JP2005061870A - Droplet weight measuring apparatus, droplet discharging apparatus, method for measuring droplet weight, method for manufacturing electrooptical device, electrooptical device, and electronic equipment - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a droplet weight measuring apparatus for adjusting the gap between a discharge head and an oscillator, or between the discharge head and a substrate precisely with a simple configuration. <P>SOLUTION: In the measurement of the weight of droplets discharged from the discharge head 103, a database is provided, where it indicates the relationship between the size of the gap between an electrode 110b provided at a pizeoelectric vibrator 110 and the discharge head and the resonance frequency of the piezoelectric vibrator while the gap in the above size is open between the piezoelectric vibrator and the discharge head. By referring to the database, the gap between the piezoelectric vibrator and the discharge head is adjusted, a change in the resonance frequency of the piezoelectric vibrator before and after the droplets discharged from the discharge head adhere to the electrode is detected after the gap is adjusted, and the weight of droplets adhering to the electrode is measured, based on the detected change in the resonance frequency of the piezoelectric vibrator. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液滴重量測定装置及び液滴吐出装置に関し、特に、水晶振動子との間のギャップ調整を正確に行った上で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及び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。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、例えば、以下の微小液滴重量装置が公知である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
同装置は、振動板と圧電素子を貼り合わせた圧電振動体にヒーターを設け、圧電振動体にホットメルトインク（固形材料を溶かして液体にしたインク）が付着しても剥離も蒸発もしない温度に圧電振動体をコントロールした状態で、ホットメルトインクジェットを吹き付ける。ホットメルトインクが付着すると、圧電振動体の電気機械的結合係数が変わり、その付着重量に比例して圧電素子のインピーダンスが変化する。そのインピーダンスの変化量から付着重量を算出する。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２４８２５０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、吐出ヘッドから吐出した液滴（ホットメルトインク）が圧電振動体に付着した前後の圧電素子のインピーダンスの変化量を求める場合、圧電振動体における液滴の付着（着弾）位置によって、インピーダンスの変化量が変わることが分かっている。インピーダンスの変化量が変わると、液滴の付着重量を正確に測定できないため、振動板と吐出ヘッドのギャップ調整を正確に行う必要がある。しかしながら、同装置では、振動板と吐出ヘッドのギャップ調整を正確に行うための技術が開示されていない。また、従来から、微小なギャップを計測する手段として、レーザ等が知られているが、そのようなギャップ計測手段は、構成が複雑で高コストな構成となる。さらに、液滴を吐出する対象である基板や吐出ヘッドを交換するときには、その度に改めてギャップを計測し直す必要があるが、そのギャップを計測する作業を複数回行う場合、それらの作業が煩雑である。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で高精度に吐出ヘッドと振動体または吐出ヘッドと基板とのギャップを調整することが可能な液滴重量測定装置、液滴吐出装置、液滴重量測定方法を提供することを目的とする。更に、本発明は、上記液滴吐出装置による高精度な液滴の重量の測定結果を用いた電気光学装置の製造方法、電気光学装置および電子機器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の液滴重量測定装置は、吐出ヘッドから吐出された液滴の重量を測定する液滴重量測定装置であって、圧電振動子に設けられた電極と前記吐出ヘッドとのギャップの大きさと、前記大きさのギャップが前記圧電振動子と前記吐出ヘッドとの間に開いた状態での前記圧電振動子の共振周波数との関係を示すデータベースと、前記データベースを参照して、前記圧電振動子と前記吐出ヘッドのギャップ調整を行い、前記ギャップ調整が行われた後に、前記吐出ヘッドから吐出される液滴が前記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、前記検出した圧電振動子の共振周波数の変化に基づいて、前記電極に付着した液滴の重量を測定することを特徴としている。
【０００８】
本発明の液滴重量測定装置は、吐出ヘッドから吐出された液滴の重量を測定する液滴重量測定装置であって、圧電振動子に設けられた電極と前記吐出ヘッドとのギャップの大きさと、前記大きさのギャップが前記圧電振動子と前記吐出ヘッドとの間に開いた状態での前記圧電振動子の共振周波数と前記大きさよりも大きなギャップが前記圧電振動子と前記吐出ヘッドとの間に開いた状態での前記圧電振動子の共振周波数との変化量との関係を示すデータベースと、前記データベースを参照して、前記圧電振動子と前記吐出ヘッドのギャップ調整を行い、前記ギャップ調整が行われた後に、前記吐出ヘッドから吐出される液滴が前記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、前記検出した圧電振動子の共振周波数の変化に基づいて、前記電極に付着した液滴の重量を測定することを特徴としている。
【０００９】
本発明の液滴重量測定装置において、前記ギャップ調整は、前記圧電振動子と前記吐出ヘッドとの間を所定のギャップに調整する場合に、前記共振周波数又は前記共振周波数の変化量の測定値が、前記データベースを参照して求めた前記所定のギャップに対応する前記共振周波数又は前記共振周波数の変化量に合うように、前記圧電振動子と前記吐出ヘッドとの間のギャップを調整することにより行うことを特徴としている。本発明の液滴重量測定装置において、更に、前記圧電振動子の共振抵抗を用いて、前記電極に付着した液滴の重量を測定することを特徴としている。
【００１０】
本発明の液滴吐出装置は、上記本発明の液滴重量測定装置と、前記吐出ヘッドを備え、前記吐出ヘッドから液滴を吐出して描画対象物に描画する液滴吐出装置であって、前記圧電振動子の高さは、前記描画対象物の高さに対応するように設定されることを特徴としている。
【００１１】
本発明の液滴吐出装置は、上記本発明の液滴重量測定装置と、前記吐出ヘッドを備え、前記吐出ヘッドから液滴を吐出して描画対象物に描画する液滴吐出装置であって、前記吐出ヘッドに設けられた前記描画対象物とのギャップ調整に用いられるＱＣＭセンサと、前記ＱＣＭセンサの圧電振動子に設けられた電極と前記描画対象物とのギャップの大きさと、前記大きさのギャップが前記ＱＣＭセンサの圧電振動子と前記描画対象物との間に開いた状態での前記ＱＣＭセンサの圧電振動子の共振周波数との関係を示すデータベースと、前記データベースを参照して、前記ＱＣＭセンサの圧電振動子と前記描画対象物のギャップ調整を行い、前記ギャップ調整が行われた後に、前記吐出ヘッドから前記描画対象物に液滴が吐出されることを特徴としている。
【００１２】
本発明の液滴吐出装置は、上記本発明の液滴重量測定装置と、前記吐出ヘッドを備え、前記吐出ヘッドから液滴を吐出して描画対象物に描画する液滴吐出装置であって、前記吐出ヘッドに設けられた前記描画対象物とのギャップ調整に用いられるＱＣＭセンサと、前記ＱＣＭセンサの圧電振動子に設けられた電極と前記描画対象物とのギャップの大きさと、前記大きさのギャップが前記ＱＣＭセンサの圧電振動子と前記描画対象物との間に開いた状態での前記ＱＣＭセンサの圧電振動子の共振周波数と前記大きさよりも大きなギャップが前記ＱＣＭセンサの圧電振動子と前記描画対象物との間に開いた状態での前記ＱＣＭセンサの圧電振動子の共振周波数との変化量との関係を示すデータベースと、前記データベースを参照して、前記ＱＣＭセンサの圧電振動子と前記描画対象物のギャップ調整を行い、前記ギャップ調整が行われた後に、前記吐出ヘッドから描画対象物に液滴が吐出されることを特徴としている。
【００１３】
本発明の液滴吐出装置において、前記吐出ヘッドには、３つのＱＣＭセンサが設けられていることを特徴としている。
【００１４】
本発明の液滴吐出装置において、更に、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を備え、前記吐出ヘッド制御手段は、前記測定された液滴の重量に基づいて、前記吐出ヘッドに印加する駆動信号の駆動波形を変更することを特徴としている。
【００１５】
本発明の液滴吐出装置は、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を特徴としている。
【００１６】
本発明の電気光学装置の製造方法は、上記本発明の液滴吐出装置を使用することを特徴としている。
【００１７】
本発明の電気光学装置は、上記本発明の電気光学装置の製造方法を用いて製造されたことを特徴としている。
【００１８】
本発明の電子機器は、上記本発明の電気光学装置を含むことを特徴としている。
【００１９】
本発明の液滴重量測定方法は、吐出ヘッドから吐出された液滴の重量を測定する液滴重量測定方法であって、圧電振動子に設けられた電極と前記吐出ヘッドとのギャップの大きさと、前記大きさのギャップが前記圧電振動子と前記吐出ヘッドとの間に開いた状態での前記圧電振動子の共振周波数との関係を予め求めるステップと、前記予め求めた関係に基づいて前記圧電振動子と前記吐出ヘッドのギャップ調整を行い、前記ギャップ調整が行われた後に、前記吐出ヘッドから吐出される液滴が前記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、前記検出した圧電振動子の共振周波数の変化に基づいて、前記電極に付着した液滴の重量を測定するステップとを備えたことを特徴としている。
【００２０】
本発明の液滴重量測定方法は、吐出ヘッドから吐出された液滴の重量を測定する液滴重量測定方法であって、圧電振動子に設けられた電極と前記吐出ヘッドとのギャップの大きさと、前記大きさのギャップが前記圧電振動子と前記吐出ヘッドとの間に開いた状態での前記圧電振動子の共振周波数と前記大きさよりも大きなギャップが前記圧電振動子と前記吐出ヘッドとの間に開いた状態での前記圧電振動子の共振周波数との変化量との関係を予め求めるステップと、前記予め求めた関係に基づいて、前記圧電振動子と前記吐出ヘッドのギャップ調整を行い、前記ギャップ調整が行われた後に、前記吐出ヘッドから吐出される液滴が前記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、前記検出した圧電振動子の共振周波数の変化に基づいて、前記電極に付着した液滴の重量を測定するステップとを備えたことを特徴としている。
【００２１】
【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は、電気光学装置に含まれるカラーフィルタの製造に用いられる液滴吐出装置である。以下、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。
【００２２】
［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図である。実施の形態１の液滴吐出装置１００は、ＱＣＭ（Ｑｕａｒｔｚ−Ｃｒｙｓｔａｌ Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）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、水晶振動子１０６を含むＱＣＭセンサと、計測部１０７と、表示部１０８とを備えて構成されている。
【００２３】
制御部１０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、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、１０３Ｇ、１０３Ｂで描画する動作の制御や、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。
【００２４】
インクタンク１０４Ｒ、１０４Ｇ、１０４Ｂには、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）に描画対象物Ｗを搬送する。水晶振動子１０６は、水晶１１０と当該水晶１１０の両面に形成された第１の電極１１０ａおよび第２の電極１１０ｂとで構成されている。この水晶振動子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。計測部１０７は、水晶振動子１０６の電極１１０ｂに液滴が付着する前と付着後の水晶振動子１０６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。
【００２５】
図１に示すように、水晶振動子１０６とステージ１０５とは、水晶振動子１０６の第２の電極１１０ｂとステージ１０５上の描画対象物Ｗの高さが等しくなるような位置関係に配設されている。ステージ１０５には、ステージ１０５上に載置される描画対象物Ｗの厚さに応じて、描画対象物Ｗの高さと水晶振動子１０６の第２の電極１１０ｂの高さが等しくなるように、ステージ１０５の高さを調整するための高さ調整機構（図示せず）が設けられている。高さ調整機構（図示せず）は、ステージ１０５側に設ける構成に代えて、水晶振動子１０６側に設けられていても良い。
【００２６】
後述するように、本実施形態では、水晶振動子１０６の第２の電極１１０ｂの高さと、ステージ１０５の上の描画対象物Ｗの高さが等しくなるように調整した上で、吐出ヘッド１０３と水晶振動子１０６との間のギャップを上記調整目標の値に調整することで、同時に吐出ヘッド１０３と描画対象物Ｗとの間のギャップも上記調整目標の値に調整することができる。
【００２７】
［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。
【００２８】
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。
【００２９】
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「ＶＭ」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、「ＶＭ」から「ＶＨ」まで上昇する。これを受けてピエゾ素子１２２は、圧力室１２１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。
【００３０】
次に、時刻「Ｔ２」から時刻「Ｔ３」までの間に、駆動信号は、一定値「ＶＨ」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、「ＶＨ」から「ＶＬ」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１２１内のインクがノズル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「ＶＨ−ＶＬ」を、電圧下降量ΔＶと称することとする。
【００３１】
次いで、時刻「Ｔ４」から時刻「Ｔ５」までの間に、駆動信号は、一定値「ＶＬ」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、「ＶＬ」から「ＶＭ」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１２１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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
［ＱＣＭセンサ］
図４は、図１の水晶振動子１０６の構成を示す平面図である。水晶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の金属で構成することができる。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、符号ＰＥは電極１１０ｂの略中央位置を示している。
【００３５】
