(57)【要約】【課題】インクジェットヘッドのノズルから吐出される液滴の体積を精度よく計測すること。【解決手段】計測方法が、光透過性を備えるとともにそれぞれが筒状の形状を有した複数の容器を、インクジェットヘッドの複数のノズルに一対一で対応させる工程Ａと、前記複数の容器内に液状体が蓄えられるように、前記複数のノズルからそれぞれの前記容器へ、前記複数のノズルに亘って同じ回数だけ、前記液状体の液滴を吐出する工程Ｂと、前記複数の容器のそれぞれ内での前記液状体の層の厚さを計測する工程Ｃと、前記容器内の断面と、前記厚さと、に基づいて、それぞれの前記液滴の体積を導出する工程Ｄと、を包含している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性を備えるとともに筒状の形状を有した容器をインクジェットヘッドのノズルに対応させる工程Ａと、
前記容器内に液状体が蓄えられるように、前記ノズルから前記容器内へ前記液状体の液滴を吐出する工程Ｂと、
前記容器内の前記液状体の厚さを計測する工程Ｃと、
前記容器内の断面と、前記厚さと、に基づいて、前記液滴の体積を導出する工程Ｄと、
を包含した計測方法。
【請求項２】
請求項１記載の計測方法であって、前記工程Ｂの後で前記容器が閉じるように、前記容器を蓋で覆う工程Ｅをさらに包含した計測方法。
【請求項３】
光透過性を備えるとともにそれぞれが筒状の形状を有した複数の容器を、インクジェットヘッドの複数のノズルに一対一で対応させる工程Ａと、
前記複数の容器内に液状体が蓄えられるように、前記複数のノズルからそれぞれの前記容器へ、前記複数のノズルに亘って同じ回数だけ、前記液状体の液滴を吐出する工程Ｂと、
前記複数の容器のそれぞれ内での前記液状体の厚さを計測する工程Ｃと、
前記容器内の断面と、前記厚さと、に基づいて、それぞれの前記液滴の体積を導出する工程Ｄと、
を包含した計測方法。
【請求項４】
請求項３記載の計測方法であって、前記工程Ｂの後で前記複数の容器が閉じるように、それぞれの前記容器を蓋で覆う工程Ｅをさらに包含した計測方法。
【請求項５】
請求項３記載の計測方法であって、
前記回数は１回である、
計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッドのノズルから吐出される液滴の体積を計測する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
民生用のプリンタ分野においても、工業用の分野においても、インクジェットヘッドのノズルから吐出される液滴の体積または重量を、精度よく計測することが求められる。この要請を受けて、次の３つの方法が開示されている。
【０００３】
まず、圧電素子のインピーダンスの変化を利用する方法がある（特許文献１）。この方法によれば、インクジェットヘッドからのインクを圧電素子に付着させる。そして、付着によって生じる圧電素子のインピーダンスの変化に基づいて、付着重量を求める。また、インク滴形状評価用治具上にドーム状インク滴を形成する方法がある（特許文献２）。この方法によれば、ドーム状インク滴の径からインク滴の吐出量を算出する。そして、水晶振動子の共振周波数の変化を利用する方法がある（特許文献３）。この方法によれば、ノズルから吐出された液滴を水晶振動子に着弾させる。そして、着弾によって生じる共振周波数の変化に基づいて、吐出された液滴の重量を算出する。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２４８２５０号公報
【特許文献２】特開２００５−２３８７８７号公報
【特許文献３】特開２００５−６１８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ただし、上記の方法のいずれを採用しても、計測結果を高精度に保つことが難しい。具体的には、ノズルから吐出されるインク重量は微小なので、特許文献１および３の方法では、圧電素子、および水晶振動子の分解能に限界がある。しかも、特許文献３の方法の場合には、たとえ重量が同一な２つの液滴であっても、水晶振動子上で着弾する位置が変われば、共振周波数が異なってしまう。また、特許文献２の方法の場合には、インク滴に気化し易い成分が含まれている場合には、その成分が気化することによって測定結果が異なり得る。
【０００６】
