JP6346513B2

JP6346513B2 - 液体吐出装置、インプリント装置および物品製造方法

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Publication number: JP6346513B2
Application number: JP2014143659A
Authority: JP
Inventors: 義雅荒木; 北上　浩一; 浩一北上; 新井　剛; 剛新井; 裕三田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2014-07-11
Filing date: 2014-07-11
Publication date: 2018-06-20
Anticipated expiration: 2034-07-11
Also published as: KR20160007375A; JP2016019930A; KR101899195B1; US10093103B2; US20160009007A1

Description

本発明は、液体吐出装置、インプリント装置および物品製造方法に関する。

印刷方法の一つとして、記録ヘッドから液滴を吐出するインクジェット方式が考案され、インクジェット方式は、近年多様な分野で利用されている。記録ヘッドから吐出する液体を保持する液体タンクが液体吐出装置に設けられている場合がある。特に産業用に使用される液体吐出装置においては、液体タンク内の残量を測定してユーザーに液体タンクの交換時期を知らせることで、ユーザーが液体タンクを交換し、装置のダウンタイムを短くして装置の生産性を向上することが望まれている。

特許文献１では、可撓性の液体タンク内に発光部から液体タンク内に光を照射して、受光部での受光量の変化から液体タンク内の気体と液体の界面である液面の位置の移動を光学的に測定する構成が開示されている。また、特許文献２では、収容室内に充填される液体の密度よりも小さい密度の充填物を浮き袋内に充填して浮力を発生させることにより、インク室の体積を拡大させる方向に可撓性部材を付勢し、インクに負圧を与える構成が開示されている。

特開２０００−１９０５２０号公報特開２００８−１０５３６０号公報

特許文献２に開示された液体吐出装置は、収容室内に充填される液体の密度よりも小さい密度の充填物を浮き袋内に充填して浮力を発生させる。しかし、特許文献２には、収容室内の液体の残量を測定することが開示されていない。一方、特許文献１に開示された液体吐出装置は、気体と液体の界面が存在する可撓性の液体タンク内において液面の移動を光学的に測定する。しかし、収容室内に収容室を分離する可撓膜を設けて、分離された収容室の一方に液状充填剤を導入し、他方に液体を導入する液体吐出装置においては、気体と液体の界面が存在しないため液面の位置を光学的に測定することはできない。すなわち、そのような液体吐出装置に特許文献１に記載の液面の位置の測定手法を適用することはできない。

本発明は、液体の残量の測定に有利な液体吐出装置を提供することを目的とする。

本発明の液体吐出装置は、液体を吐出する吐出口を含み前記液体を収容する第１室と流体を収容する第２室とに仕切材によって分割された収容室と、前記流体を貯蔵するタンクと、前記タンクと前記第２室とを流体接続する接続部と、前記タンクから前記第２室へ供給された前記流体の量を測定する測定部と、前記測定部の測定結果に基づいて前記第１室に収容されている前記液体の量を取得する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、液体の残量の測定に有利な液体吐出装置を提供することができる。

第１実施形態の液体吐出装置の構成図である。図１において膜が変形した状態を示す図である。第２実施形態の液体吐出装置の構成図である。第３実施形態の液体吐出装置の構成図である。第４実施形態の液体吐出装置の構成図である。第５実施形態の液体吐出装置の構成図である。第６実施形態の液体吐出装置の構成図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態について図１〜図２を用いて説明する。図１は、第１実施形態の液体吐出装置の構成図である。液体吐出装置は、液体９を収容する収容室７、ヘッド５、液状充填剤を貯蔵するタンク１１、収容室７とタンク１１とを流体接続する管（接続部）１３を含む。ベースプレート２には、液体吐出装置によって液体９が吐出される物体４を搬送する搬送部３が搭載されている。物体４は、搬送部３に例えば吸着によって保持される。液体９を収容する収容室７は非可撓性であり、収容室７の内部は、可撓性の膜（仕切材）６によって第１室７ａと第２室７ｂとに分割されている。本実施形態では、第１室７ａと第２室７ｂとは、水平方向に隣接するように配置されているが、鉛直方向に隣接するように配置されていてもよい。第１室７ａには、液体９が収容され、第２室７ｂには、液状充填剤８が収容される。本実施形態では、第２室７ｂに液状充填剤８を収容するが、気体、ゲル等、液状充填剤８以外の流体を収容してもよい。

