(57)【要約】【課題】吐出対象物の位置を高精度に制御可能であり、しかも光照射される部分を効果的に冷却可能な液滴吐出装置を提供する。【解決手段】本発明の液滴吐出装置１は、光硬化型の液状体を吐出可能な吐出ヘッド２と、吐出ヘッド２の吐出対象物Ｐを支持する支持部４と、支持部４と吐出対象物Ｐとの間の空間に減圧雰囲気で冷媒を流通させる冷媒流通部５と、吐出ヘッド２から吐出された液状体に光を照射する光源部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光硬化型の液状体を吐出可能な吐出ヘッドと、
前記吐出ヘッドの吐出対象物を支持する支持部と、
前記支持部と前記吐出対象物との間の空間に減圧雰囲気で冷媒を流通させる冷媒流通部と、
前記吐出ヘッドから吐出された前記液状体に光を照射する光源部と、
を備える液滴吐出装置。
【請求項２】
前記冷媒流通部は、前記吐出ヘッドと前記吐出対象物との間よりも前記空間を減圧する、請求項１に記載の液滴吐出装置。
【請求項３】
前記支持部と前記吐出対象物との間に前記冷媒を供給する供給口と、前記支持部と前記吐出対象物との間から前記冷媒を排出する排出口とを備える、請求項１又は請求項２に記載の液滴吐出装置。
【請求項４】
前記支持部は、前記吐出ヘッドの吐出方向に交差する軸周りに回転可能である、請求項１から請求項３のいずれか一項に液滴吐出装置。
【請求項５】
前記冷媒流通部による減圧動作中であって前記支持部が前記軸周りに回転した状態で、前記吐出ヘッドの吐出動作が可能である、請求項４に記載の液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、紫外線硬化型のインクを吐出ヘッドから吐出し、パターンを形成可能な液滴吐出装置が注目されている。この液滴吐出装置によれば、吐出対象物上に吐出されたインクに紫外線を照射することにより、インクを速やかに硬化させるができる。したがって、インクにより立体成型物を形成することや、凹凸を有する吐出対象物上にパターンを形成すること等が容易になる。この技術では、液滴吐出装置に対する吐出対象物の位置を高精度に制御しつつ、紫外線が照射される部分を冷却することが重要である。
【０００３】
下記の特許文献１では、プリンターヘッドの移動方向と直交する方向に移動するフラットベッド上に、複数の治具を用いて複数の立体形状の被印刷物（吐出対象物）を取付けるようにしている。特許文献１の技術では、被印刷物の形状に応じて治具（アダプター）を交換することにより、形状が異なる複数種類の被印刷物を固定可能にしている。
【０００４】
下記の特許文献２では、メディア吸着手段によってメディア（吐出対象物）をプラテンに吸着させ、メディアを固定している。また、第１メディア冷却手段によってプラテン内側空間の内外にわたって冷却用の外気を循環させ、メディアを冷却している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１３６７６４号公報
【特許文献２】特開２００５−１５３４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のような従来の技術には、下記のような課題がある。
例えば特許文献１のように、治具によって吐出対象物を固定すると、吐出ヘッドと治具とが干渉するおそれがある。また、治具の変更によって異なる形状の吐出対象物に対応すると、吐出対象物ごとに治具を用意する必要が生じ、液滴吐出装置の利便性が低下するおそれがある。
【０００７】
例えば特許文献２のようにプラテン内側空間の内外にわたって冷却用の外気を循環させると、メディアの形状によっては、プラテンの上端部からの空気により乱気流が発生して液滴の飛行曲がりを誘発し、印字品質が極端に低下するおそれがある。すなわち、メディアの形状によっては、メディアを固定することや良好に冷却することが難しくなるおそれがある。また、メディアを吸着させるメディア吸着手段やメディアを冷却する第１メディア冷却手段を設けるので、装置構成が複雑になるおそれがある。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑み成されたものであって、吐出対象物の位置を高精度に制御可能であり、しかも光照射される部分を効果的に冷却可能な液滴吐出装置を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、上記の目的を達成するために以下の手段を採用している。
