JP2003062983A - 液体吐出記録ヘッドの吐出液滴量測定方法、液体吐出記録ヘッドの吐出液滴量測定装置、液体吐出記録ヘッドの検査システム、液体吐出記録装置、液体吐出記録ヘッドの製造システム、及び液体吐出記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 吐出液滴の１滴１滴の量を精度良く計測する
ことができる液体吐出記録ヘッドの吐出液滴量測定方
法、液体吐出記録ヘッドの吐出液滴量測定装置、液体吐
出記録ヘッドの検査システム、液体吐出記録装置、液体
吐出記録ヘッドの製造システム、及び液体吐出記録ヘッ
ドを提供する。 【解決手段】 ２枚の平面ガラス板２を水平方向に一定
速度で移動させて生成した、一定等速の気流が流れる速
度が既知である定常気流域に、気流の流れ方向と非平行
にヘッド１から液滴を吐出し、観察系により、液滴の移
動方向が気流の流れ方向と一致する前に、液滴の気流流
れ方向の移動速度成分を複数回計測し、その計測された
速度値と計測時の時間間隔及び気流の速度値を用いて、
速度計測した液滴の液滴量を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所望の液体を吐出
して記録媒体に記録を行う方式による液体吐出記録装置
の液体吐出記録ヘッドからの飛翔液滴の量を測定する液
体吐出記録ヘッドの吐出液滴量測定方法、液体吐出記録
ヘッドの吐出液滴量測定装置、液体吐出記録ヘッドの検
査システム、液体吐出記録装置、液体吐出記録ヘッドの
製造システム、及び液体吐出記録ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、液体吐出記録ヘッド（以下ヘ
ッドと略称）の吐出口からインク液滴（以下液滴と略
称）を吐出し、紙やＯＨＰシート等の記録媒体に着弾さ
せることで、画像を形成する液体吐出記録装置が知られ
ている。液体吐出記録装置においては、高精細かつ高画
質化が求められている。吐出された液滴量にばらつきが
あると、濃度むらやカラー画像における色調ずれ等の影
響を及ぼし、高精細かつ高画質化の妨げとなる。こうし
た問題を解決するためには、ヘッドの液滴吐出特性の解
析を行う必要があり、液滴量に関しては吐出液滴１滴１
滴の量のばらつきを測定することが求められてきた。ま
たより高品質のヘッドを出荷するために、製造されたヘ
ッドの液滴吐出特性の検査項目の１つとして、吐出液滴
１滴１滴の量を測定することが求められてきた。

【０００３】しかし、ヘッドの代表的なものであると、
液滴径が２０μｍ、体積で４ｐｌと、液滴サイズが微小
であることから、液滴１滴の量を測定するのは困難を極
める。従来から、ヘッドの液滴吐出量を測定する各種の
方法が提案されている。

【０００４】従来の第一の方法は、予め液体吐出記録装
置のインクタンクの質量を測定しておき、その後、規定
のヘッド駆動を行わせ、その後、更にそのインクタンク
の質量を測定することにより、ヘッドの駆動動作前後の
液滴質量差から平均的な液滴吐出量を算出するものであ
る。

【０００５】従来の第二の方法は、染料が含まれる液滴
をガラス基板上に形成した透明受容層上に着弾させ、そ
の着弾液滴部分に光を照射し、透過した光量の計測値か
ら着弾液滴内に含まれる染料の量を見積もる。そして、
液適量とそれに含まれる染料の量との比が既知であると
することにより液滴吐出量を算出するものである。

【０００６】従来の第三の方法は、例えば特開平５−１
４９７６９号公報に記載されているように、液滴の飛翔
像をカメラ等で撮影し、撮影画像を画像処理し、その画
像の大きさから液滴体積を算出するものである。

【０００７】従来の第四の方法は、例えば特開２０００
−１５３６０３号公報に記載されているように、所定の
深さと幅とを持つシャーレ形態の媒体に吐出液滴を受
け、天板で覆う。天板に押しつぶされ変形した液滴のサ
イズを測定し、その測定値に基づいて、液滴の体積を算
出するものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来例においては次のような問題点があった。

【０００９】従来例の第一の方法では、算出するのは多
数液滴の平均値であり、１滴１滴の液滴量ではないた
め、液滴間のばらつきや過渡的な液滴量の変化を測定す
ることはできない。そのため、十分な情報が得られない
問題点がある。

【００１０】また、従来例の第二の方法は、液滴を受け
る受容層のばらつきが、液滴の受容層内での広がり方に
影響を与え、ひいては透過光量にも影響する。現状で
は、特に、受容層の表面エネルギむら等のばらつきが液
滴量測定の精度を落としている。また、この方法では、
光を吸収しない透明液滴や光の透過量が極端に落ちる顔
料インク等には適用できない。また、高速で連続的に吐
出される液滴量を測定しようとすると、図１５に示すよ
うに基板に着弾した液と液とが分離されず、つながって
しまうため、１滴ごとの液滴量を測定することができな
い。

【００１１】また、従来例の第三の方法では、照明の方
法、つまり照明光の強さや向き等により撮像される液滴
の大きさが変ってしまう。また、この方法では、液滴径
から液滴量と液滴体積を算出するが、液滴体積は液滴径
の３乗に比例するので、体積の絶対誤差も径の測定絶対
誤差のおよそ３乗に比例することになり、液滴径の測定
誤差を小さく抑えないと、液滴体積の絶対誤差が大きく
なる欠点がある。

【００１２】更に、従来例の第四の方法では、基板のた
わみや表面むらのため、液滴を挟む受容基板と天板面と
の間隔をばらつきなく一定にするのは難しい。更に、受
容基板と天板面の両面のぬれの状態もばらつきなく一定
にすることは難しいため、測定に誤差が生じてしまう。
更に、高速で連続的に吐出される液滴量を測定しようと
すると、第二の方法と同様に、基板に着弾した液と液と
が分離されずつながってしまうため、１滴ごとの液滴量
を測定することができない。

【００１３】本発明の目的は、液体吐出記録ヘッドの更
なる高画質化を実現するため、吐出液滴の１滴１滴の量
を精度良く計測することができる液体吐出記録ヘッドの
吐出液滴量測定方法、液体吐出記録ヘッドの吐出液滴量
測定装置、液体吐出記録ヘッドの検査システム、液体吐
出記録装置、液体吐出記録ヘッドの製造システム、及び
液体吐出記録ヘッドを提供するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、一定等速の気
流が流れる速度が既知である定常気流域に、前記気流の
流れ方向と非平行に液滴を吐出し、前記液滴の移動方向
が前記気流の流れ方向と一致する前に、前記液滴の前記
気流の流れ方向の移動速度成分を複数回計測し、その計
測された速度値と計測時の時間間隔及び前記気流の速度
値を用いて、前記速度計測した液滴の液滴量を算出する
ことを特徴とする。

【００１５】また、本発明は、移動する液滴の速度では
なく液滴の位置を複数回計測し、その計測された位置座
標値と計測時の時間間隔及び前記気流の速度値を用い
て、前記位置計測した液滴の液滴量を算出することを特
徴とする。

【００１６】更に、本発明は、移動する液滴の速度か位
置どちらかだけではなく、液滴の位置と気流の流れ方向
の移動速度成分を各々計測し、その計測された位置座標
値と速度と計測時の時間間隔及び前記気流の速度値を用
いて、前記計測した液滴の液滴量を算出することを特徴
とする。

【００１７】ここで、一定気流中の球状の液滴に働く抗
力Ｆは、レイノルズ数が小さいとき、Ｓｔｏｋｅｓの式
に従い、液滴の質量をｍ、液滴の半径をａ、液滴に働く
相対速度をｖ、雰囲気気体の粘性係数をηとすると、Ｆ
＝６πηａｖと表される。これにより、液滴に働く運動
方程式が決定される。気流を一定等速速度の定常気流と
し、それを解くと、液滴のｙ方向の速度ｖと位置ｙは以
下の式で表される。

