JP2016215096A - インク乾燥防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】時間と共に溶媒等の蒸発が進行してもノズル内のインクの乾燥を防止することができるインク乾燥防止装置を提供する。【解決手段】インクが吐出されるノズルを複数有する塗布ヘッドのインクの乾燥を防止するインク乾燥防止装置であって、インクの溶媒が貯留された溶媒貯留部が形成されたフラッシングトレイと、フラッシングトレイの溶媒貯留部に浸漬された状態で配置され、インクの溶媒を含ませた多孔質部材と、を備え、多孔質部材は、ノズルに対向するノズル対向面を有しており、多孔質部材の高さは、塗布ヘッドが前記フラッシングトレイ上に位置した状態でノズル対向面とノズルの先端との間に形成されるインクの乾燥を防止するのに適した溶媒雰囲気内にノズルの先端が位置するように設定されている構成とする。【選択図】図４

Description

本発明は、複数のノズルからインクを着弾させるインクジェット塗布装置において、インクを吐出する塗布ヘッドにおけるインクの乾燥を防止するインク乾燥防止装置に関するものである。

カラー液晶ディスプレイ等のフラットパネルディスプレイには、カラーフィルタが用いられている。このカラーフィルタは、インクジェット塗布装置等によって効率よく製造されている。インクジェット塗布装置は、複数のノズルを有する塗布ヘッドを有しており、各インクを所定位置に高精度に吐出することができる。

例えば、カラーフィルタの形成は、ガラス等の基板上に３色のインクを所定パターンに精度よく塗布することによって行われる。高精度で品質のよいカラーフィルタを形成するには、ノズル内のインク（ノズル内における大気に触れるインク）を適切に保つ必要がある。すなわち、ノズル内のインクが乾燥すると、インクの粘度が増大してインクの飛行に影響を及ぼしたり、乾燥により固化したインクが基板上に落下するなど高品質なカラーフィルタの形成に大きな影響を及ぼす。そのため、基板の入れ替え等、一定時間、塗布動作を行わない場合には、塗布ヘッドをインク乾燥防止装置に配置し、フラッシング動作を行うことによって塗布ヘッドのインクが乾燥するのを防止している。

このインク乾燥防止装置は、図５に示すように、塗布ヘッド１００から吐出されるインクを受けるフラッシングトレイ１０１が設けられている。このフラッシングトレイ１０１にはインク又はインクを構成する溶媒（これらを溶媒等という）が貯留される溶媒貯留部１０２が形成されている。そして、一定時間、塗布動作を行わない場合には、塗布ヘッド１００をフラッシングトレイ１０１の溶媒貯留部１０２上に配置することにより塗布ヘッド１００の各ノズルの乾燥を防止している。すなわち、溶媒貯留部１０２上には、溶媒貯留部１０２から蒸発した溶媒等により一定の溶媒蒸気圧の溶媒雰囲気ＳＢが形成されており、この溶媒雰囲気ＳＢ内にすべてのノズルが配置されることにより、各ノズルのインクの乾燥を防止することができる（例えば下記特許文献１参照）。

特開２０１１−０３６７９８号公報

しかし、上記インク乾燥防止装置では、インクの乾燥を完全には防止できないという問題があった。すなわち、上記インク乾燥防止装置では、溶媒貯留部１０２上において、乾燥を防止できる溶媒蒸気圧（適正な溶媒蒸気圧）の特定の溶媒雰囲気ＳＢの高さ位置にノズルを配置することにより乾燥を防止している。

ところが、溶媒等の液面は、図６に示すように、溶媒等が蒸発することにより変化するため、当初、特定の溶媒雰囲気ＳＢ内に位置していたノズルが、時間と共に適正な溶媒蒸気圧の溶媒雰囲気ＳＢから出てしまうことにより、適正に乾燥防止が行われず、ノズル内のインクが乾燥してしまうことにより、不吐出や吐出速度低下が発生するという問題があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、時間と共に溶媒等の蒸発が進行してもノズル内のインクの乾燥を防止することができるインク乾燥防止装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明のインク乾燥防止装置は、インクが吐出されるノズルを複数有する塗布ヘッドのインクの乾燥を防止するインク乾燥防止装置であって、前記インクの溶媒が貯留された溶媒貯留部が形成されたフラッシングトレイと、前記フラッシングトレイの溶媒貯留部に浸漬された状態で配置され、前記インクの溶媒を含ませた多孔質部材と、を備え、前記多孔質部材は、前記ノズルに対向するノズル対向面を有しており、前記多孔質部材の高さは、前記塗布ヘッドが前記フラッシングトレイ上に位置した状態で前記ノズル対向面とノズルの先端との間に形成される特定の溶媒雰囲気内にノズルの先端が位置するように設定されていることを特徴としている。

