JP4517829B2 - 塗布装置 - Google Patents

Description

この発明は、液体状の材料を射出するための複数の射出口を備え、前記射出口毎に射出圧を発生する駆動機構を備えた塗布ヘッドを用いた塗布装置に係り、特に、その塗布ヘッドの射出特性を安定化する装置に関する。

塗布ヘッドを用いた塗布装置には、塗布ヘッドに設けてある液滴を射出するための微細な射出口の目詰りを除去し、その射出特性を安定化させる、いわゆるクリーニング装置が設けられている。

一般的にクリーニング装置は、塗布ヘッドの射出口内部に滞在する射出不良の原因である変質した塗布材料を除去した後、可撓性樹脂構造物（ブレードとも言う）によりインクジェットヘッドの射出口表面を拭取る（ワイピングとも言う）方式が採用されており、具体的には、ブレード本体にブレードとインクジェットヘッドノズル面との接触面側に開口するエア吸引用貫通孔を設け、前記ノズル面の拭取り動作時に前記エア吸引用貫通孔に負圧を共有する負圧供給手段を設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、ブレードを、その断面を多角形とした柱状とし、その角部の稜線で線接触による拭取り動作を行うものもある。（例えば、特許文献２参照）。

特開平６−１１５０８３号公報

特開平７−２５０１６号公報

しかしながら、装置への取付方法や充填ユニット（本発明では充填具と称している）の製作誤差によっては、密閉時に隙間が生じ、充分な充填効果が得られない場合がある。また、充填ユニットからインクジェットヘッド（本発明ではこのような機器を総じて塗布ヘッドと称している）を切離す時、インクジェットヘッドの射出口に空気が侵入し、空気溜りを発生させてしまい、充填による効果が得られないばかりか、逆に目詰りの原因となる。

空気溜りは、通常の充填動作では除去が困難であり、このような場合、通常以上の強力な吸引力（充填ユニットに吸引力を発生させる手段が無い場合はインクジェットヘッドの塗布材料供給系統からの加圧力）によって除去するのが一般的である。しかしながら、無駄な浪費はインクジェット方式に代表されるオンデマンド型塗布装置の意義と相反するため、控えるべきである。

さらに、インクジェットヘッドの射出駆動原理、具体的には圧電素子を用いたものによっては、塗布材料が充填されていないノズルに射出動作を実施するとそのノズルが局部的に高温となり、周辺の塗布材料の溶媒成分を蒸発気化させて連鎖的に空気溜りを発生させ射出不良の原因となったり、塗布材料が固化し粘度が上昇しノズル目詰りの原因となることがわかっている。

残念ながら、上記特許文献ではこれらを解決する手段に関しては何等開示がない。

上記の問題を解決するためには、塗布装置におけるクリーニング装置が、射出口に意図する作用を安定して与えることが可能で、かつ、塗布ヘッド本体の射出口面に極力ダメージを与えない構成とするのが望ましい。

そこで、本発明は、塗布ヘッド内への塗布材料の充填時に塗布ヘッド内部に空気が入らないように制御できる構成のクリーニング機構部を設けた塗布装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の塗布装置においては、液体状の材料を射出するための複数の射出口を備え、前記射出口毎に射出圧を発生する駆動機構を備えた塗布ヘッド本体と、前記塗布ヘッド本体内部への塗布材料充填や洗浄による射出不良要因除去を目的としたクリーニング機構部を備え、前記クリーニング機構部が、クリーニング機構部本体とその上面に隆起するよう配置したパッキンと、その内周部に廃液ボトルと連通した吸引溝によって構成され、前記塗布材料充填は、前記塗布ヘッド本体の射出口周縁部が前記パッキンと当接し押潰すことにより前記射出口を外気より密閉した状態で行い、その動作が開始され完了するまでの前記パッキンを押潰す速度を０．１ｍｍ／秒以下としたことを特徴とする。

本発明の構成とすることで、塗布ヘッド本体の射出口面とその周縁部表面を直接触れること無く、付着している材料や異物を常に安定した作用で除去するため、塗布ヘッド本体の射出口面にダメージを与えずに充分なクリーニング効果を得ることが可能である。

図１に本発明の一実施例となる塗布装置本体の概略図を示す。塗布装置は、ベースとなる架台１上に門型フレーム２が設けられている。門型フレーム２にはＺ軸ステージ３が設けてあり、これはＺ軸駆動モータ４でＺ軸方向に移動可能である。このＺ軸ステージ３上には、塗布ヘッド５をθ方向に回転可能とするゴニオステージ６を備えたヘッドブラケット７が取り付けてある。さらに、門型フレーム２には、塗布データの格納と前記塗布データに従い塗布ヘッド５に射出動作命令を発信する塗布ヘッド制御部８が設けてある。

