 B(60)의 양쪽이 폐쇄 상태에 있으므로, 보충 탱크(40) 내는 정압 또는 부압 중 어느 쪽의 상태에 있어도 되는 것에 의해, 전환 밸브(46)는 제1 위치 또는 제2 위치 중 어느 쪽의 위치에 있어도 된다.

[2] 보충 모드

도 2에서 도시한 바와 같이, 공급 탱크(20)로부터 회수 탱크(30)를 향해 액체 재료를 계속 유동시키면, 점선으로 도시한 공급 탱크(20)의 액면(29')[수두(水頭; water head) 위치]이 서서히 저하하고(29'→29), 회수 탱크(30)의 액면(39')(수두 위치)가 서서히 상승한다(39'→39).

공급 탱크(20)의 액면(29)이 일정 이상 하강한 경우, 또는 일정 시간 이상 토출 모드가 계속된 경우, 보충 탱크(40)에 저류된 액체 재료를 공급 탱크(20)로 액체 이송하는 보충 모드를 실시한다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 개폐 밸브 A(50)를 개방 상태로 하여 보충 탱크(40)와 공급 탱크(20)를 연통시키는 동시에, 개폐 밸브 B(60)를 폐쇄 상태로 하여 회수 탱크(30)와 보충 탱크(40)와의 연통을 차단한다. 이제, 제1 가압원(24)과 공급 탱크(20)는 연통되고, 제1 부압원(34)과 회수 탱크(30)는 연통된 상태가 유지되어 있다.

또한, 전환 밸브(46)는, 제2 가압원(44)와 보충 탱크(40)를 연통시키는 제1 위치로 설정한다. 이로써, 보충 탱크(40) 내는 대기압보다 압력이 높은 가압 상태로 된다. 여기서, 제2 가압원(44)로부터 공급되는 기체 압력은, 제1 가압원(24)으로부터 공급 탱크(20)에 공급되는 압력보다 높은 압력으로 압력 조정되어 있다. 그러므로, 보충 탱크(40) 내의 압력은, 공급 탱크(20) 내부의 압력과 비교하여 고압의 상태로 되고, 보충 탱크(40)에 저류되어 있는 액체 재료는, 개방 상태에 있는 개폐 밸브 A(50)를 통해 공급 탱크(20)로 유동한다.

그리고, 보충 모드의 실시 중이라도, 공급 탱크(20)와 회수 탱크(30)는 연통 상태에 있고, 공급 탱크(20)와 회수 탱크(30)의 압력차는 토출 모드와 마찬가지이면 롤러, 공급 탱크(20)로부터 회수 탱크(30)를 향해 액체 재료의 유동이 생기고 있으므로, 액적 토출 헤드(10)로부터 액적을 토출할 수 있다.

공급 탱크(20) 내의 압력을 제1 압력, 회수 탱크(30) 내의 압력을 제2 압력, 보충 탱크(40) 내의 압력을 제3 압력으로 하면, 제3 의 압력>제1 압력>제2 압력의 대소(大小) 관계로 된다. 여기서, 제2 압력은 대기압보다 낮지만, 제1 압력 및 제3 압력은 대기압보다 높다

이와 같은 압력차를 3개의 탱크(20, 30, 40) 사이에서 설정함으로써, 보충 탱크(40)로부터 공급 탱크(20)에 액체 재료를 보충하면서, 공급 탱크(20)로부터 회수 탱크(30)에 액체 재료를 유동시키는 것이 가능해진다. 즉, 보충 모드를 하고 있는 동안에도, 공급 탱크(20)와 회수 탱크(30)와의 사이에 설치되는 액적 토출 헤드(10)의 공급 유로 내에서 액체 재료가 계속 흐르는 상태(연속 순환)가 유지된다. 이 때, 보충 탱크(40)와 회수 탱크(30)와의 사이에 설치되는 개폐 밸브 B(60)는 폐지(閉止; closing) 상태에 있으므로, 보충 탱크(40)로부터 제3 액체 이송로(73)를 통해 회수 탱크(30)에 액체 재료가 흐르지 않는다.

