JP6988562B2 - 塗布装置および塗布方法 - Google Patents
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Description
機能層の材料を含む液体は比較的高粘度であり、高い圧力101が加えられることで液体がノズル等から押し出される。(図1)
<特許文献1>
複数の吐出口を有する吐出ヘッドを有する装置による塗布方法において、
塗布液を前記吐出口に送出するタイミングを前記吐出口のそれぞれについて個別に設定することで、前記吐出ヘッドに圧送された前記塗布液が前記吐出口のそれぞれから吐出開始されるタイミングを調整する工程を具備する。
<特許文献2>
ノズルの吐出口からの液だれを抑える目的の提案で、
各ノズルに対して吐出制御部の回転軸が取り付けられ、当該回転軸の回転によって吐出口からの流体の吐出を制御する。
<特許文献3>
互いに並んで設けられる複数のバルブ駆動軸をそれぞれ独立して回転させて複数のバル
ブの開閉を切り替えるバルブ駆動機構に係る提案。
<特許文献4>
高粘度で流動性が低い液体であっても、液体の吐出終了時および再開時における吐出量の変動を抑え、安定した間欠吐出を行うことを目的とし、ノズルへの気体の注入および停止を制御し、流路内での液体を分離する手法についての提案。
所望本数,所望位置のノズルが形成されたヘッドを都度交換することは、コストや交換時間の増加を招くだけであり非現実的である。
内部に有するマニホールドから複数本に分岐した流路を経由して複数箇所の吐出口に連結するノズルを具備する吐出ヘッドと、
吐出ヘッドのマニホールドに、ペースト状の塗布液を圧送する塗布液供給手段と、
複数箇所の吐出口のそれぞれに対応してマニホールドから吐出口に至る流路上に設けられ、ペースト状の塗布液を吐出口に至る流路外へ導くバイパス機構、
を具備することを特徴とする。
流路を遮る様に挿入された筒状部材の流路に面する側に形成された溝を経由して、筒状部材の長手方向に塗布材料を導く別流路を有する構成である。
前記バイパス機構の筒状部材が、円筒状の針Aと、前記針Aを固定せず間接的に延長した針Bとを備え、筒状部材の末端には回転アクチュエータが連接され、
前記針Bには雄ネジ部が形成され、前記針Bの周囲には雌ネジ部が形成された往復ガイド部が吐出ヘッドに固定して設けられており、
針Bの雄ネジ部と往復ガイド部の雌ネジ部とは互いに係合しており、前記回転アクチュエータの回転動作に連動して針Bが回転するとともに上方向又は下方向に直動し、且つ前記針Aが上方向又は下方向に直動する機構を有することを特徴とする。
複数本に分岐した吐出口を有する吐出ヘッドを用いて高粘度の液体をノズルから塗布対象に供給する際、複数本のノズルのうちで塗布使用が不要なノズルの流路上に設けられたバイパス機構を駆動し、ペースト状の塗布液を吐出口に至る流路外へ導くことにより、全てのノズルに対して同様に塗布液供給を行ないながら、不要ノズルの選択的に制限することを特徴とする。
対象となる流路に液体を遮断する動作が発生しても、遮断されない流路に対する圧力、流速などがほとんど変化しないこと、以上を実現したことにある。
バイパス機構302には、あらかじめ液を流しておくことで、吐出開始時に流路内の抵抗の影響が少なく所望するパターン形成ができる。
この機構により、特に吐出終了時において流路内及びマニホールド内に溜まった残圧の影響による残液が漏れることを防ぐことができる。
中空の管601で加工が可能であればなお良い。中空の管の場合は、針先の開口部を樹脂などで埋め(602)、先端に穴が開いていないようにする。(図11,図12参照)
本発明では、分岐されたノズル流路を変更するための別流路(バイパス)が形成された部材を意図し、針,管,円筒状などの用語で代表して表現する。
圧力損失とは、流体が流路を流れる際に発生する流路とのせん断応力などの流れにさからう抵抗力のことで、本発明の流路上部を覆う板の外へ流体を導く408の流路が狭いもしくは長い等の要因で、流れ難くなる抵抗力のことを指す。
