JP2011131484A

JP2011131484A - インクジェットヘッドおよびこれを備えた液滴吐出装置

Info

Publication number: JP2011131484A
Application number: JP2009292664A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Ito; 芳博伊藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2009-12-24
Publication date: 2011-07-07
Anticipated expiration: 2029-12-24
Also published as: JP5564935B2

Abstract

【課題】本発明は、上記の点に鑑み、簡単な構成で、描画不良を招くような異物のノズルプレートへの付着を有効に防止することのできるインクジェットヘッドおよびこれを備えた液滴吐出装置を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明のインクジェットヘッドは、ポンプ作用を奏するヘッド本体と、ヘッド本体の裏面に設けられ、複数の吐出ノズルが形成されたノズルプレート５６と、を備え、ノズルプレート５６は、ヘッド本体の裏面に対応すると共に複数の吐出ノズル５７が形成されたノズル形成部５８と、ノズル形成部５８から外方に延設され、ヘッド本体の裏面から四周に亘って張り出すと共にヘッド本体側に立ち上がった立ち上がり部９２と、を有している。
【選択図】図６

Description

本発明は、特殊形状のノズルプレートを備えたインクジェットヘッドおよびこれを備えた液滴吐出装置に関する。

ノズルプレート側を特殊な形態としたインクジェットヘッドとして、ノズルプレート（ノズルプ形成プレート）の側面部に樹脂モールドを施したものが提案されている（特許文献１参照）。このインクジェットヘッドは、本体側の圧力室の部分から、ステンレス等で構成された平板状のノズルプレートに至る下端部を、樹脂モールドにより四周に亘って面取りした形態となっている。
これにより、インクジェットヘッドのワイピングに際して、ノズルプレートに対するワイピング用の布が引っ掛かるのを防止している。

特開２００３−１２７４０５号公報

このような従来のインクジェットヘッドでは、ノズルプレートの端にワイピング用の布が引っ掛かることが防止されるため、引っ掛かった繊維の引き摺りによる混色等の描画不良も防止すことができる。
しかし、上記のインクジェットヘッドでは、樹脂モールドを形成するために、本体側を段付きに形成する必要がある。また、インクジェットヘッドの下端部に四周に亘ってモールドを行うため、形成工程が複雑化するだけでなく、形成後、ノズル面側にはみ出した樹脂を除去する（バリ取り）する必要があり、総じてコスト高になる問題があった。

本発明は、上記の点に鑑み、簡単な構成で、描画不良を招くような異物のノズルプレートへの付着を有効に防止することのできるインクジェットヘッドおよびこれを備えた液滴吐出装置を提供することを課題とする。

本発明のインクジェットヘッドは、ポンプ作用を奏するヘッド本体と、ヘッド本体の裏面に設けられ、複数の吐出ノズルが形成されたノズルプレートと、を備え、ノズルプレートは、ヘッド本体の裏面に対応すると共に複数の吐出ノズルが形成されたノズル形成部と、ノズル形成部から外方に延設され、ヘッド本体の裏面から四周に亘って張り出すと共にヘッド本体側に立ち上がった立ち上がり部と、を有していることを特徴とする。

この場合、立ち上がり部は、ヘッド本体の裏面側に湾曲していることが好ましい。

上記の構成によれば、ノズルプレートは、ノズル形成部から四周に亘って張り出した立ち上がり部を有しているため、ノズル形成部により構成されるノズル面と、ノズルプレートの四周の端とは、表裏方向に十分に離れて位置する。このため、異物としての短い繊維がノズルプレートの四周の端に付着しても、これが引き摺られることはない。また、立ち上がり部が、浮遊した塵等の異物を払い落とし、或いは降下する異物を受けるため、ノズル形成部に異物が付着するのを防止することができる。すなわち、立ち上がり部により、描画不良を招くような異物のノズルプレートへの付着を有効に防止することができる。
また、ノズルプレートは、立ち上がり部がノズル形成部から延設されているため、ノズル形成部から立ち上がり部を一体として、簡単に形成することができる。

