JP2009226741A - 吐出異常ノズルの検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より簡便な方法で吐出異常ノズルを正確に検出することができる吐出異常ノズルの検出方法を提供すること。
【解決手段】本適用例の吐出異常ノズルの検出方法は、液滴の飛行距離を計測することにより飛行速度を求める第１速度計測工程と、ノズルごとの飛行速度と所定速度との差の絶対値を求める第１の演算工程と、ノズルごとの当該差の絶対値と所定閾値とを比較して、吐出異常ノズルが有るか否か判定する第１の判定工程と、吐出異常ノズルがある場合には、液滴吐出ヘッドの駆動条件を変えて液滴を吐出し、飛行速度を再び計測する第２速度計測工程と、再び上記差の絶対値を求める第２の演算工程と、ノズルごとの当該差の絶対値と所定閾値とを比較して、吐出異常ノズルが有るか否か、また吐出異常ノズルがある場合には先の判定と同一ノズルか否か判定する第２の判定工程とを備えた。
【選択図】図７

Description

本発明は、液状体を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドにおける吐出異常ノズルの検出方法に関する。

インクジェットプリンタなどの記録装置に搭載されているインクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）を工業的に活用して、カラーフィルタなどの各種デバイスを製造するインクジェット法（液滴吐出法）が省資源、省エネルギーなどの観点から注目されている。

インクジェットヘッドを工業的に用いる場合、機能性材料を含む液状体（インク）を所定の領域に必要な量を安定的に吐出することが要求されている。一方、インクジェットヘッドは複数のノズルを有し、これらのノズルにおいてインクが吐出されない、吐出されても吐出量が安定しないなどの異常が発生すると、デバイスの不良に繋がるため、インクジェットヘッドを使用する前に吐出状態を確認する必要がある。

例えば、特許文献１には、インクをガラス基板上に吐出させ、形成されたインクドットの濃度を測定することによりインク吐出量を求める方法が開示されている。
この他にも、インク吸収部材に所定のパターンを描画するようにインクを吐出して、該所定のパターンの濃度を測定しインク吐出量を求める方法（特許文献２）や、所定の部材上にラインパターンを形成するようにインクを吐出して、該ラインパターンを撮像素子により撮像することによりその濃度を算出してインク吐出量を求める方法（特許文献３）が開示されている。

これらのインク吐出量の測定方法は、いずれも１回当たりのインク吐出量を瞬時に求められるようにしたものである。

特開平９−４８１１１号公報 特開平１０−１７５３０３号公報 特開平１０−２３０５９３号公報

しかしながら、実際にインクジェットヘッドを用いて吐出を行うと、初期に求めたインク吐出量が変化したり、場合によってはインクが吐出されなくなったりする異常なノズルが発生することがあった。すなわち、いかにして異常なノズルを初期的に検出し、当該インクジェットヘッドが安定してインクを吐出することが可能か否かを判断することが求められるという課題がある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例の吐出異常ノズルの検出方法は、複数のノズルを有する液滴吐出ヘッドの吐出異常ノズルの検出方法であって、前記複数のノズルから吐出された液滴の飛行速度を計測する第１速度計測工程と、計測された前記ノズルごとの前記飛行速度と所定速度との差の絶対値を求める演算工程と、前記ノズルごとの前記差の絶対値と所定閾値とを比較して、前記所定閾値よりも大きい前記差の絶対値を示す前記ノズルが吐出異常ノズルであると判定する判定工程と、を備えたことを特徴とする。

この方法によれば、所定閾値を１つの判定基準として、少なくとも飛行速度が所定速度よりも速いまたは遅いノズルを検出できる。さらには、飛行速度は液滴の吐出量に相関しており、当該ノズルを吐出量が異常であるノズルとして検出することができる。したがって、飛行速度すなわち吐出速度が異常であるノズルと吐出量が異常であるノズルとを同時に特定することが可能な吐出異常ノズルの検出方法を提供することができる。

［適用例２］上記適用例の吐出異常ノズルの検出方法において、前記演算工程は、前記ノズルごとの前記飛行速度の情報に基づいて前記ノズルごとの前記飛行速度の近似値を演算し、前記近似値を前記所定速度として前記差の絶対値を求めることが望ましい。
この方法によれば、ノズルごとに飛行速度の近似値と実際の測定値とを比較することにより、ノズル固有の飛行速度のばらつきを考慮して吐出異常ノズルか否かを判定することができる。

［適用例３］上記適用例の吐出異常ノズルの検出方法において、前記所定閾値は、前記ノズルごとの前記飛行速度のばらつき範囲を示す値としてもよい。
この方法によれば、複数のノズルにおける飛行速度のばらつきを考慮して吐出異常ノズルか否かを判定することができる。

［適用例４］上記適用例の吐出異常ノズルの検出方法において、前記所定閾値は、実際に前記液滴吐出ヘッドを用いたときの前記吐出異常ノズルの発生率に基づいて、前記飛行速度のばらつき範囲を示す値を調整した値であるとしてもよい。
この方法によれば、複数のノズルにおける飛行速度のばらつきを過剰に反映することなく、実際の吐出異常ノズルの発生率に基づいた適正な判定を行うことができる。

