JP2004361234A

JP2004361234A - 液滴吐出評価試験装置

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Publication number: JP2004361234A
Application number: JP2003159670A
Authority: JP
Inventors: Nobuko Okada; 信子岡田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2004-12-24

Abstract

【課題】液滴吐出動作試験を長期間連続的に行うと共に、吐出抜け等の吐出不良の確認と、当該吐出不良の復旧と、吐出ヘッドの電圧波形の設定とを自動的に行うことが可能となる液滴吐出評価試験装置を提供する。
【解決手段】ノズルに連通する液体充填部と、駆動信号の電圧波形に応じて液体充填部内の液体を液滴として吐出する吐出手段と、を具備する吐出ヘッドＨの液滴吐出動作を評価する試験装置であって、液滴の重量を測定する液滴重量測定手段Ｕ２と、液滴の速度を測定する吐出速度測定手段Ｕ２と、液滴の着弾精度を測定する吐出精度測定手段Ｕ３と、液滴の非吐出を検出する吐出抜け検出手段Ｕ１と、を具備することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液滴吐出評価試験装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、配線パターン等のパターン形成方法として、インクジェット方式（液滴吐出方法）が知られている。インクジェット方式とは、いわゆるインクジェットプリンタでよく知られている印刷技術であり、インクジェット装置（液滴吐出装置）の吐出ヘッドに充填された液体材料の液滴を、吐出ヘッドから基板上に吐出し、定着させるものである。このようなインクジェット方式によれば、微細な領域に液体材料の液滴を正確に吐出できるので、フォトリソグラフィを行うことなく、所望の領域に直接液体材料を定着させることができる。従って、材料の無駄も発生せず、製造コストの低減も図れ、非常に合理的な方法となる。
【０００３】
このようなインクジェット装置においては、量産に近い段階では、液滴吐出動作の長期安定性を検査する必要がある。そのためには、量産と同様の吐出状態（吐出ヘッドの電圧波形、ビットマップ、吐出回数等）で、連続吐出して確認する必要がある。ここで、吐出ヘッドの電圧波形は、液滴吐出動作が最も安定するように適宜設定される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−３０９８７２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような液滴吐出動作の長期安定性試験においては、その連続吐出期間が１ヶ月を超える場合や、連続吐出回数が１億回を超える場合があり、試験中に実験者がインクジェット装置に張り付くというのは、検査の見落としを招くだけでなく、検査の信頼性が低く、実験者の労力を費やし、大変非効率であるという問題があった。これだけでなく、吐出ヘッドの液滴吐出動作を行うための電圧波形を設定する場合に、液体材料の種類によりその表面張力や粘弾性特性等が異なるため、試しに吐出した液滴の重量や吐出速度等の要因を測定しながら、実験者が試行錯誤的に電圧波形の設定を行うしかなく、好適な電圧波形を決定する作業が困難であるという問題があった。また、更に、例えば気泡が溶けやすい液状体を連続吐出すると、当該気泡が吐出ヘッド内に残留することに起因して、液滴吐出動作が不良になり、吐出抜けが生じてしまう場合がある。この場合、実験者が気泡を吸引除去しない限りは液滴吐出動作を連続して行うことは不可能であるという問題があった。
【０００６】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、液滴吐出動作試験を長期間連続的に行うと共に、吐出抜け等の吐出不良の確認と、当該吐出不良の復旧と、吐出ヘッドの電圧波形の設定とを自動的に行うことが可能となる液滴吐出評価試験装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用した。
即ち、本発明の液滴吐出評価試験装置は、ノズルに連通する液体充填部と、駆動信号の電圧波形に応じて液体充填部内の液体を液滴として吐出する吐出手段と、を具備する吐出ヘッドの液滴吐出動作を評価する試験装置であって、液滴の重量を測定する液滴重量測定手段と、液滴の速度を測定する吐出速度測定手段と、液滴の着弾精度を測定する吐出精度測定手段と、液滴の非吐出を検出する吐出抜け検出手段と、を具備することを特徴とする。
ここで、液滴重量測定手段とは、上記吐出ヘッドの吐出手段が駆動されることによってノズルから吐出した液滴の１滴当りの重量を測定するものである。
また、吐出速度測定手段とは、吐出ヘッドのノズルから、液滴の着弾位置までの空間を飛行する液滴の速度を測定するものである。
また、吐出精度測定手段とは、吐出ヘッドから吐出された液滴の位置の精度を測定するものである。
また、吐出抜け検出手段について説明すると、例えば気泡が溶けやすい液状体を吐出した際に、当該気泡が吐出ヘッド内に残留することに起因して、液滴吐出動作が不良になる場合があり、当該吐出抜け検出手段はこのような不良を検出するものである。この吐出抜けの検出は、吐出ヘッドのノズルから、液滴の着弾位置までの空間を液滴が飛行しているか否かを検出して行われる。
本発明によれば、吐出ヘッドから吐出された液滴の重量、液滴の吐出速度、及び液滴の吐出精度を測定することが可能となると共に、液滴が吐出しているか否かを検出することが可能となる。更に、当該液滴吐出評価試験装置を自動的に作動させるための制御部を付加することで、液滴吐出評価試験を自動化することが可能になり、長期間の液滴吐出動作の安定性を確認することが可能になる。
従って、実験者が張り付いて確認作業をする必要がなくなり、実験者の労力を低減すると共に検査の見落とし等が生じることがないので、液滴吐出評価試験の信頼性が向上し、試験の効率化を図ることができる。
【０００８】
また、本発明は先に記載の液滴吐出評価試験装置であり、吐出抜け検出手段は、検出光を射出する投光部と、当該投光部から射出された検出光を受光可能な受光部とを具備し、受光部は、検出光の光路上を液滴が通過することによる検出光の当該受光部での受光量の変化に基づいて、ノズルから液滴が吐出されているかどうかを判別することを特徴とする。
本発明によれば、先に記載した液滴吐出評価試験装置と同様の効果を奏すると共に、液滴に接触することなく光学的に液滴の検出を行うことが可能になる。
【０００９】
また、本発明は先に記載の液滴吐出評価試験装置であり、吐出抜け検出手段は、当該吐出抜け検出手段の検出結果に応じて、吐出ヘッドを液滴吐出動作が可能な状態に回復させる回復手段を具備することを特徴とする。
本発明によれば、先に記載した液滴吐出評価試験装置と同様の効果を奏すると共に、吐出ヘッドの液滴吐出動作が不良となった場合でも自動的に液滴吐出動作を回復させることが可能となる。従って、実験者による吐出ヘッドの回復作業が不要にすることができる。更に、不良となった液滴吐出動作を回復した後には、液滴吐出評価試験を自動的に再開することが可能となる。
