(57)【要約】【課題】吐出の一滴目から、連続吐出時と同じ安定した吐出状態（液量・速度）を得ることのできる液滴吐出制御方法および液滴吐出装置を提供する。【解決手段】液剤１１を吐出するインクジェットヘッド１と、このインクジェットヘッド１につながっている液剤タンク２と、液剤タンク２への圧力を制御する圧力制御部３と、ノズルヘッド１先端を撮像し画像を処理する撮像部７と画像処理部９、そして吐出条件・画像処理・圧力制御をコントロールする制御装置１０とを備え、液剤タンク２に掛ける圧力を制御することで非吐出時のメニスカス１２をノズルヘッド１先端において膨出する凸形状とし、撮像部７及び画像処理部９により撮像・画像処理することでノズルヘッド１先端からメニスカス１２先端の距離や角度を測定、予め記憶している最適な凸形状のメニスカス１２や予備吐出時のメニスカス１２と比較し、所定の凸形状のメニスカス１２に制御する。これにより吐出の一滴目から安定した吐出状態を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェットヘッドから液剤を吐出する液滴吐出制御方法であって、
最初の液滴を吐出する前のインクジェットヘッド先端における液剤のメニスカスが凸形状となるように制御する液滴吐出制御方法。
【請求項２】
インクジェットヘッドに液剤を供給する液剤タンクへの圧力を制御することで、最初の液滴を吐出する前のインクジェットヘッド先端における液剤のメニスカスを所定の凸形状にする請求項１記載の液滴吐出制御方法。
【請求項３】
インクジェットヘッド先端部における液剤のメニスカスを撮影し、メニスカスの撮影画像に基づいて液剤タンクへの圧力を制御する請求項２に記載の液滴吐出制御方法。
【請求項４】
インクジェットヘッド先端部における液剤のメニスカスを撮影し、メニスカスの撮影画像の膨出寸法、または所定箇所の膨出角度、または膨出面積に基づいて、液剤タンクへの圧力を制御する請求項３に記載の液滴吐出制御方法。
【請求項５】
メニスカスの撮影画像に基づくインクジェットヘッド先端から膨出した膨出寸法、または膨出面積、または特定箇所でのインクジェットヘッド先端部の側端面に対する傾斜角度を、予め設定された設定膨出寸法、または設定膨出面積、または設定傾斜角度と比較し、
メニスカスの撮影画像の膨出寸法、または膨出面積が前記設定膨出寸法または設定膨出面積よりも大きければ、あるいはメニスカスの撮影画像の傾斜角度が設定傾斜角度よりも小さければ、液剤タンクの圧力を減少させるように制御し、
メニスカスの撮影画像の膨出寸法、または膨出面積が前記設定膨出寸法または設定膨出面積よりも小さければ、あるいは撮影画像の傾斜角度が設定傾斜角度よりも大きければ、液剤タンクの圧力を増加させるように制御する請求項４に記載の液滴吐出制御方法。
【請求項６】
最初の液滴を吐出する前のインクジェットヘッド先端における液剤のメニスカスが、連続吐出状態における吐出直前状態と同様な凸形状となるように制御する請求項１〜５の何れか１項に記載の液滴吐出制御方法。
【請求項７】
予備吐出時に撮影したインクジェットヘッド先端部における液剤のメニスカスの撮影画像に基づき、液剤タンクの圧力を制御することを特徴とする請求項３または４に記載の液滴吐出制御方法。
【請求項８】
液剤を吐出するインクジェットヘッドと、
前記インクジェットヘッドに前記液剤を供給する液剤タンクと、
前記液剤タンクへのタンク圧力を制御する圧力制御部と、
前記インクジェットヘッド先端の前記液剤のメニスカスを撮影してその画像信号を出力する画像撮影部と、
前記インクジェットヘッド先端より膨出するメニスカスの画像情報に基づいて、前記圧力制御部を制御する圧力制御部指令信号を出力する制御装置と
を備えた液滴吐出装置。
【請求項９】
制御手段は、メニスカスの撮影画像に基づくインクジェットヘッド先端から膨出した膨出寸法、または膨出面積、または特定箇所でのインクジェットヘッド先端部の側端面に対する傾斜角度に応じて、インクジェットヘッド先端における液剤のメニスカスが所定の形状となるように制御する請求項８に記載の液滴吐出装置。
【請求項１０】
制御手段は、
メニスカスの撮影画像に基づくインクジェットヘッド先端から膨出した膨出寸法、または膨出面積、または特定箇所でのインクジェットヘッド先端部の側端面に対する傾斜角度を、予め設定された設定膨出寸法、または設定膨出面積、または設定傾斜角度と比較し、
メニスカスの撮影画像の膨出寸法、または膨出面積が前記設定膨出寸法または設定膨出面積よりも大きければ、あるいは設定傾斜角度よりも小さければ、液剤タンクの圧力を減少させるように制御し、
メニスカスの撮影画像の膨出寸法、または膨出面積が前記設定膨出寸法または設定膨出面積よりも小さければ、あるいは撮影画像の傾斜角度が設定傾斜角度よりも大きければ、液剤タンクの圧力を増加させるように制御する請求項９に記載の液滴吐出装置。
