(57)【要約】【課題】インク滴の飛散を抑制するとともに高周波での駆動が可能なインク吐出方法を提供すること。【解決手段】  ノズルからインクを吐出するインク吐出方法であり、インクがノズルから離間する全時間領域において、ノズルの室内のインク圧力が、ゼロ以上であるインク吐出方法を用いる。また、全時間領域とは、インクの先端が前記ノズルから離間開始後、インクの末端であるリガンドが前記ノズルから離間するまでの時間領域である上記インク吐出方法を用いる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルからインクを電圧駆動による圧力変動で吐出するインク吐出方法であり、
前記インクが前記ノズルから離間させる全時間領域において、
前記ノズルの室内の圧力がゼロ以上であるインク吐出方法。
【請求項２】
前記全時間領域とは、前記インクの先端が前記ノズルから離間開始後、前記インクの末端であるリガンドが前記ノズルから離間するまでの時間領域である請求項１記載のインク吐出方法。
【請求項３】
前記ノズルの室内の圧力は、時間の経過に従い波状の変動をし、前記波状の変動のピーク値は、前記時間の経過とともに単調に減少し、
１つ目のピークにより前記インクを吐出させ、２つ目以降のピークは、前記１つ目のピークにより生じる残留圧力の変動であり、
前記３つ目のピーク値が、前記１つ目のピーク値の２０％以上である請求項１または２記載のインク吐出方法。
【請求項４】
前記４つ目のピーク値が、前記１つ目のピーク値の１％以上である請求項１から３のいずれか１項に記載のインク吐出方法。
【請求項５】
前記ノズルから、前記インクを吐出させるために、前記ノズルに印加する電圧の駆動波形として、
前記インクを吐出させず、前記インクに振動を与えるだけの予備振動の駆動波形を設け、その後に、前記インクを吐出させる本振動の駆動波形を設けた請求項１から４のいずれか１項に記載のインク吐出方法。
【請求項６】
さらに、前記本振動を抑制させるための駆動波形を印加する請求項１から５のいずれか１項に記載のインク吐出方法。
【請求項７】
前記インクの吐出口が、インク通路の途中に位置する請求項１から６のいずれか１項に記載のインク吐出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力発生素子（主に圧電素子）により振動板を変位させノズル開口からインク滴を吐出させるインク吐出方法に関し、例えば有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）パネルの発光層の塗布工程などに用いられるインク吐出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インク吐出方法は、ノズルからインクを吐出することで、対象物にインクを塗布する。インク吐出方法は、塗布工程において、単位時間当たりに滴下しようとする液滴数に応じた周波数で、インクジェットヘッド内の圧電素子、さらには圧電素子に連結された振動板を振動させることで、インクジェットヘッド内のインクをノズル先端から吐出させる。
【０００３】
ところで、インク吐出方法によって有機ＥＬパネルの発光層を塗布する場合などには、塗布工程のタクトタイム短縮のため、可能な限り高周波駆動させて塗布することが求められる。圧電素子を変位させて圧力室に圧力波を発生させることで、インクをノズル孔から吐出させるプロセスにおいて、圧力室に発生した残留振動が高周波駆動時の吐出の安定性に影響する。残留振動が大きく残ると、圧電素子の変位によって発生させたインクの吐出に寄与する圧力波と残留振動とが干渉して安定な吐出が困難になる。
【０００４】
この問題に対して、特許文献１に記載されているインクジェットヘッドでは、ヘッドの構造を工夫することで、インク滴の吐出に伴うインクの振動の減衰時間が大幅に短縮され、印刷品質を良好に保持でき、且つインク吐出特性が向上すると共に高速印刷を実現する技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２では、駆動波形を工夫することで、発生した残留振動を制振することができ、画像品質を落とさないようにする技術が開示されている。
【０００６】
一般的にインク吐出方法によってインクを吐出させる場合には、インクを吐出させた後の残留振動は可能な限り小さいことが望ましいとされており、特許文献１及び特許文献２のようにインクジェットヘッドの構造や駆動波形などを工夫することで残留振動を抑制する試みがなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２１０９６２号公報
