JP2014069309A - 液滴吐出装置及びノズルヘッドのクリーニング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノズルヘッドのクリーニング時に、ノズル面の損傷を軽減することができる液滴吐出装置を提供する。
【解決手段】 ノズルヘッドのノズル面に、液滴を吐出する複数のノズル孔が開口している。拭き取り部材がノズルヘッドのノズル面に付着した液状残渣に接触して、液状残渣をノズル面から除去する。拭き取り部材を液状残渣に接触させたとき、接触防止構造が、拭き取り部材がノズル面に接触することを防止する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、ノズル孔から液滴を吐出させる液滴吐出装置、及びノズルヘッドのクリーニング方法に関する。

ノズルヘッドから薄膜パターン形成用の材料を含んだ液滴を吐出して、基板の表面に薄膜パターンを形成する技術が知られている（例えば特許文献１）。

このような薄膜形成技術において、例えば、基板にはプリント配線基板が用いられ、薄膜材料にはソルダーレジストが用いられる。プリント配線基板は、基材及び配線を含み、所定の位置に電子部品等がはんだ付けされる。ソルダーレジストは、電子部品等をはんだ付けする導体部分を露出させ、はんだ付けが不要な部分を覆う。全面にソルダーレジストを塗布した後、フォトリソグラフィ技術を用いて開口を形成する方法に比べて、製造コストの低減を図ることが可能である。

ノズルヘッドのノズル孔が開口している表面（ノズル面）に、液滴が付着して残渣が残る場合がある。ノズル面に液体材料の残渣が付着した状態では、液滴の正常な吐出が行えない場合がある。拭き取り部材でノズル面を掃引することにより、この残渣を拭き取ることができる（例えば、特許文献２）。

特開２００４−１０４１０４号公報 特開２０１０−２８４９１８号公報

ノズル面には、通常、撥水処理等の表面処理が施されている。拭き取り部材に、埃等の固形異物が付着した状態で拭き取りを行うと、ノズル面が損傷する場合がある。また、拭き取りの回数が増えると、ノズル面の表面処理が劣化する。

本発明の目的は、ノズルヘッドのクリーニング時に、ノズル面の損傷を軽減することができる液滴吐出装置及びノズルヘッドのクリーニング方法を提供することである。

本発明の一観点によると、
液滴を吐出する複数のノズル孔が開口したノズル面を有するノズルヘッドと、
前記ノズルヘッドの前記ノズル面に付着した液状残渣に接触して、前記液状残渣を前記ノズル面から除去する拭き取り部材と、
前記拭き取り部材を前記液状残渣に接触させたとき、前記拭き取り部材が前記ノズル面に接触することを防止する接触防止構造と
を有する液滴吐出装置が提供される。

本発明の他の観点によると、
液滴を吐出する複数のノズル孔が開口したノズル面を有するノズルヘッドの前記ノズル面に拭き取り部材を近づけるとともに、接触防止構造によって前記拭き取り部材が前記ノズル面に接触することを防止した状態で、前記拭き取り部材を前記ノズル面に沿う方向に
移動させて、ノズル面に付着した液状残渣に前記拭き取り部材を接触させて前記液状残渣を前記ノズル面から除去する液滴吐出装置のノズルヘッドのクリーニング方法が提供される。

接触防止構造が拭き取り部材とノズル面との接触を防止するため、ノズル面の損傷を軽減することができる。

図１は、実施例１による液滴吐出装置の概略図である。 図２は、実施例１による液滴吐出装置の一部分の斜視図である。 図３は、ノズルユニットの斜視図である。 図４Ａはノズルヘッドの底面図であり、図４Ｂ及び図４Ｃは、それぞれ図４Ａの一点鎖線４Ｂ−４Ｂ、４Ｃ−４Ｃにおける断面図である。 図５Ａ〜図５Ｄは、ノズルヘッドと拭き取り機構との断面図である。 図６は、液状残渣の体積ｖと、半径ｒとの関係を示すグラフである。 図７Ａ及び図７Ｂは、実施例２による液滴吐出装置のクリーニング機構の正面図である。 図８Ａ及び図８Ｂは、実施例３によるクリーニング機構の概略図である。