【００１０】
また、本発明は先に記載の液滴吐出評価試験装置であり、回復手段は、吐出ヘッドのノズルを介して液体充填部内の液体を吸引する吸引手段と、吐出ヘッドのノズルが形成された部位を洗浄する洗浄手段と、を具備することを特徴とする。
本発明によれば、先に記載した液滴吐出評価試験装置と同様の効果を奏する。また、例えば吐出ヘッドの液体充填部内に気泡が混入した際に、吸引手段によって液体と共に気泡を除去することが可能となる。また、ノズルが形成された部位を洗浄するので、当該部位における液体の残留に起因する吐出不良を防止することが可能となる。
【００１１】
また、本発明は先に記載の液滴吐出評価試験装置であり、液滴重量測定手段は、水晶発振子と、当該水晶発振子の共振周波数の変化に基づいて液滴の重量を測定する測定器と、を具備することを特徴とする。
ここで、水晶発振子は、その共振周波数は非常に安定したものであるが、当該水晶発振子の一部に液滴が付着すると、その液滴の重量や速度によって共振周波数が減少する性質を有している。
本発明によれば、先に記載した液滴吐出評価試験装置と同様の効果を奏すると共に、水晶発振子の性質を利用して、液滴の付着に伴う共振周波数の変化を検出することにより液滴の重量を測定することができる。
【００１２】
また、本発明は先に記載の液滴吐出評価試験装置であり、吐出速度測定手段は、水晶発振子と、当該水晶発振子の共振周波数の変化に基づいて液滴の速度を測定する測定器と、を具備することを特徴とする。
本発明によれば、先に記載した液滴吐出評価試験装置と同様の効果を奏すると共に、水晶発振子の性質を利用して、液滴の付着に伴う共振周波数の変化を検出することにより液滴の速度を測定することができる。
【００１３】
また、本発明は先に記載の液滴吐出評価試験装置であり、吐出精度測定手段は、吐出ヘッドから吐出された液滴を着弾させるための、液滴に対する撥液性の表面を有する検査媒体と、当該検査媒体に液滴の着弾を検出するための検出光を照射する光源と、当該光源の反射光を検出して、液滴の着弾位置を検知する位置検知手段とを具備することを特徴とする。
本発明によれば、先に記載した液滴吐出評価試験装置と同様の効果を奏すると共に、光学的に液滴の吐出精度を測定することが可能となる。
【００１４】
また、本発明は先に記載の液滴吐出評価試験装置であり、吐出抜け検出手段を有する第１の試験領域と、液滴重量測定手段と、吐出速度測定手段とを有する第２の試験領域と、吐出精度測定手段を有する第３の試験領域と、第１の試験領域と、第２の試験領域と、第３の試験領域とに対して、吐出ヘッドを相対移動させる移動手段と、を具備することを特徴とする。
本発明によれば、先に記載した液滴吐出評価試験装置と同様の効果を奏すると共に、当該移動手段により吐出ヘッドを自動的に移動させることにより、吐出抜け検出手段による連続吐出試験と、液滴重量測定手段及び吐出速度測定手段による液滴重量・吐出速度測定試験と、吐出精度測定手段による吐出精度測定試験と、を連続的に行うことが可能となる。
【００１５】
また、本発明は先に記載の液滴吐出評価試験装置であり、吐出ヘッドの液滴吐出動作雰囲気の温度を測定する温度測定手段と、吐出ヘッドの液滴吐出動作雰囲気の湿度を測定する湿度測定手段と、試験時間を測定する時間測定手段と、を具備することを特徴とする。
ここで、試験時間とは、吐出ヘッドの液滴吐出動作が行われている時間を意味しており、詳細には連続吐出試験、液滴重量測定試験、吐出速度測定試験、及び吐出精度測定試験の各試験中の時間を意味している。
本発明によれば、先に記載した液滴吐出評価試験装置と同様の効果を奏すると共に、液滴吐出評価試験における温度と湿度を測定することが可能となる。また、試験時間を測定することによって試験時間の経過に伴う各試験状態を記録することが可能となる。
【００１６】
また、本発明は先に記載の液滴吐出評価試験装置であり、液滴重量測定手段の測定結果と、吐出速度測定手段の測定結果と、吐出精度測定手段の測定結果と、吐出抜け検出手段の検出結果と、温度測定手段の測定結果と、湿度測定手段の測定結果と、時間測定手段の測定結果と、からなる第１のデータ群を記憶する第１の記憶手段と、得るべき液滴吐出条件からなる第２のデータ群を記憶する第２の記憶手段と、第１のデータ群が第２のデータ群を満たすか否かを判定する判定手段と、を具備することを特徴とする。
本発明によれば、先に記載した液滴吐出評価試験装置と同様の効果を奏すると共に、単に長期的に液滴吐出試験を行うだけでなく、液滴吐出試験の結果の合否を判定することが可能である。
【００１７】
また、本発明は先に記載の液滴吐出評価試験装置であり、判定手段の判定結果が肯定的である場合に第１のデータ群における電圧波形を抽出する抽出手段と、判定手段の判定結果が否定的である場合に第１のデータ群における電圧波形を当該第１のデータ群に基づいて調整する調整手段と、を具備することを特徴とする。
本発明によれば、先に記載した液滴吐出評価試験装置と同様の効果を奏すると共に、液滴吐出試験の結果の合否に応じて、自動的に電圧波形の決定、及び電圧波形の調整を行うことが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の液滴吐出評価試験装置の構成を示す構成図である。
【００１９】
図１に示すように、液滴吐出評価試験装置１は、吐出ヘッドＨと、吐出ヘッド移動機構（移動手段）ＨＭと、吐出抜け検出ユニット（吐出抜け検出手段）Ｕ１と、液滴重量・吐出速度測定ユニット（液滴重量測定手段、吐出速度測定手段）Ｕ２と、吐出精度測定ユニット（吐出精度測定手段）Ｕ３と、吸引・ワイプユニット（回復手段）Ｕ４と、温度・湿度測定ユニット（温度測定手段、湿度測定手段）Ｕ５と、演算部ＰＣと、を具備した構成となっている。
次に、各構成要素について説明する。
【００２０】
（吐出ヘッド）
吐出ヘッドＨは、液滴吐出評価試験装置１によって試験が施される試験対象物である。
吐出ヘッドＨは、液滴吐出方式により液体材料（液体）を液滴としてノズルから吐出するものである。液滴吐出方式としては、圧電体素子としてのピエゾ素子を用いてインクを吐出させるピエゾ方式、液体材料を加熱し発生した泡（バブル）により液体材料を吐出させる方式等、公知の種々の技術を適用できる。本実施形態では、ピエゾ方式を用いる。
また、吐出ヘッドＨは、吐出ヘッド移動機構ＨＭ（後述）に移動可能に取り付けられたものであり、演算部ＰＣ（後述）によりその位置が制御されるようになっている。
【００２１】
次に、図２を参照して吐出ヘッドＨの構成とについて説明する。
図２（ａ）は吐出ヘッドＨの斜視図、図２（ｂ）は吐出ヘッドＨの断面図、図２（ｃ）は吐出ヘッドＨのノズル形成面側から見た斜視図である。
【００２２】
図２（ａ）に示すように、吐出ヘッドＨは、例えばステンレス製のノズルプレート１２と振動板１３とを備え、両者を仕切部材（リザーバプレート）１４を介して接合したものである。ノズルプレート１２と振動板１３との間には、仕切部材１４によって複数の空間（液体充填部）１５と液溜まり１６とが形成されている。各空間１５と液溜まり１６の内部は液体材料で満たされており、各空間１５と液溜まり１６とは供給口１７を介して連通したものとなっている。また、ノズルプレート１２には、空間１５から液体材料を噴射するためのノズル１８が縦横に整列させられた状態で複数形成されている。一方、振動板１３には、液溜まり１６に液体材料を供給するための孔１９が形成されている。
