JP4364840B2 - インクジェットプリンタの吐出量制御方法及び吐出量制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェットプリンタのインクの吐出量を制御する方法及びその装置に係り、特に、当該プリンタのプリントヘッドにおける複数のノズルから吐出されたインクの被塗布物上での吐出量を各ノズル相互間で均一化するための技術に関する。

近年においては、紙、布、樹脂、或いはセラミック等からなる基材上にインクジェットプリンタによる印刷を行うことに加えて、液晶表示機器等における透明ガラス基板上に配向膜を形成する場合や、有機ＥＬ表示器における透明ガラス基板上にカラーフィルタを塗布する場合等においても、インクジェットプリンタが使用されるに至っている。詳述すると、液晶表示機器の場合には、配向膜の材料である透明ＰＩインク（透明ポリイミドインク）や透明ＵＶインクをガラス基板上に吐出して塗布することが行われ（例えば、特許文献１参照）、また有機ＥＬ表示機器の場合には、コーティング材料である例えば透明ＵＶインクをガラス基板上に吐出して塗布することが行われる。

この場合、インクジェットプリンタのプリントヘッドにおける複数のノズルから吐出されるインクの噴出態様は、各ノズル相互間で均一であることが好ましく、例えば、色を主体とした印刷物を対象とする場合には、インクを吸収する特性（インク吸収性）を有する被塗布物上に、各ノズルから色の濃淡が均一になるように配慮がなされた上でインクの吐出が行われていた。このように、インク吸収性を有する被塗布物上で色の濃淡を均一化することは、各ノズルからのインクの液滴の吐出状態が適度に均一であれば容易に実現することが可能である。

しかしながら、インクを吸収しない特性（インク非吸収性）を有する被塗布物、例えば上述のガラス基板上に、均一な膜厚を有する薄膜を形成することは、現況で使用されているインクジェットプリンタによっては多大な困難化を余儀なくされる。即ち、この種のインク非吸収性を備えた被塗布物上に１μｍ未満の均一な膜厚を有する薄膜を形成することは特に困難であるが、仮に１μｍ以上の膜であっても、均一な膜厚とするには、各ノズルからインクを液滴として噴出させる際に、そのインク滴の噴出状態を的確に改善する必要がある。

そこで、インクジェットプリンタのプリントヘッドにおける各ノズルの印加電圧（各ノズルの開口に通じる圧力室に圧力変動を生じさせる駆動電圧）を微調整することにより、各ノズルから吐出されるインク滴の噴出状態を適度に均一化し、被塗布物上に均一な膜厚を有する膜を形成することが試みられている。尚、下記の特許文献２によれば、ノズルからのインク滴の吐出速度を調整すべく、上記の印加電圧（駆動電圧）を補正することが開示されている。

特開２００１−４２３３０号公報 特開２００３−１９１４６７号公報

ところで、近年においては、例えばガラス基板の大型化等が原因となって、インクジェットプリンタによるインクの塗布幅を広く、且つ塗布長さを長尺にする必要性が生じていると共に、塗布時間の短縮も求められているのが実情である。このような状況の下で、上述のように膜厚の均一化を図るべく、プリントヘッドの各ノズルの印加電圧を調整しようとしても、その調整には、様々な問題が付き纏うことになる。

即ち、インクの塗布幅を広くするには、プリントヘッド自体の塗布幅も広くしてノズルの本数を大幅に増加させねばならず、これに伴ってプリントヘッドが極めて高価になるのは勿論のこと、これをコントロールする制御系も複雑で高価なものとなる。また、その制御系の情報量が膨大になることから、各ノズルによるインクの塗布スピードが不当に低下するという問題も生じる。

しかも、現有のインクジェットプリンタにおける各ノズルの印加電圧を個々に調整して、インク滴の塗布を均一化しようとしても、印加電圧の精度には限界があり、十分な均一化を図ることは困難であると言わざるを得ない。即ち、例えば上述の液晶表示機器用のガラス基板上に形成される配向膜の均一性（バラツキ）は、２％前後が要求されているにも拘らず、現況で使用されているインクジェットプリンタの固有の液滴吐出精度は、５％前後である。従って、このようなインクジェットプリンタにおける各ノズルの印加電圧を調整して、膜の均一性を２％前後にするには、印加電圧の精度（分解能）を高める必要があるが、それを実現することは実質的に無理があり、仮に実現したとしても、制御系の更なる複雑化や情報量の過多、ひいてはインクの塗布スピードの更なる低下を招く。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、各ノズルの印加電圧の調整精度の影響を受けることなく、各ノズルから吐出される被塗布物上でのインクの吐出量を的確に均一化できるようにして、プリントヘッドの制御系の複雑化や情報量の過多ひいてはコストの高騰を招かないインクジェットプリンタを提供することを技術的課題とする。

