JP2005193137A - 塗布装置とその塗布方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
従来の塗布装置では基板外形に対し面状の位置が基板毎に異なる場合、外形を基準に塗布位置を決めるため、面状に正確に合せて塗布を行うことが出来なかった。
【解決手段】
基板先端部を検出する位置検出部と、面状全体またはその一部を検出する面状検出手段を設け、位置検出部の信号に応じて面状検出手段を動作させ、検出した面状から塗布位置を補正し、その補正した位置にインクを射出するよう制御する。
【選択図】 図５

Description

本発明はインクジェットヘッドを用いて搬送手段により運ばれる基板の所定領域に異なる色のインクを塗布する塗布装置に関する。

従来のインクジェットヘッドを用いた塗布装置として、特許文献１に記載のように、インクジェットヘッドを固定し、搬送手段にて印刷走査を行うプリンタ装置が開示されている。

この装置は塗布する基板に対し、塗布パターンの位置を正確に合せるために、基板の先端位置を検出するセンサを備え、先端を検出した搬送位置を基準にして所定の搬送時間経過後、または所定送り量だけ搬送した後にヘッドが塗布動作を開始することにより塗布パターンを基板の所望の位置に塗布していた。

特開２００２−１２０３８６号公報

上記特許文献１の装置は図柄などのパターンを塗布する位置を、基板の先端位置からの距離により決めている。これは塗布対象の基板として専ら基板のような表面が無地で、平坦であることが前提になっている。このような基板はパターンを塗布する位置が基板の先端を基準に決めることが出来る。

しかし、基板のなかには塗布パターンの形に応じて基板に凹凸などの加工を施しているものがある。この凹凸などの加工はしばしば面状と呼ばれる。このような面状のある基板の場合、加工精度や加工方法によって面状の位置が基板内で一定にならないことがある。面状のある基板に面状に合せて塗布する場合、塗布する位置は基板の外形を基準にするのでなく、面状を基準に決める必要がある。

従来の方式では面状が基板内の常に同じ位置にある場合は、背景技術のような基板の先端などの外形に対して塗布パターンを合せる方式で、位置ずれなく塗布できた。しかし、金属サイディングボードのように基板外形に対し面状の位置が基板１枚毎に異なる場合、外形を基準に塗布位置を決める従来の方式では塗布パターンの位置を面状に正確に合せることは出来なかった。

本発明の目的は、上記問題点を解決し、塗布面に凹凸がある基板の塗布領域を基準位置より計測しなおして、塗布パターン位置を正確に合わせて塗布できる塗布装置と塗布方法を提供することにある。

面状の位置が動いても常に面状に合う位置に塗布するために、基板外形ではなく、面状そのものまたはその一部を検出する手段を設け、検出した面状から面状の位置を知り、その位置に対し塗布パターンの位置を合せるようにインクを射出することにより解決する。または基板に面状の位置の基準になる標識を設け、その標識を検出し、面状の位置を知ることにより解決する。

金属サイディングボードのようにロール圧延により面状を形成する場合、加工方法から必然的に基板外形に対し面状が動く。このような基板に対し、面状が動いても常に塗布パターンを合せることができる
面状が基板外形に対し同じ位置に形成される方法で加工されるが、基板の加工誤差により微妙に面状位置がずれ、またそのずれ量が無視できないレベルである場合，このような基板に対し、加工誤差に関わらず塗布パターンを正しい位置に塗布出来る。

本発明の塗布装置の全体構成を図１に示す。

図のおいて本装置は大きく５つの部分からなる。すなわち基板を搬入するローダ機構部２と、基板の位置を合せる位置決め部３と、基板面上に塗装を施す塗布ユニット部６と、塗装を施された基板を装置外に搬出するアンローダ部１１と、前記装置の各部駆動機構等を制御する制御部１４から構成されている。基板は、それぞれの部分に設けてある搬送手段である搬送ローラ、又は搬送ベルト上に載置されて移動する。

