(57)【要約】      （修正有）【課題】低コストで、且つ機能液の液面とサブタンク本体内の気体との接触面積を最小限に抑えることができるサブタンクおよびこれを備えた液滴吐出装置を提供する。【解決手段】メインタンクから機能液の供給を受けると共に、インクジェット方式の機能液滴吐出ヘッドに機能液を供給するサブタンク１２において、サブタンク本体４０と、少なくとも液位の増減幅に亘って前記サブタンク本体４０内に固定的に浸漬されると共に、外周面が前記サブタンク本体４０の内周面に微小間隙を存して配設された浸漬部材４１と、を備えた。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メインタンクから機能液の供給を受けると共に、インクジェット方式の機能液滴吐出ヘッドに機能液を供給するサブタンクにおいて、
サブタンク本体と、
少なくとも液位の増減幅に亘って前記サブタンク本体内に固定的に浸漬されると共に、外周面が前記サブタンク本体の内周面に微小間隙を存して配設された浸漬部材と、を備えたことを特徴とするサブタンク。
【請求項２】
前記浸漬部材は、複数枚の平板を相互に微小間隙を存して上下方向に重ねて形成されていることを特徴とする請求項１に記載のサブタンク。
【請求項３】
前記複数枚の平板間の前記微小間隙は、毛細管現象を生ずる寸法に構成されている請求項２に記載のサブタンク。
【請求項４】
前記各平板には、前記サブタンク本体の上部空間の気体が流通可能な小穴が形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載のサブタンク。
【請求項５】
前記サブタンク本体は、本体タンク部と蓋体とから成り、
前記浸漬部材は、前記蓋体に吊設されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のサブタンク。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載のサブタンクと、
前記サブタンクから機能液の供給を受け、ワークに機能液を吐出して描画を行なう前記機能液滴吐出ヘッドと、を備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット方式の機能液滴吐出ヘッドに機能液を供給するサブタンクおよびこれを備えた液滴吐出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のサブタンクとして、機能液滴吐出ヘッドと共にキャリッジに搭載されたサブタンク本体と、サブタンク本体の機能液補給時の液位を制御するセンサおよび制御手段を備えると共に、サブタンク本体が落し蓋様のフロートを備えたものが知られている（特許文献１）。この場合、フロートは、腐食性を考慮し、耐薬品性の金属材料（ステンレス板）の内部を中空とする薄型直方体形状に溶接加工したもので、平面形状が、サブタンク本体の内周面と略相似形になるように形成されている。これにより、サブタンク内の機能液の液面と上部空間の雰囲気を構成する気体との接触面積を小さくし、機能液への気体の溶け込みを抑えるようになっている。また、このフロートにより、走査時の液面の揺れや泡立ちを極力抑え、気泡の発生や水頭変化、すなわちサブタンク本体における脈動の発生を防止し、機能液滴吐出ヘッドに、脱気された機能液を安定供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２３８１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなサブタンクに設けられたフロートは、気体と機能液との接触面積を低下させることを目的としているため、外周面がタンク本体の内周面に微小間隙を存して配設されると共に、液面の上下動に伴って移動自在であることが必要とされる。したがって、従来のサブタンクにおいては、フロートの製造に高い溶接技術やリーク検査が必要とされ、製造コストが高くなるという問題があった。また、フロートとタンク本体の内周面との間隙が微小であるため、フロートの形状精度があまいと、液面の上下に伴うフロートの上下が円滑に行われないという問題があった。さらに、キャリッジの移動（特に加速度および減速度）形態によっては、フロートが揺れ、水頭値変動を生ずる問題があった。
【０００５】
