JP2005238787A - インク吐出量測定方法と、これを用いたインク吐出量制御方法及びインクジェット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数のノズルを有するヘッドのインク吐出量を極めて短時間に測定する方法を提供する。
【解決手段】 インクジェットヘッドのノズルから吐出されるインク滴の吐出量を測定するためのインク吐出量測定方法であって、インク滴形状評価用冶具上にノズルからインク滴を吐出する工程と、インク滴形状評価用冶具上に吐出されたインク滴の径を測定する工程と、予め求められたインク滴の径とインク吐出量との相関特性に基づき、測定されたインク滴の径からインク吐出量を算出する工程により、インク吐出量を求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクを吐出して、印刷、製膜、又は、パターニング等を行うインクジェット装置に関する。

図１２に、従来のインクジェット装置の一例を示す。図１２に示すインクジェット装置１０１は、移動ステージ１０２と、ヘッド取り付けステージ１０３とを備えている。

移動ステージ１０２は、Ｘ方向（用紙搬送方向）に移動し、ヘッド取り付けステージ１０３は、Ｚ方向（移動ステージ１０２の幅広面に垂直な方向）に移動する。移動ステージ１０２は、予備吐出用受け皿１０７を搭載している。移動ステージ１０２上であって、予備吐出用受け皿１０７のＸ（−）側（用紙搬送方向上流側）には、記録メディア１０６が搭載される。ヘッド取り付けステージ１０３は、固定式のライン型インクジェットヘッド（以下、「ヘッド」と称する）１０４を搭載している。

図１３に示すように、ヘッド１０４は、ベースプレート１４０と、ベースプレート１４０上に取り付けられたヘッドユニット１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１５ａ、１５ｂ、１５ｃとを備えている。各ヘッドユニットはＹ方向（移動ステージ１０２上で用紙搬送方向と直交する方向）に平行に配置され、１２８個の各ノズルからインク滴を吐出する。

続いて、インクジェット装置１０１の記録動作について説明する。まず、ヘッド１０４のノズル面を清掃部材（図示せず）により清掃した後、移動ステージ１０２をＸ（＋）方向へ移動させる。移動ステージ１０２上の予備吐出用受け皿１０７がヘッド１０４の直下を通過する際に、ヘッド１０４の全ノズルからインクを予備吐出するリフレッシュ動作を行う。そして、記録メディア１０６がヘッド１０４の直下に達すると、印刷データに基づき、各ノズルからインク滴を吐出させ、記録メディア１０６上に記録を行う。

図１４に、図１３に示すヘッド１０４のノズル吐出重量分布を示す。ヘッドユニット１４ａ、１５ａに対応する領域１と、ヘッドユニット１４ｃ、１５ｃに対応する領域３で吐出量が多くなっている。これは、各ノズルの駆動部に同じ駆動電圧を印加しても、ノズル径やインク室サイズの微妙な違いにより、ノズル間でのインク吐出量にバラツキが生ずるためである。また、ヘッドの組み立て初期にはインク吐出量のバラツキがなくても、長期的にはヘッドの劣化等に伴い、ノズル間の吐出量にバラツキが生じてしまう。

図１５は、ガラス基板１１６上にヘッド１０４からポリイミド樹脂の溶剤で希釈した機能性インクを吐出後、溶剤を乾燥させて形成した薄膜の断面図である。このような薄膜は、液晶の配向膜やレジスト膜として用いられる。インク吐出後のレベリングにより多少は平坦化される傾向はあるものの、ヘッド１４ａ、１５ａ、１４ｃ、１５ｃからの吐出量が多いため、ガラス基板１１６の両サイド付近での膜が厚くなっている。配向膜の場合、この不均一な膜厚が液晶パネルの表示画質の低下を引き起こす。

図１６は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ、図示せず）の電極基板１１７上にポリイミド樹脂からなるバンク１１８で囲むことにより画素領域を形成し、この画素領域にヘッド１０４からカラーフィルタ材料や有機ＥＬ用発光体溶液等のインク１１９を滴下して機能性薄膜層（カラーフィルタ層や発光層）を形成した状態を示した図である。図１４のインク吐出量のバラツキが、そのまま画素間の機能性薄膜層の厚みのバラツキとなっている。このような厚みのバラツキは、カラーフィルタ濃度の不均一や発光強度の不均一という著しい品質の低下を引き起こす。ディスプレイ用途の場合には、インク吐出量のバラツキをヘッド全長に渡って±３％以下に抑える必要がある。

また、パネルの大型化に伴い、１ｍ幅のガラス基板に印刷するためには４０インチ幅のヘッドが必要となる。この場合、ノズル密度７５ｎｐｉ（ノズル／インチ）のヘッドならば、ノズル数は３０００個となり、数千個のノズルからのインク吐出量を均一化する必要が生ずる。ノズル間のインク吐出量を均一化する技術としては、ノズル毎、あるいは、ノズルを複数のブロックに分け、ブロック毎に駆動電圧を調整するトリミング技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。一方、精度の良いトリミングをするには、予め各ノズルのインク吐出量を測定する必要がある。従来のインク吐出量測定方法には、インク滴を１ノズルにつき数十万回吐出させて容器に集め、その重量を天秤で測定する方法（重量測定法）や、容器の裏面から光を照射し、反対側の面から出てくる光量を測定し、その減衰量からインク量を換算する方法（吸光度法）がある。

