KR102312743B1 - 토출재 토출 장치 및 임프린트 장치 - Google Patents

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Abstract

가요성 막의 파손을 빠르게 검지할 수 있고, 가요성 막의 일부가 파손되어도 토출재와 작동액 사이의 접촉을 피할 수 있는 토출재 토출 장치 및 임프린트 장치가 제공된다. 가요성 막은, 토출재용의 제1 수용 공간(5)을 덮는 제1 필름(1), 작동액용의 제2 수용 공간(6)을 덮는 제2 필름(2), 및 제1 필름(1)과 제2 필름(2) 사이에 위치되는 필름간 공간(4)을 포함한다. 제1 수용 공간(5) 및 제2 수용 공간(6) 중 적어도 하나와 필름간 공간(4) 사이의 연통에 기인하는 필름간 공간(4)의 상태 변화를 액면 센서(41), 유속 센서(77) 및 액체 누출 센서(42)에 의해 검지한다.

Description

토출재 토출 장치 및 임프린트 장치
본 발명은, 액체 또는 액체 유사 토출재를 토출하는 토출 장치 및 토출 장치를 포함하는 임프린트 장치에 관한 것이다.
수용 용기에 수용된 액체 또는 액체 유사 토출재를 토출 헤드로부터 토출하는 토출 장치로서, 특허문헌 1에는 가요성 부재에 의해 2개의 수용부로 분할된 수용 용기를 사용하는 구성을 기재하고 있다. 수용 용기의 수용부 중 하나는 토출재를 수용하는 한편, 다른 수용부는 액체를 수용하며, 다른 수용부의 내압은 하나의 수용부의 내압을 직접적으로 조정하도록 제어된다. 이러한 수용 용기 내부에서는, 하나의 수용부와 다른 수용부의 내압이 서로 동등해진다. 이런 이유로, 가요성 부재가 파손되는 경우에도, 내압은 변화되지 않은 상태로 유지될 것이다. 이는 파손의 발생을 검지하는 것을 어렵게 만든다.
이를 해결하기 위해서, 특허문헌 2는, 다른 수용부가 토출재와는 물성이 상이하고 토출재와 혼합되지 않는 액체를 수용하며, 토출재가 다른 수용부로 진입하는 경우에 발생하는 액체의 물성의 변화를 검지함으로써 가요성 부재의 파손을 검지하는 구성을 기재하고 있다.
일본 특허 공개 공보 제2015-092549호 일본 특허 공개 공보 제2016-032103호
그러나, 특허문헌 1의 구성에 의하면, 각각의 수용부에 수용되는 토출재와 액체는, 검지 가능한 다른 물성을 갖는 토출재 및 액체로 한정된다. 또한, 일단 가요성 부재가 파손되면, 파손 지점을 통해서 토출재와 액체가 서로 접촉하기 시작하지만, 접촉의 시작 후 액체의 물성의 변화가 검지 가능하게 될 때까지 시간이 걸린다. 이런 이유로, 가요성 부재의 파손을 발생 후 바로 검지할 수 없다. 또한, 소정의 종류의 토출재는, 액체와 혼합되지 않아도, 액체와 접촉하는 것만으로 품질이 열화될 수 있다. 그 경우, 액체와 접촉한 토출재가 토출되는 경우, 토출 헤드로부터 이러한 토출재가 토출되는 한 열화된 품질을 갖는 생성물이 계속 제조된다.
또한, 수용부가 가요성 부재 이외의 지점에서 파손되는 경우에도, 수용부 내부의 토출재의 물성이 변화하는 경우가 있다.
본 발명은, 가요성 막의 파손을 빠르게 검지할 수 있으며, 가요성 막의 일부가 파손되어도 토출재와 액체 사이의 접촉을 피할 수 있는 토출재 토출 장치 및 임프린트 장치를 제공한다.
본 발명의 토출재 토출 장치는:
토출재를 토출하도록 구성되는 토출 헤드;
가요성 막에 의해 상기 토출 헤드에 공급되는 상기 토출재를 수용하는 제1 수용 공간 및 작동액을 수용하는 제2 수용 공간으로 분리되도록 구성되는 수용 용기; 및
상기 제2 수용 공간의 내압을 제어하도록 구성되는 제1 압력 제어부를 포함하고,
상기 가요성 막은, 상기 제1 수용 공간을 덮는 제1 필름, 상기 제2 수용 공간을 덮는 제2 필름, 및 상기 제1 필름과 상기 제2 필름 사이에 위치되는 필름간 공간을 포함하며,
상기 토출재 토출 장치는, 상기 제1 수용 공간 및 상기 제2 수용 공간 중 적어도 하나와 상기 필름간 공간 사이의 연통에 기인하는 상기 필름간 공간의 상태 변화를 검지하도록 구성되는 검지부를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 가요성 막은 제1 필름과 제2 필름을 갖는 2층 구조를 갖는다. 따라서, 제1 필름과 제2 필름 중 하나가 파손되어도 토출재와 작동액 사이의 접촉을 피할 수 있다. 또한, 제1 필름과 제2 필름 사이의 필름간 공간을 이용하여, 필름간 공간의 상태 변화를 검지함으로써, 제1 필름과 제2 필름 중 적어도 하나의 파손을 빠르게 검지할 수 있다.
본 발명의 추가적인 특징은 첨부된 도면을 참고한 예시적인 실시형태에 대한 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에서의 토출 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 토출 장치의 제어계의 블록도이다.
도 3은 도 1에서의 토출 헤드의 주요부의 단면도이다.
도 4는 도 1에서의 토출재 수용 유닛의 분해 사시도이다.
도 5a는 도 4에서의 제1 필름 및 제2 필름의 사시도이다.
도 5b는 도 4에서의 제2 필름의 사시도이다.
도 6은 도 4에서의 제1 필름의 단면도이다.
도 7은 필름 중 하나가 파손된 상태의 설명도이다.
도 8은 필름 중 하나가 파손된 상태의 설명도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시형태에서의 토출 장치의 구성도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시형태에서의 토출 장치의 구성도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시형태에서의 토출 장치의 구성도이다.
도 12는 본 발명의 제5 실시형태에서의 토출 장치의 구성도이다.
도 13은 본 발명의 제6 실시형태에서의 임프린트 장치의 구성도이다.
도 14는 도 13에서의 토출 장치의 구성도이다.
도 15a는 도 14의 가요성 막을 구성하는 제1 및 제2 필름의 밀봉부의 구성도이다.
도 15b도 14의 가요성 막을 구성하는 제1 및 제2 필름의 밀봉부의 구성도이다.
도 16은 도 14에서의 수용 용기의 구성도이다.
도 17은 압력 제어 유닛이 설치된 수용 용기의 구성도이다.
도 18은 도 13의 임프린트 장치를 사용한 임프린트 방법의 설명도이다.
도 19는 본 발명의 제7 실시형태에서의 토출 장치의 구성도이다.
도 20은 본 발명의 제8 실시형태에서의 토출 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 21a는 도 20에서의 제1 필름 및 제2 필름의 사시도이다.
도 21b는 도 20에서의 제2 필름의 사시도이다.
도 22는 본 발명의 제9 실시형태의 토출 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 23은 본 발명의 제10 실시형태의 토출 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 24는 본 발명의 제11 실시형태의 토출 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 25는 본 발명의 제12 실시형태의 토출 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 26은 본 발명의 제13의 실시형태의 토출 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 27은 본 발명의 제14의 실시형태의 토출 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 28은 본 발명의 제15 실시형태의 토출 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 29는 본 발명의 제16 실시형태의 토출 장치의 구성도이다.
도 30은 도 29의 메쉬형의 얇은 수지의 사시도이다.
도 31은 본 발명의 제17 실시형태의 토출 장치의 구성도이다.
도 32는 본 발명의 제18 실시형태의 토출 장치의 구성도이다.
이제, 본 발명의 바람직한 실시형태를 첨부의 도면에 기초하여 설명한다.
<제1 실시형태>
(토출재 토출 장치의 구성)
도 1은, 본 발명의 제1 실시형태의 토출재 토출 장치(이하, 단순히 "토출 장치"라 칭함)의 개략 구성도이다.