本発明は上記課題を鑑みてなされ、その目的の一つは、ノズルから吐出される液滴の体積を精度よく計測することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の計測方法は、光透過性を備えるとともに筒状の形状を有した容器をインクジェットヘッドのノズルに対応させる工程Ａと、前記容器内に液状体が蓄えられるように、前記ノズルから前記容器内へ前記液状体の液滴を吐出する工程Ｂと、前記容器内の前記液状体の厚さを計測する工程Ｃと、前記容器内の断面と、前記厚さと、に基づいて、前記液滴の体積を導出する工程Ｄと、を包含している。
【０００８】
上記構成によれば、液状体の厚さを計測すれば、吐出された液滴の体積を導出できる。このため、複雑な装置を必要とせずとも、精度よく液滴の体積を導出できる。
【０００９】
好ましくは、上記計測方法が、前記工程Ｂの後で前記容器が閉じるように、前記容器を蓋で覆う工程Ｅをさらに包含している。
【００１０】
上記構成によれば、液状体が気化し易い成分を含んでいる場合であっても、その成分の気化を防げるので、吐出された時点の液滴の体積を精度よく導出できる。
【００１１】
本発明の計測方法は、光透過性を備えるとともにそれぞれが筒状の形状を有した複数の容器を、インクジェットヘッドの複数のノズルに一対一で対応させる工程Ａと、前記複数の容器内に液状体が蓄えられるように、前記複数のノズルからそれぞれの前記容器へ、前記複数のノズルに亘って同じ回数だけ、前記液状体の液滴を吐出する工程Ｂと、前記複数の容器のそれぞれ内での前記液状体の厚さを計測する工程Ｃと、前記容器内の断面と、前記厚さと、に基づいて、それぞれの前記液滴の体積を導出する工程Ｄと、を包含している。
【００１２】
上記構成によれば、インクジェットヘッドの複数のノズルについて、吐出される液滴の体積を精度よく導出できる。
【００１３】
好ましくは、上記計測方法が、前記工程Ｂの後で前記複数の容器が閉じるように、それぞれの前記容器を蓋で覆う工程Ｅをさらに包含している。
【００１４】
上記構成によれば、液状体が気化し易い成分を含んでいる場合であっても、その成分の気化を防げるので、吐出された時点の液滴の体積を精度よく導出できる。
【００１５】
好ましくは、前記回数は１回である。
【００１６】
上記構成によれば、短い時間で液滴の体積を導出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（実施形態１）
図１（ａ）に示す複数の容器１０のそれぞれは、細長い筒状の形状を有していて、その一端は開いており、かつ他端は閉じている。容器１０がこのような形状を有しているので、容器１０は液状体を蓄えることができる。しかも、容器１０は、アクリルから構成されており、このため少なくとも可視光域の波長の光に対して透過性を有している。したがって、容器１０に蓄えられた液状体は、容器１０の外側から観察され得る。
【００１８】
容器１０の内部は円柱状の空間であり、したがって、この空間の断面は円状である。そして、容器１０の内部の空間の形状と寸法は、次の（１）から（３）の３つの要件を満足するように決められている。（１）インクジェットヘッド８２のノズル８１から吐出された液状体の液滴が、容器１０自身に邪魔されずに容器１０の内部に入ること。（２）１つの液滴が容器１０の内部に入ることで、容器１０内での液状体の厚さが０．１μｍ以上１００μｍ以下の範囲に収まること。（３）インクジェットヘッド８２の複数のノズル８１に一対一で対応するように、複数の容器１０が並び得ること（図１（ｂ））。
【００１９】
ノズル８１から吐出される液滴の断面の直径は、約２０μｍである。この断面は、液滴の吐出方向にほぼ平行な法線で規定された仮想平面に平行である。また、ノズル８１から吐出される液滴の体積は、１ｐｌから１０ｐｌ（ピコリットル）の範囲にある。そして、インクジェットヘッド８２上で複数のノズル８１は、７０μｍの等間隔で並んでいる（図１（ｂ））。本実施形態のこのような条件下では、円柱状の空間の断面の直径が、３０μｍ以上５０μｍ以下の範囲であれば、上記（１）から（３）の要件が満足される。
【００２０】
