JP2011197232A - アライメント装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェットヘッドのアライメントを高精度に自動で行うとともに、外力にたいする精度安定性を向上させつつ、塗工の際の段取り時間を大幅に減らすことができることで、ヘッド交換時間および交換後の位置調整時間をなくすアライメント装置を提供する。
【解決手段】少なくとも、インクジェットヘッドを複数備えたインクジェットヘッドユニットと、前記インクジェットヘッドユニットに設けられた前記インクジェットヘッドのノズル穴の位置を測定するカメラと、前記カメラの測定状態に基づいてノズル位置データを取得する画像制御手段と、前記ノズル位置データに基づいて前記インクジェットヘッドの位置調整を行う位置調整制御手段および位置調整機構と、前記インクジェットヘッドユニットの高さおよび位置を調整する保持手段と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば液晶ディスプレーのカラーフィルタ製造や有機ＥＬディスプレーの電極製造に用いられるインク吐出装置に用いるインクジェットヘッドユニットに取り付けられる微調整機構と位置決め作業を行うアライメント装置に関する。

近年、パーソナルコンピューターの発達、液晶テレビの大型化、携帯電話の普及などに伴い、カラー液晶ディスプレーの需要が増加する傾向にある。しかし、更なる普及のためにコストダウンは必須であり、コストの比率が大きいカラーフィルタのコストダウンに対する要求が高まっている。

現在、カラーフィルタの製造方法としては、（１）染色法、（２）顔料分散法、（３）印刷法、（４）電着法、（５）インクジェット法が知られている。

（１）染色法は、ガラス基板上に染色させるための水溶性高分子膜を形成し、これをフォトリソグラフィーの工程を経て所望の形状にパターンニングした後、染色液に浸すことで着色されたパターンを得て、これを複数回繰り返し、例えばＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）のカラーフィルタ層を得る方法である。この方法で得られたカラーフィルタは透過率も高く色相も豊富で、技術の完成度も高いため、現在カラー固体撮像素子（ＣＣＤ）に多用されていたが、染料を使用するため耐光性に劣り、製造工程の数も多いことから、液晶表示素子（ＬＣＤ）用としては、近年、顔料分散法に取って代わられている。

（２）顔料分散法は、近年最も主流のカラーフィルタの製造方法である。まず、ガラス基板上に顔料を分散した樹脂層を形成し、フォトリソグラフィー工程を経てパターニングする。これを複数回繰り返し、例えばＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタ層を得る。この製造法は、技術の完成度は高いが工程数が多くコストが高いのが欠点である。

（３）印刷法は、熱硬化型の樹脂に顔料を分散させ、印刷を複数回繰り返すことで、例えばＲ、Ｇ、Ｂを塗り分け、その後で熱を加えて樹脂を硬化させることによりカラーフィルタ層を得る。この方法は、Ｒ、Ｇ、Ｂ層の形成に際しては、フォトリソグラフィーを必要としないが、解像度や膜厚の均一性の点に問題がある。

（４）電着法は、水溶性高分子に顔料を分散させた電解溶液中で、予めパターニングした透明電極上に７０Ｖ程度の高電圧を印加し、電着膜を形成することで電着塗装を行い、これを複数回繰り返し、例えばＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタ層を得る。この方法は、予め透明電極をフォトリソグラフィーによりパターニングして、これを電着用の電極として使用する必要があり、パターンの形状が限定されるため、ＴＦＴ液晶用には使えないという欠点がある。

上記のような欠点を補うべく、インクジェット方式を利用したカラーフィルタの製造方法が盛んに開発、検討されている（例えば特許文献１〜３参照）。インクジェット方式を利用した方法は製造プロセスが簡略で低コストであるという利点がある。

このインクジェット方式を用いたカラーフィルタの製造方法によるカラーフィルタ製造装置は、カラーフィルタが形成される記録媒体（基板）と、Ｒ、Ｇ、ＢもしくはＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）の各色に複数のノズルを直線状に配列したインクジェットヘッドとが、相対的に主走査方向に往復移動する手段と、副走査方向に間欠的に
設定量ずつ送る記録媒体（基板）送り手段とを備えている。そして、インクジェットヘッドを主走査方向に移動させつつ、圧力発生器でインクを所定圧で加圧し、その圧力に基づいてインク液をノズル形成面にあるノズルから記録媒体（基板）に向けてコントロールされた大きさのインク滴として吐出して、ＲＧＢ等各色に複数の着色部を同時に着色する。

なお、インクジェットヘッドのノズルからのインク吐出特性は、一定に維持される必要がある。従って、このような製造装置においては、各インクジェットヘッドのノズル位置を高精度に調整し、かつ、吐出工程において、各インクジェットヘッドのノズル位置を維持することが重要である。

