JP2009285599A

JP2009285599A - 液滴吐出方法

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Publication number: JP2009285599A
Application number: JP2008142429A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hayata; 博早田; Naoki Suzuki; 直樹鈴木; Shinko Muro; 真弘室
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2009-12-10
Anticipated expiration: 2028-05-30
Also published as: JP5139155B2

Abstract

【課題】外乱に強く、安定してインク液滴を吐出し得る液滴吐出方法を提供すること。
【解決手段】圧電素子に吐出波形電圧Ａ１、Ａ２を印加するステップと、吐出波形電圧Ａ１、Ａ２の間で、メニスカスの残振動を維持するための残振動維持波形電圧Ｂ１〜Ｂ４を圧電素子に印加するステップとを行うことで、残振動を強制的に維持するようにした。これにより、吐出動作時のメニスカスの状態が一定となり、外乱に強く、安定してインク液滴を吐出し得る液滴吐出方法及びインクジェット装置を実現できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、液滴吐出方法に関し、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ジェット装置における、インク液滴を吐出させる技術に関する。

インクジェット装置は、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。インクジェット装置は、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（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。

ところで、あるインク液滴を吐出してから次のインク液滴を吐出する間に、ノズル開口におけるインクの液面（すなわちメニスカス）は残振動する。この残振動は、インク液滴を安定して吐出するための障害になるので、一般に、インクジェット装置では、残振動を抑圧した後に、次の吐出動作を行うようになっている。つまり、メニスカスが残振動していると、その状態に応じてインク液滴の体積が変化したり、最悪の場合、インク液滴を吐出できなくなるおそれがあるので、残振動を抑圧した後に、次の吐出動作を行うことが好ましい。

ところで、例えば有機ＥＬパネルの発光層の塗布工程においては、生産性を向上させる観点から、３０［ｋＨｚ］以上の高い吐出周波数が求められる。このような高い吐出周波数で吐出動作を行う場合、メニスカスの残振動を抑圧するための十分な時間を確保することが困難なため、実際上、メニスカスの残振動を十分に抑圧できない状態で、次の吐出動作に入る可能性が高い。この結果、安定した吐出が困難な問題があった。

この問題に対して、特許文献１では、吐出動作時に、メニスカスの振動に同期させた駆動信号を圧電素子に印加することにより、インク液滴の吐出周波数を高くした場合でも、安定した吐出を実現する技術が開示されている。
特開２００６−６１８０６号公報

ところで、ある１つインク液滴を吐出してから次の液滴を吐出する間に、残振動は減衰していく。減衰した残振動は、外乱による影響を受け易い。外乱としては、例えばインクジェットヘッドの形状や、インクジェットヘッドの移動による振動、風などがある。すなわち、残振動の周期や波形が外乱によって大きく変わるおそれがある。

この結果、特許文献１のようにメニスカスの振動に同期させた駆動信号を圧電素子に印加することが困難となり、安定した吐出ができなくなるおそれがある。

特に、有機ＥＬパネルの発光層の塗布工程などに用いられるインクジェット装置のように、複数のインクジェットヘッドを用いる場合には、インクジェットヘッド間の僅かな形状の違いによって、インクジェットヘッド間で異なる外乱を受ける。異なる外乱を受けて異なる波形となった残振動波形に同期させるには、インクジェットヘッド毎に異なる駆動信号を形成しなければならず、実際上困難である。

本発明は、かかる点を考慮してなされたものであり、外乱に強く、安定してインク液滴を吐出し得る液滴吐出方法を提供することを目的とする。

本発明の液滴吐出方法の一つの態様は、インクジェットヘッドに設けられた圧力発生手段に、吐出波形電圧を印加する吐出波形電圧印加ステップと、第１のインク液滴が吐出され、続いて第２のインク液滴が吐出される間に、残振動維持波形電圧を、前記圧力発生手段に印加する維持波形電圧印加ステップと、を含む。

本発明によれば、残振動維持波形電圧を印加することで、残振動を強制的に維持するようにしたので、吐出動作時のメニスカスの状態が一定となり、外乱に強く、安定してインク液滴を吐出できるようになる。

