JPH0467696A - 直接描画装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、耐熱性セラミック基板のような被描画体を
ノズルに対して相対移動させながら、そのノズルから回
路形成用ペーストを吐出させて被描画体上に直接厚膜回
路を形成する直接描画装置に関する。

〔従来の技術〕

直接描画装置によって、アルミナ基板等の耐熱性セラミ
ック基板（被描画体）上に回路形成用ペーストを吐出さ
せて所定の回路を描画した後、これを高温焼成して厚膜
回路パターンを形成することが行なわれている。

そして、ノズルから吐出する回路形成用ペースト（以下
「ペースト」という）の種類によって、導電体、抵抗体
、非導電体等の種々の形状の厚膜を形成することができ
、それらの各厚膜の膜層を積層して電気回路を構成する
。

ところで、このような直接描画装置で被描画体上にペー
ストによる描画を行なう際には、ノズルの先端と被描画
体の表面とのギャップを常に一定に保つように制御しな
いと、ペーストの吐出抵抗が変化するためにその吐出量
が変化して、描画品質が悪化する。

そのため、従来からこのような直接描画装置では、被描
画体を載置するＸＹ子テーブル上方に、ノズルと共に高
さセンサを所定の間隔で固定して設け、その高さセンサ
によって予め被描画体の描画面全域の各位置毎の高さを
測定して、その高さデータを被描画体の位置データに対
応させてメモリに記憶させる。

すなわち、被描画体表面の凹凸やうねりに応じて変化す
るデータである高さデータを、ＸＹ力方向任意の距離（
ピッチ）毎にメモリに格納する。

そして、描画時には描画位置に応じてＸＹ子テーブル駈
動して前記ノズルに対して被描画体を相対移動させなが
ら、メモリから被描画体の位置に対応する高さデータを
読み呂してノズルの高さを制御し、そのノズルから回路
形成用ペース１〜を吐出させて被描画体上に描画するよ
うにしている。

このようにすれば、ノズルの先端と被描画体の表面との
ギャップを常に一定に保つことができるので、描画品質
を良好に維持することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来の直接描画装置において
は、高さセンサによって被描画体の描画面全域の各位置
毎の高さデータを測定する際、及び前記ノズルによって
前記被描画体上に厚膜回路を形成する際に、被描画体を
載置したＸＹ子テーブルＸ軸方向に隙動する古−夕とＹ
軸方向に畦動するモータ（いずれもパルスモータを使用
する）にそれぞれ与える駆動用のパルス数をカウントし
て、そのカウント値を被描画体の位置データ（インデッ
クス）として、測定した高さデータのメモリへの格納及
びその高さデータのメモリからの読み出しを管理してい
た。

このように、ＸＹ子テーブル隙動するモータに与える位
置指令に基づく駆動用パルスのカウント値を被描画体の
位置データ（インデックス）とすると、位置指令と実際
のＸＹ子テーブル位置すなわち被描画体の位置との間に
は遅れが生じ、特に、移動開始時及び終了時にはこの遅
れ（偏差）が大きくなる。

そのため、高さデータとその位置データとの関係にズレ
が生じることになり、この位置データをインデックスと
して測定した高さデータをメモリに格納し、描画時にそ
の高さデータを上記駆動用パルスのカウント値をインデ
ックスとしてメモリから読み出してノズルの高さを制御
したのでは、ノズルを被描画体の実際の描画位置の表面
の高さに応じて正確に制御できないため、充分な描画品
質が得られないことになるという問題があった。

この発明は、このような従来の直接描画装置における問
題を解決するためになされたものであり、上述のような
高さデータとその測定点のインデックスとなる位置デー
タとの間にズレが発生しないようにして、常に充分な描
画品質が得られるようにすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は上記の目的を達成するため、上述のような直
接描画装置において、ＸＹ子テーブルＸ軸方向に隙動す
るモータとＹ軸方向に即動するモータにそれぞれ各モー
タ軸の回転によってパルスを発生するエンコーダを装着
すると共に、高さセンサによって被描画体の描画面全域
の各位置毎の高さデータを測定する際、及びノズルによ
って被描画体上に厚膜回路を形成する際に、上記各エン
コーダが発生するパルスをそれぞれカウントして、上記
高さデータをメモリに格納するため及びその高さデータ
をメモリから読み呂すためのインデックスとなる位置デ
ータを得る手段を設けたものである。

