(57)【要約】【課題】  ヘッドノズル面と吐出対象の間に空気の流れが極力発生しないようにすることで、高い着弾精度を確保するインクジェット装置を提供する。【解決手段】  インクジェットヘッド51がヘッドθステージ４７によって搭載固定され、チャック37に吸着されたガラス基板38の表面に対しノズル面52が距離1.0mm隔ててある。風除け部材1はノズル面52と略同一面にある電気基板に接着されている。風除け部材1は板の囲いがノズル面52から0.9mm出っ張るように設けられていて、ガラス基板38の表面に対して近接するが接触しない位置関係になっている。【選択図】  図１
2005053067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノズル開口を備え該ノズル開口より液滴を吐出するインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドと吐出対象物を相対的に走査運動を行う手段とを有するインクジェット装置において、
前記インクジェットヘッドの前記ノズル開口のそれぞれについて、あるいは前記ノズル開口のいくつかを１つのグループとしたときのそれぞれのグループについて、前記ノズル開口が形成されている面より前記吐出対象物の側に、気流を遮る部材が設けられていることを特徴とするインクジェット装置。
【請求項２】
前記気流を遮る部材は前記ノズル開口のひとつひとつの周囲、あるいは前記それぞれのグループの周囲を囲む板である請求項１に記載のインクジェット装置。
【請求項３】
前記気流を遮る部材は、前記ノズル開口が形成されている面を覆うカバーであり、前記ノズル開口に対応する位置に径が20μｍから200μｍの開口を有する請求項１に記載のインクジェット装置。
【請求項４】
前記気流を遮る部材は前記インクジェットヘッドに対して着脱自在に構成した請求項１に記載のインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク等の液滴を吐出して吐出対象に着弾させるインクジェット装置に関する。特に、ノズル開口の配列密度が比較的小さいインクジェットヘッドを使用して、インクジェットヘッドと吐出対象を相対的に走査運動をさせ、吐出対象に対して液滴を比較的高密度で着弾し、配列させるインクジェット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
印刷を行う１つの方法として、ヘッドに設けられたノズルから液滴を吐出させて記録を行うインクジェット方式がある（本明細書ではこの方式のヘッドを「インクジェットヘッド」と略する。）。この方式を採用したものでは、カラー画像を紙などの吐出対象に印刷するためのプリンタが最も良く知られている。しかしながら、インクジェット方式は、微小な液滴を所定の場所に着弾させることができるという利点から、プリンタだけでなく、カラーフィルタ製造装置、DNAチップ製造装置等の製造装置にも適用されている。図6にDNAチップ製造装置の一例を示す。
【０００３】
図6を参照すると、定盤31上には高精度に位置決め可能なY軸ステージ33およびガイドレール34a,34bが平行に固定されている。Y軸ステージ33およびガイドレール34a,34bの可動部分には高精度に位置決め可能なX軸ステージ32が精度良く取り付けられている。X軸ステージ32の可動部分には基板θステージ36が固定されており、さらに基板θステージ36上面にはチャック37が固定されている。チャック37は図示しないポンプにチューブでつながれており、ポンプが空気を吸引することで、吐出対象であるガラス基板38はチャック37に吸着される。これにより、チャック37およびガラス基板38はXY方向に高精度に位置決め可能で、かつ、Z軸まわりの角度（θ方向）の補正も可能な構成となる。また、X軸ステージ32の可動部分にはヘッドアライメントカメラ39が取り付けられている。よって、ヘッドアライメントカメラ39の撮像位置は、チャック37のXY平面内の動きに追従してくるが、チャック37の回転の動きには影響されない。
【０００４】
