JP2013199069A

JP2013199069A - 液滴吐出装置

Info

Publication number: JP2013199069A
Application number: JP2012069209A
Authority: JP
Inventors: 佳和 ▲濱▼; Yoshikazu Hama
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2013-10-03

Abstract

【課題】液滴吐出の安定性を有する液滴吐出装置を提供する。
【解決手段】ノズルに連通する圧力室と、前記圧力室内の機能液に圧力変動を生じさせる圧力発生部とを有する吐出ヘッドと、前記ノズルから液滴が吐出されない程度の微振動パルスを含む駆動信号を生成するとともに、前記駆動信号に基づいて、前記圧力発生部を駆動させる制御部と、を備え、前記制御部では、前記機能液を攪拌する攪拌用振動パルスと前記機能液を加熱する加熱用振動パルスとを含む前記微振動パルスを生成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、液滴吐出装置に関する。

従来、液晶等の液状体を吐出する際に、吐出ヘッドのピエゾ素子を所定周波数の電圧の印加させることにより、液晶を吐出させない程度に微振動させ、当該微振動によって液晶を加熱させ、液晶を適正な粘度に調整する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１２１７３６号公報

しかしながら、上記の方法では、吐出させる機能液を加熱するための微振動波形は、圧力室内の機能液の固有振動周期に対して、著しく短いため、機能液がピエゾ素子の動きに追従できず、機能液の攪拌が起こらない。これにより、ノズル開口部の機能液の粘度が高まり、吐出状態が不安定となってしまう、という課題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例にかかる液滴吐出装置は、ノズルに連通する圧力室と、前記圧力室内の機能液に圧力変動を生じさせる圧力発生部とを有する吐出ヘッドと、前記ノズルから液滴が吐出されない程度の微振動パルスを含む駆動信号を生成するとともに、前記駆動信号に基づいて、前記圧力発生部を駆動させる制御部と、を備え、前記制御部では、前記機能液を攪拌する攪拌用振動パルスと、前記機能液を加熱する加熱用振動パルスと、を含む前記微振動パルスを生成することを特徴とする。

この構成によれば、微振動パルスの攪拌用振動パルスが圧力発生部に印加されると、吐出ヘッドの機能液が攪拌される。これにより、粘度上昇を抑えることができる。また、微振動パルスの加熱用振動パルスが圧力発生部に印加されると、吐出ヘッドの機能液が加熱される。これにより、機能液の粘度が低下し、適正な粘度にすることができる。このように、攪拌用振動パルスと加熱用振動パルスとを含む微振動パルスを印加させることにより、吐出安定性を図ることができる。

［適用例２］上記適用例にかかる液滴吐出装置の前記制御部では、前記攪拌用振動パルスであって、前記圧力室を膨張させる膨張要素、または、前記圧力室を収縮させる収縮要素に、少なくとも前記加熱用振動パルスの一部を含ませたことを特徴とする。

この構成によれば、微振動波形の長さを短くすることができる。これにより、高周波吐出が可能になるとともに、生産性を向上させることができる。

［適用例３］上記適用例にかかる液滴吐出装置の前記制御部では、前記攪拌用振動パルスにおける前記膨張要素の始端から終端までの時間と前記収縮要素の始端から終端までの時間のそれぞれを、前記圧力室内の前記機能液の固有振動周期Ｔｃの１／２以上に設定したことを特徴とする。

この構成によれば、効率よく機能液を攪拌させることができる。

［適用例４］上記適用例にかかる液滴吐出装置の前記制御部では、前記加熱用振動パルスにおける膨張要素の始端から終端までの時間、または、収縮要素の始端から終端までの時間を、前記圧力室内の前記機能液の固有振動周期Ｔｃの１／２以下に設定したことを特徴とする。

この構成によれば、効率よく機能液を加熱させることができる。

液滴吐出装置の構成を示す模式図。吐出ヘッドの構成を示す断面図。駆動信号の構成を示す波形図。変形例にかかる微振動パルスの構成を示す波形図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせて示している。