〔作　用〕

ＸＹ子テーブルｘＩ＃方向及びＹ軸方向に隙動する各モ
ータに装着した各エンコーダは、それぞれ各モータ軸の
回転によってパルスを発生するので、その各モータ軸の
回転によって移動される各ＸＹ子テーブル実際の移動量
に対応する数のパルスが発生される。

したがって、この各エンコーダから発生されるパルスを
カウントして得た位置データは、高さセンサによる実際
の高さ測定位置、あるいはノズルによる実際の描画位置
に正確に対応するので、これをインデックスとして、測
定した高さデータをメモリに格納し、描画時にはその高
さデータをメモリから読み出してノズルの高さを制御す
れば、ノズルの先端と被描画体の表面とのギャップを正
確に一定に制御することができ、常に良好な描画品質を
保つことができる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を添付図面を参照して具体的に
説明する。

第２図はこの発明の一実施例を示す直接描画装置の機構
部の斜視図であり、装置のフレーム１に支持板２が固着
され、この支持板２の上部にＺ方向モータ３がモータ保
持部材４により保持されている。

この２方向モータ３の回転軸は、カップリング５を介し
てベアリングを収納したベアリング受け６によって支持
されたボールネジ７に連結され、このボールネジ７はノ
ズル保持部材８に螺合されている。そのノズル保持部材
８は、リニアスライダ９によって支持板２に対して上下
（Ｚ軸方向）に摺動できるように装着されている。

そして、このノズル保持部材８にはノズル１１を一体に
装着したシリンダ１０が取り付けられ、そのノズル１１
のノズル端１１ａから、被描画体であるセラミック基板
１２上にペースト１３を吐出する。

その際、セラミック基板１２は全体の図示を省略したＸ
Ｙステージ装置によってＸ方向及びＹ方向に駆動される
ＸＹ子テーブル４上に、複数個の位置決めピン１７によ
って位置決めされて載置され、ノズル１１に対してその
高さ方向に直交するＸ、Ｙ方向に相対移動されることに
より、ノズル端１１ａから吐出されるペーストによって
所要の厚膜パターンが描画される。

また、支持板２にはノズル１１と並置して固定された保
持具１５に、レーザ光を利用してセラミック基板１２の
描画面の高さを測定するための高さセンサ１６を取り付
けている。

第１図はこの直接描画装置の制御系のブロック図であり
、制御ユニット２２は中央処理部であるＣＰＵ、プログ
ラムメモリであるＲＯＭ、データメモリであるＲＡＭ及
び入出力部であるＩｌｏからなるマイクロコンピュータ
によって構成されている。

そして、この制御ユニット２２がその出力信号によって
電空変換器２４に空気源２３からの空気圧を制御させる
と共に、電磁弁２５を開閉制御して、ノズル１１を装着
したシリンダ１０へ所要の空気圧を供給し、シリンダ１
０内のペーストをノズル１１のノズル端１１ａから吐出
させる。

また、この制御ユニット２２はモータドライバ２Ｂに２
指令信号を出力し、第２図にも示したＺ方向モータ３を
駆動してノズル端１１ａの高さ（Ｚ方向の位置）を制御
する。

一方、セラミック基板１２を載置するＸＹ子テーブル４
を備えたＸＹステージ装置には、ＸＹ子テーブル４を２
軸方向に直交する平面内でＸ軸方向へ移動させるための
Ｘ方向モータ１８と、それに直交するＹ軸方向へ移動さ
せるためのＸ方向モータ１９とが設けられている。