基板１は、搬送面側（搬送するローラまたはベルトに接触する面側）が所定の精度の機械加工が施されている。また、基板１は、搬送方向に対して直角方向の一方側端面（厚さ方向）が所定の精度（例えば±０．５ｍｍ程度）で機械加工が施されている。基板１の厚さは２０〜３０ｍｍであり、基板表面には複数の塗布領域が形成され、塗布領域間を深さ１０ｍｍ程度の溝で区分してある。なお、塗布領域も平坦ではなく数１０μｍから数１００μｍ（加工精度の悪い場合１ｍｍ以上）の凹凸がある。基板１の位置合せは、この機械加工された一方側端面を基準にして行われる。なお、塗布ユニット部６には、基板の幅方向の全領域にインクが塗布できるように、色毎に複数の塗布ヘッドが配置されている。制御部１４は、機械加工された基板端面を基準として、各塗布ヘッド、および塗布ヘッドに設けられている複数の吐出口を選択してインクの吐出する制御を行っている。

ローダ機構部２は、インクを塗布する基板１を搬入するため、複数の搬入ローラ１Ｒより構成され、少なくとも１つ以上の搬入ローラ１Ｒに駆動機構が設けてある。ローダ機構部２に載置された基板１は、位置決め部３の搬送ローラ４Ｒ（ローラコンベアという場合もある）上に移動される。

位置決め部３は、基板を搬送する搬送機構としては複数の搬送ローラ４Ｒが設けてあり、その上部に位置決め用の位置決めガイド４ａ、４ｂが設けた構成としてある。複数の搬送ローラ４Ｒのうち少なく１つ以上の搬送ローラ４Ｒには駆動機構が設けてある。この駆動機構は制御部１４の指令に基づいて制御される。位置決め用のガイドの一方は固定の位置決めガイド４ａ（以後、固定ガイドと称する）であり、他方は固定ガイド４ａ側に移動可能な可動できる位置決めガイド４ｂ（以後、可動ガイドと称する）である。なお、この固定ガイド４ａ又は可動ガイド４ｂの少なくともどちらか一方には、基板側端面に接触する部分に回転可能な回転ローラが複数設けてあり、この回転ローラの回転により基板を搬送方向にスムーズに移動できるようにしてある。

なお本実施例では基板搬送機構として搬送ローラ４Ｒを用いることで説明したが、搬送ベルトとしてもよいことは言うまでもない。なお搬送ベルトした場合、ベルトは基板を横方向に移動し易いように、基板に対して摩擦抵抗の小さな材質のものを用いた方が良い。

位置決め部３では、可動ガイド４ｂに駆動力を作用させて、基板１の機械加工されている側端面部を、固定ガイド４ａ側に押し付けることで基板１を位置決めする。位置決めされた基板１は位置決め部３の搬送ローラ４Ｒから塗付ユニット部６を通る搬送ベルト１２に、位置決めされた姿勢を保ち移載される。この搬送ベルト１２は、図示していないが１つ以上の駆動機構を備え、駆動機構を制御することで塗布速度を制御するようになっている。なお、基板１が、位置決め部３から塗布ユニット部６側に移動するとき、ローラコンベア４Ｒからベルトコンベア１２（搬送ベルトという場合もある）に乗り移るが、その時の速度差がほとんど生じないように、搬送ローラ４Ｒと搬送ベルト１２の駆動機構を制御して速度調整する。

位置決めされた基板１は、位置決め部３のローラコンベア４Ｒから塗布ユニット部６を通過するベルトコンベア１２上に移動する。なお、ローラコンベア４Ｒからベルトコンベア１２に基板１が乗り移るときに、基板１の位置がずれないように位置決めガイド４ａ、４ｂをベルトコンベア１２上まで延伸して設けてある。

塗布ユニット部６は、イエロー用ヘッド群（Ｙ）７、マゼンタ用ヘッド群（Ｍ）８、シアン用ヘッド群（Ｃ）９、ブラック用ヘッド群（Ｋ）１０からなる４色分の塗布ヘッドユニットと、各ヘッドにそれぞれの色のインクを供給するため、それぞれの色のインクボトル７ｂ、８ｂ、９ｂ、１０ｂと供給用の配管等からなるインク供給部と、ヘッドの保守を行うヘッド保守機構部５からなる。

