JP5644162B2 - 液滴吐出装置、液状体供給方法、及び液状体供給装置 - Google Patents
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Description
特許文献2には、インクを収容するインク瓶と、インクを吐出して記録を行うプリントヘッドと、インク瓶からプリントヘッドにインクを供給する印字用インク供給路と、インク供給路の途中に設けられ、第1のフィルタを含む第1のろ過装置と、印字用インク供給路とは別途に設けられ、インク瓶からプリントヘッドを繋ぐパージ用インク流路と、パージ用インク流路に設けられ、第2のフィルタを含む第2のろ過装置とを具備して、異物がフィルタの二次側へ流出することを極力回避し得るインクジェット記録装置が開示されている。
表示装置のカラーフィルター(光学フィルター)を構成するカラーフィルター膜(光学フィルター膜)や有機EL装置の有機EL膜のような機能膜を形成するための機能液においては、機能液の成分に由来する、固形の異物とゲル状の異物との2種類の異物が生成される場合がある。ゲル状異物は、変形することによって、ゲル状異物自体の外径より小さいフィルターの孔も通過することができるため除去が困難である。特許文献1及び特許文献2に開示された異物除去のための装置は、そのようなゲル状異物の特性に注目してなされたものではなく、ゲル状異物の特性に対応するものではないため、ゲル状異物の除去は必ずしも充分には実施できない可能性が高いという課題もあった。
また、この液滴吐出装置によれば、濾過フィルターの下流側に配設されている第二フィルターによって、濾過フィルターで濾過された液状体をさらに濾過して、液状体に含まれる異物をより確実に除去することができる。特に、濾過フィルター自体から脱離する異物が存在する場合には有効である。
なお、濾過フィルターはヘッド保持手段と一体に移動可能であるため、吐出ヘッドの位置が固定であってヘッド保持手段の位置が固定の場合には、濾過フィルターの位置も固定である。
また、この液状体供給方法によれば、二次濾過工程において、濾過フィルターの下流側に配設されている第二フィルターによって、濾過フィルターで濾過された液状体をさらに濾過することで、液状体に含まれる異物をより確実に除去することができる。特に、濾過フィルター自体から脱離する異物が存在する場合には有効である。
なお、濾過フィルターはヘッド保持手段と一体に移動可能であるため、吐出ヘッドの位置が固定であってヘッド保持手段の位置が固定の場合には、濾過フィルターの位置も固定である。
また、この液状体供給装置によれば、濾過フィルターの下流側に配設されている第二フィルターによって、濾過フィルターで濾過された液状体をさらに濾過して、液状体に含まれる異物をより確実に除去することができる。特に、濾過フィルター自体から脱離する異物が存在する場合には有効である。
なお、濾過フィルターはヘッド保持手段と一体に移動可能であるため、吐出ヘッドの位置が固定であってヘッド保持手段の位置が固定の場合には、濾過フィルターの位置も固定である。
最初に、カラーフィルターなどの形成に用いられる液滴吐出法について説明する。液滴吐出法の吐出技術としては、帯電制御方式、加圧振動方式、電気機械変換方式、電気熱変換方式、静電吸引方式等が挙げられる。帯電制御方式は、材料に帯電電極で電荷を付与し、偏向電極で材料の飛翔方向を制御して吐出ノズルから吐出させるものである。また、加圧振動方式は、材料に30kg/cm2程度の超高圧を印加して吐出ノズル先端側に材料を吐出させるものであり、制御電圧をかけない場合には材料が直進して吐出ノズルから吐出され、制御電圧をかけると材料間に静電的な反発が起こり、材料が飛散して吐出ノズルから吐出されない。また、電気機械変換方式は、ピエゾ素子(圧電素子)がパルス的な電気信号を受けて変形する性質を利用したもので、ピエゾ素子が変形することによって材料を貯留した空間に可撓物質を介して圧力を与え、この空間から材料を押し出して吐出ノズルから吐出させるものである。
