JP4691943B2 - 気泡の排出方法および液滴吐出方法 - Google Patents

Description

本発明は、液滴吐出装置および、液滴吐出装置における液状体流路内の気泡の排出方法、並びに液滴吐出装置における液滴吐出方法に関する。

近年、さまざま液状体を基板上に液滴として吐出させて描画を行う、インクジェットプリンタ等の液滴吐出装置が、紙印刷や工業用途のパターン形成などに広く利用されている。液滴を吐出する吐出ヘッドには、微細な流路（液状体流路）が形成されており、流路の一端側は液状体を供給する供給装置に通じ、流路の他端はノズルとなっていて、ノズルの近傍に形成された圧力発生手段（例えば、ピエゾアクチュエータなど）により、液滴をノズルから吐出する構成となっている。
吐出ヘッドの流路内には、供給装置から気泡が流れ込んでくることがしばしばあるが、流路内に気泡が存在すると、気泡が圧力を吸収したり、あるいは流路を閉塞したりすることによる吐出不良を招く虞がある。したがって、液滴吐出装置において、混入した気泡を除去する技術は非常に重要である。

混入した気泡を除去する技術として最も一般的なのは、ノズル面をキャップ等で封止して、キャップに連通した吸引ポンプを用いてキャップ内を減圧し、流路のノズル側から気泡を液状体と共に排出するものである（例えば特許文献１）。また、液状体タンク側から加圧すると共に、ノズル側から液状体を吸引して気泡を排出するものもある（例えば特許文献２）。
これらの技術は、気泡を排出するためのものであり、特に特許文献２に係る技術は、液状体タンク側からの加圧と、ヘッド側からの吸引が同時に可能であることから、排出する液状体の流速を高めることが可能である。

特開平５−２０１０２７号公報 特開２０００−３１３１２３号公報

ところが、液状体流路内の気泡の中には、排出が困難なものも存在する。例えば、液状体流路は、特定の働きのために設けられた液室と当該液室に連通する連通管で構成されていたりするが、液室の形状や連通口との位置関係によっては、液室内で液状体の流れが淀む箇所も存在する。このような箇所に滞留した気泡は、吸引する液状体の流速を高めてもなかなか除去することができない。また、液状体流路には、液状体に混入したゴミなどを除去する目的で、フィルタ部材が途中に設けられていたりするが、気泡がフィルタの目を通過することができずに、滞留するケースもある。

上述の文献に係る技術では、このような気泡を確実に排出することは難しい。それでも敢えて、気泡を排出しようとするならば、排出する液状体の流速を非常に大きくしなくてはならず、気泡と共に排出され、廃棄される液状体の量が増えて不経済である。
そこで、排出する液状体の流速に依存せずに気泡の排出性を高めたり、あるいは、気泡が液状体流路内に残っていたとしても、吐出不良を発生しにくくするような技術が求められる。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、液状体流路内における気泡の排出性や吐出影響度を静的に（液状体の流動を伴わずに）制御することが可能な液滴吐出装置、および、液状体流路内の気泡を容易に排出することが可能な液滴吐出装置における気泡の排出方法、並びに、気泡による吐出不良を発生しにくくすることが可能な液滴吐出装置における液滴吐出方法を提供することを目的としている。

本発明は、ノズルが形成されてなる吐出ヘッドと、液状体容器から液状体を前記吐出ヘッドに供給する液状体流路と、前記ノズルの開口に臨んだ雰囲気の気圧を制御可能な気圧制御手段と、前記液状体流路における背圧を制御可能な背圧制御手段と、を備え、前記気圧を前記背圧に対して適度な圧力差を保つように制御すると共に、前記背圧を大気圧よりも高圧ないし低圧にすることを特徴とする。

ここで述べる液状体流路とは、例えば、液状体種区分における主幹流路から、ノズル列区分におけるリザーバ（一時容量室）、ノズル区分における供給路、圧力室、ノズルに至るまでの、一連の流路のことを指している。
このような一連の流路に液状体が充填された場合において、ノズルの開口部には液状体と空気の界面、すなわちメニスカスが形成される。定常状態におけるメニスカスの状態は、ノズル開口に臨んだ雰囲気の気圧、メニスカスの位置における背圧、液状体の表面張力、液状体とノズル内面の濡れ性などによって決定される。ここで、背圧とは、液状体流路における液状体の圧力（静水頭）のことを指している。通常、背圧は、ノズル開口に臨んだ雰囲気の気圧（通常は大気圧である）よりもやや低く（負側に）設定されており、このような状態を負圧状態と呼んでいる。適度な負圧状態にすることで、メニスカスはノズルの深い方（液状体流路の一端側）へ引き込まれるかたちとなり、メニスカスには適度な表面張力が働いて、安定した液滴の吐出を実現するわけである。

上述の説明のように、安定した液滴の吐出のためには、適度な負圧状態とすることが前提となる。また、液滴を吐出しないとしても、液状体流路において液状体を定常状態に保つためには、ノズル開口に臨んだ雰囲気の気圧と液状体流路における背圧とを適度な圧力差に保つ必要がある。ところが従来の液滴吐出装置においては、ノズル開口に臨んだ雰囲気の気圧は大気圧に固定されていたため、背圧もまた大気圧を基準に設定されるしかなく、絶対値としての背圧の自由度は無いに等しかった。
本発明の液滴吐出装置においては、ノズル開口に臨んだ雰囲気の気圧が、背圧に対して適度な圧力差を保つように制御されるので、液状体を流動させずに、あるいは適度な負圧状態を保ったまま、背圧の絶対値を変化させることができる。そして、背圧の絶対値の変化により、液状体流路内の気泡の状態（大きさ）を変化させることができる。例えば、気泡を大きくすることで、液状体の流動に伴う気泡の移動力を上げたり、気泡を小さくすることで、気泡の移動抵抗を小さくしたり、メニスカスへの影響力を小さくすることができる。かくして、液状体の流動に依存することなく、静的に、気泡の排出性や吐出影響度を変化させることが可能となる。尚、本発明において適度な圧力差とは、圧力差が全く無い状態のことも含んでいる。

前記液滴吐出装置は、前記吐出ヘッドを収容する気密容器を備え、前記気圧制御手段は、前記気密容器内の気圧を制御する手段であることを特徴とする。
本発明の液滴吐出装置によれば、吐出ヘッドを気密容器内に収容することにより、気圧制御手段を簡単に構成することができる。

前記液滴吐出装置は、背圧が大気圧よりも高圧または低圧にされた状態に続いて、前記ノズルから、前記液状体流路内の前記液状体が排出されることを特徴とする。

本発明の液滴吐出装置によれば、背圧の絶対値を変化させることにより液状体流路内の気泡の状態（大きさ）を制御し、その状態に続いて液状体をノズルから排出させて、気泡を除去することができる。例えば、背圧を高くして気泡を小さくすれば、流路壁から気泡が離れやすくなり、あるいは、目の細かいフィルター等を通過しやすくなって、気泡が排出されやすくなる。また、背圧を低くして気泡を大きくすれば、液状体の流れにより大きな移動力が働くので、流れの淀んだ箇所の気泡であっても排出されやすくなる。かくして、廃棄される液状体の量を増加させずに、確実に気泡を排出することが可能となる。

液状体をノズルから排出する前記液滴吐出装置は、前記ノズルの開口面に密着可能なキャップ部材を介して、前記ノズルから前記液状体流路内の前記液状体を吸引する吸引手段を備え、前記背圧が大気圧よりも高圧または低圧にされた状態において、前記吸引手段によって、前記液状体が前記ノズルから排出されることを特徴とする。