보충 탱크(40)로부터 공급 탱크(20)에 이르는 제4 액체 이송로(74)는, 공급 탱크(20)로부터 회수 탱크(30)에 이르는 유로(10, 71, 72)와 비교하여, 액체 재료가 유동하기 쉽도록 구성되어 있다. 즉, 제4 액체 이송로(74)는, 제1 액체 이송로(71), 액적 토출 헤드(10) 및 제2 액체 이송로(72)로 이루어지는 유로와 비교하여 유동 저항이 작아지도록 구성되어 있다. 이와 같은 유동 저항 관계를 실현하기 위해, 유량(流量) 제어 밸브를 제1 액체 이송로(71) 또는 제2 액체 이송로(72)에 설치해도 된다. 이로써, 보충 탱크(40)로부터 공급 탱크(20)로 액체 이송되는 액체 재료의 양(충전량)에 비하여, 공급 탱크(20)로부터 회수 탱크(30)로 액체 이송되는 액체 재료의 양은 항상 적어지는 관계로 된다.

바람직하게는, 개폐 밸브 A(50)를 개방하기 전에, 전환 밸브(46)를 제1 위치로 하고, 보충 탱크(40)를 가압 상태로 하는 보충 준비를 행하여 둔다. 개폐 밸브 A(50)를 개방함으로써 즉시 공급 탱크(20)에 대한 충전 작업을 가능하게 하기 위해서이다.

[3] 회수 모드

상기 보충 모드의 동작에 있어서 설명한 바와 같이, 공급 탱크(20)로부터 회수 탱크(30)를 향해 액체 재료를 계속 유동시키면, 공급 탱크(20)의 액면(29)(수두 위치)가 서서히 저하하고(29'→29), 회수 탱크(30)의 액면(39)(수두 위치)이 서서히 상승한다(39'→39). 회수 탱크(30)의 액면(39)이 일정 이상 상승한 경우, 또는 일정 시간 이상 토출 모드가 계속된 경우, 회수 탱크(30)에 저류된 액체 재료를 보충 탱크(40)로 이동시키는 회수 모드를 실시한다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 개폐 밸브 A(50)를 폐쇄 상태로 하여 보충 탱크(40)와 공급 탱크(20)와의 연통을 차단하는 동시에, 개폐 밸브 B(60)를 개방 상태로 하여 회수 탱크(30)와 보충 탱크(40)를 연통시킨다. 이제, 제1 가압원(24)과 공급 탱크(20)는 연통되고, 제1 부압원(34)과 회수 탱크(30)는 연통된 상태가 유지되어 있다.

또한, 전환 밸브(46)는, 제2 부압원(45)과 보충 탱크(40)를 연통시키는 제2 위치로 설정한다. 이로써, 보충 탱크(40) 내는 대기압보다 압력이 낮은 감압 상태로 된다. 여기서, 제2 부압원(45)로부터 공급되는 부압력(負壓力)은, 제1 부압원(34)으로부터 회수 탱크(30)에 공급되는 부압력보다 낮은 압력으로 압력 조정되어 있다. 그러므로, 보충 탱크(40) 내의 압력은, 회수 탱크(30) 내의 압력과 비교하여 저압의 상태로 되고, 회수 탱크(30)에 저류되어 있는 액체 재료는, 개방 상태에 있는 개폐 밸브 B(60)를 통해 보충 탱크(40)로 유동한다.

그리고, 회수 모드의 실시 중이라도, 공급 탱크(20)와 회수 탱크(30)는 연통 상태에 있고, 공급 탱크(20)와 회수 탱크(30)의 압력차는 토출 모드와 마찬가지인 바, 공급 탱크(20)로부터 회수 탱크(30)를 향해 액체 재료의 유동이 생기고 있으므로, 액적 토출 헤드(10)로부터 액적을 토출할 수 있다.

회수 모드의 사이, 공급 탱크(20) 내의 압력은 대기압보다 높고, 회수 탱크(30) 내의 압력은 대기압보다 낮고, 보충 탱크(40) 내의 압력은 회수 탱크(30) 내의 압력보다 낮은 관계에 있으므로, 액체 재료는 공급 탱크(20), 회수 탱크(30) 및 보충 탱크(40)의 순으로 흐른다. 이 때, 개폐 밸브 A(50)가 폐쇄 상태에 있으므로, 공급 탱크(20)로부터 제4 액체 이송로(74)를 통해 보충 탱크(40)에 액체 재료가 흐르지 않는다.

