JP4249550B2

JP4249550B2 - 塗布装置

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Publication number: JP4249550B2
Application number: JP2003187672A
Authority: JP
Inventors: 修一山口
Original assignee: Microjet Corp
Current assignee: Microjet Corp
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2023-06-30
Also published as: JP2005021755A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吐出ヘッドを走査方向に移動させながら液滴をワークに対して吐出してパターニングする塗布装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ピエゾや発熱体をアクチュエータとして使用するインクジェット技術により、複数のノズルからインクなどの塗料、試薬などの薬剤といった液滴を吐出するパターニング技術は、印刷、液晶などの映像デバイスの製造、ＤＮＡチップを含む半導体の製造など、多種多様な分野で利用され、あるいは利用が検討されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２２７１７２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
様々な液滴がノズルからワークに対してどのように吐出されるのかをモニタリングすることは重要である。ノズルから吐出された液滴がワークに着弾、付着あるいは滴下された結果はもちろん重要であるが、所望の結果を得るためには、その過程である、ノズルから吐出された液滴の形状や、飛翔軌跡などの飛翔状態をモニタリングして解析することが必要となるケースが多い。液滴の吐出状態または飛翔状態を検査する１つの方法は、ノズルから吐出された液滴の状態を撮影することであり、ノズルから吐出するタイミングと同期して撮影することにより液滴の形状をモニタリングでき、さらに、撮影時間または間隔により液滴の吐出速度などの他のファクタもモニタリングすることができる。
【０００５】
特開平１１−２２７１７２号公報には、インクジェット式プリンタのプリンタヘッドから吐出させたインク滴を、ストロボで時間差を設けて２回撮像し、インク滴の画像の位置からインク滴の滴速を計測する検査装置が開示されている。この検査装置では、プリンタヘッドを、搬送ステージにより、インク滴の画像を撮像するカメラに対して移動させて検査対象のノズルのみを吐出させて個々のノズルの良・不良の検査を行い、プリンタ本体に組み込む前にプリンタヘッド単体の検査を実施可能とすることが記載されている。
【０００６】
このように、インク滴の画像を撮像することは公知であるが、従来はノズルの健全性を確認するためだけの装置でしかなく、種々の液体を様々な条件でワークに対して吐出するときの液滴の状態を確認したいという要望に沿ったものは用意されていない。プリンタヘッドの健全性を確認してからプリンタに搭載することにより、プリンタ本体に組み込み済みのプリンタヘッドを交換する工程を省くことを目的としているために、プリンタヘッドをプリンタ本体とは異なる専用の検査装置で検査することが従来は行われている。
【０００７】
しかしながら、多種多様な液体をワークに対して飛ばし、その過程およびその結果を得て、様々な製品を研究・開発したり、様々な製品の製造方法を研究・開発しようとした場合、吐出ヘッドの単体の健全性を塗布装置と別に検査することはほとんど意味がなく、逆に、吐出装置に搭載された吐出ヘッドから出力される液滴の状態をモニタリングすることが重要である。まず、このような研究・開発においては、吐出ヘッド自体の良・不良を検査することが目的ではないので、吐出ヘッドを分離して検査する積極的な意味はない。さらに、製造過程における検査と異なり検査のために、装置本体からヘッドを取り外したり、検査後にヘッドを塗布装置に装着する手間が必要となり、研究・開発の遅れに繋がる。また、吐出ヘッドを別体で検査しても、本体に取り付けた条件で同じような吐出および／または飛翔状態が得られるとは限らず、液滴を吐出して得られた結果物に対して液滴の吐出状態がどのように関わっているのかを判断することが難しくなる。
【０００８】
したがって、吐出ヘッドを塗布装置に搭載した状態で、吐出ヘッドから吐出された液滴の状態をモニタリングすることが望ましい。塗布装置においては、吐出ヘッドをキャリッジにより走査方向に移動させながらワークに対して液滴を吐出することが一般的である。このため、吐出ヘッドに液滴のモニタリング用の機構を装着しておくことは、吐出ヘッドの構造が複雑になり、その重量が増加すると共に、キャリッジの負荷が増え、走行中の安定性を減ずる要因となる。したがって、製品およびその製造過程の開発・研究には障害となり好ましくない。モニタリング機構を吐出ヘッドのホームポジション、すなわち、吐出ヘッドがワークから外れた位置で定期空吐出（フラッシング）などを行う位置に設けることにより、吐出ヘッドの構造が簡略化され、キャリッジの負荷も減り、さらに、モニタリング機構が塗布装置のハウジングまたはシャーシにより安定して支持されるので撮像性能も上がるなどのメリットが得られる。しかしながら、吐出ヘッドを旋回したときにその角度に追従できないないという大きな問題がある。
【０００９】
