JP6330136B2 - ラインヘッド - Google Patents

Description

本発明はインクジェット印刷装置を構成するラインヘッドに関する。

近年、インクジェット印刷装置を用いて映像デバイスを製造する方法が注目されている。図８（ａ）、図８（ｂ）は、インクジェット印刷装置の平面図である。

図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、インクジェット印刷装置は、架台４１、基板搬送ステージ４２、門型ガントリー４３、ラインヘッド５０を備えている。

基板搬送ステージ４２は、図８（ａ）から図８（ｂ）のように移動する。この移動と同時にラインヘッド５０からインクが適宜吐出され、基板搬送ステージ４２上に載置された基板１０の塗布領域４４にインクが塗布され印刷を行うことができる。

図９にラインヘッド５０の模式図を示す。図９に示すようにラインヘッド５０は複数のインクジェットヘッド５１とこれを保持する筐体５２から構成される。インクジェットヘッド５１は印刷走査方向に直交する方向に複数配列され、一回の走査により印刷することのできる幅を確保している。ラインヘッド５０にはインク供給配管５３が備えられ、印刷に供するインクが外部から供給される。

インクジェット印刷装置を用いたデバイスの製造は、製造プロセスが簡略で低コストで実施することのできる特徴がある。しかし、複数のインクジェットヘッド５１を配列するために、相互の位置の安定性確保が難しいため、ファインピッチのパターン形成には不向きである。

そこで、このような欠点を補うべく、インクジェットヘッド５１の位置ズレを能動的に補正することのできるラインヘッド５０が考案されている（特許文献１）。

図１０（ａ）、図１０（ｂ）は、特許文献１に記載された従来のラインヘッド５０の構成を示す模式図である。図１０（ａ）は、側面図であり、図１０（ｂ）は、斜視図である。

インクジェットヘッド３０１、３０２、３０３を、図１０（ｂ）に示すインクジェットヘッド固定部材３１１、３１２、３１３を介して基準ベース３２１およびステージ３２２，３２３に固定されている。さらにインクジェット固定部材３３１、３３２はアクチュエータとなる圧電素子３４１、３４２を介して互いに固定されている。

インクジェットヘッド３０１、３０３が、インクジェットヘッド３０２に対して相対的に位置ズレを生じた際に、圧電素子３４１、３４２を所望の変位量を駆動して、設計位置に補正を行うことを可能としている。

特開２００２−２２８８２２号公報

しかしながら、前記従来の構成では、インクジェットヘッドの位置を固定する為に、アクチュエータである圧電素子の動作を必要とするために、インクジェットヘッドを近接して高密度に配置することが出来ず、複数個の配置が困難となる。

仮に従来の構成により複数個のインクジェットヘッドの配置を行った場合、所定のアクチュエータ機構を介してインクジェットヘッドを逐次配置することになる為に、個々インクジェットヘッド間隔が大きく開いてしまい、ラインヘッドおよびこのラインヘッドを用いた印刷装置が大型化してしまう。

そのため印刷にための基板走査に対して、担当するインクジェットヘッドの配置される位置により、インクが着滴するまでの時間差が生じることになる。この時間差は乾燥ムラにつながり、印刷品質を大きく低下させてしまうことになる。

また、ラインヘッドに配置されたインクジェットヘッドの位置を保つ為に、常にアクチュエータを駆動させておかなければならず、消費電力増加や発熱といった問題が生じる。

特に発熱源をラインヘッド内部に有することは、各部品の組立精度を低下させる要因となる。さらに、印刷装置のメンテナンスなどで一旦電源を遮断してしまうと、それまで保持しているインクジェットヘッドの位置が初期化されてしまうため、位置の再現性などの面で課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決し、インクジェットヘッドの位置を長期にわたり補償し、さらに高密度にインクジェットヘッドを配置した小型のラインヘッドを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、複数のインクジェットヘッドと、複数のインクジェットヘッドを配置するプレートと、複数のインクジェットヘッドとプレートとを固定する固定部と、を含むインクジェット印刷装置において、プレートとインクジェットヘッドとの接合面の一方面に第１凸部を、他方面に第１凸部がはめこまれる第１凹部を設けた、または、一方面に第１凹凸部を、他方面に前記第１凹凸がはめ込まれる第２凹凸部を設けたインクジェット印刷装置を用いる。

