JP4891012B2

JP4891012B2 - ヘッドクリーニング方法、吐出装置

Info

Publication number: JP4891012B2
Application number: JP2006254299A
Authority: JP
Inventors: 健太郎汲田
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2026-09-20
Also published as: JP2008073594A

Description

本発明は吐出液を塗布する技術にかかり、特に、印刷ヘッドのクリーニング方法と、そのクリーニング方法を実施できる吐出装置に関する。

液晶表示装置のカラーフィルター配向膜や、スペーサの塗布の他、有機ＥＬ装置等の有機薄膜を形成する用途にも、インクジェットプリンタ形式の印刷装置が用いられている。

図５(ａ)〜(ｄ)の符号１２０は、インクジェットプリンタ形式の印刷装置の印刷ヘッドを示しており、印刷ヘッド１２０の内部には、吐出液１４５が配置されている。

吐出液１４５は、その液面は、吐出孔１２５の開口から所定距離だけ上方に位置するように圧力が制御されているが、部分的に粘度が上昇すると、粘度上昇部分が吐出孔１２５の壁面に付着し、吐出孔１２５を閉塞させてしまう。
同図(ａ)の符号Ａは、粘度が上昇している部分、符号Ｂは正常な部分を示している。

この状態のまま、圧電素子に通電しても、同図(ｂ)に示すように、正常な部分Ｂからは液滴１４０が吐出されるが、粘度の高い部分Ａからは液滴１４０は吐出されない。

そこで従来技術では、印刷ヘッド１２０をクリーニング位置まで移動させ、印刷ヘッド１２０の内部を加圧し、吐出孔１２５から吐出液１４５を強制的に吐出させ、粘度の高い部分を印刷ヘッド１２０の外部に廃棄しており、印刷ヘッド１２０の内部が正常圧力に復帰すると、同図(ｄ)に示すように、各吐出孔１２５内部は均一な液面になり、以後は圧電素子によって正常に吐出されるようになる。
特開２００５−２８７５８号公報

しかしながら、上記のクリーニング方法では、高粘度の吐出液によって閉塞された小数の吐出孔を回復させるために、正常な多数の吐出孔からも吐出液が吐出されるため、吐出液が無駄になるという問題がある。特に、高価な有機材料を使用する場合は深刻な問題であり、解決が望まれている。

上記課題を解決するため、本発明は、複数の吐出孔を有し、内部に配置された吐出液を前記吐出孔から吐出し、印刷対象物表面に前記吐出液の液滴を着弾させる印刷ヘッドをクリーニングするヘッドクリーニング方法であって、前記印刷ヘッドは供給タンクに接続され、前記印刷ヘッドには、前記供給タンクに配置された前記吐出液が供給されるよう構成され、前記印刷ヘッドから吐出液が吐出されない程度に加圧ポンプで前記供給タンク内部の前記吐出液よりも上方の空間の圧力を増加させて前記印刷ヘッド内部の吐出液の圧力を高め、前記各吐出孔の開口よりも外側に前記吐出液を膨らませた後、減圧ポンプで前記供給タンク内部の前記吐出液よりも上方の空間を排気して圧力を減少させ、前記膨らんだ部分の前記吐出液を前記印刷ヘッドの内部に吸引するヘッドクリーニング方法である。
本発明は、定期的に前記吐出液の膨らませ動作と吸引動作を繰り返すヘッドクリーニング方法である。
本発明は、吐出孔を有し、吐出用加圧手段が内部を加圧して吐出液を吐出する印刷ヘッドと、前記吐出用加圧手段とは別に設けられ、前記印刷ヘッド内を加圧する加圧手段と、前記印刷ヘッド内を減圧する減圧手段と、前記印刷ヘッドに接続され、前記印刷ヘッドに前記吐出液を供給する供給タンクとを具備し、前記加圧手段と前記減圧手段は、前記供給タンク内部の前記吐出液よりも上方の空間に接続され、前記加圧手段で前記供給タンク内部を加圧することで前記印刷ヘッド内を加圧して、前記吐出液を前記吐出孔の外側に膨らませ、前記減圧手段で前記供給タンク内部を排気して減圧することで膨らんだ前記吐出液を印刷ヘッド内に引き込む、吐出装置である。
本発明は、前記供給タンクと、前記加圧手段と前記減圧手段との間に切り替えバルブを有する吐出装置である。