すなわち、液滴を吐出するプロセスを用いた製品およびその製造方法を開発および研究する過程においては、吐出ヘッドを走査方向に対して旋回させ、走査方向に対する吐出ヘッドの配列を変えて解像度を変えることが行われる。吐出ヘッドには複数のノズルが、直線に、あるいはその他の形状になるように配列されており、その複数のノズルからなるノズル配列の向きを走査方向に対して変えることにより、ヘッド自体を交換しなくても、パターニングの解像度を変更できるからである。
【００１０】
しかしながら、モニタリング機構がハウジングに固定された状態で、吐出ヘッドの配列の向きが変更されると、モニタリング機構に対向する複数のノズルの配列状態が変わるので所望のノズルから吐出された液滴をモニタリングできない可能性が発生する。例えば、吐出ヘッドのノズルの配列が走査方向に直交した直線状であるとすると、吐出ヘッドを旋回してノズル配列を走査方向に傾けることにより副走査方向（走査方向と直交する方向）に投影されるノズルの間隔が狭くなり、吐出ヘッドにより吐出される液滴の実質的な解像度が上がる。それと共に、走査方向からカメラを用いて液滴を撮像する場合、ノズルの間隔が狭くなるので、複数のノズルから吐出された液滴を区別することが難しくなり、複数のノズルから同時に液滴が吐出されるようなケースでは、複数の液滴が重なって撮影される可能性ある。したがって、液滴の飛翔状態が解析できなくなる可能性がある。その場合でも、１つ１つのノズルを個別に駆動して出力された液滴のモニタリングは可能かもしれないが、隣接した複数のノズルを同時にまたは短い間隔で駆動したときの液滴の飛翔状態は、実際のアプリケーションにおいて最も着目される条件の１つであり、そのような条件でモニタリングすることが開発および試験用の塗布装置としては最も要望されることである。
【００１１】
吐出ヘッドにモニタリング機構を搭載して同時に回転するようにすれば、そのような心配はない。しかしながら、上述したように、吐出ヘッドの構造およびキャリッジに対する負荷などを考慮すると実際には吐出ヘッドにモニタリング機構を搭載することは不可能である。
【００１２】
そこで、本発明においては、多種多様な製品の開発・研究・試作などの過程における様々な吐出ヘッドの操作に対して無理なく追従して様々な条件におけるノズルのモニタリングが可能な塗布装置を提供することを目的としている。さらに、吐出ヘッドの構造を複雑にしたり、キャリッジに対する負荷を増加させることなく、簡単な構成で吐出ヘッドからの液滴の飛翔をモニタリングできる塗布装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
インクジェット方式の吐出ヘッドが搭載される場合、液滴を吐出しない期間は、吐出ヘッドは移動機構によりワークから外れたホームポジションに移動し、そこでノズルをキャップにより覆い、液滴の乾燥やごみの付着などによるノズルの目詰まりを防止する必要がある。したがって、吐出ヘッドのノズルをキャップにより覆うキャッピング機構がホームポジションに設置される。このキャップは、ノズルの先端を確実に覆う必要があるので、吐出ヘッドを旋回してノズル配列の向きが変わると、それに対応して、自動または手動によりキャップも旋回可能なようになっている。したがって、ワークへの作業に支障をきたさないホームポジションにモニタリング機構を設置し、キャップに連動してモニタリング機構も旋回させることが可能となる。このため、吐出ヘッドにモニタリング機構を設けなくても、吐出ヘッドが旋回したときに、ノズル配列に対する向きを自動的に常に一定に保つことができるモニタリング機構をホームポジションに設置できる。
【００１４】
すなわち、本発明の塗布装置は、液滴を吐出可能な複数のノズルからなるノズル配列を備えた吐出ヘッドと、この吐出ヘッドを走査方向に移動する移動機構と、ノズル配列の向きを走査方向に対して水平方向に旋回可能に吐出ヘッドを移動機構から支持する手段と、ホームポジションで吐出ヘッドの少なくともノズル配列をキャップにより覆うことが可能であり、さらに、ノズル配列の向きにあわせてキャップを旋回可能なキャッピング機構と、キャップと連動して旋回し、複数のノズルの少なくともいずれかから吐出される液滴の状態の画像を取得可能なモニタリング機構とを有する。
【００１５】
本発明の塗布装置では、吐出ヘッドのノズルをキャップするために、キャップの向きをノズルの配列の向きに合わせて旋回すると、自動的にモニタリング機構がキャップに連動して旋回する。このため、走査方向に対してノズルの配列の向きを変えても、ノズルの配列に対するモニタリング機構の向きは一定に維持される。したがって、走査方向に対するノズルの配列の向きに影響されずに、ホームポジションに設置されたモニタリング機構によりノズルから吐出された液滴の飛翔状態をモニタリングするための画像を取得できる。このため、ノズルの配列の向きを変えるたびにモニタリング機構の向きを調整する必要がない。あるいは、ノズルの配列に合わせてキャップの向きを変えるだけで、モニタリング機構の向きも自動的に変更できる。
【００１６】
したがって、本発明により、吐出ヘッドとは独立した状態で、吐出ヘッドの向きが変わってもそれに影響されずに所望の向きからの液滴の画像を取得できるモニタリング機能を提供できる。本発明により、簡易な機構で、吐出ヘッドの向きに追従して旋回し、吐出ヘッドのノズルから飛翔しているときの液滴の形状、吐出速度、吐出量などの状態を短時間に、容易に、精度良く測定できる塗布装置を提供できる。また、この塗布装置は、吐出ヘッドをマウントした状態で、多種多様な条件で吐出された液滴の飛翔をモニタリングできるので、製品の開発・研究・試作に適した塗布装置である。
【００１７】
