JP7166018B2

JP7166018B2 - 塗布装置

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Publication number: JP7166018B2
Application number: JP2020539523A
Authority: JP
Inventors: 鵬摶李; 政次中谷
Original assignee: Heishin Ltd
Current assignee: Heishin Ltd
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2019-08-28
Publication date: 2022-11-07
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Description

本発明は、塗布装置に関する。

従来、対象物上に塗布液を塗布する際に、塗布装置が利用される。塗布装置の塗布ヘッドでは、塗布液室に塗布液が充填され、塗布液室内の塗布液に例えば圧電素子（ピエゾ素子）を用いて圧力を付与することにより、塗布液室に連続する吐出口から塗布液の液滴が吐出される。また、塗布液室には、塗布液タンクが接続されており、塗布ヘッドにおける吐出動作に並行して塗布液タンクから塗布液室内に塗布液が補給される。

なお、日本国公開公報特開２０００－３０８８４３号公報では、容器内の材料に対して空気圧を付与してニードルから材料を滴下させるディスペンサにおいて、ニードルの吐出口に欠落部および凸部を設けることにより、材料の滴下に要する時間を短くする手法が開示されている。
日本国公開公報：特開２０００－３０８８４３号公報

ところで、塗布装置において、塗布液を高速に塗布する場合、吐出口から液滴を吐出する吐出周波数を高くすることが考えられる。しかしながら、塗布液タンクから塗布液室内への塗布液の補給流量には、塗布液の粘度等に依存する一定の限界があるため、高い吐出周波数での液滴の吐出では、塗布液室から吐出口に至るノズル室において塗布液が無くなってしまう。この場合、塗布液室内に空気が侵入し、塗布液を安定して吐出することができなくなる。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、塗布液室内への空気の侵入を抑制しつつ、塗布液を高速に塗布することを目的としている。

本発明の例示的な塗布装置は、吐出口から塗布液の液滴を吐出する塗布ヘッドと、前記塗布ヘッドに前記塗布液を供給する塗布液供給部と、前記塗布ヘッドからの前記液滴の吐出を制御する制御部と、を備える。前記塗布ヘッドが、前記塗布液が充填される塗布液室と、前記塗布液室から連続する流路であり、先端開口が前記吐出口であるノズル室と、前記吐出口から前記液滴を吐出させる吐出機構と、を備える。前記制御部が、前記塗布ヘッドにおける吐出動作に並行して前記塗布液供給部から前記塗布液室内に補給可能な前記塗布液の単位時間当たりの体積を補給流量として、前記補給流量および前記ノズル室の容積に基づいて、前記塗布ヘッドから前記液滴が連続的に吐出される連続吐出期間における吐出パラメータを決定する吐出パラメータ決定部を備える。前記連続吐出期間が、前記吐出口から吐出される前記塗布液の単位時間当たりの体積が前記補給流量よりも大きい増量吐出期間を含み、かつ、前記連続吐出期間において前記吐出口から吐出される前記塗布液の総体積が、前記ノズル室の容積と、前記連続吐出期間に前記塗布液供給部から前記塗布液室内に補給される前記塗布液の総体積との和以下である。

本発明によれば、塗布液室内への空気の侵入を抑制しつつ、塗布液を高速に塗布することができる。

図１は、塗布装置の構成を示す図である。図２は、塗布ヘッドを示す断面図である。図３は、塗布装置における塗布動作の流れを示す図である。図４は、ノズル部を交換する前の塗布ヘッドを示す図である。図５は、連続吐出期間における塗布ヘッドを示す図である。図６は、他のノズル部が設けられた塗布ヘッドを示す図である。図７は、他のノズル部が設けられた塗布ヘッドを示す図である。

図１は、本発明の例示的な一の実施形態に係る塗布装置１の構成を示す図である。塗布装置１は、プリント基板、半導体基板等の各種基板である対象物９上に所定の塗布液を塗布する装置である。対象物９は、機械部品等であってもよい。塗布液は、例えば、各種接着剤（エポキシ、ＵＶ硬化等）、ハンダペースト、封止剤、アンダーフィル剤、グリース等である。

塗布装置１は、制御部１０と、移動機構２と、塗布ヘッド３と、塗布液供給部４と、ノズル識別カメラ５とを含む。ノズル識別カメラ５は、塗布ヘッド３の所定位置を撮像する。制御部１０は、例えば、ＣＰＵ等のプロセッサを含むコンピュータであり、塗布装置１の全体制御を担う。また、制御部１０は、吐出パラメータ決定部１０１と、記憶部１０２とを備える。吐出パラメータ決定部１０１は、コンピュータが所定のプログラムを実行することにより実現される。吐出パラメータ決定部１０１が、専用の電気回路により構築されてもよく、部分的に専用の電気回路が利用されてもよい。記憶部１０２は、制御部１０に設けられるメモリ等により実現され、ノズル室情報Ａと、補給流量情報Ｂとを記憶する。ノズル識別カメラ５、吐出パラメータ決定部１０１、ノズル室情報Ａおよび補給流量情報Ｂの詳細については後述する。

移動機構２は、ステージ２１と、ステージ移動機構２２と、を含む。ステージ２１は、対象物９を保持する。ステージ移動機構２２は、塗布ヘッド３に対してステージ２１を移動する。ステージ移動機構２２によるステージ２１の移動方向は、例えば、互いに垂直な２方向である。典型的には、これらの移動方向は、塗布ヘッド３による塗布液の液滴の吐出方向に垂直である。ステージ移動機構２２は、ステージ２１を吐出方向に平行な軸を中心として回転可能であってもよい。