［実施例１］
図１に、実施例１による液滴吐出装置の概略図を示す。定盤２０の上に、移動機構２１によりステージ２２が支持されている。ステージ２２の上面（保持面）に、プリント配線板等の基板２７が保持される。ステージ２２の保持面に平行な方向をＸ方向及びＹ方向とし、保持面の法線方向をＺ方向とするＸＹＺ直交座標系を定義する。移動機構２１は、ステージ２２をＸ方向及びＹ方向に移動させる。

定盤２０の上方に、ノズルユニット３０、撮像装置２８、及び拭き取り機構５０が、支持部材２４よって支持されている。ノズルユニット３０は、ノズルユニット支持機構３１を介して支持部材２４に昇降可能に支持されている。ノズルユニット３０及び撮像装置２８は、ステージ２２に保持された基板２７に対向する。撮像装置２８は、基板２７の表面に形成されている配線パターン、アライメントマーク、基板２７に形成された薄膜パターン等を撮像する。撮像されて得られた画像データが、制御装置７０に入力される。ノズルユニット３０は、複数のノズル孔から基板２７に向けて、光硬化性（例えば紫外線硬化性）の薄膜材料の液滴（例えばソルダーレジスト等の液滴）を吐出する。吐出された薄膜材料が、基板２７の表面に付着する。

拭き取り機構５０は、拭き取り部材５１を含み、拭き取り部材５１をノズルユニット３０の下方に配置することができる。ノズルユニット３０から薄膜材料の液滴を吐出している期間は、拭き取り部材５１はノズルユニット３０の下方から横方向に退避される。

制御装置７０が、移動機構２１、ノズルユニット３０、撮像装置２８、及び拭き取り機構５０を制御する。制御装置７０には、基板２７に形成すべき薄膜パターンの形状を定義するラスタフォーマットの画像データ等が記憶されている。オペレータが、入力装置７１を通して制御装置７０に、種々の指令（コマンド）や、制御に必要な数値データを入力する。制御装置７０は、出力装置７２からオペレータに対して各種情報を出力する。

図２に、実施例１による液滴吐出装置の一部分の斜視図を示す。ステージ２２の上に基板２７が保持されている。ノズルユニット３０が基板２７に対向する。ノズルユニット３
０は、ノズルユニット支持機構３１を介して支持部材２４に取り付けられている。ノズルユニット支持機構３１は、回転機構３２及び昇降機構３３を含む。回転機構３２は、Ｚ方向に平行な軸を回転中心として、ノズルユニット３０の回転方向の姿勢を変化させる。昇降機構３３は、ノズルユニット３０をステージ２２に対して昇降させる。

拭き取り機構５０が支持部材２４に支持されている。拭き取り機構５０は、移動機構５２及び拭き取り部材５１を含む。拭き取り機構５０は、拭き取り部材５１をノズルユニット３０の下方に移動させることができる。移動機構５２は拭き取り部材５１をＹ方向に移動させることができる。拭き取り部材５１をＹ方向に移動させることにより、ノズルユニット３０のクリーニングを行うことができる。ノズルユニット３０のクリーニング方法については、後に詳しく説明する。

図３に、ノズルユニット３０の斜視図を示す。ノズルホルダ３５に複数、例えば４個のノズルヘッド３４がＹ方向に並んで取り付けられている。ノズルヘッド３４の各々の、ステージ２２に対向する面（以下、「ノズル面」という。）３８に、複数のノズル孔３７が開口している。複数のノズル孔３７は、Ｘ方向に２列に並んでいる。４個のノズルヘッド３４の複数のノズル孔３７は、Ｘ方向に関して異なる位置に配置され、全体としてＸ方向に関して等間隔に分布する。

Ｙ方向に関して、各ノズルヘッド３４の両側に硬化用光源３６が取り付けられている。硬化用光源３６は、基板２７（図２）に硬化用の光、例えば紫外線を照射する。

以下、薄膜パターンの形成方法について説明する。基板２７（図２）をＹ方向に移動させながら、形成すべき薄膜パターンの画像データに基づいて、ノズル孔３７から薄膜材料の液滴を吐出させる。この動作を、「走査」ということとする。ノズル孔３７から吐出された薄膜材料の液滴が基板２７に着弾する。基板２７に着弾した薄膜材料に、硬化用光源３６から硬化用の光が照射される。これにより、薄膜材料の少なくとも表層部が硬化する。基板２７（図２）とノズルユニット３０とのＸ方向の相対位置を変えて、複数回の走査を行うことにより、基板２７の表面に薄膜パターンを形成することができる。

