JP2009268995A - インクジェットヘッド管理方法およびそれを用いたインクジェット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
インクジェットヘッドの各ノズルは、初期的または経時的飛翔特性むらや変化により着弾位置精度が低下する。また、経時的飛翔特性むらを防止するメンテナンス回数を増やすと装置の稼働率が低下する。
【解決手段】
インクジェットヘッドの各ノズルの飛翔特性を検出し、ヘッド駆動条件を制御し、インクジェットの各ノズルにおける初期的または経時的飛翔特性むらや変化による着弾位置精度の低下を防止する。飛翔特性検出結果やヘッド駆動条件をもとに、メンテナンスタイミングや手段の選定をすることで、各ノズルの不吐出発生前に、メンテナンス動作を実施できる。さらに、ノズルごとの履歴情報を用いて、インクジェットヘッドの寿命予測を高精度に行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクを媒体に吐出するインクジェット装置ならびに同装置動作中におけるインクジェットヘッドの運用管理システムに関するものである。より具体的には、インクジェットを利用した装置において、インクジェットヘッドによる高精度かつ高安定な吐出動作の維持を目的とし、飛翔特性検出・駆動条件制御・メンテナンス動作および寿命判定などのインクジェットヘッドの運用管理制御システムに関するものである。

なお、本発明におけるインクジェット装置とは、紙等の媒体に対しての印字を行うものに限定されるものでなく、広く一般にインクジェットヘッドを用いて液体の塗布を行う装置を含み、本発明におけるインクとは、紙等の媒体に対しての画像印字を行うための着色液体に限定されるものでなく、インクジェット装置によって塗布される所望の特性を有する機能性液体および機能性物質を分散した液体全般も含む。

現在、インクジェット記録装置は、情報処理システムの出力手段として広く利用されている。これらのインクジェット装置は微小な液滴をノズルから吐出させて、紙などの記録媒体上に文字や図形等の印字や描画を行うものである。

近年、このインクジェット技術は、紙等の媒体に対しての画像印字のみではなく、回路基板上への金属配線形成やディスプレイ用のカラーフィルタなどをはじめとする産業用の各種製造装置技術として利用されるようになってきた。

産業用インクジェット装置としては、従来の画像記録装置とは異なり、非常に大きなサイズの記録媒体への吐出動作が要求される。たとえば、液晶，プラズマなどのフラットパネルディスプレイ分野に適用される製造装置では、数ｍ角以上の領域への記録が必要となる。

さらに、産業用インクジェット装置としては、従来の画像記録用インクとは異なる種々の物性を有するインクを用いた吐出動作が必要となるとともに、従来の画像記録に比較して、更なる高精度・高安定な吐出性能が要求される。

一般にインクジェット装置の記録ヘッドには、一つのヘッドに数百個程度のノズル孔を有ており、これら各ノズルを個別制御することで、インク吐出動作を行う。大きなサイズの記録媒体に、高い生産効率で吐出動作が要求される産業用インクジェット製造装置では、このインクジェット記録ヘッドが、一つの装置に数個〜数十個以上も搭載されるケースも有る。このため、ノズルの数は数千個から数万個となる。

産業用製造装置としてのインクジェット装置では、これら数千個から数万個のノズルが、高安定に欠陥なく機能性液体であるインクの吐出動作を行うことが要求される。

このため、インクジェット装置に搭載されるインクジェットヘッドは、装置搭載前に検査が必要となる。例えば、特許文献１では、ストロボとカメラを用いて、各ノズルから吐出される液滴の飛翔軌跡を撮影することで飛翔曲がりなどの検出するインクジェットヘッドの検査方法が開示されている。

また、インクジェット装置搭載後のインクジェットヘッドについても、適宜検査を実施し装置の信頼性を確保する方法が知られている。例えば、特許文献２では、検査工程において各ノズルのインク吐出動作を光学的に検査し、不吐出ノズルが検出された場合は、再度検査を行うことで、確実にノズル異常の有無を正確に判定し、メンテナンス動作や検査を実施する方法が開示されている。

さらに、不吐出ノズルが発生する前に、異常発生ノズルを予測し、予防的に回復処理を行うことも提案されている。例えば、特許文献３では、インクを吐出するための振動板に生じる残留振動のパターンをモニタし、これによって、異常の発生を予測し、予防的にメンテナンスやインク粘度調整などの回復処理を実施する方法が開示されている。

特開平０１−８５７７２号公報 特開２００４−２０９４６０号公報 特開２００４−３１４４５９号公報

インクジェットを用いた装置では、初期的なインクジェットヘッドの欠陥や異常に加えて、稼動中における気泡の混入や異物の付着や混入，粘度などのインク物性の変化などにより、インクの吐出異常や不吐出が生じる。上記従来技術は、吐出異常の検出方法および装置搭載ヘッドの不吐出ノズルの検出と対処、さらには不良ノズルの発生を予測し、予防的にメンテナンス動作を実施するものである。

上記、特許文献２は、不吐出を確実に検出した上でメンテナンス動作を実行するものであり、不要なメンテナンス動作を行わないようにすることで、印写動作の効率低下を防止するものである。しかし、本方式では、不吐出を検出してからメンテナンス動作をすることから、不吐出ノズルでの印写も行われ、印写不良が発生してしまうという課題を有する。製造装置では、不良の製品を製造したあとで、メンテナンス動作を実施することになってしまう。

