JP7202276B2 - インクジェット塗布装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェットヘッドを通じて循環される塗布液内に存在する気泡を効率よく除去することができるインクジェット塗布装置に関するものである。

ガラスやフィルム等の基材上にインクジェット塗布装置により塗布液を液滴状に吐出し、線分、矩形状等、様々な形状の塗布膜（膜パターンともいう）が形成されている。インクジェット塗布装置は、塗布液が貯留される供給タンク１００と、インクを吐出する複数のノズルを備えたインクジェットヘッド１０１と、供給タンク１００から供給された塗布液を一時的に保留しつつ、ノズル内の圧力を調整する圧力調節部１０２とを備えており、それぞれが配管１０３によって接続されている。

インクジェット塗布装置では、塗布液中に気泡が混入している場合、インクジェットヘッド１０１から正常に吐出することができないため、配管１０３内、インクジェットヘッド１０１内部に塗布液を充填させた後、ブリード工程が行われる。すなわち、このブリード工程により、例えば、配管１０３内、インクジェットヘッド１０１内部の塗布液中に存在する気泡を塗布液と共に強制的に排出させて最終的に廃液タンク１０５に送液されることにより、塗布液に混入する気泡が除去される。

近年では、高価な塗布液が使用されることが多くなってきたことから、ブリード工程により塗布液が大量に廃棄されると、製品のコストアップが懸念される。そのため、気泡除去のために強制的に排出される塗布液を、再度循環させ、流路の途中に設けられた気泡除去部１０４を通過させることにより除去される。この気泡除去部１０４では、タンク内が大気圧、又は、減圧環境に設定されることにより、循環により供給された塗布液内の気泡が塗布液から除去される。そして、気泡が除去された塗布液が再度循環されることにより、徐々に塗布液全体から気泡が取り除かれ、ブリード工程のように塗布液が廃棄されることなく、配管１０３内、ヘッド内部の気泡を除去することができる（例えば下記特許文献１参照）。

特開２０１５－２２１５５５号公報

ところが、上記インクジェット塗布装置では、循環による気泡除去を行っても、配管１０３内、ヘッド内部に気泡が残存してしまうという問題があった。すなわち、配管１０３内、ヘッド内部には、屈曲部や継手部分等のように流路に凹凸が形成されている部分が存在するため、塗布液を循環させた場合でも気泡が凹凸部分に引っかかってしまい、循環流を発生させても気泡を気泡除去部１０４まで移動させることができず、配管１０３内、ヘッド内部に気泡が残ってしまうという問題があった。

また、循環の流速を上昇させることにより凹凸部分に引っかかった気泡を押し流し、気泡除去部１０４まで移動させて除去することも考えられる。しかしながら、塗布液の流速を上昇させると、インクジェットヘッド１０１のノズルから気泡が混入し、塗布液内に残存ズル気泡を増加させてしまうため、循環する塗布液の流速を上げることによって除去することができないという問題があった。

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、塗布液中の気泡を除去する際、塗布液を循環させても配管内に残存する気泡を効果的に取り除くことができるインクジェット塗布装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明のインクジェット塗布装置は、基材に対して液滴を吐出するインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドに塗布液が供給される供給流路と、前記インクジェットヘッドから塗布液が排液される排液流路と、前記排液流路に流れる塗布液を前記供給流路に戻す循環流路と、を備え、前記供給流路、前記排液流路、及び、前記循環流路により循環ラインを形成するインクジェット塗布装置であって、前記いずれかの流路には、塗布液内に存在する気泡を除去する気泡除去部を有しており、前記循環ラインにおける塗布液が流れる方向を切り替えることにより、前記循環ラインの気泡を気泡除去部から除去するものであり、前記循環ラインには、前記循環ラインの送液方向を逆転させる逆循環配管が設けられ、前記循環ラインにおける塗布液の送液を行う送液ポンプの送液方向を変えることなく、前記循環ラインに設けられたバルブを切り替えることにより、前記逆循環配管を通じて前記循環ラインにおける塗布液の流れる方向が切り替えられ、前記気泡除去部は、インクジェットヘッドのノズル内に存在する塗布液の圧力を調節する圧力調節部であることを特徴としている。