しかしながら、インクジェットヘッドのノズル位置を高精度に調整する作業は、大変時間がかかる。特に大型の記録媒体に吐出する場合、インクジェットヘッドの吐出幅が狭いと何度も往復することになるので、タクトタイム短縮のために、インクジェットヘッドを何個も並べておく必要があり、Ｒ、Ｇ、Ｂ等の全てのインクジェットヘッドを高精度に調節しなければならない。そして、塗工装置上で高精度に調整しようとすると、そのための時間がインクジェットヘッドが多いほどかかることから、稼働率の低下につながってしまう。

さらに、ノズル位置調整はヘッド交換時のみならず、外力などの原因でノズル位置がずれてしまった場合も同様におこなわなければならない。したがって、ノズル位置調整は、高精度であるとともに長期間の安定性が求められる。しかしながら、位置調整後の位置固定機構にバネ力による押し当て方式を採用している場合、機構がシンプルで省スペース、省コストといったメリットはあるものの、例えばネジ固定や接着固定にくらべると外力でのノズル位置ずれが発生しやすかった。

このため、塗工装置とは独立した機能によって、インクジェットヘッドのアライメントを高精度に自動で行うとともに、外力に対する精度安定性を向上させつつ、塗工の際の段取り時間を大幅に減らすことができることで、ヘッド交換時間および交換後の位置調整時間をなくすアライメント装置が提案されてきた（例えば特許文献４〜６照）。

これにより生産効率が向上したが、塗工装置とは独立（外段取り）しているとはいえ、アライメント装置での調整時間短縮ならびに更なる精度向上は製造コスト削減ならびに品質向上の点で切望されていた。

特開平９−２７７５７１号公報 特開平１０−３３２９２４号公報 特開２００１−３４３５１３号公報 特開２００７−２６０５７１号公報 特開２００８−２０１０１８号公報 特開２００８−２０９７０４号公報

そこで本発明は、塗工装置とは独立した機能によってインクジェットヘッドのアライメントを高精度に自動で行うとともに、外力に対する精度安定性を向上させつつ、塗工の際の段取り時間を大幅に減らすことができることで、ヘッド交換時間および交換後の位置調整時間をなくす、アライメント装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、少なくとも、
インクジェットヘッドを複数備えたインクジェットヘッドユニットと、
前記インクジェットヘッドユニットに設けられた前記インクジェットヘッドのノズル穴の位置を測定するカメラと、
前記カメラの測定状態に基づいてノズル位置データを取得する画像制御手段と、
前記ノズル位置データに基づいて前記インクジェットヘッドの位置調整を行う位置調整制御手段および位置調整機構と、
前記インクジェットヘッドユニットの高さおよび位置を調整する保持手段と、
を有することを特徴とするアライメント装置である。

また、本発明の請求項２に係る発明は、前記カメラが複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載するアライメント装置である。

また、本発明の請求項３に係る発明は、前記カメラに高さ位置が認識できる自動焦点機構が備わっていることを特徴とする請求項１または２に記載するアライメント装置である。

また、本発明の請求項４に係る発明は、前記位置調整制御手段は、インクジェットヘッド位置調整後に前記位置調整機構の機構部材に残留する応力を除去するための応力除去機能を有することを特徴とする請求項１に記載するアライメント装置である。

また、本発明の請求項５に係る発明は、前記位置調整機構は、インクジェットヘッドのノズル列方向の位置を調節するＸ方向位置調節機構、高さ方向の位置を調節するＺ方向位置調節機構、及び水平回転方向の位置を調整する回転方向位置調節機構を備えてなることを特徴とする請求項１に記載するアライメント装置である。

また、本発明の請求項６に係る発明は、前記位置調整機構は、インクジェットヘッドユニットに設けられたアライメントマークを基準としてインクジェットヘッドの位置を調整することを特徴とする請求項１に記載するアライメント装置である。

また、本発明の請求項７に係る発明は、前記画像制御手段は、ノズル位置データを塗工装置に送るデータ送信手段を供えたことを特徴とする請求項１に記載するアライメント装置である。

また、本発明の請求項８に係る発明は、前記保持手段は、インクジェットヘッドユニットを搭載する塗工装置の保持手段と互換性を有することを特徴とする請求項１に記載するアライメント装置である。

また、本発明の請求項９に係る発明は、前記Ｘ方向調整機構が、偏芯カムを用いてインクジェットヘッドを所定の区間往復させる機構であることを特徴とする請求項５または６に記載するアライメント装置である。

また、本発明の請求項１０に係る発明は、前記Ｘ方向調整機構が、半月状の形状の偏芯
カムを用いて、ウォームギヤを介してステッピングモータで駆動されることを特徴とする請求項９に記載するアライメント装置である。

