JP2010266633A - Droplet discharge device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、液滴吐出装置に関するものである。 The present invention relates to a droplet discharge device.
従来から、インク温度を高精度かつ一定状態に制御して吐出重量の変動を抑制する液滴吐出ヘッド及びそれを備えた液滴吐出装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1では、液滴吐出ヘッド(インクジェットヘッド)及び機能液(インク)の温度変動に起因して、ヘッドから吐出されるインク滴の重量が変動することを課題としている。また、複数のノズルの各々の吐出条件やヒーターとの位置関係によるノズル間の吐出のバラツキを課題としている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a droplet discharge head that controls the ink temperature to be highly accurate and constant to suppress fluctuations in the discharge weight and a droplet discharge device including the droplet discharge head are known (for example, see Patent Document 1).
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-133867 has a problem that the weight of ink droplets ejected from the head varies due to temperature variation of the droplet ejection head (inkjet head) and the functional liquid (ink). Another problem is the discharge variation between the nozzles depending on the discharge conditions of each of the plurality of nozzles and the positional relationship with the heater.
特許文献1では、これらの課題を解決するために液滴吐出ヘッドに温度調整用媒体の流路を備えている。そして、流路に温度調整用媒体を恒温で流動させている。これにより、各ノズルに対応する機能液の間に温度差が存在しても、温度調整用媒体との間で熱交換することが可能になり、機能液の温度を一定に維持することが可能になる。
In
しかしながら、上記従来の液滴吐出装置では、複数の液滴吐出ヘッドが隣接して配列される場合、複数のヘッド間に温度差が発生するという課題がある。複数の液滴吐出ヘッドが隣接して配置されると、配列の内側に配置された液滴吐出ヘッドに熱が集中し、配列の外側に配置された液滴吐出ヘッドよりも高温になる。すると、配列の内側の液滴吐出ヘッドにおいて吐出する機能液の粘度が低下し、配列の外側に位置する液滴吐出ヘッドとの間で吐出する機能液の粘度にバラツキが発生する。 However, the conventional liquid droplet ejection apparatus has a problem that when a plurality of liquid droplet ejection heads are arranged adjacent to each other, a temperature difference occurs between the plurality of heads. When a plurality of droplet discharge heads are arranged adjacent to each other, heat concentrates on the droplet discharge heads arranged inside the array, resulting in a higher temperature than the droplet discharge heads arranged outside the array. Then, the viscosity of the functional liquid ejected from the droplet ejection head inside the array is lowered, and the viscosity of the functional liquid ejected between the droplet ejection heads located outside the array is varied.
配列の内側と外側の液滴吐出ヘッドの間で吐出する機能液の粘度にバラツキが発生すると、各液滴吐出ヘッドから吐出される液滴の吐出量にバラツキが発生するという課題がある。すなわち、粘度が低い機能液を吐出する液滴吐出ヘッドの吐出量は増加し、粘度が高い機能液を吐出する液滴吐出ヘッドの吐出量は減少する。したがって、複数の液滴吐出ヘッド間において機能液の吐出量にバラツキが発生してしまう。 When variation occurs in the viscosity of the functional liquid ejected between the inner and outer droplet ejection heads of the array, there is a problem that variation occurs in the ejection amount of the droplets ejected from each droplet ejection head. That is, the discharge amount of the droplet discharge head that discharges the functional liquid having a low viscosity increases, and the discharge amount of the droplet discharge head that discharges the functional liquid having a high viscosity decreases. Therefore, the discharge amount of the functional liquid varies among a plurality of droplet discharge heads.
そこで、本発明は、隣接して配置された複数の液滴吐出ヘッドから吐出される機能液の吐出量を均一化することができる液滴吐出装置を提供するものである。 Accordingly, the present invention provides a droplet discharge device that can uniformize the discharge amount of functional liquid discharged from a plurality of droplet discharge heads arranged adjacent to each other.
上記の課題を解決するために、本発明の液滴吐出装置は、機能液の液滴を吐出する複数のノズルと該ノズルの各々に対応して設けられた圧電素子とを有する複数の液滴吐出ヘッドを備え、前記複数の液滴吐出ヘッドは隣接して配置され、内側に配置された前記液滴吐出ヘッドの前記圧電素子の静電容量が、外側に配置された前記液滴吐出ヘッドの前記圧電素子の静電容量よりも小さいことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a droplet discharge device according to the present invention includes a plurality of droplets each having a plurality of nozzles that discharge a droplet of a functional liquid and a piezoelectric element provided corresponding to each of the nozzles. A plurality of droplet discharge heads are arranged adjacent to each other, and an electrostatic capacitance of the piezoelectric element of the droplet discharge head disposed inside is disposed on the droplet discharge head disposed outside. It is smaller than the capacitance of the piezoelectric element.
このように構成することで、配列の内側の液滴吐出ヘッドの圧電素子において発生する熱量が、配列の外側の液滴吐出ヘッドの圧電素子において発生する熱量よりも少なくなる。すなわち、圧電素子が発生する熱量(仕事量)をW、圧電素子の静電容量をC、圧電素子に印加する電圧をVとすると、下記の式(1)の関係が成立する。 With this configuration, the amount of heat generated in the piezoelectric elements of the droplet discharge heads inside the array is less than the amount of heat generated in the piezoelectric elements of the droplet discharge heads outside the array. That is, when the heat (work) generated by the piezoelectric element is W, the capacitance of the piezoelectric element is C, and the voltage applied to the piezoelectric element is V, the following equation (1) is established.
