JP2001063066A

JP2001063066A - インクジェットヘッドの検査方法および装置

Info

Publication number: JP2001063066A
Application number: JP24563499A
Authority: JP
Inventors: Masaru Shibata; 優柴田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-08-31
Filing date: 1999-08-31
Publication date: 2001-03-13

Abstract

(57)【要約】【課題】インク液滴の着弾位置を正確かつ効率的に測
定し、信頼性の高い評価を実現するインクジェットヘッ
ドの検査方法および装置を提供する。【解決手段】液滴を吐出させて像を形成するインクジ
ェットヘッドの検査方法において、媒体に所定パターン
を印字し、その印字パターンからインクジェットヘッド
の性能を評価する際、インク吐出口位置を測定し、イン
ク吐出口から吐出されたインク液滴の到達位置を測定す
る。インク吐出口位置に対するインクの着弾位置を測定
し、インクの吐出方向を測定することができる。媒体と
して透明シート２を用いたので同一方向から吐出口位置
およびインクの着弾位置の測定が可能となり、インク吐
出口の位置に対するインク着弾位置を容易に測定するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク等の液滴を
吐出させて画像を形成するインクジェットヘッドにおい
て、紙やフイルム等の媒体に所定の検査パターンを形成
させ、この検査パターンからヘッド特性を評価するイン
クジェットヘッドの検査方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、複数のノズルからインク等の液滴
を吐出させて画像を形成するインクジェットヘッドの品
質を評価する場合、たとえば特開平４−３３６２７３号
公報に記載された方法が知られている。この方法によれ
ば、複数のノズルから吐出された液滴が互いに重ならな
いように検査パターンを印字させ、各ドットの重心位置
を測定する。そして、この重心位置をドットの着弾位置
として、その均一性からヘッドの品質を評価するという
ものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では最終的に形成された画像から評価しているの
で、ヘッド走査方向の位置精度に関してはインクの吐出
方向と吐出速度の両方の影響が混在して分離できない。
このため不良があったときに迅速に前工程にフィードバ
ックをかけることができないという問題があった。

【０００４】この問題を図１３を用いてより詳細に説明
すると、図１３において、１は検査対象のワーク、２は
ワーク１から吐出されたインクで検査するための印字媒
体である。ワーク１は、印字媒体２に対して速度Ｖ_pで
移動しながら画像を形成し、インク液滴は速度Ｖ_dでワ
ーク１から吐出されるものとする。ここで、インク液滴
の速度ベクトルＶ_dをＶ_d＝ｓ・ｅと表す。なお、ｓ＝
‖Ｖ_d‖、‖ｅ‖＝１とする。ワーク１と印字媒体２の
間隔をｈ（Ｚ方向）とすると、インク液滴は２つの速度
ベクトルＶ_pとＶ_dの合成ベクトルの方向に吐出される
ので、Ｖ＝Ｖ_p＋Ｖ_dになる。

【０００５】合成ベクトルのＸ，Ｙ，Ｚ成分をそれぞれ
Ｘ_v，Ｙ_v，Ｚ_vとすると、インク液滴がワーク１から
吐出されてから印字媒体２に到達するまでの時間ｔは、
ｔ＝ｈ／Ｚ_vとなる。ここで、説明を簡単にするため
に、ワーク速度Ｖ_p；Ｖ_p＝（ｘ_p，０，０）インク液滴速度Ｖ_d；Ｖ_d＝ｓ・ｅ＝（ｓ・Ｅ_x，０，ｓ・Ｅ_z）インクを吐出する吐出口の位置Ｐ；Ｐ＝（ｘ₀，０，ｈ）とする。

【０００６】インク液滴の着弾位置Ｑ；Ｑ＝Ｐ＋ｔ・Ｖ
から、着弾位置ＱのＸ座標ｘ₂は、ｘ₂＝ｘ₀＋ｔ・（ｘ_p＋ｓ・Ｅ_x）＝ｘ₀＋ｈ・（ｘ_p＋ｓ・Ｅ_x）／Ｚ_v である。ここで、Ｚ_v＝ｓ・Ｅ_zであるので、ｘ₂＝ｘ₀＋ｈ・（ｘ_p＋ｓ・Ｅ_x）／（ｓ・Ｅ_z）＝ｘ₀＋ｈ・（ｘ_p／Ｅ_z／ｓ＋Ｅ_x／Ｅ_z）となる。すなわち、インク液滴の着弾位置Ｑは、インク
の吐出方向と吐出速度の影響を受ける。

【０００７】ところで、インクの吐出方向はインクを吐
出させる吐出口の向きが最も影響し、吐出口を形成する
ときの加工精度および組立精度が主要因である。また、
吐出速度はインクを吐出させるエネルギの影響を大きく
受け、エネルギ源の製造精度が主要因である。したがっ
て、インク液滴の着弾精度を向上させるには、着弾精度
悪化の要因を分離し、悪化の要因に合わせた対処が必要
である。

【０００８】本発明は上述した課題に鑑み、インク液滴
の着弾位置を正確かつ効率的に測定し、信頼性の高い評
価を実現するインクジェットヘッドの検査方法および装
置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッドの検査方法は、液滴を吐出させて像を形成するイ
ンクジェットヘッドの検査方法であって、媒体に所定パ
ターンを印字し、その印字パターンからインクジェット
ヘッドの性能を評価する際、インク吐出口位置を測定す
る工程と、インク吐出口から吐出されたインク液滴の到
達位置を測定する工程と、を有することを特徴とする。

【００１０】また、本発明のインクジェットヘッドの検
査装置は、液滴を吐出させて像を形成するインクジェッ
トヘッドの検査装置であって、インク吐出口の位置を測
定する手段と、インク吐出口から吐出されたインク液滴
の到達位置を測定する手段と、を有し、媒体に印字され
た印字パターンからインクジェットヘッドの性能を評価
するようにしたことを特徴とする。

