JP2005043123A

JP2005043123A - Liquid drop weight measuring instrument, and liquid drop delivery device

Info

Publication number: JP2005043123A
Application number: JP2003201138A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Usui; 隆寛臼井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-07-24
Filing date: 2003-07-24
Publication date: 2005-02-17

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid drop weight measuring instrument for measuring precisely a weight of a liquid drop delivered from a delivery head, and a liquid drop delivering device. SOLUTION: A QCM sensor 106 is constituted of an electrode 110a, an electrode 110b with a photocatalyst membrane formed on its surface, and a quartz oscillator 110 with the electrode 110a and the electrode 110b on both faces. A vibration voltage is impressed to the electrode 110a from a vibration voltage oscillation part 111 to vibrate the quartz oscillator 110, a measuring part 112 and a computing part 113 detect a change in a resonance frequency of the quartz oscillator 110 before and after the liquid drop delivered from the delivery head 103 is deposited on the electrode 110b, so as to measure the weight of the liquid drop deposited on the electrode 110b. COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液滴重量測定装置および液滴吐出装置、特に、吐出ヘッドから吐出される液滴の重量を測定可能な液滴重量測定装置およびその液滴重量測定装置を搭載した液滴吐出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、液晶表示装置のカラーフィルタ、配向膜等の成膜に液滴吐出装置が利用されている。また、液滴吐出装置は、これ以外にも工業上の各種の分野で利用されている。液滴吐出装置は、吐出ヘッドと呼ばれる液滴吐出機構を有している。この吐出ヘッドには、規則的に複数のノズルが形成されている。液滴吐出装置では、これらのノズルから吐出材料の液滴を吐出することにより、何等かの製品の構成要素となる基板上に吐出材料からなるパターンの描画を行う。近時、このパターンは微細化が進んでおり、吐出ヘッドから吐出する液滴の重量を精度良く制御する必要がある。そのため、微細な液滴の重量を精度良く測定することは、液滴の吐出量を精度良く制御するために不可欠なものとなる。吐出ヘッドから吐出される液滴の重量を測定する装置としては、以下の装置が公知である（例えば、特許文献１参照）。同装置は、付着した液滴の質量により共振周波数が変化する共振部を備え、計測部は、この共振周波数変化を計測し、演算部は、共振周波数変化に基づいて液滴の質量を計測するものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１３９３７０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、同装置によれば、共振部の共振周波数の僅かな変化で液滴の重量を測定するため、共振部に汚染物が僅かでも残ると正確に液滴の重量を測定することができない。共振部を洗浄した場合でも、洗浄の度に、汚染物の残留の仕方が異なるため、同じ試料を同じ共振部で測定しても、同一の測定結果が得られないという問題がある。また、共振部を洗浄した場合でも、微細な有機物等を除去できないため、正確に液滴の重量を測定することができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、高精度に吐出ヘッドから吐出される液滴の重量を測定することが可能な液滴重量測定装置およびその液滴重量測定装置を搭載した液滴吐出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、吐出ヘッドから吐出される液滴の重量を測定する液滴重量測定装置において、前記吐出ヘッドに駆動信号を印加して液滴を吐出させる吐出ヘッド制御手段と、第１の電極と、その表面に光触媒膜が形成されている第２の電極と、および前記第１の電極と前記第２の電極がその両面に形成されている圧電振動子とからなる検出手段と、前記第１の電極に振動電圧を印加して前記圧電振動子を振動させる発振手段と、前記吐出ヘッドから吐出される液滴が前記第２の電極に付着する前後での前記圧電振動子の共振周波数の変化を検出し、当該検出した圧電振動子の共振周波数の変化に基づいて、当該第２の電極に付着した液滴の重量を測定する液滴重量測定手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
検出手段を第１の電極と、その表面に光触媒膜が形成されている第２の電極と、および前記第１の電極と前記第２の電極がその両面に形成されている圧電振動子とで構成する。水晶振動子に形成された第１の電極に、外部から振動電圧を印加して水晶振動子を振動させる。吐出ヘッドから吐出される液滴が水晶振動子に形成された第２の電極に付着する前後で水晶振動子の共振周波数は変化する。この水晶振動子の共振周波数の変化を検出して、当該電極に付着した液滴の重量を測定する。さらに、第２の電極の表面に光触媒膜に形成する。光触媒は、紫外線が照射されると、光触媒反応により有機物を分解する。光触媒のこの性質を利用して、液滴が付着した第２の電極を紫外線を照射して洗浄を行う。これにより、第２の電極に付着した有機物は分解され、第２の電極に付着した汚染物を完全に除去することができる。この結果、吐出ヘッドから吐出される液滴の重量を高精度に測定することが可能な液滴重量測定装置を提供することができる。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記検出手段は、着脱可能に設けられていることが望ましい。これによれば、検出手段を取り外して洗浄を行うことができ、検出手段の洗浄が容易となる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記光触媒膜は、酸化チタン膜であることが望まし。これによれば、耐久性があり無毒で光触媒効果に優れた光触媒膜を使用することが可能となる。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様によれば、さらに、前記液滴が付着した前記検出手段を洗浄する洗浄手段と、前記洗浄手段で前記検出手段を洗浄後に、前記検出手段に紫外光を照射する光照射手段と、前記光照射手段で前記検出手段を照射後に、前記検出手段をリンスするリンス手段と、を備えたことが望ましい。これにより、自動的に検出手段の電極に付着した液滴を洗浄することができる。この結果、液滴重量の測定後に液滴が付着した検出手段を操作者が清掃する必要がなくなる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記圧電振動子は水晶振動子であることが望ましい。これにより、液滴の付着による共振周波数の変化を高精度に検出することができる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様によれば、上述の液滴重量測定装置を液滴吐出装置に搭載することが望ましい。これにより、液滴吐出装置で吐出ヘッドから吐出される液滴の重量を高精度に測定することができる。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記液滴吐出装置は、配線、カラーフィルタ、配向膜、マイクロレンズアレイ、エレクトロルミネセンス材料、および生体物質のうちのいずれか１つのパターン形成を用途とすることが望ましい。これにより、本発明の液滴吐出装置を使用して、配線、カラーフィルタ、配向膜、マイクロレンズアレイ、エレクトロルミネセンス材料、および生体物質のうちのいずれか１つのパターン形成を行うことができる。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記液滴吐出装置は、インクジェットプリンタであることが望ましい。これにより、本発明の液滴吐出装置をインクジェットプリンタとして使用することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明にかかる液滴重量測定装置およびその液滴重量測定装置を搭載した液滴吐出装置の好適な実施の形態を説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１にかかる液滴吐出装置を、［液滴吐出装置の全体構成］、［吐出ヘッド］、［ＱＣＭセンサ］、［液滴重量の測定原理］、［液滴重量の測定フロー］の順に説明する。
