JP4458962B2 - インクジェット塗布装置 - Google Patents

Description

本発明は，インクジェット塗布装置に関し、特にインクジェットヘッドのノズルの液圧を微小負圧に保つことのできる機構を備えるインクジェット塗布装置に関する。

インクの液滴を噴射するノズルを有するインクジェットヘッドを備えるインクジェット装置においては、インクジェットヘッドのノズル部分におけるインク圧力を微小な負圧に保つことが大切である。インクジェットヘッドのノズル部のインクを負圧にする従来の手段としては、一つに、インクジェットヘッドにインクを導くインクタンクに多孔質材料を入れ、この多孔質材料によるインクの毛細管現象を利用する方法があり、もう一つに、インクタンクとインクジェットヘッドを配管でつなぎ、インクタンク内のインクの液面をインクジェットヘッドのノズルの液面より低く設置することで負圧を発生させる方法がある。

これらの従来の技術を図面を用いて説明する。図７は、多孔質材料による毛細管現象を利用した従来技術の模式図である。図７においては、インクジェットヘッド７１は、インクタンク７２と接続されて、インクタンク７２からインクジェットヘッド７１へ、インク７３が供給できるようになっている。このインクタンク７２内には、インク７３とともに多孔質材料７４が収容されていて、この多孔質材料７４の隙間にインク７３が充填されている。このような構成において、インクタンク７２内のインク７３は、インクジェットヘッド７１とつながっているが、インクタンク７２内の多孔質材料７４による毛細管現象により、インクジェットヘッド７１側からインクが吸い出される現象が発生する。この作用は、インクの液圧を負圧にする効果があり、常にヘッド内のインク液圧を負圧に保つことができる。

図８は、別の従来例としての、インクタンク内のインクの液面をインクジェットヘッドのノズルの液面より低く設置した従来技術の模式図である。図８において、インクジェットヘッド８１とインクタンク８２とを配管８３で接続する。そして、インクジェットヘッド８１の下面に位置するインクノズルの液面に対して、インクタンク８２の液面高さを、図示したようにインクタンク８２の液面高さの方が低いように位置決めして設置する。このようなインク液面の位置関係により、インクジェットヘッド３０のノズル面でのインク液圧は負圧となる。

図７に示したようなインクジェットヘッド７１にインク７３を導くインクタンク７２に多孔質材料７４を入れ、この多孔質材料７４によるインク７３の毛細管現象を利用する方法は、非常に簡便な方法であるが、インク７３の内容物を吸着してインク７３を変質させたり、インク７３が多孔質材料７４により化学的に変質、汚染されたりするおそれがあることや、多孔質材料７４の小片がゴミとなって、このゴミがノズルを詰まらせるおそれがあるという問題がある。

また、図８に示したインクタンク８２とインクジェットヘッド８１とを配管８３でつなぎ、インクタンク８２内のインクの液面をインクジェットヘッド８１のノズルの液面より低く設置する方法は、構造的には簡便であるが、インクジェット塗布装置においては通常、インクジェットヘッド８１の下方に塗布対象物が存在している。そのため、インクの液圧を負圧にすべくインクタンク８２の液面をインクジェットヘッド８１のノズル面より低くしようとすると、塗布対象物を避けるようにインクタンク８２を設置しなければならない。したがって、配管８３の長さが長くなり、配管処理が煩雑になるばかりでなく、この配管８３に振動が加わると液圧が変わってしまい正常な塗布作業が出来ない問題がある。また、配管８３の長さが長くなるがゆえに構造的にも大きくなってしまう。さらに、塗布作業によりインクタンク８２内のインクが消費されるとインクタンク８２内のインク液面が低下することになるから、適切な負圧を維持するためには、インクタンク８２を昇降させる機構あるいはインクタンク８２の液面高さを維持するためにインクタンク８２へインクを供給する第２のインク供給機構が必要となり、機構が複雑化する。

本発明は、上述の事情に鑑みなされたものであり、インクの汚染やゴミの混入のおそれがなく、また、インクタンクと塗布対象物との干渉なくインクジェットヘッドとインクタンクとの距離を短くすることができ、インクタンクの液面変動の影響を抑制しつつ、ノズルの液圧を微小負圧に保つことのできるインクジェット塗布装置を提供することを目的とする。

本発明のインクジェット塗布装置は、インクの液滴を噴射するノズルを有するインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドに導くインクを収容するインク中間タンクと、液体を収容し、この液体よりも上方の空間が排気管と接続されるとともに前記インク中間タンク内の空間と連通する負圧タンクと、中空のパイプよりなり、一端を前記負圧タンク外の大気に開放するとともに他端を前記負圧タンク内に収容した液体の液面から所定の深さに挿入して、前記負圧タンク内の空間の圧力を所定の負圧に維持調整する負圧調整手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明のインクジェット塗布装置は、前記インク中間タンクに収容されたインクの液面高さを検出する手段と、このインクの液面の低下に応じて前記インク中間タンク内にインクを補充するインク供給タンクとを、更に具備することができる。