【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を用いて液剤を吐出する液滴吐出制御方法および液滴吐出装置に関するものである。より詳細には、インクジェットヘッドにおけるメニスカス量を制御することによって、液滴を安定して吐出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット方式にて液剤吐出を行う場合、液剤を安定吐出するための重要な要素として、液剤吐出するインクジェットヘッドでのメニスカス（ノズル内の液剤が大気と接する面：より詳しくは、ノズル内の液剤が大気と接するときに、これらの間に働く付着力と液体分子間の凝集力の大小関係で生じる湾曲した液体表面）の制御がある。この制御方法として、インクジェットヘッド内の液剤の通過箇所に接するように光導波路を配設し、光導波路にレーザ光を入力し、この光導波路部分での液剤の有無による光量の変化を計測することで、メニスカスを制御する方法（例えば特許文献１参照）や、ノズルに接続された液剤タンクに圧力センサを取り付け、そのセンサの値をもとに圧力を制御し、規定のメニスカスを実現する方法（例えば特許文献２参照）や、吐出させる液量を変化させる目的で液剤タンクと液剤タンクとヘッドとの水頭差を変化させてメニスカスを制御する方法（例えば特許文献３参照）がある。
【０００３】
また、同様の目的で圧電セラミックスにかける電圧を制御することでメニスカスを制御する方法（例えば特許文献４参照）があり、さらには液剤の乾燥を防いだり、吐出の安定性を向上させたりする目的で、非吐出時に、インクジェットヘッドより吐出しない程度にメニスカスを、圧電セラミックスにかける電圧の制御により振動させる方法（例えば特許文献５参照）などがある。
【０００４】
これらの場合のメニスカス形状は、特許文献１に関しては特に記載が無いが、その他の特許文献２〜５においては、例えば図１１、図１２に示すように、圧電セラミックスを利用したせん断モード型インクジェット方式などを含め、全てにおいてインクジェットヘッド１の先端から、薬剤１１のメニスカス１２が、吐出側ではなく、液漏れを防止することからヘッド軸方向にマイナス方向に（すなわち、インクジェットヘッドから液が凹形状となるように）制御する方法が常に用いられている。
【特許文献１】特開２００５−１７８２９０号公報
【特許文献２】特開２００４−４５０７０号公報
【特許文献３】特開平５−１６９６７８号公報
【特許文献４】特開２０００−２１８８１７号公報
【特許文献５】特開２００４−２０２７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、インクジェット方式の液滴吐出装置を、プリンタ用途のみでなく、微量の液剤塗布や吐出を必要とする製造工程にも応用して使用しようとするニーズが高まっており、塗布または吐出する対象物に対する着弾精度や液量精度などが要求されつつある。そういった中、最初の液滴である一滴目を吐出する際には、非吐出状態という安定状態から液剤吐出という別の状態・動作に移るため、サテライトや液量変化が発生しやすい。したがって、対象物に対して常に安定した塗布・吐出が必要なプロセスの場合でも、サテライトによる不必要箇所への液剤の飛び散りや、塗布量・吐出量の違いによる不良、吐出方向不安定による着弾位置異常などの発生が懸念される。つまり、常に安定した吐出状態を得るためには、最も吐出状態の安定しにくい最初の液滴である一滴目の吐出状態を安定させることが、一滴一滴の吐出精度が要求されるプロセスに対して有効になり、ある一定の場所に所定の量を精度良く吐出することが必要な工程の場合、一滴目からサテライトなどがなく、安定した吐出量が要求されることとなる。
【０００６】
しかしながら、前記従来のメニスカス制御では、インクジェットヘッドの移動時などに液剤が漏れないように吐出前のメニスカスを、ヘッドの軸方向に対してマイナス方向、すなわちインクジェットヘッドの先端で液剤が内側に少し窪んだ凹形状となるように制御している。したがって、メニスカスの位置や形状をインクジェットヘッドの外部から観察できないため、正確に把握することができず、連続吐出時は吐出が安定していても、吐出の一滴目から同じ吐出状態を得ることは難しかった。
【０００７】
さらには、液剤の環境変化や特性変化、さらには残量変化による液剤への圧力変化によってインクジェットヘッド先端でのメニスカス状態は変化することが予想される。つまり、これまでの特許文献における課題としても記載されているように、メニスカスの量によって液滴の速度や液量は変化するため、またメニスカスの位置や形状を正確に把握できないため、一滴目からの吐出状態を安定させることは非常に難しいという問題があった。
