(57)【要約】【課題】インクジエットヘッドのノズルやノズルから吐出されるインク滴を光学的観測手段によって観測する際に、光学的観測手段にインク滴が付着するのを防止する。【解決手段】ノズルからインク滴を吐出させるインクジエットヘッド１と、前記ノズル２を照射する光源と、前記ノズルからの反射光を観測する光学的観測手段２０と、前記ノズルから吐出されるインク滴が前記光学的観測手段２０に付着するのを回避するように前記インク滴の飛翔軌道を変更するインク滴飛翔軌道変更手段３８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】
ノズルからインク滴を吐出させるインクジエットヘッドと、
前記ノズルを照射する光源と、
前記ノズルからの反射光を観測する光学的観測手段と、
前記ノズルから吐出されるインク滴が前記光学的観測手段に付着するのを回避するように前記インク滴の飛翔軌道を変更するインク滴飛翔軌道変更手段と、
を備えていることを特徴とするインクジエットヘッド評価装置。
【請求項２】
前記ノズルと前記光学的観測手段との間の光路中に反射ミラーを設け、前記光学的観測手段を前記ノズルに対向する位置からはずれた位置に配置したことを特徴とする請求項１記載のインクジエットヘッド評価装置。
【請求項３】
前記インク滴飛翔軌道変更手段は、前記ノズルから吐出されるインク滴の飛翔軌道の一部に気体を吹き付けてインク滴飛翔軌道を変更することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のインクジエットヘッド評価装置。
【請求項４】
前記インク滴飛翔軌道変更手段は、
前記気体流生成部と、
前記気体流生成部から生成された気体流を前記インク滴の飛翔軌道に向けて吐出させる気体吐出口と、
前記気体流の流速検知部と、
前記流速検知部により検知される気体流の流速を予め設定された範囲内に制御する気体流制御部と、
を備えていることを特徴とする請求項３記載のインクジエットヘッド評価装置。
【請求項５】
前記インク滴の飛翔軌道のうち、少なくとも前記ノズルから２ｍｍ以上離れた位置を前記気体が通過するようにしたことを特徴とする請求項３又は請求項４記載のインクジエットヘッド評価装置。
【請求項６】
前記気体吐出口は細長形状で、前記気体吐出口から扁平状に吐出される気体流が前記ノズルから吐出されるインク滴の吐出方向に対して交叉するように前記気体吐出口は配置されることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか１記載のインクジエットヘッド評価装置。
ットヘッド評価装置。
【請求項７】
前記流速検知部によって検知される前記気体流の流速が予め設定された範囲内になった時に前記インクジエットヘッドからインク滴を吐出させるように制御することを特徴とする請求項３乃至請求項６に記載のいずれか１記載のインクジエットヘッド評価装置。
【請求項８】
前記光源としてレーザー光源を用い、前記光学的観測手段はレーザードップラー振動計からなることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１記載のインクジエットヘッド評価装置。
【請求項９】
ノズルからインク滴を吐出させるインクジエットヘッドと、
前記ノズルを照射する光源と、
前記ノズルからの反射光を観測する光学的観測手段と、
前記ノズルから吐出するインク滴が前記光学的観測手段の方向を回避するように前記インク滴の飛翔軌道を変更するインク滴飛翔軌道変更手段と、
と備えたインクジエットヘッド評価装置の動作方法であって、
前記インク滴飛翔軌道変更手段の予め設定された動作範囲になった後に前記インクジエットヘッドからインク滴を吐出させることを特徴とするインクジエットヘッド評価装置の動作方法。
【請求項１０】
