JP3846492B2

JP3846492B2 - 細孔内壁に設けた撥液膜の撥液性評価方法及びその評価装置

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Publication number: JP3846492B2
Application number: JP2004194177A
Authority: JP
Inventors: 慎太郎足助; 和央樋口
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-03-18
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2024-06-30
Also published as: US7305868B2; JP2005300513A; US20050214948A1; CN1670504A; CN100337108C

Description

本発明は、細孔内壁に設けた撥液膜の撥液性評価方法及びその評価装置に関するものである。

従来の細孔内壁の撥液性評価方法及びその評価装置に、細孔内部に溶液を入れて溶液と空気の界面を形成し、溶液濃度または溶液温度を連続的に変化させながら溶液に光または超音波を照射して、その反射または透過光量を測定する、すなわち、気液界面の形状を連続的に変化させ、それが平坦になるときをもってその基準形状として、細孔内壁に施す撥液処理を評価する方法およびその装置がある（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−３３４４５２号公報（第１頁、図１）

特許文献１によれば、細孔内全域の撥液性を評価することになり、特定の位置において撥液部と親液部の境界が形成されているようなものには適用することができず、境界位置に関しても情報を得ることができなかった。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、部分的に成膜したノズル内部の撥液エリアと未処理エリア（親液性エリア）との境界位置を特定することができる撥液性評価方法及びその評価装置を提供することを目的とする。

本発明に係る細孔内壁に設けた撥液膜の撥液性評価方法は、内壁の一方の端から所定の位置まで撥液膜が成膜された細管を、前記撥液膜成膜側を上方にして液材内に立設させ、前記細管内を上昇して停止した液面の位置を測定して前記撥液膜の境界位置を測定するようにしたものである。これにより、細管内の撥液膜の界面位置を計測でき、毛細管現象が作用する管であれば、様々なものに展開することができる。ディスペンスノズルなどでは、ノズル内面の先端部分に撥液膜を形成することで、液材吐出の液切れ性などが向上するため、吐出品質安定性の評価などに利用することができる。

本発明に係る細孔内壁に設けた撥液膜の撥液性評価方法は、内壁の一方の端から所定の位置まで撥液膜が成膜された複数の細管を、前記撥液膜成膜側を上方にして液材内に立設させ、前記それぞれの細管内を上昇して停止したそれぞれの液面の位置を測定して前記それぞれの撥液膜の境界位置を測定するようにしたものである。これにより、多数の細管を連続的に高速検査して、それぞれの撥液膜の界面位置を計測でき、毛細管現象が作用する管であれば、様々なものに展開することができる。ディスペンスノズルなどは、ノズル内面の先端部分に撥液膜を形成することで、液材吐出の液切れ性などが向上するため、吐出品質安定性の評価などに利用することができる。

本発明に係る細孔内壁に設けた撥液膜の撥液性評価方法は、処理雰囲気全体の気圧と温湿度を制御して同一環境となるようにしたものである。これによって、毛細管現象による液体の上昇度を同一環境下で制御することができ、同一条件下で、細管内の撥液膜の界面位置を特定することができる。こうして、気圧や温湿度を変更して、様々な撥液膜と撥液評価に適用できる。

本発明に係る細孔内壁に設けた撥液膜の撥液性評価方法は、管内の気圧と温湿度を制御して同一環境になるようにしたものである。これによって、毛細管現象による液体の上昇度を同一環境下で制御することができ、同一条件下で、細管内の撥液膜の界面位置を特定することができる。こうして、気圧や温湿度を変更して、様々な撥液膜と撥液評価に適用できる。

本発明に係る細孔内壁に設けた撥液膜の撥液性評価方法は、撥液膜の種類と撥液性に応じて、液材を、純水、シクロヘキシルベンゼン、ジョードメタン、ブロモナフタレン、エチレングリコール、ヘキサン、オクタン、デカン、グリセリン等から選択したものである。これによって、撥液膜が撥油性膜であるか撥水成膜であるかという撥液膜の種類、及び撥液性に応じて、最適な液材を選択することができる。こうして、液材を変更することにより、様々な撥液膜と撥液評価に適用することができる。

本発明に係る細孔内壁に設けた撥液膜の撥液性評価方法は、細管内の液材の液面高さを液面の中央部で測定するようにしたものである。これによって、細管内の撥液膜の界面位置を計測することができる。

本発明に係る細孔内壁に設けた撥液膜の撥液性評価方法は、細管内の液材の液面に複数のポイントを設け、該ポイントによってメニスカス形状を特定し、該メニスカス形状から撥液膜の境界位置を求めるものである。これによって、細管内の撥液膜の界面位置を計測することができ、毛細管現象が作用する管であれば、様々なものに展開することができる。