본 실시형태의 토출 장치는, 대기와 연통하고 내부에 작동액(35)을 저류하는 메인 탱크(34), 대기와 연통하고, 메인 탱크(34)와 연통 가능하며, 내부에 작동액(35)을 저류하는 서브 탱크(26), 및 서브 탱크(26)와 연통하는 토출재 수용 유닛(100)을 포함한다. 토출재 수용 유닛(100)은, 토출재를 수용하는 수용 용기(13) 및 수용 용기(13)에 장착되는 토출 헤드(14)를 포함한다. 수용 용기(13)와 토출 헤드(14)는 별개의 구성요소로서 구성되거나 또는 서로 일체적으로 구성될 수 있다는 것에 유의한다. 수용 용기(13)는 카트리지식일 수 있다. 토출 헤드(14)는, 토출 헤드의 외면(토출면)에 개구되는 토출구(15)로부터 토출재를 토출할 수 있다. 본 실시형태의 토출구(15)는, 토출 헤드(14)의 토출면에서, 1인치당 500 내지 1000개의 밀도로 배열되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 토출 헤드(14)의 토출면에 대향하도록, 베이스 플레이트(63)에 탑재된 반송 유닛(62)이 배치된다. 반송 유닛(62)은, 도시하지 않은 흡착부에 의해, 토출재를 부여하는 대상물인 매체(61)를 흡착해서 보유지지하며, 베이스 플레이트(63) 상을 이동하여, 토출 헤드(14)에 대하여 매체(61)를 이동시킬 수 있다. 수용 용기(13) 내에 수용되어 있는 토출재는, 토출 헤드(14)의 토출구(15)로부터, 매체(61)가 토출구(15)와 대향하는 위치로 반송된 매체(61)의 토출재 부여 영역 상으로 토출된다. 이에 의해, 원하는 토출재 패턴(예를 들어, 기록 화상)이 형성된다.
(토출재)
토출재는, 수용 용기(13) 내에 있을 때 및 또한 토출 헤드(14)로부터 토출될 때에, 고체와는 달리 유동성을 나타내지만 기체와는 달리 큰 체적 변화를 겪지 않는 정해진 형상을 갖지 않고, 액체 또는 액체 유사 재료인 재료이다. 토출재는 페이스트 형태의 재료 또는 고분자 재료 등의 재료일 수 있다. 본 실시형태의 토출재로서, 잉크를 사용할 수 있다. 잉크의 비제한적인 예는, 화상 기록용의 잉크, 전자 회로 제조용의 도전성 잉크, 및 UV 경화성 잉크 등이 다양한 잉크를 포함한다. 도전성 잉크의 예는, 금속 입자를 함유하는 잉크, 특히 액체 중에 분산된 수 내지 몇십 나노미터의 금속 나노 입자를 함유하는 금속 나노 잉크, 예를 들어 은 나노 잉크를 포함한다. 반도체 디바이스 등의 제조 프로세스에서, 기판 상의 임프린트재에 대하여 패턴이 형성된 몰드를 접촉시켜, 임프린트재에 몰드의 형상을 전사하고 그 내부에 패턴을 형성하는, 소위 임프린트 기술이 있다. 임프린트재로서는, 광경화형 수지 또는 열경화형 수지 등의 레지스트가 사용된다. 토출재의 다른 예는 이러한 임프린트재도 포함한다.
(작동액)
작동액은, 기체에 비하여, 외적인 온도 및 압력에 의한 밀도(체적) 변화가 무시할 수 있을 만큼 작은 비압축성 재료이다. 따라서, 토출 장치 주위의 기온 또는 기압이 변화해도, 작동액의 체적은 거의 변화하지 않는다. 작동액으로서, 예를 들어 물과 같은 액체 및 겔 형태의 재료로부터 선택되는 재료를 사용할 수 있다. 통상, 토출재의 밀도와 작동액의 밀도 사이의 차는, 토출재의 밀도와 기체의 밀도 사이의 차에 비하여 작다.
예를 들어, 본 발명에 따른 토출 장치를 기록 장치의 잉크 토출 장치로서 사용하는 경우, 당연히 토출재로서 잉크가 사용된다. 한편, 작동액으로서는 고가인 잉크를 사용할 필요는 없고, 잉크와 비중이 가까운 물을 대신 사용할 수 있다. 더 구체적으로는, 물의 부패 및 잡균의 번식을 방지하기 위해서, 방부 작용이 있는 첨가제를 첨가한 물을 작동액으로서 사용할 수 있다.
(토출 장치의 제어계 구성)
도 2는 본 실시형태에 따른 토출 장치의 제어계를 설명하기 위한 도면이다.
CPU(202)는, ROM(204)에 저장된 제어 프로그램에 따라, 반송 구동 유닛(210)에 의해 반송 유닛(62)을 구동하고, 토출 구동 유닛(208)에 의해 토출 헤드(14)를 구동한다. 또한, CPU(202)는, ROM(204)에 저장된 제어 프로그램에 따라, 후술하는 바와 같이, 서브 탱크(26)에 제공된 액면 센서(41)로부터의 검지 결과에 기초하여, 액량 조정 구동 유닛(212)에 의해 제어 밸브(31) 및 펌프(32)를 구동한다. 또한, CPU(202)는, ROM(204)에 저장된 제어 프로그램에 따라, 후술하는 바와 같이, 순환 구동 유닛(214)에 의해 제어 밸브(21) 및 펌프(22)를 구동한다. 호스트 장치(220)로부터, 입력 인터페이스(216)를 통해서 토출 데이터(기록 데이터) 등의 정보가 입력되고, 그 입력된 정보는 RAM(206)에 기입된다.
(토출 헤드의 구성)
도 3은 토출 헤드(14)의 일부 토출구(15) 및 그 주변의 확대도이다.
토출 헤드(14)에서, 토출구(15)에 대해 개별적으로 제공된 각각의 압력실(19) 내에는, 액추에이터(도시되지 않음)가 설치되어 있다. 액추에이터는, 토출재를 미세 액적, 예를 들어 1 피코리터(pL)의 액적으로 토출할 수 있는 에너지를 발생시킬 수 있는 요소이면 된다. 액추에이터의 구체예는 압전 소자, 발열 소자 등을 포함한다. 압전 소자를 사용하는 경우에는, 발열 소자를 사용하는 경우와 비교해서 온도 변화(승온)에 의한 토출 특성에의 영향이 작기 때문에, 압전 소자는 고온 조건하에서 사용할 수 있다. 따라서, 점성이 높은 수지 등의 다양한 종류의 토출재를 사용할 수 있다. 또한, 일반적으로, 발열 소자가 사용되는 경우, 제조 비용이 낮을 수 있다. 본 실시형태의 액추에이터는 압전 소자이다. 압전 소자의 구동을 제어함으로써, 압력실(19)의 용적을 변화시켜 압력실(19) 내의 토출재를 토출구(15)로부터 토출시킨다. 압전 소자는, 미소 전기 기계 시스템(MEMS)(micro electro mechanical system) 기술을 사용해서 설치될 수 있다.
각 압력실(19)은 공통 액실(20)과 연통하고, 이 공통 액실(20)은 수용 용기(13)의 제1 수용 공간(5)과 연통하고 있다. 토출구(15)로부터 토출되는 토출재는 제1 수용 공간(5)으로부터 공통 액실(20)을 통해서 압력실(19)에 공급된다. 토출 헤드(14)는 그 자신과 제1 수용 공간(5) 사이에 제어 밸브를 갖지 않는다. 그 때문에, 제1 수용 공간(5)의 내압은, 토출 헤드(14)의 토출구(15)의 외부의 대기압(외기압)보다 약간 부압이 되도록 제어된다. 이 부압 제어에 의해, 각 토출구(15) 내의 토출재는 외기와의 계면에서 메니스커스(17)를 형성하고, 이에 의해 의도하지 않은 타이밍에서 토출구로부터의 토출재의 누출(적하)이 방지된다. 본 실시형태에서는, 제1 수용 공간(5)의 내압은 외기압보다 0.40 ± 0.04 kPa만큼 낮은 부압이 되도록 제어된다.
