JP2013166260A - 液滴吐出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ノズルから吐出させる液体をヘッドに安定して供給でき、ノズルからの液滴の吐出を正しく制御することができる液滴吐出装置を提供する。
【解決手段】循環型のヘッド12において、液滴の吐出に伴う圧力変動を抑制するために、ヘッド内部の供給側の流路の流路抵抗をR_HEAD_IN、ヘッド内部の回収側の流路の流路抵抗をR_HEAD_OUT、供給チューブ42の流路抵抗をR_CHANNEL_IN、回収チューブ46の流路抵抗をR_CHANNEL_OUTとしたとき、R_HEAD_IN>R_HEAD_OUTの場合は、R_CHANNEL_IN>R_CHANNEL_OUTの関係を満たすように、供給チューブ42と回収チューブ46とがレイアウトされ、R_HEAD_IN<R_HEAD_OUTの場合は、R_CHANNEL_IN<R_CHANNEL_OUTの関係を満たすように、供給チューブ42と回収チューブ46とがレイアウトされる。
【選択図】 図1

Description

本発明は液滴吐出装置に係り、特にノズルから吐出させる液体をヘッドに循環して供給する方式の液滴吐出装置において、流路のレイアウトを最適化する技術に関する。
インクジェットヘッドは、ヘッド内部に気泡が混入したり、ヘッド内部のインクが増粘したりすると、吐出不良が生じるという問題がある。このようなヘッド内部への気泡の混入やヘッド内部のインクの増粘を防止する技術として、ヘッドにインクを循環させて供給する技術が知られている。
また、ヘッドにインクを循環させて供給する場合において、ヘッドからのインクの吐出を正しく制御するためには、ヘッドに対してインクを安定して供給することが求められる。ここで述べる「安定して」とは、インクの圧力変動を可能な限り抑えることを意味する。
インクの圧力変動を抑制する技術としては、従来から流路にダンパーを設置する方法が知られている(たとえば、特許文献1等)。
また、特許文献2には、供給側のタンク内のインクに生じる単位体積当たりのエネルギーと、回収側のタンク内のインクに生じる単位体積当たりのエネルギーとが、所定の関係を保持するように制御することにより、インクの圧力変動を抑える技術が提案されている。
特開2009-101516号公報 特開2007-313884号公報
ところで、インクの圧力変動を低減させるには、主に2つのアプローチが存在する。1つは、上記特許文献1のように、ダンパーを用いるというものである。そして、他の1つは、ヘッドに液体を供給するためのチューブの長さ(チューブ長)を短くする(若しくは、チューブの内径(チューブ径)を太くする)というものである。
特許文献1のように、ダンパーを用いる手法は有効であるが、ダンパーを設置するためのスペースが必要になる。したがって、ダンパーを格納できるスペースが装置内にない場合などには、チューブ長を短くする若しくはチューブ径を太くするという手法が重要になる。
チューブ長を短くする、若しくは、チューブ径を太くすることが、圧力変動の抑制に有効な理由は、次のとおりである。まず、液滴の吐出に伴い、ヘッド内及び周辺のチューブに流れる流量が変動する。チューブは、流体力学的には流路抵抗と流体の慣性(イナータンス)でモデル化でき、電気回路になぞらえると、電気抵抗とインダクタンスの2成分を持つ素子と同等である。この場合、流体力学での圧力は、電気回路でいうところの電圧に対応する。そして、液滴の吐出に伴う流速の変化が引き起こされると、流体の抵抗及び慣性が圧力変動として大きく寄与する。この流路抵抗の大きさRは、チューブ長をL、チューブ径をDとすると、R∝LD-4、慣性成分Mの大きさは、M∝LD-2の関係がある。したがって、流路抵抗R及び慣性成分Mを小さくするためには、チューブ長を短くする、若しくは、チューブ径を太くすることが有効になる。
さて、このように考えた場合、ラインヘッド型のインクジェット装置を考えると、インクの吐出が大きいため、インクの流路を過剰に長くする等、不適当に流路のレイアウトを選ぶと、ダンパーでは十分に解消できないほど圧力変動が大きくなる懸念がある。
また、流路のレイアウトを行う場合においても、すべての配管を短くすることは物理的に不可能である。
また、特許文献2では、供給側のタンク内のインクに生じる単位体積当たりのエネルギーと、回収側のタンク内のインクに生じる単位体積当たりのエネルギーとが、所定の関係を保持するように制御することで、圧力変動を抑制しているが、高速印字を行った場合には、吐出のサイクルが早すぎるため、十分に応答できないおそれがある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ノズルから吐出させる液体をヘッドに安定して供給でき、ノズルからの液滴の吐出を正しく制御することができる液滴吐出装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するための手段は、次のとおりである。
第1の態様は、ノズルから吐出させる液体の供給口と回収口とを備え、液体が供給口から連続的に供給されるとともに、回収口から連続的に回収されるヘッドと、ヘッドに液体を供給する供給流路と、ヘッドから液体を回収する回収流路と、を備え、供給口からノズルに至るまでのヘッド内部の流路抵抗をR_HEAD_IN、ノズルから回収口に至るまでのヘッド内部の流路抵抗をR_HEAD_OUT、供給流路の流路抵抗をR_CHANNEL_IN、回収流路の流路抵抗をR_CHANNEL_OUTとしたとき、R_HEAD_IN>R_HEAD_OUTの場合は、R_CHANNEL_IN>R_CHANNEL_OUTの関係を満たすように、供給流路と回収流路とがレイアウトされ、R_HEAD_IN < R_HEAD_OUTの場合は、R_CHANNEL_IN < R_CHANNEL_OUTの関係を満たすように、供給流路と回収流路とがレイアウトされる態様である。
本態様によれば、ノズルから吐出させる液体が連続的に供給、回収されるヘッド(いわゆる循環型のヘッド)において、ヘッド内に形成される流路の流路抵抗に基づいて、供給流路及び回収流路がレイアウトされる。循環型のヘッドは、内部に複数の流路がある。このヘッド内部の流路は、供給側(ノズルの上流側)と回収側(ノズルの下流側)に、ある流路抵抗を持つように構成される。ヘッド内部の流路を流れる液体は、ノズルから液滴が吐出されると、流量が変動する。そして、この変動は、ヘッド内における供給側の流路の流路抵抗と回収側の流路の流路抵抗との比によって、供給流路と回収流路のどちらに伝播しやすいかが決まる。たとえば、ヘッド内部の供給側の流路抵抗(R_HEAD_IN)が、ヘッド内部の回収側の流路抵抗(R_HEAD_OUT)よりも大きい場合(R_HEAD_IN > R_HEAD_OUTの場合)、流量の変動は回収流路側に伝播しやすい。逆に、ヘッド内部の回収側の流路抵抗(R_HEAD_OUT)が、ヘッド内部の供給側の流路抵抗(R_HEAD_IN)よりも大きい場合(R_HEAD_IN < R_HEAD_OUTの場合)、流量の変動は供給流路側に伝播しやすい。したがって、ヘッド内部の供給側の流路抵抗(R_HEAD_IN)が、ヘッド内部の回収側の流路抵抗(R_HEAD_OUT)よりも大きい場合(R_HEAD_IN > R_HEAD_OUTの場合)は、供給流路の流路抵抗(R_CHANNEL_IN)が回収流路の流路抵抗(R_CHANNEL_OUT)よりも大きくなるように、供給流路と回収流路とをレイアウトする。逆に、ヘッド内部の回収側の流路抵抗(R_HEAD_OUT)が、ヘッド内部の供給側の流路抵抗(R_HEAD_IN)よりも大きい場合(R_HEAD_IN < R_HEAD_OUTの場合)は、回収流路の流路抵抗(R_CHANNEL_OUT)が供給流路の流路抵抗(R_CHANNEL_IN)よりも大きくなるように、供給流路と回収流路とをレイアウトする。このように、本態様では、ヘッド内に形成される流路の流路抵抗に基づいて、供給流路及び回収流路がレイアウトされる。これにより、圧力変動の発生を効率的に抑えることができる。また、これにより、ノズルから吐出させる液体をヘッドに安定して供給することができ、ノズルからの液滴の吐出を正しく制御することができる。レイアウトは、たとえば、供給流路、回収流路を構成するチューブの径(チューブ径:流路径)、長さ(チューブ長:流路長)を調整したり、抵抗となる部材(たとえば、フィルタなど)を配置したりすることにより行われる。すなわち、レイアウトとは、流路を構成するチューブの長さ、径を調整して配置するだけではなく、フィルタ等の流路の抵抗となる部材を流路に配置することを含む概念である。
第2の態様は、上記第1の態様において、上記の流路抵抗の関係を満たすように、供給流路及び回収流路の流路径及び流路長が選択されて、供給流路と回収流路とがレイアウトされる態様である。
流路抵抗は、流路の流路径(流路の内径)と流路長(流路の長さ)と応じて変化する。そこで、本態様では、上記の流路抵抗の関係を満たすように、供給流路及び回収流路の流路径及び流路長が選択されて、供給流路と回収流路とがレイアウトされる。たとえば、ヘッド内部の供給側の流路抵抗(R_HEAD_IN)が、ヘッド内部の回収側の流路抵抗(R_HEAD_OUT)よりも大きい場合(R_HEAD_IN > R_HEAD_OUTの場合)は、回収流路を構成するチューブの流路長(チューブ長)を供給流路を構成するチューブの流路長(チューブ長)よりも短くする。あるいは、回収流路を構成するチューブの流路径(チューブ径)を供給流路を構成するチューブの流路径(チューブ径)よりも太くする。逆に、ヘッド内部の回収側の流路抵抗(R_HEAD_OUT)が、ヘッド内部の供給側の流路抵抗(R_HEAD_IN)よりも大きい場合(R_HEAD_IN < R_HEAD_OUTの場合)は、供給流路を構成するチューブの流路長を回収流路を構成するチューブの流路長よりも短くする。あるいは、供給流路を構成するチューブの流路径を回収流路を構成するチューブの流路径よりも太くする。これにより、簡単な構成で圧力変動の発生を効率よく抑えることができる。また、ヘッド内に形成される供給側の流路の流路抵抗と回収側の流路の流路抵抗との比に基づいて、一定長さ以上の流路を持つことが許容されるので、レイアウトの自由度を向上させることができる。
第3の態様は、第1又は2の態様において、上記の流路抵抗の関係を満たすように、供給流路及び/又は回収流路に濾過手段及び/又は脱気手段が配置されて、供給流路と回収流路とがレイアウトされる態様である。
流路中に配置される濾過手段や脱気手段は、高い流路抵抗となる。したがって、たとえば、ヘッド内部の供給側の流路抵抗(R_HEAD_IN)が、ヘッド内部の回収側の流路抵抗(R_HEAD_OUT)よりも大きい場合(R_HEAD_IN > R_HEAD_OUTの場合)は、供給流路に濾過手段や脱気手段を配置する。逆に、ヘッド内部の回収側の流路抵抗(R_HEAD_OUT)が、ヘッド内部の供給側の流路抵抗(R_HEAD_IN)よりも大きい場合(R_HEAD_IN < R_HEAD_OUTの場合)は、回収流路に濾過手段や脱気手段を配置する。これにより、圧力変動を抑えつつ、適切に濾過手段や脱気手段を配置することができる。
第4の態様は、第1から3のいずれか1の態様において、供給流路が接続される供給タンクと、回収流路が接続される回収タンクと、を更に備え、供給タンクと回収タンクとの水頭圧差により、液体がヘッドに供給される態様である。
本態様によれば、供給タンクと回収タンクとの水頭圧差により、ヘッドに液体が連続的に供給、回収される。水頭差で供給することにより、脈動のない、より安定した液体の供給を行うことができる。
第5の態様は、第1から3のいずれか1の態様において、供給流路を介してヘッドに液体を送液する供給ポンプと、供給流路に配置される供給ダンパと、回収流路を介してヘッドから液体を送液する回収ポンプと、回収流路に配置される回収ダンパと、を更に備えた態様である。
本態様によれば、供給ポンプと回収ポンプとにより、ヘッドに液体が連続的に供給、回収される。ポンプを用いることにより、効率よく液体の供給を行うことができる。一方、ポンプを用いることにより、流路を流れる液体に脈動が発生するが、供給ダンパ及び回収ダンパを配置することにより、ポンプの脈動を効果的に取り除くことができる。なお、供給ダンパは、供給ポンプとヘッドとの間に配置され、回収ダンパは回収ポンプとヘッドとの間に配置される。また、この場合、供給ダンパからヘッドまでの間の流路抵抗が、供給流路の流路抵抗(R_CHANNEL_IN)となり、ヘッドから回収ダンパまでの間の流路抵抗が、回収流路の流路抵抗(R_CHANNEL_OUT)となる。
第6の態様は、ノズルから吐出させる液体の個別供給口と個別回収口とを備え、液体が個別供給口から連続的に供給されるとともに、個別回収口から連続的に回収されるヘッドモジュールを複数繋ぎ合わせて構成されるヘッドと、各ヘッドモジュールに個別に液体を供給する個別供給流路と、各個別供給流路に分岐して接続され、各個別供給流路に液体を供給する共通供給流路と、各ヘッドモジュールから液体を個別に回収する個別回収流路と、各個別回収流路に分岐して接続され、各個別回収流路から液体を回収する共通回収流路と、を備え、個別供給口からノズルに至るまでのヘッドモジュール内部の流路抵抗をR_MODULE_IN、ノズルから個別回収口に至るまでのヘッドモジュール内部の流路抵抗をR_MODULE_OUT、共通供給流路の流路抵抗をR_C-CHANNEL_IN、共通回収流路の流路抵抗をR_C-CHANNEL_OUTとしたとき、R_MODULE_IN > R_MODULE_OUTの場合は、R_C-CHANNEL_IN > R_C-CHANNEL_OUTの関係を満たすように、共通供給流路及び共通回収流路がレイアウトされ、R_MODULE_IN < R_MODULE_OUTの場合は、R_C-CHANNEL_IN < R_C-CHANNEL_OUT の関係を満たすように、共通供給流路及び共通回収流路がレイアウトされる態様である。
