(57)【要約】【課題】ノズル面の残留液滴を検知する液体吐出装置及び液体吐出方法の提供。【解決手段】  基材Ｋに向けて液体を吐出するノズル５が形成されたノズルプレート４を有する液体吐出ヘッドと、駆動電圧を印加してノズル５内の液体に圧力を発生させてノズル孔１０にメニスカスを形成させる圧力発生手段と、液体吐出ヘッド２と基材Ｋの間に静電電圧を印加して静電吸引力を発生させる静電電圧発生手段と、液体吐出ヘッド２を相対移動させる移動手段２０と、発光手段とＣＣＤ２３を有し撮像対象物を撮像するカメラ２１と、液体吐出ヘッド２の位置に応じてノズル孔１０がカメラ２１に結像されるように光路を調整する鏡２６と、撮像された画像を解析してノズル面における残留液滴の有無を判断する画像解析手段２５と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材に向けて液体を吐出するノズルが形成され、前記ノズルから吐出される液体を貯蔵するキャビティを有する液体吐出ヘッドと、
駆動電圧を印加して前記キャビティに貯蔵される液体に圧力を発生させて前記ノズルの開口端にメニスカスを形成させる圧力発生手段と、
前記基材を支持する対向電極と、
前記液体吐出ヘッドと前記対向電極の間に静電電圧を印加して静電吸引力を発生させる静電電圧発生手段と、
前記液体吐出ヘッドの位置に応じて光路を調整する光路調整手段と、
前記光路上に位置する前記液体吐出ヘッドのノズル面を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された画像を解析して前記ノズル面における残留液滴の有無を判断する画像解析手段と、
を備えることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
前記光路調整手段の前記ノズル面に対する傾斜角を変更する傾斜角変更手段と、
前記撮像手段の焦点を調整する焦点調整手段と、を備え、
前記光路調整手段は、前記ノズルの開口端を経路の異なる少なくとも２つの光路で撮像手段に結像させる際、それぞれの光路で撮像される画像に含まれる同一領域の画像データが６０％以上となるように調整することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
【請求項３】
前記撮像手段は、液滴吐出の際、前記ノズルの開口端に形成されるメニスカス並びに飛翔液滴の静止画像及び動画像の少なくとも一つを撮像することを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出装置。
【請求項４】
前記画像解析手段は、前記光路調整手段の前記ノズル面に対する傾斜角に応じて前記撮像手段により撮像された画像を幾何補正することを特徴とする請求項２又は３に記載の液体吐出装置。
【請求項５】
前記画像解析手段は、前記幾何補正後の２つの画像のそれぞれに含まれる同一領域の画像データの差分値をとり、該差分値により残留液滴の有無を判断することを特徴とする請求項４に記載の液体吐出装置。
【請求項６】
前記画像解析手段は、前記幾何補正後の３つ以上の画像のそれぞれに含まれる同一領域の画像データのピクセル値の分散を算出し、該算出結果により残留液滴を検知することを特徴とする請求項４に記載の液体吐出装置。
【請求項７】
液滴吐出の際、前記光路調整手段に液滴が付着しないように保護する汚れ防止手段を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
【請求項８】
前記光路調整手段に付着した汚れを除去する除去手段を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
【請求項９】
前記光路調整手段は、鏡であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
【請求項１０】
前記ノズル面をクリーニングするクリーニング手段を備え、
前記画像解析手段によって残留液滴が検知された際、前記クリーニング手段と前記液体吐出ヘッドとを対向させて前記ノズル面のクリーニングを行わせる制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１〜９に記載の液体吐出装置。
【請求項１１】
基材に向けて液体を吐出するノズルが形成され、前記ノズルから吐出される液体を貯蔵するキャビティを有する液体吐出ヘッドに、駆動電圧を印加して前記キャビティに貯蔵される液体に圧力を発生させて前記ノズルの開口端にメニスカスを形成させる圧力発生工程と、
前記基材を支持する対向電極と前記液体吐出ヘッドとの間に静電電圧を印加して静電吸引力を発生させる静電電圧発生工程と、
前記液体吐出ヘッドの位置に応じて光路を調整する光路調整工程と、
前記光路上に位置する前記液体吐出ヘッドのノズル面を撮像する撮像工程と、
前記撮像工程によって取得された画像データを解析して前記ノズル面における残留液滴の有無を判断する画像解析工程と、
を備えることを特徴とする液体吐出方法。
【請求項１２】
光路を調整する光路調整手段の前記ノズル面に対する傾斜角を変更する傾斜角変更工程と、
前記撮像手段の焦点を調整する焦点調整工程と、を備え、
前記光路調整工程は、前記ノズルの開口端を経路の異なる少なくとも２つの光路で撮像させる際、それぞれの光路で撮像される画像に含まれる同一領域の画像データが６０％以上となるように調整することを特徴とする請求項１１に記載の液体吐出方法。
【請求項１３】
前記画像解析工程は、前記光路調整手段の前記ノズル面に対する傾斜角に応じて前記撮像手段により撮像された画像を幾何補正することを特徴とする請求項１２に記載の液体吐出方法。
【請求項１４】
前記画像解析工程は、前記幾何補正後の２つの画像のそれぞれに含まれる同一領域の画像データの差分値をとり、該差分値により残留液滴の有無を判断することを特徴とする請求項１３に記載の液体吐出方法。
【請求項１５】
前記画像解析工程は、前記幾何補正後の３つ以上の画像のそれぞれに含まれる同一領域の画像データのピクセル値の分散を算出し、該算出結果により残留液滴を検知することを特徴とする請求項１３に記載の液体吐出方法。