【特許文献２】特開２００５−１６１７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図８には、インク液滴がノズル孔から吐出する状態の写真を示している。横軸は駆動電圧が圧電素子に印加されてからの時間（μｓ）を、縦軸はノズル孔からの距離（μｍ）を示している。インクはノズル孔から飛び出した後に尾を引きながら飛んで行き、時間がたつにつれて尾の端が主滴に追い着いてゆき、ノズル孔からある距離で一滴になり対象物に着弾する。（以下ではこの尾のことをリガメントと呼ぶことにする。）インクに溶解している材料が高分子材料の場合は、高分子材料の特性上、インクに曳糸性が発現しやすく、リガメントの長さが長くなる傾向にある。
【０００９】
ここで、特許文献１や特許文献２のような圧力室内の残留振動が小さい場合というのは、リガメントに与えられるエネルギーが小さくなるということであるため、運動エネルギーの小さいリガメントの一部が切れてしまい飛散してしまうことがある。リガメントが切れて飛散した液滴は吐出速度や角度の制御が困難な微小な液滴となり、塗布の対象物に対して意図しない場所に飛散してしまう。塗布対象物に意図しない液滴が飛散すると、例えば有機ＥＬパネルをインク吐出方法により塗布する場合は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各画素間で混色不良が発生する。また、飛散した液滴が乾燥した後にはパーティクルとなり、表示欠陥の原因となってしまう。特に有機ＥＬパネルのインク材料は高分子材料であることが多いため、以上の課題が顕著に現れる。
【００１０】
以上のことから、残留振動を小さくすると、飛翔インクが飛散するという副作用が発生するという課題があった。
【００１１】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、インク滴の飛散を抑制するとともに高周波での駆動が可能なインク吐出方法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】
【００１２】
上記課題を解決するために、ノズルからインクを吐出するインク吐出方法であり、前記インクが前記ノズルから離間する全時間領域において、前記ノズルの室内の圧力が、ゼロ以上であるインク吐出方法を用いる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のインク吐出方法によれば、インク滴の飛散を抑制するとともに高周波での駆動が可能であり、飛翔インクが少ないインク吐出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係るインク吐出方法の主要構成を示す図
【図２】駆動波形の構成を示す図
【図３】（ａ）実施例、比較例で使用するインクジェットヘッドの斜視図、（ｂ）（ａ）のＡ、Ｂでの断面図、実施例１、２、比較例の断面図。
【図４】（ａ）ノズル孔からのインクの浸み出しを評価する装置の構成を示す図、（ｂ）ノズル孔からのインクの浸み出しを示す図
【図５】（ａ）実施例１での残留振動の状態を示す図、（ｂ）実施例１でのインクの飛翔状態を示す図
【図６】（ａ）実施例２での残留振動の状態を示す図、（ｂ）実施例２でのインクの飛翔状態を示す図
【図７】（ａ）比較例での残留振動の状態を示す図、（ｂ）比較例でのインクの飛翔状態を示す図
【図８】インクがノズル孔から吐出する様子を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の実施の形態では、一例として、本発明のインク吐出方法を、有機ＥＬパネルの発光層の塗布工程に用いられるインク吐出方法に適用する場合について説明するが、本発明のインク吐出方法は、ノズルからインクを吐出するインク吐出方法に広く適用できるものであり、例えば民生用のプリンタに用いられるインク吐出方法等にも適用できる。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
（実施の形態）
［主要部構成］
図１に、本発明のインク吐出方法の主要部の概略構成を示す。  インク吐出方法１０は、インクジェットヘッド１１と、インクジェットヘッド１１に供給する駆動電圧を発生する駆動電圧形成部１２を有する。
【００１８】
インクジェットヘッド１１は、内部空間に、圧電素子（ピエゾ素子）１１ａを有する。圧電素子１１ａの下側には、インク１１ｃが充填される圧力室１１ｂが形成されている。圧力室１１ｂは、ノズル１１ｄ（インク吐出口である）を介して外部に連通されている。これにより、圧電素子１１ａが上下に振動されると、これによって生じる圧力によって圧力室１１ｂ内のインク１１ｃがインク液滴１１ｅとして、外部に吐出される。
