JP2005138013A - Control method of liquid droplet discharge device and liquid droplet discharge device - Google Patents

Control method of liquid droplet discharge device and liquid droplet discharge device Download PDF

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聖也 佐藤
Masahiro Fujii
正寛 藤井
富美男 ▲高▼城
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To ensure an arbitrary gap in a liquid droplet discharge device wherein a liquid droplet discharge head is made relatively movable in a Z(gap) direction. <P>SOLUTION: This control method of a liquid droplet discharge device (200) is constituted so as to relatively move the liquid droplet discharge device (200) on an object (500) receiving liquid droplets to discharge liquid droplets and includes a process for acquiring the height data of the surface unevenness of the object receiving liquid droplets along the scheduled trajectory (530) of a liquid droplet discharge nozzle (222) including a liquid droplet discharge position supposed on the object receiving the liquid droplets and a nozzle trajectory data forming process for three-dimensionally forming a nozzle moving route, which is spaced apart from the surface of the object receiving the liquid droplets and allows the liquid droplet discharge nozzle to move along the surface unevenness of the object receiving the liquid droplets, on the object receiving the liquid droplets on the basis of the scheduled trajectory and the height data of the surface unevenness of the object receiving the liquid droplets. The nozzle moving route (530) includes a change section (HC) for changing the height of the liquid droplet discharge nozzle and a setting section (CN) for converging the liquid droplet discharge nozzle to the height position of the liquid droplet discharge position on this side of the liquid droplet discharge position. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、インクや生体試料のスポッティングなどに使用される液滴の吐出方法及び吐出装置に関し、特に、液滴吐出位置の位置制御に関する。   The present invention relates to a droplet discharge method and a discharge device used for spotting ink or a biological sample, and more particularly to position control of a droplet discharge position.

液滴吐出装置は、インクの吐出や生体試料(DNA、RNA、タンパク質、細胞等)の吐出等に用いられている。前者の適用例はインクジェット式プリンタであり、後者の適用例は生体試料の分注装置である。また、液滴吐出装置は液体導電材料や液体半導体材料(例えば有機半導体)の回路基板へのパターニング手段としても検討されている。   The droplet discharge device is used for discharge of ink, discharge of biological samples (DNA, RNA, protein, cells, etc.) and the like. The former application example is an ink jet printer, and the latter application example is a biological sample dispensing apparatus. In addition, the droplet discharge device has been studied as a patterning unit for a liquid conductive material or a liquid semiconductor material (for example, an organic semiconductor) on a circuit board.

液滴吐出装置は紙やガラス基板等の被吐出対象体上に液滴を吐出するが、液滴を吐出するノズルと被吐出対象体とのギャップ(距離)が適切であることが望まれる。ギャップが大きいと、液滴の着弾位置がずれたり、途中で液滴が複数に分かれて飛散する。それにより、他の領域に液滴が付着したり、他の液滴と混じり合う不具合が生じる。また、液滴吐出ノズルと吐出対象体とのギャップが小さいと、吐出ヘッドと吐出対象体とがぶつかったり、吐出した液滴とこすれる不具合が生じる。   The droplet discharge device discharges droplets onto a discharge target object such as paper or a glass substrate, and it is desirable that a gap (distance) between a nozzle that discharges the droplet and the discharge target object is appropriate. If the gap is large, the landing position of the liquid droplets is shifted, or the liquid droplets are divided and scattered on the way. This causes a problem that the droplets adhere to other regions or are mixed with other droplets. In addition, when the gap between the droplet discharge nozzle and the discharge target is small, the discharge head and the discharge target collide with each other, and there is a problem that the discharged droplet is rubbed.

そこで、例えば、特開2002−196010号公報記載の分注装置ではZ方向(上下方向)に移動可能とした液滴吐出ヘッドとXY方向(前後左右方向)に移動可能とした基板載置トレイとを用いて液滴吐出ヘッドを基板上の所望位置に移動させ、液滴吐出の際には更に液滴吐出ヘッドをZ方向に移動して基板に接近させて液滴吐出ノズル及び基板間のギャップを狭くすることを提案している。
特開2002−196010号公報
Therefore, for example, in the dispensing device described in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-196010, a droplet discharge head that is movable in the Z direction (vertical direction) and a substrate mounting tray that is movable in the XY direction (front and rear, left and right directions) Is used to move the droplet discharge head to a desired position on the substrate, and in the case of droplet discharge, the droplet discharge head is further moved in the Z direction to approach the substrate and the gap between the droplet discharge nozzle and the substrate It is proposed to narrow down.
JP 2002-196010 A

しかしながら、液滴吐出ヘッドをZ方向に移動しながら液滴を吐出したのでは液滴吐出ヘッドの高さ位置(ギャップ)精度が低くなる。また、液滴吐出ヘッドを所定の吐出位置で停止した後に毎回の液滴吐出を行うのでは、液滴の吐出処理に時間がかかる。更に、吐出液の物性値や温度等によって形成される液滴の状態が異なり液滴吐出ノズル部の最適なギャップが異なる。   However, if droplets are ejected while moving the droplet ejection head in the Z direction, the height position (gap) accuracy of the droplet ejection head is lowered. Further, if the droplet discharge is performed every time after the droplet discharge head is stopped at a predetermined discharge position, it takes time for the droplet discharge process. Further, the state of the droplets formed differs depending on the physical property value, temperature, etc. of the discharge liquid, and the optimum gap of the droplet discharge nozzle part is different.

よって、本発明は液滴吐出ヘッドをXYZ方向に相対的に移動可能としたものであっても液滴吐出ヘッドと吐出対象体とのギャップ(液滴吐出ノズルの高さ位置)精度が確保されるようにした液滴吐出装置の制御方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention can ensure the gap (the height position of the droplet discharge nozzle) between the droplet discharge head and the discharge target object even if the droplet discharge head is relatively movable in the XYZ directions. It is an object of the present invention to provide a method for controlling a droplet discharge device.

また、本発明は吐出液に対応して液滴吐出ヘッドと吐出対象体とのギャップ(高さ位置)が調整されるようにした液滴吐出装置の制御方法を提供することを目的とする。   Another object of the present invention is to provide a method for controlling a droplet discharge device in which a gap (height position) between a droplet discharge head and a discharge target body is adjusted corresponding to the discharge liquid.

上記目的を達成するため本発明の液滴吐出装置の制御方法は、液滴吐出装置を被吐出対象体上で相対的に移動させて液滴吐出を行う液滴吐出装置の制御方法において、液滴の被吐出対象体上に想定される液滴吐出位置を含む液滴吐出ノズルの移動予定経路に沿って被吐出対象体表面の凹凸の高さのデータを取得する過程と、上記被吐出対象体表面から離間しかつ該被吐出対象体表面の凹凸に沿って上記液滴吐出ノズルが移動すべきノズル移動経路を上記移動予定経路及び上記被吐出対象体表面の凹凸の高さデータに基づいて上記被吐出対象体上に3次元的に形成するノズル移動経路データ形成過程と、を含み、上記ノズル移動経路が上記液滴吐出位置の手前で上記液滴吐出ノズルの高さを変える変化区間及び上記液滴吐出ノズルを上記液滴吐出位置の高さ位置に収束させる整定区間を含む。   In order to achieve the above object, a method for controlling a droplet discharge device according to the present invention is a method for controlling a droplet discharge device that performs droplet discharge by relatively moving a droplet discharge device on a discharge target object. A process of obtaining data on the height of the unevenness of the surface of the target to be ejected along a planned movement path of the liquid droplet ejecting nozzle including a liquid droplet ejecting position assumed on the target object of the droplet; A nozzle movement path to which the droplet discharge nozzle should move along the unevenness of the surface of the discharge target body is separated from the body surface based on the planned movement path and the height data of the unevenness of the surface of the discharge target body. A nozzle movement path data forming process that is three-dimensionally formed on the discharge target object, wherein the nozzle movement path changes the height of the droplet discharge nozzle before the droplet discharge position; and The droplet discharge nozzle is connected to the droplet discharge nozzle. Including settling section for converging at a height position.

かかる構成とすることによって、液滴吐出装置が上下(高さ)方向成分を含んで移動する場合には液滴吐出ノズルの高さを変える変化区間及び上記液滴吐出ノズルを上記液滴吐出位置の高さ位置に収束させる整定区間を経て液滴吐出位置に至る。それにより、液滴吐出ノズルの高さ位置(ギャップ)が安定した状態で液滴の吐出が行われる。   With this configuration, when the droplet discharge device moves including a vertical (height) direction component, the change interval for changing the height of the droplet discharge nozzle and the droplet discharge nozzle are set to the droplet discharge position. The droplet discharge position is reached through a settling interval that converges to the height position. Thereby, droplets are discharged in a state where the height position (gap) of the droplet discharge nozzle is stable.

変化区間は液滴吐出ノズルの時間当たりの高さ変化(高さ変化率)の異なる複数の分割変化区間によって構成することが出来る。それによって高さ変化による慣性力を徐々に減じて整定区間に移行させることが可能となる。   The change section can be composed of a plurality of divided change sections having different height changes per unit time (height change rate). As a result, the inertial force due to the height change can be gradually reduced to shift to the settling interval.

更に、液滴吐出装置の制御方法は少なくとも上記液滴吐出装置の液滴吐出ノズルを上記被吐出対象体上で三次元的に移動させる移動機構を制御して上記液滴吐出ノズルを上記ノズル移動経路に沿って移動させる液滴吐出ノズル移動過程を含む。それにより、被吐出対象体上に設定された仮想的な三次元的な経路に沿って液滴吐出ノズルを移動させることが出来る。   Further, the method for controlling the droplet discharge device is a method of controlling the moving mechanism for moving at least the droplet discharge nozzle of the droplet discharge device three-dimensionally on the discharge target object to move the droplet discharge nozzle to the nozzle. Including a droplet discharge nozzle moving process of moving along the path. Thereby, the droplet discharge nozzle can be moved along a virtual three-dimensional path set on the discharge target object.

また、上記移動機構が上記被吐出対象体表面からの上記液滴吐出ノズルの高さを粗調整する粗調整手段と、該液滴吐出ノズルの高さを微調整する微調整手段とを含む。それにより、素早い移動と高い位置精度を得ることが可能となる。例えば、トレイの高さ調整機構は粗調整手段に、液滴吐出ノズルを進退させる機構(アクチュエータ)は微調整手段に対応する。また、アクチュエータ自体を粗調整機構(粗調整手段)と微調整機構(微調整手段)とによって構成することが出来る。   Further, the moving mechanism includes a coarse adjustment unit that roughly adjusts the height of the droplet discharge nozzle from the surface of the discharge target body, and a fine adjustment unit that finely adjusts the height of the droplet discharge nozzle. Thereby, quick movement and high position accuracy can be obtained. For example, the tray height adjusting mechanism corresponds to the coarse adjusting means, and the mechanism (actuator) for moving the droplet discharge nozzle back and forth corresponds to the fine adjusting means. Further, the actuator itself can be constituted by a coarse adjustment mechanism (coarse adjustment means) and a fine adjustment mechanism (fine adjustment means).

また、上記液滴吐出ノズル移動過程が上記被吐出対象体表面からの上記液滴吐出ノズルの高さ(ギャップ)を検出し、上記粗調整手段又は上記微調整手段を制御して上記液滴吐出ノズルの高さを上記ノズル移動経路の液滴吐出位置の高さに維持する過程を含む。それにより、液滴吐出ノズルの実際の高さ(ギャップ)に対応して被吐出対象体表面からの目標の高さ位置に修正することが可能となる。また、液滴吐出ノズルと被吐出対象体表面の突起部との衝突が回避可能となる。   The droplet discharge nozzle moving process detects the height (gap) of the droplet discharge nozzle from the surface of the discharge target object, and controls the coarse adjustment means or the fine adjustment means to control the droplet discharge. A process of maintaining the height of the nozzle at the height of the droplet discharge position of the nozzle movement path. Thereby, it becomes possible to correct the target height position from the surface of the target to be ejected in correspondence with the actual height (gap) of the droplet ejection nozzle. In addition, collision between the droplet discharge nozzle and the protrusion on the surface of the discharge target body can be avoided.

また、上記滴吐出ノズル移動過程が上記被吐出対象体表面の凹領域又は凸領域を跨いで移動するものであるとき、上記液滴吐出ノズルの高さの微調整を暫時停止する。それにより、液滴吐出装置が領域をジャンプ移動するときにサーボをロックし、液滴吐出ノズルの不要な追従動作を回避する。   Further, when the droplet discharge nozzle moving process moves across the concave region or the convex region on the surface of the discharge target object, fine adjustment of the height of the droplet discharge nozzle is temporarily stopped. Accordingly, the servo is locked when the droplet discharge device jumps and moves in the region, and an unnecessary following operation of the droplet discharge nozzle is avoided.

また、上記液滴吐出位置における上記被吐出対象体表面からの上記液滴吐出ノズルの高さを上記液滴の物性値情報(例えば、表面張力、粘度等)に対応して設定する。それにより、吐出される液滴形状に対応したギャップを液滴吐出ノズル部に設定し、液滴の分離着弾や飛散を回避する。   Further, the height of the droplet discharge nozzle from the surface of the discharge target body at the droplet discharge position is set corresponding to physical property value information (for example, surface tension, viscosity, etc.) of the droplet. As a result, a gap corresponding to the shape of the discharged droplet is set in the droplet discharge nozzle unit, thereby avoiding the separation and landing of the droplets.

また、上記液滴吐出位置における上記被吐出対象体表面からの上記液滴吐出ノズルの高さを該液滴吐出ノズル周囲の環境条件(例えば、雰囲気の温度、気圧など)に対応して設定する。それにより、吐出される液滴形状に対応したギャップを液滴吐出ノズル部に設定し、液滴の分離着弾や飛散を回避する。   Further, the height of the droplet discharge nozzle from the surface of the discharge target body at the droplet discharge position is set in accordance with the environmental conditions (for example, ambient temperature, atmospheric pressure, etc.) around the droplet discharge nozzle. . As a result, a gap corresponding to the shape of the discharged droplet is set in the droplet discharge nozzle unit, thereby avoiding the separation and landing of the droplets.

