液滴吐出装置および液滴吐出方法
【課題】光硬化性を有する液状材料を用い、高精度な液滴吐出を実現することができる液滴吐出装置および液滴吐出方法を提供すること。
【解決手段】本発明の液滴吐出装置１は、光透過性を有する板状またはシート状のワークＷの一方の面の描画領域に向けて、光硬化性を有する液状材料を液滴として吐出し、描画領域に付与された液状材料Ｌに、当該液状材料を硬化し得る光を照射するものであり、ワークＷ内に光を入射させるように設けられた光出射部７１を備え、液状材料の屈折率をｎＬとし、空気の屈折率をｎＡとしたときに、これらの屈折率は、ｎＡ＜ｎＬなる関係を満たし、光出射部７１からワークＷ内に入射した光を、描画領域のうち液状材料Ｌが付与されていない領域では、ワークＷと空気との界面で反射させ、描画領域のうち液状材料Ｌが付与された領域では、ワークＷと液状材料Ｌとの界面を通過させて当該液状材料Ｌに入射させるように構成されている。
【解決手段】本発明の液滴吐出装置１は、光透過性を有する板状またはシート状のワークＷの一方の面の描画領域に向けて、光硬化性を有する液状材料を液滴として吐出し、描画領域に付与された液状材料Ｌに、当該液状材料を硬化し得る光を照射するものであり、ワークＷ内に光を入射させるように設けられた光出射部７１を備え、液状材料の屈折率をｎＬとし、空気の屈折率をｎＡとしたときに、これらの屈折率は、ｎＡ＜ｎＬなる関係を満たし、光出射部７１からワークＷ内に入射した光を、描画領域のうち液状材料Ｌが付与されていない領域では、ワークＷと空気との界面で反射させ、描画領域のうち液状材料Ｌが付与された領域では、ワークＷと液状材料Ｌとの界面を通過させて当該液状材料Ｌに入射させるように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出装置および液滴吐出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液状材料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置は、インクジェットプリンターのように民生用として用いられるだけでなく、産業用としても用いられている。産業用の液滴吐出装置は、例えば、液晶表示装置におけるカラーフィルターや有機ＥＬ装置等を製造したり、基板上に金属配線等の導体層や絶縁膜を形成したりするのに使用される。
【０００３】
ところで、液滴吐出装置としては、光硬化性を有する液状材料を用いるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
例えば、特許文献１にかかる液滴吐出装置では、ＵＶ硬化性のインクをプリントメディアに付与するインクジェットヘッドと、プリントメディアに付与されたインクにＵＶを照射するＵＶ照射手段とをプリントメディア上方で移動させる。これにより、プリントメディアに付与されたインクをＵＶにより硬化させることができる。
【０００４】
しかし、特許文献１にかかる液滴吐出装置では、インクジェットヘッドおよびＵＶ照射手段が共にプリントメディアの上方に設けられているので、ＵＶ照射手段とプリントメディアとの相対的移動がインクジェットヘッドとプリントメディアとの相対的移動による制限を受ける。
そのため、プリントメディア上のインクに対するＵＶ照射時間やＵＶ照射タイミングを所望のものとすることが難しい。例えば、プリント速度を上げた場合、ＵＶ照射時間が短くなり、インクを十分に硬化することができないと言う問題がある。
【０００５】
また、ＵＶ照射手段によりＵＶが照射されるインクの表面付近には、空気が存在しているため、その空気中の酸素により、インクの硬化が阻害され、この点でも、インクを十分に硬化することができないと言う問題がある。
インクを十分に硬化できなかったり、プリントメディアに対するインクの着弾からその着弾したインクに対するＵＶ照射タイミングまでに長時間を要したりすると、プリントメディア上に付与された液状材料が濡れ広がってしまい、高精度な液滴吐出を実現することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３５８７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、光硬化性を有する液状材料を用い、高精度な液滴吐出を実現することができる液滴吐出装置および液滴吐出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の液滴吐出装置は、光透過性を有する板状またはシート状のワークを載置する載置部を備えるステージと、
前記ワークの一方の面の描画領域に向けて、光硬化性を有する液状材料を液滴として吐出するノズルを備える液滴吐出ヘッドと、
前記ステージと前記液滴吐出ヘッドとを相対的に移動させる移動手段と、
前記描画領域に付与された前記液状材料に、当該液状材料を硬化し得る光を照射する光照射手段とを有し、
前記光照射手段は、前記ワーク内に前記光を入射させるように設けられた光出射部を備え、
前記液状材料の屈折率をｎＬとし、空気の屈折率をｎＡとしたときに、これらの屈折率は、
ｎＡ＜ｎＬ
なる関係を満たし、
前記光出射部から前記ワーク内に入射した前記光を、前記描画領域のうち前記液状材料が付与されていない領域では、前記ワークと空気との界面で反射させ、前記描画領域のうち前記液状材料が付与された領域では、前記ワークと前記液状材料との界面を通過させて当該液状材料に入射させるように構成されていることを特徴とする。
これにより、光硬化性を有する液状材料を用い、高精度な液滴吐出を実現することができる。
【０００９】
本発明の液滴吐出装置では、前記ワークの屈折率をｎＷとしたときに、
ｎＡ＜ｎＷ
なる関係を満たすことが好ましい。
これにより、描画領域のうち液状材料が付与されていない領域で、ワーク内に入射した光をワークの両面間で全反射させることができる。そのため、ワーク内に入射した光が不本意にワーク外へ出射するのを防止することができる。その結果、液滴吐出ヘッドのノズル付近での液状材料の硬化によるノズルの詰まり等を防止することができる。
【００１０】
本発明の液滴吐出装置では、前記ワークの屈折率をｎＷとしたときに、
ｎＷ＜ｎＬ
なる関係を満たすことが好ましい。
これにより、描画領域のうち液状材料が付与された領域で、ワークと液状材料との間での反射を防止し、効率的に、ワーク内に入射した光をワーク上の液状材料に向けて出射させることができる。
本発明の液滴吐出装置では、前記光出射部は、前記ワークの端面から前記ワーク内に光を入射させるように構成されていることが好ましい。
これにより、比較的簡単に、不本意なワーク外への光の漏れを防止しつつ、ワーク内に光を入射させることができる。
【００１１】
本発明の液滴吐出装置では、前記ワークは、互いに平行な第１の端面および第２の端面を有しており、
前記第１の端面には、前記光出射部が対向し、
前記第２の端面には、遮光性を有する遮光部材が対向していることが好ましい。
これにより、比較的簡単に、不本意なワーク外への光の漏れをより確実に防止しつつ、ワーク内に光を入射させることができる。
本発明の液滴吐出装置では、前記遮光部材は、光反射性を有することが好ましい。
これにより、ワーク内に入射した光の利用効率を高め、所望時における液状材料の硬化または固化を効率的に行うことができる。
【００１２】
本発明の液滴吐出装置では、前記光照射手段は、前記液滴吐出ヘッドと前記ステージとの位置関係、および／または、前記液滴吐出ヘッドの前記液滴の吐出パターンに基づいて、前記第１の端面の長手方向における前記光出射部の所定範囲毎に光の出射・非出射を切り換えるように構成されていることが好ましい。
これにより、ワーク上の液状材料に対する光の照射時間を制御することができる。その結果、ワークの液状材料の硬化状態を所望のものとすることができる。また、ワーク内からの不本意な光の漏れを防止することもできる。
【００１３】
本発明の液滴吐出装置では、前記光照射手段は、前記ステージの外部に設けられた光源と、該光源からの光を前記光出射部に導く導光手段とを備えることが好ましい。
これにより、高出力な光源を用いた場合であっても、ステージ上の荷重を抑えることができる。そのため、ステージを移動させる場合、ステージを安定かつ正確に移動させ、その結果、より高精度な液滴吐出を実現することができる。
本発明の液滴吐出装置では、前記導光手段は、光ファイバーを備えることが好ましい。
これにより、ステージを移動させる場合、ステージの移動を妨げることなく、導光手段が光源から光出射部へ光を導光させることができる。
【００１４】
本発明の液滴吐出装置では、前記光出射部は、光源を備えることが好ましい。
これにより、ステージからステージの外部へもたらされる光ファイバーのような導光手段が不要となる。そのため、光源からの光の損失が少なく、利用効率を高め、所望時における液状材料の硬化または固化を効率的に行うことができる。
本発明の液滴吐出装置では、前記光源は、レーザーまたはＬＥＤであることが好ましい。
これらの光源は、指向性が高い。そのため、ワーク内からワーク外への不本意な光の漏れを防止または抑制することができる。
【００１５】
本発明の液滴吐出方法は、光硬化性を有する液状材料の屈折率をｎＬとし、空気の屈折率をｎＡとしたときに、これらの屈折率は、
ｎＡ＜ｎＬ
なる関係を満たし、
光透過性を有する板状またはシート状のワーク内に、前記液状材料を硬化し得る光を入射させるとともに、
前記ワークを載置する載置部を備えるステージと、前記ワークの一方の面の描画領域に向けて、前記液状材料を液滴として吐出するノズルを備える液滴吐出ヘッドとを相対的に移動させながら、前記液滴吐出ヘッドから前記液滴を前記描画領域に付与し、
前記光出射部から前記ワーク内に入射した前記光を、前記描画領域のうち前記液状材料が付与されていない領域では、前記ワークと空気との界面で反射させ、前記描画領域のうち前記液状材料が付与された領域では、前記ワークと前記液状材料との界面を通過させて当該液状材料に入射させることを特徴とする。
これにより、光硬化性を有する液状材料を用い、高精度な液滴吐出を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる液滴吐出装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す液滴吐出ヘッドに備えられた液滴吐出ヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。
【図３】図１に示す液滴吐出装置の制御系を示すブロック図である。
【図４】図１に示す液滴吐出ヘッドに備えられたステージを示す斜視図である。
【図５】図１に示す液滴吐出ヘッドに備えられた光照射手段を説明するための模式図である。
