JP2004040603A

JP2004040603A - 圧電共振子の周波数調整方法および装置

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Publication number: JP2004040603A
Application number: JP2002196721A
Authority: JP
Inventors: Isao Ikeda; 池田　功
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-07-05
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2022-07-05
Also published as: JP4013670B2

Abstract

【課題】周波数調整インクの塗布位置のずれを抑え、高精度な周波数調整を簡単に行うことができる圧電共振子の周波数調整方法を提供する。
【解決手段】圧電共振子を検出ポジションへ位置させ、検出ポジションで搬送手段上の圧電共振子の塗布位置を画像認識により検出する。塗布位置の検出が終了した圧電共振子を塗布ポジションに搬送し、塗布ポジションで、周波数調整インクのＹ方向塗布領域が圧電共振子の塗布位置のＹ方向ばらつき以上の大きさを有するよう多数のノズルを等間隔に配列したオンデマンド式インクジェットプリンタの印字ヘッドによって、検出手段による検出結果に基づいて選択されたノズルから周波数調整インクを圧電共振子に対して塗布する。圧電共振子の上に周波数調整インクを塗布することで、その周波数を目標周波数に近づける。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電共振子の表面に周波数調整インクを塗布することにより、圧電共振子の周波数を調整する方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、圧電共振子、特にフィルタの分野において、周波数の高精度化の要求が高まっている。従来ではスクリーン印刷法や吹き付け法により周波数調整インクを電極上に塗布し、その質量負荷により周波数を調整していた。しかしながら、上記のような方法ではインクの塗布量のバラツキが大きいため、周波数の集中度が低く、高精度化に対応できなかった。また、スクリーン印刷法は接触式の塗布方法であるため、対象物に荷重がかかり、圧電基板の割れなどの問題もあった。
【０００３】
そこで、帯電制御式インクジェットプリンタを用いて圧電共振子の表面に周波数調整用インクを塗布することにより、非接触式で周波数調整を行う方法が提案されている（特開平３−２８９８０７号公報）。
この方法は、塗布すべきパターンをドットマトリックスに画素分割し、それぞれの画素が持つ位置情報に比例した電圧でインク粒子を帯電させ、帯電したインク粒子を静電場で偏向して対象物に到達させることにより、所定のパターンで塗布するものである。そのため、所定量のインクを質量のばらつきを生じさせることなく圧電共振子に塗布することができ、精度よく周波数調整を行うことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、帯電制御式インクジェットプリンタの場合、インクの塗布位置精度が必ずしも高くないという欠点がある。塗布位置のバラツキには種々の原因があるが、その主な原因は、ドット状インクの偏向点から着弾点までの距離が長く　（少なくとも２０ｍｍ以上）、帯電ばらつきや周囲の雰囲気（湿度や気温）の状況などにより、塗布位置が変化するからである。そのため、従来の帯電制御式インクジェットプリンタの塗布位置精度は±１５０μｍ以上と粗く、微小部品に適用することは困難であった。
【０００５】
