(57)【要約】【課題】インクジェットヘッド内部に形成された流路の構造及び液の流れを非破壊的に測定する方法の提供。【解決手段】高Ｘ線吸収材料を添加した液体を流路に導入した状態でヘッドにＸ線を照射し、街ヘッドを透過したＸ線を吸収して得られたＸ線透過像と、導入しない状態でのＸ線透過像との差を検出することにより、流路構造を得る。またＸ線吸収材料を添加した液体を断続的に流路中に導入し、液吐出を行いながら透過像の変化を検出することにより、駆動による液の流れを測定する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に多数のインク吐出用ノズルを備えたインクジェットヘッドの流路構造観察方法であって、高Ｘ線吸収材料を添加した液体を流路に導入した状態で該ヘッドにＸ線を照射し、該ヘッドを透過したＸ線を検出して得られたＸ線透過像と、線吸収材料を導入しない状態でのＸ線透過像との差を検出することにより、流路構造を得ることを特徴とする流路の観察方法。
【請求項２】
上記Ｘ線高吸収材料は液体中に溶解あるいは、粒径１ミクロン以下の微粒子の状態で分散していることを特徴とする請求項１に記載の流路構造の観察方法。
【請求項３】
上記Ｘ線高吸収材料はヨードを含むことを特徴とする請求項１に記載の流路構造の観察方法。
【請求項４】
上記インクジェットヘッドを透過したＸ線の検出部は、Ｘ線像を可視光に変換する微粒子からなる蛍光物質を２次元的に配列したものであることを特徴とする請求項１に記載の流路構造の観察方法。
【請求項５】
高Ｘ線吸収材料を添加した液体を断続的に流路中に導入し、液吐出駆動を行いながらＸ線透過像の変化を検出することにより、駆動による液体の流れを測定することを特徴とする流れ測定方法。
【請求項６】
高Ｘ線吸収材料を添加した液体はインクジェット用インクに高Ｘ線吸収材料を添加したものであることを特徴とする請求項５に記載の流れの観察方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッドにおけるインク流路の構造観察方法および流路内で液体の流れの観察方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録方式に用いられるヘッドには、一般に微細なインク吐出口、インクを蓄える液室、吐出口と液室を連通するインク流路、およびこの流路の一部に設けられるインク吐出エネルギー発生部が設けられている。インク液滴の吐出は、インク吐出エネルギー発生素子に駆動信号を印加して熱エネルギーを発生させ、これにより発生した気泡を外気と連通させて行う方法が知られている。図８にインクジェットヘッドの一例を模式的に表した（１）断面図及び（２）平面図を示す。８１はインク流路、８２は吐出口、８３は発熱素子、８４は基板、８５はインク液室、８６はインク供給口である。
【０００３】
インク流路の一般的な製造方法としては、（１）基板上に溶解可能な樹脂にてインク流路パターンを形成し、そのパターンをエポキシ樹脂、ポリサルフォン等で被覆してこの樹脂を硬化し、各吐出素子に分割するために切断した後、前記溶解可能な樹脂パターンを除去する方法や、（２）インク吐出エネルギー発生素子が設けられた第一の基板と、オリフィスプレート、インク流路、インク液室を射出成形により一体に形成した後エキシマレーザー光を用いてインク吐出口を形成した第二の基板とを位置を合わせて圧接固定する方法等がある。
【０００４】
インクジェットプリンタの高画質化を達成するためには各ノズルからのインク吐出特性が一様でばらつきのないことが要求される。吐出量や吐出速度、吐出方向等のインク吐出特性は、インク流路の径や形状に大きく影響されることから、流路が所望の形状に形成されていることおよびノズル間に形状の差がないことは、高画質を実現するために不可欠なことである。しかしながら上記製造方法においては、切断時のインク流路壁の欠けや、基板圧接時の固定強度分布による隣り合うインク流路のリーク等が発生する問題があった。
【０００５】
以上のような理由から、従来よりヘッド内部に形成されたインク流路構造を直接観察すること、さらには流路内での液の流れを計測することが望まれていた。
【０００６】
内部構造の観察方法としては、試料断面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）等での断面観察、試料断面を薄膜化して透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いての断面観察、目標となる構造物以外を除去した後ＳＥＭ等での形状観察が一般に行われている。ヘッドのある一断面を切り出したり周辺部材の除去を行うことにより内部構造一部を表面に露出させることができればＳＥＭ等で観察することによりその部位の形状を観察することが可能である。断面試料作製法としては近年収束イオンビーム（ＦＩＢ）を用いた加工が普及してきており、これを用いることで任意の部位の断面出しが容易になりつつある。
