JP2004106461A - 液体材料置換方法およびインクジェット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体材料を液滴として吐出するヘッド内部の液体材料を置換する
【解決手段】ヘッド内部を第１の液体材料から第２の液体材料に置換する際に、界面活性剤を添加した液体材料（界面活性材添加液）を介在させるようにして、第２の液体材料に段階的に置換させる。界面活性剤を添加した液は、親水性と疎水性の両性質を有しているため、第１の液体材料を洗い流すようにして除去することができ、第１の液体材料と第２の液体材料とが、ヘッド内部において混ざり合うことにより生じるヘッド詰まり等の問題は生じない。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体材料を液滴として吐出するヘッドに格納される液体材料を置換するための技術に係る。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット装置は、液体材料を液滴として吐出する装置として、プリンタをはじめとして多くの分野で利用されている。インクジェット装置は、液体材料を格納するためのタンクと、当該タンク内の液体材料をヘッドに供給させるための配管と、実際に液体材料を液滴として吐出するヘッドを備えている。
インクジェット装置を利用するにあたっては、液体材料を変更して使用したい場合がある。しかしながら、変更前後の液体材料の性質が異なると、異なる液体材料同士が配管やヘッド内部で混ざり合うことによって凝集物が生じ、その後、ヘッドから液滴の吐出ができなくなる問題（ヘッド詰まりの問題）が生じることとなっていた。
従来は、インクジェット装置を長期間使用しなかった場合において、ヘッド周辺部の析出物を除去すべく、インクジェットヘッドのインク流路を洗浄することは行われていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１２７４１９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方法は、ヘッド内部の液体材料を異なる性質のものに変更する場合にまで適用することはできなかった。このため、上述したヘッド詰まりの問題は依然として生じていた。
本発明は、以上の点を考慮して行われたものであり、ヘッド詰まりの問題を引き起こすことなく、ヘッド内部の液体材料を置換する方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の構成は、液体材料を液滴として吐出するヘッドであるとともに、内部に第１の液体材料が格納されるヘッドに対して、界面活性剤を添加した液体材料（界面活性剤添加液）を供給した後、第２の液体材料を供給することにより、前記ヘッドの内部を前記第１の液体材料から前記第２の液体材料に置換する液体材料置換方法であることを特徴とする。
かかる構成によれば、ヘッド内部の液体材料は、第１の液体材料から、界面活性剤を添加した液体材料（界面活性剤添加液）を介在して、第２の液体材料に段階的に置換される。界面活性剤を添加した液は、親水性と疎水性の両性質を有しているため、第１の液体材料を洗い流すようにして除去することができる。このため、第１の液体材料と第２の液体材料とが、ヘッド内部において混ざり合うことにより凝集物が生じるおそれもなく、問題なく液体材料の置換をすることができる。
【０００６】
上述した液体材料置換方法において、予め決められる時間だけ前記界面活性剤添加液を前記ヘッドに供給するようにしてもよい。すなわち、予め決められる時間として、ヘッド内部を第１の液体材料から界面活性剤添加液に置き換えるために十分な時間を設定しておけば、第１の液体材料を除去した後に、第２の液体材料をヘッドに供給することができる。
また、液体材料置換方法において、前記第２の液体材料を前記ヘッドに供給する前に、アルコール溶液を前記ヘッドに供給するようにしてもよい。これにより、ヘッド内部に残存する可能性のある空泡等を除去した後、第２の液体材料をヘッドに供給することができるので、ヘッドから空泡が吐出されるおそれもなく、スムーズに液体材料の置換を行うことができる。
【０００７】
また、上述した液体材料置換方法において、前記第２の液体材料を前記ヘッドに供給する前に、前記第２の液体材料を構成する複数の物質のうち少なくとも１以上の物質を構成物質とするダミー液体材料を前記ヘッドに供給するようにしてもよい。この際に、当該ダミー液体材料が前記ヘッドから液滴として吐出したことを確認するようにしてもよい。
