JP2009078473A - インクジェット装置およびインクジェットインクジェット装置の動作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インク中に含まれる固形成分の沈降および凝集を防止する。
【解決手段】本発明に係るインクジェット装置は、可撓性を有し、インク入口１ａおよびインク出口１ｂを少なくとも有する第１のインク袋１と、可撓性を有し、インク入口２ａおよびインク出口２ｂを少なくとも有する第２のインク袋２と、インク供給口およびインク排出口を備えるインクジェットヘッド３と、インクの移送手段である送液ポンプ４とを有し、インク入口１ａとインク出口２ｂとが送液ポンプ４を介して連結されており、インク出口１ｂと、インクジェットヘッド３が有するインク供給口３ａとが連結され、インク入口２ａと、インク排出口３ｂとが連結されていることによって、第１のインク袋１、インクジェットヘッド３、第２のインク袋２、送液ポンプ４の順でインクを循環可能な第１のインク流路が形成されている構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェットヘッドを用いて微小液滴する吐出する機能を有するインクジェット装置（システム）およびインクジェット装置の動作方法に関し、特にインクジェットヘッドへインクを供給するインクジェット装置の動作方法に関する。

インクジェットヘッドを用いて様々な微小量のインクを吐出するインクジェット技術は、民生用プリンタとして広く普及しているのみならず、近年は産業用途として注目されている。例えば液晶表示装置の製造工程ではフォトリソグラフィ工程を排除することによって製造コストの削減を見込める工程、例えば、カラーフィルタの赤、青、緑色の各色インクを微小領域毎に塗布する工程や、液晶層の厚みを一定に規定するスペーサを配置することを目的としてビーズを含有するインクを塗布する工程などへの適用が期待されている。

ここで上記ビーズを含有するインクに着目すると、該インクには直径数μｍ程度の樹脂製のビーズが溶媒中に含有されており、長時間滞留させた場合に該ビーズが沈降する、あるいは凝集することがある。その結果、インク供給を行う配管内やインクジェットヘッド内部でのビーズ詰まりを起こし、インクジェットヘッドの安定的な吐出動作が確保できない問題が発生する。或いは、ビーズの濃度が局所的に変化することに応じて吐出液滴内に含有されるビーズ数も変化し、所望の数量範囲内にビーズ数をコントロールして、インクを塗布することが困難となるという問題が発生する。

かかる固形成分の沈降や凝集という問題は、ビーズ含有インクに限定されず、比較的大きな固形成分、或いはインクの主溶媒との比重が大きく異なる固形成分を含有する場合に顕著となり、例えば顔料を含有するインクや金属を含有するインク等でも同様の問題が発生する。

従って、上記のようなインクを適切に使用するためには沈降を防ぐための手段が必要となり、常時或いは沈降するタイミングよりも頻繁にインクを流動させるなどの攪拌動作を行う必要がある。

インクの固形成分の沈降を防ぐ手段として、例えば、インク供給経路を常時流動させる手段が特許文献１に開示されている。特許文献１によれば、インク貯留部からインクジェットヘッドへインクを供給するインク供給経路中に送液ポンプを配置して加圧しながらインクをインクジェットヘッドに送るとともに、インク返送路からインクを貯留部へと戻す循環システムを形成している。これにより、常時インク循環を可能とし、その結果インク中の顔料の沈降を抑制するものである。

また、特許文献２には、サブタンクからインクジェットヘッドを通ってインク袋へ繋がるインク供給経路を形成し、サブタンクをインク袋よりも上方に配置することによって水頭差によってインクを流動させ、流動後はインク袋を加圧してインクを逆流させてサブタンクにインクを戻す手法が開示されている。

特許文献２に開示された手法については、固形成分の沈降を抑制させる効果について記載はないものの、インクを流動させる構成であるため固形成分を攪拌させて沈降を抑制する効果があると認められる。
特開２００３−５３２１３号公報（平成１５年２月２５日公開） 特開平１０−１１４０８１号公報（平成１０年５月６日公開）

しかしながら、特許文献１及び２に記載の従来の手法では、以下に示すような問題が生じる。

具体的には、特許文献１に記載された手法では、インクを送るポンプがインクジェットヘッドに繋がるインク流路中に配置されている。

送液に用いられるポンプとしては、チューブをローラ等の押圧部材でチューブ長さ方向にしごくことによって液を送るチューブポンプや、ダイヤフラムの動きによって容積を変化させて液を送るダイヤフラムポンプなどが知られている。特にインクジェット装置においては接液部分がチューブのみに限定でき、インクが汚染される虞の少ないチューブポンプが送液ポンプとして使用される例が多い。

しかしながら、チューブポンプにおいては、チューブをしごいて液を押し出すたびに、送液動作が周期的に寸断されるためインクは脈打つように送液され、その結果、圧力変動がインク中に発生する。

このため、インクジェットヘッドへ直接繋がる流路中にチューブポンプ等の圧力変動を起こすポンプを配置すれば、上記インクジェットヘッドのノズル部へ直接的に圧力変動が伝播することとなる。その結果、ノズル部に形成したインクのメニスカスを破り、ノズル内からインクが漏れる、或いはノズル内に空気が吸い込まれる、などの不具合が発生する危険性がある。従って、特許文献１のようにポンプを使用して送液する場合には脈動のメニスカスへの影響に対して格段の配慮が必要となる。

