JP2015229308A - インクジェット方法におけるノズルクリーニング方法とインクジェット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 インクジェットのノズル開口周辺に付着したインクに起因する印刷品質低下を防ぐクリーニング方法及び制御方法を提供すること。
【解決手段】 ノズルに連通するインク室のインクを、加圧することで、複数のノズル吐出口から前記インクを吐出するインクジェット方法のクリーニング方法であり、前記インクを前記ノズル吐出口より内部へ引き込む吸引工程と、前記インクを前記ノズル吐出口より外部へ引き出す溢れ出し工程と、を含み、前記吸引工程では、ノズル吐出口より空気が入り込むことがない加圧力まで下げ、前記溢れ出し工程は、前記インクが前記ノズル吐出口より、飛び出すことができない加圧力まで上げるインクジェット方法におけるノズルクリーニング方法を用いる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インクジェットヘッドを通してインクを循環させ、そのインクジェットヘッドの複数のノズルからインク液滴を吐出して、印刷を行うインクジェット装置に関し、特に、ノズル開口周辺およびノズル形成面をクリーニングし、常に安定した吐出を実現するための技術に関するものである。

従来、インクジェットヘッドから、インクを安定して吐出させる方法があった（特許文献１）。ノズル形成面のクリーニング方法に際し、インクを吐出口から押出して、ノズル形成面上に溢れ出させる。その後、ノズル形成面上に付着したインクを、その溢れ出たインクに取り入れる。その後、インクジェットヘッドのヘッド内を負圧に設定することによって、その溢れ出たインクを、再びノズル内に回収する。このことで、ノズル形成面上に付着したインクをなくし、インクの吐出を安定化させる。

図８〜図９は、特許文献１におけるインクジェットヘッド１１のノズル開口周辺１１ａの清掃方法を説明するための模式図である。

図８は、インクジェットヘッド１１のノズル開口周辺１１ａに微少インクミストが付着、蓄積して生じた付着インク２８がノズル開口周辺１１ａに付着してしまい、その一部がノズルの吐出口２７の一部を覆うようになるまで悪化し、インクジェットヘッド１１からインク４が正常に吐出しなくなった状態を示す。

図９は、インクをインクジェットヘッド１１へ送るポンプを駆動して、吐出口２７からインクを押し出し、ノズル開口周辺１１ａ上にインク４を溢れ出させた状態を示す。

図１０は、そのポンプの駆動を停止させ、インクタンク内を負圧にすることにより、ノズル開口周辺１１ａ上に溢れ出たインク４を再びノズル内に回収する。

それによって、ノズル開口周辺１１ａに付着、蓄積していた付着インク２８をノズル開口周辺１１ａから除去し、ノズル開口周辺１１ａを清掃した後の状態を示す。

このようなインクジェットヘッドには、常に安定した飛翔速度、角度、量のインク液滴を、連続して吐出させることが求められる。この連続安定吐出を、悪化させる要因の一つとして、ノズル開口周辺およびノズル形成面の汚染がある。

この汚染の原因としては、外部からの異物もあげられるが、例えば、有機ＥＬディスプレイの有機発光層の形成おいては、クリーンな環境下においての生産されるため、該汚染の主な要因としては、ノズルからのインク吐出時に発生する微少インクミストが舞い上がり、付着することがあげられる。

図１１は、インク循環式のインクジェットヘッド１１の断面図である。図１１において、インク４は、イン側流路５５から、インクジェットヘッド１１内へ流入し、アウト側流路５６からインクジェットヘッド１１外へ流出する。インク４をノズル５１より吐出させる場合は、圧電素子等のアクチュエーター５３を周期的に駆動させ、インク４を吐出させる。インク循環式のインクジェットヘッド１１の利点は、ノズル５１やインク室５２に、インク４が滞留しないことから、前記ノズル５１やインク室５２にあるインク４の乾燥を防ぎ、不吐出を防止することができる。なお、ノズル５１において、インク４の最外面をメニスカス面２０とする。

図１２は、インクジェットヘッド１１のノズルから吐出されたインク液滴の連続写真である。ノズル開口５７より、インク液滴５９が吐出される。図１２において、インク液滴５９は、リガメント５８を伴い、鉛直方向（−Ｚ方向）に飛翔し、被記録材に到達する前に、一滴化し、前記被記録材に着弾する。リガメント５８は、吐出力、飛翔速度等の吐出プロセスや、インクの粘度等の物性により、長さや、切れ方が異なる。

図１３（ａ）は、ノズルよりインク液滴が吐出する際のインクミストの発生を模式化した図、図１３（ｂ）は、インクミストがノズル開口周辺に付着する現象を模式化した図である。

