(57)【要約】【課題】インクジェット方式により吐出する液状体が無駄に排出されることなく、液状体のインクジェットヘッドへの充填動作や、吐出不良状態のインクジェットヘッドの回復動作を行うことが可能となるキャッピング装置、キャッピング方法、及び液滴吐出装置を提供する。【解決手段】液状体を貯留するキャビティと当該キャビティに連通するノズルとキャビティ内に貯留された液状体をノズルより吐出させるための吐出手段とを有した吐出ヘッドを被覆手段によって被覆するキャッピング装置２２であって、被覆手段は、気体に対する透過性が高い気体透過性部材３１ｂを有する第１の被覆手段３１と、ノズル近傍を湿潤状態に保管する湿潤部材３２ｂを有する第２の被覆手段３２と、を具備することを特徴とする。【選択図】  図４
2005001326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状体を貯留するキャビティと当該キャビティに連通するノズルと前記キャビティ内に貯留された液状体を前記ノズルより吐出させるための吐出手段とを有した吐出ヘッドを被覆手段によって被覆するキャッピング装置であって、
前記被覆手段は、気体に対する透過性が高い気体透過性部材を有する第１の被覆手段と、
前記ノズル近傍を湿潤状態に保管する湿潤部材を有する第２の被覆手段と、
を具備することを特徴とするキャッピング装置。
【請求項２】
前記第１の被覆手段は、前記気体透過性部材の前記吐出ヘッドとは反対側に、当該第１の被覆手段の外部に通じる第１の連通管を具備し、
また、前記第２の被覆手段は、前記湿潤部材の前記吐出ヘッドとは反対側に、当該第２の被覆手段の外部に通じる第２の連通管を備えることを特徴とする請求項１に記載のキャッピング装置。
【請求項３】
前記第１の連通管と前記第２の連通管とに接続された吸引手段と、
前記第１の被覆手段と前記第２の被覆手段とのうちいずれか一方を選択して前記吸引手段に連通させる選択手段と、
を具備することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のキャッピング装置。
【請求項４】
前記第１の連通管よりも前記第２の連通管の断面積が大きいことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のキャッピング装置。
【請求項５】
前記第２の被覆手段は、当該第２の被覆手段と前記吐出ヘッドとが接触する側に突出部を具備することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のキャッピング装置。
【請求項６】
液状体を貯留するキャビティと当該キャビティに連通するノズルと前記キャビティ内に貯留された液状体を前記ノズルより吐出させるための吐出手段とを有した吐出ヘッドを被覆するキャッピング方法であって、
気体に対する透過性が高い気体透過性部材を有する第１の被覆手段によって前記吐出ヘッドを被覆する第１の被覆工程と、
前記ノズル近傍を湿潤状態に保管する湿潤部材を有する第２の被覆手段によって前記吐出ヘッドを被覆する第２の被覆工程と、
を具備することを特徴とするキャッピング方法。
【請求項７】
前記第１の被覆手段と前記第２の被覆手段とのうちいずれか一方によって被覆された吐出ヘッドを吸引する吸引工程を具備することを特徴とする請求項６に記載のキャッピング方法。
【請求項８】
前記第１の被覆工程と、前記吸引工程とを施すことにより、前記吐出ヘッドの前記キャビティ内に前記液状体を充填することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のキャッピング方法。
【請求項９】
前記吐出ヘッドの吐出休止状態で、前記第２の被覆工程を施すことにより、当該吐出ヘッドを湿潤状態で保管することを特徴とする請求項６に記載のキャッピング方法。
【請求項１０】
前記吐出ヘッドの吐出不良状態で、前記第１の被覆工程と、前記吸引工程と、前記第２の被覆工程とを連続して施すことにより、前記吐出ヘッドを吐出良好状態に回復させることを特徴とする請求項６から請求項９のいずれかに記載のキャッピング方法。
【請求項１１】
前記第２の被覆工程において、前記吐出ヘッドが前記湿潤部材に所定回数の液滴吐出を行うことにより、前記吐出ヘッドを回復させることを特徴とする請求項６又は請求項１０に記載のキャッピング方法。
【請求項１２】
液状体を貯留するキャビティと当該キャビティに連通するノズルと前記キャビティ内に貯留された液状体を前記ノズルより吐出させるための吐出手段とを有した吐出ヘッドと、前記キャビティに前記液状体を供給する液状体貯留部とを有する液滴吐出装置であって、
請求項１から請求項５のいずれかに記載のキャッピング装置を備えることを特徴とする液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、キャッピング装置、キャッピング方法、及び液滴吐出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インクジェット装置（液滴吐出装置）は、インクジェットプリンタとして一般に広く使用されている。このようなインクジェット装置の特徴としては、インクジェットヘッド（吐出ヘッド）の小型・高密度化が可能なこと、極少量の液滴を目的の位置に高精度に打つことができること、吐出させる液状体の種類、性質等に左右されないこと、紙のほか、フィルム、布帛、ガラス基板、合成樹脂基板、金属基板等任意の印刷媒体に適用できること、印刷時の騒音が低いこと、低コストであることなどが挙げられる。