モニタリング機構は、液滴の飛翔を撮影するための受光部および発光部をキャップと吐出ヘッドとの間にセットする手段を有することが望ましい。キャッピング機構は、ノズルの目詰まりを防止するためにノズルから排出される定期空吐出用の液体を回収する機能を備えている。したがって、モニタリング用の受光部および発光部をキャップと吐出ヘッドの間に設置することにより、ホームポジションにおける定期空吐出用の機器および制御を用いて液滴をモニタリングすることが可能となる。実際にワークに液滴を吐出するのではなく、しかしながら、吐出ヘッドを塗布装置に取り付けたままの状態で、吐出された液滴をクリアにモニタリングできる。このため、ワークを無駄に汚染することなく、塗布装置に吐出ヘッドを取り付けた状態で何度でも液滴の飛翔状態をモニタリングできる。
【００１８】
キャッピング機構が、キャップを走査方向に対し水平方向に旋回するように支持する回転台を備えている場合は、モニタリング機構が回転台から立ち上がった支持部を備えることにより、キャップと同期して旋回した角度で、キャップと吐出ヘッドの間に受光部および発光部を配置できる。さらに、支持部からキャップを避けてキャップの両側に達するアームを延ばし、このアームの一方の端に受光部あるいは発光部を配置し、他方の端に発光部あるいは受光部を配置することにより、ノズルの配列に対して上下に動いてキャッピングするキャップとの干渉を避けて、ノズルの配列を挟んで発光部および受光部を配置でき、所望のノズルから吐出される液滴の画像を取得できる。
【００１９】
さらに、アームが支持部に対して上下に旋回可能であれば、モニタリングするときはアームを上に旋回して発光部および受光部をキャップと吐出ヘッドの間に配置でき、モニタリングしないときは回転台を必要以上に下げなくてもアームを下に旋回するだけで、ワーク方向に動く吐出ヘッドまたはそのノズルとの干渉を防止できる。さらに、モニタリングしている状態からアームを下方に旋回するだけで干渉を避けられるので、吐出ヘッドと共に移動するガイドを設け、このガイドにより吐出ヘッドがホームポジションからアームの先端に到達する前にアームを旋回して先端側を下方に移動させるようにすることで、モニタリング機構と吐出ヘッドまたはノズルとの干渉を防止できる。例えば、モニタリング機構がモニタリングする位置であるにも関わらず何らかの要因により吐出ヘッドがワーク方向に移動したとしても、その移動によりアームが下方に旋回しモニタリング機構と吐出ヘッドとが干渉するのを確実に防止できる。
【００２０】
また、アームの角度によりモニタリング機構が稼動しているか否かの判断も容易にできるので、アームがモニタリングする位置にあるときは吐出ヘッドの移動機構をハードウェアあるいはソフトウェアにより停止し、ホームポジションから動かないようにしても良い。
【００２１】
面発光タイプのＬＥＤなどの広角の発光部と、それに対応した部分を撮像できる受光部とを備えたモニタリング機構によれば、吐出ヘッドの複数、さらには、全てのノズルから吐出された液滴を同時に観測できる。一方、指向性の高いＬＥＤなどの発光部と、それに対応した受光部とを備えたモニタリング機構によれば、個々または限られた数のノズルから吐出される液滴を独立してモニタリングすることも可能である。指向性の高いモニタリング機構を採用している塗布装置においては、所望のノズルから吐出される液滴がモニタリングできるように、キャッピング機構の回転台に対して前後左右に移動できるような支持部を採用することが望ましい。
【００２２】
吐出ヘッドやキャッピング機構は自動的に同期しながら旋回するようにしておいても良く、手動操作で旋回するようにしておくことも可能である。支持する手段にノズル配列の旋回角度を表示する手段を設け、キャッピング機構にキャップの旋回角度を表示する手段を設けておくことにより、吐出ヘッドおよびキャッピング機構の旋回角度を確認できる。
【００２３】
ノズルの先端を吐出ヘッドから少なくとも０．１ｍｍ程度下方に突き出しておくことにより、モニタリング機構により撮影する位置をノズルの先端またはノズル面にあわせることが容易になり、ノズルから吐出される直前や吐出された直後などの液滴の状態または形状をモニタリングすることが可能になる。さらに、ガラスなどの透明な部材で形成されたノズルであれば、ノズル内部のメニスカスをモニタリングすることも可能である。
【００２４】
また、発光部とノズルの配列との水平方向の距離が３００ｍｍ以内におさまるように設計しておけば、光の照射範囲を限定でき、受光部における光の受光量を十分に得られやすい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明を説明する。図１に本発明の塗布装置の概略構成を示してある。この塗布装置１は、吐出ヘッド１０の複数のノズル５の少なくともいずれかから吐出された液滴の状態を画像によりモニター可能である。塗布装置１はパーソナルコンピュータなどのホスト装置２からＵＳＢやＲＳ２３２Ｃなどの通信インターフェイス３を介して制御されると共に、モニタリング用の画像が通信インターフェイス３を介してホスト装置２に送られる。このため、ホスト装置２のディスプレイにより液滴の飛翔状態のオンタイムでモニターしたり、蓄積された画像により複数の液滴の飛翔状態を比較するなど、様々な方法により液滴の状態を観察し、解析できる。
【００２６】
