JP2010221182A - インキ供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インキジェット装置のノズルのメンテナンスの際に、インキノズルのインキメニスカスの形状がノズル開口部で所定の形状になるように、ノズル内のインキ圧力を、所望の値に、できるだけ短時間で到達するような手段を備えたインキ供給装置を提供すること。
【解決手段】ダイヤフラムポンプを駆動してインキ供給タンクからインキ吸上げ、ダイヤフラムポンプを駆動して前記インキを加圧してインキジェットヘッドに備わるインキノズルまでインキを送り出すインキ供給装置において、前記インキノズル内のインキ圧力と予め設定した目標圧力の差を検出しながら、その差に比例した前記ダイヤフラムポンプのポンプ駆動速度設定をすることを特徴とするインキ供給装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶ディスプレイに使用するカラーフィルタ基板の製造あるいは電子基板の電極形成等に使用するインキジェット装置のインキジェットヘッドにインキを供給するためのインキ供給装置に関する。

たとえば、カラーフィルタの製造方法としては、インキジェット方式が注目されている。インキジェット方式によってカラーフィルタを製造する場合、透明基板上に撥インキ性を持った遮光パターンを形成し、その遮光パターンを隔壁とする開口部にＲ、Ｇ、Ｂの３色のインキを吐出して透過性着色画素部を形成する。このため、フォトリソグラフィー法と比べ、インキの無駄もほとんど発生せず、また、同時に３色画素を形成することができるので、工程が短縮され、現像工程からの廃液もないので環境負荷の低減とコストダウンが期待できる。

しかしながら、インキを吐出するためのインキジェットヘッドは、基板の大型化、生産性向上のためのタクトアップ、カラーフィルタの高精細化が進む中で、吐出の安定性、吐出量の再現性が強く要求されるようになった。吐出の安定性／再現性は、ノズル開口部のインキのメニスカスの形状とそのノズル内の位置に強く依存し、これを一定に保つことが重要である。一定に保つには、ノズル中のインキを押し出す圧力の制御が問題である。特許文献１に示されるようなインキ塗工手段での圧力制御方法が知られている。

インキジェットヘッドが接続されたインキ塗工手段（以下、ノズルとも記す）におけるインキジェットヘッドのインキ圧力を調整する方法は大きく２つある。その１つは水頭差方式であり、ヘッドのノズル液面の高さとインキ供給タンクの液面高さで調整する方法である。これはインキ供給タンクとの水頭差でインキ供給タンクに液面センサを取り付け、水頭差を調整する。もう１つは閉鎖インキ経路でのインキジェットヘッドのインキ圧力を圧力センサで測定し、所定の設定圧力にポンプによる圧力制御を行なってインキジェットヘッドのノズル面のメニスカスを安定させる方法がある。

上記の水頭差による圧力制御の方式では、インキ供給タンクが大気開放されているために、インキが空気に触れることで、固形化やゲル化して異物の原因となる問題がある。それと比較し、閉鎖経路でのインキ圧力調整方式ではインキがポンプからノズルまでの経路内で大気と触れないため、異物が発生し難い。また、経路を洗浄する際もインキを洗浄液に置き換えることで洗浄が容易になるという利点がある。

特開２００８−２８９９８３号公報 特開２００８−４９５８２号公報 特開２００５−２８８９８３号公報

しかしながら、インキ圧力調整方式においてもノズル開口部先端は大気に触れており、インキ吐出時やヘッドのメンテナンス時にポンプによりインキを引き込みすぎると、ノズルから微少な空気を引き込み、インキメニスカスが不安定化してその後の吐出安定性や吐出量の再現性を悪化させ、インキの不吐出を引き起こしたり、吐出量がばらつくことでム
ラが発生したりするという問題があった。しかし、インキ吐出メンテナンス時にインキ圧力制御を弱くすると、インキ吐出メンテナンス後に所望のインキ圧に到達する時間が遅くなり、タクトタイムが長くなるという問題点があった。
そこで本発明は、ノズルのメンテナンスの際に、インキノズルのインキメニスカスの形状がノズル開口部で所定の形状になるように、ノズル内のインキ圧力を、所望の値に、できるだけ短時間で到達するような手段を備えたインキ供給装置を提供することを課題とした。

上記の課題を解決するための請求項１に記載の発明は、ダイヤフラムポンプを駆動してインキ供給タンクからインキ吸上げ、ダイヤフラムポンプを駆動して前記インキを加圧してインキジェットヘッドに備わるインキノズルまでインキを送り出すインキ供給装置において、前記インキノズル内のインキ圧力と予め設定した目標圧力の差を検出しながら、その差に比例した前記ダイヤフラムポンプのポンプ駆動速度設定をすることを特徴とするインキ供給装置としたものである。