【請求項１６】
液滴吐出の際、前記光路調整手段に液滴が付着しないように保護することを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の液体吐出方法。
【請求項１７】
前記光路調整手段に付着した汚れを除去する除去工程を備えることを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか一項に記載の液体吐出方法。
【請求項１８】
前記画像解析工程によって残留液滴が検知された際、前記ノズル面のクリーニングを行うクリーニング工程を備えることを特徴とする請求項１１〜１７に記載の液体吐出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出装置及び液体吐出方法に係り、特に、静電吸引方式の液体吐出装置及び液体吐出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェット画像記録装置の高性能化及び用途の拡大に伴って、高粘度なインク液滴を精度良く吐出させることが要求されている。得られる画像の精度を向上させるためにはインク液滴を吐出するノズルを微細化させる必要があり、高粘度のインク液滴を吐出させるためには駆動電圧を高くして液吐出力を高くする必要があった。そこで、ノズル内の液体を帯電させ、ノズル内の液体と液滴を着弾させる基材との間に電界を生じさせ、静電吸引力により液滴を吐出させるいわゆる静電吸引方式の液滴吐出装置が知られている。このような液滴吐出装置によれば、高粘度のインク液滴を精度良く吐出させることができるようになっている。
【０００３】
しかしながら、液体吐出ヘッドのノズル面に残留インクが付着した場合、ノズル面と基材との間の電界によって残留インクまでもが帯電してしまい、吐出されたインク液滴が残留インクと反発して予期せぬ方向に飛翔してしまうという問題があった。そこで、液体吐出ヘッドのノズル面を平面状にし、拭き取りによるノズル面のクリーニングが行われているが、残留インクを完全に除去するのは困難であるという問題があった。
【０００４】
ノズル面に残留インクが付着するのを防止するためには、例えば、ノズル面を観察しながら残留インクが無いことを確認するまでクリーニングを行う手法が考えられる。ノズル面を観察する手法の一つとしては、特許文献１に示すように、記録ヘッドから射出されて飛翔中のインク液滴を側方から撮像する撮像手段を流用する手法が挙げられる。しかし、撮像手段はノズルにピントを合わせるので、液体吐出ヘッドに備えられるノズルが微細化するほど被写界深度が狭くなり残留インクを検知することが困難である。また、一方向からの観察であるので検知できない残留インクも存在してしまう。例えば、光の具合によってノズル面と略同色に映るインクや、透明インク等を用いる場合、撮像手段によって得られる画像のＳ／Ｎ比が悪いため残留インクとノズル面との比較が難しく、残留インクが検知できないおそれがある。
【０００５】
また、特許文献２に示すように、ノズル面を複数のカメラで観察する手法も知られている。詳しくは、一つの液体吐出ヘッドのノズル面に対して複数の方向に撮像手段を備え、液体吐出ヘッドをこれらの撮像手段に対して相対移動させることにより、撮像手段によって得られる画像の位置合わせを行うようになっている。また、液体吐出ヘッドを振動させてノズルの開口端のインク面を変動させることによりノズルの位置を確認し、残留インクとノズル内のインクとを区別するようになっている。
【特許文献１】特開平５−１４９７６９号公報
【特許文献２】特開平１０−４４３９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２によれば、複数のカメラを備える必要があるため、装置が煩雑化するとともにコストの削減が難しいという問題があった。また、それぞれの撮像手段の光路は固定されており、撮像の対象物との位置合わせは液体吐出ヘッドの相対移動により行う必要があるため、撮像手段の光路の調整が難しいという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、複数のカメラを備えることなく、液体吐出ヘッドと撮像手段との位置合わせを容易に行ってノズル面の残留液滴を検知する液体吐出装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、液体吐出装置において、
基材に向けて液体を吐出するノズルが形成され、前記ノズルから吐出される液体を貯蔵するキャビティを有する液体吐出ヘッドと、
駆動電圧を印加して前記キャビティに貯蔵される液体に圧力を発生させて前記ノズルの開口端にメニスカスを形成させる圧力発生手段と、
前記基材を支持する対向電極と、
前記液体吐出ヘッドと前記対向電極の間に静電電圧を印加して静電吸引力を発生させる静電電圧発生手段と、
前記液体吐出ヘッドの位置に応じて光路を調整する光路調整手段と、
前記光路上に位置する前記液体吐出ヘッドのノズル面を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された画像を解析して前記ノズル面における残留液滴の有無を判断する画像解析手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、液体吐出ヘッドが相対移動しても、光路調整手段により光路が調整されるので、撮像手段自体を移動させることなく光路上にノズル面が位置し、特定のノズルが撮像手段に結像し続ける。撮像手段はノズルの開口端を撮像し続け、得られた画像を画像解析手段により解析してノズル面におけるノズル付近の残留液滴の有無を判断する。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液体吐出装置において、
前記光路調整手段の前記ノズル面に対する傾斜角を変更する傾斜角変更手段と、
前記撮像手段の焦点を調整する焦点調整手段と、を備え、