前記インク滴飛翔軌道変更手段は、前記インク滴の飛翔軌道の一部に気体流を吹き付けてインク滴飛翔軌道を変更するものであって、前記インク滴飛翔軌道変更手段の動作範囲は、前記気体流の流速が予め設定された範囲であることを特徴とする請求項９記載のインクジエットヘッド評価装置の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジエットヘッドのノズルから吐出されるインク滴を観測する評価装置およびその動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジエットヘッドは、その応用分野の多様化に伴い、高精細、高精細かつ高速印字が求められている。こうした要請を受けてインクジエットヘッドのノズルから吐出されるインク滴の吐出現象等の解析評価を行う必要があり、例えば、特許文献１の図１に示されているようにインク吐出速度の観測が行われている。また、特許文献２には、吐出されたインク滴を計測する吐出液滴測定装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１９１４６７号公報
【特許文献２】特開２００３−２８６９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
さらに詳細なインク滴の吐出動作を解析するために、ノズルから吐出されるインク滴の吐出現象を観察することが試みられている。インクジエットヘッドのノズルから吐出されたインク滴は、特に小滴の場合は数ピコリットル〜数１０ピコリットル程度で極微量であるので、顕微鏡等を用いた光学的観測手段で行う必要がある。また、顕微鏡レンズ等を用いた光学的観測手段でノズルのメニスカス付近の吐出寸前のインク滴、もしくはノズル内インクの挙動を観測しようとすると、対物レンズをノズルに近接して、しかもノズルに対向配置することにより観測することができる。
【０００４】
しかし、ノズルに対向配置された対物レンズにノズルから吐出されたインク滴が付着してしまうという問題点を有している。
【０００５】
本願発明は、このような問題点を解決し、ノズルから吐出されるインクの吐出現象を解析評価することができるインクジエットヘッド評価装置を供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）この発明のインクジエットヘッド評価装置は、ノズルからインク滴を吐出させるインクジエットヘッドと、前記ノズルを照射する光源と、前記ノズルからの反射光を観測する光学的観測手段と、前記ノズルから吐出されるインク滴が前記光学的観測手段に付着するのを回避するように前記インク滴の飛翔軌道を変更するインク滴飛翔軌道変更手段と、を備えるようにした。
【０００７】
（２）この発明のインクジエットヘッド評価装置の動作方法は、ノズルからインク滴を吐出させるインクジエットヘッドと、前記ノズルを照射する光源と、前記ノズルからの反射光を観測する光学的観測手段と、前記ノズルから吐出するインク滴が前記光学的観測手段の方向を回避するように前記インク滴の飛翔軌道を変更するインク滴飛翔軌道変更手段と、を備えたインクジエットヘッド評価装置の動作方法であって、前記インク滴飛翔軌道変更手段の動作範囲が予め設定された動作範囲になった後に前記インクジエットヘッドからインク滴を吐出させるようにした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、インクジエットヘッドのノズルやノズルから吐出されるインク滴を光学的観測手段によって観測する際に、光学的観測手段にインク滴が付着するのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本願発明の第１の実施の形態について図を用いて説明する。図１は、インクジエットヘッド評価装置の全体の構成を示す斜視図である。図２（ａ）にインクジエットヘッド１のノズル２が設けられている端面構造を示し、図２（ｂ）には、ノズル２の断面構造を示す。また、図３にインクジエットヘッド評価装置の主要部の断面構造の模式図を示す。
【００１０】
インクジエットヘッド１の下部の端面１ａにはインク滴３を吐出するノズル２が所定のピッチで長さ方向に配列されている。インクジエットヘッド１の駆動回路にインクジエット評価装置の制御部１０からインク滴を吐出させる許可信号が入力されるとインク吐出する選択されたノズル２からインク滴３が下方に向かって吐出される。
【００１１】
