(57)【要約】【課題】インクジェット塗工装置には、メニスカス状態を全ノズルで長時間にわたり安定化することのできないため、色ムラが発生するという問題がある。【解決手段】少なくとも、インクジェットヘッドと、インクジェット内のインク圧力センサを備えたインク供給系と、液出し・予備吐出ユニットと、インクジェットヘッド洗浄ユニットと、を備えたインクジェット塗工装置において、予備吐出とインクジェットヘッド洗浄とを間欠的に複数回行う制御手段を備えたことを特徴とするインクジェット塗工装置。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、インクジェットヘッドと、インクジェット内のインク圧力センサを備えたインク供給系と、液出し・予備吐出ユニットと、インクジェットヘッド洗浄ユニットと、を備えたインクジェット塗工装置において、
予備吐出とインクジェットヘッド洗浄とを間欠的に複数回行う制御手段を備えたことを特徴とするインクジェット塗工装置。
【請求項２】
前記予備吐出において、予備吐出を行う時間間隔を設定できることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット塗工装置。
【請求項３】
前記予備吐出において、予備吐出の吐出量を設定できることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット塗工装置。
【請求項４】
前記予備吐出の吐出量に応じて前記インクジェットヘッド洗浄を行うタイミングを制御する手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のインクジェット塗工装置。
【請求項５】
前記予備吐出に際し、吐出量によらずインクジェットヘッド内のインク圧を監視する圧力センサの指示値を一定に保つ制御手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のインクジェット塗工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高精細なパターンを形成するためのインクジェット塗工装置に係わり、特に、隔壁により区画された開口部に対し一定量の液滴を吐出させるために適したインクジェット塗工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カラーフィルタの基板サイズは年々大型化が進んでいる。従来では、フォトリソグラフィー工程を繰り返す顔料分散法等が用いられてきたが、カラーフィルタのコストダウン化を図るために、近年は工程数が少なく、カラーフィルタの各着色層を同時に形成することが可能なインクジェット塗工装置を用いた方法が検討されている。
【０００３】
インクジェット塗工装置では、インクジェットヘッドに配設された微小な吐出口から微小な液滴を吐出させ、このインクを被印刷媒体に対し付着させるものであり、吐出の動力源として圧電素子や電気熱変換素子等を用いたものが知られている。
【０００４】
インクジェット塗工装置を用いたカラーフィルタの製造方法としては、隔壁で区切られた開口部に、インクジェットノズルヘッドのノズルからカラーフィルタの各色に対応する着色インクを吐出し、各着色層を形成する方法が一般的である。このとき、各開口部に吐出されるインクの吐出量のバラツキが小さいほど、カラーフィルタの色ムラが低減され、高品質なカラーフィルタを製造することができる。
【０００５】
吐出されるインクの吐出量は、ノズル開口部のメニスカス状態により変化する。メニスカス状態の変化は吐出動作で起こりやすい。インクジェットヘッドで連続的にインクを吐出すると、インクがノズル内のインクから分裂して離反した際に発生する微小なインク（ミスト） がノズル開口の周辺部に付着し、やがて液滴に成長する。それにより、成長した液滴が開口部に接触し、ノズルのメニスカスが破壊されると、吐出の位置精度低下を引き起こしたり、吐出量が変化する問題があった。
【０００６】
そこで、インクジェットヘッドのノズル面に酸化チタンからなる親水層を形成し、光触媒反応により液滴汚れを分解するという技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、インクジェットヘッドのノズル開口周辺部に付着した液滴をノズルから吸収する機構を持ったヘッドが発明されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
しかしながら、ノズル近傍に親水処理を施すことによりノズルからの液の溢れ出しをまねいたり、ノズル近傍の微小液滴を吸収してしまうことにより、メニスカス状態が不安定となり、特に、圧電素子等によるメニスカス制御を用いて液滴変調を行うヘッド構成の場合、メニスカスの不安定はインク吐出の安定性に悪影響を与えることになる。そのことにより、連続吐出を行うと色ムラ変化の原因となってしまう。
【特許文献１】特開２００４−１１４６１９号公報
【特許文献２】特開２００６−９５４１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、これら上記の問題を鑑みてなされたもので、メニスカス状態を全ノズルで安
定化することのできる液滴吐出装置を備えたインクジェット塗工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係わる請求項１に記載の発明は、少なくとも、インクジェットヘッドと、インクジェット内のインク圧力センサを備えたインク供給系と、予備吐出ユニットと、インクジェットヘッド洗浄ユニットと、を備えたインクジェット塗工装置において、予備吐出とインクジェットヘッド洗浄とを間欠的に複数回行う制御手段を備えたことを特徴とするインクジェット塗工装置としたものである。
