(57)【要約】【課題】  ノズル毎若しくは複数ノズル毎にから吐出される液適量をより簡便に且つ安定に計測する手段を提供する。【解決手段】  インクジェットヘッドを備えた装置において、前記インクジェットヘッドに対向する位置に設けられた前記インクジェットヘッドから吐出された液滴をサンプリングするための容器と、前記容器内の液体の吸光度又は蛍光光度を測定するための光度測定手段とを備え、前記光度測定手段により測定された吸光度又は蛍光光度から前記インクジェットヘッドの吐出液量を決定し、前記インクジェットヘッドからの吐出液量を制御するようにしたことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェットヘッドを備えた装置において、前記インクジェットヘッドに対向する位置に設けられた前記インクジェットヘッドから吐出された液滴をサンプリングするための容器と、前記容器内の液体の吸光度又は蛍光光度を測定するための光度測定手段とを備え、前記光度測定手段により測定された吸光度又は蛍光光度から前記インクジェットヘッドの吐出液量を決定し、前記インクジェットヘッドからの吐出液量を制御するようにしたことを特徴とするインクジェット装置。
【請求項２】
前記光度測定手段に用いられる測定光を、紫外線光としたことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット装置。
【請求項３】
インクジェットヘッドから吐出される液滴を、
前記インクジェットヘッドに対向する位置に設けられた前記インクジェットヘッドから吐出された液滴をサンプリングするための容器によりサンプリングする工程、
前記容器内の液体の吸光度又は蛍光光度を測定する工程、及び
前記光度測定手段により測定された吸光度又は蛍光光度から前記インクジェットヘッドの吐出液量を決定し、前記インクジェットヘッドからの吐出液量を制御する工程
を有することを特徴とするインクジェットヘッドから吐出される吐出液量の制御方法。
【請求項４】
前記光度を測定する工程に用いられる測定光を、紫外線光としたことを特徴とする請求項３に記載の吐出液量の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に液滴を着弾、塗布させるためにインクジェット装置及び吐出液量の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット技術は、吐出液体にエネルギーを与え、対象基板に向けてノズルから液滴として吐出するというシンプルな技術であり、マイクロ液体プロセスを容易に構築することが可能である。最も一般的な用途としては、記録媒体に対して、インクジェットヘッドからインク滴を吐出、付着させることによりドットを形成し、その集合により画像を印刷するインクジェット記録装置である。一方で、インクジェット技術では吐出する液体の機能に応じて、様々な応用例が見込まれている。例えば、フラットパネルディスプレイの製造工程における有機配向膜やカラーフィルターの成膜工程、また、金属微粒子溶液を用いた回路基板配線技術といった工業用の可能性が検討されている。
【０００３】
インクジェット技術においては様々なタイプの液体の吐出方式が考案されており、ドロップオンデマンドタイプもその一つである。ドロップオンデマンドタイプのヘッドでは、多数の液滴吐出用のノズルを備え、ノズル毎に液滴にエネルギー（圧力）を与える機構を備えていることを特徴としている。ドロップオンデマンドタイプの他には、コンテニュアンスタイプが挙げられる。コンテニュアンスタイプでは、液滴を連続的に噴射させ、選択的に液滴を回収する機構を有していることが特徴である。液体を加圧し、ノズル開口部から噴出すると同時に、周期的な圧力振動を加えることでノズルから噴出した液柱が液滴に分離される。この飛翔している液滴に対して選択的に静電誘導により帯電させ、帯電した液滴のみが静電界内を偏向して回収されるという原理である。このように、コンテニュアンスタイプでは液滴を帯電させるための機構、静電偏向及び機構回収機構等が必要であり、装置が複雑な構成となってしまう。これに対し、ドロップオンデマンドタイプではシステム全体を小型化することができる。
【０００４】