塗布液供給部４は、塗布ヘッド３における後述の塗布液室３６に塗布液を供給する。塗布液供給部４は、塗布液タンク４１と、供給管４２と、圧力調整部４３と、を含む。塗布液タンク４１は、塗布液を貯溜する。塗布液タンク４１の内部は、密閉されている。供給管４２の一端は、塗布液タンク４１に接続され、他端は、塗布ヘッド３に接続される。すなわち、供給管４２を介して、塗布液タンク４１の内部と塗布ヘッド３の塗布液室３６とが空間的に連続する。塗布液タンク４１は、塗布ヘッド３よりも鉛直方向上方に配置される。圧力調整部４３は、例えば圧力調整ポンプを含む。圧力調整部４３により、塗布液タンク４１内の圧力が、大気圧を含む圧力範囲内の任意の値に調整される。例えば、塗布液タンク４１内の圧力は、大気圧よりも低い負圧に調整される。圧力調整部４３を含む塗布液供給部４では、塗布液タンク４１の位置は、塗布ヘッド３よりも上方には限定されず、塗布液タンク４１は、所望の位置に配置可能である。

図２は、塗布ヘッド３を示す断面図である。図２では、後述の吐出口３８１の中心線Ｃ１を含む面における塗布ヘッド３の断面を示している。塗布ヘッド３は、本体部３１と、ノズル部３５とを備える。本体部３１は、本体環状部３２と、接液膜３３と、加圧部３４と、を含む。本体環状部３２は、例えば金属等により形成され、中心線Ｃ１を中心とする環状部材である。接液膜３３および加圧部３４については後述する。ノズル部３５は、例えば金属等により形成され、中心線Ｃ１を中心とする有底の環状部材である。本体環状部３２において、中心線Ｃ１に垂直な一の面に、ノズル部３５が取り付けられる。図２の例では、ノズル部３５は、複数のボルト３９により本体環状部３２に固定される。後述するように、塗布装置１では、複数種類のノズル部３５が準備されており、ボルト３９の脱着により、ノズル部３５の交換が可能である。本体環状部３２とノズル部３５との間には、塗布液室３６を囲むシール部材（図示省略）が設けられており、本体環状部３２とノズル部３５との間から塗布液が外部に漏れ出すことが防止される。

本体環状部３２の内径は、ノズル部３５の内径とほぼ同じである。中心線Ｃ１に平行な方向において、本体環状部３２の内周面はノズル部３５の内周面とおよそ連続し、本体環状部３２の内周面およびノズル部３５の内周面は、塗布液室３６の側面を形成する。塗布液室３６は、塗布ヘッド３の内部空間であり、例えば中心線Ｃ１を中心とする円柱状空間である。塗布液室３６には、塗布液が充填される。後述するように、塗布液室３６内の塗布液には加圧部３４により圧力が付与されるため、塗布液室３６は、圧力室とも呼ばれる。塗布液室３６の側面には、供給流路３７の一端が設けられる。供給流路３７の他端は、例えば、本体環状部３２においてノズル部３５とは反対側を向く面に設けられる。

塗布液室３６の底面には、ノズル室３８が設けられる。ノズル室３８は、塗布液室３６から連続する微細な流路である。ノズル室３８は、ノズル部３５に形成された塗布液室３６の底部と連通している。ノズル室３８は、中心線Ｃ１を中心とする略円柱状空間である。ノズル室３８において塗布液室３６とは反対側の開口、すなわち、ノズル室３８の先端開口が、吐出口３８１となる。図２のノズル室３８では、塗布液室３６側から吐出口３８１に向かって流路の直径が漸次減少する。ノズル室３８は、テーパ状の流路である。図２の例では、ノズル室３８において直径が減少する割合、すなわち、ノズル室３８の側面の傾斜角は一定である。ノズル室３８における直径は、いずれの位置においても塗布液室３６の直径に比べて十分に小さい。ノズル室３８における直径の平均、すなわち、平均径は、例えば、０．０５ｍｍ～０．５ｍｍの範囲内に含まれる。図２のように、テーパ状のノズル室３８の場合、平均径は、例えば、塗布液室３６側の開口の直径と、上記先端開口の直径との平均である。例えば、中心線Ｃ１に垂直なノズル室３８の断面積の最大値は、塗布液室３６の断面積の１／５倍以下であり、好ましくは、１／１０倍以下である。

ノズル部３５の外面における所定位置（以下、「表示位置」という。）には、ノズル部３５を識別するための識別情報が形成される。例えば、識別情報は、凹凸パターンである。識別情報は、凹凸パターン以外に、表示位置に印刷された文字、図形、記号等であってもよい。塗布装置１では、ノズル室３８の容積、形状等が異なる、複数種類のノズル部３５が予め準備されており、複数種類のノズル部３５では、互いに異なる識別情報が表示位置に形成される。

本体部３１の接液膜３３は、金属等により形成されるダイアフラムである。塗布液室３６において、接液膜３３は吐出口３８１に対向する。接液膜３３は、塗布液室３６における、底面に対向する面を形成する。塗布ヘッド３では、本体環状部３２、接液膜３３およびノズル部３５により塗布液室３６が形成される。接液膜３３の塗布液室３６側の表面は、塗布液室３６内の塗布液と接触する接液面である。接液膜３３の外縁部は、本体環状部３２に固定される。ノズル室３８および供給流路３７を除き、塗布液室３６は、本体部３１およびノズル部３５により密閉される。塗布ヘッド３では、塗布液室３６内の塗布液に含まれる気泡を除去するための排出口等が、必要に応じて設けられてもよい。