W=CV2 …(1) W = CV 2 (1)
上記の式(1)に示すように、圧電素子が発生する熱量Wは圧電素子の静電容量Cに比例する。そのため、静電容量Cが小さいほど、圧電素子に発生する熱量は少なくなる。
また、複数の液滴吐出ヘッドを隣接して配置した場合には、配列の内側に配置された液滴吐出ヘッドの外側には、他の液滴吐出ヘッドが隣接して配置される。すると、内側に配置された液滴吐出ヘッドは雰囲気中に放熱し難くなるだけでなく、外側に配置された液滴吐出ヘッドが発生する熱の影響を受ける。したがって、隣接して配置された複数の液滴吐出ヘッドにおいては、内側に配置された液滴吐出ヘッドは、外側に配置された液滴吐出ヘッドよりも高温になりやすい。
ここで、本発明の液滴吐出装置では、外側に配置された液滴吐出ヘッドよりも内側に配置された液滴吐出ヘッドの方が、圧電素子において発生する熱量が少なくなるように構成されている。そのため、内側に配置された液滴吐出ヘッドの温度を外側に配置された液滴吐出ヘッドの温度よりも低くすることができる。これにより、外側に配置された液滴吐出ヘッドが発生する熱の影響を受けて内側に配置された液滴吐出ヘッドの温度が上昇した場合であっても、各液滴吐出ヘッドの温度差を減少させることができる。
これにより、隣接して配置された複数の液滴吐出ヘッドの温度を均一化することができる。各液滴吐出ヘッドの温度が均一化されると、吐出する機能液の粘度が均一化される。機能液の粘度が均一化されると、各液滴吐出ヘッドが吐出する機能液の吐出量が均一化される。
したがって、本実施形態の液滴吐出装置によれば、隣接して配置された複数の液滴吐出ヘッドから吐出される機能液の吐出量を均一化することができる。
As shown in the above equation (1), the amount of heat W generated by the piezoelectric element is proportional to the capacitance C of the piezoelectric element. Therefore, the smaller the capacitance C, the less heat is generated in the piezoelectric element.
When a plurality of droplet discharge heads are arranged adjacent to each other, other droplet discharge heads are arranged adjacent to each other outside the droplet discharge heads arranged inside the array. Then, the droplet discharge head arranged on the inner side is not only difficult to dissipate heat in the atmosphere, but also affected by the heat generated by the droplet discharge head arranged on the outer side. Therefore, in a plurality of droplet discharge heads arranged adjacent to each other, the droplet discharge heads arranged on the inner side are likely to be hotter than the droplet discharge heads arranged on the outer side.
Here, in the liquid droplet ejection apparatus of the present invention, the liquid droplet ejection head arranged inside the liquid droplet ejection head arranged outside is configured to generate less heat in the piezoelectric element. Yes. For this reason, the temperature of the droplet discharge head disposed inside can be made lower than the temperature of the droplet discharge head disposed outside. As a result, even when the temperature of the droplet discharge heads arranged on the inside rises due to the heat generated by the droplet discharge heads arranged on the outside, the temperature difference between the droplet discharge heads is reduced. Can be reduced.
Thereby, the temperature of the several droplet discharge head arrange | positioned adjacently can be equalize | homogenized. When the temperature of each droplet discharge head is made uniform, the viscosity of the discharged functional liquid is made uniform. When the viscosity of the functional liquid is made uniform, the discharge amount of the functional liquid discharged from each droplet discharge head is made uniform.
Therefore, according to the droplet discharge device of the present embodiment, it is possible to make the discharge amount of the functional liquid discharged from the plurality of droplet discharge heads arranged adjacent to each other uniform.
また、本発明の液滴吐出装置は、前記圧電素子は、交互に積層された複数の圧電体層と導電体層とを有し、前記内側に配置された前記液滴吐出ヘッドの前記圧電素子は、前記外側に配置された前記液滴吐出ヘッドの前記圧電素子よりも、前記導電体層の面積が小さいことを特徴とする。 Further, in the droplet discharge device of the present invention, the piezoelectric element has a plurality of piezoelectric layers and conductor layers alternately stacked, and the piezoelectric element of the droplet discharge head disposed inside the piezoelectric element. Is characterized in that the area of the conductor layer is smaller than that of the piezoelectric element of the droplet discharge head disposed on the outside.
このように構成することで、内側に配置された前記液滴吐出ヘッドの前記圧電素子の静電容量が、外側に配置された前記液滴吐出ヘッドの前記圧電素子の静電容量よりも小さくなる。 With this configuration, the electrostatic capacitance of the piezoelectric element of the droplet discharge head disposed inside is smaller than the capacitance of the piezoelectric element of the droplet discharge head disposed outside. .
また、本発明の液滴吐出装置は、前記圧電素子は、交互に積層された複数の圧電体層と導電体層とを有し、前記内側に配置された前記液滴吐出ヘッドの前記圧電素子は、前記外側に配置された前記液滴吐出ヘッドの前記圧電素子よりも、前記圧電体層の厚みが大きいことを特徴とする。 In the droplet discharge device of the present invention, the piezoelectric element includes a plurality of piezoelectric layers and conductor layers alternately stacked, and the piezoelectric element of the droplet discharge head disposed on the inner side. Is characterized in that the thickness of the piezoelectric layer is larger than that of the piezoelectric element of the droplet discharge head disposed on the outside.
このように構成することで、内側に配置された前記液滴吐出ヘッドの前記圧電素子の静電容量が、外側に配置された前記液滴吐出ヘッドの前記圧電素子の静電容量よりも小さくなる。 With this configuration, the electrostatic capacitance of the piezoelectric element of the droplet discharge head disposed inside is smaller than the capacitance of the piezoelectric element of the droplet discharge head disposed outside. .
また、本発明の液滴吐出装置は、前記内側に配置された前記液滴吐出ヘッドと前記外側に配置された前記液滴吐出ヘッドは、隣接して配置された前記圧電素子の間隔が異なることを特徴とする。 Further, in the droplet discharge device of the present invention, the interval between the piezoelectric elements arranged adjacent to each other is different between the droplet discharge head arranged inside and the droplet discharge head arranged outside. It is characterized by.