［適用例５］上記適用例の吐出異常ノズルの検出方法において、前記飛行速度は、単位時間当たりに飛行した前記液滴の飛行距離に基づいて求められ、前記単位時間は、前記液滴吐出ヘッドを用いて被吐出物に前記液滴を吐出する場合の前記液滴吐出ヘッドと前記被吐出物との距離を前記所定速度で除した時間であることが好ましい。
この方法によれば、実際に液滴吐出ヘッドを用いて被吐出物に液滴を吐出する際の条件に合わせて単位時間が設定されるので、使用時を想定した吐出異常ノズルの検出ができる。

［適用例６］上記適用例の吐出異常ノズルの検出方法において、前記判定工程にて前記吐出異常ノズルがあると判定された場合、前記第１速度計測工程に対して前記液滴吐出ヘッドの駆動条件を変更して前記複数のノズルから吐出された前記液滴の飛行速度を再び計測する第２速度計測工程をさらに備え、前記第２速度計測工程により得られた前記飛行速度の情報に基づいて、再び前記演算工程と前記判定工程とを行い、後の前記判定工程は、前記第２速度計測工程に基づく前記差の絶対値が前記所定閾値よりも大きいノズルが前記第１速度計測工程に基づくものと同じであった場合にのみ、これを吐出異常ノズルと判定するとしてもよい。
この方法によれば、１回目の判定工程で判定された吐出異常ノズルが、駆動条件を変えた状態でも吐出異常ノズルである場合は、吐出異常ノズルであることの確率が増す。すなわち、吐出異常ノズルの検証を行うことができる。

［適用例７］上記適用例の吐出異常ノズルの検出方法において、前記第１速度計測工程に対して前記液滴吐出ヘッドの駆動条件を変更して前記複数のノズルから吐出された前記液滴の飛行速度を再び計測する第２速度計測工程をさらに備え、前記第１速度計測工程および前記第２速度計測工程により得られた前記飛行速度の情報に基づいて、それぞれ前記演算工程を行い、前記判定工程は、前記第２速度計測工程に基づく前記差の絶対値が前記所定閾値よりも大きいノズルが前記第１速度計測工程に基づくものと同じであった場合にのみ、これを吐出異常ノズルと判定することを特徴とする。
この方法によれば、液滴吐出ヘッドの駆動条件を変化させてノズルごとの飛行速度の情報を入手できるので、より正確な吐出異常ノズルの判定を行うことができる。

［適用例８］上記適用例の吐出異常ノズルの検出方法において、前記液滴吐出ヘッドは、前記液滴を吐出させる圧電素子を前記ノズルごとに備え、前記第２速度計測工程において変更する前記液滴吐出ヘッドの駆動条件は、前記圧電素子に印加される駆動信号の駆動電圧または駆動周波数であることを特徴とする。
この方法によれば、圧電素子の電気特性のばらつきを考慮して当該ノズルが吐出異常ノズルであるか否か判定することができる。

［適用例９］上記適用例の吐出異常ノズルの検出方法において、前記第１速度計測工程における前記液滴吐出ヘッドの前記駆動条件は、前記複数のノズルからほぼ同時に前記液滴を吐出させることであり、前記第２速度計測工程は、先に吐出異常ノズルと判定されたノズルに対して隣接するノズルから前記液滴を吐出しないようにノズルを選択して前記液滴を吐出させることを特徴とする。
この方法によれば、ノズル間の電気的または機械的なクロストークを考慮して、当該ノズルが吐出異常ノズルであるか否か判定することができる。

［適用例１０］上記適用例の吐出異常ノズルの検出方法において、前記複数のノズルから前記液滴を被吐出物に吐出させ、前記液滴の着弾状態を検査する着弾検査工程をさらに備えたことを特徴とする。
この方法によれば、実際に吐出異常ノズルから吐出された液滴の着弾状態を検査するので、吐出異常ノズルの判定に誤りがないか検証することができる。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。

＜液滴吐出ヘッド＞
まず、液状体を液滴として吐出可能な液滴吐出ヘッドについて図１〜図３を参照して説明する。図１（ａ）は液滴吐出ヘッドを示す概略斜視図、同図（ｂ）はノズルの配置状態を示す概略平面図である。図２は液滴吐出ヘッドの要部断面図、図３は駆動信号を示すタイムチャートである。

図１（ａ）に示すように、液滴吐出ヘッド５０は、所謂２連のものであり、２連の接続針５４を有する液状体の導入部５３と、導入部５３に積層されたヘッド基板５５と、ヘッド基板５５上に配置され内部に液状体のヘッド内流路が形成されたヘッド本体５６とを備えている。接続針５４は、液状体供給機構（図示省略）に配管を経由して接続され、液状体をヘッド内流路に供給する。ヘッド基板５５には、フレキシブルフラットケーブル（図示省略）を介してヘッド駆動部１０７（図５参照）に接続される２連のコネクタ５８が設けられている。

ヘッド本体５６は、圧電素子５９（図２参照）で構成されたキャビティを有する加圧部５７と、ノズル面５１ａに２つのノズル列５２ａ，５２ｂが相互に平行に形成されたノズルプレート５１とを有している。

図１（ｂ）に示すように、２つのノズル列５２ａ，５２ｂは、それぞれ複数（１８０個）のノズル５２がピッチＰ１でほぼ等間隔に並べられており、互いにピッチＰ１の半分のピッチＰ２ずれた状態でノズルプレート５１に配設されている。この場合、ピッチＰ１は、およそ１４１μｍである。よって、ノズル列５２ｃに直交する方向から見ると３６０個のノズル５２がおよそ７０．５μｍのノズルピッチで配列した状態となっている。以降説明上、ノズル５２の間隔（ノズルピッチ）は、ピッチＰ２とする。また、ノズル５２の径は、およそ２７μｍである。