図１３（ａ）において、ノズル開口５７より、インク液滴５９が吐出される。インク液滴５９とノズル開口５７の間には、リガメント５８が伴う。また、同時に微少インクミスト６０が発生する。リガメント５８と微少インクミスト６０は、インクの物性やインク液滴５９の飛翔速度により長さや、発生量が異なる。

図１３（ｂ）において、微少インクミストは、撥水処理が施されたノズル開口周辺１１ａのノズル開口５７の周辺に付着し、付着したインク５４となる。印刷動作を続けていくと、付着したインク５４の付着量が増え、それぞれが凝集し、大きな凝集付着インク５４ａとなり、ノズル開口５７まで広がり、インク吐出を妨げ、インク液滴５９の飛翔速度、角度、量を不安定にしたり、被記録材の表面に付着したりして、印刷品位の低下や印刷面の汚れを発生させるなどの問題を生じることがある。

さらに、付着したインク５４を、暫くの時間放置しておくと、乾燥によりインクが固化し、付着力が強くなり、その上にインクミストが更に付着し、大きく成長する。固化したインクは、ブレード等の物理的な方法で削ぎ取る必要がある。

特許文献１の従来の方法においては、上記で説明したように、ノズル開口５７付近に付着したインク５４のクリーニング方法として、ノズル形成面全面にインクを溢れ出させ、ノズルの開口の周縁に付着した異物を取り除く。その後、溢れ出たインク４を、別途準備した吸引ノズルで吸い取るか、ブレードで拭き取る。

特開平７−１０１０８１号公報

しかしながら、ノズル形成面全面にインクを溢れ出させると、ノズル形成面より液ダレする恐れがあるため、前記吐出時と同様に、専用場所や舞い上がるインクを吸引するパッド上での作業が必要となる。

溢れ出たインクを吸引ノズルで吸引するか、ブレードで拭き取る必要がある。吸引する場合、吸引ムラ等により、ノズル開口周辺１１ａへの液残りの発生や、ノズルからインク４を吸い取り、不吐出になる可能性がある。また、ブレードで拭き取る場合も同様に拭き残り発生があり、更に、撥水処理を施したノズル開口周辺１１ａの撥水膜に物理的なダメージを与える恐れがある。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、常に安定した連続吐出を実現するための、ノズル開口周辺およびノズル形成面のクリーニング方法と、クリーニング後のダウンタイムを短くし、生産性を上げる制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、ノズルに連通するインク室のインクを、加圧することで、複数のノズル吐出口から前記インクを吐出するインクジェット方法のクリーニング方法であり、前記インクを前記ノズル吐出口より内部へ引き込む吸引工程と、前記インクを前記ノズル吐出口より外部へ引き出す溢れ出し工程と、を含み、前記吸引工程では、ノズル吐出口より空気が入り込むことがない加圧力まで下げ、前記溢れ出し工程は、前記インクが前記ノズル吐出口より、飛び出すことができない加圧力まで上げるインクジェット方法におけるノズルクリーニング方法を用いる。

以上のように、本発明のインク循環式のインクジェットヘッドによれば、ノズル開口近傍およびノズル形成面を定期的にクリーニングすることができるため、ダウンタイムを必要とせず、常に安定した飛翔速度、角度、量のインク液滴を、連続して吐出させることで、高い生産性の印刷が可能となる。

（ａ）インク室圧力とメニスカス面位置の関係を表す図、（ｂ）インク室圧力に対するメニスカス面位置を表すノズル断面図 本発明の実施形態を説明するためのインク室圧力とメニスカス面位置の関係を表す図 本発明の実施形態のノズルよりインクを溢れ出した状態を説明する図 本発明の実施形態に使用される循環式インクジェットヘッドの圧力が正圧時、インク室、ノズル内及び押出されたインクに働く力学的エネルギーを説明する図 本発明の実施形態１に使用される循環式インクジェットヘッドの圧力が負圧時、インク室、ノズル内及び押出されたインクに働く力学的エネルギーを説明する図 本発明の実施形態２における循環式のインクジェット装置の構成を示す図 本発明の実施形態２における制御方法を説明するための補足図 特許文献２による吐出口面清掃手段を作動させる前の吐出口面の状態を例示する模式的部分正面図 特許文献２による吐出口面清掃手段により吐出口面にインクを溢れ出させた状態を例示する模式的部分正面図 特許文献２による吐出口面清掃手段を作動させて吐出口面を清掃した後の状態を例示する模式的部分正面図 本発明の実施の形態における循環式のインクジェットの構成を示す断面図 経過時間に対するインクジェットヘッドのノズルからのインク吐出状態を説明する図 （ａ）インク吐出時のミスト発生の様子を表す図、（ｂ）インク吐出時のミストがノズル開口周辺に付着する様子を表す図

