(57)【要約】  共通インク室８や固定基板３を介して振動が伝達されないようにする。共通インク室８と圧力発生室９の間に多孔質部材１１を配置し、共通インク室８から圧力発生室９には、多孔質部材１１の内部を通過して吐出液が移動するようにする。一方の圧力発生室９で発生した振動は、共通インク室８を介して他の圧力発生室９に伝達される際に、多孔質部材１１を通過して減衰されるから、クロストークは発生しない。更に、同一の固定基板３には、長さの異なる圧電振動子４を取り付けて圧電振動子４の共振周波数を異ならせると、固定基板３と圧電振動子４を介して他の圧力発生室９に振動が伝達されなくなり、一層クロストークが発生しなくなる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧力発生室と、
各前記圧力発生室に吐出液を供給する共通インク室と、
長手方向に振動すると、それぞれ異なる圧力発生室を膨張・伸縮させる細長の複数の圧電振動子と、
前記圧力発生室に接続され、前記膨張・伸縮によって前記吐出液を吐出する吐出孔とを有し、
前記共通インク室と前記圧力発生室とを接続する接続孔を覆い、前記共通インク室内の前記吐出液が前記圧力発生室に移動する際に内部を通過する多孔質部材を有する印刷ヘッド。
【請求項２】
前記圧力発生室と前記接続孔が形成されたノズルプレートが前記共通インク室の一壁面を形成し、
前記多孔質部材は、前記ノズルプレートの前記接続孔の周囲と密着された請求項１記載の印刷ヘッド。
【請求項３】
各前記圧電振動子の共振周波数は異なるようにされた請求項１又は請求項２記載の印刷ヘッド。
【請求項４】
各前記圧電振動子の長手方向の長さは互いに異なるように形成された請求項３記載の印刷ヘッド。
【請求項５】
各前記圧電振動子の一端は、弾性部材を介して前記圧力発生室内部の吐出液と接触され、
各前記圧電振動子の他端側が、接着剤層によって固定基板に取り付けられた請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の印刷ヘッド。
【請求項６】
吐出対象物の基板を配置する基板ステージと、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の印刷ヘッドとを有し、
前記基板ステージと前記印刷ヘッドが相対移動可能に構成され、
前記印刷ヘッドから吐出された吐出液が前記基板に着弾するように構成された印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吐出孔から吐出液を吐出し、基板等の吐出対象に着弾させる印刷ヘッド及び印刷装置に関し、特に、液晶やＥＬ表示素子等の製造に用いられる印刷ヘッドと印刷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、液晶表示装置のカラーフィルタや、有機ＥＬ表示装置の生産にインクジェット方式の吐出装置が用いられている。【０００３】
図５（ａ）、（ｂ）の符号１０１は、そのような吐出装置の印刷ヘッドの部分であり、図５（ａ）の符号Ａ0は内部構造の概略正面図、図５（ａ）の符号Ｂ0は概略側面図である。
印刷ヘッド１０１の筺体１０２の下方位置にはノズルプレート１０６が設けられており、ノズルプレート１０６には、複数の圧力発生室１０９が設けられている。【０００４】
各圧力発生室１０９の下端には、吐出孔１１０が形成されており、上端は、筺体１０２内部に設けられた共通インク室１０８に接続されている。
各圧力発生室１０９の上方位置には、それぞれ圧電振動子１０４が配置されている。【０００５】
この印刷ヘッド１０１の外部に配置され、吐出液を蓄液するインクタンクから、供給路１１７を通って共通インク室１０８に吐出液が供給される。
各圧力発生室１０９には、共通インク室１０８内に供給された吐出液が分配され、吐出液で充満される。
圧力発生室１０９上に位置する弾性板１０５は、各圧力発生室１０９の内部に露出されており、圧電振動子１０４は、弾性板１０５の露出部分の反対側の面に当接されている。【０００６】
