JP2008087477A - インクジェット印刷装置の洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
ヘッド吐出面の洗浄性が高く、吐出安定性も良い洗浄方法を提供する。
【解決手段】
インク供給タンクとインクジェットヘッドと圧力センサとインク流れを操作するため接続されたポンプとを備えたインクジェット印刷装置の洗浄方法において、インク供給タンク内圧力を上昇させ、インクジェットヘッドのノズルからインク吐出を数秒おこない、次に、洗浄部材をインクジェットヘッドの吐出面に接触させ、ヘッド吐出面の異物とヘッド吐出面のインクを取り除き、その後、圧力センサからの情報に基づいてポンプからインク送出動作及び吸引動作を行いながら、ノズル中の気液界面の圧力差を制御して、前記洗浄部材が取り残したノズル近傍に存在するインクをノズル内に吸収することを特徴とした洗浄方法を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェット印刷装置の洗浄方法に関する。より具体的にはカラーフィルタの着色層、有機エレクトロルミネッセンス素子等を形成するために使用するインクジェット印刷装置のインクジェットヘッドの吐出面部分の洗浄方法に関する。

たとえば、カラーフィルタの製造方法としては、インク吐出方式による方法が注目されている。インク吐出法によってカラーフィルタを製造する場合、透明基板に撥インク性を持った遮光部を形成し、その斜光部を隔壁としてその間にＲ、Ｇ、Ｂの３色のインクを吐出して光透過部を形成する。このため、フォトリソグラフィー法と比べ、インクの無駄もほとんど発生せず、また、同時に３色画素を形成することができ工程が短縮されるため、環境負荷の低減と大幅なコストダウンが期待できる。前述のインク吐出方式においてインクを吐出する為のインクジェットヘッドは基板の大型化、生産性向上の為のタクトアップ、カラーフィルタの高精細化が進むにしたがって装置に搭載するヘッドが密集しかつ複数個配列されるようになった。

インク吐出方式ではヘッド吐出面の乾きや乾きによるインク凝集による吐出口つまりなどによって不吐出が製品の歩留を下げる要因の一つとなっていた。不吐出が解消されない場合はヘッドの交換を行う必要があり、生産性を落とす結果となってしまう。良品率を上げるためにはこれら全ての吐出口から確実に吐出可能な高い信頼性をサポートするヘッド洗浄機構を搭載する必要がある。

そのため、ヘッド吐出面の洗浄は様々な方法が行われている。代表的な例を挙げると、インク吐出ヘッドのヘッド吐出面を常にインクの乾きなく、一定のコンディションを保たせるため、吸収性の高い洗浄部材をヘッド吐出面に押し当てる洗浄機構や、特許文献１に記載されているように、ノズル内圧力をノズル外圧力より小さくすることでノズル内にインクなどを吸引してヘッドを洗浄する方法などが挙げられる。
しかしながら前記洗浄方法では、インクや異物などを完全に取り除くことは困難であった。その結果、吐出性が不安定になる、異物が増加する、などの現象が生じ安定した高品質の印刷物を製造ことが困難であった。
特開平３−１９３３５４号公報

本発明は、以上の事情に鑑みて考えられたものであり、その課題とするところは、ヘッド吐出面の洗浄性が高く、吐出安定性も良い洗浄方法を提供することである。また、インクジェットヘッドのノズル面の乾燥を防止し、ノズル詰まり等なく、安定した高品質の印刷物を製造することを課題とする。

本発明は上記課題を考慮してなされたもので、その構成を以下に示す。

請求項１に係る発明においては、インク供給タンクと、前記インク供給タンクに接続されたインクジェットヘッドと、前記インク供給タンクと前記インクジェットヘッドとの間に設けられた圧力センサと、前記インク供給タンクから前記インクジェットヘッドのインク流れを操作するため接続されたポンプとを備えたインクジェット印刷装置の洗浄方法において、
インク供給タンク内圧力を上昇させ、インクジェットヘッドのノズルからインク吐出を数秒おこない、次に、洗浄部材をインクジェットヘッドの吐出面に接触させ、ヘッド吐出面の異物とヘッド吐出面のインクを取り除き、その後、圧力センサからの情報に基づいてポンプからインク送出動作及び吸引動作を行いながら、ノズル中の気液界面の圧力差を制御して、前記洗浄部材が取り残したノズル近傍に存在するインクをノズル内に吸収することを特徴としたインクジェット印刷装置の洗浄方法を提供するものである。

