JP2017013283A - 塗布装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】塗布範囲(塗布領域)と非塗布範囲(非塗布領域)との境界付近における膜厚ムラを解消する塗布装置を提供する。
【解決手段】塗布領域のノズル配列方向における塗布開始位置から塗布終了位置までの1回の相対移動において、被塗布部材の塗布領域に対向するノズル数が漸次増加する塗布開始位置の近傍の領域(塗布境界近傍領域)では、液滴を吐出するノズルの数が増減しながら増加する増加基調になるように吐出を制御し、被塗布部材の塗布領域に対向するノズル数が漸次減少する塗布開始位置の近傍の領域(塗布境界近傍領域)では、液滴を吐出するノズルの数が増減しながら増加する減少基調になるように吐出を制御する。
【選択図】図9
【解決手段】塗布領域のノズル配列方向における塗布開始位置から塗布終了位置までの1回の相対移動において、被塗布部材の塗布領域に対向するノズル数が漸次増加する塗布開始位置の近傍の領域(塗布境界近傍領域)では、液滴を吐出するノズルの数が増減しながら増加する増加基調になるように吐出を制御し、被塗布部材の塗布領域に対向するノズル数が漸次減少する塗布開始位置の近傍の領域(塗布境界近傍領域)では、液滴を吐出するノズルの数が増減しながら増加する減少基調になるように吐出を制御する。
【選択図】図9
Description
本発明は塗布装置に関する。
塗装装置などの塗布装置として、液体吐出ヘッド(液滴吐出ヘッド)などの液体吐出手段(液滴吐出手段)を備えるものが知られている。
例えば、回転する円筒状の被塗布物に対し回転軸である円筒中心方向に向かって塗液を吐出し、被塗布物表面に塗液の液滴が重なりを持つように塗布するものが知られている(特許文献1)。
ところで、複数のノズルを配列したノズル列を有する液体吐出手段を使用し、ノズル配列方向に液体吐出手段を移動しながら被塗布部材に塗布液を塗布する場合、すべてのノズルから液滴を同時に吐出させると、非塗布領域に塗布液が付着しないようにマスクしなければならないという課題がある。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、ノズル配列方向に液体吐出手段を移動させて塗布するときにマスクを使用することなく所要の塗布領域に塗布できるようにすることを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明の請求項1に係る塗布装置は、
塗布液の液滴を吐出する複数のノズルが配列された液体吐出手段を備え、
前記液体吐出手段と被塗布部材とを相対的にノズル配列方向に沿う方向に移動させ、前記液体吐出手段から前記液滴を吐出して前記被塗布部材の所定の塗布領域に前記塗布液を塗布し、
前記塗布領域のノズル配列方向における塗布開始位置から塗布終了位置までの1回の相対移動において、前記被塗布部材の塗布領域に対向する前記液体吐出手段のノズル数が漸次増加する領域では、前記液滴を吐出する前記ノズルの数が増加基調にある
構成とした。
塗布液の液滴を吐出する複数のノズルが配列された液体吐出手段を備え、
前記液体吐出手段と被塗布部材とを相対的にノズル配列方向に沿う方向に移動させ、前記液体吐出手段から前記液滴を吐出して前記被塗布部材の所定の塗布領域に前記塗布液を塗布し、
前記塗布領域のノズル配列方向における塗布開始位置から塗布終了位置までの1回の相対移動において、前記被塗布部材の塗布領域に対向する前記液体吐出手段のノズル数が漸次増加する領域では、前記液滴を吐出する前記ノズルの数が増加基調にある
構成とした。
本発明によれば、ノズル配列方向に液体吐出手段を移動させて塗布するときにマスクを使用することなく所要の塗布領域に塗布できる。
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明の第1実施形態に係る塗布装置について図1及び図2を参照して説明する。図1は同塗布装置の模式的説明図、図2は同装置の液体吐出ヘッドの平面説明図である。
