本发明涉及喷墨印刷方法。
背景技术：
按需出墨型的喷墨头(以下有时也表现为“头”)能够根据输入信号而在需要时涂敷需要量的墨。喷墨的技术也被期待为有机el显示器、液晶面板等电子器件的制造技术(例如专利文献1)。
在喷墨装置中，印刷时中的墨的喷落位置的偏移对于印刷品位有很大关联。喷落位置的偏移因印刷对象的位置偏移、喷嘴的位置偏移、每个喷嘴的墨的飞翔速度的偏移、每个喷嘴的喷出角度、往复印刷中的头的位置的偏移、印刷对象与头之间的距离的变化而产生。
作为现有技术，已知有如下技术：预先保持针对墨的飞翔速度、滑架的移动速度、头与印刷对象之间的距离的修正值，以该修正值修正驱动信号表格数据而生成驱动信号并将该驱动信号向头供给，由此来改善偏移(例如专利文献2)。
在先技术文献
专利文献1：日本特开2001-121693号公报
专利文献2：日本特开平6-143724号公报
现有技术没有考虑印刷对象的厚度发生了变化的情况下的墨的飞翔速度的减速。
若是用于供人以肉眼鉴赏的印刷，则所要求的喷落精度为以3σ计±15μm左右，厚度的变化不会成为较大的问题。
但是，在显示器制造工序等中使用的情况下，由于显示器逐年高精细化，因此，例如在300ppi的显示器中需要向大约30μm的单元喷落液滴。换句话说，要求数μm以内的喷落精度。
技术实现要素：
发明要解决的课题
本发明的目的在于，提供一种即便在印刷对象的厚度存在偏差的情况下也能够实现高精度的印刷的喷墨印刷方法。
解决方案
本发明的一实施方式所涉及的喷墨印刷方法包括：距离测定工序，在该距离测定工序中，对印刷对象与喷嘴之间的距离进行测定；速度角度测定工序，在该速度角度测定工序中，测定从所述喷嘴喷出的墨的飞翔速度以及飞翔角度；测试印刷工序，在该测试印刷工序中，向测试基板印刷墨并求出所述墨的喷落位置，基于根据所述距离测定工序的结果得到的所述印刷对象与所述测试基板之间的厚度差、和作为所述速度角度测定工序的结果的所述墨的飞翔速度以及飞翔角度，计算从所述喷落位置起算的位置偏移即厚度位置偏移；以及实际印刷工序，在该实际印刷工序中，调整所述厚度位置偏移，从所述喷嘴喷出所述墨而对所述印刷对象执行印刷。
发明效果
根据本发明，即便在印刷对象的厚度存在偏差的情况下也能够实现高精度的印刷。
附图说明
图1是与第一实施方式相关的喷墨喷出时的侧视图。
图2是示出液滴的减速的图。
图3是示出从喷嘴面到飞翔的墨为止的距离与飞翔速度之间的关系的图。
图4是与第二实施方式相关的喷墨喷出时的侧视图。
图5是飞翔角度的计算方法的侧视图。
图6是与第三实施方式相关的喷墨喷出时的侧视图。
图7是与第四实施方式相关的喷墨喷出时的侧视图。
图8是与第四实施方式相关的喷墨喷出装置的俯视图。
图9是示出用于在端部和中央部处修正不均匀的风给喷落带来的影响的修正表的图。
图10是与第五实施方式相关的喷墨喷出时的波形图。
附图标记说明：
101喷墨头；
102喷嘴；
104测试基板；
105实际印刷对象；
109墨喷落位置；
110墨喷落位置；
111墨喷落位置；
113墨喷落位置；
114墨喷落位置；
115角度位置偏移；
116速度位置偏移；
117厚度测定部；
118激光；
119厚度存储部；
120角度速度测定部；
121角度速度存储部；
122修正值计算部；
123工作台；
124印刷控制系统；
132测试印刷工序；
133实际印刷工序；
207印刷对象；
208设计位置；
301印刷对象；
302墨喷落位置；
305墨喷落位置；
306墨喷落位置；
401墨；
403印刷对象；
404移动方向；
405层流风；
406乱流风；
407乱流风；
501飞翔速度大波形；
502飞翔速度小波形。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