회수 탱크(30)로부터 보충 탱크(40)에 이르는 제3 액체 이송로(73)은, 공급 탱크(20)로부터 액적 토출 헤드(10)를 통해 회수 탱크(30)에 이르는 유로(10, 71, 72)와 비교하여, 액체 재료가 유동하기 쉽도록 구성되어 있다. 즉, 제3 액체 이송로(73)는, 제1 액체 이송로(71), 액적 토출 헤드(10) 및 제2 액체 이송로(72)로 이루어지는 유로와 비교하여 유동 저항이 작아지도록 구성되어 있다. 이와 같은 유동 저항 관계를 실현하기 위해, 유량 제어 밸브를 제1 액체 이송로(71) 또는 제2 액체 이송로(72)에 설치해도 된다. 이로써, 회수 탱크(30)로부터 보충 탱크(40)로 액체 이송되는 액체 재료의 양(회수량)에 비하여, 공급 탱크(20)로부터 회수 탱크(30)로 액체 이송되는 액체 재료의 양(액체 이송 양)은 항상 적어지는 관계로 된다.

바람직하게는, 개폐 밸브 B(60)를 개방하기 전에, 전환 밸브(46)를 제2 위치로 하여, 보충 탱크(40)를 부압 상태로 하는 회수 준비를 행하여 둔다. 개폐 밸브 B(60)를 개방함으로써 즉시 회수 탱크(30) 내의 액체 재료의 액체 이송을 가능하게 하기 위해서이다.

각각의 모드에서의 각각의 밸브 상태 및 각각의 탱크 내 압력의 관계를 표 1에 나타낸다

이상에서 설명한 제1 실시형태에 관한 액적 토출 장치(1)는, 보충 모드 또는 회수 모드의 실시 중이라도, 액적 토출 헤드(10) 내에 액체 재료를 유동시키고, 액적을 토출할 수 있다. 특허 문헌 1에서는, 잉크를 보충할 때 잉크의 순환 및 토출 동작을 정지시키는 것이 필요하지만, 본 발명에서는 보충 모드 및 회수 모드를 행하면서 토출 동작을 행할 수 있다.

또한, 보충 모드 및 회수 모드의 사이, 액적 토출 헤드(10)에 직결된 공급 탱크(20) 및 회수 탱크(30)에 플러스 마이너스 압의 전환이 생기지 않으므로, 플러스 마이너스 압의 반전(反轉)에 시간을 소비하지 않아, 근소한 시간 동안에 보충 모드 또는 회수 모드를 실행할 수 있다. 환언하면, 토출 동작과 토출 동작 사이 등의 시간을 이용하여, 보충 모드 및 회수 모드를 타임리로 행함으로써, 공급 탱크(20) 내의 액면의 위치(수두 위치)를 일정한 범위 내에 유지함으로써, 양호한 정밀도의 토출을 행하는 것이 가능해진다. 특허 문헌 1에서는, 잉크젯 헤드에 직결된 탱크 내 압력을 플러스 마이너스 압 반전시키지 않으면 잉크의 보충을 할 수 없는 바, 잉크의 보충에 필요로 하는 시간도 길게 되어, 탱크 내 압력의 조정에도 시간이 걸린다는 문제점이 있었다.

또한, 액체 재료의 유동에 기체 압력을 이용하고 있으므로, 펌프 등의 기계 동력을 사용한 경우에 발생하는 슬라이딩·마모에 의한 쓰레기나 부품 조각의 혼입을 염려하지 없고, 액체 재료를 클린(clean)한 상태로 사용할 수 있다.

또한, 액체 재료를 상시 순환함으로써 상시 교반할 수 있으므로, 필러 등의 침전이 생기는 입자[플레이크상(flake shape) 입자를 포함함]를 함유하는 액체 재료의 토출 작업에 특히 바람직하다.

<<제2 실시형태>>

도 5는, 제2 실시형태에 관한 액적 토출 장치(2)의 구성도이다.

제1 실시형태와 동일한 부호를 부여된 구성에 대하여는, 제1 실시형태와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다. 제2 실시형태에 관한 액적 토출 장치(2)는, 제1 액면 센서 A(22), 제1 액면 센서 B(23), 제2 액면 센서 A(32), 제2 액면 센서 B(33), 제3 액면 센서 A(42) 및 제3 액면 센서 B(43)를 구비하는 점에서 제1 실시형태에 관한 액적 토출 장치(1)과 상위(相違)하다. 그리고, 제1 실시형태도 제어 장치는 구비하고 있었지만, 제2 실시형태에서는 설명의 편의 상, 제어 장치(80)를 도시하고 있다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 제어 장치(80)는, 액적 토출 헤드(10), 각각의 압력 센서(21, 31, 41), 각각의 액면 센서(22, 23, 32, 33, 42, 43), 전환 밸브(46), 개폐 밸브 A(50) 및 개폐 밸브 B(60)와 전기적으로 접속되어 있고, 이들 각각의 장치의 동작을 제어하는 토출 프로그램을 저장한 기억 장치와 처리 장치를 구비하고 있다.