(수용 용기의 구성)
도 1에 도시된 바와 같이, 수용 용기(13)의 외부 및 내부 용적은 하우징(11)과 하우징(12)에 의해 정해진다. 하우징(11)과 하우징(12) 사이에는 가요성 부재(가요성 막)가 배치된다. 가요성 부재는, 2개의 가요성 필름(제1 필름(1)과 제2 필름(2))을 갖는 층 구성을 갖는 다층 구조이다. 제1 필름(1) 및 제2 필름(2)은, 각각 10 내지 100 마이크로미터의 두께를 갖는 얇은 필름이며, 결합부(3)에서 접착제 또는 용착 등의 기술에 의해 서로 결합되어 있다. 결합부(3)는, 서로 대향하는 제1 필름(1)과 제2 필름(2)의 면에 부분적으로 제공되므로, 제1 필름(1) 및 제2 필름(2)은 이들이 서로 연결되지 않는 비연결 영역을 갖는다.
하우징(11)은, 하우징(12)에 대향하는 측에 개구되는 제1 개구부와, 토출 헤드(14)에 대향하는 측에 개구되는 제2 개구부를 갖는다. 제1 개구부의 전체면은 제1 필름(1)에 의해 덮여서 밀봉되고, 하우징(11)의 내면과 제1 필름(1) 사이에는 제1 수용 공간(5)이 형성된다. 제2 개구부는 토출 헤드(14)의 공통 액실(20)과 연통하고, 이에 의해 제1 수용 공간(5)은 토출 헤드(14)를 통해서 외부 공간과 연통한다. 제1 수용 공간(5)은 토출재에 의해 충전되어 있고, 토출재와 외기 사이의 계면은 도 3에 도시된 바와 같이 토출구(15) 내에 위치된다.
하우징(12)은 하우징(11)에 대향하는 측에 개구되는 개구부를 갖는다. 이 개구부의 전체면은 제2 필름(2)에 의해 덮여서 밀봉되고, 하우징(12)의 내면과 제2 필름(2) 사이에는 제2 수용 공간(6)이 형성된다. 제2 수용 공간(6)은 작동액(35)으로 충전되어 있다. 또한, 제2 수용 공간(6)은 관(24)을 통해서 서브 탱크(26)의 내부와 연통하며, 제어 밸브(21) 및 펌프(22)가 설치되는 관(23)을 통해서도 서브 탱크(26)의 내부와 연통할 수 있다. 서브 탱크(26)는, 작동액(35)을 저류하는 액체 수용 유닛이다. 제2 수용 공간(6) 내에서, 작동액(35)은 액상 충전제로서 기능한다. 제1 필름(1) 및 제2 필름(2)은, 각각 제1 수용 공간(5)과 제2 수용 공간(6) 사이의 격벽으로서 기능한다.
(필름의 재료)
제1 필름(1) 및 제2 필름(2)의 재료는 접액성 등의 관점에서 토출재 및 작동액에 대하여 내성이 있는 재료이면 된다. 예를 들어, 테트라플루오로에틸렌-퍼-플루오로알킬 비닐 에테르 코폴리머(PFA), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌 (ETFE), 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등의 Teflon (등록 상표) 기반 플루오로 수지가 이용가능하다. 또한, 예는 폴리에틸렌(PE), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리비닐 알코올(PVAL), 폴리비닐리덴 클로라이드(PVDC), 및 나일론과 같은 폴리아미드 합성 수지를 포함한다. 제1 필름(1) 및 제2 필름(2)은 동일한 재료(물질 및 두께) 또는 상이한 재료일 수 있다. 예를 들어, 제1 필름(1)에는 토출재에 대하여 내성이 있는 PTFE와 같은 재료를 사용하고, 제2 필름(2)에는 작동액에 대하여 내성이 있는 나일론계 재료를 사용할 수 있다.
(제1 수용 공간 내의 압력과 제2 수용 공간 내의 압력 사이의 관계)
제1 수용 공간(5)과 제2 수용 공간(6) 사이에서 내압의 차가 발생하면, 각각 가요성을 갖는 제1 필름(1) 및 제2 필름(2)은 일체적으로 내압이 낮은 측을 향해 이동하고, 내압의 차가 사라질 때 이동을 정지한다. 이런 방식으로, 제1 수용 공간(5) 및 제2 수용 공간(6)의 내압을 서로 동일하게 유지할 수 있다.
더 구체적인 설명을 부여하기 위해서, 토출재가 토출 헤드(14)로부터 토출됨에 따라, 토출된 토출재의 양만큼 제1 수용 공간(5) 내의 토출재의 체적이 줄어들어, 제1 수용 공간(5)의 내압이 내려간다. 동시에, 제2 수용 공간(6)의 내압은 제1 수용 공간(5)의 내압보다 높아진다. 가요성의 제1 필름(1) 및 제2 필름(2)은 결합부(3)에 의해 함께 이동가능하게 서로 결합되어 있기 때문에, 이들은 일체적으로 제1 수용 공간(5)을 향해 이동한다. 동시에, 작동액(35)이 서브 탱크(26)로부터 관(24)을 통해서 제2 수용 공간(6) 내로 흡입된다. 이에 의해, 제1 수용 공간(5) 및 제2 수용 공간(6)의 내압은 다시 서로 동등해져서 평형 상태로 된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 서브 탱크(26)는 관(25)을 통해서 외부 공간과 연통하기 때문에, 그 내압은 대기압과 동등하다. 서브 탱크(26)의 내부와 제2 수용 공간(6)을 서로 연통시키는 관(24)에는 작동액(35)이 충전되어 있다. 또한, 연직 방향에서의 서브 탱크(26) 내의 작동액(35)의 액면 위치(이하, "액면 높이"라고도 칭함)는 토출 헤드(14)의 토출구(15)보다 낮은 위치로 설정되어 있다. 서브 탱크(26) 내부의 작동액(35)의 액면 위치와, 토출구(15)가 개구되는 토출면의 위치 사이의 높이 차(연직 방향에서의 거리)는 ΔH이다. 본 실시형태에서는, 각 토출구(15) 내에서 토출재의 메니스커스(17)가 형성되는 상태(도 3에 도시되는 상태)를 유지하도록, 차(ΔH)를 설정한다. 즉, 토출재가 토출구(15)로부터 외부로 누출 또는 적하하지 않거나, 또는 메니스커스(17)가 과도하게 안측으로(예를 들어, 공통 액실 근방으로) 후퇴되지 않도록, 차(ΔH)를 설정한다. 구체적으로는, 제1 수용 공간(5)의 내압이 외기압보다 0.40 ± 0.04 kPa만큼 낮은 값이 되게 제어될 수 있도록, 높이 차(ΔH)를 41 ± 4 mm로 설정한다.
본 실시형태는, 상술한 바와 같이, 약 1 pL(피코리터) 이하의 액량을 토출할 수 있는 기록 장치에 적용가능한 토출재 토출 장치이다. 본 실시형태예에서, 토출재는 화상 기록용의 잉크이며, 토출구(15)의 직경은 약 10 마이크로미터(μm)이다. 또한, 본 실시형태에서, 토출재 및 작동액 각각은 물과 실질적으로 동등한 밀도를 갖는다. 본 실시형태에서는, 상기 조건하에서, 각 토출구(15) 내에 토출재의 메니스커스(17)를 형성하기 위해서, 높이 차(ΔH)를 상술한 41 mm ± 4 mm의 범위 내로 설정한다. 또한, 예를 들어 해상도가 낮은 기록 장치에서의 토출구(15)의 직경은 몇십 μm이며, 수지 등을 토출재로서 사용하는 3차원 프린터에서의 토출구의 직경은 몇백 μm이다. 이와 같이, 토출 장치가 적용되는 장치의 종류에 의해 토출구(15)의 직경이 달라지고, 또한 토출재의 물성(예를 들어, 밀도, 점성 등)도 토출 장치가 적용되는 장치의 종류에 의해 달라진다. 따라서, 중력, 모관력, 표면 장력 등의 영향을 고려하여, 토출 장치가 적용되는 장치에 대해 높이 차(ΔH)가 적절히 설정된다.
