JP2021160314A

JP2021160314A - インクジェットヘッドにより液材料を吐出する装置を有するシステム

Info

Publication number: JP2021160314A
Application number: JP2020066668A
Authority: JP
Inventors: 修一山口; Shuichi Yamaguchi; 靖志堀; Yasushi Hori
Original assignee: MICROJET KK
Current assignee: MICROJET KK
Priority date: 2020-04-02
Filing date: 2020-04-02
Publication date: 2021-10-11
Anticipated expiration: 2040-04-02
Also published as: JP7535292B2

Abstract

【課題】インクジェットを用いた装置の適用範囲を拡大する。
【解決手段】インクジェットヘッドにより液材料を吐出する装置を有するシステムを提供する。システム１は、個々のインクジェットヘッドの吐出特性と前記個々のインクジェットヘッドの識別情報とが関連付けられたデータベースと、吐出する装置の吐出対象の液材料について想定された仮の属性に対し、インクジェットヘッドの識別情報により得られた吐出特性に基づいて、最適化された駆動パルスを生成するための第１の最適化情報を提供する最適化ユニットを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェットヘッドにより液材料を吐出する装置を有するシステムに関するものである。

特許文献１には、プリントプラットフォームと、各インクカートリッジのプリント角度を制御することで、間接的に各種溶液材料のインクジェットプリント精度を制御するためのインクカートリッジ自動回転装置と、インクジェットプリント過程においてプリントヘッドを自動的にクリーニングするためのヘッド自動クリーニング装置と、収集したプリントヘッドのフラッシュジェット時のインク滴画像を前記制御ユニットにフィードバックして処理し、プリントヘッドのすべての吐出孔の良否を観察し、インクジェットパラメータの最適化設定を行うためのプリントヘッドインク滴観察装置と、各種溶液材料を収納したインクカートリッジをプリントプラットフォームに切り替えてインクジェットプリントを行うための搬送ユニットと、プリントプラットフォームに切り替えられたインクカートリッジを制御してプリントプラットフォームにおいて移動させ、インクジェットプリント、ディスペンシング及びナイフ塗布、加熱及び気圧などの制御ユニットのコマンドに応答する装置を駆動する制御ユニットとを備え、搬送ユニットは、それぞれ各種溶液材料を収納するための複数のインクカートリッジと、制御ユニットのコマンドに応答して、現在のプリントステップに基づいて、対応した溶液材料を収納するインクカートリッジをプリントプラットフォームに切り替える切替制御装置とを含む、三次元プリンタを提供することが記載されている。

特表２０１９−５３４１６９号公報

従来、インクジェットを用いた装置の使用者が、液材毎に吐出条件を最適化する必要があることが、インクジェット技術を用いたアプリケーションの適用範囲を拡大する際の課題の１つであった。

本発明の態様の１つは、インクジェットヘッドにより液材料を吐出する装置を有するシステムである。吐出する装置は、インクジェットヘッドの識別情報を取得するユニットと、インクジェットヘッドのアクチュエータに対し、液材料を吐出するための駆動パルスを供給するユニットと、インクジェットヘッドから吐出された液滴の状態を検出する検査ユニットとを含む。このシステムは、さらに、個々のインクジェットヘッドの吐出特性と個々のインクジェットヘッドの識別情報とが関連付けられたデータベースと、吐出する装置の吐出対象の液材料について想定された仮の属性に対し、識別情報により得られたインクジェットヘッドの吐出特性に基づいて、最適化された駆動パルスを生成するための第１の最適化情報を提供する最適化ユニットを有する。さらに、最適化ユニットは、第１の最適化情報に基づき生成された駆動パルスにより吐出された液滴の状態を検査ユニットにより検出し、識別情報により得られたインクジェットヘッドの吐出特性に基づき吐出対象の液材料の吐出に関する実の属性を想定し、想定された実の属性に対して駆動パルスを動的に最適化する第２の最適化情報を提供する動的最適化ユニットを含む。

吐出対象の液材料の属性、例えば、溶媒、溶質、溶質濃度、粘度、比重、体積弾性率、および表面張力を精度よく取得することはそれほど容易なことではなく、また、吐出する装置が設置されている環境における温度、湿度、気圧など、あるいは時間的な経過により属性の値が変動することも多い。このシステムにおいては、吐出対象の液材料について、ユーザーからの情報、吐出する装置において得られる情報などから、吐出対象の液材料の属性を仮の属性として、最適化ユニットがインクジェットヘッドの識別情報に関連付けられたインクジェットヘッドの吐出特性と仮の属性とに基づいて第１の最適化情報を提供する。