請求項２に係る発明においては、前記ポンプが、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印刷装置の洗浄方法を提供するものである。

請求項３に係る発明においては、前記洗浄部材の接触方法が、洗浄部材の下部から弾性体を有する押し当て手段を用いることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット印刷装置の洗浄方法を提供するものである。

請求項４に係る発明においては、前記洗浄部材の接触方法が、洗浄部材の下部からローラーをヘッド吐出面に沿って転がすことを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット印刷装置の洗浄方法を提供するものである。

請求項５に係る発明においては、前記洗浄部材の接触方法が、ノズルには触れないように、その周辺のみ洗浄部材を押し当てることを特徴とする請求項１から４何れかに記載のインクジェット印刷装置の洗浄方法を提供するものである。

請求項６に係る発明においては、前記洗浄部材の接触方法が、ノズルに接触させたときに、ヘッド内の圧力降下が５０Ｐａ以下にすることを特徴とする請求項１から４何れかに記載のインクジェット印刷装置の洗浄方法を提供するものである。

請求項７に係る発明においては、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から４何れかに記載のインクジェット印刷装置の洗浄方法を提供するものである。

請求項８に係る発明においては、前記洗浄部材が、洗浄液を浸透させた布又はワイプ材であることを特徴とする請求項１から４何れかに記載のインクジェット印刷装置の洗浄方法を提供するものである。

請求項９に係る発明においては、前記洗浄部材が、フィルムであることを特徴とする請求項１から４何れかに記載のインクジェット印刷装置の洗浄方法を提供するものである。

請求項１の発明によれば、加圧によってノズルからインクを吐き出すことで、ノズル内の洗浄が可能であり、洗浄部材を接触させることで、ヘッド吐出面の異物や表面に残留しているインクなどを除去がおこなわれ、圧力制御によって、洗浄部材で取り残したインクをほぼノズル内に回収できる。この３段階の洗浄により、インクジェットで安定した印字品質を得ることができるインクジェット印刷装置の洗浄方法を提供することができた。

また、請求項２の発明によれば、ポンプとして、ダイヤフラムポンプ、又はプランジャーポンプを使用するため送出、吸引といった動作を容易に行うことができ、しかも送出、吸引量が安定しているという効果を奏した。

また、請求項３の発明によれば、弾性体を有してヘッド吐出面に押し当てることで、ヘッド吐出面全体にムラなく押し当てることができるという効果を奏した。

また、請求項４の発明によれば、ローラーを転がすことでインクを掻き出す効果が生まれ、小さい力でもヘッド吐出面にあるインクを効率良く取り除けるという効果を奏した。

また、請求項５の発明によれば、洗浄部材がノズルに非接触であるため、ノズル面のメニスカスを壊すことがなく、吐出初期状態が安定して作り出せるという効果を奏した。

また、請求項６の発明によれば、洗浄部材を押し当てることでの圧力降下を小さくすることで、洗浄部材がノズルに接触する際にメニスカスを破壊することなくヘッド吐出面全ての洗浄が可能であり、吐出初期状態も安定して作り出せるという効果を奏した。

また、請求項７の発明によれば、洗浄部材として布又はワイプ材を使用するため拭き取り性に優れているという効果を奏した。

また、請求項８の発明によれば、洗浄部材として洗浄液を浸透させた布又はワイプ材を使用するため乾燥して固化したインク凝集物も拭き取りやすいという効果を奏した。

また、請求項９の発明によれば、洗浄部材としてフィルムを使用するため平滑にヘッド吐出面に押し当てることができる、また、固化したインク凝集物の除去能力が高いという
効果を奏した。

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、経路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側をインク強制送出する送出側８とする。また、インク送出手段にはダイヤフラムポンプの駆動させるサーボモータ６が接続されていて、この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ためのダイヤフラムポンプが駆動制御されている。

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の送出側との間に設けられており、インク圧力を常時検知している。そして、図中の符号９に示すように、この圧力センサは検知したインク圧力をデータとして、上記インク送出手段におけるサーボモータに送り出されるように接続されている。

インク吐出には、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。

非印字時には、インクジェットヘッドのノズル面に洗浄部材１０に接触させることで、インクジェットヘッドのノズルに蓄積した乾燥インクを除去することができ、乾燥を防止することができる。

