JP4997851B2 - ヘッドユニットおよび液状体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット式記録装置、ディスプレイ製造装置、電極形成装置、バイオチップ製造装置などの液状体吐出装置、および液状体吐出装置に搭載されるヘッドユニットに関する。

近年、微小なノズルから液状体を吐出するヘッドを吐出対象物に対して走査させるように構成した液状体吐出装置が、印刷や工業用途に広く利用されるようになってきている。例えば、特許文献１に掲げる工業用の液状体吐出装置では、大型基板への対応や工程時間の短縮化のため、多数のヘッドを並設したユニット（ヘッドユニット）を走査させるようになっている。

このようなヘッドユニットにおける個々のヘッドの取り付け位置は、液状体の吐出位置の精度を決める要素として非常に重要であり、とりわけ工業用途では高い精度が要求される。このためヘッドユニットの組み立ての際には、ヘッド個々の取り付け位置を高精度に規定する必要がある。また、このようなヘッドユニットを用いて基板に対して精度良く液状体を吐出（配置）させるためには、ヘッドユニットの装置本体（キャリッジ）への取り付けやヘッドユニットの走査位置の制御に係る精度にも十分注意を払う必要がある。

特開２００３−１２７３９２号公報

上述のような精度に関する問題に対応するため、ヘッドユニットには、ヘッドの取り付け位置（姿勢）、ヘッドユニット自身の装置への取り付け姿勢や、取り付け後のヘッドユニットの位置を特定するための基準点を示す部材（標識部材）が取り付けられている。この標識部材の端面には穿孔が設けられており、穿孔の検出位置を基準点として、ヘッドやヘッドユニットの位置および姿勢を特定することができる。

基準点を規定する標識部材は、液状体吐出装置における吐出位置の精度を決める上で重要な役割を果たすものであるため、部材自体の形状、取り付け位置、姿勢などに関して高い安定性を有することが要求される。ヘッドユニットの組み立てから装置への取り付けに至るまでの過程で、あるいは動作の履歴を重ねる過程でこれらの要素に変化が生じると、基準点の狂いが生じ、ひいては吐出位置の精度が低下するためである。しかしながら、従来技術に係るヘッドユニットでは、この点について十分な配慮がなされていなかった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、吐出位置の精度を安定的に維持することに配慮されたヘッドユニットおよび液状体吐出装置を提供することを目的としている。

本発明のヘッドユニットは、ノズルが一面に形成されたヘッドと、前記ヘッドを取り付けるためのベース体と、前記ベース体における基準点を規定するための超鋼製の標識部材と、を備えることを特徴とする。
この発明のヘッドユニットによれば、標識部材が熱的安定性に優れた超鋼で形成されているため、部材の形状変化による基準点の狂いが生じにくい。このため、吐出位置の精度を安定的に維持することができる。

本発明のヘッドユニットは、ノズルが一面に形成されたヘッドと、前記ヘッドを取り付けるためのベース体と、前記ベース体における基準点を規定するための標識部材であって、弾性部材を介して直接的ないし間接的に前記ベース体に固定されている標識部材と、を備えることを特徴とする。
この発明のヘッドユニットによれば、標識部材が弾性部材を介して遊びのない状態でベース体に確実に固定されているので、標識部材の取り付け位置や姿勢の変化による基準点の狂いが生じにくい。このため、吐出位置の精度を安定的に維持することができる。

また好ましくは前記ヘッドユニットにおいて、前記標識部材が接着剤を介して前記ベース体に固定されていることを特徴とする。
この発明のヘッドユニットによれば、標識部材が接着剤を介して強固にベース体に固定されているので、標識部材の取り付け位置や姿勢の変化による基準点の狂いが、一層生じにくい。

本発明のヘッドユニットは、ノズルが一面に形成されたヘッドと、前記ヘッドを取り付けるためのベース体と、前記ベース体における基準点を規定するための標識部材と、前記標識部材への直接的な干渉を抑えるための保護手段と、を備えることを特徴とする。
この発明のヘッドユニットによれば、保護手段により標識部材への直接的な干渉が抑えられるので、標識部材の取り付け位置や姿勢の変化による基準点の狂いが生じにくい。このため、吐出位置の精度を安定的に維持することができる。