本発明は、低コストで、且つ機能液の液面とサブタンク本体内の気体との接触面積を最小限に抑えることができるサブタンク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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のサブタンクは、メインタンクから機能液の供給を受けると共に、インクジェット方式の機能液滴吐出ヘッドに機能液を供給するサブタンクにおいて、サブタンク本体と、少なくとも液位の増減幅に亘ってサブタンク本体内に固定的に浸漬されると共に、外周面がサブタンク本体の内周面に微小間隙を存して配設された浸漬部材と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、浸漬部材が固定的に浸漬しているため、キャリッジ移動時の液面の波立ちを抑制することができると共に、液面の揺れに伴う浸漬部材の揺れを防止することができる。また、浸漬部材の製造において、高度な溶接技術やリーク検査等が不要であるため、製造コストを低く抑えることができる。さらに、機能液と気体との接触部分が、浸漬部材の外周面とサブタンク本体の内周面との微小間隙に限定されることから、機能液への気体の溶け込みを極力抑えることができる。
【０００８】
この場合、浸漬部材は、複数枚の平板を相互に微小間隙を存して上下方向に重ねて形成されていることが好ましい。また、複数枚の平板間の微小間隙は、毛細管現象を生ずる寸法に構成されていることが好ましい。
【０００９】
これらの構成によれば、機能液の液面が平板間にある場合であっても、毛細管現象によって液面が平板間の微小間隙に入ってゆくため、機能液が平板間の気体に面した（接触した）状態が維持されることはない。これによって、機能液と気体との接触面積を最小限に抑えることができる。また、サブタンク本体の容積に対する機能液の貯留量が極端に少なくなることがない。
【００１０】
この場合、各平板には、サブタンク本体の上部空間の気体が流通可能な小穴が形成されていることが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、各平板に形成された小穴は、サブタンク本体内の各平板間に毛細管現象によって機能液が円滑に出入りするための気体の通気口として機能する。すなわち、機能液面の下降時（上昇時）に、平板間の機能液は、毛細管現象が開放された瞬間に下側の平板下部に流出（流入）するため、平板間の微小間隙内の気体と液面が接触している時間を極端に短くすることができる。
【００１２】
この場合、サブタンク本体は、本体タンク部と蓋体とから成り、浸漬部材は、蓋体に吊設されていることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、本体タンク部に対する蓋体の着脱に伴って、浸漬部材の取付けおよび取外しを行うことができ、浸漬部材のメンテナンス等を容易に行うことができる。
【００１４】
本発明の液滴吐出装置は、上記したサブタンクと、サブタンクから機能液の供給を受け、ワークに機能液を吐出して描画を行なう機能液滴吐出ヘッドと、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、気泡の混入を極力抑えた機能液を、機能液滴吐出ヘッドに水頭値変動なく且つ安定に供給することができるため、描画品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態に係る液滴吐出装置の斜視図である。
【図２】機能液供給装置の配管系統図である。
【図３】サブタンク廻りを模式的に表した断面図である。
【図４】浸漬部材を模式的に表した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付の図面を参照して、本発明のサブタンク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。
【００１８】
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、ワークをＸ軸方向（主走査方向）に移動させるＸ軸テーブル３と、複数本の支柱４を介してＸ軸テーブル３を跨ぐように架け渡された１対（２つ）のＹ軸支持ベース５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６と、複数の機能液滴吐出ヘッド９（図２参照）が搭載された１３個（複数）のキャリッジユニット７と、から成り、１３個のキャリッジユニット７は、Ｙ軸テーブル６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８と、チャンバ８を貫通して、チャンバ８の外部から内部の機能液滴吐出ヘッド９に機能液を供給する３組の機能液供給装置１０（図２参照）を有した機能液供給ユニット１１と、を備えている。Ｘ軸テーブル３およびＹ軸テーブル６の駆動と同期して機能液滴吐出ヘッド９を吐出駆動させることにより、機能液供給ユニット１１から供給されたＲ・Ｇ・Ｂ３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。