次に、機能液供給部4(図3参照)を用いて液滴吐出ヘッド20(図2参照)に機能液40(図3参照)を供給する液滴吐出装置1について説明する。最初に、液滴吐出装置1の構成の全般について、図1を参照して説明する。図1は、液滴吐出装置の概略構成を示す外観斜視図である。機能液供給部4が、液状体供給手段、又は液状体供給装置に相当する。機能液40が、液状体に相当する。
ワーク機構部3は、ワーク載置台33と、ワーク載置台33をX軸方向に移動させるX軸走査機構38と有し、ワーク載置台33をX軸方向に移動させることで、ワーク載置台33に載置されたワークWを、X軸方向に自在に移動させる。また、移動した位置に保持する。
ヘッドキャリッジ22がヘッド保持手段に相当する。Y軸走査機構28とX軸走査機構38とが、相対移動手段に相当する。
次に、液滴吐出ヘッド20について、図2を参照して説明する。図2は、液滴吐出ヘッドの概略構成を示す図である。図2(a)は、液滴吐出ヘッドの概略構成を示す外観斜視図であり、図2(b)は、液滴吐出ヘッドの構造を示す斜視断面図であり、図2(c)は、液滴吐出ヘッドの吐出ノズルの部分の構造を示す断面図である。
圧力室プレート51には、液体導入部26から振動板52の液供給孔53を経由して供給される機能液40が常に充填される液たまり55が形成されている。液たまり55は、振動板52と、ノズル基板25と、圧力室プレート51の壁とに囲まれた空間である。また、圧力室プレート51には、複数のヘッド隔壁57によって区切られた圧力室58が形成されている。振動板52と、ノズル基板25と、2個のヘッド隔壁57とによって囲まれた空間が圧力室58である。
圧電素子59は電極層と圧電材料とを積層した活性部を有し、電極層に駆動電圧を印加することで、活性部が長手方向(図2(b)又は(c)における振動板52の厚さ方向)に縮む。活性部が縮むことで、圧電素子59の一端が固定された振動板52が圧力室58と反対側に引張られる力を受ける。振動板52が圧力室58と反対側に引張られることで、振動板52が圧力室58の反対側に撓む。これにより、圧力室58の容積が増加することから、機能液40が液たまり55から供給口56を経て圧力室58に供給される。次に、電極層に印加されていた駆動電圧が解除されると、活性部が元の長さに戻ることで、圧電素子59が振動板52を押圧する。振動板52が押圧されることで、圧力室58側に戻る。これにより、圧力室58の容積が急激に元に戻る、すなわち増加していた容積が減少することから、圧力室58内に充填されていた機能液40に圧力が加わり、当該圧力室58に連通して形成された吐出ノズル24から機能液40が液滴となって吐出される。
次に、機能液供給部4の構成について、図3を参照してより詳細に説明する。図3は、機能液供給部の構成を示す模式図である。図3に示すように、機能液供給部4は、機能液タンク41と、サブタンク42と、中継タンク43と、第一濾過器70と第二濾過器80と、圧力調整弁90と、配管接続部材96と、これらのタンクなどの間及び液滴吐出ヘッド20を連通して機能液40を機能液タンク41から液滴吐出ヘッド20へ供給する供給管46と、を備えている。また、圧力付与装置60と、機能液タンク圧力管64と、サブタンク圧力管65とを備えている。
第一濾過器70は、濾過タンク71と、第一フィルター74とを備えている。濾過タンク71は、略円柱形状の外形を有し、中に略円柱形状の空間である濾過流路78が形成されている。第一濾過器70は、濾過タンク71が上述したヘッドキャリッジ22に固定されることで、ヘッドキャリッジ22に保持されている。
濾過タンク71がヘッドキャリッジ22に固定された状態で、濾過タンク71の重力加速度方向の下側には、濾過流路78から濾過タンク71の外部に連通する流入口76が形成されている。濾過タンク71がヘッドキャリッジ22に固定された状態で、濾過タンク71の重力加速度方向の上側には、濾過流路78から濾過タンク71の外部に連通する流出口77が形成されている。流入口76は、濾過タンク71に接続された供給管463の流路と連通している。流出口77は、濾過タンク71に接続された供給管464の流路と連通している。