【図６】本発明の第２実施形態にかかる光照射手段を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の液滴吐出装置の好適な実施形態について、添付図面に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態を説明する。なお、以下では、産業用の液滴吐出装置に本発明を適用した場合を一例として説明するが、本発明は、インクジェットプリンターのような民生用の液滴吐出装置にも適用可能である。
【００１８】
図１は、本発明の第１実施形態にかかる液滴吐出装置の概略構成を示す斜視図、図２は、図１に示す液滴吐出ヘッドに備えられた液滴吐出ヘッドの概略構成を示す分解斜視図、図３は、図１に示す液滴吐出装置の制御系を示すブロック図、図４は、図１に示す液滴吐出ヘッドに備えられたステージを示す斜視図、図５は、図１に示す液滴吐出ヘッドに備えられた光照射手段を説明するための模式図である。
なお、以下では、説明の便宜上、図１中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図１において、上下方向（鉛直方向）を「Ｚ方向」、Ｚ方向に垂直な（水平な）一方向を「Ｘ方向」、Ｚ方向およびＸ方向に直交する方向を「Ｙ方向」と言う。
【００１９】
（液滴吐出装置の概略構成）
図１に示すように、液滴吐出装置１は、装置本体１０と、ワークＷが載置されるステージ（テーブル）２０と、装置本体１０に対してステージ２０をＹ方向に移動させる第１の移動機構３０（移動手段）と、ワークＷに向けて光硬化性の液状材料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッド４０と、装置本体１０に対して液滴吐出ヘッド４０をＸ方向に移動させる第２の移動機構５０（移動手段）と、液滴吐出装置１の各部の駆動を制御する制御手段６０とを有している。
【００２０】
このような液滴吐出装置１では、第１の移動機構３０および第２の移動機構５０の作動により液滴吐出ヘッド４０をワークＷに対してＸ方向およびＹ方向に相対的に移動させながら、液滴吐出ヘッド４０から液状材料を液滴として吐出し、その液滴をワークＷ上に付与（着弾）させる。
また、後に詳述するが、ワークＷ上に付与された液滴は、ステージ２０に設けられた光出射部７１からの光により、硬化または固化する。
【００２１】
以下、このような液滴吐出装置１を構成する各部を順次詳細に説明する。
装置本体１０は、図１に示すように、基台１１と、基台１１上に設けられた１対の柱体１２とを有している。
基台１１上には、第１の移動機構３０を介してステージ２０が設けられている。
第１の移動機構３０は、Ｙ方向に沿って延在する１対のガイドレール３１と、この１対のガイドレール３１に沿って移動可能なスライダ３２と、スライダ３２を１対のガイドレール３１に沿って移動させるリニアモーター等の駆動手段（図示せず）とを有している。
【００２２】
スライダ３２の上面には、調整機構３３を介してステージ（載置部）２０が取り付けられている。
調整機構３３は、例えばモーターを含んで構成され、スライダ３２に対するステージ２０の位置および／または姿勢を調整し得るものである。より具体的には、調整機構３３は、スライダ３２に対してステージ２０をθｚ方向に（Ｚ方向に平行な軸線回りに）回転し得るものである。
【００２３】
ステージ２０は、液滴吐出（液滴付与）の対象となる基板等のワークＷを設置・保持するものである。
このステージ２０には、その上面（設置面）に開口する複数の穴２１が形成されている。この各穴２１には、図示しない吸引ポンプが接続されている。これにより、各穴２１を負圧にすることで、ワークＷをステージ２０上に吸着させ、ワークＷをステージ２０上に所望の位置および姿勢で保持することができる。ここで、ステージ２０の上面は、ワークＷを載置する載置部を構成する。
このステージ２０に載置されるワークＷは、シート状または板状をなし、光透過性を有する。本実施形態では、ワークＷの上面および下面は、互いに平行であり、かつ、それぞれ、平滑な面をなしている。
【００２４】
本実施形態では、ワークＷは、平面視にて、四角形（長方形）をなしている。すなわち、ワークＷは、平面視にて、互いに平行な１対の長辺と、互いに平行な１対の短辺とを有し、各長辺と各短辺とが直交している。なお、ワークＷの平面視形状は、前述した長方形に限らず、例えば、正方形であってもよいし、三角形、五角形等の他の多角形であってもよいし、また、円形、楕円形等であってもよい。
【００２５】
また、ワークＷの屈折率は、空気の屈折率よりも大きければよいが、液状材料Ｌの屈折率よりも小さいのが好ましい。これにより、ワークＷ上に液状材料Ｌが付与（液滴Ｄが着弾）したときに、ワークＷの上面と下面との間で反射する光をワークＷ上の液状材料Ｌにより確実に入射させることができる。
このようなワークＷの構成材料としては、光透過性および前述したような屈折率を有するものであれば、特に限定されないが、例えば、樹脂材料、ガラス材料、水晶等が好適に用いられる。
【００２６】
また、ステージ２０上には、光出射部７１および遮光部材７３が設けられている。光出射部７１は、後述する光源ユニット７０からの光をワークＷ内に入射させるものである。ワークＷ内に入射した光は、ワークＷの上面および下面で反射しながら遮光部材７３側へ導光され、遮光部材７３で光出射部７１側へ反射する。なお、光出射部７１および遮光部材７３については、後に詳述する。
なお、ステージ２０上には、液滴吐出ヘッド４０が液状材料を捨打ちまたは試し打ち（予備吐出）するための予備吐出エリアが設けられていてもよい。
【００２７】
また、基台１１上には、キャッピングユニット１３と、クリーニングユニット１４とが設けられている。
キャッピングユニット１３は、後述する液滴吐出ヘッド４０のノズルの乾燥を防止するため、液滴吐出装置１の待機時にノズルを覆うものである。
また、クリーニングユニット１４は、液滴吐出ヘッド４０のノズルの目詰まりを取り除くため、ノズルの内部を吸引するものである。
【００２８】
一方、１対の柱体１２の上端部には、第２の移動機構５０を介して液滴吐出ヘッド４０が設けられている（架設されている）。
第２の移動機構５０は、Ｘ方向に沿って延在する１対のガイドレール５１と、この１対のガイドレール５１に沿って移動可能なスライダ５２と、このスライダ５２を１対のガイドレール５１に沿って移動させるリニアモーター等の駆動手段（図示せず）とを有している。
【００２９】
スライダ５２には、調整機構５３を介して液滴吐出ヘッド４０が取り付けられている。
調整機構５３は、例えば複数のモーターを含んで構成され、スライダ５２に対する液滴吐出ヘッド４０の位置および／または姿勢を調整し得るものである。より具体的には、調整機構５３は、スライダ５２に対して液滴吐出ヘッド４０をＺ方向に移動する機能と、スライダ５２に対して液滴吐出ヘッド４０をα方向（Ｚ方向に平行な軸線回りに）回動させる機能と、スライダ５２に対して液滴吐出ヘッド４０をβ方向（Ｙ方向に平行な軸線回りに）回動させる機能と、スライダ５２に対して液滴吐出ヘッド４０をγ方向（Ｘ方向に平行な軸線回りに）回動させる機能とを有するものである。
【００３０】
液滴吐出ヘッド４０は、前述したステージ２０上に載置されたワークＷの一方の面（上面）の描画領域に向けて、光硬化性を有する液状材料Ｌを液滴Ｄとして吐出するものである。なお、上記描画領域は、液滴吐出ヘッド４０から液滴Ｄの付与を受け得る領域である。本実施形態では、上記描画領域がワークＷの上面の全域（略全域）であるものとして説明するが、上記描画領域はワークＷの上面のうちの一部であってもよい。
【００３１】
液滴吐出ヘッド４０は、ピエゾ素子を用いたピエゾ方式を採用し、図２に示すように、ノズル基板４１と、キャビティ基板４２と、振動板４３と、複数の圧電素子４４と、カバー基板４５とを有している。
ここで、ノズル基板４１と振動板４３とは、キャビティ基板４２を介して接合されている。
【００３２】
そして、キャビティ基板４２には、厚さ方向に貫通する異形孔が形成され、これにより、ノズル基板４１と振動板４３との間には、複数のキャビティ４２１と、この複数のキャビティ４２１と連通するリザーバ４２２とが形成されている。
また、ノズル基板４１には、前述した複数のキャビティ４２１に対応して、複数のノズル（ノズル孔）４１１が形成されている。
【００３３】
一方、振動板４３のキャビティ基板４２側とは反対側の面には、前述した複数のキャビティ４２１に対応して、複数の圧電素子４４が接合されている。この各圧電素子４４は、前述した制御手段６０によって駆動制御される。
また、振動板４３のキャビティ基板４２側とは反対側の面には、カバー基板４５が接合されている。このカバー基板４５には、複数の圧電素子４４を収納するように凹部が形成され、その縁部が振動板４３に接合されている。また、カバー基板４５には、前述したリザーバ４２２に連通する供給孔４５１が形成されている。
この供給孔４５１には、図示しないが、供給管を介して、液状材料Ｌを貯蔵するタンクが接続されている。これにより、タンクから供給管を介して液滴吐出ヘッド４０のリザーバ４２２に液状材料Ｌが供給される。
【００３４】
このように構成された液滴吐出ヘッド４０では、各圧電素子４４を駆動することにより、駆動する圧電素子４４に対応する振動板４３の部分を変形（振動）させる。これにより、駆動する圧電素子４４に対応するキャビティ４２１の容積（圧力）を変化させ、キャビティ４２１内からノズル４１１を通じて、液状材料Ｌが液滴Ｄとして吐出される（押し出される）。
【００３５】
液状材料Ｌは、光硬化性を有するものである。
また、液状材料Ｌの屈折率ｎＬは、空気の屈折率ｎＡよりも大きい。これにより、後述するように、ワークＷ上に液状材料Ｌが付与（液滴Ｄが着弾）したときに、その付与領域（着弾領域）においてワークＷ内に導光された光をワークＷ内から出射させてワークＷ上の液状材料Ｌに入射させることができる。
【００３６】
液状材料Ｌとしては、液滴吐出装置１の用途等によって決定されるものであり、光硬化性および前述したような屈折率を有するものであれば、特に限定されず、有機材料を溶媒に溶解した各種溶液、有機材料や無機材料を分散質とし分散媒に分散した各種分散液を用いることができる。例えば、液状材料Ｌが溶液である場合、その溶液が前述したような屈折率を有するものを選定すればよく、液状材料Ｌが分散液である場合、その分散液の分散媒が前述したような屈折率を有するものを選定すればよい。
【００３７】
また、後述するように、液状材料Ｌの屈折率ｎＬは、ワークＷの屈折率ｎｗよりも大きいのが好ましい。例えば、ワークＷがポリカーボネイト（屈折率１．５８５）で構成されている場合、液状材料Ｌとして、屈折率が１．５９よりも大きいものを用いればよい。
なお、液滴吐出ヘッド４０は、ピエゾ方式のものに限定されず、例えば、液状材料を加熱して発生した泡（バブル）により液滴として吐出する方式、振動板４３を静電引力により振動させる静電駆動方式等であってもよい。
【００３８】
