JP5141336B2 - インクジェット印刷装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のインクジェットヘッドを備える印刷装置に関するものである。本発明に係る印刷装置は、例えば、液晶表示パネルに適用されるカラーフィルタの印刷に適する。

周知のように、液晶表示パネルは、２枚の基板の間に液晶を封入し、これら２枚の基板に設けられた電極間に電圧を印加して前記液晶を画素毎に駆動させ、その光学的性質を変化させることにより、光の透過と遮断とを制御して画面表示を行う表示装置である。

これら基板としては、ガラス板を基材として、この基材上に液晶駆動用の電極を設けたものが一般に使用されている。これら２枚の基板のうち一方の基板に設けられる電極は透明であり、例えばＩＴＯの薄膜が利用されている。他方の基板に設けられる電極は、液晶駆動形式によって異なるが、例えば、画素毎に配列された多数の透明電極や反射電極であり、これら多数の電極のそれぞれに接続された多数のＴＦＴが配列されている。

また、これら基板には表示光を着色するカラーフィルタ膜が設けられていることもある。カラーフィルタ膜は、前記画素に対応して配列された多数の着色膜から構成されており、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の着色膜がそれぞれの画素に対応して配列されている。かかるカラーフィルタ膜を備える基板を利用することにより、カラー画面の表示が可能となる。なお、カラーフィルタ膜を備える基板を「カラーフィルタ」と呼ぶこともある。

従来、このカラーフィルタは、一般に、前記基材（ガラス板又は電極等を設けたガラス板）にフォトリソグラフィー法によって前記カラーフィルタ膜を形成することで製造されていた。この方法は、着色剤を混合したフォトレジストを前記基板に塗布し、パターン状に露光して着色フォトレジスト膜を硬化させ、現像して非露光部位を溶解除去すると共に露光部位を基板上に残存させて前記着色膜とする方法である。そして、この工程を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色毎に繰り返すことにより、カラーフィルタを製造することができる。

近年、基板の大型化が進むと共に、パネル価格の下落に伴ってカラーフィルタのコストダウン要求も更に厳しく求められている。しかし、基板が大型になるに伴いカラーフィルタの製造設備の大型化が必要となり、また、これら製造設備を収容するフットプリント（設置面積）も大きくする必要があり、このため、カラーフィルタの製造コストを十分に低下させることができなかった。また、フォトリソグラフィー法によれば着色フォトレジスト膜の一部は現像によって除去され廃棄されることから、この廃棄する着色フォトレジストのコストもコストウアップの要因となっていた。

そこで、近年、フォトリソグラフィー法に代えてインクジェットヘッドを用いて直接前記着色膜を印刷する方法が検討されている。この方法によれば、それぞれ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の着色インクを吐出する３種類のインクジェットヘッドを備える印刷装置を使用し、これら多数のインクジェットヘッドから順次かつ直接前記基板に印刷して前記着色膜を形成するため、フォトリソグラフィー法に必要であった露光、現像等の工程が不要であるため、その製造設備を小さくすることが可能であり、フットプリントも削減することができる。また、フォトリソグラフィー法に必要であった現像工程も不要であることから、原材料の廃棄も少なくて済む。

そして、基板の大型化が進むにつれてその生産性の向上のため、各色のインクジェットヘッドを複数個配列して、これら複数個のインクジェットヘッドを同時に駆動されて印刷する方法が採用されるようになった。また、これに加えて、カラーフィルタの高精細化の要請に応えるため、これら複数個のインクジェットヘッドは密集して配列されるようになってきた。

しかしながら、このように同一色のインクを塗出する複数個のインクジェットヘッドを密集させて、しかも、同時に駆動させてカラーフィルタを製造する場合、これら複数個のインクジェットヘッドから吐出されるインクの量が不均一であると、得られるカラーフィルタに色むらが生じることになる。