以上のように、本発明によれば、複数のインクジェットヘッドを高密度に配置すると共に、各インクジェットヘッドの位置を補償することで、長期にわたり高精度かつ高精細の印刷を実現することができる。

（ａ）本発明の実施の形態１に係るラインヘッドの構造を示す模式図、（ｂ）実施の形態１に係るラインヘッドの一部の側面を示す模式図、（ｃ）実施の形態１に係るラインヘッドの位置決めの方法を示す模式図 （ａ）実施の形態１の例に係るヘッドプレートの当接部を拡大した模式図、（ｂ）実施の形態１の例に係るヘッドプレートの当接部を拡大した模式図、（ｃ）実施の形態１の例に係るインクジェットヘッドの当接部を拡大した模式図 実施の形態１に係るインクジェットヘッドとヘッドプレートとの関係の別の例を示す図 （ａ）実施の形態１に溝の形状を示す部分斜視図、（ｂ）〜（ｇ）溝の形状の変形例を示す断面図 溝方向と走査方向とのなす角度αと走査方向に直交する方向に対する方向への初期位置からのズレ量の関係を表すグラフ 溝加工のピッチと走査方向に直交する方向のズレ量の関係を表すグラフ 溝の算術平均粗さと走査方向に直交する方向のズレ量の関係を表すグラフ （ａ）インクジェット装置の印刷動作前の状態の模式図、（ｂ）インクジェット装置の印刷動作後の状態の模式図 従来のラインヘッドの構造の斜視図 （ａ）従来のラインヘッドの構造を示す側面図、（ｂ）従来のラインヘッドの構造を示す斜視図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１（ａ）は、本発明の実施の形態１におけるラインヘッド１００のノズル面すなわちインク吐出面から見た状態を示す模式図である。図１（ａ）のラインヘッド１００は、複数のインクジェットヘッド２０１、２０２、２０３を備える。

各インクジェットヘッドは平行かつ一定の間隔で、印刷走査方向（図１（ａ）のＸ軸方向）に対して傾斜し、走査方向に直交する方向に順にヘッドプレート１０１に配置されている。なお、溝方向３５０、αの角度は、以下図４のところで説明する。

ヘッドプレート１０１には予めインクジェットヘッド２０１、２０２、２０３を固定する為のネジ穴加工が施されており、インクジェットヘッド２０１，２０２，２０３はヘッドプレート１０１に対して載置されている。

説明の為に図１（ａ）では３台のインクジェットヘッド２０１，２０２，２０３が取り付けられた状態を示したが、図９に示した様に多数のインクジェットヘッド５１が図１（ａ）に示した状態と同様に、連続して配列されている。ここで、図１（ａ）においては、上下方向が印刷時の走査方向、インクジェットヘッド２０１，２０２，２０３の配列方向が走査方向に直交する方向となる。

ここで、ヘッドプレート１０１と、インクジェットヘッド２０３とは、接合領域１２０で接し、接合される。

図１（ｂ）、図１（ｃ）は、図１（ａ）のａ―ａ´で示す部位の断面を表す模式図である。図１（ｂ）においてインクジェットヘッド２０３はヘッドプレート１０１に対してビス１１０によって仮固定されている。

また、図１（ｃ）に示すようにインクジェットヘッド２０３は目的とする座標にノズルが合致する様、マイクロスコープ１１１によりノズル２１０を確認しながら設計位置に微動しアライメントされる。その後にビス１１０を締結することによりその位置を確定する。このとき、各インクジェットヘッドに要求される誤差配分量としては±２μｍ以内と、非常に高い精度が要求される。

ここで、図２（ａ）は、図１（ａ）における接合領域１２０を拡大した模式図である。ここで、破線で示す領域がヘッドプレート１０１とインクジェットヘッド２０３とが互いに接触している当接部１３０である。

図２（ａ）においては、ヘッドプレート１０１にインクジェットヘッド２０３が取り付けられた状態を上面視で示しているが、図を簡単に示すために締結の為のビスの図示は省略している。

また、図２（ｂ）は、図２（ａ）のヘッドプレート１０１側、インクジェットヘッド２０３を取り外した状態である。図２（ｃ）は、図２（ａ）のインクジェットヘッド２０３側、接合面をひっくり返した図、反転した図である。

