(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノズルからなるノズルプレートと、圧電素子とが対向して圧力室を構成し、前記圧電素子が前記圧力室の壁面の一部を構成するインクジェットのヘッドを用いて前記ノズルから液滴吐出を行う液滴吐出用ヘッドの安定吐出方法において、
液滴吐出を停止する際、前記ノズルプレートに耐溶剤性の材料からなり液滴材料の溶媒が浸されたキャップを圧着し、
前記圧電素子にレーザ光を照射し、前記圧電素子からの反射光を受光することにより前記ヘッドから液滴を吐出している場合の前記圧電素子の変位を計測し、
前記計測された変位を前記ヘッドに前記キャップが完全密着している場合の基準変位と比較して、前記双方の変位が同じであるかを評価することで前記キャップが前記ヘッドに密着しているか否かを判断する、
ことを特徴とする液滴吐出用ヘッドの安定吐出方法。
【請求項２】
前記ヘッドに前記キャップを圧接する際の圧力を１５〜８０ｇｆ／ｃｍ２に設定して圧
着することを特徴とする請求項１記載の液滴吐出用ヘッドの安定吐出方法。
【請求項３】
前記キャップの形状は板状であることを特徴とする請求項１または２記載の液滴吐出用ヘッドの安定吐出方法。
【請求項４】
前記キャップをチューブから構成したことを特徴とする請求項１または２記載の液滴吐出用ヘッドの安定吐出方法。
【請求項５】
前記ヘッドにおける前記ノズルを有する面には、撥水処理がなされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の液滴吐出用ヘッドの安定吐出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出安定化のための液滴吐出用ヘッドの安定吐出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、民生用プリンタ，産業用印刷装置、あるいは電子光学装置用のディスプレイの製造工程などにインクジェット法が用いられている。インクジェット法は、材料を物体上に堆積する技術として用いられており、吐出ヘッドに設けられたノズルから液体材料を吐出する方法であって、スピンコート法などの他の塗布技術に比べて、液体材料の無駄な消費が少なく、物体上に直接精度よくパターニング塗布することが可能であるという利点を有する。
【０００３】
さらに、インクジェット法において、液体材料として特殊なインクや感光性樹脂などの特別な材料を用いることにより、さまざまな商品分野への応用が期待されている。
【０００４】
インクジェットプリンタなどの液滴吐出装置では、一般的に液滴材料として溶質を溶媒で溶かした材料が用いられている。このため運転停止時には、時間経過とともに溶媒が蒸発し、インクジェットヘッドの液滴吐出面での液滴材料の粘度が増加する。
【０００５】
そして、インクジェットヘッド面上にある液滴吐出孔内での液滴材料の粘度が増加すると、液滴吐出ノズルに目詰まりが発生し、不吐出や不安定な吐出が発生する。そのため、従来からヘッドキャップを用いて、ヘッド面を覆い液滴材料を吸引するという方法が行われている。
【特許文献１】特開昭４７−３０３３７号公報
【特許文献２】特開２００４−１４２４２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１，２に記載されている吐出ヘッドの目詰まりを防止するためのキャップを用いた場合、液滴材料を吸引する方法であるため、この吸引により液滴材料を多量に消費してしまい、高価な液滴材料の場合にはコスト高になるという問題がある。例えば、用法によっては１ヘッドで１回当たり数十ｃｃ吸引する必要がある場合もある。特に、頻繁に吐出停止が発生した場合、吸引回数が増え、液滴材料を大量に消費してしまう。
【０００７】
そのため、吸引量を少なくすることも考えられるが、長時間停止したときは、ヘッドのノズル孔にはキャップが直接接触していないため、僅かながら液滴材料の蒸発が発生し、液滴材料の粘度が上がる。そのため、目詰まりが改善されず、不吐出や不安定な吐出が発生するという問題がある。
【０００８】
