JP5444921B2

JP5444921B2 - 吐出ノズル、吐出装置及び気泡の除去方法

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Publication number: JP5444921B2
Application number: JP2009180160A
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Inventors: 功海老澤
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2014-03-19
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Description

本発明は、吐出ノズル、吐出装置及び気泡の除去方法に関する。

例えば、特許文献１には、有機ＥＬ材料を塗布すべき所定のパターン形状に応じた溝を基板上に形成しておき、この溝にノズルを沿わせるように基板とノズルとを相対的に移動させて、前記ノズルからの有機ＥＬ材料を前記溝内に流し込んで塗布する過程を備えたことを特徴とする有機ＥＬ表示装置の製造方法が開示されている。

特開２００２−７５６４０号公報

特許文献１に記載の方法では、吐出ノズルが有機ＥＬ材料（インクの一例）を連続して吐出している最中に、種々の原因で吐出ノズル内に気泡が溜まってしまう場合があった。吐出ノズルに気泡が溜まると、吐出ノズルから吐出される有機ＥＬ材料の吐出量が意図せずに変化してしまう（つまり、有機ＥＬ材料の吐出量が不安定になる）ことがある。なお、吐出ノズルに気泡が溜まってしまうという現象は、インクを吐出ノズルから連続して吐出する場合に一般的に言えることである。

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、吐出ノズルに気泊が溜まることを防止又は軽減することが可能な、吐出ノズル、吐出装置及び気泡の除去方法を提供することにある。

本発明の第１の観点に係る吐出ノズルは、
液体を吐出するための吐出口を有するノズル部と、
前記ノズル部に設けられた連通孔を介して、該ノズル部と連通している気泡溜め部と、
前記ノズル部に密接して配置され、前記ノズル部内に向けて超音波を出力して前記ノズル部内の気泡を、前記連通孔を介して前記気泡溜め部へ導く音響流を前記ノズル部内の前記液体中に発生させ、かつ、該超音波の反射波に対応する電気信号を生成する超音波トランスデューサと、
前記超音波トランスデューサを制御して、前記ノズル部内の前記液体中の気泡の状態を検出する制御手段と、
を備える。

さらに好ましくは、前記吐出ノズルは、前記気泡溜め部から気泡を排出するための気泡排出手段を備える。

好ましくは、前記気泡排出手段は、
前記気泡溜め部に連通するチューブと、
前記チューブに接続されているバルブと、
を備える。

本発明の第２の観点に係る吐出装置は、
液体を吐出するための吐出口を有するノズル部と、
前記ノズル部に設けられた連通孔を介して、該ノズル部と連通している気泡溜め部と、
前記液体を加圧することにより前記液体を前記ノズル部に供給する液体供給手段と、
前記ノズル部内に向けて超音波を出力して前記ノズル部内の気泡を、前記連通孔を介して前記気泡溜め部へ導く音響流を前記液体中に発生させ、かつ、該超音波の反射波に対応する電気信号を生成する超音波トランスデューサと、
前記超音波トランスデューサを制御して、前記ノズル部内の前記液体中の気泡の状態を検出する制御手段と、
を備える。

さらに好ましくは、前記吐出装置は、
前記気泡溜め部から気泡を排出するための気泡排出手段を備える。

特に好ましくは、前記吐出装置において、前記気泡排出手段は、
前記気泡溜め部に連通するチューブと、
前記チューブに接続されているバルブと、
を備える。

また、前記超音波トランスデューサは、前記ノズル部と密接して配置されていてもよい。

本発明の第３の観点に係る吐出装置における気泡の除去方法は、
前記吐出装置は、液体を吐出するための吐出口を有するノズル部と、前記液体を加圧することにより前記液体を前記ノズル部に供給する液体供給手段と、前記ノズル部内に向けて超音波を出力し、かつ、該超音波の反射波に対応する電気信号を生成する超音波トランスデューサと、前記超音波トランスデューサを制御して、前記ノズル部内の前記液体中の気泡の状態を検出する制御手段と、前記ノズル部と連通している気泡溜め部と、を備え、
前記超音波トランスデューサは前記ノズル部と密接した状態で前記ノズル部内に向けて超音波パルスを出力し、かつ、該超音波の反射波に対応する電気信号を生成し、
前記制御手段は前記電気信号を処理することによって前記ノズル部内の気泡の状態の検出を行い、前記検出の結果に応答して前記超音波トランスデューサにより出力される超音波の強度及びパルス持続時間を制御し、前記液体中に音響流を発生させることによって前記ノズル部内の気泡を前記気泡溜め部へ導く、
ことを特徴とする。

本発明の第４の観点に係る吐出装置における気泡の除去方法は、
前記吐出装置は、液体を吐出するための吐出口を有するノズル部と、前記液体を加圧することにより前記液体を前記ノズル部に供給する液体供給手段と、前記ノズル部内に向けて超音波を出力し、かつ、該超音波の反射波に対応する電気信号を生成する超音波トランスデューサと、前記超音波トランスデューサを制御して、前記ノズル部内の前記液体中の気泡の状態を検出する制御手段と、前記ノズル部と連通している気泡溜め部と、前記気泡溜め部から気泡を排出するための気泡排出手段と、を備え、
前記超音波トランスデューサは前記ノズル部と密接した状態で前記ノズル部内に向けて超音波パルスを出力し、かつ、該超音波の反射波に対応する電気信号を生成し、
前記制御手段は前記電気信号を処理することによって前記ノズル部内の気泡の状態の検出を行い、前記検出結果に応答して前記超音波トランスデューサにより出力される超音波の強度及びパルス持続時間を制御し、前記液体中に音響流を発生させることによって前記気泡を前記気泡溜め部へ導き、かつ、前記検出の結果に応答して前記気泡排出手段を制御する。

