(57)【要約】      （修正有）【課題】メニスカスの不安定化が生じないようにエアー・異物の除去ができるインクジェットヘッドの洗浄方法の提供。【解決手段】インクジェット印刷装置の洗浄方法において、インクジェットヘッド４にインク２を供給した後インクがノズルを通過する際のインクの最高流速をＶm/ｓ、加圧開始からインクの最高流速Ｖまで達する時間をＴｓとした時に、Ｖ≧１．５m/s、且つ、Ｔ≦０．５secとなるようにノズルよりインクを射出した後に、圧力センサ３からの圧力情報に基づいて、ノズルのインクメニスカスの状態を、インク吸引送出用ポンプ５により制御しつつ、洗浄部材によりインクジェットヘッドのノズル面の余分なインクを除去することを特徴とするインクジェットヘッドの洗浄方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、インク供給タンク、インク吸引送出用ポンプ、ノズルを備えるインクジェットヘッド、前記インク吸引送出用ポンプと前記インキ供給用タンクを接続する第１のインク管路、インク吸引送出用ポンプと前記インクジェットヘッドを接続する第２のインク管路、及び前記第２のインク管路に設けた圧力センサ、とを備えるインクジェット印刷装置における前記インクジェットヘッドの洗浄方法であって、
第２のインク管路のインクを加圧してインクジェットヘッドに備わるノズルからインクを射出する際のインクの最高流速をＶm/ｓ、加圧開始から最高流速Ｖm/ｓまで達する時間をＴｓとした時に、
Ｖ≧１．５m/s 、且つ、Ｔ≦０．５sとなるように前記ノズルよりインクを射出し、その後圧力センサからの圧力情報に基づいて、前記ノズルのインクメニスカスの状態を、インク吸引送出用ポンプにより制御しつつ、洗浄部材により前記インクジェットヘッドのノズル面の余分なインクを除去する、
ことを特徴とするインクジェットヘッドの洗浄方法。
【請求項２】
前記インクジェットヘッドにインクを供給する方法が、前記インク吸引送出用ポンプの加圧による供給であり、前記インク吸引送出用ポンプが、ダイヤフラムポンプ、又はプランジャーポンプであることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドの洗浄方法。
【請求項３】
前記洗浄部材が、布又はワイプ材であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェットヘッドの洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクジェット印刷装置に係わり、特にはインクジェット印刷装置のヘッド部分及びヘッド部に備わるインク吐出用ノズルの洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット印刷装置を用いてパターン形成される印刷物には、有機エレクトロルミネセンス素子が例示でき、この有機エレクトロルミネセンス素子の有機発光層をインクジェット印刷装置により形成する。また、カラーフィルターも例示でき、この着色層をインクジェット印刷装置により形成する。この外、回路基板、薄膜トランジスタ、マイクロレンズ、バイオチップ等も印刷物として例示することができる。
【０００３】
以下では印刷物としてカラー液晶ディスプレイ用カラーフィルターを代表例として説明する。カラー液晶ディスプレイは、時計・カメラ等の小面積のものから、コンピューター端末表示装置・テレビ画像表示装置などの大面積のものまで広く使用されている。カラーフィルターは液晶ディスプレイのカラー表示化には必要不可欠で、カラー液晶ディスプレイの性能を決める重要な部品である。
【０００４】
従来、液晶表示装置用カラーフィルターの製造には、フォトレジスト材をスピンコートした後フォトリソグラフィー法が適用されパターニングされているが、画素材料であるフォトレジスト材の大部分をスピンコートの時点で捨てることとなり、フォトレジスト材の有効な使用が図れないという問題がある。また、色ごとに露光・現像などの工程を繰り返すことから全体としての作業効率が高いとは言えず、また露光装置、現像装置などの高価な設備を必要とし、コストを引き下げることが難しいという問題もある。
【０００５】