また、透明な基板上にインク滴を受容するためのシャーレ構造を形成し、これにインク滴を滴下した後、天板で覆うことによってインク滴を円筒状に変形させ、撮像手段でその円筒状の直径を測定することによりインク滴の体積を測定する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

さらには、基板上にインク滴を吐出し、乾燥させたインク固形物を光学的高さ測定装置で測定することによりインク固形物の体積を算出して、インク固形物の体積からインク滴量を算出する方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００２−１９６１２７号公報 特開２０００−１５３６０３号公報 特開平１０−３３９８０７号公報

しかし、従来の重量測定法や吸光度法では、インクを容器に溜めるのに１ノズル当たり１０分程度の時間を要する。通常のシリアル走査方式のインクジェットプリンタは、１ヘッド当たり６４〜１２８ノズルあり、４０インチ幅以上のラインヘッドとなるとノズル数は数千となる。そのため、全ノズルを上記方法で測定するには数日を要し、現実的ではない。

また、特許文献２に記載の方法では、高密度の多数ノズルヘッドについてのインク吐出量を測定する場合には、より高密度なシャーレ構造を多数形成する必要があり、これには限界がある。また、基板と天板の表面状態によってインク滴の濡れ性が異なるため、必ずしも円筒構造の上下の直径は一致しないことから、測定の精度の面でも問題がある。さらに、光が基板と天板の２枚の基板を透過するため、光の入射角による屈折の影響を受けやすい等の問題もある。

また、特許文献３に記載の方法では、乾燥したインク固形物の体積を測定するため、実際に吐出される溶媒を含んだインク滴量を測定することはできず、溶媒の乾燥に時間がかかるという問題がある。

そこで、本発明は、上述した従来のインク滴量測定方法の欠点に鑑みてなされたものであり、複数のノズルを有するヘッドのインク吐出量を、特殊な基板や天板を使用することなく極めて短時間に測定する方法と、この方法を用いて各ノズルの駆動電圧を調整してインク吐出量の均一化を図るインク吐出量制御方法、及び、これらのインク吐出量の測定法及びこれを用いた吐出インク量の制御法を採用したインクジェット装置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、請求項１に記載のインク吐出量測定方法は、インクジェットヘッドのノズルから吐出されるインク滴の吐出量を測定するためのインク吐出量測定方法であって、ノズルからインク滴を吐出してインク滴形状評価用冶具上にドーム状インク滴を形成する工程と、インク滴形状評価用冶具上に形成されたインク滴の径を測定する工程と、測定されたインク滴の径からインク吐出量を算出する工程とを有することを特徴としている。

また、請求項２に記載のインク吐出量測定方法は、請求項１に記載のインク吐出量測定方法において、インク吐出量は予め求められたドーム状インク滴の径とインク吐出量との相関特性に基づき算出されることを特徴としている。

また、請求項３に記載のインク吐出量測定方法は、請求項１または２のいずれか一項に記載のインク吐出量測定方法において、インク滴を吐出する工程では、インク滴形状評価用冶具上でインク滴が一列に配列するように、複数のヘッドユニットを複数個配置してなるライン型インクジェットヘッドの複数のノズルからインク滴を吐出することを特徴としている。

また、請求項４に記載のインク吐出量測定方法は、請求項１または２のいずれか一項に記載のインク吐出量測定方法において、インク滴を吐出する工程では、インク滴形状評価用冶具上でインク滴が千鳥状に配列するように、複数のヘッドユニットを複数個配置してなるライン型インクジェットヘッドの複数のノズルからインク滴を吐出することを特徴としている。

また、請求項５に記載のインク吐出量制御方法は、インクジェットヘッドのノズルから吐出されるインク滴の吐出量を補正するためのインク吐出量制御方法であって、ノズルからインク滴を吐出してインク滴形状評価用冶具上にドーム状インク滴を形成する工程と、インク滴形状評価用冶具上に形成されたドーム状インク滴の径を測定する工程と、測定されたインク滴の径からインク吐出量を算出する工程と、算出されたインク吐出量に基づいて各ノズルのインク吐出量を所定の吐出量に制御する工程とを有することを特徴としている。

また、請求項６に記載のインク吐出量制御方法は、請求項５に記載のインク吐出量制御方法において、インク吐出量は、予め求められたドーム状インク滴の径とインク吐出量との相関特性に基づき算出されることを特徴としている。

また、請求項７に記載のインク吐出量制御方法は、請求項５または６のいずれか一項に記載のインク吐出量制御方法において、算出されたインク吐出量に基づいてノズルのインク吐出量が所定の吐出量に制御されていることを確認する工程を更に有することを特徴としている

また、請求項８に記載のインクジェット装置は、ノズルが形成されたインクジェットヘッドと、ノズルから吐出されたインク滴を受けるインク滴形状評価用冶具と、インク滴形状評価用冶具上に形成されたドーム状インク滴の径を測定する測定手段と、測定手段により測定されたインク滴の径からインク吐出量を算出する手段と、インク吐出量に基づき、ノズルに印加する駆動電圧の調整値を求める手段と、調整値と印刷データに基づき、インクジェットヘッドを駆動する手段とを備えることを特徴としている。

