JP2010110664A - Pattern forming device - Google Patents
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Abstract
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。
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る液滴においては、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が後端部から切断されて、同液滴の先端部によりメイン液滴が先行して生成される。さらに同液滴の後端部がノズルから切断されて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。飛行過程にあるこうしたサテライト滴にレーザ光が照射されると、メイン液滴に比べてサイズが小さいサテライト液滴は、レーザ光から受ける光圧や蒸発成分が蒸発する際の反作用力により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。図14は、このようなレーザ光を受けて着弾したメイン液滴とサテライト液滴との着弾状態を示す平面図である。 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 droplet discharged in this way, the tip of the droplet is cut from the rear end by the dynamic surface tension of the liquid material acting on the rear end corresponding to the spherical tip or tail, A main droplet is generated in advance by the tip of the droplet. Further, the rear end portion of the droplet is cut from the nozzle, and a minute satellite droplet following the main droplet is generated. When these satellite droplets in the flight process are irradiated with laser light, the satellite droplets, which are smaller in size than the main droplets, are bent due to the light pressure received from the laser light and the reaction force when the evaporation components evaporate. In the end, it will land on a different area from the discharge area and contaminate the drawing surface on the substrate. FIG. 14 is a plan view showing the landing state of the main droplet and satellite droplet landed upon receiving such laser light.
図14に示されるように、例えばメイン液滴を一方向に配列させてライン状のパターンを描画する場合にあっては、飛行曲がりを来たしたサテライト液滴がメイン液滴の周辺に飛散するかたちで着弾してしまう。そして描画パターンの周辺全体をサテライト液滴で汚染するばかりか、特に微細な導電性のパターンを形成する場合にあっては、こうしたサテライト滴がパターンを形成すべきでない位置に着弾することにより導電性のパターン間に於ける電気的な短絡を招く虞がある。また、配線部分に配置される金属インク量がサテライト液滴を形成してしまう分だけ減少することになり配線抵抗の上昇や断線の原因ともな
っていた。
As shown in FIG. 14, for example, in the case of drawing a line pattern by arranging main droplets in one direction, satellite droplets that have been bent in flight are scattered around the main droplets. It will land in shape. In addition to contaminating the entire periphery of the drawing pattern with satellite droplets, especially when forming fine conductive patterns, the satellite droplets land on the position where the pattern should not be formed to make the conductive There is a risk of causing an electrical short circuit between the patterns. In addition, the amount of metal ink disposed in the wiring portion is reduced by the amount of forming satellite droplets, which causes an increase in wiring resistance and disconnection.
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、サテライト液滴による描画面の汚染を抑制する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 draw with satellite droplets in a pattern forming apparatus that irradiates the flying droplets with laser light to dry the flying droplets. An object of the present invention is to provide a pattern forming apparatus that suppresses surface contamination.
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が飛行中の前記液滴に合一するように、前記サテライト液滴が前記ノズルから切断される際に同サテライト液滴のノズル側の切断点の速度を前記液滴の速度よりも高くする。 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 droplets from the nozzle toward the drawing target, a discharge control unit that drives the pressure generating element, 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 discharge controller When the satellite droplet is cut from the nozzle, the satellite droplet is cut off on the nozzle side so that the satellite droplet generated along with the discharge of the droplet is united with the droplet in flight. The speed higher than the speed of the droplet.
ノズルに形成された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る液滴においては、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が後端部から切断されて、液滴の先端部によりメイン液滴が先行して生成される。また同液滴の後端部がノズルから切断されて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。こうして生成されるサテライト液滴は、切断直後は吐出方向に細長い形状をしているものの、その表面張力などによって次第に球状となる。球状となったサテライト液滴では、細長い形状であるときに速度分布が生じている場合にはその速度が保存されて飛行する。また、飛行中のこれらの液滴は、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を受けやすく飛行曲がりを来たしやすくなる。このパターン形成装置によれば、サテライト液滴の体積が相対的に小さくなる場合、あるいはメイン液滴の体積が相対的に小さくなる場合であれ、飛行中のメイン液滴にサテライト液滴が合一するようにメイン液滴とサテライト液滴との間に速度の差が設けられることから、サテライト液滴による描画対象物の汚染を抑制することができる。 When droplets are ejected by vibrating a meniscus that is a gas-liquid interface formed on a nozzle, the droplets ejected from the vibrating meniscus are generally generated in a tail-drawing manner. In the droplet discharged in this way, the tip of the droplet is cut from the rear end by the dynamic surface tension of the liquid material acting on the rear end corresponding to the spherical tip or tail, The main droplet is generated in advance by the tip of the droplet. Further, the rear end portion of the droplet is cut from the nozzle, and satellite droplets following the main droplet are generated. The satellite droplets generated in this manner are elongated in the discharge direction immediately after cutting, but gradually become spherical due to the surface tension and the like. In the case of satellite droplets having a spherical shape, if the velocity distribution is generated when the satellite droplet has an elongated shape, the velocity is stored and the satellite droplet flies. In addition, these droplets in flight are more susceptible to the effects of external forces such as the light pressure from the laser beam and the reaction force accompanying 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, the satellite droplets are aligned with the main droplets in flight, regardless of whether the satellite droplet volume is relatively small or the main droplet volume is relatively small. As described above, since a speed difference is provided between the main droplet and the satellite droplet, it is possible to suppress contamination of the drawing target object by the satellite droplet.
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が沸騰する前に前記液滴と前記サテライト液滴とが合一するように前記サテライト液滴の前記ノズル側の切断点の速度を前記液滴の速度よりも高くする制御を行うことを要旨とする。 In this pattern forming apparatus, the discharge control unit cuts the satellite droplet on the nozzle side so that the droplet and the satellite droplet are united before the droplet and the satellite droplet are boiled. The gist is to perform control to make the dot velocity higher than the droplet velocity.
