JP2009106873A - Method for controlling discharge of liquid drop and apparatus for discharging liquid drop - Google Patents
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Description
本発明は、インクジェットヘッドを用いて液剤を吐出する液滴吐出制御方法および液滴吐出装置に関するものである。より詳細には、インクジェットヘッドにおけるメニスカス量を制御することによって、液滴を安定して吐出する技術に関する。 The present invention relates to a droplet discharge control method and a droplet discharge apparatus for discharging a liquid agent using an inkjet head. More specifically, the present invention relates to a technique for stably discharging droplets by controlling a meniscus amount in an inkjet head.
インクジェット方式にて液剤吐出を行う場合、液剤を安定吐出するための重要な要素として、液剤吐出するインクジェットヘッドでのメニスカス(ノズル内の液剤が大気と接する面:より詳しくは、ノズル内の液剤が大気と接するときに、これらの間に働く付着力と液体分子間の凝集力の大小関係で生じる湾曲した液体表面)の制御がある。この制御方法として、インクジェットヘッド内の液剤の通過箇所に接するように光導波路を配設し、光導波路にレーザ光を入力し、この光導波路部分での液剤の有無による光量の変化を計測することで、メニスカスを制御する方法(例えば特許文献1参照)や、ノズルに接続された液剤タンクに圧力センサを取り付け、そのセンサの値をもとに圧力を制御し、規定のメニスカスを実現する方法(例えば特許文献2参照)や、吐出させる液量を変化させる目的で液剤タンクと液剤タンクとヘッドとの水頭差を変化させてメニスカスを制御する方法(例えば特許文献3参照)がある。 When discharging a liquid agent by an inkjet method, as an important element for stably discharging a liquid agent, a meniscus in an inkjet head that discharges the liquid agent (a surface where the liquid agent in the nozzle comes into contact with the atmosphere: more specifically, the liquid agent in the nozzle There is a control of the curved liquid surface that occurs due to the magnitude relationship between the adhesion force acting between them and the cohesive force between liquid molecules when in contact with the atmosphere. As a control method, an optical waveguide is disposed so as to be in contact with the passage of the liquid agent in the inkjet head, a laser beam is input to the optical waveguide, and a change in the amount of light due to the presence or absence of the liquid agent in the optical waveguide portion is measured. Thus, a method for controlling the meniscus (see, for example, Patent Document 1) and a method for realizing a prescribed meniscus by attaching a pressure sensor to a liquid agent tank connected to a nozzle and controlling the pressure based on the value of the sensor ( For example, refer to Patent Document 2) and a method of controlling the meniscus by changing the water head difference between the liquid agent tank, the liquid agent tank, and the head for the purpose of changing the amount of liquid to be discharged (see, for example, Patent Document 3).
また、同様の目的で圧電セラミックスにかける電圧を制御することでメニスカスを制御する方法(例えば特許文献4参照)があり、さらには液剤の乾燥を防いだり、吐出の安定性を向上させたりする目的で、非吐出時に、インクジェットヘッドより吐出しない程度にメニスカスを、圧電セラミックスにかける電圧の制御により振動させる方法(例えば特許文献5参照)などがある。 In addition, there is a method for controlling the meniscus by controlling the voltage applied to the piezoelectric ceramic for the same purpose (for example, see Patent Document 4), and further, the purpose of preventing the liquid agent from drying and improving the ejection stability. Thus, there is a method of vibrating the meniscus by controlling the voltage applied to the piezoelectric ceramics to such an extent that the ink jet head does not discharge during non-ejection (see, for example, Patent Document 5).
これらの場合のメニスカス形状は、特許文献1に関しては特に記載が無いが、その他の特許文献2〜5においては、例えば図11、図12に示すように、圧電セラミックスを利用したせん断モード型インクジェット方式などを含め、全てにおいてインクジェットヘッド1の先端から、薬剤11のメニスカス12が、吐出側ではなく、液漏れを防止することからヘッド軸方向にマイナス方向に(すなわち、インクジェットヘッドから液が凹形状となるように)制御する方法が常に用いられている。
近年、インクジェット方式の液滴吐出装置を、プリンタ用途のみでなく、微量の液剤塗布や吐出を必要とする製造工程にも応用して使用しようとするニーズが高まっており、塗布または吐出する対象物に対する着弾精度や液量精度などが要求されつつある。そういった中、最初の液滴である一滴目を吐出する際には、非吐出状態という安定状態から液剤吐出という別の状態・動作に移るため、サテライトや液量変化が発生しやすい。したがって、対象物に対して常に安定した塗布・吐出が必要なプロセスの場合でも、サテライトによる不必要箇所への液剤の飛び散りや、塗布量・吐出量の違いによる不良、吐出方向不安定による着弾位置異常などの発生が懸念される。つまり、常に安定した吐出状態を得るためには、最も吐出状態の安定しにくい最初の液滴である一滴目の吐出状態を安定させることが、一滴一滴の吐出精度が要求されるプロセスに対して有効になり、ある一定の場所に所定の量を精度良く吐出することが必要な工程の場合、一滴目からサテライトなどがなく、安定した吐出量が要求されることとなる。 In recent years, there has been a growing need to use inkjet droplet ejection devices not only for printers but also for manufacturing processes that require the application and ejection of a small amount of liquid agent. There is a growing demand for the accuracy of landing and the amount of liquid. Under such circumstances, when the first droplet, which is the first droplet, is ejected, the state shifts from a stable state, which is a non-ejection state, to another state / operation, which is ejection of a liquid agent. Therefore, even in processes that require stable application and discharge to the target object, the liquid material scatters to unnecessary parts due to satellites, defects due to differences in application and discharge amounts, and landing positions due to unstable discharge directions There is concern about the occurrence of abnormalities. In other words, in order to always obtain a stable discharge state, it is necessary to stabilize the discharge state of the first droplet, which is the first droplet that is most difficult to stabilize the discharge state. In the case of a process that becomes effective and requires a predetermined amount to be accurately discharged to a certain place, there is no satellite from the first drop, and a stable discharge amount is required.
