JP2010205022A - 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】圧力調整を精度良く行うことができると共に、高速の吸引流速で、機能液を強制吸引することができる。
【解決手段】１次室１６７および２次室１６９と、１次室１６７と２次室１６９とを連通する圧調整用連通流路２０２を開閉する圧調整用弁機構２２１と、１次室と２次室とを連通する吸引用連通流路２０１を開閉する吸引用弁機構２１１と圧調整用弁機構２２１および吸引用弁機構２１１を大気圧基準で開閉動作させるダイヤフラム１７１と、を備え、圧調整用弁機構２２１は、ダイヤフラム１７１の小さな凹変形によってのみ圧調整用連通流路２０２を開放し、吸引用弁機構２１１は、ダイヤフラム１７１の大きな凹変形によって吸引用連通流路２０１を開放することを特徴とする圧力調整弁。
【選択図】図１０

Description

本発明は、機能液供給手段から供給された機能液を、圧力調整して機能液滴吐出ヘッドに供給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ものである。

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１参照）。この圧力調整弁は、バルブハウジング内に形成されたサブタンクに連通する１次室および機能液滴吐出ヘッドに連通する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。
一方、弁体は、弁座に直接接触するバルブシールと、バルブシールを保持する保持部、および保持部から連通流路を挿通して延びる軸部から成る弁ホルダーと、を有している。また、連通流路は断面十字状に形成され、これに挿通した軸部がダイヤフラムに当接している。すなわち、ダイヤフラムと弁体ばねが拮抗した状態で、ダイヤフラムの挙動を受けて弁体が開閉するようになっている。
また、圧力調整弁および機能液滴吐出ヘッドの初期充填は、機能液滴吐出ヘッドの吐出ノズルから強制吸引して、サブタンク内の機能液を、圧力調整弁および機能液滴吐出ヘッド内に通液することで実施される。

特開２００６−１６３７３３号公報

ところで、上記初期充填は、機能液を通液することによって、圧力調整弁および機能液滴吐出ヘッド内（特に隅部）に付着した気泡を洗い流す効果をも担っている。これは、圧力調整弁および機能液滴吐出ヘッド内に付着した気泡が、機能液に溶け込んだ際、その機能液を機能液滴吐出ヘッドにより吐出すると、吐出不良を起こしてしまうという問題があり、これを解消するためのものである。機能液を通液する際、適切に気泡を洗い流すには、高速の吸引流速で、機能液を強制吸引する必要がある。
しかしながら、上記圧力調整弁では、最大開弁時の流入面積が小さいため、２次室内における流速を高速化することができない。ゆえに、全体の吸引流速を高速化できず、圧力調整弁および機能液滴吐出ヘッド内に気泡が残留し易くなるという問題があった。単に、最大開弁時の流入面積を大きくすると、１次側の水頭が加わる弁体も大きくなり、２次室内の圧力を調整し難くなる（圧力変動が大きくなる）ため、圧力調整弁による圧力調整を精度良く行うことができないという問題がある。

本発明は、圧力調整を精度良く行うことができると共に、高速の吸引流速で、機能液を強制吸引す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している。

本発明の圧力調整弁は、機能液供給手段から供給された機能液を、圧力調整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圧力調整弁であって、隔壁を隔ててバルブハウジング内に形成され、機能液供給手段に連通する１次室および機能液滴吐出ヘッドに連通する２次室と、１次室と２次室とを連通する第１連通流路を開閉する第１弁機構と、１次室と２次室とを連通する第２連通流路を開閉する第２弁機構と、隔壁に平行な２次室の１の面を構成すると共に、第１弁機構および第２弁機構を大気圧基準で開閉動作させる受圧膜体と、を備え、第１弁機構は、機能液滴吐出ヘッドの液滴吐出に伴う受圧膜体の小さな凹変形によってのみ第１連通流路を開放し、第２弁機構は、機能液滴吐出ヘッドからの機能液の強制吸引に伴う受圧膜体の大きな凹変形によって第２連通流路を開放することを特徴とする。

この構成によれば、圧力調整の際に用いる弁機構（第１弁機構）と、強制吸引の際に用いる弁機構（第２弁機構）とを別々に設けることにより、強制吸引の際の２次室への流入面積を大きくすることができるため、高速の吸引流速で、機能液を強制吸引することができる。これにより、機能液の初期充填等において、圧力調整弁および機能液滴吐出ヘッド内の気泡を適切に除去することができる。一方、圧力調整の際の２次室への流入面積を小さくすることができるため、２次室内の圧力変動を抑制し、２次室内の圧力調整を精度良く行うことができる。これにより、圧力調整弁による圧力調整を精度良く行うことができる。加えて、受圧膜体の凹変形の変形量によって、第１弁機構および第２弁機構を開閉する構成であるため、受圧膜体を別々に設ける必要がなく、圧力調整弁を簡単な構成にすることができる。なお、ここにいう「小さな凹変形」および「大きな凹変形」とは、「小さな凹変形」は、その変形量が「大きな凹変形」の変形量より小さい凹変形であり、「大きな凹変形」は、その変形量が「小さな凹変形」の変形量より大きい凹変形である。