架台１の上面の門型フレーム２の脚部の中央部付近には、Ｙ軸ステージ９と、Ｙ軸駆動モータ１０が固定されている。このＹ軸ステージ９の上面には、Ｘ軸ステージ１１と、Ｘ軸駆動モータ１２が、Ｙ軸ステージ９に直交するように移動するように取付けてある。そして、Ｘ軸ステージ１１の上面にはθ軸回転ユニット１３が、さらにθ軸回転ユニット１３上には吸着テーブル１４が、それぞれ取付けられている。吸着テーブル１４上面中心がθ軸回転ユニット１３の回転軸となるよう、そして吸着テーブル１４上面と架台１上面とが平行となるよう位置決めされ、取付けられている。

吸着テーブル１４の上面には微細な吸引穴が複数設けてある。この吸着テーブル１４上面に設けた吸引穴は真空発生装置（図示しない）と連通しており、基板２９を吸着テーブル１４上面に吸着保持することが可能である。そして塗布ヘッド５の射出口面２５（射出口面２５については後に図２によって詳細に説明する）が吸着テーブル１４上面に対して、高い平行度（例えば±０．０５ｍｍ以下）となるよう調整され、取付けられている。

上記構成により、基板２９が塗布ヘッド５に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向へ駆動可能で、かつ、吸着テーブル１４上面中心を回転軸としてθ回転駆動が可能となる。また、塗布ヘッド５はＺ軸方向と、吸着テーブル１４の回転軸とは別の回転軸を中心としたθ回転の駆動が可能となる。

また、吸着テーブル１４前側の端面には、塗布ヘッド５の目詰り要因排除と、塗布ヘッド５内へのインクの充填とを行うためのクリーニング装置１５が取付けられている。ここで、塗布ヘッド５を駆動するＺ軸駆動モータ４の下降ストロークは、少なくとも塗布ヘッド５がクリーニング装置１５において、クリーニング動作が可能となる距離よりも大きく移動できるように設定してある。

門型フレーム２の図中右脚部には、塗布材料ボトル１６が上下に垂直移動可能なボトルホルダ１７に取付けられている。装置起動中はこのボトルホルダ１７を移動させて塗布材料ボトル１６内の液面を一定に保つよう調整することが可能である。また、塗布材料ボトル１６近傍には、塗布ヘッド５内部を洗浄するための洗浄用溶剤を入れた洗浄液ボトル１９が設けられている。これらは、図示しない供給手段により塗布ヘッド５へ供給、適宜、供給切替えを行うことが可能となっている。

上記構成を有する本塗布装置は密閉室（図示しない）に格納されており、規定範囲内の温度や湿度、気圧、密閉室内気体配合率に維持され、塗布材料の特性を最大限発揮できるようにしてある。また、密閉室外の塗布装置近傍にはＰＣ（制御装置と言う場合もある）１８が設けてある。ＰＣ１８では、本塗布装置に付帯する構成機器の駆動制御や状態監視等を行う。

図２に本発明の一実施例となる塗布装置の塗布ヘッド底面と塗布材料供給配管系の概略図を示す。塗布ヘッド５への塗布液の供給は、塗布ヘッド５の供給口２０に供給管２１を接続し、塗布材料ボトル１６と連通することで行う。供給管２１と塗布液ボトル１６の間には３方分岐管７１が設けてあり、この３方分岐管７１の１つの口側と塗布液ボトル１６間の塗布液供給管２２ａに開閉弁７２ａが設けてある。３方分岐管７１の残りの口側には洗浄液供給管２２ｂが開閉弁７２ｂを介して洗浄液ボトル１９に接続されている。

塗布ヘッド５からの塗布液の射出は、まず塗布材料ボトル１６液面と塗布ヘッド５底面との高さとを規定の高さ差に調整する。その後、塗布ヘッド５に内蔵する射出圧を発生する図示しない駆動機構（例えば圧電素子）を動作させることによって複数の吐出口から塗布液が基板に向かって吐出される。本実施例では、規定の微少容量の塗布液を液滴として連続的に射出可能な機構であればその機構に制限はない。例えば、駆動機構の代替として塗布材料ボトル１６に圧縮気体を供給することで送液する構成としても良い。また、塗布材料ボトル１６そのものを圧縮して送液する構成としても良い。なお塗布材料ボトル１６そのものを圧縮する場合は、塗布材料ボトル１６がシリンジ形状となっているものが望ましい。

なお、三方分岐部７１の各ボトル側に設けた開閉弁７２ａ，７２ｂを開閉制御することで、塗布液と洗浄液の供給の切替を行う。すなわち、開閉弁７２ａを開き、開閉弁７２ｂを閉じることにより塗布液を、また、開閉弁７２ａを閉じ、開閉弁７２ｂを開くことにより洗浄液を、それぞれ塗布ヘッド５に供給する。なお、洗浄剤液ボトル１９には圧縮気体を供給することで塗布ヘッド５内部流路へ送給可能な構成となっている。