また、液滴材料の溶媒の化学的性質により、通常のゴム系樹脂では、膨潤が発生して吸引できないという問題が起こる。溶媒の種類によっては、現状、耐溶剤性材料がほとんど存在せず、あったとしても耐溶剤材料によっては、型などで成形困難な材料もあり、その場合には機械加工しなければならない。このため環状形状にする場合には製造コストが高くなるという問題がある。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題に鑑みなされたものであり、長時間停止した場合でも、ノズルを外気から遮断し、液滴材料の蒸発，目詰まりの発生を防ぎ、液滴材料の安定吐出を実現できる液滴吐出用ヘッドの安定吐出方法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】
【００１０】
前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、複数のノズルからなるノズルプレートと、圧電素子とが対向して圧力室を構成し、前記圧電素子が前記圧力室の壁面の一部を構成するインクジェットのヘッドを用いて前記ノズルから液滴吐出を行う液滴吐出用ヘッドの安定吐出方法において、液滴吐出を停止する際、前記ノズルプレートに耐溶剤性の材料からなり液滴材料の溶媒が浸されたキャップを圧着し、  前記圧電素子にレーザ光を照射し、前記圧電素子からの反射光を受光することにより前記ヘッドから液滴を吐出している場合の前記圧電素子の変位を計測し、前記計測された変位を前記ヘッドに前記キャップが完全密着している場合の基準変位と比較して、前記双方の変位が同じであるかを評価することで前記キャップが前記ヘッドに密着しているか否かを判断することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の液滴吐出方法において、ヘッドにキャップを圧接する際の圧力を１５〜８０ｇｆ/ｃｍ２に設定して圧着することを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の液滴吐出方法において、キャップの形状は板状であることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２記載の液滴吐出方法において、キャップをチューブから構成したことを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項記載の液滴吐出方法において、ヘッドにおけるノズルを有する面には、撥水処理がなされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、長時間停止した場合でも、キャップがヘッドに密着して、ノズルを外気から遮断し、液滴材料の蒸発，目詰まりの発生を防ぐことができるため、液滴材料の消費をすることなく、液滴材料の安定吐出を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１を説明するための液滴吐出装置におけるインクジェットのヘッドとキャップの構成を示す断面図である。
【００２６】
図１に示すように、ヘッド１には液滴を吐出する複数のノズル２が設けられている。ステンレスからなる圧接台３上に耐溶剤性の材料からなる板状キャップ４が載置固定されている。圧接台３は、ステンレスからなる支柱５により圧接板６に上下動可能に支えられ、弾性部材であるバネ７によりヘッド１方向に付勢されている。支柱５を支持する圧接板６は回転可能に設置されている。また、後述するように板状キャップ４上を乾燥させないため、ヘッド１に併設して液滴材料あるいは該液滴材料を生成する溶媒８で満たされた容器９が設けられている。
【００２７】
溶媒８は自動的に供給装置（図示せず）によって供給される。本例では、溶媒８として沸点１７５℃のメトキシトルエン（ＣＨ３ＯＣ６Ｈ４ＣＨ３）を使用した。板状キャップ４には耐溶剤性の材料として、フッ素系材料であるカルレッツ（ｋａｌｒｅｚ：登録商標，デュポン社製）を用いた。
【００２８】
次に、実施の形態１における動作について説明する。なお、図１において、吐出位置とは液滴を吐出するための位置であり、停止位置とは液滴吐出を長期間停止する位置である。
【００２９】
長時間液滴吐出を停止する場合、液滴吐出を停止したヘッド１は、吐出位置から停止位置に移動する。圧接板６は、停止位置に移動した後、回転駆動され、これにより板状キャップ４が、反転かつ下降して容器９内の溶媒８に浸される。図２に板状キャップ４を溶媒８に浸した状態を示す。
【００３０】
板状キャップ４が溶媒８に浸されると、圧接板６が、逆転駆動されてヘッド１方向に向き、かつ上昇することにより、板状キャップ４がヘッド１を加圧する。このとき、バネ７は２箇所で圧接台３を介して板状キャップ４を付勢するため、板状キャップ４がヘッド１のノズル２を均等に加圧することになる。ヘッド１のノズル２面には、液滴吐出を安定に吐出するために撥水処理がなされている。この撥水処理面（図示せず）を板状キャップ４が均等に加圧することにより、ヘッド１のノズル２付近の撥水処理面を損傷することがなく、よって、吐出時には安定した吐出が可能となる。
