機能液タンクの管理方法および液滴吐出装置
【課題】液柱パイプの内面に付着した液滴による液位センサの誤検出を、有効に防止可能な機能液タンクの管理方法および液滴吐出装置を提供すること。
【解決手段】機能液供給手段から供給された機能液を貯留し、機能液滴吐出ヘッド１３に送液するタンク本体と、タンク本体の上部・下部に連通した液柱パイプ７３の液位を介してタンク本体内の機能液の液位を検出する液位センサ７４ｃと、を備えている。そして、液位センサ７４ｃの検出結果に基づいて、所定の液位範囲を維持するように機能液供給手段を制御し、機能液滴吐出ヘッド１３の非吐出動作時において、機能液供給手段を駆動し、液位範囲を越えて機能液を過剰供給する液位上昇工程Ｓ１を実施し、その後、タンク本体から機能液を流出させ、タンク本体の液位を液位範囲に戻す液位下降工程Ｓ２を実施する。
【解決手段】機能液供給手段から供給された機能液を貯留し、機能液滴吐出ヘッド１３に送液するタンク本体と、タンク本体の上部・下部に連通した液柱パイプ７３の液位を介してタンク本体内の機能液の液位を検出する液位センサ７４ｃと、を備えている。そして、液位センサ７４ｃの検出結果に基づいて、所定の液位範囲を維持するように機能液供給手段を制御し、機能液滴吐出ヘッド１３の非吐出動作時において、機能液供給手段を駆動し、液位範囲を越えて機能液を過剰供給する液位上昇工程Ｓ１を実施し、その後、タンク本体から機能液を流出させ、タンク本体の液位を液位範囲に戻す液位下降工程Ｓ２を実施する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機能液供給手段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機能液タンクの管理方法および液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の機能液タンクの管理方法を実施する液滴吐出装置として、メインタンクで構成された機能液供給手段と、機能液供給手段から補給されたインク（機能液）を貯留するタンク本体および液位センシング用の液柱パイプとから成るサブタンク（機能液タンク）と、タンク本体内に貯留した機能液の液面の減液状態および満液状態を検知する低位検出センサおよび高位検出センサと、機能液を機能液滴吐出ヘッドに送液する機能液送液手段と、機能液供給手段および機能液送液手段を制御する制御装置と、を備えたものが知られている（特許文献１参照）。この液滴吐出装置では、低位検出センサが、機能液の減液状態を検出するとメインタンクからタンク本体へ機能液の補給が行われ、高位検出センサが、機能液の満液状態を検出したところで補給が停止することで、機能液タンクの液位を管理している。
【特許文献１】特開２００７−２７５７９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、このような従来の液滴吐出装置におけるサブタンクでは、タンク本体内の上部空間が機能液（の溶媒）の飽和気体の雰囲気に保たれており、圧力変動や温度変化等により、上記の飽和気体が凝結して液滴となる場合がある。液滴が液柱パイプ内で凝結したり、凝結した液滴が液柱パイプ内に入り込むと、液滴の位置によっては、上記のセンサに誤検出が生ずる問題があった。このような場合には、タンク本体内に貯留した機能液面の正常な検出ができなくなり、装置全体として異常な動作の原因となる。
【０００４】
本発明は、液柱パイプの内面に付着した液滴による液位センサの誤検出を、有効に防止することができる機能液タンクの管理方法および液滴吐出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の機能液タンクの管理方法は、下流側を機能液供給手段に接続され上流側をインクジェット方式の機能液滴吐出ヘッドに接続された機能液を貯留するタンク本体と、タンク本体の上部および下部に連通する透光性の液柱パイプと、液柱パイプに外側から臨み、液柱パイプの液位を介してタンク本体内の機能液の液位を検出する液位センサと、を備え、液位センサの検出結果に基づいて、タンク本体の所定の液位範囲を維持するように機能液供給手段を制御する機能液タンクの管理方法であって、機能液滴吐出ヘッドの非吐出動作時において、機能液供給手段を駆動し、液柱パイプにおける液位範囲を越えて機能液を過剰供給する液位上昇工程と、液位上昇工程の後、タンク本体から機能液を流出させ、タンク本体の液位を液位範囲に戻す液位下降工程と、を実施することを特徴とする。
【０００６】
この構成によれば、液位上昇工程において、液柱パイプにおける液位範囲を越えて機能液を過剰供給されるため、少なくとも液位センサが誤検出するような位置に付着している液滴は、上昇した機能液に取り込まれ、続く液位下降工程において、液柱パイプの内面から排除される。また、液滴によっては、凝固する場合も考えられるが、液位上昇工程および液位下降工程を繰り返すことにより、機能液に溶け込ませ、排除することができる。これにより、液柱パイプの内面に付着した液滴による液位センサの誤検出を有効に防止することができる。また、液位下降工程において、液位を液位範囲に戻すようにしているため、タンク本体の本来の液位管理に容易に移行させることができる。さらに、上記の工程を、機能液滴吐出ヘッドの非吐出動作時に行うようにしているので、液位の上昇および下降が機能液滴吐出ヘッドの吐出動作に影響を及ぼすことがない。また、液位上昇工程および液位下降工程を行うと、タンク本体内に貯留された機能液が攪拌されるため、貯留した機能液の濃度を均一に維持することもできる。
【０００７】
この場合、液位下降工程において、機能液吸引手段を用い、機能液滴吐出ヘッドの吐出ノズルから機能液を吸引することにより、タンク本体から機能液を流出させることが好ましい。
【０００８】
この構成によれば、機能液滴吐出ヘッドの吐出ノズルのメンテナンスに、過剰供給した機能液を使用することができる。すなわち、メンテナンス用の機能液吸引手段を活用して、液位下降工程を実施することができる。
【０００９】
また、液位センサの検出結果に基づいて、機能液吸引手段を停止させることが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、吸引による機能液の流出後において、タンク本体の所定の液位範囲を維持することができ、本来の液位管理にそのまま移行することができる。
【００１１】
また、液位下降工程において、機能液逆流手段を用い、機能液を機能液供給手段側に逆流させて、タンク本体から機能液を流出させることが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、過剰供給した機能液を廃棄することなく機能液供給手段に戻すことができる。これにより、機能液を無駄にすることなく、有効に利用することができる。また、溶媒が凝結した液滴を、液位上昇工程により取り込む場合には、タンク本体内の機能液の濃度が薄められる虞があるが、このような場合でも、タンク本体の機能液貯留量に比べ、機能液供給手段の機能液貯留量の方が絶対的に多いため、機能液供給手段側に逆流させる方法では、タンク本体および機能液供給手段における機能液の相対的な濃度変化を最小限に抑えることができる。これにより、機能液の濃度変化による悪影響を軽減することができる。
【００１３】
この場合、液位センサの検出結果に基づいて、機能液逆流手段を停止させることが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、逆流による機能液の流出後において、タンク本体の所定の液位範囲を維持することができ、本来の液位管理にそのまま移行することができる。
【００１５】
これらの場合、液位上昇工程および液位下降工程を、定期的に実施することが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、凝結液滴等が、液柱パイプにおける液位センサの検出位置に付着していたとしても、定期的にリフレッシュすることができる。これにより、液位の誤検出によるトラブルを未然に防ぐことができる。なお、定期的なリフレッシュは、貯留した機能液の物性変化（凝集、凝結等）を抑制することができる最小限の頻度で行われることが好ましい。
【００１７】
一方、液位センサの上方に配設され、タンク本体のオーバーフロー液位を検出するオーバーフローセンサと、を更に備え、液位上昇工程および液位下降工程において、オーバーフローセンサの検出結果に基づく制御動作をキャンセルすることが好ましい。
【００１８】
この構成によれば、オーバーフローセンサの検出結果に基づく制御動作により、上記の工程が阻害されたり、装置に異常が発生するのを防止することができる。
【００１９】
また、液位センサの上方に配設され、タンク本体のオーバーフロー液位を検出するオーバーフローセンサと、を更に備え、液位上昇工程では、オーバーフロー液位を越えて機能液の過剰供給を実施することが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、タンク本体において機能液のオーバーフローを防止しつつ、機能液滴吐出ヘッドの非吐出動作時には、オーバーフロー液位を越えて機能液を満たすことができるので、液柱パイプの内面に付着した液滴によるオーバーフローセンサの誤検出も、有効に防止することができる。
【００２１】
この場合、液位上昇工程における機能液の過剰供給は、機能液の供給流量を一定とした機能液供給手段のタイマ制御により実施されることが好ましい。
【００２２】
同様に、液位上昇工程における機能液の過剰供給は、機能液の供給時間を一定とした機能液供給手段の流量制御により実施されることが好ましい。
【００２３】
これらの構成によれば、機能液供給手段からの機能液の供給量を精度良く制御することができるため、専用のセンサ等を必要とすることなく、機能液の過剰供給を簡単な制御で安定して実施することができる。
【００２４】
また、液位センサは、多光軸センサで構成されており、液位上昇工程おける機能液の過剰供給は、多光軸センサの閾値制御により実施されることが好ましい。
【００２５】
この構成によれば、多光軸センサの閾値を制御することにより、液位センサを利用して機能液の過剰供給を精度良く行うことができる。
【００２６】
本発明の液滴吐出装置は、ワークに対し、インクジェット方式の機能液滴吐出ヘッドを相対的に移動させながら、機能液滴吐出ヘッドから機能液滴を吐出させて描画を行なう描画手段と、機能液滴吐出ヘッドのノズル面に密接し、機能液滴吐出ヘッドの吐出ノズルから機能液を吸引する機能液吸引手段と、機能液を貯留すると共に、機能液滴吐出ヘッドに機能液を供給する機能液タンクと、機能液タンクに機能液を供給する機能液供給手段と、機能液吸引手段および機能液供給手段を制御する制御手段と、を備え、機能液タンクは、機能液を貯留するタンク本体と、タンク本体の上部および下部に連通する透光性の液柱パイプと、液柱パイプに外側から臨み、液柱パイプの液位を介してタンク本体内の機能液の液位を検出する液位センサと、を有し、制御手段は、液位センサの検出結果に基づいて、機能液供給手段を制御しタンク本体の液位を所定の液位範囲に維持すると共に、機能液滴吐出ヘッドの非吐出動作時において、機能液供給手段を制御し、タンク本体に液柱パイプにおける液位範囲を越えて機能液を過剰供給した後、機能液吸引手段を制御し、吐出ノズルから機能液を吸引してタンク本体の液位を液位範囲に戻すことを特徴とする。
【００２７】
また、本発明の他の液滴吐出装置は、ワークに対し、インクジェット方式の機能液滴吐出ヘッドを相対的に移動させながら、機能液滴吐出ヘッドから機能液滴を吐出させて描画を行なう描画手段と、機能液を貯留すると共に、機能液滴吐出ヘッドに機能液を供給する機能液タンクと、機能液タンクに機能液を供給する機能液供給手段と、機能液タンクの機能液を、機能液供給手段側に逆流させる機能液逆流手段と、機能液供給手段および機能液逆流手段を制御する制御手段と、を備え、機能液タンクは、機能液を貯留するタンク本体と、タンク本体の上部および下部に連通する透光性の液柱パイプと、液柱パイプに外側から臨み、液柱パイプの液位を介してタンク本体内の機能液の液位を検出する液位センサと、を有し、制御手段は、液位センサの検出結果に基づいて、機能液供給手段を制御しタンク本体の液位を所定の液位範囲に維持すると共に、機能液滴吐出ヘッドの非吐出動作時において、機能液供給手段を制御し、タンク本体に液柱パイプにおける液位範囲を越えて機能液を過剰供給した後、機能液逆流手段を制御し、タンク本体から機能液を逆流させてタンク本体の液位を液位範囲に戻すことを特徴とする。