【００１１】また、本発明のインクジェットヘッドの検
査装置において、印字媒体として透明シートを用い、透
明シート越しに印字パターンおよびインク吐出口の位置
を測定するようにしたことを特徴とする。

【００１２】また、本発明のインクジェットヘッドの検
査方法は、液滴を吐出させて像を形成するインクジェッ
トヘッドの検査方法であって、媒体に所定のパターンを
印字し、その印字パターンからインクジェットヘッドの
性能を評価する際、少なくとも２以上の異なる走査速度
で所定パターンを印字したときのインク液滴の到達位置
を測定することを特徴とする。

【００１３】また、本発明のインクジェットヘッドの検
査方法は、液滴を吐出させて像を形成するインクジェッ
トヘッドの検査方法であって、媒体に所定のパターンを
印字し、その印字パターンからインクジェットヘッドの
性能を評価する際、ヘッドを媒体に対して第１の間隔で
所定速度で移動させながら所定の吐出開始位置で吐出開
始信号を与え、そのときの液滴の着弾位置を測定する第
１の移動着弾位置測定工程と、移動速度および吐出開始
位置を変えずに第１の間隔とは異なる第２の間隔にして
液滴の着弾位置を測定する第２の移動着弾位置測定工程
と、を有することを特徴とする。

【００１４】また、本発明のインクジェットヘッドの検
査方法において、ヘッドを媒体に対して所定の吐出開始
位置に位置決めしたときの液滴を吐出するインク吐出口
の位置を測定する工程を有することを特徴とする。

【００１５】また、本発明のインクジェットヘッドの検
査方法において、ヘッドを媒体に対して第１の間隔およ
び第２の間隔を含む第３の間隔で所定の吐出開始位置に
静止させて吐出開始信号を与え、そのときの液滴の着弾
位置を測定する第１の静止着弾位置測定工程を有するこ
とを特徴とする。

【００１６】また、本発明のインクジェットヘッドの検
査方法において、ヘッドを媒体に対して第１の間隔およ
び第２の間隔を含む第３の間隔で所定の吐出開始位置に
静止させて吐出開始信号を与え、そのときの液滴の着弾
位置を測定する第１の静止着弾位置測定工程と、第３の
間隔と異なる第４の間隔で所定の吐出開始位置に静止さ
せて吐出開始信号を与え、そのときの液滴の着弾位置を
測定する第２の静止着弾位置測定工程を有することを特
徴とする。

【００１７】本発明の典型的実施形態において、インク
を吐出するインク吐出口の位置を測定する工程と、イン
ク吐出口から吐出され、インク吐出口に対して静止した
媒体に着弾したインク液滴（ドット）の着弾位置を測定
する工程と、を有する。そして特に、印字媒体として透
明シートを用い、透明シート越しにインク吐出口の位置
および媒体に着弾したインクの着弾位置を測定するもの
である。

【００１８】上記構成において本発明によれば、インク
吐出口位置に対するインクの着弾位置を測定するように
したので、インクの吐出方向を測定することができる。
また、媒体として透明シートを用いたので同一方向から
吐出口位置およびインクの着弾位置の測定が可能とな
り、インク吐出口の位置に対するインク着弾位置を容易
に測定することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて添付図面を参照して説明する。（全体構成）図１は、本発明に係る印字検査方法を適用
する印字検査装置の構成を示す図である。図１におい
て、１は検査対象であるワーク、２はワーク１から吐出
されたインクにより検査のためのパターンが印字される
印字媒体である透明シート、３は透明シート２上の印字
パターンを拡大するための顕微鏡、４は顕微鏡３の拡大
像を電気信号に変換するＴＶカメラであり、図示しない
画像処理装置に接続されており、その画像処理装置で吐
出口やインクの位置が測定できるようになっている。５
は顕微鏡３で印字パターンを観察するための照明、６は
ワーク１を下側から観察するために顕微鏡３の光軸を曲
げるためのミラーである。

【００２０】７はワーク１を固定するためのワーク固定
治具、８はＸステージ、９は透明シート２を保持し、ワ
ーク１に対して静止または印字走査のための相対移動を
行うための印字ステージ、１０は印字する前にインク吸
引等を行ってワーク１の吐出状態を安定させるための回
復装置である。印字ステージ９と回復装置１０はそれぞ
れ独立に、かつ互いに干渉しないでＸステージ８上を移
動する。

【００２１】また、１１は複数の吐出口を測定するため
に顕微鏡３等を移動させるＹステージ、１２はミラー６
に対して顕微鏡３を相対的に移動させるためのピントス
テージである。

【００２２】つぎに、図２を用いて顕微鏡３等の測定系
の配置について説明する。図２は、ワーク１を測定する
状態でのワーク１まわりの断面図である。図２におい
て、ワーク１はワーク固定治具７に固定されており、ワ
ーク１の吐出口から所定の距離だけ下に離れた位置に透
明シート２が配置されている。透明シート２は、印字ス
テージ９に吸着等により保持されている。また、印字ス
テージ９は、ワーク１が下から見えるように穴があけて
ある。

【００２３】ミラー６およびピントステージ１２はＹス
テージ１１に固定されており、Ｙステージ１１を移動す
ることでワーク１のすべての吐出口を測定することがで
きるようになっている。

【００２４】顕微鏡３は振動および剛性の関係で光軸が
横向きになるように、ピントステージ１２に固定されて
いる。そして、顕微鏡３の光軸は、ミラー６を介して９
０°折り曲げられ、これによりワーク１を下から観察す
ることができるようになっている。したがって、ピント
ステージ１２をＹ方向に移動させると、ミラー６は移動
しないのでピント位置が上下方向に移動し、ワーク１お
よび透明シート２にピントを合わせることができる。