上記インク乾燥防止装置によれば、フラッシングトレイ内にインクの溶媒を含ませた多孔質部材が配置されており、この多孔質部材のノズル対向面上に形成される特定の溶媒雰囲気にノズルが配置されるため、ノズル内のインクの乾燥を防止することができる。すなわち、多孔質部材は、その形状が経時的に変化しないため、多孔質部材のノズル対向面とノズルの先端との距離が時間と共に変化することが抑えられる。すなわち、多孔質部材には、溶媒が吸収されており、多孔質部材に吸収された溶媒とノズル先端との距離が時間が経過しても一定の関係に保たれるため、最初にノズル先端が配置されたときのノズル先端部分の溶媒雰囲気と、一定時間経過した後のノズル先端部分の溶媒雰囲気とがほぼ同じ溶媒雰囲気に抑えることができる。したがって、時間と共に液面が変化する従来のインク乾燥防止装置に比べて、ノズル先端が位置する溶媒雰囲気の変化を抑えることができるため、ノズル内のインクが乾燥するのを抑えることができる。

また、前記ノズル対向面は、前記多孔質部材上に形成される溶媒膜で形成されている構成にしてもよい。

この構成によれば、多孔質部材上に溶媒膜が形成されるため、十分な溶媒雰囲気が形成でき、ノズル内のインクが乾燥するのをさらに抑えることができる。

また、前記多孔質部材は、連続気泡構造を有していることが好ましい。

この構成によれば、フラッシングトレイに貯留された溶媒等が多孔質部材に吸収されると、吸収された溶媒等が連続気泡を通じて多孔質部材内を移動しやすくなる。そのため、時間と共に溶媒等の蒸発が進行しても、吸収された溶媒等がノズル対向面に移動することにより、ノズル対向面上に溶媒雰囲気が継続的に形成されやすくなる。したがって、ノズル内のインクの乾燥防止効果を長期に亘って維持することができる。

本発明のインク乾燥防止装置によれば、時間と共に溶媒等の蒸発が進行してもノズル内のインクの乾燥を防止することができる。

本発明の一実施形態におけるインク乾燥装置を備えたインクジェット塗布装置を概略的に示す側面図である。 上記インクジェット塗布装置を概略的に示す正面図である。 上記インク乾燥防止装置とヘッドユニットとを概略的に示す正面図である。 フラッシングトレイとヘッドモジュールとを概略的に示す図である。 従来のインク乾燥防止装置を示す図である。 従来のインク乾燥防止装置において、フラッシングトレイ内の溶媒等が減少した状態を示す図である。

本発明のインク乾燥防止装置に係る実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は、インク乾燥防止装置を備えたインクジェット塗布装置の一実施形態を示す側面図であり、図２は、インクジェット塗布装置の正面図、図３は、インク乾燥防止装置とヘッドユニットとを示す正面図、図４は、フラッシングトレイとヘッドモジュールとを概略的に示す図である。なお、本実施形態では、インクジェット塗布装置のインクをカラーフィルタを形成する場合のインクとして説明するが、インクは、有機ＥＬ、配線パターンの導電性インク等、インクジェット形式で吐出できるものであれば、あらゆるものを対象とすることができる。

図１〜図４において、インクジェット塗布装置１は、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の各インクを基板１０に対して吐出することで、例えばカラー液晶ディスプレイ等のフラットパネルディスプレイに用いられるカラーフィルタを製造することができる。インクジェット塗布装置１は、図１、図２に示すように、基板１０を載置するステージ２と、基板１０にインクを塗布する塗布ユニット３とを有しており、塗布ユニット３がステージ２に載置された基板１０上を移動しつつ、３色のインクを所定の位置に吐出することにより、基板１０上に所定のパターンのカラーフィルターが形成される。そして、長時間塗布を行わない場合などには、塗布ユニット３のインクが乾燥するのを防止するため、ステージ２の横に設けられたインク乾燥防止装置４において塗布ユニット３が配置されるようになっている。

なお、以下の説明では、この塗布ユニット３が移動する方向をＸ軸方向、これと水平面上で直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸およびＹ軸方向の双方に直交する方向をＺ軸方向として説明を進めることとする。