(第一实施方式)
在基于喷墨的印刷中，产生喷落于印刷对象的墨的喷落位置从目标的位置偏移的位置偏移。在以下的工序中修正该位置偏移。即，通过距离测定工序、飞翔速度角度测定工序、测试印刷工序、实际印刷工序来进行修正。利用图1的侧视图进行说明。
需要说明的是，以下的说明中的“工序”也可以作为规定的控制芯片设置在喷墨装置中。或者，“工序”也可以是由喷墨装置所配备的处理器以及存储器执行的程序。或者，“工序”也可以是由控制喷墨装置的其他的计算机执行的程序。因此，也可以将“工序”表现为“部”。
<距离测定工序>
在距离测定工序中，利用厚度测定部117来测定作为产品的实际印刷对象105的厚度，计算出喷嘴102的面与实际印刷对象105的表面的间隔距离。在测试基板104的厚度不明的情况下，也测定测试基板104的厚度。
实际印刷对象105是在实际印刷工序中使用的基板。
测试基板104是在测试印刷工序中使用的基板。
需要说明的是，将在实际印刷工序以外使用的基板设为测试基板。
<飞翔速度角度测定工序>
在飞翔速度角度测定工序中，角度速度测定部120分别测定从多个喷嘴102喷出的墨的飞翔角度以及飞翔速度。
<测试印刷工序>
在测试印刷工序132中，对测试基板104实施测试印刷。如图1所示，测试基板104从左向右在喷墨头101的下方穿过。此时，喷墨头101在测试基板104通过正下方时喷出墨。从喷墨头101的各喷嘴102喷出的墨以在每个喷嘴102中不同的飞翔角度以及飞翔速度喷落于测试基板104。
需要说明的是，根据测试基板104与喷嘴的距离、墨的飞翔角度以及飞翔速度、测试基板104与喷嘴的相对移动速度，计算墨的喷出的时刻并向目标喷落位置印刷墨。
对测试基板104上的墨的喷落位置进行测定。求出目标的墨喷落位置与测试基板104上的墨喷落位置的初始位置偏移。
然后，根据距离测定工序的结果来计算测试基板104与实际印刷对象105的厚度差。根据在飞翔速度角度测定工序中求出的墨的飞翔角度和飞翔速度来计算以该厚度差为起因的墨的喷落位置的厚度位置偏移。厚度位置偏移是测试印刷工序中的墨的喷落位置和以下的实际印刷工序中的墨的喷落位置之间的偏移的距离。厚度位置偏移例如是后述的图1中的速度位置偏移116与角度位置偏移115的合计。
需要说明的是，在无初始位置偏移的情况下，不需要该修正。例如，在测试基板104与喷嘴间距离短的情况等下，几乎没有初始位置偏移，在该情况下，不需要初始位置偏移的修正。
<实际印刷工序>
实际印刷工序133是对实际的生产基板即实际印刷对象105进行印刷的工序。在实际印刷工序133中，相对于测试印刷工序132中的墨喷落位置而修正测试印刷工序132中的初始位置偏移和厚度位置偏移，并对作为产品的实际印刷对象105进行实际印刷。
需要说明的是，在无初始位置偏移、测试印刷工序132中的墨喷落位置为目标喷落位置的情况下，仅修正厚度的位置偏移。
在图1中，示出在测试印刷工序132和实际印刷工序133中喷出的墨以怎样的方式喷落于印刷对象(测试基板104、实际印刷对象105)。
在图1中，测试印刷工序132和实际印刷工序133在纵向分开描绘表示：在测试印刷工序132时和实际印刷工序133时，测试基板104与实际印刷对象105的厚度可以不同。
在此，喷嘴102从测试基板104沿法线方向存在，不存在墨的喷出的角度弯曲，并且将无飞翔时间的情况下的墨喷落的位置定义为理想的墨喷落位置109。喷嘴102并不局限于一个，也可以是多个。在该情况下，相对于各喷嘴102执行各工序。
<现象>
(1)产生墨的角度弯曲的情况
在该情况下，在测试印刷工序132中，产生角度弯曲的墨喷落位置110相对于理想的墨喷落位置109而产生偏移。
(2)测试基板104与实际印刷对象105之间存在厚度差δg的情况