これにより、第２の液体材料に性質が近似するダミー液体材料において吐出テストを行うことができるため、第２の液体材料が高価である場合に経済的な効果を奏される。また、ダミー液体材料をヘッドに供給後、ダミー液体材料に性質が近似する第２の液体材料を供給することにより、よりスムーズな液体材料の置換をすることができる。
上述した液体材料置換方法の一具体例として、前記第２の液体材料は、複数の溶媒種で構成する有機溶媒によって発光材を溶解したものであり、前記ダミー液体材料は、前記複数の溶媒種のうち少なくとも１以上の溶媒種を構成物質とするものであることを挙げることができる。
【０００８】
また、本発明に係るインクジェット装置の構成は、液体材料を液滴として吐出するヘッドと、界面活性剤を添加した液体材料を格納する第１のタンクと、前記ヘッドに最終的に供給すべき液体材料を格納する第２のタンクと、前記第１のタンクに格納される液体材料を取り出して前記ヘッドに供給した後、前記第２のタンクに格納される液体材料を取り出して前記ヘッドに供給する供給手段とを有することを特徴とする。
かかるインクジェット装置の構成によれば、ヘッドに格納される液体材料を、界面活性剤を添加した液体材料（界面活性剤添加液）を介在させて、最終的に供給すべき液体材料に段階的に置換することができる。界面活性剤を添加した液は、親水性と疎水性の両性質を有しているため、ヘッドに格納されていた液体材料を洗い流すようにして除去することができる。このため、ヘッドに格納されていた液体材料と最終的に供給すべき液体材料とが、ヘッド内部において混ざり合うことにより凝集物が生じるおそれはなく、ヘッド詰まり等の問題は生じない。
本発明に係るインクジェット装置は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）のディスプレイを製造するための装置として好適に用いることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本実施形態に係るインクジェット装置１００の構成ブロック図である。図１において、タンク１０は液体材料を格納する。このように、複数のタンク１０−ａ，１０−ｂ，……，を設けているから、複数の液体材料を格納することができる。２０はセレクタであり、制御部５０の制御下、いずれかのタンク１０を選択する。選択されたタンク１０に格納される液体材料は、配管３０を介してヘッド４０に供給されるように構成されている。
【００１０】
図２は、ヘッド４０の断面図である。ヘッド４０は、インクジェット装置１００に付け替えできるように構成されている。具体的には、コネクタ４４と配管３０とを接続させることにより、ヘッド４０がインクジェット装置１００に取り付けられる。コネクタ４４を介して、配管３０からヘッド４０内部に液体材料が供給されることになるが、供給された液体材料は、液体室４１に一時格納される。圧電体素子４２は、印加される電圧レベルに応じてその形状を伸縮させ、液体室４１に圧力を加える。この加圧によって、液体室４１に格納される液体材料がノズル４３から液滴として吐出される。図２に示す圧電体素子４２やノズル４３は、実際のヘッド４０では複数存在しており、一例として１８０個のノズル４３が２列に配列されたヘッドもある。この場合、各々のノズル４３に対応して圧電体素子４２が備えられるので、制御部５０は、各々の圧電体素子４２に対して電圧印加の制御をする。
【００１１】
また、圧電体素子４２に電圧印加するのではなく、図１に示すように、ヘッド４０のノズル４３に、配管５２と接続されるキャップ５１を取り付け、ポンプ６０の吸引力によって、ヘッド４０内部の液体材料を強制的に吐出させることもできる。
このように、ヘッド４０から液体材料を吐出する方法は２通りあるが、いずれの方法によって、ヘッド４０から液体材料を吐出させるかは、制御部５０の制御による。すなわち、制御部５０は、ヘッド４０から液体材料を液滴として吐出させる際には、圧電体素子４２に電圧印加して液滴吐出を行うように制御する。一方、ヘッド４０内部の液体材料を置換するべく、複数の液体材料を順番にヘッド４０に供給する際には、ポンプ６０の吸引力により強制的に液体材料を出力させるようにする。このように、制御部５０は、本来の液体材料の液滴吐出時と、ヘッド４０内部の液体材料の置換時とにおいて、液体材料の出力方法を使い分けることにより、液体材料の置換を迅速に行うように図っているのである。
【００１２】
本実施形態においては、このような構成のインクジェット装置１００を用いて、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置で使用するディスプレイ基板を製造することを想定する。