また、本発明の請求項１１に係る発明は、前記位置調整機構の水平回転調整機構（θ方向位置調節機構）が、偏芯カムを用いてインクジェットヘッドを所定の区間往復させる機構であることを特徴とする請求項５または６に記載するアライメント装置である。

また、本発明の請求項１２に係る発明は、前記水平回転調整機構（θ方向位置調節機構）が、半月状の形状の偏芯カムを用いて、ウォームギヤを介してステッピングモータで駆動されることを特徴とする請求項１１に記載するアライメント装置である。

また、本発明の請求項１３に係る発明は、前記インクジェットヘッドの前記高さ方向（Ｚ軸方向）の傾きを修正するギャップ調整機構を備えたことを特徴とする請求項５または６に記載するアライメント装置である。

また、本発明の請求項１４に係る発明は、前記ギャップ調整機構が、少なくとも１つの調整ネジにより、前記インクジェットヘッドを高さ方向（Ｚ軸方向）に上下する機構であることを特徴とする請求項１３に記載するアライメント装置である。

また、本発明の請求項１５に係る発明は、前記インクジェットヘッドを、前記Ｘ方向位置調節機構、前記Ｚ方向位置調節機構、及び前記回転方向位置調節機構の下側から取り付けることを特徴とする請求項５に記載するアライメント装置である。

本発明のアライメント装置によれば、従来は塗工装置上で行っていたインクジェットヘッドのアライメント作業を塗工装置とは別の専用のアライメント専用装置によって高精度に自動で行うことにより、効率的な作業を行うことができた。そして、塗工の際の段取り時間を大幅に減らすことができることで、交換時間短縮という効果と、高精度な位置精度を長期間にわたって維持し、ヘッド位置ずれによる再調整時間短縮効果とにより、ランニングコスト低減に貢献することができた。さらに、アライメント装置でのヘッド位置調整時間の短縮および精度向上がはかれたことで、製造コスト削減ならびに品質向上に貢献することができた。

本発明のアライメント装置の一例を示す外観図である。 本発明に係る、ノズル穴の位置を測定するカメラの自動焦点機構を示す斜視図である。 本発明に係る、カラーフィルタの描画状態を示す説明図である。 本発明のアライメント装置を適用するインクジェット装置の一例を示す外観図である。 本発明に係る、インクジェットヘッドユニットおよびその周辺機構図である。 本発明に係る、インクジェットヘッドユニット内のインクジェットヘッドの配列の一例を示す平面図である。 本発明に係る、インクジェットヘッドのアライメント（位置調整）機構部の斜視図である。 本発明に係る、インクジェットヘッドの位置調整制御手段と位置調整機構の斜視図である。 本発明に係る、インクジェットヘッドの位置調整機手段の部分斜視図と偏芯カムの動作説明図である。

本発明のアライメント装置を、一実施形態に基づいて図面を参照しながら以下に詳細に説明する。

本発明のアライメント装置は、インクジェット方式によるカラーフィルタ製造工程において、微調整機構を用いて各インクジェットヘッドのノズル列方向、回転方向、水平方向および高さ方向の位置調整を行うことにより、高精度なインクジェットヘッド配列を可能にし、かつ、塗工装置の稼働率低下を防ぐためのものである。

図1に一例を示した、この本発明のアライメント装置は、図４に示す塗工装置とは独立して設けられ、予めこのアライメント装置で調整したインクジェットヘッドユニット１を、塗工装置に設置して塗工作業を行う構成となっている。この際、アライメント装置で得られたデータを塗工装置に転送して位置合わせに等に用いることができる。

具体的には、後述する図６に示すように、インクジェットヘッドユニット１のノズル形成面１２１にはアライメントマーク１２２が付されており、このアライメントマークを検出するとともに、各ヘッドのノズル穴の座標（ノズル位置データ）を検出し、微調整機構を用いてヘッドを整列させ、各インクジェットヘッド１２３の姿勢を保持させる。そして、アライメントマークからの位置情報（ノズル位置データ）を塗工装置に送って活用できるようにし、塗工の段取り時間を大幅に削減する。

また、微調整機構は、図4に示す走査方向８９とは直交する方向にノズル列を平行に並べ、ヘッド端部を走査方向に直進するよう揃え、高さを水平に、また全てのヘッドを塗工ステージ上から一定量に同じ高さにする。これはアライメント装置上だけでなく、コントローラーからの通信によって塗工装置上においても調整可能であるものとする。このような微調整機構には従来公知の様々な構造が採用可能である。

なお、インクジェット法によるカラーフィルタの製造方法は、基本的にガラス基板等の透明基板上にインクを付与し、着色部を形成する。当該方法は、インク自体を硬化して着色する方法、インク吸収性を有する樹脂等からなる受容層を透明基板上に形成し、該受容層にインクを付与して着色する方法や透明基板上にブラックマトリクス様の溌インク性をもった土手状の隔壁に囲まれた領域中にインクを付与し着色する方法などに大別されるが、本発明のアライメント装置はいずれの方法にも好ましく適用されるものである。