前記光路調整手段は、前記ノズルの開口端を経路の異なる少なくとも２つの光路で前記撮像手段に結像させる際、それぞれの光路で撮像される画像に含まれる同一領域の画像データが６０％以上となるように調整することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、撮像手段によって連続して撮像される画像に含まれる同一領域の画像データが６０％以上であるので、画像解析手段は光路を異ならせて撮像した同一領域の画像データを比較することにより、光路の変化によって生じる残留液滴の撮像される形状の変化を検知する。よって、残留液滴を容易に検知することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の液体吐出装置において、
前記撮像手段は、液滴吐出の際、前記ノズルの開口端に形成されるメニスカス並びに飛翔液滴の静止画像及び動画像の少なくとも一つを撮像することを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、撮像手段により、液滴吐出の際に、ノズルの開口端に形成されるメニスカス並びに飛翔液滴の静止画像及び動画像の少なくとも一つが撮像されるので、画像解析手段により得られた画像を解析し、液滴の吐出状態を観察することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の液体吐出装置において、
前記画像解析手段は、前記光路調整手段の前記ノズル面に対する傾斜角に応じて前記撮像手段により撮像された画像を幾何補正することを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、画像解析手段は、光路調整手段のノズル面に対する傾斜角を前記傾斜角変更手段から出力され、当該傾斜角に応じて撮像された画像を幾何補正し、補正後の画像を解析することにより残留液滴の有無を判断する。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の液体吐出装置において、
前記画像解析手段は、前記幾何補正後の２つの画像のそれぞれに含まれる同一領域の画像データの差分値をとり、該差分値により残留液滴の有無を判断することを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、撮像手段により連続して撮像された画像を光路調整手段の傾斜角に応じて幾何補正し、幾何補正後の２つの画像のそれぞれに含まれる同一領域の画像データを比較して差分値をとり、その差分値により残留液滴を検知する。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の液体吐出装置において、
前記画像解析手段は、前記幾何補正後の３つ以上の画像のそれぞれに含まれる同一領域の画像データのピクセル値の分散を算出し、該算出結果により残留液滴を検知することを特徴とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、撮像手段により連続して撮像された画像を光路調整手段の傾斜角に応じて幾何補正し、幾何補正後の３つ以上の画像のそれぞれに含まれる同一領域の画像データを比較してピクセル値の分散を算出し、ピクセル値の分散が大きいところを残留液滴として検知する。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の液体吐出装置において、
液滴吐出の際、前記光路調整手段に液滴が付着しないように保護する汚れ防止手段を備えることを特徴とする。
【００２１】
請求項７に記載の発明によれば、汚れ防止手段により、光路調整手段に吐出された液滴や汚れが付着してしまうことを防止する。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の液体吐出装置において、
前記光路調整手段に付着した汚れを除去する除去手段を備えることを特徴とする。
【００２３】
請求項８に記載の発明によれば、除去手段により光路調整手段に付着した汚れが除去される。
【００２４】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の液体吐出装置において、
前記光路調整手段は、鏡であることを特徴とする。
【００２５】
請求項９に記載の発明によれば、光路調整手段として鏡を用いることにより、撮像手段の光路の調整を簡易な構成で行うことができる。
【００２６】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９に記載の液体吐出装置において、
前記ノズル面をクリーニングするクリーニング手段を備え、
前記画像解析手段によって残留液滴が検知された際、前記クリーニング手段と前記液体吐出ヘッドとを対向させて前記ノズル面のクリーニングを行わせる制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００２７】
請求項１０に記載の発明によれば、液体吐出装置において、残留液滴が検知された際、液体吐出ヘッド又はクリーニング手段の少なくとも一方を移動させて互いに対向させ、ノズル面のクリーニングを行わせる。
【００２８】
請求項１１に記載の発明は、
基材に向けて液体を吐出するノズルが形成され、前記ノズルから吐出される液体を貯蔵するキャビティを有する液体吐出ヘッドに、駆動電圧を印加して前記キャビティに貯蔵される液体に圧力を発生させて前記ノズルの開口端にメニスカスを形成させる圧力発生工程と、
前記基材を支持する対向電極と前記液体吐出ヘッドとの間に静電電圧を印加して静電吸引力を発生させる静電電圧発生工程と、
前記液体吐出ヘッドの位置に応じて光路を調整する光路調整工程と、
前記光路上に位置する前記液体吐出ヘッドのノズル面を撮像する撮像工程と、
前記撮像工程によって取得された画像データを解析して前記ノズル面における残留液滴の有無を判断する画像解析工程と、
を備えることを特徴とする。
【００２９】
