JP2015112824A - 液体吐出装置、および液体吐出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体吐出ヘッド内及び液体貯留室内で発生した異物に汚染された液体が吐出対象物へ吐出されることを抑制することが可能な液体吐出装置を提供する。【解決手段】本発明の液体吐出装置は、タンク７と、液体貯留室４と、供給動作を行う液体供給部５と、吐出動作を行う液体吐出ヘッド３と、液体貯留室４から液体吐出ヘッド３に供給された液体を、液体吐出ヘッド３から吐出対象物以外に向けて排出させる排出部６と、液体供給部５と液体吐出ヘッド３と排出部９を制御する制御部１０とを有する。制御部１０は、吐出信号が入力されると、排出部９に排出動作を一定時間実行させることによって、液体貯留室内における液体の最大容量と液体吐出ヘッド３内における液体の最大容量との総量以上の液体を排出させ、液体供給部５に供給動作を実行させ、その後、液体吐出ヘッド３に吐出動作を実行させる。【選択図】 図１

Description

本発明は、液体吐出ヘッドから液体を吐出する液体吐出装置、および液体吐出方法に関する。

液体吐出ヘッドから液体を吐出する液体吐出装置は、近年、プリンターなどの民生用機器だけでなく半導体製造装置のような産業用機器にも利用されている。産業用機器として用いられる液体吐出装置が特許文献１、２に開示されている。

特許文献１には、吐出不良を防ぐために液体吐出ヘッドとインクタンクとの間でインクを循環する構成を有する液滴噴射吐出装置が開示されている。

特許文献２には、インクタンクと液体吐出ヘッドとの間に位置し、インクタンクから供給されたインクを一時的に貯留するインク貯留室を有するインク供給装置が開示されている。このインク供給装置には、インク貯留室内のインクがインクタンクへ逆流しないようにするためにインク貯留室内におけるインク面の高さを制御する構成が設けられている。

特開２００８−２６４７６７号公報 特開２０１０−３６４１８号公報

液体吐出装置では、インクが液体吐出ヘッド内や液体貯留室（インク溜め）内に長期間貯留されていると、インクとの接触により液体吐出ヘッドヘッド内や液体貯留室内から異物が溶出し、その異物でインクが汚染される場合がある。産業用機器用の液体吐出装置では、異物に汚染されたインクが吐出対象物に付着すると、当該インクが吐出対象物に悪影響を及ぼす可能性がある。

特許文献１に記載の液滴噴射吐出装置は、インクが液体吐出ヘッドからインクタンクに戻る構成を有している。そのため、液体吐出ヘッド内で発生した異物がインクタンク内に拡散する場合が想定される。この場合、インクタンク内のインクが異物に汚染され、その汚染されたインクが液体吐出ヘッドから吐出対象物に吐出される可能性がある。

一方、特許文献２に記載のインク供給装置では、インク貯留室内のインクがインクタンクへ逆流しないようにインク貯留室内における液面の高さが制御されている。そのため、インクタンク内のインクがインク貯留室内および液体吐出ヘッド内で発生した異物で汚染される事態を回避できる。しかし、インクタンク内のインクはインク貯留室内および液体吐出ヘッド内において異物に汚染されたインクと混ざる（接触する）。したがって、このインク供給装置においても、異物に汚染されたインクが吐出対象物に吐出されることが懸念される。

そこで、本発明は、液体吐出ヘッド内及び液体貯留室内で発生した異物に汚染された液体が吐出対象物へ吐出されることを抑制することが可能な液体吐出装置、液体吐出方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の液体吐出装置は、液体が貯留されているタンクと、前記タンクに連通している液体貯留室と、前記タンクと前記液体貯留室との間に位置し、前記タンクに貯留されている液体を前記液体貯留室に供給する供給動作を行う液体供給部と、前記液体貯留室に連通し、前記液体貯留室から供給された液体を吐出対象物に向けて吐出する吐出動作を行う液体吐出ヘッドと、前記液体貯留室から前記液体吐出ヘッドに供給された液体を、前記液体吐出ヘッドから前記吐出対象物以外に向けて排出させる排出動作を行う排出部と、前記液体供給部と前記液体吐出ヘッドと前記排出部を制御する制御部とを有する。この制御部は、吐出信号が入力されると、前記排出部に前記排出動作を一定時間実行させることによって、前記液体貯留室内における液体の最大容量と前記液体吐出ヘッド内における液体の最大容量との総量以上の液体を前記液体吐出ヘッドから排出させ、前記液体供給部に前記供給動作を実行させ、その後、前記液体吐出ヘッドに前記吐出動作を実行させる。

