JP5259209B2 - インクジェットシステム及びインクジェットノズル内の気泡除去方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェットシステム及びインクジェットノズル内の気泡除去方法に関する。

インクジェットとは、インクを微滴化し被印字媒体に対し直接に吹き付けて印刷を行う方法のことである。簡単な機構でありながらインクを被印字媒体に吹き付けることができるため種々の分野での利用が期待されている。例えば半導体分野においては、液晶表面にパターンを形成する際の技術として注目されている。

液晶表面にレジスト法を用いてパターンを形成する場合、液晶上にキャップを配置しその後エッチングを行う等の複数の工程が必要となる。ところが、インクジェット装置を用いてインクを塗布すれば、キャップの配置工程やエッチング工程を経ることなく、直接液晶基板にパターンを形成することができる。そのため、工程の簡略化と有機溶媒の使用量を減少させることができる点でインクジェット装置を用いたインクの塗布方法が半導体分野で注目されている。

この場合、高密度のパターンを形成するためには、ファインピッチでインクを塗布する必要がある。しかし、インクジェット装置のノズルプレートのノズル側面に気泡が付着するとインクの直進性が損なわれるため、インクをファインピッチで塗布することが困難であった。

かかる問題を解決する手段としては、ノズル内にガスが入りこむことを阻止するために、インクを使用する前にインクが収められたインク供給タンク中にガスを送り込んで脱気する等の手段が取られていた。しかし、インク中のガスが気泡としてノズルに入り込むことを完全に防止することができなかった。そのため、インクジェット装置を分解して、ノズルプレートのノズル内部を洗浄し気泡を洗い流していた。そのため、作業の頻雑化と装置の連続作業性の低下が問題となっていた。

以上より、インクジェットノズル内の気泡の除去方法が求められていた。

本発明は、インク中に分散した気泡のインクに対する溶解度を高めることで、インクジェットノズル内の気泡の除去を図ることを目的とする。

本発明の特徴は、複数のインク供給路空間が設けられたインクジェット本体と、インクジェット本体の端部に接合し複数のノズル開口部が離間して設けられたノズルプレートと、ノズルプレートのノズル開口部を覆うキャップと、を有する気泡除去ユニットを備え、ノズルプレートをインクジェット本体に取付けた際にノズル開口部と複数のインク供給路空間につながる第１インク流路空間が形成され、キャップの凹部とノズルプレートの表面の間に第２インク流路空間が形成され、第２インク流路空間と第１インク流路空間はノズル開口部を介して互いにつながるインクジェットシステムのインクジェットノズル内の気泡除去方法であって、第１インク流路空間と第２インク流路空間にインクを充填する工程と、インクにインク圧力をかけヘンリーの法則により気泡をインク中に溶解させる工程と、を含むインクジェットノズル内の気泡除去方法を要旨とする。

なお、複数のインク供給路空間が設けられたインクジェット本体と、インクジェット本体の端部に接合し複数のノズル開口部が離間して設けられたノズルプレートと、ノズルプレートのノズル開口部を覆うキャップと、を有する気泡除去ユニットを備え、ノズルプレートをインクジェット本体に取付けた際にノズル開口部と複数のインク供給路空間につながる第１インク流路空間が形成され、キャップの凹部とノズルプレートの表面の間に第２インク流路空間が形成され、第２インク流路空間と第１インク流路空間はノズル開口部を介して互いにつながるインクジェットシステムを要旨としてもよい。

本発明によれば、インク中に分散した気泡のインクに対する溶解度を高めることで、インクジェットノズル内の気泡の除去を図ることができる。

以下に、実施形態を挙げて本発明の説明を行うが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。尚、図中同一の機能又は類似の機能を有するものについては、同一又は類似の符号を付して説明を省略する。

（第１の実施形態）
（インクジェットシステム）
図１に示す第１の実施形態に用いられるインクジェットシステム１は、インク４を備えるインク供給タンク２と、プランジャーポンプ２０と、プランジャーポンプ２０内のインク４に不活性ガスを供給する不活性ガスユニット６と、気泡除去ユニット３０と、インク回収タンク１０と、を有する。インク供給タンク２とプランジャーポンプ２０は配管１１ａにより接続され、プランジャーポンプ２０とインクジェット８は配管１１ｂにより接続されている。インクジェット８とインク回収タンク１０は、配管１１ｄを介して接続されている。キャップ９は配管１１ｃを介して接続されている。インク回収タンク１０に回収されたインクは配管１１ｅを介してインク供給タンク２に適宜戻すことができる。