【００３１】
本例においてヘッド１のノズル２面に加圧する圧力は、圧力２５ｇｆ／ｃｍ２相当で加圧した。実際には実験した結果より、１５ｇｆ／ｃｍ２未満でなければ板状キャップ４が完全密着するという結果が得られている。前記圧力の上限は、加圧後に板状キャップ４にあいてノズル孔の形状が残らない程度の圧力８０ｇｆ／ｃｍ２以下が適当な値と考えられる。加圧後に板状キャップ４にノズル孔の形状が残る場合、密着は完全であり信頼性は向上するが、繰り返し使用頻度を考えると消耗品としての交換頻度が増加し、コストアップとなるからである。
【００３２】
以上のようにヘッド１のノズル２を、板状キャップ４で完全に外気と遮断した状態で安定吐出の評価を実施した結果、密着した状態で７２時間停止してから再び板状キャップ４をヘッド１から離し、吐出位置に移動してから３０ｋＨｚの吐出周期で吐出しても、安定な液滴吐出を得ることができた。
【００３３】
以上に説明したように、ヘッド１のノズル２を板状キャップ４で完全密着することにより、従来のように液滴を吸引しないでも安定した液滴吐出を実現でき、そのため、液滴の無駄な消費量も抑えることができる。また、キャップ形状が板状であるため安価な装置にすることが可能となる。
【００３４】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２を説明するための液滴吐出装置におけるインクジェットのヘッドとキャップの構成を示す断面図である。
【００３５】
図３はヘッド１１を短手側から見た断面図であって、ヘッド１１の構成は実施の形態１と同様なものであり、液滴を吐出する複数のノズル１２が設けられている。ステンレスからなる圧接台１３上に耐溶剤性の材料からなるチューブ１４が載置固定されている。圧接台１３は、圧接板１６に支持され、液滴材料を生成する溶媒１５を溜める容器の機能を有している。溶媒１５は、自動的に供給装置（図示せず）によって供給される。
【００３６】
溶媒１５として沸点１７５℃のメトキシトルエン（ＣＨ３ＯＣ６Ｈ４ＣＨ３）を使用した。チューブ１４には耐溶剤性の材料として、フッ素系材料のチューブを用いた。通常のゴム系チューブでは膨潤してしまい、フッ素系材料が良好であるという結果が得られた。圧接板１６は加圧機構を有して圧接台１３を加圧する。
【００３７】
図４はヘッド１１を長手側の側面から見た断面図であって、チューブ１４の一端部の孔部に、チューブ１４を回転させる回転軸１７が挿入固定されている。回転軸１７の設置側とは反対側のチューブ１４には、エアー供給装置（図示せず）によってエアーが供給されている。回転軸１７には樹脂材料（シリコン）を用いた。回転軸１７は、回転駆動装置１８により回転駆動され、回転軸１７の回転は半回転のみとし、例えば、時計方向に半回転したら、次回転は反時計回りに半回転するようにしている。
【００３８】
次に、実施の形態２における動作について説明する。なお、図３において、吐出位置とは液滴を吐出するための位置であり、停止位置とは液滴吐出を長期間停止する位置である。
【００３９】
長時間液滴吐出を停止する場合、液滴吐出を停止したヘッド１１は、吐出位置から停止位置に移動する。停止位置に移動した後、チューブ１４は半回転駆動され、溶媒１５に浸した面がヘッド１１面の方向に向き、チューブ１４にはエアーが供給される。
【００４０】
圧接板１６が上昇して圧接台１３をヘッド１１側方向に加圧し、チューブ１４を介して間接的にヘッド１１を加圧する。チューブ１４で加圧するため、ヘッド１１のノズル１２を均等に加圧することになる。ヘッド１１のノズル１２面には、液滴吐出を安定に吐出するために、撥水処理がなされている。この撥水処理面（図示せず）を均等に加圧することにより、ヘッド１１のノズル１２付近の撥水処理面を損傷することがなく、よって、長期間使用しても安定した吐出が可能となる。
【００４１】
本例においてヘッド加圧する圧力は、ヘッド１１面に対して圧力２０ｇｆ／ｃｍ２相当となるように加圧した。
【００４２】
以上のようにヘッド１１のノズル１２を、チューブ１４で完全に外気と遮断した状態で安定吐出の評価を実施した結果、密着した状態で７２時間停止してから再びチューブ１４をヘッド１１から離し、吐出位置に移動してから３０ｋＨｚの吐出周期で吐出しても、安定な液滴吐出を得ることができた。
【００４３】
