(57)【要約】【課題】  液体の吐出量をノズル間で均一にするとともに高解像度での吐出が可能なインクジェット方式コーティングヘッドを提供する。【解決手段】  圧電素子３２の伸縮方向と直交する一端面に、所定間隔毎に先端子３３を配列する。各先端子３３と振動板及び液体チャンバ２２を介して相対するように、オリフィスプレート１４に複数のノズル１６を形成する。１つの圧電素子を電圧の印加により駆動すると、その端面に形成された複数の先端子が変位して液体チャンバに液体を引き込み、変位が消失すると、先端子に相対する複数のノズルを介して、液体チャンバ内の液体が吐出される。故に、ノズル間での液体の吐出量が均一になると共に、ヘッドの解像度を高くできる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子と、
前記圧電素子の伸縮方向と直交する一端面に所定間隔毎に配列された複数の先端子と、
オリフィスプレートに形成されて前記複数の先端子の各々と振動板及び液体チャンバを介して相対する複数のノズルと、
を備え、前記圧電素子の駆動により、前記複数の先端子が前記振動板を介して前記液体チャンバ内の液体を前記複数のノズルから吐出させることを特徴とするインクジェット方式コーティングヘッド。
【請求項２】
前記先端子は、金属製であることを特徴とする請求項1記載のインクジェット方式コーティングヘッド。
【請求項３】
前記先端子は、セラミックス製であることを特徴とする請求項1記載のインクジェット方式コーティングヘッド。
【請求項４】
前記圧電素子を複数備えることを特徴とする請求項1記載のインクジェット方式コーティングヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット式コーティングヘッドに関し、特に、カラーフィルタやエレクトロルミネセンスディスプレイパネルなどを製造する装置で利用されるインクジェット式コーティングヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットや携帯電話の急速な普及と情報通信技術の高度化に伴って、電子ディスプレイに求められる性能が一層高度なものとなり、省電力、省スペースのフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）への期待が高まっている。特に、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）ディスプレイは、自発光、広視野角、高速応答、薄型、低電圧駆動、低消費電力などの優れた特徴を有していることから、次世代のフラットパネルディスプレイとして最も注目されている。そこで、その製造プロセスの１つとして、インクジェット方式が提案されている。インクジェット方式では、機能性液体をパネルとなる基板に画素毎に付与するが、画素間の発光むらを小さくするため、各画素への機能性液体の吐出量を均一にすることが求められている。
【０００３】
例えば、特開２００２−１９６１２７号公報には、複数のノズルから吐出される機能性液体の量を均一にするため、複数のノズルをいくつかのグループに分けて、ノズルからの吐出量をグループごとに制御する方法が開示されている。
【０００４】
この方法では、１つのグループに含まれる複数の圧電素子に同一波形の制御信号を与えてノズルから液滴を吐出させる。このため、制御信号をグループ毎に調整するので、簡略な回路構成でありながらも、ノズル間における吐出量の均一性が確保される。また、この方法により、ノズルからの液体の吐出量を同一にするために、ノズル毎にあらかじめ作成していた補正データをもとに圧電素子の駆動電圧を制御するという煩わしさがなくなり、さらには、複雑な回路が不要となった。
【０００５】