そのため、近年着色層を露光・現像が不要なインクジェット法で形成することが行われている。インクジェット法によりカラーフィルターを形成する場合、一般にＲ・Ｇ・Ｂの３色のインクを吐出することでカラーフィルターを形成する。
【０００６】
ところで、インクジェット法でカラーフィルターを製造する場合、通常各ノズルより数ピコリットルの着色液滴を画素内に吐出することで着色層を形成するが、カラーフィルタの製造のような長時間断続しながら連続してインクを吐出すると、インクジェットノズル内（以下、ノズル穴とも記すこともある）にエアーが混入したり、異物が堆積してくることが避けられない。
【０００７】
このようにエアーや異物がノズル穴内に生じると、ノズル内部のエアーや異物により、ノズル開口部のメニスカスの状態（図２に模式的に示したようなインク先端部のメニスカスの形状）がノズルによりばらついたり、メニスカスが崩れる等不安定化し、着色液滴の吐出量にバラツキが生じ、結果としてカラーフィルター基板に色ムラを生じる。のみならず、液滴の吐出方向が乱れ吐出すべき箇所に液滴が吐出されないとか、最悪の場合には液滴が全く吐出されずに白抜けが発生することになる。
このようなエアーや異物でメニスカス状態が不安定化することでインクの吐出量が減少した場合、いくらノズルの外側をワイプしたり洗浄しても、ヘッド内部やノズル開口部周辺のエアーや異物は取りにくいので回復しない。
【０００８】
このため、インクジェットヘッドのノズル内部にエアーや異物が堆積した場合には、不定期あるいは定期的なメンテナンスとして、インク供給タンクからインクをノズルに強制的に供給し、エアー・異物等をインクと一緒にノズル穴から押し出すことで機能を回復さ
せ、液滴の吐出状態を安定化させることが行われる。
【０００９】
しかし、インク供給タンクから押し出し用のインクを供給する場合、供給タンクとヘッド間に一定の距離があるため配管内のインクの加圧に要する圧力の伝播に時間がかかり、各ノズル穴からのインク射出状態にバラツキが生じることがある。すると、インクの射出を止めた後にも各ノズル内の液のメニスカス状態にバラツキがそのまま残り、その後になされる通常の液滴吐出にもバラツキが引き継がれることになる。また、メンテナンスごとにメニスカス状態が異なってくると、メンテナンスごとに異なった色ムラを持つカラーフィルタが製造されるということにもなっていた。したがって、メンテナンス後の液滴吐出を制御してカラーフィルタの品質を一定に維持することは非常に難しい問題であった。
【特許文献１】特開平１０−３６７２９号公報
【特許文献２】特開平１０−３９１３０号公報
【特許文献３】特開２００４−５８３００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
すなわち、カラーフィルタをインクジェット印刷装置を用いて製造する場合、ヘッドやノズル穴にエアー及び異物が堆積してくるが、これらのエアー・異物をインクとともに押し出して洗浄するに当たり、インク供給タンクからインクを介してノズルに加えられるインク圧力等のバラツキによって、押し出した後のノズル穴にはエアーの噛み込みによるメニスカス形状のバラツキやそれに伴ってメニスカスの形状に不安定化が発生することがある。メニスカスが不安定なままインク吐出がなされると吐出される液滴量が変動する結果、色ムラ・白抜け等の欠陥が発生するという問題がある。そこで本発明は、メニスカスの不安定化が生じないようなエアー・異物の除去方法すなわちインクジェットヘッドの洗浄方法の提供を課題とした。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を達成するための請求項１の発明は、少なくとも、インク供給タンク、インク吸引送出用ポンプ、ノズルを備えるインクジェットヘッド、前記インク吸引送出用ポンプと前記インキ供給用タンクを接続する第１のインク管路、インク吸引送出用ポンプと前記インクジェットヘッドを接続する第２のインク管路、及び前記第２のインク管路に設けた圧力センサ、とを備えるインクジェット印刷装置における前記インクジェットヘッドの洗浄方法であって、
第２のインク管路のインクを加圧してインクジェットヘッドに備わるノズルからインクを射出する際のインクの最高流速をＶm/ｓ、加圧開始から最高流速Ｖm/ｓまで達する時間をＴｓとした時に、