以上に説明したように、ヘッド１１のノズル１２をチューブ１４で完全密着することにより、従来のように液滴を吸引しないでも安定した液滴吐出を実現できる。そのため、液滴の無駄な消費量も抑えることができる。また、キャップ形状がチューブであるため、安価な装置にすることが可能となる。
【００４４】
（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３を説明するための液滴吐出装置の概略構成図であって、実施の形態３は、基本的に実施の形態１と同様の構成のインクジェットのヘッドとキャップからなり、インクジェットのヘッドとキャップが完全密着しているか否かを計測して評価するシステムになっている。
【００４５】
図５に示すように、実施の形態１にて説明したように、ヘッド１には液滴を吐出する複数のノズル２が設けられている。ステンレスからなる圧接台３上に耐溶剤性の材料からなる板状キャップ４が載置固定されている。圧接台３は、ステンレスからなる支柱５で圧接板６に対して上下動可能に支えられ、弾性部材であるバネ７によりヘッド１方向に加圧されている。支柱５を支持する圧接板６は回転可能に設置されている。また、後述するように板状キャップ４上を乾燥させないため、ヘッド１に併設して液滴材料あるいは該液滴材料を生成する溶媒８で満たされた容器９が設けられている。
【００４６】
溶媒８は自動的に供給装置（図示せず）によって供給される。本例では、溶媒８として沸点１７５℃のメトキシトルエン（ＣＨ３ＯＣ６Ｈ４ＣＨ３）を使用した。板状キャップ４には耐溶剤性の材料として、フッ素系材料であるカルレッツ（ｋａｌｒｅｚ）（登録商標：デュポン社）を用いている。
【００４７】
実施の形態３において、ヘッド１には、液滴を吐出するための機構である圧電素子２１が設けられている。圧電素子２１は電圧の印加により振動し、その振動が振動板２２に伝達して、この振動板２２の動きによって液滴がノズル２から吐出されるようになっている。
【００４８】
また、圧電素子２１の設置部に対してレーザ発光・受光装置２３が設置され、レーザ発光・受光装置２３はレーザ光をヘッド１内の圧電素子２１へ照射し圧電素子２１からの反射光を受光する。さらに、ドップラー変位測定装置２４により圧電素子２１の変位を計測する。ドップラー変位測定装置２４からの信号はオシロスコープ２５に送られる。オシロスコープ２５には、圧電素子２１を駆動する信号のタイミング信号も入力され、駆動タイミングの信号と圧電素子２１の変位信号から実際の圧電素子２１の駆動する波形を表すことができる。そして、実際に圧電素子２１の変位から求めた波形と圧電素子２１に入力した駆動波形との差をデータ処理装置２６により評価する。
【００４９】
図６（ａ）はヘッド１から液滴が吐出している場合の圧電素子２１の変位から求めた駆動波形を示す図、図６（ｂ）は板状キャップ４がヘッド１に密着し液滴が吐出していない場合の圧電素子２１の変位から求めた駆動波形を示す図である。
【００５０】
吐出している場合は、図６（ａ）に示すように、波形は急峻な振動が観測されるが、液滴が吐出していない場合は、図６（ｂ）に示すように、圧電素子２１に入力した電圧の駆動波形と同じ形状となり、振動が観測されない。
【００５１】
次に、実施の形態３における動作について説明する。
【００５２】
長時間液滴吐出を停止する場合、液滴吐出を停止したヘッド１は、吐出位置から停止位置に移動する。圧接板６は、停止位置に移動した後、回転駆動され、これにより板状キャップ４が、反転かつ下降して容器９内の溶媒８に浸される。
【００５３】
板状キャップ４が溶媒８に浸されると、圧接板６が、逆転駆動されてヘッド１方向に向き、かつ上昇することにより、板状キャップ４がヘッド１を加圧する。このとき、バネ７は２箇所で圧接台３を介して板状キャップ４を付勢するため、板状キャップ４がヘッド１のノズル２を均等に加圧することになる。ヘッド１のノズル２面には、液滴吐出を安定に吐出するために撥水処理がなされている。この撥水処理面（図示せず）を板状キャップ４が均等に加圧することにより、ヘッド１のノズル２付近の撥水処理面を損傷することがなく、吐出時に安定した吐出が可能となる。ヘッド１のノズル２面に加圧する圧力は、圧力２５ｇｆ／ｃｍ２相当で加圧した。
【００５４】
板状キャップ４をヘッド１に圧着した段階で、レーザ発光・受光発光装置２３でレーザ光をヘッド１内の圧電素子２１へ照射すると共に反射光を受光し、かつドップラー変位測定装置２４で圧電素子２１の変位を測定し、オシロスコープ２５に変位信号を入力する。同時に、吐出波形生成装置（図示せず）と吐出波形増幅器（図示せず）から入力された実際の圧電素子２１を駆動するための駆動波形信号もオシロスコープ２５に入力される。