定盤31上に支柱41,42が固定されており、支柱41,42にはそれぞれブリッジ43,44が固定されている。ブリッジ43とブリッジ44はステー45で固定されており、支柱41,42とブリッジ43,44の構造物の強度を保っている。このステー45には基板アライメントカメラ46が取り付けられている。さらに、ブリッジ43,44の間にはヘッドθステージ47が固定されており、ヘッドθステージ47にはインクジェットヘッド51が固定されている。これにより、インクジェットヘッド51はθ方向の角度補正が可能な構成となる。
【０００５】
なお、インクジェットヘッド51のノズル群は、副走査方向（Y方向に対応する方向）に複数個並ぶノズルの列を、主走査方向（X方向に対応する方向）に複数列並べた構成である。
【０００６】
DNAチップ製造装置のように、ガラス基板38への描画精度が必要とされる場合、装置の組み立て誤差やインクジェットヘッド51およびガラス基板38を固定する位置および傾きの誤差による描画精度の低下を防ぐことを目的としてアライメントを行う。
【０００７】
アライメントの方法について、図7を用いて説明する。図7はインクジェットヘッド51、ガラス基板38、ヘッドアライメントカメラ39、基板アライメントカメラ46の相対関係を示す図である。インクジェットヘッド51の下面にはヘッドアライメントマーク52a,52bが設けられている。また、ガラス基板38の表面には基板アライメントマーク39a,39bが設けられている。まず、ヘッドアライメントカメラ39をヘッドアライメントマーク52aの下に移動させ、ヘッドアライメントマーク52aの位置を読み込む。同様に、ヘッドアライメントマーク52bの下にヘッドアライメントカメラ39を移動させ、ヘッドアライメントマーク52bの位置を読み込む。ヘッドアライメントマーク52a,52bの位置からインクジェットヘッド51の傾きを算出し、その角度だけインクジェットヘッド51を補正する。再度、補正後にヘッドアライメントマーク52a,52bの位置を読み込み、補正後のインクジェットヘッド51の傾きと位置を記憶しておく。次に、基板アライメントカメラ46の下に基板アライメントマーク39aを移動させ、基板アライメントマーク39aの位置を読み込む。同様に、基板アライメントマーク39ｂを基板アライメントカメラ46の下に移動させて、基板アライメントマーク39bの位置を読み込む。基板アライメントマーク39a,39bの位置からガラス基板38の傾きを算出し、その角度だけガラス基板38を補正する。再度、補正後に基板アライメントマーク39a,39bの位置を読み込み、ガラス基板38の傾きと位置を記憶しておく。補正後の、インクジェットヘッド51とガラス基板38の位置から、両者の相対関係を把握し、描画開始位置を決定する。
【０００８】
DNＡチップの描画精度向上のため、高精度位置決め可能なステージで吐出対象を移動させ、アライメントを行なうことで装置とインクジェットヘッドの固有差を排除している。しかしながら、ステージをS方向に駆動させることによって、インクジェットヘッド51とガラス基板38の間には図8に示すような気流が発生し、インクジェットヘッド51の副走査方向（Y方向）の両端部で着弾位置が内側にずれやすいという問題がある。しかも、DNAチップ製造装置では、生産性向上のため多数のDNAチップをできるだけ1回の描画で製造し、ステージもできるだけ高速に駆動させる必要がある。ステージの高速化に伴って、インクジェットヘッド51とガラス基板38の間に発生する気流が描画精度に及ぼす影響は大きくなる。副走査方向（Y方向）にずれるドットの描画位置精度向上のためステージ位置を補正する方法も考えられるが、ノズルの、主走査方向（X方向）の列ごとに気流から受ける影響が異なるため、スキャン回数を増やす必要があり、描画のスループットが低下してしまう。インクジェットヘッド51とガラス基板38の間に発生する気流がステージの主走査方向（X方向）のみになれば、ドット（液滴）の吐出タイミングを制御するだけで、描画のスループットを低下させることなく、描画精度向上を図ることができる。しかしながら、インクジェットヘッド51とガラス基板38の間に発生する気流に速度分布があると、ドットの吐出タイミングの制御が複雑になってしまう。
【０００９】
従来のインクジェットプリンタにおいても、インクジェットヘッドと吐出対象であるガラス基板との間の空気の流れによって、ドットの着弾位置が副走査方向内側（Y方向内側）へずれやすいという問題があり、様々な提案がされている。