複数個のインクジェットヘッドから吐出されるインクの量が不均一となるには種々の原因がある。例えば、インク中に存在する気泡が原因になって、吐出されるインクの量が不均一となることがある。これを防ぐため、特許文献１では、インクジェットヘッドの吐出口近傍の共通液室内の気泡を除去するインク循環型のインクジェット印刷装置が提案されている。

しかしながら、複数個のインクジェットヘッドから吐出されるインクの量が不均一となるには、その外の原因もある。すなわち、インクの供給源から供給されたインクは、分配ヘッダを介してそれぞれのインクジェットヘッドに分配されるが、この分配ヘッダとインクジェットヘッドとの間の配管デザインによってインク供給圧が異なることがあり、このインク供給圧の相違に基づいてインクジェットヘッドから吐出されるインクの量が不均一となることがある。

また、インク循環型のインクジェット印刷装置においては、インクジェットヘッドにて費消されなかったインクを集合ヘッダに排出して集め、前記分配ヘッダに供給して、インクを循環させているが、それぞれのインクジェットヘッドと前記集合ヘッダとのインク排出圧が相違すると、このインク排出圧の相違に基づいてインクジェットヘッドから吐出されるインクの量が不均一となることもある。

また、インクの粘度が高い場合には、やはり、吐出されるインクの量が不均一となるのである。これを防ぐため、インクジェットヘッドを加温してインクジェットヘッドのインクの粘度を低下させる方法もあるが、前記分配ヘッダから供給されるインクの温度が低いため、インクジェットヘッド中のインクの温度にばらつきが生じ、このため、インクの粘度のむらが生じて、吐出されるインクの量が不均一となることもある。

特開２０００−１８５３９５号公報

本発明は以上のような技術的背景の下でなされたものであり、インクジェットヘッド中のインクにかかる圧力むらを防いで、この圧力むらに起因する印刷むらを防止することのできるインクジェット印刷装置を提供することを目的とするものである。

また、これに加え、予備的に、本発明は、インクジェットヘッド中のインクの温度むらを防いで、この温度むらに起因する印刷むらを防止することのできるインクジェット印刷装置を提供することを目的とするものである。

すなわち、請求項１に記載の発明は、インクを吐出する複数のインクジェットヘッドを含む循環配管経路と、この循環配管経路にインクを供給するインク供給源とを備え、
この循環配管経路が、複数のインクジェットヘッドと、インク供給源と複数の前記インクジェットヘッドとの間にあってインク供給源から供給されたインクを複数のインクジェットヘッドに分配する分配ヘッダと、複数の前記インクジェットヘッドにて費消されなかったインクを排出して集める集合ヘッダと、この集合ヘッダに集められたインクを前記分配ヘッダに戻して供給する循環経路とを有するインクジェット印刷装置において、
前記分配ヘッダ及び集合ヘッダのうち少なくともいずれか一方に、エア抜き口と、このエア抜き口に設けられた圧力センサを備えることを特徴とするインクジェット印刷装置である。

この発明においては、分配ヘッダ及び集合ヘッダのうち少なくともいずれか一方に、エア抜き口と、このエア抜き口に設けられた圧力センサを備える。例えば、分配ヘッダにエア抜き口と、このエア抜き口に設けられた圧力センサを備える場合には、このエア抜き口によって、それぞれのインクジェットヘッドごとに、このインクジェットヘッドに供給されるインクのインク供給圧力を制御することができる。また、そのインク供給圧力は、前記圧力センサによって検出することができるから、この検出データに応じてインクの供給量を制御してその供給圧力を制御することが可能である。

また、集合ヘッダにエア抜き口と、このエア抜き口に設けられた圧力センサを備える場合には、このエア抜き口によって、それぞれのインクジェットヘッドごとに、このインクジェットヘッドから排出されるインクの排出圧力を制御することができる。また、そのインク排出圧力は、前記圧力センサによって検出することができるから、この検出データに応じてインクの排出量を制御してその排出圧力を制御することが可能である。