例えば、上記方法による各ノズルに対応した圧電素子への制御信号の調整の様子を図５に示す。横軸に、各ノズルの配列に従って仮に付されたノズル番号を示し、縦軸に、各ノズルからの１滴あたりの吐出量を示す。調整前のデータを、実線の折れ線で示し、調整後のデータを、点線の折れ線で示す。ここで、ノズルからの吐出量は、ノズルから吐出された液滴のスピードをもとに算出した。調整前は、すべてのノズルについて、対応する圧電素子に単一の駆動波形（吐出制御信号の電圧＝２０Ｖ）を用いており、その結果、各ノズルからのインク吐出量は、最大で約１９．５ｎｇ（ノズルＮｏ．３２）、最小で約１７．６ｎｇ（ノズルＮｏ．１６）となっており、液量のバラツキは、±６．０％である。この液量バラツキを補正するため、ノズルＮｏ．８〜Ｎｏ．１４のグループからのインク吐出制御信号の電圧を２０．５Ｖとし、ノズルＮｏ．２１〜Ｎｏ．２６のグループからのインク吐出制御信号の電圧を１９．５Ｖとし、ノズルＮｏ．２７〜Ｎｏ．３２のグループからのインク吐出制御信号の電圧を１９Ｖとし、その他のノズルについてはそのまま２０Ｖとした。その結果、各ノズルからのインク吐出量は、最大で約１８．６ｎｇ（ノズルＮｏ．２４）、最小で約１７．６ｎｇ（ノズルＮｏ．１６）となった。液量バラツキは、±２．９％に改善されている。
【特許文献１】特開２００２−１９６１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来のインクジェット方式のヘッドでは、ノズルからの吐出量のバラツキは、製造されるインクジェットプリントヘッドに依存するため、ノズルをグループに分けてグループ毎に調整する場合は、グループ化にかかる選定作業が必要である。
【０００７】
また、ヘッドの解像度を上げるために、ノズル間隔を狭くすると共に、圧電素子を小型化する傾向がある。しかし、圧電素子そのものの材質や機械的強度の点から、圧電素子の小型化には限界があった。
【０００８】
本発明の目的は、上記問題点に鑑みて、ノズルからの吐出量を均一にすると共に、高解像度の吐出が可能なインクジェット式コーティングヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明は、圧電素子と、前記圧電素子の伸縮方向と直交する一端面に所定間隔毎に配列された複数の先端子と、オリフィスプレートに形成されて前記複数の先端子の各々と振動板及び液体チャンバを介して相対する複数のノズルと、を備え、前記圧電素子の駆動により、前記複数の先端子が前記振動板を介して前記液体チャンバ内の液体を前記複数のノズルから吐出させることを特徴とするインクジェット方式コーティングヘッドを提供する。上記構成のインクジェット方式コーティングヘッドでは、圧電素子が電界の印加により駆動されると、圧電素子の伸縮方向と直交する一端面に配列された複数の先端子が、振動板を介して、液体チャンバ内の液体を、先端子と相対して設けられた複数のノズルから、液滴として外部に吐出させる。
【００１０】
請求項２記載の本発明は、請求項1記載のインクジェット方式コーティングヘッドであって、前記先端子は、金属製であることを特徴とする。先端子を金属製とすることによって、先端子の間隔を狭めて配列させることができ、これに応じて、ノズルの間隔を狭められる。よって、解像度の高いコーティングヘッドが作製される。
【００１１】
請求項３記載の本発明は、請求項1記載のインクジェット方式コーティングヘッドであって、前記先端子は、セラミックス製であることを特徴とする。先端子をセラミックス製とすることによって、先端子の間隔を狭めて配列させることができ、これに応じて、ノズルの間隔を狭められる。よって、解像度の高いコーティングヘッドが作製される。
【００１２】
請求項４記載の本発明は、請求項1記載のインクジェット方式コーティングヘッドであって、前記圧電素子を複数備えることを特徴とする。この構成により、圧電素子の変位量を、駆動波形により圧電素子毎に調整できる。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載のインクジェット方式コーティングヘッドによれば、圧電素子を複数設けた場合、先端子の間隔を、圧電素子の間隔よりも狭く配列できるので、先端子と相対するノズルの間隔を狭く形成できる。また、１つの圧電素子を駆動させる場合に、この圧電素子の端面に形成された複数の先端子と相対するノズルの複数から吐出される液滴の量を同一にできる。従って、コーティングヘッドの解像度を上げることができると共に、各ノズルから吐出される液滴の量を均一にできる。
【００１４】
請求項２記載のインクジェット方式コーティングヘッドによれば、先端子は、金属製であるから、先端子の寸法を圧電素子の端面の幅よりも小さくできる。よって、先端子と相対するノズルの間隔も狭く作製できる。従って、コーティングヘッドの解像度を上げることができる。
【００１５】
