(57)【要約】      （修正有）【課題】簡易な方法で、種々のインクの吐出挙動をＬＤＶ測定により検出可能な液滴吐出装置の検査装置を提供する。【解決手段】液滴吐出装置５０の検査装置１は、液滴を吐出するノズル５１ａを有するノズルプレート５１を備える液滴吐出装置５０のノズルプレート５１の吐出面に、液滴吐出方向に沿う光路を有するレーザー光を照射してノズル５１ａの周囲におけるノズルプレート５１の変位挙動を光学的に測定する、光学測定装置１０と、ノズルプレート５１から吐出された液滴を移動して光路から退避させる移動装置２１と、を備える。【選択図】図２
2020100050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出するノズルを有するノズルプレートを備える液滴吐出装置の、前記ノズルプレートの吐出面に、液滴吐出方向に沿う光路を有するレーザー光を照射して前記ノズルの周囲における前記ノズルプレートの変位挙動を光学的に測定する、光学測定装置と、
前記ノズルプレートから吐出された液滴を移動して前記光路から退避させる移動装置と、を備える液滴吐出装置の検査装置。
【請求項２】
前記液滴吐出装置の、前記ノズルプレートにおける、液滴吐出側とは反対側に、前記ノズルに連通する液体を保持する圧力室が形成され、
前記光学測定装置は、前記ノズルプレートに前記レーザー光を照射し、前記ノズルプレートに反射した反射光を受光する、レーザードップラー測定装置である、請求項１に記載の液滴吐出装置の検査装置。
【請求項３】
前記移動装置は、前記光学測定装置の光路の側方から前記光路に向けて配され、前記液滴吐出装置から吐出された液滴を吸引する吸引装置と、前記液滴を収容する回収部と、を備える気流制御装置である、請求項１または請求項２に記載の液滴吐出装置の検査装置。
【請求項４】
前記移動装置は、前記光学測定装置の光路の側方から前記光路に向けて送風する送風装置を備える、請求項１または請求項２に記載の液滴吐出装置の検査装置。
【請求項５】
前記ノズルプレートの変位挙動に基づき、前記液滴吐出装置内の液体の圧力振動挙動を検出する、請求項１乃至４のいずれかに記載の液滴吐出装置の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、液滴吐出装置の検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴吐出装置は、記録媒体に対してインクを吐出させて記録を行う、インクジェットプリンタ、ラベルプリンタ、バーコードプリンター等の印字装置用途だけでなく、接着剤の微量吐出装置、液晶ディスプレイのカラーフィルタや有機ＥＬディスプレイの有機ＥＬ材料の塗布などの製造装置等においては、液滴の微量吐出用途として使用されている。
【０００３】
液滴吐出装置の検査装置として、液滴吐出時の液滴吐出ヘッドのノズル内のメニスカスの位置の変位挙動をレーザードップラー振動計（  ＬＤＶ：  Ｌａｓｅｒ  Ｄｏｐｐｌｅｒ  Ｖｉｂｒｏｍｅｔｅｒ  ）を用いて測定することで、液滴吐出装置の液滴の吐出挙動を検出する検査装置が知られている。
【０００４】
液滴吐出装置の検査装置において、ノズルから吐出した液滴が、ＬＤＶ測定用のレンズに付着することを防ぐために、ノズルとＬＤＶ測定用のレンズとの間の位置に、吐出した液滴を捕獲するための液滴捕獲ユニットを備える検査装置もある。ＬＤＶ測定によってメニスカスの変位挙動を測定する液滴吐出装置のインクは、ＬＤＶ測定用のレーザー光に対して反射率が高いインクに限定される。これは、インクに含まれている色素となる染料や顔料や、液晶ディスプレイのカラーフィルタとなる材料、また、有機ＥＬディスプレイの有機ＥＬ材料がレーザー光を吸光してしまい、反射しないためＬＤＶ測定できないからである。