(57)【要約】      （修正有）【課題】優れた内圧調整機能および吐出性能の両立が可能な吐出材吐出装置を提供する。【解決手段】吐出材吐出装置１００は、吐出材を吐出する吐出ヘッド１４と、吐出材を充填し、吐出ヘッド１４と連通する第１収容空間５と作動液を充填する第２収容空間６とに分離された収容容器１３と、第２収容空間６と連通し、第２収容空間６の内圧を制御する圧力制御手段と、を備える。収容容器１３の第１収容空間５と、第２収容空間６とは、第１収容空間５または第２収容空間６から受ける圧力を緩衝することが可能な可撓性隔壁によって分離されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出材を吐出する吐出ヘッドと、
吐出材を充填し前記吐出ヘッドと連通する第１収容空間と、作動液を充填する第２収容空間と、に分離された収容容器と、
前記第２収容空間と連通し、前記第２収容空間の内圧を制御する圧力制御手段と、
を備える吐出材吐出装置であって、
前記第１収容空間と前記第２収容空間とは、前記第１収容空間または前記第２収容空間から受ける圧力を緩衝することが可能な可撓性隔壁によって分離されていることを特徴とする吐出材吐出装置。
【請求項２】
前記可撓性隔壁は、第１フィルムと、第２フィルムと、前記第１フィルムと前記第２フィルムとの間に介在して気体を含有する膜間空間と、を含んで構成され、前記膜間空間の少なくとも一部は密閉空間である請求項１に記載の吐出材吐出装置。
【請求項３】
前記可撓性隔壁は、第１フィルムと、第２フィルムと、前記第１フィルムと前記第２フィルムとの間に介在して気体を含有する膜間空間と、前記膜間空間に配置された弾性部材と、を含んで構成される請求項１または２に記載の吐出材吐出装置。
【請求項４】
前記膜間空間は外気に開放された開放空間および密閉空間の少なくとも一方を含み、前記弾性部材は前記開放空間および前記密閉空間の少なくとも一方に配置されている請求項３に記載の吐出材吐出装置。
【請求項５】
前記膜間空間の内圧は第１収容空間および第２収容空間の内圧より高い請求項２から４のいずれか一項に記載の吐出材吐出装置。
【請求項６】
前記膜間空間の内圧は大気圧と等しい請求項２から５のいずれか一項に記載の吐出材吐出装置。
【請求項７】
前記第１フィルムと前記第２フィルムとは、互いに関して連動可能に部分的に接合されている請求項２から６のいずれか一項に記載の吐出材吐出装置。
【請求項８】
前記圧力制御手段は、前記圧力制御手段と前記第２収容空間との間の前記作動液の移動によって前記第２収容空間の内圧を制御する請求項１から７のいずれか一項に記載の吐出材吐出装置。
【請求項９】
前記圧力制御手段は、前記第２収容空間の内圧を大気圧よりも低い圧力に制御する請求項１から８のいずれか一項に記載の吐出材吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体または液状の吐出材を吐出する吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体または液状の吐出材を収容する収容容器に収容された吐出材を吐出ヘッドの吐出口から媒体上に吐出する吐出装置が知られている。特許文献１には、収容容器の内部を可撓性部材によって２つの収容部に分け、一方の収容部に吐出材を収容し、他方の収容部に他の液体を収容し、他方の収容部内の圧力を調整することによって双方の内圧を等しい圧力に調整する構成が記載されている。
【０００３】
また、吐出装置に使用される吐出ヘッドとして、複数の吐出口と、各吐出口にそれぞれ連通する複数の圧力室と、各圧力室内で吐出用エネルギを発生させるアクチュエータと、各圧力室に共通に連通する共通液室と、を備える構成が一般に用いられている。共通液室から各圧力室に吐出材が供給され、各圧力室に対応するアクチュエータが駆動されることで、各圧力室内で吐出用エネルギが発生し、各圧力室に連通する各吐出口から吐出材の液滴が吐出される。液滴が吐出される際、個別の圧力室内で生じた圧力変動は、共通液室に伝播する。この圧力変動が、隣接する圧力室までさらに伝播し、圧力室内で圧力変動の相互干渉が生じると、吐出口からの吐出材の漏出または意図しない吐出が生じるなどの不安定な吐出状態が誘発されて、吐出性能が低下し得る。特許文献２は、このような問題を解決すべく、共通液室に大気圧よりも高圧の空気が充填されたダンパを配置し、圧力室から伝播してきた圧力波をダンパが受け、ダンパが変形することによって圧力波を減衰させる構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−０９２５４９号公報
