JP4852942B2 - インキ吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、塗工装置およびこれを用いた皮膜形成方法に関する。塗工装置は液供給装置と液吐出部を備え、液供給装置から供給される液を液吐出部から吐出するものである。吐出又は供給される液としては、例えば、インキ、フォトレジスト、ペースト等を用いることができる。塗工装置として、例えば、インキ吐出印刷装置、スリットコータ、ダイコータ、ディスペンサ、浸漬塗工装置等を挙げることができる。本発明は、特に液（以下、吐出液とする。）が、不安定で固化しやすい着色インキであっても定常状態を崩さず精密に吐出制御が行なえる液供給装置を備える塗工装置に関する。

従来から、塗工装置の液供給装置は、紙，建築材料，半導体，光学部材、液晶部材をはじめとした幅広い分野でそれぞれの用途に応じた各種の方式のものが使用されている。

中でも、半導体や液晶部材等のエレクトロニクス分野においては、塗膜の品質、例えば表面の平滑性や膜厚の均一性等に対する要求が厳しく、しかも年々その要求水準は高くなるばかりであり、これに対応して液供給装置にも精密な制御を行なうことが求められるようになっている。

上記したような塗膜に高い品質が求められる分野で使用される液供給装置は、精密吐出制御を実現するために、配管内部にシリンダー、定流量ポンプや弁などを備えるのが一般的である（例えば、特許文献１〜３参照）。特許文献１では、半導体製造に用いるフォトレジストのスピンコータの配管内にシリンダーを設置して、フォトレジストの量を制御する方法が提案されている。特許文献２では、インキ吐出部を備えたインキ吐出装置において、ダイヤフラムによりインキの量を制御する方法が提案されている。また、特許文献３では、プラズマパネルディスプレイの蛍光体ペーストの塗工装置において、ポンプや弁で蛍光体ペーストの吐出量を制御する方法が提案されている。

ところが、使用する吐出液が不安定である場合、液滞留部や摺動部を持つシリンダー、ポンプ、弁は吐出液由来の異物発生の原因となる。例えば液晶用カラーフィルターの製造において、吐出液として顔料分散型のフォトレジストやインキがしばしば用いられるが、弁の開閉によって顔料分が凝集し異物を発生したり、シリンダーやポンプの液置換性の悪い部分に、吐出液が固化して滞留・凝固した異物が発生する。

このような問題に対して、特許文献５では、吐出部に設けられたダイヘッドにポンプの機能を組み込んだダイコータが提案されている。この装置では、ポンプに相当する機構は依然として残るものの、ダイヘッドのマニホールドとポンプのマニホールドを１つにまとめることにより配管系を簡略化し、実質的にポンプのない構成と同程度まで配管容積を減少させている。
特許文献４では、気体による加圧式の供給容器を使用し、弁の開閉を細かく操作することでポンプなしに吐出液の制御が行なえるダイコータが提案されている。この装置を使用すると、ポンプに関しては全く接続せずに液吐出を行なうことも可能である。
特許文献６では、インキ吐出装置において、配管内に吸引ポンプを設けて異物を除去する方法が提案されている。
特開平６−３２６０１５号公報 特開平１０−５２９２３号公報 特開平１１−３３３３５２号公報 特開２００２−２５４００８号公報 特開２００３−３４０３５３号公報 特開２００４−９８６１１号公報

そもそも、本来、液供給装置において欠くべからざる部分として挙げられるのは吐出液の供給部と目的に合わせた形状をなした吐出部なのであって、それ以外の構成要素は、吐出液の接液面からは極力排除されていることが望ましい。特に吐出液が不安定である場合は上記したような異物発生の問題が生じるため、ポンプや弁といった吐出制御機構は、それなしでも要求される精度の塗工が行なえる限り、使用すべきものではない。
しかし、上記従来の技術では、いずれも吐出液の吐出量を制御するため、吐出液の配管途中にシリンダー、ポンプ、弁を用いている。このため、配管途中の異物の発生を完全に防止できるものではなかった。

すなわち、上記特許文献４の装置では、ポンプなしで吐出を行なうことは可能であるものの、弁の使用は必須であり、吐出液が不安定なものであった場合にこれの開閉によってやはり異物の発生が懸念される。さらに該装置では、精密な吐出制御にはどうしても一部制約を生ずるという問題もある。例えば、気体による塗工液の加圧と弁の開閉操作のみでは逆引き動作（サックバック）は実現不可能である。
特許文献５の装置では、装置としてのポンプは具備していないものの、液吐出部のマニホールドが実質的にポンプの機構を有しており、かつ該機構が摺動部を持つ構造となっているため、吐出液が不安定なものであった場合にヘッドマニホールド部で異物が誘発される恐れが高い。
同様に特許文献６でも吐出液の制御に弁を使用しており、また吸引ポンプが直接吐出液配管に接続されていることから、弁や吸引ポンプに異物が発生するおそれがある。