また、上記液滴吐出位置における上記被吐出対象体表面からの上記液滴吐出ノズルの高さは0.01〜0.3mmの範囲内で設定される。生体試料の吐出、インクの吐出、遊戯導電膜、有機EL材料等の吐出に適当なギャップ範囲である。   The height of the droplet discharge nozzle from the surface of the discharge target body at the droplet discharge position is set within a range of 0.01 to 0.3 mm. The gap range is suitable for the discharge of biological samples, the discharge of ink, the playable conductive film, the organic EL material, and the like.

また、本発明の液滴吐出方法は、被吐出対象基板上に定められた複数の液滴吐出領域の高さ又は厚さを測定する過程と、吐出液の物性値(例えば、表面張力、粘性、質量(液滴の大きさ)、液滴吐出速度等)及び環境条件(例えば、雰囲気温度、湿度、気圧等)の少なくともいずれかに応じて各液滴吐出領域での液滴吐出装置と被吐出対象基板との適正ギャップを決定する過程と、上記被吐出対象基板上の複数の液滴吐出領域各々の高さ又は当該液滴吐出領域の基板の厚さと上記適正ギャップに基づいて吐出開始位置から吐出終了位置までの液滴吐出装置の三次元的経路(軌道)を決定する移動プログラムを作成する過程と、上記液滴吐出装置を上記被吐出対象基板に対して三次元的に相対移動可能である移動機構を上記移動プログラムによって制御し、該液滴吐出装置を該被吐出対象基板の液滴吐出領域上の液滴吐出位置に上記適正ギャップを介して位置させて液滴を吐出する過程と、を含む。   In addition, the droplet discharge method of the present invention includes a process of measuring the height or thickness of a plurality of droplet discharge regions defined on a target substrate, and physical properties of the discharge liquid (for example, surface tension, viscosity) , Mass (droplet size), droplet discharge speed, etc.) and environmental conditions (for example, ambient temperature, humidity, atmospheric pressure, etc.) and the droplet discharge device and cover in each droplet discharge region The process of determining an appropriate gap with the discharge target substrate, and the discharge start position based on the height of each of the plurality of droplet discharge regions on the discharge target substrate or the substrate thickness of the droplet discharge region and the appropriate gap The process of creating a movement program that determines the three-dimensional path (trajectory) of the droplet discharge device from the discharge end position to the discharge end position, and the droplet discharge device can be moved relative to the target substrate in three dimensions According to the above moving program. Controls Te, comprising the steps of ejecting droplets of the liquid droplet ejection apparatus is positioned through the proper gap droplet ejection position on the liquid-droplet ejection area of 該被 discharge target substrate.

かかる構成とすることによって、吐出対象基板表面の凹凸に対応して液滴吐出装置(液滴吐出ヘッド)を三次元的に相対的に移動し、吐出液の特性や環境条件に対応して吐出位置におけるギャップ(吐出位置の高さ)を適切に設定して液滴の吐出を行うことが可能となる。それにより、液滴の着弾位置精度の向上、液滴の分離着弾・飛散の防止等が図られる。   By adopting such a configuration, the droplet discharge device (droplet discharge head) is relatively moved three-dimensionally corresponding to the irregularities on the surface of the discharge target substrate, and discharged according to the characteristics of the discharge liquid and the environmental conditions. It is possible to discharge droplets by appropriately setting a gap at the position (height of the discharge position). As a result, it is possible to improve the landing position accuracy of the liquid droplets, prevent the liquid droplets from separately landing and scattering, and the like.

また、本発明の液滴吐出装置は、液滴を吐出対象体に向けて吐出する液滴吐出ヘッドと、上記液滴吐出ヘッドを移動可能に支持する支持機構と、上記液滴吐出ヘッドを上記液滴の吐出方向に相対的に移動して上記吐出対象体と該液滴吐出ヘッドとのギャップを調整するアクチュエータと、上記吐出対象体と上記液滴吐出ヘッドを二次元又は三次元的に相対的に移動する移動機構と、上記液滴吐出ヘッドの三次元的移動経路を表した移動プログラムを記憶する記憶手段と、上記移動プログラムに基づいて上記アクチュエータ及び移動機構を制御する制御手段と、を備える。   In addition, the droplet discharge device of the present invention includes a droplet discharge head that discharges a droplet toward a discharge target, a support mechanism that movably supports the droplet discharge head, and the droplet discharge head described above. An actuator that moves relative to the droplet discharge direction to adjust the gap between the discharge target and the droplet discharge head; and the discharge target and the droplet discharge head are two-dimensionally or three-dimensionally relative to each other. A moving mechanism that moves automatically, a storage unit that stores a moving program that represents a three-dimensional moving path of the droplet discharge head, and a control unit that controls the actuator and the moving mechanism based on the moving program. Prepare.

かかる構成とすることによって、液滴吐出ヘッドを吐出対象体の表面の凹凸形状に沿って移動させることが可能となる。   With this configuration, the droplet discharge head can be moved along the uneven shape of the surface of the discharge target.

本発明の液滴吐出装置は、更に、上記吐出対象体と該液滴吐出ヘッドとのギャップを検出する手段と、検出したギャップと目標ギャップ値との差分を上記アクチュエータに帰還するエラー調整手段と、を備える。それにより、吐出対象体と該液滴吐出ヘッドとのギャップを自動的に一定のギャップ(目標ギャップ)に保つことが可能となる。また、移動中又は移動直後の液滴吐出ヘッドの高さ位置が安定する整定時間を短くすることが可能となる。   The droplet discharge device of the present invention further includes means for detecting a gap between the discharge target and the droplet discharge head, and error adjusting means for feeding back a difference between the detected gap and a target gap value to the actuator. . Thereby, the gap between the ejection target and the droplet ejection head can be automatically maintained at a constant gap (target gap). In addition, it is possible to shorten the settling time during which the height position of the droplet discharge head is stabilized during or immediately after the movement.

例えば、上記アクチュエータは電磁力で上記液滴吐出ヘッドを進退させる電磁アクチュエータによって構成することが出来る。電磁アクチュエータを用いることによってダイナミックレンジ(移動範囲)が大きく、小型コンパクトで素早い動作の吐出ヘッドの移動機構が得られる。また、電圧の印加によって伸縮(あるいは歪む)するピエゾ素子をアクチュエータ(ピエゾアクチュエータ)として用いることが可能である。アクチュエータとしてピエゾ素子を用いた場合には液滴吐出ヘッドあるいはノズル部の背後に進退用のピエゾ素子を組み込むことができ、一体化容易である。また、液滴吐出装置(液滴吐出ヘッド)の液滴の吐出駆動源としてピエゾ素子や静電駆動が用いられるので、ピエゾ素子アクチュエータと技術の適合性が良く、一連のプロセス技術を用いて液滴吐出装置を製造することが可能となる。   For example, the actuator can be constituted by an electromagnetic actuator that moves the droplet discharge head back and forth with electromagnetic force. By using the electromagnetic actuator, a moving mechanism of the discharge head having a large dynamic range (moving range), a compact and quick operation can be obtained. In addition, a piezoelectric element that expands and contracts (or distorts) when a voltage is applied can be used as an actuator (piezo actuator). When a piezo element is used as the actuator, an advancing / retreating piezo element can be incorporated behind the droplet discharge head or the nozzle portion, and integration is easy. In addition, since a piezo element or electrostatic drive is used as a droplet discharge drive source of a droplet discharge device (droplet discharge head), the technology is compatible with the piezo element actuator, and a series of process technologies are used for liquid discharge. A droplet discharge device can be manufactured.

また、上記アクチュエータを電磁アクチュエータとピエゾアクチュエータの組み合わせのように特性の異なるアクチュエータを組み合わせてそれぞれに粗調整と微調整のように役割を分担させることとしても良い。   Further, the actuators may be combined with actuators having different characteristics such as a combination of an electromagnetic actuator and a piezoelectric actuator, and each of them may be assigned a role such as coarse adjustment and fine adjustment.

また、上記移動プログラムは上記液滴吐出ヘッドの上記対象体上の移動経路、移動経路中における複数の液滴吐出位置、上記吐出対象体と上記液滴吐出ヘッドとのギャップに関する情報を含む。それにより、吐出対象体上に設定される液滴吐出ヘッドの仮想的な三次元経路に沿って液滴吐出ヘッドを移動させることが可能となる。   The movement program includes information on a movement path of the droplet discharge head on the object, a plurality of droplet discharge positions in the movement path, and a gap between the discharge object and the droplet discharge head. Thereby, the droplet discharge head can be moved along a virtual three-dimensional path of the droplet discharge head set on the discharge target.

また、上記移動プログラムの移動経路が上記液滴吐出位置の手前で上記吐出対象体と上記液滴吐出ヘッドとのギャップを変える変化区間及び該ギャップを上記液滴吐出位置に定められたギャップに収束させる整定区間を含む。吐出対象体と液滴吐出ヘッド(あるいは液滴吐出ヘッドのノズル部)とのギャップを変化させた後に当該ギャップを目標ギャップ値に収束させる整定区間を設けることで液滴吐出ヘッドの高さ位置を一定に保った状態で液滴吐出を行う。それにより、液滴吐出ヘッドを相対的に移動している状態であっても、液滴の着弾位置精度の向上、液滴の分離着弾・飛散の防止等を図ることが可能となる。   Further, the moving path of the moving program converges to a gap defined at the droplet discharge position and a change section in which the gap between the discharge target body and the droplet discharge head is changed before the droplet discharge position. Includes settling intervals. The height position of the droplet discharge head can be adjusted by providing a settling section that converges the gap to the target gap value after changing the gap between the discharge target and the droplet discharge head (or the nozzle portion of the droplet discharge head). Droplet discharge is performed in a constant state. As a result, even when the droplet discharge head is relatively moved, it is possible to improve the droplet landing position accuracy, prevent the droplet from separately landing and scattering, and the like.

好ましくは、各液滴吐出位置に定められたギャップは液滴の物性値情報に対応して設定される。物性値情報としては、例えば、液滴の表面張力、粘性、質量(液滴の大きさ)、液滴吐出速度等が挙げられる。   Preferably, the gap defined at each droplet discharge position is set corresponding to the physical property value information of the droplet. Examples of the physical property value information include surface tension, viscosity, mass (droplet size), droplet discharge speed, and the like of the droplet.

好ましくは、各液滴吐出位置に定められたギャップは環境条件(温度)に対応して設定される。環境条件としては、例えば、雰囲気温度、湿度、気圧、気流等が挙げられる。   Preferably, the gap defined at each droplet discharge position is set corresponding to the environmental condition (temperature). Examples of environmental conditions include atmospheric temperature, humidity, atmospheric pressure, airflow, and the like.

好ましくは、各液滴吐出位置に定められたギャップは0.01〜0.3mmである。印刷におけるインク吐出、プローブ基板作成における生体試料の吐出、電気回路の成膜材料(有機導電膜、有機絶縁膜、有機半導体膜、有機EL膜など)の吐出などに好適なギャップである。   Preferably, the gap defined at each droplet discharge position is 0.01 to 0.3 mm. This gap is suitable for ink ejection in printing, biological sample ejection in probe board preparation, and electrical circuit film-forming materials (organic conductive film, organic insulating film, organic semiconductor film, organic EL film, etc.).

本発明によれば、液滴吐出装置(液滴吐出ヘッド)を三次元的に移動するので(被)吐出対象体の表面に凹凸があっても正確なギャップを保って液滴を吐出することが可能となる。また、液滴吐出装置の高さ(ギャップ)を変更した後に高さを所定の高さに安定させる過程を経てから液滴を吐出するので、液滴吐出装置を移動しながら液滴の吐出を行っても所要の吐出精度を保つことが可能となる。   According to the present invention, since the droplet discharge device (droplet discharge head) is moved three-dimensionally, droplets can be discharged while maintaining an accurate gap even when the surface of the discharge target is uneven. Is possible. In addition, after changing the height (gap) of the droplet discharge device, the droplet is discharged after going through a process of stabilizing the height to a predetermined height, so that the droplet is discharged while moving the droplet discharge device. Even if the operation is performed, the required discharge accuracy can be maintained.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、液滴吐出装置と被吐出対象体とのギャップが不適切な場合の不具合について説明する。   First, a problem when the gap between the droplet discharge device and the discharge target is inappropriate is described.

図21は、液滴吐出ヘッドが停止している場合と、移動している場合とで液滴aの着弾位置(落下位置)が異なることを示している。液滴吐出ヘッドが基板に対して停止しているときは、吐出液滴aは直下に落下するが、液滴吐出ヘッドが基板に対して平行に移動しているときは、吐出液滴aに慣性力が作用して液滴は斜めに落下する。従って、ギャップが広いと液滴の着弾位置のずれが大きくなったり、着弾面積が増大する不具合が生じ得る。   FIG. 21 shows that the landing position (falling position) of the droplet a is different between when the droplet discharge head is stopped and when it is moving. When the droplet discharge head is stopped with respect to the substrate, the discharged droplet a falls directly below, but when the droplet discharge head is moving in parallel with the substrate, the droplet drops a. The inertial force acts and the droplet falls obliquely. Therefore, if the gap is wide, the deviation of the landing position of the liquid droplets may be increased, and the landing area may be increased.

図22(a)〜同(d)は、吐出された液滴が落下途中で複数の液滴に分離する様子を段階的に示している。ギャップが広いと吐出液滴aが落下途中で複数に分離し易くなる。分離した複数の液滴a1〜a3は複数の位置に着弾する。それにより、着弾位置のずれや飛散が生じ易くなる。特に、液滴吐出ヘッドを移動しながら液滴を吐出した場合にはこの傾向は増大する。   FIGS. 22 (a) to 22 (d) show in stages how the discharged droplets are separated into a plurality of droplets in the middle of dropping. When the gap is wide, the discharged droplets a are easily separated into a plurality during the fall. The plurality of separated droplets a1 to a3 land at a plurality of positions. As a result, deviation or scattering of the landing position is likely to occur. In particular, this tendency increases when droplets are ejected while moving the droplet ejection head.