【００２８】
これらの構成によれば、機能液供給手段により、液柱パイプにおける液位範囲を越えて機能液を過剰供給されるため、少なくとも液位センサが誤検出するような位置に付着している液滴は、上昇した機能液に取り込まれ、機能液吸引手段または機能液逆流手段により、液柱パイプの内面から排除される。また、液滴が凝固した場合でも、供給および吸引等による排出を繰り返して機能液に溶け込ませ、排除することができる。これにより、液柱パイプの内面に付着した液滴による液位センサの誤検出を有効に防止し、液滴吐出装置の安定動作が可能となる。また、機能液滴吐出ヘッドの非吐出動作時に、上記の吸引等による排出を行うことで、液位を液位範囲に戻すようにしているため、タンク本体の本来の液位管理に容易に移行でき、液位変動が機能液滴吐出ヘッドの吐出動作に影響を及ぼすことがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、添付の図面を参照して、本発明の機能液タンク（サブタンク）の管理方法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を用い、有機ＥＬ装置の各画素となる発光層やカラーフィルタのフィルタエレメント等を形成するものである。
【００３０】
図１ないし図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２１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軸方向に移動させるＸ軸テーブル２と、複数本の支柱１１を介してＸ軸テーブル２を跨ぐように架け渡された一対のＹ軸支持ベース３１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３と、Ｙ軸テーブル３に移動自在に吊設され、複数（１２個）の機能液滴吐出ヘッド１３が搭載された１３個のキャリッジユニット４と、から構成されている。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５と、チャンバ５を貫通して機能液滴吐出ヘッド１３に機能液を供給する機能液供給ユニット６と、装置全体を統括制御する制御装置（図示省略）と、を備えている。チャンバ５の側壁の一部には、機能液供給ユニット６の主体を為すメインタンク６１等を収納するためのタンクキャビネット１４が設けられている。液滴吐出装置１は、Ｘ軸テーブル２およびＹ軸テーブル３の駆動と同期して機能液滴吐出ヘッド１３を吐出駆動させることにより、機能液供給ユニット６から供給された機能液を吐出させ、ワークＷに所定の描画パターンが描画される。
【００３１】
また、液滴吐出装置１は、フラッシングユニット１５、吸引ユニット１６、ワイピングユニット１７、吐出性能検査ユニット１８から成るメンテナンス装置７が設けられており、各ユニットを機能液滴吐出ヘッド１３の保守に供して、機能液滴吐出ヘッド１３の機能維持・機能回復を図るようになっている。本実施形態の液滴吐出装置１では、Ｘ軸テーブル２とＹ軸テーブル３とが交わる部分にキャリッジユニット４を臨ませてワークＷの描画を行い、Ｙ軸テーブル３とメンテナンス装置７（吸引ユニット１６、ワイピングユニット１７）が交わる部分にキャリッジユニット４を臨ませて、機能液滴吐出ヘッド１３の機能維持・機能回復を行う。
【００３２】
図２および図３に示すように、Ｘ軸テーブル２は、ワークＷを吸着セットすると共にθ軸方向に補正可能な機構を有するセットテーブル２２と、セットテーブル２２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２３と、上記のフラッシングユニット１５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２４と、Ｘ軸方向に延在し、Ｘ軸第１スライダ２３およびＸ軸第２スライダ２４をＸ軸方向に移動させる左右一対のＸ軸リニアモータ（図示省略）と、を備えている。
【００３３】
Ｙ軸テーブル３は、１３個のキャリッジユニット４をそれぞれ吊設した１３個のブリッジプレート３２と、１３個のブリッジプレート３２を両持ちで支持する１３組のＹ軸スライダ（図示省略）と、一対のＹ軸支持ベース３１上に設置され、ブリッジプレート３２をＹ軸方向に移動させる一対のＹ軸リニアモータ（図示省略）と、を備えている。また、Ｙ軸テーブル３は、各キャリッジユニット４を介して描画時に機能液滴吐出ヘッド１３を副走査するほか、機能液滴吐出ヘッド１３を吸引ユニット１６およびワイピングユニット１７に臨ませる。この場合、各キャリッジユニット４を独立させて個別に移動させることも可能であるし、１３個のキャリッジユニット４を一体として移動させることも可能である。なお、請求項に言う描画手段とは、Ｘ軸テーブル２、Ｙ軸テーブル３およびキャリッジユニット４（機能液滴吐出ヘッド１３およびヘッドユニット４２）から構成されている。
【００３４】
各キャリッジユニット４は、Ｒ・Ｇ・Ｂ・Ｃ・Ｍ・Ｙの６色、各２個（計１２個）の機能液滴吐出ヘッド１３と、１２個の機能液滴吐出ヘッド１３を６個ずつ２群に分けて支持するヘッドプレート４１から成るヘッドユニット４２と、を備えている（図４参照）。また、各キャリッジユニット４は、ヘッドユニット４２をθ補正（θ回転）可能に支持するθ回転機構４３と、θ回転機構４３を介して、ヘッドユニット４２をブリッジプレート３２に支持させる吊設部材４４と、を備えている。加えて、各キャリッジユニット４は、その上部にサブタンク６２が配設されており（実際には、ブリッジプレート３２上に配設）、このサブタンク６２から自然水頭を利用し、かつ圧力調整弁８５を介して各機能液滴吐出ヘッド１３に機能液が供給されるようになっている。
【００３５】
図５に示すように、機能液滴吐出ヘッド１３は、いわゆる２連のインクジェットヘッドであり、２連の接続針５２を有する機能液導入部５１と、複数の吐出ノズル５４が、２本のノズル列５６を形成したノズル面５５を有するノズルプレート５３と、を有している。機能液滴吐出ヘッド１３は、制御装置から出力された駆動波形が圧電素子に印加されることで、各吐出ノズル５４から機能液が吐出される。
【００３６】
図６に示すように、吸引ユニット１６は、各機能液滴吐出ヘッド１３に対応する１２個のヘッドキャップ１６２をキャッププレート１６３に搭載した１３台のキャップユニット１６１と、支持部材１６４を介して各キャップユニット１６１を昇降させる１３台の昇降機構（離接機構）１６５と、吸引チューブ１６９を介して各キャップユニット１６１と連通する吸引機構１６８と、を備えている。昇降機構１６５は、昇降シリンダ１６６により、一対のリニアガイド１６７にガイドされてヘッドキャップ１６２を直接昇降させる。吸引機構１６８は、エジェクタにより廃液タンク内を減圧して機能液滴吐出ヘッド１３から機能液を吸引する。
【００３７】
次に、図１、図７および図８を参照して機能液供給ユニット６について説明する。機能液供給ユニット６は、Ｒ・Ｇ・Ｂ・Ｃ・Ｍ・Ｙの６色に対応した６組の機能液供給装置６０と、メインタンク６１およびサブタンク６２等に制御用の圧縮窒素ガスを供給する窒素ガス供給設備６５と、各種開閉弁の制御用の圧縮エアーを供給する圧縮エアー供給設備６６と、各部からガス排気を行うためのガス排気設備６７と、を備えている。６組の機能液供給装置６０は、それぞれＲ・Ｇ・Ｂ・Ｃ・Ｍ・Ｙの６色に対応した機能液滴吐出ヘッド１３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１３には対応する色の機能液が供給される。
【００３８】
図７に示すように、各機能液供給装置６０は、機能液の供給源を構成する２つのメインタンク６１,６１と、各キャリッジユニット４に対応して設けた１３個のサブタンク６２と、メインタンク６１と１３個のサブタンク６２を接続する上流側機能液流路６３と、各サブタンク６２と各機能液滴吐出ヘッド１３とを接続する１３組の下流側機能液流路６４と、を備えている。
【００３９】
各メインタンク６１内の機能液は、これに接続して窒素ガス供給設備６５からの圧縮窒素ガスにより加圧され、上流側機能液流路６３を介して１３個のサブタンク６２に選択的に供給される。その際、圧縮エアー供給設備６６の圧縮エアーにより、各開閉弁が開閉制御される。また同時に、各サブタンク６２は、ガス排気設備６７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６２の機能液は、これに連なる機能液滴吐出ヘッド１３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６４を介して機能液滴吐出ヘッド１３に供給される。詳細は後述するが、サブタンク６２からの機能液逆送時には、圧縮窒素ガスが各サブタンク６２に供給される一方、各メインタンク６１は、ガス排気設備６７を介して大気開放される。
【００４０】
各上流側機能液流路６３には、各流路の圧力損失が均等になるように形成された１３分岐流路８１が介設されており、その下流側は１３本に分流され、各サブタンク６２に接続されている。また、各上流側機能液流路６３には、機能液から気泡を透過除去する気泡除去ユニット８２が介設されている。
【００４１】
各下流側機能液流路６４には、２分岐流路８４が介設されており、その下流側は２本に分流され、機能液滴吐出ヘッド１３の２連の接続針５２に接続されている。また、２分岐流路８４の上流側近傍には、圧力調整弁８５が介設されている。
【００４２】
各サブタンク６２の上流側および下流側近傍の各機能液流路６３，６４には、流入開閉弁８３および流出開閉弁８６が介設されている。流入開閉弁８３および流出開閉弁８６は、容積変化なく開閉可能なエアーオペレートバルブで構成されており、開閉弁を開閉した際に発生する機能液の脈動を抑えることができる。そのため、機能液滴吐出ヘッド１３に脈動（水頭値変動）が伝わることを抑え、機能液滴吐出ヘッド１３による吐出不良を抑えることができる。なお、これらの開閉弁は、ダイヤフラム式のエアーオペレートバルブで構成することが好ましい。これにより、圧縮エアー供給設備６６からの圧縮エアーにより開閉が制御できると共に、開閉弁の開閉をゆっくり行うことができるため、容易に容積変化なく開閉可能な構成に為されている。また、エアーオペレートバルブを使用することにより、開閉弁を通過する機能液の温度上昇を抑えることができる。
【００４３】
次に、図８を参照して、サブタンク６２およびサブタンク６２廻りの構造について説明する。サブタンク６２は、上部に気体空間（上部空間）を有すると共に機能液を貯留するサブタンク本体７１と、サブタンク本体７１に落し蓋様に浮かした蓋体フロート７２と、サブタンク本体７１の側方に配設された透明な液柱パイプ７３と、液柱パイプ７３に臨み、貯留された機能液の液位を検出する液位検出機構７４と、サブタンク本体７１の側方下部に配設された液圧センサ７５と、を備えている。
【００４４】
サブタンク本体７１は、ステンレス等の金属材料で、薄型直方体形状に形成されている。サブタンク本体７１の一方の側板の上部には、通気用チューブ７６が接続され、他方の側板の上部および下部には、液柱パイプ７３の上端および下端がそれぞれ接続されている。さらに、サブタンク本体７１の底板は、厚肉に形成され、機能液の流入経路７７および流出経路７８が「Ｌ」字状に屈曲形成されている。そして、流入経路７７には上流側機能液流路６３が、また流出経路７８には下流側機能液流路６４が、それぞれ接続されている。
【００４５】
