JP2010099598A - Pattern formation apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pattern formation apparatus which dries flying droplets by irradiating the flying droplets with a laser beam and is improved in drying efficiency and landing precision for flying droplets. <P>SOLUTION: A controller generates drive signals COM for discharging main droplets and satellite droplets with equal volumes and flying speeds and outputs the drive signals to a head driving circuit 61. Use of such drive signals COM allows satellite droplets to land so as to be superimposed on main droplets having landed, resulting in an improvement of the shape precision of the pattern. For a given amount of droplets, the discharge of two types of droplets, instead of discharge of a single-type droplets, enables the enlargement of the irradiation cross-section irradiated with the laser beam, leading to an improvement in drying efficiency. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、飛行中の液滴に対してレーザ光を照射するパターン形成装置に関する。   The present invention relates to a pattern forming apparatus for irradiating a droplet in flight with laser light.

低温焼成セラミックス(LTCC:Low Temperature Co−fired Ceramics)からなる多層基板は、優れた高周波特性と高い耐熱性を有するため、高周波モジュールの基板やICパッケージの基板等に広く利用されている。このようなLTCC多層基板においては、一般に金属インクを用いて回路パターンが描画されたグリーンシートを積層して一括焼成することにより製造されている。   Multi-layer substrates made of low temperature co-fired ceramics (LTCC) have excellent high frequency characteristics and high heat resistance, and are therefore widely used for high frequency module substrates, IC package substrates, and the like. Such LTCC multilayer substrates are generally manufactured by laminating green sheets on which circuit patterns are drawn using metal ink and firing them together.

上記回路パターンを描画する工程においては、回路パターンの高密度化を図るため、金属インクを微小な液滴にして吐出する、いわゆるインクジェット法が提案されている(例えば、特許文献1)。インクジェット法では、吐出ヘッドに設けられたノズルから1滴の容量が数〜数十ピコリットルの液滴を吐出させるとともに、こうした液滴の吐出位置を回路パターンの形状に応じて変更することにより微細な回路パターンを描画可能にしている。
特開2005−57139号公報
In the step of drawing the circuit pattern, a so-called ink jet method has been proposed in which metal ink is ejected as fine droplets in order to increase the density of the circuit pattern (for example, Patent Document 1). In the ink jet method, a droplet with a capacity of several to several tens of picoliters is ejected from a nozzle provided in an ejection head, and the ejection position of such a droplet is changed according to the shape of the circuit pattern. Simple circuit patterns can be drawn.
JP 2005-57139 A

ところで、上記インクジェット法を利用して高精細なパターンを形成するためには、吐出した液滴を速やかに乾燥させて基板上における濡れ広がりを抑制することにより着弾径を小さくすることが好ましく、その一つの方法としては、吐出ヘッドから吐出された飛行中の液滴にレーザ光を照射して該液滴の乾燥を飛行中に促進させる方法が検討されている。こうした方法を用いて所望量の蒸発成分を蒸発させる場合、レーザ光に必要とされる最小のエネルギーが前記所望量に応じて概ね規定できることから、レーザ光の利用効率の向上を図る上では、飛行中の液滴に対して上記最小のエネルギーを与える態様が好ましい。   By the way, in order to form a high-definition pattern using the ink jet method, it is preferable to reduce the landing diameter by quickly drying the discharged droplets and suppressing wetting spread on the substrate. As one method, a method of irradiating a droplet in flight ejected from an ejection head with laser light to promote drying of the droplet during flight has been studied. When evaporating a desired amount of evaporation component using such a method, the minimum energy required for the laser beam can be roughly specified according to the desired amount. An embodiment in which the minimum energy is given to the liquid droplets therein is preferable.

一方、ノズルに形成されたメニスカスを振動させることにより液滴を吐出するインクジェット法にあっては、振動するメニスカスから吐出される液滴が一般に尾を引くかたちで生成される。このようにして吐出された液滴においては、球状である先端部や尾にあたる後端部に液状体の動的表面張力などが作用して液滴の先端部と後端部とが飛行中に分かれ、同液滴の先端部によりメイン液滴が生成されて、さらに同液滴の後端部により前記メイン液滴に後続する微小なサテライト液滴が生成されるようになる。これらの液滴は、その大きさや飛行速度が異なることから、飛行中にレーザ光から受けるエネルギーが異なってしまう。そのため、メイン液滴を所望の乾燥状態で適正な着弾位置に着弾させるべくレーザ光の照射条件を選定すると、上述したような微小なサテライト液滴は、レーザ光からの光圧や蒸発成分の蒸発に伴う反作用力等の外力や飛行中の空気抵抗の影響により大きな飛行曲がりを来たし、終には吐出領域と異なる領域に着弾して基板上の描画面を汚染してしまう。一方、サテライト液滴を基準にレーザ光の照射条件を選択すると、メイン液滴は乾燥不足に陥り着弾後の濡れ広がりを招いてしまう。   On the other hand, in the ink jet method in which droplets are ejected by vibrating a meniscus formed on a nozzle, droplets ejected from the vibrating meniscus are generally generated in a manner that draws a tail. In the droplets discharged in this way, the dynamic surface tension of the liquid acts on the spherical tip and the rear end corresponding to the tail, so that the front and rear ends of the droplet are in flight. The main droplet is generated by the leading end of the droplet, and the minute satellite droplet following the main droplet is generated by the trailing end of the droplet. Since these droplets have different sizes and flight speeds, the energy received from the laser light during flight varies. Therefore, if the irradiation condition of the laser beam is selected so that the main droplet is landed at an appropriate landing position in a desired dry state, the above-described minute satellite droplets are caused to evaporate light pressure from the laser beam or evaporation component. Due to the influence of external force such as reaction force and air resistance during flight, a large flight bend is caused, and eventually landing on a region different from the discharge region to contaminate the drawing surface on the substrate. On the other hand, when the laser light irradiation conditions are selected based on the satellite droplets, the main droplets are deficient in drying and spread after wetting.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、飛行中の液滴にレーザ光を照射して飛行中の液滴を乾燥させるパターン形成装置において、飛行中の液滴の乾燥効率と着弾精度を向上させたパターン形成装置を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a pattern forming apparatus for irradiating a flying droplet with a laser beam to dry the flying droplet. An object of the present invention is to provide a pattern forming apparatus with improved drying efficiency and landing accuracy.

本発明のパターン形成装置は、蒸発成分及びパターン形成材料を含む液状体を貯留する圧力室と該圧力室の圧力を変動させる圧力発生素子と前記圧力室に通じるノズルとを有し、前記液状体からなる液滴を前記ノズルから描画対象物に向けて吐出させる吐出ヘッドと、前記圧力発生素子を駆動する吐出制御部と、前記ノズルと前記描画対象物との間の空間にレーザ光を照射して飛行中の前記液滴から前記蒸発成分を蒸発させるレーザ照射部とを備え、前記描画対象物上に着弾した前記液滴によりパターンを形成するパターン形成装置であって、前記吐出制御部は、前記液滴の吐出に伴って生成されるサテライト液滴の体積が前記液滴の体積と同じになるように制御を行うことを要旨とする。   The pattern forming apparatus of the present invention has a pressure chamber for storing a liquid material containing an evaporation component and a pattern forming material, a pressure generating element that varies the pressure of the pressure chamber, and a nozzle that communicates with the pressure chamber. A laser beam is emitted to a space between the nozzle and the drawing target, a discharge head that discharges the liquid droplets from the nozzle toward the drawing target, a discharge control unit that drives the pressure generating element, and A laser irradiation unit that evaporates the evaporation component from the droplets in flight, and forms a pattern with the droplets that have landed on the drawing target, wherein the discharge control unit includes: The gist is to perform control so that the volume of the satellite droplet generated as the droplet is ejected is the same as the volume of the droplet.

ノズルに形成された液状体の気液界面であるメニスカスを振動させて液滴を吐出する場合、振動するメニスカスから吐出される液滴は一般に尾を引くかたちで生成される。このようにして吐出された液滴においては、球状である先端部や尾にあたる後端部に液状体の動的表面張力などが作用して液滴の先端部と後端部とが飛行中に分かれ、同液滴の先端部によりメイン液滴が生成され、また同液滴の後端部により前記メイン液滴に後続するサテライト液滴が生成されるようになる。飛行中の液滴にレーザ光を照射するパターン形成装置においては、こうしたメイン液滴とサテライト液滴との双方にレーザ光が照射されるため、レーザ光を受ける液状体の体積がメイン液滴の体積とサテライト液滴の体積とに二分されることになる。このパターン形成装置によれば、サテライト液滴の体積をメイン液滴の体積に近づけることから、同じ体積の液状体を吐出する場合においては、メイン液滴の乾燥速度とサテライト液滴の乾燥速度とを近づけることができる。それゆえサテライト液滴の体積をメイン液滴に近づける分だけ、メイン液滴の乾燥速度とサテライト液滴の乾燥速度との差を小さくすることができ、ひいては吐出した液状体そのものの乾燥速度を高めることができる。   When ejecting droplets by vibrating a meniscus, which is a gas-liquid interface of a liquid material formed on a nozzle, the droplets ejected from the vibrating meniscus are generally generated in the form of a tail. In the droplets discharged in this way, the dynamic surface tension of the liquid acts on the spherical tip and the rear end corresponding to the tail, so that the front and rear ends of the droplet are in flight. The main droplet is generated by the leading end portion of the droplet, and the satellite droplet following the main droplet is generated by the trailing end portion of the droplet. In a pattern forming apparatus that irradiates a laser beam to a droplet in flight, both the main droplet and the satellite droplet are irradiated with a laser beam. It will be divided into a volume and a volume of satellite droplets. According to this pattern forming apparatus, the volume of the satellite droplets is brought close to the volume of the main droplets. Therefore, when discharging the liquid material of the same volume, the drying rate of the main droplets and the drying rate of the satellite droplets are Can be brought closer. Therefore, the difference between the drying speed of the main droplet and the satellite droplet can be reduced by the amount that brings the volume of the satellite droplet closer to the main droplet, and consequently the drying speed of the discharged liquid itself is increased. be able to.

また、レーザ光を受ける飛行中の液滴は、その体積が小さくなるほど、レーザ光からの光圧や蒸発成分の蒸発に伴う反作用力等の外力や飛行中の空気抵抗の影響により飛行曲がりを来たし易くなる。このパターン形成装置によれば、体積の略等しいメイン液滴とサテライト液滴とが吐出されることから、メイン液滴及びサテライト液滴の双方に対する飛行曲がりが抑えられ、飛行曲がりを来たした場合においてもその相対的な着弾位置が保持されて、描画対象物上においてこれらを重畳させることもできる。   In addition, droplets in flight that receive laser light are bent more due to the effects of external forces such as the reaction pressure associated with the light pressure from the laser light and the evaporation of evaporation components and the air resistance during flight as the volume of the droplets decreases. It becomes easy. According to this pattern forming apparatus, since main droplets and satellite droplets having substantially the same volume are ejected, the flight bending of both the main droplets and the satellite droplets is suppressed, and the flight bending is caused. Also, the relative landing position is maintained, and these can be superimposed on the drawing object.

このパターン形成装置は、前記吐出制御部は、前記サテライト液滴の吐出時の速度が、前記液滴の吐出時の速度と同じになるように制御を行うことを要旨とする。
このパターン形成装置によれば、メイン液滴とサテライト液滴とが略等しい速度の下で吐出されることから、メイン液滴とサテライト液滴との飛行時間を略等しくすることができる。それゆえ飛行中のメイン液滴と飛行中のサテライト液滴との間ではレーザ光の照射時間が略等しくなるため、各々の乾燥速度の差が一層に小さくなり、吐出した液状体そのものの乾燥速度をさらに高めることができる。
The gist of the pattern forming apparatus is that the ejection control unit performs control so that the speed at which the satellite droplets are ejected is the same as the speed at which the droplets are ejected.
According to this pattern forming apparatus, since the main droplet and the satellite droplet are ejected at substantially the same speed, the flight times of the main droplet and the satellite droplet can be made substantially equal. Therefore, since the irradiation time of the laser beam is approximately equal between the main droplet in flight and the satellite droplet in flight, the difference in the respective drying speeds becomes even smaller, and the drying speed of the discharged liquid itself Can be further enhanced.

このパターン形成装置は、前記吐出制御部は、前記液滴及び前記サテライト液滴を同じ径の球体とすることを要旨とする。
飛行中にレーザ光が照射される液滴において、そのレーザ光から受けるエネルギーは、レーザ光が照射される表面形状に依存し、レーザ光が照射される照射断面積が大きいほど大きくなる。このパターン形成装置によれば、メイン液滴とサテライト液滴とを同じ径の球体にすることによってレーザ光が照射される表面形状(照射断面積や形状)を等しくすることができる。それゆえ飛行中のメイン液滴と飛行中のサテライト液滴との間では、単位時間あたりに受けるレーザ光からのエネルギー量が略等しくなるため、各々の乾燥速度の差が一層に小さくなり、吐出した液状体そのものの乾燥速度をさらに高めることができる。
The gist of this pattern forming apparatus is that the ejection control unit makes the droplets and the satellite droplets into spheres having the same diameter.
In a droplet irradiated with laser light during flight, the energy received from the laser light depends on the surface shape irradiated with the laser light, and increases as the irradiation cross-sectional area irradiated with the laser light increases. According to this pattern forming apparatus, the surface shape (irradiation cross-sectional area and shape) irradiated with the laser light can be made equal by making the main droplet and the satellite droplet into spheres having the same diameter. Therefore, the amount of energy from the laser beam received per unit time is approximately equal between the main droplets in flight and the satellite droplets in flight. The drying speed of the liquid body itself can be further increased.

このパターン形成装置は、前記レーザ照射部は、前記空間に相対向する一対のレーザ光を照射することを要旨とする。
飛行中の液滴が蒸発成分を蒸発する際には、その蒸発成分の運動力に抗した反力が該液滴に対して作用する。そのため、蒸発率の高い方から低い方へ向かう上記反力が液滴に対して作用し、こうした反力が液滴を挟んで非対称であって、かつ液滴に対して過剰に作用する場合にあっては、その運動力に抗した反力による液滴の飛行曲がりが発生してしまい着弾位置の位置ずれが発生してしまう。
The gist of the pattern forming apparatus is that the laser irradiation unit irradiates a pair of laser beams opposed to the space.
When the droplet in flight evaporates the evaporation component, a reaction force against the kinetic force of the evaporation component acts on the droplet. Therefore, when the reaction force from the higher evaporation rate to the lower one acts on the droplet, and the reaction force is asymmetric across the droplet and acts excessively on the droplet In that case, the flying curve of the droplet due to the reaction force against the movement force occurs, and the landing position shifts.

