JP7258579B2 - インク吐出装置及びインク吐出方法 - Google Patents

Description

本発明は、インク吐出装置に関する。

複数のノズルからインクの液滴を吐出させて対象物にインクを塗布するインク吐出装置が知られている（特許文献１）。特許文献１に開示されたインク吐出装置では、インクジェットヘッドとキャップ機構とによって閉鎖した空間を形成し、この閉鎖した空間に加湿空気を供給することによって吐出口（ノズル）内のインクの状態を適正に維持している。閉鎖された空間が開放された場合には、インクジェットヘッド内のインクに圧力を付与することにより、ノズルからインクを排出させるパージを行う。

特開２０１３－１７６９３３号公報

インクジェットヘッドからインクを回収し、装置の稼働を終了させた後、インクジェットヘッドのノズルが大気にさらされると、大気中に浮遊するゴミがノズル内に侵入する場合がある。ノズル内に侵入したゴミは、パージ等で除去することが困難な場合もある。ノズル内に侵入したゴミがノズル内に残留すると、インクの吐出不良が発生する。本発明の目的は、ノズル内にゴミが侵入しにくいインク吐出装置を提供することである。

本発明の一観点によると、
流入するインクをノズルから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前記インクが供給される状態と、前記インク以外の流体が供給される状態とを切り替える切替機構と、
前記インクジェットヘッドからの前記インクの吐出の制御、前記切替機構の状態の切替え、前記インクジェットヘッドへの前記インクの供給と前記インクジェットヘッドからの前記インクの回収とを制御する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、前記インクジェットヘッドに溜まっている前記インクを回収した後に、前記切替機構を、前記インクジェットヘッドに前記流体を供給する状態にし、インクの供給を開始するまで、前記インクジェットヘッドに前記流体を供給する状態を継続することを特徴とするインク吐出装置が提供される。

インクジェットヘッド内にインクが供給されないときに、インク以外の流体をインクジェットヘッドに供給することにより、ノズルへのゴミの侵入を抑制することができる。

図１は、本実施例によるインク吐出装置の概略図である。 図２は、インクジェットヘッドからインクを吐出している状態のインク吐出装置の概略図である。 図３は、インクジェットヘッドにクリーンエアを供給している状態のインク吐出装置の概略図である。 図４は、インク吐出装置の制御装置が行う制御のフローチャートである。 図５は、本実施例によるインク吐出装置の概略図である。 図６は、インク吐出装置の切替機構が、インクジェットヘッド内にクリーンエアを供給する状態に設定されているときのインク吐出装置の概略図である。

図１～図４を参照して、本発明の実施例によるインク吐出装置について説明する。
図１は、本実施例によるインク吐出装置の概略図である。タンク３０からインク供給路３２を通って流入口１２までインクが輸送される。流入口１２からインクジェットヘッド１０内にインクが流入する。インクジェットヘッド１０に複数のノズル１１が設けられており、複数のノズル１１に対応して圧電素子が配置されている。圧電素子を駆動することにより、複数のノズル１１からインクが液滴化されて吐出される。吐出されなかったインクは排出口１３を通って排出される。排出口１３から排出されたインクは、インク回収路３３を通ってタンク３０に回収される。インク用ヒータ３１が、タンク３０内のインクを加温する。温度センサ３４がタンク３０内のインクの温度を測定し、測定結果が制御装置５０に入力される。

インク供給路３２及びインク回収路３３に、それぞれ供給ポンプ３５及び回収ポンプ３６が取り付けられている。タンク３０、インク供給路３２、インクジェットヘッド１０、及びインク回収路３３により、インクを循環させる循環路が構成される。供給ポンプ３５及び回収ポンプ３６を動作させることにより、この循環路にインクを循環させることができる。回収ポンプ３６の吐出量を供給ポンプ３５の吐出量より多くすることにより、インクジェットヘッド１０内のほぼすべてのインクを回収し、インクジェットヘッド１０内を空の状態にすることができる。なお、供給ポンプ３５を停止させ、回収ポンプ３６のみを動作させてインクジェットヘッド１０内のインクを回収してもよい。

