JP2016016355A - 膜形成装置及び膜形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タンクからの膜材料の廃棄時間を短縮することが可能な膜形成装置を提供する。
【解決手段】ノズルヘッドが、膜材料を液滴化して吐出する。ノズルヘッドに供給する膜材料が、メインタンクに貯蔵される。循環路を通って、メインタンクとノズルヘッドとの間で膜材料が循環する。廃棄系が、メインタンクから膜材料を廃棄する。振動装置がメインタンクを振動させる。
【選択図】 図２−１

Description

本発明は、ノズルヘッドから膜材料を液滴化して対象物に向けて吐出することにより、膜を形成する膜形成装置、及び膜形成方法に関する。

ノズルヘッドから膜材料を液滴化して吐出し、基板の表面に、所定のパターンを有する膜を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１）。膜を形成すべき基板は、例えばプリント基板であり、膜材料はソルダーレジストである。ソルダーレジスト等の膜材料は、タンクから材料供給用の配管を通ってノズルヘッドに供給され、余分な膜材料が、材料回収用の配管を通ってタンクに回収される。

膜形成装置を長時間停止させる場合、または膜材料を交換する場合には、膜材料を貯蔵するタンク、配管、及びノズルヘッドの中に残っている膜材料を廃棄することが好ましい。膜形成装置の運転開時に、タンクに新しい膜材料が導入される。

インクジェット記録装置において、記録ヘッド（ノズルヘッド）からの吸引、予備吐出、縁なし記録等で発生する廃インクを廃インクタンクに導く構造が、特許文献２に開示されている。この構造においては、廃インク流路を超音波振動子等で振動させることにより、廃インクの固着を防止している。

特開２００４−１０４１０４号公報 特開２００７−１５２７８０号公報

タンクから膜材料を廃棄する際に、タンクの壁面に膜材料が付着し、膜材料の一部がタンク内に残存する。タンク内の膜材料の残存量を少なくするためには、膜材料の廃棄時間を長くしなければならない。壁面に付着した膜材料を取り除くためにタンク内を洗浄液で洗浄する場合には、多くの廃液が発生してしまう。

本発明の目的は、タンクからの膜材料の廃棄時間を短縮することが可能な膜形成装置、及び膜形成方法を提供することである。

本発明の一観点によると、
膜材料を液滴化して吐出するノズルヘッドと、
前記ノズルヘッドに供給する前記膜材料を貯蔵するメインタンクと、
前記メインタンクと前記ノズルヘッドとの間で前記膜材料を循環させる循環路と、
前記メインタンクから、前記膜材料を廃棄する廃棄系と、
前記メインタンクを振動させる振動装置と
を有する膜形成装置が提供される。

本発明の他の観点によると、
メインタンクとノズルヘッドとの間で膜材料を循環させながら、前記ノズルヘッドから前記膜材料を液滴化して吐出することにより膜を形成する工程と、
前記膜を形成した後、前記ノズルヘッドから前記メインタンクに前記膜材料を回収し、前記メインタンクに振動を与えながら、前記メインタンクから前記膜材料を廃棄する工程と
を有する膜形成方法が提供される。

メインタンクを振動させることにより、メインタンクの壁面に付着している膜材料を振り落とすことができる。これにより、膜材料の廃棄時にメインタンク内に残留する膜材料を少なくすることができる。さらに、膜材料の廃棄時間を短縮することができる。

図１は、実施例による膜形成装置の概略図である。 図２Ａ及び図２Ｂは、実施例による膜形成方法を説明するための膜材料の供給、循環、及び廃棄に係わる部分の模式図である。 図２Ｃ及び図２Ｄは、実施例による膜形成方法を説明するための膜材料の供給、循環、及び廃棄に係わる部分の模式図である。 図３Ａ及び図３Ｂは、他の実施例による膜形成方法を説明するための膜材料の供給、循環、及び廃棄に係わる部分の模式図である。 図３Ｃ及び図３Ｄは、他の実施例による膜形成方法を説明するための膜材料の供給、循環、及び廃棄に係わる部分の模式図である。 図４は、さらに他の実施例による膜形成方法を説明するための膜材料の供給、循環、及び廃棄に係わる部分の模式図である。 図５Ａは、さらに他の実施例による膜形成方法を説明するための膜材料の供給、循環、及び廃棄に係わる部分の模式図であり、図５Ｂ及び図５Ｃは、メインタンク、電動モータ、及び振動伝達部材の概略図である。