また、特許文献２に記載の手法のように水頭差を利用してインクを流しながらインクジェットヘッドを動作させる手法は、急激な圧力変動を発生させない点で良好なインク送液手法であるが、インクジェット装置を設計する上での制限が発生する。例えばインクの所望の流速を実現させるためには、サブタンクからインクジェットヘッドまでの流路抵抗値と、サブタンク及びカートリッジの鉛直方向の配置位置と、を調節する必要があり、それぞれを独立に設計および配置することができない。

より具体的には、インク流路の流路抵抗が高い場合には、サブタンクとカートリッジとの高低差を大きくするような設計が必要となる。さらに、装置構成を決定した後では流速を容易には変更できなくなる。このため、例えば固形物の沈降を起こさない最適な流速で決定した上でインクジェット装置の設計に取り掛からねばならない、あるいは装置構成後に流速を変化させるには装置の大幅な改造が必要になる場合がある等の問題が生じる。

本発明はかかる課題を鑑み、圧力変動を抑制して安定的な吐出動作を実現させるとともに、送液するインクの流速および上記インク袋の配置位置を独立して設計可能とすることを目的とする。

すなわち、本発明に係るインクジェット装置は、可撓性を有し、インク入口およびインク出口を少なくとも有する第１のインク袋と、可撓性を有し、インク入口およびインク出口を少なくとも有する第２のインク袋と、インク供給口およびインク排出口を備えるインクジェットヘッドと、インクの移送手段である送液ポンプとを有するインクジェット装置であって、第１のインク袋が有するインク入口と、第２のインク袋が有するインク出口とが上記送液ポンプを介して連結されており、第１のインク袋が有するインク出口と、インクジェットヘッドが有するインク供給口とが連結され、第２のインク袋が有するインク入口と、インクジェットヘッドが有するインク排出口とが連結されていることによって、第１のインク袋、インクジェットヘッド、第２のインク袋、送液ポンプの順でインクを循環可能な第１のインク流路が形成されていることを特徴としている。

上記の発明によれば、送液ポンプを動作することによりインクジェットヘッドにインクを送液することができる。そして、インクジェットヘッドと送液ポンプとが可撓性を有する第１のインク袋および第２のインク袋を介して接続されているため、送液ポンプに起因した圧力変動を第１のインク袋及び第２のインク袋とが吸収する。つまり、第１のインク袋及び第２のインク袋は圧力伝播の衝撃を緩める。このためインクジェットヘッドのノズル部に到達する圧力変動が小さくなり、メニスカスの破壊を防ぐことができ、ノズル部のインクに不具合が生じ難い。これにより、ノズル部のインク中に含まれる固形成分の沈降および凝集を効果的に防止することができる。

さらに、第１のインク袋及び第２のインク袋内部のインクの圧力を自由に設定できるため、装置の機械的な配置を考慮することなくインクジェットヘッドのノズル部のメニスカス維持が安定的に行える圧力にインク圧力を設定することができる。また、インクを循環させる動作は送液ポンプにより行うため、第１のインク袋と第２のインク袋に印加する圧力に差を設ける必要はない。

そして、これにより顔料、プラスチック粒子、金属粒子等の固形成分を含むインクを使用する場合であっても、固形成分の凝集沈殿および沈降を防止することができるインクジェット装置を提供することができる。

また、本発明に係るインクジェット装置では、上記第１のインク袋および第２のインク袋を収容する容器を備え、上記容器は、上記第１のインク袋および第２のインク袋の内部圧力を制御可能であることが好ましい。

具体的には後述するが、上記構成によれば、一つの圧力制御が可能な容器内部に第１のインク袋と第２のインク袋とを配置するため、圧力制御のためのセンサー、気体ポンプ、容器は各１個備えられていればよく、第１のインク袋及び第２のインク袋それぞれに対して備えられている必要がなく、装置構成が簡略化できる。

また、第１のインク袋と第２のインク袋とを、それぞれ別の圧力制御可能な容器に配置して圧力制御した場合には、設定圧力に対しての誤差がそれぞれ発生するため第１のインク袋及び第２のインク袋に印加する圧力に差が生じ得る。このため第１のインク袋内部の圧力と第２のインク袋内部の圧力とに不所望な圧力差が発生してインクをインクジェットヘッドを介して送液する作用が発生する。本発明では、１つの圧力制御が可能な容器内部に配置する構成上、かかる作用は発生せず、送液の制御をより正確に行うことが可能となる。

また、本発明のインクジェット装置では、上記第１のインク袋が有するインク出口と、上記第２のインク袋が有するインク入口とがインクの移送を遮断可能な弁を介して連結されることによって、補助インク流路が形成されていることが好ましい。

本発明では、インクジェットヘッドに繋がるインク流路と並行にインクジェットヘッドを介さない補助インク流路が形成されている。

上記補助流路により、流路抵抗の大きいインクジェットヘッドを介することなくインクを送液することができるので、第１のインク袋及び第２のインク袋内部のインクを攪拌することを目的にインクの送液速度を速めることが容易となる。また、後述する第３のインク袋を配置して、インクを第１のインク袋もしくは第２のインク袋にインクを充填する場合、第１のインク袋と第２のインク袋とにそれぞれ個別にインクを充填することもできる。