図３は、有機ＥＬ表示装置のディスプレイ基板の斜視図である。このようにディスプレイ基板は、ガラス基板１上に複数の発光層４（薄膜）をパターン形成したものであり、複数の発光層４のうち任意のものを発光することができるように構成されている。図３に示したディスプレイ基板は、発光層４とガラス基板１の間に正孔注入層（薄膜）３をさらに設け、発光層４がより発光しやすくなるようにしている。
【００１３】
ディスプレイ基板の製造に際しては、発光層４を形成するための液体材料（インク組成物）をヘッド４０内部（液体室４１）に格納しておき、セットしたガラス基板１に対してインク組成物を吐出させ、ガラス基板１上に発光層４を薄膜形成させる。
ここで、インクジェット装置１００を用いてディスプレイ基板を製造するに際しては、ノズル４３の耐久性を考慮し、適宜ヘッド４０の付け替えを行っている。ただし、付け替えたヘッド４０の内部には、ヘッドを保護するための保護液（染料インク等）が格納されていることが多いから、この場合、ヘッド４０内部の染料インクをインク組成物に置換する必要がある。そして、染料インクとインク組成物とは、その溶液性質が異なる場合が多いから、これらの液体が配管３０やヘッド４０内部で混ざり合わないようにして液体材料の置換をする必要がある。
【００１４】
以下、ヘッド４０内部を第１の液体材料（ここでは染料インクを想定する）から第２の液体材料（インク組成物）に、置換する具体的な動作の内容を、以下に３つの例をあげて説明する。上述したように、液体材料の置換に際しては、ヘッド４０のノズル４３にキャップ５１が取り付けておき、制御部５０の制御下、ヘッド４０内部の液体材料をポンプの吸引力により出力させていくことになる。
【００１５】
（第１動作例）
図４は、本動作例における制御部５０の制御内容を示すフローチャートである。本動作例では、タンク１０−ａに界面活性剤を添加した溶液（以下、界面活性剤添加液という）、タンク１０−ｂに発光層形成用のインク組成物をそれぞれ格納しておく。そして、染料インクが格納されているヘッド４０に対し、界面活性剤添加液、インク組成物の順番で液体材料を供給していく。界面活性剤添加液を用いた理由については後述する。
【００１６】
はじめに制御部５０は、タンク１０−ａ内の界面活性剤添加液を配管３０を介してヘッド４０に供給するよう、セレクタ２０を制御する（ステップＳａ１）。ここで界面活性剤添加液は、ヘッド４０内で染料インクと混ざり合っても、凝集物を生じることなく、均一に混ざりあう性質を有している。このため、制御部５０は、圧電体素子４２に電圧印加することにより、ヘッド４０から染料インクと界面活性剤添加液との混合液を吐出させることができる（ステップＳａ２）。
この際、制御部５０は、所定時間（たとえば１０秒）だけ、タンク１０−ａに格納される置換液体材料をヘッド４０に供給させるようにする。所定時間の値は、ヘッド４０内部の染料インクが、界面活性剤添加液にすべて置き換えられる時間として十分な値であり、予め実験等により求められている。
【００１７】
このようにしてヘッド４０の中身を界面活性剤添加液に置換後、制御部５０は、タンク１０−ｂ内のインク組成物を配管３０を介してヘッド４０に供給するよう、セレクタ２０を制御する（ステップＳａ３）。
この段階において、ヘッド４０内部には染料インクはすでに残っていないから、ヘッド４０内部において染料インクとインク組成物が混合することによるヘッド詰まりの問題は生じない。このようにして、制御部５０は、ヘッド４０内部の液体材料を染料インクから発光層形成用のインク組成物に置き換えていくのである（ステップＳａ４）。
【００１８】
ここで界面活性剤添加液を用いた理由を述べる。周知のように、界面活性剤添加液は、親水性の液体とも疎水性の液体とも均一に混ざり合う性質を有している。このため、ヘッド４０に格納されていた染料インクの性質が親水性であっても、疎水性であっても、界面活性剤添加液は染料インクと均一に混ざり合い、凝集物を生じることなくヘッド４０から吐出させることができる。言い方を変えると、ヘッド４０に供給する界面活性剤添加液により、ヘッド４０内の染料インクを洗い流すことができるのである。
このような界面活性剤添加液の性質に本発明者は着眼し、実際に実験を行い、界面活性剤を用いることが適切であることを確認した。
【００１９】