図２に示す気泡除去ユニット３０は、複数のインク供給路空間８６ａ、８６ｂが設けられたインクジェット本体８１と、インクジェット本体８１の端部に接合し複数のノズル開口部部８２ａ,８２ｂ,８２ｃ,８２ｄ,８２ｅ,８２ｆが離間して設けられたノズルプレート８２と、ノズルプレート８２のノズル開口部８２ａ〜８２ｆを覆うキャップ９と、を備え、
ノズルプレート８２をインクジェット本体８１に取付けた際にノズル開口部８２ａ〜８２ｆと複数のインク供給路空間８６ａ、８６ｂにつながる第１インク流路空間８５が形成され、キャップ９の凹部とノズルプレート８２の表面の間に第２インク流路空間９５が形成され、第２インク流路空間９５と第１インク流路空間８５はノズル開口部８２ａ〜８２ｆを介して互いにつながるように構成されている。キャップ９はノズルプレート８２のノズル開口部８２ａ〜８２ｆを覆うようにパッキン１２ａ、１２ｂを介してノズルプレート８２の表面に取付けられている。

プランジャーポンプ２０は、吸引タンク３と、上下動可能なピストン３１と、弁５ａ５ｂと、不活性ガスユニット６と、を備える。弁５ａを開放した後にピストン３１を図４（ｂ）に示す下死点に向かって移動させることでインク４を吸引することができる。そして５ｂを開放しピストン３１を図６（ｂ）に示す上死点に向かって移動させることでインク４をインクジェット８に供給することができる。プランジャーポンプ２０によればインク４の量を正確に量ることができる。ピストン３１の移動によりインク４に圧力をかけることができる。不活性ガスユニット６を作動させてインク４に不活性ガスを送り込みインク４を脱気することが好ましい。インク４中の気泡を予め取り除いておくことで図７のノゾル側面８２ａｎｗにに付着する気泡の数を大幅に減少させることができるからである。気泡の数を大幅に減少させてもなおかつインク４中に残存した気泡については実施形態にかかる気泡除去ユニット３０を作動することで除去することができる。

尚、図２はインクジェット８にキャップ９が装着された状態を示しているが、キャップ９を取り外した後、ノズル開口部８２ａ〜８２ｆにそれぞれ対応してインクジェット本体８１に離間して設けられた空気噴出口８３ａ,８３ｂ,８３ｃ,８３ｄ,８３ｅ,８３ｆを作動させることで、第１インク流路空間８５に充填されたインク４が噴出される。

（インクジェットノズル内の気泡除去方法）
（イ） 図１に示すようなインクジェットシステム１を用意する。

（ロ）ノズル開口部８２ａ〜８２ｆを介して互いにつながる第１インク流路空間８５と第２インク流路空間９５を閉鎖系とする。具体的には図１の弁５ｃを閉じてインクジェット８、キャップ９、配管１１ｃ、１１ｄにより閉鎖系を形成する。ここでは図３（ｂ）に示すようにプランジャーポンプ２０は作動していない。

（ハ）第１インク流路空間８５と第２インク流路空間９５にインクを充填する。具体的には図４（ｂ）に示すように、プランジャーポンプ２０を作動させる。そして図１に示すインク供給タンク２から配管１１ａを介してインク４を吸引する。不活性ガスユニット６を作動させてインク４に脱気処理を行うことが好ましい。ここでは図４（ａ）に示すように第１インク流路空間８５，第２インク流路空間９５にインクはまだ充填されていない。そして図５（ｂ）に示すようにプランジャーポンプ２０のピストン３１を移動させて、図５（ａ）に示すように予め脱気処理されたインク４を第１インク流路空間８５，第２インク流路空間９５に充填する。

（ニ）インク４に圧力をかけヘンリーの法則により気泡をインク４中に溶解させる。具体的には第１インク流路空間８５及び第２インク流路空間９５のいずれか一方内のインク４にインク圧力をかける。ここでは図６（ｂ）に示すようにプランジャーポンプ２０のピストン３１を移動させて、図５（ａ）に示すように第１インク流路空間８５内のインク４にインク圧力をかける。即ちノズルプレート８２の裏面側から第１インク流路空間８５のインク４にインク圧力をかける。インク圧力は１５０ＫＰａ〜２ＭＰａとすることが好ましい。インク圧力が下限値よりも低いと気泡をインク４に溶解させることが困難であり、上限値よりも高いと得られる効果に変化が見られなくなるからである。

（ホ）インク圧力を１ＫＰａ／分〜１００ＫＰａ／分で緩やかに下げる。尚、第１インク流路空間８５のインク４にインク圧力をかけることで、閉鎖された空間内におけるインク４のインク圧力はどこでも均一になる。