流体供給源４０から流体用ヒータ４１を介してインクジェットヘッド１０に流体、例えばクリーンエアが供給される。流体用ヒータ４１は、インクジェットヘッド１０に供給されるクリーンエアを加温する。

供給ポンプ３５とインクジェットヘッド１０との間のインク供給路３２に供給側切替弁２１が挿入されており、インクジェットヘッド１０と回収ポンプ３６との間のインク回収路３３に回収側切替弁２２が挿入されている。供給側切替弁２１及び回収側切替弁２２が、切替機構２０を構成する。切替機構２０は、インクジェットヘッド１０にインクが供給される状態と、インク以外の流体、例えば流体供給源４０からのクリーンエアが供給される状態とを切り替える。供給側切替弁２１及び回収側切替弁２２として、例えば電磁式三方切替弁、電磁式スライド弁等を用いることができる。

ステージ６０の上に塗布対象物６１が保持される。ステージ６０は、塗布対象物６１をその表面に平行な二方向に移動させることができる。ステージ６０として、例えばＸＹステージを用いることができる。インクジェットヘッド１０の複数のノズル１１から吐出されたインクが、ステージ６０に保持された塗布対象物６１に塗布される。

温度センサ１５が、インクジェットヘッド１０内のインクの温度を測定する。温度センサ１５の測定結果が制御装置５０に入力される。制御装置５０は、インクジェットヘッド１０からのインクの吐出の制御、切替機構２０の状態の切替え制御、供給ポンプ３５及び回収ポンプ３６の動作の制御、インク用ヒータ３１及び流体用ヒータ４１による加温の制御、ステージ６０の移動制御を行う。切替機構２０の状態の切替え制御、供給ポンプ３５及び回収ポンプ３６の動作の制御を行うことにより、インクジェットヘッド１０へのインクの供給と、インクジェットヘッド１０からのインクの回収とを行うことができる。

図２は、インクジェットヘッド１０からインクを吐出している状態のインク吐出装置の概略図である。供給側切替弁２１は、タンク３０からのインク供給路３２とインクジェットヘッド１０の流入口１２とを接続し、排出口１３をタンク３０までのインク回収路３３に接続した状態になる。流体供給源４０からのクリーンエアは、供給側切替弁２１及び回収側切替弁２２で堰き止められた状態になる。

制御装置５０は、温度センサ１５によって測定されたインクの温度が目標値に維持されるようにインク用ヒータ３１を制御してインクを加温する。さらに、制御装置５０は、インクジェットヘッド１０内のインクに目標とする所定の負圧が発生するように、供給ポンプ３５及び回収ポンプ３６の吐出量を制御する。インクの塗布時には、制御装置５０は、インクを塗布すべき領域の形状を定義する形状定義データに基づいて、ステージ６０の移動、及びインクジェットヘッド１０のノズル１１からのインクの吐出を制御する。これにより、塗布対象物６１の表面の所望の領域にインクを塗布することができる。例えば、インクとしてソルダーレジストを用い、プリント基板の表面の所望の位置に所望の形状のソルダーレジスト膜を形成することができる。

図３は、インクジェットヘッド１０にクリーンエアを供給している状態のインク吐出装置の概略図である。流体供給源４０からのクリーンエアが、供給側切替弁２１を通って流入口１２からインクジェットヘッド１０内に供給されるとともに、回収側切替弁２２を通って排出口１３からもインクジェットヘッド１０内に供給される。タンク３０からのインク供給路３２及びタンク３０までのインク回収路３３は、インクジェットヘッド１０に接続されない状態になる。インクジェットヘッド１０内に供給されたクリーンエアは、複数のノズル１１から外部に排出される。供給ポンプ３５及び回収ポンプ３６は停止状態である。

インクジェットヘッド１０内に供給されるクリーンエアは流体用ヒータ４１で加温されているため、室温より高い温度のクリーンエアがインクジェットヘッド１０内に供給される。その結果、インクジェットヘッド１０は、室温より高い目標とする温度に維持される。

図４は、制御装置５０が行う制御のフローチャートである。
インク吐出処理を行うときには、まず制御装置５０がインク用ヒータ３１を制御してインクの加温を開始する（ステップＳ１）。タンク３０内のインクの温度が所定の目標値に到達したら、制御装置５０は、切替機構２０を、インクジェットヘッド１０にインクが供給される状態に設定する（ステップＳ２）。「所定の目標値」として、インク吐出時のインクの適正温度にほぼ等しい値が設定される。適正な温度は、用いるインクごとに決められている。