【００２３】
また、振動板１３の空間１５に対向する面と反対側の面上には、図２（ｂ）に示すように圧電素子（吐出手段）２０が接合されている。この圧電素子２０は、一対の電極２１の間に位置し、通電するとこれが外側に突出するようにして撓曲するよう構成されたものである。そして、このような構成のもとに圧電素子２０が接合されている振動板１３は、圧電素子２０と一体になって同時に外側へ撓曲するようになっており、これによって空間１５の容積が増大するようになっている。したがって、空間１５内に増大した容積分に相当する液体材料が、液溜まり１６から供給口１７を介して流入する。また、このような状態から圧電素子２０への通電を解除すると、圧電素子２０と振動板１３はともに元の形状に戻る。従って、空間１５も元の容積に戻ることから、空間１５内部の液体材料の圧力が上昇し、ノズル１８から基板に向けて液体材料の液滴２２が吐出される。
【００２４】
また、吐出ヘッドＨは、その底面形状が略矩形状のものであり、図２（ｃ）に示すようにノズル１８を縦横に整列させた状態に配置したものである。なお、図２（ｃ）では、ノズル１８の記載を省略して横に一列のみ示している。
なお、ノズル１８の配列は、一列に形成されたものに限らず、複数列であってもよい。
【００２５】
また、吐出ヘッドＨは、演算部ＰＣ（後述）と電気的に接続されている。演算部ＰＣには予め設定された電圧波形を吐出ヘッドＨに出力するようになっており、吐出ヘッドＨは当該電圧波形に応じて液滴吐出動作を行うようになっている。
【００２６】
次に、図３を参照して、演算部ＰＣの電圧波形に伴う吐出ヘッドＨの液滴吐出動作について説明する。
図３は圧電素子２０に供給される電圧波形を説明するための図であって、横軸に経過時間を示し、縦軸に圧電素子２０に供給される電位を示している。
【００２７】
図３に示すように吐出ヘッドＨによる液滴吐出は、時間の経過に伴って圧電素子２０に供給する電位を変化させることにより行われる。
具体的な液滴吐出過程は、圧電素子２０に電位Ｖ２を供給して吐出ヘッドＨの空間１５を膨張させる期間ｔ１〜ｔ２と、吐出ヘッドＨの空間１５の膨張を維持する期間ｔ２〜ｔ３と、圧電素子に電位Ｖ３を供給して吐出ヘッドＨの空間１５を収縮させる期間ｔ３〜ｔ４と、吐出ヘッドＨの空間の収縮を維持する期間ｔ４〜ｔ５、圧電素子に電位Ｖ１を供給して吐出ヘッドＨの空間１５の収縮を解放する期間ｔ５〜ｔ６と、において行われる。
このような電圧波形の変化に応じて、吐出ヘッドＨから液滴を所望に吐出する液滴吐出動作が行われる。
【００２８】
（吐出ヘッド移動機構）
次に、図１へ戻り、吐出ヘッド移動機構ＨＭについて説明する。
吐出ヘッド移動機構ＨＭは、液滴吐出評価試験装置１の各試験を行う領域、即ち、吐出抜け検出ユニットＵ１が設けられている試験領域Ａ１（第１の試験領域）と、液滴重量・吐出速度測定ユニットＵ２が設けられている試験領域Ａ２（第２の試験領域）と、吐出精度測定ユニットＵ３が設けられている試験領域Ａ３（第３の試験領域）とに、吐出ヘッドＨを移動させるものである。
このような吐出ヘッド移動機構ＨＭは、リニアモータ（不図示）等の作動によってガイドレール上を走行し、これにより吐出ヘッドＨを移動させるよう構成されたものである。また、当該吐出ヘッド移動機構ＨＭは、演算部ＰＣ（後述）と電気的に接続されており、演算部ＰＣの駆動信号に応じて吐出ヘッドＨを自動的に移動制御するようになっている。
【００２９】
（吐出抜け検出ユニット）
次に、図４及び図５を参照して吐出抜け検出ユニットＵ１の構成について説明する。
図４（ａ）は吐出抜け検出ユニットＵ１の概略斜視図、図４（ｂ）は吐出ヘッドＨのノズル１８から吐出された液滴が検出光の光路を通過する様子を示す模式図、図５（ａ）は吐出抜け検出ユニットＵ１の概略斜視図、図５（ｂ）〜（ｅ）は複数のノズルから順次吐出される液滴が検出光の光路を通過する様子を示す模式図である。
【００３０】
吐出抜け検出ユニットＵ１は、吐出ヘッドＨが液滴を吐出していない状態、即ち、吐出抜けが生じている状態を検出するものである。
図４（ａ）に示すように、吐出抜け検出ユニットＵ１は、検出光を射出する投光部３１と、投光部３１から射出された検出光を受光可能な受光部３２とを備えている。投光部３１は所定の径を有するレーザ光を射出するレーザ光照射装置により構成されている。一方、受光部３２は例えばフォトダイオードにより構成されている。また、吐出抜け検出ユニットＵ１は、演算部ＰＣ（後述）と電気的に接続されており、当該吐出抜け検出ユニットＵ１の検出結果及び検出状況に関する情報が記憶されるようになっている。
投光部３１と受光部３２とは対向するように設けられている。本実施形態において、投光部３１は検出光であるレーザ光をＹ軸方向に沿って射出する。検出光の光束は直径Ｄに設定されており、投光部３１から射出された検出光は受光部３２に向かって直進する。吐出ヘッドＨは、検出光の光路の上方（＋Ｚ側）において、検出光の光路方向（Ｙ軸方向）に対して交差して液滴を吐出するようになっている。吐出ヘッドＨのノズル１８から吐出された液滴は検出光の光路を通過するように設定されている。
【００３１】
次に、図４（ｂ）を参照して吐出ヘッドＨのノズル１８から吐出された液滴が検出光の光路を通過する様子について説明する。
図４（ｂ）に示すように、吐出ヘッドＨはノズル１８より液滴を吐出する。吐出された液滴は直径Ｄの光束である検出光の光路上を通過する。ここで、検出光の直径と受光部３２の計測領域の径とは同じ値Ｄに設定されている。検出光の光路上を液滴が通過し、この検出光の光路上に液滴が配置されることにより、受光部３２で受光される検出光の受光量は、検出光の光路上に液滴が配置されていない状態での受光量に対して変化する。すなわち、検出光の光路上に液滴が配置されることにより、受光部３２の受光信号は、検出光の光路上に液滴が配置されていない場合に比べて低下する。受光部３２の受光結果（受光信号）は演算部ＰＣに出力される。演算部ＰＣは、検出光の光路上を液滴が通過することによる検出光の受光部３２での受光量の変化（低下）に基づいて、ノズル１８から液滴が吐出されているかどうかを判別することができる。
【００３２】
具体的には、検出光の光路上に液滴が配置されると、受光部３２における受光量の低下に伴って受光部３２の出力信号（出力電圧）が変化する。受光部３２は、この出力電圧に基づいて、「ＨＩＧＨ」又は「ＬＯＷ」の信号を演算部ＰＣに出力する。ここで、受光部３２は、検出光の光路上に液滴が配置されている場合に「ＨＩＧＨ」の信号を出力し、検出光の光路上に液滴が配置されていない場合に「ＬＯＷ」の信号を出力する。即ち、吐出抜けが生じている場合には、演算部ＰＣに「ＬＯＷ」の信号を出力する。
【００３３】
次に、図５を参照して、複数のノズル１８を備える吐出ヘッドＨから順次吐出される液滴が検出光の光路を通過する様子について説明する。
図５（ａ）は吐出抜け検出ユニットＵ１の概略斜視図、図５（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は液滴が検出光の光路を通過する様子を示す、吐出ヘッド側から見た平面図である。なお、液滴が検出される原理については、上記と同様であるので説明を省略する。