第１の最適化情報に基づき生成された駆動パルスが吐出対象の液材料を吐出する駆動パルスとして最適であればそれでよいが、通常は、吐出可能であっても最適であるとは言えない。このため、動的最適化ユニットにより、吐出された液滴の状態を検査ユニットにより検出し、その結果から、逆に、インクジェットヘッドの吐出特性に基づき吐出対象の液材料の吐出に関する実の属性を想定し、想定された実の属性に基づいて、その都度得られる実の属性に基づいて動的に駆動パルスを最適化する第２の最適化情報を提供する。このため、吐出対象の液材料の属性が明確に判明しない場合であっても、また、温度などの環境の変化や時間的な経過により属性が変化した場合であっても、吐出対象の液材料の吐出に適した駆動パルスにより吐出する装置を稼働させることができる。液材料の吐出に関する実の属性は、インクジェットヘッドの吐出特性との相関があればよく、吐出対象の液材料の実際の属性と同一であってもよく異なっていてもよい。

最適化ユニットは吐出する装置と一体で提供されてもよく、ネットワークを介して吐出する装置と接続されていてもよい。最適化ユニットは、データベースとともに、ネットワーク（クラウド）に接続したサーバーなどに実装されてもよく、ネットワークを介して、吐出する装置に対して情報を提供する情報提供装置として提供されてもよい。

本発明の他の態様の１つは、情報提供装置により、インクジェットヘッドにより液材料を吐出する装置に対し、インクジェットヘッドから液材料を吐出するために最適化された駆動パルスを生成するための情報を提供する方法である。当該方法は、情報提供装置が、吐出する装置の吐出対象の液材料について想定された仮の属性に対し、識別情報により得られたインクジェットヘッドの吐出特性に基づいて、最適化された駆動パルスを生成するための第１の最適化情報を提供することと、第１の最適化情報に基づき生成された駆動パルスにより吐出された液滴の状態を検査ユニットにより検出し、識別情報により得られたインクジェットヘッドの吐出特性に基づき吐出対象の液材料の吐出に関する実の属性を想定し、想定された実の属性に対して駆動パルスを動的に最適化する第２の最適化情報を提供することとを有してもよい。

最適化ユニットは、属性の異なる複数の液材料を、吐出特性の異なるインクジェットヘッドから吐出するための複数の駆動パルスを含む教師データに基づいて、吐出対象の液材料の属性とインクジェットヘッドの吐出特性とから最適化された駆動パルスを生成するための情報を生成するように機械学習された駆動パルス生成モジュールを含んでもよい。また、検査ユニットは、液滴の状態として、液滴の飛翔経過を含む画像情報を取得する画像取得ユニットを含み、最適化ユニットは、属性の異なる複数の液材料を、所定の駆動パルスにより、吐出特性の異なるインクジェットヘッドから吐出したときの飛翔経過を含む教師データに基づいて、インクジェットヘッドの吐出特性と飛翔経過から、液材料の属性を想定するように機械学習された属性想定モジュールを含んでもよい。

システムの一例を示すブロック図。システムの制御の一例を示すフローチャート。画像情報の一例を示す図。

図１に、本発明の実施形態の１つに関し、インクジェットヘッドを用いた吐出装置を有するシステムの概要を示している。このシステム１は、ピエゾインクジェット法により１種類以上のバイオマテリアル液材などの各種機能性液材料（液材料）９を目的の基材８に対し正確かつ、安定した塗布を行うことを目的としたシステムである。吐出装置（吐出する装置）１０は、１つ以上のインクジェットヘッド１１と、インクジェットヘッドの１１のアクチュエータ１２に対し、液材料９を吐出するための駆動パルス１３を供給するユニット（インクジェットヘッド制御部）１４とを含む。

１種類以上のバイオマテリアル液材などの機能性液材料９を一括で取り扱いながら、正確な位置に必要なタイミングで塗布を行う吐出装置１０、例えば、インクジェット製造装置を運用するためには、従来、インクジェット技術の課題であった、液材毎に吐出条件の最適化が必要、安定吐出状態の維持、製造したチップ部品等のトレーサビリティの確保といった課題を解決する必要がある。本システム１においては、上記の課題解決を製造装置の使用者（ユーザー）に求めずに、吐出装置１０自身により、または吐出装置１０とクラウド（インターネット）６を経由して通信可能な情報処理装置（サーバー）５０により提供する。本システム１により、ユーザーは、高品質、高信頼性を有した吐出装置１０を得ることができる。また、吐出装置１０と、吐出装置１０を制御するアプリケーション１８とを備えた、高品質、高信頼性の製造装置１９を提供することができる。

