JP2010240509A - 気液分離装置およびそれを用いたインクジェット装置並びにインクジェット装置の廃液方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ヘッドのドレン側に液体用ポンプを接続して吸引動作を一定時間行なうことでドレン抜きを行なっていたために、液体用ポンプの吸引圧力が直接ヘッドのメニスカス部分に影響することによる不吐出が生じた。
また、液体用ポンプがキャップ部での予備吐出時の吸引動作も兼ねて行なっていたために、この動作に対しては流量が少なく予備吐出したインクが周囲に飛散する問題が生じた。
【解決手段】
ドレン用の配管を有するインクジェットヘッド、バルブ、気液分離装置、吸引手段、キャップを有するインクジェット装置において、上記の気液分離装置の構造として、第１の領域と第２の領域に分離部材によって仕切られ、第１の領域にヘッドとキャップからのインク流入ポートと圧力センサポート、第２の領域にインク排出ポートと真空エジェクタポートを設け、分離部材は液体流入口からのミストを遮るようにかつ液体が浸らないように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェット塗布装置のヘッドからの廃液やキャップ部分からの廃液経路中に設ける気液分離装置およびその廃液方法に関する。

近年、半導体装置や、液晶表示装置の製造工程においては、半導体ウェハやガラス基板上に機能性薄膜を形成する製膜プロセスがあり、そのプロセスを行なう装置のひとつとしてインクジェット塗布装置が用いられる。この塗布装置においては、ヘッドから機能性インクを吐出することで塗布を行ない、薄膜を形成するものである。

近年機能性インクの種類も多様化が進み、塗布するための膜材を溶かすための溶剤も腐食性や侵食性の高い溶剤が使用されるケースが多く、そのためインクジェット塗布装置内の流路材質も高耐薬性の部材を使用する必要がある。

インクジェット塗布装置におけるヘッドは、使用頻度などの点からも家庭用インクジェット装置と比較した場合に、着弾位置精度信頼性、吐出信頼性ともに非常に高いレベルを要求される。このため、ヘッドに対し定期的にヘッドのドレンラインからインクを排出することで内部のエアを流し出すドレン抜き、ヘッド内部に滞留したエアを吐出することで追い出すパージ動作などのメンテナンスを行なうことで吐出状態の安定維持、長寿命化を図っている。

特開２００１−３２８２８３号公報によれば、インクを吐出して記録行う記録ヘッドと、該記録ヘッドにインクを供給するためのインクタンクと、該インクタンクから供給されるインクを一時的に貯留し、大気連通口を有するサブタンクと、前記記録ヘッドの非記録時にキャッピングすると共に、回復時に吐出されるインクを受ける回復桶と、該回復桶からインクを吸引する吸引ポンプとを有し、前記回復桶から吸引したインクを前記サブタンクに戻して再使用するインクジェット記録装置において、前記サブタンクは、インクと空気を分離する分離手段を有している。この構成によれば、ポンプ流量が増加した場合や、泡の発生し易いインクを用いた場合、インクが無いにも拘わらずインク有りと誤検知して泡インクを送り出して正常な記録ができないという問題を解決している。

また、特開２００７−１３６７６０号公報によれば、気泡分離器７０は、密閉容器７２を備えており、この密閉容器７２には、インクが流入される流入口７４と、インクが流出される流出口７６が形成されている。流入口７４は流出口７６よりも高い位置に形成されている。密閉容器７２には、流入口７４から流入されたインクＩを一時的に堰き止める４つの分離堰が形成されている。４つの分離堰でインクＩが堰き止められることにより、このインクＩに混入されている気泡がインクから分離される。インク等の液体が一度に多量に流入されたとしても、インクを溢れさせずに、流入された液体から気泡を分離できることが開示されている。

