JP5653033B2 - ノズルヘッド充填装置及びその充填方法 - Google Patents
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Description
ルヘッド充填装置及びその充填方法に関する。
する装置である。
物を製造するために用いる塗布装置に搭載されて利用されている。具体的には、例えば液
晶表示装置、有機EL(Electro Luminescence)表示装置、電子放
出表示装置、プラズマ表示装置及び電気泳動表示装置等の様々な表示装置(被塗布物)を
製造するために利用されている。
防止することが重要な課題となっている。
れている。このノズルヘッド充填装置101では、図13に示すように、ノズルヘッド1
02に対して液体の充填を行う際、全てのノズルN’を塞ぐためのキャップC’がノズル
プレート102bのノズル面Mに密着し、且つ覆うようにノズルヘッド102に着脱可能
に取り付けられている。
填する際には、キャップC’をノズルプレート102bのノズル面Mに密着させて全ての
ノズルN’を塞いでおき、ノズルヘッド本体102aに設けた支持傾斜部103によりノ
ズルヘッド102を、真下を向いた基準位置から135度、傾けた状態で液体供給部10
4から液体流路R’に液体を供給する。次に支持傾斜部103によりノズルヘッド102
を45度に傾けた状態で液体流路R’から液体が排出されるとノズルヘッド102を90
度に傾け、液体流路R´内の気泡を排出させるために所定の時間加圧した後、ノズルヘッ
ド102を180度に傾けて上向き状態した後、キャップC´を取り外してノズルN´内
の残留気泡を排出させている。
に、ノズルN´を塞いで、且つノズル面Mに密着して取り付けられている。そのため、ノ
ズルN’及び液室E’の気体の逃げ道がなく、ノズルN´や液室E´に液体を供給し難く
、ノズルN´や液室E´の一部に液体を供給することができず、気体を閉じ込めて気泡を
生じさせることがあった。このような気泡が一度生じると、ノズルN´や液室E´内を液
体で満たすことが難しくなると共に、ノズルN´から気泡が排出し難くなり、その結果、
液滴の不噴射や噴射ヨレ等の噴射不良を引き起こす原因となっていた。
充填方法を提供することを目的とする。
る。
して説明する。
図1に示すように、本実施形態のノズルヘッド充填装置1は、液滴を噴射するノズルヘッ
ド2と、このノズルヘッド2を支持し、且つ回動する支持傾斜部3と、ノズルヘッド2に
インク等の液体を供給する第1及び第2液体供給部4、5と、液体の流量の制御を行う流
量調整手段6と、液体やガスの供給を開閉する切り替え部(第1乃至第4コック7a、7
b、7c、7d)とを備えている。
液体を吐出する側の一面M1に取り付けられたノズルプレート2bとを備えている。
1と、ノズルヘッド2から液体が流出する排出口H2とが設けられている。これらの供給
口H1及び排出口H2は、ノズルヘッド本体2aのノズルプレート2bが設けられた一面
M1と反対側の反対面M2に形成されている。
と、その液体流路Rにそれぞれ連通し、後述するノズルプレート2bの複数のノズルNに
供給する液体をそれぞれ収納する複数の液室Eとが設けられている。
の液室Eには、液体流路Rから液体が流入して供給される。
う断面図である。
ら排出口H2方向に沿って列状に設けられ、各液室Eは、その列状のノズルNを挟んで両
側に、且つ交互に設けられ、各ノズルNと連通している。また、各液室Eは、ノズルN側
が狭くてノズルN側と反対側が広く、しかも階段状に形成され、液体が供給し難く、気泡
が残留し易い構造になっている。なお、このノズルプレート2bにおいて、ノズルヘッド
本体2aの面M1との接着面と反対の面がノズル面Mとなる。
ノズルNから吐出される液体を貯留するためのキャップCが取り付けられる。このキャッ
プCは、充填中の液体の垂れ流しを防止するための部材であり、各ノズルNが設けられて
いるノズル面Mを覆うように、ノズルヘッド2に着脱可能に取り付けられている。また、
このキャップCはノズル面Mに密着させずに、吐出した液体を貯留する空隙C1が形成さ
れており、ノズルNから吐出された液体が溜まるようになっている。また、ノズルヘッド
本体2aの排出口H2側に位置するキャップCの側面には、気体を排出するための排出口