上記技術的課題を解決するために創案された本発明に係るインクジェットプリンタの吐出量制御方法は、塗布幅方向に複数のノズルを有するプリントヘッドからインク非吸収性を備えた被塗布物上にインクを吐出して該被塗布物上に膜を形成する膜形成工程と、該膜形成工程で被塗布物上に形成された膜の膜厚を前記塗布幅方向に沿って各ノズルのインク吐出位置との関連において測定して各ノズルからのインク吐出量のバラツキを検出する膜厚測定工程と、該膜厚測定工程で測定された各ノズルのインク吐出位置での膜厚と目標膜厚との相違に基づいて各ノズルからのインク吐出量を前記バラツキがなくなるように増減補正する吐出量補正工程とを、ノズル配列方向に沿うように隣接配置した複数個のプリントヘッドについて実行すると共に、前記吐出量補正工程で各ノズルのインクの吐出量を増減補正するために作成した補正データを、前記複数個のプリントヘッド毎に記憶させておくことに特徴づけられる。

このような方法によれば、インク非吸収性を備えた被塗布物（例えばガラス基板）を有効利用して、現実にその上にインクを吐出して膜を形成し、更にその膜の膜厚を各ノズルのインク吐出位置との関連において測定した後、その測定結果である実際の膜厚と目標値である目標膜厚との相違を、個々のノズルのインク吐出位置ごとに割り出して、各ノズルからのインクの吐出量（換言すれば、各ノズルから吐出された被塗布物上でのインクの吐出量）を増減補正することが行なわれる。従って、予め個々のノズルからのインクの吐出量のバラツキを検出しておき、そのバラツキがなくなるように個々のノズルからの吐出量を補正した上で、実際にプリントヘッドによる膜形成等を行うことが可能となる。これにより、プリントヘッドの制御系や情報量に不当な影響を与えることなく、且つインクの塗布時間の短縮化を妨げることなく、各ノズルから吐出されたインクの被塗布物上での吐出量を均一化できることになり、近年における塗布幅を広くしたいとの要請に応じつつ、インクの塗布を均一に行うことが可能となる。そして、以上のような動作は、ノズル配列方向に沿うように隣接配置した複数個のプリントヘッドについて実行される。尚、この方法を使用して各ノズルからのインクの吐出量を補正した後に実際に塗布を行う場合としては、液晶表示機器等における透明ガラス基板上に配向膜を形成する場合や、有機ＥＬ表示器における透明ガラス基板上にコーティング材料である例えば透明ＵＶインクを塗布する場合等が特に有効であるが、紙、布、樹脂、或いはセラミック等からなる基材上に印刷を行う場合が排除されるわけではない。

この場合、前記吐出量補正工程で各ノズルのインクの吐出量を増減補正するために作成した補正データは、前記複数個のプリントヘッド毎に記憶されるが、これにより得られる利点は以下に示す通りである。

すなわち、記憶されている補正データに則して、各ノズルからのインクの吐出量が増減補正されることになるため、プリントヘッドによる実際のインク塗布時には、記憶手段（記憶部）等から当該補正データを読み出して各ノズルを調整し、インク吐出量の補正を行えばよいことになり、処理の迅速性や利便性を向上させることが可能となる。加えて、複数のノズルを備えたプリントヘッドが複数個配列されて一台のインクジェットプリンタが構成される場合に、個々のノズルにおけるインク吐出量の補正値が補正データとして各プリントヘッド毎に記憶されるので、プリントヘッドの交換や配置転換を行っても、それぞれのノズルからは常に正確に補正された量のインクが吐出され得ることになる。しかも、経年変化或いは経時変化等に起因して各ノズルの吐出特性が変化した場合であっても、補正データを新たに作成して記憶しておけば、補正データを更新することのみをもって、何ら支障なく当該補正データに基づく適正なインクの吐出を行うことが可能となる。

また、前記吐出量補正工程では、前記膜厚測定工程で測定された膜の膜厚が目標膜厚よりも大きい部位または小さい部位を検出し、その検出された部位に対応するノズルからのインクの吐出量を増減補正するようにし、そのインクの吐出量の増減補正は、ノズルから吐出されたインクの被塗布物上での液滴数の分布を変化させることが好ましい。