【０００３】
最近では、本来の印刷だけでなく、例えばＤＮＡチップ（ＤＮＡマイクロアレイともいう）の製造等のように多方面への応用にインクジェット方式が注目を浴びるようになってきている（例えば、特許文献１参照）。ここで、ＤＮＡチップとは、例えばスライドグラスのような基板上に、数千〜数万種類のＤＮＡ断片を含む溶液をマトリックス状に並べて貼り付けたもので、遺伝子の種類や解析に用いられている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１８６８８０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、インクジェット装置では、吐出する液状体（インク等）をインクジェットヘッドの全ノズルに充填することが必要である。
この充填方法は、インクジェットヘッドのノズル開口面に吸引キャップを密着させてポンプにより液状体を吸引し、ノズル開口面からインク室を吸引脱気することにより、インク室内に液状体を充填している。
しかしながら、液状体がノズルの先端まで完全に充填したことを検出するのは困難であることから、ポンプの吸引時間を多少長くして吸引脱気している。そのため、液状体がノズル先端から無駄に排出されるという問題があった。
また、上記のＤＮＡチップ等を製造する場合においては、極少量の生体高分子溶液をノズル先端まで充填させることが困難であるだけでなく、インクジェット装置と同様な充填方法をとると、極少量で高価な生体高分子溶液を無駄に捨ててしまうという問題があった。
【０００６】
また、インクジェット装置では、液状体の吐出不良が生じた場合に、インクジェットヘッドに対してフラッシング等の回復動作を行う必要がある。
この場合においても、ポンプによって液状体をノズル開口面から吸引しているため、液状体を無駄に排出してしまうという問題があった。
【０００７】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、インクジェット方式により吐出する液状体が無駄に排出されることなく、液状体のインクジェットヘッドへの充填動作や、吐出不良状態のインクジェットヘッドの回復動作を行うことが可能となるキャッピング装置、キャッピング方法、及び液滴吐出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用した。
即ち、本発明のキャッピング装置は、液状体を貯留するキャビティと当該キャビティに連通するノズルとキャビティ内に貯留された液状体をノズルより吐出させるための吐出手段とを有した吐出ヘッドを被覆手段によって被覆するキャッピング装置であって、被覆手段は、気体に対する透過性が高い気体透過性部材を有する第１の被覆手段と、ノズル近傍を湿潤状態に保管する湿潤部材を有する第２の被覆手段と、を具備することを特徴とする。
ここで、吐出ヘッドには、キャビティに液状体を供給するための液状体流路が接続されている。更に、当該液状体流路には、液状体が貯留された液状体貯留部が接続されている。
また、気体透過性部材とは、気体を好適に透過し、ある限界圧力下では液状体を透過させないフィルタ等を意味するものである。当該気体透過性部材は、例えばポリテトラフルオロエチレン等の微細な繊維からなり、その平均孔径が１から３μｍであるものが好ましい。
また、湿潤部材とは、液状体に対する吸収性が高い材料に液状体が湿潤した状態の部材を意味するものである。当該湿潤部材としては、例えば、スポンジ等の多孔質材料、かつ弾性材料であることが好ましい。
本発明によれば、吐出ヘッドを第１の被覆手段で被覆した状態で、気体透過性部材を介してノズル開口面（または吐出ヘッド先端面）から液状体を吸引すると、キャビティ内の圧力が液状体貯留部内よりも低くなり、液状体貯留部内の液状体が液状体流路を介してキャビティ内に流入し、当該液状体は吐出ヘッド内全体に充填される。ここで、気体透過性部材は、気体を透過させるが、液状体を透過させないので、吐出ヘッド内の全ての気体が吸引されると共に、液状体の流動がノズル先端で止まる。従って、完全に吐出ヘッド内の気体を吸引除去して当該吐出ヘッド内に液状体のみを充填することが可能となる。また、吐出ヘッド内への気体の残留に起因するノズル内の目詰まりや吐出不良を防止することができる。
更に、吐出ヘッドに液状体が充填された状態で、当該吐出ヘッドを第２の被覆手段で被覆すると、ノズル開口面が湿潤部材と対向するので、ノズル内から液状体が乾燥することがない。従って、ノズル内でメニスカスを形成している液状体の粘度上昇を防止することができる。また、粘度上昇に起因するノズル内の目詰まりや吐出不良を防止することができる。
【０００９】
また、本発明は先に記載のキャッピング装置であり、第１の被覆手段は気体透過性部材の吐出ヘッドとは反対側に当該第１の被覆手段の外部に通じる第１の連通管を具備し、また、第２の被覆手段は湿潤部材の吐出ヘッドとは反対側に当該第２の被覆手段の外部に通じる第２の連通管を備えることを特徴とする。
