CN102164749A

CN102164749A - 排出单元以及排出装置

Info

Publication number: CN102164749A
Application number: CN2009801380804A
Authority: CN
Inventors: 宫田贵裕; 村田真朗; 柴智志; 南展史; 佐藤诚一; 武者和博; 矢作充; 汤山纯平
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2009-09-28
Publication date: 2011-08-24
Also published as: KR101240132B1; TW201022044A; US8167417B2; WO2010038696A1; JP4961041B2; EP2332729A4; EP2332729A1; KR20110048574A; JPWO2010038696A1; US20110199441A1

Abstract

对墨盒的背压进行控制。墨盒（11）连接于压力控制装置（12）。压力控制装置（12）具有第一、第二止回阀（13、14），当墨盒（11）的内部压力比外部气氛小第一预定压力以上时，第一止回阀（13）成为打开状态，从而外部气氛与墨盒（11）连接。相反，当墨盒（11）的内部压力比外部气氛高第二预定压力以上时，第二止回阀（14）成为打开状态，从而墨盒（11）与外部气氛连接。因此，墨盒（11）的内部压力以足以使弯液面稳定的精度控制。

Description

排出单元以及排出装置

技术领域

本发明涉及将排出液体（油墨）排出以进行打印的液滴排出装置。

背景技术

在从喷嘴排出液滴以进行打印的喷墨排出装置中，通常通过专用流路连结打印头和墨盒，经由该流路将贮存于墨盒内的油墨供给至打印头。

所供给的油墨通过设置于打印头内的压力产生装置所产生的压力波从喷嘴孔作为墨滴而被挤出。压力产生装置例如在请求式喷墨头中是加热器或压电元件等致动器。

此时，为了良好地从喷嘴孔排出墨滴，需要使打印头未动作时喷嘴孔部分的包括油墨弯液面在内的油墨的表面状态稳定地保持。为了维持弯液面，必须对油墨赋予与墨滴借助重力自然下落时的力对抗的力。

但是，虽然在上述的请求式打印头中具备喷射液滴的机构，但完全不具备在打印头未动作时使油墨不会通过打印头泄漏的机构。因此利用施加使得油墨不会泄漏的压力的方法。该压力在这里称为“背压”。

然而，喷墨排出装置所需的背压的最小控制范围是大约10mmH₂O以下左右，并且与外部气氛的压力之差极小。因此，在以往的使用真空泵等的系统中，难以高精度地调节该压力区域。

作为提供背压的现有技术之一，大多常见在墨盒内使用网眼状的多孔质体的例子（参照下述专利文献1～3）。这是将在油墨被多孔质体吸收时通过多孔质体的细孔产生的毛细管力作为背压而用于油墨的保持的技术，能够根据细孔尺寸、材质、形状等进行毛细管力的控制。但是，在该方法中有可能产生以下不良情况：油墨固态成分吸附于多孔质体从而使油墨组成变化，或者在选定多孔质体的材质后受到油墨耐性的制约等。

作为提供背压的其它方法，也存在不使用如上所述的多孔质体的例子（参照下述专利文献4）。这是如下技术：在实质上处于密闭状态的墨盒内部设置连通墨盒内外并弯曲成U字状的回水弯管，通过使管内部的液体流动来调节墨盒内外的压差即背压。在该方法中，不会产生如上所述那样的与多孔质体相关的不良情况，但由于是接近密闭状态的构造，所以无法应用于从外部向墨盒进行油墨供给的装置构造。

专利文献1：日本专利第2683187号公报

专利文献2：日本专利第3513979号公报

专利文献3：日本特开2007-326303号公报

专利文献4：日本专利第4011560号公报。

发明内容

本发明就是为了解决上述课题而完成的，其目的在于，提供一种不使用多孔质体就能够调整墨盒内的背压且能够从外部补充油墨的技术。

为了解决上述课题，本发明提供一种排出单元，该排出单元具有：墨盒，待被排出至处理对象物的油墨配置于该墨盒中；以及压力控制装置，其与上述墨盒连接，上述压力控制装置具有：设置于上述墨盒与外部气氛之间的第一、第二流路；负压阀，其设置于上述第一流路，当上述墨盒的内部压力比上述外部气氛的压力小第一预定压力以上时，该负压阀成为打开状态，将上述墨盒连接于上述外部气氛，当该负压阀不是打开状态时就成为关闭状态，从而切断上述墨盒与上述外部气氛之间；以及正压阀，其设置于上述第二流路，当上述墨盒的内部压力比上述外部气氛的压力大第二预定压力以上时，该正压阀成为打开状态，将上述墨盒连接于上述外部气氛，当该正压阀不是打开状态时就成为关闭状态，从而切断上述墨盒与上述外部气氛之间。