このように構成することで、内側に配置された前記液滴吐出ヘッドの圧電素子と外側に配置された前記液滴吐出ヘッドの圧電素子の双方をノズルに対応する等しいピッチで配置させた状態で、圧電素子の静電容量を異ならせることができる。 With this configuration, both the piezoelectric elements of the droplet discharge head arranged inside and the piezoelectric elements of the droplet discharge head arranged outside are arranged at equal pitches corresponding to the nozzles. The electrostatic capacitance of the piezoelectric element can be varied.
また、本発明の液滴吐出装置は、前記複数の液滴吐出ヘッドを保持する複数のキャリッジを備え、前記複数のキャリッジは隣接して配置され、内側に配置された前記キャリッジが備える前記液滴吐出ヘッドの前記圧電素子の静電容量は、外側に配置された前記キャリッジが備える前記液滴吐出ヘッドの前記圧電素子の静電容量よりも小さいことを特徴とする。 In addition, the droplet discharge device of the present invention includes a plurality of carriages that hold the plurality of droplet discharge heads, and the plurality of carriages are disposed adjacent to each other, and the droplets included in the carriage disposed inside. The capacitance of the piezoelectric element of the ejection head is smaller than the capacitance of the piezoelectric element of the droplet ejection head provided in the carriage disposed on the outside.
このように構成することで、複数のキャリッジが備える液滴吐出ヘッドの温度を均一化して、複数のキャリッジ間で液滴吐出ヘッドの液滴吐出量を均一化することができる。 With this configuration, the temperature of the droplet discharge heads provided in the plurality of carriages can be made uniform, and the droplet discharge amount of the droplet discharge heads can be made uniform between the plurality of carriages.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各図面では、各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、部材毎に縮尺を適宜変更している。
本実施形態の液滴吐出装置は、例えばインクジェット方式により基板上にカラーフィルターの材料液の液滴を吐出してカラーフィルター層を形成するものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale is appropriately changed for each member so that each member has a size that can be recognized on the drawing.
The droplet discharge device of this embodiment forms a color filter layer by discharging droplets of a color filter material liquid onto a substrate by, for example, an inkjet method.
図1(a)は、本実施形態における液滴吐出装置IJの概略構成を示す斜視図である。
図1(a)に示すように、液滴吐出装置IJは、装置架台1、ワークステージ(載置台)2、ステージ移動装置(駆動部)3、キャリッジ4、液滴吐出ヘッド5、キャリッジ移動装置(駆動部)6、チューブ7、第1タンク8、第2タンク9、第3タンク10及び制御部11を備えている。
FIG. 1A is a perspective view showing a schematic configuration of a droplet discharge device IJ in the present embodiment.
As shown in FIG. 1A, a droplet discharge device IJ includes an
以下では、図1(a)に示すようにXYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部材について説明する。XYZ直交座標系は、X軸及びY軸がワークステージ2の基板Pを保持する保持面2aに対して平行となるよう設定されている。また、Z軸は保持面2aに垂直な方向に設定されている。ここで、ワークステージ2は保持面2aが水平面と平行になるように設けられている。すなわち、X軸及びY軸は水平面と平行で、Z軸は鉛直方向と平行になっている。
Below, as shown to Fig.1 (a), an XYZ rectangular coordinate system is set, and each member is demonstrated, referring this XYZ rectangular coordinate system. The XYZ orthogonal coordinate system is set so that the X axis and the Y axis are parallel to the holding
装置架台1は、ワークステージ2及びステージ移動装置3を支持する支持台である。
ワークステージ2は装置架台1上に設けられ、ステージ移動装置3によってX軸方向に移動可能に構成されている。また、ワークステージ2は、上流側の搬送装置(図示略)から搬送される基板Pを、真空吸着機構により保持面2aに保持するように設けられている。
The
The
ステージ移動装置3は、ボールネジまたはリニアガイド等の軸受け機構を備え、制御部11から入力される制御信号に基づいて、ワークステージ2をX軸方向に移動させる。
キャリッジ4は、複数の液滴吐出ヘッド5を保持するように設けられ、キャリッジ移動装置6によってY軸方向及びZ軸方向に移動可能に設けられている。
The
The
図1(b)はキャリッジ4の側面図である。
図1(b)に示すように、キャリッジ4には複数の液滴吐出ヘッド5がX軸方向に隣接して配置されている。本実施形態では、X軸方向に第1の液滴吐出ヘッド51から第6の液滴吐出ヘッド56の6つの液滴吐出ヘッド5が隣接して配置されている。また、図示は省略するが、Y軸方向にも複数の液滴吐出ヘッド5が隣接して配置されている。
FIG. 1B is a side view of the