本発明によれば、第１の被覆手段の気体透過性部材によって吐出ヘッドを被覆した状態で当該吐出ヘッド内を吸引すると、吐出ヘッド内の全ての気体が吸引され、当該気体は第１の連通管を経てキャッピング装置の外部に排出される。従って、第１の連通管を介して気体を排出することができる。
更に、第２の被覆手段の湿潤部材に含まれる液状体が所定量よりも過多となった場合に、第２の被覆手段を吸引すると、第２の被覆手段内の液状体が第２の連通管を経てキャッピング装置の外部に排出される。従って、第２の連通管を介して液状体を排出することができる。
【００１０】
また、本発明は先に記載のキャッピング装置であり、第１の連通管と第２の連通管とに接続された吸引手段と、第１の被覆手段と第２の被覆手段とのうちいずれか一方を選択して吸引手段に連通させる選択手段とを具備することを特徴とする。
ここで、吸引手段とは、ポンプ等を意味し、第１の連通管又はと第２の連通管を介して第１の被覆手段又は第２の被覆手段を吸引するものである。
また、選択手段とは、バルブ等を意味し、第１の被覆手段と第２の被覆手段とのうちいずれか一方を吸引手段に連通されるものである。
本発明によれば、選択手段が第１の被覆手段と第２の被覆手段とのうちいずれか一方を吸引手段に連通させて、吸引手段が吸引動作をすることにより、連通された側の被覆手段を吸引することができる。
【００１１】
また、本発明は先に記載のキャッピング装置であり、第１の連通管よりも第２の連通管の断面積が大きいことを特徴とする。
上述したように、第１の被覆手段においては、吐出ヘッド内を吸引することにより、第１の連通管を気体が流動し、当該気体がキャッピング装置外に排出される。また、第２の被覆手段においては、所定量よりも過多となった液状体を吸引することにより、第２の連通管を液状体が流動し、当該液状体がキャッピング装置外に排出される。
本発明によれば、第２の連通管において液状体の粘度上昇が生じた場合であっても、第１の連通管よりも断面積が大きいので、第２の連通管内の目詰まりを防止することができる。
【００１２】
また、本発明は先に記載のキャッピング装置であり、第２の被覆手段は当該第２の被覆手段と吐出ヘッドとが接触する側に突出部を具備することを特徴とする。
ここで、突出部とは、当該突出部の周囲の平坦部よりも相対的に突出している部位を意味するものである。また、当該突出部は、ゴムや高分子材料等からなる弾性体であることが好ましい。
本発明によれば、第２の被覆手段が吐出ヘッドを被覆した場合に、吐出ヘッドの一部と突出部とが接触する。ここで、吐出ヘッドと突出部との接触面積は、吐出ヘッドと平坦部との接触面積よりも小さい。
従って、第２の被覆手段と吐出ヘッドとにおいて、上記の接触面積内で液状体が乾燥した場合であっても、突出部を有することにより接触面積が小さくなっているので、液状体の乾燥による固着を防止することができる。
【００１３】
また、本発明のキャッピング方法は、液状体を貯留するキャビティと当該キャビティに連通するノズルとキャビティ内に貯留された液状体をノズルより吐出させるための吐出手段とを有した吐出ヘッドを被覆するキャッピング方法であって、気体に対する透過性が高い気体透過性部材を有する第１の被覆手段によって吐出ヘッドを被覆する第１の被覆工程と、ノズル近傍を湿潤状態に保管する湿潤部材を有する第２の被覆手段によって吐出ヘッドを被覆する第２の被覆工程とを具備することを特徴とする。
本発明によれば、吐出ヘッドを第１の被覆手段で被覆した状態で、気体透過性部材を介してノズル開口面（または吐出ヘッド先端面）から液状体を吸引すると、キャビティ内の圧力が液状体貯留部内よりも低くなり、液状体貯留部内の液状体が液状体流路を介してキャビティ内に流入し、当該液状体は吐出ヘッド内全体に充填される。ここで、気体透過性部材は、気体を透過させるが、液状体を透過させないので、吐出ヘッド内の全ての気体が吸引されると共に、液状体の流動がノズル先端で止まる。従って、完全に吐出ヘッド内の気体を吸引除去して当該吐出ヘッド内に液状体のみを充填することが可能となる。また、吐出ヘッド内への気体の残留に起因するノズル内の目詰まりや吐出不良を防止することができる。
更に、吐出ヘッドに液状体が充填された状態で、当該吐出ヘッドを第２の被覆手段で被覆すると、ノズル開口面が湿潤部材と対向するので、ノズル内から液状体が乾燥することがない。従って、ノズル内でメニスカスを形成している液状体の粘度上昇を防止することができる。また、粘度上昇に起因するノズル内の目詰まりや吐出不良を防止することができる。
【００１４】
また、本発明は先に記載のキャッピング方法であり、第１の被覆手段と第２の被覆手段とのうちいずれか一方によって被覆された吐出ヘッドを吸引する吸引工程を具備することを特徴とする。
本発明によれば、先に記載のキャッピング方法と吸引工程を施すことにより、第１の被覆手段と第２の被覆手段とのうちいずれか一方を吸引することができる。
【００１５】
また、本発明は先に記載のキャッピング方法であり、第１の被覆工程と吸引工程とを施すことにより、吐出ヘッドのキャビティ内に液状体を充填することを特徴とする。