飛行中の液滴における突沸を抑えて、かつ同液滴の乾燥効率を高めるためには、液状体が沸騰しない温度の中で相対的に高温である目標温度に液滴を保持することが好ましい。一方、メイン液滴とサテライト液滴との体積に差がある場合にあっては、体積の小さい液滴が上記目標温度に到達しやすくなり、反対に体積の大きい液滴が上記目標温度に到達し難くなる。このように飛行中の液滴間で温度が大きく異なる場合にあっては、上記突沸の抑制と乾燥効率の向上とを図る上で、目標温度に到達した一方の液滴に対して過剰な熱量供給を抑える照射態様が必要となり、反対に目標温度に到達していない液滴に対しては高い熱量供給を維持する照射態様が必要となる。それゆえ、1つの飛行空間で液滴ごとの照射態様が必要となり、レーザ光の照射系に大幅な複雑化を招く虞がある。 In order to suppress bumping of droplets in flight and increase the drying efficiency of the droplets, it is preferable to hold the droplets at a target temperature that is relatively high within a temperature at which the liquid does not boil. . On the other hand, when there is a difference in volume between the main droplet and the satellite droplet, a droplet with a small volume is likely to reach the target temperature, whereas a droplet with a large volume reaches the target temperature. It becomes difficult to do. In this way, in the case where the temperature varies greatly between the droplets in flight, in order to suppress the bumping and improve the drying efficiency, an excessive amount of heat is applied to one droplet that has reached the target temperature. An irradiation mode that suppresses the supply is required, and on the contrary, an irradiation mode that maintains a high heat supply for a droplet that has not reached the target temperature is required. Therefore, an irradiation mode for each droplet is required in one flight space, and there is a possibility that the laser light irradiation system is greatly complicated.
このパターン形成装置によれば、飛行中の液滴の双方が、沸点に到達する前に合一する。そのため、飛行中の液滴間に温度差がある場合であれ、双方の突沸を確実に抑えることができる。そして合一した液滴が飛行する空間に対しては、合一後の液滴に適した高い熱
量を供給し続けることもできるため、液滴の乾燥効率の向上と照射系の簡素化とを図ることもできる。
According to this pattern forming apparatus, both in-flight droplets coalesce before reaching the boiling point. Therefore, even if there is a temperature difference between the droplets in flight, both bumps can be reliably suppressed. And for the space where the united droplets fly, it is possible to continue supplying a high amount of heat suitable for the united droplets, improving the drying efficiency of the droplets and simplifying the irradiation system. You can also plan.
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の温度が前記蒸発成分の沸点に到達する前に前記液滴と前記サテライト液滴とが合一するように前記サテライト液滴の前記ノズル側の切断点の速度を前記液滴の速度よりも高くする制御を行うことを要旨とする。 In the pattern forming apparatus, the discharge control unit may be configured so that the droplet and the satellite droplet are united before the temperature of the droplet and the satellite droplet reaches the boiling point of the evaporation component. The gist is to perform control so that the velocity of the cutting point of the droplet on the nozzle side is higher than the velocity of the droplet.
飛行中の液滴が沸騰しない温度の中で相対的に高温である目標温度としては、例えば蒸発成分の沸点が挙げられる。このパターン形成装置によれば、液状体に応じて一義的に規定されるこうした沸点が前記目標温度として利用されるため、目標温度を設定するための各種実験や数値計算を行うことなく、液滴の突沸を抑えつつ乾燥効率の向上を図ることができる。 Examples of the target temperature that is relatively high among the temperatures at which the droplets in flight do not boil include the boiling point of the evaporation component. According to this pattern forming apparatus, since the boiling point uniquely defined according to the liquid is used as the target temperature, the droplets can be obtained without performing various experiments and numerical calculations for setting the target temperature. It is possible to improve the drying efficiency while suppressing the bumping.
このパターン形成装置は、前記吐出制御部が、前記液滴の体積を前記サテライト液滴の体積よりも大きくする。
体積が小さい液滴は、その重量が小さいために飛行中における空気抵抗の影響を受けやすく、それゆえ体積が大きい液滴に比べて飛行速度を低下させやすい。そしてサテライト液滴の体積の方がメイン液滴の体積よりも小さい場合にあっては、メイン液滴に追いつく立場であるサテライト液滴の飛行速度が相対的に大きく低下してしまい、こうした飛行速度の低下を相殺するために、サテライト液滴の飛行速度に一層の高速度化が必要となってしまう。このパターン形成装置によれば、メイン液滴の体積よりも大きいサテライト液滴を吐出することにより、追いつく立場であるサテライト液滴の飛行速度の低下を回避することができ、メイン液滴とサテライト液滴とを確実に合体させることができる。
In the pattern forming apparatus, the ejection control unit makes the volume of the droplet larger than the volume of the satellite droplet.
Droplets with a small volume are susceptible to air resistance during flight due to their low weight, and therefore tend to reduce flight speed compared to droplets with a large volume. And if the volume of the satellite droplet is smaller than the volume of the main droplet, the flight speed of the satellite droplet, which is in a position to catch up with the main droplet, will be relatively greatly reduced. In order to offset this decrease, it is necessary to further increase the flight speed of the satellite droplets. According to this pattern forming apparatus, by discharging satellite droplets larger than the volume of the main droplets, it is possible to avoid a drop in the flying speed of satellite droplets that are in the catch-up position. It is possible to reliably combine the droplets.