ドロップオンデマンドタイプにおいても、吐出する液体に対してエネルギー（圧力）を印加する方式の違いにより、圧電方式、サーマル方式、静電方式といった方式が考案され、実用化されている。圧電方式は、液体に圧力を印加するための圧力室にＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電素子を備え、これに電圧を印加することによって生じる機械的な歪によって液体に圧力をかけることを特徴とした方式である（特許文献１）。これに対し、サーマル方式では、圧力室にヒータを設けこのヒータを急速に加熱して液体を膜沸騰させることによる圧力変化を利用する（特許文献２）。また、静電方式では、圧力室を構成する一面を振動板で形成し、この振動板の静電力による撓みを利用した圧力変化により液滴を吐出する方式である（特許文献３）。更に、圧電方式では圧力室に対する圧電素子の配置や用いる圧電素子の歪方によってプッシュ型（特許文献４）、シェア型（特許文献５）等に分類される。
【０００５】
ドロップオンデマンドタイプのヘッドにおいては、多数のノズルを備えていることが特徴である一方、ノズル毎の液体の吐出量を一定にすることが課題となっている。例えば、圧電方式のインクジェットヘッドでは、流路、圧力室、ノズルといった部材の構造や加工及び組立て精度、更には圧力変化を誘起するための圧電素子自体のばらつきや組立ての均一性といった様々な要因が液体の吐出に影響を与えるからである。そこで、従来は各ノズルに通じる圧力室に圧力を印加するための機構をノズル毎に制御し、各ノズルから吐出される液滴量を調整する手段が必要となる。
【０００６】
このような吐出液滴量の調整手段においては、ノズル毎若しくは複数ノズル毎の液滴の吐出量を計測し、これを各ノズルの圧力印加機構にフィードバックし、吐出される液適量を調整する。前記した液滴の吐出量を見積もる手段として、精密天秤を用いて液滴質量を求める方法、高速度カメラにて飛翔する液滴を撮影しその二次元画像から体積を算出する方法（特許文献６）、液滴の飛翔する領域にレーザー光を入射させ液滴がレーザー光を通ることによって変化する光量乃至透過率から液滴の速度及び体積を算出する方法（特許文献７、８）、液滴を水晶振動子上に吐出し、その周波数変化から液滴量を求める方法（特許文献９）等が考案されている。
【０００７】
前記したように、ドロップオンデマンドタイプのヘッドにおける、各ノズルから吐出される液滴量をノズル毎の圧力変動機構を制御することで調整する手段においては、ノズル毎若しくは複数ノズル毎から吐出される液滴量を計測する手段が必要である。
しかしながら、これまでに考案されている手段においては、レーザーや高速度カメラといった高価なシステムが必要であり、更には微小領域に対する光学的なアプローチであるため、システム全体の振動やノイズに影響を受けやすい。更には、水晶振動子を用いた手段においては、液体を直接センサー上に吐出するだけで、その周波数は非常に大きな変化を受け、信頼性に欠けるという問題がある。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００―３０１７２２号公報
【特許文献２】特開２００２−２１０９７５号公報
【特許文献３】特開２００７−８９２９９号公報
【特許文献４】特開２００３−１１２４２２号公報
【特許文献５】特開２００２−２４０３０４号公報
【特許文献６】特開２００２−３４７２２４号公報
【特許文献７】特開２００３−１２７４３０号公報
【特許文献８】特開２００７−１９０８６５号公報
【特許文献９】特開２００５−２６２４５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記したようなノズル毎若しくは複数ノズル毎にから吐出される液適量をより簡便に且つ安定に計測する手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明においては、請求項１に記載の通り、インクジェットヘッドを備えた装置において、前記インクジェットヘッドに対向する位置に設けられた前記インクジェットヘッドから吐出された液滴をサンプリングするための容器と、前記容器内の液体の吸光度又は蛍光光度を測定するための光度測定手段とを備え、前記光度測定手段により測定された吸光度又は蛍光光度から前記インクジェットヘッドの吐出液量を決定し、前記インクジェットヘッドからの吐出液量を制御するようにしたことを特徴とする。
また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のインクジェット装置において、前記光度測定手段に用いられる測定光を、紫外線光としたことを特徴とする。
また、本発明のインクジェットヘッドから吐出される吐出液量の制御方法は、請求項３に記載の通り、インクジェットヘッドから吐出される液滴を、前記インクジェットヘッドに対向する位置に設けられた前記インクジェットヘッドから吐出された液滴をサンプリングするための容器によりサンプリングする工程、前記容器内の液体の吸光度又は蛍光光度を測定する工程、及び前記光度測定手段により測定された吸光度又は蛍光光度から前記インクジェットヘッドの吐出液量を決定し、前記インクジェットヘッドからの吐出液量を制御する工程を有することを特徴とする。
