JP2008302638A - ヘッド検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機能液吸引手段を活用して、簡易な構成で液滴吐出ヘッド内を洗浄することができるヘッド検査装置を提供する。
【解決手段】液滴吐出ヘッド１に接続される供給チューブ４９と、供給チューブ４９を介して液滴吐出ヘッド１に機能液を供給する機能液供給手段４０と、供給チューブ４９を介して液滴吐出ヘッドに洗浄液を供給する洗浄液供給手段３８と、機能液供給手段４０と洗浄液供給手段３８とを流路切替えする流路切替え手段３９と、液滴吐出ヘッド１の全吐出ノズルから機能液を吸引する機能液吸引手段６１と、流路切替え手段３９および機能液吸引手段６１を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、検査終了後、流路切替え手段３９を駆動して機能液供給手段４０から洗浄液供給手段３８に流路切替えを行なうと共に、機能液吸引手段６１を駆動して液滴吐出ヘッド１に洗浄液を通液する。
【選択図】図４

Description

本発明は、インクジェット方式の液滴吐出ヘッドの吐出性能を検査するヘッド検査装置に関するものである。

従来、この種のヘッド検査装置として、吐出ヘッドに設けられたノズルを介して、吐出ヘッド内に充填されたインク（機能液）を吸引する吸引手段（機能液吸引手段）を備えたものが知られている（特許文献１参照）。この吸引手段は、検査対象となる吐出ヘッドが、目詰まり等の吐出不良となった場合に、吐出ヘッドのノズルを介してインクの吸引を行なうことにより吐出状態を回復させるものである。
特開２００４−３６１２３４号公報

ところで、検査終了後の吐出ヘッドは、次工程に移送されるが、このとき、吐出ヘッド内部に、インクが充填された状態で移送されると、インクの溶媒が蒸発することで、インクが固化してしまい、検査合格となった吐出ヘッドのノズルが目詰まりし、吐出不良となってしまう問題がある。このため、次工程に移送する前に、吐出ヘッド内部からインクを排出すると共に、吐出ヘッド内部を洗浄する必要がある。
しかしながら、上記のヘッド検査装置の構成において、別体で、吐出ヘッド内部の洗浄を行うためのユニットを設けようとすると、装置が大型化・複雑化してしまう問題が想定される。

本発明は、機能液吸引手段を活用して、簡易な構成で液滴吐出ヘッド内を洗浄することができるヘッド検査装置を提供することを課題とする。

本発明のヘッド検査装置は、機能液滴を吐出するインクジェット方式の液滴吐出ヘッドの吐出性能を検査するヘッド検査装置において、液滴吐出ヘッドがセットされるセットホルダと、液滴吐出ヘッドに接続される供給チューブと、供給チューブを介して液滴吐出ヘッドに機能液を供給する機能液供給手段と、供給チューブを介して液滴吐出ヘッドに洗浄液を供給する洗浄液供給手段と、供給チューブの上流端に配設され、機能液供給手段と洗浄液供給手段とを流路切替えする流路切替え手段と、液滴吐出ヘッドのノズル面に密接し、全吐出ノズルから機能液を吸引する機能液吸引手段と、流路切替え手段および機能液吸引手段を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、検査終了後、流路切替え手段を駆動して機能液供給手段から洗浄液供給手段に流路切替えを行なうと共に、機能液吸引手段を駆動して液滴吐出ヘッドに洗浄液を通液することを特徴とする。

この構成によれば、検査終了後、流路切替え手段により洗浄液供給手段に流路切替えを行なった後、機能液吸引手段を、液滴吐出ヘッドのノズル面に密接させて吸引することで、全吐出ノズルを介して液滴吐出ヘッド内部から機能液を排出すると共に、液滴吐出ヘッド内部に洗浄液を通液させることができる。これにより、簡易な構成で液滴吐出ヘッド内部を洗浄することができる。

