インクジェットによる液体の吐出方法およびインクジェット装置
【課題】ノズルの開口部が小さいインクジェット装置であっても、液体を高精度で吐出する方法を提供すること。
【解決手段】インクジェット装置のアクチュエータに、１駆動周期内に駆動パルスをｎ〔ｎは２以上の整数である〕回供給することで、前記液体を吐出する方法において：ｍ〔ｍは１から（ｎ−１）までの整数である〕回目の前記駆動パルスによってノズルから押し出され、かつ飛翔していない液滴を、ｍ＋１回目の前記駆動パルスによってノズルから押し出された液滴と合体させ、さらにｎ回目の前記駆動パルスによって前記合体した液滴を飛翔させ、液体を吐出させる。
【解決手段】インクジェット装置のアクチュエータに、１駆動周期内に駆動パルスをｎ〔ｎは２以上の整数である〕回供給することで、前記液体を吐出する方法において：ｍ〔ｍは１から（ｎ−１）までの整数である〕回目の前記駆動パルスによってノズルから押し出され、かつ飛翔していない液滴を、ｍ＋１回目の前記駆動パルスによってノズルから押し出された液滴と合体させ、さらにｎ回目の前記駆動パルスによって前記合体した液滴を飛翔させ、液体を吐出させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットによる液体の吐出方法およびインクジェット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット装置は、インクジェットヘッドに収容された液体を吐出することで印字を行う装置である。インクジェット装置に搭載されるインクジェットヘッドは、インクを収容する圧力室と、圧力室に連通するノズルと、ノズルからインクを吐出させるように圧力室内のインクに圧力を付与するアクチュエータとを備えている。また、インクジェット装置は、アクチュエータに駆動信号を供給する駆動信号供給手段を備えている。ヘッドの小型化等のため、アクチュエータとしては、圧電素子を有するものがよく用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
近年このようなインクジェット装置は、有機ＥＬディスプレイや液晶パネルなどの電子デバイスの製造に適用されている。インクジェット装置で、有機ＥＬディスプレイや液晶パネルを製造するには、インクジェットヘッドに有機発光材料を含むインクや、液晶材料などの機能液を供給し、準備したパネルに印刷すればよい。
【０００４】
インクジェット装置を電子デバイスの製造に適用する場合、インクジェット装置には、高い印刷精度が求められる。このため、インクジェット装置を電子デバイスの製造に適用する場合、印刷精度を上げるために、より小さい開口部を有するノズルを含むインクジェットヘッドが用いられる。
【０００５】
また、ノズルから２以上の液滴を吐出し、後から吐出する液滴の吐出速度を先に吐出する液滴の吐出速度よりも速くすることにより、同一のノズルから吐出された２つの液滴同士を飛翔中に合体させ、一つの液滴にしてから着弾させる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。このような方法では、飛翔中に合体させる液滴の数を調整することで、記録媒体上のインクドッドの大きさを調整することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２０５２８５号公報
【特許文献２】特開２００３−１７５６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述のように小さい開口部のノズルを有するインクジェットヘッドを用いて印刷した場合、印刷条件によって液体の吐出精度が低下することがあった。例えば、高分子有機ＥＬ材料を含む溶液など粘度の高い液体を吐出する場合や、吐出開始直後などは、液滴の吐出角度が安定せず、液滴の直進性が低下し、インクジェット装置の印刷精度が低下することがあった。
【０００８】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、小さい開口部のノズルを有するインクジェットヘッドから高精度で液体を吐出する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、ノズルから飛翔させる液滴の重量を増加させることで、飛翔する液滴の直進性が向上し、液体の吐出精度が向上することを見いだして本発明を完成させた。
【００１０】
すなわち本発明の第１は、以下に示す液体の吐出方法に関する。
［１］所定の液体を収容する圧力室と、前記圧力室と連通するノズルと、前記圧力室内の液体に圧力を付与するアクチュエータと、を有するインクジェットヘッドから、前記アクチュエータに１駆動周期内に駆動パルスをｎ回〔ｎは２以上の整数である〕供給することで、前記液体を吐出する方法であって、ｍ回目〔ｍは１から（ｎ−１）までの整数である〕の前記駆動パルスによってノズルから押し出され、かつ飛翔していない液滴を、ｍ＋１回目の前記駆動パルスによってノズルから押し出された液滴と合体させるステップ、およびｎ回目の前記駆動パルスによって前記合体した液滴を飛翔させて、前記液体を吐出するステップ、を有する液体の吐出方法。
［２］ｍ回目の前記駆動パルスのパルス周期をＴｍとし、ｍ＋１回目の前記駆動パルスのパルス周期をＴｍ＋１としたときに、Ｔｍ≦Ｔｍ＋１である、［１］に記載の吐出方法。
［３］ｍ回目の前記駆動パルスのパルス電圧をＶｍとし、ｍ＋１回目の前記駆動パルスのパルス電圧をＶｍ＋１としたときに、Ｖｍ≦Ｖｍ＋１である、［１］または［２］に記載の吐出方法。
［４］前記駆動パルスのパルス周期Ｔは、前記アクチュエータの固有振動周期Ｔａに対して、０．５Ｔａ≦Ｔ≦１．５Ｔａである、［１］〜［３］のいずれか一つに記載の吐出方法。
［５］ｎ回目の前記駆動パルスを前記アクチュエータに供給した後に、前記ｎ回目の駆動パルスとは逆位相の波形を有するパルスを前記アクチュエータに供給するステップをさらに有する、［１］〜［４］のいずれか一つに記載の吐出方法。
【００１１】
本発明の第２は、以下に示すインクジェット装置に関する。
［６］所定の液体を収容する圧力室と、前記圧力室と連通するノズルと、前記圧力室内の液体に圧力を付与するアクチュエータと、を有するインクジェットヘッド；および前記アクチュエータに１駆動周期内にｎ回〔ｎは２以上の整数である〕の駆動パルスを有する駆動信号を供給する駆動信号供給手段；を有するインクジェット装置であって、前記駆動信号は、ｍ回目〔ｍは１から（ｎ−１）までの整数である〕の前記駆動パルスによってノズルから押し出され、かつ飛翔していない液滴が、ｍ＋１回目の前記駆動パルスによってノズルから押し出された液滴と合体し、かつ、ｎ回目の前記駆動パルスによって前記合体した液滴が飛翔するように調整されている、インクジェット装置。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ノズルの開口部が小さい場合であっても、ノズルから飛翔する液滴の重量を増大することができ、飛翔する液滴の直進性が向上し、インクジェット装置の印刷精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】液体の吐出角度を示す図
【図２】実施の形態１のインクジェット装置の構成図
【図３】実施の形態１の駆動信号供給手段が形成する駆動信号の波形を示す図
【図４】実施の形態１の吐出方法を示す図
【図５】実施の形態２の駆動供給手段が形成する駆動信号の波形を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
１．インクジェット装置について
本発明のインクジェット装置は、インクジェットヘッドと、駆動信号供給手段と、を有する。本発明のインクジェット装置は、後述するように駆動信号供給手段が供給する駆動信号の波形に特徴を有する。
【００１５】
インクジェットヘッドは、インクジェット装置のうち、液体の吐出を行う部材である。インクジェットヘッドは、インクを収容する複数の圧力室と各圧力室にそれぞれ連通する複数のノズルと、各圧力室内の液体に圧力を付与する複数のアクチュエータとを有する。
【００１６】
圧力室は、リザーバなどの液体補給部から供給された液体を収容するための空間である。圧力室は、通常供給口を介してリザーバに接続されている。
【００１７】