このように当該ノズル２からインク４がインク滴３となって吐出される現象を観測する光学的観測手段２０がノズル２の下方に対向して配置されている。本実施の形態において、集光および拡大を目的とした顕微鏡用対物レンズ２１（以下、「光学レンズ２１」と呼ぶ。）を含む光学的観測手段２０、レーザードップラー振動計センサー３３およびレーザードップラー振動計コンとローラ３０を用い、インク４がインク滴３となって吐出するノズル２のインクの気液界面を形成しているメニスカス振動等を観測および解析ができるようになっている。また、レーザードップラー振動計センサー３３の下方には第一のカメラ２２、光学的観測手段２０にはファイバーケーブル２４を介して照明２３が配置され、ノズル２のメニスカス付近の光学像等の観察がされるようになっている。
【００１２】
さらに、ノズル２より飛翔するインク滴３の飛翔形状を観察するための顕微鏡６１を装着した第二のカメラ６０と、それと対向する位置に配置されたストロボ照明６２を備えている。インク滴はその顕微鏡６１とストロボ照明６２の間を飛翔し、第二のカメラ６０により飛翔状態を観察きるようになっている。尚、ストロボ照明６２の位置は第二のカメラに対向して配置する代わりに、インク滴３からの反射光をカメラに導くための位置に配置してもよい。
【００１３】
また、第二のカメラ６０とストロボ照明６２を用いる代わりに、これらをレーザー照射ヘッドとレーザー検出用ディテクタとしてもよい。この場合、ノズルの位置からインク滴飛翔軌道をレーザー光線が交叉する位置までの距離を予め設定しておき、インク滴が吐出するタイミングとその吐出されたインク滴がレーザー光線を遮るまでの時間差を測定することによって、インク滴の飛翔速度を算出することが可能である。
【００１４】
また、光学レンズ２１の方向へのインク滴３の飛翔軌道の経路中にインク滴飛翔軌道変更手段３９が設けられている。このようなインク滴飛翔軌道変更手段３９が設けられないとノズル２から吐出されたインク滴３が光学レンズ２１に付着してしまい、ノズル２からインク滴３の吐出現象の観測等に支障をきたすからである。
【００１５】
本発明の実施の形態においてこのインク滴飛翔軌道変更手段として、ノズル２から吐出されたインク滴３が光学レンズ２１の方向の飛翔軌道と交叉するように気体流を生じさせる気体流制御部３９が設けられている。この気体流制御部３９に用いる気体については、インクの種類や装置の条件等により適宜選択されるが、本発明の実施の形態において空気を用いた場合について例示する。
【００１６】
気体流制御部３９は、空気流をインク滴飛翔軌道に向かって吐出させる気体吐出口４０に空気を送る気体生成部４３、エアホース４１およびダクトユニット５１から構成されている。なお、気体生成部４３として、例えば、エアコンプレッサーが用いられる。また、気体流制御部３９は、エアホース４１の一部に設けられている風速センサ内臓ユニット４２の内部に設けられている風速センサによりエアホース４１に流れる空気の風速を検知し、風速検知回路４４からの制御信号に基づいたエアコンプレッサー４３のエアー圧力の制御を行って気体吐出口４０から吐出される空気量を制御している。
【００１７】
更に気体流制御部３9の詳細について説明する。上記したようにコンプレッサー４３から送出された圧縮空気がエアホース４１を経由して気体吐出口４０からインク滴飛翔軌道に向けて空気流が吐出され、インク滴飛翔軌道を飛翔するインク滴３に空気流が衝突するとインク滴の飛翔方向が変更される。一方、インク滴は非常に微小であり、通常の印字を行う場合は、数ピコリットルから数１０ピコリットル程度であり、そのため空気流の強弱により非常に敏感である。そのため、インク滴３がノズル２から吐出される近傍は、この空気流の影響を受けるとインク吐出メカニズムの解析や、インク滴が吐出した直後の飛翔状態の観察に支障が生じる。
【００１８】
インクジエットヘッド１の選択されたノズル２にインク４を吐出する駆動信号が印加されたときにノズル２のメニスカスが突出した液柱として盛り上がり、その後液柱がノズル２から引き離されてインク滴３として吐出される（図２（ｂ））参照）。通常の場合は、最大の液柱の高さは数１０μｍから１００μｍ程度であるが、インク滴３がノズル２から吐出されてから最大２ｍｍ程度付近は、インク滴３が吐出した直後の飛翔状態や吐出現象等の解析には必要なエリヤである。従って、少なくともノズル２の面から２ｍｍ以内には空気流が吹き込まれることを防止する必要がある。
【００１９】