このパターン形成装置によれば、一つの液滴に対して相対向する方向からのレーザ光を照射することから、一方からレーザ光を照射する場合に比べて、液滴の乾燥効率を向上できるだけでなく、一対のレーザ光の強度分布を等しくすることにより、メイン液滴及びサテライト液滴双方の飛行曲がりをさらに抑制することができる。   According to this pattern forming apparatus, a single droplet is irradiated with laser light from opposite directions, so that it is only possible to improve the drying efficiency of the droplet as compared with the case where laser light is irradiated from one side. However, by making the intensity distribution of the pair of laser beams equal, it is possible to further suppress the flight bending of both the main droplet and the satellite droplet.

以下、本発明のパターン形成装置を液滴吐出装置に具体化した一実施形態について図1〜図12を参照して説明する。図1は液滴吐出装置の斜視構造を模式的に示した斜視図である。図2は、本実施形態の吐出ヘッドの斜視構造を示す斜視図であり、図3は同吐出ヘッドの内部断面構造を示す部分断面図である。また図4は描画対象物であるグリーンシートと吐出ヘッドとの配置の関係を示す平面図である。   Hereinafter, an embodiment in which the pattern forming apparatus of the present invention is embodied in a droplet discharge apparatus will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view schematically showing a perspective structure of a droplet discharge device. FIG. 2 is a perspective view showing a perspective structure of the ejection head of this embodiment, and FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing an internal sectional structure of the ejection head. FIG. 4 is a plan view showing the arrangement relationship between the green sheet, which is a drawing object, and the ejection head.

図1に示されるように、液滴吐出装置10の基台11には、該基台11の長手方向に沿って往復移動可能なステージ12が搭載されている。本実施形態では、基台11の長手方向であって、図1における右上方向を+X方向とし、+X方向の反対方向を−X方向と言う。また、+X方向と直交する水平方向であって、図1における左上方向を+Y方向とし、+Y方向の反対方向を−Y方向と言う。また、鉛直方向上方を+Z方向とし、+Z方向の反対方向を−Z方向と言う。   As shown in FIG. 1, a stage 11 that can reciprocate along the longitudinal direction of the base 11 is mounted on the base 11 of the droplet discharge device 10. In the present embodiment, the longitudinal direction of the base 11, the upper right direction in FIG. 1 is the + X direction, and the opposite direction to the + X direction is the −X direction. Further, the horizontal direction orthogonal to the + X direction, the upper left direction in FIG. 1 is defined as the + Y direction, and the opposite direction to the + Y direction is referred to as the −Y direction. Further, the upper direction in the vertical direction is defined as the + Z direction, and the direction opposite to the + Z direction is referred to as the −Z direction.

基台11に搭載されるステージ12の上面には、描画対象物としてのグリーンシートGSが描画面GSaを上側にした状態でステージ12に位置決め固定されている。ステージ12は、基台11に設けられたステージモータSM(図8参照)が正転又は逆転するとき、位置決めされたグリーンシートGSを所定の速度で+Y方向又は−Y方向へ走査する。   On the upper surface of the stage 12 mounted on the base 11, a green sheet GS as a drawing object is positioned and fixed to the stage 12 with the drawing surface GSa facing upward. The stage 12 scans the positioned green sheet GS in the + Y direction or the −Y direction at a predetermined speed when the stage motor SM (see FIG. 8) provided on the base 11 rotates forward or backward.

基台11の上側には、門型に形成されたガイド部材13が+X方向に沿って架設されており、該ガイド部材13の上側には、液状体としての導電性インクIkを供給するインクタンク14が配設されている。インクタンク14は、導電性微粒子の分散系からなる導電性インクIkを貯留し、貯留する導電性インクIkを所定の圧力の下で所定の温度調整しつつ吐出ヘッド15へ供給する。   A guide member 13 formed in a gate shape is installed on the upper side of the base 11 along the + X direction, and an ink tank for supplying the conductive ink Ik as a liquid material is provided on the upper side of the guide member 13. 14 is disposed. The ink tank 14 stores the conductive ink Ik composed of a dispersion system of conductive fine particles, and supplies the stored conductive ink Ik to the discharge head 15 while adjusting a predetermined temperature under a predetermined pressure.

パターン形成材料である導電性微粒子は、数nm〜数十nmの粒径を有する微粒子であり、例えば銀、金、銅、白金、パラジウム、ロジウム、オスミウム、ルテニウム、イリジウム、鉄、錫、コバルト、ニッケル、クロム、チタン、タンタル、タングステン、インジウム等の金属、あるいはこれらの合金を用いることができる。蒸発成分である分散媒は、上記導電性微粒子を均一に分散させるものであればよく、例えば水や水を主成分とする水溶液系、あるいはテトラデカン等の有機溶剤を主成分とする有機系を用いることができる。本実施形態の導電性インクIkには、導電性粒子として銀微粒子が用いられており、分散媒として水が用いられている。こうした水系の分散媒は、有機系の分散媒に比べて表面張力を高くすることができる。そして導電性インクIkからなる液滴は、こうした表面張力が液滴表面に作用することによって球体を呈しやすくなる。   The conductive fine particles as the pattern forming material are fine particles having a particle diameter of several nm to several tens of nm. For example, silver, gold, copper, platinum, palladium, rhodium, osmium, ruthenium, iridium, iron, tin, cobalt, A metal such as nickel, chromium, titanium, tantalum, tungsten, indium, or an alloy thereof can be used. The dispersion medium as the evaporation component may be any dispersion medium that uniformly disperses the conductive fine particles. For example, water or an aqueous solution mainly containing water or an organic solvent mainly containing an organic solvent such as tetradecane is used. be able to. In the conductive ink Ik of this embodiment, silver fine particles are used as conductive particles, and water is used as a dispersion medium. Such an aqueous dispersion medium can have a higher surface tension than an organic dispersion medium. And the droplet which consists of conductive ink Ik becomes easy to exhibit a spherical body, when such surface tension acts on the droplet surface.

ガイド部材13には、+X方向及び−X方向に移動可能なキャリッジ16が搭載されて
おり、該キャリッジ16には吐出ヘッド15が搭載されている。キャリッジ16は、ガイド部材13に設けられたキャリッジモータCM(図8参照)が正転又は逆転するとき、吐出ヘッド15を+X方向又は−X方向へ走査する。
A carriage 16 that can move in the + X direction and the −X direction is mounted on the guide member 13, and an ejection head 15 is mounted on the carriage 16. The carriage 16 scans the ejection head 15 in the + X direction or the −X direction when a carriage motor CM (see FIG. 8) provided on the guide member 13 rotates forward or backward.

図2に示されるように、吐出ヘッド15は、キャリッジ16に位置決め固定されて+X方向に延びるヘッド基板17と、ヘッド基板17に支持されるヘッド本体20とを有する。ヘッド基板17における−X方向の端部には接続端子17aが設けられており、外部からの各種制御信号をこの接続端子17aがヘッド本体20の内部へ入力し、またヘッド本体20からの各種検出信号を同接続端子17aが外部へ出力する。   As shown in FIG. 2, the ejection head 15 includes a head substrate 17 that is positioned and fixed to the carriage 16 and extends in the + X direction, and a head body 20 that is supported by the head substrate 17. A connection terminal 17 a is provided at the end of the head substrate 17 in the −X direction, and various control signals from the outside are input to the inside of the head main body 20 by the connection terminal 17 a and various detections from the head main body 20 are performed. The connection terminal 17a outputs a signal to the outside.

ヘッド本体20の底部には、グリーンシートGSと対向するように配置されるノズルプレート21が貼り付けられている。ノズルプレート21は、ヘッド本体20がグリーンシートGSの直上に配置されるとき、その底面であるノズル形成面21aと描画面GSaとが略平行になるかたちで構成されており、これらノズル形成面21aと描画面GSaとによって挟まれた空間である液滴の飛行空間を形成する。またノズルプレート21は、ヘッド本体20がグリーンシートGSの直上に配置されるとき、ノズル形成面21aと描画面GSaとの間の距離であるプラテンギャップPGを所定の距離(図3参照、本実施形態では1000μm)に維持する。ノズルプレート21のノズル形成面21aには、ノズルプレート21をZ方向に貫通する複数個(i個)のノズルNがX方向に沿ってノズルピッチDxにて等間隔に配列されている。   A nozzle plate 21 disposed so as to face the green sheet GS is attached to the bottom of the head body 20. The nozzle plate 21 is configured such that when the head main body 20 is disposed immediately above the green sheet GS, the nozzle forming surface 21a, which is the bottom surface thereof, and the drawing surface GSa are substantially parallel to each other, and these nozzle forming surfaces 21a. And a flying space of liquid droplets, which is a space sandwiched between the drawing surface GSa. Further, when the head body 20 is disposed immediately above the green sheet GS, the nozzle plate 21 sets a platen gap PG, which is a distance between the nozzle forming surface 21a and the drawing surface GSa, to a predetermined distance (see FIG. 3, this embodiment). In the form, it is maintained at 1000 μm). On the nozzle forming surface 21a of the nozzle plate 21, a plurality (i) of nozzles N penetrating the nozzle plate 21 in the Z direction are arranged at equal intervals along the X direction at a nozzle pitch Dx.

図3に示されるように、ヘッド本体20は、各ノズルNの上側にそれぞれ圧力室としてのキャビティ22と、振動板23と、圧力発生素子としての圧電素子PZを有する。各キャビティ22は、供給チューブ20Tを介して共通するインクタンク14に接続されており、これによりインクタンク14からの導電性インクIkを収容して、該導電性インクIkを各ノズルNに供給する。振動板23は、各キャビティ22に対向する領域がZ方向に振動することにより、該キャビティ22の容積を拡大及び縮小させて圧力変動を発生させてノズルNに形成された気液界面であるメニスカスを振動させる。各圧電素子PZは、は、所定の中間電位で充電されており、その収縮量や収縮速度、伸張量や伸張速度を規定した電流信号である駆動信号COMが入力される。この駆動信号COMが圧電素子PZに入力されるたびに、該圧電素子PZが充放電されてZ方向に収縮して伸張し、これにより振動板23がZ方向に振動する。   As shown in FIG. 3, the head main body 20 includes a cavity 22 as a pressure chamber, a vibration plate 23, and a piezoelectric element PZ as a pressure generating element above each nozzle N. Each cavity 22 is connected to a common ink tank 14 via a supply tube 20T, and thereby accommodates the conductive ink Ik from the ink tank 14 and supplies the conductive ink Ik to each nozzle N. . The diaphragm 23 vibrates in the Z direction in the region facing each cavity 22, thereby expanding and reducing the volume of the cavity 22 to generate pressure fluctuations, and a meniscus which is a gas-liquid interface formed in the nozzle N. Vibrate. Each piezoelectric element PZ is charged at a predetermined intermediate potential, and a drive signal COM which is a current signal defining the contraction amount, contraction speed, extension amount and extension speed is input. Each time the drive signal COM is input to the piezoelectric element PZ, the piezoelectric element PZ is charged / discharged and contracted and expanded in the Z direction, whereby the diaphragm 23 vibrates in the Z direction.

こうした構成からなる吐出ヘッド15では、各圧電素子PZがZ方向に収縮及び伸張するとき、各キャビティ22に収容される導電性インクIkの一部が、上記駆動信号COMに応じた体積や速度を有する液柱としてメニスカスから尾をひくように吐出される。このようにして吐出された液柱においては、球状である先端部や尾にあたる後端部で大きな表面張力等が作用することにより、液柱の先端部と後端部とが飛行中に分かれて、液柱の先端部によりメイン液滴Dmが生成され、またメイン液滴Dmに後続するかたちのサテライト液滴Dsが液柱の後端部により生成されるようになる。   In the ejection head 15 having such a configuration, when each piezoelectric element PZ contracts and expands in the Z direction, a part of the conductive ink Ik accommodated in each cavity 22 has a volume and a speed corresponding to the drive signal COM. It is discharged as a liquid column having a tail from the meniscus. In the liquid column ejected in this manner, the tip and rear end of the liquid column are separated during the flight due to a large surface tension acting on the spherical tip and tail. The main droplet Dm is generated by the leading end of the liquid column, and the satellite droplet Ds that follows the main droplet Dm is generated by the trailing end of the liquid column.

この際、ノズルNに形成されるメニスカスは、駆動信号COMに従って伸縮する圧電素子PZの変位を受けて振動して、同駆動信号COMに応じた形状で前記液柱を生成する。本実施形態における駆動信号COMは、着弾後のメイン液滴Dmに対してサテライト液滴Dsが重畳するように、サテライト液滴Dsの体積をメイン液滴Dmの体積に近づけるかたちの液柱を生成させる。こうした構成により吐出されたサテライト液滴Dsは、メイン液滴Dmに後続するように飛行空間を飛行して、先行して着弾したメイン液滴Dmに重畳するように着弾する。   At this time, the meniscus formed in the nozzle N vibrates in response to the displacement of the piezoelectric element PZ that expands and contracts according to the drive signal COM, and generates the liquid column in a shape corresponding to the drive signal COM. In the present embodiment, the drive signal COM generates a liquid column in which the volume of the satellite droplet Ds is close to the volume of the main droplet Dm so that the satellite droplet Ds is superimposed on the landed main droplet Dm. Let The satellite droplets Ds discharged by such a configuration fly in the flight space so as to follow the main droplet Dm, and land so as to be superimposed on the main droplet Dm landed in advance.

なお、ノズルNから吐出された液滴は、該液滴に加わる外力の合力がZ方向にのみ作用
することによって、ノズルNからZ方向に沿って飛行することが可能となり、またノズルNからZ方向に延びる仮想線である目標経路TLの上を飛行することが可能となる。一方、液滴に加わる外力の合力がZ方向と交差する方向に大きく作用する場合、ノズルNから吐出された液滴は外力の作用に従って上記目標経路TLから外れた経路を飛行し、着弾位置の精度を損なう要因である所謂飛行曲がりを来たすことになる。
Note that the droplets ejected from the nozzle N can fly along the Z direction from the nozzle N because the resultant force of the external force applied to the droplet acts only in the Z direction. It is possible to fly over the target route TL that is a virtual line extending in the direction. On the other hand, when the resultant force of the external force applied to the droplet acts greatly in the direction crossing the Z direction, the droplet ejected from the nozzle N flies along the path deviating from the target path TL according to the action of the external force, and reaches the landing position. This results in a so-called flight curve, which is a factor that impairs accuracy.