圧力室に供給される液体は、印刷する対象物によって適宜選択される。例えば対象物が有機ＥＬパネルである場合、圧力室に供給される液体は、ＰＥＤＯＴ:ＰＳＳなどの正孔注入材料や、発光材料等の有機発光物質を含有する溶液である。また、対象物が液晶パネルである場合、圧力室に供給される液体は、液晶材料等の高粘度の機能液である。
【００１８】
本発明では、圧力室に供給される液体の粘度が高いことが好ましい。具体的には、圧力室に供給される液体の粘度は、１〜４０ｍＰａｓであることが好ましい。液体の粘度を上げるには溶質の濃度を上げるか、溶媒の粘度を上げればよい。また、圧力室に供給される液体の表面張力は、例えば１０〜７５ｍＮ／ｍであり、圧力室に供給される液体の密度は、例えば０．７〜１．２ｇ／ｃｍ３である。このような液体の例には、高分子有機ＥＬ材料を０．１〜２ｗｔ％含む溶液などが含まれる。圧力室に供給される液体の粘度が高いと、ある一の駆動パルスによってノズルから押出された液滴が飛翔する前に、次のパルスによって押出された液滴と合体することが容易になる（後述）。
【００１９】
アクチュエータは、入力されたエネルギを物理的なエネルギへと変換し各圧力室内の液体に圧力を付与するための機構である。アクチュエータは、例えばヒータまたは圧電素子を有する。
【００２０】
圧電素子を有するアクチュエータは、圧電素子と圧電素子に電圧を印加するための電極とを有するピエゾ式のアクチュエータであって、特に、たわみ振動型のアクチュエータであることが好ましい。この場合、アクチュエータは、圧力室を縮小または拡大させることで圧力室内の圧力を変化させ、ノズルの開口部から液滴を押し出したり、圧力室に液体を充填したりする。一方、ヒータを有するアクチュエータは、圧力室内の液体を気化させ、そのときに生じた泡の体積変化によって液体に圧力を付与する。
【００２１】
ノズルは、圧力室と連通し、開口部を有する管である。ノズルの開口部からは液体が吐出される。本発明のノズルの開口部の径は１０〜１００μｍであることが好ましい。
【００２２】
駆動信号供給手段は、アクチュエータに接続されており、駆動信号をアクチュエータに供給する。駆動信号供給手段は、駆動信号発生回路および選択回路を有していてもよい。駆動信号発生回路は、外部から入力された駆動制御信号の指示に応じて、駆動信号を選択回路に出力する。選択回路は、選択すべき駆動信号の情報に基づいて、駆動信号発生回路から出力された複数の駆動信号のうち、所定の駆動信号を選択し、選択した駆動信号をアクチュエータに供給する。
【００２３】
本発明のインクジェット装置を用いて有機ＥＬパネルを製造する場合には、インクジェット装置を含む有機ＥＬパネルの製造装置を用意し、有機ＥＬパネルの製造装置を制御する主制御部から「駆動制御信号」および「選択すべき駆動信号の情報」を出力すればよい。
【００２４】
本発明のインクジェット装置は、駆動信号供給手段によって供給される駆動信号が、１駆動周期内に２以上の駆動パルスを有することを特徴とする（図３参照）。ここで「１駆動周期」とは、ノズルの開口部から１つのドットパターンを印字するために、アクチュエータが動作する時間を意味する。「駆動パルス」とは、圧力室をいったん減圧してから加圧するようにアクチュエータを駆動し、かつノズルから液体を吐出するための最小の電圧以上のパルス電圧を有するパルスを意味する。駆動信号供給手段によって供給される駆動信号の詳細は、以下の吐出方法において説明する。
【００２５】
２．液体の吐出方法について
本発明の液体の吐出方法は、上述のインクジェット装置を用いて、インクジェットヘッドから液体を吐出することを特徴とする。
【００２６】
本発明の吐出方法は、
第１ステップ：ｎ回（ｎは２以上の整数である）の駆動パルスのそれぞれによりノズルから押出される液滴を合体させるステップと、
第２ステップ：第１ステップで合体させた液滴を飛翔させて、液体を吐出するステップと、を有する（図４参照）。
【００２７】
具体的には第１ステップにおいて、駆動信号供給手段に、１駆動周期内にｎ個の駆動パルスを有する駆動信号をアクチュエータに供給させる。ここでｎは２以上の整数を意味する。つまり、１回の液体の吐出を、複数回の駆動パルスで実現する。そのために、ｍ回目の駆動パルスによってノズルから押出された液滴が飛翔する前に、（ｍ＋１）回目の駆動パルスを供給する。それにより、ｍ回目の駆動パルスによってノズルから押出された液滴が、飛翔前にｍ＋１回目の駆動パルスによってノズルから押出された液滴と合体する。ここでｍは、１から（ｎ−１）までの整数を示し、ｎ＝２であれば前記合体は１回だけであるが；ｎ＝３以上であれば前記合体を（ｎ−１）回繰り返す。
【００２８】
各駆動パルスの強度（例えばパルス電圧）は、ノズルから液滴を吐出させることができる最小強度以上の強度であることが好ましい。各駆動パルスによりノズルから押出される液滴の量を十分な量とすることで、合体後の液滴の量を十分に多くするためである。ノズルから液滴を吐出させることができる最小強度は、液体の粘度や、圧力室やノズル形状などに応じて調整が必要である。
【００２９】
前記液滴の合体を実現するには、駆動信号の「パルス電圧」や、駆動信号の「パルス周期」などを適切に設定すればよい。「パルス電圧」とは、押出し動作が始まる立下り部の始点と押出し動作が終わる立下り部の終点との間の電位差を意味する（図３参照）。また、「パルス電圧」とは、引き込み動作が終わる立上り部の終点と押出し動作が終わる立下り部の終点との間の電位差であってもよい（図３参照）。パルス周期とは、駆動パルスの電位維持部の始点と立下り部の終点との間の時間を意味する（図３参照）。
【００３０】
具体的には、ｍ回目の駆動パルスのパルス電圧をＶｍとし、（ｍ＋１）回目の駆動パルスのパルス電圧をＶｍ＋１としたときに、Ｖｍ≦Ｖｍ＋１になるように調整することが好ましい。パルス電圧を徐々に上げることで、ｍ回目の駆動パルスによってノズルから押出された液滴が、飛翔する前に、ｍ＋１回目の駆動パルスによって押出された液滴に取り込まれて合体しやすくなる（図４参照）。前記の通り、全てのパルス電圧は、ノズルから液滴を吐出させることができる最小の電圧以上であればよい。また、パルス電圧の上限は、アクチュエータの破壊限界強度に応じて適宜調節されることが好ましい。
【００３１】
次に、ｍ回目の駆動パルスのパルス周期をＴｍとし、ｍ＋１回目の駆動パルスのパルス周期をＴｍ＋１としたときに、Ｔｍ≦Ｔｍ＋１になるように調整することが好ましい。つまり、駆動パルスのパルス周期を徐々に長くすることが好ましい。パルス周期を徐々に長くすることで、ｍ回目の駆動パルスによってノズルから液滴を押出した後に、圧力室内に十分量の液体を補給（充填）することができ、かつｍ＋１回目の駆動パルスによりノズルから押出される液適量が十分量となるので、ｍ回目の駆動パルスによってノズルから押出された液滴と合体しやすい。
【００３２】
さらに、駆動パルスのパルス周期Ｔはいずれも、アクチュエータの固有振動周期をＴａとしたとき、０．５Ｔａ≦Ｔ≦１．５Ｔａであることが好ましい。ノズルから押出された液滴の液面の共振周期に同期して駆動パルスを供給するためである。それにより、ノズルから押出された液滴が安定するので、次の駆動パルスによりノズルから押出される液滴と合体しやすい。パルス周期Ｔが上記範囲を外れると、ノズルから液滴が押し出されなかったり、押し出された液滴がバラバラになったりする。アクチュエータの固有振動周期をＴａは、通常１〜５０μ秒である。
【００３３】
また、駆動パルスの電圧変化時間をＴｃとしたとき、Ｖ／α≦Ｔｃ≦０．５Ｔであることが好ましい。ここで、αとはアクチュエータの追従可能限界勾配（Ｖ／μｓ）を意味する。また、駆動パルスの電圧変化時間とは、立上り部の始点と立上り部の終点との間の時間および立下り部の始点と立下り部の終点との間の時間を意味する（図３参照）。Ｔｃが、Ｖ／α以上であると、駆動パルスの波形にアクチュエータの駆動が追従する。これにより、吐出する液体の量のコントロールが容易になる。一方、Ｔｃが０．５Ｔ以上であると、十分なパルス電圧が得られなくなり、液体の吐出が困難になるので好ましくない。
【００３４】
さらに、ｍ回目の駆動パルスの供給が終了してから、（ｍ＋１）回目のパルスの供給が開始するまでのインターバル（電位維持部）の長さＴｉは、ｍ回目のパルス周期（Ｔｍ）の０．５倍以下であることが好ましい（図３参照）。また、１パルス周期内における電位維持部の長さＴｉと、駆動パルスのパルス幅Ｔｐとの比率は、１：１〜１：３であることが好ましい（図３参照）。
【００３５】