【００１６】
［液滴吐出装置の全体構成］
図１は、本発明の実施の形態１にかかる液滴吐出装置１００の全体の概略構成を示す模式図である。実施の形態１の液滴吐出装置１００は、ＱＣＭ（Ｑｕａｒｔｚ−ＣｒｙｓｔａｌＭｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）と呼ばれるセンサを搭載した構成となっている。本実施の形態の液滴吐出装置１００は、主として、制御部１０１と、ヘッドキャリッジ１０２と、吐出ヘッド１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂと、インクタンク１０４Ｒ、１０４Ｇ、１０４Ｂと、ステージ１０５と、ＱＣＭセンサ１０６と、計測部１０７と、表示部１０８とを備えて構成されている。
【００１７】
制御部１０１は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなり、液滴吐出装置１００全体を制御する。具体的には、制御部１０１は、ステージ１０５上に載置された基板等の対象物Ｗに吐出ヘッド１０３Ｒ、Ｇ、Ｂで描画する動作の制御や、吐出ヘッド１０３Ｒ、Ｇ、Ｂから吐出される液滴の重量を測定する動作の制御を行う。ヘッドキャリッジ１０２は、制御部１０１の制御に従って、吐出ヘッド１０３Ｒ、１０３Ｇ、１０３Ｂを副走査方向（Ｘ軸方向）に搬送する。吐出ヘッド１０３Ｒ、１０３Ｇ、１０３Ｂは、ヘッドキャリッジ１０２に担持されてヘッドキャリッジ１０２とともに移動し、制御部１０１から入力される駆動信号に応じて、そのノズルから液滴を吐出する。
【００１８】
インクタンク１０４Ｒ、１０４Ｇ、１０４Ｂは、Ｒ，Ｇ，Ｂのインクが充填されており、吐出ヘッド１０３Ｒ、１０３Ｇ、１０３ＢにＲ，Ｇ，Ｂのインクをそれぞれ供給する。ステージ１０５は、基板等の描画対象物Ｗが載置され、制御部１０１の制御に従って不図示の駆動機構により主走査方向（Ｙ軸方向）に搬送する。ＱＣＭセンサ１０６は、圧電振動子である水晶振動子１１０と当該水晶振動子１１０の両面に形成された電極１１０ａ（第１の電極）および電極１１０ｂ（第２の電極）とで構成されている。このＱＣＭセンサ１０６は、吐出ヘッド１０３Ｒ、１０３Ｇ、１０３Ｂから吐出される液滴の重量を測定する場合に使用される。また、ＱＣＭセンサ１０６は着脱可能に設けられており、ＱＣＭセンサ１０６は取り外して清掃が可能になっている。計測部１０７は、ＱＣＭセンサ１０６の電極１１０ｂに対する液滴の付着前と付着後の水晶振動子１１０の共振周波数の変化を検出して、電極１１０ｂに付着した液滴の重量を測定し、測定結果を制御部１０１に出力する。表示部１０８は、例えば、ＬＣＤモニターからなり、制御部１０１の制御に従って、液滴の重量の測定結果等を表示する。
【００１９】
［吐出ヘッド］
図２は、図１の吐出ヘッド１０３Ｒの詳細な構成を示す図である。吐出ヘッド１０３Ｒは、図２に示す如く、圧力室１２１と、ピエゾ素子１２２と、ノズル１２３とを備えて構成されている。圧力室１２１は、インクタンク１０４Ｒ内と連通し、インクタンク１０４Ｒから供給された赤色インクを一時的に貯える。ピエゾ素子１２２は、周知のように電圧を印加すると、結晶構造が歪んで極めて高速に電気−機械エネルギの変換を行う素子である。ピエゾ素子１２２は、制御部１０１から供給される駆動信号に応じて、圧力室１２１の内面を変形させ、圧力室１２１内の赤色インクを増減圧する。吐出ヘッド１０３Ｒにおいては、このピエゾ素子１２２による赤色インクの増減圧に応じて、ノズル１２３から赤色インクを液滴ＩＰとして吐出する。
【００２０】
吐出ヘッド１０３Ｇは、吐出ヘッド１０３Ｒと同様な構成をしており、制御部１０１から供給される駆動信号に応じて、インクタンク１０４Ｇから供給を受けた緑色インクを液滴として吐出する。同様に吐出ヘッド１０３Ｂも、制御部１０１から供給される駆動信号に応じて、インクタンク１０４Ｂから供給を受けた青色インクを液滴として吐出する。この実施形態においては、説明の便宜上、赤色インク、緑色インクおよび青色インクは、それらの液体としての性質（例えば温度に応じた粘度特性など）が略同一に揃えられており、同一条件下では、同様な流体的挙動を示すものとする。したがって、仮に液滴吐出にかかる条件が全く同一であれば、いずれのインクを用いた場合であっても、同量の液滴にて吐出される。なお、以降の説明においては、吐出ヘッド１０３Ｒ、１０３Ｇ、１０３Ｂの各々を特に区別する必要のない場合には、吐出ヘッド１０３と記載し、同様に、インクタンク１０４Ｒ、１０４Ｇ、１０４Ｂの各々を特に区別する必要のない場合には、インクタンク１０４と記載する。
【００２１】
図３は、ピエゾ素子１２２に印加する駆動信号の駆動波形を制御することで、吐出する液滴ＩＰの大きさを変更する原理を説明するための図である。同図において、横軸は時刻、縦軸は駆動電圧を示している。同図において、時刻「０」から時刻「Ｔ１」までの期間においては、ピエゾ素子１２２に供給される駆動信号は一定値「Ｖ_Ｍ」をとり、この際、ピエゾ素子１２２は変形しない。続く、時刻「Ｔ１」から時刻「Ｔ２」まで期間において、駆動信号は、「Ｖ_Ｍ」から「Ｖ_Ｈ」まで上昇する。これを受けてピエゾ素子１２２は、圧力室内のインクが減圧されるように変形し、インクタンク１０４から圧力室１２１にインクが流入する。
【００２２】
次に、時刻「Ｔ２」から時刻「Ｔ３」までの間に、駆動信号は、一定値「Ｖ_Ｈ」をとり、続く、時刻「Ｔ３」から時刻「Ｔ４」まで間において、駆動信号は、「Ｖ_Ｈ」から「Ｖ_Ｌ」まで下降する。この駆動信号の下降により、ピエゾ素子１２２は、圧力室１２１内のインクが増圧するように変形し、圧力室内の赤色インクがノズル１２３から連なった状態で吐出する。なお、以降の説明においては、時刻「Ｔ３」から時刻「Ｔ４」まで期間を、電圧下降期間ΔＴと称し、当該電圧下降期間ΔＴにおいて下降する電圧の量「Ｖ_Ｈ−Ｖ_Ｌ」を、電圧下降量ΔＶと称することとする。
【００２３】
次いで、時刻「Ｔ４」から時刻「Ｔ５」までの間に、駆動信号は、一定値「Ｖ_Ｌ」をとり、続く、時刻「Ｔ５」から時刻「Ｔ６」まで間において、駆動信号は、「Ｖ_Ｌ」から「Ｖ_Ｍ」まで上昇する。この駆動信号の上昇により、ピエゾ素子１２２は、圧力室内のインクの圧力が減少するように変形し、上述した電圧下降期間ΔＴに一旦吐出されたインクが引き戻され、その一部が液滴ＩＰとして吐出する。
【００２４】
ここで、説明の便宜上、駆動波形における電圧下降期間ΔＴあるいは電圧下降量ΔＶを調整して、液滴量を変更する技術について説明する。まず、電圧下降期間ΔＴを短くすると、溶液の増圧にかかる期間が短縮されて、電圧下降時間ΔＴ内にノズル１２３から吐出するインクの勢いが増し、液滴量を増大することができる。逆に、電圧下降期間ΔＴを長くすると、ノズル１２３から吐出するインクの勢いが低下し、液滴量を減少させることができる。
【００２５】
一方、電圧下降量ΔＶを大きくすると、インクの増圧量が増大されて、電圧下降時間ΔＴ内にノズル１２３から吐出するインクの量が増し、液滴量を増大させることができる。逆に、電圧下降量ΔＶを小さくすると、ノズル１２３から吐出するインク量が減少し、液滴量を減少させることができる。これらの技術は、例えばノズル径などの吐出ヘッド１０３の機械的構成を変更することなく、液滴量を任意に変更させることができるため、１つのノズル１２３から複数の量の液滴を選択的に吐出させる場合などに広く用いられている技術である。
【００２６】
［ＱＣＭセンサ］
図４は、図１のＱＣＭセンサ１０６の構成を示す平面図である。水晶振動子１１０は、略正方形状を呈し、その両面に、一対の電極１１０ａ、１１０ｂが略対向した状態で取り付けられている。一対の電極１１０ａ、１１０ｂは、ＡｕやＰｔを使用することができる。また、絶縁体１３１は、導電性を有する支持体１３３ａ、１３３ｂによって、水晶振動子１１０を振動自在に保持する。支持体１３３ａは、電極１１０ａと導通すると共に、絶縁体１３１に固定された端子１３２ａと導通している。同様に、支持体１３３ｂは、電極１１０ｂと導通すると共に、絶縁体１３１に固定された端子１３２ｂと導通している。また、同図において、ＰＥは電極１１０ｂの略中央位置を示している。
