(57)【要約】【課題】圧電素子の静電容量にかかわらず、圧電素子に対する十分な充電エネルギーを確保して圧電素子を所望の電圧に充電することができ、液体の適正な吐出が可能なインクジェット式塗布ヘッドの圧電素子駆動装置および塗布装置を提供する。【解決手段】駆動回路、充電電流増幅手段、およびコンデンサを備える。駆動回路は、インダクタ、このインダクタに対する通電路形成用および圧電素子に対する放電路形成用のスイッチを有し、このスイッチのオンにより前記圧電素子を放電させるとともに前記インダクタに電荷をチャージし、前記スイッチのオフ時、チャージした電荷のエネルギーにより前記圧電素子を充電する。充電電流増幅手段は、前記圧電素子への充電電流を増幅する。コンデンサは、前記駆動回路の出力端に接続される。【選択図】図２
2014188500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子の充放電に伴う動作により液体を吸込んで吐出するものにおいて、
インダクタ、このインダクタに対する通電路形成用および前記圧電素子に対する放電路形成用のスイッチを有し、このスイッチのオンにより前記圧電素子を放電させるとともに前記インダクタに電荷をチャージし、前記スイッチのオフ時、チャージした電荷のエネルギーにより前記圧電素子を充電する駆動回路と、
前記圧電素子への充電電流を増幅する充電電流増幅手段と、
前記駆動回路の出力端に接続されたコンデンサと、
を備えることを特徴とするインクジェット式塗布ヘッドの圧電素子駆動装置。
【請求項２】
前記充電電流増幅手段は、
負側端子が前記駆動回路と前記圧電素子との間の負側通電ラインに接続された直流電源と、
コレクタが前記直流電源の正側端子に接続され、ベース・エミッタ間が前記駆動回路と前記圧電素子との間の正側通電ラインに挿入接続された充電電流増幅用のＮＰＮ型トランジスタと、
を含み、
前記充電電流増幅用のＮＰＮ型トランジスタのベース・エミッタ間にそれぞれ並列接続された放電路形成用のダイオード、
をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット式塗布ヘッドの圧電素子駆動装置。
【請求項３】
前記充電電流増幅手段は、
負側端子が前記駆動回路と前記圧電素子との間の負側通電ラインに接続された直流電源と、
コレクタが前記直流電源の正側端子に接続され、ベース・エミッタ間が前記駆動回路と前記圧電素子との間の正側通電ラインに挿入接続された充電電流増幅用のＮＰＮ型トランジスタと、
ベース・エミッタ間が前記充電電流増幅用のＮＰＮ型トランジスタのベース・エミッタ間に並列接続され、コレクタが前記負側通電ラインに接続された放電電流増幅用のＰＮＰ型トランジスタと、
を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット式塗布ヘッドの圧電素子駆動装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のインクジェット式塗布ヘッドの圧電素子駆動装置を備え、前記圧電素子の動作による液体の吐出により、前記液体を塗布対象物に塗布することを特徴とする塗布装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、基板上に液体を噴射塗布するインクジェット式塗布ヘッドの圧電素子駆動装置および塗布装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、液晶表示装置の製造工程では、ガラス基板の表面に配向膜やレジスト等の機能性薄膜が形成される。この機能性薄膜の形成には、その機能性薄膜の材料となる液体を基板上に噴射塗布するインクジェット方式の塗布装置が用いられる。
【０００３】
この塗布装置は、基板を搬送するための搬送テーブルを有し、搬送テーブルの上方に複数の塗布ヘッドを備えている。これら塗布ヘッドの下面には、内部の圧力室に連通する複数のノズルが穿設されており、これらノズルごとに設けられた圧電素子が駆動されることにより、各ノズルから基板上に圧力室内の液体が吐出される。
【０００４】
上記圧電素子は充放電されることにより伸縮動作し、その伸縮動作により液体の吸込みおよび吐出が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００９／０１４１４８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