吐出装置１０は、インクジェットヘッド１１を含む。インクジェットヘッド１１の一例は、バイオマテリアル液材などの各種機能性液材料９をピコリットルオーダーで微量吐出させるものである。吐出装置１０は、ヘッド制御部１４を含む。インクジェット技術は、液材毎に吐出条件の最適化が必要となり、ヘッド制御部１４は、その吐出条件に適した駆動パルス１３をインクジェットヘッド１１のアクチュエータ１２に電気信号で伝達する。吐出装置１０は、ヘッドＩＤ管理部１５を含む。ヘッドＩＤ管理部１５は、吐出装置１０に現在搭載されているインクジェットヘッドの識別情報ＩＤ６１を取得する。ＩＤ６１により、サーバー５０に保管された当該ヘッド１１の出荷時の記録やこれまでの使用履歴、これまでの使用時の吐出状態等と現在の吐出状態についての比較を行う際のリファレンスとすることができる。

吐出装置１０は、ヘッド圧力制御部２１を含む。ヘッド圧力制御部２１は、機能性液材料９のインクジェットヘッド１１内への充填や、ノズルメニスカス面の保持を目的として、−０．１ｋＰａ単位の微負圧制御並びに、加圧制御を行う。

吐出装置１０は、インクジェットヘッド１１から吐出された液材料９の液滴９ａの状態を検出する検査ユニット３０を含む。検査ユニット３０は、液滴９ａの状態として、液滴の飛翔経過を含む画像情報６５を取得する画像取得ユニット３１を含む。検査ユニット３０は、さらに、吐出条件の最適化を行う際の液滴の速度計測や、液滴形状評価を行う際に必要となる液滴観察用発光部の制御を行う液滴観察制御部３２と、インクジェットヘッド１１を使用した機能性液材料を対象基材にスポットする際に、吐出トリガに同期させて液材の吐出有無を光学センサにより、１滴毎にセンシングする液滴通過検知部３３とを含む。画像取得ユニット３１は、製造されるバイオチップ等の基材８に対し、正確な吐出が行われているのか否かなどを、飛翔経過を含めた画像として、カメラ３５ａおよび３５ｂから取得する。得られた画像情報６５は、クラウド６を介してサーバー５０に提供される。画像情報６５は、ユーザーがアクセス可能なクラウドに保存されてもよい。液滴観察カメラ３５ｂはインクジェットヘッド１１から吐出された飛翔中の液滴９を、基材着滴観察カメラ３５ａは、基材８に着滴した際の機能性液材料の着滴状態を撮影する。

吐出装置１０は、さらに、アプリケーション１８からのコマンドに基づいて、インクジェットヘッド１１からの機能性液材料９の吐出タイミングを制御するトリガ入出力部２２を含む。液滴観察を行う際は、吐出装置１０の内部ユニットのトリガを使用し、製造時の吐出はアプリケーション１８から供給される外部トリガを使用してもよい。

吐出装置１０は、クラウド６とＷｉＦｉなどのアクセス手段を用いて通信する通信インターフェイス２５を含む。通信インターフェイス２５が吐出装置１０の全体の制御を行ってもよい。吐出装置１０は、吐出装置１０の設置場所の温度、湿度情報、気圧などを含む環境情報６３と、吐出対象の液材料９の属性６４とを含む吐出環境情報６２を取得する環境情報取得ユニット（情報取得ユニット）２６を含む。情報取得ユニット２６は、液材料９の属性６４を得るために粘度計測センサや液滴の質量計測センサ等を備えていてもよく、ヘッド圧力制御部２１などの液材料９を取り扱うユニットからの情報に基づき液材料９の属性６４に関わる情報を取得してもよい。

液材料９の属性６４は、溶媒、溶質、溶質濃度、粘度、比重、体積弾性率、および表面張力のいずれかを含んでいてもよい。液材料９の属性６４はこれらに限定されない。これらの属性（特性）６４に関わる情報は温度、湿度あるいは圧力などの環境情報６３に依存する情報であってもよい。液材料９の属性６４は、吐出装置１０が、液材料９を取り扱う段階で自動的に取得してもよく、ユーザーがユーザー端末４０から入力してもよい。例えば、吐出対象の液材料９が市販された材料であれば、ユーザーがそのメーカー名と製品名とを入力することにより、サーバー５０において、液材料９の公開されている属性情報６４を取得することができる。