【０００７】
一方流路中のインクの流れについては、透光性のカバーガラスで側面を形成した流路に蛍光剤を含む微粒子を液に導入し、レーザを照射することにより発光した微粒子を見ることにより流体の流れを見る方法が報告されている（Ｃａｒｌ  Ｄ．Ｍｅｉｎｈａｒｔ  ａｎｄ  Ｈｏｎｇｓｈｅｎｇ  Ｚｈａｎｇ，“Ｔｈｅ  Ｆｌｏｗ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｉｎｓｉｄｅ  ａ  Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  Ｉｎｋｊｅｔ  Ｐｒｉｎｔｈｅａｄ”  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｎａｌ  ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｖｌｏ．９，Ｎｏ．１，ｐｐ．６７−７４，２０００）。また特開平７−２３２４４０号公報においては、流路及び液室内のインクの量や状態を検出するために、インクジェットヘッドのインク流路に対応した位置に発光素子及び受光素子を配置する提案がなされている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の方法を用いて流路の構造及び液の流れを観測するには以下のような課題があった。
【０００９】
特定の断面個所を切り出した上でＳＥＭ等による観察するには多大な手間と時間がかかる上に、１ヘッドあたりわずかな観察点数に限られる。また破壊観察であるため、観察に用いた試料はそのヘッドが使えなくなってしまうという問題がある。
【００１０】
蛍光剤を含む微粒子の発光により液の流れを観測する方法、ヘッドのインク流路に対応した位置に発光素子及び受光素子を配置する方法は、光に対する基材の透過性が高い場合は有効な手段として用いられるが、通常良く用いられるポリサルフォン等の部材はその点で必ずしも良好とは言えない。
【００１１】
このような問題を解決する方法としては、Ｘ線透過像を観察して内部状態を非破壊的に測定する方法が挙げられる。しかし、Ｘ線透過像では他の部材によるＸ線の影も重なって観測されるため、所望の流路部分の構造を特に解像度良く観測することは困難である。
【００１２】
本発明はこれらの欠点を解決し、インクジェットヘッド内部に形成された流路の構造及び液の流れを非破壊的に測定する検査方法の提供を目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下の各項（１）〜（６）のいずれかに示す方法を提供することにより、前記目的を達成しようとするものである。
【００１４】
（１）基板上に多数のインク吐出用ノズルを備えたインクジェットヘッドの流路構造観察方法であって、高Ｘ線吸収材料を添加した液体を流路に導入した状態で該ヘッドにＸ線を照射し、該ヘッドを透過したＸ線を検出して得られたＸ線透過像と、Ｘ線吸収材料を導入しない状態でのＸ線透過像との差を検出することにより、流路構造を得ることを特徴とする流路観察方法。
【００１５】
（２）上記Ｘ線高吸収材料は液体中に溶解あるいは、粒径１ミクロン以下の微粒子の状態で分散していることを特徴とする（１）に記載の流路構造の観察方法。
【００１６】
（３）上記Ｘ線高吸収材料はヨードを含むことを特徴とする（１）に記載の流路構造の観察方法。
【００１７】
（４）上記インクジェットヘッドを透過したＸ線の検出部は、Ｘ線像を可視光に変換する微粒子からなる蛍光物質を２次元的に配列したものであることを特徴とする（１）に記載の流路構造の観察方法。
【００１８】
（５）高Ｘ線吸収材料を添加した液体を断続的に流路中に導入し、液吐出駆動を行いながらＸ線透過像の変化を検出することにより、駆動による液体の流れを測定することを特徴とする流れ測定方法。
【００１９】
