JP2011156507A - 液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】そりが生ずるワークに対して簡単にワークのそりを矯正でき、描画精度を向上できる液滴吐出装置を提供する。
【解決手段】液滴を水平方向に吐出可能に取り付けられた液滴吐出ヘッド３５を備え、液滴吐出ヘッド３５から液滴を吐出してワーク５に塗布する液滴吐出部３０と、ワーク５を鉛直方向に吊り下げて把持し、ワーク５を液滴吐出部３０の液滴吐出ヘッド３５に対向して保持可能なチャック部７８と、を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、液状体を液滴として吐出し、ワークに描画を行う液滴吐出装置に関する。

液状体を液滴にしてワーク（基板）に吐出し、様々な描画を行う液滴吐出装置が知られている。例えばインクジェット法を用いてワークに液滴を塗布する液滴吐出装置が特許文献１に開示されている。
液滴吐出装置はワークを平坦なステージに載置して吸着固定し、平坦なワーク表面に対して液滴吐出ヘッドから液滴の塗布が行われる。

特開２００８−２２５２４７号公報

このような液滴吐出装置においてワークにそりがある場合には、ワークを載置して固定するステージの吸着装置を調整してワークのそりが矯正される。この場合、ワークはステージの平坦精度にならうように矯正される。
しかしながら、ステージにおける平坦精度の確保は難しく、また、ステージとワークとの間に異物などが挟まった場合にはワーク表面の平坦精度は確保できず、液滴吐出装置における描画精度を低下させている。
このため、そりが生ずるワークに対して簡単にワークのそりを矯正でき、描画精度を向上できる液滴吐出装置が望まれている。

本発明は上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］ 本適用例にかかる液滴吐出装置は、液滴を水平方向に吐出可能に取り付けられた液滴吐出ヘッドを備え、該液滴吐出ヘッドから液滴を吐出して液滴をワークに塗布する液滴吐出部と、前記ワークを鉛直方向に吊り下げて把持し、前記ワークの平面を前記液滴吐出部の前記液滴吐出ヘッドに対向して保持可能なワーク把持部と、を有することを特徴とする。

この構成によれば、液滴吐出装置には液滴を水平方向に吐出可能に取り付けられた液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出部と、ワークを鉛直方向に吊り下げて把持し、ワークの平面を液滴吐出部の液滴吐出ヘッドに対向して保持可能なワーク把持部とを有している。
ワークがワーク把持部により鉛直方向に吊り下げて把持されることで、ワークの自重でワークのそりを開放できる。そして、このそりが開放されたワークに対して液滴吐出ヘッドから液滴を吐出して描画することができ、ワークのそりに起因した描画精度の低下を抑制することができる。

［適用例２］ 上記適用例にかかる液滴吐出装置において、前記液滴吐出部に前記ワークの下端部を吸着可能な吸着部を有することが望ましい。

この構成によれば、液滴吐出装置において、液滴吐出部にワークの下端部を吸着可能な吸着部を有している。
ワークの下端部を吸着部で吸着することで、自重だけで矯正できないワークのそりを矯正することが可能である。

［適用例３］ 上記適用例にかかる液滴吐出装置において、前記吸着部を下方に移動させる移動部を有することが望ましい。

この構成によれば、液滴吐出装置において、吸着部を下方に移動させる移動部を有している。
ワークの下端部を吸着部で吸着しながら、移動部を下方に移動させることで、ワークの自重および吸着で矯正できないワークのそりを確実に矯正することが可能である。

［適用例４］ 上記適用例にかかる液滴吐出装置において、前記ワーク把持部は、前記ワークを搬送する搬送部に設けられていることが望ましい。

この構成によれば、ワーク把持部がワークを搬送する搬送部に設けられている。
このようにすれば、ワークを搬送部から例えばステージなどの受け渡し部に移載することなくワークに描画でき、効率的に液滴塗布作業ができる。