図５は、水晶振動子１０６の等価回路を示している。水晶振動子１０６は、電気的には、図５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、並列容量であるＣｏは、水晶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１１０は、電気的な固有周波数を有しており、水晶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１１０を切り出した角度と、水晶１１０の厚さとによって定まり、また、水晶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１１０が用いられており、ＡＴカットされた水晶１１０の振動形態は、厚みすべり振動、すなわち水晶１１０の表面と裏面とが、水晶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。
【００３６】
水晶振動子１０６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１０６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１０６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１０６の特性を利用して、液滴の重量および粘度を算出する。
【００３７】
［液滴重量の測定原理］
図６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６において、計測部１０７では、水晶１１０の一方の電極１１０ａに、発振器１５０で（振動電圧発生部１１１に対応）振動電圧Ｖｉｎを印加して水晶振動子１０６を励起する。ＲＦ電圧計１５１（測定部１１２に対応）は、励起された水晶振動子１０６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１０６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１０６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、その抵抗成分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。
【００３８】
図７は、水晶振動子１０６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７に示す帰還型の自励式発振方式と比較して説明する。図７において、帰還型の自励式発振方式では、水晶振動子１０６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１０６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１０６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。
【００３９】
図８は、水晶振動子１０６のアドミッタンス線図を示している。上記図５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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、従来の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、帰還型の自励発振方式では、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１０６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。
【００４２】
つぎに、図１の計測部１０７を詳細に説明する。振動電圧発生部１１１は、水晶振動子１０６の一方の電極１１０ａに振動電圧を印加して、水晶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、水晶振動子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１０６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１０６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、その抵抗成分が最小となる周波数を共振周波数値（上述の直列共振周波数ｆｓ）として算出し、このときの抵抗成分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、吐出ヘッド１０３が電極１１０ｂから離間した位置での共振周波数ｆｆｉｒｓｔと、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ｆｆｉｒｓｔ、ｆｂｅｆｏｒｅに基づいて、吐出ヘッド１０３と水晶１１０とのギャップを求め、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。上記のように、共振周波数ｆｂｅｆｏｒｅ、ｆａｆｔｅｒに基づいて、液滴の重量を算出することができるが、共振抵抗を利用することでより精度良く液滴の重量を算出することができる。
【００４３】
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を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。
【００４４】
【数１】

Figure 2005061870
【００４５】
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。
【００４６】
【数２】
Figure 2005061870
【００４７】
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。
【００４８】
［吐出ヘッドと水晶振動子のギャップ調整フロー］
本実施形態では、正確な吐出量の測定を行うために、吐出ヘッド１０３と水晶振動子１０６との間のギャップが、所望の値（調整目標）に調整される。同様に、正確な描画を行うために、吐出ヘッド１０３と描画対象物Ｗとの間のギャップも上記調整目標の値に制御される。ここで、上記調整目標の値は、吐出ヘッド１０３から吐出される液滴の飛行曲がりを防いで、水晶振動子１０６の電極１１０ｂ及び描画対象物Ｗのそれぞれの所望の位置に液滴が付着されるような値に設定される。また、吐出ヘッド１０３と水晶振動子１０６の間のギャップが小さすぎると、吐出ヘッド１０３の熱が水晶振動子１０６に伝わり、水晶振動子１０６の共振周波数の正確な計測に悪影響を与えるので、ある程度の大きさのギャップは必要である。また、吐出ヘッド１０３から吐出される液滴の粘度によっても、吐出ヘッド１０３と水晶振動子１０６とをある程度離間させる必要がある。
【００４９】
図９は、吐出ヘッド１０３と水晶振動子１０６との間のギャップと、水晶振動子１０６の共振周波数との関係（周波数特性）を示す図である。ここでは、水晶振動子１０６は、その基準周波数が１０ＭＨｚのものを使用した。同図において「Ｇａｐ」とあるのは、水晶振動子１０６と吐出ヘッド１０３との間のギャップである。同図において、「Ｇａｐ無し」とあるのは、水晶振動子１０６の直上又は近傍に吐出ヘッド１０３が無い場合を示している。
【００５０】
ギャップがない場合の水晶振動子１０６の共振周波数は、約９９４６０６２．０Ｈｚである。これに対し、ギャップが３ｍｍのときの水晶振動子１０６の共振周波数は、約９９４６０５４．０Ｈｚであり、ギャップが１ｍｍのときの水晶振動子１０６の共振周波数は、約９９４６０３１．０Ｈｚである。
同図に示すように、ギャップがない場合に水晶振動子１０６の共振周波数が最も高く、水晶振動子１０６と吐出ヘッド１０３との間のギャップが小さいほど、水晶振動子１０６の共振周波数は小さい。水晶振動子１０６と吐出ヘッド１０３との間のギャップが小さいほど、水晶振動子１０６の電極１１０ｂと吐出ヘッド１０３との間に生じる浮遊容量が大きくなり、その影響により、共振周波数がより大きく低下するためである。ギャップがない場合には、浮遊容量の影響を受けないため、水晶振動子１０６の共振周波数が最も高い。
【００５１】
以上から分かるように、水晶振動子１０６の共振周波数と、ギャップの大きさとの間には対応関係があり、水晶振動子１０６の共振周波数を計測すれば、その計測時点でのギャップの大きさを求めることができる。また、この場合、ギャップ計測時の水晶振動子１０６の共振周波数を求め、その求めた共振周波数について、水晶振動子１０６の直上又は近傍に吐出ヘッド１０３がない場合の共振周波数（約９９４６０６２．０Ｈｚ）からの変化量を求めれば、そのギャップの大きさを求めることができる。例えば、上記変化量が８．０Ｈｚ（９９４６０６２．０−９９４６０５４．０）であればギャップは３ｍｍであり、上記変化量が３１．０Ｈｚであればギャップは１ｍｍであることが分かる。本実施形態では、上記変化量からギャップを求める方法を採用することとする。
【００５２】
図１０は、水晶振動子１０６と吐出ヘッド１０３との間のギャップ（ｍｍ）と、そのギャップの状態での水晶振動子１０６の共振周波数とギャップが無い状態での水晶振動子１０６の共振周波数との上記変化量（Ｈｚ）との対応関係を示すデータベースの図である。本実施形態では、水晶振動子１０６と吐出ヘッド１０３との間のギャップ調整を行う前に、予め実際の計測により図１０に示される各データを得ることにより、図１０のデータベースを作成しておく。
【００５３】
また、図９に示すように、ギャップが小さければ小さいほど、共振周波数の値は安定している。本実施形態において、吐出ヘッド１０３と水晶振動子１０６との間（＝吐出ヘッド１０３とステージ１０５の上の描画対象物Ｗとの間）のギャップ（調整目標）は、０．３ｍｍないし０．１５ｍｍのような微小な値で使用することを想定している。図９では、１ｍｍ未満のギャップについての計測を行っていないが、ギャップが小さいと共振周波数の値が安定するという傾向は十分に示されている。使用を想定しているそのような微小ギャップでの水晶振動子１０６の共振周波数が安定している分、微小ギャップでの水晶振動子１０６の共振周波数についての上記変化量と、ギャップとの対応関係はより明確なものとなっている。
【００５４】
図１１は、吐出ヘッド１０３と水晶振動子１０６とのギャップを調整するためのフローを示す図である。なお、吐出ヘッド１０３は、水晶振動子１０６上になく待機位置（水晶振動子１０６の電極１１０ｂとの間に浮遊容量が生じない程度に離間した位置）にあるものとする。まず、計測部１０７では、振動電圧発生部１１１が、水晶振動子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）。このとき、測定部１１２は、水晶振動子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、水晶振動子１０６の電極１１０ｂと吐出ヘッド１０３との間に浮遊容量が無い状態での共振周波数ｆｆｉｒｓｔを算出して、演算部１１３に出力する（ステップＳ２）。なお、電極１１０ｂと吐出ヘッド１０３との間に浮遊容量が無い状態での共振周波数ｆｆｉｒｓｔ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。
【００５５】
つぎに、制御部１０１は、吐出ヘッド１０３から液滴が吐出されたときに、その吐出された液滴が、水晶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。このとき、測定部１１２は、水晶振動子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、水晶振動子１０６の電極１１０ｂと吐出ヘッド１０３との間に浮遊容量が生じた状態での共振周波数ｆｂｅｆｏｒｅを算出して、演算部１１３に出力する（ステップＳ４）。
【００５６】
つぎに、制御部１０１は、共振周波数ｆｆｉｒｓｔ、ｆｂｅｆｏｒｅに基づいて、共振周波数の変化量Δｆ＝ｆｆｉｒｓｔ−ｆｂｅｆｏｒｅを算出し、算出したΔｆが設定値と等しいか否かを判定する（ステップＳ５）。ここで、設定値とは、図１０において、吐出ヘッド１０３と水晶振動子１０６との間の調整目標となるギャップに対応する共振周波数の変化量である。図１０において、例えば、吐出ヘッド１０３と水晶振動子１０６との間のギャップを０．３ｍｍに調整したいときには、上記設定値はｃ（Ｈｚ）となる。
【００５７】
ステップＳ５の結果、吐出ヘッド１０３の移動前後の共振周波数の変化量Δｆが設定値と等しいと判定されれば、ギャップ調整を終了する（ステップＳ６）。一方、ステップＳ５の判定の結果、Δｆが設定値と等しくないと判定されれば、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、吐出ヘッド１０３の移動前後の共振周波数の変化量Δｆが設定値より小さいか否かが判定される。
【００５８】
ステップＳ７での判定の結果、吐出ヘッド１０３の移動前後の共振周波数の変化量Δｆが設定値より大きい場合には、ステップＳ８に進む。ステップＳ８では、吐出ヘッド１０３の移動前後の共振周波数の変化量Δｆに基づいて、図１０のデータベースを参照して、実際のギャップの大きさを求め、その実際の大きさと調整目標となるギャップとの差を調整量として求める。ステップＳ８の次には、ステップＳ８で求めた調整量の分だけ吐出ヘッド１０３の位置を高くする（ステップＳ９）。
【００５９】
一方、ステップＳ７での判定の結果、吐出ヘッド１０３の移動前後の共振周波数の変化量Δｆが設定値より小さい場合には、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、吐出ヘッド１０３の移動前後の共振周波数の変化量Δｆに基づいて、図１０を参照して、実際のギャップの大きさを求め、その実際の大きさと調整目標となるギャップとの差を調整量として求める。ステップＳ１０の次には、ステップＳ１０で求めた調整量の分だけ吐出ヘッド１０３の位置を低くする（ステップＳ１１）。
【００６０】
ステップＳ９又はＳ１１において吐出ヘッド１０３の高さ位置が変更された後は、ステップＳ４に戻る。ステップＳ４では、再度、測定部１１２が、水晶振動子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、水晶１１０の高さ位置が変更された後の共振周波数ｆｆｉｒｓｔを算出して、演算部１１３に出力する（ステップＳ４）。次いで、ステップＳ５では、共振周波数の変化量Δｆ＝ｆｆｉｒｓｔ−ｆｂｅｆｏｒｅを算出し、算出したΔｆが設定値と等しいか否かを判定する（ステップＳ５）。その判定の結果、両者が等しければギャップ調整は終了する（ステップＳ６）が、両者が等しくなければ、ステップＳ７以降のステップを行い、以後、Δｆが設定値と等しくなるまで繰り返される。
【００６１】
なお、図１０のデータベースは、水晶振動子１０６と吐出ヘッド１０３との間のギャップ（ｍｍ）と、そのギャップの状態での水晶振動子１０６の共振周波数（Ｈｚ）との対応関係を示すデータベースであってもよい。その場合には、吐出ヘッド１０３を水晶振動子１０６の直上に移動させた状態での水晶振動子１０６の共振周波数の値に基づいて、上記データベースを参照しつつ水晶振動子１０６と吐出ヘッド１０３との間のギャップ調整を行うことができる。
【００６２】
［液滴重量の測定フロー］
図１２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、ステージ１０５は、ステージ１０５に載置された描画対象物Ｗと水晶振動子１０６の電極１１０ｂの高さが同じになるように上記高さ調整機構により、その高さが調整されている。また、吐出ヘッド１０３は、図１１に示したギャップ調整フローにて水晶振動子１０６との間のギャップが調整目標値となるように調整済である。今、吐出ヘッド１０３は、水晶振動子１０６上になく待機位置にあるものとする。図１２において、まず、計測部１０７では、振動電圧発生部１１１が、水晶振動子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Ｓ３１）。
【００６３】
つぎに、制御部１０１は、吐出ヘッド１０３から液滴が吐出されたときにその吐出された液滴が、水晶振動子１０６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を移動させ、かつ、水晶振動子１０６との間に上記調整済のギャップ（調整目標のギャップ）が確保されるようにする（ステップＳ３２）。
【００６４】
つぎに、測定部１１２は、水晶振動子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、水晶振動子１０６の電極１１０ｂに液滴が付着される前の共振周波数ｆｂｅｆｏｒｅを算出して、演算部１１３に出力する（ステップＳ３３）。なお、電極１１０ｂに液滴が付着される前の共振周波数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。
【００６５】
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Ｓ３４）。
【００６６】
この後、測定部１１２は、水晶振動子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、水晶振動子１０６の電極１１０ｂに液滴が付着した後の共振周波数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Ｓ３５）。
【００６７】
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と上述した式（１）を用いて液滴の重量Ｉｍを算出する（ステップＳ３６）。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を算出する。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Ｓ３７）。また、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する（ステップＳ３８）。この判断の結果、算出した液滴の重量Ｉｍが所定値以下である場合には、制御部１０１は、吐出ヘッド１０３のノズル詰まりまたはインクの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のエンド”の可能性がある旨を表示部１０８に表示する（ステップＳ３９）。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。
【００６８】