しかしながら、前記従来のメニスカス制御では、インクジェットヘッドの移動時などに液剤が漏れないように吐出前のメニスカスを、ヘッドの軸方向に対してマイナス方向、すなわちインクジェットヘッドの先端で液剤が内側に少し窪んだ凹形状となるように制御している。したがって、メニスカスの位置や形状をインクジェットヘッドの外部から観察できないため、正確に把握することができず、連続吐出時は吐出が安定していても、吐出の一滴目から同じ吐出状態を得ることは難しかった。 However, in the conventional meniscus control, the meniscus before ejection is slightly depressed inward in the minus direction with respect to the axial direction of the head, that is, at the tip of the ink jet head, so that the liquid agent does not leak when the ink jet head is moved. It is controlled to have a concave shape. Therefore, since the position and shape of the meniscus cannot be observed from the outside of the inkjet head, it cannot be accurately grasped, and even if the discharge is stable during continuous discharge, the same discharge state can be obtained from the first drop of discharge. was difficult.
さらには、液剤の環境変化や特性変化、さらには残量変化による液剤への圧力変化によってインクジェットヘッド先端でのメニスカス状態は変化することが予想される。つまり、これまでの特許文献における課題としても記載されているように、メニスカスの量によって液滴の速度や液量は変化するため、またメニスカスの位置や形状を正確に把握できないため、一滴目からの吐出状態を安定させることは非常に難しいという問題があった。 Furthermore, it is expected that the meniscus state at the tip of the inkjet head will change due to changes in the environment and characteristics of the liquid agent, as well as changes in pressure on the liquid agent due to changes in the remaining amount. In other words, as described as a problem in the past patent documents, the speed and amount of the liquid droplets change depending on the amount of the meniscus, and the position and shape of the meniscus cannot be accurately grasped. There is a problem that it is very difficult to stabilize the discharge state.
本発明は、前記従来の液滴吐出制御方法や液滴吐出装置の課題や問題を解決するもので、吐出の一滴目から安定した吐出を実現させることができる液滴吐出制御方法および液滴吐出装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the problems and problems of the conventional droplet discharge control method and droplet discharge device, and is capable of realizing stable discharge from the first droplet and a droplet discharge. An object is to provide an apparatus.
前記従来の課題を解決するために、本発明の液滴吐出制御方法は、インクジェットヘッドから液剤を吐出する液滴吐出制御方法であって、最初の液滴を吐出する前のインクジェットヘッド先端における液剤のメニスカスが凸形状となるように制御することを特徴とする。 In order to solve the above-described conventional problems, a droplet discharge control method according to the present invention is a droplet discharge control method for discharging a liquid agent from an inkjet head, and the liquid agent at the tip of the inkjet head before discharging the first droplet The meniscus is controlled to have a convex shape.
また、本発明の液滴吐出装置は、液剤を吐出するインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドに前記液剤を供給する液剤タンクと、前記液剤タンクへのタンク圧力を制御する圧力制御部と、前記インクジェットヘッド先端の前記液剤のメニスカスを撮影してその画像信号を出力する画像撮影部と、前記インクジェットヘッド先端より膨出するメニスカスの画像情報に基づいて、前記圧力制御部を制御する圧力制御部指令信号を出力する制御装置とを備えたことを特徴とする。 In addition, the droplet discharge device of the present invention includes an inkjet head that discharges a liquid agent, a liquid agent tank that supplies the liquid agent to the inkjet head, a pressure control unit that controls a tank pressure to the liquid agent tank, and the inkjet head An image photographing unit that photographs the meniscus of the liquid agent at the tip and outputs an image signal thereof, and a pressure control unit command signal that controls the pressure control unit based on image information of the meniscus that bulges from the tip of the inkjet head And a control device for outputting.