特に好ましくは、前記気泡の除去方法は、
前記気泡排出手段は、
前記気泡溜め部に連通するチューブと、
前記チューブに接続されているバルブと、
を備え、
前記制御手段は前記検出の結果に応答して前記バルブを開閉する。

また、前記気泡の除去方法において、
前記液体は対象物に塗布されるためのインクであり、
前記制御手段は、前記ノズル部から吐出された前記インクが前記対象物に塗布される間は常に前記バルブを閉じた状態に保ち、前記インクが前記対象物に塗布されていない間にのみ前記バルブの開閉を行う、
としてもよい。

好ましくは、前記バルブの開閉は、前記吐出装置から前記インクが吐出されている間に行われる。

本発明の吐出ノズル、吐出装置及び気泡の除去方法によれば、吐出ノズルに気泡が溜まることを防止し、又は軽減することができる。

本発明の第１実施形態に係る吐出ノズルの構成図である。本発明の第２実施形態に係る吐出ノズルの構成図である。図２Ａに示した吐出ノズルの、Ａ−Ａ’線断面図である。本発明の第３実施形態に係る吐出装置の構成図である。図３に示した吐出装置の動作及び気泡の検出方法を説明するための模式図である。図３に示した吐出装置の動作及び気泡の検出方法を説明するための模式図である。本発明の第４実施形態に係る吐出装置の構成図である。本発明の第５実施形態に係る気泡の除去方法を説明するための、塗布装置の装置構成図である。本発明の第５実施形態に係る気泡の除去方法を説明するための模式図である。本発明の第５実施形態に係る気泡の除去方法において、塗布装置が２つのノズルを備える場合の気泡の除去方法を説明するための模式図である。本発明の第２実施形態に係る吐出ノズルの一の変形例を示す内部構成図である。本発明の第２実施形態に係る吐出ノズルの他の変形例を示す内部構成図である。本発明の第２実施形態に係る吐出ノズルに用いられるプレートの一の変形例を示す上面図である。図９Ａに示したプレートをシリンダに組み付けた状態を表す上面図である。本発明の第２実施形態に係る吐出ノズルに用いられるプレートの他の変形例を示す上面図である。図１０Ａに示したプレートをシリンダに組み付けた状態を表す上面図である。

以下、本発明の実施形態に係る吐出ノズル、吐出装置、気泡の検出方法及び気泡の除去方法について、図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
まず本発明の第１実施形態に係る吐出ノズル１について、図１を参照しながら説明する。吐出ノズル１は、ノズル部１００と、超音波トランスデューサ２００と、制御手段６００とを備える。超音波トランスデューサ２００は、制御手段６００に接続されている。制御手段６００は、超音波トランスデューサ２００の両極に交流パルス電圧を印加する。また、制御手段６００は、超音波トランスデューサ２００が生成した電気信号を処理する。

ノズル部１００は、シリンダ１００ａと、プレート１００ｂと、プレート保持部材１００ｃと、を備える。シリンダ１００ａは、例えば外径約２０ｍｍの円筒である。シリンダ１００ａは、例えば金属で形成されている。

プレート１００ｂは例えば直径約２０ｍｍの円板である。プレート１００ｂは、その中央部に円形の吐出口を有する。吐出口の直径は、例えば１０〜２０μｍである。プレート１００ｂは、プレート保持部材１００ｃによって支持され、シリンダ１００ａの下端部に密接している。

超音波トランスデューサ２００は、図１に示すように、シリンダ１００ａの下部の外周面に密接して配置されている。超音波トランスデューサ２００は、制御手段６００により制御され、ノズル部１００内に向けて超音波パルスＵｐを出力する。

超音波トランスデューサ２００は、電気信号を超音波に変換し、又は超音波を電気信号に変換する装置である。変換は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸鉛とチタン酸鉛との固溶体)等の圧電材料からなる圧電素子によって行われる。圧電素子は、両極に電圧が印加されると、機械的歪みを生ずる性質を有する。圧電素子の両極に交流電圧が印加されると、圧電素子は印加された交流電圧の周波数に対応した周波数で振動し、音波を発生する。圧電素子の両極に、所望の周波数を有する交流電圧を印加することで、所望の周波数を有する超音波を発生させることができる。超音波の発生効率は、圧電素子の厚みや圧電定数に応じて定まる固有の周波数において最大となる。

一方、圧電素子が音波を受けて振動すると、圧電素子の両極には振動の強度（変位）に対応した電位差が生ずる。この電位差を検出することで、音波を検出することができる。検出感度は、圧電素子の厚みや圧電定数に応じて定まる固有の周波数において最大となる。このような性質によって、超音波トランスデューサ２００は、自らが出力した超音波の反射波を、高い効率で電気信号へと変換することができる。

