JP5391524B2 - インクジェットヘッド管理装置 - Google Patents

Description

本発明は、カラーフィルタの色パターンを形成するのに用いるインクジェット塗工装置に併設するインクジェットヘッド管理装置に関する。

カラー液晶ディスプレイに用いられるカラーフィルタ（以下、ＣＦと称す）の製造方法は、従来からフォトリソグラフィーによる方法（以下フォトリソ方式）が一般的であった。この方式では、感光性レジストを角型のガラス基板に塗工し、露光、現像、乾燥の工程を複数回繰り返すことで、一定の格子状カラーパターンを得ることができる。

しかしながら、近年基板の大型化が進むと共に、パネル価格の下落に伴ってＣＦのコストダウン要求も更に厳しくなってきている。
従って、次世代の２ｍ角を超えるようなサイズのＣＦ製造ラインをフォトリソ方式で構築する場合、装置自体のコストが現ライン以上に高くなるとともにサイズアップによるフットプリントの拡大によって建屋にかかるコストも嵩んでしまい、イニシャルコストの大幅なアップが予想される。
また、現像される余分なインクの増加や現像液等の材料使用量の増加によりランニングコストも更に上がることが予想でき、前述したコストダウン要求を満たすことは困難である。

そこでフォトリソ方式に代わる新しいＣＦ製造方法の一つとしてインクジェット方式が注目されている。この方法では、インクジェットヘッドを用いてＢＭ（ブラックマトリクス）パターンに直接カラーパターンを複数色同時塗工していくため、フォトリソ方式で必要であった露光、現像等の工程を削減できるため、フットプリントを大幅に削減することが可能となる。
また、塗工材料も必要最小量であり、更にフォトリソ方式で必要であった現像液等が不要となるため、ランニングコストも削減することが可能である。

上記インクジェット方式において、インクを吐出する為のインクジェットヘッドは基板の大型化、生産性向上の為のタクトアップ、カラーフィルタ−の高精細化が進むにしたがって装置に搭載するヘッドが密集し、かつ複数個配列されるようになった。

インクジェットは、ヘッド吐出面の乾きや乾きによるインキ凝集による吐出口詰まりなどによって不吐出が製品の歩留を下げる要因の一つとなっている。
これらを防止するためには定期的にヘッドからの液出し、ヘッドを駆動させミスト状の予備吐出を行ったり、ヘッド吐出面に付着した汚れを定期的にクリーニングする機能、また塗工前にヘッドの吐出状態を検査することにより不良を未然に防ぐ機能が必要である。
インクジェットヘッドを最良の状態に維持するために、複数の液摘出ヘッド保守ユニットを高いスペース効率で配置することにより、装置全体としてスペースを有効に活用することができる液摘出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、最悪の場合複数個配列されたヘッドを搭載したユニットを交換する場合、バックアップ用の複数個配列されたヘッドを搭載したユニットを早急に交換する必要がある為、インクジェット塗工装置とヘッドの着脱機能も必要となる。このようにインクジェット塗工装置でインクジェットヘッドの安定した吐出をサポートするためにはインクジェットヘッド管理装置を設置する必要がある。
特開２００４−２０２３２５号公報

