JP2006167534A - Measuring method of amount of liquid droplet, method for optimizing driving signal of liquid droplet discharging head, and apparatus for discharging liquid droplet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液滴量を測定する方法と、当該測定方法を利用した液滴吐出ヘッドの駆動信号適正化方法および液滴吐出装置に関する。 The present invention relates to a method for measuring a droplet amount, a method for optimizing a drive signal for a droplet discharge head using the measurement method, and a droplet discharge apparatus.
近年、様々な液状体を基板上に液滴として吐出させて描画を行うインクジェットプリンタ等の液滴吐出装置が、紙印刷や工業用途のパターン形成などに広く利用されている。液滴を吐出する液滴吐出ヘッドには、ノズル毎に微細な流路が形成されており、ノズルの近傍に形成された圧力発生手段(例えば、ピエゾ素子など)により、液滴をノズルから吐出する構成となっている。 In recent years, droplet discharge devices such as inkjet printers that perform drawing by discharging various liquid materials as droplets onto a substrate have been widely used for paper printing, industrial pattern formation, and the like. A droplet discharge head that discharges droplets has a fine flow path for each nozzle, and the droplets are discharged from the nozzle by pressure generating means (for example, a piezo element) formed in the vicinity of the nozzle. It is the composition to do.
上述の構成の液滴吐出ヘッドにおいて、ノズルから吐出される液滴の量(吐出量)は、液滴吐出ヘッドの製造ばらつきや吐出する液状体の種類などに左右される。吐出される液滴量は描画の品位を決める重要な要素であるため、描画に先立ち、圧力発生手段を駆動する駆動信号を適正化する必要がある。駆動信号の適正化の方法としては、例えば、仮の駆動電圧に設定された駆動信号で吐出量を測定し、目標吐出量との差分から適正駆動電圧を求めるものがある(特許文献1)。
特許文献1に係る吐出量の測定は、液滴吐出ヘッドから規定数の液滴を吐出させて総重量を測定し、計算によって一滴あたりの平均重量を求めるものである。また、所定の深さで形成された微小な窪みを有するシャーレの当該窪み内に液滴を着弾させ、シャーレの表面に透光性の蓋を被せて液滴の高さを規定し、窪み内に広がった液滴の面積を画像処理によって求めることで、当該液滴の体積を求める方法も知られている(特許文献2)。
In the droplet discharge head having the above-described configuration, the amount (discharge amount) of droplets discharged from the nozzles depends on manufacturing variations of the droplet discharge head, the type of liquid material to be discharged, and the like. Since the amount of ejected droplets is an important factor that determines the quality of drawing, it is necessary to optimize the drive signal for driving the pressure generating means prior to drawing. As a method for optimizing the drive signal, for example, there is a method in which the discharge amount is measured with a drive signal set to a temporary drive voltage and the appropriate drive voltage is obtained from the difference from the target discharge amount (Patent Document 1).
In the measurement of the ejection amount according to
ところが、特許文献1に係る測定方法の場合、重量測定の精度を高めるために多くの数の液滴を吐出させねばならず、液状体を浪費してしまうことになる。また、特許文献2に係る測定方法の場合、専用のシャーレを微細加工によって準備せねばならず、また、測定する液滴量の大小に応じてシャーレに形成する窪みも変えなければならない為、工程準備が大変であった。
However, in the case of the measurement method according to
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、少量の吐出で簡単に液滴量を測定可能な液適量測定方法、当該測定方法を利用した液滴吐出ヘッドの駆動信号適正化方法および液滴吐出装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. An appropriate liquid amount measuring method capable of easily measuring the amount of liquid droplets with a small amount of discharge, and optimization of a driving signal for a liquid droplet discharge head using the measurement method. It is an object to provide a method and a droplet discharge device.
本発明は、液滴吐出ヘッドから液滴受容体の一面に向けて液滴を吐出し、吐出した当該液滴の量を測定する液滴量測定方法であって、前記液滴受容体の一面上に着弾した前記液滴を当該一面に沿った方向から観察し、側面形状を特定する数値データを計測する計測ステップと、前記数値データから、幾何学的に前記液滴の量を計算する演算ステップと、を有することを特徴とする。
また、前記液滴量測定方法において、前記計測ステップにおける前記数値データの計測は、前記液滴を撮像して得られた画像によりなされることを特徴とする。
The present invention relates to a droplet amount measuring method for discharging a droplet from a droplet discharge head toward one surface of a droplet receiver and measuring the amount of the discharged droplet, A step of observing the droplet landed on the surface from the direction along the one surface and measuring numerical data for specifying a side shape, and an operation for geometrically calculating the amount of the droplet from the numerical data And a step.
In the droplet amount measuring method, the numerical data in the measurement step is measured by an image obtained by imaging the droplet.
ここで、液滴受容体とは、液滴を着弾させるための対象物であって、例えば、ガラス、合成樹脂、金属等で形成された板状部材(基板)である。また、このとき、液滴受容体の着弾面には、樹脂コートや撥液処理等の表面処理が施されていても構わない。また、液滴として吐出される液状体としては、着色インクや導電性インクなど、各種機能性材料や溶剤を含んだものを用いることができる。また、液滴の側面形状を特定する数値データとは、例えば、液滴受容体の一面に対する液滴の接触径や接触角、または高さなどを指している。
この液滴量測定方法によれば、液滴受容体上における液滴の側面の像を観察して当該液滴の側面形状を特定する数値データを計測し、液滴の底面以外の表面を球面で近似するなどして、当該液滴の量を幾何学的に求めることができる。かくして、一滴単位で簡単に液滴の量を測定することができる。
また、数値データの計測は測定者が直接行うこともできるが、撮像した画像から計測を行う方が、時間的にも精度的にも優れている。
Here, the droplet receiver is a target for landing droplets, and is, for example, a plate-like member (substrate) formed of glass, synthetic resin, metal, or the like. At this time, the landing surface of the droplet receiver may be subjected to a surface treatment such as a resin coat or a liquid repellent treatment. In addition, as the liquid material ejected as droplets, materials containing various functional materials and solvents such as colored ink and conductive ink can be used. Further, the numerical data for specifying the side surface shape of the droplet indicates, for example, the contact diameter, contact angle, or height of the droplet with respect to one surface of the droplet receptor.
According to this droplet amount measuring method, numerical data specifying the side surface shape of the droplet is measured by observing the image of the side surface of the droplet on the droplet receiver, and the surface other than the bottom surface of the droplet is a spherical surface. The amount of the droplet can be obtained geometrically by approximating with Thus, the amount of droplets can be easily measured in units of one droplet.
Although the measurer can directly measure the numerical data, it is better in terms of time and accuracy to measure from the captured image.
また、前記液滴量測定方法において、前記計測ステップにおける前記数値データの計測は、前記液滴が前記液滴受容体に着弾してから所定のタイミングでなされるように規定されることを特徴とする。
また、好ましくは、前記所定のタイミングは、10μs〜100μsの範囲で規定されることを特徴とする。
Further, in the droplet amount measuring method, the measurement of the numerical data in the measuring step is defined such that it is performed at a predetermined timing after the droplet has landed on the droplet receiver. To do.
Preferably, the predetermined timing is defined in a range of 10 μs to 100 μs.
