JP2019043104A - 吐出材収容ユニットおよび吐出材吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容器自体をなるべく大型化せず、吐出する吐出材の充填量を多くすることができる吐出材収容ユニットおよびそれを備えた吐出材吐出装置を提供すること。【解決手段】吐出ヘッドから吐出する吐出材を収容可能な第１収容空間と、前記第１収容空間と隣接し液体を収容可能な第２収容空間と、前記第１収容空間と前記第２収容空間とを隔てる可撓性部材と、を備えた吐出材収容ユニットであって、前記可撓性部材は、前記第１収容空間が前記吐出材で満たされておらず、かつ前記第２収容空間が前記液体で満たされていない状態で凹形状である凹形状部を備え、前記凹形状は、前記第１収容空間の側から前記第２収容空間の側に向かって凹む形状で、かつ前記第２収容空間を形成する壁に沿う形状であることを特徴とする吐出材収容ユニット。【選択図】図１

Description

本発明は、吐出材を収容する吐出材収容ユニットと、その吐出材収容ユニット内の吐出材を吐出する吐出材吐出装置に関する。

特許文献１には、吐出材として液体（インク）を吐出する液体吐出装置に搭載される、インク貯留容器が記載されている。このインク貯留容器は、ヘッドでの圧力変動を低減するために、容器内部を可撓性部材によってインク室と浮力発生室とに分け、更に、インク室と接続された浮き袋を備えている。

特開２００８−１０５３６０号公報

しかし、特許文献１の方法では、吐出材（インク）貯留容器内部に浮力発生室と浮き袋とを備えなければならず、浮力発生室と浮き袋との部分にはインクを貯留できないことから、容器の容量を無駄なく有効に使うことが困難である。その結果、吐出する吐出材の充填量を増加させるには、容器自体を大型化しなければならないという課題がある。

よって本発明は、容器自体をなるべく大型化せず、吐出する吐出材の充填量を多くすることができる吐出材収容ユニットおよびそれを備えた吐出材吐出装置を提供することを目的とする。

そのため本発明の吐出材収容ユニットは、吐出ヘッドから吐出する吐出材を収容可能な第１収容空間と、前記第１収容空間と隣接し液体を収容可能な第２収容空間と、前記第１収容空間と前記第２収容空間とを隔てる可撓性部材と、を備えた吐出材収容ユニットであって、前記可撓性部材は、前記第１収容空間が前記吐出材で満たされておらず、かつ前記第２収容空間が前記液体で満たされていない状態で凹形状である凹形状部を備え、前記凹形状は、前記第１収容空間の側から前記第２収容空間の側に向かって凹む形状で、かつ前記第２収容空間を形成する壁に沿う形状であることを特徴とする。

本発明によれば、容器自体をなるべく大型化せず、吐出する吐出材の充填量を多くすることができる吐出材収容ユニットおよびそれを備えた吐出材吐出装置を提供することができる。

吐出材吐出装置の要部を示した図である。 可撓性部材を示した斜視図である。 吐出材吐出装置の要部を示した図である。 吐出材吐出装置の要部を示した図である。 吐出材吐出装置の要部を示した図である。 吐出材吐出装置の要部を示した図である。 インプリント装置の要部を示した図である。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態を適用可能な吐出材吐出装置１の要部を示した図である。吐出材吐出装置１は、液体として作動液１１を貯留するメインタンク１９と、メインタンク１９から供給された作動液１１を貯留可能なサブタンク１２と、サブタンク１２から作動液１１が供給される吐出材収容ユニット４と、媒体６を搬送する搬送部５とを備えている。メインタンク１９は大気と連通する大気連通孔２０を備えており、メインタンク１９とサブタンク１２とは、流路１７で接続されている。流路１７はその途中にポンプ１８を備えている。サブタンク１２と吐出材収容ユニット４とは、流路１３で接続されている。