本発明のヘッドユニットは、ノズルが一面に形成されたヘッドと、前記ヘッドを取り付けるためのベース体と、前記ベース体における基準点を規定するための超鋼製の標識部材であって、接着剤ないし弾性部材を介して直接的ないし間接的に前記ベース体に固定されている標識部材と、前記標識部材への直接的な干渉を抑えるための保護手段と、を備えることを特徴とする。
この発明のヘッドユニットによれば、標識部材が熱的安定性に優れた超鋼で形成され、また標識部材が弾性部材を介して遊びのない状態でベース体に確実に固定され、さらに保護手段により標識部材への直接的な干渉が抑えられるので、吐出位置の精度を安定的に維持することができる。

また好ましくは、前記ヘッドユニットにおいて、前記標識部材は、基準点に対応する領域を有する端面であって、前記ヘッドの前記一面と略同一平面内に含まれる端面を有することを特徴とする。
この発明のヘッドユニットによれば、ノズルの形成面であるヘッドの一面とほぼ同じ高さ（水準）において基準点の位置認識を行うことができる。これにより、ヘッドユニットの組み立てにおいて、基準点に対する相対的なノズルの位置を高精度に認識して、ヘッドの取り付け位置の位置決めを高精度に行うことができる。

本発明の液状体吐出装置は、上記ヘッドユニットを搭載することを特徴とする。
この発明の液状体吐出装置は、上記ヘッドユニットを搭載しているので、吐出位置の精度を安定的に維持することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。また、以下の説明で参照する図では、図示の便宜上、部材ないし部分の縦横の縮尺を実際のものとは異なるように表す場合がある。

（液状体吐出装置）
まずは、図１を参照して液状体吐出装置の構成について説明する。
図１は、液状体吐出装置の要部構成を示す斜視図である。

図１に示すように、液状体吐出装置２００は、直線的に設けられた１対のガイドレール２０１と、ガイドレール２０１の内部に設けられたエアスライダとリニアモータ（図示せず）により主走査方向に移動する主走査移動台２０３を備えている。また、ガイドレール２０１の上方においてガイドレール２０１に直交するように直線的に設けられた１対のガイドレール２０２と、ガイドレール２０２の内部に設けられたエアスライダとリニアモータ（図示せず）により副走査方向に沿って移動する副走査移動台２０４を備えている。

主走査移動台２０３上には、吐出対象物となる基板Ｐを載置するためのステージ２０５と、主走査移動台２０３に対向する位置を撮像可能なカメラ２０６が設けられている。ステージ２０５は基板Ｐを吸着固定できる構成となっており、また、回転機構２０７によって基板Ｐ内の基準軸を主走査方向、副走査方向に正確に合わせることができるようになっている。

副走査移動台２０４は、回転機構２０８を介して吊り下げ式に取り付けられたキャリッジ２０９を備えている。また、キャリッジ２０９は、液状体の吐出面１０ａを基板Ｐ側に向けたヘッドユニット１０、ヘッドユニット１０に液状体を供給する液状体供給機構（図示せず）、ヘッドユニット１０に吐出駆動用の電気信号を供給する駆動用電気基板（図示せず）などを備えている。

ヘッドユニット１０は、吐出面１０ａを基板Ｐに対向させた状態で、基板Ｐに対して相対的に、主走査方向および副走査方向に移動（走査）される。また、ヘッドユニット１０の走査に同期した適切な制御の下で、吐出面１０ａ側に設けられたヘッド３０（図２参照）から微小な液滴（液状体）が吐出される。これにより、液状体吐出装置２００は、基板Ｐ上の所望の位置に微少量単位で液状体を配置することができる。尚、液状体には、水や有機溶媒等の液体、およびこれらの溶液、液体中に固体微粒子を分散させたものなどを、用途に応じて採用することができる。