上述のように、第１ステップにおいて、駆動信号におけるｎ個の駆動パルスのそれぞれのパルス周期やパルス電圧などを調整することで、ｍ回目の駆動パルスによってノズルから押出された液滴が、飛翔する前に、ｍ＋１回目の駆動パルスによってノズルから押出された液滴と合体することができる。合体後の液滴の量は、各駆動パルスによってノズルから押出される液滴の量よりも大きくなる。例えば、第１ステップで得られる合体後の液滴の量は、２〜２０ｐｌとすることができる。
【００３６】
第２ステップにおいて、第１ステップでの合体により得られた液滴を、ｎ回目の駆動パルスの供給後にノズルから飛翔させて液体を吐出する。ｎ回目の駆動パルスの供給後に、液滴をノズルから飛翔させるには、ｎ回目の駆動パルスの供給後に駆動パルスを供給せずに、駆動パルスの供給を停止すればよい。
【００３７】
前記の通り、第１ステップで得られる合体後の液滴の量は、各駆動パルスによってノズルから押出された液滴の量よりも多くなる。したがって、ノズルから飛翔する液滴の重量も増大する。このように第２ステップでは、重量が増大した液滴をノズルから飛翔させることができるので；特に、ノズルの開口部が小さく、飛翔させる液滴を大きくすることが困難な場合であっても、ノズルから飛翔する液滴を大きくすることができる。
【００３８】
ノズルから飛翔する液滴の重量が大きいと、液滴の吐出精度を向上させることができる。「液滴の吐出精度が向上する」とは、例えば、ノズルから飛翔した液滴の直進性が向上することをいう。
【００３９】
表１には、粘度：１〜４０ｍＰａｓ、表面張力：１０〜７５ｍＮ／ｍ、密度：０．７〜１．２ｇ／ｃｍ３の液体を、本発明の吐出方法で吐出した場合と、従来の吐出方法（駆動信号が１駆動周期内に１つの駆動パルスのみを有する方法）で吐出した場合との、吐出された液滴の「径」、「体積」および「吐出角度範囲」についての比較結果が示される。ここで吐出角度とは図１に示されるように、ノズル１０１の中心軸Ｘと、ノズル１０１から吐出された液滴Ｄ１０とのずれを表した角度αを意味する。したがって吐出角度の範囲が小さいほど吐出精度が高い。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１に示されるように、本発明の吐出方法では、吐出される液滴の径および体積が、従来の吐出方法で吐出される液滴よりも大きいことがわかる。そして、本発明の吐出方法によれば、吐出角度の範囲（８．７ｍｒａｄ）が、従来の吐出方法の吐出角度（２２ｍｒａｄ）の範囲の半分以下にすることができることがわかる。これは、本発明の吐出方法による吐出を安定にすることができることを支持する。
【００４２】
また本発明は、第２ステップ後に、第１ステップおよび第２ステップで印加した駆動パルスとは逆位相の波形を有する補助パルスを供給するステップを有していてもよい（実施の形態２参照）。最後の駆動パルス後に逆位相の補助パルスを印加することで、メニスカスを安定させることができる。
【００４３】
以下、本発明のインクジェット装置およびインクジェットヘッドを用いた液体の吐出方法について、図面を参照しながら説明する。
【００４４】
［実施の形態１］
図２に、本発明の液体吐出方法を実現するインクジェット式記録装置の主要部の概略構成を示す。図２に示されるようにインクジェット式記録装置１０は、インクジェットヘッド１００と、インクジェットヘッド１００に駆動信号を供給する駆動信号供給手段１５０と、を有する。
【００４５】
図２に示されるようにインクジェットヘッド１００は、ノズル１０１が形成されたノズルプレート１０３と、圧力室１０５及びリザーバ１０７を区画する区画壁１０９とが積層されて構成されている。区画壁１０９の上には、アクチュエータ１１０が積層されている。ノズルプレート１０３は、例えば厚さ２０μｍのポリイミド板であり、区画壁１０９は、例えば厚さ４８０μｍのステンレス製ラミネート板またはステンレスと感光性ガラスとのラミネート板である。圧力室１０５は、リザーバ１０７から供給された液体１２０が収容されている。
【００４６】
アクチュエータ１１０は、圧力室１０５を覆う振動板１１１と、振動板１１１を振動させる薄膜の圧電素子１１３と、個別電極１１５とが順に積層されて構成されている。アクチュエータ１１０は圧電素子１１３の圧電効果を利用するものであって、いわゆる圧電アクチュエータである。振動板１１１は、例えば厚さ２μｍのクロム板であり、個別電極１１５と共に圧電素子１１３に電圧を印加するための共通電極として機能する。
【００４７】
圧電素子１１３は、例えば厚さ０．５μｍ〜５μｍのＰＺＴ（ジルコル酸チタン酸鉛）である。個別電極１１５は、例えば厚さ０．１μｍの白金板であり、アクチュエータ１１０の全体の厚さは、例えば約５μｍである。
【００４８】
駆動信号供給手段１５０は、駆動信号発生回路１５１と選択回路１５３とを有する。駆動信号発生回路１５１は、主制御部から出力された駆動制御信号の指示に応じた駆動信号を選択回路１５３に出力する。駆動信号は、選択回路１５３によって選択され、アクチュエータ１１０に供給される。
【００４９】
図３は実施の形態１の駆動信号供給手段１５０によってアクチュエータ１１０に供給される駆動信号の波形を示す。図３に示されるように、本実施の形態では、駆動信号Ｐは、第１駆動パルスＰ１および第２駆動パルスＰ２を有する。第１駆動パルスＰ１および第２駆動パルスＰ２は、圧力室１０５をいったん減圧してから加圧し、液体が吐出するようにアクチュエータ１１０を駆動するパルスである。
【００５０】
第１駆動パルスＰ１は、基準電位Ｖｍを維持する電位維持部Ｐ１１と、立上り部Ｐ１２と、ピークホールド部Ｐ１３と、立下り部Ｐ１４とからなる。立上り部Ｐ１２は圧力室１０５内を減圧するようにアクチュエータ１１０を駆動する電位であり、立下り部Ｐ１４は圧力室１０５内を加圧するようにアクチュエータ１１０を駆動する電位である。
【００５１】
第２駆動パルスＰ２は、基準電位Ｖｍを維持する電位維持部Ｐ２１と、立上り部Ｐ２２と、ピークホールド部Ｐ２３と、立下り部Ｐ２４とからなる。立上り部Ｐ２２は圧力室１０５内を減圧するようにアクチュエータ１１０を駆動する電位であり、立下り部Ｐ２４は圧力室１０５内を加圧するようにアクチュエータ１１０を駆動する電位である。
【００５２】
図３に示されるように第１駆動パルスのパルス周期Ｔ１は、第２駆動パルスＰ２のパルス周期Ｔ２よりも短い。
【００５３】
また、アクチュエータの固有振動周期をＴａとしたとき、第１駆動パルスＰ１および第２駆動パルスＰ２のパルス周期Ｔ（Ｔ１とＴ２）は、いずれも以下の条件を満たす。
０．５Ｔａ≦Ｔ≦１．５Ｔａ
【００５４】
また、第２駆動パルスＰ２の電位維持部Ｐ２１の長さＴｉ（第１駆動パルスＰ１と第２駆動パルスＰ２との間隔）はパルス周期Ｔ１の０．５倍以下である。また、電位維持部Ｐ２１の長さＴｉと第２駆動パルスＰ２のパルス幅Ｔｐとの比率は１：１〜１：３である。
【００５５】
さらに、駆動パルスの電圧変化時間Ｔｃは、Ｖ／α以上であり０．５Ｔ以下である。αとはアクチュエータの追従可能限界勾配（Ｖ／μｓ）を意味する。また、駆動パルスの電圧変化時間とは、立上り部（Ｐ１２、Ｐ２２）の始点と立上り部の終点との間の時間および立下り部（Ｐ１４、Ｐ２４）の始点と立下り部の終点との間の時間を意味する。
【００５６】
また、図３に示されるように第１駆動パルスＰ１のパルス電圧Ｖ１は、第２駆動パルスＰ２のパルス電圧Ｖ２よりも小さい。また、第１駆動パルスＰ１および第２駆動パルスＰ２のパルス電圧Ｖは、いずれも吐出最小電圧以上である。
【００５７】
次に、上述した駆動信号をアクチュエータに供給し、液体を吐出する方法について説明する。図４に示されるように、液体の吐出方法は、１）合体した液滴Ｄ１０を形成する第１ステップ（図４Ａ１〜図４Ａ５）、２）合体した液滴Ｄ１０を飛翔させ、液体を吐出する第２ステップ（図４Ｂ１、図４Ｂ２）を有する。以下、第１ステップと第２ステップとに分けて駆動信号と液体の挙動との関係について説明する。
【００５８】
１）第１ステップについて
図４Ａ１は、第１駆動パルスＰ１の電位維持部Ｐ１１時点のノズル１０１の開口部付近の液体１２０の挙動を示す。図４Ａ１に示されるように第１駆動パルスＰ１の電位維持部Ｐ１１時点では、液体１２０は静止している。
【００５９】