図４Ａに、ノズルヘッド３４の底面図を示す。図４Ｂ及び図４Ｃに、それぞれ図４Ａの一点鎖線４Ｂ−４Ｂ及び一点鎖線４Ｃ−４Ｃにおける断面図を示す。

図４Ａに示すように、複数のノズル孔３７が分布する領域を突出面３９が取り囲んでいる。突出面３９は、ノズル面３８から、液滴の吐出方向に突き出た位置に固定されている。具体的には、ノズル面３８に固定された環状の保護部材の上面が、突出面３９を構成する。

図４Ｂ及び図４Ｃに示すように、ノズルヘッド３４内に液室４０が画定されている。液室４０内に、液状の薄膜材料が供給される。ノズル孔３７の各々の一端が液室４０に開口し、他端がノズル面３８に開口する。液室４０内に、複数の圧電素子４１が装着されている。１つのノズル孔３７に対して、一対の圧電素子４１が配置される。図４Ｂ及び図４Ｃに示したノズルヘッド３４は、相互に隣り合うノズル孔３７の間に配置された１つの圧電素子４１が２つのノズル孔３７で共有される。このようなノズルヘッドは、「シェアモード型」と呼ばれる。圧電素子４１を動作させることにより、液室４０内の薄膜材料を液滴化してノズル孔３７から吐出させることができる。

ノズル面３８に、保護部材４３が固定されている。保護部材４３は、ノズル面３８から、液滴の吐出方向（図４Ｂ、図４Ｃにおいて下方）に突き出た上面（突出面）３９を有する。

図５Ａ〜図５Ｄを参照して、ノズルヘッドのクリーニング方法について説明する。

図５Ａに示すように、薄膜材料の液滴の吐出を繰り返すと、薄膜材料の液状残渣５５がノズル面３８に付着する場合がある。ノズル面３８には撥水処理が施されているため、液状残渣５５は、粘性及び表面張力により、ほぼ半球状になる。

拭き取り機構５０（図２）を動作させることにより、拭き取り部材５１をノズルヘッド３４の下方に配置する。拭き取り部材５１には、例えば不織布等の吸水性を有する材料が用いられる。拭き取り部材５１が突出面３９に接触するまで、拭き取り部材５１とノズルヘッド３４とを近付ける。例えば、昇降機構３３（図２）を動作させて、ノズルヘッド３４を下降させることにより、拭き取り部材５１とノズルヘッド３４とを近付けることができる。また、拭き取り機構５０に、拭き取り部材５１を昇降させる機能を持たせてもよい。この場合には、拭き取り部材５１を上昇させることにより、拭き取り部材５１とノズルヘッド３４とを近付けることができる。ノズル面３８から突出面３９までの高さは、液状残渣５５の高さより低くなるように設定されている。このため、液状残渣５５の頂部が、突出面３９よりも高い位置まで突き出ている。

図５Ｂに、図５Ａの一点鎖線５Ｂ−５Ｂにおける断面図を示す。拭き取り部材５１は、Ｘ方向に長い形状を有し、Ｘ方向に関して、ノズル面３８のうち突出面３９で囲まれた領域（図４Ａ）よりも長い。このため、拭き取り部材５１がＹ方向のどの位置にあっても、少なくともその両端が突出面３９に接触する。拭き取り部材５１が突出面３９に接触することにより、拭き取り部材５１の、ノズル面３８への接触が防止される。突出面３９は、拭き取り部材５１とノズル面３８との接触を防止する「接触防止構造」として作用する。

図５Ｃに示すように、拭き取り機構５０の移動機構５２を動作させることにより、拭き取り部材５１を、突出面３９に接触させた状態で、ノズル面３８に沿う方向（Ｙ方向）に移動させる。図５Ｄに、図５Ｃの一点鎖線５Ｄ−５Ｄにおける断面図を示す。図５Ｄに示すように、拭き取り部材５１が、その両端の近傍において、突出面３９に接触している。ノズル面３８と拭き取り部材５１との間には、間隙が確保されている。拭き取り部材５１の移動中に、拭き取り部材５１が液状残渣５５に接触する。拭き取り部材５１が吸水性を有するため、液状残渣５５が拭き取り部材５１に吸収される。