液体吐出ヘッド1には、液体吐出手段であり、塗装液を貯留する液体タンクから塗布液が供給される。
この液体吐出ヘッド1は、図2に示すように、塗布液の液滴を吐出する複数のノズル12が配列された2列のノズル列を有し、各ノズル列のノズルは千鳥状に配置されている。ノズル配列方向を矢印Y方向とし、移動方向先頭のノズル12をノズルNo.1とし、ノズル列で交互にノズルNo.2、No.3・・・とする。なお、ノズル列は1列でもよい。
この液体吐出ヘッド1は、ノズル配列方向に沿う方向に往復移動可能に配置されている。
一方、ワークステージ2は、ステージ21上に、被塗布部材3を軸心方向両端部で支持する回転可能な保持部材22、23と、保持部材22を介して被塗布部材3を回転させる駆動モータ25とを備えている。ここで、被塗布部材3は円筒状又は円柱状部材である。
次に、この塗布装置の制御装置について図3のブロック説明図を参照して説明する。
まず、液体吐出ヘッド1は、1軸アクチュエータ15によって、ノズル配列方向に沿う方向(図2の矢印Y方向)に、被塗布部材3の軸心と平行に移動される。
この液体吐出ヘッド1の移動に応じてエンコーダ16からパルス信号が出力される。
制御装置40は、CPU、ROM、RAM、I/Oなどからなるマイクロコンピュータ等を含み、この塗布装置全体の制御を司る。
制御装置40は、液体吐出ヘッド1を対して吐出信号を出力して液体吐出ヘッド1のノズル12から液滴を吐出させ、1軸アクチュエータ15に対して移動/停止指令を与えて液体吐出ヘッド1の移動を制御する。
制御装置40は、エンコーダ16からのパルス信号をカウントするカウンタ41を有する。
制御装置40は、予め被塗布部材3毎の塗布境界である塗布開始位置と塗布終了位置に関する情報を格納した塗布領域格納部42を有している。塗布開始位置及び塗布終了位置は、予め定めた塗布開始待機位置を基準として液体吐出ヘッドの移動量(カウンタ41のカウント値)で定めている。
制御装置40は、液体吐出ヘッド1の各ノズル12についてヘッド位置(ヘッド移動量)に応じて吐出及び不吐出の情報をテーブル化した吐出テーブル43を有し、吐出テーブル43に従って液体吐出ヘッド1に対して吐出信号を出力いる。
次に、本実施形態における被塗布部材への塗布動作について図4及び図5を参照して説明する。図4は同塗布動作の説明に供する説明図、図5は同塗布動作を行うときに使用する吐出テーブルの一例の説明図である。
なお、説明を簡単にするため、液体吐出ヘッド1のノズル数は8個とし、液体吐出ヘッド1の移動に伴ってエンコーダ16から出力される出力パルスの総数は9999個とする。また、液体吐出ヘッド1のノズルピッチ(ノズル間隔)は出力パルス3個分が得られる液体吐出ヘッド1の移動量に相当するものとする。また、液体吐出ヘッド1を図4で右側から左側に移動させながら塗布を行なうものとする。
まず、被塗装部材3を保持部材22、23にて保持して塗布装置にセットし、駆動モータ25を回転駆動して被塗装部材2を所定の回転速度で回転させる。
そして、液体吐出ヘッド1を塗布開始待機位置(被塗装部材3の端部付近)まで移動させる。被塗装部材3に対する液体吐出ヘッド1の相対位置は、この塗布開始待機位置を基準とする。
その後、液体吐出ヘッド1を被塗布部材3の軸心方向であるノズル配列方向(矢印Y方向)に所定の移動速度での移動を開始させる。このとき、エンコーダ16から出力されるパルス信号をカウンタ41でカウントして塗布開始待機位置からの累計パルス数を得る。
ここで、図4(a)に示すように、被塗布部材3の塗布領域60に液体吐出ヘッド1の移動方向先頭のノズル(これを1番目のノズルとして、ノズルNo.1というように表記する。)が到達するまでの間は、液体吐出ヘッド1からの吐出は行わない。
そして、図4(b)に示すように、1番目のノズルが塗布領域60に入る位置で1番目のノズル12から液滴の吐出を開始する。
以後、エンコーダ16からの出力パルスの累計パルス数(カウント値)に応じて、パルス信号が入力される毎に吐出信号を送出して、液体吐出ヘッド1のノズル12から液滴を吐出させる。
