JPS60500011A - 回路パタ−ンを形成するインク塗布装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 回路パターンを形成するインク塗布装置本発明は、オリフィスを介して供給され るインクで基板上に誉くことによってパターンを形成するオリフィス印字装置、 詳しくはインクが書込オリフィスを介して供給されて基板上に厚膜回路パターン をプリントする書込装置に関する。

米国政府は＋　Ｎａｖａｌ　Ａｉｒ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｃｏｍｍａｎｄによって 与えられた契約Ｎ００１６３−７９−Ｃ〜０１７５によって不発明の権利を有す る。

本発明は、セラミック板のような絶縁基板上に厚膜回路パターンを形成するだめ のＣＡＤ／ＣＡＭ（コンピュータエイデツドデザインーコンピュータエイデツド マニ７アクチュア）装置に使用するのに特に適切である。

過去においては、大抵の厚膜回路パターンはマスクを介したスクリーン印刷によ って形成されていた。スクリーン印刷法は時間がかかシ、非経済的なものであっ た。特に高周波用に設計された回路に対しては反復的に均一な回路特性を得るこ とが困難である。初期の厚膜プリント法には、厚膜用インクを書込オリフィスか ら供給し、基板上に回路パターンを構成するラインを形成するオリフィス書込方 法が使用されていた、しかしながら、このようなオリフィス書込方法においては 、特に書込速度が異なる場合、インクで描かれたラインやインクで満された領域 の断面を均一に制御することが困難であった。

不発明の主要な目的は、インクがオリフィス書込ペンから供給され、ライン幅を 広い範囲にわたって（例えば、４乃至１２ミル）およびペンに対する基板の相対 動作の書込速度を広い範囲にわたって（例えば、１秒当、９０．０’５乃至５イ ンチ）制御された均一な断面のラインを形成することができる回路パターンを形 成するだめの改良されたインク塗布装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、櫨々のパターンにおいて長いラインを形成し得る上１面積 部分においても均一に充填することができる厚膜オリフィスプリント技術に２け る改良を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、ラインの始めと終シが制御され、ラインの両端部にお いておよびこの両端部間のラインの長手方向に沿って均一な断面を達成する回路 パターンを形成する改良されたインク塗布装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、檎々の導体、誘電体および抵抗体のインクをライン幅 の異なる交換可能なペン先で取シ扱うための交換可能なはン組立体を有する書込 オリフィス付きのペンを使用して回路パターン全形（３） 成する改良されたインク塗布装置を提供することにある。

不発明の更に他の目的は、アラトリツガや他の表面形状追従プローブを必要とす ることなく、前に書込まれたラインの交差点上におけるような基板の１反りにお ける変化を考慮し、これによプ複雑な交差点や緊密に近接したラインがある場合 でさえも種々の回路ノ（ターンを形成することができ、インク塗布シーケンスに おいてトポロジー的独立性を考慮した回路、Ｊターンを形成する改良されたイン ク塗布装置を提供することにある。

簡単に説明すると１本発明による基板上にノリーンを形成する装置は、オリフィ スを有する部材（書込ペン）を使用している。この装置はペンに対して基板を移 動する手段を有している。前記部材と基板との相対動作速度に同期した容積率で ペンオリフィスからインクを制御可能に供給する手段が設けられている。また。

本装置は、オリフィスから基板上に流れるインクの粘着力によシペンの垂直方向 の変位を動的に制御ｇｌしてラインの所与の断面積に対して、ｏターンの２イン の厚さを一定に維持する手段を有する。

本発明の前記および他の目的、特徴、利点およびその現在の好適実施例は添付図 面に関連した次のδ己載を閲読することにより更に明白になるであろう。

（４） 第１図は９本発明によシ提供されるインク塗布装置のブロック図で６９１本装置 に使用されるペンの書込オリフィスを介して変便動作に同期して行なわれるイ。

ンク供給動作に関連する装置の主要部を示しているものである。

第２図は、第１図に記載された製置に使用されるペンおよびペン先のオリフィス からのインクの流れを感知することによシペンを動的に制御する構成部品を示す ブロック図である。

第６図は、第１図および第２図に図示したインク塗布装置の機構を示す概略斜視 図であるが、第２図において示されている動的ペン制御用のペンに関連するセン サやアクチュエータは図を簡単にするために省かれている。

第４図は、第５図に示された交換可能なペン組立体を示す拡大斜視図であ）、こ の図には第６図の線４−４に沿って取られた部分断面が示されている。

第５図は、第４図に示す変位送）出し機構のラムの部分拡大断面図であり、この 断面図は第４図において丸で囲まれた符号５によって示される円の部分をほぼ示 すものである。

第６図は、第３図乃至第５図に示される定変位送シ出し組立部において使用され る弁組立体を図示する部分拡大断面図であシ、この断面は第７図のｄＢ−Ｂに（ ５） 沿って取られたものである。

第７図は、第６図に示す弁組立体の部分拡大断面図であシ、この断面は第６図に おいて１Ａ−Ａに沿って取られたものである。

第８図は、第７図の図に類似しているが、他の実施例を示す弁組立体を示す図で ある。

第９図は、はン、その上昇機榊２よびこれに関連していて基板に対してペンの垂 直方向の変位を検出するための電気光学的機構の部分正面図である。

第１０図は、第９図に示される電気光学的組立部に使用されるベインの概略図で あシ、この図は第９図において服Ａ−ｈに沿って取られているものである。

第１１図は、塗布オリスイスから初期のインクが流れている間のはン先と基板を 図示する概略図である。

第１２図は、ラインの塗布（書き込み）の間ラインの始めと終シにおけるライン の断面を一定に制御し維持するように作動するインク塗布装置の要部を図示する ブロック図である。

