(57)【要約】【課題】ノズルから吐出された液滴が実際の速度で基板表面に着弾する際の挙動及び、着弾後の挙動並びに基板表面との接触角を評価する。【解決手段】ノズル１２から吐出される液滴１６が基板１８に着弾時した際の挙動及び着弾後の挙動及び接触角を評価する方法であって、複数のＣＣＤカメラ１４を用いて、複数箇所から直接液滴１６の撮影を行う。前記のようにして着弾時及び着弾後の液滴１６を撮影して画像データを取得する。当該画像データに基づき前記着弾時及び着弾後の液滴１６の挙動を立体画像として表現し、前記立体画像より液滴１６の挙動及び接触角について評価を行う。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルから吐出された液滴の基板着弾時及び着弾後の挙動を把握する方法であって、前記基板に着弾した前記液滴を、複数箇所から直接または間接に撮影して画像データを取得し、当該画像データに基づいて、前記液滴の挙動を立体画像として表現することを特徴とする液体塗布評価方法。
【請求項２】
前記液滴は、前記ノズルと前記基板との距離が基準値から変えられた場合、前記基板への着弾速度が基準着弾速度となる吐出速度で吐出されることを特徴とする請求項１に記載の液体塗布評価方法。
【請求項３】
前記基板は透光性を有し、前記液滴の撮影において複数箇所のうちの少なくとも一箇所は基板裏面から撮影を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体塗布評価方法。
【請求項４】
前記透光性を有する基板は、表面が非透光性基板の表面状態を再現されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の液体塗布評価方法。
【請求項５】
着弾時及び着弾後の液滴の撮影は、当該液滴の側面、下面、及び斜視面のうち少なくとも２面以上から行うことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の液体塗布評価方法。
【請求項６】
ノズルから吐出される液滴の基板着弾時及び着弾後の挙動を把握する装置であって、液滴吐出手段と、撮影対象に対して各々異なる軸方向からの撮影が可能に配設される複数の撮影手段と、当該複数の撮影手段によって撮影された画像データを統合して連続的な立体画像を再現する演算手段とを備えることを特徴とする液体塗布評価装置。
【請求項７】
前記撮影手段のうち側面から液滴の撮影を行うものは、少なくとも基板端面から液滴着弾点までの距離以上の焦点距離を有することを特徴とする請求項６に記載の液体塗布評価装置。
【請求項８】
前記撮影手段のうち上方から液滴の撮影を行うものは、少なくとも基板表面の液滴着弾点と液滴を吐出するノズルの吐出面の端部との距離以上の焦点距離を有することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の液体塗布評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液体塗布評価方法及び装置に係り、特にノズルから吐出された液滴が対象基板の表面に着弾した際及び着弾後の前記液滴の挙動及び接触角を計測するのに好適な液体塗布評価方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来液滴の形状、特に固体表面と液滴との接触角を評価する方法や装置としては、滴下手段によって試験基板上に滴下された液滴の滴下後の様子をミラー又はプリズム等を用いて間接的に計測するものや、滴下された後の液滴の様子を斜め上方の位置から直接撮影するもの等がある。
【０００３】
前記のものは滴下手段と、液滴が滴下される面に対して垂直に設けられた撮影手段とを備え、前記撮影手段の撮影軌道上にミラー又はプリズム等を設置し、撮影軌道を９０°屈折させ、反射を利用して前記液滴の側面画像を撮影するものである（特許文献１）。これによれば、滴下対象領域が広域の場合であっても、その撥液特性に合わせた滴下対象領域を逐次切り出すことなく計測試験を行うことができる。
【０００４】