この場合、制御手段は、検査開始前に、流路切替え手段を駆動して機能液供給手段に流路切替えを行った後、機能液吸引手段を駆動して液滴吐出ヘッドに機能液を通液することが、好ましい。

この構成によれば、検査開始前、流路切替え手段により機能液供給手段に流路切替えを行なった後、機能液吸引手段を、液滴吐出ヘッドのノズル面に密接させて吸引することで、液滴吐出ヘッド内部に機能液を初期充填することができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明に係るヘッド検査装置について説明する。このヘッド検査装置は、セットされた液滴吐出ヘッド（いわゆる、インクジェットヘッド）に機能液を充填すると共に、駆動電圧を印加し、吐出ノズルから液滴を吐出させて、インクジェットヘッドの吐出性能を検査するものである。先ず、ヘッド検査装置の説明に先立ち、検査対象となる液滴吐出ヘッドについて説明する。

図１に示すように、液滴吐出ヘッド１は、いわゆる２連のものであり、２連の接続針を有する機能液導入部２と、機能液導入部２の側方に連なる２連のヘッド基板３と、機能液導入部２の下方に連なり、内部に機能液で満たされるヘッド内流路（図４参照）５が形成されたヘッド本体４と、を備えている。

各接続針７は、配管アダプタ（図示省略）を介して機能液を貯留する機能液タンク５０に接続されており、機能液導入部２は、各接続針７から機能液の供給を受けるようになっている。また、ヘッド本体４は、ピエゾ素子等で構成される２連のポンプ部８と、多数の吐出ノズル９を形成したノズル面１０を有するノズルプレート１１と、を有している。

図１（ｂ）に示すように、ノズルプレート１１のノズル面１０に形成された多数の吐出ノズル９は、相互に平行に列設された２列のノズル列１５で構成されており、各ノズル列１５は、等ピッチで並べた１８０個の吐出ノズル９で構成されている。この場合、１８０個の吐出ノズル９のうち、両外端に位置する各１０個の吐出ノズル９は、無効吐出ノズル（ダミーノズル）１６であり、実際の描画には使用しない。このため、ヘッド検査装置２０により液滴吐出ヘッド１を検査する場合は、無効吐出ノズル９を考慮することなく検査が行われる。なお、後述する吐出量測定ユニット４２により、液滴吐出ヘッド１から吐出される機能液滴の吐出重量を測定する場合は、ノズル列１５単位で行うよう構成されている。

ヘッド基板３には、２連のコネクタ１８，１８が設けられており、各コネクタ１８はフレキシブルフラットケーブ（図示省略）を介してヘッド検査装置２０の制御装置２６に接続されている。そして、この制御装置２６から出力された駆動波形が各コネクタ１８を介して各ポンプ部８に印加されることで、各吐出ノズル９から機能液滴が吐出される。このようにして、制御装置２６により液滴吐出ヘッド１の駆動が制御されている。

次に、図２および３を参照して、上記した液滴吐出ヘッド１の吐出性能を検査するヘッド検査装置２０について説明する。ヘッド検査装置２０は、機台２１と、機台２１上に載置され、液滴吐出ヘッド１を搭載した吐出検査装置２２と、同様に機台２１上に載置され、吸引装置６１およびワイピング装置６０を有するメンテナンス装置２３と、吐出検査装置２２およびメンテナンス装置２３を内部に収容し、機台２１を覆うようにして設けられたチャンバ装置２４と、を備えており、チャンバ装置２４のカバーケース２５には、吐出検査装置２２、メンテナンス装置２３およびチャンバ装置２４を制御する制御装置２６の一部（図示では、ディスプレイ等）が付設されている。