(보정 동작)
기준 액면의 높이(본 실시형태에서는, 서브 탱크(26) 내의 작동액의 액면 높이가 토출구(15)보다 41 mm만큼 낮은 높이)로부터 미리결정된 범위(본 실시형태에서는, 기준 액면의 높이 ± 4 mm의 범위)로부터 벗어날 때에, 보정 동작을 실행한다. 이 보정 동작은, 메인 탱크(34)와 서브 탱크(26) 사이에서 작동액을 이동시킴으로써, 서브 탱크(26) 내의 작동액의 액면 높이를 미리결정된 범위 내로 들어가게 하는 "액면 조정" 동작이다.
서브 탱크(26)에는, 액면 센서(41)가 설치되어 있다. 본 실시형태에서의 액면 센서(41)는, 서브 탱크(26) 내의 작동액의 액면 높이 및 그 변화(변위)를 검지할 수 있는 센서이다. 메인 탱크(34)와 서브 탱크(26)는 제어 밸브(31) 및 펌프(32)가 설치된 관(33)을 통해서 서로 연통할 수 있다. 제어 밸브(31) 및 펌프(32)를 구동함으로써, 서브 탱크(26) 내의 작동액의 액면 높이를 원하는 범위 내로 제어(액면 조정)한다. 구체적으로는, 액면 센서(41)가 서브 탱크(26) 내의 작동액(35)의 액면 높이가 미리결정된 범위 아래로 내려간 것을 검지하였을 때에, 제어 밸브(31)를 개방하고 펌프(32)를 구동시켜서, 메인 탱크(34)로부터 서브 탱크(26)에 작동액을 공급한다. 또한, 액면 센서(41)가 서브 탱크(26) 내의 작동액(35)의 액면 높이가 미리결정된 범위 내에 있는 것을 검지할 때에, 펌프(32)의 구동을 정지하고 제어 밸브(31)를 닫아서, 메인 탱크(34)로부터 서브 탱크(26)로의 작동액의 공급을 멈춘다. 또한, 제어 밸브(31)와 펌프(32)를 제어함으로써, 서브 탱크(26)로부터 메인 탱크(34)에 작동액을 공급할 수 있다. 이런 방식으로, 서브 탱크(26) 내의 액면 높이는 미리결정된 범위 내로 유지된다.
(서브 탱크)
서브 탱크(26)는, 그 내부의 천장면(연직 방향에서의 최상부)이 토출 헤드(14)의 토출구(15)보다 연직 방향에서 낮게 배치되도록 배치되는 것이 바람직하다. 이렇게 배치함으로써, 상기 액면 조정에서 서브 탱크(26)가 만수될 때까지 메인 탱크(34)로부터 작동액이 공급되는 경우에도, 서브 탱크(26) 내의 작동액(35)의 액면 위치는 토출구(15)의 토출면의 위치보다 높아지지 않는다. 즉, 서브 탱크(26)의 천장면은 서브 탱크(26) 내의 작동액(35)의 액면 높이를 제한하기 때문에, 작동액(35)의 액면과 토출구 사이의 연직 방향에서의 상대적인 위치 관계(고저 관계)가 유지되고, 높이 차(ΔH) 결코 0에 도달하지 않는다. 따라서, 외기압에 대하여 제1 수용 공간(5) 및 제2 수용 공간(6)의 내압을 항상 부압으로 유지할 수 있어, 토출구(15)로부터의 토출재의 누출 및 적하를 방지할 수 있다.
(순환계)
제2 수용 공간(6)과 서브 탱크(26)는, 관(24)을 통해서 서로 연통하며, 제어 밸브(21) 및 펌프(22)가 설치된 관(23)을 통해서도 서로 연통할 수 있다. 토출 장치로부터 수용 용기(13)를 한번 분리하고 다시 설치하는 경우, 관(24)에 기포가 들어갈 가능성이 있다. 그 경우에는, 제어 밸브(21)를 개방하고 펌프(22)를 작동시켜, 관(24), 제2 수용 공간(6) 및 관(23)을 통해서 작동액(35)을 순환시켜서, 작동액을 서브 탱크(26)로 보내는 것에 의해, 관(24) 내의 기포를 제거할 수 있다. 제어 밸브(21)는, 펌프(22)를 사용하지 않는 동안에는 닫히고, 펌프(22)를 사용하는 동안에는 개방된다.
(펌프)
펌프(22) 및 펌프(32)의 예는, 시린지 펌프, 튜브 펌프, 다이어프램 펌프, 기어 펌프 등을 포함한다. 단, 펌프(22) 및 펌프(32)는 송액부의 기능을 가지면 되기 때문에 펌프에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 토출재 토출 장치에 적합한 송액부를 선택하는 것이 가능하다.
(제1 필름(1) 및 제2 필름(2))
먼저 설명한 바와 같이, 수용 용기(13) 내의 공간은, 격벽으로서 기능하는 2매의 필름(1 및 2)을 갖는 가요성 부재에 의해 제1 수용 공간(5)과 제2 수용 공간(6)으로 분리된다. 본 실시형태에서는, 제1 필름(1) 및 제2 필름(2)이 함께 이동하여 일체적으로 변형되고 이동할 수 있다. 이에 의해, 토출 헤드(14) 내의 압력을 제어할 수 있다. 제1 필름(1) 및 제2 필름(2)이 서로 연결되어 있지 않고 독립적으로 변형 및 이동될 수 있는 경우에는, 서브 탱크(26) 내에서의 작동액의 액면 높이의 조정을 통해서도 토출 헤드(14) 내의 압력을 상술한 바와 같이 제어할 수는 없다.
제1 필름(1) 및 제2 필름(2)이 독립적으로 변형 및 이동될 수 있는 구성에서, 서브 탱크(26) 내에서의 작동액의 액면 위치(액면 높이)를 토출구(15)가 개구되는 토출면의 위치보다 낮은 위치로 조정하고자 하는 구체적인 경우에 대해서 설명한다. 이 경우, 제2 수용 공간(6) 내의 작동액은 중력에 의해 연직 방향에서 제2 수용 공간(6) 하방의 서브 탱크(26) 내로 이동하려고 한다. 제2 필름(2)은 제1 필름(1)과는 독립적으로 이동가능하기 때문에, 제2 수용 공간(6) 내의 작동액(35)의 서브 탱크(26)로 이동함에 따라, 제2 필름은 제1 필름(1)으로부터 도 1에서의 X 방향으로 멀어진다. 그 작동액(35)의 이동에 의해 높이 차(ΔH)가 과도하게 작아지는 경우, 서브 탱크(26) 내의 액면을 조정하는 기능에 의해 펌프(32)는 서브 탱크(26) 내의 작동액(35)을 메인 탱크(34)로 보내게 된다. 그렇지 않을 경우, 서브 탱크(26) 내의 작동액(35)은, 서브 탱크(26)의 흡기구로서도 기능하며 대기와 연통하는 관(25)으로부터 외부로 넘친다. 어느 경우에도, 최종적으로는, 더 이상 제2 수용 공간(6)으로부터 유출되는 작동액이 없어지고, 제2 필름(2)은 제1 필름(1)으로부터 이격되며 하우징(12)의 내벽면에 부착된다. 이때, 제1 필름(1)은, 제2 필름(2)과는 독립적이며 따라서 이동하지 않기 때문에, 제1 수용 공간(5)의 내압은 변화하지 않고 유지된다.
이상과 같이, 제1 필름(1)과 제2 필름(2)이 함께 이동하지 않는 구성에서는, 작동액(35)의 액면 위치의 조정을 통해 토출 헤드(14) 내의 압력을 제어할 수는 없다.
대조적으로, 본 발명의 실시형태에서는, 제1 필름(1) 및 제2 필름(2)은, 서로 대향하는 제1 필름(1) 및 제2 필름(2)의 면에 분포되어 있는 결합부(3)에 의해 다수의 위치에서 서로 연결되기 때문에, 제1 필름(1) 및 제2 필름(2)은 동시에 동일한 방향으로 함께 이동한다. 이에 의해, 토출 헤드(14) 내의 압력을 제어할 수 있다.