液滴受容体に着弾した液滴は、着弾後、表面張力や粘度、液滴受容体との濡れなどに支配された動力学的挙動を示す。例えば、着弾直後においては液滴の振動が収まりきっておらず、このようなタイミングでは液滴の形状が安定化していない。また、液滴と液滴受容体との濡れ性が大きい場合には、着弾から時間が経つと液滴が濡れ広がってしまい、液滴の側面形状を上手く捉えられなくなってしまう。このような事情により、演算で得られる液滴量の精度は、数値データを計測するタイミングによって変化する。
本発明の液滴量測定方法では、あらかじめ規定された所定のタイミングで数値データを計測することで、当該数値データを高精度に測定可能にしている。特に、所定タイミングを、10μs〜1000μsの範囲、さらに好適には、10μs〜100μsの範囲とすることで、低粘度の液状体を用いた場合や濡れ性のよい場合においても、液滴の側面形状を正確に計測することができ、種々の液状体や基板に有効に対応することができる。
The droplets that have landed on the droplet receptor exhibit dynamic behavior that is governed by surface tension, viscosity, and wetting with the droplet receptor after landing. For example, immediately after landing, the vibration of the liquid droplet is not settled, and the shape of the liquid droplet is not stabilized at such timing. In addition, when the wettability between the droplet and the droplet receiver is high, the droplet spreads wet over time after landing, and the side surface shape of the droplet cannot be captured well. Due to such circumstances, the accuracy of the droplet amount obtained by the calculation varies depending on the timing of measuring the numerical data.
In the droplet amount measuring method of the present invention, the numerical data can be measured with high accuracy by measuring the numerical data at a predetermined timing. In particular, by setting the predetermined timing in the range of 10 μs to 1000 μs, more preferably in the range of 10 μs to 100 μs, even when a low-viscosity liquid is used or when the wettability is good, the shape of the side surface of the droplet Can be accurately measured, and can be effectively applied to various liquid materials and substrates.
また、前記液滴量測定方法は、前記計測ステップにおいて、前記液滴に対して閃光を照射し、当該照射の瞬間における前記液滴の画像を撮像して前記側面形状の計測を行うものであって、前記閃光の照射は、前記液滴の吐出タイミングに所定の遅延時間を加えたタイミングでなされることを特徴とする。
また、好ましくは、前記閃光を照射することによる前記液滴の撮像は、バックライティング法によってなされることを特徴とする。
また、好ましくは、前記撮像ステップにおける前記閃光は、パルスレーザ光であることを特徴とする。
また、好ましくは、前記パルスレーザ光の照射は、光ファイバを介してなされることを特徴とする。
The droplet amount measuring method is a method in which, in the measurement step, the droplet is irradiated with a flash, and an image of the droplet at the moment of the irradiation is taken to measure the side surface shape. The flash light is emitted at a timing obtained by adding a predetermined delay time to the droplet ejection timing.
Preferably, the imaging of the droplet by irradiating the flash is performed by a backlighting method.
Preferably, the flash light in the imaging step is a pulsed laser beam.
Preferably, the irradiation with the pulsed laser beam is performed through an optical fiber.
先に述べた液滴量測定方法のように、液滴の数値データの計測を所定のタイミングで行うには、例えば、高速度カメラで液滴を撮像し、当該所定のタイミングに対応する液滴の像に対して計測を行うようにしてもよい。しかしこのような方法では、高速度カメラが高価であるために実施に先立って多くの出費を必要とする。
この発明の液滴量測定方法によれば、閃光の照射によってその照射の瞬間の画像を撮像するので、高速度カメラのような特別な撮像手段を用いずとも、閃光の照射制御によって任意のタイミングにおける液滴の像(静止像)を得ることができる。
またこのとき、液滴にバックライトを照射して撮像するバックライティング法によって撮像を行うことにより、液滴の像の輪郭をより鮮明にとらえることができる。またこのとき、パルスレーザ光を用いれば、白色光のような色収差の影響を受けることがなく、鋭敏な明暗変化により液滴の像のブレが低減されて、より鮮明な画像を得ることができる。またこのとき、光ファイバを介してパルスレーザ光の照射を行えば、光ファイバにより狭い範囲に光線を集中して照射することができ、また、光ファイバを通る過程でパルスレーザ光の位相が分散されて可干渉性が低下するので、液滴の輪郭(エッジ)における回折の影響を低減することができる。
In order to measure the numerical data of the droplet at a predetermined timing as in the droplet amount measuring method described above, for example, a droplet is imaged with a high-speed camera, and the droplet corresponding to the predetermined timing is measured. You may make it measure with respect to this image. However, in such a method, since a high-speed camera is expensive, a large expense is required prior to implementation.
According to the droplet amount measuring method of the present invention, an image at the moment of irradiation is picked up by flash irradiation. Therefore, any timing can be set by flash irradiation control without using a special imaging means such as a high-speed camera. A droplet image (still image) can be obtained.
Further, at this time, by performing imaging using a backlighting method in which the droplet is irradiated with a backlight, the contour of the droplet image can be captured more clearly. At this time, if pulsed laser light is used, it is not affected by chromatic aberration as in white light, and blurring of the image of the droplet is reduced by a sharp change in brightness, and a clearer image can be obtained. . Also, at this time, if the pulse laser beam is irradiated through the optical fiber, the light beam can be focused in a narrow range by the optical fiber, and the phase of the pulse laser beam is dispersed in the process of passing through the optical fiber. As a result, the coherence is reduced, so that the influence of diffraction on the contour (edge) of the droplet can be reduced.
本発明は、ノズル近傍に設けられた圧力発生手段を有する液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧力発生手段を駆動する駆動信号を適正化する駆動信号適正化方法であって、一ないし二以上の駆動信号により前記圧力発生手段を駆動して、前記ノズルから前記液滴を吐出する吐出ステップと、前記液滴量測定方法を用いて、前記吐出ステップで吐出した前記液滴の吐出量を測定する吐出量測定ステップと、前記吐出量測定ステップで測定した前記吐出量に応じて、前記一ないし二以上の駆動信号を基に駆動信号を適正化する適正化ステップと、を有することを特徴とする。 The present invention relates to a driving signal optimization method for optimizing a driving signal for driving the pressure generating means in a droplet discharge head having pressure generating means provided in the vicinity of a nozzle, and comprising one or more driving signals A discharge step for driving the pressure generating means to discharge the droplet from the nozzle, and a discharge amount for measuring the discharge amount of the droplet discharged in the discharge step using the droplet amount measuring method The method includes a measurement step and an optimization step of optimizing a drive signal based on the one or more drive signals according to the discharge amount measured in the discharge amount measurement step.
ここで、駆動信号とは、ピエゾ素子等の圧力発生手段を駆動するための電圧パルス等であり、パルスの電圧差や勾配等に応じてノズルから吐出される液滴の吐出量が変化するという特徴を持つ。
この駆動信号適正化方法によれば、上述の液滴量測定方法により一ないし二以上の駆動信号(ダミー用駆動信号)による吐出量を取得し、当該吐出量と理想吐出量との差分から、当該ダミー用駆動信号を基に、理想吐出量が得られる駆動信号を生成することができる。
Here, the drive signal is a voltage pulse or the like for driving pressure generating means such as a piezo element, and the discharge amount of the liquid droplets discharged from the nozzle changes according to the voltage difference or gradient of the pulse. Has characteristics.
According to this drive signal optimization method, the discharge amount by one or more drive signals (dummy drive signal) is acquired by the above-described droplet amount measurement method, and from the difference between the discharge amount and the ideal discharge amount, Based on the dummy drive signal, it is possible to generate a drive signal for obtaining an ideal discharge amount.
また、前記駆動信号適正化方法において、前記吐出量の測定は、複数の前記ノズルに対応してなされることを特徴とする。
この駆動信号適正化方法によれば、吐出量の測定が複数のノズルに対応してなされるので、ノズル間における吐出量のばらつきを考慮した駆動信号の適正化が可能である。
In the drive signal optimization method, the discharge amount is measured corresponding to the plurality of nozzles.