この場合、第２連通流路は、隔壁に形成され、第２弁機構は、第２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、第２連通流路を１次室側から開閉する第２弁体と、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第２弁体を閉弁方向に付勢する第２弁体ばねと、を有していることが好ましい。

この構成によれば、第２弁機構を簡単な構成にすることができる。

この場合、第１連通流路は、第２弁体のバルブ構成壁に形成され、第１弁機構は、第１連通流路を形成したバルブ構成壁の１次室側開口縁部を弁座として、第１連通流路を１次室側から開閉する第１弁体と、バルブ構成壁に対向する１次室の１の壁面を受けとして、受圧膜体と拮抗しつつ第１弁体を閉弁方向に付勢する第１弁体ばねと、を有していることが好ましい。

この構成によれば、閉弁時に１次室と２次室とを隔てる第２弁機構のバルブ構成壁を、第１弁機構の弁座として兼用して用いることで、第１弁機構および第２弁機構をコンパクトで且つ簡単な構成にすることができる。

この場合、第１弁体と第２弁体とは、同心上に配設されていることが好ましい。

この構成によれば、受圧膜体と、第１弁体および第２弁体とを同心上に配設することができるため、受圧膜体の変形量に対する第１弁機構および第２弁機構の開閉動作を安定的に行うことができる。

この場合、第１弁体は、凹変形する受圧膜体に直接当接する第１突起を、更に有し、第２弁体は、凹変形する受圧膜体に直接当接する第２突起を、更に有し、第１突起は、受圧膜体側に第２突起を越えて延在していることが好ましい。

この構成によれば、受圧膜体が小さく凹変形すると、第１弁体の第１突起が受圧膜体に当接し、第１弁体を開弁方向に押圧する。これにより、第１弁機構のみが開放される。また、強制吸引に伴って受圧膜体が大きく凹変形すると、加えて第２弁体の第２突起が受圧膜体に当接し、第２弁体を開弁方向に押圧する。これにより、第１弁機構に加え第２弁機構が開放される。このように、上記構成により、小さな凹変形によってのみ第１連通流路を開放すると共に、大きな凹変形によって第２連通流路を開放する機構を、簡単に構成することができる。

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、機能液滴吐出ヘッドへの圧力調整を精度良く行うことができる圧力調整弁を用いることで、描画処理を精度良く行うことができる。

実施形態に係る液滴吐出装置の斜視図である。 液滴吐出装置の平面図である。 液滴吐出装置の側面図である。 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外観斜視図である。 機能液供給装置の配管系統図である。 圧力調整弁の背面図（ａ）、および正面図（ｂ）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。 圧力調整弁を流出ポートの軸線方向に切断した縦断面図である。 連通流路周りについて示した正面図（ａ）および縦断面図（ｂ）である。 吸引用弁機構および圧調整用弁機構の開閉状態を示す縦断面図である。 初期充填作業を説明するための概略図である。

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インクジェット方式の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ーや有機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。特に、この液滴吐出装置は、初期充填の際、高速の吸引流速で機能液を強制吸引できる圧力調整弁を備え、機能液滴吐出ヘッドへの圧力調整を精度良く行うことができる。

図１、図２および図３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２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（主走査方向）に移動させるＸ軸テーブル１１と、複数本の支柱４を介してＸ軸テーブル１１を跨ぐように架け渡された１対（２つ）のＹ軸支持ベース３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１２と、複数の機能液滴吐出ヘッド１７が搭載された１０個のキャリッジユニット５１と、から成り、１０個のキャリッジユニット５１は、Ｙ軸テーブル１２に移動自在に吊設されている。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６と、チャンバー６を貫通して、チャンバー６の外部から内部の機能液滴吐出ヘッド１７に機能液を供給する３組の機能液供給装置１０１を有した機能液供給ユニット７と、各ユニットを制御する制御装置（図示省略）と、を備えている。Ｘ軸テーブル１１およびＹ軸テーブル１２の駆動と同期して機能液滴吐出ヘッド１７を吐出駆動させることにより、機能液供給ユニット７から供給されたＲ・Ｇ・Ｂ３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１４、吸引ユニット１５、ワイピングユニット１６および吐出性能検査ユニット１８から成るメンテナンス装置５を備えており、これらユニットによって、機能液滴吐出ヘッド１７の保守に供して、機能液滴吐出ヘッド１７の機能維持・機能回復を図るようになっている。なお、メンテナンス装置５を構成する各ユニットのうち、フラッシングユニット１４および吐出性能検査ユニット１８は、Ｘ軸テーブル１１に搭載され、吸引ユニット１５およびワイピングユニット１６は、Ｘ軸テーブル１１から直角に延び、かつＹ軸テーブル１２によりキャリッジユニット５１が移動可能である位置に配設された架台上に配設されている。

図２または図３に示すように、Ｘ軸テーブル１１は、ワークＷを吸着セットするセットテーブル２１と、セットテーブル２１をＸ軸方向にスライド自在に支持するＸ軸第１スライダー２２と、上記のフラッシングユニット１４および吐出性能検査ユニット１８をＸ軸方向にスライド自在に支持するＸ軸第２スライダー２３と、Ｘ軸第１スライダー２２およびＸ軸第２スライダー２３をＸ軸方向に移動させる左右一対のＸ軸リニアモーター（図示省略）と、を備えている。