吐出ノズル１の動作について説明する。シリンダ１００ａは、液体供給手段５００（図示せず）に接続されている。シリンダ１００ａは、液体供給手段５００によって供給された液体をプレート１００ｂに導く。該液体は、プレート１００ｂに形成されている吐出口から連続して吐出され、液柱を形成する。正常動作時においては、液体はほぼ一定の流量とほぼ一定の液柱形状を維持している。

液体の供給経路に存在していた気体、又は液体に溶存していた気体が吐出ノズル１内において気泡を形成することがある。気泡は液体の流れによってプレート１００ｂ方向へ移動し、プレート１００ｂの付近に滞留する。この気泡が吐出口を塞ぐと、液体の吐出が阻害される結果、吐出される液体の流量や液柱の形状が乱れるおそれがある。また、吐出ノズル１内の気泡が大きくなると、この気泡が圧縮されることによって圧力損失が生じる。この結果、やはり吐出される液体の流量や液柱の形状が乱れるおそれがある。

ここで、吐出ノズル１には、超音波トランスデューサ２００がシリンダ１００ａと密接して備えられている。制御手段６００は、超音波トランスデューサ２００の両極に、所定の周波数を有する交流パルス電圧を印加する。超音波トランスデューサ２００は、所定の周波数を有する超音波パルスＵｐをノズル部１００内に向けて出力する。超音波パルスＵｐは、シリンダ１００ａの内部へ到達する。シリンダ１００ａ内に気泡が存在しない場合、超音波パルスＵｐの一部は、シリンダ１００ａと液体との界面で反射される。反射された超音波（以下、反射波と呼称する）は、超音波トランスデューサ２００の圧電素子を振動させ、超音波トランスデューサ２００の両極間に電位差を発生させる。この電位差は、制御手段６００により検出される。

超音波は、互いに異なる音響インピーダンスを有する二つの物質の界面において反射される。この際の反射係数は、これら二つの物質間の音響インピーダンスの差に依存する。物質１の音響インピーダンスをＺ_１、物質２の音響インピーダンスをＺ_２とするとき、物質１と物質２との界面における反射係数Ｒは、下記の式で表される。
Ｒ＝（Ｚ_２−Ｚ_１）／（Ｚ_２＋Ｚ_１）
上記の式は、二つの物質間の音響インピーダンスの差が大きいほど、その界面における反射率が高くなることを示している。

音響インピーダンスは、媒質の密度ρと、音速ｃとの積である。常温の液体の音響インピーダンスは、一般に０．７〜２×１０^６の範囲である。固体である金属の音響インピーダンスは、例えば鉄の場合、常温で４６．４×１０^６である。吐出ノズル１内に気泡が存在しない場合、超音波トランスデューサ２００から出力された超音波パルスは、シリンダ１００ａと液体との界面において反射される。この場合、シリンダ１００ａと液体との音響インピーダンスは比較的近いため、反射率は低く、生じる反射波は弱い。反射波が弱いために、この反射波によって起きる圧電素子の振動も小さい。すなわち、吐出ノズル１内に気泡が存在しない場合、超音波トランスデューサ２００の両極間に生ずる電位差は小さい。

これに対し、気体は液体や固体に比べて密度が極めて小さいため、その音響インピーダンスも液体や固体に比べて極めて小さい。例えば、常温の空気の音響インピーダンスは４２８である。このため、吐出ノズル１内に気泡が存在する場合、超音波トランスデューサ２００から出力された超音波は、液体と気泡との界面において高い反射率で反射され、強い反射波を与える。反射波が強いため、この反射波によって起きる圧電素子の振動も大きい。すなわち、吐出ノズル１内に気泡が存在する場合に超音波トランスデューサ２００の両極間に生ずる電位差は、気泡が存在しない場合に比べて大きい。この電位差は気泡の数や気泡の大きさ、すなわち気泡の総量が増加するほど大きくなる。したがって、この電位差の変化を制御手段６００により検出することで、吐出ノズル１内の気泡の数や気泡の大きさに対応する気泡の状態を検出することができる。そして、吐出量に影響を与えない程度の許容される気泡の量に対応する上記電位差の閾値を設定して、この閾値を越えて、許容量を越える気泡が存在することが検出された場合に、例えば吐出ノズル１のメンテナンスを行うことにより、気泡が吐出口を閉塞する可能性を小さくすることができる。このようにして、吐出ノズル１から吐出される液体の流量や液柱の形状が乱れるのを未然に防ぐことができる。

なお、吐出ノズル１は、吐出される液体中に含まれる異物を除去するためのフィルタを備えていてもよい。液体中に含まれる異物を除去することで、異物が吐出口を塞ぐことを未然に防ぐことができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る吐出ノズル２について、図２Ａ及び図２Ｂを参照しながら説明する。吐出ノズル２は、気泡溜め部３００を備えている。シリンダ１００ａの内部と、気泡溜め部３００とは、三つの連通孔３３０により連通されている。気泡溜め部３００の上部には、チューブ３１０が、気泡溜め部３００内と連通して備えられている。チューブ３１０には、バルブ３２０が接続されている。バルブ３２０は、制御手段６００に接続されている。制御手段６００は、バルブ３２０の開閉を制御する。

図２Ａに示すように、気泡溜め部３００の上部の外周面には、第二の超音波トランスデューサ２２０が密接して配置されている。シリンダ１００ａの外周面には、第一の超音波トランスデューサ２１０が、三つの連通孔３３０のうちの一つと対向する位置に密接して配置されている。第一の超音波トランスデューサ２１０と、第二の超音波トランスデューサ２２０とは、制御手段６００に接続されている。

