JP2010142961A

JP2010142961A - 液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置

Info

Publication number: JP2010142961A
Application number: JP2008319291A
Authority: JP
Inventors: Tomoki Kawase; 智己川瀬
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2010-07-01

Abstract

【課題】吐出特性を正確に把握して印字品質の向上を図ることができる液滴吐出ヘッド及
び液滴吐出装置を提供する。
【解決手段】インクを吐出するノズル列３８が所定方向に設けられるノズル基板３３と、
ノズル基板３３を支持するヘッドケース２０とを備える液滴吐出ヘッド１０であって、ヘ
ッドケース２０の側部２０ａであって上記所定方向において最も温度が高い位置に熱電対
５０が設けられているという構成を採用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置に関する。

従来から、微小な液滴を吐出可能なノズル列を有する機能液滴吐出ヘッドを用いて、液
晶表示装置や有機ＥＬ装置等のカラーフィルタに代表される各種の電気光学装置を製造す
る液滴吐出装置が知られている。液滴吐出ヘッドから吐出される液滴の吐出特性（液滴の
吐出速度や重量）は粘度や表面張力等の温度に依存する物性値に依存して変化するため、
液滴吐出ヘッドに温度センサを設けて温度管理を行うことがなされている。特に、液滴吐
出ヘッドを複数備える液滴吐出装置においては、液滴吐出ヘッド間において吐出特性が異
なると印字品質に影響を及ぼすため、液滴吐出ヘッド間で温度差がないように温度制御す
ることが必要となる。液滴吐出ヘッドに温度センサを取り付ける液滴吐出装置は、例えば
下記特許文献１に開示されている。
特開２０００−１５３６０８号公報

ところで、温度センサは、コードの引き回しを考慮して液滴吐出ヘッドのヘッドケース
の側面に対して斜めに取り付けられることがある。このように、従来においては、専ら構
造的な取付性を考慮して、温度センサの取付位置が決定されていた。
しかしながら、液滴吐出ヘッドには温度のバラツキ（温度分布）があり、例えば、温度
が低く温度変化が表れ難い位置に温度センサが取り付けられてしまうと、液滴吐出ヘッド
の吐出特性を正確に把握できないという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、吐出特性を正確に把握して印字品質の
向上を図ることができる液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置を提供することを目的としてい
る。

上記の課題を解決するために、本発明は、液滴を吐出するノズル列が所定方向に設けら
れるノズル基板と、上記ノズル基板を支持するヘッドケースとを備える液滴吐出ヘッドで
あって、上記ヘッドケースの側部であって上記所定方向において最も温度が高い位置に温
度センサが設けられているという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、ノズル列が設けられる方向にお
いて温度が最も高い位置に温度センサが設けられるため、鋭敏な温度変化を正確に計測す
ることが可能となる。

また、本発明においては、上記温度センサは、上記所定方向における上記ノズル列の中
間の位置に対応する位置に設けられるという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、熱が籠りやすく温度が高くなる
ノズル列の中間の位置に対応する位置に温度センサが設けられる。

また、本発明においては、上記温度センサは、所定方向と直交する向きで上記側部に設
けられるという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、温度センサの計測領域を狭めて
、温度が最も高い位置のみに温度センサを当てて温度を計測することができる。

また、本発明においては、液滴吐出ヘッドとして、先に記載の液滴吐出ヘッドを備える
液滴吐出装置が得られる。

以下、本発明に係る液滴吐出ヘッドについて、図を参照して説明する。なお、以下の説
明では、圧電素子の伸縮によりノズル列からインクを吐出させて画像や文字を印字するイ
ンクジェット式の液滴吐出ヘッドに、本発明を適用した場合の例について説明する。

図１は、本発明の実施形態における液滴吐出ヘッド１０の構成を示す斜視図である。
図２は、本発明の実施形態における液滴吐出ヘッド１０の構成を示す正面図である。
図３は、図１における線視Ｋ−Ｋ断面図である。
液滴吐出ヘッド１０は、図１に示すように、ヘッドケース２０と、ヘッドケース２０に
支持された流路形成ユニット３０と、ヘッドケース２０の側部２０ａと接触して温度を計
測する熱電対（温度センサ）５０とを備える。