次に、本実施の形態の特徴となるアライメント装置の説明に先立って、このアライメント装置と組み合わせて用いる塗工装置について説明する。図４は、カラーフィルタ製造用のインクジェット装置（塗工装置）の概要を示す外観図である。図４において、インクジェットヘッドユニット１は、複数のインクジェットヘッドを並列に配置したものであり、各インクジェットヘッドに対向して配置される透明基板８６にインクの塗布を行う。メンテナンス装置８５は、インクジェットヘッドの吐出安定性を維持するためのものである。また、主走査方向移動装置９１と副走査方向移動装置８７により、Ｘ−Ｙステージの駆動系を構成している。主走査方向移動装置９１はインク塗布の際に往復動作するＹ方向可動部（基板ステージ）を移動する。一方、副走査方向移動装置８７はインク塗布の際に必要幅分を透明基板８６に塗布するために間歇的に送るＸ方向可動部を移動する。

このようなインクジェット装置では、予めインクジェットヘッドユニット１を透明基板８６と主走査方向８９に相対的に移動させつつ、ヘッドからインク液を透明基板８６に吐出して塗布を行い、所定回数吐出を行った後に、メンテナンス装置８５を用いて吐出特性を安定させる。そして、メンテナンス装置８５によってインクジェットヘッドの吐出安定性を向上させた後、カラーフィルタの描画工程に移行する。

まず、副走査方向移動装置８７によって透明基板８６の端部にインクジェットユニット１を移動させる。そして、主走査方向移動装置９１により所定の回数ｎ回（ｎは自然数）だけ主走査を行い、透明基板上にインクを塗布する。

なお、描画動作時のステージとインク吐出タイミングの関係は、主走査方向に基板ステージが移動し、主走査方向の位置に同期させてインクジェットヘッドのノズルよりインクの吐出を行なう。そして、所定の回数走査させた後に副走査方向移動装置により透明基板の塗られていない部分の端部に移動させ、主走査方向に移動して再度、所定の回数塗布を行う。

次に、上記工程によって得られるカラーフィルタについて説明する。前述したように、インクジェット方式によるカラーフィルタの製造法には大別して、インク自体を硬化して着色する方法、インク吸収性を有する樹脂等からなる受容層を透明基板上に形成し、この受容層にインクを付与して着色する方法、透明基板上にブラックマトリクスの溌インク性をもった土手の中にインクを付与し、土手に囲まれた領域を着色する方法などがある。

図３は、カラーフィルタとしての一例の描画状態を説明する模式図である。ブラックマトリクス６は透明基板に形成されている溌インク性を持ったものであり、インクを硬化させるための着色領域（画素部）の障壁となる。また、７はＲインク滴、８はＧインク滴、９はＢインク滴を示している。本例では、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の着色部を形成するために、３個のインクジェットヘッドを用い、それぞれブラックマトリクスの開口部に対応してインク滴を付与しなければならない。インク吸収性を有する樹脂等からなる受容層にインクを付与する場合においても、混色、吐出位置のミスディレクション等を防ぐために所定の場所に吐出しなくてはならない。

カラーフィルタの画素サイズから主走査方向の位置ずれ誤差の許容値を例をとって算出すると、ブラックマトリクス６の開口部が約８０μｍ、インク滴の径が約４０μｍの場合、ステージの移動誤差、塗出ばらつき等を考慮すると、インクジェットヘッドの許容誤差は±５μｍ程度である。従って、当該装置においてインクジェットヘッドと透明基板との位置合せには非常に高い精度が要求される。

次に、インクジェットヘッドのアライメントに用いるアライメント装置について説明する。図１は、本発明のアライメント装置の一実施形態の構成を示す外観図である。インクジェットヘッドユニット１には、アライメントする複数のインクジェットヘッド１０が並列に配置されており、アライメント装置のＸ−Ｙステージ１１に支持されている。インクジェットヘッドのノズル形成面には、複数のノズルより形成されるノズル列が設けられている。

インクジェットヘッドユニット１は、ホルダと、このホルダに設けられた複数のインクジェットヘッド１０とを備え、各インクジェットヘッド１０はそれぞれ支持機構を介してホルダに対して水平面上で直交する２方向と鉛直方向に微調節可能でかつ鉛直軸の周りに微調節可能に支持されている。なお、このような支持機構には従来公知の様々な構造が採
用可能である。

そして、このアライメント装置のステージ１１上には、２個のノズル穴観察用カメラ１２が設置されている。なお、ノズル穴観察用カメラ１２が２個あることにより、インクジェットヘッドのノズル穴２箇所を同時に観察することが可能である。すなわち、２個のノズル穴を観察することにより、インクジェットヘッドのＸ方向とＹ方向を調整するのに非常に有利である。ここで、図２に示すように、２個のノズル穴観察用カメラ（１２ａ、１２ｂ）は焦点方向に移動可能な昇降機構および焦点方向の位置座標を認識できる自動焦点機構２２が備わっている。