以上のように、供給管２１と洗浄液供給管２２ｂを介して洗浄液を塗布ヘッド５に供給できる構成とすることで、塗布ヘッド５内部を自動的に洗浄することも可能にしてある。

なお、塗布ヘッド５の底面は、その表面に対して疎水処理（撥水処理とも言う）を施してあるか、もしくは元来疎水性を有するオリフィスプレートが貼付けられている。そして、塗布ヘッド５の底面は、高い平面度を有する射出口面２４と、当該面以外の領域の全面に渡り平坦な周縁部２３と、射出口面２４の内側には複数の射出口２５を直線状に設けた構成となっている。本実施例で使用する塗布ヘッド５は、射出口面２４とその周縁部２３とは略同一平面であるか、射出口面２４がオリフィスプレートの厚さ（例えば０．２ｍｍ）だけ張出しているものを採用している。

図３に本発明の一実施例となる塗布装置の塗布ヘッドのクリーニング装置１５の配管系統図を、図４に塗布ヘッドのクリーニング装置１５の上面図をそれぞれ示す。クリーニング装置１５は、本体となる充填具３１が設けてある。さらに、充填具３１上面には、塗布ヘッド５の周縁部２３と略同一な外幅Ｗ１を有し周縁部２３に当接して射出口面２４を気密に覆うために配置したパッキン３０が設けてある。また、パッキン３０より内側に開口し材料等を吸引する吸引溝３３と、吸引溝３３に連通し廃液配管５０Ｙａを接続する継手３４とによって構成されている。なお、継手３４とその連通穴の数は、吸引溝３３内部を均一に負圧にさせる流体の挙動に応じて複数配置しても良い。

また、充填具３１は、充填具３１を所定の位置に位置合わせ可能にする嵌合溝３５に沿って矢印４０の方向にスライドして、出し入れ可能に充填具固定ブラケット３２に取付けられている。これにより充填具３１をクリーニング装置１５から取外して、単体で洗浄することが可能となっている。なお、本実施例では充填具３１の出し入れ方向が図４において塗布装置に対して手前奥行方向にて行えるよう構成しているが、本発明ではそれに限定されず塗布装置の使い勝手や装置構成に合わせて決めて良い。

充填具３１の素材については、吸引溝３３を負圧吸引する関係から耐腐食性能を施した軽金属を用いているが、本実施例のように耐腐食性能を施した金属製の補強具３６を吸引溝３３の内周を覆うよう取付ければふっ素ゴム等の可撓性樹脂でも良い。この場合、パッキン３０よりも高い硬度を有したものであるのが望ましい。

廃液配管５０Ｙａは第一集合継手５２Ｙにに接続されている。この第一集合継手５２Ｙには、異なる塗布材料を使用する（カラーの塗布を行う場合４色の塗布材料をそれぞれ使用する）他の塗布装置の上記と同じクリーニング装置からの配管と共に接続されている。廃液配管５０Ｙａの経路内には制御弁５１Ｙａが設けられている。また、第一集合継手の入口側には他の塗布装置からの廃液配管にもそれぞれ制御弁５１Ｙｂ，５１Ｙｃ，５１Ｙｄが設けてある。そして、第一集合継手５２Ｙからの配管は廃液ボトル５３Ｙへと接続されている。また図示していないが、他の廃液配管に対応してそれぞれ廃液ボトルが設けてある。

廃液ボトル５３Ｙの口の近傍には一対の液面センサ５４Ｙが設けられている。ボトル内の廃液が規定の容量以上に達した時、廃液ボトル５３Ｙ内の廃液を処分するように、ＰＣ１８を経由して作業者に指示できるよう構成されている。また、真空発生装置５９に廃液が流出しないように、廃液ボトル５３Ｙと真空配管５５Ｙとの接続部にはフィルタ（図示しない）が設けられている。本実施例において、廃液ボトル５３Ｙを基準として、それより充填具３１側に至る配管系を廃液配管系Ｐ１、同様に真空発生装置５９側に至る配管系を真空配管系Ｐ２と定義する。

なお、本実施例では廃液ボトル５３Ｙの容量は、例えば想定された一作業日当りの塗布装置内の全てのクリーニング装置の駆動回数により設定されている。つまり、一作業日での塗布動作を終えたとき、廃液ボトル５３Ｙの廃液容積が交換が必要な容積となり、若干の余裕が残るように設定されている。その駆動回数の微妙な変動を考慮し、液面センサ５４Ｙは高さ方向に微調整可能な構成となっている。

また、真空発生装置５９の駆動により廃液ボトル５３Ｙ内に飛散する廃液により液面センサ５４Ｙが誤認するのを防止する必要がある。このために、図３では廃液配管系Ｐ１の廃液ボトル５３Ｙ側の端部を廃液ボトル５３Ｙ内側底面に、その端部を塞がない程度の高さを持って配置している。しかし、廃液配管系Ｐ１の端部は、液面センサ５４Ｙよりも少なくとも下側に配置してあればよい。また、真空配管５５Ｙの端部は、廃液ボトル５３Ｙに設けてある液面センサ５４Ｙより上側に位置するように配置して真空発生装置５９側にできるだけ廃液が流れないようにしてある。

