JP2006150257A - 液体射出ヘッド及び液体射出装置 - Google Patents

液体射出ヘッド及び液体射出装置 Download PDF

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Abstract

【課題】複数のノズルを備え、ノズル毎の射出特性データに基づきノズル毎独立に駆動制御する液体射出装置において、装置構成の複雑化、大型化を抑えつつ、複数のノズルを備えたヘッドと、そのヘッドのノズル毎の射出特性データとの対応付けを、ヘッド交換があっても、作業の煩雑を招くことなく容易、確実に確保できる液体射出ヘッド及び液体射出装置を提供する。
【解決手段】ノズル毎の射出特性データに基づきアクチュエータ9を駆動する回路が実装された駆動基板12にRFICメモリ10を読み書きするRFIC制御部17を搭載する。コネクタ11a,11bにより駆動基板12から離脱して交換される液体射出ヘッド8にノズル毎の射出特性データを記憶したRFICメモリ10を付設した。これにより、液体射出ヘッド8とその射出特性データは一体不可分に管理され、簡単確実に駆動回路にヘッド8対応する射出特性データが供給される。
【選択図】図1

Description

本発明は、液体射出ヘッド及び液体射出装置に関する。
近時、圧電素子や発熱素子を用いて液体をノズルから噴射する液体射出装置が広く用いられている。このような液体射出装置は、インクジェットプリンタとして印刷用途に用いられているほか、例えば、各種ディスプレイパネルの製造技術など、産業用製造技術としても用いられている。
一般に、このような液体射出装置は、多数のノズルが形成されたヘッドチップに、ノズル毎に圧電素子や発熱素子などのアクチュエータ素子が付設され、このアクチュエータ素子を駆動する駆動回路を備えた構成を有する。アクチュエータ素子が付設されたヘッドチップと、駆動回路と、アクチュエータ素子と駆動回路の間の配線、駆動回路への入力端子となる外部コネクタまでが一体化されて構成された液体射出ヘッドが知られる。液体射出装置は液体射出ヘッドを含み、さらに駆動回路に画像データなどの信号を入力する構成を有する。
図7に、高分子有機ELディスプレイパネルの塗布工程を示す。図7(a)に示すように、ガラス基板1上の各発光領域は隔壁2により仕切られている。この隔壁2に仕切られた各発光セルに、インクジェットヘッド3PによりPEDOT(ポリチオフェン、poly(ethylenedioxy)thiophene)液4Pを液滴5として射出してPEDOT正孔注入層6を形成する。
次に、図7(b)に示すように、RGB3色の各発光ポリマー液4(R,G,B)を各対応ヘッド3(R,G,B)により液滴5として射出してPEDOT正孔注入層6上に各発光層7(R,G,B)を形成する。その後、ベーク、上電極形成、保護膜形成などの後工程を経て高分子有機ELディスプレイパネルが完成する。
表示品質上、RGBの各発光ポリマー液4(R,G,B)を、各発光セル内に正確に一定量を滴下することが求められる。そのため、ノズル間の液滴体積のバラツキを抑え、ノズル間の液滴体積分布を表示品質上の要求に応じた狭い範囲(例えば、±2%程度)に収める必要がある。
ところが、ヘッドチップを高精度な製造技術を用いて作製しても、ヘッドチップに形成された複数のノズルには、ノズル孔の不均一、付設される圧電素子などのアクチュエータ素子の電気・機械変換特性の不均一が生じ、これらを主な原因として同一ヘッドチップでも複数のノズルから射出される液滴体積にバラツキ(例えば、±10%程度)が生じてしまう。すなわち、製造技術によってこのバラツキを表示品質上の要求に応じた狭い範囲に収めることには限界がある。
かかる事情下、製造誤差によるノズル毎の射出のバラツキを解消するため、ノズル毎の射出特性を予め測定してデータとして記憶しておき、実稼働時にそのノズル毎の射出特性データに基づき、ノズル毎の射出特性に応じて駆動波形を制御しノズル毎独立に駆動制御する技術が開発されている。
