WO2007097154A1

WO2007097154A1 - 液体塗布装置及びそのメンテナンス方法

Info

Publication number: WO2007097154A1
Application number: PCT/JP2007/051159
Authority: WO
Inventors: Katsuaki Komatsu
Original assignee: Konica Minolta Holdings, Inc.
Priority date: 2006-02-23
Filing date: 2007-01-25
Publication date: 2007-08-30
Also published as: JP5293179B2; US7908996B2; US20070193508A1; JPWO2007097154A1

Abstract

液体に分散された粒子の沈降、凝集を抑制し、液体吐出時の吐出不良や濃度変動を防止し、安定して精度良く液体をヘッドから吐出させる液体塗布装置及びそのメンテナンス方法を提供する。複数の圧力室に連通した共通液室とを有するヘッドと、液体を貯蔵するとともに粒子の分散を促進する手段を有する液体タンクと、共通液室と液体タンクを接続する第１の液体流路と、共通液室と液体タンクを接続する第２の液体流路とを有し、共通液室、第１の液体流路と、液体タンク及び第２の液体流路とを含む循環流路において前記液体を循環させる手段を有することを特徴とする液体塗布装置。

Description

明細書

液体塗布装置及びそのメンテナンス方法

技術分野

[0001] 本発明は、液体塗布装置及びそのメンテナンス方法に関する。

背景技術

[0002] 液晶表示装置は、電界を利用して液晶の光透過率を調節することで画像を表示する。このような液晶表示装置は、上下部基板に対向するように配置された画素電極と共通電極の間に形成される電界によって液晶を駆動する。

[0003] 液晶表示装置は、互いに対向して合着された薄膜トランジスタ 'アレイ基板 (下板）及びカラーフィルタ ·アレイ基板（上板）と、これら二つの基板の間にお、てセルギヤップを一定に維持させるためのスぺーサ (以下、スぺーサ粒子と記す場合がある）と、そのセルギャップに満たされた液晶とを具備する。

[0004] 薄膜トランジスタ ·アレイ基板は、多数の信号配線及び薄膜トランジスタと、それらの上に液晶配向のために塗布された配向膜から構成される。カラーフィルタ 'アレイ基板は、カラー具現のためのカラーフィルタ及び光漏れの防止のためのブラック 'マトリッタスと、それらの上に液晶配向のために塗布された配向膜から構成される。

[0005] 従来このスぺーサは、スぺーサ散布装置を用いて基板上にスプレー法等で散布されている。

[0006] しかし、このような散布を行うと、スぺーサが不均一に分布する傾向がある。特に、表示画素内でスぺーサの凝集があると、それが認識され表示品位が低下するというような問題点も生じる。また、 TFT等の能動素子を設けた基板を用いた場合には、突出した TFT部分にスぺーサがあると、基板に力がかかった時に、 TFTが破損しやす V、と、うような問題点もあった。

[0007] このため、スぺーサを配置する場所を指定して、 TFT部分を避けたり、遮光膜部分に配置したりすることが望まれている。これを解決するために、スぺーサを印刷により配置する方法や、デイスペンサゃインクジェット装置を用いて特定の位置に供給することが提案されている。 [0008] これらの中で、インクジェット装置による供給は、ほぼ正確な位置に 1個ずつスぺーサを配置して、くことが可能であり、多数のノズルを有するインクジェットヘッドを用いれば同時に多数のスぺーサを指定位置に配置できるので生産性が良いという利点を有する。

[0009] このスぺーサ吐出用インクジェット装置においては、通常の着色液体とは異なり通常径が数 mというような大きな径のスぺーサという粒を有する溶媒を用いて、スぺーサを吐出することになる。このためには、インクジェットヘッドに供給される吐出液にスぺーサが均一に混ざっている必要がある。また、ヘッド内部でも均一である必要がある。

[0010] 吐出液にスぺーサが均一に分散していないと、吐出が不安定になり、吐出不良を生じたり、濃度変動により吐出液のスぺーサの数が安定しな力つたりというような吐出特性に問題を生じやすい。このため、吐出液となるスぺーサを含有した溶媒を供給するタンクにぉ、て、撹拌を行、スぺーサが溶媒中に均一に分散するようにしなくてはいけない。

[0011] このような装置として、液晶とスぺーサを同時に供給するための装置がある力スぺーサを含有した液晶を供給するタンクにモーター駆動のスクリューによる撹拌装置を付けて撹拌を行、スぺーサが液晶中に均一に分散するようにして、る（例えば、特許文献 1参照)。

[0012] また、圧力室を圧電素子で振動させて分散させる方法が開示されている (例えば、特許文献 2参照)。

特許文献 1 :特開平 5— 281562号公報

特許文献 2 :特開 2000— 66215号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0013] し力しながら、液晶パネル用のスぺーサ粒子を混入した液体のような径の大きな粒子を分散させた液体は、沈降速度が大きぐ上記従来技術においては、特にヘッドの内部、ノズル付近でスぺーサ粒子の沈降、凝集が起こり、安定して精度良く吐出できないといった課題がある。 [0014] 本発明は、液体に分散された粒子の沈降、凝集を抑制し、液体吐出時の吐出不良や濃度変動を防止し、安定して精度良く液体をヘッドから吐出させる液体塗布装置及びそのメンテナンス方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0015] 本発明の上記課題は、以下の構成により達成される。粒子が分散された液体を吐出する複数のノズルと、

前記複数のノズルのそれぞれに連通する複数の圧力室と、

圧力室のそれぞれに対応して設けられて圧力室の容積を変化させる圧電素子と、複数の圧力室に連通した共通液室とを有するヘッドと、

前記液体を貯蔵するとともに前記粒子の分散を促進する手段を有する液体タンクと、前記共通液室と液体タンクを接続する第 1の液体流路と、

前記共通液室と液体タンクを接続する第 2の液体流路とを有し、

前記共通液室、第 1の液体流路、液体タンク及び第 2の液体流路を含む循環流路において前記液体を循環させる手段を備えることを特徴とする液体塗布装置。

2.