上記インクジェット塗布装置によれば、循環ラインにおける塗布液が流れる方向を切り替えられるため、配管内、ヘッド内部に残存する気泡を効果的に除去することができる。すなわち、通常、循環ラインに流れる塗布液の流れる方向は一定であるため、配管内、及び、ヘッド内部の凹凸部分に気泡が引っかかると、一方向の流れ（順方向流れ）では気泡が凹凸部を乗り越えにくく、凹凸部に気泡が残存したままになる。そこで、塗布液の流れる方向を切り替えて、順方向流れとは逆の逆方向流れにすることにより、凹凸部分に引っかかった気泡は、その凹凸部分から離れ、そのまま逆方向流れにより気泡除去部に移動し除去される。また、塗布液が流れる方向を切り替えるとは、順方向流れを逆方向流れに完全に切り替える場合のみならず、順方向流れから一度逆方向流れにした後、すぐに順方向流れにする場合も含まれる。この場合でも、一瞬、逆方向流れになった場合に、凹凸部分に引っかかった気泡が一度凹凸部分から離れるため、次に順方向流れに切り替えた場合に気泡が凹凸部分を乗り越えやすくなり、その気泡が気泡除去部に運ばれることにより除去することができる。したがって、従来のように一方向の流れで循環させていた場合に比べて、配管内、ヘッド内部に残存する気泡を効果的に除去することができる。さらに、塗布液の流れる方向の切り替える際に送液ポンプに負荷をかけることを回避できるため、送液ポンプを必要以上に高出力ポンプを選択する必要がなく、装置全体のコストを抑えることができる。また、気泡除去部を圧力調節部と共用できるため、圧力調節部とは別に気泡除去部を設ける必要がなく、装置コストを抑えることができる。

本発明によれば、塗布液中の気泡を除去する際、塗布液を循環させても配管内に残存する気泡を効果的に取り除くことができる。

本発明のインクジェット塗布装置の一実施形態における流路を示す構成図である。 圧力調節部を示す図であり、（ａ）は圧力調節室が加圧されず、塗布液内に気泡が残留した状態を示す図、（ｂ）は圧力調節室が加圧されることによりエアベント孔から気泡が排出された状態を示す図である。 配管内の凹凸部分を示す図であり、（ａ）は、塗布液が順方向に流れることにより凹凸部分に気泡が滞留した状態を示す図、（ｂ）は、塗布液が逆方向に流れることにより凹凸部分から気泡が離れて移動する状態を示す図である。 上記インクジェット塗布装置において、バルブが循環モードに設定された状態を示す図である。 上記インクジェット塗布装置において、バルブが逆循環モードに設定された状態を示す図である。 従来のインクジェット塗布装置の流路を示す構成図である。

本発明のインクジェット塗布装置に係る実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は、インクジェット塗布装置の一実施形態における流路を示す構成図である。

インクジェット塗布装置は、図１に示すように、塗布液を貯留する供給タンク１と、基材に対して液滴を吐出するインクジェットヘッド２と、インクジェットヘッド２の圧力を調節する圧力調節部３と、廃液となった塗布液を貯留する廃液タンク４とを備えており、これらが流路（配管５）で連結されている。また、インクジェット塗布装置は、インクジェットヘッド２から排出された塗布液が、再度インクジェットヘッド２に戻るように循環配管５１を備えている。そして、各バルブの開閉を設定することにより、各ユニットを経由する流れを形成できるようになっている。

なお、本実施形態の配管５は、樹脂製のチューブを用いているが、金属製の配管でもよく、流路を形成するものであれば、特に限定しない。

供給タンク１は、インクジェットヘッド２から基材に吐出するための塗布液を貯留するたものものである。供給タンク１には、生産に必要となる量の塗布液が貯留されており、圧力調節部３の塗布液が少なくなると、供給タンク１の塗布液が供給される。すなわち、供給タンク１は、圧力調節部３と供給配管５２（供給流路）によって連結されており、供給タンク１内が加圧されることにより供給配管５２を通じて圧力調節部３に塗布液が送液される。また、供給タンク１は、大気開放できるようになっており、貯留された塗布液の送液が停止されている状態で大気開放されることにより、供給タンク１内に存在する気泡ｂが塗布液の表面に移動し、塗布液内の気泡ｂが消失されるのを促すようになっている。