【００２５】（印字制御系）つぎに、図３を用いて印字
のための制御系について説明する。図３において、１０
０は装置全体の動作を制御する制御装置、１０１は印字
ステージ９の動作を制御するステージコントローラ、１
０２はステージコントローラ１０１からの信号により印
字ステージ９を駆動するステージドライバ、１０３は印
字ステージ９の移動位置を検出する位置検出装置であ
る。

【００２６】１１０はワーク１からインクを吐出させて
検査パターンを印字させる印字コントローラ、１１１は
検査パターンを保持しておくパターン保持装置、１１２
は印字コントローラ１１０からのパターン信号をインク
吐出に必要なだけ増幅する印字ドライバ、１１３は印字
ドライバ１１２の信号をワーク１に供給するコンタクト
である。

【００２７】（ステージ静止での印字動作）上記構成に
おいて印字（検査パターンの形成）動作について説明す
る。まず、印字ステージを静止させた状態での印字動作
について説明する。制御装置１００はステージコントロ
ーラ１０１に目標位置データをセットし、移動開始命令
を送る。この移動開始命令を受けたステージコントロー
ラ１０１は目標位置に移動するために必要なパルス数を
計算し、駆動パルスをステージドライバ１０２に出力す
る。ステージドライバ１０２はその受けたパルスを、印
字ステージ９を駆動できるように増幅して印字ステージ
９に供給し、これにより印字ステージ９は所定位置に位
置決めされる。

【００２８】制御装置１００は印字ステージ９の位置決
め完了を確認後、パターン保持装置１１１に検査パター
ンデータを送信し保持させる。つぎに、印字開始命令を
受信したらすぐに印字開始するように、印字コントロー
ラ１１０を即時印字の状態にセットして、印字開始命令
を送信する。

【００２９】印字開始命令を受けた印字コントローラ１
１０は、パターン保持装置１１１に保持されている検査
パターンデータを所定のパターン信号に変換して、印字
ドライバ１１２に出力する。印字ドライバ１１２は受信
したパターン信号をインク吐出に必要なだけ増幅して、
コンタクト１１３を介してワーク１に供給する。ワーク
１は増幅されたパターン信号によりインクを吐出する。

【００３０】（吐出口の見え方）つぎに、図４および図
５を用いてインク吐出口の見え方について説明する。図
４はインク吐出口の断面図であり、同図において、１５
０は先端がインク吐出口であるノズルであり、インクが
充填されている。このノズル１５０は吐出口を含む平面
である吐出面に対して垂直になるように設計されてい
る。１５１はインクの液面であり、正常な状態ではノズ
ル１５０の軸に対して線対称の曲面になっている。

【００３１】図５は、顕微鏡３とＴＶカメラ４を用いて
吐出口を拡大して観察した様子を示す。同図において２
００はＴＶカメラ４の視野であり、２０１ａ〜２０１ｄ
は吐出口である。

【００３２】インクの液面１５１は、前述したように曲
面になっている。吐出口に対して垂直な方向から照明光
を当て同じ方向から吐出口を観察すると、顕微鏡３の光
軸にほぼ垂直な面での反射光は、顕微鏡３に戻るが、顕
微鏡３の光軸に垂直でない部分の反射光は戻らない。し
たがって、光軸にほぼ垂直な面だけが明るくなり、それ
以外の部分は暗くなる。図４のような状態では、吐出口
以外の部分とインクの液面１５１の光軸に垂直な部分
（すなわち吐出口の中央部）が明るく、液面１５１の大
部分の領域は暗く見える。

【００３３】吐出口の位置を求めるにはＴＶカメラ４の
映像信号を、図示しない画像処理装置にデジタル画像と
して取り込み、所定の明るさを閾値として２値化処理す
る。すなわち、その閾値よりも暗い部分を「１」、閾値
よりも明るい部分を「０」とする２値化を行い、２値画
像を生成する。そして２値画像において、「１」がつな
がった連結領域ごとに重心を求めることにより、吐出口
の位置が求まる。

【００３４】この場合、より正確に吐出口の位置を求め
るには、吐出口中心の輝点を除去する。このために
「１」の連結領域に内包される「０」の領域を穴埋め処
理して除去した後、「１」の連結領域ごとに重心を求め
ればよい。

【００３５】（吐出方向測定）つぎに、図６を用いてイ
ンク液滴の吐出方向の測定について説明する。図６にお
いて、２０１は吐出口位置であり、ピントステージ１２
で顕微鏡３をワーク１の吐出口にピントを合わせて吐出
口の位置を測定したときのものである。２０２はインク
着弾位置であり、印字ステージ９を静止させてインクを
吐出させたとき、透明シート２に着弾したインクをピン
トステージ１２で顕微鏡３を透明シート２にピントを合
わせて位置を測定したときのものである。

【００３６】吐出方向が完全に設計値通りであるとする
と、吐出口位置とインク着弾位置は一致する。実際は吐
出口位置とインク着弾位置は加工・組立精度により一致
しない。ここで、吐出口位置を（ｘ₀，ｙ₀）、インク
着弾位置を（ｘ₁，ｙ₁）、吐出口から透明シート２ま
での距離をｈとすると、インクの吐出方向を示す方向ベ
クトルｅ_d（‖ｅ_d‖＝１）は、Ｌ＝√｛（ｘ₁−ｘ₀）²＋（ｙ₁−ｙ₀）²＋ｈ²｝（１）として、ｅ_d＝（ｅ_x，ｅ_y，ｅ_z）＝（（ｘ₁−ｘ₀）／Ｌ，（ｙ₁−ｙ₀）／Ｌ，ｈ／Ｌ）（２）である。

【００３７】以上の説明から分かるように、同一方向か
らインク吐出口位置とインク着弾位置を測定し、出口位
置と媒体が静止状態でのインク着弾位置との関係を測定
することで、インクの着弾精度を要因別に評価するよう
にしたので、着弾精度が悪化したときに迅速に対応する
ことができ、不良品を低減することができる。