前記粒子の分散を促進する手段は、前記粒子に超音波を与える超音波発生器を有することを特徴とする 1に記載の液体塗布装置。

3.

前記液体を循環させる手段は、前記第 1の液体流路及び前記第 2の液体流路のうちの少なくとも一方に設けられた液体送出手段を有することを特徴とする 1または 2に記載の液体塗布装置。

4.

1乃至 3の何れか 1つに記載の液体塗布装置のメンテナンス方法であって、前記ノズルカ塗布のための液体の吐出中には、前記循環流路にお、て前記液体を循環させず、前記ノズル力塗布のための液体を吐出しない期間に、前記循環流路において前記液体を循環させることを特徴とする液体塗布装置のメンテナンス方法。前記循環を行う際に、前記ノズルから液体を吐出させない程度の駆動波形を前記圧電素子に印加することを特徴とする 4に記載の液体塗布装置のメンテナンス方法。 6.

前記駆動波形の駆動周波数を掃引することを特徴とする 5に記載の液体塗布装置のメンテナンス方法。

7.

前記駆動周波数の掃引を 1kHzから 1ZAL (ALは圧力室の音響的共振周期の 1Z

2)の間で行うことを特徴とする 6に記載の液体塗布装置のメンテナンス方法。

8.

吸引により前記ヘッド内の液体を前記ノズル力排出させるパージ動作を行う期間内に、前記圧電素子を駆動することを特徴とする 4乃至 7の何れか 1つに記載の液体塗布装置のメンテナンス方法。

発明の効果

[0016] 本発明によれば、液体に分散された粒子の沈降、凝集を抑制し、液体吐出時の吐出不良や濃度変動を防止し、安定して精度良く液体をヘッドから吐出させる液体塗布装置及びそのメンテナンス方法を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0017] [図 1]液体塗布装置 100の主要部を示す斜視図である。

[図 2]液体塗布装置 100のヘッドの斜視図である。

[図 3] (a)は薄膜トランジスタ ·アレイ基板を示す平面図であり、 (b)は (a)の線 III - III ' に沿って切り取った薄膜トランジスタ 'アレイ基板を示す断面図である。

[図 4]液体塗布装置 100の液体供給系の実施の形態の概念図である。

[図 5] (a)〜（c)はヘッドの液体吐出時の作動を示す断面図である。

[図 6]液体吐出時に圧力室、空気室に印加されるパルス波形のタイミングチャートである。

[図 7]ノズル 13内の液体メニスカスが微振動する時に圧力室、空気室に印加されるパルス波形のタイミングチャートである。

[図 8]ノズル 13内の液体メニスカスが微振動する時の周波数掃引のタイミングチャートである。

[図 9]液体塗布装置の具体的な動作を示すフローチャート図である。

[図 10]液体塗布装置のヘッドの他の実施の形態の斜視図である。

符号の説明

[0018] 1 キャリッジ

6 基板

7 ヘッド

8 共通液室

9 第 1の液体連結口

10 第 2の液体連結口

13 ノズル

14 キヤッビング手段

20 液体タンク

21 廃液タンク

23 第 1の液体流路

24 ポンプ

25 第 2の液体流路

27 廃液流路

40 サブタンク

100 液体塗布装置

405, 406 切替弁

発明を実施するための最良の形態

[0019] 以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、本欄の記載は請求の範囲の技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、以下の本発明の実施の形態における断定的な説明はべストモードを示すものであって、本発明の用語の意義や技術的範囲を限定するものではな、。

<液体塗布装置 >

本発明に係る液体塗布装置の主要部を示す斜視図である図 1及び液体塗布装置にて使用されるヘッドの斜視図である図 2を用いて説明する。なお。図 2はヘッドの概略図であり、電極等は省略してある。

[0020] 液体塗布装置 100において、 1はキャリッジであり、タイミングベルト 2の一部に結合されており、キャリッジモータ 3の正逆回転により駆動され、ガイド部材 4に案内されて、図の矢印 Xで示すように、プラテン部 5に沿って平行に往復移動できるように構成されている。

[0021] 7は、スぺーサ粒子が分散された液体を吐出するヘッドで、薄膜トランジスタ 'アレイ基板 6の搬送方向と直角方向に形成された液体吐出用の多数のノズル 13を有し、キャリッジ 1と一体的に構成されている。

[0022] ヘッド 7〖こは、圧電素子からなる隔壁で仕切られた筒状の複数の圧力室 80と複数の空気室 80Aが交互に形成され、圧力室 80はそれぞれ一端で共通液室 8に連通し液体が流れ込むようになつている。そして、それぞれの圧力室 80の他端は、ノズル面 17に形成された複数のノズル 13に連通し、各圧力室 80にて圧電素子により加圧された液体は、各ノズル 13から吐出されるようになっている。空気室 80Aはそれぞれ一端で共通液室 8に連通せず液体が流れ込まないようになつている。そして、それぞれの空気室 80Aの他端は、ノズル面 17の複数のノズル 13は形成されていない。

[0023] ここで、流路は、本実施形態のように液体が供給される圧力室として機能するものと、液体が供給されない空気室として機能するものとが交互に配置されるものでもよいし、また、空気室を設けずに全て圧力室として機能させるようにしたものであってもよい。前者の場合、圧力室の隔壁がせん断変形しても、隣接した他の圧力室に影響することがなぐ隔壁の駆動が容易である。

[0024] 本実施形態では大きな径のスぺーサ、すなわち固形物を吐出するため、圧電素子による駆動するタイプのヘッドを用いる。

[0025] そして、共通液室 8の上部において、供給口と排出口が形成されており、供給口が第 1の液体連結口 9に、排出口が第 2の液体連通口 10にそれぞれ連通され、共通液室 8が液体の循環路の一部となるよう構成されて、る。