このようにすれば、各ノズルにおけるインクの吐出量の増減補正は、各ノズルから吐出されたインクの被塗布物上での液滴数の分布を変化させることによりなされるため、補正を容易に且つ正確に行えるという利点を享受することができる。

一方、上記技術的課題を解決するために創案された本発明に係る装置は、塗布幅方向に複数のノズルを有する複数個のプリントヘッドがノズル配列方向に沿って隣接配置されてなるインクジェットプリンタの吐出量制御装置であって、前記複数個のプリントヘッドからインクが吐出されることにより表面に膜が形成されるインク非吸収性を備えた被塗布物と、該被塗布物上に形成された膜の膜厚を前記塗布幅方向に沿って各ノズルのインク吐出位置との関連において測定して各ノズルからのインク吐出量のバラツキを検出する膜厚測定手段と、該膜厚測定手段により測定された各ノズルのインク吐出位置での膜厚と目標膜厚との相違に基づいて各ノズルからのインク吐出量を前記バラツキがなくなるように増減補正する吐出量補正手段と、該吐出量補正手段が各ノズルからのインク吐出量を増減補正するための補正データを記憶する記憶手段とを備え、該記憶手段は、前記複数個のプリントヘッド毎に前記補正データを記憶するように構成されていることに特徴づけられる。

このような装置によれば、インク非吸収性を備えた被塗布物（例えばガラス基板）の上にインクの吐出による膜が形成され、膜厚測定手段の動作により、その膜の膜厚が各ノズルのインク吐出位置との関連において測定された後、吐出量補正手段の動作により、その測定結果である実際の膜厚と目標値である目標膜厚との相違が、個々のノズルのインク吐出位置ごとに割り出され、且つ、各ノズルからのインクの吐出量（換言すれば、各ノズルから吐出された被塗布物上でのインクの吐出量）を増減補正することが行なわれる。このような補正が行われることにより、これに対応する事項について既に述べた内容と同一の作用効果を得ることができる。また、この装置を使用して各ノズルからのインクの吐出量を補正した後に実際に塗布を行う対象となるものも、既に述べた事項と同一である。

この場合、上記の装置は、吐出量補正手段が各ノズルからのインク吐出量を増減補正するための補正データを記憶する記憶手段を備え、該記憶手段は、複数個のプリントヘッド毎に前記補正データを記憶するように構成されている。

したがって、記憶手段に各プリントヘッド毎に記憶されている補正データに則して、各ノズルからのインクの吐出量が増減補正されることになるため、これに対応する事項について既に述べた内容と同一の作用効果を得ることができる。

更に、前記複数のノズルを有する複数個のプリントヘッドはノズル配列方向に沿って隣接配置されている。

したがって、近年の被塗布物（例えば、液晶表示機器用のガラス基板）の大型化に伴って、インクの塗布幅が広くなった場合であっても、短時間で且つ均一性を阻害されることなく被塗布物上にインクを適正に吐出していくことが可能となる。

以上のように本発明によれば、インク非吸収性を備えた被塗布物上にインクを吐出して膜を形成し、その膜の膜厚を各ノズルのインク吐出位置との関連において測定した後、その測定結果である実際の膜厚と目標値である目標膜厚との相違を、個々のノズルのインク吐出位置ごとに割り出して、各ノズルからのインクの吐出量を増減補正することが行なわれることになるため、プリントヘッドの制御系や情報量に不当な悪影響を与えることなく、且つインクの塗布時間の短縮化を妨げることなく、各ノズルからの被塗布物上でのインクの吐出量を均一化できることとなり、近年における塗布幅を広くとの要請に応じつつ、インクの塗布を均一に行うことが可能となる。しかも、各ノズルにおけるインク吐出量の補正値が補正データとして各プリントヘッド毎に記憶されるので、プリントヘッドの交換や配置転換を行っても、それぞれのノズルからは常に正確に補正された量のインクが吐出され得ることになる。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの吐出量制御装置の主たる構成要素からなる概略構成図である。同図に示すように、この吐出量制御装置１は、インク非吸収性を備えた液晶表示機器用の透明のガラス基板２と、プリントヘッド３の複数のノズル４から吐出されるインクの量をコントロールするコントローラ５と、プリントヘッド３からのインクの吐出によりガラス基板２上に形成された膜の膜厚を各ノズル４の吐出位置との関連において測定する膜厚測定手段６とを有している。更に、この吐出量制御装置１は、膜厚測定手段６により測定された各ノズル４のインク吐出位置での膜厚と目標膜厚との各差分に相当する補正データを記憶する記憶手段７と、この記憶手段７に記憶されている補正データを読み出してコントローラ５に基づくプリントヘッド３の各ノズル４からのインクの吐出量を補正する吐出量補正手段８とを備えている。