【００１９】
機能液供給ユニット１１は、Ｒ・Ｇ・Ｂ３色に対応した３組の機能液供給装置１０を備えている。図２に示すように、各機能液供給装置１０は、機能液の供給源を構成する２つのメインタンク１３, １３を有するタンクユニット１４と、各キャリッジユニット７に対応して設けた１３個（複数）のサブタンク１２と、タンクユニット１４と１３個のサブタンク１２を接続する上流側機能液流路１５と、各サブタンク１２と各機能液滴吐出ヘッド９とを接続する１３組の下流側機能液流路１６と、を備えている。３組の機能液供給装置１０は、それぞれＲ・Ｇ・Ｂ３色に対応した機能液滴吐出ヘッド９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９には対応する色の機能液が供給される。
【００２０】
各メインタンク１３内の機能液は、これに接続している窒素ガス供給設備１７からの圧縮窒素ガスにより加圧され、上流側機能液流路１５を介して１３個のサブタンク１２に選択的に供給される。その際、圧縮エアー供給設備１８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１２は、ガス排気設備１９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１２の機能液は、これに連なる機能液滴吐出ヘッド９の駆動により、所定の水頭圧を維持しながら、下流側機能液流路１６を介して機能液滴吐出ヘッド９に供給される。なお、実施形態のものは、１３個のキャリッジユニット７とこれに対応して１３個のサブタンク１２を搭載しているが、キャリッジユニット７およびサブタンク１２の個数は任意である。
【００２１】
タンクユニット１４は、機能液の供給源となる一対のメインタンク１３, １３と、一対のメインタンク１３, １３の重量をそれぞれ測定する一対の重量測定装置２１, ２１と、一対のメインタンク１３, １３に接続されると共に上流側機能液流路１５に接続され、一対のメインタンク１３, １３の切り替えを行う切替え機構２２と、を備えている。各メインタンク１３は、気体タンク流路２３を介して窒素ガス供給設備１７およびガス排気設備１９に切替え可能に接続されており、機能液を圧送する場合の加圧制御および機能液を逆送する場合の負圧制御（大気開放に相当）可能に構成されている。
【００２２】
各メインタンク１３は、ロードセルで構成した重量測定装置２１に載置され、貯留された機能液が消費されて所定の重量になると、交換を促す警報を発するようになっている。また、各メインタンク１３と上記の切替え機構２２とを接続する各液体タンク流路２５には、気泡検出センサ２６（２つの光センサで構成されている）が設けられており、一方のメインタンク１３が所定の重量になった後、この気泡検出センサ２６が気泡を検出したところで、他方のメインタンク１３に流路切替えする（自動または手動）。
【００２３】
上流側機能液流路１５は、上流側から、上流側をタンクユニット１４に接続した主流路２７と、上流側を主流路２７に接続した１３分岐流路（分岐流路）２４と、上流側を１３分岐流路２４に接続され、下流側を各サブタンク１２に接続した１３本の枝流路２８と、を備えている。タンクユニット１４から供給された機能液は、１３分岐流路２４により１３本に分流して各サブタンク１２に供給される。また、主流路２７には、上流側から気泡除去ユニット２９、第１開閉弁３１、エアー抜きユニット３２、第２開閉弁３３がそれぞれ介設されている。また、各１３分岐流路２４には、各サブタンク１２の近傍に位置して第３開閉弁３４がそれぞれ介設されている。
【００２４】
下流側機能液流路１６は、上流側から、上流側を各サブタンク１２に接続したヘッド側主流路６６と、上流側をヘッド側主流路６６に接続した４分岐流路３５と、上流側を４分岐流路３５に接続した複数の個別流路３６と、により構成されている。これにより、機能液は、各サブタンク１２から４分岐流路３５および個別流路３６を介して、それぞれの機能液滴吐出ヘッド９に供給される。すなわち、上流側機能液流路１５の１３分岐と、下流側機能液流路１６の４分岐により、１３×４個の機能液滴吐出ヘッド９に機能液が供給されている。加えて、機能液供給ユニット１１は、Ｒ・Ｇ・Ｂで３組の機能液供給装置１０を有しているため、１３×１２個の機能液滴吐出ヘッド９に機能液が供給される。更に、ヘッド側主流路６６には、第４開閉弁（ヘッド流路開閉手段）３７および減圧弁３８が介設され、各機能液滴吐出ヘッド９に機能液が安定に供給されるようになっている。