【０００８】
本発明は、前記従来の液滴吐出制御方法や液滴吐出装置の課題や問題を解決するもので、吐出の一滴目から安定した吐出を実現させることができる液滴吐出制御方法および液滴吐出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の液滴吐出制御方法は、インクジェットヘッドから液剤を吐出する液滴吐出制御方法であって、最初の液滴を吐出する前のインクジェットヘッド先端における液剤のメニスカスが凸形状となるように制御することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の液滴吐出装置は、液剤を吐出するインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドに前記液剤を供給する液剤タンクと、前記液剤タンクへのタンク圧力を制御する圧力制御部と、前記インクジェットヘッド先端の前記液剤のメニスカスを撮影してその画像信号を出力する画像撮影部と、前記インクジェットヘッド先端より膨出するメニスカスの画像情報に基づいて、前記圧力制御部を制御する圧力制御部指令信号を出力する制御装置とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の液滴吐出制御方法および液滴吐出装置によれば、最初の液滴を吐出する前のメニスカス状態を凸形状にすることで、最初の液滴を吐出する際から、連続吐出の場合と同様な吐出量および吐出速度で液剤を吐出することができ、吐出の一滴目から安定した吐出状態を実現することができる。すなわち、一般に連続吐出状態では、インクジェットヘッド先端においてメニスカスが凸形状である状態で吐出され、連続吐出状態で安定した吐出量、吐出速度で液剤を吐出することができるが、本発明によれば、最初の液滴から、連続吐出状態における吐出タイミングの間の非吐出状態と同様な状態にメニスカスを保つことができて、安定して吐出することができる。また、最初の液滴を吐出する前のメニスカスを凸形状にすることで、このメニスカスを可視化して制御することができるため、液剤の環境状態による液剤吐出状態の変化や、液量が減少することによる液剤タンクやインクジェットヘッド先端に作用する液剤への圧力変化にも対応することができる。さらに、ヘッド移動時などに懸念される液剤の漏れに対しても、常にインクジェットヘッドの先端の状態を監視・可視化することができるため、安定した状態を保つことが可能となる。
【００１２】
また、最初の液滴を吐出する前のインクジェットヘッド先端における液剤のメニスカスとして、予め記憶させておいた最適なメニスカス状態や連続吐出時のメニスカス状態の膨出寸法、または特定箇所の膨出角度、または膨出面積と比較し、これらの膨出寸法、膨出角度、膨出面積に近づくように液剤タンクへの圧力を制御することで、最適なメニスカス状態を常に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態に係る液滴吐出制御方法および液滴吐出装置を図面とともに詳細に説明する。
まず、本発明の液滴吐出装置の概略構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る液滴吐出装置の全体斜視図、図２は同液滴吐出装置の要部を側方から模式的に示した図である。
【００１４】
図１、図２に示すように、本発明の実施の形態に係る液滴吐出装置は、吐出対象物としての対象メディア５に対して（後述する予備吐出時の場合を除く）、液剤（液滴４）を吐出するインクジェットヘッド１と、このインクジェットヘッド１に液剤を供給する液剤タンク２と、この液剤タンク２へのタンク圧力を制御する圧力制御部３と、インクジェットヘッド１および液剤タンク２を保持するヘッドホルダ６と、インクジェットヘッド１における先端位置のメニスカス１２（図３〜図７参照）を撮影してその画像信号を出力する画像撮影部としての撮像部７と、この撮像部７で撮像された画像を処理する画像処理部９と、撮像したメニスカス１２の画像情報に基づいて、前記圧力制御部３を制御する圧力制御部指令信号を出力する制御装置１０などを備えている。そして、撮像部７によりインクジェットヘッド１の先端（以下、インクジェットヘッド１先端とも称す）のメニスカス１２の形状を撮像し、この撮像したメニスカス１２の画像情報に基づいて、前記圧力制御部３を制御装置１０により制御することで、インクジェットヘッド１先端の液剤１１のメニスカス１２が所定の形状になるように調整可能に構成されている。
【００１５】
次に、本発明の実施の形態に係る液滴吐出制御方法の主旨について説明する。図３（ａ）、（ｂ）は、この液滴吐出制御方法における非吐出時のインクジェットヘッド先端のメニスカスの状態を示した断面図であり、後述するメニスカスの形成に重要な寸法を同時に示している。
