JP2009220000A - 塗布装置及びそのインク充填方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 インクジェットヘッドを有する塗布装置であって、負圧を印加する第1の手段、低圧を印加する第2の手段、高圧を印加する第3の手段、及び制御手段と、前記制御手段により制御される開閉弁をインク補充・供給配管に、そして複数の切換え弁をメインタンクへの圧力付加配管路等を備え、
タンクに低圧を印加しタンクからノズル吐出先端部にインクを充填し、さらにタンクに高圧を印加して供給配管中の滞留空気を排出し、タンクに所定の負圧を加えて「メニスカス」を形成して印字する直前に、タンクに印加する圧力を高圧から低圧へ1回以上切換えるよう圧力供給源及び開閉・切換弁等の制御を行なう。
【選択図】 図1
Description
カラーフィルタ生産に対して塗布装置が応用されるのは、薄いガラスの表面に「ブラックマトリクス」と呼ばれる微細な格子状の遮光部を形成したカラーフィルタ基材に、遮光部の格子により形成されたその微細な区画(画素)にインクを吐出する装置として利用されている。
この従来の簡便なノズルのクリーニング方法では、家庭用の小型のもので、使用頻度の低い塗布装置では大きな問題では無いが、工業用で使われる大型の装置では使用頻度が高く、ノズル先端の清掃もそれにつれて頻度が高く、併せてノズルの総数が莫大な数であるため、拭き取るインク量も相当な量となって、それを吸収する吸湿材を大量に必要とし、その設置の占有するスぺースが大きなものとなって大型の塗布装置では実用性に問題があり、またノズル内部の気泡によるインクの吐出不良の問題に対応する方法にはならない。
また、インクジェット記録装置の回復系清掃方法として、少なくとも印字開始前或いは印字終了後に所定量の第1の予備吐出動作を伴う第1の印字動作と、少なくとも印字開始前或いは印字終了後に前記所定量より多い第2の所定量の第2の予備吐出動作を伴う第2の印字動作とを、判定基準に基づいて切換え実行する方法によるもの(特許文献2)等がある。
そのためにノズルからインクを吐出するためのインパクト(急激な圧力上昇)が滞留する気泡を圧縮される分としてかなりのエネルギーが吸収されてしまい、インクの適正な吐出にならず、ノズル洗浄を行なうなど点検・調整などが必要となり、塗布装置をすぐさま使用開始することができないという問題があった。
従来のインクジェット方式の塗布装置で適用されていた、インク供給配管への単一圧力の印加による充填、例えばインク供給流路にインクを
1)15〜30kPa程度の低い圧力(以下、低圧と記す)で充填する、
又は
2)30〜80kPa程度の中程度の圧力(以下、中圧と記す)で充填する、
又は
3)80〜150kPa程度の高い圧力(以下、高圧と記す)で充填する
などの単一の充填操作では、産業用インクジェット等の非常に多くの数のノズルを必要とする塗布装置においては、供給経路中のノズル直前のインク溜まり等に滞留した気泡を十分に排除することは実現できないことを確認した。
インクジェットヘッドを有する塗布装置であって、負圧を印加する負圧印加手段、低圧を印加する低圧印加手段、高圧を印加する高圧印加手段、及び制御手段と、前記制御手段により制御される複数の開閉弁および切換弁をインクタンクへの管路に備え、
インクの充填工程として、前記タンクに低圧を印加して前記タンクから前記配管路を経てノズル吐出先端部までインクを充填したあと、該タンクに少なくとも1回の高圧を印加し次いで、
印字直前の工程として、タンクへの圧力印加を高圧印加から低圧印加へ1回以上切換え、各工程を印字前に制御手段により制御・実行する。
また、印字直前の工程における高圧印加と低圧印加の圧力差を50KPa以上とする。
さらに、印字直前の低圧印加の上限を30kPaとする。
処の装置及び、そのインクの充填方法である
インク充填工程として、前記タンクに低圧を印加して前記タンクから配管路を経てノズル吐出先端部までインクを充填したあと、該タンクに少なくとも1回の高圧を印加することにより、配管系の管壁や継ぎ手部に存在する微少な気泡の確実な除去が可能となり、
次いで、印字直前工程として、タンクへの圧力印加を高圧印加から低圧印加へ1回以上切換えることにより、最初の高圧印加によりヘッドノズル内やノズル内壁に付着する微少気泡が圧縮され、気泡の体積収縮によりノズル内壁との接触面積が減少し、さらに気泡の形状も球形に近くなり、流動し易い状態となり、高圧から低圧への圧力の急変動(圧力スイング)によって、ノズル内の微少気泡をノズルから確実に排出することが可能となった。
