(57)【要約】【課題】被対象物のテーパー部に対して、テーパー部全体にインクを均一に薄く塗布すること。【解決手段】上記目的を達成するために、ノズルからインクを吐出させるインク吐出工程と、上記インク吐出工程で吐出させたインクを複数の液滴に分離させ、被対象物に着弾させるインク塗布工程と、を含み、上記分離された液滴は、上記被対象物の異なる位置に着弾させる液滴塗布方法を用いる。また、インクを塗布する塗布ヘッドと、被対象物を保持する保持部と、上記インク塗布部と前記被対象物とを相対移動させる移動部と、上記塗布ヘッドと上記被対象物との距離と、上記被対象物と塗布ヘッドとの相対移動速度と、を調整して上記被対象物の凸部に上記インクを塗布する制御をする制御部と、を有する液滴塗布装置を用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルからインクを吐出させるインク吐出工程と、
前記インク吐出工程で吐出させた一塊のインクを複数の液滴に分離させ、被対象物に着弾させるインク塗布工程と、を含み、
前記分離された液滴は、前記被対象物の異なる位置に着弾させる液滴塗布方法。
【請求項２】
前記被対象物は、凸部を有し、前記凸部の傾斜面に対して液滴塗布を行う請求項１記載の液滴塗布方法。
【請求項３】
前記分離された複数の液滴において、
前記被対象物側の液滴は、前記凸部の傾斜面の底部に着弾し、
前記ノズル側の液滴は、前記凸部の傾斜面の頂部に着弾する請求項２記載の液滴塗布方法。
【請求項４】
前記ノズルに、前記一塊のインクを吐出させる吐出電圧では、複数回印加電圧を印加する
請求項１〜３のいずれか１項に記載の液滴塗布方法。
【請求項５】
インクを塗布する塗布ヘッドと、
被対象物を保持する保持部と、
前記インク塗布部と前記被対象物とを相対移動させる移動部と、
前記塗布ヘッドから吐出される一塊の前記インクを複数の液滴に分離する制御をする制御部と、
を有する液滴塗布装置。
【請求項６】
前記制御は、前記一塊のインクを吐出させる吐出電圧として、複数回印加電圧を印加する
請求項５に記載の液滴塗布装置。
【請求項７】
前記制御部は、さらに、前記塗布ヘッドと前記被対象物との距離に従い、前記被対象物と塗布ヘッドとの相対移動速度を調整して、前記被対象物の凸部の傾斜面に前記インクを塗布する請求項５または６記載の液滴塗布装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットの塗布方法に関するものである。特に、凸形状を有する被対象物において、凸部のテーパー部にインクを塗布する液滴塗布方法と液滴塗布装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェットによる塗布方法は、記録用紙に画像などを形成するだけでなく、有機ＥＬ素子、配向膜、カラーフィルタ等、デバイス作製にも広く利用されつつある。インクジェットを用いることで、デバイス上にパターンを直接形成できるため低コストかつ簡易的にデバイスを作製することが可能である。
【０００３】
インクジェットによる塗布方法は、インクジェット装置の塗布ヘッドに備えられた複数のノズルから所定量のインクを各ノズル直下に吐出させて塗布を行われる。よって、垂直面への塗布は困難である。そのためインクジェットによる塗布は、ほとんど平面形状の対象物に限られている。しかしながら、立体形状の側面部に対して所定のパターンの塗布が要求されるデバイスがある。これらのデバイスにおいて、インクジェットによる塗布が可能であれば、生産性や品質の向上を図ることができる。
【０００４】