図５は、本動作例におけるヘッド４０に格納される液体材料について、遷移図として示したものである。このようにヘッド４０内部、すなわち液体室４１の中身は、染料インク、界面活性剤添加液、インク組成物と段階的に置換される。そして、液体室４１にインク組成物が供給される時点において、液体室４１には染料インクは存在しないから、染料インクをインク組成物とが混ざり合うことによって従来発生していたヘッド詰まりの問題は生じることがない。
【００２０】
（第２動作例）
図６は、本動作例におけるヘッド４０に格納される液体材料について、遷移図として示したものである。このように、液体室４１の中身は、染料インク、界面活性剤添加液、アルコール溶液、インク組成物の順に置換され、上述第１動作例と比較して、界面活性剤添加液の次にアルコール溶液を供給する点が異なっている。
【００２１】
周知のようにアルコール溶液（たとえばエチルアルコール溶液）は、水系の液体とも、有機系の液体とも均一に混ざり合う性質を有している。本発明者は、界面活性剤添加液が水系の溶液であり、インク組成物が有機系の液体であることに着目し、これらの液体材料の間にアルコール溶液を介在させることにより、液体材料の置換がよりスムーズに行うことができるのではないかと考えた。
また、アルコール溶液は、低粘度であるとともに表面張力が低い性質であることが知られている。この性質にも本発明者は着目し、配管３０やヘッド４０といった液体材料の流路において空気泡が残存していたとしても、これらの空気泡をアルコール溶液によって押し流すことができるのではないかと考えた。
以上の着目点について本発明者は実験により確認した。
【００２２】
なお本動作例においては、３つのタンク１０−ａ、１０−ｂ、１０−ｃに、界面活性剤添加液、アルコール溶液、インク組成物をそれぞれ格納しておけばよい。そして、セレクタ２０の切替制御によって、界面活性剤添加液、アルコール溶液、インク組成物の順番にしたがい、ヘッド４０に液体材料を供給していけばよい。具体的な制御フロー内容は前掲図４に準じた内容であるためこれ以上の説明は省略する。
【００２３】
（第３動作例）
図７は、本動作例におけるヘッド４０に格納される液体材料について、遷移図として示したものである。このように、本動作例では、液体室４１の中身は、染料インク、界面活性剤添加液、アルコール溶液、ダミー液体材料、インク組成物の順に置換されていく。上述第２動作例と比較して、インク組成物の供給前にダミー液体材料を供給する点が異なっている。
ダミー液体材料は、インク組成物の代用品として、ヘッド４０から液滴が正常に吐出できるか確認する吐出テストに用いる。このため、ダミー液体材料として要求される条件は、（１）インク組成物と粘性等の液体性質が近似していること、（２）インク組成物よりも安価であること、である。
【００２４】
本発明者は、ダミー液体材料として、インク組成物を構成する物質のうち、少なくとも１以上の物質を構成物質とする液体材料を用いればよいのではないかと想定し、これを確認した。以下、具体例をあげながら説明する。
一般にインク組成物は、発光材（固体）を、複数の溶媒素で構成される有機溶媒で溶解したものが使用される。以下の表１に、本動作例において用いた有機溶媒を構成する有機溶媒素とその組成比を示す。
【表１】

本発明者は、この有機溶媒自体が、ダミー液体材料として求められる２つの条件を満たすから、ダミー液体材料として好適に使用できる点を実験により確認した。
【００２５】
本動作例によれば上述した各動作例の効果に加えて、高価なインク組成物を用いることなく吐出テストをすることができ、経済的な効果を奏する。また、吐出テストを行った結果、正常に吐出できた場合にのみ、その後、インク組成物をヘッド４０に供給することにより、インク組成物の無駄な浪費も回避ですることができる。
なお、吐出テスト結果の判断手法は任意であるが、たとえば、タンク１０に格納されるダミー液体材料の液量を監視し、所定時間内に一定量減っていたらヘッド詰まりなく正常に液滴吐出できた旨を判断をすることができる。
【００２６】
さらに本発明者は、ダミー液体材料として、上述した有機溶媒そのものを使用しなくてもよい点も確認した。たとえば、上記有機溶媒を構成する１，２，４−トリメチルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、３−イソプロピルビフェニルという３つの有機溶媒素のうち、少なくとも１つ以上の有機溶媒素を含む有機溶媒であれば、インク組成物と粘性が近似するため、ダミー液体材料として用いることが可能である点も確認した。
【００２７】
以上が本発明の実施形態に係る説明であるが、上述説明はあくまで本発明の内容を説明するための例示に過ぎず、任意に変形を加えることができる。