圧電振動子１０４に電圧が印加され、圧電振動子１０４が振動すると、その圧電振動子１０４が当接した圧力発生室１０９の吐出孔１１０から吐出液が吐出される。【０００７】
詳述すると、印刷ヘッド１０１の筺体１０２には窪みが設けられており、窪み内には固定基板１０３が配置されている。各圧電振動子１０４はその固定基板１０３に固定されており、圧電振動子１０４に電圧が印加されると圧電振動子１０４は長手方向に振動し、弾性板１０５を介して圧力発生室１０９を膨張・収縮させ、圧力発生室１０９の内部に蓄液された吐出液を吐出孔１１０から基板に向けて吐出させる。【０００８】
圧電振動子１０４の配置は固定基板１０３上に接着剤層１２５によって密集して貼付されており、圧電振動子１０４によって弾性板１０５が弾性変形され、発生した圧力波は、上述したように、吐出液を吐出孔１１０から吐出させるエネルギーになるが、各圧力発生室１０９内で発生した圧力波は共通インク室１０８を通って他の圧力発生室１０９に侵入し、圧力発生室１０９同士が相互に干渉するクロストークの原因となる。【０００９】
このような残留振動伝播を防止するために、圧力発生室１０９と共通インク室１０８とを接続する部分において、圧力波を減衰させるための複数の柱状構造物を配置することが公開されている。
これは、柱状構造物が圧力波の進行に対する抵抗を発生させるように配置することで、圧力波の相互干渉を低減するものである。【００１０】
しかし、この方法は柱状構造物を作成する上でシリコン板の高精度な微細加工技術が必要となるほか、製造上のコスト高になるという問題がある。
【特許文献１】米国特許第７，３０３，２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記クロストークに関する問題を解決するために創作されたものであり、簡便な方法によって圧力波が相互に干渉することを防止して液滴吐出性能の安定なインクジェット方式の吐出装置、印刷ヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明は、複数の圧力発生室と、各前記圧力発生室に吐出液を供給する共通インク室と、長手方向に振動すると、それぞれ異なる圧力発生室を膨張・伸縮させる細長の複数の圧電振動子と、前記圧力発生室に接続され、前記膨張・伸縮によって前記吐出液を吐出する吐出孔とを有し、前記共通インク室と前記圧力発生室とを接続する接続孔を覆い、前記共通インク室内の前記吐出液が前記圧力発生室に移動する際に内部を通過する多孔質部材を有する印刷ヘッドである。
また、本発明は、前記圧力発生室と前記接続孔が形成されたノズルプレートが前記共通インク室の一壁面を形成し、前記多孔質部材は、前記ノズルプレートの前記接続孔の周囲と密着された印刷ヘッドである。
また、本発明は、各前記圧電振動子の共振周波数は異なるようにされた印刷ヘッドである。
また、本発明は、各前記圧電振動子の長手方向の長さは互いに異なるように形成された印刷ヘッドである。
また、本発明は、各前記圧電振動子の一端は、弾性部材を介して前記圧力発生室内部の吐出液と接触され、各前記圧電振動子の他端側が、接着剤層によって固定基板に取り付けられた印刷ヘッドである。
また、本発明は、吐出対象物の基板を配置する基板ステージと、上記いずれかの印刷ヘッドとを有し、前記基板ステージと前記印刷ヘッドが相対移動可能に構成され、前記印刷ヘッドから吐出された吐出液が前記基板に着弾するように構成された印刷装置である。
【発明の効果】
【００１３】
圧力発生室から共通インク室に伝達される振動が減衰し、また、共通インク室から他の圧力発生室に伝達される振動も減衰するから、クロストークは発生しない。
また、各圧電振動子が、共振周波数が異なるように形成されていれば、静止状態にある振動子に他の振動子の振動が印加されても、静止状態の振動子は少ししか振動しようとしないのでクロストークは発生しない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の印刷装置の一例