また、請求項４に記載の本発明は、請求項３に記載のインクジェットヘッドから吐出される吐出液量の制御方法において、前記光度を測定する工程に用いられる測定光を、紫外線光としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、インクジェットヘッドより吐出される液滴を吸光光度若しくは蛍光光度によって測定することで、ドロップオンデマンドタイプのヘッドにおける、各ノズルから吐出される液滴量を、外乱を受けづらく安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。
図１は、本発明のインクジェット装置の概略構成図を示すものであり、
インクジェットヘッド１０１は、公知のものを使用することができ、ここでは、ノズル、圧力室及びアクチュエーターを備えたチャンネル１０２を複数併設して構成している。このインクジェットヘッド１０１には、ヘッドコントローラー１０４が接続されており、各チャンネル１０２のアクチュエーターへの電圧を供給するとともに、ヘッド１０１の移動を制御する。インク１０３は、ヘッド１０１から計測機構部１０５へ吐出される。計測機構部内１０５には、特定のチャンネル１０２からの液滴のみを通過させるための開口部を備えた液滴フィルター１０６が備わっており、特定のチャンネルから吐出されたインク１０３のみが、計測機構部１０５内に設けられたヘッド１０１に対向する位置に設けられた液滴をサンプリングするための容器である、アクリル樹脂やガラス等の透光性材料により構成された測定セル１０７に回収される。この測定セル１０７内には、予め、インク１０３が可溶な水、アルコール（メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール）、アセトン、ヘキサン等の計測波長領域において吸収がない溶媒１０８が注入されており、この溶媒１０８にインク１０３の液滴が添加された状態で、吸光度又は蛍光光度が計測される。この結果が、制御部１１２に送られ、制御部１１２において、実際の吐出量が算出され、この吐出量が、ヘッドコントローラー１０４へフィードバックされ、吐出量を調整する必要がある場合には、ヘッドコントローラー１０４からアクチュエータへの電圧を制御する。
【００１３】
測定セル１０７は、以下のＳ１からＳ５までの各ステップを繰り返す。まず始めに、インクの溶媒１０８を測定セル１０７に分注し（Ｓ１）、続いてこのセルに単一チャンネル１０２から吐出されたインク１０３を一定周波数で一定時間滴下する（Ｓ２）。この後、微小超音波プローブ１０９にて前記溶媒１０８とインク１０３を均一に撹拌を行う（Ｓ３）。十分撹拌することで測定試料１０１として吸光度を分光光度計１１１で測定する（Ｓ４）。測定が終了したら洗浄及び乾燥し（Ｓ５）、他のチャンネル１０２の測定を繰り返し行う。
【００１４】
上記構成により、
（１）インクジェットヘッド１０１から吐出される液滴１０３を、
（２）インクジェットヘッド１０１に対向する位置に設けられたインクジェットヘッド１０１から吐出された液滴１０３をサンプリングするための容器１０７によりサンプリングし、
（３）容器１０７内の液体（溶媒１０８及び液滴１０３の混合物）の吸光度又は蛍光光度を測定し、
（４）吸光度又は蛍光光度を光度測定手段１１１により測定し、得られた光度から現実に吐出されている吐出液量を決定し、制御部１１２において、現実の吐出液量と、制御部１０４から指示されている吐出量とを比較して、制御部１０４により、インクジェットヘッド１０１からの吐出液量を制御する
ことになる。
【００１５】
上記吸光度（Ａ）は、任意の電磁波の波長により測定することができ、入射光強度（Ｉ０）と透過光強度（Ｉ）から計測され、ランベルト・ベールの法則より式（１）で表される。
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ここで、εは固有の吸光係数、ｌは光路長である。このように、容易に濃度（Ｃ）つまりは液量を算出することが可能である。主に用いる波長領域としては紫外線、可視光線、赤外線が挙げられるが、その中でも、紫外線光を用いることが好ましい。
蛍光光度は、分子乃至イオンがＸ線、紫外線及び可視光線といった固有の波長の電磁波を吸収して電子が励起され、中間励起状態に落ちた後に基底状態に戻る過程で放出されるエネルギーの一部が発光したものを示す。