上記目的を達成するため、本発明の液体吐出方法は、液体が貯留されているタンクと、前記タンクに連通している液体貯留室と、前記液体貯留室に連通し、前記液体貯留室から供給された液体を吐出対象物に向けて吐出する吐出動作を行う液体吐出ヘッドとを有する液体吐出装置で行われる液体吐出方法である。この液体吐出方法では、吐出信号が前記液体吐出装置に入力されると、前記液体貯留室から前記液体吐出ヘッドに供給された液体を、前記液体吐出ヘッドから前記吐出対象物以外に向けて排出する動作を一定時間実行することによって、前記液体貯留室内における前記液体の最大容量と前記液体吐出ヘッド内における前記液体の最大容量との総量以上の液体を前記液体吐出ヘッドから排出する排出ステップと、前記タンクに貯留されている液体を前記液体貯留室に供給する供給ステップと、前記排出ステップと前記供給ステップの後に前記液体吐出ヘッドが前記吐出動作を行う吐出ステップと、を含む。

本発明では、吐出信号が入力されると、液体貯留室内および液体吐出ヘッド内に残っていた液体が全て排出され、タンク内の液体が液体貯留室内に新たに供給される。その後、液体吐出ヘッドが、新たに供給された液体を吐出対象物に向けて吐出する。

本発明によれば、液体吐出ヘッド内及び液体貯留室内で発生した異物に汚染された液体が吐出対象物へ吐出されることを抑制することが可能となる。

実施形態１に係る液体吐出装置の要部の構成を示す図である。 検知部の構成を示すブロック図である。 実施形態１に係る液体吐出装置の動作手順を示すフローチャートである。 図１に示す液体吐出装置とは異なる排出形態を示す図である。 実施形態２に係る液体吐出装置の動作手順を示すフローチャートである。

（実施形態１）
本発明の実施形態１について説明する。図１は、実施形態１に係る液体吐出装置の要部の構成を示す図である。

図１に示す液体吐出装置１は、ステージ２と、液体吐出ヘッド３と、液体貯留室４と、液体供給部５と、検知部６と、タンク７と、圧力計測部８と、圧力調整部９と、制御部１０と、を有している。

タンク７には、液体１１が貯留されている。この液体１１は、液体供給部５によって液体貯留室４に供給される。本実施形態では、液体１１はインクである。

液体供給部５は、逆止弁５１と、フィルタ５２と、パイプ５３と、シリンジ５４と、ピストン５５と、液体供給制御機構５６と、を有している。逆止弁５１は、液体１１が液体貯留室４からタンク７に逆流しないようにするための部材であり、パイプ５３の一端側（タンク７側）に取り付けられている。フィルタ５２は、液体１１に含まれているパーティクル（不純物）を除去するための部材であり、パイプ５３の他端側（液体貯留室４側）に取り付けられている。パイプ５３の他端には、供給口５７が形成されている。

シリンジ５４は、逆止弁５１とフィルタ５２との間でパイプ５３に連通している。ピストン５５は、シリンジ５４内を往復移動する。液体供給制御機構５６は、ピストン５５の往復動作を制御する。ピストン５５がシリンジ５４の外側に向かって移動すると、タンク７に貯留されている液体１１がシリンジ５４内に流れ込んで貯留される。反対に、ピストン５５がシリンジ５４の内側に向かって移動すると、シリンジ５４内に貯留されている液体１１が、パイプ５３内を流れて供給口５７から液体貯留室４内に滴下する。

本実施形態では液体１１はインクであるため、液体供給部５の構成部材の材料はインク耐性の高い材料（例えばフッ素系の樹脂）であることが望ましい。

液体貯留室４には、供給口５７から滴下された液体１１が一時的に貯留される。この液体１１は、液体吐出ヘッド３に供給される。

液体吐出ヘッド３は、液体貯留室４に連通した複数の吐出口３１を備える。液体貯留室４から供給された液体１１は、各吐出口３１から吐出対象物である基板２０に向けて吐出される。

