JP5169120B2 - 液滴塗布装置 - Google Patents

Description

本発明は、液滴を複数のノズル穴を有するヘッドから吐出する液滴吐出装置に係わり、特に例えばビーズなどの固体粒子を混合、分散した塗布液を吐出するのに好適な液滴吐出装置に関するものである。

液晶表示装置などでは、２枚の液晶基板の隙間を一定に維持するために、微粒子状のスペーサを前記液晶基板の間に配置している。従来、スプレー式散布装置などを用いてスペーサを液晶基板上に散布していたが、この方法ではスペーサが不均一に散布され易く、液晶基板の間隔が一定に維持できなかったり、スペーサが多数個かたまったりして、表示品質の低下を招く。

このような欠点を解消するため、近年、インクジェット方式を応用した液滴吐出法が開発され、多数の提案がなされている。この液滴吐出法によれば、所定の位置にほぼ必要個数のスペーサを配置することができ、また多数のオリフィスを有する吐出ヘッドを用いれば、多数の指定位置に同時にスペーサを配置することができ、生産効率を高めることができるなどの特長を有している。

通常のインクジェット記録装置（またはインクジェットプリンタ）において、インクタンクと記録ヘッドとを接続するチューブの処理を簡略化するとともに、チューブ内に滞留するインクの慣性力による記録ヘッドへの影響を軽減するため、図９に示すようなインクジェット記録装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このインクジェット記録装置は記録ヘッドユニット１００を有し、この記録ヘッドユニット１００は、記録用紙（図示せず）の搬送方向Ｘと直交する方向（主走査方向）Ｙに延びるユニット駆動用ボールネジ１０１と螺合しており、それと平行に延びる２本のガイドレール１０２により摺動可能に支持されている。前記ボールネジ１０１にはユニット駆動用モータ（図示せず）が連結され、そのモータの回転によりボールネジ１０１を介して前記記録ヘッドユニット１００が主走査方向Ｙに往復移動する。

記録ヘッドユニット１００は板状の支持部材１０３を有し、その支持部材１０３のほぼ中央部に記録ヘッド１０４が固定され、それよりも図面に向かって右側にインク供給サブタンク１０５が、記録ヘッド１０４よりも図面に向かって左側にインク回収サブタンク１０６が、それぞれ配置されている。

前記インク供給サブタンク１０５は上下方向に延びたインク供給サブタンク用ボールネジ１０７と螺合しており、そのボールネジ１０７にインク供給サブタンク用駆動モータ１０８が連結されている。そして前記ボールネジ１０７と駆動モータ１０８により、インク供給サブタンク１０５が記録ヘッド１０４よりも高い位置に調整されている。

前記インク回収サブタンク１０６は上下方向に延びたインク回収サブタンク用ボールネジ１０９と螺合しており、そのボールネジ１０９にインク回収サブタンク用駆動モータ１１０が連結されている。そして前記ボールネジ１０９と駆動モータ１１０により、インク回収サブタンク１０６が記録ヘッド１０４よりも低い位置に調整されている。

プリンタ本体（図示せず）の下部には、インク１１１（カラープリンタの場合はＣ，Ｍ，Ｙ，Ｋの４色の個別のインク）を収容したメインタンク１１２と、そのインク１１１をインク供給管１１３を通して記録ヘッドユニット１００上のインク供給サブタンク１０５に供給する抑揚用ポンプ１１３が設置されている。

メインタンク１１２に収容されているインク１１１は、抑揚用ポンプ１１３によりインク供給管１１４を通ってインク供給サブタンク１０５に供給される。そのインク供給サブタンク１０５に収容されたインクは連絡管１１５を通って記録ヘッド１０４に流下して、その一部は記録ヘッド１０４から液滴となって記録用紙（図示せず）上に吐出してインクのドットを形成する。この記録ヘッドユニット１００を記録用紙に対して相対的に２次元走査することにより、記録用紙上に情報が記録される。

吐出しなかったインクは連絡管１１５を通ってインク回収サブタンク１０６に流下して溜められ、そこに溜まったインクはインク回収管１１６を通ってメインタンク１１２に戻る。

このようにインク１１１は、メインタンク１１２→インク供給管１１４（抑揚用ポンプ１１３）→インク供給サブタンク１０５→連絡管１１５→記録ヘッド１０４→連絡管１１５→インク回収サブタンク１０６→インク回収管１１６→メインタンク１１２の流路を循環するシステムになっている。

一方、ヘッドの直前にあるインクタンクを備え、前記インクタンクにインクを補給するためのもう一つのインクタンクを備えたインクジェット記録装置に関しては、例えば、特許文献２を挙げることができる。このンクジェット記録装置は、ヘッドのほとんど直前にサブインクタンクを備え、印刷中は前記ヘッドとともに移動する。そして、前記サブインクタンクのインクが消費されると印刷を中断し、インク補給位置に移動し別に用意されたメインインクタンクが前記サブインクタンクにインクが補給される構成となっている。

また、インク補給用のメインタンクとヘッド部にインク供給するサブタンクとヘッドが連結された状態で常時あるいは断続的にインクを前記ヘッドに供給可能なシステムとして、例えば、特許文献３を挙げることができる。このインクジェットプリンタは、ロール状の印刷テープに連続的に印刷を繰り返していく印刷装置であって、大量のインクを消費するため比較的大容量のメインタンクユニットを備えている。

なお、液晶スペーサの吐出装置に関しては、例えば、特許文献４を挙げることができる。

特開２００５−０６７１３４号公報 特開２００２−１１３８７９号公報 特開２００３−１１８１３９号公報 特開平１１−００７０２８号公報

前述のインクジェット記録装置では、塗布液（ここではインク）の種類等が途中から変更になった場合の対策については考慮されていない。例えば前述のように液晶表示装置では２枚の液晶基板の間に微粒子状のスペーサが介在されるが、このスペーサを液晶基板上に着弾させるのに液晶表示装置の製造ライン中にインクジェット記録装置の機構を応用した液滴（スペーサ）吐出装置を設置することがある。

