液滴吐出装置
【課題】ステージと液滴吐出ヘッドの各々の振動の計測結果に基づいて、それらの間の相対的な位置関係を高精度に規定でき、簡易な構成で着弾位置ずれを防止して高精度な描画が可能な液滴吐出装置を提供する。
【解決手段】多数のノズルがＸ方向に沿って配列された液滴吐出ヘッドと、基材Ｗを搭載してＸＹ方向に移動させるステージ４とを備え、液滴吐出ヘッドのノズルから所定の吐出タイミングに従って吐出された液滴を基材Ｗに着弾させて描画を行う液滴吐出装置１であって、ステージ４に設けられ該ステージ４の振動を計測する第１の振動計測手段８Ａと、液滴吐出ヘッド側に設けられ該液滴吐出ヘッドの振動を計測する第２の振動計測手段８Ｂと、第１の振動計測手段８Ａと第２の振動計測手段８Ｂの出力の差分からステージ４と液滴吐出ヘッドの間の相対的な変位の大きさを求め、その大きさに従って液滴吐出ヘッドからの液滴の着弾位置を補正する補正手段を備える。
【解決手段】多数のノズルがＸ方向に沿って配列された液滴吐出ヘッドと、基材Ｗを搭載してＸＹ方向に移動させるステージ４とを備え、液滴吐出ヘッドのノズルから所定の吐出タイミングに従って吐出された液滴を基材Ｗに着弾させて描画を行う液滴吐出装置１であって、ステージ４に設けられ該ステージ４の振動を計測する第１の振動計測手段８Ａと、液滴吐出ヘッド側に設けられ該液滴吐出ヘッドの振動を計測する第２の振動計測手段８Ｂと、第１の振動計測手段８Ａと第２の振動計測手段８Ｂの出力の差分からステージ４と液滴吐出ヘッドの間の相対的な変位の大きさを求め、その大きさに従って液滴吐出ヘッドからの液滴の着弾位置を補正する補正手段を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液滴吐出装置に関し、詳しくは、基材を搭載するステージを移動させた際に発生する振動による液滴の着弾位置ずれを防止して高精度の描画を行うことのできる液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小な液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを用いて基材（ワーク）上に液滴を着弾させることにより描画を行う液滴吐出装置は、半導体回路基板における配線パターンの描画等の産業用途にも広く利用されている。このような用途においては、断線や隣接する配線との短絡が生じることなく液滴をμｍオーダーで正確な位置に着弾させる必要があり、その着弾精度に対する要求は近年ますます高まってきている。また、その一方で、生産性の向上を図るために描画の高速化を図り、タクトタイムを短くすることが要請されている。
【０００３】
液滴の着弾精度を高める上では、液滴吐出ヘッドと基材との間の相対位置が正確に規定されていることが重要である。しかし、描画の高速化のために基材を搭載するステージの移動を高速に行うようにすると、振動が発生して液滴吐出ヘッドと基材との間の相対位置が乱れる問題がある。
【０００４】
これを図８、図９を用いて説明する。
【０００５】
例えば石定盤からなる装置基台１００は四隅がそれぞれエアサス等の除振機構１０１を介してペースプレート１０２上に支持されている。装置基台１００の表面には基材Ｗを搭載するステージ１０３がＹ方向（図中の左右方向）に沿って移動可能に設けられている。装置基台１００上には、Ｙ方向と直交するＸ方向（図中の紙面に対する垂直方向）に沿うガントリ１０４を介して液滴吐出ヘッド１０５が、ノズル面を下面に向けて取り付けられている。
【０００６】
ここで、図８に示す初期位置にあるステージ１０３が描画のために液滴吐出ヘッド１０５の下方をＹ方向に沿って移動すると、その移動開始時の加速によって、移動方向後方側の除振機構１０１には沈み込む方向の力が作用し、移動方向前方側の除振機構１０１には浮き上がる方向の力が作用する。除振機構１０１に作用する各々の力は次に反対方向に作用することで、沈み込みと浮き上がりが交互に繰り返されることとなり、図９に示すように、装置基台１００には主としてステージ１０３の移動方向に沿う方向の振動が発生し、この振動が装置基台１００からガントリ１０４に伝達される。ガントリ１０４は装置基台１００から立設されているため、その上端側がいわゆる振り子のように振動し、このガントリ１０４に支持されている液滴吐出ヘッド１０５も大きく振動する。このため、ステージ１０３上の基材Ｗと液滴吐出ヘッド１０５との間の相対的な位置関係が乱れてしまい、着弾位置ずれを発生させてしまう。
【０００７】
ステージの移動に伴って発生する振動の影響が収まるまで液滴の吐出を停止してしまうと、タクトタイムが長くなって生産性を悪化させてしまう。また、振動を抑えるためには液滴吐出装置にカウンターマスやアクティブダンパーを設けることも有効であるが、これらは極めて高価な装置であるため、装置コストが大幅に増大化してしまう。このため、タクトタイムが長くならず、簡易な構成によって、このような振動による着弾位置ずれを防止できるようにすることが望まれている。
【０００８】
従来、特許文献１には、液滴吐出ヘッドに対して力を付与するアクチュエータを設け、液滴吐出ヘッドの移動速度及び変位を検出する速度センサー及び位置センサーからの信号に基づいて、液滴吐出ヘッドに対して振動方向と逆方向の向きの力を付与するようにアクチュエータを駆動させることで、ステージを移動させた際に発生する液滴吐出ヘッドの振動を打ち消し、着弾位置ずれを防止することが開示されている。
【０００９】
また、特許文献２には、液晶パネルを構成する基板に接着剤ペーストを塗布する塗布機であるが、ステージ上に支持された基板上に四角形状のペーストパターンを形成する場合に、ノズルと基板との相対速度が急激に変化する基板のコーナー部を塗布する時の振動によるペーストパターン形状の均一塗布が困難となる問題を解決するために、コーナー部の開始時において、ペーストを塗布するノズルとステージとの相対速度を低下させて振動の影響を抑制すると共に、その相対速度の低下に伴う基板上のペーストの塗布量の増加を、ペーストの吐出圧を低下させることによって補正することで、高精度のペーストパターンを描画できるようにすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−１４２２３７号公報
【特許文献２】特開２００５−２１８９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ステージを高速に移動させた場合に発生する振動は、液滴吐出ヘッドを振動させるのみならず、ステージ自身にも影響を与え、ステージ自体の振動も発生させる。しかも、ステージの振動方向及び大きさと液滴吐出ヘッドの振動方向及び大きさとは必ずとも一致していないため、ステージを高速に移動させた場合のステージと液滴吐出ヘッドとの相対的な位置関係を高精度に規定するためには、ステージの振動と液滴吐出ヘッドの振動の両方を考慮する必要がある。
【００１２】
しかしながら、特許文献１では、液滴吐出ヘッドに設けたアクチュエータを制御することにより、ステージを移動させた際の液滴吐出ヘッドの振動を打ち消すようにしているだけで、ステージ自体の振動は何ら考慮されていない。従って、ステージを高速に移動させた場合のステージと液滴吐出ヘッドとの相対的な位置関係を高精度に規定することはできず、着弾位置ずれを防止することができない問題がある。
【００１３】
また、仮に、ステージの振動を打ち消すようにするために、液滴吐出ヘッドと同様のアクチュエータをステージにも設けたとしても、ステージ側のアクチュエータと液滴吐出ヘッド側のアクチュエータとはそれぞれが振動方向と逆の力を付与するように独立して制御されるだけであるため、制御後のステージの位置と液滴吐出ヘッドの位置とが一致している保証はなく、ステージと液滴吐出ヘッドとの間の相対的な位置関係を高精度に規定することができず、着弾位置ずれを防止できない問題があることに変わりはない。
【００１４】
一方、特許文献２は、接着剤ペーストを均一に塗布するための技術であり、半導体回路基板の配線パターンを描画する場合のようなμｍオーダーの高精度な着弾位置精度が要求されるものではない。しかも、基板のコーナー部においてノズルと基板との相対速度が急激に変化することによって発生する振動をステージの移動速度を落とすことによって抑制しているものであり、ステージの振動と液滴吐出ヘッド（ノズル）の振動の両方を考慮して、ステージと液滴吐出ヘッドとの相対的な位置関係の乱れを発生させないようにするものではない。従って、このような技術を半導体回路基板の配線パターンの描画等の高精度な描画を行う用途の液滴吐出装置に適用しても、ステージと液滴吐出ヘッドの両方が共に振動することによって発生する着弾位置ずれを防止することはできない問題がある。
