(57)【要約】【課題】  インク粘度が変化しても機能膜を精度良く形成することが可能な液滴吐出装置を提供する。【解決手段】  吐出前のインクの粘度測定手段３０と、その粘度測定手段３０の粘度測定結果に基づいてインクジェットヘッド２０の駆動電圧波形を決定する制御部７０とを備え、その制御部７０は、インクジェットヘッド２０からの液滴の吐出速度が略一定となるように駆動電圧波形の負勾配部の傾きを決定するとともに、インクジェットヘッド２０から吐出された液滴の乾燥後の重量が略一定となるように、駆動電圧波形の負勾配部の高さを決定する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェットヘッドからインクの液滴を吐出する液滴吐出装置であって、
吐出前の前記インクの粘度を測定する粘度測定手段と、
前記粘度測定手段による前記インクの粘度の測定結果に基づいて、前記インクジェットヘッドの駆動電圧波形を決定する制御部と、
を有することを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項２】
前記粘度測定手段は、前記インクジェットヘッドの内部において前記インクの粘度を測定することを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出装置。
【請求項３】
前記粘度測定手段は、前記液滴を吐出するため前記インクに圧力を付与する圧力室内において前記インクの粘度を測定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液滴吐出装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記インクジェットヘッドからの前記液滴の吐出速度が所定値となるように、前記駆動電圧波形の負勾配部の幅を決定することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記インクジェットヘッドから吐出された前記液滴の乾燥後の重量が所定値となるように、前記駆動電圧波形の負勾配部の高さを決定することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項６】
インクジェットヘッドからインクの液滴を吐出する液滴吐出装置の駆動方法であって、
吐出前の前記インクの粘度を測定する工程と、
前記インクの粘度の測定結果に基づいて、前記インクジェットヘッドの駆動電圧波形を決定する工程と、
を有することを特徴とする液滴吐出装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出装置およびその駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属配線やカラーフィルタ等の機能膜の形成手法として、インクジェット法が開発されている。インクジェット法は、機能膜の形成材料を含むインクをインクジェットヘッドから吐出して機能膜を形成する手法である。そのインクジェットヘッドには、少なくともインクの液滴を吐出するノズルと、そのノズルに連通するインク室（圧力室）と、その圧力室内に圧力変化を生じさせるピエゾ素子等の駆動素子とが設けられている。そして、その駆動素子に所定波形の駆動電圧を印加し、圧力室内のインクに圧力変化を生じさせ、インクの液滴をノズルから吐出させて、その液滴を機能膜の形成位置に着弾させる。さらに、機能膜を形成すべき基板に対してインクジェットヘッドを相対移動させつつ、複数の液滴を吐出する。その後、吐出された液滴を乾燥させれば、所定形状の機能膜が形成される。このインクジェット法を採用することにより、所定量のインクを所定位置に正確に塗布することが可能になり、寸法精度に優れた機能膜を形成することができる。また、インクを効率的に使用することが可能になり、製造コストを低減することができる。
【特許文献１】特開平９−１４１８９２号公報