【００１９】
なお、圧力室１１ｂ内には、図示しないインク補給部を介して、吐出された量のインクが補給されるようになっている。また、圧電素子１１ａと圧力室１１ｂとの間には圧電素子１１ａでの振動を圧力室１１ｂに伝達させるための振動板（図示せず）が配置されている。
【００２０】
駆動電圧形成部１２には、駆動制御信号が入力され、駆動制御信号に応じた波形の駆動電圧を発生する。なお、駆動電圧形成部１２は、電圧発生回路、ラッチ回路、レベルシフタ及びスイッチ回路等の組み合わせによって構成することができる。駆動制御信号は、インク吐出方法１０が搭載された有機ＥＬパネル製造装置の制御部（図示せず）から出力される。
【００２１】
駆動電圧ＶDは、圧電素子１１ａに印加される。これにより、圧電素子１１ａが駆動電圧ＶDの波形に応じて振動する。
［吐出波形］
次に、本実施の形態による液滴吐出方法について説明する。
【００２２】
図２に、本実施の形態の駆動電圧形成部１２によって形成される駆動電圧ＶDの波形を示す。
【００２３】
圧電素子１１ａには、インクジェットヘッド１１の圧力室１１ｂ内のインク１１ｃを吐出させない程度に振動させる駆動波形Ａ１と、駆動波形Ａ１で発生させた振動と共振させてインク１１ｃをノズル１１ｄから吐出させるための駆動波形Ａ２と、駆動波形Ａ２で発生した振動を抑制させるための駆動波形Ａ３とが印加される。
【００２４】
駆動波形Ａ１での振動を予備振動、駆動波形Ａ２での振動を本振動と呼ぶことにする。予備振動により発生した振動と共振させて本振動を発生させるため、効率的にインクを吐出させることが可能となり、低い駆動電圧でのインクの吐出が可能となる。
【００２５】
また、上述した実施の形態では、圧力発生手段として圧電素子１１ａを用いた場合について述べたが、例えば静電アクチュエータ等の圧力発生手段を用いてもよい。要は、圧力発生手段は、圧力室内に充填されたインクに駆動信号に応じた圧力を与えてインクをノズルから吐出させることができるものであればよい。
【００２６】
図３（ａ）には以下の実施例で使用したインクジェットヘッドの斜視図を示す。インク入口３５とインク出口３６があり、下面にインク吐出口がある。
【００２７】
図３（ｂ）には、インクジェットヘッドの２面での断面図を示している。構造Ａは、実施例１、構造Ｂは、実施例２、構造Ｃは、比較例で使用するものである。図３（ａ）のA点線での断面図であるＡ断面は、インクジェットヘッド長手方向に垂直の断面図の一部拡大図である。インク吐出口３８近傍の断面である。Ｂ点線の断面図であるＢ断面は、インクジェットヘッド上下方向に垂直の断面図である。インクの流路を示している。インクジェットヘッドは、圧電素子１１ａと振動板３２と圧力室１１ｂとノズルプレート３４とを含む。
【００２８】
Ａ断面では、圧力室１１ｂの大きさを示している。構造Ａと構造Ｂは同じであり、構造Ｃは圧力室１１ｂの容積が大きくなっている。容積の違いで、インク吐出が影響される。
【００２９】
また、Ｂ断面では、インク流路を示している。インク入口３５からインク出口３６へつながるメイン通路３７とメイン通路３７から分かれたサブ通路３９がある。さらに、インクジェットヘッド下面のインク吐出口３８の位置を点線で示している。
【００３０】
構造Ａは、構造Ｂと構造Ｃと異なっている。構造Aではインク入口３５から入ったインクが、
メイン通路３７、サブ通路３９と流れ、サブ通路３９の途中に、インク吐出口３８が位置し、インクが吐出される。ただし、サブ通路３９へ流れないインクは、メイン通路３７を流れ、インク出口３６からインクが出て、循環される。
【００３１】
一方、構造B、Ｃは、インク入口３５から入ったインクが、サブ通路３９と流れ、サブ通路３９と流れ、再度別のメイン通路３７へ流れ、インク出口３６からインクが出て、循環される。インク吐出口３８は、サブ通路３９の途中にある。
【００３２】
構造Ａでは、インクが、インク吐出口３８付近で留まる傾向にあるが、構造Bでは、インク吐出口３８付近でインクは留まるらない。これで、インク吐出が影響される。
【００３３】
また、圧電素子１１ａは、バルク状のチタン酸ジルコン酸鉛であり、任意のノズル孔間のピッチでダイシングされている。振動板３２は、ニッケルの薄板であり厚さは約５０μｍである。メイン通路３７は幅が約１ｍｍ、サブ通路３９は幅が約０．５ｍｍの大きさで切られている。流路を構成する材料はＳＵＳ３０４である。ノズルプレート３４の材質はＳＵＳ３０４であり、ノズル孔は約２０μｍの大きさで開けられている。
【００３４】
インクの流入側のインク入口３５からインクが入って、ノズルを横切る微細な流路を経て、インク出口３６からインクが出て行く循環流路になっています。