Ｙ軸テーブル１２は、１０個の各キャリッジユニット５１をそれぞれ吊設した１０個のブリッジプレート５２と、１０個のブリッジプレート５２を両持ちで支持する１０組のＹ軸スライダー（図示省略）と、上記した一対のＹ軸支持ベース３上に設置され、１０組のＹ軸スライダーを介してブリッジプレート５２をＹ軸方向に移動させる一対のＹ軸リニアモーター（図示省略）と、を備えている。また、Ｙ軸テーブル１２は、各キャリッジユニット５１を介して描画時に機能液滴吐出ヘッド１７を副走査するほか、機能液滴吐出ヘッド１７をメンテナンス装置５（吸引ユニット１５およびワイピングユニット１６）に臨ませる。なお、Ｙ軸リニアモーターの駆動を制御することにより、各キャリッジユニット５１を独立させて個別に移動させることも可能であるし、１０個のキャリッジユニット５１を一体として移動させることも可能である。

各キャリッジユニット５１は、１２個の機能液滴吐出ヘッド１７と、１２個の機能液滴吐出ヘッド１７を６個ずつのヘッド群５４に分けて支持するヘッドプレート５３と、から成るヘッドユニット１３を備えている（図４参照）。また、各キャリッジユニット５１は、ヘッドユニット１３をθ補正（θ回転）可能に支持するθ回転機構６１と、θ回転機構６１を介して、ヘッドユニット１３をＹ軸テーブル１２（各ブリッジプレート５２）に支持させる吊設部材６２と、を備えている。加えて、各キャリッジユニット５１は、その上部に後述するサブタンク１２１が配設されている（実際には、ブリッジプレート５２上のタンクケース５５内に配設）。

図５に示すように、機能液滴吐出ヘッド１７は、いわゆる２連のものであり、２連の接続針９２を有する機能液導入部９１と、機能液導入部９１に連なる２連のヘッド基板９３と、機能液導入部９１の下方に連なり、内部に機能液で満たされるヘッド内流路が形成されたヘッド本体９４と、を備えている。接続針９２は、機能液供給ユニット７（機能液供給装置１０１）に接続され、機能液導入部９１に機能液を供給する。ヘッド本体９４は、キャビティ９５（ピエゾ圧電素子）と、多数の吐出ノズル９８が開口したノズル面９７を有するノズルプレート９６と、で構成されている。機能液滴吐出ヘッド１７を吐出駆動すると（ピエゾ圧電素子に電圧が印加され）、キャビティ９５のポンプ作用により、吐出ノズル９８から機能液滴が吐出される。

ノズル面９７には、多数の吐出ノズル９８からなる２つのノズル列９９が相互に平行に形成されている。そして、２つのノズル列９９同士は、相互に半ノズルピッチ分位置ずれしている。

液滴吐出装置１の描画動作は、ワークＷに対し機能液滴吐出ヘッド１７を相対的に移動させながら、ワークＷ上に機能液を吐出して行う。具体的には、まず、ワークＷをＸ軸テーブル１１により、Ｘ軸方向で移動させながら、第１描画動作（往動パス）を行う。その後、ヘッドユニット１３を２ヘッド分Ｙ軸方向に移動（副走査）させて、改めて、ワークＷをＸ軸方向で移動させながら、第２描画動作（復動パス）を行う。そして、再度ヘッドユニット１３を２ヘッド分副走査し、もう一度、ワークＷをＸ軸方向で移動させながら、第３描画動作（往動パス）を行う。このような描画動作により、Ｒ・Ｇ・Ｂ３色の描画処理を効率良く行っている。

フラッシングユニット１４は、一対の描画前フラッシングユニット７１,７１と、定期フラッシングユニット７２とを有し、機能液滴吐出ヘッド１７の吐出直前や、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１７の捨て吐出（フラッシング）を受ける。吸引ユニット１５は、各機能液滴吐出ヘッド１７の吐出ノズル９８から機能液を強制的に吸引すると共に、各機能液滴吐出ヘッド１７のキャッピングを行う。ワイピングユニット１６は、ワイピングシート７５を有し、吸引後の機能液滴吐出ヘッド１７のノズル面９７を拭取る。吐出性能検査ユニット１８は、機能液滴吐出ヘッド１７の吐出性能（吐出の有無および飛行曲り）を検査する。

図２および図３に示すように、吸引ユニット１５は、複数のヘッドキャップ８５をそれぞれ搭載すると共に１０個のキャリッジユニット５１に対応した１０台のキャップユニット８６と、キャップユニット８６ごとに、複数のヘッドキャップ８５を昇降させる１０台の昇降機構８７と、キャップユニット８６ごとに、複数のヘッドキャップ８５を吸引する１０台の吸引機構８８（図１２参照）と、を備えている。各キャップユニット８６は、１２個の機能液滴吐出ヘッド１７に対応した１２個のヘッドキャップ８５と、１２個のヘッドキャップ８５を搭載するキャッププレート８９とから成る。

