JP2006000770A - Thin film coater of inkjet type - Google Patents
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Description
本発明は、インクジェットプリンタの液滴飛翔特性評価法に係り、特に、液滴質量、速度を短時間で計測/補正し、複数のノズルから噴射される液滴特性の均質化を図ることを可能にする薄膜塗布装置に関するものである。 The present invention relates to a method for evaluating droplet flight characteristics of an ink jet printer, and in particular, can measure and correct droplet mass and velocity in a short time, and can homogenize the properties of droplets ejected from a plurality of nozzles. The present invention relates to a thin film coating apparatus.
インンクジェットプリンタの分野では、民生用のプリンタ用途が一段落し、現在は応用技術として産業用に目が向けられている。即ち、微小液滴+高精細というインクジェットの持つ特性を引き出すべく、従来、スクリーン印刷、グラビヤ印刷で行われてきた刷版印刷による薄膜形成法をインクジェットで無版印刷で達成しようとする流れである。インクジェットで達成するためにはいくつかの課題があることがわかってきた。その1つが“インク液滴量の短時間に適正液量に揃える技術の開発”である。インクジェット方式は、インク滴(本発明で言うインクとは、インクジェット方式で噴射される液滴を主に対象にしているが、他の方式から分注される液滴であっても同定義とする)を吐出する複数のノズル孔と、該ノズル孔が連通するインク室と、該インク室を加圧するための圧電素子或いは加熱素子等のアクチュエータとから構成され、記録信号が入力された時にノズル孔からインク滴を吐出させてメディアに記録させるものである。微小径ノズル孔から液滴化したインク滴を吐出させて記録を行うため、アクチュエータの特性ばらつき、ノズル孔の形状、精度がインク滴の飛翔特性に影響を与えることが知られている。そのため、噴射される液滴の質量、吐出速度等にばらつきがでて、所望の面積に塗布する場合、白筋や凹凸が出来る。従って、各ノズル間の特性を限られた範囲に修正することが必要となる。従来の方法としては、秤により、秤の精度より十分大きな質量になるまで噴射し、液滴をびん等に捕集して全噴射液滴を秤量して平均の液滴質量を算出していた。従って、質量測定までに時間を要し、その間にインク液滴が蒸発する懸念があった。また、多数ノズルの評価にも長時間を必要とするため、迅速修正が困難であった。他方、微小量の質量を計測する手段としては、真空蒸着や文献1に見られるようにめっき分野で検討されている膜厚モニタがある。
In the field of ink jet printers, consumer printers have come to an end, and are now turning to industrial applications as applied technologies. That is, in order to draw out the characteristics of ink jets of fine droplets + high definition, it is a flow to achieve thin film forming methods by plate printing, which have been conventionally performed by screen printing and gravure printing, by plateless printing by ink jet. . It has been found that there are several challenges to achieve with inkjet. One of them is “development of technology for aligning the appropriate liquid amount in a short time with the ink droplet amount”. The ink jet system is an ink drop (the ink referred to in the present invention is mainly intended for a liquid droplet ejected by the ink jet system, but the same definition applies to a liquid droplet dispensed from another system. ), An ink chamber that communicates with the nozzle hole, and an actuator such as a piezoelectric element or a heating element for pressurizing the ink chamber. When a recording signal is input, the nozzle hole Ink droplets are ejected from and recorded on a medium. Since recording is performed by ejecting droplets of ink droplets from a minute nozzle hole, it is known that variations in actuator characteristics, nozzle hole shape, and accuracy affect ink droplet flight characteristics. For this reason, there are variations in the mass of the ejected droplets, the discharge speed, and the like, and white stripes and irregularities can be formed when applied to a desired area. Therefore, it is necessary to correct the characteristics between the nozzles to a limited range. As a conventional method, an average droplet mass was calculated by spraying with a scale until the mass was sufficiently larger than the accuracy of the scale, collecting the droplets in a bottle, and weighing all the ejected droplets. . Therefore, it takes time to measure mass, and there is a concern that ink droplets evaporate during that time. In addition, since it takes a long time to evaluate a large number of nozzles, quick correction is difficult. On the other hand, as means for measuring a minute amount of mass, there are a vacuum deposition and a film thickness monitor studied in the plating field as seen in
本発明の課題は、複数のノズルから噴射される液滴質量若しくは飛翔速度を迅速に均一にする薄膜塗布装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a thin film coating apparatus that quickly and uniformly makes the mass of droplets ejected from a plurality of nozzles or the flying speed.
本発明は、電極を、表面に付着する物質の質量によって共振周波数が変化する水晶振動子で構成し、該水晶振動子によりインクジェットノズルから噴射される液滴により薄膜を塗布するインクジェト方式薄膜塗布装置において、前記液滴質量もしくは液滴速度を計測する手段を備えたことを特徴とする。 The present invention relates to an ink jet thin film coating apparatus in which an electrode is composed of a quartz crystal whose resonance frequency varies depending on the mass of a substance adhering to the surface, and a thin film is coated by droplets ejected from an inkjet nozzle by the quartz crystal And a means for measuring the droplet mass or the droplet velocity.
