(57)【要約】【課題】従来技術では複数のノズルを持つインク循環型のインクジェットヘッドにおいて、隣接するノズルから吐出があった場合、その残留振動の影響を受けるため、インク供給流路近傍のノズルとインク排出流路近傍のノズルの吐出体積に差が発生する。結果、印刷物の面内ムラを招く恐れがあった。【解決手段】インクを供給する供給路と、インクを排出する排出路と、供給路と排出路との間に位置する複数の圧力室と、供給路と排出路との間に位置する循環部と、供給路と排出路と間での圧力差を低減する低減部とを有するインクジェットヘッドを用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを供給する供給路と、
前記インクを排出する排出路と、
前記供給路と前記排出路との間に位置する複数の圧力室と、
前記供給路と前記排出路との間に位置する循環部と、
前記供給路、前記排出路、前記供給路と前記排出路の間、の少なくともいずれか１つに圧力差を低減する低減部と、を有することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記供給路と前記排出路の間に前記低減部を設けた請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記排出路に前記低減部を設けた請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記供給路に前記低減部を設けた請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記排出路の中央と両端部に前記低減部を設け、
前記両端部は、前記複数の圧力室の両端に位置する圧力室に最も近い前記供給路である請求項３記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記低減部がヒエゾ素子である請求項１〜５のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記複数の圧力室のうち、１つの圧力室を挟む２つの圧力室の少なくとも１つを前記低減部とした請求項１〜５のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
さらに、前記圧力室の圧力を計測する計測部を有し、
前記計測部の計測結果から、前記低減部により、前記圧力差を低減する請求項１〜７のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項９】
インクを供給する供給路と、前記インクを排出する排出路と、前記供給路と前記排出路との間に位置する複数の圧力室と、前記供給路と前記排出路との間に位置する循環部と、を含むインクジェット方法であり、
前記圧力室の残留圧力を低減するため、前記インクを吐出する電圧印加後に、前記残留圧力を低減する電圧を印加するインクジェット方法。
【請求項１０】
前記残留圧力を低減する電圧は、前記インクを前記圧力室へ引き込む電圧であり、複数のパルスである請求項９記載のインクジェット方法。
【請求項１１】
前記圧力室の圧力変化を検出し、前記検出の結果に基き、前記残留圧力を低減する電圧を印加する請求項９記載のインクジェット方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクを吐出するインクジェット装置およびインク吐出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドロップオンデマンド型のインクジェットヘッドは、入力信号に応じて必要なときに必要な量のインクを塗布することができるインクジェットヘッドとして知られている。特に圧電（ピエゾ）方式のドロップオンデマンド型のインクジェットヘッドは一般的に、インク供給流路と供給流路に接続し、ノズルを有する複数の圧力室と、圧力室内に充填されたインクに圧力を加えるピエゾ素子と、を有する。
【０００３】
ピエゾ方式のインクジェットヘッドでは、ピエゾ素子に駆動電圧を印加することによって生じるピエゾ素子の機械的歪みにより、圧力室内のインクに圧力を加えて、ノズルからインクを吐出する。ピエゾ方式のインクジェットヘッドは、圧電素子の歪み方によって、シェアモード型、プッシュモード型、ベンドモード型の３つのタイプに大別できる。特に積層構造のピエゾ素子を用いるベンドモードでは、低い電圧で強い力を生み出せることから、有機ＥＬディスプレイや液晶パネルなどの電子デバイスの製造用に開発されることが期待されている。（例えば特許文献１参照）
また、インクジェット装置ではノズルから吐出されるインク滴の直進性を向上するために、ノズルのインク吐出方向の長さ（以下ノズル長さ）を長くすることが知られている。
【０００４】
しかし、ノズル長さを長くした場合、ノズル内にインクが滞留しやすくなる。インクがノズル内に滞留するとインクに気泡や異物が混入した場合にノズル詰まりが起こりやすい。
【０００５】
これに対しインクジェットヘッドに圧力室と連通し、かつ圧力室から排出されたインクが流れるインク排出流路に流す技術が知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００６】
