JP2010000687A - インクジェットヘッドのインク充填方法及び画像表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度インクジェットヘッドにインクを充填する工程において、該ヘッドにダメージを与える恐れのある工程を回避し、ヘッド性能を確保し、ヘッドの寿命劣化を抑制する方法を提供する。
【解決手段】インクジェットヘッド１のノズル面に吸引キャップ６を取り付け、吸引チューブ７から吸引しながら供給チューブ４から洗浄液を導入して、共通液室２、ノズル３に洗浄液を導入し、その後、吸引チューブ７を閉じた状態で、供給チューブ４から空気を導入して排出チューブ５から排出することで、ノズル３に空気を接触させることなく、共通液室２内の洗浄液を排出する。
【選択図】図１

Description

印刷方法の一つであるインクジェット方式に用いられるインクジェットヘッドのインク充填方法に関する。特に、高精度に薄膜を基板上に形成するための、産業用インクジェット描画装置において効果的に適用できる、インクジェットヘッドのインク充填方法と、該方式により薄膜を形成する工程を含む画像表示装置の製造方法に関する。

印刷方法の一つとして、ノズルからインク液滴を吐出するインクジェット方式が考案され、多様な分野で利用されている。係るインクジェット方式においては、通常、一つのインクジェットヘッドが複数のノズルを備え、該複数のノズルから同時にインクを吐出して印刷を行う。

特許文献１には、インク供給手段２０とインク戻し手段３０とを含むインク循環手段と、インク受け４１を含むインク排出手段が開示されている。これによると、ヘッドのインク室１１からのインクをインクタンク２２に戻すことができて、インク供給手段と協働してインク循環されるようになっている。また、ノズルから吐出されたインクはインク受け４１で受け、廃インクとして排出されるようになっている。

特許文献２には、チューブ５５１とチューブ５５２との２つのチューブによって、インクを充填したり、サブタンク４０１に供給したり、循環させたりすることができるインクジェットヘッド１２０が開示されている。

特開平１１−２６８３０３号公報 特開平１１−４２７７１号公報

液滴の着弾精度とその安定性が高い高精度のインクジェットヘッドにおいて、吐出精度を低下させる要因としては、ヘッドのノズル開口部表面近傍の撥水膜の一部分が劣化することに起因する。そしてその劣化の要因としては、撥水膜が剥がれること、及びその後に異物が付着して撥水膜表面が汚れることのいずれかである。

撥水膜が剥がれる原因としては、空気混じりの洗浄液（純水を洗浄液として使う場合も含む）或いは空気混じりのインクをノズルから排出することにより、撥水膜が帯電して帯電剥がれを起こすことが挙げられる。

また、撥水膜表面の汚れの原因としては、速乾性のあるインクを使用した場合に、インクに空気が混じっていると、ノズル内部でインクの固形成分或いはインクの変質成分が固着してノズル内壁や開口部表面近傍に付着することが挙げられる。

撥水膜の撥水性が劣化すると、ノズルからインクを吐出する直前のメニスカスの形状が初期の正常状態におけるメニスカス形状に対して変化する。そのメニスカス形状の変化は微細であったとしても、液滴の着弾精度０．５μｍ或いは１μｍという高精度着弾安定性においては変化を及ぼす。

使用するインクが短時間で乾燥固化或いは変質して付着する可能性がある場合には、毎回使用後にインクジェットヘッドからインクを排出して洗浄し、次に使う時にインクを再充填することが望ましい。インクジェットヘッドのノズル長寿命を確保するためには、非使用時に洗浄液をノズル内に充填しておくことが望ましい。この場合、次にヘッドを使用する時には、インクを充填する必要がある。

インクを再充填する際に、洗浄液とインクの間に空気を挟まないでそのままインクを注入すると、インクと洗浄液が混ざり合って、使い始めのインクが洗浄液によって希釈されて、インク濃度が低下するおそれがある。インク濃度が低下すると、吐出したインクで形成される部材の厚さや大きさが不安定になり、その部材に要求される品質が確保できなくなる。インクを大量に消耗してもよいとすれば、洗浄液成分が完全に排出されるまでインクを流し続ける、即ち共洗いというやり方でインク濃度が低下するのを抑止することが考えられる。しかしこれは、巨大な廃液タンクが必要となり、装置が大型化する上、インク消費や廃液処理でコスト的にも好ましくない。そこで通常はノズル内の洗浄液を排出してインクを充填する場合には、その間に空気を挟んで、確実に洗浄液を排出してからインクを充填するのが妥当である。