後記のものは、液滴の滴下手段と撮影手段とを別途に設け、滴下後の液滴の様子を斜視方向から撮影をするようにし、簡単な装置構成で液滴の接触角を計測することができるようにしたものである（特許文献２）。これによれば、簡単な装置構成で液滴の様子を計測することができるので、計測フィールドが試験片のみに限定されず、実際の使用平面に対する計測を可能にしている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１０７２８２号公報
【特許文献２】特開２００２−１８８９８６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１及び特許文献２の発明は、撥液膜等の表面に液滴を滴下させた際の当該液滴の様子を計測する事に関しては有効であるが、インクジェットプリンタ等のノズルから吐出された液滴の基板着弾時から着弾後の挙動を評価（観察）する事に関しては、どちらも一定方向からの撮影であり、かつ吐出速度や着弾時の到達速度等を考慮していないため、高速で着弾するような、運動量を有する実際の液滴を観察することに関しては、有効とはいえない。
【０００７】
本発明では、ノズルから吐出された液滴が実際の速度で基板表面に着弾する際の挙動及び、着弾後の挙動並びに基板表面との接触角を観察することが可能な液体塗布評価方法および装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る液体塗布評価方法は、ノズルから吐出された液滴の基板着弾時及び着弾後の挙動を把握する方法であって、前記基板に着弾した前記液滴を、複数箇所から直接または間接に撮影して画像データを取得し、当該画像データに基づいて、前記液滴の挙動を立体画像として表現することを特徴とする。
【０００９】
この方法によれば、液滴は対象物に向かって吐出されることとなるので、垂直落下時のみでなく、水平に吐出された場合や垂直上方向に吐出された場合についての挙動も評価（観察）することができる。また、吐出工程と撮影工程を同時に行うこととなるので、ノズルから吐出され、基板表面に着弾する液滴の着弾後の接触角はもちろん、着弾時の液滴の挙動も撮影することができ、かつ複数箇所からの撮影であるために複雑な形状であっても立体画像として表現することができる。
【００１０】
また、前記液滴は、前記ノズルと前記基板との距離が基準値から変えられた場合、前記基板への着弾速度が基準着弾速度となる吐出速度で吐出されるようにすると良い。
【００１１】
これにより、例えばインクジェットプリンタ等の場合、基板表面への着弾速度を実際のインクジェットと同様に再現することができる。よって、基板表面の撥液性、親液性が着弾時の液滴に及ぼす影響をも評価（観察）することができる。また、前記基板は透光性を有し、前記液滴の撮影において複数箇所のうちの少なくとも一箇所は基板裏面から撮影を行うようにすると良い。
【００１２】
基板に透光性を持たせることにより、従来水平面より上方での撮影のみであった液滴着弾時の挙動及び接触角の評価（観察）を基板裏面から行うことができるようになり、自由度を向上させることができる。また、基板裏面から撮影を行うようにすることにより、液滴が着弾した際及び着弾後に基板表面に広がる様子または、雫化する様子の撮影が、着弾点に対して垂直方向行うことができる。
【００１３】
また、前記透光性を有する基板は、表面が非透光性基板の表面状態を再現されているようにすると良い。これにより、例えば基板表面の撥液性、親液性が着弾時の液滴に及ぼす影響等も評価（観察）することができる。
【００１４】
さらに、着弾時及び着弾後の液滴の撮影は、当該液滴の側面、下面、及び斜視面のうち少なくとも２面以上から行うようにすることが望ましい。これにより、複数面からの撮影となるため、画像の統合により当該画像を立体化して表現することができる。
【００１５】
また、本発明に係る液体塗布評価装置は、ノズルから吐出される液滴の基板着弾時及び着弾後の挙動を把握する装置であって、液滴吐出手段と、撮影対象に対して各々異なる軸方向からの撮影が可能に配設される複数の撮影手段と、当該複数の撮影手段によって撮影された画像データを統合して連続的な立体画像を再現する演算手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
