JP2011104921A

JP2011104921A - 液滴吐出方法

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Publication number: JP2011104921A
Application number: JP2009263671A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Ito; 達也伊藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2011-06-02

Abstract

【課題】液滴吐出ヘッドの温度上昇に対応し、かつ液滴吐出ヘッド間における液滴量のばらつきが少ない液滴吐出方法を提供する。
【解決手段】各液滴吐出ヘッドのキャパシタンスに応じて描画飽和温度を算出する工程Ｓ１１と、算出された描画飽和温度に基づき液滴吐出ヘッドに印加する加熱駆動波形を設定する工程Ｓ１２と、算出された描画飽和温度に基づき液滴吐出駆動波形を設定する工程Ｓ１３と、各液滴吐出ヘッドに加熱駆動波形を印加する工程Ｓ１４と、一定時間以上、液滴吐出ヘッドに加熱駆動波形を印加した後、各液滴吐出ヘッドから基材に液滴を吐出する工程Ｓ１５と、を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、液滴をばらつきなく吐出できる液滴吐出方法に関する。

従来から、微小な液滴を吐出させて所望の位置に液状体を配置するインクジェットプリンターなどの液滴吐出装置が知られている。
液滴吐出装置の中で、液滴吐出ヘッドの圧電素子に変形を起こし、このとき圧力室に発生する圧力により液状体を液滴として吐出する方式がある。このような、圧電素子を有する液滴吐出ヘッドは静電容量をもち、圧電素子の駆動により熱エネルギーが発生して、液滴吐出ヘッドの温度が上昇する。このため、液状体の粘度が変化して液滴吐出ヘッドから吐出される液滴の吐出量が変化する。そして、液滴の吐出量が変化すると、所望の液滴量を所定の位置に配置できないという問題になる。
この問題を解消するために、印字ヘッド（液滴吐出ヘッド）の静電容量（キャパシタンス）を検出して温度を算出し、この温度に基づいて印字ヘッドの駆動電圧を選択することで、印字ヘッドの温度変化においても、ばらつきの少ない液滴を吐出するインクジェットプリンターが、特許文献１に開示されている。

特開平１１−９９６４８号公報

しかしながら、特許文献１のような構成のプリンターなどの液滴吐出装置では、液滴吐出ヘッドに温度センサーなどの温度を検知する温度検知手段および圧電素子の駆動にフィードバックする補正手段が必要であり、装置の制御が複雑になる課題がある。特に、複数の液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置の場合、各液滴吐出ヘッドの制御がさらに複雑になるという問題がある。
また、複数の液滴吐出ヘッドを有する場合、液滴吐出ヘッドはそれぞれ固有のキャパシタンスを有し、液滴吐出ヘッド間で液滴量のばらつきが生じている。
このため、液滴吐出ヘッドの温度上昇に対応でき、かつ液滴吐出ヘッド間における液滴量のばらつきが少ない簡易な液滴吐出方法が要望されている。

本発明は上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例にかかる液滴吐出方法は、圧電素子の変形を利用して液状体を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドを複数有し、前記液滴吐出ヘッドから基材に液滴を吐出する液滴吐出方法であって、各前記液滴吐出ヘッドのキャパシタンスに応じて、各前記液滴吐出ヘッドの描画時に前記液滴吐出ヘッドの飽和する温度である描画飽和温度を算出する工程と、算出された前記描画飽和温度に基づき、待機時における前記液滴吐出ヘッドの温度を前記描画飽和温度に制御するために前記液滴吐出ヘッドに印加する加熱駆動波形を設定する工程と、算出された前記描画飽和温度に基づき、各前記液滴吐出ヘッドの吐出時における液滴の吐出量が同量となるように液滴吐出駆動波形を設定する工程と、各前記液滴吐出ヘッドに加熱駆動波形を印加する工程と、一定時間以上、前記液滴吐出ヘッドに加熱駆動波形を印加した後、各前記液滴吐出ヘッドから基材に液滴を吐出する工程と、を含むことを特徴とする。

この液滴吐出方法によれば、それぞれの液滴吐出ヘッドのキャパシタンスから描画時に液滴吐出ヘッドの飽和する温度である描画飽和温度を算出する。そして、その描画飽和温度となるように待機時における液滴吐出ヘッドに印加する加熱駆動波形を設定する。さらに、描画飽和温度に基づき、各液滴吐出ヘッドの吐出時における液滴の吐出量が同量となるように液滴吐出駆動波形を設定する。そして、一定時間以上、液滴吐出ヘッドに加熱駆動波形を印加した後、各液滴吐出ヘッドから基材に液滴を吐出する。
このため、各液滴吐出ヘッドを描画時の飽和温度になるように加熱駆動波形を印加して加熱することで、液滴吐出ヘッドの温度を液滴吐出の最初から最後までほぼ一定に保つことができる。そして、各液滴吐出ヘッドにおける液滴の吐出量は、描画飽和温度に対応して定量の吐出となるように液滴吐出駆動波形が設定されているため、各液滴吐出ヘッドからばらつきのない液滴吐出が可能である。
このように、従来のように各液滴吐出ヘッドの温度を検出してフィードバックをかけることを必要とせず、簡易な方法で精度の高い液滴吐出ができる。

［適用例２］上記適用例にかかる液滴吐出方法において、前記液滴吐出駆動波形の設定は、前記液滴吐出ヘッドの温度と液滴の吐出量との相関データを用いて設定することが望ましい。