また、本発明のインクジェット塗布装置は、前記負圧調整手段のパイプについて、液体に挿入される側の端部の端面がパイプの中心軸に対して傾斜させた形状にすることもできるし、液体に挿入される側の端部に切り欠き部を有することもできるし、液体に挿入される側の端部に多孔質ノズルを有することもできる。
また、本発明の塗布体の製造方法は、上述したインクジェット塗布装置を用いて、塗布対象物に塗布膜を形成する膜形成工程を具備することを特徴とする。

本発明のインクジェット塗布装置によれば、安定した品質の塗布を行うことが可能とする。

図１は、本発明のインクジェット塗布装置の一実施形態の構成の説明図である。図１に示すように、インクの液滴を噴射するノズルを有するインクジェットヘッド１１と、前記インクジェットヘッド１１に配管を介して接続され、このインクジェットヘッド１１に導くインクを収容するインク中間タンク１２と、液体を収容し、この液体よりも上方の空間が排気管１３１と接続されるとともに前記インク中間タンク内の空間と配管を介して連通する負圧タンク１３とを備えている。この排気管１３１は、負圧タンク１３内の気体を排気して負圧にするための手段である真空ポンプ２２と接続されている。

図１に示した実施形態では、インク中間タンク１２内に収容するインクの液面高さは、インクジェットヘッド１１のノズルよりも所定高さｈ１になるような位置ｈ３にされている。インク中間タンク１２内に収容するインクの液面高さを検出するために、インク中間タンク１２には液面計１２１が設けられている。この液面計１２１は、例えば超音波式液面計を用いることができる。

塗布作業中にインクが消費されて、インク中間タンク１２内のインクの液面が低下したときに、インクをインク中間タンク１２に補給するために、インク供給タンク１４が、液供給ポンプ１５を介してインク中間タンク１２に接続されている。また、インク供給タンク１４とインクジェットヘッド１１及びインク中間タンク１２との間は、複数のバルブ１６〜２０及び配管により接続されている。これは、塗布を開始するときに、インクジェットヘッド１１及びインク中間タンク１２に予めインク供給タンク１４からインクを供給するためである。また、インクジェットヘッド１１に接続する配管に分岐して、塗布を開始するときに溢れ出るインクを溜める廃液受け２１が設けられている。

負圧タンク１３には、インク液あるいはその他の液が一定量収容されている。負圧タンク１３内に収容される液体の種類は、インク液に限られない。もっとも、負圧タンク１３内の空間は、配管を介してインク中間タンク１２内の空間と連通しているため、負圧タンク１３内に収容される液体が気化した場合に、インク中間タンク１２内に収容されているインクに悪影響を及ぼす可能性のある液体とするのは好ましくない。

負圧タンク１３の上部から排気管１３１を介して、負圧タンク１３内の気体を排気し負圧タンク１３内を負圧にする手段としての真空ポンプ２２が接続されていて、真空ポンプ２２を動作させて負圧タンク１３内のガスを吸引排気することにより、負圧タンク１３内の空間を負圧にする。負圧タンク１３内の空間とインク中間タンク１２内の空間とは配管を通じて連通しているから、負圧タンク１３内の空間が負圧になれば、インク中間タンク１２内の空間も同じく負圧になる。

負圧タンク１３内の空間の負圧を所定の負圧に維持調整するための負圧調整手段として、中空パイプ２３が負圧タンク１３に設けられている。この中空パイプ２３の一端は、前記負圧タンク１３外の大気に開放されており、他端は、負圧タンク１３内に収容された液体中に、液体の液面から所定の深さｈ２だけ、挿入されている。そして、真空ポンプ２２を作動させると、負圧タンク１３内の空間は、ｈ２の液圧と釣り合う負圧になる。そして、真空ポンプ２２の運転を継続していても、大気に開放されている中空パイプ２３の一端からこの中空パイプ２３を通して負圧タンク１３内に空気が気泡として入ることになるので、負圧タンク１３内の空間が、ｈ２の液圧よりも大きな負圧になることはない。したがって、この中空パイプ２３により、負圧タンク１３内の空間の負圧が一定に維持される。中空パイプ２３の液中への挿入深さは、必要に応じて調整することができるようになっていて、負圧タンク１３内の空間の負圧を微調整することができるようになっている。