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
＜インク室の圧力とノズル内のインクの液面（メニスカス面２０）位置の関係＞
図１（ａ）は、図１１におけるインク室５２の圧力とノズル５１内のインク４の液面（メニスカス面２０）位置の関係を表した図である。

図１（ａ）において、縦軸にメニスカス面２０の位置Ｚ（μｍ）、横軸にインク室５２の圧力Ｐ_ｈ（ｋＰａ）をとり、メニスカス面２０が、ノズル開口の位置に在るときが、インク室５２の圧力と大気圧とが釣り合う位置となるため、メニスカス面２０の位置がノズル開口の位置に在るときをＺ＝０（μｍ）、インク室の圧力Ｐ_ｈ（ｋＰａ）が大気圧と同じ圧力のときをＰ_ｈ＝０（ｋＰａ）とする。

図１（ａ）において、インク室５２の圧力Ｐ_ｈ（ｋＰａ）を上げていく、すなわち大気圧に対して正圧にすると、図１における−Ｚ方向に、メニスカス面２０が移動する。更に、インク室５２の圧力Ｐ_ｈ（ｋＰａ）を上げていくと、指数関数的にメニスカス面２０の位置が−Ｚ方向に下降し、ある一定の圧力以上で、インク液滴が、ピエゾ等のアクチュエーターによる駆動力を与えなくても、自然に吐出し続ける。このある一定のインク室５２の圧力を、「液ダレ臨界圧力」とする。

また、図１（ａ）において、インク室５２の圧力Ｐ_ｈ（ｋＰａ）を下げていく、すなわち大気圧に対して負圧にすると、図１における＋Ｚ方向に、メニスカス面２０が移動する。更に、該インク室の圧力Ｐ_ｈ（ｋＰａ）を下げていくと、指数関数的にメニスカス面２０の位置が＋Ｚ方向に上昇し、ある一定の圧力以下で、ノズルより、泡が混入し続ける。このある一定のインク室の圧力を、「泡がみ臨界圧力」とする。

なお、該インク室の圧力Ｐ_ｈ（ｋＰａ）とメニスカス面２０の位置Ｚ（μｍ）の関係式を、曲線関数Ｚ＝ｆ（Ｐ_ｈ）とする。

インク室５２の圧力とメニスカス面２０位置の関係および、「液ダレ臨界圧力」、「泡かみ臨界圧力」は、ノズル形状、循環流量、インクの物性等によって異なる。

図１（ａ）においては、ノズル５１の直径をφ２０μｍ、ノズル５１のストレート部の長さを３０μｍ、循環流量を３ｍＬ／ｍｉｎ、インクの粘度を１０ｍＰａ・ｓとしてシミュレーションより求めた。この条件において、「液ダレ臨界圧力」は約＋６．５ｋＰａ、「泡かみ臨界圧力」は約−６．５ｋＰａである。なお、「液ダレ臨界圧力」と「泡かみ臨界圧力」の実測値は、インクジェットヘッドの構造、循環流量、インクの物性によって異なるため、本発明においては、各臨界圧力を事前に取得する。

次に、図１（ｂ）は、図１（ａ）の（１）〜（５）の圧力条件における、メニスカス面２０のシミュレーション結果であり、時間ｔ＝０秒における、ノズル５１の断面図と、ｔ＝０．３秒後のノズル５１断面図である。

（２）（−５ｋｐａ）、（３）（−３ｋＰａ）、（４）（３ｋＰａ）の条件では、時間ｔ＝０秒のメニスカス面２０の位置は、ｔ＝０．３秒後も維持される。（１）（−７ｋＰａ）の条件では、時間ｔ＝０．３秒後、ノズル５１より気泡が混入する。（５）（７ｋＰａ）の条件では、時間ｔ＝０．３秒後、インク液滴が自然吐出を始める。

この実施の形態のクリーニング方法は、インク４をノズル吐出口より外部へ引き出し、インク４でノズル吐出口周辺の異物などを吸収する。その後、そのインク４をノズル吐出口より内部へ引き込む方法である。ここで、インク４引き出しでは、インク４がノズル吐出口より、飛び出すことができない加圧力、「液ダレ臨界圧力」まで上げ、インク４の引き込みでは、ノズル吐出口より空気が入り込むことがない加圧力、「泡かみ臨界圧力」まで下げる。この結果、液ダレなく、泡かみなく、クリーニングができる。

以下でさらに、好ましい例を説明する。

＜クリーニング方法＞
次に、本発明の実施形態における、インクジェットヘッドのノズル開口周辺およびノズル形成面に付着したインクのクリーニング方法について、図２を用いて説明する。