図２（ｂ）においては、破線で示す領域が、図２（ａ）においてヘッドプレート１０１がインクジェットヘッド２０３と接触していた部位、すなわち当接部１３０となる。

図２（ｃ）では、破線で示す領域が、図２（ａ）においてインクジェットヘッド２０３がヘッドプレート１０１と接触していた部位、すなわち、当接部２３０となる。

ここで、図２（ｃ）におけるインクジェットヘッド２０３の当接部２３０、および、図２（ｂ）におけるヘッドプレート１０１の当接部１３０には、溝１４０および溝２４０が形成されている。

溝方向は、印刷装置の走査方向に対して平行となる方向に、予め所定の手段を以って溝を形成する。ここで、溝１４０および溝２４０は、当接部１３０および当接部２３０の領域を包含する様に形成することが望ましい。この例では、ヘッドプレート１０１側に、当接部１３０、２３０よりひとまわり大きい領域に溝１４０が形成されている。

従って加工工程の簡単化のために、領域指定をせずに、ヘッドプレート１０１およびインクジェットヘッド２０３の相対する面全体に加工を施すことも可能である。

形成の手段としては、砥石を用いた研削加工や金属ブラシなどによる機械的加工が好適であるが、所定の溝形成が出来れば、酸エッチング等の化学的研磨手段を用いることも可能である。

ここで、インクジェットヘッド２０３とヘッドプレート１０１との関係の別の例を図３に示す。図３では、インクジェットヘッド２５０がヘッドプレート１５０に懸架され、ビス１６０で締結される構造である。この場合にも、接合領域の接触する部分に同様に溝を設けることができる。

なお、ビスの孔１１２が、当接部１３０の中央に位置している。ビス１１０により、左右、前後に対して均等に力が加わりよい。

ここで、溝１４０、溝２４０について考える。上記で説明した溝の例を図４（ａ）に示す。図４（ａ）は、溝１４０、２４０を部分的に切り出した斜視図である。溝間を合わせる直前を示している。この場合、溝は凹凸である。凹部と凸部が同じ幅で繰りかえされる。

溝１４０、２４０の凹凸は、同じ形状で、断面三角形状である。頂角は、丸みを帯びていてもよい、平坦部があってもよい（台形）。溝同士が組み合うのでよい。凹凸の凸の高さＨ１、高さＨ２、ピッチＰ１、ピッチＰ２はそれぞれ同じである。以下でこの形状下で溝の条件を求めた。

（実施例）
＜溝の方向＞
図５に、溝１４０、２４０の溝方向と走査方向とのなす角度αと、走査方向に直交する方向に対する方向（副走査方向）への初期位置からのズレ量の関係を表すグラフである。この位置ズレは、インクジェットヘッド２０３のビス締結後の温度変化や応力緩和により発生するものである。

ここで走査方向に対する角度αは、図１（ａ）において印刷走査方向座標と溝の溝方向３５０とが為す角度αである。

角度αが３０度以下の場合は、インクジェットヘッドの応力緩和によるズレ量は要求される誤差配分量である±２μｍ以内を満足することができる。しかし、３０度を超えると急激に増加する（臨界的現象）。これは、３０度に至るまでは走査方向に移動方向を誘導する作用が認められるが、３０度を越えると走査方向に直交する方向への移動量が増大することによるものと考えられる。

この角度αは、位置ズレの抑制に当たり重要な因子であることがわかる。従って、溝１４０、２４０の溝方向は、走査方向に平行であることが望ましい。角度αが小さい方がよい。少なくとも角度αが、３０度よりも小さい角度であれば、本発明の効果を得ることが可能となる。

尚、ここではインクジェットヘッド２０３の当接部２３０とヘッドプレート１０１の当接部１３０、それぞれに溝形成を施した状態を示したが、少なくともどちらか一方に溝形成をすることでも効果を得ることが可能となる。

また、走査方向に対する角度αが３０度よりも小さくなるよう形成されていれば、当接部１３０、２３０の溝２４０とヘッドプレート１０１の当接部１３０の溝１４０が、必ずしも同じ方向に形成されていなくても良い。