As shown in FIG. 1B, a plurality of droplet discharge heads 5 are arranged adjacent to the
各液滴吐出ヘッド5は、R(赤)、G(緑)、B(青)各々の材料液に対応して設けられている。液滴吐出ヘッド5の各々には、図1(a)に示すように、キャリッジ4を介してチューブ7が連結されている。R(赤)に対応する液滴吐出ヘッド5に連結されたチューブ7は、R(赤)用の材料液を貯蔵する第1タンク8に接続されている。G(緑)に対応する液滴吐出ヘッド5に連結されたチューブ7は、G(緑)用の材料液を貯蔵する第2タンク9に接続されている。B(青)に対応する液滴吐出ヘッド5に連結されたチューブ7は、B(青)用の材料液を貯蔵する第3タンク10に接続されている。
これにより、R(赤)、G(緑)、B(青)に対応する液滴吐出ヘッド5の各々には、第1タンク8、第2タンク9、及び第3タンク10から、チューブ7を介してそれぞれR(赤)、G(緑)、B(青)の材料液が供給されるようになっている。
Each
As a result, the tube 7 from each of the
図2は、液滴吐出ヘッド5の断面図である。
図2に示すように、液滴吐出ヘッド5は、ヘッド本体5Aと、流路ユニット20と、アクチュエーターユニット30とを有している。
ヘッド本体5Aは、中空箱状の部材であり、ヘッド本体5Aの内部には、流路5B及び収容室5Cが形成されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the
As shown in FIG. 2, the
The head
流路5Bはヘッド本体5Aを高さ方向に貫通するように形成されている。流路5Bの上端はパッキン、導入針ユニット等(図示略)を介して図1(a)に示すチューブ7に接続されている。流路5Bの下端は、流路ユニット20内の共通インク室25に連通されており、導入針ユニットから導入されたインク等の機能液が流路5Bを通じて流路ユニット20に供給されるようになっている。
The
流路ユニット20は、ノズルプレート21、流路基板23及び振動板24を有している。これらノズルプレート21、流路基板23及び振動板24はこの順に積層された状態になっており、不図示の接着剤で接合され一体化されている。
流路ユニット20の下端面(ノズル面21a)には、流路ユニット20に供給された機能液を吐出する複数のノズル22が、Y軸方向に沿って配列形成されている。
ノズルプレート21は、液滴吐出ヘッド5の下端に流路基板23の下部を閉塞するように設けられている。ノズル22は、ノズルプレート21を貫通するように設けられ、それぞれ下面のノズル面21aに開口されている。
The
On the lower end surface (
The
流路基板23は、内部に共通インク室25、機能液供給口26及び圧力室27が形成されている。共通インク室25は複数のノズル22に共通して設けられ、流路5Bから供給された機能液を貯留するようになっている。また、共通インク室25は、機能液供給口26を介して連通する圧力室27の各々に機能液を供給するようになっている。圧力室27はノズル22毎に区画され、振動板24の振動によって内部の圧力が変化するようになっている。
The
振動板24は、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二重構造の複合板材である。この振動板24の圧力室27に対応する部分には、エッチングなどによって支持板を環状に除去することで、圧電素子31の先端面が接合される島部28が形成されている。この島部28は、ダイヤフラム部として機能する。
The
振動板24は、圧電素子31の作動に応じて島部28の周囲の弾性フィルムが弾性変形するように構成されている。流路基板23の一方の開口面を封止し、コンプライアンス部29として機能するようにもなっている。このコンプライアンス部29に相当する部分についてはダイヤフラム部と同様にエッチングなどにより支持板が除去され弾性フィルムだけが残った状態になっている。
The
アクチュエーターユニット30は、圧電素子31と、この圧電素子31が接合される固定板32と、制御部11からの駆動信号を圧電素子31に供給するフレキシブルケーブル33とから構成されている。アクチュエーターユニット30は、収容室5Cの内壁面に固定板32を接着することで収容室5C内に固定されている。
The
圧電素子31は、一端が固定板32上に接合され、他端は固定板32の先端面よりも突出し、振動板24の島部28に固定されている。圧電素子31は、圧電素子31は各々のノズル22及び圧力室27に対応して設けられ、ノズル22の配列方向(Y軸方向)に複数が配列されている。
One end of the
図3は、液滴吐出ヘッド5における圧電素子31の配置及び概略構成を示す斜視図である。
図3に示すように、圧電素子31は、ノズル22の配列方向(Y軸方向)に等しい間隔dで配列されている。圧電素子31は、X軸方向に交互に積層された複数の圧電体層31aと導電体層31bとを有している。圧電体層31aは、例えばPZT等の誘電体(圧電体)により形成されている。導電体層31bは、例えば金属板等の導体により形成されている。
FIG. 3 is a perspective view showing the arrangement and schematic configuration of the
As shown in FIG. 3, the
以下の説明では、圧電素子31のX軸方向(ノズル22の配列方向に直交する方向)の寸法を厚みT、Y軸方向(ノズル22の配列方向)の寸法を幅w、Z軸方向(長手方向)の寸法を長さl、とする。本実施形態では、ノズル22の間隔及び図3に示す圧電素子31の長さlが、各液滴吐出ヘッド5において共通している。
In the following description, the dimension of the
図1(b)に示すように、隣接して配置された複数の液滴吐出ヘッド5は、その位置によって、図3に示す圧電素子31の幅w及び間隔dが異なっている。そのため、各液滴吐出ヘッド5はその位置によって圧電素子31のYZ平面に平行な面31c(ノズル22の配列方向に平行な鉛直面)の面積が異なっている。これにより、各液滴吐出ヘッド5はその位置によって導電体層31bの面積が異なっている。
As shown in FIG. 1B, the width w and interval d of the
具体的には、図1(b)に示すようにX軸方向に配列された複数の液滴吐出ヘッド5のうち、最も外側に配置された第1の液滴吐出ヘッド51の圧電素子31の幅wは、その内側に配置された第2の液滴吐出ヘッド52の圧電素子31の幅wよりも大きくなっている。そのため、第1の液滴吐出ヘッド51の圧電素子31の面31cの面積は、第2の液滴吐出ヘッド52の圧電素子31の面31cの面積よりも大きくなっている。これにより、内側に配置された第2の液滴吐出ヘッド52は、外側に配置された第1の液滴吐出ヘッド51よりも、圧電素子31の導電体層31bの面積Sが小さくなっている。
Specifically, as shown in FIG. 1B, among the plurality of droplet discharge heads 5 arranged in the X-axis direction, the
一般に、圧電素子31の静電容量Cは、圧電体層31aの厚みt、圧電体層31aの誘電率ε、導電体層31bの面積Sを用いて下記の式(A)で表される。
In general, the capacitance C of the
C=εS/t …(A) C = εS / t (A)