【００３８】つぎに、本発明の第２の実施形態を説明す
る。この実施形態において印字検査装置の全体構成（図
１）、測定系（図２）および印字制御系（図３）等の基
本構成は実質的に前述の第１の実施形態の場合と同様で
ある。以下おもに、本実施形態の特徴部分について説明
する。

【００３９】（ステージと連動した印字動作）ここで
は、印字ステージ９を移動させながら検査パターンを印
字するときの動作を説明する。制御装置１００は、パタ
ーン保持装置１１１に検査パターンデータを送信し保持
させる。つぎに、印字ステージ９が所定位置に到達した
ら印字を開始する連動印字の状態に、印字コントローラ
１１０をセットして、印字開始命令を送信する。

【００４０】このとき印字コントローラ１１０は、位置
検出装置１０３の出力値を監視し、印字ステージ９が所
定位置に到達するのを待つ。制御装置１００はつぎに、
ステージコントローラ１０１、ステージドライバ１０２
を介して、印字ステージ９をワークの下で所定速度で定
速移動することができる位置まで退避させる。

【００４１】印字ステージ９の退避が完了すると、制御
装置１００はステージコントローラ１０１に目標位置デ
ータをセットし、移動開始命令を送る。この移動開始命
令を受けたステージコントローラ１０１は目標位置に移
動するために必要なパルス数を計算し、駆動パルスをス
テージドライバ１０２に出力する。ステージドライバ１
０２はその受けたパルスを、印字ステージ９を駆動でき
るように増幅して印字ステージ９に供給し、これにより
印字ステージ９は移動を開始する。

【００４２】位置検出装置１０３は印字ステージ９の位
置をつねに出力しているので、その出力値は印字ステー
ジ９の移動に伴って変化する。印字コントローラ１１０
は、位置検出装置１０３の出力値を監視しているので、
印字ステージ９が所定の印字開始位置に到達したら印字
ステージ９の移動に同期して、パターン保持装置１１１
に保持されている検査パターンデータを順次読み出し、
所定のパターン信号に変換して、印字ドライバ１１２に
出力する。印字ドライバ１１２は受信したパターン信号
をインク吐出に必要なだけ増幅して、コンタクト１１３
を介してワーク１に供給する。ワーク１は増幅されたパ
ターン信号によりインクを吐出する。

【００４３】（吐出口の見え方）吐出口の見え方につい
ては、実質的に前述の第１の実施形態の場合と同様であ
る。

【００４４】（吐出速度測定）つぎに、図７を用いてイ
ンク液滴の吐出速度の測定について説明する。図７にお
いて、２０１は吐出口位置であり、ピントステージ１２
で顕微鏡３をワーク１の吐出口にピントを合わせて吐出
口の位置を測定したときのものである。２０３はインク
着弾位置であり、印字ステージ９を第１の速度で移動
（走査）させて、印字ステージ９が所定位置を通過する
ときに吐出させたインクが透明シート２に着弾したもの
を、ピントステージ１２で顕微鏡３を透明シート２にピ
ントを合わせて位置を測定したときのものである。

【００４５】２０４はインク着弾位置であり、印字ステ
ージ９を第２の速度で移動（走査）させて、印字ステー
ジ９が第１の速度で吐出を行った位置を通過するときに
吐出させたインクが透明シート２に着弾したものを、ピ
ントステージ１２で顕微鏡３を透明シート２にピントを
合わせて位置を測定したときのものである。

【００４６】ここで、第１の速度での着弾位置を
（ｘ₃，ｙ₃）、第２の速度での着弾位置を（ｘ₄，ｙ
₄）、吐出口から透明シート２までの距離をｈ、印字ス
テージ９を第１の速度で移動ベクトルをＶ_p1、第２の速
度で移動ベクトルをＶ_p2、インクの吐出ベクトルをＶ_d
とし、さらに、Ｖ_p1＝（ｘ_p1，０，０）．．．（ステージはＸ方向に移
動）Ｖ_p2＝（ｘ_p2，０，０）．．．（ステージはＸ方向に移
動）Ｖ_d＝Ｖ・ｅ_d．．．（‖ｅ_d‖＝１）＝（Ｖ・ｅ_x，Ｖ・ｅ_y，Ｖ・ｅ_z）とすると、インクの吐出から着弾までの時間Ｔ_fは、Ｔ
_f・Ｖ・ｅ_z＝ｈから、Ｔ_f＝ｈ／（Ｖ・ｅ_z）（３）である。

【００４７】この時間Ｔ_fにおけるステージ移動量Ｍ
は、Ｍ＝ｘ_p・Ｔ_f．．．（‖Ｖ_p‖＝Ｘ_p）＝ｘ_p・ｈ／（Ｖ・ｅ_z）（４）であるので、第１の速度での移動量Ｍ₁は、Ｍ₁＝ｘ_p1・ｈ／（Ｖ・ｅ_z）また、第２の速度での移動量Ｍ₂は、Ｍ₂＝ｘ_p2・ｈ／（Ｖ・ｅ_z）である。したがって、移動量差ｄＭ＝Ｍ₂−Ｍ₁は、ｄＭ＝（ｘ_p2−ｘ_p2）・ｈ／（Ｖ・ｅ_z）（５）である。吐出速度Ｖは、Ｖ＝（ｘ_p2−ｘ_p2）・ｈ／（ｄＭ・ｅ_z）（６）となる。この場合、吐出が計算値から大きくずれていな
ければ、ｅ_z≒１であるから、Ｖ≒（ｘ_p2−ｘ_p1）・ｈ／ｄＭ（７）となる。

【００４８】したがってｘ_p1、ｘ_p2およびｈについて予
め測定しておき、第１の速度での着弾位置ｘ₃および第
２の速度での着弾位置ｘ₄を測定すれば、ｄＭ＝ｘ₄−
ｘ₃であるので、Ｖ≒（ｘ_p2−ｘ_p1）・ｈ／（ｘ₄−ｘ₃）（８）から吐出速度を求めることができる。より正確に吐出速
度を求めるためには、予め吐出方向を測定しておき、ｅ
_zを用いればよい。