【図２（ａ）】Ａ1：本発明の第一例の印刷ヘッドの内部正面図
【図２（ｂ）】Ｂ1：その印刷ヘッドの内部側面図
【図３】Ａ2：本発明の第二例の印刷ヘッドの内部正面図
【図４】Ａ3：本発明の第三例の印刷ヘッドの内部正面図
【図５（ａ）】Ａ0：従来技術の印刷ヘッドの内部正面図
【図５（ｂ）】Ｂ0：その印刷ヘッドの内部側面図
【符号の説明】
【００１５】
１……印刷ヘッド
３……固定基板
４……圧電振動子
５……弾性部材
９……圧力発生室
１０……吐出孔
１１……多孔質部材
１５……接続孔
２５……接着剤層
５３……基板ステージ
５８……基板
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１の符号５０は、本発明の一例の印刷装置である。
この印刷装置５０は台座５１を有しており、該台座５１上には、ステージ移動装置５２を介して基板ステージ５３が配置されている。ステージ移動装置５２には基板ステージ５３を移動させる装置が設けられており、基板ステージ５３は、台座５１上で往復移動可能である。【００１７】
基板ステージ５３の移動範囲よりも上方位置には、ブリッジ５４が配置されている。ブリッジ５４には、ヘッド移動装置５６が設けられており、該ヘッド移動装置５６には、印刷ヘッド１が移動可能に取り付けられている。ヘッド移動装置５６には、印刷ヘッド１を移動させる装置が設けられており、印刷ヘッド１は、基板ステージ５３よりも上方位置で、基板ステージ５３の往復移動の方向とは直角方向に往復移動可能である。【００１８】
印刷装置５０には、吐出液が蓄液された吐出液タンク５７が設けられている。
印刷ヘッド１には吐出液タンク５７が接続されており、後述するように、吐出液タンク５７から吐出液が供給され、吐出液を吐出できるように構成されている。【００１９】
符号５８は吐出液の吐出対象である基板であり、基板ステージ５３上に配置されている。印刷ヘッド１と基板ステージ５３とを相対的に移動させることで、印刷ヘッド１を基板５８の上方の所望位置に移動させることが可能であり、その状態で、不図示の制御装置から印刷ヘッド１に吐出信号が出力されると、印刷ヘッド１から吐出液が吐出され、基板５８表面の所望位置に着弾させることができる。【００２０】
図２（ａ）の符号Ａ1は、第一例の印刷ヘッド１の内部正面図であり、図２（ｂ）の符号Ｂ1は内部側面図である。
印刷ヘッド１の内部構造を説明すると、印刷ヘッド１は、筺体２を有しており、筺体２には、ノズルプレート６が取り付けられている。ここではノズルプレート６は、筺体２の下端部に取り付けられ、ノズルプレート６の下方を向く表面が基板ステージ５３と対面できるようになっている。【００２１】
ノズルプレート６の内部には、複数の圧力発生室９が設けられており、筺体２の内部には共通インク室８が一室設けられている。
ノズルプレート６の上方を向く表面は、筺体２と接触しており、共通インク室８の一壁面は、ノズルプレート６で構成されている。【００２２】
ノズルプレート６の共通インク室８の一壁面を構成する部分には、圧力発生室９と同数の接続孔１５が設けられている。
ノズルプレート６の内部には、一端が異なる圧力発生室９にそれぞれ接続され、他端が異なる接続孔１５にそれぞれ接続された接続路１８ａが圧力発生室９と同数の設けられている。【００２３】
共通インク室８の内部の接続孔１５が形成された部分には、多孔質部材１１が接続孔１５の周囲の部分と密着して配置されている。接続孔１５の周囲の部分とは、この例では図示されているように、ノズルプレート６の上側の表面である。接続孔１５の内周面であってもよい。
筺体２の内部には、共通インク室８を、吐出液タンク５７に接続されたパイプ７に接続する供給路１７が設けられている。多孔質部材１１は吐出液を通過させことができる大きさの径の気孔を有しており、パイプ７と供給路１７を通り、吐出液タンク５７から共通インク室８に供給された吐出液は、多孔質部材１１の内部の網状気孔部分を通過し、接続路１８ａに進入して各圧力発生室９に分配される。【００２４】