＜溝のピッチＰ＞
次に加工される溝１４０、２４０のピッチについて説明する。図６は溝加工のピッチと走査方向に直交する方向のズレ量の関係を表すグラフである。この時、溝の深さは、０．５μｍである。

図６において、加工ピッチの増加にもかかわらず走査方向に直交する方向のズレ量は変化が小さく、ほぼ加工ピッチと走査方向に直交する方向のズレ量は直線的に変化する。よって当接部１３０において溝加工がなされていれば、その加工ピッチについて制限を与える必要はない。５０μｍ以下のピッチなら問題がない。

＜溝の高さＨ＞
次に加工される溝の高さ（深さ）について説明する。図７は形成された溝の算術平均粗さと走査方向に直交する方向のズレ量の関係を表すグラフである。この時、溝のピッチは、１０μｍで加工されている。

図７において、算術平均高さ（深さ）の増加に伴い走査方向に直交する方向のズレ量は増加が認められる。特に、１０μｍを超える領域では、そのズレ量が著しく増加する（臨界的現象）。これは、当接部１３０、２３０の粗くなると走査方向に直交する方向への移動応力に抗しきれず溝を乗り越えた時の移動量が急激に増加することによるものである。従って、当接面の算術平均高さ（深さ）は１０μｍ以下に抑制することが必要である。

なお、溝の形状は、三角柱状以外でもよい場合がある。また、溝１４０、２４０とが、同一形状でなくともよい場合がある。以下で考察する。

図４（ｂ）は、溝１４０、２４０の断面図である。溝の突起が四角柱である場合である。この場合、溝を噛み合わせるため、凹部と凸部が組み合うように、凹部の内径が、凸部の幅より広い必要がある。

次の図４（ｃ）から図４（ｇ）では、図４（ａ）と図４（ｂ）と異なり、溝１４０、２４０の形状が違う。凹凸でなく、凹部と凸部とからなる。

図４（ｃ）は、溝１４０、２４０の断面図である。溝２４０が、凸部であり、溝１４０
が凹部である。凸部と凹部が組み合わされる。凹部は、断面三角形の凹みであり、凸部は断面三角形の凸部である。上記と同様、頂角に丸みがあっても、平坦（台形）でもよい。

図４（ｄ）は、溝１４０、２４０の断面図である。溝２４０が、断面四角形の凸部であり、溝１４０が断面四角形の凹部である。凸部と凹部が組み合わされる。上記と同様、凹部と凸部が組み合うように、凹部の内径が、凸部の幅より広い必要がある。

図４（ｅ）は、図４（ｃ）の変形例である。違いは、溝１４０の凹部の断面三角形凹部形状と溝２４０の凸部の断面三角形突起の形状とが異なることである。凹部の断面三角形凹部形状の三角形の開き角度が、凸部の断面三角形突起の三角形の開き角度より大きい、両者が組み込みやすくなっている。

図４（ｆ）は、図４（ｄ）の変形例である。違いは、溝１４０の凹部の断面四角形の凹部形状と溝２４０の凸部の断面四角突起の形状とが異なることである。凹部の断面四角形凹部形状の内径の幅が、凸部の断面四角形の突起の幅より大きい必要がある。両者が組み込みやすくなっている。

図４（ｇ）は、溝１４０の凹部と、溝２４０の凸部との形状が大きく異なる場合である。断面が、三角形の凸部と四角形の凹部である。両者が組み込みやすくなっている。凹部に凸部に入り込む必要がある。

なお、図４（ｃ）から図４（ｇ）では、溝１４０と溝２４０の形状が入れ替わってもよい。

また、図４（ｂ）〜図４（ｇ）の場合も、上記図４（ａ）の場合と同様に、凸部は、５０μｍ以下のピッチＰ、高さＨ（深さ）は、１０μｍ以下ならよい。

（まとめ）
これらラインヘッドを構成するインクジェットヘッドの取り付けにおいては、熱的な外部応力やアライメント後の除荷による緩和応力などによりインクジェットヘッドおよびその取り付け部に応力が集中し、位置ズレを引き起こす。しかしながら、本発明のように溝を施した当節面を持つラインヘッドにおいては、当該締結部に負荷が発生した際、当接面が異方性を有する滑り面として作用する。