【００１５】
そこで、本発明は、ステージと液滴吐出ヘッドとの各々の振動の計測結果に基づいて、ステージと液滴吐出ヘッドとの間の相対的な位置関係を高精度に規定できるようにし、簡易な構成で着弾位置ずれを防止して高精度な描画を行うことができる液滴吐出装置を提供することを課題とする。
【００１６】
本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
【００１８】
請求項１記載の発明は、液滴を吐出する多数のノズルがＸ方向に沿って配列された液滴吐出ヘッドと、基材を搭載して前記Ｘ方向及び該Ｘ方向と交差するＹ方向に移動させるステージとを備え、前記液滴吐出ヘッドの前記ノズルから所定の吐出タイミングに従って吐出された液滴を前記基材に着弾させることによって描画を行う液滴吐出装置であって、
前記ステージに設けられ、該ステージの振動を計測する第１の振動計測手段と、
前記液滴吐出ヘッド側に設けられ、該液滴吐出ヘッドの振動を計測する第２の振動計測手段と、
前記第１の振動計測手段と前記第２の振動計測手段の出力の差分から前記ステージと前記液滴吐出ヘッドの間の相対的な変位の大きさを求め、その大きさに従って前記液滴吐出ヘッドから吐出される液滴の着弾位置を補正するための補正手段を備えることを特徴とする液滴吐出装置である。
【００１９】
請求項２記載の発明は、前記補正手段は、前記第１の振動計測手段と前記第２の振動計測手段の出力の差分から前記ステージと前記液滴吐出ヘッドの間の相対的な変位のＹ方向成分を求め、その大きさに従って前記吐出タイミングを変更することを特徴とする請求項１記載の液滴吐出装置である。
【００２０】
請求項３記載の発明は、前記ステージと前記液滴吐出ヘッドとの間のＸ方向に沿う相対位置を変更する相対位置変更手段を有し、
前記補正手段は、前記第１の振動計測手段と前記第２の振動計測手段の出力の差分から前記ステージと前記液滴吐出ヘッドの間の相対的な変位のＸ方向成分を求め、その大きさに従って前記相対位置変更手段によって前記ステージと前記液滴吐出ヘッドとの間のＸ方向に沿う相対位置を変更することを特徴とする請求項１又は２記載の液滴吐出装置である。
【００２１】
請求項４記載の発明は、前記相対位置変更手段は、前記液滴吐出ヘッドに設けられ、該液滴吐出ヘッドのＸ方向に沿う位置を調整するアクチュエータによって構成されることを特徴とする請求項３記載の液滴吐出装置である。
【００２２】
請求項５記載の発明は、前記第１の振動計測手段及び前記第２の振動計測手段は、加速度センサーによって構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液滴吐出装置である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ステージと液滴吐出ヘッドとの各々の振動の計測結果に基づいて、ステージと液滴吐出ヘッドとの間の相対的な位置関係を高精度に規定でき、簡易な構成で着弾位置ずれを防止して高精度な描画を行うことができる液滴吐出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る液滴吐出装置の一例を示す概略斜視図
【図２】液滴吐出装置１における吐出タイミング変更のための要部の構成を示すブロック図
【図３】吐出タイミングと振動との関係を示すタイミングチャート
【図４】着弾精度を補正なしの場合と補正ありの場合とで比較した結果を示すグラフ
【図５】ラインヘッドユニットの底面図
【図６】アクチュエータの駆動部の構成を示すブロック図
【図７】ステージとラインヘッドユニットとのＸ方向に沿う方向の振動とアクチュエータに与える電圧を示すタイミングチャート
【図８】液滴吐出装置における振動の発生を説明する図
【図９】液滴吐出装置における振動の発生を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２６】
本発明に係る液滴吐出装置は、液滴を吐出する多数のノズルがＸ方向に沿って配列された液滴吐出ヘッドと、基材を搭載してＸ方向及び該Ｘ方向と交差するＹ方向に移動させるステージとを備え、液滴吐出ヘッドのノズルから所定の吐出タイミングに従って吐出された液滴を基材に着弾させることによって描画を行う。
【００２７】
描画対象となる基材は、ステージ上に搭載されて液滴吐出ヘッドのノズル面に対面し、ステージの移動によって液滴吐出ヘッドのノズル面に対して平行なＸＹ方向に移動しながら、液滴吐出ヘッドから吐出される液滴によって所定の画像が形成されるものであり、例えば、インクを用いることによって一般的な写真や文字、図形等の画像が形成される紙、プラスチックシート等の他、液晶ディスプレイ等に用いられるカラーフィルタ用基板、導電性インクによって配線パターンが形成される半導体回路基板等が挙げられる。
【００２８】
基材に対する描画は、ノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドに対して基材を搭載したステージのみをＹ方向（副走査方向）に移動させ、基材上に液滴吐出ヘッドのノズル列の幅に相当する幅で、Ｙ方向に沿う所定のパターンを描画することによって行われる。ステージのＸ方向（主走査方向）の移動は、液滴吐出ヘッドと基材とのＸ方向の相対位置の変更のための移動であり、このときは液滴吐出ヘッドから液滴の吐出は行われない。
【００２９】
ステージには、そのステージの振動を計測するための第１の振動計測手段がステージに設けられる。また、液滴吐出ヘッド側には、その液滴吐出ヘッドの振動を計測するための第２の振動計測手段が設けられる。これら第１の振動計測手段及び第２の振動計測手段としては、一般に振動計を用いることができるが、中でも、振動を電気的信号として容易に検出できる加速度センサーを用いることが好ましい。
【００３０】
加速度センサーを用いる場合は、ステージ又は液滴吐出ヘッドの微細な振動を高精度に計測可能となるように設けることが重要であり、具体的な設置態様としては、例えば、ＷＩＬＣＯＸＯＮ社製のセンサー７３１−２０７のように、ステージの振幅のような低周波を測定できるセンサーを４個用意し、液滴吐出ヘッドが固定されているベースプレートのＸ方向、Ｙ方向の加速度を確認できるように固定する。これらのセンサーの固定時にはＸ方向、Ｙ方向を部品加工精度を高めて方向を厳密に規定できるようにしてもよいし、調整機構を設けるようにしてもよい。同様にステージ上の描画台の側面にもＸ方向、Ｙ方向の加速度を確認できるように固定する。以上のようにして厳密に設置すること等が挙げられる。
【００３１】
本発明における補正手段は、第１の振動計測手段によって検出された出力と第２の振動計測手段によって検出された出力との差分を算出して液滴吐出ヘッドとステージとの間の相対的な変位の大きさを求め、その求められた変位の大きさに従って液滴吐出ヘッドから吐出される液滴の着弾位置を補正する。
【００３２】
このように、単に液滴吐出ヘッドの振動のみならず、第１の振動計測手段によって検出されるステージ側の振動と第２の振動計測手段によって検出される液滴吐出ヘッド側の振動との差分から両者間の相対的な変位の大きさを求め、液滴の着弾位置の補正を行うため、ステージと液滴吐出ヘッドとの両方の振動の計測結果に基づいて両者間の相対的な位置関係を把握することができる。従って、ステージと液滴吐出ヘッドの両方の振動の影響を精密にキャンセルして着弾位置ずれを防止することができ、高精度な描画が可能となる。しかも、外観的にはステージ側と液滴吐出ヘッド側にそれぞれ振動計測手段を設けるだけの構成付加で済むため、簡易に構成することができる。
【００３３】
本発明における補正手段による着弾位置の補正には、液滴吐出ヘッドからの液滴の吐出タイミングの変更と、ステージと液滴吐出ヘッドとの間のＸ方向に沿う相対位置の変更とがあり、これらのいずれか一方によって行うことができるが、問題となる振動は、描画時のステージのＹ方向に沿う移動によって発生し、主としてＹ方向に沿う振動であるため、Ｙ方向に沿う方向の着弾位置の補正を行う吐出タイミングの変更を行うことが好ましい。また、ステージの移動に伴う振動には少なからずＸ方向成分も含まれるため、Ｘ方向に沿う方向の着弾位置の補正も可能とするため、両方を組み合わせて行うことがより好ましい。