図1は本発明によるインクジェット方式の塗布装置においてインクジェットヘッドへのインク充填を可能とするシステムの概念を現わすシステム構成図、図2は、メインタンク4への圧力を印加する圧空源のシステム要部のブロック図、図3は前記システムの工程フロー図である。ノズル(図示せず)が形成されたインクジェットヘッド1は、ヘッド制御基板2からの指令によりインクジェットヘッド1のノズルからのインクの吐出動作及び停止等が制御される。インクジェットヘッド1はインク供給配管3を介してメインタンク4と連結されインクが供給される。
メインタンク4へはインク補充配管5を介し、サブタンク6と直結され、インクが補充される。
インク供給配管3とインク補充配管5には、供給電磁弁10と補充電磁弁11が設けられ装置全体のシステム制御手段(図示せず)からの指令で弁の開閉動作が行われる。
図2は、メインタンク4への圧力を印加する圧空源9の内部を示すブロック図であり、15〜30kPa程度の低圧を発生する「低圧を印加する低圧印加手段」である低圧源9Lと、80〜150kPa程度の高圧を発生する「高圧を印加する高圧印加手段」である高圧源9Hの2つの圧力源が圧力調節器を介して、適宜三方切換弁7Cにより低圧と高圧がメインタンク4へと印加される。
初めの工程では、まずサブタンク6からメインタンク4へのインクの補充の工程であり、供給電磁弁10が「閉」、補充電磁弁11が「開」の状態から真空ポンプ8を起動し、三方切換弁7Aの操作によりメインタンクを負圧にする。メインタンク4を負圧状態に保つことによりサブタンク6からメインタンク4へインクが補充される。この流入量が適量に達した後、補充電磁弁11を「閉」とし、第1工程を終了する。
なお、第3工程は繰り返し実施してもよい。
したがって、この時の圧力は高い程この滞留した気泡の体積変化が大きく、壁面との接触面積が減少し、より気泡の流動性が高まるので好ましいが、あまり高く、時間も長いとノズルから流出するインクの量が増加して好ましくない。
なお、第4工程、第5工程を行なったあと、必要に応じ、第4工程、第5工程を繰り返し実施してもよい。
その塗布装置を第4、第5工程を含まない充填方法(以下、従来方法という)、即ち、前述の第1工程〜第3工程後に第6工程を実施するインクの充填工程のあと、通常の塗布動作を行なった。その結果、単独ヘッドではインクの連続吐出動作が確認できた12個のヘッドではあるが、12個を装着した塗布装置で同時にインクの連続吐出動作をさせると、初めから一部のノズルからの液滴の着弾が欠落していることを確認した。このことは、ノズルに近い供給経路中に気泡が滞留したノズルがかなりの数で存在したことを意味する。
その結果、本発明の方法では、初めから12個のインクジェットヘッドの全てのノズルの液滴の着弾を確認できた。
1)ヘッド内の洗浄液(PMA等の有機溶剤)を排出する
2)インクジェットヘッドへのインクを比較するそれぞれの方法で充填する
3)クリーニング: 不織布などによるノズル周辺の拭き取り
4)フラッシング: 全ノズルからのインク吐出
5)試験印字(インク欠の確認)
また、試験後のプロセスも同様に、
1)メインタンクからノズルまでの全インクの強制排出
2)洗浄液充填(メインタンクからノズルまで充填)
と共通化した。
従来方法によるインク充填後のノズルからのインク吐出結果を以下に述べる。
初めの工程として供給電磁弁、補充電磁弁11を共に「閉」とし、真空ポンプ8を起動して三方切換弁7Aの操作でメインタンク4に負圧を印加し、補充電磁弁11を「開」としてサブタンク6からメインタンク4にインクの適正量の供給を行う第1工程を終え補充電磁弁11を「閉」とした。
2番目の工程として三方切換弁7A,7B,7Cの操作により圧空源9の低圧源9Lから圧力調節器を介して15〜30kPaの低圧をメインタンク4へ印加して、供給電磁弁を「開」としてメインタンク4からインク供給配管を通してインクジェットヘッド1のノズルへインクを充填した。
これによって供給配管中の空気が排出され、最後にインクがノズルより排出される。
引き続き、3番目の工程として三方切換弁7Cの操作により圧空源9の高圧源9Hから圧力調節器を介して140kPaの高圧をメインタンク4に印加して全ノズルからインクの吐出を確認した後、供給電磁弁10を「閉」とし、三方切換弁7Bの操作によりメインタンクを大気開放する。こうしてインクの排出と同時に滞留気泡の排出・除去によるインク充填を行なった。
