JP4331760B2 - 液滴吐出ヘッド検査装置および液滴吐出装置 - Google Patents

Description

この発明は、ノズル面に設けられたノズル孔より被処理物に対して液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを検査することが可能な液滴吐出ヘッド検査装置および液滴吐出装置に関する。

インクジェット技術を採り入れた液滴吐出装置に要求される能力の例として、長時間にわたって安定して液滴を吐出することが挙げられる。この要求を満たすために、従来、液滴を正確な箇所に着弾させるための工夫や、液滴吐出ヘッドの吐出面に付着した異物を検出するための工夫がされている。

例えば、従来技術の中には、ヘッドのオリフィス面のインク付着状態を検知するセンサを設けておいて、センサから得られた情報に基づいて、インクの被塗布材への塗布を制御することにより、インクの不正確な着弾を防止する技術が存在する（例えば、特許文献１参照。）。また、発光部と受光部との間を、インクを吐出させずにヘッドを通過させ、なんらかの物体が検出された場合には、その位置にゴミが付着しているものとしてオペレータに通知する技術が存在する（例えば、特許文献２参照。）。

さらに、従来のインクジェットプリント装置の中には、プリントヘッドより吐出されたインクをプリントヘッドのノズル列に対して斜めに通る光ビームを発生させる発光部と、そのビームの中をインク滴ないしはヘッド吐出口面の付着インクが通過したか否かを検知する受光部とを有するものが存在する（例えば、特許文献３参照。）。
特開２０００−１５８３８号公報 特開平１１−１７９９３４号公報 特開２００１−５４９５４号公報

上述の特許文献１〜３に係る発明では、液滴吐出ヘッドの吐出不良を適切に検出することは可能であるが、液滴吐出ヘッドの吐出面への異物付着については適切に検出できない場合があった。その理由は、液滴吐出ヘッドの吐出面に付着した異物が小さい場合には、検出手段の検出結果にその異物の存在が反映されないことがあるからである。

一方で、液滴吐出ヘッドの吐出面に付着した異物は、吐出面に付着した液滴が乾燥することにより巨大化する虞があるため、なるべく早期に異物を取り除くことが重要である。このため、液滴吐出ヘッドの吐出面に付着した小さい異物を適切に検出することが重要であると言える。

ただし、液滴吐出ヘッドの吐出面に付着した小さい異物を専ら検出するための検出手段を別途設けることは、液滴吐出ヘッド検査装置および液滴吐出装置の構成を複雑にし、その結果、これらの装置の生産コストの増大を招くことになりかねない。

この発明の目的は、簡易な構成によって、液滴の吐出不良および吐出面への異物付着の両方を適切に検出することが可能な液滴吐出ヘッド検査装置および液滴吐出装置を提供することである。

この発明に係る液滴吐出ヘッド検査装置および液滴吐出装置は、検出手段および制御手段を備える。

検出手段は、液滴の進行経路に交差するように検出光を出射する発光部、および検出光を受光する受光部を有する。検出手段は、少なくとも第１の位置および第２の位置において、検出光の出射および受光を行うように構成される。ここで、第１の位置とは、検出光の一部がノズル面によって遮られる位置である。また、第２の位置とは、ノズル面と被処理物との間隔に相当する距離だけノズル面より下方の位置である。第１の位置および第２の位置において、検出光の出射および受光を行うための構成の例として、発光部または受光部の少なくともいずれかを昇降自在に支持する機構を用いることが挙げられる。発光部が発する光の径や受光部の受光面積が十分に大きい場合には、発光部または受光部を昇降させる必要がなくなる。発光部が発する光の径は十分に大きいが、受光部の受光面積が十分に大きくない場合には、受光部のみを昇降自在に支持すれば良い。一方、受光部の受光面積は十分に大きいが、発光部が発する光の径が十分大きくない場合には、発光部のみを昇降自在に支持すれば良い。

制御手段は、受光部の受光状態に基づいて、発光部および受光部の間を遮る物体の有無を判断するように構成される。検出される物体の例として、液滴吐出ヘッドから吐出される液滴、および液滴吐出ヘッドに付着した異物が挙げられる。第１の位置において発光部および受光部の間を遮る物体が検出された場合、この物体はノズル面に付着した異物または所定の進行経路を通過中の液滴であると考えられる。もし、このとき、液滴吐出ヘッドが液滴の吐出を行っていなければ、この物体はノズル面に付着した異物であると判断できる。

