(57)【要約】    【課題】  オリフィスに液体を供給する供給流路内の気泡による液滴の吐出不安定性を防止すること。    【解決手段】  圧電素子２６の超音波振動を増幅する固体ホーン２２の内部に、供給経路９と回収経路１０が設けられており、チャンバ１４で接続するようにした。そして、供給経路９、チャンバ１４にある気泡を液体とともに回収ポンプ１２で取り除いた後に、液滴の吐出を行うようにした。また供給容器５の液体をノズル１に供給する供給経路９に脱気モジュール７を設置し、液体中に溶け込んだ溶存気体の除去を行うようにした。    【効果】  供給流路内の気泡の除去と、供給流路内での気泡発生を防止が可能となり、液滴の吐出が安定化できる。    【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オリフィスプレートを超音波振動により加振し、オリフィスから液体を吐出する超音波塗布装置において、
超音波振動を発生させる加振手段と、その超音波振動を増幅させ、増幅した超音波振動をオリフィスプレートに伝達する振動伝達手段と、オリフィスの位置に所定量の液を溜めるチャンバを振動伝達手段とオリフィスプレートとで形成し、振動伝達手段内に液体を前記チャンバに供給する液体供給路と、前記チャンバの液体を回収する液体回収路を有することを特徴とする超音波塗布装置。
【請求項２】
請求項1に記載の超音波塗布装置において、
前記振動伝達手段は、断面積が異なる複数の固体ホーンを軸方向に組合せて形成され、前記固体ホーンの前端部に液体を吐出するオリフィスを有するオリフィスプレートが設けてあり、後端部側の固体ホーンには前記加振手段が設けられており、各固体ホーンには前記液体供給路と前記液体回収路が設けてあり、各経路は液体供給手段と液体回収手段とに接続されていることを特徴とする超音波塗布装置。
【請求項３】
塗布する液体を貯蔵する貯蔵容器と、貯蔵容器内の液体が供給され所定量だけ保持する供給容器と、前記供給容器から供給配管を経由してノズルに塗布する液体を供給して、ノズルに設けた超音波振動を発生させて液体を吐出する超音波塗布装置において、
前記液体供給配管途中に液体の溶存気体を脱気する脱気手段を設けたことを特徴とする超音波塗布装置。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波塗布装置において、
前記ノズルが、超音波振動を発生させる加振手段と、その超音波振動を増幅させ、増幅した超音波振動をオリフィスプレートに伝達する振動伝達手段と、オリフィスプレートと振動伝達手段との間に所定量の液を溜めるチャンバを設け、液体を前記チャンバに供給する液体供給路と、前記チャンバの液体を回収する液体回収路とを有することを特徴とする超音波塗布装置。
【請求項５】
請求項４に記載の超音波塗布装置において、
前記ノズルの液体供給路が前記供給配管に接続され、前記液体回収路は、前記貯蔵容器に接続された回収配管に接続してあることを特徴とする超音波塗布装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波振動を利用してオリフィスより液滴を吐出し、記録パターンを描画する超音波塗布装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波振動を用いて液滴を塗布する従来技術としては、特許文献１に記載のものがある。これは、超音波振動を増幅するための固体ホーンからなり、固体ホーンの中心部に液体供給路が設けられ、その先端にオリフィスを有し、かつ、オリフィス周囲から空気を噴出してエアーカーテンを形成し、噴霧範囲を規定する構成としたものである。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２１５６１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記液体塗布装置では、外部からの衝撃や液体の揮発等によりオリフィスのメニスカスが後退し、オリフィスより供給経路内に気泡が混入する。このように供給流路内に気泡が混入すると、オリフィスによる超音波振動が液体に十分伝達されないため、吐出量の減少や吐出ができなくなる問題があった。