さらに、特開２００７−２５３３２８号公報によれば、インクカートリッジ１は、インク収容室７を外部に連通させる大気開放流路１１と、大気開放流路１１の途中に設けられた空気室１３とを備え、空気室１３は、インク収容室７内にインク５を貯留可能な空間として区画形成され、大気開放流路１１は、一端１５ａがインク収容室７内の底壁７ａ内面に接近した位置に開口し他端１５ｂが空気室１３の底壁１３ａを貫通し底壁１３ａ内面に接近した位置に開口する下部開放流路１５と、一端１７ａが空気室１３の天井壁１３ｂ内面に接近した位置に開口し他端１７ｂが天井壁１３ｂを貫通して外部に開口した大気開放孔である上部開放流路１７と、を有することが開示されている。この構成によれば、空気室を形成するためのコストアップを招くことなく、液体収容室内の空気が熱膨張しても液体を空気室に貯留して外部への漏洩を防止することができるとしている。

特開２００１−３２８２８３号公報 特開２００７−１３６７６０号公報 特開２００７−２５３３２８号公報

上記着弾位置精度、吐出精度ともに非常に高い信頼性レベルの要求に答えるために、ヘッドに対し定期的にヘッドのドレンラインからインクを排出することで内部のエアを流し出すドレン抜き、ヘッド内部に滞留したエアを吐出するなどのメンテナンスを実施する必要がある。この構造ではヘッドのドレン側に液体用ポンプを接続して吸引動作を一定時間行なうことでドレン抜きを行なっていたために、液体用ポンプの吸引圧力が直接ヘッドのメニスカス部分に影響することによる不吐出が生じていた。

また、インクの種類を変更した場合に粘度の違いにより適切な吸引圧力に設定する必要があるが、従来の構成では動作時間を変化させることだけしかできないために、定量的なヘッドメンテナンスを施すことが困難であり、ヘッドを不吐出や着弾ズレのない良好な状態に長期間保つこと困難であった。

また、液体用ポンプがキャップ部での予備吐出時の吸引動作も兼ねて行なっていたために、この動作に対しては流量が少なく予備吐出したインクが周囲に飛散する問題が生じていた。

さらに、インクが周囲に飛散することで、再びノズル面に付着し吐出精度が低下した
り、飛散したインクにより周囲を汚濁することもあった。

本発明は上記問題を鑑み、その解決法を提案するものである。

本発明では、液体流入口と液体流出口と大気連通口を有する気液分離装置であって、液室が液体流入部及び圧力センサを有する第一領域と液体流出部及び負圧を発生させ気体を吸引し排出する気体排出部を有する第二領域に分離部材によって仕切られ、前記分離部材は液体流入口からのミストを遮るようにかつ液体が浸らないように構成されていることを特徴とする。

本発明では、気液分離装置とインクジェットヘッドとバルブと吸引手段とインクジェットヘッドを保護するキャップを有するインクジェット装置であって、インクジェットヘッドのドレン配管側に配置したことを特徴とする。

本発明では、インクジェットヘッドのドレン配管、キャップのドレン配管両方が接続されていることを特徴とする。

本発明では、上記吸引手段と気液分離装置との間にインクを捕獲するフィルタを設けたことを特徴とする。

本発明では、上記圧力センサの検出値をもとにして流出口のポンプ駆動の制御を行なう制御手段を有することを特徴とする。

本発明では、前記気液分離装置におけるインクジェット装置の廃液動作であって、インク流出口に連通するポンプを駆動後気液分離装置の上部の大気開放弁を開くことで気液分離装置内のインクを排出するインクジェット装置の廃液方法を特徴とする。

本発明では、液体流入口と液体流出口と大気連通口を有する気液分離装置であって、液室が液体流入部及び圧力センサを有する第一領域と液体流出部及び負圧を発生させ気体を吸引し排出する気体排出部を有する第二領域に分離部材によって仕切られ、前記分離部材は液体流入口からのミストを遮るようにかつ液体が浸らないように構成されていることを特徴とする。

上記構造の気液分離装置を用いることで、インクが真空エシ゛ェクタに入り込むことがなくなり、また、液体用ポンプ動作直後と動作一定時間経過後で検知圧力値が変化することもなくなった。