【００１６】
ここで、本発明の目的はインクジェットヘッド１先端に形成されるメニスカス１２を最適な形状の状態に制御することであり、吐出時の最初の液滴である一滴目から安定した吐出状態、すなわち連続吐出時における各液滴の吐出直前状態と同じ液量・液滴速度の吐出状態を得ることである。
【００１７】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明の実施の形態に係る液滴吐出制御方法は、非吐出時で、少なくとも最初の液滴を吐出する前の状態（以下、単に非吐出時と称す）での、インクジェットヘッド１先端におけるメニスカス１２の形状を、インクジェットヘッド１の軸心方向Ｔに対し、インクジェットヘッド１先端より膨出して、後述する、ある寸法範囲を持った凸形状とすることを特徴とする。前記目的を達成するために、非吐出時のメニスカス１２の形状と連続吐出時のメニスカス１２の形状とを同じ状態または近い状態とする。そのメニスカス１２の形状は、インクジェットヘッド１先端から若干凸形状に膨出した状態を必要とするものであり、メニスカス１２を形成する液剤１１の量が多くても少なくても最適なメニスカス１２の形状とならず、したがって最適な吐出状態を得ることもできない。
【００１８】
まず、本実施の形態のインクジェットヘッド１および液剤１１について説明する。インクジェットヘッド１として、内径が約５０μｍ、外径が約５５０μｍのものを用いた。液剤１１は、水を溶媒とする溶液であり、粘度は雰囲気温度２５℃程度で０．９〜１．０ｍＰａ・ｓのものである。
【００１９】
本実施の形態では、最適なメニスカス１２の形状を得るため、撮像部７によりインクジェットヘッド１先端のメニスカス１２の形状（以下、メニスカス１２形状とも称す）を撮像し、画像処理部９において、図３（ａ）で示す非吐出時のインクジェットヘッド１先端からメニスカス１２の先端Ｍ０までの距離（すなわち、インクジェットヘッド１先端からの膨出寸法）Ａと、インクジェットヘッド１の端面とメニスカス１２の先端Ｍ０とを結ぶ直線で形成される角度（膨出角度）θａ、さらには、図１（ｂ）で示すところのインクジェットヘッド１の中心（軸心Ｔ）から任意の距離Ｃ（本実施の形態では約１９０μｍ）だけ離れたインクジェットヘッド１の軸方向の仮想線Ｔ１とメニスカス１２との交点Ｍ１（特定点）からインクジェットヘッド１先端までの距離（膨出寸法）Ｂと、前記交点Ｍ１とインクジェットヘッド１端面とを結ぶ直線で形成される角度（膨出角度）θｂとを所定寸法として測定する。本実施の形態における水を溶媒とする、ある溶液からなる液剤１１においては、距離Ａ：１５〜２０μｍ、角度θａ：３．２〜４．４°、またインクジェットヘッド１の軸心Ｔから約１９０μｍだけ離れたメニスカス１２との交点Ｍ１での距離Ｂ：７．５μｍ〜１３μｍ、角度θｂ：５．４〜９．２°が最適なメニスカス１２を得ることができる寸法値である。なお、これらの寸法値の代わりに前記画像処理において非吐出時の凸形状をなすメニスカス１２の面積値（膨出面積）が所定の範囲となるようにしても良い。
【００２０】
図４は、連続吐出時のインクジェットヘッド１の先端におけるメニスカス１２の状態を示した断面図であり、メニスカス１２の所定形状の形成に重要な寸法を同時に示している。前述したように、非吐出時のメニスカス１２の形状と連続吐出時のメニスカス１２の形状とが近い状態、または同じ状態にすることが重要である。ここで、液滴４が連続吐出されるインクジェットヘッド１の軸心の中心（軸心Ｔ）でのメニスカス１２は、若干の凸形状であるものの、インクジェットヘッド１先端から形成されるメニスカス１２先端までの距離（膨出寸法）Ａ’は、前述の（膨出寸法）距離Ａよりも若干短くなり、非吐出時のメニスカス１２形状における所定寸法値とは異なる。しかし、前述したインクジェットヘッド１の中心（軸心）から任意の距離Ｃ（本実施の形態では約１９０μｍ）だけ離れたインクジェットヘッド１の軸方向の仮想線Ｔ１とメニスカス１２との交点Ｍ０からインクジェットヘッド１先端までの距離（膨出寸法）Ｂと、前記交点とインクジェットヘッド１端面とを結ぶ直線で形成される角度θｂとは、非吐出時のメニスカス１２が形成するその寸法と同じ状態である。そのため、非吐出時のメニスカス１２と吐出時のメニスカス１２とを比較するときの所定寸法は、距離Ｂと角度θｂとを用いる。つまり、本実施の形態においては、インクジェットヘッド１の中心（軸心Ｔ）から約１９０μｍだけ離れたインクジェットヘッド１の軸方向の仮想線Ｔ１とメニスカス１２との交点Ｍ０での距離Ｂ：７．５μｍ〜１３μｍ、角度θｂ：５．４〜９．２°が最適なメニスカス１２を得ることができる寸法値である。
【００２１】