切替機構２０を、インクジェットヘッド１０にインクが供給される状態に設定した後、供給ポンプ３５及び回収ポンプ３６を動作させて、インクジェットヘッド１０を含む循環路にインクを循環させる。循環路を循環するインクによってインク流路やインクジェットヘッド１０が加温され、これらの温度が上昇する。逆に、循環するインクの温度は一時的に低下する。インクはインク用ヒータ３１によって継続的に加温されているため、循環するインクの温度は時間の経過とともに所定の目標値に復帰する。インクジェットヘッド１０内のインクの温度が、インク吐出時の適正温度に維持されるまでインクの循環を継続する（ステップＳ３）。ここで「適正温度」は、ある幅を持った温度範囲を意味する。

インクジェットヘッド１０内のインクの温度がインク吐出時の適正温度に維持されていることが確認されると、制御装置５０はインクジェットヘッド１０及びステージ６０を制御して、インクの吐出処理を実行する（ステップＳ４）。本明細書において、「インク吐出時の適正温度」を単に「適正温度」という。このとき、インクジェットヘッド１０内のインクの温度が適正温度に保たれるように、制御装置５０がインク用ヒータ３１を継続的に制御する。さらに、インクジェットヘッド１０内のインクの圧力が適正な負圧に維持されるように、供給ポンプ３５及び回収ポンプ３６を制御する。インクジェットヘッド１０内のインクの圧力を負圧にすることにより、ノズル１１からのインクの漏出が防止される。この状態でノズル１１に対応して配置された圧電素子を駆動すると、ノズル１１からインクが吐出される。インク吐出装置の稼働を停止させるまで、インク吐出処理を繰り返す（ステップＳ５）。

インク吐出装置の稼働を終了させる場合には、制御装置５０はインク用ヒータ３１を制御してインクの加温を停止させる（ステップＳ６）。さらに、供給ポンプ３５の吐出量より回収ポンプ３６の吐出量を多くして、または供給ポンプ３５の動作を停止させて、インクジェットヘッド１０内に溜まっているインクを回収する（ステップＳ７）。

インクジェットヘッド１０内がほぼ空の状態になった後、制御装置５０は供給ポンプ３５及び回収ポンプ３６を停止させるとともに、切替機構２０を、インクジェットヘッド１０にクリーンエアが供給される状態に設定する（ステップＳ８）。このとき、制御装置５０は流体用ヒータ４１を制御して、クリーンエアを所定の目標温度まで加温する。クリーンエアを供給する状態は、インク吐出装置の再稼働を開始させるまで継続する（ステップＳ９）。インク吐出装置を再稼働させる場合には、制御装置５０は、インクの加温を開始（ステップＳ１）する手順及びそれ以降の手順を実行する。

次に、上記実施例の優れた効果について説明する。
上記実施例では、インクジェットヘッド１０内からインクを回収した後、次にインクを循環させるまでの期間に、インクジェットヘッド１０にクリーンエアを供給し、ノズル１１からクリーンエアを流出させる状態が維持される。このため、ノズル１１内へのゴミ等の侵入を抑制することができる。その結果、ノズル１１からのインクの吐出不良の発生を抑制することができる。例えば、ノズル１１にゴミが侵入すると、ノズル１１からインクが吐出されなくなったり、インクの吐出方向が正規の方向からずれたりしてしまう。このような吐出不良が発生すると、塗布対象物６１の目標とする位置にインクを塗布することができなくなり、その結果、インクの塗布不良が発生する場合がある。インクの吐出不良の発生を抑制することにより、塗布対象物６１へのインクの塗布不良の発生を抑制することができる。

例えば、一日の作業時間が終了した後に、切替機構２０を、インクジェットヘッド１０にクリーンエアを供給する状態に設定し、翌日の作業開始の直前に、切替機構２０を、インクジェットヘッド１０にインクを供給する状態に設定するとよい。１日の作業終了から翌日の作業開始までクリーンエアの供給を行うと、作業開始時点までインクジェットヘッド１０のノズル１１を清浄な状態に保つことができる。これにより、作業開始前にノズル１１のクリーニングを行うことなく、ノズル１１からのインクの吐出不良の発生を抑制することができる。

