(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェットヘッドに供給されるインクを収容した容器部と、
前記容器部を上下方向に移動させる昇降機構と、
前記インクの液面の位置を検出する液面検出部と、
前記インクの重量を検出するインク重量検出部と、
検出された少なくとも前記インクの液面及び前記インクの重量に基づいて前記インクジェットヘッドのノズル部と前記インクの液面との差が所定の水頭差となる目標位置に前記インクの液面が維持されるように前記昇降機構を制御する制御部と、
を備えるインク供給装置。
【請求項２】
前記制御部は、更に、前記インクの吐出回数に対する前記インクの重量変化を監視して、インク吐出の異常を検出することを特徴とする請求項１記載のインク供給装置。
【請求項３】
前記制御部は、更に、交換後又は補充後の前記インクの重量に基づいて前記インクの液面が前記目標位置の近傍となるように前記昇降機構を第１の速度で動作させ、前記インクの液面が前記近傍から前記目標位置となるまで前記昇降機構を第２の速度で移動させることを特徴とする請求項1又は２に記載のインク供給装置。
【請求項４】
前記制御部は、更に、前記インクの重量が交換基準値を下回ったときにインクの交換を知らせることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のインク供給装置。
【請求項５】
前記インクに代えて半導体プロセスに用いる液体材料を使用することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクや半導体液体材料などを対象物に吐出して微細な膜を形成する装置に関し、特に、特に液体材料の容器の高さ位置を制御するインク供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
紙への印刷や液晶のカラーフィルタの製造に、いわゆるインクジェットの技術が採用されている。大型紙への印刷やカラーフィルタの製造では、大量にインクを消費するので、アルミ製の密封パックやカートリッジ式のインクパックを用いて補給している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、大量にインクを消費し、商品単価の高い商品については、特に、長期の信頼性と、インク交換頻度の低減が望まれる。この点で、従来のアルミ製の密封パックの容量（例えば、２００ｍｌ，３００ｍｌ）では、不十分である。
【０００４】
そこで、より大容量のインク容器とすることが考えられる。こうした場合、インクの液面の変動範囲が大きくなる。これは、インクの液面とノズル部の高さの差（水頭差）が大きくなることであり、インク吐出が出来なくなったり、不安定となったりして好ましくない。なお、水頭差の大きくならない範囲で使用する場合には、無駄な捨てインクが発生して不具合である。
【０００５】
また、従来、プロセス管理の観点から事前にインクを交換しているが、吐出回数をカウントして交換時期を判断しているので、実際のインク残量とは必ずしも対応しない。このため、交換によって捨てられ、無駄になるインクが多く生じている。
【０００６】
よって、本発明は、インク液面を一定に保つ機構を備えることによって、水頭差を一定に保ち、インク吐出を安定にするようにしたインク供給装置を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、インク瓶等の大容量の容器を用いて長時間に渡り、信頼性の高い吐出が可能となるインク供給装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のインク供給装置は、インクジェットヘッドに供給されるインクを収容した容器部と、上記容器部を上下方向に移動させる昇降機構と、上記インクの液面の位置を検出する液面検出部と、上記インクの重量を検出するインク重量検出部と、検出された少なくとも上記インクの液面及び上記インクの重量に基づいて上記インクジェットヘッドのノズル部と上記インクの液面との差が所定の水頭差となる目標位置に上記インクの液面が維持されるように上記昇降機構を制御する制御部と、を備える。
【０００９】
かかる構成とすることによって、大量のインクの水頭差を一定に保つことが出来るので、長期に渡り、良好なメニスカスの確保が可能となり、吐出抜けの発生が抑制される。
【００１０】
好ましくは、上記制御部は、更に、上記インクの吐出回数に対する上記インクの重量変化を監視して、インク吐出の異常を検出する。
【００１１】
かかる構成によれば、インク供給装置が吐出するインク滴の重量（重量変化／吐出回数）を把握することができる。インクの水頭差や液面位置などを調整可能な状態でインク滴の重量を把握することができるので、より正確にインクの重量を把握することができる。上記インクの吐出回数に対する重量変化特性の傾斜（インク滴の重量）によってインク供給の状態（インクの供給過多、供給不足、インク詰まり等）を判断することが可能である。
【００１２】