図２に示すように、一対の電極５９ａ，５９ｂを有する圧電素子５９は、加圧部５７において振動板部６１上に接合されている。一対の電極５９ａ，５９ｂ間に電気信号を加えると圧電素子５９は図面上で縦方向に伸縮する。振動板部６１は加圧部５７のキャビティ５７ａを構成している。

したがって、ヘッド駆動部１０７（図５参照）から電気信号としての駆動信号が圧電素子５９に印加されると振動板部６１が変形し、加圧部５７のキャビティ５７ａの体積変動が起こる。これによるポンプ作用でキャビティ５７ａに充填された液状体６０が加圧され、ノズル５２から液状体６０を液滴Ｄとして吐出することができる。

圧電素子５９を駆動する駆動信号としては、例えば、図３に示すように、一定の電位を基準として振幅する矩形波Ａ１が挙げられる。ヘッド駆動部１０７（図５参照）は、ラッチ信号ＬＡＴを基準とした１周期において同一形状の矩形波Ａ１，Ａ２，Ａ３を連続的に発生させている。３つのチャンネル信号ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３のうちいずれかが選択されることにより、１周期中の矩形波Ａ１，Ａ２，Ａ３のうちいずれかが圧電素子５９に印加される。この場合、１周期は１ｍｓであり、駆動周波数は１ｋＨｚである。駆動周波数は、圧電素子５９の固有振動特性に基づいて設定され、液滴Ｄの吐出間隔、すなわち描画速度に影響を与える。液滴Ｄを吐出可能な最大の駆動周波数は、およそ３５ｋＨｚである。

矩形波Ａ１，Ａ２，Ａ３において、最大電位Ｖｐを変更することにより、液滴Ｄの吐出量を調整することが可能であり、これを駆動電圧Ｖｐとして定義する。なお、矩形波Ａ１，Ａ２，Ａ３の傾きや中間電位、並びに駆動周波数を変えることによっても吐出量を調整することは可能である。

また、同一のノズル列５２ａ，５２ｂにおいて、同時に液滴Ｄを吐出するように駆動信号を圧電素子５９に印加すると、ノズル５２間の電気的または機械的なクロストークにより、液滴Ｄの吐出量がばらつくおそれがある。したがって、実際の液滴Ｄの吐出時には、隣合うノズル５２の圧電素子５９に駆動信号を同時に印加しない。例えば、一方のノズル５２の圧電素子５９に矩形波Ａ１を印加し、他方のノズル５２の圧電素子５９に矩形波Ａ２を印加する。このような液滴吐出ヘッド５０の駆動方法を時分割駆動と言い、この場合、１周期中に選択可能な矩形波の数から１／３ｄｕｔｙ駆動と言う。

なお、液滴吐出ヘッド５０における駆動手段は、圧電素子５９に限らない。アクチュエータとしての振動板を静電吸着により変位させる電気機械変換素子や、液状体６０を加熱してノズル５２から液滴Ｄとして吐出させる電気熱変換素子（サーマル方式）でもよい。
電気熱変換素子の場合は、駆動信号の通電時間やパルス幅を変更することにより吐出量を調整することができる。

液滴吐出ヘッド５０を工業的に活用する場合、使用する液状体６０を充填して、所望の吐出特性（吐出量、吐出速度、飛行特性など）が安定的に得られるか、吐出特性に不具合がある吐出異常ノズル（目詰まり、吐出量異常、飛行曲がりなど）がないか、予め確認する必要がある。

＜吐出異常ノズルの検出方法＞
次に、液滴吐出ヘッド５０における吐出異常ノズルの検出方法について、図４〜図１０を参照して説明する。

本実施形態の吐出異常ノズルの検出方法は、複数のノズル５２から吐出された液滴Ｄの飛行速度に基づいて吐出異常ノズルを特定するものである。

まず、液滴Ｄの飛行速度の計測方法について説明する。図４は速度計測装置を示す概略図、図５は速度計測装置の制御系を示すブロック図である。

図４に示すように、本実施形態の速度計測装置１００は、吐出された液滴Ｄを照明する光源１０１と、光源１０１に対向して設けられた撮像部１０２と、液滴受け部１０３とを備えている。

光源１０１は、周期的な発光が可能な所謂ストロボであって、例えば、キセノンなどのハロゲンランプを用いることができる。また、撮像部１０２の性能に応じて輝度の調整が可能であることが望ましい。

撮像部１０２は、例えば、撮像素子としてのＣＣＤ（電荷結合素子）と光学レンズとを備えたカメラであり、以降カメラ１０２と呼ぶ。光学レンズは、焦点距離を調整可能であると共に、撮像倍率を変えることができ、吐出された微小な液滴Ｄの複数個を同時に撮像できる範囲で撮像倍率が設定されている。本実施形態では、吐出されたおよそ２０個の液滴Ｄを同時に撮像できるようになっている。