サブタンク１２は、上部液面センサ１４と下部液面センサ１５とを備えており、これらのセンサによってサブタンク１２内の作動液面の検出を行っている。上部液面センサ１４と下部液面センサ１５とは、サブタンク１２内の液面位置を検知可能なセンサであればよい。例えば、サブタンク１２内に電極を設けて、電極への接液による通電を検知してもよい。また、静電容量式センサによりサブタンク１２内の液面位置を検知してもよい。メインタンク１９内に貯留された作動液１１は、ポンプ１８の作用によって流路１７を介してサブタンク１２に供給され、サブタンク１２から流路１３を介して吐出材収容ユニット４へ供給される。ポンプ１８の例としてシリンジポンプ、チューブポンプ、ダイアフラムポンプ、ギアポンプ等が挙げられる。ただし、ポンプ１８は送液手段の機能を有していればよいため、ポンプに限定されるわけではなく、吐出材吐出装置１に適した送液手段を選定することが可能である。

吐出材収容ユニット４は、密閉された筐体７と、筐体７の内部に設けられた可撓性部材８とを備えている。可撓性部材８は、筐体７の内部で第１収容空間２１と第２収容空間２２とを隔てている。また、吐出材収容ユニット４は、ヘッド（吐出ヘッド）３を備えている。ヘッド３は、第１収容空間２１の一部に設けられ、第１収容空間２１と連通している。第１収容空間２１と第２収容空間２２とは隣接しており、第１収容空間２１は吐出材を収容可能な空間である。また、第１収容空間２１と第２収容空間２２とは、可撓性部材８が結合されている面に対して面対称である。ヘッド３は、第１収容空間２１に収容された吐出材を、媒体６に対して吐出することができる。尚、ヘッド３は吐出材収容ユニット４と別体として設けられていてもよい。例えば、吐出材収容ユニットの外にヘッド３が設けられており、ヘッド３はチューブや筐体内の流路等を介して第１収容空間２１と連通していてもよい。

可撓性部材８は、少なくとも一部に形状が凹形状である凹形状部を有する。凹形状部は、第１収容空間２１が吐出材で満たされておらず、かつ第２収容空間２２が液体（作動液）で満たされていない状態において、凹形状である。成形した段階において既に凹形状であることが好ましく、例えば成形によって凹形状を形成することが好ましい。凹形状は、無負荷状態でも凹形状であることが好ましい。吐出材収容ユニットに組み付ける前に凹形状である凹形状部を有する可撓性部材を、吐出材収容ユニットに組み付けることになる。従って、第１収容空間２１や第２収容空間２２に吐出材や液体等で満たされておらず、可撓性部材８が空気のみに接触している部分を有する状態において、その部分が凹形状を有することになる。凹形状は、第１収容空間２１の側から第２収容空間２２の側に向かって凹んでいる。また、凹形状は、第２収容空間２２を形成する壁に沿う形状である。

凹形状である凹形状部は、第２収容空間２２を形成する筐体７の一部の壁に沿って第２収容空間２２に入り込むようにして第１収容空間２１の一部を形成している。可撓性部材８は、変形可能であり、変形することで第１収容空間２１を形成する筐体７の一部の壁に沿って、第１収容空間２１に入り込むようにして第２収容空間２２を拡張することが可能である。特に第１収容空間２１に収容する吐出材の量が減少するに従って、第１収容空間２１を形成する壁に沿った凸形状に変形可能である。第２収容空間２２が最も拡張した状態では、第１収容空間２１の容積はほぼ無くなる。

図２は、可撓性部材８を示した斜視図である。図２に示すように、可撓性部材８は筐体７の形状に応じた凹形状である凹形状部を備えている。可撓性部材８の成形方法としては、加熱しながらの熱成形が挙げられる。例えば、加熱しながらの真空成形、加熱しながらのブロー成形、加熱しながらの金型成型等が例として挙げられる。しかし、これらに限定されるものではなく、可撓性部材８の材質及び必要形状に適した成形方法を選択することができる。可撓性部材８の角部、隅部に湾曲形状やテーパ形状を設けてもよい。こうすることで、可撓性部材８の変形を容易にすることが可能となる。この可撓性部材８の形状に沿う形状に、第１収容空間２１と第２収容空間２２の内面形状を加工してもよい。