【００３４】
前者の液滴吐出ヘッドからの液滴の吐出タイミングの変更は、第１の振動計測手段によって検出された出力と第２の振動計測手段によって検出された出力との差分からステージと液滴吐出ヘッドの間の相対的な変位のＹ方向成分を求め、その変位のＹ方向成分の大きさに従って、液滴吐出ヘッドからの液滴の吐出タイミングを、通常の吐出タイミングに対して所定時間だけ早く又は遅く変更することによって行うことができる。
【００３５】
後者のステージと液滴吐出ヘッドとの間のＸ方向に沿う相対位置の変更は、第１の振動計測手段によって検出された出力と第２の振動計測手段によって検出された出力との差分からステージと液滴吐出ヘッドの間の相対的な変位のＸ方向成分を求め、その変位のＸ方向成分の大きさに従って、ステージと液滴吐出ヘッドとの間のＸ方向に沿う相対位置を、相対位置変更手段によって変更する。
【００３６】
ステージと液滴吐出ヘッドとの間のＸ方向に沿う相対位置の変更は、液滴吐出ヘッドに対してステージのみをＸ方向に移動させることによって行うこともできるが、相対位置変更手段として液滴吐出ヘッドのＸ方向に沿う位置を調整するアクチュエータを液滴吐出ヘッドに設け、このアクチュエータを駆動することによって行うこともできる。このような相対位置変更手段は、ヘッドユニットに対する液滴吐出ヘッドのＸ方向に沿う取り付け位置を微調整するための微調整機構を兼用することができる。これは、Ｘ方向に沿う相対位置の変更のためのアクチュエータを格別に装備する必要をなくすことができるために好ましい態様である。
【００３７】
複数の液滴吐出ヘッドをヘッドユニットにＸ方向に沿って配列することによってラインヘッドユニットを構成している場合、微調整機構は各液滴吐出ヘッド毎に個々に独立してＸ方向に沿う取り付け位置が調整可能となるように設けられていることが好ましい。
【００３８】
次に、本発明に係る液滴吐出装置について図面を用いて説明する。
【００３９】
図１は、本発明に係る液滴吐出装置の一例を示す概略斜視図であり、液滴吐出装置１は、石定盤からなる装置基台２上に、インクジェット描画を行うための複数の液滴吐出ヘッドがＸ方向に沿って配列されたラインヘッドユニット３、上面に基材Ｗを載置して支持するためのステージ４、ステージ４をθ方向に回転移動させるためのθ回転機構５、ステージ４及びθ回転機構５を共にＹ方向に沿って直線移動させるＹ移動機構６、ステージ４及びθ回転機構５を共にＸ方向に沿って直線移動させるＸ移動機構７、ステージ４に一体に設けられた第１の振動計測手段である加速度センサー８Ａ、ラインヘッドユニット３に一体に設けられた第２の振動計測手段である加速度センサー８Ｂをそれぞれ備えている。
【００４０】
本実施形態では、加速度センサー８Ａ、８Ｂは、それぞれ振動のＸ方向成分及びＹ方向成分を検出可能となるように設けられるが、どちらか一方の成分のみが検出可能に設けられてもよい。
【００４１】
なお、ここでは、Ｘ方向とＹ方向とは水平面上で互いに直交する方向である。
【００４２】
ラインヘッドユニット３は、装置基台２上の端部近傍においてＸ方向に沿って装置基台２表面と平行に架設されたガントリ９に、スライダ１０及びθ回転機構１１を介して取り付けられており、スライダ１０がガントリ９に沿ってスライド移動することによりＸ方向に沿って往復移動し、また、θ回転機構１１によって、Ｘ、Ｙ方向と直交する法線方向であるＺ方向に沿う方向を軸としてθ方向に回転移動し、更に、Ｚ移動機構１２によってθ回転機構１１と共にＺ方向に昇降移動することができるようになっている。
【００４３】
なお、ステージ４のＸ方向、Ｙ方向及びθ方向の各位置座標並びにラインヘッドユニット３のＸ方向、Ｚ方向及びθ方向の各位置座標は、Ｘ移動機構７、Ｙ移動機構６、θ回転機構５、スライダ１０、θ回転機構１１、Ｚ移動機構１２にそれぞれ設けられた位置座標検出手段である不図示のエンコーダによってｎｍオーダーで高精度に検出可能となるように構成されている。
【００４４】
また、図中、１３は装置基台２の底面の四隅にそれぞれ配置されたエアサス等の除振機構、１４は上面に除振機構１３を介して装置基台２を支持するベースプレートである。
【００４５】
図２は液滴吐出装置１における吐出タイミング変更のための要部の構成を示すブロック図、図３は吐出タイミングと振動との関係を示すタイミングチャートである。これらを用いて吐出タイミングの変更による着弾位置の補正について説明する。
【００４６】
ラインヘッドユニット３に配列される各液滴吐出ヘッドは、ステージ４のＹ方向の移動によって出力されるエンコーダ出力１５に対してパルス変調器１６によって所定の変調がかけられた信号に基づいて、ヘッド駆動部１７によって生成される吐出タイミング信号に従って吐出制御される。このときの通常の吐出タイミング信号を図３においてＴ１で示す。
【００４７】
一方、加速度センサー８Ａ、８Ｂの出力信号も、それぞれ増幅器１８Ａ、１８Ｂを介してヘッド駆動部１７に入力される。
【００４８】
ヘッド駆動部１７は、パルス変調器１６からの信号に対して吐出パルスのタイミングに補正をかけるパルスタイミング演算器１７１を有し、このパルスタイミング演算器１７１の出力信号が信号増幅器１７５によって液滴吐出ヘッドをドライブするための電力に増幅され、この増幅信号がラインヘッドユニット３の各液滴吐出ヘッドに出力され、この出力信号と、描画データに基づく不図示のデータ信号とに基づいて各液滴吐出ヘッドを駆動するようになっている。
【００４９】
ここで、加速度センサー８Ａ、８Ｂからのアナログの出力信号は、ヘッド駆動部１７においてそれぞれＡＤ変換器１７２Ａ、１７２Ｂによってデジタル信号に変換された後、両出力信号の差分が差分算出器１７３において算出される。図３において、加速度センサー８Ａ、８Ｂからの各振動のＹ方向成分の出力信号をＤｙ１、両出力信号の差分をＤｙ２で示す。横軸は時間、縦軸は位置を示している。
【００５０】
差分算出器１７３において算出された差分値は、更に二重積分器１７４において二重積分され、ステージ４とラインヘッドユニット３とのＹ方向に沿う相対的な変位が求められ、パルスタイミング演算器１７１に出力される。
【００５１】
ステージ４の移動に伴って発生する振動の結果、ステージ４とラインヘッドユニット３とが共に振動して両者間の相対的な位置ずれが発生するため、通常の吐出タイミング信号Ｔ１に基づいて液滴を吐出すると、ステージ４とラインヘッドユニット３との間の相対的な変位の大きさに応じて、Ｙ方向に沿って目標位置よりも早く着弾してしまったり遅れて着弾してしまったりすることによって着弾位置のずれが発生してしまう。
【００５２】
そこで、パルスタイミング演算器１７１では、このステージ４とラインヘッドユニット３との相対的な変位の大きさに応じて、この変位を相殺するように通常の吐出タイミング信号Ｔ１に対して補正をかけ、通常の吐出タイミングに対して早く又は遅くした補正後の吐出タイミング信号Ｔ２を生成し、この補正後の吐出タイミング信号Ｔ２を信号増幅器１７５によってヘッドユニット３の各液滴吐出ヘッドをドライブするための電力に増幅し、ラインヘッドユニット３の各液滴吐出ヘッドに対して出力する。
【００５３】
これにより、ステージ４がＹ方向に移動することによって発生するステージ４とラインヘッド３との間の相対的な位置関係の乱れによって生じるＹ方向の着弾位置ずれが補正され、ラインヘッドユニット３から吐出される液滴を基材Ｗ上のＹ方向に沿う方向に高精度に着弾させることができる。
【００５４】
図４は、基材Ｗ上に５００μｍピッチで描画した際の着弾精度を補正なしの場合と補正ありの場合とで比較した結果を示すグラフである。同図に示すように、本発明によって補正をかけた場合は、補正をかけない場合に比べて、目標とする５００μｍピッチの位置に着弾する頻度が高くなっており、高い着弾精度を確保できていることがわかる。
【００５５】
次に、ステージ４とラインヘッドユニット３との間のＸ方向に沿う相対位置の変更を、ラインヘッドユニット３における各液滴吐出ヘッドのＸ方向に沿う取り付け位置を微調整することによって行う場合について説明する。
【００５６】
ここでラインヘッドユニット３の構造について説明する。図５はラインヘッドユニット３の底面図であり、ラインヘッドユニット３は、一枚の大判なベース部材であるベースプレート３１の下面に多数の液滴吐出液滴吐出ヘッドＨが個別に取り付け固定され、その下方に配置されるステージ４上の基材Ｗの表面と対向可能となるように配置されている。
【００５７】