【００１８】 ｖ＝（ｖ_e−ｖ_o）（１−ｅｘｐ（−ｔ／τ））＋ｖ_o ・・（１） ｙ＝（ｖ_e−ｖ_o）（ｔ−τ＋τ・ｅｘｐ（−ｔ／τ））＋ｖ_oｔ＋ｙ_o ・・・（２） ここで、気流の流れ方向ｙを、気流の流速ｖ_eを、時刻
ｔ＝０での液滴のｙ方向の位置をｙ₀、速度をｖ₀、時定
数τ＝ｍ／６πηａとしている。

【００１９】Δｔを既知とし、時刻ｔ＝０、Δｔにおけ
る液滴の方向速度ｖを測定すれば、気流の流速式ｖ_eは
既知であるので、式（１）より未知数と共にτが算出で
きる。或いは、Δｔを既知とし、ｔ＝０、Δｔ、２Δｔ
における液滴のｙ方向位置ｙを測定すれば、気流の流速
式ｖ_eは既知であるので、式（２）より未知数ｖ₀、ｙ ₀
と共にτが算出できる。液滴の密度をρとすると、 τ＝ｍ／６πηａ＝２ａ²ρ／９η であるので、液滴の密度ρと雰囲気気体の粘性係数ηが
既知であれば、液滴の半径ａが求められ、液滴の量を算
出できることになる。

【００２０】ここでｔ＝０とは、液滴の位置あるいは速
度の計測を開始する時点である。本発明は計測をおこな
う領域での気流が既知の層流になっていることが計測の
必要条件である。つまり、計測開始前あるいは後の領域
の気流が未知であったり、乱流であっても計測は可能で
ある。

【００２１】また、速度と位置の計測を組み合わせるこ
とで測定系をより容易に構成できる可能性がでる。速度
計測で１データをとれば、その分、位置計測で取得しな
ければならないデータ数を１つ減らすことができる。こ
の測定では、時刻ｔが充分大きいと、式（１）と式
（２）でτの成分がなくなることから自明なように、量
に関わるτ成分を算出するには、液滴の気流流れ方向の
速度が気流の速度と一致する前に、液滴の位置や速度の
測定をしなければならない。しかも、液滴が微小で時定
数τが小さいため、気流速度と一致するまでの時間は短
い。よって、位置か速度どちらか一方のみの計測より
は、液滴位置と速度を別々の計測系で測定し、両者のデ
ータとも利用するほうが、計測を行う上での困難が低く
なる可能性がある。

【００２２】液滴が移動すると液滴周りの気流の状態を
乱すことになるので、ヘッドの吐出周波数が大きく、飛
翔する液滴と液滴との間隔が狭いと、液滴が移動するこ
とで生じた雰囲気内の気体による乱れが、次に吐出され
た液滴の移動に影響を与える可能性がある。そうする
と、雰囲気気体の粘性係数ηは雰囲気気体固有の値と考
えることができなくなる。

【００２３】しかし、本発明では、一定気流の流れ方向
と非平行に液滴を吐出し、前記液滴の移動方向が前記気
流の流れ方向と一致する前に、前記液滴の前記気流の流
れ方向の移動速度成分を複数回計測する。そのため、計
測領域では、図２に示すように、液滴が移動することに
よる気流の乱れは気流の流れ方向に飛散し、液滴の軌道
上には残らないため、液滴が移動することで生じた雰囲
気内の気体乱れが、次に吐出される液滴の移動に影響を
与えることはないと考えられる。よって、雰囲気気体の
粘性係数ηは、その気体固有の一定値と考えることがで
きる。

【００２４】更に、本発明は、一方向の気流で速度分布
が既知である気流域に、前記気流の流れ方向と非平行に
液滴を吐出し、前記液滴の移動方向が前記気流の流れ方
向と一致する前に、前記液滴の前記気流の流れ方向の移
動速度成分を複数回計測し、その計測された速度値と計
測時の時間間隔及び前記気流の速度分布データを用い
て、前記速度計測した液滴の液滴量を算出することを特
徴とする。

【００２５】更に、本発明は、移動する液滴の速度では
なく液滴の位置を複数回計測し、その計測された位置座
標値と計測時の時間間隔及び前記気流の速度分布データ
を用いて、前記位置計測した液滴の液滴量を算出するこ
とを特徴とする。

【００２６】更に、本発明は、移動する液滴の速度か位
置どちらかだけではなく、液滴の位置と気流の流れ方向
の移動速度成分を各々計測し、その計測された位置座標
値と速度と計測時の時間間隔及び前記気流の速度分布デ
ータを用いて、前記計測した液滴の液滴量を算出するこ
とを特徴とする。

【００２７】これにより、一方向で等速速度の層流気流
場を作るよりも、より容易に、またより安定した雰囲気
気流場を作りだせる可能性がある。もちろん、一定等速
気流場の場合より液滴軌道を示す式は複雑になるが、気
流の安定度が高ければ測定精度をより向上させることが
できる。更に、雰囲気気流場を容易に作り出すことがで
きれば、液滴量測定装置のコストの低減や液滴量測定装
置のサイズの縮小が可能になる。

【００２８】更に、本発明は、液滴の吐出方向を気流流
れ方向と直交することを特徴とする。

【００２９】ヘッドの吐出周波数が大きく飛翔する液滴
と液滴との間隔が狭い場合でも、前述したように、本発
明では、液滴が移動することによる気流の乱れは気流の
流れ方向に飛散し、液滴の軌道上には残らないため、液
滴が移動することで生じた雰囲気内の気体乱れが、次に
吐出される液滴の移動に影響を与えることはない。特に
液滴の吐出方向を気流の流れ方向と直交させれば、気流
域突入時の液滴の初期軌道と気流の流れ方向とが直交す
るので、上記の効果が大きいと考えられる。従って、本
手法により、より高精度な計測が可能である。また、液
滴吐出の周波数が上がるほど飛翔液滴間の距離が短くな
るため、精度の良い測定は困難になっていくが、本手法
を用いれば、より高い吐出周波数まで測定可能である。

【００３０】更に、本発明は、液滴飛翔エリアの空気の
相対湿度が５０〜９０％になるように制御している。

【００３１】このように環境を比較的高めの湿度に保つ
ことで、液滴が飛翔中に蒸発することにより、その量が
減少することを防ぐことができる。

【００３２】更に、本発明は、前記記載の気流の気体成
分が不活性気体であることを特徴とする。

【００３３】不活性気体の粘性係数は温度２５度で、ア
ルゴン２２．４８×１０^-5Ｐ、ヘリウム１９．６８×１
０^-5Ｐ、ネオン３１．４２×１０^-5Ｐであり、空気１
８．２×１０^-5Ｐより大きいため、レイノルズ数は空気
よりも小さくなり、雰囲気気体の気流を層流の状態にし
やすい。本発明では、雰囲気気流は層流を仮定したもの
であるで、レイノルズ数の低下により測定精度の向上を
図ることができる。

【００３４】更に、本発明は、液体吐出記録ヘッドの吐
出液滴量測定方法を用いて、液体吐出記録ヘッドの各ノ
ズルの特性を測定し、その測定値に基づいて、各ノズル
で常に所定の液滴量での吐出が行われるようにヘッドの
駆動制御を行う。

【００３５】これにより、液滴量が常に一定で、高品質
な描画を可能とする液体吐出装置ができる。

【００３６】更に、本発明は、液体吐出記録ヘッドの吐
出液滴量測定方法を用いて、製造済みの液体吐出記録ヘ
ッドの各ノズルの諸特性を測定し、そのデータを製造装
置にフィードバックし、目標性能を得るべく製造パラメ
ータの調整を行う。

