JP5582218B2 - 液滴吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は液滴吐出装置に関し、特に、粘度に温度依存性がある機能液を吐出するのに適した液滴吐出装置に関する。

高粘度を有する流体をインクジェットヘッドから吐出させるために、インクジェットヘッドやインクを加熱することが知られている（特許文献１）。

特開２００３−１９７９０号公報（図４）

従来の技術によれば、インクジェットヘッドを加熱しても、インクジェットヘッドの熱がノズルプレートからの放射でターゲットに奪われてしまい、そしてこのため、インクジェットヘッド内の流体の温度が下がってしまうことがある。このようなことが生じると、ノズルから吐出される前に機能液の粘度が上昇することから、ノズルから１度に吐出される機能液の液滴の体積が減少し得る。

本発明は、上記課題を鑑みてなされ、その目的の一つは、インクジェットヘッドにおける機能液の温度が低下することを防止することである。

本発明の一実施形態に係る液滴吐出装置は、ノズルプレートと、前記ノズルプレートによって開口が規定されたノズルと、を有するインクジェットヘッドであって、前記ノズルから吐出された機能液の液滴がターゲットの表面に配置されるように配向されたインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドが結合されたキャリッジと、前記キャリッジに設けられ、前記インクジェットヘッドにおける前記機能液を加熱するヒータと、前記インクジェットヘッドからの熱放射を防ぐための断熱ユニットと、を備え、前記断熱ユニットは前記キャリッジを覆う形状を有していることを特徴とする。
また、本発明の一実施形態に係る液滴吐出装置は、前記ノズルプレートが露出されるように前記断熱ユニットと前記インクジェットヘッドとの少なくとも一方を他方に対して相対移動させる機構をさらに備え、前記断熱ユニットは、前記断熱ユニットと前記インクジェットヘッドとが相対移動する方向における一端に、開口を有していることを特徴とする。
また、本発明の一実施形態に係る液滴吐出装置は、ノズルプレートと、前記ノズルプレートによって開口が規定されたノズルと、を有するインクジェットヘッドであって、前記ノズルから吐出された機能液の液滴がターゲットの表面に配置されるように配向されたインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドにおける前記機能液を加熱するヒータと、前記ノズルに対応した開口を有する断熱部材であって、前記インクジェットヘッドから前記ターゲットへの熱の伝導を防ぐように前記ターゲットと前記ノズルプレートとの間に設けられた断熱部材と、を備えている。

上記特徴によれば、ノズルプレートとターゲットとの間に、断熱部材が位置するので、インクジェットヘッドの熱がノズルプレートの表面から放射されにくい。

本発明のある態様では、前記液滴吐出装置が、前記ノズルプレートが露出されるように前記断熱部材と前記インクジェットヘッドとの少なくとも一方を他方に対して相対移動させる機構をさらに備えている。

上記特徴によれば、ノズルプレートが露出するので、インクジェットヘッドの回復動作を実行できる液滴吐出装置が得られる。

本実施形態の液滴吐出装置の模式図。 本実施形態の液滴吐出装置の模式図。 断熱部材と断熱ユニットとを外した状態の液滴吐出装置の模式図。

図１に示す液滴吐出装置１は、インクジェットヘッド２と、インクジェットヘッド２を保持するキャリッジ３と、ヒータ３ａと、ステージ４と、グランドステージ５と、第１位置制御装置６と、第２位置制御装置７と、断熱ユニット８と、ジョイント部９と、断熱部材１０と、を備えている。ここで、第１位置制御装置６は、支持部６ａと、支持部６ａに設けられたガイドレール６ｂと、このガイドレール６ｂに沿ってＸ軸方向の正負の方向に移動するスライダ６ｃと、を有している。そして、第２位置制御装置７は、グランドステージ５に設けられたガイドレール７ａと、このガイドレールに沿ってＹ軸方向の正負の方向に移動するスライダ７ｂと、を有している。

キャリッジ３は、連結装置を介して第１位置制御装置６のスライダ６ｃに固定されている。このため、キャリッジ３は、第１位置制御装置６のスライダ６ｃとともに、Ｘ軸方向の正負の方向に移動できる。後述するように、キャリッジ３は、インクジェットヘッド２を位置決めする開口部を備えている。さらに、キャリッジ３の内部には、インクジェットヘッド２の内部の機能液を加熱するためのヒータ３ａが位置している。