本発明の液滴吐出装置は、光硬化型の液状体を吐出可能な吐出ヘッドと、前記吐出ヘッドの吐出対象物を支持する支持部と、前記支持部と前記吐出対象物との間の空間に減圧雰囲気で冷媒を流通させる冷媒流通部と、前記吐出ヘッドから吐出された前記液状体に光を照射する光源部と、を備える。
【００１０】
このようにすれば、吐出された液状体に光を照射する光源部を備えているので、液状体を速やかに硬化させることができ、立体成型物を形成することや凹凸を有する吐出対象物上にパターンを形成することが容易になる。冷媒流通部が、支持部と吐出対象物との間の空間に減圧雰囲気で冷媒を流通させるので、吐出対象物を支持部に減圧吸着させることができるとともに、冷媒の流通によって吐出対象物や支持部を冷却することができる。
【００１１】
吐出対象物を支持部に減圧吸着により固定することができるので、固定用の治具を準備する手間を省くことができるとともに液滴吐出装置と治具との干渉を回避することもできる。また、吐出対象物や支持部を冷却することができるので、吐出された液状体を硬化させるときの光照射等による昇温を抑制することができ、吐出された液状体や液滴吐出装置の部材、吐出対象物の昇温による変質や変形等を回避することができる。以上のように、本発明によれば、吐出対象物の位置を高精度に制御可能であり、しかも光照射される部分を効果的に冷却可能になる。
【００１２】
本発明に係る液滴吐出装置は、代表的な態様として以下のような態様をとりえる。
【００１３】
前記冷媒流通部は、前記吐出ヘッドと前記吐出対象物との間よりも前記空間を減圧する態様であってもよい。
このようにすれば、吐出ヘッドと吐出対象物との間と上記の空間との圧力差により、吐出対象物を支持部に固定することができる。
【００１４】
前記支持部と前記吐出対象物との間に前記冷媒を供給する供給口と、前記支持部と前記吐出対象物との間から前記冷媒を排出する排出口とを備える態様であってもよい。
このようにすれば、供給口から供給された冷媒を排出口から排出することによって、上記の空間を減圧雰囲気に保持しつつ、この空間に冷媒を流通させることができる。
【００１５】
前記支持部は、前記吐出ヘッドの吐出方向に交差する軸周りに回転可能である態様であってもよい。
このようにすれば、支持部の回転によって、吐出ヘッドに対する吐出対象物の姿勢を変化させることができ、吐出対象物に対して複数の吐出方向から液状体を吐出可能になる。これにより、例えば吐出対象物の形状に応じて吐出対象物に多面的に液状体を配置することができる。また、吐出ヘッド自体の姿勢を変化させる必要性が低くなるので、吐出ヘッドの姿勢変化に起因する液滴の飛行曲がりの発生を回避することもできる。
【００１６】
前記冷媒流通部による減圧動作中であって前記支持部が前記軸周りに回転した状態で、前記吐出ヘッドの吐出動作が可能である態様であってもよい。
このようにすれば、支持部が回転した状態であっても、吐出対象物が支持部に減圧吸着されるので、吐出ヘッドに対する吐出対象物の位置を高精度に制御可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】液滴吐出装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】（ａ）は吐出ヘッドが取付けられたキャリッジの平面図、（ｂ）はキャリッジの側面図である。
【図３】（ａ）は吐出ヘッドの切欠斜視図、（ｂ）は吐出ヘッドの断面図である。
【図４】ワークステージの構成例を示す断面図である。
【図５】ワークステージの他の構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。説明に用いる図面において、特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造の寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせている場合がある。また、実施形態において同様の構成要素については、同じ符号を付して図示し、その詳細な説明を省略する場合がある。
【００１９】
図１は、液滴吐出装置の一実施形態を示す概略構成図である。
図１に示す液滴吐出装置１は、紫外線硬化型（光硬化型）の液状体の液滴を液滴吐出法によって吐出対象物Ｐに配置（塗布）可能である。また、液滴吐出装置１は、吐出対象物Ｐ上に配置された液状体を紫外線照射（光照射）により硬化させることによって、所望の膜パターンを形成可能である。