通気用チューブ７６は、上記したサブタンク本体７１の上部空間の略２倍の容積を有しており、サブタンク本体７１内の機能液が満液および減液の場合でも、大気開放時には、上部空間の雰囲気が通気用チューブ７６内に移動して、外部に飛散することがない。これにより、上部空間が機能液の飽和気体の雰囲気で保たれるので、機能液の液面の凝集等が生じることがない。また、通気用チューブ７６の大気開放端側には、２分岐継手８７を介してチューブ開閉弁８８およびガス圧導入弁８９が配設されており、チューブ開閉弁８８には、ガス排気設備６７が接続され、ガス圧導入弁８９には、窒素ガス供給設備６５が接続されている。メインタンク６１からの送液の際には、チューブ開閉弁８８を開弁すると共にガス圧導入弁８９を閉弁して、ガス排気設備６７により大気開放し、機能液滴吐出ヘッド１３への送液または後述するメインタンク６１への逆送の際には、ガス圧導入弁８９を開弁すると共に、チューブ開閉弁８８を閉弁して、窒素ガス供給設備６５により加圧制御する。このようにして、必要量の機能液を効率的にサブタンク６２内に貯留する。
【００４６】
蓋体フロート７２は、耐薬品性のステンレス等の金属材料により、内部を中空とし、上面視、サブタンク本体７１の内面と略相似形の薄型直方体形状に形成されている。これにより、機能液の波立ちの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る。また、サブタンク６２内の機能液面と上部空間の気体との接触面積を小さくすることができるため、サブタンク６２内の機能液の波立ちの発生および気泡が溶け込むのを抑えることができる。
【００４７】
液位検出機構７４は、透明な液柱パイプ７３に外側から臨んでおり、上限となる機能液のオーバーフロー液位を検出するオーバーフローセンサ７４ａと、下限となる機能液の下限液位を検出する下限センサ７４ｂと、上限・下限の上下中間に位置し、補給時の機能液の液位を検出する液位センサ７４ｃと、を備えている。オーバーフローセンサ７４ａは、サブタンク６２のオーバーフローを防止すべく設けられており、オーバーフローセンサ７４ａがオーバーフロー液位を検出した場合には、メインタンク６１からの送液を停止させる。一方、下限センサ７４ｂは、サブタンク６２が空になるのを防止すべく設けられており、下限センサ７４ｂが下限液位を検出した場合には、現時点のワークＷ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。なお、液位センサ７４ｃは、一定範囲の液位を検出可能な多光軸センサで構成してもよい。
【００４８】
液位センサ７４ｃは、機能液滴吐出ヘッド１３の理想の水頭値を考慮した液位（基準液位）を検出するものであり、液位センサ７４ｃにより機能液の液位が検出されると、後述する制御部９８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、液位センサ７４ｃ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、液位センサ７４ｃにより基準液位が検出されると減液と判断される。また、液位センサ７４ｃ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、液位センサ７４ｃにより基準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。このように、減液状態の液位と満液状態の液位とは、液位センサ７４ｃにより液面制御される所定の液位範囲を構成している。この液位範囲を判断することにより、液位調整にかかる機能液の補給停止および補給開始の制御を、単一の液位センサ７４ｃによる基準液位の検出のみで行うことができる。これにより、本装置を簡単な構成にすることができる。なお、時間の計測には、後述する制御部９８のＣＰＵ１０５が標準的に有するタイマ機能を使用する。
【００４９】
次に、図９を参照して、液滴吐出装置１の主制御系について説明する。同図に示すように、液滴吐出装置１は、ヘッドユニット４２を有する液滴吐出部９１と、Ｘ軸テーブル２によりワークＷを移動させるワーク移動部９２と、Ｙ軸テーブル３によりキャリッジユニット４を移動させるヘッド移動部９３と、メンテナンス装置７を有するメンテナンス部９４と、機能液供給ユニット６を有する機能液供給部９５と、各種センサ検出を行う検出部９６と、各部を駆動制御する駆動部９７と、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９８と、を備えている。
【００５０】
制御部９８には、各手段を接続するためのインタフェース１０１と、制御処理の作業領域であるＲＡＭ１０２と、制御プログラムやデータ等を記憶するＲＯＭ１０３と、描画データ等の処理プログラム等を記憶するハードディスク１０４と、ＲＯＭ１０３やハードディスク１０４に記憶されたプログラム等に従い、各種データを演算処理するＣＰＵ１０５と、これらを互いに接続するバス１０６と、が備えられている。そして、制御部９８は、各手段からの各種データを、インタフェース１０１を介して入力すると共に、ハードディスク１０４に記憶されたプログラムに従ってＣＰＵ１０５に演算処理させ、その処理結果を、駆動部９７を介して各手段に出力する。これにより、装置全体が制御され、液滴吐出装置１の各種処理が行われる。
【００５１】
ここで、サブタンク６２に対する機能液の供給動作および排出動作について説明する。これらの動作は、各メインタンク６１および各サブタンク６２に機能液が貯液されていると共に、各流路に機能液が充液されている状態にて行われるものとする。加えて、窒素ガス供給設備６５により、上流側機能液流路６３に接続された一方のメインタンク６１が加圧されているものとする。
【００５２】
まず、機能液滴吐出ヘッド１３への機能液供給動作について説明する。サブタンク６２の上流側に介設された流入開閉弁８３を閉弁した状態で、機能液滴吐出ヘッド１３を駆動して機能液滴の吐出を行う。流入開閉弁８３が閉弁されているため、メインタンク６１からの圧力は縁切りされ、機能液滴吐出ヘッド１３のポンプ作用により、機能液が各サブタンク６２から各機能液滴吐出ヘッド１３に送液される。
【００５３】
次に、機能液滴吐出ヘッド１３の吐出動作時における、サブタンク６２への機能液の補給について説明する（通常供給）。機能液滴吐出ヘッド１３の吐出動作により、サブタンク６２内の機能液が一定量減ると、液位検出機構７４によって減液状態であると判断され、流入開閉弁８３を開弁してメインタンク６１からサブタンク６２に機能液を補給する。メインタンク６１は加圧されているため、流入開閉弁８３を開弁することでメインタンク６１の機能液が自動的にサブタンク６２に送液される。サブタンク６２内の機能液が一定量貯まると、液位検出機構７４によって、サブタンク６２内が満液状態であると判断される。満液状態と判断されると、流入開閉弁８３を閉弁して補給動作を終了する。このようにして、サブタンク６２内の機能液が所定の液位範囲に維持される。なお、この際、機能液滴吐出ヘッド１３の吐出動作は継続的に行われる。
【００５４】
ここで、サブタンク本体７１の上部空間には、貯留した機能液（の溶媒）の飽和気体の雰囲気で保たれており、機能液の温度とサブタンク６２本体内面の温度等との微妙な温度差により、或いはサブタンク本体７１内の圧力変動により、上部空間において飽和気体が凝結して液滴となる場合がある。この凝結液滴ＬＱが液柱パイプ７３内で生じたり、凝結液滴ＬＱが液柱パイプ７３内に入り込むことにより、液柱パイプ７３内面に付着した場合、付着する場所によっては、液位検出機構７４の各センサが正確な液位を検出できなくなる。
【００５５】
例えば、図１０（ａ）では、液柱パイプ７３における液位センサ７４ｃの検出液位に凝結液滴ＬＱが付着しているため、実際の液位が基準液位よりも下降しているにもかかわらず、制御部９８は、サブタンク６２内の機能液は所定の液位範囲にあると誤判断してしまう。このまま、機能液が減り続けると、下限センサ７４ｂによる下限液位検出により、サブタンク６２内の下限液位を検出しているにもかかわらず、いまだ所定の液位範囲に機能液が存するとの不整合が生じ、その結果、液滴吐出装置１が停止することになる。また、図１０（ｂ）では、液柱パイプ７３におけるオーバーフローセンサ７４ａの検出液位に凝結液滴ＬＱが付着しているため、制御部９８は、常にオーバーフロー液位を検出し続け、その結果、液滴吐出装置１が停止し続けることとなる。
【００５６】
このような液柱パイプ７３内の凝結液滴ＬＱを除去するサブタンク６２の管理方法について、以下、説明する。この管理方法は、機能液滴吐出ヘッド１３の非吐出駆動時（非描画時）に行うものであり、メインタンク６１からサブタンク６２への通常供給時よりも機能液を過剰供給する液位上昇工程Ｓ１と、その過剰供給した機能液を機能液滴吐出ヘッド１３の吐出ノズル５４から、或いはメインタンク６１に逆流させて排出する液位下降工程Ｓ２と、から構成されている。上記した凝結液滴ＬＱは、液位センサ７４ｃが検出する基準液位付近に付着するものが問題となるため、本実施形態では、サブタンク６２の所定の液位範囲を越えて機能液を過剰供給することにより、その機能液に凝結液滴ＬＱを取り込ませるようにしている。
【００５７】
図１１に示すように、まず、機能液滴吐出ヘッド１３の非吐出動作時、好ましくは、吸引ユニット１６による強制的な吸引の実施時において、通常供給と同じ供給圧力で、サブタンク６２に機能液の補給を開始する（Ｓ１１）。このとき、通常供給時における満液状態の液位を越えて、且つオーバーフロー液位を越えないように機能液を過剰供給する（液位上昇工程Ｓ１）。この過剰供給は、メインタンク６１に加えられた圧力を通常供給時と同一に維持した状態で、通常供給時の基準液位検出後、満液と判断される一定時間を延長して、機能液の送液停止制御を遅らせることにより実施される（Ｓ１２）。すなわち、メインタンク６１からサブタンク６２へ送液される単位時間当たりの機能液の流量が一定であるため、停止制御の遅延時間（過剰供給時間）を設定することにより、通常供給時に比して機能液を過剰に供給する。過剰供給時間が経過した後に、機能液の供給を停止する（Ｓ１３）。これにより、少なくとも液位センサ７４ｃが誤検出するような位置に付着している凝結液滴ＬＱは、過剰供給された機能液に取り込むことができる。また、詳しくは後述するが、この過剰供給した機能液は、液位下降工程Ｓ２において吸引等によりサブタンク６２内から排出される。
【００５８】
また、上記の凝結液滴ＬＱが、オーバーフロー液位付近に付着することも考慮すると、上記の液位上昇工程Ｓ１では、オーバーフロー液位を僅かに越えてサブタンク６２に機能液を過剰供給するようにしてもよい。上記したように、通常供給時は、オーバーフローセンサ７４ａがオーバーフロー液位を検出すると、メインタンク６１からの送液が停止するが、この場合における過剰供給では、オーバーフロー液位を検出した場合でも送液を続けるように制御する。すなわち、オーバーフロー液位検出結果に基づく通常の制御動作がキャンセルされることにより、液位上昇工程Ｓ１が阻害されず、サブタンク６２に、オーバーフロー液位を僅かに越えて機能液を供給することができる。これにより、オーバーフロー液位付近に付着した凝結液滴ＬＱをも除去することができる。
【００５９】
上記のように、本実施形態では停止制御の遅延時間を設定することにより過剰供給を実施しているが、図１２に示すように、他の過剰供給の方法（第２実施形態）として、メインタンク６１に加えられた圧力を通常供給時よりも高圧に設定し（Ｓ１４）、通常供給時と同様に供給を開始し（Ｓ１１）、基準液位検出後、一定時間経過（通常供給時間）を待って、機能液の供給を停止制御するようにしてもよい（Ｓ１５）。この過剰供給方法では、実際の供給の際、機能液の送液を停止制御しても、液位の上昇は、直ちに停止するわけではなく、僅かな時間差をもって停止することを利用している。したがって、通常供給よりも、機能液を高圧供給することで、停止制御後の単位時間当たりの液位上昇幅が大きくなり、結果として、サブタンク６２に機能液が過剰供給されることになる。
【００６０】
また、さらに、他の過剰供給の方法（第３実施形態）として、液位センサ７４ｃに、多光軸センサを用いた場合には、多光軸センサの閾値を制御することにより、一定範囲の液位を検出することができる。このため、多光軸センサが検出可能な一定範囲の液位において、所望の液位を検出後に機能液の供給を停止制御することによって、通常供給または過剰供給を多光軸センサの出力のみで制御することができる。
【００６１】