流路形成ユニット３０は、図３に示すように、振動板３１と、流路基板３２と、ノズル
基板３３とを有する。流路形成ユニット３０は、振動板３１、流路基板３２、及びノズル
基板３３を積層し、接着剤等で接合一体化したものである。流路形成ユニット３０は、ヘ
ッドケース２０の内部流路２２と接続された共通インク室３４と、共通インク室３４と接
続されたインク供給路３５と、インク供給路３５と接続された圧力室３６とを備えている
。圧力室３６はそれぞれ、ノズル基板３３に設けられたノズル３７に対応して設けられて
おり、各々の圧力室３６は、共通インク室３４と反対側の端部においてノズル３７に接続
されている。

振動板３１は、例えばステンレス鋼等の金属製の支持板上に弾性フィルムをラミネート
加工したものである。振動板３１の圧力室３６に対応する部分には、エッチングなどによ
り支持板を環状に除去することで、圧電素子２５の下端と接合される島部３２ａが形成さ
れている。島部３２ａはダイヤフラム部として機能する。すなわち、振動板３１は、圧力
室３６上において、島部３２ａの周囲の弾性フィルムの部分が圧電素子２５の駆動に応じ
て弾性変形し、島部３２ａが上下動するようになっている。

流路基板３２は、内部流路２２の下端とノズル３７とを接続する共通インク室３４、イ
ンク供給路３５、及び圧力室３６それぞれの空間を形成するための凹部を有する。これら
の凹部は、例えば流路基板３２の基材となるシリコン単結晶基板を異方性エッチングする
ことで形成されている。

ノズル基板３３は、例えばステンレス鋼等の金属で形成された板状の部材であり、所定
方向に所定間隔（ピッチ）で形成された複数のノズル３７を有する。本実施形態のノズル
基板３３には、図１に示すようにノズル基板３３の長辺方向において複数のノズル３７が
列設され、ノズル列３８を構成している。ノズル列３８は、ノズル基板３３の短辺方向に
おいて複数列（本実施形態では２列）並設されている。

ヘッドケース２０は、合成樹脂からなる箱形の部材である。ヘッドケース２０は、駆動
ユニット２４を収容する収容空間２１と、外部から供給されたインクを流路形成ユニット
３０に案内する内部流路２２と、ヘッドケース２０内の２つの収容空間２１を分ける中央
リブ２８とを有する。
収容空間２１内に配置された駆動ユニット２４は、複数の圧電素子２５と、複数の圧電
素子２５の上端を支持する固定部材２６と、駆動信号を圧電素子２５に供給する柔軟なケ
ーブル２７とを備えている。圧電素子２５は、複数のノズル３７のそれぞれに対応して設
けられている。
内部流路２２は、ヘッドケース２０を上下方向（ノズル基板３３に対し垂直方向）に貫
通して形成されており、流路形成ユニット３０にインクを供給する構成となっている。
中央リブ２８には、補強板４０が嵌合可能な凹部２３が設けられる。補強板４０は、例
えばステンレス鋼等の金属で形成される板部材であり、この凹部２３に嵌合し、中央リブ
２８ひいてはヘッドケース２０全体を補強する。

上記構成の液滴吐出ヘッド１０によれば、ケーブル２７を介して圧電素子２５に駆動信
号が入力されると、圧電素子２５が伸縮する。これにより、振動板３１がキャビティに接
近する方向及び離れる方向に変形（移動）する。このため、圧力室３６の容積が変化し、
インクを収容した圧力室３６の圧力が変動する。この圧力の変動によって、ノズル３７か
ら、インクが吐出される。

熱電対５０は、図１に示すように、ヘッドケース２０の側部２０ａに設けられる。本実
施形態の熱電対５０は、略長方形状を有し、この長辺が、ノズル列３８が形成される所定
方向と直交するような向きで設けられる。この熱電対５０は、所定方向において温度が最
も高い位置、具体的には、図２に示すように、所定方向においてノズル列３８の中間の位
置に対応する位置（以下、中央部と称する）に設けられる。

続いて、図４を参照して、上記構成の液滴吐出ヘッド１０の駆動に伴って生じる温度分
布について説明する。なお、図４において、縦軸は温度を示し、横軸は時間を示す。また
、太線は熱電対５０を中央部に設けた場合の温度変化を示し、点線は熱電対５０を図２の
２点鎖線で示す位置（所定方向においてノズル列３８の端部の位置（以下、端部と称する
））に設けた場合の温度変化を示し、細線は液滴吐出ヘッド１０の外部環境（チャンバー
内）の温度変化を示す。