ところが液晶表示装置の製造ラインでは製造する液晶表示装置を頻繁に停止させることは生産効率が低下させてしまう。また、液晶表示装置を大量生産するために前記塗布液を生産に十分な量を装置に保持しておく必要がある。また時には、液晶表示装置に使用するスペーサを交換する場合がある。このような状況下において、前述のインクジェット記録装置の機構を応用した液滴（スペーサ）吐出装置では塗布液の補給処理をスムーズに行なう必要がある。

特許文献１記載のインクジェット装置は、上述したようにメインタンク内のインクがサブタンク、ヘッドを介してメインタンクに戻る循環経路を有した構成である。しかしながら、インク内に固形微粒子状のスペーサインクが含有されたインクの場合、前記メインタンクやサブタンク内でスペーサが沈降し、適正なスペーサ濃度のインクをヘッドに供給できない。

特許文献２記載のインクジェット記録装置の場合、メインインクタンクとサブインクタンクが常時接続されていないのでサブインクタンク内のインクが消費され不足となると記録動作を中止させることになり記録動作が停止する。前記液晶表示装置用の液滴吐出装置の場合を考えると大幅生産効率の低下となる。

特許文献３記載の構成の場合、メインインクタンクとサブインクタンクとのインク送液管長さが長い。塗布溶液中に微粒子状のスペーサが混合されたインクを送液する場合、インクの送液管内に前記スペーサが沈降し詰まりを発生させたり、送液管の流路抵抗が増加しヘッドへのインクの供給不足をきたすことになる。また、メインインクタンクとサブインクタンクの関係では、メインインクタンクのインクが消費されて無くなったときには、メインタンクの交換が必要となる。ことのきのメインインクタンクの脱着の際にはほとんど必ず気泡が流路に混入する。混入した気泡がヘッドに進入しインクの吐出不良を引き起こす要因となる。
特許文献４に示される塗布液にスペーサを用いた装置においては、攪拌タンクへインクを送液する保存タンクはスペーサを攪拌しない状態で補給する構成である。しかしながら、攪拌しない状態で放置すればスペーサは沈降する。塗布液をどの様に送付するかの開示はないが、沈降した液を攪拌タンクに送液したばあい、送付した液のスペーサ濃度が均一ではない。結果的に攪拌タンク内のスペーサ濃度が変化してしまう課題が発生する。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、塗布液（またはインク）の補給を容易とするとともにカートリッジの交換が容易な使い勝手の良い液滴吐出装置ならびにそれの運転方法を提供することにある。

前記目的を達成するための本発明の第１の手段は、
塗布液を収容するメインタンクと、
塗布液を収容するサブタンクと、
前記塗布液を液滴として吐出するヘッド部と、
前記メインタンクにある塗布液を前記ヘッド部に供給する塗布液供給管と、
前記ヘッド部から出た塗布液を前記サブタンクに戻す塗布液回収管と、
前記サブタンクにある塗布液を前記メインタンクに送るタンク間移送管と、
前記前記タンク間移送管の途中に設けられたタンク間移送用ポンプと、
前記メインタンク内を所定の圧力に減圧するメインタンク用減圧手段と、
前記サブタンク内を所定の圧力に減圧するサブタンク用減圧手段と、
前記サブタンクに塗布液を補給するため、着脱可能に設けられた補給タンクと、
前記補給タンクから供給された塗布液を前記サブタンクへ送液する送液管と、
前記送液管の管路内にあって、前記メインタンクまたはサブタンク内の塗布液が消費されると、前記補給タンクより塗布液を前記サブタンクへ送液するチューブポンプとを備え、
前記メインタンク、前記サブタンク及び前記補給タンクが前記ヘッド部よりも高い位置に設置されて、前記メインタンク用減圧手段と前記サブタンク用減圧手段により前記メインタンクと前記サブタンクがそれぞれ個別に減圧状態に維持されることを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記メインタンク及び前記サブタンクを一組とした供給カートリッジを設け、該供給カートリッジが前記塗布液供給管、塗布液回収管、タンク間移送管、メインタンク用減圧手段ならびにサブタンク用減圧手段に対して交換可能になっていることを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第１の手段または第２の手段において、前記補給タンクには、塗布液を前記サブタンクへ送液する時に大気開放を行うための弁機構が設けられていることを特徴とするものである。

本発明の第４の手段は前記第１の手段ないし第３の手段のいずれかにおいて、前記メインタンク、前記塗布液供給管、前記ヘッド部、前記塗布液回収管、前記サブタンク及び前記タンク間移送管の循環経路にて塗布液が循環される流量は、前記ヘッド部から液滴として吐出されるときの最大駆動周波数で駆動されたときに吐出される液滴量よりも多い流量であることを特徴とするものである。

本発明の第５の手段は前記第１の手段ないし第４の手段のいずれかにおいて、前記サブタンクから前記メインタンクへの送液流量は、前記メインタンクから前記ヘッド部を介して回収される塗布液の流量よりも多いことを特徴とするものである。

本発明の第６の手段は前記第１の手段ないし第５の手段のいずれかにおいて、前記塗布液が固体粒子を混合、分散した塗布液であることを特徴とする。

本発明の第７の手段は前記第１の手段ないし第６の手段のいずれかにおいて、前記メインタンク、前記サブタンク、及び前記補給タンクには、塗布液を攪拌するための塗布液攪拌機構部が備えられていることを特徴とする。