第１６図は、第１２図に示す装置の要部の動作を図示するタイミング図である。

更に特定して第１図を参照する°と、厚膜−・イブリッド回路用の回路パターン を形成するために使用され。

このような回路のコンピュータエイデツドマニファク（６）　’ｉ、）？＜［’ ａ（ｉｏ−５０００１１（６）この回路は、標準的な厚膜インク材料で基板上に ／ぞターンを舊〈ことによってプリントされる。誉込み用オリフィスをＭしたペ ンおよびペンを基板に対して持ち上げたり、下げる機構（電磁コイル）が第２図 に示さルている。基板２０　（渠６図）は＋　Ｘｙ移動テーブル２２上に取付け られ、このテーブル２２はモータ２４によってＸ方向に、駆動され、他のモータ ２６によってｙ方向に駆動される。これらのモータは、書込みオリフィスを有す るにン先に対して所望の接面速度全得るようにテーブルを駆動する。

第１図は、Ｘモータ２４用のモータコントローラ２９およびｙモータ２６用のモ ータコントローラ５ｏを示している。また、インクポンプモータメ２が示されて お９、このモータはインクポンプモータコントローラ６６によって制御されてい る。モータコントローラ２８　、３０＞ｊび３６は、マイクロプロセッサインタ ー７エースコントローラ６８によって完生される指令パルスをモータ嘉勤用の信 号に変換する。パルスの数はモータによって形成される変位を決定し、パルスの 速度はこの変位の速度を決定する。モータは９回転動作を直ａ動作に変換する。

−じＲＡ動装置または池の歯車装置を有した回転モータでよい。また、リニアモ ータを使用してもよい。

コンピュータは１選択さｎたどのようなペン幅の四（７） 角形１通路、三角形９円弧等で構成されるパターンに対するペン通路のトポロジ を決定する。コンピュータのデータは、データバス（ＩＥＥＥ−４８８パスが適 切）によシコントローラ３８に転送される。コンピュータはキーボード４２を備 えており、オはレータにこのキーボードを介して塗布されるラインの断面積やペ ンの塗布（書込み）速度のようなインク塗布上の条件を入力することができる。

回路の形成は、ディジタイザ／書込み板のような他の入力装置とともにキーボー ドを使用して達成することができる。パターンは、陰極線管表示装置４４のよう なグラフィック表示装置上に英数字形式でインク塗布用の条件に西する他の情報 とともに表示されてもよい。グラフィック表示機能を有するプリンタおよびプロ ッタもまた周辺装置としてコンピュータに接続されてもよい。回路のパターンは １本装置のコンピュータエイデツドデザイン動作において作られ、ディスクまた は他の蓄積媒体４６上に蓄積されてもよい。ディスク駆動装置４８を使用したフ ロッピーディスク記憶装置がディスクから読み出したり、ディスク上に書き込む ための周辺装置としてコンピュータに適切に接続されてもよい。本装置のコンピ ュータエイデツドデザインの様相はコンピュータエイデツドデザイン（ＣＡＤ） 用の分野で使用されている技術とともに実行されてもよい。

（８） ペン２８は交換可能なペンポンプ組立部５ｏの一部でるる。注入器５２．ポンプ ブロック５４内の変位ポンプ機構部３−よびベン光用の可撓性のＡ字型フレーム 支持部材５６を含むいくつかの組立体が設けられている。はン先はセラミック、 金属またはプラスチックであってよく、ペン先を変えた時、ラインの１痛を変え られるように種々の太ささの万リフイスを有している。インクの供給は注入器５ ２から行なわれる、各交換可能な組立部５０の注入器には異なるインク材料が充 填されてもよい。例えば、導体、誘電体および抵抗インクが種々のはン組立体の 注入器内に充填されてもよい。異なる組立部を異なる抵抗特性を有する異なる抵 抗インク用に使用してもよい。インクは、×７組立部、５０を父換することによ ）６易に変更することができる。

注入器５２ば、インク材料内に空気や曲のガスが含まれるのを避けるだめに真空 状７態でインクを充填することが好ましい。注入器５２が気密である限ジ、にノ 組立　５部５０はインクの品質に影響を与えることなく、長期間充填されだ状、 態で保コされ得る。

空気ピストン５８は、一定のカを連結器６ｏを介して注入器５２のプランジャー ６２に＋ａ給する。ポンプブロック５４は二重動作ポンプ機講全有している。注 入器からの通路６４は中央の弁開口部６６に通じている。開口部６６内の円筒形 弁体６３．．仕４方向弁を形成し、この弁（９） は孔８４内で画定される異なるポンプ容積体７０および７２に向けてインクの供 給を交互に行なっている。二重動作ポンプは２つのラム７４および７６を有し、 これらのラムはポンプ容積体を交互に入れ替え、インクを出通路７８を介して送 り出す。出通路７８−はペン２８にインクを供給する導管を有するチューブ８０ と連通している。Ａ−フレーム５６の他のチューブｓ２ハヘン２８用に可撓性の 付加支持体を形成している。

弁６８は９０″離れた２つの位置を有し、これによシ注入器が容積体７０および ７２の一方を充填し、ラム７４または７６の一方が他方の体積体からのインクを ペンに送シ出している。

ラム７６は一例として第５図に示されている。それは。

一部ボンゾ容槓全形成しているポンプブロック５４内の孔８４内に配設されてい る俤でちる。空気の排出ポート（図示せず）を設け、各ポンプ容積体内にインク を充填する初期の間開数してもよい。空気を取）除いた後、排出ポートを閉じる 。保持ナツト８６を含むシール構成部は、ラムと相互作用するポンプ容積体を閉 ざしている。インクが小さな閉じられたポンプ容積体７Ｇまたは７２の中にある 限シは、ラム７°４または７６の変位によレポンゾブロックからはンへのインク の体積変位が発生する。はン睡菩の場合に送シ出されているポンプ容積体内の圧 力を軽減するために９通路７Ｂに連通して圧力逃し弁を設けることが好ましい。