本発明によれば、吐出ヘッドを第１の被覆手段で被覆した状態で、気体透過性部材を介してノズル開口面（または吐出ヘッド先端面）から液状体を吸引すると、キャビティ内の圧力が液状体貯留部内よりも低くなり、液状体貯留部内の液状体が液状体流路を介してキャビティ内に流入し、当該液状体は吐出ヘッド内全体に充填される。ここで、気体透過性部材は、気体を透過させるが、液状体を透過させないので、吐出ヘッド内の全ての気体が吸引されると共に、液状体の流動がノズル先端で止まる。従って、完全に吐出ヘッド内の気体を吸引除去して当該吐出ヘッド内に液状体のみを充填することが可能となる。
【００１６】
また、本発明は先に記載のキャッピング方法であり、吐出ヘッドの吐出休止状態で、第２の被覆工程を施すことにより、当該吐出ヘッドを湿潤状態で保管することを特徴とする。
ここで、吐出休止状態とは、例えば、液滴吐出装置内に基板を搬送している場合、もしくは基板を搬出している場合、液滴吐出装置のステージに基板が載置されていても液滴吐出動作を待機している場合等、を意味するものである。
本発明によれば、液滴の吐出休止状態で、第２の被覆手段が当該吐出ヘッドを被覆することにより、ノズル開口面が湿潤部材に接触するので、ノズル開口面において液状体が乾燥することがない。従って、ノズル内でメニスカスを形成している液状体の粘度上昇を防止することができる。
【００１７】
また、本発明は先に記載のキャッピング方法であり、吐出ヘッドの吐出不良状態で、第１の被覆工程と、吸引工程と、第２の被覆工程とを連続して施すことにより、吐出ヘッドを吐出良好状態に回復させることを特徴とする。
ここで、吐出不良状態とは、例えば、吐出手段が駆動してもノズルから液状体が吐出しない状態や、液状体が吐出されたとしても、飛行曲がりが生じて着弾位置に誤差が生じる状態等、正常に液状体が吐出されない状態を意味する。
また、吐出良好状態とは、上記の吐出不良状態に相対しており、正常に液状体が吐出される状態を意味する。
本発明によれば、第１の被覆工程及び吸引工程によって、気体透過性部材を介して吐出ヘッド内を吸引し、ノズル内のメニスカス近傍の液状体が移動、攪拌される。更に、第２の被覆工程によって当該吐出ヘッドが湿潤状態で保管される。従って、吐出不良状態の吐出ヘッドを吐出良好状態に回復することができる。
【００１８】
また、本発明は先に記載のキャッピング方法であり、第２の被覆工程において、吐出ヘッドが湿潤部材に所定回数の液滴吐出を行うことにより、吐出ヘッドを回復させることを特徴とする。
ここで、所定回数の液滴吐出とは、所謂捨て打ち、試し打ちであって、フラッシングを意味するものである。
本発明によれば、所定回数の液滴吐出を行うことによって、ノズル内のメニスカス近傍の液状体が移動、攪拌される。従って、吐出不良状態の吐出ヘッドを吐出良好状態に回復することができる。
【００１９】
また、本発明の液滴吐出装置は、液状体を貯留するキャビティと当該キャビティに連通するノズルとキャビティ内に貯留された液状体をノズルより吐出させるための吐出手段とを有した吐出ヘッドと、キャビティに液状体を供給する液状体貯留部とを有する液滴吐出装置であって、先に記載のキャッピング装置を備えることを特徴とする。
本発明によれば、吐出ヘッドを第１の被覆手段で被覆した状態で、気体透過性部材を介してノズル開口面（または吐出ヘッド先端面）から液状体を吸引すると、キャビティ内の圧力が液状体貯留部内よりも低くなり、液状体貯留部内の液状体が液状体流路を介してキャビティ内に流入し、当該液状体は吐出ヘッド内全体に充填される。ここで、気体透過性部材は、気体を透過させるが、液状体を透過させないので、吐出ヘッド内の全ての気体が吸引されると共に、液状体の流動がノズル先端で止まる。従って、完全に吐出ヘッド内の気体を吸引除去して当該吐出ヘッド内に液状体のみを充填することが可能となる。また、吐出ヘッド内への気体の残留に起因するノズル内の目詰まりや吐出不良を防止することができる。
更に、吐出ヘッドに液状体が充填された状態で、当該吐出ヘッドを第２の被覆手段で被覆すると、ノズル開口面が湿潤部材に接触するので、ノズル内から液状体が乾燥することがない。従って、ノズル内でメニスカスを形成している液状体の粘度上昇を防止することができる。また、粘度上昇に起因するノズル内の目詰まりや吐出不良を防止することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のキャッピング装置、キャッピング方法、及び液滴吐出装置について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の液滴吐出装置の一実施形態を示す概略斜視図である。
【００２１】
（液滴吐出装置）
図１において、液滴吐出装置ＩＪは、ベース１２と、ベース１２上で基板Ｐを支持するステージＳＴと、ベース１２とステージＳＴとの間に介在し、ステージＳＴを移動可能に支持する第１移動装置１４と、ステージＳＴに支持されている基板Ｐに対して所定の液状体材料を吐出可能な吐出ヘッド２０と、吐出ヘッド２０を移動可能に支持する第２移動装置１６と、吐出ヘッド２０から吐出される液状体が貯蔵されたタンク（液状体貯留部）６３と、当該液状体を吐出ヘッド２０に供給する液状体流路６１と、吐出ヘッド２０の液状体の吐出動作を制御する制御装置ＣＯＮＴと、ベース１２上に設けられているキャッピングユニット（キャッピング装置）２２と、クリーニングユニット２４と、を具備した構成となっている。また、第１移動装置１４及び第２移動装置１６を含む液滴吐出装置ＩＪの動作は、制御装置ＣＯＮＴによって制御される。