第２の位置において発光部および受光部の間を遮る物体が検出された場合、この物体は所定の進行経路を通過中の液滴であると判断できる。液滴吐出ヘッドが液滴の吐出を行っているにもかかわらず第２の位置において物体が検出されなければ、液滴吐出ヘッドのノズル孔が詰まったか、または、所定の進行経路から逸れた方向に液滴が吐出されたものと判断できる。

本願発明によれば、簡易な構成によって、液滴の吐出不良および吐出面への異物付着の両方を適切に検出することが可能である。

図１を用いて、インクジェット塗布装置１０の概略構成を説明する。インクジェット塗布装置１０は、被処理対象となる基板２２を下から支持するステージ１２を備える。ステージ１２は、基板２２の裏面を吸引することにより基板２２の固定を行うように構成される。ただし、ステージ１２が基板を支持する方法はこれには限定されない。

ステージ１２の上方には、インクジェットヘッド１４が配置される。基板２２の上面と、インクジェットヘッド１４のノズル面との間の距離は、予め規定の値となるように調整される。この調整の手法の例として、インクジェットヘッド１４の高さを調整したり、ステージ１２の高さを調整したりすることが考えられる。インクジェットヘッド１４は、基板２２に対してインクを吐出する。インクジェットヘッド１４は、ヘッド支持部１６によって支持される。ヘッド支持部１６は、インクジェットヘッド１４がステージ１２の上方において矢印Ｘで示す方向に移動自在になるように、インクジェットヘッド１４を支持する。また、ヘッド支持部１６は、矢印Ｙで示す方向において移動自在に構成される。このため、インクジェットヘッド１４は、ステージ１２の任意の箇所の上方に移動可能になっている。

ステージ１２の近くには、インクジェットヘッド１４の吸引やノズル面の清掃を行うためのメンテナンスユニット１８が設けられる。メンテナンスユニット１８は、インクジェットヘッド１４の不吐出検査およびノズル面に付着した異物検査を行う機能を有する。

図２を用いて、メンテナンスユニット１８によるインクジェットヘッド１４の不吐出検査を説明する。インクジェットヘッド１４は、ノズル孔２８を有するノズルプレート２６を備える。インクジェットヘッド１４は、信号線３８を介して制御部３０に接続される。制御部３０は、駆動信号をインクジェットヘッド１４に供給することによって、ノズル孔２８からインクを吐出させる。また、インクジェットヘッド１４は、インク供給パイプ３６を介してインクタンク２４に接続される。

一方、メンテナンスユニット１８は、台３５、光学センサ２０、および支持部４０を備える。台３５は、光学センサ２０を下から支持している。光学センサ２０は、発光部３２および受光部３４を備える。発光部３２は、インクの進行経路に交差するように所定のビーム径の検出光１００を出射する。受光部３４は、発光部３４が出射した検出光１００を受光する。発光部３２および受光部３４とは、少なくともインクジェットヘッド１４の幅よりも大きい間隔を設けて配置されており、その間に検出領域が形成される。検出領域内に液滴や異物等の物体があると、検出光１００が物体によって遮られ、その結果、受光部３４における受光状態が変化する。受光状態の判断要素の例として、光強度、光検知幅、または光検知面積などが挙げられる。本実施形態では、光センサ２０としてキーエンス社製ＬＸ２−１００を用いている。

支持部４０は、台３５を昇降自在に支持する。具体的には、支持部４０は、第１の位置および第２の位置の間において、発光部３２および受光部３４を移動自在にする。第１の位置は、検出光１００の一部がノズルプレート２６によって遮られる位置である。検出光１００の一部がノズルプレート２６によって遮られるようにしているのは、ノズルプレート２６に付着した小さい異物の検出を可能にするためである。第２の位置は、ノズルプレート２６と基板２２との間隔に相当する距離だけノズルプレート２６より下方の位置である。第２の位置は、被処理物である基板２２の上面が本来存在する位置に合せて設定される。

