JP5105751B2 - 液滴噴射塗布装置及び液滴噴射塗布方法 - Google Patents

Description

本発明は、液滴噴射塗布装置及び液滴噴射塗布方法に関し、特に、インク等の液滴をノズルから噴射させる液滴噴射塗布装置及びこの液滴噴射塗布装置を用いた液滴噴射塗布方法に関する。

下記特許文献１に記載されているように、インク等の液滴をノズルから噴射させる液滴噴射塗布装置の一例としてインクジェット記録装置が知られている。

このようなインク滴噴射塗布装置は、複数のノズルとこれらのノズルに連通されるインク室と各ノズルに対応する圧電素子とを備えたインク噴射塗布ヘッドを有し、圧電素子を駆動させることによりインク室内のインクをノズルからインク滴として噴射させている。

インク室内のインク中に気泡が含まれる場合があり、この気泡がノズル内に入り込むと、ノズルからのインク滴の不噴射やインク滴の噴射不良が発生する。インク滴の噴射不良の具体例としては、インク滴の噴射速度のばらつき、インク滴の着弾精度の低下等である。

そこで、特許文献１に記載されたインクジェット記録装置では、ノズルからのインク滴の不噴射や噴射不良が発生した場合は、ノズル部分をキャッピング手段により覆い、キャッピング手段により覆われた領域に負圧を作用させ、ノズル内に入り込んだ気泡をインクと共に吸引して除去している。
特開２００１−１８４１４号公報

しかしながら、上述したインクジェット記録装置では、以下の点について配慮がなされていない。

ノズル内に入り込んだ気泡は、気泡の大きさや気泡が停留している箇所によっては、ノズルの先端側から負圧を作用させても除去できない場合がある。

また、負圧を作用させることによりノズル内に入り込んだ気泡を除去できたとしても、インク室の壁面に付着している気泡については除去できない。このため、ノズル内の気泡を除去できてもインク液室の壁面に付着している気泡が再びノズル内に入り込み、ノズルからのインク滴の不噴射や噴射不良が再度発生しやすい。

そこで、ノズル内に気泡が詰まった場合、気泡はノズル内に存在するのみならずインク室の壁面に付着している場合が多いので、その気泡を排出するためにインク室内のインクをノズルから勢い良く流し出し、勢い良く流れ出す層流にのった気泡をインクごと外部に排出する（パージともいう。）ことを行う場合がある。しかし、ノズルに目詰まりする程度に大きくなっている気泡は、インク室の壁面に強く付着している場合が多く、その気泡を排出するためには多量のインクを流し出す必要があり、高価なインクを大量に無駄使いするという問題がある。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的は、液滴噴射塗布ヘッド内の液体中に存在する気泡が原因となるノズルからの液滴の不噴射や噴射不良を防止することができる液滴噴射塗布装置及び液滴噴射塗布方法を提供することである。

本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、液体を収容する液室とこの液室に連通される複数のノズルとを有し、前記ノズルから液滴を噴射する液滴噴射塗布ヘッドと、前記液滴噴射塗布ヘッド内の液体の温度を検知する温度センサと、前記液滴噴射塗布ヘッドの外部に設けられ、前記液滴噴射塗布ヘッド内の前記液体のうちノズル近傍の液体内の気泡を小さくするために冷却する冷却ユニットと、前記温度センサの検知結果に基づいて前記液滴噴射塗布ヘッドを前記冷却ユニットによる冷却位置に移動させる移動手段と、前記液滴噴射塗布ヘッドを液体排出位置に移動させ、冷却された前記液体を前記液滴噴射塗布ヘッドのノズルから排出してパージするパージ手段と、を備えることである。

本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、液滴噴射塗布ヘッド内の液体の温度を検知するステップと、前記液滴噴射塗布ヘッド内の前記液体の温度が設定値以上である場合に、前記液滴噴射塗布ヘッドの外部に設けられた冷却ユニットに前記液滴噴射塗布ヘッドのノズル面側を当接させることにより、前記液体のうちノズル近傍を冷却して該液体内の気泡を小さくするステップと、前記液滴噴射塗布ヘッドを液体排出位置に移動させ、冷却された前記液体を前記液滴噴射塗布ヘッドのノズルから排出してパージするステップと、を備えることである。

本発明によれば、液滴噴射塗布ヘッド内の液体中に存在する気泡が原因となるノズルからの液滴の不噴射や噴射不良を防止することができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すように、本発明の実施の一形態に係る液滴噴射塗布装置１は、架台２とインク塗布ボックス３とインク補給ボックス４とを有し、インク塗布ボックス３とインク補給ボックス４とが架台２上に隣接して固定されている。