これに対して、本発明の目的を達成するための本実施の形態においてメニスカス１２形状が凹形状や過度な凸形状になると、液滴４の吐出をある程度繰り返した連続吐出時は液滴４の挙動・液量が安定化するものの、吐出の一滴目から液滴４の挙動・液量が安定することは難しく、サテライトや液滴４の速度・液量に変化が生じ、同じ吐出状態にすることは難しい。
【００２２】
ここで、非吐出時のメニスカス１２の、最適な状態とそうでない状態とにおける一滴目、および連続吐出時の挙動を説明する。なお、制御装置１０よりインクジェットヘッド１や画像処理部９に送られる吐出条件および吐出信号、撮像条件などは、撮像部７および画像処理部９にて撮像・処理される全画像において同一条件下で行う。
【００２３】
まず、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、非吐出時のメニスカス１２の最適な形状、その時の一滴目である液滴４の吐出状態、連続吐出時のメニスカス１２および液滴４の挙動を示している。図５（ａ）が、所定の寸法（またはメニスカス１２の面積値）の許容範囲内である非吐出時のメニスカス１２形状である場合を示し、図５（ｂ）は、吐出信号が出力されてから所定時間経過した際の状態を示し、一滴目の液滴４のインクジェットヘッド１先端からの距離Ｘは、連続吐出時の場合を示す、図５（ｃ）の液滴４のインクジェットヘッド１先端からの距離Ｘとほぼ同じ状態になる。これは、吐出一滴目から安定した吐出状態が得られる非吐出時のメニスカス１２が形成されているためである。
【００２４】
これに対し、例えば図６（ａ）に示すように非吐出時のメニスカス１２を形成する液剤１１の量が多く、インクジェットヘッド１先端からメニスカス１２先端までの距離Ａが所定の寸法よりも距離Ｙだけ長い（メニスカス１２の面積値が多い）場合は、図６（ｂ）に示すように、一滴目の液滴４のインクジェットヘッド１先端からの距離Ｘ１が、図６（ｃ）に示すような安定した連続吐出時の液滴４の位置とは距離Ｚだけインクジェットヘッド１に近づいた位置になる。これは、メニスカス１２を形成する液量が多い分、一滴目の液滴４の液量が多くなり、液滴速度も遅くなることや、液滴４の吐出するタイミングが安定した吐出状態となる連続吐出時と比べて遅れるためと推測される。したがって、吐出された液滴４の所定タイミングでの撮像画像は、図７（ａ）に示すように、一滴目の液滴４ａを吐出してから吐出時を続けた際に、一滴目の液滴４ａから、徐々に連続吐出時の液滴４ｅの位置・液量に近づく挙動を示す。
【００２５】
また、例えば図８（ａ）に示すように非吐出時のメニスカス１２を形成する液剤１１の量が少なく、インクジェットヘッド１先端からメニスカス１２先端までの距離Ａが所定の寸法よりも短いもしくはインクジェットヘッド１先端で凹形状に近いような（メニスカス１２の面積値が少ない）場合は、図８（ｂ）に示すように、一滴目の液滴４のインクジェットヘッド１先端からの距離Ｘ２が、図８（ｃ）に示すような安定した連続吐出時の液滴４の位置とは距離Ｚだけインクジェットヘッド１先端から遠ざかる位置になる。これは、メニスカス１２の液量が少ない分、一滴目の液滴４の液量が少なくなることで液滴速度が速くなることや液滴４の吐出するタイミングが安定した吐出状態となる連続吐出時と比べて早くなるためと推測される。したがって、吐出された液滴４の所定タイミングでの撮像画像は、図７（ｂ）に示すように、一滴目の液滴４ａを吐出してから吐出時を続けた際に、一滴目の液滴４ａから、徐々に連続吐出時の液滴４ｅの位置・液量に近づく挙動を示す。さらにメニスカス１２を形成する液量が極端に多かったり少なかったりすると、液滴４がしばらくの間、吐出されなかったり、液滴４が複数になるサテライト現象が発生したり、液滴４の方向性が安定しないなどの現象につながる。
【００２６】
また図１１もしくは図１２の従来例に示すように、メニスカス１２をインクジェットヘッド１の軸方向に対してマイナス方向（凹形状）に形成する（すなわち、窪むように形成する）場合、連続吐出時は吐出状態が安定しているため問題ないが、メニスカス１２の位置や形状を正確に把握することができないため、吐出の一滴目から同じ状態（液量・液滴速度）を得ることは難しい。
【００２７】
さらに時間軸に視点を向けると、液剤１１の環境変化による粘度などの特性変化や液剤タンク２内の液剤１１の残量変化によるインクジェットヘッド１先端のメニスカス１２に作用する圧力変化により、メニスカス１２形状の経時変化が予想される。その場合、メニスカス１２の位置や形状を正確に把握することができないため、一滴目から吐出状態を連続吐出時と同じにすることはさらに難しくなる。
【００２８】