インクとしてソルダーレジスト等を用いる場合、室温ではインクの粘度が高すぎるためインクジェットヘッド１０からインクを吐出することが困難である。インクを再現性良く吐出するために、インクを適正温度まで加温してインクの粘度を低下させることが好ましい。例えば、吐出時のインクの適正温度は４０℃～８０℃程度である。

インクジェットヘッド１０が室温の状態のときに、ステップＳ２においてインクの循環を開始すると、タンク３０内のインクが室温以上の適正温度まで加温されていても、インクジェットヘッド１０で冷やされてインクの温度が一時的に低下してしまう。例えば、インクの適正温度が４０℃であり、室温が２５℃である場合、インクの循環を開始すると、インクの温度が一時的に３０℃程度まで低下する。低下したインクの温度を適正温度まで再加温するために、インクの循環を一定時間継続しなければならない。インクの温度が適正温度に維持されるまでの期間は、インクの吐出処理を行うことができない。

これに対し、上記実施例では、インクジェットヘッド１０に供給されるクリーンエアを加温しているため、インクを循環させていない期間にも、インクジェットヘッド１０が室温よりも高い状態に維持される。この状態でインクの循環を開始すると、インクジェットヘッド１０が室温の状態のときにインクの循環を開始する場合と比べて、インクの循環開始からインクの温度を適正範囲に維持するまでの時間（以下、「立ち上げ時間」という。）を短縮することができる。

立ち上げ時間を短縮する効果を高めるために、クリーンエアをインクジェットヘッド１０に供給しているときに、インクジェットヘッド１０をインクの適正温度に維持することが好ましい。インクジェットヘッド１０をインクの適正温度に維持するために、流体用ヒータ４１（図１）によりクリーンエアの温度をインクの適正温度、またはそれ以上に加温することが好ましい。クリーンエアの温度は、実際に評価実験を行って決定するとよい。

次に、上記実施例の変形例について説明する。
上記実施例では、インクジェットヘッド１０に供給するインク以外の流体としてクリーンエアを用いたが、他の気体を用いてもよい。例えば、窒素等を用いてもよい。さらに、インク以外の流体として、液体、例えば水を用いてもよい。インク以外の流体として液体を用いる場合には、ノズル１１（図１）から流出する液体を回収する受け皿をインクジェットヘッド１０の下に配置することが好ましい。

インクの適正温度が室温に近く、インクジェットヘッド１０を加温していなくても立ち上げ時間が十分短い場合には、クリーンエアの加温を省略し、室温のクリーンエアをインクジェットヘッド１０に供給してもよい。

インクジェットヘッド１０の周囲の環境が清浄であり、ノズル１１へのゴミ等の侵入が発生しにくい場合には、インク吐出装置の稼働終了から再稼働までの期間に、クリーンエアをインクジェットヘッド１０に常時供給しておく必要はない。例えば、インクの加温開始（図４のステップＳ１）と同時に、加温されたクリーンエアの供給を開始し、インクジェットヘッド１０を予熱するとよい。

また、上記実施例では、供給側切替弁２１及び回収側切替弁２２に電磁式の弁を用い、制御装置５０が供給側切替弁２１及び回収側切替弁２２を制御するが、供給側切替弁２１及び回収側切替弁２２に手動式の弁を用いてもよい。この場合には、切替機構２０の状態の切替をオペレータが手動で行うとよい。

次に、図５及び図６を参照して、他の実施例によるインク吐出装置について説明する。以下、図１～図４に示した実施例によるインク吐出装置と共通の構成については説明を省略する。

図５は、本実施例によるインク吐出装置の概略図である。図１～図４に示した実施例では、クリーンエアの供給路が供給側切替弁２１及び回収側切替弁２２の両方に接続されている。この構成により、流入口１２及び排出口１３の両方からインクジェットヘッド１０内にクリーンエアが供給される。図５に示した実施例では、クリーンエアの供給路が供給側切替弁２１のみに接続されており、回収側切替弁２２には接続されていない。