この場合、立ち上がり部の立ち上がり寸法が、１ｍｍ以上であってヘッド本体の高さ寸法以下であることが好ましい。

上記の構成によれば、ノズルプレートの端に異物が付着しても、立ち上がり部が表裏方向に十分な高さを有しているため、異物が引き摺られるのを確実に防止することができる。

この場合、立ち上がり部は、プレス絞り加工によって成形されたものであることが好ましい。

上記の構成によれば、簡単な工程で、所望の立ち上がり部の立ち上がり形状を形成することができると共に、立ち上がり部を、ノズル形成部から境なく一続きで形成することができる。また、単一素材で、立ち上がり部を有したノズルプレートを形成することができるため、製造コストを抑えながら、ノズル形成部への異物の付着を防止するノズルプレートを製造することができる。

本発明の液滴吐出装置は、上記のインクジェットヘッドと、ワークに対し、インクジェットヘッドを相対的に移動させながらインクジェットヘッドを駆動し、ワーク上に描画を行なう描画装置と、ワイピングシートにより、インクジェットヘッドのノズル形成部を払拭するワイピング装置と、を備えたことを特徴とする。

上記の構成によれば、インクジェットヘッドに備えられたノズルプレートのノズル形成部において、浮遊する塵等の付着、および、ノズル形成部の払拭時のワイピングシートの引っ掛かりによる繊維の付着、また、付着した塵、繊維等によつ吐出インクの引き摺りを、適切に防止し、精度のよい描画を行うことができる。

液滴吐出装置の斜視図である。液滴吐出装置の平面図である。液滴吐出装置の側面図である。ヘッドユニットの模式正面図である。インクジェットヘッドの表裏外観斜視図である。ノズルプレートの正面図および断面図である。ワイピング装置の断面図である。ワイピング時におけるノズルプレートとワイピング装置の模式断面図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドおよびこれを備えた液滴吐出装置について説明する。この液滴吐出装置は、フラットパネルディスプレイの製造ラインに組み込まれており、例えば、特殊なインクや発光性の樹脂液である機能液を導入したインクジェットヘッドを用い、有機ＥＬ装置の各画素となる発光層やカラーフィルタのフィルタエレメント等を形成するものである。特に、この液滴吐出装置に搭載されたインクジェットヘッドのノズルプレートは、特殊な形態を有し、描画に悪影響を及ぼす異物の付着を防ぐものとなっている。

図１ないし図３に示すように、液滴吐出装置１は、石定盤に支持されたＸ軸支持ベース２１上に配設され、主走査方向となるＸ軸方向に延在してワークＷをＸ軸方向に移動させるＸ軸テーブル２と、複数本の支柱１１を介してＸ軸テーブル２を跨ぐように架け渡された１対のＹ軸支持ベース３１上に配設され、副走査方向となるＹ軸方向に延在するＹ軸テーブル３と、Ｙ軸テーブル３に移動自在に吊設され、複数（１２個）のインクジェットヘッド１３がそれぞれ搭載された１３個のキャリッジユニット４と、から構成されている。さらに、液滴吐出装置１は、これらの装置を、温度および湿度が管理された雰囲気内に収容するチャンバー５と、チャンバー５を貫通して、インクジェットヘッド１３に機能液を供給する機能液供給ユニット６と、各ユニットを制御する制御装置（図示省略）と、を備えており、チャンバー５の側壁の一部には、機能液供給ユニット６の主要部を為すメインタンク６０等を収納するタンクキャビネット５０が設けられている。液滴吐出装置１は、Ｘ軸テーブル２およびＹ軸テーブル３の駆動と同期してインクジェットヘッド１３を吐出駆動させることにより、機能液供給ユニット６から供給された６色の機能液滴を吐出させ、ワークＷに所定の描画パターンを描画する。なお、請求項にいう描画装置は、Ｘ軸テーブル２、Ｙ軸テーブル３、キャリッジユニット４および制御装置に相当する。

また、液滴吐出装置１は、フラッシングユニット１５、吸引ユニット１６、ワイピングユニット１７（ワイピング装置）、吐出性能検査ユニット１８から成るメンテナンス装置７を備えており、これらユニットをインクジェットヘッド１３の保守に供して、インクジェットヘッド１３の機能維持・機能回復を図るようになっている。本実施形態の液滴吐出装置１では、Ｘ軸テーブル２とＹ軸テーブル３とが交わる部分にキャリッジユニット４を臨ませてワークＷの描画を行い、Ｙ軸テーブル３とメンテナンス装置７（吸引ユニット１６、ワイピングユニット１７）が交わる部分にキャリッジユニット４を臨ませて、インクジェットヘッド１３の機能維持・機能回復を行う。