昇降機構８７は、Ｙ軸テーブル１２によって、キャリッジユニット５１を吸引ユニット１５に臨ませた状態において、１２個のヘッドキャップ８５を上昇させて、各ヘッドキャップ８５を各機能液滴吐出ヘッド１７に密着させると共に、１２個のヘッドキャップ８５を降下させて、各ヘッドキャップ８５を各機能液滴吐出ヘッド１７から離間させる。吸引機構８８は、イジェクター（図１２（ａ）参照）やポンプ（図１２（ｂ）参照）等で構成されており、各ヘッドキャップ８５を個別に吸引可能に構成されている。詳細は後述するが、この吸引ユニット１５によって、機能液滴吐出ヘッド１７から機能液を強制吸引することで、機能液の初期充填が実施される。

次に、図１および図６を参照して機能液供給ユニット７について説明する。機能液供給ユニット７は、Ｒ・Ｇ・Ｂ３色の機能液を供給する３組の機能液供給装置１０１を備えている。３組の機能液供給装置１０１は、それぞれＲ・Ｇ・Ｂ３色に対応した機能液滴吐出ヘッド１７に接続されており、これにより、各色の機能液滴吐出ヘッド１７には対応する色の機能液が供給される。

図６に示すように、各色の機能液供給装置１０１は、機能液の供給源を構成する２つのメインタンク１１１,１１１を有するタンクユニット１２２と、各キャリッジユニット５１に対応して設けた１０個のサブタンク（機能液供給手段）１２１と、タンクユニット１２２と１０個のサブタンク１２１を接続する上流側機能液流路１２６と、各サブタンク１２１と各機能液滴吐出ヘッド１７とを接続する１０組の下流側機能液流路１２７と、を備えている。

各メインタンク１１１,１１１内の機能液は、これに接続した窒素ガス供給設備１０２からの圧縮窒素ガスにより加圧され、上流側機能液流路１２６を介して１０個のサブタンク１２１に選択的に供給される。その際、各種開閉弁に接続した圧縮エアー供給設備１０３の圧縮エアーにより、各種開閉弁が開閉制御される。また同時に、各サブタンク１２１は、これに接続したガス排気設備１０４を介して大気開放され、必要量の機能液を受容する。各サブタンク１２１の機能液は、これに連なる機能液滴吐出ヘッド１７の駆動により、下流側機能液流路１２７を介して機能液滴吐出ヘッド１７に供給される。

タンクユニット１２２は、機能液の供給源となる一対のメインタンク１１１,１１１と、一対のメインタンク１１１,１１１に接続されると共に、上流側機能液流路１２６に接続した切換え機構１１３と、を備えている。各メインタンク１１１には、窒素ガス供給設備１０２に接続されており、機能液を圧送する際に加圧制御可能に構成されている。なお、タンクユニット１２２は、チャンバー６の側壁の一部に設けられたタンクキャビネット８４に収納されている。

上流側機能液流路１２６は、上流側をタンクユニット１２２に接続したタンク側主流路１３１と、タンク側主流路１３１から１０方に分流し、下流側を各サブタンク１２１に接続した１０本の枝流路１３３と、を備えている。各下流側機能液流路１２７は、上流側を各サブタンク１２１に接続したヘッド側主流路１４６と、ヘッド側主流路１４６から４方に分流し、下流側を各機能液滴吐出ヘッド１７に接続した４本のヘッド側枝流路１４８と、を備えている。すなわち、上流側機能液流路１２６の１０分岐と、下流側機能液流路１２７の４分岐により、タンクユニット１２２から１０×４個の機能液滴吐出ヘッド１７に機能液が供給される。加えて、機能液供給ユニット７は、Ｒ・Ｇ・Ｂで３組の機能液供給装置１０１を有しているため、１０×１２個の機能液滴吐出ヘッド１７に機能液が供給される。そして、各ヘッド側枝流路１４８には、各機能液滴吐出ヘッド１７への供給圧力を調整する圧力調整弁１５０がそれぞれ介設されている。

次に、図７ないし図１１を参照して、圧力調整弁１５０について説明する。図７に示すように、圧力調整弁１５０は、ヘッド側枝流路１４８に介設されており、流入側の継手を構成すると共に、流入ポート１７５に連なる流入コネクタ１６１（ユニオン継手）と、流出側の継手を構成すると共に、流出ポート１９０に連なる流出コネクタ１６２（ユニオン継手）と、を有している。なお、図７および図９においては、図中紙面の上側を圧力調整弁１５０の上側とし、図中下側を圧力調整弁１５０の下側として、説明を進める。すなわち、圧力調整弁１５０は、流入コネクタ１６１側を上側とし、流出コネクタ１６２側を下側として立設されている。

図７および図８に示すように、圧力調整弁１５０は、本体ケーシング１６６と、本体ケーシング１６６と共に内部に１次室１６７を形成する蓋ケーシング１６８と、本体ケーシング１６６と共に内部に２次室１６９を形成し本体ケーシング１６６にダイヤフラム（受圧膜体）１７１を固定するリングプレート１７０との３部材でバルブケーシング（バルブハウジング）が構成されており、いずれもステンレス等の耐食性材料で形成されている。また、本体ケーシング１６６には、その中心位置に１次室１６７および２次室１６９を連通する連通流路１７３が形成されている。