図１に、実施例による膜形成装置の概略図を示す。基台１０に、移動機構１１によってステージ１３が支持されている。ｘｙ面を水平面とし、鉛直上方をｚ軸の正の向きとするｘｙｚ直交座標系を定義する。ステージ１３は、ｘ方向及びｙ方向に移動可能である。ステージ１３の上に、膜を形成する対象物１５が保持される。対象物１５は、例えば回路パターンが形成されたプリント基板であり、ステージ１３に吸着される。形成される膜には、例えばソルダーレジストが用いられる。

複数のノズルヘッド２０が、支持プレート３０によって、ステージ１３の上方に支持されている。ノズルヘッド２０の各々の底面に、複数のノズル孔が設けられている。ノズルヘッド２０は、ノズル孔から対象物１５に向けて、膜材料を液滴化して吐出する。膜材料には、例えば光硬化性の樹脂が用いられる。図１には示されていないが、支持プレート３０に、膜材料を硬化させるための硬化用光源が取り付けられている。膜材料に、紫外線硬化性の樹脂が用いられる場合は、硬化用光源は、対象物１５に向けて紫外光を放射する。

次に、ノズルヘッド２０に膜材料を供給するとともに、ノズルヘッド２０から余分な膜材料を回収する循環路４０について説明する。循環路４０は、供給路４３及び回収路５３を含み、メインタンク４１とノズルヘッド２０との間で膜材料を循環させる。メインタンク４１内に、液状の膜材料が貯蔵されている。加温装置４２が、メインタンク４１内の膜材料を加温し、その温度を目標温度に維持する。目標温度は、例えば７５℃〜９０℃である。加温装置４２には、例えば抵抗加熱ヒータが用いられる。

メインタンク４１に貯蔵されている膜材料が、供給路４３を通って複数のノズルヘッド２０に供給される。ノズルヘッド２０から吐出されなかった膜材料が、回収路５３を通っ
てメインタンク４１に回収される。

供給路４３は、メインタンク４１から流出した膜材料を複数のノズルヘッド２０に分流させる分岐部４５を含む。分岐部４５に、加温装置４６が配置されている。加温装置４６には、例えば抵抗加熱ヒータが用いられる。膜材料が分岐部４５に一時的に蓄積され、目標温度まで加温される。メインタンク４１から分岐部４５まで輸送される間に、膜材料の温度が低下した場合でも、分岐部４５内で膜材料が再び目標温度まで加温される。回収路５３は、複数のノズルヘッド２０から回収された膜材料を１本の管路に合流させる合流部５５を含む。

循環ポンプが、メインタンク４１、循環路４０、及びノズルヘッド２０とで構成される循環系内で、膜材料を循環させる。循環ポンプは、供給ポンプ４４及び回収ポンプ５４を含む。供給ポンプ４４は、メインタンク４１と分岐部４５との間の供給路４３に挿入されているおり、メインタンク４１内の膜材料を分岐部４５に向けて送り出す。回収ポンプ５４は、合流部５５とメインタンク４１との間の回収路５３に挿入されており、合流部５５内の膜材料をメインタンク４１に向けて送り出す。

合流部５５に加温装置を配置してもよい。合流部５５に加温装置を配置することにより、膜材料がノズルヘッド２０からメインタンク４１に回収されるときの温度低下を抑制することができる。回収路５３内で膜材料の温度が低下すると、膜材料の粘度が上昇して、管路内に膜材料が付着し易くなる。管路内に高粘度の膜材料が付着すると、膜材料の安定した循環が阻害される。合流部５５に加温装置を配置することにより、より安定して膜材料を循環させることができる。