ヘッドユニット１０の吐出面１０ａ側には、ヘッドユニット１０の基準点および基準軸ａ１（図２参照）を規定するための標識部材７１，７１（図２参照）が設けられており、この基準点および基準軸ａ１の認識は、カメラ２０６による標識部材７１，７１の撮像により行われる。液状体吐出装置２００は、回転機構２０８の駆動により、ヘッドユニット１０の基準軸ａ１が主走査方向に一致するような状態に調整された上で動作する。またこの動作の際、ヘッドユニット１０の走査位置は、ヘッドユニット１０の基準点の位置に基づいて認識されるようになっている。

（ヘッドユニット）
次に、図２、図３を参照して、ヘッドユニットの構成について説明する。
図２は、ヘッドユニットの構成を示す吐出面側からの斜視図である。図３は、ヘッドユニットにおけるヘッドの周辺構造を示す斜視図である。

図２において、ヘッドユニット１０は、ベース体としてのベースプレート１１に、主ヘッド保持部材５０、副ヘッド保持部材６０を介して複数（本実施形態では１２個）のヘッド３０が取り付けられた構成となっている。ベースプレート１１は、長方形様の板状部材であり、キャリッジ２０９（図１参照）への取り付けに用いるボルト孔１２と、ヘッドユニット１０の組み立て時に位置決め孔としての役割を果たす貫通孔１３ａ，１３ｂを有している。尚、貫通孔１３ａは丸孔、貫通孔１３ｂは長孔として形成されている。

ベースプレート１１には、ヘッド３０の取り付け領域を挟むように、一対の標識部材７１，７１が取り付けられている。標識部材７１は、端面７１ａに基準点に対応する領域としての穿孔７１ｂ（図４参照）が設けられたロッド状の部材である。また、標識部材７１の周りには、標識部材７１を保持するための保持部材８０と、標識部材７１への外部からの干渉を抑えるための保護手段としてのカバー部材９０とが設けられている。

端面７１ａ，７１ａにおける穿孔７１ｂ（図４参照）の中心はヘッドユニット１０の基準点として、また、二つの基準点どうしを結ぶ軸はヘッドユニット１０の基準軸ａ１として、カメラ等の光学的手段を用いて認識される。この基準点および基準軸ａ１は、液状体吐出装置２００（図１参照）におけるヘッドユニット１０の位置、姿勢の特定に用いられるだけでなく、この後に説明するヘッド３０の取り付け位置の規定のための基準としても用いられるものであり、吐出位置の精度を決める要素として非常に重要なものである。

図３に示すように、ヘッド３０は、ノズル３１を有する吐出アセンブリ３２と、電気信号用のフレキシブルケーブルと接続するためのコネクタ３３を有する回路基板３４と、液状体を導入するための針状部材３５を有するケースアセンブリ３６とを備えている。

吐出アセンブリ３２の内部には、ノズル３１の個々と連通する微細な流路や、ノズル３１内方の流路壁を機械的に変形（変位）させるための圧電素子などが設けられている。尚、吐出アセンブリ３２における吐出駆動方式は、このような圧電方式に限られるものではなく、発熱素子を用いたサーマル方式などを採用することもできる。

吐出アセンブリ３２は、外観において、一面にノズル３１が形成されたノズル面３７と、ノズル面３７と同程度の幅の寸法を持つ直方体形状の本体部３８とを備え、本体部３８におけるノズル面３７の反対側は鍔形状を有したフランジ部３９となっている。フランジ部３９には、ヘッド３０を副ヘッド保持部材６０にねじ止めするためのねじ孔４０，４０が設けられている。

ノズル面３７において、ノズル３１は２組のノズル群を構成しており、各ノズル群のノズル３１は、それぞれ所定の方向に沿って一定のピッチで並んだライン配列をなしている。両ノズル群に係る配列の方向は互いに一致しており、また本実施形態では、両ノズル群は互いにピッチを補完して並列するいわゆる千鳥配列をなしている。