本発明は前述のような構成になっており、塗布液供給循環部、ヘッド部ならびに圧力切替部を共通に用いて、塗布液の組成の同じ物、組成の異なる物を含めてカートリッジの交換が容易で、使い勝手が良好である。

さらに、ヘッドに供給するカートリッジに塗布液を補給する補給カートリッジを容易に交換可能に設置したことで、供給カートリッジに常時塗布液を貯留していうるので、ヘッドへの塗布液供給流路部に気泡が入らず、安定した液滴の吐出が可能となる液滴塗布装置を提供することができる。

次に本発明の実施形態を図と共に説明する。図１は第１実施形態に係る液滴吐出装置の系統図、図２はその液滴吐出装置の概略ブロック図である。

まずこの液滴吐出装置の概略構成を図２とともに説明する。同図に示すように液滴吐出装置は、機能的に大きく分けて圧力切替部１と塗布液供給循環部２とカートリッジ収納部部３とヘッド部４とから構成され、大まかには図に示すような接続関係になっている。

前記カートリッジ収納部３は、前記ヘッド部４よりも高い位置に設置されている。また前記カートリッジ収納部３は、後述するヘッド部４に塗布液２６を供給する供給カートリッジ５と前記供給カートリッジ５に塗布液２６を補給する補給カートリッジ１２０の２つを搭載しており、供給カートリッジ５と補給カートリッジ１２０は装置本体に対して交換可能（着脱可能）になっている。

図１に示すように前記供給カートリッジ５は、吐出前の塗布液を収容し、ヘッド２４に塗布液２６を供給する供給タンクなるメインタンク６と、塗布液回収用のサブタンク（塗布液循環回収用のバッファタンク）７とをそれぞれ有している。メインタンク６にはメインタンク用加圧・減圧管８が接続され、これは塗布液供給循環部２を通り、前記圧力切替部１に設けられているメインタンク用マニホルド９に接続されている。メインタンク用マニホルド９は、メインタンク用圧力バッファ１０を介してメインタンク用ポンプ１１に接続されている。

サブタンク７からメインタンク６に向けてタンク間移送管１３が延びており、その途中にタンク間移送用ポンプ１４が介在されている。サブタンク７にはサブタンク用加圧・減圧管１５が接続され、これは塗布液供給循環部２を通り、前記圧力切替部１に設けられているサブタンク用マニホルド１６に接続されている。サブタンク用マニホルド１６は、サブタンク用圧力バッファ１７を介してサブタンク用ポンプ１８に接続されている。メインタンク６からヘッド部４に向けて塗布液供給管２０が延びており、ヘッド部４から塗布液供給循環部２を通ってサブタンク７側に塗布液回収管２２が延びサブタンク７に接続されている。

前記ヘッド部４には４つのヘッド２４ａ〜２４ｄが直線上に並べて配置され、各ヘッド２４ａ〜２４ｄはヘッド接続管３９によって直列に接続されている。

メインタンク６の上部には超音波を利用した液面センサ２５が固定され、メインタンク６内の塗布液２６の液面（残存量）が監視されている。メインタンク６ならびにサブタンク７には、外部から交番磁界を加えることによって自ら回転する磁性体よりなる攪拌子２７が入れてあり、交番磁界の与え方により攪拌子２７の回転数が適正に調整できる。この攪拌子２７の回転に伴う攪拌作用により、塗布液２６中の固体微粒子（スペーサ微粒子）の沈降をより確実に防止している。

塗布液供給循環部２には、洗浄液供給管２８を介して洗浄液タンク２９が接続され、タンク内には例えばイソプロピールアルコールなどの洗浄液３０が収容されている。洗浄液タンク２９内の洗浄液３０の液面（残存量）は、液面センサ３１によって監視されている。

前記塗布液回収管２２の途中に廃液管３２が接続されており、廃液管３２は廃液タンク３３まで延びている。タンク内の廃液量は、液面センサ３４によって監視されている。

窒素あるいは空気などからなる加圧ガス３５は、加圧用マニホルド３６を通して、各加圧ガス用配管３７によりメインタンク用マニホルド９、サブタンク用マニホルド１６、塗布液供給管２０ならびに洗浄液タンク２９側に供給されるようになっている。

前記加圧ガス用配管３７の塗布液供給管２０との接合部には、三方弁からなる塗布液・洗浄液・加圧ガス切替弁３８が設置されている。また、前記加圧ガス用配管３７と洗浄液供給管２８との接合部には、三方弁からなる洗浄液・加圧ガス切替弁４０が設置されている。前記メインタンク用マニホルド９、サブタンク用マニホルド１６ならびに加圧用マニホルド３６には、それぞれ圧力センサ４１が付設されている。

前記塗布液・洗浄液・加圧ガス切替弁３８から出された塗布液供給管２０と廃液管３２の接合部には、三方弁からなる塗布液・廃液切替弁４２が設置されている。塗布液供給管２０上の前記塗布液・廃液切替弁４２とヘッド部４との間には、二方弁からなる第１遮断弁４３が設置されている。ヘッド部４から出た塗布液回収管２２は、廃液管３２との接合部付近で、廃液管３２側に延びた廃液側管体４４と、塗布液回収用切替弁２３側に延びた塗布液回収管２２との２つに分岐している。そして前記廃液側管体４４上に二方弁からなる第２遮断弁４６が設置され、回収側管体４６上に二方弁からなる第３遮断弁４７が設置されて、図に示すようにヘッド部４から出た塗布液回収管２２が第２遮断弁４６と第３遮断弁４７の間に接続されている。

図に示すように供給カートリッジ５は、メインタンク６→塗布液供給管２０→ヘッド２４ａ〜２４ｄ→塗布液回収管２２→サブタンク７→タンク間移送管１３（タンク間移送用ポンプ１４）により塗布液２６の循環経路が形成されている。