複数ノズル個々の駆動波形を制御して、各々の液滴速度のバラツキを補正し、複数の噴射ノズルからの液滴速度を同じにすることで被記録媒体へのインク滴の着地精度を向上させる技術に関する文献としては、特許文献1がある。
特許文献1記載の発明では、特許文献1段落0039に記載されているように、液滴速度又は着地位置のバラツキ、すなわち、ノズル毎の液滴速度又は着地位置について射出特性データをROMに記憶しておき駆動時に利用している。
液滴体積は液滴速度に比例するので、特許文献1記載の液滴速度のバラツキを補正する技術を適用することにより、液滴体積のバラツキを抑えることができるといえる。
一方、特許文献2には、ROM(同文献中符号84)等に予めテーブルとして記憶されているインクジェットヘッド及びドライバのバラツキを補正するためのデータを記憶して利用することが記載されている(同文献段落0058参照)。同文献において、ばらつきを補正するためのデータを記憶する手段として挙げられているROMは、キャリッジに搭載されるヘッド(駆動回路含む)に対して外部に備えられており、CPUによって読み取られる(同文献図1、図7参照)。
特開2002−316414号公報 特開2003−170588号公報
しかし、以上の従来技術にあってもさらに次のような問題があった。
特許文献2に記載された発明を適用して複数ノズルの射出バラツキを抑えても、ヘッドを交換した場合には、ノズルの射出特性もまったく別のものとなるから、改めて交換後のヘッドに対応するノズル毎の射出特性データが記録されたROMを作製し装備する必要があり、交換作業が煩雑となる。また、複数のヘッドが備えられた装置においては、交換されたヘッドと交換された射出特性データの対応付けも当然に確保されていなければならない。
また、このようなヘッド交換後のヘッドと射出特性データとの対応付けに関しては、特許文献1,2にはなんら記載されていない。
特許文献2のように、ヘッドに対し外部のROMを利用すると、上述のごとく交換作業の煩雑の問題が生じる。
製造時のヘッドと射出特性データとの対応付けも、交換時のそれも、簡単、確実なものが望まれる。
ところで、ノズル毎に駆動制御する技術にあっては、駆動回路の大規模化に伴うヘッド大型化等を避けるため、駆動回路をヘッドに搭載せず、アクチュエータ素子が付設されたヘッドチップと、アクチュエータ素子とコネクタとの間の配線及びそのコネクタまでを一体化したヘッドを構成し、そのコネクタに外部の駆動回路からの配線末端のコネクタを接続する構成が有効である。
このような駆動回路外付けのヘッドの場合、仮に、射出特性データを必要としている駆動回路が実装された基板に射出特性データを記憶したROMを実装すると、交換されるヘッドには射出特性データを記憶したROMは含まれないから、上述の交換作業の煩雑の問題が生じる。
また、仮にヘッド側に射出特性データを記憶したROMを搭載すると、ヘッドと射出特性データが一体不可分で交換され、上述の交換作業の煩雑の問題が生じない。
前者の場合、駆動回路基板上にROMが搭載されるから、両者が実装される基板により駆動回路とROMとの間の信号配線、ROMへの電源配線を構成することができる。
しかし、後者の場合、射出特性データを記憶したROMは駆動回路の実装基板に実装されず、駆動回路の実装基板とは分離されるヘッドに搭載されるから、ROMを動作させるための電源、信号配線及びコネクタピンをヘッドと駆動回路の実装基板との間に新たに増設する必要が生じ、装置構成を複雑化、大型化させる。
本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、複数のノズルを備え、ノズル毎の射出特性データに基づきノズル毎の射出特性に応じて駆動波形を制御しノズル毎独立に駆動制御する液体射出装置において、装置構成の複雑化、大型化を抑えつつ、複数のノズルを備えたヘッドと、そのヘッドのノズル毎の射出特性データとの対応付けを、ヘッド交換があっても、作業の煩雑を招くことなく容易、確実に確保できる液体射出ヘッド及び液体射出装置を提供することを課題とする。
以上の課題を解決するための請求項1記載の発明は、個別にアクチュエータ素子が付設され、独立に射出動作することが可能な複数のノズルと、