以上説明したような第１の移動機構３０、第２の移動機構５０および液滴吐出ヘッド４０は、制御手段６０により駆動制御される。また、制御手段６０は、後述する光源ユニット７０の駆動を制御する機能をも有する。
このような制御手段６０は、図２に示すように、入力バッファメモリ６１と、記憶手段６２と、処理部６３と、走査駆動部６４と、ヘッド駆動部６５と、光源駆動部６６と、ヘッド位置検出手段６７と、ステージ位置検出手段６８とを備えている。
【００３９】
入力バッファメモリ６１と処理部６３とは相互に通信可能に接続されている。処理部６３と記憶手段６２とは相互に通信可能に接続されている。処理部６３と走査駆動部６４とは相互に通信可能に接続されている。処理部６３とヘッド駆動部６５とは相互に通信可能に接続されている。また、走査駆動部６４は、第１の移動機構３０および第２の移動機構５０と相互に通信可能に接続されている。また、ヘッド駆動部６５は、複数の液滴吐出ヘッド４０のそれぞれと相互に通信可能に接続されている。また、光源駆動部６６は、光源ユニット７０と相互に通信可能に接続されている。
【００４０】
入力バッファメモリ６１は、図示しない外部情報処理装置から、液状材料Ｌの液滴を吐出する位置に関するデータ、すなわち描画パターンデータを受け取る。入力バッファメモリ６１は、この描画パターンデータを処理部６３に入力し、処理部６３は、描画パターンデータを記憶手段６２に格納する。記憶手段６２は、ＲＡＭ、磁気記録媒体、光磁気記録媒体等で構成される。
【００４１】
ヘッド位置検出手段６７は、液滴吐出ヘッド４０のＸ方向での位置（移動距離）を検出し、その検出信号を処理部６３へ入力する。
ステージ位置検出手段６８は、ステージ２０（およびワークＷ）のＹ方向での位置（移動距離）を検出し、その検出信号を処理部６３へ入力する。
ヘッド位置検出手段６７およびステージ位置検出手段６８は、それぞれ、例えばリニアエンコーダ、レーザー測長器等で構成される。
【００４２】
処理部６３は、ヘッド位置検出手段６７およびステージ位置検出手段６８の検出信号に基づき、走査駆動部６４を介して、第１の移動機構３０および第２の移動機構５０の作動を制御（クローズドループ制御）する。これにより、液滴吐出ヘッド４０とワークＷとのＸ方向およびＹ方向での相対位置関係および相対移動速度を制御する。
また、処理部６３は、上記の描画パターンデータに基づいて、後述する液滴吐出ヘッド４０の各ノズル４１１に対応する所定時間間隔の吐出タイミング毎の液滴吐出のオン・オフを指定する選択信号をヘッド駆動部６５へ与える。ヘッド駆動部６５は、上記の選択信号に基づいて、液状材料Ｌの吐出に必要な吐出信号を液滴吐出ヘッド４０に与える。この結果、液滴吐出ヘッド４０における対応するノズル４１１から、液状材料Ｌが液滴として吐出される。
【００４３】
また、処理部６３は、ヘッド位置検出手段６７およびステージ位置検出手段６８の検出信号、および／または、上記の描画パターンデータに基づいて、光源駆動部６６に光源ユニット７０の駆動信号を生成させ、光源ユニット７０の駆動を制御することができる。これにより、制御手段６０は、液滴吐出ヘッド４０とステージ２０との位置関係、および／または、液滴吐出ヘッド４０の液滴Ｄの吐出パターンに基づいて、光源ユニット７０の駆動を制御することができる。
制御手段６０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含んだコンピュータである。この場合には、前述したような制御手段６０の機能は、コンピュータによって実行されるソフトウェアプログラムを用いることによって実現することができる。もちろん、制御手段６０は、専用の回路（ハードウェア）であってもよい。
【００４４】
（液滴吐出装置の光照射手段）
ここで、液滴吐出装置１の光照射手段について詳述する。
前述したように、ステージ２０上には、光出射部７１および遮光部材７３が設けられている（図１および図４参照）。また、図５に示すように、光出射部７１には、導光手段７２を介して光源ユニット７０に接続されている。
【００４５】
ここで、光出射部７１、光源ユニット７０および導光手段７２は、ワークＷ上の液状材料Ｌに、当該液状材料Ｌを硬化または固化し得る光を照射する光照射手段を構成する。
かかる光照射手段は、光出射部７１からワークＷ内に入射した光を、ワークＷの描画領域（上面）のうち液状材料Ｌが付与されていない領域では、ワークＷと空気との界面で反射させ、ワークＷの描画領域のうち液状材料Ｌが付与された領域では、ワークＷと液状材料Ｌとの界面を通過させて当該液状材料Ｌに入射させるように構成されている。
【００４６】
これにより、ワークＷの描画領域に液状材料Ｌが付与されるとほぼ同時に、当該液状材料Ｌに光を照射して硬化処理を行うことができる。そのため、ワークＷへの液状材料Ｌの付与から光照射までの時間を短くかつ一定時間で行うことができる。また、ワークＷの描画領域に付与された液状材料Ｌが完全に硬化するまで、当該液状材料Ｌに光を照射することができる。さらに、ワークＷの描画領域に付与された液状材料Ｌに対しワークＷ側から光を照射するので、付与された液状材料Ｌの周辺の空気中の酸素によって液状材料Ｌの硬化が阻害されるのを防止または抑制することができる。
【００４７】
以下、かかる光照射手段を構成する各部を順次詳細に説明する。
ワークＷは互いに平行な１対の端面Ｅ１、Ｅ２を有し、一方（図５にて左側）の端面（第１の端面）Ｅ１には光出射部７１が対向し、他方（図５にて右側）の端面（第２の端面）Ｅ２上には遮光部材７３が対向している。
光出射部７１は、液状材料Ｌを硬化（固化）し得る光をワークＷ内に入射させるものである。
【００４８】
この光出射部７１は、ワークＷの端面Ｅ１の長手方向での全域に亘って設けられた光導波路７１１を備えている。
この光導波路７１１は、その導光方向（図５にて左右方向）にて、先端（図５にて右側の端）がワークＷの端面Ｅ１に臨むように設けられ、基端（図５にて左側の端）が導光手段７２を介して光源ユニット７０に接続されている。
【００４９】
このような光導波路７１１は、光源ユニット７０から導光手段７２を介して入射した光をワークＷの端面Ｅ１へ導光する。これにより、光導波路７１１から出射した光を端面Ｅ１からワークＷ内に入射させることができる。また、ワークＷの端面からワークＷ内に光を入射させることで、比較的簡単に、不本意なワークＷ外への光の漏れを防止しつつ、ワークＷ内に光を入射させることができる。
【００５０】
ここで、ワークＷは、液状材料Ｌが付与されていない領域において、光を導光する機能を有する。したがって、ワークＷ上に液状材料Ｌが付与されていない領域では、端面Ｅ１からワークＷ内に入射した光は、ワークＷ内を端面Ｅ２側に向けて進行する（導光される）。
特に、空気の屈折率をｎＡとし、ワークＷの屈折率をｎＷとしたときに、これらの屈折率は、
ｎＡ＜ｎＷ
なる関係を満たす。
【００５１】
これにより、図５に示すように、ワークＷ内に入射した光のうち、臨界角θｃよりも大きい角度でワークＷの上面または下面へ入射した光は、ワークＷ上に液状材料Ｌが付与されていない領域で、ワークＷの上面および下面のそれぞれで全反射する。これにより、ワークＷ内に入射した光のうちの少なくとも一部がワークＷの上面と下面との間で反射しながら端面Ｅ２側に向けて進行する。
そのため、ワークＷ内に入射した光が不本意にワークＷ外へ出射するのを防止することができる。その結果、液滴吐出ヘッド４０のノズル４１１付近での液状材料Ｌの硬化によるノズル４１１の詰まり等を防止することができる。
【００５２】
また、液状材料Ｌの屈折率をｎＬとし、空気の屈折率をｎＡとしたときに、これらの屈折率は、
ｎＡ＜ｎＬ
なる関係を満たす。
これにより、ワークＷの描画領域のうち液状材料Ｌが付与された領域では、光出射部７１からワークＷ内に入射した光をワークＷと液状材料Ｌとの界面を通過させて当該液状材料Ｌに入射させることができる。また、液状材料Ｌに入射した光は、液状材料Ｌと空気との界面で反射させることができる。そのため、当該光が液滴吐出ヘッド４０へ及ぶのを防止することができる。
【００５３】
特に、液状材料Ｌの屈折率をｎＬとし、ワークＷの屈折率をｎＷとしたときに、これらの屈折率は、
ｎＷ＜ｎＬ
なる関係を満たすのが好ましい。
これにより、ワークＷの描画領域のうち液状材料Ｌが付与された領域では、ワークＷ内に入射した光がワークＷと液状材料Ｌとの間で反射するのを防止または抑制し、効率的に、ワークＷ内に入射した光をワークＷ上の液状材料Ｌに向けて出射させることができる。
このような光出射部７１には、導光手段７２を介して光源ユニット７０が接続されている。
【００５４】
すなわち、光照射手段は、ステージ２０の外部に設けられた光源ユニット（光源）７０と、この光源ユニット７０からの光を光出射部７１に導く導光手段７２とを備える。これにより、高出力な光源ユニット７０を用いた場合であっても、ステージ２０上の荷重を抑えることができる。そのため、本実施形態のように第１の移動機構３０によりステージ２０を移動させる場合、ステージ２０を安定かつ正確に移動させ、その結果、より高精度な液滴吐出を実現することができる。
【００５５】
導光手段７２は、複数の光ファイバー７２１で構成されている。この複数の光ファイバー７２１は、それぞれ、一端が光源ユニット７０、他端が光出射部７１の光導波路７１１に接続されている。これにより、導光手段７２は、光源ユニット７０から光導波路７１１へ導光することができる。
このような光ファイバーを備える導光手段７２は、可撓性を有する。そのため、本実施形態のように第１の移動機構３０によりステージ２０を移動させる場合、ステージ２０の移動を妨げることなく、導光手段７２が光源ユニット７０から光出射部７１へ光を導光させることができる。
なお、導光手段７２は、光源ユニット７０から光導波路７１１へ導光することができるものであれば、前述したものに限定されず、例えば、光導波路で構成してもよいし、レンズ、ミラー、プリズム等の光学部品またはこれらの組み合わせにより構成してもよい。
【００５６】
光源ユニット７０は、液状材料Ｌを硬化し得る光を出射する（発する）もの（光源）である。
光源ユニット７０は、液状材料Ｌを硬化し得る波長および強度の光を発するものであれば、特に限定されず、各種光源を用いることができるが、例えば、液状材料Ｌが紫外線硬化性である場合、水銀ランプ、メタルハライドランプ、エキシマーレーザー、ＹＡＧレーザー、ＬＥＤ（ＵＶ−ＬＥＤ）、ＬＤ（ＵＶ−ＬＤ）等を用いることができる。
【００５７】
中でも、光源ユニット７０（光源）は、レーザーまたはＬＥＤであるのが好ましい。これらの光源は、指向性が高い。そのため、光出射部７１から出射した全光を前述した臨界角θｃ以上でワークＷ内に入射させることができる。その結果、ワークＷ外への不本意な光の漏れを防止または抑制することができる。
また、光源ユニット７０は、導光手段７２の各光ファイバーに光を入射させる１つの光源（発光素子）を有するものであってもよいし、導光手段７２の複数の光ファイバーに対応した複数の光源（発光素子）を有するものであってもよい。