第１収容空間２１に収容され、ヘッド３から吐出される吐出材９の一例としてインクが挙げられる。インクとしては、導電性インクやＵＶ硬化性インク等の多様なインクが挙げられる。また、半導体デバイス等の製造プロセスにおいて、基板上のインプリント材に対してパターンが形成されたモールドを接触させ、インプリント材にモールドの形状を転写してパターンを形成する、所謂インプリント技術がある。インプリント材としては光硬化型樹脂や熱硬化型樹脂等のレジストが用いられるが、吐出材９としてこのようなインプリント材も挙げられる。

第２収容空間２２に充填される液体である作動液１１は、気体に比べて、外的な温度および圧力の変化に対し、自身への体積に対する影響を受けにくい。したがって、吐出材吐出装置１の周辺の気温または気圧が変化しても、作動液１１の体積はほとんど変化せず、第１収容空間２１における吐出材９の圧力の変化が抑制される。

可撓性部材８は、接液性等の観点から吐出材９の特性に適した部材を選定することがより好ましい。吐出材９の密度と作動液１１の密度との差は、吐出材９の密度と気体の密度との差に比べて、通常小さくなる。第１収容空間２１に収容される物質の密度と第２収容空間２２に充填される物質の密度との差をより小さくすることで、筐体７に衝撃が加えられた際の可撓性部材８の揺動を抑制することが可能になる。本実施形態の一例として、筐体７の容量を５００ｍｌとし、吐出材９の初期量を約５００ｍｌとし、作動液１１の初期量を約０ｍｌとすることもできる。なお、本発明はこれに限らず、筐体７の容量、吐出材９の初期量および作動液１１の初期量を適宜決定することができる。

図３は、吐出材吐出装置１の要部を示した図であり、ヘッド３から吐出材９の吐出により、第１収容空間２１における吐出材９の量が減少している遷移図である。第１収容空間２１内の吐出材９がヘッド３から吐出されると、第１収容空間２１内の吐出材９の減少に伴い、第１収容空間２１が収縮する。第１収容空間２１の収縮に伴って、第２収容空間２２が拡張する。第２収容空間２２には、外部から作動液を供給可能に構成されており、第２収容空間２２が拡張すると、第２収容空間２２内の負圧によってサブタンク１２内の作動液１１が第２収容空間２２へと供給される。サブタンク１２内の作動液１１が第２収容空間２２へと供給されると、サブタンク１２内の作動液１１の液面位置が下がり、下部液面センサ１５が、液面位置が下がったことを検知する。下部液面センサ１５が、液面位置が下がったことを検知すると、ポンプ１８にて作動液１１をメインタンク１９からサブタンク１２へ供給する。その結果、サブタンク１２内の作動液１１の液面高さが上昇する。そして、上部液面センサ１４が、液面位置が上昇したことを検知すると、ポンプ１８の送液動作を停止する。このように、第２収容空間２２内に作動液１１を供給することで、第１収容空間２１内の圧力を所定の圧力に維持（圧力制御）することができる。

図４、図５は、吐出材吐出装置１の要部を示した図であり、図４は、図３よりも更に第１収容空間２１における吐出材９の量が減少している遷移図であり、図５は、図４よりも更に第１収容空間２１における吐出材９の量が減少している遷移図である。図４では、可撓性部材８の中心部が、大きく第１収容空間２１に入り込む形に変形し、第１収容空間２１が収縮しているのが分かる。第１収容空間２１の収縮に伴い、第２収容空間２２に作動液１１が供給されて第２収容空間２２が拡張している。

図５では、可撓性部材８は、第１収容空間２１の壁（内壁）に沿う凸形状に変形しており、第１収容空間２１内の吐出材９は、ほとんどヘッド３によって吐出されて無くなり、第１収容空間の容積もほぼ無い状態となっている。従って、可撓性部材８が凸形状に変形した際に第１収容空間２１とヘッド３とが連通する溝を、筐体７に設けてもよい。溝を設けることによって、第１収容空間２１からヘッド３への流路を可撓性部材８が塞いでしまうことを抑制できる。

