JP4940612B2

JP4940612B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP4940612B2
Application number: JP2005283987A
Authority: JP
Inventors: 富雄安藤; 勝増田
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2025-09-29
Also published as: JP2007090250A

Description

本発明はインク吐出法に関し、特に光学表示用カラーフィルターや自発光パネル等の作成のための画像形成装置および画像形成方法に関する。

従来、インク吐出法でカラーフィルター等を作成する場合、フラットベットステージにガラス等の基板を置き、インク吐出ヘッドを保持したインク吐出ヘッドユニットから基板に直接インクを吐出させることによって画像を形成していく方法が提案されている。
例えば、カラーフィルターの場合、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）と３色の色が必要になるので、画像形成装置を３台用いて、色毎にインク吐出するか、３色分を一つのユニットに収めて同時にインク吐出する。

しかし、近年のハイビジョンＴＶやモバイル用途のディスプレイなど、表示解像度アップの流れを受けてインク吐出の吐出解像度も高解像度化が必要で、例えば３６０ｄｐｉ（３６０ドット／インチ。実際には７０．６μｍピッチ）や７２０ｄｐｉ（３５．３μｍピッチ）等が要求されてきている。
しかしながら、インク吐出ヘッドでの吐出解像度は、ヘッドの加工精度や吐出性能から、各ヘッド方式によって限度があり、ヘッド１個では例えば１２０ｄｐｉとか、２００ｄｐｉとかが、実現できうる最大の解像度になる。
従って、例えば１２０ｄｐｉのヘッドで４８０ｄｐｉを実現するためにはヘッド４本を一組として４８０ｄｐｉ化する必要がある。

また、ヘッドを傾けて解像度を増やす手法もあるが、走査幅が同一条件であれば、同じ本数（ノズル数）が必要になることは変わらないので、実際に搭載するヘッドの搭載本数は同じになる。
特開２００４‐１２２６３３号公報

このように大量のヘッドを、大判サイズでインク吐出ヘッドユニットにして作り上げると、インク吐出ヘッドユニットの重量は、例えば２００ｋｇとか５００ｋｇといった重量になり、インク吐出ヘッドユニットの寸法も１ｍ四方といったかなり大きなものになってしまう。
よって、例えば、色の表現域を増やす目的で６色（ＲＧＢの他にＣシアン、Ｍマゼンタ、Ｙイエロー）インクを用いたい場合等、１つのインク吐出ヘッドユニットに各色ヘッドをすべて搭載すると、非常に重く、大きなインク吐出ヘッドユニットになってしまうという問題があった。
そして、大きく重いインク吐出ヘッドユニットを作ったとしても、搬送時の精度や、インク吐出ヘッドユニットの相対的な機械精度、自重や熱膨張といった形状精度という様々な精度悪化要因が重なり、高精度なインク吐出が出来ないという問題があった。
また、膨大な数のヘッドを搭載すれば、その分、インク吐出ヘッドのノズル詰まりなど吐出不良の確立も増え、画像形成の歩留まりが上がらないという問題があった。

本発明は係る従来技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、多色高解像度のインク吐出を高精度に行うこと、さらには、吐出不良時にもインク吐出を止めずに対応可能な画像形成装置および画像形成方法を提供することである。

請求項１に記載の発明は、インク吐出法にて画像を形成する画像形成装置であって、該画像が形成される基板が載置される移動可能なフラットベットテーブルと、該フラットベットテーブルの上方にあって、各々が可動部を有する複数の門型ステージと、該複数の門型ステージの各々の可動部に独立して設けられ移動可能である複数のインク吐出ヘッドユニットとを有する画像形成装置において、前記可動部に設けられたインク吐出ヘッドユニットは前記可動部に吊るされて設置されており、前記可動部は複数の撓み補正手段を有し、該撓み補正手段は、前記可動部を押し上げるバネと、前記可動部を押し下げるアクチュエータとからなり、該バネと該アクチュエータは前記可動部に設けられた水平部を介して前記可動部に設けられており、前記撓み補正手段は、前記複数の門型ステージの前記可動部に各々に独立して設けられていることを特徴とする画像形成装置である。

請求項２に記載の発明は、前記複数のインク吐出ヘッドユニットは、お互いに異なる色のインクを吐出するインク吐出ヘッドユニットであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置である。