구체적으로는, 제1 수용 공간(5)은 토출 헤드의 토출구(15)를 통해서 외기와 연통하고, 각 토출구 내의 토출재와 외기 사이의 계면에서, 토출재는 대기압, 토출재의 중력 및 토출구의 내벽에 의한 흐름 저항 및 표면 장력 등의 힘을 받는다. 이들 힘 사이의 균형은, 토출재가 토출구로부터 흘러 나오려고 하고 제1 필름(1)을 도 1 중의 X 방향과는 반대인 -X 방향으로 이동시키도록 이루어진다. 본 실시형태에서는, 제2 필름(2)을 도 1 중의 X 방향으로 이동시키려고 하는 힘과, 제1 필름(1)을 -X 방향으로 이동시키려고 하는 힘이 균형을 이루어 제1 수용 공간(5) 및 제2 수용 공간(6)의 내압이 동등한 상태를 유지시킨다. 따라서, 높이 차(ΔH)를 미리결정된 범위 내로 유지함으로써, 각 토출구(15) 내에 적절한 메니스커스(17)를 형성하기 위한 부압을 유지하도록, 제1 수용 공간(5)과 제2 수용 공간(6)의 내압이 균형을 이룬다. 따라서, 서브 탱크(26) 내의 작동액(35)의 액면 위치를 조정함으로써, 토출 헤드(14) 내의 압력을 제어할 수 있다.
(수용 용기)
도 4는 수용 용기(13)의 분해 사시도이다. 제1 필름(1)과 하우징(11) 사이의 계면은 O 링(81)에 의해 밀봉되고, 마찬가지로 제2 필름(2)과 하우징(12) 사이의 계면은 O 링(82)에 의해 밀봉된다. 한편, 제1 필름(1)과 제2 필름(2) 사이에는 스페이서(16)가 끼워진다. 또한, 도시하지 않은 고정 볼트를 체결함으로써, 하우징(11)과 하우징(12) 사이에서, 2매의 필름(1 및 2)과 스페이서(16)는 서로 밀착된다. 2매의 필름(1, 2)의 재료와 마찬가지로, 스페이서(16)의 재료도 PTFE인 것이 바람직하다. 이런 방식으로, 필름(1)이 파손되어 필름(1 및 2) 사이의 필름간 공간(4) 내로 토출액이 흘러나와도, 토출액이 필름(1)과 동일한 품질을 갖는 부재 이외의 부재와 접촉하는 상황을 피할 수 있다. 2매의 필름(1 및 2)과 스페이서(16)는 2매의 필름(1 및 2)과 스페이서(16) 사이의 접촉의 밀착도를 향상시키기 위해서 용착 또는 접착에 의해 고정될 수 있다. 필름(1 및 2)과 스페이서(16)를 서로 일체로 성형하는 것이 더 바람직하다.
스페이서(16)에는, 그 상부에, 외부와 연통하는 흡기구(83)가 제공되고, 그 하부에는, 외부와 연통하는 액체 배출구(84)가 제공된다. 그 액체 배출구(84)의 하방에는, 후술하는 액체 누출 센서(42)가 배치된다. 후술하는 바와 같이, 필름(1 또는 2)이 파손되어 수용 공간(5 또는 6)의 액체가 필름간 공간(4) 내로 누출되는 경우, 그 액체는 스페이서(16)에 의해 액체 배출구(84) 내로 유도되고, 액체 배출구(84)를 통과하고, 하방으로 적하되며, 액체 누출 센서(42)에 의해 검지된다. 도 4에서 스페이서(16)의 내측 면은 간략화되어서 평탄한 면으로 표시되어 있지만, 내측 면은 액체 배출구(84)를 향해서 경사지는 것이 바람직하다.
도 5a 및 도 5b는 가요성 부재를 구성하는 2매의 필름(1 및 2)의 형상의 설명도이다. 필름(1 및 2)은, 하우징(11)의 내부의 오목 형상에 대응하는 볼록 형상으로 PTFE 필름에 의해 성형되어 있다. 도 5b에 도시하는 바와 같이, 제2 필름(2)에는 연결용의 다수의 볼록부(72)가 형성된다. 도 5a에 도시하는 바와 같이 필름(1 및 2)을 겹쳐서 배치하고, 레이저 가공기로부터의 레이저 광으로 제2 필름의 볼록부(72)와 제1 필름(1)이 서로 접촉하는 부분을 조사하여, 이들 접촉 부분을 서로 열 용착함으로써 필름(1 및 2)이 서로 연결된다. 본 실시형태에서는, 제2 필름(2)에 볼록부(72)가 제공되는 경우에 대해서 설명했다. 그러나, 이러한 볼록부(72)는 제공되지 않을 수 있다. 예를 들어, 겹쳐서 배치된 필름(1 및 2)을 레이저 가공기에 의해 용착 라인을 따라 또는 다수의 용착 점에서 서로 용착시킬 수 있다.
2매의 필름(1 및 2)을 포함하는 가요성 부재의 볼록부를 테이퍼링할 수 있다. 볼록부의 각 코너 및 에지에 만곡 형상 부분(만곡부)(R)을 제공함으로써, 가요성 부재의 변형을 더 용이하게 할 수 있다. 제1 수용 공간(5) 및 제2 수용 공간(6)의 내면은 이러한 가요성 부재의 형상을 따라서 연장되도록 형성될 수 있다.
제1 필름(1) 및 제2 필름(2)은 토출재가 토출됨에 따라 일체적으로 원활하게 이동할 필요가 있다. 이 때문에, 그것들 사이의 결합부(3)의 면 밀도(단위 면적당의 양(수, 면적))는, 테이퍼 형상 부분(테이퍼부)(T) 및 만곡부(R)에 비하여, 테이퍼부(T) 및 만곡부(R)에 의해 둘러싸인 영역인 중앙 영역(8)에서 더 높은 것이 바람직하다. 중앙 영역(8)은, 필름을 함께 이동시키는 압력을 직접적으로 받는 영역이고, 따라서 평탄한 것이 바람직하다. 그러나, 중앙 영역(8)은 예를 들어 엄밀하게 평탄하지 않을 수 있고 완만하게 만곡될 수 있다. 또한, 테이퍼부(T), 만곡부(R) 및 중앙 영역(8) 중, 만곡부(R)에서 결합부(3)의 면 밀도가 가장 낮은 것이 바람직한데, 결합부(3)의 면 밀도가 높을수록 강성이 높아지기 때문이다.
제1 필름 및 제2 필름 중 적어도 하나에 연질 재료 또는 얇은 재료를 사용하여 가요성 부재의 강성을 전체적으로 낮춤으로써, 제1 필름 및 제2 필름을 일체적으로 원활하게 이동시킬 수 있다. 각각의 필름 자체의 형상에 대해서는, 예를 들어 도 6에 도시하는 바와 같이 일부 부분에서 두께가 변경될 수 있어, 일부 부분에서 강도가 상이할 수 있다. 예를 들어, 필름의 변형을 용이하게 하기 위해서, 만곡부(R) 및 테이퍼부(T)의 두께를 상대적으로 작게 할 수 있고, 변형되는 것이 바람직하지 않은 중앙 영역(8) 및 외연부(7)의 두께는 상대적으로 크게 할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 가요성 부재의 2매의 필름(1 및 2) 사이의 공간은 흡기구(83)와 액체 배출구(84)를 통해서 외기(대기)와 연통한다. 한편, 제1 수용 공간(5) 및 제2 수용 공간(6)의 내압은 외기압(대기압)에 대하여 동일한 부압 상태를 유지하도록 제어된다. 이 때문에, 필름(1 및 2)이 서로 용착되어 있지 않은 부분인 비연결 영역은, 각각의 필름이 덮고 있는 제1 수용 공간(5) 및 제2 수용 공간(6)을 향해서 인장되어, 필름(1 및 2) 사이에는 팽창된 공간(4)이 형성된다. 이하, 제1 필름(1)과 제2 필름(2) 사이의 공간(4)을 필름간 공간이라고도 칭한다.