Ｘ方向スライダー１３、Ｙ方向スライダー１４は、インクジェットヘッドのノズル面を観察する際に、カメラを移動させる。除震台１５は、精密アライメントする際に、振動を受けると精密アライメントに影響が出るため、振動を除去するために設けてある。ヘッドユニットホルダー１６は、インクジェットヘッドユニット１を受け、Ｙ方向スライダー１４とＸ方向スライダー１３の移動方向がそれぞれ塗工装置の主走査方向と副走査方向と揃うように水平方向で回転する機構となっている。

そして、インクジェットヘッドユニット１に付けられたアライメントマークを読み取り、塗工装置の主走査方向とＹ方向スライダー１４が平行になるように調整し、インクジェットヘッドのノズル列がＸ方向スライダー１３と平行となるようインクジェットヘッドを揃える。ノズル穴観察ディスプレー１７は、２個のカメラ１２からの画像を表示するものであり、レチクル等を画面に示し、ノズル穴を揃えるために使用する。

アライメント制御盤１８は、微調機構モーターの回転信号の切り替えや調整のために使用する。コントローラー１９は、微調機構のモーターを回転させ、インクジェットヘッドの位置調整の際に使用する。アライメント制御盤１８において順番に調整していくインクジェットヘッドを切り替えていき、その都度、コントローラー１９を使用して位置精度を合わせる。モーター切り替えＢＯＸ２０は、駆動モーターを切り替えるものであり、アライメント制御盤１８により制御する。

画像制御部２３には、ノズル穴観察用カメラ１２で撮影したノズル穴画像からノズル穴位置座標を認識する画像認識部が内臓されている。画像認識によるノズル穴座標認識は以下の手順でおこなう。まず、Ｘ方向スライダー１３、Ｙ方向スライダー１４によりノズル穴観察用カメラ１２をノズル穴の設計位置に移動させる。ここで、２個のノズル観察用カメラはノズル列両端ノズルと同じ間隔に予め調整されている。次に自動焦点機構２２によりノズル面と２個あるカメラの一方のカメラ焦点を合わせ、この時のＺ方向座標を認識する。そして画像認識部によりノズル列端のX方向、Ｙ方向のノズル穴座標を認識する。同様にして他端のノズル穴位置座標を認識することができる。これを繰返しすべてのインクジェットヘッドのノズル穴座標を認識および記憶することができる。

本発明のアライメント装置では、自動焦点機構でＺ方向座標測定することで、カメラ以外の検出手段（例えばレーザー変位計）を使った場合に比べて、Ｘ方向スライダー、Ｙ方向スライダーの移動時間がなくノズル穴座標認識の時間短縮がはかれる。また、従来、Ｚ方向をレーザー変位計等の別手段で測定した場合、時間節約のためＸ方向、Ｙ方向座標認識時には、再度焦点合わせすることはない。すなわち、従来技術では、カメラ焦点位置が固定のため、Ｚ方向調整誤差分のピントボケがある状態で画像認識によりＸ、θ方向位置を検出していた。つまり、ノズル穴輪郭の画像認識が焦点ズレに応じた誤差が生じることとなる。それに対して、本発明のアライメント装置では、自動焦点機構でＺ方向座標測定することで、ぴったり焦点を合わせてＸ、θ方向の位置検出をおこなうことができるため測定精度も向上させることができる。

図５に示すように、インクジェットヘッドユニット１の保持手段は、塗工装置と同様に、例えばインクジェットヘッドユニットフレームを支える等で行う。ここで、インクジェットヘッドユニット１は、フレーム１０３とベース１０７と、このベース１０７に設けられた複数のインクジェットヘッド１０とを備え、上下調整保持機構１０１と回転調整保持機構１０２を介して塗工装置のホルダ１１０に対して水平面上で直交する２方向と鉛直方向に微調節可能でかつ鉛直軸の周りに微調節可能に支持されている。なお、このような保持機構には従来公知の様々な構造が採用可能である。インクジェットヘッドユニット１には、塗工装置上での画素部へのインク液滴の着弾描画状態観察用のカメラ１０４、１０６と、透明基板とユニット全体とのアライメントのためのレーザー変位計１０５を備えている。もしヘッドユニットがその自重により弾性変形を起こしたとしても、アライメント装置上でも同様の変形をするために、アライメントには影響が無いものである。すなわち、アライメント装置の保持手段はヘッドユニットホルダー１６を含み、インクジェットヘッドユニット１の高さおよび位置を調整するものであり、塗工装置においてインクジェットヘッドユニット１が搭載される保持手段と互換性を有するものである。