駆動ユニット２４が駆動すると、その駆動熱により収容空間２１が昇温し、液滴吐出ヘ
ッド１０のノズル列３８に沿った方向に温度分布が生じる。図４に示すように、ヘッドケ
ース２０の中央部は、端部と比べて温度が高く、温度変化に鋭敏である。これは、ヘッド
ケース２０の中央部では、熱が籠りやすく温度が高くなり、一方のヘッドケース２０の端
部では、熱が放散されやすく温度が低くなることに起因する。熱電対５０は、このノズル
列３８に沿った方向のうち最も高温の中央部と接触することで温度を計測する。

したがって、本実施形態では、インクを吐出するノズル列３８が所定方向に設けられる
ノズル基板３３と、ノズル基板３３を支持するヘッドケース２０とを備える液滴吐出ヘッ
ド１０であって、ヘッドケース２０の側部２０ａであって上記所定方向において最も温度
が高い位置に熱電対５０が設けられているという構成を採用することによって、液滴吐出
ヘッド１０の鋭敏な温度変化を正確に計測することが可能となる。したがって、本実施形
態では、吐出特性を正確に把握して印字品質の向上を図ることができる効果がある。

また、本実施形態においては、熱電対５０は、上記所定方向におけるノズル列３８の中
間の位置に対応する位置に設けられるという構成を採用することによって、熱が籠って温
度が高くなるノズル列３８の中間の位置に対応する位置に熱電対５０が設けられることと
なるため、鋭敏な温度変化を正確に計測することができる効果がある。

また、本実施形態においては、熱電対５０は、所定方向と直交する向きで側部２０ａに
設けられるという構成を採用することによって、熱電対５０の計測領域を狭めて、温度分
布で温度が低いところを避け、温度が最も高い位置のみに熱電対５０を当てることができ
るため、温度が最も高い位置の温度変化を正確に計測できるという効果がある。

＜液滴吐出装置＞
次に、上述した液滴吐出ヘッド１０を複数有する液滴吐出ユニット１備えた本発明の液
滴吐出装置ＩＪの一例について、図５を参照しながら説明する。図５は液滴吐出装置ＩＪ
の概略構成を示す斜視図である。
図５において液滴吐出装置ＩＪは、液滴吐出ユニット１と、駆動軸４と、ガイド軸５と
、外部コントローラＣＴと、ステージ７と、クリーニング機構８と、基台９と、ヒータ１
５とを備えている。ステージ７は、液滴吐出ユニット１によって機能液が吐出される基板
Ｐを支持するもので、基板Ｐを基準位置に固定する不図示の固定機構を備えたものである
。液滴吐出ユニット１のノズル開口部からは、ステージ７に支持されている基板Ｐに対し
、機能液が吐出されるようになっている。

駆動軸４には駆動モータ２が接続されている。駆動モータ２はステッピングモータ等か
らなるもので、外部コントローラＣＴからＹ軸方向の駆動信号が供給されると、駆動軸４
を回転させるようになっている。駆動軸４が回転すると、液滴吐出ユニット１はＹ軸方向
に移動する。ガイド軸５は基台９に対して動かないように固定されている。ステージ７は
、駆動モータ３を備えている。駆動モータ３はステッピングモータ等からなるもので、外
部コントローラＣＴからＸ軸方向の駆動信号が供給されると、ステージ７をＸ軸方向に移
動するようになっている。

外部コントローラＣＴは、液滴吐出ユニット１に対して液滴吐出を制御するための電圧
を供給する。さらに、外部コントローラＣＴは、駆動モータ２に対して液滴吐出ユニット
１のＹ軸方向への移動を制御する駆動パルス信号を供給するとともに、駆動モータ３に対
してステージ７のＸ軸方向への移動を制御する駆動パルス信号を供給する。