好ましくは、上記制御部は、更に、交換後又は補充後の上記インクの重量に基づいて上記インクの液面が上記目標位置の近傍となるように上記昇降機構を第１の速度で動作させ、上記インクの液面が上記近傍から上記目標位置となるまで上記昇降機構を第２の速度で移動させる。
【００１３】
かかる構成とすることによって、昇降機構を相対的に高速移動及び低速移動の二段階に動かすことが可能となり、インク補充後の液面の位置合わせ時間が短縮される。
【００１４】
好ましくは、上記制御部は、更に、上記インクの重量が交換基準値を下回ったときにインクの交換を知らせる。
【００１５】
好ましくは、上記インクに代えて半導体プロセスに用いる液体材料を使用する。
【００１６】
【実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明のインク供給装置の概要を説明するブロック図である。同図に示すように、インク供給装置は、概略、インク貯蔵容器としてのインク瓶９、液面検出器２１、重量検出器２３、昇降機構８、制御部２４等によって構成される。インク瓶９は、従来に比べて大容量であり、例えば、約１０００ｍｌのインクが貯蔵される。インク瓶９の側面には、液面検出器２１が配置され、例えば、発光器２１ａ及び受光器２２ｂによって液面の位置を検出する。なお、液面に浮ぶフロートを利用するものや、磁石を利用するものであっても良い。また、透明な瓶あるいは透明な窓の側方に設けられたＣＣＤラインセンサによって液面を読取るものであっても良い。インク瓶９は、インク重量を計測する重量検出器２３上に載置される。重量検出器２３は、いわゆる電子秤であり、昇降テーブル１０の上面に配置されている。昇降テーブル１０は、昇降機構８によって上下方向に移動される。昇降機構８は、駆動力を発生するパルスモータ１６、上下のフレーム１１間に回動自在に取付けられて昇降テーブル１０を移動する螺旋軸１４、テーブル１０を直線的に往復移動させるガイドレール１２，１３、モータ１６の駆動力を螺旋軸１４に伝達するベルト１７、螺旋軸１４の端部に取付けられて軸の回転角度量を検出するポテンショメータ１５等によって構成される。好ましくは、螺旋軸１４はテーブル１０をスライダとするボールねじである。
【００１７】
液面検出器２１及び重量検出器２３の各検出出力はそれぞれ液面検出信号及び重量検出信号として制御部２４に供給される。また、ポテンショメータ１５の出力信号も制御部２４に供給される。制御部２４は、モータ１６の回転を適宜に制御することによってターンテーブルの高さ位置を調整して、インクの液面が所定の水頭差となる一定位置に維持する。
【００１８】
図２及び図３は、液面検出及び高さ制御を説明する説明図である。図２において、発光器２１ａはＬＥＤによって構成され、ＬＥＤから出射した光ビームは適当な幅に調整され、瓶９を通過して受光器２１ｂのフォトトランジスタに入射する。フォトトランジスタは受光量に応じた電流を出力し、抵抗によって電圧信号に変換される。この電圧出力はＬＰＦ特性のノイズ除去フィルタを備える増幅器２１ｃによって適当なレベルに増幅され、制御部２１内のＤ／Ａ変換器によって、電圧データに変換される。図３に示すように、インクの液面の位置によってセンサ出力が変化する。液面がセンサビームの中央位置にあるときは、増幅器２１ｃの出力電圧はＶoとなる。液面が低下して光ビーム幅よりも下に位置すると、光ビーム全てをフォトトランジスタが受光するので出力電圧は大きい値（最大）となる。液面が上昇して光ビーム幅よりも上に位置すると、光ビームが全てインクを通過若しくは遮られるのでフォトトランジスタの受光は減少し、出力電圧は小さい値（最小）となる。判別部２４ｂは、現在の電圧値Ｖ'と基準値Ｖoとを比較し、現在の電圧値Ｖ'と基準値Ｖoとの差ΔＶを計算する。差ΔＶが所定の範囲を超えると、差ΔＶの正負に対応してモータ１６の回転方向を決定し、差ΔＶの値に応じてモータの回転量を決定する。これをモータ駆動回路２４ｃに供給する。モータ駆動回路２４ｃは、ΔＶに応じた数の駆動パルスを、決定された回転方向となるような相順位でモータ１６に供給する。モータ１６が動作することによってテーブルが昇降し、液面が光ビームの中央位置となるようになされる。このような、制御ループによって、インクの液面が一定位置に維持される。ここで、液面検出器２１の高さ位置とインクジェットヘッド１８のノズル１９の高さ位置との差を所定の水頭差に設定すれば、この水頭差が一定となるように維持される。
【００１９】
図４は、制御部２４の他の動作を説明する説明図である。制御部２４は、前述したように、重量検出器２３の出力信号を監視し、瓶９内のインク重量の変化を把握している。また、制御部２４は、ノズル１９からのインクの吐出回数をノズルの駆動パルスを計数することによって把握している。そこで、制御部２４は、瓶が交換されると、図４に示すように、所定の吐出回数毎にインク（あるいはインクと瓶）の重量をメモリテーブルに記憶する。吐出回数対重量変化特性が予め記憶された標準変化パターンに従っているときには、吐出プロセスでのインク供給が正常に行われていると判断可能である。標準変化パターンの傾斜よりも測定パターンの傾斜が急であるときはインクの供給過多、傾斜が緩いときはインクの供給不足、傾斜がないときはインク詰りなどが推定される。インク重量が交換判断基準値を下回ったときは、インク（あるいはインク瓶）の交換時期と判断する。このような、重量に基づく異常や交換時期の判断結果は、例えば、ＬＡＮを介してプロセスを管理している図示しないプロセスコンピュータに報告され、警告が表示される。