[0026] 液体が吐出される多数のノズル 13はプラテン部 5に対向して配設され、 ΧΥ Θステージ 5上の薄膜トランジスタ 'アレイ基板 6に対して塗布を行う。循環時は、図 4中の矢印方向に液体が流れ、ヘッド 7に液体は第 1の液体連結口 9より供給され、ヘッド内共通液室 8から液体は、第 2の液体連通口 10を通り、サブタンク 40 (図 4参照）に還 ic れ o。

[0027] 薄膜トランジスタ 'アレイ基板 6は ΧΥ Θステージ 5とともに、搬送モータ 11により、図

1の矢印 Yで示す方向に搬送される。

[0028] 14は、ヘッド 7のノズル面 17を被覆する吸引キャップ 16を備えるキヤッビング手段であり、薄膜トランジスタ ·アレイ基板が搬送される領域よりも外側に設けられてヽる。また、キヤッビング手段 14は、ヘッド 7から吐出された液体を回収する液体回収手段としての機能を有する。

[0029] 15はクリーニング手段であり、キャリッジ 1が往復移動する際に、ヘッド 7のノズル面 17に当接し、清掃をする。また、クリーニング手段 15は、キヤッビング手段 14と同様に薄膜トランジスタ 'アレイ基板が搬送される領域よりも外側に設けられており、かつ、キヤッビング手段 14よりも薄膜トランジスタ 'アレイ基板の搬送される領域に近い側に配設されている。

[0030] 18は、 CPU (中央処理装置）、ワークメモリ等からなる制御手段で、液体塗布装置 1 00の一連の動作、例えば、搬送モータの駆動、ヘッド 7の移動並びに液滴の吐出、キヤッビング手段 14によるキヤッビング動作等を制御する。更に、制御手段 18は、本発明に係わる液体循環等の制御をも含んだ構成となっている。なお、 18には、後述する吐出パルスゃ微振動パルスを生成するための回路が設けられる駆動信号発生部 500 (図 5参照）が含まれる。

[0031] 19はケーブルで、ヘッド 7のコネクタ 12と制御手段 18との電気的結合を達成している。

[0032] 21は、ヘッド 7から予備吐出されキヤッビング手段 14で回収された液体を貯溜するための廃液タンクである。

[0033] 22は、光電センサ等力なるホームポジションセンサで、キャリッジ 1の側面を感知し、キャリッジ 1の待機位置、即ち、キヤッビング手段 14によりヘッド 7のノズル面 17が被覆される位置を検出する。

[0034] また、図示していないが、液体塗布装置 100は、装置の停止時に電力供給をすることが可能なバックアップ電源装置を備え、装置の停止時にぉ、てもノックアップ電源装置より電力供給を受け、必要な動作を行うことが可能なように構成されている。

[0035] 液体塗布装置 100が塗布開始すると、制御手段 18からの塗布開始を示す制御信号に基づいて、キヤッビング位置にあるヘッド 7は、キャリッジモータ 3により塗布領域のスタート位置に移動し位置を固定する。制御手段 18からの吐出データに基づく電気信号がヘッド 7の圧電素子に付与されると、スぺーサ粒子が分散された液体を適宜のノズルから吐出し、 ΧΥ Θステージ 5上の薄膜トランジスタ 'アレイ基板 6に塗布する。薄膜トランジスタ 'アレイ基板 6は、ヘッド 7からの液体の吐出に合わせて矢印 Y方向に送り出され、所定の吐出データに伴う処理が終了するまで、上記の塗布動作がすすめられる。

[0036] 具体的には、スぺーサ 82の分散液を後述する所定領域（図 3 (a)、 (b)参照）に塗布して、溶媒を揮発させることによりスぺーサ 82を所定領域に配設することが可能となる。

<スぺーサが分散された液体 >

本実施形態で使用されるスぺーサ 82は、ヘッド 7のノズルから吐出可能な径のスぺーサであれば使用できる。スぺーサの径は使用目的より異なるが、液晶表示素子の場合には、液晶装置に封入される液晶層の厚み (セル厚）に合わせてそれぞれ設定され、通常 4〜6 /z m程度とされる。径は、体積平均粒径で定義される。また、ヘッド 7 のノズル 13の直径は、 φ 20〜30 ( m)であり、スぺーサ粒子径の 5〜8倍程度である。一般の顔料分散インクの顔料粒径（ φ 0. 1 m)より遙かに大き、。

なお、体積平均粒径は、レーザー式粒度分布測定装置 LA— 920 (堀場製作所製）やマルチタイザ一 III (コールター社製）で測定できる。

[0037] また、これらスぺーサ 82は、例えば二酸ィ匕珪素やポリスチレン等の榭脂からなる球状部材にて構成することができる。

[0038] 液体は、ヘッド 7から吐出できる液体であればよぐ通常は揮発性の有機溶媒または水系溶媒またはそれらの混合溶媒が用いられる。スぺーサと溶媒との比率は、へッド 7のノズルから吐出可能な範囲で適宜設定されればょ、。スぺーサの濃度が低!ヽ方が好ましいが、 1つの液滴に 1粒以上は含ませる必要があるため、スぺーサが 1体積％以上が好ましぐ 20体積％以下がより好ましい。例えば、 15plの液滴と φ 4 m の球状スぺーサ粒子の体積比は、 434 : 1であり、 1体積％であると 1滴当たり平均 4 個の球状スぺーサ粒子が含まれることになる。

[0039] 本実施形態にぉ、ては、水、イソプロピルアルコール、エタノール等力選択される単一の溶媒又は 2種以上の混合溶媒に、スぺーサ 82を超音波等により所定の濃度で均一に分散したスぺーサ分散溶液を用意する。

<基板上のスぺーサの配置 >

図 3 (a)は実施形態に係る薄膜トランジスタ 'アレイ基板 6を示す平面図で、図 3 (b) は図 3 (a)の線 III— ΙΠ 'に沿って切り取った薄膜トランジスタ 'アレイ基板 6を示す断面図である。