【特許文献２】特開２００７−１１８３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで近年では、基板上のショットと呼ばれる領域に樹脂を付与し、付与した樹脂に対して、パターンが刻まれたモールドを押し付けることによって基板上に樹脂のパターンを形成する、インプリント技術とも呼ばれる微細加工技術が注目を集めている。インプリント技術を用いて半導体デバイスを作成する場合、モールドのパターンが微細であるため、付与位置がずれるとショット内に付与した樹脂に厚みムラが出来てしまい、モールドに対する樹脂の充填性が低下し、樹脂のパターンの精度が低下する可能性がある。そのため、基板に対する樹脂の付与位置に高い精度が求められる。
【０００６】
特許文献１の吐出装置において、吐出材の吐出動作に伴う圧力変動の相互干渉を抑制しようとする場合、例えば、収容容器の内部を分ける可撓性部材に、衝撃を弱めたり振動が伝わるのを抑制したりするダンパの機能を持たせる構成とすることが考えられる。しかしながら、可撓性部材にダンパの機能を持たせた場合、可撓性部材によって分けられた２つの収容部間で内圧変化が速やかに伝達されず、双方の内圧を等しい圧力に調整するのに時間が掛かることとなる。収容部間での内圧変化のスムーズな伝達のためには、可撓性部材を薄くするなどして剛性を小さくすることが有効であり得るが、その反面、可撓性部材の剛性が小さい場合は高いダンパ効果が得られにくくなる。
【０００７】
よって本発明は、可撓性部材によって互いに分離された吐出材収容容器内の２つの収容部の内圧を遅れなく調整する機能を有しつつ、吐出材が吐出される際の圧力変動に起因する吐出性能の低下が抑制された、吐出材吐出装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そのための本発明の吐出材吐出装置は、吐出材を吐出する吐出ヘッドと、吐出材を充填し前記吐出ヘッドと連通する第１収容空間と作動液を充填する第２収容空間とに分離された収容容器と、前記第２収容空間と連通し前記第２収容空間の内圧を制御する圧力制御手段と、を備える吐出材吐出装置であって、前記第１収容空間と前記第２収容空間とは、前記第１収容空間または前記第２収容空間から受ける圧力を緩衝することが可能な可撓性隔壁によって分離されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、可撓性部材によって互いに分離された吐出材収容容器内の２つの収容部の内圧を遅れなく調整する機能を有しつつ、吐出材が吐出される際の圧力変動に起因する吐出性能の低下が抑制された、吐出材吐出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態の吐出装置の構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態の吐出装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す吐出装置の吐出ヘッド近傍の構成を示す図である。
【図４】第２の実施形態の吐出装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の好ましい実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１２】
＜第１の実施形態＞
（吐出材吐出装置の構成）
図１は、本発明による第１の実施形態の吐出材吐出装置の構成を示す概略図である。本実施形態の吐出材吐出装置は、インクのような液体を１ｐＬ（ピコリットル）程度またはそれ以下の液量で吐出可能なインクジェット方式のプリント装置に適用可能な吐出材吐出装置である。吐出材吐出装置を、以下、単に吐出装置ともいう。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態の吐出装置は、大気連通し作動液３５を貯留するメインタンク３４と、大気連通しメインタンク３４と連通可能なサブタンク２６と、サブタンク２６と連通する吐出材収容ユニット１００と、を備える。
【００１４】
吐出材収容ユニット１００は、吐出材を収容する吐出材収容容器（以下、単に収容容器ともいう）１３と、収容容器１３に装着された吐出ヘッド１４と、を含む。なお、収容容器１３と吐出ヘッド１４とは、別体として構成されていてもよく、一体的に構成されていてもよい。収容容器１３はカートリッジ式であってもよい。吐出ヘッド１４は、吐出ヘッドの外面（吐出面）に開口する吐出口１５から吐出材を吐出可能となっている。本例の吐出口１５は、吐出ヘッド１４の吐出面において１インチ当たり５００から１０００個の密度で配設されている。
【００１５】