【００２５】
なお、各機能液供給装置１０のタンクユニット１４から１３分岐流路２４までの各構成要素は、チャンバ８の側壁に配設されたタンクキャビネット３９に収納されている。さらに、液滴吐出装置１は、各部に接続され、液滴吐出装置１全体の制御を行う制御部（送液制御手段および液位制御手段を含む）を備えている。
【００２６】
図３に示すように、サブタンク１２は、機能液を貯留するサブタンク本体４０と、サブタンク本体４０の天板４５ａに吊設された浸漬部材４１と、サブタンク本体４０の側方に配設された液柱パイプ４２と、サブタンク本体４０の底部に形成された機能液の流入経路４７および流出経路４８と、で構成されている。また、サブタンク１２には、上側部に通気用チューブ４６が接続されている。
【００２７】
サブタンク本体４０は、ステンレス等の金属材料によって形成され、底板４５ｂ、正面板（図示省略）、背面板（図示省略）および両側板４５ｃ，４５ｄにより薄型直方体形状に形成された本体タンク部４５と、本体タンク部４５の上開口部を覆うように形成された天板４５ａとで構成されている。この場合、天板４５ａは、本体タンク部４５の蓋体を兼ねており、本体タンク部４５に対しシール状態で着脱自在に取付けられている。
【００２８】
サブタンク１２の上側部には、長尺の通気用チューブ４６が連通しており、通気用チューブ４６は、窒素ガス供給設備１７およびガス排気設備１９に接続されている。通気用チューブ４６の大気開放端側には、２分岐継手４９を介して、一方には大気開放を行うためのガス排気設備１９が接続され、他方には窒素ガス供給設備１７が接続されている（図２参照）。すなわち、本体タンク部４５の内部は、メインタンク１３からの送液の際および機能液滴吐出ヘッド９への機能液供給の際には、大気開放可能に構成され、メインタンク１３への逆送（液抜き）の際には、窒素ガス供給設備１７により加圧制御可能に構成されている。なお、サブタンク本体４０の気体空間（上部空間）は、窒素ガスで満たされている。
【００２９】
このようにサブタンク１２が長尺の通気用チューブ４６を介して大気開放されることにより、機能液の脈動が伝搬して、サブタンク本体４０の気体空間（上部空間）が圧力変動したとしても、長尺の通気用チューブ４６の圧力損失により、この圧力変動がサブタンク本体４０の外部に逃げてしまうことがない。このため、大気開放の機能を損なうことなく、脈動による圧力変動を気体空間により効率よく吸収することができ、機能液の脈動を抑えることができる。また、気体空間を機能液の飽和気体で満たしておくことができるため、機能液の変質を防止することができる。
【００３０】
サブタンク１２の下方には、枝流路２８が接続される流入ジョイント５１、およびヘッド側主流路６６が接続される流出ジョイント５２が設けられている。そして、流入ジョイント５１と本体タンク部４５の底部との間の流入経路４７は、「Ｌ」字状に屈曲形成され、本体タンク部４５内に上向きに連通している。同様に、流出ジョイント５２と本体タンク部４５の底部との間の流出経路４８は、「Ｌ」字状に屈曲形成され、サブタンク１２内に上向きに連通している。したがって、機能液は、サブタンク１２の下方から流入し、下方から流出するように構成されている。これにより、サブタンク１２内の機能液が攪拌されつつ流れ、機能液の凝集を抑えることができる。
【００３１】
液位検出機構４３は、液柱パイプ４２に臨んでおり、上限となる機能液の液位を検出する上限検出センサ５３と、上下中間位置に配設され、補給時の機能液の液位を検出する液位検出センサ５０と、下限となる機能液の液位を検出する下限検出センサ５４と、を備えている。上限検出センサ５３は、サブタンク１２のオーバーフローを防止すべく設けられており、上限検出センサ５３が上限液位を検出した場合には、メインタンク１３からの送液を停止させる。一方、下限検出センサ５４は、サブタンク本体４０が空になるのを防止すべく設けられており、下限検出センサ５４が下限液位を検出した場合には、現時点のワークの描画が終了したところで液滴吐出装置１を停止させる。
【００３２】
液位検出センサ５０は、機能液滴吐出ヘッド９の理想の水頭値を考慮した液位を検出するものであり、液位検出センサ５０により機能液の液位が検出されると、後述する制御部（図示省略）との協働により、満液もしくは減液と判断される。すなわち、液位検出センサ５０より上に液位がある状態から、吐出動作により機能液が減り、液位検出センサ５０により液位が検出されると減液と判断される。また、液位検出センサ５０より下に液位がある状態から、補給動作により機能液が増え、液位検出センサ５０により液位が検出された後、一定時間経過すると満液と判断される。そして、補給動作は、上記の第３開閉弁３４を開弁することにより実施される。