また、図15では、吐出ヘッドの先端に直列した7つの吐出口の内、1つの吐出口からの液体吐出が、図14で示した本発明の動作によって止まった様子を示している。
この機構は、流路上部を覆う板の面に水平に動き、掻きとる動作をする機構1302で、一定時間吐出した後に円筒状の加工された針の列から少し距離を置いた場所で、円筒状の加工された針の並びに平行したストロークで掻く。樹脂または金属の板状のリムーバー1303を直動式アクチュエーター先端に垂直に取り付けた物をつかう。また、吸引によって液体を排除する機構を使っても良い。(図13参照)
掻き取る動作をする機構1302で、機構の端に移動した液体1304は回収して再利用することが出来る。
すなわち、狭ピッチで複数ノズルが形成された小サイズのヘッド1602について、複数ノズル分のバイパス機構をそれぞれにアクチュエーターを伴って配置する場合、配置されたアクチュエーターの占有面積はヘッドのサイズよりも格段に大きいものとなるが、バイパス機構1601として、ノズル側の先端が細い針状で、アクチュエーターに至るまでに可撓性(弾性)を有する構成であると、図16に示される様に、バイパス機構1601の先端部の加工限界を超えない範囲内で、複数ノズルの形成ピッチが狭い(小サイズの)ヘッドへの適用も可能となる。
このバイパス機構1601によって、ストライプの間隙、つまり流路と流路の間を極限まで詰めることができ、バイパス機構1601の末端に位置する、ある程度のサイズを持つ圧電素子やモーターやエアー制御のアクチュエーター1603を直接もしくは間接的につなぐことができるため、結果として従来は困難だった狭いピッチでのストライプ吐出が可能となる。
以下、塗布材料として、無機フィラーまたは有機フィラー(顔料)を分散したポリマー(バインダー)と溶剤(有機溶剤)および添加剤を混合した高粘度の塗布液を塗布する実施例について説明する。
具体的には、充填剤、印刷用途などに開発された銀ペースト、銅ペースト、絶縁インキ等のフィラー量が50〜99.9%の塗布材料を構成するポリマー(バインダー)の本発明の吐出方法および吐出装置からの吐出を行なっている。
m×横500μmの矩形の吐出口径を1000μmピッチで7本形成したラインコーターヘッドから、誘電エラストマーフィルム上へフィルム面から0.3mm吐出口を離した状態で、吐出圧360キロパスカル、ヘッドスピード10mm/秒で6mm長のストライプパターンを本発明の機構を使って断続的に吐出した。
実施例2では、吐出ヘッド制御のためのアクチュエーターとして回転系アクチュエーターを用いた。
本発明の吐出方法および吐出装置に使用する液体として、旭化成ワッカー社製のシリコーンをベースとした誘電エラストマーフィルム「ELASTOSIL2030」膜厚200μmを基材とし、シリコーンをベースとした旭化成ワッカー社製の2液混合タイプの熱硬化型カーボンエラストマー「ERASTOSIL LR3162 A」および「ERASTOSIL LR3162 B」を1対1で混合した導電性塗布剤を用意し、縦500μm×横500μmの矩形の吐出口径を1000μmピッチで7本形成した本発明の吐出ヘッドと、武蔵エンジニアリング製高粘度液体制御可能なディスペンスコントローラーとXYZ軸制御可能な卓上ロボットを用意し、誘電エラストマーフィルム上へ、本発明の実施形態でライン吐出する実験を行った。
従って、アクチュエーターとして、ピエゾ系、ソレノイド系、エアー系などの直動系アクチュエーターだけではなく、ステップモーター、サーボモーター等の回転系アクチュエーターも導入できることがわかった。
・材料によっては矩形のパターンが形成できる為、導電性インキで形成した場合、断面積を縦×横の寸法のみで計算することが出来る為、非破壊でかつ安定した電気抵抗値を示す導線を形成できる。
・材料によっては吐出口形状に近い形状で吐出する事ができる為、形状による視覚的効果(光学的効果含む)を持つパターン形成ができる。
・材料によっては基材に対し、垂直に切立った面を形成できる為、ライン吐出の場合、例えば矩形のラインの間隙を極限まで詰めた構造体を作ることが出来る。