上記の式(A)から、静電容量Cは導電体層31bの面積Sに比例していることがわかる。そのため、圧電体層31aの厚みtが等しければ、内側に配置された第2の液滴吐出ヘッド52の圧電素子31の静電容量Cは、外側に配置された第1の液滴吐出ヘッド51の圧電素子31の静電容量Cよりも小さくなる。
From the above formula (A), it can be seen that the capacitance C is proportional to the area S of the
ここで、第1の液滴吐出ヘッド51と第2の液滴吐出ヘッド52のノズル22の間隔は等しく、圧電素子31はそれぞれノズル22に対応して設けられている。また、第1の液滴吐出ヘッド51は第2の液滴吐出ヘッド52よりも圧電素子31の幅wが大きくなっている。そのため、第1の液滴吐出ヘッド51は、その内側の第2の液滴吐出ヘッド52よりも、圧電素子31,31の間隔dが小さくなっている。これにより、内側に配置された液滴吐出ヘッド52の圧電素子31と、外側に配置された液滴吐出ヘッド51の圧電素子31の双方をノズル22に対応して配置させた状態で、これらの静電容量Cを異ならせることができる。
Here, the interval between the
同様に、図1(b)に示す第2の液滴吐出ヘッド52よりも、その内側に配置された第3の液滴吐出ヘッド53の方が、図3に示す圧電素子31の幅wが小さくなっている。そのため、第3の液滴吐出ヘッド53の方が第2の液滴吐出ヘッド52よりも、圧電素子31の面31cの面積及び導電体層31bの面積が小さくなっている。これにより、内側に配置された第3の液滴吐出ヘッド53の圧電素子31の静電容量Cは、外側に配置された第2の液滴吐出ヘッド52の圧電素子31の静電容量Cよりも小さくなっている。
Similarly, the third
また、第2の液滴吐出ヘッド52は、第3の液滴吐出ヘッド53よりも、圧電素子31の幅wが大きくなっている。そのため、第2の液滴吐出ヘッド52は、その内側の第3の液滴吐出ヘッド53よりも、圧電素子31,31の間隔dが小さくなっている。これにより、内側に配置された液滴吐出ヘッド53の圧電素子31と、外側に配置された液滴吐出ヘッド52の圧電素子31の双方を、ノズル22に対応して配置させた状態で、これらの静電容量Cを異ならせることができる。
In addition, the second
本実施形態では、X軸方向において最も外側に配置された第1の液滴吐出ヘッド51及び第6の液滴吐出ヘッド56は同様の構成とされ、圧電素子31の静電容量Cが等しくなっている。また、それらの内側に配置された第2の液滴吐出ヘッド52及び第5の液滴吐出ヘッド55は同様の構成とされ、圧電素子31の静電容量Cが等しくなっている。また、それらの内側に配置された第3の液滴吐出ヘッド53及び第4の液滴吐出ヘッド54は同様の構成とされ、圧電素子31の静電容量Cが等しくなっている。
In the present embodiment, the first
図4は、図1(b)に示す第1の液滴吐出ヘッド51から第6の液滴吐出ヘッド56の静電容量Cの大小関係を示すグラフである。図4において縦軸は静電容量Cを表し、横軸の1〜6までの数字は、それぞれ第1の液滴吐出ヘッド51〜第6の液滴吐出ヘッド56に対応している。
FIG. 4 is a graph showing the magnitude relationship of the capacitance C of the first
図4に示すように、最も外側に配置された第1の液滴吐出ヘッド51及び第6の液滴吐出ヘッド56の静電容量Cが最も大きくなっている。そして、その内側に配置された第2の液滴吐出ヘッド52及び第5の液滴吐出ヘッド55の静電容量Cが、外側に配置された第1の液滴吐出ヘッド51及び第6の液滴吐出ヘッド56の静電容量Cよりも小さくなっている。また、その内側に配置された第3の液滴吐出ヘッド53及び第4の液滴吐出ヘッド54の静電容量Cが、外側に配置された第2の液滴吐出ヘッド52及び第5の液滴吐出ヘッド55の静電容量Cよりもさらに小さくなっている。
As shown in FIG. 4, the electrostatic capacitance C of the first
Y軸方向に隣接して配置された複数の液滴吐出ヘッド5についても、X軸方向に隣接して配置された複数の液滴吐出ヘッド5と同様に設けられている。すなわち、Y軸方向に隣接して配置された複数の液滴吐出ヘッド5は、内側に配置された液滴吐出ヘッド5の圧電素子31の静電容量Cが、外側に配置された液滴吐出ヘッド5の圧電素子31の静電容量Cよりも小さくなるように構成されている。
The plurality of droplet discharge heads 5 arranged adjacent to each other in the Y-axis direction are also provided in the same manner as the plurality of droplet discharge heads 5 arranged adjacent to each other in the X-axis direction. In other words, the plurality of droplet discharge heads 5 arranged adjacent to each other in the Y-axis direction has a capacitance C of the
さらに、本実施形態では、X軸方向及びY軸方向に隣接して配置された複数の液滴吐出ヘッド5において、内側に配置された液滴吐出ヘッド5の圧電素子31は、外側に配置された液滴吐出ヘッド5の圧電素子31よりも、図3に示す圧電体層31aの厚みtが大きくなっている。上記の式(A)から、静電容量Cは圧電体層31aの厚みtに反比例していることがわかる。
Further, in the present embodiment, in the plurality of droplet discharge heads 5 arranged adjacent to each other in the X-axis direction and the Y-axis direction, the
そのため、導電体層31bの面積Sが一定の場合、圧電素子31において31bの厚みt(導電体層31b間の距離)が大きくなると、静電容量Cが小さくなる。本実施形態では、X軸方向及びY軸方向に隣接して配置された複数の液滴吐出ヘッド5において、内側に配置された液滴吐出ヘッド5ほど、導電体層31bの面積が小さくなっている。したがって、内側の液滴吐出ヘッド5の静電容量Cをさらに小さくすることができ、内側と外側の液滴吐出ヘッド5における静電容量Cの差をより大きくすることができる。
Therefore, when the area S of the
図1(a)に示すように、キャリッジ移動装置6は、装置架台1を跨ぐ橋梁構造をしており、Y軸方向及びZ軸方向にボールネジまたはリニアガイド等の軸受け機構を備えている。キャリッジ移動装置6は、制御部11から入力される制御信号に基づいて、キャリッジ4をY軸方向及びZ軸方向に移動させる。
As shown in FIG. 1A, the
制御部11は、液滴吐出ヘッド5及びステージ移動装置3並びにキャリッジ移動装置6を制御するようになっている。制御部11は、制御信号として、ステージ移動装置3に対してワークステージ2のX座標を示すステージ位置を出力するように構成されている。また、キャリッジ移動装置6に対してキャリッジ4のY座標及びZ座標を示すキャリッジ位置を出力するように構成されている。また、液滴吐出ヘッド5の駆動回路基板(図示略)に描画データ及び駆動制御信号を出力するように構成されている。