クラウド６を介して吐出装置１０と通信可能なサーバー５０は、吐出装置１０に対して吐出に要する情報を提供する装置（情報提供装置）として機能する。サーバー５０は、クラウド６を介して通信する通信制御ユニット５３と、個々のインクジェットヘッド１１の吐出特性と個々のインクジェットヘッドの識別情報６１とが関連付けられたインクジェットヘッドデータベース５４と、市販されている液材料９の属性情報６４が温度などの環境情報６３と関連して補正できる状態で格納された属性データベース５５と、吐出装置１０のユーザー毎の情報が格納されたユーザーデータベース５６とを含む。属性データベース５５は、溶媒、溶質、溶質濃度、粘度、比重、体積弾性率、および表面張力を含む多種多様な属性情報が温度などの環境情報により補正できる情報を含んでいてもよい。

ユーザーデータベース５６は、ユーザーの吐出装置１０に対する情報提供の課金情報、例えば、サーバー５０から吐出装置１０に提供される情報に基づき吐出された液滴数あるいは液量に応じた課金情報、装置やインクジェットヘッドの稼働時間等に応じた課金情報などが含まれてもよい。ユーザーの吐出対象の液材料９の属性情報６４および、サーバー５０で、吐出のために判断あるいは得られた属性情報６８が、履歴としてユーザーデータベース５６に格納されていてもよい。サーバー５０により、ユーザーに対し、吐出装置１０により作業するための情報を迅速に提供できる。それとともに、その情報をサーバー５０に囲い込むことが可能となり、有償でユーザーに対して吐出装置１０により、様々な液材料９に対して安定して吐出性能が得られるサービスを提供できる。

サーバー５０は、吐出装置１０の吐出対象の液材料９について想定された仮の属性（６３）に対し、識別情報６１により得られたインクジェットヘッドの吐出特性に基づいて、最適化された駆動パルス６９を生成するための第１の最適化情報６６を提供する最適化ユニット５１を有する。この最適化ユニット５１は、第１の最適化情報６６に基づき生成された駆動パルス６９により吐出された液滴９ａの状態を、吐出装置１０の検査ユニット３０により検出し、識別情報６１により得られたインクジェットヘッド１１の吐出特性に基づき吐出対象の液材料９の吐出に関する実の属性（真の属性）６８を想定し、想定された実の属性６８に対して駆動パルス６９を動的に最適化する第２の最適化情報６７を提供する動的最適化ユニット５２としての機能を含む。第１の最適化情報６６および第２の最適化情報６７は、インクジェットヘッド１１のアクチュエータ１２、例えばピエゾ素子を稼働するための駆動パルス６９をヘッド制御ユニット１４が生成するための情報であればよく、駆動パルス６９の波形を示す情報であってもよく、駆動パルス６９を生成するためのデータ、関数などの情報であってもよい。

この最適化ユニット５１においては、まず、吐出装置１０またはユーザー端末４０から得られた属性情報６４を仮の属性情報として第１の最適化情報６６を吐出装置１０に供給する。最適化ユニット５１は、得られた仮の属性情報６４を温度などの環境情報６３により補正した情報に基づき、第１の最適化情報６６を吐出装置１０に供給してもよい。この第１の最適化情報６６に含まれる駆動パルス６９によりインクジェットヘッド１１から吐出された液滴９ａの動作が検査ユニット３０により所定の性能または精度が得られれば、吐出装置１０は所定の仕様で液材料９を吐出でき、所定の仕様の製品を製造できる。

多くのケースでは、吐出装置１０において測定または検出できる属性情報６４は、数、精度ともに十分ではない。また、市販されている液材料９においても、公開されている属性情報６４は幅があり、また、数も限られていることが多い。また、液材料９の濃度、不純物あるいは液材料９に含まれている細胞などの粒状物により液材料９の吐出に関する属性は変化する。したがって、この段階の駆動パルス６９によりインクジェットヘッド１１から吐出された液滴９ａが所定の仕様を満たす可能性は小さい。

しかしながら、吐出対象の液材料９についてある程度の属性情報６４が得られ、また環境情報６３により補正することにより、液材料９を吐出できないという最悪のケースは避けられる可能性が高い。そこで、最適化ユニット５１においては、動的最適化ユニット５２を用い、第１の最適化情報６６に基づき吐出された液滴９ａの状態、例えば、飛翔経過を画像情報６５として取得することにより、インクジェットヘッド１１の吐出特性との関係に基づき、吐出対象の液材料９の実の属性６８を求め、その実の属性情報６８に基づく駆動パルス６９を第２の最適化情報６７として吐出装置１０に供給する。実の属性情報６８は、液材料９の真の属性情報であってもよいが、液材料９を所定の状態で吐出するための駆動パルス６９を生成できる情報であればよく、液材料９の真の属性情報でなくてもよい。