請求項１１に記載の発明によれば、液体吐出ヘッドが相対移動しても、光路調整工程において光路が調整され、撮像手段自体を移動させることなく特定のノズルが光路上に位置し続ける。そして、撮像工程により光路上に位置するノズルの開口端が撮像され、得られた画像データは画像解析工程により解析されてノズル面におけるノズル付近の残留液滴の有無を判断する。
【００３０】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の液体吐出方法において、
光路を調整する光路調整手段の前記ノズル面に対する傾斜角を変更する傾斜角変更工程と、
前記撮像手段の焦点を調整する焦点調整工程と、を備え、
前記光路調整工程は、前記ノズルの開口端を経路の異なる少なくとも２つの光路で撮像させる際、それぞれの光路で撮像される画像に含まれる同一領域の画像データが６０％以上となるように調整することを特徴とする。
【００３１】
請求項１２に記載の発明によれば、撮像工程によって連続して撮像される画像に含まれる同一領域の画像データが６０％以上であるので、光路を異ならせて撮像した同一領域の画像データを画像解析工程において比較することにより、光路の変化によって生じる残留液滴の撮像される形状の変化を検知する。よって、残留液滴を容易に検知することができる。
【００３２】
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の液体吐出方法において、
前記画像解析工程は、前記光路調整手段の前記ノズル面に対する傾斜角に応じて前記撮像手段により撮像された画像を幾何補正することを特徴とする。
【００３３】
請求項１３に記載の発明によれば、画像解析工程によって、光路調整手段のノズル面に対する傾斜角に応じて撮像された画像を幾何補正し、補正後の画像を解析することにより残留液滴の有無を判断する。
【００３４】
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の液体吐出方法において、
前記画像解析工程は、前記幾何補正後の２つの画像のそれぞれに含まれる同一領域の画像データの差分値をとり、該差分値により残留液滴の有無を判断することを特徴とする。
【００３５】
請求項１４に記載の発明によれば、撮像手段により連続して撮像された画像を光路調整手段の傾斜角に応じて幾何補正し、幾何補正後の２つの画像のそれぞれに含まれる同一領域の画像データを比較して差分値をとり、その差分値により残留液滴を検知する。
【００３６】
請求項１５に記載の発明は、請求項１３に記載の液体吐出方法において、
前記画像解析工程は、前記幾何補正後の３つ以上の画像のそれぞれに含まれる同一領域の画像データのピクセル値の分散を算出し、該算出結果により残留液滴を検知することを特徴とする。
【００３７】
請求項１５に記載の発明によれば、撮像手段により連続して撮像された画像を光路調整手段の傾斜角に応じて幾何補正し、幾何補正後の３つ以上の画像のそれぞれに含まれる同一領域の画像データを比較してピクセル値の分散を算出し、ピクセル値の分散が大きいところを残留液滴として検知する。
【００３８】
請求項１６に記載の発明は、請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の液体吐出方法において、
液滴吐出の際、前記光路調整手段に液滴が付着しないように保護することを特徴とする。
【００３９】
請求項１６に記載の発明によれば、光路調整手段に吐出された液滴や汚れが付着してしまうことを防止する。
【００４０】
請求項１７に記載の発明は、請求項１１〜１６のいずれか一項に記載の液体吐出方法において、
前記光路調整手段に付着した汚れを除去する除去工程を備えることを特徴とする。
【００４１】
請求項１７に記載の発明によれば、除去工程により光路調整手段に付着した汚れが除去される。
【００４２】
請求項１８に記載の発明は、請求項１１〜１７に記載の液体吐出方法において、
前記画像解析工程によって残留液滴が検知された際、前記ノズル面のクリーニングを行うクリーニング工程を備えることを特徴とする。
【００４３】
請求項１８に記載の発明によれば、画像解析工程において、残留液滴が検知された際には、ノズル面のクリーニングが行われる。
【発明の効果】
【００４４】
請求項１又は１１に記載の発明によれば、撮像手段は、光路調整手段により容易にノズルにピントを合わせて撮像し続けることが可能である。よって、ノズル付近を撮像した画像を解析することにより、ノズル面における残留液滴の有無を判断することが可能である。また、撮像手段自体を移動させる必要がなく、一つの撮像手段を備えるだけでよいので、装置の簡略化及びコストの低減が可能である。
【００４５】
請求項２又は１２に記載の発明によれば、撮像手段によって連続して撮像される画像がそれぞれ同一領域の画像データを６０％以上含むので、画像解析により光路を異ならせて撮像した画像を比較して容易に残留液滴を検知することができる。よって、ノズル面における残留液滴の有無の判断が容易に行うことができる。また、光路調整手段は、ノズル面に対する傾斜角を変更してその光路を調整するので、複雑な構成を必要とせず装置の簡略化が可能である。
【００４６】
請求項３に記載の発明によれば、撮像手段により液滴の吐出状態も観察可能である。よって、一つの撮像手段を備えることにより、ノズル面の観察と液滴吐出状態の観察とが可能である。
【００４７】
請求項４又は１３に記載の発明によれば、光路調整手段のノズル面に対する傾斜角に応じて画像を幾何補正するので、光路調整手段のノズル面に対する傾斜角の変化による画像の変化を補正することができる。よって、光路調整手段のノズル面に対する傾斜角の変化による影響を受けずに画像の解析を行うことができ、正確に残留液滴の有無を判断することが可能である。
【００４８】
請求項５又は１４に記載の発明によれば、幾何補正後の２つの画像のそれぞれに含まれる同一領域の画像データを用いた画像解析により、光路調整手段の傾斜角の変化を考慮して差分値を求めるので、光路調整手段の傾斜角の変化による影響を受けずに残留液滴の検知が可能である。また、差分値により光路の異なりによる残留液滴の撮像形状の変化を判断するので、容易かつ正確に残留液滴の検知を行うことが可能である。
【００４９】