請求項３に記載の発明は、前記インク吐出ヘッドユニットは、一つのインク吐出ヘッドユニットに２色以上のインク吐出可能な複数のインク吐出ヘッドを有し、前記複数のインク吐出ヘッドユニットは基板の搬送方向と同じ方向に並列していることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置である。

請求項４に記載の発明は、前記複数のインク吐出ヘッドユニットは、お互いに同じ色のインクを吐出するインク吐出ヘッドをそれぞれ有し、前記複数のインク吐出ヘッドユニットは基板の搬送方向と同じ方向に並列していることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置である。

請求項１の発明によれば、複数のインク吐出ヘッドユニットが複数の門型ステージの各々に独立して設けられている。従って、たとえ、一つのインク吐出ヘッドユニットの重量が大きくても、一つの門型ステージには例えば一つのインク吐出ヘッドユニットしかないので、門型ステージは撓みにくい。そのため、インク吐出ヘッドと基板の間隔として必要な間隔を確保しやすく、必要なインク吐出精度が得られやすい。
また、多色吐出や保護層等を形成する機能液等を基板上に吐出する場合、各々独立して走査および吐出出来るので、様々な吐出パターンに対応できる。
また、１つの門型ステージに２つのインク吐出ヘッドユニットを乗せたりするよりタクトは早くなる。

また、請求項１の発明によれば、門型ステージが撓み補正手段を有している。従って、たとえ、インク吐出ヘッドユニットの自重などの理由により、門型ステージが撓んだとしても、補正することができる。そのため、インク吐出ヘッドと基板の間隔として必要な間隔を確保することができ、必要なインク吐出精度がさらに得られやすくなる。
特にインク吐出ヘッドと媒体とのすき間（ノズルギャップという）を狭く（例えば５００μｍ等）保つことは着弾精度の維持だけでなく、インク吐出から吐出されるインク粒と同時に放出されるミストやサテライトの影響を軽減するためにも重要である。
また、例えば、製罐構造や鋳物構造の門型ステージに３００〜５００ｋｇのインク吐出ヘッドユニットをつるすと、場所にもよるが、門型ステージの撓みによって上下方向に２００〜４００μｍの撓み量が発生してしまうので、この撓み解消には非常に有効である。

また、請求項１の発明によれば、撓み補正手段が、複数の門型ステージの各々に独立して設けられている。従って、各々の門型ステージ毎に独立して撓みを補正できる。すなわち、撓み量の大きい門型ステージは補正量を多くし、撓み量の小さい門型ステージは補正量を小さくすることができる。完全に独立した吐出位置制御が出来る。そのため、すべてのインク吐出ヘッドユニットと基板の間隔として必要な間隔を確保することが容易になる。よって、必要なインク吐出精度が得られやすくなる。
各々のインク吐出ヘッドユニットの走査位置によらず、その重さの影響による補正制御を門型ステージ毎に実施出来るので、非常に高精度にノズルギャップを維持することが出来る。

請求項２の発明によれば、複数のインク吐出ヘッドユニットは、お互いに異なる色のインクを吐出するインク吐出ヘッドユニットである。複数のインク吐出ヘッドユニットからは、各々違う色、例えば第１のインク吐出ヘッドユニットが赤（Ｒ）であれば、第２のインク吐出ヘッドユニットがシアン（Ｃ）という様に分担させて吐出することができるので、色数が多くて一つのインク吐出ヘッドユニットに乗せられない場合、有効である。特に、赤・緑・青＋黄（ＲＧＢ＋Ｙ）の様に、品種によって、黄（Ｙ）の有無がある場合、ヘッド面の乾燥を防ぐ意味からも、黄（Ｙ）を使用しない品種の場合は、その色のインク吐出ヘッドユニットをメンテナンスステーションに待避させて、キャッピング等の保全処理を行っておけるので、安定運用上非常に有用である。

請求項３の発明によれば、一つのインク吐出ヘッドユニットに２色以上のインク吐出可能な複数のインク吐出ヘッドを有している。例えば第１のインク吐出ヘッドユニットで赤・緑・青（ＲＧＢ）、第２のインク吐出ヘッドユニットで黄・マゼンタ・シアン（ＹＭＣ）といったインク吐出が出来る様に分ければ、例えば赤・緑・青（ＲＧＢ）３色インク吐出の品種と赤・緑・青・黄・マゼンタ・シアン（ＲＧＢＹＭＣ）６色インク吐出の品種でヘッドユニットの数を選択出来る。よって、使用していないヘッドのノズルを乾燥させるなどの問題を未然に防ぐことが出来る。