Ｖ≧１．５m/s 、且つ、Ｔ≦０．５sとなるように前記ノズルよりインクを射出し、その後圧力センサからの圧力情報に基づいて、前記ノズルのインクメニスカスの状態を、インク吸引送出用ポンプにより制御しつつ、洗浄部材により前記インクジェットヘッドのノズル面の余分なインクを除去する、
ことを特徴とするインクジェットヘッドの洗浄方法としたものである。
【００１２】
請求項２の発明は、前記インクジェットヘッドにインクを供給する方法が、前記インク吸引送出用ポンプの加圧による供給であり、前記インク吸引送出用ポンプが、ダイヤフラムポンプ、又はプランジャーポンプであることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドの洗浄方法としたものである。
【００１３】
請求項３の発明は、前記洗浄部材が、布又はワイプ材であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェットヘッドの洗浄方法としたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、インクジェットヘッドのメンテナンスに当たり、十分なインク圧力と適切なインク速度の設定により堆積した異物とエアーを完全に押し出すとともに、押し出した後のすべてのノズルで、インクメニスカスがノズル開口部に位置合わせがなされ、且つメニスカスの形状が同一となっている。この状態であると、引き続く液滴吐出動作によってもメニスカスがエアーの噛み込み等によって不安定化することがないため長時間液滴の吐出量を一定に維持できる。その結果カラーフィルタに、色むら、白抜き等が発生することが少ない。また、メンテナンスごとにメニスカスが安定な位置にセットされるのでメンテナンスのたびに異なる色ムラが生じることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下ではカラーフィルタを例に本発明になるインクジェットヘッドのノズルの洗浄方法を説明する。
【００１６】
本発明を図１のダイヤフラムポンプを用いたインク供給装置を例に実施の形態に基づいて説明する。
インクジェット印刷装置において使用されるインク２は、供給タンク１に貯蔵されており、第１のインク管路７を通ってダイヤフラムポンプ５の供給源側へと通じる。ダイヤフラムポンプ５は、インク供給源側７をインクを強制吸引する吸引側とし、インクジェットヘッド４側をインクを強制送出する送出側とし、インクは第２のインク管路８を経てインクジェットヘッド４に加圧供給される。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６が接続されている。このダイヤフラムポンプは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事が出来るよう駆動制御されている。ダイヤフラムポンプはプランジャーポンプであっても構わない。
【００１７】
圧力センサ３は、インクジェットヘッド４とダイヤフラムポンプ５の送出側とを接続する第２のインク管路上に設けられており、インク圧力を常時検知している。そして、この圧力センサは検知したインク圧力情報をデータとして、上記インク送出手段におけるサーボモータ制御部に送り出されるように接続されている。
【００１８】
インクジェット印刷装置の吐出には、印字時と非印字時があり、印字時にはインクがインクジェットヘッドに送出され、ある一定間隔で吐出を行い、非吐出時にはインクジェットヘッド内のノズルにインクが充填された状態のまま保持する。
【００１９】
非印字時には、定期的もしくは必要と思われる時点でノズル穴内のエアー・異物を取り除くためのメンテンスを行うが、インクジェットヘッドのノズル穴からインクを一定量射出することでノズル内に蓄積したエアーや異物、乾燥インク等を除去することができ、その後インクジェットヘッドのノズル面に残存したインクは洗浄部材を押し当てて除去することで、インクのメニスカスの不安定化・乾燥を防止することができる。
【００２０】