ところで、このような液滴から所望量の分散媒を効果的に蒸発させるためには、まずは室温下にある液滴を、その液状体が沸騰しない範囲のなかで最も高い温度である目標温度付近まで昇温させる必要がある。例えば室温下にある液滴を分散媒の沸点まで昇温せしめるための熱量である第1熱量q1を同液滴に供給する必要がある。次いで第1熱量q1により昇温された液滴が沸騰しない状態を保ちながら分散媒を円滑に気体へと相転移させるための潜熱(気化熱)である第2熱量q2を同液体に供給する必要がある。そしてこのような第1熱量q1及び第2熱量q2を上述するタイミングで液滴に供給することにより、所望量の分散媒を液滴から効果的に蒸発させることができる。なおこれら第1熱量q1及び第2熱量q2は、導電性インクIkの性状と液滴の体積とを用いた演算により推定することができ、また各種実験等に基づく直接測定よって決定することもできる。   By the way, in order to effectively evaporate a desired amount of the dispersion medium from such droplets, firstly, the droplets at room temperature are near the target temperature which is the highest temperature in the range where the liquid does not boil. It is necessary to raise the temperature to For example, it is necessary to supply a first heat quantity q1 that is a quantity of heat for raising the temperature of a droplet at room temperature to the boiling point of the dispersion medium. Next, it is necessary to supply the second liquid q2 which is latent heat (heat of vaporization) for smoothly causing phase transition of the dispersion medium into a gas while keeping the droplet heated by the first heat q1 from boiling. There is. By supplying the first heat quantity q1 and the second heat quantity q2 to the droplets at the timing described above, a desired amount of the dispersion medium can be effectively evaporated from the droplets. The first heat quantity q1 and the second heat quantity q2 can be estimated by calculation using the properties of the conductive ink Ik and the volume of the droplet, and can also be determined by direct measurement based on various experiments. .

例えば上述する演算により上記第1熱量q1及び第2熱量q2を推定する場合には、導電性インクIkの性状から得られる分散媒及び導電性微粒子のモル分率と、分散媒及び導電性微粒子の比熱容量と、駆動信号COMに基づいて得られる液滴の重量と、吐出時における液滴の温度とに基づいて行うことができる。なお上述するような微小な液滴から蒸発した蒸発成分のなかには、液滴の表面から十分に離間した遠方へと拡散するものと、目標経路TLに残留して該経路上における蒸発成分の分圧を高くするものとがある。そのため、各温度における液滴の蒸発量は、目標経路TLに残留する蒸発成分の濃度が低くなるほど高くなり、逆に目標経路TLにおける蒸発成分の濃度が高くなるほど低くなる。そこで、液滴表面における蒸発成分の密度やその拡散などに基づく蒸発成分の物質移動流束を用いた液滴の物質収支に関わる微分方程式や、液滴の気化熱を考慮した液滴の熱収支に関わる微分方程式、さらには液滴に対する空気抵抗を考慮した液滴の運動方程式などを解く数値計算により上記第1熱量q1及び第2熱量q2を推定することもできる。   For example, when the first heat quantity q1 and the second heat quantity q2 are estimated by the above-described calculation, the molar fraction of the dispersion medium and the conductive fine particles obtained from the properties of the conductive ink Ik, the dispersion medium and the conductive fine particles This can be done based on the specific heat capacity, the weight of the droplet obtained based on the drive signal COM, and the temperature of the droplet at the time of ejection. Among the evaporation components evaporated from the minute droplets as described above, those that diffuse to a distance far away from the surface of the droplet and the partial pressure of the evaporation components remaining on the target route TL There is something to raise. For this reason, the evaporation amount of the droplets at each temperature increases as the concentration of the evaporation component remaining in the target path TL decreases, and conversely decreases as the concentration of the evaporation component in the target path TL increases. Therefore, the differential equation related to the mass balance of the droplet using the mass transfer flux of the evaporated component based on the density of the evaporated component on the droplet surface and its diffusion, etc., and the heat balance of the droplet considering the heat of vaporization of the droplet The first calorie q1 and the second calorie q2 can also be estimated by a numerical calculation that solves a differential equation related to the above, and a motion equation of the droplet in consideration of air resistance to the droplet.

また上述する実験により上記第1熱量q1及び第2熱量q2決定する場合には、飛行中の液滴をハイスピードカメラで撮像しながら該液滴に対して異なる熱量の光を照射して、該液滴が沸騰しない状態を維持できる最も高い熱量を直接測定することにより第1熱量q1及び第2熱量q2を得ることもできる。   Further, when the first heat quantity q1 and the second heat quantity q2 are determined by the experiment described above, the droplets in flight are imaged with a high speed camera while irradiating the droplets with different heat amounts, It is also possible to obtain the first heat quantity q1 and the second heat quantity q2 by directly measuring the highest heat quantity that can maintain the state in which the droplets do not boil.

図4の一点鎖線で示されるように、グリーンシートGSの描画面GSaは二次元の矩形格子であるドットパターン格子DLによって仮想分割されている。ドットパターン格子DLは、+X方向の格子間隔と+Y方向の格子間隔とが、それぞれ所定の間隔で設定される仮想格子である。例えば、ドットパターン格子DLの+X方向の格子間隔は、ノズルピッチDxで規定されており、ドットパターン格子DLの+Y方向の格子間隔は、メイン液滴Dmの吐出周期とステージ12の走査速度との積から算出される吐出ピッチDyで規定されている。こうしたドットパターン格子DLが上記ステージ12により走査されるとき、上述する吐出ヘッド15は、ドットパターン格子DLの各格子点Tが目標経路TLを横切るかたちで配置されて、各ノズルNから描画面GSaに向けてメイン液滴Dmを吐出するか否かの選択が上記格子点Tごとに設定されるようになる。なお、図4ではドットパターン格子DLの各格子点Tを説明する便宜上、ドットパターン格子DLの格子間隔及び吐出ヘッド15のノズルピッチDxを拡大して示している。   As shown by the one-dot chain line in FIG. 4, the drawing surface GSa of the green sheet GS is virtually divided by a dot pattern lattice DL which is a two-dimensional rectangular lattice. The dot pattern lattice DL is a virtual lattice in which the lattice interval in the + X direction and the lattice interval in the + Y direction are set at predetermined intervals. For example, the grid interval in the + X direction of the dot pattern grid DL is defined by the nozzle pitch Dx, and the grid spacing in the + Y direction of the dot pattern grid DL is the discharge cycle of the main droplet Dm and the scanning speed of the stage 12. It is defined by the discharge pitch Dy calculated from the product. When such a dot pattern grid DL is scanned by the stage 12, the above-described ejection head 15 is arranged such that each grid point T of the dot pattern grid DL crosses the target path TL, and the drawing surface GSa is drawn from each nozzle N. The selection as to whether or not to discharge the main droplet Dm toward is set for each lattice point T. In FIG. 4, for convenience of explaining each lattice point T of the dot pattern lattice DL, the lattice interval of the dot pattern lattice DL and the nozzle pitch Dx of the ejection head 15 are shown enlarged.

次に、上記飛行中の液滴にレーザ光を照射して該液滴を乾燥させる光学系について図5を参照して説明する。図5は、上記液滴吐出装置10に搭載されるレーザ照射部31の光
学的構成を模式的に示した図であり、図6は各メイン液滴Dmに対するレーザ光の照射角度を模式的に示した図である。
Next, an optical system for irradiating the droplets in flight with laser light to dry the droplets will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram schematically showing the optical configuration of the laser irradiation unit 31 mounted on the droplet discharge device 10, and FIG. 6 schematically shows the irradiation angle of the laser beam with respect to each main droplet Dm. FIG.

図5に示されるように、レーザ照射部31は、レーザ出射部としてのレーザ光源32、コリメートレンズ33、分岐部としてのハーフミラー34、及び反射ミラー35、36、37、38、39と、第1レーザ成形部40aと第2レーザ成形部40bとを備えている。レーザ光源32は、断面強度分布がガウシアン分布である基本レーザ光Leを出射する装置である。   As shown in FIG. 5, the laser irradiation unit 31 includes a laser light source 32 as a laser emission unit, a collimating lens 33, a half mirror 34 as a branching unit, and reflection mirrors 35, 36, 37, 38, and 39, 1 laser shaping part 40a and 2nd laser shaping part 40b are provided. The laser light source 32 is a device that emits basic laser light Le whose cross-sectional intensity distribution is a Gaussian distribution.

レーザ光源32は、断面強度分布がガウシアン分布である基本レーザ光Leを出射する装置である。レーザ光源32は、所謂半導体レーザであって、導電性インクIkに対して所定の吸収率を有する波長に設定された基本レーザ光Leをコリメートレンズ33に入射させる。   The laser light source 32 is a device that emits basic laser light Le whose cross-sectional intensity distribution is a Gaussian distribution. The laser light source 32 is a so-called semiconductor laser, and makes basic laser light Le set to a wavelength having a predetermined absorption rate for the conductive ink Ik incident on the collimating lens 33.

コリメートレンズ33は、その出射面側に所定の曲率を有する平凸レンズであって、レーザ光源32から出射された基本レーザ光Leの光束を光軸に対して平行な平行光に変換してハーフミラー34に入射させる。ハーフミラー34は、コリメートレンズ33から出射された基本レーザ光Leをエネルギーが等しい一対のレーザ光である第1レーザ光Le1と第2レーザ光Le2とに分割する。各反射ミラー35,36は、ハーフミラー34の反射光である第1レーザ光Le1を反射する反射面を有した平面ミラーであり、その反射光である第1レーザ光Le1を第1レーザ成形部40aに入射させる。各反射ミラー37〜39は、ハーフミラー34の透過光である第2レーザ光Le2を反射する反射面を有した平面ミラーであり、その反射光である第2レーザ光Le2を第2レーザ成形部40bに入射させる。   The collimator lens 33 is a plano-convex lens having a predetermined curvature on the exit surface side, and converts the light beam of the basic laser light Le emitted from the laser light source 32 into parallel light parallel to the optical axis, thereby generating a half mirror. 34 is incident. The half mirror 34 divides the basic laser beam Le emitted from the collimator lens 33 into a first laser beam Le1 and a second laser beam Le2 that are a pair of laser beams having the same energy. Each of the reflecting mirrors 35 and 36 is a plane mirror having a reflecting surface that reflects the first laser beam Le1 that is the reflected light of the half mirror 34, and the first laser beam Le1 that is the reflected light is a first laser forming unit. It is made incident on 40a. Each of the reflection mirrors 37 to 39 is a plane mirror having a reflection surface that reflects the second laser beam Le2 that is the transmitted light of the half mirror 34, and the second laser beam Le2 that is the reflection light is a second laser forming unit. It is made incident on 40b.

第1レーザ成形部40aは、第1レーザ光Le1の光路上にシリンドリカルレンズ41aと、回折光学素子(DOE:Diffractive Optical Elemennt、以後、DOEという)42aとを備えている。第2レーザ成形部40bは、第2レーザ光Le2の光路上にシリンドリカルレンズ41bとDOE42bとを備えている。   The first laser shaping unit 40a includes a cylindrical lens 41a and a diffractive optical element (DOE: Differential Optical Element, hereinafter referred to as DOE) 42a on the optical path of the first laser beam Le1. The second laser shaping unit 40b includes a cylindrical lens 41b and a DOE 42b on the optical path of the second laser beam Le2.

シリンドリカルレンズ41a、41bは、それぞれ短手方向にのみ曲率を有する出射面を備えたレンズであって、コリメートレンズ33によって平行光に変換された第1レーザ光Le1と第2レーザ光Le2の断面を上記ノズル形成面21aに沿って延びる矩形状に変換する。なお、シリンドリカルレンズ41a、41bに入射する第1レーザ光Le1や第2レーザ光Le2は、Z方向に所定幅を有している。そのため、該レーザ光がシリンドリカルレンズ41a、41bにより成形されることなく飛行空間に照射される場合にあっては、該レーザ光におけるZ方向の端部が吐出ヘッド15やグリーンシートGS、ステージ12などに遮られてしまい、第1レーザ光Le1や第2レーザ光Le2のエネルギーの一部が損なわれてしまう。シリンドリカルレンズ41a、41bは、それぞれ対応する反射ミラーからの第1レーザ光Le1と第2レーザ光Le2のZ方向成分を変換して、第1レーザ光Le1及び第2レーザ光Le2のZ方向におけるビーム長を上記プラテンギャップPG(本実施形態では、1000μm)と等しくなるように断面形状を成形する。これにより、第1レーザ光Le1及び第2レーザ光Le2のエネルギー損失を抑えつつ、液滴の目標経路TLに第1レーザ光Le1及び第2レーザ光Le2を導くことができる。   The cylindrical lenses 41a and 41b are lenses each having an exit surface having a curvature only in the short direction, and the cross sections of the first laser light Le1 and the second laser light Le2 converted into parallel light by the collimating lens 33 are shown. It converts into the rectangular shape extended along the said nozzle formation surface 21a. The first laser light Le1 and the second laser light Le2 incident on the cylindrical lenses 41a and 41b have a predetermined width in the Z direction. Therefore, when the laser light is irradiated to the flight space without being formed by the cylindrical lenses 41a and 41b, the end portion in the Z direction of the laser light is the ejection head 15, the green sheet GS, the stage 12, and the like. And the energy of the first laser beam Le1 and the second laser beam Le2 is partially lost. The cylindrical lenses 41a and 41b convert the Z-direction components of the first laser light Le1 and the second laser light Le2 from the corresponding reflecting mirrors, respectively, and the first laser light Le1 and the second laser light Le2 in the Z direction. The cross-sectional shape is formed so that the length is equal to the platen gap PG (1000 μm in this embodiment). Thereby, the first laser beam Le1 and the second laser beam Le2 can be guided to the target path TL of the droplet while suppressing the energy loss of the first laser beam Le1 and the second laser beam Le2.

DOE42a、42bは、それぞれシリンドリカルレンズ41a、41bにより成形された第1レーザ光Le1及び第2レーザ光Le2の断面強度分布を所定の分布に変換して上記飛行空間へ照射する。DOE42a、42bの光軸は、それぞれ目標経路TLの中間位置に位置するように配置されており、全てのノズルNから吐出される液滴に対して第1レーザ光Le1及び第2レーザ光Le2を照射すべく、ノズルNの配列方向(図6に示す
一点鎖線方向)に対して所定の傾斜角θ(θ:0°<θ≦90°)だけ水平方向に傾斜している。
The DOEs 42a and 42b convert the cross-sectional intensity distributions of the first laser beam Le1 and the second laser beam Le2 formed by the cylindrical lenses 41a and 41b into predetermined distributions and irradiate the flight space. The optical axes of the DOEs 42a and 42b are arranged so as to be positioned at intermediate positions of the target path TL, and the first laser beam Le1 and the second laser beam Le2 are applied to the droplets ejected from all the nozzles N. In order to irradiate, it is inclined in the horizontal direction by a predetermined inclination angle θ (θ: 0 ° <θ ≦ 90 °) with respect to the arrangement direction of the nozzles N (the one-dot chain line direction shown in FIG. 6).