ここでは、１２個の液滴吐出ヘッドＨが、各ノズル列をＸ方向に沿わせ、且つ、各ノズルが均等ピッチとなるように２列に千鳥状に配列されており、これによりＸ方向に沿って長尺な記録幅を有するラインヘッドを構成している。
【００５８】
ベースプレート３１には一般に金属材が使用される。金属材としてはＳＵＳを用いることもできるが、液滴吐出ヘッドＨの取り付け位置精度を高精度に保つ要請からは、インバー材やノビナイト等の低熱膨張材が好ましく使用される。ベースプレート３１は、液滴吐出ヘッドＨの配列方向に沿う２列の開口枠３２を有しており、その開口枠３２内にヘッド取り付け部であるヘッド固定プレート３３が、液滴吐出ヘッドＨを個別に取り付け可能とするべく該液滴吐出ヘッドＨと同数配置されている。
【００５９】
各ヘッド固定プレート３３は、液滴吐出ヘッドＨのノズル列方向（図中Ｘ方向）の両側端辺における一方端辺において、該液滴吐出ヘッドＨのノズル列方向に間隔をおいて配置された同一長さの２本の弾性ヒンジ３４によってベースプレート３１と一体に連結され、該ベースプレート３１に保持されている。各ヘッド固定プレート３３は、この弾性ヒンジ３４のみでベースプレート３１と繋がっており、それ以外の部位は開口枠３２内においてベースプレート３１から離間している。
【００６０】
なお、図中、一つのヘッド固定プレート３３は液滴吐出ヘッドＨを取り付け前の状態が示されている。
【００６１】
各ヘッド固定プレート３３の他方端辺側の開口枠３２内には、ベースプレート３１との間にそれぞれアクチュエータ３５が配置され、各ヘッド固定プレート３３に対してアクチュエータ３５がＹ方向に沿って並設されている。アクチュエータ３５にはピエゾ素子が用いられており、印加電圧に応じて伸長動作する。ここでは、各ヘッド固定プレート３３の他方端辺側の１つの隅角部において、液滴吐出ヘッドＨのノズル列方向と交差する側方（図中Ｙ方向）である開口枠３２の内周に向けて張り出した押圧操作部となる突出部３３１が形成されており、一方、ベースプレート３１には、開口枠３２の内周から図中Ｙ方向に沿いヘッド固定プレート３３に向けて張り出した突出部３１１が形成されており、これらの突出部３３１、３１１の間で、図中Ｘ方向に沿う方向、すなわち液滴吐出ヘッドＨのノズル列方向に対して平行な横方向の押圧力を作用させるようになっている。
【００６２】
これらベースプレート３１の開口枠３２内に設けられたヘッド固定プレート３３、弾性ヒンジ３４、突出部３１１、３３１、アクチュエータ３５によって、液滴吐出ヘッドＨの取り付け位置を微調整するための微調整機構を構成している。この微調整機構は、アクチュエータ３５の伸長動作によって突出部３３１に対して所定の押圧力を作用させると、ヘッド固定プレート３３にはＸ方向に沿う横方向（水平方向）の力が作用し、この力によって２本の弾性ヒンジ３４が微小に撓み変形して均等に傾倒することで、ヘッド固定プレート３３のＸ方向への平行度を維持したまま、すなわち、液滴吐出ヘッドＨのノズル列方向がＸ方向に対してなす角度を維持したまま、液滴吐出ヘッドＨのＸ方向の位置が微調整されるようになっている。反対にアクチュエータ３５が収縮動作すると、ヘッド固定プレート３３は、弾性ヒンジ３４が弾性復帰することによって元の位置に戻る。
【００６３】
この微調整機構は、ラインヘッドユニット３を構成する各液滴吐出ヘッドＨのＸ方向に沿う取り付け位置が適正位置となるように、予め各アクチュエータ３５にそれぞれ適正電圧が与えられている。
【００６４】
なお、３３２は、液滴吐出ヘッドＨを取り付けるためにヘッド固定プレート３３に形成された取り付け孔、３６は、液滴吐出ヘッドＨをヘッド固定プレート３３に取り付ける取り付けビスである。
【００６５】
図６はアクチュエータ３５の駆動部の構成を示すブロック図、図７はステージ４とラインヘッドユニット３とのＸ方向に沿う方向の振動とアクチュエータ３５に与える電圧を示すタイミングチャートである。
【００６６】
各アクチュエータ３５には、予め演算器１９によって各液滴吐出ヘッドＨのＸ方向の取り付け位置を微調整するための適正電圧信号が生成され、ＤＡ変換器２０によって電圧値に変換された後に印加される。各アクチュエータ３５の位置は変位センサー２１によって監視され、演算器１９にフィードバックされる。これによりラインヘッドユニット３における各液滴吐出ヘッドＨのＸ方向に沿う相対的な取り付け位置は適正位置に調整される。この調整作業は、ラインヘッドユニット３を液滴吐出装置１に装着する際に既に実施されている。
【００６７】
一方、ステージ４の移動に伴って発生する振動のＸ方向成分は、Ｙ方向成分の場合と同様にして加速度センサー８Ａ、８Ｂによって検出され、両者の差分からステージ４とラインヘッドユニット３とのＸ方向に沿う相対的な変位が求められる。図６において、加速度センサー８Ａ、８Ｂからの各振動のＸ方向成分の出力信号をＤｘ１、両出力信号の差分をＤｘ２で示す。横軸は時間、縦軸は位置を示している。
【００６８】
図６に示すように、ＤＡ変換器２０からの電圧値は加算器２２を介して各アクチュエータ３５に与えられる。この加算器２２には、ステージ４とラインヘッドユニット３とのＸ方向に沿う相対的な変位の値が与えられ、各アクチュエータ３５に出力される電圧値に対して、このステージ４とラインヘッドユニット３とのＸ方向に沿う相対的な変位の大きさに応じて、この変位を相殺するような補正電圧値Ｖを生成し、各アクチュエータ３５に対して等しく印加する。従って、ラインヘッド３を構成する各液滴吐出ヘッドＨは、Ｘ方向に沿う方向に同一量だけ微調整される。
【００６９】
これにより、ステージ４がＹ方向に移動することによって発生するステージ４とラインヘッドユニット３との間の相対的な位置関係の乱れによって生じるＸ方向の着弾位置ずれが補正され、ラインヘッドユニット３から吐出される液滴を基材Ｗ上のＸ方向に沿う方向に高精度に着弾させることができる。各液滴吐出ヘッドＨは同一量だけ微調整されるので、各液滴吐出ヘッドＨ相互間の取り付け位置に変更は生じない。
【００７０】
液滴吐出装置１は、以上のＹ方向に沿う着弾位置ずれの補正とＸ方向に沿う着弾位置ずれの補正の両方を同時に行うことにより、ＸＹ方向の着弾位置ずれを防止することができ、より高精度な描画を実現することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１：液滴吐出装置
２：装置基台
３：ラインヘッドユニット
４：ステージ
５：θ回転機構
６：Ｙ移動機構
７：Ｘ移動機構
８Ａ、８Ｂ：加速度センサー
９：ガントリ
１０：スライダ
１１：θ回転機構
１２：Ｚ移動機構
１３：除振機構
１４：ベースプレート
１５：ステージエンコーダ出力
１６：パルス変調器
１７：ヘッド駆動部
１８Ａ、１８Ｂ：増幅器
１９：演算器
２０：ＤＡ変換器
２１：変位センサー
２２：加算器
Ｈ：液滴吐出ヘッド
Ｗ：基材
【技術分野】
【０００１】
本発明は液滴吐出装置に関し、詳しくは、基材を搭載するステージを移動させた際に発生する振動による液滴の着弾位置ずれを防止して高精度の描画を行うことのできる液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小な液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを用いて基材（ワーク）上に液滴を着弾させることにより描画を行う液滴吐出装置は、半導体回路基板における配線パターンの描画等の産業用途にも広く利用されている。このような用途においては、断線や隣接する配線との短絡が生じることなく液滴をμｍオーダーで正確な位置に着弾させる必要があり、その着弾精度に対する要求は近年ますます高まってきている。また、その一方で、生産性の向上を図るために描画の高速化を図り、タクトタイムを短くすることが要請されている。
【０００３】
液滴の着弾精度を高める上では、液滴吐出ヘッドと基材との間の相対位置が正確に規定されていることが重要である。しかし、描画の高速化のために基材を搭載するステージの移動を高速に行うようにすると、振動が発生して液滴吐出ヘッドと基材との間の相対位置が乱れる問題がある。
【０００４】
これを図８、図９を用いて説明する。
【０００５】
例えば石定盤からなる装置基台１００は四隅がそれぞれエアサス等の除振機構１０１を介してペースプレート１０２上に支持されている。装置基台１００の表面には基材Ｗを搭載するステージ１０３がＹ方向（図中の左右方向）に沿って移動可能に設けられている。装置基台１００上には、Ｙ方向と直交するＸ方向（図中の紙面に対する垂直方向）に沿うガントリ１０４を介して液滴吐出ヘッド１０５が、ノズル面を下面に向けて取り付けられている。