この塗布装置１は、液滴を吐出する複数のノズルからなるノズル配列５を備えた吐出ヘッド１０と、この吐出ヘッド１０をキャリッジ３０に搭載し、ベース（シャーシ）の上に固定された第１のシャフトまたはガイド２１に沿ってワーク４の上を走査方向Ａに移動するヘッド移動機構１１と、ワーク４が戴置される水平移動ステージ１２を、ベースに固定された第２のシャフトまたはガイド１９に沿って副走査方向Ｂ（走査方向Ａに直交する方向）に移動する水平移動ステージ移動機構１３と、走査方向Ａに沿ってワーク４から外れたホームポジションＨにおいて吐出ヘッド１０をキャップ１４により覆うことができるキャッピング機構１５と、ホームポジションＨにおいて吐出ヘッド１０から吐出された液滴の画像を取得するモニタリング機構１６とを有している。塗布装置１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどによって構成されるコントローラ１７を有しており、このコントローラ１７によりヘッド移動機構１１のモータ２２、ステージ移動機構１３のモータ２３を制御し、これらの機構１１および１３の動作を実現する。さらに、コントローラ１７は吐出ヘッド１０から液滴を吐出するタイミング、液滴の画像を取得するタイミングなどを含めた塗布装置１の全体を制御する。
【００２７】
塗布装置１は、さらに、ヘッド移動機構１１のキャリッジ３０に対してノズル配列５の向きが走査方向Ａに対して水平方向に変わるように吐出ヘッド１０を旋回可能に支持するヘッド支持機構３１を備えている。このヘッド支持機構３１は、モータ２６により吐出ヘッド１０を旋回して、ノズル配列５が走査方向Ａに対して直交する状態から、ノズル配列５を走査方向Ａに対して傾けた状態にすることができ、さらには、ノズル配列５を走査方向Ａに対してほぼ平行な状態にすることも可能である。ノズル配列５を走査方向Ａに対して直交した状態から傾けた状態にすると、ノズルの副走査方向Ｂの間隔が狭くなる。したがって、副走査方向Ｂに塗布する液滴の解像度を上げることができる。走査方向Ａに塗布する液滴の解像度はヘッド移動機構１１の速度とヘッド駆動周波数を変えることで制御できる。
【００２８】
キャッピング機構１５は、モータ２５によりキャップ１４を中心に旋回して走査方向Ａに対するキャップ１４の角度を制御できる回転台５１と、モータ２４により上下に動いてキャップ１４の高さを制御できる垂直移動ステージ５２を備えている。キャップ１４の走査方向Ａに対する角度を決めるモータ２５は、コントローラ１７によりノズル配列５の走査方向Ａに対する角度を決めるモータ２６と連動して制御され、走査方向Ａに対するノズル配列５の角度とキャップ１４の角度とは常に一致するようになっている。したがって、吐出ヘッド１０がホームポジションＨに移動した後に、モータ２４を動作させてキャップ１４を上昇し、吐出ヘッド１０に近づけると、キャップ１４の向きはノズル配列５の向きと一致しているので、ノズル配列５の向きに関わらずキャップ１４によりノズル配列５をキャッピングできる。
【００２９】
モニタリング機構１６は、回転台５１から上方に立ち上がった支柱４９と、この支柱４９により上下に旋回可能に支持されたアーム４３とを備えている。このアーム４３は、キャップ１４を避けるようにキャップ１４の両側にわたって延びており、アーム４３のワーク４の側の一方の端（先端側）４３ａには発光部となるＬＥＤ４１が取り付けられ、アーム４３の他方の端（基端側）４３ｂには受光部となるＣＣＤなどのカメラ４２が取り付けられている。このアーム４３はワーク４の側を上げると、ホームポジションＨに動いた吐出ヘッド１０のノズル配列５を挟んでＬＥＤ４１とカメラ４２が水平になるように設計されており、ノズル配列５のノズルから吐出された液滴の画像をカメラ４２で取得することができる。アーム４３のワーク４の側を下げると、アーム４３の先端４３ａはノズル配列５と干渉しない位置まで下がり、吐出ヘッド１０はアーム４３あるいはＬＥＤ４１と干渉することなくワーク４の方向に移動できる。本例の塗布装置１においては、アーム４３は手動で軽く動かすことにより上下に旋回できるようになっており、後述するように吐出ヘッド１０が動いたときの安全機構から軽い負荷がかかると簡単に下に旋回して吐出ヘッド１０との干渉を未然に防止できるようになっている。アーム４３をモータで駆動して、ホームポジションＨに吐出ヘッド１０が動いたときに自動的にモニタリング機構１６がスタンバイするようにしても良い。
【００３０】
さらに、モニタリング機構１６の支柱４９は、回転台５１の上面に沿ってキャップ１４の延びた方向、すなわち、ノズル配列５と平行にモータ２８によりスライド可能な構造となっている。したがって、モータ２８を動かすと走査方向Ａに対してノズル配列５が傾いた状態であっても、支柱４９はノズル配列５と平行に移動し、アーム４３の端に取り付けられたＬＥＤ４１とカメラ４２を、ノズル配列５を挟んでノズル配列５と平行な任意の位置にセットすることができる。このため、ノズル配列５の任意のノズルから吐出された液滴の画像をモニタリング機構１６により取得できる。
【００３１】
コントローラ１７は、ノズル配列５から液滴を吐出するための制御信号φ１０を吐出ヘッド１０に供給し、液滴を吐出するタイミングと同期して液滴が飛翔する状態を撮影するための信号φ１１をモニタリング機構１６に出力する。モニタリング機構１６で撮像された画像データはインターフェイス３を介してホスト装置２に送られ、液滴の飛翔状態や液滴の吐出速度、液滴の形状、吐出量などの解析に利用される。コントローラ１７には、液滴の吐出制御信号φ１０に同期して撮像する条件をローカルであるいはホスト装置２から設定することができる。設定を変えることにより、制御信号φ１０に対して撮像する制御信号φ１１を出力するタイミングを適当な時間だけ遅延させたり、撮像する時間的な長さを変えたりすることができる。
【００３２】
また、ホスト装置２などから与えられる液滴を吐出するための制御信号が立ち上がりで有効か、立下りで有効か、さらにはそれぞれのタイミングで有効かなどの設定もコントローラ１７で可能である。さらに、１回の液滴の吐出を指示する信号が複数のパルスから構成される場合もあるので、これを考慮し、Ｎ回のパルスのうち一度のパルスのみを有効としてＬＥＤ４１の発光のトリガとする機能、撮像時間を変更するためにＬＥＤ４１を発光させる点灯時間を設定する機能のほかに、アナログ的にＬＥＤ４１の発光量を調整する機能をコントローラ１７に設けておくことも有効である。