【００１０】
特許文献１において開示されている技術では、インクジェットヘッドが主走査方向（X方向）に往復運動をすることで記録を行う記録装置において、インクジェットヘッドの主走査方向（X方向）の前後に整流板を持つことを特徴としている。これにより、高速印刷を行うためにインクジェットヘッドを高速に移動させる場合に、インクジェットヘッドに当たった空気を整流板によって左右に流れやすくすることでノズル面と吐出対象の間には流れ込み難くなるようにし、ノズル面と吐出対象の間の空気流速度がノズル列の中央部ほど早くその両端部ほど遅い速度分布になることを防止している。
【００１１】
また、特許文献２において開示されている技術では、インクジェットヘッドの周辺に囲いを取り付け、インクジェットヘッドのノズルが構成されている面からその囲いが突出していることを特徴としている。これにより、インクを吐出する側の空間を空間外から遮断することができるので、気流の乱れによる吐出乱れを防ぎ、安定した吐出を達成できる。
【特許文献１】特開2000-108330号公報
【特許文献２】特開2001-277490号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、吐出対象側が水平面内を移動しながら描画を行うDNAチップ製造装置では、空気は吐出対象に引きずられる形でインクジェットヘッドと被記録部材の間に流入する。よって、特許文献１における技術を適応しても、インクジェットヘッドの副走査方向（Y方向）から空気が流入してしまう。また、副走査方向（Y方向）の様々な位置で描画を行う必要があるため、特許文献１における技術を吐出対象側に適応するのは困難である。さらに、DNAチップ製造装置では、様々な種類のドットを吐出する必要があるため、ドットを吐出するヘッドフェイス面の面積は、通常のプリンタヘッドの数十倍となる。よって、インクジェットヘッドと吐出対象の間の空気流速度は、ノズル列の中央部とその両端部とでその空気流速度の差は大きくなる。しかも、ノズルの配列密度が比較的小さいインクジェットヘッドで、吐出対象に対して比較的高密度で描画を行うため、インクジェットヘッドと吐出対象の間の気流の影響は通常のプリンタと比べて顕著に表れやすい。
【００１３】
また、特許文献２における技術を、通常のプリンタに適応した場合、図9に示すような形態になる。ノズル12の間隔が狭いため、囲い81a,81bを設けることで、その近傍に存在しているノズル12から吐出されたドットに与える気流の影響を低減させることができる。
【００１４】
しかし、特許文献２における技術を、DNAチップ製造装置に適応した場合、図10に示すような形態になる。ノズル12の間隔が広いため、囲い81a,81bを設けても、気流の影響を低減させることができるのは、囲い81aの近傍（図中A部）のみとなってしまう。しかも、図10に示すような位置関係にインクジェットヘッド51とチャック37が存在し、図中S方向にチャック37が移動しているとすると、囲い81b近傍（図中B部）で乱流が発生してしまう。以上で説明したように、特許文献２における技術を、DNAチップ製造装置に適用したとしても、その効果は低い。
【００１５】
ドットの着弾位置がノズル面と吐出対象の間に発生する空気流の影響で理想の位置からずれる場合に、そのずれ量があらかじめ分かっている場合には、吐出のタイミングを制御するなどして、補正のための対応は不可能ではない。しかし、インクジェットヘッドと吐出対象の相対的な走査運動の速度を低速にしたり高速にしたりと可変に構成する場合は、ノズル面と吐出対象の間に発生する空気流の速度も変化する。したがって、走査運動の速度に対応してその都度補正値を変えるのは、あらかじめ実験的に実測しておくにせよ、あるいは理論的に計算するにせよ、相当の労力を必要とするという問題がある。
【００１６】
また、吐出されるドットの大きさ（体積ないし質量）が違う場合は、ドットの空気流に対する抵抗値や慣性質量が異なるため着弾位置のずれ量に差が出る。意図的に大小のドットを吐出する場合はそれらの着弾位置を補正するため制御することは理論的に可能であるが、吐出されるインク滴の大きさが意に反してばらつく場合には着弾位置の補正のための制御は実質的に不可能となる。