そこで、本実施形態では、円柱状の空間の断面の直径が３０μｍとなり、かつ深さが７０μｍになるように、容器１０が製造されている。なお、容器１０を構成するアクリルの厚さは約５μｍである。さて、液状体の比重が１であるとする。この場合、本実施形態の容器１０内に重量１０ｎｇ（つまり１０×１０-15ｍ3）の液滴が１つ入ると、容器１０内で約１４μｍの厚さの層が得られる。つまりこの場合、液状体の上面が、容器１０の内部の底面から約１４μｍの高さに位置する。
【００２１】
なお、観測の際に、複数の容器１０は、すべて同じレベル上に配置される。このため、複数の容器１０内の液状体のそれぞれの上面を単に比較するだけで、ノズル８１間での体積のばらつきが、定性的または直感的に把握され得る。なお、同じレベル上という表現は、所定の共通な水平面から同じ高さという表現と同義である。
【００２２】
なお、以降の説明において、インクジェットヘッド８２は、図２に示す液滴吐出装置１に備えられている。液滴吐出装置１は、インクジェットヘッド８２（図１（ｂ））と、ステージ８３と、ノズル８１（図１（ｂ））が所定距離を挟んでステージ８３に対面するようにインクジェットヘッド８２を保持するキャリッジ８４と、インクジェットヘッド８２とステージ８３との少なくとも一方を他方に対して相対移動させる走査機構８５と、ノズル８１からの液滴の吐出を制御する制御装置８６と、を備えている。
【００２３】
以下では、容器１０を用いて、液滴の体積を計測する方法を説明する。
【００２４】
まず、インクジェットヘッド８２上での複数のノズル８１の配置に合わせて、複数の容器１０を支持枠にセットする（図１）。支持枠は、複数の容器１０が同一のレベル上に位置するように、複数の容器１０を支持する部材である。この支持枠をステージ８３上に設置する。そうすると、ステージ８３の表面と平行なレベル上で、対象となるノズル８１の数と同じ数の容器１０が、一列に並ぶことになる。より具体的には、複数のノズル８１が約７０μｍの等間隔で一列に並んでいるので、複数の容器１０も約７０μｍの間隔で一列に並ぶ。また、複数のノズル８１が並ぶ方向と、複数の容器１０が並ぶ方向とは、互いに平行である。なお、ステージ８３の表面に平行なレベルは、ステージ８３自体の表面であってもよい。
【００２５】
次に、複数のノズル８１が複数の容器１０にほぼ対面するように、インクジェットヘッド８２に対してステージ８３を相対移動させる。ここで、ステージ８３が相対移動する方向は、複数のノズル８１が並ぶ方向に対してほぼ垂直である。そして、複数のノズル８１のそれぞれから、液滴を同じタイミングで１回だけ吐出する。そうすると、複数のノズル８１のそれぞれから吐出された液滴が、それぞれの容器１０の内部に入り、容器１０内で蓄えられる。そして、このことで、容器１０内に液状体の層が得られる（図３）。
【００２６】
そして、複数の容器１０の開口部が閉じるように、それぞれの容器１０を蓋１２で覆う（図４）。このことによって、複数の容器１０のそれぞれにおける液状体から、気化し易い成分が気化するのを防ぐ。本実施形態では、複数の容器１０のそれぞれの開口部を共通な蓋１２で覆う。ここで、開口部に接する蓋１２の部分は、ラバーなどの弾性体から構成されている。このため、蓋１２を容器に軽く押し付けることで、蓋１２は開口部の形状に応じて変形する。そして、この結果、蓋１２は、複数の容器１０の開口部を隙間無く塞ぐことができる。
【００２７】
次に、容器１０を撮像装置１４で撮像する（図５）。まず、複数の容器１０のそれぞれを水平面に対して垂直に維持する。そして、水平面と平行な方向から撮像装置１４を用いて複数の容器１０を一度に撮像する。上述のように、容器１０は、光透過性を有する材料から構成されているので、得られる撮像画像には、容器１０内の液状体の像が含まれている。ここで、本実施形態の撮像装置１４は、画素型センサであり、具体的には、１０００画素×１０００画素を有するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）である。また、１画素あたりの視野幅は０．１μｍ×０．１μｍである。このため、この撮像装置１４によって得られる撮像画像に基づけば、１００μｍの範囲を０．１μｍの単位で識別できる。
【００２８】
得られた撮像画像に基づいて、複数の容器１０のそれぞれの内部での液状体の層の厚さを検出する。さらに、容器１０の内部の空間の断面積が既知なので、この断面積と、検出された液状体の層の厚さと、に基づいて、吐出された液滴の体積を導出する。
【００２９】
