JP2007245086A

JP2007245086A - 液滴吐出装置

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Publication number: JP2007245086A
Application number: JP2006075238A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Fujii; 秀俊藤井; Makoto Kurosawa; 誠黒沢; Yoshinari Suzuki; 能成鈴木; Tsutomu Maekawa; 勉前川; Osamu Machida; 治町田
Original assignee: Ricoh Printing Systems Ltd
Current assignee: Ricoh Printing Systems Ltd
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2026-03-17
Also published as: JP4710673B2

Abstract

【課題】ヘッド部での塗布液の漏れがなく、液滴の吐出状態が良好な液滴吐出装置を提供する。
【解決手段】メインタンク6、サブタンク7、ヘッド部4、メインタンク6の塗布液をヘッド部4に供給する塗布液供給管20、ヘッド部4から出た塗布液をサブタンク7に戻す塗布液回収管22、サブタンク7の塗布液をメインタンク6に送るタンク間移送管13、タンク間移送管13の途中に設けられたタンク間移送用ポンプ14、メインタンク内を減圧するメインタンク用減圧手段9，11、サブタンク内を減圧するサブタンク用減圧手段16，17を備え、タンク6，7がヘッド部4より高い位置に設置され、サブタンク7の内圧がメインタンク6の内圧よりも低く保たれていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、液滴を吐出する液滴吐出装置に係り、特に例えばビーズなどの固体粒子を混合、分散した塗布液を吐出するのに好適な液滴吐出装置に関するものである。

液晶表示装置などでは、２枚の液晶基板の隙間を一定に維持するために、微粒子状のスペーサを前記液晶基板の間に配置している。従来、スプレー式散布装置などを用いてスペーサを液晶基板上に散布していたが、この方法ではスペーサが不均一に散布され易く、液晶基板の間隔が一定に維持できなかったり、スペーサが多数個かたまったりして、表示品質の低下を招く。

このような欠点を解消するため、近年、インクジェット方式を応用した液滴吐出法が開発され、多数の提案がなされている。この液滴吐出法によれば、所定の位置にほぼ必要個数のスペーサを配置することができ、また多数のオリフィスを有する吐出ヘッドを用いれば、多数の指定位置に同時にスペーサを配置することができ、生産効率を高めることができるなどの特長を有している。

通常のインクジェット記録装置において、インクタンクと記録ヘッドとを接続するチューブの処理を簡略化するとともに、チューブ内に滞留するインクの慣性力による記録ヘッドへの影響を軽減するため、図１０に示すようなインクジェット記録装置が提案されている（下記特許文献１参照）。

このインクジェット記録装置は記録ヘッドユニット１００を有し、この記録ヘッドユニット１００は、記録用紙（図示せず）の搬送方向Ｘと直交する方向（主走査方向）Ｙに延びるユニット駆動用ボールネジ１０１と螺合しており、それと平行に延びる２本のガイドレール１０２により摺動可能に支持されている。前記ボールネジ１０１にはユニット駆動用モータ（図示せず）が連結され、そのモータの回転によりボールネジ１０１を介して前記記録ヘッドユニット１００が主走査方向Ｙに往復移動する。

記録ヘッドユニット１００は板状の支持部材１０３を有し、その支持部材１０３のほぼ中央部に記録ヘッド１０４が固定され、それよりも図面に向かって右側にインク供給サブタンク１０５が、記録ヘッド１０４よりも図面に向かって左側にインク回収サブタンク１０６が、それぞれ配置されている。

前記インク供給サブタンク１０５は上下方向に延びたインク供給サブタンク用ボールネジ１０７と螺合しており、そのボールネジ１０７にインク供給サブタンク用駆動モータ１０８が連結されている。そして前記ボールネジ１０７と駆動モータ１０８により、インク供給サブタンク１０５が記録ヘッド１０４よりも高い位置に調整されている。

前記インク回収サブタンク１０６は上下方向に延びたインク回収サブタンク用ボールネジ１０９と螺合しており、そのボールネジ１０９にインク回収サブタンク用駆動モータ１１０が連結されている。そして前記ボールネジ１０９と駆動モータ１１０により、インク回収サブタンク１０６が記録ヘッド１０４よりも低い位置に調整されている。

プリンタ本体（図示せず）の下部には、インク１１１（カラープリンタの場合はＣ，Ｍ，Ｙ，Ｋの４色の個別のインク）を収容したメインタンク１１２と、そのインク１１１をインク供給管１１３を通して記録ヘッドユニット１００上のインク供給サブタンク１０５に供給する抑揚用ポンプ１１３が設置されている。

メインタンク１１２に収容されているインク１１１は、抑揚用ポンプ１１３によりインク供給管１１４を通ってインク供給サブタンク１０５に供給される。そのインク供給サブタンク１０５に収容されたインクは連絡管１１５を通って記録ヘッド１０４に流下して、その一部は記録ヘッド１０４から液滴となって記録用紙（図示せず）上に吐出してインクのドットを形成する。この記録ヘッドユニット１００を記録用紙に対して相対的に２次元走査することにより、記録用紙上に情報が記録される。

吐出しなかったインクは連絡管１１５を通ってインク回収サブタンク１０６に流下して溜められ、そこに溜まったインクはインク回収管１１６を通ってメインタンク１１２に戻る。

このようにインク１１１は、メインタンク１１２→インク供給管１１４（抑揚用ポンプ１１３）→インク供給サブタンク１０５→連絡管１１５→記録ヘッド１０４→連絡管１１５→インク回収サブタンク１０６→インク回収管１１６→メインタンク１１２の流路を循環するシステムになっている。