【００１７】
あるいは、ノズル面と吐出対象との距離を極力小さく設定することができれば、吐出されたドットが吐出対象に着弾するまでの飛翔時間が短くなり、着弾位置が空気流の影響によって理想位置からずれる量も小さくすることができる。しかし、熱ヒータ方式やピエゾ方式などインクジェットの吐出方式によっても異なるが、ノズルから吐出された直後のドットは主滴の後方に尾を引いており、尾が切れて独立したドットになるまでは十分の数ｍｍ程度の飛翔距離を必要とすることが知られている。また、主滴が独立したあとも複数の副滴が主滴のあとを追うように飛翔することが知られている。副滴の直径は主滴の直径の十分の一前後であり、ノズル面と吐出対象の間に発生する空気流により受ける影響は主滴と副滴とでは相当異なる。
【００１８】
ところで、インクジェットヘッドを製造するにあたっても、例えばバブルジェット方式の場合は、ヘッドのヒーター基板と電気基板の間の配線はインクジェットヘッドのノズル面の側から行うことが一般的である。配線のためのワイヤボンディングの絶縁と保護を兼ねて封止材を塗布する必要があり、封止材がヘッドノズル面から0.5ｍｍ程度盛り上がることが避けられない。したがって、封止材と吐出対象が相対的な走査運動中に接触することを避けるためにも、ノズル面と対象物の距離はむやみに近接させることはできず、ある程度の間隔で広めに設定せざるを得ないのが実情である。
【００１９】
本発明は上記の従来技術の有する課題に鑑みてなされたもので、ヘッドノズル面と吐出対象の間に空気の流れが極力発生しないようにすることで、高い着弾精度を確保するインクジェット装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために本発明は、複数のノズル開口を備え該ノズル開口より液滴を吐出するインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドと吐出対象物を相対的に走査運動を行う手段とを有するインクジェット装置において、前記インクジェットヘッドの前記ノズル開口のそれぞれについて、あるいは前記ノズル開口のいくつかを１つのグループとしたときのそれぞれのグループについて、前記ノズル開口が形成されている面より前記吐出対象物の側に、気流を遮る部材が設けられていることを特徴とする。
【００２１】
上記インクジェット装置において、前記気流を遮る部材は前記ノズル開口のひとつひとつの周囲、あるいは前記それぞれのグループの周囲を囲む板、あるいは、前記ノズル開口が形成されている面を覆うカバーであり前記ノズル開口に対応する位置に径が20μｍから200μｍの開口を有するものが適用できる。
【００２２】
前記気流を遮る部材は前記インクジェットヘッドに対して着脱自在に構成したものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、複数のノズル開口を備え該ノズル開口よりインク滴を吐出するインクジェットヘッドと、該インクジェットヘッドの吐出対象物とを相対的に移動することで吐出対象物上に所望の配列で液滴を着弾することができるが、インクジェットヘッドのノズル開口のそれぞれについて、あるいはノズル開口のいくつかを１つのグループとしたときのそれぞれのグループについて、ノズル開口が形成されている面より吐出対象物の側に気流を遮る部材を設けたことにより、インクジェットヘッドと吐出対象物を相対的に移動させたときに発生するヘッドノズル面と吐出対象物の間の空気流を極力発生しないようにすることができるため、高い着弾精度を確保することが可能となる。
【００２４】
さらには、ノズル開口が形成されている面を覆うカバーとしての、気流を遮る部材に設けた20μｍから200μｍの開口の働きによって、何らかの原因で正規の方向から大きく逸れて吐出された液滴は吐出対象物に到達させずに所望の着弾位置を保つことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２６】
（第一の実施の形態）
本実施形態はインクジェット装置としてＤＮＡチップ製造装置を例にとり、その描画系の構成については、図７で示した従来例と同一であるため、従来例と同一の番号を付してその説明は省略する。