【０００６】
ここで、図８に示す初期位置にあるステージ１０３が描画のために液滴吐出ヘッド１０５の下方をＹ方向に沿って移動すると、その移動開始時の加速によって、移動方向後方側の除振機構１０１には沈み込む方向の力が作用し、移動方向前方側の除振機構１０１には浮き上がる方向の力が作用する。除振機構１０１に作用する各々の力は次に反対方向に作用することで、沈み込みと浮き上がりが交互に繰り返されることとなり、図９に示すように、装置基台１００には主としてステージ１０３の移動方向に沿う方向の振動が発生し、この振動が装置基台１００からガントリ１０４に伝達される。ガントリ１０４は装置基台１００から立設されているため、その上端側がいわゆる振り子のように振動し、このガントリ１０４に支持されている液滴吐出ヘッド１０５も大きく振動する。このため、ステージ１０３上の基材Ｗと液滴吐出ヘッド１０５との間の相対的な位置関係が乱れてしまい、着弾位置ずれを発生させてしまう。
【０００７】
ステージの移動に伴って発生する振動の影響が収まるまで液滴の吐出を停止してしまうと、タクトタイムが長くなって生産性を悪化させてしまう。また、振動を抑えるためには液滴吐出装置にカウンターマスやアクティブダンパーを設けることも有効であるが、これらは極めて高価な装置であるため、装置コストが大幅に増大化してしまう。このため、タクトタイムが長くならず、簡易な構成によって、このような振動による着弾位置ずれを防止できるようにすることが望まれている。
【０００８】
従来、特許文献１には、液滴吐出ヘッドに対して力を付与するアクチュエータを設け、液滴吐出ヘッドの移動速度及び変位を検出する速度センサー及び位置センサーからの信号に基づいて、液滴吐出ヘッドに対して振動方向と逆方向の向きの力を付与するようにアクチュエータを駆動させることで、ステージを移動させた際に発生する液滴吐出ヘッドの振動を打ち消し、着弾位置ずれを防止することが開示されている。
【０００９】
また、特許文献２には、液晶パネルを構成する基板に接着剤ペーストを塗布する塗布機であるが、ステージ上に支持された基板上に四角形状のペーストパターンを形成する場合に、ノズルと基板との相対速度が急激に変化する基板のコーナー部を塗布する時の振動によるペーストパターン形状の均一塗布が困難となる問題を解決するために、コーナー部の開始時において、ペーストを塗布するノズルとステージとの相対速度を低下させて振動の影響を抑制すると共に、その相対速度の低下に伴う基板上のペーストの塗布量の増加を、ペーストの吐出圧を低下させることによって補正することで、高精度のペーストパターンを描画できるようにすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−１４２２３７号公報
【特許文献２】特開２００５−２１８９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ステージを高速に移動させた場合に発生する振動は、液滴吐出ヘッドを振動させるのみならず、ステージ自身にも影響を与え、ステージ自体の振動も発生させる。しかも、ステージの振動方向及び大きさと液滴吐出ヘッドの振動方向及び大きさとは必ずとも一致していないため、ステージを高速に移動させた場合のステージと液滴吐出ヘッドとの相対的な位置関係を高精度に規定するためには、ステージの振動と液滴吐出ヘッドの振動の両方を考慮する必要がある。
【００１２】
しかしながら、特許文献１では、液滴吐出ヘッドに設けたアクチュエータを制御することにより、ステージを移動させた際の液滴吐出ヘッドの振動を打ち消すようにしているだけで、ステージ自体の振動は何ら考慮されていない。従って、ステージを高速に移動させた場合のステージと液滴吐出ヘッドとの相対的な位置関係を高精度に規定することはできず、着弾位置ずれを防止することができない問題がある。
【００１３】
また、仮に、ステージの振動を打ち消すようにするために、液滴吐出ヘッドと同様のアクチュエータをステージにも設けたとしても、ステージ側のアクチュエータと液滴吐出ヘッド側のアクチュエータとはそれぞれが振動方向と逆の力を付与するように独立して制御されるだけであるため、制御後のステージの位置と液滴吐出ヘッドの位置とが一致している保証はなく、ステージと液滴吐出ヘッドとの間の相対的な位置関係を高精度に規定することができず、着弾位置ずれを防止できない問題があることに変わりはない。
【００１４】
一方、特許文献２は、接着剤ペーストを均一に塗布するための技術であり、半導体回路基板の配線パターンを描画する場合のようなμｍオーダーの高精度な着弾位置精度が要求されるものではない。しかも、基板のコーナー部においてノズルと基板との相対速度が急激に変化することによって発生する振動をステージの移動速度を落とすことによって抑制しているものであり、ステージの振動と液滴吐出ヘッド（ノズル）の振動の両方を考慮して、ステージと液滴吐出ヘッドとの相対的な位置関係の乱れを発生させないようにするものではない。従って、このような技術を半導体回路基板の配線パターンの描画等の高精度な描画を行う用途の液滴吐出装置に適用しても、ステージと液滴吐出ヘッドの両方が共に振動することによって発生する着弾位置ずれを防止することはできない問題がある。
【００１５】
そこで、本発明は、ステージと液滴吐出ヘッドとの各々の振動の計測結果に基づいて、ステージと液滴吐出ヘッドとの間の相対的な位置関係を高精度に規定できるようにし、簡易な構成で着弾位置ずれを防止して高精度な描画を行うことができる液滴吐出装置を提供することを課題とする。
【００１６】
本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
【００１８】
請求項１記載の発明は、液滴を吐出する多数のノズルがＸ方向に沿って配列された液滴吐出ヘッドと、基材を搭載して前記Ｘ方向及び該Ｘ方向と交差するＹ方向に移動させるステージとを備え、前記液滴吐出ヘッドの前記ノズルから所定の吐出タイミングに従って吐出された液滴を前記基材に着弾させることによって描画を行う液滴吐出装置であって、
前記ステージに設けられ、該ステージの振動を計測する第１の振動計測手段と、
前記液滴吐出ヘッド側に設けられ、該液滴吐出ヘッドの振動を計測する第２の振動計測手段と、
前記第１の振動計測手段と前記第２の振動計測手段の出力の差分から前記ステージと前記液滴吐出ヘッドの間の相対的な変位の大きさを求め、その大きさに従って前記液滴吐出ヘッドから吐出される液滴の着弾位置を補正するための補正手段を備えることを特徴とする液滴吐出装置である。
【００１９】
請求項２記載の発明は、前記補正手段は、前記第１の振動計測手段と前記第２の振動計測手段の出力の差分から前記ステージと前記液滴吐出ヘッドの間の相対的な変位のＹ方向成分を求め、その大きさに従って前記吐出タイミングを変更することを特徴とする請求項１記載の液滴吐出装置である。
【００２０】
請求項３記載の発明は、前記ステージと前記液滴吐出ヘッドとの間のＸ方向に沿う相対位置を変更する相対位置変更手段を有し、
前記補正手段は、前記第１の振動計測手段と前記第２の振動計測手段の出力の差分から前記ステージと前記液滴吐出ヘッドの間の相対的な変位のＸ方向成分を求め、その大きさに従って前記相対位置変更手段によって前記ステージと前記液滴吐出ヘッドとの間のＸ方向に沿う相対位置を変更することを特徴とする請求項１又は２記載の液滴吐出装置である。
【００２１】
請求項４記載の発明は、前記相対位置変更手段は、前記液滴吐出ヘッドに設けられ、該液滴吐出ヘッドのＸ方向に沿う位置を調整するアクチュエータによって構成されることを特徴とする請求項３記載の液滴吐出装置である。
【００２２】
請求項５記載の発明は、前記第１の振動計測手段及び前記第２の振動計測手段は、加速度センサーによって構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液滴吐出装置である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ステージと液滴吐出ヘッドとの各々の振動の計測結果に基づいて、ステージと液滴吐出ヘッドとの間の相対的な位置関係を高精度に規定でき、簡易な構成で着弾位置ずれを防止して高精度な描画を行うことができる液滴吐出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る液滴吐出装置の一例を示す概略斜視図