動的最適化ユニット５２においては、第２の最適化情報６７を吐出装置１０に供給し、その結果となる吐出装置１０の検査ユニット３０からの画像情報６５を受信し、さらに、駆動パルス６９を最適化する処理を複数回繰り返してもよい。また、所定の仕様を満たす最適化された駆動パルス６９を含む第２の最適化情報６７が吐出装置１０に供給され、所定の作業が吐出装置１０で行われる場合も、定期的に、作業の区切れにおいて、環境情報６３の変化に応じて、あるいはランダムに、検査ユニット３０から画像情報６５を取得して実の属性情報６８の変化を捉え、駆動パルス６９の最適化を動的に継続してもよい。吐出装置１０における作業中は常に検査ユニット３０が液滴９ａの飛翔状態を検出し、駆動パルス６９を動的に最適化してもよい。

最適化ユニット５１は、属性の異なる複数の液材料９を、吐出特性の異なるインクジェットヘッド１１から吐出するための複数の駆動パルス６９を含む教師データに基づいて、吐出対象の液材料９の属性６４または６８とインクジェットヘッド１１の識別情報６１から導かれる吐出特性とから最適化された駆動パルス６９を生成するための最適化情報６６または６７を生成するように機械学習された駆動パルス生成モジュール（駆動パルス供給ＡＩ）５７を含んでもよい。市販されるインクジェットヘッド１１はロット単位で、または個別で、吐出特性が異なることが多い。これらの吐出特性の異なるインクジェットヘッド１１に対し、吐出対象となり得る、属性が異なる全ての液材料９について最適な駆動パルス６９を事前に求めておくことは不可能である。インクジェットヘッド１１の吐出特性と、液材料９の属性とから関数などに基づいて駆動パルス６９を最適化してもよい。吐出特性と属性情報とを含む教師データを用いて機械学習されたモデルを含む駆動パルス生成モジュール５７は、最適な駆動パルス６９を生成する好適な手段の１つである。

最適化ユニット５１は、属性の異なる複数の液材料９を、所定の駆動パルス６９により、吐出特性の異なるインクジェットヘッド１１から吐出したときの飛翔経過を含む教師データに基づいて、インクジェットヘッドの吐出特性と飛翔経過から、液材料の属性を想定するように機械学習された属性想定モジュール（液属性供給ＡＩ）５８を備えていてもよい。

所定の駆動パルス６９により、吐出特性の異なるインクジェットヘッド１１から吐出したときの飛翔経過を含む教師データに基づいて、インクジェットヘッドの吐出特性と飛翔経過から、最適化された駆動パルス６９を生成するための第２の最適化情報６７を生成するように機械学習されたモジュールを提供できる可能性はある。しかしながら、最適な駆動パルス６９が推定された要因が不明になる可能性があり、最適化のプロセスの検証が難しい可能性がある。また、属性が同じまたは近似した他の液材料９を含めた教育ができず、機械学習の適用範囲が拡大しにくい可能性がある。

さらに、液材料９の属性を１つの要因として駆動パルス６９を最適化するプロセスにおいては、温度、経時変化などの環境情報６３に基づき、属性情報６８の変化を属性想定モジュール５８において事前に予想することが可能である。したがって、最適化ユニット５１は、動的に変化する液材料９の属性に対してフィードバック型の最適化された駆動パルス６９を含む第２の最適化情報６７を提供するとともに、フィードフォワード型（予測制御型）の最適化された駆動パルス６９を含む第２の最適化情報６７を提供してもよい。

これらの最適化プロセスにおいて得られた、または想定された各液材料９の属性情報６４および６８は、属性データベース５５およびユーザーデータベース５６に蓄積され、以降の各ユーザーに対するサービス、また、他のユーザーから提供される液材料９の属性の特定に反映してもよい。

図２に、吐出装置１０に対して情報を提供するサーバー（情報提供装置）５０において情報を提供する方法の一例を示している。サーバー５０はメモリおよびＣＰＵを含むコンピュータ資源を備えており、この方法は、サーバー５０の制御方法として提供されてもよく、制御プログラム（プログラム製品）として記録媒体に記録された状態で提供されてもよい。ステップ７１において、吐出装置１０から情報提供の要求があると、ステップ７２において、サーバー５０ではユーザーデータベース５６に基づいてユーザーとの契約を確認する。サーバー５０は、ユーザーとの契約の確認、例えば、課金条件の確認などを行うユーザー管理ユニット５９を備えていてもよい。

ステップ７３において、吐出装置１０から、インクジェットヘッド１１の識別情報（ＩＤ）６１と、温度などの環境情報６３および液材料９の属性情報６４を含む吐出環境情報６２を取得すると、ステップ７４において最適化ユニット５１の駆動パルス供給ＡＩ５７が吐出装置１０から得られた属性情報（仮の属性情報）６４に基づき駆動パルス６９を生成し、その仮の属性情報６４に基づく駆動パルス６９を含む第１の最適化情報６６を吐出装置１０に提供する。