本発明の液滴吐出制御方法および液滴吐出装置によれば、最初の液滴を吐出する前のメニスカス状態を凸形状にすることで、最初の液滴を吐出する際から、連続吐出の場合と同様な吐出量および吐出速度で液剤を吐出することができ、吐出の一滴目から安定した吐出状態を実現することができる。すなわち、一般に連続吐出状態では、インクジェットヘッド先端においてメニスカスが凸形状である状態で吐出され、連続吐出状態で安定した吐出量、吐出速度で液剤を吐出することができるが、本発明によれば、最初の液滴から、連続吐出状態における吐出タイミングの間の非吐出状態と同様な状態にメニスカスを保つことができて、安定して吐出することができる。また、最初の液滴を吐出する前のメニスカスを凸形状にすることで、このメニスカスを可視化して制御することができるため、液剤の環境状態による液剤吐出状態の変化や、液量が減少することによる液剤タンクやインクジェットヘッド先端に作用する液剤への圧力変化にも対応することができる。さらに、ヘッド移動時などに懸念される液剤の漏れに対しても、常にインクジェットヘッドの先端の状態を監視・可視化することができるため、安定した状態を保つことが可能となる。 According to the droplet discharge control method and the droplet discharge device of the present invention, the first meniscus state before discharging the first droplet is made convex so that the first droplet is discharged and the case of continuous discharge The liquid agent can be discharged at the same discharge amount and discharge speed as in the above, and a stable discharge state can be realized from the first drop of discharge. That is, generally in the continuous discharge state, it is discharged in a state where the meniscus is convex at the tip of the inkjet head, and the liquid agent can be discharged at a stable discharge amount and discharge speed in the continuous discharge state. From the first droplet, the meniscus can be maintained in a state similar to the non-ejection state between the ejection timings in the continuous ejection state, and stable ejection can be achieved. In addition, since the meniscus before the first droplet is ejected has a convex shape, the meniscus can be visualized and controlled, so that the change in the liquid discharge state due to the environmental state of the liquid and the amount of liquid are reduced. Therefore, it is possible to cope with a change in pressure applied to the liquid agent acting on the liquid agent tank or the tip of the inkjet head. Furthermore, even when the liquid agent is a concern that may occur when the head is moved, the state of the tip of the inkjet head can be monitored and visualized at all times, so that a stable state can be maintained.
また、最初の液滴を吐出する前のインクジェットヘッド先端における液剤のメニスカスとして、予め記憶させておいた最適なメニスカス状態や連続吐出時のメニスカス状態の膨出寸法、または特定箇所の膨出角度、または膨出面積と比較し、これらの膨出寸法、膨出角度、膨出面積に近づくように液剤タンクへの圧力を制御することで、最適なメニスカス状態を常に保つことができる。 In addition, as the meniscus of the liquid agent at the tip of the inkjet head before discharging the first droplet, the optimal meniscus state stored in advance and the bulging dimension of the meniscus state at the time of continuous discharge, or the bulging angle of a specific location, Alternatively, the optimum meniscus state can always be maintained by controlling the pressure applied to the liquid agent tank so as to approach the bulge area, the bulge angle, and the bulge area as compared with the bulge area.
以下に、本発明の実施の形態に係る液滴吐出制御方法および液滴吐出装置を図面とともに詳細に説明する。
まず、本発明の液滴吐出装置の概略構成について説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る液滴吐出装置の全体斜視図、図2は同液滴吐出装置の要部を側方から模式的に示した図である。
Hereinafter, a droplet discharge control method and a droplet discharge apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, a schematic configuration of the droplet discharge device of the present invention will be described. FIG. 1 is an overall perspective view of a droplet discharge device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram schematically showing a main part of the droplet discharge device from the side.
図1、図2に示すように、本発明の実施の形態に係る液滴吐出装置は、吐出対象物としての対象メディア5に対して(後述する予備吐出時の場合を除く)、液剤(液滴4)を吐出するインクジェットヘッド1と、このインクジェットヘッド1に液剤を供給する液剤タンク2と、この液剤タンク2へのタンク圧力を制御する圧力制御部3と、インクジェットヘッド1および液剤タンク2を保持するヘッドホルダ6と、インクジェットヘッド1における先端位置のメニスカス12(図3〜図7参照)を撮影してその画像信号を出力する画像撮影部としての撮像部7と、この撮像部7で撮像された画像を処理する画像処理部9と、撮像したメニスカス12の画像情報に基づいて、前記圧力制御部3を制御する圧力制御部指令信号を出力する制御装置10などを備えている。そして、撮像部7によりインクジェットヘッド1の先端(以下、インクジェットヘッド1先端とも称す)のメニスカス12の形状を撮像し、この撮像したメニスカス12の画像情報に基づいて、前記圧力制御部3を制御装置10により制御することで、インクジェットヘッド1先端の液剤11のメニスカス12が所定の形状になるように調整可能に構成されている。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the droplet discharge device according to the embodiment of the present invention applies a liquid agent (liquid) to a
次に、本発明の実施の形態に係る液滴吐出制御方法の主旨について説明する。図3(a)、(b)は、この液滴吐出制御方法における非吐出時のインクジェットヘッド先端のメニスカスの状態を示した断面図であり、後述するメニスカスの形成に重要な寸法を同時に示している。 Next, the gist of the droplet discharge control method according to the embodiment of the present invention will be described. FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views showing the state of the meniscus at the tip of the inkjet head during non-ejection in this droplet ejection control method, and simultaneously show the dimensions important for meniscus formation described later. Yes.