液状体をノズルから排出する方法としては、例えば、ノズルの開口面に対向して廃液の受容容器を配置しておき、気圧制御手段によって気密容器の気圧を背圧に対して低くする、あるいは、背圧制御手段によって背圧を気密容器の気圧に対して高くする、といった方法が考えられる。しかし、気密容器は容量が大きいため、圧力を急激に変動させるのには向いておらず、背圧制御手段には様々な構成のものがあるが、こちらも、圧力を急激に変動させる目的には不向きである。
この発明の液滴吐出装置によれば、キャップ部材によって、ノズルの開口面に臨んだ小容量の空間内を減圧させ、液状体を吸引する構成となっているため、液状体の排出量を敏感に制御することが可能である。かくして、気泡を排出するために要する液状体の排出量（廃液量）を低減することができる。

前記液滴吐出装置は、前記背圧が大気圧よりも高圧にされた状態において、前記吐出ヘッドから前記液滴が吐出されることを特徴とする。

本発明の液滴吐出装置によれば、背圧の絶対値を高くすることにより、液状体流路内の気泡を小さく圧縮した状態で液滴を吐出させ、所望の描画を行うことができる。液状体流路に残留した気泡を小さくすることは、圧力発生手段が発生させた圧力の吸収、あるいは流路の閉塞などといった、吐出不良の発生因子に対して好適に作用するので、吐出不良の発生を低減することができる。かくして、高精細な描画が可能となる。

前記液滴吐出装置において、前記背圧制御手段は、前記液状体容器における前記液状体と直接的または間接的に接する雰囲気の気圧を制御する手段であることを特徴とする。

背圧としての液状体の圧力（静水頭）には、液状体の膨張／圧縮に依存する固有成分と、液状体の液位（深さ）に依存して変動するいわゆる位置水頭と呼ばれる成分があるが、これらの成分は、背圧としてはどちらの成分も等価に働く。つまり、背圧を変化させる方法としては、固有成分を変化させてもよいし、位置水頭成分を変化させてもよいわけである。前者の場合、例えば、液状体容器内の液圧を変化させる方法が考えられるし、後者の場合、例えば、液状体容器のノズル開口面に対する高さ（鉛直方向に対する位置）を変化させる方法が考えられる。
本発明の液滴吐出装置における背圧制御手段は、液状体容器における液状体と直接的または間接的に接する雰囲気の気圧を変化させる構成としている。ここで、直接的に接する雰囲気とは、液状体容器内において、液状体の液面と直接的に接している雰囲気を指す。また、間接的に接している雰囲気とは、液状体と可撓性膜などを介して、圧力を伝達可能に接している雰囲気を指す。
本発明の液滴吐出装置における背圧制御手段としては、具体的には、例えば、大気連通口を有した液状体容器を気密性の容器内に収容し、内部の気圧を変化させる構成が考えられる。また、可撓性の密閉容器に液状体を充填した液状体容器を気密性の容器内に収容し、当該容器内の気圧を変化させる構成も考えられる。
この発明の液滴吐出装置によれば、気圧制御手段による気圧制御と背圧制御手段による背圧制御の両者が共に、空気の圧力によって制御するという構成となって、機構の一部を共通化することができるので、簡単な装置の構成とすることができる。

前記液滴吐出装置は、前記液状体容器における前記液状体と前記気密容器内の雰囲気とが、直接的または間接的に接していて、前記背圧制御手段と前記気圧制御手段とが共通化されていることを特徴とする。

本発明の液滴吐出装置は、液状体容器における液状体と気密容器内の雰囲気とが、直接的または間接的に接しており、気密容器内の気圧を制御することで液状体の液圧、すなわち背圧を制御することができる。つまり、この液滴吐出装置においては、気圧制御手段と背圧制御手段とが共通化されていて、構成が非常に簡単である。しかも、気圧と背圧とが一元的に制御可能であるので、制御が容易でもある。

本発明は、液滴吐出装置のノズルが形成された吐出ヘッドと液状体容器とを連通する液状体流路における気泡の排出方法であって、前記ノズルの開口に臨んだ雰囲気の気圧と前記液状体流路における背圧とを、適度な圧力差を保ち、前記気圧を大気圧よりも高圧または低圧の状態にする静的気泡制御ステップと、前記気圧と前記背圧との間に圧力差を発生させて、前記ノズルから前記液状体流路内の前記液状体を排出する動的気泡制御ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明の気泡の排出方法によれば、ノズルの開口に臨んだ雰囲気の気圧と液状体流路における背圧とを、適度な圧力差を保った状態であって、その絶対値が大気圧よりも高圧または低圧の状態とすることで、液状体を流動させずに液状体流路内の気泡の状態（大きさ）を制御することができる。さらに、その状態に続いて液状体をノズルから排出させて、気泡を除去することができる。かくして、廃棄される液状体の量を増加させずに、確実に気泡を排出することが可能となる。尚、本発明において適度な圧力差とは、圧力差が全く無い状態のことも含んでいる。

前記気泡の排出方法は、前記静的気泡制御ステップで、前記気圧と前記背圧とを大気圧よりも高圧の状態とした後に、前記動的気泡制御ステップで前記ノズルから前記液状体流路内の前記液状体を排出する第１排出ステップと、前記静的気泡制御ステップで、前記気圧と前記背圧とを大気圧よりも低圧の状態とした後に、前記動的気泡制御ステップで、前記ノズルから前記液状体流路内の前記液状体を排出する第２排出ステップと、を含むことを特徴とする。

液状体流路に気泡が残っている場合において、背圧を高くして気泡を小さくすれば、流路壁から気泡が離れやすくなり、あるいは、目の細かいフィルター等を通過しやすくなって、気泡が排出されやすくなる。また、背圧を低くして気泡を大きくすれば、液状体の流れにより大きな移動力が働くので、流れの淀んだ箇所の気泡であっても排出されやすくなる。このように、気泡の位置や元の大きさによって、背圧を高くしたときに排出されやすくなる気泡と、背圧を低くしたときに排出されやすくなる気泡とがある。
本発明の気泡の排出方法においては、第１排出ステップで前者の気泡を、第２排出ステップで後者の気泡を排出することができるので、液状体流路内の気泡をより確実に排出することができる。

前記気泡の排出方法は、複数回の前記第１排出ステップと、複数回の前記第２排出ステップとを、組み合わせて実行することを特徴とする。
本発明の気泡の排出方法においては、複数回の第１排出ステップおよび第２排出ステップの組み合わせで気泡の排出を行うので、液状体流路内の気泡をより確実に排出することができる。

本発明は、吐出ヘッドに形成された液状体流路の一端側が液状体容器に連通し、前記液状体流路の他端がノズルとなっていて、前記液状体容器から液状体の供給を受けて、前記ノズルから液滴を吐出する液滴噴射装置における液滴吐出方法であって、前記ノズルの開口に臨んだ雰囲気の気圧と前記液状体流路における背圧とを、適度な負圧状態を維持すると共に、大気圧よりも高圧の状態にする静的気泡制御ステップと、前記静的気泡制御ステップの後に、前記ノズルから前記液滴を吐出する吐出ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明の液滴吐出方法によれば、適度な負圧状態を保ったまま背圧の絶対値を高くすることにより、液状体流路内の気泡を小さく圧縮した状態で液滴を吐出させ、所望の描画を行うことができる。液状体流路に残留した気泡を小さくすることは、圧力発生手段が発生させた圧力の吸収、あるいは流路の閉塞などといった、吐出不良の発生因子に対して好適に作用するので、吐出不良の発生を低減することができる。かくして、高精細な描画が可能となる。

前記気泡の排出方法は、前記液滴吐出装置における回復動作において実行されることを特徴とする。
このようにすれば、信頼性の高い回復動作を提供することができる。

前記液滴吐出方法は、前記液滴吐出装置における描画動作において実行されることを特徴とする。
このようにすれば、高精彩な描画が可能となる。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