【００２２】
第１移動装置１４はベース１２の上に設置されており、Ｙ軸方向に沿って位置決めされている。第２移動装置１６は、支柱１６Ａ、１６Ａを用いてベース１２に対して立てて取り付けられており、ベース１２の後部１２Ａにおいて取り付けられている。第２移動装置１６のＸ軸方向は、第１移動装置１４のＹ軸方向と直交する方向である。ここで、Ｙ軸方向はベース１２の前部１２Ｂと後部１２Ａ方向に沿った方向である。これに対してＸ軸方向はベース１２の左右方向に沿った方向であり、各々水平である。また、Ｚ軸方向はＸ軸方向及びＹ軸方向に垂直な方向である。
【００２３】
第１移動装置１４は、例えばリニアモータによって構成され、ガイドレール４０、４０と、このガイドレール４０に沿って移動可能に設けられているスライダー４２とを備えている。このリニアモータ形式の第１移動装置１４のスライダー４２は、ガイドレール４０に沿ってＹ軸方向に移動して位置決め可能である。
【００２４】
また、スライダー４２はＺ軸回り（θＺ）用のモータ４４を備えている。このモータ４４は、例えばダイレクトドライブモータであり、モータ４４のロータはステージＳＴに固定されている。これにより、モータ４４に通電することでロータとステージＳＴとは、θＺ方向に沿って回転してステージＳＴをインデックス（回転割り出し）することができる。すなわち、第１移動装置１４は、ステージＳＴをＹ軸方向及びθＺ方向に移動可能である。
【００２５】
ステージＳＴは基板Ｐを保持し、所定の位置に位置決めするものである。また、ステージＳＴは吸着保持装置５０を有しており、吸着保持装置５０が作動することによってステージＳＴの穴４６Ａを通して基板ＰをステージＳＴの上に吸着して保持する。
【００２６】
第２移動装置１６はリニアモータによって構成され、支柱１６Ａ、１６Ａに固定されたコラム１６Ｂと、このコラム１６Ｂに支持されているガイドレール６２Ａと、ガイドレール６２Ａに沿ってＸ軸方向に移動可能に支持されているスライダー６０とを備えている。スライダー６０はガイドレール６２Ａに沿ってＸ軸方向に移動して位置決め可能であり、吐出ヘッド２０はスライダー６０に取り付けられている。
【００２７】
吐出ヘッド２０は、揺動位置決め装置としてのモータ６２、６４、６６、６８を有している。モータ６２を作動すれば、吐出ヘッド２０は、Ｚ軸に沿って上下動して位置決め可能である。このＺ軸はＸ軸とＹ軸に対して各々直交する方向（上下方向）である。モータ６４を作動すると、吐出ヘッド２０は、Ｙ軸回りのβ方向に沿って揺動して位置決め可能である。モータ６６を作動すると、吐出ヘッド２０は、Ｘ軸回りのγ方向に揺動して位置決め可能である。モータ６８を作動すると、吐出ヘッド２０は、Ｚ軸回りのα方向に揺動して位置決め可能である。すなわち、第２移動装置１６は、吐出ヘッド２０をＸ軸方向及びＺ軸方向に移動可能に支持するとともに、この吐出ヘッド２０をθＸ方向（Ｘ軸回り）、θＹ方向（Ｙ軸回り）、θＺ方向（Ｚ軸回り）に移動可能に支持する。
【００２８】
このように、図１の吐出ヘッド２０は、スライダー６０において、Ｚ軸方向に直線移動して位置決め可能で、α、β、γに沿って揺動して位置決め可能であり、吐出ヘッド２０の液状体吐出面（ノズル開口面）２０Ｐは、ステージＳＴ側の基板Ｐに対して正確に位置あるいは姿勢をコントロールすることができる。なお、吐出ヘッド２０の液状体吐出面２０Ｐには液状体を吐出する複数のノズルが設けられている。
【００２９】
図２は吐出ヘッド２０を示す分解斜視図である。
図２に示すように、吐出ヘッド２０は、ノズル２１１が設けられたノズルプレート２１０及び振動板２３０が設けられた圧力室基板２２０を、筐体２５０に嵌め込んで構成されている。この吐出ヘッド２０の主要部構造は、図３の斜視図一部断面図に示すように、圧力室基板２２０をノズルプレート２１０と振動板２３０で挟み込んだ構造を備える。ノズルプレート２１０は、圧力室基板２２０と貼り合わせられたときにキャビティ２２１に対応することとなる位置にノズル２１１が形成されている。圧力室基板２２０には、シリコン単結晶基板等をエッチングすることにより、各々が圧力室として機能可能にキャビティ２２１が複数設けられている。キャビティ２２１間は側壁（隔壁）２２２で分離されている。各キャビティ２２１は供給口２２４を介して共通の流路であるリザーバ２２３に繋がっている。振動板２３０は、例えば熱酸化膜等により構成される。振動板２３０には液状体タンク口２３１が設けられ、図１のタンク６３から液状体流路６１を通して任意の液状体を供給可能に構成されている。振動板２３０上のキャビティ２２１に相当する位置には、圧電体素子（吐出手段）２４０が形成されている。圧電体素子２４０は、ピエゾ素子等の圧電性セラミックスの結晶を上部電極及び下部電極（図示せず）で挟んだ構造を備える。圧電体素子２４０は、制御装置ＣＯＮＴから供給される吐出信号に対応して体積変化を生ずることが可能に構成されている。
【００３０】