ステップ７５において、吐出装置１０から、サーバー５０から提供された駆動パルス６９により吐出された液滴９ａの状態を含む情報を取得する。本例においては、吐出された液滴９ａの状態を含む情報は、吐出装置１０の検査ユニット３０により得られた情報であり、インクジェットヘッド１１から吐出された液滴９ａの飛翔経過を含む画像情報６５を含む。ステップ７６において、液滴９ａの吐出状態を判断する。

図３に画像情報６５の一例を示している。吐出装置１０の検査ユニット３０の画像取得ユニット３１により撮影された吐出状態の写真の液滴９ａの飛翔部位およびインクジェットヘッド１１の先端部分を含む画像が、時間経過に沿った連続した画像として画像情報６５に含まれる。これらの画像により、連続した液滴形状および飛翔経過が把握できる。液滴９ａの吐出状態は、スコア化して判断してもよい。例えば、具体的なスコア化としては、最適化時の液滴速度からの、速度変化率をスコア化してもよい。この場合のスコアの計算は以下の式（１）で定義してもよい。
（最適化時点での速度−現在の吐出速度）／最適化時点での速度×１００・・・（１）
最適化時のメイン液滴吐出角度からの、吐出角度変化率でスコア化してもよい。この場合のスコアの計算は以下の式（２）で定義してもよい。
（最適化時点での吐出角度−（９０−吐出角度変化））／最適化時点での吐出角度×１００・・・（２）
ノズル近傍での濡れをスコア化してもよい。また、ノズル面の濡れている面積の数値化してもよい。

吐出状態の良否判定は、液滴９ａの吐出状態の画像情報６５に含まれる、時系列で変化するインクジェット液滴の飛翔画像群を、過去の同様の画像群を使ったディープニューラルネットワーク法（Convolutional Neural Network 法、または、Recurrent Neural Network法）を利用して学習したモデルを利用してもよい。分類のためのモデルはサーバー５０内に、良好な吐出、不良な吐出（不吐出、飛行曲がりあり、飛び散りあり、サテライト不安定、等）に分類したうえで、吐出の際の速度、パルス幅、電圧値、ヘッドに印加されている微負圧値、環境温度、湿度情報も加味して判定されてもよい。

ステップ７６において、吐出状態が良好であると判断されると、ステップ７７において、すでに供給されている駆動パルス６９が選択される。一方、吐出状態に問題があると判断されると、ステップ７８において、さらに駆動パルス６９の最適化が行われる。最適化の結果、吐出特性を示す液適量や液滴スピードがあらかじめ設定した範囲に入らない場合、例えば液滴の体積が小さい、液滴のスピードが遅いなどの場合は、このプロセスを繰り返し、第３、第４といった最適化情報を次々と提供し、吐出状態が指定範囲内に入るまでこれを繰り返してもよい。万一、最適解が得られない場合は、中断してその状態を示す表示をする処理を行ってもよい。

最適化ユニット５１においては、属性想定モジュールとして機能する液属性供給ＡＩ５８と、駆動パルス供給ＡＩ５７とが協働して、属性情報を最適化するとともに駆動パルス６９を最適化する処理を動的に行う。すなわち、液属性供給ＡＩ５８と、駆動パルス供給ＡＩ５７とを含む動的最適化ユニット５２が稼働する。

まず、液属性供給ＡＩ５８が、吐出装置１０において用いられた駆動パルス６９の吐出結果を、液滴９ａの飛翔経過を含む画像情報６５として取得する。液属性供給ＡＩ５８は、この画像情報６５と、与えられた駆動パルス６９と、与えられた駆動パルス６９の要因となる仮の属性情報６４とに基づき、状況を見直し、実の属性情報６８を想定する。この際、温度などを含む環境情報６３を加味してもよく、さらに、吐出装置１０で得られる最新の属性情報６４を加味してもよい。次に、駆動パルス供給ＡＩ５７が液属性供給ＡＩ５８により想定された属性情報（実の属性情報）６８に基づき駆動パルス６９を生成し、第２の最適化情報６７として設定する。