加圧部３４は、圧電素子３４１と、駆動回路３４２（図１参照）とを含む。圧電素子３４１は、接液膜３３における接液面とは異なる面を加圧する。なおここでは、圧電素子３４１が直接、接液膜３３を加圧する例を挙げて説明したが、これに限らず、圧電素子３４１が別部材を介して接液膜３３を加圧してもよい。圧電素子３４１において接液膜３３とは反対側の面は、図示省略の支持部材に固定される。駆動回路３４２は、圧電素子３４１に電気的に接続される。駆動回路３４２が圧電素子３４１に駆動信号を入力することにより、圧電素子３４１が伸縮動作を行い、接液膜３３の撓み量が変化する。接液膜３３が吐出口３８１に向かって撓む際に、塗布液室３６内の塗布液に圧力が付与され、吐出口３８１から外部に塗布液の液滴が吐出される。このように、加圧部３４は、塗布液室３６内の塗布液を加圧することにより吐出口３８１から液滴を吐出させる吐出機構である。図１の塗布ヘッド３において加圧部３４が接液膜３３を撓ませる方向は、撓んでいない状態の接液膜３３に直交する方向を含む。典型的には、駆動信号は、１つの液滴の吐出を指示する信号である。駆動信号の波形は、任意に決定されてよい。以下の説明では、単位時間当たりに圧電素子３４１に入力する駆動信号の個数を吐出周波数という。

図３は、塗布装置１における塗布動作の流れを示す図である。塗布動作では、まず、図１の吐出パラメータ決定部１０１において、対象物９に塗布すべき塗布液の補給流量が取得される（ステップＳ１０）。対象物９に塗布すべき塗布液は、塗布液タンク４１に貯溜されている、または、貯溜される予定の塗布液である。

ここで、補給流量を説明するために、塗布ヘッド３に対する塗布液の補給について説明する。塗布装置１では、塗布液タンク４１から図２の塗布ヘッド３の塗布液室３６までの間、すなわち、塗布液タンク４１、供給管４２、供給流路３７および塗布液室３６において、塗布液が隙間なく連続する。また、毛細管現象によりノズル室３８内のおよそ全体に、塗布液が充填される。塗布ヘッド３からの液滴の吐出が行われていない待機状態では、吐出口３８１において塗布液の液面Ｍ（メニスカス）が形成される。厳密には、加圧部３４が塗布液室３６内の塗布液を加圧して吐出口３８１から液滴を吐出する際には、吐出口３８１において液面Ｍは存在しないため、以下の説明では、塗布液の液面Ｍについて言及する場合は、塗布液室３６内の塗布液の加圧時を除いているものとする。

塗布液供給部４では、ノズル室３８近傍における塗布液の圧力が、吐出口３８１の周囲における大気圧とほぼ同じ、または、僅かに低くなるように、圧力調整部４３により塗布液タンク４１内の圧力が調整されている。液滴の吐出動作により、ノズル室３８内の塗布液が減少すると、毛細管現象により塗布液室３６の塗布液がノズル室３８内に引き込まれる。また、塗布液供給部４から塗布液室３６内にも塗布液が供給される、すなわち、塗布液室３６内に塗布液が補給される。

塗布ヘッド３において、例えば、後述の最高吐出周波数で液滴を連続的に吐出している間に、塗布液供給部４から塗布液室３６内に補給される塗布液の単位時間当たりの体積（流量）は、吐出口３８１から吐出される塗布液の単位時間当たりの体積よりも低くなる。このような場合に、塗布液供給部４から塗布液室３６内に補給される塗布液の単位時間当たりの体積が、補給流量である。換言すると、補給流量は、塗布ヘッド３における液滴の吐出動作に並行して塗布液供給部４から塗布液室３６内に補給可能な塗布液の単位時間当たりの体積、典型的には、最大体積である。

補給流量は、塗布液タンク４１に貯溜する塗布液の粘度に大きく依存する。塗布装置１では、複数種類の塗布液における補給流量を示す情報が、補給流量情報Ｂとして記憶部１０２に記憶されている。複数種類の塗布液における補給流量は、例えば、実験またはシミュレーション等により求められる。上記ステップＳ１０における塗布液の補給流量の取得では、対象物９に塗布すべき塗布液の種類の入力が、制御部１０に設けられた図示省略の入力部を介して、操作者により行われる。吐出パラメータ決定部１０１では、塗布液の種類を示す当該入力が受け付けられ、当該入力および補給流量情報Ｂに基づいて、当該塗布液の補給流量が取得される。塗布液の補給流量は、吐出パラメータ決定部１０１において記憶される。

続いて、対象物９に塗布すべき塗布液に合わせて、塗布ヘッド３におけるノズル部３５が交換される（ステップＳ１１）。ここでは、図４のノズル部３５が、図２のノズル部３５に交換されたものとする。図２の交換後のノズル部３５では、図４の交換前のノズル部３５と比較して、ノズル室３８の平均径および容積が大きい。なお、図２および図４のノズル部３５では、ノズル室３８の側面の傾斜角は同じである。例えば、粘度が高い塗布液を用いる場合に、ノズル室３８の平均径が大きいノズル部３５が選択される。後述するように、ノズル部３５の交換により、実際に使用する当該塗布液を対象物９上に適切に塗布することが可能となる。

ノズル部３５の交換は、例えば、塗布装置１の設置場所において操作者により行われる。ノズル部３５の交換が、塗布装置１の調整作業として、塗布装置１の製造工場等で行われてもよい。なお、ノズル部３５の交換前には、供給管４２における図示省略のバルブが閉じられる。ノズル部３５の交換後に当該バルブを開くことにより、塗布ヘッド３の塗布液室３６に、塗布液が充填される。