【００３３】
特定の制御信号にしか対処できないコントローラであると、その制御信号で制御可能なインクジェットヘッドしか利用できず、塗布装置の用途が限定されてしまうが、このような多種多様な制御信号に対して対応できる機能をコントローラ１７に設けておくことにより、種々のタイプのインクジェットヘッドを搭載可能であり、それらにより様々な種類のワーク４に対して様々な液体を吹き付け、その塗布状態あるいは条件を確認できる。したがって、製品あるいはその製造方法の開発および研究に適した塗布装置１を提供できる。
【００３４】
さらに、ＬＥＤ４１を発光させるタイミングを遅延させる時間や発光時間を設定できるので、様々な吐出特性を持つインクジェットヘッドを搭載し、吐出された液滴の飛翔状態を確認することができる。ＰＣ等のホスト装置２からのリモート操作に対応しているので各種の設定も容易である。また、液滴の吐出速度を自動的に算出したり、任意の２点の遅延時間を設定することにより、飛翔画面の液滴位置を自動認識し、自動的に液滴の速度を算出するといった追加機能もサポートできる。さらに、ホスト装置２からのリモートで塗布装置１の設定を変更された場合は、それらの設定値（遅延時間、ＬＥＤ発光時間、ＬＥＤ発光量など）を新たなデフォルト値として、コントローラ１７のＲＡＭやフラッシュメモリなどに記録され、以降の液滴の画像の取得はそれらの設定値により同一の条件で撮像することが可能である。
【００３５】
図２に塗布装置１の正面図を示してあり、この図を参照して、塗布装置１をさらに具体的な構成について説明する。塗布装置１は、ベース５５の上にヘッド移動機構１１、水平移動ステージ移動機構１３、キャッピング機構１５が搭載されている。ヘッド移動機構１１は、第１のガイド２１をスライドするキャリッジ３０を備えている。キャリッジ３０はノズル配列５を備えた吐出ヘッド１０を取り付けた状態で旋回可能なヘッド支持機構３１を備えている。キャリッジ３０は、ノズル配列５の中心を第１のガイド２１と平行に走査方向Ａに移動することができ、ヘッド支持機構３１は、ノズル配列５の中心を中心軸Ｃ１として吐出ヘッド１０を水平方向に旋回可能である。したがって、吐出ヘッド１０を走査方向Ａに対して旋回させることにより、複数のノズルからなるノズル配列５を走査方向Ａに対して傾けて解像度を制御できる。
【００３６】
モニタリング機構１６は、キャッピング機構１５に搭載され、キャップ１４と共に水平方向に旋回する。このため、本例のモニタリング機構１６は、キャップ１４を水平方向に旋回し、ノズル配列５と同期して走査方向Ａに対する傾きを変えることができる回転台５１からほぼ垂直に上方に立ち上がった支持柱４９を備えており、この支持柱４９はキャップ１４の長手方向、すなわちノズル配列５の延びた方向に移動し、ノズル配列５の任意のノズルに位置合わせできるようになっている。さらに、支持柱４９に、吐出ヘッド１０の方向、すなわち、ワーク４が戴置されるステージ１２に向かってキャップ１４の長手方向と直交するように延びたアーム４３が上下に旋回可能に取り付けられている。アーム４３はキャップ１４の両側にわたって延び、一方の端４３ａにＬＥＤ４１が取り付けられ、他方の端４３ｂにカメラ４２が取り付けられている。したがって、吐出ヘッド１０がホームポジションＨに移動して、ノズル配列５がキャップ１４に対向する位置に設置されると、ＬＥＤ４１とカメラ４２によりノズル配列５のノズルから吐出された液滴を撮影することができる。
【００３７】
したがって、モータ２５により、吐出ヘッド１０の旋回角度に同期させて回転台５１を旋回させると、ノズル配列５をカバーするキャップ１４およびノズル配列５のノズルから吐出される液滴を撮像するためのアーム４３は吐出ヘッド１０と同じ角度だけ旋回する。したがって、キャップ１４の角度をノズル配列５の角度に合わせて制御する機構によりモニタリング機構１６が連動して動き、その角度調整が行われ、モニタリング機構１６の角度調整を行う機構を独立して設ける必要がない。さらに、本例の塗布装置１では、キャップ１４を回転する回転台５１にモニタリング機構１６が搭載されているので、キャップ１４の回転運動をモニタリング機構１６に伝達する輪列などの機構は不要であり、簡易な構成で装置全体をコンパクトに纏めることができる。
【００３８】
吐出ヘッド１０の支持機構３１、キャッピング機構の回転台５１、モニタリング機構１６の支持柱４９はそれぞれモータ２６、２５および２８によりコントローラ１７から制御されるようにしているが、手動操作するようにしても良い。この場合、吐出ヘッド１０の支持機構３１の旋回角度と、キャッピング機構の回転台５１の旋回角度とが同一になるように角度を表示する手段や、旋回角度が同一でない場合はキャップ１４がノズル配列５と干渉しないような安全機構を設けることが望ましい。手動でキャッピング機構の回転台５１の角度を制御する場合であっても、モニタリング機構１６を回転台５１に搭載しておくことにより、いったんキャップ１４の角度が決まれば、モニタリング機構１６のノズル配列５に対する角度は自動的に決まるので個別にモニタリング機構１６の角度を調整する必要はない。多くのケースでは、ノズルからの吐出状態をモニタリングする前にノズル配列５をいったんキャッピングするので、ノズル配列５をキャップ１４でカバーすることによりモニタリング機構１６の角度が自動的に、精度良く決定される。図１に示したように、回転台５１の旋回角度の表示５１ａと、ヘッド支持機構３１の旋回角度の表示３１ａを設けておくことにより、キャップ１４の向きとノズル配列５の向きをそれぞれの表示５１ａおよび３１ａから容易に確認できる。