通常、インクジェットによって凸形状を有する被対象物のテーパー部にインクを均一に薄く塗布する場合、図５（ａ）に示すように、インクジェット装置の塗布ヘッド１１の各ノズルからテーパー部２０を狙ってインク１２を吐出させて塗布を行う。このとき、被対象物１３のテーパー部２０の角度が大きいと、図５（ｂ）に示すように被対象物１３のテーパー部２０にインク１２が着弾するが、液滴１８の自重によりテーパー部２０に着弾されたインク１２は図５（ｃ）に示すように底部に流動し底部にインク溜まり１４が形成される。また、塗布ヘッド１１から吐出させるインク１２を小さくした場合、テーパー部２０に着弾されるインク量が少なくなり、必要なパターンの形成が出来ない。
【０００５】
これを解決する特許文献１の方法を図６（ａ）で説明する。特許文献１においてはインクジェットによって、矩形の被対象物１３のテーパー部２０に対してインク１２を塗布する方法として、インクジェットの塗布ヘッドを斜め上方に設置して被対象物１３のテーパー部２０を狙って斜めからインク１２を吐出させることで被対象物１３のテーパー部２０にインク１２を塗布することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２６３０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１記載されているインクジェットの塗布方法においては、この時、図６（ｂ）に示すように、テーパー部２０に着弾されたインク１２の一部はテーパー部２０に残るもののインク１２の自重によって、図６（ｃ）に示すように多くのインク１２は底部に流動し底部にインク溜まり１４が形成される。テーパー部２０全体をインク１２で覆う場合、吐出させるインク１２を多くして液滴を吐出させる必要がある。この場合、テーパー部２０を厚いインク１２の層によって完全に覆ってしまうような状態になり、テーパー部２０に対して薄く均一に塗布することが出来ない。
【０００８】
塗布ヘッドからと吐出させるインク１２の液滴を小さくしてテーパー部２０に対して、薄く均一に塗布しようとしても、テーパー部２０に着弾されるインク１２の量が少なくなり、テーパー部２０全体にインク１２を塗布することができない。
【０００９】
また、インクジェットの塗布ヘッド１１を斜め上方において、インク１２の液滴を斜め方向に吐出させるため、被対象物１３のテーパー部２０の位置に適切に着弾させるのが難しい。
【００１０】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、インクジェット装置によってテーパー形状を有する被対象物のテーパー部に、薄く均一にインクを塗布する液滴塗布方法と液滴塗布装置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】
【００１１】
上記目的を達成するために、ノズルからインクを吐出させるインク吐出工程と、上記インク吐出工程で吐出させたインクを複数の液滴に分離させ、被対象物に着弾させるインク塗布工程と、を含み、上記分離された液滴は、上記被対象物の異なる位置に着弾させる液滴塗布方法を用いる。
【００１２】
インクを塗布する塗布ヘッドと、被対象物を保持する保持部と、上記インク塗布部と上記被対象物とを相対移動させる移動部と、
上記塗布ヘッドから吐出される上記インクを複数の液滴に分離する制御をする制御部と、
を有する液滴塗布装置を用いる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のインクジェットの塗布方法によれば、インクを複数に小さく分離させてインクを吐出させるため、被対象物の凸形状のテーパー部に対してインクを着弾させたとき、テーパー部の高さ方向に対して分離した各インクの着弾位置がずれて着弾される。小さく分離したインクがテーパー部全体に着弾されるため、テーパー部に薄く金一にインクが塗布されることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）から（ｄ）は、本発明における塗布ヘッドからインクの液滴を吐出するインク吐出工程を示した図