【００５８】
また、光源ユニット７０は、導光手段７２の複数の光ファイバーに対応した複数の光源（発光素子）を有する場合、その複数の光源を選択的に点灯・消灯し得るように構成されているのが好ましい。
これにより、ワークＷの端面Ｅ１の長手方向における光出射部７１の所定範囲毎に光の出射・非出射を切り換え得ることができる。
【００５９】
この場合、液滴吐出ヘッド４０とステージ２０との位置関係、および／または、液滴吐出ヘッド４０の液滴Ｄの吐出パターンに基づいて、ワークＷの端面Ｅ１の長手方向における光出射部７１の所定範囲毎に光の出射・非出射を切り換えるのが好ましい。これにより、ワークＷ上の液状材料Ｌに対する光の照射時間を制御することができる。その結果、ワークＷの液状材料Ｌの硬化状態を所望のものとすることができる。また、ワークＷ内からの不本意な光の漏れを防止することもできる。
なお、前述したように、光源ユニット７０は、制御手段６０に電気的に接続されており、制御手段６０は、液滴吐出ヘッド４０とステージ２０との位置関係、および／または、液滴吐出ヘッド４０の液滴Ｄの吐出パターンに基づいて、光源ユニット７０を駆動制御することができる。
【００６０】
また、遮光部材７３は、遮光性を有する機能を有する。この機能により、ワークＷ内を端面Ｅ１から端面Ｅ２側へ進行する光が端面Ｅ２から外部へ漏れるのを防止することができる。その結果、液滴吐出ヘッド４０のノズル４１１付近に光が及ぶのを防止し、ノズル４１１の液状材料Ｌの硬化または固化による詰まりや吐出不良等を防止することができる。
また、遮光部材７３は、光反射性を有するのが好ましい。これにより、ワークＷ内で端面Ｅ２へ進行した光を端面Ｅ１側に反射することで、光の利用効率を高め、所望時における液状材料Ｌの硬化または固化を効率的に行うことができる。
【００６１】
次に、以上説明したように構成された液滴吐出装置１の作動（液滴吐出装置１を用いた液滴吐出方法）の一例について説明する。
まず、ステージ２０上にワークＷを載置する。
次に、光源ユニット７０を作動させる。これにより、光出射部７１から出射した光が端面Ｅ１からワークＷ内に入射する。そして、端面Ｅ１からワークＷ内に入射した光は、ワークＷの両面間で反射しながら、ワークＷ内を端面Ｅ２側に向けて進行する。
【００６２】
その状態で、ステージ２０と液滴吐出ヘッド４０とをＸ方向およびＹ方向に相対的に移動させながら、液滴吐出ヘッド４０から液滴ＤをワークＷの描画領域に付与する。
これにより、ワークＷの描画領域のうち液状材料Ｌ（液滴Ｄ）が付与された領域では、光出射部７１からワークＷ内に入射した光がワークＷ内から当該液状材料Ｌに向けて出射する。その結果、ワークＷに付与された液状材料Ｌを硬化または固化させることができる。
このとき、ワークＷの描画領域のうち液状材料Ｌ（液滴Ｄ）が付与されていない領域では、光出射部７１からワークＷ内に入射した光がワークＷの両面間で反射しながらワークＷ内を進行する。
【００６３】
このようにして、ワークＷに対する液状材料Ｌの付与、光硬化を行うことができる。なお、液滴吐出装置１では、ワークＷの描画領域のうちの同一部位に対して液状材料Ｌの付与を複数回行って、厚膜化された膜（層）を形成することができる。この場合、液状材料Ｌの付与毎に、付与された液状材料Ｌを瞬時に光硬化することができるので、アスペクト比が高く、寸法精度に優れた膜（層）を形成することができる。
【００６４】
以上説明したような第１実施形態にかかる液滴吐出装置１および液滴吐出方法（本発明の液滴吐出方法）によれば、ワークＷの描画領域に液状材料Ｌが付与されるとほぼ同時に、当該液状材料Ｌに光を照射して硬化処理を行うことができる。そのため、ワークＷへの液状材料Ｌの付与から光照射までの時間を短くかつ一定時間で行うことができる。また、ワークＷの描画領域に付与された液状材料Ｌが完全に硬化するまで、当該液状材料Ｌに光を照射することができる。さらに、ワークＷの描画領域に付与された液状材料Ｌに対しワークＷ側から光を照射するので、付与された液状材料Ｌの周辺の空気中の酸素によって液状材料Ｌの硬化が阻害されるのを防止または抑制することができる。
このようなことから、本実施形態の液滴吐出装置１および液滴吐出方法では、光硬化性を有する液状材料Ｌを用い、高精度な液滴吐出を実現することができる。
【００６５】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の液滴吐出装置の第２実施形態について説明する。
図６は、本発明の第２実施形態にかかる光照射手段を説明するための模式図である。
本実施形態にかかる液滴吐出装置は、光照射手段の構成が異なる以外は、前述した第１実施形態にかかる液滴吐出装置と同様である。
なお、以下の説明では、第２実施形態の液滴吐出装置に関し、第１実施形態の液滴吐出装置との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。
【００６６】
本実施形態の液滴吐出装置では、図６に示すように、ワークＷの端面Ｅ１に、光出射部７１Ａが対向している。
この光出射部７１Ａは、液状材料Ｌを硬化（固化）し得る光をワークＷ内に入射させるものである。
この光出射部７１Ａは、ワークＷの端面Ｅ１の長手方向での全域に亘って設けられた光源７１２および反射部材７１３を備えている。
【００６７】
光源７１２は、ワークＷの端面Ｅ１の長手方向での全域に亘って光を入射し得るものである。
このような光源７１２としては、特に限定されず、前述した第１実施形態の光源ユニット７０と同様の光源を用いることができる。
このような光源７１２のワークＷの端面Ｅ１とは反対側には、反射部材７１３が設けられている。
また、光源７１２は、制御手段６０に電気的に接続され、制御手段６０により駆動制御される。
反射部材７１３は、光源７１２からの光をワークＷの端面Ｅ１に向けて反射するものである。
なお、この反射部材７１３は、光源７１２の種類によっては省略することができる。また、光源７１２とワークＷとの間にレンズ等の集光手段が設けられていてもよい。
【００６８】
このような光出射部７１は、光源７１２を備えるので、ステージ２０からステージ２０の外部へもたらされる光ファイバーのような導光手段が不要となる。そのため、光源７１２からの光の損失が少なく、利用効率を高め、所望時における液状材料Ｌの硬化または固化を効率的に行うことができる。
以上説明したような第２実施形態にかかる液滴吐出装置によっても、前述した第１実施形態の液滴吐出装置１と同様の効果を発揮することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１……液滴吐出装置 １０……装置本体 １１……基台 １２……柱体 １３……キャッピングユニット １４……クリーニングユニット ２０……ステージ ２１…穴 ３０……第１の移動機構 ３１……ガイドレール ３２……スライダ ３３……調整機構 ４０……液滴吐出ヘッド ４１……ノズル基板 ４１１……ノズル ４２……キャビティ基板 ４２１……キャビティ ４２２……リザーバ ４３……振動板 ４４……圧電素子 ４５……カバー基板 ４５１……供給孔 ５０……第２の移動機構 ５１……ガイドレール ５２……スライダ ５３……調整機構 ６０……制御手段 ６１……入力バッファメモリ ６２……記憶手段 ６３……処理部 ６４……走査駆動部 ６５……ヘッド駆動部 ６６……光源駆動部 ６７……ヘッド位置検出手段 ６８……ステージ位置検出手段 ７０……光源ユニット ７１、７１Ａ……光出射部 ７１１……光導波路 ７１２……光源 ７２……導光手段 ７２１……光ファイバー Ｌ……液状材料 Ｄ……液滴
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出装置および液滴吐出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液状材料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置は、インクジェットプリンターのように民生用として用いられるだけでなく、産業用としても用いられている。産業用の液滴吐出装置は、例えば、液晶表示装置におけるカラーフィルターや有機ＥＬ装置等を製造したり、基板上に金属配線等の導体層や絶縁膜を形成したりするのに使用される。
【０００３】
ところで、液滴吐出装置としては、光硬化性を有する液状材料を用いるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
例えば、特許文献１にかかる液滴吐出装置では、ＵＶ硬化性のインクをプリントメディアに付与するインクジェットヘッドと、プリントメディアに付与されたインクにＵＶを照射するＵＶ照射手段とをプリントメディア上方で移動させる。これにより、プリントメディアに付与されたインクをＵＶにより硬化させることができる。
【０００４】
しかし、特許文献１にかかる液滴吐出装置では、インクジェットヘッドおよびＵＶ照射手段が共にプリントメディアの上方に設けられているので、ＵＶ照射手段とプリントメディアとの相対的移動がインクジェットヘッドとプリントメディアとの相対的移動による制限を受ける。
そのため、プリントメディア上のインクに対するＵＶ照射時間やＵＶ照射タイミングを所望のものとすることが難しい。例えば、プリント速度を上げた場合、ＵＶ照射時間が短くなり、インクを十分に硬化することができないと言う問題がある。
【０００５】
また、ＵＶ照射手段によりＵＶが照射されるインクの表面付近には、空気が存在しているため、その空気中の酸素により、インクの硬化が阻害され、この点でも、インクを十分に硬化することができないと言う問題がある。
インクを十分に硬化できなかったり、プリントメディアに対するインクの着弾からその着弾したインクに対するＵＶ照射タイミングまでに長時間を要したりすると、プリントメディア上に付与された液状材料が濡れ広がってしまい、高精度な液滴吐出を実現することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３５８７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、光硬化性を有する液状材料を用い、高精度な液滴吐出を実現することができる液滴吐出装置および液滴吐出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の液滴吐出装置は、光透過性を有する板状またはシート状のワークを載置する載置部を備えるステージと、
前記ワークの一方の面の描画領域に向けて、光硬化性を有する液状材料を液滴として吐出するノズルを備える液滴吐出ヘッドと、
前記ステージと前記液滴吐出ヘッドとを相対的に移動させる移動手段と、
前記描画領域に付与された前記液状材料に、当該液状材料を硬化し得る光を照射する光照射手段とを有し、
前記光照射手段は、前記ワーク内に前記光を入射させるように設けられた光出射部を備え、