支持部４０は、信号線３７を介して制御部３０に接続される。支持部４０は、図３に示すように、台３５の底面を支持する複数のシャフト４２を備える。支持部４０は、モータ（図示せず）を備えており、このモータが正回転または逆回転するたびに、このモータの回転軸に接続されたシャフト４２が伸縮するように構成される。この結果、モータが正回転または逆回転するたびに台３５が上昇または下降し、発光部３２および受光部３４が第１の位置および第２の位置の間における任意の位置に配置される。

図４は、インクジェット塗布装置１０の概略構成を示すブロック図である。同図に示すように、制御部３０は、ＲＯＭ５２およびＲＡＭ５４に接続される。ＲＯＭ５２には、制御部３０の制御動作に必要な複数のプログラムが格納される。また、ＲＯＭ５２には、受光部３４の受光状態と、判定結果との対応関係を示した判定テーブルが記録される。

図５は、検査処理時における制御部３０の動作手順を示すフローチャートである。制御部３０は、基板に対するインク吐出処理を実行する前に検査処理を実行する。まず、制御部３０は、支持部４０を動作させることにより、台３５の高さ調整処理を実行する（Ｓ１）。Ｓ１のステップにおいて、制御部３０は、ノズル面から検査光１００の光軸までの距離が、ノズル面と基板２２の上面との距離に等しくなるように、台３５の高さを調整する。

続いて、制御部３０は、吐出検査ステップを実行する（Ｓ２）。Ｓ２の吐出検査ステップにおいて、制御部３０は、インクジェットヘッド１４からインクの吐出を行わない状態で、発光部３２に検出光１００を出射させて受光部３４における受光状態を検出する。本実施形態では、制御部３０は、受光部３４が受光した光強度を検出する。ただし、受光状態の判断要素は、光強度に限定されるものではなく、受光幅などを受光状態の判断要素にしても良い。制御部３０は、検出した結果を第１の値としてＲＡＭ５４に記録する。続いて、制御部３０は、インクジェットヘッド１４からインクの吐出をさせた状態で、発光部３２に検出光１００を出射させて受光部３４における受光状態を検出し、検出した結果を第２の値としてＲＡＭ５４に記録する。１つのインクジェットヘッド１４に複数のノズル孔２８が設けられている場合は、すべてのノズル孔２８についてＳ２のステップを実行する。

続いて、制御部３０は、インクジェットヘッド１４の吐出が適正か否かの判断を行う（Ｓ４）。Ｓ４の判断ステップにおいて、制御部３０は、第１の値および第２の値を比較し、第２の値が第１の値の７０％未満であれば、インクの吐出が適正に行われているものと判断する。一方で、第２の値が第１の値の７０％以上であれば、インクの吐出に異常があるものと判断する。インク吐出異常の原因として、ノズル面に付着した液滴や塵埃を原因とする吐出方向の曲がりや、インク不吐出などか挙げられる。

Ｓ４の判断ステップにおいて吐出異常であると判断した場合、制御部３０は、所定回数を限度として、メンテナンスユニット１８のメンテナンス部１８５にヘッドクリーニング処理を実行させる（Ｓ５、Ｓ３）。Ｓ３のヘッドクリーニング処理では、ノズル孔２８からのインクの強制排出や、ノズル面のワイピング処理が実行される。所定回数だけヘッドクリーニング処理を行っても、吐出異常が解消されない場合には、制御部３０は、表示部１８７に警告表示をさせる（Ｓ１１）。

Ｓ４の判断ステップにおいて、インクジェットヘッド１４の吐出が正常であると判断された場合には、制御部３０は、高さ調整処理を実行する（Ｓ６）。Ｓ６では、制御部３０は、支持部４０を制御することにより、図３に示すように、発光部３２および受光部３４を第１の位置に移動させる。

続いて、制御部３０は、異物検出処理を実行する（Ｓ８）。Ｓ８の異物検出処理は、図６に示すように、インクジェットヘッド１４をＹ軸に沿って移動させながら実行される。その理由は、検出光１００の幅が、ノズルプレート２６のノズル面の全幅よりも小さいからである。図６にように、インクジェットヘッド１４をＹ軸に沿って移動させながら異物検出処理を行うことによって、ノズルプレート２６のノズル面の全域について異物の有無の判断が可能になる。