液体の変更などに伴い、圧電素子が静電容量の大きいものに換装された場合、圧電素子に対する充電エネルギーが足りなくなり、圧電素子を所望の電圧まで充電できなくなる可能性がある。この場合、液体の適正な吐出が困難となる。
【０００７】
本発明の実施形態の目的は、圧電素子の静電容量にかかわらず、圧電素子に対する十分な充電エネルギーを確保して圧電素子を所望の電圧に充電することができ、液体の適正な吐出が可能なインクジェット式塗布ヘッドの圧電素子駆動装置および塗布装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態のインクジェット式塗布ヘッドの圧電素子駆動装置は、圧電素子の充放電に伴う動作により液体を吸込んで吐出するものであって、駆動回路、充電電流増幅手段、およびコンデンサを備える。駆動回路は、インダクタ、このインダクタに対する通電路形成用および前記圧電素子に対する放電路形成用のスイッチを有し、このスイッチのオンにより前記圧電素子を放電させるとともに前記インダクタに電荷をチャージし、前記スイッチのオフ時、チャージした電荷のエネルギーにより前記圧電素子を充電する。充電電流増幅手段は、前記圧電素子への充電電流を増幅する。コンデンサは、前記駆動回路の出力端に接続される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態の塗布装置を示す正面図。
【図２】第１実施形態の構成を示す図。
【図３】第１実施形態の動作を説明するための図。
【図４】第２実施形態の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［１］以下、インクジェット方式の塗布装置に用いるインクジェット式塗布ヘッドの圧電素子駆動装置の第１実施形態について説明する。  
塗布装置１００は、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、直方体形状のベース１０１を有する。このベース１の上面の幅方向両端部には長手方向（Ｙ軸方向）に沿ってそれぞれ断面矩形状のガイド部材１０２が固着されている。このガイド部材１０２の上面側には、搬送テーブル１０３が水平に設けられている。
【００１１】
この搬送テーブル１０３は矩形板状をしており、その下面には断面Ｌ字状の一対のスライド部材１０４が固着されている。各スライド部材１０４は各ガイド部材１０２とそれぞれ係合し、それによって搬送テーブル１０３はＹ軸方向に沿ってスライド可能に支持される。搬送テーブル１０３は図示しない駆動装置によってガイド部材１０２に沿って移動可能とされている。
【００１２】
この搬送テーブル１０３の上面には、例えば静電チャックや吸引チャックのような保持手段によって基板Ｗが保持されるようになっている。これにより、基板Ｗは、搬送テーブル１０３の上面に保持されて、Ｙ軸方向に沿って搬送されるようになっている。
【００１３】
また、ベース１の長手方向中途部には、一対のガイド部材１０２を跨ぐ状態で、門型の支持体１０５が立設されている。この支持体１０５の上部には断面矩形状のアーム１０６がベース１０１の幅方向（Ｘ軸方向）に沿って水平に支持されている。
【００１４】
アーム１０６の側面には、その長手方向（Ｘ軸方向）のほぼ全長にわたって８つの塗布ヘッド１０７が設けられている。これらの塗布ヘッド１０７がなす長さ寸法は、基板Ｗの幅寸法とほぼ同等、あるいはわずかに長く設定されている。
【００１５】
図２に示すように、例えば４８Ｖの直流電圧を発する直流電源１に複数の駆動回路２ａ，２ｂが接続され、これら駆動回路２ａ，２ｂの出力端に圧電素子たとえばピエゾ素子３ａ，３ｂがそれぞれ接続される。これらピエゾ素子３ａ，３ｂは、液体吐出用のノズルがそれぞれ連通した複数の圧力室と対応する位置に設けられ、充放電に伴い伸縮動作する。この伸縮動作により、液体が各圧力室に吸込まれて各ノズルから吐出される。
【００１６】
なお、ピエゾ素子３は、充電によって収縮し、この収縮によって圧力室の容積を広げ、放電によって膨張（復元）し、この復元に圧力室の容積を縮小（元に戻す）する。
【００１７】