制御手段６００は、第一の超音波トランスデューサ２１０の両極と、第二の超音波トランスデューサ２２０の両極とに交流パルス電圧を印加する。また、制御手段６００は、第一の超音波トランスデューサ２１０及び第二の超音波トランスデューサ２２０が生成した電気信号をそれぞれ処理する。

本実施形態においては、第一の超音波トランスデューサ２１０は、気泡溜め部３００の内部に配置されている。第一の超音波トランスデューサ２１０の機能及び動作は、第１実施形態に係る吐出ノズル１に備えられた超音波トランスデューサ２００と同様である。

吐出ノズル２の動作について説明する。吐出ノズル２内に入り込んだ気泡は、液体の流れによって、プレート１００ｂ付近へと運ばれ、そこで滞留する。制御手段６００は、第一の超音波トランスデューサ２１０を制御してシリンダ１００ａ内の気泡の状態を検出する。シリンダ１００ａ内に許容量を超える気泡が存在することを検出すると、制御手段６００は、例えば、バルブ３２０を開く。バルブ３２０が開かれると、気泡溜め部３００内の圧力は低下する。この結果、シリンダ１００ａの内部から、連通孔３３０を通じて気泡溜め部３００内へと向かう液体の流れが生じる。この流れにより、プレート１００ｂの付近に滞留している気泡は、気泡溜め部３００へと押し出される。このようにして、気泡が吐出口を閉塞する可能性を小さくすることができる。

気泡溜め部３００へと押し出された気泡は、気泡溜め部３００の上部に滞留する。ここで、吐出ノズル２は、気泡溜め部３００の外周上部に密接して配置された第二の超音波トランスデューサ２２０を備えている。制御手段６００は、第二の超音波トランスデューサ２２０を制御して気泡溜め部３００内の気泡の状態を検出する。気泡溜め部３００内に許容量を超える気泡が存在していることを検出すると、制御手段６００は、必要に応じてバルブ３２０を開く。バルブ３２０が開かれると、気泡溜め部３００の上部に滞留している気泡は、チューブ３１０を通じて吐出ノズル２の外部へと排出される。このようにして、吐出ノズル２内の気泡を除去することができる。

さらに、本実施形態においては、バルブ３２０を開く代わりに、第一の超音波トランスデューサ２１０を用いて、プレート１００ｂ付近の気泡を気泡溜め部３００へと導くこともできる。この場合、プレート１００ｂ付近に許容量を超える気泡が存在していることを検出すると、制御手段６００は、第一の超音波トランスデューサ２１０の両極に交流電圧を印加して、超音波を連続的に出力させる。このとき、液体中には音響流が生じる。第一の超音波トランスデューサ２１０は、図２Ｂに示したように、三つの連通孔３３０のうちの一つと対向する位置に配置されている。気泡は音響流によって押し出され、連通孔３３０を通じて気泡溜め部３００へと導かれる。この方法では、バルブ３２０を開ける必要がないため、吐出ノズル２の内部の圧力が低下せず、吐出量の変動が小さいという利点がある。もしくは、音響流を発生させるとともにバルブ３２０を開けば、プレート１００ｂ付近に滞留している気泡を、さらに効率よく気泡溜め部３００へと導くこともできる。

本実施形態においては、バルブ３２０は制御手段６００により開閉されるものとしたが、別途バルブの開閉手段を設けてもよく、また、手動で開閉されるものとしてもよい。またこのとき、チューブ３１０内を減圧するためのポンプを設けてもよい。チューブ３１０内を減圧することで、気泡溜め部３００の上部に滞留している気泡は、速やかに吐出ノズル２の外部へと排出される。

本実施形態においては、第一の超音波トランスデューサ２１０は気泡溜め部３００内に配置されるものとしたが、例えば、気泡溜め部３００の下部の外周面に密接して配置されていてもよい。

本実施形態においては、第一の超音波トランスデューサ２１０は一つ配置されているが、第一の超音波トランスデューサ２１０は複数配置されていてもよい。この場合、各トランスデューサ２１０は、各連通孔３３０と対向する位置に配置されていることが好ましい。

また、プレート１００ｂの、シリンダ１００ａと密接する側の面には、例えば図９Ａ及び図９Ｂ、又は図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、液体供給手段５００によって供給される液体に対する撥液性を付与するための撥液処理が施されていてもよい。この場合、吐出口を取り囲む領域には撥液処理が施されておらず、かつ、シリンダ１００ａに組み付けられた際に連通孔３３０と近接する領域には、撥液処理が施されていることが好ましい。撥液処理が施された領域は、液体供給手段５００によって供給される液体に対する親和性が低い。すなわち、吐出ノズル２内に入り込んだ気泡は、撥液処理が施された領域に相対的に付着しやすい。吐出口を取り囲む領域に撥液処理を施さず、その周囲に撥液処理を施すことによって、プレート１００ｂ表面に付着した気泡が、吐出口に近づくのを防ぐことができる。また、連通孔３３０と近接する領域に撥液処理を施すことによって、吐出ノズル２内の気泡が、連通孔３３０を通じて気泡溜め部３００へと移動することが容易になる。さらに、連通孔３３０の内壁や、気泡溜め部３００の内壁に、同様の撥液処理が施されていてもよい。