并且，本发明是上述外部气氛为大气气氛的排出单元。

并且，本发明是这样的排出单元：上述负压阀具有阀座和阀芯，在上述阀座中设有比上述阀芯小的开口，上述阀芯配置于上述开口上，成为封闭上述开口的关闭状态，上述阀芯的重量设定为，当上述开口的下方空间的压力比上述开口的上方空间的压力大上述第一预定压力以上时，上述阀芯浮起而成为上述打开状态。

并且，本发明是这样的排出单元：上述正压阀具有阀座和阀芯，在上述阀座中设有比上述阀芯小的开口，上述阀芯配置于上述开口上，成为封闭上述开口的关闭状态，上述阀芯的重量设定为，当上述开口的下方空间的压力比上述开口的上方空间的压力大上述第二预定压力以上时，上述阀芯浮起而成为上述打开状态。

并且，本发明是这样的排出单元：上述负压阀具有阀座、阀芯和阀簧，在上述阀座中设有比上述阀芯小的开口，上述阀芯由上述阀簧的复原力按压于上述阀座的表面，从而成为封闭上述开口的上述关闭状态，上述阀簧的复原力设定为，当上述阀座的背面侧的空间的压力比上述阀座的表面侧的空间的压力大上述第一预定压力以上时，上述阀芯从上述阀芯离开而成为上述打开状态。

并且，本发明是这样的排出单元：上述正压阀具有阀座、阀芯和阀簧，在上述阀座中设有比上述阀芯小的开口，上述阀芯由上述阀簧的复原力按压于上述阀座的表面，从而成为封闭上述开口的上述关闭状态，上述阀簧的复原力设定为，当上述阀座的背面侧的空间的压力比上述阀座的表面侧的空间的压力大上述第二预定压力以上时，上述阀芯从上述阀芯离开而成为上述打开状态。

并且，本发明提供一种排出装置，该排出装置构成为具有：上述任一个排出单元；以及与上述排出单元连接的排出头，在上述排出头设有露出于上述外部气氛的排出口，收纳于上述墨盒中的上述油墨被供给至上述排出头，并从上述排出口被排出到上述处理对象物。

并且，本发明是这样的排出装置：上述排出口位于比上述墨盒靠下方的位置，上述压力控制装置使上述墨盒的内部压力小于上述外部气氛的压力。

由于高精度地控制墨盒内的背压，因此能够防止油墨从排出口泄漏，弯液面也稳定。由于弯液面稳定，所以来自排出口的液滴排出量和弹落位置精度等液滴排出状态也稳定。由于背压控制不使用多孔质体，所以油墨成分不会变质。

附图说明

图1（a）是打印装置的侧视图。

图1（b）是打印装置的俯视图。

图2是表示本发明的排出装置的一例的剖视图。

图3是表示排出头的一例的剖视图。

图4是表示压力控制装置的第一例的剖视图。

图5（a）是表示压力控制装置的第二例的剖视图。

图5（b）是表示压力控制装置的第二例的剖视图。

图6（a）是表示压力控制装置的第三例的剖视图。

图6（b）是表示压力控制装置的第三例的剖视图。

标号说明

1打印装置；2排出装置；3排出头；11墨盒；12压力控制装置（阀装置）；13、53、63第一止回阀（负压阀）；14、54、64第二止回阀（正压阀）；20排出单元；21油墨；36排出口。