ヘッド検査装置２０は、吐出検査装置２２に搭載した液滴吐出ヘッド１を１つずつ検査すべく、メンテナンス装置２３により液滴吐出ヘッド１の機能維持・回復を行いながら、吐出検査装置２２により機能液滴を吐出して、液滴吐出ヘッド１の吐出性能を検査している。また、チャンバ装置２４は、内部雰囲気を温度管理すると共に、クリーンブースを構成している。なお、ヘッド検査装置２０は、温度管理されたクリーンルーム内に設置されており、チャンバ装置２４の温度管理は、チャンバ装置２４の内部を換気し、内部雰囲気をクリーンルームの雰囲気に置換することで行われる。

図３は吐出検査装置２２を模式的に表した上面図であり、吐出検査装置２２は、機台２１上に立設した一対の支柱３０と、一対の支柱３０に架け渡された第１Ｙ軸テーブル３１と、第１Ｙ軸テーブル３１上に配設されると共にＸ軸テーブル３２および第２Ｙ軸テーブル３３から成るＸＹテーブル３４と、Ｘ軸テーブル３２に垂設されたキャリッジ３５と、キャリッジ３５に搭載されると共に、１の液滴吐出ヘッド１が工具レスでセットされるセットホルダ３６と、を備えている。また、吐出検査装置２２は、供給チューブ（図４参照）４９を介して液滴吐出ヘッド１に機能液を供給する機能液供給ユニット４０と、供給チューブ４９を介して液滴吐出ヘッド１に洗浄液を供給する洗浄液供給ユニット３８と、供給チューブ４９の上流端に配設され、機能液供給ユニット４０と洗浄液供給ユニット３８とを流路切替えする流路切替え手段（図４参照）３９と、吐出された機能液滴の飛行曲がりや飛行速度を検査する飛行検査ユニット４１と、吐出された機能液滴の吐出重量を測定する吐出量測定ユニット４２と、ガラス基板Ｗを載置するターゲットステージ４３と、ガラス基板Ｗを仮置きする仮置きステージ４４と、を備えている。機能液供給ユニット４０は、第１Ｙ軸テーブル３１に付設されるとともに、飛行検査ユニット４１および吐出量測定ユニット４２は、第１Ｙ軸テーブル３１および第２Ｙ軸テーブル３３によりＹ軸方向に移動する液滴吐出ヘッド１の移動軌跡の下方に臨むよう、機台２１上にそれぞれ並べて配設されている。

吐出検査装置２２により液滴吐出ヘッド１の検査を行う場合は、機能液供給ユニット４０により液滴吐出ヘッド１に機能液を供給しつつ、各テーブル３１，３２，３３により液滴吐出ヘッド１をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させて、飛行検査ユニット４１、吐出量測定ユニット４２およびターゲットステージ４３にそれぞれ臨ませ、順次各検査を行う。

図４に示すように、機能液供給ユニット４０は、Ｒ・Ｇ・Ｂ色の機能液をそれぞれ貯留する３つの機能液タンク（図４では１つ）５０と、各機能液タンク５０と液滴吐出ヘッド１の間に介設された供給チューブ４９と、供給チューブ４９を２つの接続針７に接続させるよう分岐させる分岐継手５１を有する接続ユニット８０と、分岐継手５１の上流側に設けられた自己封止弁５２と、を備えている。各機能液タンク５０は、液滴吐出ヘッド１の上方に配設され、セットした液滴吐出ヘッド１の色別に応じて選択的に使用されている。このため、各機能液は、自然水頭により各機能液タンク５０から供給チューブ４９を介して液滴吐出ヘッド１へ供給される。このとき、供給チューブ４９に介設された自己封止弁５２が、自然水頭圧を調整するため、液滴吐出ヘッド１から機能液が漏れることはない。

洗浄液供給ユニット３８は、洗浄液を貯留する洗浄液タンク５６を有しており、上記の供給チューブ４９を介して液滴吐出ヘッド１に洗浄液を供給する。なお、詳細は後述するが、洗浄液供給ユニット３８は、後述する吸引装置６１と協働して、検査終了後の液滴吐出ヘッド１内部を洗浄するものである。