前記補給カートリッジ１２０は、前記供給カートリッジ５と同じ高さでカートリッジ収納部３に収納されている。図１に示されるように前記補給カートリッジ１２０は、塗布液を収容する補給タンク１２１を有している。補給タンク１２１にはサブタンク７へ塗布液２６を送液するための送液管１２２が接続され、補給ポンプ１２４を介してサブタンク７に接続されている。

前記補給ポンプは１２４は、ローラによってチューブを扱きながら塗布液を送液するチューブポンプを使用している。これによりサブタンク７内の圧力が補給タンク１２１内へ逃げるがなく、サブタンク７内の減圧された圧力を維持することが可能となる。

また、補給タンク１２１の内部の圧力を大気へ連通させるための大気連通管１２５が接続され、その延長上に大気切替弁１２６が接続されている。大気切替弁１２６は、補給タンク１２１内の塗布液２６をサブタンク７に送液していないときは閉じた状態としている。補給タンク１２１の上部には供給カートリッジ５と同様な超音波を利用した液面センサ１２７が固定され、補給タンク１２１内の塗布液２６の液面（残存量）を監視している。

補給タンク１２１には、外部からの交番磁界を加えることによって自ら回転する磁性体よりなる攪拌子２７が入れてあり、前記したメインタンク６及びサブタンク７内の塗布液同様に、攪拌子２７の回転に伴う攪拌作用により、補給タンク１２１内の塗布液２６中の固体微粒子の沈降をより確実に防止できる。

供給カートリッジ５は、及び補給カートリッジ１２０はともに交換可能になっており、図中の４９ａはメインタンク６と塗布液供給管２０との接続部、４９ｂはメインタンク６とメインタンク用加圧・減圧管８との接続部、４９ｃはメインタンク６とタンク用移送管１３の出口側との接続部、４９ｄはサブタンク７とタンク用移送管１３の入口側との接続部、４９ｅはサブタンク７とサブタンク用加圧・減圧管１５との接続部、４９ｆはサブタンク７と塗布液回収管２２との接続部、４９ｇはサブタンク７と補給タンク１２１からの送液管１２２の入り口との接続部である。また、１２８ａは補給タンク１２１と送液管１２２の出口との接続部、１２８ｂは補給タンク１２１と大気連通管１２５との接続部である。これら接続部４９ａ〜４９ｇにおいて、前記供給カートリッジ５が装置本体に対して交換できるようにサブタンク７とメインタンク６が接続されており、接続部１２８ａ、１２８ｂにおいては、補給カートリッジ１２０が供給カートリッジ５及び装置本体に対し交換できるように補給タンク１２１が接続されている。

供給カートリッジ５と補給カートリッジ１２０が容易に交換可能ということは、液晶用基板４８に塗布される塗布液２６、特に塗布液２６に含まれるスペーサの径の変更が必要となった場合、前記供給カートリッジ５と補給カートリッジ１２０を交換することで容易に対応することができ、生産効率の向上が図れる。

供給カートリッジ５のメインタンク６とサブタンク７ならびに補給カートリッジ１２０の補給タンク１２１には、所定量の塗布液２６が注入されている。本実施形態は、液晶表示装置の基板間のスペーサとして用いる例えばビーズなどからなる球状のスペーサ粒子を基板上に着弾する液滴吐出装置を例に示している。

スペーサ粒子の径は例えばＶＡ方式やＴＮ方式のように液晶表示装置の種類などによって異なるが、通常、１μｍ〜７μｍ程度のものが用いられ、ヘッド２４のオリフィスから吐出可能な径である。このスペーサ粒子は、有機液体、水あるいは有機液体と水との混合液などの分散液に、例えば０．５重量％〜２０重量％程度の濃度で分散される。

本実施形態では、水とエチレングリコールを混合して安定吐出が可能なように粘度を１０ｍＰａ・ｓ程度に調整した分散液を用い、これに直径が３．５μｍのガラスビーズを１．２重量％分散させたものを使用する。必要に応じてスペーサ粒子の分散性を良好に維持するための分散剤、あるいはスペーサ粒子を基板表面に接着する接着剤などを添加することもできる。

次にこの液滴吐出装置の諸操作について説明する。
（塗布液の充填操作）
供給カートリッジ５を液滴吐出装置に装着した状態では、塗布液供給管２０、各ヘッド２４ａ〜２４ｄ、ヘッド接続管３９ならびに塗布液回収管２２内などには空気が存在しているから、この空気を排除するためまず空気を洗浄液３０と置換する。

メインタンク６から切替弁３８までの間の塗布液供給管２０内にはまだ空気が残っているから、切替弁３８のＡ側を開きＢ側を閉じ、切替弁４２のＡ側を閉じＢ側を開き、遮断弁４３を閉じる。

そして加圧ガス３５を加圧ガス用配管３７、メインタンク用マニホルド９、メインタンク用加圧・減圧管８を通してメインタンク６内に供給して内圧を高め、その内圧により塗布液２６を塗布液供給管２０ならびに廃液管３２を通して流通することにより、その間（メインタンク６から切替弁３８の間）の経路に塗布液２６を充填する。

その後、切替弁４０のＡ側を開きＢ側を閉じ、切替弁３８のＡ側を閉じＢ側を開き、切替弁２１のＡ側を開きＢ側を閉じ、切替弁４２のＡ側を開きＢ側を閉じ、遮断弁４３を開き、遮断弁４６を開き、遮断弁４７を閉じる。

そして加圧ガス３５を加圧ガス用配管３７を通して洗浄液タンク２９内に供給して内圧を高め、その内圧により洗浄液タンク２９内の洗浄液３０を洗浄液供給管２８、加圧ガス用配管３７の一部、塗布液供給管２０、各ヘッド２４ａ〜２４ｄ、ヘッド接続管３９、塗布液回収管２２の一部、廃液管３２を通して流すことにより、その間の空気を洗浄液３０と置換する。洗浄液３０を所定時間流通することにより、ヘッド部４を含む循環経路が洗浄液で満たされる。

