JP7297527B2 - 吐出材吐出装置および温度調整方法 - Google Patents

Description

本開示は、吐出材吐出装置および温度調整方法に関するものである。

インプリント装置では、特許文献１に記載されているように、レジストなどの吐出材を吐出ヘッドによって基板上に吐出する吐出装置が用いられることがある。特許文献１の吐出装置は、収容容器に収容された液体または液状の吐出材を吐出ヘッドから吐出する吐出装置であり、可撓性部材によって２つの収容部に分けられた収容容器を用いるものである。収容容器における一方の収容部には吐出材が収容され、他方の収容部には液体が収容され、他方の収容部の内圧を制御することによって、間接的に一方の収容部の内圧が調整される。

特開２０１５－０９２５４９号公報

吐出ヘッドによる吐出材の吐出は、吐出ヘッドに装着されている電気部品（制御基板）によって制御される。吐出装置の動作時に、電気部品は発熱し、この発熱が周囲の温度を上昇させる。これにより吐出ヘッドから吐出される吐出材の量または吐出位置の精度に影響を及ぼす可能性がある。

本開示は、吐出装置における温度上昇を抑制することを目的とする。

本開示の一態様に係る吐出材吐出装置は、吐出材を吐出する吐出ヘッドと、前記吐出ヘッドからの吐出材の吐出を制御する制御基板と、前記制御基板を搭載する筐体ユニットと、前記筐体ユニットの外部に配された圧力制御ユニットと、を備え、前記筐体ユニットは、可撓性部材によって、前記吐出ヘッドと導通し前記吐出材を収容する第１収容空間と、前記吐出ヘッドと導通せず作動液を収容する第２収容空間とに分離され、前記圧力制御ユニットが前記第２収容空間の圧力を制御することで、前記吐出ヘッドの圧力を制御可能な吐出材吐出装置であって、前記圧力制御ユニットと前記第２収容空間との間で前記作動液を循環させる循環手段と、前記循環手段で循環される前記作動液の温度を、前記制御基板の稼働状況に応じて調整する温度調整手段とを有することを特徴とする。

本開示によれば、吐出装置における温度上昇を抑制することができる。

インプリント装置の構成図。 吐出装置の構成図。 吐出装置の構成図。 吐出装置の構成図。 吐出装置の構成図。 吐出装置の構成図。 吐出装置の構成図。 吐出装置の構成図。 フローチャートを示す図。 吐出装置の構成図。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。尚、同一の構成については、同じ符号を付して説明する。また、実施形態に記載されている構成要素の相対配置、形状などは、あくまで例示である。

＜＜実施形態１＞＞
実施形態１では、インプリント装置に適用される吐出材を吐出する吐出材吐出装置（以下、単に「吐出装置」ともいう）を説明する。そして、吐出装置において温度調整を行う構成を説明する。以下では、まずインプリント装置の全体構成を説明し、その後に吐出装置の全体構成を説明する。

＜インプリント装置＞
図１は、本実施形態に適用可能なインプリント装置１０１の構成を示す概略図である。インプリント装置１０１は、半導体デバイスなどの各種のデバイスの製造に使用される。インプリント装置１０１は、吐出装置１０を備える。吐出装置１０は、吐出材１１４（レジスト）を基板１１１上に吐出する。吐出材１１４は、紫外線１０８を受光することにより硬化する性質を有する光硬化性の樹脂である。吐出材１１４は、半導体デバイス製造工程などの各種条件により適宜選択される。光硬化性の他にも例えば、熱硬化性のレジストである吐出材を用いてもよく、インプリント装置は、熱でレジストを硬化させてインプリント処理を行う装置でもよい。吐出材１１４のことをインプリント材と呼んでもよい。

インプリント装置１０１は、次の一連の処理を含むインプリント処理を行う。即ち、インプリント装置１０１は、吐出装置１０に吐出材１１４を基板１１１上に吐出させる。そして、基板１１１上に吐出された吐出材１１４に、成型用のパターンを有するモールド１０７を押し付け、その状態において、光（紫外線）の照射によって吐出材１１４を硬化させる。その後、硬化後の吐出材１１４からモールド１０７を引き離すことによって、モールド１０７のパターンを基板１１１上に転写する。

インプリント装置１０１は、光照射部１０２と、モールド保持機構１０３と、基板ステージ１０４と、吐出装置１０と、制御部１０６と、計測部１２２と、筺体１２３と、を有する。

光照射部１０２は、光源１０９と、光源１０９から照射された紫外線１０８を補正するための光学素子１１０とを有する。光源１０９は、例えばｉ線またはｇ線を発生するハロゲンランプである。紫外線１０８は、モールド（型）１０７を介して吐出材１１４に照射される。紫外線１０８の波長は、硬化させる吐出材１１４に応じた波長である。尚、レジストとして熱硬化性レジストを用いるインプリント装置の場合は、光照射部１０２に代えて、熱硬化性レジストを硬化させるための熱源部が設置される。