ノズルヘッド２０の各々に温度センサ２１が取付けられている。温度センサ２１は、ノズルヘッド２０の測定位置の温度を測定する。測定位置は、例えば、ノズルヘッド２０への膜材料の流入口の近傍に配置される。なお、温度センサ２１を、ノズルヘッド２０に設けられた膜材料収容室の内部に配置してもよい。

振動装置６５が、メインタンク４１を振動させる。振動装置６５には、例えば偏心モータを用いることができる。

支持プレート３０の上に遮蔽板３１が取り付けられており、遮蔽板３１が、循環路４０、メインタンク４１、振動装置６５、及びノズルヘッド２０を覆う。支持プレート３０と遮蔽板３１とで囲まれた空間が、仕切板３２によって、循環路４０、メインタンク４１、及び振動装置６５が配置された加温空間３３と、ノズルヘッド２０が配置された冷却空間３４とに仕切られる。

冷却装置１４が、ファンを駆動することにより、冷却空間３４内に空冷のための気流を発生させる。これにより、ノズルヘッド２０が冷却される。仕切板３２は、加温空間３３から冷却空間３４への熱の伝達を阻害する機能を有する。加温装置４２、４６で加温された高温の空気が、遮蔽板３１と仕切板３２とで囲まれた加温空間３３内に閉じ込められることにより、移動機構１１及びステージ１３への熱の影響が軽減される。

冷却装置１４として空冷方式に代えて、液冷方式の装置を用いてもよい。液冷方式の冷却装置１４は、液体の冷却媒体を循環させるための水冷ポンプを含む。冷却媒体が流路を循環することにより、ノズルヘッド２０を冷却することができる。

補充タンク５７内に、膜材料が貯蔵されている。補充タンク５７は、開閉弁５６及び補充ポンプ５８を介してメインタンク４１に接続されている。メインタンク４１内の膜材料
が減少すると、開閉弁５６を開け、補充ポンプ５８を動作させることにより、補充タンク５７からメインタンク４１に膜材料を補充する。開閉弁５６と補充ポンプ５８との間の流路に、ガス導入弁５９が連結されている。ガス導入弁５９を開くと、ガス、例えば空気が補充ポンプ５８を経由してメインタンク４１に導入される。

メインタンク４１に、廃棄系６０が接続されている。廃棄系６０は、廃棄タンク６１及び廃棄ポンプ６２を含む。廃棄ポンプ６２は、メインタンク４１内の膜材料及び洗浄液を、廃棄タンク６１に送り出す。これにより、メインタンク４１内の膜材料を廃棄することができる。

補充タンク５７、補充ポンプ５８、廃棄タンク６１、及び廃棄ポンプ６２は、遮蔽板３１と支持プレート３０とで囲まれた空間の外に配置されている。補充タンク５７内の膜材料の温度はほぼ室温である。補充用の膜材料を室温で保管することにより、熱による膜材料の劣化を防止することができる。

遮蔽板３１、支持プレート３０、移動機構１１、ステージ１３、補充タンク５７、廃棄系６０は、エンクロージャ１２内に配置される。排気ポンプ１６がエンクロージャ１２内を排気する。エンクロージャ１２内を排気すると、エンクロージャ１２に取り付けられたフィルタ１７を通って外気がエンクロージャ１２内に流入する。これにより、エンクロージャ１２内を換気することができる。

排気ポンプ３５が、加温空間３３内を排気する。加温空間３３内が排気されると、遮蔽板３１に設けられた流入口３６を通って加温空間３３内に外気が流入する。加温空間３３内が換気されることにより、加温空間３３の過度の温度上昇を防止することができる。