なお、本実施形態におけるレーザ光の照射系は、図6に示されるように、例えば相対的に体積が大きい液滴をメイン液滴Dmとし、該メイン液滴Dmの直径を2rmとしたときに、sinθ≧2rm/Dxを満足する範囲から傾斜角θを選択する。こうした条件を満足する傾斜角θであれば、同じタイミングで吐出された液滴に対して第1レーザ光Le1及び第2レーザ光Le2を照射する場合であれ、相対的にDOEに近い側の液滴が、相対的にDOEから遠い側の液滴に対してレーザ光を遮ることがない。それゆえ吐出ヘッド15から同時に吐出された全てのメイン液滴Dmに対して第1レーザ光Le1と第2レーザ光Le2とを均等に照射することができる。しかも、sinθ=2rm/Dxを満足する場合には、隣接するノズルNから吐出されたメイン液滴Dm間においてレーザ光の照射方向における隙間が無くなることから、飛行空間を透過してしまうレーザ光が最小限に抑えられて、レーザ光の利用効率が向上するようにもなる。   As shown in FIG. 6, the laser light irradiation system in the present embodiment is, for example, when a droplet having a relatively large volume is a main droplet Dm and the diameter of the main droplet Dm is 2 rm. , Sin θ ≧ 2 rm / Dx is selected from the range that satisfies the condition. If the tilt angle θ satisfies such a condition, the liquid on the side relatively close to the DOE may be used even when the first laser beam Le1 and the second laser beam Le2 are irradiated to the droplets ejected at the same timing. The droplet does not block the laser beam with respect to the droplet on the side relatively far from the DOE. Therefore, the first laser beam Le1 and the second laser beam Le2 can be evenly irradiated to all the main droplets Dm ejected simultaneously from the ejection head 15. In addition, when sin θ = 2 rm / Dx is satisfied, there is no gap in the laser beam irradiation direction between the main droplets Dm ejected from the adjacent nozzles N, so that the laser beam that passes through the flight space is eliminated. As a result, the utilization efficiency of laser light is improved.

DOE42a、42bは、それぞれ第1レーザ光Le1及び第2レーザ光Le2の強度分布を変更する光学的構成要素であり、各液滴の目標経路TLにおける第1レーザ光Le1及び第2レーザ光Le2の強度分布が同目標経路TLに沿って平坦なトップハット型分布となるように変換する。なお、こうしたレーザ光の強度分布を所望の強度分布に厳密に変換することは困難であるため、上述するトップハット型分布である平坦な強度分布とは、その最大強度と平均強度との差分、ならびに最小強度と平均強度との差分がそれぞれ平均強度に対して±5%以内である分布である。こうした平坦性は描画パターンの設計ルールであるメイン液滴Dmの着弾位置の精度や着弾径の精度などに応じて適宜選択される。   The DOEs 42a and 42b are optical components that change the intensity distributions of the first laser beam Le1 and the second laser beam Le2, respectively. The DOEs 42a and 42b are used for the first laser beam Le1 and the second laser beam Le2 in the target path TL of each droplet. The intensity distribution is converted so as to be a flat top hat distribution along the target path TL. Since it is difficult to strictly convert the intensity distribution of such laser light into a desired intensity distribution, the flat intensity distribution that is the top hat type distribution described above is the difference between the maximum intensity and the average intensity, The difference between the minimum intensity and the average intensity is within ± 5% of the average intensity. Such flatness is appropriately selected according to the accuracy of the landing position of the main droplet Dm, the accuracy of the landing diameter, and the like, which are the design rules for the drawing pattern.

このようなレーザ光のエネルギーが飛行中の液滴に吸収される場合、液滴の表面や液滴の内部で吸収されたエネルギーにより液滴の温度が上昇するようになる。断面強度分布がガウシアン分布であるレーザ光を照射する場合にあっては、同ガウシアン分布の裾野にあたる低エネルギー領域により、吐出直後の液滴が昇温されることになる。   When such laser beam energy is absorbed by the flying droplet, the temperature of the droplet rises due to the energy absorbed on the surface of the droplet or inside the droplet. In the case of irradiating a laser beam whose cross-sectional intensity distribution is a Gaussian distribution, the temperature of the droplet immediately after ejection is raised by a low energy region corresponding to the bottom of the Gaussian distribution.

これに対して上述するトップハット型のレーザ光を照射する形態であれば、吐出直後の液滴が前記目標温度(例えば分散媒の沸点)まですばやく昇温されるようになり、分散媒の蒸発効率が高くなる温度で液滴が長く飛行できる。しかも上述するような吐出形態であれば、所定の体積で吐出された導電性インクIkが、メイン液滴Dmと該メイン液滴Dmに近い体積であるサテライト液滴Dsとに二分されるため、同じ体積の導電性インクIkを吐出する上では、メイン液滴Dmの乾燥速度とサテライト液滴Dsの乾燥速度とが近づけられる。すなわち、サテライト液滴Dsの体積がメイン液滴Dmに近づけられる分だけ、メイン液滴Dmの乾燥速度とサテライト液滴Dsの乾燥速度との差が小さくなり、吐出した導電性インクIkそのものの乾燥速度が高くなる。   On the other hand, if the top-hat type laser beam is irradiated as described above, the droplet immediately after ejection is quickly heated to the target temperature (for example, the boiling point of the dispersion medium), and the dispersion medium evaporates. Droplets can fly longer at temperatures that increase efficiency. Moreover, in the case of the discharge form as described above, the conductive ink Ik discharged in a predetermined volume is divided into the main droplet Dm and the satellite droplet Ds having a volume close to the main droplet Dm. In discharging the same volume of the conductive ink Ik, the drying speed of the main droplet Dm and the drying speed of the satellite droplet Ds are made closer. That is, the difference between the drying speed of the main droplet Dm and the drying speed of the satellite droplet Ds is reduced by the amount that the volume of the satellite droplet Ds approaches the main droplet Dm, and the discharged conductive ink Ik itself is dried. Increases speed.

例えば、メイン液滴Dmとサテライト液滴Dsとが球状に吐出される場合、メイン液滴Dmの径をrm、サテライト液滴Dsの径をrsとすると、メイン液滴Dmの体積Vmとサテライト液滴Dsの体積Vsとは、それぞれ式(1)、式(2)により与えられる。またメイン液滴Dmの照射断面積とサテライト液滴Dsの照射断面積との合計である総照射断面積Sは式(3)により与えられる。   For example, when the main droplet Dm and the satellite droplet Ds are discharged in a spherical shape, if the diameter of the main droplet Dm is rm and the diameter of the satellite droplet Ds is rs, the volume Vm of the main droplet Dm and the satellite liquid The volume Vs of the droplet Ds is given by the equations (1) and (2), respectively. Further, the total irradiation sectional area S, which is the sum of the irradiation sectional area of the main droplet Dm and the irradiation sectional area of the satellite droplet Ds, is given by Equation (3).

Vm=4/3×π×rm…(1)
Vs=4/3×π×rs…(2)
S=π×rm+π×rs…(3)
そして、メイン液滴Dmの体積Vmとサテライト液滴Dsの体積Vsとの合計が一定(Vm+Vs=一定)である条件、すなわち一定量の導電性インクIkを吐出する条件を式
(3)に適用すると、サテライト液滴Dsの体積がメイン液滴Dmの体積に近づくほど総照射断面積Sが増大する。そして、rm=rsのとき、すなわちサテライト液滴Dsの体積とメイン液滴Dmの体積とが等しくなるときに、同総照射断面積Sが最大になることが分かる。
Vm = 4/3 × π × rm 3 (1)
Vs = 4/3 × π × rs 3 (2)
S = π × rm 2 + π × rs 2 (3)
Then, a condition that the sum of the volume Vm of the main droplet Dm and the volume Vs of the satellite droplet Ds is constant (Vm + Vs = constant), that is, a condition for discharging a certain amount of the conductive ink Ik is applied to the expression (3). Then, the total irradiation sectional area S increases as the volume of the satellite droplet Ds approaches the volume of the main droplet Dm. When rm = rs, that is, when the volume of the satellite droplet Ds is equal to the volume of the main droplet Dm, the total irradiation sectional area S is maximized.

また、このようにメイン液滴Dmの体積とサテライト液滴Dsの体積が等しいとき、すなわちrm=rs(=最大照射径r)のとき、上記体積Vmと体積Vsとの合計である総体積Vaと、同総体積Vaからなる1つの液滴Daの径raとは、それぞれ式(4)、式(5)により与えられる。また、この液滴Daの照射断面積である比較照射断面積Saは式(6)により与えられる。   In addition, when the volume of the main droplet Dm and the volume of the satellite droplet Ds are equal, that is, when rm = rs (= maximum irradiation diameter r), the total volume Va, which is the sum of the volume Vm and the volume Vs. The diameter ra of one droplet Da having the same total volume Va is given by the equations (4) and (5), respectively. Further, a comparative irradiation sectional area Sa, which is an irradiation sectional area of the droplet Da, is given by Expression (6).

Va=2×4/3×π×rm…(4)
ra=21/3×rm…(5)
Sa=π×ra=22/3×π×rm…(6)
そして、上記体積Vmと体積Vsとが等しいときの総照射断面積Sは上記式(3)から2×π×rmで与えられるため、この総照射断面積Sと比較照射断面積Saとを比較すれば、体積Vmと体積Vsとが等しくなることにより総照射断面積が2/22/3倍(約1.26倍)だけ大きくなっていることが分かる。それゆえ、同量の導電性インクIkが吐出される上では、サテライト液滴Dsの体積がメイン液滴Dmの体積に近づくことにより、その大きくなった照射断面積の分だけレーザ光が効率よく導電性インクIkに吸収され、導電性インクIkそのものの乾燥効率が向上されるようになる。
Va = 2 × 4/3 × π × rm 3 (4)
ra = 2 1/3 × rm (5)
Sa = π × ra 2 = 2 2/3 × π × rm 2 (6)
Since the total irradiation cross section S when the volume Vm and the volume Vs are equal is given by 2 × π × rm 2 from the above equation (3), the total irradiation cross section S and the comparative irradiation cross section Sa are By comparison, it can be seen that the total irradiation cross-sectional area is increased by 2/2 2/3 times (about 1.26 times) due to the equal volume Vm and volume Vs. Therefore, when the same amount of the conductive ink Ik is ejected, the volume of the satellite droplet Ds approaches the volume of the main droplet Dm, so that the laser beam is efficiently emitted by the increased irradiation cross-sectional area. Absorbed by the conductive ink Ik, the drying efficiency of the conductive ink Ik itself is improved.

また、飛行中にレーザ光を受ける液滴がその分散媒を蒸発する場合、蒸発する分散媒の反作用力が液滴の表面に対して作用する。そして上記反作用力が目標経路TLに対して対称でない場合にあっては、その反作用力による液滴の飛行曲がりが誘発されてしまい、着弾位置の位置ずれを発生させる場合がある。   Further, when a droplet that receives laser light during flight evaporates the dispersion medium, the reaction force of the evaporating dispersion medium acts on the surface of the droplet. When the reaction force is not symmetric with respect to the target path TL, the flight bending of the droplet due to the reaction force is induced, and the landing position may be displaced.

そこで、上述するレーザ照射部31は、飛行中の液滴に与える単位面積・単位時間あたりの熱量であるレーザ強度Pを、相対向する第1レーザ光Le1と第2レーザ光Le2とに等分する、すなわち各々の強度をP/2に設定している。こうした照射態様であれば、液滴の蒸発率が目標経路TLを挟んで対称となり、分散媒の蒸発にともなう反作用力が互いに打ち消し合うことから、液滴の飛行曲がりが生じ難くなり、メイン液滴Dmの着弾位置の位置ずれが抑制される。しかも、上述するような吐出形態であれば、サテライト液滴Dsの体積がメイン液滴Dmに近づけられる分だけ、メイン液滴Dmが受ける反作用力とサテライト液滴Dsが受ける反作用力との差が小さくなる。すなわちサテライト液滴Dsの飛行経路がメイン液滴Dmの飛行経路に近づけられることになり、着弾後のメイン液滴Dmに対してサテライト液滴Dsが重畳しやすくなる。それゆえメイン液滴Dmとサテライト液滴Dsの双方が略同じ位置に着弾するため、飛行曲がりを来たした液滴による描画面GSaの汚染が抑制される。またたとえ双方が飛行曲がりを来たしたとしてもその相対的な着弾位置が保持されて、これらを重畳させることができる。   Therefore, the laser irradiation unit 31 described above equally divides the laser intensity P, which is the amount of heat per unit area and unit time, given to the droplets in flight into the first laser beam Le1 and the second laser beam Le2 facing each other. That is, each intensity is set to P / 2. With such an irradiation mode, the evaporation rate of the droplets is symmetric with respect to the target path TL, and the reaction forces accompanying the evaporation of the dispersion medium cancel each other, so that the flying curvature of the droplets hardly occurs, and the main droplets The positional deviation of the landing position of Dm is suppressed. In addition, if the discharge mode is as described above, there is a difference between the reaction force received by the main droplet Dm and the reaction force received by the satellite droplet Ds by the amount that the volume of the satellite droplet Ds approaches the main droplet Dm. Get smaller. That is, the flight path of the satellite droplet Ds is brought close to the flight path of the main droplet Dm, and the satellite droplet Ds is easily superimposed on the main droplet Dm after landing. Therefore, since both the main droplet Dm and the satellite droplet Ds land at substantially the same position, the contamination of the drawing surface GSa by the droplet that has bent in flight is suppressed. Moreover, even if both sides have a flight curve, the relative landing positions are maintained, and these can be superimposed.

また、前記目標温度に到達した液滴がレーザ光を受ける場合、同液滴に加えられるエネルギー量が蒸発成分である分散媒の気化熱を超えると、導電性インクIkの沸点まで液滴が昇温されてしまい、液滴の内部からも分散媒の蒸発が開始されて、液滴の突沸が発生しやすくなる。   Further, when a droplet that has reached the target temperature receives laser light, if the amount of energy applied to the droplet exceeds the heat of vaporization of the dispersion medium that is an evaporation component, the droplet rises to the boiling point of the conductive ink Ik. Since the liquid medium is heated, evaporation of the dispersion medium is started also from the inside of the droplet, and bumping of the droplet is likely to occur.