本発明では、気液分離装置とインクジェットヘッドとバルブと吸引手段とインクジェットヘッドを保護するキャップを有するインクジェット装置であって、インクジェットヘッドのドレン配管側に配置したことを特徴とする。また、上記気液分離装置にはインクジェットヘッドのドレン配管、キャップのドレン配管両方が接続されていることを特徴とする。

これにより、ヘッドのドレン吸引と、キャップ部の吸引という２つの異なる吸引対象に対し、１つの気液分離装置で異なる圧力管理と、吸引流速が速い場合に対しても確実な気液分離が可能となった。

・ 本発明では、上記吸引手段と気液分離装置との間にインクを捕獲するフィルタを設けたことを特徴とする。

これにより、該気液分離装置から真空エシ゛ェクタ方向へ飛散するインクミストを正確にトラップすることができ、真空エシ゛ェクタの信頼性の向上が可能となる。

本発明では、上記圧力センサの検出値をもとにして流出口のポンプ駆動の制御を行なう制御手段を有することを特徴とする。

これにより圧力でヘッドのメンテナンスを管理することができるようになり、より定量的かつ効果的なヘッドメンテナンスをおこなうことができるようになった。

本発明では、前記気液分離装置におけるインクジェット装置の廃液動作であって、インク流出口に連通するポンプを駆動後気液分離装置の上部の大気開放弁を開くことで気液分離装置内のインクを排出するインクジェット装置の廃液方法を特徴とする。

これにより廃液動作時には、空気が外部から気液分離装置内部に流れ込むためにミストが周囲に流出することがなく、周囲を汚染することがない。

本発明における気液分離装置を適用したインクジェット装置配管系統図である。 本発明における気液分離装置内部構造を示す図である。 比較例における気液分離装置内部構造である。 従来のインクジェット装置配管系統図である。

従来技術、実施例の比較結果である。

本発明である、気液分離装置およびそれを用いたインクジェット装置並びにインクジェット装置の廃液方法について以下に説明する。
（実姉例）
本発明では、上記問題を解決するために図１に示すようなインクジェットヘッド装置の配管系統図の装置を製作した。ポンプ４とインクジェットヘッド２の間に気液分離装置１０を設け、気液分離装置１０には圧力センサ１２、真空エシ゛ェクタ１１を接続し、気液分離装置１０と真空エシ゛ェクタ１１の間には大気開放バルブ９、ミストフィルタ１３を設ける構成とした。また、圧力制御手段２１を設けることで、設定した圧力値に対し圧力センサ１２で検出した値に応じてポンプ４を駆動させた。このような構成とすることで気液分離装置１０内の圧力を設定値に保つことができた。

上記インクジェット装置の構成の気液分離装置１０の内部構造を図２に示す。

気液分離装置１０の内部に第一領域１９、第二領域２０を設け、お互いは分離部材１８により隔てられており、各領域の下部分は連通した構造となっている。

第一領域１９には、インクジェットヘッド２とキャップ３からの廃液を受け入れるインク流入ポート１４、圧力センサ１２につながる圧力センサポート１６を設けた。また、第二領域２０には真空エシ゛ェクタ１１につながる真空エジェクタポート１５、ポンプ４へインクの排出を行なう廃液ポート１７を設けた。

気液分離装置１０は気液分離装置本体１０１と気液分離装置蓋１０２から構成され、お互いはＯリング１０３を介して締結された密閉構造となっており、取付け姿勢として気液分離装置蓋１０２が気液分離装置本体１０１の重力方向上側にくるように配置した。

ヘッドのドレン抜き動作時にはポンプ４を駆動させ、ヘッドドレンバルブ７を開くことで、インクジェットヘッド２内のインクがインク流入ポート１４を介して気液分離装置１０内に流れ込み、インクのみを廃液タンク５へ排出している。

また、パージ動作時には、気液分離装置１０内を真空エシ゛ェクタ１１で吸引し、ポンプ４よりも大きな吸引量でキャップ吸引を行なった。

上記気液分離装置１０内のインクを排出する方法として、第一領域１９と第二領域２０を隔てる分離部材１８下端にインクが接する前に、ポンプ４を駆動させ大気開放バルブ９を開くことで気液分離装置１０内のインクを排出した。

