JP5655880B2

JP5655880B2 - 液滴吐出装置

Info

Publication number: JP5655880B2
Application number: JP2013046448A
Authority: JP
Inventors: 小島　健嗣; 健嗣小島
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2013-03-08
Filing date: 2013-03-08
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2028-10-22
Also published as: JP2013150983A

Description

本発明は、インクジェット方式の機能液滴吐出ヘッドに対しワークを移動させながら、機能液滴吐出ヘッドから機能液を吐出してワークに描画を行う液滴吐出装置に関するものである。

従来、この種の液滴吐出装置として、機能液滴吐出ヘッドの吐出ヘッド群と、基板を載置するセットテーブル（ステージ）と、セットテーブルを主走査方向に移動する搬送機構と、制御装置とを備えたものが知られている（特許文献１参照）。このセットテーブルの主走査方向に対する側部には、リニアエンコーダが配設されており、制御装置は、このリニアエンコーダによって読み取られたエンコーダ信号に基づいてセットテーブルの移動量を取得し、取得した移動量に基づいて搬送機構の搬送を制御すると共に、吐出ヘッド群の吐出を制御している。

特開２００５−２４６１２３号公報

しかしながら、このような液滴吐出装置では、リニアエンコーダのスケールの誤差や、セットテーブルのピッチング等の影響で、精度良く移動量を検出することができないという問題があった。すなわち、リニアエンコーダ（移動量検出手段）による検出誤差の影響で、正確な移動量が検出できないため、ワーク（セットテーブル）の移動に対し、精度良く描画処理を行うことができない。

本発明は、ワークの移動に対し、精度良く描画処理を行うことができる液滴吐出装置を提供することを課題としている。

本発明の液滴吐出装置は、液滴吐出ヘッドに対しワークを移動させながら、液滴吐出ヘッドから液滴を吐出してワークに描画を行う液滴吐出装置であって、ワークを載置する載置テーブルと、載置テーブルを一の方向に移動させる一対の移動手段と、液滴吐出ヘッドの保守に供されるメンテナンス装置と、液滴吐出ヘッドを、ワークに対して液滴を吐出するエリアと、メンテナンス装置に臨むエリアとの間で、一の方向と交わる方向に移動させる移動テーブルと、一対の移動手段と一対一に対応して設けられ、載置テーブルの移動量を検出する一対の移動量検出手段と、を備えたことを特徴する。

この場合、移動手段を制御する制御部を備え、制御部は、一方の移動量検出手段の検出結果をフィードバックすることで、一方の移動手段の制御を行うと共に、他方の移動量検出手段の検出結果をフィードバックすることで、他方の移動手段の制御を行うことが好ましい。

処理対象となるワークの斜視図である。本発明の実施形態に係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。ヘッドユニットの平面模式図である。機能液滴吐出ヘッドの表裏外観斜視図である。Ｘ軸テーブルの平面図（ａ）および正面図（ｂ）である。液滴吐出装置の制御ブロック図である。機能液滴吐出ヘッドの吐出制御動作（ａ）とその変形例（ｂ）を、移動量を軸として示した図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明を適用し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機能液滴吐出ヘッドを用い、液晶表示装置のカラーフィルタや有機ＥＬ装置の各画素となる発光素子等を形成するものである。特に、この液滴吐出装置は、描画開始から描画終了までの間、セットテーブル（ワーク）の移動時間に基づいて、機能液滴吐出ヘッドの吐出タイミングを制御することにより、移動量検出手段による検出誤差の影響を受けることがなく、精度良く吐出制御を行うことができる。

ここで、液滴吐出装置１の詳細について説明する前に、処理対象となるワークＷについて説明する。図１に示すように、ワークＷは、機能液が吐出されると共に画素を構成するキャビティ部Ｗａと、これを区画するバンク部Ｗｂとを有している。機能液滴吐出ヘッド１３の吐出ノズル５７から、キャビティ部Ｗａに３回の吐出を行うことで、描画処理が行われる。

図２ないし図４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（第１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（移動手段）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、主走査方向（Ｘ軸方向）に直交した副走査方向となる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、複数個（１２個）の機能液滴吐出ヘッド１３が個々に搭載された１０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５と、チャンバ５を貫通して、機能液滴吐出ヘッド１３に機能液を供給する機能液供給ユニット６と、液滴吐出装置１の各構成要素を制御する制御部１０８（図８参照）と、を備えている。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の駆動と同期して機能液滴吐出ヘッド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３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が描画される。

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、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、これらユニットを機能液滴吐出ヘッド１３の保守に供して、機能液滴吐出ヘッド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（描画エリア）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（メンテナンスエリア）にキャリッジユニット４を臨ませて、機能液滴吐出ヘッド１３の機能維持・機能回復処理を行う。