【００３９】
図３に吐出ヘッド１０の旋回に同期してキャップ１４およびモニタリング機構１６が旋回する様子を示してある。図３（ａ）はノズル配列５が走査方向Ａに対して直交し、副走査方向Ｂにおけるノズル５ａの間隔が最も広く、最も解像度が低い条件で液滴をワークに塗布できる状態を示してある。これに対し、図３（ｂ）は吐出ヘッド１０を旋回してノズル配列５を走査方向Ａに対して傾けて、副走査方向Ｂにおけるノズル５ａの間隔を縮め、解像度が高い条件で液滴をワークに塗布できる状態を示してある。なお、図３においては、吐出ヘッド１０については上方から透かして見た状態を示してあり、吐出ヘッド１０に関連する部分は破線で示している。
【００４０】
モニタリング機構１６のアーム４３は、基端４３ｂが支持柱４９に対して上下に旋回可能なように支持されており、キャップ１４およびノズル配列５の脇を通ってそれらの両側に、キャップ１４およびノズル配列５に直交するように延びている。アーム４３の先端４３ａは、キャップ１４およびノズル配列５の長手方向に沿うようにアーム４３の本体からほぼ直角に曲がって延びており、先端４３ａにはＬＥＤ４１がノズル配列５に対向するように取り付けられている。アーム４３の他方の端となる基端側４３ｂもキャップ１４およびノズル配列５の長手方向に沿うようにアーム４３と直交する方向に延びており、その端４３ｂにカメラ４２がノズル配列５を挟んでＬＥＤ４１と対向するように配置されている。
【００４１】
本例のモニタリング機構１６においては、アーム４３の基端側４３ｂとなるカメラ４２は支持柱４９からノズル配列５と平行な方向に延びた部材４３ｃにより支持されており、アーム４３はＬＥＤ４１のみを上下に旋回できるように支持している。そして、アーム４３が水平な位置に旋回するとＬＥＤ４１はノズル配列５を挟んでカメラ４２と対向する。したがって、ＬＥＤ４１がカメラ４２と水平となるようにアーム４３を旋回した位置がモニタリング位置であり、吐出ヘッド１０から吐出された液滴の画像が、ＬＥＤ４１の発光するタイミングでカメラ４２により撮影される。一方、アーム４３が下方に旋回すると、ＬＥＤ４１はノズル配列５から下方に移動し、吐出ヘッド１０が走査方向Ａに動いたときにノズル配列５と干渉しないようになっている。
【００４２】
キャップ１４およびモニタリング機構１６が搭載された回転台５１は、キャップ１４の中心を中心軸Ｃ２として旋回する。したがって、図３（ｂ）に示すように、吐出ヘッド１０が旋回してノズル配列５が走査方向Ａに対して傾いた状態であっても、回転台５１が中心軸Ｃ２を中心に吐出ヘッド１０と同じ角度だけ旋回することにより、キャップ１４およびモニタリング機構１６の傾きはノズル配列５の傾きと一致する。このため、ノズル配列５、キャップ１４およびモニタリング機構１６の相対的な位置関係は図３（ａ）と同じになり、図３（ａ）と同じ条件でキャッピングでき、また、ノズル５ａから吐出された液滴を撮影することができる。
【００４３】
図４〜図７にはモニタリング機構１６において、アーム４３を上下に旋回してモニタリングする様子を示してある。図４は、吐出ヘッド１０が水平移動ステージ１２に設置されたワーク４の上を走査方向Ａに移動しながら液滴を吐出してパターニングしているときの状態を示している。図５は、吐出ヘッド１０が、水平移動ステージ１２から外れたホームポジションＨに移動し、ノズル配列５がキャップ１４によりキャッピングされたときの状態を示している。図６は、ホームポジションＨにおいて、キャップ１４に向って定期空吐出し、そのときにノズル配列５から吐出される液滴をモニタリング機構１６により撮像するときの状態を示している。図７は、アーム４３がモニタリング位置にあるときに、吐出ヘッド１０が走査方向Ａに移動したときに、アーム４３が自動的に下方に回転してＬＥＤ４１を退避できる様子を示している。
【００４４】
図４に示すように、吐出ヘッド１０が水平移動ステージ１２の上を往復動しているパターニング中は、キャッピング機構１５の垂直移動ステージ５２が下がっており、さらに、アーム４３の先端４３ａが下方に旋回した状態にセットされている。アーム４３の先端４３ａが下方に旋回した状態では、先端４３ａに取り付けられたＬＥＤ４１は、キャップ１４より下方にある。したがって、吐出ヘッド１０が往復動する範囲にはヘッド１０あるいはノズル配列５と干渉する物がなく、さらに、吐出ヘッド１０を、支障なくホームポジションＨまで移動できる。
【００４５】
ホームポジションＨにおいては、図５に示すように、垂直移動ステージ５２を上昇させることにより、キャップ１４を上げてノズル配列５をキャップ１４により覆い、ノズル５ａの乾燥を防いだり、ごみが付着するのを防ぐことができる。キャッピングに先立って、ノズル配列５からキャップ１４に液滴を定期空吐出しても良い。キャッピングするときも、アーム４３の先端４３ａはキャップ１４より低い位置にある。また、アーム４３はキャップ１４を避けてキャップ１４と直交する方向に延び、先端４３ａをコ字型あるいはＬ字型に曲げてＬＥＤ４１を取り付けている。したがって、アーム４３およびＬＥＤ４１はキャッピングする際の障害にならない。
【００４６】