【００３７】これにより、液滴量が一定で高品質な液体
吐出記録ヘッドを効率良く生産することができる。

【００３８】

【発明の実施の形態】［第１実施形態］次に、本発明の
第１実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

【００３９】（１）構成の説明 図１は本発明の第１実施形態の液体吐出記録ヘッド１の
液滴量測定装置の一例を示す概略構成図である。液滴量
測定装置は、平行に配置された２枚の平面ガラス板２、
平面ガラス板２を搭載したステージ３、イメージ・イン
テンシファイア４、ＣＣＤカメラ５、観察系拡大レンズ
６、照明装置７を備えている。

【００４０】本第１実施形態で用いた液体吐出記録ヘッ
ド１（以下ヘッドと略称）は、電気熱変換体により液滴
に熱を加え、インクの一部を発泡させ、その発泡の作用
力により、オリフィスプレートに開いたノズルからイン
クを吐出させるタイプのものである。ヘッド１のノズル
の数は６４個から１４０８個まで様々なタイプが生産さ
れているが、本第１実施形態では１２８個のものを用い
た。

【００４１】水平に並べた２枚の平面ガラス板２を水平
方向に規定の一定速度で移動させることで、速度が既知
である一定の定速気流をつくる。本第１実施形態では、
２枚の平面強化ガラスを水平面度の良い角型ブロックを
挟み込むように組付け、それを一軸の高速ロングストロ
ークのステージ３に水平に据える。平面ガラス板２は一
辺１００ｍｍの正方形の形状とし、２枚の平面ガラス板
２の間のガラス面間距離は５ｍｍとした。ステージ３
は、移動ストロークが２．５ｍ、加減速度２ｍ／ｓ²で
最高速度が２ｍ／ｓの性能を持つ。

【００４２】なお、ステージ３が２ｍ/ｓで移動してい
るときの２枚の平面ガラス板２の中間域の気流速度は、
熱線流速計や粒子像速度法（ＰＩＶ法）により計測され
ており、１．８８ｍ/ｓであった。また熱線流速計によ
り観察領域の乱流強度の評価もおこなわれ、観察領域に
関しては十分層流になっていることが確かめられた。

【００４３】ステージ３の稼動範囲の中間付近にヘッド
１と観察系拡大レンズ６が設置される。ヘッド１は、液
滴が吐出されるオリフィスプレート面が垂直で、液滴が
吐出されるノズル部の高さが、２枚の平面ガラス板２間
の中央付近になるように設置される。ヘッド１の位置出
しは、ヘッド１を固定しているステージ類（不図示）に
よりなされる。撮像部としては、１ＭＨｚのゲート周波
数を持つ高精細のイメージ・インテンシファイア４（以
下Ｉ．Ｉ．と略称）に１／２倍のリレーレンズを装着
し、それに１０２４×１０２４画素を持つＣＣＤカメラ
５を接続して使用する。Ｉ．Ｉ．４に接続される観察系
拡大レンズ６としては、倍率１０倍、視写界深度が５０
μｍ以上あるレンズを使用した。照明装置７としては、
発光半値幅が最長３５０μｓ、１パルスあたりのフラッ
シュ光量が２００Ｊのストロボフラッシュ照明源に、リ
ング型のファイバーライトガイドを接続し、照射リング
を観察系拡大レンズ６の先端に設置した。これにより、
液滴の反射光を観察系で捉える構成になっている。

【００４４】図１に示す実験系全体は、気流の乱れ等の
外乱を防ぐため、アクリル板で覆った。また、アクリル
板内に湿度計測機能が付属している加湿器を設置し、ア
クリル板内の雰囲気を常時相対湿度７０％に制御した。

【００４５】なお相対湿度が５０％より低いと、吐出さ
れた液滴の一部が飛翔中に蒸発することが観察されてい
る。また相対湿度が９０％より高いと、ヘッド２の吐出
口に水蒸気が凝結し、吐出する液滴量に誤差を及ぼした
り、吐出方向を変動させる悪影響を及ぼす。

【００４６】また、アクリル板内には温度計を設置し、
温度が例えば２５℃になるように制御する。

【００４７】図２は本発明の第１実施形態の液滴の飛翔
と雰囲気気体の乱れを示す説明図である。ヘッド１の吐
出液滴の測定領域では、図２のように、液滴が移動する
ことによる気流の乱れは、気流の流れ方向に飛散し、液
滴の軌道上には残らないため、液滴が移動することで生
じた雰囲気内の気体乱れが、次にヘッド１から吐出され
る液滴の移動に影響を与えることはないと考えられる。
よって、雰囲気気体の粘性係数ηは、その気体固有の一
定値と考えることができる。

【００４８】ヘッド１の吐出液滴の測定では、カメラ露
光、ストロボ点灯、Ｉ．Ｉ．４のゲートのタイミングを
図３に示すように制御した。ヘッド１は周波数１ｋＨｚ
で吐出駆動した。１回のカメラ露光時間を１ｍｓにし、
カメラ露光時間内に１回のストロボ点灯を行った。スト
ロボ発光時間は３００μｓに設定した。このストロボ発
光時間内にＩ．Ｉ．４のゲートを４回駆動する。ゲート
幅５０ｎｓ、周波数１ＭＨｚで２ゲート分の駆動を１組
として２組分の駆動を、各組の２ゲート駆動する時間の
中間の時刻と次の組の２ゲート間の中間時刻との差が１
００μｓになるように、４回のゲート駆動を行った。
尚、ゲートを開いたときには必ず液滴画像が撮像される
ように、この時間差は、測定エリアと液滴のスピードに
応じて適宜調整されねばならない。

【００４９】これらＣＣＤカメラ５、照明装置７による
ストロボ照明、Ｉ．Ｉ．４のゲートの駆動は、平面ガラ
ス板２を移動するステージ３の制御とタイミングがとら
れる。平面ガラス板２を搭載したステージ３は、ストロ
ークの中央付近では最高速２ｍ／ｓで等速に移動し、軸
上を往復移動するように制御される。ステージ３のスト
ロークが充分長いため、最高速度で等速移動する距離も
充分得ることができる。

【００５０】平面ガラス板２の中央が観察領域内に入っ
ている間に、以上説明してきたＣＣＤカメラ５等の駆動
がなされる。ヘッド１は連続１ｋＨｚで駆動させても、
ＣＣＤカメラ５のシャッタに同期させて撮影時前後のみ
駆動を行っても、どちらでも構わない。

【００５１】本測定前に、これら機器の同期がとれるよ
うタイミングの調整を行った。また、ヘッド１の吐出液
滴が測定領域を横切り液滴画像が取得できるように、観
察光学系、照明系、ヘッド１の位置調整を行った。尚、
液滴の大きさが異なれば、時定数τが異なるため、液滴
の通る飛翔軌道も変る。よって、事前の調整で極力すべ
ての液滴を画像に捉えられるように、これら機器の位置
調整がなされなければならない。

【００５２】図４は本発明の第１実施形態の液滴量測定
装置の制御系を示すブロック図である。液滴量測定装置
の制御系は、パーソナルコンピュータ（以下パソコン）
１００、制御部１０１、ヘッドコントローラ１０２、
Ｉ．Ｉ．ドライバ１０３、ガラス板ステージコントロー
ラ１０４を備えている。

【００５３】即ち、ヘッド１、ＣＣＤカメラ５、照明装
置７（ストロボ照明光源）、Ｉ．Ｉ．４のゲート、ステ
ージ３の制御は、図４に示すように、パソコン１００と
接続された制御部１０１により一括して制御する。タイ
ミング信号等の制御データは実験前にパソコンから制御
部に送信した。ヘッドコントローラ１０２は、ヘッド１
を駆動制御する。Ｉ．Ｉ．ドライバ１０３は、Ｉ．Ｉ．
４を駆動制御する。ガラス板ステージコントローラ１０
４は、ステージ３を駆動制御する。