そして、これらのＸ方向モータ１８とＸ方向モータ１９
には、それぞれ各モータ軸の回転によってパルスを発生
するエンコーダ２０．２１を装着している。

制御ユニット２２は、モータドライバ２７にＸ指令信号
を、モータドライバ２８にＹ指令信号をそれぞれ出力し
て、Ｘ方向モータ１８とＸ方向モータ１９を駆動制御す
ることにより、ＸＹ子テーブル４及びそれに載置された
セラミック基板１２を、ＸＹ平面内の任意の位置へ移動
させることができる。

なお、これらのＸ方向モータ１８とＹ方向モタ１９及び
前述のＺ方向モータ３としては、いずれもパルスモータ
を使用するとよい。

エンコーダ２０．２１によってそれぞれ発生されるエン
コーダパルスＥＰｘ、ＥＰｙは、各々位置フィードバッ
ク信号としてモータドライバ２７゜２８に入力すると共
に、制御ユニット２２にも入力され、高さセンサ１６に
よるセラミック基板１２の描画面全域の高さ測定時及び
ノズル１１による描画時に、高さデータをメモリ（ＲＡ
Ｍ）に格納するため、及びその高さデータを読み出すた
めのインデックス（アドレス）となる位置データを得る
ために使用される。その詳細は後述する。

なお、セラミック基板１２の描画面は、ミクロンオーダ
ではあるがかなり凹凸面になっているし、既に厚膜パタ
ーンが形成されている場合もあるので、厚膜回路の描画
に先立って、高さセンサ１６の高さ位置を固定してＸＹ
子テーブル４をＸ、Ｙ方向に移動させながら、その高さ
センサ１６によってセラミック基板１２の描画面全域の
各座標位置毎（必要な精度とメモリのデータ記憶容量等
を考慮して測定ピッチを設定する）に高さを測定し、そ
の高さデータを制御ユニット２２に入力して、各測定点
の座標位置データと共にＲＡＭに記憶させる。

そして、制御ユニット２２はそのＲＡＭに記憶した高さ
データに基づいて、描画時に前述のようにＺ方向モータ
３を赴動制御して、ノズル１１の高さをセラミック基板
１２の描画面との間隔を一定に保つように制御して、ノ
ズル端１１ａが描画面や前に形成されたパターンに接触
して描画不能になったり、離れ過ぎてパターンの線幅が
細くなってしまったりしないようにする。

また、この制御ユニット２２には、操作表示用のオペレ
ーションパネル３０が接続されている。

なお、描画時にＸＹ子テーブル移動させるための描画デ
ータは、図示しない外部装置からこの制御ユニット２２
にその都度入力されるか、予め必要な描画データを内部
のＲＡＭに格納しておく。

高さセンサ１６としては、レーザスポット光を用いた三
角測量方式の距離センサ等が使用されるが、例えば第３
図に示すような距離センサを使用するとよい。

これは、小型で高出力の半導体レーザ４１と、高分解能
で高速応答性を有する半導体装置検出器（Ｐ　ｏｓｉｔ
ｉｏｎ　Ｓ　ｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｄ　ｅｖｉｃｅ　：以
下ｒＰｓＤＪと略称する）４２とを組合わせたものであ
り、光源である半導体レーザ４１からのレーザ光を投光
レンズ４３によって集光して、測定すべき対象物体４５
上にスポット光ｆ１として照射し、その対象物体４５か
らの反射光ｆ２を、投光レンズ４３から所定の間隔を置
いて配設された受光レンズ４４によってＰＳＤ４２の受
光面上の一点に集光して受光させる構造になっている。

そして、対象物体４５の矢示方向の変位によって、受光
レンズ４４によって集光される反射光ｆ２の角度θが変
化するため、ＰＳＤ４２上の集光スポットの位置、すな
わち受光位置Ｘがそれに比例して変位する。この受光位
置Ｘは、ＰＳＤ４２によって容易に検出することができ
る。