具体实施方式

图1（a）、图1（b）是打印装置的侧视图和俯视图。打印装置1具有台7和配置于台7上的可动臂8。在图1（a）中省略可动臂8。

在台7的侧方延伸设置有导轨37，可动臂8通过未图示的移动机构沿着导轨37的延伸设置方向往复移动。

在可动臂8中设有一个或多个排出装置2。排出装置2分别具有排出头3。在排出头3中设有未图示的排出口，各排出头3的排出口分别露出于可动臂8的底面。

从台7的表面到可动臂8底面的高度大于作为处理对象物的基板6的厚度，排出头3与可动臂8一起在台7上移动，不会与配置于台7上的基板6碰撞。

各排出装置2具有排出单元20，排出单元20经由配管等流路9、10分别连接于主盒4和排出盒5。

排出头3连接于排出单元20。与排出单元20连接的排出头3的数量可以是一个也可以是多个，这里，在一个排出单元20上连接有两个排出头3。并且，排出单元20的个数可以是一个也可以是多个。

图2是表示排出单元20的示意剖视图。排出单元20具有墨盒11，将主盒4连接于排出单元20的流路9和将排出盒5连接于排出单元20的流路10分别与墨盒11连接。

在这两个流路9、10分别设有旋塞16、17，当使主盒4和墨盒11之间的流路9的旋塞16处于打开状态时，从主盒4向墨盒11供给油墨21，当使旋塞16处于关闭状态时，油墨21的供给停止。该油墨21也称为排出液体。

并且，当使墨盒11和排出盒5之间的旋塞17处于打开状态时，从墨盒11向排出盒5排出油墨21，当使旋塞17处于关闭状态时，油墨21的排出停止。这样，通过切换旋塞16、17，能够将油墨21贮存至墨盒11或将油墨21从墨盒11排出。

图2表示在墨盒11中贮存有油墨21的状态。

排出头3经由流路15连接于墨盒11，在该流路15的中途设有旋塞18。

墨盒11位于排出头3的上方，当使墨盒11和排出头3之间的旋塞18处于打开状态时，墨盒11中的油墨21被供给至排出头3。

图3是排出头3的局部放大剖视图，排出头3具有油墨室31，从墨盒11供给的油墨21被收纳于油墨室31。

排出口36连接于油墨室31，收纳于油墨室31内的油墨21在排出口36内露出于排出装置1的外部气氛。外部气氛为大气。

在油墨室31中设有加热器和压电元件等致动器35。当对致动器35通电时，致动器35升温或变形而对油墨21施加按压力，油墨21从排出口36排出，弹落于基板6。

由于墨盒11位于排出头3的上方，因此，露出于排出口36内的油墨21的液面与墨盒11内的油墨21的液面的高度不同，从而产生水位差。

当设墨盒11内的油墨21的液面的上方空间的压力为墨盒11的内部压力时，为了使在从致动器35未施加按压力的停止状态下油墨21也不会从排出口36漏出，需要利用阀装置12那样的压力控制装置来控制内部压力。

图4是表示阀装置12的一例的放大剖视图，阀装置12具有：导管等第一、第二流路41、42；以及设置于第一、第二流路41、42的中途的第一、第二止回阀13、14。

第一、第二流路41、42的一端连接于墨盒11，另一端与排出口36同样露出于外部气氛（这里为大气）。这里，第一、第二流路41、42共有一端和另一端，但也可以使第一、第二流路41、42分离。

第一、第二止回阀13、14具有阀座45、46和阀芯47、48。第一、第二止回阀13、14的阀座45、46是分别形成有贯通孔33、34的板，阀座45、46以侧壁与第一、第二流路41、42的内壁面气密地紧贴的方式固定于第一、第二流路41、42的中途的位置。

阀座45、46的贯通孔33、34是越靠上方越宽、越靠下方越窄的漏斗形状。阀芯47、48为粒状，其直径大于贯通孔33、34的下端开口且小于贯通孔33、34的上端开口。

阀芯47、48以与贯通孔33、34嵌合的方式配置于阀座45、46上，贯通孔33、34的内壁面成为包围阀芯47、48的定位部件，阀芯47、48以位置不会偏移的方式配置于贯通孔33、34的下端开口即连接口43、44上。