Ｓ９の判断ステップにおいて異物有りと判断した場合、制御部３０は、所定回数を限度として、メンテナンスユニット１８のメンテナンス部１８５にヘッドクリーニング処理を実行させる（Ｓ１０、Ｓ７）。所定回数だけヘッドクリーニング処理を行っても、異物が解消されない場合には、制御部３０は、表示部１８７に警告表示をさせる（Ｓ１１）。

一方、Ｓ９の判断ステップにおいて、異物が検出されない場合には、制御部３０は、基板２２の受け入れ態勢が整った旨の信号を、外部機器に出力する。本実施形態では、この信号の出力が完了すると、ロボットアームにて基板２２がステージ１２上に搬送されて来る。

なお、ここでは、吐出検査処理および異物検査処理をこの順で実行したが、吐出検査処理および異物検査処理の順序は逆にすることも可能である。

また、上述の実施形態では、モータが正回転または逆回転するたびに台３５が上昇または下降する構成を採用したが、他の機構を用いて台３５を上昇または下降させても良い。例えば図７に示すように、パンタグラフ機構を用いて、台３５を上昇または下降させることができる。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

インクジェット塗布装置の概略構成を示す外観図である。 液滴吐出不良を検出時のインクジェット塗布装置を示すである。 異物検出時のインクジェット塗布装置を示すである。 インクジェット塗布装置の概略構成を示すブロック図である。 制御部の動作手順を示すフローチャートである。 異物検出時のインクジェットヘッドを示す図である。 インクジェット塗布装置の他の例を示す図である。

符号の説明

１０−インクジェット塗布装置
１２−ステージ
１４−インクジェットヘッド
１６−ヘッド支持部
１８−メンテナンスユニット
２６−ノズルプレート
３０−制御部
４０−支持部

Claims (6)