また、請求項９に記載のインクジェット装置は、請求項に記載のインクジェット装置において、インク吐出量は、予め求められたドーム状インク滴の径とインク吐出量との相関特性に基づき算出されることを特徴としている。

また、請求項１０に記載のインクジェット装置は、請求項８または９のいずれか一項に記載のインクジェット装置において、インク滴形状評価用冶具は、インクジェットヘッドの幅よりも長尺か、少なくとも同じ長さであることを特徴としている。

また、請求項１１に記載のインクジェット装置は、請求項８から１０のいずれか一項に記載のインクジェット装置において、インク滴形状評価用冶具は、表面処理が施された平坦な透明板を有し、インク滴は表面処理が施された透明板の表面に吐出されることを特徴としている。

また、請求項１２に記載のインクジェット装置は、請求項１１に記載のインクジェット装置において、インク滴形状評価用冶具は、光源を更に有し、光源は、透明板の下部に配置され、透明板を通してインク滴列に光を照射することを特徴としている。

また、請求項１３に記載のインクジェット装置は、請求項１２に記載のインクジェット装置において、測定手段は、ＣＣＤイメージセンサと光学レンズとを備え、光学レンズはドーム状インク滴の像を拡大してＣＣＤイメージセンサへ投射することを特徴としている。

また、請求項１４に記載のインクジェット装置は、請求項８から１３のいずれか一項に記載のインクジェット装置において、インク滴形状評価用冶具は取り外し可能であることを特徴としている。

本発明の請求項１に記載のインク吐出量測定方法によれば、インク滴形状評価用冶具上に形成されたドーム状インク滴径からインク吐出量を算出するため、１ノズルから数十万回もインク滴を吐出させたり、インクを乾燥させたりする必要がなく、迅速かつ正確にインク吐出量を測定することができる。

本発明の請求項２に記載のインク吐出量測定方法によれば、予め求められたインク滴とインク吐出量との相関特性に基づき、インク滴形状評価用冶具上に形成されたドーム状インク滴径からインク吐出量を算出するため、迅速かつ正確にインク吐出量を測定することができる。

本発明の請求項３に記載のインク吐出量測定方法によれば、インク滴が一列に配置するように吐出されるため、インク滴の径の測定を迅速に行うことができる。

本発明の請求項４に記載のインク吐出量測定方法によれば、インク滴が千鳥状に配列するように吐出されるため、隣接するインク滴同士の接触を防止して、各インク滴の径を確実に測定することができる。

本発明の請求項５に記載のインク吐出量制御方法によれば、インク滴形状評価用冶具上に形成されたドーム状インク滴径からインク吐出量を算出し、そのインク吐出量に基づきインク吐出量を所定の吐出量に制御するため、迅速かつ正確にインク吐出量を制御することができる。

本発明の請求項６に記載のインク吐出量制御方法によれば、予め求められたインク滴とインク吐出量との相関特性に基づき、インク滴形状評価用冶具上に形成されたドーム状インク滴径からインク吐出量を算出するため、迅速かつ正確にインク吐出量を制御することができる。

本発明の請求項７に記載のインク吐出量制御方法によれば、インク吐出量が所定の吐出量に制御されていることを確認するので、さらに正確にインク吐出量を制御することができる。

本発明の請求項８に記載のインクジェット装置によれば、インク滴形状評価用冶具に形成されたドーム状インク滴径からインク吐出量を算出するため、１ノズルから数十万回もインク滴を吐出させたり、インクを乾燥させたりする必要がなく、迅速かつ正確にインク吐出量を測定することができる。また、このように算出されたインク吐出量からノズルに印加する駆動電圧の調整値を求める手段と、その調整値と印刷データに基づきインクジェットヘッドを駆動する手段を備えているので、迅速かつ正確にインク吐出量を所定の吐出量に制御することができる。

本発明の請求項９に記載のインクジェット装置によれば、予め求められたインク滴とインク吐出量との相関特性に基づき、インク滴形状評価用冶具上に形成されたドーム状インク滴径からインク吐出量を算出するため、迅速かつ正確にインク吐出量を測定し、制御することができる。

本発明の請求項１０に記載のインクジェット装置によれば、インク滴形状評価用冶具がインクジェットヘッドの幅よりも長尺か、少なくとも同じ長さなので、インク滴形状評価用冶具を動かすことなく、インクジェットヘッドから吐出されるインク滴を全て受けることができる。

本発明の請求項１１に記載のインクジェット装置によれば、表面処理が施された平坦な透明板上にインク滴が吐出されるため、インク滴形状評価用冶具上でインク滴の形状をドーム形状に保つことができ、インク滴の径を正確に測定することができる。

本発明の請求項１２に記載のインクジェット装置によれば、インク滴形状評価用冶具が透明板の下部に光源を有するため、インク滴形状評価用冶具上に吐出されたインク滴を透明板を通して照射することができる。