【００２７】
図１は、本発明の第一の実施の形態において、チャック37に吸着された吐出対象であるガラス基板38と、ヘッドθステージ47に搭載されたインクジェットヘッド51との位置関係を示す断面図である。
【００２８】
本実施形態ではインクジェットヘッド51がヘッドθステージ４７によって搭載固定され、チャック37に吸着されたガラス基板38の表面に対しノズル面52が距離1.0mm隔ててある。ノズル面52には、インクジェットヘッド51のヒーター基板（不図示）への配線のためのワイヤボンディングの絶縁と保護を兼ねた封止材54が設けられている。封止材54はノズル面52から約0.5ｍｍ出っ張っている。
【００２９】
風除け部材1は封止材54をまたいでノズル面52に当接した状態で、ノズル面52と略同一面にある電気基板に接着されている。風除け部材１はプラスチックで格子状に成型されている。風除け部材1は板の囲いがノズル面52から0.9mm出っ張るように設けられていて、ガラス基板38の表面に対して近接するが接触しない位置関係になっている。
【００３０】
図２は、本実施形態におけるインクジェットヘッド51をそのノズル面52の側から見た斜視図である。ノズル面52にはノズル開口53が複数個規則正しく設けられている。ノズル開口53のひとつひとつの周囲を風除け部材1のそれぞれの格子が囲む構成になっている。
【００３１】
風除け部材1がガラス基板38の表面に対して近接する構成になっているため、ノズル面と吐出対象の間に発生しうる空気流を効果的に遮ることができる。したがって、ノズル開口53から吐出された液滴は空気流の影響をほとんど受けないため、ガラス基板３８上の理想の位置に着弾させることが可能である。
【００３２】
なお、第一の実施の形態ではインクジェットヘッドのノズル開口のそれぞれについて、風除け部材１で囲む構成としたが、ノズル開口のいくつかを１つのグループとしたときのそれぞれのグループについて周囲を囲んで風除けを構成としてもよい。
【００３３】
（第二の実施の形態）
本発明の第二の実施の形態に係るＤＮＡチップ製造装置に利用するインクジェットヘッドに関連する部分について説明する。ＤＮＡチップ製造装置の構成は第一の実施の形態で説明したものと同じである。
【００３４】
図３は、本発明の第二の実施の形態によるインクジェットヘッド61をそのノズル面62の側から見た斜視図である。ノズル面62にはノズル開口63が複数個規則正しく設けられている（図３にはノズル開口を詳細に示していない。）。ノズル面62の周囲を封止材64が囲み、さらにその外側には電気基板65,66が位置している。
【００３５】
ノズル開口63近傍を覆うカバー2がノズル面62に対して取り付け可能である。カバー2には、ノズル開口63のひとつひとつに対応して直径40μmの円形の開口3が設けられている。インクジェットヘッド61のノズル開口63から吐出されるインク滴は、体積が数ピコリットルから数十ピコリットルであり、直径は大きいものでも数ミクロン程度である。カバー2に設けられた開口3は最低でも20μｍ程度の径があれば、位置合わせ精度は別として、インク滴が通り抜けるには十分な大きさである。カバー2は封止材64をまたいでノズル面62に近接して取り付けられる。カバー2は薄板の鉄板で製造され化学ニッケルメッキが施されている。電気基板65,66は１ヶ所が部分的に切り欠かれていてその部分のインクジェットヘッド61のフレーム67にマグネット68,69が埋め込まれている。インクジェットヘッド61のフレーム67に位置決め突起70,71が設けられており、カバー2は、フレーム67に設けられた位置決め突起70,71と嵌合して位置決めされ且つマグネット68,69に着磁されてノズル面62に近接して取り付けられる。取り付けはマグネット68,69の力によるものなのでカバー2の取り外しもまた簡単である。
【００３６】
図４は、インクジェットヘッド61にカバー2を取り付けた状態をそのノズル面62の側から見た斜視図である。カバー2はインクジェットヘッド61に取り付けられた状態において、第一の実施の形態の場合と同じくノズル面62から0.9mmの位置まで張り出すように設けられていて、インクジェットヘッド51をヘッドθステージ47に搭載固定した状態ではガラス基板38の表面に対して近接するが接触しない位置関係になっている。