なお、その他インクジェット記録装置に関しては例えば下記のような特許文献２〜４を挙げることができ、また液晶スペーサの吐出装置に関しては例えば下記のような特許文献５，６を挙げることができる。

特開２００５−０６７１３４号公報特開２００３−１６５２３３号公報特開２００３−３００３３１号公報国際公開ＷＯ２００２−９０１１７号公報特開平０５−２８１５６２号公報特開平１１−００７０２８号公報

ところで前述のインクジェット記録装置は、インク供給サブタンク１０５を記録ヘッド１０４よりも高い位置に配置することにより、その間の水頭差を利用して、インク供給サブタンク１０５のインクを記録ヘッド１０４に自動供給するものであるが、前述の循環流路がほぼ大気圧になっているため、前記水頭差による加圧の影響で記録ヘッド１０４のノズルからインクの漏れが発生し易く、記録品質の低下をきたす。

特にインクに前述のスペーサのように固定粒子を混合分散した場合、その固体粒子の径や濃度などによりインクの特性（例えば粘度、表面張力、比重など）が変化するため、単に水頭差を利用しただけでは記録ヘッド１０４の適正なメニスカスを維持することができず、記録ヘッド１０４の吐出特性が悪くなり、記録品質の低下をきたす。

また前述のように記録ヘッドユニット１００と、それにインクを供給するメインタンク１１２ならびに抑揚用ポンプ１１３が別々になって長い循環流路を成形しているから、循環途中でインクに気泡が入り易く、そのために記録ヘッド１０４の吐出特性が悪くなり、記録品質の低下をきたす。

さらに記録ヘッドユニット１００の下方にメインタンク１１２が配置されているから、メインタンク１１２のインクを記録ヘッドユニット１００に供給するために抑揚用ポンプ１１３が必要であり、その抑揚用ポンプ１１３の電力消費量が大きい。

さらにまた記録ヘッドユニット１００、メインタンク１１２ならびに抑揚用ポンプ１１３を別々に配置していることから、大きなスペースが必要となり、装置の小型化に支障をきたすなどの問題がある。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、ヘッド部での塗布液の漏れがなく、液滴の吐出状態が良好な液滴吐出装置を提供することにある。

前記目的を達成するため本発明の第１の手段は、塗布液を収容するメインタンクと、
塗布液を収容するサブタンクと、
前記塗布液を液滴として吐出するヘッド部と、
前記メインタンクにある塗布液を前記ヘッド部に供給する塗布液供給管と、
前記ヘッド部から出た塗布液を前記サブタンクに戻す塗布液回収管と、
前記サブタンクにある塗布液を前記メインタンクに送るタンク間移送管と、
前記タンク間移送管の途中に設けられたタンク間移送用ポンプと、
前記メインタンク内を所定の圧力に減圧するメインタンク用減圧手段と、
前記サブタンク内を所定の圧力に減圧するサブタンク用減圧手段とを備え、
前記メインタンクと前記サブタンクが前記ヘッド部よりも高い位置に設置されて、
前記メインタンク用減圧手段と前記サブタンク用減圧手段により前記メインタンクと前記サブタンクがそれぞれ個別に減圧状態に維持されて、前記サブタンクの内圧が前記メインタンクの内圧よりも低く保たれていることを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記メインタンクと前記サブタンクが前記塗布液供給管、塗布液回収管、タンク間移送管、メインタンク用減圧手段ならびにサブタンク用減圧手段に対して交換可能になっていることを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第２の手段において、前記メインタンクと前記サブタンクを一組にしたカートリッジが複数設けられて、それら複数のカートリッジが前記塗布液供給管、塗布液回収管、タンク間移送管、メインタンク用減圧手段ならびにサブタンク用減圧手段に対して交換可能になっていることを特徴とするものである。

本発明の第４の手段は前記第１の手段において、前記ヘッド部に複数のヘッドが設けられて、それら複数のヘッドがヘッド接続管によって直列に接続されていることを特徴とするものである。

本発明の第５の手段は前記第１の手段において、前記タンク間移送用ポンプの駆動により前記サブタンクの液面が前記メインタンクの液面よりも常に低く維持されていることを特徴とするものである。

本発明の第６の手段は前記第１ないし第５の手段において、前記塗布液が固体粒子を混合分散した塗布液であることを特徴とするものである。

本発明の第７の手段は、固体粒子を混合分散した塗布液を収容するメインタンクと、
固体粒子を混合分散した塗布液を収容するサブタンクと、
前記塗布液を液滴として吐出するヘッド部と、
前記メインタンクにある塗布液を前記ヘッド部に供給する塗布液供給管と、
前記ヘッド部から出た塗布液を前記サブタンクに戻す塗布液回収管と、
前記サブタンクにある塗布液を前記メインタンクに送るタンク間移送管と、
前記タンク間移送管の途中に設けられたタンク間移送用ポンプと、
前記メインタンク内を所定の圧力に減圧するメインタンク用減圧手段と、
前記サブタンク内を所定の圧力に減圧するサブタンク用減圧手段とを備え、
前記メインタンクと前記サブタンクが前記ヘッド部よりも高い位置に設置されて、
前記メインタンク用減圧手段と前記サブタンク用減圧手段により前記メインタンクと前記サブタンクがそれぞれ個別に減圧状態に維持されて、前記サブタンクの内圧が前記メインタンクの内圧よりも低く保たれており、
前記固体粒子を混合分散した塗布液を液滴として前記ヘッド部から被着体上に吐出することを特徴とするものである。

本発明の第８の手段は前記第７の手段において、前記被着体が液晶用基板であって、前記固体粒子が２枚の液晶用基板の隙間を保持するスペーサであることを特徴とするものである。