本態様によれば、複数のヘッドモジュールを繋ぎ合わせて構成される循環型のヘッドにおいて、ヘッドモジュール内に形成される流路の流路抵抗に基づいて、共通供給流路及び共通回収流路の各流路がレイアウトされる。ヘッドを構成する各ヘッドモジュールも内部に複数の流路がある。そして、ヘッドモジュール内部の供給側の流路抵抗(R_MODULE_IN)が、ヘッドモジュール内部の回収側の流路抵抗(R_MODULE_OUT)よりも大きい場合(R_MODULE_IN > R_MODULE_OUTの場合)、流量の変動は回収側の流路に伝播しやすい。逆に、ヘッドモジュール内部の回収側の流路抵抗(R_MODULE_OUT)が、ヘッドモジュール内部の供給側の流路抵抗(R_MODULE_IN)よりも大きい場合(R_MODULE_IN < R_MODULE_OUTの場合)、流量の変動は供給側の流路に伝播しやすい。したがって、ヘッドモジュール内部の供給側の流路抵抗(R_MODULE_IN)が、ヘッドモジュール内部の回収側の流路抵抗(R_MODULE_OUT)よりも大きい場合(R_MODULE_IN > R_MODULE_OUTの場合)は、共通供給流路の流路抵抗(R_C-CHANNEL_IN)が共通回収流路の流路抵抗(R_C-CHANNEL_OUT)よりも大きくなるように、共通供給流路と共通回収流路とをレイアウトする。逆に、ヘッドモジュール内部の回収側の流路抵抗(R_MODULE_OUT)が、ヘッドモジュール内部の供給側の流路抵抗(R_MODULE_IN)よりも大きい場合(R_MODULE_IN < R_MODULE_OUTの場合)は、共通回収流路の流路抵抗(R_C-CHANNEL_OUT)が共通供給流路の流路抵抗(R_C-CHANNEL_IN)よりも大きくなるように、共通供給流路と共通回収流路とをレイアウトする。このように、本態様では、ヘッドモジュール内に形成される流路の流路抵抗に基づいて、共通供給流路及び共通回収流路の各流路がレイアウトされる。これにより、圧力変動の発生を効率的に抑えることができる。また、これにより、ノズルから吐出させる液体をヘッドに安定して供給でき、ノズルからの液滴の吐出を正しく制御することができる。レイアウトは、たとえば、供給側、回収側の流路を構成するチューブの流路径、流路長を調整したり、抵抗となる部材(たとえば、フィルタなど)を配置したりすることにより行われる。
第7の態様は、上記第6の態様において、個別供給流路の流路抵抗をR_I-CHANNEL_IN、個別回収流路の流路抵抗をR_I-CHANNEL_OUTとしたとき、R_MODULE_IN > R_MODULE_OUTの場合は、R_I-CHANNEL_IN > R_I-CHANNEL_OUT、かつ、R_C-CHANNEL_IN > R_C-CHANNEL_OUTの関係を満たすように、個別供給流路、個別回収流路、共通供給流路及び共通回収流路がレイアウトされ、R_MODULE_IN < R_MODULE_OUTの場合は、R_I-CHANNEL_IN < R_I-CHANNEL_OUT 、かつ、R_C-CHANNEL_IN < R_C-CHANNEL_OUT の関係を満たすように、個別供給流路、個別回収流路、共通供給流路及び共通回収流路がレイアウトされる態様である。
本態様によれば、ヘッドモジュール内部の供給側の流路抵抗(R_MODULE_IN)が、ヘッドモジュール内部の回収側の流路抵抗(R_MODULE_OUT)よりも大きい場合(R_MODULE_IN > R_MODULE_OUTの場合)は、個別供給流路の流路抵抗(R_I-CHANNEL_IN)が個別回収流路の流路抵抗(R_I-CHANNEL_OUT)よりも大きくなるように、個別供給流路と個別回収流路とがレイアウトされ、かつ、共通供給流路の流路抵抗(R_C-CHANNEL_IN)が共通回収流路の流路抵抗(R_C-CHANNEL_OUT)よりも大きくなるように、共通供給流路と共通回収流路とをレイアウトされる。逆に、ヘッドモジュール内部の回収側の流路抵抗(R_MODULE_OUT)が、ヘッドモジュール内部の供給側の流路抵抗(R_MODULE_IN)よりも大きい場合(R_MODULE_IN < R_MODULE_OUTの場合)は、個別回収流路の流路抵抗(R_I-CHANNEL_OUT)が個別供給流路の流路抵抗(R_I-CHANNEL_IN)よりも大きくなるように、個別供給流路と個別回収流路とがレイアウトされ、かつ、共通回収流路の流路抵抗(R_C-CHANNEL_OUT)が共通供給流路の流路抵抗(R_C-CHANNEL_IN)よりも大きくなるように、共通供給流路と共通回収流路とがレイアウトされる。このように、本態様では、ヘッドモジュール内に形成される流路の流路抵抗に基づいて、個別供給流路、個別回収流路、共通供給流路及び共通回収流路の各流路がレイアウトされる。すなわち、個別のヘッドモジュールの圧力変動が無視できないような場合については、本態様のように、個別供給流路及び個別回収流路についても、ヘッドモジュール内に形成される流路の流路抵抗に基づいてレイアウトする。これにより、圧力変動の発生を効率的に抑えることができる。また、これにより、ノズルから吐出させる液体をヘッドに安定して供給でき、ノズルからの液滴の吐出を正しく制御することができる。
第8の態様は、上記第7の態様において、上記の流路抵抗の関係を満たすように、個別供給流路、個別回収流路、共通供給流路及び共通回収流路の流路径及び流路長が選択されて、個別供給流路、個別回収流路、共通供給流路及び共通回収流路がレイアウトされる態様である。
流路抵抗は、流路の流路径と流路長とに応じて変化する。そこで、本態様では、上記の流路抵抗の関係を満たすように、個別供給流路、個別回収流路、共通供給流路及び共通回収流路の各流路の流路径及び流路長が選択されて、個別供給流路、個別回収流路、共通供給流路及び共通回収流路がレイアウトされる。これにより、簡単な構成で圧力変動の発生を効率よく抑えることができる。また、ヘッド内に形成される供給側の流路の流路抵抗と回収側の流路の流路抵抗との比に基づいて、一定長さ以上の流路を持つことが許容されるので、レイアウトの自由度を向上させることができる。
第9の態様は、上記第6から8のいずれか1の態様において、関係を満たすように、共通供給流路及び/又は共通回収流路に濾過手段及び/又は脱気手段が配置されて、個別供給流路、個別回収流路、共通供給流路及び共通回収流路がレイアウトされる態様である。
流路中に配置される濾過手段や脱気手段は、高い流路抵抗となる。したがって、たとえば、ヘッドモジュール内部の供給側の流路抵抗(R_MODULE_IN)が、ヘッドモジュール内部の回収側の流路抵抗(R_MODULE_OUT)よりも大きい場合(R_MODULE_IN > R_MODULE_OUTの場合)は、共通供給流路に濾過手段や脱気手段を配置する。逆に、ヘッドモジュール内部の回収側の流路抵抗(R_MODULE_OUT)が、ヘッドモジュール内部の供給側の流路抵抗(R_MODULE_IN)よりも大きい場合(R_MODULE_IN < R_MODULE_OUTの場合)は、共通回収流路に濾過手段や脱気手段を配置する。これにより、圧力変動を抑えつつ、適切に濾過手段や脱気手段を配置することができる。
第10の態様は、上記第6から9のいずれか1の態様において、共通供給流路が接続される供給タンクと、共通回収流路が接続される回収タンクと、を更に備え、供給タンクと回収タンクとの水頭圧差により、液体がヘッドに供給される態様である。
本態様によれば、供給タンクと回収タンクとの水頭圧差により、ヘッド(ヘッドモジュール)に液体が連続的に供給、回収される。水頭差で供給することにより、脈動のない、より安定した液体の供給を行うことができる。
第11の態様は、上記第6から9のいずれか1の態様において、共通供給流路を介してヘッドに液体を送液する供給ポンプと、共通供給流路に配置される供給ダンパと、共通回収流路を介してヘッドから液体を送液する回収ポンプと、共通回収流路に配置される回収ダンパと、を更に備えた態様である。
本態様によれば、供給ポンプと回収ポンプとにより、ヘッド(ヘッドモジュール)に液体が連続的に供給、回収される。ポンプを用いることにより、効率よく液体の供給を行うことができる。一方、ポンプを用いることにより、流路を流れる液体に脈動が発生するが、供給ダンパ及び回収ダンパを配置することにより、ポンプの脈動を効果的に取り除くことができる。なお、供給ダンパは、供給ポンプと各個別供給流路への分岐部との間に配置され、回収ダンパは回収ポンプと各個別回収流路へ分岐部との間に配置される。また、この場合、供給ダンパから分岐部までの間の流路抵抗が、供給流路の流路抵抗(R_C-CHANNEL_IN)となり、分岐部から回収ダンパまでの間の流路抵抗が、回収流路の流路抵抗(R_C-CHANNEL_OUT)となる。
第12の態様は、ノズルから吐出させる液体の供給口と回収口とを備え、液体が供給口から連続的に供給されるとともに、回収口から連続的に回収されるヘッドと、ヘッドに液体を供給する供給流路と、ヘッドから液体を回収する回収流路と、を備え、供給口からノズルに至るまでのヘッド内部のイナータンスをM_HEAD_IN、ノズルから回収口に至るまでのヘッド内部のイナータンスをM_HEAD_OUT、供給流路のイナータンスをM_CHANNEL_IN、回収流路のイナータンスをM_CHANNEL_OUTとしたとき、M_HEAD_IN > M_HEAD_OUTの場合は、M_CHANNEL_IN > M_CHANNEL_OUTの関係を満たすように、供給流路と回収流路とがレイアウトされ、M_HEAD_IN < M_HEAD_OUTの場合は、M_CHANNEL_IN < M_CHANNEL_OUTの関係を満たすように、供給流路と回収流路とがレイアウトされる態様である。
本態様によれば、いわゆる循環型のヘッドにおいて、ヘッド内に形成される流路のイナータンスに基づいて、供給流路及び回収流路がレイアウトされる。上記のように、ノズルからの液体の吐出に伴う圧力変動が、供給流路と回収流路のどちらに伝播しやすいかは、ヘッド内部の流路抵抗で決まるが、このことはヘッド内部のイナータンスについてもいえる。すなわち、ヘッド内に形成される供給側の流路のイナータンスと回収側の流路のイナータンスとの比によって、圧力変動が供給流路と回収流路のどちらに伝播しやすいかが決まる。たとえば、ヘッド内部の供給側のイナータンス(M_HEAD_IN)が、ヘッド内部の回収側のイナータンス(M_HEAD_OUT)よりも大きい場合(M_HEAD_IN > M_HEAD_OUTの場合)、流量の変動は回収流路側に伝播しやすい。逆に、ヘッド内部の回収側のイナータンス(M_HEAD_OUT)が、ヘッド内部の供給側のイナータンス(M_HEAD_IN)よりも大きい場合(M_HEAD_IN < M_HEAD_OUTの場合)、流量の変動は供給流路側に伝播しやすい。したがって、ヘッド内部の供給側のイナータンス(M_HEAD_IN)が、ヘッド内部の回収側のイナータンス(M_HEAD_OUT)よりも大きい場合(M_HEAD_IN > M_HEAD_OUTの場合)は、供給流路のイナータンス(M_CHANNEL_IN)が回収流路のイナータンス(M_CHANNEL_OUT)よりも大きくなるように、供給流路と回収流路とをレイアウトする。逆に、ヘッド内部の回収側のイナータンス(M_HEAD_OUT)が、ヘッド内部の供給側のイナータンス(M_HEAD_IN)よりも大きい場合(M_HEAD_IN < M_HEAD_OUTの場合)は、回収流路のイナータンス(M_CHANNEL_OUT)が供給流路のイナータンス(M_CHANNEL_IN)よりも大きくなるように、供給流路と回収流路とをレイアウトする。このように、本態様では、ヘッド内に形成される流路のイナータンスに基づいて、供給流路及び回収流路がレイアウトされる。これにより、圧力変動の発生を効率的に抑えることができる。また、これにより、ノズルから吐出させる液体をヘッドに安定して供給でき、ノズルからの液滴の吐出を正しく制御することができる。レイアウトは、たとえば、供給流路、回収流路を構成するチューブの径(チューブ径:流路径)、長さ(チューブ長:流路長)を調整したり、抵抗となる部材(たとえば、フィルタなど)を配置したりすることにより行われる。
第13の態様は、上記第12の態様において、上記イナータンスの関係を満たすように、供給流路及び回収流路の流路径及び流路長が選択されて、供給流路と回収流路とがレイアウトされる態様である。
流路抵抗と同様に、イナータンスは流路の流路径と流路長と応じて変化する。そこで、本態様では、上記イナータンスの関係を満たすように、供給流路及び回収流路の流路径及び流路長が選択されて、供給流路と回収流路とがレイアウトされる。たとえば、ヘッド内部の供給側のイナータンス(M_HEAD_IN)が、ヘッド内部の回収側のイナータンス(M_HEAD_OUT)よりも大きい場合(M_HEAD_IN > M_HEAD_OUTの場合)は、回収流路を構成するチューブの流路長(チューブ長)を供給流路を構成するチューブの流路長(チューブ長)よりも短くする。あるいは、回収流路を構成するチューブの流路径(チューブ径)を供給流路の流路径(チューブ径)よりも太くする。逆に、ヘッド内部の回収側のイナータンス(M_HEAD_OUT)が、ヘッド内部の供給側のイナータンス(M_HEAD_IN)よりも大きい場合(M_HEAD_IN < M_HEAD_OUTの場合)は、供給流路を構成するチューブの流路長を回収流路を構成するチューブの流路長よりも短くする。あるいは、供給流路を構成するチューブの流路径を回収流路を構成するチューブの流路径よりも太くする。これにより、簡単な構成で圧力変動の発生を効率よく抑えることができる。また、ヘッド内に形成される供給側の流路のイナータンスと回収側の流路のイナータンスとの比に基づいて、一定長さ以上の流路を持つことが許容されるので、レイアウトの自由度を向上させることができる。
第14の態様は、上記第12又は13の態様において、上記イナータンスの関係を満たすように、供給流路及び/又は回収流路に濾過手段及び/又は脱気手段が配置されて、供給流路と回収流路とがレイアウトされる態様である。
流路中に配置される濾過手段や脱気手段は、高い流路抵抗となる。したがって、たとえば、ヘッド内部の供給側のイナータンス(M_HEAD_IN)が、ヘッド内部の回収側のイナータンス(M_HEAD_OUT)よりも大きい場合(M_HEAD_IN > M_HEAD_OUTの場合)は、供給流路に濾過手段や脱気手段を配置する。逆に、ヘッド内部の回収側のイナータンス(M_HEAD_OUT)が、ヘッド内部の供給側のイナータンス(M_HEAD_IN)よりも大きい場合(M_HEAD_IN < M_HEAD_OUTの場合)は、回収流路に濾過手段や脱気手段を配置する。これにより、圧力変動を抑えつつ、適切に濾過手段や脱気手段を配置することができる。
第15の態様は、上記第12から14のいずれか1の態様において、供給流路が接続される供給タンクと、回収流路が接続される回収タンクと、を更に備え、供給タンクと回収タンクとの水頭圧差により、液体がヘッドに供給される態様である。
本態様によれば、供給タンクと回収タンクとの水頭圧差により、ヘッドに液体が連続的に供給、回収される。水頭差で供給することにより、脈動のない、より安定した液体の供給を行うことができる。
第16の態様は、上記第12から14のいずれか1の態様において、供給流路を介してヘッドに液体を送液する供給ポンプと、供給流路に配置される供給ダンパと、回収流路を介してヘッドから液体を送液する回収ポンプと、回収流路に配置される回収ダンパと、を更に備えた態様である。
本態様によれば、供給ポンプと回収ポンプとにより、ヘッドに液体が連続的に供給、回収される。ポンプを用いることにより、効率よく液体の供給を行うことができる。一方、ポンプを用いることにより、流路を流れる液体に脈動が発生するが、供給ダンパ及び回収ダンパを配置することにより、ポンプの脈動を効果的に取り除くことができる。なお、供給ダンパは、供給ポンプとヘッドとの間に配置され、回収ダンパは回収ポンプとヘッドとの間に配置される。また、この場合、供給ダンパからヘッドまでの間のイナータンスが、供給流路のイナータンス(M_CHANNEL_IN)となり、ヘッドから回収ダンパまでの間のイナータンスが、回収流路のイナータンス(M_CHANNEL_OUT)となる。