そこで、上述するレーザ照射部31は、飛行中の液滴に対して前記第1熱量q1と第2熱量q2との総和である総エネルギーEを与えるように、上記レーザ強度Pを調整している。こうしたレーザ強度Pであれば、液滴の突沸を抑制できる温度範囲の中から、より高い温度、例えば分散媒の沸点まで液滴が昇温して、こうした温度状態が維持されるように
なる。この結果、液滴の突沸が抑えられつつも安定した蒸発状態が維持されることになり、液滴の温度が目標温度である期間が長くなる分だけ、液滴の乾燥速度が高くなる。
Therefore, the laser irradiation unit 31 described above adjusts the laser intensity P so as to give the total energy E that is the sum of the first heat quantity q1 and the second heat quantity q2 to the droplets in flight. . With such a laser intensity P, the temperature of the droplet rises to a higher temperature, for example, the boiling point of the dispersion medium, from the temperature range in which droplet bumping can be suppressed, and this temperature state is maintained. As a result, a stable evaporation state is maintained while the bump boiling of the droplet is suppressed, and the drying speed of the droplet is increased by the length of the period during which the droplet temperature is the target temperature.

なお、上述するようなレーザ強度Pは、例えば異なる強度のレーザ光を飛行中の液滴に照射して該液滴の飛行状態をハイスピードカメラで撮像し、液滴が突沸しないレーザ強度の中から最も高い値を選択することにより直接的に得られる。また、上述するプラテンギャップPGや液滴の飛行速度vを式(7)に適用することにより、簡易的に推定することもできる。式(7)における飛行期間tは吐出された液滴が飛行する期間であり、液滴の飛行速度vと上記プラテンギャップPGとを用いて飛行期間t=PG/vにより得られる。式(7)における2rは同液滴の直径であり、同式(7)におけるPG×2rは飛行中の液滴に対するレーザ光の照射断面積である。   Note that the laser intensity P as described above is, for example, a level within a laser intensity at which droplets in flight are irradiated with laser beams having different intensities and the flight state of the droplets is imaged with a high-speed camera. Can be obtained directly by selecting the highest value from. Further, the above-described platen gap PG and droplet flight speed v can be simply estimated by applying the equation (7). The flight period t in the equation (7) is a period during which the discharged droplets fly, and is obtained by the flight period t = PG / v using the flight speed v of the droplets and the platen gap PG. 2r in the equation (7) is the diameter of the droplet, and PG × 2r in the equation (7) is an irradiation cross-sectional area of the laser beam with respect to the droplet in flight.

P=E/((PG×2r)×t)…(7)
次に、上記のように構成した液滴吐出装置10の電気的構成について図7を参照して説明する。図7は、液滴吐出装置10における電気的構成を示したブロック回路図であり、図8は、ヘッド駆動回路の電気的構成を示すブロック回路図である。
P = E / ((PG × 2r) × t) (7)
Next, the electrical configuration of the droplet discharge device 10 configured as described above will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a block circuit diagram showing the electrical configuration of the droplet discharge device 10, and FIG. 8 is a block circuit diagram showing the electrical configuration of the head drive circuit.

図7に示されるように、液滴吐出装置10の制御装置50は、CPU等からなる制御部51、ROM52、RAM53等を有しており、これらROM52及びRAM53に格納された各種データ及び各種制御プログラムに従ってステージ12及びキャリッジ16の搬送処理、吐出ヘッド15の液滴吐出処理、レーザ光源32のレーザ光出射処理等を実行する。また制御装置50は、クロック信号を生成する発振回路54と、駆動波形に関わる信号を生成する駆動波形生成回路55と、各種の信号を受信する外部I/F56と、各種の信号を送受信する内部I/F57とを有する。   As shown in FIG. 7, the control device 50 of the droplet discharge device 10 includes a control unit 51 including a CPU, a ROM 52, a RAM 53, and the like, and various data and various controls stored in the ROM 52 and the RAM 53. According to the program, the carrying process of the stage 12 and the carriage 16, the droplet ejection process of the ejection head 15, the laser beam emission process of the laser light source 32, etc. are executed. The control device 50 also includes an oscillation circuit 54 that generates a clock signal, a drive waveform generation circuit 55 that generates a signal related to a drive waveform, an external I / F 56 that receives various signals, and an internal that transmits and receives various signals. I / F57.

制御装置50は、外部I/F56を介して入出力装置58に電気的に接続されており、また内部I/F57を介してキャリッジモータ駆動回路59、ステージモータ駆動回路60、ヘッド駆動回路61及びレーザ光源駆動回路62に電気的に接続されている。なお、この制御装置50とヘッド駆動回路61とによって吐出制御部が構成されている。   The control device 50 is electrically connected to the input / output device 58 via an external I / F 56, and also includes a carriage motor drive circuit 59, a stage motor drive circuit 60, a head drive circuit 61, and the like via an internal I / F 57. The laser light source driving circuit 62 is electrically connected. The control device 50 and the head drive circuit 61 constitute an ejection control unit.

入出力装置58は、例えばCPU、RAM、ROM、ハードディスク、液晶ディスプレイ等を有する外部コンピュータである。入出力装置58は、描画パターンに関する情報、駆動信号COMの波形に関する情報、レーザ光の強度に関する情報等を描画情報Iaとして制御装置50に入力する。制御装置50は、入出力装置58からの描画情報Iaを受けて、その描画情報IaをRAM53の記憶領域に格納する。   The input / output device 58 is an external computer having, for example, a CPU, RAM, ROM, hard disk, liquid crystal display, and the like. The input / output device 58 inputs information relating to the drawing pattern, information relating to the waveform of the drive signal COM, information relating to the intensity of the laser light, and the like to the control device 50 as drawing information Ia. The control device 50 receives the drawing information Ia from the input / output device 58 and stores the drawing information Ia in the storage area of the RAM 53.

描画パターンに関する情報とは、液滴を吐出する目標位置が上記ドットパターン格子DLに関連付けられたデータであり、例えば描画パターンを示す画像データである。駆動信号COMの波形に関する情報とは、圧電素子PZに供給する電圧波形を示すデータであり、着弾後のメイン液滴Dmに対してサテライト液滴Dsが重畳するようにサテライト液滴Dsの体積をメイン液滴Dmの体積に近づけるべく、各種液滴の吐出実験や数値計算等に基づいて設定されたデータである。レーザ光の強度に関する情報とは、レーザ光源32の出力を示すデータであり、上述するレーザ照射部31にレーザ強度Pのレーザ光を照射させるべく設定されたデータである。   The information related to the drawing pattern is data in which the target position for discharging the droplet is associated with the dot pattern grid DL, and is image data indicating the drawing pattern, for example. The information regarding the waveform of the drive signal COM is data indicating a voltage waveform supplied to the piezoelectric element PZ, and the volume of the satellite droplet Ds is set so that the satellite droplet Ds is superimposed on the main droplet Dm after landing. This data is set based on various droplet ejection experiments, numerical calculations, and the like in order to approach the volume of the main droplet Dm. The information regarding the intensity of the laser beam is data indicating the output of the laser light source 32, and is data set to irradiate the laser beam having the laser intensity P to the laser irradiation unit 31 described above.

発振回路54は、各種処理のタイミングを制御するためのクロック信号を生成する。例えば発振回路54は、上記RAM53から読み出された各種データをヘッド駆動回路61にシリアル転送するための同期信号である転送クロックCLKを生成する。   The oscillation circuit 54 generates a clock signal for controlling the timing of various processes. For example, the oscillation circuit 54 generates a transfer clock CLK that is a synchronization signal for serially transferring various data read from the RAM 53 to the head drive circuit 61.

駆動波形生成回路55は、駆動信号COMを生成するための波形データが所定の記憶領
域に格納される波形メモリを有している。また駆動波形生成回路55は、駆動信号COMを生成するための電圧レベルデータをアナログ信号に変換するデジタル/アナログ変換器と、該デジタル/アナログ変換器で変換したアナログ信号を圧電素子PZが駆動する電圧まで増幅して、さらに該増幅した電圧信号に対応した電流供給を行うための増幅器を有している。上記波形データは、基準クロックごとの昇圧量や降圧量を示すデータである。また上記電圧レベルデータは、駆動信号COMの波形に対応した電圧レベルを示す電圧レベルデータであり、上述する波形データが基準クロックに同期して加算されることにより生成される。
The drive waveform generation circuit 55 has a waveform memory in which waveform data for generating the drive signal COM is stored in a predetermined storage area. The drive waveform generation circuit 55 also has a digital / analog converter that converts voltage level data for generating the drive signal COM into an analog signal, and the piezoelectric element PZ drives the analog signal converted by the digital / analog converter. An amplifier for amplifying the voltage to a voltage and supplying a current corresponding to the amplified voltage signal is provided. The waveform data is data indicating the amount of step-up or step-down for each reference clock. The voltage level data is voltage level data indicating a voltage level corresponding to the waveform of the drive signal COM, and is generated by adding the waveform data described above in synchronization with the reference clock.

こうした構成からなる駆動波形生成回路55では、波形データを示すデータ信号や該波形データの書き込みアドレスを示すアドレス信号が制御部51から入力されることにより、そのアドレスに対応する記憶領域に同波形データが格納される。また液滴の吐出動作を実行するとき、例えば格子点TがノズルNの直下に位置するときには、読み出しアドレスを示すアドレス信号が基準クロックに同期して制御部51から入力されることにより、そのアドレスに格納された波形データが読み出される。そして駆動波形生成回路55は、読み出した波形データに基づく電圧レベルデータを生成し、該電圧レベルデータをアナログ信号に変換して増幅した電圧信号を用いて、該電圧信号に対応する電流信号を駆動信号COMとして出力する。   In the drive waveform generation circuit 55 having such a configuration, when a data signal indicating waveform data and an address signal indicating a write address of the waveform data are input from the control unit 51, the waveform data is stored in the storage area corresponding to the address. Is stored. When the droplet discharge operation is executed, for example, when the grid point T is located immediately below the nozzle N, an address signal indicating a read address is input from the control unit 51 in synchronization with the reference clock, so that the address The waveform data stored in is read out. The drive waveform generation circuit 55 generates voltage level data based on the read waveform data, and drives a current signal corresponding to the voltage signal using the voltage signal obtained by converting the voltage level data into an analog signal and amplifying the voltage signal. Output as signal COM.

キャリッジモータ駆動回路59は、制御装置50からの制御信号が入力されると、その制御信号に応答してキャリッジ16を移動させるためのキャリッジモータCMを正転又は逆転させる。キャリッジモータ駆動回路59には、キャリッジエンコーダCEが接続されており、このキャリッジエンコーダCEからの検出信号が入力される。キャリッジモータ駆動回路59は、キャリッジエンコーダCEからの検出信号に基づいて、描画面GSaに対するキャリッジ16の移動方向及び移動量、すなわちノズルNの移動方向や移動量に関わる信号を生成して制御装置50に出力する。   When a control signal from the control device 50 is input, the carriage motor drive circuit 59 rotates the carriage motor CM for moving the carriage 16 forward or backward in response to the control signal. A carriage encoder CE is connected to the carriage motor drive circuit 59, and a detection signal is input from the carriage encoder CE. The carriage motor drive circuit 59 generates a signal related to the movement direction and movement amount of the carriage 16 with respect to the drawing surface GSa, that is, a signal related to the movement direction and movement amount of the nozzle N based on the detection signal from the carriage encoder CE. Output to.

ステージモータ駆動回路60は、制御装置50からの制御信号が入力されると、その制御信号に応答してステージ12を移動させるためのステージモータSMを正転又は逆転させる。ステージモータ駆動回路60には、ステージエンコーダSEが接続されており、このステージエンコーダSEからの検出信号が入力される。ステージモータ駆動回路60は、ステージエンコーダSEからの検出信号に基づいて、ステージ12の移動方向及び移動量に関する信号、すなわち目標位置である格子点Tの移動方向や移動量に関わる信号を生成して制御装置50に出力する。   When the control signal from the control device 50 is input, the stage motor drive circuit 60 rotates the stage motor SM for moving the stage 12 in the forward or reverse direction in response to the control signal. A stage encoder SE is connected to the stage motor drive circuit 60, and a detection signal is input from the stage encoder SE. Based on the detection signal from the stage encoder SE, the stage motor driving circuit 60 generates a signal related to the moving direction and moving amount of the stage 12, that is, a signal related to the moving direction and moving amount of the lattice point T that is the target position. Output to the controller 50.

レーザ光源駆動回路62は、グリーンシートGSがノズルNの直下に進入し始めるときに制御装置50からの制御信号が入力されて、その制御信号に応答してレーザ光源32に上記レーザ強度Pからなるレーザ光を出射させる。   The laser light source driving circuit 62 receives a control signal from the control device 50 when the green sheet GS begins to enter immediately below the nozzle N, and in response to the control signal, the laser light source 32 has the above laser intensity P. A laser beam is emitted.

制御部51は、描画パターンに関する情報に基づいてドットパターンデータを生成する。ドットパターンデータは、全ての格子点Tに対して上記メイン液滴Dmを吐出するか否かを関連付けたビットマップデータである。制御部51は、このドットパターンデータを生成すると、上記転送クロックCLKを同期信号にして該ドットパターンデータをヘッド駆動回路61にシリアル転送する。本実施形態においては、ドットパターンデータを用いて生成する上記シリアルデータを、シリアルパターンデータSIという。シリアルパターンデータSIは、メイン液滴Dmの吐出及び非吐出を各圧電素子PZに関連付けるためのデータである。   The control unit 51 generates dot pattern data based on information related to the drawing pattern. The dot pattern data is bitmap data that associates whether or not the main droplet Dm is ejected to all the lattice points T. When the dot pattern data is generated, the control unit 51 serially transfers the dot pattern data to the head drive circuit 61 using the transfer clock CLK as a synchronization signal. In the present embodiment, the serial data generated using the dot pattern data is referred to as serial pattern data SI. The serial pattern data SI is data for associating ejection and non-ejection of the main droplet Dm with each piezoelectric element PZ.

制御部51は、上述したステージエンコーダSEからのステージ12の移動方向及び移動量に関する信号、すなわち目標位置である格子点TのノズルNに対する移動方向や移動
量に関する信号を受けて、格子点TがノズルNの直下に位置するか否かを判断する。そして格子点TがノズルNの直下に位置するときにタイミング信号LATを生成し、該タイミング信号LATをヘッド駆動回路61に出力する。
The control unit 51 receives a signal related to the moving direction and moving amount of the stage 12 from the stage encoder SE described above, that is, a signal related to the moving direction and moving amount of the lattice point T that is the target position with respect to the nozzle N. It is determined whether or not it is located immediately below the nozzle N. A timing signal LAT is generated when the lattice point T is located immediately below the nozzle N, and the timing signal LAT is output to the head drive circuit 61.