そこで、部品位置を画像認識し、その目標着弾位置毎に塗布できるように印字模様をプログラミングしたり、ステージやヘッド位置を駆動系を用いて補正制御する方法が検討されている（特開平７−１０６８９２号，特開２００１−２４４７６８号公報）。しかし、このような方法を用いても、駆動系自体の位置ずれが加算されるので、正確な位置合わせが困難であり、また面倒な補正作業を必要とするため、周波数調整に時間がかかるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、周波数調整インクの塗布位置のずれを抑え、高精度な周波数調整を簡単に行うことができる圧電共振子の周波数調整方法および装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、圧電共振子の上に周波数調整インクを塗布することで、その周波数を目標周波数に近づける圧電共振子の周波数調整方法において、圧電共振子を検出ポジションへ位置させる工程と、検出ポジションで搬送手段上の圧電共振子の塗布位置を画像認識により検出する工程と、塗布位置の検出が終了した圧電共振子を塗布ポジションへＸ方向に搬送する工程と、塗布ポジションに配置され、周波数調整インクのＹ方向塗布領域が上記圧電共振子の塗布位置のＹ方向ばらつき以上の大きさを有するよう多数のノズルを等間隔に配列したオンデマンド式インクジェットプリンタの印字ヘッドによって、上記検出手段による検出結果に基づいて選択されたノズルから周波数調整インクを圧電共振子に対して塗布する工程と、を備えたことを特徴とする圧電共振子の周波数調整方法を提供する。
【０００８】
請求項２に係る発明は、圧電共振子の上に周波数調整インクを塗布することで、その周波数を目標周波数に近づける圧電共振子の周波数調整装置において、圧電共振子を検出ポジションから塗布ポジションへＸ方向に搬送する搬送手段と、検出ポジションに配置され、搬送手段上の圧電共振子の塗布位置を画像認識により検出する検出手段と、塗布ポジションに配置され、周波数調整インクのＹ方向塗布領域が上記圧電共振子の塗布位置のＹ方向ばらつき以上の大きさを有するよう多数のノズルを等間隔に配列し、上記検出手段による検出結果に基づいて選択されたノズルから周波数調整インクを圧電共振子に対して塗布するオンデマンド式インクジェットプリンタの印字ヘッドと、を備えたことを特徴とする圧電共振子の周波数調整装置を提供する。
【０００９】
まず、圧電共振子を保持した搬送手段を検出ポジションへ移動させる。搬送手段は、搬送途中に圧電共振子がＸＹ方向にずれが発生しないように、圧電共振子を安定に保持できる構造のものが望ましい。検出ポジションへ搬送された圧電共振子は検出手段によって画像認識され、塗布位置が検出される。例えば、圧電共振子をＣＣＤカメラなどで撮像し、この撮像データから公知の画像認識技術によって圧電共振子のＸ，Ｙ座標を求め、この座標から圧電共振子のインク塗布位置（例えば振動電極の位置）を算出する。算出された位置情報に基づき、塗布模様を作成し、例えばビットマップデータを作成する。
次に、搬送手段を塗布ポジションへＸ軸方向に移動させる。搬送手段が塗布ポジションを通過する間に、オンデマンド式インクジェットプリンタの印字ヘッドのノズルは、ビットマップデータに基づき、圧電共振子の必要な位置に適量のインクをドット状に塗布する。搬送手段を一定速度で移動させれば、圧電共振子が塗布ポジションを通過するタイミングとインクの塗布タイミングとを設定することで、上記の画像認識位置と実際のインク着弾位置とを合わせることができ、Ｘ軸方向の位置精度が得られる。ノズルは等間隔で並んでいるので、必要な塗布位置の直上のノズルのみが駆動され、その部分に塗布を行なう。つまり、Ｙ軸方向の位置精度はヘッドのノズル位置で決まり、周囲の雰囲気や帯電ばらつきによる影響を受けない。
【００１０】
オンデマンド式インクジェットプリンタの場合、帯電制御式インクジェットプリンタに比べて、インクの塗布位置精度を高くできるという利点がある。その理由は、ノズルからインク着弾位置までの距離を例えば０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度まで短くすることができ、周囲の雰囲気等の影響を受けにくいからである。
請求項３のように、インクジェットプリンタ用ヘッドに設けられたノズルと搬送手段に保持された圧電共振子とのＺ方向の間隔を５ｍｍ以下とした場合、微小部品に対しても適用可能な±５０μｍ程度の塗布位置精度を実現することができる。
【００１１】
請求項４のように、インクジェットプリンタ用ヘッドに設けられたノズルの配列方向を、Ｘ方向に対して所定角度だけ傾斜させるのがよい。
ヘッドに設けられるノズルのピッチ間隔を狭くするには限度があるので、その間隔が塗布されるインクのＹ軸方向の間隔と等しくなり、ノズル分解能をノズルピッチ以上に上げることができない。そこで、ノズルの配列方向をＸ方向に対して傾けること（ヘッドアングルθを９０°未満とすること）で、次式のようにＹ軸方向の塗布間隔Ｓをノズルの間隔Ｄに比べて小さくでき、ノズル分解能を上げることができる。