【００４９】以上の説明から分かるように、媒体の移動
速度で変えてインクの着弾位置を測定することで、イン
ク吐出速度を測定し、インクの着弾精度を要因別に評価
するようにしたので、着弾精度が悪化したときに迅速に
対応することができ、不良品を低減することができる。

【００５０】なお、上記実施形態において、移動速度は
２つの異なる速度を用いて説明したが、３つ以上の複数
の速度で印字させ、そのときの着弾位置と移動速度の関
係を関係式；Ｍ_n＝ｘ_pn ・ｈ／（Ｖ・ｅ_z）として、
最小二乗法などの統計的処理により速度を求めてもよ
い。また、媒体として透明シートを用いて、その透明シ
ートの裏側から着弾位置を測定する構成としたが、たと
えば媒体として不透明な紙等を用いて表側から測定を行
ってもよい。

【００５１】つぎに、本発明の第３の実施形態を説明す
る。（全体構成）図８は、本発明の印字検査方法を用いた印
字検査装置の構成を示す図である。図８において、２１
は検査対象であるヘツド、２２はヘッド２１を固定する
と共に吐出信号等の電気信号を供給するキャリッジ、２
３はヘッド２１を走査するための走査ステージ、２４は
ヘッド２１から吐出されたインクにより測定のための所
定のパターンが印字される媒体である透明シート、２５
は透明シート２４を固定するシート固定台であり、透明
シート２４をヘッド２１と反対側から観察することがで
きるように穴があけられている。

【００５２】２６はヘッド２１と透明シート２４の間隔
を変えるための間隔調整ステージ、２７は透明シー卜２
４上の印字パターンを拡大するための顕微鏡、２８は顕
微鏡２７の拡大像を電気信号に変換するＴＶカメラであ
り、図示しない画像処理装置に接続されており、画像処
理装置で吐出口やインクの位置が測定することができる
ようになっている。２９は顕微鏡２７のピントを調節す
るためのピントステージである。

【００５３】（制御系）つぎに、図９を用いて印字のた
めの制御系について説明する。図９において、１００は
全体の動作を統括的に制御する全体制御装置、１０１は
走査ステージ２３、間隔調整ステージ２６およびピント
ステージ２９の動作を制御するステージ制御装置、１０
２はステージ制御装置１０１からの信号を変換して走査
ステージ２３を駆動する走査ステージ駆動回路、１０３
はステージ制御装置１０１からの信号を変換して間隔調
整ステージ２６を駆動する間隔調整ステージ駆動回路、
１０４はステージ制御装置１０１からのを変換してピン
トステージ２９を駆動するピントステージ駆動回路、１
０５は走査ステージ２３の移動位置を検出する位置検出
装置である。

【００５４】１１０はヘッド２１からインクを吐出させ
て所定の検査パターンを印字させる印字制御装置、１１
１は所定の検査パターンを保持しておくパターン保持装
置、１１２は印字制御装置１１０からのパターン信号を
インク吐出に必要な形態に変換する印字駆動回路、１１
３は印字駆動回路１１２からの信号をヘッド２１に供給
するための接点である。

【００５５】（ステージと連動した印字動作）つぎに、
走査ステージ２３を移動させながら所定の検査パターン
を印字するときの動作について説明する。全体制御装置
１００は、パターン保持装置１１１に検査パターンデー
タを送信し保持させる。つぎに、制御装置１００は走査
ステージ制御装置１０１、走査ステージ駆動装置１０２
を介して走査ステージ２３を、ヘツド２１が所定の印字
位置で所定速度で定速移動することができる位置まで退
避させる。

【００５６】つぎに、印字制御装置１１０を、走査ステ
ージ２３が所定の位置に到達したら印字を開始する状態
に設定して印字開始命令を送信する。このとき印字制御
装置１１０は位置検出装置１０３の出力値を監視し、走
査ステ一ジ２３が所定位置に到達するのを待っている。
制御装置１００は印字開始命令を送信した後にステージ
制御装置１０１に走査ステージ２３の目標位置データを
セットし走査ステージ２３の移動命令を送る。移動命令
を受けたステージ制御装置１０１は、目標位置に移動す
るのに必要な加減速パルス数を計算し、駆動パルスを走
査ステージ駆動回路１０２に出力する。走査ステージ駆
動回路１０２は、受けたパルスを走査ステージ２３を駆
動することができるように増幅して走査ステージ２３に
供給し、これにより走査ステージ２３は移動開始する。

【００５７】位置検出装置１０５は走査ステージ２３の
位置をつねに出力しているので、走査ステージ２３の移
動によりその出力値は変化する。印字制御装置１１０は
位置検出装置１０３の出力値を監視しているので、走査
ステージ２３が所定の印字開始位置に到達したら走査ス
テージ２３の移動に同期して、パターン保持装置１１１
に保持されている検査パターンデータを順次読み出し、
所定のパターン信号に変換して、印字駆動回路１１２に
出力する。印字駆動回路１１２は受信したパターン信号
をインク吐出に必要なだけ増幅して、接点１１３を介し
てヘッド２１に供給する。ヘッド２１は増幅されたパタ
ーン信号によりインクを吐出する。

【００５８】（吐出速度測定）つぎに、図１０および図
１１を用いてインク液滴の吐出速度の測定について説明
する。図１０は、吐出の位置関係を説明する図であり、
同図において２１ａはヘッド２１の吐出口である。Ｖ₀
はヘッド２１が静止した状態でのインク吐出を表わす静
止吐出ベクトル、Ｖ_pはヘッド２１の移動を表すヘッド
移動ベクトル、Ｖ_dはヘッド２１が移動している状態で
のインク吐出を表わす移動吐出ベクトルであり、静止吐
出ベクトルＶ₀とヘッド移動ベクトルＶ_pの合成ベクト
ルである。

