JP2010240543A - 液滴吐出装置、液滴吐出ヘッドのクリーニング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル面にダメージを与えることなく良好にクリーニング可能な、液滴吐出装置、液滴吐出ヘッドのクリーニング方法を提供する。
【解決手段】複数のノズルが設けられたノズル面を有し、ノズル面の各ノズルから機能液の液滴を吐出する液滴吐出ヘッド５と、液滴吐出ヘッド５のノズル面をクリーニングするクリーニングユニット１２と、を備えた液滴吐出装置ＩＪである。クリーニングユニット１２は、ノズル面を払拭するワイプ部材と、ワイプ部材による払拭処理後のノズル面を払拭するシート部材とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、液滴吐出装置、液滴吐出ヘッドのクリーニング方法に関するものである。

近年、液滴吐出法による成膜技術が注目されている。液滴吐出法によれば、膜の形成材料を含んだ微小なインク滴を所望の位置に配置することが可能である。液滴吐出装置は液滴吐出ヘッドを備えている。液滴吐出ヘッドは、液状体の貯留部、貯留部に通じるノズルが形成されたノズルプレート、液状体を加圧してノズルから液滴を押し出すピエゾ素子等を備えている。このような液滴吐出ヘッドにおいては、噴射特性を維持或いは回復させる手段として定期クリーニングが行われている。このような定期クリーニングとして、液滴吐出ヘッドのノズル面にシート部材を押し当てることでノズル面に付着した機能液を除去するワイピング処理が行われていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２７０４２３号公報

しかしながら、従来、ノズル面にシート部材が押し付けられた際、当該シート部材内に吸収されている機能液の分散質（例えば、金属）によってノズル近傍の撥水膜が削り取られるおそれがある。すると、ノズル内から機能液がノズル面に濡れ広がってしまい、飛行曲がり等の吐出特性を低下させる可能性がある。

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、ノズル面にダメージを与えることなく良好にクリーニング可能な、液滴吐出装置、液滴吐出ヘッドのクリーニング方法を提供することを目的としている。

本発明の液滴吐出装置は、複数のノズルが設けられたノズル面を有し、該ノズル面の前記各ノズルから機能液の液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、前記液滴吐出ヘッドの前記ノズル面をクリーニングするクリーニングユニットと、を備え、前記クリーニングユニットは、前記ノズル面を払拭するワイプ部材と、前記ワイプ部材による払拭処理後の前記ノズル面を払拭するシート部材とを含むことを特徴とする。

本発明の液滴吐出装置によれば、ワイプ部材によりノズル面に付着している機能液が概ね掻き取られる。そして、シート部材は、ノズル面に付着している機能液の残渣を確実に吸収する。このようにシート部材に吸収される機能液の絶対量が減るため、シート部材に吸収される機能液に含まれる分散質の量が低減する。よって、ノズル面に対してシート部材が摺接する場合において、シート部材内の分散質によりノズル面に傷がつけられるのを防止できる。したがって、ノズル面にダメージを与えることなく液滴吐出ヘッドのクリーニングを行うことができる。

また、上記液滴吐出装置においては、前記ワイプ部材が弾性部材からなるのが好ましい。
この構成によれば、ワイプ部材が弾性変形することでノズル面に与える負荷を低減できる。

また、上記液滴吐出装置においては、前記シート部材がローラー部材の外周面に沿って設けられているのが好ましい。
この構成によれば、クリーニングユニットを大型化することなく、シート部材の長さを確保することができる。

また、上記液滴吐出装置においては、前記ローラー部材は偏芯状態で回転可能とされており、前記ローラー部材の外周面の一部に前記ワイプ部材が設けられているのが好ましい。
この構成によれば、液滴吐出ヘッドとクリーニングユニットとの高さ方向における位置関係を移動させることなくローラー部材を回転させることで、ワイプ部材及びシート部材によってノズル面の払拭処理を良好に行うことができる。さらに、ワイプ部及びシート部が一体に形成されるので、クリーニングユニットを小型化することができ、液滴吐出装置全体を小型化することができる。

本発明の液滴吐出ヘッドのクリーニング方法は、複数のノズルが設けられたノズル面を有し、該ノズル面の前記各ノズルから機能液の液滴を吐出する液滴吐出ヘッドのクリーニング方法において、前記ノズル面をワイプ部材により払拭する第１の払拭工程と、前記第１の払拭工程に続いて、前記ノズル面をシート部材により払拭する第２の払拭工程と、を備えることを特徴とする。