制御装置１８が、移動機構１１、ノズルヘッド２０、供給ポンプ４４、加温装置４２、４６、回収ポンプ５４、開閉弁５６、補充ポンプ５８、ガス導入弁５９、廃棄ポンプ６２、及び振動装置６５を制御する。温度センサ２１で測定されたノズルヘッド２０の温度が、制御装置１８に入力される。制御装置１８は、温度センサ２１で測定された測定結果に基づいて、加温装置４２、４６を制御する。これにより、膜材料の温度が一定に保たれる。

図２Ａ〜図２Ｄを参照して、図１に示した膜形成装置を用いた実施例による膜形成方法について説明する。図２Ａ〜図２Ｄは、膜材料の供給、循環、及び廃棄に係わる装置の模式図を示す。図２Ａ〜図２Ｄにおいて、動作している装置を太い実線で示し、動作していない装置を細い実線で示す。

図２Ａに示すように、開閉弁５６を開け、ガス導入弁５９を閉じ、補充ポンプ５８を動作させることにより、補充タンク５７からメインタンク４１に膜材料７０を導入する。このとき、供給ポンプ４４、回収ポンプ５４、廃棄ポンプ６２、及び振動装置６５は動作していない。ノズルヘッド２０には、膜材料が蓄積されていない。メインタンク４１が密閉構造の場合、メインタンク４１に膜材料７０を導入するときに、メインタンク４１に設けられるベントバルブを開放する。これにより、メインタンク４１内の空気が排出される。

図２Ｂに示すように、開閉弁５６を閉じ、補充ポンプ５８を停止させ、供給ポンプ４４及び回収ポンプ５４を動作させる。膜材料７０が、メインタンク４１とノズルヘッド２０との間で循環する。膜材料を循環させながら、ノズルヘッド２０及び移動機構１１（図１）を動作させて、対象物１５（図１）に向けて膜材料を液滴化して吐出することにより、膜を形成する。

図２Ｃに示すように、膜形成装置の運転を停止する前に、ガス導入弁５９を開き、補充ポンプ５８、廃棄ポンプ６２及び振動装置６５を動作させるとともに、供給ポンプ４４を停止させる。回収ポンプ５４は動作状態を維持する。これにより、ノズルヘッド２０内の膜材料がメインタンク４１に回収される。メインタンク４１内に、ガス導入弁５９及び補充ポンプ５８を経由してガス（空気）が導入され、メインタンク４１内の膜材料が、廃棄ポンプ６２を経由して廃棄タンク６１に廃棄される。

図２Ｄに示すように、メインタンク４１内の膜材料がすべて廃棄されると、ガス導入弁５９を閉じ、補充ポンプ５８、廃棄ポンプ６２、回収ポンプ５４、及び振動装置６５を停止させる。

上記実施例では、図２Ｃに示した膜材料の廃棄中に、振動装置６５を動作させることにより、メインタンク４１を振動させている。このため、メインタンク４１の壁面に付着している膜材料を振り落とすことができる。これにより、膜材料の廃棄時間を短縮することができる。さらに、膜材料の残留量を少なくすることができる。

次に、図３Ａ〜図３Ｄを参照して、他の実施例による膜形成方法について説明する。以下、図２Ａ〜図２Ｄに示した実施例との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。図３Ａ〜図３Ｄに示す実施例では、膜材料の粘度が高いため、図３Ａに示すように、メインタンク４１から膜材料を廃棄した後、メインタンク４１の壁面に膜材料７０が残存している。

図３Ｂに示すように、メインタンク４１内に洗浄液７１を導入する。洗浄液７１を導入した後、供給ポンプ４４、回収ポンプ５４、及び振動装置６５を動作させる。これにより、洗浄液７１が、メインタンク４１及びノズルヘッド２０を循環する。このとき、供給路４３、ノズルヘッド２０、及び回収路５３の壁面に残っている膜材料、及びメインタンク４１の壁面に残っている膜材料７０（図３Ａ）が、洗浄液７１に溶解することにより、メインタンク４１等の壁面が洗浄される。