次に、図１１および図１２に示すように、液位上昇工程Ｓ１を実施した後、サブタンク６２に過剰供給した機能液を、吸引ユニット１６を用いて、各機能液滴吐出ヘッド１３の吐出ノズル５４から強制的に吸引、或いはサブタンク６２からメインタンク６１に逆送させることで（Ｓ２１）、基準液位に戻すように排出する（液位下降工程Ｓ２）。なお、吸引動作または逆送動作は、作業者によって、どちらかを選択的に切り替え可能な構成とすることが、好ましい。
【００６２】
吸引ユニット１６を用いた吸引動作の場合には、まず、流出開閉弁８６を開弁すると共に流入開閉弁８３を閉弁する。次に、各キャリッジユニット４をキャップユニット１６１上に臨ませ、昇降機構１６５によりキャップユニット１６１を上昇させ、各機能液滴吐出ヘッド１３に対応するヘッドキャップ１６２を密接させる。その後、吸引機構１６８を駆動させることにより、機能液滴吐出ヘッド１３の吐出ノズル５４から機能液の吸引を開始する（Ｓ２１）。そして、液位センサ７４ｃが基準液位を検出したところで（Ｓ２２）、吸引動作を終了（Ｓ２３）する。このように、過剰供給した機能液を機能液滴吐出ヘッド１３の吐出ノズル５４のメンテナンスに有効利用することができると共に、吸引動作による機能液の流出後において、サブタンク６２の所定の液位範囲を維持することができ、本来の液位管理にそのまま移行することができる。
【００６３】
他方、サブタンク６２の機能液をメインタンク６１に戻す逆送動作の場合には、流出開閉弁８６を閉弁すると共に流入開閉弁８３を開弁し、且つメインタンク６１への加圧を解除（負圧制御）した後、チューブ開閉弁８８を閉弁すると共に、ガス圧導入弁８９を開弁し、窒素ガス供給設備６５によりサブタンク６２内を加圧（加圧制御）して機能液を逆流させる（Ｓ２１）。そして、液位センサ７４ｃが基準液位を検出したところで（Ｓ２２）、逆送動作を終了する（Ｓ２３）。このように、過剰供給した機能液をメインタンク６１に戻すことにより、サブタンク６２内に過剰供給された機能液を廃棄することなく、機能液を有効利用することができる。また、逆送動作による機能液の流出後において、サブタンク６２の所定の液位範囲を維持することができ、本来の液位管理にそのまま移行することができる。また、凝結液滴ＬＱを、液位上昇工程Ｓ１により取り込む場合には、サブタンク６２内の機能液の濃度が薄められる虞が考えられるが、このような場合でも、サブタンク６２の機能液貯留量に比べ、メインタンク６１の機能液貯留量の方が絶対的に多いため、この逆流動作では、メインタンク６１およびサブタンク６２における機能液の相対的な濃度変化を最小限に抑えることができる。このため、機能液の濃度変化による描画処理等における悪影響を軽減することができる。
【００６４】
なお、液位上昇工程Ｓ１および液位下降工程Ｓ２は、作業者が手動により定期・不定期に行ってもかまわないが、自動で定期的（一定の稼働時間または一定のワークＷの処理枚数）に行うことが好ましい。自動で定期的に実施することで、液柱パイプ７３における液位センサ７４ｃの検出位置に凝結液滴ＬＱが付着していたとしても、定期的にリフレッシュすることができる。また、吸引による液位下降工程Ｓ２を実施すれば、機能液滴吐出ヘッド１３のクリーニングも同時に行うことができる。なお、定期的なリフレッシュは、貯留した機能液の物性変化（凝集、凝結等）を抑制することができる最小限の頻度で行われることが好ましい。この頻度の設定は、機能液の色見変化、粘度変化等、機能液毎にパラメータを設定することができることが好ましい。
【００６５】
以上の構成によれば、液位上昇工程Ｓ１において、液柱パイプ７３に液位範囲を越えて機能液を過剰供給できるため、液位センサ７４ｃ等が誤検出するような位置に付着している液滴は、上昇した機能液に取り込まれる。そして、液位下降工程Ｓ２における吸引動作または逆送動作により、液柱パイプ７３の内面から排除される。また、液柱パイプ７３内面に液滴が凝固した場合でも、過剰供給および吸引動作等による排出を繰り返して機能液に溶け込ませ、排除することができる。これにより、液柱パイプ７３の内面に付着した凝結液滴ＬＱ等による液位センサ７４ｃの誤検出を有効に防止し、液滴吐出装置１の安定動作が可能となる。さらに、機能液滴吐出ヘッド１３の非吐出動作時に、上記の吸引等による排出を行うことで、液位を液位範囲に戻すようにしているため、サブタンク６２の本来の液位管理に容易に移行でき、この液位変動が機能液滴吐出ヘッド１３の吐出動作に影響を及ぼすことがない。また、液位上昇工程Ｓ１および液位下降工程Ｓ２を実施すると、サブタンク６２に貯留された機能液が攪拌されるため、貯留された機能液の濃度を均一に維持することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施形態に係る液滴吐出装置の斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る液滴吐出装置の平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る液滴吐出装置の側面図である。
【図４】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。
【図５】機能液滴吐出ヘッドの表裏外観斜視図である。
【図６】吸引ユニットの側面図である。
【図７】機能液供給装置の配管系統図である。
【図８】サブタンク廻りを模式的に表した断面図である。
【図９】液滴吐出装置の主制御系について説明したブロック図である。
【図１０】凝結液滴が付着した液柱パイプ内を模式的に表した断面図である。
【図１１】過剰供給時間の制御による液位上昇工程および液位下降工程のフローチャートである。
【図１２】圧力増加制御による液位上昇工程および液位下降工程のフローチャートである。
【符号の説明】
【００６７】
１：液滴吐出装置、１３：機能液滴吐出ヘッド、１６：吸引ユニット、５４：吐出ノズル、５５：ノズル面、６１：メインタンク、６２：サブタンク、７１：サブタンク本体、７３：液柱パイプ、７４ａ：オーバーフローセンサ、７４ｂ：下限センサ、７４ｃ：液位センサ、９８：制御部、ＬＱ：凝結液滴、Ｗ：ワーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機能液供給手段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機能液タンクの管理方法および液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の機能液タンクの管理方法を実施する液滴吐出装置として、メインタンクで構成された機能液供給手段と、機能液供給手段から補給されたインク（機能液）を貯留するタンク本体および液位センシング用の液柱パイプとから成るサブタンク（機能液タンク）と、タンク本体内に貯留した機能液の液面の減液状態および満液状態を検知する低位検出センサおよび高位検出センサと、機能液を機能液滴吐出ヘッドに送液する機能液送液手段と、機能液供給手段および機能液送液手段を制御する制御装置と、を備えたものが知られている（特許文献１参照）。この液滴吐出装置では、低位検出センサが、機能液の減液状態を検出するとメインタンクからタンク本体へ機能液の補給が行われ、高位検出センサが、機能液の満液状態を検出したところで補給が停止することで、機能液タンクの液位を管理している。
【特許文献１】特開２００７−２７５７９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、このような従来の液滴吐出装置におけるサブタンクでは、タンク本体内の上部空間が機能液（の溶媒）の飽和気体の雰囲気に保たれており、圧力変動や温度変化等により、上記の飽和気体が凝結して液滴となる場合がある。液滴が液柱パイプ内で凝結したり、凝結した液滴が液柱パイプ内に入り込むと、液滴の位置によっては、上記のセンサに誤検出が生ずる問題があった。このような場合には、タンク本体内に貯留した機能液面の正常な検出ができなくなり、装置全体として異常な動作の原因となる。
【０００４】
本発明は、液柱パイプの内面に付着した液滴による液位センサの誤検出を、有効に防止することができる機能液タンクの管理方法および液滴吐出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の機能液タンクの管理方法は、下流側を機能液供給手段に接続され上流側をインクジェット方式の機能液滴吐出ヘッドに接続された機能液を貯留するタンク本体と、タンク本体の上部および下部に連通する透光性の液柱パイプと、液柱パイプに外側から臨み、液柱パイプの液位を介してタンク本体内の機能液の液位を検出する液位センサと、を備え、液位センサの検出結果に基づいて、タンク本体の所定の液位範囲を維持するように機能液供給手段を制御する機能液タンクの管理方法であって、機能液滴吐出ヘッドの非吐出動作時において、機能液供給手段を駆動し、液柱パイプにおける液位範囲を越えて機能液を過剰供給する液位上昇工程と、液位上昇工程の後、タンク本体から機能液を流出させ、タンク本体の液位を液位範囲に戻す液位下降工程と、を実施することを特徴とする。
【０００６】
この構成によれば、液位上昇工程において、液柱パイプにおける液位範囲を越えて機能液を過剰供給されるため、少なくとも液位センサが誤検出するような位置に付着している液滴は、上昇した機能液に取り込まれ、続く液位下降工程において、液柱パイプの内面から排除される。また、液滴によっては、凝固する場合も考えられるが、液位上昇工程および液位下降工程を繰り返すことにより、機能液に溶け込ませ、排除することができる。これにより、液柱パイプの内面に付着した液滴による液位センサの誤検出を有効に防止することができる。また、液位下降工程において、液位を液位範囲に戻すようにしているため、タンク本体の本来の液位管理に容易に移行させることができる。さらに、上記の工程を、機能液滴吐出ヘッドの非吐出動作時に行うようにしているので、液位の上昇および下降が機能液滴吐出ヘッドの吐出動作に影響を及ぼすことがない。また、液位上昇工程および液位下降工程を行うと、タンク本体内に貯留された機能液が攪拌されるため、貯留した機能液の濃度を均一に維持することもできる。
【０００７】
この場合、液位下降工程において、機能液吸引手段を用い、機能液滴吐出ヘッドの吐出ノズルから機能液を吸引することにより、タンク本体から機能液を流出させることが好ましい。
【０００８】
この構成によれば、機能液滴吐出ヘッドの吐出ノズルのメンテナンスに、過剰供給した機能液を使用することができる。すなわち、メンテナンス用の機能液吸引手段を活用して、液位下降工程を実施することができる。
【０００９】
また、液位センサの検出結果に基づいて、機能液吸引手段を停止させることが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、吸引による機能液の流出後において、タンク本体の所定の液位範囲を維持することができ、本来の液位管理にそのまま移行することができる。
【００１１】
また、液位下降工程において、機能液逆流手段を用い、機能液を機能液供給手段側に逆流させて、タンク本体から機能液を流出させることが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、過剰供給した機能液を廃棄することなく機能液供給手段に戻すことができる。これにより、機能液を無駄にすることなく、有効に利用することができる。また、溶媒が凝結した液滴を、液位上昇工程により取り込む場合には、タンク本体内の機能液の濃度が薄められる虞があるが、このような場合でも、タンク本体の機能液貯留量に比べ、機能液供給手段の機能液貯留量の方が絶対的に多いため、機能液供給手段側に逆流させる方法では、タンク本体および機能液供給手段における機能液の相対的な濃度変化を最小限に抑えることができる。これにより、機能液の濃度変化による悪影響を軽減することができる。
【００１３】
この場合、液位センサの検出結果に基づいて、機能液逆流手段を停止させることが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、逆流による機能液の流出後において、タンク本体の所定の液位範囲を維持することができ、本来の液位管理にそのまま移行することができる。