在该情况下，在测试印刷工序132中的墨喷落位置110与实际印刷工序133中的墨喷落位置113之间产生角度位置偏移115。该角度位置偏移115根据墨的飞翔角度以及印刷对象的厚度差δg而发生变化。因此，为了修正该角度位置偏移115，需要存储墨的飞翔角度并考虑印刷对象的厚度差δg。
(3)除墨的角度弯曲以外还产生墨的飞翔速度的降低的情况
在该情况下，比上述(2)的情况下的测试印刷工序132中的墨喷落位置110进一步偏移，成为墨喷落位置111。
同样，在实际印刷工序133中，成为墨喷落位置114。测试印刷工序132中的与墨喷落位置111之间的速度位置偏移116因墨的飞翔速度的降低而进一步变大。当墨的飞翔速度降低时，与之相应地，到墨喷落为止花费时间，在此期间，印刷对象从图1的左向右移动。
<解决方案>
如上所述，依次实施距离测定工序、飞翔速度角度测定、测试印刷工序132、实际印刷工序133而进行修正。
以下对(1)距离测定工序、(2)飞翔速度角度测定、(3)测试印刷工序132进行更为详细的说明。
(1)距离测定工序
在距离测定工序中，厚度测定部117将激光118照射于测试基板104、实际印刷对象105，并利用表面多个点对测试基板104、实际印刷对象105的厚度进行测定。例如，利用在表面上纵向均等地各排列5个点的合计25点进行测定。需要说明的是，若预先知晓测试基板104、实际印刷对象105的厚度，则可以使用该厚度。尤其是测试基板104使用通用的基板的情况下，能够使用以前的数据而省略。
在距离测定工序中，测定测试基板104或者实际印刷对象105的表面的高度，根据与工作台123的高度之差来计算厚度。距离测定工序中，也可以使用接触式的方法而测定印刷部位的附近。另外，从提高生产效率的观点出发，也可以设置印刷待机工作台，在该位置实施测试基板104或者实际印刷对象105的距离测定工序。
在印刷中，喷嘴102的表面与测试基板104、实际印刷对象105的表面之间的距离是决定喷落位置的因素，十分重要。该距离通过从自喷嘴102的表面到工作台123为止的距离减去所测定出的测试基板104、实际印刷对象105的厚度来计算。从喷嘴102的表面到工作台123的表面为止的距离被预先存储于印刷控制系统124的厚度存储部119。计算出的喷嘴102的表面与测试基板104、实际印刷对象105的表面之间的距离被存储于厚度存储部119。
(2)飞翔速度角度测定
接下来，对飞翔速度角度测定进行说明。飞翔速度和飞翔角度例如能够按照下述的方法测定。
对于飞翔角度而言，能够以某一时间间隔将墨的飞翔位置存储于两张以上的照片，根据相对于移动的印刷对象而言的法线方向的距离和水平方向的距离来计算。
对于飞翔速度而言，能够以某一时间间隔将墨的飞翔位置存储于两张以上的照片，根据时间和移动的距离来计算。测定出的飞翔角度和飞翔速度被存储于角度速度存储部121。
(3)测试印刷工序132
测试印刷工序132在上面说明过。在此，以下说明墨的角度位置偏移115和基于墨的飞翔速度的速度位置偏移116的计算。需要说明的是，以下的计算由修正值计算部122执行。
<角度位置偏移115>
实际印刷工序133中的因飞翔角度而偏移的角度位置偏移115(xa)通过接下来的(式1-1)来计算。
xa＝x0+δxa＝(g+δg)tanθ(式1-1)
在此，x0表示测试印刷工序132中的初始位置偏移，δxa表示测试印刷工序132与实际印刷工序133之间的因飞翔角度导致的角度位置偏移115，g表示测试印刷工序132的头与测试基板104之间的距离，δg表示测试基板104与实际印刷对象105的厚度差。θ为存在墨的角度弯曲的情况下的飞翔角度，且是由从测试基板104朝向喷嘴102的面的法线与墨的飞翔方向形成的角度。
例如，在飞翔角度θ＝50mrad、距离g＝1mm、厚度的偏差δg＝0.1mm的情况下，根据(式1-1)，计算为xa＝55μm。