前記複数のノズルのノズル毎の射出特性を記述した射出特性データが記憶されたRFICメモリと、
前記RFICメモリの読み書きを制御するRFIC制御部と、
前記RFIC制御部が読み取った前記射出特性データに基づき前記複数のノズルを駆動するノズル駆動回路とを備え、
前記複数のノズルが構成された液体射出ヘッドに前記RFICメモリが付設され、前記ノズル駆動回路及び前記RFIC制御部が液体射出ヘッド外に実装されてなることを特徴とする液体射出装置である。
RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)メモリとは、電源が電波伝送され、信号を電波にのせて送受することによりデータの読み書きが無線通信で行え、かつ、電源配線がいらないICメモリをいう。
請求項2記載の発明は、前記RFIC制御部が、前記ノズル駆動回路に前記射出特性データを供給可能に配線接続されるとともに、前記ノズル駆動回路にコネクタを介して接続された前記液体射出ヘッドに付設されたRFICメモリを制御可能な位置に配置されていることを特徴とする請求項1記載の液体射出装置である。
請求項3記載の発明は、前記射出特性データが、前記複数のノズルにおけるノズル毎の液滴速度のデータ、前記複数のノズルにおけるノズル毎の射出角度のデータ、及び前記複数のノズルの位置データのうちいずれか一を含むことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の液体射出装置である。
請求項4記載の発明は、前記RFICメモリに、前記複数のノズルのノズル毎の累積射出回数を記述したデータが記憶されており、前記RFIC制御部がRFICメモリに記憶された前記累積射出回数を記述したデータを更新することを特徴とする請求項1、請求項2又は請求項3記載の液体射出装置である。
請求項5記載の発明は、個別にアクチュエータ素子が付設され、独立に射出動作することが可能な複数のノズルと、
前記複数のノズルのノズル毎の射出特性を記述した射出特性データが記憶されたRFICメモリと、
一端が前記アクチュエータ素子に接続され途中に前記ノズルの駆動回路を介さない配線と、
前記RFICメモリから読み取られた前記射出特性データに基づき前記複数のノズルを駆動するノズル駆動回路に接続するために前記配線の他端に構成された外部コネクタとを備えてなる液体射出ヘッドである。
請求項6記載の発明は、前記請求項5に記載の液体射出ヘッドに対応する液体射出装置本体であって、
前記RFICメモリの読み書きを制御するRFIC制御部と、
前記RFIC制御部が読み取った前記射出特性データに基づき前記複数のノズルを駆動するノズル駆動回路とを備える液体射出装置である。
本発明によれば、複数のノズルが構成された液体射出ヘッドが装着されている時は、RFIC制御部が液体射出ヘッドのノズル毎の射出特性データを読み取り、ノズル駆動回路がその射出特性データに基づき前記複数のノズルを駆動するので、複数ノズルによる射出のバラツキを抑える制御を行える。
また、液体射出ヘッドにRFICメモリが付設され、ノズル駆動回路及びRFIC制御部が液体射出ヘッド外に実装されているので、液体射出ヘッドを離脱して、本発明に係る他の液体射出ヘッドに交換すると、交換後新たに装着された液体射出ヘッドにはRFICメモリが付設され、このRFICメモリには、その液体射出ヘッドのノズル毎の射出特性データが記憶されており、上述のごとくRFIC制御部及びノズル駆動回路が動作するので、液体射出ヘッドの交換以外に作業を要しない。交換作業者は、液体射出ヘッドのみを単純に交換さえすれば、交換後新たに装着された液体射出ヘッドに対応する
射出特性データが駆動回路にて利用可能な状態に置かれる。したがって、容易に交換でき、交換に伴うヘッドと射出特性データの組み合わせの取り違いなどが生じず、確実に交換できる。
液体射出ヘッドにRFICメモリが付設され、ノズル駆動回路及びRFIC制御部が液体射出ヘッド外に実装されているので、射出特性データを読み取るために電源、信号配線及びコネクタピンを液体射出ヘッドと駆動回路の実装基板との間に設ける必要は無く、装置構成の複雑化、大型化は避けられる。