請求項４の発明によれば、複数のインク吐出ヘッドユニットがお互いに同じ色のインクを吐出するインク吐出ヘッドをそれぞれ有している。従って、一方のインク吐出ヘッドユニットで例えばノズル詰まり等によるインク吐出不良が生じたときは、他のインク吐出ヘッドユニットで補うことが出来る。

以下に、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明に係る画像形成装置の一例をあらわす略式斜視図で、ガラス基板１８はストライプ方向を２０にて示した位置にして吸着板１上にセットされている。吸着板１は搬送テーブル３上に設置されているフラットベットテーブルである。
また、吸着板１の端部に設けてある捨て打ちエリア２は、ここで、各ヘッドからの捨て打ちを行うもので、吐出を安定させる効果がある。
次にインク吐出ヘッドユニットは８と１３に２つ設けてあり、それぞれ１０，１０‘ と１１，１１’の２つの門型ステージ（ガントリーステージとも言う）に搭載され、図示していないリニアモータでｘ方向に走査するが、図１では、メンテナンステーションのエリア（移動レール部９，１９のあるエリア）に待避されている。
図３は、この画像形成装置の概略的な装置構成を示す上面図である。インク吐出ヘッドユニット８，１３が基板１８上に移動し、基板１８がｙ方向に走査するときに搬送系のエンコーダ信号と同期させて精密インク吐出している。走査速度は、例えば、１００ｍｍ／ｓｅｃ、加減速度は、例えば、０．０６Ｇとすることができる。

メンテナンスステーションは、ワイピングユニット４，１４加圧・吸引パージユニット５，１５洗浄ユニット６，１６キャッピングユニット７，１７をもち、これらが移動レール部９、１９上を図示していないモータによって移動することにより、一連のメンテナンス動作を自動で行うことが出来る。

ところでインク吐出ヘッドユニットは、図２のようにインク吐出ヘッド１２一組（走査幅約７２ｍｍ、１８０ｄｐｉ（２つ並べて３６０ｄｐｉ）、５１０ノズル）を５つつなげて、３５０ｍｍの走査幅を有している。３色で一つのインク吐出ヘッドユニットを構成し、ＲＧＢのインク吐出ヘッドユニット8と、ＹＭＣのインク吐出ヘッドユニット１３の２つを図２で示している。複数のインク吐出ヘッドは、予め所定の位置精度で調整し、整列されてインク吐出ヘッドユニットを構成している。

インク吐出ユニットから基板１８に対しての画像形成時に、インク吐出ヘッドユニットの重さによって門型ステージが荷重変形する。この相対的な位置精度誤差を補正する撓み補正手段を前記門型ステージに持たせる。以下に、この撓み補正手段について説明する。なお、門型ステージが撓んでる様子を図５，７に示す。
インク吐出ヘッドユニット（重量は、２００ｋｇ／ユニット）は、門型ステージの一部である門型ステージ可動部２３に吊るされている。そして、門型ステージ可動部２３は、図６に示すように上下方向（Ｚ軸方向）にμｍ単位で上下動できるアクチュエータ１９が設けてある。門型ステージでインク吐出ヘッドユニットが走査される際の最も門型ステージが撓むときのガラス基板とインク吐出ヘッドとのすき間（ギャップ）Ｃを０．４ｍｍとすると（図５参照）、それ以下にヘッドユニットが下がらないようにメカ的なストッパー（リミッタ）が設けられている。通常はバネ２１によってギャップＣは１．０ｍｍ以上広いすき間で保持されている。そしてインク吐出ヘッドユニット走査時は、門型ステージの撓み量に応じて、アクチュエータ１９で下降方向に押しつけて、０．４ｍｍのギャップＣを維持する制御を行う。

撓み補正手段は、必要に応じて、Ｚ方向のチルト補正（傾き補正）を行えるようにしておく。チルト補正をするには、前記のアクチュエータを３，４点有する構造にしておき図７におけるθがゼロになるように補正する。

インク吐出中に異常状態となった場合、例えば、非常停止ボタンが押されたり、モータなどのサーボエラーが検出されたり、ガラス基板等に異常があり、ギャップセンサーで異物や厚さ不良などを検出した場合、または、停電時等には、インク吐出ヘッドユニットは下降方向の制御から解放されてバネ２１の予圧で上昇する。従って、インク吐出ヘッドユニットのヘッドがガラス基板等と干渉（接触等）することは無い。