モールド保持機構１０３は、モールドチャック１１５と、モールド駆動機構１１６とを有する。モールド保持機構１０３によって保持されるモールド１０７は、外周形状が矩形であり、基板１１１に対向する面には転写すべき回路パターンなどの凹凸パターンが３次元で形成されたパターン部１０７ａを有する。本実施形態におけるモールド１０７の材質は、紫外線１０８が透過することができる材質であり、例えば石英が用いられる。

モールドチャック１１５は、真空吸着または静電力によりモールド１０７を保持する。モールド駆動機構１１６は、モールドチャック１１５を保持して移動することによりモールド１０７を移動させる。モールド駆動機構１１６は、モールド１０７を－Ｚ方向に移動させてモールド１０７を吐出材１１４に押し付けることができる。また、モールド駆動機構１１６は、モールド１０７をＺ方向に移動させてモールド１０７を吐出材１１４から引き離すことができる。尚、モールド１０７を吐出材１１４に押し付ける動作、または吐出材１１４からモールド１０７を引き離す動作は、基板ステージ１０４がＺ方向に移動することで実現してもよい。または、モールド１０７および基板ステージ１０４の双方が相対的に移動することで実現してもよい。

基板ステージ１０４は、基板チャック１１９と、基板ステージ筐体１２０と、ステージ基準マーク１２１とを有する。基板ステージに保持される基板１１１は、単結晶シリコン基板またはＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板であり、基板１１１の被処理面には、吐出材１１４が吐出されパターンが成形される。

基板チャック１１９は、基板１１１を真空吸着により保持する。基板ステージ筐体１２０は、基板チャック１１９を機械的手段により保持しながらＸ方向およびＹ方向に移動することで基板１１１を移動させる。ステージ基準マーク１２１は、基板１１１とモールド１０７とのアライメントにおいて、基板１１１の基準位置を設定するために使用される。

基板ステージ筐体１２０のアクチュエータには、例えばリニアモータが用いられる。他にも、基板ステージ筐体１２０のアクチュエータは、粗動駆動系または微動駆動系などの複数の駆動系を含む構成でもよい。

吐出装置１０は、筐体ユニット１００と、筐体ユニット１００の筐体内の圧力を制御する圧力制御ユニット１５０とを有する。筐体ユニット１００は、吐出材を収容する筐体２（図２参照）と、収容容器に装着される吐出ヘッド１（図２参照）と、を備える。吐出装置１０の構成の詳細については後述する。

計測部１２２は、アライメント計測器１２７と、観察用計測器１２８と、を有する。アライメント計測器１２７は、基板１１１上に形成されたアライメントマークと、モールド１０７に形成されたアライメントマークとのＸ方向およびＹ方向の位置ずれを計測する。観察用計測器１２８は、例えばＣＣＤカメラなどの撮像装置であり、基板１１１に吐出された吐出材１１４のパターンを撮像して、画像情報として制御部１０６に出力する。

制御部１０６は、インプリント装置１０１の各構成要素の動作などを制御する。制御部１０６は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、およびＲＡＭを有するコンピュータで構成される。制御部１０６は、インプリント装置１０１の各構成要素に回線を介して接続され、ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従って各構成要素の制御をする。

制御部１０６は、計測部１２２の計測情報を基に、モールド保持機構１０３、基板ステージ１０４、および吐出装置１０の動作を制御する。尚、制御部１０６は、インプリント装置１０１の他の部分と一体で構成してもよいし、インプリント装置とは別の他の装置として実現されてもよい。また、制御部１０６は、１台のコンピュータではなく複数台のコンピュータで構成されていてもよい。

筺体１２３は、基板ステージ１０４を載置するベース定盤１２４と、モールド保持機構１０３を固定するブリッジ定盤１２５と、ベース定盤１２４から延設されブリッジ定盤１２５を支持する支柱１２６と、を備える。

インプリント装置１０１は、モールド１０７を装置外部からモールド保持機構１０３へ搬送するモールド搬送機構（不図示）と、基板１１１を装置外部から基板ステージ１０４へ搬送する基板搬送機構（不図示）と、を備える。

＜吐出装置＞
図２は、本実施形態の吐出装置１０の例を示す図である。まず、吐出装置１０の全体的な構成を説明した後に、本実施形態で行う温度調整の構成を説明することとする。吐出装置１０は、筐体ユニット１００と、圧力制御ユニット１５０とを有する。筐体ユニット１００は、密閉された筐体２と、筐体２の内部に設けられた可撓性部材３と、吐出材１１４を吐出する吐出ヘッド１と、吐出ヘッド１を制御する制御基板５１とを含む。制御基板５１は、筐体２の鉛直方向の上方に搭載されており、インプリント装置１０１の制御部１０６により制御される。

圧力制御ユニット１５０は、サブタンク１５と、メインタンク１９と、筐体２内とサブタンク１５とを連通する第１流路２５および第２流路２６と、サブタンク１５とメインタンク１９とを連通する第３流路２７と、を有する。また、第２流路２６には、ポンプ２８と制御弁２９とが配されている。第３流路２７には、ポンプ１８が配されている。