さらに、ステップ７９において、ユーザーの契約情報を確認し、ステップ８０において駆動パルス６９を含む最適化情報６６または６７を吐出装置１０へ供給する。吐出装置１０においては、これらの最適化情報６６または６７により、最適なヘッド駆動条件を決定でき、機能性液材料９を基材８上にスポットできる。サーバー５０のユーザー管理ユニット５９は、このスポットに使用するヘッド駆動パルス６９をカウントするカウントアップ、またはカウントダウンカウンタを含み、契約にしたがった課金が行われるように管理する。装置やインクジェットヘッドの稼働時間にしたがって課金が行われるように管理しても良い。ユーザー管理ユニット５９は、最適なヘッド駆動条件を決定後、機能性液材料９を基材８上にスポットするに際し、ノズル面のワイピング数、リフレッシングのスポット数をカウントするカウントアップ、またはカウントダウンカウンタを備えていてもよい。

インクジェット技術は最適な吐出条件下においては、マイクロメートルのオーダーにて指定位置に対し、正確な吐出量で機能性液材料のパターニングや着滴を可能とする技術である。したがって、インクジェットヘッド近傍に基材着滴カメラを配置して、着滴位置の基材表面の撮影を行うことで、着滴位置の管理、吐出量（着滴径）の管理が可能となる。撮影された画像並びに、検査情報はトレーサビリティ確保の為の管理情報としてユーザー端末に登録されてもよく、サーバー５０において吐出条件を最適化するために用いられてもよい。設定された良好範囲内であっても、着滴位置や着滴サイズが徐々に悪化傾向にある場合は、サーバー５０において動的に吐出条件を最適化することにより、状況に合致したタイミングで劣化情報に合わせて、または劣化することを事前に予想して、安定した吐出を行い、製造におけるロスや遅延などの発生を未然に防止できる。また、ヘッドクリーニングや洗浄等の必要な措置を講じてもよい。

吐出装置１０を含むシステム１９は、バイオチップ製造装置であってもよい。インクジェット方式によりバイオマテリアル液材などの各種機能性液材料を吐出する形態は、大きく、指定位置へのドット配置、液材を連続的に吐出させたライン形状印刷、特定のパターン図形を持った形状印刷の３通りに分類される。サーバー５０は、それらの吐出形態に適した駆動パルス６９を自動的に、ユーザーの作業負担を除き、または軽減して提供できる。

上記の例では、最適化ユニット５１はクラウド６上に構築されたサーバー５０により提供しているが、吐出装置１０にビルトインすることも可能であり、クラウド６を介して他の吐出装置１０と通信可能な装置であってもよく、ネットワークから独立したスタンドアロンの吐出装置１０であってもよい。吐出装置１０は、製造用に限らず、様々な検査および測定過程で用いられてもよく、医療用として用いられてもよく、実験室用として用いられてもよい。最適化ユニット５１を備えた、または通信可能な吐出装置１０を提供することにより、製造現場などにおいて、担当者がしなくてはならなかった吐出条件の最適化と製造中の安定吐出状態の維持を、現場の担当者に代わり、自動的に実施する事が可能となる。このため、現場の担当者はインクジェット技術のノウハウを持っていなくても、高品質、高信頼性のチップなどの製品を製造することが可能となり、測定あるいは検出現場においては信頼性の高い測定が可能になる。