インク塗布ボックス３の内部には、３つのインクジェットヘッドユニット５と、基板６と、３つのインクジェットヘッドユニット５を一体にＸ軸方向に移動させるユニット移動機構７と、基板６をＸ軸方向とＹ軸方向とに移動させる基板移動機構８と、冷却ユニット９と、３つのインクタンク１０とが収納されている。

ユニット移動機構７は、架台２の上面に立設された一対の支柱１１と、一対の支柱１１の上端部に連結されてＸ軸方向に延出するガイド板１２とを有している。ガイド板１２にはベース板１３がＸ軸方向に移動可能に取付けられている。ベース板１３は、送りネジと駆動モータとを用いた送り機構（図示せず）により、Ｘ軸方向に沿って移動可能に設けられている。ガイド板１２にはインクジェットヘッドユニット５が取付けられている。

基板移動機構８は、Ｙ軸方向ガイド板１４と、Ｙ軸方向移動テーブル１５と、Ｘ軸方向移動テーブル１６と、基板保持テーブル１７とを有している。

Ｙ軸方向ガイド板１４は、架台２の上面に固定されている。Ｙ軸方向ガイド板１４の上面には、Ｙ軸方向に延出するガイド溝１４ａが形成されている。

Ｙ軸方向移動テーブル１５はＹ軸方向ガイド板１４の上に配置され、Ｙ軸方向移動テーブル１５の下面にはガイド溝１４ａに移動可能に係合する凸部（図示せず）が形成されている。Ｙ軸方向移動テーブル１５は、送りネジと駆動モータとを用いた送り機構（図示せず）により、ガイド溝１４ａに沿ってＹ軸方向へ移動可能に設けられている。Ｙ軸方向移動テーブル１５の上面には、Ｘ軸方向に延出するガイド溝１５ａが形成されている。

Ｘ軸方向移動テーブル１６はＹ軸方向移動テーブル１５の上に配置され、Ｘ軸方向移動テーブル１６の下面には、ガイド溝１５ａに移動可能に係合する凸部（図示せず）が形成されている。Ｘ軸方向移動テーブル１６は、送りネジと駆動モータとを用いた送り機構（図示せず）により、ガイド溝１５ａに沿ってＸ軸方向へ移動可能に設けられている。

基板保持テーブル１７は、Ｘ軸方向移動テーブル１６の上面に固定されている。基板保持テーブル１７の上面には、基板６が載置されている。基板保持テーブル１７には、載置された基板６を把持するための基板把持機構１８が設けられている。基板把持機構１８としては、例えば、基板６の四隅を挟むコの字型の挟み金具を用いることができる。なお、基板把持機構１８に代えて、例えば、基板６を吸着する基板吸着機構を設けてもよい。基板吸着機構としては、例えば、ゴム吸盤や吸引ポンプ等を用いることができる。

インクジェットヘッドユニット５は、液滴噴射塗布ヘッドであるインク滴噴射塗布ヘッド１９と、基板６の上面に対して垂直方向（Ｚ軸方向）にインク滴噴射塗布ヘッド１９を移動させるＺ軸方向移動機構５ａと、インク滴噴射塗布ヘッド１９をＹ軸方向に移動させるＹ軸方向移動機構５ｂと、インク滴噴射塗布ヘッド１９をＺ軸回りの方向であるθ方向に回転させるθ方向回転機構５ｃとを有している。これらの機構５ａ〜５ｃにより、インク滴噴射塗布ヘッド１９は、Ｚ軸方向とＹ軸方向とθ方向とに移動可能とされている。

インク滴噴射塗布ヘッド１９は、図２に示すように、インクタンク１０から供給された液体であるインクを収容する液室である複数のインク室２０と、各インク室２０の壁の一部を形成するダイヤフラム２１と、各インク室２０に対応させてダイヤフラム２１に当接する位置に設けられた複数の圧電素子２２と、各インク室２０の壁の一部を形成するノズルプレート２３とを備えている。ノズルプレート２３には、各インク室２０に連通する複数のノズル２４が形成されている。インク滴噴射塗布ヘッド１９の外側面には、インク滴噴射塗布ヘッド１９内のインクの温度を検出する温度センサ２５が取付けられている。インク滴噴射塗布ヘッド１９では、圧電素子２２に電圧が印加されることにより圧電素子２２が縮む方向に変形し、この変形によりダイヤフラム２１がインク室２０の容積を大きくする方向に撓み、容積が大きくなったインク室２０内に収容されるインク量が増える。その後、電圧の印加を遮断することにより縮んでいた圧電素子２２を復元させ、インク室２０の容積を復元させるとともにインク室２０内のインクの一部をノズル２４からインク滴Ｅとして噴射する。ノズル２４から噴射されたインク滴Ｅは、基板６上の目的とする位置に塗布される。なお、各インクタンク１０には異なる色（Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青））のインクが収容されており、各インク滴噴射塗布ヘッド１９のノズル２４からは３種類のインクのうちのいずれかのインクが噴射される。