前記液状材料の屈折率をｎＬとし、空気の屈折率をｎＡとしたときに、これらの屈折率は、
ｎＡ＜ｎＬ
なる関係を満たし、
前記光出射部から前記ワーク内に入射した前記光を、前記描画領域のうち前記液状材料が付与されていない領域では、前記ワークと空気との界面で反射させ、前記描画領域のうち前記液状材料が付与された領域では、前記ワークと前記液状材料との界面を通過させて当該液状材料に入射させるように構成されていることを特徴とする。
これにより、光硬化性を有する液状材料を用い、高精度な液滴吐出を実現することができる。
【０００９】
本発明の液滴吐出装置では、前記ワークの屈折率をｎＷとしたときに、
ｎＡ＜ｎＷ
なる関係を満たすことが好ましい。
これにより、描画領域のうち液状材料が付与されていない領域で、ワーク内に入射した光をワークの両面間で全反射させることができる。そのため、ワーク内に入射した光が不本意にワーク外へ出射するのを防止することができる。その結果、液滴吐出ヘッドのノズル付近での液状材料の硬化によるノズルの詰まり等を防止することができる。
【００１０】
本発明の液滴吐出装置では、前記ワークの屈折率をｎＷとしたときに、
ｎＷ＜ｎＬ
なる関係を満たすことが好ましい。
これにより、描画領域のうち液状材料が付与された領域で、ワークと液状材料との間での反射を防止し、効率的に、ワーク内に入射した光をワーク上の液状材料に向けて出射させることができる。
本発明の液滴吐出装置では、前記光出射部は、前記ワークの端面から前記ワーク内に光を入射させるように構成されていることが好ましい。
これにより、比較的簡単に、不本意なワーク外への光の漏れを防止しつつ、ワーク内に光を入射させることができる。
【００１１】
本発明の液滴吐出装置では、前記ワークは、互いに平行な第１の端面および第２の端面を有しており、
前記第１の端面には、前記光出射部が対向し、
前記第２の端面には、遮光性を有する遮光部材が対向していることが好ましい。
これにより、比較的簡単に、不本意なワーク外への光の漏れをより確実に防止しつつ、ワーク内に光を入射させることができる。
本発明の液滴吐出装置では、前記遮光部材は、光反射性を有することが好ましい。
これにより、ワーク内に入射した光の利用効率を高め、所望時における液状材料の硬化または固化を効率的に行うことができる。
【００１２】
本発明の液滴吐出装置では、前記光照射手段は、前記液滴吐出ヘッドと前記ステージとの位置関係、および／または、前記液滴吐出ヘッドの前記液滴の吐出パターンに基づいて、前記第１の端面の長手方向における前記光出射部の所定範囲毎に光の出射・非出射を切り換えるように構成されていることが好ましい。
これにより、ワーク上の液状材料に対する光の照射時間を制御することができる。その結果、ワークの液状材料の硬化状態を所望のものとすることができる。また、ワーク内からの不本意な光の漏れを防止することもできる。
【００１３】
本発明の液滴吐出装置では、前記光照射手段は、前記ステージの外部に設けられた光源と、該光源からの光を前記光出射部に導く導光手段とを備えることが好ましい。
これにより、高出力な光源を用いた場合であっても、ステージ上の荷重を抑えることができる。そのため、ステージを移動させる場合、ステージを安定かつ正確に移動させ、その結果、より高精度な液滴吐出を実現することができる。
本発明の液滴吐出装置では、前記導光手段は、光ファイバーを備えることが好ましい。
これにより、ステージを移動させる場合、ステージの移動を妨げることなく、導光手段が光源から光出射部へ光を導光させることができる。
【００１４】
本発明の液滴吐出装置では、前記光出射部は、光源を備えることが好ましい。
これにより、ステージからステージの外部へもたらされる光ファイバーのような導光手段が不要となる。そのため、光源からの光の損失が少なく、利用効率を高め、所望時における液状材料の硬化または固化を効率的に行うことができる。
本発明の液滴吐出装置では、前記光源は、レーザーまたはＬＥＤであることが好ましい。
これらの光源は、指向性が高い。そのため、ワーク内からワーク外への不本意な光の漏れを防止または抑制することができる。
【００１５】
本発明の液滴吐出方法は、光硬化性を有する液状材料の屈折率をｎＬとし、空気の屈折率をｎＡとしたときに、これらの屈折率は、
ｎＡ＜ｎＬ
なる関係を満たし、
光透過性を有する板状またはシート状のワーク内に、前記液状材料を硬化し得る光を入射させるとともに、
前記ワークを載置する載置部を備えるステージと、前記ワークの一方の面の描画領域に向けて、前記液状材料を液滴として吐出するノズルを備える液滴吐出ヘッドとを相対的に移動させながら、前記液滴吐出ヘッドから前記液滴を前記描画領域に付与し、
前記光出射部から前記ワーク内に入射した前記光を、前記描画領域のうち前記液状材料が付与されていない領域では、前記ワークと空気との界面で反射させ、前記描画領域のうち前記液状材料が付与された領域では、前記ワークと前記液状材料との界面を通過させて当該液状材料に入射させることを特徴とする。
これにより、光硬化性を有する液状材料を用い、高精度な液滴吐出を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる液滴吐出装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す液滴吐出ヘッドに備えられた液滴吐出ヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。
【図３】図１に示す液滴吐出装置の制御系を示すブロック図である。
【図４】図１に示す液滴吐出ヘッドに備えられたステージを示す斜視図である。
【図５】図１に示す液滴吐出ヘッドに備えられた光照射手段を説明するための模式図である。
【図６】本発明の第２実施形態にかかる光照射手段を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の液滴吐出装置の好適な実施形態について、添付図面に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態を説明する。なお、以下では、産業用の液滴吐出装置に本発明を適用した場合を一例として説明するが、本発明は、インクジェットプリンターのような民生用の液滴吐出装置にも適用可能である。
【００１８】
図１は、本発明の第１実施形態にかかる液滴吐出装置の概略構成を示す斜視図、図２は、図１に示す液滴吐出ヘッドに備えられた液滴吐出ヘッドの概略構成を示す分解斜視図、図３は、図１に示す液滴吐出装置の制御系を示すブロック図、図４は、図１に示す液滴吐出ヘッドに備えられたステージを示す斜視図、図５は、図１に示す液滴吐出ヘッドに備えられた光照射手段を説明するための模式図である。
なお、以下では、説明の便宜上、図１中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図１において、上下方向（鉛直方向）を「Ｚ方向」、Ｚ方向に垂直な（水平な）一方向を「Ｘ方向」、Ｚ方向およびＸ方向に直交する方向を「Ｙ方向」と言う。
【００１９】
（液滴吐出装置の概略構成）
図１に示すように、液滴吐出装置１は、装置本体１０と、ワークＷが載置されるステージ（テーブル）２０と、装置本体１０に対してステージ２０をＹ方向に移動させる第１の移動機構３０（移動手段）と、ワークＷに向けて光硬化性の液状材料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッド４０と、装置本体１０に対して液滴吐出ヘッド４０をＸ方向に移動させる第２の移動機構５０（移動手段）と、液滴吐出装置１の各部の駆動を制御する制御手段６０とを有している。
【００２０】
このような液滴吐出装置１では、第１の移動機構３０および第２の移動機構５０の作動により液滴吐出ヘッド４０をワークＷに対してＸ方向およびＹ方向に相対的に移動させながら、液滴吐出ヘッド４０から液状材料を液滴として吐出し、その液滴をワークＷ上に付与（着弾）させる。
また、後に詳述するが、ワークＷ上に付与された液滴は、ステージ２０に設けられた光出射部７１からの光により、硬化または固化する。
【００２１】
以下、このような液滴吐出装置１を構成する各部を順次詳細に説明する。
装置本体１０は、図１に示すように、基台１１と、基台１１上に設けられた１対の柱体１２とを有している。
基台１１上には、第１の移動機構３０を介してステージ２０が設けられている。
第１の移動機構３０は、Ｙ方向に沿って延在する１対のガイドレール３１と、この１対のガイドレール３１に沿って移動可能なスライダ３２と、スライダ３２を１対のガイドレール３１に沿って移動させるリニアモーター等の駆動手段（図示せず）とを有している。
【００２２】
スライダ３２の上面には、調整機構３３を介してステージ（載置部）２０が取り付けられている。
調整機構３３は、例えばモーターを含んで構成され、スライダ３２に対するステージ２０の位置および／または姿勢を調整し得るものである。より具体的には、調整機構３３は、スライダ３２に対してステージ２０をθｚ方向に（Ｚ方向に平行な軸線回りに）回転し得るものである。
【００２３】
ステージ２０は、液滴吐出（液滴付与）の対象となる基板等のワークＷを設置・保持するものである。
このステージ２０には、その上面（設置面）に開口する複数の穴２１が形成されている。この各穴２１には、図示しない吸引ポンプが接続されている。これにより、各穴２１を負圧にすることで、ワークＷをステージ２０上に吸着させ、ワークＷをステージ２０上に所望の位置および姿勢で保持することができる。ここで、ステージ２０の上面は、ワークＷを載置する載置部を構成する。
このステージ２０に載置されるワークＷは、シート状または板状をなし、光透過性を有する。本実施形態では、ワークＷの上面および下面は、互いに平行であり、かつ、それぞれ、平滑な面をなしている。
【００２４】
本実施形態では、ワークＷは、平面視にて、四角形（長方形）をなしている。すなわち、ワークＷは、平面視にて、互いに平行な１対の長辺と、互いに平行な１対の短辺とを有し、各長辺と各短辺とが直交している。なお、ワークＷの平面視形状は、前述した長方形に限らず、例えば、正方形であってもよいし、三角形、五角形等の他の多角形であってもよいし、また、円形、楕円形等であってもよい。
【００２５】
また、ワークＷの屈折率は、空気の屈折率よりも大きければよいが、液状材料Ｌの屈折率よりも小さいのが好ましい。これにより、ワークＷ上に液状材料Ｌが付与（液滴Ｄが着弾）したときに、ワークＷの上面と下面との間で反射する光をワークＷ上の液状材料Ｌにより確実に入射させることができる。
このようなワークＷの構成材料としては、光透過性および前述したような屈折率を有するものであれば、特に限定されないが、例えば、樹脂材料、ガラス材料、水晶等が好適に用いられる。
【００２６】