吐出ヘッド２０から液状体を吐出するには、まず、制御装置ＣＯＮＴが液状体を吐出させるための吐出信号を吐出ヘッド２０に供給する。液状体は吐出ヘッド２０のキャビティ２２１に流入しており、吐出信号が供給された吐出ヘッド２０では、その圧電体素子２４０がその上部電極と下部電極との間に加えられた電圧により体積変化を生ずる。この体積変化は振動板２３０を変形させ、キャビティ２２１の体積を変化させる。この結果、そのキャビティ２２１のノズル穴２１１から液状体の液滴が吐出される。液状体が吐出されたキャビティ２２１には吐出によって減った液状体が新たにタンクから供給される。
【００３１】
なお、上記吐出ヘッドは圧電体素子に体積変化を生じさせて液状体を吐出させる構成であったが、発熱体により液状体に熱を加えその膨張によって液滴を吐出させるようなヘッド構成であってもよい。また、静電気によって振動板を変形させることにより体積変化を生じさせて液滴を吐出させるような吐出ヘッドであってもよい。
【００３２】
第２移動装置１６は、吐出ヘッド２０をＸ軸方向に移動させることで、吐出ヘッド２０をクリーニングユニット２４あるいはキャッピングユニット２２の上部に選択的に位置決めさせることができる。つまり、デバイス製造作業の途中であっても、例えば吐出ヘッド２０をクリーニングユニット２４上に移動すれば、吐出ヘッド２０のクリーニングを行うことができる。吐出ヘッド２０をキャッピングユニット２２の上に移動すれば、吐出ヘッド２０の液状体吐出面２０Ｐにキャッピングを施したり、液状体をキャビティ２２１に充填したり、吐出不良を回復させたりすることが可能となる。つまり、クリーニングユニット２４、及びキャッピングユニット２２は、ベース１２上の後部１２Ａ側で、吐出ヘッド２０の移動経路直下に、ステージＳＴと離間して配置されている。ステージＳＴに対する基板Ｐの搬入作業及び搬出作業はベース１２の前部１２Ｂ側で行われるため、これらクリーニングユニット２４あるいはキャッピングユニット２２により作業に支障を来すことはない。
【００３３】
また、上述の吐出ヘッド２０から吐出される液状体としては、着色材料を含有するインク、金属微粒子等の材料を含有する分散液、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ等の正孔注入材料や発光材料等の有機ＥＬ物質を含有する溶液、液晶材料等の高粘度の機能性液体、マイクロレンズの材料を含有する機能性液体等、種種の材料を含有する液状体が採用される。本実施形態においては、たんぱく質や核酸等を含有する生体高分子溶液が採用される。
また、基板Ｐは、ガラス等の材料からなるものである。
このような生体高分子溶液を基板Ｐ上に形成することにより、例えば、ＤＮＡチップ等のマイクロアレイを形成することが可能となる。
【００３４】
クリーニングユニット２４は、吐出ヘッド２０のノズル等のクリーニングをデバイス製造工程中や待機時に定期的にあるいは随時に行うことができる。
キャッピングユニット２２は、吐出ヘッド２０の液状体吐出面２０Ｐが乾燥しないように、デバイスを製造しない待機時にこの液状体吐出面２０Ｐにキャッピングを施したり、液状体をキャビティ２２１に充填する際に用いたり、また、吐出不良が生じた吐出ヘッド２０を回復させるものである。
【００３５】
（キャッピングユニット）
図４は、キャッピングユニット２２の構成を示す図であって、図４（ａ）は吐出ヘッド側から見た平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＸ−Ｘ方向から見た断面図である。
図４（ａ）、（ｂ）に示すようにキャッピングユニット２２は、本体２２ａと、第１キャッピング部（第１の被覆手段）３１と、第１連通管（第１の連通管）３３と、第２キャッピング部（第２の被覆手段）３２と、第２連通管（第２の連通管）３４と、切り替えバルブ（選択手段）３５と、ポンプ（吸引手段）３６と、から構成されている。
【００３６】
第１キャッピング部３１は、本体２２ａに形成された凹部３１ａの内部に嵌入された気体透過性フィルタ（気体透過性部材）３１ｂと、本体２２ａの下面２２ｂに貫通する第１連通管３３とを備えている。ここで、気体透過性フィルタ３１ｂとは、気体に対する透過性が高く、所定の限界圧力以下では液状体を透過させないフィルタを意味するものである。このような気体透過性フィルタは、その平均孔径が１〜３μｍであることが好ましく、また、例えばポリテトラフルオロエチレン等からなる微細な繊維によって形成されているものが好ましい。
【００３７】
第２キャッピング部３２は、本体２２ａに形成された凹部３２ａの内部に嵌入された湿潤部材３２ｂと、下面２２ｂに貫通する第２連通管３４と、本体２２の上面に突出した突出部３２ｃとを備えている。ここで、湿潤部材３２ｂとは、液状体に対するの吸収性に優れ、液状体が吸収された際には湿潤状態を保つものである。例えば、スポンジ等の材料からなる。
切り替えバルブ３５には、第１連通管３３と、第２連通管３４と、ポンプ３６とが接続されており、第１連通管３３と第２連通管３４とのうちいずれか一方を選択的してポンプ３６に連通させるものである。
ポンプ３６は、切り替えバルブ３５によって連通状態となった第１連通管３３又は第２連通管３４を介して、第１キャッピング部３１又は第２キャッピング部を吸引、減圧するものである。
