テスト_インクジェットの着滴位置精度を低下させる要因とは?

テスト_インクジェットの着滴位置精度を低下させる要因とは?

インクジェットにおける着滴位置精度

インクジェット液滴の飛翔・着滴

インクジェットは、インクジェットヘッドから吐出させた微小液滴を空中に飛翔させ、基板に着滴させる技術です。
飛翔液滴の速度は5~10m/s程度であり、ヘッドから約1mmの距離を飛翔して基板に着滴します。
空間を飛翔中の液滴のサイズは12~50μm程度であり、基板への着滴後の着滴径は30~100μmとなります。

インクジェット技術における塗布

インクジェット技術が実現する高い着滴位置精度

着滴位置精度は、使用するヘッドや装置によりますが、±30μm 程度です。
インクジェットの液滴サイズを野球のボールサイズに例えると、この着滴位置精度は、2塁ベースから150kmの速球でホームにボールを投げてボール1個分程度までにずれを抑えることと同じ精度に相当します。

このように、インクジェット技術は、非常に高い着滴位置精度を実現します。

インクジェットでは、このような高精度な着滴現象を100以上ある各ノズルから1秒間に1万滴以上を同時に再現性高く吐出し続けています。

着滴位置精度を低下させる原因

着滴位置精度を低下させる飛翔曲がり

これほど高精度な着滴現象ですが、その反面、わずかな外乱によって飛翔曲がりが発生します。
この飛翔曲がりが生じると、インクジェットの強みである高い着滴位置精度を著しく低下させる原因となります。

飛翔曲がりの要因

それでは、この飛翔曲がりを招く、一番の要因は何でしょうか?
大きくは、気流・ノズル面の濡れ・静電気が挙げられます。

飛翔曲がりの要因

それでは、飛翔曲がりの要因をそれぞれ詳しく見ていきましょう。

要因① 気流

着滴位置精度の不具合に対して、気流を気にされる方が多くいらっしゃいますが、気流が原因になるケースはあまり多くありません。
インクジェット液滴の飛翔速度として適切ではない非常に遅い液滴を吐出している場合は、気流が問題になります。

一般的なインクジェットでは、ヘッドメーカー推奨値である5~10m/sと飛翔速度を高速に設定しているため、気流の影響を受けずに着滴することが可能です。

要因② ノズル面の濡れ

飛翔曲がりに一番影響を与える要因は、ノズル面の濡れです。

ノズル面に液溜りが発生すると、液溜りと押し出される液柱との相互影響によって飛翔曲がりが発生します。
液溜りによって飛翔方向が2°ずれるだけで、着滴位置は35μm程度(着滴径程度)ずれてしまいます。

ノズル面の濡れによる飛翔状態の違い

そのため、高い着滴位置精度を実現するためには、ノズル面に液溜りが発生しない液とヘッドの組み合わせの選定や、駆動波形の設定が重要になってきます。

また、ノズル面の濡れはノズル面への異物(ほこりなど)の付着によっても誘発されます。ノズル面を清浄に保つ工夫も重要です。

要因③ 静電気

ノズル面の濡れ以外にも静電気が飛翔曲がりに影響を与えるケースもあります。

高い位置精度を実現するには、基板やノズルプレートの除電も有効な対策です。

現象理解・観察測定

インクジェットセミナー

インクジェットの現象を論理的に理解

これまで説明してきた現象、例えば、上記の図「ノズル面の濡れによる飛翔状態の違い」において、なぜ吐出後にノズル面の濡れた箇所に再び液溜りができるか?を論理的に説明可能でしょうか。

吐出不具合に繋がるトラブルや飛翔曲がりを引き起こす原因についても、本ページでは紹介しなかった内容も詳しく説明しているのが、InkJet Academy® WEBセミナーです。
特に、各社のノズル面の違いについてはInkJet Academy® WEBセミナーの「Aコース インクジェット吐出原理と各社インクジェットヘッド」、ノズル面の濡れや飛翔曲がりなどの説明は、「Cコース インクジェット吐出評価実験とヘッド波形最適化」や「Fコース インクジェット吐出トラブルと対策事例」で詳しく説明しております。

なお、WEBセミナーで学んだ内容を、より実践的に習得したい場合には、実機を使ったInkJet実践研修 セミナーも用意しております。

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