【００３４】
図５に示すように、吐出ヘッドＨは、同一列に配置されたノズル１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ）を備えている。更に、吐出ヘッドＨのノズル１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ）の列方向と平行に検出光を出射するように、投光部３１と受光部３２とが対向配置されている。
このような構成において、吐出ヘッドＨがノズル１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄから液滴３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄを順次液滴を吐出すると、図５（ｂ）から図５（ｅ）に示すように、液滴３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄが順次検出光の光路上を通過し、各液滴が検出される。
なお、上記においては、吐出ヘッドＨが４つのノズル１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄを備えた場合について説明したが、その数を限定するものではない。また、このようなノズル列を複数備えた場合でも、ノズル列間隔が検出光の直径Ｄよりも小さければ、検出光と吐出ヘッドとを相対移動させることなく液滴の検出が可能である。
【００３５】
なお、上述の吐出抜け検出ユニットＵ１においては、検出光と吐出ヘッドＨとを固定した状態で液滴を吐出及び検出しているが、これを限定するものではない。例えば、複数のノズルから吐出される液滴に対応させて、複数の検出光を出射する投光部３１を設けてもよい。また、鏡等の反射光学系を投光部３１と受光部３２との間に設けてもよい。また、検出光と吐出ヘッドＨとを相対移動させて液滴を検出してもよい。また、ノズルの配列方向に対して、所定の角度の方向から検出光を出射させてもよい。
【００３６】
（液滴重量・吐出速度測定ユニット）
次に、図６及び図７を参照して液滴重量・吐出速度測定ユニットＵ２の構成について説明する。
図６（ａ）は液滴重量・吐出速度測定ユニットＵ２の構成図、図６（ｂ）は水晶発振子４１の断面図、図６（ｃ）は図６（ｂ）のＡ−Ａ断面を示す断面図、図７は液滴重量・吐出速度測定を行う場合の吐出ヘッドＨと水晶発振子４１との位置関係を示す構成図である。
【００３７】
液滴重量・吐出速度測定ユニットＵ２は、吐出ヘッドＨから吐出された液滴と水晶発振子との接触に伴う水晶発振子の共振周波数の変化に基づいて、当該液滴の重量と、その吐出速度を測定するものである。
図６（ａ）に示すように、液滴重量・吐出速度測定ユニットＵ２は、水晶発振子４１と、水晶発振子４１を安定的に発振させるための発振回路４２と、水晶発振子４１の発振周波数を測定する周波数カウンタ（測定器）４３と、を備えている。周波数カウンタ４３は、演算部ＰＣ（後述）に接続されている。
【００３８】
図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、水晶発振子４１は、水晶片４５と、その両面に取り付けられた電極４６ａ、４６ｂと、を備えている。また、リード線４７ａ、４７ｂが電極４６ａ、４６ｂとそれぞれ電気的に接続されている。電極４６ａは、液体材料による腐食を考慮して耐食性の高い金や銀等で構成されている。電極４６ａの反応部分４８は液体材料に曝されるようになっている。なお、電極４６ａの反応部分４８以外の部分、及び他方の電極４６ｂは、液体材料に曝されないように保護部４９（モールド樹脂等）によって覆われている。
【００３９】
図６（ａ）に示すように、水晶発振子４１は、リード線４７ａ、４７ｂを介して発振回路４２に接続され、更に、発振回路４２は、周波数カウンタ４３に接続されている。発振回路４２は、電源に接続されており、水晶発振子４１の電極４６ａ、４６ｂに電圧を印加することにより、水晶発振子４１に連続的な発振をさせている。また、周波数カウンタ４３は、水晶発振子４１の共振周波数の変化を測定し、液滴が着弾していない場合の共振周波数と比較して共振周波数が一定の値以上減少した場合に、演算部ＰＣに測定結果を送信するようになっている。
【００４０】
このように構成された水晶発振子４１は、図７に示すように吐出ヘッドＨの下方に配置されている。また、吐出ヘッドＨから吐出された液滴が反応部分４８に着弾するようになっている。ここで、水晶発振子４１の共振周波数は、非常に安定しているが、反応部分４８に液滴が着弾すると、その液滴の重量や吐出速度によって共振周波数が減少する。即ち、水晶発振子４１の共振周波数の変化を検出することによりが液滴の重量と、液滴の吐出速度を測定することができる。
このような水晶発振子４１においては、数ｎｇオーダーの液滴重量を測定することが可能となる。
【００４１】
なお、上述の液滴重量・吐出速度測定ユニットＵ２においては、水晶発振子４１を用いた測定方法だけでなく、他の方法を用いて液滴重量と吐出速度を測定してもよい。
例えば、液滴重量を測定する方法として、吐出ヘッドＨから吐出された液滴を受ける液受けと、電子天秤等の重量計とを備えて、吐出された液滴の重量を直接的に測定してもよい。ここで、吐出される液滴が複数である場合には１滴当りの液滴重量を算出すればよい。
また、吐出速度を測定する方法として、吐出ヘッドＨから吐出された液滴に対して所定時間間隔で照明光を照射するストロボと、当該ストロボに対向配置されたＣＣＤ等のカメラとを備えて、吐出された液滴が所定時間内で飛行する距離を測定し、吐出速度を算出してもよい。
【００４２】
（吐出精度測定ユニット）
次に、図８から図１０を参照して吐出精度測定ユニットＵ３の構成について説明する。
図８は吐出精度測定ユニットＵ３の概略構成を示す斜視図、図９は検査媒体５０を示す斜視図、図１０は液滴の可視化原理を説明するための模式説明図である。
【００４３】
吐出精度測定ユニットＵ３は、吐出ヘッドＨから吐出された液滴を画像データとして撮像し、これを画像処理することにより液滴吐出の精度測定を行うものである。
図８に示すように、吐出精度測定ユニットＵ３は、検査媒体５０と、検査媒体搬送部５１と、画像検知部５２とから構成されている。
検査媒体５０は、吐出ヘッドＨによって液滴が吐出される吐出対象物である。
検査媒体搬送部５１は、従動ローラ５１ａと駆動ローラ５１ｂとに巻回された搬送ベルト５１ｃから構成されている。また、当該搬送ベルト５１ｃ上に検査媒体５０が固定され、その位置が演算部ＰＣによって記憶されている。搬送ベルト５１ｃは、駆動ローラ５１ｂに連結されたモータ５１ｄにより駆動され、図示Ｙ軸方向に移動可能とされており、検査媒体５０は図示Ｙ軸方向に移送が可能とされている。
画像検知部５２は、検査媒体５０の駆動ローラ５１ｂ側の上方に、一体で配置された光源部（光源）５２ａ及び撮像部（位置検知手段）５２ｂと、当該撮像部５２ｂに接続された画像処理部５２ｃとからなるものである。光源部５２ａは、検査媒体５０を照射するための可視光源である。撮像部５２ｂは、例えば、ＣＣＤカメラなど、適宜倍率を有する光学系および撮像デバイスなどを備えて、光源部５２ａから検査媒体５０表面に照射される検査光の反射光を受像して画像信号に変換して記録し、その記録データを画像処理部５２ｃに送るものである。画像処理部５２ｃは、コンピュータなどからなるもので、撮像部５２ｂから送られてきた画像データを解析することにより、吐出ヘッドＨの各ノズル１８の吐出性能を検査するものである。