本発明に係る細孔内壁に設けた撥液膜の撥液性評価方法は、細管が、ディスペンスノズルまたはインクジェットノズルよりなるものである。これによって、微細孔内における撥液処理状態の定量評価などに適用することが可能となる。ディスペンスノズルやインクジェットノズルなどでは、ノズル内面の先端部分に撥液膜を形成することで、液材吐出の液切れ性などが向上するため、吐出品質の安定性の評価などに利用することができる。

本発明に係る細孔内壁に設けた撥液膜の撥液性評価装置は、気圧と温湿度を同一環境下において制御する気圧・温湿度制御ユニット内に、内壁の一方の端から所定の位置まで撥液膜が成膜された複数の細管を、前記撥液膜成膜側を上方にして上下方向に移動させる固定治具と、液材を収納し前記固定治具に取り付けた複数の細管を浸漬させる槽と、前記細管内を上昇して前記撥液膜の境界位置で停止したそれぞれの液面の位置を水平方向に移動して測定する高さ検出器とを備え、前記液面のそれぞれの位置を測定して前記撥液膜の境界位置を測定するものである。これによって、多数の細管を連続的に高速検査して、それぞれの撥液膜の界面位置を計測でき、毛細管現象が作用する管であれば、様々なものに展開することができる。ディスペンスノズルなどは、ノズル内面の先端部分に撥液膜を形成することで、液材吐出の液切れ性などが向上するため、吐出品質安定性の評価などに利用することができる。気圧や温湿度、液材を変更することで、様々な撥液膜と撥液評価に適用することができる。

［実施の形態］
図１は本発明の一実施の形態に係る細管内壁に設けた撥液膜の撥液性評価方法の説明図、図２は図１の要部を拡大した詳細説明図である。本発明に係る細管内壁に設けた撥液膜の撥液性評価方法及びその評価装置は、例えば、表示体、半導体などの電子デバイス製造に使用するディスペンスユニットやインクジェットノズルなどの微細孔内における撥液処理状態、すなわち撥液部と親液部の境界面の定量評価などに利用するもので、部分的に成膜したノズル内部の撥水エリアと未処理エリア（親水性エリア）の境界位置を特定するものである。

図１に示すように、細孔内壁を部分的に撥液処理した第１のディスペンスノズル１、第２のディスペンスノズル２及び第３のディスペンスノズル３を、撥液処理部を上方に位置して立設させ、一定の間隔を置いて並列させて、固定治具４に取り付けてある。固定治具４は、これを上下動させることによって、槽５の液材６である純水内に浸漬できるようにしてある。

これらの槽５、液材６、第１〜第３のディスペンスノズル１〜３、固定治具４などは、気圧・温湿度制御ユニット７によって制御された処理空間内に配設されており、管内または処理雰囲気全体の気圧と温湿度を任意の一定値に制御して、毛細管現象による各ノズル１〜３内の液材６の上昇度が同一になるようにしてある。

固定治具４は所望の液材６の入った槽５内に浸漬させ、これに取り付けてある第１〜第３のディスペンスノズル１〜３も、撥液膜８を取り付けた上部近傍を除いて、液材６に浸漬してある。このとき、第１〜第３のディスペンスノズル１〜３内の液材６のノズル液面６ａは、毛細管現象によって、槽５内の液材６の液面６ｂよりも上昇している。
上記槽５内の液材６は、撥液膜８の種類と撥液性に応じて選択する。本実施の形態では、液材６は純水を使用しているが、撥液膜８の種類によって、例えば、撥油性膜や撥水成膜のような種類によって、および撥液性に応じて液材６を選択することができ、シクロヘキシルベンゼン、ジョードメタン、ブロモナフタレン、エチレングリコール、ヘキサン、オクタン、デカン、グリセリン等を用いることもできる。

第１のディスペンスノズル１の先端部付近は、図２に示すように、その内壁を第１のディスペンスノズル１の頂部１ａより一定の距離だけ軸方向に撥液処理して撥液膜８を形成している。そして、細管内を毛細管現象によって上昇した液材６は、第１のディスペンスノズル１の撥液部と親液部の境界面に接触し、表面張力によってその液面６ａに凹状の界面（メニスカス）を形成している。

図２に示すように、第１のディスペンスノズル１の長さをＡ、その内径をＤとし、このノズル１を液材６に沈めたときの液面６ｂからノズル１の頂部１ａまでの距離をＢ、撥液膜８の頂部８ａから軸方向への撥液膜８の長さをＣとすると、ノズル液面６ａの中央部６０は、撥液膜８の下端８ｂよりも距離Ｅだけ下方向に位置している。