基板２０はステージ２上に搭載されている。ステージ２には、基板２０を固定させるための吸着手段（不図示）や、液体吐出ヘッド３から排出された液体を回収する排出トレイ（不図示）などが設けられている。ステージ２は、所定の方向（図１では左右方向）に移動可能に構成されている。ステージ２の移動により、液体吐出ヘッド３は、基板２０における所望の位置に液体１１を付着させることが可能になる。

検知部６は、液体貯留室４における液体１１の液面の高さを検知するための部材であり、液体貯留室４の側面に設けられている（図１参照）。以下、図２を参照しながら検知部６の構成について説明する。図２は、検知部６の構成を示すブロック図である。なお、図２は、検知部６の一構成例であり、本発明では検知部６の構成は図２に示す構成に限定されない。

図２に示す検知部６は、光学センサ６１と、光学センサ６２と、を有している。光学素子６１は、液体貯留室４における液体１１の液面の高さが下限値以下になったことを検知するセンサであり、発光素子６１ａと、受光素子６１ｂとを有する。本実施形態では、液体貯留室４における液体１１の液面の高さが下限値以下になったときに発光素子６１ａの光が受光素子６１ｂに受光される構成となっている。

一方、光学センサ６２は、液体貯留室４における液面の高さが上限値以上になったことを検知するセンサであり、発光素子６２ａと受光素子６２ｂとを有する。本実施形態では、液体貯留室４における液体１１の液面の高さが上限値以上になったときに発光素子６２ａから放出された光が受光素子６２ｂに受光される構成となっている。また、この液面の高さの上限値は、液体貯留室４内で液体１１が供給口５７に接触しない高さに設定されている。液面の高さが上限値になったときの液体貯留室４における液体１１の液量が、液体貯留室内における液体１１の最大容量に相当する。

本実施形態では、受光素子６１ｂおよび受光素子６２ｂは、受光した光を電気信号に変換し、その電気信号を液体供給制御機構５６に送る。液体供給制御機構５６は、各受光素子から入力された電気信号に応じてピストン５５の動作を制御する。

圧力計測部８は、液体貯留室４内の圧力を計測する。圧力調整部９は、圧力計測部８の計測結果に応じて液体貯留室４内の圧力を調整する。液体吐出装置１では、ピストン５５の動作によって、液体貯留室４内の圧力が変動する場合がある。この圧力変動を抑えるために、圧力計測部８と、圧力調整部９とが設けられている。液体貯留室４内の圧力変動を抑えることによって、各吐出口３１における液体１１のメニスカスの状態が安定し、良好な吐出を確保することが可能となる。

制御部１０は、液体吐出ヘッド３と圧力調整部９と液体供給制御機構５６とを制御する。

次に、本実施形態の液体吐出装置１の動作を説明する。図３は、実施形態１の液体吐出装置の動作手順を示すフローチャートである。

液体吐出ヘッド３の吐出動作の内容を示す吐出信号が制御部１０に入力されると、制御部１０は、休止時間が予め規定された時間よりも長いか否か判断する（ステップＳ１１）。この休止時間は、液体吐出ヘッド３による前回の吐出動作が終了してからの経過時間に相当する。また、規定時間は、液体貯留室４内および液体吐出ヘッド３内において、液体１１との接触により溶出した異物が発生する可能性が高い時間に相当する。

休止時間が規定時間よりも長い場合、制御部１０は、圧力調整部９に、液体貯留室４内および液体吐出ヘッド３内に残っている液体１１を全て排出させる。休止時間が規定時間以下の場合、後述するステップＳ１７の動作に移行する。

以下、休止時間が規定時間よりも長い場合に実行される動作について説明する。

圧力調整部９は、まず、液体貯留室４内の負圧状態を停止する（ステップＳ１２）。続いて、圧力調整部９は、予め定められた加圧時間が経過するまで液体貯留室４内を加圧する（ステップＳ１３）。この加圧時間は、一定時間であり、液体貯留室４内における液体１１の最大容量と液体吐出ヘッド３における液体１１の最大容量の総量以上の液体１１を吐出口３１から基板２０以外（吐出対象物以外）に向けて排出可能な時間に相当する。この加圧動作によって、液体吐出ヘッド内３及び液体貯留室４内に残っていた液体１１が全て排出される。排出された液体は、ステージ２に設けられた排出トレイ（不図示）に回収される。