The
以上の構成により、液滴吐出装置IJは、制御部11によりステージ移動装置3を駆動させることで、液滴吐出ヘッド5をワークステージ2に保持した基板Pに対してX軸方向に相対移動させることができるようになっている。また、制御部11によりキャリッジ移動装置6を駆動させることで、液滴吐出ヘッド5をワークステージ2上の基板Pに対してY軸方向及びZ軸方向に相対移動させることができるようになっている。
With the above configuration, the droplet discharge device IJ drives the
次に、本実施形態の液滴吐出装置IJの作用について説明する。
図1(a)に示すように、ワークステージ2の保持面2aに保持させた基板Pに成膜を行う際には、制御部11によりステージ移動装置3及びキャリッジ移動装置6を駆動させる。そして、基板Pに対してキャリッジ4を相対的に移動させながら、液滴吐出ヘッド5のノズル22から、例えばカラーフィルターの材料液等の機能液を断続的に吐出させる。これにより、基板P上の所定の領域にカラーフィルターの材料液を配置してカラーフィルターを成膜することができる。
Next, the operation of the droplet discharge device IJ of this embodiment will be described.
As shown in FIG. 1A, when film formation is performed on the substrate P held on the holding
図2に示す液滴吐出ヘッド5のノズル22から機能液を吐出させる際には、制御部11により各々の圧電素子31にフレキシブルケーブル33を介して所定の電圧波形を印加する。これにより、各々の圧電素子31が電圧波形に応じて伸縮し、振動板24が振動して圧力室27の容積が変化する。圧力室27の容積変化は圧力室27内の圧力変化を生じさせる。この圧力変化に伴う各々の圧力室27内の機能液の圧力の増減によって、各々のノズル22から機能液の液滴Dが吐出される。
圧電素子31へ電圧波形を印加して伸縮させると、圧電素子31において熱が発生し、液滴吐出ヘッド5の温度が上昇する。
When the functional liquid is ejected from the
When a voltage waveform is applied to the
ここで、本実施形態では、図1(b)に示すように、複数の液滴吐出ヘッド5が隣接して配置されている。この場合、外側に配置された第1の液滴吐出ヘッド51及び第6の液滴吐出ヘッド56はその外側の面が露出されている。そのため、これらにおいて発生した熱は、大気等の雰囲気に放熱されやすい。
Here, in this embodiment, as shown in FIG. 1B, a plurality of droplet discharge heads 5 are arranged adjacent to each other. In this case, the outer surfaces of the first
しかし、その内側に配置された第2の液滴吐出ヘッド52及び第5の液滴吐出ヘッド55は、その外側に第1の液滴吐出ヘッド51及び第6の液滴吐出ヘッド56が隣接して配置されている。そのため、これらにおいて発生した熱は第1の液滴吐出ヘッド51及び第6の液滴吐出ヘッド56よりも放熱されにくい。また、外側に配置された第1の液滴吐出ヘッド51及び第6の液滴吐出ヘッド56が発生する熱の影響を受ける。したがって、第2の液滴吐出ヘッド52及び第5の液滴吐出ヘッド55は、その外側に配置された第1の液滴吐出ヘッド51及び第6の液滴吐出ヘッド56よりも高温になりやすい。
However, the second
さらにその内側に配置された第3の液滴吐出ヘッド53及び第4の液滴吐出ヘッド54は、その外側に配置された第2の液滴吐出ヘッド52及び第5の液滴吐出ヘッド55により放熱されにくい。加えて、これらが発生する熱及びその外側の第1の液滴吐出ヘッド51及び第6の液滴吐出ヘッド56の熱の影響を受けて、第2の液滴吐出ヘッド52及び第5の液滴吐出ヘッド55よりもさらに高温になりやすい。
Further, the third
ここで、本実施形態の液滴吐出装置IJでは、内側に配置された液滴吐出ヘッド5の圧電素子31の静電容量Cが、外側に配置された液滴吐出ヘッド5の圧電素子31の静電容量Cよりも小さくなっている。
Here, in the droplet discharge device IJ of the present embodiment, the electrostatic capacitance C of the
圧電素子31が発生する熱量(仕事量)をW、圧電素子31に印加する電圧をVとすると、圧電素子31の静電容量Cとの間に下記の式(1)の関係が成立する。
When the amount of heat (work) generated by the
W=CV2 …(1) W = CV 2 (1)
上記の式(1)に示すように、圧電素子31が発生する熱量Wは圧電素子31の静電容量Cに比例する。そのため、静電容量Cが小さいほど、圧電素子31に発生する熱量は少なくなる。
As shown in the above formula (1), the amount of heat W generated by the
そのため、図1(b)に示すように、配列の内側の液滴吐出ヘッド53,54の圧電素子31において発生する熱量が、配列の外側の液滴吐出ヘッド52,55の圧電素子31において発生する熱量よりも少なくなる。また、液滴吐出ヘッド52,55の圧電素子31において発生する熱量が、さらにその外側の液滴吐出ヘッド51,56の圧電素子31において発生する熱量よりも少なくなる。
Therefore, as shown in FIG. 1B, the amount of heat generated in the
したがって、外側に配置された液滴吐出ヘッド51,56が発生する熱の影響を受けて内側に配置された液滴吐出ヘッド52,55の温度が上昇した場合であっても、各液滴吐出ヘッド5の温度差を減少させることができる。同様に、外側に配置された液滴吐出ヘッド51,52,55,56が発生する熱の影響を受けて内側に配置された液滴吐出ヘッド53,54の温度が上昇した場合であっても、各液滴吐出ヘッド5の温度差を減少させることができる。また、Y軸方向に隣接して配置された各液滴吐出ヘッド5においても同様に温度差を減少させることができる。
Therefore, even when the temperature of the droplet discharge heads 52 and 55 arranged on the inside rises due to the influence of the heat generated by the droplet discharge heads 51 and 56 arranged on the outside, each droplet discharge The temperature difference of the
これにより、隣接して配置された複数の液滴吐出ヘッド5の温度を均一化することができる。各液滴吐出ヘッド5の温度が均一化されると、吐出する機能液の粘度が均一化される。機能液の粘度が均一化されると、各液滴吐出ヘッド5が吐出する機能液の吐出量が均一化される。
Thereby, the temperature of the several
