JP5332457B2 - インクジェット塗工装置 - Google Patents
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Description
しかし一方で、カラーフィルタの基板サイズは年々大型化が進んでいる。カラーフィルタのコストダウンを図るためには、色ごとにフォトリソグラフィー工程を繰り返す顔料分散法等は無駄が多く、近年、インクジェットを用いた方法が検討されている。
また、インクジェット塗工装置では、このインクジェットヘッドユニットと基板置台とを、基板置台面上に沿って相対的に移動させ基板置台に載置した基板に吐出を行っている。基板の大型化に伴い、インクジェットヘッドユニットには、インクジェットヘッドを複数個整列で配置して備え、吐出液量が均一になるような吐出パターン情報を作成し、この情報に基づいてインク吐出を行っている(特許文献1)。
スジ状の抜けやムラ、混色等の不良の発生を防止するため、ノズルから吐出され基材に着弾したインクドットの着弾位置を測定して、その位置のズレ量をノズルごとに調整する方法が知られている(特許文献2、3及び4)。
このため、インクジェットヘッドの相互位置調整は短時間であることが好ましかった。
ところが、上記特許文献4に記載の方法によると、着弾誤差測定およびヘッドアライメント調整を通常の吐出工程とは別に時間をとって行う必要があるため、その調整時間分、生産性が低下するという問題があった。
る方向で、画素のピッチ間隔とノズルのピッチ間隔が一致しない場合、インクジェットヘッドを所定角度回転させて一致させることができる場合がある。インクジェットヘッドを回転させる機構を含むインクジェット塗工装置が特許文献5に開示されている。しかし、この方法によると、回転軸がインクジェットヘッドユニットの中心付近にあるため、インクジェットヘッドの両端部に撮像素子等の検出手段を2つ設置し、インクジェットヘッドの回転ズレを修正しようとすると、インクジェットヘッドの両端のうち1の端部と別の端部が検出手段に対し別の方向に移動する(図7(a)(b))。このため、回転方向とX方向の調整を繰返し行う必要があった。また、所定角度回転時に両端部が検出手段の検出範囲から外れてしまうと、インクジェット方向の回転方向の調整に余分に時間がかかるという問題が生じた(図7(c)の状態では再度調整が必要となる)。
しかし、カラーフィルタ等の光学素子の製造にインクジェット塗工装置を用いる場合、非常に高い調整精度が要求される。このため、インクジェットヘッドユニットを出来るだけ軽量化・コンパクト化し、移動精度を高めることが要求されていた。
しかし、この方法では手動での調整となってしまい、被塗工基材の一段の大型化にともなって装置の大型化が進むと、作業者が装置内で調整することが危険をともない調整自体も難しいという問題がある。このため、作業者が装置の可動部に近寄らずに外から簡単に調整できることが必要であるが、そのためにはその調整機構が重量的に軽くヘッドユニット内にコンパクトに装着できることが要求されてくる。
少なくとも、
(a)複数のノズルを特定方向に配列してなるインクジェットヘッドを、1つ以上備えたインクジェットヘッドユニットと、
(b)前記インクジェットヘッドの位置を、前記インクジェットヘッドユニットの走査方向Yと直交するX方向に沿って調整する機構と、
(c)前記X方向と前記インクジェットヘッドの走査方向Yから形成される面に対し直交するZ軸方向を軸心としてインクジェットヘッドユニットを回転する回転調整機構と、
(d)前記インクジェットヘッドの両端部のノズルの位置を検出する検出手段と、を備えるインクジェット塗工装置において、
前記インクジェットヘッドユニットが回転する軸心の位置を、前記インクジェットヘッドの複数のノズルのうち前記X方向に沿って最も端に存在するノズルの近傍に配置するインクジェット塗工装置であって、
前記インクジェットヘッドユニットが回転する軸心の位置を、前記インクジェットヘッドの複数のノズルのうちX方向に沿って最も端に存在するノズルaを通り、走査方向と平行な直線をLとし、前記直線Lと平行な直線で前記インクジェットヘッドユニット内に存在する線分部分をL’とすると、L’と前記ノズルaの最大距離が前記インクジェットヘッドのX方向の長さの1/3以下となる当該線分L’線上に配置し、