According to this drive signal optimizing method, since the discharge amount is measured corresponding to a plurality of nozzles, it is possible to optimize the drive signal in consideration of variations in the discharge amount among the nozzles.
本発明は、ノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、前記ノズルから吐出される液滴を受ける液滴受容体を載置する載置部と、前記液滴受容体の一面に着弾した前記液滴を当該一面に沿った方向から観察し、前記液滴の側面形状を特定する数値データを計測する計測手段と、を備えることを特徴とする。
また、好ましくは前記側面形状から幾何学的に前記液滴の量を計算する液滴量演算部を備えることを特徴とする。
The present invention has landed on one surface of the droplet receiver, a droplet discharge head that discharges droplets from the nozzle, a mounting portion for mounting a droplet receiver that receives the droplets discharged from the nozzle, and And a measuring means for observing the droplet from a direction along the one surface and measuring numerical data for specifying a side shape of the droplet.
Preferably, the apparatus further comprises a droplet amount calculation unit that geometrically calculates the droplet amount from the side surface shape.
この液滴吐出装置によれば、計測手段により、液滴の側面形状を特定する数値データを計測することができる。かくして、得られた数値データを基に液滴の底面以外の表面を球面で近似するなどして、当該液滴の量を幾何学的に求めることができる。液滴の量の演算は、好ましくは、液滴吐出装置に備えられた液滴量演算部により自動的に行われる。 According to this droplet discharge device, it is possible to measure numerical data for specifying the side surface shape of the droplet by the measuring means. Thus, based on the obtained numerical data, the surface of the droplet other than the bottom surface is approximated by a spherical surface, and the amount of the droplet can be obtained geometrically. The calculation of the amount of droplets is preferably automatically performed by a droplet amount calculation unit provided in the droplet discharge device.
また、前記液滴吐出装置において、前記計測手段は、前記液滴受容体の一面上に着弾した前記液滴に対して閃光を照射する照射手段と、前記液滴受容体の一面に着弾した前記液滴を当該一面に沿った方向から撮像する撮像手段と、を含み、前記閃光照射は、前記液滴の吐出タイミングに所定の遅延時間を加えたタイミングで前記閃光を照射することを特徴とする。
この発明の液滴吐出装置によれば、照射手段で閃光を照射し、その瞬間における液滴の像を撮像手段で撮像するので、閃光を照射するタイミングを制御することで任意のタイミングにおける液滴の像(静止像)を得ることができる。また、閃光の照射タイミングは、液滴の吐出タイミングを基準時として正確に計られるので、適切なタイミングで液滴の側面形状の計測を行うことができる。
Further, in the droplet discharge device, the measurement unit includes an irradiation unit that irradiates a flash to the droplet landed on one surface of the droplet receptor, and the landed surface of the droplet receptor. Imaging means for imaging a droplet from a direction along the one surface, and the flash irradiation is performed by irradiating the flash at a timing obtained by adding a predetermined delay time to the discharge timing of the droplet. .
According to the droplet discharge device of the present invention, the flashing light is irradiated by the irradiating unit, and the image of the droplet at that moment is captured by the imaging unit. Image (still image) can be obtained. In addition, the flash irradiation timing is accurately measured with the droplet discharge timing as a reference time, so that the side surface shape of the droplet can be measured at an appropriate timing.
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
Note that the embodiments described below are preferred specific examples of the present invention, and thus various technically preferable limitations are given. However, the scope of the present invention is particularly limited in the following description. Unless otherwise stated, the present invention is not limited to these forms.
(液滴吐出装置の全体構成)
先ずは、図1、図2を参照して液滴吐出装置の全体構成について説明する。図1は、本実施形態における液滴吐出装置の概略構成を示す斜視図である。図2は、ヘッド部における液滴吐出ヘッドの配置を示す平面図である。
図1に示すように液滴吐出装置100は、支持脚106に支えられた定盤107の上に、液滴を吐出するヘッド部110を有するヘッド機構部102と、液滴受容体としての基板120をヘッド部110に対して移動可能に載置する基板機構部103と、ヘッド部110に液状体133を供給する液状体供給部104とを備えている。また、液滴吐出装置100は、定盤107の下側に、ヘッド機構部102、基板機構部103の駆動制御および、ヘッド部110の吐出制御を制御する制御部105を備えている。
ここで、基板120としては、ガラス基板、金属基板、合成樹脂基板など、平板状のものであればたいていのものが利用できる。また、液状体としては、例えば、カラーフィルタのフィルタ材料、有機EL装置におけるEL発光層を形成するための発光材料、PDP装置における蛍光体を形成するための蛍光材料、電気泳動表示装置における泳動体を形成する泳動体材料、基板の表面にバンクを形成するためのバンク材料、各種コーティング材料、電極を形成するための液状電極材料、2枚の基板間に微小なセルギャップを構成するためのスペーサを構成する粒子材料、金属配線を形成するための液状金属材料、マイクロレンズを形成するためのレンズ材料、レジスト材料、光拡散体を形成するための光拡散材料などを含む溶液が、描画の目的に応じて用意される。
(Overall configuration of droplet discharge device)
First, the overall configuration of the droplet discharge device will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a droplet discharge device according to the present embodiment. FIG. 2 is a plan view showing the arrangement of the droplet discharge heads in the head unit.