以上のような構成を具備する図１に示した本実施例のインクジェット塗布装置において、インクジェットヘッドのノズル部分におけるインク圧力は、インク中間タンク１２における液面高さｈ３とインクジェットヘッド１１のノズルとの高低差ｈ１によるインクの液圧から、インク中間タンク１２内の空間の負圧だけ減じた値となる。このインク中間タンク１２内の空間の負圧は、負圧タンク１３内の空間の負圧と等しく、また、この負圧タンク１３内の空間の負圧は、負圧タンク１３の液体中に挿入された中空パイプ２３の挿入深さｈ２の液圧と釣り合う値となる。したがって、結局のところ、インクジェットヘッドのノズル部分におけるインク圧力は、インク中間タンク１２における液面高さｈ３とインクジェットヘッド１１のノズルとの高低差ｈ１によるインクの液圧から、負圧タンク１３の液体中に挿入された中空パイプ２３の挿入深さｈ２の液圧を減じた値になる。負圧タンク１３に収容されている液体がインク中間タンク１２に収容されているインクと同じ場合は、インクジェットヘッドのノズル部分におけるインク圧力ｈは、ｈ＝ｈ１−ｈ２で計算される値になる。

かくして、インク中間タンク１２内の空間と連通する負圧タンク１３を具備するようにして、この負圧タンク１３に排気管１３１を接続し負圧タンク１３内のガスを排気して、負圧タンク内とインク中間タンク内とを同じ負圧にすることにより、インクジェットヘッド１１のノズル部分におけるインク圧力を負圧に保つことができる。

また、インク中間タンク１２の液面高さ及び中空パイプ２３の挿入深さを適切に調整することにより、インクジェットヘッド１１のノズル部を微小な負圧に維持することができる。

また、本実施形態のインクジェット塗布装置は、従来技術のように多孔質材料によるインク７３の毛細管現象を利用してノズル部分におけるインク圧力を微小な負圧にするのではないため、多孔質材料による汚染やノズル詰まりの問題がない。

更に、インクジェットヘッド１１にインクを導くインク中間タンク１２について、中間タンク１２内のインクの液面がインクジェットヘッド１１のノズルの液面よりも高い位置になる位置にインク中間タンク１２を設置したとしても、インクジェットヘッド１１のノズル部分におけるインク圧力を微小な負圧に保つことができる。したがって、インク中間タンク１２を、このインク中間タンク１２内のインクの液面高さが前記ノズルのメニスカス部よりも高い所定高さに位置させるように配置することにより、インク中間タンク１２は、インクジェットヘッド１１の下方に取り付けられる塗布対象物と干渉することがなく、よってインク中間タンク１２をインクジェットヘッド１１に近接して配設することができる。

インク中間タンク１２をインクジェットヘッド１１に近接して配設することができることは、配管による外乱の影響を小さくすることができることから有利である。図２に、インクジェットヘッド１１を備えるインクジェットユニットにインク中間タンク１２を近接して設けた例を模式図で示す。なお、図２において、図１と同一の装置については同一の符号を付して、以下では重複する説明を省略する。

図２に示すインクジェットヘッドユニットにおいては、支持部材３１に駆動モータ３２とこの駆動モータ３２により垂直方向を回転軸として回転可能なネジ部材３３とが取り付けられている。また、このネジ部材に噛み合う昇降部材３４が移動可能に取り付けられていて、昇降部材３４に固着されているＬ形の取付部材３５が、ネジ部材３３の回動により昇降可能になっている。取付部材３５の下方には、垂直方向を回転軸として回動可能なブラケット３６を介してインクジェットヘッド１１が取り付けられている。そして、インク中間タンク１２が、Ｌ形の取付部材３５の水平部に取り付けられている。図示した例のように、インク中間タンク１２がインクジェットヘッド１１に近接して設けられているので、外乱の影響を小さくすることができる。なお、インク中間タンク１２と負圧タンク１３とを接続する配管は、単に両タンク内の気圧を同じにする作用のみなので、距離が離れていても構わない。

インク中間タンク１２は、振動などの外乱による液面変動をできるだけ回避することが好ましく、そのため、インク中間タンク１２の液浴中には、図３に示すように、仕切り板４１を設けることが望ましい。この仕切り板４１は、例えば図４に平面図で示すように、井桁状に構成された板材に貫通孔４２に設けて、液の流動、波動を抑制するものである。

次に、負圧タンク１３に収容される液体に挿入される中空パイプ２３は、図１を用いて説明したように、真空ポンプ２２の運転を継続しているときに、大気に開放されている中空パイプ２３の一端からこの中空パイプ２３を通して負圧タンク１３内に大気中の空気を気泡として導入することにより、負圧タンク１３内の空間を所定の負圧に維持するものである。この気泡が大きいと負圧タンク内の圧力変動、液面変動が大きくなる問題がある。したがって、中空パイプから液中に出す気泡の大きさを小さくすることは、安定して圧力制御ができるために好ましい。