しかしながら、上記したように、ノズルに空気を通すと、撥水膜の撥水性の低下や撥水膜表面の汚れの発生といった問題があった。

本発明は、上記した問題を解決し、高精度インクジェットヘッドにインクを充填する工程において、該ヘッドにダメージを与える恐れのある工程を回避し、ヘッド性能を確保し、ヘッドの寿命劣化を抑制する方法を提供することにある。さらには、該方法を組み込むことにより、より低コストで高品質の画像表示装置を製造する方法を提供することにある。

本発明の第１は、インクを吐出するノズルと、ノズルにインクを供給する共通液室と、共通液室にインクを導入するインク導入部と、共通液室からインクを排出するインク排出部とを少なくとも備え、インクが充填されていないインクジェットヘッドに、インク導入部からインクを充填するインク充填方法であって、
前記インクジェットヘッドのノズルの先端に吸引部材を取り付ける工程と、
前記ノズルに取り付けられた前記吸引部材が該ノズルから液体又は気体を吸引しない状態で、インク排出部を開き、前記インク導入部から前記共通液室に空気を導入して充填する空気充填工程と、
前記ノズルに取り付けられた前記吸引部材が該ノズルから液体又は気体を吸引しない状態で、インク排出部を開き、前記インク導入部から前記共通液室にインクを導入して充填するインク充填工程と、
を有することを特徴とする。

本発明のインクジェットヘッドのインク充填方法においては、以下の構成を好ましい態様として含む。

前記空気充填工程の後に、前記ノズルに取り付けられた前記吸引部材が該ノズルから液体又は気体を吸引しない状態で、インク排出部を開き、前記インク導入部からインクを導入するインク導入工程と、
前記インク導入工程の後で前記インク充填工程の前に、前記ノズルに取り付けられた前記吸引部材が該ノズルから液体又は気体を吸引しない状態で、インク排出部を開き、前記インク導入部から空気を導入する空気導入工程と、
を有する。

前記空気導入工程において、前記インク導入工程でインク導入部から導入したインクを共通液室に達する直前で空気の導入を停止する。

前記空気充填工程の直前に、前記インク排出部、共通液室、ノズル、及びインク導入部には液体が充填されている。

本発明の第２は、導電性膜を有する電子放出素子を基板上に複数個備えた電子源と、該電子放出素子から放出された電子によって発光する発光体を有する対向基板とを有する画像表示装置の製造方法であって、
インクジェットヘッドのノズルから、金属元素を含む溶液の液滴を基板上に吐出して上記導電性膜を形成する工程を含み、
上記金属元素を含む溶液を基板上に吐出する工程に先立って、上記本発明のインクジェットヘッドのインク充填方法によって、インクジェットヘッドにインクを充填することを特徴とする。

本発明においては、ノズルから空気や空気混じりの液体を吸引する工程を回避してインクジェットヘッドに新たにインクを充填することから、撥水膜の撥水性の低下や汚れの発生を招くことなく、インクを充填することができる。また、本発明においては、ノズルに吸着部材を取り付けることで、ノズルから空気を吸引する工程を回避するため、共通液室には空気を導入することができ、効率良く洗浄液を排出することができる。よって、装置の大型化や多量のインクを洗浄用に使用する必要がなく、経済的である。よって、本発明によれば、高精度インクジェットヘッドの性能を確保し、長寿命化を図ることができる。さらには、本発明を組み込むことで、低コストで高品質の画像表示装置を製造することができる。

以下に、本発明のインクジェットヘッド（以下、ＩＪヘッドと記す）のインク充填方法について、好ましい実施形態を挙げて説明する。

図５は、ＩＪヘッドよりインクを吐出する工程の断面模式図である。図５において、１はＩＪヘッド、２はヘッド内の共通液室、３は共通液室に導入されたインクを吐出するノズル、４はインク導入部である供給チューブ、５はインク排出部である排出チューブである。また、４１はインクを付与する基板、４２はノズル３から吐出されたインク液滴である。

以上の構成において、基板に付与すべきインクを供給チューブ４から導入して共通液室をインクで満たした後、不図示のアクチュエータを駆動させてノズル３からインクを吐出させる。インクは基板４１上の所定の位置に着弾する。着弾後の液滴は乾燥固化させることにより、所望の薄膜が形成される。

図４にインクジェット描画装置の外観図を示す。図４において、３１は制御装置を格納する筐体、３２は筐体に格納されたパソコンのモニタ、３３はパソコンキーボード或いは操作盤、３４は基板を搭載するステージ、３５は液体を噴射するＩＪヘッド、３６はインクが付与される基板である。また、３７は基板３６上の任意の位置に液滴を付与できるように縦横両方向に自由に動くＸＹステージ、３８はインクジェット噴射装置全体を保持する定盤、３９は液滴塗布位置の基板３７上の位置合わせをするためのアライメントカメラである。