吐出ヘッド１においては、吐出口１２および吐出機構が、１インチ当たり５００から１０００個の密度で配置されている。吐出機構は、例えばピエゾ素子により構成され、吐出材１１４に圧力または振動などのエネルギを加えることで、吐出ヘッド１に設けられた吐出口１２から吐出材１１４が吐出される。吐出機構は、吐出材を微細液滴、例えば１ｐＬなどの液滴として吐出可能なエネルギを発生することができるものであればよい。吐出ヘッド１は、筐体２との間に制御弁を持たない。そのため、筐体２の内圧は、吐出ヘッド１の吐出口１２の外部の大気圧（外気圧）よりも若干負圧であるように制御される。この負圧制御により、吐出口１２内の吐出材は、外気との界面でメニスカスを形成し、意図しないタイミングでの吐出口からの吐出材の漏出（滴下）が防止される。本例では、筐体２の内圧は、外気圧よりも０．４０±０．０４ｋＰａだけ負圧になるように制御される。筐体２内の圧力を、大気圧に対して負圧に設定することで、メニスカスの凹形状の度合いを深くして、メニスカスの状態が崩れにくくしている。

筐体２の内部は、可撓性部材３によって分離された密閉空間となっており、吐出材１１４と作動液４とが、分離された２つの液室にそれぞれ充填されている。より詳細には、筐体２は、第１筐体６と第２筐体７とによって構成されている。筐体２内は、可撓性部材３により第１収容空間２１側と第２収容空間２２側とに分かれている。吐出材１１４が充填されている第１収容空間２１は、吐出ヘッド１と連通している。作動液４が充填されている第２収容空間２２は、吐出ヘッド１と連通していない。可撓性部材３は、筐体２の第１収容空間２１側の部材と第２収容空間２２側の部材とで挟み込むように締結されており、内部の液体が漏れないようにシールされている。即ち、吐出材１１４が充填されている第１収容空間２１は、第１筐体６と可撓性部材３によって形成されている空間である。作動液４が充填されている第２収容空間２２は、第２筐体７と可撓性部材３とによって形成されている空間である。第１筐体６は、吐出材１１４と接する部分であり、例えばレジスト耐性を有する樹脂によって構成されている。

作動液は、気体に比べて、外的な温度および圧力による密度（体積）の変化が無視できるほど小さい、非圧縮性を有する物質である。そのため、吐出装置１０の周辺の気温または気圧が変化しても、作動液４の体積はほとんど変化しない。作動液４として、例えば、水のような液体またはゲル状物質から選択される物質を用いることができる。第２筐体７は、作動液４と接する部分であり、第１筐体６と異なりレジスト耐性を有することは求められていないので、例えば金属などによって構成されている。

第２収容空間２２は、チューブなどで構成される第１流路２５および第２流路２６を介してサブタンク１５と接続されている。第２収容空間２２とサブタンク１５とは、第１流路２５を介して連通されていると共に、ポンプ２８および制御弁２９を備える第２流路２６を介しても連通可能となっている。制御弁２９を開いてポンプ２８を作動させることで、第２流路２６、第２収容空間２２、および第１流路２５を通して作動液４を循環させることができる。即ち、第２収容空間２２に充填されている作動液４がサブタンク１５に回収され、サブタンク１５に充填されている作動液が第２収容空間２２に供給される。なお、作動液４を循環させることで、後述するように温度調整を行うことが可能であり、また、流路内の泡を取り除くこともできる。制御弁２９は、ポンプ２８を使用しないときに閉じ、ポンプ２８を使用するときに開くように制御される。

サブタンク１５には、サブタンク大気連通孔１６が設けられて大気解放されており、サブタンク１５内の作動液４の液面は、大気圧となる。そのため、鉛直方向におけるサブタンク１５内の作動液４の液面と吐出ヘッド１との高さの差による圧力が吐出ヘッド１にかかる。例えば、サブタンク１５内の作動液４の液面を吐出ヘッド１に対して４ｃｍ低くすると、吐出ヘッドには－０．４ＫＰａの圧力がかかる。このように、サブタンク１５内の作動液４の液面の位置を制御することで筐体ユニット１００内の吐出ヘッド１にかかる圧力を制御可能に構成されている。

前述したように、第１収容空間２１と第２収容空間２２とは、可撓性部材３によって分離されている。ここで、第１収容空間２１と第２収容空間２２との間において内圧の差が生じると、可撓性部材３は、内圧の低い側へと移動し、内圧差が無くなった時点で移動を停止する動きを繰り返す。そのため、第１収容空間２１および第２収容空間２２の内圧を相互に等しい状態に保つことができる。作動液４が収容された空間は、サブタンク１５内と導通状態にあり、サブタンク１５内の液面は、吐出ヘッド１の吐出面よりも低い位置に設定されている。そのため、吐出材１１４は吐出ヘッド１から漏れ出すことが抑制されている。