図４Ａ２は、第１駆動パルスＰ１のピークホールド部Ｐ１３時点のノズル１０１の開口部付近の液体１２０の挙動を示す。図４Ａ２に示すように、ピークホールド部Ｐ１３では、ピークホールド部Ｐ１３の前の立上り部Ｐ１２によって、圧力室１０５内が減圧されたことにより、ノズル１０１の開口部の液体１２０は、圧力室１０５内に引き込まれている。また、圧力室１０５内が減圧されたことにより、所定の液体１２０がリザーバ１０７から圧力室１０５内に供給される。
【００６０】
図４Ａ３は、第２駆動パルスＰ２の電位維持部Ｐ２１時点のノズル１０１の開口部付近の液体１２０の挙動を示す。図４Ａ３に示すように、電位維持部Ｐ２１時点では、第１駆動パルスＰ１の立下り部Ｐ１４によって、圧力室１０５内が加圧されたことにより、液体１２０がノズル１０１の開口部から押し出されて液滴Ｄ１が形成される。
【００６１】
図４Ａ４は、第２駆動パルスＰ２のピークホールド部Ｐ２３時点のノズル１０１の開口部付近の液体１２０の挙動を示す。図４Ａ４に示すように、ピークホールド部Ｐ２３時点では、ピークホールド部Ｐ２３の前の立上り部Ｐ２２によって、圧力室１０５内が減圧されたことにより、ノズル１０１の開口部の液体１２０は、圧力室１０５内に引き込まれている。また、圧力室内が減圧されたことにより、所定の液体１２０がリザーバ１０７から圧力室１０５内に供給される。上述のように本実施の形態では第２駆動パルスＰ２のパルス周期Ｔ２が第１駆動パルスのパルス周期Ｔ１よりも長いことから、圧力室１０５内に液体１２０を供給するための時間が確保され、液滴Ｄ１の形成によって減少した分の液体１２０を圧力室１０５内に供給することができる。一方、液滴Ｄ１は飛翔していない。
【００６２】
図４Ａ５は、第２駆動パルスＰ２後の電位維持部Ｐ３時点のノズル１０１の開口部付近の液体１２０の挙動を示す。図４Ａ５に示すように、電位維持部Ｐ３時点では、第２駆動パルスＰ２の立下り部Ｐ２４によって、圧力室１０５内が加圧されたことにより、液体１２０がノズル１０１の開口部から押し出されて液滴Ｄ２が形成される。上述のように本実施の形態では第２駆動パルスＰ２のパルス電圧Ｖ２が第１駆動パルスのパルス電圧Ｖ１より大きいことから、液滴Ｄ２が押し出される速度は、液滴Ｄ１が押し出される速度よりも速い。これにより、液滴Ｄ２は、飛翔していない液滴Ｄ１と合体し、合体した液滴Ｄ１０を形成することができる。このように第１ステップでは、第１駆動パルスＰ１によって形成された液滴Ｄ１と第２駆動パルスＰ２によって形成された液滴Ｄ２とを、飛翔前に合体させることで、重量の大きい液滴Ｄ１０を形成する。
【００６３】
２）第２ステップについて
第２ステップでは、図４Ｂ１および図４Ｂ２に示されるように、第２駆動パルスＰ２後、駆動パルスを停止することで、液滴Ｄ１０がノズル１０１の開口部から飛翔し、液体が吐出される。
【００６４】
このように本実施の形態では、２つの駆動パルスによって押し出された液滴を、液滴がノズルから飛翔する前に合体させることから、液滴の重量が増加する。これにより液体の吐出精度が向上する。
【００６５】
［実施の形態２］
実施の形態２では、液体を吐出した後、メニスカス振動を抑制するために、圧電素子に補助パルスを印加するステップを有する態様について説明する。
【００６６】
実施の形態２のインクジェット装置は、駆動信号供給手段が供給する駆動信号の波形が異なる以外は、実施の形態１のインクジェット装置と同じである。したがって、実施の形態２では、駆動信号形成手段が供給する駆動信号の波形について説明する。
【００６７】
図５は実施の形態２の駆動信号形成手段によって形成された駆動信号を示す。図５に示されるように実施の形態２における駆動信号Ｐは、第１駆動パルスＰ１、第２駆動パルスＰ２、第１補助パルスＰｈ１および第２補助パルスＰｈ２を有する。第１駆動パルスＰ１および第２駆動パルスＰ２は実施の形態１と同じである。
【００６８】
第１補助パルスＰｈ１は、第２駆動パルスＰ２とは逆位相の波形を有するパルスであり、駆動パルスによって生じた残留振動を打ち消すための信号である。第１補助パルスＰｈ１は、電位維持部Ｐｈ１１と、立下り部Ｐｈ１２と、ピークホールド部Ｐｈ１３と、立上り部Ｐｈ１４とからなる。第１補助パルスＰｈ１のパルス電圧Ｖｈ１は、第２駆動パルスＰ２のパルス電圧Ｖ２よりも小さく、第２補助パルスＰｈ２のパルス電圧Ｖｈ２よりも大きいことが好ましい。
【００６９】
ここで、第１補助パルスＰｈ１のパルス電圧Ｖｈ１とは、立上り部Ｐｈ１４の始点と立上り部Ｐｈ１４の終点との電位差を意味する。また、立下り部Ｐｈ１１の始点と立下り部Ｐｈ１１の終点との電位差Ｖｈ０は０であってもよい。すなわち第１補助パルスＰｈ１は、電位維持部Ｐｈ１１および立下り部Ｐｈ１２を有さなくてもよい。
【００７０】
第２補助パルスＰｈ２は、第１補助パルスＰｈ１によって新たに生じた残留振動を打ち消すための信号である。したがって、第１補助パルスＰｈ１によって残留振動が新たに生じない場合は、第２駆動パルスＰｈ２はなくてもよい。
【００７１】
第２補助パルスＰｈ２は、立上り部Ｐｈ２１と、ピークホールド部Ｐｈ２２と、立下りＰｈ２３とからなる。第２補助パルスＰｈ２のパルス周期Ｔｈ２は、アクチュエータの固有振動周期Ｔａ以下であることが好ましい。また、第２補助パルスＰｈ２のパルス電圧Ｖｈ２は、吐出最小電圧以下である。
【００７２】
本発明では、１駆動周期内に複数の駆動パルスが供給されることから、１駆動周期内に駆動パルスのパルス周期が占める割合が大きい。このため最後の駆動パルスの供給後、次の駆動周期が始まるまでに液体の残留振動が停止しないことがある。液体の残留振動が停止する前に次の駆動周期が始まると、次の駆動周期で液体を適切に吐出できないおそれがある。一方、本実施の形態のように最後の駆動パルス後に、駆動パルスとは逆位相の波形を有するパルスをアクチュエータに供給すると、次の駆動周期までに残留振動を確実に停止させることができる。このため、本実施の形態によれば、連続的に安定して液滴を吐出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明によれば高精度で液体を吐出することができることから、有機ＥＬディスプレイや液晶パネルなどの電子デバイスの製造に適用されうる。
【符号の説明】
【００７４】
１０ インクジェット式記録装置
１００ インクジェットヘッド
１０１ ノズル
１０３ ノズルプレート
１０５ 圧力室
１０７ リザーバ
１０９ 区画壁
１１０ アクチュエータ
１１１ 振動板
１１３ 圧電素子
１１５ 個別電極
１２０ 液体
１５０ 駆動信号供給手段
１５１ 駆動信号発生回路
１５３ 選択回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットによる液体の吐出方法およびインクジェット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット装置は、インクジェットヘッドに収容された液体を吐出することで印字を行う装置である。インクジェット装置に搭載されるインクジェットヘッドは、インクを収容する圧力室と、圧力室に連通するノズルと、ノズルからインクを吐出させるように圧力室内のインクに圧力を付与するアクチュエータとを備えている。また、インクジェット装置は、アクチュエータに駆動信号を供給する駆動信号供給手段を備えている。ヘッドの小型化等のため、アクチュエータとしては、圧電素子を有するものがよく用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
近年このようなインクジェット装置は、有機ＥＬディスプレイや液晶パネルなどの電子デバイスの製造に適用されている。インクジェット装置で、有機ＥＬディスプレイや液晶パネルを製造するには、インクジェットヘッドに有機発光材料を含むインクや、液晶材料などの機能液を供給し、準備したパネルに印刷すればよい。
【０００４】
インクジェット装置を電子デバイスの製造に適用する場合、インクジェット装置には、高い印刷精度が求められる。このため、インクジェット装置を電子デバイスの製造に適用する場合、印刷精度を上げるために、より小さい開口部を有するノズルを含むインクジェットヘッドが用いられる。
【０００５】
また、ノズルから２以上の液滴を吐出し、後から吐出する液滴の吐出速度を先に吐出する液滴の吐出速度よりも速くすることにより、同一のノズルから吐出された２つの液滴同士を飛翔中に合体させ、一つの液滴にしてから着弾させる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。このような方法では、飛翔中に合体させる液滴の数を調整することで、記録媒体上のインクドッドの大きさを調整することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２０５２８５号公報