（第１実施形態）
（液滴吐出装置の主要部構成）
まずは、図１、図２、図３、図４、図７を参照して、本実施形態における液滴吐出装置の主要部構成について説明する。図１は、液滴吐出装置の主要部構成を示す概略斜視図である。
図１に示すように、液滴吐出装置は、本体部１０１と液状体供給部１０４とを有している。本体部１０１は、液滴を吐出するヘッド部１１０を有するヘッド機構部１０２と、ヘッド部１１０から吐出された液滴の吐出対象である基板１２０を載置する基板機構部１０３とを備えている。
基板１２０としては、ガラス基板、金属基板、合成樹脂基板、紙など、平板状のものであればたいていのものが利用できる。また、基板１２０は、厳密な平板形状であることを要求せず、表面に微小な構造体が形成されていてもよい。

本体部１０１は、床上に設置された複数の支持脚１０６と、支持脚１０６の上側に設置された定盤１０７を備えている。定盤１０７の上側には、基板機構部１０３が定盤１０７の長手方向（Ｘ軸方向）にわたって配置されており、基板機構部１０３の上方には、定盤１０７に固定された２本の柱で両持ち支持されているヘッド機構部１０２が、基板機構部１０３と直交する方向（Ｙ軸方向）にわたって配置されている。また、ヘッド機構部１０２の手前側の位置には、メンテナンス部８０と廃液タンク９０が配置されている。

ヘッド機構部１０２は、液状体を吐出するヘッド部１１０と、ヘッド部１１０を搭載したキャリッジ１１１と、キャリッジ１１１のＹ軸方向への移動をガイドするＹ軸ガイド１１３と、Ｙ軸ガイド１１３に沿って設置されたＹ軸ボールねじ１１５と、Ｙ軸ボールねじ１１５を正逆回転させるＹ軸モータ１１４と、キャリッジ１１１の下部にあって、Ｙ軸ボールねじ１１５と螺合してキャリッジ１１１を移動させる雌ねじ部が形成されたキャリッジ螺合部１１２とを備えている。

基板機構部１０３の移動機構は、ヘッド機構部１０２とほぼ同様の構成でＸ軸方向に配置されており、基板１２０を載置している載置台１２１と、載置台１２１の移動をガイドするＸ軸ガイド１２３と、Ｘ軸ガイド１２３に沿って設置されたＸ軸ボールねじ１２５と、Ｘ軸ボールねじ１２５を正逆回転させるＸ軸モータ１２４と、載置台１２１の下部にあって、Ｘ軸ボールねじ１２５と螺合して載置台１２１を移動させる載置台螺合部１２２とから構成されている。

尚、ヘッド機構部１０２および基板機構部１０３には、図示していないが、ヘッド部１１０と載置台１２１の移動した位置を検出する位置検出手段が、それぞれ備えられている。また、キャリッジ１１１と載置台１２１には、Ｚ軸を回転軸方向とした、回転方向を調整する機構が組込まれ、ヘッド部１１０の回転方向調整、および載置台１２１の回転方向調整が可能である。さらに、キャリッジ１１１には、ヘッド部１１０をＺ軸方向に並進移動可能にする機構も組み込まれている。

これらの構成により、ヘッド部１１０と基板１２０とは、それぞれＹ軸方向およびＸ軸方向に往復自在に相対移動することができる。ヘッド部１１０の移動について説明すると、Ｙ軸モータ１１４の正逆回転によってＹ軸ボールねじ１１５が正逆回転し、Ｙ軸ボールねじ１１５に螺合しているキャリッジ螺合部１１２が、Ｙ軸ガイド１１３に沿って移動することで、キャリッジ螺合部１１２と一体のキャリッジ１１１が任意の位置に移動する。すなわち、Ｙ軸モータ１１４の駆動により、キャリッジ１１１に搭載したヘッド部１１０が、Ｙ軸方向に自在に移動する。同様に、載置台１２１に載置された基板１２０もＸ軸方向に自在に移動する。

このように、Ｘ軸モータ１２４、Ｙ軸モータ１１４の駆動制御により、ヘッド部１１０の基板１２０に対する相対移動が可能であり、液滴を、基板１２０上の任意の位置に吐出させ、基板１２０上に所定のパターンを描画することができるようになっている。

液状体供給部１０４は、ヘッド部１１０に連通する流路を形成する供給チューブ１３１ａ〜１３１ｃと、供給チューブ１３１ａ〜１３１ｃに連通し、液状体を貯蔵する液状体容器１３０ａ〜１３０ｃとを備えている。このように三組のチューブおよび液状体容器を備えるのは、種類の異なる液状体を基板１２０に吐出するためである。液状体としては、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）等の発光材料や、蛍光材料、色材（顔料）、導電性材料などの機能性材料を溶質として含んだものが、描画の目的に応じて用意される。

図２は、ヘッド部における吐出ヘッドの配置を示す平面図である。図２に示すように、ヘッド部１１０は、互いに同じ構造を有する複数の吐出ヘッド１１６を保持している。液状体を液滴として吐出するための吐出ヘッド１１６は、Ｙ軸方向に延びる２つのノズル列を有していて、１つのノズル列は、例えば１８０個のノズル１１７…を有している。各吐出ヘッド１１６…は、Ｙ軸方向におけるノズルの位置（座標）が、所定の間隔でオフセットされるように配置されている。

図３は、吐出ヘッドの主要部構造を示す概略斜視図である。図３に示すように、吐出ヘッド１１６は、隔壁１４１…に仕切られて形成された複数のキャビティ１４０…を備え、１つのキャビティ１４０に対して１つのノズル１１７が設けられている。ノズル１１７は、隔壁１４１…を構成する部材の下面に接着固定されたノズルプレート１４４に形成されている。キャビティ１４０には、１対の隔壁１４１間に位置する供給口１４６を介して、リザーバ１４５から液状体が供給されるようになっている。リザーバ１４５は一定量の液状体を貯留するための液溜めの役割を果たしており、リザーバ１４５へは孔１４７を介して液状体が供給される。尚、本図では図示していないが、孔１４７は、液状体に含まれる異物をトラップするためのフィルタ室３０（図７参照）に連通し、フィルタ室３０からヘッド部１１０（図１参照）に形成された流路を介して、供給チューブ１３１に通じている。
ここで、図７を参照して、フィルタ室について説明しておく。フィルタ室３０は、金属をメッシュ状に編み込んで形成されたフィルタ３１を有している。フィルタ３１を通過する際に液状体は大きな圧力損失を受けるため、その損失を低減するために、フィルタ３１は連通部の液状体流路１２よりも大きな径となっている。上述のノズル１１７、キャビティ１４０、供給口１４６、リザーバ１４５、孔１４７、フィルタ室３０を含む、吐出ヘッド１１６に形成された一連の流路を、以下では液状体流路と呼ぶ。

再び図３に戻って、キャビティ１４０…の上部は振動板１４３となっていて、振動板１４３上には、それぞれのキャビティ１４０に対応して、圧力発生手段としての振動子１４２…が位置する。振動子１４２は、ピエゾ素子と、ピエゾ素子を挟む１対の電極（図示せず）とから成る。この１対の電極に駆動電圧を与えることで、振動子１４２に対応する箇所の振動板１４３が変形し、キャビティ１４０の内圧が変化して、液状体がノズル１１７から液滴１５０となって吐出される。
振動子１４２に与える駆動電圧は、図示しない吐出制御部によって生成され、各ノズル１１７毎に、任意のタイミングで液滴を吐出するように制御（吐出制御）することができる。そして、上述したように、Ｘ軸モータ１２４、Ｙ軸モータ１１４（図１参照）の駆動制御とこの吐出制御とを同期させて行うことにより、基板１２０（図１参照）上に所定のパターンを描画することができる。

再び図１に戻って、メンテナンスユニット８０は、例えば、液状体を液状体流路に充填する（初期充填動作）時、あるいは、液状体流路の異物や気泡を除去して、吐出性能を回復させる（回復動作）時に用いられる。充填動作、回復動作の命令が液滴吐出装置に送られると、ヘッド機構部１０２の駆動により、ヘッド部１１０がメンテナンスユニット８０に対向する位置に移動され、所定の動作を行うようになっている。
メンテナンスユニット８０は、廃液受容手段とワイピング手段とを有している。廃液受容手段は、ヘッド部１１０のノズル１１７（図３参照）を介して液状体流路の液状体を排出する際に、その液状体を受けるための手段である。また、ワイピング手段は、液状体を排出させた後、ノズルプレート１４４（図３参照）の表面に付着した液状体を払拭して除去させるための手段である。