また、本発明のインクジェット装置では、インクが貯留されている第３のインク袋が、上記第１のインク袋および第２のインク袋の少なくとも一方とインクの移送を遮断可能な弁を介して連結されていることが好ましい。

これにより、第１のインク袋もしくは第２のインク袋内のインクが減少した場合に第３のインク袋からインクを補充できる。従って、第１のインク袋及び第２のインク袋のサイズは小さくてもよく、インクの圧力制御と送液ポンプの動作に伴う圧力変動の吸収の機能に特化させることができる。また、第３のインク袋はインクの移送を遮断可能な弁を介して接続されるため、第１のインク流路での送液動作と独立して、第３のインク袋内部におけるインクの保全動作を行うことができる。

また、本発明のインクジェット装置では、上記第３のインク袋は第１のインク袋および第２のインク袋に比して容量が大きいことが好ましい。

上記のとおり、第１のインク袋と第２のインク袋はインクの圧力制御と送液ポンプの動作に伴う圧力変動の吸収の機能に特化させ、その上で第３のインク袋は消費したインク分だけ補充することに役割を分担させることができる。従って第３のインク袋の容量を第１のインク袋及び第２のインク袋の容量に比べて大きくすれば、第３のインク袋内部のインクが無くなって交換する頻度を下げることができる。

また、本発明のインクジェット装置では、インク中の溶存気体を除去する機能を有する脱気モジュールを具備し、上記脱気モジュールは、第３のインク袋と連結されており、第３のインク袋から移送されたインクの溶存気体を順次脱気する機能を有することが好ましい。

例えば第３のインク袋の容量を大きい、或いはインクの使用量が極少量でよい、ことを理由に第３のインク袋を交換する頻度が少ない場合において、長期に第３のインク袋内にインクを充填させている状態では、袋材を通して周囲の大気気体がインク中に取り込まれ、溶存気体量が増加する場合がある。このような場合、溶存気体量が増えると気泡を発生しやすく、また気泡はインクジェットヘッドの動作においてインクを吐出できない原因となるため、溶存気体量は低く維持することが望ましい。

上記の構成によれば、長期保持する可能性のある第３のインク袋内部のインクにおける溶存気体を脱気することができる。また、溶存気体を脱気する動作は、第１のインク流路中でインクを送液する動作と同時に、これと独立に行うことができるので、並行して行うことが可能であり、該脱気動作を長時間行うことが可能となるので、十分な脱気性能を保持することが可能である。

また、本発明に係るインクジェット装置では、上記第３のインク袋を振動させる振動手段をさらに具備することが好ましい。

これにより、沈降しやすい含有物を有するインクであっても、第３のインク内のインクを攪拌させることができ、含有物の沈降を抑制して保持することが可能なインクジェット装置を提供することができる。

また、本発明に係るインクジェット装置の動作方法は、上記インクジェット装置を用い、上記第１のインク流路においてインクを送液させながら、インクジェットヘッドを動作させてインク液滴を吐出させる方法である。

これにより、インクジェットヘッドにインクを送液させて含有物の沈降を抑制させる動作を行いながらインクジェットヘッドを動作させることができる。また、インク袋によって送液ポンプに起因した圧力変動を抑制することができるので、ノズル部のメニスカスを維持させることが可能である。

本発明のインクジェット装置は、以上のように、可撓性を有し、インク入口およびインク出口を少なくとも有する第１のインク袋と、可撓性を有し、インク入口およびインク出口を少なくとも有する第２のインク袋と、インク供給口およびインク排出口を備えるインクジェットヘッドと、インクの移送手段である送液ポンプとを有するインクジェット装置であって、第１のインク袋が有するインク入口と、第２のインク袋が有するインク出口とが上記送液ポンプを介して連結されており、第１のインク袋が有するインク出口と、インクジェットヘッドが有するインク供給口とが連結され、第２のインク袋が有するインク入口と、インクジェットヘッドが有するインク排出口とが連結されていることによって、第１のインク袋、インクジェットヘッド、第２のインク袋、送液ポンプの順でインクを循環可能な第１のインク流路が形成されているものである。

それゆえ、インクジェットヘッドと送液ポンプとが可撓性を有する第１のインク袋および第２のインク袋を介して接続されているため、送液ポンプに起因した圧力変動を可撓性を有する、第１のインク袋及び第２のインク袋とが吸収する。つまり、第１のインク袋及び第２のインク袋は圧力伝播の衝撃を緩める。このためインクジェットヘッドのノズル部に到達する圧力変動が小さくなり、メニスカスの破壊を防ぐことができ、ノズル部のインクに不具合が生じ難い。これにより、ノズル部のインク中に含まれる固形成分の沈降および凝集を効果的に防止することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態について図１ないし図３に基づいて説明すれば、以下の通りである。

＜インクジェット装置の構成＞
図１は本発明に係るインクジェット装置において、インクジェットヘッド３にインクを供給するための主要なインク流路４０を示している。

ここで、第１のインク袋１からインクジェットヘッド３、第２のインク袋２、送液ポンプ４、そして第１のインク袋１に繋がるインク流路が本発明で規定する第１のインク流路である。