また、複数の容器１０のすべてが、同一のレベル上に位置しており、しかも容器１０の内部の形状と寸法とが、複数の容器１０に亘って同じなので、容器１０の内部の液状体の液面の高さを単に比較することで、どのノズル８１からの液滴の体積が少ないかを直感的に知ることもできる。
【００３０】
（実施形態２）
実施形態１で説明した複数の容器１０を、２次元的に配置してもよい。具体的には、複数の容器１０を、ノズル８１が並ぶ方向に並べるとともに、インクジェットヘッド８２に対してステージ８３が相対移動する方向にも並べる。この場合に、複数の容器１０の数を、対象とするノズル８１の数と、吐出回数と、の積に等しくすればよい。例えば、図６に示すように、図１（ｂ）の複数のノズル８１のそれぞれに、３つの容器１０を対応させる。図６では、複数のノズル８１が並ぶ方向はＸ軸方向であり、インクジェットヘッド８２に対してステージ８３が相対移動する方向は、Ｙ軸方向である。そして、この場合、複数のノズル８１のそれぞれが、液滴を３回吐出すればよい。
【００３１】
複数の容器１０をこのように配置したうえで、インクジェットヘッド８２に対してステージ８３を相対移動させながら、複数のノズル８１のそれぞれから、３つの容器１０のそれぞれへ、１つずつ液滴を吐出する。そうすれば、複数のノズル８１のそれぞれについて、１回から３回までのそれぞれの吐出回数での液滴の体積を計測できる。
【００３２】
このような計測方法は、カラーフィルタまたはＥＬ表示装置などに代表されるマトリクス型構造をインクジェット法で製造する場合に有益である。ここで、インクジェット法でカラーフィルタを製造する方法は、図７に示すように、インクジェットヘッド８２を用いて、マトリクス状に配置された複数の領域１Ｒ，１Ｇ，１Ｂへ、カラーフィルタ材料を含有した液状体を配置する工程を含んでいる。なお、領域１Ｒ，１Ｇ，１Ｂは、それぞれ、赤、緑、青の色要素が設けられるべき部位である。
【００３３】
図７に示すように、この工程では、複数のノズル８１のそれぞれが、吐出期間ＥＴと休止期間ＲＴとを交互に経験する。ある１つのノズル８１の吐出期間ＥＴとは、所定の吐出周期で液滴を吐出し続ける時間期間である。例えば、赤のカラーフィルタ材料を含有した液状体を吐出するノズル８１の吐出期間ＥＴは、そのノズル８１の位置が領域１Ｒに対応している時間期間でもある。また、ある１つのノズル８１の休止期間ＲＴとは、そのノズル８１が液滴を吐出していない時間期間であって、上述の吐出周期よりも長い時間期間である。例えば、赤のカラーフィルタ材料を含有した液状体を吐出するノズル８１の休止期間ＲＴは、そのノズル８１の位置が２つの領域１Ｒの間に対応している時間期間でもある。
【００３４】
図８に示すように、休止期間ＲＴが終わった後に吐出される液滴の体積は、しばらくの間、安定しない。図８の例では、吐出回数が１回から３回までの範囲で、液滴の体積が安定しない。つまり、吐出回数に応じて、吐出される液滴の体積が異なる。本実施形態によれば、複数のノズル８１のそれぞれについて、吐出回数に応じた液滴の体積を事前に計測できる。したがって、得られた計測結果に基づいて、それぞれの領域１Ｒに実際に配置される液状体の総体積を予測できる。予測された総体積と、目標とする体積と、の間のズレを事前に知ることは、実際の製造にとって有意である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施形態１の（ａ）は、筒状容器を示す模式図であり、（ｂ）は、筒状容器がインクジェットヘッドのノズルに一対一で対応している状態を示す模式図である。
【図２】実施形態１の液滴吐出装置の模式図。
【図３】実施形態１の計測方法を説明する図。
【図４】実施形態１の計測方法を説明する図。
【図５】実施形態１の計測方法を説明する図。
【図６】実施形態２の容器の配置の仕方を示す模式図。
【図７】実施形態２について、吐出期間と休止期間とを説明する模式図。
【図８】実施形態２について、吐出回数に応じて吐出される液滴の体積が異なることを説明するグラフ。
【符号の説明】
【００３６】
１…液滴吐出装置、１０…容器、１２…蓋、１４…撮像装置、８１…ノズル、８２…インクジェットヘッド。
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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