（実施の形態１）
インクジェットヘッド１１を構成する構造の違いによる残留振動の発生状態と飛散液滴の量を比較した。
【００３５】
残留振動の測定は以下のようにして行なった。圧電素子１１ａにインクが吐出しない程度の電圧の駆動波形を印加した際に、ノズルからしみ出すインクをインクジェットヘッド１１に対して水平方向から観察し、しみ出すインクの投影画像の面積を測定することで行なった。
【００３６】
図４（ａ）に測定装置の概略図を、図４（ｂ）に観察されるインクのしみ出しを示す。図４（ａ）においてインクジェットヘッド１１から飛び出るインク液滴１１ｅを、インクジェットヘッド１１と水平方向に配置されたＬＥＤ光源４３とカメラ４４とで観察する。観察される液滴画像の画素数をカウントすることで面積を測定した。インクはフルオレンを主骨格とする高分子材料を１．１重量％の濃度で溶解させたインクであり、その粘度は９．５ｍＰａ・ｓであった。粘度の測定はティー・エイ・インスツルメント・ジャパン株式会社製のレオメータＡＲ−Ｇ２を用いた。インクの表面張力は約３５ｍＮ／ｍであった。表面張力の測定はＫＲＵＳＳ社製のＤＳＡ１００Ｒを用いた。
【００３７】
今回上記の物性（粘度）のインクを用いた。下記の結果に関する粘度の影響は、残留振動の影響に比べて、小さい。よって、少なくとも、上記粘度のレベルのインクの場合、下記の結果は、有効である。
【００３８】
なお、インクの吐出には、図２に示した駆動電圧ＶDの波形を用いた。
【００３９】
（実施例１）＜構造Ａの場合＞
図５（ａ）に上記のヘッド構造Ａを用いたときの吐出主波と残留振動の状態を示している。複数のピークが存在する。横軸は駆動波形を印加してからの時間（μｓ）、縦軸はしみ出すインク量を示している。ただし、第１回目のピーク値（吐出主波）を１００％としている。図６（ａ）、図７（ａ）も同じである。インクの吐出に寄与する吐出主波が発生した後、残留振動が複数発生して、それらが徐々に単調に減衰していっていることがわかる。インクを吐出する吐出主波（１つ目ピーク値）を１００％としたときに残留振動の第一波（２つ目ピーク値）が４４％、第二波（２つ目ピーク値）が２２％、第三波（４つ目ピーク値）が３％の割合で圧力室内に圧力波が発生していることが想定される。
【００４０】
図５（ｂ）にヘッド構造Ａを用いてインクを吐出させたときの飛翔状態を１０μｓ毎のコマ送り画像にて示している。横軸は駆動波形が印加されてからの時間（μｓ）を、縦軸はノズル孔からの距離（μｍ）を示している。鎖線で囲ったように、リガメントの端部にリガメント端に蓋をするように液滴が生成していることがわかる。リガメントが切れて発生する主滴以外の飛散液滴の数は０．３個であった。なお、連続的に飛翔している液滴の任意の時間での静止画像を１０回撮り、画像に移る飛散液滴をカウントして１０回で割り平均値とした。
【００４１】
なお、１０回の測定では、図８に示すように、１つの液滴のすべての状況を観察している。
【００４２】
リガメント端に液滴が生成することでリガメントが切れるのを抑制していると想定される。また、リガメント端に生成される液滴は飛翔中にリガメントに与えられる圧力波により生成すると考えられる。よって吐出されたインクがノズル孔から離れるまでの時間は圧力波がゼロ以下にならないことが望ましい。圧力波がゼロ以下になるとリガメントをノズル孔の内部に引き込まれる状態になるためである。このような状態になるとリガメントが切れやすい状態になってしまう。また、インクがノズル孔から出てから、リガメントがノズル孔から離れる時間をＴ［μｓ］とするとＴ／２〜Ｔ［μｓ］までの間にリガメントに与えられるエネルギーが一定値以上必要だと考えられる。Ｔ／２［μｓ］までの時間に与えられるエネルギーは主滴の飛翔に寄与すると考えられるからである。
【００４３】
よって図５（ｂ）において、リガメントがノズル孔から離れるのが５０μｓである。その前の段階で初速を付ける必要がある。つまり、５０μｓより以前の時間帯で圧力波が必要である。図５（ａ）においては残留第二波の大きさがある値以上必要であることがわかる。
【００４４】
（実施例２）＜構造Ｂの場合＞
上記ヘッド構造Ｂにおいて、実施例１と同様の評価を行なった。図６（ａ）にはヘッド構造Ｂでの残留振動の状態を、図６（ｂ）にはヘッド構造Ｂを用いてインクを吐出させたときの飛翔状態を１０μｓ毎のコマ送り画像にて示している。吐出主波を１００％としたときに残留振動の第一波が５９％、第二波が２０％、第三波が１％の割合で圧力室内に圧力波が発生していることが想定される。また、図６（ｂ）よりリガメントははっきりと確認され、ある程度のエネルギーが与えられていることがわかる。このときの飛散液滴数は０．５個であった。
【００４５】