【００４４】
更に、画像処理部５２ｃは、前記の検査媒体５０を送るためのモータ５１ｄ、及び後述する演算部ＰＣとも接続されている。そして、これにより画像処理部５２ｃは、演算部ＰＣによる制御によって吐出ヘッドＨから検査媒体５０上に液滴が吐出された際に、画像処理部５２ｃはその時間を演算部ＰＣから受信するようになっている。また、吐出を受けた検査媒体５０がモータ５１ｄにより撮像部５２ｂの視野に到るまでの時間も、予めモータ５１ｄの速度等から演算して記憶しておく。このような構成のもとに画像処理部５２ｃは、吐出ヘッドＨから吐出された液滴による検査媒体５０上の画像を、確実に撮像部５２ｂで記録させるようになっている。
【００４５】
検査媒体５０は、図９に示すように検査方法に適する材質の板状部材から構成され、当該板状部材の表面にはマトリクス状に配列された複数の検査領域５０ａが形成されている。当該検査領域５０ａは、吐出ヘッドＨから吐出された液滴を立体状に凝集させるために、撥液処理が施されたものである。撥液処理としては、例えば、ガラス基板等の表面にフルオロアルキルシラン（以下、ＦＡＳと略称する）化合物による皮膜層を形成する撥液処理したものを採用することができる。この他にも、液状体や検査媒体５０の材質により、金チオール、フッ素樹脂加工など種々の撥液処理が可能である。
このような検査領域５０ａに液滴が吐出された後に、上記の撮像部５２ｂが立体状の液滴を撮像し、画像処理部５２ｃが当該液滴の位置を検出することで吐出精度測定が行われる。
【００４６】
次に、検査媒体５０に吐出された液滴の可視化原理について簡単に説明する。なお、ここでは光透過性の液状体が吐出された場合について説明する。
図１０は、検査媒体５０上に吐出された液滴５３に検査媒体５０の上方から平行光の検査光を照射した様子を示している。
液滴５３は、検査媒体５０上に吐出されると、検査媒体５０の表面が撥液性を備えているために、表面張力によって図示のように球を上下に押しつぶしたような３次元曲面を有する立体形状に凝集する。液滴５３の材質は、光透過性を有するため、空気との屈折率の差によって境界面に屈折力を備えるようになる。
もし、検査媒体５０に撥液性がない場合、検査媒体５０内に浸透して液滴が検査媒体５０内に拡散するか、検査媒体５０の表面に濡れ面を形成して不定形の薄層に広がる透明膜層を形成する。即ち、いずれの場合であっても液滴が不透明でない限り検知することはできない。
【００４７】
従って、液滴５３外に照射された光線Ｒ１と、液滴５３の対称中心軸（光軸）を通る光線Ｒ３は、正反射して同じ光路を戻るが、光線Ｒ３以外の液滴５３内を通る光線Ｒ２は、界面で屈折を繰り返して光線Ｒ４として上方に戻る。このため、液滴５３の下に可視画像があれば、それがボケたりゆがんで見えたりすることになり、可視画像がない場合でも、液滴５３の検査媒体５０への投影面積内で光量の偏りが生じるものである。即ち、検査媒体５０上を肉眼もしくは適宜の光学系を介して観察すると、液滴５３の外形が投影されたエッジを有する濃淡画像が観測され、液滴５３が可視化される。
撮像部５２ｂで撮影されるのは、このような濃淡画像である。
なお、上記の説明で、検査光を平行光としたが、これは、原理説明のために単純化した例であり、平行光でなくとも同様に可視化されることは言うまでもない。
【００４８】
なお、上述の吐出精度測定ユニットＵ３においては、撥液化された検査媒体５０表面上に液滴を吐出して液滴の外形が投影されたエッジを有する濃淡画像を撮像するものであるが、他の方法を用いて液滴を撮像してもよい。
例えば、液滴に対する被侵食性の表面を有する検査媒体５０を採用し、液滴吐出に伴って検査媒体５０に形成される表面侵食痕を撮像してもよい。
また、液滴吐出に伴って形成された表面侵食痕を電気導電性の変化として検出する構成としてもよい。この場合、検査媒体５０が、その表面に液滴に侵食される被侵食層と、被侵食層の下層に設けられた非侵食性の基体層とを備え、かつ、被侵食層と前記基体層のいずれか一方が電気導電性とされ、その他方が電気絶縁性とされる構成を有することにより、電気導電性の変化として表面侵食痕の検出が可能となる。
【００４９】
（吸引・ワイプユニット）
次に、図１１を参照して吸引・ワイプユニットＵ４の構成について説明する。
図１１（ａ）は吸引・ワイプユニットＵ４と、吐出抜け検出ユニットＵ１と、演算部ＰＣとの構成を示す構成図、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）は吸引・ワイプユニットＵ４の動作を説明するための説明図である。
【００５０】
吸引・ワイプユニットＵ４は、吐出抜け検出ユニットＵ１による吐出抜けの検出結果に応じて、吐出ヘッドＨを液滴吐出動作が可能な状態に回復させるものである。
図１１（ａ）に示すように、吸引・ワイプユニットＵ４は、吸引部（吸引手段）６０ａと、ワイピング部（洗浄手段）６０ｂとから構成されている。
吸引部６０ａは、キャップ６１と吸引ポンプ６２とを具備しており、キャップ６１が吐出ヘッドＨを被覆した際に吸引ポンプ６２によって吐出ヘッドＨ内の気泡等を吸引するようになっている。
ワイピング部６０ｂは、ワイパ６３と駆動部６４とを具備しており、ワイパ６３と吐出ヘッドＨのノズル形成面（吐出ヘッドのノズルが形成された部位）とを接触させた状態でワイパ６３を駆動することにより、当該ノズル形成面を洗浄するようになっている。
更に、吸引・ワイプユニットＵ４は、演算部ＰＣを介して吐出抜け検出ユニットＵ１と電気的に接続されており、吐出抜け検出ユニットＵ１が吐出抜けを検出した場合に、これに応じて自動的に吸引部６０ａとワイピング部６０ｂとを駆動するようになっている。
【００５１】
次に、吸引・ワイプユニットＵ４の動作について簡単に説明する。
図１１（ｂ）は、吸引部６０ａによって吐出ヘッドＨを吸引する動作を説明する図である。
図１１（ｂ）に示すように、吐出ヘッドＨのノズル形成面とキャップ６１とを接続する。次に、吸引ポンプ６２が吐出ヘッドＨとキャップ６１とで形成された空間の空気を吸引する。この空間が吸引されることで吐出ヘッドＨの吐出ノズル１８に存在する液体材料と、吐出ヘッドＨ内の気泡等が吸引される。このような吸引が行われることにより、例えば吐出抜けの原因となっていた非動作ノズルが回復する。
なお、吸引ポンプ６２によって吸引される吸引量は、予め演算部ＰＣや吸引・ワイプユニットＵ４に設定された値である。
【００５２】
図１１（ｃ）は、ワイピング部６０ｂによって吐出ヘッドＨのノズル形成面を洗浄する動作を説明する図である。
図１１（ｃ）に示すように、ワイパ６３と吐出ヘッドＨのノズル形成面とを接触させる。次に、ワイパ６３と吐出ヘッドＨのノズル形成面とを摩擦させるようにワイパ６３を駆動することにより、ノズル形成面に付着している液体材料等がワイパ６３によって拭き取られる。
【００５３】
（温度・湿度測定ユニット）
次に、図１へ戻り、温度・湿度測定ユニットＵ５の構成について説明する。