予め定められた加圧時間が経過すると、圧力調整部９は、加圧動作を停止する（ステップＳ１４）。これにより圧力調整部９による排出動作が終了する。

排出動作の終了後、制御部１０は、液体供給部５に、タンク７に貯留されている液体１１を液体貯留室４に供給する供給動作を実行させる（ステップＳ１５）。この供給動作では、液体供給制御機構５６が、まず、ピストン５５をシリンジ５４の外側に引き出す。これにより、タンク７内の液体１１がシリンジ５４内に流れ込む。続いて、液体供給制御機構５６がピストン５５をシリンジ５４の内側に押し込む。これにより、シリンジ５４内の液体１１が供給口５７から液体貯留室４内に滴下される。

上述した供給動作とほぼ同時に制御部１０は、圧力調整部９に対し、液体貯留室４内の負圧状態を再開させる（ステップＳ１６）。これにより、液体貯留室４に液体１１が貯留されていくので液面が上昇する。その後、検知部６の光源センサ６２が、液体貯留室４内で液体１１の液面の高さが上限値以上になったか否か判断する（ステップＳ１７）。

液面の高さが上限値に達すると、光源センサ６２は検知結果を液体供給制御機構５６に通知する。液体供給制御機構５６は、ピストン５６の動作を停止させてインク貯留室４への液体供給を停止するとともに、液面の高さが上限値に達した旨を制御部１０に通知する（ステップＳ１８）。

制御部１０は、上記通知を受け付けると、液体吐出ヘッド３に対し、液体１１を基板２０上へ吐出する吐出動作を実行させる（ステップＳ１９）。液体吐出ヘッド３の吐出動作により、液体貯留室４内で液面が低下する。その後、検知部６の光源センサ６１が、液体貯留室４内で液体１１の液面の高さが下限値以下になったか否か判断する（ステップＳ２０）。液面の高さが下限値まで低下すると、上述したステップＳ１５の動作（供給動作）に戻る。

本実施形態の液体吐出装置１では、図１に示すように、圧力調整部９が排出動作を行う排出部として機能する形態であったが、本発明は、この形態に限定されない。図４は、図１に示す液体吐出装置とは異なる排出形態を示す図である。図４では、吸引ポンプ３０が新たに設けられている。この吸引ポンプ３０は、ステージ２に設置されていてもよいし、液体吐出ヘッド３の真下に設置されていてもよい。吸引ポンプ３０が、液体吐出ヘッド３の吐出動作の前に吐出口３１から液体１１を吸引することによって、圧力調整部９の加圧動作と同様に液体吐出ヘッド３内および液体貯留室４内にそれぞれ残っていた液体１１が全て排出される。

上述したように、本実施形態の液体吐出装置１では、吐出信号が制御部１０に入力されると、圧力調整部９の排出動作が一定時間実行された後、液体供給部５の供給動作が実行される。この排出動作によって、液体貯留室４および液体吐出ヘッド３に残っていた液体１１が全て排出される。また、この供給動作によって、タンク７から液体貯留室４に液体１１が新たに供給される。その後、液体吐出ヘッド３は、新たに供給された液体を基板２０に向けて吐出する。そのため、液体吐出ヘッド３内又は液体貯留室４内に異物に汚染された液体が存在したとしても、当該液体は排出され、その後、異物に汚染されていない新たな液体が基板２０に付着する。その結果、基板２０における液体の良質な付着状態を確保することが可能となる。

また、本実施形態の液体吐出装置１では、ステップＳ１１において休止時間が規定時間以下の場合には排出動作が実行されない。すなわち、液体吐出ヘッド３内又は液体貯留室４内で液体１１が異物に汚染されていない可能性が高い場合には排出動作が実行されない。これにより、液体１１の無駄な排出を抑制することが可能となる。