図8に示されるように、ヘッド駆動回路61は、シフトレジスタ63、制御信号生成部64、レベルシフタ65、圧電素子スイッチ66を有する。シフトレジスタ63は、制御装置50から転送されるシリアルパターンデータSIを順次シフトさせて、ノズルNの数であるi個のビット値からなるシリアルパターンデータSIを格納する。   As shown in FIG. 8, the head drive circuit 61 includes a shift register 63, a control signal generation unit 64, a level shifter 65, and a piezoelectric element switch 66. The shift register 63 sequentially shifts the serial pattern data SI transferred from the control device 50 and stores serial pattern data SI composed of i bit values that are the number of nozzles N.

制御信号生成部64は、制御装置50からのタイミング信号LATを受けてシフトレジスタ63に格納されるシリアルパターンデータSIをラッチする。制御信号生成部64は、シリアルパターンデータSIをシリアル/パラレル変換して、各ノズルNに対応するiビットのパラレルデータを生成し、該パラレルデータをレベルシフタ65に出力する。本実施形態においては、制御信号生成部64が出力するパラレルデータをパラレルパターンデータPIという。   The control signal generating unit 64 receives the timing signal LAT from the control device 50 and latches the serial pattern data SI stored in the shift register 63. The control signal generation unit 64 performs serial / parallel conversion on the serial pattern data SI, generates i-bit parallel data corresponding to each nozzle N, and outputs the parallel data to the level shifter 65. In the present embodiment, the parallel data output from the control signal generator 64 is referred to as parallel pattern data PI.

レベルシフタ65は、制御信号生成部64からのパラレルパターンデータPIを圧電素子スイッチ66の駆動電圧レベルに昇圧して、各圧電素子PZに関連付けられるi個の開閉信号を生成する。圧電素子スイッチ66は、各圧電素子PZに対応するi個のスイッチ素子を有し、各スイッチ素子の入力端には、それぞれ制御装置50からの駆動信号COMが入力され、各スイッチ素子の出力端には、それぞれ対応する圧電素子PZが接続されている。各スイッチ素子は、それぞれ対応する圧電素子PZに関連付けられた開閉信号に応じて、対応する圧電素子PZに駆動信号COMを出力する。   The level shifter 65 boosts the parallel pattern data PI from the control signal generator 64 to the drive voltage level of the piezoelectric element switch 66 to generate i open / close signals associated with each piezoelectric element PZ. The piezoelectric element switch 66 has i switch elements corresponding to each piezoelectric element PZ, and the drive signal COM from the control device 50 is input to the input end of each switch element, and the output end of each switch element. A corresponding piezoelectric element PZ is connected to each. Each switch element outputs a drive signal COM to the corresponding piezoelectric element PZ in accordance with an open / close signal associated with the corresponding piezoelectric element PZ.

こうした構成からなるヘッド駆動回路61によれば、タイミング信号LATが入力されるたびに、すなわち格子点TがノズルNの直下に位置するたびに、ドットパターンデータに基づいて圧電素子PZが選択されて、該圧電素子PZに駆動信号COMが出力される。そして選択された圧電素子PZに対応するノズルNからメイン液滴Dmとサテライト液滴Dsとが吐出されて、該ノズルNの直下にある格子点Tにメイン液滴Dmとサテライト液滴Dsとが重畳するかたちで着弾する。   According to the head driving circuit 61 having such a configuration, each time the timing signal LAT is input, that is, every time the lattice point T is located immediately below the nozzle N, the piezoelectric element PZ is selected based on the dot pattern data. The drive signal COM is output to the piezoelectric element PZ. Then, the main droplet Dm and the satellite droplet Ds are ejected from the nozzle N corresponding to the selected piezoelectric element PZ, and the main droplet Dm and the satellite droplet Ds are formed at the lattice point T immediately below the nozzle N. Land in the form of overlapping.

次に、駆動波形生成回路55が生成する駆動信号COMについて図9及び図10を参照して説明する。図9は駆動信号COMを生成すべく駆動波形生成回路55が生成した電圧信号の波形を示す図であり、図10は同駆動信号COMに対応する吐出状況を模式的に示す図である。   Next, the drive signal COM generated by the drive waveform generation circuit 55 will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a diagram showing a waveform of a voltage signal generated by the drive waveform generation circuit 55 to generate the drive signal COM, and FIG. 10 is a diagram schematically showing a discharge state corresponding to the drive signal COM.

図9に示されるように、駆動信号COMに対応する電圧信号の波形は、電圧レベルを基準電位V0から第1電位V1まで上昇させる第1波形部分71と、該第1波形部分71から電圧レベルを保持する第2波形部分72と、該第2波形部分72から電圧レベルを第2電位V2まで降下させる第3波形部分73とを有している。また駆動信号COMに対応する電圧信号の波形は、上記第3波形部分73から電圧レベルを保持する第4波形部分74と、該第4波形部分74から基準電位V0よりも低い第3電位V3まで電圧レベルを降下させる第5波形部分75と、該第5波形部分75から電圧レベルを保持する第6波形部分76と、該第6波形部分76から電圧レベルを基準電位V0まで上昇させる第7波形部分77とを有している。   As shown in FIG. 9, the waveform of the voltage signal corresponding to the drive signal COM includes a first waveform portion 71 that raises the voltage level from the reference potential V0 to the first potential V1, and a voltage level from the first waveform portion 71. And a third waveform portion 73 for lowering the voltage level from the second waveform portion 72 to the second potential V2. The waveform of the voltage signal corresponding to the drive signal COM is from the third waveform portion 73 to the fourth waveform portion 74 that holds the voltage level, and from the fourth waveform portion 74 to the third potential V3 that is lower than the reference potential V0. A fifth waveform portion 75 for decreasing the voltage level, a sixth waveform portion 76 for maintaining the voltage level from the fifth waveform portion 75, and a seventh waveform for increasing the voltage level from the sixth waveform portion 76 to the reference potential V0. Part 77.

このような駆動信号COMが圧電素子PZに供給されるとき、第1波形部分71に対応する電流信号により圧電素子PZが収縮し、これによりキャビティ22の容積が初期状態から拡大し、導電性インクIkがキャビティ22に導入される。次いで第2波形部分72に対応する電流信号により圧電素子PZがその収縮状態を保持し、これによりキャビティ
22の容積が拡大した状態で保持される。そしてキャビティ22の容積拡大により生じたメニスカスの振動の位相を調節する。続いて第3波形部分73により、第2波形部分72で調整されたタイミングで、圧電素子PZを収縮した状態から伸張させ、これにより第2電位V2の電圧レベルに対応する容積まで第3波形部分73の傾きに応じた速度でキャビティ22の容積が縮小し、キャビティ22内の導電性インクIkが加圧される。そして、こうした加圧を受けるメニスカスがノズルNから押し出されて、第3波形部分73の終端では、図10(a)に示されるように、半球状の先端部を有したインク柱78がノズルNから形成される。
When such a drive signal COM is supplied to the piezoelectric element PZ, the piezoelectric element PZ contracts due to the current signal corresponding to the first waveform portion 71, whereby the volume of the cavity 22 expands from the initial state, and the conductive ink Ik is introduced into the cavity 22. Next, the piezoelectric element PZ is held in a contracted state by a current signal corresponding to the second waveform portion 72, and thus the volume of the cavity 22 is held in an expanded state. Then, the phase of the meniscus vibration generated by the volume expansion of the cavity 22 is adjusted. Subsequently, the third waveform portion 73 expands the piezoelectric element PZ from the contracted state at the timing adjusted by the second waveform portion 72, and thereby the third waveform portion reaches the volume corresponding to the voltage level of the second potential V2. The volume of the cavity 22 is reduced at a speed corresponding to the inclination of 73, and the conductive ink Ik in the cavity 22 is pressurized. Then, the meniscus subjected to such pressurization is pushed out from the nozzle N, and at the end of the third waveform portion 73, as shown in FIG. 10A, an ink column 78 having a hemispherical tip is formed in the nozzle N. Formed from.

次いで、第4波形部分74に対応する電流信号により第4波形部分74の期間だけ圧電素子PZがその状態を保持し、これによりキャビティ22の容積が保持される。このとき、前段階の第3波形部分73の加圧により流動していたキャビティ22内の導電性インクIkは、そのインク柱への流動を抑えられるかたちとなる。一方、インク柱の先端部のメニスカスは、前段階の第3波形部分73の加圧時の慣性力により吐出方向へと移動し続ける。この結果、第4波形部分74の終端では、図10(b)に示されるように、先端部が太く、基端部が細いインク柱78が形成される。   Next, the piezoelectric element PZ holds the state for the period of the fourth waveform portion 74 by the current signal corresponding to the fourth waveform portion 74, and thereby the volume of the cavity 22 is held. At this time, the conductive ink Ik in the cavity 22 that has flowed due to the pressurization of the third waveform portion 73 in the previous stage can be prevented from flowing to the ink column. On the other hand, the meniscus at the tip of the ink column continues to move in the ejection direction due to the inertial force during the pressurization of the third waveform portion 73 at the previous stage. As a result, at the end of the fourth waveform portion 74, as shown in FIG. 10B, an ink column 78 having a thick tip and a thin base end is formed.

次いで第5波形部分75に対応する電流信号により圧電素子PZが再び伸張し、これにより第3電位V3の電圧レベルに対応する容積まで第5波形部分75の傾きに応じた速度でキャビティ22の容積が縮小し、キャビティ22内の導電性インクIkが再び加圧される。そして、こうした加圧を受けるメニスカスがノズルNからさらに押し出されて、第5波形部分75の終端では、図10(c)に示されるように、先行して形成されたインク柱78に連なるかたちで新たなインク柱79が形成される。   Next, the piezoelectric element PZ is expanded again by the current signal corresponding to the fifth waveform portion 75, whereby the volume of the cavity 22 is increased at a speed corresponding to the inclination of the fifth waveform portion 75 up to the volume corresponding to the voltage level of the third potential V3. Is reduced, and the conductive ink Ik in the cavity 22 is pressurized again. Then, the meniscus subjected to such pressurization is further pushed out from the nozzle N, and at the end of the fifth waveform portion 75, as shown in FIG. 10C, it is connected to the ink column 78 formed in advance. A new ink column 79 is formed.

次いで第6波形部分76に対応する電流信号により第6波形部分76の期間だけ圧電素子PZがその状態を保持し、これによりキャビティ22の容積が保持される。このとき、前段階の第5波形部分75の加圧により流動していたキャビティ22内の導電性インクIkは、そのインク柱への流動を抑えられ、これにともなう残留振動によってノズルNの周縁部のメニスカスはノズルNへと引き戻されるようになる。一方、インク柱の先端部のメニスカスは、前段階の第5波形部分75の加圧時の慣性力により吐出方向へと移動し続ける。この結果、第6波形部分76の終端では、図10(d)に示されるように、インク柱78に連なる先端部が太く、基端部が細いインク柱79が形成される。   Next, the piezoelectric element PZ holds the state for the period of the sixth waveform portion 76 by the current signal corresponding to the sixth waveform portion 76, and thereby the volume of the cavity 22 is held. At this time, the conductive ink Ik in the cavity 22 that has been flowing due to the pressurization of the fifth waveform portion 75 in the previous stage can be prevented from flowing to the ink column, and the peripheral vibration of the nozzle N due to residual vibration accompanying this. The meniscus is drawn back to the nozzle N. On the other hand, the meniscus at the tip of the ink column continues to move in the ejection direction due to the inertial force during the pressurization of the fifth waveform portion 75 in the previous stage. As a result, at the end of the sixth waveform portion 76, as shown in FIG. 10D, an ink column 79 having a thick tip end and a narrow base end is formed.

次いでキャビティ22及びメニスカスにおける導電性インクIkの振動と逆位相になるタイミングで入力される第7波形部分77に対応する電流信号により圧電素子PZが収縮し、これによりキャビティ22の容積が拡大して同キャビティ22の容積が初期状態へと復元する。これにより、図10(e)に示されるように、インク柱79の基端部がノズルNから切り離される。そして図10(f)に示すように、インク柱78、79の各々がその表面張力によって分裂して球体となり、メイン液滴Dm及びサテライト液滴Dsとして飛行するようになる。なお、この第7波形部分77をキャビティ22及びメニスカスにおける導電性インクIkの振動と逆位相になるタイミングで入力することにより、上述したメイン液滴Dm及びサテライト液滴Dsの吐出にともなうキャビティ22及びメニスカスにおける残留振動を減衰させることができる。   Next, the piezoelectric element PZ contracts due to a current signal corresponding to the seventh waveform portion 77 inputted at a timing opposite to the vibration of the conductive ink Ik in the cavity 22 and the meniscus, thereby expanding the volume of the cavity 22. The volume of the cavity 22 is restored to the initial state. As a result, the base end portion of the ink column 79 is separated from the nozzle N as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 10 (f), each of the ink columns 78 and 79 is split by the surface tension to form a sphere and fly as a main droplet Dm and a satellite droplet Ds. It should be noted that the seventh waveform portion 77 is input at a timing opposite to the phase of the oscillation of the conductive ink Ik in the cavity 22 and the meniscus, whereby the cavity 22 and the satellite droplet Ds accompanying the ejection of the main droplet Dm and the satellite droplet Ds described above. Residual vibration in the meniscus can be damped.

上述するように、メイン液滴Dm及びサテライト液滴Dsの飛行速度やその体積は、インク柱78、79の境界を形成する第4波形部分74の電圧レベルやインク柱78、79を形成する第3波形部分73及び第5波形部分75の傾き等に依存する。そこで本実施形態の駆動信号COMに対応する電圧信号の波形では、着弾後のメイン液滴Dmにサテライト液滴Dsが重畳するようにサテライト液滴Dsの飛行速度及び体積とメイン液滴Dmの飛行速度及び体積とを等しくすべく、これら第4波形部分74の電圧レベルや第3波形部
分73及び第5波形部分75の傾きが設定されている。
As described above, the flight speed and the volume of the main droplet Dm and the satellite droplet Ds are determined based on the voltage level of the fourth waveform portion 74 that forms the boundary between the ink columns 78 and 79 and the first and second ink columns 78 and 79. It depends on the inclinations of the third waveform portion 73 and the fifth waveform portion 75. Therefore, in the waveform of the voltage signal corresponding to the drive signal COM of the present embodiment, the flight speed and volume of the satellite droplet Ds and the flight of the main droplet Dm so that the satellite droplet Ds is superimposed on the main droplet Dm after landing. In order to make the velocity and the volume equal, the voltage level of the fourth waveform portion 74 and the slopes of the third waveform portion 73 and the fifth waveform portion 75 are set.