（６）高Ｘ線吸収材料を添加した液体はインクジェット用インクであることを特徴とする（５）に記載のインクの流れ測定方法。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明に用いた測定手段の一態様を示す図である。図中１１はＸ線管、１２はＸ線管１１で発生したＸ線の照射範囲を調節するコリメータ、１３は測定試料であるインクジェットヘッド、１４は試料を平行移動及び回転移動することが可能な試料保持手段、１５は測定試料１３を透過したＸ線像を可視光像にするシンチレータ、１６はシンチレータ１４から発せられた可視光像を検出して画像信号として出力するための、二次元状に配置した多数の個体光検出素子からなるＸ線検出器であり、Ｘ線検出器１６とシンチレータ１５を合わせてＸ線撮像部１７としている。また１８は、Ｘ線検出器１６で得られた画像信号をデジタル画像信号に変換する信号処理手段、１９は中央制御部、２０は表示手段、２１はＸ線制御手段である。
【００２２】
試料のＸ線撮影時には、Ｘ線制御手段２１を介してＸ線管１１からＸ線を発生させる。発生したＸ線はコリメータ１２を経て試料１３を照射する。ヘッド内物質により吸収、透過されヘッドを通過してきたＸ線はシンチレータ１５に到達し、ここで蛍光物質で励起され、蛍光がシンチレータから発せられる。蛍光はＸ線検出部１６において２次元のＣＣＤ固体撮像素子を用いてシンチレータからの蛍光を光電変換し、信号処理手段１８に送信する。信号処理手段１８で撮影画像をデジタル画像信号に変換し、中央制御部１９を介して表示手段２０に表示する。３次元の断層像を得るには、試料をある決まった角度ごとに試料を回転させて撮影を繰り返し、複数の方向からの測定データをコンピュータ処理し画像を再構成する。
【００２３】
なお、シンチレータ１５に用いられる蛍光物質としては、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ、ＣｓＩ、ＣａＷＯ４、ＣｄＷＯ４から成るものや、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｐｒのような希土類元素を発光中心に用いたものが用いられる。
【００２４】
本発明においては微細構造の形状を詳細に観測できるようにするため、蛍光物質の粒子が小さいことが望ましく、粒径１μｍ以下の粒子を用いることが好ましい。
【００２５】
本発明においては、インクジェットヘッド内の流路構造の検出を１つの目的としており、それを達成するために、以下のような手段を用いる。
【００２６】
すなわち、Ｘ線吸収係数の高い材料を添加した液体を流路に導入した状態で該ヘッドにＸ線を照射し、該ヘッドを透過したＸ線を検出して得られたＸ線透過像と、Ｘ線吸収材料を導入しない状態でのＸ線透過像を測定し、両画像の差を検出することにより流路の構造を鮮明に得ることができる。基板上に複数の流路が構成されたヘッドにおいては、形状の均一性評価が可能であり、また切断時のインク流路壁の欠けや隣り合うインク流路のリーク等の不良を検出することが可能である。
【００２７】
流路中に導入する液体は、インクジェットヘッドの発熱素子を駆動させることにより任意に導入、排出することができることから、高Ｘ線吸収材料を添加した第一の液体を導入した状態、及び導入しない状態（例えば溶媒のみからなる第二の液体を導入した状態）を任意に作り出すことが可能である。したがって、上記の測定を行う際には試料を決まった角度に回転させることと、流路中に導入する液の交換とを任意に組み合わせながら撮影を繰り返すことにより、最終的に３次元的な流路の構造を得ることができる。３次元像を得るまでの測定手順の一例を図２に示した。
【００２８】
図３にヘッドの平面方向から測定したＸ線投影データ及び処理画像の一例を模式的に示す。図３の（１）は高Ｘ線吸収材料を添加した第一の液体を導入した状態での投影データ、（２）は導入しない状態（溶媒のみを導入した状態）での投影データ、（３）は両者の差をとった処理像である。
【００２９】
図中色の濃い部分がＸ線透過率が低いことを示しており、処理後の画像は流路が強調されたものとなっている。また図４には各方向からの画像処理データを組み合わせて得られた３次元構造を模式的に示した。
【００３０】
なお本発明で用いられる高Ｘ線吸収材料を添加した液体は、ヘッド材料に対して影響を与えないものであればどんなものでもかまわないが、特に高Ｘ線吸収材料の水溶液あるいは、粒径１ミクロン以下の微粒子を水に分散させたものが好ましく用いられる。
【００３１】
Ｘ線吸収材料としては、ヨード、ＢａやＰｂ等の重金属を含む化合物等があり、例えばヨードベンゼン誘導体、硫酸バリウム、酢酸Ｐｂ、オレイン酸Ｐｂ、及び金属キレート化合物等水溶性の化合物を用いることが可能であり、あるいはＸ線吸収係数の高い金属元素をコロイドとして分散させることも可能である。この時金属元素の分散を向上させるための添加剤を必要に応じて加えることができる。
【００３２】
液の粘度としては通常用いられるインクの粘度である１〜２０ｍＰａ・Ｓであることが望ましい。
【００３３】