これに対して、特許文献３は、振動子の残留振動から不吐出前に、異常を検出し予防的にメンテナンス動作を実施する。しかし、頻繁に予防的なメンテナンス動作を実施すると、メンテナンス回数が増加し、印写動作の効率は低下する。逆に予防的なメンテナンス動作を少なくすると不吐出が発生しないまでも、ノズルごとに飛翔速度むらなどの飛翔特性に差が生じ、インクの着弾位置精度低下に伴う印写パターン劣化が生じた状況での印写を行うことになる。

また、インクジェットヘッドはノズルごとにノズル径や液室寸法、振動子の特性などに微妙な差が有るとともに、振動子の特性などについては経時的に変化することから、各ノズルから形成されるインク液滴の飛翔特性に差が出る。不吐出などの明確な異常が発生しない条件下でも、このような飛翔特性の差による印写パターンの劣化が生じてしまう。特許文献３においても、これらの飛翔特性の差まで検出することは困難である。

本発明の目的は、塗布中に生じるノズルごとの飛翔特性むらを抑制することで、高精度なインクの着弾位置精度を実現し塗布パターンの初期むらや劣化むらを防止できるインクジェット装置を提供することである。さらに、本発明の目的は、ノズル不吐出などの欠陥の発生を予測しメンテナンス動作の要否を判定し、ノズル不吐出などの欠陥の発生前にメンテナンスを実施することで、不吐出ノズルなど印写欠陥の発生を防止することが可能なインクジェット装置を提供することである。

上記目的を達成するために、インクジェット装置を以下の構成とした。

インクジェットヘッドの各ノズルにおける液滴吐出時の飛翔速度，吐出位相などの飛翔特性を検出する飛翔特性検出手段と、インクジェットヘッドの各ノズルの駆動電圧，駆動タイミング，駆動波形などのヘッド駆動条件のうち少なくとも一つ以上を設定するヘッド駆動条件設定手段と、該飛翔特性検出手段による検出結果にもとづいて、該インク駆動条件制御手段の設定条件を制御するインクジェットヘッド管理手段を設けた。

また、上記飛翔特性検出手段，ヘッド駆動条件設定手段およびインクジェットヘッド管理手段とともに、インクジェットヘッドへのインク導入、つまり解消，気泡除去，ノズル面洗浄，洗浄液置換などのメンテナンス工程を行うメンテナンス手段を設けた。そして、インクジェットヘッド管理手段によって、インクジェットヘッドごとの飛翔特性検出結果、ヘッド駆動条件をもとに、インクジェットヘッドのメンテナンスタイミングおよびメンテナンス手段の選定を行うようにした。さらに、インクジェットヘッド管理手段には、インクジェットヘッドごとの飛翔特性検出結果、ヘッド駆動条件，メンテナンスなどの履歴を記憶するインクジェットヘッド履歴記憶手段を設けることで、各インクジェットヘッドのノズルごとの履歴情報を記憶し、この履歴情報を用いて、各インクジェットヘッドのメンテナンスタイミングおよびメンテナンス手段、さらにはインクジェットヘッドの寿命予測を実施するように構成した。

本発明によれば、高精度なインクの着弾位置精度を実現し塗布パターンの初期むらや劣化むらを防止できるインクジェット装置を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態を図１から図７を用いて説明する。

図１は、本実施例のインクジェット装置におけるインクジェットヘッド管理システムの基本構成を説明する図である。このインクジェットヘッド管理システムは、飛翔特性検出手段１０とヘッド駆動条件設定手段９とヘッドメンテナンス制御手段１１とインクジェットヘッド管理手段３およびインクジェットヘッド履歴記憶手段１を有する。ヘッドメンテナンス制御手段１１は、インクジェット装置全体プロセスを管理制御するインクジェット装置プロセス制御手段５からのメンテナンスプロセス制御情報６とヘッドメンテナンス条件情報１２に基づいて動作する。

インクジェットヘッド管理手段３は、インクジェット装置プロセス制御手段５とプロセス動作情報４を取り交し、飛翔特性検出手段１０からの飛翔特性検出手段制御情報７を、インクジェット装置プロセス制御手段５に通知する。

飛翔特性検出手段１０は、インクジェットヘッド２４（後述）の各ノズルを既知の駆動条件で駆動した場合の各ノズルにおけるインクの飛翔速度，飛翔位相，飛翔液適量，飛翔曲がりなどの飛翔特性を検出する。この飛翔特性検出手段１０の詳細については図２を用いて説明する。

図２は、本実施例における飛翔特性検出手段１０の構成を説明する図である。飛翔特性検出手段１０は、飛翔液滴照明手段２２と飛翔画像検出手段１９と飛翔特性算出手段１６とインク液滴回収手段２０および飛翔特性検出システム制御手段１５を有する。

飛翔特性検出システム制御手段１５は、インクジェット装置プロセス制御手段５から飛翔特性検出手段制御情報７を受けて、飛翔特性検出手段１０の全体動作を制御する。また、飛翔特性検出システム制御手段１５は、インクジェットヘッド飛翔特性検出結果情報１３をインクジェットヘッド管理手段３に通知する。

複数のノズルを有するインクジェットヘッド２４を、飛翔特性検出手段１０の計測位置に、図示しない移動手段により移動させた後、飛翔特性検出システム制御手段１５からの指令（インクジェットヘッド制御情報２５）により、複数のノズルを有するインクジェットヘッド２４は、規定の周波数で指定ノズルからの吐出動作を行う。ノズルから吐出して飛翔するインク液滴２１は、インク液滴回収手段２０で受け取られ回収される。