図６はＩＪヘッドのノズルに充填されたインク或いは洗浄液を排出するための、本発明で用いられる吸引部材としての吸引キャップをノズルに取り付けた状態を示す断面模式図である。ＩＪヘッド１には、通常複数のノズル３が形成されており、ノズル３の先端は、ヘッドの一面に開口され、ノズル面を形成している。吸引キャップ６はＩＪヘッド１の該ノズル面に密着させて、不図示の吸引ポンプによって吸引チューブ７から、ＩＪヘッド１のノズル３に充填されたインク或いは洗浄液を排出する。

以下に、本発明のインク充填方法について説明する。

（第１の実施形態）
本発明第１の実施形態は、吸引部材の取り付け工程と、空気充填工程と、インク充填工程からなる。図１，図２を用いて各工程を説明する。

〈吸引部材の取り付け工程〉
本例においては、ＩＪヘッドの初期状態として、ＩＪヘッド内、即ち、ノズル３、共通液室２、チューブ４，５のいずれにも水が充填されている。この状態で、不図示のヘッドキャップでノズル３の先端が密閉され、チューブ４，５は不図示のクリップで内部の水が排出されないように保持されている。

図１（ａ）に示すように、吸引キャップ６をＩＪヘッド１のノズル面に取り付ける。

〈空気充填工程〉
排出チューブ５を閉にして、供給チューブ４を洗浄液の容器（不図示）に接続し、吸引キャップ６の吸引チューブ７から吸引して、供給チューブ４、共通液室２、ノズル３に充填された水を排出し、次いで洗浄液を導入する〔図１（ｂ）〕。

次いで、吸引キャップ６の吸引チューブ７を閉じて、吸引キャップ６がノズル３から液体又は気体を吸引しない状態として排出チューブ５を開き、供給チューブ７から空気を供給チューブ７、共通液室２、排出チューブ５に導入し、充填する〔図１（ｃ）〕。この時、ノズル３は吸引キャップ６で先端が閉じられた状態であるため、洗浄液が充填された状態のままである。

〈インク充填工程〉
吸引チューブ７を閉じ、排出チューブ５を開いたまま、供給チューブ４からインクを導入し、排出チューブ５、共通液室２、供給チューブ４内の洗浄液をインクで共洗いする〔図２（ｄ）〕。

次いで、排出チューブ５を閉じ、吸引チューブ７を開き、吸引チューブ１４から吸引すると同時に供給チューブ４からインクを導入し、ノズル３内の洗浄液をインクで共洗いする〔図２（ｅ）〕。これにより、ヘッド１内の水及び洗浄液が全て排出され、インクが充填された状態となる。吸引キャップ６で吸引してノズル３内の洗浄液をインクで共洗いした後は、不図示のワイパーでノズル面をワイピングし、ノズル面に付着したインクを除去する。

吸引キャップ６を外してインク吐出工程を開始する〔図２（ｆ）〕。

尚、図２（ｅ）の工程の後、ワイピング後は間髪を入れずにＩＪヘッド１を駆動して図２（ｆ）の吐出工程を開始することが望ましい。ここで、ワイピングからインク吐出までに時間がかかると、ノズル３の開口部付近のインクが乾燥して固化或いは変質してしまう恐れがある。

（第２の実施形態）
第１の実施形態においては、ＩＪヘッド１内に充填した洗浄液を空気で排出し、残った洗浄液をインクで共洗いして排出したが、本例ではさらに、残った洗浄液を効率良く排出する方法である。

本例では、第１の実施形態の空気充填工程の後、インク充填工程の前に、インク導入工程と空気導入工程を加える。以下に具体的に説明する。

先ず、第１の実施形態と同様にして、図１（ｃ）までの空気充填工程を行う。

〈インク導入工程〉
吸引チューブ７を閉じ、排出チューブ５を開いた状態で、供給チューブ４から微量のインクを導入する〔図３（ｇ）〕。

〈空気充填工程〉
インク導入工程で供給チューブ４から導入したインクが共通液室２に達する直前で停止するように供給チューブ４に空気を導入する〔図３（ｈ）〕。

次いで、供給チューブ４からインクを導入し〔図３（ｉ）〕、図２（ｄ）に示したように、排出チューブ５までインクを充填した後、図２（ｅ）に示したように、ノズル３内の洗浄液をインクで共洗いし、図２（ｆ）の吐出工程を開始する。

本例のように、供給チューブ４、共通液室２、排出チューブ５内に残った洗浄液をインクで共洗いする際に、図３（ｇ）乃至（ｆ）で示すように空気を挟むことにより、滞留していた洗浄液が少ないインクで効率良く排出される。