本発明は前述のような構成になっており、ヘッド部での塗布液の漏れがなく、液滴の吐出状態が良好な液滴吐出装置を提供することができる。

次に本発明の実施形態を図と共に説明する。図１は第１実施形態に係る液滴吐出装置の系統図、図２はその液滴吐出装置の概略ブロック図である。

まずこの液滴吐出装置の概略構成を図２とともに説明する。同図に示すように液滴吐出装置は、機能的に大きく分けて圧力切替部１と塗布液供給循環部２とカートリッジ部３とヘッド部４とから構成され、大まかには図に示すような接続関係になっている。

前記カートリッジ部３は、前記ヘッド部４よりも高い位置に設置されている。また前記カートリッジ部３は、第１カートリッジ５ａと第２カートリッジ５ｂの２つを搭載しており、第１カートリッジ５ａと第２カートリッジ５ｂは装置本体に対して個別に交換可能（着脱可能）になっている。またこの第１カートリッジ５ａと第２カートリッジ５ｂは、前記塗布液供給循環部２に対して並列に接続されて、相互に切り替え可能になっている。

図１に示すように前記カートリッジ５ａ，５ｂは、吐出前の塗布液を収容するメインタンク６と、塗布液回収用のサブタンク（塗布液循環用バッファタンク）７とをそれぞれ有している。

メインタンク６にはメインタンク用加圧・減圧管８が接続され、これは塗布液供給循環部２を通り、前記圧力切替部１に設けられているメインタンク用マニホルド９に接続されている。メインタンク用マニホルド９は、メインタンク用圧力バッファ１０を介してメインタンク用ポンプ１１に接続されている。前記第１カートリッジ５ａから出たメインタンク用加圧・減圧管８と前記第２カートリッジ５ｂから出たメインタンク用加圧・減圧管８との接合部には、三方弁からなるメインタンク用切替弁１２が接続されている。

サブタンク７からメインタンク６に向けてタンク間移送管１３が延びており、その途中にタンク間移送用ポンプ１４が介在されている。

サブタンク７にはサブタンク用加圧・減圧管１５が接続され、これは塗布液供給循環部２を通り、前記圧力切替部１に設けられているサブタンク用マニホルド１６に接続されている。サブタンク用マニホルド１６は、サブタンク用圧力バッファ１７を介してサブタンク用ポンプ１８に接続されている。前記第１カートリッジ５ａから出たサブタンク用加圧・減圧管１５と前記第２カートリッジ５ｂから出たサブタンク用加圧・減圧管１５との接合部には、三方弁からなるサブタンク用切替弁１９が接続されている。

メインタンク６からヘッド部４に向けて塗布液供給管２０が延びており、前記第１カートリッジ５ａから出た塗布液供給管２０と前記第２カートリッジ５ｂから出た塗布液供給管２０との接合部には、三方弁からなるカートリッジ切替弁２１が接続されている。

ヘッド部４から塗布液供給循環部２を通ってサブタンク７側に塗布液回収管２２が延びており、前記第１カートリッジ５ａ側に延びる塗布液回収管２２と前記第２カートリッジ５ｂ側に延びる塗布液回収管２２との分岐部に、三方弁からなる塗布液回収用切替弁２３が接続されている。

前記ヘッド部４には４つのヘッド２４ａ〜２４ｄが直線上に並べて配置され、各ヘッド２４ａ〜２４ｄはヘッド接続管３９によって直列に接続されている。

メインタンク６の上部には超音波を利用した液面センサ２５が固定され、メインタンク６内の塗布液２６の液面（残存量）が監視されている。メインタンク６ならびにサブタンク７には、外部から交番磁界を加えることによって自ら回転する磁性体よりなる攪拌子２７が入れてあり、交番磁界の与え方により攪拌子２７の回転数が適正に調整できる。この攪拌子２７の回転に伴う攪拌作用により、塗布液２６中の固体微粒子（スペーサ微粒子）の沈降をより確実に防止している。

塗布液供給循環部２には、洗浄液供給管２８を介して洗浄液タンク２９が接続され、タンク内には例えばイソプロピールアルコールなどの洗浄液３０が収容されている。洗浄液タンク２９内の洗浄液３０の液面（残存量）は、液面センサ３１によって監視されている。

前記塗布液回収管２２の途中に廃液管３２が接続されており、廃液管３２は廃液タンク３３まで延びている。タンク内の廃液量は、液面センサ３４によって監視されている。

窒素あるいは空気などからなる加圧ガス３５は、加圧用マニホルド３６を通して、各加圧ガス用配管３７によりメインタンク用マニホルド９、サブタンク用マニホルド１６、塗布液供給管２０ならびに洗浄液タンク２９側に供給されるようになっている。

前記加圧ガス用配管３７の塗布液供給管２０との接合部には、三方弁からなる塗布液・洗浄液・加圧ガス切替弁３８が設置されている。また、前記加圧ガス用配管３７と洗浄液供給管２８との接合部には、三方弁からなる洗浄液・加圧ガス切替弁４０が設置されている。前記メインタンク用マニホルド９、サブタンク用マニホルド１６ならびに加圧用マニホルド３６には、それぞれ圧力センサ４１が付設されている。

前記塗布液供給用切替弁２１から出た塗布液供給管２０と廃液管３２の接合部には、三方弁からなる塗布液・廃液切替弁４２が設置されている。塗布液供給管２０上の前記塗布液・廃液切替弁４２とヘッド部４との間には、二方弁からなる第１遮断弁４３が設置されている。ヘッド部４から出た塗布液回収管２２は、廃液管３２との接合部付近で、廃液管３２側に延びた廃液側管体４４と、塗布液回収用切替弁２３側に延びた回収側管体４６との２つに分岐している。そして前記廃液側管体４４上に二方弁からなる第２遮断弁４６が設置され、回収側管体４６上に二方弁からなる第３遮断弁４７が設置されて、図に示すようにヘッド部４から出た塗布液回収管２２が第２遮断弁４６と第３遮断弁４７の間に接続されている。