また、請求項２に記載の発明は、前記ダイヤフラムポンプの駆動速度に速度上限値としてインターロック機能を備えたことを特徴とする請求項１記載のインキ供給装置としたものである。

また、請求項３に記載の発明は、前記インキ圧力が、前記目標圧力を予め設定した圧力以上下回った場合、当該状態を報知する手段を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインキ供給装置としたものである。

また、請求項４に記載の発明は、前記目標圧力を自動又は手動にて変更することが可能であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項にインキ供給装置としたものである。

また、請求項５に記載の発明は、前記インキ供給タンクとダイヤフラムポンプの経路に一時的にインキを貯めるサブタンクを設け、該サブタンクに接続された真空ポンプにより、サブタンクに貯蓄されたインキ内の溶存空気を脱気する脱気手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項にインキ供給装置としたものである。

請求項１の発明によれば、インキ送出手段からインキノズルまでの配管経路を閉鎖系とし、インキ供給装置のインキ圧力の制御方式を比例方式とすることで、ノズル内インキ圧力の目標圧まで短時間で到達できる。この結果、インキ吐出メンテナンス時間が短縮され、タクトタイムが向上できる。またメンテナンス後のインキ吐出の安定性／再現性が高まる。

請求項２の発明によれば、インキ圧力制御によるインキ送出手段のダイヤフラムポンフサーボモータ速度に、インキ種類によって異なる適度なインターロックとなる値を掛けることにより、インキジェットヘッドからのエアの混入を防ぎ、製品の品質安定性の向上作用がある。

請求項３の発明によれば、ノズル近傍に設置された圧力センサによって、インキジェットヘッドのインキ圧力が設定した圧力より大きく下回った時に、作業者に報知することで、早期に回復手段をとることができる。

請求項４の発明によれば、インキ吐出メンテナンス時と塗工時に異なるモードのインキ
圧力制御を行なうことで、塗工時にインキジェットヘッドからエアを吸い込むことが無く、製品の品質異常を防ぐ効果がある。

請求項５の発明によれば、インキ内に溶け込んでいるエアを、インキをサブタンク内に一時的に貯留している時に真空脱気により取り除くことができるので、インキ吐出量安定性を向上出来る。

本発明に係るインキ供給装置の実施形態を表した図である。 インキ供給装置の動作フローの概略を表した図である。 インキ吐出メンテナンス時のインキ圧力の測定データである。

（第１の実施の形態）
図１はインキ供給装置の概略の構成を示すブロック図である。本発明をこの図１を使用して詳細に説明する。

インキ１が充填されたインキボトル（材質は、例えばポリプロピレン・ポリエチレン等のインキで変質しないもの）をインキ加圧缶３（材質は、例えばステンレス等の金属にて耐圧性が高いもの）に収めたものをインキ供給源５とし、該インキ加圧缶を重量測定器２など常時重量を測定できる状態にしてある。それによりインキ内容量を常時把握でき、またインキ供給源５にはインキ送出手段として窒素加圧等のための配管が接続されている。

このインキ供給源５の上流に送出用のチューブが接続されており、インキはベントエア抜きのためのバルブ１５が接続されたフィルター１６を通液し、サブタンク７に一時的に貯蓄される。サブタンク７は真空ポンプ１７が接続されており、一時的に貯蓄されたインキを送液バルブ６、送液バルブ８を閉じた後に脱気する脱気手段１８を備えている。そして、サブタンク７の別の下流にインキ送出手段９を備え、インキ送出手段９のダイヤフラムポンプを稼動させることで、下流端であるインキジェットヘッド１４への高精度なインキの供給、吐出を行うものである。

インキ送出手段９は吸引側と送出側に分かれているダイヤフラムポンプを備え、インキ供給源５側をインキ強制吸引する吸引側とし、インキ塗工手段側をインキが強制送出する送出側としてチューブに接続されている。また、図示されているようにインキ送出手段には、ダイヤフラムポンプを駆動させるサーボモータ１０が接続されていて、このサーボモータ１０の動作によってインキの吐出を正確に行なえるようにダイヤフラムポンプが駆動制御され、さらに吐出停止もサーボモータ１０の動作によって制御される。