液状充填剤８が収容される第２室７ｂは、管１３に接続されている。液体９は、ヘッド５に設けられたノズル（吐出口）３２に連通しており、液体９が、ノズル３２より吐出される。収容室７とヘッド５とは、その間にチューブ等が存在せずに、直接接続されており、弁等の摺動部材も使用していない。そのため、微細なゴミが液体９内に混入するのを防止できる。

管１３には、バルブ１４，１６、ジョイント１５が設けられており、収容室７を液体吐出装置本体から着脱可能である。収容室７を着脱する場合には、バルブ１４，１６を閉め、管１３およびノズル３２から液が漏れることを防止する。タンク１１は、ベースプレート２に設けられた液状充填剤８の重量を測定する重量計（測定部）１９上に設けられている。本実施形態の場合、初期状態における液体９の容量を約３００ｍｌ、液状充填剤８の容量を約１００ｍｌとし、収容室７の容量は４００ｍｌである。しかし、これに限らず、各々の容量は適宜設計できる。

膜６に用いる部材の厚みは１０μｍから２００μｍ程度である。例えば膜６に使用される材料として、高い機密性を有するアルミニウムのラミネートフィルムが挙げられる。第２室７ｂは、管１３を介してタンク１１と接続される。管１３には、圧力計１７、ポンプ２０、バルブ２１が設けられている。圧力計１７、ポンプ２０、バルブ２１には制御部１８が接続されている。圧力計１７は、液体吐出装置内の大気圧に対する液状充填剤８の相対圧を測定する。ポンプ２０の例としては、シリンジポンプ、チューブポンプ、ダイアフラムポンプ、ギヤポンプ等を挙げることができる。

液体９として、導電性液体、ＵＶ硬化性液体等の液体を使用することも可能であり、使用に際しては脱気処理済みであることが望ましい。液状充填剤８の例としては、水などが挙げられる。また、膜６として、例えばアルミ多層フイルムなどの気体透過性の小さい材料を使用する。膜６として気体透過性の小さい材質を使用することで、気泡が発生した場合でも、液状充填剤８と液体９間における気泡の透過を防ぐことが出来る。また、膜６は液状充填剤８に接触しているため、気体に接触している場合と比較して気体の透過を低減することが可能である。

本実施形態の液体吐出装置をインプリント装置のディスペンサに使用する場合には、液体９として紫外線硬化性の未硬化状態の液状の樹脂を使用する。また、液状充填剤８として、液体９として使用する紫外線硬化性の樹脂と近い密度を有する水等の液体が使用できる。液状充填剤８として使用される液体は、液体９のノズル３２からの吐出状態を一定に維持するために、例えば、その密度が液体９の密度の９０〜１１０％のものを使用する。

次に、液体吐出装置の動作に関して説明する。ノズル３２から液体９を吐出することで、膜６内部の液体９は減少し、可撓性の膜６が変形する。膜６の変形に伴い、収容室７内および管１３内の液状充填剤８の圧力が減少する。そして、液体９の吐出に伴う液状充填剤８の圧力変化を圧力計１７で測定する。圧力計１７にて測定した液状充填剤８の圧力データは、制御部１８に伝達される。制御部１８は、バルブ２１を開放してポンプ２０を駆動させることで、収容室７内と管１３内の液状充填剤８の圧力を許容範囲内に制御する。そのため、ヘッド５にかかる負圧が強くなった場合には、液状充填剤８を収容室７へ供給するようにポンプ２０を駆動する。その結果、液状充填剤８の圧力が増加し、ヘッド５にかかる負圧が許容範囲内に収まる。圧力計１７にて測定した許容範囲に収まった液状充填剤８の圧力データは、制御部１８に伝達され、制御部１８からの信号によりポンプ２０は停止され、バルブ２１が閉まる。このように、収容室７内と管１３内の圧力を許容範囲内に制御可能であるのでノズル３２のメニスカス状態を保ち、ノズル３２からの吐出安定性を確保できる。