H3が設けられている。
キャップCの空隙C1に排出され、最終的に排出口H3から外部に放出される。そのため
、ノズルNや液室Eへの液体の供給がスムーズに行われ、また気体が閉じ込められないた
め、ノズルNや液室E内に気泡が生じることを低減することができる。
、ノズルヘッド2を基準位置から所定角度だけ傾ける役割を果たしている。ここで、「基
準位置」とは、ノズルヘッド2のノズル面Mが重力方向、すなわち真下を向いている状態
における支持傾斜部3の回動角度0度を意味する。なお、図1は支持傾斜部3を90度回
転させた状態である。また、ノズルヘッド2は支持傾斜部3に対してボルト等の締結部材
により着脱可能に取り付けられる。
の液体供給部4,5には、その部内を加圧するための窒素(N2)ガス等の加圧手段が設
けられている。また、第1液体供給部4は、第2液体供給部5から液体が供給され、その
液体を供給口H1からノズルヘッド2内へと供給する。
第2液体供給部5内が加圧されることにより、液体が第1液体供給部4へと供給される。
2を支持傾斜部3により90度回動させて液体を充填させたときの液面との差(水頭差)
が、生じるように設置し、ノズルヘッド2に負圧がかからないようにする。なお、ノズル
ヘッド2のノズル面Mが重力方向、すなわち真下を向いている状態における支持傾斜部3
の回動角度を0度(上記「基準位置」)とする。ちなみに、図1に示すノズルヘッド2の
状態が、支持傾斜部3を基準位置より90度回動させた状態である。
液体が入り込む際に管路抵抗が生じるため、ノズルNや液室Eに液体が入り込む圧力が小
さく、時間がかかり、液体流路R内の方に早く液体が供給される。その結果、ノズルNや
液室Eにおいて、液体が入り込んでいない部分が出てくる。また、供給口H1側のノズル
Nや液室Eに液体が入り込んだ所から空隙C1へと液体が吐出し、空隙C1内に溜まった
液体が、まだ液体が入り込んでいない所を塞いでしまい、気泡が閉じ込められてしまう。
なお、ノズルNは口径が小さいため、空隙C1内に溜まった液体が入り込むことは困難で
ある。
の圧力は有するが、液体流路R内の方に早く液体が供給される。液体流路R内に早く液体
が供給されると、排出口H2側のノズルNや液室Eに液体を供給するための圧力損失が起
こる。圧力損失が起こる理由としては、液体流路R内を流れる際に生じる摩擦等によるた
めである。そのため、排出口H2側のノズルNや液室Eへと液体が入り込むのが遅くなる
。一方、供給口H1側のインクが入り込んだ所から液体が吐出して空隙C1内に溜まり、
まだ液体が入り込んでない所を塞ぎ、気泡を閉じ込めてしまう。
で液体を供給することができるので、供給口H1側のズルNや液室Eから順次、排出口H
2側のノズルNや液室Eに液体が入り込み、また液体が入り込んでいない所を塞ぐことな
く空隙C1内の液体が溜まっていく。
液体の液面がほぼ同じ高さになるよう適した流量に設定することが望ましいことが分かる
。なお、適した流量は、液体の粘度や液体流路R、液室Eの形状等の条件により異なるの
で、充填に際しては予め求めておく必要がある。
で構成される。
られ、第1液体供給部4内と第2液体供給部5内に液体が満たされるまで閉じており、こ
れらの液体供給部4、5内が液体で満たされると開かれる。
部4と第2液体供給部5への液体の供給開始から、ノズルヘッド2内の液体の充填が終了
するまで開いており、ノズルヘッド2内への液体の充填が終了すると閉じる。
2に供給された液体が排出口H2から排出されるまで開き、液体が排出されると閉じる。
調整を行っている。第4コック7dは、ノズルヘッド2内の液体の充填が終わるまで閉じ
ており、ノズルヘッド2内への液体の充填が終わると開かれる。
方法について、図8を参照して説明する。まず第1液体供給部4と第2液体供給部5内を
液体で満たす。この時、第1コック7aと第4コック7dは閉じており、第2コック7b
と第3コック7cは開いた状態である(ステップS1)。
により、ノズルヘッド2を基準位置から90度回動させ、図1に示すように、ノズル面M
を横向きにする。なお、支持傾斜部3の回動方向は、図1中の時計回り方向をプラスとし
ている(ステップS2)。
の気体を供給して加圧する。そして、第2液体供給部5から第1液体供給部4へ液体を供
