JP2010142722A - 液滴吐出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】キャップ内の吸収材や廃液流路が乾燥や汚れによりつまってしまうことを防ぎ、クリーニング部を長期に亘って正常に機能させることができる、液滴吐出装置を提供する。
【解決手段】基板P上に機能液を吐出する液滴吐出ヘッド5と、液滴吐出ヘッド5を搭載するキャリッジ4と、液滴吐出ヘッド5のクリーニングを行うクリーニング部15と、キャリッジ4に設けられ、クリーニング部15内に洗浄液を噴射する洗浄液噴射部と、を備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、液滴吐出装置に関するものである。
従来、各種媒体へ所定のインク(機能液)を吐出する液滴吐出ヘッド(以下、ヘッドと称す)を備える液滴吐出装置は、画像を形成するプリンタやデバイス製造用の成膜装置として幅広い分野で用いられている。
このような液滴吐出装置においては、ヘッドにおける機能液の噴射特性を回復或いは維持するクリーニングとして、ノズルから機能液を強制的に排出させる吸引処理やノズルから機能液を排出するフラッシング処理が行われている(例えば、特許文献1参照)。吸引処理はヘッドのノズルプレートにクリーニング部材を構成するキャップを当接させ、ノズルからインクを排出させる。また、キャップはフラッシング処理時においてノズルから排出されるインクの受け部材としても機能する。キャップは一定のインクが保持できるようになっており、内部に各ノズルからインクを均一に吸い出すための吸収材が設けられている。
特開2003−80209号公報
ところで、吸収材は多孔質材料で構成されているが、インクに含まれる粒子が粗かったり、溶剤の粘度が高い又は乾燥しやすいと汚れが蓄積して、最終的にはキャップ内にインクが詰まってしまうおそれがある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、クリーニング部を長期に亘って正常に機能させることができる、液滴吐出装置を提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、本発明の液滴吐出装置は、基板上に機能液を吐出する液滴吐出ヘッドと、前記液滴吐出ヘッドを搭載するキャリッジと、前記液滴吐出ヘッドのクリーニングを行うクリーニング部と、前記キャリッジに設けられ、前記クリーニング部内に洗浄液を噴射する洗浄液噴射部と、を備えることを特徴とする。
本発明の液滴吐出装置によれば、洗浄液噴射部によりクリーニング部内に洗浄液が噴射されるので、クリーニング部に付着した汚れを良好に除去できる。よって、クリーニング部内の廃液流路を良好に維持できるので、クリーニング部を長期に亘って正常に機能させることができる。また、洗浄液噴射部がキャリッジに設けられるので、装置の小型化を図ることができる。
また、上記液滴吐出装置においては、前記洗浄液噴射部が前記キャリッジに着脱可能に設けられるのが好ましい。
例えば経時的な劣化によってキャリッジ或いは液滴吐出ヘッドを交換する必要が生じる場合もある。そこで、本発明を採用すれば、洗浄液噴射部をキャリッジから取り外し可能にしたことで交換作業がし易くなり、メンテナンス性を向上させることができる。
また、上記液滴吐出装置においては、前記洗浄液噴射部は、前記機能液と同一の主成分を含む前記洗浄液を前記クリーニング部内に噴射するのが好ましい。
この構成によれば、洗浄液が機能液と同一の主成分を含むので、クリーニング部内の汚れに対し良好な洗浄性を得ることができ、かつクリーニング部を構成する部材に対して科学的な劣化も与え難くなる。
また、上記液滴吐出装置においては、前記キャリッジは、前記基板と前記クリーニング部との間を移動可能とされており、前記洗浄液噴射部は、前記キャリッジの前記移動方向における前記クリーニング部側に配置されているのが好ましい。