吐出されて飛翔するインク液滴２１を挟む位置に、飛翔液滴照明手段２２と飛翔画像検出手段１９を配置した。飛翔液滴照明手段２２から照射された光２３は、図中Ａのように、飛翔液滴２１で遮断されて、飛翔画像検出手段１９で飛翔する液滴２１の影として検出される。

飛翔液滴照明手段２２は、飛翔特性検出システム制御手段１５からの飛翔液滴照明手段制御情報２６に基づきインクジェットヘッド２４の吐出周波数と同期した発光周期で、パルス発光する照明手段である。

本方式では、インクジェットヘッド２４の駆動周波数と同期した発光周期で、パルス発光する飛翔液滴照明手段２２を用いることから、インク液滴２１が常に同じ位置を飛翔している状態を、飛翔画像検出手段１９が撮影することになり、非常に安定した液滴飛翔画像を得ることができる。

飛翔液滴２１を鮮明に捕らえるためには、飛翔液滴照明手段２２のパルス発光時間を短くすることが必要である。インク液滴２１の飛翔速度は一般に数ｍ／ｓであるので、発光時間１μｓで数μｍの距離を液滴が移動する。飛翔液滴２１の直径は数１０μｍ程度であるので、少なくとも数１０μｓ以下のパルス幅を用いることが必要であり、望ましくは１μｓ以下の発光時間とするべきである。本実施例では、パルス発光時間を５００ｎｓで撮影を行った。但し、必要以上に、発光時間を短くした場合は、発光強度や飛翔画像検出手段１９の撮像感度を高いものが必要となるので、適切な発光時間の選定は必要である。

飛翔特性検出システム制御手段１５からの飛翔画像検出手段制御情報１７に基づき飛翔画像検出手段１９で撮像した液滴飛翔画像情報１８は、飛翔特性算出手段１６に送られる。

図３は、本実施例の飛翔特性検出手段１０により撮影される液滴飛翔画像から、飛翔特性を算出する手法を説明するための図である。図３は、撮影されるインク液滴像を模式的に示している。インクジェットヘッド２４は、一定の周波数で指定ノズルから液滴を吐出しており、吐出周波数と同期した発光周期で照明していることから、各ノズルＡからＧより飛翔するインク液滴２１は静止して観測される。

図３中における一点鎖線２７は、説明をわかりやすくするために、理想的な飛翔をするインク液滴を撮影した際の飛翔方向および飛翔位置を示す補助線である。

図３におけるノズルＡ，Ｂ，Ｄ，Ｆは、理想的な飛翔特性を示している。これに対して、ノズルＣは飛翔速度が速い場合を示している。本方式では、発光周波数および駆動周波数が既知であるので、インクの飛翔速度は、液滴間の距離と周波数の積を取ることで、容易に算出できる。ノズルＡ，Ｂ，Ｄ，Ｆの理想的な飛翔速度は、液滴間の距離Ｖ₁に対して、飛翔速度が速いノズルＣは、液滴間の距離Ｖ₂が長く、飛翔速度が速いことが明らかである。

次に、ノズルＥは、インクの吐出位相がずれている場合を示したものである。ノズルＥの飛翔液滴間の距離は、ノズルＡ，Ｂ，Ｄ，Ｆとほぼ同じであるが、吐出タイミングが遅れていることがわかる。遅れ位相量は、液滴間距離に対する遅れ量から算出される。

ノズルＧは、飛翔方向が傾いている場合である。傾斜量は図に示すように、理想的な飛翔方向からのずれ角θとして、撮影画像から抽出できる。

そのほかに、飛翔液滴２１の直径から飛翔液適量が算出できる。また、撮影される飛翔液滴２１のブレからは、飛翔の不安定が求められる。飛翔が不安定になると照明発光のタイミングでの液滴位置が不安定になるために、薄くぼけたような画像が得られることになる。もちろん、不吐出ノズルについても飛翔特性検出手段１０によって検出可能である。

本実施例では、以上のような方法で飛翔するインク液滴２１の画像情報を得て、飛翔特性算出手段１６により液滴飛翔画像情報１８を分析することで、インクジェットヘッド２４の各ノズルにおける飛翔液滴２１の飛翔速度，飛翔位相，飛翔角度，飛翔液適量，飛翔安定性などを算出する。

本実施例では、吐出動作中のインク液滴２１をはさむように、飛翔液滴照明手段２２と飛翔画像検出手段１９を配置したが、飛翔液滴照明手段２２を飛翔画像検出手段１９側に配置し、液滴による反射光を捕らえることで、同様の飛翔特性検出も可能である。飛翔液滴照明手段２２と飛翔画像検出手段１９の配置は、装置全体の構成および配置スペースを考慮して決定すればよい。

本実施例の飛翔特性検出手段１０は、インクジェット装置全体プロセスを管理制御するインクジェット装置プロセス制御手段５からの飛翔特性検出手段制御情報７である動作指令にもとづいて動作する。飛翔特性検出手段１０は、飛翔特性検出システム制御手段１５により、飛翔液滴照明手段２２と飛翔画像検出手段１９と飛翔特性算出手段１６が制御される。飛翔特性算出手段１６により算出されたインクジェットヘッドの各ノズルにおける飛翔特性情報１３は、インクジェットヘッド管理手段３に送られる。