本発明の請求項１３に記載のインクジェット装置によれば、測定手段は、ＣＣＤイメージセンサと光学レンズとを備え、光学レンズはドーム状インク滴の像を拡大してＣＣＤイメージセンサへ投射するため、インク滴の径を高精度で測定することができる。

本発明の請求項１４に記載のインクジェット装置によれば、インクの種類に応じた表面処理が施されたインク滴形状評価用冶具と取り替えることができ、インクの種類に関わらず、インク滴をインク滴形状評価用冶具上でドーム形状に保つことができる。

本発明の第１の実施の形態によるインク吐出量測定方法、これを用いたインク吐出量制御方法及びインクジェット装置について図１〜図９を参照しながら説明する。

図１は、本実施の形態によるインクジェット装置１の構成を示した図である。インクジェット装置１は、移動ステージ２と、ヘッド取り付けステージ３と、ヘッド駆動装置９と、画像処理装置１０と、記憶装置１１と、移動ステージ駆動装置１２と、制御装置１３と、モニタ１７を備えている。

移動ステージ２は、Ｘ方向（用紙搬送方向）に移動し、ヘッド取り付けステージ３は、Ｚ方向（移動ステージ２の幅広面に垂直な方向）に移動する。移動ステージ２は、Ｘ（＋）側（用紙搬送方向下流側）から順に、予備吐出用受け皿７、インク滴形状評価用冶具８及び記録メディア６を搭載している。インク滴形状評価用冶具８のＹ方向（移動ステージ２上で用紙搬送方向と直交する方向）の幅は、ヘッド４のＹ方向の幅よりも長くなっている。記録メディア６は、用紙に限定されず、ダンボール、ガラス、プラスチック等でもよい。ヘッド取り付けステージ３は、Ｘ（−）（用紙搬送方向上流側）から順に、ヘッド４及びＣＣＤイメージセンサ取り付けステージ（図示せず）を搭載している。ＣＣＤイメージセンサ取り付けステージは、Ｙ方向に移動する。また、ＣＣＤイメージセンサ取り付けステージは、ＣＣＤリニアイメージセンサ等のＣＣＤイメージセンサ５を搭載している。図４（ａ）に示すように、ＣＣＤイメージセンサ５は、ホトダイオードで構成される画素５ａを内部に有しており、さらに、ＣＣＤイメージセンサ５の下部には光学レンズ２５が取り付けられている。

図２に示すように、ヘッド４は、ベースプレート２４と、ベースプレート２４上に千鳥状に取り付けられたヘッドユニット２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２１ａ、２１ｂ、２１ｃとを備えている。各ヘッドユニットは、Ｙ方向に平行に配置されている。各ヘッドユニットは１２８個のノズル４０（図２には省略して４個だけ示す）を有しており、それぞれインク滴列２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃを吐出する。

ヘッドユニット２０、２１は千鳥状に配置されているため、インク滴列２２と２３は距離Ｌだけ離れて吐出される。従って、移動ステージ２の移動速度をＵとすると、ヘッドユニット２０ａ、２０ｂ、２０ｃの吐出動作時間をヘッドユニット２１ａ、２１ｂ、２１ｃに対してＬ／Ｕだけ遅らせることにより、図３に示すようにインク滴列を一列とすることができる。

図６（ａ）に示すように、各ノズル４０は、インク室２９と、オリフィスプレート３０に形成されたノズル孔３１と、振動板３２と、圧電素子３３と、電極３４ａ、３４ｂとを備えている。インク室２９は、オリフィスプレート３０と振動板３２の間に設けられている。圧電素子３３は振動板３２を介してインク室２９に対向する位置に設けられている。電極３４ａ、３４ｂ間には、電圧（図６（ｄ）に示す駆動パルスＶｐ）が印加される。

電極３４ａ、３４ｂ間に電圧Ｖａを印加すると、図６（ａ）に示すように圧電素子３３は伸張した状態で維持される。次に電圧がＶａより小さくなると、図６（ｂ）に示すように圧電素子３３は収縮し、これに伴い、インクがインク室２９内に引き込まれる。次に、再び電圧がＶｂから増加し始めると、図６（ｃ）に示すように圧電素子３３が伸張し、その結果、振動板３２を介してインク室２９に圧力がかかり、インク滴３５がノズル孔３１から吐出される。

図４（ａ）に示すように、インク滴形状評価用冶具８は、平坦なガラス等の透明体基板１６と、透明体基板１６の裏面に配置された光源２７とを有し、厚みＨを有する。ヘッド４のノズル面とインク滴形状評価用冶具８は、Ｚ方向において３ｍｍ〜５ｍｍ程度離れ、ヘッド４がインク滴形状評価用冶具８に接触しないようにされている。但し、これ以上の間隔をあけるとインク滴の着地位置の精度が低下するので好ましくない。ヘッド４のノズル面とインク滴形状評価用冶具８の間隔は、ヘッド取り付けステージ３を用いて調整することができる。