こうした第4波形部分74の電圧レベルや第3波形部分73及び第5波形部分75の傾きは、メイン液滴Dm及びサテライト液滴Dsの飛行状態や着弾状態を直接観測することにより決定することができる。図11及び図12は、上述する照射態様の下で第4波形部分74の電圧レベルを決定すべく実施された実験の観測結果を示すものであり、図11はメイン液滴Dmとサテライト液滴Dsとの着弾状況を模式的に示した図である。また図12は、着弾したメイン液滴Dmとサテライト液滴Dsとの間の距離である位置ずれ量と、サテライト液滴Dsの体積との関係を示す図である。なお、図11においては、図中左側から右側にかけて、第4波形部分74の電圧レベルが上記第3電位V3から上記第2電位V2へ徐々に上昇した場合における着弾状況を示す。   The voltage level of the fourth waveform portion 74 and the inclination of the third waveform portion 73 and the fifth waveform portion 75 can be determined by directly observing the flight state and landing state of the main droplet Dm and the satellite droplet Ds. it can. 11 and 12 show observation results of an experiment conducted to determine the voltage level of the fourth waveform portion 74 under the irradiation mode described above. FIG. 11 shows the main droplet Dm and the satellite droplet. It is the figure which showed typically the landing situation with Ds. FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the positional deviation amount, which is the distance between the landed main droplet Dm and the satellite droplet Ds, and the volume of the satellite droplet Ds. FIG. 11 shows the landing situation when the voltage level of the fourth waveform portion 74 gradually increases from the third potential V3 to the second potential V2 from the left side to the right side in the drawing.

図11に示されるように、第4波形部分74の電圧レベルが第3電位V3と略等しい場合、すなわち前記インク柱78、79の境界が無くなる場合には、メイン液滴Dmが細く長い尾を引くかたちで吐出されて、同メイン液滴Dmに比べて著しく小さいサテライト液滴Dsが生成されてしまう。こうした小さいサテライト液滴Dsはレーザ光を受けることにより容易に飛行曲がりを起こしてしまい、図11及び図12に示されるように、メイン液滴Dmの着弾位置とサテライト液滴Dsの着弾位置との間のずれ量を大きくしてしまう。   As shown in FIG. 11, when the voltage level of the fourth waveform portion 74 is substantially equal to the third potential V3, that is, when the boundary between the ink columns 78 and 79 disappears, the main droplet Dm has a narrow and long tail. As a result, the satellite droplet Ds is generated which is significantly smaller than the main droplet Dm. Such small satellite droplets Ds are easily bent by receiving laser light, and as shown in FIGS. 11 and 12, the landing position of the main droplet Dm and the landing position of the satellite droplet Ds are the same. The amount of deviation will be increased.

一方、第4波形部分74の電圧レベルが第2電位V2に近くなる場合には、サテライト液滴Dsの体積がメイン液滴Dmの体積に近くなり、サテライト液滴Dsの飛行速度ならびに飛行中における乾燥状態がメイン液滴Dmに近づくようになる。すなわち、サテライト液滴Dsの飛行軌跡がメイン液滴Dmの飛行軌跡に近くなる。この結果、図11及び図12に示されるように、メイン液滴Dmの着弾位置とサテライト液滴Dsの着弾位置とが近くなり、第4波形部分74の電圧レベルが第2電位V2になる場合には、メイン液滴Dmとサテライト液滴Dsとの間で体積及び飛行速度が略等しくなり、サテライト液滴Dsの略全体が着弾後のメイン液滴Dmに重畳するように着弾する。それゆえ、こうした電圧レベルが第4波形部分74の電圧レベルとして採用されることにより、着弾後のメイン液滴Dmとサテライト液滴Dsとが重畳するようにサテライト液滴Dsの体積をメイン液滴Dmの体積に近づけることが可能となる。   On the other hand, when the voltage level of the fourth waveform portion 74 is close to the second potential V2, the volume of the satellite droplet Ds is close to the volume of the main droplet Dm. The dry state comes closer to the main droplet Dm. That is, the flight trajectory of the satellite droplet Ds is close to the flight trajectory of the main droplet Dm. As a result, as shown in FIGS. 11 and 12, the landing position of the main droplet Dm and the landing position of the satellite droplet Ds are close, and the voltage level of the fourth waveform portion 74 becomes the second potential V2. In this case, the volume and the flight speed are substantially equal between the main droplet Dm and the satellite droplet Ds, and landing is performed so that substantially the entire satellite droplet Ds is superimposed on the main droplet Dm after landing. Therefore, by adopting such a voltage level as the voltage level of the fourth waveform portion 74, the volume of the satellite droplet Ds is reduced so that the main droplet Dm after landing and the satellite droplet Ds overlap. It becomes possible to approach the volume of Dm.

なお、上述する吐出態様においては、サテライト液滴Dsがメイン液滴Dmよりも遅れて生成されるために、サテライト液滴Dsが着弾するタイミングとメイン液滴Dmが着弾するタイミングとの間に時間差が生じる。一方、メイン液滴Dmが着弾するタイミングとサテライト液滴Dsが着弾するタイミングとの間にもステージ12が移動し続けていることから、上述する時間差の分だけ、サテライト液滴Dsの着弾位置がメイン液滴Dmの着弾位置に対してステージ12の移動方向にずれてしまう。ただし、上記液滴吐出装置にあっては、そもそもメイン液滴Dmやサテライト液滴Dsの飛行速度がステージ12の移動速度よりも十分に高く、またメイン液滴Dmやサテライト液滴Dsの飛行期間が上述する時間差よりも十分に長いために、先行して着弾したメイン液滴に対してサテライト液滴の着弾位置の位置ずれが非常に小さくて済む。それゆえ、着弾したメイン液滴Dmに対してサテライト液滴Dsを重畳させて着弾させることができ、パターンの形状精度を向上させることができる。   In the above-described discharge mode, since the satellite droplet Ds is generated later than the main droplet Dm, there is a time difference between the timing at which the satellite droplet Ds lands and the timing at which the main droplet Dm lands. Occurs. On the other hand, since the stage 12 continues to move between the timing at which the main droplet Dm lands and the timing at which the satellite droplet Ds lands, the landing position of the satellite droplet Ds is equivalent to the time difference described above. It will shift in the moving direction of the stage 12 with respect to the landing position of the main droplet Dm. However, in the above-described droplet discharge device, the flight speed of the main droplet Dm and the satellite droplet Ds is sufficiently higher than the moving speed of the stage 12 in the first place, and the flight period of the main droplet Dm and the satellite droplet Ds. However, since the time difference is sufficiently longer than the above-described time difference, the positional deviation of the landing position of the satellite droplet with respect to the main droplet that has landed in advance can be very small. Therefore, the satellite droplets Ds can be superimposed and landed on the landed main droplet Dm, and the pattern shape accuracy can be improved.

なお、第4波形部分74の電圧レベルを上記第2電位V2よりも第1電位V1側に上昇させた場合にあっては、メイン液滴Dmの体積がサテライト液滴Dsの体積よりも小さくなり、図12に示されるように、メイン液滴Dmにおいて飛行曲がりが発生するようになる。このメイン液滴Dmの飛行曲がりはメイン液滴Dmの体積が小さくなるほど、言い換えればサテライト液滴Dsの体積が大きくなるほど大きくなり、メイン液滴Dmの着弾位
置に対するサテライト液滴Dsの着弾位置の位置ずれ量が大きくなる。そのため、第4波形部分74の電圧レベルの決定に際しては、図12に示されるように、予め定めた設計ルールに基づいて所定の位置ずれ量Lよりも小さい位置ずれ量が得られる範囲Aに該当する体積のサテライト液滴Dsを吐出させる電圧レベルを選択することが好ましい。
Note that, when the voltage level of the fourth waveform portion 74 is raised to the first potential V1 side from the second potential V2, the volume of the main droplet Dm becomes smaller than the volume of the satellite droplet Ds. As shown in FIG. 12, the flight bend occurs in the main droplet Dm. The flight bend of the main droplet Dm increases as the volume of the main droplet Dm decreases, in other words, the volume of the satellite droplet Ds increases, and the position of the landing position of the satellite droplet Ds with respect to the landing position of the main droplet Dm. The amount of deviation increases. Therefore, when determining the voltage level of the fourth waveform portion 74, as shown in FIG. 12, it corresponds to a range A in which a displacement amount smaller than a predetermined displacement amount L is obtained based on a predetermined design rule. It is preferable to select a voltage level at which satellite droplets Ds having a volume to be discharged are ejected.

以上説明したように、上記実施形態の液滴吐出装置10によれば以下のような効果を得ることができる。
(1)上記実施形態によれば、メイン液滴Dmとサテライト液滴Dsを同じ体積の球状にすることで、同量の導電性インクIkを1つの液滴で吐出した場合よりも第1及び第2レーザ光Le1,Le2が照射される照射断面積を大きくすることができ、各液滴の乾燥速度を向上させることができる。
As described above, according to the droplet discharge device 10 of the above embodiment, the following effects can be obtained.
(1) According to the above-described embodiment, the main droplet Dm and the satellite droplet Ds are formed into a spherical shape having the same volume, so that the first and The irradiation sectional area irradiated with the second laser beams Le1 and Le2 can be increased, and the drying speed of each droplet can be improved.

(2)また、メイン液滴Dmとサテライト液滴Dsの双方に対する飛行曲がりが抑制されて描画面GSaにこれらを重畳させて着弾させることができ、パターンの形状精度を向上させることもできる。   (2) Further, the flight bending of both the main droplet Dm and the satellite droplet Ds is suppressed, and these can be landed by being superimposed on the drawing surface GSa, and the pattern shape accuracy can be improved.

(3)上記実施形態によれば、メイン液滴Dmとサテライト液滴Dsの飛行速度を等しくすることで、各液滴にレーザ光が照射される照射時間を等しくすることができる。すなわち、各液滴が第1及び第2レーザ光Le1,Le2から受けるエネルギーを等しくすることができ、各液滴を同じ乾燥状態の下で描画面GSaに着弾させることもできる。   (3) According to the above-described embodiment, by equalizing the flight speeds of the main droplet Dm and the satellite droplet Ds, it is possible to equalize the irradiation time during which each droplet is irradiated with laser light. That is, the energy received by each droplet from the first and second laser beams Le1 and Le2 can be made equal, and each droplet can be landed on the drawing surface GSa under the same dry state.

(4)各液滴に対して相対向する一対のレーザ光である第1及び第2レーザ光Le1,Le2を照射することにより、各液滴の飛行曲がりが抑制され、メイン液滴Dmの格子点Tに対する着弾位置の位置ずれを抑制することもできる。   (4) By irradiating each droplet with the first and second laser beams Le1 and Le2 which are a pair of laser beams opposed to each other, the flight bending of each droplet is suppressed, and the lattice of the main droplet Dm It is also possible to suppress the displacement of the landing position with respect to the point T.

(5)上記実施形態によれば、第1及び第2レーザ光Le1,Le2の強度分布をトップハット型分布にすることでメイン液滴Dm及びサテライト液滴Dsの乾燥効率をより高めることができる。   (5) According to the embodiment described above, the drying efficiency of the main droplets Dm and the satellite droplets Ds can be further increased by making the intensity distribution of the first and second laser beams Le1 and Le2 into a top-hat distribution. .

尚、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態におけるレーザ照射部31の光学系では、飛行中の液滴を挟むように液滴の両側からレーザ光が照射される。こうした照射態様を変更して、例えば、各液滴の重量が大きく、その飛行速度が速い場合など、飛行曲がりが微小である場合や飛行曲がりが発生しても着弾位置の位置ずれが許容できるような描画パターンにおいては、液滴に対して片側のみからレーザ光が照射されてもよい。このような場合であっても、メイン液滴Dmの体積にサテライト液滴Dsの体積を近づけて吐出させる分だけ、パターンの形状精度と乾燥効率の向上を図ることができる。
In addition, the said embodiment can also be changed and implemented as follows.
-In the optical system of the laser irradiation part 31 in the said embodiment, a laser beam is irradiated from both sides of a droplet so that the droplet in flight may be pinched | interposed. By changing these irradiation modes, for example, when the flying weight is very small, such as when each droplet is heavy and its flight speed is fast, or even if a flying bend occurs, the displacement of the landing position can be allowed. In a simple drawing pattern, the laser beam may be irradiated from only one side of the droplet. Even in such a case, it is possible to improve the pattern shape accuracy and the drying efficiency by the amount that the satellite droplet Ds is ejected close to the volume of the main droplet Dm.

・上記実施形態におけるレーザ照射部31の光学系では、第1レーザ光Le1と第2レーザ光Le2の光軸がノズルNの配列方向に対して傾斜角θだけ傾斜した構成を説明した。こうした照射態様に限らず、第1レーザ光Le1と第2レーザ光Le2の光軸が、ノズルNの配列方向に対して傾斜することなく、同配列方向と一致する構成であってもよい。このような構成においては、吐出ヘッド15の各ノズルNから異なる吐出タイミングでメイン液滴Dm及びサテライト液滴Dsが吐出されることにより、全ての液滴に対してレーザ光が照射されるようになる。   In the optical system of the laser irradiation unit 31 in the above embodiment, the configuration in which the optical axes of the first laser beam Le1 and the second laser beam Le2 are inclined by the inclination angle θ with respect to the arrangement direction of the nozzles N has been described. The configuration is not limited to such an irradiation mode, and the optical axes of the first laser beam Le1 and the second laser beam Le2 may be configured to coincide with the arrangement direction without being inclined with respect to the arrangement direction of the nozzles N. In such a configuration, the main droplet Dm and the satellite droplet Ds are ejected from each nozzle N of the ejection head 15 at different ejection timings, so that laser light is irradiated to all the droplets. Become.

・上記実施形態におけるレーザ照射部31の光学系では、1つのレーザ光源32から出射された基本レーザ光Leがハーフミラー34を介して第1レーザ光Le1と第2レーザ光Le2とに分岐される構成を説明した。こうした光学系に限らず、飛行中の液滴を挟むように液滴の両側からレーザ光が照射される態様であれば、例えば一対のレーザ光を出射
すべく一対のレーザ光源が用いられる構成であってもよい。こうした構成によれば、液滴吐出装置がハーフミラー34を割愛できる。
In the optical system of the laser irradiation unit 31 in the above embodiment, the basic laser light Le emitted from one laser light source 32 is branched into the first laser light Le1 and the second laser light Le2 via the half mirror 34. Explained the configuration. In addition to such an optical system, a configuration in which a pair of laser light sources is used to emit a pair of laser beams, for example, as long as the laser beams are irradiated from both sides of the droplet so as to sandwich the droplet in flight. There may be. According to such a configuration, the droplet discharge device can omit the half mirror 34.