具体的には、走査方向に形成された溝に従い、走査方向にその座標が移動する。逆に、走査方向に直交する方向については、発生しうる位置ズレは極小化することができる。このように、発生し得る位置ズレを走査方向に積極的に誘導することにより、走査方向に直交する方向への影響を最小限に留め、発生した応力を緩和することが可能となる。

走査方向に生じる位置ズレについては、走査時にインクジェットヘッドからインク液滴を吐出するタイミングを調節することにより容易に補正が可能であるため、生産上の問題を発生させずに印刷精度を保持することができる。

本発明のラインヘッド及びインク吐出方法は、有機ＥＬデバイスの発光体、ホール輸送層、電子輸送層の印刷や、カラーフィルターの印刷等に適用することができる。

１０ 基板
４１ 架台
４２ 基板搬送ステージ
４３ 門型ガントリー
４４ 塗布領域
５０ ラインヘッド
５１、２０１、２０３、２５０、３０１、３０２ インクジェットヘッド
５２ 筐体
５３ インク供給配管
１００ ラインヘッド
１０１、１５０ ヘッドプレート
１１０ ビス
１１１ マイクロスコープ
１１２ ビスの孔
１２０ 接合領域
１３０、２３０ 当接部
１４０、２４０ 溝
１６０ ビス
２１０ ノズル
３１１ インクジェットヘッド固定部材
３２１ 基準ベース
３２２ ステージ
３３１ インクジェット固定部材
３４１ 圧電素子
３５０ 溝方向
Ｐ、Ｐ１、Ｐ２ ピッチ
Ｈ、Ｈ１、Ｈ２ 高さ
α 角度

Claims (8)

1. 複数のインクジェットヘッドと、
   複数の前記インクジェットヘッドを配置するプレートと、
   複数の前記インクジェットヘッドと前記プレートとを固定する固定部と、
   を含むインクジェット印刷装置において、
   前記プレートと前記インクジェットヘッドとが接触している１つの接合面の一方面の全面に複数の第１凸部を、他方面の全面に前記複数の第１凸部がはめこまれる複数の第１凹部を設けた、または、前記一方面の全面に複数の第１凹凸部を、前記他方面の全面に前記複数の第１凹凸部がはめ込まれる複数の第２凹凸部を設け、
   前記複数の第１凸部がライン状凸形状、または、前記複数の第１凹凸部が、ライン状凹凸形状であるインクジェット印刷装置。
2. 前記固定部が、前記接合面に設けられた請求項１記載のインクジェット印刷装置。
3. 前記１つの接合面には、前記インクジェットヘッドと前記プレートとを固定するための孔がある請求項１または２記載のインクジェット印刷装置。
4. 複数のインクジェットヘッドと、
   複数の前記インクジェットヘッドを配置するプレートと、
   複数の前記インクジェットヘッドと前記プレートとを固定する固定部と、
   を含むインクジェット印刷装置において、
   前記プレートと前記インクジェットヘッドとの接合面の一方面に第１凸部を、他方面に前記第１凸部がはめこまれる第１凹部を設けた、または、前記一方面に第１凹凸部を、前記他方面に前記第１凹凸部がはめ込まれる第２凹凸部を設け、
   前記第１凸部がライン状凸形状、または、前記第１凹凸部が、ライン状凹凸形状であり、前記第１凸部、または、前記第１凹凸部のラインの方向が、前記インクジェットヘッドと被塗布対象との相対的移動方向に対して３０°以内であるインクジェット印刷装置。
5. 前記第１凸部、または、前記第１凹凸部の凸部の高さが、１０μｍ以下である請求項４に記載のインクジェット印刷装置。
6. 前記第１凸部、または、前記第１凹凸部の凸部のピッチが、５０μｍ以下である請求項４または５に記載のインクジェット印刷装置。
7. 前記プレートには、前記接合面を含み、前記接合面の周囲に、前記第１凸部、前記第１凹部、前記第１凹凸部、前記第２凹凸部のいずれか１つが形成されている請求項１から６のいずれか１項に記載のインクジェット印刷装置。
8. 前記第１凹凸部と前記第２凹凸部とが、同じ形状、同じラインの方向、同じピッチである請求項１から７のいずれか１項に記載のインクジェット印刷装置。

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