また、インクの流れを止める手段として、電磁弁１２、電磁弁１３、電磁弁１４、電磁弁１５、電磁弁１６および電磁弁２７がある。そして、第１のインク流路中には、第２のインク袋２、電磁弁１５、送液ポンプ４、電磁弁１４、第１のインク袋１、電磁弁１２、電磁弁２７、インクジェットヘッド３、電磁弁１６、電磁弁１３および第２のインク袋２の順に配置されている。

また、第１のインク袋１と第２のインク袋２との間に、送液ポンプ４とインクジェットヘッド３を介さない補助インク流路が形成されており、インクの流れを止める手段として、電磁弁１８がある。

詳細には、第１のインク袋１のインク入口１ａおよび第２のインク袋のインク出口２ｂは、電磁弁１４、送液ポンプ４および電磁弁１５を介して連結されている。一方、第１のインク袋１のインク出口１ｂおよびインクジェットヘッド３のインク供給口３ａは、電磁弁１２、２７を介して連結されており、第２のインク袋のインク入口２ａおよびインクジェットヘッド３のインク排出口３ｂは、電磁弁１３、１６を介して連結されている。

第１のインク袋１と第２のインク袋２とは、鉛直方向に対して同じ高さに配置されており、インクジェットヘッド３は、第１のインク袋１および第２のインク袋２よりも鉛直方向に沿って低い高さに設置されている。また、第１のインク袋１と第２のインク袋２とは容器２４内に設置されている。さらに、該容器２４にはポンプ２５と圧力センサー２６とが接続されている。

また、容器２４内の圧力は負圧状態（減圧状態）であることが好ましい。例えば、インクジェットヘッド３と第１のインク袋１及び第２のインク袋２との鉛直方向に沿った高低差が５０ｃｍに設定されている場合、水頭差分の圧力は５ｋＰａとなる。このままでは、インクジェットヘッド３のノズル部からインクが垂れ落ちてしまう。そこで、例えば、容器２４内の圧力を−７ｋＰａに設定することで、インクジェットヘッド３では２ｋＰａの負圧になるため、第１のインク袋１より低い圧力を保持でき、また、インクジェットヘッド３のノズル部でのメニスカス位置を若干ノズル部内側に引き込むことができ、これによりインクジェットヘッド３の吐出動作が安定する。

また、上記容器２４を使用せずに、第１のインク袋１と第２のインク袋２とをインクジェットヘッド３より鉛直方向に対して低い位置に配置してもよい。例えばインクジェットヘッド３と第１のインク袋１との高低差が２０ｃｍに設定されている場合、高低差による水頭差分の圧力は２ｋＰａとなる。これにより、上記と同様な効果が得られる。

さらに、第１のインク袋１から、電磁弁１２、電磁弁１７、送液ポンプ６および第３のインク袋５へと接続されるインク流路が第２のインク流路として設けられている。また、第１のインク袋１からインクジェットヘッド３までのインク流路から分岐して、インクジェットヘッド３から第２のインク袋２までのインク流路に接続している電磁弁１８を含むインク流路は、第１のインク袋１と前記第２のインク袋２との間にインクジェットヘッド３を介さない補助インク流路として設けられている。

そしてさらに、上記第２のインク流路中には、電磁弁２０、送液ポンプ７、脱気モジュール２３および電磁弁１９を通るインク流路が第３のインク流路として、第２のインク流路から分岐する形で形成されている。

また、脱気モジュール２３を動作させるためには数Ｐａ程度まで真空排気することが要求されるため、脱気モジュール２３には、別途、圧力センサー１１が設置されたバッファタンク９を介して真空ポンプ１０が接続されている。また、さらには真空ポンプ１０が非動作状態でも確実にバッファタンク９を真空状態に保持させるための電磁弁２１及び、バッファタンクを一旦大気圧に復帰させるための電磁弁２２も配置されている。

また、第３のインク袋５は、攪拌機８に連結されており、第３のインク袋５に対して外部から振動を与えることができる。

なお、第１のインク袋１、インクジェットヘッド３などを連結するインク配管はステンレスなどの金属配管、或いは、ポリプロピレン、ＰＦＡなどの樹脂性配管が挙げられる。材料の選定にあたっては、インクに含有される固形成分がインク配管内壁に付着する、或いは、インクによって配管が侵される場合があるため、使用するインクとの組み合わせによって適宜最適な材料を決定すればよい。

第１のインク袋１および第２のインク袋２は、袋内のインク容量が増減したときに自由に形状を変えられる可撓性を有する袋である。具体的には、本発明におけるインクジェットヘッド３の使用範囲において、大気圧に対し、±１０ｋＰａの圧力変化が可能なものであり、後述する図３に示す圧力変化に応じた袋容量が可変されるものである。さらに、第１のインク袋１及び第２のインク袋２は、非通気性であることが望ましく、これらを形成する材料として、例えば、ポリエチレンフィルムを母材として外側にＳｉ０_２ 膜が形成された積層フィルム、ナイロンフィルム、または、これらにアルミ箔を積層したフィルムなどが挙げられる。本発明における第１のインク袋１および第２のインク袋２としては、ポリエチレンフィルム、押出ポリエチレンフィルム、アルミニウム箔およびナイロンフィルムを積層させたフィルムが用いられている。