流入口76から流入した機能液40は、一次側流路78aから濾過材73を透過してのみ、二次側流路78bに流入可能であり、濾過材73を透過することで濾過される。濾過された機能液40は、流出口77から送出される。
第一濾過器70が、濾過手段に相当する。第一フィルター74が、濾過フィルターに相当する。
第一フィルター74は、濾過タンク71に固定されており、濾過タンク71が上述したヘッドキャリッジ22に固定されることで、ヘッドキャリッジ22と一体に移動可能である。
第二濾過器80は、濾過タンク81と、第二フィルター84とを備えている。濾過タンク81は、略円柱形状の外形を有し、中に略円柱形状の空間である濾過流路88が形成されている。第二濾過器80は、濾過タンク81が上述したヘッドキャリッジ22に固定されることで、ヘッドキャリッジ22に保持されている。濾過タンク81がヘッドキャリッジ22に固定された状態で、濾過タンク81の重力加速度方向の下側には、濾過流路88から濾過タンク81の外部に連通する流入口86が形成されている。濾過タンク81がヘッドキャリッジ22に固定された状態で、濾過タンク81の重力加速度方向の上側には、濾過流路88から濾過タンク81の外部に連通する流出口87が形成されている。流入口86は、濾過タンク81に接続された供給管464の流路と連通している。流出口87は、圧力調整弁90に接続された供給管465の流路と連通している。
流入口86から流入した機能液40は、一次側流路88aから第二フィルター84を透過してのみ、二次側流路88bに流入可能であり、第二フィルター84を透過することで濾過される。濾過された機能液40は、流出口87から送出される。
供給管463と、供給管464と、供給管465とが、供給路に相当する。
圧力調整弁90は、ユニットプレート94に立設された調整弁支持枠91に固定されて、ヘッドユニット21を構成するユニットプレート94に固定されている。ユニットプレート94には、ヘッド保持部材92を介して液滴吐出ヘッド20が固定されている。ユニットプレート94がヘッドキャリッジ22に保持されることによって、ヘッドユニット21がヘッドキャリッジ22に保持されている。
圧力調整弁90が、圧力制御手段に相当する。
次に、上述した液滴吐出装置1を用いて機能液40のような機能液を配置して製造されるデバイスの一例である液晶表示装置を構成する液晶表示パネルの対向基板(カラーフィルター基板)について説明する。最初に、液晶表示パネルについて説明する。図4は、液晶表示パネルの構造を示す概略図である。図4(a)は、液晶表示パネルについて、各構成要素とともに対向基板側から見た平面図であり、図4(b)は、図4(a)にA−Aで示した断面における断面形状を示す概略断面図である。
次に、マザー対向基板102Aについて、図5を参照して説明する。図5は、マザー対向基板の構造を模式的に示す平面図である。図5(a)は、マザー対向基板として形成される対向基板の平面構造を模式的に示す平面図であり、図5(b)は、マザー対向基板の平面構造を模式的に示す平面図である。
対向基板102は、分割されてガラス基板102aとなるマザー対向基板102Aの上に上述したカラーフィルター105などを形成した後、マザー対向基板102Aを個別の対向基板102(ガラス基板102a)に分割して形成される。なお、本実施形態においては、マザー対向基板102Aの上にカラーフィルター105などを形成したものや、カラーフィルター105などを形成する途中の状態のものも、マザー対向基板102Aと表記する。
次に、対向基板102に形成されているカラーフィルター105及びカラーフィルター105における色要素膜115(赤色色要素膜115R、緑色色要素膜115G、及び青色色要素膜115B)の配列について、図6を参照して説明する。図6は、3色カラーフィルターの色要素膜の配列例を示す模式平面図である。