画像処理装置１０（図１）は、ＣＣＤイメージセンサ５からの光学読み取りデータを処理して各ノズル４０のインク吐出量を算出するとともに、各ノズル４０の圧電素子３３に印加する駆動電圧の調整値を演算し、これを電圧調整データ１１ｂとして記憶装置１１に記憶させる。記憶装置１１は、印刷データ１１ａと、電圧調整データ１１ｂと、インク滴量／インク吐出量相関特性１１ｃと、電圧調整値ΔＶ／インク吐出量変化ΔＷ相関特性１１ｄを格納する。電圧調整データ１１ｂ、インク滴量／インク吐出量相関特性１１ｃ、電圧調整値ΔＶ／インク吐出量変化ΔＷ相関特性１１ｄについては後述する。移動ステージ駆動装置１２は、移動ステージ２、ヘッド取り付けステージ３、及び、ＣＣＤセンサ取り付けステージを駆動させる。制御装置１３は、インクジェット装置１全体の動作を制御する。モニタ１７は、画像処理装置１０からの情報をインク吐出量の分布として表示する。

インクジェット装置１のノズル４０の駆動電圧調整動作について図１及び図４を参照しながら説明する。なお、駆動電圧調整動作は、装置の立ち上げ時や、インクの交換時に実施されるのが好ましい。まず、ヘッド４のノズル面を清掃部材（図示せず）により清掃した後、移動ステージ２をＸ（＋）方向に移動させる。移動ステージ２上の予備吐出用受け皿７がヘッド４の直下を通過する際に、ヘッド４の全ノズル４０からインクを予備吐出するリフレッシュ動作を行う。次に、インク滴形状評価用冶具８がヘッド４の直下に達すると、駆動電圧パルスＶｐをヘッド４の全ノズル４０の圧電素子３３に印加して、透明体基板１６上にインク滴を吐出させ、図３に示すような一列のインク滴列を形成する。ここでは、図４（ａ）に示すインク滴２６ａ、２６ｂ、２６ｃを例に説明を続ける。図４（ａ）に示すように、透明体基板１６上のインク滴２６ａ、２６ｂ、２６ｃは、透明体基板１６との接触角θを有するドーム状となる。インク材料が同じであれば、インク滴量が異なっても、透明体基板１６上でのインク滴の接触角θａ、θｂ、θｃは変わらない。そのため、インク滴量の差は、インク滴の直径の差となって現れる。

続いて、インク滴形状評価用冶具８がＣＣＤイメージセンサ５の直下に到達すると、移動ステージ２が停止し、ＣＣＤイメージセンサ５がＹ（＋）方向に走査しながら、インク滴２６ａ、２６ｂ、２６ｃを撮像し、撮像データを画像処理装置１０に送る。より詳しくは、図４（ａ）に示すように、光源２７が点灯し、光源２７からの光２７ａが透明体基板１６を通過してインク滴２６ａ、２６ｂ、２６ｃを照射する。インク滴２６ａ、２６ｂ、２６ｃを透過した光は、光学レンズ２５を通過してＣＣＤイメージセンサ５に入射する。このとき、光学レンズ２５は、インク滴２６の像を拡大してＣＣＤイメージセンサ５に投射する。ＣＣＤイメージセンサ５は、この入射光から光強度を検出し、図４（ｂ）に示すような撮像データを画像処理装置１０に送る。画像処理装置１０は、撮像データを処理することで、インク滴２６ａ、２６ｂ、２６ｃのそれぞれの径Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を求める。

ここで、ＣＣＤイメージセンサ５の測定分解能は、画素５ａの大きさに依存し、現在、市販品のセンサで最も高精細なタイプでは１画素が５μｍ角程度である。従って、各画素５ａを５μｍ角とし、光学レンズ２５によりインク滴の像を５倍に拡大すれば、インク滴の径を１μｍの精度で測定できる。今後、画素サイズのより小さいＣＣＤイメージセンサ５が開発されれば、より高精度なインク滴サイズの測定が可能になるものと考えられる。

次に、画像処理装置１０は、インク滴径Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３と、予め測定されたインク滴径／インク吐出量相関特性１１ｃに基づき、各インク滴２６ａ、２６ｂ、２６ｃのインク吐出量を算出する。

図５（ｃ）は、インクＡ及びインクＢのインク滴径／インク吐出量相関特性１１ｃを示したグラフである。インクＡは、表面張力３０ｍＮ／ｍ、粘度１５ｍＰａ・ｓの機能性インク、インクＢは、表面張力が２３ｍＮ／ｍ、粘度１０ｍＰａ・ｓの機能性インクである。インク吐出量は、インク滴を特定の１ノズルから数十万回吐出して容器に集め、１滴当たりの平均インク吐出重量を求め、これを比重で割ることにより求められる。図５（ａ）、（ｂ）は、表面張力の異なるインクＡとインクＢを、同じインク量だけ透明体基板１６上に滴下したときのインク滴形状をそれぞれ示した図である。同じインク吐出量であっても、表面張力が小さいインクＢの場合の方が、インク滴が拡がっていることが分かる。