ノズルプレート６のうち、圧力発生室９の壁面となっている筺体２側の部分には開口が形成され、その開口は弾性板や弾性フィルム等の弾性部材５(ここでは厚さ５μｍの金属フィルム)で塞がれており、圧力発生室９に吐出液が供給され、圧力発生室９の内部から気体が除去された状態で、吐出液が充満すると、弾性部材５は吐出液と接触する。【００２５】
この印刷ヘッド１は細長の圧電振動子４を複数有しており、弾性部材５の圧力発生室９内で吐出液と接触する面の反対側の面には、圧電振動子４の一端部がそれぞれ当接されている。
圧電振動子４の表面と裏面には、電極２３、２４がそれぞれ形成されている。【００２６】
筺体２には、回路基板２１が取り付けられており、回路基板２１に形成された回路電極２２が圧電振動子４の電極２３、２４と接触して電気的に接続され、圧電振動子４の表面と裏面の電極２３、２４の間に電圧を印加できるように構成されている。
筺体２には固定基板３が固定されており、各圧電振動子４は、弾性部材５とは反対側の端部側が接着剤層２５によって、固定基板３に接着されている。各圧電振動子４は互いに平行に接着されている。【００２７】
固定基板３は、ノズルプレート６上に立設されており、固定基板３のノズルプレート６側の一部分は、厚みが薄く形成され、その部分の固定基板３と圧電振動子４の間に隙間１６が形成されている。
圧電振動子４の表面と裏面の間に電圧が印加されると、各圧電振動子４は長手方向に振動し、弾性部材５を圧力発生室９の外部に膨らませたり、圧力発生室９の内部に凹ませることで、圧力発生室９の容積を膨張・収縮させる。圧電振動子４と固定基板３とが接着された部分も長手方向に振動する。【００２８】
ノズルプレート６には、圧力発生室９毎に吐出孔１０が設けられており、各吐出孔１０は、ノズルプレート６内に設けられた吐出経路１８ｂによってそれぞれ異なる圧力発生室９に接続されている。制御装置によって選択された圧電振動子４に電圧が印加され、圧力発生室９が膨張・収縮すると、その圧力発生室９内の吐出液が吐出孔１０から吐出される。【００２９】
上述したように、圧力発生室９と共通インク室８の間の吐出液が流れる経路の途中には多孔質部材１１が配置されている。多孔質部材１１の内部は細孔が網目状に連通している複雑な毛細管路を形成しており、圧力発生室９内で生じた圧力波が、多孔質部材１１内の気孔の経路を通過する途中で減衰し、共通インク室８に到達しなくなる。また、圧力波が共通インク室８から他の圧力発生室９に侵入しようとする場合にも、圧力波は多孔質部材１１の気孔の経路を通過する途中で減衰するため、共通インク室８を通って一方の圧力発生室９から他方の圧力発生室９に圧力波は到達しない。
従って、圧力波の干渉が発生せず、クロストークは発生しない。【００３０】
多孔質部材１１の平均気孔径、気孔率、又は多孔質部材１１の厚みは圧力波の減衰特性に影響する。実施例としては、吐出孔１０の直径が５０μｍ、平均気孔径３０μｍ、平均気孔率６９．５％、多孔質部材１１の厚み１ｍｍであり、クロストークは発生しなかった。
多孔質部材１１の上記条件に加え、厚みが１ｍｍの場合、平均気孔径が２０μｍのとき、平均気孔率６９．５％であり、平均気孔径が２５μｍのとき、平均気孔率４０．９％が多孔質部材１１の例である。【００３１】
多孔質部材１１の材質は、吐出液の溶媒に対する耐性を有する必要があり、例えばＳＵＳ材のような金属を用いるか、又はポリオレフィン系の有機樹脂素材であることが望ましい。【００３２】
上記本発明の一例では、固定基板３に取り付けられた圧電振動子４の、弾性部材５に当接された側の端部から反対側の端部までの長さは等しくされており、圧電振動子４への印加電圧と振動量の関係が等しくなるようにされている。
各圧電振動子４の長さは同一なので、共振周波数の値も同一であるから、一方の圧電振動子４の振動が固定基板３を介して他の圧電振動子４を振動させてしまう。【００３３】