第17の態様は、ノズルから吐出させる液体の個別供給口と個別回収口とを備え、液体が個別供給口から連続的に供給されるとともに、個別回収口から連続的に回収されるヘッドモジュールを複数繋ぎ合わせて構成されるヘッドと、各ヘッドモジュールに個別に液体を供給する個別供給流路と、各個別供給流路に分岐して接続され、各個別供給流路に液体を供給する共通供給流路と、各ヘッドモジュールから液体を個別に回収する個別回収流路と、各個別回収流路に分岐して接続され、各個別回収流路から液体を回収する共通回収流路と、を備え、個別供給口からノズルに至るまでのヘッドモジュール内部のイナータンスをM_MODULE_IN、ノズルから個別回収口に至るまでのヘッドモジュール内部のイナータンスをM_MODULE_OUT、共通供給流路のイナータンスをM_C-CHANNEL_IN、共通回収流路のイナータンスをM_C-CHANNEL_OUTとしたとき、M_MODULE_IN > M_MODULE_OUTの場合は、M_C-CHANNEL_IN > M_C-CHANNEL_OUTの関係を満たすように、共通供給流路及び共通回収流路がレイアウトされ、M_MODULE_IN < M_MODULE_OUTの場合は、M_C-CHANNEL_IN < M_C-CHANNEL_OUT の関係を満たすように、共通供給流路及び共通回収流路がレイアウトされる態様である。
本態様によれば、複数のヘッドモジュールを繋ぎ合わせて構成される循環型のヘッドにおいて、ヘッドモジュール内に形成される流路のイナータンスに基づいて、共通供給流路及び共通回収流路の各流路がレイアウトされる。ヘッドを構成する各ヘッドモジュールも内部に複数の流路がある。そして、ヘッドモジュール内部の供給側のイナータンス(M_MODULE_IN)が、ヘッドモジュール内部の回収側のイナータンス(M_MODULE_OUT)よりも大きい場合(M_MODULE_IN > M_MODULE_OUTの場合)、流量の変動は回収側の流路に伝播しやすい。逆に、ヘッドモジュール内部の回収側のイナータンス(M_MODULE_OUT)が、ヘッドモジュール内部の供給側のイナータンス(M_MODULE_IN)よりも大きい場合(M_MODULE_IN < M_MODULE_OUTの場合)、流量の変動は供給側の流路に伝播しやすい。したがって、ヘッドモジュール内部の供給側のイナータンス(M_MODULE_IN)が、ヘッドモジュール内部の回収側のイナータンス(M_MODULE_OUT)よりも大きい場合(M_MODULE_IN > M_MODULE_OUTの場合)は、共通供給流路のイナータンス(M_C-CHANNEL_IN)が共通回収流路のイナータンス(M_C-CHANNEL_OUT)よりも大きくなるように、共通供給流路と共通回収流路とをレイアウトする。逆に、ヘッドモジュール内部の回収側のイナータンス(M_MODULE_OUT)が、ヘッドモジュール内部の供給側のイナータンス(M_MODULE_IN)よりも大きい場合(M_MODULE_IN < M_MODULE_OUTの場合)は、共通回収流路のイナータンス(M_C-CHANNEL_OUT)が共通供給流路のイナータンス(M_C-CHANNEL_IN)よりも大きくなるように、共通供給流路と共通回収流路とをレイアウトする。このように、本態様では、ヘッドモジュール内に形成される流路のイナータンスに基づいて、個別供給流路、個別回収流路、共通供給流路及び共通回収流路の各流路がレイアウトされる。これにより、圧力変動の発生を効率的に抑えることができる。また、これにより、ノズルから吐出させる液体をヘッドに安定して供給でき、ノズルからの液滴の吐出を正しく制御することができる。レイアウトは、たとえば、供給側、回収側の流路を構成するチューブの流路径(チューブ径)、流路長(チューブ長)を調整したり、抵抗となる部材(たとえば、フィルタなど)を配置したりすることにより行われる。
第18の態様は、上記第17の態様において、個別供給流路のイナータンスをM_I-CHANNEL_IN、個別回収流路のイナータンスをM_I-CHANNEL_OUTとしたとき、M_MODULE_IN > M_MODULE_OUTの場合は、M_I-CHANNEL_IN > M_I-CHANNEL_OUT、かつ、M_C-CHANNEL_IN > M_C-CHANNEL_OUTの関係を満たすように、個別供給流路、個別回収流路、共通供給流路及び共通回収流路がレイアウトされ、M_MODULE_IN < M_MODULE_OUTの場合は、M_I-CHANNEL_IN < M_I-CHANNEL_OUT 、かつ、M_C-CHANNEL_IN < M_C-CHANNEL_OUT の関係を満たすように、個別供給流路、個別回収流路、共通供給流路及び共通回収流路がレイアウトされる態様である。
本態様によれば、ヘッドモジュール内部の供給側のイナータンス(M_MODULE_IN)が、ヘッドモジュール内部の回収側のイナータンス(M_MODULE_OUT)よりも大きい場合(M_MODULE_IN > M_MODULE_OUTの場合)は、個別供給流路のイナータンス(M_I-CHANNEL_IN)が個別回収流路のイナータンス(M_I-CHANNEL_OUT)よりも大きくなるように、個別供給流路と個別回収流路とがレイアウトされ、かつ、共通供給流路のイナータンス(M_C-CHANNEL_IN)が共通回収流路のイナータンス(M_C-CHANNEL_OUT)よりも大きくなるように、共通供給流路と共通回収流路とがレイアウトされる。逆に、ヘッドモジュール内部の回収側のイナータンス(M_MODULE_OUT)が、ヘッドモジュール内部の供給側のイナータンス(M_MODULE_IN)よりも大きい場合(M_MODULE_IN < M_MODULE_OUTの場合)は、個別回収流路のイナータンス(M_I-CHANNEL_OUT)が個別供給流路のイナータンス(M_I-CHANNEL_IN)よりも大きくなるように、個別供給流路と個別回収流路とがレイアウトされ、かつ、共通回収流路のイナータンス(M_C-CHANNEL_OUT)が共通供給流路のイナータンス(M_C-CHANNEL_IN)よりも大きくなるように、共通供給流路と共通回収流路とがレイアウトされる。このように、本態様では、ヘッドモジュール内に形成される流路のイナータンスに基づいて、個別供給流路、個別回収流路、共通供給流路及び共通回収流路の各流路がレイアウトされる。すなわち、個別のヘッドモジュールの圧力変動が無視できないような場合については、本態様のように、個別供給流路及び個別回収流路についても、ヘッドモジュール内に形成される流路のイナータンスに基づいてレイアウトする。これにより、圧力変動の発生を効率的に抑えることができる。また、これにより、ノズルから吐出させる液体をヘッドに安定して供給でき、ノズルからの液滴の吐出を正しく制御することができる。
第19の態様は、上記第18の態様において、上記イナータンスの関係を満たすように、個別供給流路、個別回収流路、共通供給流路及び共通回収流路の流路径及び流路長が選択されて、個別供給流路、個別回収流路、共通供給流路及び共通回収流路がレイアウトされる態様である。
流路抵抗と同様に、イナータンスは、流路の流路径と流路長と応じて変化する。そこで、本態様では、上記のイナータンスの関係を満たすように、個別供給流路、個別回収流路、共通供給流路及び共通回収流路の各流路の流路径及び流路長が選択されて、個別供給流路、個別回収流路、共通供給流路及び共通回収流路がレイアウトされる。これにより、簡単な構成で圧力変動の発生を効率よく抑えることができる。また、ヘッド内に形成される供給側の流路のイナータンスと回収側の流路のイナータンスとの比に基づいて、一定長さ以上の流路を持つことが許容されるので、レイアウトの自由度を向上させることができる。
第20の態様は、上記第17から19のいずれか1の態様において、上記イナータンスの関係を満たすように、共通供給流路及び/又は共通回収流路に濾過手段及び/又は脱気手段が配置されて、個別供給流路、個別回収流路、共通供給流路及び共通回収流路がレイアウトされる態様である。
流路中に配置される濾過手段や脱気手段は、高い流路抵抗となる。したがって、たとえば、ヘッドモジュール内部の供給側のイナータンス(M_MODULE_IN)が、ヘッドモジュール内部の回収側のイナータンス(M_MODULE_OUT)よりも大きい場合(M_MODULE_IN > M_MODULE_OUTの場合)は、共通供給流路に濾過手段や脱気手段を配置する。逆に、ヘッドモジュール内部の回収側のイナータンス(M_MODULE_OUT)が、ヘッドモジュール内部の供給側のイナータンス(M_MODULE_IN)よりも大きい場合(M_MODULE_IN < M_MODULE_OUTの場合)は、共通回収流路に濾過手段や脱気手段を配置する。これにより、圧力変動を抑えつつ、適切に濾過手段や脱気手段を配置することができる。
第21の態様は、上記第17から20のいずれか1の態様において、共通供給流路が接続される供給タンクと、共通回収流路が接続される回収タンクと、を更に備え、供給タンクと回収タンクとの水頭圧差により、液体がヘッドに供給される態様である。
本態様によれば、供給タンクと回収タンクとの水頭圧差により、ヘッド(ヘッドモジュール)に液体が連続的に供給、回収される。水頭差で供給することにより、脈動のない、より安定した液体の供給を行うことができる。
第22の態様は、上記第17から20のいずれか1の態様において、共通供給流路を介してヘッドに液体を送液する供給ポンプと、共通供給流路に配置される供給ダンパと、共通回収流路を介してヘッドから液体を送液する回収ポンプと、共通回収流路に配置される回収ダンパと、を更に備えた態様である。
本態様によれば、供給ポンプと回収ポンプとにより、ヘッド(ヘッドモジュール)に液体が連続的に供給、回収される。ポンプを用いることにより、効率よく液体の供給を行うことができる。一方、ポンプを用いることにより、流路を流れる液体に脈動が発生するが、供給ダンパ及び回収ダンパを配置することにより、ポンプの脈動を効果的に取り除くことができる。なお、供給ダンパは、供給ポンプと各個別供給流路への分岐部との間に配置され、回収ダンパは回収ポンプと各個別回収流路へ分岐部との間に配置される。また、この場合、供給ダンパから分岐部までの間のイナータンスが、供給流路のイナータンス(M_C-CHANNEL_IN)となり、分岐部から回収ダンパまでの間のイナータンスが、回収流路のイナータンス(M_C-CHANNEL_OUT)となる。
本発明によれば、ノズルから吐出させる液体をヘッドに安定して供給でき、ノズルからの液滴の吐出を正しく制御することができる。
液滴吐出装置の第1の実施の形態の概略構成図 ヘッドのノズル面の平面透視図 ヘッド内部の概略構造を示す縦断面図 第1の実施の形態の液滴吐出装置を電気回路に置き換えた図 液滴吐出装置の第2の実施の形態の概略構成図 液滴吐出装置の第3の実施の形態の概略構成図 第3の実施の形態の液滴吐出装置を電気回路に置き換えた図 液滴吐出装置の第4の実施の形態の概略構成図 ヘッド内部にバイパス流路を有する液滴吐出装置を電気回路に置き換えた図である
以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。
[第1の実施の形態]
図1は、液滴吐出装置の第1の実施の形態の概略構成図である。
同図に示すように、本実施の形態の液滴吐出装置10は、主として、ヘッド12と、ヘッド12に液体を供給する液体供給回収ユニット14とで構成される。
〈ヘッド〉
ヘッド12は、いわゆる循環型のヘッドであり、液体の供給口16と回収口18とが備えられる。液体は、供給口16から連続的に供給され、かつ、回収口18から連続的に回収される。これにより、ヘッド内部に供給口16から回収口18に向かう液体の流れが形成され、ヘッド内部に気泡が混入したり、ヘッド内部の液体が増粘したりするのを防止することができる。
ヘッド12は、矩形のブロック状に形成され、下面部分にノズル面20が形成される。液滴を吐出するためのノズル22は、このノズル面20に形成される。
図2は、ヘッドのノズル面の平面透視図である。
同図に示すように、ノズル22は、ヘッド12の長手方向に沿って同一直線上に一定ピッチで多数形成される。ヘッド12の内部には、各ノズル22に対応して圧力室24が同一直線上に一定ピッチで多数形成される。各ノズル22は、それぞれ対応する圧力室24に個別に連通される。
図3は、ヘッド内部の概略構造を示す縦断面図である。
同図に示すように、圧力室24は、直方体状の空間としてヘッド12の内部に形成される。圧力室24の天井面は、振動板26で構成され、上下方向に変形可能に形成される。ノズル22は、この圧力室24の底面部の中央に連通される。
振動板26の上には圧電素子28が配置される。圧電素子28は、その上部に設けられる図示しない個別電極と、共通電極として作用する振動板26との間に所定の駆動電圧を印加することにより駆動される。圧電素子28を駆動することにより、振動板26が上下に変形する。これにより、圧力室24が膨張、収縮し、ノズル22から液滴が吐出される。
ヘッド12の内部には、圧力室24の配列方向に沿って内部共通供給流路30が形成される。内部共通供給流路30は、一端が供給口16に連通される。各圧力室24は、個別に設けられる内部個別供給流路32を介して内部共通供給流路30に連通される。
また、ヘッド12の内部には、圧力室24の配列方向に沿って内部共通回収流路34が形成される。内部共通回収流路34は、一端が回収口18に連通される。各圧力室24は、個別に設けられる内部個別回収流路36を介して内部共通回収流路34に連通される。
供給口16から液体を供給すると、液体は内部共通供給流路30から内部個別供給流路32を流れて、各圧力室24に供給される。また、各圧力室24に供給された液体は、内部個別回収流路36から内部共通回収流路34を流れて、回収口18に到達する。したがって、供給口16から液体を連続的に供給するとともに、回収口18から液体を連続的に回収すると、ヘッド内に液体の流れを形成することができる。すなわち、液体を循環させて供給することができる。
〈液体供給回収ユニット〉
図1に示すように、液体供給回収ユニット14は、主として、液体の供給タンク40と、液体の供給チューブ42と、液体の回収タンク44と、液体の回収チューブ46とで構成される。この液体供給回収ユニット14は、供給タンク40と回収タンク44との水頭差により、ヘッド12に液体を供給する。
供給タンク40は、ヘッド12に供給する液体を貯留する。
供給チューブ42は、供給流路を構成し、供給タンク40とヘッド12とを接続して、供給タンク40に貯留された液体をヘッド12に送液する。供給チューブ42は、一端が供給タンク40に接続され、他端がヘッド12の供給口16に接続される。
回収タンク44は、ヘッド12から回収した液体を貯留する。
回収チューブ46は、回収流路を構成し、回収タンク44とヘッド12とを接続して、ヘッド12から回収タンク44に液体を送液する。回収チューブ46は、一端が回収タンク44に接続され、他端がヘッド12の回収口18に接続される。