（第２の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。

図６は、本実施形態における吐出材吐出装置１の要部を示した図である。本実施形態の吐出材収容ユニット４が備える可撓性部材は、第１可撓性部材２５と第２可撓性部材２４との２つの可撓性部材で構成されている。このように第１可撓性部材２５と第２可撓性部材２４とを備えることで、何らかの要因で一方の可撓性部材に破損が生じても、他方の可撓性部材があることから、第１収容空間２１と第２収容空間とが連通することを抑制することができる。なお、本実施形態では、第１可撓性部材２５と第２可撓性部材２４の２つの可撓性部材を備える構成を説明したが、これに限定するものでなく複数の可撓性部材を備えた構成でもよい。複数の可撓性部材を備える場合には、変形時にその動きが制限されないように可撓性部材の厚さを考慮する必要がある。

なお、可撓性部材が破損しないようにするには、可撓性部材の厚さを厚くすることも考えられる。しかし、可撓性部材の厚さを厚くすると、可撓性部材の変形時の動きが制限され、所望の変形状態が得られなくなる。従って、本実施形態のように複数の可撓性部材を備える構成の方が好ましい。

（第３の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第３の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。

図７は、本実施形態におけるインプリント装置５０の要部を示した図である。インプリント装置５０は、ヘッド３、インプリント材としてレジスト（樹脂）を収容するレジスト収容ユニット５６、サブタンク１２を備えている。ヘッド３から吐出される吐出材は、光硬化性のレジスト５１であって、インプリント材である。インプリント装置５０内には、石英で形成されており、微細パターンが形成されたモールド５３がモールド移動部５７を介してモールド支持部５８にて支持されている。モールド５３は、モールド移動部５７にて上下方向に移動可能に構成されている。モールド５３を介してウェハ５２に吐出されたレジスト５１に紫外線を照射する露光ユニット５４が設けられている。露光ユニット５４は、露光ユニット支持部５５により支持されている。ヘッド３からウェハ５２に吐出されたレジスト５１は、ウェハ５２上に塗布される。このようなインプリント装置５０は、微細なパターンを形成することからナノインプリント装置ともよばれる。

レジスト５１を塗布されたウェハ５２は、ウェハ搬送部５９によりモールド５３の下部に移動される。その後、ウェハ５２上に塗布されたレジスト５１は、モールド移動部５７を駆動してモールド５３を下方向に移動することで、石英で形成されたモールド５３で押圧されて、モールド５３に形成された微細パターンに内に充填される。レジスト５１が微細パターンに充填された後に、モールド５３を通して露光ユニット５４から紫外線をレジスト５１に照射することで、レジスト５１による微細パターンを形成する。微細パターン形成後に、モールド移動部５７を駆動してモールド５３を上方向へ移動することで、形成した微細パターンからモールド５３は離れる。インプリント装置５０では、このような工程を経てウェハ５２上に微細パターンを形成する。

このように、インプリント装置５０がヘッド３、レジスト収容ユニット５６、サブタンク１２を備えるように構成する。そして、レジスト収容ユニット５６として、上述した吐出材収容ユニットを用いる。これによって、レジスト収容ユニット５６内部の空間を有効に活用することが可能となる。大容量のレジスト収容ユニット５６内の圧力の変動を抑制可能となる。その結果、レジスト収容ユニット５６の筐体７の大きさを増加させることなく、吐出するレジスト５１の充填量を増加させることが可能となり、レジスト収容ユニット５６の小型化及びインプリント装置５０を小型化することが可能となる。

１ 吐出材吐出装置
７ 筐体
８ 可撓性部材
１２ サブタンク
１９ メインタンク

Claims (20)

