JP7390644B2 - 脱気装置および機能液体貯蔵装置 - Google Patents

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Description

本開示は、脱気装置および機能液体貯蔵装置に関する。
従来、機能液体（デバイス機能を発現する成分を含む液体）を対象物に塗布する方式としては、例えば、インクジェット、ディスペンス、ダイコート、グラビア、フレキソ、オフセット、スクリーンなど、様々な種類が知られている。機能液体を微細なパターンで高速かつ高精度に塗布するためには、機能液体に含まれる気泡の除去、すなわち脱気を十分に行うことが不可欠である。
気泡が残存した機能液体を塗布した場合、塗布量が予め設定された量より少なくなるだけでなく、塗布パターンに欠陥が生じることで、塗布品質に大きな影響を与えることになる。特に、インクジェット方式では、機能液体に溶存している気体の影響により吐出不良が発生し得るため、機能液体の脱気は非常に重要である。
例えば特許文献１には、十分な脱気性能を発揮させつつ、気泡除去のためのスペース効率を向上させることができる脱気装置が開示されている。
図１Ａおよび図１Ｂは、特許文献１に開示されている脱気装置１０１の断面図である。図１Ａは、機能液体の流れ方向における脱気装置１０１の断面図である。図１Ｂは、機能液体の流れ方向に直交する方向における脱気装置１０１の断面図である。
図１Ａ、図１Ｂに示すように、脱気装置１０１は、真空吸引ポート１０６と連通している脱気空間１０２内に、複数の内部チューブ１０３を有する。内部チューブ１０３の一端は、機能液体が流入する流路入口１０４と連通している。内部チューブ１０３の他端は、機能液体が流出する流路出口１０５と連通している。
特開２０１０－２１０９８９号公報
インクジェット方式には、任意の塗布パターンをオンデマンド印刷できるという利点がある。そのため、近年、インクジェット方式は、民生用途の写真印刷用プリンタだけでなく、様々な分野の産業用途に応用展開されることが期待されている。
特に、機能性粒子を含む高粘度の機能液体をインクジェット方式で塗布したいという要求が高まっている。高粘度の機能液体としては、例えば、はんだペースト、銀ペースト、捺印ペースト、蛍光体ペースト、接着剤等が挙げられる。なお、従来、高粘度の機能液体は、例えば、スクリーン印刷などのマスク印刷や、シングルノズルディスペンサなどにより塗布されていた。
しかしながら、特許文献１の脱気装置では、機能液体が流れる内部チューブ１０３の内径が非常に小さい。そのため、例えば、粘度が０．０１Ｐａ・ｓｅｃ以上である高粘度の機能液体や、直径が１μｍ以上である機能性粒子を含む機能液体を用いた場合、内部チューブ１０３内において送液不良が発生しうる。よって、特許文献１の脱気装置では、高粘度の機能液体や、ある程度の大きさの機能性粒子を含む機能液体の脱気を行うことは困難であった。
本開示の一態様の目的は、高粘度の機能液体や、ある程度の大きさの機能性粒子を含む機能液体に対して脱気することができる脱気装置および機能液体貯蔵装置を提供することである。
本開示の一態様に係る脱気装置は、脱気液体を貯蔵する脱気液体貯蔵タンクと、気体透過性材料で構成された送液チューブと、前記脱気液体を前記送液チューブへ送液する送液ポンプと、機能液体を貯蔵する機能液体貯蔵タンクと、を含み、前記機能液体貯蔵タンク内には、前記送液チューブが、前記機能液体貯蔵タンクに貯蔵されている前記機能液体に接触して設けられている。
本開示の一態様に係る脱気装置は、脱気液体を貯蔵する脱気液体貯蔵タンクと、気体透過性材料で構成された送液チューブと、前記脱気液体を前記送液チューブへ送液する送液ポンプと、機能液体を貯蔵する機能液体貯蔵タンクと、を含み、前記機能液体貯蔵タンク内には、前記送液チューブが、前記機能液体貯蔵タンクに貯蔵されている前記機能液体に接触して設けられ、前記機能液体貯蔵タンク内の前記送液チューブは、前記送液チューブの下流側が該送液チューブの上流側よりも密に形成されたジグザグ形状である。