図４は、メンテナンスユニットの一部を示す概略断面図であり、特に、廃液受容手段としてのキャップユニットの構造を示している。
図４に示すように、ユニット基体８３上において、複数のキャップユニット８１が、ヘッド部１１０における吐出ヘッド１１６の配置に合わせて（図２参照）配置されている。キャップユニット８１は、吐出ヘッド１１６のノズル開口面１１８に臨んだ空間９２を封止するためのキャップ部材８７と、キャップ部材８７を補強する受体８８と、受体８８を押圧するバネ８６と、受体８８の移動の自由度を規定するキャップガイド８５，８９とを備えている。ヘッド部１１０が、キャリッジ１１１（図１参照）に設けられた並進移動機構（図１には図示されず）により、図面下向き（Ｚ軸の負方向）に移動させられると、図４に示すように、ノズル開口面１１８がキャップ部材８７に当接される。
キャップ部材８７は、ノズル開口面１１８との密着性を確保できるように、エラストマ等の弾性体を成形してつくられている。キャップ部材８７の底部には、連通口が形成されており、連通口に廃液チューブ８４の一端が挿入され、廃液チューブ８４の他端側は廃液タンク９０（図１参照）に通じている。かくして、吐出ヘッド１１６のノズルから空間９２に排出された液状体は、廃液チューブ８４を介して廃液タンク９０に収容されることとなる。吐出ヘッド１１６のノズルから液状体を排出する方法については、後述する。

（液滴吐出装置の全体構成）
図５は、液滴吐出装置の全体構成を示す概略構成図である。尚、以降の説明において、液状体供給部１０４については、液状体容器１３０ａ、供給チューブ１３１ａで代表させて、液状体流路１２については、複数の吐出ヘッド１１６および複数のノズル１１７に対応した分岐流路を考えず、１つのノズルに対応して形成された１本の流路で代表させて、取り扱うこととする。
図５に示すように、液滴吐出装置１は、図１に示した本体部１０１および液状体供給部１０４と、気密容器としての第１チャンバ１３および第２チャンバ１４と、圧縮空気を貯留する高圧槽１７と、真空源としての真空槽１８と、これらの配管のための通気管２１ａ〜２１ｆなどによって、構成されている。

図５において、本体部１０１は第１チャンバ１３に収容され、液状体容器１３０ａは第２チャンバ１４に収容されている。本体部１０１の吐出ヘッド１１６に形成された液状体流路１２は、供給チューブ１３１ａを介して、第２チャンバ１４に収容された液状体容器１３０ａの底部近傍に設けられた導出口２４と連通されている。
高圧槽１７は、コンプレッサ１５と通気管２１ｆによって連通され、コンプレッサ１５によって生成された圧縮空気を貯留するようになっている。コンプレッサ１５は圧力制御装置２３に接続され、高圧槽１７が常に一定の高圧状態を維持するように制御される。真空槽１８は、真空ポンプ１６と連通管２１ｅによって連通され、真空ポンプ１６によって内部の空気が排気されて真空源となっている。真空ポンプ１６は圧力制御装置２３に接続され、真空槽１８が常に一定の真空状態（減圧状態）を維持するように制御される。

第１チャンバ１３は、通気管２１ａによって高圧槽１７と連通され、通気管２１ａの途中に、開閉バルブ２２ａが設けられている。また、第１チャンバ１３は、通気管２１ｂによって真空槽１８と連通され、通気管２１ｂの途中には開閉バルブ２２ｂが設けられている。さらに、第１チャンバ１３内には、内部の気圧を検知する気圧センサ１９が備えられている。気圧センサ１９、開閉バルブ２２ａ、開閉バルブ２２ｂは、圧力制御装置２３に接続され、気圧センサ１９の検出値を参照して開閉バルブ２２ａ、開閉バルブ２２ｂの開閉制御を行うことにより、第１チャンバ１３内の気圧を自在に制御できるようになっている。すなわち、第１チャンバ１３、高圧槽１７、真空槽１８、気圧センサ１９、開閉バルブ２２ａ、開閉バルブ２２ｂ、圧力制御装置２３を備えた上述の構成が、気圧制御手段となっている。

第２チャンバ１４は、通気管２１ｃによって高圧槽１７と連通され、通気管２１ｃの途中に、開閉バルブ２２ｃが設けられている。また、第２チャンバ１４は、通気管２１ｄによって真空槽１８と連通され、通気管２１ｄの途中には開閉バルブ２２ｄが設けられている。さらに、第２チャンバ１４内には、内部の気圧を検知する気圧センサ２０が備えられている。気圧センサ２０、開閉バルブ２２ｃ、開閉バルブ２２ｄは、圧力制御装置２３に接続され、気圧センサ２０の検出値を参照して開閉バルブ２２ｃ、開閉バルブ２２ｄの開閉制御を行うことにより、第２チャンバ１４内の気圧を自在に制御できるようになっている。

ここで、液状体流路１２から液状体容器１３０ａに至る流路における、液状体１１の力学について説明する。
図５に示すように、液状体流路１２から液状体容器１３０ａにかけての一連の流路に液状体１１が充填された場合において、ノズル１１７の開口部には液状体１１と空気の界面、すなわちメニスカス１０が形成される。このときのメニスカス１０の状態は、ノズル開口面１１８に臨んだ雰囲気（本実施形態においては第１チャンバ１３内の空気のこと）の気圧Ｐ１、メニスカス１０における背圧Ｐ４、液状体１１の表面張力、液状体１１とノズル内壁との濡れ性等の物理関係によって決定される。ここで、背圧とは、液状体流路１２における液状体の圧力（静水頭）のことを指している。
メニスカス１０における背圧Ｐ４は、液状体容器１３０ａ内における液状体１１の液面２８の位置における液圧Ｐ３と、ノズル開口面１１８に対する液面２８の液位差ｈによって決定される。すなわち、背圧Ｐ４は、次の式（１）で与えられる。
Ｐ４＝Ｐ３−ｈρｇ ・・・（１）
ここで、ρは液状体１１の密度、ｇは重力加速度を表している。式（１）が示すように、背圧Ｐ４は、液状体１１の膨張／圧縮に依存する固有成分（Ｐ３）と、液状体１１の液位（深さ）に依存するいわゆる位置水頭成分（ｈρｇ）の和で表される。

本実施形態の場合、図５に示すように、液状体容器１３０ａの上部には大気連通口２５が設けられていて、液面２８は第２チャンバ１４の内部の空気と直接接している構成となっている。このため、液圧Ｐ３は第２チャンバ１４内の気圧Ｐ２に等しく、背圧Ｐ４は、さらに次の式（２）で表すことができる。
Ｐ４＝Ｐ２−ｈρｇ ・・・（２）
式（２）が示すように、メニスカス１０における背圧Ｐ４は、第２チャンバ１４内の気圧Ｐ２によって制御可能である。そして、第２チャンバ１４内の気圧Ｐ２は、高圧槽１７、真空槽１８、気圧センサ２０、開閉バルブ２２ｃ、開閉バルブ２２ｄ、圧力制御装置２３を備えた上述の構成により制御が可能である。すなわち、第２チャンバ１４、大気連通口２５、高圧槽１７、真空槽１８、気圧センサ２０、開閉バルブ２２ｃ、開閉バルブ２２ｄ、圧力制御装置２３を備えたこれらの構成は、背圧制御手段としての機能を果たす。