インクジェットヘッド管理手段３は、飛翔特性検出手段１０により得られた飛翔特性を基づくインクジェットヘッド駆動条件設定情報１４を、ヘッド駆動条件設定手段９に与える。ヘッド駆動条件設定手段９は、インクジェット装置に搭載されているインクジェットヘッド２４の駆動条件設定を行うもので、複数のインクジェットヘッド２４を搭載している場合は、各インクジェットヘッドの各吐出ノズルに、駆動電圧，駆動位相，駆動波形などの条件を設定できる。また、ヘッド駆動条件設定手段９は、設定した駆動条件としてヘッド駆動制御情報８を、インクジェット装置プロセス制御手段５の要請に応じて伝える。
本実施例におけるインクジェットヘッドの駆動回路では、各ノズルに独立のＦＥＴによる駆動回路を構成することでノズルごとに駆動電圧，駆動位相，駆動波形などの条件を設定できるように構成した。

図４は、本実施例のヘッド駆動条件設定手段９による駆動波形の制御手法を説明するための図である。各ノズルに送られる駆動波形を模式的に示している。

ノズルＡ，Ｂ，Ｄ，Ｆは同じ駆動波形を与えている。これに対して、ノズルＣは、駆動波形の最大電圧Ｖ₂を標準駆動波形の最大電圧Ｖ₁より小さくしている。これによって、インクを噴出すために設けられているノズルＣの液滴吐出用圧電素子の変形量は小さくなり、結果として、飛翔速度を遅くすることができる。

ノズルＥは、駆動波形のタイミングを時間ｔ₁だけ遅くした例を示している。これにより、ノズルＥの吐出タイミングはｔ₁だけ遅くなる。

本実施例のノズルの駆動波形は、簡単なものを示したが、インクジェットヘッド２４の構造や種類によって、様々な駆動波形が用いられる。これら駆動波形の変更によって、飛翔液適量なども調整可能であることが知られている。

インクの飛翔角度ずれについては、主にノズル室のつまりやノズル表面の汚れなどに起因する場合が多い。この為、画質に影響を与えるレベルの飛翔角度ずれが生じた場合は、メンテナンス動作などによるインクジェットヘッドの洗浄による対応が必要である。

図５に、本実施例の制御を実施する前と実施した後のインクジェットヘッド２４から吐出する液滴の状態を模式的に示す。本実施例の技術を用いて、飛翔特性検出手段１０により得られた飛翔特性をもとに、ヘッド駆動条件設定手段９の制御を行うことで、不均一な飛翔特性を示すインクジェットヘッドを均一な飛翔特性に改善することができる。これによって、着弾精度などの塗布性能を向上および安定に維持することが可能となる。

図１に示される本実施例のインクジェットヘッド管理システムにおけるインクジェットヘッド管理手段３は、ヘッド駆動条件設定手段９が設定しているインクジェットヘッド２４の各ノズルの駆動条件とともに、飛翔特性検出手段１０によりインクジェットヘッド２４の各ノズルの飛翔特性を有しているので、これらの情報からノズルのメンテナンスタイミングやメンテナンスモードを特定することが可能となる。このタイミングは特定したモードは、ヘッドメンテナンス制御手段１１に対して与えるヘッドメンテナンス制御情報１２に反映する。

最も簡単なメンテナンスタイミングやメンテナンスモードの特定手法の一実施例を、以下で説明する。インクジェットヘッド管理手段３は、飛翔特性検出手段１０で得られた飛翔特性をもとに、インクジェットヘッド２４の各ノズルの駆動条件を変更しながら、塗布動作を実施するが、ノズルの飛翔特性を修正するためのノズル駆動条件の設定値が予め定めた範囲を超えた場合に、メンテナンスが必要と判断する。

また、その際の各ノズルの飛翔特性および駆動条件により、メンテナンス手段を特定することが可能となる。例えば、ノズルごとの飛翔速度低下や飛翔位相ずれなどは、各ノズル室のインク流れが悪くなっていることが予測され、ノズル室のインクを加圧や吸引することでの洗浄方法が行われる。

また、全ノズルの平均値としての飛翔速度低下や飛翔位相ずれなどは、インク粘度などの物性変動が予測されることから、インクの粘度調整や置換などのメンテナンスが必要となる。

ノズルごとにインクの曲がりや飛翔の不安定さが検出された場合は、インクジェットヘッド２４のノズル面（インク噴出し面）の汚れなどが要因であると予測されるので、インクジェットヘッド２４のノズル面洗浄などのメンナンスを行うことが必要と判断できる。
また、全ノズルにおいて、曲がりや飛翔の不安定さが検出された場合は、インク物性変化と推定され、ノズル面洗浄とともに、インク置換などの必要となる。

実際は、これらの判定および対策としてのメンテナンス方式は、使用するインクの物性，インクジェットヘッド構造や特性，インク供給システムなどによっても変わるので、適用するシステムや使用するインクの物性ごとに適正な制御条件を決める必要がある。

インクジェットヘッド２４のメンテナンスシステムとしては、インクジェットヘッド２４に供給するインク圧力を増加して、ノズルなどから押出す加圧パージや、ノズル口を負圧にしてノズル面から内部のインクを吸引する吸引パージ、また、逆にノズルをインクに侵漬するとともに加圧して、インクを吐出するノズル孔からインクを押し込むことで洗浄する逆加圧洗浄，ノズル表面の吸引や拭取りによる表面洗浄など各種方式とともに、これらの改良方式など種々の方式が提案されている。メンテナンス方式およびモードは、使用するインクやインクジェットヘッドおよびシステム構成に依存する。このため、メンテナンスモード選定は、搭載されているメンテナンスシステムによることは、言うまでもない。実際のインクジェットシステムにおける判断制御手段の詳細は、これらを勘案して、装置ごとシステムごとに決定する必要がある。