真空配管５５Ｙは第二集合継手５７を介して真空発生装置５９に接続されている。この第二集合継手５７には、本塗布装置内の他の異なる材料を使用する塗布ヘッドのクリーニング装置（図示しない）から廃液を溜める廃液ボトルに接続された真空配管がそれぞれ接続されている。真空配管５５Ｙの経路内に廃液制御弁５６Ｙが設けられている。また他の真空配管にも同じように廃液制御弁５６Ｍ，５６Ｃ，５６Ｋが設けてある。第二集合継手５７は、真空発生装置５９に連通され、その真空配管経路内に大気開放弁５８設けられている。

以上により、真空発生装置５９を駆動すると廃液ボトル５３Ｙ内部が負圧となり、その負圧が吸引溝３３に送給される。そして、吸引溝３３が密閉されていればその内部を負圧にすることが可能となる。そして、その途中に配置した真空制御弁群によって所定の廃液ボトルへ、廃液制御弁群によって所定のクリーニング装置へ、負圧を選択的に送給可能となり、また、大気開放弁５８によってその負圧を解除可能となる。

続いて、本発明の一実施例となる塗布装置の動作について説明する。
図７に本発明の一実施例となる塗布装置の塗布動作のフローチャートを示す。まず、塗布装置を起動すると、塗布ヘッド５を保護するために設けてあるヘッド保護装置（図示していない）から取り外す（ステップ１０１）。次に、塗布ヘッド５内部を洗浄剤によって洗浄する（ステップ１０２）。塗布ヘッド５の内部洗浄が完了すると、塗布材料ボトル１６内の材料を塗布ヘッド５内部に吸引、充填する（ステップ１０３）。

ここで、前記ステップ１０２ないしステップ１０３の動作要領を併せて、図５ないし図６を用いて以下説明する。

図５に塗布ヘッドをクリーニング装置の、パッキン頭頂部に当接する寸前の状態を示す。図６に塗布ヘッドをパッキン頭頂部に当接した状態を示す。まず、塗布ヘッド５をクリーニング装置１５の真下に位置するようにＸ軸ステージ１１およびＹ軸ステージ９を移動し、θ軸回転ユニット１３により水平になるよう回転させて位置決めを実施しておく（図１参照）。

次に、塗布ヘッド５をＺ軸駆動モータ４により降下させて、その周縁部２３がパッキン３０の頭頂部に当接させる。つまり、塗布ヘッド５の周縁部２３と充填具３１上面との相対高さｈ１となる位置に達するまで、塗布ヘッド５を第一速度Ｖ１で下降させる。なおこの位置で、パッキン３０と塗布ヘッド５の回転方向の位置ずれをゴニオステージ６を駆動して調整する。

ここで、塗布ヘッド５０がパッキン３０に当接するまでの間に、廃液制御弁５１Ｙａならびに真空制御弁５６Ｙを開き、真空発生装置５９を起動して、廃液ボトル５３Ｙから充填具３１側までの配管系に残留している廃液６０を除去しておく（図３参照）。

相対高さｈ１となった後、塗布ヘッド５の周縁部２３がパッキン３０を押潰して、射出口２４が塗布装置内雰囲気から密閉される位置までさらに塗布ヘッド５を降下させる。すなわち、塗布ヘッド５の周縁部２３と充填具３１との相対高さｈ２となる位置に達するまで、塗布ヘッド５を第二速度Ｖ２に切替えて下降させる。なお、第二速度Ｖ２は第一速度Ｖ１よりも遅い速度となっており、具体的には、第一速度は１０ｍｍ／秒程度であり第二速度はその１／１００〜１／１０００の約０．１ｍｍ／秒以下（０．１〜０．０１ｍｍ／秒）の低速にする。

これで、塗布ヘッド５の射出口２５から空気が侵入する要因を排除することが可能となるが、その理由について以下述べる。

例えば、充填動作を行っても塗布ヘッドの射出不良が改善されず、改善されるまで何度も充填動作を実施せざるを得ないケースがある。本件発明者らは、その原因が充填動作のある特定のプロセスに存在すると仮定し、充填動作の要所毎にその動作を中断しその状態での射出テストを試みた。その結果、射出口面２４（もしくはその周縁部２３）とパッキン３０の頭頂部とが当接してから、射出口面２４が密閉されるまでパッキン３０を押込んだ後の塗布ヘッド５の状態で射出不良が発生する可能性が高いことがわかった。

ここでの射出不良の現象は以下のように説明できる。すなわち、塗布ヘッド５の周縁部２３がパッキン３０を押つぶす時に、吸引溝３３内の空気及び廃液ボトル５３Ｙに到る廃液配管系内Ｐ１の空気が圧縮される。その反動で圧縮された分の空気は塗布ヘッド５の射出口２５内に侵入し、塗布ヘッド５内部に気泡として残留する。その気泡が塗布ヘッド５の射出動作により射出口２５に誘導され、射出動作に巻き込まれた時点で射出不良要因となるのである。なお、この気泡は長時間の充填動作により強制的に除去することは可能であるが、不必要に材料を消耗するのは時間的にもコスト的にも不都合なだけであることは既に述べた通りである。

このようなケースにおいて、本実施例では、射出口面２４（もしくはその周縁部２３）とパッキン３０の頭頂部とが当接してから射出口面２４が密閉されるまでパッキン３０を押込む速度、すなわち第二速度Ｖ２を可能な限り遅くする、具体的には０．１ｍｍ／秒以下とすることで解決した。