【特許文献２】特開平７−１４８９２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したインクジェット法を金属配線の形成などに工業応用する場合には、金属配線の形成材料等を溶媒に溶解して吐出すべきインクを作製する。しかしながら、インクの温度変化や長時間放置等により、インクに含まれる溶媒が蒸発して、インク粘度が大幅に変化するおそれがある。このようなインク粘度の変化にもかかわらず、同じ駆動電圧波形でインクジェットヘッドを駆動すると、インクジェットヘッドから吐出される液滴の速度が変化したり、吐出された液滴の乾燥後の重量が変化したりするといった問題がある。液滴の吐出速度が変化すると、液滴の着弾位置が変化して、機能膜を所定位置に形成することができなくなる。また液滴の乾燥後の重量が変化すると、機能膜を所定形状に形成することができなくなる。
【０００４】
そのため特許文献１には、記録ヘッドに隣接配置したインク供給タンクにおいてインク粘度を計測し、記録ヘッド部に存在するインク温度を制御することで、常に一定の適性粘度特性を持つインクを記録ヘッドから吐出させる技術が提案されている。しかしながら、インク温度を制御する場合には応答スピードが遅くなり、急激な粘度変化に対応することができない。
【０００５】
また特許文献２には、インクジェットヘッドに温度検出用の感温素子を搭載し、温度変化に応じてインクジェットヘッドの駆動波形を微調整し、インク滴重量を安定して吐出させる技術が提案されている。しかしながら、この方法では、温度以外の要因で粘度が変化する場合に対応できない。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、インク粘度が変化しても、機能膜を精度良く形成することが可能な、液滴吐出装置およびその駆動方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の液滴吐出装置は、インクジェットヘッドからインクの液滴を吐出する液滴吐出装置であって、吐出前の前記インクの粘度を測定する粘度測定手段と、前記粘度測定手段による前記インクの粘度の測定結果に基づいて、前記インクジェットヘッドの駆動電圧波形を決定する制御部と、を有することを特徴とする。
この構成によれば、インク粘度が変化しても、それに応じて液滴の吐出条件を調整することができる。これにより、機能膜を精度良く形成することができる。
【０００８】
また前記粘度測定手段は、前記インクジェットヘッドの内部において前記インクの粘度を測定することが望ましい。
特に前記粘度測定手段は、前記液滴を吐出するため前記インクに圧力を付与する圧力室内において前記インクの粘度を測定することが望ましい。
この構成によれば、直近に液滴として吐出されるインクの粘度を測定するので、液滴の吐出条件を好適に調整することができる。これにより、機能膜を精度良く形成することができる。
【０００９】
また前記制御部は、前記インクジェットヘッドからの前記液滴の吐出速度が所定値となるように、前記駆動電圧波形の負勾配部の幅を決定することが望ましい。
この構成によれば、インク粘度が変化しても、液滴の吐出速度を所定値とすることができる。これにより、液滴を所定位置に着弾させることが可能になり、機能膜を所定位置に精度良く形成することができる。
【００１０】
また前記制御部は、前記インクジェットヘッドから吐出された前記液滴の乾燥後の重量が所定値となるように、前記駆動電圧波形の負勾配部の高さを決定することが望ましい。
この構成によれば、インク粘度が変化しても、吐出された液滴の乾燥後の重量を所定値とすることができる。これにより、機能膜を所定形状に精度良く形成することができる。
【００１１】
一方、本発明の液滴吐出装置の駆動方法は、インクジェットヘッドからインクの液滴を吐出する液滴吐出装置の駆動方法であって、吐出前の前記インクの粘度を測定する工程と、前記インクの粘度の測定結果に基づいて、前記インクジェットヘッドの駆動電圧波形を決定する工程と、を有することを特徴とする。
この構成によれば、インク粘度が変化しても、それに応じて液滴の吐出条件を調整するので、機能膜を精度良く形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１３】
（液滴吐出装置）
図１は、液滴吐出装置の斜視図である。図１において、Ｘ方向はベース１２の左右方向であり、Ｙ方向は前後方向であり、Ｚ方向は上下方向である。液滴吐出装置１０は、機能膜を形成すべき基板３１を載置するテーブル４６と、基板３１に対して液滴を吐出するインクジェットヘッド（以下、単に「ヘッド」という。）２０と、ヘッド２０を駆動する制御部７０とを主として構成されている。