ノズル識別カメラ５では、ノズル部３５の表示位置に形成された識別情報が撮像される。識別情報の画像は、制御部１０に入力される。制御部１０では、識別情報の画像に基づいて、塗布ヘッド３に設けられているノズル部３５の種類が特定される。このように、塗布装置１では、ノズル識別カメラ５および制御部１０により、塗布ヘッド３におけるノズル部３５の種類を識別するノズル識別部が実現される。ノズル識別部における識別結果は、塗布ヘッド３に設けられるノズル部３５の種類の入力として、吐出パラメータ決定部１０１において受け付けられる。

一方、記憶部１０２に記憶されるノズル室情報Ａは、複数種類のノズル部３５におけるノズル室３８の容積を示す。例えば、各ノズル部３５の設計データを用いてノズル室３８の容積を算出することにより、または、ノズル室３８の容積を実測することにより、ノズル室情報Ａを容易に準備することが可能である。吐出パラメータ決定部１０１では、ノズル部３５の種類を示す上記入力およびノズル室情報Ａに基づいて、塗布ヘッド３に設けられるノズル部３５のノズル室３８の容積が取得される（ステップＳ１２）。

塗布ヘッド３におけるノズル室３８の容積が取得されると、ノズル室３８の容積を、吐出口３８１から吐出される塗布液の液滴数に換算した値が、ノズル室液滴数として求められる（ステップＳ１３）。後述するように、本処理例では、圧電素子３４１に入力する駆動信号の電圧が設定電圧にて一定である。また、制御部１０の記憶部１０２では、複数種類の塗布液と複数種類のノズル部３５との各組合せに対して、設定電圧の駆動信号の入力により吐出口３８１から吐出される液滴の体積を示すテーブルが予め記憶されている。当該テーブルは、例えばシミュレーションまたは実験により作成される。吐出パラメータ決定部１０１では、上述の塗布液の種類の入力、および、ノズル部３５の種類の入力を用いて上記テーブルを参照することにより、塗布ヘッド３から吐出される液滴の体積が、特定体積として特定される。そして、ノズル室３８の容積を特定体積で除することにより、ノズル室液滴数が求められる。

例えば、特定体積が１０ｎＬ（ナノリットル）であり、ノズル室３８の容積が３００ｎＬである場合、３００［ｎＬ］÷１０［ｎＬ］より、ノズル室液滴数は３０となる。既述のように、ノズル室３８には塗布液が充填されており、ノズル室液滴数は、ノズル室３８に充填される塗布液のみにより、吐出可能な特定体積の液滴の個数である。ノズル室液滴数は、吐出パラメータ決定部１０１において記憶される。塗布装置１において、吐出口３８１から吐出される液滴の体積（特定体積）は、例えば２ｎＬ以上、５０ｎＬ以下である。なお、ノズル室液滴数の決定では、ノズル室液滴数に特定体積を乗じて得た値がノズル室３８の容積以下となればよく、上記値とノズル室３８の容積との差が特定体積よりも大きくてもよい。

上記ステップＳ１０～Ｓ１３の処理は、塗布動作の事前準備であり、必要に応じて行われる。例えば、ステップＳ１０の処理は、塗布液タンク４１内の塗布液の入れ換えにより、または、塗布液タンク４１の交換により、実際に用いる塗布液の種類を変更した場合に行われ、変更後の塗布液の補給流量が取得される。ステップＳ１２の処理は、ステップＳ１１にてノズル部３５を交換した場合に行われ、交換後のノズル部３５におけるノズル室３８の容積が取得される。ステップＳ１３の処理は、ステップＳ１０の処理またはステップＳ１２の処理が行われた場合、すなわち、塗布液の補給流量、または、ノズル室３８の容積が変更された場合に行われ、ノズル室液滴数が更新される。

対象物９上の一の塗布位置（以下、「注目位置」という。）に対して塗布液の塗布を行う際には、吐出パラメータ決定部１０１において注目位置に対する塗布指令が受け付けられる（ステップＳ１４）。塗布指令は、対象物９上の各位置に塗布すべき塗布液の体積を塗布量として示す情報である。続いて、吐出パラメータ決定部１０１では、塗布指令に基づいて、注目位置に対する液滴の吐出に係る吐出パラメータが決定される。

本実施形態では、塗布ヘッド３から吐出される液滴の体積（特定体積）は、対象物９上の各位置に塗布すべき塗布量に比べて十分に小さいため、当該各位置に対して多数の液滴が連続的に吐出される。したがって、吐出パラメータ決定部１０１では、注目位置に対して液滴が連続的に吐出される連続吐出期間における吐出パラメータが決定される。後述するように、連続吐出期間は、増量吐出期間および定量吐出期間に分けられており、吐出パラメータは、連続吐出期間における増量吐出期間および定量吐出期間の長さ、並びに、増量吐出期間および定量吐出期間のそれぞれにおける吐出周波数および駆動信号の電圧を含む。既述のように、吐出周波数は、駆動信号の周波数であり、吐出口３８１から吐出される単位時間当たりの液滴の個数を示す。本処理例では、吐出パラメータにおける駆動信号の電圧が、設定電圧にて一定であるため、後述の液滴の吐出では、吐出口３８１から既述の特定体積の液滴が吐出される。

塗布指令に基づく吐出パラメータの決定では、まず、注目位置に塗布すべき塗布量を、吐出口３８１から吐出される塗布液の液滴数に換算した値が、必要液滴数として求められる（ステップＳ１５）。必要液滴数は、当該塗布量を特定体積で除することにより求められる。例えば、注目位置に塗布すべき塗布液の塗布量が５００ｎＬであり、液滴の特定体積が１０ｎＬである場合、必要液滴数は５０となる。