駆動回路２ａ，２ｂは、直流電源１からの通電路を開閉するスイッチたとえばＰＮＰ型トランジスタ１１、このトランジスタ１１のエミッタ・コレクタ間を介して通電がなされるインダクタ１２、インダクタ１２に対する通電路形成用のスイッチ素子たとえばＮ型ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor FET）１３、整流ダイオード１４、ピエゾ素子３ａ，３ｂに対する放電路形成用のスイッチ素子たとえばＮ型ＭＯＳＦＥＴ１５、ＭＯＳＦＥＴ１３に対する駆動信号を論理反転してトランジスタ１１のベースに供給するインバータ１６、および回生ダイオード１７を有する。なお、ＭＯＳＦＥＴ１３，１５はそれぞれ寄生ダイオード１３ｄ，１５ｄを有する。
【００１８】
これら駆動回路２ａ，２ｂに制御部４が接続される。制御部４は、制御用直流電源５の直流電圧（例えば５Ｖ）により動作し、駆動回路２ａ，２ｂと共に充放電手段として機能するもので、駆動回路２ａのＭＯＳＦＥＴ１３，１５に対する駆動信号Ｄａ１，Ｄａ２、および駆動回路２ｂのＭＯＳＦＥＴ１３，１５に対する駆動信号Ｄｂ１，Ｄｂ２を出力する。
【００１９】
すなわち、制御部４は、液滴の吐出に際し、駆動信号Ｄａ１を低レベル“Ｌ”に設定してＭＯＳＦＥＴ１３およびトランジスタ１１をオフした状態で、駆動信号Ｄａ２を所定時間だけ高レベル“Ｈ”に設定してＭＯＳＦＥＴ１５をオンする。これにより、ピエゾ素子３ａに対する放電路が形成され、ピエゾ素子３が放電する。この放電に伴うピエゾ素子３ａの動作により、圧力室に吐出圧力が加わり、圧力室内の液体がノズルから液滴となって吐出される。なお、液滴の吐出に際しては、ピエゾ素子３は、予め充電されている。
【００２０】
続いて、制御部４は、ピエゾ素子３ａの放電終了後、具体的にはＭＯＳＦＥＴ１５のオンから一定時間が経過したとき、駆動信号Ｄａ１の高レベル“Ｈ”と低レベル“Ｌ”の交互設定を所定回数繰り返す。駆動信号Ｄａ１が高レベル“Ｈ”のとき、ＭＯＳＦＥＴ１３およびトランジスタ１１がオンし、インダクタ１２に電荷がチャージされる。駆動信号Ｄａ１が低レベル“Ｌ”のとき、ＭＯＳＦＥＴ１３およびトランジスタ１１がオフし、インダクタ１２にチャージされた電荷のエネルギーによってピエゾ素子３ａが充電される。これの繰り返しにより、ピエゾ素子３ａの電圧が上昇していく。そして、この充電に伴うピエゾ素子３ａの動作（収縮動作）により、圧力室に液体が吸込まれる。ピエゾ素子３を経た電流は、回生ダイオード１７を通ってインダクタ１２に戻る。
【００２１】
駆動回路２ａ，２ｂとピエゾ素子３ａ，３ｂとの間は、複数の正側通電ライン２１ａ，２ｂおよび１つの共通負側通電ライン（グランドラインＧＮＤともいう）２２により接続される。
【００２２】
ＭＯＳＦＥＴ１５、ＭＯＳＦＥＴ１３、トランジスタ１１の動作とピエゾ素子３ａの電圧との関係を図３に示している。
【００２３】
このような構成の圧電素子駆動装置において、液体の変更などに伴い、ピエゾ素子３ａ，３ｂが静電容量の大きいものに換装された場合（圧電素子の静電容量が大きく、他の構成は同じである塗布ヘッドが交換された場合を含む）、ピエゾ素子３ａ，３ｂに対する充電エネルギーが足りなくなってピエゾ素子３ａ，３ｂを所望の電圧まで充電できなくなる可能性がある。
【００２４】
対策として、ピエゾ素子３ａ，３ｂへの充電電流を増幅する充電電流増幅手段が設けられる。
【００２５】
充電電流増幅手段は、負側端子が共通負側通電ライン２２に接続された直流電源３０、およびコレクタが直流電源３０の正側端子にそれぞれ接続されてベース・エミッタ間が正側通電ライン２１ａ，２１ｂにそれぞれ挿入接続されたＮＰＮ型トランジスタ３２ａ，３２ｂを含み、正側通電ライン２１ａ，２１ｂおよび共通負側通電ライン２２におけるピエゾ素子３ａ，３ｂ寄りの位置に配置される。
【００２６】
トランジスタ３２ａ，３２ｂは、ベースへの入力電流を所定の直流電流増幅率（ｈＦＥ）で増幅してピエゾ素子３ａ，３ｂに供給する。
【００２７】
このトランジスタ３２ａ，３２ｂで充電電流を増幅することにより、たとえピエゾ素子３ａ，３ｂの静電容量が大きくなっても、ピエゾ素子３ａ，３ｂに対する十分な充電エネルギーを確保してピエゾ素子３ａ，３ｂを所望の電圧たとえば９６Ｖまで確実に充電することができる。
【００２８】