本開示の一態様に係る脱気装置は、脱気液体を貯蔵する脱気液体貯蔵タンクと、気体透過性材料で構成された送液チューブと、前記脱気液体を前記送液チューブへ送液する送液ポンプと、機能液体を貯蔵する機能液体貯蔵タンクと、前記機能液体貯蔵タンク内の前記機能液体を攪拌する攪拌部と、を含み、前記機能液体貯蔵タンク内には、前記送液チューブが、前記機能液体貯蔵タンクに貯蔵されている前記機能液体に接触して設けられている。
本開示の一態様に係る機能液体貯蔵装置は、本開示の一態様に係る脱気装置と、脱気液体に取り込まれた気体を取り除く脱気部と、前記機能液体貯蔵タンクに貯蔵された機能液体を攪拌する攪拌部と、前記脱気装置および前記攪拌部を制御する制御部と、を備える。
本開示によれば、高粘度の機能液体や、ある程度の大きさの機能性粒子を含む機能液体に対して脱気することができる。
特許文献１の脱気装置の機能液体の流れ方向の断面図 特許文献１の脱気装置の機能液体の流れ方向に直交する方向の断面図 本開示の実施の形態に係る脱気装置の構成を示す模式図 本開示の変形例に係る送液チューブの配置例を示す模式図 本開示の変形例に係る送液チューブの配置例を示す模式図 本開示の変形例に係る送液チューブの配置例を示す模式図
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において共通する構成要素については同一の符号を付し、それらの説明は適宜省略する。
＜脱気装置１００＞
図２を用いて、本実施の形態の脱気装置１００の構成について説明する。図２は、本実施の形態の脱気装置１００の構成を示す模式図である。
図２に示すように、脱気装置１００は、脱気液体貯蔵タンク２０１、送液ポンプ２０２、送液チューブ２０３、機能液体貯蔵タンク２０４を有する。
以下、図２に示した各構成要素の特徴について説明する。
＜脱気液体貯蔵タンク２０１＞
脱気液体貯蔵タンク２０１は、脱気液体２０５を貯蔵する。
脱気液体貯蔵タンク２０１は、脱気液体２０５の溶存気体量を一定に保持するために、気密性が高く、気体透過率が低い素材で構成される。このような素材としては、例えば、ステンレス、アルミニウム、チタンなどを含む金属、セラミック、ガラス、または、樹脂等が挙げられる。樹脂としては、例えば、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、ＰＦＡ（四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂）、または、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）等が挙げられる。ただし、脱気液体貯蔵タンク２０１がその内部の圧力で破損するおそれがなく、かつ、脱気液体２０５に侵食されたり、脱気液体２０５に溶出したりするおそれがない素材および構造を採用することが重要である。
また、脱気液体貯蔵タンク２０１内において、大気圧に比べて十分な負圧が保持されることが好ましい。これにより、脱気液体２０５に気体が溶存することを抑制することできる。
なお、脱気液体貯蔵タンク２０１に貯蔵された脱気液体２０５に含まれる気体量を一定に制御するために、脱気液体貯蔵タンク２０１内を減圧する真空吸引ポンプ（図示略）や、脱気液体２０５を加熱するヒータ（図示略）を設けてもよい。
＜脱気液体２０５＞
脱気液体２０５は、溶存気体量が飽和溶存気体量より少ない液体である。脱気液体２０５としては、例えば、水、油、または、有機溶剤等を用いることができる。ただし、脱気液体２０５としては、脱気液体貯蔵タンク２０１内の圧力で揮発するおそれがない液体を採用することが重要である。
脱気液体２０５は、飽和溶存気体量に対する溶存気体量の割合が０．８以下である液体であることが望ましい。