次に、第一濾過器70と第二濾過器80とによる濾過特性について、図7を参照して説明する。図7は、第一濾過器及び第二濾過器による濾過結果を示す図である。図7(a)は、第一フィルターを通過する流速と濾過結果との関係を示す図であり、図7(b)は、第一フィルターの濾過精度と濾過結果との関係を示す図である。
緑色用機能液は、第一濾過器70及び第二濾過器80がない状態では、120個の異物が存在し、流速0.05(mL/min・cm2)では3個の異物が残存し、流速0.5(mL/min・cm2)では5個の異物が残存し、流速1.0(mL/min・cm2)では8個の異物が残存し、流速2.0(mL/min・cm2)では60個の異物が残存していた。すなわち、流速1.0(mL/min・cm2)以下では、93%以上の異物が除去されている。
青色用機能液は、第一濾過器70及び第二濾過器80がない状態では、90個の異物が存在し、流速0.05(mL/min・cm2)では2個の異物が残存し、流速0.5(mL/min・cm2)では3個の異物が残存し、流速1.0(mL/min・cm2)では4個の異物が残存し、流速2.0(mL/min・cm2)では20個の異物が残存していた。すなわち、流速1.0(mL/min・cm2)以下では、95%以上の異物が除去されている。
本実施形態の液滴吐出装置1において第一フィルター74及び第二フィルター84を通過する機能液の速度が最大になるのは、液滴吐出ヘッド20の保守のために機能液を流動させる場合であり、この場合の流速は0.8(mL/min・cm2)程度である。したがって、この場合も流速は1.0(mL/min・cm2)以下であり、第一フィルター74及び第二フィルター84を用いることで、充分な異物除去効果を得ることが可能である。
第一フィルター74の濾過精度が0.5μm、第二フィルター84の濾過精度が0.5μmの場合、2個の異物が残存していた。第一フィルター74の濾過精度が3μm、第二フィルター84の濾過精度が1μmの場合、4個の異物が残存し、濾過精度が5μmと3μmとの場合、8個の異物が残存し、濾過精度が10mと5μmとの場合、15個の異物が残存した。第一フィルター74の濾過精度が15μm、第二フィルター84の濾過精度も15μmの場合、70個の異物が残存していた。
第一フィルター74の濾過精度が5μm以下の場合には、93%以上の異物が除去されている。第一フィルター74の濾過精度が10μmの場合には、約88%の異物が除去されている。濾過精度が15μmの場合には、除去できた異物の割合が、約42%に減少している。
次に、異物の変化(増加)が確認された例について、図8を参照して説明する。図8は、中継タンクの上流と下流とにおける異物の数の測定値を示す図である。図8は、赤色用機能液、緑色用機能液、又は青色用機能液が含んでいた異物の数を示している。異物の数は機能液5mlあたりの数である。「中継タンク上流」は、赤色用機能液、緑色用機能液、又は青色用機能液が中継タンク43に流入する前に供給管462から抜き取られた機能液40であることを示しており、「中継タンク下流」は、赤色用機能液、緑色用機能液、又は青色用機能液が中継タンク43から送出された後に供給管463から抜き取られた機能液40であることを示している。
図8に示すように、赤色用機能液における異物の数は、中継タンク43の上流における15個から、下流では60個に増加している。同様に、緑色用機能液における異物の数は、80個から120個に、青色用機能液における異物の数は、30個から90個に、それぞれ増加している。増加した異物は、ほとんどがゲル状異物である。
(1)機能液供給部4は、第一濾過器70と第二濾過器80とを備えている。第一濾過器70と第二濾過器80とで液滴吐出ヘッド20に供給される機能液40を濾過することによって、濾過を実施する前の機能液40に含まれる異物の数に対して、液滴吐出ヘッド20に到達する異物の数を減少させることができる。
第一濾過器70及び第二濾過器80が中継タンク43の上流に配置された場合には、第一濾過器70及び第二濾過器80で濾過されて異物の数が減少した機能液40が中継タンク43に貯留されている間に、異物の数が増加する可能性がある。第一濾過器70及び第二濾過器80を中継タンク43の下流に配置することで、当該可能性をなくすることができる。