図に示すように第１カートリッジ５ａならびに第２カートリッジ５ｂともに、メインタンク６→塗布液供給管２０→ヘッド２４ａ〜２４ｄ→塗布液回収管２２→サブタンク７→タンク間移送管１３（タンク間移送用ポンプ１４）により塗布液２６の循環経路が形成されている。

第１カートリッジ５ａと第２カートリッジ５ｂはともに装置本体に対して交換可能になっており、図中の４９ａはメインタンク６と塗布液供給管２０との接続部、４９ｂはメインタンク６とメインタンク用加圧・減圧管８との接続部、４９ｃはメインタンク６とタンク用移送管１３の出口側との接続部、４９ｄはサブタンク７とタンク用移送管１３の入口側との接続部、４９ｅはサブタンク７とサブタンク用加圧・減圧管１５との接続部、４９ｆはサブタンク７と塗布液回収管２２との接続部である。これら接続部４９ａ〜４９ｆにおいて、前記カートリッジ５ａ，５ｂが装置本体に対して交換可能に接続されている。

第１カートリッジ５ａならびに第２カートリッジ５ｂのメインタンク６とサブタンク７には、所定量の塗布液２６が注入されている。本実施形態は、液晶表示装置の基板間のスペーサとして用いる例えばビーズなどからなる球状のスペーサ粒子を基板上に着弾する液滴吐出装置を例に示している。

スペーサ粒子の径は例えばＶＡ方式やＴＮ方式のように液晶表示装置の種類などによって異なるが、通常、２μｍ〜５μｍ程度のものが用いられ、ヘッド２４のオリフィスから吐出可能な径である。このスペーサ粒子は、有機液体、水あるいは有機液体と水との混合液などの分散液に、例えば０．５重量％〜２０重量％程度の濃度で分散される。

本実施形態では、水とエチレングリコールを混合して安定吐出が可能なように粘度を１０ｍＰａ・ｓ程度に調整した分散液を用い、これに直径が３．５μｍのガラスビーズを１．２重量％分散させたものを使用する。必要に応じてスペーサ粒子の分散性を良好に維持するための分散剤、あるいはスペーサ粒子を基板表面に接着する接着剤などを添加することもできる。

次にこの液滴吐出装置の諸操作について説明する。まず、第１カートリッジ５ａを使用して塗布液２６を吐出する場合について説明する。

（塗布液の充填操作）
第１カートリッジ５ａを液滴吐出装置に装着した状態では、塗布液供給管２０、各ヘッド２４ａ〜２４ｄ、ヘッド接続管３９ならびに塗布液回収管２２内などには空気が存在しているから、この空気を排除するためまず空気を洗浄液３０と置換する。

メインタンク６から切替弁３８までの間の塗布液供給管２０内にはまだ空気が残っているから、切替弁３８のＡ側を開きＢ側を閉じ、切替弁２１はそのままにしておき、切替弁４２のＡ側を閉じＢ側を開き、遮断弁４３を閉じる。また切替弁１２のＡ側を開きＢ側を閉じる。

そして加圧ガス３５を加圧ガス用配管３７、メインタンク用マニホルド９、メインタンク用加圧・減圧管８を通してメインタンク６内に供給して内圧を高め、その内圧により塗布液２６を塗布液供給管２０ならびに廃液管３２を通して流通することにより、その間（インクタンクから切替弁３８）の経路に洗浄液３０を充填する。

そのため、切替弁４０のＡ側を開きＢ側を閉じ、切替弁３８のＡ側を閉じＢ側を開き、切替弁２１のＡ側を開きＢ側を閉じ、切替弁４２のＡ側を開きＢ側を閉じ、遮断弁４３を開き、遮断弁４６を開き、遮断弁４７を閉じる。

そして加圧ガス３５を加圧ガス用配管３７を通して洗浄液タンク２９内に供給して内圧を高め、その内圧により洗浄液タンク２９内の洗浄液３０を洗浄液供給管２８、加圧ガス用配管３７の一部、塗布液供給管２０、各ヘッド２４ａ〜２４ｄ、ヘッド接続管３９、塗布液回収管２２の一部、廃液管３２を通して流すことにより、その間の空気を洗浄液３０と置換する。洗浄液３０を所定時間流通することにより、ヘッド部４を含む循環経路が洗浄液で満たされる。

次に切替弁４２のＡ側を開きＢ側を閉じ、遮断弁４３を開く。そして加圧ガス３５をメインタンク６内に供給して内圧を高め、その内圧により塗布液２６を塗布液供給管２０、各ヘッド２４ａ〜２４ｄ、ヘッド接続管３９、塗布液回収管２２の一部、廃液管３２を通して流通することにより洗浄液３０を塗布液２６と置換する。更に遮断弁４６を閉じ、遮断弁４７を開き、回収側管体４５内ならびにその先のサブタンク７に延びている塗布液回収管２２内に塗布液２６を圧送する。これにより塗布液２６の充填操作を終了し、引き続き塗布液２６の吐出操作に移る。

（塗布液の吐出操作）
前述のようにカートリッジ部３はヘッド部４よりも高い位置に設置しており、両者の間に水頭差が生じている。本発明はこの水頭差を利用して、塗布液２６を記録ヘッド４から吐出しているときも常に塗布液２６を前記循環経路を通して循環させて、塗布液成分の沈降、本実施形態ではスペーサ粒子の沈降を抑制するものである。