従って。

インク塗布動作の間、二重動作ポンプの一方では一方のポンプ容積体から水圧的 にインクを送り出し、他方のポンプ容積体は空気圧によシ再充項される。上述し たように、インクは小さな閉じられたインク容墳坏の変位によってペン叉待チュ ーブ８０を介してペン２８に供給される。下記に更に詳述するように、この変位 動作はテーブルの動作およびペン２８の接面書込み速度に同期している。

（Ｄｅｌｒｉｎ　）のようなプラスチック材料で形成されていることが好ましい 円筒形のものである。

弁を遡る通路は弁体内のスロット９０および９２によって形成され、これらのス ロットは互いに対向している。これらのスロット９０および９２は第６図に示す ようにポンプ容積体７２および７４を形成する孔に対して４５°に位置付けられ ている。弁を第６図に示す状態から９０°回転することによって、ポンプ容積体 ７２は注入器分配通路６４に接続され、ポンプ容積体７４ははン分配通路に接続 される。弁体６８の頭部を貫通するピン状の連結部９４が弁体を９０°回転する ために設けらｎている。

弁体６８は符号６７のところでアンダーカットされ。

（１１） 段部を形成している。升ピン保持板６９はアンダーカット部にその先端を有し、 ポンプブロック５４内の適当な所に弁体を保持し、弁体が回転できるようにして いる。

升は、ポンプブロック内に発生した高圧状態に２いてポンプ容積体７２２よび７ ４間におけるインクの流れを防止するためにゼロクーアランスの升であることが 好ましいことが知られている。また、ゼロクリアランスは、厚膜インク材料内に 通常に見付けられる研磨性微粉が弁体６８とブロック５４の開口部６６との間の 境界部内に入υ込むのを防止するのに役立っている。シール保持ナツトによって 保持されているシール９８および１００は、ポンプブロック５４内の通路６４． ７２．７４２よび７８の対向側部ｌこ配役されＣいる。ゼロクリアランスの弁を 得ることを容易にするために、先細の開口部が弁体６８の軸に形成されているっ 先細のビン１０４がこの開口部内に挿入され、プラスチック材からなる弁体６８ を拡げてゼロクリアランスの嵌合を形成している。

代りに、第８図に示すように、ねじを形成された先細のピン１０８がねじ込まれ るねじを形成された先細の開口部１０６を使用し、ゼロクーリアランスの、嵌合 を調整してもよい。テフロンを充填剤として含むデルリン（Ｄｅｌｒｉｎ　）　 ＡＰは弁体として使用するのに現在好適であるが、ナイロン、テフロン２よび他 のフェノール樹（１２） 脂プラスチック材料のような他の材料も適切であることが見出されてもよい。

第４図に示すように、ポンプブロック５４は５通路６４および７８およびポンプ 容積体７４および７２が配設されているブロックの中天部分の上下に孔をゼして いる。褌１１０および１１２がこれらの孔の中に配設されている。これらの禅１ １０および１１２は、２つの二重動作ラム７４２よび７６が共同して二重動作ポ ンプとして作用するよりに、連結ブロック１１４および１１６を介して２つのニ ホ動作ラム７４および７６を互いに連結する。

年−の駆動憚１１８を使用して１両ラムを連結部材１１６および１１４および連 結部１１０および１１２を介して駆動する。連結部１１６は１組立部５０が異な るインクを有する同様な組立部と交換できるように迅速に分離できるものであっ てよい。

モータ６２ば、予め載置されたアングル接触支持ｔット１２４を介して駆動ねじ １２０を回転する。駆動ねじ１２０の回転動作は、駆動ナツトボールスライド装 置１２６によってポンプ駆動軸１１８の直ａ運動に変換される。ポンプの位置は 直線位置変換器１２８によって検出される。この変換器は駆動ポールナツトスラ イド装置１２６の直線的に作動する部分に連結された直線ポテンシオメータであ ってよい。第１図に示すように、変俣器１２８Ｕ、マイクロプロセッサのインク ーフエースコ（１６） ントローラ６８１でポンプの位置（変位）を示す出力を供給すＢ、マイクロプロ セッサインターフェースは、パターンの甲の次に予想されるラインの書込みを行 なうのに必要な全ラインの長さやインクの体積を表わすデーメ勿貯蔵している。

残りの変位体積では次に予想される・ぐターンのラインを完成するのに不十分で めることを侃ｔｔ変換器が示した場合には、マイクロプロセッサの−ｆンター７ エースコントローラからコントローラ１３０（ｇｌＶ参照）に出力が供給される 。このコントローラはインク升アクチュエータ１３２に１駆動４流を出力する、 アクチュエータは対向するソレノイド１３２および１３４を利用していて、これ らのソレノイドによって之ツク１３６を往榎運動させて、弁体６８を回転するよ うに千菌車１６８を９０°駆動する。従って、二ｌ！＠７作ポンプがインクポン プモータコントローラ６６を介してインクポンプモータ３２に供給される信号に よって逆転されると、インクが再充填されたポンプ体積体から送９出され、前に 使用されたポンプ体積体は再充填の力めに注入器と連通するように置かれる。空 気制御式ノリングーのような他のアクチュエータをインク弁用に１更用してもよ い。

キ発明の図示の実施例に２いては、１秒車）５インチまでである選択された書込 み速度に関係なく、インクラインやパターンの轡された面積部分の断面を均一に 制御することを確’ＵＫする同期変位送り出し動作は。