【００１０】
本発明者の検討により、間欠的に予備吐出を行うことで、原理は分かっていないが、経験的にメニスカス状態を安定させることができることが分かっている。
【００１１】
本発明に係わる請求項２に記載の発明は、前記予備吐出において、予備吐出を行う時間間隔を設定できることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット塗工装置としたものである。
【００１２】
インクの物性により予備吐出の時間間隔を調整することで、メニスカス状態を安定させることができる。
【００１３】
本発明に係わる請求項３に記載の発明は、前記予備吐出において、予備吐出の吐出量を設定できることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット塗工装置としたものである。
【００１４】
インクの物性により予備吐出の吐出量を調整することで、メニスカス状態を安定させることができる。
【００１５】
本発明に係わる請求項４に記載の発明は、前記予備吐出の吐出量に応じて前記インクジェットヘッド洗浄を行うタイミングを制御する手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のインクジェット塗工装置としたものである。
【００１６】
吐出によりノズル近傍が汚れるが、定期的にヘッド洗浄を挟むことにより吐出面の汚れを取ることができ、メニスカス状態を安定させることができる。
【００１７】
本発明に係わる請求項５に記載の発明は、前記予備吐出に際し、吐出量によらずインクジェットヘッド内のインク圧を監視する圧力センサの指示値を一定に保つ制御手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のインクジェット塗工装置としたものである。
【００１８】
予備吐出時のインクジェット内の圧を一定に保つことによりメニスカス状態を安定した状態に保つことが出来る。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ノズル周辺に酸化チタン膜の形成などの親水処理を施すことなく、従来のインクジェットヘッド構成に、ミスト状インクの収集装置と洗浄装置という簡便な装置を付加することで、容易にメニスカス状態を安定化できる。したがって、特に液滴を連続吐出した場合に、長時間にわたり安定した吐出を行うことができるので色ムラの発生しないインクジェット塗工装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に本発明を、カラーフィルタの製造工程に即した形態で詳細に説明する。
【００２１】
図１は、インクジェット塗工装置の全体構成の一例を示す図である。インクジェット塗工装置は、インクジェットヘッド１を複数配列したヘッドユニット２、基板を載置する搬送ステージ３、ヘッドユニットに搭載されたヘッドを管理するインクジェットヘッド管理装置４、インクジェットヘッドへのインク供給を行うインク供給装置５、インクジェットヘッドのインク吐出を制御するコントローラ６から構成されている。
【００２２】
コントローラ６は、ヘッドを駆動し、ヘッドパラメータ情報と吐出パターン情報が格納されている。ヘッドパラメータ情報はヘッドを駆動させるための情報である。吐出パターン情報は、各ノズルのインク吐出量及びどのノズルを使用するか等についての情報が格納されている。塗工を行う際にコントローラ６から各ヘッドに吐出パターン情報が転送され、パターン描画を行うことが可能である。
【００２３】
図２は、本発明のインクジェットヘッド管理装置の模式構成図を、図３は、本発明のインクジェットヘッド管理装置の一実施例を示す模式上面図を、図４は、模式側面図をそれぞれ示す。
【００２４】
本発明のインクジェットヘッド管理装置は、図２〜図４に示すように、予備吐出の際のヘッドより排出されたミスト状インクを収集する機能を有する液出し・予備吐出ユニット４１と、洗浄部材にてインクジェットヘッド吐出面の洗浄を行うヘッド洗浄ユニット４２と、前記インクジェット塗工装置と連携して上記各種ユニットの移動と動作制御とを行う制御装置４３と、で構成されている。
【００２５】
液出し・予備吐出ユニット４１では、インクジェットヘッドより排出されたミスト状インクを収集することを目的としており、ミスト状インクがヘッド吐出面への再付着または周辺への飛散を防止する為ブロアまたは真空発生器等によって収集を行う。
【００２６】
ヘッド洗浄ユニット４２では、ロールから繰り出された洗浄部材を、ヘッド長手方向に向かって、前記洗浄部材下より押当ローラによりヘッド吐出面に押当を行うことにより、ヘッド吐出面の汚れを除去する。
【００２７】
制御装置４３は、コンピュータ、ディスプレイ等から構成されており、インクジェット塗工装置と連携して上記各種ユニットの移動及び動作制御を行う。また、ヘッドの管理が必要な場合はヘッドの位置に各処理ユニットが定位置に来るように移動制御を行う。
【００２８】
図５は、ダイヤフラムポンプを用いたインク供給装置の構成図である。
【００２９】
インクジェット塗工装置において使用されるインク５２は、供給タンク５１に貯蔵されており、経路５７を通ってダイヤフラムポンプ５５の供給源側へと通じる。ダイヤフラムポンプ５５は、インク供給源側５７をインク強制吸引する吸引側とし、インクジェットヘッド５４側をインク強制送出する送出側５８とする。また、インク送出手段にはダイヤフラムポンプを駆動させるサーボモータ５６が接続されていて、このサーボモータの動作によってインクの吐出を正確に行うためのダイヤフラムポンプが駆動制御されている。