[0040] 図 3 (a)、図 3 (b)を参照すれば、薄膜トランジスタ 'アレイ基板 6は、下部基板 51上に選択的に幅が異なるように形成されたゲートライン 52と、ゲートライン 52にゲート絶縁膜 62を介して交差するように形成されたデータライン 154と、その交差部毎に形成された薄膜トランジスタ 81と、その交差構造に用意された画素領域 84に形成された画素電極 72と、画素電極 72とゲートライン 52の重畳部に形成されたストレージ'キヤパシタ 78と、ゲートライン 52と重畳するように形成されるスぺーサ 82とを具備する。

[0041] ゲートライン 52は薄膜トランジスタ 81のゲート電極 56にゲート信号を供給する。このようなゲートライン 52は、画素領域 84を定義するライン部 52aと、ライン部 52aから突出した突出部 52bからなる。ライン部 52aは、幅 dlを持つように形成されていて、突出部 52bによる画素電極 72の開口率の減少を防止する。突出部 52bは、スぺーサ 8 2が液体塗布装置 100により噴射されて形成される領域において、ライン部 52aより相対的に広い幅 d2に形成される。例えば、突出部 52bは、データライン 154と平行な幅が約 30〜50 μ mに、データライン 154と垂直な幅が約 30〜50 μ mに形成される。このような突出部 52bは円形形態のスぺーサ 82の幅より広い円形に形成される。

[0042] スぺーサ 82は、薄膜トランジスタ 'アレイ基板 6とカラーフィルタ 'アレイ基板との間のセルギャップを維持する。このようなスぺーサ 82は、カラーフィルタ 'アレイ基板のブラック 'マットリックス（図示しない）と重畳されるゲートライン 52の突出部領域に液体塗布装置 100を利用して形成される。すなわち、スぺーサ 82はストレージ'キャパシタ 7 8と重畳するように形成される。

[0043] 以上のように、透明な液晶電極にはスぺーサ 82を置かず、不透明なゲートライン 5 2の上に置くと画質を劣化させず好適である。インクジェット方式はこのような特定の場所にスぺーサ粒子を配置できるため理想的な手段である。

<液体供給系 >

次に、図 4を用いて本発明に係る第 1の液体流路及び第 2の液体流路の実施形態について説明する。図 4は本発明に係る液体塗布装置に適用される液体供給系の実施の形態を示す概念図である。第 1の液体流路 23及び第 2の液体流路 25は大気遮断された流路であり、使用される液体はスぺーサ粒子が分散された液体である。

[0044] 40は、大気連通孔を有するサブタンクであり、内部にはスぺーサ粒子が分散された液体が貯蔵され、液体流路を通り、液体が循環する。

[0045] 液体タンク 20から、ヘッド 7の第 1の液体連結口 9までの第 1の液体流路 23で、へッド 7のノズル部の液体背圧を安定させるために、サブタンク 40が設けられている。そして、液体タンク 20からサブタンク 40までの間に、弁 54、液体を液体タンク 20からサブタンク 40に圧送するポンプ 30が設けられて!/、る。

[0046] 循環時にお、て、液体タンクであるサブタンク 40からヘッド 7の第 1の液体連結口 9 まで液体を供給する液体供給流路である第 1の液体流路 23には、液体を循環させる手段の一例であり液体をヘッド 7に圧送する送液手段として機能するポンプ 24が設けられている。すなわち、サブタンク 40、第 1の液体流路 23及びポンプ 24が協働して液体供給手段として機能するものである。なお。ポンプ 24は、前記ノズルカゝら塗布のための液体の吐出中には、停止しており、前記循環流路において前記液体を循環させない。ポンプ 24は停止時において、第 1の液体流路 23が連通可能となるように構成されている。

[0047] 第 2の液体連結口 10からサブタンク 40へ液体が還流する液体排出流路である第 2 の液体流路 25を通りサブタンク 40へ液体が還流する。

[0048] また、キヤッビング手段 14から廃液タンク 21の流路の途中には吸引ポンプ 28が設けられており、キヤッビング手段 14内の液体やヘッド 7のノズル 13から液体を吸引して廃液タンク 21に送り込むこともできる。 [0049] ポンプ 24、吸引ポンプ 28は、流路を可撓性のもので構成し、複数のローラ等の押圧部材でそのチューブの一部をチューブの長手方向に順次押しつぶすことで、液体を流動させる形式のものや、このほか公知の種々の形式のものが用いられる。

[0050] また、図 4において、 201は液体タンク 20内に設けられた撹拌スクリュー、 401はサブタンク 40内に設けられた撹拌スクリュー、 202は液体タンク 20に付設された超音波振動を発生させる圧電素子、 402はサブタンク 40に付設された超音波振動を発生させる圧電素子である。

[0051] このように、サブタンク 40に撹拌スクリュー 401を液体中に設置し、また、液体タンク 20に撹拌スクリュー 201を液体中に設置し、各々をモーターで高速に回転させるようにしている。この撹拌スクリュー 201、撹拌スクリュー 401はヘッド 7からの液体吐出に関わらず、常時回転させるようにしてある。この撹拌スクリューの回転によって、サブタンク 40、液体タンク 20に貯留されている液体にせん断力を与え、液体中に含有されて、るスぺーサ粒子の凝集を防止して、る。

[0052] 更に液体タンク 20に超音波振動を発生させる圧電素子 202を接触させ、また、サブタンク 40に超音波振動を発生させる圧電素子 402を接触させ、サブタンク 40、液体タンク 20に貯留されている液体に常時超音波振動を与えることによって、液体中のスぺーサ粒子の凝集を更に防止して、る。ここで使用する超音波発生器としては、特別なものを用意する必要はなぐ公知の超音波発生器で力まわない。

[0053] なお、本例では撹拌スクリューによるせん断力と超音波の両方を液体に与えている力これらはいずれか一方でも有効である。特に超音波が効果的である。

[0054] 撹拌スクリュー 401ゃ圧電素子 402は、本発明における粒子の分散を促進する手段の一例である。サブタンク 40の中で、液体にせん断力や超音波を与えるので、サブタンク 40中に貯蔵されて!、る液体中に含有されるスぺーサ粒子の分散状態が不安定となっていても再分散され、ヘッド 7に対しては分散状態が最良の状態で液体供給がされることになる。したがって常に良好な液体吐出並びに塗布がなされる。