気泡の大きさを小さくするために、中空パイプは、図５に示すように、液体に挿入される側の端部について、端面がパイプの中心軸に対して傾斜させた形状の中空パイプ２３Ａとすることもできるし、逆Ｖ字形の切り欠き部を有する中空パイプ２３Ｂとすることもできるし、多孔質ノズルを有する中空パイプ２３Ｃとすることもできる。なお、気泡を小さくするような形状であれば、図５に示した先端部形状に限定されないのは言うまでもない。

次に、図１に示した本実施形態のインクジェット塗布装置の動作について、図６に示す動作チャートを用いて説明する。なお、以下の説明では、インク中間タンク１２にインクが無い状態で、かつ、インクジェットヘッド１１にもインク液が満たされていない状態で、かつ、負圧タンク１３には、液体が入っている状態であって、各バルブ１６〜２０が閉じており、真空ポンプ２２も作動していない状態（初期状態）から、動作を説明する。すなわち、図６においてタイミング０より前の状態が初期状態と考える。

タイミング０でバルブ１６、１７、１８を開ける。液供給ポンプ１５を作動させ、液をインクジェットヘッド１１の配管内に満たす。あふれたインクは、廃液受け２１に受けて廃棄される。

次に、タイミング１でバルブ１６を閉じ、インクをインクジェットヘッド１１内部に満たす。次に、タイミング２でバルブ１７を閉じ、バルブ１９を開けて、インク中間タンク１２への配管へインクを満たす。インク中間タンク１２内のインク量が増えてゆき、液面計１２１で計測された液面高さが、予め定められた高さ上限値になったら、タイミング３として、バルブ１８、１９を閉じ、バルブ１７、２０を開く。

次に、タイミング４で真空ポンプ２２を作動させ、徐々に負圧タンク１３の圧力を負圧にする。負圧タンク１３内の空間が、所定の負圧に達した後は、中空パイプ２３から空気が負圧タンク１３に入り込み、負圧の増大が進行しない。したがって、一定負圧を維持できる。

負圧タンク１３内が一定負圧になったタイミングをタイミング６とすると、このタイミング６では、バルブ１９を開き、通常運転ができる状態となる。

その後は、インクジェット塗布の作業をするにつれ、インク中間タンク１２の液面が低下し、予め定められた液面下限値になると（タイミング１０）、液供給ポンプ１５を作動させて、液を補充する。液面計１２１で計測された液面高さが所定の液上限値になると（タイミング１１）、液供給ポンプ１５を停止させる。このように、インク中間タンク１２の液面を常時監視し、液供給ポンプ１５の作動・停止を繰返すことで、一定負圧状態でのインクジェット塗布を実現できる。

本発明のインクジェット塗布装置の一実施形態の構成の説明図。 インクジェットヘッドにインク中間タンクを近接して設けた例を示す模式図。 インク中間タンクの説明図。 仕切り板の平面図。 中間パイプの先端部の示す図。 本発明の動作手順例を示すチャート。 従来例１を示す模式図。 従来例２を示す模式図。

符号の説明

１１…インクジェットヘッド、２…インク中間タンク、１３…負圧タンク、１４…インク供給タンク、１５…液供給ポンプ、２２…真空ポンプ、２３…中空パイプ、２３…中空パイプ（負圧調整手段）

Claims (6)

1. インクの液滴を噴射するノズルを有するインクジェットヘッドと、
   前記インクジェットヘッドに導くインクを収容するインク中間タンクと、
   液体を収容し、この液体よりも上方の空間が排気管と接続されるとともに前記インク中間タンク内の空間と連通する負圧タンクと、
   中空のパイプよりなり、一端を前記負圧タンク外の大気に開放するとともに他端を前記負圧タンク内に収容した液体の液面から所定の深さに挿入して、前記負圧タンク内の空間の圧力を所定の負圧に維持調整する負圧調整手段と、
   を備えることを特徴とするインクジェット塗布装置。
2. 前記インク中間タンクに収容されたインクの液面高さを検出する手段と、このインクの液面の低下に応じて前記インク中間タンク内にインクを補充するインク供給タンクとを具備することを特徴とする請求項１記載のインクジェット塗布装置。
3. 前記負圧調整手段のパイプは、液体に挿入される側の端部の端面が前記パイプの中心軸に対して傾斜させた形状であることを特徴とする請求項１記載のインクジェット塗布装置。
4. 前記負圧調整手段のパイプは、液体に挿入される側の端部に切り欠き部を有することを特徴とする請求項１記載のインクジェット塗布装置。
5. 前記負圧調整手段のパイプは、液体に挿入される側の端部に多孔質ノズルを有するものであることを特徴とする請求項１記載のインクジェット塗布装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載のインクジェット塗布装置を用いて、塗布対象物に塗布膜を形成する膜形成工程を具備することを特徴とする塗布体の製造方法。

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