しかしながら、インクジェットヘッドのノズル穴からインクを射出する場合、インクの供給速度が十分でないと、ノズル穴部から均一に、インクが射出されず、各ノズル穴からのインク射出状態にバラツキが生じ、インクの射出を止めた後にも各ノズル内のインク液面の状態（メニスカスの状態）にバラツキが生じる。図２に一例を示すが、実線１２で示すメニスカスが安定で望ましい状態である。この形状は、圧力センサの情報に基づいてダイヤフラムポンプの吸引送出動作を制御することで動的に保持されるようになっている。点線で示すメニスカス形状１３，１４はインクが負圧側に引かれ過ぎた状態で、形状１５は引きが弱く重力により垂れた状態である。特に、形状１４の場合には過剰に引かれたためメニスカスが保持できず、壊れてしまった状態を示したものである。安定なメニスカス
形状１２以外のメニスカス形状は不安定であるので、その後の印字時の液滴吐出のたびにメニスカスが変動し液滴量がバラツキくことになる。またメンテナンスごとに毎回異なった液滴量が吐出されることにもなり、いずれにおいても色ムラを持つカラーフィルタを作製することになってしまう。これを防止する為には、メンテナンス時に、前記インク供給タンクからヘッドにインクが供給されノズルから射出する際のインクの最高流速をＶm/ｓとした時に、Ｖm/s≧１．５m/s  となるように設定すると、ノズルから均一にインクが射出され、インクの射出を止めた後のメニスカスの状態がすべてのノズルで同一となり、且つダイヤフラムポンプで容易に形状の保持が可能なため色ムラの発生が抑止されることになる。したがって、後述する色むらのレベルは、吐出ごとまたメンテナンスごとに高い再現性を示すこととなる。
【００２１】
また、ノズルを通過する際のインクの最高流速はノズル内のエアー・異物の押し出しにも有効であることから、ヘッドにインクを供給する際のノズルを通過する際のインクの最高流速は大きい方が望ましい。
【００２２】
さらに、加圧開始から前記インクの最高流速Ｖまで達する時間が長いと、少量のインクの射出では各ノズル穴のメニスカス状態のバラツキが解消されないため、長時間インクを押し出すことが必要でそのあげく、最高流速に達するので、必要な流量以上のインクを無駄にすることになり、さらには、メニスカス状態のバラツキが完全には解消されない確率が高くなり、後述する色ムラの再現性は低くなってしまう。これを防止する為には、加圧開始から前記インクの最高流速Ｖまで達する時間をＴとした時に、Ｔ≦０．５sec  となるようにノズル穴よりインクを射出する必要がある。
上記加圧開始から前記インクの最高速度Ｖまで達する時間は、短いほどインキ供給毎の色ムラのレベルは高い再現性を持つ。
前記方法にてノズル面よりインクを射出した後には、インクジェットヘッドのノズル面に洗浄部材１０を押し当てることでインク射出時にノズル面に残留したインクを除去し、印字することで、高品質な印刷を行うことができる。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明になる洗浄方法の一例をカラーフィルタの製造を例に説明する。
使用したインクジェット印刷装置のインクジェットヘッドの洗浄に係わる部分の構成を図1に模式的に示した。インク供給タンク１、インク供給用ダイヤフラムポンプ５、インクジェットヘッド４、圧力センサ３、インク供給タンク１とインク供給用ポンプ５を接続する第１のインク管路７及びインクジェットヘッド４とインク供給用ポンプを接続する第２のインク管路からなる。インクジェットヘッド４はインク吐出用のノズル（図示せず）を複数備えている。
【００２４】
まず、ある最高速度Ｖ、及びＶに達するまでの時間Ｔを設定しインク射出を行う。この射出によりノズル内に蓄積した異物・エアーは一応排出される。その後は第２のインク管路に設けた圧力センサからの圧力情報に基づいて、ダイヤフラムポンプの吸引送出力を調整しインクメニスカスの状態を同一状態に保持する。但し、保持されるかどうかも含めメニスカスの状態が図２で示すいずれになるかは射出の条件ＶとＴ及びダイヤフラムポンプの吸引送出力の調整に依存する。このメニスカスが望ましい状態１２であるかどうかはムラ再現性寄与率を定義して評価することができる。メンテナンスごとに、この状態が一定の液滴量を吐出するのに最適な状態１２であれば、その後に液滴吐出で製造されるカラーフィルタで評価するムラ再現寄与率は１に近い値を示すことになる。メニスカス状態がそれ以外であると、メニスカスの状態は液滴吐出のたびに変動し、吐出される液滴量が一定とならず、その後に製造されるカラーフィルタのムラ再現寄与率を比較すると０に近い値となる。
また、エアー・異物を排出した後、ノズル表面に吐出したインクが残る場合には、メニス