As shown in FIG. 1, a
Here, as the
ヘッド機構部102は、液状体133を液滴として吐出するヘッド部110と、ヘッド部110を搭載したキャリッジ111と、キャリッジ111のY軸方向への移動をガイドするY軸ガイド113と、Y軸ガイド113に沿って設置されたY軸ボールねじ115と、Y軸ボールねじ115を正逆回転させるY軸モータ114と、キャリッジ111の下部にあって、Y軸ボールねじ115と螺合してキャリッジ111を移動させる雌ねじ部が形成されたキャリッジ螺合部112とを備えている。
The
基板機構部103の移動機構は、ヘッド機構部102とほぼ同様の構成でX軸方向に配置されており、基板120を載置している載置部としての載置台121と、載置台121の移動をガイドするX軸ガイド123と、X軸ガイド123に沿って設置されたX軸ボールねじ125と、X軸ボールねじ125を正逆回転させるX軸モータ124と、載置台121の下部にあって、X軸ボールねじ125と螺合して載置台121を移動させる載置台螺合部122とから構成されている。
The moving mechanism of the
ヘッド部110は、図2に示すように、互いに同じ構造を有する複数の液滴吐出ヘッド116を保持している。液滴を吐出するための液滴吐出ヘッド116は、X軸方向に延びる2つのノズル列を有していて、1つのノズル列は、例えば180個のノズル117…を有している。各液滴吐出ヘッド116…は、X軸方向におけるノズルの位置(座標)が、所定の間隔でオフセットされるように配置されている。
As shown in FIG. 2, the
再び図1に戻って、ヘッド部110に液状体133を供給する液状体供給部104は、ヘッド部110に連通する流路を形成するチューブ131aと、チューブ131aへ液体を送り込むポンプ132と、ポンプ132へ液状体133を供給するチューブ131b(流路)と、チューブ131bに連通して液状体133を貯蔵するタンク130とから成っており、定盤107上の一端に配置されている。
Returning to FIG. 1 again, the
ヘッド機構部102および基板機構部103には、ヘッド部110と載置台121の移動した位置を検出する図示しない位置検出手段が、それぞれ備えられている。また、キャリッジ111と載置台121には、XY方向に直交するZ方向を回転軸方向とした、回転方向を調整する機構が組込まれ、ヘッド部110の回転方向調整、および載置台121の回転方向調整が可能である。
The
上述の構成において、X軸モータ124、Y軸モータ114の駆動制御により、ヘッド部110と基板120とは、それぞれY軸方向およびX軸方向に往復自在に相対移動することができる。そして、この相対移動と同期させて、液状体供給部104から供給された液状体133を、ヘッド部110から液滴として吐出することにより、基板表面120a上に描画を行うことができる。
In the above-described configuration, the
液滴吐出装置100は、基板表面120a上の液滴を観察するための計測手段として、撮像手段としてのカメラ20と、照射手段としてのレーザ光源31、出射部32、光ファイバ33と、これらをXY軸方向に移動するための計測手段移動機構部91,92および支持バー90を備えている。また、制御部105、カメラ20、レーザ光源31は、制御用コンピュータ160と電気的に接続されている。制御用コンピュータ160は、直接的あるいは制御部105を介して上述の計測手段やヘッド部110などを制御し、後述する液滴量の測定や駆動信号の適正化を行う。
The
カメラ20は、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)センサ等の固体撮像素子を有する撮像部22と、鏡筒21とから構成されている。カメラ20は、計測手段移動機構部91,92によってXY軸方向に移動可能に設置され、基板表面120a上における任意の箇所に対して視野および焦点を合わせることができる。撮像部22で取得された画像データは、制御用コンピュータ160に送られ、画像処理を施こしたり、モニタ161に表示させることができる。
The
照射手段を構成するレーザ光源31は、閃光としてのパルスレーザ光を発生する。パルスレーザ光は撮像部22において撮像感度の高い波長域のものを選択することが好ましく、本実施形態では、レーザ光源31として、Oxford Lasers社製:HSI1000を採用し、近赤外域の半導体パルスレーザ光を得ている。レーザ光源31で発生したパルスレーザ光を誘導する光ファイバ33は、計測手段移動機構部91,92と一体に移動可能な支持バー90に沿って這わされ、その一端に設けられた出射部32から、カメラ20に対向する方向にパルスレーザ光を照射するようになっている。
カメラ20および出射部32は、共に計測手段移動機構部91,92によって移動する構成であるため、両者の相対位置関係は常に一定に保たれ、撮像時における光量や光の入射角も安定している。本実施形態においては、パルスレーザ光の出射軸は鏡筒21の光軸とほぼ平行に設定されており、液滴をいわゆるバックライティング法によって撮像することができる。
The
Since both the
(液滴吐出ヘッドの構成および吐出制御)
次に、図3〜図6を参照して、液滴吐出ヘッドの構成と吐出制御について説明する。図3は、液滴吐出ヘッドの主要部構造を示す概略斜視図である。
図3に示すように、液滴吐出ヘッド116は、隔壁141…に仕切られて形成された複数のキャビティ140…を備え、1つのキャビティ140に対して1つのノズル117が設けられている。ノズル117は、隔壁141…を構成する部材の下面に接着固定されたノズルプレート144に形成されている。キャビティ140には、1対の隔壁141間に位置する供給口146を介して、リザーバ145から液状体が供給されるようになっている。リザーバ145は一定量の液状体を貯留するための液溜めの役割を果たしており、リザーバ145へは、孔147を通して液状体が供給される。
キャビティ140…の上部は圧力発生手段としての振動板143となっていて、振動板143上には、それぞれのキャビティ140に対応して、振動子142…が位置する。振動子142は、ピエゾ素子と、ピエゾ素子を挟む1対の電極(図示せず)とから成る。この1対の電極に駆動信号(図4参照)を印加することで、振動子142に対応する箇所の振動板143が変形し、キャビティ140の内圧が変化して、液状体がノズル117から液滴150となって吐出される。
(Droplet discharge head configuration and discharge control)
Next, the configuration of the droplet discharge head and the discharge control will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a schematic perspective view showing the main structure of the droplet discharge head.
As shown in FIG. 3, the
The upper part of the
図4は、駆動信号の一例と当該駆動信号に対応するノズル内の液状体の挙動を示す図である。
図4に示す駆動信号300は、放電パルス301、充電パルス302、放電パルス303を有する一連のパルス群305,305が周期的に中間電位304で接続された構成となっている。放電パルス301が振動子142(図3参照)に印加されると、電圧レベルの低下と共にキャビティ140(図3参照)内が減圧され、ノズル117内における液状体133の量が減少する(タイミングTp)。次に、急峻な充電パルス302が振動子142(図3参照)に印加されると、電圧レベルの上昇と共にキャビティ140(図3参照)内が加圧され、液状体133はノズル117から大きく突出する(タイミングTe)。このときノズル117を含む流路内では固有振動と呼ばれる圧力振動が発生し、この固有振動に従い、液状体133はやがてノズル117の奥に引き込まれる動きに転じる。このため、先に突出した部分とノズル117側の部分との境界で液状体133の切断が起こり、当該突出部分は液滴150となって飛翔してゆく(タイミングTb)。放電パルス303は、キャビティ140(図3参照)内の固有振動の残留成分を打ち消すと共に上昇した電位レベルを中間電位に戻す役割を果たしており、これで一周期分の吐出駆動が終了する。尚、液滴150が吐出されるタイミング(以下、吐出タイミングとする)は、ある瞬間として明確に捉えられるものではないが、本実施形態では、充電パルス302の印加終了時点であるタイミングTeを吐出タイミングとして扱うものとする。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the drive signal and the behavior of the liquid material in the nozzle corresponding to the drive signal.
The
駆動信号300における電位差成分Vc,Vhや時間成分(パルスの傾きやパルス間の接続間隔など)、パルス群305の形状などは、液滴の吐出量等に大きく関わっており、目的とする吐出特性に応じて、駆動信号300はあらかじめ設計されている。しかし、液滴吐出ヘッド116の製造ばらつきに起因して、同じ駆動信号300を印加しても吐出量等が個体毎にばらつくことがあり、このようなばらつきを補正する技術が必要となる。
そこで、一般には、液滴吐出装置100毎に、あるいは液滴吐出ヘッド116毎に駆動信号の適正化を行い、上述の課題に対応している。具体的には、例えば、各パルスの基本形状や時間成分は変えずに電圧成分のみを等比率で変化させて、いわゆる駆動電圧を変化させることにより行う。より具体的には、一ないし二の所定の駆動電圧で液滴を吐出させて吐出量を測定し、当該吐出量と目標吐出量との差分から適正な駆動電圧(適正電圧)を求めるものである(特許文献1参照)。このような駆動信号300の適正化は、液状体の変更に伴う吐出量変化にも適用可能であり、一つの液滴吐出装置で複数種の液状体を使用する場合に有効である。本実施形態における液滴吐出装置100には、駆動信号(駆動電圧)を適正化する機能があらかじめ備えられており、具体的な動作手順については後で詳しく説明する。
The potential difference components Vc, Vh and time components (pulse slope, connection interval between pulses, etc.) in the
Therefore, in general, the drive signal is optimized for each
図5は、液滴吐出ヘッドの駆動回路の一例を示す回路図である。図6は、駆動信号および制御信号のタイミングを示す図である。
図5において、制御信号発生回路220、駆動信号発生回路230は、制御部105(図1参照)に備えられている。また、フリップフロップ226…、フリップフロップ227…、トランジスタ229…は、液滴吐出ヘッド116の圧電振動子142…(図3参照)の各々に対応して設けられていて、制御信号発生回路220、駆動信号発生回路230と各信号線223,224,225,231で接続されている。
FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a drive circuit for the droplet discharge head. FIG. 6 is a diagram illustrating timings of the drive signal and the control signal.