【００２０】
図１に示す液滴吐出装置１は、複数の吐出ヘッド２、キャリッジ３、支持部としてのワークステージ４、冷媒流通部５、および制御部６を備えている。図１に示すＸＹＺ直交座標系において、Ｘ軸は副走査方向に平行、Ｙ軸は主走査方向に平行、Ｚ軸は吐出方向に平行である。典型的には、Ｘ軸方向およびＹ軸方向が水平方向に設定され、Ｚ軸方向が鉛直方向に設定される。以下の説明では、各軸に平行な方向の一方を正側、他方を負側と称することがある。
【００２１】
ワークステージ４は、例えば定盤等の基台の上面に配置されている。吐出対象物Ｐは、図示略の搬送ロボット等によって、ワークステージ４上に搬送されて載置される。冷媒流通部５は、吐出対象物Ｐとワークステージ４との間の空間に冷媒を流通させることによって、吐出対象物Ｐをワークステージ４に減圧吸着によって着脱可能に固定し、また吐出対象物Ｐおよびワークステージ４を冷却する。複数の吐出ヘッド２は、ワークステージ４の上方にてキャリッジ３に保持されている。制御部６は、吐出対象物Ｐと吐出ヘッド２との相対位置を制御しつつ、吐出ヘッド２の吐出動作を制御する。
【００２２】
次に、液滴吐出装置１の各構成要素について詳しく説明する。
キャリッジ３は、図示しないキャリッジ移動部により移動可能に設けられている。ここでは、キャリッジ３をＹ軸方向に併進移動させること、Ｚ軸方向に併進移動させること、Ｚ軸周りに回転移動させることがそれぞれ可能になっている。制御部６は、キャリッジ移動部を制御することによってキャリッジ３の位置を制御し、実質的に複数の吐出ヘッド２の位置を制御する。
【００２３】
ワークステージ４は、図示しないステージ移動部によって移動可能なように、設けられている。ここでは、ワークステージ４を、Ｘ軸方向に併進移動させること、Ｘ軸周りの回転移動させること、およびＹ軸周りの回転移動させることが可能になっている。制御部６は、ステージ移動部を制御することによってワークステージ４の位置を制御し、実質的に吐出対象物Ｐの位置を制御する。
【００２４】
上述のように制御部６は、ステージ移動部およびキャリッジ移動部を制御することによって、吐出対象物Ｐと吐出ヘッド２との相対位置をＸＹＺ軸方向の３方向およびＸＹＺ軸周りの３方向に管理可能である。
【００２５】
図２（ａ）は吐出ヘッドが取付けられたキャリッジを装置架台の上面側から見た平面図、図２（ｂ）はキャリッジの側面図である。
本実施形態では、複数（図示は４つ）の吐出ヘッド２がＹ軸方向に並んでいる。複数の吐出ヘッド２は、例えばシアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、黒等のキーカラー（Ｋ）のインク（液状体）に対応している。各吐出ヘッド２は、Ｘ軸方向に配列された複数（例えば１８０個）のノズルＮを備えている。複数のノズルＮによってノズル列ＮＡが構成されている。吐出ヘッド２は、吐出対象物Ｐに向けて各ノズルＮから液状体の液滴Ｄを吐出する。
【００２６】
複数の吐出ヘッド２には、図示略の液状体供給部から液状体が供給される。液状体供給部は、複数のタンクおよび配管系を備える。複数のタンクには、互いに異なる液状体が貯留されている。各タンクは、配管系によって各吐出ヘッド２に接続されている。これにより、複数の吐出ヘッド２から互いに異なる液状体を吐出可能になっている。
【００２７】
各吐出ヘッド２のＹ軸方向の両側には、光源部２１が設けられている。光源部２１は、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）を含んで構成され、吐出対象物Ｐ上に配置された液状体に、液状体を硬化させる波長の光（紫外線）を含んだ光Ｌを照射する。光源部２１は、制御部６により点灯消灯のタイミングが制御される。
【００２８】
なお、図２（ａ）には、各吐出ヘッド２に複数のノズルＮが一列に並んでいる例を図示しているが、吐出ヘッド２に設けるノズルＮの総数や、ノズル列ＮＡにおけるノズルＮの配列方向、各ノズル列ＮＡに含まれるノズルＮの数、ノズル列ＮＡの数等は、任意に変更可能である。また、キャリッジ３に配置する吐出ヘッド２の数も任意に変更可能である。さらに、キャリッジ３をサブキャリッジ単位で複数設ける構成としてもよい。また、光源部２１の配置や構成についても適宜変更可能である。
【００２９】
図３（ａ）は吐出ヘッドの切欠斜視図、図３（ｂ）は吐出ヘッドの断面図である。複数の吐出ヘッド２はいずれも同様の構造になっており、複数の吐出ヘッド２を代表して１つの吐出ヘッド２の構造を説明する。