蓋ケーシング１６８およびリングプレート１７０は、本体ケーシング１６６に対し、前後からリングプレート１７０および蓋ケーシング１６８を重ね、複数本の段付平行ピン（図示省略）でそれぞれ位置決めした後、ねじ止めして組み立てられており、いずれも円形のダイヤフラム１７１の中心を通る軸線と同心円となる円形あるいは多角形（８角形）の外観を有している。そして、蓋ケーシング１６８および本体ケーシング１６６は、パッキン１７２を介して相互に気密に突合せ接合され、本体ケーシング１６６およびリングプレート１７０は、ダイヤフラム１７１の縁部およびパッキン１７２を挟み込んで相互に気密に突合せ接合されている。

本体ケーシング１６６と蓋ケーシング１６８とで形成された１次室１６７は、ダイヤフラム１７１と同心となる略円柱形状に形成されており、その開放端を蓋ケーシング１６８により閉蓋されている。また、本体ケーシング１６６の１次室１６７側背面上部に形成した上部ボス部の左部には１次室１６７から径方向斜めに延びる流入ポート１７５が形成されている。流入ポート１７５には上記の流入コネクタ１６１が接続されている。

図８に示すように、流入ポート１７５は、本体ケーシング１６６の外周面に開口した流入口１７６と、フィルター１８１を収容するフィルター収容部１７７と、フィルター収容部１７７と１次室１６７の内周面とを連通する流入経路１７８とから成り、流入口１７６に対し流入経路１７８は、１次室１６７側に偏心して形成されている。流入口１７６には、流入コネクタ１６１が螺合（テーパネジ）される。なお、フィルター１８１と、螺合した流入コネクタ１６１との間にはフィルター１８１の押えばね１８２が収容される。

図８および図９に示すように、２次室１６９は、ダイヤフラム１７１と、本体ケーシング１６６に形成した内面壁１８５とによって、全体としてダイヤフラム１７１を底面とする略円錐台形状に形成されている。ダイヤフラム１７１は、鉛直姿勢を為して配設され、２次室１６９の１の面を構成している。また、内面壁１８５は、２次室１６９のダイヤフラム１７１の面（１の面）を除いた各面で構成されている。

内面壁１８５は、略円錐台形状の頂面となる円形の平面壁部１８５ａと、段部を存して平面壁部１８５ａの外側に連なる環状平面壁部１８５ｂと、環状平面壁部１８５ｂの外側に連なる環状テーパー壁部１８５ｃと、から構成されている。平面壁部１８５ａには、ダイヤフラム１７１と同心となるように、その中心部に連通流路１７３（吸引用連通流路２０１）の２次室側開口部が開口し、環状平面壁部１８５ｂには、その下部に、後述する流出流路１９３の流出開口部１８７が形成されている。

図９に示すように流出ポート１９０は、本体ケーシング１６６の下部に位置する傾斜ボス部１９１に形成されており、傾斜ボス部１９１の下部に開口した流出口１９２と、２次室１６９の流出開口部１８７と、これらを連通する流出流路１９３とで構成されている。流出流路１９３は、内面壁１８５の環状平面壁部１８５ｂから斜めに延びて下向きの流出口１９２に連通している。流出口１９２には、流出流路１９３の軸線方向から流出コネクタ１６２が螺合している。２次室１６９から流出する機能液は、流出開口部１８７から流出流路１９３の勾配に従って斜めに流下し、機能液滴吐出ヘッド１７側に流出する。

図８および図１０に示すように、本体ケーシング１６６には、１次室１６７と２次室１６９とを連通する連通流路１７３が形成されている。連通流路１７３は、１次室１６７と２次室１６９とを隔てる隔壁Ｐの中央部を貫通する吸引用連通流路（第２連通流路）２０１と、吸引用連通流路２０１を開閉する後述の吸引用弁体２１２の中央部に形成された圧調整用連通流路（第１連通流路）２０２と、から成る。吸引用連通流路２０１および圧調整用連通流路２０２は、いずれも１次室１６７と２次室１６９を連通しており、１次室１６７、２次室１６９、吸引用連通流路２０１および圧調整用連通流路２０２は、同心上に形成されている。吸引用連通流路２０１は、大径円形断面に形成されている。一方、圧調整用連通流路２０２は、後述の圧調整用弁体２２２の軸部２２８がスライド自在に収容される小径円形断面の軸遊挿部２０３と、軸遊挿部２０３から径方向四方に延びる十字状断面の流路部２０４と、で構成されている。吸引用連通流路２０１は、初期充填時における強制吸引の際に機能液を流入する役割を担っており、圧調整用連通流路２０２は、機能液滴吐出ヘッド１７の液滴吐出時の圧力調整の際に機能液を流入する役割を担っている。

ダイヤフラム１７１は、樹脂フィルムで構成したダイヤフラム本体（膜体本体）２０６と、ダイヤフラム本体２０６の内側に貼着した樹脂製の受圧板２０７とで構成されている。受圧板２０７は、ダイヤフラム本体２０６と同心の円板状に、且つダイヤフラム本体２０６に対し十分に小さい径に形成されており、後述する吸引用弁体２１２の複数本（３本）の突起２１９と、圧調整用弁体２２２の軸部２２８とが当接する。ダイヤフラム本体２０６は、耐熱ＰＰ（ポリプロピレン）と特殊ＰＰとシリカを蒸着したＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）とを積層して構成されており、本体ケーシング１６６の前面と同径の円形に形成されている。