In FIG. 5, a control
制御信号発生回路220は、データバス222を介して送られてくるデータ信号(図6参照)を取り込み、液滴吐出ヘッド116が印字位置に達したことを示す印字タイミング信号(図6参照)が端子221に入力された段階で、取り込んだデータ信号を1ビットずつ信号線224に出力する。この信号線224に出力されたデータ信号は、カスケードに接続されシフトレジスタを構成するフリップフロップ226のデータ端子に入力される。また、信号線225にはシフトクロック信号が出力され、このシフトクロック信号によってシリアル転送されたデータ信号がシフトされながら、フリップフロップ226…に転送される。そして、すべての圧電振動子142…に対するデータ(ノズルのON/OFF情報)が転送された段階で、信号線223にラッチ信号(図6参照)が送られ、データがフリップフロップ227…の出力側に現われる。そして、印字動作を行うべき圧電振動子142に対応するトランジスタ229がON状態となる。一方、駆動信号発生回路230は、制御信号発生回路220、信号線260を介して印字タイミング信号(図6参照)が入力されると、駆動信号(図6参照)を信号線231から出力し、ON状態となったトランジスタ229に対応する圧電振動子142を駆動する。
尚、駆動信号発生回路230が生成する駆動信号の形状や、データ信号のデータ、印字タイミング信号の印加タイミング、周波数などは、制御用コンピュータ160からの命令により、自由に設定することが可能である。かくして、液滴吐出ヘッド116の任意のノズルから、任意のタイミングで、任意の駆動信号によって液滴150を吐出させることが可能となる。
The control
The shape of the drive signal generated by the drive
図6において、吐出タイミングTeは、駆動信号に依存して決まるタイミングであり、印字タイミング信号の立ち上がりタイミングともラッチ信号の立ち上がりタイミングTl(以下、ラッチタイミングTlとする)とも異なったタイミングとなっている。しかし、吐出タイミングTeとラッチタイミングTlとは、常に一定の時間間隔Tiで規定される関係にあり、ラッチタイミングTlをもって吐出タイミングTeを捉えることが可能である。ラッチ信号は、制御部105から制御用コンピュータ160に送られ(図1参照)、制御用コンピュータ160は、ラッチタイミングTlを基準として、レーザ光源31におけるパルスレーザ光の発生制御やカメラ20の撮像制御を行っている。すなわち、制御用コンピュータ160は、本発明における照射手段を構成している。
In FIG. 6, the ejection timing Te is a timing determined depending on the drive signal, and is different from the rising timing of the printing timing signal and the rising timing Tl of the latch signal (hereinafter referred to as latch timing Tl). . However, the discharge timing Te and the latch timing Tl are always in a relationship defined by a constant time interval Ti, and the discharge timing Te can be grasped with the latch timing Tl. The latch signal is sent from the
(液滴量の測定動作)
次に、図7〜図10を参照して、液滴吐出装置を用いた液滴量(吐出量)の測定動作について説明する。図7は、液滴量の測定動作に係る液滴吐出装置の機能構成を示す図である。図8は、駆動信号、ラッチ信号、トリガ信号、パルスレーザ光出力のタイミングを示す図である。
(Drop volume measurement operation)
Next, with reference to FIG. 7 to FIG. 10, the operation for measuring the droplet amount (discharge amount) using the droplet discharge device will be described. FIG. 7 is a diagram illustrating a functional configuration of the droplet discharge device according to the droplet amount measurement operation. FIG. 8 is a diagram showing the timing of the drive signal, latch signal, trigger signal, and pulse laser beam output.
図7に示すように、液滴吐出ヘッド116のノズル面148と基板表面120aとは、一定の距離gが保たれるように構成されており、基板120は基板機構部103によってX軸方向に、液滴吐出ヘッド116はヘッド機構部102によってY軸方向にそれぞれ移動可能となっている。また、カメラ20および出射部32は、計測手段移動機構部91,92によって、X軸方向およびY軸方向に移動可能となっている。これらの構成により、液滴吐出ヘッド116は、基板120における任意の位置に液滴150を吐出することができ、カメラ20は、任意のノズル117(図2参照)から吐出された液滴150を撮像することができる。
液滴量の測定は、電気配線などの各種機能膜の形成のためのパターン描画に先立って行われる。液滴受容体としての基板120には、液滴量測定用の専用基板が用意されることもあるし、描画用基板をそのまま利用することもある。後者の場合には、測定対象としての液滴150の吐出は、描画しないダミー領域に対して行われる。尚、このとき基板表面120aには、樹脂や無機物の薄膜などが形成されていてもよく、親液ないし撥液処理が施されていてもよい。ある程度の平坦性が確保されていれば十分であり、基板表面120aの状態の影響をあまり受けないことは、本願発明の特徴の一つである。
As shown in FIG. 7, the
The measurement of the amount of droplets is performed prior to pattern drawing for forming various functional films such as electric wiring. As the
撮像手段としてのカメラ20は、照射手段としての出射部32から照射される閃光としてのパルスレーザ光をバックライトとして、基板表面120aに沿った方向から基板表面120a上の液滴150を撮像する。カメラ20は、出射部32によって液滴150が照射された瞬間の像を静止画として撮像することができる。すなわち、液滴150が基板表面120aに着弾した後の任意のタイミングでパルスレーザ光を照射することにより、当該タイミングにおける液滴150の像を撮像することが可能である。
照射の光源にはパルスレーザ光が用いられるので、白色光のような色収差の影響を受けることがなく、また、鋭敏な明暗変化により液滴150の像のブレが低減されて、鮮明な静止画像を得ることができる。また、液滴150にバックライトを照射して撮像するバックライティング法によって撮像を行っているので、液滴の像の輪郭をより鮮明にとらえることができる。また、パルスレーザ光は、光ファイバ33を介して照射されるので、パルスレーザ光の位相が分散されて可干渉性が低下し、液滴150のエッジにおける回折の影響を低減することができる。また、光ファイバ33でパルスレーザ光を収束して照射することにより、ノズル面148と基板表面120aとの間隔gが狭い場合においても液滴150を有効に照射することができる。
The
Since pulsed laser light is used as the light source for irradiation, it is not affected by chromatic aberration like white light, and blurring of the image of the
上述のパルスレーザ光の照射制御および撮像制御は、制御用コンピュータ160から発信されるトリガ信号によって行われる。すなわち、制御用コンピュータ160で生成されたトリガ信号を受けて、レーザ光源31はパルスレーザ光を出力し、撮像部22はパルスレーザ光によって照射された液滴150を静止画像として撮像する。撮像された画像情報は、制御用コンピュータ160に送られて、適宜画像処理される。
ここで、トリガ信号は、制御信号発生回路220から送られてくるラッチ信号を同期信号として生成される。すなわち、図8において、ラッチタイミングTlに所定の時間=Ti+Tdを加えたタイミングTf(以下、撮像タイミングTfとする)でトリガ信号を発生させる。ここで、Tiは、先にも説明したように、ラッチタイミングTlと吐出タイミングTeとの時間差であり、つまりは、Tdは、吐出タイミングTeに対する撮像タイミングTfの遅延時間を表している。
このように、ラッチ信号を同期信号としてTi+Tdの時間差でトリガ信号を発生させることで、吐出タイミングTeに遅延時間Tdを加えたタイミングで、パルスレーザ光の照射および撮像が行われる。そして、遅延時間Tdを変化させることにより、吐出タイミングTeを基準とする任意のタイミングで液滴150を撮像することができる。尚、図示するタイミングTwは、液滴150が基板表面120aに着弾するタイミング(以下、着弾タイミングTwとする)を表している。
The pulse laser beam irradiation control and imaging control described above are performed by a trigger signal transmitted from the
Here, the trigger signal is generated using the latch signal transmitted from the control
In this manner, by generating a trigger signal with a time difference of Ti + Td using the latch signal as a synchronization signal, irradiation with pulsed laser light and imaging are performed at a timing obtained by adding the delay time Td to the ejection timing Te. Then, by changing the delay time Td, the
着弾タイミングTwは、吐出タイミングTeに対して一定時間の遅れ、すなわち、図7において、液滴150がノズル面148から基板表面120aに至る間隔gを飛翔する時間分の遅れを生じることになる。例えば、間隔gが0.7mm、平均飛翔速度が7m/sであるとすると、液滴150が吐出してから基板表面120aに着弾するまでの時間は100μsに相当する。この場合、遅延時間Tdを100μs以上に設定すれば、基板表面120aに着弾した後の液滴150が撮像されるわけである。
このように、吐出タイミングTeから着弾タイミングまでの時間差は間隔gが保たれていることで一定になるので、吐出タイミングTe(直接的には吐出タイミングと同期するラッチタイミングTl)を基準とする遅延時間Tdにより、着弾タイミングTwから撮像までの経過時間Trを規定することができる。
The landing timing Tw is delayed by a certain time with respect to the discharge timing Te, that is, in FIG. 7, a delay corresponding to the time during which the
As described above, since the time difference from the discharge timing Te to the landing timing becomes constant because the interval g is maintained, the delay is based on the discharge timing Te (the latch timing Tl that is directly synchronized with the discharge timing). The elapsed time Tr from the landing timing Tw to imaging can be defined by the time Td.