このパターン形成装置は、前記レーザ照射部が、前記空間に相対向する一対のレーザ光を照射する。
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の吐出方向を軸にして非対称であって、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。
In the pattern forming apparatus, 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, the reaction force from the higher evaporation rate to the lower one acts on the droplet, and the reaction force is asymmetric with respect to the droplet discharge direction and is excessive with respect to the droplet. In the case of action, the flying flight of the droplets 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抑制することもできる。 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. In addition, by making the intensity distribution of the pair of laser beams equal, it is possible to 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10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2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
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
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
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
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
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
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I
k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、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信号波形からなる駆動信号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、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
k is supplied to each nozzle N. The
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に、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に応じたサイズや速度を有する液滴として尾を引くように吐出される。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が作用して液滴の先端部が後端部から切断されて、同液滴の先端部によってメイン液滴Dmが先行して生成される。また同液滴の後端部がノズルから切断されて前記メイン液滴Dmに後続するかたちのサテライト液滴Dsが生成されるようになる。こうして生成されるサテライト液滴Dsは、切断直後は吐出方向に細長い形状をしているものの、その表面張力などによって次第に球状となる。球状となったサテライト液滴Dsでは、細長い形状であるときに速度分布が生じている場合にはその速度が保存された状態となる。そしてノズルNから吐出されるこれらの液滴は、上述する飛行空間を飛行してグリーンシートGSの描画面GSaに着弾する。
In the
本実施形態における駆動信号COMは、上述するメイン液滴Dmの体積がサテライト液滴の体積よりも大きくなるように設定されている。また駆動信号COMは、メイン液滴Dmとサテライト液滴Dsとが所定の距離である孤立飛行距離PGa(<プラテンギャップPG)だけ飛行した後に合一するように、サテライト液滴DsがノズルNから切断される際に同サテライト液滴Dsのノズル側の切断点の速度がそのとき飛行しているメイン液滴Dmの速度よりも高くなるように設定されている。すなわち上述するメイン液滴Dmとサテライト液滴Dsとは、ノズルNから孤立飛行距離PGaだけ飛行した後に合一液滴Dを生成して、上記プラテンギャップPGから孤立飛行距離PGaを差し引いた差分に相当する距離だけ合一液滴Dとして飛行する。このような構成によれば、飛行中のメイン液滴Dmにサテライト液滴Dsが合一するように同サテライト液滴Dsのノズル側の切断点の速度がメイン液滴Dmの速度よりも高くすることから、サテライト液滴Dsの飛散による描画面GSaの汚染を抑制することができる。以下、これらメイン液滴Dm及びサテライト液滴Dsが孤立した状態で飛行する空間を孤立飛行空間A1とし、合一液滴Dが飛行する空間を合一飛行空間A2という。 The drive signal COM in the present embodiment is set so that the volume of the main droplet Dm described above is larger than the volume of the satellite droplet. Further, the satellite droplet Ds is fed from the nozzle N so that the main droplet Dm and the satellite droplet Ds are united after flying by an isolated flight distance PGa (<platen gap PG) which is a predetermined distance. When cutting, the velocity of the cutting point on the nozzle side of the satellite droplet Ds is set to be higher than the velocity of the main droplet Dm flying at that time. That is, the main droplet Dm and the satellite droplet Ds described above have a difference obtained by generating a combined droplet D after flying from the nozzle N by the isolated flight distance PGa, and subtracting the isolated flight distance PGa from the platen gap PG. Fly as a united drop D for a corresponding distance. According to such a configuration, the velocity of the cutting point on the nozzle side of the satellite droplet Ds is made higher than the velocity of the main droplet Dm so that the satellite droplet Ds is united with the main droplet Dm in flight. Therefore, contamination of the drawing surface GSa due to scattering of the satellite droplets Ds can be suppressed. Hereinafter, a space in which the main droplet Dm and the satellite droplet Ds fly in an isolated state is referred to as an isolated flight space A1, and a space in which the combined droplet D flies is referred to as a combined flight space A2.
この際、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でき、またノズルNを含んで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できる。一方、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方向と交差する方向に大きく作用する場合にあっては、該合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て、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。 At this time, the droplet discharged 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 Z direction. On the other hand, in the case where the resultant force of the external force applied to the droplet acts greatly in the direction intersecting the Z direction, the droplet discharged from the nozzle N is a route that deviates from the target route TL according to the action of the resultant force. So that the so-called flight curve, which is a factor that impairs the accuracy of the landing position, is caused.
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. And by supplying such first heat quantity q1 and second heat quantity q2 to the droplets at the timing described above,
A desired amount of 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ことにより上記第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 solving the differential equation relating to the above, and the equation of motion of the droplet considering the 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.
上述する第1熱量q1と第2熱量q2との合計である乾燥エネルギーEは、メイン液滴Dm、サテライト液滴Ds、及びこれらが合一した合一液滴Dの各々が固有に有する値である。そしてこうした固有の乾燥エネルギーEが対応する液滴に与えられることにより、各液滴に対して好適な乾燥状態を実現させることが可能となる。すなわち、メイン液滴Dmに固有の乾燥エネルギーであるメイン乾燥エネルギーが孤立飛行空間A1に与えられることにより、飛行中のメイン液滴Dmに対して好適な乾燥状態が実現される。あるいはサテライト液滴Dsに固有の乾燥エネルギーであるサテライト乾燥エネルギーが孤立飛行空間A1に与えられることにより、飛行中のメイン液滴Dmに対して好適な乾燥状態が実現される。そして合一液滴Dに固有の乾燥エネルギーEである合一乾燥エネルギーが合一飛行空間A2に与えられることにより、飛行中の合一液滴Dに対して好適な乾燥状態が実現される。 The drying energy E, which is the sum of the first heat quantity q1 and the second heat quantity q2 described above, is a value that each of the main droplet Dm, the satellite droplet Ds, and the coalesced droplet D in which they are combined has a unique value. is there. Then, by providing such a specific drying energy E to the corresponding droplet, it is possible to realize a suitable dry state for each droplet. That is, the main dry energy, which is the dry energy specific to the main droplet Dm, is given to the isolated flight space A1, thereby realizing a suitable dry state for the main droplet Dm in flight. Alternatively, satellite drying energy, which is a drying energy specific to the satellite droplet Ds, is applied to the isolated flight space A1, thereby realizing a suitable dry state for the main droplet Dm in flight. Then, when the united drying energy, which is the drying energy E specific to the united droplet D, is given to the united flight space A2, a suitable dry state is realized for the united droplet D in flight.