主ヘッド保持部材５０は、ヘッド３０のフランジ部３９よりも大きめの外周寸法を有する長方形形状の開口部５１を中央部に有する板状の部材であり、その長手方向の寸法はベースプレート１１における開口部１８の幅に比べて十分長くなっている。また、主ヘッド保持部材５０は、開口部５１の長辺方向の両脇にねじ孔５２，５２を、端部の３箇所に貫通孔５３，５３，５３を有している。

副ヘッド保持部材６０は、ヘッド３０の本体部３８よりもやや大きめの外周寸法を有する長方形形状の開口部６１を中央部に有する板状の部材であり、その長手方向の寸法は主ヘッド保持部材５０における開口部５１の長辺方向の幅に比べて十分長くなっている。また、副ヘッド保持部材６０は、対称的な配置で対をなすように設けられた、貫通孔６２，６２、貫通孔６３，６３、貫通孔６４ａ，６４ｂ、貫通孔６５，６５を有している。尚、貫通孔６４ａは丸孔として、貫通孔６４ｂは長孔として形成されている。

ヘッド３０は、貫通孔６５を貫通してフランジ部３９のねじ孔４０と螺合するねじ１５により、開口部６１から本体部３８が突き出した状態で副ヘッド保持部材６０に固定される。また、副ヘッド保持部材６０は、貫通孔６２を貫通してねじ孔５２と螺合するねじ１６により、開口部５１上に架設されるような状態で主ヘッド保持部材５０に固定される。また、主ヘッド保持部材５０は、貫通孔５３を貫通して開口部１８の脇のねじ孔１４と螺合するねじ１７により、開口部１８上に架設されるような状態でベースプレート１１に固定される。

ヘッドユニット１０の組み立ての際には、副ヘッド保持部材６０と主ヘッド保持部材５０とを固定するねじ１６は緩く締められた状態とされ、ヘッド３０は、フランジ部３９の外縁と開口部５１の内縁との間に形成される隙間分の遊びを有した状態で、主ヘッド保持部材５０に対して保持される（この状態を仮装着状態と呼ぶ）。ヘッド３０は、仮装着状態の下で取り付け位置について正確に位置決めされ、ねじ１６の本締めにより本固定される。

ヘッド３０の位置決めは、撮像によるノズル３１の位置認識に基づいて、副ヘッド保持部材６０の貫通孔６４ａ，６４ｂに係合された調整ピン１２１，１２１を介してヘッド３０を並進、回転移動させて行われる。例えば、本実施形態では、基準点（穿孔７１ｂ（図４参照））に対するノズル３１の位置、および、ノズル群の配列方向（複数のノズル３１の位置から計算される）の基準軸ａ１からの傾き角度を、所定の規定値に合わせるように、ヘッド３０の移動が行われる。尚、ヘッド３０の位置決めをノズル３１の位置認識に基づいて行うようにしたのは、ノズル３１の位置が液状体の吐出位置の精度を直接的に決める要素だからである。

上述のように、ノズル３１の位置は基準点（穿孔７１ｂ（図４参照））に対する相対位置として認識されるため、このような位置認識を高精度に行う目的から、標識部材７１の端面７１ａは、ノズル面３７とほぼ同一平面内に含まれるような高さ（水準）とされている。すなわち、標識部材７１が細長いロッド状の形状となっているのは（図４参照）、端面７１ａの高さ（水準）をベースプレート１１の一面の高さ（水準）から十分に底上げする必要があるためである。

ヘッド３０の位置決め後、副ヘッド保持部材６０と主ヘッド保持部材５０とは、副ヘッド保持部材６０の貫通孔６３，６３への接着剤の注入による仮固定を経て、ねじ１６の本締めによって完全に固定される。かくして、ヘッドユニット１０は、ヘッド３０が高精度に位置決めされた状態で組み立てられる。

（標識部材の周辺構造について）
次に、図４を参照して、標識部材の周辺構造について詳細に説明を行う。
図４は、ヘッドユニットにおける標識部材の周辺構造を示す斜視図である。