次に切替弁４２のＡ側を開きＢ側を閉じ、遮断弁４３を開く。そして加圧ガス３５をメインタンク６内に供給して内圧を高め、その内圧により塗布液２６を塗布液供給管２０、各ヘッド２４ａ〜２４ｄ、ヘッド接続管３９、塗布液回収管２２の一部、廃液管３２を通して流通することにより洗浄液３０を塗布液２６と置換する。更に遮断弁４６を閉じ、遮断弁４７を開き、回収側管体４５内ならびにその先のサブタンク７に延びている塗布液回収管２２内に塗布液２６を圧送する。これにより塗布液２６の充填操作を終了し、引き続き塗布液２６の吐出操作に移る。

（塗布液の吐出操作）
前述のようにカートリッジ収納部３はヘッド部４よりも高い位置に設置しており、両者の間に水頭差が生じている。本発明はこの水頭差を利用して、塗布液２６を記録ヘッド４から吐出しているときも常に塗布液２６を前記循環経路を通して循環させて、塗布液成分の沈降、本実施形態ではスペーサ粒子の沈降を抑制するものである。

ところがカートリッジ収納部３をヘッド部４よりも高い位置に設置しただけだと、前記水頭差の影響でヘッドオリフィスでのメニスカスを良好に維持することができず、従来技術のように液漏れを生じる。そこで本発明では、ヘッドオリフィスでのメニスカスを良好に維持しながらしかも塗布液２６が循環できる条件に適合するように、メインタンク６内ならびにサブタンク７内を減圧状態にしている。

具体的には、第２遮断弁４６を閉じ、第３遮断弁４７を開き、そしてメインタンク用ポンプ１１とサブタンク用ポンプ１８を駆動し、メインタンク用加圧・減圧管８とサブタンク用加圧・減圧管１５を通して、メインタンク６内とサブタンク７内をそれぞれ減圧状態する。サブタンク７の内圧はメインタンク６の内圧よりも常に低くなるように圧力切替部１でコントロールされており、両者の圧力差は塗布液２６の量が変化しても常に一定に維持されている。塗布液２６の残存量は、液面センサ２５で検出することができる。

本実施形態では図１に示すように、ヘッド２４の吐出面とメインタンク６の底面との段差Ｈは約７００ｍｍ、メインタンク６の内圧は約−８ｋＰａ、サブタンク７の内圧は約−１１ｋＰａで、両タンク６，７の圧力差は約３ｋＰａに設定されている。メインタンク６内の塗布液２６の量によってメインタンク６の内圧は約±０．５ｋＰａ内で変動し、その変動に対応してサブタンク７の内圧がコントロールされるようになっている。

また図に示すように、サブタンク７の液面はメインタンク６の液面よりも常に低くなるようにタンク間移送用ポンプ１４の駆動でコントロールされており、メインタンク６とサブタンク７の液面差により塗布液２６の循環がスムーズに行なわれる。

メインタンク６内の塗布液２６は前記水頭差により塗布液供給管２０を通ってヘッド部４に供給され、各ヘッド２４の圧力室に流入し、圧電振動子の駆動によりオリフィスから液滴となって液晶用基板４８の所定位置上に吐出する。この着弾した液滴中にほぼ所定個数（本実施形態では３〜５個）のスペーサ粒子が含まれている。なお、ヘッド２４の内部構造については後で説明する。

吐出されなかった塗布液２６は次のヘッド２４へと流れてその一部が吐出され、最終的に吐出されないで残った塗布液２６は塗布液回収管２２を通ってサブタンク７に送られる。サブタンク７内の塗布液２６は、タンク間移送用ポンプ１４の駆動によりタンク間移送管１３を通してメインタンク６に戻される。このタンク間移送用ポンプ１４の回転制御により、メインタンク６とサブタンク７の液面差Ｈは常に適正に維持されている。塗布液２６を吐出しないときはヘッド２４の圧電振動子は駆動していないので、塗布液２６は各ヘッド２４ａ〜２４ｄの内部を通り抜けるだけのことになる。

このときの塗布液２６の循環する流量は、ヘッドが最大の駆動周波数で駆動されたときにでも十分に塗布液２６を補給可能な量でなければならない。本例の場合、液滴が吐出するオリフィスの数は１ヘッドあたり１２８個、最大駆動周波数は５ｋＨｚ、一滴の吐出量はおおよそ１５ｐｌ、１つのヘッド部１にヘッド２４が４つあるので、およそ２．３ｃｃ／分以上の流量が必要である。

このように塗布液２６は吐出時も不吐出時も循環しており、常に流動状態にあるから、塗布液構成成分、特に本実施形態の場合はスペーサ粒子が沈降することが抑制される。さらに本実施形態ではメインタンク６ならびにサブタンク７内で攪拌子２７がそれぞれ回転しているため、スペーサ粒子の沈降がさらに抑制される。

サブタンク７からメインタンク６への送液流量は、メインタンク６からヘッド２４を介して回収される塗布液２６の量より多くしている。従って、サブタンク７内の塗布液はほぼ空になるため前記攪拌子２７が無くてもよい。
（塗布液の補給）
塗布液２６がヘッド２４ａ〜２４ｄによって吐出されることにより、供給カートリッジ５内の塗布液は随時消費されていく。塗布液２６が消費されることによりメインタンク６及びサブタンク７内の塗布液２６の液面の高さは低くなり、それに伴い圧力切替部１により前記メインタンク６及びサブタンク７内の圧力が制御されていて前記ヘッド２４のオリフィスからの塗布液が垂れることはない。