カスが保持されされるようにダイヤフラムポンプを稼動させたまま、布又はワイプ材を押し付けて除去することが必要である。この際、メニスカス状態に影響を与えないようにインクを除去することが必要で拭き取るような動作はメニスカスに悪影響を与えることがあった。
【００２５】
ムラ再現性寄与率は次式で定義した。
最初のメンテナンス後にカラーフィルタ基板上の画素ｊを透過する光の輝度をＬ（ｊ）、その後もしくは２回目のメンテナンス後に作製したカラーフィルタ基板の対応する位置の輝度をＫ（ｊ）（ｊ＝１，２、・・・、Ｍ）とする。
移動平均：Ｘ（Ｌj）＝（１／２１）ΣkＬ（ｊ−ｋ）
Ｘ（Ｋj）＝（１／２１）ΣkＬ（ｊ−ｋ）
ここで、ｋの和は−１０、−９、・・・・、９，１０とした。
平均からの差の定義：  Ｙ（Ｌj）＝Ｌ（ｊ）−Ｘ（Ｌj）
Ｙ（Ｋj）＝Ｌ（ｋ）−Ｘ（Ｋj）
次に、Ｙ（Ｌj）とＹ（Ｋj）を確率変数ｘi、ｙiと見なして、一般的に定義される相関係数の２乗を寄与率とした。ｘをｘiの平均、ｙをｙiの平均として、
寄与率＝[Σi（ｘi―ｘ）（ｙi−ｙ）]2／Σi（ｘi―ｘ）2Σi（ｙi―ｙ）2 である。
（実施例１）
非印字時に、インク供給タンクからヘッドにインクを供給する際のノズルを通過する際のインクの最高流速をＶm/ｓ、加圧開始から前記インクの最高流速Ｖまで達する時間をＴsとした時に、Ｖ=０．５m/s、Ｔ=２sでノズル面よりインクを射出した後にウエスを押し当て、その後カラーフィルタを作製することを２回実施し、この２枚のカラーフィルタの輝度測定を行ったところ、ムラの再現性の寄与率は、０．２であった。
（実施例２）
非印字時に、前記インク供給タンクからヘッドにインクを供給する際のノズルを通過する際のインクの最高流速をＶm/ｓ、加圧開始から前記インクの最高流速Ｖまで達する時間をＴｓとした時に、Ｖ＝０．５m/s、Ｔ＝０．５sでポンプの加圧によりノズル面よりインクを射出した後にウエスを押し当てた後にカラーフィルタを作製することを２回実施し、輝度測定を行ったところ、ムラの再現性の寄与率は、０．４であった。
【００２６】
(実施例３）
非印字時に、前記インク供給タンクからヘッドにインクを供給する際のノズルを通過する際のインクの最高流速をＶm/ｓ、加圧開始から前記インクの最高流速Ｖまで達する時間をＴｓとした時に、Ｖ＝１．５m/s、Ｔ＝２sでポンプの加圧によりノズル面よりインクを射出した後にウエスを押し当てた後にカラーフィルタを作製することを２回実施し、輝度測定を行ったところ、ムラの再現性の寄与率は、０．６であった。
【００２７】
(実施例４）
非印字時に、前記インク供給タンクからヘッドにインクを供給する際のノズルを通過する際のインクの最高流速をＶm/ｓ、加圧開始から前記インクの最高流速Ｖまで達する時間をＴｓとした時に、Ｖ＝１．５m/s、Ｔ＝０．５sでポンプの加圧によりノズル面よりインクを射出した後にウエスを押し当てた後にカラーフィルタを作製することを２回実施し、輝度測定を行ったところ、ムラの再現性の寄与率は、０．８であった。
【００２８】
（まとめ）
最高速度を上げ、到達時間を下げるに従いムラ再現寄与率は向上し、実施例４のＶ＝１．５m/s、Ｔ＝０．５sの場合に０．８となった。視察では、ムラ再現寄与率が０．８程度以上であれば、色ムラが識別されるということはなかった。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】インクジェット印刷装置のヘッド洗浄に関わる部分の構成を説明する概略図である。
【図２】ノズルでのメニスカスの位置と形状を模式的に説明する図。
【符号の説明】
【００３０】
１・・・インク供給タンク
２・・・インク
３・・・圧力センサ
４・・・インクジェットヘッド
５・・・ダイヤフラムポンプ
６・・・サーボモータ
７・・・第1のインク管路（吸引側の管路）
８・・・第２のインク管路（送出側の管路）
１０・・ノズル先端部
１１・・メニスカス
１２・・メニスカス安定状態
１３・・メニスカスが負圧に引かれた状態
１４・・メニスカスが負圧に引かれ過ぎ、メニスカスが壊れた状態
１５・・メニスカスが重力で垂れた状態
【図２】
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【図１】
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