図１に示される本実施例のインクジェットヘッド管理システムにおけるインクジェットヘッド管理手段３は、インクジェットヘッド履歴情報２を記憶するインクジェットヘッド履歴記憶手段１を有している。

インクジェットヘッド履歴記憶手段１は、インクジェット装置に搭載されている少なくとも一つ以上のインクジェットヘッド２４について、インクジェットヘッド２４に設けられたノズル毎の飛翔特性検出結果と、ヘッド駆動条件設定変更内容および駆動条件設定タイミングと、メンテナンスモードとメンテナンスタイミングなどのインクジェットヘッド履歴情報２を記憶保持する。各インクジェットヘッド２４についてノズル毎にこれらの情報を記憶することで、経時的特性変化も把握することができ、高精度のインクジェットヘッド管理が可能となる。

経時的特性変化を利用したインクジェットヘッド管理手法の一実施例を、図６を用いて以下に説明する。図は、経時的特性変化を利用したインクジェットヘッドの管理手法を説明するために、駆動条件設定値の経時変化，駆動条件変更頻度の経時変化，メンテナンス実施頻度の経時変化を簡略化し、概念的に示した図である。

駆動条件設定値とは、前記の吐出ノズルごとの駆動電圧，駆動位相，駆動波形などの条件に相当する値である。広く概念を説明するために、図６中では駆動条件設定値と表記した。

実装置では、駆動条件ごとに下記のような管理をする。図６中の横軸は各ノズルの塗布回数のカウント値，経過時間，塗布対象物への塗布回数のカウント値など時間経過に関連する他のパラメータである。いずれのパラメータを用いても、本実施例の制御を実施することは可能である。しかし実装置では、本実施例のシステムを組込むインクジェット装置のインクやインクジェットヘッドなどの特性を鑑み、最も有効な横軸を選定し、制御をすることが望ましい。

図６（ａ）のグラフは駆動条件設定値の時間経過に基づき模式的に示している。縦軸は、駆動条件設定値を示し、上下のハッチング領域は、駆動条件設定可能範囲外を示す。この領域に、各ノズルの設定が入った場合は、メンテナンスにより、インクジェットヘッドを洗浄するなどの操作が必要となる。

図６（ａ）では、２つのノズルの経時変化モデルを示した。図６（ａ）中のノズルＡは、経時的に駆動条件設定値が増加し、ノズルＢは逆に経時的に駆動条件設定値が低下する。また、ノズルＢの駆動条件設定値の低下速度は、ノズルＡの駆動条件設定値の増加速度より早くなっている。もちろん、図は一例を示すものであり、インクジェットヘッドやインクや装置駆動条件・環境条件など様々な要因で、この特性は影響を受けることは言うまでもない。

図６（ａ）中における黒丸はノズルＡの、白丸はノズルＢの駆動条件設定値の変更タイミングを示す。また、駆動条件設定値が設定可能範囲外に到達したタイミングを表示する黒三角および白三角は、インクジェットヘッド２４の洗浄などのメンテナンス動作を実施したタイミングを示すものである。

図６（ａ）では、ノズルＡおよびノズルＢともに、経時的に駆動条件設定値がほぼ一定のペースで、増加および低下し、駆動条件設定値が設定可能範囲外に到達した時点で、メンテナンス動作が行われ、駆動条件設定値が、設定範囲の中央付近に復旧している様子を示している。

次に、図６（ｂ）のグラフは、駆動条件変更頻度を縦軸にして、時間経過に基づき模式的に示したものである。駆動条件変更頻度とは、規定のカウント数や経過時間内における駆動条件変更を実施した回数を求めた値である。

図６（ｂ）の左側の灰色の領域は、図６（ａ）の領域に相当する領域である。図６（ｂ）の下側欄外に示した黒三角マークおよび白三角マークは、図６（ａ）で説明したメンテナンス動作を実施したタイミングを表す。また、図６（ｂ）の上部ハッチング領域は、駆動条件変更頻度の限界領域であり、駆動条件変更頻度がこのレベルに到達した場合は、何らかの対策が必要となる領域である。

本実施例では、この領域に到達した際には、通常のメンテナンスより細部に対しても清浄力を高めたメンテナンスモードを実施することで、インクジェットヘッドの特性を復旧させるものとした。この限界領域レベルについては、搭載するインクジェット装置のインクジェットヘッドやインクの特性とともに、装置駆動条件などを考慮して、予め設定しておく必要がある。

図６（ｂ）に示したように、駆動条件変更頻度は経時的に徐々に増加し、やがて駆動条件変更頻度限界に到達する。このとき、黒三角マークおよび白三角マークで示された通常のメンテナンスモードと異なり、より丁寧にインクジェットヘッドを洗浄し、特性を復旧させるメンテナンスモードを実施することで、インクジェットヘッドを初期状態に復帰させる。この強力なメンテナンスモードの実施タイミングを、図６（ｂ）では２つ縦に並べた黒三角マークや２つ縦に並べた白三角マークで示している。

本実施例において説明したように、強度の異なる複数のメンテナンスモードを用いている利点は、以下のとおりである。インクジェットヘッドを強力に洗浄するメンテナンスモードは、インクの完全置換などを実施することから、一般にメンテナンス動作に非常に長い時間を要する。動作時間の長いメンテナンスを頻繁に行うことは、インクジェット装置の実塗布動作速度の低下になるとともに、無駄なインク消費を増大させることになる。