図23は好適なギャップにおける液滴の吐出例を示している。ノズル内部から液が押し出され、液滴となって落下するときに液滴の下端が基板に触れるようなギャップが望ましい。このようなギャップは液滴の大きさや形(紡錘型)に関係する。吐出液滴の大きさや形を決定する要素としては、吐出液の物性値(例えば、表面張力、粘度、質量等)や環境条件(例えば、雰囲気の温度、気圧、空気流等)がある。吐出液には、インク溶液、DNAプローブ溶液、RNAプローブ溶液、タンパク質、配線膜液、半導体材料溶液、有機EL膜用溶液等がある。これらの吐出液の種類や温度等(物性値、環境条件)に対応して予め、好適なギャップ値がテーブル化されてメモリなどの記憶媒体にデータベースとして記憶される。   FIG. 23 shows an example of discharging droplets in a suitable gap. It is desirable that the gap be such that the lower end of the droplet touches the substrate when the liquid is pushed out from the inside of the nozzle and falls as a droplet. Such a gap is related to the size and shape of the droplet (spindle type). Factors that determine the size and shape of the ejected droplets include physical properties of the ejected liquid (eg, surface tension, viscosity, mass, etc.) and environmental conditions (eg, ambient temperature, atmospheric pressure, airflow, etc.). Examples of the discharge liquid include an ink solution, a DNA probe solution, an RNA probe solution, a protein, a wiring film solution, a semiconductor material solution, and an organic EL film solution. A suitable gap value is tabulated in advance and stored as a database in a storage medium such as a memory corresponding to the type, temperature, etc. (physical property value, environmental condition) of these discharged liquids.

上述したギャップが狭すぎる場合には、基板上に吐出済みの液滴と吐出ノズルとが接触する不具合が生じ得る。また、基板表面の突起部や基板の厚くなった部分に液滴吐出ヘッドが衝突したり、擦れる不具合が生じ得る。   When the gap described above is too narrow, there may be a problem that the liquid droplets already ejected on the substrate come into contact with the ejection nozzle. In addition, the droplet discharge head may collide with or rub against the protrusion on the substrate surface or the thickened portion of the substrate.

そこで、第1の形態では、基板表面の凹凸形状を予め記憶した上で液滴吐出ヘッド(のノズル先端部)が基板表面から適切なギャップ(距離)を保つように三次元的に経路設定を行う。更に、液滴吐出位置の手前でノズルの高さ位置を安定させる整定区間を設けることによって液滴吐出ヘッドを前後左右方向(XY方向)に相対的に移動させるのみならず、高さ方向(Z方向)にも移動させることによる高さ変動や振動を吐出位置の前で収束あるいは収斂させてから液体の吐出を行う。   Therefore, in the first embodiment, the concave / convex shape of the substrate surface is stored in advance, and the path is set three-dimensionally so that the droplet discharge head (nozzle tip) maintains an appropriate gap (distance) from the substrate surface. Do. Furthermore, by providing a settling section that stabilizes the nozzle height position before the droplet discharge position, the droplet discharge head is not only relatively moved in the front-rear and left-right directions (XY direction), but also in the height direction (Z The liquid is discharged after convergence or convergence of the height fluctuation and vibration caused by the movement in the direction) in front of the discharge position.

また、第2の形態では、液滴吐出ヘッドにリアルタイムで液滴吐出ヘッドと基板間のギャップ(距離)を検出する検出手段を備え、液滴吐出ヘッド全体を予めプログラムされた三次元経路に沿って移動しながら実際のギャップが予定されているギャップとなるようにフィードバック制御(サーボ調整)を行う。少なくとも上述した整定区間でフィードバック制御を行うことで、液滴吐出前に吐出ノズルの位置を所定のギャップ(距離)により確実に保つ。   In the second embodiment, the droplet discharge head is provided with detection means for detecting a gap (distance) between the droplet discharge head and the substrate in real time, and the entire droplet discharge head follows a pre-programmed three-dimensional path. The feedback control (servo adjustment) is performed so that the actual gap becomes the planned gap while moving. By performing feedback control at least in the settling interval described above, the position of the discharge nozzle is reliably maintained by a predetermined gap (distance) before droplet discharge.

図1は、液滴吐出を行う液滴吐出プロセス装置1を概略的に示している。液滴吐出プロセス装置1としては、具体的には、生体試料の吐出装置、インクジェット式印刷装置(プリンタ)、液滴吐出によるパターニング(成膜)装置等が該当する。   FIG. 1 schematically shows a droplet discharge process apparatus 1 that performs droplet discharge. Specific examples of the droplet discharge process apparatus 1 include a biological sample discharge apparatus, an ink jet printing apparatus (printer), and a patterning (film formation) apparatus by droplet discharge.

液滴吐出プロセス装置1は、大別して、吐出対象体となる基板500を載置して図示のXY方向(前後左右方向)又はXYZ方向(前後左右高さ方向)に移動するトレイ100、液滴を基板500に吐出する液滴吐出装置200、液滴吐出装置200をY方向(左右方向)に往復動させる往復移動機構300、後述の制御装置400(図2参照)によって構成されている。   The droplet discharge process apparatus 1 is roughly divided into a tray 100, a droplet that is placed on a substrate 500 to be discharged and moves in the XY direction (front-rear left-right direction) or XYZ direction (front-rear left-right height direction) shown in the figure. The droplet discharge device 200 discharges the droplet discharge device 200 onto the substrate 500, the reciprocation mechanism 300 that reciprocates the droplet discharge device 200 in the Y direction (left-right direction), and a control device 400 (see FIG. 2) described later.

トレイ100は、基板500を載置する載置台172、載置台172をX方向に移動するX方向移動機構110、載置台172をY方向に移動するY方向移動機構160、載置台172をZ方向に移動するZ方向移動機構170を備えている。X方向移動機構110は、載置台172のX方向へ移動を案内するガイドレール120及び130、載置台172のX方向の位置を検出する磁気スケール112及び位置センサ114を備えている。位置センサ150はノズル位置のX座標検出手段に対応する。X方向移動機構110は載置台172をX方向に駆動する図示しないリニアモータやネジ送り機構を備えており、後述の制御装置400によって制御される。Y方向移動機構160も、載置台172のY方向の位置を検出する磁気スケール162及び位置センサ161、載置台172をY方向に駆動する図示しないリニアモータやネジ送り機構等を備えており、制御装置400によって制御される。Z方向移動機構170はX方向移動機構110上に設けられ、載置面172をZ方向に移動するアクチュエータ174を備える。アクチュエータ174としては、例えば、電圧の印加によって伸張するピエゾアクチュエータを用いることが出来る。このアクチュエータ174を載置面172下に複数配置することによって基板500の水平調整やギャップ調整を行うことが可能である。   The tray 100 includes a mounting table 172 on which the substrate 500 is mounted, an X-direction moving mechanism 110 that moves the mounting table 172 in the X direction, a Y-direction moving mechanism 160 that moves the mounting table 172 in the Y direction, and a mounting table 172 that moves in the Z direction. A Z-direction moving mechanism 170 is provided. The X-direction moving mechanism 110 includes guide rails 120 and 130 that guide the movement of the mounting table 172 in the X direction, and a magnetic scale 112 and a position sensor 114 that detect the position of the mounting table 172 in the X direction. The position sensor 150 corresponds to the X coordinate detection means for the nozzle position. The X-direction moving mechanism 110 includes a linear motor and a screw feed mechanism (not shown) that drives the mounting table 172 in the X direction, and is controlled by a control device 400 described later. The Y-direction moving mechanism 160 also includes a magnetic scale 162 that detects the position of the mounting table 172 in the Y direction, a position sensor 161, a linear motor (not shown) that drives the mounting table 172 in the Y direction, a screw feed mechanism, and the like. Controlled by device 400. The Z-direction moving mechanism 170 is provided on the X-direction moving mechanism 110 and includes an actuator 174 that moves the placement surface 172 in the Z direction. As the actuator 174, for example, a piezoelectric actuator that expands by application of a voltage can be used. By arranging a plurality of the actuators 174 below the mounting surface 172, it is possible to perform horizontal adjustment and gap adjustment of the substrate 500.

トレイ100上にはギャップ調整が可能な液滴吐出装置200が配置される。液滴吐出装置200はガイドレール312及び314に沿ってY方向(左右方向)に左右方向に移動するキャリッジ211、キャリッジ211に載置され下端部に吐出ノズル222を備える液滴吐出ヘッド220、キャリッジ211に設けられて液滴吐出ヘッド220をZ方向の正逆に移動させるアクチュエータ(吐出ヘッド駆動機構)を含む。この実施例では電磁アクチュエータによって構成されている。電磁アクチュエータは、液滴吐出ヘッド220の外周に巻回して配置された駆動コイル224、駆動コイル224部分を内部空間に含むように配置された円筒磁石226、液滴吐出ヘッド220のZ方向の移動を案内する2つのガイドレール228、液滴吐出ヘッド220を移動可能に支持する弾性体230、液滴吐出ヘッド220のY方向における位置を検出する磁気スケール242及び位置センサ244、液滴吐出ヘッド220のZ方向における位置を検出する磁気スケール246及び位置センサ248を備えている。弾性体230はコイルバネ、板バネ、針金、ゴム、流体を用いたダンパなどによって構成することが可能であり、液滴吐出ヘッド220を移動可能に基準位置に吊り下げると共に液滴吐出ヘッド220の駆動の際の揺動(振動)を抑制する。   A droplet discharge device 200 capable of adjusting the gap is disposed on the tray 100. The droplet discharge device 200 includes a carriage 211 that moves in the left-right direction in the Y direction (left-right direction) along the guide rails 312 and 314, a droplet discharge head 220 that is mounted on the carriage 211 and includes a discharge nozzle 222 at the lower end, and the carriage 2 includes an actuator (discharge head driving mechanism) that is provided at 211 and moves the droplet discharge head 220 in the forward and reverse directions in the Z direction. In this embodiment, an electromagnetic actuator is used. The electromagnetic actuator includes a drive coil 224 that is wound around the outer periphery of the droplet discharge head 220, a cylindrical magnet 226 that is disposed so as to include the drive coil 224 portion in the internal space, and the movement of the droplet discharge head 220 in the Z direction. Two guide rails 228, an elastic body 230 that movably supports the droplet discharge head 220, a magnetic scale 242 and a position sensor 244 that detect the position of the droplet discharge head 220 in the Y direction, and the droplet discharge head 220. Are provided with a magnetic scale 246 and a position sensor 248 for detecting the position in the Z direction. The elastic body 230 can be constituted by a coil spring, a leaf spring, a wire, rubber, a damper using a fluid, etc., and the droplet discharge head 220 is suspended at a reference position so as to be movable and the droplet discharge head 220 is driven. The vibration (vibration) at the time of this is suppressed.

往復移動機構300は、前述したY方向に延在するガイドレール312及び314、ガイドレール312及び314の両端部にそれぞれ配置されたプーリ322及び324、両プーリ間を結合するタイミングベルト326、プーリ324を正逆に回転駆動するパルスモータ328、キャリッジ211をベルト326に結合する結合部330等によって構成される。   The reciprocating mechanism 300 includes guide rails 312 and 314 extending in the Y direction, pulleys 322 and 324 disposed at both ends of the guide rails 312 and 314, a timing belt 326 that couples the pulleys, and a pulley 324, respectively. Are configured by a pulse motor 328 that rotates in a forward and reverse direction, a coupling unit 330 that couples the carriage 211 to the belt 326, and the like.

このような構成によって、トレイ100に載置された基板500の位置調整、位置移動が行われる。また、液滴吐出ヘッド220のY方向のみならず、Z方向における移動が可能となる。、
図2は、上述した液滴吐出プロセス装置1の制御装置400を説明するブロック図である。同図において、CCDカメラ410はトレイ100に載置された基板500の様子を上方から観察してその画像を制御部430に送る。後述するように基板位置(マーカ)の判別や基板番号の識別、吐出領域判別などのパターン認識等に使用される。ノズル位置検出手段411、412及び413は液滴吐出ヘッドのノズル222のX、Y、Z方向における各座標位置を検出する。例えば、位置検出器114はノズル位置検出手段411に対応する。位置検出器161及び244はノズル位置検出手段412に対応する。図示しないZ方向移動機構170内の位置検出器及び位置検出器248ノズル位置検出手段413に対応する。
With such a configuration, position adjustment and position movement of the substrate 500 placed on the tray 100 are performed. Further, the droplet discharge head 220 can be moved not only in the Y direction but also in the Z direction. ,
FIG. 2 is a block diagram illustrating the control device 400 of the droplet discharge process apparatus 1 described above. In the figure, the CCD camera 410 observes the state of the substrate 500 placed on the tray 100 from above and sends the image to the control unit 430. As will be described later, it is used for pattern recognition such as determination of a substrate position (marker), identification of a substrate number, and determination of a discharge area. Nozzle position detection means 411, 412 and 413 detect the coordinate positions of the nozzle 222 of the droplet discharge head in the X, Y and Z directions. For example, the position detector 114 corresponds to the nozzle position detection unit 411. The position detectors 161 and 244 correspond to the nozzle position detecting means 412. This corresponds to a position detector in the Z-direction moving mechanism 170 (not shown) and a position detector 248 nozzle position detecting means 413.

凹凸検出装置414は、吐出対象の基板500表面の凹凸を予め測定する装置である。例えば、図3に示す光学的距離検出装置のようにレーザ装置414aから出力された光ビームが基板500で反射した光をCCDセンサ414bで検出する構成によってギャップを測定することが出来る。ギャップの大小によって光ビームのCCDセンサ414bへの戻り位置が異なるので検出位置によってギャップ(距離)を検出することが出来る。   The unevenness detection device 414 is a device that measures in advance the unevenness on the surface of the substrate 500 to be ejected. For example, the gap can be measured by a configuration in which the light beam output from the laser device 414a is reflected by the substrate 500 and detected by the CCD sensor 414b as in the optical distance detection device shown in FIG. Since the return position of the light beam to the CCD sensor 414b varies depending on the size of the gap, the gap (distance) can be detected based on the detection position.