この構成によれば、キャリッジとクリーニング部とを対向させる際、洗浄液噴射部がキャリッジの移動方向におけるクリーニング部側に配置されているため、洗浄液噴射部がクリーニング部上を必ず通過するようになる。よって、クリーニング処理終了後にキャリッジを基板側に移動させる際、クリーニング部上を再度通過する洗浄液噴射部からクリーニング部内に洗浄液を噴射することができる。このようにキャリッジを基板側に移動させつつクリーニング部の洗浄を行うことができるので、洗浄タクトが短縮されて液滴吐出装置の生産性を向上させることができる。
また、上記液滴吐出装置においては、前記クリーニング部は、前記クリーニング時に前記液滴吐出ヘッドから排出された前記機能液を廃液として受ける受け部材と、前記受け部材の前記廃液を回収する廃液タンクと、前記受け部材と前記廃液タンクとを接続する廃液流路部と、前記廃液流路部内に負圧を発生させる吸引手段と、を有し、前記吸引手段を駆動するとともに前記洗浄液噴射部から前記洗浄液を前記受け部材に噴射するのが好ましい。
この構成によれば、廃液流路部内が負圧とされるため、受け部材内に噴射された洗浄液が廃液タンク内に良好に回収される。仮に、この廃液を排出する手段が無いとクリーニング部の貯留容量をオーバーし、廃液漏れを起こすことになる。また、洗浄液によって分離した汚れが随時廃液タンクに向かって排出されるため、受け部材及び廃液流路部内を確実に洗浄することができる。
以下、本発明の一実施形態を説明するが、本発明の技術範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以降の説明では図面を用いて各種の構造を例示するが、構造の特徴的な部分を見やすくするために、構造の寸法や縮尺を実際の構造と適宜異ならせて図示する。
図1は、本実施形態に係る液滴吐出装置の概略構成図である。この液滴吐出装置は、液滴吐出法により液状体を被処理基板に配置するものである。配置される機能液は、膜材料等の固形分を含有しており、乾燥させると固形分が残留するものである。すなわち、ここでいう機能液は、固形分を分散媒に分散させた分散液や、固形分を溶媒に溶解させた溶液等を含むものである。液状体の具体例としては、顔料や染料等を含んだカラーフィルタ材料や、UVインク、金属配線等の導電膜パターンの形成材料である金属粒子を含んだコロイド溶液等が挙げられる。
本実施形態では、前記のような液状体を膜材料に用いる液滴吐出装置として、カラーフィルタ基板(吐出対象物)の所定領域上にカラーフィルタ材料(機能液)の液滴を吐出してカラーフィルタ層を形成する装置を説明する。なお、以下の説明においては、図1中に示されたXYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部材について説明する。図1におけるXYZ直交座標系は、X軸及びY軸がワークステージ(搬送部)2に対して平行となるよう設定され、Z軸がワークステージ2に対して直交する方向に設定されている。図1中のXYZ座標系は、実際にはXY平面が水平面に平行な面に設定され、Z軸が鉛直上方向に設定される。
図1に示されるように、液滴吐出装置IJは、装置架台1、ワークステージ2、ステージ移動装置3、キャリッジ4、液滴吐出ヘッド5、キャリッジ移動装置6、チューブ7、第1タンク8、第2タンク9、第3タンク10、制御装置11、及びクリーニング部15を備えている。
装置架台1は、ワークステージ2及びステージ移動装置3の支持台である。ワークステージ(搬送部)2は、装置架台1上においてステージ移動装置3によってX軸方向に移動可能に設置されており、上流側の搬送装置(図示せず)から搬送されるカラーフィルタ基板P(以下、基板Pと称す)を、真空吸着機構によりXY平面上に保持する。ステージ移動装置3は、ボールネジまたはリニアガイド等の軸受け機構を備え、制御装置11から入力される、ワークステージ2のX座標を示すステージ位置制御信号に基づいて、ワークステージ2をX軸方向に移動させる。