【特許文献２】特開２００３−１７５６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述のように小さい開口部のノズルを有するインクジェットヘッドを用いて印刷した場合、印刷条件によって液体の吐出精度が低下することがあった。例えば、高分子有機ＥＬ材料を含む溶液など粘度の高い液体を吐出する場合や、吐出開始直後などは、液滴の吐出角度が安定せず、液滴の直進性が低下し、インクジェット装置の印刷精度が低下することがあった。
【０００８】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、小さい開口部のノズルを有するインクジェットヘッドから高精度で液体を吐出する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、ノズルから飛翔させる液滴の重量を増加させることで、飛翔する液滴の直進性が向上し、液体の吐出精度が向上することを見いだして本発明を完成させた。
【００１０】
すなわち本発明の第１は、以下に示す液体の吐出方法に関する。
［１］所定の液体を収容する圧力室と、前記圧力室と連通するノズルと、前記圧力室内の液体に圧力を付与するアクチュエータと、を有するインクジェットヘッドから、前記アクチュエータに１駆動周期内に駆動パルスをｎ回〔ｎは２以上の整数である〕供給することで、前記液体を吐出する方法であって、ｍ回目〔ｍは１から（ｎ−１）までの整数である〕の前記駆動パルスによってノズルから押し出され、かつ飛翔していない液滴を、ｍ＋１回目の前記駆動パルスによってノズルから押し出された液滴と合体させるステップ、およびｎ回目の前記駆動パルスによって前記合体した液滴を飛翔させて、前記液体を吐出するステップ、を有する液体の吐出方法。
［２］ｍ回目の前記駆動パルスのパルス周期をＴｍとし、ｍ＋１回目の前記駆動パルスのパルス周期をＴｍ＋１としたときに、Ｔｍ≦Ｔｍ＋１である、［１］に記載の吐出方法。
［３］ｍ回目の前記駆動パルスのパルス電圧をＶｍとし、ｍ＋１回目の前記駆動パルスのパルス電圧をＶｍ＋１としたときに、Ｖｍ≦Ｖｍ＋１である、［１］または［２］に記載の吐出方法。
［４］前記駆動パルスのパルス周期Ｔは、前記アクチュエータの固有振動周期Ｔａに対して、０．５Ｔａ≦Ｔ≦１．５Ｔａである、［１］〜［３］のいずれか一つに記載の吐出方法。
［５］ｎ回目の前記駆動パルスを前記アクチュエータに供給した後に、前記ｎ回目の駆動パルスとは逆位相の波形を有するパルスを前記アクチュエータに供給するステップをさらに有する、［１］〜［４］のいずれか一つに記載の吐出方法。
【００１１】
本発明の第２は、以下に示すインクジェット装置に関する。
［６］所定の液体を収容する圧力室と、前記圧力室と連通するノズルと、前記圧力室内の液体に圧力を付与するアクチュエータと、を有するインクジェットヘッド；および前記アクチュエータに１駆動周期内にｎ回〔ｎは２以上の整数である〕の駆動パルスを有する駆動信号を供給する駆動信号供給手段；を有するインクジェット装置であって、前記駆動信号は、ｍ回目〔ｍは１から（ｎ−１）までの整数である〕の前記駆動パルスによってノズルから押し出され、かつ飛翔していない液滴が、ｍ＋１回目の前記駆動パルスによってノズルから押し出された液滴と合体し、かつ、ｎ回目の前記駆動パルスによって前記合体した液滴が飛翔するように調整されている、インクジェット装置。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ノズルの開口部が小さい場合であっても、ノズルから飛翔する液滴の重量を増大することができ、飛翔する液滴の直進性が向上し、インクジェット装置の印刷精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】液体の吐出角度を示す図
【図２】実施の形態１のインクジェット装置の構成図
【図３】実施の形態１の駆動信号供給手段が形成する駆動信号の波形を示す図
【図４】実施の形態１の吐出方法を示す図
【図５】実施の形態２の駆動供給手段が形成する駆動信号の波形を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
１．インクジェット装置について
本発明のインクジェット装置は、インクジェットヘッドと、駆動信号供給手段と、を有する。本発明のインクジェット装置は、後述するように駆動信号供給手段が供給する駆動信号の波形に特徴を有する。
【００１５】
インクジェットヘッドは、インクジェット装置のうち、液体の吐出を行う部材である。インクジェットヘッドは、インクを収容する複数の圧力室と各圧力室にそれぞれ連通する複数のノズルと、各圧力室内の液体に圧力を付与する複数のアクチュエータとを有する。
【００１６】
圧力室は、リザーバなどの液体補給部から供給された液体を収容するための空間である。圧力室は、通常供給口を介してリザーバに接続されている。
【００１７】
圧力室に供給される液体は、印刷する対象物によって適宜選択される。例えば対象物が有機ＥＬパネルである場合、圧力室に供給される液体は、ＰＥＤＯＴ:ＰＳＳなどの正孔注入材料や、発光材料等の有機発光物質を含有する溶液である。また、対象物が液晶パネルである場合、圧力室に供給される液体は、液晶材料等の高粘度の機能液である。
【００１８】
本発明では、圧力室に供給される液体の粘度が高いことが好ましい。具体的には、圧力室に供給される液体の粘度は、１〜４０ｍＰａｓであることが好ましい。液体の粘度を上げるには溶質の濃度を上げるか、溶媒の粘度を上げればよい。また、圧力室に供給される液体の表面張力は、例えば１０〜７５ｍＮ／ｍであり、圧力室に供給される液体の密度は、例えば０．７〜１．２ｇ／ｃｍ３である。このような液体の例には、高分子有機ＥＬ材料を０．１〜２ｗｔ％含む溶液などが含まれる。圧力室に供給される液体の粘度が高いと、ある一の駆動パルスによってノズルから押出された液滴が飛翔する前に、次のパルスによって押出された液滴と合体することが容易になる（後述）。
【００１９】
アクチュエータは、入力されたエネルギを物理的なエネルギへと変換し各圧力室内の液体に圧力を付与するための機構である。アクチュエータは、例えばヒータまたは圧電素子を有する。
【００２０】
圧電素子を有するアクチュエータは、圧電素子と圧電素子に電圧を印加するための電極とを有するピエゾ式のアクチュエータであって、特に、たわみ振動型のアクチュエータであることが好ましい。この場合、アクチュエータは、圧力室を縮小または拡大させることで圧力室内の圧力を変化させ、ノズルの開口部から液滴を押し出したり、圧力室に液体を充填したりする。一方、ヒータを有するアクチュエータは、圧力室内の液体を気化させ、そのときに生じた泡の体積変化によって液体に圧力を付与する。
【００２１】
ノズルは、圧力室と連通し、開口部を有する管である。ノズルの開口部からは液体が吐出される。本発明のノズルの開口部の径は１０〜１００μｍであることが好ましい。
【００２２】
駆動信号供給手段は、アクチュエータに接続されており、駆動信号をアクチュエータに供給する。駆動信号供給手段は、駆動信号発生回路および選択回路を有していてもよい。駆動信号発生回路は、外部から入力された駆動制御信号の指示に応じて、駆動信号を選択回路に出力する。選択回路は、選択すべき駆動信号の情報に基づいて、駆動信号発生回路から出力された複数の駆動信号のうち、所定の駆動信号を選択し、選択した駆動信号をアクチュエータに供給する。
【００２３】
本発明のインクジェット装置を用いて有機ＥＬパネルを製造する場合には、インクジェット装置を含む有機ＥＬパネルの製造装置を用意し、有機ＥＬパネルの製造装置を制御する主制御部から「駆動制御信号」および「選択すべき駆動信号の情報」を出力すればよい。
【００２４】
本発明のインクジェット装置は、駆動信号供給手段によって供給される駆動信号が、１駆動周期内に２以上の駆動パルスを有することを特徴とする（図３参照）。ここで「１駆動周期」とは、ノズルの開口部から１つのドットパターンを印字するために、アクチュエータが動作する時間を意味する。「駆動パルス」とは、圧力室をいったん減圧してから加圧するようにアクチュエータを駆動し、かつノズルから液体を吐出するための最小の電圧以上のパルス電圧を有するパルスを意味する。駆動信号供給手段によって供給される駆動信号の詳細は、以下の吐出方法において説明する。