請求項2記載の発明によれば、液体射出ヘッドをコネクタを介してノズル駆動回路に接続して駆動可能な状態に装備することをもって、RFIC制御部が射出特性データ読み取りノズル駆動回路に供給できる状態とすることができる。
請求項3記載の発明において、前記複数のノズルにおけるノズル毎の液滴速度のデータを含む場合、ノズル駆動回路の制御によって滴速度のバラツキを抑えることができ、ひいては、液滴体積、着弾位置のばらつきを抑えることができる。
前記複数のノズルにおけるノズル毎の射出角度のデータを含む場合、ノズル駆動回路の制御によって複数のノズルの射出に時間差を付けて、射出角度のバラツキに起因する着弾位置のばらつきを抑えることができる。
前記複数のノズルの位置データを含む場合、ノズル駆動回路の制御によって複数のノズルの射出に時間差を付けて、ノズル位置のバラツキに起因する着弾位置のばらつきを抑えることができる。
各射出特性データの形式は、射出特性をそのまま表すものであると、射出特性に応じて所望の射出を実現するためのノズル毎の駆動波形の補正量を表すものであるとを問わず、実質的にノズル毎の射出特性が反映されていれば良い。
請求項4記載の発明によれば、RFICメモリによりノズル毎の累積射出回数がヘッドと一体不可分に管理され、寿命の予測、交換時期、メンテナンス時期の決定を適切に行うことができる。ノズル毎の累積射出回数がわかるので、メンテナンスを集中すべきノズルを判断することができる。
以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
図1は本実施形態の液体射出装置の構成を示すブロック図である。図2は、液体射出ヘッドのハードウエア構成例を示す図である。図3は、駆動基板と液体射出ヘッドとの接続部のハードウエア構成例を示す図である。
図1に示すように、本実施形態の液体射出装置は、液体射出ヘッド8と、駆動基板12とを備え、駆動基板12はPC18にケーブルを介して接続される。
液体射出ヘッド8は、ヘッドチップ19と、アクチュエータ9と、RFICメモリ10とを備える。
ヘッドチップ19には128にノズルが一列の配列して形成されており、アクチュエータ9は各ノズルに個別に付設さされたアクチュエータ素子(例えば、ピエゾ素子)群よりなる。128のノズルはそれぞれ独立したチャネル(アクチュエータ素子により加圧される部分の流路)を持ち、各1のノズルは他のノズルの射出動作の影響を受けずに、独立に射出動作することが可能である。
アクチュエータ9の各アクチュエータ素子にはヘッドチップ19に形成された電極を介して多層フレキシブル配線基板20の一端が接続され、多層フレキシブル配線基板20の他端にはコネクタ11aが構成されている。コネクタ11aは、例えば、70pinコネクタ2つからなる。コネクタ11aは駆動基板12と接続するためのコネクタであり、アクチュエータ9とコネクタ11aとの間には駆動回路は構成されない。
液体射出ヘッド8は、例えば図2に示すようにして、アクチュエータ9が付設されたヘッドチップ19と、多層フレキシブル配線基板20と、多層フレキシブル配線基板20上に接着されたRFICメモリ10と、コネクタ11aと備え、さらにヘッドチップ19に射出対象の液体を供給するための液体流路23やマニホールド24を備え、これらがアルミシャーシ25に搭載されて一体的に構成される。
ヘッドチップ19の端面に開口するノズルの射出口に対向して図7に示したガラス基板1などの基材が配置され、この基材と液体射出ヘッド8とがギャップを保ちつつ射出口の配列方向と垂直に相対的に移動することにより走査する。
駆動基板12には、ノズル駆動回路として、データ制御部13、駆動波形のタイミングを決める駆動波形作成部14、駆動波形の高さ(電圧)を決める駆動電圧制御部15、波形出力部16が実装され、さらに、RFIC制御部17が実装されており、図1に示すように配線接続されている。ノズル駆動回路はノズル数に対応して128セット構成されている。RFIC制御部17は、RFICメモリ10に対する送受信アンテナ及び読み書きを制御する制御回路を含む。