以下の実施の形態では、一例として、本発明の液滴吐出方法を、有機ＥＬパネルの発光層の塗布工程に用いられるインクジェット装置に適用する場合について説明するが、本発明の液滴吐出方法は、ノズルからインクを吐出するインクジェット装置に広く適用できるものであり、例えばプリンタの記録工程に用いられるインクジェット装置等にも適用できる。

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。

（実施の形態１）
［主要部構成］
図１に、本発明の液滴吐出方法を実現するインクジェット装置の主要部の概略構成を示す。

インクジェット装置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形成する駆動電圧形成部１２と、を有する。

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がノズル１１ｄから外部に吐出される。

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。

駆動電圧形成部１２は、駆動制御信号を入力し、当該駆動制御信号の指示に応じた波形の駆動電圧Ｖ_Ｄを形成する。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、インクジェット装置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。

駆動電圧Ｖ_Ｄ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Ｖ_Ｄの波形に応じて振動される。

［外乱の影響について］
先ず、本実施の形態の液滴吐出方法を説明する前に、残振動に外乱が加わった場合の吐出動作への影響について説明する。

実際上、メニスカス２０が、図２に示すように、吐出方向に対して凹状態のときに、圧電素子１１ａを吐出方向に対して凸状態に変形させれば（すなわち吐出波形を印加すれば）、所望量のインク液滴を良好に吐出させることができる。しかし、吐出開始時に吐出方向に対して凹状態であるべきメニスカス２０が、残振動期間中の外乱等が原因となって、図３に示すように、吐出方向に対して凸状態に近い状態とされる場合がある。このような状態で、圧電素子１１ａを吐出方向に対して凸状態に変形させると（すなわち吐出波形を印加すると）、所望量のインク液滴を良好に吐出させることが困難となる。

［駆動電圧波形］
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。

図４Ａ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Ｖ_Ｄの波形を示す。また、図４Ｂに、図４Ａの駆動電圧波形を圧電素子１１ａに印加した場合の、メニスカスの状態イメージを示す。

圧電素子１１ａには、インクジェットヘッド１１のノズル１１ｄからインク液滴１１ｅを吐出させるための吐出波形電圧Ａ１と吐出波形電圧Ａ２の間の期間で、メニスカスの残振動を維持するための残振動維持波形電圧Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４が印加される。これにより、吐出波形電圧Ａ１による吐出により生じたメニスカスの残振動を、強制的に残振動維持波形電圧Ｂ１〜Ｂ４に合わせることができるので、続く吐出波形電圧Ａ２による吐出を安定して行うことができる。また、残振動の減衰を抑えることができるので、外乱によるメニスカスの乱れを抑制できる。

なお、図４Ａの例では、４つの残振動維持波形電圧Ｂ１〜Ｂ４を印加した場合を示したが、これに限らない。例えば、残振動維持波形電圧Ｂ１〜Ｂ４のうちいずれか１つ以上の電圧を印加してもよい。また、吐出波形電圧Ａ１と吐出波形電圧Ａ２の間の期間を、Ｎ（Ｎは整数）個の等間隔のタイミングに分割し、そのいずれか１つ以上のタイミングで残振動維持波形電圧を印加すればよい。

図４Ａからも明らかなように、残振動維持波形電圧Ｂ１〜Ｂ４の電圧レベルは、吐出波形電圧Ａ１、Ａ２の電圧レベルよりも小さくされている。これは、残振動維持波形電圧Ｂ１〜Ｂ４の電圧レベルを、吐出波形電圧Ａ１、Ａ２の電圧レベル以上にしてしまうと、残振動維持期間で吐出動作が行われてしまい、好ましくないからである。更には、インクがノズル周辺を濡らさないようＢ１〜Ｂ４の電圧、ノズルの数を調整するのがよい。

以上説明したように、本実施の形態によれば、圧電素子１１ａに吐出波形電圧Ａ１、Ａ２を印加するステップと、吐出波形電圧Ａ１、Ａ２の間で、メニスカスの残振動を維持するための残振動維持波形電圧Ｂ１〜Ｂ４を圧電素子１１ａに印加するステップと行うことで、残振動の減衰を抑え、振幅を強制的に維持するようにした。これにより、吐出動作時のメニスカスの状態が一定となり、外乱に強く、安定してインク液滴を吐出し得る液滴吐出方法及びインクジェット装置を実現できる。