제어 장치(80)는, 액면 센서(22, 23, 32, 33, 42, 43)의 측정값에 따라서, 토출 모드, 보충 모드 및 회수 모드를 전환한다. 공급 탱크(20)에 대하여는, 토출량 정밀도의 불균일을 억제하기 위해, 액면이 일정한 범위 내에 위치하도록 제어한다. 구체적으로는, 공급 탱크(20)의 액면이 제1 액면 센서 B(23)를 하회했을 때는 보충 모드를 실행하고, 제1 액면 센서 A(22)가 액면의 상승을 검출한 시점에서 토출 모드 또는 회수 모드로 전환한다.

회수 탱크(30)에 대하여는, 회수 탱크(30)가 흘러넘치지 않도록 또는 비지 않도록 제어한다. 구체적으로는, 회수 탱크(30)의 액면이 제2 액면 센서 A(32)를 상회했을 때는 회수 모드를 실행하고, 제2 액면 센서 B(33)가 액면의 하강을 검출한 시점에서 토출 모드 또는 보충 모드로 전환한다. 그리고, 회수 모드로의 전환 시에는, 개폐 밸브 B(60)를 개방 상태로 하기 전에 전환 밸브(46)를 제2 위치로 하여, 보충 탱크(40)를 부압 상태로 하는 회수 준비를 행하여 두는 것이 바람직하다.

보충 탱크(40)에 대하여는, 보충 탱크(40)가 비지 않도록 또는 흘러넘치지 않도록 제어한다. 구체적으로는, 보충 탱크(40)의 액면이 제3 액면 센서 B(43)를 하회했을 때는 회수 모드를 실행하고, 제3 액면 센서 A(33)가 액면의 상승을 검출한 시점에서 토출 모드 또는 보충 모드로 전환한다. 그리고, 보충 모드로의 전환 시에는, 개폐 밸브 A(50)를 개방 상태로 하기 전에 전환 밸브(46)를 제1 위치로 하여, 보충 탱크(40)를 가압 상태로 하는 보충 준비를 행하여 두는 것이 바람직하다.

이와 같이, 제어 장치(80)는, 액면 위치의 제어는, 공급 탱크(20)와 회수 탱크(30) 및 보충 탱크(40)는, 기술적 의의(意義)가 상이하도록 되어 있다.

이상에서 설명한 제2 실시형태에 관한 액적 토출 장치(2)는, 액면 센서(22, 23, 32, 33, 42, 43)의 측정값에 따라서, 토출 모드, 보충 모드 및 회수 모드를 전환함으로써, 공급 탱크(20) 내의 액면의 위치(수두 위치)를 더욱 고정밀도로 제어하는 것이 가능해지고, 나아가서는 고정밀도의 토출을 행하는 것이 가능해진다.

<<제3 실시형태>>

도 6은, 제3 실시형태에 관한 액적 토출 장치(3)의 구성도이다.

제2 실시형태와 동일한 부호를 부여된 구성에 대하여는, 제2 실시형태와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다. 제3 실시형태에 관한 액적 토출 장치(3)는, 기체 필터(91, 92) 및 액체 필터(93)을 구비하는 점에서 제2 실시형태에 관한 액적 토출 장치(2)와 상위하다.

제3 실시형태에서는, 제1 가압원(24)의 하류에 기체 필터(91)을, 제2 가압원(44)의 하류에 기체 필터(92)를 설치하고 있지만, 가압원 중 어느 한쪽에만 기체 필터를 설치하도록 해도 된다.