もし、塗工中に吐出のずれなどが判明し、インクジェットヘッドの位置調整を行なう必要がある場合は、モーター切り替えＢＯＸ２０にコントローラー１９を接続し、所定のインクジェットヘッドを調整することが可能である。そのため、少数のインクジェットヘッドの調整の場合はアライメント装置までインクジェットヘッドユニットを運ばなくてもよい。また、アライメント後に所定の位置に配列したインクジェットヘッドのノズル穴位置データを塗工装置に送ることで塗工の際の段取り時間を短縮させることが可能である。

図６は、複数のインクジェットヘッドを備えたインクジェットヘッドユニットにおいて、各インクジェットヘッドの配列の例を示す平面図である。インクジェットヘッド１２３は、基材搬送方向と直交する方向に平行に配置されている。ノズルの間隔を変更する場合には、インクジェットヘッドを所定の角度傾けることも可能である。また、ノズル範囲よりインクジェットヘッド本体の幅が広いため、隣り合うインクジェットヘッドは、基材搬送方向にずらした千鳥状の配置となっている。このため、インクジェットヘッドに属するノズルの吐出タイミングを、当該インクジェットヘッドと隣接するインクジェットヘッドとの間に生じるＹ方向の距離に応じて、変えることによりインク吐出を直線状にすることができる。

図７は、インクジェットヘッドのアライメント（位置調整）機構部の斜視図である。図７ではインクジェットヘッドが２つ示されている。これはインクジェットヘッド２つを配置することで、１つのインクジェットヘッドを備えた場合に比べ、２倍の解像度での塗工を行うための配置の例である。このため、相互のインクジェットヘッドはＸ方向にノズルピッチの１／２だけずらして配置され、ノズル配列方向が平行になるように配置され、かつノズル面高さを同じにして配置されている。以下説明するインクジェットヘッドのアライメント機構とは、この２つのインクジェットヘッドの位置を同時に調整する方法を示すものであり、２つのインクジェットヘッド相互の位置に関しては既に調整され、固定されているものとする。ただし、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、１つのインクジェットヘッドに対し１つのアライメント機構を対応させることや、更に３以上の多数のインクジェットヘッドに１つのアライメント機構を対応させることも可能である。このアライメント機構は、インクジェットヘッド取付け部３２と調整ステージ３１から構成されている。

図８に示すように、調整ステージ３１は、Ｚ方向調整、Ｘ方向の傾きおよび走査方向（Ｙ方向）の傾き調整をおこなうためのジャッキボルト３７ａ〜３７ｄを備えたＺベース３３がインクジェットヘッドベースに固定されている。Ｘベース３４はＺベースの下側に配置され、Ｘ方向に移動させるためのリニアガイド３６を備えている。Ｘ方向の調整はＺベースに固定されたＸ軸偏芯カムユニットのＸ軸偏芯カム４２がＸ軸移動片４４を変位させるとこでおこなう。

図９に示すように、Ｘ軸偏芯カムユニットのＸ軸偏芯カムは、半月状の形状をしていて上死点６９、下死点６８に達することなく、ストレート部７１、７２をＸ軸移動片に当接させることで、両点での不安定部を避けることができる。また、駆動モーターにステッピングモータ４０を用いることでＸ軸偏芯カムのストレート部が移動片に当接してもモーターが脱調するだけで、装置が破損することはない。

θベース５１には回転方向４６に回転させるための回転軸４５、上下動押えすべり軸受け（３箇所）が備わっている。回転方向の調整はＸベースに固定されたθ軸偏芯カムユニットのθ軸偏芯カム４９がθ軸移動片５０を変位させるとこでおこなう。θ軸偏芯カムユニットのθ軸偏芯カムは、Ｘ軸偏芯カムユニットと同様に、半月状の形状をしていて上死点・下死点に達することなくストレート部を移動片に当接させることで、両点での不安定部を避けることができる。また、駆動モーターにステッピングモータ４７を用いることでθ軸偏芯カムのストレート部が移動片に当接してもモーターが脱調するだけで、装置が破損することはない。

図９（ａ）にインクジェットヘッド取り付け部の斜視図を示す。インクジェットヘッド３５ａ、３５ｂは、ウィング６１、６２に、Ｘ方向・回転（θ）方向およびＺ方向についてノズル位置とウィング取付け面がそれぞれの方向について許容範囲内の位置となるよう組立治具（図示しない）を用いてあらかじめ組立・固定されている。これにより、Ｘ方向・回転方向ともノズル位置を調整ステージの調整範囲内とすることができる。また、Ｚ方向についてもインクジェットヘッド取り付け後の調整が不要となり、調整を容易かつ迅速におこなうことができる。