ここで、気圧Ｐ１と背圧Ｐ４との圧力差が小さい場合のメニスカス１０（液状体１１）の状態について考える。第１チャンバの気圧Ｐ１および第２チャンバの気圧Ｐ２が、例えば大気圧状態となっていて共に等しい場合、メニスカス１０における背圧Ｐ４は、位置水頭成分（ｈρｇ）の分だけ、第１チャンバの気圧Ｐ１よりも低くなる。この時、メニスカス１０は、液状体１１の表面張力やノズル１１７の内壁との濡れ性等との関係で、図５に示すように曲面をなし、メニスカス１０には適度な表面張力が働いてこの圧力差（ｈρｇ）と釣り合い、定常状態を維持する。このようなメニスカスの状態を作り出すことは、安定した液滴の吐出を実現するために重要である。
メニスカス１０において、背圧Ｐ４が気圧Ｐ１に対して小さな状態になっていることを、背圧Ｐ４が気圧Ｐ１に対して小さい、つまり負の状態であることから、負圧状態と呼んでいる。液滴を安定して吐出するためは、適度な負圧状態であることが必要であり、例えば、Ｐ４−Ｐ１＝−３００Ｐａ〜−６００Ｐａの範囲が好適である。本実施形態では、位置水頭成分（ｈρｇ）がこの範囲となるように設定されており、Ｐ１＝Ｐ２であるときに、Ｐ４−Ｐ１＝−ｈρｇ＝−４００Ｐａとなって、最適な負圧状態となる。尚、この負圧状態の範囲は、液滴を安定して吐出するための好適な条件を示したものであって、メニスカス１０および液状体１１が定常状態を維持するための条件を示したものではない。背圧Ｐ４が正圧（Ｐ４−Ｐ１＞０）の状態であったとしても、その圧力差が小さい範囲ならば、定常状態を維持することができる。また、背圧Ｐ４は、液状体容器１３０ａに収容されている液状体１１の残量の減少に伴って変化するが、このときには、第２チャンバ１４の気圧Ｐ２を変化させることで、当該変化分を補償することができる。

本実施形態における液滴吐出装置１においては、気圧Ｐ１および背圧Ｐ４は、圧力制御装置２３によって自在に制御することができる。気圧Ｐ１と背圧Ｐ４との差が小さい範囲では、メニスカス１０および液状体１１は、上述のように定常状態を維持するが、気圧Ｐ１と背圧Ｐ４の差が、定常状態を維持できる範囲を超えて大きくなると、メニスカス１０はもはや安定した形状を維持することができなくなって、液状体１１の流動が起こる。
このような液状体１１の流動は、例えば回復動作を行う際に、積極的に利用される。すなわち、図５において、キャップ部材８７を吐出ヘッド１１６のノズル開口面１１８に密着させ、圧力制御装置２３によって背圧Ｐ４を気圧Ｐ１に対して高くなるように圧力制御すると、その圧力差により、液状体１１はノズル１１７からキャップ部材８７の内部に向けて排出される。このとき、液状体１１の排出と共に液状体流路１２内の気泡や異物も一緒に排出され、吐出ヘッド１１６は再び正常な吐出を行うことができるようになる。排出された液状体１１は、廃液チューブ８４を通って廃液タンク９０に廃液２９として収容される。

このように、液状体流路１２における液状体１１が定常状態となるか、流動状態となるかは、気圧Ｐ１と背圧Ｐ４の圧力差によって決まるものであり、気圧Ｐ１、背圧Ｐ４の絶対値には依存しない。逆に、気圧Ｐ１、背圧Ｐ４の絶対値と深く関係するのが、以下で説明する液状体流路１２の気泡の状態である。

（回復動作）
図６は、液状体流路における気泡の状態を示す概略断面図であり、吐出ヘッドのキャビティ周りに滞留した気泡を示している。図７は、液状体流路における気泡の状態を示す概略断面図であり、吐出ヘッドのフィルタ室に滞留した気泡を示している。図８は、回復動作における、第１チャンバ内の気圧と液状体流路における背圧の変化を示す図であり、実線が気圧Ｐ１の変化を、破線が背圧Ｐ４の変化を示している。
以下では、図８の時間軸に沿って、図５、図６、図７を参照しながら、回復動作について説明する。回復動作は、先にも述べたように、液状体流路の異物や気泡を除去して吐出性能を回復させる動作のことであり、図１のメンテナンスユニット８０を利用して行われる。

図５において、初期の状態（図８のステップＳ０）では、第１チャンバ１３内の気圧Ｐ１、第２チャンバ１４内の気圧Ｐ２は大気圧に設定されている。既に説明したように、メニスカス１０の位置における背圧Ｐ４は、気圧Ｐ２を介して制御されるようになっており、このときの背圧Ｐ４は、気圧Ｐ１よりもｈρｇだけ低い値となっている。
ステップＳ０においては、図６および図７に示すように、気泡３２，３４，３５が液状体流路１２に滞留している。ここに示した気泡３２，３４，３５は、液状体流路１２の気泡のうち、特に液状体の排出によって除去されにくいものを示しており、例えば、気泡３２は、リザーバ１４５の側壁に張り付いた状態となっているために移動しにくい。また、気泡３４，３５は、フィルタ室３０の外縁部に位置していて、液状体の流速が小さいために、フィルタ３１を通過することが困難である。

回復動作が開始されると、気圧Ｐ１と背圧Ｐ４は、その圧力差＝ｈρｇをほぼ保ったまま低くされ、やがてＰＳＬ１付近で維持される（図８のステップＳ１）。このステップＳ１においては、液状体１１は定常状態（非流動状態）を維持しているが、液状体流路１２内の気泡には変化が見られ、図７において、気泡３４は膨張して気泡３４’に示す状態となる。このように、気圧Ｐ１と背圧Ｐ４とを、適度な圧力差を保った状態で変化させることにより、液状体１１を定常状態に維持したまま、気泡の状態を変化させることが可能であり、これは、液状体１１の流動を伴わずに、気泡を静的に制御していると言い換えることもできる。このことにちなんで、このステップを静的気泡制御ステップと呼ぶ。この回復動作の静的気泡制御ステップにおいては、気圧Ｐ１と背圧Ｐ４との適度な圧力差とは、液状体１１が定常状態（非流動状態）を維持する範囲の圧力差のことを指しており、圧力差が全く無い状態のことも含まれている。

静的気泡制御ステップＳ１の後、気圧Ｐ１はＰＳＬ１に維持されたまま、背圧Ｐ４が大気圧付近まで高くされ、その圧力差によって液状体１１が流動し、ノズル１１７から排出される（図８のステップＳ２）。このとき、図７における気泡３４’は、フィルタ３１の表面において大きな面積で閉塞させることになるため、極所的にフィルタ３１の上流側と下流側とで大きな圧力差を発生させる。そして、この圧力差によって、気泡３４’はフィルタ３１を通過することができる。このように、液状体１１の流動に乗せて気泡を移動させようとするステップを、先の静的気泡制御ステップに対し、動的気泡制御ステップと呼ぶ。
やがて、気圧Ｐ１も大気圧まで高くされ、気圧Ｐ１と背圧Ｐ４の圧力差が低くなると液状体１１の流動が止まり、再び定常状態となる。そして、気圧Ｐ１と背圧Ｐ４とは、ｈρｇの圧力差を保ったまま、大気圧付近で維持される（図８の待機ステップＳ３）。
尚、動的気泡制御ステップＳ２における排出量によっては、上述した気泡３４’は、フィルタ３１を通過した後ノズル１１７の外まで到達しない場合もありうる。しかしこのような場合においても、この後に続く複数の排出ステップによって、気泡３４’は、確実にノズル１１７から排出されることになる。