本実施形態における液滴吐出装置の各部の配置を示す模式平面図。 本実施形態における搬送部の構成を示す概略斜視図。 本実施形態における給材部の構成を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略側面図。 本実施形態における前処理部の構成を示す概略側面図。 本実施形態における液滴吐出部の構成を示し、（ａ）は図１のＡ矢視概略正面図、（ｂ）は概略側面図。 本実施形態における液滴吐出ヘッドの構成を示す概略断面斜視図。 本実施形態における吸着部および移動部の構成を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略側面図。 本実施形態における後処理部の構成を示す概略側面図。 本実施形態における除材部の構成を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略側面図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の寸法の割合を適宜変更している。
（実施形態）

図１は液滴吐出装置の一例であり、各部の配置を示す模式平面図である。
液滴吐出装置１は、給材部１０、前処理部２０、液滴吐出部３０、吸着部４０、後処理部５０、除材部６０、搬送部７０及び制御部９０を備えている。
液滴吐出装置１は、搬送部７０を周りから囲むように、時計回りに給材部１０、前処理部２０、液滴吐出部３０、吸着部４０、後処理部５０、除材部６０、制御部９０が順に配置されている。
図１では、説明のために直交座標系を表示し、Ｘ軸およびＹ軸で構成される面を水平面とし、Ｘ軸およびＹ軸に直交する軸をＺ軸（鉛直方向の軸）とする。

液滴吐出装置１の中央部に配置された搬送部７０は、第１腕部７３と第２腕部７５を備えたスカラー型ロボットが用いられている。第２腕部７５の先端にはワーク５を鉛直方向（−Ｚ方向）に吊り下げて把持するワーク把持部としてのチャック部７８を有している。
チャック部７８は搬送部７０の動作により移動できるように構成されている。搬送部７０のチャック部７８は平面視で円状の移動範囲６を有し、チャック部７８の移動範囲６内において、給材部１０、前処理部２０、液滴吐出部３０、吸着部４０、後処理部５０、除材部６０、がほぼ円周上に配置されている。このように、液滴吐出装置１に給材部１０と除材部６０とを備えており、液滴吐出装置１内で一連の処理を完結することができる。
また、制御部９０は液滴吐出装置１の各部の動作および全体の動作を制御している。

以下、液滴吐出装置１の各部について詳細に説明する。
（搬送部）
図２は搬送部の構成を示す概略斜視図である。
搬送部７０は平板状の基台７１を備え、基台７１上には支持台７２が設置されている。支持台７２の内部にはモーター、角度検出器、減速機等から構成される回転機構７２ａが備えられている。そして、モーターの出力軸は減速機と接続され、減速機の出力軸は支持台７２の上方に配置された第１腕部７３と接続されている。また、角度検出器がモーターの出力軸と連結され、モーターの出力軸の回転角度を検出する。これにより、回転機構７２ａは第１腕部７３の回転角度を検出して、所望の角度に回転させることができる。

第１腕部７３上において支持台７２と反対側の端には回転機構７４が設置されている。回転機構７４はモーター、角度検出器、減速機等により構成され、支持台７２の内部に設置された回転機構７２ａと同様の機能を備えている。そして、回転機構７４の出力軸は第２腕部７５と接続されている。これにより、回転機構７４は第２腕部７５の回転角度を検出して、所望の角度に回転させることができる。

第２腕部７５上において回転機構７４と反対側の端には昇降機構７６ａが配置されている。昇降機構７６ａは直動機構を備え、直動機構を駆動することにより伸縮することができる。昇降機構７６ａの上側には回転機構７６ｂが配置されている。
昇降機構７６ａの下側にはユニバーサルジョイント７７が接続され、ユニバーサルジョイント７７にはワークを把持するチャック部７８が接続されている。ユニバーサルジョイント７７によりチャック部７８で把持したワークを鉛直方向に吊り下げることができる。なお、鉛直方向とは厳密な意味ではなく、ある程度の誤差を含む方向である。

（給材部）
図３は給材部の詳細の構成を示し、図３（ａ）は概略平面図、図３（ｂ）は概略側面図である。
給材部１０は平板状の基台１１を備え、基台１１上にはガラス基板、半導体基板などのワーク５が１枚ごとに収納されるストッカー１２が設置されている。
ストッカー１２の背面にはストッカー１２に収容されたワーク５を１枚ごと移動させる押し出し機構１３が設けられている。
押し出し機構１３は空圧シリンダー１４を有し、空圧シリンダー１４のロッドが伸張してワーク５と当接することで、ワーク５をストッカー１２から移動させることができる。
また、空圧シリンダー１４はレール１５を移動可能であり、空圧シリンダー１４の位置を変えてワーク５を１枚ごとストッカー１２から押し出すことができる。
そして、ストッカー１２から押し出されたワーク５の上端を搬送部のチャック部７８が把持し、ワーク５を前処理部２０に移送する。