流路切替え手段３９は、例えば、エアー駆動の三方弁や防爆型の電磁三方弁で構成されており、供給チューブ４９の上流側に配設されると共に、機能液供給ユニット４０から供給チューブ４９への機能液の送液と、洗浄液供給ユニット３８から供給チューブ４９への洗浄液の送液と、を切り替えている。

接続ユニット８０は、ケーシング内に分岐継手５１および２つの接続口８１を有する接続用ブロック８２と、接続用ブロック８２を昇降させる接続用シリンダ８３と、を有している。接続用シリンダ８３と接続用ブロック８２との間には、図示では省略したが、バネが介設されており、接続用シリンダ８３を駆動して接続用ブロック８２を下降させることにより、接続用ブロック８２の２つの接続口８１が液滴吐出ヘッド１の２つの接続針７に液密に接続される。また、この状態から、液滴吐出ヘッド１を上昇させることにより、２つの接続口８１と２つの接続針７との接合が解かれるようになっている。なお、各接続口８１には、接続針７の接合時に開放されると共に、非接合時に自動閉塞するバルブが組み込まれている。

飛行検査ユニット４１は、液滴吐出ヘッド１から吐出された機能液滴の飛行曲がり、飛行速度や吐出抜け等を検査するものであり、吐出された機能液滴を高速度撮影している。飛行検査ユニット４１は、パルス光源であるパルスレーザを有する照明部５３と、照明部５３に対向して配置され、パルスレーザによるパルス光を受光する顕微鏡カメラ５４と、液滴吐出ヘッド１から吐出された機能液滴を受ける機能液受け部５５と、を備えている。これにより、液滴吐出ヘッド１から吐出された機能液滴は、照明部５３と顕微鏡カメラ５４との間のパルス光を遮って、機能液受け部５５に着弾するよう構成されている。飛行検査ユニット４１により高速度撮影された機能液滴は、その撮影結果に基づいて、液滴吐出ヘッド１からの飛行速度が計測されると共に、飛行曲がりがあるか否か、また、吐出抜けがあるか否かを検査する。なお、図示は省略するが、上記の機能液受け部５５は、液滴吐出ヘッド１からの捨て吐出を受けるフラッシング部を兼ねており、機能液受け部５５に貯留した機能液は、廃液チューブを介して機能液受け部５５に接続された後述するイジェクターにより吸引されることで、後述する廃液タンク７０へ回収される。

吐出量測定ユニット４２は、液滴吐出ヘッド１から吐出された機能液滴の重量を測定するものであり、液滴吐出ヘッド１から吐出された機能液滴を受ける容器５８と、容器５８内の機能液の重量を測定する電子天秤５９と、を備えている。この吐出量測定ユニット４２により機能液滴の吐出量を測定する場合は、液滴吐出ヘッド１を容器５８に臨ませた後、ノズル列１５単位で数万発の機能液滴を吐出し、電子天秤５９により機能液の吐出重量を測定する。機能液の吐出重量が測定されると、測定された吐出重量から、１の吐出ノズル９あたりの吐出量を、吐出回数と吐出ノズル９の数分、除算して算出する。なお、液滴吐出ヘッド１に印加する駆動電圧は、吐出量測定ユニット４２により測定された機能液滴の吐出重量に基づいて決定されている。

ターゲットステージ４３は、ガラス基板Ｗを載置するものであり、載置されたガラス基板Ｗには、上方に臨んだ液滴吐出ヘッド１から所定の検査パターンに基づいて機能液滴が吐出される。機能液滴が着弾したガラス基板Ｗは、仮置きステージ４４に仮置きされ、着弾した機能液滴を自然乾燥させる。乾燥後のガラス基板Ｗは、図示しない別体の体積測定装置に移送され、着弾した機能液滴の個々の吐出量（体積）が測定される。

メンテナンス装置２３は、上記したようにワイピング装置６０と、吸引装置６１と、を備えており、各テーブル３１，３２，３３によりＹ軸方向に移動する液滴吐出ヘッド１の移動軌跡の下方に臨むよう、機台２１上にそれぞれ並べて配置されている。