도 7은, 제2 필름(2)의 일부가 파손된 상황에서의, 본 실시형태의 토출 장치의 상태 및 거동의 설명도이다. 본 실시형태에서 제1 필름(1)과 제2 필름(2) 사이의 필름간 공간(4)은 대기와 연통하는 개방 공간이기 때문에, 필름간 공간(4)의 내압은 대기압과 동등하다. 한편, 제1 수용 공간(5) 및 제2 수용 공간(6)은 전술한 바와 같이 모두 대기압보다 0.4 ± 0.04 kPa만큼 낮은 부압이 되도록 조정된다. 도 7에 도시되는 바와 같이, 제2 필름(2)의 일부가 파손되어서 내부에 구멍(73)이 형성되면, 그 구멍(73)을 통해서 고압측의 필름간 공간(4)으로부터 저압측의 제2 수용 공간(6) 내로 공기가 기포(74) 형태로 흡입될 것이다. 기포(74)의 내압은 대기압과 동등하다. 따라서, 기포(74)는 제2 수용 공간(6)의 내압을 상승시키고 제2 수용 공간(6) 내의 작동액을 관(24)을 통해서 서브 탱크(26)를 향해 가압한다.
이와 같이 제2 수용 공간(6)으로부터 압출된 작동액은 서브 탱크(26) 내의 작동액의 액면을 상승시킨다. 이 액면의 상승을 액면 센서(41)(도 1 참조)에 의해 검지함으로써, 필름이 파손되고 기포가 수용 공간에 들어간 것을 검지할 수 있다. 여기에서 말하는 "필름"은 제1 필름(1) 및 제2 필름(2)을 총칭하고, "수용 공간"은 제1 수용 공간(5) 및 제2 수용 공간(6)을 총칭한다. 본 설명의 다음 부분에서 용어 "필름" 및 "수용 공간"을 마찬가지로 사용할 수 있다.
이제, 필름 파손과는 다른 이유로 인해 서브 탱크(26) 내의 작동액(35)의 액면 높이가 변화하는 경우에 대해서 검토한다.
먼저, 전술한 바와 같이, 도 1에 도시되는 높이 차(ΔH)의 값을 미리결정된 범위 내로 유지하기 위해서 메인 탱크(34)로부터 서브 탱크(26)의 작동액(35)을 보충하는 경우에는, 당연히 서브 탱크(26) 내의 작동액(35)의 액면이 상승한다. 이 경우에, 송액량을 알고 있다. 그러나, 작동액의 보충에 의한 액면 높이의 변화와 예기치 않은 및 비정상적인 액면 높이의 변화 사이를 구별할 수 있다. 또한, 토출구(15)로부터 토출재가 토출되었을 경우에는, 그 토출분만큼 서브 탱크(26)로부터 제2 수용 공간(6)에 작동액이 공급된다. 이에 의해, 서브 탱크(26) 내의 작동액의 액면 높이는 변화하고, 이 경우 액면은 하강 방향으로 변화한다. 그 때문에, 토출재의 토출에 의한 액면 높이의 하강 방향의 변화와 필름 파손에 의한 액면 높이의 상승 방향의 변화 사이를 명확하게 구별할 수 있다.
상기와 같이, 제2 필름(2)의 일부가 파손되는 경우에는, 액면 센서(41)에 의해 서브 탱크(26) 내에서의 작동액(35)의 액면의 결과적인 상승을 검지하여 필름의 파손의 발생을 검지할 수 있다.
또한, 도 1에서, 제2 수용 공간(6)과 서브 탱크(26)의 내부를 서로 연통시키는 관(24)에 유속 센서(77)가 설치된다. 제1 필름(1) 또는 제2 필름(2)이 파손되는 경우, 제2 수용 공간(6) 내의 작동액(35)은 관(24)을 통해서 서브 탱크(26) 내로 압출된다. 이와 같이 압출된 작동액의 유속은 유속 센서(77)에 의해 검지될 수 있다. 한편, 토출구(15)로부터 토출재가 토출되었을 경우에는, 그 토출분만큼 서브 탱크(26) 내의 작동액이 관(24)을 통해서 제2 수용 공간(6)에 공급된다. 이와 같이 공급된 작동액의 흐름의 방향은 필름 파손의 발생시의 작동 유체의 흐름의 방향과 반대이다. 따라서, 토출재의 토출에 의한 작동액의 흐름과 필름 파손에 의한 작동액의 흐름 사이를 명확하게 구별할 수 있다.
계속해서, 제1 필름(1)의 일부가 파손된 경우에 대해서 설명한다. 이 경우의 토출 장치의 상태 및 거동은 제2 필름(2)의 일부가 파손되었을 경우와 마찬가지가 된다. 구체적으로는, 제1 필름(1)의 일부가 파손된 경우에는, 파손 지점을 통해서 제1 수용 공간(5) 내로 기포(74)가 흡입된다. 기포(74)의 압력은 대기압과 동등하다. 따라서, 기포(74)는 제1 수용 공간(5)의 내압을 상승시키고, 따라서 이 내압을 제2 수용 공간(6)의 내압보다 높아지게 한다. 이에 의해, 격벽으로서 각각 기능하는 제1 필름(1) 및 제2 필름(2)이 일체적으로 제2 수용 공간(6)을 향해 이동하여, 제2 수용 공간(6) 내의 작동액(35)을 서브 탱크(26) 내로 압출한다. 이와 같이 압출된 작동액은 서브 탱크(26) 내의 작동액의 액면을 상승시키고, 액면 센서(41)가 이러한 상승을 검지한다(도 1 참조). 예기치 않은 및 비정상적인 액면 높이가 검지되기 때문에, 필름 파손이 발생하였고 기포(74)가 대응하는 수용 공간으로 들어간 것을 검지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 필름(1) 및 제2 필름(2) 중 어느 것이 파손되었는지와 무관하게, 후술하는 액체 누출 센서(42)와 함께 액면 센서(41) 및 유속 센서(77)를 사용함으로써 필름 중 어느 것이 파손되었는지를 검지할 수 있다. 또한, 제1 필름(1) 및 제2 필름(2) 중 어느 것이 파손되었는지와 무관하게, 토출재와 작동액은 서로 분리된 상태로 유지되고, 결코 서로 접촉하지 않는다.
또한, 필름 파손이 발생하면, 제1 수용 공간(5)의 내압은 외기압과 동등해질 때까지 상승할 수 있다. 이는, 토출재가 메니스커스(17)를 형성하는 상태를 유지할 수 없고, 의도하지 않은 타이밍에 토출구(15)로부터 적하될 가능성을 초래한다. 그러나, 본 실시형태의 토출 장치는, 제1 수용 공간(5)의 내압이 상승으로 전환되는 시점에서 비정상을 검지할 수 있다. 그리고, 그러한 검지에 기초하여 비정상 경고를 발행함으로써, 토출재가 적하되기 전에 적하 방지를 실현할 수 있다. 적하 방지의 예는, 토출구의 캡핑, 압력 제어부를 사용하는 것에 의한 제2 수용 공간의 부압의 제어 등을 포함한다.
본 실시형태에서, 제1 필름(1)과 제2 필름(2) 사이의 필름간 공간(4)은, 외기와 연통하며 따라서 대기압과 동등한 압력이 된다. 그러나, 필름간 공간(4)과 외기 사이의 연통을 제어하기 위한 밸브를 제공하고, 필름간 공간(4) 내의 기압을 외기에 의해 미리 대기압으로 조정한 후에, 밸브를 닫아서 필름간 공간(4)을 밀봉 공간으로 함으로써도, 필름간 공간(4)과 수용 공간(5 및 6) 사이의 압력차를 유지할 수 있다. 이 상태에서 제1 필름(1) 또는 제2 필름(2)이 파손되는 경우, 필름간 공간(4) 내의 기체는 제1 수용 공간(5) 또는 제2 수용 공간(6) 내로 유입한다. 이 경우, 기체의 유입량은 최대 제1 필름(1)과 제2 필름(2) 사이의 공간의 용적이다. 따라서, 필름간 공간(4)이 외기와 연통하는 경우와 비교해서 상당히 작은 기체의 유입량에 의해 필름 파손을 검지함으로써 토출구로부터의 토출재의 적하를 방지할 수 있다.