また、第一濾過器70及び第二濾過器80が中継タンク43の上流に配置される構成の場合には、中継タンク43に向けて圧送される機能液40が大きな圧力を受けて第一フィルター74を透過させられる可能性が高い。中継タンク43の下流に配置されることによって、中継タンク43に向けて圧送される機能液40が大きな圧力を受けて第一フィルター74を透過させられることを防止することができる。
Claims (18)
- 液状体を液滴として吐出し、前記液滴を描画対象物上に着弾させることによって前記描画対象物上に前記液状体を配置する液滴吐出装置であって、
前記液滴を吐出する吐出ヘッドと、
前記吐出ヘッドを保持するヘッド保持手段と、
前記ヘッド保持手段と前記描画対象物とを相対移動させる相対移動手段と、
前記吐出ヘッドに前記液状体を供給する液状体供給手段と、を備え、
前記液状体供給手段は、前記吐出ヘッドに向けて前記液状体を流動させる供給路の途中に、前記ヘッド保持手段と一体に移動可能に配設された濾過フィルターと、前記供給路における前記濾過フィルターの下流側に配設された第二フィルターとを備える液状体濾過手段を備え、
前記濾過フィルターにおける前記液状体が通過する部分の断面積に比べて、前記第二フィルターにおける前記液状体が通過する部分の断面積が小さいことを特徴とする液滴吐出装置。 - 前記濾過フィルターは、濾過精度が0.5μm以上、10μm以下であり、前記液状体が前記濾過フィルターを通過する流速が0.05(mL/min・cm2)以上、1.0(mL/min・cm2)以下であることを特徴とする、請求項1に記載の液滴吐出装置。
- 前記液状体を貯留して、水頭差によって前記吐出ヘッドに前記液状体を供給する水頭圧力タンクをさらに備え、
前記濾過フィルターは、前記供給路における前記水頭圧力タンクから前記吐出ヘッドに至る途中に配設されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の液滴吐出装置。 - 前記液状体供給手段は、前記吐出ヘッドが備える液滴吐出ノズルにおける前記液状体の液圧を所定の値に維持する圧力制御手段をさらに備え、
前記濾過フィルターは、前記供給路における前記圧力制御手段の上流側に配設されていることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の液滴吐出装置。 - 前記液状体濾過手段は、前記液状体を流入させる流入口が重力加速度方向において前記濾過フィルターより下側に配設されており、前記液状体を流出させる流出口が重力加速度方向において前記濾過フィルターより上側に配設されていることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の液滴吐出装置。
- 前記濾過フィルターの一次側における前記液状体の圧力を調整する液圧調整手段をさらに備えることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の液滴吐出装置。
- 液状体を液滴として吐出する吐出ヘッドと、前記吐出ヘッドを保持するヘッド保持手段と、前記ヘッド保持手段と描画対象物とを相対移動させる相対移動手段とを備え、前記液滴を吐出し、当該液滴を前記描画対象物上に着弾させることによって前記描画対象物上に前記液状体を配置する液滴吐出装置における、前記吐出ヘッドに前記液状体を供給する液状体供給方法であって、
前記吐出ヘッドに向けて前記液状体が流動させられる前記液状体の供給路の途中に前記ヘッド保持手段と一体に移動可能配設された濾過フィルターによって前記液状体を濾過する液状体濾過工程と、
前記供給路における前記濾過フィルターの下流側に配設されている第二フィルターによって、前記液状体濾過工程において濾過された前記液状体を再度濾過する二次濾過工程とを有し、