これに対して、本発明によれば、非吐出時のメニスカス１２を、所定の寸法（または面積値）の許容範囲内の凸形状（膨出形状）である最適なメニスカス１２状態に制御することで、最初の液滴である一滴目から安定した吐出状態、すなわち連続吐出時と同等の吐出状態を得ることができる。
【００２９】
次に、本発明の実施の形態に係る液滴吐出装置について、図１、図２などを用いて、より詳しく説明する。なお、図２においては、待機ポジション（吐出メディア５に対して吐出しない待機位置）において、撮像部７によりノズルヘッド１先端を撮像する状態を模式的に表している。
【００３０】
図１に示すように、液剤１１（図３等を参照）を吐出するインクジェットヘッド１は、液剤タンク２も保持するノズルヘッドホルダ６に装着されており、制御装置１０により設定された吐出条件、吐出信号により液滴４を吐出する。この実施の形態では、広い領域の対象メディア（吐出する対象物）５にも対応するため、インクジェットヘッド１の先端よりも液剤タンク２の底面が高い位置となるように配置されている。
【００３１】
また、図１に示すように、対象メディア５に対して吐出しない待機ポジションにはインクジェットヘッド１の先端を撮像できるように、撮像部７を配置しており、予備吐出も実施できるように配置されている。ここで言う予備吐出とは、対象メディア５に対して吐出するものではなく、事前の吐出確認を行うことを言う。そして、上述したように、前記撮像部７で撮像された画像を処理する画像処理部９、また液剤タンク２に負もしくは正の圧力を供給するための圧力制御部３を有し、これらの画像処理部９や圧力制御部３は各々制御装置１０に接続され、各処理に応じて画像処理部９や圧力制御部３に制御装置１０より信号を送ることで制御するよう構成されている。なお、対象メディア５を避けるための前記待機ポジションへは、インクジェットヘッド１や撮像部７が移動しても、他の装置等に当接しないよう配置されている。また、本実施の形態のようにインクジェットヘッド１の先端が液剤タンク２よりも低く配置した場合に、何もしなければ液剤１１は水頭差によりインクジェットヘッド１先端から液剤１１が垂れる場合が多いため、非吐出時には、液剤タンク２へ負の圧力を掛けるよう構成されている。
【００３２】
ここで撮像部７は、待機ポジションにおいてインクジェットヘッド１を撮像できると同時に、非吐出時のインクジェットヘッド１先端に形成されるメニスカス１２の形状を常に撮像して把握する。また、非吐出時のみでなく、予備吐出において、インクジェットヘッド１から吐出された液滴４も制御装置１０からの信号より、任意のタイミングで撮像させ、画像処理することが可能となっている。例えば図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のような非吐出時および吐出時のインクジェットヘッド１先端およびメニスカス１２形状や、吐出される液滴４を撮像部７で撮像し、画像処理部９で処理・測定することが可能となっている。また、前記非吐出時のインクジェットヘッド１先端のメニスカス１２形状を、上述したように最適な吐出状態が得られる凸形状のメニスカス１２形状に制御するために、インクジェットヘッド１に液剤１１を供給する液剤タンク２に作用させる圧力を圧力制御部３によって制御することで実現している。
【００３３】
次に本実施の形態におけるメニスカス１２を制御する液滴吐出制御方法を説明する。図９は本実施の形態に係る液滴吐出制御方法の制御動作の流れを示す一例である。まず待機ポジションで非吐出状態のメニスカス１２形状を撮像部７により撮像する（ステップＳ１）。そして撮像された画像を画像処理部９により、前記所定寸法（または角度あるいは面積値）を測定し（ステップＳ２）、予め記憶されている最適なメニスカス１２の規定（設定）寸法（または規定角度あるいは規定面積値）と比較する（ステップＳ３）。比較した値が許容範囲内であれば、対象メディア５に吐出する工程（ステップＳ６、Ｓ７）に移る。しかし許容範囲外であれば、液剤タンク２に作用する圧力を調整するよう制御すること（ステップＳ１０）で、許容範囲内になるようにメニスカス１２を制御し、ステップＳ１からの手順を繰り返す。
【００３４】
ここで液剤タンク２に作用させる圧力を制御する圧力制御部３の制御方法を説明する。本実施の形態において、図６（ａ）に示すようにメニスカス１２を形成する液量が多くて、前記寸法Ａ（または所定角度）が大きい場合（もしくは、前記した角度θｂが小さい場合）は、所定寸法Ａ（または所定角度）もしくはメニスカス１２の面積値と、予め記憶している設定値との差分値を計算し、所定の寸法値・角度・面積値に入るように液剤タンク２に掛ける負の圧力を多く制御し、インクジェットヘッド１先端の液量を液剤タンク２側に引き入れるように抑える。逆に図８（ａ）に示すようにメニスカス１２を形成する液量が少なくて、前記寸法Ａ（または所定角度）が小さい場合（もしくは、前記した角度θｂが大きい場合）は、液剤タンク２に掛ける負の圧力を少なく制御し、水頭差を利用することでインクジェットヘッド１先端での液剤１１の液量が多くなるように制御する。これにより前述のメニスカス１２における所定寸法の距離Ａおよび角度θａもしくは角度θｂもしくはメニスカス１２の面積値を許容範囲内に制御する。なお、圧力を制御する手段としては、空気を引くことができる真空ポンプやエジェクタ装置等を利用することが好ましいが、これに限るものではない。