Ｓ＝Ｄ・ｓｉｎθ
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１〜図５は本発明における圧電共振子の周波数調整装置の一例を示す。
調整装置本体１の上面には、ステージ４をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させるリニアガイド２，３が設置されている。ステージ４は、後述するイメージセンサ１０が配置された検出ポジションＰ１から、オンデマンド式インクジェットプリンタの印字ヘッド２０が配置された塗布ポジションＰ２に向かって、Ｘ軸方向に一定速度で移動可能である。また、本体１の上面には、データの入力などを行う操作パネル５が設けられ、本体１の内部にはリニアガイド２，３、イメージセンサ１０、印字ヘッド２０などの作動を統合的に制御するコントローラ７が配置されている。
【００１３】
ステージ４上にはパレット６が載置され、パレット６上に複数のワークＷが実装機などによってほぼ整列された状態で載置されている。ステージ４の移動中、パレット６およびワークＷがＸＹ方向に位置ずれしないように、パレット６はステージ４に、ワークＷはパレット６にそれぞれ保持されている。しかし、パレット６に対する各ワークＷの位置は常に一定している訳ではなく、例えば図４に示すように、パレット６上に５個のワークＷがＸ軸方向に並べて載置されているが、各ワークＷのＸ方向の間隔およびＹ方向位置にはばらつきがある。
【００１４】
ワークＷとしては、振動電極を複数個形成した圧電共振子のユニット（マザー基板）を用いることができる。圧電共振子としては、厚み縦振動モード、厚みすべり振動モード、長さ振動モードなど振動モードは問わない。ワークＷは、予め目標値より高めの周波数となるように製作されており、個々のワークＷの周波数が測定され、コントローラ７にその測定データが格納されている。
【００１５】
検出ポジションＰ１の上方には、ワークＷを撮像するＣＣＤカメラなどのイメージセンサ１０が設置されている。イメージセンサ１０はワークＷを正面から撮影できるように、ＸＹＺ軸方向の位置が調整されている。撮像前に、ワークＷがイメージセンサ１０の下方になるよう、ステージ４はＹ方向の大凡の位置に移動される。イメージセンサ１０の撮像データはコントローラ７に送られ、かつモニタ１１に映される。コントローラ７はワークＷの形状を画像認識し、Ｘ，Ｙ座標を求めるとともに、個々のワークＷのインク塗布位置を算出する。算出された位置情報と、予め測定された周波数とに基づき、塗布模様を作成し、ビットマップデータを作成する。個々のワークＷの塗布模様は、その形状や予め測定された周波数によって異なる。例えば、目標周波数との周波数差が大きいワークＷでは、塗布模様（塗布密度）を濃くし、目標周波数との周波数差が小さいワークＷでは、塗布模様（塗布密度）を薄くすればよい。
【００１６】
コントローラ７は、上記のインク塗布位置の算出、ビットマップ化のほか、イメージセンサ１０による認識位置と実際のインクの塗布位置とが合致するように、後述する通過センサ３０によるステージ４の通過信号を受けて通過時から所定の遅延時間をもってインクの吐出タイミングを決定する機能や、ビットマップデータに基づき必要なノズルから適量のインクを吐出させる機能などを有する。
【００１７】
塗布ポジションＰ２の上方には、ワークＷに対して微粒子（ドット）状の周波数調整インクを塗布するオンデマンド式インクジェットプリンタの印字ヘッド２０が設置されている。印字ヘッド２０は駆動装置２３によってＸＹＺ軸およびθ軸方向に位置調整可能である。Ｚ軸方向については、図２に示すように、ノズル２１とワークＷとの間隔Ｌが０．５〜５ｍｍ以下になるように調整されている。印字ヘッド２０は、図３に示すように、下端部に複数チャンネルのノズル２１を等間隔に配列したものであり、ノズル２１のＹ方向塗布領域が全ワークＷの塗布位置のＹ方向最大ばらつき以上の大きさを有する。図３では、説明を簡単にするため６チャンネル１列のノズル２１を用いたが、実際にはそれ以上のチャンネルを複数列配列したものを用いる。イメージセンサ１０による検出結果に基づいて、選択されたノズル２１から適量の周波数調整インク２２をワークＷに対してドット状に塗布する。周波数調整インク２２としては、例えばＵＶ硬化樹脂、ワニス、熱硬化樹脂などが用いられる。帯電制御式の場合、インクの種類は限定されるが、オンデマンド式の場合には種々の材料を使用できる。