図２は、液体９の消費に伴い膜６が変形した状態を示す。重量計１９により、液状充填剤８がタンク１１内の管２４から収容室７へ供給されることによるタンク１１内の液状充填剤８の重量の変化を測定する。制御部１８は、重量計１９の測定結果に基づいてノズル３２から吐出された液体９の量を取得する。制御部１８は、ノズル３２から吐出された液体９の量を算出して、収容室７内の液体９の残量を取得する。制御部１８は、液体９の残量が基準量に到達したら、収容室７の交換を促すメッセージを表示したり、警報を出したりしてユーザーに収容室７の交換時期を知らせることで、収容室７内の液体９の不足による液体吐出装置の停止を防止できる。本実施形態では、液体吐出装置の停止時間を短縮できるので液体吐出装置の生産性を向上することができる。また、本実施形態では、重量計１９を収容室７内の液体９に接触させずにヘッド５から吐出された液体９の量を取得することが可能である。したがって、重量計１９に付着した微細なゴミや重量計１９からの微量の溶出物が液体９内に入り込んで液体９を汚染することを防止することができる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態について図３を用いて説明する。図３に示すように、保持部２２内に液状充填剤８のタンク１１を設けることも可能である。タンク１１は、重量計１９上に着脱可能に設けられている。重量計１９は保持部２２内に設けられている。タンク１１と保持部２２の間には空隙部２３が設けられているので、重量計１９はタンク１１の重量の変化を測定することが可能である。そのため、タンク１１内の液状充填剤８が管２４から収容室７へ移動することによるタンク１１内の液状充填剤８の重量変化を測定することが可能である。タンク１１内の液状充填剤８の重量の変化を測定することで、ノズル３２から吐出された液体９の量を取得することが可能である。ノズル３２から吐出された液体９の量を算出して、収容室７内の液体９の残量を取得しユーザーに収容室７の交換時期を知らせることで、収容室７内の液体９の不足による液体吐出装置の停止を防止できる。そして、液体吐出装置の停止時間を短縮できるので液体吐出装置の生産性を向上することができる。その他の構成は第１実施形態と同様であるため、説明は省略する。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態について図４を用いて説明する。第３実施形態では、図４に示すように、タンク１１内の液状充填剤８の液面（流体面）の位置を測定するためにフロート２６と磁気センサ２５との組（測定部）を設ける。フロート２６をタンク１１内の液状充填剤８に浮く構成としてフロート２６内に磁石を設け、フロートの２６の位置を磁気センサ２５で測定する。磁気センサ２５でタンク１１内の液状充填剤８の液面位置を測定することで、タンク１１内の液状充填剤８が収容室７へ移動することによるタンク１１内の液状充填剤８の容量変化を測定することが可能である。タンク１１内の液状充填剤８の容量変化を測定することで、ノズル３２から吐出された液体９の量を算出することが可能である。ノズル３２から吐出された液体９の量を算出して、収容室７内の液体９の残量を把握しユーザーに収容室７の交換時期を知らせることで、収容室７内の液体９の不足による液体吐出装置の停止を防止できる。そして、液体吐出装置の停止時間を短縮できるので液体吐出装置の生産性を向上することができる。また、液体９にフロート２６と磁気センサ２５を接触させずに、収容室７内の液体９の量を算出することが可能である。そのため、フロート２６と磁気センサ２５に付着した微細なゴミやフロート２６と磁気センサ２５からの微量の溶出物が液体９内に入り込むのを防止することができる。なお、タンク１１内の液状充填剤８の液面位置は、フロート２６と磁気センサ２５との組以外によっても測定可能である。例えば、光学式、静電容量式、超音波式等の測定部によって、タンク１１内の液状充填剤８の液面位置を測定してもよい。その他の構成は第１実施形態と同様であるため、説明は省略する。

［第４実施形態］
本発明の第４実施形態について図５を用いて説明する。第４実施形態では、図５に示すように、液体吐出装置に収容室内の液体９および液状充填剤８の総重量を測定する重量計（測定部）３３の保持部２８を設け、保持部２８が、重量計３３を介して収容室７を保持するように構成する。第４実施形態では、液体９と液状充填剤８とは密度の異なる液体にて構成する。液体９と液状充填剤８とは密度が異なるので、液体９がノズル３２から吐出されて、収容室７に充填される液状充填剤８の量が変化すると、収容室７の液体９および液状充填剤８の総重量は変化する。収容室７内の総重量の変化を重量計３３で測定してその総重量の変化からノズル３２から吐出された液体９の量を算出する。ノズル３２から吐出された液体９の量を算出して、収容室７内の液体９の残量を把握しユーザーに収容室７の交換時期を知らせることで、収容室７内の液体９の不足による装置本体１の停止を防止できる。そして、液体吐出装置の停止時間を短縮できるので液体吐出装置の生産性を向上することができる。その他の構成は第１実施形態と同様であるため、説明は省略する。