[0055] 再分散を効率よく行うには、前述したようにせん断力が必要である力これには一般の分散機でも使用されている撹拌スクリューのような回転部材を応用することが好ましい。 [0056] 更に、前述のようにヘッド 7の前記共通液室 8、第 1の液体流路 23、サブタンク 40及び第 2の液体流路 25を含む循環流路において前記液体を循環させる系を同時に形成しておくことで、基板 6の塗布のための吐出を行ってヽな、ときでも液体はヘッド 7 を介して循環されるので、上記再分散はより有効に作用する。このため、液体に分散された粒子の沈降、凝集を抑制し、液体吐出時の吐出不良や濃度変動を防止し、安定して精度良く液体をヘッドから吐出させることができる。

[0057] このようにして、ヘッド 7からの液体吐出の有無にかかわらず、常に液体に強制的な分散のための力を加えておき、分散状態がいつでも同じとなるように作用させておく。

[0058] 超音波による撹拌は、代表的な方法としては圧電素子をタンクに付設しておき、これを所定の周波数の電圧波形で駆動することにより、超音波を発生させ撹拌を行う。もちろん、これ以外の超音波発生手段を配置してもよい。

[0059] 特に、この超音波による撹拌は、スぺーサの沈降や浮上を抑え均一に液中に分散させるとともに、スぺーサ同士の凝集を抑制し、タンク壁面へのスぺーサの付着を抑制する。

また、液体塗布装置 100の停止時における、特にヘッドの内部、ノズル付近でのスぺーサ粒子の沈降、凝集をより効果的に防止するために、液体塗布装置 100の停止時には、少なくともヘッド内部に保存液を充填する。このような保存液は、液体塗布装置 100の起動時に、スぺーサ粒子を分散した液体に置換されることで取り除かれる。本実施形態において、保存液は、スぺーサ粒子を除いた液体とほぼ同様な成分を有するものを用いている。

[0060] 液体塗布装置 100において、ヘッド 7は通常サブタンク 40と液体流路 25, 23等を介して接続されており、サブタンク 40から液体をヘッド 7に供給可能に構成されてヽる。塗布装置 100を停止させた場合、切替え弁 405、 406を保存液流路 407, 408 側に切り替え、ヘッド 7のノズル面 17をキヤッビング手段 14により封止して、キャップと接続されている吸引ポンプ 28によりキャップ内に負圧を発生させることにより、保存液タンク 403力も保存液流路 407, 405, 10を介して、及び 408、 406, 9を介して保存液を液体の充填されたヘッド 7内に流し、スぺーサ粒子が分散された液体と保存液を完全に置換する。この時発生した廃液は、吸引ポンプ 28を介して廃液タンク 21に保持される。

[0061] 液体塗布装置 100を起動させた場合は、逆に切替え弁 405、 406を液体流路 23, 25側に切り替え、ヘッド 7のノズル面 17をキヤッビング手段 14により封止して、キヤップと接続されている吸引ポンプ 28によりキャップ内に負圧を発生させることにより、サブタンク 40からスぺーサ粒子が分散された液体を保存液の充填されたヘッド 7内に流し、保存液とスぺーサ粒子が分散された液体を完全に置換する。この時発生した廃液は、吸引ポンプ 28を介して廃液タンク 21に保持される。

[0062] なお上記の置換方法のみに限定されず、少なくともヘッド 7に充填されているスぺーサ粒子が分散された液体と保存液がほぼ完全に置き換わる方法であればすべて利用可能である。このような置換により、装置停止中のヘッド内部の粒子の沈降や凝集をより効果的に抑制できる。

[0063] 保存液は、スぺーサ粒子が分散された液体を構成する溶媒と同一または類似の化合物を使用することが好ましい。液体を構成する溶媒と同一または類似の化合物を使用しているため、保存液が塗布する液体に混入した場合であっても、スぺーサ粒子が沈降したり、凝集したりするおそれが少なくなる。

<ヘッドの駆動方法 >

図 5は、図 2に示すヘッド 7の断面図であり、図 5 (a)は圧力室 80が中立、図 5 (b)は膨張、図 5 (c)は縮小状態を示している。同図において、 13はノズル、 124はカバープレート、 26は基板、 27は隔壁である。そして、圧力室 80、空気室 80Aが隔壁 27、カバープレート 124及び基板 26によって形成されて!、る。

[0064] ヘッド 7は、ここでは図 5に示すように、カバープレート 124と基板 26の間に、電気. 機械変換手段である PZT等の圧電材料力もなる複数の隔壁 27A、 27B、 27Cで隔てられた圧力室 80と空気室 80Aが交互に多数並設されたせん断モード（シェアモード）タイプのヘッド 7を示している。図 5では多数の圧力室 80と空気室 80Aの一部である 3本が示されている。圧力室 80の一端 (以下、これをノズル端という場合がある）はノズル形成部材に形成されたノズル 13につながり、他端（以下、これをマ-ホールド端という場合がある）は共通液室 8に接続されている。そして、各圧力室 80、空気室 8 OA内の隔壁 27表面には両隔壁 27の上方力基板 26の底面に亘つて繋がる電極 2 9A、 29B、 29Cが密着形成され、各電極 29A、 29B、 29Cは駆動信号発生部 500 に接続している。

[0065] また、各電極の液体に接する表面は、絶縁性の保護膜が形成されてヽる。保護膜としては、ポリパラキシリレンが好適である。

[0066] この駆動信号発生部 500は、微振動パルスと吐出パルスとを出力する。

[0067] 各隔壁 27は、ここでは図 5の矢印で示すように分極方向が異なる 2枚の圧電材料 2 7a、 27bによって構成されている力圧電材料は例えば符号 27aの部分のみであつてもよく、隔壁 27の少なくとも一部にあればよい。