インクポンプモータコントローン６６とｘ２よびｙモータコントローラ２８およ び６ｏの連動動作にょ９達成されている。−例として、１秒ＩＮ１に２インチの 選択された曹込み速度（テーブル上の移動する基板に対するはンの相対速度）お よび４０ｘ１０−７平方インチの断面積を考える。この例においては、インクモ ータ６２ば、インクポンプモータコントローラ３６に供給される各パルス毎に約 Ｚ５マイクロインチ進む。ポンプ体積体７２および７４の構造は、ラムがＺ５マ イクロインチ進む毎にある体積のインクが移動するようにな−っている。この列 におけるポンプ体積体の構造においては変位するインクの容積はインクポンプモ ータコントローラに加えられるパルス当夕１．６４　Ｘ　１０−’立方インチで ある。１秒拍シ２−ｒンチの書込み速反および書込まれるラインの断面が４０Ｘ １０−スイッチの場合には。

必要とするインクの容積は両省の積であって、１抄当！＋８０Ｘ１０−７立万イ ンナである。ノゼルス当り１．６４ｘｉｏ−’立方インチがポンプによって分配 されるので。

１秒車、９８ＤＸ１０−７立方インチの容積必要条件を達−成するためには、パ ルス速度は１秒当Ｄ　４８７．８パルスでなければならない。簡単なアルゴリズ ムによりインターフェースコントローラ３Ｂはポンプの九ら１ている定体積変位 およびコンピュータ４ｏがら入力式れ（１５） る所Ａの条件（例えば、ライン書込み速度および断面）から必要なパルス速度を 提供する。

第２図を参照すると、インクおよびはン叉待チューブ５６によって形成された９ 涜性支持体によって支持さｎたペン元２８をＭするペンが示されている。ペンは 。

残留磁気が小さく、好ましくはゼロであるコア上の電磁コイルまたはソレノイド によって基板２０に対して上下動させられる。このコアは高度に精製された鉄ま たは適切なフェライトセラミック材料である。作動力はコアの最下端部の非磁性 スは−サに対向している高い保持力の磁性材料適切にはサマリウムコバルト磁石 に対して加えられる。マイクロプロセッサからの制御信号は、−！：ンの上下動 指命を加算増幅器１４０に発生する。この増幅器は駆動増幅器１４２全介して電 磁コイルを駆動する。ペン上昇信号が現われると、コイル内の励磁電流は増加し 、マグネットは引き付けられて、ペンを基板から上昇させる。磁石は持ち上げら れてスは−サと接触する。ペン下降指令が現われると、コイル内の電流は徐々に 減少し、はン先をゆっくり下降させて、基板上に軽く降す。それから、適当な入 力が加算増幅器に供給され、ペンを動的に制御す、るに必要な磁力をはン元に設 定する。

動的はン制御は、ペンの上下方向の位置を連続的に検矧することを必要とする。

これは、照明源と光検出（１６） 器を使用した電気光学的センサによって達成されている。照明源は、赤外線を発 生する発光ダイオード（ＬＥＤ）が適切である。光検出器は赤外線感応ホトトラ ンジスタが適切である。９涜性支持チューブ５６に支持されたベインが赤外線照 明ビームを遮る。遮られた光ビームの量およびホトトランジスタによって検出さ れた照明光の増幅されたものがベインの位置、従ってペン先２８の世直方間の変 移に比例しているのである。

矩形波駆動装置１４４および同期検出装置１４６が直線アナログ光学スイッチに おけるとほとんど同じように使用され、ペン高さ信号（ｄｌを形成する。従って 、どのペン高さ信号（ｄ）は、アナログ信号であり、その振幅ははン先の垂直方 向の変位に直接比例している。他の変位センサ、例えばホール効果素子を有した 変位センサを使用してもよい。しかしながら、電気光学的センナが好適である。

垂直位置メータ１４８．適切にはゼロセンタメータは。

センサ装置（駆動装置１４４．検出器およびホトトランジスタ、ＬＥＤ装置を含 む）の動的範囲の中心にゼロを調整する。このようにして、メータは動的範囲の 中−心に対するペン先の垂直位置を可視的に監視することを可能にする。従って ９本書込装置の組立調整において顕微鏡を使用する必要はない。第９図および第 １０図を参照すると、センサが′電磁コイルに近接してブラ（１７） ケラ）１５０内に設けられているのがわかるであろう。

ベイン１５２は、ペン支持チューブ５６上に取り付けられて、符号１５４で示す 第１の位置および符号１５６で示す第２の位置に示されている。第１の位置にお いてはベインは基板と薔込み関係の位置にあ）、＄２の位置においてはベインは ペン上昇位置まで上昇させられておシ、磁石が非磁性スは−サと接触し、新しい 基板を設定し、コンピュータにデータを入力する状態になっている。ベイン１５ ２は開口部１５８を有する。符号１５４で示す書込み位置においては、照明ビー ム１５１はベインによって部分的に遮られていることに気が付くであろう。また 、符号１５６で示す上昇位置においては、ビーム１５１はまた部分的に遮断され ているが、ペンがこのペン上昇位置にある時には光学センサは使用されていない 。ペン上昇位置において開口部１５８を通る照明光の通路は、ホトトランジスタ の接合部に照明エネルギを連続的に与えているものである。このようにすること によう、接合部の温度を維持し、はンが基板の方に下げられた時、インク書込み 動作の始めにおいてはン高さ信号における熱ドリフトニラ−を低減しているもの である。

第２図およびまたは第１１図を参照すると、インクの０期の流れに対する本装置 の動作が図示されている。

ラインの起動時においては、上述したようにペン先２８は下降され、基板２０と 接触する。また、第１３図は処理過程を示しているっ電磁石を作動し、非磁性ス ペーサに河してペン先を上昇位置に保誼しているペン上昇信号は振幅が低下する 。従って、ペンが基板に到達する時、垂直方向のペン位置は変化する。過当な所 定の遅延後、垂直ペン位置図上においてＳＭＰとして示すように、ペン高さ信号 のサンプルは、サンプル−ホールド回路におけるように取シ出され保持されてい る。