吐出ヘッド１から吐出材１１４が吐出されると、その吐出された吐出材の分だけ、第１収容空間２１内の吐出材１１４の容積が減って、第１収容空間２１の内圧が下がる。このとき、第２収容空間２２の内圧は、相対的に、第１収容空間２１の内圧よりも高くなる。すると、可撓性部材３は、吐出材１１４が充填されている第１収容空間２１側へ移動する。それと同時に、サブタンク１５から、第１流路２５を介して作動液４が第２収容空間２２内に吸い上げられる。これにより、筐体２の第１収容空間２１および第２収容空間２２の内圧は、再び等しくなって平衡状態となる。

尚、吐出装置１０が吐出動作を行うと、当然のことながら吐出材を消費する。筐体ユニット１００内の吐出材１１４が消費されると、消費された体積分だけ、サブタンク１５から作動液４が汲み上げられて、サブタンク１５内の液面が下降する。サブタンク１５の液面が下降すると、サブタンク１５の液面と吐出ヘッド１との水頭差が大きくなって、筐体２の内圧が負圧になりすぎて、吐出口１２から外気を吸引することになる。このような事態を防止するため、サブタンク１５内の液面を、サブタンク液面位置検知センサ１４で検知する。そして、液面が目標値よりも低いことが検知されると、ポンプ１８によってメインタンク１９から第２供給流路１７を介してサブタンク１５に作動液４を送液する制御が行われる。このような制御により、サブタンク１５の液面位置の制御が行われる。

尚、第１収容空間と第２収容空間とが別個の可撓性部材によって分離されてもよく、第１収容空間と第２収容空間との間に隙間が設けられていてもよい。この場合、隙間に不図示の負圧発生手段によって負圧を生じさせたり、隙間を連結させたりするなどして、それぞれの可撓性部材が一体となって前述したような移動を行ってもよい。

＜温度調整＞
次に、図２に示したような吐出装置１０における温度調整の構成を説明する。吐出ヘッド１による吐出材１１４の吐出は、吐出ヘッド１に装着されている電気部品である制御基板５１によって制御される。吐出装置１０の動作時に、制御基板５１は発熱し、この発熱が周囲の温度を上昇させる。これにより吐出ヘッド１の温度が上昇し、吐出ヘッド１と連通している第１収容空間２１内の吐出材１１４の温度も上昇する可能性がある。すると、吐出ヘッド１から吐出材１１４が吐出される際の吐出量または基板１１１への吐出位置の精度に影響を及ぼす可能性がある。

吐出ヘッド１の温度を調整するために、第１収容空間２１内の吐出材１１４の温度を調整することが考えられる。即ち、筐体２の外部から筐体２を冷却することで、第１収容空間２１内の温度を調整することが考えられる。しかしながら、第１収容空間２１を形成している第１筐体６は、前述したように、レジスト耐性を有する樹脂で構成された部材である。このため、筐体２の外部から筐体２を冷却しても第１収容空間２１内への十分な冷却効果が得られない。

そこで、本実施形態では、吐出ヘッド１の温度を調整するために、吐出ヘッド１と連通する第１収容空間２１に接する第２収容空間２２に充填されている作動液４の温度を調整することで、間接的に吐出ヘッド１の温度を調整する。以下、この形態について説明する。

図３は、温度を調整する機構を有する吐出装置１０の一例を示す図である。吐出装置１０は、図３に示すように筐体ユニット１００と、圧力制御ユニット１５０と、温度調整ユニット３３とを有する。なお、図３に示す吐出装置１０は、温度調整ユニット３３が第１流路２５に配されていることを除いて図２に示す吐出装置１０と同様であるが、理解を容易にするために簡略化した図としている点に留意されたい。

第１流路２５は、第２収容空間２２内において吐出ヘッド１に近い位置に連通する。即ち、第２収容空間２２は、吐出ヘッド１に近い位置に第１流路２５と連通する連通部を有する。第２流路２６は、第２収容空間２２内において制御基板５１に近い位置に連通する。即ち、第２収容空間２２は、制御基板５１に近い位置に連通する連通部を有する。圧力制御ユニット１５０は、前述したように、作動液４を第２収容空間２２と圧力制御ユニット１５０との間で循環しつつ、第２収容空間２２の圧力を調整する。

本実施形態においては、第２収容空間２２と圧力制御ユニット１５０との間の第１流路２５に、作動液４の温度を調整する温度調整ユニット３３が配されている。温度調整ユニット３３は、空冷方式または液冷方式などの任意の熱交換機を用いることができる。温度調整ユニット３３は、制御基板５１の稼働状況に応じて、作動液４の温度を制御する。つまり、制御基板５１の稼働量が増加して発熱量が増える際には、温度調整ユニット３３において作動液４を冷却する冷却能力を高める。逆に制御基板５１の稼働量が減少して発熱量が減る際には、温度調整ユニット３３における作動液４を冷却する冷却能力を低減させていく。温度調整ユニット３３は、制御基板５１によって制御されてもよいし、制御部１０６によって制御されてもよい。温度調整ユニット３３で温度調整された作動液４が、第２収容空間２２に送り込まれる。制御基板５１の稼働量は、例えば所定期間における吐出機構の制御回数および制御している吐出機構の数などから求められる。