本発明は、上記要望に鑑み考案されたもので、密集して複数個配列されたヘッド吐出口のインキ乾きを起こさないで、吐出ミスのない安定した吐出をサポートするためのインクジェットヘッド管理装置を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、本願の第一の発明は、インクジェット塗工装置のインクジェットヘッドの管理を行う装置であって、
少なくとも、
（ａ）前記インクジェットヘッド内への通液と、前記インクジェットヘッド内のエア抜きと、前記インクジェットヘッドの吐出口からの定期的な液出しと、を行うためのドレン機能と、予備吐出の際に前記インクジェットヘッドより排出されたミスト状インクを収集する機能とを有する液出し・予備吐出ユニット１０と、
（ｂ）洗浄液をしみ込ませた洗浄部材２１を、前記インクジェットヘッドの吐出面に押し当ててインクジェットヘッド吐出面の洗浄を行うヘッド洗浄ユニット２０と、
（ｃ）塗工前のインクジェットヘッドの吐出状態の検査を行うヘッド吐出状態検査ユニット３０と、
（ｄ）インクジェット塗工装置からインクジェットヘッドユニットを着脱するためのヘッドユニット着脱ユニット４０と、
（ｅ）前記インクジェット塗工装置と連携して上記各種ユニットの移動と動作制御とを行う制御装置５０と、を有し、
前記インクジェットヘッドより排出された前記ミスト状インクを収集する前記機能は、真空発生器１３による排気を用いたものであり、
前記ヘッド洗浄ユニット２０は、前記洗浄部材２１を繰出す巻出部と、前記巻出部から繰出された前記洗浄部材２１に前記洗浄液をしみ込ませる洗浄液吐出ローラ２３と、洗浄処理後に前記洗浄部材２１を巻取る巻取部と、前記洗浄部材２１の下面にインク浸透防止部材２２を繰出可能な機構とを有し、
前記ヘッドユニットは球状の溝を有し、前記ヘッドユニット着脱ユニット４０は、先頭が球状をした４本の支持ピン４２を含みエアベアリングによりフローティングしている支持ブロック４１を有し、ラフな位置合わせしか行わなくても前記支持ブロック４１は前記支持ピン４２が前記球状の溝に誘い込まれるようにフローティング状態で適切に位置決めする機構である、ことを特徴とするインクジェットヘッド管理装置としたものである。
また本願の第二の発明は、前記インクジェット塗工装置の両側に設置される、インクジェットヘッド管理装置であって、
前記液出し・予備吐出ユニット１０、前記ヘッド洗浄ユニット２０及び前記吐出状態検査ユニット３０は共通の台車に搭載され共通の走行軸を持ち、前記ヘッドユニット着脱ユニット４０は単独の台車に設置され独立した走行軸を持ち、それぞれ制御装置５０にて任意の位置に停止することができ、
前記インクジェット塗工装置は、前記ヘッドユニットと基板吸着ステージとを有し、前記ヘッドユニットの下を前記基板吸着ステージがスキャンして塗工を行うものであり、
前記インクジェット塗工装置の前記基板吸着ステージが行う前記スキャンの方向と平行に、前記インクジェット塗工装置の両側に設置される、ことを特徴とする、第一の発明のインクジェットヘッド管理装置である。

本発明のインクジェットヘッド管理装置を用いることにより、密集して複数個配列されたヘッド吐出口のインク乾きを起こさないで、吐出ミスのない安定したインキ吐出をサポートすることができる。

以下、本発明の実施の形態につき説明する。
図１は、本発明のインクジェットヘッド管理装置の模式構成図を、図２は、本発明のインクジェットヘッド管理装置の一実施例を示す模式上面図を、図３は、本発明のインクジェットヘッド管理装置の模式側面図をそれぞれ示す。
本発明のインクジェットヘッド管理装置１００は、図１〜図３に示すように、ヘッド通液やエアパージまたは定期的な液排出のためのドレン機能と、予備吐出の際のヘッドより排出されたミスト状インクを収集する機能とを有する液出し・予備吐出ユニット１０と、洗浄部材にてインクジェットヘッド吐出面の洗浄を行うヘッド洗浄ユニット２０と、塗工前のインクジェットヘッドの吐出状態の検査を行うヘッド吐出状態検査ユニット３０と、インクジェット塗工装置からインクジェットヘッドユニットを着脱するためのヘッドユニット着脱ユニット４０と、前記インクジェット塗工装置と連携して上記各種ユニットの移動と動作制御とを行う制御装置５０と、で構成されている。

液出し・予備吐出ユニット１０では、配管内のインクの初期通液、インクジェットヘッド内エア抜き、ヘッド吐出口乾燥防止の為のインターバル液出し等を行う為に排出ポットを設ける。排出ポットは色毎に備えられており、排出口下にタンクが設けられている。
また、インクジェットヘッドより排出されたミスト状インクを収集することを目的としており、ミスト状インクがヘッド吐出面への再付着または周辺への飛散を防止する為ブロアまたは真空発生器等によって排気（収集）を行う。