（前処理部）
図４は前処理部の構成を示す概略側面図である。
前処理部２０は基台２１を備え、基台２１上には支持板２２と遮蔽板２４が立設されている。支持板２２と遮蔽板２４とはワーク５が通過できる隙間を保ち、平行に向かい合っている。
また、支持板２２の遮蔽板２４と向き合う面には処理部２３が設けられている。前処理部２０では、ワーク５表面の改質などが行われ、次工程における液滴塗布でのワークとの密着性を向上させるなどの目的で行われる。

例えば、処理部２３に水銀ランプを配置し、ガラス基板などのワーク５に紫外光（ＵＶ光）を照射してワーク５表面の清浄度を向上させることができる。また、水素バーナーを用いて半導体基板などのワーク５の酸化した表面を一部還元することで表面を粗面化することができる。
なお、他にエキシマレーザーの照射や、プラズマ放電、コロナ放電などの放電雰囲気にワークを晒すなど、ワーク表面に目的に応じた処理を施しても良い。

このような処理が前処理部２０で行われるため、例えば紫外光をワークに照射する場合に対応して、紫外光を遮蔽する遮蔽板２４が備えられている。
また、ワーク５は搬送部のチャック部７８に吊り下げられた姿勢を保持して、支持板２２と遮蔽板２４との間を通過して所定の前処理が行われる。

（液滴吐出部）
液滴を吐出する装置に関しては様々な種類の装置があるが、インクジェット法を用いた装置が好ましい。インクジェット法は微小な液滴の吐出が可能であるため、微細加工に適している。本実施形態では吐出する液状体として、紫外線硬化型インクを用いる液滴吐出部の一例について説明する。
図５は液滴吐出部の構成を示し、図５（ａ）は図１のＡ矢視概略正面図、図５（ｂ）は概略側面図である。

液滴吐出部３０には、平板状に形成された基台３１を備えている。基台３１には、上方（Ｚ方向）に延びる一対の案内レール３２が設けられ、その両方の案内レール３２の端部は接続部材により接続され門型の形状を呈している。そして、一対の案内レール３２を挟持して移動可能な走査部材３３が設けられている。走査部材３３は案内レール３２に沿って上下方向（Ｚ方向）に移動可能であり、液滴の吐出のときには上から下方向に移動するように構成されている。

走査部材３３には略直方体形状のキャリッジ３４が取り付けられている。そして、キャリッジ３４には液滴を吐出する液滴吐出ヘッド３５が配置されている。この液滴吐出ヘッド３５は液滴を水平方向（図中の−Ｙ方向）に吐出可能に取り付けられている。なお、水平方向とは厳密な意味ではなく、ある程度の誤差を含む方向である。
さらに、このキャリッジ３４には、液滴吐出ヘッド３５の上方に紫外光照射ユニット３９が設けられている。紫外光照射ユニット３９には、多数のＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）素子が配置され、電力の供給を受けて紫外光を発光する。このようにして、ワークに吐出された紫外線硬化型インクに紫外光を照射して、すぐに紫外線硬化型インクの表面を硬化させて、紫外線硬化型インクの流動性を低下させることができる。

次に液滴吐出ヘッドの構成について説明する。
図６は液滴吐出ヘッドの構成を示す概略断面斜視図である。
液滴吐出ヘッド３５は、ノズルプレート３８ｂに複数のノズル３８ａを備え、それぞれのノズル３８ａの開口に連通する圧力室３７ａ、圧力室３７ａの一壁面を構成する振動板３６ｂ、振動板３６ｂを変形させるＰＺＴなどの圧電素子３６ａ、各圧力室３７ａにインクなどの液状体を送り込む共通インク室３７ｂを有している。