本発明では上記の内部構造計測に加えて、流路中の液の流れを観測する方法を提供する。
【００３４】
前述のように、流路中に導入する液体は、インクジェットヘッドの発熱素子を駆動させることにより任意に導入、排出することができることから、高Ｘ線吸収材料を添加した第一の液体を導入した状態、及び導入しない状態（例えば溶媒のみからなる第二の液体を導入した状態）を任意に作り出すことが可能である。したがって、測定試料に対するＸ線の照射方向を一定にした状態で、導入するＸ線透過率の異なる液を断続的に加え、発熱素子を駆動させることによるＸ線透過像の変化を測定することにより、駆動による液の流れを検出することができる。ここで用いる液は、前記に示した水溶液や分散液であっても良く、あるいはインクジェット用インクに高Ｘ線吸収材料を添加したものであってもかまわない。図５にＸ線の照射方向をヘッドの上部（平面方向）に固定して撮影した透過像の一例を示す。まず流路中に、高Ｘ線吸収材料を添加しない第二の液を導入し、Ｘ線透過像を得る（図５（１））。次に発熱素子の駆動を連続して行い、インク液室中の液がほぼ無くなったところで、高Ｘ線吸収材料を添加した第一の液体を加える。さらに駆動を続けると流路中に第一の液体が導入され、徐々に吐出口方向へ移動することになる。高Ｘ線吸収材料を添加した第一の液体を加えた後、一定の駆動の度にＸ線透過像を撮影し（図５（２）（３））、その変化を追うことにより駆動による液の流れを検出することが可能となる。基板上に複数の流路が構成されたヘッドにおいては、各流路中の流れの均一性評価や、吐出性の良否、不良ノズル検出などを行うことができる。
【００３５】
なお本発明の方法を用いれば、試料を破壊することがない上に、流路中の高Ｘ線吸収材料も水等の適当な洗浄液で容易に除去できることから、試験後も通常のインクジェットヘッドとして問題なく用いることができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
図を用いて本発明の実施形態を説明する。
【００３７】
（実施形態１）
図１は本実施形態で用いた測定手段を示す模式図である。本実施形態においては高Ｘ線吸収材料として水溶性のヨードベンゼン誘導体を用い、約２０ｗｔ％に調整した水溶液を第一の液として用いた。また第二の液として水を用いた。
測定の方法としてまず、試料であるインクジェットヘッド１３を、基板に対して垂直方向からＸ線が照射されるように（基板とＸ線撮像面１７が平行になるように）、保持手段１４を用いて設置し、インク供給口より流路に水を導入した。Ｘ線管１１から発生したＸ線をコリメータ１２を通して試料１３を照射し、ヘッドを通過したＸ線を、蛍光物質およびＣＣＤ固体撮像素子を２次元に配置したＸ線撮像部１７に取り込んだ。本実施形態では蛍光物質としてＧｄ２Ｏ２ＳとＴｂからなる、粒径１ミクロン以下の微粒子が用いられた。Ｘ線撮像部１７で光電変換された信号は、信号処理手段１８、中央制御部１９を介して表示手段２０で表示された。その結果、模式図２（２）で示されたようなＸ線透過像が得られた。
【００３８】
次にインクジェットヘッド１３を保持したままの状態で、流路に上記ヨードベンゼン誘導体水溶液を導入して同様の撮影を行い、模式図２（１）で示されたような、流路部での透過率が低いＸ線透過像を得た。この２つの画像を差し引いた結果、図２（３）に示されたような、流路の輪郭が強調された２次元の投影像が得られた。
【００３９】
２次元の投影図からは、流路間での流路幅のばらつきや隣り合う流路のリークは観測されなかった。
【００４０】
（実施形態２）
本実施形態では、実施形態１に示したＸ線透過像の取り込み操作を、試料をある決まった角度で少しずつ回転させながら繰り返した。図２はその手順を示したものである。その結果、複数の方向からの投影データが得られ、これをコンピュータ処理することにより、図４に示したような流路が強調された３次元画像を再構成することができた。画像からはインク流路壁の欠けや隣り合うインク流路のリーク等の不良は検出されなかった。
【００４１】
（実施形態３）
本実施形態においても図１に示した測定手段を用いた。本実施形態においては高Ｘ線吸収材料として水溶性の酢酸Ｐｂを用い、約２０ｗｔ％に調整した水溶液として用いた。
【００４２】
また本実施形態で用いた測定の手順を図６に示した。
【００４３】