まず、液滴吐出装置の構成について説明する。本実施形態における液滴吐出装置は、ノズルに連通する圧力室と、圧力室内の機能液に圧力変動を生じさせる圧力発生部とを有する吐出ヘッドと、吐出ヘッドから液滴が吐出されない程度の微振動パルスを含む駆動信号を生成するとともに、駆動信号に基づいて、圧力発生部を駆動させる制御部と、を備え、制御部では、機能液を攪拌する攪拌用振動パルスと機能液を加熱する加熱用振動パルスとを含む微振動パルスを生成するものである。以下、具体的に説明する。

図１は、液滴吐出装置の構成を示す模式図である。図１に示すように、液滴吐出装置１は、ヘッドユニット２と、ヘッドユニット２をＸ軸方向に走査させる案内軸となるＸ走査軸２８と、ワークＷを載置するステージ４０と、ステージ４０をＹ軸方向に走査させる案内軸となるＹ走査軸（図示せず）等を備えている。なお、本実施形態では、紫外線を照射する紫外線照射部２１，２２を備えている。そして、上記部材等を制御する制御部（図示せず）を備えている。ワークＷは、特に限定されず、例えば、プラスチックフィルムの他、綿布、麻布、絹布等の織布（布帛）や紙等、また、半導体装置やＩＣチップ等の電子部品等を適用することができる。

ヘッドユニット２は、Ｘ走査軸２８上を移動する移動手段を備え、ステージ４０はＹ走査軸上を移動する移動手段を備えている。また、ヘッドユニット２は、Ｘ走査軸２８に連結されたキャリッジ１０と、キャリッジ１０に搭載された吐出ヘッド１２を備えている。

紫外線照射部２１，２２は、紫外線光源を備え、当該紫外線光源から紫外線が照射される。なお、紫外線光源は、例えば、ＬＥＤ、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ等適宜適用することができる。

次に、吐出ヘッドの構成について説明する。図２は、吐出ヘッドの構成を示す断面図である。図２に示すように、吐出ヘッド１２は、ノズル３１を有するノズルプレート３０を備えている。ノズルプレート３０の一方面には機能液３３の流路が形成された流路形成基板３９が配置され、ノズルプレート３０と接着されている。流路形成基板３９には、ノズル３１と相対する位置にノズル３１と連通する圧力室３２が形成されている。

圧力室３２の上側には、上下方向（Ｚ方向）に振動して、圧力室３２内の容積を拡大縮小する振動板３４と、上下方向に伸縮して振動板３４を振動させる圧力発生部としての圧電素子３５が配設されている。

なお、圧力発生部として、圧電素子３５の他、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズルから液滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエーターなどを使用してもよい。さらには、発熱体を用いてノズル内に泡を発生させ、その泡によって機能液を液滴として吐出させる構成を有する吐出ヘッドであってもよい。

制御部は、圧電素子３５を駆動するための駆動信号を生成する機能を含む。本実施形態における制御部では、ノズル３１から機能液３３を液滴３６として吐出させるための吐出パルスや、ノズル３１から液滴３６が吐出されない程度の微振動パルス等を一記録周期（一吐出周期）内に含む駆動信号を生成する。本実施形態の制御部では、ノズル３１の開口部に露出した機能液３３を攪拌する攪拌用振動パルスと機能液３３を加熱する加熱用パルスとを含む微振動パルスを生成する。そして、生成された駆動信号は、吐出ヘッド１２に出力され、吐出ヘッド１２では、当該駆動信号に基づいて圧電素子３５が駆動するように構成されている。以下、駆動信号の構成について説明する。

図３は、駆動信号の構成を示す説明図であり、図３（ａ）は、駆動信号に含まれる吐出パルスの構成を示し、図３（ｂ）は、駆動信号に含まれる微振動パルスの構成を示し、図３（ｃ）は、微振動パルスの詳細な構成を示している。吐出パルスＤＰ１は、図３（ａ）に示すように、略台形の波形形状を成しており、基準電位ＶＢから第１電位Ｖｈ１まで所定の勾配で電位を上昇させる第１膨張要素ＰＥ１と、第１電位Ｖｈ１を保持する第１ホールド要素ＰＥ２と、第１電位Ｖｈ１から基準電位ＶＢまで所定の勾配で電位を降下させる第１収縮要素ＰＥ３とを含んでいる。