【００１５】
これらの場合、液位上昇工程および液位下降工程を、定期的に実施することが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、凝結液滴等が、液柱パイプにおける液位センサの検出位置に付着していたとしても、定期的にリフレッシュすることができる。これにより、液位の誤検出によるトラブルを未然に防ぐことができる。なお、定期的なリフレッシュは、貯留した機能液の物性変化（凝集、凝結等）を抑制することができる最小限の頻度で行われることが好ましい。
【００１７】
一方、液位センサの上方に配設され、タンク本体のオーバーフロー液位を検出するオーバーフローセンサと、を更に備え、液位上昇工程および液位下降工程において、オーバーフローセンサの検出結果に基づく制御動作をキャンセルすることが好ましい。
【００１８】
この構成によれば、オーバーフローセンサの検出結果に基づく制御動作により、上記の工程が阻害されたり、装置に異常が発生するのを防止することができる。
【００１９】
また、液位センサの上方に配設され、タンク本体のオーバーフロー液位を検出するオーバーフローセンサと、を更に備え、液位上昇工程では、オーバーフロー液位を越えて機能液の過剰供給を実施することが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、タンク本体において機能液のオーバーフローを防止しつつ、機能液滴吐出ヘッドの非吐出動作時には、オーバーフロー液位を越えて機能液を満たすことができるので、液柱パイプの内面に付着した液滴によるオーバーフローセンサの誤検出も、有効に防止することができる。
【００２１】
この場合、液位上昇工程における機能液の過剰供給は、機能液の供給流量を一定とした機能液供給手段のタイマ制御により実施されることが好ましい。
【００２２】
同様に、液位上昇工程における機能液の過剰供給は、機能液の供給時間を一定とした機能液供給手段の流量制御により実施されることが好ましい。
【００２３】
これらの構成によれば、機能液供給手段からの機能液の供給量を精度良く制御することができるため、専用のセンサ等を必要とすることなく、機能液の過剰供給を簡単な制御で安定して実施することができる。
【００２４】
また、液位センサは、多光軸センサで構成されており、液位上昇工程おける機能液の過剰供給は、多光軸センサの閾値制御により実施されることが好ましい。
【００２５】
この構成によれば、多光軸センサの閾値を制御することにより、液位センサを利用して機能液の過剰供給を精度良く行うことができる。
【００２６】
本発明の液滴吐出装置は、ワークに対し、インクジェット方式の機能液滴吐出ヘッドを相対的に移動させながら、機能液滴吐出ヘッドから機能液滴を吐出させて描画を行なう描画手段と、機能液滴吐出ヘッドのノズル面に密接し、機能液滴吐出ヘッドの吐出ノズルから機能液を吸引する機能液吸引手段と、機能液を貯留すると共に、機能液滴吐出ヘッドに機能液を供給する機能液タンクと、機能液タンクに機能液を供給する機能液供給手段と、機能液吸引手段および機能液供給手段を制御する制御手段と、を備え、機能液タンクは、機能液を貯留するタンク本体と、タンク本体の上部および下部に連通する透光性の液柱パイプと、液柱パイプに外側から臨み、液柱パイプの液位を介してタンク本体内の機能液の液位を検出する液位センサと、を有し、制御手段は、液位センサの検出結果に基づいて、機能液供給手段を制御しタンク本体の液位を所定の液位範囲に維持すると共に、機能液滴吐出ヘッドの非吐出動作時において、機能液供給手段を制御し、タンク本体に液柱パイプにおける液位範囲を越えて機能液を過剰供給した後、機能液吸引手段を制御し、吐出ノズルから機能液を吸引してタンク本体の液位を液位範囲に戻すことを特徴とする。
【００２７】
また、本発明の他の液滴吐出装置は、ワークに対し、インクジェット方式の機能液滴吐出ヘッドを相対的に移動させながら、機能液滴吐出ヘッドから機能液滴を吐出させて描画を行なう描画手段と、機能液を貯留すると共に、機能液滴吐出ヘッドに機能液を供給する機能液タンクと、機能液タンクに機能液を供給する機能液供給手段と、機能液タンクの機能液を、機能液供給手段側に逆流させる機能液逆流手段と、機能液供給手段および機能液逆流手段を制御する制御手段と、を備え、機能液タンクは、機能液を貯留するタンク本体と、タンク本体の上部および下部に連通する透光性の液柱パイプと、液柱パイプに外側から臨み、液柱パイプの液位を介してタンク本体内の機能液の液位を検出する液位センサと、を有し、制御手段は、液位センサの検出結果に基づいて、機能液供給手段を制御しタンク本体の液位を所定の液位範囲に維持すると共に、機能液滴吐出ヘッドの非吐出動作時において、機能液供給手段を制御し、タンク本体に液柱パイプにおける液位範囲を越えて機能液を過剰供給した後、機能液逆流手段を制御し、タンク本体から機能液を逆流させてタンク本体の液位を液位範囲に戻すことを特徴とする。
【００２８】
これらの構成によれば、機能液供給手段により、液柱パイプにおける液位範囲を越えて機能液を過剰供給されるため、少なくとも液位センサが誤検出するような位置に付着している液滴は、上昇した機能液に取り込まれ、機能液吸引手段または機能液逆流手段により、液柱パイプの内面から排除される。また、液滴が凝固した場合でも、供給および吸引等による排出を繰り返して機能液に溶け込ませ、排除することができる。これにより、液柱パイプの内面に付着した液滴による液位センサの誤検出を有効に防止し、液滴吐出装置の安定動作が可能となる。また、機能液滴吐出ヘッドの非吐出動作時に、上記の吸引等による排出を行うことで、液位を液位範囲に戻すようにしているため、タンク本体の本来の液位管理に容易に移行でき、液位変動が機能液滴吐出ヘッドの吐出動作に影響を及ぼすことがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、添付の図面を参照して、本発明の機能液タンク（サブタンク）の管理方法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を用い、有機ＥＬ装置の各画素となる発光層やカラーフィルタのフィルタエレメント等を形成するものである。
【００３０】
図１ないし図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２１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軸方向に移動させるＸ軸テーブル２と、複数本の支柱１１を介してＸ軸テーブル２を跨ぐように架け渡された一対のＹ軸支持ベース３１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３と、Ｙ軸テーブル３に移動自在に吊設され、複数（１２個）の機能液滴吐出ヘッド１３が搭載された１３個のキャリッジユニット４と、から構成されている。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５と、チャンバ５を貫通して機能液滴吐出ヘッド１３に機能液を供給する機能液供給ユニット６と、装置全体を統括制御する制御装置（図示省略）と、を備えている。チャンバ５の側壁の一部には、機能液供給ユニット６の主体を為すメインタンク６１等を収納するためのタンクキャビネット１４が設けられている。液滴吐出装置１は、Ｘ軸テーブル２およびＹ軸テーブル３の駆動と同期して機能液滴吐出ヘッド１３を吐出駆動させることにより、機能液供給ユニット６から供給された機能液を吐出させ、ワークＷに所定の描画パターンが描画される。
【００３１】
また、液滴吐出装置１は、フラッシングユニット１５、吸引ユニット１６、ワイピングユニット１７、吐出性能検査ユニット１８から成るメンテナンス装置７が設けられており、各ユニットを機能液滴吐出ヘッド１３の保守に供して、機能液滴吐出ヘッド１３の機能維持・機能回復を図るようになっている。本実施形態の液滴吐出装置１では、Ｘ軸テーブル２とＹ軸テーブル３とが交わる部分にキャリッジユニット４を臨ませてワークＷの描画を行い、Ｙ軸テーブル３とメンテナンス装置７（吸引ユニット１６、ワイピングユニット１７）が交わる部分にキャリッジユニット４を臨ませて、機能液滴吐出ヘッド１３の機能維持・機能回復を行う。
【００３２】
図２および図３に示すように、Ｘ軸テーブル２は、ワークＷを吸着セットすると共にθ軸方向に補正可能な機構を有するセットテーブル２２と、セットテーブル２２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２３と、上記のフラッシングユニット１５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２４と、Ｘ軸方向に延在し、Ｘ軸第１スライダ２３およびＸ軸第２スライダ２４をＸ軸方向に移動させる左右一対のＸ軸リニアモータ（図示省略）と、を備えている。
【００３３】
Ｙ軸テーブル３は、１３個のキャリッジユニット４をそれぞれ吊設した１３個のブリッジプレート３２と、１３個のブリッジプレート３２を両持ちで支持する１３組のＹ軸スライダ（図示省略）と、一対のＹ軸支持ベース３１上に設置され、ブリッジプレート３２をＹ軸方向に移動させる一対のＹ軸リニアモータ（図示省略）と、を備えている。また、Ｙ軸テーブル３は、各キャリッジユニット４を介して描画時に機能液滴吐出ヘッド１３を副走査するほか、機能液滴吐出ヘッド１３を吸引ユニット１６およびワイピングユニット１７に臨ませる。この場合、各キャリッジユニット４を独立させて個別に移動させることも可能であるし、１３個のキャリッジユニット４を一体として移動させることも可能である。なお、請求項に言う描画手段とは、Ｘ軸テーブル２、Ｙ軸テーブル３およびキャリッジユニット４（機能液滴吐出ヘッド１３およびヘッドユニット４２）から構成されている。
【００３４】
各キャリッジユニット４は、Ｒ・Ｇ・Ｂ・Ｃ・Ｍ・Ｙの６色、各２個（計１２個）の機能液滴吐出ヘッド１３と、１２個の機能液滴吐出ヘッド１３を６個ずつ２群に分けて支持するヘッドプレート４１から成るヘッドユニット４２と、を備えている（図４参照）。また、各キャリッジユニット４は、ヘッドユニット４２をθ補正（θ回転）可能に支持するθ回転機構４３と、θ回転機構４３を介して、ヘッドユニット４２をブリッジプレート３２に支持させる吊設部材４４と、を備えている。加えて、各キャリッジユニット４は、その上部にサブタンク６２が配設されており（実際には、ブリッジプレート３２上に配設）、このサブタンク６２から自然水頭を利用し、かつ圧力調整弁８５を介して各機能液滴吐出ヘッド１３に機能液が供給されるようになっている。
【００３５】
図５に示すように、機能液滴吐出ヘッド１３は、いわゆる２連のインクジェットヘッドであり、２連の接続針５２を有する機能液導入部５１と、複数の吐出ノズル５４が、２本のノズル列５６を形成したノズル面５５を有するノズルプレート５３と、を有している。機能液滴吐出ヘッド１３は、制御装置から出力された駆動波形が圧電素子に印加されることで、各吐出ノズル５４から機能液が吐出される。
【００３６】
図６に示すように、吸引ユニット１６は、各機能液滴吐出ヘッド１３に対応する１２個のヘッドキャップ１６２をキャッププレート１６３に搭載した１３台のキャップユニット１６１と、支持部材１６４を介して各キャップユニット１６１を昇降させる１３台の昇降機構（離接機構）１６５と、吸引チューブ１６９を介して各キャップユニット１６１と連通する吸引機構１６８と、を備えている。昇降機構１６５は、昇降シリンダ１６６により、一対のリニアガイド１６７にガイドされてヘッドキャップ１６２を直接昇降させる。吸引機構１６８は、エジェクタにより廃液タンク内を減圧して機能液滴吐出ヘッド１３から機能液を吸引する。
【００３７】