また上記現象は、廃液配管系Ｐ１が充分な長さがあり、また廃液ボトル５３Ｙに充分な空き容量があれば、上記圧縮された空気は圧縮性流体としての性質によりその配管系内で許容し、射出口への空気の侵入が緩和される。しかし、廃液配管系内Ｐ１の意図しない領域、最悪の場合では吸引溝３３底部に残留する廃液６０が空気の流入を阻害する抵抗となる。この場合、上記圧縮された空気の量は無視できない量となり、射出口２５内への空気の侵入を促進することになる。

このようなケースにおいて、本実施例では、射出口面２４を密閉する前に、一旦廃液配管系内Ｐ１から廃液６０の如き非圧縮性流体を可能な限り真空発生装置５９によって除去することで解決した。

図６に本発明の一実施例となるクリーニング装置１５の、充填動作を実施するまでの動作概略図を示す。塗布ヘッド５が相対高さｈ２に達した後、塗布ヘッド５の下降を停止し規定の充填時間ｔ１が経過するまで真空発生装置５９を駆動させる。これにより塗布ヘッド５に所望の材料が充填される。

ここで、前述の図２における制御弁７２ａが開いており、制御弁７２ｂが閉じていたら、塗布ヘッド５の射出口２５より塗布材料が矢印群６１方向に吸引され、塗布ヘッド５内部に塗布材料を充填することが可能となり、逆に、制御弁７２ａが閉じており、制御弁７２ｂが開いていたら、塗布ヘッド５内部に洗浄剤が充填され、塗布ヘッド５内部に残存する塗布材料を洗浄剤と共に洗い流すことが可能となる（図２参照）。

充填時間ｔ１経過後、真空発生装置５９を停止させる。その後、廃液配管系内Ｐ１の圧力がほぼ安定するまでの規定の安定化時間ｔ２が経過するまで待つ。なお、この安定化時間ｔ２とは、塗布ヘッド５をその周縁部２４と当接しているパッキン３０から切離すことが可能となるまでに吸引溝３３内の圧力が復元した時の経過時間である。

安定化時間ｔ２経過後、大気開放弁５８を開き、真空配管系Ｐ２および廃液配管系内Ｐ１を大気開放させ、さらに廃液配管系内Ｐ１が塗布装置密閉室（図示しない）内気圧に安定する規定時間の経過後にＺ軸駆動モータ４により塗布ヘッド５を第二速度Ｖ２で上昇させ、相対高さｈ１に達する位置で、塗布ヘッド５を第一速度Ｖ１に切替えて上昇させ、クリーニング装置１５から離す。

以上でステップ１０２ないしステップ１０３の動作は完了する。なお、本実施例では矢印６１の方向へＺ軸駆動モータ４により塗布ヘッド５を移動しパッキン３０に密着させ、もしくは離しているが、充填機構部本体に図示しないＺ軸駆動可能な機構を設けて移動させ、塗布ヘッド５の周縁部２３にパッキン３０を密着させ、もしくは離すようにしても良い。また、充填動作後、塗布装置内に別途設けた例えばブレードによる拭取り機構（図示しない）により、塗布ヘッド５底面に付着した残液を除去しても良い。

塗布ヘッド５内部への材料の充填動作が完了すると、塗布装置は塗布動作前処理の工程に移る（ステップ１０４）。

図８に本発明の一実施例となる塗布装置の塗布動作前工程のフローチャートを示す。まず、塗布装置の吸着テーブル１４上に基板２９が搬入される（ステップ４０１）。基板１７が吸着テーブル１４上に搬入されると、真空発生装置（図示しない）を駆動して吸着テーブル１４に設けた複数の吸着孔に負圧が供給され、基板２９はこの吸引力で吸着テーブル１４上に固定される（ステップ４０２）。その後吸着テーブル１４の下側に設けてあるＹ軸ステージ９，Ｘ軸ステージ１１およびθ軸回転ユニット１３を駆動して位置決めを行う（ステップ４０３）。

以上で塗布動作前処理が終了し、塗布動作を行う（ステップ１０５）。塗布動作が終了すると、塗布装置は塗布動作後処理の工程に移る（ステップ１０６）。

図９に本発明の一実施例となる塗布装置の塗布動作後工程のフローチャートを示す。吸着テーブル１４に負圧を供給している真空発生装置（図示しない）を停止し、吸着テーブル１４内部に残存する負圧を大気開放等で打消す。これにより基板２９の固定を解除し（ステップ６０１）、基板２９を塗布装置の外に搬出（ステップ６０２）する。

上記動作が終了すると、塗布動作を実施した基板すなわち処理基板の枚数が規定枚数に達したかどうかを判定する（ステップ１０７）。ここで規定枚数に達しているときは、前述したクリーニング動作（ステップ１０２）と同様に塗布ヘッド５のクリーニングを実行（ステップ１０９）し、その後、塗布ヘッド５にヘッド保護装置（図示しない）を取付け（ステップ１１０）、塗布装置の塗布動作を終了する。