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を十分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
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は合一液滴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 illustrating the optical configuration of the
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。
As shown in FIG. 5, the
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
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
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
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
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
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、例えば合一液滴Dの径をrとしたときに、sinθ≧2r/Dxを満足する範囲から上記傾斜角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液滴に対して第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=2r/Dxを満足する場合には、隣接するノズルNから吐出された合一液滴D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を向上させることもできる。
As shown in FIG. 6, the laser light irradiation system in the present embodiment has the above inclination angle θ from a range satisfying sin θ ≧ 2r / Dx, for example, when the diameter of the combined droplet D is r. Select. 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 droplets ejected simultaneously from the
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る。DOE42a、42bは、それぞれ孤立飛行空間A1に含まれる目標経路TLにおいて、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。またDOE42a、42bは、それぞれ合一飛行空間A2に含まれる目標経路TLにおいても、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厳密に平坦に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等に応じて適宜選択される。
The
また、孤立飛行空間A1に含まれる目標経路TL上の液滴に対して、DOE42a、42bは上記メイン乾燥エネルギーあるいは上記サテライト乾燥エネルギーを与えるように第1レーザ光Le1及び第2レーザ光Le2の強度を調整する。また、合一飛行空間A2に含まれる目標経路TL上の液滴に対して、DOE42a、42bは上記合一乾燥エネルギーを与えるように、第1レーザ光Le1及び第2レーザ光Le2の断面強度を調整する。さらにまた第1レーザ光Le1の断面強度と第2レーザ光Le2の断面強度が飛行空間の全体で等しくなるように、DOE42a、42bは各強度を調整する。
The intensities of the first laser beam Le1 and the second laser beam Le2 so that the
上述するようなレーザ光の単位面積及び単位時間あたりのレーザ強度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、各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ることができる。あるいは、乾燥対象である液滴が固有に有する乾燥エネルギーEと、同液滴の半径r、飛行距離L及び飛行期間tを用いることにより、式(1)から上記レーザ強度Pを簡易的に推定することもできる。式(1)におけるL×2rは、飛行中の液滴に対するレーザ光の照射断面積であり、式(1)における飛行期間tは、同液滴の飛行速度vと飛行距離Lとからt=L/vとして得られる。 The laser light intensity P per unit area and unit time of the laser light as described above is obtained by, for example, irradiating the flying droplets with laser beams having different intensities and imaging the flight state of the droplets with a high-speed camera. It can be obtained directly by selecting the highest value from the laser intensities at which the droplet does not bump. Alternatively, the laser intensity P can be simply estimated from the equation (1) by using the drying energy E inherent to the droplet to be dried and the radius r, flight distance L, and flight period t of the droplet. You can also L × 2r in equation (1) is the irradiation cross-sectional area of the laser beam with respect to the droplet in flight, and the flight period t in equation (1) is calculated from the flight speed v and the flight distance L of the droplet at t = Obtained as L / v.
P=E/((L×2r)×t)…(1)
こうした構成からなるDOE42a、42bによれば、各液滴に対して好適な乾燥状態を実現させることが可能となる。すなわち、孤立飛行空間A1を飛行する液滴メイン乾燥エネルギーが与えられる場合には、飛行中のメイン液滴Dmにおいて好適な乾燥状態が実現される。また孤立飛行空間A1を飛行する液滴にサテライト乾燥エネルギーが与えられる場合には、飛行中のサテライト液滴Dsにおいて好適な乾燥状態が実現される。そして合一飛行空間A2を飛行する合一液滴Dに合一乾燥エネルギーが与えられることにより、飛行中の合一液滴Dにおいて好適な乾燥状態が実現される。
P = E / ((L × 2r) × t) (1)
According to the
なお、上述するようにサテライト液滴Dsの体積がメイン液滴Dmの体積よりも小さい場合にあっては、メイン液滴Dmに要求される蒸発量がサテライト液滴Dsに要求される蒸発量よりも高くなり、メイン乾燥エネルギーがサテライト乾燥エネルギーよりも高くなる。このような場合において孤立飛行空間A1にメイン乾燥エネルギーが与えられると、メイン液滴Dmに対しては好適な乾燥状態が実現される一方、過剰なエネルギー供給によりサテライト液滴Dsが突沸しやすくなる。それゆえ、メイン乾燥エネルギーがサテライト乾燥エネルギーよりも十分に高くなる場合、本実施形態のDOE42a、42bは、孤立飛行空間A1の液滴に対してサテライト乾燥エネルギーを与えるようにしている。このような構成であれば、サテライト液滴Dsの突沸を抑制しつつ各液滴の乾燥を促進させることができる。
As described above, when the volume of the satellite droplet Ds is smaller than the volume of the main droplet Dm, the evaporation amount required for the main droplet Dm is larger than the evaporation amount required for the satellite droplet Ds. And the main drying energy is higher than the satellite drying energy. In such a case, when the main drying energy is given to the isolated flight space A1, a suitable drying state is realized for the main droplet Dm, while the satellite droplet Ds is likely to bump due to excessive energy supply. . Therefore, when the main drying energy is sufficiently higher than the satellite drying energy, the
すなわち、駆動信号COMを受ける吐出ヘッド15とレーザ照射部31とが協働することにより、上記液滴吐出装置10は、メイン液滴Dm及びサテライト液滴Dsが沸騰する前に、メイン液滴Dmとサテライト液滴Dsとを合一させている。それゆえ飛行中の液滴間に大きな温度差が生じる場合であれ、各液滴の突沸を確実に抑えることができる。そしてメイン液滴Dmが孤立飛行空間A1で乾燥不足になる場合であっても、合一液滴Dに固有の乾燥エネルギーEが合一飛行空間A2に与えられるため、着弾時における導電性インクIkに対してより好適な乾燥状態が実現される。なおこうした構成においては、メイン液滴Dmの温度が分散媒の沸点に到達する前であって、かつサテライト液滴Dsの温度が分散媒の沸点に到達する前に、メイン液滴Dmとサテライト液滴Dsとが合一するようにサテライト液滴Dsのノズル側の切断点の速度をメイン液滴Dmの速度よりも高くする構成が好ましい。こうした構成であれば、導電性インクIkの性状に基づいて一義的に規定されるこうした沸点が乾燥エネルギーEを求めるための目標温度として利用できるため、目標温度を設定するための各種実験や数値計算を行うことなく、液滴の突沸や乾燥効率の向上を図ることができる。