ここで、本発明の目的はインクジェットヘッド1先端に形成されるメニスカス12を最適な形状の状態に制御することであり、吐出時の最初の液滴である一滴目から安定した吐出状態、すなわち連続吐出時における各液滴の吐出直前状態と同じ液量・液滴速度の吐出状態を得ることである。
Here, an object of the present invention is to control the
図3(a)、(b)に示すように、本発明の実施の形態に係る液滴吐出制御方法は、非吐出時で、少なくとも最初の液滴を吐出する前の状態(以下、単に非吐出時と称す)での、インクジェットヘッド1先端におけるメニスカス12の形状を、インクジェットヘッド1の軸心方向Tに対し、インクジェットヘッド1先端より膨出して、後述する、ある寸法範囲を持った凸形状とすることを特徴とする。前記目的を達成するために、非吐出時のメニスカス12の形状と連続吐出時のメニスカス12の形状とを同じ状態または近い状態とする。そのメニスカス12の形状は、インクジェットヘッド1先端から若干凸形状に膨出した状態を必要とするものであり、メニスカス12を形成する液剤11の量が多くても少なくても最適なメニスカス12の形状とならず、したがって最適な吐出状態を得ることもできない。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the droplet discharge control method according to the embodiment of the present invention is a non-discharge state before discharging at least the first droplet (hereinafter simply referred to as non-discharge). The shape of the
まず、本実施の形態のインクジェットヘッド1および液剤11について説明する。インクジェットヘッド1として、内径が約50μm、外径が約550μmのものを用いた。液剤11は、水を溶媒とする溶液であり、粘度は雰囲気温度25℃程度で0.9〜1.0mPa・sのものである。
First, the inkjet head 1 and the
本実施の形態では、最適なメニスカス12の形状を得るため、撮像部7によりインクジェットヘッド1先端のメニスカス12の形状(以下、メニスカス12形状とも称す)を撮像し、画像処理部9において、図3(a)で示す非吐出時のインクジェットヘッド1先端からメニスカス12の先端M0までの距離(すなわち、インクジェットヘッド1先端からの膨出寸法)Aと、インクジェットヘッド1の端面とメニスカス12の先端M0とを結ぶ直線で形成される角度(膨出角度)θa、さらには、図1(b)で示すところのインクジェットヘッド1の中心(軸心T)から任意の距離C(本実施の形態では約190μm)だけ離れたインクジェットヘッド1の軸方向の仮想線T1とメニスカス12との交点M1(特定点)からインクジェットヘッド1先端までの距離(膨出寸法)Bと、前記交点M1とインクジェットヘッド1端面とを結ぶ直線で形成される角度(膨出角度)θbとを所定寸法として測定する。本実施の形態における水を溶媒とする、ある溶液からなる液剤11においては、距離A:15〜20μm、角度θa:3.2〜4.4°、またインクジェットヘッド1の軸心Tから約190μmだけ離れたメニスカス12との交点M1での距離B:7.5μm〜13μm、角度θb:5.4〜9.2°が最適なメニスカス12を得ることができる寸法値である。なお、これらの寸法値の代わりに前記画像処理において非吐出時の凸形状をなすメニスカス12の面積値(膨出面積)が所定の範囲となるようにしても良い。
In the present embodiment, in order to obtain an optimal shape of the
図4は、連続吐出時のインクジェットヘッド1の先端におけるメニスカス12の状態を示した断面図であり、メニスカス12の所定形状の形成に重要な寸法を同時に示している。前述したように、非吐出時のメニスカス12の形状と連続吐出時のメニスカス12の形状とが近い状態、または同じ状態にすることが重要である。ここで、液滴4が連続吐出されるインクジェットヘッド1の軸心の中心(軸心T)でのメニスカス12は、若干の凸形状であるものの、インクジェットヘッド1先端から形成されるメニスカス12先端までの距離(膨出寸法)A’は、前述の(膨出寸法)距離Aよりも若干短くなり、非吐出時のメニスカス12形状における所定寸法値とは異なる。しかし、前述したインクジェットヘッド1の中心(軸心)から任意の距離C(本実施の形態では約190μm)だけ離れたインクジェットヘッド1の軸方向の仮想線T1とメニスカス12との交点M0からインクジェットヘッド1先端までの距離(膨出寸法)Bと、前記交点とインクジェットヘッド1端面とを結ぶ直線で形成される角度θbとは、非吐出時のメニスカス12が形成するその寸法と同じ状態である。そのため、非吐出時のメニスカス12と吐出時のメニスカス12とを比較するときの所定寸法は、距離Bと角度θbとを用いる。つまり、本実施の形態においては、インクジェットヘッド1の中心(軸心T)から約190μmだけ離れたインクジェットヘッド1の軸方向の仮想線T1とメニスカス12との交点M0での距離B:7.5μm〜13μm、角度θb:5.4〜9.2°が最適なメニスカス12を得ることができる寸法値である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the state of the
これに対して、本発明の目的を達成するための本実施の形態においてメニスカス12形状が凹形状や過度な凸形状になると、液滴4の吐出をある程度繰り返した連続吐出時は液滴4の挙動・液量が安定化するものの、吐出の一滴目から液滴4の挙動・液量が安定することは難しく、サテライトや液滴4の速度・液量に変化が生じ、同じ吐出状態にすることは難しい。
On the other hand, when the
ここで、非吐出時のメニスカス12の、最適な状態とそうでない状態とにおける一滴目、および連続吐出時の挙動を説明する。なお、制御装置10よりインクジェットヘッド1や画像処理部9に送られる吐出条件および吐出信号、撮像条件などは、撮像部7および画像処理部9にて撮像・処理される全画像において同一条件下で行う。