図9には、遅延時間Tdを変えて撮像した液滴の画像の一例が示されている。ここで、液滴150には、市販のインクジェットプリンタに使用される染料インクが用いられており、基板表面120aは、ドデシルトリエトキシシラン(Dodecyl triethoxy silane)の分子が吸着されて親液化された状態にある。
図9(a)に示す着弾直後の段階においては、液滴150は着弾時の衝撃に伴う振動が収まっておらず、液滴150の側面形状は不安定な状態にある。着弾から少し時間が経過するとこのような振動は収束し、図9(b)に示すように液滴150は安定した球面形状を示す。そして時間の経過に伴って液滴150は濡れ広がってゆき、図9(c)の状態を経て、図9(d)に示すように大きく濡れ広がった状態で定常化する。
撮像された画像は、計測手段を構成する制御用コンピュータ160によって画像処理が施され、液滴150の側面形状が計測される。より具体的には、例えば、図9(b)に示す接触径d、接触角θ、高さhや、像の面積など、側面形状を特定する数値データが取得される。図10は、このようにして計測した接触径d(図10(a))および液滴高さh(図10(b))と、着弾から撮像までの経過時間Trとの関係を示している。
FIG. 9 shows an example of a droplet image picked up by changing the delay time Td. Here, a dye ink used in a commercially available inkjet printer is used for the
In the stage immediately after landing shown in FIG. 9A, the
The captured image is subjected to image processing by a
このように、液滴150の側面形状は、着弾後の経過時間Trによって変動し、着弾直後は残留振動の影響により、着弾から長時間経過後は濡れ広がりの影響により、側面形状の特定が困難になる。この後で行う液滴量の演算においては、液滴150の側面形状から幾何学的にその体積を求めることになるので、側面形状の特定は体積測定の精度に関わる大きな要素である。すなわち、液滴150を撮像するタイミング(遅延時間Td、経過時間Tr)は、液滴量の計算精度に大きく関わっている。
撮像に適したタイミングは、着弾直後の残留振動や濡れ広がりの影響を受けない時間範囲であり、Tr=10μs〜1000μs、より好適には、10μs〜100μsである。着弾後における液滴の挙動特性は、液滴150の粘度や基板表面120aとの濡れ性などによって変化するものであるが、この範囲のタイミングで撮像を行えば、低粘度の液状体を用いた場合や濡れ性のよい場合においても、液滴150の側面形状を正確に計測することができ、種々の液状体や基板に有効に対応することができる。本実施形態の液滴吐出装置100においては、液滴150を撮像するタイミングが、上述の時間範囲内の時間(例えばTr=15μs)に規定されており、液滴150の側面形状の正確な測定が可能である。
As described above, the side surface shape of the
The timing suitable for imaging is a time range that is not affected by residual vibration or wetting spread immediately after landing, and Tr = 10 μs to 1000 μs, and more preferably 10 μs to 100 μs. The behavior characteristics of the droplet after landing vary depending on the viscosity of the
液滴150を撮像し、その側面形状を特定する数値データを計測したら、次に、取得された数値データを用いて液滴量の演算が行われる。この演算は、液滴量演算部を備える制御用コンピュータ160で行われ、本実施形態では、着弾径dと接触角θが計測され(計測ステップ)、式1に示す計算式を用いて液滴150の体積Vが計算される(演算ステップ)。このように、本実施形態に係る液滴吐出装置100は、液滴150の側面形状から幾何学的に液滴量を求めるようになっているため、1滴単位での測定が可能であり、また、基板表面120aの状態にあまり影響されることがない。
Once the
式1は、液滴150の液面が球面を形成すると近似して導いた計算式であるが、必要に応じ、実量との誤差を補正するための補正係数を乗じるようにしてもよい。また、液滴量の演算は、上述のような計算方法に限定されるものではなく、着弾径dと高さhから算出する方法でもよいし、液滴150の側面像の面積を計測して積分により体積を算出する方法でもよい。また、液滴150の体積ではなく、用いられる液状体の密度を用いて質量(重量)が得られるようになっていてもよい。
Equation (1) is a calculation equation that is approximated when the liquid surface of the
(駆動電圧の適正化動作)
次に、図11のフローチャートに沿って、図7および図12を参照して、駆動信号における駆動電圧の適正化動作について説明する。図11は、液滴量の測定動作の一例を示すフローチャートである。図12は、撮像視野を示す概略側面図である。
駆動電圧の適正化は、必要に応じ、描画に先立って行われる。適正化動作が必要となるのは、例えば、液滴吐出装置100のメンテナンスにより、ヘッド部110(図2参照)の液滴吐出ヘッド116の一部ないし全部が交換されたときや、液状体133(図1参照)の種類や組成が変更されたときである。
(Drive voltage optimization operation)
Next, the operation for optimizing the drive voltage in the drive signal will be described along the flowchart of FIG. 11 with reference to FIGS. FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of a droplet amount measurement operation. FIG. 12 is a schematic side view showing the imaging field of view.