第１のディスペンスノズル１の上部には、非接触の高さ検出器９、例えば、微小スポットのレーザー変位計が配設されており、ノズル液面６ａの中央部６０までの距離を計測するようにしてある。この場合、測定部分はノズル液面６ａの中央部６０であるが、第１のディスペンスノズル１の液面６ｂに対する挿入量Ａ−Ｂ、メニスカスの形状などを考慮して、撥液膜８の位置を特定する。なお、メニスカスは、数μｍ以下の刻みで多数ポイントを計測することでその形状がわかり、この形状から、中央部６０に対する撥親液の境界位置オフセット量を算出することができる。

上記のように構成した実施の形態１の作用を説明する。図３に示すように、気圧・温湿度制御ユニット７の処理空間内では、管内または処理雰囲気全体の気圧と温湿度を任意に一定にコントロールする。このとき、液材６は、撥液膜８の種類と撥液性に応じて選択する。そののち、撥液膜８を上部にして、第１〜第３のディスペンスノズル１〜３を固定治具４に取り付け、３本のノズル１〜３を同位置に並べたのち、固定治具４を下降させる。

こうして、第１〜第３のディスペンスノズル１〜３をその後端部１ｂより液材６内に挿入し、図４に示すように、一定の距離Ａ−Ｂだけ浸漬させたのち、停止させる。この際の浸漬距離Ａ−Ｂは、毛細管現象によってノズル管内を液材６が上昇し、撥液膜８の下端８ｂで停止する距離を予め計算することで決定しておく。Ａ、Ｂがわかれば、ノズル内を上昇する液面の高さがわかるので、これによって、第１〜第３のディスペンスノズル１〜３の浸漬する距離を決定すればよい。液材６は同じ液であるので、浸漬する距離も決まってくる。
このようにして、第１〜第３のディスペンスノズル１〜３内を液材６が上昇し、これらのノズル１〜３内は任意高さまで撥液膜８が形成されているので、図７に示すように、上昇した液材は撥液膜８の下端８ｂで停止し、表面に凹状のメニスカスを形成する。

この状態で、図５に示すように、非接触の高さ検出器９、例えば微小スポットのレーザー変位計を、液材６の液面６ｂに沿って平行にイ方向に移動させ、まず第１のディスペンスノズル１の上部に位置させて、そのノズル液面６ａの中央部６０（図７参照）までの距離、すなわち液面高さＦを計測する。そして、第１のディスペンスノズル１の液面６ｂに対する挿入量Ａ−Ｂ、ノズル液面６ａのメニスカス形状などを考慮して、ノズル液面６ａの中央部６０までの距離Ｆを補正式によって補正して、撥液膜８の境界位置である下端８ｂまでの修正値（修正距離）Ｅを求める。すなわち、数μｍ以下の刻みでノズル液面６ａの多数ポイントを計測してメニスカスの形状を知り、その形状から、ノズル液面６ａの中央部６０に対する液材６の境界位置オフセット量を算出して、撥液膜８の位置を特定する。この際、気圧・温湿度制御ユニット７は、一定の気圧と温湿度にコントロールされており、液材６は同一条件下にあるので、各ノズル１〜３のノズル液面６ａの中央部６０までの距離Ｆを測定すれば、撥液膜８の下端８ｂまでの正しい距離Ｆ−Ｅを、同一の補正式を用いて求めることができる。

第１のディスペンスノズル１の測定が終了したのちは、非接触の高さ検出器９をさらにイ方向に移動して第２のディスペンスノズル２のノズル液面６ａの測定を行い、さらに、イ方向に移動して第３ディスペンスノズル３のノズル液面６ａの測定を行って、先と同様の方法によって撥液膜８の正しい位置を求める。この場合、撥液膜８の位置が基準となる位置よりずれている場合は、異常値であるとして排除する。

そののち、図６に示すように、固定治具４を上昇させ、第１〜第３のディスペンスノズル１〜３を液材６より取り出す。
その後、ディスペンスノズルを交換し、以後は、上記の図３〜図６の操作を繰り返す。
なお、本発明においては、微細孔の多数開いたノズルプレートへの応用が可能である。

以上の説明から明らかなように、本実施の形態では、毛細管現象による液材６の上昇度を同一環境下で制御しているので、撥親液の境界位置を特定することができ、これによって細管内の撥液膜の界面位置を計測することができる。こうして、多数の細管を連続的に高速検査することができ、気圧や温湿度、液材を変更することで、様々な撥液膜と撥液評価に適用することができる。このようにして、毛細管現象が作用する管であれば、様々なものに展開することができ、ディスペンスノズルやインクジェットノズルなどでは、ノズル内面の先端部分に撥液膜を形成することで、液材吐出の液切れ性などが向上するため、吐出品質の安定性の評価などに利用することができる。