測定の方法としてまず、試料であるインクジェットヘッド１３を、基板がＸ線検出部１７とある一定の角度になるように保持手段１４を用いて設置した。このとき流路内には何も導入しなかった。Ｘ線管１１から発生したＸ線をコリメータ１２を通して試料１３を照射し、ヘッドを通過したＸ線を、蛍光物質およびＣＣＤ固体撮像素子を２次元に配置したＸ線撮像部１７に取り込んだ。本実施形態における蛍光物質は、実施形態１と同様Ｇｄ２Ｏ２ＳとＴｂからなる、粒径１ミクロン以下の微粒子を用いた。Ｘ線撮像部１７で光電変換された信号は、信号処理手段１８、中央制御部１９を介して表示手段２０で表示された。この操作を試料をある決まった角度で少しずつ回転させながら繰り返し、複数の方向からの投影データを得た。
【００４４】
次にインクジェットヘッド１３の流路に上記酢酸Ｐｂの水溶液を導入し、流路に何も導入しない時と同じ角度に少しずつ回転させながら撮影を繰り返し、複数の方向からの投影データを得た。
【００４５】
最後にこれらの画像をコンピュータ処理することにより、図７に示したような流路が強調された３次元画像を再構成することができた。画像からはインク流路壁の欠けや隣り合うインク流路のリーク等の不良は検出されなかった。
【００４６】
（実施形態４）
本実施形態においては高Ｘ線吸収材料として水溶性のヨードベンゼン誘導体を用い、約２０ｗｔ％に調整した水溶液を第一の液として用いた。また水を第二の液とした。
【００４７】
また本実施形態においても図１に示した測定手段を用いた。
【００４８】
測定の方法としてまず、実施形態１で用いたインクジェットヘッド１３を、基板に対して垂直方向からＸ線が照射されるように（基板とＸ線撮像面１７が平行になるように）、保持手段１４を用いて設置し、インク供給口より流路に水を導入した。Ｘ線管１１から発生したＸ線をコリメータ１２を通して試料１３を照射し、実施形態１と同様の方法でＸ線透過像を撮影し、図５（１）に示したような投影データを得た。次に発熱素子の駆動を連続して行い、インク液室中の水がほぼ無くなったところで、上記のヨードベンゼン誘導体水溶液を加えた。一定の駆動の度にＸ線透過像を撮影し、図５（２）（３）に示したような投影データを順次得た。各流路中の流れが均一であること、流れの不良なノズルがないことを確認した。本測定に用いた試料は、水による流路の洗浄を繰り返した後、通常のインクジェットノズルとして問題なく用いることができた。
【００４９】
（実施形態５）
本実施形態においては高Ｘ線吸収材料として水溶性のヨードベンゼン誘導体を用い、これをインクジェット用のインクに溶解したものを第一の液とした。またヨードベンゼン誘導体を溶解しないインクを第二の液とした。これ以外は実施形態４と同様の方法で、流路中のインクの流れの測定を行った。得られたＸ線透過像のより、各流路中のインクの流れが均一であること、流れの不良なノズルがないことを確認した。本測定に用いた試料は、水による流路の洗浄を繰り返した後、通常のインクジェットノズルとして問題なく用いることができた。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればインクジェットヘッドの流路の構造および流路中の流れの状態を非破壊で観測することができた。インク吐出特性に大きな影響を及ぼすこれらの評価が可能であることは、吐出特性の向上、均一化、高画質化実現のために効果的がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いたＸ線透過像撮影手段の模式図。
【図２】本発明で用いた、ヘッドの流路構造を得るための測定手順の一例。
【図３】本発明により得られたヘッド部のＸ線透過像を模式的に表した一例。
【図４】本発明により得られた流路の立体構造を模式的に表した一例。
【図５】本発明により得られたヘッド部のＸ線透過像を模式的に表した別の一例。
【図６】本発明で用いた、ヘッドの流路構造を得るための測定手順の別の一例。
【図７】本発明により得られた流路の立体構造を模式的に表した別の一例。
【図８】インクジェットヘッドの構造の一例を示した断面図及び平面図。
【符号の説明】
１１  Ｘ線管
１２  コリメータ
１３  測定試料
１４  試料保持手段
１５  シンチレータ
１６  Ｘ線検出部
１７  Ｘ線撮像部
１８  信号処理手段
１９  中央制御部
２０  表示手段
２１  Ｘ線制御手段
２２  Ｘ線透過率の低い部分
２３  Ｘ線透過率の低い部分
２４  ヘッド部材
２５  インク流路
８１  インク流路
８２  吐出口
８３  発熱素子
８４  基板
８５  インク液室
８６  インク供給口
【図１】
2004177212.tif 000003
【図２】
2004177212.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004177212.tif 000009
【図８】
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