実施の形態１の液滴吐出装置１００によれば、吐出ヘッド１０３と水晶振動子１０６とのギャップに応じて生じる浮遊容量が水晶振動子１０６の共振周波数に影響を与えることを利用して、水晶振動子１０６と吐出ヘッド１０３との間のギャップ調整を行うので、ギャップ調整を正確に行うことができる。これにより、水晶振動子１０６の電極１１０ｂにおける吐出ヘッド１０３からの液滴の着弾位置が安定するため、正確なインピーダンスの変化量を得ることができ、これにより、液滴の付着重量を正確に測定することができる。また、水晶振動子１０６に対する浮遊容量の影響を利用してギャップ調整を行うので、描画対象物Ｗや吐出ヘッド１０３を交換する度ごとに行うギャップ調整に際して、レーザ等のギャップ計測手段のような特別な装置が不要である。また、本実施形態では、水晶振動子１０６の高さと、ステージ１０５上の描画対象物Ｗの高さとが同じになるように高さ調整されているため、吐出ヘッド１０３は、上記浮遊容量を用いて水晶１１０との間のギャップ調整を行うと、同時にステージ１０５上の描画対象物Ｗ（基板）に対してもギャップ調整を完了したことになる。
【００６９】
（実施の形態２）
図１３は、本発明の実施の形態２にかかる液滴吐出装置２００の吐出ヘッド１０３の概略構成を示す図である。図１３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。吐出ヘッド１０３には、ＱＣＭセンサが設けられている。ＱＣＭセンサの水晶振動子２０６は、ステージ１０５の上の描画対象物Ｗとの間のギャップに応じて、その浮遊容量の影響により、共振周波数が変化する。
【００７０】
即ち、実施の形態１（図９）と同様に、水晶振動子２０６と描画対象物Ｗとの間に浮遊容量が生じないほどに描画対象物Ｗから離間した位置において水晶振動子２０６の共振周波数ｆｆｉｒｓｔを計測した後に、水晶振動子２０６を描画対象物Ｗとの間に浮遊容量が生じる程度に接近した位置に移動させて水晶振動子２０６の共振周波数ｆｂｅｆｏｒｅを計測した場合、水晶振動子２０６と描画対象物Ｗとのギャップが小さいほど、水晶振動子２０６の共振周波数ｆｂｅｆｏｒｅは、共振周波数ｆｆｉｒｓｔに比べて、より大きく低下する（共振周波数の変化量Δｆ＝ｆｆｉｒｓｔ−ｆｂｅｆｏｒｅは大きくなる）。その場合、実施の形態１と同様に、水晶振動子２０６と描画対象物Ｗとの間のギャップ（ｍｍ）と、共振周波数の変化量Δｆ（Ｈｚ）とを予め測定しておき、両者の対応関係を示すデータベースを予め作成しておく。
【００７１】
実施の形態２では、水晶振動子２０６の移動前後の共振周波数の変化量Δｆに基づいて、水晶振動子２０６と描画対象物Ｗとのギャップを直接求めることができる。水晶振動子２０６は、吐出ヘッド１０３に設けられているため、水晶振動子２０６と描画対象物Ｗとのギャップが所望の値に調整されると、同時に吐出ヘッド１０３と描画対象物Ｗとのギャップも最適な値に調整されたことになり、その高さ位置において、直ちに吐出ヘッド１０３から描画対象物Ｗへの液滴の吐出を開始することができる。これにより、吐出ヘッド１０３に取り付けられた水晶振動子２０６は、吐出ヘッド１０３のギャップセンサとして機能することができる。
【００７２】
図１３において、計測部２０７の振動電圧発生部２１１は、水晶振動子２０６の一方の電極２１０ａに振動電圧を印加して、水晶振動子２０６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２１２は、水晶振動子２０６の他方の電極２１０ｂ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２１０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２０６の電気的なインピーダンスを算出する。そして、測定部２１２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２１２は、算出した共振周波数値および共振抵抗値を演算部２１３に出力する。この場合、測定部２１２は、吐出ヘッド１０３が描画対象物Ｗから離間した位置での共振周波数ｆｆｉｒｓｔと、描画対象物Ｗ及び電極１１０ｂの少なくともいずれか一方に接近させたときの共振周波数ｆｂｅｆｏｒｅを演算部２１３に出力する。演算部２１３は、測定部２１２から入力される共振周波数ｆｆｉｒｓｔ、ｆｂｅｆｏｒｅに基づいて、吐出ヘッド１０３と描画対象物Ｗとのギャップを求める。
【００７３】
水晶振動子２０６を用いて行う吐出ヘッド１０３と描画対象物Ｗとのギャップ調整のフローは、図１１に示した吐出ヘッド１０３と水晶１１０とのギャップ調整のフローと同様であるため、その詳細な説明を省略する。
【００７４】
実施の形態１では、上記高さ調整機構により水晶振動子１０６の電極１１０ｂと描画対象物Ｗの高さを同じ高さにしておいた上で、吐出ヘッド１０３と水晶振動子１０６とのギャップ調整の結果を、そのまま吐出ヘッド１０３と描画対象物Ｗとのギャップ調整に用いるものであった。これに対し、実施の形態２では、水晶振動子２０６及び計測部２０７を用いて、吐出ヘッド１０３と描画対象物Ｗとのギャップ調整を単独で（吐出ヘッド１０３と水晶振動子１０６とのギャップ調整の結果をそのまま用いるのではなく）行うことができる。そのため、吐出ヘッド１０３から液滴を吐出して描画対象物Ｗに対して描画を行う作業を安定的にかつ高精度に行うことができる。
【００７５】
（実施の形態３）
図１４は、本発明の実施の形態３にかかる液滴吐出装置の吐出ヘッドの概略構成を示す底面図である。実施の形態３は、実施の形態２を応用させたものである。実施の形態２では、吐出ヘッド１０３に設けられた水晶振動子２０６の個数は１つであったのに対し、実施の形態３では、３つの水晶振動子２０６が吐出ヘッド１０３に設けられている。吐出ヘッド１０３に設けられた３つの水晶振動子２０６は、それぞれの電極２１０ｂが、吐出ヘッド１０３においてノズル１２３が開口した面（吐出面）と平行となるように設けられている。
【００７６】
３つの水晶振動子２０６により、各水晶振動子２０６と描画対象物Ｗ又は水晶１１０とのギャップが計測されることにより、描画対象物Ｗ又は水晶１１０に対する、吐出ヘッド１０３の上記吐出面の傾き（又はねじれ）を求めることができる。これにより、センサキャリッジ２０１に対する吐出ヘッド１０３の組み付けの不具合や、センサキャリッジ２０１の熱膨張による変形や重みによる撓みや、描画対象物Ｗの面のうねり等を検出することができる。
【００７７】
上記の実施の形態１〜３の液滴吐出装置は、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。以下に、一例として、上記の実施の形態１〜３の液滴吐出装置（以下、これらを代表して単に「液滴吐出装置１００」と記す）においてインクが塗布されるカラーフィルタ用の基板および該基板上の構造物について図１５を参照して説明する。
【００７８】
図１５に示すように、ガラスなどの光透過性を有する基板４００には、遮光膜４１０と隔壁４２０とが、基板４００側からこの順で積層されている。このうち遮光膜４１０は、例えばクロムなどの遮光性材料の薄膜である。一方、隔壁４２０は、例えばアクリル樹脂などであり、液滴吐出装置１００において赤色インクが塗布される塗布領域４３０Ｒと、緑色インクが塗布される塗布領域４３０Ｇと、青色インクが塗布される塗布領域４３０Ｂとの各々を区画する役割を果たす。
【００７９】
液滴吐出装置１００によるカラーフィルタのパターニング動作では、タンク１０４Ｒ、１０４Ｇ、１０４Ｂに貯蔵される各インクについて、標準駆動波形に応じて液滴を試験的に吐出させ、その試験的に吐出させた液滴の重量Ｉｍと粘度ηとに応じて、所定の吐出量、例えば「１０ｎｇ」の液滴を吐出することが可能な適正駆動波形を特定し、特定した適正駆動波形を用いてカラーフィルタのパターニングを行う。液滴吐出装置１００においては、まず基板４００上の塗布領域４３０Ｒへ赤色インクを塗布し、次に塗布領域４３０Ｇへ緑色インクを塗布し、最後に塗布領域４３０Ｂへ青色インクを塗布する。
【００８０】
尚、上述した実施形態においては液滴の重量Ｉｍおよび粘度ηを求めるための関係式として（式１）、および（式２）を示したが、重量Ｉｍおよび粘度ηを求めるための法則は、これらの関係式に限定されるものではなく、使用する定数やパラメータなどが異なる他の関係式や、近似式などを用いても良い。
【００８１】
なお、液滴吐出装置１００の用途は、電気光学装置に用いられるカラーフィルタのパターニングに限られなく、次のような様々な薄膜層の形成に用いることができる。例えば、有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）表示パネルに含まれる有機ＥＬ層や、正孔注入層などの薄膜形成に用いることができる。さらに詳述すると、有機ＥＬ層を形成する場合には、例えばポリチオフェン系の導電性高分子などの有機ＥＬ材料を含む液滴を、基板上に形成された隔壁により仕切られる塗布領域に向けて吐出して、液滴を塗布領域に塗布する。このように塗布された溶液が乾燥すると、塗布領域に有機ＥＬ層が形成される。
【００８２】
また、その他の液滴吐出装置１００の用途としては、プラズマディスプレイに含まれる透明電極の補助配線や、ＩＣ（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）カードなどに含まれるアンテナなどのデバイスの形成などがある。具体的には、テトラデカンなどの有機分散液に、銀微粒子などの導電性微粒子を混合した分散液を液滴吐出装置１００によりパターニングした後、有機分散液が乾燥すると、金属薄膜層が形成される。
【００８３】
これら以外にも、液滴吐出装置１００は、例えば立体造形に用いられる熱硬化樹脂などの他、マイクロレンズアレイ材料、また、ＤＮＡ（ｄｅｏｘｙｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ）やたんぱく質といった生体物質などの様々な材料を含む液滴を塗布することが可能である。
【００８４】
以上説明した液滴吐出装置１００により形成されたカラーフィルタを有する電気光学装置と、該電気光学装置を表示部として適用した電子機器について説明する。
【００８５】
図１６は、カラーフィルタを有する電気光学装置の断面図である。この図に示すように、電気光学装置４４０は、大略して、観察者側に向けて光を放出するバックライト機構４４２と、バックライト機構４４２から放出された光を選択的に透過させるパッシブ型液晶表示パネル４４４とを有している。このうち、液晶表示パネル４４４は、基板４４６と、電極４４８と、配向膜４５０と、スペーサ４５２と、配向膜４５４と、電極４５６と、カラーフィルタ４６０とを有している。
【００８６】
カラーフィルタ４６０は、前掲した図と上下逆に示されており、隔壁４２０からみて基板４００側が上側（観察者側）に位置している。このカラーフィルタ４６０に含まれる赤色カラーフィルタ４３２Ｒ、緑色カラーフィルタ４３２Ｇおよび青色カラーフィルタ４３２Ｂは、液滴吐出装置１００によりパターニングされたものであり、設計値と略等しい厚みを有している。また、各カラーフィルタ４３２Ｒ、４３２Ｇ、４３２Ｂの背面側には、それらの保護を目的としたオーバーコート層４３４が設けられている。スペーサ４５２を隔てて対向する２つの配向膜４５０、４５４の間隔には、液晶４５３が封入されている。
【００８７】
液晶駆動用ＩＣ４５７は、配線類４５９を介して電極４４８、４５６に駆動信号を供給する。このように電極４４８、４５６に駆動信号が供給されると、対応する液晶４５３の配向状態が変化する。これにより、液晶表示パネル４４４においては、バックライト機構４４２から放出された光を、各カラーフィルタ４３２Ｒ、４３２Ｇ、４３２Ｂに対応する領域（サブ画素）毎に選択的に透過させる。
【００８８】
次に、図１７は、電気光学装置４４０を搭載した携帯電話機６００の外観図である。この図において、携帯電話機６００は、複数の操作ボタン６１０の他、受話口６２０、送話口６３０とともに、電話番号などの各種情報を表示する表示部として、カラーフィルタを含む電気光学装置４４０を備えている。
【００８９】
また、携帯電話機６００以外にも、液滴吐出装置１００を用いて製造された電気光学装置４４０は、コンピュータや、プロジェクタ、デジタルカメラ、ムービーカメラ、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、車載機器、複写機、オーディオ機器などの各種電子機器の表示部として用いることができる。
【００９０】
（実施の形態４）
図１８は、本発明の実施の形態４にかかる液滴吐出装置の概略構成を示す図である。実施の形態４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４にかかる液滴吐出装置３００は、用紙搬送路の一部に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４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。
【００９１】
図１８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。
【００９２】
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。
【００９３】
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４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】水晶振動子の等価回路を示す図である。
【図６】計測部の概念図である。
【図７】帰還型の自励発振方式の概念図である。
【図８】水晶振動子のアドミッタンス線図である。
【図９】水晶振動子と吐出ヘッドとのギャップの大きさと水晶振動子の共振周波数との関係を示した図である。
【図１０】水晶振動子と吐出ヘッドとのギャップの大きさと、その大きさのギャップを吐出ヘッドとの間に設けたときの水晶振動子の共振周波数と吐出ヘッドが近傍に無いときの水晶振動子の共振周波数との変化量の関係を示したデータベースの図である。
【図１１】本発明の実施の形態１にかかる液滴吐出装置の吐出ヘッドと水晶振動子との間のギャップを調整するフローを示す図である。
【図１２】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１３】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１４】本発明の実施の形態３にかかる液滴吐出装置の吐出ヘッドの概略構成を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態１〜３にかかる液滴吐出装置において液滴が塗布されるカラーフィルタの基板を示す図である。
【図１６】電気光学装置の一例を示す図である。
【図１７】同電気光学装置を搭載した電子機器の一例を示す図である。
【図１８】本発明の実施の形態４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、１０６ 水晶振動子、１０７ 計測部、１０８ 表示部、 １１０ 水晶、１１０ａ、１１０ｂ 電極、１１１ 振動電圧発生部、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、２０６ ＱＣＭセンサ、２０７ 計測部１０７、３００ 液滴吐出装置、３０１ ＱＣＭセンサ、３０２ キャリッジ、３０３ 紙送りローラ、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 measurement device and a droplet discharge device, and in particular, a droplet capable of measuring the weight of a droplet discharged from an discharge head after accurately adjusting a gap with a crystal resonator. The present invention relates to a weight measuring device and a droplet discharge device.
[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. As a device for measuring the weight of droplets ejected from the ejection head, for example, the following micro droplet weight device is known (for example, see Patent Document 1).
[0003]