ステージ４は、第２位置制御装置７のスライダ７ｂに固定されている。このため、ステージ４は、第２位置制御装置７のスライダ７ｂとともに、Ｙ軸方向の正負の方向に移動できる。そして、ステージ４は、液滴が配置されることになるターゲット１１が載置される表面を有している。なお、この表面には、吸引力によってターゲット１１を固定させる穴が設けられている。

インクジェットヘッド２は、基板部２ａと、基板部２ａから突出した凸部２ｂと、を有している。凸部２ｂの底面は、ノズルプレート２ａｐによって構成されている。また、凸部２ｂは、ノズルプレート２ａｐの表面に実質的に垂直な外側面を備えている。ここで、外側面とは、凸部２ｂの側面を規定する４つの平面からなる。

ノズルプレート２ａｐは、複数のノズルのそれぞれの開口を規定している。これら複数のノズルのそれぞれから、機能液が液滴として吐出されることになる。ここで、複数のノズルから吐出された液滴が、ステージ４上のターゲット１１の表面に配置されるように、インクジェットヘッド２がキャリッジ３上で位置決めされている。具体的には、複数のノズルがターゲット１１に対面するように、インクジェットヘッド２が配向されている。より具体的には、ノズルプレート２ａｐがステージ４側を向くように、凸部２ｂがキャリッジ３の開口部を貫通している。そしてそのうえで、基板部２ａの周辺部と、キャリッジ３の開口部の周辺部と、が接着剤によって互いに結合されている。

ヒータ３ａは、キャリッジ３に埋め込まれている。そして、ヒータ３ａは、インクジェットヘッド２の内部の機能液に熱を加える働きをする。ヒータ３ａが発生する熱は、主に凸部２ｂの外側面からインクジェットヘッド２内に伝わる。

断熱ユニット８は、インクジェットヘッド２からの熱の放射を防止する。本実施形態では、断熱ユニット８は、インクジェットヘッド２を保持しているキャリッジ３を覆うような形状をしている。ただし、Ｘ軸方向の一端は、後述する回復動作ができるように、開口している。このような断熱ユニット８は、後述のジョイント部９を介して、第１位置制御装置６のスライダ６ｃに結合されている。このため、断熱ユニット８は、インクジェットヘッド２に併せてＸ軸方向に移動する。

断熱部材１０は、断熱ユニット８の底部に固定されている。そして、断熱部材１０は、インクジェットヘッド２からターゲット１１への熱の伝導を防ぐように、インクジェットヘッド２とターゲット１１との間に位置している。具体的には、断熱部材１０は、複数のノズルのそれぞれを除いて、ノズルプレート２ａｐを覆っている。このように、複数のノズルはいずれも断熱部材１０に覆われていないので、これら複数のノズルからの液滴の吐出は、断熱部材１０の存在にかかわらず妨げられない。なお、上述の断熱ユニット８と断熱部材１０とは、シリカとアルミナとを含んだ無機繊維からなる。ただし、断熱ユニット８と断熱部材１０とは、このような無機繊維に代えて、グラスウールからなってもよいし、プラスチックフォームからなってもよいし、セラミックスからなってもよい。また、断熱ユニット８と断熱部材１０とが、互いに異なる材料から構成されてもよい。

ジョイント部９は、キャリッジ３に対して位置が固定されたガイドレール９ａと、ガイドレール９ａに沿ってＸ軸方向の正負方向に移動するスライダ９ｂと、を備えている。ここで、上述の断熱ユニット８は、ジョイント部９のスライダ９ｂに連結されており、このため断熱ユニット８は、スライダ９ｂとともに、Ｘ軸方向の正負方向に移動できる。そして、このようなジョイント部９の機能のおかげで、断熱ユニット８はインクジェットヘッド２に対してＸ軸方向に相対移動できる。