この吐出パルスＤＰ１が圧電素子３５に供給された場合の作用について説明する。まず、第１膨張要素ＰＥ１が供給されると、圧電素子３５が収縮する。圧電素子３５が収縮すると、圧力室３２の容積が膨張する。そして、圧力室３２の膨張状態は、第１ホールド要素ＰＥ２の供給期間に亘って保持される。次いで、第１収縮要素ＰＥ３が供給されると、圧電素子３５が伸長する。圧電素子３５が伸長すると、圧力室３２の容積が収縮する。これにより、圧力室３２内の機能液３３が加圧され、ノズル３１から液滴３６が吐出される。

次に、微振動パルスＤＰ２の構成について説明する。微振動パルスＤＰ２は、攪拌用振動パルスＳＤＰ１０と加熱用振動パルスＨＤＰ２０とを含んでいる。図３（ｂ）に示すように、攪拌用振動パルスＳＤＰ１０は、基準電位ＶＢから第２電位Ｖｈ２まで所定の勾配で電位を上昇させる第２膨張要素ＰＥ１１と、第２電位Ｖｈ２を保持する第２ホールド要素ＰＥ１２と、第２電位Ｖｈ２から基準電位ＶＢまで所定の勾配で電位を降下させる第２収縮要素ＰＥ２３とを含んでいる。ここで、第２電位Ｖｈ２は、ノズル３１から液滴３６を吐出されない範囲で設定される。本実施形態では、例えば、第２電位Ｖｈ２が、第１電位Ｖｈ１の約３分の１程度の電位を採用している。以下、さらに詳細に説明する。

攪拌用振動パルスＳＤＰ１０の第２膨張要素ＰＥ１１は、加熱用振動パルスＨＤＰ２０を含んでいる。本実施形態では、第２膨張要素ＰＥ１１には、複数の加熱用振動パルスＨＤＰ２０が含まれている。換言すれば、複数の加熱用振動パルスＨＤＰ２０の形成により、第２膨張要素ＰＥ１１が形成されている。具体的には、第２膨張要素ＰＥ１１には、加熱用振動パルスＨＤＰ２０ａ〜ＨＤＰ２０ｃが含まれている。加熱用振動パルスＨＤＰ２０ａは、基準電位ＶＢから電位Ｖｈｂまで電位を上昇させる膨張要素と、電位Ｖｈｂを保持するホールド要素と、電位Ｖｈｂから電位Ｖｈａまで電位を降下させる収縮要素とを含んでいる。加熱用振動パルスＨＤＰ２０ｂは、電位Ｖｈａを保持するホールド要素と、電位Ｖｈａから電位Ｖｈｄまで電位を上昇させる膨張要素と、電位Ｖｈｄを保持するホールド要素と、電位Ｖｈｄから電位Ｖｈｃまで電位を降下させる収縮要素とを含んでいる。加熱用振動パルスＨＤＰ２０ｃは、電位Ｖｈｃを保持するホールド要素と、電位Ｖｈｃから第２電位Ｖｈ２まで電位を上昇させる膨張要素と、第２電位Ｖｈ２を保持するホールド要素と、第２電位Ｖｈ２から電位Ｖｈｅまで電位を降下させる収縮要素とを含んでいる。なお、このうち加熱用振動パルスＨＤＰ２０ｃの膨張要素が第２膨張要素ＰＥ１１に含まれている。