これは、図３のところで説明したように、構造Ｂは構造Ａと異なり、インク吐出口３８付近でインクが留まらない構造のためである。つまり、構造Ａでは、インク吐出口３８が、インクが循環する通路の途中になく、先が行き止まりとなった通路端部にある。構造Ｂのように、インク通路の途中にインク吐出口３８が位置するのがよい。
【００４６】
（比較例１）＜構造Ｃの場合＞
比較例では、ヘッド構造Ｃにおいて、実施例１と同様の評価を行なった。図７（ａ）にはヘッド構造Ｃでの残留振動の状態を、図７（ｂ）にはヘッド構造Ｃを用いてインクを吐出させたときの飛翔状態を１０μｓ毎のコマ送り画像にて示している。吐出主波を１００％としたときに残留振動の第一波が２９％、第二波が３％の割合で圧力室内に圧力波が発生していることが想定される。
【００４７】
途中でゼロ以下になる時間帯も存在し、この間は圧力室にインクを引き込む圧力波が発生していると想定され、リガメントが引っ張られる状態であり、リガメントは切れやすい状態になっていると考えられる。
【００４８】
これは、図３のところで説明したように、構造Ｃは、圧力室１１ｂの容積が、構造Ａと構造Ｂより大きくなっていることから生じたと考えられる。圧力室１１ｂが大きく、残留波が小さい。
【００４９】
また、図７（ｂ）においても、リガメントは実施例１や実施例２と比較すると細いことがわかる。このことからもリガメントに与えられるエネルギーは小さくなっていることが想定される。このときの飛散液滴数は１．１個と多い状態であった。
【００５０】
カウントされた飛散液滴数が１個以上ということは、１０回観察した静止画像に毎回１個カウントされるということであり、定常的に飛散液滴が発生しているということである。よって、飛散液滴数は１個以下であることが望ましい。
【００５１】
【表１】
2014213277.tif 000003
なお、合否は、実際の５０インチ有機ＥＬパネルへの塗布状況から、この測定条件では、１個以上を否とした。飛散液滴が多くなると混色などの表示欠陥が現れる。
【００５２】
飛散液滴数が０．３個であった実施例１では、圧力波は常にゼロ以上であり、リガメント端に生成する液滴に寄与する残留第二波の大きさは２２％であった。飛散液滴数が０．５個であった実施例２では、圧力波は常にゼロ以上であり、残留第二波の大きさは２０％であった。
【００５３】
飛散液滴数が１．１個であった比較例では、圧力波がゼロ以下になる時間が発生し、残留第二波の大きさは３％であった。
【００５４】
以上より、圧力室に発生する圧力波は常にゼロ以上であることが望ましい。
【００５５】
図７（ａ）の点線で示すように、インクは、ノズル内部へ引き込まれる波が存在します。一方、図５（ａ）、図６（ａ）では、引き込まれる波が存在しません。つまり、圧力波が０より小さいと引き込まれる波が発生し、飛散液滴数が１．０を超える。結果、圧力波は、常にゼロ以上である必要があります。
【００５６】
また、リガメント端に生成する液滴に寄与する残留第二波は減衰しすぎるのは望ましくなく、吐出主波を１００％としたときに２０％以上のエネルギーがあることが望ましい。
【００５７】
ノズルの構造的の影響もあるが、原理的に、残留第二波が上記をみたせば、飛散液数が減るといえる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明のインク吐出方法は、高周波吐出を実現させるとともに、主滴以外の飛散液滴を最少化させることが可能となり、例えば有機ＥＬの発光層を塗布する場合は、混色が少なく、飛散液滴による異物の生成も少なくすることができるため、有機ＥＬパネルの発光層などの塗布工程に用いられるインク吐出方法や、民生用プリンタのインク吐出方法等に広く適用可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１０    インク吐出方法
１１    インクジェットヘッド
１１ａ  圧電素子
１１ｂ  圧力室
１１ｃ  インク
１１ｄ  ノズル
１１ｅ  インク液滴
１２    駆動電圧形成部
３２    振動板
３４    ノズルプレート
３５    インク入口
３６    インク出口
３７    メイン通路
３８    インク吐出口
３９    サブ通路
４３    ＬＥＤ光源
４４    カメラ
【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】
2014213277.tif 000009
【図７】
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【図８】
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