このサンプル−ホールド回路は、インク流れセンサ１６０（第１２図参照）内に 含まれている。インクの流れは、インクポンプモータコントローラ３６（第１図 ）を介してインクの送り出し動作を制御するパルスを印加することによって開始 される。インクの送シ出し動作は、予備ペン上昇送シ出し速度で開始され、この 速度は、異なる書込み速度においてラインの断面を均一に維持するようにコンピ ュータによって指令されるラインのインク書込み動作の間に使用される送り出し 速度と異なっている。インクが流れ始めると、第１１図の右側で示すように、押 し出されるインクの粘着力によってペン２８は上昇する。垂直ペン位置を表すペ ン上昇信号は増大する。その信号がサンプリング時間におけるレベルＳＭＰに対 して予め設定したレベルに運すると、テーブルの移動を開始し、また圧力を増大 してインクの蓄積されて圧縮されたエネルギを直接補償す（１９） る情報が得られる。機能的には、垂直変移信号の相対振幅がしきい１直レベルに 達し、制御信号発信器１６２をトリガーした時、インク流れセンサ１６０（ｇ１ ２図）は出力を発生する。トリガー点ＴＲは、第１３図の垂直はン位置図上に示 されている゛。割り信号はパルスを発生する。このパルスの継続時間は操作され た制御（万ベレータが制御信号ＯＰ、を形成する）のもとに設定され得る。この 制御信号はインターフェースコントローラ３８内の送シ出し速度パルス発信器１ ６６に供給され。

それからこの発信器はインクポンプモータコントローラ３乙に対するパルス速度 を増大する。制御信号パルスの終シは、制御パルスの遅延端部に応答する制御信 号発信器１６４によって検出される。この制御信号の終やは７発信器１６８およ び１７０を付勢し、この発信器はＸモータおよびｙモータコントローラ２８およ び６０用の速度制御パルスを発生する。これらのコントローラ２８および３０に 供給されるテーブル動作パルスは、それから第１３図に示すように開始する。ま た、レベル変化装置１７２が付勢され、はンカ信号がはン上昇ソレノイドコント ローラ１７４に供給される。このンレノイドコントローラは、加算増幅器４０内 の回・路および駆動増幅器１４２によって形成されている。これは、コンピュー タから入力されたベン力信号を電磁コイルに供給する。このペン力信号は、以下 に説明するように。

（２０） ペンの垂直方向の変位の動的制御の一部を実行する。

適当な送シ出し速度がラインの洲始時に選択され、インクの圧縮力に克勝ってい る？Ｒ’）に２いては、書込まれたラインはラインの開始においてまたラインの 一芽込みの間中均一である。また１、＋製置はラインの終了時にインクのエネル ギをｔｙ’４　’ｓａしている。

ライン終了時における不装置の動作を説明する前に。

ラインの書込み動作中における動的ペン制御動作について考える。この動的ペン 制御動作は、ペン先２８自牙による直接インク感知動作に基づいており、はン先 に表面感昶「アウトリノヵ」フローツを使用することなく、どのような基板の隆 起や交差部分の外形に対してもペンが追従することを可能にしている。亀気元学 的センナは垂直はン先位置を監視し、加算増幅器および駆動増幅器１４２を介し てはン先２８上に適当な磁気フィードバック力を作用させる。フィードバック装 置は、ペン先支持およびインク供給構造のばね定数を電子的に除去している。そ れはまた適当な加速補助力を提供し、ペン先の慣性を低減している。適切な設計 のものは２００　ｈｚの作動帯域幅を有する。動的ペン制御動作においては、ペ ンの力をゼロに設定すると、ペン先は撮動しない。ペン先は「ゴム」のチューブ 支持体に取シ付けられて、ゼロＧ空間にあるかのように垂直方向に浮動する。ペ ン先を駆動する磁気フィードパッ（２１） フカは、ペンの動力を支配する二次微分式の項を表わす電流の和から引き出され る。これらの電流は、一定のはフカ−Ｆ１が関連している限りに２いてはコンピ ュータにおいて発生される。池の電流は、（渭福器および微分回路により）ペン 高さ信号ｄから発生される。

ばね補償回路１７８によって発生さぜられるばね補償がある。この補償回路は増 幅器であってよい。質量補償成分は、二重微分増幅器を含む回路１８０によって 発生させられる。動的はン制御を支配する二次微分式は。

次の通りである、 Ｐｈｗ　ｋｄ　十ＫＷＮ　（１／　ｇ　）　’ｄ　−Ｆｉここにおいて、　Ｆｈ は磁気上昇力であり、Ｆｉはペン上に作用する粘着性インクの流れからの上昇力 であり。

−Ｆｌは上昇力と反対方向の×フカであり、ＷＮは止木の有効な動的ペン質量に 等価な重量であり、にはペン支持およびインク分配チューブ構造５６のばね定数 であり、には１以下であるが１に近い遅延定数であり（ここで１／（１−Ｋ）は フィードバック装置の加速力利得である）９ｇは重力加速定数であり、ｄは垂直 方向のはン変位である。はンの平衡位置がペンおよびその支持体の重量および磁 石が電磁石のコアに磁気的に引き付けられる時の上記重量に対する反作用によっ て決定されるペンおよび可撓性支持構造体５６の停止位置ニ取うれている限りに おいては、上記二次微分式において定重量項を考慮する必要はない。

第１項のｋｄは、Ｒノがその均衡位置から垂直方向に変位した時、ばね力と正確 に平衡する力を発生するものであることに注意されたい。ばね補償回路１７８は にン先２８上の磁石と電磁コイル間の可変磁石仝隙による非Ｉ緑注を補償するこ とができる。