この液滴吐出方法によれば、液滴吐出駆動波形の設定は、液滴吐出ヘッドの温度と液滴の吐出量との相関データを用いて設定する。
この液滴吐出ヘッドの温度と液滴の吐出量との相関データを用いることで、液滴吐出ヘッドの交換時などに、容易に液滴吐出ヘッドに印加する液滴吐出駆動波形を設定することができる。

［適用例３］本適用例にかかる液滴吐出方法は、圧電素子の変形を利用して液状体を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドを複数有し、前記液滴吐出ヘッドから基材に液滴を吐出する液滴吐出方法であって、各前記液滴吐出ヘッドのキャパシタンスおよびトランスミッションゲートの抵抗値に応じて、各前記液滴吐出ヘッドの描画時に前記液滴吐出ヘッドの飽和する温度である描画飽和温度を算出する工程と、算出された前記描画飽和温度に基づき、待機時における前記液滴吐出ヘッドの温度を前記描画飽和温度に制御するために前記液滴吐出ヘッドに印加する加熱駆動波形を設定する工程と、算出された前記描画飽和温度に基づき、各前記液滴吐出ヘッドの吐出時における液滴の吐出量が同量となるように液滴吐出駆動波形を設定する工程と、各前記液滴吐出ヘッドに加熱駆動波形を印加する工程と、一定時間以上、前記液滴吐出ヘッドに加熱駆動波形を印加した後、各前記液滴吐出ヘッドから基材に液滴を吐出する工程と、を含むことを特徴とする。

この液滴吐出方法によれば、それぞれの液滴吐出ヘッドのキャパシタンスおよびトランスミッションゲートの抵抗値から描画時に液滴吐出ヘッドの飽和する温度である描画飽和温度を算出する。そして、その描画飽和温度となるように待機時における液滴吐出ヘッドに印加する加熱駆動波形を設定する。さらに、描画飽和温度に基づき、各液滴吐出ヘッドの吐出時における液滴の吐出量が同量となるように液滴吐出駆動波形を設定する。そして、一定時間以上、液滴吐出ヘッドに加熱駆動波形を印加した後、各液滴吐出ヘッドから基材に液滴を吐出する。
このため、各液滴吐出ヘッドを描画時の飽和温度になるように加熱駆動波形を印加して加熱することで、液滴吐出ヘッドの温度を液滴吐出の最初から最後までほぼ一定に保つことができる。そして、各液滴吐出ヘッドにおける液滴の吐出量は、描画飽和温度に対応して定量の吐出となるように液滴吐出駆動波形が設定されているため、各液滴吐出ヘッドからばらつきのない液滴吐出が可能である。
このように、従来のように各液滴吐出ヘッドの温度を検出してフィードバックをかけることを必要とせず、簡易な方法で精度の高い液滴吐出ができる。

［適用例４］上記適用例にかかる液滴吐出方法において、前記液滴吐出駆動波形の設定は、前記液滴吐出ヘッドの温度と液滴の吐出量との相関データを用いて設定することが望ましい。

第１の実施形態の液滴吐出装置の構成を示す概略斜視図。第１の実施形態のヘッドユニットの構成を示し、（ａ）はヘッドユニットの模式平面図、（ｂ）はヘッドユニットの模式側面図、（ｃ）は液滴吐出ヘッドの構造を示す要部模式断面図。第１の実施形態の液滴吐出装置の電気制御ブロック図。第１の実施形態における吐出制御部の構成を示す電気制御ブロック図。第１の実施形態における基板に液滴を吐出する液滴吐出方法の手順を示すフローチャート。第１の実施形態における液滴吐出ヘッドに印加する駆動波形を示す説明図。第２の実施形態における基板に液滴を吐出する液滴吐出方法の手順を示すフローチャート。液滴吐出ヘッドの特性を説明する図。液滴吐出ヘッドの温度と圧電素子のキャパシタンス、トランスミッションゲートの抵抗値、液滴吐出量の関係について示すグラフ。

まず、本発明の理解のために、圧電素子をアクチュエーターとして液状体を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドの特性について説明する。
図８は液滴吐出ヘッドの特性を説明する図である。
図８（ａ）は液滴吐出の経過時間と液滴吐出ヘッドの温度の関係を示すグラフである。このグラフのように、液滴吐出ヘッドから描画などのために液滴を吐出していると時間の経過とともに液滴吐出ヘッドの温度が上昇し、或る温度で平衡状態となる。この温度を、本明細書では描画飽和温度Ｔと呼ぶ。
このように、液滴吐出ヘッドは液滴の吐出により温度が上昇し、継続して吐出を行うと温度が平衡状態になる描画飽和温度Ｔを有する特性がある。

この液滴吐出ヘッドの温度が上昇することは次の理由による。図８（ｂ）は液滴吐出ヘッドの電気等価回路図である。
液滴吐出ヘッドは抵抗ＲａおよびコンデンサーＣａの直列回路として表される。抵抗Ｒａはトランスミッションゲートの抵抗（液滴吐出ヘッド内の回路を構成する配線の抵抗を含む）である。圧電素子は電気的にコンデンサーと見なすことができ、液滴を吐出するときの圧電素子の変位はコンデンサーが充電と放電を繰り返している状態と同じである。そして、コンデンサーＣａの充電および放電により電流Ｉが流れる。このことから、液滴吐出ヘッドは発熱し、温度が上昇することになる。