本発明の液滴吐出ヘッドのクリーニング方法によれば、ワイプ部材によりノズル面に付着している機能液が概ね掻き取られる。そして、第２の払拭工程により、ノズル面に付着している機能液の残渣をシート部材により確実に吸収することができる。よって、シート部材に吸収される機能液の絶対量が減るので、シート部材に吸収される機能液の分散質の量も低減する。そのため、ノズル面に対してシート部材が摺接する場合において、シート部材内の分散質によってノズル面がキズつけられるのを防止できる。したがって、ノズル面にダメージを与えることなくノズル面を良好にクリーニングすることができる。

液滴吐出装置の概略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。 クリーニングユニットの概略構成を示す図である。 クリーニングユニットの動作説明図である。 第２の実施形態に係るクリーニングユニットの概略構成を示す図である。 本実施形態に係るクリーニングユニットの動作説明図である。

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。

（第１の実施形態）
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。配置される液状体は、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、ここでいう液状体は、固形分を分散媒（溶媒）に分散（溶解）させた分散液（溶液）等である。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ー材料や、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、カラーフィルター基板（吐出対象物）の所定領域上にカラーフィルター材料（機能液）の液滴を吐出してカラーフィルター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、及びクリーニングユニット１２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ー基板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を保持するものであり、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、カラーフィルター材料の液滴を吐出する。この液滴吐出ヘッド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、液滴吐出ヘッド５は、Ｒ（赤）に対応するノズルにチューブ７を介して第１タンク８からＲ（赤）用のカラーフィルター材料が供給され、Ｇ（緑）に対応するノズルにチューブ７を介して第２タンク９からＧ（緑）用のカラーフィルター材料が供給され、Ｂ（青）に対応するノズルにチューブ７を介して第３タンク１０からＢ（青）用のカラーフィルター材料が供給され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。

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ー材料の液滴を吐出する。

クリーニングユニット１２は、キャリッジ４に保持された液滴吐出ヘッド５に対するメンテナンスとして後述の吸引動作後のノズル面を払拭するワイピング処理を行うためのものである。クリーニングユニット１２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。なお、クリーニングユニット１２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。

なお、ホームポジションには、クリーニングユニット１２の他に、液滴吐出ヘッド５に当接することでノズル内からインクを排出させるキャッピング部（不図示）と、液滴吐出ヘッド５のノズルからインクを噴射するフラッシング動作を行うフラッシング部（不図示）とが設けられている。キャッピング部は、ノズル面に当接することでノズルから機能液を強制的に排出させる吸引動作時に用いられるものである。フラッシング部は、メニスカスを整えるべく、ノズルから液滴を吐出した廃液を回収するためのものである。

図２は液滴吐出ヘッド５の概略構成図である。図２（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２（ｂ）は液滴吐出ヘッド５の１つのノズル列に対応する部分斜視図、図２（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２（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からなるノズル列ＮＡ、ＮＢ、ＮＣを備えている。ノズル列ＮＡにおけるノズルＮは、第１タンク８から供給されるＲ用カラーフィルター材料が吐出されるノズルである。また、ノズル列ＮＢにおけるノズルＮは、第２タンク９から供給されるＧ用カラーフィルター材料が吐出されるノズルである。また、ノズル列ＮＣにおけるノズルＮは、第３タンク１０から供給されるＢ用カラーフィルター材料が吐出されるノズルである。

図２（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、複数のキャビティー（液室）２４とを備えている。なお、ノズルプレート２１の表面は、複数のノズルＮが形成されたノズル面２１ａを構成している。ノズルプレート２１は、例えばＳＵＳから構成されるものであり、ノズル面２１ａに撥水処理膜が形成されている。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ー材料（液状体）が充填されるようになっている。キャビティー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、各キャビティー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ー材料が導入されるようになっている。

図２（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（キャビティー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ー２４の容積が増大するようになっている。したがって、キャビティー２４内に増大した容積分に相当するカラーフィルター材料が、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、キャビティー２４も元の容積に戻ることから、キャビティー２４内のカラーフィルター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ー材料の液滴Ｌが吐出される。