請求項３記載のインクジェット方式コーティングヘッドによれば、先端子は、セラミック製であるから、先端子の寸法を圧電素子の端面の幅よりも小さくできる。よって、先端子と相対するノズルの間隔も狭く作製できる。従って、コーティングヘッドの解像度を上げることができる。
【００１６】
請求項４記載のインクジェット方式コーティングヘッドによれば、圧電素子の駆動制御を圧電素子毎に行うことができるので、プリントヘッドの全てのノズルから吐出される液滴の量を同一にできる。また、１つの圧電素子に対応したノズルの複数は、この１つの圧電素子の駆動で吐出動作を行うので、プリントヘッドの全てのノズルから吐出される液滴の量を同一にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明のインクジェット方式コーティングヘッドの実施例を、図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施例であるインクジェット式コーティングヘッドのヘッド部１０の外観を示す斜視図である。ヘッド部１０は、ハウジング１２の一面にオリフィスプレート１４が取り付けられている。そして、オリフィスプレート１４には、液体が吐出される１２８個のノズル開口１６が、所定ピッチ毎に直線的に形成されている。また、コーティングヘッドは、ノズル開口１６から吐出される液体を貯蔵する液体タンク（図示せぬ）を備えている。オリフィスプレート１４は、ステンレスのプレス加工法またはニッケル電鋳法で作られている。
【００１９】
図２に、図１に示すインクジェット式コーティングヘッド１０の断面を示す。コーティングヘッド１０は、液体をノズル開口１６に導くための流路部２０と、圧電素子を駆動するための圧電素子駆動部３０とからなる。
【００２０】
流路部２０は、共通インク供給路２１と、液体チャンバ２２と、リストリクタ２３と、ダイヤフラム２４と、オリフィスプレート１４に形成されたノズル開口１６とからなる。
【００２１】
上記流路部２０において、共通インク供給路２１は、ハウジング１２内に形成されて液体タンクと連通している。液体チャンバ２２は、共通インク供給路２１と連通するようにノズル開口１６毎に形成され、ノズル開口１６から吐出前の液体が貯まるようになっている。リストリクタ２３は、共通インク供給路２１と液体チャンバ２２とを連通させて液体チャンバ２２への液体の流入量を制限する。また、液体チャンバ２２とリストリクタ２３とは、シリコンウエハを微細加工して作られている。他の実施例では、液体チャンバ２２とリストリクタ２３とは、フォトエッチング加工によるプレートを用いて形成してもよい。ダイヤフラム２４は、液体チャンバ２２の一面を構成し、外力の作用によって液体チャンバ２２の容量を可変とする。ダイヤフラム２４は、ニッケルやステンレスなどの金属またはポリフェニレンサルファイドなどの高分子膜で作られている。
【００２２】
圧電素子駆動部３０は、ハウジング１２に装着される基体３１と、基体に固定された圧電素子３２と、圧電素子に配列形成された先端子３３と、圧電素子に給電するＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）ケーブル３４とからなる。
【００２３】
圧電素子駆動部３０において、基体３１は、セラミックス、ポリイミドなどの絶縁性部材、あるいはステンレスなどの金属部材から作られている。なお、本実施例において、基体３１は、ステンレスから作製されている。圧電素子３２は、その両側に、圧電素子毎に設けられた個別外部電極３５と、全ての圧電素子に共通の共通外部電極３６とが、それぞれ取り付けられている。また、圧電素子３２は、縦振動モードのｄ３１型積層圧電素子であり、電極３５、３６間に印加される電圧により発生する電界方向と直交する方向に伸縮するようになっている。先端子３３は、金属またはセラミックスにて作製され、圧電素子３２の伸縮方向と直交する一端面３２ａに金属またはセラミックスの薄板を接着した後、ダイシングソーやワイヤソーなどで所望の幅に櫛歯状に歯割りして形成される。
【００２４】
上記構成の流路部２０と圧電素子駆動部３０とが組み立てられて、コーティングヘッド１０を構成する。流路部２０と圧電素子駆動部３０とが組み立てられると、各先端子３３の先端部３３ａは、ダイヤフラム２４と接触すると共に、ダイヤフラム２４を隔てて、最も近い距離にあるノズル開口１６と相対する位置に配置される。なお、ダイヤフラム２４には、先端子９と連結するための島部が、先端子と対向する位置に形成されていてもよい。なお、本実施例では、ポリフェニレンサルファイドの高分子膜にて作成されて島部が無いダイヤフラムを用いている。