【００５４】ＣＣＤカメラ５で撮像された画像データ
は、パソコン１００に送られ、パソコン１００内部のメ
モリに記憶される。画像データは、実験後、メモリから
読み出され、画像処理ソフトにより液滴の重心位置座標
が算出される。尚、実験前に、規定の間隔の格子パター
ンを描いたガラス基板を測定領域に設置し、上記構成で
ＣＣＤカメラ５により撮像され画像が取得される。その
画像上の画素単位での格子間隔と、ガラス基板上での実
格子間隔とから、画像データの１画素が実空間でどれだ
けの長さに相当するかというキャリブレーションが行わ
れる。このキャリブレーションデータは、パソコン１０
０のメモリに記憶され、画像処理により液滴重心位置が
算出される際に用いられる。

【００５５】（２）動作の説明 次に、本発明の第１実施形態の動作について図１〜図５
を参照して詳細に説明する。

【００５６】本第１実施形態では、Ｉ．Ｉ．４のゲート
を開くごとに液滴を反射した光が観察系拡大レンズ６に
入射するので、図５に示すように１画像データには同一
液滴が、ゲートが開く回数と同じ４点表示される。液滴
重心位置を算出し、近接した２液滴間の気流流れ方向の
距離を、撮影された時刻の差である１μｓで割ること
で、気流流れ方向の速度を求める。これを別の近接液滴
間でも行う。

【００５７】時刻ｔ＝０、Δｔでのそれぞれ速度値を式
（１）に代入し、 ｖ＝（ｖ_e−ｖ_o）（１−ｅｘｐ（−ｔ／τ））＋ｖ_o ・・・（１） ２つの方程式（ｔ＝０の場合の式（１）、ｔ＝Δｔの場
合の式（１））を解くと、時定数τが他の未知数Ｖ_oと
共に求まる。ここでは、Ｉ．Ｉ．４の４回のゲート駆動
のうち、最初の２回の駆動により速度値を計測する時刻
をｔ＝０としている。また、本第１実施形態において
は、Δｔ＝１００μｓで、気流の流速ｖ_e＝１．８８ｍ
／ｓである。時定数τより算出された液滴径は約φ２０
μｍになり、従来法によるインクタンクの液滴の減り量
と吐出回数から求めた平均液滴体積とほぼ等しい値にな
った。

【００５８】尚、本第１実施形態では、定速気流の雰囲
気環境を、平行に配置した２枚の平板ガラス板２を移動
させることで作り出したが、例えば風洞装置を使用する
など別方法も考えられる。更に、液滴の位置や速度を計
測するにも、本第１実施形態の方法のみならす、ハイス
ピードカメラの使用等、多種多様な手段を採用すること
ができる。

【００５９】本第１実施形態では、更に、本発明の液滴
量測定方法及び液滴量測定装置を利用することで、高精
度なヘッドをより効率良く生産する方法を説明する。

【００６０】工場で生産されたヘッドは、上記説明して
きた液滴量測定方法及び液滴量測定装置により全ノズル
の液滴量測定がなされる。そのデータはＬＡＮ等により
リアルタイムで工場の各製造工程部に送信される。

【００６１】規格外の液滴量が計測された場合は、各工
程内の検査結果と併せて解析され、不良原因の早期探索
がなされる。例えば、あるヘッドの一部のノズルで液滴
吐出量が規格以上に大きいという計測結果が得られる
と、そのヘッドノズルの径や、そのヘッドノズルに対応
する熱変換素子の抵抗値が調べられる。そこで、例え
ば、液滴吐出量が規格以上に大きいノズルに対応するノ
ズル径が、設計値よりも大きかった場合は、ノズル形成
工程において製造パラメータの再チェックがなされ、設
計値のノズル径が製造できるようにノズル形成工程の調
整がなされる。こうした最終製品から各製造工程へ計測
データのフィードバックをかけることで、高精度なヘッ
ドがより効率良く生産される。また、製品立ち上げ時の
歩留まり向上を早めることができる。

【００６２】（３）ヘッドの位置合わせ方法 （３―１）構成の説明 図６はヘッド位置合わせをする際の液滴量測定装置の構
成を示す側面図である。液滴量測定装置は、平行に配置
した２枚の平面ガラス板２、ステージ３、拡大レンズ付
きのヘッド位置調整時観察用カメラ１１、５軸可変ステ
ージ１２、高精度ｚステージ１５を備えている。

【００６３】（３−２）動作の説明 次に、ヘッドの位置合わせの方法について図６〜図７を
参照して詳細に説明する。

【００６４】液滴の吐出方向と計測領域の気流の流れ方
向とを直交させる。測定時の構成は、上述のものと同じ
である。測定前に、液滴の吐出方向と気流の流れ方向と
が直交するようにヘッド１の位置合わせを行う。その手
順を次に説明する。

【００６５】平面ガラス板２をヘッド吐出部に面するよ
うに移動し静止させる。拡大レンズ付きのヘッド位置調
整時観察用カメラ１１を、ヘッド１から吐出された液滴
が２枚の平面ガラス板２の間に入るのが観察できるよう
に、平面ガラス板２の上部に設置する。ヘッド１は、５
軸可変ステージ１２の上面に設置されており、ヘッド１
から吐出された液滴が平面ガラス板２間の中央に水平に
飛翔するように、Ｚ方向、煽り角の調整がなされる。

【００６６】カメラ１１で撮像された液滴の軌道が、図
７に示すように平面ガラス板２の端面と直交するよう
に、ヘッド１を固定してある５軸可変ステージ１２のθ
方向を調節する。尚、ヘッドの位置合わせで用いるレン
ズの倍率は５倍で、視写界深度が０．１ｍｍもないた
め、液滴軌道と平面ガラス板２の端面とは同時に観察す
ることはできない。そこで、観察系を固定している高精
度ｚステージ１５を上下させ、まず、平面ガラス板２の
端面を観察し、その撮像画像をメモリに記憶させる。そ
して、その撮像画像から平面ガラス板２の端面線を抽出
し、その抽出された線を画像画面上に重ね合わせた状態
で、飛翔する液滴軌道面に焦点をあわせる。この手法に
より、平面ガラス板２の端面と共に液滴飛翔軌道も画面
に表示させることができる。

【００６７】調整終了後、調整に用いた観察系は待避さ
れ、代わりに本測定用の観察系が設置される。その後
は、上述の方法で液適量測定が行われ、時定数τ、つい
で液滴径が算出される。

【００６８】［第２実施形態］次に、本発明の第２実施
形態について図面を参照して詳細に説明する。

【００６９】（１）構成の説明 本発明の第２実施形態の液滴量測定装置の構成（図１）
は第１実施形態と同様である。詳細は上述したので省略
する。

【００７０】（２）動作の説明 次に、本発明の第２実施形態の動作について図８を参照
して詳細に説明する。

【００７１】本第２実施形態では、雰囲気気体は空気の
かわりにアルゴンガスを充填して用いた。Ｉ．Ｉ．４の
ゲートタイミングを図８に示すように、ＣＣＤカメラ５
の１露光時間内に２０ｋＨｚで３回駆動する。尚、Ｉ．
Ｉ．４のゲートを開いたときには必ず液滴画像が撮像さ
れるように、この時間差は、測定エリアと液滴のスピー
ドに応じて適宜調整されねばならない。

【００７２】本第２実施形態では、同一液滴がＩ．Ｉ．
４のゲートの開く回数と同じ３点表示される。液滴重心
位置を画像データから画像処理により算出する。時刻ｔ
＝０、Δｔ、２Δｔでのそれぞれの位置座標値を式
（２）に代入し、 ｙ＝（ｖ_e−ｖ_o）（ｔ−τ＋τ・ｅｘｐ（−ｔ／τ））＋ｖ_oｔ＋ｙ_o ・・・（２） ３つの方程式（ｔ＝０の場合の式（２）、ｔ＝Δｔの場
合の式（２）、ｔ＝２Δｔの場合の式（２））を解く
と、時定数τが他の未知数と共に求まる。