Here, the behavior of the
まず、図5(a)、(b)、(c)は、非吐出時のメニスカス12の最適な形状、その時の一滴目である液滴4の吐出状態、連続吐出時のメニスカス12および液滴4の挙動を示している。図5(a)が、所定の寸法(またはメニスカス12の面積値)の許容範囲内である非吐出時のメニスカス12形状である場合を示し、図5(b)は、吐出信号が出力されてから所定時間経過した際の状態を示し、一滴目の液滴4のインクジェットヘッド1先端からの距離Xは、連続吐出時の場合を示す、図5(c)の液滴4のインクジェットヘッド1先端からの距離Xとほぼ同じ状態になる。これは、吐出一滴目から安定した吐出状態が得られる非吐出時のメニスカス12が形成されているためである。
First, FIGS. 5A, 5B, and 5C show the optimum shape of the
これに対し、例えば図6(a)に示すように非吐出時のメニスカス12を形成する液剤11の量が多く、インクジェットヘッド1先端からメニスカス12先端までの距離Aが所定の寸法よりも距離Yだけ長い(メニスカス12の面積値が多い)場合は、図6(b)に示すように、一滴目の液滴4のインクジェットヘッド1先端からの距離X1が、図6(c)に示すような安定した連続吐出時の液滴4の位置とは距離Zだけインクジェットヘッド1に近づいた位置になる。これは、メニスカス12を形成する液量が多い分、一滴目の液滴4の液量が多くなり、液滴速度も遅くなることや、液滴4の吐出するタイミングが安定した吐出状態となる連続吐出時と比べて遅れるためと推測される。したがって、吐出された液滴4の所定タイミングでの撮像画像は、図7(a)に示すように、一滴目の液滴4aを吐出してから吐出時を続けた際に、一滴目の液滴4aから、徐々に連続吐出時の液滴4eの位置・液量に近づく挙動を示す。
On the other hand, for example, as shown in FIG. 6A, the amount of the liquid 11 that forms the
また、例えば図8(a)に示すように非吐出時のメニスカス12を形成する液剤11の量が少なく、インクジェットヘッド1先端からメニスカス12先端までの距離Aが所定の寸法よりも短いもしくはインクジェットヘッド1先端で凹形状に近いような(メニスカス12の面積値が少ない)場合は、図8(b)に示すように、一滴目の液滴4のインクジェットヘッド1先端からの距離X2が、図8(c)に示すような安定した連続吐出時の液滴4の位置とは距離Zだけインクジェットヘッド1先端から遠ざかる位置になる。これは、メニスカス12の液量が少ない分、一滴目の液滴4の液量が少なくなることで液滴速度が速くなることや液滴4の吐出するタイミングが安定した吐出状態となる連続吐出時と比べて早くなるためと推測される。したがって、吐出された液滴4の所定タイミングでの撮像画像は、図7(b)に示すように、一滴目の液滴4aを吐出してから吐出時を続けた際に、一滴目の液滴4aから、徐々に連続吐出時の液滴4eの位置・液量に近づく挙動を示す。さらにメニスカス12を形成する液量が極端に多かったり少なかったりすると、液滴4がしばらくの間、吐出されなかったり、液滴4が複数になるサテライト現象が発生したり、液滴4の方向性が安定しないなどの現象につながる。
For example, as shown in FIG. 8A, the amount of the liquid 11 that forms the
また図11もしくは図12の従来例に示すように、メニスカス12をインクジェットヘッド1の軸方向に対してマイナス方向(凹形状)に形成する(すなわち、窪むように形成する)場合、連続吐出時は吐出状態が安定しているため問題ないが、メニスカス12の位置や形状を正確に把握することができないため、吐出の一滴目から同じ状態(液量・液滴速度)を得ることは難しい。
Further, as shown in the conventional example of FIG. 11 or FIG. 12, when the
さらに時間軸に視点を向けると、液剤11の環境変化による粘度などの特性変化や液剤タンク2内の液剤11の残量変化によるインクジェットヘッド1先端のメニスカス12に作用する圧力変化により、メニスカス12形状の経時変化が予想される。その場合、メニスカス12の位置や形状を正確に把握することができないため、一滴目から吐出状態を連続吐出時と同じにすることはさらに難しくなる。
Further, when looking at the time axis, the shape of the
これに対して、本発明によれば、非吐出時のメニスカス12を、所定の寸法(または面積値)の許容範囲内の凸形状(膨出形状)である最適なメニスカス12状態に制御することで、最初の液滴である一滴目から安定した吐出状態、すなわち連続吐出時と同等の吐出状態を得ることができる。
On the other hand, according to the present invention, the
次に、本発明の実施の形態に係る液滴吐出装置について、図1、図2などを用いて、より詳しく説明する。なお、図2においては、待機ポジション(吐出メディア5に対して吐出しない待機位置)において、撮像部7によりノズルヘッド1先端を撮像する状態を模式的に表している。
Next, the droplet discharge apparatus according to the embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 2 schematically shows a state in which the tip of the nozzle head 1 is imaged by the
図1に示すように、液剤11(図3等を参照)を吐出するインクジェットヘッド1は、液剤タンク2も保持するノズルヘッドホルダ6に装着されており、制御装置10により設定された吐出条件、吐出信号により液滴4を吐出する。この実施の形態では、広い領域の対象メディア(吐出する対象物)5にも対応するため、インクジェットヘッド1の先端よりも液剤タンク2の底面が高い位置となるように配置されている。