上記のような等価回路において、単位時間当たりの発熱量Ｊは式（１）のように表される。
Ｊ＝（ｅ１＋ｅ２）ｆ＝Ｃ²Ｖ²Ｒ（１／Ｐｗｃ＋１／Ｐｗｘ）ｆ・・・（１）
ただし、ｅ１：コンデンサーの充電での発熱量、ｅ２：コンデンサーの放電での発熱量、ｆ：駆動周波数、Ｃ：圧電素子のキャパシタンス（静電容量）、Ｖ：駆動電圧、Ｒ：トランスミッションゲート抵抗値、Ｐｗｃ：充電時間、Ｐｗｘ：放電時間、である。
なお、駆動波形が図８（ｃ）に示す電圧パルスであるとすると、駆動電圧Ｖに立ち上がる時間が充電時間Ｐｗｃであり、立ち下がる時間が放電時間Ｐｗｄである。
このように、単位時間当たりの発熱量Ｊは圧電素子のキャパシタンスＣの二乗に比例して大きくなることが分かる。また、同様に単位時間当たりの発熱量Ｊは、トランスミッションゲート抵抗値Ｒに比例して大きくなることが理解される。

また、液滴吐出ヘッドの描画飽和温度Ｔは式（２）のように表される。
Ｔ＝Ｔｅｎｖ＋ＪＲｔ・・・（２）
そして、式（２）に式（１）を代入して、
Ｔ＝Ｔｅｎｖ＋Ｃ²Ｖ²Ｒ（１／Ｐｗｃ＋１／Ｐｗｘ）ｆＲｔ・・・（３）
となる。
ただし、Ｔｅｎｖ：液滴吐出ヘッド周囲の環境温度、Ｒｔ：液滴吐出ヘッドの熱抵抗、である。
このように、式（３）を用いて、圧電素子の静電容量Ｃ、トランスミッションゲート抵抗値Ｒから描画飽和温度Ｔを算出することが可能である。

次に、液滴吐出ヘッドの温度と圧電素子のキャパシタンス、トランスミッションゲートの抵抗値、液滴吐出量の関係について図９を用いて説明する。
図９（ａ）は液滴吐出ヘッドの温度と圧電素子のキャパシタンスとの関係を示すグラフである。
このグラフは液滴吐出ヘッドに同一の電圧パルスを印加して駆動したときの状態を示し、圧電素子のキャパシタンスが上昇して発熱量も上昇して液滴吐出ヘッドの温度が上ることがわかる。このように、液滴吐出ヘッドの温度と圧電素子のキャパシタンスとの関係は、ほぼ正比例の関係にある。

図９（ｂ）は液滴吐出ヘッドの温度とトランスミッションゲートの抵抗値との関係を示すグラフである。
このグラフも液滴吐出ヘッドに同一の電圧パルスを印加して駆動したときの状態を示し、トランスミッションゲートの抵抗値が上昇して発熱量も上昇して液滴吐出ヘッドの温度が上ることがわかる。このように、液滴吐出ヘッドの温度とトランスミッションゲートの抵抗値との関係は、ほぼ正比例の関係にある。

図９（ｃ）は液滴吐出ヘッドの温度と液滴吐出量との関係を示すグラフである。
このグラフは、液滴吐出ヘッドを同一条件で駆動したときの液滴吐出量を示し、液滴吐出ヘッドの温度が高いほど液滴吐出量が多くなることがわかる。このように、液滴吐出ヘッドの温度と液滴吐出量との関係は、ほぼ正比例の関係にある。
このことは、主に吐出する液状体の粘度に起因し、温度が高いと液状体の粘度が低くなり、吐出される液滴の量が多くなる。また、圧電素子の変位が温度の高いほうが大きくなる特性にも依存すると考えられる。

このように、圧電素子をアクチュエーターとする液滴吐出ヘッドにおいて、液滴吐出駆動することで液滴吐出ヘッドの温度が上昇する。この液滴吐出ヘッドの温度が変わることは、液滴の吐出量が変わる要因であり、精密な液滴吐出をする際の阻害要因となっている。
本発明者は、描画の駆動中において液滴吐出ヘッドがある温度で平衡状態となる描画飽和温度Ｔを持つことに着目して本発明を着想するに至った。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の寸法の割合を適宜変更している。
（第１の実施形態）

本実施形態では液滴吐出装置として、インクジェット法を用いた装置を一例とし、その液滴吐出方法について説明する。インクジェット法は微小な液滴の吐出が可能であるため、微細な描画に適している。

＜液滴吐出装置＞
図１は液滴吐出装置の構成を示す概略斜視図である。
液滴吐出装置１には、直方体形状に形成される基台２を備えている。本実施形態では、この基台２の長手方向をＹ方向とし、水平面上でＹ方向と直交する方向をＸ方向とする。そして、Ｘ方向およびＹ方向に直交する方向をＺ方向とする。また、液滴を吐出するときに液滴吐出ヘッドと被吐出物とを相対移動する方向を主走査方向と呼び、主走査方向と直交する方向を副走査方向と呼ぶ。副走査方向は改行するときに液滴吐出ヘッドと被吐出物とを相対移動する方向である。本実施形態ではＹ方向を主走査方向とし、Ｘ方向を副走査方向とする。

基台２の上面２ａには、Ｙ方向に延在する一対の案内レール３ａ，３ｂがＹ方向全幅にわたり凸設されている。その基台２の上側には、一対の案内レール３ａ，３ｂに対応する図示しない直動機構を備えた走査手段を構成するステージ４が取付けられている。そのステージ４の直動機構は、例えば、ネジ式直動機構を用いることができる。このネジ式直動機構は案内レール３ａ，３ｂに沿ってＹ方向に延びる駆動軸であるネジ軸と、同ネジ軸と螺合するボールナットを備えている。その駆動軸が所定のパルス信号を受けてステップ単位で正逆転する図示しないＹ軸モーターに連結されている。所定のステップ数に相対する駆動信号をＹ軸モーターに入力するとＹ軸モーターが正転または逆転する。そして、ステージ４が同ステップ数に相当する分だけ、Ｙ方向に沿って所定の速度で往動または復動するようになっている。往動と復動を繰り返すことを走査移動と呼ぶ。さらに、基台２の上面２ａには、案内レール３ａ，３ｂと平行に主走査位置検出装置５が配置され、ステージ４の位置が計測できるようになっている。