インクジェットヘッド３は、少なくともインク供給口、インク排出口およびインクが吐出されるノズル部を有しており、第１のインク袋１側には供給口が、第２のインク袋２側には排出口がインク配管を介してそれぞれ接続される。

インクジェットヘッド３内部の構成も特に指定されないが、インク中の固形成分が沈降、凝集しないためには極力インクの流れが滞留しないようなインク経路が形成されていることが好ましい。

また、インクジェットヘッド３内部のインク供給口付近には図示しないフィルタが配置されていることが好ましい。該フィルタは、インク内に含有された意図した固形成分以外の上記固形成分より大きなサイズの異物が除去されることを目的とする。本実施の形態ではインクの送液方向が一方向であるため、上記フィルタは、インクを吐出する部位であるノズル部までのインク供給口付近に配置しておけばよい。

送液ポンプ４及び６及び７として、具体的には、チューブポンプ或いは液体向けダイヤフラムポンプを用いればよい。各送液ポンプはインクを送液する方向を逆転させたい場合には、チューブポンプを選定することが好ましい。これにより、チューブポンプのモータを逆転させるだけで容易に送液方向を逆転させることができる。また、送液ポンプ４のモータの回転数を制御することで、第１のインク流路のインク送液速度を制御することを可能とする。

また、チューブポンプを用いることにより、モータの回転を停止することでインクの流れも止められるため、インク流路中で送液ポンプの前後に接続された電磁弁を削減することができる。具体的には、送液ポンプ４の前後の電磁弁１４および電磁弁１５を、送液ポンプ６の上流に備えられた電磁弁１７を使用しなくてもよい。

また、送液ポンプ７は、脱気モジュール２３にインクを通して溶存気体を除去することを目的とするため、送液速度が高速であれば溶存気体の除去能率が低下する。使用する脱気モジュール２３の性能及び所望とする脱気レベルに応じて送液速度を設定し、それに対応する性能の送液ポンプを選定すればよい。

例えば、株式会社潤工社製のＭＢＳ脱気モジュール−１６００を用いた場合、２５℃の溶存酸素飽和水から溶存酸素を８０％脱気する際には、４．８ｍｌ／ｍｉｎの流量が設定される。

真空ポンプ１０も、脱気モジュールの性能に係わるため、脱気モジュールの仕様に合わせて選定すればよい。一般的には数百Ｐａ程度の真空状態が要求されるため、相応の真空ポンプを選定する必要がある。例えば比較的小型の真空ポンプとしてはアルバック機工株式会社製のダイヤフラムポンプＤＡＰ−６Ｄが挙げられる。また、圧力センサー１１も上記の設定圧力が計測できるレベルのセンサーを選定する必要がある。

攪拌機８もまた特に方式は限定されないが、モータ等により往復振動できる機能を有して、その上に第３のインク袋を搭載できる構成であればよい。また、インク流路中に、インクの流れを止めるために設定している電磁弁１６、２７は、電源がオフ時に閉となるノーマリクローズを選定することが望ましい。これにより異常時に速やかに弁が閉状態となり、インクジェットヘッドのノズル部よりインクが垂れ落ちるなどの事態を回避することができる。

なお、上記はインクジェット装置において本発明に係わる、インクジェットヘッド３へインクを供給するためのインク流路について説明している。インクジェット装置のその他の部位に関しては一般に知られる装置を用いればよい。

次に、本発明に係るインクジェット装置全体の構成例を図２に示す。図２に示すインクジェット装置５０の例では、土台となるベース２８上にインクが吐出される被処理物２９を載置するためのステージ３０が備えられている。また、このステージ３０上の被処理物２９上に対してインクを吐出する液滴吐出手段としてのインクジェットヘッド３と、該インクジェットヘッド３をｘ方向に移動させるｘ方向駆動部３１及びｘ軸と直交するｙ方向に移動させるｙ方向駆動部３２とを具備する。さらにまた、インクジェットヘッド３に上記インクを供給するインク供給ユニット３３と、インクジェットヘッド３を定期的にクリーニングするためのメンテナンスユニット３４と、インクジェットヘッド３の吐出制御や、ｘ方向駆動部３１及びｙ方向駆動部３２を用いてインクジェットヘッド３を被処理物２９上の所定の領域に移動する駆動制御など、各種の制御を行うコントロールユニット（図示せず）と、が具備している。コントロールユニットは、ＣＰＵなどで構成することができ、インクジェットヘッド、送液ポンプ、電磁弁、振動手段、真空ポンプなどのインクジェット装置内の部材を制御することができる構成となっている。

ここで、インク供給ユニット３３内に、上記のインク供給を目的とするインク流路が形成される。またインク供給ユニット３３には必要に応じて、廃液機能やクリーニング機能を付与してもよい。

そして、コントロールユニットからはｘおよびｙ方向駆動に対して塗布位置制御情報が出力されてインクジェットヘッド３は所定の位置に移動した後、さらにコントロールユニットよりインク吐出情報が出力されて、インクが目的とする位置に、所望のインクが着弾、塗布される。

＜インクジェット装置の動作方法＞
以下、本実施例に記すインクジェット装置の動作方法を説明する。

（インクの充填方法）
まず、第３のインク袋５から第１のインク袋１へのインク充填は、電磁弁１３、１４、１５、１６、１８、１９、２０、２７を閉として、電磁弁１２、１７を開とする。第３のインク袋５は第１のインク袋１より鉛直方向上方に配置されているため、高低差に基づく水頭差によってインクが送液され、第１のインク袋１へインクが充填される。