図３は、比較のために、液滴吐出装置１から断熱ユニット８とともに断熱部材１０を取り除いた状態を示している。液滴吐出装置１のノズルプレート２ａｐの表面とターゲット１１の表面との間の距離は、約３００μｍである。ここで、ノズルプレート２ａｐはアルミニウム製であり、このため、ノズルプレート２ａｐの熱伝導性が比較的に良好である。また、ノズルプレート２ａｐとターゲット１１の表面との間の距離が比較的小さいので、ノズルプレート２ａｐの表面から大気を介してターゲット１１にインクジェットヘッド２の熱が奪われ易い。したがって、断熱部材１０がない場合には、たとえヒータ３ａでインクジェットヘッド２を加熱しても、インクジェットヘッド２の内部の温度が下がり、このためインクジェットヘッド２の内部の機能液の温度が下がる。しかも、ターゲット１１が、線膨張係数が比較的大きい物質からなる場合には、インクジェットヘッド２からの熱が伝わることで、ターゲット１１の部分的な熱膨張が生じ、この結果、ターゲット１１が撓むことがある。

ところが、図１に示すように本実施形態では、ノズルプレート２ａｐと、ターゲット１１との間に、断熱部材１０が位置している。このため、インクジェットヘッド２の熱が放射されず、そしてこのため、インクジェットヘッド２の温度が保たれる。そしてこの結果、吐出前の機能液の粘度の上昇が防止できる。また、ターゲット１１へ熱が伝達されないので、ターゲット１１の部分的な熱膨張を避けることができ、この結果、ターゲット１１が撓むことが避けられる。

ここで、機能液とは、インクジェットヘッドから液滴として吐出され得る流動体をいう。そして、吐出される際の機能液の粘度は、１ｍＰａ・ｓ以上２５ｍＰａ・ｓ以下であるのが好ましい。粘度が１ｍＰａ・ｓ以上である場合には、機能液の液滴を吐出する際にノズルの周辺部が機能液で汚染されにくい。一方、粘度が２５ｍＰａ・ｓ以下である場合は、ノズルにおける目詰まり頻度が小さく、このため円滑な液滴の吐出を実現できる。なお、機能液が水性であると油性であるとを問わない。また、機能液が全体として流動体であるかぎり、機能液に固体物質が混入していてもよい。

本実施形態の機能液は、液晶材料を含有している。液晶材料の粘度は、低温から高温になるにしたがって低下する温度特性を有しているので、機能液の粘度も同様な温度特性を呈する。例えば、本実施形態の機能液の粘度は、常温２５℃で５０ｍＰａ・ｓであり７０℃で１５ｍＰａ・ｓである。

本実施形態では、ヒータ３ａによる加熱によって、インクジェットヘッド２のキャビティ内にある機能液が暖められる。しかも、ノズルプレート２ａｐと、ターゲット１１との間に、断熱部材１０が位置するので、インクジェットヘッド２から熱が放射しにくく、そしてこのため、キャビティ内の液滴の温度が下がりにくい。本実施形態では、機能液が液滴として吐出されるのに適した粘度を維持できるように、キャビティ内の機能液の温度が維持される。

さて、ノズルからの液滴の吐出を続けていると、ノズル内で、微量の機能液が流動性を失うことに起因して、機能液がノズルの内面に固着することがある。また、ノズルの近傍が機能液で汚れることもある。これらの現象は、液滴の吐出の不具合を引き起こす。具体的には、ノズルから吐出された後の液滴の飛翔経路が、許容される誤差以上にずれたり、１つの液滴の体積が設計値からずれたりする。このような不具合を解消するために、インクジェットヘッド２の「回復動作」が行われる。

回復動作の一つは、ノズルからの液滴のフラッシング処理である。これは、「捨て吐出」とも呼ばれる。また、回復動作の他の一つには、ノズルプレート２ａｐの拭き取り処理（ワイピング処理）がある。ワイピング処理には、図２に示すようなワイピング装置１５が用いられる。図２のワイピング装置１５は、テープ状の不織布１６と、一方で不織布１６を巻き出しながら他方で巻き取る１対のリール１７と、１対のリール１７の間での不織布１６の経路を決める１対のローラ１８と、を備えている。１対のローラ１８は、１対のローラ１８の間で不織布１６がノズルプレート２ａｐに対面できるように不織布１６を支持している。