本発明によれば、計測方式を採用すると複数ノズルから噴射される液滴重量、速度を均一にすることができるので、所定の面積に膜厚を均一にできるという利点がある。 According to the present invention, when the measurement method is adopted, the weight and speed of droplets ejected from a plurality of nozzles can be made uniform, so that there is an advantage that the film thickness can be made uniform over a predetermined area.
以下に、本発明を実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on examples.
本実施例では、図1に示す理想的な構成をもつシステムを説明する。まず、本発明の骨格となる微小質量測定法の原理を説明する。文献1に示されるように、本方式の原理はG.Sauerbreyによって解明されていて、周波数変化と質量変化の関係は(1)式で与えられる。
In this embodiment, a system having the ideal configuration shown in FIG. 1 will be described. First, the principle of the minute mass measurement method that is the skeleton of the present invention will be described. As shown in
ΔF=2Fo2×Δm/(A√μp)・・・・・・(1)
ここで、
△F:周波数変化量、
Fo:基本周波数でATカットした水晶振動子を用いた場合は、厚みをtとすると
Fo=1670/t
で与えられる。
ΔF = 2Fo 2 × Δm / (A√μp) (1)
here,
ΔF: Frequency change amount,
Fo: When using a crystal resonator with AT cut at the fundamental frequency, if the thickness is t
Fo = 1670 / t
Given in.
Δm:振動子に付着する液滴の質量、
A :水晶振動子の面積、
μ :水晶のせん断応力、
p :水晶の密度
である。
Δm: mass of the droplet adhering to the vibrator,
A: Area of the crystal unit,
μ: Crystal shear stress,
p: crystal density.
例えば、厚み0.18mm、φ5mmの振動子を用いた場合、Fo=9MHzで、ΔF=1Hz当りの質量は1.07ngと計算でき、現行のインクジェットで用いられている微小液滴量の数十ngを計測できる。 For example, when a vibrator having a thickness of 0.18 mm and φ5 mm is used, Fo = 9 MHz, ΔF = 1 mass per 1 Hz can be calculated as 1.07 ng, and several tens of microdroplets used in current inkjets ng can be measured.
本実施例では、更に微小の質量まで測定できるように水晶振動子1の直径をφ2まで小さくした。従って、約0.2ngまで秤量できるように精度を向上させている。このような、水晶振動子1をインクジェットヘッド2の直下に配置し、3軸+Θの微調整が可能な移動テーブル3にとりつけた。なお、レーザ距離計8を備えてヘッド2と水晶振動子1表面との距離の計測が可能である。
In this example, the diameter of the
本実施例のインクジェット2は、圧電アクチュエータ(以下、PZTという。)5で駆動する方式を採用してあり、駆動パルス波形を生成する電源7がとりつけられている。まず、PZT5を駆動してインクジェットから液滴6を噴射させる。ノズル直下に正確に位置決めされた水晶振動子1に前記液滴6が着弾する。すると、水晶振動子1には周波数の変化が生じ、図2の様に1滴の質量が曲線9のように計測される。このようにして、液滴6の吐出周波数に同期(実際には周波数の逆数で表される時間周期)して質量が次々に曲線1011の様に計測されていく。なお、液滴速度は次のようにして求められる。PZT5の駆動パルスと計測計とを遅延回路で連結しておくと、振動子1表面への液滴6の先頭が接触するまでの時間が測定できるので、予めレーザ測長計で計測しておいたノズル−水晶振動子間距離から液滴6の飛行速度を算出出来る。
The
本計測法の付加的利点としては、図2の曲線12に示されるように、着弾した液滴の質量が蒸発に伴い変化するので液滴の蒸発速度を計測できる。 As an additional advantage of this measurement method, as shown by the curve 12 in FIG. 2, the landing droplet mass changes with evaporation, so that the evaporation rate of the droplet can be measured.