洗浄に使われる洗浄部材は、紙、布、マイクロファイバー、多孔質体、フィルムなどを使うことができるが、発塵性やインク吸収性、ロール化などを考慮にいれると、マイクロファイバーがよい。その中でもインク吸収性については本洗浄方法において重要なパラメータであり、使用インクに対して４００ｇ／ｍ２以上あることが望ましい。インク吸収性が低い場合、ヘッド表面に付着しているインクが十分に除去できず、不吐出の原因となる。

洗浄部材をノズル面に接触させると、ヘッド内のインクが引っ張り出されて、ヘッド内が圧力降下を伴う。この圧力降下が大きいと、メニスカスが破壊されてしまい、吐出安定性が著しく低下する。圧力降下を低減させるためには、インク拡散性と吸収性のバランスが取れている洗浄部材を使用することや、洗浄部材下部の弾性体やローラーを、ノズル面に接触しない、たとえばノズル接触部にのみスリット加工などを施す方法か有効である。

弾性体やローラー外周の材料としては、ゴムや金属、プラスチックなどの材料が使用できる。とりわけ、ゴムは可塑的な性質を持ち個体ではあるがその性質は液体に近く、ヘッド洗浄面に対して密着性があり接触した部分にほぼ均等に力を加えることが出来る。具体的なゴムの種類は、力学的性質に特化しているウレタンゴムや広い温度範囲でゴム弾性が優れているシリコーンゴムなどが挙げられる。仮に耐薬品性に乏しいときには、フィルムなどのインク浸透防止手段を用いると良い。

洗浄部材に浸透させる溶剤は、インクに対して洗浄力が高く、沸点も高温領域にある溶剤が好ましい。また、洗浄部材に浸透させる溶剤量は、浸透面積あたりの飽和溶剤量の１／１０以下が望ましい。浸透させる溶剤量が多いとき、ヘッド吐出面に溶剤が付着して不吐出の原因となる。

吐出するインクは、粘度が８〜１４ｍＰａ・ｓ、温度３０℃以下が望ましい。粘度が適正ではないとき、着弾精度や吐出性が著しく悪化し、インク温度が高すぎる場合、ノズルに乾燥インクが蓄積し、異物発生やノズル詰まりが生じる。

圧力センサからの情報に基づいてポンプからインク送出動作及び吸引動作を行いながら、ノズル中の気液界面の圧力差を制御して、前記洗浄部材が取り残したノズル近傍に存在するインクをノズル内に吸収する際には、圧力を外部気体圧力よりσ／ｒから２σ／ｒ程度が望ましい。ここでσはインクの表面張力係数、ｒはノズル穴半径とする。σ／ｒ以下であるとノズル近傍のインクを吸収することが困難となり、２σ／ｒ以上であると、気体がノズルの中に入りこんでしまう危険性がある。また、インク供給系の配管に使用するチューブは剛性が高く、インクに対して撥水性があるＰＦＡチューブなどが良い。

なお、本発明のインクジェット印刷装置の洗浄方法は、カラーフィルタの画素形成のための有色インクや、ＥＬディスプレイの発光層形成のための液滴や、ＩＣタグのアンテナ形成のための金属含有液滴などに関しても、展開可能である。

本発明をカラーフィルタ用インクジェット印刷装置の洗浄方法を例に説明する。
まず、インク供給タンク内圧力を５０ｋＰａ程度上昇させ、インクジェットヘッドのノズルからインク吐出を約５秒おこなった。その後、圧力センサからの情報に基づいてポンプからインク送出動作及び吸引動作を行いながら、ノズル中の気液界面の圧力差を−２５００Ｐａ程度に制御する。次に、ノズル洗浄の信号を発生させ、インクジェットヘッドの下に洗浄部材を搭載したユニットが移動させる。洗浄部材としては、ロール状のマイクロファイバーを用いる。洗浄ユニットはクラッチブレーキを使用した巻出とサーボモータを使用した巻取機構が設けられていて、エアシリンダで上下させることが可能である。洗浄部材の下には、外周の部材がシリコーンゴムで作られているローラーが設置してあり、洗浄ユニットを上方に移動することで、インクジェットヘッド端部にローラーが接触する。そして、ローラーをインクジェットヘッドに沿って転がすことで、ヘッド表面にある余分なインクや乾燥異物を除去する。次に、圧力差を−２５００Ｐａに保ち、取り残したノズル近傍に存在するインクをノズル内に吸収するまで、約１分間待機をおこなった。最後に、洗浄ユニットを元の位置に移動させ、受像層基板に吐出をおこなった。評価としては、上記洗浄と吐出までを１サイクルとして、この工程を１０サイクルおこない、そのインクの吐出性と着弾精度の確認をおこなった。