このように、使用するインクについて、インク滴径／インク吐出量相関特性を実験的に求めておけば、光学的に測定したインク滴径からインク吐出量を算出することができる。

次に、画像処理装置１０は、このインク吐出量から、電圧調整値ΔＶ／インク吐出量変化ΔＷ相関特性１１ｄに基づき、各ノズル４０のインク吐出量を所望の吐出量とするために、各ノズル４０について電圧調整値ΔＶを算出する。図６（ｄ）において、各ノズル４０のインク吐出量はＶａとＶｂの電位差に依存し、電位差が大きいほど吐出量が増加する。通常、Ｖａは一定に固定され、Ｖｂの電圧を変化させることにより、インク吐出量を調整する。

図７に、電圧調整値ΔＶ／インク吐出量変化ΔＷ相関特性１１ｄを示す。ここでは、Ｖｂを基準とし、Ｖｂからの変化を±ΔＶ、ΔＶでの吐出量の変化を±ΔＷとしている。ΔＶとΔＷは、ほぼ比例関係にある。算出された電圧調整値ΔＶは、電圧調整データ１１ｂとして記憶装置１１に書き込まれる。以上の一連の動作により、記録メディア６への記録の準備が完了する。

記録メディア６への記録を行う場合には、制御装置１３は、移動ステージ２をＸ（＋）方向へ移動させて記録メディア６を搬送し、記録メディア６の搬送のタイミングに同期して、印刷データ１１ａと、上述した駆動電圧調整動作で作成された電圧調整データ１１ｂをヘッド駆動装置９に送る。すると、ヘッド駆動装置９は、電圧調整データ１１ｂに基づき各ノズル４０の圧電素子３３に印加すべき駆動パルスＶｐの電圧値を調整し、これを印刷データ１１ａに基づき各ノズル４０へ印加してインクを吐出させる。これにより、記録メディア６上に均一なインク吐出量で記録を行うことができる。

図８は、駆動電圧の調整前（３６）と調整後（３７）のインク吐出量の分布を比較した図である。吐出量は、調整前の特性（３６）では、２１．３ｐＬを中心として±８％（１９．５ｐＬから２３ｐＬ）まで分布していたのに対し、調整後の特性（３７）では、２０ｐＬを中心として±２．５％の分布となっており、吐出量のバラツキが±３％以下に抑えられている。

図９（ａ）は、記録メディア１６としてのガラス基板上にベタ記録を行った後、溶剤を乾燥させて形成したポリイミド樹脂膜３８の平面図であり、図９（ｂ）は、立面断面図である。レベリング効果も作用し、樹脂膜３８は、バラツキが２％以内の均一な膜厚となっている。

以上により、本実施の形態によれば、全ノズル４０のインク吐出量を均一にできる。また、本実施の形態によれは、測定に要する時間はＣＣＤイメージセンサ５の走査速度と画像処理装置１０の画像処理速度によって決まり、遅くても、１ノズル当たり１〜２秒でインク吐出量を測定することができる。そのため、測定に必要とする時間を、従来の重量測定に要する時間の数百分の一に短縮することができる。また、高密度なシャーレ構造や天板を必要としないので、インクジェット装置１全体の製造コストを低減できる。さらに、光源２７からの光は１枚の透明体基板１６のみを通過するので、光の入射角による屈折の影響を低減できる。

上述したように、インクの表面張力の大きさが異なれば、インク滴の拡がり（径）も異なる。ここで、インクの表面張力があまりにも小さい場合には、インク滴が濡れ拡がってしまい、インク滴径の測定精度が低下することがある。逆に、表面張力があまりに大きい場合には、インク滴の形状は球形に近くなり、インク滴の透明体基板１６上での付着安定性が低下し、透明体基板１６上で位置が定まらなくなる。

そこで、透明体基板１６の表面にインクの種類に応じた表面処理を施すのが好ましい。インクの表面張力が非常に小さい場合には、インクの接触角を大きくするような表面処理、例えば、フッ素系の撥インク膜を透明体基板１６上に形成して表面処理膜２８（図５（ａ）、（ｂ））を形成する。その後、表面処理２８の表面をエアープラズマ、窒素プラズマ、アルゴンプラズマ等のプラズマ処理を行う。一般に、表面をプラズマ処理することにより、インクの濡れ性を改善（インクの接触角を小さく）することができ、プラズマ処理の条件としては、使用ガスの種類、プラズマ出力、処理時間等がある。このようにしてインクの接触角を制御することにより、図５（ａ）、（ｂ）に示したようなインク滴形状とすることができ、インク滴の径を安定して測定することができる。

同時に、インク滴形状評価用冶具８を移動ステージ２から取り外し可能な構造とし、異なる表面処理が施された複数の透明体基板１６を予め用意しておき、使用するインク種に応じて透明体基板１６を交換すれば、作業性を向上させることができる。なお、インク滴径／インク吐出量相関特性１１ｃは、使用する表面処理と同じ処理をした基板上、好ましくはインク滴形状評価用冶具８上で測定しておく必要がある。