次に、図１、図７および図８を参照して機能液供給ユニット６について説明する。機能液供給ユニット６は、Ｒ・Ｇ・Ｂ・Ｃ・Ｍ・Ｙの６色に対応した６組の機能液供給装置６０と、メインタンク６１およびサブタンク６２等に制御用の圧縮窒素ガスを供給する窒素ガス供給設備６５と、各種開閉弁の制御用の圧縮エアーを供給する圧縮エアー供給設備６６と、各部からガス排気を行うためのガス排気設備６７と、を備えている。６組の機能液供給装置６０は、それぞれＲ・Ｇ・Ｂ・Ｃ・Ｍ・Ｙの６色に対応した機能液滴吐出ヘッド１３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１３には対応する色の機能液が供給される。
【００３８】
図７に示すように、各機能液供給装置６０は、機能液の供給源を構成する２つのメインタンク６１,６１と、各キャリッジユニット４に対応して設けた１３個のサブタンク６２と、メインタンク６１と１３個のサブタンク６２を接続する上流側機能液流路６３と、各サブタンク６２と各機能液滴吐出ヘッド１３とを接続する１３組の下流側機能液流路６４と、を備えている。
【００３９】
各メインタンク６１内の機能液は、これに接続して窒素ガス供給設備６５からの圧縮窒素ガスにより加圧され、上流側機能液流路６３を介して１３個のサブタンク６２に選択的に供給される。その際、圧縮エアー供給設備６６の圧縮エアーにより、各開閉弁が開閉制御される。また同時に、各サブタンク６２は、ガス排気設備６７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６２の機能液は、これに連なる機能液滴吐出ヘッド１３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６４を介して機能液滴吐出ヘッド１３に供給される。詳細は後述するが、サブタンク６２からの機能液逆送時には、圧縮窒素ガスが各サブタンク６２に供給される一方、各メインタンク６１は、ガス排気設備６７を介して大気開放される。
【００４０】
各上流側機能液流路６３には、各流路の圧力損失が均等になるように形成された１３分岐流路８１が介設されており、その下流側は１３本に分流され、各サブタンク６２に接続されている。また、各上流側機能液流路６３には、機能液から気泡を透過除去する気泡除去ユニット８２が介設されている。
【００４１】
各下流側機能液流路６４には、２分岐流路８４が介設されており、その下流側は２本に分流され、機能液滴吐出ヘッド１３の２連の接続針５２に接続されている。また、２分岐流路８４の上流側近傍には、圧力調整弁８５が介設されている。
【００４２】
各サブタンク６２の上流側および下流側近傍の各機能液流路６３，６４には、流入開閉弁８３および流出開閉弁８６が介設されている。流入開閉弁８３および流出開閉弁８６は、容積変化なく開閉可能なエアーオペレートバルブで構成されており、開閉弁を開閉した際に発生する機能液の脈動を抑えることができる。そのため、機能液滴吐出ヘッド１３に脈動（水頭値変動）が伝わることを抑え、機能液滴吐出ヘッド１３による吐出不良を抑えることができる。なお、これらの開閉弁は、ダイヤフラム式のエアーオペレートバルブで構成することが好ましい。これにより、圧縮エアー供給設備６６からの圧縮エアーにより開閉が制御できると共に、開閉弁の開閉をゆっくり行うことができるため、容易に容積変化なく開閉可能な構成に為されている。また、エアーオペレートバルブを使用することにより、開閉弁を通過する機能液の温度上昇を抑えることができる。
【００４３】
次に、図８を参照して、サブタンク６２およびサブタンク６２廻りの構造について説明する。サブタンク６２は、上部に気体空間（上部空間）を有すると共に機能液を貯留するサブタンク本体７１と、サブタンク本体７１に落し蓋様に浮かした蓋体フロート７２と、サブタンク本体７１の側方に配設された透明な液柱パイプ７３と、液柱パイプ７３に臨み、貯留された機能液の液位を検出する液位検出機構７４と、サブタンク本体７１の側方下部に配設された液圧センサ７５と、を備えている。
【００４４】
サブタンク本体７１は、ステンレス等の金属材料で、薄型直方体形状に形成されている。サブタンク本体７１の一方の側板の上部には、通気用チューブ７６が接続され、他方の側板の上部および下部には、液柱パイプ７３の上端および下端がそれぞれ接続されている。さらに、サブタンク本体７１の底板は、厚肉に形成され、機能液の流入経路７７および流出経路７８が「Ｌ」字状に屈曲形成されている。そして、流入経路７７には上流側機能液流路６３が、また流出経路７８には下流側機能液流路６４が、それぞれ接続されている。
【００４５】
通気用チューブ７６は、上記したサブタンク本体７１の上部空間の略２倍の容積を有しており、サブタンク本体７１内の機能液が満液および減液の場合でも、大気開放時には、上部空間の雰囲気が通気用チューブ７６内に移動して、外部に飛散することがない。これにより、上部空間が機能液の飽和気体の雰囲気で保たれるので、機能液の液面の凝集等が生じることがない。また、通気用チューブ７６の大気開放端側には、２分岐継手８７を介してチューブ開閉弁８８およびガス圧導入弁８９が配設されており、チューブ開閉弁８８には、ガス排気設備６７が接続され、ガス圧導入弁８９には、窒素ガス供給設備６５が接続されている。メインタンク６１からの送液の際には、チューブ開閉弁８８を開弁すると共にガス圧導入弁８９を閉弁して、ガス排気設備６７により大気開放し、機能液滴吐出ヘッド１３への送液または後述するメインタンク６１への逆送の際には、ガス圧導入弁８９を開弁すると共に、チューブ開閉弁８８を閉弁して、窒素ガス供給設備６５により加圧制御する。このようにして、必要量の機能液を効率的にサブタンク６２内に貯留する。
【００４６】
蓋体フロート７２は、耐薬品性のステンレス等の金属材料により、内部を中空とし、上面視、サブタンク本体７１の内面と略相似形の薄型直方体形状に形成されている。これにより、機能液の波立ちの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る。また、サブタンク６２内の機能液面と上部空間の気体との接触面積を小さくすることができるため、サブタンク６２内の機能液の波立ちの発生および気泡が溶け込むのを抑えることができる。
【００４７】
液位検出機構７４は、透明な液柱パイプ７３に外側から臨んでおり、上限となる機能液のオーバーフロー液位を検出するオーバーフローセンサ７４ａと、下限となる機能液の下限液位を検出する下限センサ７４ｂと、上限・下限の上下中間に位置し、補給時の機能液の液位を検出する液位センサ７４ｃと、を備えている。オーバーフローセンサ７４ａは、サブタンク６２のオーバーフローを防止すべく設けられており、オーバーフローセンサ７４ａがオーバーフロー液位を検出した場合には、メインタンク６１からの送液を停止させる。一方、下限センサ７４ｂは、サブタンク６２が空になるのを防止すべく設けられており、下限センサ７４ｂが下限液位を検出した場合には、現時点のワークＷ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。なお、液位センサ７４ｃは、一定範囲の液位を検出可能な多光軸センサで構成してもよい。
【００４８】
液位センサ７４ｃは、機能液滴吐出ヘッド１３の理想の水頭値を考慮した液位（基準液位）を検出するものであり、液位センサ７４ｃにより機能液の液位が検出されると、後述する制御部９８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、液位センサ７４ｃ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、液位センサ７４ｃにより基準液位が検出されると減液と判断される。また、液位センサ７４ｃ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、液位センサ７４ｃにより基準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。このように、減液状態の液位と満液状態の液位とは、液位センサ７４ｃにより液面制御される所定の液位範囲を構成している。この液位範囲を判断することにより、液位調整にかかる機能液の補給停止および補給開始の制御を、単一の液位センサ７４ｃによる基準液位の検出のみで行うことができる。これにより、本装置を簡単な構成にすることができる。なお、時間の計測には、後述する制御部９８のＣＰＵ１０５が標準的に有するタイマ機能を使用する。
【００４９】
次に、図９を参照して、液滴吐出装置１の主制御系について説明する。同図に示すように、液滴吐出装置１は、ヘッドユニット４２を有する液滴吐出部９１と、Ｘ軸テーブル２によりワークＷを移動させるワーク移動部９２と、Ｙ軸テーブル３によりキャリッジユニット４を移動させるヘッド移動部９３と、メンテナンス装置７を有するメンテナンス部９４と、機能液供給ユニット６を有する機能液供給部９５と、各種センサ検出を行う検出部９６と、各部を駆動制御する駆動部９７と、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９８と、を備えている。
【００５０】
制御部９８には、各手段を接続するためのインタフェース１０１と、制御処理の作業領域であるＲＡＭ１０２と、制御プログラムやデータ等を記憶するＲＯＭ１０３と、描画データ等の処理プログラム等を記憶するハードディスク１０４と、ＲＯＭ１０３やハードディスク１０４に記憶されたプログラム等に従い、各種データを演算処理するＣＰＵ１０５と、これらを互いに接続するバス１０６と、が備えられている。そして、制御部９８は、各手段からの各種データを、インタフェース１０１を介して入力すると共に、ハードディスク１０４に記憶されたプログラムに従ってＣＰＵ１０５に演算処理させ、その処理結果を、駆動部９７を介して各手段に出力する。これにより、装置全体が制御され、液滴吐出装置１の各種処理が行われる。
【００５１】
ここで、サブタンク６２に対する機能液の供給動作および排出動作について説明する。これらの動作は、各メインタンク６１および各サブタンク６２に機能液が貯液されていると共に、各流路に機能液が充液されている状態にて行われるものとする。加えて、窒素ガス供給設備６５により、上流側機能液流路６３に接続された一方のメインタンク６１が加圧されているものとする。
【００５２】
まず、機能液滴吐出ヘッド１３への機能液供給動作について説明する。サブタンク６２の上流側に介設された流入開閉弁８３を閉弁した状態で、機能液滴吐出ヘッド１３を駆動して機能液滴の吐出を行う。流入開閉弁８３が閉弁されているため、メインタンク６１からの圧力は縁切りされ、機能液滴吐出ヘッド１３のポンプ作用により、機能液が各サブタンク６２から各機能液滴吐出ヘッド１３に送液される。
【００５３】
次に、機能液滴吐出ヘッド１３の吐出動作時における、サブタンク６２への機能液の補給について説明する（通常供給）。機能液滴吐出ヘッド１３の吐出動作により、サブタンク６２内の機能液が一定量減ると、液位検出機構７４によって減液状態であると判断され、流入開閉弁８３を開弁してメインタンク６１からサブタンク６２に機能液を補給する。メインタンク６１は加圧されているため、流入開閉弁８３を開弁することでメインタンク６１の機能液が自動的にサブタンク６２に送液される。サブタンク６２内の機能液が一定量貯まると、液位検出機構７４によって、サブタンク６２内が満液状態であると判断される。満液状態と判断されると、流入開閉弁８３を閉弁して補給動作を終了する。このようにして、サブタンク６２内の機能液が所定の液位範囲に維持される。なお、この際、機能液滴吐出ヘッド１３の吐出動作は継続的に行われる。
【００５４】
ここで、サブタンク本体７１の上部空間には、貯留した機能液（の溶媒）の飽和気体の雰囲気で保たれており、機能液の温度とサブタンク６２本体内面の温度等との微妙な温度差により、或いはサブタンク本体７１内の圧力変動により、上部空間において飽和気体が凝結して液滴となる場合がある。この凝結液滴ＬＱが液柱パイプ７３内で生じたり、凝結液滴ＬＱが液柱パイプ７３内に入り込むことにより、液柱パイプ７３内面に付着した場合、付着する場所によっては、液位検出機構７４の各センサが正確な液位を検出できなくなる。
【００５５】