［第５実施形態］
本発明の第５実施形態について図６を用いて説明する。第５実施形態では、図６に示すように、管１３に積算流量計（測定部）２９を設ける。積算流量計２９を設けることで、管１３内を流れる液状充填剤８の積算流量を把握できる。管１３内を流れる液状充填剤８の積算流量からノズル３２から吐出された液体９の量を算出することが可能である。ノズル３２から吐出された液体９の量を算出して、収容室７内の液体９の残量を把握しユーザーに収容室７の交換時期を知らせることで、収容室７内の液体９の不足による装置本体１の停止を防止できる。そして、液体吐出装置の停止時間を短縮できるので液体吐出装置の生産性を向上することができる。その他の構成は第１実施形態と同様であるため、説明は省略する。

［第６実施形態］
本発明の第６実施形態について図７を用いて説明する。図７に示すように、ポンプ２０により送り出される液状充填剤８の量を測定する測定部３０をポンプ２０に設けることも可能である。測定部３０を設けることで、管１３内を流れる液状充填剤８の送液量を把握できる。管１３内を流れる液状充填剤８の送液量からノズル３２から吐出された液体９の量を算出することが可能である。ノズル３２から吐出された液体９の量を算出して、収容室７内の液体９の残量を把握しユーザーに、収容室７の交換時期を知らせることで、収容室７内の液体９の不足による装置本体１の停止を防止できる。そして、液体吐出装置の停止時間を短縮できるので液体吐出装置の生産性を向上することができる。その他の構成は第１実施形態と同様であるため、説明は省略する。

［物品製造方法］
本発明の実施形態に係る物品製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。該製造方法は、インプリント装置を用いて基板上の樹脂に型を接触させて基板上にパターンを形成する工程を含む。さらに、該製造方法は、パターンが形成された基板を加工する他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含みうる。本実施形態の物品製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

５：ヘッド。６：膜（仕切材）。７：収容室。８：液状充填剤。９：液体。１１：タンク。１３：管（接続部）。１８：制御部。１９：重量計。２０：ポンプ。２１：バルブ。２５：磁気センサ。２６：フロート。２９：積算流量計。３０：ポンプ送液量の測定部。３２：ノズル（吐出口）。３３：重量計。

Claims

液体を吐出する吐出口を含み前記液体を収容する第１室と流体を収容する第２室とに仕切材によって分割された収容室と、
前記流体を貯蔵するタンクと、
前記タンクと前記第２室とを流体接続する接続部と、
前記タンクから前記第２室へ供給された前記流体の量を測定する測定部と、
前記測定部の測定結果に基づいて前記第１室に収容されている前記液体の量を取得する制御部と、
を備えることを特徴とする液体吐出装置。
前記仕切材は、可撓性の膜であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
前記測定部は、前記タンクにおける前記流体の重量の変化を測定することによって前記第２室へ供給された前記流体の量を測定することを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出装置。
前記測定部は、前記タンクにおける前記流体の流体面の位置の変化を測定することによって前記第２室へ供給された前記流体の量を測定することを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出装置。
前記流体は、前記液体とは密度の異なる液体であり、
前記測定部は、前記収容室内の前記液体および前記流体の総重量の変化を測定することによって前記第２室へ供給された前記流体の量を測定することを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出装置。
前記測定部は、前記接続部を流れる前記流体の積算流量を測定することによって前記第２室へ供給された前記流体の量を測定することを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出装置。
前記測定部は、前記接続部に配置された積算流量計を含むことを特徴とする請求項６に記載の液体吐出装置。
前記接続部に配置され前記流体を前記第２室に向けて送り出すポンプをさらに備え、
前記測定部は、前記ポンプにより送り出される前記流体の積算流量を測定することを特徴とする請求項６に記載の液体吐出装置。
前記接続部に配置され前記流体を前記第２室に向けて送り出すポンプと、
前記接続部を流れる前記流体の圧力を測定する圧力計と、をさらに備え、
前記制御部は、前記接続部を流れる前記流体の圧力が許容範囲内となるように前記ポンプを制御することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
前記制御部は、取得した前記液体の量が基準量に到達したら前記収容室の交換を促すメッセージを表示する、または、警報を出すことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
前記第１室と前記第２室とが水平方向に隣接するように配置されることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
前記第１室と前記第２室とが鉛直方向に隣接するように配置されることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
基板上の樹脂に型を接触させて前記基板上にパターンを形成するインプリント装置であって、
前記液体としての樹脂を前記基板上に吐出する請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の液体吐出装置を含むことを特徴とするインプリント装置。
前記流体は、水であることを特徴とする請求項１３に記載のインプリント装置。
請求項１３または１４に記載のインプリント装置を用いて基板上にパターンを形成する工程と、
前記工程で前記パターンを形成された前記基板を加工する工程と、
を含むことを特徴とする物品製造方法。