また、本インキ供給装置において、インキジェットヘッド１４近傍にインキノズル内のインキ圧力を常時検知する圧力センサ１２が設けられている。この圧力センサ１２は、検知したインキ圧力をデータとしてインキ送出手段におけるサーボモータ側に送信出来るようになっている。このインキ供給装置ではインキ供給稼動時において、インキノズル内のインキ圧力を、ノズル開口のインキメニスカス面が所望の形状を呈し、且つ所定に位置に位置するよう予め設定された範囲（例えば−４０００±２５０Pa）に収まるようにサーボモータ１０がダイヤフラムポンプを駆動させる。その駆動によるノズル内のインキ圧力のデータと予め設定されたデータに差がある場合には、それがサーボモータ１０側にフィードバックされポンプ駆動が制御されることで、インキ圧力が所定の圧力に収束するようになっている。

また、インキ吐出時には塗工するパターンに応じて、インキジェットヘッド１４が予め
設定されたインキ吐出動作を行う。その場合、ノズル内でのインキ圧力が適正な圧力条件となるように、上記に記載したように制御された圧力とタイミングで強制的にインキを送り込むことで、インキ吐出動作を適正なものとすることができる。

また、インキ吐出メンテナンス時では制御をメンテ制御モードに切り替え、インキ吐出メンテナンスを行なう。図３にメンテナンス吐出時のインキ圧力変動の一例を示す。制御の強さを比例制御の係数として、比例制御１に従来の係数、比例制御２に制御１より大きい係数を入力した。この時、図３を見ると、比例制御１の場合は圧力が安定するまで２００秒以上かかっているのに対し、比例制御２は１２０秒程度で安定し、より短時間でメンテナンス出来る事が分かる。
この際、比例制御の係数を大きくしすぎると、まれにインキ圧力がオーバーシュートし、設定圧力を大きく下回る事や、激しくインキ圧力が上下に振れる現象が起きる。この現象が起きると、ヘッドのノズルからエアが入り、塗工した場合に不吐出が発生する可能性が大きくなる。そこで、インキセンサで検知した情報を作業者が確認できるよう、インキ圧力をインキ供給装置表示盤に示すように設けられている。

（第２の実施の形態）
インキ供給装置の第２の実施の形態について述べる。前述した第１の実施の形態と同様の機能を行なうものについては重複する説明は省略する。
第２の実施の形態のインキ供給装置において第１の実施の形態と異なる点は、インキ脱気手段であるサブタンク７と真空ポンプ１７の経路を迂回し、送液バルブ６から送液バルブ８にバイパス経路を繋いだものである。送液バルブ６と送液バルブ８は３ポートのバルブとすることが好ましい。脱気手段１８を迂回することで、インキの脱気はできなくなるが、インキ供給源に接続されている窒素加圧手段を高圧力で加圧することにより、より高圧力でインキを送出することが可能となる。高圧力（例えば、ノズル近傍で３０ｋＰａ〜４０ｋＰａ）でインキを送出すると、インキ吐出メンテナンス時にインキジェットヘッドのノズル近傍に入り込んだ微少なエアを押し出し、取り除く作用がある。インキに溶存空気が殆ど無い場合には、第２の実施の形態によりインキジェットヘッド近傍のエアを抜くことで、脱気手段を経ずとも吐出量再現性を維持できる利点がある。

１・・・インキ
２・・・重量測定器
３・・・インキ加圧缶
４・・・窒素加圧手段
５・・・インキ供給源
６・・・送液バルブ１
７・・・サブタンク
８・・・送液バルブ２
９・・・インキ送出手段
１０・・・サーボモータ
１１・・・送液バルブ３
１２・・・圧力センサ
１３・・・インキ分配マニホールド
１４・・・インキジェットヘッド
１５・・・ベントバルブ
１６・・・フィルター
１７・・・真空ポンプ
１８・・・脱気手段

Claims (5)

1. ダイヤフラムポンプを駆動してインキ供給タンクからインキ吸上げ、ダイヤフラムポンプを駆動して前記インキを加圧してインキジェットヘッドに備わるインキノズルまでインキを送り出すインキ供給装置において、前記インキノズル内のインキ圧力と予め設定した目標圧力の差を検出しながら、その差に比例した前記ダイヤフラムポンプのポンプ駆動速度設定をすることを特徴とするインキ供給装置。
2. 前記ダイヤフラムポンプの駆動速度に速度上限値としてインターロック機能を備えたことを特徴とする請求項１記載のインキ供給装置。
3. 前記インキ圧力が、前記目標圧力を予め設定した圧力以上下回った場合、当該状態を報知する手段を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインキ供給装置。
4. 前記目標圧力を自動又は手動にて変更することが可能であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項にインキ供給装置。
5. 前記インキ供給タンクとダイヤフラムポンプの経路に一時的にインキを貯めるサブタンクを設け、該サブタンクに接続された真空ポンプにより、サブタンクに貯蓄されたインキ内の溶存空気を脱気する脱気手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項にインキ供給装置。

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