【００２５】
２．液体の吐出方法について
本発明の液体の吐出方法は、上述のインクジェット装置を用いて、インクジェットヘッドから液体を吐出することを特徴とする。
【００２６】
本発明の吐出方法は、
第１ステップ：ｎ回（ｎは２以上の整数である）の駆動パルスのそれぞれによりノズルから押出される液滴を合体させるステップと、
第２ステップ：第１ステップで合体させた液滴を飛翔させて、液体を吐出するステップと、を有する（図４参照）。
【００２７】
具体的には第１ステップにおいて、駆動信号供給手段に、１駆動周期内にｎ個の駆動パルスを有する駆動信号をアクチュエータに供給させる。ここでｎは２以上の整数を意味する。つまり、１回の液体の吐出を、複数回の駆動パルスで実現する。そのために、ｍ回目の駆動パルスによってノズルから押出された液滴が飛翔する前に、（ｍ＋１）回目の駆動パルスを供給する。それにより、ｍ回目の駆動パルスによってノズルから押出された液滴が、飛翔前にｍ＋１回目の駆動パルスによってノズルから押出された液滴と合体する。ここでｍは、１から（ｎ−１）までの整数を示し、ｎ＝２であれば前記合体は１回だけであるが；ｎ＝３以上であれば前記合体を（ｎ−１）回繰り返す。
【００２８】
各駆動パルスの強度（例えばパルス電圧）は、ノズルから液滴を吐出させることができる最小強度以上の強度であることが好ましい。各駆動パルスによりノズルから押出される液滴の量を十分な量とすることで、合体後の液滴の量を十分に多くするためである。ノズルから液滴を吐出させることができる最小強度は、液体の粘度や、圧力室やノズル形状などに応じて調整が必要である。
【００２９】
前記液滴の合体を実現するには、駆動信号の「パルス電圧」や、駆動信号の「パルス周期」などを適切に設定すればよい。「パルス電圧」とは、押出し動作が始まる立下り部の始点と押出し動作が終わる立下り部の終点との間の電位差を意味する（図３参照）。また、「パルス電圧」とは、引き込み動作が終わる立上り部の終点と押出し動作が終わる立下り部の終点との間の電位差であってもよい（図３参照）。パルス周期とは、駆動パルスの電位維持部の始点と立下り部の終点との間の時間を意味する（図３参照）。
【００３０】
具体的には、ｍ回目の駆動パルスのパルス電圧をＶｍとし、（ｍ＋１）回目の駆動パルスのパルス電圧をＶｍ＋１としたときに、Ｖｍ≦Ｖｍ＋１になるように調整することが好ましい。パルス電圧を徐々に上げることで、ｍ回目の駆動パルスによってノズルから押出された液滴が、飛翔する前に、ｍ＋１回目の駆動パルスによって押出された液滴に取り込まれて合体しやすくなる（図４参照）。前記の通り、全てのパルス電圧は、ノズルから液滴を吐出させることができる最小の電圧以上であればよい。また、パルス電圧の上限は、アクチュエータの破壊限界強度に応じて適宜調節されることが好ましい。
【００３１】
次に、ｍ回目の駆動パルスのパルス周期をＴｍとし、ｍ＋１回目の駆動パルスのパルス周期をＴｍ＋１としたときに、Ｔｍ≦Ｔｍ＋１になるように調整することが好ましい。つまり、駆動パルスのパルス周期を徐々に長くすることが好ましい。パルス周期を徐々に長くすることで、ｍ回目の駆動パルスによってノズルから液滴を押出した後に、圧力室内に十分量の液体を補給（充填）することができ、かつｍ＋１回目の駆動パルスによりノズルから押出される液適量が十分量となるので、ｍ回目の駆動パルスによってノズルから押出された液滴と合体しやすい。
【００３２】
さらに、駆動パルスのパルス周期Ｔはいずれも、アクチュエータの固有振動周期をＴａとしたとき、０．５Ｔａ≦Ｔ≦１．５Ｔａであることが好ましい。ノズルから押出された液滴の液面の共振周期に同期して駆動パルスを供給するためである。それにより、ノズルから押出された液滴が安定するので、次の駆動パルスによりノズルから押出される液滴と合体しやすい。パルス周期Ｔが上記範囲を外れると、ノズルから液滴が押し出されなかったり、押し出された液滴がバラバラになったりする。アクチュエータの固有振動周期をＴａは、通常１〜５０μ秒である。
【００３３】
また、駆動パルスの電圧変化時間をＴｃとしたとき、Ｖ／α≦Ｔｃ≦０．５Ｔであることが好ましい。ここで、αとはアクチュエータの追従可能限界勾配（Ｖ／μｓ）を意味する。また、駆動パルスの電圧変化時間とは、立上り部の始点と立上り部の終点との間の時間および立下り部の始点と立下り部の終点との間の時間を意味する（図３参照）。Ｔｃが、Ｖ／α以上であると、駆動パルスの波形にアクチュエータの駆動が追従する。これにより、吐出する液体の量のコントロールが容易になる。一方、Ｔｃが０．５Ｔ以上であると、十分なパルス電圧が得られなくなり、液体の吐出が困難になるので好ましくない。
【００３４】
さらに、ｍ回目の駆動パルスの供給が終了してから、（ｍ＋１）回目のパルスの供給が開始するまでのインターバル（電位維持部）の長さＴｉは、ｍ回目のパルス周期（Ｔｍ）の０．５倍以下であることが好ましい（図３参照）。また、１パルス周期内における電位維持部の長さＴｉと、駆動パルスのパルス幅Ｔｐとの比率は、１：１〜１：３であることが好ましい（図３参照）。
【００３５】
上述のように、第１ステップにおいて、駆動信号におけるｎ個の駆動パルスのそれぞれのパルス周期やパルス電圧などを調整することで、ｍ回目の駆動パルスによってノズルから押出された液滴が、飛翔する前に、ｍ＋１回目の駆動パルスによってノズルから押出された液滴と合体することができる。合体後の液滴の量は、各駆動パルスによってノズルから押出される液滴の量よりも大きくなる。例えば、第１ステップで得られる合体後の液滴の量は、２〜２０ｐｌとすることができる。
【００３６】
第２ステップにおいて、第１ステップでの合体により得られた液滴を、ｎ回目の駆動パルスの供給後にノズルから飛翔させて液体を吐出する。ｎ回目の駆動パルスの供給後に、液滴をノズルから飛翔させるには、ｎ回目の駆動パルスの供給後に駆動パルスを供給せずに、駆動パルスの供給を停止すればよい。
【００３７】
前記の通り、第１ステップで得られる合体後の液滴の量は、各駆動パルスによってノズルから押出された液滴の量よりも多くなる。したがって、ノズルから飛翔する液滴の重量も増大する。このように第２ステップでは、重量が増大した液滴をノズルから飛翔させることができるので；特に、ノズルの開口部が小さく、飛翔させる液滴を大きくすることが困難な場合であっても、ノズルから飛翔する液滴を大きくすることができる。
【００３８】
ノズルから飛翔する液滴の重量が大きいと、液滴の吐出精度を向上させることができる。「液滴の吐出精度が向上する」とは、例えば、ノズルから飛翔した液滴の直進性が向上することをいう。
【００３９】
表１には、粘度：１〜４０ｍＰａｓ、表面張力：１０〜７５ｍＮ／ｍ、密度：０．７〜１．２ｇ／ｃｍ３の液体を、本発明の吐出方法で吐出した場合と、従来の吐出方法（駆動信号が１駆動周期内に１つの駆動パルスのみを有する方法）で吐出した場合との、吐出された液滴の「径」、「体積」および「吐出角度範囲」についての比較結果が示される。ここで吐出角度とは図１に示されるように、ノズル１０１の中心軸Ｘと、ノズル１０１から吐出された液滴Ｄ１０とのずれを表した角度αを意味する。したがって吐出角度の範囲が小さいほど吐出精度が高い。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１に示されるように、本発明の吐出方法では、吐出される液滴の径および体積が、従来の吐出方法で吐出される液滴よりも大きいことがわかる。そして、本発明の吐出方法によれば、吐出角度の範囲（８．７ｍｒａｄ）が、従来の吐出方法の吐出角度（２２ｍｒａｄ）の範囲の半分以下にすることができることがわかる。これは、本発明の吐出方法による吐出を安定にすることができることを支持する。
【００４２】
また本発明は、第２ステップ後に、第１ステップおよび第２ステップで印加した駆動パルスとは逆位相の波形を有する補助パルスを供給するステップを有していてもよい（実施の形態２参照）。最後の駆動パルス後に逆位相の補助パルスを印加することで、メニスカスを安定させることができる。
【００４３】
以下、本発明のインクジェット装置およびインクジェットヘッドを用いた液体の吐出方法について、図面を参照しながら説明する。
【００４４】
［実施の形態１］