前記軸心の位置を、インクジェットヘッドユニット内であって、前記直線Lにより区切られる2つの領域のうち、ノズルをX方向に延長した領域に配置し、
前記X方向調整機構が、偏芯カムを用いてインクジェットヘッドユニットを所定の区間往復させる機構であり、
前記偏芯カムが
円弧部と、
前記円弧部の端部にそれぞれ連なる一対の平行なストレート部と、
前記ストレート部の他端部同士を結ぶ弦部と、
からなる略U字状の形状で、
ウォームギヤを介してステッピングモータで駆動されることを特徴とするインクジェット塗工装置である。
前記回転調整機構が、偏芯カムを用いてインクジェットヘッドユニットを所定の区間往復させる機構であることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット塗工装置である。
請求項2に記載の前記偏芯カムが
円弧部と、
前記円弧部の端部にそれぞれ連なる一対の平行なストレート部と、
前記ストレート部の他端部同士を結ぶ弦部と、
からなる略U字状の形状で、
ウォームギヤを介してステッピングモータで駆動されることを特徴とするインクジェット塗工装置である。
前記インクジェットヘッドユニットはZ軸方向の傾きを修正するギャップ調整機構を備えたことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のインクジェット塗工装置である。
前記ギャップ調整機構が、少なくとも1の調整ネジにより、前記インクジェットヘッドユニットをZ軸方向に上下させる機構であることを特徴とする請求項4に記載のインクジェット塗工装置である。
の多数のノズルのうちX方向に沿って最も端に存在するノズルの近傍に配置する。
かかる配置であると、インクジェットヘッドの回転ずれを修正する際に両端部の位置の調整を従来よりも回転方向およびX方向を繰返す必要がないため簡便なプロセスで行なうことができた(図8)。
このため、インクジェットヘッドの相互関係およびノズルギャップを、従来よりも効率よく正確に調整することができた。さらに、塗工基材への試し塗工や塗工精度測定する必要がなく、生産性向上をはかることができた。塗工した液滴の位置を測定するのではなく、ノズル位置を見て調整するため、試し塗工が不要になるといことである。
回転軸をこのような位置に配置することにより、インクジェットヘッドの回転ずれを修正する際にノズルaの走査方向(Y方向)への移動量は位置合わせの許容範囲に十分おさまる。このため、回転方向およびX方向を繰返す必要がないため両端部の位置の調整を簡便なプロセスで行なうことができた(図8)。
図6(d)に示すように偏芯カム頂点までは、バネ力に抗して偏芯カムが移動片を押していくが、頂点を通過直後にバネ力ににより移動片が偏芯カムをウォームギヤのガタ分(ウォームとウォームホイールの歯形のすき間分)だけ偏芯カムを回転方向に回してしまう。これにより偏芯カムと移動片が頂点付近で接触する場合、動作および位置決めが不安定になることが判明した。
これを防止するものとして、偏芯カムを略U字状とし頂点に達することなくストレート部を移動片に当接させることで、不安定部を避けることが出来た。
上記当接時に機構が破損しないよう駆動源にはステッピングモータを用いている。ステッピングモータは偏芯カムを回転せることができ、かつ機構を破損させないトルク設定となっている。これにより、ストロークエンド検知手段を必要とせずさらに、低重量化できた。
また、電動式としたことで、更なる大型基板対応装置において、作業者が危険な可動部を避けて遠隔操作による調整ができるようになった。
これにより偏芯カムと移動片が頂点付近で接触する場合、動作および位置決めが不安定になってしまうことが判明した。
これを防止するものとして、図6(d)のように偏芯カムを略U字状とし頂点に達することなくストレート部(71、72)を移動片(73)に当接させることで、不安定部を避けることが出来た。