式中の第２項は、ペン先の垂直方向の加速に必要な力を提供するものである。こ の項は予め書込まれた線上に書込む場合に作動するのみである。これは基板上の 隆起に追従するに必要な加速が追常低いからである。この項は実質的に上記識別 された加速力利得を発生する力増幅器項である。Ｋが１以下である限）発信は発 生しない。Ｋの値は、所望の加速力利得量に対してオはレータによって設定する ことができる。適切ｈ　７１０速範囲はプラスマイナス２ｇであることがわがっ ている。上述したように、Ｆｉ項が作用しない場合には。

ばね項ｋｄは完全にペン先を支持する構造体のばね効果を除去している。電子ｉ ｕｆがターンオフしている間にペン先が振動状態に設定された場合には、電子装 置がターンオンした時振動は急に浮止し、はン先は再び自由に浮動し、押さｔた 任意の垂直レベルに留る。Ｆ。

埃は基板表面の反シによる垂直方向の外形に追従する時でざえも一定状態に留っ ている一足の予め設定され九丁万へのにノの刀を形成する。典型的には、４およ （２６） び８ミル幅のラインに苅してはンの力はインク材料の特性によって５０２よび２ ５０ミリグラム間で変化する。

第１図、第１１１図、う３１２図および第１６図に関連して説明するに、基板上 り予め設定さｎた相対的−なトリガーの萬さ全満切乙上昇するペンの高さに基づ き。

インクの流れの始めを検、ｌすることによりラインの開始時に均一な断簡のライ ンが潜らｎる。この出刃はペンの上昇速度シて環１Ａ系である。しかしながら１ 代りに木裏しｔは、インクの流れの始めに２シする上万垂厘方同へのはンの＝ｗ ＊　伐」することによってラインの開始時におけるテーブルの移動を開始し、イ ンクの流れを′増大するようにトリガーさ、１てもよい。これは垂直変位１ぎ号 ｄを数分することによって達成され、微分された垂直変位信号ｄを微分すること によって達成され。

微分された垂直変位信号が予め設定した速度しきい値に対応した時インクの流れ の開始を表す出力が形成される。この出力はまたテーブルの動作全開始させる起 動信号として使用される。現時点に２いて予め設定された相対的トリカーの高さ のしきい１直を使用することはペンの上昇速度を検矧するのに好適である。速度 信号は、インクの不均一性による垂直はン位置偏差を監視するために１史用でｎ る。信号は可＠音に変換されてもよい。この可聴音はオペレータにインク書込み 動作（２４） の間インクの品質を監視する非常に有分な方法を与える。

第１２図および第１３図を参照すると、インターフェースコントローラ６８はテ ーブル移動パルスカウンタ１９０’を有していることに気が付くであろう。テー ブル動作の終夛は、ラインの長さの関数として計算される。

テーブルモータパルス発信器１６８および１７０によって形成されるテーブル動 作パルスはラインの終りで終了する。これはタイミング図にテーブル動作パルス として示されている。第１６図のタイミング図のテーブル動作を示す曲線で示さ れるように、テーブル動作の実際の終りおよびラインの実際の終シはテーブル動 作パルスの終りより遅れている。この遅延時間の間、ライン断面の均一性を維持 子るためにインクの膨張は調整されなければならない。これは遅延回路１９２お よび他の制御信号発生器１９４によって達成されている。遅延回路１９２ば、テ ーブル指令パルスの終了から制御信号発信器１９４がトリガーされ、その制御パ ルスを発生するまでの間にオはレータプリセット遅延（ｏｐ＊）を挿入している 。・この制御パルスの継続時間はまたオはレータによって予め設定され、ＯＰ、 として示させている。

制御信号発信器１９４からのパルスの先端において、インクポンプモータコント ローラ６６は、そのパルスｆ逆転＋ｔ　ｇ−制御として利用することによって逆 転させら（２５） れる。また、このパルスは送シ出し速度ノξルス発信器１６６に供給され、ポン プ速度を増大する。従って、インクポンプは逆転され１通常の書込み動作の間維 持されているインク圧力を軽減する。従って、インクの終了時における膨張は補 償され、ラインの均一性は維持される。制御信号発信器１９４からのパルスの終 りにおいて、インクポンプ速度はぜ口に設定され、送り出し動作は終了する。制 御信号発信器１２４からのパルスの先端はまたペンの上昇を開始し、ペン力を取 り除く。

８１２図に示す装置は、マイクロプロセッサコントローラ内において適当なプロ グラミングによって実施されてもよい。

上述した記載から厚膜ハイブリッド回路のコンピュータエイデツドデザインおよ びコンピュータエイデッドマニファクチュアに特に適した改良されたインク書込 装置が提供されていることが明白であろう。本発明変形したシ、変更することは 疑いもなく本技術分野に専門知識を有する者によって示唆されることであろう。