請求項６又は１５に記載の発明によれば、幾何補正後の３つ以上の画像のそれぞれに含まれる同一領域の画像データを用いた画像解析により、光路調整手段の傾斜角の変化を考慮してピクセル値の分散を求めるので、光路調整手段の傾斜角の変化による影響を受けずに残留液滴の検知が可能である。また、ピクセル値の分散により光路の異なりによる残留液滴の撮像形状の変化を判断するので、容易かつ正確に残留液滴の検知を行うことが可能である。
【００５０】
請求項７又は１６に記載の発明によれば、光路調整手段に液滴等の汚れが付着することを防止するので、撮像手段により光路調整手段に付着した汚れが撮像されることはなく、残留液滴の有無を正確に判断することが可能である。
【００５１】
請求項８又は１７に記載の発明によれば、光路調整手段に汚れが付着しても除去されるので、残留液滴の有無を正確に判断することが可能である。
【００５２】
請求項９に記載の発明によれば、光路調整手段を簡易な構成とし、撮像手段の光路の調整を容易に行うことができるので、装置自体の大型化及び制御の煩雑化の防止が可能である。
【００５３】
請求項１０又は１８に記載の発明によれば、液体吐出装置において残留液滴が検知された際にはノズル面のクリーニングが行われるので、ノズル面に残留液滴が付着した状態で液滴が吐出されることを防止することができ、液滴を正確な位置に着弾させることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
以下に、本発明に係る液体吐出装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。ただし、発明の範囲を図示例に限定するものではない。
【００５５】
図１に示すように、本実施形態に係る液体吐出装置１は、液体吐出ヘッド２から基材Ｋに向けて液滴を吐出させるものである。液体吐出装置１には、基材Ｋを支持する平板状の対向電極３が備えられている。対向電極３は接地されており、常時接地電位に維持されるようになっている。
【００５６】
図２に示すように、液体吐出装置１には、基材Ｋに向けて液体を吐出させる液体吐出ヘッド２が、対向電極３と平行に備えられている。液体吐出ヘッド２と対向電極３との間隙は、０．１〜３．０ｍｍ程度の範囲内で調整されている。液体吐出ヘッド２としては、いわゆるシリアル方式或いはライン方式等のものが適用可能である。
【００５７】
液体吐出ヘッド２の基材Ｋ側には、樹脂製のノズルプレート４が備えられている。本実施形態においては、安定した液滴吐出のために、ノズルプレート４の厚さは７５μｍ以上が好ましい。また、ノズルプレート４は絶縁体から形成されており、その体積抵抗率は１０１５Ωｍ以上である。
【００５８】
ノズルプレート４には、インク等の帯電可能な液体Ｌの液滴Ｄを吐出する、複数のノズル５が穿孔して配設されている。ノズル５は、基材Ｋに向かうほどテーパ状に径を小さく変化させるように形成されている。ノズル５の開口径の長さ寸法は、低い電界強度でも安定して液体の吐出を行うことを可能とするため、１５μｍ以下が好ましい。また、ノズル５の断面形状はテーパ形状に限定されず適宜変更可能である。ノズル５の開口端形状は、円形の他、多角形状や星形状等であってもよい。
【００５９】
また、ノズルプレート４は、平面状に形成されており基材Ｋと平行するように配置されている。ここで、平面状のノズルプレート４とは、ノズルプレート４からノズル５が突出しない又はノズル５の突出量が３０μｍ程度以下のものを指す。平面状のノズルプレートを使用することにより、ノズルプレート表面のクリーニングを容易に行うことが可能であるという利点が挙げられる。
【００６０】
ノズルプレートの基材Kに対向する面には、ノズル５からの液体Ｌの滲み出しを抑制するための撥液層６が設けられている。撥液層６のノズル５の開口部に対応する位置には、ノズル孔１０が形成されている。本実施形態におけるノズル面は、撥液層６の基材Ｋに対向する面である。撥液層６は、例えば、液体Ｌが水性であれば撥水性を有する材料が用いられ、液体Ｌが油性であれば撥油性を有する材料が用いられる。撥液層６の材料及び形成方法に特に制限は無く、公知のものを適宜用いることができ、撥液層６の密着性を向上させるために中間層を介して成膜しても良い。
【００６１】
ノズルプレート４の撥液層６と反対側の一面には、静電電圧を印加されて液体Ｌを帯電させる帯電用電極７が層状に設けられている。帯電用電極７は、主として、ＮｉＰ等の導電素材より形成されている。帯電用電極７は、ノズル５の内周面まで延設されており、ノズル５内の液体Ｌに接するようになっている。
【００６２】
帯電用電極７には、静電電圧を印加する静電電圧印加手段としての静電電圧電源８が接続されている。静電電圧電源８には後述する制御手段９が接続されており、静電電圧の印加動作を制御されている。対向電極３は接地されているので、液体Ｌが帯電されることにより、液体吐出ヘッド２と対向電極３との間、特に液体Ｌと基材Ｋとの間、に静電吸引力が発生するようになっている。また、帯電した液体Lからなる液滴Ｄが基材Ｋに着弾すると、対向電極３はその電荷を接地により逃がすようになっている。
【００６３】
帯電用電極７の他面側には、ボディ層１３が層状に設けられている。ボディ層１３の各ノズル５に面する位置には、ノズル５と同じ形状の断面を有する略筒状のキャビティ１４が形成されている。各キャビティ１４内には、ノズル５を通して吐出される液体Ｌが一時貯蔵されている。各キャビティ１４には、外部の液体タンク（図示省略）から液体Ｌを供給するための流路（図示省略）が連通されている。
【００６４】
ボディ層１３の他面側には、可撓性を有する金属薄板やシリコン等よりなる可撓層１５が備えられている。可撓層１５の他面側であって各キャビティ１４に対応する位置には、圧電素子アクチュエータであるピエゾ素子１６が設けられている。ピエゾ素子１６には、ピエゾ素子１６を変形させるための駆動電圧を印加する駆動電圧電源１７が接続されている。本実施形態において、圧力発生手段はピエゾ素子１６と駆動電圧電源１７とからなり、図３に示すように、駆動電圧の印加によってピエゾ素子１６が変形し、ノズル５内の液体Ｌに圧力が生じ、ノズル５の開口部にメニスカスが形成されるようになっている。駆動電圧電源１７には後述する制御手段９が接続されており、駆動電圧の印加動作を制御されている。なお、圧力発生手段としては、本実施形態のような圧電素子アクチュエータのほかに、例えば、静電アクチュエータやサーマル方式等を採用することも可能である。