さらに、液体吐出ヘッド1が移動し、2番目のノズルが塗布領域60に入ると、2番目のノズル12からも液滴の吐出を開始する。
ここで、エンコーダ16の1パルス毎の移動距離とノズル12間のピッチ(ノズルピッチ)の関係より、各ノズル12の位置が塗布領域に達するときの累計パルス数(カウント値)が決まる。
そこで、制御装置40は、図5に示すような吐出テーブル43を参照して、エンコーダ16から出力されたパルス信号の累計パルス数のカウント値(ヘッド1と被塗装部材3の相対位置関係)に応じて吐出信号を液体吐出ヘッド1に送出する。
ここでは、エンコーダ16からのパルス信号に同期して3パルス吐出する毎に隣接するノズル12の駆動を開始することになる。
同様に、液体吐出ヘッド1の移動につれて順次隣接する3番目のノズル、4番目のノズルから液滴を吐出する。
図5の例では、累計パルス数が254個になったときから1番目のノズル12からの吐出を開始し、257個になったときから2番目のノズル12からの吐出も開始し、同様に、3パルスごとに隣のノズル12から吐出も開始する。
このように、被塗布部材3の塗布領域60に対向するノズル12の数が漸次増加するとき、つまり、ノズル列の位置が塗布領域外から塗布領域内に移る場合には、液体吐出ヘッド1の移動につれて順次隣接するノズル12から液滴を吐出する。この場合、液滴を吐出するノズル数は単純増加で増加する。
そして、図4(c)に示すように、液体吐出ヘッド1のすべてのノズル12が塗布領域60に対向するとき(図5の累計パルス数276〜9975の範囲)には、すべてのノズル12から液滴を吐出する。このときには、エンコーダ16からのパルス信号が入力される毎にすべてのノズル12から液滴を吐出する。
ここで、被塗布部材3は一定の回転数で回転しており、エンコーダ16のパルス信号毎に液体吐出ヘッド1が一定距離を移動し、一定量の塗布液が吐出されるので、被塗布部材3の周面に塗膜を形成することができる。
その後、図4(d)に示すように、1番目のノズル12が塗布領域60から出る位置に達すると、1番目のノズル12からの吐出を停止する。さらに、液体吐出ヘッド1が移動し、2番目のノズル12が塗布領域60から外れると、2番目のノズル12の吐出を停止する。
同様に、塗布領域60を外れるノズル12から順次吐出を停止する(図5の累計パルス数9975〜9996)。図5の例では、前述したように、エンコーダ16からの出力パルスに同期して3パルス吐出する毎に隣接するノズル12からの吐出を停止することになる。
このように、被塗布部材3の塗布領域60に対向するノズル12の数が漸次減少するとき、つまり、ノズル列の位置が塗布領域から塗布領域外に移る場合には、液体吐出ヘッド1の移動につれて順次隣接するノズル12からの吐出を停止する。この場合、液滴を吐出するノズル数は単純減少で減少する。
そして、図4(e)に示すように、液体吐出ヘッド1のすべてのノズル12が塗布領域外に出ると、すべてのノズル12からの吐出は停止し、液体吐出ヘッド1は塗布終了待機位置まで移動する。
以上のようにして、エンコーダ16からのパルス信号を入力する毎に吐出テーブル43を参照し、各ノズル12の吐出を制御することで、マスクを使用することなく、被塗布部材3の所定の範囲(塗布領域)にのみ塗布液を塗布することができる。
また、ノズル配列方向と平行な方向に液体吐出ヘッド1と被塗布部材3を相対的に移動させながら塗布液を吐出しているので、塗布領域のいずれの区間をとっても、すべてのノズル12が一定回数吐出しながら通過することになる。
したがって、ノズル列の一部のノズル12に不吐出ノズルが存在したり、ノズル間で吐出量にばらつきが存在したりしても、塗布中に吐出状態が変化しなければ、塗布領域の全域に均一に塗布液を塗布することができる。
なお、被塗布部材3に塗布する塗膜の厚みが厚いときには、再び塗布開始待機位置まで戻って同様の動作を繰り返し、重ね塗りすればよい。あるいは、液体吐出ヘッド1を塗布終了待機位置から塗装開始待機位置まで戻しながら塗布を行ってもよい。この場合には、塗布終了待機位置から塗布領域60に入るときにn番目のノズル12から順に吐出を開始し、塗布領域60から外れるときにはn番目のノズル12から順に吐出を終了させることになる。