図5は、図1(b)に示すように、X軸方向に隣接して配置された液滴吐出ヘッド5の吐出量を示すグラフである。図5では、縦軸を機能液の吐出量(g)とし、横軸の1〜6までの数字は、それぞれ第1の液滴吐出ヘッド51〜第6の液滴吐出ヘッド56に対応している。
第1の液滴吐出ヘッド51〜第6の液滴吐出ヘッド56温度が均一化され、吐出する機能液の粘度が均一化されたことで、図5に示すように、各液滴吐出ヘッド5の吐出量が均一化されていることが分かる。
FIG. 5 is a graph showing the discharge amount of the droplet discharge heads 5 arranged adjacent to each other in the X-axis direction as shown in FIG. In FIG. 5, the vertical axis represents the discharge amount (g) of the functional liquid, and the numbers from 1 to 6 on the horizontal axis correspond to the first
As the temperature of the first
ここで、本実施形態の液滴吐出装置IJとの比較のため、従来の液滴吐出装置について、図1(b)を援用し、図6及び図7を用いて説明する。
本実施形態で説明する従来の液滴吐出装置は、図1(b)に示す本実施形態の液滴吐出装置IJと同様に、隣接して配置された第1〜第6の液滴吐出ヘッドを備えている。しかし、本実施形態の液滴吐出装置IJと異なり、各液滴吐出ヘッドが備える圧電素子の静電容量は全て等しくなっている。
Here, for comparison with the droplet discharge device IJ of the present embodiment, a conventional droplet discharge device will be described with reference to FIGS. 6 and 7 with reference to FIG.
The conventional droplet discharge device described in the present embodiment is similar to the droplet discharge device IJ of the present embodiment shown in FIG. 1B, and is adjacent to first to sixth droplet discharge heads. It has. However, unlike the droplet discharge device IJ of the present embodiment, the electrostatic capacitances of the piezoelectric elements included in each droplet discharge head are all equal.
図6は、従来の液滴吐出装置における液滴吐出ヘッドの温度を示すグラフである。図6において、縦軸は温度を表し、横軸の1〜6の番号は隣接して配置された第1〜第6の液滴吐出ヘッドに対応している。
図6に示すように、従来の液滴吐出装置においては、最も内側に配置された第3、第4の液滴吐出ヘッドの温度が最も高温になっている。次いで、その外側に配置された第2、第5の液滴吐出ヘッドの温度が高く、さらにその外側に配置された第1、第6の液滴吐出ヘッドの温度が最も低くなっている。
FIG. 6 is a graph showing the temperature of a droplet discharge head in a conventional droplet discharge apparatus. In FIG. 6, the vertical axis represents temperature, and the
As shown in FIG. 6, in the conventional droplet discharge device, the temperature of the third and fourth droplet discharge heads arranged on the innermost side is the highest. Next, the temperature of the second and fifth droplet discharge heads arranged outside thereof is high, and the temperature of the first and sixth droplet discharge heads arranged outside thereof is lowest.
複数の液滴吐出ヘッド間でこのような温度差が発生すると、各液滴吐出ヘッドが吐出する機能液の粘度が不均一になる。具体的には温度が高いほど機能液の粘度は低下し、温度が低いほど機能液の粘度は増加する。 When such a temperature difference occurs between a plurality of droplet discharge heads, the viscosity of the functional liquid discharged from each droplet discharge head becomes non-uniform. Specifically, the higher the temperature, the lower the viscosity of the functional liquid, and the lower the temperature, the higher the functional liquid viscosity.
図7は、従来の液滴吐出装置における各液滴吐出ヘッドの液滴吐出量を示すグラフである。図7では、縦軸を機能液の吐出量(g)とし、横軸の1〜6の数字は、それぞれ第1の液滴吐出ヘッド51〜第6の液滴吐出ヘッド56に対応している。
従来の液滴吐出装置では、第1〜第6の液滴吐出ヘッドの温度が不均一であり、吐出する機能液の粘度が不均一であることから、図7に示すように、各液滴吐出ヘッドの吐出量が不均一になっている。
FIG. 7 is a graph showing the droplet discharge amount of each droplet discharge head in the conventional droplet discharge apparatus. In FIG. 7, the vertical axis represents the discharge amount (g) of the functional liquid, and the
In the conventional droplet discharge device, the temperature of the first to sixth droplet discharge heads is non-uniform, and the viscosity of the functional liquid to be discharged is non-uniform, so as shown in FIG. The discharge amount of the discharge head is uneven.