As shown in FIG. 1, an inkjet head 1 that discharges a liquid agent 11 (see FIG. 3 and the like) is mounted on a nozzle head holder 6 that also holds a liquid agent tank 2, and discharge conditions set by a
また、図1に示すように、対象メディア5に対して吐出しない待機ポジションにはインクジェットヘッド1の先端を撮像できるように、撮像部7を配置しており、予備吐出も実施できるように配置されている。ここで言う予備吐出とは、対象メディア5に対して吐出するものではなく、事前の吐出確認を行うことを言う。そして、上述したように、前記撮像部7で撮像された画像を処理する画像処理部9、また液剤タンク2に負もしくは正の圧力を供給するための圧力制御部3を有し、これらの画像処理部9や圧力制御部3は各々制御装置10に接続され、各処理に応じて画像処理部9や圧力制御部3に制御装置10より信号を送ることで制御するよう構成されている。なお、対象メディア5を避けるための前記待機ポジションへは、インクジェットヘッド1や撮像部7が移動しても、他の装置等に当接しないよう配置されている。また、本実施の形態のようにインクジェットヘッド1の先端が液剤タンク2よりも低く配置した場合に、何もしなければ液剤11は水頭差によりインクジェットヘッド1先端から液剤11が垂れる場合が多いため、非吐出時には、液剤タンク2へ負の圧力を掛けるよう構成されている。
Further, as shown in FIG. 1, an
ここで撮像部7は、待機ポジションにおいてインクジェットヘッド1を撮像できると同時に、非吐出時のインクジェットヘッド1先端に形成されるメニスカス12の形状を常に撮像して把握する。また、非吐出時のみでなく、予備吐出において、インクジェットヘッド1から吐出された液滴4も制御装置10からの信号より、任意のタイミングで撮像させ、画像処理することが可能となっている。例えば図5(a)、(b)、(c)のような非吐出時および吐出時のインクジェットヘッド1先端およびメニスカス12形状や、吐出される液滴4を撮像部7で撮像し、画像処理部9で処理・測定することが可能となっている。また、前記非吐出時のインクジェットヘッド1先端のメニスカス12形状を、上述したように最適な吐出状態が得られる凸形状のメニスカス12形状に制御するために、インクジェットヘッド1に液剤11を供給する液剤タンク2に作用させる圧力を圧力制御部3によって制御することで実現している。
Here, the
次に本実施の形態におけるメニスカス12を制御する液滴吐出制御方法を説明する。図9は本実施の形態に係る液滴吐出制御方法の制御動作の流れを示す一例である。まず待機ポジションで非吐出状態のメニスカス12形状を撮像部7により撮像する(ステップS1)。そして撮像された画像を画像処理部9により、前記所定寸法(または角度あるいは面積値)を測定し(ステップS2)、予め記憶されている最適なメニスカス12の規定(設定)寸法(または規定角度あるいは規定面積値)と比較する(ステップS3)。比較した値が許容範囲内であれば、対象メディア5に吐出する工程(ステップS6、S7)に移る。しかし許容範囲外であれば、液剤タンク2に作用する圧力を調整するよう制御すること(ステップS10)で、許容範囲内になるようにメニスカス12を制御し、ステップS1からの手順を繰り返す。
Next, a droplet discharge control method for controlling the
ここで液剤タンク2に作用させる圧力を制御する圧力制御部3の制御方法を説明する。本実施の形態において、図6(a)に示すようにメニスカス12を形成する液量が多くて、前記寸法A(または所定角度)が大きい場合(もしくは、前記した角度θbが小さい場合)は、所定寸法A(または所定角度)もしくはメニスカス12の面積値と、予め記憶している設定値との差分値を計算し、所定の寸法値・角度・面積値に入るように液剤タンク2に掛ける負の圧力を多く制御し、インクジェットヘッド1先端の液量を液剤タンク2側に引き入れるように抑える。逆に図8(a)に示すようにメニスカス12を形成する液量が少なくて、前記寸法A(または所定角度)が小さい場合(もしくは、前記した角度θbが大きい場合)は、液剤タンク2に掛ける負の圧力を少なく制御し、水頭差を利用することでインクジェットヘッド1先端での液剤11の液量が多くなるように制御する。これにより前述のメニスカス12における所定寸法の距離Aおよび角度θaもしくは角度θbもしくはメニスカス12の面積値を許容範囲内に制御する。なお、圧力を制御する手段としては、空気を引くことができる真空ポンプやエジェクタ装置等を利用することが好ましいが、これに限るものではない。
Here, a control method of the
図10は、別の制御動作の流れを示す一例である。図9の手順に加えて、予備吐出状態において確認することで、より確実に安定吐出状態を得ることができる。
まず、ステップS1からステップS3までの現状のメニスカス12形状と予め記憶されている最適なメニスカス12形状とを比較するステップは同じである。現状のメニスカス12形状が許容範囲(ステップS3)であった後に、予備吐出を行う(ステップS4)。予備吐出での吐出液滴数は一滴でも複数滴でも良い。その時のメニスカス12を撮像(ステップS5)し、撮像した吐出時のメニスカス12における所定寸法(面積値)を測定し(ステップS6)、非吐出時のメニスカス12と比較する(ステップS7)。比較した値が許容範囲内であれば、対象メディア5に吐出する工程(ステップS8)に移る。しかし許容範囲外であればステップS10により、前述した液剤タンク2に掛ける圧力を制御し、最適な吐出状態が得られるメニスカス12形状に制御する。
FIG. 10 is an example showing the flow of another control operation. In addition to the procedure of FIG. 9, the stable discharge state can be obtained more reliably by checking in the preliminary discharge state.