図３Ｃに示すように、ガス導入弁５９を開き、補充ポンプ５８及び廃棄ポンプ６２を動作させるとともに、供給ポンプ４４を停止する。回収ポンプ５４は動作させたままである。これにより、供給路４３、ノズルヘッド２０、回収路５３、及びメインタンク４１内の洗浄液７１が、廃棄タンク６１に廃棄される。

図３Ｄに示すように、洗浄液７１（図３Ｃ）を廃棄した後、ガス導入弁５９を閉じ、補充ポンプ５８、廃棄ポンプ６２、回収ポンプ５４、及び振動装置６５を停止させる。

図３Ａ〜図３Ｄに示した実施例においては、メインタンク４１、供給路４３、ノズルヘッド２０、及び回収路５３内を洗浄液で洗浄するため、膜材料の残留をより少なくすることができる。また、図３Ｂに示した洗浄期間中に振動装置６５でメインタンク４１に振動を与えているため、メインタンク４１の壁面に付着している膜材料を効率的に洗浄液に溶解させることができる。

メインタンク４１を振動させない場合には、メインタンク４１の壁面に付着している膜材料が除去され難い。このため、膜材料の残留量を少なくするために、洗浄液の導入と廃棄とを、複数回繰り返すことが好ましい。実施例による方法では、洗浄液の導入と廃棄との繰り返し回数を少なくしても、膜材料の残留量を十分少なくすることができる。その結果、洗浄液及び膜材料を含む廃液を少なくすることができる。

次に、図４を参照して、さらに他の実施例について説明する。以下、図１、図２Ａ〜図
２Ｄに示した実施例との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。

図４に示した実施例においては、振動装置６６、６７、６８が、それぞれ供給路４３、回収路５３、及びノズルヘッド２０に振動を与える。図２Ｃに示した膜材料の廃棄時、または図３Ｂに示した洗浄液の循環時に、これらの振動装置６６、６７、６８を動作させる。これにより、メインタンク４１のみならず、供給路４３、回収路５３、及びノズルヘッド２０の壁面に付着した膜材料を効率的に除去することができる。

次に、図５Ａ〜図５Ｃを参照して、さらに他の実施例について説明する。以下、図１、図２Ａ〜図２Ｄに示した実施例との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。

図５Ａに示すように、ノズルヘッド２０を冷却するための冷却装置１４が、ファン２３及び電動モータ２４を含む。電動モータ２４を駆動すると、ファン２３が回転するとともに、振動が発生する。電動モータ２４は、振動を発生する振動源として作用し、メインタンク４１に振動を与える振動装置６５（図１）を兼ねる。冷却装置１４に液冷方式が採用される場合には、液体の冷却媒体を循環させるための水冷ポンプが振動源として作用する。

図５Ｂに示すように、メインタンク４１が防振部材４７を介して基台１０に支持されており、電動モータ２４が防振部材２５を介して基台１０に支持されている。メインタンク４１に、振動伝達部材６９が取り付けられている。図５Ｂは、振動伝達部材６９が電動モータ２４に接触していない状態を示す。振動伝達部材６９が電動モータ２４に接触していない状態では、電動モータ２４からメインタンク４１に振動が伝わらない。

図５Ｃに示すように、振動伝達部材６９を操作することにより、振動伝達部材６９を電動モータ２４に接触させることができる。振動伝達部材６９が電動モータ２４に接触した状態では、電動モータ２４の振動が振動伝達部材６９を介してメインタンク４１に伝わり、メインタンク４１に振動が与えられる。このように、振動伝達部材６９は、電動モータ２４からメインタンク４１に振動が伝わる振動伝達状態と、振動が伝わらない振動非伝達状態との２つの状態を有する。