【図２】液滴吐出装置１における吐出タイミング変更のための要部の構成を示すブロック図
【図３】吐出タイミングと振動との関係を示すタイミングチャート
【図４】着弾精度を補正なしの場合と補正ありの場合とで比較した結果を示すグラフ
【図５】ラインヘッドユニットの底面図
【図６】アクチュエータの駆動部の構成を示すブロック図
【図７】ステージとラインヘッドユニットとのＸ方向に沿う方向の振動とアクチュエータに与える電圧を示すタイミングチャート
【図８】液滴吐出装置における振動の発生を説明する図
【図９】液滴吐出装置における振動の発生を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２６】
本発明に係る液滴吐出装置は、液滴を吐出する多数のノズルがＸ方向に沿って配列された液滴吐出ヘッドと、基材を搭載してＸ方向及び該Ｘ方向と交差するＹ方向に移動させるステージとを備え、液滴吐出ヘッドのノズルから所定の吐出タイミングに従って吐出された液滴を基材に着弾させることによって描画を行う。
【００２７】
描画対象となる基材は、ステージ上に搭載されて液滴吐出ヘッドのノズル面に対面し、ステージの移動によって液滴吐出ヘッドのノズル面に対して平行なＸＹ方向に移動しながら、液滴吐出ヘッドから吐出される液滴によって所定の画像が形成されるものであり、例えば、インクを用いることによって一般的な写真や文字、図形等の画像が形成される紙、プラスチックシート等の他、液晶ディスプレイ等に用いられるカラーフィルタ用基板、導電性インクによって配線パターンが形成される半導体回路基板等が挙げられる。
【００２８】
基材に対する描画は、ノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドに対して基材を搭載したステージのみをＹ方向（副走査方向）に移動させ、基材上に液滴吐出ヘッドのノズル列の幅に相当する幅で、Ｙ方向に沿う所定のパターンを描画することによって行われる。ステージのＸ方向（主走査方向）の移動は、液滴吐出ヘッドと基材とのＸ方向の相対位置の変更のための移動であり、このときは液滴吐出ヘッドから液滴の吐出は行われない。
【００２９】
ステージには、そのステージの振動を計測するための第１の振動計測手段がステージに設けられる。また、液滴吐出ヘッド側には、その液滴吐出ヘッドの振動を計測するための第２の振動計測手段が設けられる。これら第１の振動計測手段及び第２の振動計測手段としては、一般に振動計を用いることができるが、中でも、振動を電気的信号として容易に検出できる加速度センサーを用いることが好ましい。
【００３０】
加速度センサーを用いる場合は、ステージ又は液滴吐出ヘッドの微細な振動を高精度に計測可能となるように設けることが重要であり、具体的な設置態様としては、例えば、ＷＩＬＣＯＸＯＮ社製のセンサー７３１−２０７のように、ステージの振幅のような低周波を測定できるセンサーを４個用意し、液滴吐出ヘッドが固定されているベースプレートのＸ方向、Ｙ方向の加速度を確認できるように固定する。これらのセンサーの固定時にはＸ方向、Ｙ方向を部品加工精度を高めて方向を厳密に規定できるようにしてもよいし、調整機構を設けるようにしてもよい。同様にステージ上の描画台の側面にもＸ方向、Ｙ方向の加速度を確認できるように固定する。以上のようにして厳密に設置すること等が挙げられる。
【００３１】
本発明における補正手段は、第１の振動計測手段によって検出された出力と第２の振動計測手段によって検出された出力との差分を算出して液滴吐出ヘッドとステージとの間の相対的な変位の大きさを求め、その求められた変位の大きさに従って液滴吐出ヘッドから吐出される液滴の着弾位置を補正する。
【００３２】
このように、単に液滴吐出ヘッドの振動のみならず、第１の振動計測手段によって検出されるステージ側の振動と第２の振動計測手段によって検出される液滴吐出ヘッド側の振動との差分から両者間の相対的な変位の大きさを求め、液滴の着弾位置の補正を行うため、ステージと液滴吐出ヘッドとの両方の振動の計測結果に基づいて両者間の相対的な位置関係を把握することができる。従って、ステージと液滴吐出ヘッドの両方の振動の影響を精密にキャンセルして着弾位置ずれを防止することができ、高精度な描画が可能となる。しかも、外観的にはステージ側と液滴吐出ヘッド側にそれぞれ振動計測手段を設けるだけの構成付加で済むため、簡易に構成することができる。
【００３３】
本発明における補正手段による着弾位置の補正には、液滴吐出ヘッドからの液滴の吐出タイミングの変更と、ステージと液滴吐出ヘッドとの間のＸ方向に沿う相対位置の変更とがあり、これらのいずれか一方によって行うことができるが、問題となる振動は、描画時のステージのＹ方向に沿う移動によって発生し、主としてＹ方向に沿う振動であるため、Ｙ方向に沿う方向の着弾位置の補正を行う吐出タイミングの変更を行うことが好ましい。また、ステージの移動に伴う振動には少なからずＸ方向成分も含まれるため、Ｘ方向に沿う方向の着弾位置の補正も可能とするため、両方を組み合わせて行うことがより好ましい。
【００３４】
前者の液滴吐出ヘッドからの液滴の吐出タイミングの変更は、第１の振動計測手段によって検出された出力と第２の振動計測手段によって検出された出力との差分からステージと液滴吐出ヘッドの間の相対的な変位のＹ方向成分を求め、その変位のＹ方向成分の大きさに従って、液滴吐出ヘッドからの液滴の吐出タイミングを、通常の吐出タイミングに対して所定時間だけ早く又は遅く変更することによって行うことができる。
【００３５】
後者のステージと液滴吐出ヘッドとの間のＸ方向に沿う相対位置の変更は、第１の振動計測手段によって検出された出力と第２の振動計測手段によって検出された出力との差分からステージと液滴吐出ヘッドの間の相対的な変位のＸ方向成分を求め、その変位のＸ方向成分の大きさに従って、ステージと液滴吐出ヘッドとの間のＸ方向に沿う相対位置を、相対位置変更手段によって変更する。
【００３６】
ステージと液滴吐出ヘッドとの間のＸ方向に沿う相対位置の変更は、液滴吐出ヘッドに対してステージのみをＸ方向に移動させることによって行うこともできるが、相対位置変更手段として液滴吐出ヘッドのＸ方向に沿う位置を調整するアクチュエータを液滴吐出ヘッドに設け、このアクチュエータを駆動することによって行うこともできる。このような相対位置変更手段は、ヘッドユニットに対する液滴吐出ヘッドのＸ方向に沿う取り付け位置を微調整するための微調整機構を兼用することができる。これは、Ｘ方向に沿う相対位置の変更のためのアクチュエータを格別に装備する必要をなくすことができるために好ましい態様である。
【００３７】
複数の液滴吐出ヘッドをヘッドユニットにＸ方向に沿って配列することによってラインヘッドユニットを構成している場合、微調整機構は各液滴吐出ヘッド毎に個々に独立してＸ方向に沿う取り付け位置が調整可能となるように設けられていることが好ましい。
【００３８】
次に、本発明に係る液滴吐出装置について図面を用いて説明する。
【００３９】
図１は、本発明に係る液滴吐出装置の一例を示す概略斜視図であり、液滴吐出装置１は、石定盤からなる装置基台２上に、インクジェット描画を行うための複数の液滴吐出ヘッドがＸ方向に沿って配列されたラインヘッドユニット３、上面に基材Ｗを載置して支持するためのステージ４、ステージ４をθ方向に回転移動させるためのθ回転機構５、ステージ４及びθ回転機構５を共にＹ方向に沿って直線移動させるＹ移動機構６、ステージ４及びθ回転機構５を共にＸ方向に沿って直線移動させるＸ移動機構７、ステージ４に一体に設けられた第１の振動計測手段である加速度センサー８Ａ、ラインヘッドユニット３に一体に設けられた第２の振動計測手段である加速度センサー８Ｂをそれぞれ備えている。
【００４０】
本実施形態では、加速度センサー８Ａ、８Ｂは、それぞれ振動のＸ方向成分及びＹ方向成分を検出可能となるように設けられるが、どちらか一方の成分のみが検出可能に設けられてもよい。
【００４１】
なお、ここでは、Ｘ方向とＹ方向とは水平面上で互いに直交する方向である。
【００４２】
ラインヘッドユニット３は、装置基台２上の端部近傍においてＸ方向に沿って装置基台２表面と平行に架設されたガントリ９に、スライダ１０及びθ回転機構１１を介して取り付けられており、スライダ１０がガントリ９に沿ってスライド移動することによりＸ方向に沿って往復移動し、また、θ回転機構１１によって、Ｘ、Ｙ方向と直交する法線方向であるＺ方向に沿う方向を軸としてθ方向に回転移動し、更に、Ｚ移動機構１２によってθ回転機構１１と共にＺ方向に昇降移動することができるようになっている。