This device is equipped with a heater on a piezoelectric vibrator that is bonded to a diaphragm and a piezoelectric element, and does not peel or evaporate even if hot melt ink (ink made from a solid material dissolved into liquid) adheres to the piezoelectric vibrator. A hot melt ink jet is sprayed in a state where the piezoelectric vibrator is controlled. When hot melt ink adheres, the electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric vibrator changes, and the impedance of the piezoelectric element changes in proportion to the weight of the adhesion. The adhesion weight is calculated from the amount of change in impedance.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 7-248250 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, when the amount of change in the impedance of the piezoelectric element before and after the droplet (hot melt ink) ejected from the ejection head adheres to the piezoelectric vibrating body, it depends on the position of attachment (landing) of the droplet on the piezoelectric vibrating body. It has been found that the amount of change in impedance changes. If the amount of change in impedance changes, the adhesion weight of droplets cannot be measured accurately, so it is necessary to accurately adjust the gap between the diaphragm and the ejection head. However, this apparatus does not disclose a technique for accurately adjusting the gap between the diaphragm and the ejection head. Conventionally, a laser or the like is known as a means for measuring a minute gap, but such a gap measuring means has a complicated configuration and a high cost. Furthermore, when replacing a substrate or a discharge head that is a target for discharging droplets, it is necessary to measure the gap again each time. However, when the operation for measuring the gap is performed a plurality of times, these operations are complicated. It is.
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and a droplet weight measuring device and a droplet that can adjust the gap between the ejection head and the vibrator or the ejection head and the substrate with high accuracy with a simple configuration. It is an object of the present invention to provide a discharge device and a droplet weight measuring method. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing an electro-optical device, an electro-optical device, and an electronic apparatus using a highly accurate measurement result of the weight of the droplet by the droplet discharge device.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A droplet weight measuring device of the present invention is a droplet weight measuring device for measuring the weight of a droplet ejected from an ejection head, the size of a gap between an electrode provided on a piezoelectric vibrator and the ejection head. A database showing a relationship with a resonance frequency of the piezoelectric vibrator in a state where a gap of the size is opened between the piezoelectric vibrator and the ejection head, and referring to the database, the piezoelectric vibrator And adjusting the gap of the ejection head, and after the gap adjustment is performed, detecting a change in the resonance frequency of the piezoelectric vibrator before and after the droplet ejected from the ejection head adheres to the electrode, Based on the detected change in the resonance frequency of the piezoelectric vibrator, the weight of the droplet attached to the electrode is measured.
[0008]
A droplet weight measuring device of the present invention is a droplet weight measuring device for measuring the weight of a droplet ejected from an ejection head, the size of a gap between an electrode provided on a piezoelectric vibrator and the ejection head. The gap between the piezoelectric vibrator and the ejection head is larger than the resonance frequency of the piezoelectric vibrator when the gap of the size is opened between the piezoelectric vibrator and the ejection head. The gap between the piezoelectric vibrator and the ejection head is adjusted with reference to the database indicating the relationship between the amount of change in the resonance frequency of the piezoelectric vibrator in the open state, and the gap adjustment is performed. After being performed, a change in the resonance frequency of the piezoelectric vibrator before and after the droplet ejected from the ejection head adheres to the electrode is detected. Based on the reduction, it is characterized by measuring the weight of the droplets adhering to the electrode.
[0009]
In the droplet weight measuring apparatus according to the aspect of the invention, the gap adjustment may be performed when the resonance frequency or a measured value of the change in the resonance frequency is measured when the gap between the piezoelectric vibrator and the ejection head is adjusted to a predetermined gap. And adjusting the gap between the piezoelectric vibrator and the ejection head so as to match the resonance frequency corresponding to the predetermined gap obtained with reference to the database or the amount of change in the resonance frequency. It is characterized by that. The droplet weight measuring apparatus of the present invention is further characterized in that the weight of the droplet attached to the electrode is measured using the resonance resistance of the piezoelectric vibrator.
[0010]
A droplet discharge device of the present invention is a droplet discharge device comprising the droplet weight measuring device of the present invention and the discharge head, and discharging a droplet from the discharge head to draw on a drawing object. The height of the piezoelectric vibrator is set to correspond to the height of the drawing object.
[0011]
A droplet discharge device of the present invention is a droplet discharge device comprising the droplet weight measuring device of the present invention and the discharge head, and discharging a droplet from the discharge head to draw on a drawing object. A QCM sensor used for adjusting a gap with the drawing object provided in the ejection head, a gap between the electrode provided on a piezoelectric vibrator of the QCM sensor and the drawing object, and the size A database indicating a relationship between a resonance frequency of the piezoelectric vibrator of the QCM sensor in a state where a gap is opened between the piezoelectric vibrator of the QCM sensor and the drawing object; and referring to the database, the QCM A gap adjustment between the piezoelectric vibrator of the sensor and the drawing object is performed, and after the gap adjustment is performed, droplets are discharged from the discharge head onto the drawing object. To have.
[0012]
A droplet discharge device of the present invention is a droplet discharge device comprising the droplet weight measuring device of the present invention and the discharge head, and discharging a droplet from the discharge head to draw on a drawing object. A QCM sensor used for adjusting a gap with the drawing object provided in the ejection head, a size of a gap between an electrode provided in a piezoelectric vibrator of the QCM sensor and the drawing object, and the size A resonance frequency of the piezoelectric vibrator of the QCM sensor and a gap larger than the size in a state where the gap is opened between the piezoelectric vibrator of the QCM sensor and the drawing object and the piezoelectric vibrator of the QCM sensor and the A database indicating a relationship between a change amount of the resonance frequency of the piezoelectric vibrator of the QCM sensor in an open state with respect to the drawing object, and the QCM with reference to the database Conducted a piezoelectric vibrator of capacitors gap adjustment of the rendering target objects, after the gap adjustment is performed, is characterized in that liquid droplets are ejected to the rendering target object from the ejection head.
[0013]
In the liquid droplet ejection apparatus of the present invention, the ejection head is provided with three QCM sensors.
[0014]
The droplet discharge apparatus of the present invention further includes discharge head control means for discharging a droplet by applying a drive signal to the discharge head, and the discharge head control means is based on the measured weight of the droplet. The drive waveform of the drive signal applied to the ejection head is changed.
[0015]
The droplet discharge device of the present invention is characterized in that it 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 substance.
[0016]
The electro-optical device manufacturing method of the present invention is characterized by using the above-described droplet discharge device of the present invention.
[0017]
The electro-optical device of the present invention is manufactured using the above-described method for manufacturing an electro-optical device of the present invention.
[0018]
An electronic apparatus according to the present invention includes the electro-optical device according to the present invention.