液滴受け部１０３は、液滴吐出ヘッド５０を臨む位置に設けられており、複数のノズル５２から吐出された液滴Ｄを受ける受け皿状の凹部１０３ａを有している。凹部１０３ａには、多孔質の吸収体１０４が敷設されており、吐出された液滴Ｄを吸収して飛散させないようになっている。凹部１０３ａの底面には排出口１０５が設けられており、配管を通じて吸引ポンプ（図示省略）に接続され、吸収体１０４に吐出された液状体６０を排出あるいは回収することができる構成となっている。

図５に示すように、速度計測装置１００は、上記構成の他に、複数のノズル５２が配列する方向に、光源１０１とカメラ１０２とを一体的に移動させる移動機構１０６と、液滴吐出ヘッド５０に駆動用の制御信号を送出するヘッド駆動部１０７と、液状体６０を液滴吐出ヘッド５０に供給する液状体供給機構（図示省略）とを備えている。また、光源１０１、カメラ１０２、移動機構１０６、ヘッド駆動部１０７、液状体供給機構などを統括的に制御する制御部１１０を備えている。

制御部１１０は、ＣＰＵ１１１と、ＲＯＭ１１２と、ＲＡＭ１１３と、これらが接続されたインターフェイスとしてのバス１１４とを備えている。バス１１４には、光源１０１、カメラ１０２、移動機構１０６、ヘッド駆動部１０７なども電気的に接続されている。

ＲＯＭ１１２には、液滴Ｄの飛行速度を計測する計測プログラムが格納されている。ＣＰＵ１１１は、計測プログラムに基づいて各部を制御する。計測によって得られた飛行速度などの情報は、ＲＡＭ１１３に一時的に格納される。図示省略したが、バス１１４には、外部コンピュータを接続可能であり、ＲＡＭ１１３に格納された情報を別の記憶媒体に複製したり、移動させたりすることもできる。外部コンピュータにより計測プログラムを修正することもできる。

図４および図５に示すように、ヘッド駆動部１０７は、複数のノズル５２に対応する圧電素子５９のそれぞれにほぼ同時に駆動信号を印加する。これにより複数のノズル５２からほぼ同時に液滴Ｄが吐出される。一方、制御部１１０は、ヘッド駆動部１０７におけるラッチ信号ＬＡＴの発生に同期させて光源１０１を発光させる。また、光源１０１の発光周期に同期して、飛翔する液滴Ｄをカメラ１０２により撮像させる。カメラ１０２は、飛翔する液滴Ｄを撮像できるように予め焦点距離が調整されている。焦点距離の調整は、ノズル面５１ａにおけるノズル５２の位置が分かっているので、液滴吐出ヘッド５０のノズルプレート５１の断面を基準として行われる。

図６（ａ）〜（ｃ）は、液滴の飛行速度の計測方法を示す概略図である。液滴Ｄの飛行速度は、単位時間当たりに飛翔した液滴Ｄの飛行距離Ｌを計測し、これを単位時間で除することにより求めることができる。

同図（ａ）は最初に撮像された液滴Ｄ₁の画像を示すものであり、同図（ｂ）は一定の発光周期の後に撮像された液滴Ｄ₂の画像を示すものである。すなわち、液滴Ｄ₂は、単位時間経過後の液滴Ｄ₁である。

同図（ｃ）は同図（ａ）と同図（ｂ）とを合成した画像であり、液滴Ｄ₁が単位時間当たりに飛行した距離は、Ｌである。合成された画像情報からＣＰＵ１１１は、飛行距離Ｌを算出することができる。より具体的には、液滴Ｄ₁の重心点と液滴Ｄ₂の重心点とを結ぶ直線距離を飛行距離Ｌとする。

飛行速度を求めるにあたり、液滴Ｄの飛翔における空気抵抗や飛行曲がりは無視できない。それゆえに、実際に液状体６０を被吐出物に吐出する際の液滴吐出ヘッド５０と被吐出物との距離から設計上の飛行速度により導出された単位時間、すなわち撮像周期を設定することが好ましい。これにより、実際に近い飛行速度を得ることができる。

例えば、液滴吐出ヘッド５０と被吐出物との距離が１ｍｍであり、設計上の飛行速度が１０ｍ／ｓ（秒）であれば、単位時間は、１／１００００秒となる。したがって、光源１０１の発光周期とカメラ１０２の撮像周期は、１０ｋＨｚとなる。

カメラ１０２により１回の撮像で捉えられる液滴Ｄの数、すなわちノズル５２の数は限られる。したがって、制御部１１０は、ノズル列５２ａ，５２ｂのノズル数（３６０個）に対応して、移動機構１０６を駆動して光源１０１とカメラ１０２とをノズル５２の配列方向に移動させ、繰り返し撮像させる。これにより、ノズル５２ごとに飛行距離Ｌが計測され飛行速度が求められる。

図７は吐出異常ノズルの検出方法を示すフローチャートである。図７に示すように、本実施形態の吐出異常ノズルの検出方法は、液滴Ｄの飛行距離Ｌを計測することにより飛行速度を求める第１速度計測工程（ステップＳ１）と、ノズル５２ごとの飛行速度と所定速度との差の絶対値を求める第１の演算工程（ステップＳ２）と、ノズル５２ごとの当該差の絶対値と所定閾値とを比較して、吐出異常ノズルが有るか否か判定する第１の判定工程（ステップＳ３）とを備えている。また、ステップＳ３にて吐出異常ノズルがある場合には、液滴吐出ヘッド５０の駆動条件を変えて液滴Ｄを吐出し、飛行速度を再び計測する第２速度計測工程（ステップＳ４）と、ステップＳ４で求められたノズル５２ごとの飛行速度と所定速度との差の絶対値を求める第２の演算工程（ステップＳ５）と、ノズル５２ごとの当該差の絶対値と所定閾値とを比較して、吐出異常ノズルが有るか否か、また吐出異常ノズルがある場合には先の判定と同一ノズルか否か判定する第２の判定工程（ステップＳ６）とを備えている。以降、カラーフィルタ製造用の液状体６０を用いて吐出異常ノズルを検出する実施例に基づいて説明する。