塗布液２６の液面は前記液面センサ２５によって常時或いは定期的に監視している。前記したようにメインタンク６の塗布液２６の液面高さの変動が、吐出によって消費された量と判断する。

補給カートリッジ１２０内にある補給タンク１２１には液面センサ１２７が設置されており、前記メインタンク６内の塗布液２６の消費に応じて前記補給タンク１２１かたら塗布液２６を補給する。そのため、大気切替弁１２６を開き、送液ポンプ１２３の回転制御により、サブタンク７に塗布液２６を送液する。送液された塗布液２６の量は、前記補給タンク１２１上部の液面センサ１２７によって検知し、必要送液量に達した時点で、送液ポンプ１２３の回転制御を止め、大気切替弁１２６を閉じる。

このときの送液流量はサブカートリッジ７内の圧力変化を急激に発生させないために２．５ｃｃ／分〜５ｃｃ／分程度の量が良い。このときのサブカートリッジ７内の液面の変化は、タンクの容量にもよるが直径が１００ｍｍ程度で５００ｃｃ程度の容量であれば１ｍｍ／分以下の変化量である。また、ヘッド２４が最大の駆動周波数で駆動されても十分補給可能な量である。

サブタンク７への補給により、前記補給タンク１２１内の塗布液２６も消費される。消費によって補給タンク１２１の液面は変化する。前記液面センサ１２７により、補給タンク１２１内の塗布液２６が無くなった時点で、図示していない制御部から装置本体にアラームを出す。それにより装置本体を停止させる。但し、アラームが出た時点で液晶用基板４８にへの布作業が途中である場合は、塗布作業が完了するまで装置本体を停止させることはしない。また、補給タンク１２１内の塗布液２６が無くなってもメインタンク６内の塗布液２６は十分にあるので塗布作業をある程度継続してもよい。

なお、本実施例では、前記補給カートリッジ１２０から供給カートリッジ５への補給は、サブタンク７に補給する構成としたが、メインタンク６に補給する構成としてもよい。塗布液２６の補給流量が上記に示した程度であればヘッド２４のオリフィス部のメニスカスを破壊することはない。
（補給カートリッジの交換）
補給カートリッジ１２０の塗布液２６が無くなると、一旦、液晶基板４８への塗布作業を中断し、補給カートリッジ１２０の交換をおこなう。そのため、接続部１２８ａと１２７ｂを外す。接続部はクイックコネクタと呼ばれるものを使用することで接続部が外れた状態では密封されるので、塗布液２６がこぼれることはない。交換用の補給カートリッジ１２０ａを準備し、前記接続部１２７ａ，１２７ｂと接続することで補給カートリッジ１２０の交換は完了する。前記補給カートリッジ１２０の交換の際に、接続部１２７ａに接続されている送液管１２２に気泡が入る。しかし、サブタンク７への補給の際に塗布液２６と一緒のサブタンク７内に排出される。ここで、一旦気泡は排除されるので塗布液供給管２０に進入することはない。

図３ならびに図４は、本発明の実施形態に係る液滴吐出装置の正面図ならびに側面図である。
これらの図に示すように、塗布ステージ５１上には２本平行に延びたＸ軸リニアレール５２が敷設、固定され、その上に２つのＸ軸リニアガイド５３が取り付けられている。Ｘ軸リニアガイド５３の上にステージベース５４を介してテーブル５５が固定されている。

テーブル５５上には、スペーサ微粒子（ビーズ）を塗布する液晶用基板４８が配向面を上にして載置され、例えば空気吸引機構などの位置決め手段（図示せず）によってテーブル５５上の所定位置に固定されている。

塗布ステージ５１の左右両側面から上方に向けて支柱５６，５６が延びており、支柱５６，５６の上端部にガイド支持部材５７が架設されている。ガイド支持部材５７の前面に２本の平行に延びたＹ軸リニアガイド５８が水平方向に固定されて、そのＹ軸リニアガイド５８にＹ軸ベース５９が摺動可能に支持されている。さらにＹ軸ベース５９上に、垂直方向に延びるＺ軸ベース６０が固定され、Ｚ軸ベース６０上にＺ軸リニアガイド６１（図３参照）が摺動可能に支持されている。

前記Ｙ軸ベース５９ならびにＺ軸ベース６０上には、図４に示すように塗布液吐出機構６２が搭載されている。この塗布液吐出機構６２中の塗布液供給ボックス６３はＹ軸ベース５９上に搭載され、塗布液供給ボックス６３は図３に示すように前記塗布液循環供給部２とカートリッジ収納部３とを有している。前記カートリッジ収納部３はとしてメインタンク６とサブタンク７を有する供給カートリッジと、補給タンク１２１を有する補給カートリッジ１２０が搭載されている。前記補給カートリッジ１２０の代わりに前記供給カートリッジ５である第二の供給カートリッジ５ａを搭載することもできる。その場合は、供給カートリッジ５のサブタンク７上部の接続部４９ｇと前記第二の供給カートリッジ５ａのメインタンク６上部の４９ａとを接続すればよい。一方、塗布液吐出機構６２中のヘッド部４は、ヘッドブロック６４を介して前記Ｚ軸リニアガイド６１（Ｚ軸ベース６０）上に搭載されている。

前記液晶用基板４８を搭載したテーブル５５は、例えばリニアモータ（図示せず）を駆動源として前記Ｘ軸リニアレール５２上を往復移動する。前記Ｚ軸ベース６０を搭載したＹ軸ベース５９は、例えばリニアモータ（図示せず）を駆動源として前記Ｙ軸リニアガイド５８上を往復移動する。また前記ヘッド部４を搭載したＺ軸リニアガイド６１は、例えばリニアモータ（図示せず）を駆動源として前記Ｚ軸ベース６０上を往復移動する。

