JP3728998B2 - Ink supply device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクや半導体液体材料などを対象物に吐出して微細な膜を形成する装置に関し、特に、特に液体材料の容器の高さ位置を制御するインク供給装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
紙への印刷や液晶のカラーフィルタの製造に、いわゆるインクジェットの技術が採用されている。大型紙への印刷やカラーフィルタの製造では、大量にインクを消費するので、アルミ製の密封パックやカートリッジ式のインクパックを用いて補給している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、大量にインクを消費し、商品単価の高い商品については、特に、長期の信頼性と、インク交換頻度の低減が望まれる。この点で、従来のアルミ製の密封パックの容量(例えば、200ml,300ml)では、不十分である。
【0004】
そこで、より大容量のインク容器とすることが考えられる。こうした場合、インクの液面の変動範囲が大きくなる。これは、インクの液面とノズル部の高さの差(水頭差)が大きくなることであり、インク吐出が出来なくなったり、不安定となったりして好ましくない。なお、水頭差の大きくならない範囲で使用する場合には、無駄な捨てインクが発生して不具合である。
【0005】
また、従来、プロセス管理の観点から事前にインクを交換しているが、吐出回数をカウントして交換時期を判断しているので、実際のインク残量とは必ずしも対応しない。このため、交換によって捨てられ、無駄になるインクが多く生じている。
【0006】
よって、本発明は、インク液面を一定に保つ機構を備えることによって、水頭差を一定に保ち、インク吐出を安定にするようにしたインク供給装置を提供することを目的とする。
【0007】
また、本発明は、インク瓶等の大容量の容器を用いて長時間に渡り、信頼性の高い吐出が可能となるインク供給装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のインク供給装置は、インクジェットヘッドに供給されるインクを収容した容器部と、上記容器部を上下方向に移動させる昇降機構と、上記インクの液面の位置を検出する液面検出部と、上記インクの重量を検出するインク重量検出部と、検出された少なくとも上記インクの液面及び上記インクの重量に基づいて上記インクジェットヘッドのノズル部と上記インクの液面との差が所定の水頭差となる目標位置に上記インクの液面が維持されるように上記昇降機構を制御する制御部と、を備える。
【0009】
かかる構成とすることによって、大量のインクの水頭差を一定に保つことが出来るので、長期に渡り、良好なメニスカスの確保が可能となり、吐出抜けの発生が抑制される。
【0010】
好ましくは、上記制御部は、更に、上記インクの吐出回数に対する上記インクの重量変化を監視して、インク吐出の異常を検出する。
【0011】
かかる構成によれば、インク供給装置が吐出するインク滴の重量(重量変化/吐出回数)を把握することができる。インクの水頭差や液面位置などを調整可能な状態でインク滴の重量を把握することができるので、より正確にインクの重量を把握することができる。上記インクの吐出回数に対する重量変化特性の傾斜(インク滴の重量)によってインク供給の状態(インクの供給過多、供給不足、インク詰まり等)を判断することが可能である。
【0012】
好ましくは、上記制御部は、更に、交換後又は補充後の上記インクの重量に基づいて上記インクの液面が上記目標位置の近傍となるように上記昇降機構を第1の速度で動作させ、上記インクの液面が上記近傍から上記目標位置となるまで上記昇降機構を第2の速度で移動させる。
【0013】
かかる構成とすることによって、昇降機構を相対的に高速移動及び低速移動の二段階に動かすことが可能となり、インク補充後の液面の位置合わせ時間が短縮される。
【0014】
好ましくは、上記制御部は、更に、上記インクの重量が交換基準値を下回ったときにインクの交換を知らせる。
【0015】
好ましくは、上記インクに代えて半導体プロセスに用いる液体材料を使用する。
【0016】