インク循環型のインクジェットヘッドでは圧力室に連通したインク供給流路から圧力室にインクが供給され、圧力室において所望の体積をノズルより排出し、残りのインクをインク排出流路へ排出することによってインク溜りを防ぎ、ノズル詰まりの問題を解決することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１２１６９３号公報
【特許文献２】特開２００９−２２１４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら従来技術では、隣接するノズルから吐出があった場合、吐出の残留振動が発生し、圧力室を連通するインク供給流路とインク排出流路を伝播して他の圧力室からの吐出に影響を及ぼす。この残留振動の影響により流入口付近のノズルとインク排出口付近のノズルの吐出体積に差が生じる。またこの吐出体積の差は単位時間当たりの吐出回数と使用するインク粘度と吐出波形の形状によって変化する。そのため残留振動の影響を打ち消すことが難しく、印刷物の面内ムラを招く恐れがあった。
【０００９】
よって、残留振動の影響を打ち消し、印刷物の面内ムラを無くすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、インクを供給する供給路と、前記インクを排出する排出路と、前記供給路と前記排出路との間に位置する複数の圧力室と、前記供給路と前記排出路との間に位置する循環部と前記供給路と前記排出路間での圧力差を低減する低減部と、を有するインクジェットヘッドを用いる。
【発明の効果】
【００１１】
以上の様に本発明は、インクジェットヘッドのノズルによる吐出体積の差を低減することができ、印刷物が面内で不均一になる課題を解決するできる塗布方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１のインクジェットヘッドの平面方向の構造を示す図
【図２】実施の形態１のインクジェットヘッドの断面方向構造を示す図
【図３】実施の形態１の吐出波の波形を示す図
【図４】圧力室の位置による残留振動の影響の差を示す図
【図５】吐出体積の不均一化による印刷ムラを示す図
【図６】実施の形態１の残留振動抑制波の波形を示す図
【図７】実施の形態２のインクジェットヘッドの構造を示す図
【図８】実施の形態３のインクジェットヘッドの平面方向の構造を示す図
【図９】実施の形態４のインクジェットヘッドの平面方向の構造を示す図
【図１０】実施の形態５のインクジェットヘッドの平面方向の構造を示す図
【図１１】実施の形態６のインクジェットヘッドの断面方向の構造を示す図
【図１２】実施の形態６の残留振動抑制波の波形を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施形態について図１〜１２に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１に実施の形態１に係わるインクジェットヘッド１００の平面図を示す。実施の形態１に係わるインクジェットヘッド１００では、インクを供給口１０６よりインク供給流路１０２を通じて供給側インクの流れ１０８の方向に沿って圧力室１０４にインクを供給する。圧力室１０４の内に設けられたピエゾ１５の機械的歪みによりノズル１０５より所望の体積のインクを印刷対象に吐出する。
【００１４】
そして、残りのインクは圧力室１０４よりインク排出流路１０３を通じて、排出側インクの流れ１０９の方向で排出口１０７まで排出される。インクは排出口１０７からフィルタ１１により異物を除去された後、ポンプ１２により供給口１０６に供給され、循環を継続する。なお、圧力室１０４の内、排出口１０７に近いものを排出口側圧力室１３、供給口１０６に近いものを供給口側圧力室１４とする。
【００１５】
図２は、図１に示したピエゾ１５のインク供給流路１０２に垂直方向（ａ―ｂ面）の断面図である。ピエゾ１５に電圧を印加すると、ピエゾ１５が伸び縮じみをし、インク室を押し、インクを飛び出させる。結果、圧力室１０４より、ノズル１０５を通過し、インク液滴１６を吐出する。ピエゾ１５に印加する電圧は、印加電圧１７である。
【００１６】
図３にインクを吐出するためにピエゾ１５に印加する吐出電圧波形３１の一例を示す。図３の縦軸は電圧、横軸は時間を示している。吐出電圧波形３１により、図２のピエゾ１５が歪み、圧力室１０４の圧力を振動させ、ノズル１０５からインク液滴１６を吐出する（図２）。
【００１７】
そして、インク液滴１６を押し出した反動として圧力室１０４には残留振動が発生する。例えば、圧力室１０４において吐出を行い、また圧力室１０４において０．１ｍｓ程度の短い間隔で再度吐出を行う場合に、この残留振動の影響を受けるだけではなく、残留振動はインク供給流路１０２とインク排出流路１０３を通じて他の圧力室１０４にも影響を及ぼす（図１参照）。この影響は主に吐出体積として現れ、吐出周波数による吐出体積のバラツキを引き起こす。
【００１８】