脱気液体２０５の粘度は、０．０１Ｐａ・ｓｅｃ未満であることが好ましく、脱気液体２０５に含まれる粒子の直径は、１μｍ未満であることが好ましい。これにより、送液チューブ２０３内における脱気液体２０５の変質や詰まりを抑制できる。
脱気液体２０５は、後述する機能液体２０６よりも低い粘性を有し、後述する機能液体２０６に含まれる粒子よりも小さい粒子を含有する。これにより、送液チューブ２０３の内径が小さくても、安定した脱気を実現することが可能となる。ただし、脱気液体２０５の粘度としては、送液ポンプ２０２で送液可能な粘度を採用することが重要である。また、脱気液体２０５に含まれる粒子の直径としては、送液チューブ２０３を閉塞して送液不良を誘発しない直径を採用することが重要である。
＜送液チューブ２０３＞
送液チューブ２０３は、脱気液体貯蔵タンク２０１に貯蔵された脱気液体２０５が流れる配管として用いられる。図中の各矢印は、脱気液体２０５の流れ方向を示している。
送液チューブ２０３の一端および他端は、脱気液体貯蔵タンク２０１内の脱気液体２０５に浸漬するように配置されている。
また、送液チューブ２０３の一部は、機能液体貯蔵タンク２０４内の機能液体２０６に浸漬するように配置されている。これにより、脱気液体２０５は、送液チューブ２０３を介して、機能液体貯蔵タンク２０４内の機能液体２０６に接触する。その結果、機能液体２０６に含まれる気体は、脱気液体２０５中で溶解する。
機能液体２０６から脱気液体２０５への気体交換速度を高めるために、送液チューブ２０３は、気体透過率の高い材料（気体透過性材料）で構成される。このような材料として、例えば、シリコーンゴムを用いることが特に好ましい。なお、それ以外の材料として、例えば、フッ素ゴム、または、酸素透過率が１０ｍＬ・ｍｍ／（ｍ２・ｈｒｓ・ａｔｍ）以上である樹脂材料（例えば、ＰＰ、ＰＥ、ＰＦＡ等）を用いてもよい。ただし、送液ポンプ２０２の圧力により送液チューブ２０３が閉塞したり、破損したりすることなく、かつ、機能液体２０６や脱気液体２０５に侵食されたり、機能液体２０６や脱気液体２０５に溶出したりするおそれがない素材を採用することが重要である。
送液チューブ２０３の肉厚が薄いほど、さらには接液表面積が大きいほど、気体交換速度を高くすることが可能であるが、送液ポンプ２０２の圧力により破損するおそれがない構造を採用することが重要である。
なお、図２では例として、機能液体貯蔵タンク２０４内において、１本の送液チューブ２０３が配置されており、その送液チューブ２０３が平面視で縦方向（図の上下方向）のジグザグ形状（立体視では、螺旋形状または折り返し形状）である場合を図示したが、これに限定されない。例えば、機能液体貯蔵タンク２０４内において、複数本の送液チューブ２０３が並列に配置されてもよいし、１本の送液チューブ２０３が渦巻きコイル状に配置されてもよい。
＜送液ポンプ２０２＞
送液ポンプ２０２は、脱気液体２０５を送液する循環ポンプである。送液ポンプ２０２の駆動により、脱気液体貯蔵タンク２０１内の脱気液体２０５は、送液チューブ２０３へ供給され、機能液体貯蔵タンク２０４内を経た後、送液チューブ２０３から脱気液体貯蔵タンク２０１内へ回収される（図２中の各矢印参照）。
送液ポンプ２０２としては、例えば、ダイアフラム方式、ピストン方式、プランジャー方式、または、チューブポンプ方式など、様々な方式のポンプを採用することができる。
送液チューブ２０３には、送液ポンプ２０２の駆動時の脈動に伴って振動が付与される。そして、振動が付与された送液チューブ２０３が変形したり、移動したりすることによって、機能液体貯蔵タンク２０４内の機能液体２０６が攪拌される。つまり、送液ポンプ２０２は、機能液体貯蔵タンク２０４内の機能液体２０６を攪拌する攪拌部としても機能する。よって、機能液体２０６から脱気液体２０５への気体交換速度を向上させることができる。なお、送液チューブ２０３に与えられる振動は、送液ポンプ２０２の流入（上流）側よりも流出（下流）側の方が大きい。