そこで、投光レンズ４３と受光レンズ４４との光軸間隔
をｄ、受光レンズ４４とＰＳＤ４２との間隔をＦとする
と、対象物体４５までの距離りを次式によって求めるこ
とができる。

Ｌ＝ｄ　−Ｆ／Ｘ 次に、この実施例の制御ユニット２２内のＸＹ位置デー
タを得るための構成と、高さ測定時及び描画時の動作に
ついて、第４図乃至第６図によって説明する。

制御ユニット２２内には、第４図に示すようにｃｐｕ２
２０によって制御されるプリセット可能なアンプ・ダウ
ンカウンタであるＸカウンタ２２１とＹカウンタ２２２
とが設けられている。

Ｘカウンタ２２１は、第１図のエンコーダ２０からのエ
ンコーダパルスＥＰｘをカウントして、ボロウ信号及び
Ｘ方向の位置を示すカウント値Ｎｘをｃｐｕ２２０へ出
力する。

Ｙカウンタ２２２は、第１図のエンコーダ２１からのエ
ンコーダパルスＥＰｙをカウントして、ボロウ信号及び
Ｙ方向の位置を示すカウント値ＮｙをＣＰＵ２２’Ｏへ
出力する。

これらの各カウンタ２２１，２２２は、いずれも高さ測
定時にはＣＰＵ２２０からのＵ／Ｄ切換信号によってダ
ウンカウンタとして動作するように切り換えられ、予め
必要な精度が得られるように設定される測定ピッチに相
当する一定のプリセット値がプリセットされ、エンコー
ダパルスをそのプリセット値だけカウントするとボロウ
信号を出力し、再び同じ値がプリセットされるようにし
て、エンコーダパルスのミスカウントを防ぐようにして
いる。

第５図はこの高さ測定中のＣＰＵ２２０の動作を示すフ
ロー図である。

ＣＰＵ２２０は、Ｘカウンタ２２１及びＹカウンタ２２
２にそれぞれ所定のプリセット値をプリセットした後、
いずれかのカウンタからボロウ信号を入力すると、第１
図の高さセンサ１６からの高さデータを取り込んで一時
的に記憶した後、いずれのカウンタからボロウ信号を入
力したかを判断する。

その結果、Ｘカウンタ２２１からであれば、内部のＸア
ドレスをインクリメントした後Ｘカウンタ２２１をプリ
セットし、Ｙカウンタ２２２からであれば、内部のＹア
ドレスをインクリメントした後Ｙカウンタ２２２をプリ
セットする。

そして、このインクリメントされたＸ、Ｙアドレスをア
ドレス（インデックス）として、−時的に記憶した高さ
データをＲＡＭ２２３に格納する。

この動作をＸカウンタ２２１又はＹカウンタ２２２から
ポロウ信号が入力する毎に繰り返す。

描画時には、Ｘカウンタ２２１及びＹカウンタ２２２は
リセット（「０」にプリセット）され、基準位置から描
画データに応じて第１図のＸＹ子テーブル４を移動させ
るためのＸ指令とＹ指令の方向に応じて、ＣＰＵ２２０
からのＵ　／　Ｄ切換信号によってアップ・ダウンを切
り換えられる。

そして、ＣＰＵ２２０は第６図のフローチャートに示す
ように、Ｘカウンタ２２１からのカウント値Ｎｘ又はＹ
カウンタ２２２からのカウント値Ｎｙが変化すると、そ
の時のＸ、Ｙカウント値を取り込んで一時記憶し、ＲＡ
Ｍ２２”；にそのカウント値に対応するアドレスが有る
か否かを判断する。

そして、無ければ次にカウント値が変化するのを待ち、
有ればそのアドレスの高さデータをＲＡＭから読み出し
、それに基づいてモータドライバ２６に２指令を出力し
てノズル１１の高さを制御する。この動作を描画終了ま
で繰り返す。