図１に示すように、吐出ヘッド１４の吐出面に対向するように、ベースプレート６３に搭載された搬送部６２が配置されている。搬送部６２は、不図示の吸着手段によって吐出対象物である媒体６１を吸着して保持しつつ、ベースプレート６３上を移動して、吐出ヘッド１４に対する媒体６１の位置を相対移動させることができる。収容容器１３内に収容されている吐出材は、吐出ヘッド１４の吐出口１５から、搬送部６２に吸着されつつ吐出口１５に対向する位置に搬送された媒体６１の吐出材付与領域に対して吐出される。これによって、所望の吐出材パターン（例えば、記録画像）が形成される。
【００１６】
（吐出材）
吐出材は、収容容器１３内においておよび吐出ヘッド１４から吐出される際に、固体とは異なり定まった形を有さず流動性を示すが体積変化が気体のようには大きくない物質であり、液体または液状の物質である。吐出材は、ペースト状物質、高分子材料等の物質であってもよい。本実施形態の吐出材として、インクを用いることができる。インクの非限定的な例としては、画像記録用のインク、電子回路製造用の導電性インク、ＵＶ硬化性インク等の多様なインクが挙げられる。導電性インクの例としては、金属粒子を含有するインク、特には、数〜数十ナノメートルの粒径の金属ナノ粒子が液中分散した金属ナノインク、例えば、銀ナノインクが挙げられる。半導体デバイス等の製造プロセスにおいて、基板上のインプリント材に対してパターンが形成されたモールドを接触させ、インプリント材にモールドの形状を転写してパターンを形成する、いわゆるインプリント技術がある。インプリント材としては光硬化型樹脂や熱硬化型樹脂等のレジストが用いられる。吐出材の別の例として、このようなインプリント材も挙げられる。
【００１７】
（作動液）
作動液は、気体に比べて、外的な温度および圧力による密度（体積）の変化が無視できるほど小さい、非圧縮性を有する物質である。そのため、吐出装置の周辺の気温または気圧が変化しても、作動液の体積はほとんど変化しない。作動液として、例えば、水のような液体、およびゲル状物質から選択される物質を用いることができる。通常、吐出材の密度と作動液の密度との差は、吐出材の密度と気体の密度との差に比べて小さくなる。
【００１８】
例えば、本発明に係る吐出装置をプリント装置のインク吐出装置として使用する場合、吐出材には当然のことながらインクが用いられるが、作動液としては高価なインクを使用する必要はなく、インクと比重の近い水を使用することができる。より具体的には、水の腐敗や雑菌の繁殖を防止する目的で防腐作用のある添加剤を添加した水を作動液として使用することができる。
【００１９】
（制御系）
図２を参照して、本実施形態に係る制御系を説明する。図２は、本実施形態における制御系の構成を示すブロック図である。ＣＰＵ２０２は、ＲＯＭ２０４に記憶された制御プログラムに従って搬送駆動部２１０および吐出駆動部２０８の制御を行う。ＣＰＵ２０２には、ホスト装置２２０から入カインターフェイス２１６を介して吐出データ（記録データ）等の情報が入力される。入力された情報は、ＲＡＭ２０６に書き込まれる。
【００２０】
ＣＰＵ２０２は、後述するように、サブタンク２６に設けられた液面センサ４１の検知結果に基づいて、液量調整駆動部２１２を介して制御弁３１およびポンプ３２を駆動する。ＣＰＵ２０２は、また、搬送駆動部２１０を介して搬送部６２を駆動し、吐出駆動部２０８を介して吐出ヘッド１４を駆動し、循環駆動部２１４を介して制御弁２１およびポンプ２２を駆動する。
【００２１】
図３は、吐出口１５近傍の拡大図である。吐出ヘッド１４において、吐出口１５のそれぞれに対応して設けられた圧力室１９内には、アクチュエータ（不図示）が実装されている。アクチュエータは、吐出材を微細液滴、例えば１ｐＬなどの液滴として吐出可能なエネルギを発生することができるものであればよく、具体例として、ピエゾ素子（圧電素子）、発熱抵抗体素子等を挙げることができる。ピエゾ素子を用いる場合は、発熱抵抗体素子を用いる場合と比べて温度変化（昇温）による吐出特性への影響が小さいため、高温下での使用が可能となる。そのため、粘性の高い樹脂など幅広い種類の吐出材を用いることができる。また、発熱抵抗体素子を用いる場合は、一般的に製造コストが相対的に廉価であり得る。本例のアクチュエータはピエゾ素子であり、ピエゾ素子の駆動を制御することで圧力室１９内の容積を変化させ、吐出口内の吐出材を外部に吐出させる。ピエゾ素子は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ：微小電気機械システム）技術を用いて実装されていてもよい。
【００２２】
図３に示すように、吐出ヘッド１４において、各圧力室１９は共通液室２０と連通している。また、共通液室２０は、収容容器１３の第１収容空間５と連通している。吐出口１５から吐出されるべき吐出材は、第１収容空間５から共通液室２０を経て圧力室１９に供給される。吐出ヘッド１４は、第１収容空間５との間に制御弁を持たない。そのため、第１収容空間５の内圧は、吐出ヘッド１４の吐出口１５の外部の大気圧（外気圧）よりも若干負圧であるように制御される。この負圧制御により、吐出口１５内の吐出材は外気との界面でメニスカス１７を形成し、意図しないタイミングでの吐出口からの吐出材の漏出（滴下）が防止される。本例では、第１収容空間５の内圧は外気圧よりも０．４０±０．０４ｋＰａだけ負圧になるように制御されている。