本装置によれば、液滴を滴下するのみでなく吐出することができるので、吐出対象面が垂直であったり、上向きの面であったりしても、当該対称面に対する液滴着弾時及び着弾後の挙動評価（観察）を行うことができる。また、撮影対象を複数の撮影手段により異なる軸方向から撮影可能に備えることにより、複数の角度からの画像データを取得することができるため、当該画像を統合することにより立体画像を表現することができる。また、演算手段により連続的な立体画像を表現することにより、液滴が基板表面へ着弾したときから着弾後までの挙動を連続で表現できるため、基板表面の撥液性又は親液性と液滴の着弾時の挙動との関係を評価することができる。
【００１７】
また、前記撮影手段のうち側面から液滴の撮影を行うものは、少なくとも基板端面から液滴着弾点までの距離以上の焦点距離を有するようにする事が望ましい。これにより、試験に使用する基板を特別に小さなものとしなくても、液滴を真横から撮影することができる。
【００１８】
また、前記撮影手段のうち上方から液滴の撮影を行うものは、少なくとも基板表面の液滴着弾点と液滴を吐出するノズルの吐出面の端部との距離以上の焦点距離を有することが望ましい。これにより、液滴を撮影する際に当該撮影手段と前記ノズルとが干渉することなく撮影を行うことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る液体塗布評価方法および装置について図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は本発明に係る液体塗布評価方法および装置の第１の実施形態を示す図であり、図１（Ａ）は液滴及び液滴塗布評価装置の概要を示す側面図であり、図１（Ｂ）は基板に滴下された液滴の様子を示す平面図である。
【００２０】
第１の実施形態に係る液体塗布評価装置は、インク等の液滴１６を吐出するインク吐出手段であるノズル１２を備えるインクジェットヘッド１０と、前記液滴１６を滴下させる対象である基板１８と、前記基板１８を載置する基板ホルダ２０と、複数の撮影手段であるＣＣＤカメラ１４と、演算手段である画像合成部１３及び立体画像表示部１５とからなる。
【００２１】
前記インクジェットヘッド１０は、例えば、前記基板１８の上方２ｍｍにノズル１２が位置するように配置される。当該インクジェットヘッド１０は、液滴１６を吐出させる機構にエピゾ素子（不図示）を有しており、前記エピゾ素子への印加電圧によりノズル１２から吐出される液滴１６の吐出速度を適宜変化させることができる。
【００２２】
前記基板ホルダ２０は、矩形に形成されている。前記基板１８は、特に限定はしないが、例えばシリコーン等により矩形に形成され、前記基板ホルダ２０に水平に載置される。
前記ＣＣＤカメラ１４は撮影対象を液滴１６として、複数、本実施形態では、液滴１６に対して、水平方向から撮影を行うＣＣＤカメラ１４ａ、斜視横方向から撮影を行うＣＣＤカメラ１４ｂ、斜視上方から撮影を行うＣＣＤカメラ１４ｃの３台が配置され、それぞれが異なる軸・平面からの撮影を行うようにしている。また、当該複数のＣＣＤカメラ１４は、撮影画像を統合して立体画像として表現することができる画像合成部１３及び立体画像表示部１５に接続されている。さらに、前記ＣＣＤカメラ１４のうち、液滴１６を側面から撮影するように配設されるものは、前記基板１８の側端からでも前記液滴１６の撮影が可能な、焦点距離の長いものを選定することが望ましい。同様に、液滴１６を斜視方向から撮影するものは、インクジェットヘッド１０の側部からでも前記液滴１６の撮影が可能な焦点距離を有するものを選定するようにすると良い。
【００２３】
本発明に係る液体塗布評価方法は、例えば図１（Ａ）に示すように複数のＣＣＤカメラ１４を撮影対象である液滴１６に対してそれぞれ異なった軸から撮影を行う。