基板１は、この塗布ユニット部６を搬送ベルト１２上に載置された状態で、所定の速度で移動する。その時、基板検出部２０が基板１を検出すると、検出した位置を基準として一定距離を搬送後、または検出した時刻を基準として一定時間経過後、指定された塗布ヘッドから基板上の所望の箇所に、所望の色のインクを塗布することで塗装が施される。この際、基板検出部２０が、基板１を検出すると、搬送ベルト１２上の基板１表面のパターン（凹凸パターン）を検出するパターン検出手段である面状検出部２１が動作して、パターン位置の開始位置等を検出して、予め記憶されている塗布パターンを補正して、各塗布ヘッドの塗布開始時間等を決定する。塗装された基板１は、塗布ユニット部６を出てアンローダ機構部１１に送られ、そこより次の工程に移動される。これらの移動機構及びヘッドの制御を行う制御部１４は、制御装置を格納した制御盤と操作パネル１３とから構成されている。制御条件の設定等は操作パネル１３を用いて行われる。

次に、本発明の基板の面状に合せて塗布を行う方法について説明する。まず、基板と面状の関係を説明する。図３は破線で示した複数の塗布パターン形状である複数の面状全体３０とその面状をもつ基板であり、面状がそれぞれ異なる基板３枚を示したものである。面状とは基板上に形成された凹凸などのパターンのことであり、この面状の上に、面状の凹部または凸部の形に合せて凸部あるいは凹部にインクを塗布する（一般には凸部にインクを塗布する）。

このような塗布を必要とする例の一つとして、基板が薄い金属版で、加圧ローラのプレス加工により凹凸のある面状を形成する場合が上げられる。ローラには図３（ａ）の破線のような模様を形成する凹凸があり、このローラで金属板をプレス加工すると、金属板に面状が形成される。この金属板を図３のように長さＬで切断すると基板が作成される。この基板の面状はローラ表面の面状全体、図３（ａ）の一部分を抜き出したものになる。このように基板を製造する場合、金属板の切断位置はローラの面状とは無関係であることが多く、図３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のように基板端面と面状の位置関係は基板一枚毎に異なるものになる。

図３のように、長さはＬで一定であるが、面状の位置が異なる基板に対し、塗布装置で塗布を行う場合、図１の基板検出部２０により基板先端を検出することにより塗布開始位置は基板の所望の位置に合せることができるが、基板１枚毎に異なる面状の位置に合せて塗布することは出来ない。

そこで図１において塗布装置にカメラ等からなる面状検出部２１を追加することにより、基板の面状の一部または全体を検出し、その面状の位置を求めるようにする。さらに制御部１３には図２（ａ）の破線のような面状全体の塗布パターンが記憶されており、求められた面状の位置に応じて塗布パターン全体から塗布すべきパターン部分を選択する機能を備えている。これらの機能により塗布開始位置を合せつつ、さらに毎回異なる面状の位置に合せた塗布を行うことが可能になる。

図２は、基板に面状を合せて塗布する様子を基板の流れに沿って図示したものである。(ａ)は基板が搬入され、基板が位置決めガイドで挟み込まれ、幅方向の基準位置に位置決めされたところの図である。この基板の位置決め動作により、幅方向の塗布位置は正しく合せられる。位置決めの後、基板は搬送ベルト１２により塗布ユニット部６に近づく。（ｂ）は基板が塗布ユニット手前に到達し、基板検出部２０が基板を検出したところの図である。基板検出部２０は例えば搬送ベルトを横断するように光ビームを投光し、そのビームの受光量の変化により基板の先端を検出する。基材先端により光ビームが遮られると受光量が減少し、基板検出信号が出力される。基板検出信号は一方では各ヘッドの塗布トリガとなり、この信号が制御部１３に入力された瞬間から所定の距離を搬送した後、または所定の時間が経過した後、ヘッドが塗布を開始することにより、基板の搬送方向の塗布開始位置を正確に合せている。