ヘッド洗浄ユニット２０では、ロール状から繰り出された洗浄部材にてヘッド長手方向に向かって前記シート下より押当ローラによりヘッド吐出面に押当を行うことにより、ヘッド吐出面の汚れを除去する。

ヘッド吐出状態検査ユニット３０では、インク浸透性のある受像フィルムを用い、全ヘッド吐出検出用パターンを前記受像フィルムに吐出した後カメラにより吐出検出用パターンを撮像して、吐出欠陥の判定を行う。

ヘッドユニット着脱ユニット４０では、インクジェットヘッドユニットを着脱ユニットが備えている移動と昇降手段により、インクジェット塗工装置へのインクジェットヘッドユニットの着脱を行う。
また、着脱ユニットはヘッドユニット交換や緊急時など使用頻度が低い為、独立した走行軸を持たせており、ヘッド方向への横移動と昇降によりインクジェット塗工装置と着脱を行う。

制御装置５０は、コンピュータ、ディスプレイ等から構成されており、インクジェット塗工装置と連携して上記各種ユニットの移動及び動作制御を行う。
また、ヘッドの管理が必要な場合はヘッドの位置に各処理ユニットが定位置に来るように移動制御を行う。

図４は、本発明のインクジェットヘッド管理装置を組み込んだインクジェット塗工装置の一実施例を示す模式上面図である。
インクジェット塗工装置２００は、インクジェットヘッドを搭載したヘッドユニット２１０と基板吸着ステージ２２０とで構成されており、ヘッドユニット２１０下を定位置で基板吸着ステージ２２０がスキャンすることにより塗工を行う。
本発明のインクジェットヘッド管理装置１００は、インクジェット塗工装置２００の両側に設置されている。

インクジェットヘッド管理装置１００は、スキャン方向と平行に設置されている。インクジェットヘッド管理装置１００に装備された各ユニットは必要に応じて走行機構によりヘッドユニット２１０下まで移動し、様々な処理を行う。

インクジェットヘッド管理装置１００は、液出し・予備吐出ユニット１０、ヘッド洗浄ユニット２０、ヘッド吐出状態検査ユニット３０、ヘッドユニット着脱ユニット４０及び制御装置５０から構成されている。
液出し・予備吐出ユニット１０、ヘッド洗浄ユニット２０及びヘッド吐出状態検査ユニット３０は、共通の台車に搭載され、走行軸を持っている。また、ヘッドユニット着脱ユニット４０は、単独で走行軸を有し、レール２３０上を移動し、制御装置５０にて任意の位置に停止することができる。
ここでは、液出し・予備吐出ユニット１０、ヘッド洗浄ユニット２０及びヘッド吐出状態検査ユニット３０を共通の台車に、ヘッドユニット着脱ユニット４０を単独の台車に設置した事例を示したが、これは、あくまでも一例であって、これに限定されるものではない。

ヘッドユニット着脱ユニット４０を使用する際は、液出し・予備吐出ユニット１０、ヘッド洗浄ユニット２０、ヘッド吐出状態検査ユニット３０が図４の左側に退避してから着脱動作を行う。

図５（ａ）は、液出し・予備吐出ユニット１０の廃液ポットの模式上面図を、図５（ｂ
）は、図５（ａ）をＡ−Ａ’線で切断した模式構成断面図を、図６は、液排出部１１及びミスト排出部１２で発生した廃液のフロー図をそれぞれ示したもので、液排出部１１でヘッドユニットへのインク通液、エアパージ、乾燥防止の為の定期的な液出しを行う。廃液は図６に示すように、ドレンタンク１４に自然落下させるしくみとなっている。

ミスト排出部１２では、塗工前の予備吐出や乾燥防止を目的とした定期的な吐出を行う。ヘッドユニット２１０とミスト排出部１２との間隔は極力接近させミスト飛散を防ぐ（上昇機構は図示せず）。ミスト状インクを吐出した際吐出面に再付着または周辺への飛散を防止するため、真空発生器１３により排気（収集）を行う。