ノズル１２と基板１８との間の距離を設定する（本実施形態では２ｍｍとする）。前記インクジェットヘッド１０はピエゾ素子への印加電圧を調整することにより、ノズル１２から吐出される液滴１６の吐出速度を制御可能である。本実施形態では、ノズル１２と基板１８との間の距離が、基準値（実際のインクジェットプリンタのノズルとインクジェット対象物との距離である０．３ｍｍ）の時に液滴１６が基板１８に着弾する速度を基準着弾速度として、当該基準着弾速度と同等な着弾速度を得られるように前記ピエゾ素子に印加する電圧の調整を行う。すなわち、ノズル１２と基板１８との間の抵抗が大きい場合には、印加電圧を上げて吐出速度を向上させる。逆に抵抗が小さい場合には重力による加速を考慮して、印加電圧を下げて吐出速度を低下させるようにする。
【００２４】
これにより、実際のインクジェットプリンタによるインクジェットの様子を基板１８上に再現することができるため、実際のプリント時に近い液滴１６の挙動を撮影することができる。
【００２５】
上記のようにして撮影することにより得られた複数面から撮影した液滴１６の画像を、画像合成部１３で統合することにより立体画像を合成し、立体画像表示部１５に表示する。このように立体画像を表示することで、前記表示された立体画像に基づいて様々なデータを取得することができる。
【００２６】
図２に本発明に係る液体塗布評価方法および装置の第２の実施形態の例を示す。なお、本実施形態の基本的構成は第１の実施形態と同様であり、同様の名称及び役割を担う部位については同符号を付しており、同様の部位については説明を割愛する。
【００２７】
第２の実施形態では、基板ホルダ２０Ａの形状を、矩形枠型とするようにした。また、基板１８については、構成素材をガラスや石英等の透光性を有し、かつ耐薬品性にも優れたものを使用するようにした。前記構成にした場合の平面図を図２（Ｂ）に示す。
【００２８】
上記のような構成にすることにより、図２（Ａ）に示すように、基板１８の裏面側、ＣＣＤカメラ１４ｄの位置からの撮影を行うことができるようになる。これにより、液滴１６が基板１８に着弾した際及び着弾後に基板１８の表面に広がる様子または、雫化する様子を、着弾点に対して垂直方向で撮影することができる。
本実施形態の場合も、第１の実施形態と同様な手段により、立体画像を得ることができる。
【００２９】
図３に本発明に係る液体塗布評価方法および装置の第３の実施形態の例を示す。本実施形態も基本構成は第１の実施形態と同様であり、同符号を付して説明を割愛する。
本実施形態の特徴は、同一高さに複数のＣＣＤカメラ１４を配設して撮影を行うようにしたことにある。すなわち、複数のＣＣＤカメラ１４（１４ａ〜１４ｈ）を液滴１６を中心として放射状に配設し、当該ＣＣＤカメラ１４すべてが前記液滴１６を側面から撮影するように配設する。
【００３０】
この場合に撮影される画像は複数方向からの側面画像となるが、当該画像を画像合成部１３で統合することにより図４に示すような立体画像を表現することができる。これは複数方向からそれぞれ液滴１６の側面を撮影することにより液滴１６の側面の輪郭をデータとして採取し、それらを統合することで表現することができる。
【００３１】
上述した実施形態においては、液滴１６を滴下（吐出）する基板１８は、その表面の撥液性又は親液性を実際に液体塗布を行う箇所と同程度として行うようにすることで、実際にインクを塗布した場合の液滴１６の挙動を再現することができる。
具体的には、例えば基板１８の表面にシリコーン系やフッ素系の被膜を施すことにより、表面の撥液性、親液性を調整するようにすれば良い。
【００３２】
シリコーン系の膜の場合、プラズマ重合等によって形成される重合膜等も良く、その場合、表面にＵＶまたはプラズマ等を照射することで、撥液性を奏しているメチル基を分解除去することができ、親液性の調整を行うことができる。親液性の調整は、ＵＶまたはプラズマ等の照射時間を変えることで可能であり、長時間の照射を行えば、撥液性が衰え、親液性が増す。
【００３３】
フッ素系の被膜の場合は、表面を活性なフッ素に晒すことで表面をフッ化して基板１８の表面に撥液性を付与することができる。この場合、活性なフッ素に晒す時間により撥液性を調整することができる。また、フッ素を含む液体をプラズマ重合等によって基板１８の表面に重合膜として形成するようにすることもできる。
【００３４】
液滴１６の撮影方法としては、単に基板１８の表面に液滴１６を滴下してその挙動を撮影することの他に、図５に示すように、前記基板１８の表面に幾何学形状にパターン２４を形成し、基板１８の表面に様々な着弾面を再現して当該基板１８に対する液滴１６の着弾時の挙動を撮影することができる。