另外，定位部件将阀芯47、48配置于连接口43、44上即可，没有特别限定，也可以将立设于连接口43、44周围的两根以上的支承杆作为定位部件，还可以将悬吊于连接口43、44的正上方的绳子作为定位部件，并将阀芯47、48安装于该绳子。

阀芯47、48借助自重按压于阀座45、46的连接口43、44周围，连接口43、44由阀芯47、48封闭，隔着连接口43、44而将上方的空间和下方的空间分离，成为关闭状态。

阀芯47、48经由连接口43、44露出于连接口43、44的下方空间，因此，当连接口43、44的下方空间的压力大于上方空间的压力，并且它们的压力差为预定压力P₁（P₁＞阀芯47、48的重量/连接口43、44的面积）以上时，阀芯47、48浮起而产生间隙，成为上方空间和下方空间隔着连接口43、44连接的打开状态。

第一、第二流路41、42在中途弯折，第一止回阀13位于第一流路41的向下方弯折的部分，第二止回阀14位于第二流路42的向上方弯折的部分。

第一、第二流路41、42的与外部气氛连接的端部位于比连接于墨盒11的端部靠上方的位置，因此，第一止回阀13的连接口43的上方空间连接于墨盒11，下方空间连接于外部气氛，相反，第二止回阀14的连接口44的上方空间连接于外部气氛，下方空间连接于墨盒11。

当墨盒11的内部压力与外部气氛的压力相同或者它们的压力差小于预定压力P₁时，第一、第二止回阀13、14处于关闭状态，墨盒11与外部气氛被切断。

当墨盒11的内部压力低于外部气氛且它们的压力差为预定压力P₁以上时，第二止回阀14处于关闭状态，第一止回阀13处于打开状态，墨盒11与外部气氛连接。

并且，当墨盒11的内部压力高于外部气氛且它们的压力差为预定压力P₁以上时，第一止回阀13处于关闭状态，第二止回阀14处于打开状态，墨盒11与外部气氛连接。

这样，第一止回阀13作为调整墨盒11的负压的负压阀发挥功能，第二止回阀14作为调整墨盒11的正压的正压阀发挥功能，从而将墨盒11的内部压力与外部气氛的压力差维持在预定范围内。

使作为负压阀的第一止回阀13从关闭状态变成打开状态的预定压力P₁和使作为正压阀的第二止回阀14从关闭状态变成打开状态的预定压力P₁在上述实施例和以下实施例中，可以是相同的大小，也可以是不同的大小。

接着，对本发明的排出装置2的动作的一例进行说明。

通过使主盒4与墨盒11之间的旋塞16成为打开状态并使其它的旋塞17、18成为关闭状态，从而从主盒4向墨盒11供给油墨。此时的墨盒11的内部压力上升，但第二止回阀14处于打开状态，由此修正为与大气压相同的程度。当在墨盒11中收纳了预定量的油墨21后，关闭旋塞16，停止从主盒4供给油墨21。

接着，使设于排出盒5与墨盒11之间的流路10的旋塞17成为打开状态，使其它的旋塞16、18成为关闭状态，从墨盒11排出少量的油墨21，为了防止油墨泄漏，在墨盒11内部相对于外部气氛形成负压即背压。在墨盒11的内部压力过度降低而使背压成为预定压力P₁以上的情况下，第一止回阀13成为打开状态，压力恢复，将背压修正为小于预定压力P₁的所需值。

在形成所需值的背压后，关闭旋塞17，停止油墨21的排出。若使墨盒11与排出头3之间的旋塞18成为打开状态并使其它的旋塞16、17成为关闭状态，则油墨21从墨盒11供给至排出头3，能够从排出头3进行排出处理。

如上所述，由于在墨盒11的内部形成有用于防止油墨泄漏的背压，因此，在未从致动器35施加按压力的停止状态下，油墨21不会从排出口36漏出。

伴随液滴排出处理的执行，墨盒11的油墨21减少。随着油墨21的减少，墨盒11的内部压力也减小，但随着压力的减小，第一止回阀13成为打开状态，由此逐渐修正油墨11的背压。