필름 파손은 다양한 이유로 인해 발생한다. 예를 들어, 잉크를 토출재로서 사용하는 기록 장치에서는, 제조상의 변동에 의해 격벽으로서의 필름에 구멍이 생길 가능성이 있다. 또한, 격벽으로서의 필름이 수용 용기(13) 내에서 이동 및 변형을 반복함으로써 구멍이 생길 가능성이 있다. 또한, 특허문헌 1에 개시되는 종래예와 같이, 필름에 구멍이 생기자마자 토출재 중으로 작동액이 혼입되는 구성에서는 많은 문제가 발생한다. 구체적으로는, 화상 기록용의 잉크에 작동액으로서의 물이 혼입되어서 확산되면, 잉크가 물에 의해 희석되어 기록된 화상이 흐릿해질 것이다. 또한, 작동액은 불순물인 첨가제를 포함하고 있기 때문에, 직경이 약 10μm인 토출구(15)에 작동액 중의 석출물 또는 작동액 중의 파티클이 막혀서 토출재가 토출될 수 없는 상황이 초래될 가능성이 있다. 따라서, 격벽으로서의 필름에 구멍이 생기는 상황에서는, 토출재와 작동액 사이의 접촉 또는 그들의 혼합을 방지하는 것이 극히 중요하다.
본 실시형태의 토출 장치가 반도체 노광 장치용의 감광 레지스트 도포 장치로서 채용되는 경우, 토출재와 작동액 사이의 접촉을 방지함으로써 달성되는 유리한 효과는 더 크다. 감광 레지스트 도포 장치에서는, 토출 패턴의 밀도가 작기 때문에 토출구(15)의 직경은 고밀도 기록 장치와 마찬가지로 약 10μm이다. 그 때문에, 불순물의 막힘이 심각한 문제이다. 또한, 감광 레지스트는, 레지스트에 용해된 Na 및 Mg 등의 금속 이온의 농도가 수 ppb 미만인 필수 요건을 충족하는 것이 필요하다. 감광 레지스트와 작동액이 서로 혼입되지 않는 경우에도, 그것들 사이의 접촉만으로도 작동액 중의 금속 이온이 감광 레지스트 내로 이동하고 금속 이온 오염이 발생하게 된다. 또한, 금속 이온 오염이 발생한 감광 레지스트가 웨이퍼에 도포되는 경우에는, 이 웨이퍼와 접촉한 다음 단계 이후의 모든 생산 장치에 금속 이온 오염이 확산되어 심각한 문제가 된다. 이와 같이, 토출재와 작동액이 서로 접촉하지 않고, 필름 파손의 발생을 검지할 수 있는 것이 극히 중요하다.
또한, 제어 장치(도 2의 CPU(202))는, 액면 센서(41)에 의해 계측된 액면 높이에 기초하여, 2종류의 값, 즉 액면 위치의 변화량과 주어진 시간 간격마다의 액면 위치의 변화율(이하, "액면 변화 속도"라고도 칭함)을 산출한다. 서브 탱크(26) 내의 작동액(35)의 액면은, 예를 들어 지진 등의 진동에 의해 급격하게 변화하는 경우가 있다. 그러나, 지진에 의해 액면이 변화하면, 액면 변화 속도는 정의 값과 음의 값 사이에서 전환되는 것으로 검지된다. 대조적으로, 먼저 설명한 필름 파손에 의해 서브 탱크(26) 내의 작동액의 액면이 상승하면, 액면 변화 속도는 정방향으로만 검지된다. 따라서, 제어 장치는, 액면 변화 속도가 어떻게 변화하는지에 기초하여, 지진 등의 진동에 의한 액면의 변화와 필름 파손에 의한 액면의 변화 사이를 인지하고 구별할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 높이 차(ΔH)의 값을 소정의 범위 내로 유지하기 위해서 작동액(35)이 메인 탱크(34)로부터 서브 탱크(26)에 공급된다. 이러한 공급 동작에서는, 먼저 설명한 바와 같이 송액량은 기지이며, 액면 변화 속도 또한 제어 장치에 의해 산출된다. 작동액(35)이 송액되는 동안 필름 파손이 발생하는 경우에는, 액면 변화 속도는 기지의 값보다 높은 것으로 검지될 것이다. 이에 의해 필름 파손에 의한 비정상적인 상태를 인지할 수 있게 된다.
또한, 높이 차(ΔH)가 보정되면, 보충을 위해 메인 탱크(34)로부터 서브 탱크(26)로 공급된 작동액의 양의 적산값을 산출하는 것도 가능하다. 보충을 위해 공급된 작동액의 양의 적산값은 제1 수용 공간(5) 내의 토출재의 감소량과 동등하다. 따라서, 토출된 토출재의 총량과 제1 수용 공간(5)에 남아있는 토출재의 잔량을 동시에 파악하는 것이 가능하다. 이러한 기능에 의해, 수용 용기(13)의 사용 기간과 잔액량 사이의 관계를 파악하고, 기대되는 잔여 수명을 산출하는 것이 가능하다.
상술한 바와 같이, 필름이 파손되고 내부에 구멍(73)이 형성된 경우, 기포(74)가 수용 공간(5 또는 6) 내로 흡입되어서, 그 수용 공간의 내압이 외기압에 가까워진다. 또한, 필름이 크게 파손되어 도 8에 도시된 바와 같이 대략 200 μm 이상의 직경을 갖는 구멍(78)이 형성되거나, 또는 다수의 구멍(73)이 동시에 형성되는 것이 가능하다. 도 8에 도시된 바와 같이 제2 필름(2)에 구멍(73 및 78)이 형성된 경우에는, 기포(74)가 구멍(78)으로부터 제2 수용 공간(6) 내로 흡입되는 동시에, 작동액이 누출액(79)으로서 구멍(73)으로부터 필름간 공간(4) 내로 누출된다. 제2 수용 공간(6)과 서브 탱크(26) 사이의 관(24)의 배관 저항에 따라서는, 서브 탱크(26) 내로 작동액이 되돌아가기 전에, 작동액이 누출액(79)으로서 액체 배출구(84)로부터 외부로 누출된다. 그후, 누출액(79)은, 액체 누출 센서(42) 상으로 적하됨으로써, 검지된다. 마찬가지로, 제1 필름(1)에 구멍(73 및 78)이 형성된 경우에는, 기포(74)가 구멍(78)으로부터 제1 수용 공간(5) 내로 흡입되는 동시에, 토출액이 누출액(79)으로서 구멍(73)으로부터 필름간 공간(4) 내에 누출된다. 그후 이 누출액(79)이 액체 누출 센서(42)에 의해 검지된다.
또한, 토출액으로서 감광 레지스트를 사용하고 작동액으로서 방부제가 혼입된 물을 사용하는 액체 토출 장치에서, 액체 누출 센서(42)로서 광학식 액체 누출 센서를 사용함으로써, 누출액이 토출액 또는 작동액인지를 판정할 수 있다. 이 경우, 광학식 액체 누출 센서는 토출액 및 작동액에 대해 개별적으로 감도를 갖는다. 단, 통전-단락 회로 검지식 누출 센서를 사용하는 경우에는, 그 기종에 따라서는, 센서는 감광 레지스트에 대한 감도를 갖지만 물에 대한 감도는 갖지 않거나 또는 물에 대한 감도는 갖지만 감광 레지스트에 대한 감도를 갖지 않을 수 있다. 이들 경우에는 다수의 기종의 누출 센서를 사용하여 대응할 수 있다. 구체적으로는, 감광 레지스트를 검지하는 검지 유닛 및 물을 검지하는 검지 유닛을 포함하는 누출 센서를 사용함으로써, 필름(1) 또는 필름(2)의 파손이 있는지를 구별하면서 필름 파손을 검지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 액면 센서(41)와 유속 센서(77)에 의한 필름 파손의 검지와, 액체 누출 센서(42)에 의한 필름 파손의 검지를 병행해서 실시할 수 있다. 따라서, 필름 파손 정도와 무관하게, 필름 파손을 빠르고 확실하게 검지하고 대응할 수 있다. 특히, 액체 누출 센서(42)는 누출액을 직접 검지하기 때문에, 더 확실하게 필름 파괴(파손)를 검지할 수 있다. 또한, 이 액체 누출 센서(42) 만에 의해 필름 파괴(파손)를 검지할 수도 있다.
<제2 실시형태>
도 9는, 본 발명의 제2 실시형태의 설명도이며, 이는 액체 누출 센서(42)가 배열되는 모습에 있어서 상기 제1 실시형태와는 상이하다.