Optimization of the drive voltage is performed prior to drawing as necessary. The optimizing operation is necessary when, for example, a part or all of the droplet discharge heads 116 of the head unit 110 (see FIG. 2) is replaced by the maintenance of the
図7において、駆動電圧適正化のための動作命令が制御用コンピュータ160から送られると、まず、第1駆動電圧が設定される(図11のステップS1)。この第1駆動電圧は、適正化動作における吐出駆動で使用される仮の駆動電圧であり、あらかじめ値が制御部105に記憶されている。
次に、ヘッド機構部102、基板機構部103の駆動により、液滴吐出ヘッド116が基板120に対する所定の相対位置に移動し、液滴の吐出位置(着弾位置)が合わせられる(図11のステップS2)。このとき、基板120が描画用基板である場合には、基板120におけるダミー領域上に液滴吐出ヘッド116が移動する。尚、このステップS2に先立ち、液滴吐出ヘッド116のノズル内における増粘した液状体(ノズル開口から水分が蒸発して粘度が上昇した液状体)を廃棄するために、液滴吐出装置100に設けられた図示しない捨てうち領域に、液滴吐出を行うようにしてもよい。
次に、計測手段移動機構部91,92の駆動により、カメラ20および出射部32が移動し、撮像位置(視野および焦点)が合わせられる(図11のステップS3)。本実施形態においては、図12に示すように、液滴吐出ヘッド116の一のノズル列(図2参照)について、当該ノズル列の中央部および両端部の3つの撮像領域f1〜f3が設定されており、1領域について6ノズルを同時に撮像する。例えば最初のステップS2においては、撮像領域f1が撮像視野となる。
In FIG. 7, when an operation command for optimizing the drive voltage is sent from the
Next, by driving the
Next, the
次に、図12に示すように、液滴吐出ヘッド116から液滴150…が吐出される(図11の吐出ステップS4)。このときの吐出条件はあらかじめ規定されており、本実施形態では、1列の全ノズル(180ノズル)から同時に1滴ずつ液滴を吐出させる。吐出条件を規定するのは、液滴吐出ヘッド116の構造的ないし駆動信号の電気的クロストークにより、同時に駆動するノズル数によって吐出量が変動する場合があるからである。設計条件が許せば、1撮像領域:6ノズル単位で吐出を行うようにしても構わない。
次に、撮像領域f1における基板表面120a上の液滴150…にパルスレーザ光を照射して撮像し(図11のステップS5)、指定撮像エリアの全てが終了しているか否かのチェックが行われる(図11のステップS6)。尚、ステップS5における撮像条件は、先に説明した液滴量の測定の場合と同様である。
Next, as shown in FIG. 12,
Next, the
ステップS6において、指定撮像エリアが残っている場合にはステップS2に戻り、ステップS2〜S6までの一連の動作が行われる。ここで、吐出位置を合わせるためのステップS2と吐出ステップS4は、必要に応じて行われる。例えば、先に吐出された液滴150…に対して、撮像位置だけをf2、f3と順に移動させ、撮像を行うようにしてもよい。この場合、f2、f3における撮像タイミングは、計測手段移動機構部91,92の駆動に要する時間や撮像部22の処理速度の関係で、f1における撮像タイミングよりも遅れることになる。しかし、液滴150が基板表面120aに対して濡れにくい場合には十分有効であり、消費する液状体の量や撮像に要する時間を短縮することができる。また、それぞれの撮像タイミングを一致させたい場合には、ステップS2により吐出位置(着弾位置)を少しずらした上で撮像位置を移動させ(ステップS3)、液滴吐出(ステップS4)、撮像(ステップS5)を上述と同じ手順で行うことになる。
In step S6, when the designated imaging area remains, the process returns to step S2, and a series of operations from steps S2 to S6 are performed. Here, step S2 and discharge step S4 for adjusting the discharge position are performed as necessary. For example, only the imaging position may be sequentially moved in the order of f2 and f3 with respect to the previously ejected
このようにして、他のノズル列や他の液滴吐出ヘッド116(図2参照)についても同様の動作を繰り返し、ステップS6において指定撮像エリアが全て終了したと判断されたら、撮像された全ての画像における液滴150に対して、側面形状を特定する数値データの計測が行われる(図11の計測ステップS7)。そして、計測した数値データに基づいて、液滴150の体積、すなわち吐出ステップS4における吐出量が演算により求められる(図11の演算ステップS8)。つまり、液滴150の撮像を行うステップS5、液滴150の側面に係る数値データ計測する計測ステップS7、液滴量の演算を行う演算ステップS8は、本発明における吐出量測定ステップを構成している。
In this manner, the same operation is repeated for the other nozzle rows and the other droplet discharge heads 116 (see FIG. 2), and if it is determined in step S6 that all the designated imaging areas have been completed, Numerical data for specifying the side shape is measured for the
吐出量の測定は1ノズル単位からでも行うことが可能であるが、本実施形態では、ノズル間の吐出量ばらつきを考慮して、複数のノズルについての測定を行うようにしている。吐出量を、ノズル列単位または液滴吐出ヘッド116単位または吐出ヘッド110全体の平均値として求めることで、このようなノズル間ばらつきの影響を低減し、平均的な特性を知ることができる。
尚、上述の実施形態において、測定対象を1列のノズル列に対して3つの領域:18ノズルに限定したのは、測定に要する時間を短縮するための扱いであり、もちろん全てのノズルについて吐出量を測定しても構わない。また、逆に、液滴吐出ヘッド116の特定の1ノズルについて、液滴吐出ヘッド116全体、あるいはヘッド部110全体の平均特性との相関が既にわかっているのであれば、当該特定の1ノズルについてのみ吐出量を測定するようにしてもよい。
Although the measurement of the discharge amount can be performed from one nozzle unit, in the present embodiment, the measurement for a plurality of nozzles is performed in consideration of the discharge amount variation between the nozzles. By determining the discharge amount as an average value of the nozzle row unit, the droplet
In the above-described embodiment, the measurement target is limited to three areas: 18 nozzles for one nozzle array, in order to reduce the time required for measurement. Of course, all nozzles are discharged. The amount may be measured. On the other hand, if the correlation with the average characteristic of the entire
上述のようにして、第1駆動電圧による吐出量が求められたら、次に、第2駆動電圧による吐出量の測定がなされたか否かの判定が行われる(図11のステップS9)。第2駆動電圧による吐出量の測定がまだであれば、第2駆動電圧が設定され(図11のステップS10)、ステップS2〜S9の一連の動作により、第2駆動電圧による吐出量が求められる。
第2駆動電圧による吐出量の測定がなされていれば、第1駆動電圧に対する吐出量と第2駆動電圧に対する吐出量とから適正電圧が計算され、駆動電圧として設定される(図11の適正化ステップS11)。具体的には、例えば、第1駆動電圧値および第2駆動電圧値と測定した吐出量との関係から、線形補間により、目標吐出量を得るための駆動電圧を求める(特許文献1参照)。また、精度はやや劣るものの、一方の駆動電圧による吐出量だけを測定して、適正電圧を求める方法もある。このように適正電圧を求めて駆動信号を適正化することにより、設計吐出量(目標吐出量)に基づいた正確な描画を行うことができる。
When the ejection amount based on the first drive voltage is obtained as described above, it is next determined whether or not the ejection amount based on the second drive voltage has been measured (step S9 in FIG. 11). If the measurement of the discharge amount by the second drive voltage is not yet completed, the second drive voltage is set (step S10 in FIG. 11), and the discharge amount by the second drive voltage is obtained by a series of operations of steps S2 to S9. .
If the discharge amount is measured with the second drive voltage, an appropriate voltage is calculated from the discharge amount with respect to the first drive voltage and the discharge amount with respect to the second drive voltage, and set as the drive voltage (optimization in FIG. 11). Step S11). Specifically, for example, a drive voltage for obtaining a target discharge amount is obtained by linear interpolation from the relationship between the first drive voltage value and the second drive voltage value and the measured discharge amount (see Patent Document 1). In addition, although the accuracy is somewhat inferior, there is also a method of obtaining an appropriate voltage by measuring only the ejection amount by one drive voltage. Thus, by obtaining an appropriate voltage and optimizing the drive signal, accurate drawing based on the designed discharge amount (target discharge amount) can be performed.