なお、インクの充填に関しては、必ずしも水頭差を利用することなく送液ポンプ６を用いてインクを充填してもよい。

なお、図示しない容量センサーによって、第１のインク袋１へのインク充填の終了を検知することが好ましい。具体的にはインクの充填に伴う第１のインク袋１を光学的に検知するなどすればよい。

また、第３のインク袋５から第２のインク袋２へのインク充填は、電磁弁１２、１４、１５、１６、１９、２０、２７を閉として、電磁弁１３、１７、１８を開とする。第３のインク袋５は第２のインク袋２より鉛直方向上方に配置されているため、高低差に基づく水頭差によってインクが送液され、第２のインク袋２へインクが充填される。

なお、インクの充填に関しては、必ずしも水頭差を利用することなく送液ポンプ６を用いてインクを充填してもよい。

なお、図示しない容量センサーによって、第２のインク袋２へのインク充填の終了を検知することが好ましい。具体的にはインクの充填に伴う第２のインク袋２を光学的に検知するなどすればよい。

なお、第１のインク袋１と第２のインク袋２とに初期充填するインク量の設定については後述する。

（第１のインク流路の送液動作）
本実施例では、第１のインク流路中ではインクを送液しながらインクジェットヘッド３を動作させる。以下には第１のインク流路において、第１のインク袋１からインクジェットヘッド３を介してインクを送液する動作方法を説明する。

まず、電磁弁１７、１８を閉として、電磁弁１２、１３、１４、１５、１６、２７を開とする。送液ポンプ６のモータを回転させることで、第２のインク袋２から第１のインク袋１へインクが送液され、送液ポンプ６のモータの回転数によって速度を設定することができる。

そして、インクを送液させながら、インクジェットヘッド３を動作させる。インクジェットを動作させる最中も第１のインク流路にインクを送液させて固形成分の沈降を抑制させるので、良好な吐出状態を維持し続けることが可能となる。

ここで、第１のインク流路中でインクが流れ始める動作及び、第１のインク袋１と第２のインク袋２に初期充填するインク量の設定について図３を用いながら説明する。

図３はインク袋内部へとインクを充填していく過程でのインク量とインク圧力との関係を説明するための簡略図である。横軸がインク袋内のインク容で、縦軸はインク圧力を示している。

ここで、可撓性を有するインク袋の特性として以下の状態Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに分類する。

まず、状態Ａは、インク袋内部のインク量が零の状態付近であり、インク量の増加によりインク圧力も増加する状態である。これは、インク量がゼロの場合にはインク袋が形状因子として膨らもうとする力が働くことに起因しているが、ここでは本領域に関しての詳細説明は省略する。

状態Ｂは、インク容量を増やしても応力が増加しない状態であり、インク圧力は一定である。

状態Ｃは、袋の許容するインク容量に近づき始めた状態であり、袋が膨らまないように応力が発生し始める領域である。すなわち、第１のインク袋１および／または第２のインク袋２のインクは、インク袋の容量未満となっている。

状態Ｄは、袋が許容するインク容量にインク量が到達した状態であり、もはやインク量は増加することができず、インク圧力のみが増加していく。

さて図１において、まず、第３のインク袋５から第２のインク流路を通って、第１のインク袋１及び第２のインク袋２にインク充填する。第１のインク袋１に充填するインク量（体積）を図３で示す点１（インク量＝Ｖ１、インク圧力＝Ｐ１）とする。また、第２のインク袋２に充填するインク量を図３で示す点２（体積＝Ｖ２、応力＝Ｐ２）とする。

次に、各電磁弁を開き、送液ポンプ４を動作させ、第２のインク袋２から第１のインク袋１へとインクを移動させる。送液を開始した時点では、インク量は図４において点１、点２ともに状態Ｂにあるため、第２のインク袋２と第１のインク袋１との内部の圧力は等しく（Ｐ１＝Ｐ２）差圧がないため、第１のインク袋１からインクジェットヘッド３を介して第２のインク袋２へのインクの流れが起きない。しかし、送液ポンプ４の動作を続けると、第２のインク袋２から第１のインク袋１へインクが移動することで、第２のインク袋２のインク量はＶ２からＶ２’に減少する。また、インク袋内部の応力Ｐ２’はインク充填後の応力Ｐ２と変化しないが、第１のインク袋１は状態Ｂから状態Ｃに移行して、インク量はＶ１からＶ１’に増加、応力もＰ１からＰ２に増加し、両インク袋間で差圧（Ｐ１’＞Ｐ２’）が発生する。ここで初めて圧力差によりインクの流れが発生するため、第１のインク袋１からインクジェットヘッド３を介して第２のインク袋２への送液が開始される。

以上から、両インク袋に初期充填するインク量はともに状態Ｂに設定すべきである。また、インクジェットヘッド３への送液は第１のインク袋１のインク圧力が上昇し始めることによって開始するため、第１のインク袋１のインク量は状態Ｃにちかい状態Ｂに設定するとよい。