予備吐出の場合は、施設側の排気ラインと接続を行う。液状インクがそのまま施設側排気ラインに流れ込まないように、施設側とユニット側の間にトラップタンク１５を設け、流速を落して液状インクをトラップする。施設側排気ラインとの接続のＯＮ／ＯＦＦは開閉ダンパ１６により行う。

図７は、ヘッドユニット２１０吐出面の洗浄を行うヘッド洗浄ユニット２０の構成の一例を示す模式構成図を、図８は、ヘッド洗浄ユニット２０の模式側面図を、図９は、押当ローラ２４を横移動する転位シリンダ２６の機能を示す説明図を、図１０は、押当ローラ２４の押圧機構を示す説明図をそれぞれ示す。
ヘッド洗浄ユニット２０では、洗浄液をしみ込ませた洗浄部材２１をヘッド吐出面に押し当てることにより、ヘッド吐出面の汚れを除去するもので、洗浄部材２１の巻き出しを行う巻出部２７ａと、洗浄処理の終わった洗浄部材２１を巻き取ると巻取部２７ｂとを備えており、洗浄部材２１の繰出し、巻取りを行う。
巻出部２７ａは、例えば機械式のクラッチブレーキを使用し、巻取部２７ｂはサーボモータ等を使用し、送り速度の調整を可能とする。送り量は送り量検知ローラによって行い、ローラ先に接続されたパルスカウンタ等により検知する。

洗浄部材２１の繰出先頭側の裏面側に洗浄液を吐出する固定の洗浄液吐出ローラ２３があり、吐出口から洗浄液を洗浄部材２１に吐出し、洗浄液を洗浄部材２１にしみ込ませる。
洗浄部材２１の下面にはインキ浸透防止部材２２があり、巻出部２８ａと巻取部２８ｂを有し、繰出可能な機構となっている。

インキ浸透防止部材２２は洗浄部材２１に浸透した液が裏回りし、弾性体に付着・汚染しないようになっている。インキ浸透防止部材２２の下には複数列配置されたヘッドユニット２１０のヘッドに対し洗浄部材２１とインキ浸透防止部材２２を押当可能な押当ローラ２４を有している。

押当ローラ２４は、図１０に示すように、昇降ベース２４ａにスライドシャフト２４ｄを立て、押当ローラブロック２４ｂ内のスライドガイド２４ｃにより上下動可能な機構になっている。押当圧は押当スプリング２４ｅにより与えられる。押当圧調整ネジ２４ｆにより調整は可能である。

ヘッド洗浄の指令が発せられるとヘッドユニット２１０直下に洗浄ユニット２０が移動する。
移動と同時に洗浄部材２１の巻取部２７ａを駆動させ、送り量検知ローラによって指定送り量の洗浄部材２１を繰出す。その際に洗浄液吐出ローラ２３から洗浄液を吐出させ、必要箇所のみ洗浄部材に浸透させる。

洗浄部材２１の指定送りが完了すると、昇降シリンダ２５により押当ローラ２４を押し
当てた後、図９に示す転位シリンダ２６によりローラを指定位置まで転位させ、昇降シリンダ２５を下降、転位シリンダ２６を戻す。

図１１は、インクジェット塗工前にヘッドの吐出確認を行うためのヘッド吐出状態検査ユニット３０の一例を示す模式構成図である。
ヘッド吐出状態検査ユニット３０は、インク浸透性のある受像フィルム３１を巻出すための巻出部３３ａと巻き取るための巻取部３３ｂとを有し、インク浸透性のある受像フィルム３１をニップローラ３２により繰出を行うとともに、ニップローラ３２の巻取側と巻出側の径によらず一定に保つべくテンションコントローラを設置している。

受像フィルム３１の裏面側には白色照明３２０をもうけ検出面の明度を確保する。
検出手順は、まず、制御装置５０よりの検査指令とともに必要量の受像フィルム３１を繰出す。

次に、受像フィルム３１の繰出しが完了すると液出し・予備吐出ユニット１０、ヘッド洗浄ユニット２０及びヘッド吐出状態検査ユニット３０を搭載した走行台車がヘッドユニット２１０に向かって定速移動する。