次に、請求項２に係る発明は、分配ヘッダにエア抜き口と、このエア抜き口に設けられた圧力センサを備えることを明らかにしたものである。すなわち、請求項２に係る発明は、前記分配ヘッダに、エア抜き口と、このエア抜き口に設けられた圧力センサを備え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である。

ところで、請求項２に係る発明において、それぞれのインクジェットヘッドごとにそのインク供給圧力を制御するためには、分配ヘッダとそれぞれのインクジェットヘッドとの間に、インク供給量を制御するバルブを備えることが望ましい。このバルブをインクジェットヘッド毎に備えることにより、インク供給量を制御することにより、そのインク供給圧力を制御することが可能となるからである。

請求項３に係る発明はこのような理由からなされたもので、すなわち、分配ヘッダの前記エア抜き口と複数のインクジェットヘッドとの間に、インクの供給圧力を制御するヘッド供給バルブを、インクジェットヘッド毎に、有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印刷装置である。

また、請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明において、複数のインクジェットヘッドに供給されるインクの供給圧力を検知して、この情報をもとにインクの供給圧力の制御を可能とするもので、すなわち、請求項４に係る発明は、分配ヘッダとヘッド供給バルブの間に、ヘッドの供給圧をモニタするヘッド供給圧センサ１２を備えることを特徴とする請求項３に記載のインクジェット印刷装置である。

次に、請求項５に係る発明は、請求項１に係る発明において、集合ヘッダにエア抜き口と、このエア抜き口に設けられた圧力センサを備えることを明らかにしたものである。すなわち、請求項５に係る発明は、前記集合ヘッダに、エア抜き口と、このエア抜き口に設けられた圧力センサを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェット印刷装置である。

また、請求項６に係る発明は、それぞれのインクジェットヘッドごとにそのインク排出圧力を制御することを可能としたもので、すなわち、集合ヘッダの前記エア抜き口と複数の印刷ヘッドとの間に、インクの排出圧力を制御するヘッド排出バルブを、インクジェットヘッド毎に、有することを特徴とする請求項５に記載のインクジェット印刷装置である。この発明によれば、ヘッド排出バルブをインクジェットヘッド毎に備えるため、インク排出量を制御することにより、そのインク排出圧力を制御することが可能となる。

また、請求項７に係る発明は、請求項６に係る発明において、複数のインクジェットヘッドから排出されるインクの排出圧力を検知して、この情報をもとにインクの排出圧力の制御を可能とするもので、すなわち、請求項７に係る発明は、ヘッド排出バルブと集合ヘッダの間にヘッド排出圧をモニタするヘッド排出圧センサを備えることを特徴とする請求項６に記載のインクジェット印刷装置である。

次に、請求項８に係る発明は、インクジェットヘッドに供給されるインクの温度を制御して、インクジェットヘッド中のインクの温度低下と粘度上昇とを共に防止し、この温度低下と粘度上昇に伴う印刷むらを防止するものである。

すなわち、請求項８に係る発明は、分配ヘッダが加温手段を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のインクジェット印刷装置であり、この発明によれば、インクは分配ヘッダにおいて加温された後にインクジェットヘッドに供給されるから、インクジェットヘッド中のインクの温度低下を防止することができ、したがって、インクの温度低下に起因する粘度上昇を防止でき、この粘度上昇に起因する印刷むらを防ぐことができる。

本発明によれば、インクジェットヘッド中のインクにかかる圧力むらを防いで、この圧力むらに起因する印刷むらを防止することが可能となる。また、これに加えて、請求項６に係る発明によれば、インクジェットヘッド中のインクの温度に起因する印刷むらを防止することもできる。このため、均一でむらのない印刷物を製造することが可能となる。

次に、図面を参照して、本発明の最良の形態を説明する。図１は本発明に係るインクジェット印刷装置の説明図であり、より正確に述べれば、インクの流路に着目したインクジェット印刷装置の説明図である。また、図２は、分配ヘッダ、インクジェットヘッド及びその周辺を図示した要部説明図である。また、図３は、ヘッド供給バルブ及びヘッド排出バルブ１５の例を示す説明図である。