温度・湿度測定ユニットＵ５は、所謂温度センサと湿度センサとから構成されており、これら温度センサと湿度センサは演算部ＰＣに電気的に接続されている。このような温度・湿度測定ユニットＵ５を設けることによって液滴吐出評価試験装置１内の温度及び湿度を測定することが可能となる。
【００５４】
（演算部）
次に、図１及び図１２を参照して演算部ＰＣの構成について説明する。
図１２は演算部ＰＣの概略構成を示す構成図である。
【００５５】
図１に示すように、演算部ＰＣは、上述の液滴吐出評価試験装置１の各構成要素に電気的に接続されており、マイクロプロセッサ等のＣＰＵを備えた所謂コンピュータである。当該演算部ＰＣは、当該各構成要素の動作を制御すると共に、当該各構成要素の測定結果や及び検出結果を取り込むようになっている。
【００５６】
次に、図１２を参照して演算部ＰＣの構成について説明する。
図１２に示すように、演算部ＰＣは、処理部７０と、表示部７１と、出力部７２とから構成されている。
まず、処理部７０について詳細を説明する。
処理部７０は、第１記憶部（第１の記憶手段）７４と、第２記憶部（第２の記憶手段）７５と、判断部（判定手段）７６と、制御部７７と、電圧波形抽出部（抽出手段）７８と、電圧波形調整部（調整手段）７９と、を具備している。
第１記憶部７４は、吐出ヘッドＨによる液滴吐出回数の測定データ８０ａと、吐出抜け検出ユニットＵ１が検出した吐出抜けの検出データ８０ｂと、液滴重量・吐出速度測定ユニットＵ２が測定した液滴重量の測定データ８０ｃ及び吐出速度の測定データ８０ｄと、吐出精度測定ユニットＵ３が測定した吐出精度の測定データ８０ｅと、温度・湿度測定ユニットＵ５が測定した温度・湿度の測定データ８０ｆと、処理部７０（時間測定手段）が測定する液滴吐出評価試験装置１の試験時間を意味する時間データ８０ｇとからなる第１のデータ群を記憶するものである。
第２記憶部７５は、得るべき液滴吐出条件からなる第２のデータ群を記憶するものである。ここで言う「得るべき液滴吐出条件」とは、液滴吐出評価試験装置１による試験において、試験結果が良好とされる液滴吐出条件を意味する。
判断部７６は、第１記憶部に記憶された第１のデータ群と、第２記憶部に記憶された第２のデータ群とを比較して、第１のデータ群が第２のデータ群の条件を満たすか否か、を判断するものである。換言すれば、判断部７６が試験結果が良好であるか否かを判断する。
制御部７７は、液滴吐出評価試験装置１の各構成要素の全ての動作を制御するものである。ここで言う「全ての動作」とは、吐出ヘッドＨの液滴吐出動作８１ａ、吐出ヘッド移動機構ＨＭの駆動動作８１ｂ、吐出抜け検出ユニットＵ１の検出動作８１ｃ、液滴重量・吐出速度測定ユニットＵ２の測定動作８１ｄ、吐出精度測定ユニットＵ３の測定動作８１ｅ、吸引・ワイプユニットＵ４の吸引動作及びワイピング動作８１ｆを意味する。
電圧波形抽出部７８は、判断部７６が第１のデータ群が第２のデータ群の条件を満たすと判断した場合に、液滴吐出の電圧波形を決定するものである。
電圧波形調整部７９は、判断部７６が第１のデータ群が第２のデータ群の条件を満たしていないと判断した場合に、第１のデータ群に基づいて液滴吐出の電圧波形を調整するものである。
【００５７】
次に、表示部７１及び出力部７２について詳細を説明する。
表示部７１は、処理結果を実験者に対して表示するための所謂ディスプレイやモニタである。
出力部７２は、処理結果を記録媒体に記録するものであり、例えば、紙に印刷するプリンタ、処理結果をフレキシブルディスクや光磁気ディスク等の媒体に電子データとして記録するディスクドライバ、処理結果を保管するためのサーバ、ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）を介して接続された外部コンピュータ、等を意味する。
【００５８】
（液滴吐出評価試験装置の動作）
次に、上述した構成を有する液滴吐出評価試験装置１の動作について、図１３のフローチャート図を参照しながら説明する。
図１３（ａ）は液滴吐出評価試験装置１の動作手順（以下、メインルーチンと称する）を示す図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）中の連続吐出試験の動作手順（以下、サブルーチンと称する）を示す図である。
【００５９】
図１３（ａ）に示すように、まず、評価試験結果が良好であるか否かを判断するための基準となる第２のデータ群を設定する（ステップＳ１）。
このような試験結果の基準となる第２のデータ群は、試験毎に入力、変更可能なデータ（値）であって、これらは演算部ＰＣ内の第２記憶部７５に記憶される。
第２のデータ群の具体的な例としては、液滴重量の許容誤差を±５％以内、吐出速度の許容誤差を±５％以内、吐出精度の許容誤差をＧＡＰ３００μｍで±１０μｍ以内に設定することができる。ここでいう「ＧＡＰ」とは、吐出ヘッドＨのノズル形成面と検査媒体５０との離間距離を意味するものであり、この離間距離も適宜設定することができる。
なお、このような第２のデータ群は、液滴重量、吐出速度、及び吐出精度の条件を限定するだけでなく、吐出抜け検出回数の条件を設定してもよい。
【００６０】
次に、吐出ヘッドＨの圧電素子２０に供給する電圧波形の仮決定を行う（ステップＳ２）。
以下に、図１４から図１６を参照して、電圧波形の仮決定について具体的に説明する。
図１４は吐出ヘッドＨが有する吐出速度の固有周期Ｔを示す図、図１５は液体材料の粘度別の固有周期Ｔ及び期間Ｐの値の一例を示す図、図１６は期間Ｐを基にして決定された電圧波形を示す図である。
【００６１】
まず、図１４に示すように吐出ヘッドＨが有する吐出速度の固有周期Ｔを試験前に予め測定する。この固有周期Ｔは、先述の図３に示した期間ｔ２〜ｔ３（μｓ）の変化に伴う吐出速度の変化の周期ｔα〜ｔβを意味している。次に、固有周期Ｔの０．８〜１．２の比率を有する期間Ｐを算出する。なお、この比率０．８〜１．２は、吐出ヘッドＨにおいて、液滴吐出動作のヘッド個体差、ノズル間バラツキ、飛行安定性、長期吐出安定性等を考慮し、工業的大量生産の品質安定性を満足させることができる範囲の比率として今回導き出したものである。
図１５は、液体材料の粘度別の固有周期Ｔ及び期間Ｐの値の一例を示している。液体番号「００１」においては、その粘度が３．５（ｍＰａ・ｓ）、吐出速度の固有周期Ｔが６．９（μｓ）、安定吐出の条件となる期間Ｐが５．５（μｓ）であった。これから比率Ｐ／Ｔを求めると０．８が算出される。同様に、液体番号「００２」においては、粘度が１１．４（ｍＰａ・ｓ）、固有周期Ｔが７．１（μｓ）、期間Ｐが６．４（μｓ）、比率Ｐ／Ｔは０．９と算出されたことを示している。
【００６２】
次に、図１６に示すように、期間ｔ１〜ｔ２の中間時点ｔ１２から、期間ｔ３〜ｔ４の中間時点ｔ３４までの期間Ｐとして、上述の液体番号「００１」で算出された５．５（μｓ）が設定される。
次に、期間Ｐに準じて期間ｔ１〜ｔ４が順次設定されることにより、液滴吐出評価試験装置１における電圧波形の仮決定が終了となる。
【００６３】
上述した電圧波形仮決定においては、電圧波形を吐出ヘッドＨの固有周期Ｔに従って設定することで、液滴吐出動作の振動を効率的に吐出ヘッドＨの空間１５に伝えることが可能となり、設定すべき電圧波形の設定又はその近似、絞込みのための作業を容易に行うことができる。