図３および図４に示すように、Ｙ軸テーブル３は、１０個のキャリッジユニット４をそれぞれ吊設した１０個のブリッジプレート３２と、１０個のブリッジプレート３２を両持ちで支持する１０組のＹ軸スライダ（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（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を介して描画時に機能液滴吐出ヘッド１３を副走査するほか、機能液滴吐出ヘッド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。この場合、各キャリッジユニット４を独立させて個別に移動させることも可能であるし、１０個のキャリッジユニット４を一体として移動させることも可能である。

各キャリッジユニット４は、Ｒ・Ｇ・Ｂの３色、各４個（計１２個）の機能液滴吐出ヘッド１３と、１２個の機能液滴吐出ヘッド１３を６個ずつ２群に分けて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５参照）。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）、このサブタンク４５から自然水頭を利用し、かつ圧力調整弁（図示省略）を介して各機能液滴吐出ヘッド１３に機能液が供給されるようになっている。なお、本実施形態においては上記の構成としたが、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に搭載される機能液滴吐出ヘッド１３の個数は任意である。

図６に示すように、機能液滴吐出ヘッド１３は、いわゆる２連のインクジェットヘッドであり、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。また、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面５８を有するノズルプレート５６と、を有している。ノズルプレート５６のノズル面５８に形成された多数の吐出ノズル５７は、相互に平行且つ半ノズルピッチ位置ズレして列設された２列のノズル列ＮＬを構成しており、各ノズル列ＮＬは、等ピッチで並べた１８０個の吐出ノズル５７で構成されている。制御部１０８から出力された駆動波形がヘッド基板５２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。

液滴吐出装置１の描画動作は、ワークＷをＸ軸方向に移動させながら、機能液滴吐出ヘッド１３から機能液をワークＷに吐出することで行う。厳密には、まず、ワークＷをＸ軸テーブル２により、Ｘ軸方向で移動させながら（図３中奥側へ）、第１描画動作（往動パス）を行う。その後、ヘッドユニット４２を２ヘッド分Ｙ軸方向に移動（副走査）させて、改めて、ワークＷをＸ軸方向で移動させながら（図３中手前側へ）、第２描画動作（復動パス）を行う。そして、再度ヘッドユニット４２を２ヘッド分副走査し、もう一度、ワークＷをＸ軸方向で移動させながら（図３中奥側へ）、第３描画動作（往動パス）を行う。このように、副走査により、ワークＷ上の位置に対し、対応する機能液滴吐出ヘッド１３を変更しつつ、ワークＷの移動および描画動作を３度繰り返すことにより、Ｒ・Ｇ・Ｂ３色の描画処理を効率良く行っている。詳細は後述するが、描画処理の際は、セットテーブル６１（ワークＷ）の移動時間と、吐出パターンデータとに基づいて、各吐出ノズル５７を個々に吐出制御する。

図３、図４および図７に示すように、Ｘ軸テーブル２は、ワークＷをセットするセットテーブル６１と、セットテーブル６１をＸ軸方向にスライド自在に支持する左右一対のＸ軸第１スライダ６２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左右一対のＸ軸第２スライダ６３と、Ｘ軸方向に延在し、一対のＸ軸第１スライダ６２を介してセットテーブル６１（ワークＷ）をＸ軸方向に移動させると共に、一対のＸ軸第２スライダ６３を介して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軸方向に移動させる左右一対のＸ軸リニアモータ６４と、一対のＸ軸リニアモータ６４に並設され、Ｘ軸第１スライダ６２およびＸ軸第２スライダ６３の移動を案内する一対（２本）のＸ軸共通支持ベース６５と、一対のＸ軸第１スライダ６２および一対のＸ軸共通支持ベース６５上に配設され、セットテーブル６１の移動位置（移動量）を検出する一対のリニアエンコーダ（移動量検出手段）７６と、を備えている。

セットテーブル６１は、ワークＷを吸着セットする吸着テーブルで構成されており、吸着セットしたワークＷの位置をθ軸方向に補正するθ回転機構（図示省略）を有している。また、セットテーブル６１のＹ軸方向と平行な一対の辺には、一対の描画前フラッシングユニット７３が添設されている。

一対のリニアエンコーダ７６は、一対のＸ軸リニアモータ６４にそれぞれ対応している。すなわち、図７中右側のＸ軸リニアモータ６４には、右側のリニアエンコーダ７６が対応しており、図７中左側のＸ軸リニアモータ６４には、左側のリニアエンコーダ７６が対応している。各リニアエンコーダ７６は、Ｙ軸方向におけるセットテーブル６１の側端部に沿って配設されており構成要素として、Ｘ軸共通支持ベース６５側（固定側）に設けられ、Ｘ軸方向に延在するリニアスケール７７と、Ｘ軸第１スライダ６２側（移動側）に設けられ、リニアスケール７７を読み取るリニアセンサ７８と、を備えている。後述する制御部１０８（図８参照）は、対応するリニアエンコーダ７６（のリニアセンサ７８）の検出結果であるエンコーダ信号をフィードバックすることで、Ｘ軸リニアモータ６４の移動を制御する。