攪拌用振動パルスＳＤＰ１０の第２ホールド要素ＰＥ１２は、加熱用振動パルスＨＤＰ２０を含んでいる。本実施形態では、第２ホールド要素ＰＥ１２には、複数の加熱用振動パルスＨＤＰ２０が含まれている。換言すれば、複数の加熱用振動パルスＨＤＰ２０の形成により、第２ホールド要素ＰＥ１２が形成されている。具体的には、第２ホールド要素ＰＥ１２には、加熱用振動パルスＨＤＰ２０ｃ〜ＨＤＰ２０ｆが含まれている。加熱用振動パルスＨＤＰ２０ｃは、基準電位Ｖｈｃから第２電位Ｖｈ２まで電位を上昇させる膨張要素と、第２電位Ｖｈ２を保持するホールド要素と、第２電位Ｖｈ２から電位Ｖｈｅまで電位を降下させる収縮要素とを含んでいる。なお、加熱用振動パルスＨＤＰ２０ｃのホールド要素と収縮要素とが第２ホールド要素ＰＥ１２に含まれている。加熱用振動パルスＨＤＰ２０ｄは、電位Ｖｈｅを保持するホールド要素と、電位Ｖｈｅから第２電位Ｖｈ２まで電位を上昇させる膨張要素と、第２電位Ｖｈ２を保持するホールド要素と、第２電位Ｖｈ２から電位Ｖｈｅまで電位を降下させる収縮要素とを含んでいる。加熱用振動パルスＨＤＰ２０ｅは、電位Ｖｈｅを保持するホールド要素と、電位Ｖｈｅから第２電位Ｖｈ２まで電位を上昇させる膨張要素と、第２電位Ｖｈ２を保持するホールド要素と、第２電位Ｖｈ２から電位Ｖｈｅまで電位を降下させる収縮要素とを含んでいる。加熱用振動パルスＨＤＰ２０ｆは、電位Ｖｈｅを保持するホールド要素と、電位Ｖｈｅから第２電位Ｖｈ２まで電位を上昇させる膨張要素と、第２電位Ｖｈ２を保持するホールド要素と、第２電位Ｖｈ２から電位Ｖｈｃまで電位を降下させる収縮要素とを含んでいる。なお、このうち加熱用振動パルスＨＤＰ２０ｆの膨張要素とホールド要素とが第２ホールド要素ＰＥ１２に含まれている。

攪拌用振動パルスＳＤＰ１０の第２収縮要素ＰＥ１３は、加熱用振動パルスＨＤＰ２０を含んでいる。本実施形態では、第２収縮要素ＰＥ１３には、複数の加熱用振動パルスＨＤＰ２０が含まれている。換言すれば、複数の加熱用振動パルスＨＤＰ２０の形成により、第２収縮要素ＰＥ１３が形成されている。具体的には、第２収縮要素ＰＥ１３には、加熱用振動パルスＨＤＰ２０ｆ〜ＨＤＰ２０ｈが含まれている。加熱用振動パルスＨＤＰ２０ｆは、電位Ｖｈｅから第２電位Ｖｈ２まで電位を上昇させる膨張要素と、第２電位Ｖｈ２を保持するホールド要素と、第２電位Ｖｈ２から電位Ｖｈｃまで電位を降下させる収縮要素とを含んでいる。なお、このうち、加熱用振動パルスＨＤＰ２０ｃのホールド要素と収縮要素とが第２ホールド要素ＰＥ１２に含まれている。加熱用振動パルスＨＤＰ２０ｇは、電位Ｖｈｃを保持するホールド要素と、電位Ｖｈｃから電位Ｖｈｄまで電位を上昇させる膨張要素と、電位Ｖｈｄを保持するホールド要素と、電位Ｖｈｄから電位Ｖｈａまで電位を降下させる収縮要素とを含んでいる。加熱用振動パルスＨＤＰ２０ｈは、電位Ｖｈａを保持するホールド要素と、電位Ｖｈａから電位Ｖｈｂまで電位を上昇させる膨張要素と、電位Ｖｈｂを保持するホールド要素と、電位Ｖｈｂから基準電位ＶＢまで電位を降下させる収縮要素とを含んでいる。