そのステージ４の上面には載置面６が形成され、その載置面６には図示しない吸引式の基板チャック機構が設けられている。そして、操作者が載置面６に基板７を所定位置に位置決めして載置すると、基板チャック機構によってその基板７が固定される。

基台２のＸ方向両側には一対の支持台８ａ，８ｂが立設され、その一対の支持台８ａ，８ｂにはＸ方向に延びる案内部材９が架設されている。その案内部材９の上側には吐出する液状体を供給可能に収容する収容タンク１０が設置されている。一方、その案内部材９の下側にはＸ方向に延びる案内レール１１がＸ方向全幅にわたり凸設されている。

案内レール１１に沿って移動可能に配置されるキャリッジ１２は略直方体形状に形成されている。そのキャリッジ１２は直動機構を備え、その直動機構は、例えば、ステージ４が備えるネジ式直動機構と同様の機構を用いることができる。そのネジ式直動機構の駆動軸が所定のパルス信号を受けてステップ単位で正逆転する図示しないＸ軸モーターに連結されている。そして、駆動信号がＸ軸モーターに入力されると、Ｘ軸モーターが正転または逆転して、キャリッジ１２がＸ方向に沿って走査移動する。案内部材９とキャリッジ１２との間には副走査位置検出装置１３が配置され、キャリッジ１２の位置が計測される。キャリッジ１２の下側にはヘッドユニット１４が設置され、ヘッドユニット１４のステージ４側の面には図示しない液滴吐出ヘッドが凸設されている。

基台２の上側であって、ステージ４の−Ｙ方向には、保守装置１５が配置されている。保守装置１５は、保守ステージ１６と、保守ステージ１６の上に配置されているフラッシングユニット１７、キャッピングユニット１８、ワイピングユニット１９、重量測定装置２０等により構成されている。

保守ステージ１６は、案内レール３ａ，３ｂ上に位置し、ステージ４と同様の直動機構を備えている。主走査位置検出装置５を用いて位置を検出し、直動機構を用いて移動する。従って、保守ステージ１６は所望の場所に移動し、停止することが可能となっている。

フラッシングユニット１７は液滴吐出ヘッドから吐出される液滴を受ける装置である。液滴吐出ヘッドはフラッシングユニット１７に液状体を吐出することにより、流路を洗浄する。キャッピングユニット１８は液滴吐出ヘッドに蓋をする装置であり、さらに、液滴吐出ヘッドから液状体を吸引する機能を備えている。ワイピングユニット１９は、液滴吐出ヘッドのノズルが配置されているノズルプレートを拭く装置である。重量測定装置２０は吐出する液滴の重量を測定する装置である。

保守ステージ１６は案内レール３ａ，３ｂに沿って移動し、キャリッジ１２が案内レール１１に沿って移動する。そして、液滴吐出ヘッドと対向する場所にフラッシングユニット１７、キャッピングユニット１８、ワイピングユニット１９、重量測定装置２０のいずれか１つの装置が配置される。その後、保守装置１５は液滴吐出ヘッドを保守する。

液滴吐出装置１は四隅に支柱２４を備え、支柱２４の図中上側には空気制御装置２５が設置されている。空気制御装置２５は、ファン、フィルター、冷暖房装置、湿度調整装置等を備えている。ファン（送風機）は、工場内の空気を取り込んで、フィルターを通過することにより、空気内の塵、埃を除去し、清浄化された空気を供給する。

冷暖房装置は、液滴吐出装置１の雰囲気温度を所定の温度範囲に保持するように、供給する空気の温度を制御する装置である。湿度調整装置は除湿または加湿した空気を供給することにより液滴吐出装置１の雰囲気湿度を所定の湿度範囲に維持する装置である。

４本の支柱２４の間にはシート２６が配置され、シート２６は空気の流れを遮断する。空気制御装置２５から供給される空気は空気制御装置２５から図中下側の床２７に向かって流れる。そして、シート２６に囲まれる空間内の塵や埃には重力と空気の流れが作用するので、塵や埃は床２７に向かって流動する。従って、基板７に塵や埃が付着し難いようになっている。さらに、シート２６が空気の流れを制限することにより、シート２６に囲まれる空間内の温度及び湿度がシート２６の外から影響され難くなっている。そして、空気制御装置２５がシート２６に囲まれる空間内の温度及び湿度を所定の状態に維持している。

次に、ヘッドユニットの構成について図２を用いて説明する。
図２（ａ）は、ヘッドユニットを示す模式平面図である。ヘッドユニット１４には第１ヘッド２８ａ〜第４ヘッド２８ｄの４個の液滴吐出ヘッド２８が配置され、液滴吐出ヘッド２８の表面にはノズルプレート２９が配置されている。ノズルプレート２９には複数のノズル３０が配列して形成されている。ノズル３０の数及び液滴吐出ヘッド２８の数及び配置は吐出するパターンと基板７の大きさに合わせて設定すればよい。