【００３７】
ノズル面62にあるノズル開口63のすべてを一括してカバー2が覆い、なおかつカバー2はガラス基板38の表面に対して近接する構成になっているため、ノズル面と吐出対象の間に発生しうる空気流を遮ることができる。したがって、ノズル開口63から吐出された液滴（ドット）は空気流の影響をほとんど受けないため、ガラス基板38上の理想の位置に着弾させることが可能である。
【００３８】
図５は、インクジェットヘッド61のあるノズル開口63と、カバー2に設けられた開口3と、被描画物（吐出対象）であるガラス基板38との位置関係を説明する部分断面図である。ノズル開口63から正規の方向に吐出されたインク滴4は開口3を通ってガラス基板38の表面の正しい位置に着弾する。開口３の径は最大でも200μm以下としている。何らかの原因で正規の方向から大きく逸れて吐出されたインク滴5は開口3を通らずにカバー2によってカットされるためにガラス基板38へは着弾しない。そのため、ガラス基板38上で本来隣接するが所定の距離だけ離れて配列されるべき液滴どうしが重なることを避けたい場合などに効果を発揮する。
【００３９】
以上説明した第一および第二の実施の形態ではDNAチップ製造装置を例にとって説明したが、本発明はこれに限らず、インクジェット式の液体吐出ヘッドとその吐出対象とを相対移動させる形態のものであれば如何なる装置にも適用できる。例えば、インクジェットプリンタやカラーフィルタ製造装置などである。また本発明に使用するインクジェット原理は何ら限定されず、ヒータ等で液体を膜沸騰して吐出させる電気熱変換方式や、ピエゾ素子などで液体に振動を与えて吐出させる電気振動方式などが適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第一の実施の形態のインクジェット装置におけるインクジェットヘッドと吐出対象との位置関係を示す断面図である。
【図２】本発明の第一の実施の形態のインクジェット装置におけるインクジェットヘッドを示す斜視図である。
【図３】本発明の第二の実施の形態のインクジェット装置におけるインクジェットヘッドとカバーを示す斜視図である。
【図４】本発明の第二の実施の形態のインクジェット装置における、カバーを装着したインクジェットヘッドの斜視図である。
【図５】本発明の第二の実施の形態のインクジェット装置におけるインクジェットヘッドのノズル開口と、該インクジェットヘッドのノズル面に装着したカバーに設けられた開口と、インクジェットヘッドの吐出対象であるガラス基板との位置関係を説明する部分断面図。
【図６】インクジェット装置の従来例の構成を説明する斜視図である。
【図７】図６に示したインクジェット装置におけるアライメント機構を説明する斜視図である。
【図８】図６に示したインクジェット装置における気流の様子を説明する平面図である。
【図９】従来例である特許文献２の効果を説明する断面図である。
【図１０】従来例である特許文献２の技術を図６に示したインクジェット装置に適用した場合の課題を説明する断面図。
【符号の説明】
【００４１】
１    風除け部材
２    カバー
３    開口
４、５    インク滴
３７    チャック
３８    ガラス基板（吐出対象）
４７    ヘッドθステージ
５１、６１    インクジェットヘッド
５２、６２    ノズル面
５３、６３    ノズル開口
５４、６４    封止材
６５、６６    電気基板
６７    フレーム
６８、６９    マグネット
７０、７１    位置決め突起
【図１】
2005053067.tif 000003
【図２】
2005053067.tif 000004
【図３】
2005053067.tif 000005
【図４】
2005053067.tif 000006
【図５】
2005053067.tif 000007
【図６】
2005053067.tif 000008
【図７】
2005053067.tif 000009
【図８】
2005053067.tif 000010
【図９】
2005053067.tif 000011
【図１０】
2005053067.tif 000012