なお、脱気装置１００において、送液ポンプ２０２とは別に、機能液体貯蔵タンク２０４内の機能液体２０６を攪拌する攪拌部（図示略）を設けてもよい。
攪拌部としては、例えば、電圧の印加により振動する電磁石または圧電素子等が挙げられる。機能液体貯蔵タンク２０４の壁面に設けられた電磁石または圧電素子に電圧を印加することにより、機能液体貯蔵タンク２０４全体を振動させる。これにより、機能液体貯蔵タンク２０４内の機能液体２０６および送液チューブ２０３に振動が伝達され、機能液体２０６を攪拌することができる。
または、攪拌部として、機能体貯蔵タンク２０４内に、モータの駆動力により回転する回転翼を設けてもよい。回転翼の回転により、機能液体２０６を攪拌することができる。
このように、送液ポンプ２０２以外に、攪拌部を設けることにより、機能液体２０６から脱気液体２０５への気体交換速度をさらに向上させることができる。
送液チューブ２０３の下流側では、機能液体２０６から脱気液体２０５に取り込まれた溶存気体量が蓄積され、脱気能力が低下する傾向にある。そこで、図２に示すように、送液ポンプ２０２は、機能液体貯蔵タンク２０４の下流側かつ脱気液体貯蔵タンク２０１の上流に配置することが好ましい。これにより、機能液体貯蔵タンク２０４の下流側から送液ポンプ２０２により脱気液体２０５の吸込みが行われる。よって、送液ポンプ２０２の下流側の送液チューブ２０３内部の圧力を、送液ポンプ２０２の上流側の送液チューブ２０３内部の圧力に比べて低くすることができる。また、送液ポンプ２０２の脈動による振動についても、送液ポンプ２０２の上流側に比べて送液ポンプ２０２の下流側を大きくすることができる。よって、脱気能力を向上させることが可能となる。
＜機能液体貯蔵タンク２０４＞
機能液体貯蔵タンク２０４は、機能液体２０６を貯蔵する。また、上述したとおり、機能液体貯蔵タンク２０４内には、送液チューブ２０３の一部が、機能液体２０６に接触するように配置される。
機能液体貯蔵タンク２０４は、機能液体２０６の溶存気体量を一定に保持するために、気密性が高く、気体透過率が低い素材で構成される。このような素材としては、例えば、ステンレス、アルミニウム、チタンなどを含む金属、セラミック、ガラス、または、樹脂等が挙げられる。樹脂としては、例えば、ＰＰ、ＰＥ、ＰＭＭＡ、ＣＯＰ、ＰＦＡ、または、ＰＴＦＥ等が挙げられる。ただし、機能液体貯蔵タンク２０４がその内部の圧力で破損するおそれがなく、かつ、機能液体２０６に侵食されたり、機能液体２０６に溶出したりするおそれがない素材および構造を採用することが重要である。
また、機能液体貯蔵タンク２０４内において、大気圧に比べて十分な負圧が保持されることが好ましい。これにより、機能液体２０６に気体が溶存することを抑制することできる。
＜機能液体２０６＞
機能液体２０６は、デバイス機能を発現する粒子（機能性粒子）を含む高粘度の液体である。機能液体２０６としては、例えば、はんだペースト、銀ペースト、捺印ペースト、蛍光体ペースト、接着剤等が挙げられる。
機能液体２０６の粘度は、例えば、０．０１Ｐａ・ｓｅｃ以上、かつ、５０Ｐａ・ｓｅｃ以下であることが好ましい。機能液体２０６に含まれる粒子の直径は、１μｍ以上であってもよい。
＜脱気動作＞
次に、脱気装置１００で行われる機能液体２０６の脱気動作について、以下に説明する。
送液ポンプ２０２が駆動されると、脱気液体貯蔵タンク２０１に貯蔵された脱気液体２０５は、送液チューブ２０３に供給される。そして、脱気液体２０５は、機能液体貯蔵タンク２０４内において機能液体２０６に浸漬されている送液チューブ２０３を通過する。このとき、脱気液体２０５は、機能液体貯蔵タンク２０４に貯蔵された機能液体２０６に含まれる気体を取り込む。
その後、溶存気体量が増加した脱気液体２０５は、送液ポンプ２０２を経て脱気液体貯蔵タンク２０１に回収される。