回復動作を行う場合には、ノズルプレート２ａｐが完全に断熱部材１０から露出するように、断熱ユニット８とインクジェットヘッド２との少なくとも一方を他方に対して相対移動させる。具体的には、ジョイント部９を介して、断熱ユニット８をＸ軸方向に移動させることで、ノズルプレート２ａｐの表面を断熱部材１０から露出させる。そして、さらに、第１位置制御装置６によってインクジェットヘッド２をＸ軸方向に移動させて、ノズルプレート２ａｐと、ワイピング装置１５とが相対、または対面するようにする。そして、ノズルプレート２ａｐと、不織布１６とが、接触するようにワイピング装置１５の高さを調整した後に、１対のリール１７間の一方から他方へ不織布１６を送り出すことで、ノズルプレート２ａｐ全体を拭き取る。このような構成によって、ノズルの近傍に付着した機能液を除去することができるので、ノズルからの液滴の吐出の不具合が解消され得る。

上述のように、本実施形態の機能液は、機能性材料として液晶材料を含有している。ただし、液晶材料に代えて、機能液は他の機能性材料を含有してもよい。具体的には、機能液は、有機エレクトロルミネッセンス材料を含有してもよいし、カラーフィルタ用の樹脂材料を含有してもよいし、マイクロレンズ用の樹脂材料を含有してもよい。いずれにせよ、たとえ常温でインクジェットヘッドからの吐出に適さない機能液であっても、温度が上昇することでインクジェットヘッドから吐出され得るまでに粘度が低下する機能液であれば、液滴吐出装置１を用いてターゲット１１の表面に配置できる。

また、液滴吐出装置１を用いれば、機能液において機能性材料に流動性を与えるための溶媒の濃度を低くしてよい。さらに、液滴吐出装置１を用いる場合には、ターゲットに配置される機能性材料（例えば液晶材料）そのものが機能液として扱われてもよい。

１…液滴吐出装置、２…インクジェットヘッド、２ａｐ…ノズルプレート、３…キャリッジ、４…ステージ、５…グランドステージ、６…第１位置制御装置、６ａ…支持部、６ｂ…ガイドレール、６ｃ…スライダ、７…第２位置制御装置、７ａ…ガイドレール、７ｂ…スライダ、８…断熱ユニット、９…ジョイント部、９ａ…ガイドレール、９ｂ…スライダ、１０…断熱部材、１１…ターゲット。

Claims (7)

1. 液滴を吐出するインクジェットヘッドと、
   前記インクジェットヘッド内の液体の温度低下を抑制する断熱ユニットと、
   前記インクジェットヘッドに対面可能に配置されたステージと、を備え、
   前記断熱ユニットは、前記インクジェットヘッドと共に移動可能であり、
   前記ステージは、前記インクジェットヘッドに対して移動可能であり、
   前記断熱ユニットは、前記インクジェットヘッドから離間していることを特徴とする液滴吐出装置。
2. 請求項１に記載の液滴吐出装置であって、
   前記インクジェットヘッドを保持し、前記インクジェットヘッドを加熱するヒータを有するキャリッジを備えることを特徴とする液滴吐出装置。
3. 請求項１または２に記載の液滴吐出装置であって、
   前記インクジェットヘッドは、液滴を吐出するノズルが形成されたノズルプレートを有し、
   前記ノズルを露出させて前記ノズルプレートを覆っており、前記断熱ユニットに固定された断熱部材を備えることを特徴とする液滴吐出装置。
4. 請求項３に記載の液滴吐出装置であって、
   前記ノズルから吐出される前記液体の粘度は、１ｍＰａ・ｓ以上２５ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とする液滴吐出装置。
5. 請求項４に記載の液滴吐出装置であって、
   前記断熱ユニット及び前記断熱部材の少なくとも一方は、無機繊維からなることを特徴とする液滴吐出装置。
6. 請求項４または５に記載の液滴吐出装置であって、
   不織布と、一方のローラで前記不織布を送り出しながら他方のローラで巻き取る一対のローラと、を有するワイピング装置を備え、
   前記ワイピング装置は、前記一対のローラ間を、前記一方のローラから前記他方のローラへ前記不織布を送り出すことで、前記ノズルプレートを拭き取ることを特徴とする液滴吐出装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の液滴吐出装置であって、
   前記ステージが移動する方向は、前記インクジェットヘッドが移動する方向とは異なることを特徴とする液滴吐出装置。

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