ところがカートリッジ部３をヘッド部４よりも高い位置に設置しただけだと、前記水頭差の影響でヘッドオリフィスでのメニスカスを良好に維持することができず、従来技術のように液漏れを生じる。そこで本発明では、ヘッドオリフィスでのメニスカスを良好に維持しながらしかも塗布液２６が循環できる条件に適合するように、メインタンク６内ならびにサブタンク７内を減圧状態にしている。

具体的には、塗布液回収用切替弁２３のＡ側を開きＢ側を閉じ、第２遮断弁４６を閉じ、第３遮断弁４７を開き、メインタンク用切替弁１２とサブタンク用切替弁１９のＡ側を開きＢ側を閉じる。そしてメインタンク用ポンプ１１とサブタンク用ポンプ１８を駆動し、メインタンク用加圧・減圧管８とサブタンク用加圧・減圧管１５を通して、メインタンク６内とサブタンク７内をそれぞれ減圧状態する。サブタンク７の内圧はメインタンク６の内圧よりも常に低くなるように圧力切替部１でコントロールされており、両者の圧力差は塗布液２６の量が変化しても常に一定に維持されている。塗布液２６の残存量は、液面センサ２５で検出することができる。

本実施形態では図１に示すように、ヘッド２４の吐出面とメインタンク６の底面との段差Ｈは約７００ｍｍ、メインタンク６の内圧は約−８ｋＰａ、サブタンク７の内圧は約−１１ｋＰａで、両タンク６，７の圧力差は約３ｋＰａに設定されている。メインタンク６内の塗布液２６の量によってメインタンク６の内圧は約±０．５ｋＰａ内で変動し、その変動に対応してサブタンク７の内圧がコントロールされるようになっている。

また図に示すように、サブタンク７の液面はメインタンク６の液面よりも常に低くなるようにタンク間移送用ポンプ１４の駆動でコントロールされており、メインタンク６とサブタンク７の液面差により塗布液２６の循環がスムーズに行なわれる。

メインタンク６内の塗布液２６は前記水頭差により塗布液供給管２０を通ってヘッド部４に供給され、各ヘッド２４の圧力室に流入し、圧電振動子の駆動によりオリフィスから液滴となって液晶用基板４８の所定位置上に吐出する。この着弾した液滴中にほぼ所定個数（本実施形態では３〜５個）のスペーサ粒子が含まれている。なお、ヘッド２４の内部構造については後で説明する。

吐出されなかった塗布液２６は次のヘッド２４へと流れてその一部が吐出され、最終的に吐出されないで残った塗布液２６は塗布液回収管２２を通ってサブタンク７に送られる。サブタンク７内の塗布液２６は、タンク間移送用ポンプ１４の駆動によりタンク間移送管１３を通してメインタンク６に戻される。このタンク間移送用ポンプ１４の回転制御により、メインタンク６とサブタンク７の液面差Ｈは常に適正に維持されている。塗布液２６を吐出しないときはヘッド２４の圧電振動子は駆動していないので、塗布液２６は各ヘッド２４ａ〜２４ｄの内部を通り抜けるだけのことになる。

このように塗布液２６は吐出時も不吐出時も循環しており、常に流動状態にあるから、塗布液構成成分、特に本実施形態の場合はスペーサ粒子が沈降することが抑制される。さらに本実施形態ではメインタンク６ならびにサブタンク７内で攪拌子２７がそれぞれ回転しているため、スペーサ粒子の沈降がさらに抑制される。

（カートリッジの切替操作）
次に第１カートリッジ５ａから第２カートリッジ５ｂへの切替操作について説明する。第１カートリッジ５ａ側におけるメインタンク６の液面が所定の位置よりも下がったことを液面センサ２５で検出すると、第１カートリッジ５ａ側の塗布液２６が消費したと判断する。

第１カートリッジ５ａと第２カートリッジ５ｂの塗布液２６が同じ組成の場合、ヘッド部４を含む循環経路中にはすでに塗布液２６が充填されているが、第２カートリッジ５ｂ側には、メインタンク６から切替弁３８ｂまでの間の塗布液供給管２０ｂと、切替弁２３からサブタンク７ｂまでの経路にはまだ空気が残っている。

そのため、切替弁１２、１９、２３、４２のＡ側を閉じ、Ｂ側を開き、切替弁３８のＡ側を開き、Ｂ側を閉じる。そして、加圧ガス３５を加圧ガス用配管３７、メインタンク用マニホルド９、メインタンク用加圧・減圧管８を通してメインタンク６ｂ内に供給して内圧を高め、その内圧により塗布液２６を塗布液供給管２０ｂならびに廃液管３２を通して流通することにより、メインタンク６から切替弁３８ｂまでの間の塗布液供給管２０ｂ内の空気を排出する。その後、切替弁４２のＡ側を開き、Ｂ側を閉じ、切替弁２３からサブタンク７ｂまでの経路に圧送する。これによりカートリッジの切替操作を終了する。

塗布液２６の吐出動作は、第１カートリッジ５ａの場合と同じであるから、重複する説明は省略する。

第１カートリッジ５ａと第２カートリッジ５ｂとで塗布液２６の組成が異なる場合、例えば製造する液晶ディスプレイの種類が変更になり、それに伴い塗布液２６中のスペーサ粒子（ビーズ）の径が異なる場合、ヘッド部４を含む循環流路中には前の種類の塗布液２６ａが充填されているから、それを完全に排除しなければならない。