【００２７】
ＱＣＭセンサ１０６の電極１１０ｂの表面には、光触媒膜が形成されている。ここでは、光触媒膜として酸化チタンＴｉＯ_２を使用している。後述するように、酸化チタンＴｉＯ_２は、紫外線が照射されると、光触媒反応により有機物を分解する。操作者は、光触媒のこの性質を利用して、液滴が付着した電極１１０ｂを清掃する。図５は、ＱＣＭセンサ１０６の電極１１０ｂの表面に酸化チタン膜を形成する方法を説明するための説明図である。まず、酸化チタンＴｉＯ_２の溶液１４０が収納されている容器１４１に、ＱＣＭセンサ１０６を所定時間（例えば、略１０分）浸漬させる（図５（Ａ）参照）。この後、ＱＣＭセンサ１０６を容器１４１から取り出して自然乾燥させる（図５（Ｂ）参照）。これにより、ＱＣＭセンサ１０６の電極１１０ｂの表面に酸化チタンＴｉＯ_２の微粒子が吸着して酸化チタン膜１４２が形成される（図５（Ｃ）参照）。電極１１０ｂの表面に酸化チタン膜１４２を形成する場合には、電極１１０ｂの表面を鏡面加工などの処理を施さないで、ある程度表面粗さを荒くしておいた方が酸化チタンＴｉＯ_２が吸着し易く好ましい。また、スパッタリング等で酸化チタン膜を形成することにしても良い。
【００２８】
図６は、水晶振動子１１０の等価回路を示している。水晶振動子１１０は、電気的には、図６に示すように、抵抗Ｒ１と、コンデンサＣ１およびＣｏと、コイルＬ１とで構成される電気回路と等価である。ここで、Ｃｏは、水晶振動子１１０の両面に設けられた電極１１０ａ、１１０ｂによって生成される容量成分である等価電極容量である。水晶振動子１１０は電気的な固有周波数を有しており、水晶振動子１１０の両側に設けた電極１１０ａ、１１０ｂを電源に接続すると、回路は固有周波数で発振を開始し、水晶振動子１１０も発振周波数と同じ周波数で振動する。発振する周波数は、主に、結晶の成長軸に対して水晶振動子１１０を切り出した角度と、水晶振動子１１０の厚さとによって定まり、また、水晶振動子１１０の振動形態は薄板を切り出した角度によって決定される。ＱＣＭでは、通常、ＡＴカットと呼ばれる所定の角度で切り出された水晶振動子１１０が用いられており、ＡＴカットされた水晶振動子１１０の振動形態は、厚みすべり振動、すなわち水晶振動子１１０の表面と裏面とが、水晶振動子１１０の厚み方向と直角方向に、互いにずれるように振動する形態となる。
【００２９】
水晶振動子１１０は、自身に作用する外力が一定であれば、一定の共振周波数にて振動するが、電極１１０ｂに液滴が付着して外力が変化すると、その変化量に応じて共振周波数が変化するという特性を有している。換言すると、電極１１０ｂに液滴が付着すると、水晶振動子１１０は、その液滴の重量および粘度に応じた共振周波数にて振動するという特性を有している。また、水晶振動子１１０は、電極１１０ｂに液体が付着すると、付着した液体の粘度に応じて、その共振抵抗値が変化するという特性を有している。後述するように、計測部１０７は、これらの水晶振動子１１０の特性を利用して、液滴の重量および粘度を算出する。
【００３０】
［液滴重量の測定原理］
図７は、図１の計測部１０７の概念図を示している。本実施の形態の計測部１０７は外部発振方式を使用している。図７において、計測部１０７では、水晶振動子１１０の一方の電極１１０ａに、発振器１５０で（振動電圧発振部１１１に対応）振動電圧Ｖｉｎを印加して水晶振動子１１０を励起する。ＲＦ電圧形１５１（測定部１１２に対応）は、励起された水晶振動子１１０の他方の電極１１０ｂから流れる電流Ｉｑ＝（Ｖｑ／ＲＬ）を測定する。これにより、印加した振動電圧と水晶振動子１１０を流れる電流の関係からその周波数に対する水晶振動子１１０の電気的なインピーダンスを求めることができる。インピーダンスは、共振周波数付近で大きく変化する。そこで、計測部１０７では、印加する振動電圧の周波数を掃引しながらインピーダンスを測定し、そのインピーダンスが最小となる周波数を求める。この周波数が直列共振周波数（ｆｓ）であり、このときの抵抗成分が共振抵抗となる。
【００３１】
図８は、水晶振動子１１０の共振周波数を測定する場合に使用される帰還型の自励式発振方式（従来方式）の概念図を示している。本実施の形態の外部発振方式を、図８に示す帰還型の自励式発振方式と比較して説明する。図８において、帰還型の自励式発振方式では、水晶振動子１１０を含む発振回路を共振状態としておき、電極に液滴が付着したことによって変化する共振周波数を周波数カウンタ１６０で計測する。そして、測定した共振周波数に基づいて、水晶振動子の電極面に付着した物質の重量を測定する。しかしながら、上述したように、水晶振動子１１０の共振周波数は付着した物質の粘弾性によっても変化する。このため、粘弾性的な特性を併せ持った物質が付着した場合、どちらかの影響によって変化したのか判別することができない。他方、共振抵抗は、主に粘弾性に比例することが知られている。本実施の形態の計測部１０７では、共振周波数と共振抵抗の両者を測定して、その変化が重量に起因するものか、粘弾性に起因するものかを判別している。
【００３２】
図９は、水晶振動子１１０のアドミッタンス線図を示している。上記図６の等価回路で表される水晶振動子のインピーダンスについて、周波数特性を測定し、これをＸ軸にＧ（コンダクタンス）、Ｙ軸にＢ（サセプタンス）成分を取ったインピーダンス平面上にプロットしたものである。同図に示すように、等価電極容量Ｃｏの影響によって、曲線は、全体がＢ軸上をωＣｏ分ずれてしまう。帰還型の自励式発振方式の共振点は、位相ずれが「０」になる点、すなわち、Ｂ成分が「０」になる点であるので、同図でｆｒで示している。Ｃｏのために共振点は、本来の水晶振動子の共振点であるｆｓ（直列共振周波数）からｆｒ（一般的に共振周波数と言う場合はｆｒを言う）にずれてしまう。
【００３３】
ここで、重量と周波数の比例関係はあくまでもｆｓについて成立する。したがって、ｆｒを基準とした帰還型の自励式発振方式では、重量と周波数の関係に誤差が生じる。具体的には、同図の（ａ）に示すように、負荷が小さくＧが大きいうちは（共振抵抗Ｒが小さいうち）は、円の半径が大きいためｆｓとｆｒの値にはあまり差がない。これに対して、同図の（ｂ）に示すように、負荷が増えてＧが極端に小さく（Ｒが大きく）なると、両者はずれで大きくなる。このため、ｆｒを共振周波数として測定する帰還型の自励式発振方式では、負荷が増えるにしたがって直線性が悪化する。これに対して、本実施の形態のような外部発振方式でｆｓを測定する方式では、このような直線性の劣化は生じない。
【００３４】
さらに、負荷が増えて、同図の（ｃ）のようになると、ｆｒ点が消えてしまうため、帰還型の自励発振方式では発振することができなくなる。これに対して、本実施の形態の外部発振方式では、ｆｓを測定するため等価電極容量Ｃｏの影響がない。したがって、この場合でも共振点を見つけ出すことが可能となる。すなわち、本実施の形態の外部発振方式では、帰還型の自励発振方式に比して、重負荷での測定が可能となる。また、帰還型の自励発信方式では、発振の安定と精度の両方を得るためには使用する周波数に応じて発振回路をチューニングする必要がある。このため、同じ発振回路で広範な発振周波数に対応することが困難である。これに対して、本実施の形態の外部発振方式では、水晶振動子１１０を振動させる振動電圧を外部で生成するため、広範な周波数に回路変更なしで対応可能である。
【００３５】
つぎに、図１の計測部１０７を詳細に説明する。振動電圧発振部１１１は、ＱＣＭセンサ１０６の一方の電極１１０ａに振動電圧を印加して、水晶振動子１１０を振動させる。その際、振動電圧の周波数を低周波数から高周波数へと少しずつ変更して周波数の掃引を行う。測定部１１２は、ＱＣＭセンサ１０６の他方の電極１１０ｂから流れる電流Ｉｑ＝（Ｖｑ／ＲＬ）を測定し、印加した振動電圧と水晶振動子１１０を流れる電流の関係からその周波数に対する水晶振動子１１０の電気的なインピーダンスを算出する。そして、測定部１１２は、測定したインピーダンスが最小となる周波数（上述の直列共振周波数ｆｓ）を共振周波数値として算出し、このときのインピーダンスを共振抵抗値として算出する。測定部１１２は、算出した共振周波数値および共振抵抗値を演算部１１３に出力する。この場合、測定部１１２は、電極１１０ｂへの液滴の付着前における共振周波数ｆｂｅｆｏｒｅと、付着後における共振周波数ｆａｆｔｅｒを演算部１１３に出力する。演算部１１３は、以下のようにして、測定部１１２から入力される共振周波数ｆｂｅｆｏｒｅ、ｆａｆｔｅｒに基づいて、液滴の重量を算出し、また、測定部１１２から入力される共振抵抗に基づいて、液滴の粘度を算出する。
【００３６】
ここで、電極１１０ｂに付着した液滴の重量をＩｍとし、液滴の付着前後における共振周波数の変化量Δｆｒｅｑとすると、液滴の重量Ｉｍと、液滴の付着前後における共振周波数の変化量Δｆｒｅｑの関係は、下式（１）のように表すことができる。
【００３７】
【数１】