塗布ユニット３は、本実施形態では、基板１０上にＲＧＢ３色のインクを塗布するものであり、インクを吐出するヘッドユニット３１と、このヘッドユニット３１を支持するガントリ３２とを有している。ガントリ３２は、ステージ２のＹ軸方向両端部分に設けられる支持部材３２ａと、これら２つの支持部材３２ａを連結するビーム部３２ｂとを有しており、支持部材３２ａとビーム部３２ｂによって略門型形状を有している。また、ステージ２に隣接する位置には、Ｘ軸方向に延びるレール２１が設けられており、支持部材３２ａは、それぞれレール２１上にスライド自在に設けられている。そして、支持部材３２ａには、リニアモータなどの駆動手段が設けられており、リニアモータを駆動制御することにより、支持部材３２ａがＸ軸方向に移動し、任意の位置で停止できるようになっている。すなわち、塗布ユニット３がステージ２上を跨ぐ状態でＸ軸方向に移動し、任意の位置で停止することができる。なお、レール２１は、インク乾燥防止装置４まで延びており、リニアモータを駆動制御することにより、塗布ユニット３がインク乾燥防止装置４で停止することができる。

また、ビーム部３２ｂには、インクを吐出するヘッドユニット３１が設けられている。ヘッドユニット３１は、ビーム部３２ｂが支持部材３２ａに対して昇降動作することにより、基板１０に対して昇降動作できるようになっている。これにより基板１０にインクを吐出する塗布動作の際には、基板１０とヘッドユニット３１との距離が適切になるように調節される。また、ヘッドユニット３１は、ステージ２のＹ軸方向寸法の約半分の大きさを有しており、ビーム部３２ｂに対してＹ軸方向に移動可能に取付けられている。すなわち、Ｘ軸方向の所定位置で基板１０と対向するヘッドユニット３１は、Ｙ軸方向に移動することにより、そのＸ軸方向所定位置における基板１０のすべてのＹ軸方向領域と対向できるようになっている。なお、ヘッドユニット３１は、基板１０のＹ軸方向寸法よりも十分大きい寸法に形成されていてもよい。

また、ヘッドユニット３１は、複数のヘッドモジュール５を搭載しており、このヘッドモジュール５からインクが吐出される。すなわち、ヘッドモジュール５は、複数の塗布ヘッド５１が一体化されたものであり、複数のヘッドモジュール５が所定間隔で並べて配置されている。塗布ヘッド５１は、ピエゾ素子を駆動源としたインク吐出装置であり、インクが吐出されるノズルが複数配列されたノズル面５１ａを有している（図３参照）。本実施形態では、ノズル面５１ａにはノズルの孔が形成されており、ノズルの先端とノズル面５１ａとがほぼ一致している。そして、ヘッドモジュール５には、一体化されたすべての塗布ヘッド５１のノズル面５１ａが基板１０側に向く状態で配置されている。そして、ピエゾ素子を駆動させることにより、ノズル面５１ａに配列された各ノズルから一滴ずつインクを吐出できるようになっている。これにより、基板１０上の塗布領域の所定位置に所定のインクを吐出することにより、吐出パターンを形成することができる。すなわち、ガントリ３２をＸ軸方向（＋方向）に走行させつつ、基板１０上の所定位置に位置するノズルからインクを吐出させる。次いで、基板１０のＸ軸方向端部でガントリ３２を停止させた状態でヘッドユニット３１をビーム部３２ｂのＹ軸方向端部まで移動させ、今度はガントリ３２をＸ軸方向（−方向）に走行させつつ、基板１０上の所定位置に位置するノズルからインクを吐出させることにより、基板１０全体に所定パターンを形成することができる。

ここで、カラーフィルタの生産を一時的に停止するなど、基板１０への塗布動作を長時間行わない場合には、インク乾燥防止装置４により塗布ヘッド５１のインクの乾燥が防止される。

インク乾燥防止装置４は、塗布ユニット３のノズルからインクを吐出させてフラッシング動作を行うことにより、ノズル内のインク（ノズル内における大気に触れるインク）の乾燥を防止するものである。このインク乾燥防止装置４は、インクを捨て打ちする（フラッシングする）フラッシングトレイ４２を有している。