図５Ａ〜図５Ｃに示した実施例においては、図２Ｃ、図３Ｂ、及び図３Ｃに示した振動装置６５を動作させる状態が、電動モータ２４を動作させるとともに、振動伝達部材６９を振動伝達状態に設定することにより実現される。振動装置６５を動作させない状態は、振動伝達部材６９を振動非伝達状態に設定することにより実現される。

図５Ａ〜図５Ｃに示した実施例では、電動モータ２４が振動装置６５（図１）を兼ねるため、メインタンク４１を振動させるための専用の振動装置を準備する必要がない。これにより、部品点数の削減を図ることができる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

１０ 基台
１１ 移動機構
１２ エンクロージャ
１３ ステージ
１４ 冷却装置
１５ 対象物
１６ 排気ポンプ
１７ フィルタ
１８ 制御装置
２０ ノズルヘッド
２１ 温度センサ
２３ ファン
２４ 電動モータ
２５ 防振部材
３０ 支持プレート
３１ 遮蔽板
３２ 仕切板
３３ 加温空間
３４ 冷却空間
３５ 排気ポンプ
３６ 流入口
４０ 循環路
４１ メインタンク
４２ 加温装置
４３ 供給路
４４ 供給ポンプ
４５ 分岐部
４６ 加温装置
４７ 防振部材
５３ 回収路
５４ 回収ポンプ
５５ 合流部
５６ 開閉弁
５７ 補充タンク
５８ 補充ポンプ
５９ ガス導入弁
６０ 廃棄系
６１ 廃棄タンク
６２ 廃棄ポンプ
６５〜６８ 振動装置
６９ 振動伝達部材
７０ 膜材料
７１ 洗浄液

Claims (6)

1. 膜材料を液滴化して吐出するノズルヘッドと、
   前記ノズルヘッドに供給する前記膜材料を貯蔵するメインタンクと、
   前記メインタンクと前記ノズルヘッドとの間で前記膜材料を循環させる循環路と、
   前記メインタンクから、前記膜材料を廃棄する廃棄系と、
   前記メインタンクを振動させる振動装置と
   を有する膜形成装置。
2. さらに、
   前記メインタンクに前記膜材料を補充する補充タンクと、
   前記補充タンクから前記メインタンクに前記膜材料を輸送する補充ポンプと、
   前記循環路内で前記膜材料を循環させる循環ポンプと、
   制御装置と
   を有し、
   前記制御装置は、
   前記補充タンクから前記メインタンクへの前記膜材料の補充を停止させた状態で、前記循環ポンプを動作させ、かつ前記振動装置を動作させて、前記メインタンク内の前記膜材料を前記廃棄系に廃棄する請求項１に記載の膜形成装置。
3. さらに、
   前記メインタンク内にガスを導入するガス導入弁を有し、
   前記制御装置は、前記メインタンク内の前記膜材料を前記廃棄系に廃棄するときに、前記ガス導入弁から前記メインタンク内にガスを導入する請求項２に記載の膜形成装置。
4. さらに、前記ノズルヘッドを冷却するための冷却装置を有し、
   前記冷却装置は、動作時に振動を発生する振動源を含み、
   前記振動源が前記振動装置を兼ねる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の膜形成装置。
5. メインタンクとノズルヘッドとの間で膜材料を循環させながら、前記ノズルヘッドから前記膜材料を液滴化して吐出することにより膜を形成する工程と、
   前記膜を形成した後、前記ノズルヘッドから前記メインタンクに前記膜材料を回収し、前記メインタンクに振動を与えながら、前記メインタンクから前記膜材料を廃棄する工程と
   を有する膜形成方法。
6. 前記メインタンクから前記膜材料を廃棄した後、さらに、
   前記メインタンク内に洗浄液を導入し、前記メインタンクに振動を与えながら、前記メインタンクと前記ノズルヘッドとの間で前記洗浄液を循環させる工程と、
   前記ノズルヘッドから前記メインタンクに前記洗浄液を回収し、前記メインタンクから前記洗浄液を廃棄する工程と
   を含む請求項５に記載の膜形成方法。

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