キャリッジ4は、液滴吐出ヘッド5を搭載するものであり、キャリッジ移動装置6によってY軸方向及びZ軸方向に移動可能に設けられている。液滴吐出ヘッド5は、後述するように複数のノズルを備えており、制御装置11から入力される描画データや駆動制御信号に基づいて、カラーフィルタ材料の液滴を吐出する。この液滴吐出ヘッド5は、カラーフィルタ材料のR(赤)、G(緑)、B(青)に対応して設けられており、それぞれの液滴吐出ヘッド5はキャリッジ4を介してチューブ7と連結されている。そして、R(赤)に対応する液滴吐出ヘッド5はチューブ7を介して第1タンク8からR(赤)用のカラーフィルタ材料の供給を受け、G(緑)に対応する液滴吐出ヘッド5はチューブ7を介して第2タンク9からG(緑)用のカラーフィルタ材料の供給を受け、また、B(青)に対応する液滴吐出ヘッド5はチューブ7を介して第3タンク10からB(青)用のカラーフィルタ材料の供給を受けるようになっている。
キャリッジ移動装置6は、例えば装置架台1を跨ぐ橋梁構造をしており、Y軸方向及びZ軸方向に対してボールネジまたはリニアガイド等の軸受け機構を備え、制御装置11から入力される、キャリッジ4のY座標及びZ座標を示すキャリッジ位置制御信号に基づいて、キャリッジ4をY軸方向及びZ軸方向に移動させる。
チューブ7は、第1タンク8、第2タンク9及び第3タンク10とキャリッジ4(液滴吐出ヘッド5)とを連結するカラーフィルタ材料の供給用チューブである。第1タンク8は、R(赤)用のカラーフィルタ材料を貯蔵すると共に、チューブ7を介してR(赤)に対応する液滴吐出ヘッド5にカラーフィルタ材料を供給する。第2タンク9は、G(緑)用のカラーフィルタ材料を貯蔵すると共に、チューブ7を介してG(緑)に対応する液滴吐出ヘッド5にカラーフィルタ材料を供給する。第3タンク10は、B(青)用のカラーフィルタ材料を貯蔵すると共に、チューブ7を介してB(青)に対応する液滴吐出ヘッド5にカラーフィルタ材料を供給する。
制御装置11は、ステージ移動装置3にステージ位置制御信号を出力し、キャリッジ移動装置6にキャリッジ位置制御信号を出力すると共に、液滴吐出ヘッド5の駆動回路基板30に描画データ及び駆動制御信号を出力して、液滴吐出ヘッド5による液滴吐出動作、ワークステージ2の移動による基板Pの位置決め動作、キャリッジ4の移動による液滴吐出ヘッド5の位置決め動作の同期制御を行うことにより、基板P上の所定の位置にカラーフィルタ材料の液滴を吐出する。
クリーニング部15は、キャリッジ4に搭載された液滴吐出ヘッド5に対する種々のクリーニングを行うためのものである。クリーニング部15は、液滴吐出ヘッド5におけるホームポジションに配設されている。このホームポジションは、非吐出動作時又は保管時等、液滴吐出装置IJが吐出動作休止状態にあるときにキャリッジ4が配置される領域である。ここで、液滴吐出ヘッド5から基板P上に液滴を吐出する際のキャリッジ4の位置を吐出ポジションと呼ぶ。すなわち、吐出ポジションにおいて、キャリッジ4はワークステージ2の上方に位置する。
ここで、クリーニング部15について説明する。図2はクリーニング部15の概略構成を示す図である。図2(a)はクリーニング部15の平面構成図であり、図2(b)はクリーニング部15の斜視構成図であり、図2(c)はクリーニング部15の要部の概略断面構成を示す図である。なお、クリーニング部15は、制御装置11からの制御信号により駆動されるようになっている。
図2(a)、(b)に示されるように、クリーニング部15は、キャップ本体67と、キャップ本体67の上面に枠状に設けられ、液滴吐出ヘッド5に当接されるシール部材62と、液滴吐出ヘッド5のノズルプレート21(図4参照)を払拭するワイピング処理時に用いられるワイプ部材63と、これらキャップ本体67及びワイプ部材63を一体的に保持する筐体部64と、を備えている。ワイプ部材63は例えばエラストマー等の弾性部材から構成されるものである。また、キャップ本体67はフラッシング処理時に液滴吐出ヘッド5から吐出されるインクを含む廃液を受ける受け部材として機能する。
図2(c)に示されるようにキャップ本体67は、液滴吐出ヘッド5のノズルNから排出されたインクを吸収するインク吸収体65が内部に収容されている。インク吸収体65はスポンジ等の多孔質部材から構成されている。なお、インク吸収体65は単一のスポンジから構成してもよく、複数のスポンジを組み合わせることで形成してもよい。