基板検出信号は他方では基板検出部の近くに設けられた面状検出部２１の動作開始トリガとなる。面状検出部は例えばＣＣＤカメラのようなエリアセンサが用いられ、トリガ信号が面状検出部に入力されるとセンサが基材面状の一部または全体を撮像する。撮像された面状は画像データとして制御部１３に入力される。制御部内には画像処理機能があり、面状の画像データから面状の位置を求めることができる。制御部１３はまた、基板により位置が変わる面状の全体のデータを保持しており、そのデータの任意の個所を塗布パターンとすることが出来る。

制御部１３は求めた面状の位置に合せて、面状データ全体からこれから塗布する塗布パターンを決める。この面状合せの処理は面状検出後、基板がヘッドに到達し塗布を開始するまでの間に完了する。

（ｃ）は基板が塗布ユニット部６に到達し、ヘッド６、７が塗布を始めている状態を表した図である。その後、基板がヘッド９、１０に差し掛かるとヘッドは９、１０の順に塗布を開始する。基材長さが予め分かっているので、その長さ情報を制御部１３に登録しておき、（ｂ）の段階で面状の塗布開始位置が決まると、そこから基板長さ離れた所が塗布終了位置になる。塗布は面状データが塗布終了位置に達した所で自動的に停止する。基板への塗布が完了して、基板が塗布ユニットを通過した後、アンローダ側に達したところの図が（ｄ）である。以上が面状合せした場合の塗布動作の流れである。

面状全体３０から塗布すべき部分を決定する方法を、図４を用いて詳しく説明する。（ａ）は面状全体を表わし、（ｂ）、（ｃ）はその面状の一部分を塗布する基板の例である。図４においてＭは面状全体データの端から面状基準標識３１までの距離を表わす。ｍは基板の端から面状基準標識までの距離であり、Ｓは面状全体データにおける、基板塗布開始位置を表わす。Ｌは基板長さである。Ｍは基準標識を設ける位置であり、一定の値である。ｍは基板の加工により一般に基板毎に異なる値となる。面状データ全体と基板の面状との位置関係をみると、個々の基板の面状は全体データの距離ＳからＳ＋Ｌまでの部分に当たる。塗布開始位置Ｓは数式Ｓ＝Ｍ−ｍで求められる。

面状全体と基板の面状との位置関係の判定に、（ｂ）では面状の傍の基準標識を利用したが、（ｃ）のように標識の代わりに標識位置付近の面状の画像の一部（点線で囲った部分）を用いて基板の面状位置を特定しても良い。この場合、面状の画像の一部が基板内の何処に位置するかの判定にパターンマッチングなどの画像認識を利用する方法などが考えられる。

次に、制御部１３の詳細とその動作を図５の制御部詳細図と塗布動作のタイミングチャート図６、および塗布動作を図7のフローチャートを用いて説明する。

制御部１３は図５に示すように画像認識部１４、面状記憶部１５、駆動波形発生器１６、塗布開始信号発生器１７から構成される。面状を合せて基板に塗布する時のこれら各部の動作は、次のようになる。まず、図7に示すように、基板先端を基板検出部２０が検出（ステップ７００）すると、基板検出信号ａが画像認識部１４と塗布開始信号発生器１７に入力される。画像認識部１４は基板検出信号ａが入力されると直ちに面状検出部２１に検出開始信号ｂを出力する。面状検出部がカメラの場合、信号ｂはシャッタ信号に相当し、カメラが面状を撮像すると、撮像データｃを画像認識部１４に出力する（ステップ７０２）。画像認識部は取込んだ面状の画像から面状の基準位置を示す基準標識３１を画像認識により探し出し、基材先端から基準標識までの距離すなわち図４のｍを求める（ステップ７０３）。基材に基準標識が無い場合は面状記憶部１５に登録されている基準の面状３２の画像を標識の代わりに用いて画像認識によりｍを求めればよい。ｍを求めると画像認識部１４は駆動波形発生器１６に塗布開始位置情報ｄを出力し、駆動波形発生器１６は塗布開始位置を更新する（ステップ７０４）。一方、塗布開始信号発生器１７は、基板検出信号ａの入力を起点として塗布開始時間のカウントを開始（ステップ７０１）し、塗布ヘッド７、８、９、１０それぞれの塗布開始のタイミングに達したら塗布開始信号ｅを駆動波形発生器１６に出力する（ステップ７０５）。ここで塗布開始時間の代わりに搬送ベルト１２の移動量をカウントし塗布開始のタイミングを決めても良い。駆動波形発生器１６は塗布開始信号が入力されると面状記憶部１５から塗布すべき面状データｆを読み出しつつ、そのデータに従いヘッド駆動波形ｇを発生する。この際、面状記憶部１５の面状データの読み出し開始位置は塗布開始位置ｄにより決まる。このようにして駆動波形発生器１６はヘッド駆動波形ｇを発生し、塗布ヘッド７、８、９、１０は基板の面状に合せて塗布を行う（ステップ７０６）。