[0019]
A droplet weight measuring method of the present invention is a droplet weight measuring method for measuring the weight of a droplet ejected from an ejection head, wherein the size of a gap between an electrode provided on a piezoelectric vibrator and the ejection head is determined. Obtaining a relationship between the resonance frequency of the piezoelectric vibrator in a state where the gap of the size is opened between the piezoelectric vibrator and the ejection head, and the piezoelectric based on the relation obtained in advance. Adjusting the gap between the vibrator and the ejection head, and detecting the change in the resonance frequency of the piezoelectric vibrator before and after the liquid droplet ejected from the ejection head adheres to the electrode after the gap adjustment. And measuring the weight of the droplet attached to the electrode based on the detected change in the resonance frequency of the piezoelectric vibrator.
[0020]
A droplet weight measuring method of the present invention is a droplet weight measuring method for measuring the weight of a droplet ejected from an ejection head, wherein the size of a gap between an electrode provided on a piezoelectric vibrator and the ejection head is determined. The gap between the piezoelectric vibrator and the ejection head is larger than the resonance frequency of the piezoelectric vibrator when the gap of the size is opened between the piezoelectric vibrator and the ejection head. Preliminarily determining the relationship between the amount of change in the resonance frequency of the piezoelectric vibrator in the open state, and adjusting the gap between the piezoelectric vibrator and the ejection head based on the pre-determined relationship, After the gap adjustment is performed, a change in the resonance frequency of the piezoelectric vibrator before and after the droplet discharged from the discharge head adheres to the electrode is detected, and the detected resonance frequency of the piezoelectric vibrator is detected. Based on the change, and comprising the steps of measuring the weight of the liquid droplets adhering to the electrode.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of a droplet discharge 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 is a droplet discharge device used for manufacturing a color filter included in an electro-optical device. Hereinafter, the liquid droplet ejection apparatus according to the first embodiment is represented by [the overall configuration of the liquid droplet ejection apparatus], [ejection head], [QCM sensor], [droplet weight measurement principle], and [droplet weight measurement flow]. ] In this order.
[0022]
[Entire configuration of droplet discharge device]
FIG. 1 is a diagram showing 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 according to 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 crystal resonator 106. Including a QCM sensor, a measurement unit 107, and a display unit 108.
[0023]
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, 103G, and 103B on the target object W such as a substrate placed on the stage 105, and is discharged from the discharge heads 103R, 103G, and 103B. 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 </ b> R, 103 </ b> G, and 103 </ b> 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.
[0024]
The ink tanks 104R, 104G, and 104B are filled with R, G, and B inks, and the R, G, and B inks are supplied to the ejection heads 103R, 103G, and 103B, respectively. On the stage 105, a drawing target W such as a substrate is placed, and the drawing target W is transported in the main scanning direction (Y-axis direction) by a drive mechanism (not shown) under the control of the control unit 101. The crystal resonator 106 includes a crystal 110 and a first electrode 110 a and a second electrode 110 b formed on both surfaces of the crystal 110. The crystal resonator 106 is used when measuring the weight of the droplets ejected from the ejection heads 103R, 103G, and 103B. The measurement unit 107 detects a change in the resonance frequency of the crystal resonator 106 before and after the droplet is attached to the electrode 110b of the crystal resonator 106, and measures the weight of the droplet attached to the electrode 110b. The 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.
[0025]
As shown in FIG. 1, the crystal resonator 106 and the stage 105 are arranged in a positional relationship such that the second electrode 110 b of the crystal resonator 106 and the height of the drawing object W on the stage 105 are equal. ing. According to the thickness of the drawing object W placed on the stage 105, the stage 105 has the same height as the drawing object W and the second electrode 110 b of the crystal unit 106. A height adjustment mechanism (not shown) for adjusting the height of the stage 105 is provided. The height adjusting mechanism (not shown) may be provided on the crystal unit 106 side instead of the configuration provided on the stage 105 side.
[0026]
As will be described later, in the present embodiment, the height of the second electrode 110b of the crystal resonator 106 and the height of the drawing object W on the stage 105 are adjusted to be equal to each other, By adjusting the gap with the crystal resonator 106 to the adjustment target value, the gap between the ejection head 103 and the drawing object W can be adjusted to the adjustment target value at the same time.
[0027]
[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 </ b> 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.
[0028]
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.
[0029]
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 121 is depressurized, and the ink flows from the ink tank 104 into the pressure chamber 121.
[0030]
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 lowering of 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 ink in the pressure chamber 121 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.
[0031]
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 rise of the drive signal, the piezo element 122 is deformed so that the pressure of the ink in the pressure chamber 121 is reduced, and the ink once ejected during the above-described voltage drop period ΔT is pulled back, and a part of it is a droplet. Discharge as IP.
[0032]
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.
[0033]
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.
[0034]
[QCM sensor]
FIG. 4 is a plan view showing the configuration of the crystal unit 106 of FIG. The crystal 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. The pair of electrodes 110a and 110b can be made of a metal such as Au or Pt. Further, the insulator 131 holds the crystal 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, the code | symbol PE has shown the approximate center position of the electrode 110b.
[0035]
FIG. 5 shows an equivalent circuit of the crystal unit 106. As shown in FIG. 5, the crystal resonator 106 is electrically equivalent to an electric circuit including a resistor R1, capacitors C1 and Co, and a coil L1. Here, Co which is a parallel capacitance is an equivalent electrode capacitance which is a capacitance component generated by the electrodes 110 a and 110 b provided on both surfaces of the crystal 110. The crystal 110 has an electrical natural frequency. When the electrodes 110a and 110b provided on both sides of the crystal 110 are connected to a power source, the circuit starts oscillating at the natural frequency, and the crystal 110 also has the same frequency as the oscillation frequency. Vibrate. The oscillation frequency is determined mainly by the angle at which the crystal 110 is cut out with respect to the crystal growth axis and the thickness of the crystal 110, and the vibration form of the crystal 110 is determined by the angle at which the thin plate is cut out. In the QCM, a crystal 110 cut out at a predetermined angle called AT cut is usually used, and the vibration form of the AT cut crystal 110 is a thickness-shear vibration, that is, the front and back surfaces of the crystal 110 are crystal. In the direction perpendicular to the thickness direction of 110, the vibrations are caused to deviate from each other.
[0036]
If the external force acting on the crystal resonator 106 is constant, the crystal resonator 106 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 resonator 106 has a characteristic of vibrating at a resonance frequency corresponding to the weight and viscosity of the droplet. Further, the crystal resonator 106 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 resonator 106.
[0037]
[Measurement principle of drop weight]
FIG. 6 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. 6, in the measurement unit 107, the oscillation voltage Vin is applied to one electrode 110 a of the crystal 110 by the oscillator 150 (corresponding to the oscillation voltage generation unit 111) to excite the crystal unit 106. The RF voltmeter 151 (corresponding to the measurement unit 112) measures the current Iq = (Vq / RL) flowing from the other electrode 110b of the excited crystal resonator 106. Thereby, the electrical impedance of the crystal unit 106 with respect to the frequency can be obtained from the relationship between the applied vibration voltage and the current flowing through the crystal unit 106. 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 resistance component is minimized. This frequency is the series resonance frequency (fs), and the resistance component at this time is the resonance resistance.
[0038]
FIG. 7 is a conceptual diagram of a feedback self-excited oscillation method (conventional method) used when measuring the resonance frequency of the crystal resonator 106. The external oscillation system of this embodiment will be described in comparison with the feedback self-excited oscillation system shown in FIG. In FIG. 7, in the feedback self-excited oscillation method, the oscillation circuit including the crystal unit 106 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. Based on the measured resonance frequency, the weight of the substance attached to the electrode surface of the crystal unit 106 is measured. However, as described above, the resonance frequency of the crystal unit 106 also varies 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.
[0039]
FIG. 8 shows an admittance diagram of the crystal unit 106. The frequency characteristics of the crystal resonator impedance represented by the equivalent circuit in FIG. 5 above were measured and plotted on an impedance plane with the G (conductance) component 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).
[0040]
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.
[0041]
Further, when the load increases and the state becomes as shown in (c) of the figure, the fr point disappears, so that the conventional feedback self-oscillation method cannot oscillate. 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 self-excited oscillation method, it is necessary to tune the oscillation circuit according to 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 of the present embodiment, an oscillating voltage for oscillating the crystal resonator 106 is generated outside, so that it is possible to cope with a wide range of frequencies without changing the circuit.
[0042]
Next, the measuring unit 107 in FIG. 1 will be described in detail. The oscillating voltage generator 111 applies a oscillating voltage to one electrode 110 a of the crystal resonator 106 to vibrate the crystal 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 measuring unit 112 measures the current Iq = (Vq / RL) flowing from the other electrode 110b of the crystal resonator 106, and the crystal resonator 106 with respect to the frequency is determined from the relationship between the applied vibration voltage and the current flowing through the crystal resonator 106. The electrical impedance of is calculated. Then, the measurement unit 112 calculates the frequency at which the resistance component is minimum as the resonance frequency value (the above-described series resonance frequency fs), and calculates the resistance component 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 calculates the resonance frequency ffirst at the position where the ejection head 103 is separated from the electrode 110b, the resonance frequency fbefore before the droplet is attached to the electrode 110b, and the resonance frequency after after the calculation unit 113. Output to. The calculation unit 113 obtains a gap between the ejection head 103 and the crystal 110 based on the resonance frequencies first and fbefore input from the measurement unit 112 as described below, and drops droplets based on the resonance frequencies fbefore and after. , And the viscosity of the droplet is calculated based on the resonance resistance input from the measurement unit 112. As described above, the weight of the droplet can be calculated based on the resonance frequencies fbefore and after, but the weight of the droplet can be calculated more accurately by using the resonance resistance.
[0043]
Here, when the weight of the droplet attached to the electrode 110b is Im and the amount of change in the resonance frequency before and after the attachment of the droplet is Δfreq, the weight of the droplet Im and the amount of change in the resonance frequency before and after the attachment of the droplet. The relationship of Δfreq can be expressed as the following formula (1).
[0044]
[Expression 1]
Figure 2005061870
[0045]
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).
[0046]
[Expression 2]
Figure 2005061870
[0047]
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.
[0048]
[Gap adjustment flow between discharge head and crystal unit]
In the present embodiment, the gap between the ejection head 103 and the crystal resonator 106 is adjusted to a desired value (adjustment target) in order to accurately measure the ejection amount. Similarly, in order to perform accurate drawing, the gap between the ejection head 103 and the drawing target W is also controlled to the adjustment target value. Here, the value of the adjustment target prevents flying bends of the droplets ejected from the ejection head 103, and the droplets are attached to the desired positions of the electrode 110b of the crystal resonator 106 and the drawing object W, respectively. Is set to such a value. In addition, if the gap between the ejection head 103 and the crystal resonator 106 is too small, the heat of the ejection head 103 is transmitted to the crystal resonator 106 and adversely affects the accurate measurement of the resonance frequency of the crystal resonator 106. A gap of size is necessary. Further, the ejection head 103 and the crystal unit 106 need to be separated to some extent depending on the viscosity of the droplets ejected from the ejection head 103.
[0049]
FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship (frequency characteristic) between the gap between the ejection head 103 and the crystal unit 106 and the resonance frequency of the crystal unit 106. Here, the crystal resonator 106 having a reference frequency of 10 MHz was used. In the drawing, “Gap” is a gap between the crystal resonator 106 and the ejection head 103. In the figure, “no gap” indicates a case where the ejection head 103 is not located immediately above or in the vicinity of the crystal resonator 106.
[0050]
The resonance frequency of the crystal resonator 106 when there is no gap is about 9946062.0 Hz. On the other hand, the resonance frequency of the crystal resonator 106 when the gap is 3 mm is about 994566054.0 Hz, and the resonance frequency of the crystal resonator 106 when the gap is 1 mm is about 9946031.0 Hz.
As shown in the figure, when there is no gap, the resonance frequency of the crystal unit 106 is the highest, and the smaller the gap between the crystal unit 106 and the ejection head 103, the lower the resonance frequency of the crystal unit 106. The smaller the gap between the crystal unit 106 and the ejection head 103, the larger the stray capacitance generated between the electrode 110b of the crystal unit 106 and the ejection head 103, and the resonance frequency is further lowered due to the influence. Because. When there is no gap, the resonance frequency of the crystal unit 106 is the highest because it is not affected by stray capacitance.