【００６５】
図１に示すように、液体吐出ヘッド２には、液体吐出ヘッド２を対向電極３に対して相対移動させる移動手段２０が接続されている。移動手段２０には液体吐出ヘッド２の相対移動を制御する制御手段９が接続されているとともに、液体吐出ヘッド２の移動量が制御手段９に出力されるようになっている（図９参照）。移動手段２０は、液体吐出ヘッド２と対向電極３との間隙も調整するようになっており、制御手段９からの指示に基づいて液体吐出ヘッド２を対向電極３から遠ざけるように上方に移動させるようになっている。
【００６６】
液体吐出ヘッド２と基材Kとの間隙には、撮像手段としてのカメラ２１が備えられている。カメラ２１には、カメラ２１の液体吐出ヘッド２に対する角度を調整しつつ支持するカメラ支持ステージ２２が備えられている。図４に示すように、カメラ２１はノズル孔１０に形成さらえるメニスカス、飛翔液滴Ｄの静止画像又は動画像の少なくとも一つを撮像して液滴の異常吐出を検知するものである。カメラ２１としては、公知のものを特に制限無く用いることができるが、ＣＣＤカメラは撮像対象物を継続的に撮像でき好ましい。カメラ２１には、光線を照射する発光素子（図示省略）が備えられている。カメラ２１には、撮像対象物により反射された入射光線の強弱を電気信号に変換するＣＣＤ２３が、光電変換素子として備えられている。また、カメラ２１には、カメラ２１の焦点を調整する焦点調整手段としてのズームレンズ２４が備えられている。また、カメラ２１には撮像された画像を解析する画像解析手段２５が接続されており、得られた画像データを順次出力するようになっている。
【００６７】
図５に示すように、カメラ２１の光路には、カメラ２１から照射された光の経路を調整する鏡２６が、光路調整手段として備えられている。鏡２６はカメラ２１から照射された光をノズル面に向けて反射させ、ノズル面により反射された光をカメラ２１に向けて反射させるようになっている。図６に示すように、鏡２６は回動自在に支持されており、その支持部２７には鏡２６のノズル面に対する傾斜角を変更する傾斜角変更手段２８（図７参照）が接続されている。鏡２６の支持部２７には、鏡２６を液体吐出ヘッド２に対して相対移動させる鏡移動アーム２９が接続されている。鏡移動アーム２９には制御手段９が接続されており、鏡２６の使用状況に応じて鏡２６を移動させるようになっている。
【００６８】
図７に示すように、鏡２６の側方には、鏡２６の不使用時に鏡２６に吐出インクが付着することを防止する汚れ防止手段としての鏡保護カバー３０が備えられている。鏡保護カバー３０は断面コ字状に形成されており、傾斜角変更手段２８により傾斜させた鏡２６を鏡移動アーム２９により移動させて収容するようになっている。鏡保護カバー３０には、鏡２６を収容する際に鏡２６に付着した汚れを拭き取る鏡ワイパ３１が、除去手段として備えられている。
【００６９】
図８に示すように、対向電極３の側方には、液体吐出ヘッド２のノズル面をクリーニングするためのクリーニング台３２が備えられている。クリーニング台３２には、ノズル面の拭き取りを行うノズルワイパ３３が、液体吐出ヘッド２がクリーニング台３２の上方に移動された際にノズル面に対向するように備えられている。ノズルワイパ３３は弾性素材からなり、残留インクを除去しつつノズル面を破損せずに拭き取るようになっている。本実施形態においては、クリーニング手段としてノズルワイパ３３を用いたが、クリーニング手段としては特に制限はなく適宜変更可能である。
【００７０】
次に、液体吐出装置１の制御構成について説明する。
【００７１】
図９に示すように、本実施形態における液体吐出装置１には、駆動電圧電源１７、静電電圧電源８、移動手段２０、カメラ２１、傾斜角変更手段２８、鏡移動アーム２９、ノズルワイパ３３及び画像解析手段２５に電気的に接続されるとともにこれらを制御する制御手段９が備えられている。制御手段９は、ＣＰＵ９ａ、ＲＯＭ９ｂ及びＲＡＭ９ｃ等が図示しないＢＵＳにより接続されて構成されたコンピュータからなる。制御手段９は、ＲＯＭ９ｂに格納された電源制御プログラムをＲＡＭ９ｃに展開させ、ＣＰＵ９ａにより実行させるようになっている。
【００７２】
液滴Dを基材Kに吐出させる際、制御手段９は、移動手段２０により液体吐出ヘッド２を基材Kに対して相対移動させつつ液滴Dを吐出させるように制御している。制御手段９は、静電電圧電源８により静電電圧を印加させて液体Lと基材Kとの間に電界を生じさせ、圧力発生手段により液体Ｌに圧力を発生させて液滴Ｄを吐出させるように制御している。また、制御手段９は、カメラ２１により、ノズル５の開口端に形成されるメニスカス並びに飛翔液滴Ｄの静止画像及び動画像の少なくとも一つを撮像させるようになっている。得られた画像データは画像解析手段２５に出力され、制御手段９は液体吐出状態を観察するため、画像解析手段２５により当該画像データを解析させて異常吐出を検知させるように制御している。
【００７３】
液体吐出ヘッド２のノズル面における残留インクの有無を判断させる際、制御手段９は、カメラ２１によりノズル面を撮像させて、得られた画像データを画像解析手段２５により解析させるように制御している。この際、制御手段９は、傾斜角変更手段２８により鏡２６のノズル面に対する傾斜角を変更させてカメラ２１からの光路を調整させ、カメラ２１によりノズル孔１０付近を撮像させるように制御している。また、制御手段９は撮像した際の鏡２６のノズル面に対する傾斜角を画像解析手段２５に出力し、画像解析手段２５により画像データを幾何補正させてから解析させるようになっている。画像解析手段２５は残留インクの有無の判断結果を制御手段９に出力し、制御手段９はノズル面に残留インクが存在すると判断されると液体吐出装置１のメンテナンスを行わせるように制御している。
【００７４】