【００３８】
また、共振抵抗値をＲとし、電極１１０ｂに付着した液滴の粘度をηとすると、これらの関係は、下式（２）で表すことができる。
【００３９】
【数２】

【００４０】
演算部１１３は、測定部１１２から供給される電極１１０ｂへの液滴の付着前における共振周波数ｆｂｅｆｏｒｅ、付着後における共振周波数ｆａｆｔｅｒからその変化量Δｆｒｅｑ＝ｆｂｅｆｏｒｅ−ｆａｆｔｅｒを算出した後、変化量Δｆｒｅｑを上記式（１）に代入して、液滴の重量Ｉｍを算出する。また、演算部１１３は、測定部１１２から入力される電極１１０ｂに液滴の付着後の共振抵抗値Ｒを、上記式（２）に代入して、液滴の粘度ηを算出する。演算部１１３は、算出した液滴の粘度ηおよび重量Ｉｍを制御部１０１に出力する。
【００４１】
［液滴重量の測定フロー］
図１０は、図１の液滴吐出装置１００の液滴重量の測定フローを示す図である。なお、吐出ヘッド１０３は、ＱＣＭセンサ１０６上になく待機位置にあるものとする。図１０において、まず、計測部１０７では、振動電圧発振部１１１は、ＱＣＭセンサ１０６の電極１１０ａに振動電圧を周波数掃引しながら印加する（ステップＳ１）。測定部１１２は、ＱＣＭセンサ１０６の電極１１０ｂに流れる電流を検出してインピーダンスの変化を検出し、ＱＣＭセンサ１０６の電極１１０ａに液滴の付着前の共振周波数ｆｂｅｆｏｒｅを算出して、演算部１１３に出力する（ステップＳ２）。なお、電極１１０ａに液滴の付着前の共振周波数ｆｂｅｆｏｒｅは、毎回測定しないで予め演算部１１３に記憶しておくことにしても良い。
【００４２】
つぎに、制御部１０１は、吐出ヘッド１０３から吐出された液滴が、水晶振動子１１０の電極１１０ｂの略中央位置（図４の地点ＰＥ参照）に付着するような位置まで、ヘッドキャリッジ１０２により吐出ヘッド１０３を搬送する（ステップＳ３）。ここで、電極１１０ｂの略中央位置としているのは、電極１１０ｂの略中央位置に液滴を付着させた場合、検出精度が向上するためである。
【００４３】
続いて、制御部１０１は、標準駆動波形に従って、吐出ヘッド１０３に含まれるピエゾ素子１２２に駆動信号を供給して、吐出ヘッド１０３から電極１１０ｂのＰＥに向けて液滴を吐出させる（ステップＳ４）。この後、制御部１０１は、ヘッドキャリッジ１０２により吐出ヘッド１０３を待機位置まで搬送する（ステップＳ５）。ここで、吐出ヘッド１０３を待機位置まで搬送しているのは、吐出ヘッド１０３がＱＣＭセンサ１０６の上方にある場合には、吐出ヘッド１０３の浮遊容量の影響によりＱＣＭセンサ１０６の出力が不安定になるからである。
【００４４】
この後、計測部１０７では、振動電圧発振部１１１は、ＱＣＭセンサ１０６の電極１１０ａに振動電圧を周波数掃引しながら印加する（ステップＳ６）。測定部１１２は、ＱＣＭセンサ１０６の電極１１０ｂに流れる電流を検出してインピーダンスの変化を検出し、ＱＣＭセンサ１０６の電極１１０ｂに液滴の付着後の共振周波数ｆａｆｔｅｒと、そのときの共振抵抗Ｒを算出して、演算部１１３に出力する（ステップＳ７）。
【００４５】
演算部１１３は、共振周波数ｆｂｅｆｏｒｅ、ｆａｆｔｅｒに基づいて、共振周波数の変化量Δｆｒｅｑ＝ｆｂｅｆｏｒｅ−ｆａｆｔｅｒを算出し、算出したΔｆｒｅｑを上述した式（１）を用いて液滴の重量Ｉｍを算出する（ステップＳ８）。また、演算部１１３は、共振抵抗Ｒに基づいて、上述した式（２）を用いて液滴の粘度η算出する。演算部１１３は、算出した液滴の重量Ｉｍおよび粘度ηを制御部１０１に出力する。制御部１０１は、算出された液滴の重量Ｉｍおよび液滴の粘度ηを表示部１０８に表示する（ステップＳ９）。
【００４６】
なお、制御部１０１は、算出した液滴の重量Ｉｍが所定値以下であるか否かを判断して、液滴の重量Ｉｍが所定値以下である場合には、吐出ヘッド１０３のノズル詰まりまたはインクタンク１０４のインクエンドの可能性があると判断して、“ノズル詰まりまたはインクエンド”の可能性がある旨を表示部１０８に表示することにしても良い。制御部１０１は、以上のようにして測定した標準駆動波形の駆動信号で形成された液滴の重量Ｉｍに基づいて、吐出ヘッド１０３で描画対象物Ｗに描画を行う場合に、吐出ヘッド１０３に印加する駆動信号の駆動波形を変更する。
【００４７】
測定終了後には、操作者はＱＣＭセンサ１０６を取り外してその清掃を行う。具体的には、まず、▲１▼洗浄液または溶剤（例えば、エチルアルコール、イソプロピルアルコール等）が入った容器にＱＣＭセンサ１０６を浸漬させて揺動し、ＱＣＭセンサ１０６の電極１１０ｂに付着している液滴を洗浄する。この洗浄だけでは完全には汚染物を除去できないので、つぎに、容器からＱＣＭセンサ１０６を取り出し、▲２▼ＵＶランプ等で紫外線をＱＣＭセンサ１０６の電極１１０ｂに向けて照射する。電極１１０ｂの表面に形成されている酸化チタンは、紫外線が照射されると、光触媒反応により、活性酵素またはヒドロキシラジカルが発生する。活性酵素またはヒドロキシラジカルは、有機物と反応して有機物は分解され低分子量有機物になる。この低分子量有機物の一部は蒸発し、一部は表面に残る。この後、▲３▼ＱＣＭセンサ１０６を純水でリンスして、ＱＣＭセンサ１０６の電極１１０ｂの表面に残った低分子量有機物を除去する。これにより、ＱＣＭセンサ１０６の電極１１０ｂに付着した液滴は完全に除去される。なお、▲１▼〜▲３▼の工程を機械化して専用の洗浄装置で実行することにしても良い。
【００４８】
以上説明したように、実施の形態１の液滴吐出装置１００によれば、電極１１０ａと、その表面に光触媒膜が形成されている電極１１０ｂと、および電極１１０ａ、１１０ｂが両面に形成されている水晶振動子１１０とでＱＣＭセンサ１０６を構成する。そして、電極１１０ａに振動電圧発振部１１１から振動電圧を印加して水晶振動子１１０を振動させ、測定部１１２および演算部１１３は、吐出ヘッド１０３から吐出される液滴が電極１１０ｂに付着する前後での水晶振動子１１０の共振周波数の変化を検出して、当該電極１１０ｂに付着した液滴の重量を測定する。これにより、検出部（液滴重量測定装置）を簡単な構成で構成でき、吐出ヘッド１０３から吐出される液滴の重量を高精度に測定することが可能となる。また、電極１１０ｂの表面に光触媒膜を形成しているので、ＱＣＭセンサ１０６に紫外線を照射して洗浄を行うことにより、電極１１０ｂに付着した有機物は分解され、電極１１０ｂに付着した汚染物を完全に除去することができる。この結果、ＱＣＭセンサ１０６を何度使用しても吐出ヘッド１０３から吐出される液滴の重量を高精度に測定することが可能となる。
【００４９】
また、本実施の形態１では、ＱＣＭセンサ１０６を着脱可能に設けているので、ＱＣＭセンサ１０６を取り外して洗浄を行うことができ、ＱＣＭセンサ１０６の洗浄が容易となる。また、本実施の形態１では、光触媒膜として酸化チタン膜を使用しているので、耐久性があり、無毒でかつ優れた光触媒効果が期待できる。なお、本実施の形態１では、光触媒膜として酸化チタン膜を使用することとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、光触媒として機能する他の金属酸化物半導体、有機高分子半導体、および金属錯体を使用することにしても良い。
【００５０】
本実施の形態１の液滴吐出装置１００は、工業用のインクジェット装置として使用することができ、例えば、配線、カラーフィルタ、配向膜、マイクロレンズアレイ、エレクトロルミネセンス材料、および生体物質等のパターン形成に使用することができる。
【００５１】
（実施の形態２）
図１１は、本発明の実施の形態２にかかる液滴吐出装置２００の全体の概略構成を示す図である。図１１において、図１と同等機能を有する部位には同一符号を付してある。実施の形態１の液滴吐出装置１００では、液滴重量の測定後に液滴が付着したＱＣＭセンサ１０６を操作者が清掃しなければならない。これに対して、実施の形態２の液滴吐出装置２００は、液滴が付着したＱＣＭセンサ１０６を洗浄する洗浄機構を搭載してＱＣＭセンサ１０６を自動で洗浄させる構成である。
【００５２】
図１１において、センサキャリッジ２０１は、制御部１０１の制御に従って、ＱＣＭセンサ１０６を主走査方向に搬送する。洗浄部２０２は、制御部１０１の制御に従って、ＱＣＭセンサ１０６に洗浄液を噴射してＱＣＭセンサ１０６の電極１１０ｂの洗浄を行う。ここで、洗浄液としては、エチルアルコール、イソプロピルアルコール等を使用することができる。光照射部２０３は、制御部１０１の制御に従って、洗浄部２０２で洗浄されたＱＣＭセンサ１０６の電極１１０ｂの表面に向けて紫外線を照射する。リンス部２０４は、制御部１０１の制御に従って、光照射部２０３で紫外線照射後のＱＣＭセンサ１０６の電極１１０ｂの表面に向けて純水を噴射してリンスする。
【００５３】
図１２は、図１１の液滴吐出装置２００の液滴重量の測定フローを示す図である。図１２において、図１０と同一の処理を行うステップは、同一のステップ番号を付し、その説明は省略する。図１２において、まず、ステップＳ２１では、制御部１０１は、洗浄部２０２の下方位置まで、センサキャリッジ２０１によりＱＣＭセンサ１０６を搬送する。続いて、制御部１０１は、洗浄部２０２に、ＱＣＭセンサ１０６の電極１１０ｂに向けて洗浄液を噴射させ、電極１１０ｂの表面を洗浄させる（ステップＳ２２）。この後、制御部１０１は、光照射部２０３の下方位置まで、センサキャリッジ２０１によりＱＣＭセンサ１０６を搬送する（ステップＳ２３）。制御部１０１は、光照射部２０３に、ＱＣＭセンサ１０６の電極１１０ｂに向けて紫外線を照射させる（ステップＳ２４）。
【００５４】
紫外光の照射が終了すると、制御部１０１は、リンス部２０４の下方位置まで、センサキャリッジ２０１によりＱＣＭセンサ１０６を搬送する（ステップＳ２５）。続いて、制御部１０１は、リンス部２０４に、ＱＣＭセンサ１０６の電極１１０ｂに向けて純水を噴射させ、電極１１０ｂの表面をリンスさせる（ステップＳ２６）。この後、制御部１０１は、センサキャリッジ２０１によりＱＣＭセンサ１０６を待機位置まで搬送する（ステップＳ２７）。
【００５５】
以上説明したように、実施の形態２にかかる液滴吐出装置２００によれば、洗浄部２０２は、ＱＣＭセンサ１０６に洗浄液を噴射してＱＣＭセンサ１０６の電極１１０ｂに付着した液滴を洗浄し、光照射部２０３は、洗浄後のＱＣＭセンサ１０６の電極１１０ｂの表面に向けて紫外線を照射し、リンス部２０４は、紫外線照射後のＱＣＭセンサ１０６の電極１１０ｂの表面に向けて純水を噴射してリンスする構成としたので、自動的にＱＣＭセンサ１０６の電極１１０ｂに付着した液滴を完全に除去することが可能となる。この結果、液滴重量の測定後に液滴が付着したＱＣＭセンサ１０６を操作者が清掃する必要がなくなる。
【００５６】
（実施の形態３）
図１３は、本発明の実施の形態３にかかる液滴吐出装置３００の概略構成を示す図である。実施の形態３にかかる液滴吐出装置３００は、インクジェットプリンタとしたものである。実施の形態３にかかる液滴吐出装置３００は、用紙搬送路３０４の一部にＱＣＭセンサ３０１が設けられており、また、キャリッジ３０２に吐出ヘッドが搭載されている。この吐出ヘッドから吐出される液滴（インク滴）の重量の測定原理は、実施の形態１と同様であるのでその説明は省略する。実施の形態３にかかる液滴吐出装置３００は、印刷用紙上でキャリッジ３０２を往復動させながら微細なインク滴を吐出することによって、印刷用紙上にインクドットを形成して画像を印刷するインクジェットプリンタである。
【００５７】
図１３を参照して、液滴吐出装置３００が用紙に画像を印刷する動作を簡単に説明する。キャリッジ３０２には、インク滴を吐出するための吐出ヘッドが内蔵されている。キャリッジ３０２の上面側に装着されたインクカートリッジ３０８は吐出ヘッドにインクを供給する。印刷用紙は紙送りローラ３０３によってキャリッジ３０２の下側の所定位置に搬送される。印刷用紙が所定位置にセットされると、キャリッジ３０２は印刷用紙上を往復動しながら吐出ヘッドからインク滴を吐出させる。キャリッジ３０２は、図示するように２本のガイドレール３０５に導かれ、駆動ベルト３０６を介してキャリッジモータ３０７によって駆動される。このように、キャリッジ３０２を往復動させる動作は主走査と呼ばれる。
【００５８】
キャリッジ３０２の主走査に同期させて紙送りローラ３０３を駆動し、印刷用紙を主走査方向と直角方向に少しずつ移動させる。このように、主走査方向と交差する方向に、吐出ヘッドと印刷用紙とを相対的に移動させる動作は副走査と呼ばれる。こうして、キャリッジ３０２を主走査させながら印刷用紙を副走査させ、これにあわせてインク滴を適切なタイミングで吐出することで印刷用紙上にインクドットを形成し、これによって画像を印刷している。
【００５９】
このように、本発明の液滴吐出装置は、インクジェットプリンタにも好適に使用することが可能である。なお、インク滴の代わりに試料液体の重量を測定する場合には、インクカートリッジ３０８を取り外して、インクの代わりに試料液体が収納された容器をキャリッジ３０２に装着することにすれば良い。本発明は、上記した実施の形態１〜実施の形態３に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる液滴吐出装置の全体の概略構成を示す図である。
【図２】吐出ヘッドの詳細な構成を示す図である。
【図３】吐出ヘッドから吐出する液滴の大きさを変更する原理を説明するための図である。
【図４】ＱＣＭセンサの構成を示す平面図である。
【図５】ＱＣＭセンサの電極に光触媒膜を形成する方法を説明するための説明図である。
【図６】水晶振動子の等価回路を示す図である。
【図７】計測部の概念図である。
【図８】帰還型の自励発振方式の概念図である。
【図９】水晶振動子のアドミッタンス線図である。
【図１０】本発明の実施の形態１にかかる液滴吐出装置の液滴重量の測定フローを示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２にかかる液滴吐出装置の全体の概略構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態２にかかる液滴吐出装置の液滴重量の測定フローを示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態３にかかる液滴吐出装置の全体の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１００液滴吐出装置、１０１制御部、１０２ヘッドキャリッジ、１０３Ｒ、１０３Ｇ、１０３Ｂ吐出ヘッド、１０４Ｒ、１０４Ｇ、１０４Ｂインクタンク、１０５ステージ、１０６ＱＣＭセンサ、１０７計測部、１０８表示部、１１０水晶振動子、１１０ａ、１１０ｂ電極、１１１振動電圧発振部、１１２測定部、１１３演算部、１２１圧力室、１２２ピエゾ素子、１２３ノズル、１３１絶縁体、１３２ａ、１３２ｂ支持体、１３３ａ、１３３ｂ端子、２００液滴吐出装置、２０１センサキャリッジ、２０２洗浄部、２０３光照射部、２０４リンス部、３００液滴吐出装置、３０１ＱＣＭセンサ、３０２キャリッジ、３０３紙送りローラ、３０４用紙搬送路、３０５ガイドレール、３０６駆動ベルト、３０７キャリッジモータ、３０８インクカートリッジ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a droplet weight measuring device and a droplet discharging device, and in particular, a droplet weight measuring device capable of measuring the weight of a droplet discharged from a discharge head and a droplet discharging device equipped with the droplet weight measuring device. About.
[0002]
[Prior art]
For example, a droplet discharge device is used for forming a color filter, an alignment film, and the like of a liquid crystal display device. In addition, the droplet discharge device is used in various industrial fields. The droplet discharge device has a droplet discharge mechanism called a discharge head. A plurality of nozzles are regularly formed in the discharge head. In a droplet discharge device, a pattern made of a discharge material is drawn on a substrate which is a component of some product by discharging a droplet of the discharge material from these nozzles. Recently, the pattern has been miniaturized, and it is necessary to accurately control the weight of droplets ejected from the ejection head. Therefore, it is indispensable to accurately measure the weight of fine droplets in order to accurately control the discharge amount of the droplets. The following devices are known as devices for measuring the weight of droplets ejected from the ejection head (see, for example, Patent Document 1). The apparatus includes a resonance unit whose resonance frequency changes depending on the mass of the attached droplet, the measurement unit measures the change in the resonance frequency, and the calculation unit measures the mass of the droplet based on the change in the resonance frequency. Is.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2002-139370 A