【００３３】
このように液位検出センサ５０および制御部により、サブタンク１２内の機能液の液位が上下中間部位置に制御されている。機能液の液位を本体タンク部４５の上下中間部位置に制御することにより、サブタンク１２は、その略上半部に十分な気体容量を有することとなる。この本体タンク部４５の略半分の容量を有した気体空間により、下流側で発生した機能液の脈動が吸収される。すなわち、気体空間が、いわゆるエアーダンパーとなり機能液の脈動を吸収することができる。これにより、サブタンク１２の上流側、特に機能液滴吐出ヘッド９に脈動が伝わることを抑えることができ、機能液滴吐出ヘッド９の吐出不良を抑えることができる。
【００３４】
次に、本実施形態の特徴部分である、サブタンク１２における浸漬部材４１について説明する。
図４に示すように、浸漬部材４１は、耐薬品性の金属材料（ステンレス）等から成る薄型長方形の複数枚の平板５５と、複数枚の平板５５を支持する心棒５６とで構成されており、サブタンク本体４０の天板４５ａに吊設されている。各平板５５は、例えば、スペーサ（図示省略）等を用いて、毛細管現象を起こす程度の一定の微小間隙を相互に設けて上下方向に平行に積層され、積層された複数枚の平板５５の中心部には、天板４５ａに吊設した心棒５６が貫設されている。より具体的には、浸漬部材４１は、下端部をフランジ状に形成され上端部を天板４５ａにねじ止め等により固定される心棒５６と、この心棒５６に交互に重ねるように嵌合した複数枚の平板５５および複数個のリング状スペーサと、により構成されている。すなわち、最上部のリング状スペーサを除く各リング状スペーサにより、上記の微小間隙を構成するようにしている。
【００３５】
そして、この複数枚の平板５５および心棒５６は、サブタンク本体４０内における機能液面の増減幅を網羅するように、本体タンク部４５の略上限検出センサ５３の位置から略下限検出センサ５４の位置に亘るように固定的に浸漬されている。また、上面視した各平板５５の外周面とサブタンク本体４０の内周面とが微小間隙を有する程度に略相似形を為している。さらに、各平板５５には、上部空間の気体が流通可能な気体通気口（小穴）５８が設けられている。
【００３６】
このように構成された浸漬部材４１は、本体タンク部４５に対する天板４５ａの着脱に伴って、浸漬部材４１の取付けおよび取外しを行うことができ、浸漬部材４１のメンテナンス等を容易に行うことができる。また、本体タンク部４５に固定的に浸漬された浸漬部材４１と本体タンク部４５の内周面との間隙が小さいことにより、機能液の波立ちが発生する領域が極めて狭くなるため、液面揺れや波立ちを極力抑えられ、水頭値変動を防止することができ、機能液滴吐出ヘッド９の吐出量が安定する。
【００３７】
さらに、図４に示すように、サブタンク１２内において、機能液の液面が平板５５間にある場合、毛細管現象により機能液が平板５５間に隙間無く入り込むため、機能液と平板５５間の気体とが接触しない。また、機能液の液面が下降する場合には、各平板５５に設けられた気体通気口５８から気体が入ることで、毛細管現象が開放され、その瞬間に下側の平板５５下部に機能液が流下する。このため、平板５５間の微小間隙の気体と液面とが接触している時間を極端に短くすることができる。同様に、機能液の液面が上昇に伴って毛細管現象によって平板５５間に機能液が入り込む際にも、気体通気口５８は気体の通気口として機能する。このような浸漬部材４１の構造によって、液面が上下する際にも、機能液と気体との接触を最小限に抑えることができる。
【００３８】
以上のように本実施形態によれば、浸漬部材４１が本体タンク部４５内に固定的に浸漬することにより、キャリッジユニット７移動時の液面揺れに伴う揺れを防止し、且つ、浸漬部材４１の外周面と本体タンク部４５の内周面とが微小間隙を有することにより、機能液への気体の接触面積を小さくし、機能液への気体の溶け込みを抑えることから、機能液滴吐出ヘッド９の不良吐出を抑えることができる。しかも、浸漬部材４１は、間隙を存して複数枚の平板５５を積層する構造であるため、極めて安価なものとすることができる。
【符号の説明】
【００３９】
９…機能液滴吐出ヘッド  １２…サブタンク  １３…メインタンク  ４０…サブタンク本体  ４１…浸漬部材  ４５…本体タンク部  ４５ａ…天板（蓋体）  ５５…平板  ５８…気体通気口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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