【実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明のインク供給装置の概要を説明するブロック図である。同図に示すように、インク供給装置は、概略、インク貯蔵容器としてのインク瓶9、液面検出器21、重量検出器23、昇降機構8、制御部24等によって構成される。インク瓶9は、従来に比べて大容量であり、例えば、約1000mlのインクが貯蔵される。インク瓶9の側面には、液面検出器21が配置され、例えば、発光器21a及び受光器22bによって液面の位置を検出する。なお、液面に浮ぶフロートを利用するものや、磁石を利用するものであっても良い。また、透明な瓶あるいは透明な窓の側方に設けられたCCDラインセンサによって液面を読取るものであっても良い。インク瓶9は、インク重量を計測する重量検出器23上に載置される。重量検出器23は、いわゆる電子秤であり、昇降テーブル10の上面に配置されている。昇降テーブル10は、昇降機構8によって上下方向に移動される。昇降機構8は、駆動力を発生するパルスモータ16、上下のフレーム11間に回動自在に取付けられて昇降テーブル10を移動する螺旋軸14、テーブル10を直線的に往復移動させるガイドレール12,13、モータ16の駆動力を螺旋軸14に伝達するベルト17、螺旋軸14の端部に取付けられて軸の回転角度量を検出するポテンショメータ15等によって構成される。好ましくは、螺旋軸14はテーブル10をスライダとするボールねじである。
【0017】
液面検出器21及び重量検出器23の各検出出力はそれぞれ液面検出信号及び重量検出信号として制御部24に供給される。また、ポテンショメータ15の出力信号も制御部24に供給される。制御部24は、モータ16の回転を適宜に制御することによってターンテーブルの高さ位置を調整して、インクの液面が所定の水頭差となる一定位置に維持する。
【0018】
図2及び図3は、液面検出及び高さ制御を説明する説明図である。図2において、発光器21aはLEDによって構成され、LEDから出射した光ビームは適当な幅に調整され、瓶9を通過して受光器21bのフォトトランジスタに入射する。フォトトランジスタは受光量に応じた電流を出力し、抵抗によって電圧信号に変換される。この電圧出力はLPF特性のノイズ除去フィルタを備える増幅器21cによって適当なレベルに増幅され、制御部21内のD/A変換器によって、電圧データに変換される。図3に示すように、インクの液面の位置によってセンサ出力が変化する。液面がセンサビームの中央位置にあるときは、増幅器21cの出力電圧はVoとなる。液面が低下して光ビーム幅よりも下に位置すると、光ビーム全てをフォトトランジスタが受光するので出力電圧は大きい値(最大)となる。液面が上昇して光ビーム幅よりも上に位置すると、光ビームが全てインクを通過若しくは遮られるのでフォトトランジスタの受光は減少し、出力電圧は小さい値(最小)となる。判別部24bは、現在の電圧値V'と基準値Voとを比較し、現在の電圧値V'と基準値Voとの差ΔVを計算する。差ΔVが所定の範囲を超えると、差ΔVの正負に対応してモータ16の回転方向を決定し、差ΔVの値に応じてモータの回転量を決定する。これをモータ駆動回路24cに供給する。モータ駆動回路24cは、ΔVに応じた数の駆動パルスを、決定された回転方向となるような相順位でモータ16に供給する。モータ16が動作することによってテーブルが昇降し、液面が光ビームの中央位置となるようになされる。このような、制御ループによって、インクの液面が一定位置に維持される。ここで、液面検出器21の高さ位置とインクジェットヘッド18のノズル19の高さ位置との差を所定の水頭差に設定すれば、この水頭差が一定となるように維持される。
【0019】
図4は、制御部24の他の動作を説明する説明図である。制御部24は、前述したように、重量検出器23の出力信号を監視し、瓶9内のインク重量の変化を把握している。また、制御部24は、ノズル19からのインクの吐出回数をノズルの駆動パルスを計数することによって把握している。そこで、制御部24は、瓶が交換されると、図4に示すように、所定の吐出回数毎にインク(あるいはインクと瓶)の重量をメモリテーブルに記憶する。吐出回数対重量変化特性が予め記憶された標準変化パターンに従っているときには、吐出プロセスでのインク供給が正常に行われていると判断可能である。標準変化パターンの傾斜よりも測定パターンの傾斜が急であるときはインクの供給過多、傾斜が緩いときはインクの供給不足、傾斜がないときはインク詰りなどが推定される。インク重量が交換判断基準値を下回ったときは、インク(あるいはインク瓶)の交換時期と判断する。このような、重量に基づく異常や交換時期の判断結果は、例えば、LANを介してプロセスを管理している図示しないプロセスコンピュータに報告され、警告が表示される。
【0020】
図5は、液面検出器、重量検出器、ポテンショメータを用いて液面の高さ制御を行う例を説明するフローチャートである。この例では、インクを交換した後、インクの液面が液面検出器の近傍となるまでテーブル10を相対的に速く移動し、近傍になるとテーブルを相対的に遅く移動して、液面がなるべく速く液面検出器21の検出中心位置に位置するようにする。