吸引用連通流路２０１には、当該吸引用連通流路２０１を開閉する吸引用弁機構（第２弁機構）２１１が配設されている。吸引用弁機構２１１は、吸引用連通流路２０１の１次室側開口縁部を弁座として、吸引用連通流路２０１を開閉する吸引用弁体（第２弁体）２１２と、隔壁Ｐに対向する１次室１６７の１の壁面２１３を受けとして、吸引用弁体２１２を弁座側（閉弁方向）に付勢する吸引弁体付勢ばね２１４と、を備えている。初期充填時（強制吸引時）を除く通常時には、この吸引弁体付勢ばね（第２弁体ばね）２１４によって、吸引用弁体２１２が閉弁方向に付勢され、閉弁状態を維持している。

吸引用弁体２１２は、弁座（吸引用連通流路２０１の１次室側開口縁部）に直接接触する第１Ｏリング２１６と、第１Ｏリング２１６を保持する椀上の保持部２１７と、保持部２１７の周縁部に外側に連なるリング状のばね当接部２１８と、を備えている。第１Ｏリング２１６は、特殊なゴムで環状に形成されている。保持部２１７およびばね当接部２１８は、ステンレス等の耐食材料で一体に形成されている。保持部２１７は、その外周面に第１Ｏリング２１６を嵌め込む形で第１Ｏリング２１６を保持すると共に、その底壁部（バルブ構成壁）２１７ａの中央部に上記圧調整用連通流路２０２が形成されている。また、保持部２１７の底壁部２１７ａの２次室１６９側の面には、開弁時にその先端が受圧板２０７に当接する複数本（３本）の突起（第２突起）２１９が周方向に均等に凸設されている。初期充填時には、吸引ユニット１５の強制吸引によるダイヤフラム１７１の大きな凹変形に伴って、受圧板２０７が複数本の突起２１９に当接し、吸引弁体付勢ばね２１４の付勢力に勝って、吸引用弁体２１２全体を１次室１６７側に前進させる。これにより、吸引用連通流路２０１を開放する。

圧調整用連通流路２０２には、当該圧調整用連通流路２０２を開閉する圧調整用弁機構（第１弁機構）２２１が配設されている。圧調整用弁機構２２１は、圧調整用連通流路２０２の１次室側開口縁部を弁座として、圧調整用連通流路２０２を開閉する圧調整用弁体（第１弁体）２２２と、底壁部２１７ａに対向する１次室１６７の１の壁面２１３を受けとして、圧調整用弁体２２２を弁座側（閉弁方向）に付勢する圧調整弁体付勢ばね（第１弁体ばね）２２３と、を備えている。機能液滴吐出ヘッド１７の液滴吐出時および初期充填時を除く通常時には、この圧調整弁体付勢ばね２２３によって、圧調整用弁体２２２が閉弁方向に付勢され、閉弁状態を維持している。

圧調整用弁体２２２は、弁座（圧調整用連通流路２０２の１次室側開口縁部）に直接接触する第２Ｏリング２２６と、第２Ｏリング２２６を保持する段付き円柱状の弁体本体２２７と、弁体本体２２７の中心から１方向（２次室１６９側）に延びる軸部（第１突起）２２８と、を備えている。弁体本体２２７および軸部２２８は、ステンレス等の耐食材料で一体に形成されている。第２Ｏリング２２６は、特殊なゴムで環状に形成されている。弁体本体２２７は、その外周面で第２Ｏリング２２６を嵌め込む形で第２Ｏリング２２６を保持している。なお、吸引用弁体２１２および圧調整用弁体２２２は、同心上に配設されている。

軸部２２８は、圧調整用連通流路２０２（の軸遊挿部２０３）にスライド自在に遊嵌され、その先端（前端）が中立位置にあるダイヤフラム１７１の受圧板２０７に当接する。なお、軸部２２８は、ダイヤフラム１７１側に吸引用弁体２１２の複数本の突起２１９を越えて延在している。すなわち、軸部２２８が、複数本の突起２１９の前端に対し、ダイヤフラム１７１側に突出するような長さを有している。そのため、ダイヤフラム１７１が中立位置にある際、受圧板２０７が、軸部２２８に当接し且つ複数の突起２１９に非接触の状態にある（図１１（ａ）参照）。この状態から、ダイヤフラム１７１が凹変形（マイナス変形）すると（小さな凹変形）、受圧板２０７によって、軸部２２８を介して圧調整用弁体２２２が開弁方向に押され、圧調整用弁体２２２が開放される（図１１（ｂ）参照）。さらにダイヤフラム１７１の凹変形が進むと（大きな凹変形）、受圧板２０７が複数の突起２１９に当接し、ひいては、複数の突起２１９を介して吸引用弁体２１２が開弁方向に押され、吸引用弁体２１２が開放される（図１１（ｃ）参照）。このように、機能液滴吐出ヘッド１７の液滴吐出に伴う小さな凹変形では、圧調整用弁体２２２のみ開弁され、初期充填時の強制吸引に伴う大きな凹変形では、加えて吸引用弁体２１２も開弁される。