吸光度、蛍光度共に吐出させる液体材料に依存するため、必ずしも万能ではないが、実際に吐出させる材料が光学的に非吸収で蛍光特性も得られない場合は、当該吐出材料と同等の表面張力や密度、粘度等の特性を有する吸収能を有する計測用試料を用意すれば吸光若しくは蛍光光度によって、吐出される液適量を算出することが可能である。
【００１６】
本発明に使用されるインクジェットヘッド１０１は、吐出量が制御できるものであれば、説明した構造に限定されるものではない。
また、制御部１１２は、現実の吐出量を吸光度又は蛍光光度から算出するための手段と、現実の吐出量とヘッドコントローラー１０４から命令された吐出量との差を算出するための手段と、前記差に基づいてヘッドコントローラー１０４に対する具体的な制御量を命令するための手段と、インクジェットヘッド１０１の制御量を特定するための参照テーブルを参照するための手段とを機能させるためのプログラムを備えたコンピュータ等により構成することができる。
尚、制御部１１２及びヘッドコントローラー１０４は、図示したものでは一体的に表現されているが、上記説明した機能を有したものが機能するように接続されていれば分離したものであってもよい。
【００１７】
また、図１の計測機構部１０５で示した計測のステップＳ１〜Ｓ５では、洗浄工程Ｓ５を介しているが、この洗浄工程Ｓ５を除いて、特定のチャンネル１０２からの液適量の積算量を測定するようにしてもよい。液滴１０３の量が微量の場合に、積算値を用いることで測定精度を高めることができるからである。
【００１８】
また、図１では、特定のチャンネル１０２として１つのチャンネルを使用したが、複数であってもよい。
【実施例】
【００１９】
（実施例）
本実施例では、上記実施の形態で説明した装置を用い、N-methylpyrrolidone（ＮＭＰ）をインク１０３のモデルとして用いて、紫外光における吸収スペクトルを元に、ノズル毎の吐出量を算出し、吐出量の調整を行った例を示す。尚、アクチュエータとして、ＰＺＴ（タン酸ジルコニウム酸鉛）を圧電材料として用いた圧電素子を使用した。
全６４チャンネル１０２に駆動電圧を８０Ｖ印加した際の紫外領域の吸光度より算出した吐出量は図２に示す結果となった。吸光度の測定方法としては、光路長が１ｃｍの石英セルにエタノールを充填しておき、これにＮＭＰを吐出し、２００ｎｍの波長における吸光度を測定した。図２において、○でプロットしたものがその結果である。また、同じグラフ内で、■でプロットしているものは、測定した吐出量（○）に基づいて、吐出量が３０ｐＬとなるように、各チャンネル１０２の駆動電圧をヘッドコントローラー１０４により、調整した後の吐出量を示している。
【００２０】
吐出量を制御するために印加電圧を決定する方法を下記する。
圧電素子の印加電圧の大きさとその変位量は直線で近似されるので、その近似式を算出して、吐出量に相当する電圧を決定する。本例では、印加電圧を６０、８０、１００Ｖと変化させ、その吐出量から回帰直線を求めて３０ｐＬを吐出させる際の電圧を決定した。チャンネル１０２の１つのチャンネルにおける電圧と吐出量の関係を下記表１と図３に示す。
【００２１】
【表３】
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【００２２】
図３から、電圧に対する吐出量の回帰直線は、
（吐出量[pL]）＝0.3383×（電圧[V]）−0.6672
と求めることができ、これから３０ｐＬ吐出する際には９０．６９４Ｖの電圧が必要であることが分かる。この電圧を用いて、吐出量を算出すると、２９．９７ｐＬとなるので、３０ｐＬを吐出することに対して十分な精度を有することがわかる。
上記の方法を用いることにより、特定のチャンネルから吐出された液滴の吐出量を測定し、これを、制御部１１２において比較し、各チャンネル１０２に印加する電圧を調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施の形態のインクジェット装置の概略構成図
【図２】実施例の各チャンネルの吐出量と、調整後の吐出量を示すグラフ
【図３】圧電素子の印加電圧と吐出量との関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００２４】
１０１  インクジェットヘッド
１０２  チャンネル
１０３  インク
１０４  ヘッドコントローラー
１０５  計測機構部
１０６  液滴フィルター
１０７  測定セル
１０８  溶媒
１１２  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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