液体吐出装置１のメンテナンスの際、制御手段９は、移動手段２０により液体吐出ヘッド２をクリーニング台３２の上方に移動させ、ノズルワイパ３３により液体吐出ヘッド２のノズル面を拭き取らせるように制御している。また、制御手段９は、傾斜角変更手段２８により鏡２６を傾斜させ、鏡２６を鏡移動アーム２９により鏡保護カバー３０に収容させつつ鏡ワイパ３１により鏡２６を拭き取らせるように制御している。
【００７５】
次に、本実施形態の液体吐出装置１を用いた液体吐出方法について説明する。
【００７６】
図３は、制御手段９による液体吐出ヘッド２の駆動制御を説明する図である。本実施形態においては、例えば、静電電圧電源８から帯電用電極７に印加される一定の静電電圧ＶＣは１．５ｋＶに設定されており、駆動電圧電源１７からピエゾ素子１６に印加されるパルス状の駆動電圧ＶＰは２０Ｖに設定されている。
【００７７】
まず、傾斜角変更手段２８は、鏡２６を鏡保護カバー３０に収容可能な角度に傾斜させる。そして、鏡移動アーム２９は、鏡２６を鏡保護カバー３０の開口部分に通過させて収容させる。
【００７８】
静電電圧発生工程において、静電電圧電源８は、帯電用電極７に一定の静電電圧ＶＣを印加させ、液体吐出ヘッド２の各ノズル５と対向電極３との間に電界が生じる（図３中Ａ参照）。また、圧力発生工程において、駆動電圧電源１７はパルス状の駆動電圧Ｖpを印加させ、ピエゾ素子１６を変形させる。ピエゾ素子１６の変形によりノズル５内部の液体Ｌの圧力が上がり、ノズル孔１０にメニスカスが形成される（図３中Ｂ参照）
【００７９】
このように、ノズル５と対向電極３との間に電界が生じている状態でメニスカスを形成させると、メニスカス先端部に高度な電界集中が生じて非常に強い静電力が加わる。この状態で駆動電圧ＶＰの印加を停止させると、ミストやサテライトが発生することなくメニスカスが引きちぎられて液滴Ｄが吐出される（図３中Ｃ参照）。吐出された液滴Ｄは基材Ｋに向かって飛翔し、電界により加速されて対向電極３の方に吸引される（図３中Ｄ参照）。対向電極３に支持された基材Ｋの目標地点に液滴Ｄが着弾すると、液滴Ｄが備えていた電荷は対向電極３の接地部位に移動し除去される（図３中Ｅ参照）。
【００８０】
液滴Ｄを吐出させる際、カメラ２１はカメラ支持ステージ２２により回動自在に支持され、ノズル５の開口端に形成されるメニスカス又は飛翔液滴Ｄの静止画像若しくは動画像を撮像する。得られた画像データは画像解析手段２５に出力され、画像解析手段２５は液滴Ｄの吐出状態が正常であるか否かを判断する。判断結果は制御手段９に出力され、液滴Ｄの異常吐出が検出される。
【００８１】
次に、本実施形態の液体吐出装置１を用いた残留液滴検知方法について説明する。液体吐出ヘッド２のノズル面における残留液滴の検知は、所定量の液体を吐出させるごとに行うこととしても良いし、一定時間経過ごとに行うこととしても良い。
【００８２】
光路調整工程において、制御手段９は、鏡移動アーム２９により、鏡２６を鏡保護カバー３０から取り出し、カメラ２１の光軸上であってノズル面の下方に移動させる。また、制御手段９は、鏡２６の位置とカメラ２１及びノズル孔１０との位置関係に基づいて鏡２６の傾斜角を算出する。算出された傾斜角は傾斜角変更手段２８に出力され、傾斜角変更手段２８により鏡２６の傾斜角が変更される。また、カメラ２１はズームレンズ２４の光軸上における位置を調整し、ノズル孔１０がＣＣＤ２３に結像するように焦点を調整する。
【００８３】
続いて、撮像工程において、カメラ２１の発光素子は前方に向けて光線を出射する。出射された光線は鏡２６に入射し、ノズル面に向けて反射される。ノズル面により反射された光線は、鏡２６により反射され、ズームレンズ２４を透過してＣＣＤ２３に入射する。ＣＣＤ２３は入射した光線を電気信号に変換し、カメラ２１は撮像対象のノズル孔１０付近を撮像する。このようにして得られた画像データは、画像解析手段２５に出力される。
【００８４】
その後、移動手段２０により液体吐出ヘッド２を移動させ、撮像対象のノズル５の移動量に応じて鏡２６の傾斜角を変更して光路調整工程を行う。制御手段９は、液体吐出ヘッド２の移動量に基づいて、撮像対象のノズル孔１０がカメラ２１に結像させるような鏡２６の傾斜角を算出する。この際、制御手段９は、液体吐出ヘッド２の移動前に撮像されたノズル面のうち６０％以上の領域が撮像されるように算出を行う。上述した方法で、算出結果に基づいて傾斜角を変更するとともに焦点を調整した後、カメラ２１を用いた撮像工程によりノズル面が撮像される。得られた画像データは順次画像解析手段２５に出力される。
【００８５】
このようにして、制御手段９は、連続して撮像される画像に含まれる同一領域の画像データが６０％以上となるように、液体吐出ヘッド２を微小量ずつ移動させ、移動させる毎にノズル孔１０付近を撮像させる（図６参照）。図６（ａ）で撮像された画像を図１０に示し、図６（ｂ）で撮像された画像を図１１（ａ）に示し、図６（ｃ）で撮像された画像を図１２（ａ）に示す。また、図１１（ａ）及び図１２（ａ）において、ノズル面の同一領域が撮像されている領域は点線の内側である。
【００８６】
その後、画像解析工程において、画像解析手段２５は得られた画像データに基づいて残留インクを検知する。
まず、画像解析手段２５は、得られた画像データを、撮像した際の鏡２６の傾斜角に基づいて幾何補正する。幾何補正後、ノズル孔１０については平面視形状が得られるが、残留インクについては投影の影響を解消できず、図１１（ｂ）及び図１２（ｂ）に示すように残留インクに入射する光の角度の影響が画像データに残ってしまう。
【００８７】
画像解析手段２５は、比較する画像が２つの場合、幾何補正後の同一領域の画像データを比較して画素間の差分値を取り、当該差分値に基づいて残留インクの有無を判断する。また、画像解析手段２５は、３つ以上の連続する画像を比較する場合、幾何補正後の同一領域の画像データを比較してピクセル値の分散を算出して残留インクの有無を検知する。幾何補正後の画像データに含まれる同一領域の分散画像において、残留インクは図１３に示すように表され、その存在が容易に検知可能である。
【００８８】