図２は、本発明のインクジェットヘッドのインク室の圧力Ｐ_ｈとメニスカス面２０位置Ｚとの関係を示す。図２に、印刷時の印刷条件、ノズルからインクを溢れ出し範囲を示す範囲、ノズルからインクを吸引する圧力の吸引範囲を示す。

印刷条件としては、メニスカス面２０の位置が、ノズル開口面よりＺ＝０〜＋２μｍの範囲が、最もピエゾ等のアクチュエーターの力と、ノズルのストレート部の直進性の効果が有効に伝わる。そのため、インク室内の圧力が、Ｐ_ｈ＝−２〜０ｋｐａの範囲に在る、任意の一定圧力内で使用する。インクを塗布する時は、別途、加圧する。

付着インクのノズルからのインクの溢れ出し範囲は、Ｐ_ｈ＝２ｋｐａ〜「液ダレ臨界圧力」近傍の範囲である。

ノズルからの吸引範囲は、Ｐ_ｈ＝「泡かみ臨界圧力」近傍〜−２ｋｐａの範囲、である。

図３は、本発明のインク循環式インクジェットヘッドによるノズル５１からのインクの溢れ出し方法を説明する図である。本発明においては、ノズル５１間のピッチｄの１／２以下の範囲まで、インク４を溢れ出させ、溢れた状態を維持することを特徴とする。本実施の形態により、ノズル形成面に付着したインク４を、ノズル５１より溢れ出したインク４により最大限の範囲で取り込むことができる。

また、特許文献１に示された従来の方法では、ノズル５１から溢れ出させたインク４がくっ付くことにより、インク４と大気間の表面積が小さくなり、インク４の液体と大気の間に働く表面張力も小さくなることで液ダレが始まる。しかし、本実施の形態においては、個々のインク４の液体が離れているため、インク４の液体と大気の間に働く表面張力を最大に作用させることができるため、インク４の液ダレを防ぐことができる。

＜吸引条件＞
また、本実施の形態のインク循環式インクジェットヘッドの、ノズルからのインクの吸引条件は、図２における吸引圧力Ｂとすることを特徴とする。

この吸引圧力Ｂは、以下のように導く。
・ 曲線のＺ＝ｆ（Ｐ_ｈ）とＰ_ｈ＝「液ダレ臨界圧力」、Ｐ_ｈ＝「泡かみ臨界圧力」とのそれぞれの交点を結んだ直線ａを作る。
・ 直線ａと同じ傾きを持つ直線ｂを考える。
・ この直線ｂが、曲線Ｚ＝ｆ（Ｐ_ｈ）の接線となる時の接点を吸引圧力Ｂとする。

この吸引圧力Ｂを超えて、インク室の圧力を減じると、指数関数的にメニスカス面２０の位置が＋Ｚ方向に移動するため、制御のばらつき等で、泡かみ臨界圧力を超え、ノズルから気泡を混入恐れが高くなる。

吸引圧力Ｂは、曲線のＺ＝ｆ（Ｐ_ｈ）の傾き（接線）が変化する点であり、変曲点と考えることができる。この点までなら、気泡が入る可能性がまったくない。

インクジェットヘッド内に気泡が混入すると、圧力変動が発生し、吐出が不安定になる。インク循環式のインクジェットヘッドにおいては、暫くの間、循環し、デガッサー等の装置により、気泡を除去する必要がある。なお、吸引圧力Ｂ以上であれば、気泡混入はない。また、吸引圧力Ｂまで、インク室圧力を減じることにより、特許文献１の従来の吸引力よりも、約５倍の強い圧力で吸引が可能である。

インクに引き込まれた乾燥、固化した付着インクは、インクジェットヘッドに取り込まれた後、循環流路の途中の配管に設置したフィルターにより取り除かれる。

＜パネルに応じたインクの溢れ出し量＞
また、本実施の形態においては、被印刷物の長さに応じて、インクの溢れ出し量を変更することを特徴とする。被印刷物の取替え時間内で、前記クリーニングが可能である。そのため、問題となるのは、途中でクリーニングできない１つの被印刷物の大きさである。大きい被印刷物の場合、ノズル周辺が汚れる確率が高い。これに応じて、以下をする。

例えば、有機ＥＬディスプレイの有機発行層の形成装置において、Ｇ８ガラス基板（２，２００×２，５００ｍｍ）を印刷する場合、１ノズルあたりの吐出数は、約２０，０００ショットである。Ｇ５ガラス基板（１，１００×１，２５０ｍｍ）を印刷する場合、１ノズルあたりの吐出数は、半分の約１０，０００ショットである。