（実施例）
液状体６０は、水系の溶媒に着色層形成材料が分散または溶解されたものである。２５℃における粘度がおよそ３〜１０ｍＰａ，ｓ、表面張力がおよそ３０〜５０ｍＮ／ｍに調整されたものである。
液状体６０が充填された液滴吐出ヘッド５０の駆動条件としては、液滴Ｄの吐出量が概ね１０ｎｇ程度となるように、駆動電圧Ｖｐが設定されている。駆動周期は前述したように１ｋＨｚである。計測は、２５℃±１℃に温度管理されたクリーンブース内に速度計測装置１００を設置して行った。

図７のステップＳ１では、図６（ａ）〜（ｃ）に示したように、ノズル５２ごとの飛行距離Ｌを計測し、撮像の単位時間すなわち撮像周期で除することにより飛行速度Ｖｍを求める。本実施例では、１８０個のノズル５２からなるノズル列における両端側１０個ずつを除いた１６０個を有効ノズルとしてその飛行速度Ｖｍをノズル列５２ａ，５２ｂごとに計測した。また、初期的な吐出不具合を避けるため、ノズル５２ごとに複数発の液滴Ｄを吐出させ、最後に吐出され飛翔する液滴Ｄを撮像することが好ましい。本実施例では、ノズル５２ごとに４発の液滴Ｄを吐出させ、４発目の液滴Ｄを撮像した。

図８は、ノズル列の飛行速度の１例を示すグラフである。縦軸は飛行速度Ｖｍ、横軸はノズル番号を示している。グラフから分かるように、この場合、１６０個の有効ノズルにおける飛行速度Ｖｍは、概ね７．５ｍ／ｓ〜８．５ｍ／ｓの間に分布している。また、ノズル番号が「４２」のノズル５２において、飛行速度Ｖｍが著しく遅く（およそ６．５ｍ／ｓ）なっていることが分かる。なお、計測精度を向上させるため、第１速度計測工程を複数回繰り返して飛行速度Ｖｍの情報を入手してもよい。そして、ステップＳ２へ進む。

図７のステップＳ２では、ノズル５２ごとの飛行速度Ｖｍと所定速度との差の絶対値を求める。本実施形態では、有効ノズルにおける飛行速度Ｖｍのばらつきを考慮して、所定速度として、当該ノズル５２の近似値を用いた。

図９（ａ）は飛行速度における近似値の求め方を説明する表、同図（ｂ）は同じくグラフである。

例えば、図９（ａ）においてノズル番号１９の飛行速度Ｖｍにおける近似値は、当該ノズルの前後５個ずつのノズルにおいて実測された飛行速度Ｖｍを基に演算して近似直線を求め、この近似直線上において、ノズル番号１９を当て嵌めることにより当該近似値を求めた。

具体的には実測値から求められたノズル番号１４〜ノズル番号２４の間の近似直線は、図９（ｂ）のグラフに示すとおりである。
すなわち、近似直線は、ｙ＝０．００４１ｘ＋７．７８９である。
ｘにノズル番号１９を代入すると、近似値は、７．８６７となる。
したがって、第１の演算工程におけるノズル番号１９の上記差の絶対値ΔＶｔは、
ΔＶｔ＝飛行速度Ｖｍの実測値（７．９９１）−近似値（７．８６７）＝０．１２４となる。

このようにして有効ノズルのそれぞれにおいて上記差の絶対値ΔＶｔを求める。なお、１６０個の有効ノズルの両端側における近似値の求め方は、近傍の少なくとも３つ以上のノズルの実測値を用いればよい。そして、ステップＳ３へ進む。

図１０は、ノズルごとの飛行速度と近似値との差の絶対値と、液滴の吐出量との関係を示すグラフである。

図１０に示すように、上記差の絶対値ΔＶｔは、概ね０．０〜０．４ｍ／ｓの間で変動している。図７のステップＳ３では、ノズル５２ごとの上記差の絶対値ΔＶｔが所定閾値よりも大きいノズル５２を吐出異常ノズルとして判定する。本実施例では、閾値を０．７ｍ／ｓとした。その理由は、ノズル５２ごとの上記差の絶対値ΔＶｔのばらつきの範囲と、実際の吐出異常ノズルの発生率を考慮したためである。この場合、ノズル番号４２のノズル５２が吐出異常ノズルに該当している。当該ノズル５２は飛行速度Ｖｍがおよそ６．５ｍ／ｓと他に比べて遅いばかりか、有効ノズルから吐出された液滴Ｄの吐出量Ｉｗを計測したところ、図１０の破線で示すように著しく吐出量Ｉｗが小さいことが判明した。