【００３５】
図１０は、別の制御動作の流れを示す一例である。図９の手順に加えて、予備吐出状態において確認することで、より確実に安定吐出状態を得ることができる。
まず、ステップＳ１からステップＳ３までの現状のメニスカス１２形状と予め記憶されている最適なメニスカス１２形状とを比較するステップは同じである。現状のメニスカス１２形状が許容範囲（ステップＳ３）であった後に、予備吐出を行う（ステップＳ４）。予備吐出での吐出液滴数は一滴でも複数滴でも良い。その時のメニスカス１２を撮像（ステップＳ５）し、撮像した吐出時のメニスカス１２における所定寸法（面積値）を測定し（ステップＳ６）、非吐出時のメニスカス１２と比較する（ステップＳ７）。比較した値が許容範囲内であれば、対象メディア５に吐出する工程（ステップＳ８）に移る。しかし許容範囲外であればステップＳ１０により、前述した液剤タンク２に掛ける圧力を制御し、最適な吐出状態が得られるメニスカス１２形状に制御する。
【００３６】
また、さらに別の判断基準として、ステップＳ６の吐出時のメニスカス１２を画像処理する際に、吐出される液滴４の位置を認識することで最適な吐出状態が得られているかどうかを判断しても良い。例えば予備吐出時の吐出液滴数が一滴のみの場合、予め連続吐出時の液滴４の画像を記憶させておき、その状態と液滴４の位置・大きさを比較することで、最適な吐出状態が得られているかどうかを判断しても良い。非吐出時のメニスカス１２の状態により、その位置・大きさ・サテライトの有無は変化する。また、予備吐出時の吐出液滴数が複数の場合、最適なメニスカス１２形状でなければ、図７（ａ）、（ｂ）に示すように撮像された液滴の画像が一滴目から複数滴目まで液滴位置が変化し、液滴４の画像にブレが生じる。例えば図７（ａ）は、メニスカス１２を形成する液量が多かった場合、図７（ｂ）はメニスカス１２を形成する液量が少なかった場合である。その現象は、吐出一滴目の液滴４ａが、連続吐出時の液滴位置４ｅとは位置が異なり、液滴４を吐出するに従って一滴目の液滴４ａから液滴４ｂ〜４ｅにその位置が変化し、安定した吐出状態である液滴位置４ｅに落ち着く。この現象は、予備吐出時の３〜５滴で確認できる。最適なメニスカス１２の場合は、液滴４ａ〜４ｅまでその位置はほぼ変化しない。ステップＳ５にて予備吐出時を撮像し、ステップＳ７で最適なメニスカス１２による一滴目からの安定吐出が得られる状態であるかどうかを判断しても良い。
【００３７】
ここで、本実施の形態における実験の一例を表１に示す。
【００３８】
【表１】
2009106873.tif 000003
これは、本実施の形態の中で使用した前述のインクジェットヘッド１および水を溶媒とする、ある液剤１１において、撮像部７および画像処理部９により処理したインクジェットヘッド１先端から凸形状をなすメニスカス１２先端までの距離（膨出寸法）Ａを変更した時の一滴目の液滴半径と、連続吐出時との液滴位置の差異・一滴目吐出と連続吐出のそれぞれの挙動・吐出状態の判定を示したものであり、最下段は安定した吐出状態である連続吐出時の液滴半径および挙動を示している。なお、液滴位置の差異とは連続吐出時の液滴位置を０とし、吐出一滴目の液滴位置との差異（前記距離Ｚ）を示しており、インクジェットヘッド１先端に近づく側を−、インクジェットヘッド１先端より遠ざかる側を＋とした。インクジェットヘッド１先端からメニスカス１２先端までの距離（膨出寸法）Ａが１５〜２０μｍの時は液滴半径も液滴位置も連続吐出時とほぼ変わらず、吐出状態も一滴目・連続吐出とも安定している。
【００３９】
これに対し、インクジェットヘッド１先端とメニスカス１２先端との距離Ａが長くなると、一滴目の液滴半径は徐々に大きくなり、液滴位置もインクジェットヘッド１に近づく。距離Ａがさらに長くなると吐出状態が不安定になってくる。反対に、インクジェットヘッド１先端とメニスカス１２先端との距離Ａが短くなると、一滴目の液滴半径は若干小さくなり、液滴位置もインクジェットヘッド１より遠くなる。最も顕著な場合では、インクジェットヘッド１先端での液剤１１の乾燥や空気圧の影響が大きくなり、サテライトの発生やメニスカス１２の形成が不安定になる挙動が見られ、一滴目の吐出状態のみでなく連続吐出時にもその傾向が見られるようになり、液滴４の吐出方向も不安定になる。本実施の形態において判定を○とした距離Ａ：１５〜２０μｍより若干異なる状態ではサテライトの発生や、液滴位置が変化する傾向が見られ始めたため△と判定した。また液滴位置、液滴半径が大きく違ったり、吐出状態が安定しなかったりしたものを×と判定した。