本発明は上記のように構成されており、吐出孔の壁面に密着し、吐出孔を閉塞させる高粘度の部分を、インク供給タンク内を増圧し、印刷ヘッド内の圧力を高めることによって、壁面から引き離し、印刷ヘッドの外部に移動させ、次いで、印刷ヘッドの内部の圧力を減少させ、印刷ヘッドの外部に膨らんだ部分を吸引し、高粘度の部分を印刷ヘッドの内部に移動させると、高粘度の部分は印刷ヘッド内部に充満する多量の吐出液に分散し、高粘度の部分は溶解する。

吐出液が乾燥して吐出孔付近で粘度が上昇しても、吐出孔が閉塞しない。吐出液を吐出しなくても吐出孔の目詰まりを解消することができるので、吐出液が無駄にならない。

図１(ａ)〜(ｄ)の符号１は、本発明の一例の印刷装置を示しており、図１(ａ)は平面図、図１(ｂ)は、図１(ａ)の側面図である。
印刷装置１は、台１１と、台１１上に、台１１の表面とは離間して配置された支持部１２と、支持部１２の台１１に向いた面に配置された印刷ヘッド２０とを有している。

図１(ａ)、(ｂ)の符号７は、台１１上の支持部１２の片側位置に配置された印刷対象物を示しており、不図示の移動機構により、印刷対象物７は、図１(ｃ)に示すように、支持部１２と対面する位置を通過しながら、図１(ｄ)に示すように、支持部１２の反対側の位置まで移動できるように構成されている。

印刷ヘッド２０は、インク供給系４０と廃液系６０に接続されている。印刷ヘッド２０は支持部１２に支持された状態で、印刷対象物７の移動方向とは垂直な方向を水平面内で往復移動できるように構成されており、印刷ヘッド２０を移動させながら、インク供給系４０から供給された吐出液を印刷ヘッドから吐出し、印刷対象物７を移動させると、印刷対象物７の所望位置に吐出液を着弾させることができるように構成されている。

次に、インク供給系と廃液系を説明する。
図３に示すように、インク供給系４０は、供給タンク４１と、洗浄液タンク４２と、インクタンク４３と、減圧ポンプ４６と、加圧ポンプ４７が設けられている。尚、図３の符号６９は残量センサーを示し、同図の符号６６は液体濃度計を示し、同図の符号６７はそれぞれレギュレーターを示す。

供給タンク４１には、タンク切替装置４８を介して、印刷ヘッド２０と、インクタンク４３と、洗浄液タンク４２が接続されており、タンク切替装置４８を操作することにより、供給タンク４１に対し、印刷ヘッド２０と、インクタンク４３と、洗浄タンク４２のいずれか一台を接続するように構成されている。

また、供給タンク４１には、ポンプ切替装置４９を介して、減圧ポンプ４６と、加圧ポンプ４７が接続されており、供給タンク４１に対し、減圧ポンプ４６と加圧ポンプ４７のいずれか一台を接続できるように構成されている。

インクタンク４３中には吐出液４５が配置されており、供給タンク４１に対し、インクタンク４３と減圧ポンプ４６を接続し、減圧ポンプ４６によって供給タンク４１内の上部空間を排気して減圧雰囲気にすると、インクタンク４３中の吐出液４５は供給タンク４１底面の供給口から供給タンク４１内に吸い上げられ、供給タンク４１に吐出液４５が配置される。

その状態でタンク切替装置４８を操作し、供給タンク４１に印刷ヘッド２０を接続し、ポンプ切替装置４９を操作して供給タンク４１に加圧ポンプ４７を接続し、加圧ポンプ４７によって、供給タンク４１の上部空間を加圧すると、供給タンク４１内の吐出液４５は印刷ヘッド２０に移動する。

印刷ヘッド２０は、図４(ａ)に示すように、印刷ヘッド２０の底面に複数の吐出孔２５を有している。供給タンク４１の内部が減圧されていない場合、印刷ヘッド２０内部の吐出液４５は、液滴となって吐出孔２５から印刷ヘッド２０の外部に落下し、これによって吐出液４５が排出されるが、印刷ヘッド２０内部に吐出液４５が充満したところで、供給タンク４１を減圧ポンプ４６に接続し、供給タンク４１内を減圧すると、印刷ヘッド２０内部の吐出液４５は落下せず、印刷ヘッド２０内部に保持される。