受圧板２０７と吸引用弁体２１２の底壁部２１７ａとの間には、受圧板２０７を介してダイヤフラム本体２０６を外部に向かって付勢する受圧板付勢ばね２３１が介設されている。受圧板付勢ばね２３１は、ダイヤフラム１７１の凸変形（プラス変形）を補完するものであり、大気圧に対し２次室１６９が負圧になるように作用する。

ここで機能液滴吐出ヘッド１７の液滴吐出時における圧力調整弁１５０の様態について説明する。機能液滴吐出ヘッド１７によって液滴吐出を実施すると、流出ポート１９０を介して圧力調整弁１５０の２次室１６９が減圧される。これによって、一定圧に減圧されると、大気圧に押されてダイヤフラム１７１が凹変形する。この凹変形が進むと、圧調整弁体付勢ばね２２３の付勢力に勝って、ダイヤフラム１７１が小さな凹変形となり、圧調整用弁体２２２が開放される（図１１（ｂ）参照）。圧調整用弁体２２２が開放されると、圧調整用連通流路２０２から流入し、２次室１６９内の減圧が緩和される。その後、大気圧と、２次室１６９との圧力バランスによりダイヤフラム１７１（およびこれが当接する圧調整用弁体２２２）が変形（進退）することで開閉し、２次室１６９側を所定の圧力まで減圧するようにしている。

圧力調整弁１５０は、その際、圧調整弁体付勢ばね２２３および受圧板付勢ばね２３１に力が分散して作用し、且つ特殊なゴムの第２Ｏリング２２６（の弾性力）により、圧調整用弁体２２２は極めてゆっくり開閉動作する。このため、圧調整用弁体２２２の開閉による圧力変動（キャビテーション）が抑制され、機能液滴吐出ヘッド１７の吐出駆動に影響を与えないようになっている。

次に図１０および図１２を参照して、初期充填作業について説明する。図１２（ａ）は、イジェクターによる吸引機構８８を用いた例であり、図１２（ｂ）は、ポンプによる吸引機構８８を用いた例である。図１２に示すように、機能液の初期充填作業は、機能液滴吐出ヘッド１７を上記の吸引ユニット１５で強制吸引した状態でサブタンク１２１から機能液を通液し、サブタンク１２１から機能液滴吐出ヘッド１７にいたる機能液の流路に機能液を通液して、充填する。

機能液の初期充填作業は、機能液滴吐出ヘッド１７にヘッドキャップ８５を密着させた後、吸引機構８８を駆動してヘッド吸引することにより開始する。ヘッド吸引が開始されると、圧力調整弁１５０の２次室１６９内のエアーが、流出開口部１８７から排出（エアー抜き）されていく。これにより、２次室１６９内が減圧（所定の作動圧力）となり、ダイヤフラム１７１が大気圧に押されて、大きな凹変形（最大マイナス変形）となる。これにより、吸引用弁体２１２および圧調整用弁体２２２が開弁方向に押され、吸引用連通流路２０１および圧調整用連通流路２０２を開放状態とする（図１１（ｃ）参照）。

この開放状態において、サブタンク１２１内の機能液が圧力調整弁１５０内に流入する。この際、１次室１６７から、主に流入面積の大きい吸引用連通流路２０１を介して、２次室１６９側に大量の機能液が流入する。このとき、機能液の流入により、２次室内の減圧が緩和され、ダイヤフラム１７１（受圧板２０７）が微小に後退するものの、大きな凹変形は維持され、吸引用連通流路２０１の開放状態は維持される。続いて、流出ポート１９０およびその下流側の流路を介して、機能液滴吐出ヘッド１７に機能液が流入する。これにより、圧力調整弁１５０および機能液滴吐出ヘッド１７内に機能液が充填される。その後、継続して一定時間吸引を続けることで、圧力調整弁１５０および機能液滴吐出ヘッド１７内を高速の吸引流速で通液し、エアーを洗い流した後、吸引ユニット１５の駆動を停止することで、本作業を終了する。

以上のような構成によれば、圧力調整の際に用いる弁機構（圧調整用弁機構２２１）と、強制吸引（初期充填）の際に用いる弁機構（吸引用弁機構２１１）とを別々に設けることにより、強制吸引の際の２次室１６９への流入面積を大きくすることができるため、高速の吸引流速で、機能液を強制吸引することができる。これにより、機能液の初期充填等において、圧力調整弁１５０および機能液滴吐出ヘッド１７内の気泡を適切に除去することができる。一方、圧力調整の際の２次室１６９への流入面積を小さくすることができるため、２次室１６９内の圧力変動を抑制し、２次室１６９内の圧力調整を精度良く行うことができる。これにより、圧力調整弁１５０による圧力調整を精度良く行うことができる。加えて、ダイヤフラム１７１の凹変形の変形量によって、圧調整用弁機構２２１および吸引用弁機構２１１を個々に開閉する構成であるため、ダイヤフラム１７１を別々に設ける必要がなく、圧力調整弁１５０を簡単な構成にすることができる。