これらの図にも示されているように、塗布液供給ボックス６３（塗布液循環供給部２、カートリッジ収納部部３）はヘッド部４よりも高い位置に設置されており、従ってカートリッジ収納部３から塗布液循環供給部２を経由し塗布液供給管（例えばフレキシブルチューブ）を通ってヘッド部４内に塗布液が自然に供給されるとともに、ヘッド部４内の塗布液はカートリッジ収納部３との液面差を利用して常に加圧状態となる。そのためヘッド部４において塗布液の漏れが生じる虞があるため、図示しない圧力切替部１によってカートリッジ収納部３内の前記供給カートリッジ５を減圧状態にコントロールしている。

ヘッド部４と液晶用基板４８との距離は、Ｚ軸ベース６０上でのＺ軸リニアガイド６１の位置調整により適正に設定される。そして液晶用基板４８を搭載したテーブル５５が往復移動する間に、初期に設定された吐出タイミングによりヘッド部４から塗布液が液滴となって液晶用基板４８の所定位置に吐出され、着弾した液滴内には所定個数のスペーサ微粒子が含まれている。

１回の液晶用基板４８の往復移動により必要個所に液滴が着弾されると、塗布液吐出機構６２はＹ軸上を次の塗布領域まで移動する。これらの動作の繰り返しにより、液晶用基板４８の全面にスペーサ微粒子を含有した液滴が着弾されて、スペーサ微粒子の接着が行なわれてから、液晶表示装置の次の組立て工程に搬送される。

図５ないし図７はオンデマンド型ヘッド部の詳細を示す図で、図５はヘッド部の分解斜視図、図６はヘッド部の組立後の断面図、図７は図６Ａ−Ａ線上の断面図である。

これらの図において符号７１はオリフィス、７２はオリフィスプレート、７３は圧力室、７４は圧力室プレート、７５はリストリクタ、７６はリストリクタプレート、７７はダイヤフラム、７８はフィルタ、７９はダイヤフレームプレート、８０は穴部、８１はサポートプレート、８２は共通液通路、８３はハウジング、８４は接着剤、８５は圧電アクチュエータ、８６は圧電振動子、８７は外部電極、８８は導電性接着剤、８９は支持基板、９０は個別電極、９１は共通電極、９２はスルーホール、９３は液導入パイプである。

このオンデマンド型のヘッド部は図５に示すように、オリフィスプレート７２、圧力室プレート７４、リストリクタプレート７６、ダイヤフレームプレート７９、サポートプレート８１、ハウジング８３、圧電アクチュエータ８５などから構成されている。

一列に多数のオリフィス７１を形成したオリフィスプレート７２は、ニッケル材の電鋳加工法、ステンレス鋼材などの精密プレス加工法またはレーザ加工法などによって製作される。圧力室プレート７４には、前記オリフィス７１に対応した個数の圧力室７３が形成され、前記オリフィス７１と連通している。リストリクタプレート７６は図６に示すように共通液通路８２と前記圧力室７３を連通し、圧力室７３への液流入量を制御するリストリクタ７５が形成されている。圧力室プレート７４とリストリクタプレート７６は、ステンレス鋼材のエッチング加工法またはニッケル材の電鋳加工法などによって製作される。

ダイヤフレームプレート７９には圧電振動子８６の圧力を効率良く圧力室７３に伝達するためのダイヤフラム７７と、共通液通路８２からリストリクタ７５に流入する液中のゴミなどを除くフィルタ７８が形成されている。ダイヤフレームプレート７９は、ステンレス鋼材のエッチング加工法またはニッケル材の電鋳加工法などによって製作される。

サポートプレート８１はダイヤフラム７７と圧電振動子８６を接着剤８４で固定するとき、ダイヤフラム７７の振動系固定端の位置を規制し、かつ接着個所からはみ出した接着剤がダイヤフラム７７の上で広がるのを規制する穴部８０が形成されている。サポートプレート８１は、ステンレス鋼材のエッチング加工法またはニッケル材の電鋳加工法などによって製作される。金属または合成樹脂で製作されるハウジング８３には共通液通路８２が設けられており、この共通液通路８２に前述の塗布液供給管２０あるいはヘッド接続管３９が接続されている。

塗布液供給管２０あるいはヘッド接続管３９から供給された塗布液は、ヘッドの共通液通路８２の途中でフィルタ７８を通過して、リストリクタ７５、圧力室７３、オリフィス７１へと順に流れる。個別電極９０と共通電極９１との間に所定のパルス電圧を印加することにより圧電振動子８６が伸縮し、パルス電圧の印加を止めると圧電振動子８６は伸縮前の状態に戻る。このような圧電振動子８６の変形により圧力室７３内の塗布液に瞬間的に圧力が加わり、オリフィス７１から塗布液が液滴となって液晶用基板４８上に着弾する。

図８は、ヘッドとスペーサを塗布した液晶用カラーフィルタ基板との関係を示す平面図である。同図に示すように液晶用カラーフィルタ基板４８の表面には、Ｒ，Ｇ，Ｂの画素セル９５が規則正しく形成されており、その液晶用カラーフィルタ基板４８の遮光膜９６の交叉部分に複数個のスペーサ９７が塗布される。

同図に示すように、ヘッド２４上にはオリフィス７１がＰ１のピッチで形成されているのに対して、基板４８上に接着されるスペーサ９７のピッチＰ２は液晶表示装置の種類によって異なる。そのためヘッド２４の傾斜角度θを調整して、ヘッド２４による吐出間隔をスペーサ９７のピッチＰ２に合わせている。