【図２】（ａ）従来の吐出電圧を示す図、（ｂ）〜（ｄ）実施の形態の吐出電圧を示す図
【図３】本発明の実施の形態におけるインクジェットの塗布状態を示した図
【図４】（ａ）から（ｄ）は、本発明の実施の形態におけるインクジェットの塗布工程を示した図
【図５】（ａ）〜（ｃ）従来のインクジェットによる塗布方法を示した図
【図６】（ａ）〜（ｃ）特許文献１に記載されたインクジェットの塗布方法を示した図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
（実施の形態）
＜インク吐出工程＞
図１（ａ）〜図１（ｄ）は、インクジェット装置の塗布ヘッド１１において、ノズル１５からインク１６を吐出させる時の断面図である。
【００１７】
ノズル１５からインク１６を吐出させる前のインク状態は、図１（ａ）に示すように、ノズル１５内でメニスカスを形成している。
【００１８】
次に、インク１６を吐出させるために、各々のノズル１５に吐出電圧（吐出波形）を印加すると、図１（ｂ）に示すようにインク１６がノズル１５から徐々に押し出されてインク１６がノズル１５の下面から出てくる。さらに時間が経過すると、図１（ｃ）に示すように、ノズル１５からインク１６が突出するように細長い液柱１７（一塊のインク）を形成する。
【００１９】
液柱１７の先端部には、吐出方向への慣性力が働いているため、液柱１７のノズル１５の下面に近い根元の部分が切り離される。その後、図１（ｄ）に示すように複数の液滴１８となって吐出方向に向かって液滴１８が吐出され、再びノズル１５の下面にはメニスカスが形成される（図１（ａ））。
【００２０】
ノズル１５に吐出電圧を印加し、図１（ｃ）に示すような液柱１７を形成した後、液柱１７が切り離されて液滴１８としてインク１６が吐出する。
【００２１】
実施の形態においては、図１（ｃ）〜図１（ｄ）の工程において、所定の液滴１８に分離させることが重要である。そのために、凸形状を有する被対象物のテーパー部２０に対して、吐出させるインク１６の種類ごとに、必要とされる塗量の調整する必要がある。
【００２２】
＜調整方法＞
調整方法としては、各々のノズル１５に印加する吐出電圧（吐出波形）を調整する。液滴１８の分割を多くするためには、図１（ｃ）での液柱１７の長さを長くする方向で調整すればよい。
【００２３】
（１）各々のノズル１５に印加する印加電圧を高くすることで液柱１７の長さを長くする方法がある。図２（ａ）は、従来の吐出電圧である。図２（ｂ）は、液柱１７の長さを長くするために、印加電圧を高くした場合の吐出電圧である。
【００２４】
この吐出電圧で、液柱１７の長さを長くして、液柱１７を液滴１８に分離し、分離した状態で液滴１８を被塗布物へ塗布する。液滴１８が再結合する前に塗布する。
【００２５】
（２）インク１６の粘度を調整してインク１６を高粘度にして液柱１７の長さと吐出電圧の高圧化を図る方法がある。
【００２６】
（３）電圧の波形自体を調整して、１回の吐出波形の中で、パルス波形の電圧を小さくしながら、図１（ａ）〜図１（ｄ）を複数回繰り返す電圧波形を適用しても良い。
【００２７】
この場合の吐出電圧を図２（ｃ）に示す。図２（ａ）の従来の場合と比較して、１つのサイクルに複数のサイクルがある。複数回印加電圧をかけている。さらに、図２（ｄ）のように、印加電圧を段階的に下げて行くことが好ましい。このことで、ノズルから出る液滴１８の速度を、後の液滴１８ほど遅くする。また、分離した液滴１８が合体しないようにしている。
【００２８】
＜インク塗布工程＞
図３は、インクジェット装置の塗布ヘッド１１から、複数に分離したインク１６の液滴１８を、凸形状を有する被対象物１３の傾斜面２０に着弾させるときの状態を示した図である。塗布ヘッド１１は固定しており、被対象物１３を固定しているステージを動作させながら、被対象物１３に対してインクの塗布を行う事例を示す。