図２（ｂ）は、ヘッドユニットの構造を示す模式側面図であり、図２（ａ）に示すヘッドユニット１４を−Ｙ方向から見た図である。ヘッドユニット１４はベース板３１を備え、ベース板３１の上側にはキャリッジ１２が配置されている。ベース板３１の下側には支持部３２を介して駆動回路基板３３が配置されている。そして、駆動回路基板３３の下側にはヘッド駆動回路３４が配置されている。さらに、ベース板３１には支持部３５を介してヘッド取付板３６が配置され、ヘッド取付板３６の下面には液滴吐出ヘッド２８が配置されている。ヘッド駆動回路３４と液滴吐出ヘッド２８とは図示しないケーブルにより接続され、ヘッド駆動回路３４から出力された駆動信号が液滴吐出ヘッド２８に入力される。

ベース板３１の下側には供給装置３７が配置され、収容タンク１０と供給装置３７との間及び供給装置３７と液滴吐出ヘッド２８との間は図示しないチューブにより接続されている。そして、収容タンク１０から供給される液状体が供給装置３７により液滴吐出ヘッド２８に供給される。

図２（ｃ）は、液滴吐出ヘッドの構造を説明するための要部模式断面図である。液滴吐出ヘッド２８はノズルプレート２９を備え、ノズルプレート２９にはノズル３０が形成されている。ノズルプレート２９の上側であってノズル３０と相対する位置にはノズル３０と連通する圧力室３８が形成されている。そして、液滴吐出ヘッド２８の圧力室３８には収容タンク１０に貯留されている液状体３９が供給される。

圧力室３８の上側には上下方向に振動して圧力室３８内の容積を拡大縮小する振動板４０が設置されている。振動板４０の上側で圧力室３８と対向する場所には上下方向に伸縮して振動板４０を振動させる圧電素子４１が配設されている。圧電素子４１が上下方向に伸縮して振動板４０を加圧して振動し、振動板４０が圧力室３８内の容積を拡大縮小して圧力室３８を加圧する。それにより、圧力室３８内の圧力が変動し、圧力室３８内に供給された液状体３９はノズル３０を通って吐出される。

液滴吐出ヘッド２８が圧電素子４１を制御駆動するためのノズル駆動信号を受けると、圧電素子４１が伸長して、振動板４０が圧力室３８内の容積を縮小する。その結果、液滴吐出ヘッド２８のノズル３０からは、縮小した容積分の液状体３９が液滴４２として吐出される。

ノズル３０から液滴４２を吐出するとき液滴吐出ヘッド２８に加えられるエネルギーの一部が熱に変換される。そして、液滴吐出ヘッド２８は加熱されて、温度が上昇する。また、液滴４２の吐出と並行して液状体３９が供給される。供給される液状体３９により液滴吐出ヘッド２８へ熱量が入る。一方、液滴吐出ヘッド２８から離脱する液滴４２により液滴吐出ヘッド２８から熱量が奪われる。また、液滴吐出ヘッド２８から大気中に放熱することにより液滴吐出ヘッド２８の熱量が奪われる。他にも液滴吐出ヘッド２８からキャリッジ１２に熱が伝導することにより、液滴吐出ヘッド２８から熱量が奪われる。そして、液滴４２の吐出を継続して行うとき液滴吐出ヘッド２８の温度が平衡状態になる。

図３は、液滴吐出装置の電気制御ブロック図である。
液滴吐出装置１は液滴吐出装置１の動作を制御する制御部としての制御装置４５を備えている。そして、制御装置４５はプロセッサーとして各種の演算処理を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）４６と、各種情報を記憶するメモリー４７とを備えている。

主走査駆動装置４８、主走査位置検出装置５、副走査駆動装置４９、副走査位置検出装置１３、液滴吐出ヘッド２８を駆動するヘッド駆動回路３４は、入出力インターフェイス５０及びデータバス５１を介してＣＰＵ４６に接続されている。さらに、入力装置５２、表示装置５３、重量測定装置２０、キャッピングユニット１８、ワイピングユニット１９も入出力インターフェイス５０及びデータバス５１を介してＣＰＵ４６に接続されている。同じく、保守装置１５において、保守ステージ１６を駆動する保守ステージ駆動装置５４及び、保守ステージ１６の位置を検出する保守ステージ位置検出装置５５も入出力インターフェイス５０及びデータバス５１を介してＣＰＵ４６に接続されている。

主走査駆動装置４８はステージ４の移動を制御する装置であり、副走査駆動装置４９はキャリッジ１２の移動を制御する装置である。主走査位置検出装置５がステージ４の位置を認識し、主走査駆動装置４８がステージ４を駆動することにより、ステージ４を所望の位置に移動及び停止することが可能になっている。同じく、副走査位置検出装置１３がキャリッジ１２の位置を認識し、副走査駆動装置４９がキャリッジ１２を駆動することにより、キャリッジ１２を所望の位置に移動及び停止することが可能となっている。

入力装置５２は液滴４２を吐出する各種加工条件、特性などを入力する装置であり、例えば、各液滴吐出ヘッドのキャパシタンスやトランスミッションゲートの抵抗値を入力する装置である。表示装置５３は加工条件や作業状況を表示する装置であり、操作者は表示装置５３に表示される情報を基に入力装置５２を用いて操作を行う。

重量測定装置２０は電子天秤及び受け皿を備え、液滴吐出ヘッド２８が吐出する液滴４２と液滴４２を受ける受け皿との重量を電子天秤が測定する。重量測定装置２０は、液滴４２が吐出される前後の受け皿の重量を測定した後、測定値をＣＰＵ４６に送信する。