以上のようなノズル２の観察に必要な要件を具備するような気体流生成制御部３９を供する具体的な実施例について説明する。この実施例に用いたインクジエットヘッド１のノズル２の径は、３０μｍφのものを使用した。また、図４にこの実施例に用いた各構成の相対的な位置を示す。インクジエットヘッド１のノズル２の下方３０ｍｍの位置に光学レンズ２１としてミツトヨ製M Plan Apo SL 20倍を用いた。気体吐出口４０は、外形が側面からみて開口部へ向かって絞られた形状であり、開口部が幅０．２ｍｍ長さ１０ｍｍのスリット状の細長形状で、この気体吐出口４０から吐出された扁平な空気流がインク滴の吐出方向と交叉するように取り付けられている。なお、気体吐出口４０が形成されているノズル２の先端部の外形形状は気体吐出口４０の方向に先細形状が好ましい。空気流がスリットの幅方向に垂直方向に拡散するのを防止する効果があるからである。
【００２０】
また、この空気流のインク滴３の吐出方向との交叉する角度は、直交する付近が好ましい。空気流のインク滴３の飛翔軌道との交叉する幅を最小にできるからである。なお、スリットの幅を０．２ｍｍと微小にしたのは空気流が上下方向に拡散しないためであり、スリットの長さを１０ｍｍと比較的長くしたのは、空気流をインク滴の飛翔軌道を飛翔するインク滴３に確実に衝突させるための位置調整の調整幅にマージンを持たすためである。このように気体吐出口４０をインク滴３の飛翔方向に対しては極小な寸法で、飛翔方向に交叉する方向の寸法は比較的に長いスリット状の吐出口の形状にすることにより、インク滴３の飛翔軌道に確実に位置調整が可能でしかもインク軌道変更を所望の精度で行うことが可能である。
【００２１】
このような構成においてエアーコンプレッサー４３の出力制御を行い、エアー圧力の値は、予備実験で求めたところ０．０１ＭＰａが最適であった。すなわちインク滴３の飛翔軌道の変更をし、ノズル２近傍のインク滴の飛翔に影響を及ぼさず、またインク滴３を確実にエアダクトの吸引口に取り込まれる値である。このエアー圧力値の時の空気流の風速を風速検知回路ユニット４４で検知したところ、およそ２ｍ／秒  （流管の内径１０ｍｍの場合）であった。このようにして求めた空気流の風速の速度範囲をインクジエットヘッド評価装置の制御部１０の制御パラメータとしてメモリに格納される。
【００２２】
次に、インク滴飛翔軌道変更手段３８により飛翔軌道が曲げられて飛散したインク滴３を収納する必要がある。インク滴３の収納を行うためにダクトユニット５１が設けられている。ダクトユニット５１は、エア吸い込み口４５、ダクトホース４６およびインク回収容器５０から構成されている。また、ダクトホース４６の一部には、フィルタ内蔵ケース４７およびファン内蔵ユニット４８が設けられ、またインク回収容器５０の上部に外部に連通するフルター４９が設けられている。このようにダクト内蔵ユニット５１を設けることによりインク滴３が空気流により飛散して光学レンズ２１や周辺部の汚染を防止することができる。また、フルター内蔵ケース４７によりファン内蔵ユニット４８のファンの汚染が軽減されている。このようにノズル２から吐出されたインク滴３が、上記空気流により飛翔軌道が変更されてもダクトユニット５１により回収されるので、光学レンズ２１や周辺部を汚染することをなくすることができる。なお、上記した本実施の形態においては、気体流制御部３９に用いる気体については空気を用いた場合について例示をしたが、その他の気体として、例えば、窒素ガスやアルゴンガス等を用いてもよい。
【００２３】
上記したインク滴飛翔軌道変更手段３８として気体吐出口４０から気体流を吹き付ける機構を採用したので、インク滴３の飛翔軌道の任意の位置で気体流を吹き付けて吹き付けられた位置からインク滴飛翔軌道を変更することができ、ノズル２のメニスカス面からインク滴飛翔軌道の気体流の吹き付けられる位置までの距離を自由に選択することが可能である。また、気体流の速度を調整することによってインク滴吐出方向での気体流の広がりを抑えることができ、気体吐出口４０からインク滴飛翔軌道までの距離を長くすることができる。このため、気体吐出口４０が光学的観測手段２０による観測に必要な光路を遮ることがなく、ストロボ照明６２と第二のカメラ６０を配置してインク滴３の飛翔状態を観察する際にも観察に必要な光路を遮ることがない。
【００２４】