[0051]
As can be seen from the above, there is a correspondence between the resonance frequency of the crystal resonator 106 and the size of the gap. If the resonance frequency of the crystal resonator 106 is measured, the size of the gap at the time of measurement can be determined. Can be sought. Further, in this case, the resonance frequency of the crystal unit 106 at the time of gap measurement is obtained, and the resonance frequency (about 9946062.0 Hz) when the ejection head 103 is not directly above or near the crystal unit 106 with respect to the obtained resonance frequency. If the amount of change from is obtained, the size of the gap can be obtained. For example, if the amount of change is 8.0 Hz (9946062.0-9946054.0), the gap is 3 mm. If the amount of change is 31.0 Hz, the gap is 1 mm. In the present embodiment, a method of obtaining the gap from the change amount is adopted.
[0052]
FIG. 10 shows the gap (mm) between the crystal unit 106 and the ejection head 103, the resonance frequency of the crystal unit 106 in the gap state, and the resonance frequency of the crystal unit 106 without the gap. It is a figure of the database which shows a corresponding relationship with the said variation | change_quantity (Hz). In the present embodiment, before adjusting the gap between the crystal resonator 106 and the ejection head 103, the database shown in FIG. 10 is created by obtaining each data shown in FIG. 10 by actual measurement in advance. .
[0053]
Further, as shown in FIG. 9, the smaller the gap is, the more stable the resonance frequency value is. In the present embodiment, the gap (adjustment target) between the ejection head 103 and the crystal resonator 106 (= between the ejection head 103 and the drawing object W on the stage 105) is 0.3 mm to 0.15 mm. It is assumed to be used with such a minute value. In FIG. 9, measurement is not performed for a gap of less than 1 mm, but the tendency that the value of the resonance frequency is stabilized when the gap is small is sufficiently shown. Correspondence between the above-described change amount of the resonance frequency of the crystal resonator 106 at the minute gap and the gap corresponding to the stabilization of the resonance frequency of the crystal resonator 106 at such a minute gap assumed to be used. Has become clearer.
[0054]
FIG. 11 is a diagram illustrating a flow for adjusting the gap between the ejection head 103 and the crystal unit 106. It is assumed that the ejection head 103 is not on the crystal unit 106 but is in a standby position (a position separated so as not to generate stray capacitance with the electrode 110b of the crystal unit 106). First, in the measuring unit 107, the oscillating voltage generator 111 applies the oscillating voltage to the electrode 110a of the crystal resonator 106 while sweeping the frequency (step S1). At this time, the measurement unit 112 detects a change in impedance by detecting a current flowing through the electrode 110 b of the crystal resonator 106, and there is no stray capacitance between the electrode 110 b of the crystal resonator 106 and the ejection head 103. Is calculated and output to the calculation unit 113 (step S2). Note that the resonance frequency first with no stray capacitance between the electrode 110b and the ejection head 103 may be stored in advance in the calculation unit 113 without being measured each time.
[0055]
Next, when a droplet is ejected from the ejection head 103, the control unit 101 causes the ejected droplet to adhere to the approximate center position of the electrode 110b of the crystal 110 (see point PE in FIG. 4). The ejection head 103 is transported to the proper position by the head carriage 102 (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. At this time, the measuring unit 112 detects a current flowing through the electrode 110b of the crystal resonator 106 to detect a change in impedance, and a stray capacitance is generated between the electrode 110b of the crystal resonator 106 and the ejection head 103. The resonance frequency fbefore at is calculated and output to the calculation unit 113 (step S4).
[0056]
Next, the control unit 101 calculates a change amount Δf = first−fbefore of the resonance frequency based on the resonance frequencies first and fbefore, and determines whether or not the calculated Δf is equal to the set value (step S5). Here, the set value is the amount of change in the resonance frequency corresponding to the gap that is the adjustment target between the ejection head 103 and the crystal resonator 106 in FIG. In FIG. 10, for example, when it is desired to adjust the gap between the ejection head 103 and the crystal resonator 106 to 0.3 mm, the set value is c (Hz).
[0057]
As a result of step S5, if it is determined that the change amount Δf of the resonance frequency before and after the ejection head 103 is moved is equal to the set value, the gap adjustment is ended (step S6). On the other hand, if it is determined in step S5 that Δf is not equal to the set value, the process proceeds to step S7. In step S7, it is determined whether or not the change amount Δf of the resonance frequency before and after the movement of the ejection head 103 is smaller than a set value.
[0058]
If the result of determination in step S7 is that the amount of change Δf in the resonance frequency before and after movement of the ejection head 103 is greater than the set value, processing proceeds to step S8. In step S8, the actual gap size is obtained by referring to the database of FIG. 10 based on the resonance frequency change Δf before and after the ejection head 103 is moved, and the actual size and the gap to be adjusted. Is obtained as an adjustment amount. Following step S8, the position of the ejection head 103 is increased by the amount of adjustment obtained in step S8 (step S9).
[0059]
On the other hand, if the result of determination in step S7 is that the amount of change Δf in the resonance frequency before and after movement of the ejection head 103 is smaller than the set value, processing proceeds to step S10. In step S10, the actual gap size is obtained with reference to FIG. 10 based on the resonance frequency change Δf before and after the ejection head 103 is moved, and the difference between the actual size and the adjustment target gap is obtained. Is obtained as an adjustment amount. After step S10, the position of the ejection head 103 is lowered by the amount of adjustment obtained in step S10 (step S11).
[0060]
After the height position of the ejection head 103 is changed in step S9 or S11, the process returns to step S4. In step S4, the measurement unit 112 again detects the current flowing through the electrode 110b of the crystal resonator 106 to detect a change in impedance, and calculates the resonance frequency first after the height position of the crystal 110 is changed. Is output to the calculation unit 113 (step S4). Next, in step S5, a resonance frequency change amount Δf = ffirst−fbefore is calculated, and it is determined whether or not the calculated Δf is equal to a set value (step S5). As a result of the determination, if both are equal, the gap adjustment ends (step S6). If they are not equal, the steps after step S7 are performed, and thereafter, the process is repeated until Δf becomes equal to the set value.
[0061]
10 is a database showing the correspondence between the gap (mm) between the crystal unit 106 and the ejection head 103 and the resonance frequency (Hz) of the crystal unit 106 in the gap state. There may be. In that case, based on the value of the resonance frequency of the crystal resonator 106 in a state where the discharge head 103 is moved immediately above the crystal resonator 106, the crystal resonator 106, the discharge head 103, and the Can be adjusted.
[0062]
[Drop weight measurement flow]
FIG. 12 is a diagram showing a measurement flow of the droplet weight of the droplet discharge device 100 of FIG. Note that the height of the stage 105 is adjusted by the height adjustment mechanism so that the drawing object W placed on the stage 105 and the electrode 110b of the crystal unit 106 have the same height. Further, the ejection head 103 has been adjusted so that the gap between the ejection head 103 and the crystal unit 106 becomes the adjustment target value in the gap adjustment flow shown in FIG. Now, it is assumed that the ejection head 103 is not on the crystal unit 106 but is in a standby position. In FIG. 12, first, in the measurement unit 107, the oscillating voltage generator 111 applies the oscillating voltage to the electrode 110a of the crystal unit 106 while sweeping the frequency (step S31).
[0063]
Next, when the droplet is ejected from the ejection head 103, the control unit 101 attaches the ejected droplet to a substantially central position of the electrode 110b of the crystal resonator 106 (see point PE in FIG. 4). The ejection head 103 is moved by the head carriage 102 to such a position, and the adjusted gap (adjustment target gap) is ensured with the crystal resonator 106 (step S32).
[0064]
Next, the measurement unit 112 detects a current flowing through the electrode 110b of the crystal resonator 106 to detect a change in impedance, and calculates a resonance frequency fbefore before the droplet is attached to the electrode 110b of the crystal resonator 106. And it outputs to the calculating part 113 (step S33). Note that the resonance frequency fbefore before the droplet is attached to the electrode 110b may be stored in advance in the calculation unit 113 without being measured each time.
[0065]
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 S34). .
[0066]
Thereafter, the measurement unit 112 detects a current flowing through the electrode 110b of the crystal resonator 106 to detect a change in impedance, and the resonance frequency after the droplet has adhered to the electrode 110b of the crystal resonator 106 and its frequency Is calculated and output to the calculation unit 113 (step S35).
[0067]
The calculation unit 113 calculates the change amount Δfreq = fbefore−fafter of the resonance frequency based on the resonance frequencies fbefore and after, and calculates the droplet weight Im using the calculated Δfreq and the above-described equation (1) ( Step S36). Further, the calculation unit 113 calculates the viscosity η of the droplet using the above-described equation (2) based on the resonance resistance R. 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 S37). Further, the control unit 101 determines whether or not the calculated droplet weight Im is equal to or less than a predetermined value (step S38). As a result of this determination, when the calculated droplet weight Im is less than or equal to the predetermined value, the control unit 101 determines that there is a possibility of nozzle clogging or ink end of the ejection head 103 and “nozzle clogging”. Alternatively, a message indicating that there is a possibility of “end of ink” is displayed on the display unit 108 (step S39). The control unit 101 uses the ejection head 103 to perform drawing on the drawing object W based on the weight Im of the droplet formed by the drive signal having the standard drive waveform measured as described above. The drive waveform of the drive signal applied to is changed.
[0068]
According to the droplet discharge device 100 of the first embodiment, the fact that the stray capacitance generated according to the gap between the discharge head 103 and the crystal unit 106 affects the resonance frequency of the crystal unit 106 is utilized. Since the gap between the vibrator 106 and the ejection head 103 is adjusted, the gap can be adjusted accurately. As a result, the landing position of the droplet from the ejection head 103 on the electrode 110b of the crystal resonator 106 is stabilized, so that an accurate amount of change in impedance can be obtained, thereby accurately measuring the adhesion weight of the droplet. can do. In addition, since the gap adjustment is performed using the influence of the stray capacitance on the crystal resonator 106, a special measurement such as a gap measurement unit such as a laser is used for the gap adjustment each time the drawing object W or the ejection head 103 is replaced. A simple device is unnecessary. In this embodiment, since the height of the crystal unit 106 and the height of the drawing object W on the stage 105 are adjusted to be the same, the ejection head 103 uses the above stray capacitance. When the gap adjustment with the crystal 110 is performed, the gap adjustment is also completed for the drawing object W (substrate) on the stage 105 at the same time.
[0069]
(Embodiment 2)
FIG. 13 is a diagram showing a schematic configuration of the ejection head 103 of the droplet ejection apparatus 200 according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 13, parts having the same functions as those in FIG. The ejection head 103 is provided with a QCM sensor. The resonance frequency of the crystal resonator 206 of the QCM sensor changes due to the influence of the stray capacitance in accordance with the gap between the drawing object W on the stage 105.
[0070]
That is, as in the first embodiment (FIG. 9), the resonance frequency of the crystal unit 206 at a position that is so far away from the drawing object W that no stray capacitance is generated between the crystal unit 206 and the drawing object W. After measuring the first, the crystal resonator 206 is moved to a position close enough to generate stray capacitance between the drawing object W and the resonance frequency fbefore of the crystal resonator 206 is measured. As the gap with the drawing object W is smaller, the resonance frequency fbefore of the crystal resonator 206 is more greatly reduced than the resonance frequency first (the amount of change in resonance frequency Δf = first−fbefore becomes larger). In this case, as in the first embodiment, the gap (mm) between the crystal unit 206 and the drawing object W and the resonance frequency change Δf (Hz) are measured in advance, and the correspondence between them is determined. A database showing the relationship is created in advance.
[0071]
In the second embodiment, the gap between the crystal resonator 206 and the drawing object W can be directly obtained based on the change amount Δf of the resonance frequency before and after the movement of the crystal resonator 206. Since the crystal unit 206 is provided in the ejection head 103, when the gap between the crystal unit 206 and the drawing object W is adjusted to a desired value, the gap between the ejection head 103 and the drawing object W is simultaneously adjusted. Therefore, the discharge of the droplets from the discharge head 103 to the drawing object W can be started immediately at the height position. Thereby, the crystal unit 206 attached to the ejection head 103 can function as a gap sensor of the ejection head 103.