本発明は、上記したような課題を解決すべく、吐出動作において吐出液供給ユニットと液吐出部間の異物の発生の原因となる吐出制御機構を必要とせずに、精密な吐出制御が可能な液供給装置を提供することを目的とする。

本発明において上記課題を達成するための請求項１に記載の発明は、少なくとも、吐出液供給ユニットと、
前記吐出液供給ユニットに接続されたインキ吐出部を備えるインキ吐出装置において、
前記吐出液供給ユニットが、少なくとも、作動液供給ユニットに接続された外容器と、
前記外容器の内部に内蔵され、インキ吐出部と接続された内容器と、
前記外容器及び前記作動液供給ユニットに接続された制御ユニットと、を備えており、
前記作動液を前記制御ユニットにより前記外容器内に供給することによって前記作動液の圧力により前記内容器内の前記吐出液を前記インキ吐出部に供給し、
前記作動液を前記制御ユニットにより前記外容器から排出することによって前記作動液の圧力により前記吐出液を前記インキ吐出部の出口部分から内部に引き戻すことを特徴とするインキ吐出装置である。
請求項２に記載の発明は、前記制御ユニットが定流量ポンプに接続されていることを特徴とする請求項１に記載のインキ吐出装置である。
請求項３に記載の発明は、前記定流量ポンプを制御する制御ユニットを備えていることを特徴とする請求項２に記載のインキ吐出装置である。
請求項４に記載の発明は、前記外容器に接続された作動液エアベント弁を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のインキ吐出装置である。
請求項５に記載の発明は、少なくとも、吐出液供給部と、
前記吐出液供給部に接続された吐出液供給ユニットと、
前記吐出液供給ユニットに接続されたインキ吐出部を備えるインキ吐出装置において、
前記吐出液供給ユニットが、少なくとも、吐出液供給部とインキ吐出部に接続された外容器と、
前記外容器に内蔵され、作動液供給ユニットに接続された内容器と、
前記内容器及び前記作動液供給ユニットに接続された制御ユニットと、を備えており、
前記作動液を前記制御ユニットにより前記内容器内に供給することによって前記作動液の圧力により前記外容器内の前記吐出液を前記インキ吐出部に供給し、
前記作動液を前記制御ユニットにより前記内容器から排出することによって前記作動液の圧力により前記吐出液を前記インキ吐出部の出口部分から内部に引き戻すことを特徴とするインキ吐出装置である。
請求項６に記載の発明は、前記内容器及び前記作動液供給ユニットに接続された定流量ポンプを備えていることを特徴とする請求項５に記載のインキ吐出装置である。
請求項７に記載の発明は、前記制御ユニットが定流量ポンプに接続されていることを特徴とする請求項６に記載のインキ吐出装置である。
請求項８に記載の発明は、前記内容器に接続された作動液エアベント弁を備えていることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のインキ吐出装置である。
請求項９に記載の発明は、前記外容器及び吐出液供給部に接続された供給弁を有することを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載のインキ吐出装置である。

本発明の１つの態様によると、液供給装置１００は、外容器１１と外容器の内部に内蔵された内容器１２を備える。そして、作動液供給ユニット２０に接続された外容器１１に制御ユニット５０で制御された一定量の作動液を供給し、これにより内容器１２を一定圧力に加圧して吐出液を液吐出部４０に供給するため、作動液の流量制御で精密な吐出液の吐出制御が可能となる。このため、吐出液接液面から摺動部等の異物発生要因を排除でき、不安定な吐出液であっても定常状態を保ったままの精密な吐出が実現される。
また、本発明の別の態様によると、液供給装置は、外容器１１と外容器の内部に内蔵された内容器１２を備える。外容器１１は吐出液供給部７０と供給弁８２ａを通じて接続されている。供給弁８２ａは外容器１１に吐出液を補充する際のみ開かれ、それ以外の時は閉じている。そして、作動液供給ユニット２０に接続された外容器１１に制御ユニット５０で制御された一定量の作動液を供給し、これにより外容器１１を一定圧力に加圧して吐出液を液吐出部４０に供給するため、作動液の流量制御で精密な吐出液の吐出制御が可能となる。このため、吐出液接液面から摺動部等の異物発生要因を必要最小限まで排除でき、不安定な吐出液であっても定常状態を保ったままの精密な吐出が実現される。
制御ユニット５０は定流量ポンプ３０を介して接続することで、一定量の作動液を精度よく導入することができる。