上記したように、本発明のインク充填方法においては、水等の液体が充填されて保管された状態から新たなインクが充填されるまで、空気や空気の混じった液体をノズル３から吸引しない。よって、ノズルから空気や空気混じりの液体を吸引する工程に起因するノズル３の撥水膜の剥がれや汚れを招くことなく、新たなインクをＩＪヘッドに充填することができる。

また、本発明においては、ＩＪヘッド内の共通液室２やチューブ４，５内には空気を導入して洗浄液の排出を行うため、多量のインクを用いる必要もなく、効率良く洗浄液を排出することができる。

本発明のインク充填方法は、電子放出素子を複数個用いて構成される画像表示装置の製造に好ましく適用される。即ち、導電性膜を有する電子放出素子を基板上に複数個備えた電子源と、該電子放出素子から放出された電子によって発光する発光体を有する対向基板とを有する画像表示装置の製造において、導電性膜の製造に、本発明を組み込んだインクジェット方式を用いる。インクとしては金属元素を含む溶液を用い、該インクを基板上に吐出して乾燥させ、導電性膜を形成する工程に先立って、本発明のインク充填方法を実施する。これにより、均一な導電性膜を効率良く形成することができる。

また、本発明のインク充填方法は、他の、インクジェット方式を利用した部材の製造にも好ましく適用される。具体的には、特開平１１−４２７７１号公報に開示されているような、カラーフィルタの製造にも好ましく組み込むことができる。

本発明のインク充填方法の一実施形態の工程の説明図である。 本発明のインク充填方法の一実施形態の工程の説明図である。 本発明のインク充填方法の他の実施形態の工程の説明図である。 インクジェット描画装置の外観図である。 インクジェットヘッドよりインクを吐出する工程の断面模式図である。 本発明で用いられる吸引部材の一例を示す断面模式図である。

符号の説明

１ インクジェットヘッド
２ 共通液室
３ ノズル
４ 供給チューブ
５ 排出チューブ
６ 吸引キャップ
７ 吸引チューブ
３１ 筐体
３２ モニタ
３３ キーボード、操作盤
３４ ステージ
３５ インクジェットヘッド
３６ 基板
３７ ＸＹステージ
３８ 定盤
３９ アライメントカメラ
４１ 基板
４２ インク液滴

Claims (5)

1. インクを吐出するノズルと、ノズルにインクを供給する共通液室と、共通液室にインクを導入するインク導入部と、共通液室からインクを排出するインク排出部とを少なくとも備え、インクが充填されていないインクジェットヘッドに、インク導入部からインクを充填するインク充填方法であって、
   前記インクジェットヘッドのノズルの先端に吸引部材を取り付ける工程と、
   前記ノズルに取り付けられた前記吸引部材が該ノズルから液体又は気体を吸引しない状態で、インク排出部を開き、前記インク導入部から前記共通液室に空気を導入して充填する空気充填工程と、
   前記ノズルに取り付けられた前記吸引部材が該ノズルから液体又は気体を吸引しない状態で、インク排出部を開き、前記インク導入部から前記共通液室にインクを導入して充填するインク充填工程と、
   を有することを特徴とするインクジェットヘッドのインク充填方法。
2. 前記空気充填工程の後に、前記ノズルに取り付けられた前記吸引部材が該ノズルから液体又は気体を吸引しない状態で、インク排出部を開き、前記インク導入部からインクを導入するインク導入工程と、
   前記インク導入工程の後で前記インク充填工程の前に、前記ノズルに取り付けられた前記吸引部材が該ノズルから液体又は気体を吸引しない状態で、インク排出部を開き、前記インク導入部から空気を導入する空気導入工程と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドのインク充填方法。
3. 前記空気導入工程において、前記インク導入工程でインク導入部から導入したインクを共通液室に達する直前で空気の導入を停止することを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッドのインク充填方法。
4. 前記空気充填工程の直前に、前記インク排出部、共通液室、ノズル、及びインク導入部には液体が充填されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のインクジェットヘッドのインク充填方法。
5. 導電性膜を有する電子放出素子を基板上に複数個備えた電子源と、該電子放出素子から放出された電子によって発光する発光体を有する対向基板とを有する画像表示装置の製造方法であって、
   インクジェットヘッドのノズルから、金属元素を含む溶液の液滴を基板上に吐出して上記導電性膜を形成する工程を含み、
   上記金属元素を含む溶液を基板上に吐出する工程に先立って、請求項１乃至４のいずれかに記載のインクジェットヘッドのインク充填方法によって、インクジェットヘッドにインクを充填することを特徴とする画像表示装置の製造方法。

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