続いて、吐出パラメータ決定部１０１では、注目位置の必要液滴数とノズル室液滴数とが比較される。必要液滴数がノズル室液滴数よりも大きい場合には（ステップＳ１６）、注目位置に対する連続吐出期間の初期において、ノズル室液滴数の液滴を最高吐出周波数で吐出することを指示する吐出パラメータが決定される。ここで、塗布装置１では、圧電素子３４１の仕様や、駆動回路３４２の制限等により、最高吐出周波数が予め設定されている。ノズル室液滴数の液滴を最高吐出周波数で吐出する期間を「増量吐出期間」と呼ぶと、ノズル室液滴数と最高吐出周波数の逆数とを乗じて得た値が、増量吐出期間の長さとなる。したがって、連続吐出期間の初期に対する上記吐出パラメータの決定は、増量吐出期間の長さ、および、増量吐出期間における吐出周波数（最高吐出周波数）の決定であるといえる。増量吐出期間の意味については後述する。

吐出パラメータ決定部１０１では、連続吐出期間の残りの期間において、必要液滴数からノズル室液滴数を減じて得た残りの液滴数の液滴を、塗布液の補給流量に相当する吐出周波数（以下、「平衡吐出周波数」という。）で吐出することを指示する吐出パラメータが決定される。既述のように、補給流量は、塗布液供給部４から塗布液室３６内に補給可能な塗布液の単位時間当たりの体積である。平衡吐出周波数は、補給流量を液滴の特定体積で除して得られる数であり、最高吐出周波数よりも十分に低い。上記残りの液滴数の液滴を一定の平衡吐出周波数で吐出する期間を「定量吐出期間」と呼ぶと、上記残りの液滴数と平衡吐出周波数の逆数とを乗じて得た値が、定量吐出期間の長さとなる。したがって、連続吐出期間の残りの期間に対する上記吐出パラメータの決定は、定量吐出期間の長さ、および、定量吐出期間における吐出周波数の決定であるといえる。以上のようにして、増量吐出期間および定量吐出期間を含む連続吐出期間における吐出パラメータが決定される（ステップＳ１７）。

例えば、最高吐出周波数が１ｋＨｚ（キロヘルツ）であり、ノズル室液滴数が３０である場合、増量吐出期間の長さは、３０ミリ秒となる。また、必要液滴数が５０である場合、必要液滴数からノズル室液滴数を減じて得た残りの液滴数は、２０となる。この場合に、補給流量が毎秒１０ｎＬであり、液滴の特定体積が１０ｎＬであるときには、平衡吐出周波数は１Ｈｚとなり、定量吐出期間の長さは、２０秒となる。必要液滴数の液滴が連続的に吐出される期間である連続吐出期間の長さは、増量吐出期間と定量吐出期間とを合わせた長さであり、２０．０３秒となる。

塗布装置１では、上記吐出パラメータの決定に並行して、移動機構２がステージ２１を移動することにより、対象物９上の注目位置が、塗布ヘッド３の吐出口３８１に対向する位置に配置される。そして、制御部１０の制御により、駆動回路３４２が上記吐出パラメータに従って圧電素子３４１に駆動信号を入力することにより、注目位置に対して液滴の吐出が行われる（ステップＳ１８）。上述の例では、最高吐出周波数１ｋＨｚで、ノズル室液滴数である３０個の液滴が吐出され、続いて、平衡吐出周波数１Ｈｚで、残りの液滴数である２０個の液滴が吐出される。すなわち、３０ミリ秒の増量吐出期間において最高吐出周波数１ｋＨｚでの液滴の吐出が行われ、当該増量吐出期間に連続する２０秒の定量吐出期間において平衡吐出周波数１Ｈｚでの液滴の吐出が行われる。このようにして、制御部１０により塗布ヘッド３からの液滴の吐出が制御され、注目位置に対して塗布指令が示す塗布量の塗布液が塗布される。

既述のように、最高吐出周波数は、平衡吐出周波数よりも十分に高いため、増量吐出期間では、吐出口３８１から吐出される塗布液の単位時間当たりの体積が補給流量よりも大きい。すなわち、増量吐出期間における塗布液の単位時間当たりの吐出量は、定量吐出期間における塗布液の単位時間当たりの吐出量よりも大きく、定量吐出期間よりも増量されている。増量吐出期間では、ノズル室３８内における塗布液の液面Ｍの位置が次第に塗布液室３６へと近づく。増量吐出期間の終了直前には、図５に示すように、塗布液の液面Ｍは、ノズル室３８における塗布液室３６側の開口近傍に位置する。増量吐出期間では、ノズル室３８の容積を液滴数に換算したノズル室液滴数の液滴のみが吐出される。すなわち、増量吐出期間において吐出される塗布液の量（体積）は、ノズル室３８に充填される塗布液の量以下である。したがって、塗布液の液面Ｍの縁が、ノズル室３８の上記開口を超えて塗布液室３６内に入り込むことはない。

定量吐出期間では、塗布液の補給流量に相当する平衡吐出周波数で液滴が吐出されるため、塗布液の液面Ｍの縁の位置は、ノズル室３８の上記開口近傍で維持される。連続吐出期間の全体では、吐出口３８１から吐出される塗布液の総体積は、ノズル室３８の容積と、連続吐出期間に塗布液供給部４から塗布液室３６内に補給される塗布液の総体積との和以下となる。既述のように、上記の例では、必要液滴数はノズル室液滴数よりも大きく、連続吐出期間に吐出される塗布液の総体積は、ノズル室３８の容積よりも大きい。また、連続吐出期間に吐出される塗布液の総体積は、塗布液室３６内に補給される塗布液の総体積よりも大きく、既述のように、塗布液の液面Ｍの縁が、塗布液室３６側に移動する。