【０００５】
上記従来技術では、オリフィスへ液体を供給する供給流路しかないために、気泡の除去は、供給経路に接続した液体の圧送手段により液体と共に気泡をオリフィスより排出する必要があり、その排出液の回収作業を行う必要があった。また気泡排出に伴う排出液を廃液として処理することがコストの面で問題となっていた。
【０００６】
本発明は、オリフィスに供給される気泡の混入している可能性の高い液体をオリフィスに供給せずに回収することにより気泡を効率よく排出し、使用する液体の消費量を低減できる超音波塗布装置を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、液体を吐出するノズル部を、超音波振動を発生させる加振手段と、その超音波振動を増幅させ、増幅した超音波振動をオリフィスプレートに伝達する固体ホーンと、固体ホーン先端側に固体ホーンとオリフィスプレートで液体を貯留するチャンバを形成し、前記チャンバに液体を供給する液体供給路と液体を回収する液体回収路とを固体ホーン内に形成して成り、液体供給容器から供給配管を経由して前記ノズルの液体給路に液体を供給し、前記液体回収路に液体回収配管を経由して液体貯蔵容器に液体を回収するように構成した。
【０００８】
また、ノズルに液体を供給する供給配管途中に脱気モジュールを設けて供給する液体中に含有する気泡を脱泡する構成としてある。
【発明の効果】
【０００９】
オリフィスの手前に設けたチャンバおよび供給経路の液体をポンプ等の吸引手段により吸引した後に、液体の吐出を開始するため、気泡の影響を受けない安定した液体の吐出を行うことが可能となる。また、気泡の除去作業に要する液体を回収し、再利用する流路構成となっているので、廃液の処理が必要なくなる。また供給経路に脱気モジュールを設けることにより、流路内での気泡の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を用いて本発明を説明する。
【００１１】
図２に本発明の超音波塗布装置の全体構成を示す。
【００１２】
本発明の液体の供給および回収経路を、図２を用いて説明する。まず液体の供給手段について説明する。液体を収めた貯蔵容器２から、液体を液体供給配管４に設けた供給ポンプ３を用いて吸上げ、フィルタ６を通して供給容器５へ供給する。なお、供給容器５には、液面高さを管理する液面センサ１３が設けてあり、液面レベルが所定より低下したときにのみ供給ポンプ３を運転するようになっている。そのため供給容器５の液面レベルは常に所定の範囲で管理することが可能である。このように供給容器５の液レベルを一定になるように管理することで、液体中に気泡の混入を低減している。
【００１３】
供給容器５に溜められた液体は、後述する供給配管９を経由してノズル１の液体供給路からオリフィスに供給される。この供給配管９の途中には液体中に溶け込んだ溶存気体を除去するための脱気手段である脱気モジュール７が設置されている。脱気モジュール７は中空糸透過膜で構成されており、内部に供給液体を流した状態で脱気モジュール７に設けてある真空ポンプ８を駆動することで、中空糸透過膜の外側を真空状態にし、中空糸透過膜を通して供給液体内の溶存空気を真空側に排出している。次に液体の回収手段について説明する。ノズル１の液体回収路に接続された回収配管１０には、ノズル１内の液体の循環を制御するための電磁バルブ１１と、貯蔵容器２に吸引回収するための回収ポンプ１２が設けてある。
【００１４】
次に液体を吐出するノズル１について図１を用いて説明する。図１はノズルの断面図を示したものである。ノズル１は、加振手段である電気信号を振動に変換する圧電素子２６、２７と、その振動を増幅してオリフィスプレート２０に伝達する振動伝達手段である断面積の異なる固体ホーン２１、２２、２３と、固体ホーン２３の後端部には液体供給路９ａと供給配管９とを接続する供給路側継手３１と、液体回収路１０ａと回収配管１０とを接続する回収路側継手３２とが設けてあり、固体ホーン２１の先端部には液体の吐出孔であるオリフィス１９を有するオリフィスプレート２０が設けてある。