【００２３】
図１に示すように、収容容器１３は筐体１１と筐体１２とにより外郭および内容積が画定されている。筐体１１と筐体１２との間には、可撓性部材（可撓性隔壁）が配置されている。可撓性部材は、可撓性のあるフィルム（第１フィルム）１と可撓性のあるフィルム（第２フィルム）２とを層構成に含む多層構造を有する。第１フィルム１および第２フィルム２は、それぞれ１０〜１００マイクロメートルの厚さの薄膜であり、結合部３によって互いに対して連動可能に固定されている。結合部３は、本実施形態ではフィルムの溶着によって形成されているが、接着剤などの手段により形成されていてもよい。結合部３は、第１フィルム１と第２フィルム２との接合面において部分的に設けられている。結合部３の形状は、例えば、点状、線状等の任意の形状であってもよく、複数の結合部３は互いに異なる形状であってもよい。第１フィルム１および第２フィルム２は、接合面において互いに関して固定されていない非固定領域を有する。
【００２４】
筐体１１は、筐体１２に対向する側に開口する第１開口部と、吐出ヘッド１４に対向する側に開口する第２開口部と、を有する。第１開口部は第１フィルム１によって全面が覆われて密封されており、筐体１１の内面と第１フィルム１との間には第１収容空間５が形成されている。第２開口部は吐出ヘッド１４の共通液室２０と連通しており、これにより、第１収容空間５は吐出ヘッド１４を介して外部空間と連通している。第１収容空間５は吐出材によって満たされており、吐出材と外気との界面は、吐出口１５内に位置付けられている。
【００２５】
筐体１２は、筐体１１に対向する側に開口する開口部を有する。この開口部は第２フィルム２によって全面が覆われて密封されており、筐体１２の内面と第２フィルム２との間には第２収容空間６が形成されている。第２収容空間６は、作動液３５で満たされており、また、作動液３５を貯留する液体収容部であるサブタンク２６の内部と、管２４を介して連通していると共に、制御弁２１およびポンプ２２を途中に備える管２３を介して連通可能となっている。
【００２６】
作動液３５は第２収容空間内において液状充填剤として機能する。第１フィルム１および第２フィルムは、それぞれ、第１収容空間と第２収容空間との間において隔壁として機能する。
【００２７】
（フィルム）
第１フィルム１および第２フィルム２の材質としては、接液性等の観点から、吐出材および作動液に対して耐性のある材質であればよい。例えば、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキル ビニルエーテル共重合体）、ＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のようなフッ素樹脂を用いることができる。また、例えば、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＶＡＬ（ポリビニルアルコール）、ＰＶＤＣ（ポリ塩化ビニリデン）、ナイロン等のポリアミド合成樹脂が挙げられる。第１フィルム１および第２フィルム２は、同一の材料（材質、厚さ）であってもよく、異なる材料であってもよい。例えば、第１フィルム１には吐出材に対して耐性のあるＰＴＦＥのような材質を用い、第２フィルム２には作動液に対して耐性があるナイロン系の材質を用いることができる。
【００２８】
以上の構成によると、第１収容空間５と第２収容空間６との間で内圧に差が生じると、それぞれ可撓性を有する第１フィルム１および第２フィルム２は一体となって内圧の低い側へと移動し、内圧差が無くなった時点で移動を停止する動きを繰り返す。そのため、第１収容空間５および第２収容空間６の内圧を相互に等しい状態に保つことができる。第１フィルムおよび第２フィルムの少なくとも一方に柔らかい材質または薄い厚さを用いて可撓性部材全体としての剛性を下げ、第１フィルムおよび第２フィルムの一体的な移動がスムーズに行われるようにしてもよい。
【００２９】
より具体的に説明する。吐出ヘッド１４から吐出材が吐出されると、吐出された吐出材の分だけ第１収容空間５内の吐出材の容積が減ることとなり、その分だけ第１収容空間５の内圧が下がる。このとき、第２収容空間６内の作動液の容積は変わっていないので、相対的に、第２収容空間６の内圧が第１収容空間５の内圧よりも高くなる。第１フィルム１および第２フィルム２は可撓性を有し、かつ結合部３によって連動可能に結合されている。そのため、収容容器１３内において、第１フィルム１および第２フィルム２は一体となって、吐出された吐出材の体積分だけ第１収容空間５側へ移動する。それと同時に、サブタンク２６から管２４を介して作動液３５が第２収容空間６内に吸い上げられる。これにより、第１収容空間５および第２収容空間６の内圧は、再び等しくなって平衡状態となる。