次に、本発明の第2実施形態に係る塗布装置について図6を参照して説明する。図6は同塗布装置の模式的説明図である。
ここでは、液体吐出ヘッド1は、ステッピングモータで被塗布部材3の軸心と平行に移動させる構成としている。
そして、液体吐出ヘッド1の移動範囲にわたって塗布領域を設定する塗布領域設定部材51が配置され、塗布領域設定部材51を読み取るセンサヘッド52を備えている。センサヘッド52は液体吐出ヘッド1とともに移動する。
なお、塗布領域設定部材51は、板状、棒状、シート状等の部材であり、その長さや位置が被塗布部材3の塗布領域を示している。センサヘッド52のセンサ部は、光学式、磁気式、機械スイッチ式などの中から塗布領域設定部材51を検出可能で、要求精度や使用環境に適したものを使用すればよい。
次に、この塗布装置の制御装置について図7のブロック説明図を参照して説明する。
ここでは、1軸アクチュエータ15の駆動源はステッピングモータである。
制御装置40は、1軸アクチュエータ15の駆動源であるステッピングモータに対してパルスを出力するパルス発生器45を備えている。
制御装置40は、センサヘッド52による塗布領域設定部材51の検出結果から塗布境界を検知し、吐出セレクタ46から液体吐出ヘッド1に対して液滴を吐出させる吐出信号を与える。
次に、本実施形態に係る塗布装置による被塗布部材への塗布動作について説明する。なお、ここでも、塗布領域境界付近で液滴を吐出するノズルの数を単純増加又は単純減少させて塗布する動作で説明する。また、主に、前記第1実施形態の塗布装置と異なる部分のみを説明する。
1番目のノズル12が塗布領域に入る位置で、センサヘッド52が塗布領域設定部材51を検知し、センサヘッド52は1番目のノズル12から塗布液の液滴の吐出を開始する。以降、制御装置40はステッピングモータに対し、一定の周期でパルスを出力し、同時にノズル12に対応する圧力発生手段に対しても吐出パルスを送出する。
液体吐出ヘッド1と被塗布部材3の相対移動速度は一定であり、所定時間後にノズルピッチ分移動する。したがって、一定時間が経過する毎、すなわち、所定パルス吐出する毎に2番目のノズル、3番目のノズル、と順次吐出を開始するよう制御することで、前記第1例と同様にマスクレスでの塗布を行なうことができる。
その後、すべてのノズル12が塗布領域に入ったときには、1番目のノズル12が塗布領域外に出るまでは、センサヘッド52からの入力が変化しないため、一定の周期ですべてのノズル12から塗布液を吐出する。
そして、1番目のノズルが塗布領域から出る位置で、センサヘッド52が塗布領域設定部材51の終了を検知し、1番目のノズル12からの液滴の吐出が終了する。以後は、一定時間が経過する毎、すなわち、所定パルス吐出する毎に2番目のノズル12、3番目のノズル12、と順次吐出を終了するようする。
これにより、第1実施形態と同様に、非塗布領域にマスクを施すことなく所要の塗布領域のみに塗布を行なうことができる。
以上のように、制御装置は一定の時間間隔でパルス指令を出力しながら、各ノズルの吐出を制御することで、マスクを使用することなく、被塗布部材の所定の範囲にのみ塗布することが可能になる。
また、塗布範囲設定部材を読み取って液体吐出ヘッド1が塗布境界位置を通過するときに検出信号を出力するセンサヘッド52を備えることにより、塗布領域の設定や変更を、制御装置側の設定を変更することなく行うことができる
次に、上述した第1実施形態及び第2実施形態のように液滴を吐出するノズルの数を単純増加又は単純減少させた場合の膜厚変化について図8を参照して説明する。
塗布領域60の全域に対して均一に塗布液を吐出させた場合、被塗布部材3に対する塗布液の濡れ性や塗布液の表面張力、粘度等の条件によっては、図8に示すように、塗布境界近傍領域62(例えば1〜2mm程度の領域)62における塗布膜70の膜厚が増加する現象が発生する場合がある。