また、図4に示す機械−電気変換器のように基板500の表面の凹凸によって上下動する金属棒をコイル内に入れることによってコイル部のインピーダンス変化を検出し、ギャップを検出することが可能である。   In addition, it is possible to detect a change in the impedance of the coil portion and detect a gap by inserting a metal rod that moves up and down by the unevenness of the surface of the substrate 500 as in the mechanical-electrical converter shown in FIG. is there.

このような凹凸検出装置414を後述のように基板500上に設定された液滴吐出経路に沿って移動して当該経路における基板500表面の凹凸(高さ)を測定する。   Such an unevenness detecting device 414 is moved along a droplet discharge path set on the substrate 500 as described later, and the unevenness (height) of the surface of the substrate 500 in the path is measured.

入力・操作装置415は制御部430への動作の指令やデータの入力、情報の表示などを行う。   The input / operation device 415 inputs an operation command and data to the control unit 430 and displays information.

制御部430は制御コンピュータシステムによって構成されており、入力操作装置415から動作の指令を受けると対応する制御プログラムを実行する。制御プログラムには後述の基板表面の凹凸測定プログラムやX・Y・Zの移動機構の制御プログラム、液滴吐出ヘッドの制御プログラム、各種制御データなどが含まれる。これらの制御プログラムやデータはメモリやハードディスク等からなるデータベース保持手段431に保持されている。   The control unit 430 is configured by a control computer system, and executes a corresponding control program when receiving an operation command from the input operation device 415. The control program includes a substrate surface unevenness measurement program, an X / Y / Z moving mechanism control program, a droplet discharge head control program, various control data, and the like which will be described later. These control programs and data are held in database holding means 431 including a memory, a hard disk, and the like.

制御部430はX軸駆動装置451、Y軸駆動装置452及びZ軸駆動装置453を制御して液滴吐出ヘッドを予め用意された三次元マップ(座標)に従って移動させる。ここで、X軸駆動装置451はX軸駆動機構110に対応する。Y軸駆動装置452はY軸駆動機構160及びパルスモータ328に対応する。また、Z軸駆動装置453は載置台(テーブル高さ)172を駆動するアクチュエータ174及び液滴吐出ヘッド220のアクチュエータコイル224が対応する。   The control unit 430 controls the X-axis driving device 451, the Y-axis driving device 452, and the Z-axis driving device 453 to move the droplet discharge head according to a three-dimensional map (coordinates) prepared in advance. Here, the X-axis drive device 451 corresponds to the X-axis drive mechanism 110. The Y-axis drive device 452 corresponds to the Y-axis drive mechanism 160 and the pulse motor 328. The Z-axis driving device 453 corresponds to the actuator 174 that drives the mounting table (table height) 172 and the actuator coil 224 of the droplet discharge head 220.

また、制御部430は吐出ヘッドが三次元経路を移動して吐出位置に至ると吐出ヘッド駆動装置454を動作させて液滴を吐出させる。吐出ヘッド駆動装置454は、例えば、静電力によって加圧板を駆動して液滴に吐出圧力を付与する静電アクチュエータや、圧電体によって加圧板を駆動して液滴に吐出圧力を付与する圧電(ピエゾ)アクチュエータが用いられる。   Further, the control unit 430 operates the ejection head driving device 454 to eject droplets when the ejection head moves along the three-dimensional path and reaches the ejection position. The ejection head driving device 454 is, for example, an electrostatic actuator that applies a discharge pressure to a droplet by driving a pressure plate by an electrostatic force, or a piezoelectric device that drives a pressure plate by a piezoelectric body to apply a discharge pressure to the droplet ( Piezo) actuators are used.

図5は基板500の表面の凹凸の測定経路及び液滴吐出の経路を説明する説明図である。図5(a)は基板500を上方から見た平面図であり、図5(b)及び同図(c)は同図(a)のA−A’方向における断面を示している。なお、図5(b)では液滴吐出領域を基板の凸部に、同図(c)では液滴吐出領域を基板の凹部に設定した例を示している。   FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a measurement path for unevenness on the surface of the substrate 500 and a path for discharging droplets. FIG. 5A is a plan view of the substrate 500 as viewed from above, and FIG. 5B and FIG. 5C show a cross section in the A-A ′ direction of FIG. FIG. 5B shows an example in which the droplet discharge region is set as a convex portion of the substrate, and FIG. 5C shows an example where the droplet discharge region is set as a concave portion of the substrate.

図5(a)に示すように、基板500上には位置決め用のマーカ510及び512が設けられている。データベース431を参照することにより、これらマーカ510及び512から基板上の吐出領域520を含む各パターンの位置が判る。なお、カメラによって基板500上のパターンを観察し、各液滴吐出領域520の位置及び範囲を判別するようにしても良い。そして、制御部430は凹凸検出器414を基板500上に設定(想定)されるXY座標系の経路r(x,y)に沿って移動して基板表面の凹凸(高さ)を測定する。それにより、基板500表面から適正な高さ位置を保ったXYZ座標系の三次元経路R(x,y,z)のデータを形成する。この経路R(x,y,z)のデータによって液滴吐出ヘッド220(のノズル222)の基板500上の移動及び位置制御を行うことによって、基板500表面の凹凸や吐出済みの液滴との接触を回避し、所定の吐出領域(吐出位置)で適切なギャップを保った液滴吐出を行うことが可能となる。それにより、各液滴吐出領域520内に予定した形状の吐出スポット250を形成することが可能となる。   As shown in FIG. 5A, positioning markers 510 and 512 are provided on the substrate 500. By referring to the database 431, the position of each pattern including the ejection region 520 on the substrate can be determined from these markers 510 and 512. Note that the pattern on the substrate 500 may be observed with a camera to determine the position and range of each droplet discharge region 520. Then, the controller 430 moves the unevenness detector 414 along a path r (x, y) of the XY coordinate system set (assumed) on the substrate 500 to measure the unevenness (height) on the substrate surface. Thereby, data of the three-dimensional path R (x, y, z) of the XYZ coordinate system maintaining an appropriate height position from the surface of the substrate 500 is formed. By moving and controlling the position of the droplet discharge head 220 (nozzle 222) on the substrate 500 based on the data of the path R (x, y, z), the unevenness of the surface of the substrate 500 and the discharged droplets can be detected. It is possible to avoid contact and perform droplet discharge while maintaining an appropriate gap in a predetermined discharge region (discharge position). As a result, it is possible to form a discharge spot 250 having a predetermined shape in each droplet discharge region 520.

図6は他の測定経路及び液滴吐出経路の設定例を示している。同図において図5と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。   FIG. 6 shows another setting example of the measurement path and the droplet discharge path. In the figure, parts corresponding to those in FIG.

図5に示した例では、基板500上をいわゆる順次走査(ラスタスキャン)することによって複数の液滴吐出領域520を通過する経路を形成しているが、この例ではいわゆるベクタスキャンによって吐出が必要な液滴吐出領域520間を移動している。   In the example shown in FIG. 5, a path that passes through a plurality of droplet ejection regions 520 is formed by so-called sequential scanning (raster scanning) on the substrate 500. In this example, ejection is necessary by so-called vector scanning. Between the liquid droplet ejection regions 520.

このように、基板500上に設定される測定経路及び液滴吐出経路は特定の順序のものに限定されず、所要の経路を設定することが出来る。   Thus, the measurement path and the droplet discharge path set on the substrate 500 are not limited to a specific order, and a required path can be set.

図7乃至図10は、基板500上に設定された液滴吐出経路R(x,y,z)の複数の例をXZ平面あるいはYZ平面(高さZ方向の断面)の成分にて示している。図示の各例の液滴吐出経路は液滴吐出位置の手前で液滴吐出ノズルの高さを変える変化区間及び液滴吐出ノズルを液滴吐出位置の高さ位置に収束(あるいは収斂)させる整定区間を含んでいる。なお、図7乃至図10の対応する部分には同一符号を付している。   7 to 10 show a plurality of examples of the droplet discharge paths R (x, y, z) set on the substrate 500 by components in the XZ plane or the YZ plane (the cross section in the height Z direction). Yes. The droplet discharge path of each example shown in the figure is a change section that changes the height of the droplet discharge nozzle before the droplet discharge position and a setting that converges (or converges) the droplet discharge nozzle to the height position of the droplet discharge position. Includes sections. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the corresponding part of FIG. 7 thru | or FIG.

まず、図7に示した例では、基板500の表面に高さの等しい複数の凸部領域が液滴吐出領域520として形成されている。この基板上に設定された液滴吐出経路530は、液滴吐出ヘッド220を所定高さ位置(例えば、初期位置)から目標の高さh1に変える変化区間HCを経て液滴吐出ヘッド220の高さ位置を目標高さh1に安定させる整定区間CNを含んでいる。変化区間及び整定区間を液滴吐出位置P1の手前に設定することで基板500の吐出領域520の凸部と液滴吐出ヘッド220のノズル222部とのギャップを適正な値に保つ。なお、基板500の水平は既述したピエゾアクチュエータ174の調整によって確保することが出来る。   First, in the example shown in FIG. 7, a plurality of convex regions having the same height are formed as droplet ejection regions 520 on the surface of the substrate 500. The droplet discharge path 530 set on the substrate passes through a change section HC that changes the droplet discharge head 220 from a predetermined height position (for example, an initial position) to a target height h1. It includes a settling section CN that stabilizes the position at the target height h1. By setting the change interval and the settling interval before the droplet discharge position P1, the gap between the convex portion of the discharge region 520 of the substrate 500 and the nozzle 222 portion of the droplet discharge head 220 is maintained at an appropriate value. The level of the substrate 500 can be secured by adjusting the piezoelectric actuator 174 described above.

図8に示した例では、液滴吐出位置P1及びP2の高さ位置が異なっている。このため、液滴吐出経路530は、液滴吐出位置P1の手前で変化区間HC及び整定区間CNを経て液滴吐出ヘッド220の高さを高さh1に設定し、液滴吐出位置P2の手前で変化区間HC及び整定区間CNを経て液滴吐出ヘッド220の高さを高さh2に設定する。このように吐出位置の高さが変化する場合には変化区間HCの後に整定区間CNを入れることによって液滴吐出ヘッドの高さ変化による微小な揺らぎが収まるようにし、その後吐出位置に移動する。   In the example shown in FIG. 8, the height positions of the droplet discharge positions P1 and P2 are different. Therefore, the droplet discharge path 530 sets the height of the droplet discharge head 220 to the height h1 through the changing section HC and the settling section CN before the droplet discharge position P1, and before the droplet discharge position P2. Then, the height of the droplet discharge head 220 is set to the height h2 through the change interval HC and the settling interval CN. In this way, when the height of the discharge position changes, the settling section CN is inserted after the change section HC so that the minute fluctuation due to the height change of the droplet discharge head is settled, and then the movement to the discharge position.

図9及び図10は、基板500の凹部に液滴吐出領域520を設定している。図9の例では各液滴吐出領域520の高さ位置は同じであるが、図10の例では各液滴吐出領域520の高さ位置は異なっている。凹部において所定のギャップ値を保つために、経路530は液滴吐出ヘッド220を基板500表面の凹凸に沿って移動させ、各液滴吐出位置P1、P2、…の手前で変化区間HC及び整定区間CNを経て液滴吐出ヘッド220の高さを所要の高さに安定に設定するものとなっている。   9 and 10, the droplet discharge region 520 is set in the concave portion of the substrate 500. In the example of FIG. 9, the height position of each droplet discharge region 520 is the same, but in the example of FIG. 10, the height position of each droplet discharge region 520 is different. In order to maintain a predetermined gap value in the concave portion, the path 530 moves the droplet discharge head 220 along the unevenness of the surface of the substrate 500, and the change interval HC and the settling interval before each droplet discharge position P1, P2,. Through CN, the height of the droplet discharge head 220 is stably set to a required height.

次に、図11乃至図13を参照して液滴吐出プロセス装置の動作例について説明する。図11は、上述した吐出対象体である基板表面の凹凸(あるいは高さ)を測定する測定モードを説明するフローチャートである。図12は測定した基板表面の凹凸データに基づく液滴吐出ヘッドの三次元経路の形成を説明するフローチャートである。図13は基板に設定された三次元経路に沿って液滴吐出ヘッドを移動する例を説明するフローチャートである。   Next, an example of operation of the droplet discharge process apparatus will be described with reference to FIGS. FIG. 11 is a flowchart for explaining a measurement mode for measuring the unevenness (or height) of the substrate surface, which is the above-described ejection target. FIG. 12 is a flowchart for explaining the formation of the three-dimensional path of the droplet discharge head based on the measured unevenness data of the substrate surface. FIG. 13 is a flowchart for explaining an example of moving the droplet discharge head along a three-dimensional path set on the substrate.