【００３０】
図１に示すように、サブタンク２６は管２５によって外部空間と連通しているので、サブタンク内の圧力は大気圧と等しい。サブタンク２６内には作動液３５が貯留されている。サブタンク２６内の作動液３５は、管２４および第２収容空間６を連続的に満たす作動液３５と連続しており、且つ、鉛直方向における液面位置（以下、液面高さともいう）が吐出ヘッド１４の吐出口１５よりも低くなるように調整されている。
【００３１】
サブタンク２６内の作動液３５の液面位置と吐出口１５が開口する吐出面の位置との高さの差（鉛直方向における距離）をΔＨとする。本実施形態の吐出装置では、吐出ヘッド１４内の吐出材が吐出口１５内でメニスカス１７を形成する状態（図３に示す状態）を維持させようとしている。つまり、吐出材が吐出口から外部に漏出または滴下したり、メニスカスが過度に奥部（例えば、共通液室近傍）に引込んだりすることがないようにしようとしている。そのために、第１収容空間５の内圧を外気圧に対して０．４０±０．０４ｋＰａだけ低い値に制御したいので、高さの差ΔＨを４１±４ｍｍとなるように調整している。
【００３２】
なお、本実施形態は、上述のように、１ｐＬ（ピコリットル）程度またはそれ以下の液量の吐出が可能なプリント装置に適用可能な吐出材吐出装置である。本例において、吐出材は画像記録用のインクであり、吐出口１５の直径は直径１０μｍ（ミクロン）程度である。また、本例において、吐出材および作動液はそれぞれ水とほぼ等しい密度を有するものとする。このような条件の下、本実施形態では、吐出口１５内で吐出材のメニスカス１７が成立するための、サブタンク２６内の作動液３５の液面位置と吐出口１５が開口する吐出面の位置との高さの差ΔＨの値を、上述した４１ｍｍ±４ｍｍの範囲に設定している。これに対し、例えば解像度の粗いプリント装置であれば吐出口１５の直径は数十μｍであり、また、樹脂等を吐出材として用いる３Ｄプリンタにおける吐出口の直径は数百μｍである。このように、吐出装置の適用機種によっては吐出口１５の直径が異なり、また吐出材の物性（例えば、密度、粘性等）も異なるので、重力、毛管力、表面張力等の影響により、吐出装置の適用対象によって高さの差ΔＨの数値は変更され得る。
【００３３】
基準となる液面高さ（本実施形態においては吐出口１５より４１ｍｍだけ低い高さ）に対して、サブタンク内の作動液の液面高さが所定の範囲（本実施形態においては基準となる液面高さ±４ｍｍの範囲）から外れると、補正動作が作動する。補正動作とは、メインタンク３４とサブタンク２６との間における作動液の遣り取り（移動）によってサブタンク２６内の作動液の液面高さを所定の範囲に収める「液面調整」の動作をいう。
【００３４】
サブタンク２６には、液面センサ４１が設置されている。本実施形態に適用可能な液面センサ４１は、サブタンク２６内の作動液の液面高さおよびその変化（変位）を検出することのできるセンサである。
【００３５】
メインタンク３４とサブタンク２６とは、制御弁３１およびポンプ３２を途中に備える管３３を介して連通可能となっている。制御弁３１およびポンプ３２を駆動して、液面高さを所望の範囲内に制御する（液面調整を行う）。具体的には、液面センサ４１がサブタンク２６内の作動液３５の液面高さが所定の範囲の下限を切ったことを検知した場合には、制御弁３１を開放させ、ポンプ３２を駆動させて、メインタンク３４からサブタンク２６に向けて作動液を供給する。液面センサ４１がサブタンク２６内の作動液３５の液面高さが所定の範囲の上限を超えたことを検知した場合には、制御弁３１を開放させ、ポンプ３２を駆動させて、サブタンク２６からメインタンク３４に向けて作動液を戻す。また、液面センサ４１がサブタンク２６内の作動液３５の液面高さが所定の範囲内であることを検知した場合には、ポンプ３２の駆動を停止して、制御弁３１を閉鎖する。これにより、サブタンク２６内の液面高さは所定の範囲内に維持される。
【００３６】
（循環系）
第２収容空間６とサブタンク２６とは、上述の通り、管２４を介して連通しているのに加え、制御弁２１およびポンプ２２を途中に備える管２３を介して連通可能となっている。収容容器１３を吐出装置に関して一度取り外して再度取り付けた場合、管２４に泡が入る可能性がある。その場合には、制御弁２１を開いてポンプ２２を作動させ、作動液３５を、管２４、第２収容空間６および管２３を通して循環させてサブタンク２６に送ることによって、管２４内の泡を取り除くことができる。ポンプ２２を使用しないときには制御弁２１を閉じておく。ポンプ２２を使用するときは制御弁２１を開く。