図２および図３に示すように、Ｘ軸テーブル２は、ワークＷを吸着セットすると共にθ軸方向に補正可能な機構を有するセットテーブル２２と、セットテーブル２２をＸ軸方向にスライド自在に支持するＸ軸第１スライダー２３と、上記のフラッシングユニット１５および吐出性能検査ユニット１８をＸ軸方向にスライド自在に支持するＸ軸第２スライダー２４と、Ｘ軸方向に延在し、Ｘ軸第１スライダー２３およびＸ軸第２スライダー２４をＸ軸方向に移動させる左右一対のＸ軸リニアモーター（図示省略）と、を備えている。

Ｙ軸テーブル３は、１３個のキャリッジユニット４をそれぞれ吊設した１３個のブリッジプレート３２と、１３個のブリッジプレート３２を両持ちで支持する１３組のＹ軸スライダー（図示省略）と、一対のＹ軸支持ベース３１上に設置され、ブリッジプレート３２をＹ軸方向に移動させる一対のＹ軸リニアモーター（図示省略）と、を備えている。また、Ｙ軸テーブル３は、各キャリッジユニット４を介して描画時にインクジェットヘッド１３を副走査するほか、インクジェットヘッド１３を吸引ユニット１６およびワイピングユニット１７に臨ませる。

フラッシングユニット１５は、一対の描画前フラッシングユニット６１,６１と、定期フラッシングユニット６２とを有し、描画処理直前や、ワークＷの載換え時等の描画処理休止時に行われる、インクジェットヘッド１３の捨て吐出を受ける。吸引ユニット１６は、１３台のキャップユニット８０を有し、各インクジェットヘッド１３の吐出ノズル５７から機能液を強制的に吸引すると共に、キャッピングを行う。ワイピングユニット１７は、ワイピングシート７１を有し、吸引後のインクジェットヘッド１３のノズル面９０を拭取る。吐出性能検査ユニット１８は、インクジェットヘッド１３の吐出の有無および飛行曲りを検査する。

各キャリッジユニット４は、Ｒ・Ｇ・Ｂ・Ｃ・Ｍ・Ｙの６色、各２個（計１２個）のインクジェットヘッド１３と、１２個のインクジェットヘッド１３を支持するヘッドプレート４１と、から成るヘッドユニット４２を備えている（図４参照）。また、各キャリッジユニット４は、ヘッドユニット４２をθ補正（θ回転）可能に支持するθ回転機構（回動手段）４３と、θ回転機構４３を介して、ヘッドユニット４２をブリッジプレート３２に支持させる吊設部材４４と、を備えている。加えて、各キャリッジユニット４は、その上部にサブタンク４５が配設されており（実際には、ブリッジプレート３２上に配設）、各インクジェットヘッド１３に機能液が供給されるようになっている。なお、キャリッジユニット４の個数および各キャリッジユニット４に搭載されるインクジェットヘッド１３の個数は任意である。

図４に示すように、１２個のインクジェットヘッド１３は、Ｙ軸方向に２群に分かれ、６個ずつＸ軸方向に階段状に並んでヘッド群４６を構成している。すなわち、各ヘッド群４６の６個のインクジェットヘッド１３は、ノズル列方向（後述するノズル列ＮＬの列方向）に相互に位置ズレさせてヘッドプレート４１に整列配置している。また、各ヘッド群４６の６個のインクジェットヘッド１３は、ノズル列方向において相互に対向配置されており、複数のインクジェットヘッド１３をヘッドプレート４１上で効率良く配置することができると共に、描画処理を効率良く行うことができるように構成されている。各ヘッド群４６の６個のインクジェットヘッド１３は、端から順にＲ・Ｇ・Ｂ・Ｃ・Ｍ・Ｙの機能液に対応している。