【００３０】
吐出ヘッド２は、振動板３１、ノズルプレート３２、リザーバー３３、隔壁３４、複数のキャビティ３５、及び複数の圧電素子３６を備えている。振動板３１には、上記の液状体供給部の配管系と連結される材料供給孔３１ａが設けられている。ノズルプレート３２は、例えばＳＵＳ等からなり、ノズル面３２ａを有している。ノズル面３２ａは、複数のノズルＮの開口端を含んでいる。隔壁３４は、振動板３１とノズルプレート３２との間を、リザーバー３３と複数のキャビティ３５とに区画するように設けられている。
【００３１】
各ノズルＮは、各キャビティ３５と１対１で対応しており、対応するキャビティ３５と通じている。各圧電素子３６は、各キャビティ３５と１対１で対応している。圧電素子３６は、例えばピエゾ素子であり、振動板３１に対してキャビティ３５と反対側に設けられている。各キャビティ３５は、複数のキャビティ３５で共通のリザーバー３３と供給路３５ａにより通じている。リザーバー３３は、材料供給孔３１ａと通じている。上記の液状体供給部から供給された液状体は、材料供給孔３１ａを通ってリザーバー３３に貯留される。リザーバー３３に貯留された液状体は、供給路３５ａを通って各キャビティ３５に充填される。
【００３２】
図３（ｂ）に示すように、圧電素子３６は、圧電材料層３７が一対の電極３８に挟持された構造になっている。一対の電極３８に電圧を印加すると圧電材料層３７が収縮または伸張して、圧電素子３６が振動板３１を撓ませる。これにより、キャビティ３５の容積が増加または減少する。キャビティ３５の容積が増加すると、リザーバー３３からキャビティ３５へ液状体が充填される。キャビティ３５の容積が減少すると、キャビティ３５の液状体がノズルＮから液滴Ｄとして吐出される。
【００３３】
図４は、ワークステージの断面構成を模式的に示す図である。
図１、図４に示すように、ワークステージ４は、吐出対象物Ｐが載置される面に形成された複数の凹部４１を有している。各凹部４１の内側には、供給口４２および排出口４３が設けられている。なお、凹部４１の数に限定はなく、端的には１つでもよい。
【００３４】
冷媒流通部５は、コンプレッサーや減圧ポンプ等により構成される。冷媒流通部５には、供給配管５１および排出配管５２が接続されている。冷媒流通部５は、外気や液体等を冷媒Ｑとして供給配管５１に供給し、凹部４１を経由した冷媒Ｑを排出配管５２から回収する。冷媒流通部５は、回収した冷媒Ｑを外部に排出するものであってもよいし、供給配管５１に再度供給して循環させるものであってもよい。冷媒Ｑを循環させる場合には、供給前に冷媒Ｑを冷却する装置を冷媒流通部５の内部又は外部に設けるとよい。
【００３５】
冷媒流通部５は、吐出ヘッド２と吐出対象物Ｐとの間の空間（以下、外部空間という）よりも、吐出対象物Ｐとワークステージ４との間の空間（凹部４１）が低圧になるように、流通させる冷媒Ｑの圧力を調整する。外部空間と凹部４１内との圧力差は、この圧力差によって吐出対象物Ｐを固定可能なように、吐出対象物Ｐの重量や重力方向に対する姿勢に応じて設定される。
【００３６】
本実施形態の供給配管５１は、複数の分岐管に分岐しており、各分岐管はワークステージ４の各供給口４２に接続されている。供給配管５１の各分岐管と各供給口４２との間には、バルブ５３が設けられている。また、排出配管５２は、複数の分岐管に分岐しており、各分岐管は、ワークステージ４の各排出口４３に接続されている。排出配管５２の各分岐管と各排出口４３との間には、バルブ５４が設けられている。
【００３７】
バルブ５３およびバルブ５４は、例えば電磁バルブにより構成され、その開閉が制御部６によってバルブごとに個別に制御される。これにより、ワークステージ４の凹部４１のいずれに冷媒Ｑを流通させるかを選択可能になり、例えば吐出対象物Ｐの寸法に応じて、吐出対象物Ｐの底面の外側に位置する凹部４１内に冷媒Ｑを流通させなくすることができる。
【００３８】
以上のような構成の液滴吐出装置１によって、吐出対象物Ｐに平面的なパターン又は立体的なパターンを形成するには、まず、ワークステージ４上に吐出対象物Ｐを載置する。そして、制御部６によって冷媒流通部５を制御し、ワークステージ４の凹部４１内を減圧雰囲気にするとともに凹部４１内に冷媒Ｑを流通させる。これにより、吐出対象物Ｐがワークステージ４に固定されるとともに、冷媒Ｑによって吐出対象物Ｐおよびワークステージ４を冷却可能になる。