そこで、通常はメンテナンス時間が短くかつインクの消費量の少ない通常メンテナンスモードを実施し、インクジェットヘッドが、この通常メンテナンスモードでは、復旧不可能となった時点で強力なメンテナンスモードを実施する。

このことにより、実塗布動作速度の低下を最小限に抑えるとともに、インクの消費量を低減することが可能となる。本実施例のインクジェットヘッドの管理制御システムは、これを可能とする方式である。

最後に、最下の図６（ｃ）のグラフはメンテナンス実施頻度を縦軸にして、時間経過を模式的に示したものである。メンテナンス実施頻度とは、規定のカウント数や経過時間内におけるメンテナンス動作を実施した回数を求めた値である。本実施例では、上記通常モードの実施頻度を示しているが、通常メンテナンス頻度と強力メンテナンス頻度を分けて管理し、インクジェットヘッドの管理指標として用いる方法も考えられる。メンテナンスモードの種類や強度も、本システムを搭載するインクジェット装置のインクジェットヘッドや利用するインクの特性や動作モードによるので、装置ごと適切な管理システムは異なる。但し、基本的な管理制御方式としては、本実施例の手法を利用することができる。

図６（ｃ）の左側で背景が灰色の領域は、図６（ｂ）の領域に相当する領域である。また、図６（ｃ）の上部ハッチング領域は、メンテナンス実施頻度の限界領域である。メンテナンス実施頻度がこのレベルに到達した場合は、更なる何らかの対策が必要となる領域である。本実施例では、この領域に到達した際には、インクジェットヘッドを寿命と判定することとしている。図中の黒四角マークおよび白四角マークは、インクジェットヘッドの交換タイミングつまり寿命を示している。

寿命を判定する代わりに、もちろん、図６（ｂ）で説明した強力なメンテナンスモード以上の強力なメンテナンスを実施するなどして、インクジェットヘッドの特性を復旧させるような制御方式も考えられる。この限界領域レベルや対処方式については、搭載するインクジェット装置のインクジェットヘッドやインクの特性とともに、装置駆動条件などを考慮して予め設定しておく必要がある。

上記実施例の方式では、インクジェットヘッドの寿命を判定するメンテナンス実施頻度を、インクジェットヘッド管理手段３が常にモニタしていることになるので、メンテナンス実施頻度の限界領域つまり、インクジェットヘッドの交換時期よりも前に、インクジェットヘッドの交換時期つまり寿命を判定することが可能となる。

これらのインクジェットヘッド管理手段の動作は複雑ではあるが、現在のＣＰＵやメモリを搭載したプログラミング可能な制御システムを用いれば、比較的容易に実現可能であるとともに、使用するインクジェットヘッドやインク更には動作モードに合わせた最適化なども可能である。一般的なファジー理論やニューラルネットシステムの考え方を導入することで、多数のインクジェットヘッドおよびノズルについての高度かつ高精度なインクジェットヘッド管理システムを構築することが可能となる。

さらに、本システムでは、例えば駆動条件設定値の経時変化，駆動条件変更頻度の経時変化，メンテナンス実施頻度の経時変化を管理することから、駆動条件変更タイミングや変更量，メンテナンスタイミングやモード，インクジェットヘッド寿命などを、事前に予測することが可能になり、アラームなどの予報機能を実現することが可能となる。この予報機能は、インクジェット装置の効率的な管理運営上、有効な機能であることは言うまでもない。

最後に、本実施例で説明したインクジェットヘッド管理システムを搭載するインクジェット装置の全体構成に関する一実施例を、図７を用いて説明する。

本実施例で説明したシステムを搭載する図７に示したインクジェット装置は、インクジェットヘッド２４から液体を噴出して塗布対象基板３４の上に付着させるものである。インクジェット方式を利用することができればインクのみならず他の液体や、液体に微小な固体を混入させてもよい。本実施例においては、塗布対象基板３４として液晶ガラス基板を想定して説明する。

最も大型な構造物であるステージ３１の上に、このステージ３１をまたぐ門型のインクジェットヘッドガイドレール３８を有している。

ステージ３１上の移動テーブル３２は、門型ガイドレール３８をくぐるテーブル移動方向３３の矢印の方向に移動するために、例えばステージ３１に設けられた軌道と、移動テーブル３２がその軌道に沿って移動するための駆動機構を有する。

インクジェットヘッド２４や供給用液体タンク２９及び回収用液体タンク２８などを具備するインクジェットシステムブロック３７は、テーブル移動方向３３と直交するシステムブロック移動方向３０の方向に移動可能に門型ガイドレール３８に設けられている。例えば、門型ガイドレール３８に設けられた軌道と、インクジェットシステムブロック３７がその軌道に沿って移動するための移動機構を有する。

インクジェットシステムブロック３７に搭載されたインクジェットヘッド２４は、ステージ３１の移動テーブル３２上に配置された塗布対象基板３４に対して、数百μｍのギャップで近接設置する。

インクジェットヘッド２４へ供給する液体を溜める供給用液体タンク２９や供給用液体タンク２８などの液体供給／回収系は、インクジェットシステムブロック３７上において、インクジェットヘッド２４の上方に配置されている。

実際の塗布動作においては、ステージ３１の移動テーブル３２上に塗布対象基板３４を所定位置に搭載し、インクジェットヘッド１２を所定の初期位置へ移動する。液体塗布を開始すると、移動テーブル３２を移動しながらインクジェットヘッド２４から液体を吐出して塗布対象基板３４に液体を塗布する。