図５に示すように、インクジェットヘッド１３は、２連の接続針５４を有する機能液導入部５１と、機能液導入部５１に連なる２連のヘッド基板５２と、ヘッド基板５２の下方に連なり機能液を吐出するヘッド本体５３と、を備えている。機能液導入部５１は、一対の接続針５４を有しており、サブタンク４５から機能液の供給を受けるようになっている。ヘッド本体５３は、ピエゾ素子等で構成される２連のポンプ部５５と、複数の吐出ノズル５７が形成されたノズル形成部５８を有するノズルプレート５６と、を有している。ヘッド基板５２には、２連のコネクタ５９が設けられており、各コネクタ５９は、フレキシブルフラットケーブル（図示省略）を介して上記の制御装置に接続されている。そして、この制御装置から出力された駆動波形が各コネクタを介して各ポンプ部５５（圧電素子）に印加されることで、各吐出ノズル５７から機能液が吐出される。

図５および図６に示すように、ノズルプレート５６は、複数の吐出ノズル５７が形成され、ヘッド本体５３の裏面と同面積を有してノズル面９０を構成するノズル形成部５８と、ノズル形成部５８から延設され四周に亘って張り出し、プレート端部９１がヘッド本体５３側に立ち上がった立ち上がり部９２と、を有している。この場合、ノズル形成部５８と立ち上がり部９２とから成るノズルプレート５６は、ステンレス等の薄板を折り曲げるようにしている形成されている。

ノズル形成部５８には、複数（１８０個）の吐出ノズル５７が等ピッチで穿設され、この複数の吐出ノズル５７は、２列のノズル列ＮＬを構成し、相互に平行且つ半ノズルピッチ位置ズレして列設されている。なお、インクジェットヘッド１３は、ノズルプレート５６のノズル列ＮＬ方向が、Ｙ軸方向（副走査方向）となるようにヘッドプレート４１に配設されている（図４参照）。ワイピングユニット１７によるワイピングに際して、このノズル形成部５８の下面であるノズル面９０がワイピングシート７１によって払拭される。

立ち上がり部９２は、ノズル形成部５８の端部から立ち上がったコーナー部９３と、コーナー部９３からプレート端部９１にかけて吐出方向に湾曲した湾曲部９４を有している。立ち上がり部９２とノズル形成部５８との境界であるコーナー部９３は角を有さず、湾曲部９４はその裏側がノズル形成部５８よりもヘッド本体５３側に位置するように構成されている。また、立ち上がり部９２の立ち上がり寸法Ａは１ｍｍ以上に形成され、立ち上がったプレート端部９１は、ヘッド本体５３の高さよりも低くなるよう構成されている。この立ち上がり部９２は、キャリッジユニット４がＸ軸テーブル２およびＹ軸テーブル３により走査される際に、浮遊した塵、また、ワイピングユニット１７によるワイピング時のワイピングシート７１の繊維がノズル形成部５８（ノズル面９０）に付着するのを防ぐために、形成されている（詳しくは後述する）。

また、ノズルプレート５６は、ステンレス等で構成され、ヘッド本体５３の裏面の面積よりも立ち上がり部９２の寸法分大きく形成した平板状の板材に、プレス絞り加工によってプレート端部９１を立ち上げて立ち上がり部９２を形成し、ノズルプレート５６全体が、ノズル形成部５８を底としたトレイ状に形成されている。よって、プレス絞り加工により、ノズル形成部５８から屈曲することなく連続する立ち上がり部９２を有したノズルプレート５６を、また立ち上がり部９２のコーナー部９３が曲面となるノズルプレート５６を、簡単に形成することができる。

図７に示すように、ワイピングユニット１７は、ワイピングシート７１をロール状に巻回し、組み込まれたテンション付与機構によりワイピングシート７１に張りを与えた状態で繰り出す繰出しリール７２と、繰出しリール７２から繰り出されたワイピングシート７１を巻き取る巻取りリール７３と、両リール７２，７３間に掛け渡されたワイピングシート７１を、エアーシリンダにより上下動して複数のインクジェットヘッド１３に押し付ける押圧ローラ７４と、を有し、これらが箱状のカバーボックス７５に覆われている。

繰出しリール７２に巻回されたワイピングシート７１は、ポリエステルやポリプロピレン等の化学繊維を用いて布状に構成されており、Ｙ軸方向から６個のインクジェットヘッド１３（図４参照）を一括に払拭可能な幅に形成されている。カバーボックス７５の上面には、ワイピングシート７１の幅に対応し、上方から複数のインクジェットヘッド１３のノズルプレート５６（ノズル面９０）が臨むワイプ開口７６が形成され、下方からは押圧ローラ７４が臨んでいる。ワイピングユニット１７は、このワイプ開口７６において、押圧ローラ７４を介してインクジェットヘッド１３にワイピングシート７１を押し付けながら、ワイピングシート７１を走行させ、さらにワイピングユニット１７全体をＹ軸方向に移動させて、ノズル面９０を払拭する。