さらに、レーザー光を吸光したインクが発熱し、発煙する危険性もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３４９６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本実施形態の課題は、簡易な方法で、種々のインクの吐出挙動を検出可能な液滴吐出装置の検査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態にかかる液滴吐出装置の検査装置は、液滴を吐出するノズルを有するノズルプレートを備える液滴吐出装置の、前記ノズルプレートの吐出面に、液滴吐出方向に沿う光路でレーザー光を照射して前記ノズルの周囲における前記ノズルプレートの変位挙動を光学的に測定する、光学測定装置と、前記ノズルプレートから吐出された液滴を移動して前記光路から退避させる移動装置と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る液滴吐出装置の検査装置の構成を示すブロック図。
【図２】同検査装置の構成を示す説明図。
【図３】同検査装置の検査対象であるインクジェットヘッドの斜視図。
【図４】図３の一部を拡大して示す説明図。
【図５】同インクジェットヘッドの一部の構成を示す断面図。
【図６】他の実施形態に係る液滴吐出装置の検査装置の構成を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、第１実施形態に係る液滴吐出装置の検査装置１の構成について図１乃至図５を参照して説明する。図１は、検査装置１の装置構成を示すブロック図であり、図２は検査装置１の構成を示す説明図である。図３は検査対象の液滴吐出装置としてのインクジェットヘッド５０の斜視図であり、図４は図３の一部の拡大図、図５はインクジェットヘッド５０の一部の構成を示す断面図である。各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、適宜構成を拡大、縮小または省略して示す。
【００１０】
図１に示すように、検査装置１は、光学測定装置であるレーザードップラー測定装置１０と、インク滴Ｉｄを移動させる移動装置としての気流制御装置２０と、モニタ３０と、制御装置４０（制御部）と、を備える。
【００１１】
図３乃至図５に示すように、検査対象となるインクジェットヘッド５０は、圧電方式のインクジェットヘッド５０であり、複数のノズル５１ａを有するノズルプレート５１と、ノズル５１ａに連通する圧力室５２を有するマニフォルド５３と、アクチュエータ５４と、を備える。インクジェットヘッド５０は、ヘッド制御部６０に接続され、ヘッド制御部６０の制御によって液滴吐出動作行う。
【００１２】
ノズルプレート５１には、厚さ方向に貫通する複数のノズル５１ａがマトリクス状に配置されている。ノズルプレート５１はマニフォルド５３に接続されている。
【００１３】
マニフォルド５３は、ノズルプレート５１に接続され、複数のノズル５１ａに連通する複数の圧力室５２、及び圧力室５２に連通するインク供給口５３ａを形成する。圧力室５２は、ノズルプレート５１の、吐出面側とは反対側に形成される空間であり、各ノズル５１ａに連通している。圧力室５２は液体としてのインクを保持する。
【００１４】
アクチュエータ５４は、ノズルプレート５１における複数のノズル５１ａの周りにそれぞれ形成されている。アクチュエータ５４は、例えば圧電体材料で構成される圧電素子と、圧電素子に接続される電極と、を備える。アクチュエータ５４は、圧電素子の変形（変位）によって、圧力室５２内のインクの圧力変動を引き起こすことにより、ノズル５１ａからインク滴Ｉｄを吐出させる。
【００１５】
図１及び図２に示すレーザードップラー測定装置１０は、レーザードップラー測定部としてのレーザードップラー振動計１１と、対物レンズ１３及び屈折部材１４を備える光学ユニット１２と、を備える。レーザードップラー測定装置１０は、制御装置４０に接続されている。
【００１６】