【００５５】
そして、駆動波形の変位を示した駆動波形と実際に入力した駆動波形とのそれぞれの信号がデータ処理装置２６に入力され、２つの駆動波形の差に基づいて板状キャップ４が確実に密着しているか否かを判断する。完全密着していないと判断された場合は、再度、加圧動作を行い、同じようにデータ処理装置２６において駆動波形を観測する。これを完全密着されたと判断されるまで繰り返す圧着制御を行う。あるいは、完全密着していないと判断された場合に警告ブザー（図示せず）などで報知する。
【００５６】
以上に説明したように、ヘッド１内の圧電素子２１の変位を測定し、その変位波形をヘッド１に板状キャップ４が完全密着している場合の基準波形（基準変位）と比較することにより、完全密着しているか否かを判断することが可能となり、より信頼性の高い安定な液滴吐出を得ることができる。これにより従来のように液滴を吸引しないでも、安定した液滴吐出を実現できるため、液滴の無駄な消費量を抑えることができる。
【００５７】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は前記実施の形態１〜３に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００５８】
例えば、ヘッド１，１１は、前記実施の形態では１個のヘッドでの例を示したが、複数個並んで配設されている場合も、個々にそれぞれ板状キャップ４やチューブ１４で圧着すれば同様の効果を得ることができる。
【００５９】
より完全密着の信頼性を向上するため板状キャップ４，チューブ１４を、溶媒８，１５で浸してからヘッド１，１４と完全密着するようにしたが、完全密着する構造のものであれば、必ずしも溶媒８，１５に浸さなくてもよい。
【００６０】
また、板状キャップ４の材質としてカルレッツ（ｋａｌｒｅｚ：登録商標）を使用し、チューブ１４の材質としてフッ素系チューブを使用したが、他のシリコン系などの耐溶剤性の材質のものであれば使用できる。
【００６１】
板状キャップ４を加圧するために、２個のバネ７で加圧した例を示したが、多数のバネで加圧すれば、より均等に加圧することができる。
【００６２】
実施の形態２において、ヘッド１１のノズル１２面を均等に加圧するため、チューブ１４にエアーを供給して加圧した例を示したが、エアーを供給していなくても、チューブ１４の構造によっては、その弾性のみで同様の密着性を確保することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、有機溶剤を用いた溶液の塗布として、民生用や産業用の印刷としてだけではなく、特に、高機能で高価なインクを用いるディスプレイや半導体などの製造工程に使用される液滴塗布用インクジェットヘッドとして利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施の形態１を説明するための液滴吐出装置におけるインクジェットのヘッドとキャップの構成を示す断面図
【図２】実施の形態１において板状キャップを溶媒に浸した状態を示す図
【図３】本発明の実施の形態２を説明するための液滴吐出装置におけるインクジェットのヘッドとキャップの構成を示す断面図
【図４】実施の形態２においてヘッドを長手側の側面から見た断面図
【図５】本発明の実施の形態３を説明するための液滴吐出装置の概略構成図
【図６】（ａ）は実施の形態３においてヘッドから液滴が吐出している場合の圧電素子の変位から求めた駆動波形を示す図、（ｂ）は板状キャップがヘッドに密着し液滴が吐出していない場合の圧電素子の変位から求めた駆動波形を示す図
【符号の説明】
【００６５】
１，１１    ヘッド
２，１２    ノズル
３，１３    圧接台
４  板状キャップ
５  支柱
６，１６  圧接板
７  バネ
８，１５  溶媒
９  容器
１４  チューブ
２１  圧電素子
２２  振動板
２３  レーザ受光発光装置
２４  ドップラー変位計測装置
２６  データ処理装置
【図１】
0004858486.tif 000002
【図２】
0004858486.tif 000003
【図３】
0004858486.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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