なお、上記ステップ１０７において、処理基板の枚数が規定枚数に達していないときは、続いて、現状の塗布ヘッド５がクリーニングを行う必要のあるか否かを判定する（ステップ１０８）。

塗布ヘッド５を頻繁に運転と停止とを繰返すと、射出口面２４が次第に乾燥して行き、特定の射出口で塗布材料の固化が進み、射出不能となる現象すなわち目詰りが発生する。本実施例では、クリーニング直後から目詰り発生に到るまでの塗布装置の塗布作業間における、目詰りによる射出不良によって起因する不良基板が発生しない限界の処理枚数に達したか否かを判定基準とする。また、このように規定の処理枚数を判定基準としても良いが、他の手段として例えば、別に設けた塗布ヘッド５の射出状態確認手段（図示しない）を用いて塗布ヘッド５の射出不能となった射出口が規定数を上回ったか否かを判定基準としても良い。また、同様に塗布ヘッド５の一射出口当りの液滴量が規定値を下回ったか否かを判定基準としても良い。

ここで、クリーニングを行う必要のあると判定されたならば、充填動作（ステップ１０３）へ、達していないときは塗布動作前処理の工程（ステップ１０４）へ戻り、前述した動作要領に従って塗布動作を行う。

図７で示した塗布工程では、塗布ヘッド５の内部洗浄を塗布装置起動時、および塗布動作終了時に行うようにしているが、塗布動作終了時に内部洗浄を実施しておき、次回の塗布装置起動時は内部洗浄を実施せず、つまりステップ１０２を省略しても良い。

図１０に本発明の他実施例となる塗布装置本体の概略図を示す。本図は、近年需要が増えつつあるインクジェット法を用いて表面が平坦でない大型基板に所定の色材で幾何学的紋様を印刷する、いわゆる加飾のための大型塗布装置である。なお、このような大型塗布装置であっても単位面積当りの画素数が重要視されてきており、要求される塗布ヘッドの射出精度も、高度な射出精度が要求される図１の如き塗布装置に近づきつつある。

本塗布装置による加飾は以下の手順で実施される。塗布前工程（図示しない）と連通する上流コンベア８２から搬入された大型基板８０を上流コンベア８２表面と同一平面を有する主コンベア８３で受け取り、主コンベア８３平面と平行となるよう塗布ヘッド５を複数取付けた色別の塗布ヘッドユニット５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋによって基板８０表面に色材を塗布し、塗布後工程（図示しない）と連通する下流コンベア８４によって搬出される。なお、各塗布ヘッドユニット内の塗布ヘッド５底面は全て同一平面となるよう取付けてある。

また、上記塗布ヘッドユニット群に対応して同じ数のクリーニングユニット５６Ｙ、５６Ｍ、５６Ｃ、５６Ｋが、塗布ヘッドユニット群と主コンベアとの間の高さ位置に設けられている。それらはクリーニングユニット支持具８６によって一体となって矢印８５に示す如く、大型基板８０の搬送方向８１と垂直に進退可能な構成となっている。なお、各クリーニングユニット内のパッキンの頭頂部は全て同一高さとなるよう取付けてある。

以上により、各塗布ヘッドユニットはあたかも単一の塗布ヘッドと同等の取扱いが可能となっており、また、各クリーニングユニットにおいても同様に単一のクリーニング装置として取扱うことが可能となっている。

本塗布装置に対して本発明を適用した場合、塗布ヘッドが各塗布ヘッドユニット毎に９個配置されている。このため、同数の図２に示す材料供給系を設け、クリーニング装置もこれら一括して充填動作が行えるように、同数の図３ないし図４に示す充填具やその他機具によって構成され、図７のフローチャートにより各種動作を実施することになる。なお、本実施例での充填動作において、個別の塗布ヘッド順に負圧を送給しても良いし、各塗布ヘッドユニット順に塗布ヘッドを一括同時に負圧を送給しても良いし、全塗布ヘッドに対して一括同時に負圧を送給しても良い。

図１１に、本発明の他実施例となる塗布装置に用いるクリーニング装置の、充填動作概略図を示す。本発明は、以下に示す充填動作によっても、塗布ヘッド５に対して高い充填効果を発揮することが可能である。

本図において、５ａは、上昇もしくは下降により規定の高さｈ１に到達した時の塗布ヘッド５である。５ｂは、下降によりパッキン３０を押潰し、規定の高さｈ２に到達した時の塗布ヘッド５であり、点線で表示してある。それ以外の装置構成は前述図３の通りである。また、充填動作直前、すなわち前記ステップ１０２ないしステップ１０３の動作開始直前の状態の塗布ヘッド５は、初期高さｈ０に位置しているものとする。さらに、廃液配管系Ｐ１内に残留している廃液６０（図５参照）は既に除去してあり、大気開放弁５８が閉じているものとする。