That is, by the cooperation of the
なお、上述するように飛行中の液滴が分散媒を蒸発させる際、該分散媒の運動力に抗した反力が乾燥対象である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の外力が飛行中の液滴に対して作用し、こうした蒸発率が目標経路TLに対して対称でない場合にあっては、それに伴う外力によって液滴の飛行曲がりが誘発されやすくなる。一方、上述のように第1レーザ光Le1の断面強度と第2レーザ光Le2の断面強度とが等しくなる構成であれば、各液滴の蒸発率が目標経路TLに対して対称となるため、液滴に作用する上記反力が互いに打ち消し合うようになり、液滴の飛行曲がりがより生じ難くなる。本実施形態における駆動信号COMは、飛行中のサテライト液滴Dsがメイン液滴Dmと合一するようにサテライト液滴Dsのノズル側の切断点の速度をメイン液滴Dmの速度よりも高くするものであるが、上述するような照射態様が適用されることにより液滴個々の飛行曲がりが抑えられる。このため、各液滴の速度の範囲やレーザ強度の範囲等、各種描画条件の自由度をさらに拡張することも可能になる。 As described above, when the droplet in flight evaporates the dispersion medium, a reaction force against the kinetic force of the dispersion medium acts on the droplet to be dried. Therefore, when an external force from the higher evaporation rate to the lower one acts on the flying droplet, and the evaporation rate is not symmetric with respect to the target path TL, the flying of the droplet is caused by the accompanying external force. Bending is likely to be induced. On the other hand, if the cross-sectional intensity of the first laser beam Le1 and the cross-sectional intensity of the second laser beam Le2 are equal as described above, the evaporation rate of each droplet is symmetric with respect to the target path TL. The reaction forces acting on the liquid droplets cancel each other, and the flying curve of the liquid droplet is less likely to occur. The drive signal COM in the present embodiment makes the velocity of the cutting point on the nozzle side of the satellite droplet Ds higher than the velocity of the main droplet Dm so that the satellite droplet Ds in flight is united with the main droplet Dm. However, by applying the irradiation mode as described above, the flight bending of each droplet can be suppressed. For this reason, it becomes possible to further expand the degree of freedom of various drawing conditions such as the range of velocity of each droplet and the range of laser intensity.
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。
Next, the electrical configuration of the
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等を有している。制御装置50は、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を用いた搬送処理、吐出ヘッド15を用いた液滴吐出処理、レーザ光源32を用いたレーザ光出射処理等の各種処理を実行する。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、駆動信号COMの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
/ 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
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 /
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に供給する信号波形を示すデータである。この駆動信号COMの波形に関する情報は、メイン液滴Dmの体積がサテライト液滴の体積よりも大きく、かつメイン液滴Dmとサテライト液滴Dsとが孤立飛行距離PGaだけ飛行した後に合一するように、サテライト液滴Dsのノズル側の切断点の速度がメイン液滴Dmの速度よりも高くなるように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に所定レーザ強度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 signal waveform supplied to the piezoelectric element PZ. The information regarding the waveform of the drive signal COM is such that the volume of the main droplet Dm is larger than the volume of the satellite droplet, and the main droplet Dm and the satellite droplet Ds are united after flying the isolated flight distance PGa. Furthermore, the data is set based on discharge experiments and numerical calculations of various droplets so that the velocity of the cutting point on the nozzle side of the satellite droplet Ds is higher than the velocity of the main droplet Dm. The information regarding the intensity of the laser beam is data indicating the output of the
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
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
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には、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
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 the control signal from the
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
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からの制御信号を受け、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
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。このドットパターンデータを用いて転送クロックCLKに同期するシリアルデータを生成し、そのシリアルデータを内部I/F57を介してヘッド駆動回路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に基づ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
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
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
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
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ており、各スイッチ素子の入力端には制御装置50からの駆動信号COMが入力され、また各スイッチ素子の出力端からは対応する圧電素子PZへ駆動信号COMがさ
れる。これらのスイッチ素子は、その接続先である圧電素子PZに関連付けられた開閉信号を受けることにより、同圧電素子PZに駆動信号COMを出力する。
The
こうした構成によれば、タイミング信号LATがヘッド駆動回路61に入力されるたびに、該ノズルNに対応する圧電素子PZがドットパターンデータに基づいて選択されて、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 such a configuration, each time the timing signal LAT is input to the
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、駆動波形生成回路55が駆動信号COMを生成すべく生成した電圧信号の波形を示し、図10は、同駆動信号COMにより吐出された液滴の飛行状態を経時的に示すものであり、左端の液滴から右端の液滴に向けて順に飛行時間が経過した状態に示す。なお、図10においては、吐出動作における初期状態を左端に示し、メイン液滴Dmとサテライト液滴Dsの飛行状態を中央に示し、これらメイン液滴Dmとサテライト液滴Dsとが合一する状態を右端に示す。
Next, the drive signal COM generated by the drive