<速度位置偏移116>
实际印刷工序133中的因飞翔速度而偏移的喷落位置xv通过接下来的(式1-2)来计算。
在此，δxv表示测试印刷工序132和实际印刷工序133中的因飞翔速度导致的速度位置偏移116，vf表示墨的飞翔速度，vs表示印刷对象(测试基板104、实际印刷对象105)的移动速度。g和δg与上述(式1-1)相同。
在vf＝5m/s、vs＝100mm/s、距离g＝1mm、厚度的偏差δg＝0.1mm的情况下，根据(式1-2)，计算为xv＝20μm。
图2示出飞翔中的墨受到的力。参照图2对考虑墨的飞翔速度的减速的情况进行说明。
墨在飞翔中受到基于重力的加速和基于空气阻力的减速。墨受到的力由接下来的(式1-3)表示。
f＝ma＝mg-d(式1-3)
在此，m表示液滴的质量，a表示加速度，g表示重力加速度，d表示从空气受到的阻力。
阻力d由接下来的(式1-4)表示。
在此，ρ表示空气的密度，vf表示墨的飞翔速度，s表示墨(液滴)的截面面积，cd表示阻力系数。
雷诺数re由接下来的(式1-5)表示。
在此，r表示墨的半径。墨在空气中飞翔的情况下的雷诺数远低于1000。该情况下的阻力系数cd由雷诺数在接下来的(式1-6)中表示。
向(式1-4)代入(式1-5)以及(式1-6)，如接下来的(式1-7)那样计算从空气受到的阻力d。换句话说，阻力d为墨的飞翔速度vf的函数。
然后，将(式1-7)代入(式1-3)而得到接下来的(式1-8)。
ma＝mg-kvf(式1-8)
然后，将加速度a改写为dv/dt而得到接下来的(式1-9)。
然后，当针对vf求解(式1-9)时，得到接下来的(式1-10)。
在此，vf0表示墨的飞翔速度的初始速度。然后，通过对(式1-10)进行时间积分，关于从喷嘴102的面到飞翔的墨为止的距离z，得到接下来的式(式1-11)。
图3示出对从喷嘴102的面到飞翔的墨为止的距离z和飞翔速度vf之间的关系进行测定而得到的实验结果的图表。该关系通过(式1-10)、(式1-11)而得出。
根据该实验结果，弄清了从喷嘴102的面喷出的墨的飞翔速度vf与距喷嘴102的面的距离z大致成比例地减速。
对此，基于该关系，能够由接下来的(式1-12)表示飞翔速度vf。
vf＝vf0-az(式1-12)
在此，vf0表示墨的飞翔速度的初始速度，a表示由墨的密度和体积决定的系数，z表示从喷嘴102的面到飞翔中的墨为止的距离。
从墨的飞翔开始到喷落于印刷对象为止的飞翔速度的平均vfave由接下来的(式1-13)计算。
在此，分子表示实际印刷工序133中的从喷嘴102的面到印刷对象为止的距离，分母表示从墨的飞翔开始到喷落为止的时间。将(式1-13)变形为接下来的(式1-14)。
然后，将(式1-14)的vfave代入(式1-2)的vf，得到接下来的(式1-15)。
在vf0＝5m/s、vs＝100mm/s、g＝1mm、δg＝0.1mm、a＝-2600(由实验求出的值)的情况下，计算为xv＝22.1μm。
在如显示器面板那样需要高精度印刷的情况下，偏移差2μm带来较大的影响，因此需要由考虑到该减速的(式1-15)计算。
在实际印刷工序133中，喷落位置x如接下来的(式1-16)所示那样，成为因飞翔角度导致的角度位置偏移115的δxa和因飞翔速度导致的速度位置偏移116的δxv的合计。
x＝x0+δxa+δxv(式1-16)
在此，将修正系数cf如接下来的(式1-17)那样进行定义。
cf＝δxa+δxv(式1-17)
在实际印刷工序133中使用修正系数cf(角度位置偏移115δxa和速度位置偏移116δxv)。
(第二实施方式)
(角度测定)
图4示出与第二实施方式相关的喷墨喷出时的侧视图。