【0021】
制御部24は、インク(瓶)交換あるいはインク補充がなされると、図5に示す処理を行う。まず、制御部24は、載置されたインク重量(あるいはインクと瓶の重量)W'を読取る(S22)。制御部24は、メモリに、予めインク(あるいはインクと瓶の)重量Wのものの液面を目標高さ(光ビームの中央位置)に位置させたときのポテンショメータ15の値(テーブル10の高さ)を多数テーブル化して記憶している。このテーブルを参照して、重量W'に対応する目標高さHoを読取る(S24)。現在のポテンショメータ15の値を読取り、現在の高さH'を知る(S26)。目標高さHoと現在の高さH'との差ΔHを求める(S28)。この差に対応するモータの回転角度量を計算する(S30)。モータ16に該当角度量の回転を与えるパルス列を与えてモータを駆動し、テーブル10を移動する(S32)。ポテンショメータ15の値を読取り(S34)、目標高さ(基準位置)Hoの近傍になったかどうかを判別すること(S36)を繰返す(S36;No)。ポテンショメータ15の値が、当該目標高さ位置の近傍になると(S36;Yes)、モータ16の回転を低速に切替える(S38)。液面検出器21が液面を検出するまでモータ16の低速回転を継続する(S38,S40)。液面検出器21が液面を検出すると(S40;Yes)、ポテンショメータの出力を読取り、検出した液面の高さHsとする(S42)。これにより、瓶9の交換後、あるいはインク補充後の液面位置が基準位置に設定される。重量W'及びこれに対応する液面高さ位置Hsをメモリの既述テーブルに書込み、テーブルの重量対液面高さ位置のデータを充実させる。モータを停止する(S46)。この後は、図2及び図3を参照して説明したように、液面の低下を検出してテーブルの高さを微上昇するように制御する。
【0022】
このようにインク重量を目安にして、テーブルを速く移動し、その後低速で液面が波立たないようにして目標位置にインク液面を位置させる。それにより、インク交換(補充)後のプロセス再開が早くなる。
【0023】
なお、インクの容器が、容積と高さとが正比例する形状のものであれば、インク重量の減少に比例して液面が下がるので、インク重量の減少に対応してテーブルを上昇するようにモータを制御するようにしても良い。これは、何らかの原因により、液面センサの出力が不具合であるときに、制御を切替えるようにしても良い。
【0024】
また、インクの容器は瓶に限らない。インクを収納するに適当な形をしたものであればよい。容器と重量センサとを一体的に、あるいは重量センサ及びテーブルとを一体的に構成しても良い。
【0025】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のインク供給装置によれば、大量のインクの水頭差を一定に保つことが出来るので、長期に渡り、良好なメニスカスの確保が可能となり、吐出抜けの発生が抑制される。
【0026】
また、インク重量を監視しているので、インク滴の重量を把握でき、吐出抜け不良の発生を早めに検知することが出来る。
【0027】
インク重量を監視しているので、インク無駄の少ないインク交換時期を知ることが出来る。
【0028】
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明の構成を説明する説明図である。
【図2】 図2は、液面検出及びモータ制御を説明するブロック図である。
【図3】 図3は、インクの液面位置と検出出力との関係を説明する説明図である。
【図4】 図4は、インクの吐出回数とインク重量との関係を説明するグラフである。
【図5】 図5は、検出重量、ポテンショメータ出力を更に用いて制御を行う例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
10 昇降テーブル
11 フレーム
12,13 ガイドレール
16 モータ
18 インクジェットヘッド
21 液面検出器
23 重量検出器
24 制御部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for forming a fine film by discharging ink, a semiconductor liquid material, or the like onto an object, and more particularly to an ink supply apparatus for controlling the height position of a container of liquid material.