First, the step of comparing the
また、さらに別の判断基準として、ステップS6の吐出時のメニスカス12を画像処理する際に、吐出される液滴4の位置を認識することで最適な吐出状態が得られているかどうかを判断しても良い。例えば予備吐出時の吐出液滴数が一滴のみの場合、予め連続吐出時の液滴4の画像を記憶させておき、その状態と液滴4の位置・大きさを比較することで、最適な吐出状態が得られているかどうかを判断しても良い。非吐出時のメニスカス12の状態により、その位置・大きさ・サテライトの有無は変化する。また、予備吐出時の吐出液滴数が複数の場合、最適なメニスカス12形状でなければ、図7(a)、(b)に示すように撮像された液滴の画像が一滴目から複数滴目まで液滴位置が変化し、液滴4の画像にブレが生じる。例えば図7(a)は、メニスカス12を形成する液量が多かった場合、図7(b)はメニスカス12を形成する液量が少なかった場合である。その現象は、吐出一滴目の液滴4aが、連続吐出時の液滴位置4eとは位置が異なり、液滴4を吐出するに従って一滴目の液滴4aから液滴4b〜4eにその位置が変化し、安定した吐出状態である液滴位置4eに落ち着く。この現象は、予備吐出時の3〜5滴で確認できる。最適なメニスカス12の場合は、液滴4a〜4eまでその位置はほぼ変化しない。ステップS5にて予備吐出時を撮像し、ステップS7で最適なメニスカス12による一滴目からの安定吐出が得られる状態であるかどうかを判断しても良い。
Further, as another criterion for judgment, when image processing is performed on the
ここで、本実施の形態における実験の一例を表1に示す。 Here, Table 1 shows an example of an experiment in the present embodiment.
これに対し、インクジェットヘッド1先端とメニスカス12先端との距離Aが長くなると、一滴目の液滴半径は徐々に大きくなり、液滴位置もインクジェットヘッド1に近づく。距離Aがさらに長くなると吐出状態が不安定になってくる。反対に、インクジェットヘッド1先端とメニスカス12先端との距離Aが短くなると、一滴目の液滴半径は若干小さくなり、液滴位置もインクジェットヘッド1より遠くなる。最も顕著な場合では、インクジェットヘッド1先端での液剤11の乾燥や空気圧の影響が大きくなり、サテライトの発生やメニスカス12の形成が不安定になる挙動が見られ、一滴目の吐出状態のみでなく連続吐出時にもその傾向が見られるようになり、液滴4の吐出方向も不安定になる。本実施の形態において判定を○とした距離A:15〜20μmより若干異なる状態ではサテライトの発生や、液滴位置が変化する傾向が見られ始めたため△と判定した。また液滴位置、液滴半径が大きく違ったり、吐出状態が安定しなかったりしたものを×と判定した。
On the other hand, when the distance A between the leading end of the inkjet head 1 and the leading end of the
以上のように今回の発明においては、待機ポジションにてインクジェットヘッド1先端を撮像できる撮像部7を配置し、画像処理部9にて撮像されたインクジェットヘッド1先端に形成される凸形状のメニスカス12を予め記憶・設定されたメニスカス12の値と比較・差分値を計算し、液剤タンク2に掛ける圧力を圧力制御部3で制御することにより、最適な凸形状のメニスカス12に制御することで、常にインクジェットヘッド1から液剤11を吐出する一滴目から安定した吐出状態を得ることができる。
As described above, in the present invention, the
また、本実施の形態では、インクジェットヘッド1先端および形成される凸形状のメニスカス12を可視化できることから、図11(b)のような液漏れを防止することができ、液剤11の環境変化による粘度などの特性変化や液剤11の残量変化によるメニスカス12の変化にも柔軟に対応することができる。
In the present embodiment, since the tip of the inkjet head 1 and the
また、非吐出で評価できることや、予備吐出を必要としても極少量の吐出量で評価でき、液剤11の消費も少なくできる。
また、液剤タンク2に掛ける圧力を圧力制御部3により制御することで、圧電セラミックスにかける駆動電圧を変化させる方法に比べてノイズや高調波の影響が少なく、不意な液漏れの可能性も少ない。
Moreover, it can be evaluated by non-ejection, and even if preliminary ejection is required, it can be evaluated with a very small ejection amount, and the consumption of the liquid 11 can be reduced.