ワイピング装置６０は、ノズル面１０に当接するワイピングシートＳと、ワイピングシートＳに洗浄液を噴霧する噴霧ノズル（図示省略）とを有しており、ワイピングシートＳに対し、噴霧ノズルから洗浄液を噴霧すると共に、洗浄液を含侵したワイピングシートＳを液滴吐出ノズル９のノズル面１０に押し当て、液滴吐出ノズル９を第１Ｙ軸テーブル３１によりＹ軸方向に前後させることで、液滴吐出ヘッド１のノズル面１０を払拭する。

図４に示すように、吸引装置６１は、液滴吐出ヘッド１のノズル面１０に密接すると共に、Ｒ・Ｇ・Ｂ色に対応した３つのキャップ部６２と、一端を各キャップ部６２に接続した吸引チューブ６４と、吸引チューブ６４の他端に接続された廃液タンク７０と、廃液タンク７０の上部に接続されたイジェクター７１と、を有している。また、吸引装置６１は、手動でＸ軸方向に移動するための手動Ｘ軸テーブル６３を有しており、吐出される機能液の色に応じて、各キャップ部６２をＸ軸方向に移動させて、Ｙ軸方向に移動する液滴吐出ヘッド１の直下に位置決めする。

各キャップ部６２は、断面凹状に形成されており、その内部には、機能液を吸収する吸収材６８が敷設されている。また、各キャップ部６２の底面には、吸引チューブ６４が接続される吸引孔６９が形成されている。

各キャップ部６２を液滴吐出ヘッド１のノズル面１０に密接させ、この状態で、イジェクター７１により機能液の吸引を行なうと、液滴吐出ヘッド１内部の機能液がノズル面１０を介してキャップ部６２に排出され、排出された機能液は、吸引孔６９および吸引チューブ６４を介して廃液タンク７０に回収される。これにより、液滴吐出ヘッド１の吐出ノズル９の目詰まりによる吐出不良を解消する。なお、吸引装置６１は、上記の機能液供給ユニット４０と協働して、液滴吐出ヘッド１内部に機能液を初期充填するよう構成されると共に、上記の洗浄液供給ユニット３８と協働して、液滴吐出ヘッド１内部を洗浄するよう構成されている。

制御装置２６は、吐出検査装置２２、メンテナンス装置２３およびチャンバ装置２４を制御しており、制御装置本体（図示省略）と、制御装置本体に接続され、データを入力するキーボード６５およびマウス６６と、チャンバ装置２４のカバーケース２５の正面側に付設され、入力結果等を表示するディスプレイ６７と、を有している。制御装置本体には、ヘッド検査装置を制御する各種プログラムや、各ユニットを駆動させるデバイスドライバ等が記憶されており、キーボード６５や各ユニット等から各種検出信号、各種指令、各種データ等が入力されると、制御装置２６は、各種プログラムおよびデバイスドライバ等に従って、各種データを処理し、ヘッド検査装置２０全体を制御するようになっている。

ここで、検査開始前において、液滴吐出ヘッド１内部に機能液を初期充填する一連の動作について説明する。キャリッジ３５に、セットホルダ３６を介して液滴吐出ヘッド１がセットされると、接続用シリンダ８３が駆動して、接続用ブロック８２が液滴吐出ヘッド１に接続され、機能液の供給が可能となる。続いて、制御装置２６は、各テーブル３１，３２，３３を駆動させて、液滴吐出ヘッド１を吸引装置６１に臨ませると共に、吸引装置６１を駆動させて、液滴吐出ヘッド１のノズル面に、供給する機能液に対応するキャップ部６２を密接させる。この動作に相前後して、流路切替え手段３９により、機能液供給ユニット４０側の流路を開放すると共に、洗浄液供給ユニット３８側の流路を閉塞するよう流路切替えを行う。