＜送液チューブ２０３の変形例＞
次に、機能液体貯蔵タンク２０４内に配置される送液チューブ２０３の変形例について、図３Ａ～図３Ｃを用いて説明する。
図３Ａ～図３Ｃは、機能液体貯蔵タンク２０４内における送液チューブ２０３の配置例を示す模式図である。なお、図３Ａ～図３Ｃでは、機能液体貯蔵タンク２０４、送液チューブ２０３、および機能液体２０６以外の図示を省略している。また、図３Ａ～図３Ｃに示す各矢印は、脱気液体２０５の流れ方向を示している。
例えば、図３Ａに示すように、平面視で縦方向のジグザグ形状である送液チューブ２０３において、下流側が上流側よりも密になるように構成してもよい。下流側では、上流側に比べて、脱気液体２０５に含まれる気体量が多くなる。そのため、図３Ａに示す形状を採用することにより、機能液体２０６に対する脱気を均一にかつ効率よく実現することが可能となる。
また、例えば、図３Ｂに示すように、送液チューブ２０３の形状を横方向（図の左右方向）のジグザグ形状としてもよい。
また、例えば、図３Ｃに示すように、平面視で横方向のジグザグ形状である送液チューブ２０３において、下流側が上流側よりも密になるように構成してもよい。これにより、図３Ａの構成と同様に、機能液体２０６に対する脱気を均一にかつ効率よく実現することが可能となる。
なお、機能液体２０６の体積に対する送液チューブ２０３の表面積（機能液体２０６に接触する表面積）の割合は、１０～１０００ｍｍ２／ｍＬの範囲内であることが好ましい。上記割合が低すぎると、機能液体２０６全体を脱気するために必要な時間が長くなる。一方、上記割合が高すぎると、隣り合う送液チューブ２０３同士が接触したり、送液チューブが折れ曲がって送液不良が発生したりする。
機能液体２０６の粘度が高いほど、脱気液体２０５との気体交換速度は遅く、機能液体貯蔵タンク２０４内の機能液体２０６に含まれる気体の拡散速度も遅い傾向がある。そこで、図２、図３Ａ～図３Ｃに示したように、送液チューブ２０３を例えばジグザグ形状にして高密度な配置とする。これによって、機能液体２０６が高粘度（例えば、１Ｐａ・ｓｅｃ以上）である場合でも、短時間で、飽和溶存気体量に対する機能液体２０６の溶存気体量の割合が０．８以下となるように脱気することが可能となる。
＜機能液体貯蔵装置＞
上述した本実施の形態の脱気装置１００は、機能液体貯蔵装置に備えられる。本実施の形態の機能液体貯蔵装置は、上述した本実施の形態の脱気装置１００と、脱気液体２０５に取り込まれた気体を取り除く脱気部と、機能液体貯蔵タンク２０４に貯蔵された機能液体２０６を攪拌する攪拌部（例えば、上述した電磁石、圧電素子、または回転翼等）と、脱気装置１００（例えば、送液ポンプ２０２）および攪拌部を制御する制御部と、を備える。
以上説明したように、本実施の形態によれば、脱気液体２０５を貯蔵する脱気液体貯蔵タンク２０１と、気体透過性材料で構成された送液チューブ２０３と、前記脱気液体２０５を前記送液チューブ２０３へ送液する送液ポンプ２０２と、機能液体を貯蔵する機能液体貯蔵タンク２０４と、を含み、前記機能液体貯蔵タンク２０４内には、前記送液チューブ２０３が、前記機能液体貯蔵タンク２０４に貯蔵されている機能液体２０６に接触して設けられていることを特徴とする。これにより、機能液体２０６に含まれる気体が脱気液体２０５に取り込まれる。
よって、本実施の形態の脱気装置およびそれを具備した機能液体貯蔵装置は、高粘度の機能液体や、ある程度の大きさの機能性粒子を含む機能液体に対して、高速かつ安定的に脱気することができる。
なお、本開示は、上記実施の形態の説明に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。