ここで、ノズル面に負圧を付与するため、供給タンク40は、回収タンク44よりも高い位置(重力方向上方位置)、若しくは、供給タンク40は、ヘッド12よりも低い位置(重力方向下方位置)に設置される。これにより、供給タンク40と回収タンク44との水頭差(H)を利用して、ノズル面に負圧を付与しつつ、ヘッド12の供給口16に液体を連続的に供給できるとともに、回収口18から液体を連続的に回収することができる。
〈チューブレイアウト〉
チューブは、流体力学的には流路抵抗と流体の慣性(イナータンス)でモデル化することができ、電気回路になぞらえると、電気抵抗とインダクタンスの2成分を持つ素子と同等である。
図4は、本実施の形態の液滴吐出装置を電気回路に置き換えた図である。なお、同図では、簡略化のため、ヘッド内部の流路は抵抗だけで表記し、イナータンス成分は省略している。
本実施の形態のヘッド12のように、循環型のヘッドは、内部に複数の流路が形成される(たとえば、上記の内部共通供給流路30、内部個別供給流路32、内部共通回収流路34、内部個別回収流路36等)。このヘッド内の流路は、供給側(ノズルの上流側)と回収側(ノズルの下流側)に、ある流路抵抗を持つように構成される。
そして、ヘッド内の流路を流れる液体は、ノズル22から液滴が吐出されると、流量が変動する。この流量の変動は、ヘッド内における供給側の流路の流路抵抗(供給口16からノズル22に至るまでの流路の流路抵抗)と回収側の流路の流路抵抗(ノズル22から回収口18に至るまでの流路の流路抵抗)との比によって、供給チューブ42と回収チューブ46のどちらに伝播しやすいかが決まる。
ここで、ヘッド内に形成される供給側の流路の流路抵抗(供給口16からノズル22に至るまでの流路の流路抵抗)をR_HEAD_IN、ヘッド内に形成される回収側の流路の流路抵抗(ノズル22から回収口18に至るまでの流路の流路抵抗)をR_HEAD_OUTとする。
ヘッド内部の供給側の流路抵抗(R_HEAD_IN)が、ヘッド内部の回収側の流路抵抗(R_HEAD_OUT)よりも大きい場合(R_HEAD_IN > R_HEAD_OUT)、流量の変動は回収チューブ46側に伝播しやすい。
逆に、ヘッド内に形成される回収側の流路の流路抵抗(R_HEAD_OUT)が、ヘッド内に形成される供給側の流路の流路抵抗(R_HEAD_IN)よりも大きい場合(R_HEAD_IN < R_HEAD_OUT)、流量の変動は供給チューブ42側に伝播しやすい。
したがって、ヘッド内に形成される供給側の流路の流路抵抗(R_HEAD_IN)が、ヘッド内に形成される回収側の流路の流路抵抗(R_HEAD_OUT)よりも大きい場合(R_HEAD_IN > R_HEAD_OUT)は、供給チューブ42の流路抵抗(R_CHANNEL_IN)が、回収チューブ46の流路抵抗(R_CHANNEL_OUT)よりも大きくなるように(R_CHANNEL_IN > R_CHANNEL_OUTの条件を満たすように)、供給チューブ42と回収チューブ46とをレイアウトする。
逆に、ヘッド内に形成される回収側の流路の流路抵抗(R_HEAD_OUT)が、ヘッド内に形成される供給側の流路の流路抵抗(R_HEAD_IN)よりも大きい場合(R_HEAD_IN < R_HEAD_OUT)は、回収チューブ46の流路抵抗(R_CHANNEL_OUT)が、供給チューブ42の流路抵抗(R_CHANNEL_IN)よりも大きくなるように(R_CHANNEL_IN < R_CHANNEL_OUTの条件を満たすように)、供給チューブ42と回収チューブ46とをレイアウトする。
このように、ヘッド内に形成される供給側の流路の流路抵抗と回収側の流路の流路抵抗とに基づき、流量の変動が大きい流路側の流路抵抗が低くなるように、供給チューブ42と回収チューブ46とをレイアウトする。これにより、ノズル22からの液滴の吐出に伴い生じる圧力の変動を効率的に抑えることができる。
なお、チューブは、チューブ長をL、チューブ径をD、流路抵抗をRとすると、R∝LD-4の関係にある。したがって、供給チューブ42と回収チューブ46のチューブ長及びチューブ径を適宜選択することにより、上記関係を満たすようにレイアウトすることができる。
たとえば、ヘッド内に形成される供給側の流路の流路抵抗(R_HEAD_IN)が、ヘッド内に形成される回収側の流路の流路抵抗(R_HEAD_OUT)よりも大きい場合(R_HEAD_IN > R_HEAD_OUT)、供給チューブ42を回収チューブ46よりも長く形成して、上記関係を満足させることができる。逆に、ヘッド内に形成される回収側の流路の流路抵抗(R_HEAD_OUT)が、ヘッド内に形成される供給側の流路の流路抵抗(R_HEAD_IN)よりも大きい場合(R_HEAD_IN < R_HEAD_OUT)、回収チューブ46を供給チューブ42よりも長く形成して、上記関係を満足させることができる。
このように、使用するチューブのチューブ長及びチューブ径を適宜選択することにより、上記関係を満たすように、供給チューブ42と回収チューブ46とをレイアウトすることができる。そして、本態様によれば、上記関係を満たす限り、チューブ径、チューブ長の選択が可能になるので、レイアウトの自由度が向上する。
なお、流量の変動が小さい流路側に高抵抗を持つフィルター(濾過手段)や脱気ポンプ(脱気手段)などを配置して、上記関係を満足させることもできる。
たとえば、ヘッド内に形成される供給側の流路の流路抵抗(R_HEAD_IN)が、ヘッド内に形成される回収側の流路の流路抵抗(R_HEAD_OUT)よりも大きい場合(R_HEAD_IN > R_HEAD_OUT)、供給チューブ側にフィルター(濾過手段)や脱気ポンプ(脱気手段)を配置して、上記関係を満足させることができる。逆に、ヘッド内に形成される回収側の流路の流路抵抗(R_HEAD_OUT)が、ヘッド内に形成される供給側の流路の流路抵抗(R_HEAD_IN)よりも大きい場合(R_HEAD_IN < R_HEAD_OUT)、回収チューブ側にフィルター(濾過手段)や脱気ポンプ(脱気手段)を配置して、上記関係を満足させることができる。これにより、圧力変動を抑えつつ、適切に濾過手段や脱気手段等を配置することができる。
このように、本実施の形態の液滴吐出装置10によれば、ヘッド内に形成される供給側の流路の流路抵抗と回収側の流路の流路抵抗との比に基づいて、供給チューブ42と回収チューブ46とをレイアウトすることにより、圧力変動の発生を効果的に抑えることができる。これにより、ノズル22から吐出させる液体をヘッド12に安定して供給でき、ノズル22からの液滴の吐出を正しく制御することができる。
特に、ヘッドは、ノズル数が増えるほど、同時に吐出する液滴量が多くなり、圧力変動が生じやすくなるので、いわゆるラインプリンタ等に搭載されるラインヘッドのように、ノズル数が多いヘッドほど本発明は有効に機能する。
なお、ヘッド内に形成される供給側の流路の流路抵抗(R_HEAD_IN)は、供給側の流路を構成する流路全体の流路抵抗であり、回収側の流路の流路抵抗(R_HEAD_OUT)は、回収側の流路構成する流路全体の流路抵抗である。
ただし、ヘッド内に形成される供給側の流路の流路抵抗は、主に内部個別供給流路32によって定まり、回収側の流路の流路抵抗は、主に内部個別回収流路36によって決まるので、内部個別供給流路32の流路抵抗を供給側の流路の流路抵抗(R_HEAD_IN)とし、内部個別回収流路36の流路抵抗を回収側の流路の流路抵抗(R_HEAD_OUT)とすることができる(図4のR_HEAD_IN、及び、R_HEAD_OUTに対応)。
図4に示すように、同じ流路のものが並列で並んでおり、これを流路全体で見た場合は、電気回路で言うところの合成抵抗に対応する(1/R_in_total = 1/R_head_in1 + 1/R_head_in2 +…、1/R_out_total = 1/R_head_out1 + 1/R_head_out2 +…)。したがって、内部個別供給流路32の流路抵抗と内部個別回収流路36の流路抵抗との比(図4の(R_HEAD_INとR_HEAD_OUTの比)が、ヘッド内部の供給側の流路の流路抵抗、及び、回収側の流路の流路抵抗を決定する。
したがって、各ノズル間で流路抵抗のバラツキがない場合は、内部個別供給流路32の流路抵抗と内部個別回収流路36の流路抵抗との比(図4の(R_HEAD_INとR_HEAD_OUTの比)が、そのまま全体の供給側と回収側の流路抵抗の比を決める。
ノズル間で流路抵抗のバラツキがある場合は、並列化した流路の合成抵抗の計算によって、全体の流路抵抗を求めることができる。
〈イナータンスに基づくチューブレイアウト〉
以上は、流路抵抗に基づく供給チューブ42と回収チューブ46のレイアウト方法についてであるが、イナータンスについても同様に考えることができる。
循環型のヘッドにおいて、ヘッド内に形成される流路は、供給側(ノズルの上流側)と回収側(ノズルの下流側)に、あるイナータンスを持つように構成される。液滴の吐出に伴い、流量変動が生じるが、この流量変動は、流路抵抗の場合と同様に、ヘッド内における供給側の流路のイナータンス(供給口16からノズル22に至るまでの流路のイナータンス)と回収側の流路のイナータンス(ノズル22から回収口18に至るまでの流路のイナータンス)との比によって、供給チューブ42と回収チューブ46のどちらに伝播しやすいかが決まる。
ここで、ヘッド内に形成される供給側の流路のイナータンス(供給口16からノズル22に至るまでの流路のイナータンス)をM_HEAD_IN、ヘッド内に形成される回収側の流路のイナータンス(ノズル22から回収口18に至るまでの流路のイナータンス)をM_HEAD_OUTとする。
ヘッド内部の供給側のイナータンス(M_HEAD_IN)が、ヘッド内部の回収側のイナータンス(M_HEAD_OUT)よりも大きい場合(M_HEAD_IN > M_HEAD_OUT)、流量の変動は回収チューブ46側に伝播しやすい。
逆に、ヘッド内に形成される回収側の流路のイナータンス(M_HEAD_OUT)が、ヘッド内に形成される供給側の流路のイナータンス(M_HEAD_IN)よりも大きい場合(M_HEAD_IN < M_HEAD_OUT)、流量の変動は供給チューブ42側に伝播しやすい。
したがって、ヘッド内に形成される供給側の流路のイナータンス(M_HEAD_IN)が、ヘッド内に形成される回収側の流路のイナータンス(M_HEAD_OUT)よりも大きい場合(M_HEAD_IN > M_HEAD_OUT)は、供給チューブ42のイナータンス(M_CHANNEL_IN)が、回収チューブ46のイナータンス(M_CHANNEL_OUT)よりも大きくなるように(M_CHANNEL_IN > M_CHANNEL_OUTの条件を満たすように)、供給チューブ42と回収チューブ46とをレイアウトする。
逆に、ヘッド内に形成される回収側の流路のイナータンス(M_HEAD_OUT)が、ヘッド内に形成される供給側の流路のイナータンス(M_HEAD_IN)よりも大きい場合(M_HEAD_IN < M_HEAD_OUT)は、回収チューブ46のイナータンス(M_CHANNEL_OUT)が、供給チューブ42のイナータンス(M_CHANNEL_IN)よりも大きくなるように(R_CHANNEL_IN < R_CHANNEL_OUTの条件を満たすように)、供給チューブ42と回収チューブ46とをレイアウトする。
このように、ヘッド内に形成される供給側の流路のイナータンスと回収側の流路のイナータンスとに基づき、流量の変動が大きい流路側のイナータンスが低くなるように、供給チューブ42と回収チューブ46とをレイアウトする。これにより、ノズル22からの液滴の吐出に伴い生じる圧力の変動を効率的に抑えることができる。
なお、チューブは、チューブ長をL、チューブ径をD、イナータンスをMとすると、M∝LD-2の関係にある。したがって、供給チューブ42と回収チューブ46のチューブ長及びチューブ径を適宜選択することにより、上記関係を満たすようにレイアウトすることができる。
たとえば、ヘッド内に形成される供給側の流路のイナータンス(M_HEAD_IN)が、ヘッド内に形成される回収側の流路のイナータンス(M_HEAD_OUT)よりも大きい場合(M_HEAD_IN > M_HEAD_OUT)、供給チューブ42を回収チューブ46よりも長く形成して、上記関係を満足させることができる。逆に、ヘッド内に形成される回収側の流路のイナータンス(M_HEAD_OUT)が、ヘッド内に形成される供給側の流路のイナータンス(M_HEAD_IN)よりも大きい場合(M_HEAD_IN < M_HEAD_OUT)、回収チューブ46を供給チューブ42よりも長く形成して、上記関係を満足させることができる。
なお、流路抵抗に基づく場合と同様に、流量の変動が小さい流路側に高抵抗を持つフィルター(濾過手段)や脱気ポンプ(脱気手段)などを配置して、上記関係を満足させることもできる。
たとえば、ヘッド内に形成される供給側の流路のイナータンス(M_HEAD_IN)が、ヘッド内に形成される回収側の流路のイナータンス(M_HEAD_OUT)よりも大きい場合(M_HEAD_IN > M_HEAD_OUT)、供給チューブ側にフィルター(濾過手段)や脱気ポンプ(脱気手段)を配置して、上記関係を満足させることができる。逆に、ヘッド内に形成される回収側の流路のイナータンス(M_HEAD_OUT)が、ヘッド内に形成される供給側の流路のイナータンス(M_HEAD_IN)よりも大きい場合(M_HEAD_IN < M_HEAD_OUT)、回収チューブ側にフィルター(濾過手段)や脱気ポンプ(脱気手段)を配置して、上記関係を満足させることができる。これにより、圧力変動を抑えつつ、適切に濾過手段や脱気手段等を配置することができる。
なお、ヘッド内に形成される供給側の流路のイナータンス(M_HEAD_IN)は、供給側の流路を構成する流路全体のイナータンスであり、回収側の流路のイナータンス(M_HEAD_OUT)は、回収側の流路構成する流路全体のイナータンスである。
ただし、流路抵抗と同様に、ヘッド内に形成される供給側の流路のイナータンスは、主に内部個別供給流路32によって定まり、回収側の流路のイナータンスは、主に内部個別回収流路36によって決まるので、内部個別供給流路32のイナータンスを供給側の流路のイナータンス(M_HEAD_IN)とし、内部個別回収流路36のイナータンスを回収側の流路のイナータンス(M_HEAD_OUT)とすることができる。
したがって、各ノズル間でイナータンスのバラツキがない場合は、内部個別供給流路32のイナータンスと内部個別回収流路36のイナータンスとの比(図4の(M_HEAD_INとM_HEAD_OUTの比)が、そのまま全体の供給側と回収側のイナータンスの比を決める。
ノズル間でイナータンスのバラツキがある場合は、並列化した流路の合成イナータンスの計算によって、全体のイナータンスを求めることができる。
[第2の実施の形態]
図5は、液滴吐出装置の第2の実施の形態の概略構成図である。
同図に示すように、本実施の形態の液滴吐出装置10Aは、ポンプを利用して、液体の供給、回収を行う。ヘッドの構成は、上述した第1の実施の形態の液滴吐出装置と同じなので、ここでは、ヘッド12に対して液体の供給、回収を行う液体供給回収ユニット14の構成についてのみ説明する。
〈液体供給回収ユニット〉