前記実施形態では液晶表示装置の製造の場合について説明したが本発明はこれに限定されるものではなく、例えばエレクトロルミネッセンスの製造、あるいは酸化チタン粒子を含有したインクを印刷するプリント配線基板の製造、沈降や凝集しやすい高濃度の電子部品用インクを使用して製造する積層セラミック電子部品や高周波電子部品の如き電子部品の製造など他の技術分野においても適用可能である。

また実施形態では固体微粒子を混合分散した塗布液を吐出する場合について説明したが本発明はこれに限定されるものではなく、例えばインクジェット記録装置などの固体微粒子を含有しない塗布液を吐出する場合にも適用可能である。

本発明の第１実施形態に係る液滴吐出装置の系統図である。 その液滴吐出装置の概略ブロック図である。 本発明の実施形態に係る液滴吐出装置の正面図である。 その液滴吐出装置の側面図である。 本発明の実施形態に係るヘッド部の分解斜視図である。 そのヘッド部の組立後の断面図である。 図６Ａ−Ａ線上の断面図である。 ヘッドとスペーサを塗布した液晶用カラーフィルタ基板との関係を示す平面図である。 従来提案されたインクジェット記録装置の説明図である。

符号の説明

１：圧力切替部、２：塗布液循環供給部、３：カートリッジ収納部、４：ヘッド部、５：供給カートリッジ、５ａ：第２供給カートリッジ、６：メインタンク、７：サブタンク、８：メインタンク用加圧・減圧管、９：メインタンク用マニホルド、１０：メインタンク用バッファ、１１：メインタンク用ポンプ、１３：タンク間移送管、１４：タンク間移送用ポンプ、１５：サブタンク用加圧・減圧管、１６：サブタンク用マニホルド、１７：サブタンク用バッファ、１８：サブタンク用ポンプ、２０：塗布液供給管、２１：塗布液供給管用切替弁、２２：塗布液回収管、２３：塗布液回収管用切替弁、２４ａ〜２４ｄ：ヘッド、２５：液面センサ、２６：塗布液、２７：攪拌子、２８：洗浄液供給管、２９：洗浄液タンク、３０：洗浄液、３１：液面センサ、３２：廃液管、３３：廃液タンク、３４：液面セン、３５：加圧ガス、３６：加圧用マニホルド、３７：加圧ガス用配管、３８：塗布液・洗浄液・加圧ガス切替弁、３９：ヘッド接続管、４０：洗浄液・加圧ガス切替弁、４１：圧力センサ、４２：塗布液・廃液切替弁、４３：第１遮断弁、４４：廃液側管体、４５：回収側管体、４６：第２遮断弁、４７：第２遮断弁、４８：液晶用基板、４９ａ〜４９ｇ：接続部、１２０：補給カートリッジ、１２１：補給タンク、１２２：送液管、１２３：送液ポンプ、１２６：大気切替弁、１２７：液面センサ、１２８ａ、１２８ｂ：接続部。

Claims (7)

1. 塗布液を収容するメインタンクと、
   塗布液を収容するサブタンクと、
   前記塗布液を液滴として吐出するヘッド部と、
   前記メインタンクにある塗布液を前記ヘッド部に供給する塗布液供給管と、
   前記ヘッド部から出た塗布液を前記サブタンクに戻す塗布液回収管と、
   前記サブタンクにある塗布液を前記メインタンクに送るタンク間移送管と、
   前記前記タンク間移送管の途中に設けられたタンク間移送用ポンプと、
   前記メインタンク内を所定の圧力に減圧するメインタンク用減圧手段と、
   前記サブタンク内を所定の圧力に減圧するサブタンク用減圧手段と、
   前記サブタンクに塗布液を補給するため、着脱可能に設けられた補給タンクと、
   前記補給タンクから供給された塗布液を前記サブタンクへ送液する送液管と、
   前記送液管の管路内にあって、前記メインタンクまたはサブタンク内の塗布液が消費されると、前記補給タンクより塗布液を前記サブタンクへ送液するチューブポンプとを備え、
   前記メインタンク、前記サブタンク及び前記補給タンクが前記ヘッド部よりも高い位置に設置されて、前記メインタンク用減圧手段と前記サブタンク用減圧手段により前記メインタンクと前記サブタンクがそれぞれ個別に減圧状態に維持されることを特徴とする液滴塗布装置。
2. 前記メインタンク及び前記サブタンクを一組とした供給カートリッジを設け、該供給カートリッジが前記塗布液供給管、塗布液回収管、タンク間移送管、メインタンク用減圧手段ならびにサブタンク用減圧手段に対して交換可能になっていることを特徴とする請求項１記載の液滴塗布装置。
3. 前記補給タンクには、塗布液を前記サブタンクへ送液する時に大気開放を行うための弁機構が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の液滴塗布装置。
4. 請求項１ないし３の何れか１項に記載の液滴塗布装置において、前記メインタンク、前記塗布液供給管、前記ヘッド部、前記塗布液回収管、前記サブタンク及び前記タンク間移送管の循環経路にて塗布液が循環される流量は、前記ヘッド部から液滴として吐出されるときの最大駆動周波数で駆動されたときに吐出される液滴量よりも多い流量であることを特徴とする液滴塗布装置。
5. 請求項１ないし４の何れか１項に記載の液滴塗布装置において、前記サブタンクから前記メインタンクへの送液流量は、前記メインタンクから前記ヘッド部を介して回収される塗布液の流量よりも多いことを特徴とする液滴塗布装置。
6. 請求項１ないし５の何れか１項に記載の液滴塗布装置において、前記塗布液が固体粒子を混合、分散した塗布液であることを特徴とする液滴塗布装置。
7. 請求項１ないし６の何れか１項に記載の液滴塗布装置において、前記メインタンク、前記サブタンク、及び前記補給タンクには、塗布液を攪拌するための塗布液攪拌機構部が備えられていることを特徴とする液滴塗布装置。

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