例えば、図１０（ａ）では、液柱パイプ７３における液位センサ７４ｃの検出液位に凝結液滴ＬＱが付着しているため、実際の液位が基準液位よりも下降しているにもかかわらず、制御部９８は、サブタンク６２内の機能液は所定の液位範囲にあると誤判断してしまう。このまま、機能液が減り続けると、下限センサ７４ｂによる下限液位検出により、サブタンク６２内の下限液位を検出しているにもかかわらず、いまだ所定の液位範囲に機能液が存するとの不整合が生じ、その結果、液滴吐出装置１が停止することになる。また、図１０（ｂ）では、液柱パイプ７３におけるオーバーフローセンサ７４ａの検出液位に凝結液滴ＬＱが付着しているため、制御部９８は、常にオーバーフロー液位を検出し続け、その結果、液滴吐出装置１が停止し続けることとなる。
【００５６】
このような液柱パイプ７３内の凝結液滴ＬＱを除去するサブタンク６２の管理方法について、以下、説明する。この管理方法は、機能液滴吐出ヘッド１３の非吐出駆動時（非描画時）に行うものであり、メインタンク６１からサブタンク６２への通常供給時よりも機能液を過剰供給する液位上昇工程Ｓ１と、その過剰供給した機能液を機能液滴吐出ヘッド１３の吐出ノズル５４から、或いはメインタンク６１に逆流させて排出する液位下降工程Ｓ２と、から構成されている。上記した凝結液滴ＬＱは、液位センサ７４ｃが検出する基準液位付近に付着するものが問題となるため、本実施形態では、サブタンク６２の所定の液位範囲を越えて機能液を過剰供給することにより、その機能液に凝結液滴ＬＱを取り込ませるようにしている。
【００５７】
図１１に示すように、まず、機能液滴吐出ヘッド１３の非吐出動作時、好ましくは、吸引ユニット１６による強制的な吸引の実施時において、通常供給と同じ供給圧力で、サブタンク６２に機能液の補給を開始する（Ｓ１１）。このとき、通常供給時における満液状態の液位を越えて、且つオーバーフロー液位を越えないように機能液を過剰供給する（液位上昇工程Ｓ１）。この過剰供給は、メインタンク６１に加えられた圧力を通常供給時と同一に維持した状態で、通常供給時の基準液位検出後、満液と判断される一定時間を延長して、機能液の送液停止制御を遅らせることにより実施される（Ｓ１２）。すなわち、メインタンク６１からサブタンク６２へ送液される単位時間当たりの機能液の流量が一定であるため、停止制御の遅延時間（過剰供給時間）を設定することにより、通常供給時に比して機能液を過剰に供給する。過剰供給時間が経過した後に、機能液の供給を停止する（Ｓ１３）。これにより、少なくとも液位センサ７４ｃが誤検出するような位置に付着している凝結液滴ＬＱは、過剰供給された機能液に取り込むことができる。また、詳しくは後述するが、この過剰供給した機能液は、液位下降工程Ｓ２において吸引等によりサブタンク６２内から排出される。
【００５８】
また、上記の凝結液滴ＬＱが、オーバーフロー液位付近に付着することも考慮すると、上記の液位上昇工程Ｓ１では、オーバーフロー液位を僅かに越えてサブタンク６２に機能液を過剰供給するようにしてもよい。上記したように、通常供給時は、オーバーフローセンサ７４ａがオーバーフロー液位を検出すると、メインタンク６１からの送液が停止するが、この場合における過剰供給では、オーバーフロー液位を検出した場合でも送液を続けるように制御する。すなわち、オーバーフロー液位検出結果に基づく通常の制御動作がキャンセルされることにより、液位上昇工程Ｓ１が阻害されず、サブタンク６２に、オーバーフロー液位を僅かに越えて機能液を供給することができる。これにより、オーバーフロー液位付近に付着した凝結液滴ＬＱをも除去することができる。
【００５９】
上記のように、本実施形態では停止制御の遅延時間を設定することにより過剰供給を実施しているが、図１２に示すように、他の過剰供給の方法（第２実施形態）として、メインタンク６１に加えられた圧力を通常供給時よりも高圧に設定し（Ｓ１４）、通常供給時と同様に供給を開始し（Ｓ１１）、基準液位検出後、一定時間経過（通常供給時間）を待って、機能液の供給を停止制御するようにしてもよい（Ｓ１５）。この過剰供給方法では、実際の供給の際、機能液の送液を停止制御しても、液位の上昇は、直ちに停止するわけではなく、僅かな時間差をもって停止することを利用している。したがって、通常供給よりも、機能液を高圧供給することで、停止制御後の単位時間当たりの液位上昇幅が大きくなり、結果として、サブタンク６２に機能液が過剰供給されることになる。
【００６０】
また、さらに、他の過剰供給の方法（第３実施形態）として、液位センサ７４ｃに、多光軸センサを用いた場合には、多光軸センサの閾値を制御することにより、一定範囲の液位を検出することができる。このため、多光軸センサが検出可能な一定範囲の液位において、所望の液位を検出後に機能液の供給を停止制御することによって、通常供給または過剰供給を多光軸センサの出力のみで制御することができる。
【００６１】
次に、図１１および図１２に示すように、液位上昇工程Ｓ１を実施した後、サブタンク６２に過剰供給した機能液を、吸引ユニット１６を用いて、各機能液滴吐出ヘッド１３の吐出ノズル５４から強制的に吸引、或いはサブタンク６２からメインタンク６１に逆送させることで（Ｓ２１）、基準液位に戻すように排出する（液位下降工程Ｓ２）。なお、吸引動作または逆送動作は、作業者によって、どちらかを選択的に切り替え可能な構成とすることが、好ましい。
【００６２】
吸引ユニット１６を用いた吸引動作の場合には、まず、流出開閉弁８６を開弁すると共に流入開閉弁８３を閉弁する。次に、各キャリッジユニット４をキャップユニット１６１上に臨ませ、昇降機構１６５によりキャップユニット１６１を上昇させ、各機能液滴吐出ヘッド１３に対応するヘッドキャップ１６２を密接させる。その後、吸引機構１６８を駆動させることにより、機能液滴吐出ヘッド１３の吐出ノズル５４から機能液の吸引を開始する（Ｓ２１）。そして、液位センサ７４ｃが基準液位を検出したところで（Ｓ２２）、吸引動作を終了（Ｓ２３）する。このように、過剰供給した機能液を機能液滴吐出ヘッド１３の吐出ノズル５４のメンテナンスに有効利用することができると共に、吸引動作による機能液の流出後において、サブタンク６２の所定の液位範囲を維持することができ、本来の液位管理にそのまま移行することができる。
【００６３】
他方、サブタンク６２の機能液をメインタンク６１に戻す逆送動作の場合には、流出開閉弁８６を閉弁すると共に流入開閉弁８３を開弁し、且つメインタンク６１への加圧を解除（負圧制御）した後、チューブ開閉弁８８を閉弁すると共に、ガス圧導入弁８９を開弁し、窒素ガス供給設備６５によりサブタンク６２内を加圧（加圧制御）して機能液を逆流させる（Ｓ２１）。そして、液位センサ７４ｃが基準液位を検出したところで（Ｓ２２）、逆送動作を終了する（Ｓ２３）。このように、過剰供給した機能液をメインタンク６１に戻すことにより、サブタンク６２内に過剰供給された機能液を廃棄することなく、機能液を有効利用することができる。また、逆送動作による機能液の流出後において、サブタンク６２の所定の液位範囲を維持することができ、本来の液位管理にそのまま移行することができる。また、凝結液滴ＬＱを、液位上昇工程Ｓ１により取り込む場合には、サブタンク６２内の機能液の濃度が薄められる虞が考えられるが、このような場合でも、サブタンク６２の機能液貯留量に比べ、メインタンク６１の機能液貯留量の方が絶対的に多いため、この逆流動作では、メインタンク６１およびサブタンク６２における機能液の相対的な濃度変化を最小限に抑えることができる。このため、機能液の濃度変化による描画処理等における悪影響を軽減することができる。
【００６４】
なお、液位上昇工程Ｓ１および液位下降工程Ｓ２は、作業者が手動により定期・不定期に行ってもかまわないが、自動で定期的（一定の稼働時間または一定のワークＷの処理枚数）に行うことが好ましい。自動で定期的に実施することで、液柱パイプ７３における液位センサ７４ｃの検出位置に凝結液滴ＬＱが付着していたとしても、定期的にリフレッシュすることができる。また、吸引による液位下降工程Ｓ２を実施すれば、機能液滴吐出ヘッド１３のクリーニングも同時に行うことができる。なお、定期的なリフレッシュは、貯留した機能液の物性変化（凝集、凝結等）を抑制することができる最小限の頻度で行われることが好ましい。この頻度の設定は、機能液の色見変化、粘度変化等、機能液毎にパラメータを設定することができることが好ましい。
【００６５】
以上の構成によれば、液位上昇工程Ｓ１において、液柱パイプ７３に液位範囲を越えて機能液を過剰供給できるため、液位センサ７４ｃ等が誤検出するような位置に付着している液滴は、上昇した機能液に取り込まれる。そして、液位下降工程Ｓ２における吸引動作または逆送動作により、液柱パイプ７３の内面から排除される。また、液柱パイプ７３内面に液滴が凝固した場合でも、過剰供給および吸引動作等による排出を繰り返して機能液に溶け込ませ、排除することができる。これにより、液柱パイプ７３の内面に付着した凝結液滴ＬＱ等による液位センサ７４ｃの誤検出を有効に防止し、液滴吐出装置１の安定動作が可能となる。さらに、機能液滴吐出ヘッド１３の非吐出動作時に、上記の吸引等による排出を行うことで、液位を液位範囲に戻すようにしているため、サブタンク６２の本来の液位管理に容易に移行でき、この液位変動が機能液滴吐出ヘッド１３の吐出動作に影響を及ぼすことがない。また、液位上昇工程Ｓ１および液位下降工程Ｓ２を実施すると、サブタンク６２に貯留された機能液が攪拌されるため、貯留された機能液の濃度を均一に維持することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施形態に係る液滴吐出装置の斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る液滴吐出装置の平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る液滴吐出装置の側面図である。
【図４】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。
【図５】機能液滴吐出ヘッドの表裏外観斜視図である。
【図６】吸引ユニットの側面図である。
【図７】機能液供給装置の配管系統図である。
【図８】サブタンク廻りを模式的に表した断面図である。
【図９】液滴吐出装置の主制御系について説明したブロック図である。
【図１０】凝結液滴が付着した液柱パイプ内を模式的に表した断面図である。
【図１１】過剰供給時間の制御による液位上昇工程および液位下降工程のフローチャートである。
【図１２】圧力増加制御による液位上昇工程および液位下降工程のフローチャートである。
【符号の説明】
【００６７】
１：液滴吐出装置、１３：機能液滴吐出ヘッド、１６：吸引ユニット、５４：吐出ノズル、５５：ノズル面、６１：メインタンク、６２：サブタンク、７１：サブタンク本体、７３：液柱パイプ、７４ａ：オーバーフローセンサ、７４ｂ：下限センサ、７４ｃ：液位センサ、９８：制御部、ＬＱ：凝結液滴、Ｗ：ワーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下流側を機能液供給手段に接続され上流側をインクジェット方式の機能液滴吐出ヘッドに接続された機能液を貯留するタンク本体と、前記タンク本体の上部および下部に連通する透光性の液柱パイプと、前記液柱パイプに外側から臨み、前記液柱パイプの液位を介して前記タンク本体内の機能液の液位を検出する液位センサと、を備え、
前記液位センサの検出結果に基づいて、前記タンク本体の所定の液位範囲を維持するように前記機能液供給手段を制御する機能液タンクの管理方法であって、
前記機能液滴吐出ヘッドの非吐出動作時において、
前記機能液供給手段を駆動し、前記液柱パイプにおける前記液位範囲を越えて機能液を過剰供給する液位上昇工程と、
前記液位上昇工程の後、前記タンク本体から機能液を流出させ、前記タンク本体の液位を前記液位範囲に戻す液位下降工程と、を実施することを特徴とする機能液タンクの管理方法。
【請求項２】
前記液位下降工程において、機能液吸引手段を用い、前記機能液滴吐出ヘッドの吐出ノズルから機能液を吸引することにより、前記タンク本体から機能液を流出させることを特徴とする請求項１に記載の機能液タンクの管理方法。
【請求項３】
前記液位センサの検出結果に基づいて、前記機能液吸引手段を停止させることを特徴とする請求項２に記載の機能液タンクの管理方法。
【請求項４】