続いて、クリーニングユニット１２の構成について説明する。図３はクリーニングユニット１２の概略構成を示す図である。
クリーニングユニット１２は、図３に示すように、液滴吐出ヘッド５のノズル面２１ａを払拭するワイプ部材５７と、ワイプ部材５７による払拭処理後のノズル面２１ａを再度払拭するシート部材５８とを含んでいる。ワイプ部材５７は駆動機構（不図示）により昇降及び移動可能とされており、ノズル面２１ａの払拭時のみノズル面２１ａと同一の高さに位置するようになっている。また、ワイプ部材５７は、例えばエラストマー等の弾性部材から構成されている。これにより、ワイプ部材５７はノズル面２１ａの払拭時に弾性変形するため、ノズル面２１ａにダメージを与えることが無い。

ローラー部材５９は駆動機構（不図示）により昇降及び回転可能とされている。
また、シート部材５８はローラー部材５９の外周面５９ａに設けられている。これにより、クリーニングユニット１２を大型化することなく、シート部材５８の長さが確保されている。シート部材５８は、例えば液体を吸収可能な不織布によって構成される。不織布としてはノズル面２１ａとの接触によってケバやゴミを生じさせないものが用いられる。さらに、クリーニングユニット１２は、ワイプ部材５７及びローラー部材５９を収容する図３中２点鎖線で示される筐体部を有している。

続いて、液滴吐出装置ＩＪの動作を例に挙げ、本発明の液滴吐出ヘッドのクリーニング方法について説明する。なお、以下では本実施形態に係る液滴吐出装置ＩＪの特徴的構成であるクリーニングユニット１２の動作を中心に説明する。

まず、液滴吐出装置ＩＪは、キャリッジ４をホームポジションに配置されているクリーニングユニット１２まで移動する。そして、図４（ａ）に示すように液滴吐出ヘッド５のノズル面２１ａとワイプ部材５７とを対向させる。

続いて、制御装置１１はワイプ部材５７に設けられた駆動機構（不図示）によりワイプ部材５７をノズル面２１ａに接触させた状態で、図４（ｂ）に示すようにワイプ部材５７を一方向に沿って移動するとともに液滴吐出ヘッド５を他方向に移動する。これにより、ワイプ部材５７はノズル面２１ａに付着している機能液を概ね掻き取ることができる（第１の払拭工程）。また、ワイプ部材５７は弾性変形した状態でワイピングを行うため、ノズル面２１ａの表面に形成されている不図示の撥水処理膜へのダメージが低減される。

続いて、図４（ｃ）に示すように液滴吐出ヘッド５を図中Ｙ方向に沿って移動させることでローラー部材５９と対向させる。なお、クリーニングユニット１２を移動することでローラー部材５９と液滴吐出ヘッド５とを対向させるようにしてもよい。

続いて、図４（ｄ）に示すように制御装置１１はローラー部材５９に設けられた駆動機構（不図示）によりローラー部材５９を上昇させ、シート部材５８とノズル面２１ａとを接触させる。そして、ローラー部材５９を一方向に回転させつつ、液滴吐出ヘッド５を他方向に移動する（第２の払拭工程）。これにより、シート部材５８はノズル面２１ａに付着している機能液の残渣を確実に吸収するようになる。

本実施形態によれば、ワイプ部材５７によりノズル面２１ａに付着している機能液が概ね掻き取られるため、シート部材５８がノズル面２１ａに付着している機能液の残渣を確実に吸収できる。このとき、シート部材５８に吸収される機能液の絶対量が減るため、シート部材５８に吸収される機能液の分散質（本実施形態では、顔料）の量が低減する。よって、ノズル面２１ａにシート部材５８が摺接する場合において、シート部材５８内の顔料によりノズル面２１ａに傷がつくのを防止することができる。すなわち、ノズル面２１ａに形成されている撥水処理膜、特にノズル開口端の近傍にダメージを及ぼすのを防止できる。したがって、撥水処理膜に傷がつくことでノズル面２１ａに機能液が濡れ拡がり、飛行曲がり等の吐出不良が生じるのを防止しつつ、ノズル面２１ａのクリーニングを良好に行うことができる。

また、ノズル面２１ａの撥水処理膜の耐久性が向上し、結果的に液滴吐出ヘッド５の寿命を延ばすこともできる。さらに、シート部材５８は大量の機能液を吸収する必要が無いので、シート部材５８の使用量を抑えることができ、低コスト化を実現できる。

（第２の実施形態）
続いて、第２の実施形態に係る液滴吐出装置について説明する。本実施形態と第１の実施形態とは、クリーニングユニットの構成が異なる点である。なお、第１の実施形態と共通の構成及び部材については同一の符号を付し、その説明については省略若しくは簡略する。