上記当接時に機構が破損しないよう駆動源にはステッピングモータ(40,47)を用いている。ステッピングモータは偏芯カムを回転せることができ、かつ機構を破損させないトルク設定となっている。これにより、ストロークエンド検知手段を必要とせずさらに、低重量化できた。
また、X方向と同様に、作業者が危険な可動部を避けて遠隔操作による調整ができるようになった。
図1は、本発明の実施の形態に係るインクジェット塗工装置および付属設備の構成を示す全体図である。インクジェット塗工装置は、塗工基材搬送ステージ2、インクジェットヘッドユニット14、インクジェットヘッドユニット移動軸4、メインコントローラ10、吐出制御部9で構成されている。
塗工基材搬送ステージ2には塗工対象となる基材を搭載する。基材としてカラーフィルタ、有機エレクトロルミネセンス素子、配線回路基板、バイオチップなど精細なパターン形成が必要な基材を挙げることができる。
塗工基材搬送ステージ2は、塗工基材1を固定するための真空吸着穴を備えている。基材表面より突出するものなく基材を固定することができる。これによって、塗工基材1とイ
ンクジェットヘッド13のギャップを極小に近づけられる。
吐出制御部9には、インクジェットヘッドユニット移動の軌跡の位置座標の測定値を記憶する記憶部(図示せず)が内蔵されている。
これによって、インクジェットヘッドユニットのX軸上の所望の位置での直線性を把握することができる。仮にインクジェットヘッドユニット14が所望の位置において、X軸に対し直線でないとしても、すでに測定された位置座標からその位置での直線性(ズレ)がわかるため、それに応じてノズルの吐出タイミングを変えることで、塗工精度を補正することができる。
インクジェットヘッドユニット14は複数のインクジェットヘッド(13)を備えている。インクジェットヘッドは、インクを吐出する複数のノズルを備えている。このノズルの間隔を所定の間隔になるようインクジェットヘッドは所定の方向に配列していなければならない。インクジェットヘッドの配列方向が所定の向きからずれることをインクジェットヘッドの回転ズレという。このため、インクジェット塗工装置は回転方向(以下、θ方向ともいう)のズレを補正するためのθ調整機構15を備えている。θ調整機構15により、インクジェットヘッドユニットが複数のインクジェットヘッドを具備する場合であっても、当該複数のインクジェットヘッドの全体の大まかな方向を調整することができる。
しかし、複数のインクジェットヘッドを用いる場合、個々のインクジェットヘッドの向きをさらに微調整しなければならない。
図1にはこのインクジェットヘッドの回転ズレを検出するための検出手段(倒立顕微鏡7)が2つ示されている。具体的には、この検出手段のうち一方が、インクジェットヘッドの端部のノズルを検出するように設置する(図7(a))。そして、回転調整機構(図示せず)により、インクジェットヘッドを回転軸を中心に回転させる。すると、インクジェットヘッドの端部が検出手段の検出範囲外に逸脱する場合がある(図7(b))。その場合、インクジェットヘッドを走査方向に移動し、再びインクジェットヘッドの端部を検出手段で検出する。その後回転角を再調整する。この作業を繰り返し最終的に2つの検出手段の両方で、インクジェットヘッドの端部を検出するように調整を行う(図7(c))。以上の作業を個々のインクジェットヘッドにおいて行うことにより回転ズレの修正が完了する。
本発明では、この回転軸を、インクジェットヘッドの端部に対応する位置に配置しているため(図8(a))、上記調整工程を一度で完了することができる(図8(b))。
また、インクジェットヘッドが傾き、Z軸方向17(上下方向)のズレが生じる場合がある。このZ軸方向の傾きを修正するため、ギャップ調整機構(図示せず)を設けることができる。
インクジェットヘッド13は、基材搬送方向と直交する方向に平行に配置されている。
また、ノズル範囲よりインクジェットヘッド本体の幅が広いため、隣り合うインクジェットヘッドは、基材搬送方向にずらした千鳥状の配置となっている。このため、インクジェットヘッドに属するノズルの吐出タイミングを、当該インクジェットヘッドと隣接するインクジェットヘッドとの間に生じるY方向の距離に応じて、変えることによりインク吐出を直線状することができる。