まず、トレイ100に基板500が載置され、オペレータによって入力操作装置415から凹凸測定モードの実行が制御部430に指令される(S10)。制御部430はCCDカメラ410で基板500を観察し、基板500のマーカ510及び512の位置が基準位置に位置するように、トレイ100のX方向移動機構110、Y方向移動機構160、Z方向移動機構170を制御する(S12)。次に、既述した図5に示されるように、入力操作装置415の画面に示される基板500の画像上でオペレータが入力操作によって走査位置を順次指示することにより、あるいは制御部430による観察画像のパターン認識によって必要な液滴吐出エリア520を判別し、各液滴吐出エリア520を走査する経路530を基板500上に決定すること等によって吐出経路530を決定する(S14)。この決定された一連のXY座標値群で表される吐出経路530に沿って凹凸検出装置414(図3参照)を移動し、経路の基板表面の凹凸(高さ)を測定する。測定した基板の番号とその走査経路を示す基板識別番号IDとで読み出し可能にして、走査経路を表す一連のXY座標値に対する高さ値Zのデータ群を記憶装置に保存する(S18)。その後、制御部430は待機状態に戻る(S20)。   First, the substrate 500 is placed on the tray 100, and the operator instructs the controller 430 to execute the unevenness measurement mode from the input operation device 415 (S10). The control unit 430 observes the substrate 500 with the CCD camera 410 and moves the X direction moving mechanism 110, the Y direction moving mechanism 160, and the Z direction movement of the tray 100 so that the positions of the markers 510 and 512 on the substrate 500 are positioned at the reference position. The mechanism 170 is controlled (S12). Next, as shown in FIG. 5 described above, when the operator sequentially indicates the scanning position by the input operation on the image of the substrate 500 shown on the screen of the input operation device 415, or the observation image by the control unit 430 The required droplet discharge area 520 is discriminated by the pattern recognition, and the discharge path 530 is determined by determining the path 530 for scanning each droplet discharge area 520 on the substrate 500 (S14). The unevenness detector 414 (see FIG. 3) is moved along the discharge path 530 represented by the determined series of XY coordinate values, and the unevenness (height) of the substrate surface in the path is measured. Reading is possible with the measured substrate number and the substrate identification number ID indicating the scanning path, and a data group of height values Z for a series of XY coordinate values representing the scanning path is stored in the storage device (S18). Thereafter, the control unit 430 returns to the standby state (S20).

なお、基板500表面の実測に変えてCADなどの基板形状の設計情報を使用することも可能である。   It is also possible to use board shape design information such as CAD instead of actual measurement of the surface of the substrate 500.

図12に示すように、オペレータの指示により、あるいは上記凹凸測定モードに引き続いて制御部430は三次元経路設定モードを実行して液滴吐出ヘッドの三次元的な移動経路を形成する(S30)。   As shown in FIG. 12, the control unit 430 executes a three-dimensional path setting mode in accordance with an operator instruction or following the unevenness measurement mode to form a three-dimensional movement path of the droplet discharge head (S30). .

すなわち、オペレータの入力装置415の入力操作によって、あるいはCCDカメラやバーコードリーダなどによる基板番号の読み取りによって対象となる基板識別番号IDに対応する経路データを記憶装置から読み出す(S32)。例えば、入力・操作装置415の画面に基板と経路とを重ね合わせて表示し、この画面上でオペレータの指示にて吐出位置を設定する。あるいは制御部430がパターン認識した吐出領域520の中央部を吐出位置と設定する。この吐出位置(あるいは吐出領域)における適正ギャップ値を吐出液体の物性値情報、温度等の既述環境条件に応じて設定する。液滴吐出位置の三次元位置データには液滴吐出フラグが設定される。(S34)。   That is, the route data corresponding to the target substrate identification number ID is read from the storage device by the operator's input operation of the input device 415 or by reading the substrate number with a CCD camera or a barcode reader (S32). For example, the substrate and the route are displayed in a superimposed manner on the screen of the input / operation device 415, and the discharge position is set on the screen by an operator's instruction. Alternatively, the central portion of the discharge region 520 recognized by the control unit 430 is set as the discharge position. An appropriate gap value at this discharge position (or discharge region) is set according to the above-described environmental conditions such as physical property value information and temperature of the discharge liquid. A droplet discharge flag is set in the three-dimensional position data of the droplet discharge position. (S34).

次に、経路の高さルートを設定する。図7乃至図10に示したように、初期位置から吐出ヘッドのノズル部の移動経路の高さ位置を二次元の経路(XY座標系)上に基板表面の凹凸データを参照して形成する。また、液滴吐出位置の手前に収束時間あるいは収束距離を考慮して高さ変化区間HC及び整定区間CNを設定する。液滴吐出位置あるいは液滴吐出領域では上述した適正ギャップとなるように吐出ヘッドのノズル部の移動経路の高さ位置を設定する。変化区間HCの位置データには変化区間フラグが設定される。整定区間の位置データには整定区間フラグが設定される(S38)。   Next, the route height route is set. As shown in FIGS. 7 to 10, the height position of the movement path of the nozzle portion of the ejection head from the initial position is formed on a two-dimensional path (XY coordinate system) with reference to the unevenness data on the substrate surface. Further, the height change section HC and the settling section CN are set in consideration of the convergence time or the convergence distance before the droplet discharge position. The height position of the movement path of the nozzle portion of the ejection head is set so that the above-described appropriate gap is obtained at the droplet ejection position or the droplet ejection area. A change section flag is set in the position data of the change section HC. A settling section flag is set in the position data of the settling section (S38).

このようにして設定された各地点の液滴吐出ヘッドの移動経路を連結して一群の三次元の座標データとして表現された吐出ヘッドの移動経路を作成する(S40)。この移動経路の座標データを読み出し可能とするために、基板番号等で移動経路データの対応付けを行って記憶部に保存する(S40)。その後、制御部は待機状態に戻る(S42)。このような、三次元の経路データを複数の基板について予め形成し、データベースとして読み出し可能にデータベース保持手段(記憶装置)431に保持する。   By connecting the movement paths of the droplet discharge heads at the respective points set in this way, a movement path of the discharge heads expressed as a group of three-dimensional coordinate data is created (S40). In order to be able to read the coordinate data of the movement route, the movement route data is associated with the board number or the like and stored in the storage unit (S40). Thereafter, the control unit returns to the standby state (S42). Such three-dimensional route data is formed in advance for a plurality of substrates, and is held in database holding means (storage device) 431 so as to be readable as a database.

図13は、制御部430が液滴吐出ヘッド220を制御して被吐出基板500上を三次元的に移動させる三次元移動モードを説明するフローチャートである。   FIG. 13 is a flowchart for explaining a three-dimensional movement mode in which the control unit 430 controls the droplet discharge head 220 to move three-dimensionally on the target substrate 500.

制御部430は、トレイ100に基板500が載置され、三次元液滴吐出モードの実行が入力・走査装置415から指令されると、三次元液滴吐出モードの実行を開始する(S50)。   When the substrate 500 is placed on the tray 100 and the execution of the 3D droplet discharge mode is instructed from the input / scanning device 415, the control unit 430 starts the execution of the 3D droplet discharge mode (S50).

まず、制御部430はトレイ100に載置された基板500のマーカ510及び512を参照して基板500の初期位置合せを行う。初期位置合せは基板のマーカ510及び512が装置1のXY座標系の所定位置に位置し、また、基板の(例えば、マーカ510及び512の)高さが所定位置となるようにトレイ100のXYZ座標系が調整される(S52)。   First, the controller 430 performs initial alignment of the substrate 500 with reference to the markers 510 and 512 of the substrate 500 placed on the tray 100. The initial alignment is such that the substrate markers 510 and 512 are positioned at predetermined positions in the XY coordinate system of the apparatus 1 and that the height of the substrate (for example, the markers 510 and 512) is at the predetermined position. The coordinate system is adjusted (S52).

次に、基板500に付された基板番号・対応経路データ番号をCCDカメラで読取り、あるいはオペレータによる入力・操作装置415からの基板番号・対応経路データ番号の入力を読取って、データベース保持手段431から該当する三次元経路データを読み出す(S54)。制御部430はこの三次元経路データから経路の初期位置p0(X0,Y0,Z0)を読み出して(S56)、トレイ100のX方向移動機構110、Y方向移動機構160、Z方向移動機構170の初期位置を設定する。また、往復移動機構300及び電磁アクチュエータ(224,226)を制御してこれ等の初期位置を設定する(S58)。ここで、X方向移動機構110はX座標系駆動手段に対応する。Y方向移動機構170及び往復移動機構300はY座標系駆動手段に対応する。Z方向移動機構170及び電磁アクチュエータ(224,226)はZ座標系駆動手段に対応する。   Next, the substrate number / corresponding path data number assigned to the substrate 500 is read by the CCD camera, or the input of the substrate number / corresponding path data number from the input / operation device 415 by the operator is read from the database holding means 431. The corresponding three-dimensional route data is read (S54). The control unit 430 reads the initial position p0 (X0, Y0, Z0) of the path from the three-dimensional path data (S56), and the X direction moving mechanism 110, the Y direction moving mechanism 160, and the Z direction moving mechanism 170 of the tray 100 are read. Set the initial position. Further, the reciprocating mechanism 300 and the electromagnetic actuators (224, 226) are controlled to set their initial positions (S58). Here, the X-direction moving mechanism 110 corresponds to an X coordinate system driving unit. The Y-direction moving mechanism 170 and the reciprocating mechanism 300 correspond to a Y coordinate system driving unit. The Z direction moving mechanism 170 and the electromagnetic actuators (224, 226) correspond to the Z coordinate system driving means.

次に、三次元経路に沿って初期位置の次の位置のデータp1(X1,Y1,Z1)を読み出し、液滴吐出ヘッド220(のノズル222の位置)を三元位置p1(X1,Y1,Z1)に歩進させる(S60)。これは、位置p1の座標データのp1(X1,Y1,Z1)のX方向位置X1をX座標系駆動手段に設定し(S60)、p1(X1,Y1,Z1)のY方向位置Y1をY座標系駆動手段に設定し(S60)、p1(X1,Y1,Z1)のZ方向位置Z1をZ座標系駆動手段に設定する(S66)ことで行われる。なお、図5に示すように、液滴吐出ヘッド220の三次元経路がY座標軸と平行な往復走査を行うものである場合には、同一行については往復移動機構300によって液滴吐出ヘッドのX方向の位置設定(移動)を行うことができる。また、トレイ100の初期高さZ0(Z方向位置)をZ方向移動機構170で設定した後は、電磁アクチュエータによって液滴吐出ヘッド220のZ方向における位置変化分を設定することが出来る。   Next, data p1 (X1, Y1, Z1) of the position next to the initial position along the three-dimensional path is read, and the droplet discharge head 220 (position of the nozzle 222) is moved to the three-way position p1 (X1, Y1,. Z1) is advanced (S60). This is because the X direction position X1 of the coordinate data p1 (X1, Y1, Z1) of the position p1 is set in the X coordinate system driving means (S60), and the Y direction position Y1 of p1 (X1, Y1, Z1) is set to Y. The coordinate system driving means is set (S60), and the Z-direction position Z1 of p1 (X1, Y1, Z1) is set in the Z coordinate system driving means (S66). As shown in FIG. 5, when the three-dimensional path of the droplet discharge head 220 performs reciprocal scanning parallel to the Y coordinate axis, the reciprocating mechanism 300 performs the X of the droplet discharge head for the same row. Direction setting (movement) can be performed. Further, after the initial height Z0 (Z-direction position) of the tray 100 is set by the Z-direction moving mechanism 170, the position change in the Z direction of the droplet discharge head 220 can be set by the electromagnetic actuator.

制御部430は液滴吐出ヘッド220の歩進位置が吐出位置かどうか液滴吐出フラグが設定されているかどうかによってを判別する(S68)。液滴吐出ヘッド220が液滴吐出位置に存在する場合には(S68;YES)、制御部430は吐出ヘッドの駆動装置に駆動信号を送出して液滴を吐出させる(S70)。液滴吐出ヘッド220が液滴吐出位置に存在しない場合には(S68;YES)、最終の経路位置Peかどうかを判別する(S72)。例えば、図5に示す位置p1、p2では液滴吐出フラグは設定されていないので、液滴の吐出は行わない。位置p3ではでは液滴吐出フラグが設定されているので、液滴の吐出を行う。   The control unit 430 determines whether or not the step position of the droplet discharge head 220 is the discharge position and whether or not the droplet discharge flag is set (S68). When the droplet discharge head 220 is present at the droplet discharge position (S68; YES), the control unit 430 sends a drive signal to the discharge head driving device to discharge the droplet (S70). If the droplet discharge head 220 does not exist at the droplet discharge position (S68; YES), it is determined whether or not it is the final path position Pe (S72). For example, since the droplet discharge flag is not set at the positions p1 and p2 shown in FIG. 5, no droplet is discharged. At position p3, since the droplet discharge flag is set, droplets are discharged.

まだ、最終位置peに至らない場合には(S72:NO)、ステップ60に戻って次の経路位置データを読取って液滴吐出ヘッド220(あるいは吐出ノズル222)を次の位置に移動させる。これを繰り返す(S60〜S72)ことによって液滴吐出ヘッド220が基板500の表面上に想定された三次元経路に沿って移動する。   If the final position pe has not yet been reached (S72: NO), the process returns to step 60 to read the next path position data and move the droplet discharge head 220 (or discharge nozzle 222) to the next position. By repeating this (S60 to S72), the droplet discharge head 220 moves along the assumed three-dimensional path on the surface of the substrate 500.

液滴吐出ヘッド220が最終位置peに到達した場合には、液滴吐出ヘッド220を所定位置、例えば、液滴吐出ヘッドのノズル乾き防止する機構の存在する収納位置や走査の初期位置に戻す(S74)。液滴の吐出処理が終了した基板500はオペレータにより、あるいはロボットアーム(搬送)機構によって次のステージに送られる。制御部430は本モードを終えると次の指令を待機する(S76)。   When the droplet discharge head 220 reaches the final position pe, the droplet discharge head 220 is returned to a predetermined position, for example, a storage position where a mechanism for preventing nozzle drying of the droplet discharge head is present or an initial scanning position ( S74). The substrate 500 after the droplet discharge process is completed is sent to the next stage by an operator or by a robot arm (conveyance) mechanism. Control unit 430 waits for the next command after finishing this mode (S76).

このように、基板表面の凹凸を考慮して三次元に吐出ヘッドの移動経路を設定することで基板との所定のギャップを保って液滴の吐出を行うことが可能となる。また、三次元移動経路中に高さ変化区間HC及び整定区間CNを液滴吐出地点の手前に設けたことによって上下(高さ)移動による液滴吐出ヘッドの振動的状態のまま液滴吐出位置に移動することが回避可能となる。   In this way, by setting the movement path of the ejection head in three dimensions in consideration of the unevenness of the substrate surface, it is possible to eject droplets while maintaining a predetermined gap with the substrate. In addition, by providing the height change section HC and the settling section CN in front of the droplet discharge point in the three-dimensional movement path, the droplet discharge position remains in the vibration state of the droplet discharge head due to vertical (height) movement. It is possible to avoid moving to.