図5に示すように、液体供給回収ユニット14は、液体の供給タンク40と、液体の供給チューブ42と、液体の回収タンク44と、液体の回収チューブ46と、供給チューブ42を介して供給タンク40内に形成される液体をヘッド12に送液する供給ポンプ48と、供給チューブ42に設置される供給ダンパ50と、回収チューブ46を介してヘッド12から回収タンク44に液体を送液する回収ポンプ52と、回収チューブ46に設置される回収ダンパ54とを備えて構成される。
供給タンク40は、ヘッド12に供給する液体を貯留する。
供給チューブ42は、供給タンク40とヘッド12とを接続し、供給タンク40に貯留された液体をヘッド12に送液する。供給チューブ42は、一端が供給タンク40に接続され、他端がヘッド12の供給口16に接続される。
回収タンク44は、ヘッド12から回収した液体を貯留する。
回収チューブ46は、回収タンク44とヘッド12とを接続し、ヘッド12から回収タンク44に液体を送液する。回収チューブ46は、一端が回収タンク44に接続され、他端がヘッド12の回収口18に接続される。
供給ポンプ48は、供給チューブ42の途中に設置される。供給ポンプ48は、供給チューブ42を介して供給タンク40内に形成される液体をヘッド12に送液する。供給ポンプ48は、たとえば、チューブポンプで構成される。
供給ダンパ50は、供給チューブ42の途中に設置される。供給ダンパ50は、主として、供給ポンプ48の駆動に起因して発生する液体の圧力変動(脈動)を吸収する。したがって、供給ダンパ50は、ヘッド12と供給ポンプ48との間に設置される。
回収ポンプ52は、回収チューブ46の途中に設置される。回収ポンプ52は、回収チューブ46を介してヘッド12から回収タンク44に液体を送液する。回収ポンプ52は、たとえば、チューブポンプで構成される。
回収ダンパ54は、回収チューブ46の途中に設置される。回収ダンパ54は、主として、回収ポンプ52の駆動に起因して発生する液体の圧力変動(脈動)を吸収する。したがって、回収ダンパ54は、ヘッド12と回収ポンプ52との間に設置される。
供給ポンプ48を駆動するとともに、回収ポンプ52を駆動すると、供給タンク40からヘッド12に連続的に液体が供給されるとともに、ヘッド12から回収タンク44に連続的に液体が回収される。この際、ノズル面に負圧が付与されるように、供給ポンプ148及び回収ポンプ152が駆動されて、ヘッド112hに液体が供給される。
〈チューブレイアウト〉
本実施の形態の液滴吐出装置10Aにおいてもヘッド内に形成される供給側の流路の流路抵抗と回収側の流路の流路抵抗との比に基づいて、供給チューブ42と回収チューブ46とがレイアウトされる。
すなわち、ヘッド内に形成される供給側の流路の流路抵抗(R_HEAD_IN)が、ヘッド内に形成される回収側の流路の流路抵抗(R_HEAD_OUT)よりも大きい場合(R_HEAD_IN > R_HEAD_OUT)は、供給チューブ42の流路抵抗(R_CHANNEL_IN)が、回収チューブ46の流路抵抗(R_CHANNEL_OUT)よりも大きくなるように(R_CHANNEL_IN > R_CHANNEL_OUTの条件を満たすように)、供給チューブ42と回収チューブ46とをレイアウトする。
逆に、ヘッド内に形成される回収側の流路の流路抵抗(R_HEAD_OUT)が、ヘッド内に形成される供給側の流路の流路抵抗(R_HEAD_IN)よりも大きい場合(R_HEAD_IN < R_HEAD_OUT)は、回収チューブ46の流路抵抗(R_CHANNEL_OUT)が、供給チューブ42の流路抵抗(R_CHANNEL_IN)よりも大きくなるように(R_CHANNEL_IN < R_CHANNEL_OUTの条件を満たすように)、供給チューブ42と回収チューブ46とをレイアウトする。
なお、本実施の形態の場合、供給チューブ42に供給ダンパ50を設置し、回収チューブ46に回収ダンパ54を設置している。この場合、供給チューブ42は、ヘッド12と供給ダンパ50との間の領域が上記関係を満たすようにレイアウトし、回収チューブ46は、ヘッド12と回収ダンパ54との間の領域が、上記関係を満たすようにレイアウトする。
このように、ポンプを用いて、ヘッド12に液体を供給、回収する場合も、ヘッド内に形成される供給側の流路の流路抵抗と回収側の流路の流路抵抗とに基づき、供給チューブ42と回収チューブ46とをレイアウトする。これにより、ノズル22からの液滴の吐出に伴い生じる圧力の変動を効率的に抑えることができる。
なお、レイアウト方法については、上述した第1の実施の形態の場合と同様に、たとえば、供給チューブ42と回収チューブ46のチューブ長及びチューブ径を調整することにより行う。また、たとえば、流量の変動が小さい流路側に高抵抗を持つフィルター(濾過手段)や脱気ポンプ(脱気手段)などを配置することにより行う。
また、上記の例は、流路抵抗に基づいて、供給チューブ42と回収チューブ46をレイアウトする場合について説明したが、上記第1の実施の形態の場合と同様に、イナータンスに基づいて、供給チューブ42と回収チューブ46とをレイアウトすることもできる。
すなわち、ヘッド内に形成される供給側の流路のイナータンス(M_HEAD_IN)が、ヘッド内に形成される回収側の流路のイナータンス(M_HEAD_OUT)よりも大きい場合(M_HEAD_IN > M_HEAD_OUT)は、供給チューブ42のイナータンス(M_CHANNEL_IN)が、回収チューブ46のイナータンス(M_CHANNEL_OUT)よりも大きくなるように(M_CHANNEL_IN > M_CHANNEL_OUTの条件を満たすように)、供給チューブ42と回収チューブ46とをレイアウトする。
逆に、ヘッド内に形成される回収側の流路のイナータンス(M_HEAD_OUT)が、ヘッド内に形成される供給側の流路のイナータンス(M_HEAD_IN)よりも大きい場合(M_HEAD_IN < M_HEAD_OUT)は、回収チューブ46のイナータンス(M_CHANNEL_OUT)が、供給チューブ42のイナータンス(M_CHANNEL_IN)よりも大きくなるように(M_CHANNEL_IN < M_CHANNEL_OUTの条件を満たすように)、供給チューブ42と回収チューブ46とをレイアウトする。
なお、本実施の形態では、供給チューブ42と回収チューブ46とに供給ダンパ50と回収ダンパ54とを設置しているが、これらのダンパは、必ずしも設置する必要はない。供給ダンパ50と回収ダンパ54とを設置しない場合、供給チューブ42は、ヘッド12と供給ポンプ48との間の領域が上記関係を満たすようにレイアウトし、回収チューブ46は、ヘッド12と回収ポンプ52との間の領域が、上記関係を満たすようにレイアウトする。
[第3の実施の形態]
図6は、液滴吐出装置の第3の実施の形態の概略構成図である。
同図に示すように、本実施の形態の液滴吐出装置100は、ヘッド112hが、複数のヘッドモジュール112mを繋ぎ合わせて構成される。そして、各ヘッドモジュール112mに対して液体供給回収ユニット114から液体が個別に供給、回収される。
〈ヘッド〉
上記のように、本実施の形態のヘッド112hは、複数のヘッドモジュール112mを繋ぎ合わせて構成される。
各ヘッドモジュール112mの構造は、共通している。また、ヘッドモジュール112mの基本的な構造は、上述した第1の実施の形態のヘッド12と同じである。すなわち、供給口116と回収口118とを備え、供給口116から連続的に液体が供給されるとともに、回収口118から連続的に液体が回収される(液体を循環させて供給することができる。)。供給口116から供給された液体は、ヘッド内部の供給側の流路(共通供給流路、個別供給流路等)を介して各圧力室に供給される。また、各圧力室に供給された液体は、ヘッド内部の回収側の流路(個別回収流路、共通回収流路等)を介して回収口118から回収される。各圧力室に設けられる圧電素子を駆動することにより、各圧力室に連通されたノズルから液滴として吐出される。
ノズルは、ヘッドモジュール112mのノズル面に形成され、同一直線上に一定ピッチで多数形成される。各ヘッドモジュール112mは、ノズル面に形成されたノズルの列(ノズル列)が同一線上に位置するように繋ぎ合わされる。これにより、長尺状のヘッド(ラインヘッド)を形成することができる。
〈液体供給回収ユニット〉
図6に示すように、液体供給回収ユニット114は、主として、液体の供給タンク140と、液体の個別供給チューブ142iと、液体の共通供給チューブ142cと、個別供給チューブ142iと共通供給チューブ142cとを繋ぐ供給マニホールド142mと、液体の回収タンク144と、液体の個別回収供給チューブ146iと、液体の共通回収チューブ146cと、個別回収供給チューブ146iと共通回収チューブ146cとを繋ぐ回収マニホールド146mとで構成される。この液体供給回収ユニット114は、供給タンク140と回収タンク144との水頭差により、ヘッド112hの各ヘッドモジュール112mに液体を供給する。
供給タンク140は、ヘッド112hに供給する液体を貯留する。
液体の供給側の流路を構成する個別供給チューブ142iは、ヘッドモジュール112mごとに設けられ、各ヘッドモジュール112mに個別に液体を送液する。個別供給チューブ142iは、一端が各ヘッドモジュール112mの供給口116に接続され、他端が供給マニホールド142mに接続される。
液体の供給側の流路を構成する共通供給チューブ142cは、1本で構成され、供給タンク140からの液体を送液する。共通供給チューブ142cは、一端が供給タンク140に接続され、他端が供給マニホールド142mに接続される。
供給マニホールド142mは、個別供給チューブ142iを結束して共通供給チューブ142cに接続する。供給マニホールド142mは、共通供給チューブ142cから各個別供給チューブ142iまでの流路抵抗が等しくなるように、個別供給チューブ142iを結束する。したがって、この供給マニホールド142mにおいて、共通供給チューブ142cの接続部から各個別供給チューブ142iへの分岐点までの流路は、共通供給チューブ142cの一部とみなすことができ、分岐点から各個別供給チューブ142iの接続部までの流路は、個別供給チューブ142iの一部とみなすことができる。1本の共通供給チューブ142cを介して供給タンク140から供給される液体は、この供給マニホールド142mによって各個別供給チューブ142iに分岐して供給される。
回収タンク144は、ヘッド112hの各ヘッドモジュール112mから回収した液体を貯留する。
液体の回収側の流路を構成する個別回収チューブ146iは、ヘッドモジュール112mごとに設けられ、各ヘッドモジュール112mから回収された液体を個別に送液する。個別回収チューブ146iは、一端が各ヘッドモジュール112mの回収口118に接続され、他端が回収マニホールド146mに接続される。
液体の回収側の流路を構成する共通回収チューブ146cは、1本で構成され、回収タンク144に液体を送液する。共通回収チューブ146cは、一端が回収タンク144に接続され、他端が回収マニホールド146mに接続される。
回収マニホールド146mは、個別回収チューブ146iを結束して共通回収チューブ146cに接続する。回収マニホールド146mは、共通回収チューブ146cから各個別回収チューブ146iまでの流路抵抗が等しくなるように、個別回収チューブ146iを結束する。したがって、この回収マニホールド146mにおいて、共通回収チューブ146cの接続部から各個別回収チューブ146iへの分岐点までの流路は、共通回収チューブ146cの一部とみなすことができ、分岐点から各個別回収チューブ146iの接続部までの流路は、個別回収チューブ146iの一部とみなすことができる。個別回収チューブ146iを介してヘッド112hの各ヘッドモジュール112mから回収された液体は、この回収マニホールド146mによって1つにまとめられ、1本の共通回収チューブ146cを介して回収タンク144に回収される。
ここで、ノズル面に負圧を付与するため、供給タンク40は、回収タンク44よりも高い位置(重力方向上方位置)、若しくは、供給タンク40は、ヘッド12よりも低い位置(重力方向下方位置)に設置される。これにより、供給タンク140と回収タンク144との水頭差(H)を利用して、ノズル面に負圧を付与しつつ、ヘッド112hを構成する各ヘッドモジュール112mの供給口116に液体を連続的に供給できるとともに、回収口118から液体を連続的に回収することができる。
〈チューブレイアウト〉
図7は、本実施の形態の液滴吐出装置を電気回路に置き換えた図である。なお、同図では、簡略化のため、ヘッドモジュール内部の流路は抵抗だけで表記し、イナータンス成分は省略している。
上記のように、本実施の形態の液滴吐出装置100は、ヘッド112hが複数のヘッドモジュール112mを繋ぎ合わせて構成される。
この場合、ヘッドモジュール112mの内部に形成される供給側の流路の流路抵抗と回収側の流路の流路抵抗との比に基づいて、共通供給チューブ142c、個別供給チューブ142i、共通回収チューブ146c、及び、個別回収チューブ146iがレイアウトされる。
すなわち、液滴の吐出に伴う流量の変動は、ヘッドモジュール112mの内部に形成される供給側の流路の流路抵抗(各ヘッドモジュール112mの供給口116から各ヘッドモジュール112mのノズルに至るまでの流路の流路抵抗)と回収側の流路の流路抵抗(各ヘッドモジュール112mのノズルから各ヘッドモジュール112mの回収口118に至るまでの流路の流路抵抗)との比によって、供給側と回収側のどちらのチューブに伝播しやすいかが決まる。
ここで、ヘッドモジュール内に形成される供給側の流路の流路抵抗(各ヘッドモジュール112mの供給口116から各ヘッドモジュール112mのノズルに至るまでの流路の流路抵抗)をR_MODULE_IN、ヘッドモジュール内に形成される回収側の流路の流路抵抗(各ヘッドモジュール112mのノズルから各ヘッドモジュール112mの回収口118に至るまでの流路の流路抵抗)をR_MODULE_OUTとする。
ヘッドモジュール内に形成される供給側の流路抵抗(R_MODULE_IN)が、ヘッドモジュール内に形成される回収側の流路抵抗(R_MODULE_OUT)よりも大きい場合(R_MODULE_IN > R_MODULE_OUT)、流量の変動は回収側のチューブに伝播しやすい。
逆に、ヘッドモジュール内に形成される回収側の流路の流路抵抗(R_MODULE_OUT)が、ヘッドモジュール内に形成される供給側の流路の流路抵抗(R_MODULE_IN)よりも大きい場合(R_MODULE_IN < R_MODULE_OUT)、流量の変動は供給側のチューブに伝播しやすい。
そして、本実施の形態のヘッド112hのように、複数個のヘッドモジュール112mを繋ぎ合わせてヘッドが構成される場合、共通供給チューブ142cと共通回収チューブ146cにとって、圧力変動は、各ヘッドモジュール112mからの変動が加算された状態になる。たとえば、5つのヘッドモジュールで構成される場合、5つのヘッドモジュールを同時に駆動すると、共通供給チューブ142cと共通回収チューブ146cにの圧力変動は、単体のヘッドに比べて、おおよそ5倍になる。このため、共通供給チューブと共通回収チューブをヘッドモジュールの内部に形成される流路の流路抵抗の比に合わせて構成することが、圧力変動の低減のための重要なアプローチになる。