また、ステージ２０上には、光出射部７１および遮光部材７３が設けられている。光出射部７１は、後述する光源ユニット７０からの光をワークＷ内に入射させるものである。ワークＷ内に入射した光は、ワークＷの上面および下面で反射しながら遮光部材７３側へ導光され、遮光部材７３で光出射部７１側へ反射する。なお、光出射部７１および遮光部材７３については、後に詳述する。
なお、ステージ２０上には、液滴吐出ヘッド４０が液状材料を捨打ちまたは試し打ち（予備吐出）するための予備吐出エリアが設けられていてもよい。
【００２７】
また、基台１１上には、キャッピングユニット１３と、クリーニングユニット１４とが設けられている。
キャッピングユニット１３は、後述する液滴吐出ヘッド４０のノズルの乾燥を防止するため、液滴吐出装置１の待機時にノズルを覆うものである。
また、クリーニングユニット１４は、液滴吐出ヘッド４０のノズルの目詰まりを取り除くため、ノズルの内部を吸引するものである。
【００２８】
一方、１対の柱体１２の上端部には、第２の移動機構５０を介して液滴吐出ヘッド４０が設けられている（架設されている）。
第２の移動機構５０は、Ｘ方向に沿って延在する１対のガイドレール５１と、この１対のガイドレール５１に沿って移動可能なスライダ５２と、このスライダ５２を１対のガイドレール５１に沿って移動させるリニアモーター等の駆動手段（図示せず）とを有している。
【００２９】
スライダ５２には、調整機構５３を介して液滴吐出ヘッド４０が取り付けられている。
調整機構５３は、例えば複数のモーターを含んで構成され、スライダ５２に対する液滴吐出ヘッド４０の位置および／または姿勢を調整し得るものである。より具体的には、調整機構５３は、スライダ５２に対して液滴吐出ヘッド４０をＺ方向に移動する機能と、スライダ５２に対して液滴吐出ヘッド４０をα方向（Ｚ方向に平行な軸線回りに）回動させる機能と、スライダ５２に対して液滴吐出ヘッド４０をβ方向（Ｙ方向に平行な軸線回りに）回動させる機能と、スライダ５２に対して液滴吐出ヘッド４０をγ方向（Ｘ方向に平行な軸線回りに）回動させる機能とを有するものである。
【００３０】
液滴吐出ヘッド４０は、前述したステージ２０上に載置されたワークＷの一方の面（上面）の描画領域に向けて、光硬化性を有する液状材料Ｌを液滴Ｄとして吐出するものである。なお、上記描画領域は、液滴吐出ヘッド４０から液滴Ｄの付与を受け得る領域である。本実施形態では、上記描画領域がワークＷの上面の全域（略全域）であるものとして説明するが、上記描画領域はワークＷの上面のうちの一部であってもよい。
【００３１】
液滴吐出ヘッド４０は、ピエゾ素子を用いたピエゾ方式を採用し、図２に示すように、ノズル基板４１と、キャビティ基板４２と、振動板４３と、複数の圧電素子４４と、カバー基板４５とを有している。
ここで、ノズル基板４１と振動板４３とは、キャビティ基板４２を介して接合されている。
【００３２】
そして、キャビティ基板４２には、厚さ方向に貫通する異形孔が形成され、これにより、ノズル基板４１と振動板４３との間には、複数のキャビティ４２１と、この複数のキャビティ４２１と連通するリザーバ４２２とが形成されている。
また、ノズル基板４１には、前述した複数のキャビティ４２１に対応して、複数のノズル（ノズル孔）４１１が形成されている。
【００３３】
一方、振動板４３のキャビティ基板４２側とは反対側の面には、前述した複数のキャビティ４２１に対応して、複数の圧電素子４４が接合されている。この各圧電素子４４は、前述した制御手段６０によって駆動制御される。
また、振動板４３のキャビティ基板４２側とは反対側の面には、カバー基板４５が接合されている。このカバー基板４５には、複数の圧電素子４４を収納するように凹部が形成され、その縁部が振動板４３に接合されている。また、カバー基板４５には、前述したリザーバ４２２に連通する供給孔４５１が形成されている。
この供給孔４５１には、図示しないが、供給管を介して、液状材料Ｌを貯蔵するタンクが接続されている。これにより、タンクから供給管を介して液滴吐出ヘッド４０のリザーバ４２２に液状材料Ｌが供給される。
【００３４】
このように構成された液滴吐出ヘッド４０では、各圧電素子４４を駆動することにより、駆動する圧電素子４４に対応する振動板４３の部分を変形（振動）させる。これにより、駆動する圧電素子４４に対応するキャビティ４２１の容積（圧力）を変化させ、キャビティ４２１内からノズル４１１を通じて、液状材料Ｌが液滴Ｄとして吐出される（押し出される）。
【００３５】
液状材料Ｌは、光硬化性を有するものである。
また、液状材料Ｌの屈折率ｎＬは、空気の屈折率ｎＡよりも大きい。これにより、後述するように、ワークＷ上に液状材料Ｌが付与（液滴Ｄが着弾）したときに、その付与領域（着弾領域）においてワークＷ内に導光された光をワークＷ内から出射させてワークＷ上の液状材料Ｌに入射させることができる。
【００３６】
液状材料Ｌとしては、液滴吐出装置１の用途等によって決定されるものであり、光硬化性および前述したような屈折率を有するものであれば、特に限定されず、有機材料を溶媒に溶解した各種溶液、有機材料や無機材料を分散質とし分散媒に分散した各種分散液を用いることができる。例えば、液状材料Ｌが溶液である場合、その溶液が前述したような屈折率を有するものを選定すればよく、液状材料Ｌが分散液である場合、その分散液の分散媒が前述したような屈折率を有するものを選定すればよい。
【００３７】
また、後述するように、液状材料Ｌの屈折率ｎＬは、ワークＷの屈折率ｎｗよりも大きいのが好ましい。例えば、ワークＷがポリカーボネイト（屈折率１．５８５）で構成されている場合、液状材料Ｌとして、屈折率が１．５９よりも大きいものを用いればよい。
なお、液滴吐出ヘッド４０は、ピエゾ方式のものに限定されず、例えば、液状材料を加熱して発生した泡（バブル）により液滴として吐出する方式、振動板４３を静電引力により振動させる静電駆動方式等であってもよい。
【００３８】
以上説明したような第１の移動機構３０、第２の移動機構５０および液滴吐出ヘッド４０は、制御手段６０により駆動制御される。また、制御手段６０は、後述する光源ユニット７０の駆動を制御する機能をも有する。
このような制御手段６０は、図２に示すように、入力バッファメモリ６１と、記憶手段６２と、処理部６３と、走査駆動部６４と、ヘッド駆動部６５と、光源駆動部６６と、ヘッド位置検出手段６７と、ステージ位置検出手段６８とを備えている。
【００３９】
入力バッファメモリ６１と処理部６３とは相互に通信可能に接続されている。処理部６３と記憶手段６２とは相互に通信可能に接続されている。処理部６３と走査駆動部６４とは相互に通信可能に接続されている。処理部６３とヘッド駆動部６５とは相互に通信可能に接続されている。また、走査駆動部６４は、第１の移動機構３０および第２の移動機構５０と相互に通信可能に接続されている。また、ヘッド駆動部６５は、複数の液滴吐出ヘッド４０のそれぞれと相互に通信可能に接続されている。また、光源駆動部６６は、光源ユニット７０と相互に通信可能に接続されている。
【００４０】
入力バッファメモリ６１は、図示しない外部情報処理装置から、液状材料Ｌの液滴を吐出する位置に関するデータ、すなわち描画パターンデータを受け取る。入力バッファメモリ６１は、この描画パターンデータを処理部６３に入力し、処理部６３は、描画パターンデータを記憶手段６２に格納する。記憶手段６２は、ＲＡＭ、磁気記録媒体、光磁気記録媒体等で構成される。
【００４１】
ヘッド位置検出手段６７は、液滴吐出ヘッド４０のＸ方向での位置（移動距離）を検出し、その検出信号を処理部６３へ入力する。
ステージ位置検出手段６８は、ステージ２０（およびワークＷ）のＹ方向での位置（移動距離）を検出し、その検出信号を処理部６３へ入力する。
ヘッド位置検出手段６７およびステージ位置検出手段６８は、それぞれ、例えばリニアエンコーダ、レーザー測長器等で構成される。
【００４２】
処理部６３は、ヘッド位置検出手段６７およびステージ位置検出手段６８の検出信号に基づき、走査駆動部６４を介して、第１の移動機構３０および第２の移動機構５０の作動を制御（クローズドループ制御）する。これにより、液滴吐出ヘッド４０とワークＷとのＸ方向およびＹ方向での相対位置関係および相対移動速度を制御する。
また、処理部６３は、上記の描画パターンデータに基づいて、後述する液滴吐出ヘッド４０の各ノズル４１１に対応する所定時間間隔の吐出タイミング毎の液滴吐出のオン・オフを指定する選択信号をヘッド駆動部６５へ与える。ヘッド駆動部６５は、上記の選択信号に基づいて、液状材料Ｌの吐出に必要な吐出信号を液滴吐出ヘッド４０に与える。この結果、液滴吐出ヘッド４０における対応するノズル４１１から、液状材料Ｌが液滴として吐出される。
【００４３】
また、処理部６３は、ヘッド位置検出手段６７およびステージ位置検出手段６８の検出信号、および／または、上記の描画パターンデータに基づいて、光源駆動部６６に光源ユニット７０の駆動信号を生成させ、光源ユニット７０の駆動を制御することができる。これにより、制御手段６０は、液滴吐出ヘッド４０とステージ２０との位置関係、および／または、液滴吐出ヘッド４０の液滴Ｄの吐出パターンに基づいて、光源ユニット７０の駆動を制御することができる。
制御手段６０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含んだコンピュータである。この場合には、前述したような制御手段６０の機能は、コンピュータによって実行されるソフトウェアプログラムを用いることによって実現することができる。もちろん、制御手段６０は、専用の回路（ハードウェア）であってもよい。
【００４４】
（液滴吐出装置の光照射手段）
ここで、液滴吐出装置１の光照射手段について詳述する。
前述したように、ステージ２０上には、光出射部７１および遮光部材７３が設けられている（図１および図４参照）。また、図５に示すように、光出射部７１には、導光手段７２を介して光源ユニット７０に接続されている。
【００４５】
ここで、光出射部７１、光源ユニット７０および導光手段７２は、ワークＷ上の液状材料Ｌに、当該液状材料Ｌを硬化または固化し得る光を照射する光照射手段を構成する。
かかる光照射手段は、光出射部７１からワークＷ内に入射した光を、ワークＷの描画領域（上面）のうち液状材料Ｌが付与されていない領域では、ワークＷと空気との界面で反射させ、ワークＷの描画領域のうち液状材料Ｌが付与された領域では、ワークＷと液状材料Ｌとの界面を通過させて当該液状材料Ｌに入射させるように構成されている。
【００４６】
これにより、ワークＷの描画領域に液状材料Ｌが付与されるとほぼ同時に、当該液状材料Ｌに光を照射して硬化処理を行うことができる。そのため、ワークＷへの液状材料Ｌの付与から光照射までの時間を短くかつ一定時間で行うことができる。また、ワークＷの描画領域に付与された液状材料Ｌが完全に硬化するまで、当該液状材料Ｌに光を照射することができる。さらに、ワークＷの描画領域に付与された液状材料Ｌに対しワークＷ側から光を照射するので、付与された液状材料Ｌの周辺の空気中の酸素によって液状材料Ｌの硬化が阻害されるのを防止または抑制することができる。