이상에서 설명한 제3 실시형태에 관한 액적 토출 장치(3)는, 기체 필터(91, 92) 및 액체 필터(93)를 구비함으로써, 보다 클린한 토출 환경을 실현하는 것이 가능해진다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시형태예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시형태의 기재에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태예에는 다양한 변경·개량을 가하는 것이 가능하며, 그와 같은 변경 또는 개량을 부가한 형태의 것도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다. 예를 들면, 액적 토출 헤드는, 잉크젯 헤드에 한정되지 않고, 밸브 시트(valve seat)와 로드 선단을 이격시킴으로써 노즐로부터 액체 재료를 토출시키는 니들(niddle) 밸브형 디스펜서에도 본 발명은 적용할 수 있다.

1: 액적 토출 장치(제1 실시형태)
2: 액적 토출 장치(제2 실시형태)
3: 액적 토출 장치(제3 실시형태)
10: 액적 토출 헤드
11: 유입구
12: 유출구
20: 제1 탱크(공급 탱크)
21: 제1 압력 센서
22: 제1 액면 센서 A
23: 제1 액면 센서 B
24: 제1 가압원
29: 제1 탱크 액면
30: 제2 탱크(회수 탱크)
31: 제2 압력 센서
32: 제2 액면 센서 A
33: 제2 액면 센서 B
34: 제1 부압원
39: 제2 탱크 액면
40: 제3 탱크(보충 탱크)
41: 제3 압력 센서
42: 제3 액면 센서 A
43: 제3 액면 센서 B
44: 제2 가압원
45: 제2 부압원
46: 전환 밸브
49: 제3 탱크 액면
50: 개폐 밸브 A
60: 개폐 밸브 B
71: 제1 액체 이송로
72: 제2 액체 이송로
73: 제3 액체 이송로
74: 제4 액체 이송로
80: 제어 장치
91, 92: 기체 필터
93: 액체 필터