次に、攪拌用振動パルスＳＤＰ１０が圧電素子３５に供給された場合の作用について説明する。まず、第２膨張要素ＰＥ１１が供給されると、圧電素子３５が収縮する。圧電素子３５が収縮すると、圧力室３２の容積が膨張する。そして、圧力室３２の膨張状態は、第２ホールド要素ＰＥ１２の供給期間に亘って保持される。次いで、第２収縮要素ＰＥ１３が供給されると、圧電素子３５が伸長する。圧電素子３５が伸長すると、圧力室３２の容積が収縮する。ここで、基準電位ＶＢから第２電位Ｖｈ２までの電位差はノズル３１から液滴３６を吐出されない範囲で設定される。さらに、攪拌用振動パルスＳＤＰ１０における第２膨張要素ＰＥ１１の始端から終端までの第１時間ＳＬ１と第２収縮要素ＰＥ１３の始端から終端までの第２時間ＳＬ２のそれぞれが、圧力室３２内の機能液３３の固有振動周期Ｔｃの１／２以上に設定されている。すなわち、第２膨張要素ＰＥ１１における基準電位ＶＢから第２電位まで電位が上昇する時間と第２収縮要素ＰＥ１３における第２電位Ｖｈ２から基準電位まで電位が下降する時間のそれぞれが、圧力室３２内の機能液３３の固有振動周期Ｔｃの１／２以上に設定されている。このため、圧電素子３５の収縮と伸長の動きに機能液３３が追従して動くことになる。これにより、機能液３３が攪拌され、ノズル３１の開口部において露出する機能液３３の粘度の上昇を防止することができる。

次に、加熱用振動パルスＨＤＰ２０が圧電素子３５に供給された場合の作用について説明する。そして、各加熱用振動パルスＨＤＰ２０ａ〜ＨＤＰ２０ｈにおける膨張要素が供給されると、圧電素子３５が収縮する。圧電素子３５が収縮すると、圧力室３２の容積が膨張する。そして、ホールド要素が供給された後、収縮要素が供給されると、圧電素子３５が伸長する。圧電素子３５が伸長すると、圧力室３２の容積が収縮する。ここで、各加熱用振動パルスＨＤＰ２０ａ〜ＨＤＰ２０ｈの電位差はノズル３１から液滴３６を吐出されない範囲で設定される。さらに、各加熱用振動パルスＨＤＰ２０ａ〜ＨＤＰ２０ｈにおける膨張要素の始端から終端までの第３時間ＴＬ１、または、収縮要素の始端から終端までの第４時間ＴＬ２を、圧力室３２内の機能液３３の固有振動周期Ｔｃの１／２以下に設定されている。すなわち、短い周期の中で、駆動信号が送信されて圧電素子３５の収縮と伸長の動作が行われるため、圧力室３２内の機能液３３が加熱される。

以上、上記実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。

（１）攪拌用振動パルスＳＤＰ１０と加熱用振動パルスＨＤＰ２０と有する微振動パルスＤＰ２を含む駆動信号を圧電素子３５に供給することにより、攪拌用振動パルスＳＤＰ１０の作用により、ノズル３１の開口部の機能液３３が攪拌されるとともに、加熱用振動パルスＨＤＰ２０の作用により、機能液３３が加熱される。これにより、液滴３６の吐出性能を向上させることができる。

（２）攪拌用振動パルスＳＤＰ１０中に複数の加熱用振動パルスＨＤＰ２０ａ〜ＨＤＰ２０ｈを含ませることにより、攪拌用振動パルスＳＤＰ１０と複数の加熱用振動パルスＨＤＰ２０ａ〜ＨＤＰ２０ｈとを別個に設ける場合に比べ、微振動パルスＤＰ２の全体のパルス長を短くすることができる。これにより、高周波吐出が可能になるとともに、生産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、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。