【００６４】
次に、図１３（ａ）に戻り、上述で決定された電圧波形による液滴吐出を規定回数繰り返す連続吐出試験を行う（ステップＳ３）。
ここで、規定回数とは、演算部ＰＣに予め設定された設定値であり、その具体的な回数は１０万回〜数億回である。なお、本実施形態においては、規定回数を満たすまで連続吐出試験を行っているが、規定回数を設定することに限らずに規定時間を満たすまで連続吐出試験を行ってもよい。
【００６５】
このようなステップＳ３においては、まず、演算部ＰＣが吐出ヘッド移動機構ＨＭの駆動動作８１ｂを制御することにより、吐出ヘッド移動機構ＨＭが吐出ヘッドＨを試験領域Ａ１に移動し、当該吐出ヘッドＨが吐出抜け検出ユニットＵ１上に配置される。
次に、図１３（ｂ）に示すサブルーチンに基づいて連続吐出試験を行う。従って、演算部ＰＣが吐出ヘッドＨの液滴吐出動作８１ａを制御することにより、圧電素子２０が振動し、空間１５が膨張・収縮し、ノズル１８から液滴を吐出する。更に、これと同時に、液滴吐出回数のカウントを行う（ステップＳＡ１）。ここで、液滴吐出回数は、測定データ８０ａとして演算部ＰＣの第１記憶部７４に記憶される。
【００６６】
更に、吐出抜け検出を行う（ステップＳＡ２）。
従って、演算部ＰＣが吐出抜け検出ユニットＵ１の検出動作８１ｃを制御することにより、投光部３１から受光部３２に向けて検出光を射出し、当該検出光の光路を液滴が通過するか否かによって、液滴が正常に吐出されているか否かを検出する。
ここで、吐出抜け検出の結果、吐出抜けがない場合（ＮＯの場合）には、演算部ＰＣは、これまでの液滴吐出の繰り返し回数が規定回数を満たしているか否か、を判断する（ステップＳＡ３）。また、吐出抜けがある場合（ＹＥＳの場合）には、吐出ヘッドＨのクリーニングを行う（ステップＳＡ４）。また、吐出抜けが生じた回数は、検出データ８０ｂとして演算部ＰＣの第１記憶部７４に記憶される。
【００６７】
ステップＳＡ３において、液滴吐出回数が規定回数を満たしていない場合（ＮＯの場合）には、ステップＳＡ１に戻り、液滴吐出動作と液滴吐出回数のカウントとを行う。また、液滴吐出の繰り返し回数が規定回数を満たしている場合（ＹＥＳの場合）には、連続吐出試験（メインルーチンのステップＳ３）が終了となる。
【００６８】
ステップＳＡ４においては、まず、演算部ＰＣが吸引・ワイプユニットＵ４の回復動作８１ｆを制御することにより、吸引部６０ａが吐出ヘッドＨを吸引し、ワイピング部６０ｂが吐出ヘッドＨのノズル形成面を洗浄する。即ち、吐出ヘッドＨは液滴吐出動作が可能な状態に回復される。
【００６９】
上述した連続吐出試験においては、吐出抜け検出ユニットＵ１による吐出抜けの検出と、吸引・ワイプユニットＵ４による吐出ヘッドＨの回復とを行うので、吐出抜けが生じた場合であっても規定回数が満たすまで自動的に液滴吐出を行うことが可能となる。
【００７０】
次に、図１３（ａ）に戻り、液滴の重量と、吐出速度を測定する（ステップＳ４）。
このようなステップＳ４においては、まず、演算部ＰＣが吐出ヘッド移動機構ＨＭの駆動動作８１ｂを制御することにより、吐出ヘッド移動機構ＨＭが吐出ヘッドＨを試験領域Ａ２に移動し、当該吐出ヘッドＨが液滴重量・吐出速度測定ユニットＵ２上に配置される。
次に、演算部ＰＣが吐出ヘッドＨの液滴吐出動作８１ａと、液滴重量・吐出速度測定ユニットＵ２の駆動動作８１ｃを制御することにより、吐出ヘッドＨのノズル１８から液滴が吐出され、当該液滴は液滴重量・吐出速度測定ユニットＵ２の反応部分４８に着弾する。ここで、水晶発振子４１の共振周波数の変化量が測定され、これを液滴重量及び吐出速度の測定データ８０ｃ、８０ｄとして演算部ＰＣの第１記憶部７４に記憶される。
【００７１】
上述した液滴重量・吐出速度測定においては、水晶発振子による測定を行うことができるので、高精度の液滴重量及び吐出速度を測定することが可能となる。
【００７２】
次に、吐出精度を測定する（ステップＳ５）。
このようなステップＳ５においては、まず、演算部ＰＣが吐出ヘッド移動機構ＨＭの駆動動作８１ｂを制御することにより、吐出ヘッド移動機構ＨＭが吐出ヘッドＨを試験領域Ａ３に移動し、当該吐出ヘッドＨが吐出精度測定ユニットＵ３上に配置される。
次に、演算部ＰＣが吐出ヘッドＨの液滴吐出動作８１ａと、吐出精度測定ユニットＵ３の駆動動作８１ｄを制御することにより、吐出ヘッドＨのノズル１８から液滴が吐出され、吐出精度測定ユニットＵ３の検査媒体５０、詳しくは検査領域５０ａに着弾する。なお、検査領域５０ａに吐出され液滴は、単数でも複数でもよい。この検査媒体５０は、検査媒体搬送部５１によって画像検知部５２に搬送され、次に撮像部５２ｂによって検査媒体５０上の液滴が画像データとして撮像され、当該画像データは画像処理部５２ｃによって解析される。このように解析されることにより測定された吐出精度は、測定データ８０ｅとして演算部ＰＣの第１記憶部７４に記憶される。
【００７３】
更に、このような一連の連続吐出試験、液滴重量・吐出速度測定、吐出精度測定が行われている間には、温度・湿度測定ユニットＵ５によって試験中の温度及び湿度が測定され、当該測定結果は測定データ８０ｆとして演算部ＰＣの第１記憶部７４に記憶される。
また、第１記憶部７４は試験の時間経過を測定することにより得られた時間データ８０ｇも記憶する。
従って、第１記憶部７４には、液滴吐出回数の測定データ８０ａ、吐出抜けの検出データ８０ｂと、液滴重量・吐出速度の測定データ８０ｃ、８０ｄと、吐出精度の測定データ８０ｅと、温度・湿度の測定データ８０ｆと、時間データ８０ｇとからなる第１のデータ群が記憶されている。
【００７４】
次に、上述の連続吐出試験、液滴重量・吐出速度測定、吐出精度測定の繰り返し回数が規定回数を満たしているか否か、を判断する（ステップＳ６）。
ここで、繰り返し回数が規定回数を満たしていない場合（ＮＯの場合）には、ステップＳ３に戻り、連続吐出試験、液滴重量・吐出速度測定、吐出精度測定が再度行われる。また、繰り返し回数が規定回数を満たしている場合（ＹＥＳの場合）には、評価試験結果が良好であるか否か、即ち、試験結果が基準をクリアしているか否か、を判断する（ステップＳ７）。
【００７５】
このようなステップＳ７においては、第２記憶部に設定された第２のデータ群と、第１記憶部７４に記憶された第１のデータ群とが、演算部ＰＣ内の判断部７６によって比較判断される。
ここで、第１のデータ群が第２のデータ群を満たす場合（ＹＥＳの場合）には、電圧波形抽出部７８によって、液滴吐出の電圧波形が決定され、液滴吐出評価試験装置１の評価が終了となる。
また、第１のデータ群が第２のデータ群を満たさない場合（ＮＯの場合）には、電圧波形調整を行う（ステップＳ８）。
【００７６】
このようなステップＳ８においては、第１のデータ群を基にして演算部ＰＣ内の電圧波形調整部７９が電圧波形を調整する。
具体的には、図１５に示したＰ／Ｔ比率を適宜０．８〜１．２の間で変化させて再設定することで電圧波形を生成する（電圧波形の仮決定、ステップＳ２）。
このように電圧波形を決定した後には、上述したフローチャートに基づき、再度液滴吐出評価試験を行う。
【００７７】