図４に吐出周波数に対する残留振動のグラフを示す。排出口側圧力室１３と、供給口側圧力室１４での残留振動を示す。図４の縦軸は残留振動の大きさを、横軸は吐出周波数をそれぞれ示す。
【００１９】
この残留振動の影響は図４に示すように吐出周波数が高いほど顕著に現れ、１〜８ｋＨｚの範囲では影響度が単純に増加する傾向を持つ。また８ｋＨｚ以上の高速吐出領域においては供給口側圧力室１４からの吐出体積が低下し、排出口側圧力室１３からの吐出体積が増加する。
【００２０】
このため特に、高周波吐出領域においては、インクジェットヘッドの内の位置による吐出のバラツキが発生する。この場合の塗布結果を図５に示す。
【００２１】
図５は、吐出したインクジェットヘッドの位置と印刷物のムラを示す。図５は、印刷物５４上に、インクジェットヘッド１００にて、インクを塗布する構成の平面図である。インクジェットヘッド１００は、印刷物５４上を、インクジェットヘッド１００が３回塗布したことを示している。
【００２２】
図５に示すように、インクジェットヘッド１００の中に吐出体積が多くなる領域５１と吐出体積が少なくなる領域５２が現れる。その結果、印刷物５４のように印刷ムラが発生する。例えば有機ＥＬディスプレイに使用した場合、印刷ムラにより画面の色ムラとなり、製品の画像品質を低下させる。
【００２３】
そこで、図６に示すように吐出電圧波形３１の後ろに残留振動抑制波４１を追加することにより、吐出電圧波形３１により発生する残留振動を低減することができる。
【００２４】
残留振動抑制波４１は、原則、インクを内部へ引く込む方向の電圧であり、図６では、Ｙ軸のマイナス方向へかかる。凹形状となる。１つの凹部形状のパルスより小さな複数の凹部形状のパルスの方が、残留圧力の波を打ち消すことが、いろいろな場合において、打ち消しやすい。また、図６のように、大きな凹部形状の電圧後、小さな凹部形状の電圧を印加した方が、残留振動抑制をしやすい。
【００２５】
また、インクジェットヘッド１００のように複数の圧力室１０４を持つ構造の場合、周辺の圧力室１０４からインク供給流路１０２とインク排出流路１０３を通じて伝播する残留振動も加味して、残留振動抑制波４１の大きさと波形を決定する必要がある。
【００２６】
また、前記のように高周波吐出領域においては、供給口側圧力室１４と排出口側圧力室１３に残る残留振動の大きさが異なるため、圧力室１０４の位置に応じて残留振動抑制波４１の大きさを決定する機能を持たせる。さらに、残留振動の発生分布はインクの粘度が低いほど顕著に現れるため残留振動抑制波４１の大きさはインク粘度を加味して決定される。
【００２７】
図４からわかるように、排出口側圧力室１３が、供給口側圧力室１４より残留振動が大きいので、排出口側圧力室１３近傍の圧力室１０４に、残留振動抑制波４１を設定するのが好ましい。また、以下の例では、排出口側圧力室１３近傍のインク流路に
残留振動手段を設けるのがよい。
【００２８】
（実施の形態２）
図７はインクジェットヘッドの平面図である。実施の形態２に係わるインクジェットヘッドは吐出する圧力室７１が５０ｋＨｚよりも短い間隔で連続吐出する場合、波形が重なり、吐出する圧力室７１において残留振動抑制波の出力ができない場合がある。
【００２９】
この場合、吐出する圧力室７１が吐出した時、吐出する圧力室７１に隣接する圧力室７２から残留振動抑制波を出力することで、インク供給流路１０２とインク排出流路１０３から漏れ出た残留振動を低減することができる。隣接する２つの圧力室７２の内、少なくとも１つに残留振動抑制波を設定する必要がある。より好ましくは、隣接する２つの圧力室７２に設定する方が、場所的に密集して残留振動抑制波を発生できよい。この場合、圧力室７２では、インクを吐出しない。ただし、時間とともに、複数ある圧力室のうち、どの圧力室を圧力室７２とするかを、適時変更できる。上記に示した以外は、実施の形態１と同じである。
【００３０】
（実施の形態３）
図８に示す実施の形態３に係わるインクジェットヘッド１００の平面図を示す。図８に示したインクジェットヘッド１００は、インク供給流路８１を狭くする必要がある場合に有効である。
【００３１】
インク供給流路８１が狭い場合、残留振動はインク供給流路８１を通じて隣接する圧力室へ伝播しやすくなる。そこでインク供給流路８１にインク供給流路用ピエゾ８２を配し、残留振動がインク供給流路８１を通じて他の圧力室に伝播することを防ぐ。つまり、インク供給流路用ピエゾ８２により、残留振動を打ち消す振動を発生させる。インク供給流路用ピエゾ８２は、インク供給流路８１の両端、中央の３箇所に設けた。
両端は、排出口側圧力室１３、供給口側圧力室１４の近傍である。
【００３２】
上記に示した以外は、実施の形態１と同じである。
【００３３】
（実施の形態４）
図９に実施の形態４に係わるインクジェットヘッド１００の平面図を示す。図９に示したインクジェットヘッド１００は、インク供給流路１０２、１本に対し、インク排出流路９１が両側２本に配されている。
【００３４】
インク排出流路９１が狭い場合、残留振動はインク排出流路９１を通じて隣接する圧力室１０４へ伝播しやすくなる。実施の形態４では、インク排出流路９１にインク排出流路用ピエゾ９２を配し、残留振動がインク排出流路９１を通じて他の圧力室１０４に伝播することを防ぐものである。