次に、気圧Ｐ１と背圧Ｐ４は、その圧力差＝ｈρｇをほぼ保ったまま高くされ、やがてＰＳＨ１付近で維持される（図８のステップＳ４）。このステップＳ４においては、液状体１１は定常状態を維持しているが、液状体流路１２内の気泡には変化が見られ、図６において、気泡３２は、収縮して３２’に示す状態となる。また、図７において、気泡３５は収縮して気泡３５’に示す状態となる。すなわち、このステップＳ４もまた、静的気泡制御ステップである。静的気泡制御ステップＳ１との違いは、背圧Ｐ４（気圧Ｐ１）が大気圧より小さいか大きいかの差であり、液状体流路１２の気泡が膨張するか収縮するかの差である。
静的気泡制御ステップＳ４において、図６における気泡３２’は、リザーバ１４５の側壁から離れて容易に移動できるようになっている。また、図７における気泡３５’は、非常に小さく収縮されて、フィルタ３１の目をわずかな力で通過できるようになっている。

静的気泡制御ステップＳ４の後、背圧Ｐ４はＰＳＨ１付近に維持されたまま、気圧Ｐ１が大気圧を超えてＰＳＬ１まで低くされ、その圧力差によって液状体１１が流動し、ノズル１１７から排出される（図８の動的気泡制御ステップＳ５）。静的気泡制御ステップＳ４において、移動が容易となった気泡３２’、気泡３５’は、液状体１１の流動に乗って容易に移動させることができる。
所定時間経過後、今度は背圧Ｐ４が低くされ、気圧Ｐ１と背圧Ｐ４の圧力差が小さくなると液状体１１の流動が止まり、気圧Ｐ１と背圧Ｐ４とは、ｈρｇの圧力差を保ったまま、ＰＳＬ１付近で維持される（図８の静的気泡制御ステップＳ６）。

本実施形態においては、ＰＳＬ１付近での静的気泡制御ステップＳ６に続いて、動的気泡制御ステップＳ７、大気圧付近での待機ステップＳ８、ＰＳＨ２付近での静的気泡制御ステップＳ９、動的気泡制御ステップＳ１０、大気圧付近での待機ステップＳ１１を実行する。その後、ワイピング手段によってノズルプレート１４４（図３参照）の表面に付着した液状体を払拭して除去させ（図８のステップＳ１２）、一連の回復動作が終了する。

このように、静的気泡制御ステップと動的気泡制御ステップを組み合わせて実行することで、動的気泡制御ステップ（液状体の排出）だけでは排出することが困難な気泡（例えば、気泡３２，３４，３５）を、容易に排出することが可能となる。静的気泡制御ステップにおいて、気泡を膨張させた方がよいか収縮させた方がよいか、すなわち、背圧を低くした方がよいか高くした方がよいかは、気泡の大きさや滞留する位置によって事情が異なるため、これらを組み合わせて用いることが好ましい。すなわち、静的気泡制御ステップで気圧Ｐ１および背圧Ｐ４を大気圧よりも高くした後に、動的気泡制御ステップで液状体１１を排出する第１排出ステップと、静的気泡制御ステップで気圧Ｐ１および背圧Ｐ４を大気圧よりも低くした後に、動的気泡制御ステップでノズルから液状体１１を排出する第２排出ステップと、を組み合わせて実行することで、気泡はより確実に排出されることになる。さらに好ましくは、本実施形態のように、複数の第１排出ステップと、複数の第２排出ステップを組み合わせることにより、気泡をより確実に排出することができる。

例えば、特許文献２に係る技術においては、ノズル側から液状体を吸引すると共に、液状体を加圧供給することができ、背圧を大気圧よりも高めた状態で液状体を排出するという点では、本実施形態と変わらないと言える。しかし、かかる技術では、液状体の流動によって液状体流路における圧力損失が発生するために、気泡周辺における背圧を十分に高めることができない。また、液状体の排出を必然的に伴うので、液状体を無用に廃棄させてしまうことになる。一方、本実施形態においては、定常状態を保ったまま、つまり、液状体１１の流動を伴わない状態で、液状体流路１２における背圧を変化させることができるので、確実に気泡の状態を制御することができ、しかも、液状体を無用に廃棄させてしまうことがない。そして、このように、静的気泡制御ステップによって気泡の排出性を高めた状態とすれば、わずかな流速で気泡を排出することができるので、排出動作全体で見ても、液状体の廃棄量を低減することができるのである。

尚、静的気泡制御ステップにおいて制御される気圧Ｐ１および背圧Ｐ４の値（例えば、ＰＳＨ１，ＰＳＨ２，ＰＳＬ１）およびその組み合わせは、本実施形態の態様に拘束されるものではなく、液状体流路の構造や、液状体供給部１０４（図１参照）の構成によって最適に設計することができる。また、動的気泡制御ステップにおいて発生させる気圧Ｐ１と背圧Ｐ４との圧力差や圧力差を生じさせる時間（これらは液状体の排出量に関わる）についても、本実施形態の態様に拘束されるものではなく、液状体流路の構造や、液状体供給部１０４（図１参照）の構成によって最適に設計することができる。また、第１排出ステップと第２排出ステップの順序や組み合わせについても同様である。さらに、回復動作における初期状態（ステップＳ０）やワイピング動作（ステップＳ１２）において、気圧Ｐ１は、必ずしも大気圧である必要はない。

（描画動作）
図９は、描画動作における、第１チャンバ内の気圧と液状体流路における背圧の変化を示す図であり、実線が気圧Ｐ１の変化を、破線が背圧Ｐ４の変化を示している。以下では、図９の時間軸に沿って、図５を参照しながら、液滴吐出装置の描画動作について説明する。
図９において、初期状態（図９のステップＳ２０）では、気圧Ｐ１は大気圧、背圧Ｐ４は大気圧からｈρｇだけ低い状態となっている。このステップＳ２０は、図５において、液状体１１が吐出ヘッド１１６の液状体流路１２に充填された状態であり、先に説明した回復動作（図８）に連続していても構わないし、全く独立した状態であっても構わない。

この状態から、気圧Ｐ１と背圧Ｐ４は、その圧力差＝ｈρｇをほぼ保ったまま高くされ、やがてＰＳＨ３付近で維持される（図９のステップＳ２１）。ステップＳ２１においては、液状体１１は定常状態を維持するが、液状体流路１２内の気泡には変化が見られ、液状体流路１２内に気泡が残っていた場合、そのような気泡は圧縮される。すなわち、このステップＳ２１は、静的気泡制御ステップであると言える。

静的気泡制御ステップＳ２１の後、吐出ヘッド１１６を、基板１２０（図１参照）に対して相対移動させながら、吐出ヘッド１１６から液滴を吐出させ、描画を行う（図９のステップＳ２２）。
このとき、背圧Ｐ４は、圧力制御装置２３の制御により、適度な負圧状態（気圧Ｐ１と背圧Ｐ４との圧力差＝ｈρｇ）に保たれているので、安定した液滴の吐出が可能である。すなわち、この描画動作の静的気泡制御ステップＳ２１においては、気圧Ｐ１と背圧Ｐ４との適度な圧力差とは、安定した吐出が可能な適度な背圧の範囲のことを指している。また、液滴吐出時において、液状体流路１２内に残った気泡は、通常、振動子１４２（図３参照）がキャビティ１４０内に発生させた圧力を吸収したり、あるいは液状体流路１２を閉塞させたりするなど、吐出不良を発生させる要因となるのだが、本実施形態の場合は、液状体流路１２内の気泡は圧縮され、小さな状態にされているために、吐出不良が発生しにくい。
上述の説明からわかるように、静的気泡制御ステップにより、液状体流路１２における気泡を圧縮させた状態とした後で、ノズル１１７から液滴を吐出させて描画させることで、吐出不良の発生を低減させ、高精細な描画を行うことが可能となる。また、液滴に含まれる微小な気泡は、基板を収容する第１チャンバ１３が高圧に保たれているため、基板に着弾した後においても、悪影響を及ぼすことはない。

（第２実施形態）
図１０は、第２実施形態における液滴吐出装置の全体構成を示す概略構成図である。以下、第１実施形態（図５）と重複する箇所については説明を省略し、相違点を中心に第２実施形態の説明を行う。