このような現象が生じると、膜厚ムラが発生して膜厚の均一性を確保できなくなる。
なお、「塗布境界近傍領域」とは、塗布領域と非塗布領域の境界(塗布境界61)を含む塗布領域側の一部領域の意味である。
次に、本発明の第3実施形態について図9を参照して説明する。図9は同実施形態における吐出テーブルの説明図である。
本実施形態では、上述した塗布境界近傍領域における膜厚ムラを低減するために、塗布境界近傍領域において所定の確率でノズルの一部を非吐出とすることにより、塗布境界近傍領域における膜厚の増加を抑えている。
つまり、本実施形態では、前記第1実施形態の塗布装置の塗布動作で説明した吐出テーブル43として、図9に示す吐出テーブルを使用している。図9(a)は、縦方向が時系列の各ノズルの吐出/非吐出状態を示したもので、図9(b)は、縦方向が実際の被塗布部材の各位置における各ノズルの吐出/非吐出状態を示したものである。
前述したようにエンコーダ16から出力されるパルス信号3個分で1ノズルピッチ分液体吐出ヘッド1が移動するとき、3パルス分のすべての位置で液滴を吐出しないで、一部の位置で非吐出としている(図9では×印を付している。)。
例えば、塗布開始位置側で見れば、1番目のノズル12は塗布開始位置である累計パルス数254個から263個まで非吐出、吐出を1パルス信号毎に繰り返している。2番目のノズル12は累計パルス数257個から265個まで、吐出、非吐出を1パルス信号毎に繰り返している。なお、3番目のノズル以降の説明は省略する。
また、塗布終了位置側でも同様に吐出と非吐出とを所定範囲で繰り返している。
つまり、塗布領域のノズル配列方向における塗布開始位置から塗布終了位置までの1回の相対移動において、被塗布部材の塗布領域に対向するノズル数が漸次増加する塗布開始位置の近傍の領域(塗布境界近傍領域)では、液滴を吐出するノズルの数が増減しながら増加する増加基調になるように吐出を制御している。
同様に、塗布領域のノズル配列方向における塗布開始位置から塗布終了位置までの1回の相対移動において、被塗布部材の塗布領域に対向するノズル数が漸次減少する塗布終了位置の近傍の領域(塗布境界近傍領域)では、液滴を吐出するノズルの数が増減しながら減少する減少基調になるように吐出を制御している。
言い換えれば、塗布領域のノズル配列方向における塗布開始位置の近傍の領域及び塗布終了位置の近傍の領域の少なくともいずれかでは、単位面積当たりの滴数を近傍以外の領域での滴数よりも相対的に少なくしている。
これを図5で説明した吐出テーブルを基準とすると、塗布境界近傍領域において、本来吐出すべきノズル(図5の吐出テーブルで吐出になっているノズル)を非吐出とすることにより、塗布境界近傍領域における膜厚の増加を抑えて膜厚ムラを低減する。
この場合、塗布境界に近づくほど、非吐出とする確率を徐々に高くすることで、膜厚の急激な変化を防止し、均一な厚みの塗布膜を形成することができる。
図9に示す吐出テーブルは、塗布境界の端部においては50%の確率で各ノズルを非吐出とし、端部からの距離が遠くなるにつれて非吐出確率を低下させ、端部から2mm以上離れた位置では非吐出とする確率は0%(すなわち、通常の吐出パターン)としている。
このように、塗布境界近傍領域において、上述したような吐出制御を行うことにより、塗布境界近傍領域で膜厚が過大になる現象を解消でき、膜厚ムラを低減することができる。
なお、塗装境界からどの程度近傍まで上述した非吐出制御(間引き)を行うか、および非吐出とする確率をどの程度にするかは、被塗布部材に対する塗布液の濡れ性や塗布液の表面張力、粘度等の条件に応じて適宜調整する。
次に、本発明の第4実施形態について図10を参照して説明する。図10は同実施形態における吐出テーブルの説明図である。
本実施形態は、図9で説明した吐出テーブルと比較すると、特定のノズルについて、塗布境界近傍領域で吐出と非吐出を交互に繰り返す点では同様であるが、ノズルNo.が大きくなるほど、吐出と非吐出を交互に繰り返す区間を長くしている点が異なる。