【００５９】ここで、ヘッド２１の吐出口２１ａの先端
の高さをｈ₀、透明シート２４の高さをｈ₁、ヘッド２
１を所定の印字位置に位置決めしたときの吐出口２１ａ
の位置をｘ₀とする。ヘッド２１を静止させてインクを
吐出させたときのインクの着弾位置をｘ_d、ヘッド２１
と透明シート２４の高さを変えずにヘッド２１を速度Ｖ
_pで移動させながら吐出口２１ａの位置がｘ₀に来たと
きにヘッド２１に吐出信号を与え、実際に吐出開始した
位置をｘ₀′、この状態でインクが着弾した位置を
ｘ₁、ヘッド２１の高さを変えずに透明シート２４の高
さをｈ₂に変えてヘッド２１を移動させながらインクを
吐出させたときの着弾位置をｘ₂とする。

【００６０】つぎに、図１１を用いて測定動作について
説明する。まず、ヘッド２１を所定の印字位置に位置決
めし（ステップＳ１）、つぎにピントステージ２９を動
かし顕微鏡２７のピントをヘッド２１の吐出口２１ａに
合わせ、このときのピントステージ２９の位置ｈ₀を記
憶する（ステップＳ２）。ここで、吐出口２１ａの拡大
光学像をＴＶカメラ２８で電気信号に変換し、図示しな
い画像処理装置で吐出口２１ａの中心位置を測定し、そ
の値ｘ₀を記憶する（ステップＳ３）。

【００６１】つぎに、間隔調整ステージ２６を動かし、
透明シート２４を第１の高さに移動し（ステップＳ
４）、そしてここで、ヘッド２１を静止した状態でイン
クを吐出させる（ステップＳ５）。つぎに、ピントテー
ジ２９を動かし、顕微鏡２７のピントを透明シート２４
に着弾したインクに合わせ、このときのピントステージ
２９の位置ｈ₁を記憶する（ステップＳ６）。ヘッド２
１の静止状態で吐出されたインクの拡大光学像をＴＶカ
メラ２８で電気信号に変換し、図示しない画像処理装置
でインクの中心位置を測定しその値ｘ_dを記憶する（ス
テップＳ７）。

【００６２】つぎに、ヘッド２１を所定の速度Ｖ_pで移
動させながら、前述した方法でヘッド２１の移動に合わ
せてインクを吐出させる。このときインク吐出信号は所
定の印字位置、すなわち吐出口２１ａが位置ｘ₀に到達
したときに与えられる（ステップＳ８）。ヘッド２１の
移動が完了したら、同様にＴＶカメラ２８の映像信号か
らヘッド移動状態でのインク着弾位置を測定し、その値
ｘ₁を記憶する（ステップＳ９）。

【００６３】つぎに、間隔調整ステージ２６を動かし、
透明シート２４を第２の高さに移動する（ステップＳ１
０）。その後ステップＳ８と同様に、ヘッド２１を所定
の速度Ｖ_pで移動させながら、吐出口２１ａが位置ｘ₀
に到達したときにインクを吐出させる（ステップＳ１
１）。つぎにステップＳ６と同様に、ピントテージ２９
を動かし、顕微鏡２７のピントを第２の高さ位置に設定
された透明シート２４に着弾したインクに合わせ、この
ときのピントステージ２９の位置ｈ₂を記憶する（ステ
ップＳ１２）。ステップＳ９と同様な方法で、ヘッド移
動状態で第２の高さ位置に設定された透明シート２４に
着弾したインクの着弾位置を測定し、その値ｘ₂を記憶
する（ステップＳ１３）。

【００６４】そして、吐出口２１ａの高さｈ₀、透明シ
ート２４の第１の高さｈ₁および第２の高さｈ₂、所定
の印字位置にヘッド２１が位置決めされたときの吐出口
２１ａの位置ｘ_d、透明シート２４が第１の高さにある
ときのヘッド２１が移動状態での着弾位置ｘ₁、透明シ
ート２４が第２の高さにあるときのヘッド２１が移動状
態での着弾位置ｘ₂、およびヘッド２１の移動速度Ｖ_p
からインクの吐出速度およびインク吐出信号が与えられ
てから実際に吐出が開始されるまでの遅れ時間を計算
し、出力する（ステップＳ１４）。

【００６５】（吐出速度・遅れ時間）つぎに、透明シー
ト２４の高さを変えたときの着弾位置から、インクの吐
出速度および吐出信号が与えられてから吐出が開始され
るまでの遅れ時間の求めかたについて図１０を用いて説
明する。ここで、図面の左右方向をＸ方向、上下方向を
Ｚ方向とし、また各因子はＹ方向の成分を持たず、した
がって、Ｖ₀＝（Ｖ_0x ，Ｖ_0z）Ｖ_p＝（Ｖ_px ，０）Ｖ_d＝Ｖ₀＋Ｖ_p＝（Ｖ_0x＋Ｖ_px ，Ｖ_0z）とし、またＺ軸は吐出口２１ａの位置を原点として、ｈ
₀＝０とする。

【００６６】透明シート２４がＺ＝ｈ_nにあるときの着
弾位置ｘ_nは、遅れ時間をδ_tとしてつぎのように表さ
れる。ｘ_n＝ｘ₀＋Ｖ_px・δ_t＋（Ｖ_0x＋Ｖ_px）・ｈ_n／Ｖ_0z （９）したがって、透明シート２４の高さがｈ₁およびｈ₂で
あるときの着弾位置ｘ₁およびｘ₂は、つぎに式で与え
られる。ｘ₁＝ｘ₀＋Ｖ_px・δ_t＋（Ｖ_0x＋Ｖ_px）・ｈ₁／Ｖ_0z （１０）ｘ₂＝ｘ₀＋Ｖ_px・δ_t＋（Ｖ_0x＋Ｖ_px）・ｈ₂／Ｖ_0z （１１）