【００１８】
印字ヘッド２０に設けられたノズル２１の配列方向は、図３に示すように、Ｘ方向に対して所定角度θだけ傾斜していてもよい。この場合には、次式のように塗布間隔Ｓをノズル２１の間隔Ｄに比べて小さくでき、Ｙ軸方向の分解能を上げることができる。
Ｓ＝Ｄ・ｓｉｎθ
【００１９】
ワークＷはパレット６を介してステージ４に載せられて印字ヘッド２０の下方へ搬送され、ノズル２１によりワークＷの必要部に周波数調整インク２２が塗布される。塗布ポジションＰ２の下流側には、図５に示すように、ＵＶランプやブロアーなどの硬化装置３１が配置され、インク４の乾燥，硬化を行う。その後、ワークＷの周波数を再度測定することで、所望の周波数になったかどうかを判定し、周波数が目標値より設定値以上高い場合には、ワークＷは再度ステージ４に載せられ、上記と同様の調整を繰り返す。
【００２０】
本発明にかかる周波数調整方法の一例を図４，図５にしたがって説明する。
図４の（ａ）は検出ポジションＰ１に配置されたパレット６とパレット６上に載置されたワークＷとを示す。ワークＷのＸ方向間隔およびＹ方向の位置にはばらつきがある。
図４の（ｂ）は、パレット６上に載置された各ワークＷの対角位置のエッジを認識し、ワークの位置を認識した状態を示す。
図４の（ｃ）は（ｂ）で検出されたワークの外形位置から、インク２２の塗布位置を算出した状態を示す。
図４の（ｄ）は（ｃ）で算出した塗布位置をビットマップ化した状態を示す。
図４の（ａ）〜（ｄ）までの処理は、図５の（ａ）で示す検出ポジションＰ１で実施する。
次に、リニアガイド２上のステージ４を塗布ポジションＰ２に向かってＸ軸方向へ一定速度で走らせる。その途中で、図５の（ｂ）のように通過センサ３０によってステージ４が通過したことを検出し、その信号をコントローラ７に送る。センサ３０の位置と印字ヘッド２０による吐出タイミングとを予め求めておき、必要に応じて遅延時間を設定することで、イメージセンサ１０での認識位置と実際のインクの着弾位置とをＸ軸方向に合わせることができる。
次に、図５の（ｃ）のように、ステージ４が塗布ポジションＰ２つまり印字ヘッド２０の下方を通過することにより、各ノズル２１はビットマップデータに基づき、ワークＷ上の必要な位置に適量のインクを塗布する。このとき、Ｙ軸方向についてはリニアガイド３などでの位置調整は行わない。ノズル２１は等間隔で複数列配列されているので、必要な塗布位置の直上のノズル２１のみが駆動され、その部分にドット状にインクを塗布する。つまり、Ｙ軸方向の位置選択をノズル位置で管理している。
図４の（ｅ）はこのようにしてインク２２を塗布した後のワークＷを示す。各ワークＷの位置は一定していなくても、各ワークＷの必要位置にインクが正確に塗布される。
その後、図５の（ｄ）のようにステージ４は硬化位置まで運ばれ、ここでＵＶランプ３１によってインク２２が硬化される。
【００２１】
図３に示すように、インク２２の塗布位置は、基準座標（画像認識位置）に対するＸ方向のズレとＹ方向のズレとが発生する。Ｘ方向のズレは、通過センサ３０の通過時から計算されるインクの吐出タイミングのずれなどに起因し、このズレは搬送機構の高精度化によって小さくすることが可能である。一方、Ｙ方向のズレの原因は、各チャンネル間のノズルの位置バラツキであるが、そのバラツキはヘッド２０の製作精度に起因するものであり、従来の帯電制御式インクジェットプリンタのような帯電ばらつきや周囲の雰囲気に影響されることがない。
このように、Ｙ軸方向の塗布位置はヘッド２０のノズル位置で決まり、周囲の雰囲気や帯電性ばらつきなどの影響を受けない。塗布したい位置のノズル２１のみが選択的に駆動されてインクを吐出するので、Ｙ軸方向の塗布精度は、ノズル２１のチャンネル間バラツキと分解能（解像度）に集約することができ、全チャンネルにおいてほぼ±５０μｍ程度の塗布精度を実現することができる。ノズル分解能は、図３のようにヘッド２０をＸ軸方向に傾斜させることで、さらに高めることが可能である。
【００２２】
上記実施例では、ワークＷはステージ４に載せられて印字ヘッド２０の下方を一定速度で通過し、通過する間にノズル２１により周波数調整インク２２を塗布する例を示したが、印字ヘッド２０がＸ軸方向に所定の大きさを有する場合には、ワークＷを印字ヘッド２０の下方で一旦停止させてインク２２を塗布してもよい。