（変形例１）上記実施形態では、微振動パルスＤＰ２の構成において、攪拌用振動パルスＳＤＰ１０の第２膨張要素ＰＥ１１と第２ホールド要素ＰＥ１２と第２収縮要素ＰＥ１３とに加熱用振動パルスＨＤＰ２０（ＨＤＰ２０ａ〜ＨＤＰ２０ｈ）を含ませたが、この構成に限定されない。例えば、加熱用振動パルスＨＤＰ２０（ＨＤＰ２０ａ〜ＨＤＰ２０ｈ）を攪拌用振動パルスＳＤＰ１０の第２膨張要素ＰＥ１１と第２ホールド要素ＰＥ１２と第２収縮要素ＰＥ１３とのうち、いずれかにのみ加熱用振動パルスＨＤＰ２０（ＨＤＰ２０ａ〜ＨＤＰ２０ｈ）を配置してもよい。図４は、変形例にかかる微振動パルスの構成を示す波形図である。図４（ａ）は、攪拌用振動パルスＳＤＰ１０の第２膨張要素ＰＥ１１にのみ加熱用振動パルスＨＤＰ２０（ＨＤＰ２０ａ〜ＨＤＰ２０ｃ）を含ませた例を示し、図４（ｂ）は、攪拌用振動パルスＳＤＰ１０の第２ホールド要素ＰＥ１２にのみ加熱用振動パルスＨＤＰ２０（ＨＤＰ２０ｃ〜ＨＤＰ２０ｆ）を含ませた例を示し、図４（ｃ）は、攪拌用振動パルスＳＤＰ１０の第２収縮要素ＰＥ１３にのみ加熱用振動パルスＨＤＰ２０（ＨＤＰ２０ｆ〜ＨＤＰ２０ｈ）を含ませた例を示している。このようにすれば、各種機能液３３の状態に合わせて適宜吐出条件を生成することができる。さらに、上記の形態を組み合わせてもよい。このようにすれば、適正な吐出条件を生成することができる。

（変形例２）上記実施形態では、微振動パルスＤＰ２の構成において、第２膨張要素ＰＥ１１には加熱用振動パルスＨＤＰ２０ａ〜ＨＤＰ２０ｃを含ませ、第２ホールド要素ＰＥ１２には加熱用振動パルスＨＤＰ２０ｃ〜ＨＤＰ２０ｆを含ませ、第２収縮要素ＰＥ１３には加熱用振動パルスＨＤＰ２０ｆ〜ＨＤＰ２０ｈを含ませたが、この構成に限定されない。例えば、第２膨張要素ＰＥ１１、第２ホールド要素ＰＥ１２、第２収縮要素ＰＥ１３のそれぞれに含まれる加熱用振動パルスＨＤＰ２０の数を任意に設定してもよい。このようにしても、上記同様の効果を得ることができる。

１…液滴吐出装置、２…ヘッドユニット、１０…キャリッジ、１２…吐出ヘッド、２１，２２…紫外線照射部、２８…Ｘ走査軸、３０…ノズルプレート、３１…ノズル、３２…圧力室、３３…機能液、３４…振動板、３５…圧電素子、３６…液滴、３９…流路形成基板、４０…ステージ、ＤＰ１…吐出パルス、ＤＰ２…微振動パルス、ＳＤＰ１０…攪拌用振動パルス、ＨＤＰ２０（ＨＤＰ２０ａ〜ＨＤＰ２０ｆ）…加熱用振動パルス。

Claims

ノズルに連通する圧力室と、前記圧力室内の機能液に圧力変動を生じさせる圧力発生部とを有する吐出ヘッドと、
前記ノズルから液滴が吐出されない程度の微振動パルスを含む駆動信号を生成するとともに、前記駆動信号に基づいて、前記圧力発生部を駆動させる制御部と、を備え、
前記制御部では、
前記機能液を攪拌する攪拌用振動パルスと前記機能液を加熱する加熱用振動パルスとを含む前記微振動パルスを生成することを特徴とする液滴吐出装置。
請求項１に記載の液滴吐出装置において、
前記制御部では、
前記攪拌用振動パルスであって、前記圧力室を膨張させる膨張要素、または、前記圧力室を収縮させる収縮要素に、少なくとも前記加熱用振動パルスの一部を含ませたことを特徴とする液滴吐出装置。
請求項１または請求項２に記載の液滴吐出装置において、
前記制御部では、
前記攪拌用振動パルスにおける前記膨張要素の始端から終端までの時間と前記収縮要素の始端から終端までの時間のそれぞれを、前記圧力室内の前記機能液の固有振動周期Ｔｃの１／２以上に設定したことを特徴とする液滴吐出装置。
請求項１または請求項２に記載の液滴吐出装置において、
前記制御部では、
前記加熱用振動パルスにおける膨張要素の始端から終端までの時間、または、収縮要素の始端から終端までの時間を、前記圧力室内の前記機能液の固有振動周期Ｔｃの１／２以下に設定したことを特徴とする液滴吐出装置。