したがって、ヘッドモジュール内に形成される供給側の流路の流路抵抗(R_MODULE_IN)が、ヘッドモジュール内に形成される回収側の流路の流路抵抗(R_MODULE_OUT)よりも大きい場合(R_MODULE_IN > R_MODULE_OUT)は、共通供給チューブ142cの流路抵抗(R_C-CHANNEL_IN)が、共通回収チューブ146cの流路抵抗(R_C-CHANNEL_OUT)よりも大きくなるように(R_C-CHANNEL_IN > R_C-CHANNEL_OUTの条件を満たすように)、共通供給チューブ142cと共通回収チューブ146cをレイアウトする。加えて、個別供給チューブ142iの流路抵抗(R_I-CHANNEL_IN)が、個別回収チューブ146iの流路抵抗(R_I-CHANNEL_OUT)よりも大きくなるように(R_I-CHANNEL_IN > R_I-CHANNEL_OUTの条件を満たすように)、個別供給チューブ142iと個別回収チューブ146iとをレイアウトする。
逆に、ヘッドモジュール内に形成される回収側の流路の流路抵抗(R_MODULE_OUT)が、ヘッドモジュール内に形成される供給側の流路の流路抵抗(R_MODULE_IN)よりも大きい場合(R_MODULE_IN < R_MODULE_OUT)は、共通回収チューブ146cの流路抵抗(R_C-CHANNEL_OUT)が、共通供給チューブ142cの流路抵抗(R_C-CHANNEL_IN)よりも大きくなるように(R_C-CHANNEL_IN < R_C-CHANNEL_OUTの条件を満たすように)、共通供給チューブ142cと共通回収チューブ146cをレイアウトする。加えて、個別回収チューブ146iの流路抵抗(R_I-CHANNEL_OUT)が、個別供給チューブ142iの流路抵抗(R_I-CHANNEL_IN)よりも大きくなるように(R_I-CHANNEL_IN < R_I-CHANNEL_OUTの条件を満たすように)、個別供給チューブ142iと個別回収チューブ146iとをレイアウトする。
このように、ヘッドモジュール112mの内部に形成される供給側の流路の流路抵抗と回収側の流路の流路抵抗とに基づき、流量の変動が大きい流路側の流路抵抗が低くなるように、共通供給チューブ142c、個別供給チューブ142i、共通供給チューブ142c及び個別回収チューブ146iをレイアウトする。これにより、ノズルからの液滴の吐出に伴い生じる圧力の変動を効率的に抑えることができる。
特に、本実施の形態のヘッド112hのように、複数のヘッドモジュール112mを繋ぎ合わせた長尺状のヘッドの場合、同時に吐出する液滴量が多くなり、吐出に伴う圧力変動が生じやすくなるので、本発明が有効に作用する。
なお、本実施の形態では、各ヘッドモジュールの内部の流路抵抗に基づいて、共通供給チューブ142c、個別供給チューブ142i、共通供給チューブ142c及び個別回収チューブ146iの各チューブをレイアウトしているが、個別供給チューブ142iと個別回収チューブ146iは同じ条件でレイアウトし、共通供給チューブ142cと共通回収チューブ146cについてのみ、ヘッドモジュールの内部の流路抵抗に基づいて、レイアウトする構成としてもよい。すなわち、個別供給チューブ142iと個別回収チューブ146iは、基本的には同じ条件でレイアウトし、個別のヘッドモジュールでの圧力変動も無視できない場合についてのみ、個別供給チューブ142iと個別回収チューブ146iについても、各ヘッドモジュールの内部の流路抵抗に基づいて、レイアウトする構成としてもよい。
したがって、この場合、ヘッドモジュール内に形成される供給側の流路の流路抵抗(R_MODULE_IN)が、ヘッドモジュール内に形成される回収側の流路の流路抵抗(R_MODULE_OUT)よりも大きい場合(R_MODULE_IN > R_MODULE_OUT)は、共通供給チューブ142cの流路抵抗(R_C-CHANNEL_IN)が、共通回収チューブ146cの流路抵抗(R_C-CHANNEL_OUT)よりも大きくなるように(R_C-CHANNEL_IN > R_C-CHANNEL_OUTの条件を満たすように)、共通供給チューブ142cと共通回収チューブ146cをレイアウトする。
逆に、ヘッドモジュール内に形成される回収側の流路の流路抵抗(R_MODULE_OUT)が、ヘッドモジュール内に形成される供給側の流路の流路抵抗(R_MODULE_IN)よりも大きい場合(R_MODULE_IN < R_MODULE_OUT)は、共通回収チューブ146cの流路抵抗(R_C-CHANNEL_OUT)が、共通供給チューブ142cの流路抵抗(R_C-CHANNEL_IN)よりも大きくなるように(R_C-CHANNEL_IN < R_C-CHANNEL_OUTの条件を満たすように)、共通供給チューブ142cと共通回収チューブ146cをレイアウトする。
なお、上記第1の実施の形態の液滴吐出装置と同様に、上記の流路抵抗の関係は、共通供給チューブ142c、個別供給チューブ142i、共通供給チューブ142c及び個別回収チューブ146iの各チューブのチューブ長及びチューブ径を適宜選択することにより満足させることができる。
また、流量の変動が小さい流路側に高抵抗を持つフィルター(濾過手段)や脱気ポンプ(脱気手段)などを配置して、上記関係を満足させることもできる。たとえば、ヘッドモジュール内に形成される供給側の流路の流路抵抗(R_MODULE_IN)が、ヘッド内に形成される回収側の流路の流路抵抗(R_MODULE_OUT)よりも大きい場合(R_MODULE_IN > R_MODULE_OUT)、共通供給チューブ142cにフィルター(濾過手段)や脱気ポンプ(脱気手段)を配置して、上記関係を満足させることができる。逆に、ヘッドモジュール内に形成される回収側の流路の流路抵抗(R_MODULE_OUT)が、ヘッド内に形成される供給側の流路の流路抵抗(R_MODULE_IN)よりも大きい場合(R_MODULE_IN < R_MODULE_OUT)、共通回収チューブ146cにフィルター(濾過手段)や脱気ポンプ(脱気手段)を配置して、上記関係を満足させることができる。
また、上記の例は、流路抵抗に基づいて、供給側のチューブと回収側のチューブとをレイアウトする場合について説明したが、上記第1の実施の形態の場合と同様に、イナータンスに基づいて、供給側のチューブと回収側のチューブとをレイアウトすることもできる。
すなわち、ヘッドモジュール内に形成される供給側の流路のイナータンス(M_MODULE_IN)が、ヘッド内に形成される回収側の流路のイナータンス(M_MODULE_OUT)よりも大きい場合(M_MODULE_IN > M_MODULE_OUT)は、共通供給チューブ142cのイナータンス(M_C-CHANNEL_IN)が、共通回収チューブ146cのイナータンス(M_C-CHANNEL_OUT)よりも大きくなり、かつ、個別供給チューブ142iのイナータンス(M_I-CHANNEL_IN)が、個別回収チューブ146iのイナータンス(M_I-CHANNEL_OUT)よりも大きくなるように(M_C-CHANNEL_IN > M_C-CHANNEL_OUT、かつ、M_I-CHANNEL_IN > M_I-CHANNEL_OUTの条件を満たすように)、個別供給チューブ142i、共通供給チューブ142c、個別回収チューブ146i、共通回収チューブ146cの各チューブをレイアウトする。
逆に、ヘッドモジュール内に形成される回収側の流路のイナータンス(M_MODULE_OUT)が、ヘッド内に形成される供給側の流路のイナータンス(M_MODULE_IN)よりも大きい場合(M_MODULE_IN < M_MODULE_OUT)は、共通回収チューブ146cのイナータンス(M_C-CHANNEL_OUT)が、共通供給チューブ142cのイナータンス(M_C-CHANNEL_IN)よりも大きくなり、かつ、個別回収チューブ146iのイナータンス(M_I-CHANNEL_OUT)が、個別供給チューブ142iのイナータンス(M_I-CHANNEL_IN)よりも大きくなるように(M_C-CHANNEL_IN < M_C-CHANNEL_OUT、かつ、M_I-CHANNEL_IN < M_I-CHANNEL_OUTの条件を満たすように)、個別供給チューブ142i、共通供給チューブ142c、個別回収チューブ146i、共通回収チューブ146cの各チューブをレイアウトする。
なお、流路抵抗に基づく場合と同様に、個別供給チューブ142iと個別回収チューブ146iは同じ条件でレイアウトし、共通供給チューブ142cと共通回収チューブ146cについてのみ、ヘッドモジュールの内部のイナータンスに基づいて、レイアウトする構成としてもよい。すなわち、個別供給チューブ142iと個別回収チューブ146iは、基本的には同じ条件でレイアウトし、個別のヘッドモジュールでの圧力変動も無視できない場合についてのみ、個別供給チューブ142iと個別回収チューブ146iについても、各ヘッドモジュールの内部のイナータンスに基づいて、レイアウトする構成としてもよい。
したがって、この場合、ヘッドモジュール内に形成される供給側の流路のイナータンス(M_MODULE_IN)が、ヘッドモジュール内に形成される回収側の流路のイナータンス(M_MODULE_OUT)よりも大きい場合(M_MODULE_IN > M_MODULE_OUT)は、共通供給チューブ142cのイナータンス(M_C-CHANNEL_IN)が、共通回収チューブ146cのイナータンス(M_C-CHANNEL_OUT)よりも大きくなるように(M_C-CHANNEL_IN > M_C-CHANNEL_OUTの条件を満たすように)、共通供給チューブ142cと共通回収チューブ146cをレイアウトする。
逆に、ヘッドモジュール内に形成される回収側の流路のイナータンス(M_MODULE_OUT)が、ヘッドモジュール内に形成される供給側の流路のイナータンス(M_MODULE_IN)よりも大きい場合(M_MODULE_IN < M_MODULE_OUT)は、共通回収チューブ146cのイナータンス(M_C-CHANNEL_OUT)が、共通供給チューブ142cのイナータンス(M_C-CHANNEL_IN)よりも大きくなるように(M_C-CHANNEL_IN < M_C-CHANNEL_OUTの条件を満たすように)、共通供給チューブ142cと共通回収チューブ146cをレイアウトする。
このように、本実施の形態の液滴吐出装置100によれば、ヘッド内に形成される供給側の流路の流路抵抗(又はイナータンス)と回収側の流路の流路抵抗(又はイナータンス)との比に基づいて、供給チューブ42と回収チューブ46とをレイアウトすることにより、圧力変動の発生を効果的に抑えることができる。これにより、ノズル22から吐出させる液体をヘッド12に安定して供給でき、ノズル22からの液滴の吐出を正しく制御することができる。
なお、各ヘッドモジュール内に形成される供給側の流路の流路抵抗(R_MODULE_IN)は、供給側の流路を構成する流路全体の抵抗であり、回収側の流路の流路抵抗(R_MODULE_OUT)は、回収側の流路構成する流路全体の抵抗である。
ただし、ヘッドモジュール内に形成される供給側の流路の流路抵抗は、主にヘッドモジュール内の個別供給流路によって定まり、回収側の流路の流路抵抗は、主にヘッドモジュール内の個別回収流路によって決まるので、個別供給流路の流路抵抗を供給側の流路の流路抵抗(R_MODULE_IN)とし、個別回収流路の流路抵抗を回収側の流路の流路抵抗(R_MODULE_OUT)とすることができる(図7のR_MODULE_IN、及び、R_MODULE_OUTに対応)。
図7に示すように、同じ流路のものが並列で並んでおり、これを流路全体で見た場合は、電気回路で言うところの合成抵抗に対応する(1/R_in_total = 1/R_head_in1 + 1/R_head_in2 +…、1/R_out_total = 1/R_head_out1 + 1/R_head_out2 +…)。したがって、ヘッドモジュール内の個別供給流路の流路抵抗とヘッドモジュール内の個別回収流路の流路抵抗との比(図7の(R_MODULE_INとR_MODULE_OUTの比)が、ヘッドモジュール内部の供給側の流路の流路抵抗、及び、回収側の流路の流路抵抗を決定する。
したがって、各ノズル間で流路抵抗のバラツキがない場合は、内部個別供給流路32の流路抵抗と内部個別回収流路36の流路抵抗との比(図4の(R_MODULE_INとR_MODULE_OUTの比)が、そのまま全体の供給側と回収側の流路抵抗の比を決める。
ノズル間で流路抵抗のバラツキがある場合は、並列化した流路の合成抵抗の計算によって、全体の流路抵抗を求めることができる。
ヘッドモジュール内の供給側の流路のイナータンスと回収側の流路のイナータンスについても同様である。
[第4の実施の形態]
図8は、液滴吐出装置の第4の実施の形態の概略構成図である。
同図に示すように、本実施の形態の液滴吐出装置100Aは、ポンプを利用して、液体の供給、回収を行う。ヘッドの構成は、上述した第3の実施の形態の液滴吐出装置と同じなので、ここでは、ヘッド112h(ヘッドモジュール112m)に対して液体の供給、回収を行う液体供給回収ユニット114の構成についてのみ説明する。
〈液体供給回収ユニット〉
図8に示すように、液体供給回収ユニット114は、主として、液体の供給タンク140と、液体の個別供給チューブ142iと、液体の共通供給チューブ142cと、個別供給チューブ142iと共通供給チューブ142cとを繋ぐ供給マニホールド142mと、液体の回収タンク144と、液体の個別回収チューブ146iと、液体の共通回収チューブ146cと、個別回収チューブ146iと共通回収チューブ146cとを繋ぐ回収マニホールド146mと、供給タンク140からヘッド112hに液体を送液する供給ポンプ148と、共通供給チューブ142cに設置される供給ダンパ150と、ヘッド112hから回収タンク144に液体を送液する回収ポンプ152と、共通回収チューブ146cに設置される回収ダンパ154とを備えて構成される。
供給タンク140は、ヘッド112hに供給する液体を貯留する。
個別供給チューブ142iは、ヘッドモジュール112mごとに設けられ、各ヘッドモジュール112mに個別に液体を送液する。個別供給チューブ142iは、一端が各ヘッドモジュール112mの供給口116に接続され、他端が供給マニホールド142mに接続される。
共通供給チューブ142cは、1本で構成され、供給タンク140からの液体を送液する。共通供給チューブ142cは、一端が供給タンク140に接続され、他端が供給マニホールド142mに接続される。
供給マニホールド142mは、個別供給チューブ142iを結束して共通供給チューブ142cに接続する。供給マニホールド142mは、共通供給チューブ142cから各個別供給チューブ142iまでの流路抵抗が等しくなるように、個別供給チューブ142iを結束する。1本の共通供給チューブ142cを介して供給タンク140から供給される液体は、この供給マニホールド142mによって各個別供給チューブ142iに分岐して供給される。