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、第1波形部分71、第2波形部分72、第3波形部分73、第4波形部分74、第5波形部分75、第6波形部分76及び第7波形部分77により構成されている。第1波形部分71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、第2波形部分72は第1波形部分71の終端から電圧レベルを保持する。
As shown in FIG. 9, the waveform of the voltage signal corresponding to the drive signal COM includes the
第3波形部分73は、第2波形部分72の終端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は、キャビティ22における体積の縮小量や縮小速度を規定するものであり、その両端間における電圧レベルの差及び変化率によりメイン液滴Dmの体積及び速度を規定する。この第3波形部分73は、メイン液滴Dmに所望する体積と速度とを与えるべく、各種実験等に基づく直接測定や各種数値計算により決定される。第4波形部分74は、第3波形部分73の終端から電圧レベルを保持して、メイン液滴Dmとサテライト液滴Dsとを強制的に分裂させるための波形である。
The
第5波形部分75は、その両端間における電圧レベルの差及び変化率が共に第3波形部分73よりも大きく、第4波形部分74の終端から第3電位V3まで電圧レベルを降下させる。第5波形部分75は、その両端間における電圧レベルの差及び変化率によりサテライト液滴Dsの体積及び速度を規定する。この第5波形部分75は、サテライト液滴Dsに所望する体積と速度とを与えるべく、各種実験等に基づく直接測定や各種数値計算により決定される。第6波形部分76は、第5波形部分75の終端から電圧レベルを保持して、第7波形部分77は、第6波形部分76の終端から電圧レベルを基準電位V0まで上昇させる。
The
このような電圧波形に対応した駆動信号COMが圧電素子PZに供給されるとき、第1波形部分71に対応した電流信号を受けて圧電素子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する。そして導電性インクIkがキャビティ22に導入される。次いで第2波形部分72に対応した電流信号を受けて圧電素子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に対応した電流信号を受けて圧電素子PZが伸張し、これにより第3波形部分73の変化率に応じた速度でキャビティ22の容積が縮小する。そしてキャビティ22内の導電性インクIkが加圧される。こうした加圧を受けるメニスカスがノズルNから押し出されることにより、先端部が半球状のインク柱がノズルNから形成される。
When a drive signal COM corresponding to such a voltage waveform is supplied to the piezoelectric element PZ, the piezoelectric element PZ contracts in response to a current signal corresponding to the
次いで、第4波形部分74に対応した電流信号を受けて圧電素子PZが第4波形部分74の期間だけその状態を保持し、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導電性インクIkは、そのインク柱への流動が抑えられ、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に引き戻されるような動きをする。このとき、第4波形部分74の期間だけキャビティ22の容積を保持していることで、このようなメニスカスの動きが抑制されることはない。一方、上述したインク柱の先端部はノズルNに引き戻されず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、上述したインク柱が先太りするかたちに形成される。
Next, in response to a current signal corresponding to the
次いで、第5波形部分75に対応した電流信号を受けて圧電素子PZが再び伸張し、これにより第5波形部分75の傾きに応じた速度でキャビティ22の容積が縮小する。そしてキャビティ22内の導電性インクIkが再び加圧される。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ることにより、先行して形成されたインク柱に連なるかたちで新たなインク柱が形成される。
Next, in response to the current signal corresponding to the
次いで、第6波形部分76に対応した電流信号を受けて圧電素子PZが第6波形部分76の期間だけその状態を保持し、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導電性インクIkは、後続するインク柱への流動が抑えられ、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に引き戻されるような動きをする。このとき、第6波形部分76の期間だけキャビティ22の容積を保持していることで、このようなメニスカスの動きが抑制されることない。一方、第3波形部分73及び第5波形部分75により形成された各インク柱は、ノズルNに引き戻されず、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、先行するインク柱と後続するインク柱とが自然に切れやすくなる。そして、後続するインク柱から先行するインク柱が分離して、メイン液滴Dmとして吐出される。
Next, in response to a current signal corresponding to the
次いで、第7波形部分77に対応した電流信号を受けて圧電素子PZが収縮し、これによりキャビティ22の容積が拡大する。そしてキャビティ22の容積が初期状態へと復元することにより、後続するインク柱の基端部がノズルNから切り離されて、図10の左側に示されるように、メイン液滴Dmにともなうサテライト液滴Dsとして吐出される。
Next, in response to the current signal corresponding to the
また、この第7波形部分77は、メニスカスの残留振動がノズルから吐出する方向に転じるタイミングで入力され、キャビティ22の容積を拡大することでノズルから吐出する方に移動しているメニスカスの振動が相殺される(制振)。
In addition, the
このようして吐出された2つの液滴は、その表面張力によってそれぞれ球体となって飛行するようになる。この際、第3波形部分73に基づいて生成されたメイン液滴Dmは、第3波形部分73における電圧レベルの変化率に対応した速度(メイン吐出速度v1)で吐出される。また第5波形部分75に基づいて生成されたサテライト液滴Dsは、吐出当初は細長い形状をしており、吐出方向の先端部はメイン液滴Dmが吐出されるときの影響を受けてメイン吐出速度v1よりも遅い速度で吐出される一方、尻尾部の端部であるノズルN側の切断点の速度は第5波形部分75における電圧レベルの変化率に対応した速度で吐出される。そして、尻尾部が先端部に追いついてその速度が保存された速度であって、かつメイン吐出速度v1よりも高い速度(サテライト吐出速度v2)で吐出される。そしてメイン液滴Dm及びサテライト液滴Dsが孤立飛行距離PGaだけ飛行すると、メイン液滴Dm及びサテライト液滴Dsが沸騰する前に、高速のサテライト液滴Dsが低速のメイン液滴に追いつき、これらメイン液滴Dmとサテライト液滴Dsとが合一する。このよ
うにして生成された合一液滴Dは、合一飛行空間A2で合一乾燥エネルギーを受け、十分な乾燥状態で目標位置へ着弾する。
The two droplets ejected in this way each fly as a sphere due to their surface tension. At this time, the main droplet Dm generated based on the
この間、相対向する一対のレーザ光が等しい強度で各液滴に照射されるため、各液滴においては飛行曲がりが生じ難くなり、これにより着弾位置の位置ずれが抑制されるようになる。ただし、このような一対のレーザ光の強度を厳密に等しくすることが困難な場合がある。そのため、一対のレーザ光の強度が異なる場合、飛行中の液滴は、その重量が低くなるほど、レーザ光からの光圧や分散媒の蒸発にともなう反力の影響を受けやすくなる。また飛行中の液滴は、その重量が低くなるほど空気抵抗の影響をも受けやすくなる。すなわちサテライト液滴Dsが飛行曲がりを来たしやすくなる。そこで、このようなサテライト液滴Dsの飛行曲がりを抑えるためには、より早い段階でメイン液滴Dmとサテライト液滴Dsとを合体させることが好ましい。 During this time, a pair of laser beams facing each other is irradiated to each droplet with the same intensity. Therefore, it is difficult for each droplet to be bent in flight, thereby suppressing the displacement of the landing position. However, it may be difficult to make the intensity of such a pair of laser beams exactly equal. For this reason, when the intensity of the pair of laser beams is different, the flying droplet is more susceptible to the light pressure from the laser beam and the reaction force accompanying the evaporation of the dispersion medium as the weight of the droplet decreases. In addition, a droplet in flight becomes more susceptible to air resistance as its weight decreases. That is, the satellite droplet Ds is likely to be bent by flight. Therefore, in order to suppress such flight bending of the satellite droplet Ds, it is preferable to combine the main droplet Dm and the satellite droplet Ds at an earlier stage.