液滴吐出装置100が、複数種類の駆動信号による印字モードを有する場合には、対応するそれぞれの駆動信号について適正電圧が求められ、設定される。また、適正電圧は、駆動信号発生回路230ごとに演算され、設定される。例えば、ノズル列ごとまたは液滴吐出ヘッド116ごとに独立した駆動信号発生回路230を備えているのならば、当該ノズル列ないし液滴吐出ヘッドごとに平均化した吐出量を計算し、適正電圧の演算、設定を行い、駆動信号の適正化がなされる。
When the
本発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、図4などに示す駆動信号はあくまでも一例に過ぎず、本発明は多様な形状の駆動信号(例えば、特許文献1参照)に対して適用することができる。また、圧力発生手段に関しても、ピエゾ素子を用いたものに限定されるものではなく、駆動信号の形状等によって吐出量が変化する性質を有していれば、本発明を適用することができる。
また、駆動信号の適正化は、上述のように駆動電圧を適正化することにより行うことが一般的であるが、時間成分等を変化させて適性化することを否定するものではない。
また、照射手段による閃光の照射は、パルスレーザ光に限定されるものではなく、白色ストロボによってなされてもよい。
また、液滴量の測定における液滴を撮像するタイミングは、上述の実施形態のように所定のタイミングに規定されることに限定されるものではない。本発明適用の要件としては、液滴の側面形状を特定する数値データが計測できれば十分であり、例えば、液滴が基板表面に対して濡れにくいような場合には、液滴が定常状態となった段階における任意のタイミングで撮像すれば十分である。また、このような場合には、液滴の側面形状が高速で変化するわけではないので、閃光を用いて静止画像として撮像する必要もない。
また、上述の実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略したり、図示しない他の構成と組み合わせたりすることができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the drive signals shown in FIG. 4 and the like are merely examples, and the present invention can be applied to drive signals having various shapes (for example, see Patent Document 1). Further, the pressure generating means is not limited to the one using a piezo element, and the present invention can be applied as long as the discharge amount changes depending on the shape of the drive signal.
The drive signal is generally optimized by optimizing the drive voltage as described above, but it does not deny that the drive signal is optimized by changing the time component or the like.
Moreover, the flash light irradiation by the irradiation means is not limited to the pulse laser light, and may be performed by a white strobe.
Further, the timing for imaging the droplet in the measurement of the droplet amount is not limited to being defined at a predetermined timing as in the above-described embodiment. As a requirement for application of the present invention, it is sufficient that numerical data specifying the side shape of the droplet can be measured. For example, when the droplet is difficult to wet with the substrate surface, the droplet is in a steady state. It is sufficient to take an image at an arbitrary timing in the stage. In such a case, since the side surface shape of the droplet does not change at high speed, it is not necessary to capture a still image using flash light.
Moreover, each structure of the above-mentioned embodiment can combine these suitably, can be abbreviate | omitted, or can combine with the other structure which is not shown in figure.
20…撮像手段(計測手段)としてのカメラ、21…鏡筒、22…撮像部、31…照射手段(計測手段)を構成するレーザ光源、32…照射手段(計測手段)を構成する出射部、33…照射手段(計測手段)を構成する光ファイバ、90…支持バー、91,92…計測手段移動機構部、100…液滴吐出装置、102…ヘッド機構部、103…基板機構部、104…液状体供給部、105…制御部、110…ヘッド部、111…キャリッジ、116…液滴吐出ヘッド、117…ノズル、120…液滴受容体としての基板、120a…液滴受容体の一面としての基板表面、121…載置部としての載置台、133…液状体、140…キャビティ、141…隔壁、142…圧力発生手段としての振動子、143…振動板、144…ノズルプレート、145…リザーバ、146…供給口、148…ノズル面、150…液滴、160…計測手段を構成し液滴量演算部を備える制御用コンピュータ、161…モニタ、220…制御信号発生回路、230…駆動信号発生回路、300…駆動信号、301…放電パルス、302…充電パルス、303…放電パルス、304…中間電位、305…パルス群、Te…吐出タイミング、Tf…撮像タイミング、Td…遅延時間、Tr…着弾から撮像までの経過時間、d…数値データとしての接触径d、θ…数値データとしての接触角、h…数値データとしての液滴の高さ。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記液滴受容体の一面上に着弾した前記液滴を当該一面に沿った方向から観察し、前記液滴の側面形状を特定する数値データを計測する計測ステップと、
前記数値データから、幾何学的に前記液滴の量を計算する演算ステップと、を有することを特徴とする液滴量測定方法。 A droplet amount measuring method for discharging a droplet from a droplet discharge head toward one surface of a droplet receptor and measuring the amount of the discharged droplet,
A measurement step of observing the droplet landed on one surface of the droplet receptor from a direction along the one surface and measuring numerical data specifying a side shape of the droplet;
And a calculation step of geometrically calculating the droplet amount from the numerical data.
前記閃光の照射は、前記液滴の吐出タイミングに所定の遅延時間を加えたタイミングでなされることを特徴とする液滴量測定方法。 5. The droplet amount measuring method according to claim 3, wherein in the measuring step, the droplet is irradiated with flash light, and an image of the droplet at the moment of the irradiation is taken to measure the side surface shape. Because
The method of measuring a droplet amount, wherein the flash irradiation is performed at a timing obtained by adding a predetermined delay time to the droplet discharge timing.
一ないし二以上の駆動信号により前記圧力発生手段を駆動して、前記ノズルから前記液滴を吐出する吐出ステップと、
請求項1ないし8のいずれか一項に記載の液滴量測定方法を用いて、前記吐出ステップで吐出した前記液滴の吐出量を測定する吐出量測定ステップと、
前記吐出量測定ステップで測定した前記吐出量に応じて、前記一ないし二以上の駆動信号を基に駆動信号を適正化する適正化ステップと、を有することを特徴とする駆動信号適正化方法。 In a droplet discharge head having pressure generation means provided in the vicinity of a nozzle, a drive signal optimization method for optimizing a drive signal for driving the pressure generation means,
A discharge step of driving the pressure generating means by one or more drive signals to discharge the droplets from the nozzle;
A discharge amount measurement step of measuring a discharge amount of the droplets discharged in the discharge step using the droplet amount measurement method according to any one of claims 1 to 8,
A drive signal optimization method, comprising: an optimization step of optimizing a drive signal based on the one or more drive signals according to the discharge amount measured in the discharge amount measurement step.
前記ノズルから吐出される液滴を受ける液滴受容体を載置する載置部と、
前記液滴受容体の一面に着弾した前記液滴を当該一面に沿った方向から観察し、前記液滴の側面形状を特定する数値データを計測する計測手段と、を備えることを特徴とする液滴吐出装置。 A droplet discharge head for discharging droplets from a nozzle;
A placement unit for placing a droplet receiver that receives droplets discharged from the nozzle;
A liquid means comprising: a measuring means for observing the liquid droplet that has landed on one surface of the liquid droplet receiver from a direction along the one surface and measuring numerical data for specifying a side surface shape of the liquid droplet; Drop ejection device.
前記閃光照射は、前記液滴の吐出タイミングに所定の遅延時間を加えたタイミングで前記閃光を照射することを特徴とする請求項11または12に記載の液滴吐出装置。
The measuring means includes an irradiating means for irradiating the droplet landed on one surface of the droplet receiver with flash light, and a direction along the one surface for the droplet landed on one surface of the droplet receiver. Imaging means for imaging from,
13. The droplet discharge device according to claim 11, wherein the flash irradiation is performed by irradiating the flash at a timing obtained by adding a predetermined delay time to the discharge timing of the droplet.
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