第2の実施例について図14乃至図18を参照して説明する。この実施例は液滴吐出ヘッドにギャップ検出装置を備え、所定のギャップが維持されるようにサーボ制御を行うことを特徴とする。   A second embodiment will be described with reference to FIGS. This embodiment is characterized in that a droplet detection head is provided with a gap detection device, and servo control is performed so that a predetermined gap is maintained.

図14は、第2の実施例における液滴吐出装置200の構成を説明する説明図であり、同図に図1と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。   FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining the configuration of a droplet discharge device 200 in the second embodiment. In FIG. 14, parts corresponding to those in FIG.

液滴吐出装置200は吐出ヘッド220の下端部に液滴吐出ノズル222を跨ぐようにしてギャップ検出装置601を備えている。ギャップ検出装置601はレーザビームを発生するレーザ装置601aとCCDセンサ受光素子601bによって構成される。ギャップ検出は基板500で反射したレーザ光のCCDセンサ601bへの入射位置が吐出ヘッド220と基板500とのギャップに対応して決まることを利用している(図3参照)。他の構成は図1と同様である。   The droplet discharge device 200 includes a gap detection device 601 at the lower end of the discharge head 220 so as to straddle the droplet discharge nozzle 222. The gap detection device 601 includes a laser device 601a that generates a laser beam and a CCD sensor light receiving element 601b. The gap detection utilizes the fact that the incident position of the laser light reflected by the substrate 500 to the CCD sensor 601b is determined corresponding to the gap between the ejection head 220 and the substrate 500 (see FIG. 3). Other configurations are the same as those in FIG.

図15は、ギャップのサーボ制御回路を示している。CCDセンサ601bの反射光の入射位置はレベル出力に変換されてノズルギャップ検出装置601から比較器(差動増幅器)603に入力される。このギャップ値と予め現在の走行位置(あいるは走査領域)に定められている目標ギャップ値602とが比較器603で比較され、両者の差分(正又は負の値)であるギャップの誤差分が差信号として出力される。この差信号はノイズ成分を除去するLPF(ローパスフィルタ)604、サーボループを開放するサーボスイッチ回路605を経て瞬時値を保持可能なサンプルホールド回路607に入力される。サンプルホールド回路607は上記差信号を加算器610の一方の入力端に入力すると共に、スイッチ回路605が開放するときその直前の差信号の瞬時値を保持して加算器610に供給する。加算器610の他方の入力端にはバイアス設定回路608から三次元経路の一連のZ座標(高さ)値(予定経路のZ成分出力)が供給される。スイッチ回路605はスイッチング信号(SW信号)によって動作する。   FIG. 15 shows a gap servo control circuit. The incident position of the reflected light of the CCD sensor 601b is converted into a level output and input from the nozzle gap detection device 601 to the comparator (differential amplifier) 603. This gap value is compared with a target gap value 602 set in advance at the current travel position (or scanning region) by a comparator 603, and a gap error that is the difference (positive or negative value) between the two is compared. Is output as a difference signal. This difference signal is input to a sample hold circuit 607 that can hold an instantaneous value via an LPF (low pass filter) 604 that removes a noise component and a servo switch circuit 605 that opens a servo loop. The sample hold circuit 607 inputs the difference signal to one input terminal of the adder 610, and holds the instantaneous value of the immediately preceding difference signal when the switch circuit 605 opens, and supplies it to the adder 610. The other input terminal of the adder 610 is supplied with a series of Z coordinate (height) values of the three-dimensional path (Z component output of the planned path) from the bias setting circuit 608. The switch circuit 605 operates by a switching signal (SW signal).

加算器610はスイッチング信号がオフでサーボ回路が機能していないときは、バイアス設定回路608から出力される既定の移動経路のZ座標に対応して設定された出力をLPF610を介してアクチュエータ224を駆動する駆動回路612に供給する。それにより、予めプログラムされたZ座標値に液滴吐出ヘッドの高さ位置が設定される。   When the switching signal is OFF and the servo circuit is not functioning, the adder 610 outputs the actuator 224 via the LPF 610 and outputs the output set corresponding to the Z coordinate of the predetermined movement path output from the bias setting circuit 608. This is supplied to a driving circuit 612 to be driven. Thereby, the height position of the droplet discharge head is set to a pre-programmed Z coordinate value.

また、加算器610はスイッチング信号がオンでサーボ回路が機能しているときは、実際のギャップ値と目標値との差信号(誤差信号)をZ座標値に重畳してアクチュエータ224を駆動する駆動回路(パワー増幅器)612に供給する。それにより、差信成分が0となる方向にアクチュエータ224が駆動される。その結果、液滴吐出ヘッド220(あいるは液滴吐出ノズル222)の高さ位置が目標として設定されたギャップ値に強制的に引き込まれる。従って、液滴吐出ヘッド220をY方向に移動するときには既定の経路出力(プログラム化された出力)によって該ヘッドのZ方向の高さ位置を連続的に設定し、液滴吐出領域あるいは液滴吐出位置の手前でサーボ回路を活性化して当該吐出位置に定められた所定のギャップに正確に設定することが可能となる。   The adder 610 drives the actuator 224 by superimposing a difference signal (error signal) between the actual gap value and the target value on the Z coordinate value when the switching signal is on and the servo circuit is functioning. A circuit (power amplifier) 612 is supplied. Thereby, the actuator 224 is driven in a direction in which the differential component becomes zero. As a result, the height position of the droplet discharge head 220 (or the droplet discharge nozzle 222) is forcibly drawn to the gap value set as a target. Accordingly, when the droplet discharge head 220 is moved in the Y direction, the height position in the Z direction of the head is continuously set by a predetermined path output (programmed output), and the droplet discharge region or the droplet discharge is set. It becomes possible to activate the servo circuit before the position and accurately set it to a predetermined gap defined at the discharge position.

なお、バイアス設定回路608が液滴吐出ヘッド220(あるいは吐出ノズル222)と基板500間のギャップ値によって吐出ヘッド220の高さ位置を定義するものである場合には、この出力値には目標ギャップ値が含まれるのでこの値を目標ギャップ値回路602の出力に代えて比較器603に供給することとしても良い。   When the bias setting circuit 608 defines the height position of the ejection head 220 based on the gap value between the droplet ejection head 220 (or ejection nozzle 222) and the substrate 500, the output value includes the target gap. Since a value is included, this value may be supplied to the comparator 603 instead of the output of the target gap value circuit 602.

図16は、第2の実施例の制御系400の構成例を示している。同図において図2と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。   FIG. 16 shows a configuration example of the control system 400 of the second embodiment. In the figure, parts corresponding to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

上述したように、制御系400にはギャップ検出装置601が追加されている。また、制御部430内には図15に示したサーボ回路がデジタル回路又はアナログ回路によって形成される。   As described above, the gap detection device 601 is added to the control system 400. In the control unit 430, the servo circuit shown in FIG. 15 is formed by a digital circuit or an analog circuit.

次に、図17及び図18を参照して制御部430の動作について説明する。   Next, the operation of the control unit 430 will be described with reference to FIGS. 17 and 18.

基板500の表面に凹凸があった場合、これが比較的に高い場合には、液滴吐出ヘッドの高さを大きく移動しなければならない。このような場合には移動後に液滴吐出ヘッドの高さ位置が安定するまで時間がかかることになる。このような場合に、サーボ回路を動作させると短時間で目標の高さ位置に液滴吐出ヘッド(吐出ノズル)を設定することが可能となる。   If the surface of the substrate 500 is uneven, if the height is relatively high, the height of the droplet discharge head must be moved greatly. In such a case, it takes time until the height position of the droplet discharge head is stabilized after the movement. In such a case, when the servo circuit is operated, the droplet discharge head (discharge nozzle) can be set at the target height position in a short time.

図17は、サーボ回路の動作例を説明する説明図である。制御部430は移動経路の一連の三次元位置データを読取る。この位置データにサーボ回路のオン・オフを示すSWオンオフフラグが付されている。例えば、高さ変化領域HCや障害物のジャンプ区間では液滴吐出ヘッド220を相対的に大きく移動させるためにサーボ回路を停止するSWオフフラグが設定される。また、液滴吐出位置の手前の整定区間CNから吐出位置までの区間はSWオンフラグフラグが設定される。   FIG. 17 is an explanatory diagram illustrating an operation example of the servo circuit. The control unit 430 reads a series of three-dimensional position data of the movement path. A SW on / off flag indicating the on / off of the servo circuit is attached to the position data. For example, in the height change region HC and the obstacle jump section, an SW off flag for stopping the servo circuit is set to relatively move the droplet discharge head 220 relatively. Further, the SW on flag flag is set in the section from the settling section CN before the droplet discharge position to the discharge position.

図17に示す例では、液滴吐出ヘッド220がHC区間を移動するときは、制御部430は経路530の位置データからSWオフフラグを読取ってスイッチ回路605を開放してバイアス設定回路608から出力される移動経路530の一連の高さデータを駆動回路611に与える。それにより、想定経路のHCに沿って液滴吐出ヘッド220を目標のギャップ値となる高さ位置に緩やかな傾斜を介して移動させる。次に、液滴吐出ヘッド220が進行してその移動経路の位置データがCN区間を示すとき、制御部430はSWオンフラグを読取ってスイッチ回路605を閉成してサーボ回路を投入する。液滴吐出ヘッド220の現在のギャップ値と当該領域に設定された目標ギャップ値との誤差(差分)信号をZ座標値の高さ信号に重畳して駆動回路に供給し、液滴吐出ヘッド220のノズル部222のギャップが強制的に目標ギャップ値となるように引き込まれる。これにより、液滴吐出位置の手前で液滴吐出ヘッド220の高さ位置の整定が確保される。その後、液滴吐出ヘッド220が移動して液滴吐出位置P1に位置したときに、制御部430は吐出ノズル222から液滴を吐出させる。   In the example shown in FIG. 17, when the droplet discharge head 220 moves in the HC section, the control unit 430 reads the SW off flag from the position data of the path 530, opens the switch circuit 605, and is output from the bias setting circuit 608. A series of height data of the movement path 530 is supplied to the drive circuit 611. Thereby, the droplet discharge head 220 is moved along a HC of the assumed path to a height position that becomes a target gap value via a gentle inclination. Next, when the droplet discharge head 220 advances and the position data of the movement path indicates the CN section, the control unit 430 reads the SW on flag, closes the switch circuit 605, and turns on the servo circuit. An error (difference) signal between the current gap value of the droplet discharge head 220 and the target gap value set in the region is superimposed on the height signal of the Z coordinate value and supplied to the drive circuit. The gap of the nozzle portion 222 is forcibly pulled to the target gap value. Thereby, the settling of the height position of the droplet discharge head 220 is ensured before the droplet discharge position. Thereafter, when the droplet discharge head 220 moves and is positioned at the droplet discharge position P 1, the control unit 430 discharges droplets from the discharge nozzle 222.

次に、液滴吐出ヘッドが基板500の表面から離間して障害等を越えるジャンプを行う場合、制御部430は三次元経路530の位置データに示されるSWオフフラグを読取ってスイッチング回路605を遮断する。このときの誤差出力はサンプルホールド回路607に保持され、スイッチングによる外乱等の発生が防止される。サーボ回路(あるいはサーボループ)が遮断されるので液滴吐出ヘッド220は目標ギャップへのロックが解除されてバイアス設定回路608のZ座標系の高さ出力に従って移動する。バイアス設定回路608はジャンプ区間の一連の高さ値を出力して液滴吐出ヘッドを障害物を跨ぐように移動させる。   Next, when the droplet discharge head moves away from the surface of the substrate 500 and jumps over the obstacle or the like, the control unit 430 reads the SW off flag indicated by the position data of the three-dimensional path 530 and shuts off the switching circuit 605. . The error output at this time is held in the sample hold circuit 607, and the occurrence of disturbances due to switching is prevented. Since the servo circuit (or servo loop) is interrupted, the droplet discharge head 220 is unlocked to the target gap and moves according to the height output of the Z coordinate system of the bias setting circuit 608. The bias setting circuit 608 outputs a series of height values in the jump section and moves the droplet discharge head so as to straddle the obstacle.

この実施例では、整定に要する整定時間あるいは整定までに要する整定距離を短縮するために、ジャンプ区間の着地側では二段階の高さ変化区間HC1及びHC2を経て整定区間に至るようになされている。高さ変化区間HC1では相対的に高さ変化を急として短時間で高さを減じ、高さ変化区間HC2では相対的に高さ変化を緩やかとして整定区間CNに入る前の液滴吐出ヘッドZ方向における慣性力を弱めている。また、サーボ回路に大きな帰還量が発生して吐出ヘッドの上下動に振動が発生することを防止する。この実施例では、高さ変化区間HC2からSWフラグをオンとすることによってサーボ回路を早めに投入して次の吐出位置P2の手前で吐出ヘッドの整定を図っている。なお、この実施例では変化区間を変化区間HC1及びHC2の2つに分割した例を示しているが2つの分割に限られるものではない。必要に応じて変化区間HCを高さ変化率の異なる複数の変化区間HC1〜HCnによって構成することが可能である。   In this embodiment, in order to shorten the settling time required for settling or the settling distance required for settling, the landing side of the jump section is made to reach the settling section through two stages of height change sections HC1 and HC2. . In the height change section HC1, the height change is abrupt and the height is reduced in a short time. In the height change section HC2, the height change is made relatively gradual and the droplet discharge head Z before entering the settling section CN. The inertia force in the direction is weakened. In addition, a large feedback amount is generated in the servo circuit, thereby preventing the occurrence of vibration in the vertical movement of the ejection head. In this embodiment, by turning on the SW flag from the height change section HC2, the servo circuit is turned on early so as to set the ejection head before the next ejection position P2. In this embodiment, an example is shown in which the change interval is divided into two change intervals HC1 and HC2. However, the change interval is not limited to two. The change section HC can be configured by a plurality of change sections HC1 to HCn having different height change rates as necessary.