【００１４】
基板３１を載置するテーブル４６は、第１移動手段１４によりＹ方向に移動および位置決め可能とされ、モータ４４によりθｚ方向に揺動および位置決め可能とされている。一方のヘッド２０は、第２移動手段１６によりＸ方向に移動および位置決め可能とされ、リニアモータ６２によりＺ方向に移動および位置決め可能とされている。またヘッド２０は、モータ６４，６６，６８により、それぞれα，β，γ方向に揺動および位置決め可能とされている。これにより、液滴吐出装置１０は、テーブル４６に載置される基板３１と、ヘッド２０のインク吐出面２０Ｐとの相対的な位置および姿勢を、正確にコントロールすることができるようになっている。
【００１５】
なお液滴吐出装置には、ヘッド２０におけるノズルの乾燥を防止するため、液滴吐出装置１０の待機時にインク吐出面２０Ｐをキャッピングするキャッピングユニット２２が設けられている。またヘッド２０におけるノズルの目詰まりを取り除くため、ノズルの内部を吸引するクリーニングユニット２４が設けられている。なおクリーニングユニット２４は、ヘッド２０におけるインク吐出面２０Ｐの汚れを取り除くため、インク吐出面２０Ｐのワイピングを行うこともできるようになっている。
【００１６】
（インクジェットヘッド）
図２は、インクジェットヘッドの側面断面図である。ヘッド２０は、ヘッド本体９０と、ヘッド本体９０の一方面に装着されたノズルプレート９２と、ヘッド本体９０の多方面に装着されたピエゾ素子９８とを主として構成されている。
【００１７】
インク吐出面を構成するノズルプレート９２には、液滴を吐出するための複数のノズル９１が整列配置されている。またヘッド本体９０には、各ノズル９１と連通する複数の圧力室９３が形成されている。各圧力室９３はリザーバ９５に接続され、リザーバ９５はインク導入口９６に接続されている。そしてインク２１は、インク導入口９６からリザーバ９５を通って各圧力室９３に供給されるようになっている。一方、ヘッド本体９０の上端面には、可撓性を有する振動板９４が装着されている。その振動板９４を挟んで各圧力室９３の反対側には、それぞれピエゾ素子９８が設けられている。ピエゾ素子９８は、ＰＺＴ等の圧電材料を電極で挟持したものである。その電極は、後述する制御部７０に接続されている。
【００１８】
そして制御部７０からピエゾ素子９８に駆動電圧を印加すると、ピエゾ素子９８が膨張変形または収縮変形する。ピエゾ素子９８が収縮変形すると、圧力室９３内の圧力が低下して、リザーバ９５から圧力室９３にインク２１が流入する。またピエゾ素子９８が膨張変形すると、圧力室９３内の圧力が増加して、ノズル９１からインク２１の液滴が吐出される。なお、ピエゾ素子９８に印加する駆動電圧を制御することにより、液滴の吐出条件を制御しうるようになっている。
【００１９】
なお液滴吐出方式として、ピエゾ素子の変形により圧力室内の圧力を変化させる上記ピエゾ方式の他に、インクを加熱して気泡（バブル）を発生させることにより圧力室内の圧力を変化させる方式など、公知の種々の技術を適用することができる。このうちピエゾ方式は、インクを加熱しないので材料の組成に悪影響を与えないなどの点で優れている。
【００２０】
（粘度測定手段）
上述したヘッド２０の内部には、吐出前のインクの粘度を測定する粘度測定手段３０が配設されている。この粘度測定手段３０として、公知の粘度センサを採用することが可能である。この粘度センサ先端の測定部を圧力室９３内に配置することにより、圧力室９３におけるインクの粘度を測定することができるようになっている。ヘッド２０には複数の圧力室９３が設けられているが、そのうち１個の圧力室について粘度測定手段３０を設ければよい。なお図２では、圧力室９３におけるインクの粘度を測定する粘度測定手段３０の他にも、リザーバ９５およびインク導入口９６におけるインクの粘度を測定する粘度測定手段が配設されている。この粘度測定手段３０は、次述する制御部７０に接続されている。
【００２１】
（制御部）
図３は、制御部のブロック図である。制御部７０は、粘度測定手段３０の粘度測定結果に基づいて、ヘッド２０の駆動電圧波形を決定するものであり、Ａ／Ｄ変換器７１と、ＣＰＵ７２と、駆動回路７６とを主として構成されている。