そのためまず切替弁３８のＡ側を閉じＢ側を開き、切替弁２１のＡ側を開きＢ側を閉じ、切替弁４２のＡ側を開きＢ側を閉じ、第１遮断弁４３ならびに第３遮断弁４７を開き、第２遮断弁４６を閉じ、切替弁２３のＡ側を開きＢ側を閉じた状態とする。そして切替弁４０のＡ側を閉じＢ側を開くことにより、加圧ガス３５を加圧ガス用配管３７を通して塗布液供給管２０に圧送する。これにより切替弁３８以降の塗布液供給管２０、各ヘッド２４ａ〜２４ｄ、ヘッド接続管３９ならびに第１カートリッジ５ａのサブタンク７までの塗布液回収管２２内に残っている塗布液２６ａがサブタンク７に排出される。

次に切替弁４０以外の弁は前述の塗布液２６ａの排出時と同じ状態にして、切替弁４０のＡ側を開きＢ側を閉じて、今度は洗浄液３０を圧送する。これにより切替弁３８以降の塗布液供給管２０、各ヘッド２４ａ〜２４ｄ、ヘッド接続管３９ならびに第１カートリッジ５ａのサブタンク７までの塗布液回収管２２が洗浄され、その廃液がサブタンク７に排出される。このように塗布液２６の種類を変更する場合などの時には、その前に使用していたカートリッジ５のサブタンク７は廃液タンクとして利用される。

このようにして今まで使用していた循環流路での塗布液２６ａの排出ならびに洗浄が終了した後、第１カートリッジ５ａ側の切替弁３８のＡ側を閉じＢ側を開き、第２カートリッジ５ｂ側の切替弁３８のＡ側を開きＢ側を閉じ、切替弁２１のＡ側を閉じＢ側を開き、切替弁２３のＡ側を閉じＢ側を開く。

この弁操作によりヘッド部４を含む循環流路が第２カートリッジ５ｂ側に接続され、この状態で第２カートリッジ５ｂ側での塗布液２６ｂの充填がなされる。塗布液２６ｂの吐出動作は前述と同じであるから、重複する説明は省略する。

図３は、本発明の第２実施形態に係る液滴吐出装置の系統図である。本実施形態で前記第１実施形態と相違する点は、各ヘッド４２ａ〜２４ｄがヘッド接続管３９により並列に接続されている点である。

図１に示すように各ヘッド４２ａ〜２４ｄが直列に接続されている場合、各ヘッド４２ａ〜２４ｄにおいて洗浄液から塗布液への置換ならびに塗布液の循環が均一に行なわれるという特長を有している。一方、図３に示すように各ヘッド４２ａ〜２４ｄが並列に接続されている場合、各ヘッド４２ａ〜２４ｄにおいて塗布液の吐出量を多くすることが可能で、また吐出速度を速めることができるという特長を有している。

図４ならびに図５は、本発明の実施形態に係る液滴吐出装置の正面図ならびに側面図である。
これらの図に示すように、塗布ステージ５１上には２本平行に延びたＸ軸リニアレール５２が敷設、固定され、その上に２つのＸ軸リニアガイド５３が取り付けられている。Ｘ軸リニアガイド５３の上にステージベース５４を介してテーブル５５が固定されている。

テーブル５５上には、スペーサ微粒子（ビーズ）を塗布する液晶用基板４８が配向面を上にして載置され、例えば空気吸引機構などの位置決め手段（図示せず）によってテーブル５５上の所定位置に固定されている。

塗布ステージ５１の左右両側面から上方に向けて支柱５６，５６が延びており、支柱５６，５６の上端部にガイド支持部材５７が架設されている。ガイド支持部材５７の前面に２本の平行に延びたＹ軸リニアガイド５８が水平方向に固定されて、そのＹ軸リニアガイド５８にＹ軸ベース５９が摺動可能に支持されている。さらにＹ軸ベース５９上に、垂直方向に延びるＺ軸ベース６０が固定され、Ｚ軸ベース６０上にＺ軸リニアガイド６１（図４参照）が摺動可能に支持されている。

前記Ｙ軸ベース５９ならびにＺ軸ベース６０上には、図５に示すように塗布液吐出機構６２が搭載されている。この塗布液吐出機構６２中の塗布液供給ボックス６３はＹ軸ベース５９上に搭載され、塗布液供給ボックス６３は図４に示すように前記塗布液循環供給部２とカートリッジ部３とを有している。本実施形態では前記カートリッジ部３としてメインタンク６とサブタンク７のセットを２組搭載しているが、前記セットを１組搭載することもできる。一方、塗布液吐出機構６２中のヘッド部４は、ヘッドブロック６４を介して前記Ｚ軸リニアガイド６１（Ｚ軸ベース６０）上に搭載されている。

前記液晶用基板４８を搭載したテーブル５５は、例えばリニアモータ（図示せず）を駆動源として前記Ｘ軸リニアレール５２上を往復移動する。前記Ｚ軸ベース６０を搭載したＹ軸ベース５９は、例えばリニアモータ（図示せず）を駆動源として前記Ｙ軸リニアガイド５８上を往復移動する。また前記ヘッド部４を搭載したＺ軸リニアガイド６１は、例えばリニアモータ（図示せず）を駆動源として前記Ｚ軸ベース６０上を往復移動する。

これらの図にも示されているように、塗布液供給ボックス６３（塗布液循環供給部２、カートリッジ部３）はヘッド部４よりも高い位置に設置されており、従ってカートリッジ部３から塗布液循環供給部２を経由し塗布液供給管（例えばフレキシブルチューブ）を通ってヘッド部４内に塗布液が自然に供給されるとともに、ヘッド部４内の塗布液はカートリッジ部３との液面差を利用して常に加圧状態となる。そのためヘッド部４において塗布液の漏れが生じる虞があるため、図示しない圧力切替部１によってカートリッジ部３内を減圧状態にコントロールしている。