図18(a)は、図14に示したギャップ検出装置601を備えてサーボ動作を行う場合の制御部430の制御動作を説明するフローチャートである。同図においては、図13に示される手順S60とS62との間にサーボ回路の設定を行うものである。すなわち、制御部430は液滴吐出ヘッドの三次元移動経路の歩進位置における位置データを読取って(S60)、現在の液滴吐出ヘッド220の位置が変化区間HCであるかどうか判別する(S82)。変化領域HCである場合には(S82;YES)、スイッチング信号(SW信号)をオフに設定する。それにより、図15に示したサーボ回路は作動しない(S84)。液滴吐出ヘッド220を予定軌道(経路)に沿って移動することが出来る。   FIG. 18A is a flowchart for explaining the control operation of the control unit 430 when the servo operation is performed with the gap detection device 601 shown in FIG. In the figure, a servo circuit is set between steps S60 and S62 shown in FIG. That is, the control unit 430 reads position data at the step position of the three-dimensional movement path of the droplet discharge head (S60), and determines whether or not the current position of the droplet discharge head 220 is in the change section HC (S82). ). If it is the change region HC (S82; YES), the switching signal (SW signal) is set to OFF. As a result, the servo circuit shown in FIG. 15 does not operate (S84). The droplet discharge head 220 can be moved along a predetermined trajectory (path).

また、変化区間HCでない場合(S82;NO)及びスイッチング信号(SW信号)をオフに設定した場合には(S84)、液滴吐出ヘッド220が整定区間CNに入ったかどうかを判別する(S86)。入った場合には(S86;YES)、サーボ回路を動作させるべくスイッチング信号をオンに設定する。それにより、サーボ回路が投入されて液滴吐出ヘッド220が当該整定区間に設定された目標ギャップに収束するように引き込みが行われる(S88)。整定区間CNに入らない場合には(S86;NO)あいるはサーボ回路の投入を終えた場合(S88)には、前述した歩進位置へのX・Y・Z座標系の位置設定が行われる(S62以降)。   Further, when it is not the change section HC (S82; NO) and when the switching signal (SW signal) is set to OFF (S84), it is determined whether or not the droplet discharge head 220 has entered the settling section CN (S86). . If it is entered (S86; YES), the switching signal is set to ON to operate the servo circuit. Thereby, the servo circuit is turned on, and the droplet discharge head 220 is pulled in so as to converge to the target gap set in the settling interval (S88). If the settling section CN is not entered (S86; NO), or if the servo circuit has been turned on (S88), the position setting of the X / Y / Z coordinate system to the above-described stepping position is performed. (S62 and later).

なお、既述したように、三次元移動経路の位置データにサーボオン・オフフラグを付すことによって変化区間HC及び整定区間CNとは関係なくサーボ動作を行わせる範囲を設定することが可能である(図17参照)。   As described above, it is possible to set a range in which the servo operation is performed regardless of the change section HC and the settling section CN by attaching a servo on / off flag to the position data of the three-dimensional movement path (see FIG. 17).

図18(b)は、既述したジャンプに対応して制御部430の制御動作を説明するフローチャートである。同図においても、図13に示される手順S60とS62との間にサーボ回路の設定を行う手順を加えている。すなわち、制御部430は液滴吐出ヘッドの三次元移動経路の歩進位置における位置データを読取って(S60)、現在の液滴吐出ヘッド220の位置がジャンプ位置(あるいは区間)であるかどうか判別する(S92)。ジャンプ位置である場合には(S92;YES)、スイッチング信号(SW信号)をオフに設定する。それにより、図15に示したサーボ回路は作動しない(S94)。液滴吐出ヘッド220を予定ジャンプ軌道(経路)に沿って移動することが出来る。   FIG. 18B is a flowchart for explaining the control operation of the control unit 430 corresponding to the jump described above. Also in the figure, a procedure for setting a servo circuit is added between steps S60 and S62 shown in FIG. That is, the control unit 430 reads position data at the advance position of the three-dimensional movement path of the droplet discharge head (S60), and determines whether or not the current position of the droplet discharge head 220 is a jump position (or section). (S92). If it is the jump position (S92; YES), the switching signal (SW signal) is set to OFF. As a result, the servo circuit shown in FIG. 15 does not operate (S94). The droplet discharge head 220 can be moved along a predetermined jump trajectory (path).

また、ジャンプ位置でない場合(S92;NO)及びスイッチング信号(SW信号)をオフに設定した場合には(S94)、液滴吐出ヘッド220がジャンプ終了位置(あるいは終了区間)に入ったかどうかを判別する(S96)。入った場合には(S96;YES)、サーボ回路を動作させるべくスイッチング信号をオンに設定する。それにより、サーボ回路が投入されて液滴吐出ヘッド220が当該区間に設定された高さ位置あるいは目標ギャップに収束するように引き込みが行われる(S98)。ジャンプ終了位置に入らない場合には(S96;NO)あるいはサーボ回路の投入を終えた場合(S98)には、前述した歩進位置へのX・Y・Z座標系の位置設定が行われる(S62以降)。   If it is not the jump position (S92; NO) and the switching signal (SW signal) is set to OFF (S94), it is determined whether or not the droplet discharge head 220 has entered the jump end position (or end section). (S96). If entered (S96; YES), the switching signal is set to ON to operate the servo circuit. Thereby, the servo circuit is turned on, and the droplet discharge head 220 is pulled in so as to converge at the height position or target gap set in the section (S98). When the jump end position is not entered (S96; NO) or when the servo circuit is turned on (S98), the position setting of the X, Y, Z coordinate system to the above-described stepping position is performed (S98). S62 and later).

このようにして、液滴吐出ヘッドのギャップ(あるいは高さ)を所定値に保つサーボ制御が行われる。   In this way, servo control is performed to maintain the gap (or height) of the droplet discharge head at a predetermined value.

図19及び図20は、液滴吐出装置200にギャップ検出装置を備えた他の実施例を示している。   19 and 20 show another embodiment in which the droplet discharge device 200 is provided with a gap detection device.

図19において図15に示した例と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。この第3の実施例では、ギャップ検出装置601は液滴吐出ヘッド220と別体に構成されている。ギャップ検出装置601は液滴吐出装置を担って(往復)移動するキャリッジのフレーム下部に取り付けられている。他の構成は図15の例と同様である。   19, parts corresponding to those in the example shown in FIG. 15 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In the third embodiment, the gap detection device 601 is configured separately from the droplet discharge head 220. The gap detection device 601 is attached to the lower part of the frame of the carriage that carries (reciprocates) the droplet discharge device. Other configurations are the same as the example of FIG.

このような構成では、現在の液滴吐出ヘッドのノズル222の位置よりも距離Lだけ先行する位置においてギャップを測定する。このため、図14に示す例のように、液滴吐出位置のギャップ測定と液滴吐出のタイミングとを時間軸上においてずらす必要はない。吐出液滴によるCCDセンサ601bの汚れなども生じにくい。液滴吐出ヘッド220とギャップ検出装置601とを一体的に構成する場合に比べて液滴吐出ヘッド220をより安価に構成することが可能となる。また、予め液滴吐出ノズル222に先行してギャップを測定することによって液滴吐出ノズル222の基板500の突起部への衝突を回避する余裕時間が増える。   In such a configuration, the gap is measured at a position preceding the position of the nozzle 222 of the current droplet discharge head by a distance L. Therefore, unlike the example shown in FIG. 14, it is not necessary to shift the gap measurement at the droplet discharge position and the droplet discharge timing on the time axis. The CCD sensor 601b is not easily contaminated by discharged droplets. Compared to the case where the droplet discharge head 220 and the gap detection device 601 are integrally configured, the droplet discharge head 220 can be configured at a lower cost. Further, by measuring the gap in advance of the droplet discharge nozzle 222 in advance, a margin time for avoiding the collision of the droplet discharge nozzle 222 with the protrusion of the substrate 500 is increased.

図20は、図19に示す構成の液滴吐出装置200に用いるサーボ回路の例を示している。同図において図15と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。   FIG. 20 shows an example of a servo circuit used in the droplet discharge device 200 configured as shown in FIG. In the figure, parts corresponding to those in FIG. 15 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

このサーボ回路においては、ギャップ測定位置と液滴吐出位置との位置ずれLに対応して、サーボ信号が位置ずれLに対応する時間差Tだけ遅延してバイアス設定回路608の出力に重畳されるようにスイッチ回路605とサンプルホールド回路607間に信号遅延回路606を設けている。   In this servo circuit, the servo signal is superimposed on the output of the bias setting circuit 608 after being delayed by a time difference T corresponding to the positional deviation L in correspondence with the positional deviation L between the gap measurement position and the droplet discharge position. In addition, a signal delay circuit 606 is provided between the switch circuit 605 and the sample hold circuit 607.

なお、ギャップ測定装置601の取付は、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドを載置して搬送するキャリッジ、液滴吐出ヘッドを載置して進退させるアクチュエータなど適宜な場所に取り付けることが可能であり、実施例の配置に限定されるものではない。   The gap measuring device 601 can be attached to an appropriate place such as a droplet discharge head, a carriage for mounting and transporting the droplet discharge head, an actuator for mounting and discharging the droplet discharge head. Yes, it is not limited to the arrangement of the embodiment.

また、液滴吐出ヘッド220を進退させるアクチュエータとして上記実施例では電磁アクチュエータ223の例を示したが、ピエゾアクチュエータであってもよい。電磁アクチュエータとピエゾアクチュエータとを組み合わせても良い。また、送りネジ機構(粗調整)と電磁アクチュエータ(微調整)又は送りネジ機構(粗調整)とピエゾアクチュエータ(微調整)とを組み合わせても良い。   In the above embodiment, the electromagnetic actuator 223 is shown as an actuator for moving the droplet discharge head 220 back and forth. However, a piezoelectric actuator may be used. An electromagnetic actuator and a piezo actuator may be combined. Further, a feed screw mechanism (coarse adjustment) and an electromagnetic actuator (fine adjustment) or a feed screw mechanism (coarse adjustment) and a piezo actuator (fine adjustment) may be combined.

また、上述した実施例では液滴を液滴吐出ノズル222から下方に吐出しているため、ギャップは高さあるいは上下方向(Z軸方向)に存在する。しかし、吐出対象体の被吐出面を例えばY−Z平面に配置して液滴吐出装置200から液滴を横方向に吐出する場合には液滴の吐出方向に存在するギャップは奥手前方向(X軸方向)に存在することになる。このような場合にも本発明が適用されることは勿論である。要するに、液滴吐出ヘッド220と被吐出対象体とのギャップ調整に本発明は適用可能である。また、本発明は液滴吐出ヘッド220の位置制御として使用することが出来る。   In the above-described embodiment, since the droplet is ejected downward from the droplet ejection nozzle 222, the gap exists in the height or the vertical direction (Z-axis direction). However, when the discharge target surface of the discharge target body is disposed on, for example, the YZ plane and the droplets are discharged from the droplet discharge device 200 in the lateral direction, the gap existing in the droplet discharge direction is the front side ( In the X-axis direction). Of course, the present invention is also applied to such a case. In short, the present invention is applicable to the gap adjustment between the droplet discharge head 220 and the discharge target object. Further, the present invention can be used as position control for the droplet discharge head 220.

上述した実施例ではDNAチップなどのマルチアレイのように予定された複数の非連続的な位置に液滴を吐出する例で示したが、液滴の吐出を連続に行って線や面をなす液滴膜を形成することが出来る。これを乾かして電気配線、有機半導体膜、有機EL膜を成膜することが出来る。このような液滴吐出プロセスにも本発明は使用される。例えば、有機EL表示基板の製造プロセスにおいて、有機EL材料を最小限のギャップにて吐出する際に有機EL領域を画定するバンク層を飛び越えて液滴吐出ノズルから吐出を行うことが必要になるが、既述した三次元制御(図7〜図10)やジャンプ制御(図17参照)によりこれを行うことが出来る。   In the above-described embodiment, an example is shown in which droplets are ejected to a plurality of non-contiguous positions scheduled like a multi-array such as a DNA chip. However, droplets are ejected continuously to form lines and surfaces. A droplet film can be formed. This can be dried to form an electrical wiring, an organic semiconductor film, and an organic EL film. The present invention is also used for such a droplet discharge process. For example, in the process of manufacturing an organic EL display substrate, when discharging an organic EL material with a minimum gap, it is necessary to discharge from a droplet discharge nozzle over a bank layer that defines an organic EL region. This can be performed by the above-described three-dimensional control (FIGS. 7 to 10) and jump control (see FIG. 17).