【００２９】
＜事前計算＞
塗布ヘッド１１から分離されて吐出される液滴１８において、液滴の吐出速度Ｖ１，Ｖ２をあらかじめ計測しておく。塗布ヘッド１１から分離された液滴１８において、被対象物１３に一番近い液滴１８が傾斜面２０の根元に着弾され、被対象物１３に一番遠い液滴１８が被対象物１３のテーパー部の頂部２１の位置に来るように、液滴１８の吐出速度とステージとの速度、塗布ヘッドと被対象物との距離を調整する。
【００３０】
塗布ヘッド１１と被対象物１３との高さＨ、被対象物１３の傾斜面２０の高さ方向の距離ｈ、傾斜面２０の横方向の距離をＬ、塗布ヘッド１１から吐出されて被対象物１３に一番近い液滴１８の吐出速度Ｖ１、一番遠い液滴１８（塗布ヘッドに一番近い液滴１８）の吐出速度Ｖ２、被対象物１３を固定しているステージの速度Ｖとした時、ステージの速度Ｖは、下記式１の条件を満たすように調整すればよい。
【００３１】
Ｖ＝Ｌ×Ｖ１×Ｖ２／（Ｖ１×（Ｈ−ｈ）−Ｖ２×Ｈ）・・・（式１）
なお、上記式は、まず、塗布ヘッド１１から吐出されて被対象物１３に一番近い液滴１８の吐出速度Ｖ１が被対象物の底部に着弾される時の時間と、一番遠い液滴１８（塗布ヘッドに一番近い液滴１８）が被対象物の頂部に着弾された時の時間との差△Ｔを求める（式２）。
【００３２】
△Ｔ＝（Ｈ−ｈ）／Ｖ２−Ｈ／Ｖ１＝（Ｖ１×（Ｈ−ｈ）−Ｖ２×Ｈ）／（Ｖ１×Ｖ２）・・・（式２）
次に、被対象物は移動速度Ｖで移動しているため、上記時間差△Ｔより被対象物の移動距離はＶ×△Ｔで求められる（式３）。
【００３３】
Ｌ＝△Ｔ×Ｖ・・・（式３）
この距離が、被対象物の傾斜面２０の横方向の距離Ｌになるように算出している。
【００３４】
式３の△Ｔへ式２の△Ｔを代入して、上記式１となる。
【００３５】
＜プロセス＞
図４は、インクジェット装置の塗布ヘッド１１からインクを分離させて、凸形状を有する被対象物１３の傾斜面２０にインクを塗布する工程を示した図である。この時、インクの吐出速度、被対象物１３を固定したステージ（保持部）の移動速度、塗布ヘッド１１から被対象物１３の高さＨ（距離）は、前述した手順にて適宜調節している。なお移動速度は、被対象物１３と塗布ヘッド１１との相対速度である。
【００３６】
まず、図４（ａ）に示すように、塗布ヘッド１１からインクを吐出して、インクを複数の液滴１８に分離させる。被対象物１３に一番近い液滴１８（被対象物側）が被対象物１３の傾斜面２０の根元に着弾される。
【００３７】
その後、図４（ｂ）に示すように、塗布ヘッド１１から吐出し被対象物１３に２番目に近い液滴１８が被対象物１３の傾斜面２０の中間部に着弾される。この時、液滴１８が小さいため、液滴１８の自重によるインクが底部にほとんど流れない。つまり、１つの大きな液滴でなく、途中で分離された複数の液滴であり自重は小さい。この時、底部には被対象物１３に一番近い液滴１８によるインクの層２２が形成されている。
【００３８】
最後に、図４（ｃ）に示すように、塗布ヘッド１１から吐出し被対象物１３に一番遠い液滴１８（塗布ヘッド側）が被対象物１３の頂部に着弾される。この時、傾斜面２０の底部、中間部分には傾斜面２０の低部位、中間部に着弾された液滴１８によるインクの層２２が形成されている。
【００３９】
最終的に、図４（ｄ）に示すように被対象物１３の傾斜面２０に全体に薄く均一にインクの層２２を塗布することができる。
【００４０】
なお、上記実施の形態は、それぞれ組み合わせができる。実施例で示した形状は凸形状の傾斜面２０であるが、凹形状の傾斜面２０、あるいは凹凸を複数有する被対象物１３の傾斜面２０に薄く均一にインクを塗布しても良い。
【００４１】
（実施例）