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及びサテライト液滴Dsは、ノズル形成面21aから孤立飛行距離PGaだけ飛行した後に合一することから、サテライト液滴Dsの飛散による描画面GSaの汚染を抑制することができる。
As described above, according to the
(1) According to the above embodiment, the main droplet Dm and the satellite droplet Ds are united after flying the isolated flight distance PGa from the
(2)また、孤立飛行空間A1において体積の小さい液滴であるサテライト液滴Dsに基づいた乾燥エネルギーを各液滴に供給することで、メイン液滴Dm及びサテライト液滴Dsの双方が沸騰する前に合一させることができ、これらの液滴の突沸を確実に抑えることができる。 (2) Also, by supplying drying energy to each droplet based on the satellite droplet Ds that is a droplet having a small volume in the isolated flight space A1, both the main droplet Dm and the satellite droplet Ds boil. It can be made to unite before, and bumping of these droplets can be suppressed reliably.
(3)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を等しい強度分布で照射することにより、各液滴の飛行曲がりが抑制され、合一液滴D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。 (3) By irradiating the first and second laser beams Le1 and Le2, which are a pair of laser beams opposed to each droplet, with an equal intensity distribution, the flight bending of each droplet is suppressed and united. It is also possible to suppress the displacement of the landing position of the droplet D with respect to the lattice point T.
なお、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
・上記実施形態における電圧波形では、図9に示されるように、第5波形部分75の両端間における電圧レベルの差が第3波形部分73よりも小さい例を示した。そしてサテライト液滴の体積がメイン液滴Dmの体積よりも小さく、かつサテライト液滴DsがノズルNから切断される際に同サテライト液滴DsのノズルN側の切断点の速度がそのとき飛行中のメイン液滴Dmの速度よりも高い例を示した。これに限らず、駆動信号COMに対応する電圧波形は、以下のように変更することもできる。図11及び図12は、この変更例において上記実施形態の図9及び図10に対応するものである。
In the voltage waveform in the above embodiment, as shown in FIG. 9, an example is shown in which the voltage level difference between both ends of the
図11に示されるように、駆動信号COMに対応する電圧波形は、例えば第5波形部分75の両端間における電圧レベルの差が第3波形部分73よりも大きい構成であってもよい。すなわちサテライト液滴Dsの体積がメイン液滴Dmの体積よりも大きく、かつサテライト液滴DsのノズルN側の切断点の速度がメイン液滴Dmの速度よりも高くなる構成であってもよい。こうした構成であっても、図11に示されるように、サテライト吐出速
度v2がメイン吐出速度v1よりも高いため、メイン液滴Dm及びサテライト液滴Dsが孤立飛行距離PGaだけ飛行すれば、メイン液滴Dm及びサテライト液滴Dsが沸騰する前に、高速のサテライト液滴Dsが低速のメイン液滴Dmに追いつき、これらメイン液滴Dmとサテライト液滴Dsとが合一する。それゆえ上述する実施形態と同種の効果を得ることができる。
As shown in FIG. 11, the voltage waveform corresponding to the drive signal COM may be configured such that the voltage level difference between both ends of the
また体積が小さい液滴は、その重量が小さいために飛行中における空気抵抗の影響を受けやすく、それゆえ体積が大きい液滴に比べて飛行速度を低下させやすい。こうした構成であれば、メイン液滴Dmの体積よりも大きいサテライト液滴Dsが吐出されるため、追いつく立場であるサテライト液滴Dsの飛行速度の低下を回避することができ、メイン液滴Dmとサテライト液滴Dsとを確実に合体させることができる。 In addition, a droplet having a small volume is easily affected by air resistance during flight due to its small weight, and therefore, the flight speed is likely to be reduced as compared with a droplet having a large volume. With such a configuration, since satellite droplets Ds larger than the volume of the main droplet Dm are ejected, it is possible to avoid a decrease in flight speed of the satellite droplet Ds that is in a catch-up position. The satellite droplets Ds can be reliably combined.
・上記実施形態では、図9に示したように、第3電位V3が基準電位V0よりも低い電圧波形により駆動信号COMを生成し、こうした駆動信号COMによってサテライト液滴DsのノズルN側の切断点の速度を高くすることでサテライト吐出速度v2をメイン吐出速度v1よりも高くした。これに限らず、サテライト吐出速度v2をメイン吐出速度v1よりも高くする電圧波形としては、例えば図13(a)(b)に示すように、第1〜第3電位V1〜V3を基準電位V0よりも大きい駆動信号COMを用いてもよい。 In the above embodiment, as shown in FIG. 9, the drive signal COM is generated with a voltage waveform in which the third potential V3 is lower than the reference potential V0, and the satellite droplet Ds is cut off on the nozzle N side by such drive signal COM. The satellite discharge speed v2 was made higher than the main discharge speed v1 by increasing the dot speed. The voltage waveform for making the satellite discharge speed v2 higher than the main discharge speed v1 is not limited to this. For example, as shown in FIGS. 13A and 13B, the first to third potentials V1 to V3 are set to the reference potential V0. A larger drive signal COM may be used.