以上のように基板先端の検出に加え、基板の面状の位置を検出、測定する手段を設け、さらに面状の位置に合せて塗布する手段を設けることにより、面状の位置が基板毎に違っていても常に面状に合せて塗布することが可能になる。

本発明の塗布装置の全体概略構成を示す図である。 本発明の塗布装置の塗布手順を基板の流れに従って示した図である。 本発明の塗布装置の塗布対象である基板について、面状全体と面状の異なる３枚の基板の位置関係を示す図である。 図３において基板上の面状の位置を求める計算方法を示す図である。 図１の制御部の構成と塗布動作について示した図である。信号の名称は以下のようになる。(1)基板検出(2)面状検出開始(3)撮像データ(4)塗布開始位置(5)塗布開始(6)面状データ(7)ヘッド駆動波形 図１の制御部の塗布動作のタイミングチャートを示した図である。信号の名称は以下のようになる。(1)基板検出(2)面状検出開始(3)撮像データ(4)塗布開始位置(5)塗布開始 図１の制御部の塗布動作のフローチャートを示した図である。

符号の説明

１…基板、２…ローダ機構部、３…位置決め部、４ａ、４ｂ…位置決めガイド、５…ヘッド保守機構部、６…塗布ユニット部、７…イエロー用ヘッド、８…マゼンタ用ヘッド、９…シアン用ヘッド、１０…ブラック用ヘッド、１１…アンローダ部、１２…搬送ベルト、１３…制御部，１４…画像認識部，１５面状記憶部、１６…駆動波形発生器、１７…塗布開始信号発生器、２０…基板検出部、２１…面状検出部、３０…面状全体、３１…基準標識、３２…基準の面状。

Claims (4)

1. 塗布面に凹凸のある基板を搬送する搬送手段と、前記搬送手段の途中に設けられ、複数の塗布ヘッドを備えた塗布ユニット部と、塗布ユニット部で所定の色のインクで塗装された基板を搬出する搬出部とからなる塗布装置において、
   前記基板が前記塗布ユニット部に進入する手前に基板の先端部を検出する基板検出部と、前記基板検出部が基板を検出すると動作して基板表面のパターンを検出するパターン検出手段とを設け、前記パターン検出手段が検出した塗布面の凹凸パターンに応じて、予め記憶されている塗布パターンデータを修正し、修正された塗布パターンデータに基づいて前記複数の塗布ヘッドに塗布信号を発信する制御部を備えたことを特徴とする塗布装置。
2. 塗布面に凹凸のある基板を搬送路に載せて、基板を移動させながら、塗布ユニット部に設けた複数の塗布ヘッドを用いて塗布する塗布方法において、
   基板端面を基準に塗布開始位置を決定すると共に、前記基板端面の検出信号に基づいて基板内の塗布パターンの位置を測定すること特徴とする塗布方法。
3. 請求項２記載の塗布方法において、
   前記測定した塗布パターンの位置に応じて塗布開始位置を変更することを特徴とする塗布方法。
4. 請求項２記載の塗布方法において、
   予め塗布パターンの塗布データを格納、保持しておき、前記測定した塗布パターに応じて前記塗布開始位置を変更することを特徴とする塗布方法。
   

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