この時、図２に示すように、Ｇ８ガラス基板のインク室圧力はＰ_ｈ＝Ｇ８、Ｇ５ガラス基板のインク室圧力はＰ_ｈ＝Ｇ５とするのが好ましい。

Ｐ_ｈ＝Ｇ８の時、メニスカス面２０位置は−１０μ、Ｐ_ｈ＝Ｇ５の時、メニスカス面２０は、−２０μである。つまり、ガラス基板の１辺の大きさが２倍となれば、メニスカス面２０位置を２倍とする。すなわち、１辺の長さと塗布時間が比例し、塗布時間と溢れ出し量が比例する。

このことで、余分なレベルの溢れ出し量を用いることなく、ガラス基板の大きさに応じた溢れ出し量となる。結果、溢れ出しすぎて、インクがノズル外へ制御を超えて飛び出さない。

また、インクは、ノズルの吐出口を広がるが、隣のノズルの吐出口からのインクと繋がってはいけない。吸引時に、インクがあるノズルへ引き寄せられ、あるノズルでインクの吸引が完成しなくなる。結果、インクで回収したゴミなどがノズル内部へ導くことができず、クリーリングが完成しない。

以上のクリーニングを定期的に実施することで、ノズル開口周辺およびノズル形成面が、付着インクで汚染されることを防ぐことができ、安定した飛翔速度、角度、量のインク液滴を連続して吐出することができる。

＜力学関係＞
図４、図５は、実施の形態における、ノズル５１内のインク４のメニスカス面２０に働く、力学的エネルギーを説明するための概略図である。

図４では、インク室５２の圧力を正圧に設定することにより、ノズル５１から、インク４が押出された状態で保持されている様子を表している。図４において、ノズル５１より押出されたインク液滴４ａには、内圧Ｎ（インク室の圧力Ｐ_ｈ），慣性力ＫＮ、液体と大気との間の表面張力Ｈ、液体とノズル壁面との間の界面張力ＫＡが働く。また循環するインクには、その流れにより運動エネルギーが働いている。図４の状態では、以上の力学的エネルギーが釣り合っている。

図５では、インク室５２の圧力を負圧に設定することにより、ノズル５１内に、インク４が引き込まれた状態で保持されている様子を表している。図５において、ノズル５１に引き込まれたインク４には、内圧Ｎ、慣性力ＫＮ、液体と大気との間の表面張力Ｈ、液体とノズル５１壁面の間に界面張力ＫＡが働く。また循環するインクには、その流れにより運動エネルギーが働いている。図５の状態では、以上の力学的エネルギーが釣り合っている。

循環流量が増すほど、泡かみ〜液ダレ臨界圧力のマージンが狭まるが、図４と図５の力学関係では、インク４の流れが速まることになる。循環流量を増すことにより、循環系における制御ばらつきにより、インクジェットヘッド１１に流れるインク４の速度もばらつきが大きくなるためマージンが狭くなる。但し、粘度の高いインクにおいては、一般的に流れが層流である為、インク４の流れのばらつきは無視できる。

次に、メニスカス面２０の力の釣り合いを、数式を用いて表す。図４、図５において、ノズル５１の径が小さい場合、インク４の体積が小さいことからインク４の慣性力を無視できる。また、インクの粘度が高く流れが層流である場合を考えると、流れによるインク４の運動エネルギーを無視できる。インク４のメニスカス面２０では次式で表される力が釣り合っている。

Ｐ_ｈ＋Ｐ_Ｔ＋Ｐ_Ｋ＝０・・・（１）
式（１）において、Ｐ_ｈはインク室５２の圧力Ｐ_ｈ（内圧Ｎ）のノズル５１の壁面に対する水平成分（Ｚ軸成分）、Ｐ_ｋはインクと壁面の間の界面応力ＫＡ、Ｐ_Ｔはインクと気体の間の表面張力ＨのＺ軸成分である。ここでメニスカス面２０に対して垂直方向の表面張力をＴ、メニスカス面２０の曲率半径をｒ、インクと気体の間の接触角をθとすると、
Ｐ_Ｔ＝２Ｔ・ｃｏｓθ／ｒ・・・（２）
式（２）を式（１）に代入すると
Ｐ_ｈ＋２Ｔ・ｃｏｓθ／ｒ＋Ｐ_Ｋ＝０・・・（３）
ｒ＝−２Ｔｃｏｓθ／（Ｐ_ｈ＋Ｐ_ｋ）・・・（４）
となる。図１（ａ）および図２のＺ＝ｆ（Ｐ_ｈ）は、式（４）より曲線となる。

＜圧力の制御方法＞
図６は、本発明の循環式のインクジェットヘッド１１のインク室の圧力Ｐ_ｈの制御方法を説明するための構成図である。

第１圧力源であるインクタンク３８が設けられている。インクタンク３８には、インクジェットヘッド１１に供給するためのインク４を収容するとともに、第１減圧ポンプ４０を付属して備え、インク４に大気圧の静止インクを基準とする、「単位体積当たりのエネルギー」圧力Ｐ_１（Ｐａ）を生じさせる。なお、圧力Ｐ_１は、大気圧に対して負圧である。また、インクタンク３８のインク４の液面は、液面高さセンサー３９により計測され、後で説明する制御方法により、インクジェットヘッド１１のノズル開口周辺１１ａを基準とした一定の高さＨ_１（ｍｍ）になるように制御している。