【００３７】
（ポンプ）
ポンプ２２およびポンプ３２の例として、シリンジポンプ、チューブポンプ、ダイアフラムポンプ、ギアポンプ等が挙げられる。ただし、ポンプ２２およびポンプ３２は送液手段の機能を有していればよいため、ポンプに限定されるわけではなく、吐出材吐出装置に適した送液手段を選定することが可能である。
【００３８】
先に説明したように、図１に示す吐出装置では、収容容器１３の内部空間は、隔壁として機能する２枚のフィルムを含む可撓性部材によって、第１収容空間５と第２収容空間６とに分離されている。もし第１フィルム１と第２フィルム２とがそれぞれ独立して変形および移動することが可能であるならば、サブタンク２６内における液面高さを調整しても、それによって吐出ヘッド１４内の圧力を上述のように制御することはできない。しかしながら、本発明の実施形態においては、第１フィルム１と第２フィルム２とが連動して一体的に変形し移動することが可能であるため、吐出ヘッド１４内の圧力を制御することができる。以下に具体的に説明する。
【００３９】
第１フィルム１と第２フィルム２とがそれぞれ独立して変形および移動する構成において、サブタンク２６内における作動液の液面位置（液面高さ）を吐出口１５が開口する吐出面の位置よりも低い高さに調整しようとする場合について説明する。第２収容空間６内の作動液は重力によってサブタンク２６内に移動しようとする。第２フィルム２は、第１フィルム１とは無関係に移動可能であるので、第２収容空間６内の作動液３５がサブタンク２６に移動していくのに伴い、図中のＸ方向に移動を続ける。高さの差ΔＨが小さくなり所定値未満になると、サブタンク２６の液面調整機能が作動し、作動液３５は、ポンプ３２によって、サブタンク２６からメインタンク３４にさらに送られる。あるいはまた、系内の作動液３５は、サブタンク２６の吸気口としても機能する大気連通した管２５から外部に溢れ出る。いずれの場合にも、最終的には第２収容空間６から流出可能な作動液が無くなって、第２フィルム２は筐体１２の内壁面に張りついた状態に至ることとなる。このとき、第２フィルム２が移動しても第１フィルム１は移動しないので、第１収容空間５の内圧は、サブタンク２６内の作動液の液面高さに連動して変化することはない。
【００４０】
このように、第１フィルム１と第２フィルム２とが連動しない構成の場合は、作動液３５の液面位置の調整によって吐出ヘッド１４内の圧力を制御することができない。
【００４１】
これに対し、本発明の実施形態では、第１フィルム１および第２フィルム２は、接合面に分布する結合部３によって複数箇所で連結されているため、第１フィルム１および第２フィルム２は連動して同時に同方向に移動する。
【００４２】
ここで、第１収容空間５は、吐出ヘッドの吐出口１５を介して外気と連通している。吐出口内の吐出材と外気との界面において、吐出材にはその高さでの大気圧、吐出材の重力、および吐出口の内壁による流抵抗および表面張力等の力が働く。力の釣り合いの関係から、吐出材は吐出口から外部に流れ出ようとし、第１フィルム１を図中のＸ方向とは反対の−Ｘ方向に移動させようとする。
【００４３】
本実施形態の構成によれば、第２フィルム２を図中のＸ方向に移動させようとする力と第１フィルム１をその反対方向である−Ｘ方向に移動させようとする力とのバランスにより、第１収容空間５および第２収容空間６の内圧が等しい状態が維持される。そのため、高さの差ΔＨを所定の範囲に保つことによって、吐出口１５内にメニスカス１７が形成される負圧で、第１収容空間５および第２収容空間６の内圧が釣り合った状態となる。したがって、サブタンク２６内の作動液３５の液面位置の調整によって吐出ヘッド１４内の圧力制御を行うことができる。
【００４４】
（圧力変動の相互干渉の抑制）
図３を用いて、吐出材の液滴を吐出する際の圧力変動の相互干渉の抑制に関して述べる。上述のように、吐出材の液滴を吐出する吐出ヘッド１４は、圧力室１９および吐出口１５を複数有している。液滴を吐出する際には、各圧力室１９に配置される不図示のピエゾ素子に電圧を加えることで圧力室１９に圧力変動を発生させ、吐出口から液滴を吐出する。圧力室１９で発生した圧力変動のエネルギの一部は液滴を吐出するために使用されるが、圧力変動の残りのエネルギは圧力波として吐出口１５とは反対向きに進み、第１収容空間５内に進む。第１収容空間５内で圧力波は壁面で反射しながら複雑に移動し、そのうちの一部は吐出した圧力室１９とは別の圧力室１９内に侵入する。圧力波が侵入してきた時にその圧力室から液滴を吐出しようとすると、圧力室内に所望の圧力変動が得られず、吐出性能が低下する。そのため、第１収容空間５に入った圧力波の伝播による圧力変動を抑制して、圧力変動の相互干渉を抑制することが求められる。
【００４５】