【００４７】
以下、かかる光照射手段を構成する各部を順次詳細に説明する。
ワークＷは互いに平行な１対の端面Ｅ１、Ｅ２を有し、一方（図５にて左側）の端面（第１の端面）Ｅ１には光出射部７１が対向し、他方（図５にて右側）の端面（第２の端面）Ｅ２上には遮光部材７３が対向している。
光出射部７１は、液状材料Ｌを硬化（固化）し得る光をワークＷ内に入射させるものである。
【００４８】
この光出射部７１は、ワークＷの端面Ｅ１の長手方向での全域に亘って設けられた光導波路７１１を備えている。
この光導波路７１１は、その導光方向（図５にて左右方向）にて、先端（図５にて右側の端）がワークＷの端面Ｅ１に臨むように設けられ、基端（図５にて左側の端）が導光手段７２を介して光源ユニット７０に接続されている。
【００４９】
このような光導波路７１１は、光源ユニット７０から導光手段７２を介して入射した光をワークＷの端面Ｅ１へ導光する。これにより、光導波路７１１から出射した光を端面Ｅ１からワークＷ内に入射させることができる。また、ワークＷの端面からワークＷ内に光を入射させることで、比較的簡単に、不本意なワークＷ外への光の漏れを防止しつつ、ワークＷ内に光を入射させることができる。
【００５０】
ここで、ワークＷは、液状材料Ｌが付与されていない領域において、光を導光する機能を有する。したがって、ワークＷ上に液状材料Ｌが付与されていない領域では、端面Ｅ１からワークＷ内に入射した光は、ワークＷ内を端面Ｅ２側に向けて進行する（導光される）。
特に、空気の屈折率をｎＡとし、ワークＷの屈折率をｎＷとしたときに、これらの屈折率は、
ｎＡ＜ｎＷ
なる関係を満たす。
【００５１】
これにより、図５に示すように、ワークＷ内に入射した光のうち、臨界角θｃよりも大きい角度でワークＷの上面または下面へ入射した光は、ワークＷ上に液状材料Ｌが付与されていない領域で、ワークＷの上面および下面のそれぞれで全反射する。これにより、ワークＷ内に入射した光のうちの少なくとも一部がワークＷの上面と下面との間で反射しながら端面Ｅ２側に向けて進行する。
そのため、ワークＷ内に入射した光が不本意にワークＷ外へ出射するのを防止することができる。その結果、液滴吐出ヘッド４０のノズル４１１付近での液状材料Ｌの硬化によるノズル４１１の詰まり等を防止することができる。
【００５２】
また、液状材料Ｌの屈折率をｎＬとし、空気の屈折率をｎＡとしたときに、これらの屈折率は、
ｎＡ＜ｎＬ
なる関係を満たす。
これにより、ワークＷの描画領域のうち液状材料Ｌが付与された領域では、光出射部７１からワークＷ内に入射した光をワークＷと液状材料Ｌとの界面を通過させて当該液状材料Ｌに入射させることができる。また、液状材料Ｌに入射した光は、液状材料Ｌと空気との界面で反射させることができる。そのため、当該光が液滴吐出ヘッド４０へ及ぶのを防止することができる。
【００５３】
特に、液状材料Ｌの屈折率をｎＬとし、ワークＷの屈折率をｎＷとしたときに、これらの屈折率は、
ｎＷ＜ｎＬ
なる関係を満たすのが好ましい。
これにより、ワークＷの描画領域のうち液状材料Ｌが付与された領域では、ワークＷ内に入射した光がワークＷと液状材料Ｌとの間で反射するのを防止または抑制し、効率的に、ワークＷ内に入射した光をワークＷ上の液状材料Ｌに向けて出射させることができる。
このような光出射部７１には、導光手段７２を介して光源ユニット７０が接続されている。
【００５４】
すなわち、光照射手段は、ステージ２０の外部に設けられた光源ユニット（光源）７０と、この光源ユニット７０からの光を光出射部７１に導く導光手段７２とを備える。これにより、高出力な光源ユニット７０を用いた場合であっても、ステージ２０上の荷重を抑えることができる。そのため、本実施形態のように第１の移動機構３０によりステージ２０を移動させる場合、ステージ２０を安定かつ正確に移動させ、その結果、より高精度な液滴吐出を実現することができる。
【００５５】
導光手段７２は、複数の光ファイバー７２１で構成されている。この複数の光ファイバー７２１は、それぞれ、一端が光源ユニット７０、他端が光出射部７１の光導波路７１１に接続されている。これにより、導光手段７２は、光源ユニット７０から光導波路７１１へ導光することができる。
このような光ファイバーを備える導光手段７２は、可撓性を有する。そのため、本実施形態のように第１の移動機構３０によりステージ２０を移動させる場合、ステージ２０の移動を妨げることなく、導光手段７２が光源ユニット７０から光出射部７１へ光を導光させることができる。
なお、導光手段７２は、光源ユニット７０から光導波路７１１へ導光することができるものであれば、前述したものに限定されず、例えば、光導波路で構成してもよいし、レンズ、ミラー、プリズム等の光学部品またはこれらの組み合わせにより構成してもよい。
【００５６】
光源ユニット７０は、液状材料Ｌを硬化し得る光を出射する（発する）もの（光源）である。
光源ユニット７０は、液状材料Ｌを硬化し得る波長および強度の光を発するものであれば、特に限定されず、各種光源を用いることができるが、例えば、液状材料Ｌが紫外線硬化性である場合、水銀ランプ、メタルハライドランプ、エキシマーレーザー、ＹＡＧレーザー、ＬＥＤ（ＵＶ−ＬＥＤ）、ＬＤ（ＵＶ−ＬＤ）等を用いることができる。
【００５７】
中でも、光源ユニット７０（光源）は、レーザーまたはＬＥＤであるのが好ましい。これらの光源は、指向性が高い。そのため、光出射部７１から出射した全光を前述した臨界角θｃ以上でワークＷ内に入射させることができる。その結果、ワークＷ外への不本意な光の漏れを防止または抑制することができる。
また、光源ユニット７０は、導光手段７２の各光ファイバーに光を入射させる１つの光源（発光素子）を有するものであってもよいし、導光手段７２の複数の光ファイバーに対応した複数の光源（発光素子）を有するものであってもよい。
【００５８】
また、光源ユニット７０は、導光手段７２の複数の光ファイバーに対応した複数の光源（発光素子）を有する場合、その複数の光源を選択的に点灯・消灯し得るように構成されているのが好ましい。
これにより、ワークＷの端面Ｅ１の長手方向における光出射部７１の所定範囲毎に光の出射・非出射を切り換え得ることができる。
【００５９】
この場合、液滴吐出ヘッド４０とステージ２０との位置関係、および／または、液滴吐出ヘッド４０の液滴Ｄの吐出パターンに基づいて、ワークＷの端面Ｅ１の長手方向における光出射部７１の所定範囲毎に光の出射・非出射を切り換えるのが好ましい。これにより、ワークＷ上の液状材料Ｌに対する光の照射時間を制御することができる。その結果、ワークＷの液状材料Ｌの硬化状態を所望のものとすることができる。また、ワークＷ内からの不本意な光の漏れを防止することもできる。
なお、前述したように、光源ユニット７０は、制御手段６０に電気的に接続されており、制御手段６０は、液滴吐出ヘッド４０とステージ２０との位置関係、および／または、液滴吐出ヘッド４０の液滴Ｄの吐出パターンに基づいて、光源ユニット７０を駆動制御することができる。
【００６０】
また、遮光部材７３は、遮光性を有する機能を有する。この機能により、ワークＷ内を端面Ｅ１から端面Ｅ２側へ進行する光が端面Ｅ２から外部へ漏れるのを防止することができる。その結果、液滴吐出ヘッド４０のノズル４１１付近に光が及ぶのを防止し、ノズル４１１の液状材料Ｌの硬化または固化による詰まりや吐出不良等を防止することができる。
また、遮光部材７３は、光反射性を有するのが好ましい。これにより、ワークＷ内で端面Ｅ２へ進行した光を端面Ｅ１側に反射することで、光の利用効率を高め、所望時における液状材料Ｌの硬化または固化を効率的に行うことができる。
【００６１】
次に、以上説明したように構成された液滴吐出装置１の作動（液滴吐出装置１を用いた液滴吐出方法）の一例について説明する。
まず、ステージ２０上にワークＷを載置する。
次に、光源ユニット７０を作動させる。これにより、光出射部７１から出射した光が端面Ｅ１からワークＷ内に入射する。そして、端面Ｅ１からワークＷ内に入射した光は、ワークＷの両面間で反射しながら、ワークＷ内を端面Ｅ２側に向けて進行する。
【００６２】
その状態で、ステージ２０と液滴吐出ヘッド４０とをＸ方向およびＹ方向に相対的に移動させながら、液滴吐出ヘッド４０から液滴ＤをワークＷの描画領域に付与する。
これにより、ワークＷの描画領域のうち液状材料Ｌ（液滴Ｄ）が付与された領域では、光出射部７１からワークＷ内に入射した光がワークＷ内から当該液状材料Ｌに向けて出射する。その結果、ワークＷに付与された液状材料Ｌを硬化または固化させることができる。
このとき、ワークＷの描画領域のうち液状材料Ｌ（液滴Ｄ）が付与されていない領域では、光出射部７１からワークＷ内に入射した光がワークＷの両面間で反射しながらワークＷ内を進行する。
【００６３】
このようにして、ワークＷに対する液状材料Ｌの付与、光硬化を行うことができる。なお、液滴吐出装置１では、ワークＷの描画領域のうちの同一部位に対して液状材料Ｌの付与を複数回行って、厚膜化された膜（層）を形成することができる。この場合、液状材料Ｌの付与毎に、付与された液状材料Ｌを瞬時に光硬化することができるので、アスペクト比が高く、寸法精度に優れた膜（層）を形成することができる。
【００６４】
以上説明したような第１実施形態にかかる液滴吐出装置１および液滴吐出方法（本発明の液滴吐出方法）によれば、ワークＷの描画領域に液状材料Ｌが付与されるとほぼ同時に、当該液状材料Ｌに光を照射して硬化処理を行うことができる。そのため、ワークＷへの液状材料Ｌの付与から光照射までの時間を短くかつ一定時間で行うことができる。また、ワークＷの描画領域に付与された液状材料Ｌが完全に硬化するまで、当該液状材料Ｌに光を照射することができる。さらに、ワークＷの描画領域に付与された液状材料Ｌに対しワークＷ側から光を照射するので、付与された液状材料Ｌの周辺の空気中の酸素によって液状材料Ｌの硬化が阻害されるのを防止または抑制することができる。
このようなことから、本実施形態の液滴吐出装置１および液滴吐出方法では、光硬化性を有する液状材料Ｌを用い、高精度な液滴吐出を実現することができる。
【００６５】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の液滴吐出装置の第２実施形態について説明する。
図６は、本発明の第２実施形態にかかる光照射手段を説明するための模式図である。
本実施形態にかかる液滴吐出装置は、光照射手段の構成が異なる以外は、前述した第１実施形態にかかる液滴吐出装置と同様である。
なお、以下の説明では、第２実施形態の液滴吐出装置に関し、第１実施形態の液滴吐出装置との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。
【００６６】