[0068] 各隔壁 27表面に密着形成された電極 29A、 29B、 29Cに駆動信号発生部 500の制御により吐出パルスが印加されると、以下に例示する動作によって圧力室 80内のスぺーサ粒子が分散された液体を液滴としてノズル 13から吐出する。

[0069] まず、電極 29A、 29B、 29Cのいずれにも吐出パルスが印加されない時は、隔壁 2 7A、 27B、 27Cのいずれも変形しないが、図 5 (a)に示す状態において、電極 29A 及び 29Cを接地すると共に電極 29Bに吐出パルスを印加すると、隔壁 27B、 27Cを構成する圧電材料の分極方向に直角な方向の電界が生じ、各隔壁 27B、 27C共に、それぞれ隔壁 27a、 27bの接合面にズリ変形を生じ、図 5 (b)に示すように隔壁 27B 、 27Cは互いに外側に向けて変形し、圧力室 80の容積を拡大して圧力室 80内に負の圧力が生じて液体が流れ込む (Draw)。

[0070] また、この状態力も電位を 0に戻すと、隔壁 27B、 27Cは図 5 (b)に示す膨張位置から図 5 (a)に示す中立位置に戻り、圧力室 80内の液体に高い圧力が掛かる（Releas e) ₀次いで、図 5 (c)に示すように、隔壁 27B、 27Cを互いに逆方向に変形するように吐出パルスを印加して、圧力室 80の容積を縮小すると、圧力室 80内に正の圧力が生じる（Reinforce)。これにより圧力室 80を満たしている液体の一部によるノズル内の液体メニスカスがノズル力も押し出される方向に変化する。この正の圧力が液滴をノズルから吐出する程に大きくなると、液滴はノズルから吐出する。他の各圧力室も吐出パルスの印加によって上記と同様に動作する。このような吐出法を DRR駆動法と呼び、シェアモードタイプのヘッドの代表的な駆動法である。

[0071] 力かる吐出動作について図 6を用いて更に説明する。各圧力室 80、各空気室 80A に印加されるパルス波形のタイミングチャートを図 6に示す。

[0072] 液体吐出時には、まず各圧力室の電極に電圧を掛け、その両隣の各空気室の電極を接地する。例えば圧力室に 1AL幅の正電圧の吐出パルスを掛けると、圧力室の隔壁が外側に変形し、その圧力室 80内に負圧が発生する。この負圧により、サブタンク 40から圧力室 80に液体が流れ込む（Draw)。

[0073] この状態を 1AL間保つと、圧力が正圧に反転するので、このタイミングで電極を接地すると、隔壁の変形が元に戻り、高い圧力が圧力室 80内の液体に掛かる（Releas e) ₀更に、同じタイミングで圧力室の電極に負電圧を掛けると、隔壁が内側に変形し、更に高い圧力が液体に掛カり（Reinforce)、ノズルから液柱が押し出される。 1AL 後、圧力が反転して圧力室 80内が負圧になり、更に 1AL経過すると、圧力室 80内の圧力が反転して正圧になるので、このタイミングで電極を接地すると、隔壁の変形が元に戻り、残留する圧力波をキャンセルできる。

[0074] その後、所定の休止時間（本例では、 2AL時間）を経過後、吐出周期 T1で上記同様の動作を繰り返す。

[0075] なお、 AL (Acoustic Length)とは、圧力室の音響的共振周期の 1Z2である。この ALは、電気'機械変換手段である隔壁 27に矩形波の電圧パルスを印加して吐出する液滴の速度を測定し、矩形波の電圧値を一定にして矩形波のパルス幅を変化させたときに、液滴の飛翔速度が最大になるパルス幅として求められる。また、ノレスとは、一定電圧波高値の矩形波であり、 0Vを 0%、波高値電圧を 100%とした場合に、パノレス幅とは、電圧の 0Vからの立ち上がり 10%と波高値電圧からの立ち下がり 10% との間の時間として定義する。更に、ここで矩形波とは、電圧の 10%と 90%との間の立ち上がり時間、立ち下がり時間のいずれもが ALの 1Z2、好ましくは 1Z4以内であるような波形を指す。

[0076] かかるせん断モードタイプのヘッド 7では、隔壁の変形は壁の両側に設けられる電極に掛カる電圧差で起こるので、液体吐出を行う圧力室の電極に負電圧を掛ける代わりに、液体吐出を行う圧力室の電極を接地して、その両隣の空気室の電極に正電圧を掛けるようにしても同様に動作させることができる。この後者の方法によれば、正電圧だけで駆動させることができるために好まし!/、態様である。 [0077] 本実施形態において用いられる図 6に示すこれらの吐出パルスは、同図に示すように、圧力室 80の容積を膨張させ 1AL後に元の容積に戻す矩形波力なる第 1のパルス P1と、圧力室 80の容積を収縮させ一定時間後に元の容積に戻す矩形波からなる第 2のパルス P2とを含んでおり、第 1のパルス P1の電圧 Vonが第 2のパルス P2の電圧 Vofはりも大き!/、駆動パルスからなって!/、る。このように電圧 Vonを電圧 Vofはりも大きく設定することは、特に、吐出する液体の粘度が高い場合において圧力室 8 0内への液体の供給を促進する効果もある。

[0078] この第 1のパルス P1の電圧 Vonと第 2のパルス P2の電圧 Voffとの電圧比 VonZV offは、 1. 5以上であることが好ましい。これは、本実施形態においては、後述する微振動パルスの電圧を吐出パルスの第 2のパルス P2の電圧 Voffと同電圧に設定する力このときの電圧比 VonZVoffを 1. 5以上にすることにより、微振動パルスによるノズルのメニスカスの振動を適量に設定でき、且つ、吐出パルスの直前、直後に微振動パルスを印加した場合にも、吐出パルスによる圧力波の残響と微振動パルスによる圧力波の残響とが適度に打ち消し合うことにより、安定な吐出を実現することができる。特に、揮発性の溶媒にスぺーサ粒子を分散した液体においては、液体吐出時の動的な粘度が静的な粘度に比較して低くなるものが多ぐ電圧比 VonZVoffを 1. 5以上に大きく設定することにより、安定に微振動を付加することができるため好ましい。