【００１５】
固体ホーン２１、２２、２３は、直径の異なる３つの円柱を軸方向に組み合わせた段付き形状で、ステンレス製である。また各固体ホーン２１、２２、２３には液体供給路９ａと液体回収路１０ａの２つの流路が設けられ、この流路は各個体ホーン２１、２２、２３を連通するように組み合わされている。
【００１６】
固体ホーン２１前部の端面には、略中央にオリフィス１９（液体吐出口）を設けたオリフィスプレート２０が取り付けられている。固体ホーン２１のオリフィスプレート側には吐出する液体を所定量滞留するチャンバ１４が設けてあり、このチャンバ１４に液体供給路９ａと液体回収路１０ａが連通している。
【００１７】
また固体ホーン２３後部には圧電素子２６、２７を固体ホーン２２の端面とナット３０との間に固定するためのおねじ２５が設けられている。圧電素子２６と圧電素子２７の間には電極２８が、固体ホーン２２と圧電素子２６の間には電極２９が設けてあり、この２つの電極間に駆動回路４０で発生した電気信号を送信することで、圧電素子２６、２７が駆動され、電気信号に応じた振動を発生する。その振動は、固体ホーン２２と固体ホーン前部２１で増幅され、オリフィスプレート２０に振動を伝達する。
【００１８】
このように、固体ホーンを３段階に分割することで、固体ホーン２３と固体ホーン２２間に圧電素子を固定することができ、固体ホーン２２が圧電素子で発生した振動を受けることができる。さらにオリフィス側に固体ホーン２２に比べて径の小さい固体ホーン２１を設けることで、圧電素子で発生した振動を増幅してオリフィスに伝達することができるので、固体ホーン２２と固体ホーン２１の径の比を選定することで、圧電素子で発生する力が小さくても所定の吐出力を得ることが可能となる。
【００１９】
前述のように、各固体ホーン２１、２２、２３内部には、液体供給路９ａと液体回収路１０ａが各固体ホーンを連通して設けられている。そして、固体ホーン２１の先端部に液体供給路９ａと液体回収路１０ａとを結び所定の容積のチャンバ１４が設けてある。このチャンバ１４は、固体ホーン２１の先端に設けた凹部を、オリフィス１９を備えたオリフィスプレート２０で覆うことで形成される。オリフィス１９は、φ０．０８ｍｍの大きさであり、オリフィスプレート２０が振動することでチャンバ１４内に発生した圧力でオリフィス１９から液体を吐出することができる。なおオリフィスプレート２０は板厚０．０５ｍｍのステンレスプレートで形成され、オリフィス１９はこの板をエッチングにより加工することで形成される。
【００２０】
上記のように、本発明ではノズル１に液体回収路１０ａを設け回収配管１０を経由して液体貯蔵容器２に液体を回収すると共に、ノズル１に液体を供給する供給配管９中に脱気モジュール７を設けることでノズル１の液体供給路９ａ中の液体、及び吐出する液体中に気泡の混入がなくなり、液体の吐出精度が向上し、安定して液体の塗布が行えると共に、不要な液体を回収・再利用することで塗布液の消費量を低減することができる。
【００２１】
次に、超音波塗布装置を駆動制御するための制御部の構成について図３を用いて説明する。ＣＰＵ５０は、本実施例の超音波塗布装置の制御を司る中央演算処理装置である。ＲＯＭ５１は、ＣＰＵ５０が動作するのに必要なプログラムや制御データを記憶する読み出し専用のメモリである。ＲＡＭ５２は、プログラム実行中にＣＰＵ５０が扱うデータ等を一時的に記憶する書き換え可能なメモリである。バスライン５３は、ＣＰＵ５０からのデータ、アドレス信号、コントロール信号すべてを含む信号ラインである。インターフェース回路５７は、データ、アドレス信号、コントロール信号の入出力及び塗布条件等のデータ変更を入力する外部の他のコンピュータを仲介する。ポンプ制御回路５４は、供給ポンプ３、真空ポンプ８、回収ポンプ１２の駆動制御を行う。電磁弁制御回路５５は、電磁弁１１の開閉の動作制御を行う。液面制御回路５６は、液面センサ１３により、供給容器５の液面レベルの制御を行う。
【００２２】