【００６７】したがって、（１０）および（１１）式よ
りｘ₂−ｘ₁＝（Ｖ_0x＋Ｖ_px）・（ｈ₂−ｈ₁）／Ｖ_0z （１２）であるから、（Ｖ_0x＋Ｖ_px）／Ｖ_0z＝（ｘ₂−ｘ₁）／（ｈ₂−ｈ₁）（１３）（１３）式を（１０）式に代入すれば、ｘ₁＝ｘ₀＋Ｖ_px・δ_t＋ｈ₁・（ｘ₂−ｘ₁）／（ｈ₂−ｈ₁）（１４）となり、移動速度Ｖ_pxが予め測定して既知であれば、 δ_t＝｛（ｘ₁−ｘ₀）−ｈ₁・（ｘ₂−ｘ₁）／（ｈ₂−ｈ₁）｝／Ｖ_px （１５）から遅れ時間δ_tが求まる。

【００６８】また、ヘッド２１が静止状態での着弾位置
は、移動状態での式において、移動速度Ｖ_px＝０とすれ
ばよいので、ｘ_d＝ｘ₀＋Ｖ_0x・ｈ₁／Ｖ_0z （１６）Ｖ_0x／Ｖ_0z＝（ｘ_d−ｘ₀）／ｈ₁ （１７）となる。また、（１２）式を変形すると、Ｖ_0z＝Ｖ_px／｛（ｘ₂−ｘ₁）／（ｈ₂−ｈ₁）−Ｖ_0x／Ｖ_0z （１８）であり、（１７）式を代入すると、Ｖ_0z＝Ｖ_px／｛（ｘ₂−ｘ₁）／（ｈ₂−ｈ₁）−（ｘ_d−ｘ₀）／ｈ₁ （１９）となり、さらにこれを（１７）式に代入し変形すると、Ｖ_0x＝Ｖ_0z・（ｘ_d−ｘ₀）／ｈ₁ （２０）となり、吐出速度Ｖ_0z、Ｖ_0xが求められる。

【００６９】ここで、本実施形態における変形例を説明
する。上述の実施形態では、透明シート２４を２つの異
なる高さに設定した場合を説明したが、２以上の複数の
高さで印字させ、そのときの高さと着弾位置の関係を最
小二乗法などの統計的処理で求めるようにしてもよい。

【００７０】図１２は、透明シート２４の高さをｈ₁〜
ｈ₄の４段階に変えたときの透明シート２４の高さとイ
ンク着弾位置の関係を示す図である。図において、横軸
は透明シート２４の高さＺ、縦軸は着弾位置ｘである。
図中、黒丸はヘッド２１の静止状態での着弾位置を、ま
た白丸はヘッド２１の移動状態での着弾位置を示す。直
線Ｌ₁はヘッド２１の移動状態における透明シート２４
の高さｈ_nと着弾位置ｘ_nの関係を下記の（２１）式と
して、４組の測定値から最小二乗法によって係数Ａ₁，
Ｂ₁を求めたものである。ｘ_n＝Ａ₁・ｈ_n＋Ｂ₁ （２１）また、直線Ｌ₂はヘッド２１の静止状態における透明シ
ート２４の高さｈ_nと着弾位置ｘ_nの関係を下記の（２
２）式として、４組の測定値から最小二乗法によって係
数Ａ₂，Ｂ₂を求めたものである。ｘ_n＝Ａ₂・ｈ_n＋Ｂ₂ （２２）

【００７１】ヘッド２１の吐出口２１ａの位置をｈ₀と
すると静止状態での吐出口位置ｘ₀は、（２２）式から
つぎのように与えられる。ｘ₀＝Ａ₂・ｈ₀＋Ｂ₂ （２３）また、実際の吐出開始位置ｘ₀′は、（２１）式からつ
ぎのように与えられる。ｘ₀′＝Ａ₁・ｈ₀＋Ｂ₁ （２４）ヘッド２１の移動速度をＶ_pxとすれば、遅れ時間δ
_tは、ｘ₀′−ｘ₀＝Ｖ_px・δ_tであるから、つぎのよ
うに与えられる。 δ_t＝｛（Ａ₁−Ａ₂）・ｈ₀＋Ｂ₁−Ｂ₂｝／Ｖ_px （２５）

【００７２】また、直線Ｌ₁およびＬ₂の傾きを表わす
係数であるＡ₁およびＡ₂は、速度ベクトルＶ₀，Ｖ_p
を用いてつぎのように表される。Ａ₁＝（Ｖ_0x＋Ｖ_px）／Ｖ_0z （２６）Ａ₂＝Ｖ_0x／Ｖ_0z （２７）これらから静止吐出ベクトルＶ₀は、つぎのように与え
られる。Ｖ_0z＝Ｖ_px／（Ａ₁−Ａ₂）（２８）Ｖ₀x＝Ｖ_px／（Ａ₁／Ａ₂−１）（２９）

【００７３】また、本実施形態における別の変形例を説
明する。前述の実施形態およびその変形例においては印
字媒体として透明シート２４を用いて、その透明シート
越しにヘッド２１の吐出口２１ａと透明シート２４に着
弾したインクに顕微鏡２７のピントを合わせ、そのピン
ト位置の差から吐出口２１ａと透明シート２４の高さ関
係を測定した。両者の高さの関係を測定することができ
れば、限定されるものではない。

【００７４】たとえば、吐出口は本実施形態同様に顕微
鏡のピントを使用し、媒体（本実施形態における透明シ
ートに相当）の測定は、ヘッドと同じ方向から別の距離
センサを用いて測定し、顕微鏡と距離センサの関係は厚
みが既知な透明ガラスなどを用いて校正しておけばよ
い。媒体の高さ測定はヘッド側から行い、ヘッドの高さ
測定はヘッドを取り付けたときに一度行えばよいので、
媒体をセットする前にヘッドの高さを測定すれば媒体が
紙等の不透明な材質であってもよい。