印刷対象物７が移動する範囲の外側であって、印刷ヘッド２０が到着可能な位置には、トレイが配置されている。図２は、印刷ヘッド２０がトレイ５５上に位置した状態を示している。
印刷ヘッド２０がトレイ５５上に位置する場合、印刷ヘッド２０から排出された吐出液４５はトレイ５５によって受液される。

廃液系６０には、廃液タンク６１と廃液ポンプ６２が設けられており、弁６３を切り替え、トレイ５５を廃液タンク６１に接続すると、トレイ５５に受液された吐出液４５は、廃液タンク６１に集液される。

また、印刷ヘッド２０を廃液タンク６１に接続し、供給タンク４１の上部空間を加圧しながら、廃液ポンプ６２によって廃液タンク６１内部の上部空間を排気し、廃液タンク６１内を減圧雰囲気にすると、印刷ヘッド２０内部の吐出液４５を廃液タンク６１に流出させることができる。

供給タンク４１や印刷ヘッド２０内部から吐出液４５を排出した後、吐出液４５に替え、洗浄液を洗浄タンク４２から供給タンク４１に供給し、供給タンク４１から印刷ヘッド２０に供給し、廃液系６０に排出すると、印刷ヘッド２０内部を洗浄することができる。

吐出液４５を印刷対象物７に吐出する際には、印刷ヘッド２０と廃液タンク６１を接続しないでおき、供給タンク４１内部の圧力を制御することにより、図５(ａ)の符号Ｂに示すように、吐出液１４５の液面を吐出孔１２５の開口よりも上部に位置させておく。

各吐出孔１２５内には、圧電素子が配置されており、所望の吐出孔１２５内の圧電素子に電圧を印加すると、その吐出孔１２５内の開口から図５(ｂ)に示すように、吐出液１４５の液滴を吐出することができる。

しかし、乾燥などにより、各吐出孔１２５内の液面のうち、一部の吐出孔１２５内の吐出液１４５の粘度が上昇すると、図５(ａ)の符号Ａで示す部分にように、高粘度の部分が吐出孔１２５を閉塞し、その吐出孔１２５からは吐出液１４５が吐出されなくなる。

本発明では、印刷ヘッド２０をトレイ５５上に静止させる。
このとき、通常、図４(ａ)に示すように、減圧ポンプ４６によって供給タンク４１内を減圧し、印刷ヘッド２０の符号Ｂで示した正常な吐出孔２５内では液面が上昇するようにしておき、次いで、加圧ポンプ４７に切り替え、図４(ｂ)に示すように、吐出液４５の液面が吐出孔２５の開口よりも外側に広がる程度に供給タンク４１内を加圧する。

同図(ｂ)の符号Ｃは、吐出孔２５よりも外側に膨出した吐出液４５の部分を示しており、高粘度の部分Ａも他の部分Ｂと一緒に膨らむ。このとき、供給タンク４１内の圧力は、吐出液４５の膨出部分Ｃが印刷ヘッド２０から分離せず、液滴となって落下しない程度に増圧しておき、次いで、供給タンク４１内を減圧ポンプ４６に接続し、減圧し、同図(ｃ)に示すように、膨出部分Ｃを印刷ヘッド２０内に吸引する。吐出孔２５内を閉塞させていた高粘度の部分Ａは、増圧によって一旦印刷ヘッド２０の外部に移動され、吐出孔２５壁面との密着が解消されて、吸引によって印刷ヘッド２０の内部に移動される。
ここでは膨出時には、供給タンク４１内部は印刷時よりも５〜５０ｋＰａ増圧した。吸引時は５ｋＰａ減圧した。

供給タンク４１内を最初の状態の圧力(圧電素子によって吐出可能な状態の圧力)に戻したときには、同図(ｄ)に示すように、閉塞状態が解消され、高粘度の部分Ａを有する吐出孔２５の液面も、他の部分Ｂと同じ液面高さになる。高粘度の部分は印刷ヘッド２０内部に充満する多量の吐出液４５に分散し、高粘度の部分Ａは溶解する。