以下、本発明の実施の形態につき説明する。
本発明の塗工装置は、少なくとも液供給装置と液吐出部を含むものである。本発明の塗工装置は、例えば、（１）複数のインキ供給口からインキを吐出し複数の種類のパターンを同時に形成するインキ吐出装置、（２）フォトレジストなどの感光性材料を吐出可能なスピンコータ、ダイコータ、ディスペンサ等単一の吐出口から吐出液を塗布する塗布装置を含むものである。その他、本発明の液供給装置は配管を解して所望の量の液体を吐出口から供給するあらゆる装置を含むものである。
本発明の液供給装置を前記（１）インキ吐出装置とする場合、インキ吐出部が液吐出部に相当する。発明の液供給装置を前記（２）塗布装置とする場合、液吐出部はスピンコータヘッド、ダイヘッド、吐出ノズル等の各種塗工ヘッドに相当する。
本発明の液吐出装置に用いる吐出液はその用途・目的に応じて、着色顔料、染料、有機発光剤、感光性樹脂、その他の機能性材料を含むインキ、フォトレジスト、機能性溶液等を用いることができ、圧力を伝達することが可能な流体であれば特に制限されない。
作動液は容器を通じて圧力を伝達することが可能な流体を用いる事ができ、例えば、水、有機溶剤、シリコーンオイル等を用いることができる。

図１は本発明の液供給装置の第１の態様を示す液供給装置１００の模式構成図である。
本発明の液供給装置１００は、図１に示すように、吐出液を液吐出部４０に供給する吐出液供給ユニット１０と、作動液を蓄える作動液供給ユニット２０と、作動液を吐出液供給ユニット１０に移送するための定流量ポンプ３０と、被吐出基材に塗膜を形成するための液吐出部４０と、吐出液の吐出制御を行なう制御ユニット５０とから構成されており、作動液供給ユニット２０と吐出液供給ユニット１０とは定流量ポンプ３０を介し作動液配管６１ａ，６１ｂによって接続されていて、さらに吐出液供給ユニット１０と液吐出部４０とは吐出液配管７１によって接続されている。

図２は本発明の液供給装置の第２の態様を示す液供給装置１００の模式構成図である。
本発明の液供給装置１００は、図１に示すように、吐出液を液吐出部４０に供給する吐出液供給ユニット１０と、作動液を蓄える作動液供給ユニット２０と、作動液を吐出液供給ユニット１０に移送するための定流量ポンプ３０と、被吐出基材に塗膜を形成するための液吐出部４０と、吐出液の吐出制御を行なう制御ユニット５０とから構成されており、作動液供給ユニット２０と吐出液供給ユニット１０とは定流量ポンプ３０を介し作動液配管６１ａ，６１ｂによって接続されていて、さらに吐出液供給ユニット１０と液吐出部４０とは吐出液配管７１によって接続されている。さらに吐出液供給ユニット１０は、供給弁８２ａを介して、吐出液を供給する吐出液供給部７０に接続されている。

図３は第１の態様における吐出液供給ユニットの模式図である。
吐出液供給装置１００は吐出液供給ユニット１０を備えているのが特徴で、吐出液供給ユニット１０は外容器１１および吐出液が充填された内容器１２とから構成される。外容器１１には作動液２２が満たされており、さらに定流量ポンプ３０によって、作動液配管６１ｂを介して作動液２２を出し入れ可能となっている。これにより内容器１２に所定の圧力がかかる。この圧力で内容器１２に充填された吐出液１３が吐出液配管７１を介して液吐出部から吐出される。定流量ポンプ３０は制御ユニット５０にて制御される。