次に、インクジェットシステムブロック３７を移動させてインクジェットヘッド２４を次の塗布位置に位置決めして、同様の動作を繰返し、移動テーブル３２上に搭載されて固定された塗布対象基板３４上に、面状塗布動作を行う。

一面の動作を行ったインクジェットヘッド２４は、インクジェットシステムブロック３７ごと、門型ガイドレール３８上を図７の右端部まで移動する。

図７に示した実施例における装置は、門型ガイドレール３８図７の右端部側に飛翔特性検出機構３５を配置している。この位置でインクジェットヘッド２４の吐出動作と検査動作を実施する。

インクジェットヘッド２４の吐出常態の検査を実施した後は、インクジェットシステムブロック３７ごと再び門型ガイドレール３８上を移動し、塗布対象基板３４の塗布動作を実施する。塗布対象基板３４の交換は、飛翔特性検査中に行うことで、飛翔特性検査による塗布速度の低下は最小限にすることが可能である。

図７の実施例の装置では、図中左端部側には、メンテナンスユニット３６を実装している。メンテナンスが必要になったインクジェットヘッド２４は、インクジェットシステムブロック３７ごと、門型ヘッドガイドレール３８上を図中左端部まで移動し、インクジェットヘッド管理システムの指示するメンテナンス動作を行うことになる。

メンテナンス動作後は、基本的に飛翔特性検出機構３５によるインク吐出特性の確認を行うことが望ましい。

図７の実施例の装置では、飛翔特性検出機構３５とメンテナンスユニット３６を門型ヘッドガイドレール３８の両側に配置されているが、飛翔特性検出機構３５とメンテナンスユニット３６を複合し、一方の側に搭載する配置も可能である。

また、門型ガイドレール３８の両側に、飛翔特性検出機構３５とメンテナンスユニット３６を対に配置した場合、インクジェットシステムブロック３７を２つ使用する場合にも対応することが可能となる。さらに、門型ガイドレール３８の表側と裏側を利用することで、最大４つのインクジェットシステムブロック３７を、一つの門型ガイドレール３８に搭載することが可能である。

このようにすることで、一台のインクジェット装置に数多くのインクジェットヘッドの搭載が可能となり、より効率的な装置の実現が可能となる。もちろん、各インクジェットシステムブロック３７上に、複数のインクジェットヘッド２４を搭載することにより、更に多くのインクジェットヘッドによる高速塗布動作も可能となる。

また、図７の実施例の装置では、テーブル３１の脇には、インクジェット装置全体を制御および操作するためのインクジェット装置制御操作ユニット３９を設け、上記のインクジェットヘッド管理システムの制御システムを、インクジェット装置制御操作ユニット３９の内部に一括して搭載することが可能である。インクジェット装置制御操作ユニット３９にモニタや表示装置などを設けて前記したメンテナンス情報や各種アラームを確認することができる。

以上のような本実施例の構成を有するインクジェットヘッド管理システムを搭載したインクジェット装置では、飛翔特性変化やむらに伴う着弾位置精度の低下を抑制することができるとともに、インクジェットヘッドの各ノズルの不吐出が発生する前に、メンテナンス動作を実施できる。さらに、効率的かつ適切なメンテナンスモードの選定が可能となるとともに、インクジェットヘッドの寿命予測も可能となる。

上記構成によれば、インクジェットヘッドの各ノズルの飛翔速度，吐出位相，吐出液適量などの飛翔特性を検出し、インクジェットヘッドの各ノズルの駆動電圧，駆動タイミング，駆動波形などのヘッド駆動条件を制御することから、インクジェットの各ノズルにおける個体差，経時変化，汚れ／異物／気泡などによる飛翔特性変化やむらに伴う着弾位置精度の低下を抑制することができる。

また、上記構成によれば、インクジェットヘッドの各ノズルにおける飛翔特性検出結果やヘッド駆動条件をもとに、インクジェットヘッドのメンテナンスタイミングおよびメンテナンス手段の選定を行うので、インクジェット各ノズルの不吐出が発生する前に、メンテナンス動作を実施できるとともに、適切なメンテナンスモードを選定が可能となり、効率の良いメンテナンスを実現できる。

さらに、上記構成では、インクジェットヘッドおよびそのノズルごとの履歴情報を用いることから、各インクジェットヘッドのメンテナンスタイミングおよびメンテナンス手段、さらにはインクジェットヘッドの寿命予測を高精度に行うことができるようになり、インクジェットヘッドの利用効率とインクジェット装置の高い稼動率を高度に両立することができるインクジェット装置を提供することが可能となる。

また、本実施例においては、インクジェットヘッドの利用効率とインクジェット装置の高い稼動率を高度に両立することができるインクジェット装置を提供することができる。

本発明の一実施例であるインクジェット装置におけるインクジェットヘッド管理システムの基本構成を説明する図。 一実施例における飛翔特性検出手段の構成を説明する図。 本実施例の飛翔特性検出手段により撮影される液滴飛翔画像から、飛翔特性を算出する方法を説明する図。 一実施例のヘッド駆動条件設定手段による駆動波形の制御方法を説明する図。 本発明の一実施例における制御を実施する前と実施した後のインクジェットヘッドから吐出する液滴の状態を説明する図。 経時的特性変化を利用したインクジェットヘッドの管理方法を説明する図。 本発明の一実施例におけるインクジェットヘッド管理システムを搭載するインクジェット装置の全体構成の一実施例を説明する図。