【００７３】尚、本第２実施形態においては、Δｔ＝５
０μｓで、気流の流速ｖ_e＝１．８８ｍ／ｓである。更
に、時定数τより液滴半径ａが算出される。また、本第
２実施形態では、第１実施形態と異なり雰囲気気体とし
てアルゴンを用いているので、気体の粘性定数を２２．
３×１０^-6Ｐａ・ｓと置いて液滴半径を算出した。

【００７４】（３）ヘッドの位置合わせ方法 第１実施形態と同様にヘッドの位置合わせを行う。

【００７５】［第３実施形態］次に、本発明の第３実施
形態について図面を参照して詳細に説明する。

【００７６】（１）構成の説明 図９は本発明の第３実施形態の液体吐出記録ヘッド１の
液滴量測定装置の一例を示す概略構成図である。液滴量
測定装置は、平行に配置された２枚の平面ガラス板２、
平面ガラス板２を搭載したステージ３、イメージ・イン
テンシファイア４、ＣＣＤカメラ５、観察系拡大レンズ
６、照明装置７、フォトセンサ系拡大レンズ８、フォト
センサ９、側視鏡筒部１０を備えている。

【００７７】本第３実施形態は、第１実施形態の場合と
異なり、観察光軸上に２枚の平面ガラス板２に対して、
カメラ観察光学系（イメージ・インテンシファイア４、
ＣＣＤカメラ５、観察系拡大レンズ６）とは反対側に、
２０倍の観察系拡大レンズ８と２分割型のフォトセンサ
９を設置している。本第３実施形態で使用したフォトセ
ンサ９は、受光面サイズが１０×１０ｍｍ、素子間ギャ
ップが０．１ｍｍのものである。フォトセンサ系拡大レ
ンズ８とフォトセンサ９は、側視鏡筒部１０の両端に設
置される。側視鏡筒部１０からの観察により、その系の
光軸と対向する側に位置するカメラ観察光学系の光軸と
が一致するように系の位置調整を行った。また、フォト
センサ９の位置は、ヘッド１からの飛翔液滴が２分割型
のフォトセンサ９のギャップに直交して飛翔するように
位置合わせを行った。

【００７８】（２）動作の説明 次に、本発明の第３実施形態の動作について図９〜図１
０を参照して詳細に説明する。

【００７９】図９に示す系により液滴の飛翔速度を計測
する方法を、図１０を参照しながら説明する。照明装置
７のストロボ照明光が点灯し、フォトセンサ９のセンサ
部全面に光が照射されると、フォトセンサ９からの出力
が一定量得られる。その状態で液滴像がフォトセンサ９
を横切ると、液滴が陰になりフォトセンサ９の受光量が
落ち出力も落ちる。２分割型のフォトセンサ９の２素子
のうち、初めに液滴が横切る素子を素子Ａ、後に横切る
素子を素子Ｂとすると、素子Ａの出力が上昇を始める時
点と、素子Ｂの出力が低下を始める時点の時間間隔は、
液滴が素子間のギャップを通過する時間に対応する。そ
こで、ギャップ通過時間を測定すれば、既知であるギャ
ップ間距離とからギャップ通過時の液滴速度を算出する
ことができる。

【００８０】カメラ観察光学系（イメージ・インテンシ
ファイア４、ＣＣＤカメラ５、観察系拡大レンズ６）側
では、第２実施形態の場合と同様に液滴画像を得る。但
し、本第３実施形態では、３時刻分の液滴位置を計測す
る必要はなく、２時刻分の位置データが得られればいい
ので、第２実施形態とは異なりＩ．Ｉ．４のゲートを２
回駆動すればいい。また、２回のうち最初のゲート駆動
時刻をトリガにし、前述の速度測定システムの出力デー
タ保存を開始することで、液滴がフォトセンサ９のギャ
ップを通過する時刻をカメラ観察系側と同時刻系列で計
測する。

【００８１】ＣＣＤカメラ５で撮像された画像から、第
２実施形態と同様に、液滴重心位置を画像処理により算
出する。時刻ｔ＝０、Δｔでのそれぞれの位置座標値
を、第２実施形態で示した式（２）に代入し、２つの式
が得られる。また、フォトセンサ９側から得られたｔ＝
Δｔ′時点での液滴速度を、第１実施形態で示した式
（１）に代入し、１つの式が得られる。尚、ｔ＝Δｔ′
は液滴像がフォトセンサ９のギャップを通過する中心時
刻である。これら３式を解いて、時定数τを他の未知数
と共に求める。更に、第１実施形態、第２実施形態と同
様に、時定数τから液滴半径或いは液滴質量を算出す
る。

【００８２】（３）ヘッドの位置合わせ方法 第１実施形態と同様にヘッドの位置合わせを行う。

【００８３】［第４実施形態］次に、本発明の第４実施
形態について図面を参照して詳細に説明する。

【００８４】（１）構成の説明 本発明の第４実施形態の液滴量測定装置の構成（図９）
は、ステージ３に格子ピッチ２０μｍのリニアエンコー
ダを取付けた以外は第３実施形態と同様である。詳細は
上述したので省略する。

【００８５】（２）動作の説明 次に、本発明の第４実施形態の動作について図９、図１
１を参照して詳細に説明する。

【００８６】本第４実施形態では、雰囲気の気流が等速
状態ではなく、一方向の速度分布が既知である気流であ
る場合を説明する。特に、本第４実施形態では、雰囲気
気流の速度が等加速度に変化する場合を説明する。

【００８７】雰囲気気流の速度ｖ_eが一定ではなく、ｖ_e
＝Ｃ₁ｔ＋Ｃ₂と表されるとすると、液滴のｙ方向の速度
ｖと位置ｙは、上記式（１）、（２）に代わって以下の
式で表される。

【００８８】 ｖ＝（Ｃ₂−τＣ₁−ｖ_o）（１−ｅｘｐ（−ｔ／τ））＋ｖ_o＋Ｃ₁ｔ ・・・（３） ｙ＝（Ｃ₂−τＣ₁−ｖ_o）（ｔ−τ＋τ・ｅｘｐ（−ｔ／τ））＋ｖ_oｔ ＋ｙ_o＋Ｃ₁ｔ²／２ ・・・（４） 本第４実施形態では、第１〜第３実施形態の平面ガラス
板２を搭載した一軸のステージ３に、格子ピッチ２０μ
ｍのリニアエンコーダを取付け、測定時に同時に平面ガ
ラス板２を搭載したステージ３の位置の測定ができるよ
うになっている。また、第１〜第３実施形態では、測定
域をステージストロークのほぼ中央に設定したが、本第
４実施形態では、測定域をステージストロークの端から
０．８ｍ付近に設定する。平面ガラス板２を搭載したス
テージ３は、ストローク２．５ｍ、加減速度２ｍ／ｓ²
で、最高速度が２ｍ／ｓの性能で、図１１に示すような
加減速をする。ストロークの端から０．８ｍ付近では、
まだ等速度にはなっておらず等加速度状態である。ステ
ージ基準が計測領域に達する時刻に、液滴の速度や位置
の計測を行うように制御器よりタイミング制御がなされ
る。

【００８９】また、ステージ３の各位置における２枚の
平面ガラス板２の中間域の気流速度を、熱線流速計や粒
子像速度法（ＰＩＶ法）により事前に計測しておく。ス
テージ３が等加速度で移動する時は、平面ガラス板２の
中央域の気流速度もほぼ等加速的に変化することがわか
っている。また熱線流速計により観察領域の乱流強度の
評価もおこなわれ、観察領域に関しては十分層流になっ
ていることが確かめられている。