図５は本実施形態に係るクリーニングユニット１２０の概略構成を示す図である。
クリーニングユニット１２０は、図５に示すように、ローラー部材５９の外周面５９ａの一部にワイプ部材１５７が設けられている。ローラー部材５９は後述するように偏芯状態で回転可能とされている。このようにワイプ部材１５７とシート部材５８とが一体に形成されることで、クリーニングユニット１２０を小型化することができ、液滴吐出装置自体の小型化が図られている。

続いて、本実施形態に係る液滴吐出装置の動作及び液滴吐出ヘッドのクリーニング方法について説明する。

まず、液滴吐出装置ＩＪは、図６（ａ）に示すように、キャリッジ４をホームポジションに配置されているクリーニングユニット１２０まで移動する。このとき、ワイプ部材５７は液滴吐出ヘッド５のノズル面２１ａに接触しない高さに保持されている。続いて、制御装置１１は、ローラー部材５９に設けられた駆動機構（不図示）によりローラー部材５９を一方向に回転させる。すると、ワイプ部材５７はノズル面２１ａとが接触状態となる。そして、図６（ｂ）に示すようにローラー部材５９を一方向に回転させつつ、液滴吐出ヘッド５を他方側に移動させる。これにより、ワイプ部材５７はノズル面２１ａに付着している機能液を概ね掻き取ることができる（第１の払拭工程）。ワイプ部材５７は弾性変形した状態でワイピングを行うため、ノズル面２１ａの表面に形成されている撥水処理膜へのダメージが低減される。

ワイプ部材５７によるノズル面２１ａのワイピング処理終了後、制御装置１１はローラー部材５９を回転させ続ける。このとき、ローラー部材５９は偏芯した状態となっているので、ワイプ部材５７がノズル面２１ａから離間した後、ローラー部材５９の外周面５９ａが再びノズル面２１ａと同じ高さに近づいてくる。そして、再度液滴吐出ヘッド５をローラー部材５９の上方に移動させることで、図６（ｃ）に示すようにローラー部材５９とノズル面２１ａとが接触する。さらに、ローラー部材５９を一方向に回転させつつ、液滴吐出ヘッド５を他方向に移動する（第２の払拭工程）。これにより、シート部材５８はノズル面２１ａに付着している機能液の残渣を確実に吸収するようになる。さらに、ローラー部材５９を一方向に回転させ続けることで、図６（ｄ）に示すように外周面５９ａに形成されたシート部材５８をノズル面２１ａから離間させることができる。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様、撥水処理膜に傷がつくことでノズル面２１ａに機能液が濡れ拡がり、飛行曲がり等の吐出不良が生じるのを防止し、ノズル面２１ａのクリーニングを良好に行うことができる。さらに、ローラー部材５９が偏芯下状態で回転するため、ワイピング時に液滴吐出ヘッド５とクリーニングユニット１２０との高さ方向における位置関係を移動させることなく、ローラー部材５９の回転動作のみでワイプ部材５７及びシート部材５８によるノズル面２１ａの払拭処理を良好に行うことができる。

Ｎ…ノズル、５…液滴吐出ヘッド、１２，１２０…クリーニングユニット、２１ａ…ノズル面、５７，１５７…ワイプ部材、５８…シート部材、５９…ローラー部材、５９ａ…外周面、７０…ローラー（ワイプ部材）

Claims (5)

1. 複数のノズルが設けられたノズル面を有し、該ノズル面の前記各ノズルから機能液の液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、
   前記液滴吐出ヘッドの前記ノズル面をクリーニングするクリーニングユニットと、を備え、
   前記クリーニングユニットは、前記ノズル面を払拭するワイプ部材と、前記ワイプ部材による払拭処理後の前記ノズル面を払拭するシート部材とを含むことを特徴とする液滴吐出装置。
2. 前記ワイプ部材が弾性部材からなることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出装置。
3. 前記シート部材がローラー部材の外周面に沿って設けられてい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. 前記ローラー部材は偏芯状態で回転可能とされており、
   前記ローラー部材の外周面の一部に前記ワイプ部材が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の液滴吐出装置。
5. 複数のノズルが設けられたノズル面を有し、該ノズル面の前記各ノズルから機能液の液滴を吐出する液滴吐出ヘッドのクリーニング方法において、
   前記ノズル面をワイプ部材により払拭する第１の払拭工程と、
   前記第１の払拭工程に続いて、前記ノズル面をシート部材により払拭する第２の払拭工程と、を備えることを特徴とする液滴吐出ヘッドのクリーニング方法。

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