実施例１によるクリーニング方法では、拭き取り部材５１がノズル面３８に接触しないため、ノズル面３８の撥水処理の劣化を抑制することができる。

図６を参照して、ノズル面３８から突出面３９（図５）までの高さの目安について説明する。ノズル面３８に付着している液状残渣５５の体積をｖで表し、半径をｒで表し、ノズル面３８から突出面３９までの高さをｈで表す。液状残渣５５が半球状であると仮定すると、その半径ｒは、液状残渣５５の高さと等しい。

図６に、液状残渣５５の体積ｖと、半径ｒとの関係を示す。横軸は体積ｖを単位「ｐＬ」で表し、縦軸は半径ｒを単位「μｍ」で表す。液状残渣５５の体積ｖは、液状の薄膜材料の粘度、表面張力等に依存する。ソルダーレジストの薄膜を形成する場合、液状残渣５５の体積ｖは２〜１０ｐＬ程度である。このとき、液状残渣５５の半径ｒは約１１〜１６μｍになる。突出面３９を液状残渣５５の頂部より低くするために、高さｈを１０μｍ以下とすることが好ましい。高さｈが低すぎると、拭き取り部材５１（図５Ｄ）の撓み等によって、拭き取り部材５１がノズル面３８に接触し易くなる。ノズル面３８への拭き取り部材５１の接触を防止するために、高さｈを５μｍ以上とすることが好ましい。

［実施例２］
図７Ａに、実施例２による液滴吐出装置のクリーニング機構の正面図を示す。以下、実施例１との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。実施例２では、拭き取り部材８０として、吸水性を有するウエスが用いられる。ノズルヘッド３４の下方に、押し付け機構８５が配置される。拭き取り部材８０が、繰り出しロール８１から繰り出され、ノズルヘッド３４と押し付け機構８５との間を通過して、巻き取りロール８２に巻き取られる。押し付け機構８５は、平面状の上面を有する押し付け部材８６を昇降させることができる。

図７Ｂに、クリーニング時におけるクリーニング機構の正面図を示す。ノズルヘッド３４を、突出面３９が拭き取り部材８０に接触するまで下降させる。さらに、押し付け部材８６を、拭き取り部材８０に接触するまで上昇させる。拭き取り部材８０が液状残渣５５に接触し、液状残渣５５を吸収する。これにより、ノズル面３８から液状残渣５５を取り除くことができる。実施例２においても、拭き取り部材８０がノズル面３８に接触しないため、ノズル面３８の撥水処理の劣化を抑制することができる。

［実施例３］
図８Ａに、実施例３によるクリーニング機構の概略図を示す。以下、実施例１との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。

ノズルヘッド３４の下方に吸引容器９２が配置される。吸引容器９２は、上方に向かって開口しており、吸引容器９２の開口部を多孔質部材９１が塞ぐ。多孔質部材９１には、例えばメッシュ、スポンジ等が用いられる。多孔質部材９１は、吸引容器９２の開口面よりもやや深い位置に取り付けられている。昇降機構９３が、吸引容器９２を、ノズルヘッド３４に対して昇降させる。吸引容器９２に、開閉バルブ９４を介して吸引装置９５が接続されている。開閉バルブ９４を開き、吸引装置９５を動作させると、吸引容器９２と多孔質部材９１とで囲まれた空間が減圧される。

図８Ｂに、クリーニング時におけるクリーニング機構の概略図を示す。昇降機構９３を動作させて、吸引容器９２の開口部の縁がノズル面３８に接触するまで、吸引容器９２を上昇させる。吸引容器９２の開口部の縁は、ノズル孔３７が分布する領域を取り囲む環状の領域において、ノズル面３８に接触する。吸引容器９２とノズル面３８との接触箇所の一部には、空気を流通させるための隙間が残されている。多孔質部材９１は、吸引容器９２の開口面よりもやや深い位置に取り付けられているため、ノズル面３８に接触しない。

ノズル面３８に付着している液状残渣５５が、多孔質部材９１に接触する。開閉バルブ９４を開き、吸引装置９５を動作させることにより、吸引容器９２内の空間を減圧する。これにより、液状残渣５５が、多孔質部材９１を介して吸引容器９２内に吸引される。

実施例３においては、多孔質部材９１がノズル面３８に接触しないため、ノズル面３８の撥水処理の劣化を抑制することができる。吸引容器９２の開口部の縁よりも深い位置に多孔質部材９１を取り付けた構造が、「接触防止構造」として作用する。吸引容器９２の開口部の縁をノズル面３８に接触させた状態で、ノズル面３８と多孔質部材９１との間隔は、実施例１におけるノズル面３８かた突出面３９までの高さｈ（図６）と同程度とすることが好ましい。吸引容器９２の開口部の縁がノズル面３８に接触するが、この接触箇所は、ノズル孔３７から面内方向に離れている。このため、この接触箇所の撥水処理が劣化しても、ノズルヘッド３４の動作に支障はない。