インクジェットヘッド２は、複数のノズルを有するヘッドモジュールを備えており、このヘッドモジュールに駆動電圧が印加されることにより、各ノズルから所定量の塗布液が吐出されるようになっている。すなわち、各ノズル内が大気圧以下の圧力に維持されることによってノズル内に塗布液が保持されており、駆動電圧が印加されることによりノズルから液滴が吐出される。

圧力調節部３は、インクジェットヘッド２の各ノズルの圧力を調節するためのものである。本実施形態では、サブタンク３０に所定量の塗布液が貯留されており、サブタンク３０内の圧力が調節されることによりインクジェットヘッド２の各ノズルの圧力が調節される。これにより、ノズルの先端にメニスカスを形成した状態でノズル内に塗布液を保持することができる。

サブタンク３０は、本実施形態では、図２に示すように、サブタンク３０内に膜３１が設けられており、上部に塗布液が貯留され塗布液貯留室３２が形成され、下部に圧力を調節する圧力調節室３３が形成されている。そして、圧力調節室３３の圧力を調節することにより塗布液を供給し、ノズル内に塗布液が保持された状態を維持することができる。すなわち、サブタンク３０は、インクジェットヘッド２と供給配管５２で連結されており、圧力調節室３３が負圧に維持されている。すなわち、圧力調節室３３が減圧されることにより、供給配管５２内の塗布液が吸引され、ノズルの先端にメニスカスを形成した状態でノズル内に塗布液を保持することができる。なお、本実施形態では、供給タンク１から圧力調節部３、インクジェットヘッド２に流れる方向を特に順方向と呼ぶ。

また、本実施形態では、圧力調節部３は、気泡除去部６として機能する。気泡除去部６は、塗布液中の気泡ｂを除去するためのものである。すなわち、サブタンク３０には、エアベント孔６１が形成されており、エアベント孔６１にエアベントバルブ６２が設けられており、このエアベント孔６１からエアを排出することにより気泡ｂを除去することができる。具体的には、塗布液貯留室３２に気泡ｂが混入した塗布液が供給されると、塗布液内の気泡ｂが塗布液貯留室３２の上部に移動する。そして、所定時間経過することにより塗布液貯留室３２の上部に所定量の気泡ｂが溜まった状態で、エアベントバルブ６２を開状態にして圧力調節室３３を加圧することにより、溜まっていたエアがエアベント孔６１から押し出される。この状態でエアベントバルブ６２を閉じることにより、塗布液貯留部に溜まっていた気泡ｂを排出することができる。このようにしてサブタンク３０内で塗布液が保持されることにより塗布液内の気泡ｂを除去することができる。

廃液タンク４は、不要となった塗布液を溜めておくものである。廃液タンク４は、インクジェットヘッド２と排液配管５３（排液流路）で連結されており、塗布液に除去しきれなかった気泡ｂが存在する場合にその塗布液が排液配管５３を通じて廃液タンク４に廃棄される。

また、インクジェット塗布装置には、循環配管５１（循環流路）が設けられており、一度インクジェットヘッド２に供給された塗布液が循環配管５１を通じて、再度インクジェットヘッド２に供給できるようになっている。本実施形態では、循環配管５１は、排液配管５３と供給配管５２を連結して設けられており、排液配管５３、循環配管５１、及び、供給配管５２により、インクジェットヘッド２に塗布液を循環させる循環ラインが形成されている。また、排液配管５３には、循環ポンプ７が設けられており、循環ポンプ７を駆動させることにより、循環ラインを通じて塗布液が循環されるようになっている。具体的には、図４に示すように、バルブＶ１、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ７を閉状態にして循環ポンプ７を駆動させることにより、インクジェットヘッド２内の塗布液が排液配管５３、循環配管５１、供給配管５２を経由して、再度、インクジェットヘッド２に送液される。この塗布液の流れる方向を順方向とし、順方向の流れに循環させるバルブの設定を特に循環モードと呼ぶ。なお、図４、図５において、バルブＶ１～Ｖ７が白色の場合は開状態を示し、黒色の場合は閉状態を示している。