【００７５】さらに、別の変形例において、本実施形態
でヘッドを移動させて移動パターンを形成したが、ヘッ
ド２１を固定して、印字媒体である透明シート２４を移
動させてもよい。

【００７６】さらに、別の変形例において、本実施形態
で媒体である透明シートを保持したまま複数のパターン
を印字したが、各高さの測定ごとに媒体を交換してもよ
い。その交換手段としては別の（つぎの）媒体と交換し
てもよく、ロール状の媒体を用いて各測定ごとに使用済
の部分を巻き取ってもよい。

【００７７】以上の説明から分かるように印字媒体とヘ
ッドの間隔を変えてインク着弾位置を測定し、さらに所
定の印字開始位置における吐出口位置およびヘッド静止
状態における吐出方向を測定するようにしたので、吐出
信号が与えられてから実際に吐出が開始されるまでの遅
れ時間とインクの吐出速度とを分離して評価できるよう
になり、着弾精度が悪化したときに原因の特定に要する
時間が短縮され迅速に対応することができることで不良
品を低減することができる。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、こ
の種のインクジェットヘッドの品質の評価において吐出
方向・吐出速度を分離して測定し、不良の原因を迅速に
解明し不良を低減することができる等の利点を有してい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態における印字検査装置
の構成を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施形態におけるワークを測定
する状態でのワークまわりの断面図である。

【図３】本発明の第１の実施形態における印字制御系の
構成を示す図である。

【図４】本発明の第１の実施形態におけるインク吐出口
の断面図である。

【図５】本発明の第１の実施形態における顕微鏡とＴＶ
カメラを用いて吐出口を拡大して観察した様子を示す図
である。

【図６】本発明の第１の実施形態におけるインク液滴の
吐出方向の測定について示す図である。

【図７】本発明の第２の実施形態におけるインク液滴の
吐出速度の測定について示す図である。

【図８】本発明の第３の実施形態における印字検査装置
の構成を示す図である。

【図９】本発明の第３の実施形態における印字制御系の
構成を示す図である。

【図１０】本発明の第３の実施形態におけるインク吐出
の位置関係を示す図である。

【図１１】本発明の第３の実施形態における測定動作を
示すフローチャートである。

【図１２】本発明の第３の実施形態における変形例を示
す図である。

【図１３】従来方法におけるインク吐出の位置関係を示
す図である。

【符号の説明】

１ワーク２透明シート３顕微鏡４ＴＶカメラ５照明６ミラー７ワーク固定治具８Ｘステージ９印字ステージ１０回復装置１１Ｙステージ１２ピントステージである。１００制御装置１０１ステージコントローラ１０２ステージドライバ１０３位置検出装置１１０印字コントローラ１１１パターン保持装置１１２印字ドライバ１１３コンタクト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液滴を吐出させて像を形成するインクジ
ェットヘッドの検査方法であって、媒体に所定パターンを印字し、その印字パターンからイ
ンクジェットヘッドの性能を評価する際、インク吐出口
位置を測定する工程と、インク吐出口から吐出されたイ
ンク液滴の到達位置を測定する工程と、を有することを
特徴とするインクジェットヘッドの検査方法。
【請求項２】液滴を吐出させて像を形成するインクジ
ェットヘッドの検査装置であって、インク吐出口の位置を測定する手段と、インク吐出口か
ら吐出されたインク液滴の到達位置を測定する手段と、
を有し、媒体に印字された印字パターンからインクジェ
ットヘッドの性能を評価するようにしたことを特徴とす
るインクジェットヘッドの検査装置。
【請求項３】印字媒体として透明シートを用い、透明
シート越しに印字パターンおよびインク吐出口の位置を
測定するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の
インクジェットヘッドの検査装置。
【請求項４】液滴を吐出させて像を形成するインクジ
ェットヘッドの検査方法であって、媒体に所定のパターンを印字し、その印字パターンから
インクジェットヘッドの性能を評価する際、少なくとも
２以上の異なる走査速度で所定パターンを印字したとき
のインク液滴の到達位置を測定することを特徴とするイ
ンクジェットヘッドの検査方法。
【請求項５】液滴を吐出させて像を形成するインクジ
ェットヘッドの検査方法であって、媒体に所定のパターンを印字し、その印字パターンから
インクジェットヘッドの性能を評価する際、ヘッドを媒体に対して第１の間隔で所定速度で移動させ
ながら所定の吐出開始位置で吐出開始信号を与え、その
ときの液滴の着弾位置を測定する第１の移動着弾位置測
定工程と、移動速度および吐出開始位置を変えずに第１の間隔とは
異なる第２の間隔にして液滴の着弾位置を測定する第２
の移動着弾位置測定工程と、を有することを特徴とする
インクジェットヘッドの検査方法。
【請求項６】請求項５に記載の検査方法において、ヘッドを媒体に対して所定の吐出開始位置に位置決めし
たときの液滴を吐出するインク吐出口の位置を測定する
工程を有することを特徴とするインクジェットヘッドの
検査方法。
【請求項７】請求項６に記載の検査方法において、ヘッドを媒体に対して第１の間隔および第２の間隔を含
む第３の間隔で所定の吐出開始位置に静止させて吐出開
始信号を与え、そのときの液滴の着弾位置を測定する第
１の静止着弾位置測定工程を有することを特徴とするイ
ンクジェットヘッドの検査方法。
【請求項８】請求項５に記載の検査方法において、ヘッドを媒体に対して第１の間隔および第２の間隔を含
む第３の間隔で所定の吐出開始位置に静止させて吐出開
始信号を与え、そのときの液滴の着弾位置を測定する第
１の静止着弾位置測定工程と、第３の間隔と異なる第４の間隔で所定の吐出開始位置に
静止させて吐出開始信号を与え、そのときの液滴の着弾
位置を測定する第２の静止着弾位置測定工程を有するこ
とを特徴とするインクジェットヘッドの検査方法。