冷却ユニット９は、インクジェットヘッドユニット５の移動方向であるＸ軸の延長線上であって基板保持テーブル１７から離反した位置に配置されている。冷却ユニット９の内部には、ペルチェ素子を用いた冷却機構が収納されている。冷却ユニット９の上面には、冷却機構により冷却される冷却プレート２６と、冷却プレート２６の上面に設けられて中央部に凹部２７ａが形成された中間プレート２７とを有している。

架台２の内部には、液滴噴射塗布装置１の各部を制御するための制御ボックス２８が設けられている。この制御ボックス２８からの制御により、インクジェットヘッドユニット５がＸ軸方向に移動し、Ｙ軸方向移動テーブル１５がＹ軸方向に移動し、Ｘ軸方向移動テーブル１６がＸ軸方向に移動する。また、Ｚ軸方向移動機構５ａとＹ軸方向移動機構５ｂとθ方向回転機構５ｃとが駆動されることにより、各インク滴噴射塗布ヘッド１９がＺ軸方向とＹ軸方向とθ方向とに移動する。さらに、温度センサ２５の検出結果によりインクジェットヘッドユニット５が冷却ユニット９の上方へ移動され、個々のインク滴噴射塗布ヘッド１９がＺ軸方向に下降されてノズルプレート２３が冷却プレート２６に当接され、冷却ユニット９が駆動される。ここで、制御ボックス２８と、インクジェットヘッドユニット５を冷却ユニット９の上方へ移動させる機構と、個々のインク滴噴射塗布ヘッド１９をＺ軸方向に下降させる機構とにより、温度センサ２５の検知結果に基づいてインク滴噴射塗布ヘッド１９を冷却ユニット９による冷却位置に移動させる移動手段が形成されている。

インク補給ボックス４の内部には、複数のインク補給タンク２９が着脱可能に取付けられている。個々のインク補給タンク２９にはそれぞれ異なる色のインクが収容されており、個々のインク補給タンク２９は同じ色のインクが収容されているインクタンク１０に補給パイプ３０を介して接続されている。インク補給タンク２９内のインクが無くなった場合、又は、設定量以下となった場合には、新たなインク補給タンク２９に交換する。

このような構成において、インク滴噴射塗布ヘッド１９のノズル２４が気泡により目詰まりすることを防止する制御について、図４のフローチャートに基づいて説明する。

温度センサ２５はインク滴噴射塗布ヘッド１９の温度、即ち、インク滴噴射塗布ヘッド１９内のインクの温度を常時検知しており、温度センサ２５の検知結果は制御ボックス２８に出力され、インク滴噴射塗布ヘッド１９内のインクの温度が設定値以上であるか否かが判断されている（Ｓ１）。ここに、インク滴噴射塗布ヘッド１９内のインクの温度を検知するステップが実行される。

温度センサ２５の測定結果が設定値以上であると判断された場合には（Ｓ１のＹＥＳ）、インク滴噴射塗布ヘッド１９内のインクを冷却するステップが実行される（Ｓ２）。このステップでは、冷却ユニット９が駆動され、インクジェットヘッドユニット５がガイド板１２に沿って冷却ユニット９の上方へ移動され、インク滴噴射塗布ヘッド１９がＺ軸方向に下降されてノズルプレート２３が凹部２７ａ内に挿入される。ノズルプレート２３が凹部２７ａ内に挿入されて冷却プレート２６に接触することにより、インク滴噴射塗布ヘッド１９及びインク滴噴射塗布ヘッド１９内のインクが冷却される。

インク滴噴射塗布ヘッド１９内のインクが冷却されることにより、インク滴噴射塗布ヘッド１９内のインク中に存在する気泡がインク中に溶融され、又は、インク中の気泡が小さくなる。