[0072]
In FIG. 13, the vibration voltage generator 211 of the measurement unit 207 applies a vibration voltage to one electrode 210 a of the crystal resonator 206 to vibrate the crystal resonator 206. 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 212 measures the current Iq = (Vq / RL) flowing from the other electrode 210b of the crystal resonator 206, and the crystal resonator 206 with respect to the frequency is determined from the relationship between the applied vibration voltage and the current flowing through the crystal resonator 210. The electrical impedance of is calculated. Then, the measuring unit 212 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 212 outputs the calculated resonance frequency value and resonance resistance value to the calculation unit 213. In this case, the measurement unit 212 calculates the resonance frequency ffirst when the ejection head 103 is separated from the drawing object W, and the resonance frequency fbefore when the drawing head 103 approaches at least one of the drawing object W and the electrode 110b. To the unit 213. The calculation unit 213 obtains a gap between the ejection head 103 and the drawing object W based on the resonance frequencies first and fbefore input from the measurement unit 212.
[0073]
The flow of adjusting the gap between the ejection head 103 and the drawing object W performed using the crystal resonator 206 is the same as the flow of adjusting the gap between the ejection head 103 and the crystal 110 shown in FIG. Description is omitted.
[0074]
In the first embodiment, the height of the electrode 110b of the crystal unit 106 and the drawing object W are set to the same height by the height adjustment mechanism, and the gap adjustment between the ejection head 103 and the crystal unit 106 is performed. This result was used for adjusting the gap between the ejection head 103 and the drawing object W as it is. On the other hand, in the second embodiment, the gap adjustment between the ejection head 103 and the drawing object W is independently performed using the crystal resonator 206 and the measurement unit 207 (gap adjustment between the ejection head 103 and the crystal resonator 106). Instead of using the result of For this reason, it is possible to stably and accurately perform the drawing operation on the drawing object W by discharging the droplets from the discharge head 103.
[0075]
(Embodiment 3)
FIG. 14 is a bottom view showing a schematic configuration of the ejection head of the droplet ejection apparatus according to the third embodiment of the present invention. The third embodiment is an application of the second embodiment. In the second embodiment, the number of crystal resonators 206 provided in the ejection head 103 is one, whereas in the third embodiment, three crystal resonators 206 are provided in the ejection head 103. . The three crystal resonators 206 provided in the ejection head 103 are provided such that each electrode 210b is parallel to the surface (ejection surface) where the nozzle 123 is opened in the ejection head 103.
[0076]
By measuring the gap between each crystal oscillator 206 and the drawing object W or the crystal 110 by the three crystal oscillators 206, the inclination of the discharge surface of the discharge head 103 with respect to the drawing object W or the crystal 110 ( Or twist). As a result, it is possible to detect defects in the assembly of the ejection head 103 to the sensor carriage 201, deformation due to thermal expansion of the sensor carriage 201, deflection due to weight, waviness of the surface of the drawing target W, and the like.
[0077]
The droplet discharge devices according to the first to third embodiments can be used as industrial inkjet devices, such as wiring, color filters, alignment films, microlens arrays, electroluminescent materials, biological materials, and the like. Can be used for pattern formation. Hereinafter, as an example, a substrate for a color filter to which ink is applied in the droplet discharge device of the above-described first to third embodiments (hereinafter, simply referred to as “droplet discharge device 100”), and The structure on the substrate will be described with reference to FIG.
[0078]
As shown in FIG. 15, a light-shielding film 410 and a partition 420 are stacked in this order from the substrate 400 side on a light-transmitting substrate 400 such as glass. Of these, the light shielding film 410 is a thin film of a light shielding material such as chromium. On the other hand, the partition wall 420 is made of, for example, acrylic resin, and in the droplet discharge device 100, the application region 430R to which red ink is applied, the application region 430G to which green ink is applied, and the application region 430B to which blue ink is applied. And play a role in partitioning each.
[0079]
In the patterning operation of the color filter by the droplet discharge device 100, for each ink stored in the tanks 104R, 104G, and 104B, droplets are experimentally discharged according to the standard drive waveform, and the liquid that is experimentally discharged is discharged. According to the droplet weight Im and the viscosity η, an appropriate driving waveform capable of discharging a predetermined discharge amount, for example, a droplet of “10 ng” is specified, and patterning of the color filter is performed using the specified appropriate driving waveform. I do. In the droplet discharge device 100, first, red ink is applied to the application region 430R on the substrate 400, then green ink is applied to the application region 430G, and finally blue ink is applied to the application region 430B.
[0080]
In the above-described embodiment, (Equation 1) and (Equation 2) are shown as relational expressions for obtaining the weight Im and the viscosity η of the droplets, but the law for obtaining the weight Im and the viscosity η is: It is not limited to these relational expressions, and other relational expressions, approximate expressions, or the like that use different constants or parameters may be used.
[0081]
The application of the droplet discharge device 100 is not limited to the patterning of a color filter used in an electro-optical device, and can be used for forming various thin film layers as follows. For example, it can be used for forming thin films such as an organic EL layer and a hole injection layer included in an organic EL (electroluminescence) display panel. More specifically, when forming an organic EL layer, for example, droplets containing an organic EL material such as a polythiophene-based conductive polymer are discharged toward a coating region partitioned by a partition formed on the substrate. Then, the droplet is applied to the application region. When the solution applied in this way is dried, an organic EL layer is formed in the application region.
[0082]
Other uses of the droplet discharge device 100 include forming auxiliary devices for transparent electrodes included in plasma displays, and devices such as antennas included in IC (integrated circuit) cards. Specifically, after a dispersion liquid obtained by mixing conductive fine particles such as silver fine particles in an organic dispersion liquid such as tetradecane is patterned by the droplet discharge device 100, a metal thin film layer is formed when the organic dispersion liquid is dried. .
[0083]
In addition to these, the droplet discharge device 100 is a liquid containing various materials such as microlens array materials, biological materials such as DNA (deoxyribonucleic acid) and proteins, in addition to thermosetting resins used for three-dimensional modeling, for example. Drops can be applied.
[0084]
An electro-optical device having the color filter formed by the droplet discharge device 100 described above and an electronic apparatus to which the electro-optical device is applied as a display unit will be described.
[0085]
FIG. 16 is a cross-sectional view of an electro-optical device having a color filter. As shown in this figure, the electro-optical device 440 is roughly divided into a backlight mechanism 442 that emits light toward the viewer side, and a passive type that selectively transmits the light emitted from the backlight mechanism 442. And a liquid crystal display panel 444. Among these, the liquid crystal display panel 444 includes a substrate 446, an electrode 448, an alignment film 450, a spacer 452, an alignment film 454, an electrode 456, and a color filter 460.
[0086]
The color filter 460 is shown upside down from the above-described figure, and the substrate 400 side is positioned on the upper side (observer side) when viewed from the partition wall 420. The red color filter 432R, the green color filter 432G, and the blue color filter 432B included in the color filter 460 are patterned by the droplet discharge device 100 and have a thickness substantially equal to the design value. An overcoat layer 434 is provided on the back side of each color filter 432R, 432G, 432B for the purpose of protecting them. A liquid crystal 453 is sealed between the two alignment films 450 and 454 facing each other with the spacer 452 therebetween.
[0087]
The liquid crystal driving IC 457 supplies a driving signal to the electrodes 448 and 456 through the wirings 459. Thus, when a drive signal is supplied to the electrodes 448 and 456, the alignment state of the corresponding liquid crystal 453 changes. Thereby, in the liquid crystal display panel 444, the light emitted from the backlight mechanism 442 is selectively transmitted for each region (subpixel) corresponding to each color filter 432R, 432G, 432B.
[0088]
Next, FIG. 17 is an external view of a mobile phone 600 on which the electro-optical device 440 is mounted. In this figure, a cellular phone 600 includes an electro-optical device 440 including a color filter as a display unit for displaying various information such as a telephone number, in addition to a plurality of operation buttons 610, as well as an earpiece 620 and a mouthpiece 630. ing.
[0089]
In addition to the mobile phone 600, the electro-optical device 440 manufactured using the droplet discharge device 100 includes a computer, a projector, a digital camera, a movie camera, a PDA (Personal Digital Assistant), an in-vehicle device, a copying machine, It can be used as a display unit of various electronic devices such as audio devices.
[0090]
(Embodiment 4)
FIG. 18 is a diagram showing a schematic configuration of a droplet discharge device according to Embodiment 4 of the present invention. The droplet discharge device 300 according to the fourth embodiment is an inkjet printer. In the droplet discharge device 300 according to the fourth exemplary embodiment, a QCM sensor 301 is provided in a part of the sheet conveyance path, 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 fourth 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.
[0091]
With reference to FIG. 18, 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.
[0092]
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.
[0093]
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 the first to fourth embodiments 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 a diagram showing an equivalent circuit of a crystal resonator.
FIG. 6 is a conceptual diagram of a measurement unit.
FIG. 7 is a conceptual diagram of a feedback self-oscillation method.
FIG. 8 is an admittance diagram of a crystal resonator.
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the size of the gap between the crystal resonator and the ejection head and the resonance frequency of the crystal resonator.
FIG. 10 shows the size of the gap between the quartz crystal resonator and the ejection head, the resonance frequency of the quartz crystal when the gap of that size is provided between the ejection head and the quartz oscillation when the ejection head is not in the vicinity. It is the figure of the database which showed the relationship of the variation | change_quantity with the resonant frequency of a child.
FIG. 11 is a diagram showing a flow for adjusting a gap between the ejection head of the droplet ejection apparatus and the crystal resonator according to the first 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 first embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram illustrating an overall schematic configuration of a droplet discharge device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing a schematic configuration of an ejection head of a droplet ejection apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram illustrating a substrate of a color filter to which droplets are applied in the droplet discharge device according to the first to third embodiments of the present invention.
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of an electro-optical device.
FIG. 17 is a view showing an example of an electronic apparatus equipped with the electro-optical device.