ノズル１の駆動信号を生成する駆動回路４０は、正弦波信号を発生するパルスジェネレータ４１、正弦波信号の波数を任意に制御する波数コントローラ４２、正弦波信号を増幅するアンプリファイア４３からなる。ここで、駆動回路４０の信号について図４を用いて説明する。パルスジェネレータ４１では、正弦波信号６１を発生し、波数コントローラ４２に入力する。波数コントローラ４２の出力信号６３は、ＣＰＵ５０からの吐出制御信号６２のパルス出力時間Ｔ１だけ、入力された正弦波信号６１を出力したものである。吐出制御信号６２は、記録パターンに応じてパルス出力時間Ｔ１およびその発生タイミングを設定変更し、１周期の分解能で駆動信号を生成することができる。アンプリファイア４３の出力信号６４は、波数コントローラ４２より出力された電圧Ｖ１の信号を増幅したものである。増幅の大きさは、ＣＰＵ５０より任意に設定可能である。なお本実施例では、正弦波の周波数を１５９ｋＨｚ、電圧Ｖ１を０〜４Ｖｐｐで行った。ノズル１の駆動電圧Ｖ２は、電圧Ｖ１をアンプリファイア４３で最大５０倍に増幅できる。
【００２３】
次に超音波塗布装置の動作方法について図５を用いて説明する。まずステップ１００で液体回収配管１０にある回収ポンプ１２を駆動させる。次にステップ１１０で脱気モジュール７に接続された真空ポンプ８を駆動させる。ステップ１２０で液体回収配管１０に設けた電磁弁１１を開く。このとき、液体供給配管９及び液体供給路９ａ、チャンバ１４内にある気泡が液体と共に回収ポンプ１２の負圧により吸引され、液体回収路１０ａ、回収配管１０を通して貯蔵容器２に戻される。回収ポンプ１２の動作は、供給配管９、液体供給路９ａと液体回収路１０ａ、回収配管１０に供給容器５の液体が供給されるまで続けられる（ステップ１３０）。所定時間経過後（本実施例では約1分）、ステップ１４０で電磁弁１１が閉じ、ステップ１５０で回収ポンプ１２を停止させ、供給配管９、液体供給路９ａと液体回収路１０ａ、回収配管１０での液体の循環を停止する。ステップ１６０において、ノズル１への駆動信号を印加し、圧電素子を駆動して液体の吐出を行うようにしている。以上の動作のように、供給配管９及び液体供給路９ａ、チャンバ１４にある気泡を液体と共に回収ポンプ１２で取り除いた後に行うので、液体の吐出は気泡の影響を受けず、安定して行うことが可能となる。また、気泡の除去作業に要する液体を回収し、再利用する流路構成となっているので、廃液の処理が必要ない。
【００２４】
以上のように本実施例では、ノズル１からの液体の回収を、塗布開始前に行うことで説明した。しかし、供給配管９側にも電磁弁（図示せず）を設けて、塗布終了後供給配管側の電磁弁を閉じ、回収配管側の電磁弁１１を開きポンプ１２を駆動することでノズル１内の液体を貯蔵容器２に回収する構成とすることで長期間塗布を行わない場合に、塗布液の固化によるノズルのつまりを防止することができる。また粘性の高い塗布液を用いる場合にも、上記の構成として、所定量の塗布を行うたびにノズルより塗布液の回収及び清掃を行うことでノズルのつまりを防止し、塗布不良を防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施例である超音波塗布装置の液滴を形成するノズルの構成図である。
【図２】本発明の一実施例である超音波塗布装置の液体の供給経路および回収経路の構成図である。
【図３】本発明の一実施例である超音波塗布装置を駆動制御するための回路構成図である。
【図４】本発明の一実施例である超音波塗布装置のノズル駆動信号を示す図である。
【図５】本発明の一実施例である超音波塗布装置の装置立ち上げ時の駆動方法示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００２６】
１…ノズル、２…貯蔵容器、３…供給ポンプ、５…供給容器、７…脱気モジュール、９…供給経路、１０…回収経路、１２…回収ポンプ、１４…チャンバ、１９…オリフィス、２０…オリフィスプレート、２１…固体ホーン前部、２２…固体ホーン、２３…固体ホーン後部、２６…圧電素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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