なお、このような電圧波形の調整は、Ｐ／Ｔ比率の変更だけでなく、他の調整方法によって行ってもよい。例えば、最初に仮決定した電圧波形（図３参照）を基に、空間１５を最大に膨張させる電位Ｖ２と、空間１５を最大に収縮させる電位Ｖ３との間にある基準電位Ｖ１を適宜上下に変化させ、電圧波形を変形させて、新たな電圧波形を生成してもよい。
このようにすれば、Ｐ／Ｔ比率を変えることなく、Ｖ１−Ｖ２またはＶ１−Ｖ３の電位差を変えた電圧波形を生成することができ、吐出ヘッドＨの空間１５の膨張及び収縮の強度を変えた電圧波形の設定に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液滴吐出評価試験装置の構成を示す構成図。
【図２】吐出ヘッドの構造を説明するための斜視図及び断面図。
【図３】圧電素子に供給される電圧波形を説明するための図。
【図４】吐出抜け検出ユニットを示す概略斜視図、及び要部の模式図。
【図５】吐出抜け検出ユニットを示す別の概略斜視図、及び要部の平面図。
【図６】液滴重量・吐出速度測定ユニットの構成図及び要部の断面図。
【図７】液滴重量・吐出速度測定ユニットの別の構成図。
【図８】吐出精度測定ユニットの概略構成を示す斜視図。
【図９】検査媒体を示す斜視図。
【図１０】液滴の可視化原理を説明するための模式説明図。
【図１１】吸引・ワイプユニットの構成図、及び動作説明図。
【図１２】演算部の構成図。
【図１３】液滴吐出評価試験装置の動作を示すフローチャート図。
【図１４】吐出ヘッドの吐出速度の固有周期Ｔを説明するための説明図。
【図１５】液体材料の粘度別の固有周期Ｔ、及び期間Ｐの値の一例を示す図。
【図１６】期間Ｐを基にして決定された電圧波形を示す図。
【符号の説明】
１…液滴吐出評価試験装置、１５…空間（液体充填部）、１８…ノズル、２０…圧電素子（吐出手段）、３１…投光部、３２…受光部、４１…水晶発振子、４３…周波数カウンタ（測定器）、５０…検査媒体、５２ａ…光源部（光源）、５２ｂ…撮像部（位置検知手段）、６０ａ…吸引部（吸引手段）、６０ｂ…ワイピング部（洗浄手段）、７０…処理部（時間測定手段）、７４…第１記憶部（第１の記憶手段）、７５…第２記憶部（第２の記憶手段）、７６…判定部（判定手段）、７８…電圧波形抽出部（抽出手段）、７９…電圧波形調整部（調整手段）、８０ａ、８０ｃ、８０ｄ、８０ｅ、８０ｆ…測定データ（測定結果）、８０ｂ…検出データ（検出結果）、８０ｇ…時間データ（測定結果）、Ｈ…吐出ヘッド、ＨＭ…吐出ヘッド移動機構（移動手段）、Ｕ１…吐出抜け検出ユニット（吐出抜け検出手段）、Ｕ２…液滴重量・吐出速度測定ユニット（液滴重量測定手段、吐出速度測定手段）、Ｕ３…吐出精度測定ユニット（吐出精度測定手段）、Ｕ４…吸引・ワイプユニット（回復手段）、Ｕ５…温度・湿度測定ユニット（温度測定手段、湿度測定手段）、Ａ１…試験領域（第１の試験領域）、Ａ２…試験領域（第２の試験領域）、Ａ３…試験領域（第３の試験領域）

Claims

ノズルに連通する液体充填部と、駆動信号の電圧波形に応じて前記液体充填部内の液体を液滴として吐出する吐出手段と、を具備する吐出ヘッドの液滴吐出動作を評価する試験装置であって、
前記液滴の重量を測定する液滴重量測定手段と、
前記液滴の速度を測定する吐出速度測定手段と、
前記液滴の着弾精度を測定する吐出精度測定手段と、
前記液滴の非吐出を検出する吐出抜け検出手段と、
を具備することを特徴とする液滴吐出評価試験装置。
前記吐出抜け検出手段は、検出光を射出する投光部と、当該投光部から射出された前記検出光を受光可能な受光部とを具備し、
前記受光部は、前記検出光の光路上を前記液滴が通過することによる前記検出光の当該受光部での受光量の変化に基づいて、前記ノズルから前記液滴が吐出されているかどうかを判別することを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出評価試験装置。
前記吐出抜け検出手段は、当該吐出抜け検出手段の検出結果に応じて、前記吐出ヘッドを液滴吐出動作が可能な状態に回復させる回復手段を具備することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液滴吐出評価試験装置。
前記回復手段は、前記吐出ヘッドの前記ノズルを介して前記液体充填部内の液体を吸引する吸引手段と、前記吐出ヘッドの前記ノズルが形成された部位を洗浄する洗浄手段と、を具備することを特徴とする請求項３に記載の液滴吐出評価試験装置。
前記液滴重量測定手段は、水晶発振子と、当該水晶発振子の共振周波数の変化に基づいて液滴の重量を測定する測定器と、を具備することを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出評価試験装置。
前記吐出速度測定手段は、水晶発振子と、当該水晶発振子の共振周波数の変化に基づいて液滴の速度を測定する測定器とを具備することを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出評価試験装置。
前記吐出精度測定手段は、吐出ヘッドから吐出された液滴を着弾させるための、前記液滴に対する撥液性の表面を有する検査媒体と、当該検査媒体に前記液滴の着弾を検出するための検出光を照射する光源と、当該光源の反射光を検出して、前記液滴の着弾位置を検知する位置検知手段とを具備することを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出評価試験装置。
前記吐出抜け検出手段を有する第１の試験領域と、
前記液滴重量測定手段と、前記吐出速度測定手段とを有する第２の試験領域と、
前記吐出精度測定手段を有する第３の試験領域と、
前記第１の試験領域と、前記第２の試験領域と、前記第３の試験領域とに対して、前記吐出ヘッドを相対移動させる移動手段と、
を具備することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の液滴吐出評価試験装置。
前記吐出ヘッドの液滴吐出動作雰囲気の温度を測定する温度測定手段と、
前記吐出ヘッドの液滴吐出動作雰囲気の湿度を測定する湿度測定手段と、
試験時間を測定する時間測定手段と、
を具備することを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出評価試験装置。
前記液滴重量測定手段の測定結果と、前記吐出速度測定手段の測定結果と、前記吐出精度測定手段の測定結果と、前記吐出抜け検出手段の検出結果と、前記温度測定手段の測定結果と、前記湿度測定手段の測定結果と、前記時間測定手段の測定結果と、からなる第１のデータ群を記憶する第１の記憶手段と、
得るべき液滴吐出条件からなる第２のデータ群を記憶する第２の記憶手段と、
前記第１のデータ群が前記第２のデータ群を満たすか否かを判定する判定手段と、
を具備することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の液滴吐出評価試験装置。
前記判定手段の判定結果が肯定的である場合に前記第１のデータ群における電圧波形を抽出する抽出手段と、
前記判定手段の判定結果が否定的である場合に前記第１のデータ群における電圧波形を当該第１のデータ群に基づいて調整する調整手段と、
を具備することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の液滴吐出評価試験装置。