当墨盒11内的油墨21减少至小于预定量时，使墨盒11与主盒4之间的旋塞16成为打开状态，使其它的旋塞17、18成为关闭状态，以供给油墨。

在供给油墨之后，如上所述，在形成背压后，重新开始排出处理。

另外，在该示例以及以下的示例中，外部气氛的压力为大气压，外部气氛的压力因气象现象而逐渐变化，在该情况下，外部气压与墨盒11内部的压力的压差始终作用于阀装置12，因此，在上述背压调整中还包括与上述大气压的压差的修正。

以上，通过将油墨21从墨盒11排出到排出盒5来形成负压，但本发明不限于此。

例如在墨盒11连接排气泵。从主盒4向墨盒11供给油墨21，当墨盒11的内部压力上升时，利用排气泵对墨盒11的比油墨21液面靠上方的空间进行排气，从而形成用于防止油墨21泄漏的背压。

阀芯47、48没有特别限定，但由于墨盒11的背压的最小控制压力范围小至1mmH₂O，因此，为了控制这种小的压力差，不是使用像金属粒子那样的重的粒子，而是使用像树脂粒子、橡胶粒子、陶瓷粒子那样的轻的粒子。具体而言，其重量为10g左右。并且，为了使阀芯47、48轻量化，可以使粒子内部中空。

以上，对通过阀芯47、48的重量来控制第一、第二止回阀13、14的开阀压力的情况进行了说明，但本发明不限于此。

图5（a）、图5（b）的标号53、54和图6（a）、图6（b）的标号63、64示出用于本发明的第一、第二止回阀的其它例。

支承部件51、61和阀座55、65在第一、第二流路41、42内对置并分离配置，支承部件51、61和阀座55、65的周围与第一、第二流路41、42的内周面紧贴而气密地固定。

第一、第二止回阀53、54、63、64具有阀座55、65、支承部件51、61、阀芯57、67以及阀簧52、62。在各阀座55、65中分别设有比阀芯57、67小的贯通孔56、66。标号59、69表示贯通孔56、66的下端即连接口。在支承部件51、61中也设有贯通孔50、60。

因此，支承部件51、61与阀座55、65之间的空间通过贯通孔50、60、56、66而分别连接于位于其外部的第一、第二流路41、42内的支承部件51、61侧的空间以及阀座55、65侧的空间。

阀簧52、62的一端固定于支承部件51、61。在支承部件51、61的另一端安装有比贯通孔56大的阀芯57、67。

在图5（a）中，当以阀座55的靠支承部件51侧的面作为表面时，阀簧52和阀芯57位于阀座55的表面侧的阀座55和支承部件51之间，阀簧52压缩而安装于支承部件51，借助阀簧52的要返回原样的复原力，将阀芯57按压于阀座55，封闭贯通孔56。

在图6（a）中，当以阀座65的靠支承部件61侧的面的相反侧的面作为表面时，阀芯67配置于阀座65的表面侧，阀簧62穿过阀座65的贯通孔66而延伸，阀簧62的一端固定于支承部件61，借助延伸的阀簧62的要返回原样的复原力，将阀芯67按压于阀座65的表面。

在图5（a）、图6（a）中的任一情况下都是将阀芯57、67按压于阀座55、65的表面，由此，连接口59、69由阀芯57、67密闭，阀座55、65的表面侧的空间成为与背面侧的空间切断的关闭状态。

阀芯57、67经由连接口59、69露出于阀座55、65的背面侧的空间，因此，当阀座55、65的背面侧的空间的压力高于表面侧的空间的压力且它们的压力差大于预定压力P₂（P₂＞阀簧52、62的复原力/连接口59、69的面积）时，阀簧52进一步压缩（图5（b））或者阀簧62进一步伸长（图6（b）），从而阀芯57、67从阀座55、65离开，阀座55、65的表面侧的空间成为与背面侧的空间连接的打开状态。

若以如下方式安装：将第一止回阀53、63的阀座55、65的表面侧的空间连接于墨盒11，将第一止回阀53、63的阀座55、65的背面侧的空间连接于外部气氛，将第二止回阀54、64的阀座55、65的表面侧的空间连接于外部气氛，将第二止回阀54、64的阀座55、65的背面侧的空间连接于墨盒11，则与图4的情况同样，第一止回阀53、63作为负压阀发挥功能，第二止回阀54、64作为正压阀发挥功能。