・材料によっては、アスペクト比(高さ÷底辺)1以上の矩形パターンを形成することが出来、狭い幅により多くのライン形成が可能。
・XYZ系ロボットに本発明塗布剤を使用したコーターヘッド、ディスペンサーを搭載することで、立体的な矩形ライン構造物の形成が出来る。
上記内容から。エレクトロニクス分野、高機能フィルム分野、セキュリティー分野などへの利用の可能性があり、フォトリソやナノインプリントで形成が出来ない構造物まで形成できる可能性がある。
102…機能層の材料を含む液体
103…ダイヘッドやノズル
201…分岐させた流路
202…シャッター、バルブなどの抵抗
203…抵抗を加えない分岐された流路へ閉ざされた流路の圧力分が分配される
204…吐出量が増加
301…吐出ヘッド
302…流路外へ導くバイパス機構
303…吐出流路中央の流速もしくはせん断速度
304…吐出流路側面の流速もしくはせん断速度
305…吐出口形状そのまま維持した形
306…吐出出口
401…円筒状の針
402…流路高さ
403…流路上部を覆う板
404…貫通した穴高さ
405…任意の高さ
406…円筒状の針先端からわずかに流路上部へ向かった距離
407…円筒の半径を最大とした深さ分
408…流路上部を覆う板の外へ流体を導く
501…切削した円筒状の加工された針
601…中空の管
602…針先の開口部を樹脂などで埋め
701…流路上部を覆う板
702…円筒状に加工された針が流路底面
703…円筒側面を加工した面
704…貫通した穴を通した状態
705…突き当たるもしくは食い込む
804…流路上流側
805…吐出ヘッドに形成された複数列の流路
806…流路幅に対し針の直径を大きく
1301…溜まった液体
1302…流路上部を覆う板の面に水平に動き、掻きとる動作をする機構
1303…樹脂または金属の板状のリムーバー
1304…機構の端に移動した液体
1401…円筒状に加工した針
1402…流路上部を覆う板の外へ導かれた流体溜まり
1601…円筒状に加工された針の長さ
1602…流路と流路の間を極限まで詰めたヘッド
1603…圧電素子やモーターやエアー制御のアクチュエーター
1604…シーケンサーなどの制御装置
1605…各流路に対する微小な往復動作
1701…円筒状に加工された針を使った往復動作
1702…固定せず間接的に延長した針
1703…雄ネジ
1704…吐出ヘッドに形成した針の往復動作ガイド部
1705…雌ネジ
1706…回転系アクチュエーター
1707…回転動作
Claims (3)
- 内部に有するマニホールドから複数本に分岐した流路を経由して複数箇所の吐出口に連結するノズルを具備する吐出ヘッドと、
吐出ヘッドのマニホールドに、ペースト状の塗布液を圧送する塗布液供給手段と、
複数箇所の吐出口のそれぞれに対応してマニホールドから吐出口に至る流路上に設けられ、
ペースト状の塗布液を吐出口に至る流路外へ導くバイパス機構を備え、
前記バイパス機構は、流路を遮る様に挿入された流路側面側に溝が設けられた筒状部材であり、
前記筒状部材の長手方向に塗布材料を導く別流路を有する構成であり、
前記筒状部材の末端には、アクチュエーターが備えられ、
前記アクチュエーターの動作を制御可能な機構を備えていることを特徴とする塗布装置。
- 前記アクチュエーターが、エアー式アクチュエーター、ピエゾ系アクチュエーター、ソレノイド系アクチュエーター、回転系アクチュエーターのいずれかであることを特徴とする、請求項1に記載の塗布装置。
- 複数本に分岐した吐出口を有する吐出ヘッドを用いて高粘度の液体をノズルから塗布対象に供給する際、
複数本のノズルのうちで塗布使用が不要なノズルの流路上に設けられたバイパス機構を駆動し、
ペースト状の塗布液を吐出口に至る流路外へ導くことにより、
全てのノズルに対して同様に塗布液供給を行ないながら、不要ノズルを選択的に制限することを特徴とする塗布方法。
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