ここで、圧力変動の相互干渉を抑制するために特許文献２に示されるようにダンパを設ける場合、第１収容空間５内における圧力変動を抑えるようにダンパを配置することが考えられる。例えば、第１収容空間５を形成する部材のうち可撓性部材に、受ける圧力を緩衝して圧力変動を吸収するダンパ機能をもたせることが考えられる。第１収容空間５を形成する可撓性部材は第１フィルム１および第２フィルム２を含むので、第１フィルム１および第２フィルム２に圧力変動を吸収させることが考えられる。
【００４６】
これに対し、第１フィルム１および第２フィルム２は、第１収容空間５内の吐出材の減少につれて第１収容空間５側にスムーズに移動できるように、厚さが１０〜１００マイクロメートルであり、剛性が小さい。そのため、第１フィルム１および第２フィルム２は、圧力波を受けたときに変形しやすく、圧力変動を吸収しきれずに逃がしてしまう可能性がある。したがって、フィルムの物性に頼るだけでは共通液室に伝播した圧力変動を抑制する効果が小さい場合がある。
【００４７】
そこで、本実施形態においては、図１に示すように、第１フィルム１と第２フィルム２との間の空間（以下、膜間空間ともいう）４を密閉するための封止部材１０１を配置する。そして、膜間空間４に気体を封入して密閉空間とし、その内圧を第１収容空間５および第２収容空間６の内圧よりも高い状態にして、ダンパ部１０３とする。つまり、本実施形態によるダンパ部１０３は、第１フィルムと、第２フィルムと、第１フィルムと第２フィルムとの間に介在する密閉空間内に含有される気体と、を含んで構成される。気体としては空気を用いることができ、安定性が高く扱いやすい気体であれば気体の種類は特に限定されない。第１収容空間５および第２収容空間６の内圧は、上述のとおり、大気圧よりも低い負圧に制御される。そのため、膜間空間４の内圧は、その負圧以上の圧力であればよく、例えば大気圧と等しい圧力としてもよく、大気圧よりも高い圧力としてもよい。
【００４８】
膜間空間４は、周囲よりも圧力が高くなるように、且つ変形しやすいフィルムで形成されているため、図１に示すように、結合部３では閉じそれ以外の部分では第１収容空間５および第２収容空間６それぞれの側に向かって凸となるように膨んだ形状となる。
【００４９】
本実施形態における結合部３は、２枚のフィルムを単純に溶着したものである。そのため、ダンパ部１０３は、フィルム２枚分の剛性と同程度の剛性を有し、容易に変形することができ、第１収容空間と第２収容空間との間で圧力変化をスムーズに伝えることができる。また、結合部３が接着剤等の手段で形成される場合には、接着剤の種類、量、結合部３の数、配置等を適切に設定することにより、同様に、ダンパ部１０３は容易に変形することができ、第１収容空間と第２収容空間との間で圧力変化をスムーズに伝えることができる。したがって、本実施形態によるダンパ部１０３を備える構成においても、吐出材収容容器１３における速やかな内圧調整が可能となる。
【００５０】
圧力室１９から共通液室２０を介して第１収容空間５に伝播してきた圧力波がダンパ部１０３に当たった場合、密閉空間を構成する膜間空間内の空気が圧縮される。つまり、第１収容空間５に伝播してきた圧力波のエネルギを、剛性が相対的に小さい第１フィルム１だけでなく、圧縮性が相対的に大きい密閉空間内の空気でも受け止めることとなる。これにより、第１収容空間５における圧力変動を抑制することができ、この圧力変動が各圧力室に伝播することによる圧力変動の干渉が抑制される。なお、ダンパ部１０３は、第２収容空間において圧力変動が生じた場合には、第１収容空間において圧力変動が生じた場合と同様に、第２フィルム２だけでなく密閉空間内の空気でも受け止めることにより、圧力変動を抑制することができる。
【００５１】
したがって、本実施形態の吐出材吐出装置によれば、優れた内圧調整機能と、吐出動作に基づく圧力変動に起因する吐出性能の低下の抑制と、を両立することができる。
【００５２】
＜第２の実施形態＞
以下、図面を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。本実施形態の基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。
【００５３】
図４は、本発明による第２の実施形態を示したものである。第２の実施形態においては、可撓性部材の第１フィルム１と第２フィルム２との間の膜間空間４に弾性部材１０２を配置して、ダンパ部１０３とする。第１の実施形態では、第１フィルム１および第２フィルム２の端部に封止部材１０１を配置して膜間空間４を密閉空間としていたが、第２の実施形態においては、膜間空間４を外気に開放された開放空間としている。つまり、本実施形態によるダンパ部１０３は、第１フィルムと、第２フィルムと、第１フィルムと第２フィルムとの間に介在する開放空間内の気体と、開放空間内に配置された弾性部材と、を含んで構成される。