ここで、送液ポンプにより発生した脈動分を袋で吸収する作用について図３を用いて以下簡単に説明する。

チューブポンプなどの送液ポンプによる送液動作において、送液動作が周期的に寸断されることでインクは脈打つように送液され、その結果圧力変動がインク中に発生する。このため、インクジェットヘッドへ直接繋がる流路中にチューブポンプ等の圧力変動を起こすポンプを配置すれば、上記インクジェットヘッドのノズル部へ直接的に圧力変動が伝播することとなる。それを防ぐために、本装置では、ポンプを配置する位置を第１のインク袋と第２のインク袋との間にしている。これにより、ポンプで発生した脈動は配管を通り、第２のインク袋に移動して、その脈動分をインク袋の伸縮によって吸収することができる。具体的には、例えば、送液中の第１のインク流路において、第１のインク袋中のインク量が図３の図中で示す点３（体積＝Ｖ３、応力＝Ｐ３）の位置の時（図３の状態Ｃ）であるとする。脈動による圧力変動は、より正確には体積変動できない場合に圧力変動となるものであり、ポンプ動作によって（圧力）×（体積）が増加する。

状態Ｃでは、圧力変動と共に体積変動も同時に起こるため、体積変動が起こらない場合に比べて圧力変動量を抑えることができる。すなわち、インク袋が膨らむことで増加した体積分だけ圧力上昇を抑止するので、先に接続されたインクジェットヘッドまで脈動が伝わることを防止することができる。なお第１のインク袋中のインク量が図３の状態Ｂであれば、圧力変動は体積変化に効果的に変換されるため、圧力変動はほぼ吸収できる。また、インク袋中のインク量が点４（体積＝Ｖ４、応力＝Ｐ４）の位置の時（図３の状態Ｄ）は、脈動が袋中に侵入しても袋が最大に膨れ上がった状態であるため、体積Ｖ４は変化できず、圧力Ｐ４のみが大きく変化するだけなので、袋がこれ以上膨らむことができず緩衝材として機能しない。このため、ポンプで起こった脈動はインク袋を通過してインクジェットヘッドまで伝わる。従って、インク袋の使用範囲として図３における状態Ｄを外すことが好ましい。

また、上記の通り差圧を発生させることによってインクジェットヘッド３にインクを送液させることも考慮すれば状態Ｂではなく、状態Ｃを利用することとなる。ただし、これは特段に精密な制御を必要とするものではなく、第１のインク袋１及び第２のインク袋２を上記のような状態Ｂに設定した状態で送液ポンプ４を動作すれば、自動的に第１のインク袋１は状態Ｃに到達して動作しつづけることとなる。

（第２のインク流路のインク送液動作）
以下では、第１のインク袋１から、電磁弁１２、電磁弁１７、送液ポンプ６および第３のインク袋５へ、並びに、第２のインク袋２から、電磁弁１３、電磁弁１８、電磁弁１７、送液ポンプ６および第３のインク袋５へと接続される第２のインク流路での送液動作について説明する。なお、これらの動作は、インク流路４０の内部に備えられた図示しないＣＰＵによって制御されることができる。

本動作は、上記第１のインク流路によるインク送液動作を行った後、第２のインク流路を用いて、第１のインク袋１内と第２のインク袋２内のインクを入替る動作、又は、第１のインク袋１または第２のインク袋２へのインク補充動作である。

まず、第１のインク袋１および第２のインク袋２のインクを第３のインク袋５へ戻す。具体的には、電磁弁１３、１４、１５、１６、１８、２７を閉じて、電磁弁１２、１７を開き、送液ポンプ６を動作させて第１のインク袋１のインクを第３のインク袋５に送液させる。また、電磁弁１２、１４、１５、１６、２７を閉じて、電磁弁１３、１８、１７を開き、送液ポンプ６を動作させて第２のインク袋２のインクを第３のインク袋５に送液させる。

次に、第１のインク袋１と第２のインク袋２とへ第３のインク袋５から再度インクを充填する。具体的には、初期充填時と同様に、電磁弁１３、１４、１５、１６、１８、２７を閉じて、電磁弁１２、１７を開き、送液ポンプ６を動作させて第３のインク袋５からインクを第１のインク袋１に送液させる。また、電磁弁１２、１４、１５、１６、２７を閉じて、電磁弁１３、１８、１７を開き、送液ポンプ６を動作させて第３のインク袋５のインクを第２のインク袋２に送液させる。なお、インク送液の終了は、第１のインク袋１と第２のインク袋２とに容量センサーを設けて所定の容量に達した時点で終了させるとよい。

以上により、再度第１の流路によるインク送液動作を開始することができる。

（第３のインク袋５中におけるインクの脱気動作）
本動作は、上記第１のインク流路の送液動作と並行して実施できる。なお、バッファタンク９は、真空ポンプ１０及び圧力センサー１１によって、既に所定の圧力に設定しており、真空ポンプ１０は動作していないものとして以下説明する。

さて、本動作は、電磁弁１７を閉とし、電磁弁１９及び２０を開とする。次に、送液ポンプ７を動作させて第３のインク袋５中のインクを順次循環させ、脱気モジュール２３にインクを通す。これにより、送液されたインクは脱気され、溶存気体の量を低下させることができる。

本動作は、上記の通り、第１のインク流路の送液動作と並行して実施できるので、インクジェット装置が動作している間、継続して脱気動作を行うことができるので、十分な脱気性能を維持しつづけることができる。