このようなインクジェット装置に対して、廃液を行なうポンプ４として０．５Ｌ／ｍｉｎの排気流量、真空エシ゛ェクタ１１として３０Ｌ／ｍｉｎの排気流量のもので
、インクの塗布動作を行なった。

メニスカス破壊による不吐出が発生する件に関しては、気液分離装置１０に圧力センサ１２を設けたことでヘッドメンテナンスを圧力で管理することができ、時間でのメンテナンス管理よりも緻密にヘッドのメンテナンスを行なうことができるようになり不吐出の発生を低減させることができた。

また、インクの種類を変更した際にもメンテナンスパラメータ設定を圧力値で管理ができるようになったため、時間で管理していたときと比べ作業時間を大幅に短縮できるようになった。

また、パージ動作によりインクが周囲に飛散する問題については、パージ動作時に気液分離装置１０内の吸引を真空エシ゛ェクタ１１で行なうことでポンプ４での吸引に比べ大流量でのキャップ吸引が可能となり、飛散インクの発生を大幅に低減することができ、清掃作業時間を低減させることができた。

また、ポンプ４を駆動させたのちに大気開放バルブ９を開くことで気液分離装置１０内のインクの廃液を行なうことで大気開放ポート周辺がインクで汚染されることもなくなった。

また、ミストフィルタ１３のメンブレンを定期的に交換する管理とすることで真空エシ゛ェクタ１１に流れ込むインクを完全になくすことができ、結果として真空エシ゛ェクタ１１が故障することもない。

また、気液分離装置１０に流れ込むインクは、ポンプ４で気液分離装置１０の内部の吸引を行なう場合には液状であり、真空エシ゛ェクタ１１で吸引を行なう場合は、流速が速いためにミスト状となって流れ込む。今回分離部材１８の下端をインク流入ポート１４よりも重力方向下側に設置したことで、真空エシ゛ェクタ１１での吸引時にミスト状となったインクは分離部材１８に衝突し、真空エシ゛ェクタ１１に直接流れ込むことはなくなった。

（比較例）
実施例の
気液分離装置は、第一の領域に圧力センサ１２につながる圧力センサポート１６を設けたが、本比較例では、図３のように第二の領域に圧力センサ１２につながる圧力センサポート１６を設け、第一の領域に真空エシ゛ェクタ１１につながる真空エジェクタポート１５を設けた。

この構成においてポンプ４を動作させた場合、ポンプ動作停止直後と停止数秒後で検知圧力値が変化した。
・ 第二の領域で検出された圧力に基づいてメンテナンス装置を制御すると、実際設定した圧力よりも低い圧力にてヘッドメンテナンスをしている状態となっていた。その結果として液体流入部に連通しているインクジェットヘッド部の実際のメンテナンス動作に影響し、上記で説明したインクジェットヘッドの目詰まりや不吐出が増加した。

これは第二領域に配置した吸引ポートと圧力センサの位置が近いために、第二領域の圧力が第一領域に比べて低下するといった気液分離装置内の圧力分布の影響を受けやすくなったことに起因する。

そこで、実施例に示したようにポンプ吸引時に影響を及ぼさないように、圧力センサポート１６と廃液ポート１７を分離部材１８で隔てることにより、気液分離装置１０内の真の圧力値を検出できるようになり、ヘッドメンテナンスに最適な装置構成が実現できることがわかった。