また、放電路形成用のダイオード３３ａ，３３ｂが、トランジスタ３２ａ，３２ｂのベース・エミッタ間にそれぞれ並列接続される。すなわち、ダイオード３３ａ，３３ｂのアノードがトランジスタ３２ａ，３２ｂのエミッタに接続され、同ダイオード３３ａ，３３２ｂのカソードがトランジスタ３２ａ，３２ｂのベースに接続される。ピエゾ素子３ａ，３ｂの放電電流は、このダイオード３３ａ，３３ｂを通って駆動回路２ａ，２ｂ側に流れる。
【００２９】
ところで、上記構成において、ピエゾ素子３ａ，３ｂに対する必要充電電流が例えば最大４０ｍＡで、トランジスタ３２ａ，３２ｂの直流電流増幅率が例えば１００倍の場合、駆動回路２ａ，２ｂから出力される電流を最大０．４ｍＡ（＝４０ｍＡ／ｈＦＥ）というかなり小さい値まで絞り込まねばならない。このためには、駆動回路２ａ，２ｂの電気部品を交換しなければならず、構成およびコストの両面で難しい処置が必要となる。
【００３０】
そこで、駆動回路２ａ，２ｂの出力端にコンデンサ３１ａ，３１ｂが接続される。コンデンサ３１ａ，３１ｂは、駆動回路２ａ，２ｂの出力電流により充電される。このコンデンサ３１ａ，３１ｂの充電に要する分だけ、トランジスタ３２ａ，３２ｂのベースに流れる電流を小さくすることができる。
【００３１】
この場合、トランジスタ３２ａ，３２ｂは、当該トランジスタ３２ａ，３２ｂへの入力電圧であるコンデンサ３１ａ，３１ｂの電圧と、ピエゾ素子３ａ，３ｂに加わる電圧とが同じ値となるよう、動作する。
【００３２】
このように、駆動回路２ａ，２ｂの出力端にコンデンサ３１ａ，３１ｂを接続してトランジスタ３２ａ，３２ｂのベースに流れる電流を小さくすることにより、駆動回路２ａ，２ｂにおける電気部品交換など構成的およびコスト的に難しい処置を要することなく、ピエゾ素子３ａ，３ｂに対する適正な駆動が可能となる。ひいては、液体の適正な吐出を行うことができる。そのため、塗布装置１００によって、基板１０１に対して液体を良好に塗布することが可能となり、品質の良い塗布基板１０１を生産することが可能となる。
【００３３】
なお、駆動回路２ａ，２ｂおよびピエゾ素子３ａ，３ｂが互いに遠く離れて配置される場合、正側通電ライン２１ａ，２ｂおよび共通負側通電ライン２２は、コンデンサ３１ａ，３１ｂとトランジスタ３２ａ，３２ｂとの間の部分が延長される。
【００３４】
［２］第２実施形態について説明する。  
図４に示すように、第１実施形態の放電路形成用のダイオード３３ａ，３３ｂに代えて、放電電流増幅用のＰＮＰ型トランジスタ３４ａ，３４ｂのベース・エミッタ間がトランジスタ３２ａ，３２ｂのベース・エミッタ間に並列接続される。そして、トランジスタ３４ａ，３４ｂのコレクタが共通負側通電ライン２２に接続される。
【００３５】
この構成によれば、充電電流がトランジスタ３２ａ，３２ｂで増幅されてピエゾ素子３ａ，３ｂに供給されるとともに、ピエゾ素子３ａ，３ｂの放電電流がトランジスタ３４ａ，３４ｂで増幅されて共通負側通電ライン２２に流れる。
【００３６】
他の構成および作用は第１実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。
【００３７】
［３］変形例  
上記各実施形態では、駆動回路２ａ，２ｂのスイッチ素子としてＭＯＳＦＥＴを用いたが、ＭＯＳＦＥＴに限らず他のスイッチ素子を用いてもよい。
【００３８】
その他、上記各実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３９】
１…直流電源、２ａ，２ｂ…駆動回路、３ａ，３ｂ…ピエゾ素子（圧電素子）、４…制御部、５…制御用直流電源、１１…ＰＮＰ型トランジスタ、１２…インダクタ、１３…Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ、１４…整流ダイオード、１５…Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ、１６…インバータ、１７…回生ダイオード、２１ａ，２１ｂ…正側通電ライン、２２…負側通電ライン、３０…直流電源、３１ａ，３１ｂ…コンデンサ、３２ａ，３２ｂ…ＮＰＮ型トランジスタ、３３ａ，３３ｂ…ダイオード、３４ａ，３４ｂ…ＰＮＰ型トランジスタ
【図１】
2014188500.tif 000003
【図２】
2014188500.tif 000004
【図３】
2014188500.tif 000005
【図４】
2014188500.tif 000006