キャップ本体67の下面には、下方に突出する凸部66が形成されており、この凸部66には開口部66aが形成されている。また、凸部66にはチューブT(廃液流路部)の一端が接続されており、チューブTの他端には廃液タンク61が接続されている。チューブTの途中にはチューブT内に負圧を発生させる吸引ポンプ(吸引手段)50が設けられている。廃液タンク61は液滴吐出ヘッド5から排出された廃液を回収するためのものである。
続いて、キャリッジ4について説明する。図3はキャリッジ4の構成を示す図である。具体的に図3(a)はキャリッジ4の平面構成を示す図であり、図3(b)はキャリッジ4の斜視構成を示す図である。
図3(a)、(b)に示されるように、キャリッジ4はキャリッジ本体4aを有し、キャリッジ本体4aの一面(下面)に液滴吐出ヘッド5を搭載している。また、キャリッジ本体4aの側面部には、洗浄液噴射部12が着脱可能に取付けられている。洗浄液噴射部12は、洗浄液を噴射する噴射部13と、この噴射部13に対して所定の洗浄液を供給するための供給チューブ14と、を備えている。
洗浄液噴射部12は、後述するようにキャリッジ4の移動に伴って、クリーニング部15内に洗浄液を噴射するものである。これにより、洗浄液噴射部12は、クリーニング部15内に形成されている流路を洗浄可能となっている。具体的に、洗浄液噴射部12は、キャップ本体67内に洗浄液を滴下することでキャップ本体67内に収容されたインク吸収体65及び廃液流路としてのチューブT内を洗浄するようになっている。
噴射部13は、洗浄液としてカラーフィルタ材料と同一の主成分を含むものを噴射する。具体的に本実施形態では、カラーフィルタ材料の主成分をなすPCAを含む洗浄液を供給チューブ14により噴射部13に供給している。このようにカラーフィルタ材料と同一の主成分を含む洗浄液を用いることで、キャップ本体67内に付着する汚れに対し良好な洗浄性を得ることができる。
図4は液滴吐出ヘッド5の概略構成図である。図4(a)は液滴吐出ヘッド5をワークステージ2側から見た平面図、図4(b)は液滴吐出ヘッド5の部分斜視図、図4(c)は液滴吐出ヘッド5の1ノズル分の部分断面図である。
図4(a)に示すように、液滴吐出ヘッド5は、Y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が形成されている。図4(a)では1列分のノズルを示したが、液滴吐出ヘッド5に設けるノズル数及びノズル列数は任意に変更可能であり、Y軸方向に配列した1列分ノズルをX軸方向に複数列設けても良い。また、キャリッジ4内に配置する液滴吐出ヘッド5の数も任意に変更可能である。さらに、キャリッジ4をサブキャリッジ単位で複数設ける構成としても良い。
図4(b)に示すように、液滴吐出ヘッド5は、チューブ7と連結される材料供給孔20aが設けられた振動板20と、ノズルNが設けられたノズルプレート21と、振動板20とノズルプレート21との間に設けられたリザーバ(液溜まり)22と、複数の隔壁23と、複数のキャビティ(液室)24とを備えている。ノズルプレート21は、例えばSUSから構成されるものである。振動板20上には、各ノズルNに対応して圧電素子(駆動素子)PZが配置されている。圧電素子PZは、例えばピエゾ素子である。
リザーバ22には、材料供給孔20aを介して供給される液状のカラーフィルタ材料(液状体)が充填されるようになっている。キャビティ24は、振動板20と、ノズルプレート21と、1対の隔壁23とによって囲まれるようにして形成されおり、各ノズルNに1対1に対応して設けられている。また、各キャビティ24には、一対の隔壁23の間に設けられた供給口24aを介して、リザーバ22からカラーフィルタ材料が導入されるようになっている。
図4(c)に示すように、圧電素子PZは、圧電材料25を一対の電極26で挟持したものであり、一対の電極26に駆動信号を印加すると圧電材料25が収縮するよう構成されたものである。そして、このような圧電素子PZが配置されている振動板20は、圧電素子PZと一体になって同時に外側(キャビティ24の反対側)へ撓曲するようになっており、これによってキャビティ24の容積が増大するようになっている。したがって、キャビティ24内に増大した容積分に相当するカラーフィルタ材料が、液溜まり22から供給口24aを介して流入する。また、このような状態から圧電素子PZへの駆動信号の印加を停止すると、圧電素子PZと振動板20はともに元の形状に戻り、キャビティ24も元の容積に戻ることから、キャビティ24内のカラーフィルタ材料の圧力が上昇し、ノズルNから基板Pに向けてカラーフィルタ材料の液滴Lが吐出される。