【００３０】
すなわち、インクジェットヘッド内のインク圧を圧力センサとダイヤフラムポンプで一定に保つように制御している。インクごとに制御圧は異なり、圧としてはヘッドから液垂れせず、且つノズルにエアを吸い込まないものとする。そのために負の圧力で制御している。ヘッドインクが吐出動作を行うとヘッド内インク圧が下がる為、ヘッド内インク圧の制御を行わないとエアを噛んでしまう。そのために吐出量に応じてダイヤフラムポンプか
らヘッドに液を送りヘッド内インク圧を一定に保つように制御を行う。
【００３１】
圧力センサ５３は、インクジェットヘッド５４とダイヤフラムポンプ５５の送出側との間に設けられており、インク圧力を常時検知している。そして、この圧力センサが検知したインク圧力をデータとして、インク圧力制御コントローラ５９を介して上記インク送出手段におけるサーボモータに送り出されるように接続されている。
【００３２】
連続吐出を行う前に、予備吐出とヘッド洗浄を行うことでメニスカス状態を安定状態にする。予備吐出の吐出量と吐出間隔は、インクの密度・粘度・表面張力等の物性に応じて変化させる必要がある。インクの吐出量が少ないとメニスカス状態が安定するまでの時間が掛かってしまうし、吐出間隔が長いとインクが乾燥してしまい吐出不良を起こしてしまう。
【００３３】
実際に着色液を吐出してカラーフィルタ層を形成する場合、隔壁の位置に対応するノズルは吐出しない為、吐出に使用するノズルと不使用ノズルが存在する。実際に使用するノズルのみ予備吐出を行っていると、不使用ノズル部分が乾燥により吐出不良を起こし、クロストークにより隣接ノズルの吐出量に影響を及ぼしてしまう。そのため、予備吐出は全ノズルからの吐出を行う必要がある。
【００３４】
予備吐出を連続で行っていると、ノズル近傍が微小インクで汚れてくるので、定期的にヘッド洗浄を行いノズル近傍の洗浄を行う必要がある。ヘッド洗浄を行う場合、洗浄部材をノズル面に接触させると、ヘッド内のインクが引っ張り出されて、メニスカス状態を破壊してしまうことがある。インク拡散性と吸収性のバランスが取れている洗浄部材を使用すると圧力降下を防ぐことが出来る。
【００３５】
予備吐出を行うと、ヘッド内の圧力降下がおこりメニスカス状態を破壊してしまう。その為、予備吐出の吐出量に応じてインク圧力制御コントローラで圧力制御を行いヘッド内の圧力制御を行う必要がある。
【００３６】
上記インクジェット塗工装置を用いて本発明を実施した結果を説明する。
【００３７】
カラーフィルタを２０枚連続で作成する前に、間欠的に予備吐出とヘッド洗浄を行った場合と行わない場合での色ムラの変化を調べた。
カラーフィルタ１枚当り約１６００００pl/ヘッドを吐出する。予備吐出の時間間隔と回数は、３分間隔で１０回とし、吐出量は一回の予備吐出で一つのノズルから２８８０plとした。ヘッド洗浄は予備吐出2回に対して1回とし、洗浄部材としては、マイクロファイバーを用いた。インク圧力制御コントローラでインクジェッドヘッド内圧を −２５００Pa一定に保った状態で予備吐出を行った。表1に示す物性値を有するインクを用いた。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
作成したカラーフィルタの１，５，１０，１５，２０枚目の幅方向全セルの輝度値を取得した。輝度値は色ムラの評価指標の一つとなるもので、隣接する輝度値の差が少ないほど色ムラが無いことを意味する。図６に１枚目の各セルの輝度値を基準とした場合の各枚数での輝度値の相関係数R2の推移を示す。
図６から、予備吐出を行わない場合は、５枚目でR2が０．５５と下がるが、行った場合は２０枚目までR2が０．９３と1枚目と高い相関を示す結果となった。このことは予備吐出を行った場合は、1枚目を吐出した時のメニスカス状態が、少なくとも、２０枚目まで保たれていることを意味する。相関係数の勾配から、カラーフィルタにして数百枚以上安定したメニスカス状態が維持できると推定される。
【００４０】
つまり、連続吐出前に間欠的な予備吐出とヘッド洗浄を実施すると、高品質なカラーフィルタを得ることができることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明のインクジェット吐出装置の全体構成を示す概略図。
【図２】本発明のインクジェットヘッド管理装置の一実施例を示す模式構成図。
【図３】本発明のインクジェットヘッド管理装置の模式上面図。
【図４】本発明のインクジェットヘッド管理装置の模式側面図。
【図５】本発明のインク供給系の構成を示す概略図。
【図６】連続塗工による輝度値の相関係数の推移を示す図。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・インクジェットヘッド
２・・・ヘッドユニット
３・・・搬送ステージ
４・・・インクジェットヘッド管理装置
５・・・インク供給装置
６・・・コントローラ
４１・・・液出し・予備吐出ユニット
４２・・・ヘッド洗浄ユニット
４３・・・制御装置
５１・・・インク供給タンク
５２・・・インク
５３・・・圧力センサ
５４・・・インクジェットヘッド
５５・・・ダイヤラムポンプ
５６・・・サーボモータ
５７・・・吸引側の管路
５８・・・送出側の管路
５９・・・インク圧力制御コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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