さらに、吐出ノズル２には、図８Ａに示すように、シリンダ１００ａの内部と、気泡溜め部３００とを連通させるための第二の連通孔３４０が一以上形成されていてもよい（なお、理解を容易にするため、図８Ａにおいては第一の超音波トランスデューサ２１０、第二の超音波トランスデューサ２２０及び制御手段６００は省略されている）。このとき、第二の連通孔３４０は、第二の連通孔３４０とプレート１００ｂとの間の距離が、連通孔３３０とプレート１００ｂとの間の距離よりも大きくなる位置に形成される。気泡溜め部３００内の液体は、シリンダ１００ａ内の液体の流れによって、シリンダ１００ａ内へと引き寄せられる。この結果、吐出ノズル２内には、シリンダ１００ａ内から連通孔３３０を通じて気泡溜め部３００内へ向かい、第二の連通孔３４０からシリンダ１００ａ内へと戻る循環流が生じる。プレート１００ｂ付近に滞留している気泡はこの循環流によって気泡溜め部３００内へと導かれる。この結果、吐出ノズル２内の気泡が、連通孔３３０を通じて気泡溜め部３００へと移動することが容易になる。また、第二の連通孔３４０は、図８Ｂに示すように、気泡溜め部３００側からシリンダ１００ａの内部に向け、プレート１００ｂ方向へと向かう傾斜をつけて形成されていてもよい（なお、理解を容易にするため、図８Ｂにおいては第一の超音波トランスデューサ２１０、第二の超音波トランスデューサ２２０及び制御手段６００は省略されている）。気泡溜め部３００側の開口部がシリンダ１００ａ側の開口部よりも高い位置に形成されていることにより、気泡溜め部３００内に入り込んだ気泡が、シリンダ１００ａの内部へと戻ることを防ぐことができる。

また、吐出ノズル２は、吐出ノズル１と同様、吐出される液体中に含まれる異物を除去するためのフィルタを備えていてもよい。液体中に含まれる異物を除去することで、異物が吐出口を塞ぐことを未然に防ぐことができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る吐出装置４００及び気泡の検出方法について、図面を参照しながら説明する。吐出装置４００は、図３に示すように、液体供給手段５００と、制御手段６００と、流量検出部６１０と、リニア駆動部７１０と、吐出ヘッド７２０と、超音波トランスデューサ２００とを備えている。吐出ヘッド７２０は、ノズル部１００を備えている。ノズル部１００の構造は、第１実施形態において述べたものと同様である。

液体供給手段５００は、加圧部５１０と、液体タンク５２０と、を備える。加圧部５１０は、液体タンク５２０内の液体を加圧し、液体を吐出ヘッド７２０へと供給する。

制御手段６００は、加圧部５１０と、流量検出部６１０と、リニア駆動部７１０と、超音波トランスデューサ２００とに接続されている。制御手段６００は、加圧部５１０と、リニア駆動部７１０と、超音波トランスデューサ２００とを制御する。また、制御手段６００は、流量検出部６１０が生成した信号と、超音波トランスデューサ２００が生成した信号とを処理する。

リニア駆動部７１０は、制御手段６００により制御されて、吐出ヘッド７２０を所定の直線に沿って動かす。

超音波トランスデューサ２００は、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、支持部材２５０に固定されている（図３においては、支持部材２５０は省略されている）。吐出ヘッド７２０が基準位置Ｈｐに移動すると、図４Ｂに示すように、シリンダ１００ａの側壁と、超音波トランスデューサ２００とが密接する。超音波トランスデューサ２００の、シリンダ１００ａの側壁と密接する面には、弾性体２４０が配置されている。弾性体２４０は、例えば、シリコンゴム等で構成されている。弾性体２４０は、超音波トランスデューサ２００とシリンダ１００ａとを密着させ、超音波の伝播効率を高める役割を有する。

吐出装置４００の動作について説明する。加圧部５１０は、制御手段６００により制御されて、液体タンク５２０内の液体を加圧する。加圧された液体は、流量検出部６１０を経由して、吐出ヘッド７２０へと供給される。液体は、吐出ヘッド７２０に備えられたノズル部１００の吐出口から吐出される。

流量検出部６１０は、液体の流量を検出して、検出結果を制御手段６００に送る。制御手段６００は、この検出結果に応答して、液体の流量が所定の範囲となるよう、加圧部５１０を制御する。このようにして、所定の流量の液体が吐出ヘッド７２０から連続して吐出される。

吐出ヘッド７２０はリニア駆動部７１０によって動かされ、直線上を移動することができる。吐出ヘッド７２０が基準位置Ｈｐに移動した際、図４Ｂに示すように、超音波トランスデューサ２００と、シリンダ１００ａの側壁とが密接する。この時、超音波トランスデューサ２００はシリンダ１００ａに向けて超音波パルスＵｐを出力する。超音波パルスＵｐの反射波は、超音波トランスデューサ２００の両極間に電位差を生じさせる。制御手段６００は、この電位差を検出する。

先に述べたように、気泡と液体との界面は、固体と液体との界面よりも強い反射波を与える。このため、超音波トランスデューサ２００の両極間の電位差の変化を検出することで、シリンダ１００ａ内の気泡の状態を検出することができる。