続いて、本実施形態に係る液滴吐出装置IJの動作について図5を参照しつつ説明する。以下では、液滴吐出装置IJにおけるキャリッジ4及びキャリッジ4に取付けられたクリーニング部15の動作を中心に説明する。
まず、液滴吐出装置IJは、液滴吐出ヘッド5のクリーニングを行う際、図5(a)に示すように、基板P(ワークステージ2)上に位置するキャリッジ4をクリーニング部15側(同図、−Y方向)に移動させる。そして、キャリッジ4の下面に搭載されている液滴吐出ヘッド5とクリーニング部15のキャップ本体67とを対向させる。続いて、シール部材62を介してキャップ本体67をノズルプレート21に密着させ、吸引ポンプ50(図5(d)参照)を駆動させる。吸引ポンプ50の駆動によってチューブT内が減圧される。
これにより、開口部66a介してチューブTに連通しているキャップ本体67、シール部材62及びノズルプレート21の間に生じる密閉空間は減圧状態となり、ノズルNからインクを強制的に排出させる吸引処理が行われる。これによりキャップ本体67内及びインク吸収体65には廃インク(廃液)が付着した状態となる。
吸引処理の終了後、キャリッジ4を基板P側(図5(b)中、+Y方向)に移動させる。制御装置11は洗浄液噴射部12がキャップ本体67の上方に位置した際、図5(c)に示すように洗浄液噴射部12の噴射部13から洗浄液の噴射をさせる。キャリッジ4の移動に伴って、キャップ本体67内に洗浄液が供給される。本実施形態では洗浄液が噴射部13から所定の圧力で噴射されるため、キャップ本体67内及びインク吸収体65に付着している廃インクを良好に洗い流すことができる。
本実施形態では、吸引ポンプ50を駆動させた状態で、洗浄液噴射部12がキャップ本体67内に洗浄液を噴射するようにしている。これにより、図5(d)に示されるように、洗浄液によって洗い流された廃液Xは吸引ポンプ50によって負圧状態となったチューブT内に引き込まれ、チューブTの他端側に接続されている廃液タンク61内に回収される。よって、洗浄液によりキャップ本体67、インク吸収体65、及び廃液流路としてのチューブTの内部を確実に洗浄することができる。
本実施形態においては、洗浄液噴射部12がキャリッジ4のクリーニング部15側に配置されているので、キャリッジ4とクリーニング部15とを対向させる際、洗浄液噴射部12がクリーニング部15上を通過するようになる。よって、吸引処理終了後にキャリッジ4を基板P側(図5(a)中+Y方向)に移動させる際、クリーニング部15上を再度通過する洗浄液噴射部12からキャップ本体67内に洗浄液を噴射できる。したがって、キャリッジ4を基板P側に移動させつつクリーニング部15の洗浄を行うことができるので、洗浄タクトが短縮されて液滴吐出装置IJの生産性を向上させることができる。
また、液滴吐出ヘッド5がワイプ部材63の上方を通過する際、ワイプ部材63を不図示の駆動機構により上昇させることでノズルプレート21とワイプ部材63とを接触させる。これにより、ワイプ部材63によりノズルプレート21の表面が払拭され(ワイプ処理)、吸引処理によってノズルプレート21の表面に付着したインクを除去することができる。
また、本実施形態では、洗浄液噴射部12がワイプ部材63の上方に位置した際、噴射部13から洗浄液の噴射をさせるようにしている。これにより、上述のワイプ処理によってワイプ部材63に付着した廃インクを良好に洗浄することができる。
一方、クリーニングとしてフラッシング処理を行う場合、基板P(ワークステージ2)上に位置するキャリッジ4をクリーニング部15側(同図、−Y方向)に移動させ、キャリッジ4の下面に搭載されている液滴吐出ヘッド5とクリーニング部15のキャップ本体67とを対向させる。そして、液滴吐出ヘッド5の各ノズルNからインクをキャップ本体67内に吐出する。各ノズルNから吐出されたインクはキャップ本体67内に収容されているインク吸収体65に吸収されることで周囲へのインクの飛び散りが防止される。