駆動基板12に、コネクタ22とフレキシブル配線基板21を介してコネクタ11bが接続される。このコネクタ11bと液体射出ヘッド8側のコネクタ11aとはつがいで互いに接続される。コネクタ22は、例えば図3に示すように50pinコネクタ3つからなる。
RFICメモリ10には、ヘッドチップ19に備わる128のノズル(No.1〜128とする)についてのノズル毎の射出特性データが記録されている。ノズル毎の射出特性の例として、図4に駆動電圧と液滴速度の関係を、図5に液滴体積と液滴速度の関係を示す。ノズルNo.1〜128が図4においては約±10%ばらつき、図5においては約±2%ばらつく。
RFICメモリ10には、これらの特性の必要な部分がデータテーブルとして記憶される。その他、ノズルNo.1〜128の順に記述されたノズル毎の射出角度のデータ列、ノズルNo.1〜128の順に記述されたノズル毎のノズル位置のデータ列などが、RFICメモリ10に記憶される。
これらの射出特性データのRFICメモリ10へ書き込みは、液体射出ヘッド8の製品出荷検査時に行う。この場合も、特に配線を接続することなくRFICメモリ10へ書き込むことができ簡便である。このとき、図1に示すRFIC制御部17を用いても良いし、他のRFICライタを用いてよい。
また、RFICメモリ10には、ヘッドID及びノズル毎の累積射出回数データが記憶されている。
次に、本実施形態の液体射出装置の動作につき説明する。図6に動作フローチャートを示した。
液体射出ヘッド8が装備された状態で、液体射出装置の電源が投入されると(ステップS1)、RFIC制御部17はRFICメモリ10を呼び出し(ステップS2)、ヘッドIDを読み取り(ステップS3)、ノズル毎の射出特性データを読み取り(ステップS4)、ノズル毎の累積射出回数を読み取る(ステップS5)。ヘッドID及びノズル毎の累積射出回数はPC18に与えられ、PC18は、受け取った累積射出回数が設定寿命を超えていたらヘッド交換を報知する(ステップS6)。
次に、駆動電圧制御部15は、ノズル毎の射出特性データに基づき、所望の射出が行われるように、個々のノズルのアクチュエータ素子に印加する駆動電圧を設定する(ステップS7)。例えば、液滴速度を均一にしたい場合は、図4に示した特性に従って一定の液滴速度に対応する各駆動電圧になるように、個々のノズルのアクチュエータ素子に印加する駆動電圧を設定する。これにより、液滴速度のバラツキ及び液滴速度のバラツキに起因する液滴着弾位置のバラツキは抑えられる。また、図4及び図5に示す特性を有したヘッドの場合は、これにより、液滴体積も約±2%の範囲にバラツキが抑えられる。液滴速度に優先してさらに液滴体積のバラツキを抑えたい場合は、図4及び図5に示した特性に従って一定の液滴体積に対応する各駆動電圧になるように、個々のノズルのアクチュエータ素子に印加する駆動電圧を設定する。
一方、駆動波形作成部14は、ノズル毎の射出特性データに基づき、所望の射出が行われるように、個々のノズルのアクチュエータ素子に印加する駆動電圧波形のタイミングを設定する(ステップS8)。例えば、液滴着弾位置を均一にしたい場合は、ノズル毎の射出角度及びノズル毎のノズル位置に従って、液滴速度一定と仮定して、液滴着弾位置が同一走査位置になるように、個々のノズルのアクチュエータ素子に印加する駆動電圧波形のタイミングを設定する。これにより、ステップS7で液滴速度の均一化も図っているので、液滴速度、ノズル位置、射出角度を総合した液滴着弾位置のバラツキが抑えられる。
印画動作が開始される(ステップS9)。駆動波形作成部14から出力されたノズル毎に設定されたタイミングのパルス波形が、駆動電圧制御部15から出力されたノズル毎に設定されたレベルに応じて波形出力部16にて増幅されて、アクチュエータ9に印加される。駆動基板12上若しくはPC18上、又は駆動基板12とPC18が連携したシステム上にノズル毎の射出回数を累計する累積カウンターを構成しておき、これによりステップS5で読み取ったノズル毎の累積射出回数に新たに生じた射出回数を累積する。