また、本実施の形態によれば、複数のインクジェットヘッド間で異なる外乱があった場合でも、インクジェットヘッド間での残振動を共通化させることができる。この結果、複数のインクジェットヘッド間での、インク液滴量のばらつきを抑制できるようになる。

また、本実施の形態では、残振動のレベルを維持した状態で次の吐出動作を行うので、残振動が減衰した状態で次の吐出動作を行う場合と比較して、高い粘度のインクを吐出させることができるようになる。

（実施の形態２）
有機ＥＬパネルの発光層の塗布工程に用いられるインクジェット装置においては、粘度が高い（つまり濃度が高い）インクを高周波数で吐出することが求められる。

ここで、高周波数で動作可能な圧電素子として薄膜ピエゾ素子がある。しかし、薄膜ピエゾ素子は、あまり大きな圧力を発生できないので、高粘度のインクを吐出させるには不向きな点がある。そこで、薄膜ピエゾ素子を用いる場合には、吐出波形電圧を印加する前に、予備振動波形電圧を印加することにより、はずみをつけて高粘度の液滴を吐出するようになされたものがある。

本実施の形態では、このような予備振動波形電圧を印加する場合に好適な残振動維持波形電圧の印加の仕方を提示する。

インク液滴１１ｅが吐出された直後のメニスカス２０の状態としては、図５に示すようにメニスカス２０の表面の一部のみがちぎれる場合と、図６に示すようにメニスカス２０の根本部分からちぎれる場合とがある。図５の場合は、メニスカス２０の形状と圧電素子１１ａの形状は、互いに吐出方向に凸であり、位相関係が保たれる。これに対して、図６の場合は、圧電素子１１ａの形状は吐出方向に凸であるが、メニスカス２０の形状は吐出方向に凹であり、互いに逆位相となる。

図７に、図５に示したようにメニスカス２０と圧電素子１１ａとの位相関係が吐出時に保たれた場合の、駆動電圧波形の例を示す。予備振動波形電圧Ｃ１の印加タイミングから、吐出波形電圧Ａ１の印加タイミングまでの期間をＴとした場合、吐出波形電圧Ａ１の印加タイミングから、期間Ｔの整数倍だけ経過したタイミングで残振動維持波形電圧Ｂ１、Ｂ２を印加するようになっている。予備振動波形を使用する場合は、吐出速度が最大となるようＴを調整することでメニスカス振動と駆動タイミングを合わせている。よって、残振動維持波形電圧Ｂ１、Ｂ２を印加するタイミングを、メニスカス振動に対して最適化できるので、より確実に残振動を維持できる。

図８に、図６に示したようにメニスカス２０と圧電素子１１ａとの位相関係が吐出時に逆相となった場合の、駆動電圧波形の例を示す。予備振動波形電圧Ｃ１の印加タイミングから、吐出波形電圧Ａ１の印加タイミングまでの期間をＴとした場合、吐出波形電圧Ａ１の印加タイミングから、期間Ｔの（整数＋０．５）倍だけ経過したタイミングで残振動維持波形電圧Ｂ１、Ｂ２を印加するようになっている。このようにすることで、残振動維持波形電圧Ｂ１、Ｂ２を印加するタイミングを、メニスカス振動に対して最適化できるので、より確実に残振動を維持できる。

なお、図５及び図７の場合と、図６及び図８の場合とでは、液滴吐出量がより多い図６及び図８の場合の方が好ましい。

有機ＥＬ用のインクジェット装置において、Ｔはインク粘度や圧力室の構造やノズル径などから決まるが、およそ３〜２４［μｓｅｃ］である。

（他の実施の形態）
なお、上述した実施の形態では、ある１つインク液滴を吐出してから次の液滴を吐出する間の残振動のレベルを維持する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、一旦吐出動作を停止してから次の吐出動作を開始するまでの残振動のレベルを維持するようにしてもよい。この場合にも、上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。