圧力降下の影響をしらべるため、本洗浄方法において、使用マイクロファイバーを変更し、ヘッド内圧力降下を２０Ｐａから１５０Ｐａまで変化させた。また、ノズル非接触の洗浄方法として、本洗浄方法において、ノズルに洗浄部材が接触しないよう洗浄をおこなった。図２に実験によって測定した圧力差の経時変化のパターンを示す。矢印にはさまれている領域が圧力降下の値の根拠となっている部分である。縦軸は負の圧力差を示し（単位はＰａ）、横軸に時間（経時変化）を表している。また、表１には、（ａ）〜（ｅ）それぞれの場合において、図２のグラフから導かれる圧（力）変動と、（ａ）〜（ｅ）それぞれの場合にパターンにおいてインクジェットヘッドに含まれる不吐出ノズルの本数を示した。

表１から分かるとおり、本洗浄方法を用いた場合、圧力降下を５０Ｐａ以下とすると。特に洗浄後のノズルの吐出性が良い。しかし、圧力降下が５０Ｐａを超えると、洗浄後のノズルの吐出性が悪化することがわかる。また、ノズル非接触の洗浄方法においても、吐出性が良い。以下、表１に本洗浄装置の実験結果を示す。

この結果から、本洗浄方法は高い洗浄能力を有することが分かった。つまり、本洗浄方法を用いれば高品質なカラーフィルタを得ることができることが分かった。

インクジェットヘッド乾燥防止の装置図である。 本洗浄装置の実験結果である。

符号の説明

１・・・インキ供給タンク
２・・・インキ
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・・・吸引側の管路
８・・・送出側の管路
９・・・圧力計からサーボモータへのデータ経路
１０・・・洗浄部材

Claims (9)

1. インク供給タンクと、前記インク供給タンクに接続されたインクジェットヘッドと、前記インク供給タンクと前記インクジェットヘッドとの間に設けられた圧力センサと、前記インク供給タンクから前記インクジェットヘッドのインク流れを操作するため接続されたポンプとを備えたインクジェット印刷装置の洗浄方法において、
   インク供給タンク内圧力を上昇させ、インクジェットヘッドのノズルからインク吐出を数秒おこない、次に、洗浄部材をインクジェットヘッドの吐出面に接触させ、ヘッド吐出面の異物とヘッド吐出面のインクを取り除き、その後、圧力センサからの情報に基づいてポンプからインク送出動作及び吸引動作を行いながら、ノズル中の気液界面の圧力差を制御して、前記洗浄部材が取り残したノズル近傍に存在するインクをノズル内に吸収することを特徴としたインクジェット印刷装置の洗浄方法。
2. 前記ポンプが、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印刷装置の洗浄方法。
3. 前記洗浄部材の接触方法が、洗浄部材の下部から弾性体を有する押し当て手段を用いることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット印刷装置の洗浄方法。
4. 前記洗浄部材の接触方法が、洗浄部材の下部からローラーをヘッド吐出面に沿って転がすことを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット印刷装置の洗浄方法。
5. 前記洗浄部材の接触方法が、ノズルには触れないように、その周辺のみ洗浄部材を押し当てることを特徴とする請求項１から４何れかに記載のインクジェット印刷装置の洗浄方法。
6. 前記洗浄部材の接触方法が、ノズルに接触させたときに、ヘッド内の圧力降下が５０Ｐａ以下にすることを特徴とする請求項１から４何れかに記載のインクジェット印刷装置の洗浄方法。
7. 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から４何れかに記載のインクジェット印刷装置の洗浄方法。
8. 前記洗浄部材が、洗浄液を浸透させた布又はワイプ材であることを特徴とする請求項１から４何れかに記載のインクジェット印刷装置の洗浄方法。
9. 前記洗浄部材が、フィルムであることを特徴とする請求項１から４何れかに記載のインクジェット印刷装置の洗浄方法。