１０吐出装置、５０サーバー

Claims

インクジェットヘッドにより液材料を吐出する装置を有するシステムであって、
前記吐出する装置は、
前記インクジェットヘッドの識別情報を取得するユニットと、
前記インクジェットヘッドのアクチュエータに対し、前記液材料を吐出するための駆動パルスを供給するユニットと、
前記インクジェットヘッドから吐出された液滴の状態を検出する検査ユニットとを含み、
前記システムは、さらに、
個々のインクジェットヘッドの吐出特性と前記個々のインクジェットヘッドの識別情報とが関連付けられたデータベースと、
前記吐出する装置の吐出対象の液材料について想定された仮の属性に対し、前記識別情報により得られた前記インクジェットヘッドの吐出特性に基づいて、最適化された前記駆動パルスを生成するための第１の最適化情報を提供する最適化ユニットとを有し、
前記最適化ユニットは、前記第１の最適化情報に基づき生成された駆動パルスにより吐出された液滴の状態を前記検査ユニットにより検出し、前記識別情報により得られた前記インクジェットヘッドの吐出特性に基づき前記吐出対象の液材料の吐出に関する実の属性を想定し、想定された前記実の属性に対して前記駆動パルスを動的に最適化する第２の最適化情報を提供する動的最適化ユニットを含む、システム。
請求項１において、
前記液材料の属性は、溶媒、溶質、溶質濃度、粘度、比重、体積弾性率、および表面張力の少なくともいずれかを含む、システム。
請求項１または２において、
前記最適化ユニットは、属性の異なる複数の液材料を、吐出特性の異なるインクジェットヘッドから吐出するための複数の駆動パルスを含む教師データに基づいて、吐出対象の液材料の属性とインクジェットヘッドの吐出特性とから最適化された駆動パルスを生成するための情報を生成するように機械学習された駆動パルス生成モジュールを含む、システム。
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記検査ユニットは、前記液滴の状態として、前記液滴の飛翔経過を含む画像情報を取得する画像取得ユニットを含み、
前記最適化ユニットは、属性の異なる複数の液材料を、所定の駆動パルスにより、吐出特性の異なるインクジェットヘッドから吐出したときの飛翔経過を含む教師データに基づいて、インクジェットヘッドの吐出特性と飛翔経過から、液材料の属性を想定するように機械学習された属性想定モジュールを含む、システム。
請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記最適化ユニットはネットワークを介して前記吐出する装置と接続されている、システム。
インクジェットヘッドにより液材料を吐出する装置に対し、前記インクジェットヘッドから前記液材料を吐出するために最適化された駆動パルスを生成するための情報を提供する情報提供装置であって、
前記吐出する装置は、
前記インクジェットヘッドの識別情報を取得するユニットと、
前記インクジェットヘッドのアクチュエータに対し、前記液材料を吐出するための駆動パルスを供給するユニットと、
前記インクジェットヘッドから吐出された液滴の状態を検出する検査ユニットとを含み、
前記情報提供装置は、
個々のインクジェットヘッドの吐出特性と前記個々のインクジェットヘッドの識別情報とが関連付けられたデータベースと、
前記吐出する装置の吐出対象の液材料について想定された仮の属性に対し、前記識別情報により得られた前記インクジェットヘッドの吐出特性に基づいて、最適化された前記駆動パルスを生成するための第１の最適化情報を提供する最適化ユニットとを有し、
前記最適化ユニットは、前記第１の最適化情報に基づき生成された駆動パルスにより吐出された液滴の状態を前記検査ユニットにより検出し、前記識別情報により得られた前記インクジェットヘッドの吐出特性に基づき前記吐出対象の液材料の吐出に関する実の属性を想定し、想定された前記実の属性に対して前記駆動パルスを動的に最適化する第２の最適化情報を提供する動的最適化ユニットを含む、情報提供装置。
情報提供装置により、インクジェットヘッドにより液材料を吐出する装置に対し、前記インクジェットヘッドから前記液材料を吐出するために最適化された駆動パルスを生成するための情報を提供する方法であって、
前記吐出する装置は、
前記インクジェットヘッドの識別情報を取得するユニットと、
前記インクジェットヘッドのアクチュエータに対し、前記液材料を吐出するための駆動パルスを供給するユニットと、
前記インクジェットヘッドから吐出された液滴の状態を検出する検査ユニットとを含み、
前記情報提供装置は、個々のインクジェットヘッドの吐出特性と前記個々のインクジェットヘッドの識別情報とが関連付けられたデータベースを含み、当該方法は、
当該情報提供装置が、前記吐出する装置の吐出対象の液材料について想定された仮の属性に対し、前記識別情報により得られた前記インクジェットヘッドの吐出特性に基づいて、最適化された前記駆動パルスを生成するための第１の最適化情報を提供することと、
前記第１の最適化情報に基づき生成された駆動パルスにより吐出された液滴の状態を前記検査ユニットにより検出し、前記識別情報により得られた前記インクジェットヘッドの吐出特性に基づき前記吐出対象の液材料の吐出に関する実の属性を想定し、想定された前記実の属性に対して前記駆動パルスを動的に最適化する第２の最適化情報を提供することとを有する、方法。
請求項７において、
前記液材料の属性は、溶媒、溶質、溶質濃度、粘度、比重、体積弾性率、および表面張力の少なくともいずれかを含む、方法。
請求項７または８において、
前記第１の最適化情報を提供することは、属性の異なる複数の液材料を、吐出特性の異なるインクジェットヘッドから吐出するための複数の駆動パルスを含む教師データに基づく機械学習されたモデルを用いて、吐出対象の液材料の属性とインクジェットヘッドの吐出特性とから最適化された駆動パルスを生成するための情報を生成することを含む、方法。
請求項７ないし９のいずれかにおいて、
前記検査ユニットは、前記液滴の状態として、前記液滴の飛翔経過を含む画像情報を取得する画像取得ユニットを含み、
前記第２の最適化情報を提供することは、属性の異なる複数の液材料を、所定の駆動パルスにより、吐出特性の異なるインクジェットヘッドから吐出したときの飛翔経過を含む教師データに基づく機械学習されたモデルを用いて、インクジェットヘッドの吐出特性と飛翔経過から、液材料の属性を想定することを含む、方法。