クリーニング機構８は液滴吐出ユニット１をクリーニングするものであって、図示しな
い駆動モータを備えている。この駆動モータの駆動により、クリーニング機構８はガイド
軸５に沿ってＸ軸方向に移動する。クリーニング機構８の移動も外部コントローラＣＴに
より制御される。ヒータ１５は、ここではランプアニールにより基板Ｐを熱処理する手段
であり、基板Ｐ上に塗布された機能液に含まれる溶媒の蒸発及び乾燥を行うようになって
いる。このヒータ１５の電源の投入及び遮断も、外部コントローラＣＴによって制御され
るようになっている。
そして、液滴吐出装置ＩＪは、液滴吐出ユニット１と基板Ｐを支持するステージ７とを
相対的に走査しつつ基板Ｐに対して液滴を吐出する。

このような液滴吐出装置ＩＪにあっては、上述したように、吐出特性を正確に把握しつ
つ機能液を吐出できるため、良品質の製品を製造できるものとなる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記
実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形
状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等
に基づき種々変更可能である。

例えば、上述の実施形態において、熱電対５０がヘッドケース２０の中央部に設けられ
ると説明したが、本発明は、上記構成に限定されるものではない。
例えば、ノズル列３８のうち、すべてのノズル３７を使用しない場合は、温度分布が上
記実施形態と異なり、所定方向における最も温度の高い位置が中央部からズレてしまうこ
とがある。したがって、使用するノズル３７の位置に応じて、熱電対５０の取付位置を適
宜変更することが望ましい。

例えば、上述の実施形態において、液滴吐出ヘッドから吐出される液滴（液状体）とし
ては、インクのみならず、特定の用途に対応する液滴を適用可能である。液滴吐出装置に
、その特定の用途に対応する液滴を吐出可能な液滴吐出ヘッドを設け、その液滴吐出ヘッ
ドから特定の用途に対応する液滴を吐出して、その液滴を所定の物体に付着させることに
よって、所定のデバイスを製造可能である。例えば、本発明の液滴吐出装置（液状体吐出
装置）は、液晶ディスプレイ、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイ、及び面
発光ディスプレイ（ＦＥＤ）の製造等に用いられる電極材、色材等の材料を所定の分散媒
（溶媒）に分散（溶解）した液滴（液状体）を吐出する液滴吐出装置に適用可能である。

また、液滴吐出装置としては、バイオチップ製造に用いられる生体有機物を吐出する液
滴吐出装置、精密ピペットとして用いられ試料となる液滴を吐出する液滴吐出装置であっ
てもよい。
さらに、時計やカメラ等の精密機械にピンポイントで潤滑油を吐出する液滴吐出装置、
光通信素子等に用いられる微小半球レンズ（光学レンズ）などを形成するために紫外線硬
化樹脂等の透明樹脂液を基板上に吐出する液滴吐出装置、基板などをエッチングするため
に酸又はアルカリ等のエッチング液を吐出する液滴吐出装置、ジェルを吐出する液状体吐
出装置であってもよい。そして、これらのうちいずれか一種の液滴吐出装置に本発明を適
用することができる。

本発明の実施形態における液滴吐出ヘッドの構成を示す斜視図である。本発明の実施形態における液滴吐出ヘッドの構成を示す正面図である。図１における線視Ｋ−Ｋ断面図である。本発明の実施形態における液滴吐出ヘッドのノズル列方向における温度変化の違いを示すグラフである。本発明の実施形態における液滴吐出装置の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１０…液滴吐出ヘッド、２０…ヘッドケース、２０ａ…側部、３３…ノズル基板、３８
…ノズル列、５０…熱電対（温度センサ）、ＩＪ…液滴吐出装置

Claims

液滴を吐出するノズル列が所定方向に設けられるノズル基板と、前記ノズル基板を支持
するヘッドケースとを備える液滴吐出ヘッドであって、
前記ヘッドケースの側部であって、前記所定方向において最も温度が高い位置に温度セ
ンサが設けられていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
前記温度センサは、前記所定方向における前記ノズル列の中間の位置に対応する位置に
設けられることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
前記温度センサは、所定方向と直交する向きで前記側部に設けられることを特徴とする
請求項１または２に記載の液滴吐出ヘッド。
液滴吐出ヘッドから所定の対象物に向けて液滴を吐出する液滴吐出装置であって、
前記液滴吐出ヘッドとして、請求項１〜３のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドを備
えることを特徴とする液滴吐出装置。