【００３５】
基板１８の表面にパターン２４を形成する場合、レジスト等の耐薬品性に優れた素材により、バンク２５と呼ばれる土手を形成することで行われる。本実施形態では、基板裏面側等からの撮影を想定するため、通常の有色素材ではなく透過性物質、例えばポリイミド系感光材料等を採用する。ポリイミド系感光材料は、ガラス等の面に対しても吸着性が良好であり、かつ薬品等に対する耐食性にも優れている。
【００３６】
パターン２４の形成は、まず、上記ポリイミド系感光材料を基板１８の表面にスピンコート等により塗布するようにすれば良い。また、他の方法としては、浸漬等により塗布するようにすることもできる。
上記のようにして基板１８の表面に塗布されたポリイミド系感光材料は、バンク２５となる部分を遮光性材料でマスクされＵＶを照射される。ＵＶ照射後現像液等のエッチング液に浸漬することで感光したポリイミド系感光材料が除去され、パターン２４が基板１８の表面に形成される。
上記のようにして形成したパターン２４表面にも、上述した撥液性、又は親液性を調整する被覆膜２６を形成するようにすると良い。
【００３７】
このように基板１８の表面にパターン２４及び被覆膜２６を形成することで、パターン２４を形成した基板１８の表面と液滴１６の挙動試験を想定する箇所の表面との親液性を同程度に調整して撮影を行うことができる。
なお、上記実施形態においては主としてＣＣＤカメラ１４により直接液滴１６の撮影を行うようにしているが、複数のＣＣＤカメラ１４を一定方向に向けて配設し、ミラーやプリズム等により間接的に撮影するようにしても良い。
【００３８】
本発明において、基板１８の表面に着弾した前記液滴１６を、複数箇所から直接または間接に撮影して画像データを取得し、当該画像データに基づいて、前記液滴１６の挙動を立体画像として表現するようにしたことにより、液滴１６は対象物に向かって吐出されることとなるので、垂直落下時のみでなく、水平に吐出された場合や垂直上方向に吐出された場合についての挙動も評価（観察）することができる。また、吐出工程と撮影工程を同時に行うこととなるので、ノズル１２から吐出され、基板１８の表面に着弾する液滴１６の着弾後の接触角はもちろん、着弾時の液滴１６の挙動も撮影することができ、かつ複数箇所からの撮影であるために複雑な形状であっても立体画像として表現することができる。
【００３９】
また、前記液滴１６は、前記ノズル１２と前記基板１８との距離が基準値から変えられた場合、前記基板１８への着弾速度が基準着弾速度となる吐出速度で吐出されるようにしたことにより、例えばインクジェットプリンタ等の場合を想定すると、基板１８の表面への着弾時の様子を実際のインクジェットと同様に再現することができる。よって、基板１８の表面の撥液性、親液性が着弾時の液滴１６に及ぼす影響をも評価（観察）することができる。
【００４０】
また、基板１８に透光性を持たせることにより、従来水平面より上方での撮影のみであった液滴１６の着弾時の挙動及び接触角の評価（観察）を基板裏面から行うことができるようになり、自由度を向上させることができる。また、基板１８の裏面から撮影を行うようにすることにより、液滴１６が着弾した際及び着弾後に基板１８の表面に広がる様子または、雫化する様子の撮影が、着弾点に対して垂直方向に行うことができる。
【００４１】
また、基板１８の表面に様々な表面状態を再現するようにしたことにより、基板表面の撥液性、親液性が着弾時の液滴１６に及ぼす影響等も評価（観察）することができる。
さらに、着弾時及び着弾後の液滴１６の撮影を、当該液滴１６の側面、下面、及び斜視面のうち少なくとも２面以上から行うようにしたことにより、複数面からの撮影となるため、画像の統合により当該画像を立体化して表現することができる。
【００４２】