これによって、低圧では排出し切れなかった供給配管中の微細な気泡が排出される。
本発明のインクジェットヘッド1へのインク充填方法による結果を以下に述べる。
従来方法と同じように、初めの工程として供給電磁弁、補充電磁弁11を共に「閉」とし、真空ポンプ8を起動して三方切換弁7Aの操作でメインタンク4に負圧を印加し、補充電磁弁11を「開」としてサブタンク6からメインタンク4にインクを供給した。
2番目の工程として三方切換弁7A,7B,7Cの操作により圧空源9の低圧源9Lから圧力調節器を介して15〜30kPaの低圧をメインタンク4へ印加して、供給電磁弁を「開」としてメインタンク4からインク供給配管を通してインクジェットヘッド1のノズルへインクを充填した。
引き続き、3番目の工程として三方切換弁7Cの操作により圧空源9の高圧源9Hから圧力調節器を介して140kPaの高圧をメインタンク4に印加し全ノズルからインクの吐出を確認した後、供給電磁弁10を「閉」とし、三方切換弁7Bの操作によりメインタンクを大気開放する。これによってインクの排出と同時に滞留気泡の排出・除去によるインク充填を行なった。
そして、比較例1と同じように、6番目の工程として
三方切換弁7Aの操作により、真空ポンプ8からメインタンク4に所定の負圧(本例では−1KPa中心に0.5KPaの変動幅)を与え、インクジェットヘッド1の全てのインクジェットノズルが適正なメニスカスをつくる第6工程を終了した。
その結果、表2に示すように、「ノズル欠数」は0個、又は1個まで激減した。
インク充填工程として、メインタンクに低圧を印加して前記タンクから配管路を経てノズル吐出先端部までインクを充填したあと、該タンクに少なくとも1回の高圧を印加することにより、配管系の管壁や継ぎ手部に存在する微少な気泡を除去したうえで、
インクジェットヘッド1の全てのインクジェットノズルに適正なメニスカスをつくり印字する直前に、タンクに印加する圧力を高圧から低圧へ1回以上切換えるよう圧力供給源及び開閉・切換弁等の制御を行なう
ことにより、ノズル不吐出を著しく低減させることができ、これにより産業用のインクジェット塗布装置のように多数のノズルを有するインクジェットヘッドによって、ノズル欠数のない塗布が可能となり、インクジェット塗布の本来の特徴を生かした塗布製品の品質向上、製品のコストダウンに大きく寄与できる。
2 ヘッド制御基板
4 メインタンク
8 真空ポンプ
9 圧空源
Claims (6)
- インクジェットヘッドを有する塗布装置であって、負圧を印加する負圧印加手段、低圧を印加する低圧印加手段、高圧を印加する高圧印加手段、及び制御手段と、前記制御手段により制御される複数の開閉弁および切換弁をインクタンクへの管路に備え、
インクの充填工程として、前記タンクに低圧を印加して前記タンクから前記配管路を経てノズル吐出先端部までインクを充填したあと、該タンクに少なくとも1回の高圧を印加し次いで、
印字直前の工程として、タンクへの圧力印加を高圧印加から低圧印加へ1回以上切換える工程からなることを特徴とするインクジェット塗布装置のインク充填方法 - 印字直前の工程における高圧印加と低圧印加の圧力差を50KPa以上とする請求項1記載のインク充填方法
- 印字直前の低圧印加の上限を30kPaとする請求項1ないし請求項2のインク充填方法
- インクジェットヘッドを有する塗布装置であって、負圧を印加する負圧印加手段、低圧を印加する低圧印加手段、高圧を印加する高圧印加手段、及び制御手段と、インクタンクへの配管路に前記制御手段により制御される複数の開閉弁および切換弁と、
前記タンクに低圧を印加して前記タンクから前記配管路を経てノズル吐出先端部までインクを充填したあと、該タンクに少なくとも1回の高圧を印加する、前記制御手段により制御されたインク充填工程と、
タンクへの圧力印加を高圧印加から低圧印加へ1回以上切換える、前記制御手段により制御された印字直前工程から構成されることを特徴とするインクジェット塗布装置 - 印字直前工程の高圧印加と低圧印加の圧力差が50KPa以上である請求項4に記載のインクジェット塗布装置
- 印字直前の低圧印加の上限が30kPaである請求項4ないし請求項5のインクジェット塗布装置
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