吐出液４５を吐出し、高粘度の部分Ａを印刷ヘッド２０から排出する場合は、正常な吐出孔２５からも不良でない吐出液４５が吐出されてしまうが、本発明では、そのような無駄が生じない。
クリーニング後、吐出孔２５の吐出状態をカメラで検出する等により、正常な吐出状態への復帰が確認されたら、印刷対象物７への吐出を開始する。

なお、本発明に用いることができる吐出液４５は、液晶表示装置のカラーフィルターの原料となる顔料が分散した顔料分散液、液晶表示装置の配向膜の原料となる有機樹脂が溶解した樹脂溶液、液晶表示装置のスペーサが液体中に分散されたスペーサ分散液、有機ＥＬ表示装置の有機発光層の原料となる樹脂溶液を用いることができる。

なお、上記は供給タンク４１の内部圧力を増減することで、吐出液４５の膨出と吸引を行なったが、供給タンク４１の高さを変えても、吐出液４５の吐出孔２５からの膨出と吸引を行なうことができる。
膨出させる場合、供給タンク４１を上方に移動させ、吸引する場合、供給タンク４１を下方に移動させればよい。

本発明の印刷装置は、一ロットの印刷対象物に印刷を行なっている間、一枚の印刷対象物への吐出液の吐出が終了した後、次の印刷対象物への吐出液の吐出を開始する前に行なうことができる。

また、一ロットの印刷対象物への吐出液の吐出が終了した後、次のロットの印刷対象物への吐出液の吐出を開始するまでの間は、吐出液を吐出しない待機期間であるので、この待機期間の間、本発明のヘッドクリーニング方法を一定間隔で繰り返し実行し、粘度が上昇しないようにすることができる。例えば、待機期間の間、数十秒〜数分間に一回の割合で行なうことができる。

（ａ）：本発明に用いる印刷装置を説明する平面図、（ｂ）〜（ｄ）：印刷対象物を移動させる工程を説明する側面図印刷ヘッドをトレイ上に配置した状態を説明する平面図印刷ヘッドと、インク供給系と、廃液系との関係を説明する模式図（ａ）〜（ｄ）：本発明のヘッドクリーニング工程を説明する断面図（ａ）〜（ｄ）：従来技術のヘッドクリーニング工程を説明する断面図

符号の説明

１……印刷装置７……印刷対象物２０……印刷ヘッド２５……吐出孔４１……供給タンク４５……吐出液

Claims

複数の吐出孔を有し、内部に配置された吐出液を前記吐出孔から吐出し、印刷対象物表面に前記吐出液の液滴を着弾させる印刷ヘッドをクリーニングするヘッドクリーニング方法であって、
前記印刷ヘッドは供給タンクに接続され、前記印刷ヘッドには、前記供給タンクに配置された前記吐出液が供給されるよう構成され、
前記印刷ヘッドから吐出液が吐出されない程度に加圧ポンプで前記供給タンク内部の前記吐出液よりも上方の空間の圧力を増加させて前記印刷ヘッド内部の吐出液の圧力を高め、前記各吐出孔の開口よりも外側に前記吐出液を膨らませた後、減圧ポンプで前記供給タンク内部の前記吐出液よりも上方の空間を排気して圧力を減少させ、前記膨らんだ部分の前記吐出液を前記印刷ヘッドの内部に吸引するヘッドクリーニング方法。
定期的に前記吐出液の膨らませ動作と吸引動作を繰り返す請求項１記載のヘッドクリーニング方法。
吐出孔を有し、吐出用加圧手段が内部を加圧して吐出液を吐出する印刷ヘッドと、
前記吐出用加圧手段とは別に設けられ、前記印刷ヘッド内を加圧する加圧手段と、
前記印刷ヘッド内を減圧する減圧手段と、
前記印刷ヘッドに接続され、前記印刷ヘッドに前記吐出液を供給する供給タンクとを具備し、
前記加圧手段と前記減圧手段は、前記供給タンク内部の前記吐出液よりも上方の空間に接続され、
前記加圧手段で前記供給タンク内部を加圧することで前記印刷ヘッド内を加圧して、前記吐出液を前記吐出孔の外側に膨らませ、前記減圧手段で前記供給タンク内部を排気して減圧することで膨らんだ前記吐出液を印刷ヘッド内に引き込む、
吐出装置。
前記供給タンクと、前記加圧手段と前記減圧手段との間に切り替えバルブを有する請求項３に記載の吐出装置。