・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各液滴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
・上記実施形態では、液状体の分散媒として水を用いたが、これに限らず、界面活性剤を添加した分散媒を液状体として利用してもよい。これによれば、その添加量に応じて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の調整に関わる自由度を拡大することができる。 -In the said embodiment, although water was used as a dispersion medium of a liquid, it is not restricted to this, You may utilize the dispersion medium which added surfactant as a liquid. According to this, it becomes possible to adjust the surface tension at the meniscus according to the addition amount, and the degree of freedom related to the adjustment of the drive signal COM can be expanded.
・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
・上記実施形態では、液滴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、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 above embodiment, the laser light applied to the droplet 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 the droplet 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
・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.
θ…傾斜角、A1…孤立飛行空間、A2…合一飛行空間、CE…キャリッジエンコーダ、CLK…転送クロック、CM…キャリッジモータ、COM…駆動信号、D…合一液滴、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、E…乾燥エネルギー、GS…グリーンシート、GSa…描画面、Ia…描画情報、Ik…導電性インク、L…飛行距離、N…ノズル、P…レーザ強度、r…半径、t…飛行期間、T…格子点、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、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、v…飛行速度、v1…メイン吐出速度、v2…サテライト吐出速度、V1…第1電位、V2…第2電位、V3…第3電位、LAT…タイミング信号、Le1…第1レーザ光、Le2…第2レーザ光、PGa…孤立飛行距離、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、56…外部I/F、57…内部I/F、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。
θ: Inclination angle, A1: Isolated flight space, A2: Combined flight space, CE: Carriage encoder, CLK: Transfer clock, CM: Carriage motor, COM: Drive signal, D: Combined droplet, DL: Dot pattern grid , Dm ... main droplet, Ds ... satellite droplet, Dx ... nozzle pitch, Dy ... discharge pitch, E ... drying energy, GS ... green sheet, GSa ... drawing surface, Ia ... drawing information, Ik ... conductive ink, L ... Flight distance, N ... Nozzle, P ... Laser intensity, r ... Radius, t ... Flight period, T ... Lattice point, Le ... Basic laser beam, PG ... Platen gap, PI ... Parallel pattern data, PZ ... Piezoelectric element, q1 ... first heat quantity, q2 ... second heat quantity, SE ... stage encoder, SI ... serial pattern data, SM ... stage motor, TL ... target path, V0 ... reference potential, ... flight speed, v1 ... main discharge speed, v2 ... satellite discharge speed, V1 ... first potential, V2 ... second potential, V3 ... third potential, LAT ... timing signal, Le1 ... first laser beam, Le2 ... second Laser light, PGa ... isolated flight distance, 10 ... droplet ejection device, 11 ... base, 12 ... stage, 13 ... guide member, 14 ... ink tank, 15 ... ejection head, 16 ... carriage, 17 ... head substrate, 17a DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Connection terminal, 20 ... Head main 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 ... Reflection mirror, 36 ... Reflection mirror, 40a ... First laser molding part, 40b ... Second laser molding part, 41a ...
Claims (5)
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が飛行中の前記液滴に合一するように、前記サテライト液滴が前記ノズルから切断される際に同サテライト液滴のノズル側の切断点の速度を前記液滴の速度よりも高くすること
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 fluctuates the pressure in the pressure chamber, and a nozzle communicating with the pressure chamber, and drawing a droplet made of the liquid material from the nozzle An ejection head for ejecting toward an 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
When the satellite droplet is cut from the nozzle so that the satellite droplet generated as the droplet is ejected merges with the droplet in flight, the satellite droplet is cut on the nozzle side. A pattern forming apparatus characterized in that a dot velocity is higher than a droplet velocity.
前記液滴及び前記サテライト液滴が沸騰する前に前記液滴と前記サテライト液滴とが合一するように
前記サテライト液滴の前記ノズル側の切断点の速度を前記液滴の速度よりも高くする制御を行う
請求項1に記載のパターン形成装置。 The discharge controller is
The velocity of the cutting point on the nozzle side of the satellite droplet is higher than the velocity of the droplet so that the droplet and the satellite droplet merge before the droplet and the satellite droplet boil. The pattern forming apparatus according to claim 1, wherein control is performed.
前記液滴及び前記サテライト液滴の温度が前記蒸発成分の沸点に到達する前に前記液滴と前記サテライト液滴とが合一するように
前記サテライト液滴の前記ノズル側の切断点の速度を前記液滴の速度よりも高くする制御を行う
請求項2に記載のパターン形成装置。 The discharge controller is
The velocity of the cutting point on the nozzle side of the satellite droplet is adjusted so that the droplet and the satellite droplet are united before the temperature of the droplet and the satellite droplet reaches the boiling point of the evaporation component. The pattern forming apparatus according to claim 2, wherein control is performed to make the speed higher than the speed of the droplet.
前記液滴の体積を前記サテライト液滴の体積よりも小さくする
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 discharge controller is
The pattern forming apparatus according to claim 1, wherein a volume of the droplet is made smaller than a volume of the satellite droplet.
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1〜4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 1-4 which irradiate a pair of laser beam which opposes the said space.
Priority Applications (1)
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- 2008-11-04 JP JP2008283112A patent/JP2010110664A/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2016215197A (en) * | 2015-05-22 | 2016-12-22 | ノードソン コーポレーションNordson Corporation | Piezoelectric jetting system and piezoelectric jetting method |
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