【００４０】
以上のように今回の発明においては、待機ポジションにてインクジェットヘッド１先端を撮像できる撮像部７を配置し、画像処理部９にて撮像されたインクジェットヘッド１先端に形成される凸形状のメニスカス１２を予め記憶・設定されたメニスカス１２の値と比較・差分値を計算し、液剤タンク２に掛ける圧力を圧力制御部３で制御することにより、最適な凸形状のメニスカス１２に制御することで、常にインクジェットヘッド１から液剤１１を吐出する一滴目から安定した吐出状態を得ることができる。
【００４１】
また、本実施の形態では、インクジェットヘッド１先端および形成される凸形状のメニスカス１２を可視化できることから、図１１（ｂ）のような液漏れを防止することができ、液剤１１の環境変化による粘度などの特性変化や液剤１１の残量変化によるメニスカス１２の変化にも柔軟に対応することができる。
【００４２】
また、非吐出で評価できることや、予備吐出を必要としても極少量の吐出量で評価でき、液剤１１の消費も少なくできる。
また、液剤タンク２に掛ける圧力を圧力制御部３により制御することで、圧電セラミックスにかける駆動電圧を変化させる方法に比べてノイズや高調波の影響が少なく、不意な液漏れの可能性も少ない。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、インクジェットヘッドを用いて液剤を吐出する液滴吐出方法および液滴吐出装置に広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態に係る液滴吐出装置の全体斜視図
【図２】同液滴吐出装置の要部を側方から模式的に示した側面図
【図３】（ａ）  本実施の形態において非吐出時のメニスカス形状と測定寸法の一例を示した断面図  （ｂ）  本実施の形態において非吐出時のメニスカス形状と測定寸法の別の一例を示した断面図
【図４】本実施の形態において吐出時のメニスカス形状と測定寸法の一例を示した断面図
【図５】（ａ）  本実施の形態において非吐出時の最適なメニスカス形状を説明するための断面図  （ｂ）  本実施の形態において最適なメニスカス形状時の吐出の一滴目を説明するための断面図  （ｃ）  本実施の形態において最適なメニスカス形状時の連続吐出時を説明するための断面図
【図６】（ａ）  本実施の形態において非吐出時のメニスカス量が多い状態を説明するための断面図  （ｂ）  本実施の形態においてメニスカス量が多い時の吐出の一滴目を説明するための断面図  （ｃ）  本実施の形態においてメニスカス量が多い時の連続吐出時を説明するための断面図
【図７】（ａ）  本実施の形態においてメニスカス量が多い吐出の一滴目からの液滴位置の変化を説明するための断面図  （ｂ）  本実施の形態においてメニスカス量が少ない吐出の一滴目からの液滴位置の変化を説明するための断面図
【図８】（ａ）  本実施の形態において非吐出時のメニスカス量が少ない状態を説明するための断面図  （ｂ）  本実施の形態においてメニスカス量が少ない時の吐出の一滴目を説明するための断面図  （ｃ）  本実施の形態においてメニスカス量が少ない時の連続吐出時を説明するための断面図
【図９】本実施の形態に係る液滴吐出制御方法の制御動作の流れを示すフローチャートの一例
【図１０】本実施の形態に係る液滴吐出制御方法の制御動作の流れを示す別のフローチャートの一例
【図１１】（ａ）  従来の液滴吐出制御方法においてノズルヘッドの軸方向にマイナスに制御されたメニスカスを説明するための断面図  （ｂ）  同従来の液滴吐出制御方法においての液漏れを説明するための断面図
【図１２】他の従来の液滴吐出制御方法のインクジェットノズルヘッドにおいて、吐出液滴量を変化させる際に制御されるメニスカス状態を説明するための断面図
【符号の説明】
【００４５】
１  インクジェットノズルヘッド
２  液剤タンク
３  圧力制御部
４  液滴
５  対象メディア（対象物）
６  ヘッドホルダ
７  撮像部（画像撮影部）
９  画像処理部
１０  制御装置
１１  液剤
１２  メニスカス
【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】
2009106873.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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