次に、図８を参照して、液滴吐出装置１の主制御系について説明する。同図に示すように、液滴吐出装置１は、ヘッドユニット４２（機能液滴吐出ヘッド１３）を有する液滴吐出部１０１と、Ｘ軸テーブル２を有し、ワークＷをＸ軸方向へ移動させるためのワーク移動部１０２と、Ｙ軸テーブル３を有し、ヘッドユニット４２をＹ軸方向へ移動させるヘッド移動部１０３と、メンテナンス装置７の各ユニットを有するメンテナンス部１０４と、機能液供給ユニット６を有し、機能液滴吐出ヘッド１３に機能液を供給する機能液供給部１０５と、リニアエンコーダ７６を含む各種センサを有し、各種検出を行う検出部１０６と、各部を駆動制御する各種ドライバを有する駆動部１０７と、各部に接続され、液滴吐出装置１全体の制御を行う制御部１０８と、を備えている。

制御部１０８は、各手段を接続するためのインターフェース１１１と、制御処理のための作業領域として使用されるＲＡＭ１１２と、制御プログラムや制御データを記憶するＲＯＭ１１３と、吐出パターンデータや、検出部１０６からの各種データ等を記憶すると共に、各種データを処理するためのプログラム等を記憶するハードディスク１１４と、ＲＯＭ１１３やハードディスク１１４に記憶されたプログラム等に従い、各種データを演算処理するＣＰＵ１１５と、これらを互いに接続するバス１１６と、を備えている。ＣＰＵ１１５には、時間を計時するタイマー１１７が搭載されている。

そして、制御部１０８は、各手段からの各種データを、インターフェース１１１を介して入力すると共に、ＲＯＭ１１３やハードディスク１１４に記憶された（または、ＣＤ−ＲＯＭドライブ等により順次読み出される）プログラムに従ってＣＰＵ１１５に演算処理させ、その処理結果を、駆動部１０７（各種ドライバ）を介して各手段に出力する。

ここで、液滴吐出装置１におけるセットテーブル６１（ワークＷ）の移動制御について説明する。制御部１０８は、Ｘ軸テーブル２の一対のＸ軸リニアモータ６４を個々に制御することで、セットテーブル６１の移動制御を行う。各Ｘ軸リニアモータ６４において、対応するリニアエンコーダ７６から得られたエンコーダ信号（パルス列）をフィードバックし、指令信号（パルス列）とエンコーダ信号とが一致するようにＸ軸リニアモータ６４を駆動制御する。これにより、指令信号に基づく移動速度でセットテーブル６１を移動している。

なお、セットテーブル６１の移動速度の誤差や、蛇行を抑えるために、各Ｘ軸リニアモータ６４の指令信号を、リニアスケール７７のピッチ誤差や蛇行、セットテーブル６１のヨーイングの影響等、Ｘ軸テーブル２による誤差特性を加味して補正する。例えば、描画処理と同等の動作でセットテーブル６１の移動試験を行い、この移動試験で得られた検出誤差（エンコーダ信号の移動量と実際の移動量との誤差）に基づいて指令信号を補正する。このように、指令信号を補正することにより、セットテーブル６１の移動速度の誤差や蛇行を、容易に補正することができ、セットテーブル６１（ワークＷ）を精度良く移動することができる。

次に、液滴吐出装置１における機能液滴吐出ヘッド１３の、１の主走査（往動パスもしくは復動パス）における吐出制御動作について説明する。制御部１０８は、タイマー１１７のカウント値に基づいて、セットテーブル６１（ワークＷ）の移動時間を計時し（計時手段）、１の主走査における描画開始から描画終了までの間、計時したセットテーブル６１の移動時間と、吐出パターンデータとに基づいて、各吐出ノズル５７の吐出タイミングを制御する（吐出制御手段）。吐出パターンデータは、ノズル列ＮＬの吐出ノズル５７に対応したＸ軸と、Ｘ軸テーブル２によるセットテーブル６１の移動量に対応したＹ軸とで、各座標に各画素が配列されたビットマップデータである。描画開始から描画終了までの間、Ｘ軸テーブル２によるセットテーブル６１の移動が一定速度であるとし、その速度と計時した移動時間とによって、吐出パターンデータと対応させている。