したがって、インク滴噴射塗布ヘッド１９内のインクを冷却ユニット９を用いて冷却することにより、インク中の気泡を消滅させることができ、又は、大きい気泡を小さくすることがてきる。このため、インクの温度上昇によりインク中に気泡が発生し、発生した気泡がノズル２４に詰まることが原因となるノズル２４からのインク滴Ｅの不噴射や噴射不良を防止することができる。

冷却ユニット９によるインクの冷却が終了した後は、インクジェットヘッドユニット５を図示しないインク排出位置に移動させ、インク噴射塗布ヘッド１９内のインクをノズル２４から排出する、所謂インクのパージを行う（Ｓ３）。このパージ動作は、インク室２０に連通しているインク供給路に圧力をかけ、インク滴噴射塗布ヘッド１９内のインク、特に、インク室２０内のインクをノズル２４から流し出すことにより行う。このパージ動作により、冷却されることにより気泡の溶融量が多くなったインク滴噴射塗布ヘッド１９内のインクが排出され、インク中に溶融した気泡がインクの温度上昇と共に再度気泡に戻るという事態の発生が防止される。ここに、冷却されたインクをインク滴噴射塗布ヘッド１９のノズル２４から排出するステップが実行される。このインクの排出時には、インク中の気泡が小さくなっているため、気泡の排出をスムーズに行うことができ、排出するインク量を少なく抑えることができる。

インク噴射塗布ヘッド１９内のインクを排出するステップが実行された後、インクジェットヘッドユニット５はインク滴を噴射する位置に戻り、ノズル２４からのインク滴の噴射に備えて待機する。

本実施の形態によれば、インク滴噴射塗布ヘッド１９内のインクの温度を設定温度以下に維持することができ、これにより、インク滴噴射塗布ヘッド１９内のインク中の気泡を消滅させ、又は、インク滴噴射塗布ヘッド１９内のインク中の気泡を小さくすることができ、インク中に存在する気泡が原因となるノズル２４からのインク滴Ｅの不噴射や噴射不良を防止することができる。

インク滴噴射塗布ヘッド１９及びインク滴噴射塗布ヘッド１９内のインクの冷却には、送風による熱輸送ではなく、冷却された冷却ユニット９への接触による熱移動を用いている。これにより、ノズル２４の近傍の乾燥を抑制しながら冷却することが可能となり、乾燥が原因となるノズル２４の目詰まりを防止することができる。

本発明の一実施の形態に係る液滴噴射塗布装置の概略構成を示す斜視図である。 図１に示す液滴噴射塗布装置が備えるインク滴噴射塗布ヘッドの概略構成を示す断面図である。 図１に示す液滴噴射塗布装置が備える冷却ユニットとインク滴噴射塗布ヘッドとの冷却動作時の位置関係を示す正面図である。 インク滴噴射塗布ヘッドのノズルが気泡により目詰まりすることを防止する制御について説明するフローチャートである。

符号の説明

９…冷却ユニット、１９…液滴噴射塗布ヘッド、２０…液室、２４…ノズル、２５…温度センサ

Claims (2)

1. 液体を収容する液室とこの液室に連通される複数のノズルとを有し、前記ノズルから液滴を噴射する液滴噴射塗布ヘッドと、
   前記液滴噴射塗布ヘッド内の液体の温度を検知する温度センサと、
   前記液滴噴射塗布ヘッドの外部に設けられ、前記液滴噴射塗布ヘッド内の前記液体のうちノズル近傍の液体内の気泡を小さくするために冷却する冷却ユニットと、
   前記温度センサの検知結果に基づいて前記液滴噴射塗布ヘッドを前記冷却ユニットによる冷却位置に移動させる移動手段と、
   前記液滴噴射塗布ヘッドを液体排出位置に移動させ、冷却された前記液体を前記液滴噴射塗布ヘッドのノズルから排出してパージするパージ手段と、
   を備えることを特徴とする液滴噴射塗布装置。
2. 液滴噴射塗布ヘッド内の液体の温度を検知するステップと、
   前記液滴噴射塗布ヘッド内の前記液体の温度が設定値以上である場合に、前記液滴噴射塗布ヘッドの外部に設けられた冷却ユニットに前記液滴噴射塗布ヘッドのノズル面側を当接させることにより、前記液体のうちノズル近傍を冷却して該液体内の気泡を小さくするステップと、
   前記液滴噴射塗布ヘッドを液体排出位置に移動させ、冷却された前記液体を前記液滴噴射塗布ヘッドのノズルから排出してパージするステップと、
   を備えることを特徴とする液滴噴射塗布方法。

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