また、インクジェットヘッド装置はその下側から脱着できるようになっているので、インクジェットヘッド上部の配線・配管に邪魔されることなくインクジェットヘッド交換をおこなうことができる。

これらにより、インクジェットヘッド取付け部に取付けられたインクジェットヘッドのＸ方向および回転方向調整ができる（Ｘ方向調節機構及び回転方向調節機構）。ここで、回転軸を、インクジェットヘッドノズル列の最端ノズルのＸ位置の近傍に配置することにより、インクジェットヘッドの回転ずれを修正する調整（θ方向の調整）の際に両端部の位置の調整を従来よりも簡便なプロセスで行なうことができた。即ち、インクジェットヘッドのθ方向調整の際の当該インクジェット最端ノズルのＹ方向位置のズレを最小にすることにより、インクジェットヘッドのもう一方の端部のノズルのみを倒立顕微鏡で検出すればθ方向調整をすることができるのである。（θ方向調節機構）
さらに、調整ステージにはＺ方向に高さ調整するためのジャッキボルト（３７ａ〜３７ｄ）と固定ネジが備わっている。ここで、高さ検知手段は、レーザー変位計２１である。これにより、インクジェットヘッドの高さおよびノズル列の左右の高さの差を最小となるように調整し、固定することができる。

上記位置調整機構は、塗工タクト短縮のための省スペース化ならびに省コスト化のための機構の簡素化、および調整時間短縮（固定時間レス）のため位置固定を押し当てバネでおこなっている。押し当てバネを使うことで調整機構に含まれるギヤのバックラッシや摺動部のガタを吸収することができ、調整を容易かつ正確におこなうことができる。ここで押し当てバネによる位置保持力は、調整後にインクジェットヘッドに加わる外力（例えば、吐出性回復のためのメンテナンス動作により加わる力等）以上に設定されている。

しかしながら、位置調整時に各機構を動作させると、押し当てバネによるストレスで省スペース化により小型化した構成部品が微少に変形してしまう。そして、この変形が元の形状に戻ろうとする力（変形による反力）が押し当てバネに作用し、外力による位置保持力（抗外力）を低下させてしまう。

本発明では、低下した位置保持力を回復させるために、Ｘ方向およびθ方向調整用ステッピングモーターを逆回転させて、部品の変形による反力を除去できる機能をコントローラ１９に有している。具体的には位置調整完了後に、Ｘ方向およびθ方向調整用ステッピングモーターとも最後の調整での回転方向と逆方向に所定量だけ回転させて部品の変形による反力を除去する。ここで、その所定回転量は調整カムが最後の調整で回転した方向と逆の方向に回りはじめる直前までの回転量とし、あらかじめ複数ユニットの製作誤差も加味した値を実測して決めておく。こうすることで、調整後の外力による位置ずれを抑えることができる。

以上説明した如く、本発明のアライメント装置では、インクジェットノズルのＸ、θ、Ｚ方向ともカメラで検出することを可能としており、カメラとレーザー変位計を入れ替える移動時間をなくすることが出来るため、調整時間を大幅に短縮することができた。また、インクジェットノズルのＺ方向位置をカメラの自動焦点機構により検出することで、Ｘ、θ方向での焦点を合わせた位置検出が可能になり、調整精度向上が実現できた。

１・・・インクジェットヘッドユニット ２・・・透明基板
６・・・ブラックマトリクス ７・・・Ｒインク滴 ８・・・Ｇインク滴
９・・・Ｂインク滴 １０・・・インクジェットヘッド １１・・・ステージ
１２、１２ａ、１２ｂ・・・ノズル穴観察用カメラ １３・・・Ｘ方向スライダー １４・・・Ｙ方向スライダー １５・・・除震台
１６・・・ヘッドユニットホルダー １７・・・ノズル穴観察ディスプレー
１８・・・アライメント制御盤 １９・・・コントローラー
２０・・・モーター切り替えＢＯＸ ２１・・・レーザー変位計
２２・・・自動焦点機構 ２３・・・画像制御部 ３１・・・調整ステージ
３２・・・インクジェットヘッド取付け部 ３３・・・Ｚベース
３４・・・Ｘベース ３５ａ・・・インクジェットヘッド１
３５ｂ・・・インクジェットヘッド２ ３６・・・リニアガイド
３７ａ・・・ジャッキボルト１ ３７ｂ・・・ジャッキボルト２
３７ｃ・・・ジャッキボルト３ ３７ｄ・・・ジャッキボルト４
３８・・・Ｘ方向 ３９・・・Ｙ方向 ４０・・・ステッピングモータ１
４１・・・Ｘ軸ウォーム ４２・・・Ｘ軸偏芯カム
４３ａ・・・上下動押えすべり軸受け１ ４３ｂ・・・上下動押えすべり軸受け１ ４４・・・Ｘ軸移動片 ４５・・・回転軸 ４６・・・回転方向
４７・・・ステッピングモータ２ ４８・・・θ軸ウォーム
４９・・・θ軸偏芯カム ５０・・・θ軸移動片 ５１・・・θベース
６１・・・ウィング１ ６２・・・ウィング２ ６３・・・ヘッドＡインクポート
６４・・・ヘッドＢインクポート ６５・・・ウォームホイール
６６・・・丸型偏芯カム ６７・・・丸型偏芯カム軸 ６８・・・下死点
６９・・・上死点 ７０…半月状偏芯カム軸 ７１・・・ストレート部１
７２・・・ストレート部２ ８１・・・インクジェットヘッドユニットの一部
８２・・・インクジェットヘッドユニットコントローラー ８３・・・塗工操作盤 ８４・・・インクジェット装置制御盤 ８５・・・メンテナンス装置
８６・・・透明基板 ８７・・・副走査移動装置 ８９・・・走査方向
９１・・・主走査移動装置 ９２・・・ １０１・・・上下調整保持機構 １０２・・・回転調整保持機構 １０３・・・ユニットフレーム
１０４・・・カメラ３ １０５・・・レーザー変位計２ １０６・・・カメラ４ １０７・・・ユニットベース １０８・・・上下方向 １０９・・・回転方向
１１０・・・塗工装置のホルダ １２１・・・インクジェットヘッドノズル形成面 １２２・・・アライメントマーク １２３・・・インクジェットヘッド