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to this apparatus, since the weight of the droplet is measured with a slight change in the resonance frequency of the resonance part, the weight of the droplet cannot be accurately measured if even a small amount of contaminants remain in the resonance part. Even when the resonating part is cleaned, there is a problem that the same measurement result cannot be obtained even if the same sample is measured at the same resonating part, because the manner in which the contaminants remain differs each time the cleaning is performed. In addition, even when the resonance part is cleaned, there is a problem that the weight of the droplet cannot be accurately measured because fine organic substances and the like cannot be removed.
[0005]
The present invention has been made in view of the above, and a droplet weight measuring device capable of measuring the weight of a droplet discharged from a discharge head with high accuracy and a liquid equipped with the droplet weight measuring device. An object is to provide a droplet discharge device.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems and achieve the object, according to the present invention, in a droplet weight measuring apparatus for measuring the weight of droplets ejected from an ejection head, a driving signal is applied to the ejection head to An ejection head control means for ejecting droplets, a first electrode, a second electrode having a photocatalytic film formed on the surface thereof, and the first electrode and the second electrode are formed on both surfaces thereof. Detection means comprising a piezoelectric vibrator, oscillation means for applying a vibration voltage to the first electrode to vibrate the piezoelectric vibrator, and droplets ejected from the ejection head are the second electrode A liquid that detects a change in the resonance frequency of the piezoelectric vibrator before and after adhering to the liquid and measures the weight of the liquid droplet attached to the second electrode based on the detected change in the resonance frequency of the piezoelectric vibrator. A drop weight measuring means. To.
[0007]
The detection means includes a first electrode, a second electrode having a photocatalyst film formed on the surface thereof, and a piezoelectric vibrator having the first electrode and the second electrode formed on both surfaces thereof. Constitute. An oscillating voltage is applied from the outside to the first electrode formed on the crystal resonator to vibrate the crystal resonator. The resonance frequency of the crystal resonator changes before and after the droplet discharged from the discharge head adheres to the second electrode formed on the crystal resonator. The change in the resonance frequency of the crystal resonator is detected, and the weight of the droplet attached to the electrode is measured. Further, a photocatalytic film is formed on the surface of the second electrode. When irradiated with ultraviolet rays, the photocatalyst decomposes organic substances by a photocatalytic reaction. Using this property of the photocatalyst, the second electrode to which the droplets are attached is cleaned by irradiating with ultraviolet rays. Thereby, the organic substance adhering to the second electrode is decomposed, and the contaminant adhering to the second electrode can be completely removed. As a result, it is possible to provide a droplet weight measuring apparatus capable of measuring the weight of droplets discharged from the discharge head with high accuracy.
[0008]
According to a preferred aspect of the present invention, it is desirable that the detection means is detachably provided. According to this, the detection means can be removed and cleaning can be performed, and the detection means can be easily cleaned.
[0009]
Moreover, according to a preferable aspect of the present invention, it is desirable that the photocatalytic film is a titanium oxide film. According to this, it is possible to use a photocatalyst film which is durable, non-toxic and excellent in photocatalytic effect.
[0010]
Further, according to a preferred aspect of the present invention, there is further provided a cleaning unit that cleans the detection unit to which the droplet has adhered, and light that irradiates the detection unit with ultraviolet light after the detection unit is cleaned by the cleaning unit. It is desirable to include irradiation means and rinsing means for rinsing the detection means after irradiating the detection means with the light irradiation means. Thereby, the droplets adhering to the electrode of the detection means can be automatically washed. As a result, it is not necessary for the operator to clean the detection means to which the droplets adhere after measuring the droplet weight.
[0011]
According to a preferred aspect of the present invention, it is desirable that the piezoelectric vibrator is a quartz crystal vibrator. Thereby, the change of the resonance frequency by adhesion of a droplet can be detected with high accuracy.
[0012]
According to a preferred aspect of the present invention, it is desirable to mount the above-described droplet weight measuring device on the droplet discharge device. Thereby, the weight of the droplet discharged from the discharge head by the droplet discharge device can be measured with high accuracy.
[0013]
According to a preferred aspect of the present invention, the droplet discharge device is used for pattern formation of any one of a wiring, a color filter, an alignment film, a microlens array, an electroluminescent material, and a biological material. It is desirable to do. Thereby, the pattern formation of any one of wiring, a color filter, an alignment film, a microlens array, an electroluminescent material, and a biological substance can be performed using the droplet discharge device of the present invention.
[0014]
According to a preferred aspect of the present invention, it is desirable that the droplet discharge device is an ink jet printer. As a result, the droplet discharge device of the present invention can be used as an ink jet printer.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of a droplet weight measuring device and a droplet discharge device equipped with the droplet weight measuring device according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
(Embodiment 1)
The droplet discharge device according to the first exemplary embodiment of the present invention includes the following: [Entire configuration of droplet discharge device], [Discharge head], [QCM sensor], [Measurement principle of droplet weight], [Measurement of droplet weight] [Flow] will be described in this order.
[0016]
[Entire configuration of droplet discharge device]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an overall schematic configuration of a droplet discharge device 100 according to a first embodiment of the present invention. The droplet discharge device 100 according to the first embodiment has a configuration in which a sensor called QCM (Quartz-Crystal Microbalance) is mounted. The droplet discharge apparatus 100 of the present embodiment mainly includes a control unit 101, a head carriage 102, discharge heads 103R, 103G, and 103B,