一方、注目位置に対する必要液滴数とノズル室液滴数との比較において、必要液滴数がノズル室液滴数以下である場合には（ステップＳ１６）、注目位置に対して、連続吐出期間の全体において、必要液滴数の液滴を最高吐出周波数で吐出することを指示する吐出パラメータが決定される（ステップＳ１９）。この場合、連続吐出期間の長さは、必要液滴数と最高吐出周波数の逆数とを乗じて得た値となる。上記吐出パラメータの決定は、増量吐出期間のみを含む連続吐出期間における吐出パラメータの決定である。

そして、対象物９上の注目位置が、塗布ヘッド３の吐出口３８１に対向する位置に配置された状態で、駆動回路３４２が上記吐出パラメータに従って圧電素子３４１に駆動信号を入力することにより、注目位置に対する液滴の吐出が行われる（ステップＳ１８）。これにより、塗布指令が示す塗布量の塗布液が、補給流量に依存することなく高速で注目位置に塗布される。注目位置に対して吐出される塗布液の量は、ノズル室３８に充填される塗布液の量以下である。したがって、塗布液の液面Ｍの縁が、ノズル室３８における塗布液室３６側の開口を超えて塗布液室３６内に入り込むことはない。

実際の塗布装置１では、注目位置に対する塗布液の塗布が完了すると、対象物９上の次の塗布位置が注目位置とされ、上記ステップＳ１４～Ｓ１９が繰り返される。このとき、塗布ヘッド３が次の塗布位置へと対象物９に対して相対的に移動する間に、ノズル室３８内に塗布液が補給される。ノズル室３８内に塗布液を充填するための待ち時間が、必要に応じて設定されてもよい。各塗布位置に対する吐出パラメータの決定に係るステップＳ１４～Ｓ１７，Ｓ１９の処理は、当該塗布位置に対する吐出動作（ステップＳ１８）の前に行われていればよく、例えば、当該塗布位置よりも前に塗布液の塗布が行われる塗布位置に対する吐出動作と並行して行われてもよい。

ここで、各塗布位置に対して、常に、最高吐出周波数で必要液滴数の液滴を吐出する第１の比較例の塗布装置を想定する。第１の比較例の塗布装置では、一の塗布位置に対する必要液滴数がノズル室液滴数よりも大きい場合、当該塗布位置に対して吐出される塗布液の量が、ノズル室３８に充填される塗布液の量を超える。したがって、塗布液の液面Ｍの縁が、ノズル室３８の塗布液室３６側の開口を超えて塗布液室３６内に入り込み、塗布液室３６内に空気が侵入する。この場合、加圧部３４が塗布液室３６内に付与する圧力が気泡により吸収され、吐出口３８１から塗布液が安定して吐出されなくなる。

また、各塗布位置に対して、常に、平衡吐出周波数で必要液滴数の液滴を吐出する第２の比較例の塗布装置を想定する。第２の比較例の塗布装置では、塗布液の補給流量に相当する平衡吐出周波数で液滴が吐出されるため、塗布液の液面Ｍの縁の位置はノズル室３８内に維持される。しかしながら、平衡吐出周波数は、最高吐出周波数に比べて大幅に低いため、塗布位置に対する塗布液の塗布に長時間を要してしまう。例えば、平衡吐出周波数が１Ｈｚであり、必要液滴数が５０である場合には、塗布液の塗布に５０秒を要する。

これに対し、図１の塗布装置１では、吐出パラメータ決定部１０１において、塗布液の補給流量およびノズル室３８の容積に基づいて、塗布ヘッド３から液滴が連続的に吐出される連続吐出期間における吐出パラメータが決定される。これにより、吐出口３８１から吐出される塗布液の単位時間当たりの体積が補給流量よりも大きい増量吐出期間が、連続吐出期間に含まれることとなり、塗布液を高速に塗布することができる。また、連続吐出期間において吐出口３８１から吐出される塗布液の総体積は、ノズル室３８の容積と、連続吐出期間に塗布液供給部４から塗布液室３６内に補給される塗布液の総体積との和以下となる。その結果、連続吐出期間における、塗布液室３６内の塗布液の加圧時を除く期間、すなわち、塗布液の液滴の吐出時を除く期間において、塗布液の液面Ｍがノズル室３８内に形成された状態を維持することができる。このように、塗布装置１では、塗布液室３６内への空気の侵入を抑制することができ、塗布液を安定して塗布することが実現される。

既述のように、必要液滴数が５０であり、ノズル室液滴数が３０であり、最高吐出周波数が１ｋＨｚであり、平衡吐出周波数が１Ｈｚである場合には、塗布液の塗布に要する時間は２０．０３秒となり、第２の比較例の塗布装置の場合に比べて大幅に短縮可能である。換言すると、対象物９に塗布する塗布液の単位時間当たりの体積である塗布速度を向上することができる。

なお、塗布液タンク４１内を陽圧にするとともに供給管４２に電磁弁を設け、当該電磁弁の開閉により吐出口３８１から液滴を吐出する、第３の比較例の塗布装置を想定すると、第３の比較例の塗布装置では、塗布液タンク４１内の圧力が高すぎる場合に、吐出口３８１から塗布液が漏れ出し、吐出口３８１の周囲が汚れてしまう。一方、圧電素子３４１の伸縮動作により液滴を吐出する図１の塗布装置１では、塗布液タンク４１内の圧力を負圧にして、吐出口３８１から塗布液が漏れ出すことを抑制することができる。