フラッシングトレイ４２は、基台４１上に複数配置されており、各ヘッドモジュール５ごとに配置されている。すなわち、これらのフラッシングトレイ４２は、ヘッドユニット３１がインク乾燥防止装置４上に停止した場合に、すべてのヘッドモジュール５がフラッシングトレイ４２と対向するように配置されている。

また、フラッシングトレイ４２は、図４に示すように、ヘッドモジュール５側に開口する箱形形状を有しており、ヘッドモジュール５と対向した状態では、ヘッドモジュール５全体を覆う大きさに形成されている。そして、フラッシングトレイ４２は、インク又はインクを構成する溶媒（これらを溶媒等という）が貯留される溶媒貯留部４４を有しており、底部に一定量の溶媒等が貯留されている。この溶媒貯留部４４は、後述の多孔質部材４６に溶媒等を供給するために設けられており、溶媒等が図示しない外部の供給装置から供給されることにより溶媒貯留部４４の溶媒等が枯渇しないようになっている。

フラッシングトレイ４２には、ほぼ中央に多孔質部材４６が配置されている。この多孔質部材４６は、ヘッドモジュール５との間に溶媒雰囲気を形成するためのものである。この多孔質部材４６は、フラッシングトレイ４２の溶媒貯留部４４に配置されており、溶媒貯留部４４の溶媒を吸収することにより多孔質部材４６上に溶媒雰囲気を形成し、ノズル内のインクの乾燥を防止することができる。

この多孔質部材４６は、スポンジ状の物質であり、本実施形態では、テクノポーラス（登録商標）が使用されている。なお、この多孔質部材４６は、テクノポーラス以外でもよく、溶媒貯留部４４の溶媒等を吸収し、吸収した溶媒等により溶媒雰囲気を形成できるものであればよい。例えば、テクノポーラス（登録商標）のように連続気泡構造を有するものであれば、吸収された溶媒等が連続気泡を通じて多孔質部材４６内を移動しやすくなり、時間と共に溶媒等の蒸発が進行しても、吸収された溶媒等がノズル対向面４６ａに移動することにより、ノズル対向面４６ａ上に溶媒雰囲気が継続的に形成されやすくなる。

この多孔質部材４６は、直方体に形成されており、ヘッドモジュール５のノズルと対向するノズル対向面４６ａを有している。このノズル対向面４６ａは、平坦状に形成されており、ノズル面５１ａとほぼ平行になるように形成されている。この平坦状に形成されていることによりノズル対向面４６ａ上に均一な溶媒雰囲気を形成することができる。すなわち、溶媒貯留部４４の溶媒等が多孔質部材４６に吸収されると、溶媒等は、多孔質部材４６内を移動し多孔質部材４６内にほぼ均一に分散する。そして、時間と共に多孔質部材４６の表面から溶媒等が蒸発すると、ノズル対向面４６ａが平坦状に形成されていることにより、溶媒等がノズル対向面４６ａ全体に亘って蒸発し、ノズル対向面４６ａと平行な領域において均一な溶媒雰囲気が形成される。そして、ノズル対向面４６ａに近いところでは溶媒濃度の高い溶媒雰囲気（溶媒蒸気圧の高い溶媒雰囲気）が形成され、ノズル対向面４６ａから離れるにしたがって、溶媒濃度の小さい溶媒雰囲気（溶媒蒸気圧の低い溶媒雰囲気）が形成される。この溶媒雰囲気からノズル内のインクの乾燥を防止できる溶媒蒸気圧（適正な溶媒蒸気圧）の溶媒雰囲気ＳＢ（特定の溶媒雰囲気）を選択し、この溶媒雰囲気ＳＢにノズルを置くことにより、ノズル内のインクの蒸発が抑えられインクの乾燥を防止することができる。

本実施形態では、ノズル対向面４６ａとノズルの先端（ノズル面５１ａ）との位置関係は、ノズルの先端が溶媒雰囲気ＳＢに配置される位置に設定されている。具体的には、ノズルの先端（ノズル面５１ａ）が溶媒雰囲気ＳＢ内に配置されるように多孔質部材の高さ寸法を設定してもよいし、ヘッドユニット３１の昇降機構によりノズルの先端（ノズル面５１ａ）が溶媒雰囲気ＳＢ内に配置されるように調節してもよい。いずれの場合も、ノズルの先端（ノズル面５１ａ）が溶媒雰囲気ＳＢ内に配置されるように多孔質部材４４の高さが設定されている。したがって、ヘッドユニット３１が乾燥防止装置４上で停止すると、それぞれのヘッドモジュール５が各多孔質部材４４のノズル対向面４６ａに対向する位置で停止され、すべてのノズルが多孔質部材４４上の適正な溶媒蒸気圧の特定の溶媒雰囲気ＳＢ中に配置される状態になっている。