【００２５】
図３に、圧電素子駆動部３０の構成の一実施例を示す。図３において、圧電素子駆動部３０は、内部電極の層間距離が２０μｍの３０層の積層圧電素子からなる圧電素子３２の３つを有する。かかる圧電素子駆動部３０は、以下のようにして形成される。まず、先端子３３が形成されるセラミックス製薄板を、切り込み前の圧電素子の伸縮方向と直交する一端面３２ａに例えばエポキシ系接着剤で固着する。次に圧電素子の他端側３２ｂを薄い金属製の共通外部電極３６を介在させつつ基体３１の所望の位置にエポキシ系接着剤で固着する。次に、セラミックス製薄板を、ダイシングソーやワイヤソーなどで圧電素子の伸縮方向と平行に、所望の幅と数とだけ櫛歯状に歯割りする。セラミックス製薄板に対して所定の数の歯割り加工を終えた時、圧電素子まで切り込んで、圧電素子を分割して３つの圧電素子３２を形成する。圧電素子３２の各々に、個別外部電極３５を固着し、各電極３５、３６に対して電極３５、３６間に電圧を印加できるように、ケーブル３４を配線する。このような加工を行うことによって、図３に示す圧電素子駆動部３０が作製される。
【００２６】
なお、本実施例においては、セラミックス製薄板は、例えば、アルミナセラミックスであり、その大きさは、幅０．６ｍｍ×高さ２ｍｍ×長さ４．８ｍｍである。また、櫛歯状に歯割りされた１つの先端子３３の大きさは、幅５０μｍ、深さ１．２ｍｍであり、１００μｍピッチで形成されている。圧電素子４は、厚さ０．６ｍｍ×長さ６ｍｍ×幅４．８ｍｍとなっている。従って、１つの圧電素子３２に対して１６個形成され、圧電素子駆動部３０は、合計３６個の先端子３３を有する。他の実施例では、分割前のサイズが厚さ０．６ｍｍ×長さ６ｍｍ×幅１２．８ｍｍの圧電素子の伸縮方向の一端面に、幅０．６ｍｍ×高さ２ｍｍ×長さ１２．８ｍｍのアルミナセラミックスを固着し、このアルミナセラミックを櫛歯状に歯割りすることによって、幅５０μｍ、深さ１．２ｍｍ、ピッチ１００μｍの先端子３３の１６個を、幅１．６ｍｍの１つの圧電素子３２に形成し、８個の圧電素子３２を有する圧電素子駆動部３０を形成しても良い。
【００２７】
このようにして作製された圧電素子駆動部３０を流路部２０に取り付けて構成されたコーティングヘッドの断面図を、図４に示す。圧電素子駆動部３０は、エポキシ系接着剤によって先端子３３の先端３３ａを流路部２０のダイヤフラム２４に接着するとともに、基体３１とハウジング１２とをＵＶ接着剤などで固着させることによって、流路部２０に取り付けられる。
【００２８】
次に、インクジェット方式コーティングヘッド１０の動作を、図２を参照して以下に説明する。インクなどの液体をコーティングヘッド１０から被コーティング媒体に向けて吐出させる際、圧電素子３２の電極３５、３６間に電圧を印加すると、圧電素子３２は、収縮してダイヤフラム２４を引き込むので、液体チャンバ２２を拡張させる。この時、液体チャンバ２２の拡張によって、液体は、共通インク供給路８から、リストリクタ７を経由して液体チャンバ２２へと流れ込む。次に、電極３５、３６間の電位差がなくなると、圧電素子３２は、収縮前の状態に戻るので、同時に、ダイヤフラム２４は、ノズル開口１６に向けて移動され、液体チャンバ２２を収縮させる。従って、液体チャンバ２２内部の液体が、ノズル開口１６から液滴として吐出される。
【００２９】
上記のコーティングヘッド１０においては、１つの圧電素子３２には、１６個の先端子３３が１００μｍピッチで形成され、これら１６個の先端子に相対して１６個のノズル開口が１００μｍピッチでオリフィスプレート１４に形成されている。従って、１つの圧電素子３２の変位によって、１６個の異なるノズル開口１６から、同時に１６個の液滴が被コーティング媒体に向けて吐出される。このとき、１つの圧電素子３２の変位によって１６個の先端子３３を介して対応する液体チャンバ２２に作用する力は、何れもほぼ同一であるから、１６個のノズル開口１６から吐出される液滴の量は、ほぼ同一になる。すなわち、１つの圧電素子３２の変位によって、複数のノズル開口１６からそれぞれ同一の量の液滴を吐出させることができる。
【００３０】