また、吸引用弁機構２１１の底壁部２１７ａを、圧調整用弁機構２２１の弁座として兼用して用いることで、圧調整用弁機構２２１および吸引用弁機構２１１を簡単な構成にすることができる。

さらに、吸引用弁体２１２と圧調整用弁体２２２とを同心上に配設することにより、ダイヤフラム１７１と、吸引用弁体２１２および圧調整用弁体２２２と、を同心上に配設することができるため、ダイヤフラム１７１の変形量に対する吸引用弁機構２１１および圧調整用弁機構２２１の開閉動作を安定的に行うことができる。

またさらに、各弁体２１２、２２２が、ダイヤフラム１７１（受圧板２０７）に直接当接する複数本の突起２１９および軸部２２８をそれぞれ有し、軸部２２８がダイヤフラム１７１側に複数本の突起２１９を越えて延在する構成であるため、小さな凹変形によってのみ圧調整用連通流路２０２を開放すると共に、大きな凹変形によって吸引用連通流路２０１を開放する機構を、簡単に構成することができる。なお、本実施形態においては、小さな凹変形によって圧調整用連通流路２０２のみを開放し、大きな凹変形によって吸引用連通流路２０１および圧調整用連通流路２０２を開放する構成であったが、小さな凹変形によって圧調整用連通流路２０２のみを開放し、大きな凹変形によって吸引用連通流路２０１のみを開放する構成であっても良い。

なお、本実施形態においては、強制吸引を実施する作業として、初期充填作業を挙げたが、強制吸引を実施する作業であれば、これに限るものではない。例えば、機能液通液による圧力調整弁１５０や機能液滴吐出ヘッド１７（ヘッド内もしくは吐出ノズル９８）の洗浄のためだけに、強制吸引を実施するものを本発明に適用しても良いし、機能液を別種のものに入れ替える作業、機能液を液抜きする作業、ひいては、洗浄液やエアーを通液（通気）して圧力調整弁１５０や機能液滴吐出ヘッド１７内を洗浄する洗浄作業に本発明を適用しても良い。

なお、本実施形態においては、液体（機能液）の圧力調整弁１５０に本発明を適用したが、流体であれば、気体の圧力調整弁１５０に本発明を適用しても良い。

１：液滴吐出装置、 １７：機能液滴吐出ヘッド、 １２１：サブタンク、 １５０：圧力調整弁、 １６６：本体ケーシング、 １６７：１次室、 １６８：蓋ケーシング、 １６９：２次室、 １７０：リングプレート、 １７１：ダイヤフラム、 ２０１：吸引用連通流路、 ２０２：圧調整用連通流路、 ２１１：吸引用弁機構、 ２１２：吸引用弁体、 ２１３：壁面、 ２１４：吸引弁体付勢ばね、 ２１７ａ：底壁部、 ２１９：突起、 ２２１：圧調整用弁機構、 ２２２：圧調整用弁体、 ２２３：圧調整弁体付勢ばね、 ２２８：軸部、 Ｐ：隔壁、 Ｗ：ワーク

Claims (6)

1. 機能液供給手段から供給された機能液を、圧力調整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圧力調整弁であって、
   隔壁を隔ててバルブハウジング内に形成され、前記機能液供給手段に連通する１次室および前記機能液滴吐出ヘッドに連通する２次室と、
   前記１次室と前記２次室とを連通する第１連通流路を開閉する第１弁機構と、
   前記１次室と前記２次室とを連通する第２連通流路を開閉する第２弁機構と、
   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、前記第１弁機構および前記第２弁機構を大気圧基準で開閉動作させる受圧膜体と、を備え、
   前記第１弁機構は、前記機能液滴吐出ヘッドの液滴吐出に伴う前記受圧膜体の小さな凹変形によってのみ前記第１連通流路を開放し、
   前記第２弁機構は、前記機能液滴吐出ヘッドからの機能液の強制吸引に伴う前記受圧膜体の大きな凹変形によって前記第２連通流路を開放することを特徴とする圧力調整弁。
2. 前記第２連通流路は、前記隔壁に形成され、
   前記第２弁機構は、
   前記第２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、前記第２連通流路を前記１次室側から開閉する第２弁体と、
   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第２弁体を閉弁方向に付勢する第２弁体ばねと、を有し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. 前記第１連通流路は、前記第２弁体のバルブ構成壁に形成され、
   前記第１弁機構は、
   前記第１連通流路を形成した前記バルブ構成壁の１次室側開口縁部を弁座として、前記第１連通流路を前記１次室側から開閉する第１弁体と、
   前記バルブ構成壁に対向する前記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第１弁体を閉弁方向に付勢する第１弁体ばねと、を有し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. 前記第１弁体と前記第２弁体とは、同心上に配設されていることを特徴とする請求項３に記載の圧力調整弁。
5. 前記第１弁体は、凹変形する前記受圧膜体に直接当接する第１突起を、更に有し、
   前記第２弁体は、凹変形する前記受圧膜体に直接当接する第２突起を、更に有し、
   前記第１突起は、前記受圧膜体側に前記第２突起を越えて延在していることを特徴とする請求項３または４に記載の圧力調整弁。
6. 請求項１ないし５のいずれか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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