【００９０】第１実施形態と同様に、２時刻ｔ＝０、Δ
ｔでの液滴速度を求める場合は、ｔ＝０からｔ＝Δｔま
でのステージ位置を計測し、その計測位置座標から、計
測域の気流が等加速度で変化していると仮定して、最小
二乗法により雰囲気気流Ｖeの係数Ｃ₁、Ｃ₂を算出す
る。定数Ｃ₁、Ｃ₂、時刻ｔ＝０、Δｔでのそれぞれの気
流流れ方向の速度値を式（３）に代入し、２つの方程式
を解き、時定数τを他の未知数Ｖ_oと共に求める。時定
数τより液滴量が算出される。

【００９１】また、第２実施形態と同様に、３時刻ｔ＝
０、Δｔ、２Δｔでの液滴位置を求める場合は、ｔ＝０
からｔ＝２Δｔまでのステージ位置を計測し、その計測
位置座標から、計測域の気流が等加速度で変化している
と仮定して、最小二乗法により雰囲気気流Ｖeの係数
Ｃ₁、Ｃ₂を算出する。定数Ｃ₁、Ｃ₂、時刻ｔ＝０、Δ
ｔ、２Δｔでのそれぞれの液滴位置座標値を式（４）に
代入し、３つの方程式を解き、時定数τを他の未知数Ｖ
_o、ｙ_oと共に求める。時定数τより液滴量が算出され
る。

【００９２】また、第３実施形態のように液滴位置と液
滴の速度を計測し時定数τを求める場合は、２時刻ｔ＝
０、Δｔでの液滴位置を求めると共に、液滴像がフォト
センサ９のギャップを通過する時刻ｔ＝Δｔ′での液滴
速度を求める。更に、ｔ＝０からｔ＝Δｔまでのステー
ジ位置を計測し、その計測位置座標から、計測域の気流
が等加速度で変化していると仮定して、最小二乗法によ
り雰囲気気流Ｖeの係数Ｃ₁、Ｃ₂を算出する。定数Ｃ₁、
Ｃ₂、時刻ｔ＝０、Δｔでのそれぞれの液滴位置座標を
式（３）に代入し、ｔ＝Δｔ′での液滴速度を式（４）
に代入し、３つの方程式を解き、時定数τを他の未知数
Ｖ_o、ｙ_oと共に求める。時定数τより液滴量が算出され
る。

【００９３】（３）ヘッドの位置合わせ方法 第１実施形態と同様にヘッドの位置合わせを行う。

【００９４】［第５実施形態］次に、本発明の第５実施
形態について図面を参照して詳細に説明する。

【００９５】（１）構成の説明 図１２は本発明の第５実施形態の液滴量測定装置の構成
を示す概略図である。液滴量測定装置は、平行に配置し
た２枚の円形状の平面ガラス板２、ステージ、Ｉ．Ｉ．
４、ＣＣＤカメラ５、観察系拡大レンズ６を備えてい
る。２枚の円形状の平面ガラス板２の中心軸は同一で、
水平に設置されている。この中心軸がモーターにより回
転することで、同回転速度で２枚の平面ガラス板２は回
転する。円形状の平面ガラス板２の外径は５インチ、平
面ガラス板２の間隔は５ｍｍである。観察系（Ｉ．Ｉ．
４、ＣＣＤカメラ５、観察系拡大レンズ６）は、その視
野中心が回転軸から３０ｍｍの地点に、観察系光軸が鉛
直になるように設置される。またヘッド１から吐出され
た液滴が観察視野を通過するように、観察系の回転方向
位置が決定される。

【００９６】（２）動作の説明 次に、本発明の第５実施形態の動作について図１２を参
照して詳細に説明する。

【００９７】本第５実施形態では、２枚の平面ガラス板
２を同速度で回転させ、平面ガラス板２の間にヘッド１
より水平に液滴を吐出させる。回転速度は６００ｒｐｍ
である。

【００９８】気流の回転角速度をωとすると、液滴に動
きを示す方程式は、 τｘ''＝ωｙ−ｘ' ・・・（１） τｙ''＝−ωｘ−ｙ' ・・・（２） である。τは時定数である。

【００９９】上記方程式（１）（２）を解くと ｘ＝ｆ（Ａ１〜Ａ４、Ｘ_o、τ、ｔ） ・・・（３） ｙ＝ｆ（Ａ１〜Ａ４、Ｙ_o、τ、ｔ） ・・・（４） 未知数が７つなので、ｔ＝０、Δｔ、２Δｔ、３Δｔで
の液滴位置（ｘ、ｙ）を計測し、時定数τを算出する。

【０１００】液滴位置の計測法は第２実施例と同様にお
こなうが、本実施例では４時刻での位置を計測するた
め、Ｉ．Ｉ.４のゲートをＣＣＤカメラの１露光内に４
回駆動する。

【０１０１】また、平面ガラス板２を定常的に回転させ
ている時の、２枚の平面ガラス板２の中間域の気流速度
を、熱線流速計や粒子像速度法（ＰＩＶ法）により事前
に計測しておく。気流速度Ｖは回転軸からの距離をＲと
するとＶ＝Ｒωで表されると仮定し、ωを平均的に算出
する。平面ガラス板２の回転速度が６００ｒｐｍのとき
の気流の角速度は６１．１ /ｓであった。

【０１０２】また熱線流速計により観察領域の乱流強度
の評価もおこなわれ、観察領域に関しては十分層流にな
っていることが確かめられた。

【０１０３】本実施例は、測定装置をコンパクトにする
ことができ、また非常に安定した気流域を作製できる非
常に有効な手法である。また一軸ステージの場合はステ
ージ移動と計測とを同期をとって制御する必要がある
が、本測定装置は定常的に等速で回転させられるのでそ
の必要もない。

【０１０４】（３）ヘッドの位置合わせ方法 第１実施形態と同様にヘッドの位置合わせを行う。但
し、平面ガラス板２の端面線の代わりに、円形状の平面
ガラス２の円形端面に対する接線を用いる。

【０１０５】［第６実施形態］次に、本発明の第６実施
形態について図面を参照して詳細に説明する。

【０１０６】（１）構成の説明 図１３は本発明の第６実施形態の液滴量測定機能を備え
た液体吐出記録装置の構成を示す概略斜視図である。液
体吐出記録装置は、液滴量測定機能を備えたヘッド計測
領域部１６、材料搬入口１７、搬送機構１８、パソコン
１９、シャッタ２０を備えている。

【０１０７】（２）動作の説明 次に、本発明の第６実施形態の動作について図１３、図
１４を参照して詳細に説明する。

【０１０８】本第６実施形態では、液滴量測定機能を備
えた液体吐出記録装置について説明する。

【０１０９】液体吐出記録装置の記録媒体には、紙やＯ
ＨＰシートなどの民生用品、例えばカラーフィルタ基板
などの産業用品など多数種の媒体があげられるが、本第
６実施形態ではカラーフィルタ向けガラス基板を対象と
する。液体吐出記録装置には、印字領域部１５とヘッド
計測領域部１６が別々に存在する。記録媒体であるガラ
ス基板は、材料搬入口１７より出し入れされる。

【０１１０】液体吐出記録装置の電源投入直後や一定時
間ヘッド駆動がなされた後、或いはユーザがヘッド計測
の指示を液体吐出記録装置に入力した場合、ヘッドが搬
送機構１８によりヘッド計測領域部１６に運ばれる。
尚、すべての制御はパソコン１９と接続している制御部
（図示略）で行われる。ヘッドが移動する際には、シャ
ッタ２０が開閉される。