図４は、走査およびインク吐出手順を示す説明図である。
７３０ｍｍ×９２０ｍｍの基板１８の７３０ｍｍ方向を走査すると、外周部の３０ｍｍ程度の非画像形成エリアを除けば１往復で１基板の画像形成が完了する。

これ以外に、発展系で各ユニットを、１８０ｄｐｉで赤・緑・青・黄・マゼンタ・シアン（ＲＧＢＹＭＣ）とし、これを２ユニットで３６０ｄｐｉとすれば、万が一、１つのヘッドユニットで不吐出、ミスディレクション（飛行曲がり）、スプラッシュ（球割れ）などの問題が生じても、１８０ｄｐｉのピッチで１往復だけ図４の基板１８の左側を走査し、基板の右側でも同じ動作を繰り返せば、実際の走査時間は２倍に増えるが、基板のロード、アンロード、アライメント等の時間を考慮すると、実際はタクトタイムが１．５倍に増えるだけとなる。基板のストッカーを用意すれば、例えば、２０枚ストッカーでタクト１２０秒が１８０秒に延びても、最高２０分間の猶予が生じるので、その間に、メンテステーションでのメンテナンスを実施し、復帰することが出来る。

本発明の画像形成装置及び画像形成方法においては、カラーフィルター以外にも有機ＥＬなど自発光型画像を形成することも出来る。なお、基板は紙やフィルムでもよい。

画像形成装置の一例をあらわす略式斜視図。インク吐出ヘッドユニットにおけるインク吐出ヘッドの配置の一例を示す説明図。画像形成装置の概略的な装置構成を示す上面図。走査およびインク吐出手順を示す説明図。門型ステージの撓みを示す説明図。インク吐出ヘッドユニットをＹ方向から見た状態を示す説明図。門型ステージの撓みによるインク吐出ユニットのＺ方向に対する傾きを示す説明図。

符号の説明

１・・・吸着板
２・・・捨て打ちエリア
３・・・搬送テーブル部（Ｙ軸）
４、１４・・・ワイピングユニット
５、１５・・・加圧パージ（インク押し出し）、及び吸引パージ（インク吸引）ユニット
６、１６・・・インク吐出ヘッド洗浄ユニット
７、１７・・・キャッピングユニット
８・・・インク吐出ヘッドユニット（第１ユニット）
９、１９・・・移動レール部
１０，１０’・・・第１ユニットの門型ステージ
１１，１１’・・・第２ユニットの門型ステージ
１２・・・インク吐出ヘッド
１３・・・インク吐出ヘッドユニット（第２ユニット）
１８・・・基板
１９・・・アクチュエータ
２０・・・ストライプの例
２１・・・バネ
２２・・・水平部
２３・・・門型ステージ可動部
Ｃ・・・ガラス基板とインク吐出ヘッドとのすき間

Claims

インク吐出法にて画像を形成する画像形成装置であって、該画像が形成される基板が載置される移動可能なフラットベットテーブルと、該フラットベットテーブルの上方にあって、各々が可動部を有する複数の門型ステージと、該複数の門型ステージの各々の可動部に独立して設けられ移動可能である複数のインク吐出ヘッドユニットとを有する画像形成装置において、
前記可動部に設けられたインク吐出ヘッドユニットは前記可動部に吊るされて設置されており、
前記可動部は複数の撓み補正手段を有し、
該撓み補正手段は、前記可動部を押し上げるバネと、前記可動部を押し下げるアクチュエータとからなり、該バネと該アクチュエータは前記可動部に設けられた水平部を介して前記可動部に設けられており、
前記撓み補正手段は、前記複数の門型ステージの前記可動部に各々に独立して設けられていることを特徴とする画像形成装置。
前記複数のインク吐出ヘッドユニットは、お互いに異なる色のインクを吐出するインク吐出ヘッドユニットであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記インク吐出ヘッドユニットは、一つのインク吐出ヘッドユニットに２色以上のインク吐出可能な複数のインク吐出ヘッドを有し、前記複数のインク吐出ヘッドユニットは基板の搬送方向と同じ方向に並列していることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記複数のインク吐出ヘッドユニットは、お互いに同じ色のインクを吐出するインク吐出ヘッドをそれぞれ有し、前記複数のインク吐出ヘッドユニットは基板の搬送方向と同じ方向に並列していることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。