さらに、本実施形態の液体吐出装置１には、タンク７から液体貯留室４までの液体１１の流路の途中にフィルタ５２が取り付けられている。そのため、タンク７内の液体１１にパーティクル(不純物)が含まれていたとしても、当該パーティクルはフィルタ５２で除去される。これにより、液体吐出ヘッド３からより一層良質な液体１１を基板２０に吐出することが可能となる。

（実施形態２）
本発明の実施形態２について説明する。実施形態２の液体吐出装置の構成は、図１に示す実施形態１の液体吐出装置１と同様である。そのため、装置の構成については詳細な説明を省略する。

本実施形態の液体吐出装置の動作について図５を参照して説明する。図５は、実施形態１の液体吐出装置の動作手順を示すフローチャートである。

吐出信号が制御部１０に入力されると、制御部１０は、上述したステップＳ１１と同様に、休止時間が予め規定された時間よりも長いか否か判断する（ステップＳ２１）。

休止時間が規定時間よりも長い場合、制御部１０は、圧力調整部９に、実施形態１と同様に排出動作を実行させる。休止時間が規定時間以下の場合、ステップＳ２８の動作に移行する。ステップＳ２８の動作内容は、上述した実施形態１のステップＳ１７と同様である。

以下、休止時間が規定時間よりも長い場合に実行される動作について説明する。圧力調整部９は、液体貯留室４内の負圧状態を停止する（ステップＳ２２）。続いて、圧力調整部９は、実施形態１のステップ２３と同様に、液体貯留室４内を一定時間加圧する（ステップＳ２３）。ステップＳ２３では、圧力調整部９による加圧動作の代わりに、吸引ポンプ３０（図４参照）が液体吐出ヘッド３から液体１１を吸引する吸引動作を実行してもよい。

圧力調整部９による加圧動作の開始後、検知部６の光学センサ６１が、液面の高さが下限値に達したことを検知すると（ステップＳ２４）、制御部１０は、実施形態１のステップ１５と同様に液体供給部５に供給動作を実行させる（ステップＳ２５）。このとき、圧力調整部９による加圧動作（排出動作）は継続している。実施形態１の液体吐出装置１では圧力調整部９の排出動作の後に液体供給部５の供給動作が実行されるのに対し、本実施形態では、圧力調整部９の排出動作に並行して液体供給部５の供給動作が実行される。

加圧時間が経過すると、圧力調整部９は加圧動作を停止する（ステップＳ２６）。その後、制御部１０は、圧力調整部９に液体貯留室４内の負圧状態を再開させる（ステップＳ２７）。

ステップＳ２８以降は、実施形態１で説明したステップＳ１７〜ステップＳ２０と同様の動作が実行される。

本実施形態の液体吐出装置では圧力調整部９の排出動作に並行して液体供給部５の供給動作が実行される。そのため、液体吐出ヘッド３内および液体貯留室４内で発生した異物に汚染された液体が、タンク７から液体貯留室４内に新たに供給された液体１１に押し出されるように排出される。すなわち、汚染液体が実施形態１に比べて強い力で排出される。よって、液体吐出ヘッド３内および液体貯留室４内に存在する汚染液体をより確実に排出することが可能となる。

本実施形態の液体吐出装置では、圧力調整部９の排出動作に並行して液体供給部５の供給動作が実行されるので、タンク７から液体貯留室４内に新たに供給された液体１１の一部が汚染された液体と混ざる（接触する）。しかし、圧力調整部９の排出動作では、液体貯留室４内における液体１１の最大容量と液体吐出ヘッド３における液体１１の最大容量の総量以上の液体１１を排出できるように加圧時間が設定されている。これにより、汚染された液体と混ざった液体１１の一部は、当該汚染された液体と一緒に排出される。よって、液体吐出ヘッド３が吐出動作を行う際には、異物に汚染されていない液体１１が液体貯留室４から液体吐出ヘッド３に新たに供給されるので、異物に汚染された液体が基板２０に吐出されることを抑制することが可能となる。

また、本実施形態では、圧力調整部９の排出動作に並行して液体供給部５の供給動作が実行されるので、実施形態１に比べて液体１１の排出量が増加してしまう。そこで、本実施形態では、液体貯留室４内における液体１１の液面の高さが下限値以下になったときに圧力調整部９の排出動作を開始することによって、液体１１の排出量を必要最低限に抑えている。