ただし、被塗布部材を基準とする図9(b)、図10(b)で見ると、吐出確率(図5の吐出テーブルを基準とした場合)は等価となっており、同等の端部膜厚均一化効果が得られる。
次に、本発明の第5実施形態について図11を参照して説明する。図11は同実施形態における吐出テーブルの説明図である。
本実施形態では、特定のノズルについてみると、塗布境界近傍領域で吐出2回と非吐出1回を交互に繰り返すパターンとしている。被塗布部材を基準とした場合には、塗布境界の端部においては約1/3の確率で各ノズルを非吐出とし、端部からの距離が遠くなるにつれて非吐出確率を低下(すなわち、吐出確率を増加)させ、端部から1.6mm以上離れた位置では強制非吐出とする確率は0%(すなわち、通常の吐出パターン)としている。
ここで、前記第3実施形態及び第4実施形態の塗布境界近傍領域における吐出確率を図12に、前記第5実施形態の塗布境界近傍領域における吐出確率を図13に示している。吐出確率は、図5の吐出テーブルに従って吐出するときを100%とした場合である。
1 液体吐出ヘッド
3 被塗布部材
12 ノズル
15 1軸アクチュエータ
16 エンコーダ
22、23 保持部材
25 駆動モータ
40 制御装置
41 パルスカウンタ
43 吐出テーブル
3 被塗布部材
12 ノズル
15 1軸アクチュエータ
16 エンコーダ
22、23 保持部材
25 駆動モータ
40 制御装置
41 パルスカウンタ
43 吐出テーブル
Claims (7)
- 塗布液の液滴を吐出する複数のノズルが配列された液体吐出手段を備え、
前記液体吐出手段と被塗布部材とを相対的にノズル配列方向に沿う方向に移動させ、前記液体吐出手段から前記液滴を吐出して前記被塗布部材の所定の塗布領域に前記塗布液を塗布し、
前記塗布領域のノズル配列方向における塗布開始位置から塗布終了位置までの1回の相対移動において、前記被塗布部材の塗布領域に対向する前記液体吐出手段のノズル数が漸次増加する領域では、前記液滴を吐出する前記ノズルの数が増加基調にある
ことを特徴とする塗布装置。 - 塗布液の液滴を吐出する複数のノズルが配列された液体吐出手段を備え、
前記液体吐出手段と被塗布部材とを相対的にノズル配列方向に沿う方向に移動させ、前記液体吐出手段から前記液滴を吐出して前記被塗布部材の所定の塗布領域に前記塗布液を塗布し、
前記塗布領域のノズル配列方向における塗布開始位置から塗布終了位置までの1回の相対移動において、前記被塗布部材の塗布領域に対向する前記液体吐出手段のノズル数が漸次減少する領域では、前記液滴を吐出する前記ノズルの数が減少基調にある
ことを特徴とする塗布装置。 - 前記被塗布部材の塗布領域に対向する前記液体吐出手段のノズル数が漸次増加する領域では、前記液滴を吐出する前記ノズルの数が増減しながら増加する増加基調である
ことを特徴とする請求項1に記載の塗布装置。 - 前記被塗布部材の塗布領域に対向する前記液体吐出手段のノズル数が漸次減少する領域では、前記液滴を吐出する前記ノズルの数が増減しながら減少する減少基調である
ことを特徴とする請求項1に記載の塗布装置。 - 塗布液の液滴を吐出する複数のノズルが配列された液体吐出手段を備え、
前記液体吐出手段と被塗布部材とを相対的にノズル配列方向に沿う方向に移動させ、前記液体吐出手段から前記液滴を吐出して前記被塗布部材の所定の塗布領域に前記塗布液を塗布し、
前記塗布領域のノズル配列方向における塗布開始位置の近傍の領域及び塗布終了位置の近傍の領域の少なくともいずれかでは、単位面積当たりの滴数を前記近傍以外の領域での滴数よりも相対的に少なくする
ことを特徴とする塗布装置。 - 前記塗布開始位置又は塗布終了位置に近づくに従って前記単位面積当たりの滴数を減少させる
ことを特徴とする請求項5に記載の塗布装置。 - 前記被塗布部材は、円筒状又は円柱状であり、前記ノズル配列方向を軸心として回転駆動される
ことを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の塗布装置。
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