本発明の第２の実施の形態によるインク吐出量測定方法について図３及び図１０を参照しながら説明する。第１の実施の形態では、図３に示すように、ヘッド４から吐出されたインク滴がインク滴形状評価用冶具８上で一列のインク滴列となるように吐出タイミングを制御していた。しかし、ノズル密度が大きく、すなわち、ノズルピッチＰが小さくなると隣接ノズル４０から吐出されたインク滴同士がインク滴形状評価用冶具８上で接触し、独立したインク滴とならなくなる。そこで、本実施の形態では、隣接ノズル４０の吐出タイミングをＬ／Ｕ時間だけずらすことにより、図１０に示すように、２列のインク滴列３９ａと３９ｂとする。この結果、隣接したインク滴同士の間隔が２ｐとなり、独立したインク滴とすることができるので、インク滴の径を精度良く測定することができる。

本発明の第３の実施の形態によるインク吐出量測定方法について、図１１を参照しながら説明する。第１の実施の形態では、各ノズル４０のインク吐出量を測定し、各ノズル４０の吐出量が所望の吐出量となるように、各ノズル４０に印加する駆動電圧の調整値ΔＶを算出した後、記録を行った。これに対し、本実施の形態では、各ノズル４０の吐出量が所望の吐出量となるように、各ノズル４０に印加する駆動電圧の調整値ΔＶを記憶装置１１に格納後、移動ステージ２をＸ（−）方向へ移動させ、再度、インク滴形状評価用冶具８上に調整後の駆動電圧でインクを吐出する。このとき、最初のインク吐出量測定のために吐出されたインク滴の場所とは異なる位置に吐出する。

図１１は、２回目のインク吐出後のインク滴形状評価用冶具８上のインク滴列を示した図であり、インク滴列４０ａはヘッドの駆動電圧の調整前、４０ｂは調整後のインク滴列である。インク滴列４０ｂをＣＣＤイメージセンサ５で撮像後、撮像データを画像処理装置１０に送る。画像処理装置１０では、撮像データからインク滴の径を順次算出するとともに、インク滴径／インク吐出量相関特性１１ｃに基づき、インク滴径をインク吐出量に変換する。そして、ユーザがインク吐出量の分布をモニタ１７で確認する。インク吐出量が適正に調整されていないと判断した場合には、もう１度駆動電圧調整動作を行う。このように、インク吐出量が目標範囲内に調整されたことを確認した後に記録を行うことで、より確実な記録を行うことが可能となる。

本発明によるインク吐出量測定方法、これを用いたインク吐出量制御方法、及び、インクジェット装置は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、上記の実施の形態では、インクジェットヘッドとして、圧電素子を用いたプッシュタイプを例にして説明したが、サーマルヘッドや圧電素子を用いたシェアモードやベンドモードのヘッドにも適用できることは言うまでもない。また、ラインヘッドによる固定走査方式で説明を行ったが、本発明は、ヘッドを走査して記録を行うシリアル走査方式のヘッドにも適用することができる。また、上記の実施の形態では、ＣＣＤイメージセンサとしてＣＣＤリニアイメージセンサを用いたが、ＣＣＤエリアイメージセンサであってもよい。また、上記の実施の形態では、インク滴形状評価用冶具８のＹ方向の幅は、ヘッド４のＹ方向の幅よりも長いものとしたが、同じ長さでもよい。

本発明の実施の形態によるインクジェット装置の構造を示す図である。 本発明の実施の形態によるインクジェット装置のヘッドを構成するヘッドユニットの配列状態とノズルから吐出されるインク滴の状態を示す図である。 本発明の実施の形態によるインクジェット装置のインク滴形状評価用冶具と、冶具上に吐出されたインク滴の配列状態を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態によるインク滴形状評価用冶具上に形成されたインク滴を透過した光の径をＣＣＤイメージセンサで測定する方法を説明する図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態によるＣＣＤイメージセンサで検出された検出光強度を示す図である。 表面張力の大きいインクＡのインク滴を示す図である。 表面張力の小さいインクＢのインク滴を示す図である。 表面張力の大きいインクＡのインク滴の径とインク吐出量との関係と、表面張力の小さいインクＢのインク滴の径とインク吐出量との関係を示す図である。 本発明の実施の形態による圧電素子を用いたヘッドに印加する駆動電圧波形とヘッドの動作との関係を示す図であり、（ａ）は、電極３４ａ、３４ｂ間に電圧Ｖａを印加されたときの図、（ｂ）は、電極３４ａ、３４ｂ間の電圧がＶａより小さいＶｂとなったときの図、（ｃ）は、電極３４ａ、３４ｂ間の電圧が再びＶｂより大きくなったときの図、（ｄ）は、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のときの時間と駆動パルスＶｐの関係を示す図である。 本発明の実施の形態による駆動電圧調整値ΔＶとインク吐出量変化ΔＷとの関係を示す図である。 本発明の実施の形態による各ノズルに印加する駆動電圧の調整前後のインク吐出量分布を示す図である。 本発明の実施の形態によるガラス基板上の所定領域に樹脂インクを吐出し、製膜した状態を示す平面図である。 本発明の実施の形態によるガラス基板上の所定領域に樹脂インクを吐出し、製膜した状態を示す立面図である。 本発明の実施の形態によるインク滴形状評価用冶具上に隣接ノズルのインク滴が重ならないように吐出されたインク滴の配列状態を示す図である。 本発明の実施の形態によるインク滴形状評価用冶具上に吐出された駆動電圧制御前のインク滴の配列と制御後のインク滴の配列を示す図である。 従来のインクジェット装置の構造を示す図である。 従来のインクジェット装置のヘッドユニットの配列状態とノズルから吐出されるインク滴の状態を示す図である。 従来のヘッドの各ノズルに印加する駆動電圧を調整する前の吐出量分布を示す図である。 従来のインクジェット装置により、基板上に製膜された膜厚の分布を示す図である。 従来のインクジェット装置により、樹脂からなるバンクで囲まれた画素領域に機能性インクを滴下して、カラーフィルタ層や発光層を形成した状態を示す図である。