３ 液体吐出ヘッド
４ 液体貯留室
５ 液体供給部
７ タンク
９ 圧力調整部（排出部）
１０ 制御部
２０ 基板（吐出対象物）

Claims (13)

1. 液体が貯留されているタンクと、前記タンクに連通している液体貯留室と、前記タンクと前記液体貯留室との間に位置し、前記タンクに貯留されている液体を前記液体貯留室に供給する供給動作を行う液体供給部と、前記液体貯留室に連通し、前記液体貯留室から供給された液体を吐出対象物に向けて吐出する吐出動作を行う液体吐出ヘッドと、前記液体貯留室から前記液体吐出ヘッドに供給された液体を、前記液体吐出ヘッドから前記吐出対象物以外に向けて排出させる排出動作を行う排出部と、前記液体供給部と前記液体吐出ヘッドと前記排出部を制御する制御部とを有し、
   前記制御部は、吐出信号が入力されると、前記排出部に前記排出動作を一定時間実行させることによって、前記液体貯留室内における液体の最大容量と前記液体吐出ヘッド内における液体の最大容量との総量以上の液体を前記液体吐出ヘッドから排出させ、前記液体供給部に前記供給動作を実行させ、その後、前記液体吐出ヘッドに前記吐出動作を実行させる、液体吐出装置。
2. 前記制御部は、前記吐出信号が入力されると、前回の吐出動作が終了してからの経過時間が予め規定された時間よりも長い場合に前記排出部に前記排出動作を実行させる、請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記液体供給部は、前記液体に含まれているパーティクルを除去するためのフィルタを有する、請求項１または２に記載の液体吐出装置。
4. 前記排出部が、前記排出動作の際に前記液体貯留室内を加圧する圧力調整部である、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
5. 前記排出部が、前記排出動作の際に前記液体吐出ヘッドから前記液体を吸引する吸引ポンプである、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
6. 前記制御部は、前記排出部の前記排出動作に並行して前記液体供給部に前記供給動作を実行させる、請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
7. 前記液体貯留室内における前記液体の液面の高さを検知する検知部をさらに有し、前記排出部が前記排出動作を開始した後に前記検知部が前記液面の高さが下限値以下になったことを検知したときに前記制御部は前記液体供給部に前記供給動作を開始させる、請求項６に記載の液体吐出装置。
8. 液体が貯留されているタンクと、前記タンクに連通している液体貯留室と、前記液体貯留室に連通し、前記液体貯留室から供給された液体を吐出対象物に向けて吐出する吐出動作を行う液体吐出ヘッドとを有する液体吐出装置で行われる液体吐出方法であって、
   吐出信号が前記液体吐出装置に入力されると、前記液体貯留室から前記液体吐出ヘッドに供給された液体を、前記液体吐出ヘッドから前記吐出対象物以外に向けて排出する動作を一定時間実行することによって、前記液体貯留室内における前記液体の最大容量と前記液体吐出ヘッド内における前記液体の最大容量との総量以上の液体を前記液体吐出ヘッドから排出する排出ステップと、前記タンクに貯留されている液体を前記液体貯留室に供給する供給ステップと、前記排出ステップと前記供給ステップの後に前記液体吐出ヘッドが前記吐出動作を行う吐出ステップと、を含む液体吐出方法。
9. 前記吐出信号が前記液体吐出装置に入力されると、前記液体吐出ヘッドによる前回の吐出ステップが終了してからの経過時間が予め規定された時間よりも長い場合に前記排出ステップおよび前記供給ステップを実行する、請求項８に記載の液体吐出方法。
10. 前記液体貯留室内を加圧することによって前記排出ステップを実行する、請求項８または９に記載の液体吐出方法。
11. 前記液体吐出ヘッドから前記液体を吸引することによって前記排出ステップを実行する、請求項８または９に記載の液体吐出方法。
12. 前記排出ステップに並行して前記供給ステップを実行する、請求項８から１１のいずれか１項に記載の液体吐出方法。
13. 前記液体貯留室内における前記液体の液面の高さを検知する検知ステップをさらに有し、前記排出ステップの開始後に前記検知ステップにおいて前記液面の高さが下限値以下になったことを検知したときに前記供給ステップを開始する、請求項１２に記載の液体吐出方法。

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