另外，也可以利用图4的止回阀13、14构成第一、第二止回阀中的任一方，利用图5、图6的止回阀53、54、63、64构成第一、第二止回阀中的另一方。

墨盒11的内部压力没有特别限定，但若过小，则无法从墨盒11向排出头3正常地供给油墨21，因此，墨盒11的内部压力为不妨碍油墨21的供给的值。

具体而言设定为，当油墨11的内部压力减去外部气氛的压力得到的值成为-5mmH₂O～-100mmH₂O的范围内的设定值时，第一止回阀13、53、63成为打开状态。并且，第一止回阀13、53、63的构造和材质为，使得最小控制压力范围是1mmH₂O。

另一方面，第二止回阀14、54、64设定成，当墨盒11的内部压力大于外部气氛的压力时成为打开状态。

Claims

1. 一种排出单元，

该排出单元具有：

墨盒，待被排出至处理对象物的油墨配置于该墨盒中；以及

压力控制装置，其与上述墨盒连接，

上述压力控制装置具有：

设置于上述墨盒与外部气氛之间的第一、第二流路；

负压阀，其设置于上述第一流路，当上述墨盒的内部压力比上述外部气氛的压力小第一预定压力以上时，该负压阀成为打开状态，将上述墨盒连接于上述外部气氛，当该负压阀不是打开状态时就成为关闭状态，从而切断上述墨盒与上述外部气氛之间；以及

正压阀，其设置于上述第二流路，当上述墨盒的内部压力比上述外部气氛的压力大第二预定压力以上时，该正压阀成为打开状态，将上述墨盒连接于上述外部气氛，当该正压阀不是打开状态时就成为关闭状态，从而切断上述墨盒与上述外部气氛之间。

2. 根据权利要求1所述的排出单元，其特征在于，

上述外部气氛为大气气氛。

3. 根据权利要求1或2所述的排出单元，其特征在于，

上述负压阀具有阀座和阀芯，

在上述阀座中设有比上述阀芯小的开口，

上述阀芯配置于上述开口上从而成为封闭上述开口的关闭状态，

上述阀芯的重量设定为，当上述开口的下方空间的压力比上述开口的上方空间的压力大上述第一预定压力以上时，上述阀芯浮起而成为上述打开状态。

4. 根据权利要求1或2所述的排出单元，其特征在于，

上述正压阀具有阀座和阀芯，

在上述阀座中设有比上述阀芯小的开口，

上述阀芯的重量设定为，当上述开口的下方空间的压力比上述开口的上方空间的压力大上述第二预定压力以上时，上述阀芯浮起而成为上述打开状态。

5. 根据权利要求1或2所述的排出单元，其特征在于，

上述负压阀具有阀座、阀芯和阀簧，

在上述阀座中设有比上述阀芯小的开口，

上述阀芯由上述阀簧的复原力按压于上述阀座的表面，从而成为封闭上述开口的上述关闭状态，

上述阀簧的复原力设定为，当上述阀座的背面侧的空间的压力比上述阀座的表面侧的空间的压力大上述第一预定压力以上时，上述阀芯从上述阀芯离开而成为上述打开状态。

6. 根据权利要求1或2所述的排出单元，其特征在于，

上述正压阀具有阀座、阀芯和阀簧，

在上述阀座中设有比上述阀芯小的开口，

上述阀簧的复原力设定为，当上述阀座的背面侧的空间的压力比上述阀座的表面侧的空间的压力大上述第二预定压力以上时，上述阀芯从上述阀芯离开而成为上述打开状态。

7. 一种排出装置，该排出装置构成为具有：

权利要求1或2所述的排出单元；以及

与上述排出单元连接的排出头，

在上述排出头设有露出于上述外部气氛的排出口，

收纳于上述墨盒中的上述油墨被供给至上述排出头，并从上述排出口被排出到上述处理对象物。

8. 根据权利要求7所述的排出装置，其特征在于，

上述排出口位于比上述墨盒靠下方的位置，

上述压力控制装置使上述墨盒的内部压力小于上述外部气氛的压力。