給する際は、流量調整手段6により流量を調整しながら供給する。そして、第1液体供給
部4は第2液体供給部5から供給された液体で加圧され、ノズルヘッド2の供給口H1へ
と液体を供給する(ステップS3)。
閉め、第1液体供給部4から供給される液体により加圧し、ノズルNや液室E内の気泡を
キャップCへと排出すると同時にキャップC内を液体で満たす。キャップC内を液体で満
たすことにより、キャップC内の気泡がノズルNや液室Eに入り込むのを防ぐためである
(ステップS4)。
N2ガス等の気体を供給して加圧して液体を送り出して、ノズルヘッド2内を加圧させ、
支持傾斜部3を基準位置の0度に戻し、ノズルヘッド2に設けられているキャップCを取
り外し、液体の充填を終える(ステップS5)。
次に、本実施形態の実施例について説明する。本実施例では、ノズルヘッド2に充填す
る液体として粘度が2.4cPのIPA(イソプロピルアルコール)を使用した。またノ
ズルヘッド2は、ノズル径35μmのノズルNが256本、設けられたものを使用した。
傾斜部3により90度回動させた。そして、第2液体供給部5内が100kPa以上の圧
力になるようにN2ガスを供給し、また第2液体供給部5から第1液体供給部4に供給さ
れる液体の流量が約3ml/minになるように流量調整手段6により調整し、第2液体
供給部5から第1液体供給部4へ液体を供給した。また同時に第1液体供給部4からノズ
ルヘッド2へ流量約3ml/minで液体を供給した。流量を約3ml/minになるよ
うに調整する理由を以下に説明する。
れぞれ設定し、支持傾斜部3が90度の位置まで回動するステップS2、ノズルヘッド2
に液体を供給して充填するステップS3、そして排出口H2から液体が出るまでの流量と
時間について測定を行った。その結果を図9乃至図12に示す。
が回動し、約70〜170秒までの100秒間はノズルヘッド2に液体を供給して充填を
行い、それ以降は排出口H2から液体が排出されていることを示している。
3が回動し、約60〜230秒までの170秒間はノズルヘッド2に液体を供給して充填
を行い、それ以降は排出口H2から液体が排出されていることを示している。
3が回動し、約70〜120秒までの50秒間はノズルヘッド2に液体を供給して充填を
行い、それ以降は排出口H2から液体が排出されていることを示している。
3が回動し、約65〜100秒までの35秒間はノズルヘッド2に液体を供給して充填を
行い、それ以降は排出口H2から液体が排出されていることを示している。
比較すると、液体の供給時間は、3ml/minの場合が最も長く、5ml/minの場
合が最も短い。これは、液体流路R内を流れる液体の速度が速く、液体を供給するための
圧力が液室EやノズルNに対してより、液体流路Rを流れる方に対して費やされているこ
とが分かる。これは4ml/minの場合でも同じことが言える。
て、複雑な形状のノズルNや液室Eに液体が入り込む際に管路抵抗が生じ、ノズルNや液
室Eに液体が入り込む圧力が小さいために時間がかかり、液体流路R内の方が早く液体が
供給され、結果的に3ml/minよりも早く液体が排出口H2から排出されたことが分
かる。以上の理由から、流量が約3ml/minの場合が特に望ましいと言える。
場合では、3〜4回の確率で全てのノズルから液体が吐出されない不具合が確認された。
これに対して、本実施形態のノズルヘッド充填装置1を使用し、特に望ましい流速の条件
で充填し、吐出の確認を同様に行った場合では、同様の吐出不良は1回以下に減少するこ
とが確認できた。このことから、本実施形態の方が、ノズルN内に気泡が発生して吐出不
良を引き起こす割合が低減していることが分かる。
ル面Mに密着せずに、ノズルNから吐出した液体を貯留する空隙C1を有する。従って、
ノズルNや液室Eに液体を供給する際、ノズルNや液室Eの気体が空隙C1に排出される
ため、キャップCをノズルヘッド2のノズル面Mに密着させた場合に比べて、ノズルNや
液室Eに液体を供給し易く、また気体が閉じ込められなくなり、ノズルNや液室E内に気
泡が生じることを低減することができる。
量を供給することで、供給口H1側のズルNや液室Eから順次、排出口H2側のノズルN
や液室Eに、気泡の発生を低減させながら液体を供給することができる。そのため、より