また、１つの圧電素子３２の変位を利用して、その伸縮方向と直交する端面に形成した複数の先端子３３を介して、各先端子３３と相対するノズル開口１６の複数から液滴を吐出させるので、ノズル開口１６のピッチを、圧電素子３２のピッチよりも狭く形成できる。従って、圧電素子３２の加工限界よりも狭いピッチでノズル開口１６をヘッド１０に形成でき、高解像度のコーティングヘッド１０を製造できる。
【００３１】
上記の実施例では、先端子３３のピッチを１００μｍとしたが、先端子３３のピッチは、この値に限らず、適宜のピッチで作製できる。
【００３２】
また、上記実施例では、１つの液体チャンバ２２に対して１つのノズル開口１６を設けたが、１つの液体チャンバ２２に対して複数のノズル開口１６を形成することもできる。１つの先端子が圧電素子の駆動によって変位されると、この先端子に対応する液体チャンバの複数の開口から同時に液滴が吐出される。従って、吐出される液滴の量を均一にできるとともに、高解像度でのコーティングヘッドを高速で行うことができる。
【００３３】
さらに、先端子３３は、金属またはセラミックから形成されているので、積層構造の圧電素子３２に比較して、微細な加工が可能である。このため、先端子３３のピッチは、圧電素子３２のピッチに比較して狭く形成することができるので、先端子３３に相対して形成されるノズル開口１６のピッチを狭くできる。従って、インクジェット式コーティングヘッド１０の解像度を向上させることができる。
【００３４】
また、１つのノズルに対して１つの圧電素子を設けた従来の構成では、ヘッドの解像度を上げるために、圧電素子の幅を例えば５０μｍなど狭く作製していた。しかし、本発明では、１つのノズル開口１６に対して１つの先端子３３を設けることによって、１つの圧電素子３２の幅をノズル開口１６のピッチに対応させる必要がなくなった。よって、圧電素子３２の幅を例えば１．６ｍｍと広く形成できる。従って、圧電素子３２の寸法を大きくすることによって、圧電素子３２の機械的強度を向上させることができ、ヘッド１０の不用意な取り扱いや印加電圧の異常による圧電素子３２の折損を抑制することが可能である。
【００３５】
なお、上記インクジェット方式コーティングヘッド１０から吐出される液体は、カラーフィルタやＥＬディスプレイパネル用機能性液体や、適宜のコーティング材料など、産業用途に応じて選択される液体である。
【００３６】
また、１つの圧電素子３２に形成する先端子３３の数は、１つのノズル開口１６からの液体の吐出量に応じて決定することができる。１つの圧電素子３２でｎ個のノズル開口１６の各々からＬピコリットルの液体を吐出させる場合、ｎ×Ｌピコリットルの液体の吐出を生じさせる変位にみあった電圧を圧電素子３２に印加する必要がある。圧電素子３２には安全に駆動できる耐電圧があるため、この耐電圧を超えた電圧を圧電素子３２に印加できない。したがって、１ノズルから吐出させる液滴の容量と、１つの圧電素子３２の耐電圧とを勘案して、１つの圧電素子３２に形成される先端子３３の数、すなわち対応するノズル開口の数を決めることが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明にかかるインクジェット方式コーティングヘッドは、被コーティング媒体への高解像度且つ均一な液滴の吐出を必要とする工業製品を製造するプロセスなどの用途において、幅広く用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明のインクジェット方式コーティングヘッドを示す斜視図である。
【図２】図１のインクジェト方式コーティングヘッドの断面図である。
【図３】圧電素子駆動部を示す斜視図である。
【図４】本発明のインクジェト方式コーティングヘッドの断面図である。
【図５】従来のインクジェットプリントヘッドにおいて、調整前および調整後の各ノズルからの１滴あたりの液体吐出量を示したグラフである。
【符号の説明】
【００３９】
１０  インクジェット方式コーティングヘッド、  １４  オリフィスプレート、
１６  ノズル、  ２２  液体チャンバ、  ２４  振動板、  ３２  圧電素子、
３３  先端子
【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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