また本実施例に記載のインクジェット装置では、第１のインク袋１、第２のインク袋２、などの袋の外部から若干量とも気体がインク中に吸収されても、上記のインク送液動作によって第３のインク袋５に戻すことができる。そして、該気体を吸収したインクを本動作により脱気モジュール２３に通すことにより、再度気体を除去して溶存気体量を低下させることが可能である。

或いは、電磁弁１６或いは１７の開閉動作に伴ってインクジェットヘッド３のノズル部のメニスカスが破壊され、外部の空気をインクジェットヘッド３内部に取り込んでも、脱気済みインクを継続して送液させ続けることができるので、徐々に該気体を吸収して回復させることも可能となる。

なお、真空ポンプ１０の動作は、圧力センサー１１をモニターしながら時々行えばよい。ただし、インクジェットヘッド３を動作している状態では、真空ポンプ１０の動作に伴う振動が液滴吐出の動作不良を起こす場合があるため、作動させないことが望ましい。

（第３のインク袋５におけるインクの攪拌動作）
本動作は、攪拌機８を動作させることによって行う。攪拌機は往復振動させる等の動作により、第３のインク袋５を振動させ、この振動を内部のインクに伝播させることによってインク中の固形成分の攪拌を行うものである。本動作は、振動を加えるものであるため、インクジェットヘッド３の動作を行わない、非稼働時に実施する方がよい。

なお、以上に記した実施例においては、インクジェットヘッド３が一つの場合を記しているが、インク流路に対して並列或いは直列に、複数のインクジェットヘッド３を配置してもよい。使用する用途に応じて適宜設計すればよい。

なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明によれば、液体中に含まれる固形成分の沈降を効果的に防止することが可能であるため、液体の濃度を常に一定に保ち、かつ装置内における目詰まりを防止することによって、より精度よくデバイス製造等に適用できる。

本発明に係わるインクジェット装置の実施例のインク供給経路を説明する図である。 本発明に係わるインクジェット装置全体の構成例を説明するための図である。 本発明に係わるインクジェット装置でサブタンクとして使用する袋の特性を説明する図である。

符号の説明

１ 第１のインク袋
１ａ インク入口
２ｂ インク出口
２ 第２のインク袋
２ａ インク入口
２ｂ インク出口
３ インクジェットヘッド
３ａ インク供給口
３ｂ インク排出口
４ 送液ポンプ
５ 第３のインク袋
６ 送液ポンプ
７ 送液ポンプ
８ 振動手段
９ バッファタンク
１０ 真空ポンプ
１１ 圧力センサー
１２〜２２ 電磁弁
２３ 脱気モジュール
２４ 容器
２５ ポンプ
２６ 圧力センサー
２７ 電磁弁
２８ ベース
２９ 非処理物
３０ ステージ
３１ ｘ方向駆動部
３２ ｙ方向駆動部
３３ インク供給ユニット
３４ メンテナンスユニット
４０ インク流路
５０ インクジェット装置

Claims (8)

1. 可撓性を有し、インク入口およびインク出口を少なくとも有する第１のインク袋と、
   可撓性を有し、インク入口およびインク出口を少なくとも有する第２のインク袋と、
   インク供給口およびインク排出口を備えるインクジェットヘッドと、
   インクの移送手段である送液ポンプとを有するインクジェット装置であって、
   第１のインク袋が有するインク入口と、第２のインク袋が有するインク出口とが上記送液ポンプを介して連結されており、
   第１のインク袋が有するインク出口と、インクジェットヘッドが有するインク供給口とが連結され、第２のインク袋が有するインク入口と、インクジェットヘッドが有するインク排出口とが連結されていることによって、
   第１のインク袋、インクジェットヘッド、第２のインク袋、送液ポンプの順でインクを循環可能な第１のインク流路が形成されていることを特徴とするインクジェット装置。
2. 上記第１のインク袋および第２のインク袋を収容する容器を備え、
   上記容器は、上記第１のインク袋および第２のインク袋の内部圧力を制御可能であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット装置。
3. 上記第１のインク袋が有するインク出口と、上記第２のインク袋が有するインク入口とがインクの移送を遮断可能な弁を介して連結されることによって、
   補助インク流路が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット装置。
4. インクが貯留されている第３のインク袋が、上記第１のインク袋および第２のインク袋の少なくとも一方とインクの移送を遮断可能な弁を介して連結されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のインクジェット装置。
5. 上記第３のインク袋は第１のインク袋および第２のインク袋に比して容量が大きいことを特徴とする請求項４に記載のインクジェット装置。
6. インク中の溶存気体を除去する機能を有する脱気モジュールを具備し、
   上記脱気モジュールは、第３のインク袋と連結されており、
   第３のインク袋から移送されたインクの溶存気体を順次脱気する機能を有することを特徴とする請求項４または５に記載のインクジェット装置。
7. 上記第３のインク袋を振動させる振動手段をさらに具備することを特徴とする請求項４〜６の何れか１項に記載のインクジェット装置。
8. 請求項１〜７の何れか１項に記載のインクジェット装置を用い、上記第１のインク流路においてインクを送液させながら、インクジェットヘッドを動作させてインク液滴を吐出させることを特徴とするインクジェット装置の動作方法。

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