振動板３６ｂは、弾性変形可能な薄板から構成され、圧電素子３６ａの先端に当接している。このような構成により、圧電素子３６ａが収縮して、振動板３６ｂが上方に撓んで圧力室３７ａが膨張すると、共通インク室３７ｂの液状体が圧力室３７ａに流れ込む。所定時間の経過後に、圧電素子３６ａが伸長して、振動板３６ｂが元に戻って圧力室３７ａが収縮すると、圧力室３７ａの液状体が圧縮されて、ノズル３８ａの開口から液滴が吐出する。このとき、液滴吐出ヘッド３５に形成されている多数のノズル３８ａのうち、いずれから液滴を吐出するかによってワークに所定の文字、マークや画像などの描画が可能である。

（吸着部および移動部）
上記の液滴吐出部３０でワークに液滴を吐出する際に、吸着部においてワークの下端部が吸着部で吸着される。
図５に示すように、搬送部のチャック部７８により把持され吊り下げられたワーク５は、液滴吐出部３０でその姿勢を保持している。このとき、ワーク５のそりが自重による鉛直方向の力だけで充分に解消されない場合には、搬送されたワーク５の下端部に配置された吸着部４０による吸着を行ってワーク５のそりを矯正しても良い。

図７は吸着部および移動部の構成を示し、図７（ａ）は概略平面図、図７（ｂ）は概略側面図である。
吸着部４０は平板状に形成された基台３１を備え、基台３１に案内板４２と吸着台４６が配置されている。吸着台４６の上方には吸着板４１が配置され、吸着板４１と吸着台４６の間を移動部としての空圧シリンダー４５が両者を接続している。
吸着板４１には、ワーク５が移送されたときにワーク５の下端部に対応する位置に複数の吸着穴４１ａが貫通して設けられている。吸着穴４１ａは接続管４３を介してチューブ４４に接続されている。チューブ４４には吸引ポンプ（図示せず）などの吸引手段が接続され、ワーク５の下端部を吸着可能である。

また、吸着板４１は空圧シリンダー４５により下方に移動が可能であり、吸着板４１にワーク５を吸着させ、空圧シリンダー４５を下方に移動させることで、ワーク５を下方に引っ張る力を与え、ワーク５のそりを矯正することができる。
さらに、吸着板４１および案内板４２には両者の間隔を広く設定する案内面４１ｂ，４２ｂが形成され、ワーク５の進入をし易くしている。

このように、搬送部７０のチャック部７８により吊り下げられ液滴吐出部３０に搬送されたワーク５は、液滴吐出ヘッドに対向して保持され、下端部を吸着部４０にて吸着され、かつ空圧シリンダー４５にて下方に力が加えられる。そして、その姿勢を保持してワーク５に液滴吐出ヘッドから液滴を吐出してワーク５に描画を行う。

（後処理部）
図８は後処理部の構成を示す概略側面図である。
後処理部５０は基台５１を備え、基台５１上には支持板５２と遮蔽板５４が立設されている。支持板５２と遮蔽板５４とはワーク５が通過できる隙間を保ち、平行に向かい合っている。
また、支持板５２の遮蔽板５４と向き合う面には処理部５３が設けられている。後処理部５０では、ワーク５に塗布された紫外線硬化型インクを充分に硬化させる本硬化が行われる。

処理部５３には図示しないが、紫外光をワークに照射する紫外光照射ユニットと温風を送風する温風ユニットが備えられている。
紫外光照射ユニットは、例えばメタルハライドランプ、キセノンランプ、カーボンアーク灯、ケミカルランプ、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ等のランプを用いることができる。
温風ユニットは送風機、ヒーター及び温風温度を調節する制御装置等により構成されている。

このような処理が後処理部５０で行われるため、例えば紫外光をワーク５に照射する場合に対応して、紫外光を遮蔽する遮蔽板５４が備えられている。
また、ワーク５は搬送部のチャック部７８に吊り下げられて、支持板５２と遮蔽板５４の間に所定の時間だけ姿勢を維持して後処理が行われる。