このインクタンク３８内のインク４が、第１インク流路４１により、インクジェットヘッド１１の、流入側インク接続ポートに導かれ、図１１に示すイン側流路５５、インク室５２、アウト側流路５６を通り、流出側インク接続ポートから第２インク流路４５に流出する。第２インク流路４５に流出したインク４は、第２圧力源である、アウトタンク４３に導かれる。

アウトタンク４３は、インク４を収容するとともに、第２減圧ポンプ４４を付属して備え、インク４に圧力Ｐ_２（Ｐａ）を生じさせる。なお圧力Ｐ_２は、大気圧に対して負圧である。このアウトタンク４３内のインク４が、第３インク流路４６により、供給タンク３２に導かれる。第３インク流路４６には、フィルター３５が設けられており、フィルター３５は第３インク流路４６に流れているインク４に混入している異物を除去する。

供給タンク３２は、インク４を補給するためのタンクであり、大気圧に開放されている。

この供給タンク３２内のインク４が、第４インク流路４７により、バッファータンク３３に導かれる。第４インク流路４７には、ポンプ３４、デガッサー４９が設けられており、デガッサーは第４インク流路４７に流れているインク４に混入している気泡を除去する。

バッファータンク３３は、インク４を収容するとともに、大気圧に開放されている。また、バッファータンク３３のインク４の液面は、液面高さセンサー４２により計測され、インク４の液面が一定の液面高さＨ_ｂ（ｍｍ）より下がると、ポンプ３４を駆動させ、供給タンク３２より、バッファータンク３３にインク４が供給されるよう制御される。

＜通常の制御＞
次に、通常の印刷動作時の各タンクの制御方法について説明する。バッファータンク３３とインクタンク３８のインク４の間には、インク４の密度をρ（ｋｇ／ｍ^３）＜既知＞、重力加速度をｇ（ｍ／ｓｅｃ^２）＜既知＞、循環流量をＱ（ｍ^３／ｓｅｃ）、バッファータンク３３とインクタンク３８のインク４の液面高さの差をＨ_１−Ｈ_ｂ、バッファータンク３３インクタンク３８間の流路抵抗をＲ_ｂ（Ｐａ・ｓｅｃ／ｍ^３）＜既知＞、減圧ポンプ４０の設定をＰ_１とすると、エネルギー保存則より次の関係式が成り立つ
−ρｇ（Ｈ_１−Ｈ_ｂ）−Ｒ_ｂ×Ｑ＝Ｐ１・・・（５）
印刷動作でインクタンク３８のインク４が消費された場合、式（５）を充たすために、バッファータンク３３よりインクタンク３８にインク４が供給される。

同様に、インクタンク３８とインクジェットヘッド１１のインク室のインクの間には、インクジェットヘッド１１のノズル開口周辺１１ａからインクタンク３８のインク４の高さをＨ_１、インクタンク３８とインクジェットヘッド１１の間の流路抵抗をＲ_１＜既知＞、インクジェットヘッド１１の圧力をＰ_ｈとすると、エネルギー保存則より以下の関係式が成り立つ
Ｐ_１＋ρｇＨ_１−Ｒ_１・Ｑ＝Ｐ_ｈ・・・（６）
同様に、インクジェットヘッド１１のインク室のインクの間には、インクジェットヘッド１１のノズル開口周辺１１ａからアウトタンク４３のインク４の高さをＨ_２、アウトタンク４３とインクジェットヘッド１１の間の流路抵抗をＲ_２＜既知＞、アウトタンク４３の圧力をＰ_２とすると、同様にエネルギー保存則より以下の関係式が成り立つ
Ｐ_ｈ−Ｒ_２×Ｑ＝Ｐ_２＋ρｇＨ_２・・・（７）
関係式（６）と（７）より、通常印刷時の循環流量Ｑは以下の式で表せる。

Ｑ＝｛（Ｐ_１−Ｐ_２）＋ρｇ（Ｈ_１−Ｈ_２）｝／（Ｒ_１＋Ｒ_２）・・（８）
通常印刷時は、上式（５）〜（８）の式が成り立つように制御する。

上記パラメータの決め方の一例として、例えば、Ｈ_１＝Ｈ_２としたとき、Ｐ_１とＰ_２が決まる。式（８）より、循環流量Ｑが決まる。式（６）または（７）より、Ｐ_ｈが決まる。式（５）よりＨ_ｂが決まる。