前記液位下降工程において、機能液逆流手段を用い、機能液を前記機能液供給手段側に逆流させて、前記タンク本体から機能液を流出させることを特徴とする請求項１に記載の機能液タンクの管理方法。
【請求項５】
前記液位センサの検出結果に基づいて、前記機能液逆流手段を停止させることを特徴とする請求項４に記載の機能液タンクの管理方法。
【請求項６】
前記液位上昇工程および前記液位下降工程を、定期的に実施することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の機能液タンクの管理方法。
【請求項７】
前記液位センサの上方に配設され、前記タンク本体のオーバーフロー液位を検出するオーバーフローセンサと、を更に備え、
前記液位上昇工程および前記液位下降工程において、前記オーバーフローセンサの検出結果に基づく制御動作をキャンセルすることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の機能液タンクの管理方法。
【請求項８】
前記液位センサの上方に配設され、前記タンク本体のオーバーフロー液位を検出するオーバーフローセンサと、を更に備え、
前記液位上昇工程では、前記オーバーフロー液位を越えて機能液の前記過剰供給を実施することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の機能液タンクの管理方法。
【請求項９】
前記液位上昇工程における機能液の前記過剰供給は、機能液の供給流量を一定とした前記機能液供給手段のタイマ制御により実施されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の機能液タンクの管理方法。
【請求項１０】
前記液位上昇工程における機能液の前記過剰供給は、機能液の供給時間を一定とした前記機能液供給手段の流量制御により実施されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の機能液タンクの管理方法。
【請求項１１】
前記液位センサは、多光軸センサで構成されており、
前記液位上昇工程おける機能液の前記過剰供給は、前記多光軸センサの閾値制御により実施されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の機能液タンクの管理方法。
【請求項１２】
ワークに対し、インクジェット方式の機能液滴吐出ヘッドを相対的に移動させながら、前記機能液滴吐出ヘッドから機能液滴を吐出させて描画を行なう描画手段と、
前記機能液滴吐出ヘッドのノズル面に密接し、前記機能液滴吐出ヘッドの吐出ノズルから機能液を吸引する機能液吸引手段と、
機能液を貯留すると共に、前記機能液滴吐出ヘッドに機能液を供給する機能液タンクと、
前記機能液タンクに機能液を供給する機能液供給手段と、
前記機能液吸引手段および前記機能液供給手段を制御する制御手段と、を備え、
前記機能液タンクは、機能液を貯留するタンク本体と、前記タンク本体の上部および下部に連通する透光性の液柱パイプと、前記液柱パイプに外側から臨み、前記液柱パイプの液位を介して前記タンク本体内の機能液の液位を検出する液位センサと、を有し、
前記制御手段は、前記液位センサの検出結果に基づいて、前記機能液供給手段を制御し前記タンク本体の液位を所定の液位範囲に維持すると共に、
前記機能液滴吐出ヘッドの非吐出動作時において、
前記機能液供給手段を制御し、前記タンク本体に前記液柱パイプにおける前記液位範囲を越えて機能液を過剰供給した後、前記機能液吸引手段を制御し、前記吐出ノズルから機能液を吸引して前記タンク本体の液位を前記液位範囲に戻すことを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項１３】
ワークに対し、インクジェット方式の機能液滴吐出ヘッドを相対的に移動させながら、前記機能液滴吐出ヘッドから機能液滴を吐出させて描画を行なう描画手段と、
機能液を貯留すると共に、前記機能液滴吐出ヘッドに機能液を供給する機能液タンクと、
前記機能液タンクに機能液を供給する機能液供給手段と、
前記機能液タンクの機能液を、前記機能液供給手段側に逆流させる機能液逆流手段と、
前記機能液供給手段および前記機能液逆流手段を制御する制御手段と、を備え、
前記機能液タンクは、機能液を貯留するタンク本体と、前記タンク本体の上部および下部に連通する透光性の液柱パイプと、前記液柱パイプに外側から臨み、前記液柱パイプの液位を介して前記タンク本体内の機能液の液位を検出する液位センサと、を有し、
前記制御手段は、前記液位センサの検出結果に基づいて、前記機能液供給手段を制御し前記タンク本体の液位を所定の液位範囲に維持すると共に、
前記機能液滴吐出ヘッドの非吐出動作時において、
前記機能液供給手段を制御し、前記タンク本体に前記液柱パイプにおける前記液位範囲を越えて機能液を過剰供給した後、前記機能液逆流手段を制御し、前記タンク本体から機能液を逆流させて前記タンク本体の液位を前記液位範囲に戻すことを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項１】
下流側を機能液供給手段に接続され上流側をインクジェット方式の機能液滴吐出ヘッドに接続された機能液を貯留するタンク本体と、前記タンク本体の上部および下部に連通する透光性の液柱パイプと、前記液柱パイプに外側から臨み、前記液柱パイプの液位を介して前記タンク本体内の機能液の液位を検出する液位センサと、を備え、
前記液位センサの検出結果に基づいて、前記タンク本体の所定の液位範囲を維持するように前記機能液供給手段を制御する機能液タンクの管理方法であって、
前記機能液滴吐出ヘッドの非吐出動作時において、
前記機能液供給手段を駆動し、前記液柱パイプにおける前記液位範囲を越えて機能液を過剰供給する液位上昇工程と、
前記液位上昇工程の後、前記タンク本体から機能液を流出させ、前記タンク本体の液位を前記液位範囲に戻す液位下降工程と、を実施することを特徴とする機能液タンクの管理方法。
【請求項２】
前記液位下降工程において、機能液吸引手段を用い、前記機能液滴吐出ヘッドの吐出ノズルから機能液を吸引することにより、前記タンク本体から機能液を流出させることを特徴とする請求項１に記載の機能液タンクの管理方法。
【請求項３】
前記液位センサの検出結果に基づいて、前記機能液吸引手段を停止させることを特徴とする請求項２に記載の機能液タンクの管理方法。
【請求項４】
前記液位下降工程において、機能液逆流手段を用い、機能液を前記機能液供給手段側に逆流させて、前記タンク本体から機能液を流出させることを特徴とする請求項１に記載の機能液タンクの管理方法。
【請求項５】
前記液位センサの検出結果に基づいて、前記機能液逆流手段を停止させることを特徴とする請求項４に記載の機能液タンクの管理方法。
【請求項６】
前記液位上昇工程および前記液位下降工程を、定期的に実施することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の機能液タンクの管理方法。
【請求項７】
前記液位センサの上方に配設され、前記タンク本体のオーバーフロー液位を検出するオーバーフローセンサと、を更に備え、
前記液位上昇工程および前記液位下降工程において、前記オーバーフローセンサの検出結果に基づく制御動作をキャンセルすることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の機能液タンクの管理方法。
【請求項８】
前記液位センサの上方に配設され、前記タンク本体のオーバーフロー液位を検出するオーバーフローセンサと、を更に備え、
前記液位上昇工程では、前記オーバーフロー液位を越えて機能液の前記過剰供給を実施することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の機能液タンクの管理方法。
【請求項９】
前記液位上昇工程における機能液の前記過剰供給は、機能液の供給流量を一定とした前記機能液供給手段のタイマ制御により実施されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の機能液タンクの管理方法。
【請求項１０】
前記液位上昇工程における機能液の前記過剰供給は、機能液の供給時間を一定とした前記機能液供給手段の流量制御により実施されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の機能液タンクの管理方法。
【請求項１１】
前記液位センサは、多光軸センサで構成されており、
前記液位上昇工程おける機能液の前記過剰供給は、前記多光軸センサの閾値制御により実施されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の機能液タンクの管理方法。
【請求項１２】
ワークに対し、インクジェット方式の機能液滴吐出ヘッドを相対的に移動させながら、前記機能液滴吐出ヘッドから機能液滴を吐出させて描画を行なう描画手段と、
前記機能液滴吐出ヘッドのノズル面に密接し、前記機能液滴吐出ヘッドの吐出ノズルから機能液を吸引する機能液吸引手段と、
機能液を貯留すると共に、前記機能液滴吐出ヘッドに機能液を供給する機能液タンクと、
前記機能液タンクに機能液を供給する機能液供給手段と、
前記機能液吸引手段および前記機能液供給手段を制御する制御手段と、を備え、
前記機能液タンクは、機能液を貯留するタンク本体と、前記タンク本体の上部および下部に連通する透光性の液柱パイプと、前記液柱パイプに外側から臨み、前記液柱パイプの液位を介して前記タンク本体内の機能液の液位を検出する液位センサと、を有し、
前記制御手段は、前記液位センサの検出結果に基づいて、前記機能液供給手段を制御し前記タンク本体の液位を所定の液位範囲に維持すると共に、
前記機能液滴吐出ヘッドの非吐出動作時において、
前記機能液供給手段を制御し、前記タンク本体に前記液柱パイプにおける前記液位範囲を越えて機能液を過剰供給した後、前記機能液吸引手段を制御し、前記吐出ノズルから機能液を吸引して前記タンク本体の液位を前記液位範囲に戻すことを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項１３】
ワークに対し、インクジェット方式の機能液滴吐出ヘッドを相対的に移動させながら、前記機能液滴吐出ヘッドから機能液滴を吐出させて描画を行なう描画手段と、
機能液を貯留すると共に、前記機能液滴吐出ヘッドに機能液を供給する機能液タンクと、
前記機能液タンクに機能液を供給する機能液供給手段と、
前記機能液タンクの機能液を、前記機能液供給手段側に逆流させる機能液逆流手段と、
前記機能液供給手段および前記機能液逆流手段を制御する制御手段と、を備え、
前記機能液タンクは、機能液を貯留するタンク本体と、前記タンク本体の上部および下部に連通する透光性の液柱パイプと、前記液柱パイプに外側から臨み、前記液柱パイプの液位を介して前記タンク本体内の機能液の液位を検出する液位センサと、を有し、
前記制御手段は、前記液位センサの検出結果に基づいて、前記機能液供給手段を制御し前記タンク本体の液位を所定の液位範囲に維持すると共に、
前記機能液滴吐出ヘッドの非吐出動作時において、
前記機能液供給手段を制御し、前記タンク本体に前記液柱パイプにおける前記液位範囲を越えて機能液を過剰供給した後、前記機能液逆流手段を制御し、前記タンク本体から機能液を逆流させて前記タンク本体の液位を前記液位範囲に戻すことを特徴とする液滴吐出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１２４４０（Ｐ２０１０−１２４４０Ａ）
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７６５１９（Ｐ２００８−１７６５１９）
【出願日】平成２０年７月７日（２００８．７．７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月７日（２００８．７．７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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