上記実施例１〜実施例３では、ノズル孔からソルダーレジストの液滴を吐出させる例について説明したが、ノズル孔から吐出させる液滴は、ソルダーレジストに限らない。その
他の液状材料を吐出させる場合にも、上記実施例１〜実施例３のクリーニング機構を適用することが可能である。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

２０ 定盤
２１ 移動機構
２２ ステージ
２４ 支持部材
２７ 基板
２８ 撮像装置
３０ ノズルユニット
３１ ノズルユニット支持機構
３２ 回転機構
３３ 昇降機構
３４ ノズルヘッド
３５ ノズルホルダ
３６ 硬化用光源
３７ ノズル孔
３８ ノズル面
３９ 突出面（接触防止構造）
４０ 液室
４１ 圧電素子
４３ 保護部材
５０ 拭き取り機構
５１ 拭き取り部材
５２ 移動機構
５５ 液状残渣
７０ 制御装置
７１ 入力装置
７２ 出力装置
８０ 拭き取り部材
８１ 繰り出しロール
８２ 巻き取りロール
８５ 押し付け機構
８６ 押し付け部材
９１ 多孔質部材
９２ 吸引容器
９３ 昇降機構
９４ 開閉バルブ
９５ 吸引装置

Claims (8)

1. 液滴を吐出する複数のノズル孔が開口したノズル面を有するノズルヘッドと、
   前記ノズルヘッドの前記ノズル面に付着した液状残渣に接触して、前記液状残渣を前記ノズル面から除去する拭き取り部材と、
   前記拭き取り部材を前記液状残渣に接触させたとき、前記拭き取り部材が前記ノズル面に接触することを防止する接触防止構造と
   を有する液滴吐出装置。
2. 前記接触防止構造は、前記ノズルヘッドに固定され、前記ノズル面から、前記液滴の吐出方向に突き出た位置に突出面を有し、
   さらに、前記液状残渣の除去時に、前記拭き取り部材が前記突出面に接触した状態で、前記拭き取り部材を前記突出面に沿って移動させる移動機構を有する請求項１に記載の液滴吐出装置。
3. 前記拭き取り部材は、吸水性を有する部材を含み、前記液状残渣の除去時に、前記吸水性を有する部材が前記液状残渣に接触して前記液状残渣を吸収する請求項１または２に記載の液滴吐出装置。
4. 前記拭き取り部材は、前記液状残渣の除去時に、前記液状残渣に接触する多孔質部材を含み、
   さらに、前記多孔質部材を介して前記液状残渣を吸引する吸引装置を有する請求項１または２に記載の液滴吐出装置。
5. 液滴を吐出する複数のノズル孔が開口したノズル面を有するノズルヘッドの前記ノズル面に拭き取り部材を近づけるとともに、接触防止構造によって前記拭き取り部材が前記ノズル面に接触することを防止した状態で、前記拭き取り部材を前記ノズル面に沿う方向に移動させて、ノズル面に付着した液状残渣に前記拭き取り部材を接触させて前記液状残渣を前記ノズル面から除去する液滴吐出装置のノズルヘッドのクリーニング方法。
6. 前記接触防止構造は、前記ノズルヘッドに固定され、前記ノズル面から、前記液滴の吐出方向に突き出た位置に突出面を有し、前記拭き取り部材の一部を前記突出面に接触させることにより、前記拭き取り部材が前記ノズル面に接触することを防止する請求項５に記載のノズルヘッドのクリーニング方法。
7. 前記拭き取り部材は、吸水性を有する部材を含み、前記吸水性を有する部材で前記液状残渣を吸収することにより、前記液状残渣を前記ノズル面から除去する請求項５または６に記載のノズルヘッドのクリーニング方法。
8. 前記拭き取り部材は、前記液状残渣の除去時に、前記液状残渣に接触する多孔質部材を含み、前記液状残渣の除去時に、前記多孔質部材の孔を介して、前記液状残渣を吸引することにより、前記液状残渣を前記ノズル面から除去する請求項５または６に記載のノズルヘッドのクリーニング方法。

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