[0002]
[Prior art]
So-called inkjet technology is employed for printing on paper and manufacturing color filters for liquid crystals. Since printing on large paper and manufacturing color filters consumes a large amount of ink, they are replenished using aluminum sealed packs or cartridge-type ink packs.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, for products that consume a large amount of ink and have a high unit price, long-term reliability and a reduction in ink replacement frequency are desired. In this respect, the capacity of the conventional aluminum sealed pack (for example, 200 ml and 300 ml) is insufficient.
[0004]
Therefore, it is conceivable to make the ink container with a larger capacity. In such a case, the fluctuation range of the ink liquid level becomes large. This is because the difference between the liquid level of the ink and the height of the nozzle portion (water head difference) becomes large, which is not preferable because the ink cannot be ejected or becomes unstable. In addition, when used in a range where the water head difference does not become large, useless waste ink is generated, which is a problem.
[0005]
Conventionally, ink is replaced in advance from the viewpoint of process management. However, since the replacement time is determined by counting the number of ejections, it does not necessarily correspond to the actual ink remaining amount. For this reason, a lot of ink is wasted due to replacement and wasted.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an ink supply device that is provided with a mechanism for keeping the ink liquid level constant, thereby keeping the water head difference constant and stabilizing ink ejection.
[0007]
It is another object of the present invention to provide an ink supply apparatus that can discharge with high reliability over a long period of time using a large-capacity container such as an ink bottle.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an ink supply apparatus according to the present invention includes a container portion that stores ink to be supplied to an inkjet head, a lifting mechanism that moves the container portion in the vertical direction, and a position of a liquid surface of the ink. A liquid level detecting unit for detecting, an ink weight detecting unit for detecting the weight of the ink, a nozzle level of the inkjet head based on at least the detected liquid level of the ink and the weight of the ink, and the liquid level of the ink And a control unit that controls the lifting mechanism so that the ink level is maintained at a target position where the difference between the head and the head is a predetermined water head difference .
[0009]
With such a configuration, the water head difference of a large amount of ink can be kept constant, so that a good meniscus can be secured over a long period of time, and the occurrence of ejection omission is suppressed.
[0010]
Preferably, the control unit further detects an ink discharge abnormality by monitoring a change in the weight of the ink with respect to the number of ink discharges.
[0011]
According to this configuration, it is possible to grasp the weight (weight change / number of ejections) of the ink droplets ejected by the ink supply device. Since the weight of the ink droplet can be grasped in a state where the water head difference and the liquid surface position of the ink can be adjusted, the weight of the ink can be grasped more accurately. It is possible to determine the state of ink supply (oversupply of ink, insufficient supply, ink clogging, etc.) based on the slope of the weight change characteristic (weight of ink droplet) with respect to the number of ink ejections .
[0012]
Preferably, the control unit further operates the lifting mechanism at a first speed so that the liquid level of the ink is in the vicinity of the target position based on the weight of the ink after replacement or replenishment. The elevating mechanism is moved at a second speed until the liquid level of the ink reaches the target position from the vicinity .