具体的には、吐出時、まず作動液供給ユニット２０より定流量ポンプ３０によって作動液２２が外容器１１に送り込まれ、その圧力が外容器１１に内蔵された内容器１２に伝わる。この圧力が吐出液１３に伝達されることにより、送り込まれた作動液の量と同容積の吐出液１３が容器外へ移送されて、吐出液配管７１を通り液吐出部４０へ供給される結果、液吐出部４０による安定した吐出が実現する。
作動液を外容器１１から吸引することも可能で、吸引時は、定流量ポンプ３０によって作動液２２が吐出液供給ユニット１０から排出され、その力が内容器１２を介して吐出液１３に伝達されることにより、吸い出された量と同容積の吐出液１３が吐出液配管７１から容器内へ還流し、液吐出部４０の出口部分に付着残留していた吐出液は内部に引き戻される。
配管系内には気体が存在せず、定流量ポンプ３０の動作は液吐出部４０出口の吐出液の挙動として即座に反映されるため、吐出液が接する系にポンプや弁などの吐出制御機構が存在せずとも精密な吐出が行なえる。
また、吐出液供給ユニット１０においては、外容器１１のうち作動液の接する部分の最も高い位置に空気抜き用として作動液エアベント弁６２が接続することが好ましい。
作動液２２に気体が混入した際には、作動液エアベント弁６２を開くとともに作動液配管６１ｂから作動液２２を送り込むことにより、作動液２２とともに気体を作動液エアベント配管６１ｃより排出することで気体を外容器１１から除去できる。また、吐出液供給ユニット１０は、吐出液１３が充填されている内容器１２の最も高い位置に空気抜き用として、吐出液エアベント配管（図示せず）と吐出液エアベント弁（図示せず）を配置することもできる。そうして、吐出液１３に気体が混入した際には、吐出液エアベント弁を開くとともに作動液配管から作動液２２を送り込むことにより、吐出液１３とともに気体を吐出液エアベント配管より排出することでこれを内容器１２から除去できる。

図４は第２の態様における吐出液供給ユニットの模式図である。
吐出液供給装置１００は吐出液供給ユニット１０を備えているのが特徴で、吐出液供給ユニット１０は吐出液が充填された外容器１１および内容器１２とから構成される。内容器１２には作動液１３０が満たされており、さらに定流量ポンプ３０によって、作動液配管９１を介して作動液１３０を出し入れ可能となっている。これにより外容器１１に所定の圧力がかかる。この圧力で外容器１１に充填された吐出液２２０が吐出液配管９１ｂを介して液吐出部から吐出される。なお、供給弁８２は通常は閉じられる。外容器１１の吐出液２２０の残量が少量となった場合、供給弁８２を開くことで、吐出液配管８１ｃを介して吐出液を補充できる。また、定流量ポンプ３０は制御ユニット５０にて制御されている。

具体的には、吐出時、まず作動液供給ユニット２０より定流量ポンプ３０によって作動液１３０が外容器１１に内蔵された内容器１２に送り込まれ、その圧力が外容器１１に伝わる。この圧力が吐出液２２０に伝達されることにより、送り込まれた作動液の量と同容積の吐出液１３が容器外へ移送されて、吐出液配管７１を通り液吐出部４０へ供給される結果、液吐出部４０による安定した吐出が実現する。
作動液を内容器１１から吸引することも可能で、吸引時は、定流量ポンプ３０によって作動液２２が吐出液供給ユニット１０から排出され、その力が内容器１２を介して吐出液２２０に伝達されることにより、吸い出された量と同容積の吐出液２２０が吐出液配管９１ｂから容器内へ還流し、液吐出部４０の出口部分に付着残留していた吐出液は内部に引き戻される。
配管系内には気体が存在せず、定流量ポンプ３０の動作は液吐出部４０出口の吐出液の挙動として即座に反映されるため、吐出液が接する系にポンプや弁などの吐出制御機構が存在せずとも精密な吐出が行なえる。
また、吐出液供給ユニット１０においては、内容器１２のうち作動液の接する部分の最も高い位置に空気抜き用として、作動液エアベント配管（図示せず）と作動液エアベント弁（図示せず）が接続することが好ましい。作動液１３０に気体が混入した際には、作動液エアベント弁を開くとともに作動液配管９１から作動液１３０を送り込むことにより、作動液１３０とともに気体を作動液エアベント配管より排出することで気体を内容器１２から除去できる。また、吐出液供給ユニット１０は、吐出液２２０が充填されている外容器１２の最も高い位置に空気抜き用として、吐出液エアベント配管（図示せず）と吐出液エアベント弁（図示せず）を配置することもできる。そうして、吐出液２２０に気体が混入した際には、吐出液エアベント弁を開くとともに作動液配管９１から作動液を送り込むことにより、吐出液２２０とともに気体を吐出液エアベント配管より排出することでこれを外容器１１から除去できる。

前記したエアベント弁は、吐出液供給ユニットの外容器あるいは内容器のどちらかに設けるか、または外容器および内容器の双方にそれぞれエアベント弁を設けてもよい。ただし、外容器と内容器のエアベント弁を同時に開放すると気体排出の効果は得られない点に注意する。もちろん、作動液および吐出液の双方について、吐出液供給ユニット内に混入した気体を除く他の手段を確保できるのであれば、吐出液供給ユニットにエアベント弁を設けない構成も可能である。