ink tanks

104R, 104G, and 104B, a stage 105, and a QCM sensor 106. The measuring unit 107 and the display unit 108 are provided.
[0017]
The control unit 101 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM, a RAM, and the like, and controls the entire droplet discharge device 100. Specifically, the control unit 101 controls the operation of drawing with the discharge heads 103R, G, and B on the target object W such as a substrate placed on the stage 105, and is discharged from the discharge heads 103R, G, and B. The operation of measuring the weight of the droplet is controlled. The head carriage 102 conveys the ejection heads 103R, 103G, and 103B in the sub-scanning direction (X-axis direction) under the control of the control unit 101. The ejection heads 103 R, 103 G, and 103 B are carried by the head carriage 102 and move together with the head carriage 102, and eject liquid droplets from the nozzles according to a drive signal input from the control unit 101.
[0018]
The

ink tanks

104R, 104G, and 104B are filled with R, G, and B inks, and supply the R, G, and B inks to the ejection heads 103R, 103G, and 103B, respectively. The stage 105 has a drawing object W such as a substrate placed thereon, and is conveyed in the main scanning direction (Y-axis direction) by a drive mechanism (not shown) according to the control of the control unit 101. The QCM sensor 106 includes a crystal resonator 110 that is a piezoelectric resonator, and an electrode 110a (first electrode) and an electrode 110b (second electrode) formed on both surfaces of the crystal resonator 110. The QCM sensor 106 is used when measuring the weight of droplets ejected from the ejection heads 103R, 103G, and 103B. Further, the QCM sensor 106 is detachably provided, and the QCM sensor 106 can be removed and cleaned. The measurement unit 107 detects a change in the resonance frequency of the crystal unit 110 before and after the droplet is attached to the electrode 110b of the QCM sensor 106, measures the weight of the droplet attached to the electrode 110b, and the measurement result. Is output to the control unit 101. The display unit 108 includes, for example, an LCD monitor, and displays the measurement result of the weight of the droplets according to the control of the control unit 101.
[0019]
[Discharge head]
FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration of the ejection head 103R in FIG. As shown in FIG. 2, the ejection head 103 R includes a pressure chamber 121, a piezo element 122, and a nozzle 123. The pressure chamber 121 communicates with the ink tank 104R and temporarily stores the red ink supplied from the ink tank 104R. As is well known, the piezo element 122 is an element that transforms electro-mechanical energy at an extremely high speed by distorting the crystal structure when a voltage is applied. The piezo element 122 deforms the inner surface of the pressure chamber 121 according to the drive signal supplied from the control unit 101, and increases or decreases the pressure of the red ink in the pressure chamber 121. In the ejection head 103R, the red ink is ejected as a droplet IP from the nozzle 123 in accordance with the pressure increase / decrease of the red ink by the piezo element 122.
[0020]
The ejection head 103G has the same configuration as the ejection head 103R, and ejects the green ink supplied from the ink tank 104G as droplets in accordance with the drive signal supplied from the control unit 101. Similarly, the ejection head 103B ejects blue ink supplied from the ink tank 104B as droplets in response to a drive signal supplied from the control unit 101. In this embodiment, for convenience of explanation, red ink, green ink, and blue ink have their liquid properties (for example, viscosity characteristics according to temperature) substantially the same, and under the same conditions, It shall exhibit similar fluid behavior. Therefore, if the conditions for droplet ejection are exactly the same, the same amount of droplets is ejected regardless of which ink is used. In the following description, when it is not necessary to distinguish each of the ejection heads 103R, 103G, and 103B, the ejection head 103 is described, and similarly, each of the

ink tanks

104R, 104G, and 104B is particularly distinguished. When it is not necessary to do this, it is described as an ink tank 104.
[0021]
FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of changing the size of the ejected droplet IP by controlling the drive waveform of the drive signal applied to the piezo element 122. In the figure, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents drive voltage. In the figure, during the period from time “0” to time “T1”, the drive signal supplied to the piezo element 122 has a constant value “V”. _M In this case, the piezo element 122 is not deformed. In the subsequent period from time “T1” to time “T2”, the drive signal is “V _M To V _H To "". In response to this, the piezo element 122 is deformed so that the ink in the pressure chamber is depressurized, and the ink flows from the ink tank 104 into the pressure chamber 121.
[0022]
Next, during the period from time “T2” to time “T3”, the drive signal is a constant value “V”. _H The drive signal is “V” between time “T3” and time “T4”. _H To V _L ” Due to the decrease in the drive signal, the piezo element 122 is deformed so as to increase the pressure of the ink in the pressure chamber 121, and the red ink in the pressure chamber is ejected in a state of being connected from the nozzle 123. In the following description, the period from time “T3” to time “T4” is referred to as a voltage drop period ΔT, and the amount of voltage “V” that falls during the voltage drop period ΔT _H -V _L Is referred to as a voltage drop amount ΔV.
[0023]
Next, between time “T4” and time “T5”, the drive signal has a constant value “V”. _L The drive signal is “V” between time “T5” and time “T6”. _L To V _M To "". Due to the increase in the drive signal, the piezo element 122 is deformed so that the pressure of the ink in the pressure chamber decreases, and the ink once ejected during the above-described voltage decrease period ΔT is pulled back, and a part of the piezoelectric element 122 becomes a droplet IP. Discharge.
[0024]
Here, for convenience of explanation, a technique for changing the droplet amount by adjusting the voltage drop period ΔT or the voltage drop amount ΔV in the drive waveform will be described. First, when the voltage drop period ΔT is shortened, the period for increasing the pressure of the solution is shortened, the momentum of ink ejected from the nozzle 123 within the voltage drop time ΔT is increased, and the amount of droplets can be increased. Conversely, if the voltage drop period ΔT is lengthened, the momentum of the ink ejected from the nozzle 123 is lowered, and the droplet amount can be reduced.
[0025]
On the other hand, when the voltage drop amount ΔV is increased, the ink pressure increase amount is increased, the amount of ink ejected from the nozzle 123 within the voltage drop time ΔT is increased, and the droplet amount can be increased. Conversely, when the voltage drop amount ΔV is reduced, the amount of ink ejected from the nozzle 123 is reduced, and the droplet amount can be reduced. Since these techniques can arbitrarily change the droplet amount without changing the mechanical configuration of the ejection head 103 such as the nozzle diameter, for example, a plurality of droplets from one nozzle 123 can be selectively selected. This technique is widely used in the case of discharging the ink.
[0026]
[QCM sensor]
FIG. 4 is a plan view showing the configuration of the QCM sensor 106 of FIG. The crystal unit 110 has a substantially square shape, and a pair of

electrodes

110a and 110b are attached to both surfaces thereof so as to face each other. Au and Pt can be used for the pair of

electrodes

110a and 110b. Further, the insulator 131 holds the crystal unit 110 in a freely oscillating manner by the

conductive supports

133a and 133b. The support 133a is electrically connected to the electrode 110a and electrically connected to the terminal 132a fixed to the insulator 131. Similarly, the support 133b is electrically connected to the electrode 110b and is electrically connected to the terminal 132b fixed to the insulator 131. Moreover, in the same figure, PE has shown the approximate center position of the electrode 110b.
[0027]
A photocatalytic film is formed on the surface of the electrode 110 b of the QCM sensor 106. Here, titanium oxide TiO is used as the photocatalytic film. ₂ Is used. As will be described later, titanium oxide TiO ₂ When UV rays are irradiated, organic substances are decomposed by a photocatalytic reaction. The operator uses this property of the photocatalyst to clean the electrode 110b to which the droplet has adhered. FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a method of forming a titanium oxide film on the surface of the electrode 110 b of the QCM sensor 106. First, titanium oxide TiO ₂ The QCM sensor 106 is immersed in a container 141 in which the solution 140 is stored for a predetermined time (for example, approximately 10 minutes) (see FIG. 5A). Thereafter, the QCM sensor 106 is taken out from the container 141 and naturally dried (see FIG. 5B). Thereby, the surface of the electrode 110b of the QCM sensor 106 is made of titanium oxide TiO. ₂ The fine particles are adsorbed to form a titanium oxide film 142 (see FIG. 5C). When the titanium oxide film 142 is formed on the surface of the electrode 110b, the surface of the electrode 110b is not subjected to a process such as mirror finishing, and the surface roughness is somewhat roughened. ₂ Are preferable because they are easily adsorbed. Further, a titanium oxide film may be formed by sputtering or the like.
[0028]
FIG. 6 shows an equivalent circuit of the crystal unit 110. As shown in FIG. 6, the crystal unit 110 is electrically equivalent to an electric circuit composed of a resistor R1, capacitors C1 and Co, and a coil L1. Here, Co is an equivalent electrode capacitance that is a capacitance component generated by the

electrodes

110 a and 110 b provided on both surfaces of the crystal unit 110. The crystal unit 110 has an electric natural frequency. When the