図２に、本発明の液体吐出方法を実現するインクジェット式記録装置の主要部の概略構成を示す。図２に示されるようにインクジェット式記録装置１０は、インクジェットヘッド１００と、インクジェットヘッド１００に駆動信号を供給する駆動信号供給手段１５０と、を有する。
【００４５】
図２に示されるようにインクジェットヘッド１００は、ノズル１０１が形成されたノズルプレート１０３と、圧力室１０５及びリザーバ１０７を区画する区画壁１０９とが積層されて構成されている。区画壁１０９の上には、アクチュエータ１１０が積層されている。ノズルプレート１０３は、例えば厚さ２０μｍのポリイミド板であり、区画壁１０９は、例えば厚さ４８０μｍのステンレス製ラミネート板またはステンレスと感光性ガラスとのラミネート板である。圧力室１０５は、リザーバ１０７から供給された液体１２０が収容されている。
【００４６】
アクチュエータ１１０は、圧力室１０５を覆う振動板１１１と、振動板１１１を振動させる薄膜の圧電素子１１３と、個別電極１１５とが順に積層されて構成されている。アクチュエータ１１０は圧電素子１１３の圧電効果を利用するものであって、いわゆる圧電アクチュエータである。振動板１１１は、例えば厚さ２μｍのクロム板であり、個別電極１１５と共に圧電素子１１３に電圧を印加するための共通電極として機能する。
【００４７】
圧電素子１１３は、例えば厚さ０．５μｍ〜５μｍのＰＺＴ（ジルコル酸チタン酸鉛）である。個別電極１１５は、例えば厚さ０．１μｍの白金板であり、アクチュエータ１１０の全体の厚さは、例えば約５μｍである。
【００４８】
駆動信号供給手段１５０は、駆動信号発生回路１５１と選択回路１５３とを有する。駆動信号発生回路１５１は、主制御部から出力された駆動制御信号の指示に応じた駆動信号を選択回路１５３に出力する。駆動信号は、選択回路１５３によって選択され、アクチュエータ１１０に供給される。
【００４９】
図３は実施の形態１の駆動信号供給手段１５０によってアクチュエータ１１０に供給される駆動信号の波形を示す。図３に示されるように、本実施の形態では、駆動信号Ｐは、第１駆動パルスＰ１および第２駆動パルスＰ２を有する。第１駆動パルスＰ１および第２駆動パルスＰ２は、圧力室１０５をいったん減圧してから加圧し、液体が吐出するようにアクチュエータ１１０を駆動するパルスである。
【００５０】
第１駆動パルスＰ１は、基準電位Ｖｍを維持する電位維持部Ｐ１１と、立上り部Ｐ１２と、ピークホールド部Ｐ１３と、立下り部Ｐ１４とからなる。立上り部Ｐ１２は圧力室１０５内を減圧するようにアクチュエータ１１０を駆動する電位であり、立下り部Ｐ１４は圧力室１０５内を加圧するようにアクチュエータ１１０を駆動する電位である。
【００５１】
第２駆動パルスＰ２は、基準電位Ｖｍを維持する電位維持部Ｐ２１と、立上り部Ｐ２２と、ピークホールド部Ｐ２３と、立下り部Ｐ２４とからなる。立上り部Ｐ２２は圧力室１０５内を減圧するようにアクチュエータ１１０を駆動する電位であり、立下り部Ｐ２４は圧力室１０５内を加圧するようにアクチュエータ１１０を駆動する電位である。
【００５２】
図３に示されるように第１駆動パルスのパルス周期Ｔ１は、第２駆動パルスＰ２のパルス周期Ｔ２よりも短い。
【００５３】
また、アクチュエータの固有振動周期をＴａとしたとき、第１駆動パルスＰ１および第２駆動パルスＰ２のパルス周期Ｔ（Ｔ１とＴ２）は、いずれも以下の条件を満たす。
０．５Ｔａ≦Ｔ≦１．５Ｔａ
【００５４】
また、第２駆動パルスＰ２の電位維持部Ｐ２１の長さＴｉ（第１駆動パルスＰ１と第２駆動パルスＰ２との間隔）はパルス周期Ｔ１の０．５倍以下である。また、電位維持部Ｐ２１の長さＴｉと第２駆動パルスＰ２のパルス幅Ｔｐとの比率は１：１〜１：３である。
【００５５】
さらに、駆動パルスの電圧変化時間Ｔｃは、Ｖ／α以上であり０．５Ｔ以下である。αとはアクチュエータの追従可能限界勾配（Ｖ／μｓ）を意味する。また、駆動パルスの電圧変化時間とは、立上り部（Ｐ１２、Ｐ２２）の始点と立上り部の終点との間の時間および立下り部（Ｐ１４、Ｐ２４）の始点と立下り部の終点との間の時間を意味する。
【００５６】
また、図３に示されるように第１駆動パルスＰ１のパルス電圧Ｖ１は、第２駆動パルスＰ２のパルス電圧Ｖ２よりも小さい。また、第１駆動パルスＰ１および第２駆動パルスＰ２のパルス電圧Ｖは、いずれも吐出最小電圧以上である。
【００５７】
次に、上述した駆動信号をアクチュエータに供給し、液体を吐出する方法について説明する。図４に示されるように、液体の吐出方法は、１）合体した液滴Ｄ１０を形成する第１ステップ（図４Ａ１〜図４Ａ５）、２）合体した液滴Ｄ１０を飛翔させ、液体を吐出する第２ステップ（図４Ｂ１、図４Ｂ２）を有する。以下、第１ステップと第２ステップとに分けて駆動信号と液体の挙動との関係について説明する。
【００５８】
１）第１ステップについて
図４Ａ１は、第１駆動パルスＰ１の電位維持部Ｐ１１時点のノズル１０１の開口部付近の液体１２０の挙動を示す。図４Ａ１に示されるように第１駆動パルスＰ１の電位維持部Ｐ１１時点では、液体１２０は静止している。
【００５９】
図４Ａ２は、第１駆動パルスＰ１のピークホールド部Ｐ１３時点のノズル１０１の開口部付近の液体１２０の挙動を示す。図４Ａ２に示すように、ピークホールド部Ｐ１３では、ピークホールド部Ｐ１３の前の立上り部Ｐ１２によって、圧力室１０５内が減圧されたことにより、ノズル１０１の開口部の液体１２０は、圧力室１０５内に引き込まれている。また、圧力室１０５内が減圧されたことにより、所定の液体１２０がリザーバ１０７から圧力室１０５内に供給される。
【００６０】
図４Ａ３は、第２駆動パルスＰ２の電位維持部Ｐ２１時点のノズル１０１の開口部付近の液体１２０の挙動を示す。図４Ａ３に示すように、電位維持部Ｐ２１時点では、第１駆動パルスＰ１の立下り部Ｐ１４によって、圧力室１０５内が加圧されたことにより、液体１２０がノズル１０１の開口部から押し出されて液滴Ｄ１が形成される。
【００６１】
図４Ａ４は、第２駆動パルスＰ２のピークホールド部Ｐ２３時点のノズル１０１の開口部付近の液体１２０の挙動を示す。図４Ａ４に示すように、ピークホールド部Ｐ２３時点では、ピークホールド部Ｐ２３の前の立上り部Ｐ２２によって、圧力室１０５内が減圧されたことにより、ノズル１０１の開口部の液体１２０は、圧力室１０５内に引き込まれている。また、圧力室内が減圧されたことにより、所定の液体１２０がリザーバ１０７から圧力室１０５内に供給される。上述のように本実施の形態では第２駆動パルスＰ２のパルス周期Ｔ２が第１駆動パルスのパルス周期Ｔ１よりも長いことから、圧力室１０５内に液体１２０を供給するための時間が確保され、液滴Ｄ１の形成によって減少した分の液体１２０を圧力室１０５内に供給することができる。一方、液滴Ｄ１は飛翔していない。
【００６２】
図４Ａ５は、第２駆動パルスＰ２後の電位維持部Ｐ３時点のノズル１０１の開口部付近の液体１２０の挙動を示す。図４Ａ５に示すように、電位維持部Ｐ３時点では、第２駆動パルスＰ２の立下り部Ｐ２４によって、圧力室１０５内が加圧されたことにより、液体１２０がノズル１０１の開口部から押し出されて液滴Ｄ２が形成される。上述のように本実施の形態では第２駆動パルスＰ２のパルス電圧Ｖ２が第１駆動パルスのパルス電圧Ｖ１より大きいことから、液滴Ｄ２が押し出される速度は、液滴Ｄ１が押し出される速度よりも速い。これにより、液滴Ｄ２は、飛翔していない液滴Ｄ１と合体し、合体した液滴Ｄ１０を形成することができる。このように第１ステップでは、第１駆動パルスＰ１によって形成された液滴Ｄ１と第２駆動パルスＰ２によって形成された液滴Ｄ２とを、飛翔前に合体させることで、重量の大きい液滴Ｄ１０を形成する。
【００６３】
２）第２ステップについて
第２ステップでは、図４Ｂ１および図４Ｂ２に示されるように、第２駆動パルスＰ２後、駆動パルスを停止することで、液滴Ｄ１０がノズル１０１の開口部から飛翔し、液体が吐出される。
【００６４】
このように本実施の形態では、２つの駆動パルスによって押し出された液滴を、液滴がノズルから飛翔する前に合体させることから、液滴の重量が増加する。これにより液体の吐出精度が向上する。
【００６５】
［実施の形態２］
実施の形態２では、液体を吐出した後、メニスカス振動を抑制するために、圧電素子に補助パルスを印加するステップを有する態様について説明する。
【００６６】
実施の形態２のインクジェット装置は、駆動信号供給手段が供給する駆動信号の波形が異なる以外は、実施の形態１のインクジェット装置と同じである。したがって、実施の形態２では、駆動信号形成手段が供給する駆動信号の波形について説明する。