本発明の液滴吐出装置の構成例を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the structural example of the droplet discharge apparatus of this invention. 液滴吐出装置の制御系を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the control system of a droplet discharge apparatus. 被吐出対象体表面の凹凸(高さ)を光学的に検出する例を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the example which detects the unevenness | corrugation (height) of the to-be-discharged target body optically. 被吐出対象体表面の凹凸(高さ)を機械−電気変換系によって検出する例を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the example which detects the unevenness | corrugation (height) of the to-be-discharged target body surface by a mechanical-electrical conversion system. 被吐出基板上への吐出経路を説明する説明図であり、図5(a)は、平面図、図5(b)及び同図(c)は図5(a)のA−A’方向における基板表面の凹凸を示す断面図である。図5(b)は吐出領域が凸部に形成されている場合を、図5(c)は吐出領域が凹部に形成されている場合を示している。FIGS. 5A and 5B are explanatory views for explaining a discharge path onto a substrate to be discharged, in which FIG. 5A is a plan view, and FIGS. 5B and 5C are in the AA ′ direction of FIG. It is sectional drawing which shows the unevenness | corrugation of the substrate surface. FIG. 5B shows a case where the ejection region is formed in a convex portion, and FIG. 5C shows a case where the ejection region is formed in a concave portion. 他の被吐出基板上への吐出経路を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the discharge path | route on another to-be-discharged board | substrate. Z(高さ)方向における液滴吐出ヘッドの移動経路の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the movement path | route of the droplet discharge head in Z (height) direction. Z(高さ)方向における液滴吐出ヘッドの移動経路の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the movement path | route of the droplet discharge head in Z (height) direction. Z(高さ)方向における液滴吐出ヘッドの移動経路の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the movement path | route of the droplet discharge head in Z (height) direction. Z(高さ)方向における液滴吐出ヘッドの移動経路の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the movement path | route of the droplet discharge head in Z (height) direction. 想定された吐出経路における吐出基板表面の凹凸を測定するモードを説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the mode which measures the unevenness | corrugation of the discharge substrate surface in the assumed discharge path | route. 吐出基板上に三次元的に吐出ヘッドの移動経路を設定するモードを説明するフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a mode for setting a movement path of an ejection head three-dimensionally on an ejection substrate. 吐出ヘッドを設定された移動経路に従って移動させて液滴吐出を行うモードを説明するフローチャートである。6 is a flowchart for explaining a mode in which droplet ejection is performed by moving the ejection head according to a set movement path. 液滴吐出ノズルと吐出基板間のギャップを測定するギャップ測定手段を備える液滴吐出ヘッドの例を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the example of a droplet discharge head provided with the gap measurement means which measures the gap between a droplet discharge nozzle and a discharge substrate. ギャップを目標値に調整するサーボ制御系の構成例を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the structural example of the servo control system which adjusts a gap to a target value. ギャップ測定手段を備える液滴吐出ヘッドを用いた場合の制御系を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining a control system at the time of using a droplet discharge head provided with a gap measurement means. サーボロックが行われる移動経路の例を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the example of the movement path | route where a servo lock is performed. サーボロックを行う制御例を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the example of control which performs a servo lock. 液滴吐出ノズルと吐出基板間のギャップを測定するギャップ測定手段を備える液滴吐出ヘッドの他の例を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the other example of a droplet discharge head provided with the gap measurement means which measures the gap between a droplet discharge nozzle and a discharge substrate. ギャップを目標値に調整するサーボ制御系の他の構成例を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the other structural example of the servo control system which adjusts a gap to a target value. 慣性力による吐出液滴の着弾位置のずれを説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the shift | offset | difference of the landing position of the discharge droplet by inertia force. 液滴の分離による分離着弾を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the separation landing by the separation of a droplet. 好ましいギャップ値における液滴吐出例を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the example of a droplet discharge in a preferable gap value.

符号の説明Explanation of symbols

1 液滴吐出プロセス装置 100 トレイ、200 液滴吐出装置、220 液滴吐出ヘッド、222 液滴吐出ノズル、300 往復移動機構、400 制御装置、601 ギャップ検出装置


DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Droplet discharge process apparatus 100 Tray, 200 Droplet discharge apparatus, 220 Droplet discharge head, 222 Droplet discharge nozzle, 300 Reciprocating movement mechanism, 400 Control apparatus, 601 Gap detection apparatus


Claims (17)

液滴吐出装置を被吐出対象体上で相対的に移動させて液滴吐出を行う液滴吐出装置の制御方法であって、
液滴の被吐出対象体上に想定される液滴吐出位置を含む液滴吐出ノズルの移動予定経路に沿って被吐出対象体表面の凹凸の高さのデータを取得する過程と、
前記被吐出対象体表面から離間しかつ該被吐出対象体表面の凹凸に沿って前記液滴吐出ノズルが移動すべきノズル移動経路を前記移動予定経路及び前記被吐出対象体表面の凹凸の高さデータに基づいて前記被吐出対象体上に3次元的に形成するノズル移動経路データ形成過程と、を含み、
前記ノズル移動経路が前記液滴吐出位置の手前で前記液滴吐出ノズルの高さを変える変化区間及び前記液滴吐出ノズルを前記液滴吐出位置の高さ位置に収束させる整定区間を含む、液滴吐出装置の制御方法。
A method for controlling a droplet discharge device for performing droplet discharge by relatively moving a droplet discharge device on a discharge target object,
A process of acquiring data on the height of irregularities on the surface of the discharge target object along the planned movement path of the droplet discharge nozzle including the assumed droplet discharge position on the target object of the droplet;
The nozzle movement path to which the droplet discharge nozzle should move along the unevenness of the surface of the discharge target body is separated from the surface of the discharge target body, and the height of the unevenness of the planned movement path and the surface of the discharge target body A nozzle movement path data forming process that three-dimensionally forms on the discharge target object based on the data,
A liquid including a change section in which the nozzle movement path changes the height of the droplet discharge nozzle before the droplet discharge position and a settling section for converging the droplet discharge nozzle to the height position of the droplet discharge position; Control method of droplet discharge device.
更に、少なくとも前記液滴吐出装置の液滴吐出ノズルを前記被吐出対象体上で三次元的に移動させる移動機構を制御して前記液滴吐出ノズルを前記ノズル移動経路に沿って移動させる液滴吐出ノズル移動過程を含む請求項1記載の液滴吐出装置の制御方法。   Further, a droplet that moves the droplet discharge nozzle along the nozzle movement path by controlling at least a moving mechanism that three-dimensionally moves the droplet discharge nozzle of the droplet discharge device on the discharge target object. The method for controlling a droplet discharge device according to claim 1, comprising a discharge nozzle moving process. 前記移動機構が前記被吐出対象体表面からの前記液滴吐出ノズルの高さを粗調整する粗調整手段と、該液滴吐出ノズルの高さを微調整する微調整手段とを含む請求項2に記載の液滴吐出装置の制御方法。   3. The moving mechanism includes a coarse adjustment unit that roughly adjusts a height of the droplet discharge nozzle from the surface of the discharge target body, and a fine adjustment unit that finely adjusts the height of the droplet discharge nozzle. A method for controlling a droplet discharge device according to claim 1. 前記液滴吐出ノズル移動過程が前記被吐出対象体表面からの前記液滴吐出ノズルの高さを検出し、前記粗調整手段又は前記微調整手段を制御して前記液滴吐出ノズルの高さを前記ノズル移動経路の液滴吐出位置の高さに維持する過程を含む、請求項3に記載の液滴吐出装置の制御方法。   The droplet discharge nozzle moving process detects the height of the droplet discharge nozzle from the surface of the discharge target object, and controls the coarse adjustment means or the fine adjustment means to control the height of the droplet discharge nozzle. The method for controlling a droplet discharge device according to claim 3, comprising a step of maintaining the height of the droplet discharge position on the nozzle movement path. 前記滴吐出ノズル移動過程が前記被吐出対象体表面の凹領域又は凸領域を跨いで移動するものであるとき、前記液滴吐出ノズルの高さの微調整を暫時停止する、請求項2乃至4のいずれかに記載の液滴吐出装置の制御方法。   5. The fine adjustment of the height of the droplet discharge nozzle is temporarily stopped when the droplet discharge nozzle moving process moves across a concave region or a convex region on the surface of the discharge target object. A method for controlling a droplet discharge device according to any one of the above. 前記液滴吐出位置における前記被吐出対象体表面からの前記液滴吐出ノズルの高さを前記液滴の物性値情報に対応して設定する、請求項1乃至5のいずれかに記載の液滴吐出装置の制御方法。   The droplet according to any one of claims 1 to 5, wherein a height of the droplet discharge nozzle from the surface of the discharge target body at the droplet discharge position is set corresponding to physical property value information of the droplet. Discharge device control method. 前記液滴吐出位置における前記被吐出対象体表面からの前記液滴吐出ノズルの高さを該液滴吐出ノズル周囲の環境条件に対応して設定することを特徴とする、請求項1乃至5のいずれかに記載の液滴吐出装置の制御方法。   6. The height of the droplet discharge nozzle from the surface of the discharge target body at the droplet discharge position is set in accordance with environmental conditions around the droplet discharge nozzle. A method for controlling a droplet discharge device according to any one of the above. 前記液滴吐出位置における前記被吐出対象体表面からの前記液滴吐出ノズルの高さは0.01〜0.3mmの範囲内で設定される、請求項1乃至7のいずれかに記載の前記液滴吐出装置の制御方法。   8. The height according to claim 1, wherein a height of the droplet discharge nozzle from the surface of the discharge target body at the droplet discharge position is set within a range of 0.01 to 0.3 mm. A method for controlling a droplet discharge device. 被吐出対象基板上に定められた複数の液滴吐出領域の高さ又は厚さを測定する過程と、
吐出液の物性値及び環境条件の少なくともいずれかに応じて各液滴吐出領域での液滴吐出装置と被吐出対象基板との適正ギャップを決定する過程と、
前記被吐出対象基板上の複数の液滴吐出領域各々の高さ又は当該液滴吐出領域の基板の厚さと前記適正ギャップに基づいて吐出開始位置から吐出終了位置までの液滴吐出装置の三次元的経路を決定する移動プログラムを作成する過程と、
前記液滴吐出装置を前記被吐出対象基板に対して三次元的に相対移動可能である移動機構を前記移動プログラムによって制御し、該液滴吐出装置を該被吐出対象基板の液滴吐出領域上の液滴吐出位置に前記適正ギャップを介して位置させて液滴を吐出する過程と、
を含む液滴吐出方法。
A process of measuring the height or thickness of a plurality of droplet discharge regions defined on the target substrate;
Determining a proper gap between the droplet discharge device and the substrate to be discharged in each droplet discharge region in accordance with at least one of the physical property value of the discharge liquid and the environmental conditions;
The three-dimensional droplet discharge device from the discharge start position to the discharge end position based on the height of each of the plurality of droplet discharge regions on the target substrate or the thickness of the substrate in the droplet discharge region and the appropriate gap The process of creating a travel program to determine the global route,
A movement mechanism capable of moving the droplet discharge device in three dimensions relative to the substrate to be discharged is controlled by the moving program, and the droplet discharge device is placed on a droplet discharge region of the substrate to be discharged. A step of discharging a droplet by being positioned through the appropriate gap at a droplet discharge position of
A droplet discharge method comprising:
液滴を吐出対象体に向けて吐出する液滴吐出ヘッドと、
前記液滴吐出ヘッドを移動可能に支持する支持機構と、
前記液滴吐出ヘッドを前記液滴の吐出方向に相対的に移動して前記吐出対象体と該液滴吐出ヘッドとのギャップを調整するアクチュエータと、
前記対象体と前記液滴吐出ヘッドを相対的に移動する移動機構と、
前記液滴吐出ヘッドの三次元的移動経路を表した移動プログラムを記憶する記憶手段と、
前記移動プログラムに基づいて前記アクチュエータ及び移動機構を制御する制御手段と、
を備える液滴吐出装置。
A droplet discharge head that discharges droplets toward a discharge target body;
A support mechanism for movably supporting the droplet discharge head;
An actuator that moves the droplet discharge head relative to the droplet discharge direction to adjust a gap between the discharge target and the droplet discharge head;
A moving mechanism for relatively moving the object and the droplet discharge head;
Storage means for storing a movement program representing a three-dimensional movement path of the droplet discharge head;
Control means for controlling the actuator and the movement mechanism based on the movement program;
A droplet discharge device comprising:
更に、前記吐出対象体と該液滴吐出ヘッドとのギャップを検出する手段と、
検出したギャップと目標ギャップ値との差分を前記アクチュエータに帰還するエラー調整手段と、を備える請求項10に記載の液滴吐出装置。
And means for detecting a gap between the discharge object and the droplet discharge head;
The liquid droplet ejection apparatus according to claim 10, further comprising an error adjustment unit that feeds back a difference between the detected gap and a target gap value to the actuator.
前記アクチュエータは電磁力で前記液滴吐出ヘッドを進退させる電磁アクチュエータ、圧電効果を利用したピエゾアクチュエータ及び送りネジ機構のいずれかを含む請求項10又は11に記載の液滴吐出装置。   12. The droplet discharge device according to claim 10, wherein the actuator includes any one of an electromagnetic actuator that advances and retracts the droplet discharge head with electromagnetic force, a piezoelectric actuator that uses a piezoelectric effect, and a feed screw mechanism. 前記移動プログラムは前記液滴吐出ヘッドの前記対象体上の移動経路、移動経路中における複数の液滴吐出位置、前記吐出対象体と前記液滴吐出ヘッドとのギャップに関する情報を含む、請求項10乃至12のいずれかに記載の液滴吐出装置。   The moving program includes information on a movement path of the droplet discharge head on the object, a plurality of droplet discharge positions in the movement path, and a gap between the discharge object and the droplet discharge head. The droplet discharge device according to any one of Items 12 to 12. 前記移動プログラムの移動経路が前記液滴吐出位置の手前で前記吐出対象体と前記液滴吐出ヘッドとのギャップを変える変化区間及び該ギャップを前記液滴吐出位置に定められたギャップに収束させる整定区間を含む、請求項10乃至13のいずれかに記載の液滴吐出装置。   A change section in which the movement path of the movement program changes the gap between the discharge target and the droplet discharge head before the droplet discharge position, and settling to converge the gap to the gap determined at the droplet discharge position. The liquid droplet ejection apparatus according to claim 10, including a section. 各液滴吐出位置に定められたギャップは液滴の物性値情報に対応して設定される、請求項13又は14に記載の液滴吐出装置。   The liquid droplet ejection apparatus according to claim 13 or 14, wherein the gap defined at each liquid droplet ejection position is set corresponding to the physical property value information of the liquid droplet. 各液滴吐出位置に定められたギャップは環境条件に対応して設定される、請求項13又は14に記載の液滴吐出装置。   The droplet discharge device according to claim 13 or 14, wherein a gap defined at each droplet discharge position is set in accordance with an environmental condition. 各液滴吐出位置に定められたギャップは0.01〜0.3mmである、請求項13又は14に記載の液滴吐出装置。


The droplet discharge device according to claim 13 or 14, wherein a gap defined at each droplet discharge position is 0.01 to 0.3 mm.


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