符号の説明

１ インクジェットヘッド履歴記憶手段
２ インクジェットヘッド履歴情報
３ インクジェットヘッド管理手段
４ プロセス動作情報
５ インクジェット装置プロセス制御手段
６ メンテナンスプロセス制御情報
７ 飛翔特性検出手段制御情報
８ ヘッド駆動制御情報
９ ヘッド駆動条件設定手段
１０ 飛翔特性検出手段
１１ ヘッドメンテナンス制御手段
１２ ヘッドメンテナンス条件情報
１３ インクジェットヘッド飛翔特性検出結果情報
１４ インクジェットヘッド駆動条件設定情報
１５ 飛翔特性検出システム制御手段
１６ 飛翔特性算出手段
１７ 飛翔画像検出手段制御情報
１８ 液滴飛翔画像情報
１９ 飛翔画像検出手段
２０ インク液滴回収手段
２１ 飛翔するインク液滴
２２ 飛翔液滴照明手段
２３ 飛翔液滴照明手段から照射された光
２４ インクジェットヘッド
２５ インクジェットヘッド制御情報
２６ 飛翔液滴照明手段制御情報
２７ 理想的な飛翔をするインク液滴を撮影した際の飛翔方向および飛翔位置を示す補助線
２８ 回収用液体タンク
２９ 供給用液体タンク
３０ システムブロック移動方向
３１ ステージ
３２ 移動テーブル
３３ テーブル移動方向
３４ 塗布対象基板
３５ 飛翔特性検出機構
３６ メンテナンスユニット
３７ インクジェットシステムブロック
３８ 門型ガイドレール
３９ インクジェット装置制御操作ユニット

Claims (9)

1. 複数のノズルを有するインクジェットヘッドから機能液体を吐出させ、液滴受容部材に所定のパターンで液滴の塗布を行うインクジェット装置において、インクの飛翔状態を検出する飛翔特性検出手段と、前記インクジェットヘッドの各ノズルの駆動条件を制御するヘッド駆動条件設定手段と、前記飛翔特性検出手段による検出結果にもとづいて、前記インク駆動条件制御手段の設定条件を制御するインクジェットヘッド管理手段とを有するインクジェット装置。
2. 請求項１記載のインクジェット装置において、前記飛翔特性検出手段は、前記インクジェットヘッドの各ノズルから吐出する液滴の飛翔特性のうち、吐出された液滴の飛翔速度，吐出位相，吐出液適量，飛翔曲がりの中から少なくとも一つ以上を検出することを特徴とするインクジェットヘッド管理方法およびそれを用いたインクジェット装置。
3. 請求項２記載のインクジェット装置において、前記飛翔特性検出手段は、規定の周波数でインクジェットヘッドを駆動して液滴吐出動作を行わせるとともに、該規定の周波数で発光し該飛翔液滴を照明する飛翔液滴照明手段と、該飛翔液滴照明手段により照明された飛翔液滴の画像を撮影する飛翔液滴画像検出手段および撮影した飛翔液滴画像から液滴の飛翔速度，飛翔位相，飛翔角度，飛翔液適量，飛翔液滴ぶれのうち一つ以上を算出する飛翔特性算出手段を有することを特徴とするインクジェット装置。
4. 請求項１に記載のインクジェット装置において、前記ヘッド駆動条件設定手段は、前記インクジェットヘッドの各ノズルの駆動電圧，駆動タイミング，駆動波形などのヘッド駆動条件のうち少なくとも一つ以上を設定することを特徴とするインクジェット装置。
5. 請求項１記載のインクジェット装置において、前記インクジェットヘッド管理手段は、該飛翔特性検出手段により検出された飛翔特性および該ヘッド駆動条件設定手段に設定されたヘッド駆動条件の履歴を、少なくとも一つ以上の前記インクジェットヘッドごとに記憶するインクジェットヘッド履歴記憶手段を有することを特徴とするインクジェット装置。
6. 請求項１から５の何れかに記載のインクジェット装置において、インクジェットヘッドへのインク導入、つまり解消，気泡除去，ノズル面洗浄，洗浄液置換などのメンテナンス工程のうち少なくと一つ以上を行うヘッドメンテナンス手段を有することを特徴とするインクジェット装置。
7. 請求項５記載のインクジェット装置において、前記インクジェットヘッド管理手段が、前記飛翔特性検出手段の検出結果、前記ヘッド駆動条件設定手段の設定条件，前記インクジェットヘッド履歴記憶手段に記憶されている検出および設定履歴をもとに、前記ヘッドメンテナンス手段によるインクジェットヘッドのメンテナンスタイミングとメンテナンス工程を決定することを特徴とするインクジェット装置。
8. 請求項７記載のインクジェット装置において、前記インクジェットヘッド管理手段は、前記飛翔特性検出手段の検出結果、前記ヘッド駆動条件設定手段の設定条件とともに、メンテナンス実施タイミングや実施工程などのメンテナンス履歴を、前記インクジェットヘッド履歴記憶手段に記憶することを特徴とするインクジェット装置。
9. 請求項８記載のインクジェット装置において、前記インクジェットヘッド管理手段は、前記飛翔特性検出手段の検出結果、前記ヘッド駆動条件設定手段の設定条件とともに、前記インクジェットヘッド履歴記憶手段に記憶されているに記憶されている検出および設定履歴およびメンテナンス履歴をもとに、前記インクジェットヘッドの寿命を推定または判定し、ヘッドの交換予報・催促ならびに交換信号を発生することを特徴とするインクジェット装置。

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