1. 吐出ヘッドから吐出する吐出材を収容可能な第１収容空間と、前記第１収容空間と隣接し液体を収容可能な第２収容空間と、前記第１収容空間と前記第２収容空間とを隔てる可撓性部材と、を備えた吐出材収容ユニットであって、
   前記可撓性部材は、前記第１収容空間が前記吐出材で満たされておらず、かつ前記第２収容空間が前記液体で満たされていない状態で凹形状である凹形状部を備え、
   前記凹形状は、前記第１収容空間の側から前記第２収容空間の側に向かって凹む形状で、かつ前記第２収容空間を形成する壁に沿う形状であることを特徴とする吐出材収容ユニット。
2. 前記可撓性部材は、前記第１収容空間が収容する吐出材の量が減少するに従って前記第１収容空間を形成する壁に沿った凸形状に変形可能である請求項１に記載の吐出材収容ユニット。
3. 前記可撓性部材が前記凸形状に変形した際に前記第１収容空間と前記吐出ヘッドとが連通する溝を有する請求項２に記載の吐出材収容ユニット。
4. 前記第２収容空間は、外部から吐出材を供給可能に構成されている請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の吐出材収容ユニット。
5. 前記可撓性部材における前記凹形状部の角部には、湾曲形状が形成されている請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の吐出材収容ユニット。
6. 前記可撓性部材における前記凹形状部の角部には、テーパ形状が形成されている請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の吐出材収容ユニット。
7. 前記吐出材はインクである請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の吐出材収容ユニット。
8. 前記吐出材はインプリント材である請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の吐出材収容ユニット。
9. 前記第１収容空間と前記第２収容空間とは、前記可撓性部材が結合されている面に対して面対称である請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の吐出材収容ユニット。
10. 前記可撓性部材は複数の可撓性部材で構成されている請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の吐出材収容ユニット。
11. 吐出ヘッドと、
    前記吐出ヘッドから吐出する吐出材を収容可能な第１収容空間と、前記第１収容空間と隣接し液体を収容可能な第２収容空間と、前記第１収容空間と前記第２収容空間とを隔てる可撓性部材と、を備えた吐出材収容ユニットと、
    を備えた吐出材吐出装置であって、
    前記可撓性部材は、前記第１収容空間が前記吐出材で満たされておらず、かつ前記第２収容空間が前記液体で満たされていない状態で凹形状である凹形状部を備え、
    前記凹形状は、前記第１収容空間の側から前記第２収容空間の側に向かって凹む形状で、かつ前記第２収容空間を形成する壁に沿う形状である
    ことを特徴とする吐出材吐出装置。
12. 前記第２収容空間と接続され、前記第１収容空間の中の圧力を制御する圧力制御手段を備える請求項１１に記載の吐出材吐出装置。
13. 前記圧力制御手段は、前記第２収容空間に供給する吐出材を貯留するメインタンクと、
    前記メインタンクから吐出材が供給され、前記第２収容空間に吐出材を供給するサブタンクと、を備える請求項１２に記載の吐出材吐出装置。
14. 前記吐出ヘッドから吐出された吐出材を押圧するモールドを有する請求項１２または請求項１３に記載の吐出材吐出装置。
15. 前記吐出材はインプリント材である請求項１２ないし請求項１４のいずれか１項に記載の吐出材吐出装置。
16. 前記可撓性部材は、前記第１収容空間が収容する吐出材の量が減少するに従って前記第１収容空間を形成する壁に沿った凸形状に変形可能である請求項１２ないし請求項１５のいずれか１項に記載の吐出材吐出装置。
17. 前記第１収容空間が収容する吐出材の量は、前記吐出ヘッドから前記吐出材が吐出されることで減少する請求項１６に記載の吐出材吐出装置。
18. 前記可撓性部材における前記凹形状部の角部には、湾曲形状が形成されている請求項１２ないし請求項１７のいずれか１項に記載の吐出材吐出装置。
19. 前記可撓性部材における前記凹形状部の角部には、テーパ形状が形成されている請求項１２ないし請求項１７のいずれか１項に記載の吐出材吐出装置。
20. 前記吐出ヘッドから吐出材が吐出される媒体を搬送する搬送手段を有する請求項１２ないし請求項１９のいずれか１項に記載の吐出材吐出装置。

Images