Claims (15)

1. 少なくとも、
   インクジェットヘッドを複数備えたインクジェットヘッドユニットと、
   前記インクジェットヘッドユニットに設けられた前記インクジェットヘッドのノズル穴の位置を測定するカメラと、
   前記カメラの測定状態に基づいてノズル位置データを取得する画像制御手段と、
   前記ノズル位置データに基づいて前記インクジェットヘッドの位置調整を行う位置調整制御手段および位置調整機構と、
   前記インクジェットヘッドユニットの高さおよび位置を調整する保持手段と、
   を有することを特徴とするアライメント装置。
2. 前記カメラが複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載するアライメント装置。
3. 前記カメラに高さ位置が認識できる自動焦点機構が備わっていることを特徴とする請求項１または２に記載するアライメント装置。
4. 前記位置調整制御手段は、インクジェットヘッド位置調整後に前記位置調整機構の機構部材に残留する応力を除去するための応力除去機能を有することを特徴とする請求項１に記載するアライメント装置。
5. 前記位置調整機構は、インクジェットヘッドのノズル列方向の位置を調節するＸ方向位置調節機構、高さ方向の位置を調節するＺ方向位置調節機構、及び水平回転方向の位置を調整する回転方向位置調節機構を備えてなることを特徴とする請求項１に記載するアライメント装置。
6. 前記位置調整機構は、インクジェットヘッドユニットに設けられたアライメントマークを基準としてインクジェットヘッドの位置を調整することを特徴とする請求項１に記載するアライメント装置。
7. 前記画像制御手段は、ノズル位置データを塗工装置に送るデータ送信手段を供えたことを特徴とする請求項１に記載するアライメント装置。
8. 前記保持手段は、インクジェットヘッドユニットを搭載する塗工装置の保持手段と互換性を有することを特徴とする請求項１に記載するアライメント装置。
9. 前記Ｘ方向調整機構が、偏芯カムを用いてインクジェットヘッドを所定の区間往復させる機構であることを特徴とする請求項５または６に記載するアライメント装置。
10. 前記Ｘ方向調整機構が、半月状の形状の偏芯カムを用いて、ウォームギヤを介してステッピングモータで駆動されることを特徴とする請求項９に記載するアライメント装置。
11. 前記位置調整機構の水平回転調整機構（θ方向）が、偏芯カムを用いてインクジェットヘッドを所定の区間往復させる機構であることを特徴とする請求項５または６に記載するアライメント装置。
12. 前記水平回転調整機構（θ方向位置調節機構）が、半月状の形状の偏芯カムを用いて、ウォームギヤを介してステッピングモータで駆動されることを特徴とする請求項１１に記載するアライメント装置。
13. 前記インクジェットヘッドの前記高さ方向（Ｚ軸方向）の傾きを修正するギャップ調整機構を備えたことを特徴とする請求項５または６に記載するアライメント装置。
14. 前記ギャップ調整機構が、少なくとも１つの調整ネジにより、前記インクジェットヘッドを高さ方向（Ｚ軸方向）に上下する機構であることを特徴とする請求項１３に記載するアライメント装置。
15. 前記インクジェットヘッドを、前記Ｘ方向位置調節機構、前記Ｚ方向位置調節機構、及び前記回転方向位置調節機構の下側から取り付けることを特徴とする請求項５に記載するアライメント装置。

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