このような構成を備えてなる吐出量制御装置１のより具体的な構成、及びその作業手順を、以下に詳述する。

図２に示すように、本実施形態におけるインクジェットプリンタは、塗布幅方向（同図の左右方向）に複数のノズルを有するプリントヘッド３が、ノズルの配列方向に沿って複数個（図例では４個）配置されている。作業手順としては、先ずコンピュータ９が、プリントヘッド３の印加電圧を、目標膜厚（膜厚の目標値）に相当するインクの液滴数から算出し、この算出値をコントローラ５に指令信号として送出することにより、コントローラ５から印加電圧ライン１０を通じて印加電圧を示す信号がプリントヘッド３に送出され、これによりプリントヘッド３の各ノズルから吐出されるインクの吐出量が調整される。また、コントローラ５からは、噴出データライン１１を通じて、何れのプリントヘッド３における何れのノズルから液滴を吐出させるかを示す信号が送出される。

このような状態の下で、全プリントヘッド３の全ノズルから、上述の如く調整された吐出量となるように、ガラス基板２上にインクの液滴が吐出される。この場合のガラス基板２上に対するインクの吐出は、図３に示すように、隣り合うノズルから吐出される液滴Ａが１／２ピッチのズレを交互に生じるように行われるため、全ノズルによる全吐出量の５０％のインクの液滴Ａが、図示のようなような状態となってガラス基板２上に着弾する（この状態は５０％噴出パターンと称される）。尚、これに対比するものとして、図４に示すように、隣り合うノズルから吐出される液滴Ａがピッチのズレを生じず且つ欠落のない場合には、全ノズルによる１００％の吐出量に相当するインクの液滴Ａが図示のような状態となって被塗布物上に着弾していく（この状態は１００％噴出パターンと称される）。

そして、図５に示すように、ガラス基板２の矢印Ｘ方向への移動を伴わせて、５０％噴出パターンで４個のプリントヘッド３からのインクの吐出が完了した時点で、ガラス基板２上には、広い塗布幅Ｔに亘って、第１〜第４塗布領域Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４に薄膜が形成される。この後、図６に示すように、膜厚測定手段６を使用して、塗布幅Ｔ１の第１塗布領域Ａ１の始端から第４塗布領域Ａ４の終端に至るまで、ノズル配列方向に沿って膜厚を測定し、何れのプリントヘッド３の何れのノズル４の吐出位置における膜厚が薄いか厚いかを判断する。

図７は、上述の塗布幅Ｔ１の第１塗布領域Ａ１における膜Ｂの形成状態を示す縦断面図である。同図に示すように、第１塗布領域Ａ１の膜Ｂが、上述の目標膜厚Ｂａに対して膜厚不足部Ｂｘや膜厚過剰部Ｂｙを有している場合には、それらに対応するノズルからのインクの液滴数を増減補正する。具体的には、図８に示すガラス基板２上での液滴Ａの分布状態のように、膜厚不足部Ｂｘに対応するノズルについては、そのノズルから吐出されるインクの液滴数を符号Ａｘで示す液滴分につき増加させ（間足しと称される）、また膜厚過剰部Ｂｙに対応するノズルについては、そのノズルから吐出されるインクの液滴数を符号Ａｙで示す液滴分につき減少させる（間引きと称される）。尚、このようなガラス基板２上における液滴Ａの分布状態の補正は、第１〜第４塗布領域Ａ１〜Ａ４の全領域で実行される。

以上のような補正が実行されることにより、図９に示すように、膜厚不足部Ｂｘと膜厚過剰部Ｂｙとが、目標膜厚Ｂａに近づく。そして、必要に応じて、図４〜図８に基づいて説明した作業を繰り返し実行するとにより、膜厚不足部Ｂｘと膜厚過剰部Ｂｙとを目標膜厚Ｂａに可能な限り近づける。これにより、ガラス基板２上における第１〜第４塗布領域Ａ１〜Ａ４の全領域における膜厚の均一性が向上する。

この後は、上記のようにインクのガラス基板２上での液滴数を増減補正したノズルを含めて全プリントヘッド３の全ノズルについてのインクのガラス基板２上での液滴数の分布を示す噴出パターンを、補正データとして、図１０に示すデータ書き込みライン１２を通じて、コンピュータ９に内蔵されている記憶手段７に記憶する。このようにしておけば、例えば複数個のプリントヘッド３を配列順序を換えて使用する場合には、記憶されている補正データを、コンピュータ９に内蔵されている吐出量補正手段８が読み出し、この吐出量補正手段８から、図１１に示すように、各プリントヘッド３に書き込み１３を実行することにより、容易に全てのプリントヘッド３が均一な膜の塗布を高精度で行い得ることになる。したがって、上記の補正データは、複数個のプリントヘッド３毎に記憶されていることになる。