【０１１１】図１４のフローチャートにおいて、液滴量
の計測処理が開始され（ステップＳ１）、ヘッドをヘッ
ド計測領域部１６の液滴量測定位置に移動した後（ステ
ップＳ２）、ヘッドの駆動対象となるノズルを選択し
（ステップＳ３）、その選択されたノズルから吐出され
る液滴量を計測する（ステップＳ４）。そして、液滴量
が規格値内か規格値外を判定する（ステップＳ５）。液
滴量が規格値外の場合は、駆動パラメータの調節を行っ
た後（ステップＳ６）、再度、液滴量を計測する（ステ
ップＳ４）。この場合、駆動パラメータの調整とは、例
えば、計測された液滴量が規格値より小さければ駆動電
圧をより大きくし、逆に計測された液滴量が規格値より
大きければ駆動電圧を大きくする、というものである。
駆動パラメータの調整と液滴量計測は、液滴量が規格値
内になるまで繰り返し行われる。

【０１１２】こうして決定された駆動パラメータは、制
御器内のメモリに書き込まれる（ステップＳ７）。この
動作をすべてのノズルに対して行った後（ステップＳ
８）、ヘッドを印字位置に移動させる（ステップＳ
９）。ヘッドによる印字を行う時には、上記方法で決定
された駆動パラメータによりヘッド駆動がなされる。

【０１１３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下のような効果が得られる。

【０１１４】素性が既知の雰囲気気流に流される液滴の
速度や位置を計測し、液滴量を算出することで、液滴１
滴１滴の液滴量測定が可能となる。

【０１１５】また、液滴が移動することによって生じる
気体の乱れが、雰囲気の強制気流により気流の下流方向
に拡散されるので、次に続く液滴に影響を与えることは
ない。従って、液体吐出記録ヘッドの液滴吐出周波数が
高周波数の液滴吐出時でも、液体吐出記録ヘッドの液滴
吐出周波数が低周波数の液滴吐出時と同様に液滴量測定
を行うことができる。

【０１１６】そして、本発明の液滴量測定方法により得
られるデータをヘッドの開発過程で利用することで、よ
り高品位な液体吐出記録ヘッドの開発を迅速に行うこと
が可能となる。

【０１１７】また、本発明の液滴量測定方法により得ら
れたデータから、吐出特性を補正するよう駆動パラメー
タを調整し、吐出を行うことで、より高品位な液体吐出
記録装置（インクジェットプリンタ）を提供することが
できる。それにより、従来の民生向けのインクジェット
プリンタとしての用途だけではなく、より高精度、高信
頼性を必要とするカラーフィルタ製造など産業用途向け
としての製造装置を提供することができる。

【０１１８】更に、製造した液体吐出記録ヘッドを本発
明の液滴量測定方法で測定し、そのデータを製造装置に
フィードバックすることで、液体吐出記録ヘッドの生産
時における良品率を効率良く上げることができ、製造コ
ストを低減することもできる。

【０１１９】更に、本発明の液滴量測定方法を使えば、
液体吐出記録ヘッドの吐出液滴に限らず、微小液体、微
小固体の大きさを計測することが可能である。例えば球
状粉体や噴霧滴の量測定が可能と考えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の液体吐出記録ヘッドの
吐出液滴量を計測するための液滴量測定装置の構成例を
示す概略構成図である。

【図２】液滴の飛翔と雰囲気気体の乱れを示す説明図で
ある。

【図３】本発明の第１実施形態のヘッド駆動、照明点
灯、カメラ露光、Ｉ．Ｉ．ゲートのＯＮ／ＯＦＦタイミ
ングを示すタイミング図である。

【図４】本発明の第１〜第４実施形態の液滴量測定装置
の制御系を示すブロック図である。

【図５】本発明の第１実施形態の撮像した液滴画像の一
例を示す説明図である。

【図６】本発明の第１実施形態のヘッド設置調整時の液
滴量測定装置のカメラ観察光学系の概略構成を示す斜視
図である。

【図７】本発明の第１実施形態の液滴軌道が平面ガラス
板の端面と直交している状態の撮像例を示す説明図であ
る。

【図８】本発明の第２実施形態のヘッド駆動、照明点
灯、カメラ露光、Ｉ．Ｉ．ゲートのＯＮ／ＯＦＦタイミ
ングを示すタイミング図である。

【図９】本発明の第３実施形態の液体吐出記録ヘッドの
吐出液滴量を計測するための液滴量測定装置の構成例を
示す概略構成図である。

【図１０】本発明の第３実施形態の液滴速度の測定原理
を説明するための、フォトセンサと液滴の位置関係とフ
ォトセンサの出力例を示す説明図である。

【図１１】本発明の第４実施形態の平面ガラス板を搭載
したステージの移動速度制御の一例を示す説明図であ
る。

【図１２】本発明の第５実施形態の液体吐出記録ヘッド
の吐出液滴量を計測するための液滴量測定装置の構成例
を示す概略構成図である。

【図１３】本発明の第６実施形態の液滴量計測機能を備
えた液体吐出記録装置の構成例を示す斜視図である。

【図１４】本発明の第６実施形態の液滴量測定時の動作
手順を示すフローチャートである。

【図１５】従来例の液滴の着弾状態を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１ ヘッド ２ 平面ガラス板 ３ ステージ ４ イメージ・インテンシファイア ５ ＣＣＤカメラ １００ パソコン

フロントページの続き (72)発明者 有賀 亨 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2C056 EA04 EB07 EB35 EB48 KD06 (54)【発明の名称】 液体吐出記録ヘッドの吐出液滴量測定方法、液体吐出記録ヘッドの吐出液滴量測定装置、液体吐 出記録ヘッドの検査システム、液体吐出記録装置、液体吐出記録ヘッドの製造システム、及び液 体吐出記録ヘッド