すなわち、ノズル２と光学的観測手段２０との間に観測に要する空間を確保することができるので、メニスカス振動の観測とインク滴の飛翔形状の観察を時に行うことができる。また、複数の評価を同時に行うことによりインクの吐出不良などに関しても多方面から解析することが可能になる。
【００２５】
次に、本発明のインクジエットヘッド評価装置を制御する各部を示すブロック図を図５に示す。インクジエットヘッド評価装置を制御する各部は、インクジエトヘッド１、インク滴飛翔軌道変更手段３８を構成する風速検知回路４４、レーザードップラー振動計コントローラ３０、ダクトファン４８およびエアコンプレッサー制御部４３ａを制御する気体流制御部３９により構成されている。制御部１０には、各部の動作条件、制御す範囲の値や各部の動作を実行するプログラム等が格納されているメモリやＣＰＵ、制御回路等が備えられている。また入力装置７０には、この評価装置の起動・停止ボタン、インク滴の観測パターンの選択ボタン（自動か手動か等）、手動で動作させる場合の各部の制御ボタン等（図示しない。）が設けられている。
【００２６】
次に、上記したインクジエットヘッド評価装置の制御についてフローチャート（図６）を用いて本発明のインクジエット評価回路を動作させるステップの一例について説明する。
【００２７】
まず、ノズル２からインクの吐出現象を観察する前段階として、まず、ダクトユニット１０１のフンン４８を起動し（ステップＳ１）、インク滴飛翔軌道変更手段３８によって飛散されたインク滴３を回収するための動作が開始される。次に、インク滴飛翔軌道変更手段３８の動作が開始される。メモリに格納された予め設定された出力値に基づいてエアコンプレッサー４３の出力制御が気体流制御部３９によって行われる（ステップＳ３）。この出力制御は、風速センサ内蔵ユニット４２に内蔵されている風速センサによりエアホース４１を通過する空気の風速が検知され、検知された風速値に基づいて予め設定されている風速の範囲に入るようにエアーコンプレッサーの出力が補正制御される（ステップ４）。エアホース４１を通過する空気流の風速が所定の設定値の範囲内になっている場合に、風速検知回路４４からインクジエットヘッド評価装置の制御部１０を介してインクジエットヘッド１の駆動回路にインク吐出許可信号として入力される。その結果、インクジエットヘッド１からインク滴３の吐出が開始される（ステップＳ５）。吐出されたインク滴３は、インク滴飛翔軌道が曲げられてダクトユニット５１のエア吸い込み口４５を通過して回収される。一方、インクジエットヘッド１のノズル２から吐出されるインク滴３の吐出現象等が光学的観測手段により観測される（ステップＳ６）。このようにインク滴の吐出現象等の観測が終了するとインクジエットヘッド評価装置の各構成の動作が停止される。
【００２８】
なお、上記したインクジエットヘッド評価装置の動作フローは、制御部１０に格納されている予め設定されたプログラムに基づいた制御ステップについて説明した。このように予め設定されたプログラムによって自動的に制御が行われる場合は、製造工程等の定型的なインクジエットヘッド評価システムには適している。一方、実験的に種々のインクジエットヘッドを用いてノズルから吐出されるインク滴の解析等を行う場合は、手動で行う方が動作条件の変更等が任意に行うことができる等のメリットがある。手動で行われる場合は、上記したような手順に類似した方法でインクジエットヘッド評価装置を動作させることができる。
【００２９】
次に本発明の実施の形態の第１の実施例としては、光学的観測手段としてドップラー振動計センサー３３を用いてノズル２の観測を行った場合について例示を行う。図７（ａ）に示すようにコントローラ１０からインクジエットヘッド１の駆動回路にインク吐出許可信号が入力されると駆動回路よりインク吐出駆動信号（図７（ａ））がインクジエットヘッドの駆動素子に出力されノズル２からインク滴の吐出が行われる。一方、レーザードップラー振動計コントローラ３０から振動波形である電圧波形を制御部１０に出力し、ここでインク吐出駆動信号、もしくはこれに同期したタイミング信号をトリガにして図７（ｂ）に示すようなメニスカス振動波形が観測される。なお、具体的なレーザードップラー振動計によるメニスカス液面の振動測定の模式図を図８に示す。光学レンズ２１によりレーザー光５をノズル２のインク液面付近に集光させ、その反射光を光学レンズ２１に戻し、レーザードップラー振動計センサ３３に導くようにしている。このようにして観測されたメニスカス振動波形は、制御部１０に保存され、インクジエット評価データとして利用される。