次に、ヘッドユニット２１０下にヘッド吐出状態検査ユニット３０がさしかかったところで、ヘッドユニット２１０に対して全色吐出検出用パターンの印字指令を行う。
図１２に示すように、吐出タイミングを変えながら全色の検出用パターンを受像フィルム３１に印字する。

次に、受像フィルム３１に印字された検出用パターンがカメラ３１０の視野に入るように走行台車を移動させ、停止させる。

次に、カメラ３１０は受像フィルム２１幅方向にスキャンし吐出検出パターンの吐出本数をカウントし、ヘッドユニット２１０の吐出状態の判定を行う。
吐出状態の判定は輝度で代用して判定する。吐出部は吐出していない部分と比較して輝度が低く、閾値の設定により、吐出欠陥のあるヘッド番地とそのヘッドのノズル番号が検出可能である。
上記一連の動作制御、判定は、制御装置５０にて行う。

図１３は、ヘッドユニット着脱ユニット４０の一実施例を示す模式構成図を、図１４は、ヘッドユニット着脱ユニット４０の側面図を、図１５は、ヘッドユニットの着脱機構を示す部分拡大図をそれぞれ示す。
ヘッドユニット着脱ユニット４０は、複数個を配列したヘッドを着脱する為の機構であり、ヘッドユニット２１０は先頭が球状をした４本の支持ピン４２で支持されている。

ヘッドユニット２１０側は、支持ピン４２に対応する球状の溝を有している。ヘッドユニット支持ピン４２を含む支持ブロック４１は、図１５に示すエアベアリング４４によってフローティングしており、また４本の支持ピン４２の位置決めを行うために位置決めシリンダ４３により内側から４方向に支持ブロック４１を突っ張る。

ヘッドユニット２１０と着脱ユニットの位置がある程度ラフであっても支持ピン４２がフローティング状態で位置決めされ、ヘッドユニット２１０側球状の溝に支持ブロック４１の支持ピン４２が誘い込まれる。
ヘッドユニット２１０の着脱動作は、液出し・予備吐出ユニット１０、ヘッド洗浄ユニット２０、ヘッド吐出状態検査ユニット３０を搭載した走行台車をヘッドユニット２１０の位置より図４に示す左側に退避して行う。
ヘッドユニット着脱ユニットはヘッドユニット２１０方向へ移動し、リフタ上昇と横移動、リフタ下降の組合せにより着脱動作を行う。

上記したように、本発明のインクジェットヘッド管理装置を用いることにより、インクジェット塗工装置のヘッドユニットの液出し・予備吐出、ヘッド洗浄、ヘッド吐出状態検査及びヘッドユニットの着脱を、容易に、自動で行うことができるため、密集して複数個配列されたヘッド吐出口のインク乾きを起こさないで、吐出ミスのない安定したインキ吐出をサポートすることができる。

本発明のインクジェットヘッド管理装置の一実施例を示す模式構成図である。 本発明のインクジェットヘッド管理装置の模式上面図である。 本発明のインクジェットヘッド管理装置の模式側面図である。 インクジェット塗工装置へ本発明のインクジェットヘッド管理装置を組み込んだ一例を示す模式上面図である。 （ａ）は、液出し・予備吐出ユニット１０の廃液ポットの模式上面図である。（ｂ）は、（ａ）をＡ−Ａ’線で切断した模式構成断面図である。 液出し・予備吐出ユニット１０の液排出部１１及びミスト排出部１２で発生した廃液のフローを示す説明図である。 ヘッド洗浄ユニットの一実施例を示す模式構成図である。 ヘッド洗浄ユニットの模式側面図である。 ヘッド洗浄ユニットの押当ローラ２４を横移動する転位シリンダ２６の機能を示す説明図である。 ヘッド洗浄ユニットの押当ローラ２４の押圧機構を示す説明図である。 ヘッド吐出状態検査ユニットの一実施例を示す模式構成図である。 ヘッド吐出状態を検査するためのヘッドユニットの吐出検出パターンの一例を示す説明図である。 ヘッドユニット着脱ユニット４０の一実施例を示す模式構成図である。 ヘッドユニット着脱ユニット４０の模式側面図である。 支持ピンとヘッドユニットの着脱機構を示す部分拡大図である。