そのＡ／Ｄ変換器７１は、粘度測定手段３０の粘度測定結果をデジタル信号に変換するものである。またＣＰＵ７２は、粘度比較部７３と、波形決定部７４とを備えている。粘度比較部７３は、粘度測定結果とインクの標準粘度とを比較して差分を算出するものである。波形決定部７４は、算出された差分からヘッド２０の駆動電圧波形を決定するものである。その決定方法については後述する。また駆動回路７６は、Ｄ／Ａ変換器７７と、増幅回路７８とを備えている。Ｄ／Ａ変換器は、決定されたヘッド２０の駆動電圧波形をアナログ信号に変換するものである。増幅回路７８は、駆動電圧波形を増幅してヘッドに出力するものである。
【００２２】
（液滴吐出装置の駆動方法）
次に、上述した液滴吐出装置の駆動方法について説明する。
その前提として、吐出すべきインクの標準粘度を予め設定しておく。この標準粘度は、標準状態の液滴吐出装置の吐出開始時点におけるインクの粘度に設定すればよい。
【００２３】
また、ヘッドに印加する駆動電圧の標準波形を予め決定しておく。
図４（ａ）は、ヘッドの駆動電圧波形の説明図である。駆動電圧波形は主に、第１の正勾配部ｗ１と、負勾配部ｗ２と、第２の正勾配部ｗ３とで構成されている。第１正勾配部ｗ１および第２正勾配部ｗ３では、ピエゾ素子が収縮変形して圧力室内の圧力が低下し、圧力室内にインクが流入する。また負勾配部ｗ２では、ピエゾ素子９８が膨張変形して圧力室内の圧力が増加し、ノズルからインクが吐出される。
【００２４】
このような駆動電圧の標準波形として、標準粘度のインクを使用した場合に、所定位置に所定量の液滴が塗布されるような波形を決定しておく。所定位置に液滴を塗布するためには、吐出される液滴の速度を所定値とする必要があり、液滴の吐出時間を左右する負勾配部ｗ２の幅Ｔ１を決定しておく。また所定量の液滴を塗布するためには、吐出される液滴の体積を所定値とする必要があり、液滴の吐出体積を左右する負勾配部ｗ２の高さＶ１を決定しておく。このように決定した標準波形をヘッドに印加して、液滴吐出装置による液滴の吐出を開始する。
【００２５】
液滴吐出装置では、インクの温度変化や長時間放置等により、インクに含まれる溶媒が蒸発して、インク粘度が大幅に変化するおそれがある。このようなインク粘度の変化にもかかわらず、同じ駆動電圧波形でヘッドを駆動すると、ヘッドから吐出される液滴の速度が変化したり、吐出された液滴の乾燥後の重量が変化したりすることになる。液滴の吐出速度が変化すると、液滴の着弾位置が変化して、機能膜を所定位置に形成することができなくなる。また液滴の乾燥後の重量が変化すると、機能膜を所定形状に形成することができなくなる。
【００２６】
そこで、インク粘度の変化に対応して、ヘッドの駆動電圧波形を調整する。なお駆動電圧波形を調整するタイミングは任意であり、液滴ごとに行ってもよいし、基板ごとに行ってもよいし、ロットごとに行ってもよい。またヘッドに形成された１個の圧力室におけるインク粘度の変化に対応して、ヘッドに形成された全てのピエゾ素子の駆動電圧波形を同様に調整すればよい。
【００２７】
まず、図２に示す粘度測定手段３０により、ヘッド２０の内部におけるインクの粘度を測定して制御部７０に出力する。本実施形態では、少なくとも圧力室９３におけるインクの粘度を測定する。この圧力室９３はノズル９１に最も近いので、直近に液滴として吐出されるインクの粘度を測定することが可能になり、液滴の吐出条件を好適に調整することができるからである。ただし、圧力室９３に粘度測定手段３０を配置すると、圧力室９３の内部におけるインクの流動が阻害されて、ノズル９１から所定量の液滴を吐出できなくなる場合がある。この場合には、圧力室９３より上流側の、リザーバ９５やインク導入口９６等のインク流路におけるインクの粘度を測定すればよい。例えばリザーバ９５におけるインク粘度を測定する場合には、リザーバ９５におけるインク粘度と圧力室９３におけるインク粘度との関係を予め実験等で求めておき、リザーバ９５におけるインク粘度の測定結果から圧力室９３におけるインク粘度を予測して、制御部７０に出力すればよい。
【００２８】
次に、図３に示す制御部７０のＡ／Ｄ変換器７１において、入力されたインク粘度の測定結果をデジタル信号に変換する。次にＣＰＵ７２の粘度比較部７３において、インク粘度の測定結果と予め決定した標準粘度とを比較し、両者の差分を算出する。ここで算出された差分が充分に小さい場合には、以下に説明する駆動電圧波形の調整を行わなくてもよい。
【００２９】