また、本発明に係る液体塗布評価装置において、インクジェットヘッド１０と、液滴１６に対して各々異なる軸方向からの撮影が可能に配設される複数の撮影手段と、当該複数のＣＣＤカメラ１４によって撮影された画像データを統合して連続的な立体画像を再現する画像合成部１３と立体画像表示部１５とを備えるようにしたことにより、液滴１６を滴下するのみでなく吐出することができるので、吐出対象面が垂直であったり、上向きの面であったりしても、当該対称面に対する液滴１６の着弾時及び着弾後の挙動評価（観察）を行うことができる。また、液滴１６を複数のＣＣＤカメラ１４により異なる軸方向から撮影可能に備えることにより、複数の角度からの画像データを取得することができるため、当該画像を統合することにより立体画像を表現することができる。また、演算手段である画像合成部１３と立体画像表示部１５とにより連続的な立体画像を表現することができ、液滴１６が基板１８の表面へ着弾したときから着弾後までの挙動を連続で表現できる。このため、基板１８の表面の撥液性又は親液性と液滴１６の着弾時の挙動との関係を評価することができる。
【００４３】
また、前記ＣＣＤカメラ１４のうち側面から液滴１６の撮影を行うものは、少なくとも基板１８の端面から液滴１６の着弾点までの距離以上の焦点距離を有するようにする事により、試験に使用する基板１８を特別に小さなものとしなくても、液滴１６を真横から撮影することができる。
【００４４】
また、前記ＣＣＤカメラ１４のうち上方から液滴１６の撮影を行うものは、基板１８の表面の液滴１６の着弾点と液滴１６を吐出するノズル１２の吐出面の端部との距離以上の焦点距離を有するようにすることで、液滴１６を撮影する際に当該ＣＣＤカメラ１４と前記ノズル１２とが干渉することなく撮影を行うことができる。
実施形態においては、基板ホルダ２０及び基板１８の形状を矩形としたが、これに限るものではない。
【００４５】
また、実施形態は、液滴１６の吐出方向を垂直下方向として液滴１６を滴下させることのみを記載しているが、水平方向に吐出、または垂直上方向に吐出した際の液滴１６の挙動を撮影することもできる。よって、様々な状況の面を想定した試験を行うことができる。このような試験を行う際には、インクジェットヘッド１０のピエゾ素子に印加する電圧を適宜変化させることで液滴１６の吐出速度及び着弾速度を調整するようにすると良い。
【００４６】
また、液滴１６を撮影する他の方法としては、ＣＣＤカメラ１４をレーザー顕微鏡（（株）キーエンス製：ＶＫ−９５００）等に置き換え、図６（Ａ）に示すように投射レーザー２１と反射レーザー２２との位相を計測することにより、各部位の高さを計ることもできる。これによれば、図６（Ｂ）のような干渉リング（等高線）を得ることができる。この干渉リングにあたる箇所をそれぞれ平面としてみると、図６に示すようにして液滴１６の立体画像を得ることができる。
【００４７】
さらに、実施形態において、ノズル１２と基板１８との間の距離の基準値を０．３ｍｍとしたが、一例であり、適宜設定することができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、撮影手段、撮影手段の数、撮影位置等適宜選択し得るものは、要旨を逸脱しない範囲で変化させるものを含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液体塗布評価装置の第１の実施形態を示す図である。
【図２】本発明に係る液体塗布評価装置の第２の実施形態を示す図である。
【図３】本発明に係る液体塗布評価装置の第３の実施形態を示す図である。
【図４】複数側面からの撮影による輪郭画像の統合による立体画像を示す図である。
【図５】パターン形成を施した基板を示す側面図である。
【図６】立体画像を表現するための方法の他の例を示す図である。
【図７】等高線データによる液滴の立体画像を示す図である。
【符号の説明】
１０………インクジェットヘッド、１２………ノズル、１３………画像合成部、１４………ＣＣＤカメラ、１５………立体画像表示部、１６………液滴、１８………基板、２０………基板ホルダ。
【図１】
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【図２】
2004325087.tif 000004
【図３】
2004325087.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004325087.tif 000007
【図６】
2004325087.tif 000008
【図７】
2004325087.tif 000009