（ヘ）インク圧力が９８ＫＰａ以下となったときにキャップ９をはずす。以上によりインクジェット８内の気泡が除去される。

「ヘンリーの法則」によれば、溶解度が小さく溶媒と反応しない気体の場合、一定温度で一定量の溶媒に溶ける気体の質量は、溶媒に接しているその気体の圧力に比例する。インク４中に存在する気泡は、インク４に対する溶解度が小さくインク４とは反応しない。よって、気泡はヘンリーの法則によりインク４にかかる圧力に比例して溶解する。その結果、インク４中の気泡がインク４中に溶解することで、図７のインクジェット８内のノズル開放部８２ａの拡大図で示されるノゾル８２ａｎのノゾル側面８２ａｎｗに付着した気泡が除去される。

気泡を強制混合したインクを用意し、６０個のインクジェットについて第１の実施形態にかかる気泡除去方法を６０秒間実施したところ、全てのインクジェットについてノズル内の気泡を除去することができた。一方、単にインクに脱気処理のみを行った場合では６０個のインクジェットのうち３個しかノズル内の気泡を取り除くことができなかった。

（第２の実施形態）
（インクジェットシステム）
第１の実施形態との相違点を中心に説明する。図８に示す第２の実施形態に用いられるインクジェットシステム５１は、インク４を備えるインク供給タンク２と、インクジェット８に対向して配置されたキャップ９と、インクジェット８と、インク回収タンク１０と、を有する。インク供給タンク２とキャップ９は配管１１ｆ、１１ｇにより接続され、インクジェット８とインク回収タンク１０は、配管１１ｈ、１１ｉを介して接続されている。

図８のインクジェットノズル内のインクジェットシステム５１を用いた第２の実施形態に係るインクジェットノズル内の気泡除去方法によれば、ノズルプレート８２の表面側から第２インク流路空間９５，第１インク流路空間８５のインク４に圧力をかける。圧力のかけ方等は第１の実施形態に係るインクジェットノズル内の気泡除去方法と同様である。第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様にインクジェットノズル内の気泡を除去することができる。第１の実施形態と第２の実施形態を組み合わせて用いても構わない。

（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。例えば、実施形態においては、インク４を第１インク流路空間８５，第２インク流路空間９５に送り込んでインク圧力を上げたが、不活性ガスを第１インク流路空間８５，第２インク流路空間９５に送り込むことによりインク４に圧力をかけてもよい。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

第１の実施形態に用いられるインクジェットノズル内のインクジェットシステムの概略図を示す。 インクジェットとキャップからなる気泡除去ユニットの断面図を示す。 （ａ）はインクジェットとキャップの使用状態を示し、（ｂ）はプランジャーポンプの使用状態を示す。 （ａ）はインクジェットとキャップの使用状態を示し、（ｂ）はプランジャーポンプの使用状態を示す。 （ａ）はインクジェットとキャップの使用状態を示し、（ｂ）はプランジャーポンプの使用状態を示す。 （ａ）はインクジェットとキャップの使用状態を示し、（ｂ）はプランジャーポンプの使用状態を示す。 インクジェットとキャップからなる気泡除去ユニットの一部拡大断面図を示す。 第２の実施形態に用いられるインクジェットノズル内のインクジェットシステムの概略図を示す。

符号の説明

１：インクジェットシステム、２：インク供給タンク、４：インク、６：不活性ガスユニット、８：インクジェット、８２：ノズルプレート、８２ａ〜８２ｆ：ノズル開口部、９：キャップ、２０：プランジャーポンプ、３０：気泡除去ユニット、８５：第１インク流路空間、９５：第２インク流路空間、８６ａ、８６ｂ：インク供給路空間

Claims (5)

1. 複数のインク供給路空間が設けられたインクジェット本体と、前記インクジェット本体の端部に接合し複数のノズル開口部が離間して設けられたノズルプレートと、前記ノズルプレートの前記ノズル開口部を覆うキャップと、を有する気泡除去ユニットを備え、
   前記ノズルプレートを前記インクジェット本体に取付けた際に前記ノズル開口部と前記複数のインク供給路空間につながる第１インク流路空間が形成され、前記キャップの凹部と前記ノズルプレートの表面の間に第２インク流路空間が形成され、前記第２インク流路空間と前記第１インク流路空間はノズル開口部を介して互いにつながるインクジェットシステムのインクジェットノズル内の気泡除去方法であって、
   前記第１インク流路空間と前記第２インク流路空間にインクを充填する工程と、
   前記インクにインク圧力をかけヘンリーの法則により前記気泡を前記インク中に溶解させる工程と、
   を含むことを特徴とするインクジェットノズル内の気泡除去方法。
2. 第１インク流路空間内のインクにインク圧力をかけることを特徴とする請求項１記載のインクジェットノズル内の気泡除去方法。
3. 第２インク流路空間内のインクにインク圧力をかけることを特徴とする請求項２記載のインクジェットノズル内の気泡除去方法。
4. 前記インクが予め脱気処理されたものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインクジェットノズル内の気泡除去方法。
5. インク圧力を１５０ＫＰａ〜２ＭＰａとすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインクジェットノズル内の気泡除去方法。

Images