次に、ＣＰＵ７２の波形決定部７４において、ヘッドの駆動電圧波形を決定する。インク粘度が増加すると、ノズルを通過する際の摩擦抵抗が増加するため、液滴の吐出速度が低下することになる。そこで、液滴の吐出速度を略一定の所定値に保持すべく、図４（ｂ）に示すように、駆動電圧波形の負勾配部ｗ２の幅を調整する。すなわち、負勾配部ｗ２の傾きを増加させて、その幅をＴ１からＴ２に減少させる。具体的には、インク粘度の測定結果の標準粘度に対する差分と、駆動電圧波形の調整量との関係を予め実験等で求めておく。そして粘度比較部で算出した差分から、駆動電圧波形の調整量を求めて駆動電圧波形を決定する。逆に、インク粘度が低下すると、液滴の吐出速度が増加することになる。この場合には、液滴の吐出速度を略一定の所定値に保持するため、駆動電圧波形の負勾配部ｗ２の幅を増加させる。
【００３０】
またインク粘度の増加は、ヘッド内部のインクの溶媒がノズル等から蒸発することによって発生するものと考えられる。この場合、インク濃度が増加するので、液滴の吐出量を一定に保持しても、吐出された液滴の乾燥後の重量は増加することになる。そこで、吐出された液滴の乾燥後の重量を略一定の所定値に保持すべく、図４（ｃ）に示すように、駆動電圧波形の負勾配部ｗ２の高さを調整する。すなわち、負勾配部ｗ２の最大電圧を減少または最小電圧を増加させて、その高さをＶ１からＶ２に減少させる。具体的には、インク粘度の測定結果の標準粘度に対する差分と、駆動電圧波形の調整量との関係を、予め実験等で求めておく。そして、粘度比較部で算出した差分から、駆動電圧波形の調整量を求めて、駆動電圧波形を決定する。逆に、インク粘度が低下すると、吐出された液滴の乾燥後の重量が減少することになる。この場合には、吐出された液滴の乾燥後の重量を略一定の所定値に保持するため、駆動電圧波形の負勾配部ｗ２の高さを増加させる。
以上により、駆動電圧波形が決定される。
【００３１】
次に、決定された駆動電圧波形を、図３に示す駆動回路のＤ／Ａ変換器７７においてアナログ信号に変換し、増幅回路７８において増幅して、ヘッド２０に出力する。
そして、図１に示す液滴吐出装置１０においてヘッド２０から液滴を吐出する。なお基板３１に対してヘッド２０を相対移動させつつ、複数の液滴を吐出する。その後、吐出された液滴を乾燥させることにより、基板３１の表面に所定形状の機能膜が形成される。
【００３２】
本実施形態では、粘度測定手段によるインク粘度の測定結果に基づいて、ヘッド２０からの液滴の吐出速度が略一定となるように、ヘッド２０の駆動電圧波形を決定した。そのため、インク粘度が変化しても、略一定の吐出速度で液滴を吐出することができる。これにより、液滴を所定位置に着弾させることが可能になり、機能膜を所定位置に形成することができる。
【００３３】
また本実施形態では、粘度測定手段によるインク粘度の測定結果に基づいて、吐出された液滴の乾燥後の重量が略一定となるように、ヘッド２０の駆動電圧波形を決定した。そのため、インク粘度が変化しても、吐出された液滴の乾燥後の重量が略一定とすることができる。これにより、機能膜を所定形状に形成することができる。
【００３４】
そして、本実施形態の液滴吐出装置およびその駆動方法は、金属配線の形成やカラーフィルタの形成、有機ＥＬ素子の形成、液晶材料の塗布などに工業応用が可能であり、また民生用プリンタにも応用が可能である。いずれの場合にも、インク粘度の変化にかかわらず、機能膜を精度良く形成することができる。
【００３５】
なお、本発明の技術範囲は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、各実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】液滴吐出装置の斜視図である。
【図２】インクジェットヘッドの側面断面図である。
【図３】制御部のブロック図である。
【図４】ヘッドの駆動電圧波形の説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
２０‥インクジェットヘッド  ３０‥粘度測定手段  ７０‥制御部
【図１】
2006297176.tif 000003
【図２】
2006297176.tif 000004
【図３】
2006297176.tif 000005
【図４】
2006297176.tif 000006