＜クリーニング制御＞
次に、本発明のクリーニングの制御方法について説明する。

まず始めに、ノズルよりインク４を押し出し、ノズル開口周辺１１ａおよびノズル開口周辺１１ａに付着したインクを、インク間の分子間力により、インク４に取り込む方法について説明する。

押し出しのために、インクジェットヘッド１１のインク室の圧力を
Ｐ_ｈ→Ｐ_ｈ’・・・（９）
に上げるために、インクタンク３８の圧力を減圧ポンプ４０により、ΔＰ_ａ（＞０）上げる。

Ｐ_１→Ｐ_１＋ΔＰ_ａ・・・（１０）
この時、バッファータンク３３側にインク４が流れ込むことを防ぐために、電子バルブ３７を閉じる。インクタンク３８のインク４の液面が、Δｈ_ａ（＜０）下がるとすると、圧力Ｐ_１時のインク４の体積をＶ_１、インクタンク３８の断面積をＳとすると（図７のインクタンク３８の斜視図に表記）
ボイルの法則より、Ｐ_１・Ｖ_１＝（Ｐ_１＋ΔＰ_ａ）・（Ｖ_１＋Ｓ・Δｈ_ａ）
Δｈ_ａ＝ΔＰ_ａ／（Ｐ_１＋ΔＰ_ａ）・Ｖ_１／Ｓ・・・（１１）
となる。

この時の循環流量をＱ’とすると、インクジェットヘッド１１のインク室の圧力Ｐ_ｈ’は式（６）より
Ｐ_ｈ’＝（Ｐ_１＋ΔＰ_ａ）＋ρｇ（Ｈ_１＋Δｈ_ａ）−Ｒ_１・Ｑ’・・・（１２）
と表せる。アウトタンク４３の圧力は、変わらずＰ_２とすると、液面高さＨ_２も変わらない、式（８）より、循環流量Ｑ’は
Ｑ’＝｛（Ｐ_１＋ΔＰ_ａ）−Ｐ_２＋ρｇ（Ｈ_１＋Δｈ_ａ−Ｈ_２）｝／（Ｒ_１＋Ｒ_２）・・・（１３）
インク室の圧力Ｐ_ｈ’が、図２の液ダレ臨界圧力の近傍になるよう制御する。

＜インクの吸引＞
次に、溢れ出したインクを、ノズルからの再び吸引する制御方法について説明する。

吸引のために、インクジェットヘッド１１のインク室の圧力を
Ｐ_ｈ→Ｐ_ｈ’’・・・（１４）
に下げるために、インクタンク３８の圧力を減圧ポンプ４０により、ΔＰ_ｂ（＜０）減じる。

Ｐ_１→Ｐ_１＋ΔＰ_ｂ・・・（１５）
この時、インクタンク３８のインク４の液面が、Δｈ_ｂ（＞０）上がるとすると、式（１１）と同様に、ボイルの法則より、
Δｈ_ｂ＝ΔＰ_ｂ／（Ｐ_１＋ΔＰ_１）・Ｖ_１／Ｓ・・・（１６）
となる。

この時の循環流量をＱ’’とすると、インクジェット１のインク室の圧力Ｐ_ｈ’’は式（６）より、
Ｐ_ｈ’’＝（Ｐ_１＋ΔＰ_ｂ）＋ρｇ（Ｈ_１＋Δｈ_ｂ）−Ｒ_１・Ｑ’’・・・（１７）
と表せる。アウトタンク４３の圧力は、変わらずＰ_２とすると、液面高さＨ_２も変わらない、式（８）より、循環流量Ｑ’’は、
Ｑ’’＝｛（Ｐ_１＋ΔＰ_ｂ）−Ｐ_２＋ρｇ（Ｈ_１＋Δｈ_ｂ−Ｈ_２）｝／（Ｒ_１＋Ｒ_２）・・・（１８）
インク室の圧力Ｐ_ｈ’’が、図２の泡かみ臨界圧力近傍になるよう制御する。

本発明の循環式インクジェットの、インク室の圧力制御方法は、インクジェットヘッド１１のインク室の圧力Ｐ_ｈを、正圧にし、ノズルより溢れ出させるときは式（１０）、負圧にし、インクをノズルより吸引するときは式（１５）の関係式を用い、ともに減圧ポンプ４０のみで制御することを特徴とする。

＜効果＞
簡易な方式による制御のため、インクタンク３８とアウトタンク４３の液面が不安定になることを防ぐことができ、短時間でインク室の圧力条件を変更でき、クリーニング時の設備のダウンタイムを短くすることが可能である。

また、本発明の制御方法によれば、短時間でクリーニング処理か可能であるため、例えば、有機ＥＬディスプレイの有機発光層の形成装置においては、ガラス毎の処理が可能である。