システム終了の操作がなされると、RFIC制御部17はRFICメモリ10を呼び出し(ステップS10)、ヘッドIDを読み取り(ステップS11)、ノズル毎の最新の累積射出回数を上書きして記録を更新する(ステップS12)。その他のシステム終了処理がなされて電源が落とされる(ステップS13)。
液体射出ヘッド8の交換は、コネクタ11a,11bを着脱して、新たな液体射出ヘッド8に換装することにより行う。射出特性データにアクセスするための配線の着脱、射出特性データとヘッドとの対応付けなどの作業は無いので、作業を煩雑にさせない。交換後も、交換後の新たな液体射出ヘッド8に対応する射出特性データが上述のようにしてノズル駆動回路に供給され、液体射出ヘッド8の個性によらない所望の射出動作が行える。
本発明一実施形態の液体射出装置の構成を示すブロック図である。 本発明に係る液体射出ヘッドのハードウエア構成例を示す図である。 本発明に係る駆動基板と液体射出ヘッドとの接続部のハードウエア構成例を示す図である。 ノズル毎の駆動電圧と液滴速度の関係を表したグラフである。 ノズル毎の液滴体積と液滴速度の関係を表したグラフである。 本発明一実施形態に係る動作フローチャートである。 高分子有機ELディスプレイパネルの塗布工程を示す断面図である。
符号の説明
8 液体射出ヘッド
9 アクチュエータ
10 RFICメモリ
11a コネクタ
11b コネクタ
12 駆動基板
17 RFIC制御部
19 ヘッドチップ
20 多層フレキシブル配線基板
21 フレキシブル配線基板
22 コネクタ
23 液体流路
24 マニホールド
25 アルミシャーシ

Claims (6)

  1. 個別にアクチュエータ素子が付設され、独立に射出動作することが可能な複数のノズルと、
    前記複数のノズルのノズル毎の射出特性を記述した射出特性データが記憶されたRFICメモリと、
    前記RFICメモリの読み書きを制御するRFIC制御部と、
    前記RFIC制御部が読み取った前記射出特性データに基づき前記複数のノズルを駆動するノズル駆動回路とを備え、
    前記複数のノズルが構成された液体射出ヘッドに前記RFICメモリが付設され、前記ノズル駆動回路及び前記RFIC制御部が液体射出ヘッド外に実装されてなることを特徴とする液体射出装置。
  2. 前記RFIC制御部が、前記ノズル駆動回路に前記射出特性データを供給可能に配線接続されるとともに、前記ノズル駆動回路にコネクタを介して接続された前記液体射出ヘッドに付設されたRFICメモリを制御可能な位置に配置されていることを特徴とする請求項1記載の液体射出装置。
  3. 前記射出特性データが、前記複数のノズルにおけるノズル毎の液滴速度のデータ、前記複数のノズルにおけるノズル毎の射出角度のデータ、及び前記複数のノズルの位置データのうちいずれか一を含むことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の液体射出装置。
  4. 前記RFICメモリに、前記複数のノズルのノズル毎の累積射出回数を記述したデータが記憶されており、前記RFIC制御部がRFICメモリに記憶された前記累積射出回数を記述したデータを更新することを特徴とする請求項1、請求項2又は請求項3記載の液体射出装置。
  5. 個別にアクチュエータ素子が付設され、独立に射出動作することが可能な複数のノズルと、
    前記複数のノズルのノズル毎の射出特性を記述した射出特性データが記憶されたRFICメモリと、
    一端が前記アクチュエータ素子に接続され途中に前記ノズルの駆動回路を介さない配線と、
    前記RFICメモリから読み取られた前記射出特性データに基づき前記複数のノズルを駆動するノズル駆動回路に接続するために前記配線の他端に構成された外部コネクタとを備えてなる液体射出ヘッド。
  6. 前記請求項5に記載の液体射出ヘッドに対応する液体射出装置本体であって、
    前記RFICメモリの読み書きを制御するRFIC制御部と、
    前記RFIC制御部が読み取った前記射出特性データに基づき前記複数のノズルを駆動するノズル駆動回路とを備える液体射出装置。
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