また、イメージセンサ１０による認識位置と実際のインクの塗布位置とが合致するように、通過センサ３０によるステージ４の通過信号を受けてインクの吐出タイミングを決定したが、通過センサに代えてリニアガイド３の駆動装置からの信号に基づいてインクの吐出タイミングを決定してもよい。
さらに、複数のワークＷをパレット６に整列させて搬送する例を示したが、ワークＷが予め複数の圧電共振子を一体に形成したマザー基板で構成されている場合には、ワークＷをステージ４に直接載置して搬送してもよい。なお、図４では１個のワークＷに対して１箇所ずつインクを塗布したが、複数箇所に塗布してもよいことは勿論である。
搬送手段としては、実施例のようなリニアガイドに限るものではなく、Ｘ軸方向に精度よく搬送できるものであれば、如何なるものでもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１に係る周波数調整方法によれば、検出ポジションで塗布位置が検出された圧電共振子を塗布ポジションに向かってＸ方向に搬送し、オンデマンド式インクジェットプリンタの印字ヘッドのノズルによって圧電共振子の必要な位置に適量のインクを塗布するようにしたので、Ｘ軸方向の塗布精度は搬送手段の精度とインクの吐出タイミングによって得られ、Ｙ方向の塗布精度はヘッドのノズル位置によって決まる。つまり、帯電制御式インクジェットプリンタのような帯電ばらつきや周囲の雰囲気に影響されることがないので、塗布精度を格段に上げることができる。
また、塗布後のインクの位置をフィードバックして位置補正を行うといった複雑な制御が不要であり、調整が簡単であるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる周波数調整装置の一例の全体斜視図である。
【図２】図１における印字ヘッドの拡大図である。
【図３】ヘッドとワークに塗布されたインクとの位置関係を示す図である。
【図４】位置認識からインク塗布に到るワークの変化を示す図である。
【図５】本発明にかかる周波数調整方法の一例の工程図である。
【符号の説明】
Ｗ　　　　　　　　ワーク（圧電共振子）
２，３　　リニアガイド（搬送手段）
４　　　　　　　　ステージ（搬送手段）
６　　　　パレット
７　　　　　　　　コントローラ
１０　　　　　　イメージセンサ
２０　　　　　　印字ヘッド
２１　　　　　　ノズル
２２　　　周波数調整インク

Claims

圧電共振子の上に周波数調整インクを塗布することで、その周波数を目標周波数に近づける圧電共振子の周波数調整方法において、
圧電共振子を検出ポジションへ位置させる工程と、
検出ポジションで搬送手段上の圧電共振子の塗布位置を画像認識により検出する工程と、
塗布位置の検出が終了した圧電共振子を塗布ポジションへＸ方向に搬送する工程と、
塗布ポジションに配置され、周波数調整インクのＹ方向塗布領域が上記圧電共振子の塗布位置のＹ方向ばらつき以上の大きさを有するよう多数のノズルを等間隔に配列したオンデマンド式インクジェットプリンタの印字ヘッドによって、上記検出手段による検出結果に基づいて選択されたノズルから周波数調整インクを圧電共振子に対して塗布する工程と、を備えたことを特徴とする圧電共振子の周波数調整方法。
圧電共振子の上に周波数調整インクを塗布することで、その周波数を目標周波数に近づける圧電共振子の周波数調整装置において、
圧電共振子を検出ポジションから塗布ポジションへＸ方向に搬送する搬送手段と、
検出ポジションに配置され、搬送手段上の圧電共振子の塗布位置を画像認識により検出する検出手段と、
塗布ポジションに配置され、周波数調整インクのＹ方向塗布領域が上記圧電共振子の塗布位置のＹ方向ばらつき以上の大きさを有するよう多数のノズルを等間隔に配列し、上記検出手段による検出結果に基づいて選択されたノズルから周波数調整インクを圧電共振子に対して塗布するオンデマンド式インクジェットプリンタの印字ヘッドと、を備えたことを特徴とする圧電共振子の周波数調整装置。
上記インクジェットプリンタ用ヘッドに設けられたノズルと、搬送手段に保持された圧電共振子とのＺ方向の間隔は、５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の圧電共振子の周波数調整装置。
上記インクジェットプリンタ用ヘッドに設けられたノズルの配列方向は、Ｘ方向に対して所定角度だけ傾斜していることを特徴とする請求項２または３に記載の圧電共振子の周波数調整装置。