画像解析手段２５による残留インクの検知結果は制御手段９に出力される。制御手段９は残留インクが無い場合、上述したような通常の液体吐出を再開する。一方、制御手段９は残留インクの存在を検知した場合、クリーニング工程を行い液体吐出装置１のメンテナンスを行うようになっている。
【００８９】
まず、制御手段９は、駆動電圧及び静電電圧の印加を停止し、一旦液体吐出を停止させる。そして、移動手段２０は、液体吐出ヘッド２をクリーニング台３２の上方に移動させてノズル面とノズルワイパ３３とを対向させる。液体吐出ヘッド２のノズル面とノズルワイパ３３とが対向すると、ノズルワイパ３３はノズル面に対して移動し、ノズル面の拭き取りを行う。ノズル面の拭き取りが終了すると液体吐出ヘッド２は、再び移動手段２０により基材Ｋと対向する位置に移動される。
【００９０】
一方、制御手段９は、鏡２６を鏡保護カバー３０に収容するように、鏡移動アーム２９及び傾斜角変更手段２８を制御する。鏡２６が鏡保護カバー３０に収容される際、鏡ワイパ３１による鏡２６の拭き取りが行われる。このようにして鏡２６のクリーニングが行われると、鏡２６は再び元の位置に戻る。
【００９１】
以上のように、本実施形態の液体吐出装置１によれば、カメラ２１は、鏡２６の傾斜角を変更することにより容易にノズル孔１０にピントを合わせて撮像し続けることが可能である。よって、ノズル孔１０付近を撮像した画像を解析することにより、ノズル面における残留インクの有無を判断することが可能である。また、鏡２６の傾斜角を変更することにより光路の調整が容易にできるので、カメラ２１自体を移動させることがなく、装置の簡略化及び制御の簡略化が可能である。
【００９２】
また、カメラ２１によって連続して撮像される画像がそれぞれ同一領域の画像データを６０％以上含むので、画像解析手段２５は連続する画像を比較して容易にノズル面の変化を検知することができる。よって、ノズル面における残留インクの有無の判断が容易に行うことができる。
【００９３】
また、撮像手段は従来より液滴の吐出状態の観察用に備えられているカメラ２１を用いることができ、一つの撮像手段を備えることにより、ノズル面の観察と液滴吐出状態の観察とが可能である。
【００９４】
また、画像解析手段２５は、鏡２６のノズル面に対する傾斜角に応じて画像を幾何補正するので、鏡２６のノズル面に対する傾斜角の変化による画像の変化を補正することができ、正確に残留液滴の有無を判断することが可能である。画像解析手段２５は、画像データの差分値又はピクセル分散値を求めることにより残留インクの有無を判断するので、光路の異なりによる残留インクの撮像形状の変化、例えば、インクの影や光の乱反射による形状の変化、を検知することができる。よって、容易かつ正確に残留インクの検知を行うことが可能である。
【００９５】
また、鏡保護カバー３０又は鏡ワイパ３１を備えることにより、鏡２６に液滴が付着することを防止するので、撮像手段により光路調整手段に付着した液滴が撮像されることはなく、残留液滴の有無を正確に判断することが可能である。
【００９６】
さらに、残留インクが検知された際にはノズル面のクリーニングが行われるので、ノズル面に残留インクが付着した状態で液滴Ｄが吐出されることを防止することができ、液滴Ｄを基材Ｋの正確な位置に着弾させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本実施形態における液体吐出装置の概略構成図である。
【図２】本実施形態における液体吐出ヘッドの概略構成図である。
【図３】本実施形態における液体吐出方法の動作制御を示す説明図である。
【図４】本実施形態における液体吐出状態の観察を示す図である。
【図５】本実施形態におけるノズル面の観察を示す図である。
【図６】本実施形態における光路の調整を示す図であり、図６（ａ）は液体吐出ヘッドの移動前の光路を示す図であり、図６（ｂ）は液体吐出ヘッドがカメラから遠ざかる方向に移動した際の調整後の光路を示す図であり、図６（ｃ）は液体吐出ヘッドがカメラに近付く方向に移動した際の調整後の光路を示す図である。
【図７】本実施形態における鏡に付着した汚れの除去を示す図である。
【図８】本実施形態におけるノズル面のクリーニングを示す図である。
【図９】本実施形態における液体吐出装置の制御構成を示すブロック図である。
【図１０】図６（ａ）において撮像された画像を示す図である。
【図１１】図１１（ａ）は図６（ｂ）において撮像された画像であり、図１１（ｂ）は幾何補正後の画像である。
【図１２】図１２（ａ）は図６（ｃ）において撮像された画像であり、図１２（ｂ）は幾何補正後の画像である。
【図１３】図１０の画像データ、図１１（ｂ）の画像データ及び図１２（ｂ）の画像データのピクセル値の分散画像である。
【符号の説明】
【００９８】
１     液体吐出装置
２     液体吐出ヘッド
３     対向電極
４     ノズルプレート
５     ノズル
６     撥液層
７     帯電用電極
８     静電電圧電源
９     制御手段
１０   ノズル孔
１６   ピエゾ素子
１７   駆動電圧電源
２０   移動手段
２１   カメラ
２２   カメラ支持ステージ
２３   ＣＣＤ
２４   ズームレンズ
２５   画像解析手段
２６   鏡
２８   傾斜角変更手段
２９   鏡移動アーム
３０   鏡保護カバー
３１   鏡ワイパ
３２   クリーニング台
３３   ノズルワイパ
【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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【図９】
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【図１０】
2007229928.tif 000012
【図１１】
2007229928.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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