[0013]
With this configuration, it is possible to move the elevating mechanism in two stages of relatively high speed movement and low speed movement, and the liquid level alignment time after ink replenishment is shortened.
[0014]
Preferably, the control unit further notifies ink replacement when the weight of the ink falls below a replacement reference value.
[0015]
Preferably, a liquid material used in a semiconductor process is used instead of the ink.
[0016]
Embodiment
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram for explaining the outline of the ink supply apparatus of the present invention. As shown in the figure, the ink supply device is roughly constituted by an ink bottle 9 as an ink storage container, a
[0017]
The detection outputs of the
[0018]
2 and 3 are explanatory diagrams for explaining liquid level detection and height control. In FIG. 2, the light emitter 21a is constituted by an LED, and the light beam emitted from the LED is adjusted to an appropriate width, passes through the bottle 9, and enters the phototransistor of the light receiver 21b. The phototransistor outputs a current corresponding to the amount of received light and is converted into a voltage signal by a resistor. This voltage output is amplified to an appropriate level by an amplifier 21c having a noise removal filter having an LPF characteristic, and converted to voltage data by a D / A converter in the
[0019]
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining another operation of the
[0020]
FIG. 5 is a flowchart for explaining an example in which the liquid level is controlled by using a liquid level detector, a weight detector, and a potentiometer. In this example, after replacing the ink, the table 10 is moved relatively fast until the ink level is near the level detector, and when it is near, the table is moved relatively slowly, The
[0021]
When the ink (bottle) is replaced or the ink is replenished, the
[0022]
In this way, using the ink weight as a guide, the table is moved quickly, and then the ink liquid level is positioned at the target position so that the liquid level does not wave at a low speed. This speeds up the process restart after ink replacement (replenishment).
[0023]
If the ink container has a shape in which the volume and the height are in direct proportion, the liquid level decreases in proportion to the decrease in the ink weight. Therefore, the motor moves up the table in response to the decrease in the ink weight. May be controlled. The control may be switched when the output of the liquid level sensor is defective due to some cause.
[0024]
The ink container is not limited to a bottle. Any shape may be used as long as it is suitable for storing ink. The container and the weight sensor may be integrated, or the weight sensor and the table may be integrated.
[0025]
【The invention's effect】
As described above, according to the ink supply device of the present invention, the water head difference of a large amount of ink can be kept constant, so that a good meniscus can be secured over a long period of time, and the occurrence of discharge omission is suppressed. Is done.
[0026]
In addition, since the ink weight is monitored, the weight of the ink droplet can be grasped, and the occurrence of ejection failure can be detected early.
[0027]
Since the ink weight is monitored, it is possible to know the ink replacement time with little ink waste.
[0028]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a configuration of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram for explaining liquid level detection and motor control.
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a relationship between a liquid level position of ink and a detection output.
FIG. 4 is a graph illustrating the relationship between the number of ink ejections and the ink weight.
FIG. 5 is a flowchart illustrating an example in which control is further performed using detected weight and potentiometer output.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記容器部を上下方向に移動させる昇降機構と、
前記インクの液面の位置を検出する液面検出部と、
前記インクの重量を検出するインク重量検出部と、
検出された少なくとも前記インクの液面及び前記インクの重量に基づいて前記インクジェットヘッドのノズル部と前記インクの液面との差が所定の水頭差となる目標位置に前記インクの液面が維持されるように前記昇降機構を制御する制御部と、
を備えるインク供給装置。A container portion containing ink to be supplied to the inkjet head;
An elevating mechanism for moving the container part in the vertical direction;
A liquid level detection unit for detecting the position of the liquid level of the ink;
An ink weight detector for detecting the weight of the ink;
Based on at least the detected liquid level of the ink and the weight of the ink, the liquid level of the ink is maintained at a target position where the difference between the nozzle portion of the inkjet head and the liquid level of the ink becomes a predetermined water head difference. A control unit for controlling the elevating mechanism so that,
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