FIG. 18 is a diagram showing an overall schematic configuration of a droplet discharge apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Droplet discharge device, 101 Control part, 102 Head carriage, 103R, 103G, 103B Discharge head, 104R, 104G, 104B Ink tank, 105 stage, 106 Crystal oscillator, 107 Measurement part, 108 Display part, 110 Crystal, 110a , 110b electrode, 111 oscillating voltage generator, 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 , 206 QCM sensor, 207 Measuring unit 107, 300 Droplet discharge device, 301 QCM sensor, 302 Carriage, 303 Paper feed roller, 305 Guide rail, 306 Drive belt, 307 Carriage motor, 308 Ink cartridge

Claims (15)

吐出ヘッドから吐出された液滴の重量を測定する液滴重量測定装置であって、
圧電振動子に設けられた電極と前記吐出ヘッドとのギャップの大きさと、前記大きさのギャップが前記圧電振動子と前記吐出ヘッドとの間に開いた状態での前記圧電振動子の共振周波数との関係を示すデータベースと、
前記データベースを参照して、前記圧電振動子と前記吐出ヘッドのギャップ調整を行い、前記ギャップ調整が行われた後に、前記吐出ヘッドから吐出される液滴が前記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、前記検出した圧電振動子の共振周波数の変化に基づいて、前記電極に付着した液滴の重量を測定する
ことを特徴とする液滴重量測定装置。A droplet weight measuring device for measuring the weight of a droplet discharged from a discharge head,
A size of a gap between the electrode provided on the piezoelectric vibrator and the ejection head, and a resonance frequency of the piezoelectric vibrator in a state where the gap of the size is opened between the piezoelectric vibrator and the ejection head. A database showing the relationship between
The gap between the piezoelectric vibrator and the ejection head is adjusted with reference to the database, and after the gap adjustment, the piezoelectric before and after the liquid droplet ejected from the ejection head adheres to the electrode A droplet weight measuring apparatus that detects a change in a resonance frequency of a vibrator and measures a weight of a droplet attached to the electrode based on the detected change in the resonance frequency of the piezoelectric vibrator. 吐出ヘッドから吐出された液滴の重量を測定する液滴重量測定装置であって、
圧電振動子に設けられた電極と前記吐出ヘッドとのギャップの大きさと、前記大きさのギャップが前記圧電振動子と前記吐出ヘッドとの間に開いた状態での前記圧電振動子の共振周波数と前記大きさよりも大きなギャップが前記圧電振動子と前記吐出ヘッドとの間に開いた状態での前記圧電振動子の共振周波数との変化量との関係を示すデータベースと、
前記データベースを参照して、前記圧電振動子と前記吐出ヘッドのギャップ調整を行い、前記ギャップ調整が行われた後に、前記吐出ヘッドから吐出される液滴が前記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、前記検出した圧電振動子の共振周波数の変化に基づいて、前記電極に付着した液滴の重量を測定する
ことを特徴とする液滴重量測定装置。A droplet weight measuring device for measuring the weight of a droplet discharged from a discharge head,
A size of a gap between the electrode provided on the piezoelectric vibrator and the ejection head, and a resonance frequency of the piezoelectric vibrator in a state where the gap of the size is opened between the piezoelectric vibrator and the ejection head. A database showing a relationship between a change amount of the resonance frequency of the piezoelectric vibrator in a state where a gap larger than the size is opened between the piezoelectric vibrator and the ejection head;
The gap between the piezoelectric vibrator and the ejection head is adjusted with reference to the database, and after the gap adjustment, the piezoelectric before and after the liquid droplet ejected from the ejection head adheres to the electrode A droplet weight measuring apparatus that detects a change in a resonance frequency of a vibrator and measures a weight of a droplet attached to the electrode based on the detected change in the resonance frequency of the piezoelectric vibrator. 請求項１または２に記載の液滴重量測定装置において、
前記ギャップ調整は、前記圧電振動子と前記吐出ヘッドとの間を所定のギャップに調整する場合に、前記共振周波数又は前記共振周波数の変化量の測定値が、前記データベースを参照して求めた前記所定のギャップに対応する前記共振周波数又は前記共振周波数の変化量に合うように、前記圧電振動子と前記吐出ヘッドとの間のギャップを調整することにより行う
ことを特徴とする液滴重量測定装置。The droplet weight measuring device according to claim 1 or 2,
In the gap adjustment, when the gap between the piezoelectric vibrator and the ejection head is adjusted to a predetermined gap, the measured value of the resonance frequency or a change amount of the resonance frequency is obtained with reference to the database. A droplet weight measuring apparatus characterized by adjusting the gap between the piezoelectric vibrator and the ejection head so as to match the resonance frequency corresponding to a predetermined gap or a change amount of the resonance frequency. . 請求項１から３のいずれか１項に記載の液滴重量測定装置において、
更に、前記圧電振動子の共振抵抗を用いて、前記電極に付着した液滴の重量を測定する
ことを特徴とする液滴重量測定装置。In the droplet weight measuring device according to any one of claims 1 to 3,
Furthermore, the weight of the droplet attached to the electrode is measured using the resonance resistance of the piezoelectric vibrator. 請求項１から４のいずれか１項に記載の液滴重量測定装置と、前記吐出ヘッドを備え、前記吐出ヘッドから液滴を吐出して描画対象物に描画する液滴吐出装置であって、
前記圧電振動子の高さは、前記描画対象物の高さに対応するように設定される
ことを特徴とする液滴吐出装置。A droplet discharge device comprising the droplet weight measuring device according to any one of claims 1 to 4 and the discharge head, wherein the droplet discharge device discharges a droplet from the discharge head and draws the image on a drawing object.
The height of the piezoelectric vibrator is set so as to correspond to the height of the drawing object. 請求項１から４のいずれか１項に記載の液滴重量測定装置と、前記吐出ヘッドを備え、前記吐出ヘッドから液滴を吐出して描画対象物に描画する液滴吐出装置であって、
前記吐出ヘッドに設けられた前記描画対象物とのギャップ調整に用いられるＱＣＭセンサと、
前記ＱＣＭセンサの圧電振動子に設けられた電極と前記描画対象物とのギャップの大きさと、前記大きさのギャップが前記ＱＣＭセンサの圧電振動子と前記描画対象物との間に開いた状態での前記ＱＣＭセンサの圧電振動子の共振周波数との関係を示すデータベースと、
前記データベースを参照して、前記ＱＣＭセンサの圧電振動子と前記描画対象物のギャップ調整を行い、前記ギャップ調整が行われた後に、前記吐出ヘッドから前記描画対象物に液滴が吐出される
ことを特徴とする液滴吐出装置。A droplet discharge device comprising the droplet weight measuring device according to any one of claims 1 to 4 and the discharge head, wherein the droplet discharge device discharges a droplet from the discharge head and draws the image on a drawing object.
A QCM sensor used for gap adjustment with the drawing object provided in the ejection head;
The size of the gap between the electrode provided on the piezoelectric vibrator of the QCM sensor and the drawing object, and the gap of the size being opened between the piezoelectric vibrator of the QCM sensor and the drawing object. A database showing the relationship with the resonance frequency of the piezoelectric vibrator of the QCM sensor,
The gap between the piezoelectric vibrator of the QCM sensor and the drawing object is adjusted with reference to the database, and after the gap adjustment is performed, droplets are discharged from the discharge head onto the drawing object. A droplet discharge device characterized by the above. 請求項１から４のいずれか１項に記載の液滴重量測定装置と、前記吐出ヘッドを備え、前記吐出ヘッドから液滴を吐出して描画対象物に描画する液滴吐出装置であって、
前記吐出ヘッドに設けられた前記描画対象物とのギャップ調整に用いられるＱＣＭセンサと、
前記ＱＣＭセンサの圧電振動子に設けられた電極と前記描画対象物とのギャップの大きさと、前記大きさのギャップが前記ＱＣＭセンサの圧電振動子と前記描画対象物との間に開いた状態での前記ＱＣＭセンサの圧電振動子の共振周波数と前記大きさよりも大きなギャップが前記ＱＣＭセンサの圧電振動子と前記描画対象物との間に開いた状態での前記ＱＣＭセンサの圧電振動子の共振周波数との変化量との関係を示すデータベースと、
前記データベースを参照して、前記ＱＣＭセンサの圧電振動子と前記描画対象物のギャップ調整を行い、前記ギャップ調整が行われた後に、前記吐出ヘッドから描画対象物に液滴が吐出される
ことを特徴とする液滴吐出装置。A droplet discharge device comprising the droplet weight measuring device according to any one of claims 1 to 4 and the discharge head, wherein the droplet discharge device discharges a droplet from the discharge head and draws the image on a drawing object.
A QCM sensor used for gap adjustment with the drawing object provided in the ejection head;
The size of the gap between the electrode provided on the piezoelectric vibrator of the QCM sensor and the drawing object, and the gap of the size being opened between the piezoelectric vibrator of the QCM sensor and the drawing object. The resonance frequency of the piezoelectric vibrator of the QCM sensor in a state where a gap larger than the resonance frequency and the size of the piezoelectric vibrator of the QCM sensor is opened between the piezoelectric vibrator of the QCM sensor and the drawing object. A database showing the relationship between the amount of change and
The gap between the piezoelectric vibrator of the QCM sensor and the drawing object is adjusted with reference to the database, and after the gap adjustment is performed, a droplet is discharged from the discharge head onto the drawing object. A droplet discharge apparatus characterized by the above. 請求項６または７に記載の液滴吐出装置において、
前記吐出ヘッドには、３つのＱＣＭセンサが設けられている
ことを特徴とする液滴吐出装置。In the droplet discharge device according to claim 6 or 7,
3. A liquid droplet ejection apparatus, wherein the ejection head is provided with three QCM sensors. 請求項５から８のいずれか１項に記載の液滴吐出装置において、
更に、
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を備え、
前記吐出ヘッド制御手段は、前記測定された液滴の重量に基づいて、前記吐出ヘッドに印加する駆動信号の駆動波形を変更する
ことを特徴とする液滴吐出装置。The droplet discharge device according to any one of claims 5 to 8,
Furthermore,
A discharge head control means for discharging a droplet by applying a drive signal to the discharge head;
The droplet ejection apparatus, wherein the ejection head control means changes a drive waveform of a drive signal applied to the ejection head based on the measured droplet weight. 請求項５から９のいずれか１項に記載の液滴吐出装置において、
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用途とすることを特徴とする液滴吐出装置。The droplet discharge device according to any one of claims 5 to 9,
A droplet discharge apparatus characterized by using a pattern formation of any one of a wiring, a color filter, an alignment film, a microlens array, an electroluminescent material, and a biological substance. 請求項５から１０のいずれか１項に記載の液滴吐出装置を使用することを特徴とする電気光学装置の製造方法。11. A method of manufacturing an electro-optical device using the droplet discharge device according to claim 5. 請求項１１記載の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする電気光学装置。An electro-optical device manufactured using the manufacturing method according to claim 11. 請求項１２記載の電気光学装置を含むことを特徴とする電子機器。An electronic apparatus comprising the electro-optical device according to claim 12. 吐出ヘッドから吐出された液滴の重量を測定する液滴重量測定方法であって、
圧電振動子に設けられた電極と前記吐出ヘッドとのギャップの大きさと、前記大きさのギャップが前記圧電振動子と前記吐出ヘッドとの間に開いた状態での前記圧電振動子の共振周波数との関係を予め求めるステップと、
前記予め求めた関係に基づいて前記圧電振動子と前記吐出ヘッドのギャップ調整を行い、前記ギャップ調整が行われた後に、前記吐出ヘッドから吐出される液滴が前記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、前記検出した圧電振動子の共振周波数の変化に基づいて、前記電極に付着した液滴の重量を測定するステップと
を備えたことを特徴とする液滴重量測定方法。A droplet weight measuring method for measuring the weight of a droplet discharged from a discharge head,
A size of a gap between the electrode provided on the piezoelectric vibrator and the ejection head, and a resonance frequency of the piezoelectric vibrator in a state where the gap of the size is opened between the piezoelectric vibrator and the ejection head. Obtaining a relationship in advance,
The gap between the piezoelectric vibrator and the ejection head is adjusted based on the relationship obtained in advance, and after the gap adjustment, the liquid droplets ejected from the ejection head before and after adhering to the electrodes. And a step of detecting a change in the resonance frequency of the piezoelectric vibrator and measuring a weight of a droplet attached to the electrode based on the detected change in the resonance frequency of the piezoelectric vibrator. Drop weight measurement method. 吐出ヘッドから吐出された液滴の重量を測定する液滴重量測定方法であって、
圧電振動子に設けられた電極と前記吐出ヘッドとのギャップの大きさと、前記大きさのギャップが前記圧電振動子と前記吐出ヘッドとの間に開いた状態での前記圧電振動子の共振周波数と前記大きさよりも大きなギャップが前記圧電振動子と前記吐出ヘッドとの間に開いた状態での前記圧電振動子の共振周波数との変化量との関係を予め求めるステップと、
前記予め求めた関係に基づいて、前記圧電振動子と前記吐出ヘッドのギャップ調整を行い、前記ギャップ調整が行われた後に、前記吐出ヘッドから吐出される液滴が前記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、前記検出した圧電振動子の共振周波数の変化に基づいて、前記電極に付着した液滴の重量を測定するステップと
を備えたことを特徴とする液滴重量測定方法。A droplet weight measuring method for measuring the weight of a droplet discharged from a discharge head,
A size of a gap between the electrode provided on the piezoelectric vibrator and the ejection head, and a resonance frequency of the piezoelectric vibrator in a state where the gap of the size is opened between the piezoelectric vibrator and the ejection head. Obtaining in advance a relationship between the amount of change with the resonance frequency of the piezoelectric vibrator in a state where a gap larger than the size is opened between the piezoelectric vibrator and the ejection head;
Based on the relationship obtained in advance, the gap between the piezoelectric vibrator and the ejection head is adjusted, and after the gap adjustment is performed, before and after the droplets ejected from the ejection head adhere to the electrodes. Detecting a change in a resonance frequency of the piezoelectric vibrator, and measuring a weight of a droplet attached to the electrode based on the detected change in the resonance frequency of the piezoelectric vibrator. Droplet weight measurement method.
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