また、切り替えバルブ３５及びポンプ３６は、制御装置ＣＯＮＴと電気的に接続されており、その駆動が制御されるようになっている。
また、第２連通管３４の断面積は、第１連通管３３よりも大きく設定されている。
【００３８】
（液滴吐出方法、及びキャッピング方法）
次に、図１の液滴吐出装置ＩＪを用いて、基板Ｐ上にマイクロアレイを形成する方法について説明すると共に、図５を参照してキャッピングユニット２２を用いたキャッピング方法について詳述する。
ここで、図５（ａ）は第１キャッピング部３１によるキャッピング方法を説明するためのキャッピングユニット２２の断面図、図５（ｂ）は第２キャッピング部３２によるキャッピング方法を説明するためのキャッピングユニット２２の断面図を示している。
【００３９】
まず、搬送装置（不図示）は、基板ＰをステージＳＴの前部１２ＢからこのステージＳＴに搬入する。更に、ステージＳＴは基板Ｐを吸着保持し、位置決めする。そして、モータ４４が作動して、基板Ｐの端面がＹ軸方向に並行になるように設定される。
【００４０】
次に、ステージＳＴに基板Ｐが搬入されている間に、制御装置ＣＯＮＴは第２移動装置１６を制御し、Ｘ軸方向に吐出ヘッド２０を移動させて、キャッピングユニット２２の上部に位置決めする。更に、Ｚ軸方向に吐出ヘッド２０を移動させて、キャッピングユニット２２に接触配置させる。詳細には、図５（ａ）に示すように第１キャッピング部３１の気体透過性フィルタ３１ｂに吐出ヘッド２０の液状体吐出面２０Ｐを接触配置させる。
【００４１】
このように液状体吐出面２０Ｐが気体透過性フィルタ３１ｂに接触配置された状態で、制御装置ＣＯＮＴがキャッピングユニット２２の切り替えバルブ３５を作動させることにより、第１連通管３３とポンプ３６とを連通状態、第２連通管３４とポンプ３６とを非連通状態にする。次に、制御装置ＣＯＮＴがポンプ３６を作動させることにより、第１連通管３３内を介して吐出ヘッド２０のキャビティ２２１内が減圧される。これに伴って、タンク６３から吐出ヘッド２０に向かって液状体が液状体流路６１内を流動し、吐出ヘッド２０のキャビティ２２１内に液状体が到達する。ここで、気体透過性フィルタ３１ｂは、上述したように気体に対する透過性が高く、限界圧力以下では液状体を透過させない性質を有しているので、キャビティ２２１内の液状体が気体透過性フィルタ３１ｂを介して第１キャッピング部３１内に透過することがない。また、吐出ヘッド２０の気体は気体透過性フィルタ３１ｂを介して吸引される。従って、吐出ヘッド２０のキャビティ２２１内には、気体が残留することなく液状体のみが充填される。
【００４２】
次に、液状体の充填を終了した後に、制御装置ＣＯＮＴは、吐出ヘッド２０と基板ＰとをＸ軸方向に相対移動（走査）しつつ、基板Ｐ上に対して吐出ヘッド２０の所定のノズルから所定幅で液状体を吐出し、マイクロアレイを形成する。本実施形態では、吐出ヘッド２０が基板Ｐに対して＋Ｘ方向に移動しつつ吐出動作する。
【００４３】
次に、吐出ヘッド２０と基板Ｐとの１回目の相対移動（走査）が終了すると、基板Ｐを支持するステージＳＴが吐出ヘッド２０に対してＹ軸方向に所定量ステップ移動する。制御装置ＣＯＮＴは、吐出ヘッド２０を基板Ｐに対して、例えば−Ｘ方向に２回目の相対移動（走査）しつつ吐出動作を行う。この動作を複数回繰り返すことにより、吐出ヘッド２０は制御装置ＣＯＮＴの制御に基づいて液状体を吐出し、基板Ｐ上にマイクロアレイを形成する。
【００４４】
次に、上記のように基板Ｐ上にマイクロアレイが形成された後に、ステージＳＴによる吸着保持が解除され、搬送装置が基板ＰをステージＳＴから搬出する。
次に、ステージＳＴから基板Ｐが搬出されている間に、制御装置ＣＯＮＴは、第２移動装置１６を制御し、Ｘ軸方向に吐出ヘッド２０を移動させて、キャッピングユニット２２の上部に位置決めする。更に、Ｚ軸方向に吐出ヘッド２０を移動させて、キャッピングユニット２２に接触配置させる。詳細には、図５（ｂ）に示すように第２キャッピング部３２の湿潤部材３２ｂに吐出ヘッド２０の液状体吐出面２０Ｐを対向配置させ、突出部３２ｃに係合させる。
【００４５】
このように第２キャッピング部３２内に吐出ヘッド２０を配置することによって、液状体吐出面２０Ｐを湿潤状態に維持して、吐出ヘッド２０を保管する。即ち、液状体吐出面２０Ｐが乾燥することがない。
このような吐出ヘッド２０の保管は、液滴吐出装置ＩＪに基板が搬入・搬出されている間だけでなく、液滴の吐出動作が行われていない場合において常時行われる。
【００４６】
以上説明したように、液滴吐出装置ＩＪにおいては、気体透過性フィルタ３１ｂを具備しているので、吐出ヘッド２０内の気体を完全に吸引除去して当該吐出ヘッド２０内に液状体のみを充填することが可能となる。また、吐出ヘッド２０内への気体の残留に起因するノズル２１１内の目詰まりや吐出不良を防止することができる。
また、湿潤部材３２ｂを具備しているので、ノズル２１１内でメニスカスを形成している液状体の粘度上昇を防止することができる。また、粘度上昇に起因するノズル２１１内の目詰まりや吐出不良を防止することができる。
また、第１連通管３３及びポンプ３６を具備しているので、気体透過性フィルタ３１ｂが吐出ヘッド２０を被覆した状態で当該吐出ヘッド２０内を吸引すると、第１連通管３３を介して吐出ヘッド２０内の気体を排出することができる。