図１０の液滴吐出装置１においては、第１実施形態（図５）と同様に、第１チャンバ１３内に本体部１０１が、第２チャンバ１４内に液状体容器３９が収容されている。第１チャンバ１３と第２チャンバ１４とは、通気管３６ａによって連通されていて、通気管３６ａは分岐した管である通気管３６ｂ、通気管３６ｃを有している。また、通気管３６ａの内部には、気圧センサ３７が備えられている。通気管３６ｂは開閉バルブ３８ａを介して高圧槽１７に、通気管３６ｃは開閉バルブ３８ｂを介して真空槽１８に連通されている。気圧センサ３７、開閉バルブ３８ａ、開閉バルブ３８ｂは、圧力制御装置２３に接続され、気圧センサ３７の検出値を参照して開閉バルブ３８ａ、開閉バルブ３８ｂの開閉制御を行うことにより、第１チャンバ１３内の気圧Ｐ１および第２チャンバ１４内の気圧Ｐ２を自在に制御できるようになっている。
上述のように、第１チャンバ１３と第２チャンバ１４とを通気管３６ａで繋ぐことにより、気圧Ｐ１と気圧Ｐ２とを常に等しい値に制御することが可能である。尚、本体部１０１と液状体容器３９とを、第１チャンバ１３と第２チャンバ１４に分けて収容せずに、一つの気密容器に合わせて収容する構成としても、同様の圧力制御が可能である。

液状体容器３９は、可撓性のプラスチックフィルムを扁平な袋状に形成し、導出口４２を取り付けたものであり、内部には液状体１１が収容されている。すなわち、液状体容器３９の液圧Ｐ３は、可撓性のフィルムを介して第２チャンバ１４内の気圧Ｐ２と平衡を保っている。さらに、液状体容器３９は、上面４０の液位が吐出ヘッド１１６のノズル開口面１１８よりもｈだけ低い位置となるように、第２チャンバ１４内に設置されている。
この構成においてメニスカス１０における背圧Ｐ４は、式（３）で与えられる。
Ｐ４＝Ｐ３−ｈρｇ＝Ｐ２−ｈρｇ＝Ｐ１−ｈρｇ ・・・（３）
式（３）が示すように、背圧Ｐ４の制御は気圧Ｐ１の制御によってなされ、背圧Ｐ４はその絶対値に関わらず、気圧Ｐ１に対して常にｈρｇだけ低い状態を維持することになる。すなわち、本実施形態２においては、気圧Ｐ１の気圧制御手段と背圧Ｐ４の背圧制御手段が共通化されていて、気圧Ｐ１および背圧Ｐ４の制御が一元化されているので、装置の構成が簡単であり、また、容易に圧力制御を行うことができる。

本体部１０１のメンテナンス部８０において、廃液チューブ８４の途中には、吸引手段としてのチューブポンプ４１が設けられていて、キャップ部材８７内の空気または液状体を吸引することが可能となっている。チューブポンプ４１もまた圧力制御装置２３に接続されていて、その駆動を制御することが可能である。
キャップ部材８７をノズル開口面１１８に密着させて、ノズル開口面１１８に臨んだ空間９２が封止された状態（図４参照）においては、メニスカス１０の状態は、第１チャンバ１３内の気圧Ｐ１ではなく、キャップ部材８７内の気圧Ｐ５に依存することになる。この状態において、チューブポンプ４１を駆動させると、気圧Ｐ５は第１チャンバ１３内の気圧Ｐ１に対して減圧され、気圧Ｐ５が背圧Ｐ４に対して十分低くなると、液状体流路１２の液状体１１がノズル１１７から排出される。
すなわち、この第２実施形態のメンテナンス部８０は、キャップ部材８７によって、ノズルの開口面１１８に臨んだ小容量の空間９２（図４参照）の内部を減圧させ、液状体を吸引する構成となっている。このため、大容量の第１チャンバ１３ないし第２チャンバ１４の気圧制御によって液状体１１を排出する第１実施形態（図５）に比べ、液状体の排出量や排出速度を敏感に制御することが可能である。かくして、気泡を排出するために要する液状体の排出量（廃液量）を低減することができる。

図１１は、第２実施形態における回復動作の過程を示す図であり、実線が気圧Ｐ１の変化を、破線が背圧Ｐ４の変化を、点線が気圧Ｐ５の変化を示している。以下では、図１１の時間軸に沿って、図１０を参照しながら、第２実施形態における回復動作について説明する。尚、図１１において、気圧Ｐ５の変化は、ステップＳ３２、ステップＳ３４の区間のみ図示している。
初期の状態（図１１のステップＳ３０）では、第１チャンバ１３内の気圧Ｐ１は大気圧に設定されており、メニスカス１０の位置における背圧Ｐ４は、気圧Ｐ１よりもｈρｇだけ低い値となっている。式（３）から導かれるように、気圧Ｐ１と背圧Ｐ４の圧力差＝ｈρｇは、以降の圧力制御において常に維持される。

回復動作が開始されると、気圧Ｐ１はＰＳＬ２まで低くされる（図１１のステップＳ３１）。この過程は、静的気泡制御ステップに相当し、液状体流路１２の気泡は膨張する。
静的気泡制御ステップＳ３１の後、キャップ部材８７を吐出ヘッド１１６のノズル開口面１１８に密着させ、チューブポンプ４１を駆動させる。すると、キャップ部材８７内の気圧Ｐ５は、図１１に示すように、背圧Ｐ４を下回ってＰＳＣ１まで低下する（図１１のステップＳ３２）。このとき、気圧Ｐ５と背圧Ｐ４との圧力差によって、ノズル１１７から液状体１１がキャップ部材８７の中へ排出され、排出された液状体１１は、廃液チューブ８４を通って廃液タンク９０に収容される。この過程は、動的気泡制御ステップに相当し、液状体１１の排出と共に、液状体流路１２内に滞留していた気泡も排出される。
所定時間後、チューブポンプ４１の駆動を止めると、気圧Ｐ５は上昇して、やがて気圧Ｐ１と同じＰＳＬ２に達する。そして、キャップ部材８７をノズル開口面１１８から離間させる。

ステップＳ３２の後、静的気泡制御ステップＳ３３、動的気泡制御ステップＳ３４、気圧Ｐ１を大気圧に戻す過程であるステップＳ３５、ワイピング手段によってノズル開口面１１８を払拭するステップＳ３６を経て、一連の回復動作が終了する。

（第３実施形態）
図１２は、第３実施形態における液滴吐出装置の全体構成を示す概略構成図である。以下、第１実施形態（図５）および第２実施形態（図１０）と重複する箇所については説明を省略し、相違点を中心に第３実施形態の説明を行う。

図１２の液滴吐出装置１において、本体部１０１および液状体供給部１０４は、大気中に設置されている。液状体供給部１０４の液状体容器３９は、第２実施形態と同じく可撓性フィルムで形成された容器である。
液滴吐出装置１は、背圧制御手段としての加圧装置５９を備えている。加圧装置５９は、駆動部５７と、駆動部５７に連結して図の上下方向に移動可能なアーム部５６と、アーム部５６の一端側に設けられたバネ５５と、液状体容器３９の上面４０に当接し、バネ５５を介して液状体容器３９を押圧する押圧板５４とを備えている。また、駆動部５７は圧力制御装置２３に接続されていて、アーム部５６の移動量を制御することができる。この構成により、押圧板５４と上面４０との当接面で押圧力（圧力）Ｐ６を発生させ、アーム部５６の移動量によって、液状体容器３９内における液圧Ｐ３を変化させることができる。
液状体容器３９は、上面４０の液位が吐出ヘッド１１６のノズル開口面１１８よりもｋだけ低い位置となるように設置されていて、ｋは第２実施形態における液位差＝ｈに比べて十分大きな値である。このときのメニスカス１０における背圧Ｐ４は、次の式（４）で与えられる。
Ｐ４＝Ｐ３−ｋρｇ ・・・（４）
液圧Ｐ３は、大気圧よりも低くすることはできないが、初期的に負の位置水頭成分＝−ｋρｇを与えておくことにより、大気圧よりも小さい範囲でも背圧Ｐ４を制御することが可能である。