【００５４】
膜間空間４は大気連通しており大気圧と等しい内圧を有する。第１収容空間５および第２収容空間６の内圧は、上述のとおり、負圧に制御される。また、膜間空間４は変形しやすいフィルムで形成されている。そのため、膜間空間４は、図４に示すように、結合部３では閉じそれ以外の部分では第１収容空間５および第２収容空間６それぞれの側に向かって凸となるように膨んだ形状となる。
【００５５】
弾性部材１０２は、板バネまたはコイルバネのようなバネ状のものであってもよく、スポンジ状等の中空体であってもよい。弾性部材１０２は、金属または樹脂で製造されていてもよい。金属の例としては、一般的な鉄、ステンレス、アルミ等が挙げられる。樹脂の例としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、フッ素樹脂等が挙げられる。
【００５６】
本実施形態に適用可能な弾性部材１０２は、ダンパ効果の最適化を図りつつも、弾性部材１０２が組み入れられたダンパ部１０３が、容易に変形でき、第１収容空間と第２収容空間との間での圧力変化のスムーズな伝達ができるような剛性を有するように選択される。弾性部材１０２自体の剛性については、材質の選択、および、板バネであれば板厚、コイルバネであれば径、中空体であれば空隙率を変更すること等により剛性を調整することができる。本実施形態によるダンパ部１０３を備える構成においても、吐出材収容容器１３における速やかな内圧調整が可能となる。
【００５７】
圧力室１９から共通液室２０を介して第１収容空間５に伝播してきた圧力波がダンパ部１０３に当たった場合、膜間空間内の弾性部材が圧縮される。つまり、第１収容空間５に伝播してきた圧力波のエネルギを、剛性が相対的に小さい第１フィルム１だけでなく、圧縮性が相対的に大きい弾性部材でも受け止めることとなる。これにより、第１収容空間５における圧力変動を抑制することができ、この圧力変動が各圧力室に伝播することによる圧力変動の干渉が抑制される。なお、ダンパ部１０３は、第２収容空間において圧力変動が生じた場合には、第１収容空間において圧力変動が生じた場合と同様に、第２フィルム２だけでなく密閉空間内の空気でも受け止めることにより、圧力変動を抑制することができる。
【００５８】
したがって、本実施形態の吐出材吐出装置によれば、優れた内圧調整機能と、吐出動作に基づく圧力変動に起因する吐出性能の低下の抑制と、を両立することができる。
【００５９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。各実施形態に示した構成の一部または全体を組み合わせたものも、本発明の実施形態の範囲に含まれる。
【００６０】
＜他の実施形態＞
第２の実施形態では、膜間空間４を開放空間としていたが、第１の実施形態と同様に、端部に封止部材１０１を配置することによって膜間空間４を密閉空間としてもよい。その場合、それぞれフィルムと比べて圧縮性の高い、気体によるダンパ機能と弾性部材１０２によるダンパ機能との足し合わせにより、圧力変動の抑制効果を向上させることができる。
【００６１】
第１の実施形態では、第１フィルム１および第２フィルム２の端部に封止部材１０１を配置することにより、第１フィルム１と第２フィルム２との間の膜間空間４の全域を密閉空間としていた。しかしながら、本発明はこれに限定されず、膜間空間４を複数の空間領域に分割して、その一部を密閉空間とし、残りを開放空間としてもよい。密閉空間は、例えば結合部３の形状および配置によってフィルム間に閉じた領域を作ることによって形成することができる。可撓性部材において内圧調整のために相対的に大きな変形が望まれる領域に開放空間を配置し、大きな変形が望まれない領域に密閉空間を配置して、内圧調整の際の圧力変化の伝達をよりスムーズにしてもよい。
【００６２】
上述の実施形態において、可撓性部材は第１フィルムおよび第２フィルムの２枚のフィルムを層構成に含むものとして説明した。しかしながら、本発明において、可撓性部材に含まれるフィルムの数は、ダンパとして機能するように構成された膜間空間を形成することができ、且つ圧力変化のスムーズな伝達を可能にする構成である限りは、２枚に限定されず３枚以上であってもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１  第１フィルム
２  第２フィルム
４  膜間空間 
５  第１収容空間
６  第２収容空間 
１３  収容容器 
１４  吐出ヘッド 
１９  圧力室
３５  作動液 
１００  吐出材吐出装置 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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