【００６７】
図５は実施の形態２の駆動信号形成手段によって形成された駆動信号を示す。図５に示されるように実施の形態２における駆動信号Ｐは、第１駆動パルスＰ１、第２駆動パルスＰ２、第１補助パルスＰｈ１および第２補助パルスＰｈ２を有する。第１駆動パルスＰ１および第２駆動パルスＰ２は実施の形態１と同じである。
【００６８】
第１補助パルスＰｈ１は、第２駆動パルスＰ２とは逆位相の波形を有するパルスであり、駆動パルスによって生じた残留振動を打ち消すための信号である。第１補助パルスＰｈ１は、電位維持部Ｐｈ１１と、立下り部Ｐｈ１２と、ピークホールド部Ｐｈ１３と、立上り部Ｐｈ１４とからなる。第１補助パルスＰｈ１のパルス電圧Ｖｈ１は、第２駆動パルスＰ２のパルス電圧Ｖ２よりも小さく、第２補助パルスＰｈ２のパルス電圧Ｖｈ２よりも大きいことが好ましい。
【００６９】
ここで、第１補助パルスＰｈ１のパルス電圧Ｖｈ１とは、立上り部Ｐｈ１４の始点と立上り部Ｐｈ１４の終点との電位差を意味する。また、立下り部Ｐｈ１１の始点と立下り部Ｐｈ１１の終点との電位差Ｖｈ０は０であってもよい。すなわち第１補助パルスＰｈ１は、電位維持部Ｐｈ１１および立下り部Ｐｈ１２を有さなくてもよい。
【００７０】
第２補助パルスＰｈ２は、第１補助パルスＰｈ１によって新たに生じた残留振動を打ち消すための信号である。したがって、第１補助パルスＰｈ１によって残留振動が新たに生じない場合は、第２駆動パルスＰｈ２はなくてもよい。
【００７１】
第２補助パルスＰｈ２は、立上り部Ｐｈ２１と、ピークホールド部Ｐｈ２２と、立下りＰｈ２３とからなる。第２補助パルスＰｈ２のパルス周期Ｔｈ２は、アクチュエータの固有振動周期Ｔａ以下であることが好ましい。また、第２補助パルスＰｈ２のパルス電圧Ｖｈ２は、吐出最小電圧以下である。
【００７２】
本発明では、１駆動周期内に複数の駆動パルスが供給されることから、１駆動周期内に駆動パルスのパルス周期が占める割合が大きい。このため最後の駆動パルスの供給後、次の駆動周期が始まるまでに液体の残留振動が停止しないことがある。液体の残留振動が停止する前に次の駆動周期が始まると、次の駆動周期で液体を適切に吐出できないおそれがある。一方、本実施の形態のように最後の駆動パルス後に、駆動パルスとは逆位相の波形を有するパルスをアクチュエータに供給すると、次の駆動周期までに残留振動を確実に停止させることができる。このため、本実施の形態によれば、連続的に安定して液滴を吐出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明によれば高精度で液体を吐出することができることから、有機ＥＬディスプレイや液晶パネルなどの電子デバイスの製造に適用されうる。
【符号の説明】
【００７４】
１０ インクジェット式記録装置
１００ インクジェットヘッド
１０１ ノズル
１０３ ノズルプレート
１０５ 圧力室
１０７ リザーバ
１０９ 区画壁
１１０ アクチュエータ
１１１ 振動板
１１３ 圧電素子
１１５ 個別電極
１２０ 液体
１５０ 駆動信号供給手段
１５１ 駆動信号発生回路
１５３ 選択回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の液体を収容する圧力室と、前記圧力室と連通するノズルと、前記圧力室内の液体に圧力を付与するアクチュエータと、を有するインクジェットヘッドから、前記アクチュエータに１駆動周期内に駆動パルスをｎ回〔ｎは２以上の整数である〕供給することで、前記液体を吐出する方法であって、
ｍ回目〔ｍは１から（ｎ−１）までの整数である〕の前記駆動パルスによってノズルから押し出され、かつ飛翔していない液滴を、ｍ＋１回目の前記駆動パルスによってノズルから押し出された液滴と合体させるステップ、および
ｎ回目の前記駆動パルスによって前記合体した液滴を飛翔させて、前記液体を吐出するステップ、を有する液体の吐出方法。
【請求項２】
ｍ回目の前記駆動パルスのパルス周期をＴｍとし、ｍ＋１回目の前記駆動パルスのパルス周期をＴｍ＋１としたときに、Ｔｍ≦Ｔｍ＋１である、請求項１に記載の吐出方法。
【請求項３】
ｍ回目の前記駆動パルスのパルス電圧をＶｍとし、ｍ＋１回目の前記駆動パルスのパルス電圧をＶｍ＋１としたときに、Ｖｍ≦Ｖｍ＋１である、請求項１に記載の吐出方法。
【請求項４】
前記駆動パルスのパルス周期Ｔは、前記アクチュエータの固有振動周期Ｔａに対して、０．５Ｔａ≦Ｔ≦１．５Ｔａである、請求項１に記載の吐出方法。
【請求項５】
ｎ回目の前記駆動パルスを前記アクチュエータに供給した後に、前記ｎ回目の駆動パルスとは逆位相の波形を有するパルスを前記アクチュエータに供給するステップをさらに有する、請求項１に記載の吐出方法。
【請求項６】
所定の液体を収容する圧力室と、前記圧力室と連通するノズルと、前記圧力室内の液体に圧力を付与するアクチュエータと、を有するインクジェットヘッド；および
前記アクチュエータに１駆動周期内にｎ回〔ｎは２以上の整数である〕の駆動パルスを有する駆動信号を供給する駆動信号供給手段；を有するインクジェット装置であって、
前記駆動信号は、ｍ回目〔ｍは１から（ｎ−１）までの整数である〕の前記駆動パルスによってノズルから押し出され、かつ飛翔していない液滴が、ｍ＋１回目の前記駆動パルスによってノズルから押し出された液滴と合体し、かつ、ｎ回目の前記駆動パルスによって前記合体した液滴が飛翔するように調整されている、インクジェット装置。
【請求項１】
所定の液体を収容する圧力室と、前記圧力室と連通するノズルと、前記圧力室内の液体に圧力を付与するアクチュエータと、を有するインクジェットヘッドから、前記アクチュエータに１駆動周期内に駆動パルスをｎ回〔ｎは２以上の整数である〕供給することで、前記液体を吐出する方法であって、
ｍ回目〔ｍは１から（ｎ−１）までの整数である〕の前記駆動パルスによってノズルから押し出され、かつ飛翔していない液滴を、ｍ＋１回目の前記駆動パルスによってノズルから押し出された液滴と合体させるステップ、および
ｎ回目の前記駆動パルスによって前記合体した液滴を飛翔させて、前記液体を吐出するステップ、を有する液体の吐出方法。
【請求項２】
ｍ回目の前記駆動パルスのパルス周期をＴｍとし、ｍ＋１回目の前記駆動パルスのパルス周期をＴｍ＋１としたときに、Ｔｍ≦Ｔｍ＋１である、請求項１に記載の吐出方法。
【請求項３】
ｍ回目の前記駆動パルスのパルス電圧をＶｍとし、ｍ＋１回目の前記駆動パルスのパルス電圧をＶｍ＋１としたときに、Ｖｍ≦Ｖｍ＋１である、請求項１に記載の吐出方法。
【請求項４】
前記駆動パルスのパルス周期Ｔは、前記アクチュエータの固有振動周期Ｔａに対して、０．５Ｔａ≦Ｔ≦１．５Ｔａである、請求項１に記載の吐出方法。
【請求項５】
ｎ回目の前記駆動パルスを前記アクチュエータに供給した後に、前記ｎ回目の駆動パルスとは逆位相の波形を有するパルスを前記アクチュエータに供給するステップをさらに有する、請求項１に記載の吐出方法。
【請求項６】
所定の液体を収容する圧力室と、前記圧力室と連通するノズルと、前記圧力室内の液体に圧力を付与するアクチュエータと、を有するインクジェットヘッド；および
前記アクチュエータに１駆動周期内にｎ回〔ｎは２以上の整数である〕の駆動パルスを有する駆動信号を供給する駆動信号供給手段；を有するインクジェット装置であって、
前記駆動信号は、ｍ回目〔ｍは１から（ｎ−１）までの整数である〕の前記駆動パルスによってノズルから押し出され、かつ飛翔していない液滴が、ｍ＋１回目の前記駆動パルスによってノズルから押し出された液滴と合体し、かつ、ｎ回目の前記駆動パルスによって前記合体した液滴が飛翔するように調整されている、インクジェット装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２５３８８４（Ｐ２０１０−２５３８８４Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０９４６８（Ｐ２００９−１０９４６８）
【出願日】平成２１年４月２８日（２００９．４．２８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２８日（２００９．４．２８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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