本実施例での充填動作は、以下のようになる。まず、塗布ヘッド５が初期高さｈ０に位置している段階で真空発生装置５９を駆動させる。この状態のまま、第一速度Ｖ１で規定の高さｈ１に到達するまで塗布ヘッド５を下降させ、規定の高さｈ１に到達したならば第二速度Ｖ２に切替え、パッキン３０を押潰し、規定の高さｈ２に到達させる。この後、規定の充填時間ｔ１が経過するまで規定の高さｈ２を維持する。

なお、規定の高さｈ２に到達直後、作業の区切りをつけるため真空発生装置を一旦停止しても良い。また、規定の高さｈ１に到達した時点で塗布ヘッド５に充填が行われると定義するなら、充填時間ｔ１から、規定の高さｈ１から規定の高さｈ２へ到達するに要した時間分減じても良い。

そして、充填時間ｔ１経過後、真空発生装置５９を停止させる。その後、廃液配管系Ｐ１内の圧力がほぼ安定するまでの規定の安定化時間ｔ２が経過するまで待機する（前述図６の説明文を参照）。経過後、大気開放弁５８を開き、第二速度Ｖ２で規定の高さｈ１に到達するまで塗布ヘッド５を上昇させる。規定の高さｈ１、すなわち塗布ヘッド５がパッキン３０から離れ始める位置に到達した後に第一速度Ｖ１に切替える。そして、この到達したタイミングで大気開放弁５８を閉じ、真空発生装置５９を再び駆動させる。そして、そのまま塗布ヘッド５を初期高さｈ０に到達させ、真空発生装置５９を停止させる。

ここで、本実施例では真空発生装置５９を再び駆動させるタイミングは、使用する塗布液の物性によって決定する。つまり、塗布液の粘性や表面張力が高ければ、射出口２５へ空気が侵入するのに抗う力が強いため、塗布ヘッド５がパッキン３０から離れ始めたことを確認してから、すなわち離れ始めた直後で良い。逆に、低ければ、射出口２５へ空気が侵入するのに抗う力が弱いため、塗布ヘッド５がパッキン３０から離れ始める時間を見計らって、すなわち離れ始める直前が良い。また、いずれの条件においても、塗布ヘッド５がパッキン３０から離れ始めたと同時であっても良い。

なお、初期高さｈ０は、塗布動作時に維持していた塗布ヘッド５の高さ状態のまま、充填機構部に平行移動した時の、充填具３１上面と塗布ヘッド５底面との高さ差である。また同時に、充填動作終了後、そのまま平行移動すれば基板２９（本図では図示していない）と規定の基板間ギャップ（ステップ１０５を参照）を形成し、このまま塗布動作が可能な高さ差でもある。よって、本実施例での充填機構部は、初期高さｈ１が少なくとも、初期高さｈ０よりも小さい高さ差を形成するよう取付け位置を調整してある。

以上により、塗布ヘッド５の射出口２５から空気が侵入する要因を、より的確に排除することが可能となるが、その理由について以下述べる。

前述の通り、本発明者らは、塗布ヘッドの射出テストの結果、射出口面２４（もしくはその周縁部２３）とパッキン３０の頭頂部とが当接してから射出口面２４が密閉されるまでパッキン３０を押潰した後の塗布ヘッド５の状態で射出不良が発生する可能性が高いことを実験により明らかにしている。

しかしながら、充填動作を終えるためにパッキン３０から塗布ヘッド５が離れ始めたタイミングにおいても同様の問題があることが後にわかった。塗布ヘッド５が規定の高さｈ２から規定の高さｈ１まで上昇する際、廃液配管系Ｐ１内にはわずかな負圧が発生している。ここで、パッキン３０から離れ始めたタイミングにおいて、充填機構部外からの外気が微量ではあるが瞬間的に、その塗布ヘッド５とパッキン３０とによる開いた僅かな隙間へ流入する。この瞬間的な外気の流入により、塗布ヘッド５の射出口２５へ、その外気が侵入し、気泡となる場合がある。ここで、塗布ヘッド５が使用している塗布液の粘性係数が小さい程その侵入する可能性は高くなる。

なお、図１０記載の塗布装置において、高い色彩グラデーションを実現することを目的に、通常よりも顔料配合率の低い（すなわち薄色の）色材で、大型基板８０内の所定の同一領域に対して所定回数繰り返し塗布を実施する、いわゆる重ね塗りにより加飾する塗布方法がある。この場合、通常よりも粘性係数が低い色材を用いることになり、上記による影響は大きい。一般的に、高耐久性で理想的な画質が得られるように、図１０で用いる色材は顔料系インクが用いられる。このインクは高濃度であり、粘性係数が高い。このように、同じ色においてもその塗布方法に応じて使い分けることが今後、必要となりつつある。

このようなケースにおいて、本実施例では、パッキン３０（もしくは充填具３１）から離れ始めるタイミングで、一旦負圧を発生させることとした。これによって、前述した瞬間的な外気の流入が、吸引溝を含む廃液配管系Ｐ１側へと誘導されるため、塗布ヘッド５の射出口２５への空気の侵入を防止することが可能となる。なお、ここでの真空発生装置５９からの負圧は、充填動作時と同等の負圧としても良いし、射出口２５内の塗布液が流出しない程度の負圧としても良い。なお、使用する塗布液（図１０の説明文における色材など）の物性に応じてそのタイミングを適宜変更しても良いのは前述の通りである。