吐出量Ｉｗを求める方法としては、撥液処理が施された基材上に液滴Ｄを着弾させ、その立体的な形状を計測して体積を求める方法、液滴Ｄを数千から数万発吐出させ、その重量を計測し吐出発数で除することにより１滴あたりの吐出量を求める方法が挙げられる。
図１０に示した吐出量Ｉｗは、前者の体積を求める方法により得られた。なお、吐出量Ｉｗは、基準の吐出量（およそ１０ｎｇ）を１．０として正規化している。

すなわち、上記差の絶対値ΔＶｔと吐出量Ｉｗとの間に相関があり、液滴Ｄの飛行速度Ｖｍを計測することにより吐出量Ｉｗが異常なノズル５２をも特定することができる。

一方で飛行速度Ｖｍが異常値を示すノズル５２が、確かに吐出異常ノズルか否か検証するために毎回吐出量Ｉｗを計測することは非効率である。そこで、本実施例では、ステップＳ１の第１速度計測工程における複数のノズル５２の状態、例えば、ノズル５２内の液状体６０の乾燥や気泡の混入、異物の付着に起因する目詰まりなどを考慮して、第１の判定工程において、吐出異常ノズルがあると判定された場合には、液滴吐出ヘッド５０の駆動条件を変えた第２速度計測工程（ステップＳ４）を行う。

上記駆動条件としては、前述したように、駆動信号の矩形波Ａ１，Ａ２，Ａ３における駆動電圧Ｖｐや駆動周波数が挙げられる。

例えば、駆動電圧Ｖｐを上げて液滴Ｄを吐出することにより、吐出量Ｉｗを増やした状態での飛行速度Ｖｍを計測する。あるいは、駆動周波数を１ｋＨｚから２ｋＨｚに増やして液滴Ｄを吐出することにより、飛行速度Ｖｍを計測する。そして、第２の演算工程（ステップＳ５）で、上記差の絶対値ΔＶｔを求める。また、第２の判定工程（ステップＳ６）では、先の判定と同一ノズル５２が吐出量異常ノズルか否か判定する。

これによって駆動手段としての圧電素子５９の電気的な特性ばらつきによる吐出異常か否か検証することができる。

また、第２速度計測工程における駆動条件としては、実際に液状体６０を吐出する場合を想定した時分割駆動が挙げられる。第１速度計測工程では、少なくとも有効ノズルのすべてから同時に液滴Ｄを吐出させた。このような吐出の方法では、ノズル５２間の電気的または機械的なクロストークの影響を受けて吐出量Ｉｗが変動するおそれがある。言い換えれば吐出量Ｉｗの変動に伴って飛行速度Ｖｍも変動するおそれがある。よって、判定されたノズル５２が確かに吐出異常ノズルか検証するために、時分割駆動で液滴Ｄを吐出させ、上記ノズル５２間の電気的または機械的なクロストークの影響を避けて計測することにより、吐出異常ノズルの検出精度を向上させることができる。

また、駆動電圧Ｖｐや駆動周波数の変更と時分割駆動とを組み合わせてもよい。すなわち、液滴吐出ヘッド５０の製造上における寸法精度などのばらつきや使用時における環境条件、駆動条件を考慮して、吐出異常ノズルの検証ステップである第２速度計測工程の計測条件を設定することが望ましい。

上記吐出異常ノズルの検出方法によれば、吐出された液滴Ｄの飛行速度Ｖｍをノズル５２ごとに計測することにより、飛行速度Ｖｍが異常なノズル５２だけでなく、吐出量Ｉｗが異常なノズル５２を同時に特定することができる。
吐出量Ｉｗが異常なノズル５２を検出するために、吐出された液滴Ｄの体積や重量を測定する必要がないので、比較的に効率よく吐出異常ノズルを検出することができる。また、検出のために吐出する液状体６０の消費量が少ない。
さらには、第１の判定工程で、吐出異常ノズルがあると判定された場合には、液滴吐出ヘッド５０の駆動条件を変えて飛行速度Ｖｍを計測する第２速度計測工程を有し、当該ノズル５２が確かに吐出異常ノズルか否か検証するので、適正に吐出異常ノズルを検出することができる。

上記実施形態の吐出異常ノズルの検出方法において、さらに液滴Ｄの着弾検査工程を追加してもよい。

図１１（ａ）〜（ｄ）は液滴の着弾検査工程を示す概略図である。本実施形態の着弾検査工程は、液滴吐出ヘッド５０の複数のノズル５２から被吐出物としての記録紙１８上に液滴Ｄを吐出させ、その着弾状態をカメラなどの撮像装置により撮像する方法である。液滴吐出ヘッド５０と記録紙１８とは所定の間隔をおいて対向配置されており、Ｘ軸方向に相対移動が可能である。ノズル列５２ａ，５２ｂはＹ軸方向に対して平行となっている。
上記所定の間隔は、実際に液状体６０を被吐出物に吐出する際の液滴吐出ヘッド５０と被吐出物との間隔と合致させる。

図１１（ａ）に示すように、液滴吐出ヘッド５０のノズル５２から液状体６０の液滴ＤがＹ軸方向において仮想の直線上に着弾するように吐出する。具体的には、Ｘ軸方向において、各ノズル列５２ａ，５２ｂの吐出タイミングを変えることにより直線上に着弾させる。そして、カメラを用いて記録紙１８上に着弾した液滴Ｄの着弾状態を観察する。例えば、ノズル列５２ａとノズル列５２ｂとから液滴Ｄを吐出して吐出状態に不具合がなければ、液滴Ｄは直線上に着弾する。また、液滴Ｄの吐出量Ｉｗが各ノズル５２においてほぼ同等ならば、着弾した各液滴Ｄの着弾径はほぼ同一となる。