（従来例）
実際に現在インクジェットヘッド装置に用いられる配管系統図を図４に示す。

インクタンク１に貯留されたインクは、インク供給バルブ６を介してインクジェットヘッド２に供給されることで吐出を行なう。

ヘッドのドレン抜き動作時にはポンプ４を駆動させ、ヘッドドレンバルブ７を開き、インクジェットヘッド２内のインクを廃液タンク５に排出する。

キャップ３はインクジェットヘッド２に対向するように配置され、非吐出時にインクジェットヘッド２を密閉保湿し、インクジェットヘッド２内部に滞留したエアを吐出することで追い出す予備吐出であるパージ動作時には吐出対象となる。パージ動作中はポンプ４を駆動させ、キャップドレンバルブ８を開くことでキャップ３に溜まったインクを吸引し、廃液タンク５に排出する。ポンプ４は動作時間を設定するといった時間管理で運用している。これらのメンテナンスによりインクジェットヘッド２の吐出状態の安定維持、長寿命化を図っている。ポンプ４としては０．５Ｌ／ｍｉｎの排気流量のものを用いた。
（実施例、比較例、従来例の対比実験及び考察）
上記に説明を行なった
実施例、比較例、従来例の構成にて、週に１回の定常クリーニングをおこない、１ヶ月間インクジェット塗布装置を稼動させた場合について、ヘッドの不吐ｃｈ発生回数、真空エシ゛ェクタ故障個数、装置停止時間を調べた。その結果を図５に示す。ここで
使用したヘッドのノズル数は、すべて６４ｃｈである。
比較例では、従来例に比べ、気液分離装置を導入したことで、比較例に対し、ポンプ駆動時のヘッドメニスカス破壊による不吐出発生を低減でき、結果としてヘッドクリーニングに要する時間を低減でき、装置停止時間を減らすことができた。

また、実施例では、比較例に比べ、圧力センサポートと廃液ポートを分離部材で隔てることで不吐発生回数を低減でき、吐出安定性をさらに向上させることができた。

したがって、大型液晶基板、配線装置などのインクジェットを用いた塗布装置などの産業用途においては特に信頼性が重視されることから、本実施例において説明したような気液分離装置、インクジェット装置が好適である。

また、圧力センサ１２の接液部に利用される部材としては、ステンレス、弗素系材料、パーフロロエラストマーなどの部材を用いてもよい。

以上のように実施例に記載の構成でインクジェット装置の廃液系ならびに気液分離装置を作成し、前記廃液方法で処理を行なうことで、省スペースでかつ省メンテナンス時間、吐出安定性を維持できる信頼性の高いヘッドメンテナンスを提供することができた。

１ インクタンク
２ インクジェットヘッド
３ キャップ
４ ポンプ
５ 廃液タンク
６ インク供給バルブ
７ ヘッドドレンバルブ
８ キャップドレンバルブ
９ 大気開放バルブ
１０ 気液分離装置
１１ 真空エシ゛ェクタ
１２ 圧力センサ
１３ ミストフィルタ
１４ 液流入ポート
１５ 真空エジェクタポート
１６ 圧力センサポート
１７ 廃液ポート
１８ 分離部材
１９ 第一領域
２０ 第二領域
２１ 圧力制御手段
１０１ 気液分離装置本体
１０２ 気液分離装置蓋
１０３ Ｏリング

Claims (6)

1. 液体流入口と液体流出口と大気連通口を有する気液分離装置であって、液室が液体流入部及び圧力センサを有する第一領域と、液体流出部及び負圧を発生させ気体を吸引し排出する気体排出部を有する第二領域に分離部材によって仕切られ、前記分離部材は液体流入口からのミストを遮るようにかつ液体が浸らないように構成されていることを特徴とする気液分離装置。
2. 上記請求項１記載の気液分離装置とインクジェットヘッドとバルブと吸引手段とインクジェットヘッドを保護するキャップを有するインクジェット装置であって、インクジェットヘッドのドレン配管側に配置したことを特徴とするインクジェット装置。
3. さらにインクジェットヘッドのドレン配管、キャップのドレン配管両方が接続されていることを特徴とする請求項２記載のインクジェット装置。
4. 上記吸引手段と気液分離装置との間にインクを捕獲するフィルタを設けたことを特徴とする請求項２、３何れかに記載のインクジェット装置。
5. 上記圧力センサの検出値をもとにして流出口のポンプ駆動の制御を行なう制御手段を有することを特徴とする請求項２記載のインクジェット装置。
6. 請求項１記載の気液分離装置におけるインクジェット装置の廃液動作であって、インク流出口に連通するポンプを駆動後気液分離装置の上部の大気開放弁を開くことで気液分離装置内のインクを排出するインクジェット装置の廃液方法。