【００４３】
なお、ステージ４のＸ方向、Ｙ方向及びθ方向の各位置座標並びにラインヘッドユニット３のＸ方向、Ｚ方向及びθ方向の各位置座標は、Ｘ移動機構７、Ｙ移動機構６、θ回転機構５、スライダ１０、θ回転機構１１、Ｚ移動機構１２にそれぞれ設けられた位置座標検出手段である不図示のエンコーダによってｎｍオーダーで高精度に検出可能となるように構成されている。
【００４４】
また、図中、１３は装置基台２の底面の四隅にそれぞれ配置されたエアサス等の除振機構、１４は上面に除振機構１３を介して装置基台２を支持するベースプレートである。
【００４５】
図２は液滴吐出装置１における吐出タイミング変更のための要部の構成を示すブロック図、図３は吐出タイミングと振動との関係を示すタイミングチャートである。これらを用いて吐出タイミングの変更による着弾位置の補正について説明する。
【００４６】
ラインヘッドユニット３に配列される各液滴吐出ヘッドは、ステージ４のＹ方向の移動によって出力されるエンコーダ出力１５に対してパルス変調器１６によって所定の変調がかけられた信号に基づいて、ヘッド駆動部１７によって生成される吐出タイミング信号に従って吐出制御される。このときの通常の吐出タイミング信号を図３においてＴ１で示す。
【００４７】
一方、加速度センサー８Ａ、８Ｂの出力信号も、それぞれ増幅器１８Ａ、１８Ｂを介してヘッド駆動部１７に入力される。
【００４８】
ヘッド駆動部１７は、パルス変調器１６からの信号に対して吐出パルスのタイミングに補正をかけるパルスタイミング演算器１７１を有し、このパルスタイミング演算器１７１の出力信号が信号増幅器１７５によって液滴吐出ヘッドをドライブするための電力に増幅され、この増幅信号がラインヘッドユニット３の各液滴吐出ヘッドに出力され、この出力信号と、描画データに基づく不図示のデータ信号とに基づいて各液滴吐出ヘッドを駆動するようになっている。
【００４９】
ここで、加速度センサー８Ａ、８Ｂからのアナログの出力信号は、ヘッド駆動部１７においてそれぞれＡＤ変換器１７２Ａ、１７２Ｂによってデジタル信号に変換された後、両出力信号の差分が差分算出器１７３において算出される。図３において、加速度センサー８Ａ、８Ｂからの各振動のＹ方向成分の出力信号をＤｙ１、両出力信号の差分をＤｙ２で示す。横軸は時間、縦軸は位置を示している。
【００５０】
差分算出器１７３において算出された差分値は、更に二重積分器１７４において二重積分され、ステージ４とラインヘッドユニット３とのＹ方向に沿う相対的な変位が求められ、パルスタイミング演算器１７１に出力される。
【００５１】
ステージ４の移動に伴って発生する振動の結果、ステージ４とラインヘッドユニット３とが共に振動して両者間の相対的な位置ずれが発生するため、通常の吐出タイミング信号Ｔ１に基づいて液滴を吐出すると、ステージ４とラインヘッドユニット３との間の相対的な変位の大きさに応じて、Ｙ方向に沿って目標位置よりも早く着弾してしまったり遅れて着弾してしまったりすることによって着弾位置のずれが発生してしまう。
【００５２】
そこで、パルスタイミング演算器１７１では、このステージ４とラインヘッドユニット３との相対的な変位の大きさに応じて、この変位を相殺するように通常の吐出タイミング信号Ｔ１に対して補正をかけ、通常の吐出タイミングに対して早く又は遅くした補正後の吐出タイミング信号Ｔ２を生成し、この補正後の吐出タイミング信号Ｔ２を信号増幅器１７５によってヘッドユニット３の各液滴吐出ヘッドをドライブするための電力に増幅し、ラインヘッドユニット３の各液滴吐出ヘッドに対して出力する。
【００５３】
これにより、ステージ４がＹ方向に移動することによって発生するステージ４とラインヘッド３との間の相対的な位置関係の乱れによって生じるＹ方向の着弾位置ずれが補正され、ラインヘッドユニット３から吐出される液滴を基材Ｗ上のＹ方向に沿う方向に高精度に着弾させることができる。
【００５４】
図４は、基材Ｗ上に５００μｍピッチで描画した際の着弾精度を補正なしの場合と補正ありの場合とで比較した結果を示すグラフである。同図に示すように、本発明によって補正をかけた場合は、補正をかけない場合に比べて、目標とする５００μｍピッチの位置に着弾する頻度が高くなっており、高い着弾精度を確保できていることがわかる。
【００５５】
次に、ステージ４とラインヘッドユニット３との間のＸ方向に沿う相対位置の変更を、ラインヘッドユニット３における各液滴吐出ヘッドのＸ方向に沿う取り付け位置を微調整することによって行う場合について説明する。
【００５６】
ここでラインヘッドユニット３の構造について説明する。図５はラインヘッドユニット３の底面図であり、ラインヘッドユニット３は、一枚の大判なベース部材であるベースプレート３１の下面に多数の液滴吐出液滴吐出ヘッドＨが個別に取り付け固定され、その下方に配置されるステージ４上の基材Ｗの表面と対向可能となるように配置されている。
【００５７】
ここでは、１２個の液滴吐出ヘッドＨが、各ノズル列をＸ方向に沿わせ、且つ、各ノズルが均等ピッチとなるように２列に千鳥状に配列されており、これによりＸ方向に沿って長尺な記録幅を有するラインヘッドを構成している。
【００５８】
ベースプレート３１には一般に金属材が使用される。金属材としてはＳＵＳを用いることもできるが、液滴吐出ヘッドＨの取り付け位置精度を高精度に保つ要請からは、インバー材やノビナイト等の低熱膨張材が好ましく使用される。ベースプレート３１は、液滴吐出ヘッドＨの配列方向に沿う２列の開口枠３２を有しており、その開口枠３２内にヘッド取り付け部であるヘッド固定プレート３３が、液滴吐出ヘッドＨを個別に取り付け可能とするべく該液滴吐出ヘッドＨと同数配置されている。
【００５９】
各ヘッド固定プレート３３は、液滴吐出ヘッドＨのノズル列方向（図中Ｘ方向）の両側端辺における一方端辺において、該液滴吐出ヘッドＨのノズル列方向に間隔をおいて配置された同一長さの２本の弾性ヒンジ３４によってベースプレート３１と一体に連結され、該ベースプレート３１に保持されている。各ヘッド固定プレート３３は、この弾性ヒンジ３４のみでベースプレート３１と繋がっており、それ以外の部位は開口枠３２内においてベースプレート３１から離間している。
【００６０】
なお、図中、一つのヘッド固定プレート３３は液滴吐出ヘッドＨを取り付け前の状態が示されている。
【００６１】
各ヘッド固定プレート３３の他方端辺側の開口枠３２内には、ベースプレート３１との間にそれぞれアクチュエータ３５が配置され、各ヘッド固定プレート３３に対してアクチュエータ３５がＹ方向に沿って並設されている。アクチュエータ３５にはピエゾ素子が用いられており、印加電圧に応じて伸長動作する。ここでは、各ヘッド固定プレート３３の他方端辺側の１つの隅角部において、液滴吐出ヘッドＨのノズル列方向と交差する側方（図中Ｙ方向）である開口枠３２の内周に向けて張り出した押圧操作部となる突出部３３１が形成されており、一方、ベースプレート３１には、開口枠３２の内周から図中Ｙ方向に沿いヘッド固定プレート３３に向けて張り出した突出部３１１が形成されており、これらの突出部３３１、３１１の間で、図中Ｘ方向に沿う方向、すなわち液滴吐出ヘッドＨのノズル列方向に対して平行な横方向の押圧力を作用させるようになっている。
【００６２】
これらベースプレート３１の開口枠３２内に設けられたヘッド固定プレート３３、弾性ヒンジ３４、突出部３１１、３３１、アクチュエータ３５によって、液滴吐出ヘッドＨの取り付け位置を微調整するための微調整機構を構成している。この微調整機構は、アクチュエータ３５の伸長動作によって突出部３３１に対して所定の押圧力を作用させると、ヘッド固定プレート３３にはＸ方向に沿う横方向（水平方向）の力が作用し、この力によって２本の弾性ヒンジ３４が微小に撓み変形して均等に傾倒することで、ヘッド固定プレート３３のＸ方向への平行度を維持したまま、すなわち、液滴吐出ヘッドＨのノズル列方向がＸ方向に対してなす角度を維持したまま、液滴吐出ヘッドＨのＸ方向の位置が微調整されるようになっている。反対にアクチュエータ３５が収縮動作すると、ヘッド固定プレート３３は、弾性ヒンジ３４が弾性復帰することによって元の位置に戻る。
【００６３】
この微調整機構は、ラインヘッドユニット３を構成する各液滴吐出ヘッドＨのＸ方向に沿う取り付け位置が適正位置となるように、予め各アクチュエータ３５にそれぞれ適正電圧が与えられている。