・上記実施形態では、メイン液滴Dm及びサテライト液滴Dsに照射するレーザ光を半導体レーザとした。これに限らず、これらの液滴にレーザ光を照射する上では、液体レーザやガスレーザ、YAGレーザなどの固体レーザであってもよい。なお、YAGレーザを用いた場合には、基本レーザ光の光路上にシャッターを配置し開閉制御することでレーザ光を飛行空間に照射するか否かを選択するようにするとよい。   In the embodiment described above, the laser light applied to the main droplet Dm and the satellite droplet Ds is a semiconductor laser. However, the present invention is not limited to this, and a solid laser such as a liquid laser, a gas laser, or a YAG laser may be used for irradiating these droplets with laser light. When a YAG laser is used, it is preferable to select whether or not to irradiate the flight space with laser light by arranging a shutter on the optical path of the basic laser light and controlling the opening and closing.

・上記実施形態では、吐出ヘッド15が1列のノズル列を有する構成を説明した。こうした構成に限らず、吐出ヘッド15が複数のノズル列を有してもよい。なお、このような構成では、第1レーザ光Le1及び第2レーザ光Le2がノズルNから吐出される全ての液滴に照射されるように該レーザ光の光軸の傾斜角θを適宜変更するとよい。   In the above embodiment, the configuration in which the ejection head 15 has one nozzle row has been described. In addition to such a configuration, the ejection head 15 may have a plurality of nozzle rows. In such a configuration, when the tilt angle θ of the optical axis of the laser beam is appropriately changed so that the first laser beam Le1 and the second laser beam Le2 are irradiated to all droplets ejected from the nozzle N. Good.

・上記実施形態では、駆動信号COMに対応する電位波形が、メイン液滴Dmの飛行速度とサテライト液滴Dsの飛行速度とを等しくするが、これらの飛行速度が異なる形態であってもよい。すなわちサテライト液滴Dsが着弾後のメイン液滴Dmと重畳するようにサテライト液滴Dsの体積をメイン液滴Dmの体積に近づける構成であれば、各液滴の飛行速度が異なる形態であってもよい。こうした構成であっても、サテライト液滴Dsの体積をメイン液滴Dmの体積に近づけることから、上記実施形態と同様の効果が得られる。   In the above embodiment, the potential waveform corresponding to the drive signal COM equalizes the flight speed of the main droplet Dm and the flight speed of the satellite droplet Ds. However, the flight speed may be different. That is, if the satellite droplet Ds has a volume close to the volume of the main droplet Dm so that the satellite droplet Ds overlaps the main droplet Dm after landing, the flying speed of each droplet is different. Also good. Even in such a configuration, since the volume of the satellite droplet Ds is brought close to the volume of the main droplet Dm, the same effect as in the above embodiment can be obtained.

・上記実施形態では、メイン液滴Dmとサテライト液滴Dsとが球状を呈するが、これらの液滴が柱状を呈する構成であってもよい。こうした構成であっても、サテライト液滴Dsの体積をメイン液滴Dmの体積に近づけることから、上記実施形態と同様の効果が得られる。   In the above embodiment, the main droplet Dm and the satellite droplet Ds have a spherical shape, but the droplets may have a columnar shape. Even in such a configuration, since the volume of the satellite droplet Ds is brought close to the volume of the main droplet Dm, the same effect as in the above embodiment can be obtained.

・上記実施形態では、図9に示したように、第3電位V3を基準電位V0よりも低い電位レベルを示す電圧波形が用いられることにより、メイン液滴Dmとサテライト液滴Dsとの間で飛行速度及び体積が等しくなる。このような電位レベルに限らず、メイン液滴Dmとサテライト液滴Dsとの間で飛行速度及び体積を等しくする電圧波形には、例えば図13に示されるように、第1〜第3電位V1〜V3が基準電位V0よりも高くなる電圧波形も適用可能である。   In the above embodiment, as shown in FIG. 9, the voltage waveform indicating the potential level of the third potential V3 lower than the reference potential V0 is used, so that the main droplet Dm and the satellite droplet Ds are used. Flight speed and volume are equal. For example, as shown in FIG. 13, the first to third potentials V <b> 1 are not limited to such a potential level, and the voltage waveform that makes the flight speed and volume equal between the main droplet Dm and the satellite droplet Ds. A voltage waveform in which .about.V3 becomes higher than the reference potential V0 is also applicable.

・上記実施形態では、液状体の分散媒として水系の分散媒が用いられるが、これに加えて、液状体の表面張力を調整すべく、同分散媒には界面活性剤が添加されてもよい。こうした分散媒によれば、界面活性剤の添加量を変更することによりメニスカスにおける表面張力を調整することが可能となり、駆動信号COMに対応する電圧波形の自由度が拡張可能になる。   In the above embodiment, an aqueous dispersion medium is used as the liquid dispersion medium. In addition, a surfactant may be added to the dispersion medium in order to adjust the surface tension of the liquid. . According to such a dispersion medium, it is possible to adjust the surface tension at the meniscus by changing the addition amount of the surfactant, and the degree of freedom of the voltage waveform corresponding to the drive signal COM can be expanded.

・上記実施形態では、グリーンシートGSに導電性微粒子を含んだ導電性インクIkを吐出して金属配線を描画するパターン形成装置を説明した。これに限らず、飛行中の液滴にレーザ光を照射して乾燥させるものであれば、例えば絶縁パターンを描画するパターン形成装置など、他の用途のパターン形成装置に具体化することもできる。   In the above embodiment, the pattern forming apparatus that draws the metal wiring by discharging the conductive ink Ik containing conductive fine particles on the green sheet GS has been described. However, the present invention is not limited to this, and may be embodied in a pattern forming apparatus for other uses, such as a pattern forming apparatus that draws an insulating pattern, as long as the flying droplets are irradiated with laser light and dried.

・上記実施形態では、吐出ヘッドの駆動方式として圧電素子駆動方式を説明した。こうした駆動方式に限らず、吐出ヘッドから液滴を吐出するという観点からは、抵抗加熱方式や静電駆動方式を利用することもできる。   In the above embodiment, the piezoelectric element driving method has been described as the ejection head driving method. Not only such a driving method but also a resistance heating method and an electrostatic driving method can be used from the viewpoint of discharging droplets from the discharge head.

本実施形態におけるパターン形成装置の一例を示す斜視図。The perspective view which shows an example of the pattern formation apparatus in this embodiment. 吐出ヘッドを示す斜視図。The perspective view which shows an ejection head. 吐出ヘッドの内部を示す要部断面図。FIG. 3 is a main part cross-sectional view showing the inside of the ejection head. グリーンシートのドットパターン格子を示す模式図。The schematic diagram which shows the dot pattern lattice of a green sheet. 液滴吐出装置の光学系を示す模式図。FIG. 3 is a schematic diagram showing an optical system of a droplet discharge device. レーザ光と液滴との関係を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the relationship between a laser beam and a droplet. 液滴吐出装置の電気的構成を示すブロック回路図。The block circuit diagram which shows the electric constitution of a droplet discharge apparatus. ヘッド駆動回路の電気的構成を示すブロック回路図。The block circuit diagram which shows the electric constitution of a head drive circuit. 駆動信号に対応する電圧波形を示す図。The figure which shows the voltage waveform corresponding to a drive signal. (a)〜(f)同じく、駆動信号に応じた吐出状況を模式的に示す図。(A)-(f) The figure which shows typically the discharge condition according to a drive signal similarly. メイン液滴とサテライト液滴との着弾状況を模式的に示す図。The figure which shows typically the landing condition of the main droplet and a satellite droplet. サテライト液滴の体積と位置ずれ量との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the volume of a satellite droplet, and positional offset amount. 変更例における駆動信号に対応した電圧波形を示す図。The figure which shows the voltage waveform corresponding to the drive signal in the example of a change.

符号の説明Explanation of symbols

θ…傾斜角、A…範囲、E…総エネルギー、L…位置ずれ量、N…ノズル、P…レーザ強度、S…総照射断面積、T…格子点、t…飛行期間、v…飛行速度、CE…キャリッジエンコーダ、CM…キャリッジモータ、Da…液滴、DL…ドットパターン格子、Dm…メイン液滴、Ds…サテライト液滴、Dx…ノズルピッチ、Dy…吐出ピッチ、GS…グリーンシート、Ia…描画情報、Ik…導電性インク、Le…基本レーザ光、PG…プラテンギャップ、PI…パラレルパターンデータ、PZ…圧電素子、q1…第1熱量、q2…第2熱量、ra…径、Sa…比較照射断面積、SE…ステージエンコーダ、SI…シリアルパターンデータ、SM…ステージモータ、TL…目標経路、V0…基準電位、V1…第1電位、V2…第2電位、V3…第3電位、Va…総体積、Vm…体積、Vs…体積、CLK…転送クロック、COM…駆動信号、GSa…描画面、LAT…タイミング信号、Le1…第1レーザ光、Le2…第2レーザ光、56…外部I/F、57…内部I/F、10…液滴吐出装置、11…基台、12…ステージ、13…ガイド部材、14…インクタンク、15…吐出ヘッド、16…キャリッジ、17…ヘッド基板、17a…接続端子、20…ヘッド本体、20T…供給チューブ、21…ノズルプレート、21a…ノズル形成面、22…キャビティ、23…振動板、31…レーザ照射部、32…レーザ光源、33…コリメートレンズ、34…ハーフミラー、35…反射ミラー、36…反射ミラー、40a…第1レーザ成形部、40b…第2レーザ成形部、41a…シリンドリカルレンズ、41b…シリンドリカルレンズ、42a…DOE、42b…DOE、50…制御装置、51…制御部、52…ROM、53…RAM、54…発振回路、55…駆動波形生成回路、58…入出力装置、59…キャリッジモータ駆動回路、60…ステージモータ駆動回路、61…ヘッド駆動回路、62…レーザ光源駆動回路、63…シフトレジスタ、64…制御信号生成部、65…レベルシフタ、66…圧電素子スイッチ、71…第1波形部分、72…第2波形部分、73…第3波形部分、74…第4波形部分、75…第5波形部分、76…第6波形部分、77…第7波形部分、78…インク柱、79…インク柱。   θ: inclination angle, A: range, E: total energy, L: displacement, N: nozzle, P: laser intensity, S: total irradiation cross section, T: lattice points, t: flight period, v ... flight speed , CE ... carriage encoder, CM ... carriage motor, Da ... droplet, DL ... dot pattern lattice, Dm ... main droplet, Ds ... satellite droplet, Dx ... nozzle pitch, Dy ... discharge pitch, GS ... green sheet, Ia ... Drawing information, Ik ... Conductive ink, Le ... Basic laser light, PG ... Platen gap, PI ... Parallel pattern data, PZ ... Piezoelectric element, q1 ... First heat quantity, q2 ... Second heat quantity, ra ... Diameter, Sa ... Comparative irradiation cross section, SE ... stage encoder, SI ... serial pattern data, SM ... stage motor, TL ... target path, V0 ... reference potential, V1 ... first potential, V2 ... second potential, V ... 3rd potential, Va ... Total volume, Vm ... Volume, Vs ... Volume, CLK ... Transfer clock, COM ... Drive signal, GSa ... Drawing surface, LAT ... Timing signal, Le1 ... First laser beam, Le2 ... Second laser Light, 56 ... External I / F, 57 ... Internal I / F, 10 ... Droplet discharge device, 11 ... Base, 12 ... Stage, 13 ... Guide member, 14 ... Ink tank, 15 ... Discharge head, 16 ... Carriage , 17 ... Head substrate, 17a ... Connection terminal, 20 ... Head body, 20T ... Supply tube, 21 ... Nozzle plate, 21a ... Nozzle formation surface, 22 ... Cavity, 23 ... Vibration plate, 31 ... Laser irradiation part, 32 ... Laser Light source 33 ... Collimating lens 34 ... Half mirror 35 ... Reflecting mirror 36 ... Reflecting mirror 40a ... First laser forming part 40b ... Second laser forming part 41a ... Siri Cylindrical lens, 41b ... Cylindrical lens, 42a ... DOE, 42b ... DOE, 50 ... Control device, 51 ... Control unit, 52 ... ROM, 53 ... RAM, 54 ... Oscillation circuit, 55 ... Drive waveform generation circuit, 58 ... On Output device 59 ... Carriage motor drive circuit 60 ... Stage motor drive circuit 61 ... Head drive circuit 62 ... Laser light source drive circuit 63 ... Shift register 64 ... Control signal generator 65 ... Level shifter 66 ... Piezoelectric element Switch, 71 ... 1st waveform portion, 72 ... 2nd waveform portion, 73 ... 3rd waveform portion, 74 ... 4th waveform portion, 75 ... 5th waveform portion, 76 ... 6th waveform portion, 77 ... 7th waveform portion 78 ... ink column, 79 ... ink column.

Claims (4)

蒸発成分及びパターン形成材料を含む液状体を貯留する圧力室と該圧力室の圧力を変動させる圧力発生素子と前記圧力室に通じるノズルとを有し、前記液状体からなる液滴を前記ノズルから描画対象物に向けて吐出させる吐出ヘッドと、
前記圧力発生素子を駆動する吐出制御部と、
前記ノズルと前記描画対象物との間の空間にレーザ光を照射して飛行中の前記液滴から前記蒸発成分を蒸発させるレーザ照射部とを備え、
前記描画対象物上に着弾した前記液滴によりパターンを形成するパターン形成装置であって、
前記吐出制御部は、
前記液滴の吐出に伴って生成されるサテライト液滴の体積が前記液滴の体積と同じになるように制御を行うこと
を特徴とするパターン形成装置。
A pressure chamber for storing a liquid material containing an evaporation component and a pattern forming material; a pressure generating element that varies the pressure in the pressure chamber; and a nozzle that communicates with the pressure chamber. An ejection head for ejecting toward a drawing object;
A discharge controller for driving the pressure generating element;
A laser irradiation unit that irradiates laser light to a space between the nozzle and the drawing object to evaporate the evaporation component from the droplets in flight;
A pattern forming apparatus for forming a pattern with the droplets landed on the drawing object,
The discharge controller is
A pattern forming apparatus that performs control so that the volume of satellite droplets generated as the droplets are discharged is the same as the volume of the droplets.
前記吐出制御部は、
前記サテライト液滴の吐出時の速度が、前記液滴の吐出時の速度と同じになるように制御を行う
請求項1に記載のパターン形成装置。
The discharge controller is
The pattern forming apparatus according to claim 1, wherein control is performed such that a speed at which the satellite droplets are discharged is the same as a speed at which the droplets are discharged.
前記吐出制御部は、
前記液滴及び前記サテライト液滴を同じ径の球体とする
請求項1または2に記載のパターン形成装置。
The discharge controller is
The pattern forming apparatus according to claim 1, wherein the droplets and the satellite droplets are spheres having the same diameter.
前記レーザ照射部は、
前記空間に相対向する一対のレーザ光を照射する
請求項1〜3のいずれか1項に記載のパターン形成装置。
The laser irradiation unit is
The pattern formation apparatus of any one of Claims 1-3 which irradiate a pair of laser beam which opposes the said space.
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