許容量を超える気泡が存在することが検出されなかった場合、制御手段６００はそれまでの処理を継続するよう各被制御部に指示を出す。一方、許容量を超える気泡が存在することが検出された場合、制御手段６００は、例えば加圧部５１０に、液体の加圧を中止するよう指示を出す。また、制御手段６００は、リニア駆動部７１０に、吐出ヘッド７２０を所定の位置、例えば基準位置Ｈｐにおいて静止させるよう指示を出す。この結果、気泡が吐出口を閉塞することを未然に防ぐことができる。また、吐出される液体の流量が変動したり、液柱の形状が乱れたりすることを防ぐことができる。さらに、吐出ヘッド７２０が所定の位置において静止するため、ノズル部１００のメンテナンスを容易に行うことができる。

本実施形態においては、超音波トランスデューサ２００は支持部材２５０に固定されているが、超音波トランスデューサ２００はノズル部１００に組み付けられていてもよい。この場合、超音波トランスデューサ２００は吐出ヘッド７２０と共に移動する。このようにすることで、吐出ヘッド７２０が基準位置Ｈｐにない間も、シリンダ１００ａ内の気泡の状態を検出することができる。また、シリンダ１００ａと超音波トランスデューサ２００とが一体になっているため、ノイズが少なく、高い検出感度が得られる。また、複数の超音波トランスデューサが支持部材２５０に固定され、ノズル部１００内の複数箇所の気泡の状態を検出できるよう構成されていてもよい。あるいは複数の超音波トランスデューサのうち、一部はノズル部１００に組み付けられ、その他は支持部材２５０に固定されていてもよい。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る吐出装置４５０及び気泡の除去方法について、図面を参照しながら説明する。吐出装置４５０と、吐出装置４００との違いは、図５に示すように、吐出ヘッド７２０に代わり、吐出ヘッド７３０を備えている点である。

吐出ヘッド７３０は、本発明の第２実施形態に係る吐出ノズル２を備えている。先に述べたように、吐出ノズル２は、シリンダ１００ａの内部と連通している気泡溜め部３００を備えている。このため、吐出ノズル２の吐出口は気泡によって塞がれにくい。また、吐出ノズル２は、気泡排除手段であるチューブ３１０とバルブ３２０とを備えている。このため、吐出ノズル２においては、気泡が圧縮されることにより生じる圧力損失も生じにくい。したがって、吐出装置４５０は液体を長時間にわたって所定の流量で連続して吐出することができる。

さらに、本実施形態においては、第２実施形態に係る吐出ノズル２と同様、バルブ３２０を開く代わりに、第一の超音波トランスデューサ２１０を用いて、プレート１００ｂ付近の気泡を気泡溜め部３００へと導くこともできる。この方法では、バルブ３２０を開ける必要がないため、吐出ノズル２の内部の圧力が低下せず、吐出量の変動が小さいという利点がある。もしくは、音響流を発生させるとともにバルブ３２０を開けば、プレート１００ｂ付近に滞留している気泡を、さらに効率よく気泡溜め部３００へと導くこともできる。

本実施形態においては、第一の超音波トランスデューサ２１０は気泡溜め部３００内に配置されるものとしたが、例えば、気泡溜め部３００の下部の外周面に密接して配置されていてもよい。この場合も、第一の超音波トランスデューサ２１０は、連通孔３３０と対向する位置に配置されていることが好ましい。

また、各超音波トランスデューサは、吐出ノズル２に組み付けられる代わりに、図４Ａ及び図４Ｂにおいて示したように、吐出ヘッド７３０が基準位置Ｈｐにあるときにシリンダ１００ａと密接する位置に配置されていてもよい。この場合、各超音波トランスデューサの、シリンダ１００ａと密接する面には、弾性体が配置されていることが好ましい。

本実施形態においては、バルブ３２０は制御手段６００により開閉されるものとしたが、別途バルブの開閉手段を設けてもよく、また、手動で開閉されるものとしてもよい。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態に係る気泡の除去方法について、図面を参照しながら説明する。図６に示すように、塗布装置７００は、加圧部５１０と、液体タンク５２０と、流量検知部６１０と、制御手段６００と、リニア駆動部７１０と、吐出ヘッド７３０と、ステージ６８０と、を備える。液体タンクの中には、対象物に塗布されるべきインクが蓄えられている。

リニア駆動部７１０は、制御手段６００に制御されて、吐出ヘッド７３０を所定の直線に沿って動かす。例えば、図７Ａに示すように、吐出ヘッド７３０は矢印Ａの方向に沿って、基準位置Ｈｐと、折り返し点Ｔｐとを結ぶ直線上を往復する。

ステージ６８０の上面には、塗布の対象物である基板６７０が置かれている。ステージ６８０は、制御部６４０に制御されて、基板６７０を所定の直線に沿って動かす。例えば、図７Ａに示すように、基板６７０は矢印Ｂの方向に沿って動かされる。図７Ａにおいては、矢印Ａと、矢印Ｂとは直交している。

まず、塗布装置７００を用いた塗布方法について説明する。塗布装置７００において、液体タンク５２０内には、基板６７０に塗布されるべきインクが蓄えられている。有機ＥＬ表示装置の製造においては、インクは、例えばポリパラフェニレンビニレン系やポリフルオレン系等の共役二重結合ポリマーを含む発光材料である。これらの発光材料は、適宜水系溶媒あるいはテトラリン、テトラメチルベンゼン、メシチレン、キシレン等の有機溶媒に溶解（又は分散）した溶液（分散液）の状態で用いられる。