また、図２の塗布ヘッド３では、ノズル室３８を含むノズル部３５が、他のノズル部３５に交換可能である。また、当該他のノズル部３５におけるノズル室３８の容積が、交換前のノズル部３５におけるノズル室３８の容積と相違する。したがって、塗布ヘッド３では、ノズル部３５の交換により、粘度が異なる様々な種類の塗布液を適切に吐出することが可能となる。例えば、１００ミリパスカル秒（ｍＰａ・ｓ）以上の粘度の塗布液を適切に吐出することが可能である。実際には、１０００ｍＰａ・ｓ以上の粘度の塗布液も好適に吐出可能であり、８０００ｍＰａ・ｓ以上の粘度の塗布液を吐出することも可能である。塗布ヘッド３において吐出可能な塗布液の粘度の上限値は、ノズル部３５の設計に依存するが、例えば３０万ｍＰａ・ｓである。

吐出パラメータ決定部１０１では、対象物９上の各塗布位置に塗布すべき塗布液の塗布量を示す塗布指令が受け付けられる。そして、当該塗布指令に基づいて、当該塗布位置に対する連続吐出期間における吐出パラメータが決定される。これにより、塗布装置１では、好ましい吐出パラメータを自動的に決定することができ、高速塗布を容易に行うことができる。なお、複数の塗布位置における塗布量が同じである場合には、一の塗布位置に対して決定された吐出パラメータが、他の塗布位置に対してそのまま用いられてもよい。

制御部１０では、複数種類のノズル部３５におけるノズル室３８の容積を示すノズル室情報Ａが記憶される。また、吐出パラメータ決定部１０１では、塗布ヘッド３に設けられるノズル部３５の種類の入力が受け付けられる。これにより、当該入力およびノズル室情報Ａに基づいて、塗布ヘッド３におけるノズル室３８の容積を容易に取得することができる。

また、ノズル識別部により、塗布ヘッド３に設けられるノズル部３５の種類が識別され、当該ノズル識別部における識別結果が、上記入力として吐出パラメータ決定部１０１において受け付けられる。これにより、塗布装置１では、ノズル室３８の容積を自動で取得することができる。なお、ノズル識別部では、ノズル識別カメラ５以外のセンサを用いてノズル部３５の種類が識別されてもよい。また、塗布装置１の設計によっては、制御部１０の入力部を介して、操作者により、塗布ヘッド３に設けられるノズル部３５の種類の入力が行われ、当該入力が、吐出パラメータ決定部１０１において受け付けられてもよい。

制御部１０では、複数種類の塗布液における補給流量を示す補給流量情報Ｂが記憶される。また、吐出パラメータ決定部１０１では、塗布液供給部４から塗布ヘッド３に供給される塗布液の種類の入力が受け付けられる。これにより、当該入力および補給流量情報Ｂに基づいて、塗布液の補給流量を容易に取得することができる。もちろん、塗布液の補給流量が、制御部１０の入力部を介して、操作者により入力されてもよい。

上記塗布装置１では様々な変形が可能である。

連続吐出期間における吐出パラメータの設定手法は、連続吐出期間において吐出口３８１から吐出される塗布液の総体積が、ノズル室３８の容積と、連続吐出期間に塗布液室３６内に補給される塗布液の総体積との和以下となる範囲内で、適宜変更されてよい。例えば、連続吐出期間の全体が増量吐出期間とされ、最高吐出周波数よりも低く、かつ、平衡吐出周波数よりも高い吐出周波数が設定されてもよい。この場合、ノズル室３８の容積に相当する塗布液の体積を連続吐出期間において均等に分配した分だけ、吐出される塗布液の単位時間当たりの体積が、補給流量よりも大きくされる。また、増量吐出期間における吐出周波数が変動してもよい。一方、上記処理例のように、連続吐出期間における初期が増量吐出期間であり、残りの期間が定量吐出期間である場合には、高速塗布に係る制御を簡素化することが可能である。

また、定量吐出期間では、吐出される塗布液の単位時間当たりの体積が、補給流量未満の一定量であってもよい。この場合に、連続吐出期間における初期が増量吐出期間であり、残りの期間が定量吐出期間であるときには、当該定量吐出期間において、吐出される塗布液の単位時間当たりの体積と補給流量との差に相当する体積の塗布液が、単位時間当たりにノズル室３８内に補給される。以上のように、定量吐出期間では、吐出口３８１から吐出される塗布液の単位時間当たりの体積が、補給流量以下の一定量であればよい。

例えば、増量吐出期間および定量吐出期間において吐出周波数を一定とし、増量吐出期間において、定量吐出期間よりも駆動信号の電圧を高くすることにより、液滴の体積が特定体積よりも大きくされてもよい。この場合も、増量吐出期間において吐出口３８１から吐出される塗布液の単位時間当たりの体積を、補給流量よりも大きくすることが可能である。また、対象物９上において線状の塗布液パターンを形成する場合等に、連続吐出期間において、対象物９の移動が行われてもよい。

塗布装置１において準備される複数種類のノズル部３５では、ノズル室３８の平均径以外に、ノズル室３８の長さや形状が異なるものが含まれてもよい。例えば、図６のノズル部３５では、直径が一定、かつ、真っ直ぐに延びる円柱状空間のノズル室３８が形成される。もちろん、ノズル室３８の側面の傾斜角が異なるノズル部３５が準備されてもよい。塗布装置１では、ノズル室３８の容積が大きいノズル部３５に交換することにより、塗布液の塗布に要する時間をさらに短縮することも可能である。また、ノズル部３５が塗布液室３６の一部を形成する場合に、ノズル部３５の交換により、ノズル室３８の容積に加えて塗布液室３６の容積が変化してもよい。さらに、ノズル部３５は、塗布液室３６の空間の一部を形成しないものであってもよい。図７の例では、ノズル部３５が板状であり、ノズル部３５の上面が、塗布液室３６の底面となる。