（除材部）
図９は除材部の詳細の構成を示し、図９（ａ）は概略平面図、図９（ｂ）は概略側面図である。
除材部６０は基台６１を備え、基台６１上には後処理部５０での処理を施されたワーク５が１枚ごとに収納されるストッカー６２が設置されている。そして、ストッカー６２の下側にはベルトコンベヤー６３が配置されている。
後処理部５０で処理されたワーク５は、搬送部のチャック部７８に吊り下げられてストッカー６２の挿入口まで搬送され、ベルトコンベヤー６３上に載置される。そして、ベルトコンベヤー６３が動いて、ワーク５がストッカー６２の奥に収容される。

このように、液滴吐出装置１では、ワーク５が給材部１０から前処理部２０、液滴吐出部３０、吸着部４０、後処理部５０、を経て除材部６０に至るまで搬送部７０のチャック部７８に吊り下げられて移送される。この移送の間ではワーク５は他に移載されることなく各部を経て効率的に所定の処理が行われる。

以上、本実施形態の液滴吐出装置１はワーク５が搬送部７０のチャック部７８により鉛直方向に吊り下げて把持されることで、ワーク５の自重でワーク５のそりを開放できる。そして、このそりが開放されたワーク５に対して液滴吐出ヘッド３５から液滴を吐出して描画することができ、ワーク５のそりに起因した描画精度の低下を抑制することができる。
また、液滴吐出時においてワーク５の下端部を吸着部４０で吸着することで、自重だけで矯正できないワーク５のそりを矯正することが可能である。さらに、ワーク５の下端部を吸着部４０で吸着しながら、空圧シリンダー４５により吸着部４０を下方に移動させることで、ワーク５の自重および吸着で矯正できないワーク５のそりを確実に矯正することが可能である。このことから、ワーク５のそりに起因した描画精度の低下をさらに抑制することができる。

なお、本実施形態の液滴吐出装置１では各部の配置をほぼ同一平面に配置したが、給材部および除材部を他の各部より下段に配置して装置のコンパクト化を図っても良い。また、液滴吐出装置の各部の構成は上記実施形態に限らず、所定の機能を果たす構成であればよい。

１…液滴吐出装置、５…ワーク、６…移動範囲、１０…給材部、１１…基台、１２…ストッカー、１３…押し出し機構、１４…空圧シリンダー、１５…レール、２０…前処理部、２１…基台、２２…支持板、２３…処理部、２４…遮蔽板、３０…液滴吐出部、３１…基台、３２…案内レール、３３…走査部材、３４…キャリッジ、３５…液滴吐出ヘッド、３６ａ…圧電素子、３６ｂ…振動板、３７ａ…圧力室、３７ｂ…共通インク室、３８ａ…ノズル、３８ｂ…ノズルプレート、３９…紫外光照射ユニット、４０…吸着部、４１…吸着板、４１ａ…吸着穴、４２…案内板、４１ｂ，４２ｂ…案内面、４３…接続管、４４…チューブ、４５…移動部としての空圧シリンダー、４６…吸着台、５０…後処理部、５１…基台、５２…支持板、５３…処理部、５４…遮蔽板、６０…除材部、６１…基台、６２…ストッカー、６３…ベルトコンベヤー、７０…搬送部、７１…基台、７２…支持台、７２ａ…回転機構、７３…第１腕部、７４…回転機構、７５…第２腕部、７６ａ…昇降機構、７６ｂ…回転機構、７７…ユニバーサルジョイント、７８…ワーク把持部としてのチャック部、９０…制御部。

Claims (4)

1. 液滴を水平方向に吐出可能に取り付けられた液滴吐出ヘッドを備え、該液滴吐出ヘッドから液滴を吐出して液滴をワークに塗布する液滴吐出部と、
   前記ワークを鉛直方向に吊り下げて把持し、前記ワークの平面を前記液滴吐出部の前記液滴吐出ヘッドに対向して保持可能なワーク把持部と、を有することを特徴とする液滴吐出装置。
2. 請求項１に記載の液滴吐出装置において、
   前記液滴吐出部に前記ワークの下端部を吸着可能な吸着部を有することを特徴とする液滴吐出装置。
3. 請求項２に記載の液滴吐出装置において、
   前記吸着部を下方に移動させる移動部を有することを特徴とする液滴吐出装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液滴吐出装置において、
   前記ワーク把持部は、前記ワークを搬送する搬送部に設けられていることを特徴とする液滴吐出装置。

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