ノズル配列５のノズル５ａから吐出される液滴をモニタリングする場合は、図６に示すように、キャップ１４を若干下げてノズル配列５とキャップ１４との間に隙間Ｇが開くようにする。モニタリング機構１６においては、アーム４３の先端４３ａを上方に旋回してＬＥＤ４１を隙間Ｇに面した高さにセットする。アーム４３の他方の端４３ｂに配置されたカメラ４２は隙間Ｇに面した高さに予めセットされているので、アーム４３を上方に旋回するだけで、ＬＥＤ４１とカメラ４２がノズル配列５を挟んで向かい合うように配置できる。したがって、ＬＥＤ４１を点灯することにより、ノズル５から吐出された液滴の画像をカメラ４２で取得し、ホスト装置２で見ることができる。キャップ１４とノズル配列５との隙間Ｇは広いほうが液滴を撮像できる範囲が広がる。しかしながら、ギャップＧは、パターニング中のノズル配列５とワーク４との距離以上に離す必要はない。また、その程度のギャップＧがあっても、キャップ１４は、ノズル配列５から吐出された液滴を確実に捉えて排出できる。
【００４７】
モニタリング機構１６により撮像する間のモニタリング機構１６以外の塗布装置１の動作はホームポジションＨにおける定期空吐出動作と基本的に変わりはない。すなわち、本例の塗布装置１においては、モニタリング機構１６を、キャッピング機構１５に搭載することにより、ホームポジションＨにおける定期空吐出中の液滴の動向および状態を画像により確認することが可能となる。したがって、液滴の飛翔状態を確認するために吐出ヘッド１０を塗布装置１から取り外す必要はなく、ワーク４に対して液滴を吐出するのと同じ環境で、液滴の飛翔状態を確認できる。このため、時間と手間をかけずに、より現実のパターニングする条件に近い状態で液滴を観測できるので、より精度の高い、有用な情報が得られる。その一方で、液滴の状態を撮像するために定期空吐出すれば良いので、そのためにワーク４を無駄に浪費することもない。したがって、低コストで、十分な量の情報を得ることができる。また、ホームポジションＨに通常用意される定期空吐出用の機構を用いて撮像用の液滴を処理できるというメリットもあり、その点でも低コストでコンパクトなアレンジの中に液滴をモニタリングする機構を組み込むことができている。
【００４８】
また、上記で説明したように、ノズル配列５の向きを変えても、ホームポジションＨにおけるモニタリング機構１６との相対的な位置関係は変わらないので、所望のノズルから吐出された液滴の情報を容易に得ることができる。したがって、吐出ヘッド１０に研究開発用のモニタリング機構を搭載する必要はなく、吐出ヘッド１０の構造や、ヘッド移動機構１１などの構造が簡略化できる。さらに、吐出ヘッド１０に研究開発用のモニタリング機構を搭載する必要がないので、実用に供する、あるいは実用に近い状態の吐出ヘッド１０のノズルから吐出される液滴の状態をモニタリングすることができるというメリットもある。
【００４９】
ＬＥＤ４１としては、指向性の高い素子を採用することによりインクジェットヘッド（吐出ヘッド）１０のノズル列５を構成する複数のノズル５ａのうちから、所望の１または複数のノズルから吐出された液滴の状態を選択して観測できる。また、ＬＥＤ４１を交換可能とし、拡散板つきの面発光（面放射）タイプのＬＥＤに交換することによりノズル配列５を構成する複数のノズル５ａの全てから吐出された液滴の状態を同時に観測することも可能である。そして、本例の塗布装置１では、モニタリング装置１６とノズル配列５の相対的な位置関係は維持されるので、ノズル配列５を回転しても、ノズル同士が重なることなく、各ノズルから吐出される液滴のクリアな画像を得ることができる。さらに、ノズル配列５を複数のブロックに分割して、ブロック単位で液滴の状態を観測するようにしても良い。
【００５０】
指向性の高いＬＥＤを使用して液滴を観測する場合や、ブロック単位で液滴を観測する場合は、図８に示すように、支持柱４９がキャップ１４の長手方向、すなわち、ノズル配列５の長手方向Ｙに移動できるようになっているので、支持柱４９をＹ方向に移動することにより、所望のノズル５ａをＬＥＤ４１とカメラ４２で挟み、液滴を撮影できる。また、カメラ４２はマイクロメータ４８により、Ｙ方向に直交するＸ方向に微小距離を移動できるようになっており、取得する画像の焦点距離を微調整できる。また、支持柱４９のＹ方向の位置もマイクロメータ４７により微調整できる。
【００５１】
図６および図７に示すように、ヘッドの支持機構３１には下方に突き出たガイド３５が取り付けてあり、アーム４３に、このガイド３５に当たるとアーム４３を下方に旋回させる受動部４６が設けられている。図６に示すように、吐出ヘッド１０がホームポジションＨにあるときは、ガイド３５は、受動部４６に対して外側、すなわち、受動部４６を挟んで水平移動ステージ１２と反対側に位置している。したがって、吐出ヘッド１０がホームポジションＨから水平移動ステージ１２の方向に動くと、ガイド３５が受動部４６に当たり、アーム４３の先端４３ａを下方に旋回する。その結果、ＬＥＤ４１は少なくともノズル列５と干渉しない位置まで下がり、吐出ヘッド１０あるいはノズル配列５とＬＥＤ４１と干渉するのが防止できる。このため、本例の塗布装置１においては、ホームポジションＨにおいてモニタリング機構１６により液滴の撮像が終了した後にアーム４３の角度をモニタリング位置にしておいても支障はなく、吐出ヘッド１０はいつでも安全に水平移動ステージ１２に移動してパターニングを開始できる。液滴の撮像中に吐出ヘッド１０が動き出してしまうようなことがあっても、同様にモニタリング機構１６との干渉は未然に防止されるので安全である。
【００５２】
液滴の画像を取得中は、吐出ヘッド１０を動かさないといった制御を行うことも可能である。本例のモニタリング機構１６においては、撮影中はアーム４３が上に回転している。したがって、アーム４３が下方の位置にあるときのみヘッド移動機構１１のモータ２２に通電するようなインターロックを採用して、吐出ヘッド１０の移動を制限できる。図９にその一例を示してある。この例では、アーム４３の先端４３ａが下に旋回してＬＥＤ４１が退避位置に移動した状態を検出するセンサ６０を設け、このセンサ６０からの信号によりパターニングを開始できるというメッセージ６４をホスト装置２あるいは塗布装置１のローカルパネルに送る。それと共に、センサ６０からの信号によりＡＮＤゲート６１を開けてモータ２２のドライバ回路６２に駆動信号を供給可能とし、ヘッド移動機構１１をアクティブにする。このようなインターロック６５をコントローラ１７に搭載することができる。