また、本実施形態では、逆循環配管８が設けられており、循環ラインに順方向と逆の逆方向の流れを形成することができるようになっている。具体的には、逆循環配管８は、第１逆循環配管８１と、第２逆循環配管８２とで形成されており、これらを経由させることにより、循環ラインの送液方向を逆転させることができる。

第１逆循環配管８１は、循環配管５１と排液配管５３を連結し、排液配管５３には第２逆循環配管８２よりも循環ポンプ７に近い位置に接続されている。第２逆循環配管８２は、循環配管５１と排液配管５３を連結し、循環配管５１には、第１逆循環配管８１よりも循環ポンプ７に近い位置に接続されている。

そして、図５に示すように、バルブが循環モードから、バルブＶ２、Ｖ５を閉状態、Ｖ４、Ｖ７が開状態にして循環ポンプ７を駆動すると、循環ポンプ７を出た塗布液は、排液配管５３から循環配管５１に流れると、バルブＶ４が開状態、バルブＶ５が閉状態であるため、第２逆循環配管８２に流れる。そして、第２逆循環配管８２を流れる塗布液は、バルブＶ２が閉じられているため、排液配管５３を逆方向に流れてインクジェットヘッド２に入る。

また、インクジェットヘッド２を出た塗布液は、供給配管５２から圧力調節部３を経て循環配管５１に流れ、バルブＶ５が閉じられているため、第１逆循環配管８１を経て、循環ポンプ７の上流側（順方向における上流側）に流れる。このようにして、第１逆循環配管８１、第２逆循環配管８２により、塗布液が循環ラインを逆方向に流れる逆循環経路を形成することができる。そして、この逆循環経路では、循環ポンプ７の送液方向は変化しない。すなわち、バルブＶ２、Ｖ５、Ｖ４、Ｖ７の開閉状態を切り替えるだけで、循環ラインの送液方向を切り替えることができ、送液方向の切替について、循環ポンプ７の回転を逆転させる等、循環ポンプ７の駆動力に頼ることなく行うことができるため、循環ポンプ７への負荷を軽減することができる。なお、逆順関係路を形成するために、循環モードからバルブＶ２、Ｖ５を閉状態、バルブＶ４、Ｖ７が開状態にするバルブの設定を逆循環モードと呼ぶ。

この循環ラインの送液方向について、順方向から逆方向に変えることにより、配管５内に残存する気泡ｂを効果的に取り除くことができる。すなわち、図３（ａ）に示すように、順方向の流れでは、配管５内、インクジェットヘッド２内に形成される凹凸部分５ａに気泡ｂが引っかかり、ある程度の時間が経過しても気泡ｂが移動せず、塗布液内に気泡ｂが残存するが、図３（ｂ）に示すように、逆循環モードにより逆方向の流れを形成することにより、気泡ｂが凹凸部分５ａから離れ、そのまま塗布液の流れと共に移動し、気泡除去部６でその気泡ｂが除去されることにより、塗布液内に残存した気泡ｂを除去することができる。

また、インクジェット塗布装置は、各モータ、各ポンプなどの駆動装置を統括的に制御する制御装置を有しており、これらの駆動装置が制御装置を通じて駆動制御されるようになっている。本実施形態では、制御装置は、バルブ（バルブＶ１～Ｖ７、エアベントバルブ６２）の開閉動作を行うようになっており、上述したように、循環ラインを順方向に塗布液を循環させる循環モード、逆方向に循環させる逆循環モードに切り替えることができる。

本実施形態では、制御装置は、循環モードで運転し、所定時間経過後、逆循環モードに切り替えて所定時間運転する通常運転、循環モードと逆循環モードを通常運転よりも短時間で切り替える短期切替運転、それぞれのモード内で運転停止を繰り返す間欠運転を備えており、これらの運転を適宜、選択することにより、配管５内、インクジェットヘッド２内に滞留した気泡ｂを気泡除去部６に移動させ除去することができる。これにより、塗布液内に気泡ｂが残存する場合に廃液タンク４に直接廃棄するブリード工程などを省略することができ、塗布液の消費を抑えることができる。