【００３９】
そして、吐出ヘッド２から液状体の液滴Ｄを吐出させ、例えば液滴Ｄが吐出されるたびに、吐出対象物Ｐに配置された液状体に光源部２１から光Ｌを照射する。これにより、吐出対象物Ｐ上の液状体が速やかに硬化し、液垂れ等が回避される。また、液状体の硬化により得られるパターン上に重ねて液状体を再度吐出し、この液状体を硬化させることによって、複数のパターンを重ねて形成して立体成型物を形成することもできる。
【００４０】
ところで、吐出対象物Ｐやワークステージ４を冷却することなく光Ｌを照射すると、吐出対象物Ｐやワークステージ４が例えば２００℃〜５００℃程度に昇温することがある。上記のように、冷媒Ｑによって吐出対象物Ｐやワークステージ４を冷却可能であるので、吐出対象物Ｐやワークステージ４の昇温を抑制することがで、吐出対象物Ｐやワークステージ４の熱変形や熱変質を抑制することができる。
【００４１】
また、吐出対象物Ｐの側面にパターンを形成するには、冷媒流通部５によってワークステージ４の凹部４１内を減圧雰囲気に保持しておく。そして、吐出対象となる側面が吐出ヘッド２に対面するように、ワークステージ４をＸ軸周りの回転方向又はＹ軸周りの回転方向に回転させる。そして、上述したのと同様に吐出ヘッド２から液状体の液滴Ｄを吐出させ、吐出対象物Ｐに配置された液状体に光源部２１から光Ｌを照射する。吐出対象物Ｐがワークステージ４に減圧吸着されているので、ワークステージ４を傾斜させた場合でも吐出対象物Ｐの位置ずれ等が回避され、吐出対象物Ｐと吐出ヘッド２との相対位置を高精度に制御することができる。
【００４２】
以上のように液滴吐出装置１にあっては、吐出対象物Ｐの位置を高精度に制御可能であり、しかも光照射される吐出対象物Ｐやワークステージ４を効果的に冷却することができる。治具等を用いて吐出対象物を固定する装置と比較して、治具を準備する必要性が低くなり、装置の利便性が高くなる。また、吐出対象物を固定する機構が冷却する機構と独立している構成と比較して、装置構成をシンプルにすることができる。
【００４３】
また、液滴吐出装置１にあっては、吐出ヘッド２に対する吐出対象物Ｐの姿勢を変化させることができ、吐出対象物Ｐに対して複数の吐出方向から液状体を吐出可能になっている。これにより、例えば吐出対象物Ｐの形状に応じて吐出対象物Ｐに多面的に液状体を配置することができ、多様なパターンを形成可能になる。また、吐出ヘッド２自体の姿勢を変化させる必要性が低くなるので、吐出ヘッド２の姿勢変化に起因する液滴の飛行曲がりの発生を回避することもできる。
【００４４】
なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない範囲内で多様な変形が可能である。次に、ワークステージの他の態様について説明する。
【００４５】
図５は、ワークステージの他の構成例を示す断面図である。
図５に示すワークステージ４Ｂは、凹部が形成されていない点で上記実施形態のワークステージ４と異なっている。本例では吐出対象物Ｐが凹部を有しており、この凹部をワークステージ４Ｂに向けて載置されている。冷媒流通部５は、供給口４２から吐出対象物Ｐの凹部内に減圧雰囲気で冷媒Ｑを供給し、この凹部を経由した冷媒Ｑを排出口４３から回収する。このようなワークステージ４Ｂを備えた液滴吐出装置であっても、上記の実施形態と同様に吐出対象物Ｐを固定しつつ、吐出対象物Ｐを冷却することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１・・・液滴吐出装置、２・・・吐出ヘッド、３・・・キャリッジ、
４、４Ｂ・・・ワークステージ（支持部）、５・・・冷媒流通部、６・・・制御部、
２１・・・光源部、３１・・・振動板、３１ａ・・・材料供給孔、
３２・・・ノズルプレート、３２ａ・・・ノズル面、３３・・・リザーバー、
３４・・・隔壁、３５・・・キャビティ、３５ａ・・・供給路、３６・・・圧電素子、
３７・・・圧電材料層、３８・・・電極、４１・・・凹部、４２・・・供給口、
４３・・・排出口、５１・・・供給配管、５２・・・排出配管、
５３、５４・・・バルブ、Ｄ・・・液滴、Ｌ・・・光、Ｎ・・・ノズル、
ＮＡ・・・ノズル列、Ｐ・・・吐出対象物、Ｑ・・・冷媒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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