electrodes

110a and 110b provided on both sides of the crystal unit 110 are connected to a power source, the circuit starts oscillating at the natural frequency. Vibrates at the same frequency as the oscillation frequency. The oscillation frequency is determined mainly by the angle at which the crystal unit 110 is cut out with respect to the crystal growth axis and the thickness of the crystal unit 110, and the vibration mode of the crystal unit 110 is the angle at which a thin plate is cut out. Determined by. In the QCM, a crystal resonator 110 cut out at a predetermined angle called AT cut is usually used, and a vibration form of the AT cut crystal resonator 110 is a thickness-shear vibration, that is, a surface of the crystal resonator 110. And the back surface vibrate so as to deviate from each other in the direction perpendicular to the thickness direction of the crystal unit 110.
[0029]
If the external force acting on the crystal unit 110 is constant, the crystal unit 110 vibrates at a constant resonance frequency. However, when the external force changes due to the droplets adhering to the electrode 110b, the resonance frequency changes according to the amount of change. It has the property of changing. In other words, when a droplet adheres to the electrode 110b, the crystal unit 110 has a characteristic of vibrating at a resonance frequency corresponding to the weight and viscosity of the droplet. Further, the crystal resonator 110 has a characteristic that when a liquid adheres to the electrode 110b, a resonance resistance value thereof changes according to the viscosity of the adhering liquid. As will be described later, the measurement unit 107 calculates the weight and viscosity of the droplet by using the characteristics of the crystal unit 110.
[0030]
[Measurement principle of drop weight]
FIG. 7 shows a conceptual diagram of the measurement unit 107 of FIG. The measurement unit 107 in this embodiment uses an external oscillation method. In FIG. 7, the measurement unit 107 excites the crystal unit 110 by applying an oscillation voltage Vin (corresponding to the oscillation voltage oscillation unit 111) to one electrode 110 a of the crystal unit 110 with the oscillator 150. The RF voltage form 151 (corresponding to the measurement unit 112) measures the current Iq = (Vq / RL) flowing from the other electrode 110b of the excited crystal unit 110. Thereby, the electrical impedance of the crystal unit 110 with respect to the frequency can be obtained from the relationship between the applied vibration voltage and the current flowing through the crystal unit 110. The impedance changes greatly near the resonance frequency. Therefore, the measurement unit 107 measures the impedance while sweeping the frequency of the applied oscillating voltage, and obtains the frequency at which the impedance is minimized. This frequency is the series resonance frequency (fs), and the resistance component at this time is the resonance resistance.
[0031]
FIG. 8 is a conceptual diagram of a feedback self-excited oscillation method (conventional method) used when measuring the resonance frequency of the crystal unit 110. The external oscillation system of this embodiment will be described in comparison with the feedback self-excited oscillation system shown in FIG. In the feedback self-excited oscillation system shown in FIG. 8, the oscillation circuit including the crystal unit 110 is set in a resonance state, and the resonance frequency that changes when a droplet adheres to the electrode is measured by the frequency counter 160. Then, based on the measured resonance frequency, the weight of the substance attached to the electrode surface of the crystal resonator is measured. However, as described above, the resonance frequency of the crystal unit 110 also changes depending on the viscoelasticity of the adhered substance. For this reason, when a substance having both viscoelastic properties adheres, it cannot be determined whether the change has occurred due to either of the influences. On the other hand, it is known that resonance resistance is mainly proportional to viscoelasticity. The measurement unit 107 of the present embodiment measures both the resonance frequency and the resonance resistance to determine whether the change is due to weight or viscoelasticity.
[0032]
FIG. 9 shows an admittance diagram of the crystal unit 110. The frequency characteristics of the crystal resonator impedance represented by the equivalent circuit shown in FIG. 6 were measured and plotted on an impedance plane with the G (conductance) on the X axis and the B (susceptance) component on the Y axis. Is. As shown in the figure, the entire curve is shifted on the B axis by ωCo due to the influence of the equivalent electrode capacitance Co. Since the resonance point of the feedback self-excited oscillation system is a point where the phase shift is “0”, that is, a point where the B component is “0”, it is indicated by fr in FIG. Because of Co, the resonance point shifts from fs (series resonance frequency), which is the resonance point of the original crystal resonator, to fr (generally speaking, fr is referred to as the resonance frequency).
[0033]
Here, the proportional relationship between the weight and the frequency holds true for fs. Therefore, in the feedback self-excited oscillation method based on fr, an error occurs in the relationship between weight and frequency. Specifically, as shown in FIG. 5A, when the load is small and G is large (while the resonance resistance R is small), the radius of the circle is large, so there is not much difference between the values of fs and fr. Absent. On the other hand, as shown in (b) of the figure, when the load increases and G becomes extremely small (R becomes large), both of them become large by deviation. For this reason, in the feedback self-excited oscillation method that measures fr as the resonance frequency, linearity deteriorates as the load increases. On the other hand, in the method of measuring fs by the external oscillation method as in the present embodiment, such linearity degradation does not occur.
[0034]
Further, when the load increases and the state becomes as shown in (c) of the figure, the fr point disappears, so that it is impossible to oscillate in the feedback self-excited oscillation method. On the other hand, in the external oscillation system according to the present embodiment, fs is measured and thus there is no influence of the equivalent electrode capacitance Co. Therefore, even in this case, the resonance point can be found. That is, the external oscillation method of the present embodiment enables measurement with a heavy load as compared with the feedback self-excited oscillation method. Further, in the feedback type self-excited transmission method, it is necessary to tune the oscillation circuit in accordance with the frequency to be used in order to obtain both stable and accurate oscillation. For this reason, it is difficult to cope with a wide range of oscillation frequencies with the same oscillation circuit. On the other hand, in the external oscillation system according to the present embodiment, since an oscillating voltage for oscillating the crystal unit 110 is generated outside, it is possible to cope with a wide range of frequencies without changing the circuit.
[0035]
Next, the measuring unit 107 in FIG. 1 will be described in detail. The oscillating voltage oscillator 111 applies an oscillating voltage to one electrode 110 a of the QCM sensor 106 to oscillate the crystal unit 110. At that time, the frequency of the oscillating voltage is changed little by little from the low frequency to the high frequency to sweep the frequency. The measurement unit 112 measures the current Iq = (Vq / RL) flowing from the other electrode 110b of the QCM sensor 106, and the relationship between the applied vibration voltage and the current flowing through the crystal resonator 110 causes the frequency of the crystal resonator 110 to correspond to that frequency. Calculate electrical impedance. Then, the measurement unit 112 calculates a frequency (the above-described series resonance frequency fs) at which the measured impedance is minimum as the resonance frequency value, and calculates the impedance at this time as the resonance resistance value. The measurement unit 112 outputs the calculated resonance frequency value and resonance resistance value to the calculation unit 113. In this case, the measurement unit 112 outputs the resonance frequency fbefore before adhesion of the droplet to the electrode 110b and the resonance frequency after after adhesion to the calculation unit 113. The calculation unit 113 calculates the weight of the droplet based on the resonance frequencies fbefore and after input from the measurement unit 112 as described below, and based on the resonance resistance input from the measurement unit 112. Calculate the viscosity of the droplet.
[0036]
Here, assuming that the weight of the droplet attached to the electrode 110b is Im and the amount of change Δfreq of the resonance frequency before and after the attachment of the droplet, the weight of the droplet Im and the amount of change Δfreq of the resonance frequency before and after the attachment of the droplet. Can be expressed as in the following formula (1).
[0037]
[Expression 1]

[0038]
Further, when the resonance resistance value is R and the viscosity of the droplet attached to the electrode 110b is η, these relationships can be expressed by the following equation (2).
[0039]
[Expression 2]

[0040]
The calculation unit 113 calculates the change amount Δfreq = fbefore-fafter from the resonance frequency fbefore before adhesion of the droplet to the electrode 110b supplied from the measurement unit 112 and the resonance frequency after adhesion, and then calculates the change amount Δfreq. Substituting into the above equation (1), the droplet weight Im is calculated. Further, the calculation unit 113 calculates the viscosity η of the droplet by substituting the resonance resistance value R after the droplet adheres to the electrode 110b input from the measurement unit 112 into the above equation (2). The calculation unit 113 outputs the calculated droplet viscosity η and weight Im to the control unit 101.
[0041]
[Drop weight measurement flow]
FIG. 10 is a diagram showing a measurement flow of the droplet weight of the droplet discharge device 100 of FIG. It is assumed that the ejection head 103 is not on the QCM sensor 106 but is in a standby position. In FIG. 10, first, in the measurement unit 107, the oscillating voltage oscillation unit 111 applies the oscillating voltage to the electrode 110a of the QCM sensor 106 while sweeping the frequency (step S1). The measurement unit 112 detects a current flowing through the electrode 110b of the QCM sensor 106 to detect a change in impedance, calculates a resonance frequency fbefore before the droplets are attached to the electrode 110a of the QCM sensor 106, and outputs the resonance frequency fbefore to the calculation unit 113. Output (step S2). Note that the resonance frequency fbefore before the droplets adhere to the electrode 110a may be stored in advance in the calculation unit 113 without being measured each time.
[0042]
Next, the control unit 101 uses the head carriage 102 to reach a position where the liquid droplets ejected from the ejection head 103 adhere to the approximate center position of the electrode 110b of the crystal resonator 110 (see point PE in FIG. 4). The ejection head 103 is conveyed (step S3). Here, the reason why the approximate center position of the electrode 110b is used is that the detection accuracy is improved when a droplet is attached to the approximately center position of the electrode 110b.
[0043]
Subsequently, the control unit 101 supplies a drive signal to the piezo element 122 included in the discharge head 103 according to the standard drive waveform, and discharges droplets from the discharge head 103 toward the PE of the electrode 110b (step S4). . Thereafter, the control unit 101 conveys the ejection head 103 to the standby position by the head carriage 102 (step S5). Here, the ejection head 103 is transported to the standby position when the ejection head 103 is above the QCM sensor 106, and the output of the QCM sensor 106 becomes unstable due to the floating capacitance of the ejection head 103. Because it becomes.
[0044]
Thereafter, in the measurement unit 107, the oscillating voltage oscillation unit 111 applies the oscillating voltage to the electrode 110a of the QCM sensor 106 while sweeping the frequency (step S6). The measurement unit 112 detects a change in impedance by detecting a current flowing through the electrode 110b of the QCM sensor 106, and calculates the resonance frequency after the droplet is attached to the electrode 110b of the QCM sensor 106 and the resonance resistance R at that time. Calculate and output to the calculation unit 113 (step S7).
[0045]
The calculation unit 113 calculates the resonance frequency change amount Δfreq = fbefore−fafter based on the resonance frequencies f before and after, and calculates the weight Im of the droplet using the above-described equation (1) ( Step S8). In addition, the calculation unit 113 calculates the viscosity η of the droplet based on the resonance resistance R using the above-described equation (2). The calculation unit 113 outputs the calculated droplet weight Im and viscosity η to the control unit 101. The control unit 101 displays the calculated droplet weight Im and droplet viscosity η on the display unit 108 (step S9).
[0046]
The control unit 101 determines whether or not the calculated droplet weight Im is equal to or smaller than a predetermined value. If the droplet weight Im is equal to or smaller than the predetermined value, the ejection head 103 may be clogged or clogged. It may be determined that there is a possibility of ink end in the ink tank 104, and the display unit 108 may display that there is a possibility of “nozzle clogging or ink end”. Based on the droplet weight Im formed by the drive signal of the standard drive waveform measured as described above, the control unit 101 controls the discharge head 103 when drawing on the drawing target W using the discharge head 103. The drive waveform of the drive signal to be applied is changed.
[0047]
After the measurement is completed, the operator removes the QCM sensor 106 and cleans it. Specifically, first, (1) the QCM sensor 106 is immersed in a container containing a cleaning solution or a solvent (for example, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, etc.) and swings to adhere to the electrode 110b of the QCM sensor 106. Wash the droplets. Since contaminants cannot be completely removed by this cleaning alone, the QCM sensor 106 is then taken out of the container, and (2) ultraviolet rays are irradiated toward the electrode 110b of the QCM sensor 106 with a UV lamp or the like. When the titanium oxide formed on the surface of the electrode 110b is irradiated with ultraviolet rays, an active enzyme or a hydroxy radical is generated by a photocatalytic reaction. An active enzyme or a hydroxyl radical reacts with an organic substance to decompose the organic substance into a low molecular weight organic substance. Part of this low molecular weight organic material evaporates and part remains on the surface. Thereafter, (3) the QCM sensor 106 is rinsed with pure water to remove the low molecular weight organic substances remaining on the surface of the electrode 110b of the QCM sensor 106. Thereby, the droplet adhering to the electrode 110b of the QCM sensor 106 is completely removed. The steps (1) to (3) may be mechanized and executed by a dedicated cleaning device.
[0048]
As described above, according to the droplet discharge device 100 of the first embodiment, the electrode 110a, the electrode 110b on which the photocatalyst film is formed, and the