また、切り替えバルブ３５を具備しているので、第１キャッピング部３１と第２キャッピング部３２とのうちいずれか一方を選択的に吸引することができる。
また、吐出ヘッド２０が第２キャッピング部３２に配置される際には、吐出ヘッド２０は突出部３２ｃと接触状態となるので、その接触面積を最小にすることが可能となり、液状体の乾燥による固着を防止することができる。
【００４７】
次に、液滴吐出装置ＩＪにおいて液状体の吐出不良が生じた場合について説明する。
まず、液状体の吐出不良が生じたことが確認されると、制御装置ＣＯＮＴは第２移動装置１６を制御し、Ｘ軸方向に吐出ヘッド２０を移動させて、キャッピングユニット２２の上部に位置決めする。更に、Ｚ軸方向に吐出ヘッド２０を移動させて、キャッピングユニット２２に接触配置させる。詳細には、図５（ａ）に示すように第１キャッピング部３１の気体透過性フィルタ３１ｂに吐出ヘッド２０の液状体吐出面２０Ｐを接触配置させる。
【００４８】
このように液状体吐出面２０Ｐが気体透過性フィルタ３１ｂに接触配置された状態で、制御装置ＣＯＮＴがキャッピングユニット２２の切り替えバルブ３５を作動させることにより、第１連通管３３とポンプ３６とを連通状態、第２連通管３４とポンプ３６とを非連通状態にする。次に、制御装置ＣＯＮＴがポンプ３６を作動させることにより、第１連通管３３内を介して吐出ヘッド２０のキャビティ２２１内が減圧され、気体透過性フィルタ３１ｂを介して吐出ヘッド２０内が吸引され、ノズル２１１内のメニスカス近傍の液状体が移動、攪拌される。これによって、吐出不良の原因となる吐出ヘッド２０内に侵入した気泡の除去や、乾燥によって粘度上昇した液状体からなる固形物の除去が行われる。
【００４９】
次に、制御装置ＣＯＮＴは、第２移動装置１６を制御し、Ｘ軸方向に吐出ヘッド２０を移動させて、キャッピングユニット２２の上部に位置決めする。更に、Ｚ軸方向に吐出ヘッド２０を移動させて、図５（ｂ）に示すように第２キャッピング部３２の湿潤部材３２ｂに吐出ヘッド２０の液状体吐出面２０Ｐを対向配置させ、突出部３２ｃに係合させる。
【００５０】
次に、第２キャッピング部３２内において、制御装置ＣＯＮＴが吐出ヘッド２０の圧電体素子２４０を駆動させて、液状体を湿潤部材３２ｂに吐出する。これによってノズル２１１内のメニスカス近傍の気泡の除去や、乾燥によって粘度上昇した液状体からなる固形物の除去が完全に行われる。即ち、吐出ヘッド２０を吐出良好状態に回復される。
【００５１】
なお、上述の吐出ヘッド２０の回復動作においては、必ずしも第１キャッピング部３１と第２キャッピング部３２との両方によって行う必要がなく、いずれか一方によって吐出ヘッド２０の回復動作を行ってもよい。
また、第２キャッピング部３２内の液状体が所定量よりも過多となった場合には、当該液状体を除去してもよい。この場合、切り替えバルブ３５を作動させることにより、第１連通管３３とポンプ３６とを非連通状態、第２連通管３４とポンプ３６とを連通状態にして、制御装置ＣＯＮＴがポンプ３６を作動させることにより、第２連通管３４内を介して第２キャッピング部３２内の液状体が排出される。ここで、第２連通管３４の断面積は、第１連通管３３よりも大きく設定されているので、第２連通管３４内で液状体の粘度上昇が生じた場合であっても、目詰まりが生じることがない。
【００５２】
以上説明したように、液滴吐出装置ＩＪにおいては、吐出ヘッド２０の吐出不良が生じた際に、第１キャッピング部３１及び第２キャッピング部３２によるキャッピングと、ポンプ３６による吸引と、を行うことにより、吐出ヘッド２０を吐出良好状態に回復させることが可能となる。
また、湿潤部材３２ｂに対して所定回数の捨て打ちを行うことにより、吐出ヘッド２０を吐出良好状態に回復させることが可能となる。
また、第２連通管３４の断面積は、第１連通管３３よりも大きく設定されているので、第２キャッピング部３２内の液状体を第２連通管３４を介して吸引した場合に、第２連通管３４内での液状体の目詰まりを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液滴吐出装置の一実施形態を示す概略斜視図。
【図２】吐出ヘッドの分解斜視図。
【図３】吐出ヘッドの主要部の斜視図。
【図４】キャッピングユニットの構成を示す平面図、及び断面図。
【図５】キャッピングユニットの動作を説明するための要部の断面図。
【符号の説明】
ＩＪ…液滴吐出装置、２０…吐出ヘッド、２２…キャッピングユニット（キャッピング装置）、３１…第１キャッピング部（第１の被覆手段）、３１ｂ…気体透過性フィルタ（気体透過性部材）、３２…第２キャッピング部（第２の被覆手段）、３２ｂ…湿潤部材、３２ｃ…突出部、３３…第１連通管（第１の連通管）、３４…第２連通管（第２の連通管）、３５…切り替えバルブ（選択手段）、３６…ポンプ（吸引手段）、６３…タンク（液状体貯留部）、２１１…ノズル、２２１…キャビティ、２４０…圧電体素子（吐出手段）
【図１】
2005001326.tif 000003
【図２】
2005001326.tif 000004
【図３】
2005001326.tif 000005
【図４】
2005001326.tif 000006
【図５】
2005001326.tif 000007