図９（ａ）に示すように、吐出制御動作では、制御部１０８は、リニアエンコーダ７６によるエンコーダ信号から検出した移動量が、移動開始位置から描画開始位置（基準位置）（吐出パターンデータにおける最先端の吐出位置）に達したことを検出し（基準位置検出手段）、この検出した時点から移動時間のカウントを開始し、タイマー制御を行う。タイマー制御では、上記セットテーブル６１の速度と、計時した移動時間とから移動量を算出し、当該移動量と吐出パターンデータとに基づいて、該当する吐出ノズル５７から液滴を吐出する。すなわち、その移動量に対応する吐出パターンデータ上のＹ軸座標の行において、画素が配置された座標の吐出ノズル５７から液滴を吐出する。

このように、描画開始位置からタイマー制御を行うことにより、経時的に累積する誤差が、ワークＷへの描画を開始する描画開始位置でリセットされるため、描画直前に累積する誤差をリセットすることができ、セットテーブル６１（ワークＷ）の移動に対し、精度良く描画処理を行うことができる。

次に、図９（ｂ）を参照して、１の主走査における吐出制御動作の変形例を、上記の例と異なる部分について説明する。図９（ｂ）に示すように、本変形例の吐出制御動作では、描画開始位置から描画終了位置までの間に、複数、且つ等間隔（例えば、２．５ｍｍ〜５．０ｍｍ間隔）でピッチ基準位置（基準位置）が設定されており、制御部１０８は、このピッチ基準位置に達したことを、エンコーダ信号による移動量から検出した際、移動時間をリセットする。すなわち、当該ピッチ基準位置に達したことを検出したら、移動時間（カウンタ値）をゼロにし、その後、当該ピッチ基準位置からの移動として、移動時間の計時を再開する。

このように、ピッチ基準位置で移動時間をリセットすることにより、描画処理の間、等間隔且つ複数のピッチ基準位置で、累積する誤差がリセットされるため、セットテーブル６１（ワークＷ）の移動に対し、精度良く描画処理を行うことができる。

なお、吐出制御動作で用いるエンコーダ信号は、移動試験を行って得られたリニアエンコーダ７６の検出誤差に基づいて、補正したものを用いることが好ましい。

以上のような構成によれば、セットテーブル６１（ワークＷ）の移動時間に基づいて、機能液滴吐出ヘッド１３の吐出を制御することにより、スケールの誤差やヨーイング誤差等、移動量検出手段（リニアエンコーダ７６）の検出誤差の影響を受けることがない。そのため、セットテーブル６１（ワークＷ）の移動に対し、精度良く描画処理を行うことができる。

また、移動量検出手段（リニアエンコーダ７６）による移動量が、移動開始位置を除く任意の位置である基準位置（描画開始位置およびピッチ基準位置）に達したことを検出した時点からの移動時間により、吐出制御を行うため、移動開始位置から経時的に累積する誤差を基準位置でリセットすることができ、セットテーブル６１（ワークＷ）の移動に対し、より精度良く描画処理を行うことができる。なお、基準位置は、移動開始位置を除く任意の位置に設定可能である。

なお、本実施形態においては、１のワークＷをセットテーブル６１にセットし、当該１のワークＷを処置対象とする構成であったが、１のワークＷに代えて、複数のワークＷをマトリクス状に連結して成るマザー基板をセットし、処理後のマザー基板をワークＷ毎に分割して、複数のワークＷを取得する構成であっても良い。かかる場合、制御部１０８は、マザー基板上の複数のワークＷ毎の描画開始位置から描画終了位置までの間、機能液滴吐出ヘッド１３のタイマー制御を行う。また、変形例においては、ワークＷ毎に設定したピッチ基準位置で移動時間をリセットする。

また、本実施形態の液滴吐出装置を、インクジェットプリンタに適用しても良い。

１：液滴吐出装置、２：Ｘ軸テーブル、１３：機能液滴吐出ヘッド、７６：リニアエンコーダ、１０８：制御部、１１７：タイマー、Ｗ：ワーク

Claims

液滴吐出ヘッドに対しワークを移動させながら、前記液滴吐出ヘッドから液滴を吐出して前記ワークに描画を行う液滴吐出装置であって、
前記ワークを載置する載置テーブルと、
前記載置テーブルを一の方向に移動させる一対の移動手段と、
前記液滴吐出ヘッドの保守に供されるメンテナンス装置と、
前記液滴吐出ヘッドを、前記ワークに対して液滴を吐出するエリアと、前記メンテナンス装置に臨むエリアとの間で、前記一の方向と交わる方向に移動させる移動テーブルと、
前記一対の移動手段と一対一に対応して設けられ、前記載置テーブルの移動量を検出する一対の移動量検出手段と、を備えたことを特徴する液滴吐出装置。
前記移動手段を制御する制御部を備え、
前記制御部は、一方の前記移動量検出手段の検出結果をフィードバックすることで、一方の前記移動手段の制御を行うと共に、他方の前記移動量検出手段の検出結果をフィードバックすることで、他方の前記移動手段の制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出装置。