例えば、Ｇ５サイズのガラス基板で生産する場合は、１ノズルあたり１０，０００ショットの吐出回数であるため、ノズル開口近傍およびノズル形成面の汚染は少ない。そのため、図２の吸引条件でインク室の圧力Ｐ_ｈを、−１ｋＰａ⇒４．５ｋＰａ⇒−４．５ｋＰａに設定することで、付着インクのクリーニングが可能で、本方式のインクタンク３８の減圧ポンプ４０を制御する方法であれば、約２０秒程度のガラス基板の入れ替え時間内でクリーニングが可能である。

＜なお書き＞
上記実施の形態は組み合わせすることができる。

上記ノズルのクリーニング方法を用いたインクジェット装置は、同様の効果を有する。
つまり、インクを循環させるインク循環部と、インク循環部の途中に位置するノズルと、を有するインクジェット装置であり、ノズルは、インクを前記ノズル吐出口より内部へ引き込む吸引部と、インクを前記ノズル吐出口より外部へ引き出す溢れ出し部と、を有し、吸引部では、ノズル吐出口より空気が入り込むことがない加圧力まで下げ、溢れ出し部では、インクが前記ノズル吐出口より、飛び出すことができない加圧力まで上げるノズルのクリーニングをするインクジェット装置である。

本発明のインク循環式のインクジェットヘッドは、常に安定して吐出を実現するために、定期的にノズル開口近傍およびノズル形成面をクリーニングし機能を有し、配線デバイスや、有機発光層を有する有機ＥＬデバイス等のインクジェット法での塗布形成の用途に適用できる。

１ インクジェット
４ インク
４ａ インク液滴
ａ 直線
Ｂ 吸引圧力
ｂ 直線
Ｑ 循環流量
ｄ ピッチ
ｔ 時間
１１ インクジェットヘッド
１１ａ ノズル開口周辺
２０ メニスカス面
２７ 吐出口
２８ 付着インク
３２ 供給タンク
３３ バッファータンク
３４ ポンプ
３５ フィルター
３７ 電子バルブ
３８ インクタンク
３９ 液面高さセンサー
４０ 減圧ポンプ
４１ 第１インク流路
４２ 液面高さセンサー
４３ アウトタンク
４４ 減圧ポンプ
４５ 第２インク流路
４９ デガッサー
４６ 第３インク流路
４７ 第４インク流路
５１ ノズル
５２ インク室
５３ アクチュエーター
５４ インク
５４ａ 凝集付着インク
５５ イン側流路
５６ アウト側流路
５７ ノズル開口
５８ リガメント
５９ インク液滴
６０ 微少インクミスト
ＥＬ 有機
Ｐ１、Ｐ２ 圧力

Claims (5)

1. ノズルに連通するインク室のインクを、加圧することで、複数のノズル吐出口から前記インクを吐出するインクジェット方法のノズルクリーニング方法であり、
   前記インクを前記ノズル吐出口より内部へ引き込む吸引工程と、
   前記インクを前記ノズル吐出口より外部へ引き出す溢れ出し工程と、を含み、
   前記吸引工程では、前記ノズル吐出口より空気が入り込むことがない加圧力まで下げ、
   前記溢れ出し工程は、前記インクが前記ノズル吐出口より、飛び出すことができない加圧力まで上げるインクジェット方法におけるノズルクリーニング方法。
2. 前記吸引工程での前記加圧力は、
   前記加圧力と、前記ノズルにおける前記インクの最下面であるメニスカス面の位置と、の関係において、曲線関数の変曲点における加圧力以上である請求項１記載のインクジェット方法におけるノズルクリーニング方法。
3. 前記溢れ出し工程での加圧力を、
   前記インクを塗布する対象物の塗布方向の１辺の長さに応じて、変化させる請求項１または２記載のインクジェット方法におけるノズルクリーニング方法。
4. 前記溢れ出し工程では、
   前記複数のインク吐出口からの前記インク同士が繋がらないように制御する請求項１〜３のいずれか１項に記載のインクジェット方法におけるノズルクリーニング方法。
5. インクを循環させるインク循環部と、
   前記インク循環部の途中に位置するノズルと、を有するインクジェット装置において、
   前記ノズルは、
   前記インクを前記ノズル吐出口より内部へ引き込む吸引部と、
   前記インクを前記ノズル吐出口より外部へ引き出す溢れ出し部と、を有し、
   前記吸引部では、前記ノズル吐出口より空気が入り込むことがない加圧力まで下げ、
   前記溢れ出し部では、前記インクが前記ノズル吐出口より、飛び出すことができない加圧力まで上げる前記ノズルのクリーニングをするインクジェット装置。

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