このため、相互のインクジェットヘッドはX方向にノズルピッチの1/2だけずらして配置され、ノズル配列方向が平行になるように配置され、かつノズル面高さを同じにして配置されている。以下に説明するインクジェットヘッドのアライメント機構とは、この2つのインクジェットヘッドの位置を同時に調整する方法を示すものであり、2つのインクジェットヘッド相互の位置に関しては既に調整され、固定されているものとする。ただし、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、1のインクジェットヘッドに対し1のアライメント機構を対応させることや、更に3以上の多数のインクジェットヘッドを一つのアライメント機構で対応し制御させることも可能である。このアライメント機構は、インクジェットヘッド取付け部31と調整ステージ32から構成されている。
θベース(51)には回転方向(46)に回転させるための回転軸(45)、上下動押えすべり軸受け(3箇所)が備わっている。回転方向の調整はXベースに固定されたθ軸偏芯カムユニットのθ軸偏芯カム(49)がθ軸移動片(50)を変位させるとこでおこなう。θ軸偏芯カムユニットのθ軸偏芯カムは、X軸偏芯カムユニットと同様に、半月状の形状をしていて上死点・下死点に達することなくストレート部を移動片に当接させることで、両点での不安定部を避けることができる。また、駆動モータにステッピングモータ(47)を用いることでθ軸偏芯カムのストレート部が移動片に当接してもモータが脱調するだけで、装置が破損することはない。
ここでは相互位置が調整・固定された2つのインクジェットヘッドを使用した場合を示している。
インクジェットヘッドは、ウィング(61,62)にX方向・回転方向およびZ方向(17)についてノズル位置とウィング取付け面がそれぞれの方向について許容範囲内の位置となるよう組立治具(図示せず)を用いてあらかじめ組立・固定されている。
これにより、X方向・回転方向ともノズル位置を調整ステージの調整範囲内とすることができる。また、Z方向についてもインクジェットヘッド取り付け後の調整が不要となり、調整を容易かつ迅速におこなうことができる。
また、下側からの脱着のため、インクジェットヘッド上部の配線・配管に邪魔されることなくインクジェットヘッド交換をおこなうことができる。
ここで、回転軸84を、インクジェットヘッドノズル列の最端ノズルのX位置の近傍に配置することにより、インクジェットヘッドの回転ずれを修正する調整(θ方向の調整)の際に両端部の位置の調整を従来よりも簡便なプロセスで行なうことができた。即ち、インクジェットヘッドのθ方向調整の際の当該インクジェット最端ノズルのY方向位置のズレを最小にすることにより、インクジェットヘッドのもう一方の端部のノズルのみを倒立顕微鏡で検出すればθ方向調整をすることができるのである。
さらに、調整ステージにはZ方向に高さ調整するためのジャッキボルト(37a〜37d
)と固定ネジが備わっている。ここで、高さ検知手段は、レーザー変位計(図示せず)でも倒立顕微鏡の焦点位置合せでもかまわない。これにより、インクジェットヘッドの高さおよびノズル列の左右の高さの差を最小となるように調整し、固定することができる。
2…基材搬送ステージ
3…メンテナンスステーション
4…インクジェットヘッドユニット移動軸(X軸)
5…リニアスケール
6…インクジェットヘッドユニット移動ベース
7…倒立顕微鏡
8…搬送ステージ制御部
9…吐出制御部
10…メインコントローラ
11…基材搬送ステージ搬送方向(Y方向)
12…インクジェットヘッドユニット移動方向(X方向)
13…インクジェットヘッド
13a…ヘッドA
13b…ヘッドB
14…インクジェットヘッドユニット
15…θ調整機構(θ軸)
16…昇降機構(Z軸)
17…Z方向
18…θ方向
19…インクジェットヘッドベース板
20…アライメントマーク
31…インクジェットヘッド取付け部
32…調整ステージ
33…Zベース
34…Xベース
36…リニアカ゛イト゛
37a…ジャッキボルト1
37b…ジャッキボルト2