一層、ノズルNや液室E内に気泡が生じることを低減することができる。また、ノズルヘ
ッド2を回動させる回数が従来の技術より少ないため、充填にかかる時間を短縮させる効
果が期待できる。
のではない。
2,102…ノズルヘッド
2a,102a…本体
2b,102b…ノズルプレート
3,103…支持傾斜部
4…第1液体供給部
5…第2液体供給部
6…流量調整手段
7a…第1コック
7b…第2コック
7c…第3コック
7d…第4コック
104…液体供給部
C,C´…キャップ
C1…空隙
R,R´…液体流路
E,E´…液室
N,N´…ノズル
B…気泡
Z…軸心
H1…供給口
H2、H3…排出口
M…ノズル面
M1…ノズルヘッド本体の一面
M2…ノズルヘッド本体の反対面
Claims (11)
- 複数のノズルが形成されたノズル面、前記複数のノズルにそれぞれ連通し、液体を収納する複数の液室、及び前記液室に液体を供給・排出する液体流路を有するノズルヘッドと、
前記ノズルヘッドに着脱可能に取り付けられ、前記ノズル面との間に空隙を有して前記ノズルを覆うキャップと、
前記液体流路に供給する液体を収容する液体供給部と、
前記液体供給部に接続し、前記ノズル面が横向きの時、前記キャップの前記空隙内に供給される液体により液体が供給されていないノズルを塞がないように液体の流量を調整する流量調整手段と、
を備えることを特徴とするノズルヘッド充填装置。 - 前記流量調整手段は、前記キャップの前記空隙に溜められた液体の液面と、前記液体流路を流れる液体の液面とがほぼ同じ高さとなるように流量を調整することを特徴とする請求項1に記載のノズルヘッド充填装置。
- 前記液体供給部は、前記液体流路に供給する液体を収容する第1液体供給部と前記第1液体供給部に供給する液体を収容する第2液体供給部とを備え、
更に、前記第1液体供給部と前記第2液体供給部との間に流量調整手段を備えていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載のノズルヘッド充填装置。 - 前記ノズルヘッドを支持し、回動する支持傾斜部を有することを特徴とする請求項1乃至請求項3記載のノズルヘッド充填装置。
- 前記キャップが排出口を有することを特徴とする請求項1乃至請求項4記載のノズルヘッド充填装置。
- 前記流量調整手段は、マスフローコントローラであることを特徴とする請求項1乃至請求項5記載のノズルヘッド充填装置。
- 請求項1記載のノズルヘッド充填装置において、
前記ノズル面を横向きにし、前記流量調整手段により、前記キャップの前記空隙内に供給される液体が、液体が供給されていないノズルを塞がないように流量を調整しながら前記液室及び前記ノズル内に液体を供給する工程と、
を含むことを特徴とするノズルヘッドの充填方法。 - 前記流量調整手段により前記キャップの前記空隙に溜められた液体の液面と、前記液体流路を流れる液体の液面とがほぼ同じ高さとなるように流量を調整することを特徴とする請求項7に記載のノズルヘッドの充填方法。
- 前記ノズルヘッド充填装置の前記液体供給部は、前記液体流路に供給する液体を収容する第1液体供給部と前記第1液体供給部に供給する液体を収容する第2液体供給部とを備え、更に、前記第1液体供給部と前記第2液体供給部との間に流量調整手段を備えてなり、
前記液室及び前記ノズル内に液体を供給する工程は、前記流量調整手段により前記第2液体供給部から前記第1液体供給部に供給する液体の流量を調整することにより行うことを特徴とする請求項7又は請求項8記載のノズルヘッドの充填方法。 - 更に、前記ノズルヘッドを支持し、回動する支持傾斜部を有しており、
前記支持傾斜部により前記ノズルヘッドを回動させて前記ノズル面を横向きにし、前記液体供給部から前記液体流路に液体を供給する工程を含むことを特徴とする請求項7乃至請求項9記載のノズルヘッドの充填方法。 - 前記液室及び前記ノズル内に液体を供給する工程は、前記液体流路に対する液体供給側の前記液室及び前記ノズルから液体排出側の前記液室及び前記ノズルに向かって、順次、行うことを特徴とする請求項7乃至請求項10記載のノズルヘッドの充填方法。
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