前記濾過フィルターにおける前記液状体が通過する部分の断面積に比べて、前記第二フィルターにおける前記液状体が通過する部分の断面積が小さいことを特徴とする液状体供給方法。 - 前記濾過フィルターは、濾過精度が0.5μm以上、10μm以下であり、前記液状体濾過工程において前記液状体が前記濾過フィルターを通過する流速が0.05(mL/min・cm2)以上、1.0(mL/min・cm2)以下であることを特徴とする、請求項7に記載の液状体供給方法。
- 前記液状体を貯留する貯留部から水頭差によって前記吐出ヘッドに前記液状体を供給する水頭差供給工程を含み、前記濾過フィルターは、前記供給路における前記水頭差供給工程において前記液状体が流動する部分に配設されていることを特徴とする、請求項7又は8に記載の液状体供給方法。
- 前記吐出ヘッドが備える液滴吐出ノズルにおける前記液状体の液圧を所定の値に維持する圧力制御手段によって液滴吐出ノズルにおける前記液状体の圧力を制御する圧力制御工程をさらに有し、前記濾過フィルターは、前記供給路における前記圧力制御手段の上流側に配設されていることを特徴とする、請求項7乃至9のいずれか一項に記載の液状体供給方法。
- 前記液状体濾過工程において、前記濾過フィルターを備える液状体濾過手段に、重力加速度方向において前記濾過フィルターの下側に配設されている流入口から前記液状体を流入させ、重力加速度方向において前記濾過フィルターの上側に配設されている流出口から前記液状体を流出させることを特徴とする、請求項7乃至10のいずれか一項に記載の液状体供給方法。
- 前記濾過フィルターの一次側における前記液状体の圧力を調整する液圧調整工程をさらに有することを特徴とする、請求項7乃至11のいずれか一項に記載の液状体供給方法。
- 液状体を液滴として吐出する吐出ヘッドと、前記吐出ヘッドを保持するヘッド保持手段と、前記ヘッド保持手段と描画対象物とを相対移動させる相対移動手段とを備え、前記液滴を吐出し、当該液滴を前記描画対象物上に着弾させることによって前記描画対象物上に前記液状体を配置する液滴吐出装置における、前記吐出ヘッドに前記液状体を供給する液状体供給装置であって、
前記吐出ヘッドに向けて前記液状体を流動させる供給路の途中に、前記ヘッド保持手段と一体に移動可能に配設された濾過フィルターと、前記供給路における前記濾過フィルターの下流側に配設された第二フィルターとを備える液状体濾過手段を備え、
前記濾過フィルターにおける前記液状体が通過する部分の断面積に比べて、前記第二フィルターにおける前記液状体が通過する部分の断面積が小さいことを特徴とする液状体供給装置。 - 前記濾過フィルターは、濾過精度が0.5μm以上、10μm以下であり、前記液状体が前記濾過フィルターを通過する流速が0.05(mL/min・cm2)以上、1.0(mL/min・cm2)以下であることを特徴とする、請求項13に記載の液状体供給装置。
- 前記液状体を貯留して、水頭差によって前記吐出ヘッドに前記液状体を供給する水頭圧力タンクをさらに備え、
前記濾過フィルターは、前記供給路における前記水頭圧力タンクから前記吐出ヘッドに至る途中に配設されていることを特徴とする、請求項13又は14に記載の液状体供給装置。 - 前記吐出ヘッドが備える液滴吐出ノズルにおける前記液状体の液圧を所定の値に維持する圧力制御手段をさらに備え、
前記濾過フィルターは、前記供給路における前記圧力制御手段の上流側に配設されていることを特徴とする、請求項13乃至15のいずれか一項に記載の液状体供給装置。 - 前記液状体濾過手段は、前記液状体を流入させる流入口が重力加速度方向において前記濾過フィルターより下側に配設されており、前記液状体を流出させる流出口が重力加速度方向において前記濾過フィルターより上側に配設されていることを特徴とする、請求項13乃至16のいずれか一項に記載の液状体供給装置。
- 前記濾過フィルターの一次側における前記液状体の圧力を調整する液圧調整手段をさらに備えることを特徴とする、請求項13乃至17のいずれか一項に記載の液状体供給装置。
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