【００３５】
図９の場合、インク排出流路９１の両端と中央の３箇所にピエゾを設けることによって、圧力室の位置による残留振動の差にあわせて残留振動抑制波を出力することにより、残留振動の吐出体積に対する影響を低減している。上記に示した以外は、実施の形態１と同じである。
【００３６】
（実施の形態５）
図１０に実施形態５に係わるインクジェットヘッド１００の平面図を示す。図１０に示したインクジェットヘッドは、インク供給流路９３が１本に対し、インク排出流路９４が両側２本に配されており、かつ複数のインクジェットヘッドを並列で並べて使用する場合など、設計上の制約のためインク供給流路９３とインク排出流路９４を狭くする必要がある。
【００３７】
インク供給流路９３とインク排出流路９４が狭い場合、残留振動はインク供給流路９３とインク排出流路９４を通じて隣接する圧力室１０４へ伝播しやすくなる。そこでインク供給流路９３にインク供給流路用ピエゾ９５を、インク排出流路９４にインク排出流路用ピエゾ９６を配し、残留振動がインク供給流路９３を通じて他の圧力室に伝播することを防ぐものである。
【００３８】
また、ノズル詰まりを防止するために全ての圧力室１０４で定期的に振動を与える場合にも、この定期的な振動による残留振動がインク供給流路９３とインク排出流路９４に漏れ出すことを防止できるため効果的である。上記に示した以外は、実施の形態１と同じである。
【００３９】
（第６の実施の形態）
図１１に、実施形態６に係わるインクジェットヘッドの断面図を示す。図１１に示したインクジェットヘッドは、各ノズルがランダムにインクを吐出する場合に有効である。インクをランダムに吐出する場合、残留振動の大きさをあらかじめ予測することが困難である。
【００４０】
そこで、ピエゾ１５、または、上記実施の形態の圧力室７２、インク供給流路用ピエゾ８２、インク排出流路用ピエゾ９２、インク供給流路用ピエゾ９５、インク排出流路用ピエゾ９６に、残留振動観測のための電圧計１１１を接続し、観測した結果をコントローラ１１２でフィードバックし、コントローラ１１２において残留振動抑制波の波形を決定し、印加電圧１７によってパルス波形を出力し、ピエゾ１５を駆動する。電圧計１１１は、インクジェットヘッド１００のインク供給流路１０２、インク排出流路１０３に設けることがよい。これにより予測しづらい残留振動を逐次モニタリングしながら、残留振動抑制波を出力することできる。
【００４１】
この方法では微弱な電圧を観測する必要があるため、電圧計は１０μＶ程度まで計測できる必要がある。しかし、インクを吐出させる吐出波は、例えば１０Ｖから５０Ｖという大きさであるため、吐出の際の電圧が電圧計に加わらないよう、電圧計と直列の位置でスイッチング素子１１３を設ける必要がある。この方法を用いれば、吐出する直前の圧力室１０４の残留振動状態を検知することができる。
【００４２】
図１２は、吐出波形の直前に残留振動抑制波を挿入した場合の電圧波形を示し、縦軸は電圧、横軸は時間を示す。図１２に示すように、吐出波１２２を出力する直前、例えば０．０１ｍｓから０．１ｍｓ前に残留振動抑制波１２１を出力すれば、残留振動を消し、圧力室１０４の内部を確実に安定させた状態で吐出波１２２を出力することができる。図６と同様、後にも残留振動抑制波４１を設ける。
【００４３】
上記に示した以外は、実施の形態１と同じである。なお、それぞれの実施の形態は、随時組み合わせることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は吐出体積のバラツキが少ないインクジェットヘッドとして有機ＥＬディスプレイなどのディスプレイデバイスの塗布工程の製造設備として利用可能であり、有機ＥＬディスプレイでは色合いのムラの少ない画面を製作することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１１  フィルタ
１２  ポンプ
１３  排出口側圧力室
１４  供給口側圧力室
１５  ピエゾ
１６  インク液滴
１７  印加電圧
３１  吐出電圧波形
４１  残留振動抑制波
５１  吐出体積が多くなる領域
５２  吐出体積が少なくなる領域
５４  印刷物
７１、７２  圧力室
８１  インク供給流路
８２  インク供給流路用ピエゾ
９１  インク排出流路
９２  インク排出流路用ピエゾ
９３  インク供給流路
９４  インク排出流路
９５  インク供給流路用ピエゾ
９６  インク排出流路用ピエゾ
１００  インクジェットヘッド
１０２  インク供給流路
１０３  インク排出流路
１０４  圧力室
１０５  ノズル
１０６  供給口
１０７  排出口
１０８  供給側インクの流れ
１０９  排出側インクの流れ
１１１  電圧計
１１２  コントローラ
１２１  残留振動抑制波
１２２  吐出波
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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