如第一实施方式所述那样，具有利用相机拍摄墨的飞翔图像而计算墨的飞翔角度的方法。但是，该方法除了因测定许多喷嘴102而需要花费时间以外，还需要在印刷机设置用于拍摄墨的飞翔图像的相机和照明。对此，根据喷落位置的测定来计算墨的飞翔角度。由此，实现设备成本的削减以及生产节奏的提高。以下进行说明。
使用可动工作台或者厚度不同的印刷对象，改变从喷墨头101的喷嘴102的面到印刷对象为止的距离，在使工作台停止的状态下实施喷落。通过将所取得的喷落结果和喷嘴102到测试基板104之间的距离代入接下来的(式2-1)，来计算墨的飞翔角度θx。
在此，g1表示从喷嘴102到印刷对象a为止的距离，g2表示从喷嘴102到印刷对象b为止的距离，x1表示印刷对象a中的位置偏移量，x2表示印刷对象b中的位置偏移量。
然而，有时难以使用可动工作台或者厚度不同的印刷对象而改变从喷墨头101的喷嘴102的面到印刷对象为止的距离。接下来，参照图5说明该情况的应对方法。
在图5中，喷嘴的偏移δxn表示喷嘴102从喷嘴的设计位置208偏移了多少。通过将喷嘴的偏移δxn、基于在喷落位置的测定中得到的墨的飞翔角度的喷落位置偏移δxa、从喷嘴到印刷对象207为止的距离g代入接下来的(式2-2)，来计算墨的飞翔角度θx。
需要说明的是，对于喷落位置偏移δxa而言，以来自多个喷嘴102的墨的平均喷落位置为基准，将上述基准与墨的喷落位置之间的距离设为偏移量。能够根据该偏移量计算出从喷嘴102喷出的墨的飞翔角度。在此，多个喷嘴102为同一喷墨头101的喷嘴，是沿与图5的图面垂直的方向配置的喷嘴。是与图5相同的配置关系的其他的喷嘴。
在喷落位置的再现性高的印刷机中，确认出由(式2-2)计算出的墨的飞翔角度与由式(2-1)计算出的墨的飞翔角度几乎一致。例如，在δxn＝3μm、δxa＝10μm、g＝0.5mm的情况下，墨的飞翔角度θx被计算为14mrad。
该实施方式作为实施方式1的工序的一部分而实施。另外，该实施方式能够根据测试印刷工序中的涂敷结果而实施。测试印刷工序也可以另外进行。
(第三实施方式)
(速度测定)
图6示出与第三实施方式相关的喷墨喷出时的侧视图。
如第一实施方式所述那样，具有利用相机拍摄墨的飞翔图像而计算墨的飞翔角度的方法。但是，该方法除了因测定许多喷嘴102而花费时间以外，还需要在印刷机设置用于拍摄墨的飞翔图像的相机和照明。对此，根据喷落位置的测定来计算墨的飞翔速度。由此，实现设备成本的削减以及生产节奏的提高。以下进行说明。
在印刷对象301以低速vs1移动的情况下，墨喷落于墨喷落位置305。位置偏移δx1为印刷对象处于低速时的墨喷落位置305与印刷对象处于停止中的墨喷落位置302之间的距离。位置偏移δx2为印刷对象处于高速时的墨喷落位置306与印刷对象处于停止中的墨喷落位置302之间的距离。
当将墨的飞翔速度设为vf0、将从喷嘴102面到印刷对象为止的距离设为g时，墨的飞翔时间tf0能够由接下来的式(3-1)计算。
在图6的右图中，当将印刷对象的移动速度为低速时的位置偏移表示为δx1、将印刷对象的低速时的移动速度表示为vs1时，δx1能够由接下来的(式3-2)计算。
δx1＝vs1×tf0(式3-2)
在将印刷对象的移动速度为高速时的位置偏移表示为δx2、将印刷对象的高速时的移动速度表示为vs2时，δx2能够由接下来的(式3-3)计算。
δx2＝vs2×tf0(式3-3)
(式3-3)与(式3-2)的差分能够由接下来的(式3-4)计算。
δx2-δx1＝(vs2一vs1)×tf0(式3-4)
通过向(式3-4)代入(式3-1)而得到接下来的(式3-5)。
然后，将(式3-5)变形为液滴的飞翔时间vf0的计算式的话，成为接下来的(式3-6)。
由此，能够根据喷落于不同的印刷对象的墨的偏移量来求出墨的飞翔速度vf0。