回収タンク144は、ヘッド112hの各ヘッドモジュール112mから回収した液体を貯留する。
個別回収チューブ146iは、ヘッドモジュール112mごとに設けられ、各ヘッドモジュール112mから回収された液体を個別に送液する。個別回収チューブ146iは、一端が各ヘッドモジュール112mの回収口118に接続され、他端が回収マニホールド146mに接続される。
共通回収チューブ146cは、1本で構成され、回収タンク144に液体を送液する。共通回収チューブ146cは、一端が回収タンク144に接続され、他端が回収マニホールド146mに接続される。
回収マニホールド146mは、個別回収チューブ146iを結束して共通回収チューブ146cに接続する。回収マニホールド146mは、共通回収チューブ146cから各個別回収チューブ146iまでの流路抵抗が等しくなるように、個別回収チューブ146iを結束する。個別回収チューブ146iを介してヘッド112hの各ヘッドモジュール112mから回収された液体は、この回収マニホールド146mによって1つにまとめられ、1本の共通回収チューブ146cを介して回収タンク144に回収される。
供給ポンプ148は、共通供給チューブ142cの途中に設置される。供給ポンプ148は、供給タンク140内に形成される液体をヘッド112hの各ヘッドモジュール112mに向けて送液する。供給ポンプ148は、たとえば、チューブポンプで構成される。
供給ダンパ150は、共通供給チューブ142cの途中に設置される。供給ダンパ150は、主として、供給ポンプ148の駆動に起因して発生する液体の圧力変動(脈動)を吸収する。したがって、供給ダンパ150は、ヘッド112hと供給ポンプ148との間に設置される。
回収ポンプ152は、共通回収チューブ146cの途中に設置される。回収ポンプ152は、共通回収チューブ146cを介してヘッド112hの各ヘッドモジュール112mから回収タンク144に向けて液体を送液する。回収ポンプ152は、たとえば、チューブポンプで構成される。
回収ダンパ154は、共通回収チューブ146cの途中に設置される。回収ダンパ154は、主として、回収ポンプ152の駆動に起因して発生する液体の圧力変動(脈動)を吸収する。したがって、回収ダンパ154は、ヘッド112hと回収ポンプ152との間に設置される。
供給ポンプ148を駆動するとともに、回収ポンプ152を駆動すると、供給タンク140からヘッド112hの各ヘッドモジュール112mに連続的に液体が供給されるとともに、ヘッド112hの各ヘッドモジュール112mから回収タンク144に連続的に液体が回収される。この際、ノズル面に負圧が付与されるように、供給ポンプ148及び回収ポンプ152が駆動されて、ヘッド112hに液体が供給される。
〈チューブレイアウト〉
本実施の形態の液滴吐出装置100Aにおいても、ヘッドモジュール112mの内部に形成される供給側の流路の流路抵抗と回収側の流路の流路抵抗との比に基づいて、個別供給チューブ142i、共通供給チューブ142c、個別回収チューブ146i、及び、共通回収チューブ146cの各チューブがレイアウトされる。
すなわち、ヘッドモジュール内に形成される供給側の流路の流路抵抗(R_MODULE_IN)が、ヘッドモジュール内に形成される回収側の流路の流路抵抗(R_MODULE_OUT)よりも大きい場合(R_MODULE_IN > R_MODULE_OUT)は、共通供給チューブ142cの流路抵抗(R_C-CHANNEL_IN)が、共通回収チューブ146cの流路抵抗(R_C-CHANNEL_OUT)よりも大きくなるように(R_C-CHANNEL_IN > R_C-CHANNEL_OUTの条件を満たすように)、共通供給チューブ142cと共通回収チューブ146cをレイアウトする。加えて、個別供給チューブ142iの流路抵抗(R_I-CHANNEL_IN)が、個別回収チューブ146iの流路抵抗(R_I-CHANNEL_OUT)よりも大きくなるように(R_I-CHANNEL_IN > R_I-CHANNEL_OUTの条件を満たすように)、個別供給チューブ142iと個別回収チューブ146iとをレイアウトする。
逆に、ヘッドモジュール内に形成される回収側の流路の流路抵抗(R_MODULE_OUT)が、ヘッドモジュール内に形成される供給側の流路の流路抵抗(R_MODULE_IN)よりも大きい場合(R_MODULE_IN < R_MODULE_OUT)は、共通回収チューブ146cの流路抵抗(R_C-CHANNEL_OUT)が、共通供給チューブ142cの流路抵抗(R_C-CHANNEL_IN)よりも大きくなるように(R_C-CHANNEL_IN < R_C-CHANNEL_OUTの条件を満たすように)、共通供給チューブ142cと共通回収チューブ146cをレイアウトする。加えて、個別回収チューブ146iの流路抵抗(R_I-CHANNEL_OUT)が、個別供給チューブ142iの流路抵抗(R_I-CHANNEL_IN)よりも大きくなるように(R_I-CHANNEL_IN < R_I-CHANNEL_OUTの条件を満たすように)、個別供給チューブ142iと個別回収チューブ146iとをレイアウトする。
また、上記第3の実施の形態と同様に、個別供給チューブ142iと個別回収チューブ146iは同じ条件でレイアウトし、共通供給チューブ142cと共通回収チューブ146cについてのみ、ヘッドモジュール内に形成される流路抵抗に基づいて、レイアウトする構成としてもよい。すなわち、個別供給チューブ142iと個別回収チューブ146iは、基本的には同じ条件でレイアウトし、個別のヘッドモジュールでの圧力変動も無視できない場合についてのみ、個別供給チューブ142iと個別回収チューブ146iについても、各ヘッドモジュールの内部の流路抵抗に基づいて、レイアウトする構成としてもよい。
したがって、この場合、ヘッドモジュール内に形成される供給側の流路の流路抵抗(R_MODULE_IN)が、ヘッドモジュール内に形成される回収側の流路の流路抵抗(R_MODULE_OUT)よりも大きい場合(R_MODULE_IN > R_MODULE_OUT)は、共通供給チューブ142cの流路抵抗(R_C-CHANNEL_IN)が、共通回収チューブ146cの流路抵抗(R_C-CHANNEL_OUT)よりも大きくなるように(R_C-CHANNEL_IN > R_C-CHANNEL_OUTの条件を満たすように)、共通供給チューブ142cと共通回収チューブ146cをレイアウトする。
逆に、ヘッドモジュール内に形成される回収側の流路の流路抵抗(R_MODULE_OUT)が、ヘッドモジュール内に形成される供給側の流路の流路抵抗(R_MODULE_IN)よりも大きい場合(R_MODULE_IN < R_MODULE_OUT)は、共通回収チューブ146cの流路抵抗(R_C-CHANNEL_OUT)が、共通供給チューブ142cの流路抵抗(R_C-CHANNEL_IN)よりも大きくなるように(R_C-CHANNEL_IN < R_C-CHANNEL_OUTの条件を満たすように)、共通供給チューブ142cと共通回収チューブ146cをレイアウトする。
なお、本実施の形態の場合、共通供給チューブ142cに供給ダンパ150を設置し、共通回収チューブ146cに回収ダンパ154を設置している。この場合、共通供給チューブ142cは、供給マニホールド142mと供給ダンパ50との間の領域が上記関係を満たすようにレイアウトし、共通回収チューブ146cは、回収マニホールド146mと回収ダンパ154との間の領域が、上記関係を満たすようにレイアウトする。
このように、ポンプを用いて、ヘッド112hを構成する各ヘッドモジュール112mに液体を供給、回収する場合も、ヘッドモジュール内に形成される供給側の流路の流路抵抗と回収側の流路の流路抵抗とに基づき、供給側、回収側のチューブをレイアウトする。これにより、ノズルからの液滴の吐出に伴い生じる圧力の変動を効率的に抑えることができる。
なお、レイアウト方法については、上述した第1の実施の形態の場合と同様に、たとえば、供給側、回収側の各チューブのチューブ長及びチューブ径を調整することにより行う。また、たとえば、流量の変動が小さい流路側に高抵抗を持つフィルター(濾過手段)や脱気ポンプ(脱気手段)などを配置することにより行う。
また、上記の例は、流路抵抗に基づいて、供給側、回収側の各チューブをレイアウトする場合について説明したが、上記第1の実施の形態の場合と同様に、イナータンスに基づいて、供給側、回収側の各チューブをレイアウトすることもできる。
すなわち、ヘッドモジュール内に形成される供給側の流路のイナータンス(M_MODULE_IN)が、ヘッドモジュール内に形成される回収側の流路のイナータンス(M_MODULE_OUT)よりも大きい場合(M_MODULE_IN > M_MODULE_OUT)は、共通供給チューブ142cのイナータンス(M_C-CHANNEL_IN)が、共通回収チューブ146cのイナータンス(M_C-CHANNEL_OUT)よりも大きくなるように(M_C-CHANNEL_IN > M_C-CHANNEL_OUTの条件を満たすように)、共通供給チューブ142cと共通回収チューブ146cをレイアウトする。加えて、個別供給チューブ142iのイナータンス(M_I-CHANNEL_IN)が、個別回収チューブ146iのイナータンス(M_I-CHANNEL_OUT)よりも大きくなるように(M_I-CHANNEL_IN > M_I-CHANNEL_OUTの条件を満たすように)、個別供給チューブ142iと個別回収チューブ146iとをレイアウトする。
逆に、ヘッドモジュール内に形成される回収側の流路のイナータンス(M_MODULE_OUT)が、ヘッドモジュール内に形成される供給側の流路のイナータンス(M_MODULE_IN)よりも大きい場合(M_MODULE_IN < M_MODULE_OUT)は、共通回収チューブ146cのイナータンス(M_C-CHANNEL_OUT)が、共通供給チューブ142cのイナータンス(M_C-CHANNEL_IN)よりも大きくなるように(M_C-CHANNEL_IN < M_C-CHANNEL_OUTの条件を満たすように)、共通供給チューブ142cと共通回収チューブ146cをレイアウトする。加えて、個別回収チューブ146iのイナータンス(M_I-CHANNEL_OUT)が、個別供給チューブ142iのイナータンス(M_I-CHANNEL_IN)よりも大きくなるように(M_I-CHANNEL_IN < M_I-CHANNEL_OUTの条件を満たすように)、個別供給チューブ142iと個別回収チューブ146iとをレイアウトする。
なお、流路抵抗に基づく場合と同様に、個別供給チューブ142iと個別回収チューブ146iは同じ条件でレイアウトし、共通供給チューブ142cと共通回収チューブ146cについてのみ、ヘッドモジュールの内部のイナータンスに基づいて、レイアウトする構成としてもよい。すなわち、個別供給チューブ142iと個別回収チューブ146iは、基本的には同じ条件でレイアウトし、個別のヘッドモジュールでの圧力変動も無視できない場合についてのみ、個別供給チューブ142iと個別回収チューブ146iについても、ヘッドモジュール内に形成される流路のイナータンスに基づいて、レイアウトする構成としてもよい。
したがって、この場合、ヘッドモジュール内に形成される供給側の流路のイナータンス(M_MODULE_IN)が、ヘッドモジュール内に形成される回収側の流路のイナータンス(M_MODULE_OUT)よりも大きい場合(M_MODULE_IN > M_MODULE_OUT)は、共通供給チューブ142cのイナータンス(M_C-CHANNEL_IN)が、共通回収チューブ146cのイナータンス(M_C-CHANNEL_OUT)よりも大きくなるように(M_C-CHANNEL_IN > M_C-CHANNEL_OUTの条件を満たすように)、共通供給チューブ142cと共通回収チューブ146cをレイアウトする。
逆に、ヘッドモジュール内に形成される回収側の流路のイナータンス(M_MODULE_OUT)が、ヘッドモジュール内に形成される供給側の流路のイナータンス(M_MODULE_IN)よりも大きい場合(M_MODULE_IN < M_MODULE_OUT)は、共通回収チューブ146cのイナータンス(M_C-CHANNEL_OUT)が、共通供給チューブ142cのイナータンス(M_C-CHANNEL_IN)よりも大きくなるように(M_C-CHANNEL_IN < M_C-CHANNEL_OUTの条件を満たすように)、共通供給チューブ142cと共通回収チューブ146cをレイアウトする。
なお、本実施の形態では、共通供給チューブ142cと共通回収チューブ146cとに供給ダンパ150と回収ダンパ154とを設置しているが、これらのダンパは、必ずしも設置する必要はない。供給ダンパ150と回収ダンパ154とを設置しない場合、共通供給チューブ142cは、供給マニホールド142mと供給ポンプ148との間の領域が上記関係を満たすようにレイアウトし、共通回収チューブ146cは、回収マニホールド146mと回収ポンプ152との間の領域が、上記関係を満たすようにレイアウトする。
また、ダンパは、個別供給チューブ142iと個別回収チューブ146iに設けるようにしてもよい。これにより、より効果的に圧力変動を抑えることができる。
〈その他の実施の形態〉
ヘッドによっては、内部にバイパス流路を有する場合がある。
図9は、ヘッド内部にバイパス流路を有する液滴吐出装置を電気回路に置き換えた図である(第1の実施の形態の液滴吐出装置のヘッドにバイパス流路を設けたもの)。なお、同図では、簡略化のため、ヘッド内部の流路は抵抗だけで表記し、イナータンス成分は省略している。
ヘッド内部にバイパス流路を有する場合、バイパス流路の流路抵抗(R_BYPASS)が、供給チューブ流路抵抗(R_CHANNEL_IN)、又は、回収チューブの流路抵抗(R_CHANNEL_OUT)より小さいと、ヘッドからの変動成分は等分され、供給側と回収側とでほぼ同じ変動レベルとなる。
したがって、ヘッド内部にバイパス流路を有する場合、バイパス流路の流路抵抗(R_BYPASS)が、供給チューブ流路抵抗(R_CHANNEL_IN)、又は、回収チューブの流路抵抗(R_CHANNEL_OUT)よりも大きい場合に、上述したヘッド内部の流路抵抗(又はイナータンス)に基づいた、チューブのレイアウトが有効に機能する。
複数のヘッドモジュールを繋ぎ合わせてヘッドが構成される場合も同様であり、各ヘッドモジュールの内部にバイパス流路を有する場合、そのバイパス流路の流路抵抗が、供給側のチューブの流路抵抗、又は、回収側のチューブの流路抵抗よりも大きい場合に、ヘッドモジュール内部の流路抵抗(又はイナータンス)に基づいた、チューブのレイアウトが有効に機能する。
また、上記一連の実施の形態では、供給タンクから回収タンクに向けて一方向に流す構成としているが、回収タンクで回収した液体を供給タンクに戻す流路を形成し、循環させる構成とすることもできる。
また、ポンプで液体を送液する場合には、供給タンクと回収タンクとを共用する構成とすることもできる。