Claims

액체 재료를 토출(吐出)하는 액적(液適; droplet) 토출 헤드;
상기 액적 토출 헤드 및 제1 가압원(加壓源)과 연통되는 공급 탱크;
상기 액적 토출 헤드 및 제1 부압원(負壓源)과 연통되는 회수 탱크;
상기 공급 탱크 및 상기 회수 탱크와 연통되는 보충 탱크;
상기 공급 탱크와 상기 보충 탱크를 연통시키는 유로(流路; flowpath)를 개폐하는 개폐 밸브 A;
상기 회수 탱크와 상기 보충 탱크를 연통시키는 유로를 개폐하는 개폐 밸브 B;
상기 보충 탱크와 제2 가압원을 연통시키는 제1 위치 및 상기 보충 탱크와 제2 부압원을 연통시키는 제2 위치를 구비하는 전환 밸브; 및
제어 장치;
를 포함하고,
상기 제어 장치가,
상기 개폐 밸브 A를 폐쇄 상태, 상기 개폐 밸브 B를 폐쇄 상태로 하고, 상기 공급 탱크로부터 상기 회수 탱크로 액체 재료를 액체 이송하면서 상기 액적 토출 헤드로부터 액체 재료를 토출시키는 토출 모드;
상기 개폐 밸브 A를 개방 상태, 상기 개폐 밸브 B를 폐쇄 상태로 하고, 상기 공급 탱크로부터 상기 회수 탱크로 액체 재료를 액체 이송하면서 상기 보충 탱크로부터 상기 공급 탱크로 액체 재료를 액체 이송하는 보충 모드; 및
상기 개폐 밸브 A를 폐쇄 상태, 상기 개폐 밸브 B를 개방 상태로 하고, 상기 공급 탱크로부터 상기 회수 탱크로 액체 재료를 액체 이송하면서 상기 회수 탱크로부터 상기 보충 탱크로 액체 재료를 액체 이송하는 회수 모드;를 포함하는,
액적 토출 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어 장치가, 상기 보충 모드에 있어서, 상기 액적 토출 헤드로부터 액체 재료를 토출시키는, 액적 토출 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어 장치가, 상기 회수 모드에 있어서, 상기 액적 토출 헤드로부터 액체 재료를 토출시키는, 액적 토출 장치.
제1항에 있어서,
상기 토출 모드, 상기 보충 모드 및 상기 회수 모드에 있어서, 상기 공급 탱크가 대기압보다 높은 압력으로, 상기 회수 탱크가 대기압보다 낮은 압력으로 유지되어 있는, 액적 토출 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어 장치가, 상기 개폐 밸브 A를 개방 상태로 하기 전에, 상기 보충 탱크를 정압(正壓) 환경으로 하는, 액적 토출 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어 장치가, 상기 개폐 밸브 B를 개방 상태로 하기 전에, 상기 보충 탱크를 부압(負壓) 환경으로 하는, 액적 토출 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공급 탱크 및 상기 회수 탱크 간의 유로의 유동(流動) 저항이, 상기 보충 탱크 및 상기 공급 탱크 간의 유로의 유동 저항과 비교하여 큰, 액적 토출 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공급 탱크 및 상기 회수 탱크 간의 유로의 유동 저항이, 상기 회수 탱크 및 상기 보충 탱크 간의 유로의 유동 저항과 비교하여 큰, 액적 토출 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공급 탱크의 액면(液面) 위치를 검출하는 제1 액면 센서, 회수 탱크의 액면 위치를 검출하는 제2 액면 센서, 상기 보충 탱크의 액면 위치를 검출하는 제3 액면 센서를 더 포함하고,
상기 제어 장치가, 제1 액면 센서 내지 제3 액면 센서의 검출값에 기초하여, 상기 토출 모드, 상기 보충 모드 및 상기 회수 모드를 전환하는, 액적 토출 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 가압원 및/또는 상기 제2 가압원의 하류에 기체(氣體) 필터를 포함하는, 액적 토출 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보충 탱크와 상기 공급 탱크를 연통시키는 유로에 액체 필터를 포함하는, 액적 토출 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보충 모드에 있어서, 상기 보충 탱크 내의 압력을 상기 공급 탱크 내의 압력과 비교하여 고압의 상태로 함으로써 상기 공급 탱크로부터 상기 회수 탱크로 액체 재료를 액체 이송하면서 상기 보충 탱크로부터 상기 공급 탱크로 액체 재료를 액체 이송하고,
상기 회수 모드에 있어서, 상기 보충 탱크 내의 압력을 상기 회수 탱크 내의 압력과 비교하여 저압의 상태로 함으로써 상기 공급 탱크로부터 상기 회수 탱크로 액체 재료를 액체 이송하면서 상기 회수 탱크로부터 상기 보충 탱크로 액체 재료를 액체 이송하는, 액적 토출 장치.
제12항에 있어서,
상기 토출 모드에 있어서, 상기 공급 탱크가 상기 제1 가압원에 의해 가압되어 있고, 상기 회수 탱크 내가 상기 제1 부압원에 의해 감압되어 있으며,
상기 보충 모드에 있어서, 상기 전환 밸브는 제1 위치에 있고, 상기 보충 탱크가 상기 제2 가압원에 의해 상기 제1 가압원보다도 높은 압력으로 가압되어 있고,
상기 회수 모드에 있어서, 상기 전환 밸브는 제2 위치에 있고, 상기 보충 탱크가 상기 제2 부압원에 의해 상기 제1 부압원보다도 낮은 압력으로 감압되어 있는, 액적 토출 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공급 탱크와 상기 보충 탱크를 연통시키는 유로 및 상기 회수 탱크와 상기 보충 탱크를 연통시키는 유로 중 어디에도 기계 동력을 이용한 액체 이송 장치가 설치되어 있지 않은, 액적 토출 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 액적 토출 장치를 사용한 액적 토출 방법으로서,
상기 개폐 밸브 A를 폐쇄 상태, 상기 개폐 밸브 B를 폐쇄 상태로 하고, 상기 공급 탱크로부터 상기 회수 탱크로 액체 재료를 액체 이송하면서 상기 액적 토출 헤드로부터 액체 재료를 토출시키는 토출 모드;
상기 개폐 밸브 A를 개방 상태, 상기 개폐 밸브 B를 폐쇄 상태로 하고, 상기 공급 탱크로부터 상기 회수 탱크로 액체 재료를 액체 이송하면서 상기 보충 탱크로부터 상기 공급 탱크로 액체 재료를 액체 이송하는 보충 모드; 및
상기 개폐 밸브 A를 폐쇄 상태, 상기 개폐 밸브 B를 개방 상태로 하고, 상기 공급 탱크로부터 상기 회수 탱크로 액체 재료를 액체 이송하면서 상기 회수 탱크로부터 상기 보충 탱크로 액체 재료를 액체 이송하는 회수 모드;를 실시하는,
액적 토출 방법.
제15항에 있어서,
상기 액체 재료가, 필러(filler)를 함유하는 액체 재료인, 액적 토출 방법.