レーザードップラー測定装置１０は、インクジェットヘッド５０の測定対象のノズル５１ａの周りの測定位置にインクの吐出方向に沿う光路でレーザー光を照射する。測定位置は例えば、ノズルプレート５１の液滴吐出面における、ノズル５１ａの周囲であって、裏側に圧力室５２が配される領域や、アクチュエータ５４が配される領域、に設定される。レーザードップラー測定装置１０はその一部が、液滴吐出方向の延長線上に配置される。例えばレーザードップラー測定装置１０において、ノズルプレート５１の吐出面側であって液滴吐出方向に離間した位置に、屈折部材１４が配され、屈折部材１４の側方、すなわち液滴吐出方向と直交する方向に離間した位置に、レーザードップラー振動計１１が配置され、レーザードップラー振動計１１と屈折部材１４との間に、対物レンズ１３が配される。レーザードップラー測定装置１０のレーザー光の光路Ｌａ１は、ノズルプレート５１の特定のノズル５１ａの周囲に設定される測定位置に向けて、液滴吐出方向と平行な光軸で入射及び反射するとともに、ノズルプレート５１から離れた位置に配される屈折部材１４によって９０°屈折する。レーザードップラー測定装置１０は、マトリクス状に配列された複数のノズル５１ａの各々に対して、検査を行う。
【００１７】
レーザードップラー振動計１１は、例えばレーザー光を照射する発光部、レーザ光を検出する受光部、及び照射位置を撮像するカメラを備える。本実施形態において、例えば、レーザードップラー振動計１１は、発光部及び受光部となるレーザー素子及びフォトダイオードを備えるレーザセンサヘッドと、レーザセンサヘッドに接続されたコントローラと、レーザセンサヘッド及びコントローラを内蔵する筐体と、を備える。レーザードップラー振動計１１は、対物レンズ１３に向けてレーザー光を照射する。
【００１８】
対物レンズ１３はノズルプレート５１の吐出側の所定箇所であってレーザードップラー振動計１１の出力軸上に配される。対物レンズ１３は、レーザードップラー振動計１１から照射されたレーザー光を集光させ、屈折部材１４に向けて照射する。
【００１９】
屈折部材１４は、ノズルプレート５１の直下の所定箇所に配置される屈折ミラーを備え、レーザー光の光軸を屈折させる。屈折部材１４は、ノズルプレート５１に入射するレーザー光の光軸がノズルプレート５１の面方向に対して直交する（角度ゼロになる）ように設置され、レーザードップラー振動計１１から発振されるレーザー光と、ノズルプレート５１で反射されたレーザー光を、９０°屈折する。一例として、レーザードップラー振動計１１、対物レンズ１３、及び屈折部材１４はそれぞれ、Ｐｏｌｙｔｅｃ社のＮＬＶ２５００−５、ＶＩＢ−Ａ−２０ｘＬＥＮＳ（２０倍対物レンズ）、ＶＩＢ−Ａ−５３１を用いる。
【００２０】
モニタ３０は、レーザードップラー測定装置１０に設けられるカメラに接続され、カメラによって撮像された、レーザー光が照射される測定位置のビデオ画像を表示する。
【００２１】
レーザードップラー測定装置１０は、制御装置４０の制御により、所定のタイミングで、レーザードップラー振動計１１からレーザ光を出力し、レーザ光を光学ユニット１２によって集光及び屈折させてノズルプレート５１の所定箇所に照射し、ノズルプレート５１で反射した反射光をレーザードップラー振動計１１によって検出し、周波数変化から、ノズルプレート５１の変位挙動を光学的にＬＤＶ測定する。
【００２２】
気流制御装置２０は、例えば、吸引装置２１と、回収部２２と、を備える。吸引装置２１は、先端に吸引口２３ａを有する吸引ダクト２３を備える。吸引ダクト２３には例えば吸引ファンやバキュームポンプなどの吸引機構が設けられている。気流制御装置２０は、制御装置４０に接続されている。気流制御装置２０は、例えば吸引ダクト２３の吸引口２３ａがレーザードップラー測定装置１０の屈折部材１４と対象物であるインクジェットヘッド５０のノズルプレート５１との間であって、レーザー光の光路Ｌａ１の側方に外れた場所において、レーザー光の光路Ｌａ１に向けて配置されている。
【００２３】
回収部２２は、吸引装置２１によって吸引されたインク滴Ｉｄの通路上であって、レーザー光の光路Ｌａ１を遮らない位置に、配置される。回収部２２は、インクを収容可能に構成され、飛翔方向が変えられたインク滴Ｉｄを捕獲回収する。
【００２４】
例えばノズルプレート５１と屈折部材１４との距離Ｌ１を約２０ｍｍとした場合、吸引ダクト２３の吸引口２３ａは、外径８ｍｍ、内径６ｍｍ程度に構成される。