制御基板５１が稼働して熱が発生すると、筐体２及びその内部にある作動液４および吐出材１１４を介して、制御基板５１で発熱した熱が吐出ヘッド１へ伝わる。このとき、本実施形態のように、吐出ヘッド１と制御基板５１との間に存在する作動液４を温度調整して循環することで、新たな冷却用の媒体を流すことなく、第２収容空間２２の温度を調整することができる。そして、第２収容空間２２の温度を調整することで、制御基板５１による周囲への発熱を抑制すると共に、吐出ヘッド１の温度変動も抑制することができる。

図４は、図３の変形例の吐出装置１０を示す図である。図４に示す例では、図３とは逆方向に作動液４を循環させている。そして、制御基板５１に近い第２流路２６に温度調整ユニット３３を配している。この場合、温度調整ユニット３３で温度調整された作動液４が第２収容空間２２に送り込まれる。温度調整された作動液４は、制御基板５１の近傍で加温され、適温となる。このように適温に制御された作動液４によって第２収容空間２２の温度も制御され、吐出ヘッド１の温度変動を抑制することができる。

なお、作動液４が循環することで、圧力制御ユニット１５０および第２収容空間２２内の作動液４が全体的に温度調整されることになる。このため、作動液４が循環する方向は、図３および図４と異なってもよい。即ち、図３に示す構成において温度調整ユニット３３で冷却された作動液４は、サブタンク１５に一旦送り込まれ、その後に、第２流路２６を介して第２収容空間２２に送り込まれてもよい。同様に、図４に示す構成において温度調整ユニット３３で冷却された作動液４は、サブタンク１５に一旦送り込まれ、その後に、第１流路２５を介して第２収容空間２２に送り込まれてもよい。また、温度調整ユニット３３は、第１流路２５および第２流路２６のいずれにも配されている形態でもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、吐出ヘッド１と連通し吐出材１１４を充填している第１収容空間２１の圧力を制御するために用いられる作動液４の温度を調整することで、吐出ヘッド１の温度変動を抑制することができる。

＜＜実施形態２＞＞
実施形態１では、吐出ヘッド１の温度上昇の要因が制御基板５１において生じる発熱であり得ることを説明し、制御基板５１の稼働状態に応じて温度調整ユニット３３における冷却制御を行う例を説明した。本実施形態では、温度センサによる測定結果に応じて冷却制御を行う形態を説明する。

図５は、本実施形態における吐出装置１０の一例を示す図である。ここでは、実施形態１と異なる点を中心に説明する。本実施形態の吐出装置１０は、図５に示すように筐体ユニット１００と、圧力制御ユニット１５０と、温度調整ユニット３３と、温度センサ３４と、温度制御部３５とを有する。

本実施形態において吐出ヘッド１の近傍には、吐出ヘッド１の温度を測定する温度測定部である温度センサ３４が配されている。また、吐出装置１０は、温度センサ３４の測定結果をもとに、温度調整ユニット３３を制御するための温度制御部３５を備えている。そして、温度センサ３４での測定結果をもとに、温度制御部３５は、温度調整ユニット３３の冷却制御を行う。これにより、温度調整ユニット３３で温度調整された作動液４が第２収容空間２２に送り込まれる。温度調整された作動液４によって第２収容空間２２の温度も調整されるので、制御基板５１による周囲への発熱を抑制すると共に、吐出ヘッド１の温度変動も抑制することができる。

なお、図５は、図３に示すように第１流路２５に温度調整ユニット３３が配されており、温度調整ユニット３３で温度調整された作動液４が第２収容空間２２に送り込まれる形態を説明したが、これに限られない。実施形態１で説明した各種の態様において、温度センサ３４と温度制御部３５とをさらに有する形態を採用してもよい。

＜＜実施形態３＞＞
実施形態２では、吐出ヘッド１の近傍に、吐出ヘッド１の温度を測定する温度センサ３４が配されている形態を説明した。本実施形態では、作動液４を収容している第２収容空間２２に温度センサ３４が配される形態を説明する。

図６は、本実施形態における吐出装置１０の一例を示す図である。ここでは、実施形態２と異なる点を中心に説明する。本実施形態の吐出装置１０は、実施形態２と同様に、筐体ユニット１００と、圧力制御ユニット１５０と、温度調整ユニット３３と、温度センサ３４と、温度制御部３５とを有する。本実施形態の温度センサ３４は、第２収容空間２２内に配される。温度センサ３４は、作動液４の温度を測定する。温度制御部３５は、実施形態２で説明したように、温度センサ３４の測定結果をもとに、温度調整ユニット３３を制御する。

以上説明したように、本実施形態においては、温度センサ３４での測定結果をもとに、温度調整ユニット３３で温度調整された作動液４が第２収容空間２２に送り込まれる。温度調整された作動液４によって第２収容空間２２の温度も調整されるので、制御基板５１による周囲への発熱を抑制すると共に、吐出ヘッド１の温度変動も抑制することができる。