本実施形態の液滴吐出装置では、図６に示すように、ワークＷの端面Ｅ１に、光出射部７１Ａが対向している。
この光出射部７１Ａは、液状材料Ｌを硬化（固化）し得る光をワークＷ内に入射させるものである。
この光出射部７１Ａは、ワークＷの端面Ｅ１の長手方向での全域に亘って設けられた光源７１２および反射部材７１３を備えている。
【００６７】
光源７１２は、ワークＷの端面Ｅ１の長手方向での全域に亘って光を入射し得るものである。
このような光源７１２としては、特に限定されず、前述した第１実施形態の光源ユニット７０と同様の光源を用いることができる。
このような光源７１２のワークＷの端面Ｅ１とは反対側には、反射部材７１３が設けられている。
また、光源７１２は、制御手段６０に電気的に接続され、制御手段６０により駆動制御される。
反射部材７１３は、光源７１２からの光をワークＷの端面Ｅ１に向けて反射するものである。
なお、この反射部材７１３は、光源７１２の種類によっては省略することができる。また、光源７１２とワークＷとの間にレンズ等の集光手段が設けられていてもよい。
【００６８】
このような光出射部７１は、光源７１２を備えるので、ステージ２０からステージ２０の外部へもたらされる光ファイバーのような導光手段が不要となる。そのため、光源７１２からの光の損失が少なく、利用効率を高め、所望時における液状材料Ｌの硬化または固化を効率的に行うことができる。
以上説明したような第２実施形態にかかる液滴吐出装置によっても、前述した第１実施形態の液滴吐出装置１と同様の効果を発揮することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１……液滴吐出装置 １０……装置本体 １１……基台 １２……柱体 １３……キャッピングユニット １４……クリーニングユニット ２０……ステージ ２１…穴 ３０……第１の移動機構 ３１……ガイドレール ３２……スライダ ３３……調整機構 ４０……液滴吐出ヘッド ４１……ノズル基板 ４１１……ノズル ４２……キャビティ基板 ４２１……キャビティ ４２２……リザーバ ４３……振動板 ４４……圧電素子 ４５……カバー基板 ４５１……供給孔 ５０……第２の移動機構 ５１……ガイドレール ５２……スライダ ５３……調整機構 ６０……制御手段 ６１……入力バッファメモリ ６２……記憶手段 ６３……処理部 ６４……走査駆動部 ６５……ヘッド駆動部 ６６……光源駆動部 ６７……ヘッド位置検出手段 ６８……ステージ位置検出手段 ７０……光源ユニット ７１、７１Ａ……光出射部 ７１１……光導波路 ７１２……光源 ７２……導光手段 ７２１……光ファイバー Ｌ……液状材料 Ｄ……液滴
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性を有する板状またはシート状のワークを載置する載置部を備えるステージと、
前記ワークの一方の面の描画領域に向けて、光硬化性を有する液状材料を液滴として吐出するノズルを備える液滴吐出ヘッドと、
前記ステージと前記液滴吐出ヘッドとを相対的に移動させる移動手段と、
前記描画領域に付与された前記液状材料に、当該液状材料を硬化し得る光を照射する光照射手段とを有し、
前記光照射手段は、前記ワーク内に前記光を入射させるように設けられた光出射部を備え、
前記液状材料の屈折率をｎＬとし、空気の屈折率をｎＡとしたときに、これらの屈折率は、
ｎＡ＜ｎＬ
なる関係を満たし、
前記光出射部から前記ワーク内に入射した前記光を、前記描画領域のうち前記液状材料が付与されていない領域では、前記ワークと空気との界面で反射させ、前記描画領域のうち前記液状材料が付与された領域では、前記ワークと前記液状材料との界面を通過させて当該液状材料に入射させるように構成されていることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項２】
前記ワークの屈折率をｎＷとしたときに、
ｎＡ＜ｎＷ
なる関係を満たす請求項１に記載の液滴吐出装置。
【請求項３】
前記ワークの屈折率をｎＷとしたときに、
ｎＷ＜ｎＬ
なる関係を満たす請求項１または２に記載の液滴吐出装置。
【請求項４】
前記光出射部は、前記ワークの端面から前記ワーク内に光を入射させるように構成されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液滴吐出装置。
【請求項５】
前記ワークは、互いに平行な第１の端面および第２の端面を有しており、
前記第１の端面には、前記光出射部が対向し、
前記第２の端面には、遮光性を有する遮光部材が対向している請求項４に記載の液滴吐出装置。
【請求項６】
前記遮光部材は、光反射性を有する請求項５に記載の液滴吐出装置。
【請求項７】
前記光照射手段は、前記液滴吐出ヘッドと前記ステージとの位置関係、および／または、前記液滴吐出ヘッドの前記液滴の吐出パターンに基づいて、前記第１の端面の長手方向における前記光出射部の所定範囲毎に光の出射・非出射を切り換えるように構成されている請求項５または６に記載の液滴吐出装置。
【請求項８】
前記光照射手段は、前記ステージの外部に設けられた光源と、該光源からの光を前記光出射部に導く導光手段とを備える請求項１ないし７のいずれか１項に記載の液滴吐出装置。
【請求項９】
前記導光手段は、光ファイバーを備える請求項８に記載の液滴吐出装置。
【請求項１０】
前記光出射部は、光源を備える請求項１ないし７のいずれか１項に記載の液滴吐出装置。
【請求項１１】
前記光源は、レーザーまたはＬＥＤである請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の液滴吐出装置。
【請求項１２】
光硬化性を有する液状材料の屈折率をｎＬとし、空気の屈折率をｎＡとしたときに、これらの屈折率は、
ｎＡ＜ｎＬ
なる関係を満たし、
光透過性を有する板状またはシート状のワーク内に、前記液状材料を硬化し得る光を入射させるとともに、
前記ワークを載置する載置部を備えるステージと、前記ワークの一方の面の描画領域に向けて、前記液状材料を液滴として吐出するノズルを備える液滴吐出ヘッドとを相対的に移動させながら、前記液滴吐出ヘッドから前記液滴を前記描画領域に付与し、
前記光出射部から前記ワーク内に入射した前記光を、前記描画領域のうち前記液状材料が付与されていない領域では、前記ワークと空気との界面で反射させ、前記描画領域のうち前記液状材料が付与された領域では、前記ワークと前記液状材料との界面を通過させて当該液状材料に入射させることを特徴とする液滴吐出方法。
【請求項１】
光透過性を有する板状またはシート状のワークを載置する載置部を備えるステージと、
前記ワークの一方の面の描画領域に向けて、光硬化性を有する液状材料を液滴として吐出するノズルを備える液滴吐出ヘッドと、
前記ステージと前記液滴吐出ヘッドとを相対的に移動させる移動手段と、
前記描画領域に付与された前記液状材料に、当該液状材料を硬化し得る光を照射する光照射手段とを有し、
前記光照射手段は、前記ワーク内に前記光を入射させるように設けられた光出射部を備え、
前記液状材料の屈折率をｎＬとし、空気の屈折率をｎＡとしたときに、これらの屈折率は、
ｎＡ＜ｎＬ
なる関係を満たし、
前記光出射部から前記ワーク内に入射した前記光を、前記描画領域のうち前記液状材料が付与されていない領域では、前記ワークと空気との界面で反射させ、前記描画領域のうち前記液状材料が付与された領域では、前記ワークと前記液状材料との界面を通過させて当該液状材料に入射させるように構成されていることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項２】
前記ワークの屈折率をｎＷとしたときに、
ｎＡ＜ｎＷ
なる関係を満たす請求項１に記載の液滴吐出装置。
【請求項３】
前記ワークの屈折率をｎＷとしたときに、
ｎＷ＜ｎＬ
なる関係を満たす請求項１または２に記載の液滴吐出装置。
【請求項４】
前記光出射部は、前記ワークの端面から前記ワーク内に光を入射させるように構成されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液滴吐出装置。
【請求項５】
前記ワークは、互いに平行な第１の端面および第２の端面を有しており、
前記第１の端面には、前記光出射部が対向し、
前記第２の端面には、遮光性を有する遮光部材が対向している請求項４に記載の液滴吐出装置。
【請求項６】
前記遮光部材は、光反射性を有する請求項５に記載の液滴吐出装置。
【請求項７】
前記光照射手段は、前記液滴吐出ヘッドと前記ステージとの位置関係、および／または、前記液滴吐出ヘッドの前記液滴の吐出パターンに基づいて、前記第１の端面の長手方向における前記光出射部の所定範囲毎に光の出射・非出射を切り換えるように構成されている請求項５または６に記載の液滴吐出装置。
【請求項８】
前記光照射手段は、前記ステージの外部に設けられた光源と、該光源からの光を前記光出射部に導く導光手段とを備える請求項１ないし７のいずれか１項に記載の液滴吐出装置。
【請求項９】
前記導光手段は、光ファイバーを備える請求項８に記載の液滴吐出装置。
【請求項１０】
前記光出射部は、光源を備える請求項１ないし７のいずれか１項に記載の液滴吐出装置。
【請求項１１】
前記光源は、レーザーまたはＬＥＤである請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の液滴吐出装置。
【請求項１２】
光硬化性を有する液状材料の屈折率をｎＬとし、空気の屈折率をｎＡとしたときに、これらの屈折率は、
ｎＡ＜ｎＬ
なる関係を満たし、
光透過性を有する板状またはシート状のワーク内に、前記液状材料を硬化し得る光を入射させるとともに、
前記ワークを載置する載置部を備えるステージと、前記ワークの一方の面の描画領域に向けて、前記液状材料を液滴として吐出するノズルを備える液滴吐出ヘッドとを相対的に移動させながら、前記液滴吐出ヘッドから前記液滴を前記描画領域に付与し、
前記光出射部から前記ワーク内に入射した前記光を、前記描画領域のうち前記液状材料が付与されていない領域では、前記ワークと空気との界面で反射させ、前記描画領域のうち前記液状材料が付与された領域では、前記ワークと前記液状材料との界面を通過させて当該液状材料に入射させることを特徴とする液滴吐出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２１４２６２（Ｐ２０１０−２１４２６２Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６２０９７（Ｐ２００９−６２０９７）
【出願日】平成２１年３月１３日（２００９．３．１３）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１３日（２００９．３．１３）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]