electrodes

110a and 110b are formed on both surfaces. The QCM sensor 106 is configured with the crystal unit 110. Then, an oscillating voltage is applied to the electrode 110a from the oscillating voltage oscillating unit 111 to vibrate the crystal unit 110, and the measuring unit 112 and the calculating unit 113 perform before and after the liquid droplets ejected from the ejection head 103 adhere to the electrode 110b. A change in the resonance frequency of the quartz crystal resonator 110 is detected, and the weight of the droplet attached to the electrode 110b is measured. Thereby, the detection unit (droplet weight measuring device) can be configured with a simple configuration, and the weight of the droplets discharged from the discharge head 103 can be measured with high accuracy. In addition, since the photocatalytic film is formed on the surface of the electrode 110b, the organic matter attached to the electrode 110b is decomposed by irradiating the QCM sensor 106 with ultraviolet rays, and the contaminant attached to the electrode 110b is completely removed. Can be removed. As a result, the weight of the droplets ejected from the ejection head 103 can be measured with high accuracy regardless of how many times the QCM sensor 106 is used.
[0049]
In the first embodiment, since the QCM sensor 106 is detachably provided, the QCM sensor 106 can be removed and cleaned, and the QCM sensor 106 can be easily cleaned. Moreover, in this Embodiment 1, since the titanium oxide film is used as a photocatalyst film, it is durable, non-toxic and excellent photocatalytic effect can be expected. In Embodiment 1, a titanium oxide film is used as the photocatalyst film, but the present invention is not limited to this, and other metal oxide semiconductors, organic polymer semiconductors, which function as photocatalysts, Alternatively, metal complexes may be used.
[0050]
The droplet discharge device 100 according to the first embodiment can be used as an industrial inkjet device. For example, a pattern such as a wiring, a color filter, an alignment film, a microlens array, an electroluminescent material, and a biological material. Can be used for forming.
[0051]
(Embodiment 2)
FIG. 11 is a diagram illustrating an overall schematic configuration of a droplet discharge device 200 according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 11, parts having the same functions as those in FIG. In the droplet discharge device 100 of the first embodiment, the operator must clean the QCM sensor 106 to which the droplet has adhered after measuring the droplet weight. On the other hand, the droplet discharge device 200 according to the second embodiment is configured to automatically clean the QCM sensor 106 by mounting a cleaning mechanism that cleans the QCM sensor 106 to which droplets adhere.
[0052]
In FIG. 11, the sensor carriage 201 conveys the QCM sensor 106 in the main scanning direction under the control of the control unit 101. The cleaning unit 202 cleans the electrode 110b of the QCM sensor 106 by injecting a cleaning liquid onto the QCM sensor 106 under the control of the control unit 101. Here, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, or the like can be used as the cleaning liquid. The light irradiation unit 203 irradiates ultraviolet rays toward the surface of the electrode 110 b of the QCM sensor 106 cleaned by the cleaning unit 202 under the control of the control unit 101. The rinsing unit 204 performs rinsing by jetting pure water toward the surface of the electrode 110b of the QCM sensor 106 after the ultraviolet irradiation by the light irradiation unit 203, under the control of the control unit 101.
[0053]
FIG. 12 is a diagram showing a measurement flow of the droplet weight of the droplet discharge device 200 of FIG. In FIG. 12, steps that perform the same processing as in FIG. 10 are assigned the same step numbers, and descriptions thereof are omitted. In FIG. 12, first, in step S 21, the control unit 101 conveys the QCM sensor 106 by the sensor carriage 201 to a position below the cleaning unit 202. Subsequently, the control unit 101 causes the cleaning unit 202 to spray the cleaning liquid toward the electrode 110b of the QCM sensor 106 to clean the surface of the electrode 110b (step S22). Thereafter, the control unit 101 conveys the QCM sensor 106 by the sensor carriage 201 to a position below the light irradiation unit 203 (step S23). The control unit 101 causes the light irradiation unit 203 to emit ultraviolet rays toward the electrode 110b of the QCM sensor 106 (step S24).
[0054]
When the irradiation with the ultraviolet light is completed, the control unit 101 conveys the QCM sensor 106 by the sensor carriage 201 to a position below the rinse unit 204 (step S25). Subsequently, the control unit 101 causes the rinsing unit 204 to inject pure water toward the electrode 110b of the QCM sensor 106 to rinse the surface of the electrode 110b (step S26). Thereafter, the control unit 101 conveys the QCM sensor 106 to the standby position by the sensor carriage 201 (step S27).
[0055]
As described above, according to the droplet discharge device 200 according to the second embodiment, the cleaning unit 202 sprays the cleaning liquid onto the QCM sensor 106 to clean the droplets attached to the electrode 110b of the QCM sensor 106, The light irradiation unit 203 irradiates the surface of the electrode 110b of the QCM sensor 106 after cleaning with ultraviolet rays, and the rinse unit 204 injects pure water toward the surface of the electrode 110b of the QCM sensor 106 after ultraviolet irradiation. Therefore, it is possible to automatically remove droplets attached to the electrode 110b of the QCM sensor 106 automatically. As a result, it is not necessary for the operator to clean the QCM sensor 106 to which the droplet has adhered after the droplet weight is measured.
[0056]
(Embodiment 3)
FIG. 13 is a diagram showing a schematic configuration of a droplet discharge device 300 according to the third embodiment of the present invention. The droplet discharge device 300 according to the third embodiment is an inkjet printer. In the droplet discharge device 300 according to the third embodiment, a QCM sensor 301 is provided in a part of the sheet conveyance path 304, and a discharge head is mounted on the carriage 302. The principle of measuring the weight of the droplets (ink droplets) ejected from the ejection head is the same as that in the first embodiment, and a description thereof will be omitted. The droplet discharge device 300 according to the third embodiment is an inkjet printer that prints an image by forming ink dots on a print sheet by discharging fine ink droplets while reciprocating a carriage 302 on the print sheet. It is.
[0057]
With reference to FIG. 13, the operation of the droplet discharge device 300 for printing an image on a sheet will be briefly described. The carriage 302 has a built-in discharge head for discharging ink droplets. An ink cartridge 308 mounted on the upper surface side of the carriage 302 supplies ink to the ejection head. The printing paper is conveyed to a predetermined position below the carriage 302 by the paper feed roller 303. When the printing paper is set at a predetermined position, the carriage 302 ejects ink droplets from the ejection head while reciprocating on the printing paper. The carriage 302 is guided to two guide rails 305 as shown in the figure, and is driven by a carriage motor 307 via a drive belt 306. Thus, the operation of reciprocating the carriage 302 is called main scanning.
[0058]
The paper feed roller 303 is driven in synchronization with the main scanning of the carriage 302 to move the printing paper little by little in the direction perpendicular to the main scanning direction. In this way, the operation of relatively moving the ejection head and the printing paper in the direction crossing the main scanning direction is called sub-scanning. In this way, the printing paper is sub-scanned while main-scanning the carriage 302, and ink droplets are ejected at an appropriate timing to form ink dots on the printing paper, thereby printing an image.
[0059]
Thus, the droplet discharge device of the present invention can be suitably used for an ink jet printer. In the case where the weight of the sample liquid is measured instead of the ink droplet, the ink cartridge 308 may be removed and a container storing the sample liquid instead of the ink may be attached to the carriage 302. The present invention is not limited to Embodiments 1 to 3 described above, and can be appropriately modified and implemented without changing the gist of the invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an overall schematic configuration of a droplet discharge device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a detailed configuration of an ejection head.
FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of changing the size of droplets ejected from an ejection head.
FIG. 4 is a plan view showing a configuration of a QCM sensor.
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a method of forming a photocatalytic film on an electrode of a QCM sensor.
FIG. 6 is a diagram showing an equivalent circuit of a crystal resonator.
FIG. 7 is a conceptual diagram of a measurement unit.
FIG. 8 is a conceptual diagram of a feedback self-oscillation method.
FIG. 9 is an admittance diagram of a crystal resonator.
FIG. 10 is a diagram showing a flow of measuring a droplet weight of the droplet discharge device according to the first exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing an overall schematic configuration of a droplet discharge apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a flow of measuring a droplet weight of the droplet discharge device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram illustrating an overall schematic configuration of a droplet discharge device according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
100 droplet ejection device, 101 control unit, 102 head carriage, 103R, 103G, 103B ejection head, 104R, 104G, 104B ink tank, 105 stage, 106 QCM sensor, 107 measurement unit, 108 display unit, 110 crystal resonator, 110a, 110b electrode, 111 oscillating voltage oscillator, 112 measuring unit, 113 calculating unit, 121 pressure chamber, 122 piezo element, 123 nozzle, 131 insulator, 132a, 132b support, 133a, 133b terminal, 200 droplet discharge device , 201 sensor carriage, 202 cleaning unit, 203 light irradiation unit, 204 rinsing unit, 300 droplet discharge device, 301 QCM sensor, 302 carriage, 303 paper feed roller, 304 paper transport path, 305 guide rail, 306 drive belt, 307 Carry Dimotor, 308 Ink cartridge

Claims

In a droplet weight measuring apparatus that measures the weight of droplets discharged from the discharge head,
A discharge head control means for discharging a droplet by applying a drive signal to the discharge head;
Detection means comprising: a first electrode; a second electrode having a photocatalytic film formed on the surface thereof; and a piezoelectric vibrator having the first electrode and the second electrode formed on both surfaces thereof When,
Oscillating means for vibrating the piezoelectric vibrator by applying an oscillating voltage to the first electrode;
A change in the resonance frequency of the piezoelectric vibrator before and after the droplet discharged from the discharge head adheres to the second electrode is detected, and based on the detected change in the resonance frequency of the piezoelectric vibrator, Droplet weight measuring means for measuring the weight of the droplet attached to the second electrode;
A droplet weight measuring apparatus comprising:

The droplet weight measuring apparatus according to claim 1, wherein the detection unit is detachably provided.

The droplet weight measuring apparatus according to claim 1, wherein the photocatalytic film is a titanium oxide film.

Furthermore, a cleaning unit that cleans the detection unit to which the droplets are attached;
A light irradiation means for irradiating the detection means with ultraviolet light after cleaning the detection means with the cleaning means;
Rinsing means for rinsing the detection means after irradiating the detection means with the light irradiation means;
The droplet weight measuring device according to any one of claims 1 to 3, further comprising:

The droplet weight measuring apparatus according to claim 1, wherein the piezoelectric vibrator is a quartz crystal vibrator.

A droplet discharge device comprising the droplet weight measuring device according to any one of claims 1 to 5.

The liquid droplet ejection device is used for pattern formation of any one of a wiring, a color filter, an alignment film, a microlens array, an electroluminescent material, and a biological material. Droplet discharge device.

The liquid droplet ejection apparatus according to claim 6, wherein the liquid droplet ejection apparatus is an ink jet printer.