気圧・温湿度制御ユニット７内を、気圧が９００００パスカルで、温度が２５℃、湿度が４５％になるようにコントロールした。この雰囲気下で、内部を部分的に撥水処理したノズル内径Ｄ（図７参照）が３０μｍの３本のディスペンスノズル１〜３を、撥水膜８（ダイキン工業製、オプツールＤＳＸ）を上にして、固定治具４に一定の距離を隔ててセットした。所望の液材として純水６を用い、純水６の入った槽５に固定治具４を下降させて、ディスペンスノズル１〜３をその後端部１ｂより挿入し、所定距離浸漬したのち停止した。

ディスペンスノズル１〜３の撥水膜８の下端８ｂである終点高さまで純水６が上昇して、停止した。微小スポットのレーザー変位計９で純水６の液面６ａの中央部６０を測定すると、ノズル８の頂部８ａの下側６８μｍの位置まで純水６が上昇したことがわかった。
数μｍ以下の刻みでノズル液面６ａの多数ポイントを計測してメニスカス形状を特定し、その形状から、ノズル液面６ａの中央部６０に対する純水６の境界位置のオフセット量を算出し、８μｍの数値を用いて補正して、撥液膜８の位置６０μｍ（６８μｍ−８μｍ）を特定した。なお、この際、ディスペンスノズル１〜３のノズル液面６ａに対する挿入量なども考慮した。

本発明の一実施の形態に係る細管内壁の撥水性評価方法の説明図。図１の要部を拡大した詳細説明図。本発明の一実施の形態の作用説明図。本発明の一実施の形態の作用説明図。本発明の一実施の形態の作用説明図。本発明の一実施の形態の作用説明図。図５の要部を拡大した作用説明図。

符号の説明

１，２，３第１〜第３のディスペンスノズル、４固定治具、５槽、６液材、６ａノズル液面、６ｂ液面、７気圧・温湿度制御ユニット、８撥水膜、８ｂ撥水膜の下端、９高さ検出器。

Claims

内壁の一方の端から所定の位置まで撥液膜が成膜された細管を、前記撥液膜成膜側を上方にして液材内に立設させ、前記細管内を上昇して停止した液面の位置を測定して前記撥液膜の境界位置を測定することを特徴とする細孔内壁に設けた撥液膜の撥液性評価方法。
内壁の一方の端から所定の位置まで撥液膜が成膜された複数の細管を、前記撥液膜成膜側を上方にして液材内に立設させ、前記それぞれの細管内を上昇して停止したそれぞれの液面の位置を測定して前記それぞれの撥液膜の境界位置を測定することを特徴とする細孔内壁に設けた撥液膜の撥液性評価方法。
処理雰囲気全体の気圧と温湿度を制御して同一環境となるようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の細孔内壁に設けた撥液膜の撥液性評価方法。
管内の気圧と温湿度とを制御して同一環境となるようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の細孔内壁に設けた撥液膜の撥液性評価方法。
撥液膜の種類と撥液性に応じて、液材を、純水、シクロヘキシルベンゼン、ジョードメタン、ブロモナフタレン、エチレングリコール、ヘキサン、オクタン、デカンまたはグリセリンのいずれかより選択したものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の細孔内壁に設けた撥液膜の撥液性評価方法。
細管内の液材の液面高さを液面の中央部で測定するようにしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の細孔内壁に設けた撥液膜の撥液性評価方法。
細管内の液材の液面に複数のポイントを設け、該ポイントによってメニスカス形状を特定し、該メニスカス形状から撥液膜の境界位置を求めることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の細孔内壁に設けた撥液膜の撥液性評価方法。
細管が、ディスペンスノズルまたはインクジェットノズルよりなるものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の細孔内壁に設けた撥液膜の撥液性評価方法。
気圧と温湿度を同一環境下において制御する気圧・温室度制御ユニット内に、内壁の一方の端から所定の位置まで撥液膜が成膜された複数の細管を、前記撥液膜成膜側を上方にして上下方向に移動させる固定治具と、液材を収納し前記固定治具に取り付けた複数の細管を浸漬させる槽と、前記細管内を上昇して前記撥液膜の境界位置で停止したそれぞれの液面の位置を水平方向に移動して測定する高さ検出器とを備え、前記液面のそれぞれの位置を測定して前記撥液膜の境界位置を測定することを特徴とする細孔内壁に設けた撥液膜の撥液性評価装置。