この前記した２つの態様においては、
吐出液１３を内容器１２に充填して作動液２２を外容器１１に供給している第１の態様と、吐出液２２０を外容器１１に充填供給し、作動液１３０を内容器１２に充填している第２の態様が示されている。このうち第１の態様で本発明を実施する場合は、塗膜の品質および吐出装置の保守性を考慮すると、内容器１２に吐出液を充填して該吐出液を使い切るたびに内容器１２ごと交換する形態での運用が合理的と考えられる。

また、いずれの態様においても、外容器１１の材質は特に限定されないが、吐出・吸引の過程における圧力の変動によって体積変化が生じないことが必要である。このため、ステンレス等の金属、セラミックス、石材など体積変化を生じないものを用いることが好適である。同じく内容器１２の材質も特に限定されないが、適度な柔軟性を有し、作動液および吐出液に含まれる成分により変質しないことかつこれらを透過しないことが求められる。かかる事情を考慮すると、ポリエチレン、リプロピレン、ＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の樹脂が望ましい。

また本発明の装置は、塗工のみに限定されず、不安定な液体を精密に吐出制御することが求められる分野、例えば薬液・食品の充填等に適用することも可能である。

本発明の液供給装置の一態様を示す模式図である。 本発明の液供給装置の一態様を示す模式図である。 本発明の液供給装置の吐出液供給ユニットの一態様を示す模式図である。 本発明の液供給装置の吐出液供給ユニットの一態様を示す模式図である。

符号の説明

１０……吐出液供給ユニット
１１……内容器
１２……外容器
１３……吐出液
１３０…作動液
２０……作動液供給ユニット
２２……作動液
２２０…吐出液
３０……定流量ポンプ
４０……液吐出部
５０……制御ユニット
６１ａ、６１ｂ……作動液配管
６１ｃ……作動液エアベント配管
６２……作動液エアベント弁
７０……吐出液供給部
７１……吐出液配管
８１ｃ……吐出液配管
８２……供給弁
８２ａ…供給弁
９１……作動液配管
９１ｂ……吐出液配管
１００……液供給装置

Claims (9)

1. 少なくとも、吐出液供給ユニットと、
   前記吐出液供給ユニットに接続されたインキ吐出部を備えるインキ吐出装置において、
   前記吐出液供給ユニットが、少なくとも、作動液供給ユニットに接続された外容器と、
   前記外容器の内部に内蔵され、インキ吐出部と接続された内容器と、
   前記外容器及び前記作動液供給ユニットに接続された制御ユニットと、を備えており、
   前記作動液を前記制御ユニットにより前記外容器内に供給することによって前記作動液の圧力により前記内容器内の前記吐出液を前記インキ吐出部に供給し、
   前記作動液を前記制御ユニットにより前記外容器から排出することによって前記作動液の圧力により前記吐出液を前記インキ吐出部の出口部分から内部に引き戻すことを特徴とするインキ吐出装置。
2. 前記制御ユニットが定流量ポンプに接続されていることを特徴とする請求項１に記載のインキ吐出装置。
3. 前記定流量ポンプを制御する制御ユニットを備えていることを特徴とする請求項２に記載のインキ吐出装置。
4. 前記外容器に接続された作動液エアベント弁を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のインキ吐出装置。
5. 少なくとも、吐出液供給部と、
   前記吐出液供給部に接続された吐出液供給ユニットと、
   前記吐出液供給ユニットに接続されたインキ吐出部を備えるインキ吐出装置において、
   前記吐出液供給ユニットが、少なくとも、吐出液供給部とインキ吐出部に接続された外容器と、
   前記外容器に内蔵され、作動液供給ユニットに接続された内容器と、
   前記内容器及び前記作動液供給ユニットに接続された制御ユニットと、を備えており、
   前記作動液を前記制御ユニットにより前記内容器内に供給することによって前記作動液の圧力により前記外容器内の前記吐出液を前記インキ吐出部に供給し、
   前記作動液を前記制御ユニットにより前記内容器から排出することによって前記作動液の圧力により前記吐出液を前記インキ吐出部の出口部分から内部に引き戻すことを特徴とするインキ吐出装置。
6. 前記内容器及び前記作動液供給ユニットに接続された定流量ポンプを備えていることを特徴とする請求項５に記載のインキ吐出装置。
7. 前記制御ユニットが定流量ポンプに接続されていることを特徴とする請求項６に記載のインキ吐出装置。
8. 前記内容器に接続された作動液エアベント弁を備えていることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のインキ吐出装置。
9. 前記外容器及び吐出液供給部に接続された供給弁を有することを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載のインキ吐出装置。