図８に示すように、ワイピング時、ワイピングシート７１がＹ軸方向にノズル形成部５８の端部からノズル面９０を払拭していく。このとき、ワイピングシート７１は押圧ローラ７４によってノズル面９０に押し付けられながらこれに擦れ合うが、ノズルプレート５６の立ち上がり部９２により、プレート端部９１がヘッド本体５３方向に立ち上がっているため、ワイピングシート７１の繊維がプレート端部９１に引っ掛かることがない。また、ワイピングシート７１の繊維がプレート端部９１に引っ掛かることがあっても、立ち上がり部９２が、ワイピングシート７１の繊維よりも十分に大きく（１ｍｍ以上）立ち上がっているため、プレート端部９１に付着し吊るされる状態となったワイピングシート７１の繊維が、ノズル形成部５８を越えて垂れ下がることがない。よって、その後の描画で吐出インクを引きずり混色させるのを防ぐことができる。

また、立ち上がり部９２とノズル形成部５８との境界であるコーナー部９３は角を有さず、湾曲部９４もノズル形成部５８（ノズル面９０）から吐出方向に張り出していないため、ワイピング時、ワイピングシート７１（押圧ローラ７４）が、ノズルプレート５６に引っ掛かることがなく、払拭動作を円滑に行うことができる。言うまでもないが、ノズル形成部５８の端部にも、ワイピングシート７１の繊維が残ることがない。

また、ノズルプレート５６は、キャリッジユニット４（インクジェットヘッド１３）が、Ｘ軸テーブル２およびＹ軸テーブル３によって走査されるため、浮遊する塵等がプレート端部９１に付着して、上述のワイピングシート７１の繊維と同じ現象を引き起こすことがある。しかし、立ち上がり部９２が塵等を払い落とし、或いは、降下する塵等を受けるため、ノズル形成部５８（ノズル面９０）に異物が付着するのを防止することができる。

上記のノズルプレート５６を有したインクジェットヘッド１３を搭載した液滴吐出装置１は、ノズル形成部５８（ノズル面９０）への浮遊する塵等の付着、および、ノズル形成部５８（ノズル面９０）払拭時のワイピングシート７１の引っ掛かりによる繊維の付着、また、付着した塵、繊維等による吐出インクの引き摺りを、適切に防止し、精度のよい描画を行うことができる。また、ノズルプレート５６は、プレス絞り加工により形成されるため、製造コストを抑えながら、ノズル形成部５８（ノズル面９０）への異物の付着を防止するインクジェットヘッド１３およびこれを備えた液滴吐出装置１を製造することができる。

１：液滴吐出装置１３：インクジェットヘッド５６：ノズルプレート５８：ノズル形成部７１：ワイピングシート９２：立ち上がり部

Claims

ポンプ作用を奏するヘッド本体と、
前記ヘッド本体の裏面に設けられ、複数の吐出ノズルが形成されたノズルプレートと、を備え、
前記ノズルプレートは、
前記ヘッド本体の裏面に対応すると共に複数の吐出ノズルが形成されたノズル形成部と、
前記ノズル形成部から外方に延設され、前記ヘッド本体の裏面から四周に亘って張り出すと共に前記ヘッド本体側に立ち上がった立ち上がり部と、を有していることを特徴とするインクジェットヘッド。
前記立ち上がり部は、前記ヘッド本体の裏面側に湾曲していることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
前記立ち上がり部の立ち上がり寸法が、１ｍｍ以上であって前記ヘッド本体の高さ寸法以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
前記立ち上がり部は、プレス絞り加工によって成形されたものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
請求項１ないし４のいずれかに記載のインクジェットヘッドと、
ワークに対し、前記インクジェットヘッドを相対的に移動させながら前記インクジェットヘッドを駆動し、前記ワーク上に描画を行なう描画装置と、
ワイピングシートにより、前記インクジェットヘッドの前記ノズル形成部を払拭するワイピング装置と、を備えたことを特徴とする液滴吐出装置。