【００５３】
図４に示したように、吐出ヘッド１０のノズルの配列５が形成されたノズル先端５ｂを、吐出ヘッド１０から少なくとも０．１ｍｍ程度下方に吐出させておくことが望ましい。ノズル先端またはノズル面５ｂと吐出ヘッド１０との距離Ｌ１を少なくとも０．１ｍｍ程度離した設計であれば、カメラ４２による撮影位置をノズル先端５ｂにあわせ易く、ノズルから液滴が吐出される時点または吐出直後の形状や状態をカメラ４２により確実に撮影できる。また、ガラスなどの透明部材でノズル５を形成しておくことにより、ノズル内部のメニスカスの状態も撮影でき、様々な液滴の状態をモニタリングできる。
【００５４】
また、図６に示したように、モニター時においては、ノズル配列５とＬＥＤ４１との水平方向Ａの距離Ｌ２が３００ｍｍ以内におさまるようにしておけば、ＬＥＤ４１から出力された光のカメラ４２における照射範囲を限定でき、カメラ４２で十分な光量を得ることが可能である。本例の塗布装置１におけるＬＥＤ４１とカメラ４２との距離Ｌ３は、１１０〜１５０ｍｍ程度である。
【００５５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の塗布装置においては、吐出ヘッドのノズル配列の向きと同期して向きを変えるキャップを備えたキャッピング機構に、ノズルから吐出される液滴を撮影するモニタリング機能を搭載している。したがって、モニタリング機構をホームポジションに設置できると共に、ノズル配列の向きを変えても、ホームポジションにおけるノズル配列とモニタリング機能との相対的な位置関係が変わらない構成にすることができる。このため、吐出ヘッドを搭載した状態で、ノズル配列の向きを変えても、所望の向きから常にノズルから吐出される液滴の画像を取得することができ、パターニングの解像度、液体などの条件を様々に変えながらパターニングを行い、新製品や、その製造方法を試験・研究および開発するのに適した塗布装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】塗布装置の概略を示す図である。
【図２】塗布装置の正面図である。
【図３】吐出ヘッド、キャップおよびモニタリング機構の向きを示す図であり、図３（ａ）はノズル配列が走査方向Ａに対して直交した状態を示し、図３（ｂ）はノズル配列が走査方向Ａに対して傾いた状態を示す。
【図４】吐出ヘッドがパターニング中の様子を示す図である。
【図５】吐出ヘッドがホームポジションに移動し、ノズル配列がキャッピングされた状態を示す図である。
【図６】ホームポジションにおいて、ノズルから吐出された液滴をモニタリングする様子を示す図である。
【図７】ホームポジションから吐出ヘッドがパターニングする方向に移動したときの様子を示す図である。
【図８】モニターする位置を微調整する様子を示す図である。
【図９】モニタリング中に吐出ヘッドの移動を禁止するインターロックの一例を示す図である。
【符号の説明】
１塗布装置
５ノズル
１０吐出ヘッド
１１ヘッド移動機構
１４キャップ
１５キャッピング機構
１６モニタリング機構
１７コントロール装置
４１ＬＥＤ
４２カメラ
４３アーム

Claims

液滴を吐出可能な複数のノズルからなるノズル配列を備えた吐出ヘッドと、
この吐出ヘッドを走査方向に移動する移動機構と、
前記ノズル配列の向きを前記走査方向に対して水平方向に旋回可能に前記吐出ヘッドを前記移動機構から支持する手段と、
ホームポジションで前記吐出ヘッドの少なくとも前記ノズル配列をキャップにより覆うことが可能であり、さらに、前記ノズル配列の向きにあわせて前記キャップを旋回可能なキャッピング機構と、
前記キャップと連動して旋回し、前記複数のノズルの少なくともいずれかから吐出される液滴の状態の画像を取得可能なモニタリング機構とを有する塗布装置。
請求項１において、前記モニタリング機構は前記キャップと前記吐出ヘッドとの間に受光部および発光部をセットする手段を有する塗布装置。
請求項１において、前記キャッピング機構は、前記キャップを走査方向に対して水平方向に旋回可能に支持する回転台を備えており、
前記モニタリング機構は、前記回転台から立ち上がった支持部と、
前記支持部に支持され、前記キャップを避けて前記キャップの両側に延びたアームとを備えており、このアームの一方の端に受光部あるいは発光部が配置され、他方の端に発光部あるいは受光部が配置されている塗布装置。
請求項３において、前記アームは前記支持部に対して上下に旋回する塗布装置。
請求項４において、前記吐出ヘッドと共に移動するガイドを有し、このガイドは前記吐出ヘッドが前記ホームポジションから前記アームの先端に到達する前に前記アームを旋回して先端側を下方に移動させる塗布装置。
請求項４において、前記アームがモニタリングする位置にあるときは前記移動機構を停止する手段を有する塗布装置。
請求項３において、前記支持部は前記回転台に対し前後左右に移動する塗布装置。
請求項１において、前記支持する手段は前記ノズル配列の旋回角度を表示する手段を備え、前記キャッピング機構は前記キャップの旋回角度を表示する手段を備えている塗布装置。
請求項２において、前記発光部と前記ノズル配列との水平方向の距離が３００ｍｍ以内である塗布装置。
請求項１において、前記ノズルの先端が前記吐出ヘッドから少なくとも０．１ｍｍ程度下方に突き出ている塗布装置。