本開示の脱気装置およびそれを具備する機能液体貯蔵装置では、電子デバイスの製造などの産業用途において、機能性粒子が含まれる高粘度の機能液体を高速かつ安定的に脱気することができる。本開示の脱気装置により脱気された機能液体を用いることにより、機能液体に含まれる溶存気体の影響を大きく受けるインクジェット方式においても、任意パターンを高精度に安定して塗布することができる。そのため、例えば、凹凸面や曲面などの立体構造物への３Ｄ塗布や、多品種少量の電子デバイス製造における生産性向上などに寄与することができる。
１００、１０１ 脱気装置
１０２ 脱気空間
１０３ 内部チューブ
１０４ 流路入口
１０５ 流路出口
１０６ 真空吸引ポート
２０１ 脱気液体貯蔵タンク
２０２ 送液ポンプ
２０３ 送液チューブ
２０４ 機能液体貯蔵タンク
２０５ 脱気液体
２０６ 機能液体

Claims (10)

  1. 脱気液体を貯蔵する脱気液体貯蔵タンクと、
    気体透過性材料で構成された送液チューブと、
    前記脱気液体を前記送液チューブへ送液する送液ポンプと、
    機能液体を貯蔵する機能液体貯蔵タンクと、を含み、
    前記機能液体貯蔵タンク内には、前記送液チューブが、前記機能液体貯蔵タンクに貯蔵されている前記機能液体に接触して設けられ、
    前記送液ポンプは、前記機能液体貯蔵タンクの下流側かつ前記脱気液体貯蔵タンクの上流に配置されている、
    脱気装置。
  2. 脱気液体を貯蔵する脱気液体貯蔵タンクと、
    気体透過性材料で構成された送液チューブと、
    前記脱気液体を前記送液チューブへ送液する送液ポンプと、
    機能液体を貯蔵する機能液体貯蔵タンクと、を含み、
    前記機能液体貯蔵タンク内には、前記送液チューブが、前記機能液体貯蔵タンクに貯蔵されている前記機能液体に接触して設けられ、
    前記機能液体貯蔵タンク内の前記送液チューブは、前記送液チューブの下流側が該送液チューブの上流側よりも密に形成されたジグザグ形状である、
    脱気装置。
  3. 脱気液体を貯蔵する脱気液体貯蔵タンクと、
    気体透過性材料で構成された送液チューブと、
    前記脱気液体を前記送液チューブへ送液する送液ポンプと、
    機能液体を貯蔵する機能液体貯蔵タンクと、
    前記機能液体貯蔵タンク内の前記機能液体を攪拌する攪拌部と、を含み、
    前記機能液体貯蔵タンク内には、前記送液チューブが、前記機能液体貯蔵タンクに貯蔵されている前記機能液体に接触して設けられている、
    脱気装置。
  4. 前記攪拌部は、前記機能液体貯蔵タンクの壁面に設けられた電磁石または圧電素子である、
    請求項３に記載の脱気装置。
  5. 前記攪拌部は、モータの駆動力により回転する回転翼である、
    請求項３に記載の脱気装置。
  6. 前記機能液体の粘性は、前記脱気液体の粘性よりも高い、
    請求項１から５のいずれか１項に記載の脱気装置。
  7. 前記機能液体に含まれる粒子は、前記脱気液体に含まれる粒子よりも大きい、
    請求項１から６のいずれか１項に記載の脱気装置。
  8. 前記送液ポンプは、
    駆動時の脈動によって前記送液チューブに振動を付与することにより、前記機能液体貯
    蔵タンク内の前記機能液体を攪拌する攪拌部としても機能する、
    請求項１から７のいずれか１項に記載の脱気装置。
  9. 前記送液チューブに与えられる振動は、前記送液ポンプの流入側よりも流出側の方が大
    きい、
    請求項８に記載の脱気装置。
  10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の脱気装置と、
    脱気液体に取り込まれた気体を取り除く脱気部と、
    前記機能液体貯蔵タンクに貯蔵された前記機能液体を攪拌する攪拌部と、
    前記脱気装置および前記攪拌部を制御する制御部と、を備える、
    機能液体貯蔵装置。
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