一方、本実施形態の液滴吐出装置IJでは、上記のように各液滴吐出ヘッド5の圧電素子31の静電容量Cを、液滴吐出ヘッド5の配列の位置に応じて異ならせている。これにより、隣接して配置された複数の液滴吐出ヘッド5から吐出される機能液の吐出量を均一化することができる。
On the other hand, in the droplet discharge device IJ of the present embodiment, the electrostatic capacitance C of the
以上説明したように、本実施形態の液滴吐出装置IJによれば、隣接して配置された複数の液滴吐出ヘッド5から吐出される機能液の吐出量を均一化することができる。 As described above, according to the droplet discharge device IJ of the present embodiment, the discharge amount of the functional liquid discharged from the plurality of droplet discharge heads 5 arranged adjacent to each other can be made uniform.
尚、この発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上述の実施形態では、一のキャリッジに複数の液滴吐出ヘッドが保持されている構成について説明したが、本発明の液滴吐出装置は、複数の液滴吐出ヘッドを保持する複数のキャリッジを備えた構成としてもよい。この場合、複数のキャリッジは隣接して配置され、内側に配置されたキャリッジが備える液滴吐出ヘッドの圧電素子の静電容量を、外側に配置されたキャリッジが備える液滴吐出ヘッドの圧電素子の静電容量よりも小さくする。このように構成することで、複数のキャリッジが備える液滴吐出ヘッドの温度を均一化して、複数のキャリッジ間で液滴吐出ヘッドの液滴吐出量を均一化することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the configuration in which a plurality of droplet discharge heads are held in one carriage has been described. However, the droplet discharge apparatus of the present invention has a plurality of carriages that hold a plurality of droplet discharge heads. It is good also as a structure provided with. In this case, the plurality of carriages are arranged adjacent to each other, and the electrostatic capacity of the piezoelectric element of the droplet discharge head included in the carriage disposed on the inner side is equal to that of the piezoelectric element of the droplet discharge head included in the carriage disposed on the outer side. Make it smaller than the capacitance. With this configuration, the temperature of the droplet discharge heads provided in the plurality of carriages can be made uniform, and the droplet discharge amount of the droplet discharge heads can be made uniform between the plurality of carriages.
4 キャリッジ、5,51,52,53,54,55,56 液滴吐出ヘッド、22 ノズル、31 圧電素子、31a 圧電体層、31b 導電体層、C 静電容量、d 間隔、IJ 液滴吐出装置、S 面積、t 厚み 4 Carriage, 5, 51, 52, 53, 54, 55, 56 Droplet ejection head, 22 nozzles, 31 Piezoelectric element, 31a Piezoelectric layer, 31b Conductor layer, C capacitance, d interval, IJ droplet ejection Equipment, S area, t thickness
Claims (5)
前記複数の液滴吐出ヘッドは隣接して配置され、
内側に配置された前記液滴吐出ヘッドの前記圧電素子の静電容量が、外側に配置された前記液滴吐出ヘッドの前記圧電素子の静電容量よりも小さいこと
を特徴とする液滴吐出装置。 A plurality of droplet discharge heads having a plurality of nozzles for discharging droplets and piezoelectric elements provided corresponding to each of the nozzles;
The plurality of droplet discharge heads are disposed adjacent to each other;
A droplet discharge device characterized in that an electrostatic capacitance of the piezoelectric element of the droplet discharge head disposed inside is smaller than a capacitance of the piezoelectric element of the droplet discharge head disposed outside. .
前記内側に配置された前記液滴吐出ヘッドの前記圧電素子は、前記外側に配置された前記液滴吐出ヘッドの前記圧電素子よりも、前記導電体層の面積が小さいこと
を特徴とする請求項1に記載の液滴吐出装置。 The piezoelectric element has a plurality of piezoelectric layers and conductor layers alternately stacked,
The piezoelectric element of the droplet discharge head arranged on the inner side has a smaller area of the conductor layer than the piezoelectric element of the droplet discharge head arranged on the outer side. 2. The droplet discharge device according to 1.
前記内側に配置された前記液滴吐出ヘッドの前記圧電素子は、前記外側に配置された前記液滴吐出ヘッドの前記圧電素子よりも、前記圧電体層の厚みが大きいこと
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の液滴吐出装置。 The piezoelectric element has a plurality of piezoelectric layers and conductor layers alternately stacked,
The piezoelectric element of the droplet discharge head disposed on the inside has a thickness of the piezoelectric layer larger than that of the piezoelectric element of the droplet discharge head disposed on the outside. The droplet discharge device according to claim 1.
を特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の液滴吐出装置。 The interval between the piezoelectric elements arranged adjacent to each other is different between the liquid droplet ejection head arranged on the inner side and the liquid droplet ejection head arranged on the outer side. The droplet discharge device according to any one of the above.
前記複数のキャリッジは隣接して配置され、
内側に配置された前記キャリッジが備える前記液滴吐出ヘッドの前記圧電素子の静電容量は、外側に配置された前記キャリッジが備える前記液滴吐出ヘッドの前記圧電素子の静電容量よりも小さいこと
を特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の液滴吐出装置。 A plurality of carriages for holding the plurality of droplet discharge heads;
The plurality of carriages are arranged adjacent to each other;
The electrostatic capacity of the piezoelectric element of the droplet discharge head included in the carriage disposed inside is smaller than the electrostatic capacity of the piezoelectric element of the droplet discharge head included in the carriage disposed outside. The droplet discharge device according to any one of claims 1 to 4, wherein
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