＜＜実施形態４＞＞
これまでの実施形態では、第１流路２５または第２流路２６に温度調整ユニット３３が配されている例を説明した。本実施形態では、流路ではなく、圧力制御ユニット１５０そのものの温度を調整する形態を説明する。

図７は、本実施形態における吐出装置１０の一例を示す図である。ここでは、実施形態１と異なる点を中心に説明する。本実施形態の吐出装置１０は、筐体ユニット１００と、温度調整ユニット３３と、温度調整ユニット３３に覆われた圧力制御ユニット１５０とを有する。

図７に示すように、圧力制御ユニット１５０は、作動液４の温度を調整する温度調整ユニット３３で覆われている。即ち、図２で説明したようなサブタンク１５およびメインタンク１９を含む圧力制御ユニット１５０全体が温度調整ユニット３３で覆われている。本実施形態の温度調整ユニット３３としては、圧力制御ユニット１５０を覆うケースを設け、当該ケース内を空冷方式または液冷方式などによって冷却するものを採用することができる。

作動液４は、循環して第２収容空間２２に送り込まれるので、圧力制御ユニット１５０全体を温度調整ユニット３３で覆って温度調整を行っても、冷却制御された作動液４が第２収容空間２２に送り込まれることになる。このため、温度調整された作動液４によって第２収容空間２２の温度も調整されるので、制御基板５１による周囲への発熱を抑制すると共に、吐出ヘッド１の温度変動も抑制することができる。

＜＜実施形態５＞＞
実施形態４では、温度調整ユニット３３は、圧力制御ユニット１５０全体を覆う形態を説明した。本実施形態では、温度調整ユニット３３は、圧力制御ユニット１５０のうちのサブタンク１５の温度を調整する形態を説明する。

図８は、本実施形態における吐出装置１０の一例を示す図である。ここでは、実施形態１と異なる点を中心に説明する。本実施形態の吐出装置１０は、筐体ユニット１００と、温度調整ユニット３３と、圧力制御ユニット１５０とを有する。圧力制御ユニット１５０内のサブタンク１５（作動液ボトルと呼んでもよい）は、温度調整ユニット３３によって覆われている。

このように、温度調整ユニット３３が、サブタンク１５に収容されている作動液４の温度を調整することにより、冷却された作動液４は、循環して第２収容空間２２に送り込まれる。このため、温度調整された作動液４によって第２収容空間２２の温度も調整されるので、制御基板５１による周囲への発熱を抑制すると共に、吐出ヘッド１の温度変動も抑制することができる。

なお、実施形態５および実施形態４において、実施形態１から３で説明したように、制御基板の稼働量に応じて温度調整を行ってもよいし、温度センサによる検知結果に応じて温度調整を行ってもよい。

＜＜実施形態６＞＞
これまでの実施形態では、温度調整ユニット３３による温度調整は、制御基板５１の稼働状態または温度センサに応じて行われる例を説明した。本実施形態では、温度調整ユニット３３による温度調整が、さらに第２収容空間２２に充填されている作動液４の量を考慮して行われる形態を説明する。なお、本実施形態において温度調整ユニット３３は、これまでの実施形態で説明した任意の位置に配されていてよい。

吐出装置１０の初期使用時においては、第１収容空間２１に収容されている吐出材１１４の量が、第２収容空間２２に収容されている作動液４の量よりも相対的に多い。そして、吐出材１１４の使用量が増えるにつれ、作動液４が第２収容空間２２へ補充されるので、初期使用時よりも第２収容空間２２内の作動液４の充填量が増える。これまでの実施形態でも説明したように、第２収容空間２２内の作動液４が、第１収容空間２１内の吐出材１１４および吐出ヘッド１の一種の冷却媒体として機能する。つまり、第２収容空間２２内の作動液４の量が多いほど、第１収容空間２１内の吐出材１１４および吐出ヘッド１の冷却効果が高まる。

そこで、本実施形態では、第２収容空間２２内の作動液４の量に応じて、温度調整ユニット３３の温度設定を変える制御が行われる。または、第２収容空間２２内の作動液４の量に応じて、循環させる作動液４の流量を変える制御が行われてもよい。例えば、第２収容空間２２の作動液４の量が所定の量よりも少ない場合には、温度調整ユニット３３の温度を所定の温度よりも低めに設定変更する、もしくは循環させる作動液４の流量を増やす制御が行われる。第２収容空間２２内の作動液４の量が所定の量よりも少ない場合、第１収容空間２１内の吐出材１１４および吐出ヘッド１の冷却効果が低いことが予想されるからである。一方、第２収容空間２２の作動液４の量が多くなるにつれ、温度調整ユニット３３の温度を高めに設定変更する、または、循環させる作動液４の流量を減らす制御が行われてもよい。

図９は、本実施形態の温度調整処理を示すフローチャートである。図９に示す処理は、制御部１０６または制御基板５１によって実行される。以下では制御部１０６によって実行されるものとして説明する。