【００２０】
図５は、液面検出器、重量検出器、ポテンショメータを用いて液面の高さ制御を行う例を説明するフローチャートである。この例では、インクを交換した後、インクの液面が液面検出器の近傍となるまでテーブル１０を相対的に速く移動し、近傍になるとテーブルを相対的に遅く移動して、液面がなるべく速く液面検出器２１の検出中心位置に位置するようにする。
【００２１】
制御部２４は、インク（瓶）交換あるいはインク補充がなされると、図５に示す処理を行う。まず、制御部２４は、載置されたインク重量（あるいはインクと瓶の重量）Ｗ'を読取る（Ｓ２２）。制御部２４は、メモリに、予めインク（あるいはインクと瓶の）重量Ｗのものの液面を目標高さ（光ビームの中央位置）に位置させたときのポテンショメータ１５の値（テーブル１０の高さ）を多数テーブル化して記憶している。このテーブルを参照して、重量Ｗ'に対応する目標高さＨoを読取る（Ｓ２４）。現在のポテンショメータ１５の値を読取り、現在の高さＨ'を知る（Ｓ２６）。目標高さＨoと現在の高さＨ'との差ΔＨを求める（Ｓ２８）。この差に対応するモータの回転角度量を計算する（Ｓ３０）。モータ１６に該当角度量の回転を与えるパルス列を与えてモータを駆動し、テーブル１０を移動する（Ｓ３２）。ポテンショメータ１５の値を読取り（Ｓ３４）、目標高さ（基準位置）Ｈoの近傍になったかどうかを判別すること（Ｓ３６）を繰返す（Ｓ３６；Ｎｏ）。ポテンショメータ１５の値が、当該目標高さ位置の近傍になると（Ｓ３６；Ｙｅｓ）、モータ１６の回転を低速に切替える（Ｓ３８）。液面検出器２１が液面を検出するまでモータ１６の低速回転を継続する（Ｓ３８，Ｓ４０）。液面検出器２１が液面を検出すると（Ｓ４０；Ｙｅｓ）、ポテンショメータの出力を読取り、検出した液面の高さＨsとする（Ｓ４２）。これにより、瓶９の交換後、あるいはインク補充後の液面位置が基準位置に設定される。重量Ｗ'及びこれに対応する液面高さ位置Ｈsをメモリの既述テーブルに書込み、テーブルの重量対液面高さ位置のデータを充実させる。モータを停止する（Ｓ４６）。この後は、図２及び図３を参照して説明したように、液面の低下を検出してテーブルの高さを微上昇するように制御する。
【００２２】
このようにインク重量を目安にして、テーブルを速く移動し、その後低速で液面が波立たないようにして目標位置にインク液面を位置させる。それにより、インク交換（補充）後のプロセス再開が早くなる。
【００２３】
なお、インクの容器が、容積と高さとが正比例する形状のものであれば、インク重量の減少に比例して液面が下がるので、インク重量の減少に対応してテーブルを上昇するようにモータを制御するようにしても良い。これは、何らかの原因により、液面センサの出力が不具合であるときに、制御を切替えるようにしても良い。
【００２４】
また、インクの容器は瓶に限らない。インクを収納するに適当な形をしたものであればよい。容器と重量センサとを一体的に、あるいは重量センサ及びテーブルとを一体的に構成しても良い。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のインク供給装置によれば、大量のインクの水頭差を一定に保つことが出来るので、長期に渡り、良好なメニスカスの確保が可能となり、吐出抜けの発生が抑制される。
【００２６】
また、インク重量を監視しているので、インク滴の重量を把握でき、吐出抜け不良の発生を早めに検知することが出来る。
【００２７】
インク重量を監視しているので、インク無駄の少ないインク交換時期を知ることが出来る。
【００２８】
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の構成を説明する説明図である。
【図２】  図２は、液面検出及びモータ制御を説明するブロック図である。
【図３】  図３は、インクの液面位置と検出出力との関係を説明する説明図である。
【図４】  図４は、インクの吐出回数とインク重量との関係を説明するグラフである。
【図５】  図５は、検出重量、ポテンショメータ出力を更に用いて制御を行う例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０  昇降テーブル
１１  フレーム
１２，１３  ガイドレール
１６  モータ
１８  インクジェットヘッド
２１  液面検出器
２３  重量検出器
２４  制御部
【図１】
0003728998.tif 000002
【図２】
0003728998.tif 000003
【図３】
0003728998.tif 000004
【図４】
0003728998.tif 000005
【図５】
0003728998.tif 000006