図１において、インク供給源１とディスペンスポンプ３との間にポンプＩＮバルブ２が配置されている。ディスペンスポンプ３はサーボモータにて駆動し、前記サーボモータの動作によってインクの吐出を極めて正確に行われるようにディスペンスポンプ３が駆動制御され、さらに吐出停止に対してもサーボモータの動作によって制御される。

ディスペンスポンプ３から下流側にポンプベントバルブ４が配置されている。下流側にポンプアウトバルブ５が接続された先にはＴ字配管で循環配管経路が接続されている。循環配管最上部にはハイボジションバルブ６が接続され、配管上部に溜まったエア抜きを行う。インクの循環を行う循環ポンプ７から循環往路側から分配ヘッダ供給バルブ８を通して分配ヘッダ９に接続しており、それぞれのインクジェットヘッド１４へのインクの分配を行う。分配ヘッダ９とそれぞれのインクジェットヘッド１４の間には、インクジェットヘッド１４毎に、ヘッド供給バルブ１３を接続しており、このヘッド供給バルブ１３を制御することにより、それぞれのインクジェットヘッド１４へのインク供給量とインク供給圧力とを制御することができる。分配ヘッダ９とヘッド供給バルブ１３の間にはヘッドの供給圧をモニタするヘッド供給圧センサ１２を接続し、各々のヘッドへのインク供給圧力バランスを確認する。

そして、インクジェットヘッド１４による印刷に費消されなかったインクは、インクジェットヘッド１４の共通液室から排出され、ヘッド排出バルブ１５を通り、集合ヘッダ１７でインクを集合し、集合ヘッダ排出バルブ２０を通り、循環ポンプ７に戻されて、再度分配ヘッダ９に供給される。ヘッド排出バルブ１５と集合ヘッダ１７の間にヘッド排出圧をモニタするためにヘッド排出圧センサ１６が接続されている。

そして、分配ヘッダ９と集合ヘッダ１７とは、加温手段２１を介して固定されており、この加温手段２１によって分配ヘッダ９中のインクが加温されてインクジェットヘッド１４に供給される。また、同様に、この加温手段２１によって集合ヘッダ１７中のインクが加温されて循環ポンプ７に戻される。

なお、図２に示すように、分配ヘッダ９にはエア抜き口が設けられ、このエア抜き口には、開閉のための分配ヘッダベントバルブ１０があり、分配ヘッダベントバルブ１０の片側にはバルブ前に分配ヘッダ圧を確認するために分配ヘッダ圧センサ１１が接続されている。

また、集合ヘッダ１７にも、分配ヘッダ９と同様に、エア抜き口が設けられ、このエア抜き口には、開閉のための集合ヘッダベントバルブ１８を設けている。集合ヘッダベントバルブ１８の片側には集合ヘッダ圧を確認する集合ヘッダ圧センサ１９が接続され各ヘッドのインク排出圧バランスを確認する。なお、集合ヘッダ１７、インクジェットヘッド１４及びその周辺を図示すると、図２と略同様となるため、その図示を省略している。図２において、分配ヘッダベントバルブ１０の代わりに集合ヘッダベントバルブ１８を設け、分配ヘッダ圧センサ１１の代わりに集合ヘッダ圧センサ１９を設ければ、集合ヘッダ１７、インクジェットヘッド１４及びその周辺を図示したものとなる。このため、図２において、１１（１８）と表記している。すなわち、集合ヘッダ１７、インクジェットヘッド１４及びその周辺の図示においては、分配ヘッダベントバルブ１０の代わりに集合ヘッダベントバルブ１８を設ける趣旨である。また、同様に１２（１９）と表記している。集合ヘッダ１７、インクジェットヘッド１４及びその周辺の図示においては、分配ヘッダ圧センサ１２の代わりに集合ヘッダ圧センサ１９を設ける趣旨である。