Ｓ９１において制御部１０６は、吐出ヘッド１によって吐出動作が行われているかを判定する。吐出動作が行われているときには、処理を終了し、吐出動作が行われていない場合、Ｓ９２に進む。作動液４を循環させる場合、振動の影響で吐出性能の低下することも可能性としてあり得るので、図９の例では、吐出時以外で作動液４を循環して温度調整する。

Ｓ９２において制御部１０６は、実施形態１で説明したように制御基板５１の稼働量が所定量以上であるか、または、実施形態２または３で説明したように温度センサ３４の温度が所定値以上であるかを判定する。いずれかに該当する場合、吐出ヘッド１の温度上昇が見込まれる。従って、Ｓ９３に進み、制御部１０６は、温度調整ユニット３３によって温度調整する温度を、所定の温度よりも低い第１温度に決定する。一方、Ｓ９２においていずれにも該当しない場合、吐出ヘッド１の温度はそれほど上昇していないと推定される。従ってＳ９３に進み、制御部１０６は、温度調整ユニット３３によって温度調整する温度を、Ｓ９３で設定する所定の温度以上の第２温度に決定する。なお、Ｓ９３では温度調整ユニット３３によって温度調整する温度を第２温度に決定する例を示したが、温度調整ユニット３３によって温度調整を行わないと決定してもよい。

Ｓ９５において制御部１０６は、Ｓ９３またはＳ９４で決定した温度、または、ポンプ２８によって作動液４を循環させる流量を、第２収容空間内の作動液４の量に応じて変更する。例えば、Ｓ９３で第１温度に決定している状態で、第２収容空間２２内の作動液４の量が所定の量よりも少ない場合、温度調整する温度を第１温度よりもさらに低い温度に変更する。他の例として、Ｓ９４で第２温度に決定している状態で、第２収容空間２２内の作動液４の量が所定の量以上の場合、循環させる作動液４の流量を通常の循環の流量よりも減らすように流量を変更する。

その後、Ｓ９６において制御部１０６は、Ｓ９３もしくはＳ９４で決定した温度、または、Ｓ９５で変更された温度を、温度調整ユニット３３に設定し、温度調整ユニット３３による温度調整を実行する。Ｓ９７において制御部１０６は、Ｓ９５で流量が変更されている場合には、変更後の流量で、そうでない場合には、所定の流量で、ポンプ１８を駆動し、作動液４を循環させる。

以上説明したように、本実施形態においては、第２収容空間２２内の作動液４の量に応じて温度調整に関する制御が行われることで、温度調整された作動液４によって第２収容空間２２の温度がより適切に制御される。このため、制御基板５１による周囲への発熱をより適切に抑制すると共に、吐出ヘッド１の温度変動も抑制することができる。

なお、本実施形態では、Ｓ９３またはＳ９４で決定した温度をＳ９５で変更する例を説明したが、Ｓ９３またはＳ９４において第２収容空間２２内の作動液４の量に応じた温度を決定する処理としてもよい。即ち、温度調整ユニット３３による温度調整する温度を、まとめて１回の処理として行ってもよい。

＜＜実施形態７＞＞
これまでの実施形態では、循環して第２収容空間２２内に送り込まれる作動液４の温度調整を行う形態を説明した。本実施形態では、熱を発する制御基板５１の熱が吐出ヘッド１側に伝わりにくくする形態を説明する。

図１０は、本実施形態における吐出装置１０の一例を示す図である。図１０は、図３で説明した吐出装置１０と制御基板５１の構成が相違している。他の構成は、実施形態１で説明した構成と同様であるので説明を省略する。

本実施形態の筐体ユニット１００内の制御基板５１の周囲には、気体が流入されている。また、制御基板５１の近傍には、断熱材６１が配されている。断熱材６１は、制御基板５１と筐体２との間と、制御基板５１の鉛直方向上方とに配されている。また、制御基板５１の近傍には、開口７１が備えられている。開口７１は、不図示の排出口に通じている。制御基板５１の周囲を気体が通過して、開口７１から排出口に向けて気体が流れることにより、制御基板５１から発生する熱を筐体２側に伝わりにくくすることができる。また断熱材６１によって、筐体２側に熱を伝わりにくくすることができるとともに、筐体ユニット１００の外にも熱を伝わりにくくすることができる。

本実施形態は、上述した実施形態１から６のいずれかと組み合わせて適用することが可能である。このため、制御基板５１による周囲への発熱を抑制すると共に、吐出ヘッド１の温度変動も抑制することができる。

１０ 吐出装置
３３ 温度調整ユニット
１００ 筐体ユニット
１５０ 圧力制御ユニット

Claims (15)