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一定等速の気流が流れる速度が既知であ
   る定常気流域に、前記気流の流れ方向と非平行に液滴を
   吐出し、前記液滴の移動方向が前記気流の流れ方向と一
   致する前に、前記液滴の前記気流の流れ方向の移動速度
   成分を複数回計測し、その計測された速度値と計測時の
   時間間隔及び前記気流の速度値を用いて、前記速度計測
   した液滴の液滴量を算出することを特徴とする液体吐出
   記録ヘッドの吐出液滴量測定方法。
2. 【請求項２】 一定等速の気流が流れる速度が既知であ
   る定常気流域に、前記気流の流れ方向と非平行に液滴を
   吐出し、前記液滴の移動方向が前記気流の流れ方向と一
   致する前に、前記液滴の位置を複数回計測し、その計測
   された位置座標値と計測時の時間間隔及び前記気流の速
   度値を用いて、前記位置計測した液滴の液滴量を算出す
   ることを特徴とする液体吐出記録ヘッドの吐出液滴量測
   定方法。
3. 【請求項３】 一定等速の気流が流れる速度が既知であ
   る定常気流域に、前記気流の流れ方向と非平行に液滴を
   吐出し、前記液滴の移動方向が前記気流の流れ方向と一
   致する前に、前記液滴の位置と前記気流の流れ方向の移
   動速度成分を計測し、その計測された位置座標値と速度
   と計測時の時間間隔及び前記気流の速度値を用いて、前
   記計測した液滴の液滴量を算出することを特徴とする液
   体吐出記録ヘッドの吐出液滴量測定方法。
4. 【請求項４】 一方向の気流が流れる速度分布が既知で
   ある気流域に、前記気流の流れ方向と非平行に液滴を吐
   出し、前記液滴の移動方向が前記気流の流れ方向と一致
   する前に、前記液滴の前記気流の流れ方向の移動速度成
   分を複数回計測し、その計測された速度値と計測時の時
   間間隔及び前記気流の速度分布データを用いて、前記速
   度計測した液滴の液滴量を算出することを特徴とする液
   体吐出記録ヘッドの吐出液滴量測定方法。
5. 【請求項５】 一方向の気流が流れる速度分布が既知で
   ある気流域に、前記気流の流れ方向と非平行に液滴を吐
   出し、前記液滴の移動方向が前記気流の流れ方向と一致
   する前に、前記液滴の位置を複数回計測し、その計測さ
   れた位置座標値と計測時の時間間隔及び前記気流の速度
   分布データを用いて、前記位置計測した液滴の液滴量を
   算出することを特徴とする液体吐出記録ヘッドの吐出液
   滴量測定方法。
6. 【請求項６】 一方向の気流が流れる速度分布が既知で
   ある気流域に、前記気流の流れ方向と非平行に液滴を吐
   出し、前記液滴の移動方向が前記気流の流れ方向と一致
   する前に、前記液滴の位置と前記気流の流れ方向の移動
   速度成分を計測し、その計測された位置座標値と速度と
   計測時の時間間隔及び前記気流の速度分布データを用い
   て、前記計測した液滴の液滴量を算出することを特徴と
   する液体吐出記録ヘッドの吐出液滴量測定方法。
7. 【請求項７】 前記液滴の吐出方向を前記気流の流れ方
   向と直交させることを特徴とする請求項１〜６の何れか
   に記載の液体吐出記録ヘッドの吐出液滴量測定方法。
8. 【請求項８】 液滴飛翔エリアの空気の相対湿度が５０
   〜９０％であることを特徴とする請求項１〜６の何れか
   に記載の液体吐出記録ヘッドの吐出液滴量測定方法。
9. 【請求項９】 前記気流の気体成分が不活性気体である
   ことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の液体吐
   出記録ヘッドの吐出液滴量測定方法。
10. 【請求項１０】 前記請求項１〜９の何れかに記載の液
    体吐出記録ヘッドの吐出液滴量測定方法を用いて、液体
    吐出記録ヘッドの各ノズルの特性を測定し、その測定値
    に基づいて、各ノズルで常に所定の液滴量での吐出が行
    われるようにヘッドの駆動制御を行うことを特徴とする
    液体吐出記録ヘッドの検査システム。
11. 【請求項１１】 前記請求項１〜９の何れかに記載の液
    体吐出記録ヘッドの吐出液滴量測定方法を用いて、液体
    吐出記録ヘッドの各ノズルの特性を測定し、その測定値
    に基づいて、各ノズルで常に所定の液滴量での吐出が行
    われるようにヘッドの駆動制御を行うことを特徴とする
    液体吐出記録装置。
12. 【請求項１２】 前記請求項１〜９の何れかに記載の液
    体吐出記録ヘッドの吐出液滴量測定方法を用いて製造済
    みの液体吐出記録ヘッドの各ノズルの諸特性を測定し、
    そのデータを製造装置にフィードバックし、目標性能を
    得るべく製造パラメータの調整を行うことを特徴とする
    液体吐出記録ヘッドの製造システム。
13. 【請求項１３】 前記請求項１〜９の何れかに記載の液
    体吐出記録ヘッドの吐出液滴量測定方法を用いて製造済
    みの液体吐出記録ヘッドの各ノズルの諸特性を測定し、
    そのデータを製造装置にフィードバックし、目標性能を
    得るべく製造パラメータの調整を行う製造システムで製
    造されることを特徴とする液体吐出記録ヘッド。
14. 【請求項１４】 一定等速の気流が流れる速度が既知で
    ある定常気流域に、前記気流の流れ方向と非平行に液滴
    を吐出する吐出手段と、前記液滴の移動方向が前記気流
    の流れ方向と一致する前に、前記液滴の前記気流の流れ
    方向の移動速度成分を複数回計測する計測手段と、その
    計測された速度値と計測時の時間間隔及び前記気流の速
    度値を用いて、前記速度計測した液滴の液滴量を算出す
    る算出手段とを具備したことを特徴とする液体吐出記録
    ヘッドの吐出液滴量測定装置。
15. 【請求項１５】 一定等速の気流が流れる速度が既知で
    ある定常気流域に、前記気流の流れ方向と非平行に液滴
    を吐出する吐出手段と、前記液滴の移動方向が前記気流
    の流れ方向と一致する前に、前記液滴の位置を複数回計
    測する計測手段と、その計測された位置座標値と計測時
    の時間間隔及び前記気流の速度値を用いて、前記位置計
    測した液滴の液滴量を算出する算出手段とを具備したこ
    とを特徴とする液体吐出記録ヘッドの吐出液滴量測定装
    置。
16. 【請求項１６】 一定等速の気流が流れる速度が既知で
    ある定常気流域に、前記気流の流れ方向と非平行に液滴
    を吐出する吐出手段と、前記液滴の移動方向が前記気流
    の流れ方向と一致する前に、前記液滴の位置と前記気流
    の流れ方向の移動速度成分を計測する計測手段と、その
    計測された位置座標値と速度と計測時の時間間隔及び前
    記気流の速度値を用いて、前記計測した液滴の液滴量を
    算出する算出手段とを具備したことを特徴とする液体吐
    出記録ヘッドの吐出液滴量測定装置。
17. 【請求項１７】 一方向の気流が流れる速度分布が既知
    である気流域に、前記気流の流れ方向と非平行に液滴を
    吐出する吐出手段と、前記液滴の移動方向が前記気流の
    流れ方向と一致する前に、前記液滴の前記気流の流れ方
    向の移動速度成分を複数回計測する計測手段と、その計
    測された速度値と計測時の時間間隔及び前記気流の速度
    分布データを用いて、前記速度計測した液滴の液滴量を
    算出する算出手段とを具備したことを特徴とする液体吐
    出記録ヘッドの吐出液滴量測定装置。
18. 【請求項１８】 一方向の気流が流れる速度分布が既知
    である気流域に、前記気流の流れ方向と非平行に液滴を
    吐出する吐出手段と、前記液滴の移動方向が前記気流の
    流れ方向と一致する前に、前記液滴の位置を複数回計測
    する計測手段と、その計測された位置座標値と計測時の
    時間間隔及び前記気流の速度分布データを用いて、前記
    位置計測した液滴の液滴量を算出する算出手段とを具備
    したことを特徴とする液体吐出記録ヘッドの吐出液滴量
    測定装置。
19. 【請求項１９】 一方向の気流が流れる速度分布が既知
    である気流域に、前記気流の流れ方向と非平行に液滴を
    吐出する吐出手段と、前記液滴の移動方向が前記気流の
    流れ方向と一致する前に、前記液滴の位置と前記気流の
    流れ方向の移動速度成分を計測する計測手段と、その計
    測された位置座標値と速度と計測時の時間間隔及び前記
    気流の速度分布データを用いて、前記計測した液滴の液
    滴量を算出する算出手段とを具備したことを特徴とする
    液体吐出記録ヘッドの吐出液滴量測定装置。
20. 【請求項２０】 前記液滴の吐出方向を前記気流の流れ
    方向と直交させることを特徴とする請求項１４〜１９の
    何れかに記載の液体吐出記録ヘッドの吐出液滴量測定装
    置。
21. 【請求項２１】 液滴飛翔エリアの空気の相対湿度が５
    ０〜９０％であることを特徴とする請求項１４〜１９の
    何れかに記載の液体吐出記録ヘッドの吐出液滴量測定装
    置。
22. 【請求項２２】 前記気流の気体成分が不活性気体であ
    ることを特徴とする請求項１４〜１９の何れかに記載の
    液体吐出記録ヘッドの吐出液滴量測定装置。
23. 【請求項２３】 前記定常気流域は、所定間隔をおいて
    水平に配置した少なくとも２枚の平面ガラス板を水平方
    向に一定速度で移動させることにより生成することを特
    徴とする請求項１４〜１９の何れかに記載の液体吐出記
    録ヘッドの吐出液滴量測定装置。
24. 【請求項２４】 前記定常気流域は、所定間隔をおいて
    水平に配置した少なくとも２枚の平面ガラス板を水平方
    向に同じ回転軸にて、一定速度で回転させることにより
    生成することを特徴とする請求項１４〜１９の何れかに
    記載の液体吐出記録ヘッドの吐出液滴量測定装置。