そして、時間が経過した場合であっても、フラッシングトレイ４２内の溶媒等と多孔質部材４６に吸収されている溶媒等は蒸発するが、多孔質部材４６のノズル対向面４６ａとヘッドモジュール５のノズル面５１ａとの位置関係は変化しない。すなわち、多孔質部材４６内の溶媒等が蒸発してもフラッシングトレイ４２内の溶媒等が吸収され、吸収された溶媒等がノズル対向面４６ａに移動することにより、溶媒雰囲気を形成するノズル対向面４６ａ付近の溶媒等が常に供給され、ヘッドモジュール５のノズルと溶媒等の液面との位置関係が時間と共に変化するのを抑えることができる。すなわち、ノズルの先端が長期に亘って溶媒雰囲気ＳＢ内に配置されることにより、ノズル内のインクが乾燥するのを防止することができる。

このように、上記実施形態のインク乾燥防止装置によれば、フラッシングトレイ４２内にインクの溶媒を含ませた多孔質部材４６が配置されており、この多孔質部材４６のノズル対向面４６ａ上に形成される溶媒雰囲気ＳＢにノズルが配置されるため、ノズル内のインクの乾燥を防止することができる。すなわち、多孔質部材４６は、その形状が経時的に変化しないため、多孔質部材４６のノズル対向面４６ａとノズルの先端との距離が時間と共に変化することが抑えられる。すなわち、多孔質部材４６には、溶媒が吸収されており、多孔質部材４６に吸収された溶媒とノズル先端との距離が時間が経過しても一定の関係に保たれるため、最初にノズル先端が配置されたときのノズル先端部分の溶媒雰囲気と、一定時間経過した後のノズル先端部分の溶媒雰囲気とがほぼ同じ溶媒雰囲気ＳＢに抑えることができる。したがって、時間と共に液面が変化する従来のインク乾燥防止装置に比べて、ノズル先端が位置する溶媒雰囲気の変化を抑えることができるため、ノズル内のインク（ノズル内における大気に触れるインク）が乾燥するのを抑えることができる。そして、溶媒雰囲気ＳＢにノズル先端を配置してノズル内のインクの乾燥を防止することができるので、フラッシング時のインクの捨て打ち量を抑え、インクがムダに消費されるのを抑えることができる。

また、上記実施形態では、フラッシングトレイ４２が各ヘッドモジュール５ごとに設ける例について説明したが、複数個のヘッドモジュール５を１セットとして複数セットのフラッシングトレイ４２を設けるものであってよく、ヘッドユニット３１全体に対して１つのフラッシングトレイ４２を設けるものであってもよい。

また、上記実施形態では、ノズル対向面４６ａは、多孔質部材４６の表面である例について説明したが、溶媒等と多孔質部材４６の材料の選択によっては、多孔質部材４６上に液膜（溶媒膜）が形成されるものもある。この場合には、溶媒膜で形成される面をノズル対向面４６ａとして設定してもよい。

１ インクジェット塗布装置
２ ステージ
３ 塗布ユニット
４ インク乾燥防止装置
５ ヘッドモジュール
４２ フラッシングトレイ
４４ 溶媒貯留部
４６ 多孔質部材
４６ａ ノズル対向面
５１ａ ノズル面

Claims (3)

1. インクが吐出されるノズルを複数有する塗布ヘッドのインクの乾燥を防止するインク乾燥防止装置であって、
   前記インクの溶媒が貯留された溶媒貯留部が形成されたフラッシングトレイと、
   前記フラッシングトレイの溶媒貯留部に浸漬された状態で配置され、前記インクの溶媒を含ませた多孔質部材と、
   を備え、
   前記多孔質部材は、前記ノズルに対向するノズル対向面を有しており、前記多孔質部材の高さは、前記塗布ヘッドが前記フラッシングトレイ上に位置した状態で前記ノズル対向面とノズルの先端との間に形成される特定の溶媒雰囲気内にノズルの先端が位置するように設定されていることを特徴とするインク乾燥防止装置。
2. 前記ノズル対向面は、前記多孔質部材上に形成される溶媒膜で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のインク乾燥防止装置。
3. 前記多孔質部材は、連続気泡構造を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載のインク乾燥防止装置。

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