1. ノズル面に設けられたノズル孔より被処理物に対して液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置の検査に用いられる液滴吐出ヘッド検査装置であって、
   前記液滴の進行経路に交差するように検出光を出射する発光部、および前記検出光を受光する受光部を有する検出手段と、
   前記受光部の受光状態に基づいて、前記発光部および前記受光部の間を遮る物体の有無を判断するように構成された制御手段と、
   を備え、
   前記検出手段は、少なくとも前記検出光の一部が前記ノズル面によって遮られる第１の位置、および、前記ノズル面と前記被処理物との間隔に相当する距離だけ前記ノズル面より下方に位置する第２の位置において、前記検出光の出射および受光を行うように構成され、
   前記制御手段は、前記液滴吐出ヘッドが液滴を吐出している時の前記第２の位置における前記受光部の受光結果に基づいて前記液滴吐出ヘッドの吐出不良を検出し、その後に、前記液滴吐出ヘッドが液滴を吐出していない時の前記第１の位置における前記受光部の受光結果に基づいて前記液滴吐出ヘッドのノズル面に対する異物の付着を検出するように構成され、かつ、
   前記検出手段が前記第１の位置において前記検出光の出射および受光を行うときに、前記液滴吐出ヘッドを移動させることによって前記液滴吐出ヘッドのノズル面の全域に対する異物の付着を検出することを特徴とする液滴吐出ヘッド検査装置。
2. ノズル面に設けられたノズル孔より被処理物に対して液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置の検査に用いられる液滴吐出ヘッド検査装置であって、
   前記液滴の進行経路に交差するように検出光を出射する発光部、および前記検出光を受光する受光部を有する検出手段と、
   前記受光部の受光状態に基づいて、前記発光部および前記受光部の間を遮る物体の有無を判断するように構成された制御手段と、
   前記検出手段を昇降自在に支持する支持手段と、
   を備え、
   前記支持手段は、前記検出光の一部が前記ノズル面によって遮られる第１の位置、および、前記ノズル面と前記被処理物との間隔に相当する距離だけ前記ノズル面より下方に位置する第２の位置の間において、前記発光部および前記受光部を移動自在に支持し、かつ、
   前記制御手段は、前記液滴吐出ヘッドが液滴を吐出している時の前記第２の位置における前記受光部の受光結果に基づいて前記液滴吐出ヘッドの吐出不良を検出し、その後に、前記液滴吐出ヘッドが液滴を吐出していない時の前記第１の位置における前記受光部の受光結果に基づいて前記液滴吐出ヘッドのノズル面に対する異物の付着を検出するように構成され、かつ、
   前記検出手段が前記第１の位置において前記検出光の出射および受光を行うときに、前記液滴吐出ヘッドを移動させることによって前記液滴吐出ヘッドのノズル面の全域に対する異物の付着を検出することを特徴とする液滴吐出ヘッド検査装置。
3. 前記制御手段は、前記液滴吐出ヘッドの吐出不良が検出された時または前記液滴吐出ヘッドのノズル面に対する異物の付着が検出された時に、ヘッドクリーニング処理をメンテナンス部に実行させるとともに、前記液滴吐出ヘッドの吐出不良または前記液滴吐出ヘッドのノズル面に対する異物の付着が所定回数以上検出された時に表示部に警告表示をさせることを特徴とする請求項１または２に記載の液滴吐出ヘッド検査装置。
4. ノズル面に設けられたノズル孔より被処理物に対して液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置であって、
   前記液滴の進行経路に交差するように検出光を出射する発光部、および前記検出光を受光する受光部を有する検出手段と、
   前記受光部の受光状態に基づいて、前記発光部および前記受光部の間を遮る物体の有無を判断するように構成された制御手段と、
   を備え、
   前記検出手段は、少なくとも前記検出光の一部が前記ノズル面によって遮られる第１の位置、および、前記ノズル面と前記被処理物との間隔に相当する距離だけ前記ノズル面より下方に位置する第２の位置において、前記検出光の出射および受光を行うように構成され、
   前記制御手段は、前記液滴吐出ヘッドが液滴を吐出している時の前記第２の位置における前記受光部の受光結果に基づいて前記液滴吐出ヘッドの吐出不良を検出し、その後に、前記液滴吐出ヘッドが液滴を吐出していない時の前記第１の位置における前記受光部の受光結果に基づいて前記液滴吐出ヘッドのノズル面に対する異物の付着を検出するように構成され、かつ、
   前記検出手段が前記第１の位置において前記検出光の出射および受光を行うときに、前記液滴吐出ヘッドを移動させることによって前記液滴吐出ヘッドのノズル面の全域に対する異物の付着を検出することを特徴とする液滴吐出装置。
5. ノズル面に設けられたノズル孔より被処理物に対して液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置の検査に用いられる液滴吐出装置であって、
   前記液滴の進行経路に交差するように検出光を出射する発光部、および前記検出光を受光する受光部を有する検出手段と、
   前記受光部の受光状態に基づいて、前記発光部および前記受光部の間を遮る物体の有無を判断するように構成された制御手段と、
   前記検出手段を昇降自在に支持する支持手段と、
   を備え、
   前記支持手段は、前記検出光の一部が前記ノズル面によって遮られる第１の位置、および、前記ノズル面と前記被処理物との間隔に相当する距離だけ前記ノズル面より下方に位置する第２の位置の間において、前記発光部および前記受光部を移動自在に支持し、かつ、
   前記制御手段は、前記液滴吐出ヘッドが液滴を吐出している時の前記第２の位置における前記受光部の受光結果に基づいて前記液滴吐出ヘッドの吐出不良を検出し、その後に、前記液滴吐出ヘッドが液滴を吐出していない時の前記第１の位置における前記受光部の受光結果に基づいて前記液滴吐出ヘッドのノズル面に対する異物の付着を検出するように構成され、かつ、
   前記検出手段が前記第１の位置において前記検出光の出射および受光を行うときに、前記液滴吐出ヘッドを移動させることによって前記液滴吐出ヘッドのノズル面の全域に対する異物の付着を検出することを特徴とする液滴吐出装置。
6. 前記制御手段は、前記液滴吐出ヘッドの吐出不良が検出された時または前記液滴吐出ヘッドのノズル面に対する異物の付着が検出された時に、ヘッドクリーニング処理をメンテナンス部に実行させるとともに、前記液滴吐出ヘッドの吐出不良または前記液滴吐出ヘッドのノズル面に対する異物の付着が所定回数以上検出された時に表示部に警告表示をさせることを特徴とする請求項４または５に記載の液滴吐出装置。

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