また、その一方で、現在、図１ないし図１０に示す塗布装置のさらなるコンパクト化、そして、充填機構部に速やかに負圧を供給可能とする目的での配管系の短縮化が推進されつつある。これによって、パッキン３０を押潰すことによって形成される、塗布ヘッド５底面と吸引溝とによって構成された空間を含む廃液配管系Ｐ１の容積が、前実施例と比較して一層小さくなることが考えられる。この場合、パッキン３０を押潰した時に発生した圧縮作用が廃液配管系Ｐ１内（なお、左記に加え、使用する塗布液と射出口２５とが形成する表面張力も関与している）で許容できなくなり、塗布ヘッド５の射出口２５への空気の侵入が容易となってしまう。

このようなケースにおいて、本実施例では、塗布ヘッド５内部に残留する塗布液を吸引しながら充填動作に移行することとした。これによって、廃液配管系Ｐ１内の容積に関係なく、また塗布液の表面張力や粘性を圧縮作用に抗う力として依存することなく、負圧状態でパッキン３０を押潰すことから、塗布ヘッド５の射出口２５への空気の侵入を防止することが可能となる。なお、ここでの真空発生装置５９からの負圧は、充填動作時と同等の負圧としても良いし、射出口２５内の塗布液が流出しない程度の負圧としても良い。またその際、パッキン３０を押潰した容積分だけ吸引可能な負圧とするとなお良い。

本実施例と前実施例はいずれも、塗布ヘッド５を下降させ充填時間ｔ１経過させるフェイズと、それ以降の、塗布ヘッドを上昇させるフェイズとに作業を分割することが可能である。よって、塗布ヘッド５のクリーニングを実施する際、前述した塗布装置の規模や使用する塗布液の物性に応じて、それぞれ適宜に組合せて実施しても良い。

本発明の一実施例となる塗布装置本体の概略図である。 塗布ヘッド底面と塗布材料供給配管系の概略図である。 塗布ヘッドのクリーニング装置の概略断面図である。 塗布ヘッドのクリーニング装置の上面図である。 充填機構部の動作概略図である。 面清掃機構部の動作概略図である。 塗布動作のフローチャートである。 塗布動作前工程のフローチャートである。 塗布動作後工程のフローチャートである。 本発明の他の実施例である大型の塗布装置の概略図である。 本発明の他の実施例のクリーニング装置の充填動作の概略を示した図である。

符号の説明

１…架台、２…門型フレーム、３…Ｚ軸ステージ３、４…Ｚ軸駆動モータ４、５…塗布ヘッド、６…ゴニオステージ、７…ヘッドブラケット、８…塗布ヘッド制御部、９…Ｙ軸ステージ、１０…Ｙ軸駆動モータ、１１…Ｘ軸ステージ、１２…Ｘ軸駆動モータ、１３…θ軸回転ユニット、１４…吸着プレート、１５…クリーニング装置、１６…塗布材料ボトル、１７…ボトルホルダ、１９…洗浄液ボトル、１８…ＰＣ、２９…基板、２０…塗布ヘッド５の供給口、２１…供給管、２３…塗布ヘッドの周縁部、２４…塗布ヘッドの射出口面、２５…射出口、７１…三方分岐部、７２ａ…塗布材料の開閉弁、７２ｂ…洗浄液の開閉弁、３０…パッキン、３１…充填具、３２…充填具固定ブラケット、３３…充填具内部の溝、４０…充填具を出し入れするスライド方向、３６…溝内周に設ける金属製の補強具、５０Ｙａ…廃液配管、５１Ｙａ、５１Ｙｂ、５１Ｙｃ、５１Ｙｄ…制御弁、５２Ｙ…第一集合継手、５３Ｙ…廃液ボトル、５４Ｙ…液面センサ、５５Ｙ…真空配管、５６Ｙ、５６Ｍ、５６Ｃ、５６Ｋ…廃液制御弁、５７…第二集合継手、５８…大気開放弁、５９…真空発生装置。

Claims (2)

1. 液体状の材料を射出するための複数の射出口を備え、前記射出口毎に射出圧を発生する駆動機構を備えた塗布ヘッドと、前記塗布ヘッド内部への塗布液の充填とヘッド内部を洗浄するためのクリーニング機構部を備え、前記クリーニング機構部が吸引溝と、前記吸引溝から廃液ボトルに連通する配管と、前記塗布ヘッドの底面と前記吸引溝とで構成される空間を密閉するパッキンとを備え、前記塗布ヘッドを前記パッキンに当接するまでの移動速度に対して、前記パッキンに当接してから所定量パッキンを潰すまでの移動速度を遅くすることで、塗布ヘッドの射出口内に空気が侵入しないようしたことを特徴とする塗布装置。
2. 請求項１に記載の塗布装置において、前記パッキンと当接してから所定量まで押潰す速度を０．１ｍｍ／秒〜０．０１ｍｍ／秒にすることを特徴とする塗布装置。

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