このことについて説明する。インクジェット装置においては、インク液滴を塗布する対象物のパターンに応じて、インク液滴の吐出及び停止を繰り返す。有機ＥＬパネルへのインク塗布工程を例にとって、図９を用いて説明する。図９Ａにバンク間３０、３１へのインク液滴１１ｅの着弾の様子を示し、図９Ｂに圧電素子に印加される駆動電圧波形の様子を示す。ノズルがインク塗布対象のバンク間３０上に位置決めされると、ノズルから所定の吐出周波数で連続してインク液滴１１ｅが吐出される。そして、バンク間３０への塗布が終了すると、一旦吐出動作が停止される。ノズルが次のインク塗布対象のバンク間３１上に位置決めされたときに、再び所定の吐出周波数で連続してインク液滴１１ｅが吐出される。

この場合、図９Ｃに示したように、残振動期間が現れる。なお、図９Ｃは、メニスカスの状態イメージを示したものである。

塗布工程時に一旦吐出動作を停止した場合の残振動期間においても、上述した実施の形態のように、例えば図９Ｄに示したような、残振動を維持させる残振動維持波形電圧を印加すれば、図９Ｃに示したような振幅レベルが維持された残振動が得られ、残振動期間中に外乱があった場合でも、次の吐出動作を開始したときの初期のインク液滴の吐出を安定して行うことができるようになる。

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。

また、ヒータなどを使用し、圧力室の温度を上げておけば、インクの粘度が下がり、残振動が減衰しにくくなるので、残振動維持により圧電素子にかかる負担を軽減することができる。

本発明の液滴吐出方法は、外乱に強く、安定してインク液滴を吐出できると効果を有し、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ジェット装置や、プリンタの記録工程に用いられるインクジェット装置等に広く適用可能である。

本発明の実施の形態１に係るインクジェット装置の主要構成を示す図メニスカスの状態例を示す図メニスカスの状態例を示す図図４Ａは本実施の形態によって形成される駆動電圧の波形を示す図、図４Ｂは図４Ａの駆動電圧波形を圧電素子に印加した場合のメニスカスの状態イメージを示す図メニスカスと圧電素子が同位相の状態を示す図メニスカスと圧電素子が逆位相の状態を示す図予備振動波形電圧を印加する場合に好適な残振動維持波形電圧の例を示す図予備振動波形電圧を印加する場合に好適な残振動維持波形電圧の例を示す図図９Ａはバンクへのインク液滴の着弾の様子を示す図、図９Ｂは圧電素子に印加される駆動電圧波形を示す図、図９Ｃはメニスカスの状態イメージを示す図、図９Ｄは残振動維持波形電圧を示す図

符号の説明

１０インクジェット装置
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
２０メニスカス

Claims

インクジェット装置における液滴吐出方法であって、
インクジェットヘッドに設けられた圧力発生手段に、吐出波形電圧を印加する吐出波形電圧印加ステップと、
第１のインク液滴が吐出され、続いて第２のインク液滴が吐出される間に、残振動維持波形電圧を、前記圧力発生手段に印加する維持波形電圧印加ステップと、
を含む液滴吐出方法。
前記第１のインク液滴が吐出されよりも前の時点で、前記圧力発生手段に予備振動波形電圧を印加する予備振動波形電圧印加ステップを、さらに含み、
前記維持波形電圧印加ステップでは、
前記予備振動波形電圧の印加タイミングから、吐出波形電圧の印加タイミングまでの期間をＴとした場合、前記吐出波形電圧の印加タイミングから、前記期間Ｔの整数倍だけ経過したタイミングで前記残振動維持波形電圧を印加する、
請求項１に記載の液滴吐出方法。
前記第１のインク液滴が吐出されよりも前の時点で、前記圧力発生手段に予備振動波形電圧を印加する予備振動波形電圧印加ステップを、さらに含み、
前記維持波形電圧印加ステップでは、
前記予備振動波形電圧の印加タイミングから、吐出波形電圧の印加タイミングまでの期間をＴとした場合、前記吐出波形電圧の印加タイミングから、前記期間Ｔの（整数＋０．５）倍だけ経過したタイミングで前記残振動維持波形電圧を印加する、
請求項１に記載の液滴吐出方法。
前記残振動維持波形電圧は、前記第１インク液滴の吐出によるメニスカスの残振動を維持するための電圧である、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の液滴吐出方法。