フラッシング処理の終了後、キャリッジ4を基板P側(図5(b)中、+Y方向)に移動させつつ、噴射部13からキャップ本体67内に洗浄液を噴射し、キャップ本体67、インク吸収体65、及び廃液流路としてのチューブTの内部を確実に洗浄することができる。
以上述べたように、本実施形態に係る液滴吐出装置によれば、洗浄液噴射部12によりクリーニング部15内に洗浄液が噴射されるので、クリーニング部15に付着した汚れを良好に除去できる。よって、クリーニング部15内の廃液流路(チューブT)を良好に除去できるので、クリーニング部15を長期に亘って正常に機能させることができる。また、洗浄液噴射部12がキャリッジ4に設けられるので、装置の小型化を図ることができる。
ところで、経時的な劣化によってキャリッジ4或いは液滴吐出ヘッド5を交換する必要が生じる場合もある。このとき、本実施形態に係る液滴吐出装置IJによれば、洗浄液噴射部12がキャリッジ4に対して着脱可能となっているので、交換作業がし易くなりメンテナンス性を向上させることができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能である。例えば、キャップ本体67及びインク吸収体65の汚れが酷い場合には、クリーニング部15の洗浄処理時に、キャリッジ4がクリーニング部15の上方を複数回往復するようにしてもよい。このようにキャリッジ4がクリーニング部15の上方を複数回往復することで、洗浄液噴射部12からクリーニング部15内に洗浄液を複数回噴射することができる。よって、クリーニング部15の洗浄性を向上できる。また、基板Pは固定されたワークステージに保持し、キャリッジ4のみを移動させて機能液の吐出を行っても良い。
液滴吐出装置の概略構成図である。 クリーニング部の概略構成を示す図である。 キャリッジの構成を示す図である。 液滴吐出ヘッドの概略構成図である。 液滴吐出装置の動作説明図である。
符号の説明
P…カラーフィルタ基板(基板)、IJ…液滴吐出装置、2…ワークステージ(搬送部)、4…キャリッジ、5…液滴吐出ヘッド、12…洗浄液噴射部、15…クリーニング部、50…吸引ポンプ(吸引手段)、61…廃液タンク、67…キャップ本体(受け部材)

Claims (5)

  1. 基板上に機能液を吐出する液滴吐出ヘッドと、
    前記液滴吐出ヘッドを搭載するキャリッジと、
    前記液滴吐出ヘッドのクリーニングを行うクリーニング部と、
    前記キャリッジに設けられ、前記クリーニング部内に洗浄液を噴射する洗浄液噴射部と、
    を備えることを特徴とする液滴吐出装置。
  2. 前記洗浄液噴射部が前記キャリッジに着脱可能に設けられることを特徴とする請求項1に記載の液滴吐出装置。
  3. 前記洗浄液噴射部は、前記機能液と同一の主成分を含む前記洗浄液を前記クリーニング部内に噴射することを特徴とする請求項1又は2に記載の液滴吐出装置。
  4. 前記キャリッジは、前記基板と前記クリーニング部との間を移動可能とされており、
    前記洗浄液噴射部は、前記キャリッジの前記移動方向における前記クリーニング部側に配置されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の液滴吐出装置。
  5. 前記クリーニング部は、前記クリーニング時に前記液滴吐出ヘッドから排出された前記機能液を廃液として受ける受け部材と、前記受け部材の前記廃液を回収する廃液タンクと、前記受け部材と前記廃液タンクとを接続する廃液流路部と、前記廃液流路部内に負圧を発生させる吸引手段と、を有し、
    前記吸引手段を駆動するとともに前記洗浄液噴射部から前記洗浄液を前記受け部材に噴射することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の液滴吐出装置。
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