そして、このように補正データに基づいて全プリントヘッド３の全ノズルからのインクの液滴数（補正データに基づくガラス基板２上での液滴の分布状態に対応するインクの液滴数）が設定された後は、このインクジェットプリンタにより、主として、液晶表示機器用の透明ガラス基板上への配向膜の塗布、有機ＥＬ表示器用の透明ガラス基板上へのカラーフィルタの塗布などが行われ、また、紙、布、樹脂、或いはセラミック等からなる基材上への印刷なども行われ得る。

本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの吐出量制御装置の概略構成図である。 前記吐出量制御装置の具体的構成を示す概略図である。 前記吐出量制御装置から吐出されるインクの液滴の着弾状態を示す概略平面図である。 前記吐出量制御装置から吐出されるインクの液滴の着弾状態を示す概略平面図である。 前記吐出量制御装置によりガラス基板上に膜を形成した状態を示す概略図である。 前記吐出量制御装置によりガラス基板上に形成された膜の膜厚を測定している状態を示す概略図である。 前記吐出量制御装置によりガラス基板上に形成された膜を示す縦断面図である。 前記吐出量制御装置により補正後に吐出されるインクの液滴の着弾状態を示す概略平面図である。 前記吐出量制御装置により補正後にガラス基板上に形成された膜を示す縦断面図である。 前記吐出量制御装置の動作を示す概略図である。 前記吐出量制御装置の動作を示す概略図である。

符号の説明

１ インクジェットプリンタの吐出量制御装置
２ ガラス基板（被塗布物）
３ プリントヘッド
４ ノズル
６ 膜厚測定手段
７ 記憶手段
８ 吐出量制御手段
Ａ 液滴
Ｂ 膜
Ｂａ 目標膜厚

Claims (3)

1. 塗布幅方向に複数のノズルを有するプリントヘッドからインク非吸収性を備えた被塗布物上にインクを吐出して該被塗布物上に膜を形成する膜形成工程と、該膜形成工程で被塗布物上に形成された膜の膜厚を前記塗布幅方向に沿って各ノズルのインク吐出位置との関連において測定して各ノズルからのインク吐出量のバラツキを検出する膜厚測定工程と、該膜厚測定工程で測定された各ノズルのインク吐出位置での膜厚と目標膜厚との相違に基づいて各ノズルからのインク吐出量を前記バラツキがなくなるように増減補正する吐出量補正工程とを、ノズル配列方向に沿うように隣接配置した複数個のプリントヘッドについて実行すると共に、前記吐出量補正工程で各ノズルのインクの吐出量を増減補正するために作成した補正データを、前記複数個のプリントヘッド毎に記憶させておくことを特徴とするインクジェットプリンタの吐出量制御方法。
2. 前記吐出量補正工程では、前記膜厚測定工程で測定された膜の膜厚が目標膜厚よりも大きい部位または小さい部位を検出し、その検出された部位に対応するノズルからのインクの吐出量を増減補正するようにし、そのインクの吐出量の増減補正は、ノズルから吐出されたインクの被塗布物上での液滴数の分布を変化させることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリンタの吐出量制御方法。
3. 塗布幅方向に複数のノズルを有する複数個のプリントヘッドがノズル配列方向に沿って隣接配置されてなるインクジェットプリンタの吐出量制御装置であって、
   前記複数個のプリントヘッドからインクが吐出されることにより表面に膜が形成されるインク非吸収性を備えた被塗布物と、該被塗布物上に形成された膜の膜厚を前記塗布幅方向に沿って各ノズルのインク吐出位置との関連において測定して各ノズルからのインク吐出量のバラツキを検出する膜厚測定手段と、該膜厚測定手段により測定された各ノズルのインク吐出位置での膜厚と目標膜厚との相違に基づいて各ノズルからのインク吐出量を前記バラツキがなくなるように増減補正する吐出量補正手段と、該吐出量補正手段が各ノズルからのインク吐出量を増減補正するための補正データを記憶する記憶手段とを備え、該記憶手段は、前記複数個のプリントヘッド毎に前記補正データを記憶するように構成されていることを特徴とするインクジェットプリンタの吐出量制御装置。

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