[0079] なお、この電圧比 VonZVoffは、 1以下に小さくすると、微振動パルスによるメニスカスの振動が大きくなり、微振動パルス印加後の圧力波の残響が吐出パルスによる駆動に大きく影響して、液滴の吐出が不安定になる。一方、電圧比 VonZVoffを 5 以上に大きくすると、微振動パルスによるメニスカスの振動が小さぐノズルの液体メニスカスにおける液体の増粘に対しての改善効果が得られ難くなるため好ましくない

[0080] また、特に本発明では、液体に粒子を含むため顕著な効果を発揮する。液体が揮発性の溶剤を含み、且つ、粒子が添加されている場合、液体溶剤の揮発乾燥により液体粘度が急激に上昇するため、微振動パルスを印加することにより、ノズルのメ- スカスでの液体の増粘を効果的に抑制することができる。

[0081] 次に、図 7を用いて、力かる揮発性の溶媒を含む液体を用いたシェアモードタイプのヘッド 7において、メニスカスに微振動を与える動作について説明する。

[0082] 本実施形態にぉ、て、ノズル力液滴を吐出させな、程度に微振動させる微振動パルスは、吐出パルスを印加する場合と同様、図 5に示す駆動信号発生部 500において生成される。微振動パルスは、圧力室の容積を収縮させた後に元に戻す矩形波のみからなり、パルス幅が 2ALの矩形波を含んでいる。微振動パルスに矩形波を用いることで、台形波を使用する方法に比べてメニスカスを微振動させる効率が良ぐ低い駆動電圧で振動させることができる上に、簡単なデジタル回路で駆動回路を設計できる効果がある。また、圧力室の容積を収縮させた後に元に戻すので、ノズルから液滴を吐出することがなく効果的に微振動を与えることができる。

[0083] 例えば、図 7に示す例では、ホームポジション等において、始めに各空気室 80Aの電極を接地し、各圧力室 80の電極に 2AL幅の正電圧の矩形波からなる微振動パルスを印加している。これにより圧力室は容積が収縮した後に元に戻ることで、そのノズル内のメニスカスは、ノズル力液滴を吐出させない程度に押し出させるように微振動が与えられる。

[0084] 所定の休止期間を経過した後、駆動周期 T2で必要に応じてこの微振動パルスを繰り返す。

[0085] このような微振動パルスは、吐出パルスを構成する第 2のパルス P2の電圧 Voffと同電圧に設定している。これにより、微振動パルスの電圧を電圧の低い Voff電圧に設定することで、微振動が強く掛カりすぎることがなぐ液滴をノズルから吐出させない程度の微振動を効率良く掛けることができる。また、吐出パルス及び微振動パルスを発生するための駆動信号発生部 500における電源電圧数を少なくして回路コストを下げることができる効果ちある。

[0086] 本実施形態では、このように、ホームポジション等にお!、て微振動パルスを電極に印加していることで、揮発性の溶媒と粒子を含む液体を使用しても、ノズル開口付近の液体の増粘を効果的に抑制することができる。また、微振動パルスは、本明細書における圧電素子に印加するノズル力液体を吐出させない程度の駆動波形であり、圧電素子が励振されることにより液体が満たされた圧力室内には圧力波が発生し、圧力室内の液体に含有されるスぺーサ粒子の良好な再分散が起こり、ヘッド内におけるスぺーサ粒子の凝集や沈降をより効果的に防止できる。

[0087] また前記循環を行う際に、微振動パルスを印加することにより、循環される液体に振動が付与され、特に共通液室のデッドスペースの液体の循環を促進させる。循環によるスぺーサ粒子の凝集や沈降防止の効果を高めることができる。これらのスぺーサ粒子はその凝集によって大小様々な大きさである。従って、図 8に示すように前記微振動パルスの駆動波形の駆動周波数を掃引することが好ましぐ駆動周波数の掃引を 1kHzから 1ZAL(ALは圧力室の音響的共振周期の 1Z2)の間で行うことがさらに好ましい。

[0088] 図 8は駆動周波数を 1kHzと 50kHzの間を 1秒かけて 1往復させて掃引する例を示すものであり、横軸が時間であり、縦軸が微振動パルスの駆動周波数である。ヘッド 7 の ALは、 5 μ secであるので、 50kHzは lZ (4AL)に相当する。

[0089] 機械的振動の周波数はスぺーサ粒子の大きさによって、スぺーサ粒子に対するその分散効果や液体の循環の促進効果 (粒子の移動しやすさ）が異なるため、周波数を掃引しながら振動を与えるのが様々なサイズのスぺーサ粒子を全て分散、移動するのに効果的である。

<液体塗布装置 100の動作フロー >

次に、液体塗布装置 100の具体的な動作の流れについて、図 9に示すフロー図を用いて説明する。なお前述のように、サブタンク 40と液体タンク 20の撹拌スクリューと圧電素子は装置の起動、停止にかかわらず常時作動しているものとする。

[0090] まず、装置を長期間停止した後、装置起動のため電源を入れる (Sl)。この時、へッド 7はキヤッビング手段 14の吸弓 Iキャップ 16がノズル面 17に密着されており、また、切替弁 405, 406は保存液流路 407, 408に液体が流れるよう選択されているものとする。

[0091] ホームポジションで保存液をスぺーサ粒子が分散された液体に置換する（S2)。置換後は、切替弁 405, 406は，それぞれ第 2の液体流路 25、第 1の液体流路 23に液体が流れるよう選択されて、る。ホームポジションで図 6に示す駆動波形で全圧力室を駆動して液体を吐出させながらノズル 13から液体を吸引して、パージ動作を行う（ S3)。次いでキヤッビング手段 14を動作させ、吸引キャップ 16のヘッド 7への密着を解除し、クリーニング手段 15によるノズル面 17のワイビングを行う（S4)。キヤッビング手段 14を動作させ、キヤッビング手段 14の吸引キャップ 16をノズル面 17に密着させて、図 6に示す駆動波形で全圧力室を駆動して液体を吸弓 Iキャップ 16に予備吐出する（S5)。図 7に示す駆動波形で周波数掃引して全圧力室を駆動しながら、ポンプ 24を駆動させて循環動作を行う（S6)。