Further, by controlling the pressure applied to the liquid agent tank 2 by the
本発明は、インクジェットヘッドを用いて液剤を吐出する液滴吐出方法および液滴吐出装置に広く利用することができる。 The present invention can be widely used in a droplet discharge method and a droplet discharge apparatus for discharging a liquid agent using an inkjet head.
1 インクジェットノズルヘッド
2 液剤タンク
3 圧力制御部
4 液滴
5 対象メディア(対象物)
6 ヘッドホルダ
7 撮像部(画像撮影部)
9 画像処理部
10 制御装置
11 液剤
12 メニスカス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inkjet nozzle head 2
6
9
Claims (10)
最初の液滴を吐出する前のインクジェットヘッド先端における液剤のメニスカスが凸形状となるように制御する液滴吐出制御方法。 A droplet discharge control method for discharging a liquid agent from an inkjet head,
A droplet discharge control method for controlling the liquid agent meniscus at the tip of the inkjet head before discharging the first droplet to have a convex shape.
メニスカスの撮影画像の膨出寸法、または膨出面積が前記設定膨出寸法または設定膨出面積よりも大きければ、あるいはメニスカスの撮影画像の傾斜角度が設定傾斜角度よりも小さければ、液剤タンクの圧力を減少させるように制御し、
メニスカスの撮影画像の膨出寸法、または膨出面積が前記設定膨出寸法または設定膨出面積よりも小さければ、あるいは撮影画像の傾斜角度が設定傾斜角度よりも大きければ、液剤タンクの圧力を増加させるように制御する請求項4に記載の液滴吐出制御方法。 The bulge size or bulge area that bulges from the tip of the inkjet head based on the captured image of the meniscus, or the inclination angle with respect to the side end surface of the tip of the inkjet head at a specific location is set to a preset bulge size or setting. Compared with the bulging area or the set inclination angle,
If the bulge size or bulge area of the captured image of the meniscus is larger than the set bulge size or set bulge area, or if the tilt angle of the captured image of the meniscus is smaller than the set tilt angle, the pressure of the liquid agent tank Control to decrease,
If the bulge size or bulge area of the meniscus photographed image is smaller than the set bulge dimension or bulge area, or the tilt angle of the photographed image is larger than the set tilt angle, the pressure of the liquid tank is increased. The droplet discharge control method according to claim 4, wherein the droplet discharge control method is controlled so as to be performed.
前記インクジェットヘッドに前記液剤を供給する液剤タンクと、
前記液剤タンクへのタンク圧力を制御する圧力制御部と、
前記インクジェットヘッド先端の前記液剤のメニスカスを撮影してその画像信号を出力する画像撮影部と、
前記インクジェットヘッド先端より膨出するメニスカスの画像情報に基づいて、前記圧力制御部を制御する圧力制御部指令信号を出力する制御装置と
を備えた液滴吐出装置。 An inkjet head for discharging the liquid agent;
A liquid tank for supplying the liquid to the inkjet head;
A pressure control unit for controlling a tank pressure to the liquid agent tank;
An image photographing unit for photographing the meniscus of the liquid agent at the tip of the inkjet head and outputting the image signal;
A droplet discharge device comprising: a control device that outputs a pressure control unit command signal for controlling the pressure control unit based on image information of a meniscus that bulges from a tip of the inkjet head.
メニスカスの撮影画像に基づくインクジェットヘッド先端から膨出した膨出寸法、または膨出面積、または特定箇所でのインクジェットヘッド先端部の側端面に対する傾斜角度を、予め設定された設定膨出寸法、または設定膨出面積、または設定傾斜角度と比較し、
メニスカスの撮影画像の膨出寸法、または膨出面積が前記設定膨出寸法または設定膨出面積よりも大きければ、あるいは設定傾斜角度よりも小さければ、液剤タンクの圧力を減少させるように制御し、
メニスカスの撮影画像の膨出寸法、または膨出面積が前記設定膨出寸法または設定膨出面積よりも小さければ、あるいは撮影画像の傾斜角度が設定傾斜角度よりも大きければ、液剤タンクの圧力を増加させるように制御する請求項9に記載の液滴吐出装置。 The control means
The bulge size or bulge area that bulges from the tip of the inkjet head based on the captured image of the meniscus, or the inclination angle with respect to the side end surface of the tip of the inkjet head at a specific location is set to a preset bulge size or setting. Compared with the bulging area or the set inclination angle,
If the bulge size or bulge area of the captured image of the meniscus is larger than the set bulge size or the set bulge area, or smaller than the set inclination angle, control is performed to reduce the pressure of the liquid agent tank,
If the bulge size or bulge area of the meniscus photographed image is smaller than the set bulge dimension or bulge area, or the tilt angle of the photographed image is larger than the set tilt angle, the pressure of the liquid tank is increased. The droplet discharge device according to claim 9, wherein the droplet discharge device is controlled so as to be controlled.
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