次に、ヘッド供給バルブ１３としては、例えば、図３に示すものが利用できる。図３はスプリングとエアとを利用して開閉を行うもので、図３（Ａ）ではスプリングの力で閉じている。また、図３（Ｂ）ではエアの力で開いており、インクを供給することができる。エア圧の調整は電空レギュレータ等を用いて行うことができ、また、エア圧の調整によってインクジェットヘッド１４に対するインクの供給量と供給圧力とを制御することができる。なお、ヘッド排出バルブ１５として図３に示すものを利用することができ、その場合には、インクジェットヘッド１４から排出するインクの排出量と排出圧力とを制御することができる。る。そして、このため、分配ヘッダと集合ヘッダの圧力分布によらず、各ヘッドの循環時における圧力の均一化を図ることができる。

なお、循環型インクジェットヘッドも従来ヘッド同様塗工中と塗工中以外も負圧制御を行っており、インク循環時にも負圧によりノズル面のメニスカスを保持する必要がある。本発明の場合ディスペンスポンプ３による負圧制御は分配ヘッダ９の圧力をもとに行う。インクジェットヘッド１１内の圧力損失が分かっていればヘッドの負圧圧力設定は可能である。制御を行う基の他圧力情報としては集合ヘッダセンサ圧、ヘッド供給センサ圧平均値、ヘッド排出センサ圧平均値、分配ヘッダセンサ圧と集合ヘッダセンサ圧の分圧、ヘッド供給センサ圧平均値とヘッド排出センサ圧平均値の分圧があるがいずれを基に制御しても構わない。

本発明に係る印刷装置は、カラーフィルタの製造に適用できるほか、回路基板の回路パターン、薄膜トランジスタの配線パターン、マイクロレンズのレンズパターンなどの印刷に利用することが可能である。

本発明に係るインクジェット印刷装置の説明図。 分配ヘッダ、インクジェットヘッド及びその周辺を図示した要部説明図。 ヘッド供給バルブ及びヘッド排出バルブ１５の例を示す説明図。

符号の説明

１ インク供給源
２ ポンプＩＮバルブ
３ ディスペンスポンプ
４ ポンプベントバルブ
５ ポンプアウトバルブ
６ ハイボジションバルブ
７ 循環ポンプ
８ 分配ヘッダ供給バルブ
９ 分配ヘッダ
１０ 分配ヘッダベントバルブ
１１ 分配ヘッダ圧センサ
１２ ヘッド供給圧センサ
１３ ヘッド供給バルブ
１４ インクジェットヘッド
１５ ヘッド排出バルブ
１６ ヘッド排出圧センサ
１７ 集合ヘッダ
１８ 集合ヘッダベントバルブ
１９ 集合ヘッダ圧センサ
２０ 集合ヘッダ排出バルブ
２１ 加温手段

Claims (2)

1. インクを吐出する複数のインクジェットヘッドを含む循環配管経路と、この循環配管経路にインクを供給するインク供給源とを備え、
   この循環配管経路が、複数のインクジェットヘッドと、インク供給源と複数の前記インクジェットヘッドとの間にあってインク供給源から供給されたインクを複数のインクジェットヘッドに分配する分配ヘッダと、複数の前記インクジェットヘッドにて費消されなかったインクを排出して集める集合ヘッダと、この集合ヘッダに集められたインクを前記分配ヘッダに戻して供給する循環経路とを有するインクジェット印刷装置において、
   前記分配ヘッダ及び集合ヘッダのうち少なくともいずれか一方に、エア抜き口と、このエア抜き口に設けられた圧力センサを備え、
   前記集合ヘッダに、エア抜き口と、このエア抜き口に設けられた圧力センサを備え、
   集合ヘッダの前記エア抜き口と複数のインクジェットヘッドとの間に、インクの排出圧力を制御するヘッド排出バルブを、インクジェットヘッド毎に、有することを特徴とするに記載のインクジェット印刷装置。
2. ヘッド排出バルブと集合ヘッダの間にヘッド排出圧をモニタするヘッド排出圧センサを備え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。

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