以上、上記インクジェット塗布装置によれば、循環ラインにおける塗布液が流れる方向を切り替えることができるため、配管５内、インクジェットヘッド２内部に残存する気泡ｂを効果的に除去することができる。すなわち、通常、循環ラインに流れる塗布液の流れる方向は一定であるため、配管５内、及び、ヘッド内部の凹凸部分５ａに気泡ｂが引っかかると、一方向の流れ（順方向流れ）では気泡ｂが凹凸部分５ａを乗り越えにくく、凹凸部に気泡ｂが残存したままになる。そこで、塗布液の流れる方向を切り替えて、順方向流れとは逆の逆方向流れにすることにより、凹凸部分５ａに引っかかった気泡ｂは、その凹凸部分５ａから離れ、そのまま逆方向流れにより気泡除去部６に移動し除去される。

また、塗布液が流れる方向を切り替える方法には、通常運転のように順方向流れを逆方向流れに完全に切り替える場合のみならず、順方向流れから一度逆方向流れにした後、すぐに順方向流れにする場合（短期切替運転、間欠運転）も含まれる。この場合でも、一瞬、逆方向流れになった場合に、凹凸部分５ａに引っかかった気泡ｂが一度凹凸部分５ａから離れるため、次に順方向流れに切り替えた場合に気泡ｂが凹凸部分５ａを乗り越えやすくなり、その気泡ｂが気泡除去部６に運ばれることにより除去することができる。したがって、従来のように一方向の流れで循環させていた場合に比べて、配管５内、ヘッド内部に残存する気泡ｂを効果的に除去することができる。

また、上記実施形態では、気泡除去部６が圧力調節部３に設けられる例について説明したが、圧力調節部３とは別に、気泡除去部６のみを独立して設けるものであってもよい。上記実施形態のように気泡除去部６に設けることで装置構成を簡略化することができるが、気泡除去部６のみを独立させることにより、何ら制約を受けることがないため、より気泡ｂ除去効果に特化した気泡除去部６にすることができる。

また、上記実施形態では、バルブを切り替えることにより循環ラインの順方向、逆方向を切り替える例について説明したが、循環ポンプ７の駆動力により循環ラインの順方向、逆方向を切り替えるものであってもよい。

１ 供給タンク
２ インクジェットヘッド
３ 圧力調節部
５ 配管
７ 循環ポンプ
８ 逆循環配管
３０ サブタンク
５１ 循環配管
５２ 供給配管
５３ 排液配管
６２ エアベントバルブ
８１ 第１逆循環配管
８２ 第２逆循環配管
Ｖ１～Ｖ７ バルブ
ｂ 気泡

Claims (1)

1. 基材に対して液滴を吐出するインクジェットヘッドと、
   前記インクジェットヘッドに塗布液が供給される供給流路と、
   前記インクジェットヘッドから塗布液が排液される排液流路と、
   前記排液流路に流れる塗布液を前記供給流路に戻す循環流路と、
   を備え、前記供給流路、前記排液流路、及び、前記循環流路により循環ラインを形成するインクジェット塗布装置であって、
   前記いずれかの流路には、塗布液内に存在する気泡を除去する気泡除去部を有しており、前記循環ラインにおける塗布液が流れる方向を切り替えることにより、前記循環ラインの気泡を気泡除去部から除去するものであり、
   前記循環ラインには、前記循環ラインの送液方向を逆転させる逆循環配管が設けられ、
   前記循環ラインにおける塗布液の送液を行う送液ポンプの送液方向を変えることなく、前記循環ラインに設けられたバルブを切り替えることにより、前記逆循環配管を通じて前記循環ラインにおける塗布液の流れる方向が切り替えられ、
   前記気泡除去部は、インクジェットヘッドのノズル内に存在する塗布液の圧力を調節する圧力調節部であること
   を特徴とするインクジェット塗布装置。

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