[0092] この S3〜S6までのホームポジションでの待機動作は、塗布データが送られてくるまで継続する。この待機動作は、本実施形態に係るメンテナンス方法の一例であり、使用者が手動で開始させても、図示されないタイマー等の時間検出手段にて設定された時間を超えた場合に自動的に開始させるようにしても良、。

[0093] 塗布データが送られてくると (S7)、この待機動作を停止し、キャリッジ 1が走行を開始してヘッド 7が塗布領域内に入ると、吐出データに応じて図 6に示す駆動波形で液滴を基板 6に向けて吐出することで塗布を行う（S8)。なおキャリッジ 1がホームポジシヨンカゝら塗布領域に走行中にぉ、て前記微振動パルスを印加してノズルの液体メ- スカスにおける液体の増粘を防止することが好ましい。

[0094] 塗布が終わると、キャリッジ 1がホームポジションに移動し、装置を停止する指令があるかどうかを判断する（S9)。装置を停止しない場合は、再度 S3に戻り、 S3〜S6の待機動作を塗布データが送られてくるまで継続する。

[0095] 装置を停止する場合は、スぺーサ粒子が分散された液体を保存液に置換する（S1 0)。キヤッビング手段 14の吸弓 Iキャップ 16をノズル面 17に密着させてキヤッビングを行い (S 11)、装置を停止する (S 12)。

[0096] このように循環を行う際に、吸引キャップ 16でヘッド 7のノズル面を覆うことが好ましい。これにより、循環流路内の液体の流速を、高めても、上記吸引キャップ 16による密閉空間内の空気がその圧力に対抗するので、ノズル内の液体のメニスカスが破壊されることがなぐ液体が漏れ出るおそれがない。特に、吸引キャップ 16は公知のようにゴム等の弾性材料で製作されてヽるから、ノズル面に少し強く当てることで圧縮され、それにともない上記密閉空間も圧力がわずか上昇して、循環流路内の液体の流速を一層高めても液体のメニスカスを破壊することがなくなる。

[0097] また塗布実行時においても、同様なメニスカス破壊を防止する観点から、循環を行わないことが好ましい。

[0098] さらに、全圧力室の圧電素子を駆動して液体を吐出させながらノズル 13から液体を吸引して、パージ動作を行うことにより、吸引時に強い圧力波を発生させて粒子の移動を促進させることができるためこのまし、。

[0099] ここで、以上の実施の形態においては、図 2に示すようなエッジシユーター型のへッドを用いた例を示した力特に、このような構成のヘッドに限定される物ではなぐ例えば図 10に示すようなサイドシユーター型のヘッドを用いることもできる。図 10において、図 2のヘッドと同一の機能を有する構成については、同一の符号を記し、重複する説明は省略する。

[0100] 図 10の各ヘッド 7には、圧電素子からなる隔壁で仕切られた筒状の複数の圧力室 80が形成され、それぞれ一端が共通液室 8Aに他端が共通液室 8Bに連通し、液体が流れ込むようになつている。そして、それぞれの圧力室 80の側面は、ノズル面 17 に形成された複数のノズル 13に連通し、各圧力室 80にて圧電素子により加圧された液体は、各ノズル 13から吐出されるようになって、る。

[0101] そして、共通液室 8Bの上部において供給ロカ共通液室 8Aの上部において排出口がそれぞれ形成されている。共通液室 8Bの供給口が第 1の液体連結口 9に、共通液室 8Aの排出口が第 2の液体連通口 10にそれぞれ連通され、共通液室 8A, 8B及び各圧力室 80が液体の循環路の一部となるよう構成されている。このような構成により、本発明の効果をより高めることができ、好ましい態様である。

[0102] このヘッド 7に液体は第 1の液体連結口 9より供給され、共通液室 8B力液体は、各圧力室 80、共通液室 8Aを介して、第 2の液体連通口 10を通り、サブタンク 40に流れる。

Claims

請求の範囲

[1] 粒子が分散された液体を吐出する複数のノズルと、

前記複数のノズルのそれぞれに連通する複数の圧力室と、

[2] 前記粒子の分散を促進する手段は、前記粒子に超音波を与える超音波発生器を有することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の液体塗布装置。

[3] 前記液体を循環させる手段は、前記第 1の液体流路及び前記第 2の液体流路のうちの少なくとも一方に設けられた液体送出手段を有することを特徴とする請求の範囲第 1項または請求の範囲第 2項に記載の液体塗布装置。

[4] 請求の範囲第 1項乃至請求の範囲第 3項の何れか 1項に記載の液体塗布装置のメンテナンス方法であって、前記ノズル力塗布のための液体の吐出中には、前記循環流路にお、て前記液体を循環させず、前記ノズル力塗布のための液体を吐出しない期間に、前記循環流路において前記液体を循環させることを特徴とする液体塗布装置のメンテナンス方法。

[5] 前記循環を行う際に、前記ノズルから液体を吐出させない程度の駆動波形を前記圧電素子に印加することを特徴とする請求の範囲第 4項に記載の液体塗布装置のメンテナンス方法。

[6] 前記駆動波形の駆動周波数を掃引することを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の液体塗布装置のメンテナンス方法。

[7] 前記駆動周波数の掃引を 1kHzから 1ZAL (ALは圧力室の音響的共振周期の 1Z

2)の間で行うことを特徴とする請求の範囲第 6項に記載の液体塗布装置のメンテナンス方法。吸引により前記ヘッド内の液体を前記ノズル力排出させるパージ動作を行う期間内に、前記圧電素子を駆動することを特徴とする請求の範囲第 4項乃至請求の範囲第 7項の何れか 1項に記載の液体塗布装置のメンテナンス方法。