保守ステージ駆動装置５４は保守ステージ１６を移動する装置である。そして、保守ステージ位置検出装置５５が保守ステージ１６の位置を検出した後、保守ステージ駆動装置５４が保守ステージ１６を移動することにより、所望の保守装置が液滴吐出ヘッド２８と対向する場所に配置される。

メモリー４７は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等といった半導体メモリーや、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭといった外部記憶装置を含む概念である。機能的には液滴吐出装置１における動作の制御手順が記述されたプログラムソフト５６を記憶する記憶領域が設定される。さらに、基板７内における吐出位置の座標データである吐出位置データ５７を記憶するための記憶領域も設定される。

他にも、液滴吐出ヘッド２８のキャパシタンスやトランスミッションゲートの抵抗値などのヘッド特性データ５８を記憶するための記憶領域が設定される。また、液滴吐出ヘッド２８の温度と液滴の吐出量の関係についての温度―吐出量データ５９を記憶するための記憶領域が設定される。

さらに、基板７を主走査方向へ移動する主走査移動量とキャリッジ１２を副走査方向へ移動する副走査移動量とを記憶するための記憶領域やＣＰＵ４６のためのワークエリアやテンポラリーファイル等として機能する記憶領域やその他各種の記憶領域が設定される。

ＣＰＵ４６は、メモリー４７内に記憶されたプログラムソフト５６に従って基板７の所定位置に液滴４２を吐出するための制御を行うものである。具体的な機能実現部として、液滴吐出ヘッド２８から液滴４２を吐出して描画するための制御を行う吐出演算部６２を有する。吐出演算部６２を詳しく分割すれば、吐出演算部６２は基板７を主走査方向へ所定の速度で走査移動させるための制御を行う主走査制御部６３を有する。他にも、吐出演算部６２は液滴吐出ヘッド２８を副走査方向へ所定の副走査量で移動させるための制御を行う副走査制御部６４を有する。さらに、吐出演算部６２は液滴吐出ヘッド２８の液滴吐出にかかわる演算をする吐出制御部６５を有する。

吐出制御部６５は、図４に示すように、液滴吐出ヘッド２８のキャパシタンス、トランスミッションゲートの抵抗値から液滴吐出ヘッド２８の描画時の飽和温度を算出する描画飽和温度算出部７１を有している。そして、算出された描画飽和温度をもとに待機中の液滴吐出ヘッド２８に印加する駆動波形を設定する加熱駆動波形設定部７２と、描画時の液滴吐出駆動波形を設定する液滴吐出駆動波形設定部７３とを有している。
さらに、液滴吐出ヘッド２８内に複数あるノズル３０のうち、どのノズル３０を作動させて液状体を吐出するかを制御する液滴吐出ヘッド制御部７４を有している。

そして、図３に戻り、ＣＰＵ４６には他に、吐出する液滴４２の重量測定をするための制御を行う重量測定制御部６６、待機中の液滴吐出ヘッド２８の制御を行う加熱駆動制御部６７や液滴吐出ヘッド２８を保守するタイミングや保守装置１５の動作を制御する保守装置制御部６８を有する。

＜吐出方法１＞
次に、上述した液滴吐出装置１を使って、液滴吐出ヘッド２８から基板７に吐出する吐出方法について説明する。
図５は基板に液滴を吐出する液滴吐出方法の手順を示すフローチャートである。図６は液滴吐出ヘッドに印加する駆動波形を示す説明図である。
図５のフローチャートに示すように、液滴吐出装置に配置される各液滴吐出ヘッドのキャパシタンス（静電容量）を測定する（ステップＳ１０）。それぞれの液滴吐出ヘッドのキャパシタンスの測定は、液滴吐出ヘッドの製造工程において測定しておくのが好ましい。
そして、この各液滴吐出ヘッドのキャパシタンスの値を液滴吐出装置の入力装置を用いて入力すると、描画飽和温度算出部にてキャパシタンスから描画飽和温度を算出する（ステップＳ１１）。なお、描画飽和温度の算出は前述した式（３）に基づき演算する。

次に、算出した描画飽和温度に基づいて、吐出制御部の加熱駆動波形設定部にて各液滴吐出ヘッドの待機時における加熱駆動波形を設定する（ステップＳ１２）。
続いて、算出した描画飽和温度に基づいて、吐出制御部の液滴吐出駆動波形設定部にて液滴吐出ヘッドの描画時の各液滴吐出駆動波形を設定する（ステップＳ１３）。
この液滴吐出駆動波形の設定は、液滴吐出ヘッドの温度と液滴の吐出量との相関データを用いて設定する。液滴吐出ヘッドの温度と液滴の吐出量との相関データを用いることで、液滴吐出ヘッドの交換時などに、容易に液滴吐出ヘッドに印加する液滴吐出駆動波形を設定することができる。

また、加熱駆動波形および液滴吐出駆動波形の設定は、前述の式（３）から演算してもよい。
なお、ステップＳ１１とステップＳ１２の手順は逆でもよいし平行して処理が行われてもよい。また、ステップＳ１０〜ステップＳ１３で得られた値、設定値等は液滴吐出装置のメモリー内に記憶することが好ましい。