符号の説明

１０……液出し・予備吐出ユニット
１１……液排出部
１２……ミスト排出部
１３……真空発生器
１４……ドレンタンク
１５……トラップタンク
１６……開閉ダンパ
２０……ヘッド洗浄ユニット
２１……洗浄部材
２２……インク浸透防止材
２３……洗浄液吐出ローラ
２４……押当ローラ
２５……昇降シリンダ
２６……転移シリンダ
２７ａ、２８ａ……巻出部
２７ｂ、２８ｂ……巻取部
３０……ヘッド吐出状態検査ユニット
３１……受像フィルム
３２……ニップローラ
３３ａ……巻出部
３３ｂ……巻取部
４０……ヘッドユニット着脱ユニット
４１……支持ブロック
４２……支持ピン
４３……位置決めシリンダ
５０……制御装置
１００……インクジェットヘッド管理装置
２００……インクジェット塗工装置
２１０……ヘッドユニット
２２０……基板吸着ステージ
２３０……レール
３１０……カメラ
３２０……白色照明

Claims (2)

1. インクジェット塗工装置のインクジェットヘッドの管理を行うインクジェットヘッド管理装置であって、
   少なくとも、
   （ａ）前記インクジェットヘッド内への通液と、前記インクジェットヘッド内のエア抜きと、前記インクジェットヘッドの吐出口からの定期的な液出しと、を行うためのドレン機能と、予備吐出の際に前記インクジェットヘッドより排出されたミスト状インクを収集する機能とを有する液出し・予備吐出ユニット（１０）と、
   （ｂ）洗浄液をしみ込ませた洗浄部材（２１）を、前記インクジェットヘッドの吐出面に押し当ててヘッドユニット吐出面の洗浄を行うヘッド洗浄ユニット（２０）と、
   （ｃ）塗工前のヘッドユニットの吐出状態の検査を行うヘッド吐出状態検査ユニット（３０）と、
   （ｄ）インクジェット塗工装置からヘッドユニットを着脱するためのヘッドユニット着脱ユニット（４０）と、
   （ｅ）前記インクジェット塗工装置と連携して上記各種ユニットの移動と動作制御とを行う制御装置（５０）と、を有し、
   前記インクジェットヘッドより排出された前記ミスト状インクを収集する前記機能は、真空発生器（１３）による排気を用いたものであり、
   前記ヘッド洗浄ユニット（２０）は、前記洗浄部材（２１）を繰出す巻出部と、前記巻出部から繰出された前記洗浄部材（２１）に前記洗浄液をしみ込ませる洗浄液吐出ローラ（２３）と、洗浄処理後に前記洗浄部材（２１）を巻取る巻取部と、前記洗浄部材（２１）の下面にインク浸透防止部材（２２）を繰出可能な機構とを有し、
   前記ヘッドユニットは球状の溝を有し、前記ヘッドユニット着脱ユニット（４０）は、先頭が球状をした４本の支持ピン（４２）を含みエアベアリングによりフローティングしている支持ブロック（４１）を有し、ラフな位置合わせしか行わなくても前記支持ブロック（４１）は前記支持ピン（４２）が前記球状の溝に誘い込まれるようにフローティング状態で適切に位置決めする機構である、ことを特徴とするインクジェットヘッド管理装置。
2. 前記インクジェット塗工装置の両側に設置される、インクジェットヘッド管理装置であって、
   前記液出し・予備吐出ユニット（１０）、前記ヘッド洗浄ユニット（２０）及び前記吐出状態検査ユニット（３０）は共通の台車に搭載され共通の走行軸を持ち、前記ヘッドユニット着脱ユニット（４０）は単独の台車に設置され独立した走行軸を持ち、それぞれ制御装置（５０）にて任意の位置に停止することができ、
   前記インクジェット塗工装置は、前記ヘッドユニットと基板吸着ステージとを有し、前記ヘッドユニットの下を前記基板吸着ステージがスキャンして塗工を行うものであり、
   前記インクジェット塗工装置の前記基板吸着ステージが行う前記スキャンの方向と平行に、前記インクジェット塗工装置の両側に設置される、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管理装置。

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