【００３０】
また、本発明の実施の形態において第２の実施例としては、高速ビデオカメラ等の第一のカメラ２２でノズル２を観察することができる。例えば、図９にノズル２の光学像を示す。２はノズルを示し、６はノズル周辺に付着したゴミ等である。このような観測や観察によりインク滴３の吐出不良解析等に有効である。
【００３１】
次に、上記したインクジエット評価装置の第２の実施の形態を図１０に示す。図１０（ａ）は、インクジエットヘッド１からインクが吐出される方向から見た上面図で、図１０（ｂ）は、インク滴３の吐出方向の垂直方向から見た側面図を示す。
【００３２】
第１の実施の形態においては、ノズル２と対向して光学レンズ２１を配置した場合について述べたが、この第２の実施の形態の場合は、ノズル２を観測する場合、レーザー管３１から射出されるレーザー光がノズル２に照射されるようにレーザー管からノズル２に至るまでの光路中に反射ミラー６３が配置されている。このような配置をすることにより光学的観測手段２０の配置の自由度が増しインクジエットヘッド評価装置全体のスペースを小さくできる等の効果がある。また、誤ってインク滴飛翔軌道変更手段１００が作動していないときにインクジエットヘッド１からインクが吐出された場合において、ノズル２と光学レンズ２１とが対向配しないために光学レンズ２１にインク滴３が付着することはない。この場合、反射ミラー６３にインク滴３が付着することはあるが、その付着したインク滴３の除去は容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施の形態のインクジエットヘッド評価装置の斜視図である。
【図２】（ａ）はノズルが配列されているインクジエットヘッドの端面を示す図、（ｂ）はノズルの断面構造を示す図である。
【図３】本発明のインクジエットヘッド評価装置の主要部の断面構造を示す模式図である。
【図４】本発明の実施に用いられたインクジエットヘッド、流体吐出口、ダクトおよび対物レンズの相対的位置関係を示す図である。
【図５】本発明のインクジエットヘッド評価装置を制御するブロック図を示す。
【図６】本発明のインクジエットヘッド評価装置を制御するフローチャートを示す図である。
【図７】インク吐出駆動タイミング信号、メニスカス振動速度波形、飛翔状態記録タイミングおよび飛翔状態記録画像を示す図である。
【図８】レーザードップラー振動計による液面の振動測定を示す模式図である。
【図９】カメラによる観測例を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態のインクジエットヘッド評価装置の主要部の模式図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  インクジエットヘッド
２  ノズル
３  インク滴
１０  インクジエットヘッド評価装置の制御部
２０  光学的観測手段
２１  光学レンズ
２２  第一のカメラ
３０  レーザードップラー振動計コントローラ
３１  レーザー管
３３  レーザードップラー振動計センサ
３８  インク滴飛翔軌道変更手段
３９  気体流制御部
４０  気体吐出口
４１  エアホース
４２  風速センサユニット
４３  エアコンプレッサー
４４  風速検知回路
４５  エア吸い込み口
４６  ダクトホース
４７  フィルタ内蔵ケース
４８  ファン内蔵ユニット
４９  フィルタ
５０  インク回収容器
５１  ダクトユニット
６０  第二のカメラ（高速ビデオカメラ）
６１  顕微鏡
６２  ストロボ照明
６３  ミラー
６４  信号線
【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】
2007118293.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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