そして、液滴吐出装置を稼動する命令が入力されると、各液滴吐出ヘッドにそれぞれに設定された加熱駆動波形を印加する（ステップＳ１４）。この加熱駆動波形は図６に示す待機時の波形であり、駆動電圧は描画時の駆動電圧よりも小さく、液滴がノズルより飛び出ない大きさに設定されている。そして、この加熱駆動波形は一定時間、液滴吐出ヘッドに印加するように設定されている。加熱駆動波形を液滴吐出ヘッドに印加する時間は、図８（ａ）で説明したように、液滴吐出ヘッドが描画飽和温度になる時間に設定される。
このようにして、液滴吐出ヘッドが駆動されることにより温度が上昇し、一定時間経過後は、温度が平衡状態となった描画飽和温度となる。
また、加熱駆動波形を液滴吐出ヘッドに印加することにより、内部の液状体が振動する状態となり、液状体が攪拌されノズルの先端部の液状体が温度上昇に対しても乾燥することなく、液滴吐出ヘッドのノズルの目詰まりなどを防止することができる。

ステップＳ１４で一定時間の加熱駆動波形を経過した後、図６の描画時の波形を印加して、各液滴吐出ヘッドから液滴を吐出する（ステップＳ１５）。各液滴吐出ヘッドは液滴の吐出の始めから描画飽和温度に制御されていることから、描画の始めから終わりまでほぼ一定の温度を維持することができる。
そして、設定された描画が終わり液滴の吐出を終了する（ステップＳ１６）。

このように、各液滴吐出ヘッドを描画時の飽和温度になるように加熱駆動波形を印加して加熱することで、液滴吐出ヘッドの温度を液滴吐出の最初から最後までほぼ一定に保つことができる。各液滴吐出ヘッドにおける液滴の吐出量は、描画飽和温度に対応して定量の吐出となるように液滴吐出駆動波形が設定されているため、各液滴吐出ヘッド間でばらつきのない液滴の吐出が可能である。
そして、従来のように各液滴吐出ヘッドの温度を検出してフィードバックをかけることを必要とせず、簡易な方法で精度の高い液滴吐出ができる。
（第２の実施形態）

次に第１の実施形態で説明した液滴吐出方法とは異なる、他の液滴吐出方法について説明する。
なお、液滴吐出装置は第１の実施形態と同様の構成であり説明を省略する。

＜吐出方法２＞
本液滴吐出方法は、第１の実施形態の液滴吐出方法とは、描画飽和温度の算出方法が異なる。
図７は基板に液滴を吐出する液滴吐出方法の手順を示すフローチャートである。
まず、液滴吐出装置に配置される各液滴吐出ヘッドのキャパシタンス（静電容量）およびトランスミッションゲートの抵抗値を測定する（ステップＳ２０）。それぞれの液滴吐出ヘッドのキャパシタンスおよびトランスミッションゲートの抵抗値の測定は、液滴吐出ヘッドの製造工程において測定しておくのが好ましい。
そして、この各液滴吐出ヘッドのキャパシタンスの値およびトランスミッションゲートの抵抗値を液滴吐出装置の入力装置を用いて入力すると、描画飽和温度算出部にてキャパシタンスおよびトランスミッションゲートから描画飽和温度を算出する（ステップＳ２１）。なお、描画飽和温度の算出は前述した式（３）に基づき演算する。

次に、算出した描画飽和温度に基づいて、吐出制御部の加熱駆動波形設定部にて各液滴吐出ヘッドの待機時における加熱駆動波形を設定する（ステップＳ２２）。
続いて、算出した描画飽和温度に基づいて、吐出制御部の液滴吐出駆動波形設定部にて液滴吐出ヘッドの描画時の各液滴吐出駆動波形を設定する（ステップＳ２３）。
この液滴吐出駆動波形の設定は、液滴吐出ヘッドの温度と液滴の吐出量との相関データを用いて設定する。液滴吐出ヘッドの温度と液滴の吐出量との相関データを用いることで、液滴吐出ヘッドの交換時などに、容易に液滴吐出ヘッドに印加する液滴吐出駆動波形を設定することができる。

また、加熱駆動波形および液滴吐出駆動波形の設定は、前述の式（３）から演算してもよい。
なお、ステップＳ２１とステップＳ２２の手順は逆でもよいし平行して処理が行われてもよい。また、ステップＳ２０〜ステップＳ２３で得られた値、設定値等は液滴吐出装置のメモリー内に記憶することが好ましい。

そして、液滴吐出装置を稼動する命令が入力されると、各液滴吐出ヘッドにそれぞれに設定された加熱駆動波形を印加する（ステップＳ２４）。この加熱駆動波形は図６に示す待機時の波形であり、駆動電圧は描画時の駆動電圧よりも小さく、液滴がノズルより飛び出ない大きさに設定されている。そして、この加熱駆動波形は一定時間、液滴吐出ヘッドに印加するように設定されている。加熱駆動波形を液滴吐出ヘッドに印加する時間は、図８（ａ）で説明したように、液滴吐出ヘッドが描画飽和温度になる時間に設定される。
このようにして、液滴吐出ヘッドが駆動されることにより温度が上昇し、一定時間経過後は、温度が平衡状態となった描画飽和温度となる。
また、加熱駆動波形を液滴吐出ヘッドに印加することにより、内部の液状体が振動する状態となり、液状体が攪拌されノズルの先端部の液状体が温度上昇に対しても乾燥することなく、液滴吐出ヘッドのノズルの目詰まりなどを防止することができる。

ステップＳ２４で一定時間の加熱駆動波形を経過した後、図６の描画時の波形を印加して、各液滴吐出ヘッドから液滴を吐出する（ステップＳ２５）。各液滴吐出ヘッドは液滴の吐出の始めから描画飽和温度に制御されていることから、描画の始めから終わりまでほぼ一定の温度を維持することができる。
そして、設定された描画が終わり液滴の吐出を終了する（ステップＳ２６）。