上述実施形態では、インクジェット装置１００を用いて、ガラス基板１上に発光層４を形成することを想定したが、インクジェット装置１００を用いて、ガラス基板１上に正孔注入層３（図３参照）を形成する際を想定してもよい。
【００２８】
また、ヘッド４０から吐出される染料インクや界面活性剤添加液等を回収するための構成をさらに設けてもよい。直接本発明の内容には関係しないため説明を省略したが、一般には水系の溶液（染料インク等）と、有機系の溶液（インク組成物等）とは別々に回収する必要がある。このため、配管５２を介して出力される溶液の性質に応じ、適宜回収することができるよう、複数の回収タンクを用意しておくのが好ましい。
【００２９】
さらに、ＥＬ表示装置のディスプレイ基板生成以外の目的として、インクジェット装置１００を用いることもできる。すなわち、本発明によれば、ヘッド４０の内部の液体材料を問題なく置換することができるため、ＥＬ表示装置のディスプレイ基板生成に限ることなく、広い分野での利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】インクジェット装置１００のブロック構成図である。
【図２】ヘッド４０の断面図である。
【図３】ＥＬ表示装置のディスプレイ基板の斜視図である。
【図４】制御部５０の制御内容を示すフローチャートである。
【図５】第１動作例における液体室４１内の液体材料の遷移図である。
【図６】第２動作例における液体室４１内の液体材料の遷移図である。
【図７】第３動作例における液体室４１内の液体材料の遷移図である。
【符号の説明】
１……ガラス基板
３……正孔注入層
４……発光層
１０（１０−ａ，１０−ｂ，・・・）……タンク
２０……セレクタ
３０……配管
４０……ヘッド
４４……コネクタ
４１……液体室
４２……圧電体素子
４３……ノズル
５０……制御部
５１……キャップ
５２……配管
６０……ポンプ

Claims (8)

1. 液体材料を液滴として吐出するヘッドであるとともに、内部に第１の液体材料が格納されるヘッドに対して、
   界面活性剤を添加した液体材料（界面活性剤添加液）を供給した後、第２の液体材料を供給することにより、前記ヘッドの内部を前記第１の液体材料から前記第２の液体材料に置換する液体材料置換方法。
2. 請求項１に記載の液体材料置換方法において、
   予め決められる時間だけ前記界面活性剤添加液を前記ヘッドに供給すること
   を特徴とする液体材料置換方法。
3. 請求項１または請求項２のいずれかに記載の液体材料置換方法において、
   前記第２の液体材料を前記ヘッドに供給する前に、アルコール溶液を前記ヘッドに供給すること
   を特徴とする液体材料置換方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の液体材料置換方法において、
   前記第２の液体材料を前記ヘッドに供給する前に、前記第２の液体材料を構成する複数の物質のうち少なくとも１以上の物質を構成物質とするダミー液体材料を前記ヘッドに供給すること
   を特徴とする液体材料置換方法。
5. 請求項４に記載の液体材料置換方法において、
   前記第２の液体材料を前記ヘッドに供給する前に、前記ダミー液体材料を前記ヘッドに供給し、当該ダミー液体材料が前記ヘッドから液滴として吐出したことを確認すること
   を特徴とする液体材料置換方法。
6. 請求項４または請求項５のいずれかに記載の液体材料置換方法において、
   前記第２の液体材料は、複数の溶媒種で構成する有機溶媒によって発光材を溶解したものであり、
   前記ダミー液体材料は、前記複数の溶媒種のうち少なくとも１以上の溶媒種を構成物質とするものであること
   を特徴とする液体材料置換方法。
7. 液体材料を液滴として吐出するヘッドと、
   界面活性剤を添加した液体材料を格納する第１のタンクと、
   前記ヘッドに最終的に供給すべき液体材料を格納する第２のタンクと、
   前記第１のタンクに格納される液体材料を取り出して前記ヘッドに供給した後、前記第２のタンクに格納される液体材料を取り出して前記ヘッドに供給する供給手段と
   を有することを特徴とするインクジェット装置。
8. 請求項７に記載のインクジェット装置において、
   前記第２のタンクに格納される液体材料は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）のディスプレイを製造するための液体材料であること
   を特徴とするインクジェット装置。

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