図１１（ｂ）に示すように、例えば、ノズル列５２ａのあるノズル５２が目詰まりしていれば、液滴Ｄが吐出されない。すなわち、記録紙１８上において隙間が空いて液滴Ｄが着弾するので、吐出抜けを検出することができる。

図１１（ｃ）および（ｄ）に示すように、例えば、ノズル列５２ａとノズル列５２ｂとにおいて、飛行曲がりが生ずるノズル５２があれば、吐出された液滴Ｄが直線上からずれた位置に着弾する。すなわち、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の着弾位置ずれを検出することができる。また、着弾状態を撮像して画像処理することにより、ずれ量ΔＸ１，ΔＸ２，ΔＹ１，ΔＹ２を演算することができる。

当然のことながら着弾位置がＸ軸方向に限らず斜めにずれることがある。よって、ずれ量は、Ｘ軸方向のずれ量とＹ軸方向のずれ量とに分けて算出される。また、飛行曲がりが生ずるノズル５２から吐出された液滴Ｄの着弾位置ずれは、液滴吐出ヘッド５０（複数のノズル５２）と被吐出物との相対移動の方向によってもずれ量が変化する。したがって、液滴吐出ヘッド５０と記録紙１８とを主走査方向（Ｘ軸方向）に往復させ、往動と復動とに分けて別の直線上に液滴Ｄが着弾するように吐出して着弾状態を観察する。

さらには、ノズル列５２ａ，５２ｂにおいて吐出量Ｉｗが過多なノズル５２があれば、着弾径が大きくなる。また、吐出量Ｉｗが過少なノズル５２があれば、着弾径が小さくなる。このような着弾状態を撮像して画像処理することにより、吐出量異常を検出することもできる。なお、着弾径が極小となった場合には吐出抜けと判断する。

このような着弾検査工程は、液滴吐出ヘッド５０の機能回復を行うメンテナンス工程の後に実施することが望ましい。これにより、メンテナンスによって回復する吐出異常ノズルが除かれ、真に吐出状態が不安定な吐出異常ノズルの情報を入手することができる。

また、被吐出物として記録紙１８を用いることにより、ガラス基板などを用いる場合に比べて、液滴Ｄが着弾する表面の界面張力の影響を受け難いので、比較的正確に着弾位置ずれや着弾径の情報を入手することができる。なお、被吐出物は、記録紙１８に限らず、液滴Ｄの吐出状態を正確に把握できるように表面処理されたガラス基板やフィルムを用いてもよい。

上記実施形態における液滴吐出ヘッド５０の吐出異常ノズルの検出方法から得られた吐出異常ノズルの情報は、外部コンピュータに記録され蓄積されることにより、吐出特性の不具合の解析にも利用することができる。

上記実施形態以外にも様々な変形例が考えられる。以下、変形例を挙げて説明する。

（変形例１）上記実施形態の吐出異常ノズルの検出方法において、液滴吐出ヘッド５０の駆動条件を変えた飛行速度Ｖｍの利用方法は、これに限定されない。図１２は、変形例の吐出異常ノズルの検出方法を示すフローチャートである。
例えば、図１２に示すように、すべてのノズル５２からほぼ同時に液滴Ｄを吐出する第１速度計測工程（ステップＳ１１）と、第１の演算工程（ステップＳ１２）と、液滴吐出ヘッド５０の駆動条件を変えて液滴Ｄを吐出する第２速度計測工程（ステップＳ１３）と、第２の演算工程（ステップＳ１４）とを実施する。そして、判定工程（ステップＳ１５）では、それぞれの演算結果に基づくノズル５２ごとの上記差の絶対値ΔＶｔと所定閾値とを比較することにより吐出異常ノズルがあるか否か、また、吐出異常ノズルがある場合には、同一ノズル５２が吐出異常ノズルと判定されたか否か比較検証を行う。
このようにすれば、上記実施例の比べて吐出異常ノズルの検出に要する時間が増加するものの、より正確に吐出異常ノズルを検出することができる。

（変形例２）上記実施形態の吐出異常ノズルの検出方法において、第１の判定工程で吐出異常ノズルがあると判定された場合に実施する第２速度計測工程〜第２の判定工程は、必須ではない。繰り返しの検出と検証とにより、第１速度計測工程によって得られた飛行速度Ｖｍの情報に基づく吐出異常ノズルの検出が確実ならば、第２速度計測工程以降を省いてもよい。より短時間で吐出異常ノズルを検出することができる。

（変形例３）上記実施形態の吐出異常ノズルの検出方法において、演算工程で用いる所定速度は、当該ノズル５２の近似値に限定されない。例えば、複数のノズル５２おける飛行速度Ｖｍの実測値の平均値を用いてもよい。

（変形例４）上記実施形態の吐出異常ノズルの検出方法において、判定工程で用いる所定閾値は、飛行速度Ｖｍと所定速度との差の絶対値ΔＶｔのばらつき範囲に対して、実際の吐出異常ノズルの発生率を考慮して調整した値（実施例では、０．７ｍ／ｓ）に限定されない。例えば、上記差の絶対値ΔＶｔのばらつき範囲の値（実施例では、０．４ｍ／ｓ）を用いてもよい。より厳しい判定基準により吐出異常ノズルを検出することができる。