図６は、切替機構２０が、インクジェットヘッド１０内にクリーンエアを供給する状態に設定されているときのインク吐出装置の概略図である。クリーンエアは、供給側切替弁２１を通って流入口１２からインクジェットヘッド１０内に供給される。回収側切替弁２２は、排出口１３から排出されるクリーンエアを堰き止める状態に設定される。このため、インクジェットヘッド１０内に供給されたクリーンエアは複数のノズル１１から外部に排出される。

図５及び図６に示した実施例のように、流入口１２のみからクリーンエアをインクジェットヘッド１０内に供給する構成を採用しても、図１～図４に示した実施例と同様の効果が得られる。なお、本実施例では、インクジェットヘッド１０のうち流入口１２から遠い箇所の温度が、流入口１２に近い箇所の温度より低くなる場合がある。この温度差はインクジェットヘッド１０の構造に依存する。流入口１２から遠い箇所を十分加温することができない場合には、図１～図４に示した実施例の構成を採用するとよい。

インクジェットヘッド１０に供給するクリーンエアの圧力を高くし、流量を多くすると、ノズル１１へのゴミ等の侵入を抑制する効果が高まる。さらに、インクジェットヘッド１０からインクを回収した後にノズル１１内に残留しているインクを吹き飛ばす効果が高まる。逆に、クリーンエアの圧力を高くし、流量を多くすると、クリーンエアの消費量が多くなってしまう。クリーンエアの圧力及び流量は、インクジェットヘッド１０が置かれた環境の清浄度、クリーンエアの消費に掛かるコスト等に応じて適宜決定するとよい。

上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

１０ インクジェットヘッド
１１ ノズル
１２ 流入口
１３ 排出口
１５ 温度センサ
２０ 切替機構
２１ 供給側切替弁
２２ 回収側切替弁
３０ タンク
３１ インク用ヒータ
３２ インク供給路
３３ インク回収路
３４ 温度センサ
３５ 供給ポンプ
３６ 回収ポンプ
４０ 流体供給源
４１ 流体用ヒータ
５０ 制御装置
６０ ステージ
６１ 塗布対象物

Claims (6)

1. 流入するインクをノズルから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前記インクが供給される状態と、前記インク以外の流体が供給される状態とを切り替える切替機構と、
   前記インクジェットヘッドからの前記インクの吐出の制御、前記切替機構の状態の切替え、前記インクジェットヘッドへの前記インクの供給と前記インクジェットヘッドからの前記インクの回収とを制御する制御装置と
   を有し、
   前記制御装置は、前記インクジェットヘッドに溜まっている前記インクを回収した後に、前記切替機構を、前記インクジェットヘッドに前記流体を供給する状態にし、インクの供給を開始するまで、前記インクジェットヘッドに前記流体を供給する状態を継続することを特徴とするインク吐出装置。
2. 前記インクジェットヘッドに前記インクを流入させるインク供給路と、
   前記インクジェットヘッドに流入する前記インクを加温するインク用ヒータと
   を、さらに有する請求項１に記載のインク吐出装置。
3. 前記インクジェットヘッドに供給される前記流体を加温する流体用ヒータを、さらに有する請求項１または２に記載のインク吐出装置。
4. 前記インクジェットヘッドは、前記インクが流入する流入口と、前記インクジェットヘッドから前記インクを排出する排出口とを有し、
   前記切替機構は、前記インクジェットヘッドに前記流体が供給される状態において、前記流入口及び前記排出口の両方から前記流体を前記インクジェットヘッドに供給する状態になる請求項１乃至３のいずれか１項に記載のインク吐出装置。
5. 前記流体は気体である請求項１乃至４のいずれか１項に記載のインク吐出装置。
6. 前記制御装置は、
   前記インクジェットヘッドから前記インクの吐出を行う前に、前記切替機構を、前記インクジェットヘッドに前記インクを供給する状態にし、
   前記切替機構を、前記インクジェットヘッドに前記インクを供給する状態にした後、前記インクジェットヘッドを制御して前記インクを吐出させる処理を実行する請求項１乃至４のいずれか１項に記載のインク吐出装置。
   

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