ヘッド部４と液晶用基板４８との距離は、Ｚ軸ベース６０上でのＺ軸リニアガイド６１の位置調整により適正に設定される。そして液晶用基板４８を搭載したテーブル５５が往復移動する間に、初期に設定された吐出タイミングによりヘッド部４から塗布液が液滴となって液晶用基板４８の所定位置に吐出され、着弾した液滴内には所定個数のスペーサ微粒子が含まれている。

１回の液晶用基板４８の往復移動により必要個所に液滴が着弾されると、塗布液吐出機構６２はＹ軸上を次の塗布領域まで移動する。これらの動作の繰り返しにより、液晶用基板４８の全面にスペーサ微粒子を含有した液滴が着弾されて、スペーサ微粒子の接着が行なわれてから、液晶表示装置の次の組立て工程に搬送される。

図６ないし図８はオンデマンド型ヘッド部の詳細を示す図で、図６はヘッド部の分解斜視図、図７はヘッド部の組立後の断面図、図８は図７Ａ−Ａ線上の断面図である。

これらの図において符号７１はオリフィス、７２はオリフィスプレート、７３は圧力室、７４は圧力室プレート、７５はリストリクタ、７６はリストリクタプレート、７７はダイヤフラム、７８はフィルタ、７９はダイヤフレームプレート、８０は穴部、８１はサポートプレート、８２は共通液通路、８３はハウジング、８４は接着剤、８５は圧電アクチュエータ、８６は圧電振動子、８７は外部電極、８８は導電性接着剤、８９は支持基板、９０は個別電極、９１は共通電極、９２はスルーホール、９３は液導入パイプである。

このオンデマンド型のヘッド部は図６に示すように、オリフィスプレート７２、圧力室プレート７４、リストリクタプレート７６、ダイヤフレームプレート７９、サポートプレート８１、ハウジング８３、圧電アクチュエータ８５などから構成されている。

一列に多数のオリフィス７１を形成したオリフィスプレート７２は、ニッケル材の電鋳加工法、ステンレス鋼材などの精密プレス加工法またはレーザ加工法などによって製作される。圧力室プレート７４には、前記オリフィス７１に対応した個数の圧力室７３が形成され、前記オリフィス７１と連通している。リストリクタプレート７６は図７に示すように共通液通路８２と前記圧力室７３を連通し、圧力室７３への液流入量を制御するリストリクタ７５が形成されている。圧力室プレート７４とリストリクタプレート７６は、ステンレス鋼材のエッチング加工法またはニッケル材の電鋳加工法などによって製作される。

ダイヤフレームプレート７９には圧電振動子８６の圧力を効率良く圧力室７３に伝達するためのダイヤフラム７７と、共通液通路８２からリストリクタ７５に流入する液中のゴミなどを除くフィルタ７８が形成されている。ダイヤフレームプレート７９は、ステンレス鋼材のエッチング加工法またはニッケル材の電鋳加工法などによって製作される。

サポートプレート８１はダイヤフラム７７と圧電振動子８６を接着剤８４で固定するとき、ダイヤフラム７７の振動系固定端の位置を規制し、かつ接着個所からはみ出した接着剤がダイヤフラム７７の上で広がるのを規制する穴部８０が形成されている。サポートプレート８１は、ステンレス鋼材のエッチング加工法またはニッケル材の電鋳加工法などによって製作される。金属または合成樹脂で製作されるハウジング８３には共通液通路８２が設けられており、この共通液通路８２に前述の塗布液供給管２０あるいはヘッド接続管３９が接続されている。

塗布液供給管２０あるいはヘッド接続管３９から供給された塗布液は、ヘッドの共通液通路８２の途中でフィルタ７８を通過して、リストリクタ７５、圧力室７３、オリフィス７１へと順に流れる。個別電極９０と共通電極９１との間に所定のパルス電圧を印加することにより圧電振動子８６が伸縮し、パルス電圧の印加を止めると圧電振動子８６は伸縮前の状態に戻る。このような圧電振動子８６の変形により圧力室７３内の塗布液に瞬間的に圧力が加わり、オリフィス７１から塗布液が液滴となって液晶用基板４８上に着弾する。

図９は、ヘッドとスペーサを塗布した液晶用カラーフィルタ基板との関係を示す平面図である。同図に示すように液晶用カラーフィルタ基板４８の表面には、Ｒ，Ｇ，Ｂの画素セル９５が規則正しく形成されており、その液晶用カラーフィルタ基板４８の遮光膜９６の交叉部分に複数個のスペーサ９７が塗布される。

同図に示すように、ヘッド２４上にはオリフィス７１がＰ１のピッチで形成されているのに対して、基板４８上に接着されるスペーサ９７のピッチＰ２は液晶表示装置の種類によって異なる。そのためヘッド２４の傾斜角度θを調整して、ヘッド２４による吐出間隔をスペーサ９７のピッチＰ２に合わせている。

前記実施形態では液晶表示装置の製造の場合について説明したが本発明はこれに限定されるものではなく、例えばエレクトロルミネッセンスの製造、あるいは酸化チタン粒子を含有したインクを印刷するプリント配線基板の製造、沈降や凝集しやすい高濃度の電子部品用インクを使用して製造する積層セラミック電子部品や高周波電子部品の如き電子部品の製造など他の技術分野においても適用可能である。

また実施形態では固体微粒子を混合分散した塗布液を吐出する場合について説明したが本発明はこれに限定されるものではなく、例えばインクジェット記録装置などの固体微粒子を含有しない塗布液を吐出する場合にも適用可能である。