【００２５】
気流制御装置２０は、制御装置４０の制御により所定のタイミングで駆動され、気流制御により、ノズル５１ａから吐出されたインク滴Ｉｄの飛翔方向を変え、インク滴Ｉｄをレーザー光の光路Ｌａ１から遠ざけて除去する。
【００２６】
制御装置４０は、レーザードップラー測定装置１０、気流制御装置２０、及びヘッド制御部６０に接続されている。制御装置４０は、レーザードップラー測定装置１０、気流制御装置２０、及びヘッド制御部６０への各種指示及び種々の演算処理を行うプロセッサを有するパーソナルコンピュータを備え、各部の動作を制御する。制御装置４０は、例えば測定開始の指示を検出すると、所定のタイミングでレーザードップラー測定装置１０、気流制御装置２０、及びヘッド制御部６０への指令をすることで、インクジェットヘッド５０による液滴吐出動作と、気流制御装置２０による気流制御動作と、レーザードップラー測定装置１０による検出動作とを行う。
【００２７】
インクジェットヘッド５０が駆動されると、アクチュエータ５４の変形（変位）が生じることにより、圧力室５２に連通するノズル５１ａからインクを吐出する。このとき、レーザードップラー測定装置１０により、圧力室５２内のインクの圧力変動によって生じるノズルプレート５１の微小変位をＬＤＶ測定する。例えばレーザードップラー測定装置１０は、制御装置４０により、ノズルプレート５１の変位挙動から、圧力室５２内のインクの圧力振動の振動周波数や圧力の減衰量等を求め、インクジェットヘッド５０の吐出挙動を検出する。
【００２８】
一方、ノズル５１ａから吐出されたインク滴Ｉｄは、気流制御装置２０の吸引装置２１により吸引ダクト２３に引き込まれる気流によって案内され、レーザー光の光路Ｌａ１から遠ざかり、回収部２２に回収される。
【００２９】
本実施形態にかかる検査装置１によれば、簡易な方法で、インクジェットヘッド５０の吐出挙動を検出できる。すなわち、インクジェットヘッド５０において、インク滴Ｉｄの吐出動作以降に、残留振動と呼ばれる圧力室５２内のインクの圧力振動が、次の吐出動作まで残留すると、次のインク滴Ｉｄを吐出する際の圧力室５２内のインクの圧力制御へ影響し、例えばインク滴Ｉｄの吐出速度が増加し、インクを吐出した直後に、意図しないインクが吐出して印字品質が低下するなどの液滴吐出性能が低下する。本実施形態においては、このような吐出性能低下の原因となる圧力振動をノズルプレート５１の変位挙動から検出することができるため、色素となる染料や顔料を含んだ様々なインクの物性に合わせて、残留振動を最小化するための駆動波形の選定を行うことが可能となる。
【００３０】
検査装置１において、液滴吐出方向に沿う光軸を有するレーザー光をノズルプレート５１の吐出面に向けて照射することで、照射位置を高精度に規定でき、ノズルプレート５１のノズル５１ａ近傍の位置の変位挙動を正確に測定することが可能である。
【００３１】
また、ノズルプレート５１のうち、メニスカスではなく、ノズル５１ａの周囲におけるノズルプレート５１の変位挙動をｌｖｄ測定することにより、変位挙動に基づき、圧力室５２内のインクの圧力振動を測定することが可能である。このため、例えば、メニスカスに直接レーザー光を照射する場合と比べ、適用するインクの制約が少なく、種々のインクを適用することができる。すなわち、メニスカスに直接レーザー光を照射する場合ＬＤＶ測定用のレーザー光に対して反射率が高いインクに限られるが、そのような制約がなく、例えば色素となる染料や顔料を含むインクを適用することができ、様々なインクの物性に合わせて、残留振動を最小化するための駆動波形の選定を行うことが可能となる。また、レーザー光をインクに直接照射しない構成であるため、インクが吸光して発熱することや、発煙する危険性がない。
【００３２】
また、検査装置１によれば、ノズル５１ａとレーザードップラー測定装置１０の屈折部材１４の間に、ノズル５１ａから吐出したインク滴Ｉｄの飛翔方向を変える気流制御装置２０を有することにより、吐出したインク滴Ｉｄが屈折部材１４に付着することを防止できる。さらに、検査装置１では、気流制御装置２０によって光路Ｌａ１を遮らずにレーザー光の光路Ｌａ１からインク滴Ｉｄを除去できるため、高い測定精度を確保できる。