インクは加圧部５１０によって加圧され、吐出ヘッド７３０から連続して吐出される。吐出されたインクは、液柱Ｌｃを形成する。塗布装置７００が正常に作動している場合、液柱Ｌｃは所定の流量と、所定の形状とを維持している。液柱Ｌｃと基板６７０とが接触することで、インクが基板６７０の各列に塗布される。

図７Ａに示すように、吐出ヘッド７３０は基準位置Ｈｐと折り返し点Ｔｐとの間を、矢印Ａの方向に沿って、所定の速度で往復している。一方、基板６７０は、ステージ６８０によって、矢印Ｂの方向に沿って断続的に動かされる（図７Ａにおいては、ステージ６８０は省略されている）。詳しくは、吐出ヘッド７３０が基板６７０上にある間は、基板６７０は停止しており、吐出ヘッド７３０が基板６７０上にない間に、基板６７０は矢印Ｂの方向に沿って所定の距離だけ動かされる。これを繰り返すことで、図７Ａに示すように、基板６７０の各列にインクが塗布される。なお、図７Ａにおいてはヘッド部６６０を１個だけ有する構成としたが、これに限るものではなく、ヘッド部６６０を２個以上の複数個有して、複数列を同時に塗布するものであってもよい。図７Ｂはヘッド部６６０を２個有する場合の構成を示す。

ここで、塗布装置７００には、吐出装置４５０と同様、吐出ノズル２が備えられている。このため、塗布装置７００は、加圧されたインクを、所定の流量で連続して吐出することができる。液柱Ｌｃの流量と形状は所定の値に維持され、基板６７０の表面には、常に均一な線が形成される。また、気泡が吐出口を閉塞する可能性が小さいため、トラブルやメンテナンスにより塗布が中断する頻度が小さく、生産性の向上が実現される。

塗布装置７００においても、吐出装置４５０と同様、バルブ３２０を開くことによって、吐出ノズル２内の気泡を排出することができる。バルブ３２０が開かれるタイミングは限定されないが、吐出ヘッド７３０が基板６７０上にある間にバルブ３２０が開閉されると、インクに与えられている圧力が変動し、液柱Ｌｃの流量や形状が乱れる場合がある。この結果、基板６７０の表面に形成される線の均一性が損なわれるおそれがある。このため、本実施形態においては、バルブ３２０は、吐出ヘッド７３０が基板６７０上にない間に開閉される。具体的には、例えば、吐出ヘッド７３０が図７Ａに示す基準位置Ｈｐにある場合や、折り返し点Ｔｐにある場合に、バルブ３２０が開閉される。また、複数の基板６７０に対して塗布が行われる場合、基板６７０が入れ替えられる間に、バルブ３２０が開閉されることが好ましい。

バルブ３２０が開かれるとき、インクの吐出は停止されていてもよいが、バルブ３２０の開閉は、インクが吐出されている間に行われることが好ましい。インクが吐出されている間にバルブ３２０が開かれることで、吐出ノズル２内の気泡は、加圧部５１０がインクに与えている圧力によって押し出され、吐出ノズル２の外部へと速やかに排出される。また、シリンダ１００ａ内から気泡溜め部３００へとインクが押し出されることにより、シリンダ１００内の気泡は気泡溜め部３００内へと導かれる。このようにして、吐出口の閉塞が防がれる。また、気泡が圧縮されることにより生じる圧力損失を防ぐことができる。さらに、インクの加圧を中断することによる液柱の乱れを最小限に留めることができる。

吐出装置４５０と同様、塗布装置７００は、チューブ３１０を介して気泡溜め部３００の気泡を吸引するためのポンプを備えていてもよい。

また、吐出装置４５０と同様、塗布装置７００においても、各超音波トランスデューサは、吐出ノズル２に組み付けられる代わりに、吐出ヘッド７３０が基準位置Ｈｐにあるときに、シリンダ１００ａと密接する位置に配置されていてもよい。この場合、各超音波トランスデューサの、シリンダ１００ａと密接する面には、弾性体が配置されていることが好ましい。

その他、本発明の各実施形態及びその変形例に係る吐出ノズル、吐出装置、プレートは、いずれも塗布装置７００に好適に用いることができる。

以上、本発明に係る吐出ノズル、吐出装置、気泡の検出方法及び気泡の除去方法の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明したが、本発明の技術的範囲はこれらの実施形態に限定されるものではない。本発明に係る吐出ノズル、吐出装置、気泡の検出方法及び気泡の除去方法は、液体を連続して吐出するための装置又はこれに用いるプロセスに広く応用することができる。

１、２…吐出ノズル、１００…ノズル部、１００ａ…シリンダ、１００ｂ…プレート、１００ｃ…プレート保持部材、１２０…撥液領域、１３０…親液領域、２００、２１０、２２０…超音波トランスデューサ、２４０…弾性体、２５０…支持部材、３００…気泡溜め部、３１０…チューブ、３２０…バルブ、３３０…連通孔、３４０…第二の連通孔、４００、４５０…吐出装置、５００…液体供給手段、５１０…加圧部、５２０…液体タンク、６００…制御手段、６１０…流量検出部、６７０…基板、６８０…ステージ、７００…塗布装置、７１０…リニア駆動部、７２０、７３０…吐出ヘッド、Ｌｃ…液柱、Ｈｐ…基準位置、Ｔｐ…折り返し点、Ｕｐ…超音波パルス