図４に示すように、標識部材７１は、フランジ部７１ｃを有したロッド状の部材であり、鏡面研磨された端面７１ａの中央部に穿孔７１ｂが穿設されている。そして、標識部材７１は、フランジ部７１ｃの下部においてベースプレート１１上の取り付け孔７３に挿入され、フランジ部７１ｃのベースプレート１１への度当たりによって、端面７１ａの高さ（水準）が規定されるようになっている。

先にも述べたとおり、標識部材７１は液状体吐出装置２００（図１参照）の吐出位置の精度を決める上で重要な役割を果たすものであるため、部材自体の形状、取り付け位置、姿勢などに関して、高い安定性を有することが要求される。そこで、本実施形態では、標識部材７１に関する構造について、以下で述べるような工夫がされている。

標識部材７１の素材には超鋼が用いられている。これは熱的安定性に優れた（熱膨張係数の小さい）素材を採用することで、部材の形状、ひいては穿孔７１ｂの位置を安定的に維持できるように配慮されたものである。しかしながら、超鋼を用いた標識部材７１は、その硬さのために取り付け孔７３に打ち込み式に固定することができないという問題がある。そこで、標識部材７１を、その取り付け位置や姿勢を安定的に維持した状態で固定するため、次のような固定方法が採用されている。

標識部材７１は、取り付け孔７３に注入した接着剤（図示を省略）を介してベースプレート１１と強固に接合されている。また、標識部材７１におけるフランジ部７１ｃの上側にはワッシャ７５と弾性部材としてのＯリング７６が挿嵌されており、標識部材７１は、Ｏリング７６と保持部材８０とを介して、遊びのない状態でベースプレート１１に確実に固定されるようになっている。

保持部材８０は、標識部材７１の外径よりもやや大きめの内径を有する貫通孔８１と、Ｏリング７６を保持するために凹部として形成されたホルダ部８２と、貫通孔８３，８３と、ねじ孔８５，８５とを備える略直方体形状の金属部材である。保持部材８０は、貫通孔８３，８３を貫通してベースプレート１１のねじ孔７４，７４と螺合するボルト８６，８６によりベースプレート１１に固定される。この際、標識部材７１に挿嵌されたＯリング７６はホルダ部８２によって保持され、標識部材７１の上部は、貫通孔８１を通して上方に突出した状態となる。

標識部材７１は、端面７１ａこそ露出させておく必要があるものの、それ以外の箇所を露出させたままにしておくと、ヘッドユニット１０の取り扱い時の接触事故や動作時の風圧の影響等により、その取り付け位置や姿勢が変化してしまう虞がある。そこで、本実施形態では、保持部材８０上に設けられたカバー部材９０により、標識部材７１の上部側面がカバーされ、標識部材７１への直接的な干渉が好適に抑制されるようになっている。

カバー部材９０は、標識部材７１の外径よりもやや大きめの内径を有する貫通孔９１と、ボルト用の貫通孔９２，９２とを備える略直方体形状の金属部材であり、貫通孔９２，９２を貫通して保持部材８０のねじ孔８５，８５と螺合するボルト９３，９３により保持部材８０に固定される。尚、カバー部材９０と保持部材８０とは一体型の部材とすることも可能である。

（変形例）
次に、図５を参照して、変形例について、先の実施形態との相違点を中心に説明する。
図５は、変形例に係る標識部材の周辺構造を示す斜視図である。

図５に示すように、ベースプレート１１は、標識部材７１に挿嵌されたＯリング７６を保持するための凹部として形成されたホルダ部７７と、ホルダ部７７の下面に形成された取り付け孔７８とを備えている。標識部材７１は、フランジ部７１ｃの下部において取り付け孔７８に挿入され、Ｏリング７６およびホルダ部７７に注入された接着剤（図示を省略）を介して確実に且つ強固に固定されている。