表面上に凸形状の傾斜面２０を形成したアクリルの樹脂基板に対して、傾斜面２０に黒インクを薄く塗布した実施例を以下に説明する。
【００４２】
インクジェット装置の塗布ヘッド１１は、ピエゾ方式の塗布ヘッドを用いた。塗布ヘッド１１における各ノズルの直径は２０μｍのノズルを使用した。所定の吐出波形をピエゾに印加さてインクの吐出を行った。塗布に用いた黒インクは、ＵＶ硬化型の黒インクを使用した。（ＵＶ−ＩＪ  ＬＥＤシリーズ：Ｔ＆Ｋ  ＴＯＫＡ  社製）インク粘度は、１２ｍＰａ・ｓに調合されたインクを使用した。
【００４３】
塗布ヘッド１１の下部に設置されたステージにアクリル樹脂を固定し、ステージを指定された位置に、任意の速度で速度に動作させることでアクリル樹脂上の所定の位置にインク１２が塗布させる。
【００４４】
アクリル樹脂基板上に形成した凸形状は、テーパー部の高さが５０μｍ、テーパー部の横方向が５μｍであり、この傾斜面２０に対して、塗布ヘッド１１からインク１２を吐出させて薄いインクの層を形成させた。このとき、塗布ヘッド１１からアクリル樹脂基板との距離は、１．５ｍｍで設定した。
【００４５】
塗布ヘッド１１から、黒インクを分離させて吐出させるため、１００μｓの周期において、パルス電圧を小さくしながら（２０Ｖ、１８Ｖ、１６Ｖ）３回繰り返すことで、分離した小液滴の黒インクをアクリル樹脂基板に形成された凸部の傾斜面２０に吐出させた。この時、最初に吐出させたインクの液滴１８の吐出速度は、５．０ｍ／ｓ、最後に吐出させたインクの液滴１８の吐出速度は、４．５ｍ／ｓであった。また、液滴１８の体積は、３〜４ｐＬ程度の体積であった。
【００４６】
以上の状態において、アクリル樹脂基板の傾斜面２０に対して塗布ヘッド１１から先述した状態にてインク１２を吐出させたとき、アクリル基板の搬送速度を１８８ｍｍ／ｓで移動させることで、アクリル基板上の傾斜面２０に分割したインク１２を高さ方向で異なる位置に着弾させることができる。その結果、アクリル樹脂の傾斜面２０に約３μｍ程度の黒インクの膜を形成された。
【００４７】
なお、塗布装置としては、インクを塗布する塗布ヘッドと、被対象物を保持する保持部と、上記インク塗布部と上記被対象物とを相対移動させる移動部と、上記塗布ヘッドと上記被対象物との距離と、上記被対象物と塗布ヘッドとの相対移動速度と、を調整して上記被対象物の凸部に上記インクを塗布する制御をする制御部と、を有する液滴塗布装置を用いることができる。
【００４８】
また、上記分離された液滴１８は、インクの吐出時に発生するミスト、サテライトなようなものでない。分離された液滴間で、一番大きい液滴の体積に対して、一番小さい液滴の体積は、１０％以上、好ましくは５０％以上である。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の液滴塗布方法と液滴塗布装置は、産業用のみならず、民生用にも使用できる。産業用としては、凸形状のテーパー部に薄く均一にインクを塗布することができるので、凸形状を有する立体形状のデザインの加飾や３次元構造のデバイスへの機能膜の塗布などに使用できる。その他、本発明の液滴塗布方法と液滴塗布装置は、インクジェットを用いた液滴塗布方法と液滴塗布装置として広く利用される。
【符号の説明】
【００５０】
１１  塗布ヘッド
１２  インク
１３  被対象物
１５  ノズル
１６  インク
１７  液柱
１８  液滴
２０  傾斜面
２１  頂部
２２  層
ＥＬ  有機
Ｖ１、Ｖ２  吐出速度
【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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【図６】
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