Claims

液体を吐出するための吐出口を有するノズル部と、
前記ノズル部に設けられた連通孔を介して、該ノズル部と連通している気泡溜め部と、
前記ノズル部に密接して配置され、前記ノズル部内に向けて超音波を出力して前記ノズル部内の気泡を、前記連通孔を介して前記気泡溜め部へ導く音響流を前記ノズル部内の前記液体中に発生させ、かつ、該超音波の反射波に対応する電気信号を生成する超音波トランスデューサと、
前記超音波トランスデューサを制御して、前記ノズル部内の前記液体中の気泡の状態を検出する制御手段と、
を備える、吐出ノズル。
前記気泡溜め部から気泡を排出するための気泡排出手段を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の吐出ノズル。
前記気泡排出手段は、
前記気泡溜め部に連通するチューブと、
前記チューブに接続されているバルブと、
を備えることを特徴とする、請求項２に記載の吐出ノズル。
液体を吐出するための吐出口を有するノズル部と、
前記ノズル部に設けられた連通孔を介して、該ノズル部と連通している気泡溜め部と、
前記液体を加圧することにより前記液体を前記ノズル部に供給する液体供給手段と、
前記ノズル部内に向けて超音波を出力して前記ノズル部内の気泡を、前記連通孔を介して前記気泡溜め部へ導く音響流を前記液体中に発生させ、かつ、該超音波の反射波に対応する電気信号を生成する超音波トランスデューサと、
前記超音波トランスデューサを制御して、前記ノズル部内の前記液体中の気泡の状態を検出する制御手段と、
を備えることを特徴とする吐出装置。
前記気泡溜め部から気泡を排出するための気泡排出手段を備える、
ことを特徴とする請求項４に記載の吐出装置。
前記気泡排出手段は、
前記気泡溜め部に連通するチューブと、
前記チューブに接続されているバルブと、
を備えることを特徴とする、請求項５に記載の吐出装置。
前記超音波トランスデューサは、前記ノズル部と密接して配置されている、
ことを特徴とする、請求項４乃至６のいずれか一項に記載の吐出装置。
吐出装置における気泡の除去方法において、
前記吐出装置は、液体を吐出するための吐出口を有するノズル部と、前記液体を加圧することにより前記液体を前記ノズル部に供給する液体供給手段と、前記ノズル部内に向けて超音波を出力し、かつ、該超音波の反射波に対応する電気信号を生成する超音波トランスデューサと、前記超音波トランスデューサを制御して、前記ノズル部内の前記液体中の気泡の状態を検出する制御手段と、前記ノズル部と連通している気泡溜め部と、を備え、
前記超音波トランスデューサは前記ノズル部と密接した状態で前記ノズル部内に向けて超音波パルスを出力し、かつ、該超音波の反射波に対応する電気信号を生成し、
前記制御手段は前記電気信号を処理することによって前記ノズル部内の気泡の状態の検出を行い、前記検出の結果に応答して前記超音波トランスデューサにより出力される超音波の強度及びパルス持続時間を制御し、前記液体中に音響流を発生させることによって前記ノズル部内の気泡を前記気泡溜め部へ導く、
ことを特徴とする、気泡の除去方法。
吐出装置における気泡の除去方法において、
前記吐出装置は、液体を吐出するための吐出口を有するノズル部と、前記液体を加圧することにより前記液体を前記ノズル部に供給する液体供給手段と、前記ノズル部内に向けて超音波を出力し、かつ、該超音波の反射波に対応する電気信号を生成する超音波トランスデューサと、前記超音波トランスデューサを制御して、前記ノズル部内の前記液体中の気泡の状態を検出する制御手段と、前記ノズル部と連通している気泡溜め部と、前記気泡溜め部から気泡を排出するための気泡排出手段と、を備え、
前記超音波トランスデューサは前記ノズル部と密接した状態で前記ノズル部内に向けて超音波パルスを出力し、かつ、該超音波の反射波に対応する電気信号を生成し、
前記制御手段は前記電気信号を処理することによって前記ノズル部内の気泡の状態の検出を行い、前記検出結果に応答して前記超音波トランスデューサにより出力される超音波の強度及びパルス持続時間を制御し、前記液体中に音響流を発生させることによって前記気泡を前記気泡溜め部へ導き、かつ、前記検出の結果に応答して前記気泡排出手段を制御する、
ことを特徴とする、気泡の除去方法。
前記気泡排出手段は、
前記気泡溜め部に連通するチューブと、
前記チューブに接続されているバルブと、
を備え、
前記制御手段は前記検出の結果に応答して前記バルブを開閉する、
ことを特徴とする、請求項９に記載の気泡の除去方法。
前記液体は対象物に塗布されるためのインクであり、
前記制御手段は、前記ノズル部から吐出された前記インクが前記対象物に塗布される間は常に前記バルブを閉じた状態に保ち、前記インクが前記対象物に塗布されていない間にのみ前記バルブの開閉を行う、
ことを特徴とする、請求項１０に記載の気泡の除去方法。
前記バルブの開閉は、前記吐出装置から前記インクが吐出されている間に行われる、
ことを特徴とする、請求項１１に記載の気泡の除去方法。