この後、吸引装置６１は、イジェクター７１を作動させ、ノズル面１０を介して液滴吐出ヘッド１内部を吸引することで、機能液タンク５０から供給チューブ４９を介して液滴吐出ヘッド１のヘッド内流路５に機能液が通液され、液滴吐出ヘッド１に機能液が初期充填される。

次に、検査終了後の液滴吐出ヘッド１内部を洗浄する一連の動作について説明する。液滴吐出ヘッド１の各種検査が終了すると、制御装置２６は、各テーブル３１，３２，３３を駆動させて、液滴吐出ヘッド１を吸引装置６１に臨ませると共に、吸引装置６１を駆動させて、液滴吐出ヘッド１のノズル面１０にキャップ部６２を密接させる。この動作に相前後して、流路切替え手段３９により、洗浄液供給ユニット３８側の流路を開放すると共に、機能液供給ユニット４０側の流路を閉塞するよう流路切替えを行う。

この後、吸引装置６１は、イジェクター７１を作動させ、ノズル面１０を介して液滴吐出ヘッド１内部の機能液を吸引して排出させると共に、洗浄液タンク５６から供給チューブ４９を介して液滴吐出ヘッド１のヘッド内流路５に洗浄液が一定時間、通液される。なお、液滴吐出ヘッド１は、洗浄液を充填したまま、セットホルダ３６から外され、次工程に搬送される。

以上の構成によれば、吐出ノズル９の目詰まりを解消するために設けられた吸引装置６１を活用するため、装置構成を複雑・大型化することなく、簡易な構成により液滴吐出ヘッド１内部を洗浄することができる。

本発明に係る液滴吐出ヘッドの駆動電圧決定方法を適用したヘッド検査装置の検査対象となる液滴吐出ヘッドの外観斜視図である。 ヘッド検査装置の外観斜視図である。 ヘッド検査装置の上面模式図である。 機能液供給ユニットおよび洗浄液供給ユニット廻りの模式図である。

符号の説明

１…液滴吐出ヘッド ５…ヘッド内流路 ９…吐出ノズル １０…ノズル面 ２０…ヘッド検査装置 ２６…制御装置 ３６…セットホルダ ３８…洗浄液供給ユニット ３９…流路切替え手段 ４０…機能液供給ユニット ４９…供給チューブ ５０…機能液タンク ５１…分岐継手 ５２…自己封止弁 ６１…吸引装置 ６２…キャップ部 ６４…吸引チューブ ７０…廃液タンク ７１…イジェクター

Claims (2)

1. 機能液滴を吐出するインクジェット方式の液滴吐出ヘッドの吐出性能を検査するヘッド検査装置において、
   前記液滴吐出ヘッドがセットされるセットホルダと、
   前記液滴吐出ヘッドに接続される供給チューブと、
   前記供給チューブを介して前記液滴吐出ヘッドに機能液を供給する機能液供給手段と、
   前記供給チューブを介して前記液滴吐出ヘッドに洗浄液を供給する洗浄液供給手段と、
   前記供給チューブの上流端に配設され、前記機能液供給手段と前記洗浄液供給手段とを流路切替えする流路切替え手段と、
   前記液滴吐出ヘッドのノズル面に密接し、全吐出ノズルから機能液を吸引する機能液吸引手段と、
   前記流路切替え手段および前記機能液吸引手段を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、検査終了後、前記流路切替え手段を駆動して前記機能液供給手段から前記洗浄液供給手段に流路切替えを行なうと共に、前記機能液吸引手段を駆動して前記液滴吐出ヘッドに洗浄液を通液することを特徴とするヘッド検査装置。
2. 前記制御手段は、検査開始前に、前記流路切替え手段を駆動して前記機能液供給手段に流路切替えを行うと共に、前記機能液吸引手段を駆動して前記液滴吐出ヘッドに機能液を通液することを特徴とする請求項１に記載のヘッド検査装置。

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