従って、各圧電振動子４の共振周波数を異ならせれば、多孔質部材１１による共通インク室８を通過する圧力波の減衰に加え、固定基板３の振動による他の圧電振動子４の振動の発生を減少させることができる。【００３４】
図３の符号Ａ2は、弾性部材５に当接された端部から、その反対側の端部までの長さが互いに異なるようにされて、同一の固定基板３に配置された圧電振動子４であり、振動の共振周波数は異なっている。【００３５】
従って、電圧が印加された圧電振動子４が振動して膨張・収縮させた圧力発生室９の残留振動が固定基板３に伝達され、その振動が他の圧電振動子４に伝達されても、共振周波数が異なる圧電振動子４の振動量は少ないため、クロストークは発生しない。【００３６】
圧電振動子４の長さが異なると、印加電圧の大きさと長さ方向の振動の大きさは、圧電振動子４毎に異なってしまう。各圧電振動子４から一定量の吐出液を吐出させるために、予め、各圧電振動子４への印加電圧の大きさと吐出された吐出液量の関係を測定しておき、各吐出孔１０から基板５８に着弾する吐出液の体積が、同一の吐出回数であれば一定値になるような電圧値を圧電振動子４毎に求め、その電圧値で各圧電振動子４を振動させる。【００３７】
上記第二例を示す図３には長さが異なるＮ本の圧電振動子４が示されているとし、最短の圧電振動子４の長さをＬ1、最長の圧電振動子４の長さをＬNとすると、他の圧電振動子４の長さＬkは、Ｌ1＜Ｌk＜ＬN であり、最短の長さＬ1の圧電振動子４が、平行に並べられたＮ個の振動子４中の一端に配置され、最長の長さＬNの圧電振動子４が他端に配置され、異なる長さの圧電振動子４が互いに平行に、長さの大小の順序で並べられている。【００３８】
本発明は、圧電振動子４の長さを異ならせる場合に、上記のように、圧電振動子４が長さの順序で並べられているものに限定されず、多孔質部材１１を有し、図４の符号Ａ3の正面図に示す第三例のように、共振周波数が異なるように異なる長さのＬ1〜ＬNとされた圧電振動子４が、互いに平行に、ランダムの順序で固定基板３に取り付けられていてもよい。
【図１】
2010044406.tif 000003
【図２（ａ）】
2010044406.tif 000004
【図２（ｂ）】
2010044406.tif 000005
【図３】
2010044406.tif 000006
【図４】
2010044406.tif 000007
【図５（ａ）】
2010044406.tif 000008
【図５（ｂ）】
2010044406.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成23年4月13日(2011.4.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
ノズルプレート６の共通インク室８の一壁面を構成する部分には、圧力発生室９と同数の接続孔１５が設けられている。
ノズルプレート６の内部には、一端が異なる圧力発生室９にそれぞれ接続され、他端が異なる接続孔１５にそれぞれ接続された接続路１８ａが圧力発生室９と同数設けられている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
上記第二例を示す図３には長さが異なるＮ本の圧電振動子４が示されているとし、最短の圧電振動子４の長さをＬ1、最長の圧電振動子４の長さをＬNとすると、他の圧電振動子４の長さＬkは、Ｌ1＜Ｌk＜ＬN であり、最短の長さＬ1の圧電振動子４が、平行に並べられたＮ個の圧電振動子４中の一端に配置され、最長の長さＬNの圧電振動子４が他端に配置され、異なる長さの圧電振動子４が互いに平行に、長さの大小の順序で並べられている。
【国際調査報告】
2010044406.tif 000010
2010044406.tif 000011
2010044406.tif 000012
2010044406.tif 000013