1. 吐出材を吐出する吐出ヘッドと、前記吐出ヘッドからの吐出材の吐出を制御する制御基板と、前記制御基板を搭載する筐体ユニットと、前記筐体ユニットの外部に配された圧力制御ユニットと、を備え、前記筐体ユニットは、可撓性部材によって、前記吐出ヘッドと導通し前記吐出材を収容する第１収容空間と、前記吐出ヘッドと導通せず作動液を収容する第２収容空間とに分離され、前記圧力制御ユニットが前記第２収容空間の圧力を制御することで、前記吐出ヘッドの圧力を制御可能な吐出材吐出装置であって、
   前記圧力制御ユニットと前記第２収容空間との間で前記作動液を循環させる循環手段と、
   前記循環手段で循環される前記作動液の温度を、前記制御基板の稼働状況に応じて調整する温度調整手段と
   を有することを特徴とする吐出材吐出装置。
2. 前記温度調整手段は、前記制御基板の稼働量が所定の量よりも多い場合、前記作動液の温度を所定の温度よりも低く調整し、前記制御基板の稼働量が所定の量よりも多くない場合、前記作動液の温度を所定の温度以上に調整する、請求項１に記載の吐出材吐出装置。
3. 前記圧力制御ユニットと前記第２収容空間との間は、第１流路と第２流路とを介してそれぞれ連通し、前記第２収容空間において前記第１流路が連通する連通部は、前記第２流路が連通する連通部よりも前記制御基板に近く、
   前記循環手段は、前記第１流路および前記第２流路を介して循環を行い、
   前記温度調整手段で温度調整された作動液は、前記第１流路を通じて前記第２収容空間に供給され、前記第２収容空間の作動液は、前記第２流路を通じて回収される、請求項１または２に記載の吐出材吐出装置。
4. 前記圧力制御ユニットと前記第２収容空間との間は、第１流路と第２流路とを介してそれぞれ連通し、前記第２収容空間において前記第１流路が連通する連通部は、前記第２流路が連通する連通部よりも前記制御基板に近く、
   前記循環手段は、前記第１流路および前記第２流路を介して循環を行い、
   前記温度調整手段で温度調整された作動液は、前記第２流路を通じて前記第２収容空間に供給され、前記第２収容空間の作動液は、前記第１流路を通じて回収される、請求項１または２に記載の吐出材吐出装置。
5. 前記温度調整手段は、前記第１流路および前記第２流路のうちの少なくとも一方に配されている、請求項３または４に記載の吐出材吐出装置。
6. 前記温度調整手段は、前記圧力制御ユニットの温度を調整する、請求項１から４のいずれか一項に記載の吐出材吐出装置。
7. 前記圧力制御ユニットは、前記循環手段で循環される前記作動液を収容し、かつ前記第２収容空間と連通するサブタンクと、前記サブタンクに作動液を供給するメインタンクとを含み、
   前記温度調整手段は、前記サブタンクの温度を調整する、請求項６に記載の吐出材吐出装置。
8. 前記圧力制御ユニットは、前記循環手段で循環される前記作動液を収容し、かつ前記第２収容空間と連通するサブタンクと、前記サブタンクに作動液を供給するメインタンクとを含み、
   前記温度調整手段は、少なくとも前記サブタンクおよび前記メインタンクの温度を調整する、請求項６に記載の吐出材吐出装置。
9. 前記第２収容空間に収容されている前記作動液の量に応じて、前記温度調整手段によって調整される温度が変更される、請求項１から８のいずれか一項に記載の吐出材吐出装置。
10. 前記第２収容空間に収容されている前記作動液の量に応じて、前記循環手段の流量が変更される、請求項１から８のいずれか一項に記載の吐出材吐出装置。
11. 前記循環手段は、前記吐出ヘッドから前記吐出材が吐出されていないときに、前記循環を行う、請求項１から１０のいずれか一項に記載の吐出材吐出装置。
12. 前記制御基板と前記筐体ユニットとの間に断熱材が配されている、請求項１から１１のいずれか一項に記載の吐出材吐出装置。
13. 前記温度調整手段は、前記制御基板が所定期間において前記吐出ヘッドの吐出機構を制御する回数に応じて前記循環手段で循環される前記作動液の温度を調整する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の吐出材吐出装置。
14. 前記温度調整手段は、前記制御基板が制御している前記吐出ヘッドの吐出機構の数に応じて前記循環手段で循環される前記作動液の温度を調整する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の吐出材吐出装置。
15. 吐出材を吐出する吐出ヘッドと、前記吐出ヘッドからの吐出材の吐出を制御する制御基板と、前記制御基板を搭載する筐体ユニットと、前記筐体ユニットの外部に配された圧力制御ユニットと、を備え、前記筐体ユニットは、可撓性部材によって、前記吐出ヘッドと導通し前記吐出材を収容する第１収容空間と、前記吐出ヘッドと導通せず作動液を収容する第２収容空間とに分離され、前記圧力制御ユニットが前記第２収容空間の圧力を制御することで、前記吐出ヘッドの圧力を制御可能な吐出材吐出装置における前記吐出ヘッドの温度を調整する温度調整方法であって、
    温度調整ユニットに設定する温度を、前記制御基板の稼働状況に応じて決定する工程と、
    前記圧力制御ユニットと前記第２収容空間との間で前記作動液を循環させる循環手段の流量を決定する工程と、
    前記決定した温度が設定された前記温度調整ユニットを駆動する工程と、
    前記決定した流量で前記循環が行われるように前記循環手段を駆動する工程と、
    を有することを特徴とする吐出ヘッドの温度調整方法。

Images