【００６４】
なお、３３２は、液滴吐出ヘッドＨを取り付けるためにヘッド固定プレート３３に形成された取り付け孔、３６は、液滴吐出ヘッドＨをヘッド固定プレート３３に取り付ける取り付けビスである。
【００６５】
図６はアクチュエータ３５の駆動部の構成を示すブロック図、図７はステージ４とラインヘッドユニット３とのＸ方向に沿う方向の振動とアクチュエータ３５に与える電圧を示すタイミングチャートである。
【００６６】
各アクチュエータ３５には、予め演算器１９によって各液滴吐出ヘッドＨのＸ方向の取り付け位置を微調整するための適正電圧信号が生成され、ＤＡ変換器２０によって電圧値に変換された後に印加される。各アクチュエータ３５の位置は変位センサー２１によって監視され、演算器１９にフィードバックされる。これによりラインヘッドユニット３における各液滴吐出ヘッドＨのＸ方向に沿う相対的な取り付け位置は適正位置に調整される。この調整作業は、ラインヘッドユニット３を液滴吐出装置１に装着する際に既に実施されている。
【００６７】
一方、ステージ４の移動に伴って発生する振動のＸ方向成分は、Ｙ方向成分の場合と同様にして加速度センサー８Ａ、８Ｂによって検出され、両者の差分からステージ４とラインヘッドユニット３とのＸ方向に沿う相対的な変位が求められる。図６において、加速度センサー８Ａ、８Ｂからの各振動のＸ方向成分の出力信号をＤｘ１、両出力信号の差分をＤｘ２で示す。横軸は時間、縦軸は位置を示している。
【００６８】
図６に示すように、ＤＡ変換器２０からの電圧値は加算器２２を介して各アクチュエータ３５に与えられる。この加算器２２には、ステージ４とラインヘッドユニット３とのＸ方向に沿う相対的な変位の値が与えられ、各アクチュエータ３５に出力される電圧値に対して、このステージ４とラインヘッドユニット３とのＸ方向に沿う相対的な変位の大きさに応じて、この変位を相殺するような補正電圧値Ｖを生成し、各アクチュエータ３５に対して等しく印加する。従って、ラインヘッド３を構成する各液滴吐出ヘッドＨは、Ｘ方向に沿う方向に同一量だけ微調整される。
【００６９】
これにより、ステージ４がＹ方向に移動することによって発生するステージ４とラインヘッドユニット３との間の相対的な位置関係の乱れによって生じるＸ方向の着弾位置ずれが補正され、ラインヘッドユニット３から吐出される液滴を基材Ｗ上のＸ方向に沿う方向に高精度に着弾させることができる。各液滴吐出ヘッドＨは同一量だけ微調整されるので、各液滴吐出ヘッドＨ相互間の取り付け位置に変更は生じない。
【００７０】
液滴吐出装置１は、以上のＹ方向に沿う着弾位置ずれの補正とＸ方向に沿う着弾位置ずれの補正の両方を同時に行うことにより、ＸＹ方向の着弾位置ずれを防止することができ、より高精度な描画を実現することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１：液滴吐出装置
２：装置基台
３：ラインヘッドユニット
４：ステージ
５：θ回転機構
６：Ｙ移動機構
７：Ｘ移動機構
８Ａ、８Ｂ：加速度センサー
９：ガントリ
１０：スライダ
１１：θ回転機構
１２：Ｚ移動機構
１３：除振機構
１４：ベースプレート
１５：ステージエンコーダ出力
１６：パルス変調器
１７：ヘッド駆動部
１８Ａ、１８Ｂ：増幅器
１９：演算器
２０：ＤＡ変換器
２１：変位センサー
２２：加算器
Ｈ：液滴吐出ヘッド
Ｗ：基材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出する多数のノズルがＸ方向に沿って配列された液滴吐出ヘッドと、基材を搭載して前記Ｘ方向及び該Ｘ方向と交差するＹ方向に移動させるステージとを備え、前記液滴吐出ヘッドの前記ノズルから所定の吐出タイミングに従って吐出された液滴を前記基材に着弾させることによって描画を行う液滴吐出装置であって、
前記ステージに設けられ、該ステージの振動を計測する第１の振動計測手段と、
前記液滴吐出ヘッド側に設けられ、該液滴吐出ヘッドの振動を計測する第２の振動計測手段と、
前記第１の振動計測手段と前記第２の振動計測手段の出力の差分から前記ステージと前記液滴吐出ヘッドの間の相対的な変位の大きさを求め、その大きさに従って前記液滴吐出ヘッドから吐出される液滴の着弾位置を補正するための補正手段を備えることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項２】
前記補正手段は、前記第１の振動計測手段と前記第２の振動計測手段の出力の差分から前記ステージと前記液滴吐出ヘッドの間の相対的な変位のＹ方向成分を求め、その大きさに従って前記吐出タイミングを変更することを特徴とする請求項１記載の液滴吐出装置。
【請求項３】
前記ステージと前記液滴吐出ヘッドとの間のＸ方向に沿う相対位置を変更する相対位置変更手段を有し、
前記補正手段は、前記第１の振動計測手段と前記第２の振動計測手段の出力の差分から前記ステージと前記液滴吐出ヘッドの間の相対的な変位のＸ方向成分を求め、その大きさに従って前記相対位置変更手段によって前記ステージと前記液滴吐出ヘッドとの間のＸ方向に沿う相対位置を変更することを特徴とする請求項１又は２記載の液滴吐出装置。
【請求項４】
前記相対位置変更手段は、前記液滴吐出ヘッドに設けられ、該液滴吐出ヘッドのＸ方向に沿う位置を調整するアクチュエータによって構成されることを特徴とする請求項３記載の液滴吐出装置。
【請求項５】
前記第１の振動計測手段及び前記第２の振動計測手段は、加速度センサーによって構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１】
液滴を吐出する多数のノズルがＸ方向に沿って配列された液滴吐出ヘッドと、基材を搭載して前記Ｘ方向及び該Ｘ方向と交差するＹ方向に移動させるステージとを備え、前記液滴吐出ヘッドの前記ノズルから所定の吐出タイミングに従って吐出された液滴を前記基材に着弾させることによって描画を行う液滴吐出装置であって、
前記ステージに設けられ、該ステージの振動を計測する第１の振動計測手段と、
前記液滴吐出ヘッド側に設けられ、該液滴吐出ヘッドの振動を計測する第２の振動計測手段と、
前記第１の振動計測手段と前記第２の振動計測手段の出力の差分から前記ステージと前記液滴吐出ヘッドの間の相対的な変位の大きさを求め、その大きさに従って前記液滴吐出ヘッドから吐出される液滴の着弾位置を補正するための補正手段を備えることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項２】
前記補正手段は、前記第１の振動計測手段と前記第２の振動計測手段の出力の差分から前記ステージと前記液滴吐出ヘッドの間の相対的な変位のＹ方向成分を求め、その大きさに従って前記吐出タイミングを変更することを特徴とする請求項１記載の液滴吐出装置。
【請求項３】
前記ステージと前記液滴吐出ヘッドとの間のＸ方向に沿う相対位置を変更する相対位置変更手段を有し、
前記補正手段は、前記第１の振動計測手段と前記第２の振動計測手段の出力の差分から前記ステージと前記液滴吐出ヘッドの間の相対的な変位のＸ方向成分を求め、その大きさに従って前記相対位置変更手段によって前記ステージと前記液滴吐出ヘッドとの間のＸ方向に沿う相対位置を変更することを特徴とする請求項１又は２記載の液滴吐出装置。
【請求項４】
前記相対位置変更手段は、前記液滴吐出ヘッドに設けられ、該液滴吐出ヘッドのＸ方向に沿う位置を調整するアクチュエータによって構成されることを特徴とする請求項３記載の液滴吐出装置。
【請求項５】
前記第１の振動計測手段及び前記第２の振動計測手段は、加速度センサーによって構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２６９４６７（Ｐ２０１０−２６９４６７Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２１２１３（Ｐ２００９−１２１２１３）
【出願日】平成２１年５月１９日（２００９．５．１９）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１９日（２００９．５．１９）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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