このように、各液滴吐出ヘッドを描画時の飽和温度になるように加熱駆動波形を印加して加熱することで、液滴吐出ヘッドの温度を液滴吐出の最初から最後までほぼ一定に保つことができる。各液滴吐出ヘッドにおける液滴の吐出量は、描画飽和温度に対応して定量の吐出となるように液滴吐出駆動波形が設定されているため、各液滴吐出ヘッド間でばらつきのない液滴吐出が可能である。

そして、本実施形態の液滴吐出方法は、それぞれの液滴吐出ヘッドのキャパシタンスおよびトランスミッションゲートの抵抗値から描画時に液滴吐出ヘッドの飽和する温度である描画飽和温度を算出する。このため、液滴吐出ヘッドのキャパシタンスから描画飽和温度を算出するよりも精度の高い描画飽和温度を得ることができ、ばらつきの少ない液滴吐出が可能である。
さらに、従来のように各液滴吐出ヘッドの温度を検出してフィードバックをかけることを必要とせず、簡易な方法で精度の高い液滴吐出ができる。

以上、本発明の液滴吐出方法は、液滴吐出装置を用いたカラーフィルターなどの成膜において、精密な膜厚を管理するために液滴の吐出量の精度が必要な場合において有効な方法である。

１…液滴吐出装置、２…基台、２ａ…基台の上面、３ａ…案内レール、３ｂ…案内レール、４…ステージ、５…主走査位置検出装置、６…載置面、７…基板、８ａ…一対の支持台、９…案内部材、１０…収容タンク、１１…案内レール、１２…キャリッジ、１３…副走査位置検出装置、１４…ヘッドユニット、１５…保守装置、１６…保守ステージ、１７…フラッシングユニット、１８…キャッピングユニット、１９…ワイピングユニット、２０…重量測定装置、２４…支柱、２５…空気制御装置、２６…シート、２７…床、２８…液滴吐出ヘッド、２８ａ…第１ヘッド、２８ｂ…第２ヘッド、２８ｃ…第３ヘッド、２８ｄ…第４ヘッド、２９…ノズルプレート、３０…ノズル、３１…ベース板、３２…支持部、３３…駆動回路基板、３４…ヘッド駆動回路、３５…支持部、３６…ヘッド取付板、３７…供給装置、３８…圧力室、３９…液状体、４０…振動板、４１…圧電素子、４５…制御装置、４６…ＣＰＵ、４７…メモリー、４８…主走査駆動装置、４９…副走査駆動装置、５０…入出力インターフェイス、５１…データバス、５２…入力装置、５３…表示装置、５４…保守ステージ駆動装置、５５…保守ステージ位置検出装置、５６…プログラムソフト、５７…吐出位置データ、５８…ヘッド特性データ、５９…温度―吐出量データ、６２…吐出演算部、６３…主走査制御部、６４…副走査制御部、６５…吐出制御部、６６…重量測定制御部、６７…加熱駆動制御部、６８…保守装置制御部、７１…描画飽和温度算出部、７２…加熱駆動波形設定部、７３…液滴吐出駆動波形設定部、７４…液滴吐出ヘッド制御部。

Claims

圧電素子の変形を利用して液状体を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドを複数有し、前記液滴吐出ヘッドから基材に液滴を吐出する液滴吐出方法であって、
各前記液滴吐出ヘッドのキャパシタンスに応じて、各前記液滴吐出ヘッドの描画時に前記液滴吐出ヘッドの飽和する温度である描画飽和温度を算出する工程と、
算出された前記描画飽和温度に基づき、待機時における前記液滴吐出ヘッドの温度を前記描画飽和温度に制御するために前記液滴吐出ヘッドに印加する加熱駆動波形を設定する工程と、
算出された前記描画飽和温度に基づき、各前記液滴吐出ヘッドの吐出時における液滴の吐出量が同量となるように液滴吐出駆動波形を設定する工程と、
各前記液滴吐出ヘッドに加熱駆動波形を印加する工程と、
一定時間以上、前記液滴吐出ヘッドに加熱駆動波形を印加した後、各前記液滴吐出ヘッドから基材に液滴を吐出する工程と、を含むことを特徴とする液滴吐出方法。
請求項１に記載の液滴吐出方法において、
前記液滴吐出駆動波形の設定は、前記液滴吐出ヘッドの温度と液滴の吐出量との相関データを用いて設定することを特徴とする液滴吐出方法。
圧電素子の変形を利用して液状体を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドを複数有し、前記液滴吐出ヘッドから基材に液滴を吐出する液滴吐出方法であって、
各前記液滴吐出ヘッドのキャパシタンスおよびトランスミッションゲートの抵抗値に応じて、各前記液滴吐出ヘッドの描画時に前記液滴吐出ヘッドの飽和する温度である描画飽和温度を算出する工程と、
算出された前記描画飽和温度に基づき、待機時における前記液滴吐出ヘッドの温度を前記描画飽和温度に制御するために前記液滴吐出ヘッドに印加する加熱駆動波形を設定する工程と、
算出された前記描画飽和温度に基づき、各前記液滴吐出ヘッドの吐出時における液滴の吐出量が同量となるように液滴吐出駆動波形を設定する工程と、
各前記液滴吐出ヘッドに加熱駆動波形を印加する工程と、
一定時間以上、前記液滴吐出ヘッドに加熱駆動波形を印加した後、各前記液滴吐出ヘッドから基材に液滴を吐出する工程と、を含むことを特徴とする液滴吐出方法。
請求項３に記載の液滴吐出方法において、
前記液滴吐出駆動波形の設定は、前記液滴吐出ヘッドの温度と液滴の吐出量との相関データを用いて設定することを特徴とする液滴吐出方法。