例如，在g＝0.5mm、印刷对象的高速时的速度vs2＝200mm/s、印刷对象的低速时的速度vs1＝100mm/s、高速时的位置偏移量δx2＝40μm、低速时的位置偏移量δx1＝30μm的情况下，成为飞翔速度vf0＝5m/s。
该实施方式作为实施方式1的工序的一部分而实施。另外，该实施方式能够根据测试印刷工序中的涂敷结果而实施。测试印刷工序也可以另外进行。
(第四实施方式)
(风的影响)
在第四实施方式中，对风的影响应对进行说明。
图7示出与第四实施方式相关的喷墨喷出时的侧视图。
从喷墨头101的喷嘴102喷出的墨401受到因印刷对象的移动产生的风的影响而喷落于在印刷对象的移动方向404上偏移了的位置。
因风的影响导致的厚度偏移量由印刷对象403与喷墨头101的相对位置即场所决定。这是因为，当印刷对象403侵入喷墨头101的下部时，产生乱流风406，当印刷对象403在喷墨头101的下部连续地移动时，产生层流风405。
另外，印刷对象403在水平方向上也产生风的偏移。图8示出与第四实施方式相关的喷墨装置的俯视图。如图8所示，因印刷对象403的端部和中央部处的不均匀的压力以及喷墨头101而在端部产生乱流风407。在此，端部是指在俯视观察下同印刷对象403与喷墨头101的相对移动的方向垂直的方向的端部。在图8中为左右端。
图9示出用于修正在端部和中央部处不均匀的风给喷落带来的影响的修正表。
该修正表示出每个由喷墨头101的各位置和印刷对象403的水平方向上的各位置确定的位置的场所偏移量。该场所偏移量能够通过模拟解析计算出。
实际印刷初期相当于近前，实际印刷后期相当于里侧。因而，实际印刷初期的场所偏移量大于实际印刷后期的场所偏移量。
另外，对于该场所偏移量而言，排列有多个的所述喷嘴的端部相当于喷墨头的端部，排列有多个的所述喷嘴的中央部相当于喷墨头的中央。因而，排列有多个的所述喷嘴的端部的场所偏移量大于排列有多个的所述喷嘴的中央部的场所偏移量。
通过基于基板厚度的测定结果和图9的修正表来决定各印刷位置处的修正量，能够修正因风导致的偏移。在每次变更喷墨头101、印刷对象403的形状或者移动速度时，需要更新修正表。
该修正在实施方式1的实际印刷工序的修正中使用。
(第五实施方式)
(波形)
图10示出与第五实施方式相关的喷墨喷出时的波形图。
纵轴为施加于喷嘴的施加电压v，横轴为时间t。
在实施方式1中，虽然考虑了墨的速度，但对于墨的速度过于慢的喷嘴的情况没有充分考虑。墨的速度过于慢是指，比平均速度的一半小的速度。在该情况下，具有单纯地对输入的波形的形状进行变更的方法。然而，每个喷嘴102的体积变得不均匀的可能性较大。
对此，通过不改变波形的面积而如图10所示在飞翔速度小波形502到飞翔速度大波形501之间调整波形的上升以及下降的时间，来解决该问题。
需要说明的是，飞翔速度小波形502和飞翔速度大波形501中，施加电压恒定的线以下的凹部的面积相等。由于面积相等，因而不改变墨量。
具体地说，首先，以相同波形以及相同电压测定各喷嘴102的飞翔速度。
关于飞翔速度与其他喷嘴102相比较慢的喷嘴102，使用振幅较小且上升以及下降较快的飞翔速度大波形501。另一方面，关于飞翔速度相对快的喷嘴102，使用振幅较大且上升以及下降较慢的飞翔速度小波形502。需要说明的是，飞翔速度相对快的喷嘴102是比平均速度的2倍快的喷嘴。
需要说明的是，在实施方式1的实际印刷工序中，以如上方式变更喷墨喷出时的波形。
由此，能够使所有喷嘴102的飞翔速度均匀化。在飞翔速度大波形501到飞翔速度小波形502之间，例如能够切换为255阶段。
<备注>
上述的实施方式是用于说明本发明的示例，并非意在将本发明的范围限定为实施方式。本领域技术人员在不脱离本发明的主旨的前提下能够以其他各种方式来实施本发明。
工业实用性
本申请的喷墨头适合向工业用喷墨头应用。