この第３実施形態のように、本発明における背圧制御手段は、密閉容器（チャンバ）を用いて空気を介した態様に限定されるものではない。背圧制御手段の別の態様としては、他にも、液状体容器３９の液位を変化可能にして、位置水頭成分を変化させる構成のものも考えられる。

図１２の液滴吐出装置１において、メンテナンス部８０の廃液チューブ８４は、廃液チャンバ５３に連通されている。廃液チャンバ５３は気密容器であり、通気管５１ａ、および、通気管５１ａから分岐した通気管５１ｂ、通気管５１ｃを介して、それぞれ、高圧槽１７、真空槽１８に連通されている。さらに、通気管５１ｂには開閉バルブ５０ｂが、通気管５１ｃには開閉バルブ５０ｃが設けられている。また、廃液チャンバ５３の内部には気圧センサ５２が設けられている。気圧センサ５２、開閉バルブ５０ｂ、開閉バルブ５０ｃは、圧力制御装置２３に接続され、気圧センサ５２の検出値を参照して開閉バルブ５０ｂ、開閉バルブ５０ｃの開閉制御を行うことができる。
キャップ部材８７が、ノズル開口面１１８から離れているときには、キャップ部材内の気圧Ｐ５は大気圧に等しい。一方、キャップ部材８７をノズル開口面１１８に密着させて、ノズル開口面１１８に臨んだ空間９２が封止された状態（図４参照）においては、上述した開閉バルブ５０ｂ，５０ｃの開閉制御により、圧力Ｐ５を自在に制御することができる。そして、このような状態においては、気圧Ｐ５がノズル１１７の開口に臨んだ雰囲気の気圧である。すなわち、高圧槽１７、真空槽１８、気圧センサ５２、キャップ部材８７、廃液チューブ８４、廃液チャンバ５３、開閉バルブ５０ｂ、開閉バルブ５０ｃ、圧力制御装置２３を備えた上述の構成が、気圧制御手段となっている。

この第３実施形態のように、本発明における気圧制御手段は、少なくとも回復動作の範囲においては、密閉容器（チャンバ）に本体部１０１を収容した態様に限定されるものではない。

本発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、回復動作の静的気泡制御ステップにおいて、大気圧より高圧にする動作のみが可能な構成（真空槽がない）としてもよいし、逆に大気圧より低圧にする動作のみが可能な構成（高圧槽がない）としてもよい。また、回復動作のみが可能である構成としてもよいし、描画動作のみが可能である構成としてもよい。また、各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略したり、図示しない他の構成と組み合わせたりすることができる。

液滴吐出装置の主要部構成を示す概略斜視図。 ヘッド部における吐出ヘッドの配置を示す平面図。 吐出ヘッドの主要部構造を示す概略斜視図。 メンテナンスユニットの一部を示す概略断面図。 液滴吐出装置の全体構成を示す概略構成図。 液状体流路における気泡の状態を示す概略断面図。 液状体流路における気泡の状態を示す概略断面図。 回復動作における、第１チャンバ内の気圧と液状体流路における背圧の変化を示す図。 描画動作における、第１チャンバ内の気圧と液状体流路における背圧の変化を示す図。 第２実施形態における液滴吐出装置の全体構成を示す概略構成図。 第２実施形態における回復動作の過程を示す図。 第３実施形態における液滴吐出装置の全体構成を示す概略構成図。

符号の説明

１…液滴吐出装置、１０…メニスカス、１１…液状体、１２…液状体流路、１３…気密容器および気圧制御手段を構成する第１チャンバ、１４…背圧制御手段を構成する第２チャンバ、１５…コンプレッサ、１６…真空ポンプ、１７…気圧制御手段および背圧制御手段を構成する高圧槽、１８…気圧制御手段および背圧制御手段を構成する真空槽、１９，２０…気圧制御手段および背圧制御手段を構成する気圧センサ、２１ａ〜２１ｆ…気圧制御手段および背圧制御手段を構成する通気管、２２ａ〜２２ｄ…気圧制御手段および背圧制御手段を構成する開閉バルブ、２３…気圧制御手段および背圧制御手段を構成する圧力制御装置、２４…導出口、２５…大気連通口、２８…液面、２９…廃液、３０…フィルタ室、３１…フィルタ、３２，３４，３５…気泡、３６ａ〜３６ｃ…気圧制御手段および背圧制御手段を構成する通気管、３７…気圧制御手段および背圧制御手段を構成する気圧センサ、３８ａ，３８ｂ…気圧制御手段および背圧制御手段を構成する開閉バルブ、３９…液状体容器、４０…上面、４１…吸引手段としてのチューブポンプ、４２…導出口、５０ｂ，５０ｃ…気圧制御手段を構成する開閉バルブ、５１ａ〜５１ｃ…気圧制御手段を構成する通気管、５２…気圧制御手段を構成する気圧センサ、５３…気圧制御手段を構成する廃液チャンバ、５４…押圧板、５５…バネ、５６…アーム部、５７…駆動部、５９…背圧制御手段としての加圧装置、８０…メンテナンス部、８１…キャップユニット、８３…ユニット基体、８４…廃液チューブ、８５，８９…キャップガイド、８６…バネ、８７…キャップ部材、８８…受体、９０…廃液タンク、９２…空間、１０１…本体部、１０２…ヘッド機構部、１０３…基板機構部、１０４…液状体供給部、１１０…ヘッド部、１１６…吐出ヘッド、１１７…ノズル、１１８…ノズル開口面、１２０…基板、１３０ａ〜１３０ｃ…液状体容器、１３１ａ〜１３１ｃ…供給チューブ、１４０…キャビティ、１４１…隔壁、１４２…振動子、１４３…振動板、１４４…ノズルプレート、１４５…リザーバ、１４６…供給口、１４７…孔、１５０…液滴。

Claims (4)

1. 液滴吐出装置のノズルが形成された吐出ヘッドと液状体容器とを連通する液状体流路における気泡の排出方法であって、
   ノズル開口面に臨んだ雰囲気の気圧と前記液状体流路における背圧とが、前記ノズルの開口部に形成されるメニスカスが非流動状態を維持できる圧力差を保つと共に、
   前記気圧を大気圧よりも高圧の状態にする高圧静的気泡制御ステップと、
   前記気圧と前記背圧との間に圧力差を発生させて、前記ノズルから前記液状体流路内の液状体を排出する動的気泡制御ステップと、を含むことを特徴とする気泡の排出方法。
2. 前記高圧静的気泡制御ステップの後に、前記動的気泡制御ステップで前記ノズルから前記液状体流路内の前記液状体を排出する第１排出ステップと、
   前記気圧と前記背圧とが前記ノズルの開口部に形成されるメニスカスが非流動状態を維持できる圧力差を保つと共に、
   前記気圧を大気圧よりも低圧の状態にする低圧静的気泡制御ステップの後に、前記動的気泡制御ステップで、前記ノズルから前記液状体流路内の前記液状体を排出する第２排出ステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の気泡の排出方法。
3. 複数回の前記第１排出ステップと、複数回の前記第２排出ステップとを、組み合わせて実行することを特徴とする請求項２に記載の気泡の排出方法。
4. 吐出ヘッドに形成された液状体流路の一端側が液状体容器に連通し、前記液状体流路の他端がノズルとなっていて、前記液状体容器から液状体の供給を受けて、前記ノズルから液滴を吐出する液滴噴射装置における液滴吐出方法であって、
   ノズル開口面に臨んだ雰囲気の気圧と前記液状体流路における背圧とが、前記ノズルの開口部に形成されるメニスカスが非流動状態を維持できる圧力差を保つと共に、
   前記気圧を大気圧よりも高圧の状態にする高圧静的気泡制御ステップと、
   前記高圧静的気泡制御ステップの後に、前記ノズルから前記液滴を吐出する吐出ステップと、を含むことを特徴とする液滴吐出方法。

Images