このようにすれば、高さ測定時及び描画時において、被
描画体であるセラミック基板１２の実際の位置と制御ユ
ニット２２で判断するＸ、Ｙ方向の位置データ（アドレ
ス）とのズレが殆んどなくなるので、描画面の凹凸状態
に応じて精度よくノズル１１の高さを制御することがで
き、描画品質が向上する。

なお、ノズル１１による描画点と高さセンサ１６による
測定点とはＸ方向に一定間隔（オフセット）を有してい
るので、実際には高さデータのＲＡＭ２２３への格納時
あるいはその読み出し時に、このオフセット分だけＸ方
向の位置データ（アドレス）を修正する。

また、描画中は高さデータを読み出した時だけでなく、
その間でもデータ補間を行なってノズル１１の高さ制御
を行なうのが望ましい。

さらに、第４図のＸカウンタ２２１及びＹカウンタ２２
２は、ＣＰＵ２２０のプログラム処理によるソフト的な
カウンタとすることもできる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明による直接描画装置は、高
さセンサによって被描画体の描画面全域の各位置毎の高
さデータを測定する際、及びノズルによって被描画体上
に厚膜回路を形成する際に、被描画体を載置するＸＹ子
テーブルＸ軸方向及びＹ軸方向に畦動する各モータに装
着したエンコーダが発生するパルスをそれぞれカウント
して、測定した高さデータをメモリに格納するため及び
その高さデータをメモリから読み出すためのインデック
スとなる位置データを得るようにしたので、被描画体の
実際の位置と上記インデックスとなる位置データとのズ
レが殆んどなくなるので、描画面の凹凸状態に応じて精
度よくノズルの高さを制御することができ、描画品質が
向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す直接描画装置の制御
系のブロック構成図、 第２図は同じくその機構部の外観を示す斜視図、第３図
はこの実施例に使用する高さセンサの一例を示す説明図
。 第４図は第１図の制御ユニット２２内のこの発明に直接
関係する部分の構成を示すブロック図、 第５図は第４図のＣＰＵ２２０による高さ測定中の動作
を示すフロー図 第６図は同じく描画中の動作を示すフロー図である。 ２・・・支持板　　　　　　ろ・　Ｚ方向モータ１０・
・・シリンダ　　　　１１・・・ノズル１２・・・セラ
ミック基板（被描画体）１３・・−ペースト　　　　１
４・・ＸＹ子テーブル５・・・保持具　　　　　１６・
・高さセンサ１７・・位置決めピン　　１８・・Ｘ方向
モータ１９・・・Ｙ方向モータ　　２０゜ ２６〜２８・・・モータドライバ ３０・・・オペレーションパネル ２２０・・・ＣＰＵ　（中央処理部） ２２１・・・Ｘカウンタ　　２２２・・Ｙカウンタ２２
３・・・ＲＡＭ　（メモリ） ２１・・・エンコーダ 第１図 第２図 ρ 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　被描画体を載置するＸＹテーブルと、その上方に所
   定の間隔で固定されたノズル及び高さセンサとを備え、
   前記高さセンサによつて予め測定した被描画体の描画面
   全域の各位置毎の高さデータに基づいて、前記ＸＹテー
   ブルを駆動して前記ノズルに対して前記被描画体を相対
   移動させながら前記ノズルの高さを制御し、前記ノズル
   から回路形成用ペーストを吐出させて前記被描画体上に
   厚膜回路を形成する直接描画装置において、 前記ＸＹテーブルをＸ軸方向に駆動するモータとＹ軸方
   向に駆動するモータにそれぞれ各モータ軸の回転によつ
   てパルスを発生するエンコーダを装着すると共に、 前記高さセンサによつて被描画体の描画面全域の各位置
   毎の高さデータを測定する際、及び前記ノズルによつて
   前記被描画体上に厚膜回路を形成する際に、前記各エン
   コーダが発生するパルスをそれぞれカウントして、前記
   高さデータをメモリに格納するため及びその高さデータ
   をメモリから読み出すためのインデツクスとなる位置デ
   ータを得る手段を設けたことを特徴とする直接描画装置
   。