また、上記実施の形態では、ノズル面にノズルが一列で配置された構成のヘッドに本発明を適用した場合を例に説明したが、ヘッドの構造は、これに限定されるものではない。この他、たとえば、ノズル面にノズルがマトリクス状に配置された構成のヘッドにも同様に本発明は適用することができる。この種のヘッドは、ノズル数が多くなり、同時に吐出する液滴量が多くなるので、本発明が特に有効に作用する。
また、上記実施の形態では、いわゆるピエゾ方式のヘッドに本発明を適用した場合を例に説明したが、サーマル方式等の他の駆動方式のヘッドにも同様に本発明は適用することができる。
10…液滴吐出装置、10A…液滴吐出装置、12…ヘッド、14…液体供給回収ユニット、16…供給口、18…回収口、20…ノズル面、22…ノズル、24…圧力室、26…振動板、28…圧電素子、30…内部共通供給流路、32…内部個別供給流路、34…内部共通回収流路、36…内部個別回収流路、40…供給タンク、42…供給チューブ、44…回収タンク、46…回収チューブ、48…供給ポンプ、50…供給ダンパ、52…回収ポンプ、54…回収ダンパ、100…液滴吐出装置、100A…液滴吐出装置、112h…ヘッド、112m…ヘッドモジュール、114…液体供給回収ユニット、116…供給口、118…回収口、140…供給タンク、142c…共通供給チューブ、142i…個別供給チューブ、142m…供給マニホールド、144…回収タンク、146c…共通回収チューブ、146i…個別回収チューブ、146m…回収マニホールド、148…供給ポンプ、150…供給ダンパ、152…回収ポンプ、154…回収ダンパ、R_HEAD_IN…ヘッド内部に形成される供給側の流路の流路抵抗、R_HEAD_OUT…ノズル内部に形成される回収側の流路の流路抵抗、R_CHANNEL_IN…供給流路の流路抵抗、R_CHANNEL_OUT…回収流路の流路抵抗、R_MODULE_IN…ヘッドモジュール内部に形成される供給側の流路の流路抵抗、R_MODULE_OUT…ヘッドモジュール内部に形成される回収側の流路の流路抵抗、R_C-CHANNEL_IN…共通供給流路の流路抵抗、R_C-CHANNEL_OUT…共通回収流路の流路抵抗、R_I-CHANNEL_IN…個別供給流路の流路抵抗、R_I-CHANNEL_OUT…個別回収流路の流路抵抗、M_HEAD_IN…ヘッド内部に形成される供給側の流路のイナータンス、M_HEAD_OUT…ノズル内部に形成される回収側の流路のイナータンス、M_CHANNEL_IN…供給流路のイナータンス、M_CHANNEL_OUT…回収流路のイナータンス、M_MODULE_IN…ヘッドモジュール内部に形成される供給側の流路のイナータンス、M_MODULE_OUT…ヘッドモジュール内部に形成される回収側の流路のイナータンス、M_C-CHANNEL_IN…共通供給流路のイナータンス、M_C-CHANNEL_OUT…共通回収流路のイナータンス、M_I-CHANNEL_IN…個別供給流路のイナータンス、M_I-CHANNEL_OUT…個別回収流路のイナータンス

Claims (22)

  1. ノズルから吐出させる液体の供給口と回収口とを備え、前記液体が前記供給口から連続的に供給されるとともに、前記回収口から連続的に回収されるヘッドと、
    前記ヘッドに前記液体を供給する供給流路と、
    前記ヘッドから前記液体を回収する回収流路と、
    を備え、
    前記供給口から前記ノズルに至るまでの前記ヘッド内部の流路抵抗をR_HEAD_IN、前記ノズルから前記回収口に至るまでの前記ヘッド内部の流路抵抗をR_HEAD_OUT、前記供給流路の流路抵抗をR_CHANNEL_IN、前記回収流路の流路抵抗をR_CHANNEL_OUTとしたとき、
    R_HEAD_IN > R_HEAD_OUTの場合は、R_CHANNEL_IN > R_CHANNEL_OUTの関係を満たすように、前記供給流路と前記回収流路とがレイアウトされ、
    R_HEAD_IN < R_HEAD_OUTの場合は、R_CHANNEL_IN < R_CHANNEL_OUTの関係を満たすように、前記供給流路と前記回収流路とがレイアウトされる液滴吐出装置。
  2. 前記関係を満たすように、前記供給流路及び前記回収流路の流路径及び流路長が選択されて、前記供給流路と前記回収流路とがレイアウトされる請求項1に記載の液滴吐出装置。
  3. 前記関係を満たすように、前記供給流路及び/又は前記回収流路に濾過手段及び/又は脱気手段が配置されて、前記供給流路と前記回収流路とがレイアウトされる請求項1又は2に記載の液滴吐出装置。
  4. 前記供給流路が接続される供給タンクと、
    前記回収流路が接続される回収タンクと、
    を更に備え、前記供給タンクと前記回収タンクとの水頭圧差により、前記液体が前記ヘッドに供給される請求項1から3のいずれか1項に記載の液滴吐出装置。
  5. 前記供給流路を介して前記ヘッドに前記液体を送液する供給ポンプと、
    前記供給流路に配置される供給ダンパと、
    前記回収流路を介して前記ヘッドから前記液体を送液する回収ポンプと、
    前記回収流路に配置される回収ダンパと、
    を更に備えた請求項1から3のいずれか1項に記載の液滴吐出装置。
  6. ノズルから吐出させる液体の個別供給口と個別回収口とを備え、前記液体が前記個別供給口から連続的に供給されるとともに、前記個別回収口から連続的に回収されるヘッドモジュールを複数繋ぎ合わせて構成されるヘッドと、
    前記各ヘッドモジュールに個別に前記液体を供給する個別供給流路と、
    前記各個別供給流路に分岐して接続され、前記各個別供給流路に前記液体を供給する共通供給流路と、
    前記各ヘッドモジュールから前記液体を個別に回収する個別回収流路と、
    前記各個別回収流路に分岐して接続され、前記各個別回収流路から前記液体を回収する共通回収流路と、
    を備え、
    前記個別供給口から前記ノズルに至るまでの前記ヘッドモジュール内部の流路抵抗をR_MODULE_IN、前記ノズルから前記個別回収口に至るまでの前記ヘッドモジュール内部の流路抵抗をR_MODULE_OUT、前記共通供給流路の流路抵抗をR_C-CHANNEL_IN、前記共通回収流路の流路抵抗をR_C-CHANNEL_OUTとしたとき、
    R_MODULE_IN > R_MODULE_OUTの場合は、R_C-CHANNEL_IN > R_C-CHANNEL_OUTの関係を満たすように、前記共通供給流路及び前記共通回収流路がレイアウトされ、
    R_MODULE_IN < R_MODULE_OUTの場合は、R_C-CHANNEL_IN < R_C-CHANNEL_OUT の関係を満たすように、前記共通供給流路及び前記共通回収流路がレイアウトされる液滴吐出装置。
  7. 前記個別供給流路の流路抵抗をR_I-CHANNEL_IN、前記個別回収流路の流路抵抗をR_I-CHANNEL_OUTとしたとき、
    R_MODULE_IN > R_MODULE_OUTの場合は、R_I-CHANNEL_IN > R_I-CHANNEL_OUT、かつ、R_C-CHANNEL_IN > R_C-CHANNEL_OUTの関係を満たすように、前記個別供給流路、前記個別回収流路、前記共通供給流路及び前記共通回収流路がレイアウトされ、
    R_MODULE_IN < R_MODULE_OUTの場合は、R_I-CHANNEL_IN < R_I-CHANNEL_OUT 、かつ、R_C-CHANNEL_IN < R_C-CHANNEL_OUT の関係を満たすように、前記個別供給流路、前記個別回収流路、前記共通供給流路及び前記共通回収流路がレイアウトされる請求項6に記載の液滴吐出装置。
  8. 前記関係を満たすように、前記個別供給流路、前記個別回収流路、前記共通供給流路及び前記共通回収流路の流路径及び流路長が選択されて、前記個別供給流路、前記個別回収流路、前記共通供給流路及び前記共通回収流路がレイアウトされる請求項7に記載の液滴吐出装置。
  9. 前記関係を満たすように、前記共通供給流路及び/又は前記共通回収流路に濾過手段及び/又は脱気手段が配置されて、前記個別供給流路、前記個別回収流路、前記共通供給流路及び前記共通回収流路がレイアウトされる請求項6から8のいずれか1項に記載の液滴吐出装置。
  10. 前記共通供給流路が接続される供給タンクと、
    前記共通回収流路が接続される回収タンクと、
    を更に備え、前記供給タンクと前記回収タンクとの水頭圧差により、前記液体が前記ヘッドに供給される請求項6から9のいずれか1項に記載の液滴吐出装置。
  11. 前記共通供給流路を介して前記ヘッドに前記液体を送液する供給ポンプと、
    前記共通供給流路に配置される供給ダンパと、
    前記共通回収流路を介して前記ヘッドから前記液体を送液する回収ポンプと、
    前記共通回収流路に配置される回収ダンパと、
    を更に備えた請求項6から9のいずれか1項に記載の液滴吐出装置。
  12. ノズルから吐出させる液体の供給口と回収口とを備え、前記液体が前記供給口から連続的に供給されるとともに、前記回収口から連続的に回収されるヘッドと、
    前記ヘッドに前記液体を供給する供給流路と、
    前記ヘッドから前記液体を回収する回収流路と、
    を備え、
    前記供給口から前記ノズルに至るまでの前記ヘッド内部のイナータンスをM_HEAD_IN、前記ノズルから前記回収口に至るまでの前記ヘッド内部のイナータンスをM_HEAD_OUT、前記供給流路のイナータンスをM_CHANNEL_IN、前記回収流路のイナータンスをM_CHANNEL_OUTとしたとき、
    M_HEAD_IN > M_HEAD_OUTの場合は、M_CHANNEL_IN > M_CHANNEL_OUTの関係を満たすように、前記供給流路と前記回収流路とがレイアウトされ、
    M_HEAD_IN < M_HEAD_OUTの場合は、M_CHANNEL_IN < M_CHANNEL_OUTの関係を満たすように、前記供給流路と前記回収流路とがレイアウトされる液滴吐出装置。
  13. 前記関係を満たすように、前記供給流路及び前記回収流路の流路径及び流路長が選択されて、前記供給流路と前記回収流路とがレイアウトされる請求項12に記載の液滴吐出装置。
  14. 前記関係を満たすように、前記供給流路及び/又は前記回収流路に濾過手段及び/又は脱気手段が配置されて、前記供給流路と前記回収流路とがレイアウトされる請求項12又は13に記載の液滴吐出装置。
  15. 前記供給流路が接続される供給タンクと、
    前記回収流路が接続される回収タンクと、
    を更に備え、前記供給タンクと前記回収タンクとの水頭圧差により、前記液体が前記ヘッドに供給される請求項12から14のいずれか1項に記載の液滴吐出装置。
  16. 前記供給流路を介して前記ヘッドに前記液体を送液する供給ポンプと、
    前記供給流路に配置される供給ダンパと、
    前記回収流路を介して前記ヘッドから前記液体を送液する回収ポンプと、
    前記回収流路に配置される回収ダンパと、
    を更に備えた請求項12から14のいずれか1項に記載の液滴吐出装置。
  17. ノズルから吐出させる液体の個別供給口と個別回収口とを備え、前記液体が前記個別供給口から連続的に供給されるとともに、前記個別回収口から連続的に回収されるヘッドモジュールを複数繋ぎ合わせて構成されるヘッドと、
    前記各ヘッドモジュールに個別に前記液体を供給する個別供給流路と、
    前記各個別供給流路に分岐して接続され、前記各個別供給流路に前記液体を供給する共通供給流路と、
    前記各ヘッドモジュールから前記液体を個別に回収する個別回収流路と、
    前記各個別回収流路に分岐して接続され、前記各個別回収流路から前記液体を回収する共通回収流路と、
    を備え、
    前記個別供給口から前記ノズルに至るまでの前記ヘッドモジュール内部のイナータンスをM_MODULE_IN、前記ノズルから前記個別回収口に至るまでの前記ヘッドモジュール内部のイナータンスをM_MODULE_OUT、前記共通供給流路のイナータンスをM_C-CHANNEL_IN、前記共通回収流路のイナータンスをM_C-CHANNEL_OUTとしたとき、
    M_MODULE_IN > M_MODULE_OUTの場合は、M_C-CHANNEL_IN > M_C-CHANNEL_OUTの関係を満たすように、前記共通供給流路及び前記共通回収流路がレイアウトされ、
    M_MODULE_IN < M_MODULE_OUTの場合は、M_C-CHANNEL_IN < M_C-CHANNEL_OUT の関係を満たすように、前記共通供給流路及び前記共通回収流路がレイアウトされる液滴吐出装置。
  18. 前記個別供給流路のイナータンスをM_I-CHANNEL_IN、前記個別回収流路のイナータンスをM_I-CHANNEL_OUTとしたとき、
    M_MODULE_IN > M_MODULE_OUTの場合は、M_I-CHANNEL_IN > M_I-CHANNEL_OUT、かつ、M_C-CHANNEL_IN > M_C-CHANNEL_OUTの関係を満たすように、前記個別供給流路、前記個別回収流路、前記共通供給流路及び前記共通回収流路がレイアウトされ、
    M_MODULE_IN < M_MODULE_OUTの場合は、M_I-CHANNEL_IN < M_I-CHANNEL_OUT 、かつ、M_C-CHANNEL_IN < M_C-CHANNEL_OUT の関係を満たすように、前記個別供給流路、前記個別回収流路、前記共通供給流路及び前記共通回収流路がレイアウトされる請求項17に記載の液滴吐出装置。
  19. 前記関係を満たすように、前記個別供給流路、前記個別回収流路、前記共通供給流路及び前記共通回収流路の流路径及び流路長が選択されて、前記個別供給流路、前記個別回収流路、前記共通供給流路及び前記共通回収流路がレイアウトされる請求項18に記載の液滴吐出装置。
  20. 前記関係を満たすように、前記共通供給流路及び/又は前記共通回収流路に濾過手段及び/又は脱気手段が配置されて、前記個別供給流路、前記個別回収流路、前記共通供給流路及び前記共通回収流路がレイアウトされる請求項17から19のいずれか1項に記載の液滴吐出装置。
  21. 前記共通供給流路が接続される供給タンクと、
    前記共通回収流路が接続される回収タンクと、
    を更に備え、前記供給タンクと前記回収タンクとの水頭圧差により、前記液体が前記ヘッドに供給される請求項17から20のいずれか1項に記載の液滴吐出装置。
  22. 前記共通供給流路を介して前記ヘッドに前記液体を送液する供給ポンプと、
    前記共通供給流路に配置される供給ダンパと、
    前記共通回収流路を介して前記ヘッドから前記液体を送液する回収ポンプと、
    前記共通回収流路に配置される回収ダンパと、
    を更に備えた請求項17から20のいずれか1項に記載の液滴吐出装置。
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