本実施例では、実用化のための改良案について検討した。水晶振動子は図3に示すようなジグに円周部を軽く止められてセンサ13として構成されているが以降の説明では水晶振動子についてのみ言及する。なお、振動子材としては水晶があげられるが、その他の圧電材料であれば同様の効果が期待できることは言うまでもない。実用化上第1の懸念事項はインク液滴が水晶振動子に着弾する時、運動エネルギが大きいくかつ水晶振動子はインク非吸収材であるので、インクが着弾時、飛散するおそれがあるということである。そのような場合は衝撃緩衝層14を水晶振動子15の振動の妨げにならない範囲で形成させることが出来る。第2の懸念事項はインク液滴の捕集に関するものである。本実施例では、主に重量のみ測定すれば十分な場合について説明する。一般に、水晶振動子の面内感度は円中央が高く、半径方向に進むと共に低下する。従って、インク液滴が着弾する位置によっては感度に差が生じ、質量の誤差が生じる。そこで、液滴が絶えず一定の半径内に着弾するようにする必要がある。本実施例では図5、6に示す様に水晶振動子上にアパーチャ16、17を設けた。図5はロート状のアパーチャ16で液滴を捕集するものであり、図6は図5と逆の形状17で一定の半径内に飛行してくるインク液滴を捕集するものである。この様にすることで、液滴質量の計測が各段に向上する。なお、アパーチャの内壁には撥インク処理剤をコートして液滴が速やかに滴下させている。
In this example, an improvement plan for practical use was examined. The crystal unit is configured as a sensor 13 with its circumferential portion lightly stopped by a jig as shown in FIG. 3, but only the crystal unit will be described in the following description. In addition, although quartz crystal is mentioned as a vibrator | oscillator material, it cannot be overemphasized that the same effect can be anticipated if it is another piezoelectric material. The first concern in practical use is that when ink droplets land on the quartz crystal, the kinetic energy is large and the quartz crystal is an ink non-absorbing material. That is. In such a case, the impact buffer layer 14 can be formed in a range that does not hinder the vibration of the
本実施例では、複数ノズルからなるヘッドから噴射されるインク液滴の質量を各ノズル間で所定の範囲になるように調整する方法を検討した。本ヘッドのノズル数は256個である。実施例1と同様に、まずPZT5に所定の電圧を印加し、ステージ3を移動しながら1番目のノズルから256番目のノズルまで1個づつ数滴について平均の液滴速度と液滴重量を測定し、測定計の記憶装置2にとりこむ。このデータをもとに、所定の範囲から逸脱するノズルを特定し、ステージ3を対応するノズル直下に移動させ、PZT5の電圧もしくは駆動波形を変化させながら、所定の範囲に収まるように調整する。このようにして、逸脱ノズルが複数本ある場合は前記調整を該ノズルに適用することによって、ノズル間のばらつきを一定の範囲内の収斂させたヘッドを提供できる。
In this embodiment, a method of adjusting the mass of ink droplets ejected from a head composed of a plurality of nozzles so as to be within a predetermined range between the nozzles was studied. This head has 256 nozzles. As in Example 1, first, a predetermined voltage was applied to PZT5, and the average droplet velocity and droplet weight were measured for several droplets one by one from the first nozzle to the 256th nozzle while moving
本装置によれば微小液滴質量を正確かつ迅速に評価できるので塗布装置のみならず微小量の秤量が必要な各種分注器への適用も可能である。 According to the present apparatus, the mass of the fine droplet can be accurately and quickly evaluated, so that it can be applied not only to the coating apparatus but also to various dispensers that require a minute amount of weighing.
1は水晶振動子、2は制御器及びデータ処理系、3は移動ステージ、4はインクジェットヘッド、5は圧電アクチュエータ、6はインク液滴、7は圧電アクチュエータ駆動回路系、8はレーザ測長器、9は1stインク液滴による質量増分、10は2ndインク液滴による質量増分、11は3rdインク液滴による質量増分、12はインク液滴の蒸発に伴う減少曲線、13は水晶振動子を組込んだセンサ、14は衝撃緩衝層、15水晶振動子、16及び17はアパーチャである。
1 is a crystal oscillator, 2 is a controller and data processing system, 3 is a moving stage, 4 is an inkjet head, 5 is a piezoelectric actuator, 6 is an ink droplet, 7 is a piezoelectric actuator drive circuit system, and 8 is a laser length measuring device. , 9 is the mass increment due to the 1st ink droplet, 10 is the mass increment due to the 2nd ink droplet, 11 is the mass increment due to the 3rd ink droplet, 12 is a decreasing curve as the ink droplet evaporates, and 13 is a crystal oscillator. Embedded sensor, 14 is an impact buffer layer, 15 quartz oscillator, and 16 and 17 are apertures.
Claims (4)
2. The ink jet thin film coating apparatus according to claim 1, wherein a container capable of collecting and collecting ink droplets is provided above the surface of the crystal unit.
Priority Applications (1)
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JP2004180755A JP2006000770A (en) | 2004-06-18 | 2004-06-18 | Thin film coater of inkjet type |
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Publications (1)
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JP2006000770A true JP2006000770A (en) | 2006-01-05 |
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KR20180022735A (en) * | 2011-02-09 | 2018-03-06 | 제록스 코포레이션 | Printer and method for operating a printer |
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2004
- 2004-06-18 JP JP2004180755A patent/JP2006000770A/en active Pending
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KR20180022735A (en) * | 2011-02-09 | 2018-03-06 | 제록스 코포레이션 | Printer and method for operating a printer |
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