37c…ジャッキボルト3
37d…ジャッキボルト4
38…X方向
39…Y方向
40…ステッピングモータ1
41…X軸ウォーム
42…X軸偏芯カム
43a…上下動押えすべり軸受け1
43b…上下動押えすべり軸受け1
44…X軸移動片
45…回転軸
46…回転方向
47…ステッピングモータ2
48…θ軸ウォーム
49…θ軸偏芯カム
50…θ軸移動片
51…θベース
61…ウィング1
62…ウィング2
63…ヘッドAインクポート
64…ヘッドBインクポート
65…ウォームホイール
66…丸型偏芯カム
67…丸型偏芯カム軸
68…下死点
69…上死点
70…半月状偏芯カム軸
71…ストレート部1
72…ストレート部2
81…インクジェットヘッドユニットの一部
82…インクジェットヘッド
83…ノズル
84…回転軸
Claims (5)
- 少なくとも、
(a)複数のノズルを特定方向に配列してなるインクジェットヘッドを、1つ以上備えたインクジェットヘッドユニットと、
(b)前記インクジェットヘッドの位置を、前記インクジェットヘッドユニットの走査方向Yと直交するX方向に沿って調整する機構と、
(c)前記X方向と前記インクジェットヘッドの走査方向Yから形成される面に対し直交するZ軸方向を軸心としてインクジェットヘッドユニットを回転する回転調整機構と、
(d)前記インクジェットヘッドの両端部のノズルの位置を検出する検出手段と、を備えるインクジェット塗工装置において、
前記インクジェットヘッドユニットが回転する軸心の位置を、前記インクジェットヘッドの複数のノズルのうち前記X方向に沿って最も端に存在するノズルの近傍に配置するインクジェット塗工装置であって、
前記インクジェットヘッドユニットが回転する軸心の位置を、前記インクジェットヘッドの複数のノズルのうちX方向に沿って最も端に存在するノズルaを通り、走査方向と平行な直線をLとし、前記直線Lと平行な直線で前記インクジェットヘッドユニット内に存在する線分部分をL’とすると、L’と前記ノズルaの最大距離が前記インクジェットヘッドのX方向の長さの1/3以下となる当該線分L’線上に配置し、
前記軸心の位置を、インクジェットヘッドユニット内であって、前記直線Lにより区切られる2つの領域のうち、ノズルをX方向に延長した領域に配置し、
前記X方向調整機構が、偏芯カムを用いてインクジェットヘッドユニットを所定の区間往復させる機構であり、
前記偏芯カムが
円弧部と、
前記円弧部の端部にそれぞれ連なる一対の平行なストレート部と、
前記ストレート部の他端部同士を結ぶ弦部と、
からなる略U字状の形状で、
ウォームギヤを介してステッピングモータで駆動されることを特徴とするインクジェット塗工装置。 - 前記回転調整機構が、偏芯カムを用いてインクジェットヘッドユニットを所定の区間往復させる機構であることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット塗工装置。
- 請求項2に記載の前記偏芯カムが
円弧部と、
前記円弧部の端部にそれぞれ連なる一対の平行なストレート部と、
前記ストレート部の他端部同士を結ぶ弦部と、
からなる略U字状の形状で、
ウォームギヤを介してステッピングモータで駆動されることを特徴とするインクジェット塗工装置。 - 前記インクジェットヘッドユニットはZ軸方向の傾きを修正するギャップ調整機構を備えたことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のインクジェット塗工装置。
- 前記ギャップ調整機構が、少なくとも1の調整ネジにより、前記インクジェットヘッドユニットをZ軸方向に上下させる機構であることを特徴とする請求項4に記載のインクジェット塗工装置。
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- 2008-09-29 JP JP2008250686A patent/JP5332457B2/ja not_active Expired - Fee Related
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