（ａ）は液滴吐出ヘッドを示す概略斜視図、（ｂ）はノズルの配置状態を示す概略平面図。 液滴吐出ヘッドの要部断面図。 駆動信号を示すタイムチャート。 速度計測装置を示す概略図。 速度計測装置の制御系を示すブロック図。 （ａ）〜（ｃ）は、液滴の飛行速度の計測方法を示す概略図。 吐出異常ノズルの検出方法を示すフローチャート。 ノズル列の飛行速度の１例を示すグラフ。 （ａ）は飛行速度における近似値の求め方を説明する表、（ｂ）は飛行速度における近似値の求め方を説明するグラフ。 ノズルごとの飛行速度と近似値との差の絶対値と、液滴の吐出量との関係を示すグラフ。 （ａ）〜（ｄ）は液滴の着弾検査工程を示す概略図。 変形例の吐出異常ノズルの検出方法を示すフローチャート。

符号の説明

５０…液滴吐出ヘッド、５２…ノズル、Ｄ…液滴、Ｉｗ…液滴の吐出量、Ｌ…飛行距離、Ｖｍ…飛行速度、Ｖｐ…駆動電圧、ΔＶｔ…飛行速度と所定速度との差の絶対値。

Claims (10)

1. 複数のノズルを有する液滴吐出ヘッドの吐出異常ノズルの検出方法であって、
   前記複数のノズルから吐出された液滴の飛行速度を計測する第１速度計測工程と、
   計測された前記ノズルごとの前記飛行速度と所定速度との差の絶対値を求める演算工程と、
   前記ノズルごとの前記差の絶対値と所定閾値とを比較して、前記所定閾値よりも大きい前記差の絶対値を示す前記ノズルが吐出異常ノズルであると判定する判定工程と、を備えたことを特徴とする吐出異常ノズルの検出方法。
2. 前記演算工程は、前記ノズルごとの前記飛行速度の情報に基づいて前記ノズルごとの前記飛行速度の近似値を演算し、前記近似値を前記所定速度として前記差の絶対値を求めることを特徴とする請求項１に記載の吐出異常ノズルの検出方法。
3. 前記所定閾値は、前記ノズルごとの前記飛行速度のばらつき範囲を示す値であることを特徴とする請求項１または２に記載の吐出異常ノズルの検出方法。
4. 前記所定閾値は、実際に前記液滴吐出ヘッドを用いたときの前記吐出異常ノズルの発生率に基づいて、前記飛行速度のばらつき範囲を示す値を調整した値であることを特徴とする請求項３に記載の吐出異常ノズルの検出方法。
5. 前記飛行速度は、単位時間当たりに飛行した前記液滴の飛行距離に基づいて求められ、
   前記単位時間は、前記液滴吐出ヘッドを用いて被吐出物に前記液滴を吐出する場合の前記液滴吐出ヘッドと前記被吐出物との距離を前記所定速度で除した時間であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の吐出異常ノズルの検出方法。
6. 前記判定工程にて前記吐出異常ノズルがあると判定された場合、前記第１速度計測工程に対して前記液滴吐出ヘッドの駆動条件を変更して前記複数のノズルから吐出された前記液滴の飛行速度を再び計測する第２速度計測工程をさらに備え、
   前記第２速度計測工程により得られた前記飛行速度の情報に基づいて、再び前記演算工程と前記判定工程とを行い、
   後の前記判定工程は、前記第２速度計測工程に基づく前記差の絶対値が前記所定閾値よりも大きいノズルが前記第１速度計測工程に基づくものと同じであった場合にのみ、これを吐出異常ノズルと判定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の吐出異常ノズルの検出方法。
7. 前記第１速度計測工程に対して前記液滴吐出ヘッドの駆動条件を変更して前記複数のノズルから吐出された前記液滴の飛行速度を再び計測する第２速度計測工程をさらに備え、
   前記第１速度計測工程および前記第２速度計測工程により得られた前記飛行速度の情報に基づいて、それぞれ前記演算工程を行い、
   前記判定工程は、前記第２速度計測工程に基づく前記差の絶対値が前記所定閾値よりも大きいノズルが前記第１速度計測工程に基づくものと同じであった場合にのみ、これを吐出異常ノズルと判定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の吐出異常ノズルの検出方法。
8. 前記液滴吐出ヘッドは、前記液滴を吐出させる圧電素子を前記ノズルごとに備え、
   前記第２速度計測工程において変更する前記液滴吐出ヘッドの駆動条件は、前記圧電素子に印加される駆動信号の駆動電圧または駆動周波数であることを特徴とする請求項６または７に記載の吐出異常ノズルの検出方法。
9. 前記第１速度計測工程における前記液滴吐出ヘッドの前記駆動条件は、前記複数のノズルからほぼ同時に前記液滴を吐出させることであり、
   前記第２速度計測工程は、先に吐出異常ノズルと判定されたノズルに対して隣接するノズルから前記液滴を吐出しないようにノズルを選択して前記液滴を吐出させることを特徴とする請求項６または７に記載の吐出異常ノズルの検出方法。
10. 前記複数のノズルから前記液滴を被吐出物に吐出させ、前記液滴の着弾状態を検査する着弾検査工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の吐出異常ノズルの検出方法。

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