符号の説明

１ インクジェット装置、２ 移動ステージ、３ ヘッド取り付けステージ、４ ヘッド、５ イメージセンサ、６ 記録メディア、７ 予備吐出用受け皿、８ インク滴形状評価用冶具、９ ヘッド駆動装置、１０ 画像処理装置、１１ 記憶装置、１２ 移動ステージ駆動装置、１３ 制御装置、１６ 透明体基板、１７ モニタ、２５ 光学レンズ、２７ 光源、４０ ノズル

Claims (14)

1. インクジェットヘッドのノズルから吐出されるインク滴の吐出量を測定するためのインク吐出量測定方法であって、
   前記ノズルからインク滴を吐出して、インク滴形状評価用冶具上にドーム状インク滴を形成する工程と、
   前記インク滴形状評価用冶具上に形成された前記ドーム状インク滴の径を測定する工程と、
   前記測定されたインク滴の径からインク吐出量を算出する工程と、
   を有することを特徴とするインク吐出量測定方法。
2. 前記インク吐出量は、予め求められたドーム状インク滴の径とインク吐出量との相関特性に基づき算出されることを特徴とする請求項１に記載のインク吐出量測定方法。
3. 前記インク滴を吐出する工程では、前記インク滴形状評価用冶具上でインク滴が一列に配列するように、複数のヘッドユニットを複数個配置してなるライン型インクジェットヘッドの複数のノズルからインク滴を吐出することを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載のインク吐出量測定方法。
4. 前記インク滴を吐出する工程では、前記インク滴形状評価用冶具上でインク滴が千鳥状に配列するように、複数のヘッドユニットを複数個配置してなるライン型インクジェットヘッドの複数のノズルからインク滴を吐出することを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載のインク吐出量測定方法。
5. インクジェットヘッドのノズルから吐出されるインク滴の吐出量を補正するためのインク吐出量制御方法であって、
   前記ノズルからインク滴を吐出して、インク滴形状評価用冶具上にドーム状インク滴を形成する工程と、
   前記インク滴形状評価用冶具上に形成された前記ドーム状インク滴の径を測定する工程と、
   前記測定されたインク滴の径からインク吐出量を算出する工程と、
   前記算出されたインク吐出量に基づいてノズルのインク吐出量を所定の吐出量に制御する工程と、
   を有することを特徴とするインク吐出量制御方法。
6. 前記インク吐出量は、予め求められたドーム状インク滴の径とインク吐出量との相関特性に基づき算出されることを特徴とする請求項５に記載のインク吐出量制御方法。
7. 前記算出されたインク吐出量に基づいて前記ノズルのインク吐出量が前記所定の吐出量に制御されていることを確認する工程を更に有することを特徴とする請求項５または６のいずれか一項に記載のインク吐出量制御方法。
8. ノズルが形成されたインクジェットヘッドと、
   前記ノズルから吐出されたインク滴を受けるインク滴形状評価用冶具と、
   前記インク滴形状評価用冶具上に形成されたドーム状インク滴の径を測定する測定手段と、
   前記測定手段により測定されたインク滴の径からインク吐出量を算出する手段と、
   前記インク吐出量に基づき、前記ノズルに印加する駆動電圧の調整値を求める手段と、
   調整値と吐出データに基づき、前記インクジェットヘッドを駆動する手段と、
   を備えることを特徴とするインクジェット装置。
9. 前記インク吐出量は、予め求められたドーム状インク滴の径とインク吐出量との相関特性に基づき算出されることを特徴とする請求項８に記載のインクジェット装置。
10. 前記インク滴形状評価用冶具は、前記インクジェットヘッドの幅よりも長尺か、少なくとも同じ長さであることを特徴とする請求項８または９のいずれか一項に記載のインクジェット装置。
11. 前記インク滴形状評価用冶具は、表面処理が施された平坦な透明板を有し、前記インク滴は前記表面処理が施された透明板の表面に吐出されることを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載のインクジェット装置。
12. 前記インク滴形状評価用冶具は、光源を更に有し、
    前記光源は、前記透明板の下部に配置され、前記透明板を通してインク滴列に光を照射することを特徴とする請求項１１に記載のインクジェット装置。
13. 前記測定手段は、ＣＣＤイメージセンサと光学レンズとを備え、前記光学レンズは前記ドーム状インク滴の像を拡大して前記ＣＣＤイメージセンサへ投射することを特徴とする請求項１２に記載のインクジェット装置。
14. 前記インク滴形状評価用冶具は取り外し可能であることを特徴とする請求項８から１３のいずれか一項に記載のインクジェット装置。

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