従って、上記記載は例示として取られるものであって。

限定の意味に取られるものではない。

ｑ＼ ＦＩＧ、５ Ｂ−Ｂ ＦＩＧ、　６ ＦＩＧ、／／

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　オリフィスを有する部材によシ基板上にパターンを形成するのに使用する だめの装置でろって、前記部材に対して前記基板を動かす手段と、前記部材およ び基板の相対動作速度に同期した体積速度で前記オリフィスからインクを制御可 能に供給する手段と、前記オリフィスから前記基板上へ流れるインクの粘着力て 応じて前記部材の垂直方向の変位を動的に制御し、前記パターン内のラインの厚 さを前記ラインの所与の断面積に対して一定に維持する手段とを有する装置。 ２、請求の範囲第１項記載の発明であって、前記インク供給手段は前記オリフィ スを介して一定の体積変位速度でインクを送）出す手段を有する前記発明。 五　請求の範囲第２項記載の発明であって、前記送シ出し装置は、インクを閉じ られた容積体内に維持し。 前記容積体からインクを前記部材に送り出し、これによりインクが送シ出されて いる間、圧縮エネルギの蓄積を低減している前記発明。 ４、　請求の範囲第３項記載の発明であって、前記送シ出し手段は、インク用゛ の一対の容積体を有するブロックと、前記容積体の一方にインクを供給している 間。 前記容積体の他方から前記部材にインクを送り出しかつ分配し、また前記容積体 の他方にインクを供給して（２７） いる間、前記容積体の一方から前記部材にインクを送シ出す動作を交互に行なう 手段とを有する前記発明。 ５、請求の範囲第４項記載の発明であって、前記洪給送シ出し手段は、前記ブロ ック内の開口部内において回転可能な円筒形弁体によって形成される４方向弁を 可し、前記ブロックはインクの供給用通路を有し、前記弁体が異なる角度位置に ある時、前記弁体内の通路が前記供給通路を前記容積体の一方または他方と連通 させ、前記ブロックは前記供給通路に対向する前記部材と連通し、前記弁体が前 記具なる角度位置にある時。 前記弁通路によシ前記容積体と交互に連通する出通路を可し、前記弁体は軸方向 に先細の開口部を有し、この開口部内に配設された先細の部材が前記弁体を周辺 方向に膨張させて前記ブロックの開口部にゼロクリアランスを形成する前記発明 。 ６、　請求の範囲第５項記載の発明であって、前記先細の開口部はねじが形成さ れ、前記膨張部材は前記先細のねじを形成された開口部内にねじ込まれている前 記発明。 Ｚ　請求の範囲第５項記載の発明であって、前記＃張部材は先細の金属ピンであ る前記発明。 ８、請求の範囲第４項記載の発明であって、前記送シ出し手段は、前記ブロック 内の前記容積体と送り出し関係にある一対の二重動作変笹ラムと、前記ラムの変 （２８） 位に応じてその変位方向を逆転させる手段とを有する前記発明。 ９　請求の範囲第４項記載の発明であって、更に、前記部材を前記ブロックから 可撓的に支持し、前記ブロックの側部とによって三角形を固定する一対のチュー ブを有する組立体を有し、前記部材は前記チューブの先端に交換可能に取シ付け られたペン先であ）、前記チューブの少なくとも一方は前記部材にインクを供給 する導管を形成している前記発明。 １０、請求の範囲第９項記載の発明であって、インク供給注入器が、前記可撓性 支持体を形成する前記チューブと反対側の前記ブロックに組立てられておシ、イ ンク材料の迅・速な交換を可能にするため、前記ブロック。 注入器、はン先、２よび供給チューブ、および送シ出し手段がモジュラ−化され た交換可能な組立体に形成されている前記発明。 １１、請求の範囲第１項記載の発明であって、前記垂直変位制御手段は、前記部 材上のばね変位力を補償する手段を有する前記発明。 １２、請求の範囲第１項記載の発明であって、更に、前記部材の慣性を低減する 加速力を供給する手段を有する前記発明。 １３、請求の範囲第１項記載の発明であって、前記垂直変位制御手段は、前記部 材を垂直方向に変位させ、垂直方向の力を前記部材（′Ｃ供給して前記部材を上 下動させる電磁手段と、前記部材の変位を検知する手段と。 次の式を調定するように前記部材にフィードバソクカを供給する手段とで有し。 Ｆｈ＝　ｋｄ　十ＫＷＮ　（１７ｇ　）　’ｊ　−ＦＩここｖｃ：ｉいて、　Ｆ ｈは磁気上昇力であり、ＦＩｉ仁粘；・ｄ性インクの流れから予め選択された上 昇力であ’）、ＷＮはペンの正味の有効な動的質量に等価な重量であ）。 ｋは前記部材に関連するばね定数であり、には１以下の遅延まだは安定定数であ って、１／（１−Ｋ）は前記部材に力を加える本装置の刀利得であり１ｇは重力 加速定数であシ、ｄは前記部材の垂直方向変位である前記発明。 １４、、請求の範囲第１６項記載の発明であって、前記部材は可撓性支持手段上 に取シ付けられ、電気光学的手段が前記可撓性支持手段上に設けられ、前記部材 の垂直方向の変位に対応する出力信号を供給するベインを有する前記発明。 １５、請求の範囲第１４項記載の発明であって、前記ベインは開口部を有し、前 記電気光学的手段は、接合ホトトランジスタおよびとのホトトランジスタを照射 する手段を有し、前記開口部は前記部材が前記基板上の垂直方向の最大変位まで 持ち上げられた時、前記ホトトランジスタに対する前記照射用の通路を形成する よ（６０） うに配設されている前記発明。 １６、請求の範囲第１項記載の発明であって、更に、パターンのラインの開始お よび終了時において前記部材に供給されるインクの圧力を可変し、これによシラ インの断面を一定に維持し、前記開始および終了時におけるインクの圧縮および 膨張を補償する手段を有する前記発明。 １Ｚ　請求の範囲第１項記載の発明であって、垂直方向の変位を制御する前記手 段は、垂直方向における前記部材の移動を表す信号を供給する手段と、前記信号 がインクの流れの始めを意味する振幅における変化または振幅変化の速度に達し た時、前記部材に対して前記基板を動かす前記手段の動作を開始させる手段とを 有する前記発明。 １８、オリフィスを有するペン部材によシ基板上にパターンを書込む装置におい て、前記部材に対して前記基板を動かす手段と、前記部材と基板との相対動作速 度に同期した体積速度で前記オリフィスを介してインクを制御可能に供給する手 段とを有する前記装置。 １９　請求の範囲第１８項記載の発明であって、前記インク供給手段は、前記オ リフィスを介して一定の体積変位速度でインクを送夛出す手段をゼする前記発明 。 ２０請求の範囲第１９項記載の発明であって、前記送シ出し手段は、前記インク を閉じられた容撰体同に維（６１） 狩し、この容積体からインクを前記部材に送シ出し。 これによシインクが送り出されている間圧縮エネルギの蓄積を低減している前記 発明。 ２１、請求の範囲第２Ｃ項記呟の発明であって、前記送りｍし手段は、インク用 の一対の容積体を■するブロックと、インクを前記容積坏の一方に・供給してい る間。 前記容積体の他方から前記部材にインクを送シ出しかつ分配し、また前記容積体 の他方にインクを供給している間、前記容積体の一方から前記部材にインクを送 り出す動作を交互に行なう手段とを有する前記発明。 ２２、請求の範囲第２１項記載の発明であって、前記供給送り出し手段は、前記 ブロック内の開口部内で回転可能な円筒形弁体によって形成される４方向弁を有 し。 前記ブロックはインクの供給用通路を有し、前記弁体が異なる角度位置にある時 、前記弁体内の通路は前記が前記異なる角度位置にある時、前記弁通路を介して 前記容積体と交互に連通ずる出通路を有し、前記弁体は軸方向に先細の開口部を 有し、この開口部に配設された先細の部材は前記弁体を周辺方向に膨張させ、前 記ブロックの開口部においてゼロクリアランスを形成する前記発明。 ２３、請求の範囲第２２項記載の発明であって、前記先（６２） 細の開口部はねじが形成され、前記膨張部材は前記先細のねじが形成された開口 部内にねじ込まれる前記発明。 ２４、請求の範囲第２２項記載の発明であって、前記膨張部材は先細の金属ピン である前記発明。 し関係にある一対の二重動作変位ラムと、このラムの変位に応じてその変位の方 向を逆転させる手段とを有する前記発明。 ２６、請求の範囲第２０項記載の発明であって、更に。 前記ブロックから可撓的に前記部材を支持し、前記ブロックの側部とで三角形を 画定する一対のチューブを＋４÷有する組立体を有し、前記部材は、前記チュー ブの先端に交換可能に取シ付けられたペン先であシ。 前記チューブの少なくとも一方は前記部材に前記インクを分配する導管を形成し ている前記発明。 ２Ｚ　請求の範囲第２６項記載の発明であって、インク供給注入器が前記可撓性 支持体を形成する前記チューブと反対側の前記ブロックに組立られ、インク材料 の迅速な交換を可能にするため、前記ブロック、注、大器。 ペン先、供給および支持チューブ、および送シ出し手段がモジュラ−化された父 換可能な組立体を形成している前記発明。 ２８、請求の範囲第１８項記載の発明であって、更に。 パターンのラインの始めおよび終セにおいて前記部材に供給されるインクの圧力 を可変し、これによってう明。 ２９　オリフィスを有するはン部材によシ基板上にパターンを書込む装置におい て、前記基板に対して前記ペン部材の垂直方向の変位を可能にする前記ペン部材 用の可撓性支持体と、前記基板上への前記オリフィスから流れるインクの粘着力 に応じて前記部材の垂直方向の変位を動的に制御し、前記パターン内のラインの 厚さを前記ラインの所与の断面積に対して一定に維持する手段とを有する前記装 置。 ３０、請求の範囲第２９項記載の発明であって、前記垂直方向変位制御手段は、 前記部材のばね変位力を補償する手段を有する前記発明。 ６１、請求の範囲第２９項記載の発明でめって、更に。 前記部材の慣性を低減する加速力を加える手段をＭする前記発明。 ６２、請求の範囲第２９項記載の発明であって、前記垂直変位制御手段は、前記 部材を垂直方向に変位させ。 垂直方向の力を前記部材に供給して前記部材を上下動させる電磁手段と、前記部 材の変位を検知する手段と。 （ろ４） 次の式を調定するように前記部材にフィードバック力を供給する手段とを有し。 Ｆｈ＝　ｋｄ　＋　ＫＷＮ　（１／Ｊｉ　）　ｄ　−Ｆｉここにおいて、　Ｆｈ は磁気上昇力であ、ｂ、Ｆｉは粘着性インクの流れから予め選択された上昇力で あり、ＷＮはＲンの正味の有効な動的質量に等価な重量であシ。 ｋは前記部材に関連するばね定数であり、には１以下の遅延または安定定数であ って、１／（１−Ｋ）は前記部材に力を加える不装置の力利得であシ１ｇは重力 加速定数であり、ｄは前記部材の垂直方向変位である前記発明。 ６３、請求の範囲第３２項記載の発明であって、前記部材は可撓性支持手段上に 取シ付けられ、電気光学的手段が前記可撓性支持手段上に取シ付けられ、前記部 材の垂直方向の変位に対応する出力信号を供給するベインを有する前記発明。 ５４６請求の範囲第３２項記載の発明であって、前記ベインは開口部を■し、前 記電気光学的手段は、接合ホトトランジスタおよびとのホトトランジスタを照射 する手段を有し、前記開口部は前記部材が前記基板上の垂直方向の最大変位まで 持ち上寸られた時、・前記ホトトランジスタに対する前記照射用の通路を形成す るように配設されている前記発明。 ３５、請求の範囲第２９項記載の発明であって、前記装（６５） 置は、前記基板およびはン部材を互いに動ず手段を有し、垂直変位を制御する前 記手段は垂直方向における号が前記オリフィスを流れるインクの始めを意味する 振幅における変化または盪幅変化の速度に達した時。 前記部材に対して前記基板を動ず前記手段の動作を開始する手段とを有する前記 発明。