【００３３】
なお、本発明は上記各実施形態の例に限られるものではなく、各部の構成は適宜変更して実施可能である。例えば、上記実施形態においては、気流制御装置２０を吸引装置２１及び回収部２２で構成した例を示したが、これに限られるものではない。例えば、気流制御装置２０は、吸引装置２１の代わりに、あるいは吸引装置２１に加えて、送風装置２５を備えてもよい。例えば図５に示すように、他の実施形態にかかる検査装置１Ａは、送風装置２５を備える。送風装置２５は、吸引装置２１と光路Ｌａ１を挟んで反対側に送風口２５ａ有す送風ダクト２５ｂと、を備える。送風ダクト２５ｂには例えばファンやポンプなどの送風機構が設けられている。送風口２５ａは光路Ｌａ１の反対側の吸引口２３ａに向けて配置されている。検査装置１Ａにおいて、吸引装置２１の吸引ダクト２３は、吸引口２３ａの口径が例えば５０ｍｍ以上であり、吸引口２３ａの位置は、ノズルからレーザー光の光路Ｌａ１の側方に３０ｍｍ離れた位置に配置されている。検査装置１Ａによれば、送風装置２５を備え、送風によりインク滴Ｉｄを吸引口２３ａに向けて送ることで、インク滴Ｉｄを光路Ｌａ１から遠ざけることができる。また、口が広く構成された吸引装置２１を用いてインク滴Ｉｄを回収することで、インクの飛散を防止できる。
【００３４】
また、移動装置の一例として気流制御によりインク滴Ｉｄを移動させる気流制御装置２０を例示したが、これに限られず、例えば電界によってインク滴Ｉｄを移動させる構成としてもよい。例えば、導電性のインク滴Ｉｄを帯電させる帯電電極と、帯電したインク滴Ｉｄの飛翔方向を電界によって偏向する偏向電極を備える電界型の移動装置を用いてもよい。
【００３５】
また、上記実施形態にかかる検査装置１は、液滴吐出方向が下方を向くインクジェットヘッド５０の直下に屈折部材１４を備えるレーザードップラー測定装置１０を備える例を示したが、装置の配置や液滴吐出方向の設定は、これに限られるものではなく、適宜変更可能である。例えば、インクジェットヘッド５０の液滴吐出方向を水平方向とし、レーザードップラー測定装置１０をインクジェットヘッド５０の液滴吐出方向の先方である側方に配してもよい。あるいは、インクジェットヘッド５０の液滴吐出方向を上向きとし、レーザードップラー測定装置１０をインクジェットヘッド５０の上方に配置してもよい。
【００３６】
さらに、インクジェットヘッド５０の構成も上記実施形態に限られるものではない。例えば吐出面にアクチュエータ５４が配される構成に限られず、インクジェットヘッド内の吐出面とは異なる位置にアクチュエータが配されていてもよい。
【００３７】
以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、簡易な方法で、種々のインクの吐出挙動をＬＤＶ測定により高精度に検査可能な検査装置を提供することができる。
【００３８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３９】
１、１Ａ…検査装置、１０…レーザードップラー測定装置、１１…レーザードップラー振動計、１２…光学ユニット、１３…対物レンズ、１４…屈折部材、２０…気流制御装置、２１…吸引装置、２２…回収部、２３…吸引ダクト、２３ａ…吸引口、２５…送風装置、２５ａ…送風口、２５ｂ…送風ダクト、３０…モニタ、４０…制御装置（制御部）、５０…インクジェットヘッド、５１…ノズルプレート、５１ａ…ノズル、５２…圧力室、５３…マニフォルド、５３ａ…インク供給口、５４…アクチュエータ、６０…ヘッド制御部。
【図１】
2020100050.tif 000003
【図２】
2020100050.tif 000004
【図３】
2020100050.tif 000005
【図４】
2020100050.tif 000006
【図５】
2020100050.tif 000007
【図６】
2020100050.tif 000008