本発明の第１実施形態に係る液滴吐出装置の系統図である。その液滴吐出装置の概略ブロック図である。本発明の第２実施形態に係る液滴吐出装置の系統図である。本発明の実施形態に係る液滴吐出装置の正面図である。その液滴吐出装置の側面図である。本発明の実施形態に係るヘッド部の分解斜視図である。そのヘッド部の組立後の断面図である。図７Ａ−Ａ線上の断面図である。ヘッドとスペーサを塗布した液晶用カラーフィルタ基板との関係を示す平面図である。従来提案されたインクジェット記録装置の説明図である。

符号の説明

１：圧力切替部、２：塗布液循環供給部、３：カートリッジ部、４：ヘッド部、５：カートリッジ、５ａ：第１カートリッジ、５ｂ：第２カートリッジ、６：メインタンク、７：サブタンク、８：メインタンク用加圧・減圧管、９：メインタンク用マニホルド、１０：メインタンク用バッファ、１１：メインタンク用ポンプ、１２：メインタンク用切替弁、１３：タンク間移送管、１４：タンク間移送用ポンプ、１５：サブタンク用加圧・減圧管、１６：サブタンク用マニホルド、１７：サブタンク用バッファ、１８：サブタンク用ポンプ、１９：サブタンク用切替弁、２０：塗布液供給管、２１：塗布液供給管用切替弁、２２：塗布液回収管、２３：塗布液回収管用切替弁、２４ａ〜２４ｄ：ヘッド、２５：液面センサ、２６：塗布液、２７：攪拌子、２８：洗浄液供給管、２９：洗浄液タンク、３０：洗浄液、３１：液面センサ、３２：廃液管、３３：廃液タンク、３４：液面セン、３５：加圧ガス、３６：加圧用マニホルド、３７：加圧ガス用配管、３８：塗布液・洗浄液・加圧ガス切替弁、３９：ヘッド接続管、４０：洗浄液・加圧ガス切替弁、４１：圧力センサ、４２：塗布液・廃液切替弁、４３：第１遮断弁、４４：廃液側管体、４５：回収側管体、４６：第２遮断弁、４７：第２遮断弁、４８：液晶用基板、４９ａ〜４９ｆ：接続部。

Claims

塗布液を収容するメインタンクと、
塗布液を収容するサブタンクと、
前記塗布液を液滴として吐出するヘッド部と、
前記メインタンクにある塗布液を前記ヘッド部に供給する塗布液供給管と、
前記ヘッド部から出た塗布液を前記サブタンクに戻す塗布液回収管と、
前記サブタンクにある塗布液を前記メインタンクに送るタンク間移送管と、
前記タンク間移送管の途中に設けられたタンク間移送用ポンプと、
前記メインタンク内を所定の圧力に減圧するメインタンク用減圧手段と、
前記サブタンク内を所定の圧力に減圧するサブタンク用減圧手段とを備え、
前記メインタンクと前記サブタンクが前記ヘッド部よりも高い位置に設置されて、
前記メインタンク用減圧手段と前記サブタンク用減圧手段により前記メインタンクと前記サブタンクがそれぞれ個別に減圧状態に維持されて、前記サブタンクの内圧が前記メインタンクの内圧よりも低く保たれていることを特徴とする液滴吐出装置。
請求項１記載の液滴吐出装置において、前記メインタンクと前記サブタンクが前記塗布液供給管、塗布液回収管、タンク間移送管、メインタンク用減圧手段ならびにサブタンク用減圧手段に対して交換可能になっていることを特徴とする液滴吐出装置。
請求項２記載の液滴吐出装置において、前記メインタンクと前記サブタンクを一組にしたカートリッジが複数設けられて、それら複数のカートリッジが前記塗布液供給管、塗布液回収管、タンク間移送管、メインタンク用減圧手段ならびにサブタンク用減圧手段に対して交換可能になっていることを特徴とする液滴吐出装置。
請求項１記載の液滴吐出装置において、前記ヘッド部に複数のヘッドが設けられて、それら複数のヘッドがヘッド接続管によって直列に接続されていることを特徴とする液滴吐出装置。
請求項１記載の液滴吐出装置において、前記タンク間移送用ポンプの駆動により前記サブタンクの液面が前記メインタンクの液面よりも常に低く維持されていることを特徴とする液滴吐出装置。
請求項１ないし５のいずれか１項記載の液滴吐出装置において、前記塗布液が固体粒子を混合分散した塗布液であることを特徴とする液滴吐出装置。
固体粒子を混合分散した塗布液を収容するメインタンクと、
固体粒子を混合分散した塗布液を収容するサブタンクと、
前記塗布液を液滴として吐出するヘッド部と、
前記メインタンクにある塗布液を前記ヘッド部に供給する塗布液供給管と、
前記ヘッド部から出た塗布液を前記サブタンクに戻す塗布液回収管と、
前記サブタンクにある塗布液を前記メインタンクに送るタンク間移送管と、
前記タンク間移送管の途中に設けられたタンク間移送用ポンプと、
前記メインタンク内を所定の圧力に減圧するメインタンク用減圧手段と、
前記サブタンク内を所定の圧力に減圧するサブタンク用減圧手段とを備え、
前記メインタンクと前記サブタンクが前記ヘッド部よりも高い位置に設置されて、
前記メインタンク用減圧手段と前記サブタンク用減圧手段により前記メインタンクと前記サブタンクがそれぞれ個別に減圧状態に維持されて、前記サブタンクの内圧が前記メインタンクの内圧よりも低く保たれており、
前記固体粒子を混合分散した塗布液を液滴として前記ヘッド部から被着体上に吐出することを特徴とする液滴吐出装置。
請求項７記載の液滴吐出装置において、前記被着体が液晶用基板であって、前記固体粒子が２枚の液晶用基板の隙間を保持するスペーサであることを特徴とする液滴吐出装置。