また、ベースプレート１１は、標識部材７１の周囲を取り囲むように延出して形成されたリブ部７９を備えている。このリブ部７９は、先のカバー部材９０と同様、標識部材７１への直接的な干渉を抑えるための保護手段としての役割を果たすものである。

この変形例のように、標識部材７１の固定において保持部材８０やカバー部材９０を用いない態様で、上述の実施形態と同様の効果を得ることも可能である。

本発明は上述の実施形態に限定されない。
例えば、標識部材の素材、形状、取り付け位置、取り付け方法などについては、本発明の趣旨を変えない範囲で様々な変更が可能である。
実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略したり、図示しない他の構成と組み合わせたりすることができる。

液状体吐出装置の要部構成を示す斜視図。 ヘッドユニットの構成を示す吐出面側からの斜視図。 ヘッドユニットにおけるヘッドの周辺構造を示す斜視図。 ヘッドユニットにおける標識部材の周辺構造を示す斜視図。 変形例に係る標識部材の周辺構造を示す斜視図。

符号の説明

１０…ヘッドユニット、１１…ベース体としてのベースプレート、３０…ヘッド、３１…ノズル、３７…ヘッドの一面としてのノズル面、７１…標識部材、７１ａ…標識部材の端面、７１ｂ…基準点に対応する領域としての穿孔、７１ｃ…フランジ部、７３…取り付け孔、７５…ワッシャ、７６…弾性部材としてのＯリング、７７…ホルダ部、７８…取り付け孔、７９…保護手段としてのリブ部、８０…保持部材、９０…保護手段としてのカバー部材、２００…液状体吐出装置、２０９…キャリッジ。

Claims (7)

1. ノズルが一面に形成されたヘッドと、
   前記ヘッドを取り付けるためのベース体と、
   前記ベース体における基準点を規定するための超鋼製の標識部材と、を備え、
   前記標識部材は、基準点に対応する領域を有する端面であって、前記ヘッドの前記一面
   と略同一平面内に含まれる端面を有することを特徴とするヘッドユニット。
2. ノズルが一面に形成されたヘッドと、
   前記ヘッドを取り付けるためのベース体と、
   前記ベース体における基準点を規定するための標識部材であって、弾性部材を介して直接的ないし間接的に前記ベース体に固定されている標識部材と、を備え、
   前記標識部材は、基準点に対応する領域を有する端面であって、前記ヘッドの前記一面と略同一平面内に含まれる端面を有することを特徴とするヘッドユニット。
3. 前記標識部材が接着剤を介して前記ベース体に固定されていることを特徴とする請求項２に記載のヘッドユニット。
4. ノズルが一面に形成されたヘッドと、
   前記ヘッドを取り付けるためのベース体と、
   前記ベース体における基準点を規定するための標識部材と、
   前記標識部材への直接的な干渉を抑えるための保護手段と、を備え、
   前記標識部材は、基準点に対応する領域を有する端面であって、前記ヘッドの前記一面
   と略同一平面内に含まれる端面を有することを特徴とするヘッドユニット。
5. ノズルが一面に形成されたヘッドと、
   前記ヘッドを取り付けるためのベース体と、
   前記ベース体における基準点を規定するための超鋼製の標識部材であって、接着剤ないし弾性部材を介して直接的ないし間接的に前記ベース体に固定されている標識部材と、
   前記標識部材への直接的な干渉を抑えるための保護手段と、を備え、
   前記標識部材は、基準点に対応する領域を有する端面であって、前記ヘッドの前記一面
   と略同一平面内に含まれる端面を有することを特徴とするヘッドユニット。
6. ノズルが一面に形成されたヘッドと、
   前記ヘッドを取り付けるためのベース体と、
   前記ベース体における基準点を規定するための標識部材であって、前記ベース体に固定されている標識部材と、を備え、
   前記標識部材は、基準点に対応する領域を有する端面であって、前記ヘッドの前記一面
   と略同一平面内に含まれる端面を有することを特徴とするヘッドユニット。
7. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載のヘッドユニットを搭載する液状体吐出装置。

Images