塗布ヘッド３では、同じ種類の塗布液を用いつつ、液滴の体積（特定体積）を変更する場合に、ノズル部３５を交換することも可能である。また、上記塗布装置１では、塗布ヘッド３の一部であるノズル部３５の交換が可能であるが、塗布装置１の設計によっては、塗布ヘッド３の全体であるノズル部が交換可能であってもよい。すなわち、塗布装置１では、塗布ヘッド３において、少なくともノズル室３８を含むノズル部が、他のノズル部に交換可能であればよい。

吐出口３８１から液滴を吐出させる吐出機構は、圧電素子３４１を含む加圧部３４以外であってもよい。例えば、吐出機構が、塗布液室３６内の塗布液を加熱することにより、吐出口３８１から液滴を吐出させる加熱部であってもよい。この場合も、吐出パラメータ決定部１０１において決定される吐出パラメータに従って吐出動作が行われる。これにより、連続吐出期間における、塗布液室３６内の塗布液の加熱時を除く期間、すなわち、塗布液の液滴の吐出時を除く期間において、塗布液の液面Ｍがノズル室３８内に形成される。以上のように、本発明を適用可能な塗布装置の例として、塗布液を加圧または加熱することにより液滴を吐出させる吐出機構を有する塗布装置が挙げられる。

塗布装置１において、ステージ２１が固定され、塗布ヘッド３が移動機構により移動されてもよい。すなわち、移動機構は、塗布液が塗布される対象物９を塗布ヘッド３に対して相対的に移動すればよい。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

本発明に係る塗布装置は、様々な用途に利用することができる。

１塗布装置３塗布ヘッド４塗布液供給部５ノズル識別カメラ９対象物１０制御部３４加圧部３５ノズル部３６塗布液室３８ノズル室１０１吐出パラメータ決定部３８１吐出口Ａノズル室情報Ｂ補給流量情報Ｍ（塗布液の）液面

Claims

吐出口から塗布液の液滴を吐出する塗布ヘッドと、前記塗布ヘッドに前記塗布液を供給する塗布液供給部と、前記塗布ヘッドからの前記液滴の吐出を制御する制御部と、を備え、前記塗布ヘッドが、前記塗布液が充填される塗布液室と、前記塗布液室から連続する流路であり、先端開口が前記吐出口であるノズル室と、前記吐出口から前記液滴を吐出させる吐出機構と、を備え、前記制御部が、前記塗布ヘッドにおける吐出動作に並行して前記塗布液供給部から前記塗布液室内に補給可能な前記塗布液の単位時間当たりの体積を補給流量として、前記補給流量および前記ノズル室の容積に基づいて、前記塗布ヘッドから前記液滴が連続的に吐出される連続吐出期間における吐出パラメータを決定する吐出パラメータ決定部を備え、前記連続吐出期間が、前記吐出口から吐出される前記塗布液の単位時間当たりの体積が前記補給流量よりも大きい増量吐出期間を含み、かつ、前記連続吐出期間において前記吐出口から吐出される前記塗布液の総体積が、前記ノズル室の容積と、前記連続吐出期間に前記塗布液供給部から前記塗布液室内に補給される前記塗布液の総体積との和以下である、塗布装置。
前記連続吐出期間における前記液滴の吐出時を除く期間において、前記塗布液の液面が前記ノズル室内に形成される、請求項１に記載の塗布装置。
前記連続吐出期間において、前記吐出口から吐出される前記塗布液の単位時間当たりの体積が、前記補給流量以下の一定量である定量吐出期間が設定されており、前記連続吐出期間における初期が前記増量吐出期間であり、残りの期間が前記定量吐出期間である、請求項１または２に記載の塗布装置。
前記吐出パラメータ決定部が、対象物上の各位置に塗布すべき前記塗布液の塗布量を示す塗布指令を受け付けるとともに、前記塗布指令に基づいて、前記各位置に対する前記連続吐出期間における前記吐出パラメータを決定する、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の塗布装置。
前記塗布ヘッドにおいて、少なくとも前記ノズル室を含むノズル部が、他のノズル部に交換可能であり、前記他のノズル部における前記ノズル室の容積が、前記ノズル部におけるノズル室の容積と相違する、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の塗布装置。
前記制御部において、複数種類のノズル部におけるノズル室の容積を示すノズル室情報が記憶され、前記吐出パラメータ決定部が、前記塗布ヘッドに設けられるノズル部の種類の入力を受け付けるとともに、前記入力および前記ノズル室情報に基づいて、前記塗布ヘッドにおける前記ノズル室の容積を取得する、請求項５に記載の塗布装置。
前記塗布ヘッドに設けられる前記ノズル部の種類を識別するノズル識別部をさらに備え、前記ノズル識別部における識別結果が、前記入力として前記吐出パラメータ決定部において受け付けられる、請求項６に記載の塗布装置。
前記制御部において、複数種類の塗布液における補給流量を示す補給流量情報が記憶され、前記吐出パラメータ決定部が、前記塗布液供給部から前記塗布ヘッドに供給される塗布液の種類の入力を受け付けるとともに、前記入力および前記補給流量情報に基づいて、前記塗布液の前記補給流量を取得する、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の塗布装置。
前記ノズル室の前記流路の直径が、前記塗布液室側から前記吐出口に向かって漸次減少する、請求項１ないし８のいずれか１つに記載の塗布装置。