도 9에서, 액체 배출구(84)의 하방에는 밀봉된 누출액 탱크(누출액 수용 유닛)(37)가 연결되고, 이 누출액 탱크(37)에 의해 저부에 액체 누출 센서(42)가 배치된다. 누출액 탱크(37)는, 액체 배출구(84)로부터 배출된 누출액이 외부로 확산되는 것을 방지한다. 액체 배출구(84)로부터 누출된 유체는 외부로 확산되지 않고 액체 누출 센서(42)에 의해 검지된다. 토출액으로서 감광 레지스트를 사용하는 경우에는, 액체 누출 센서에 의한 누출액 검지 기능을 유지하면서, 토출액 및 그 증발에 의해 형성된 가스의 확산에 의한 이차적인 피해도 방지할 수 있다. 또한, 관(25)의 하방에는, 관(25)으로부터 적하되는 작동액을 검지하기 위한 액체 누출 센서(28)가 설치되어 있다. 작동액이 필름 파괴(파손)에 의해 제2 수용 공간(6) 내부로부터 서브 탱크(26) 내로 복귀되고, 작동액이 서브 탱크(26)로부터 넘치는 경우에는, 흘러넘친 작동액을 액체 누출 센서(28)에 의해 검지할 수 있다.
<제3 실시형태>
도 10은 본 발명의 제3 실시형태를 설명하기 위한 도면이며, 누출액 탱크(37) 내에는 액체 누출 센서(42)가 배치되지 않고, 대신에 누출액 탱크(37)의 측면에 액면 센서(38)가 배치된다. 액면 센서(38)는, 누출액이 토출액 또는 작동액인지와 무관하게, 누출액 탱크(37) 내의 누출액의 액면을 검지한다. 또한, 액면 센서(38)는 누출액과 접촉하지 않기 때문에, 액면 센서(38)는 오염되지 않을 것이다. 누출액과 접촉하는 접촉식 액체 누출 센서를 사용하는 경우에는, 누출액의 검지 후에 액체 토출 장치를 동작으로 복귀시킬 때에, 그 액체 누출 센서에 부착되어 있는 누출액을 제거하고 클리닝하는 것이 어렵다. 본 실시형태와 같이, 누출액에 접촉하지 않는 비접촉식 액면 센서(38)를 사용하는 경우에는, 액체 토출 장치가 동작으로 복귀될 때에, 누출액을 제거하고 클리닝하는 작업을 행할 필요가 없다. 이는 메인터넌스를 용이하게 한다. 또한 본 실시형태에서는, 수용 용기(13) 내에서 필름 파손에 의해 액체 누출이 발생하는 경우에, 누출액 탱크(37)를 수용 용기(13)와 함께 교환함으로써 액체 토출 장치를 동작으로 복구시킬 수 있다.
또한, 액면 센서(38)에 의해 누출액 탱크(37) 내의 누출액의 액면을 검지하는 방식으로서는, 정전용량 검지식 또는 광학식을 채용할 수 있다. 광학식 액면 센서를 사용하는 경우에는, 누출액 탱크의 적어도 일부는 투명한 재료에 의해 구성되고, 그 투명한 부분을 통해서 액면을 검지한다. 이 경우, 특허문헌 2에 개시된 종래예에서와 같이, 누출액의 색 또는 굴절률에 기초하여 누출액의 종류를 판별하는 센서를 더 배치함으로써, 필름(1) 또는 필름(2) 중 어느 것이 파손되었는지를 판별할 수도 있다.
<제4 실시형태>
도 11은, 본 발명의 제4 실시형태의 설명도이며, 수용 용기(13) 내에 주머니를 형성하는 2층의 필름(1 및 2)을 삽입하고, 그 주머니의 외부를 토출액용의 제1 수용 공간(5)으로서 형성하는 한편 그 주머니의 내부를 작동액용의 제2 수용 공간(6)으로서 형성함으로써, 이들 수용 공간(5 및 6)을 서로 분리한다. 본 실시형태에서는, 필름(1 및 2) 사이의 필름간 공간(4)과 연통하는 하측의 액체 배출구(84)의 하방에 액체 누출 센서(42)가 배치된다. 필름(1 또는 2)이 파손된 경우에도, 그 파손 지점으로부터 누출된 누출액이 액체 누출 센서(42)에 의해 유도되어 검지된다. 상기 제2 및 제3 실시형태와 마찬가지로, 액체 배출구(84)에 누출액 탱크(37)가 연결될 수 있다.
액체 배출구(84)의 출구는, 도 1에 도시된 바와 같이, 수용 용기(13)의 외측 하면(평탄한 면)에서 개구되도록 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 액체 배출구(84)의 출구에 의해, 필름간 공간(4) 내의 누출액의 표면 장력은, 액체 배출구(84)가 개구되는 하우징(12)의 외벽면에서 누출액이 수평 방향으로 확산하기 쉽게 할 가능성이 있다. 이러한 경우, 누출액이 액체 누출 센서(42) 상으로 적하되기 어려워진다. 이러한 경우에는, 도 11에 도시된 바와 같이, 액체 배출구(84)의 출구에 원통형 볼록부를 부착하는 것이 바람직하다.
<제5 실시형태>
도 12는 본 발명의 제5 실시형태를 설명하기 위한 도면이며, 액체 배출구(84)에는 배출관(48)이 연결되어 있다. 배출관(48)에는 액체 누출 센서(43) 및 배출 펌프(49)가 연결되어 있고, 배출관(48)의 하단부는 폐액 용기(70)에 연결되어 있다. 상기 실시형태에서와 같이, 필름(1 및 2)은 용착 등에 의해 서로 부분적으로 연결되며, 필름(1 및 2)은 수용 공간(5 및 6)의 내압을 동등한 압력으로 유지하도록 일체적으로 이동한다.
액체 배출구(84)에 제공되는 배출 펌프(49)는, 흡기구(83)로부터 필름간 공간(4)을 통해서 외기를 흡입한다. 이런 방식으로, 필름간 공간(4) 내로 누출된 누출액(작동액 또는 토출액)은, 배출관(48)을 통해서 흡입 및 배출되고, 액체 누출 센서(43)에 빠르게 도달하고 확실하게 검지된다. 배출 펌프(49) 및 도시되지 않은 조리개 등이 필름간 공간(4)의 내부를 부압 상태로 유지하고, 필름(1 및 2)이 일체적으로 이동할 수 있도록 이들을 적어도 부분적으로 서로 밀착시킬 수 있는 경우에는, 필름(1 및 2)은 용착 등에 의해 서로 연결될 필요는 없다. 배출 펌프(49)는 항상 동작될 필요는 없고, 규칙적인 시간 간격으로 간헐적으로 구동될 수 있다. 액체 누출 센서(43)는, 작동액과 토출액을 서로 구별없이 검지할 수 있도록 구성될 수 있거나, 또는 이들을 서로 구별해서 검지할 수 있도록 구성될 수 있다.
<제6 실시형태>
도 13은 제6 실시형태에서의 액체 토출 장치의 개략 구성도이다. 본 실시형태에서의 액체 토출 장치는 임프린트 장치(50)에 채용되는 예를 나타낸다.
임프린트 장치는 반도체 디바이스로 대표되는 물품을 제조하기 위해서 사용된다. 임프린트 장치(50)는, 기판(59) 상의 샷 영역에 도포된 미경화 수지(레지스트)(90)에, 성형용 패턴을 갖는 몰드(58)를 가압하고, 이 상태에서 광(60)(예를 들어, 자외선)을 수지(90)에 조사하여 수지(90)를 경화시킨다. 그 후, 임프린트 장치(50)는 경화된 수지(90)로부터 몰드(58)를 분리한다. 이에 의해, 몰드(58)의 패턴을 기판(59)에 전사한다. 본 실시형태의 임프린트 장치(50)는, 광학 임프린트 방식을 채용하는 임프린트 장치이며, 광 조사 유닛(88), 몰드 보유지지 유닛(51), 기판 척(52), 기판 스테이지(53), 토출액 토출 장치(54), 토출 헤드(55), 압력 제어 유닛(56) 및 제어 유닛(57)을 포함한다.
광 조사 유닛(88)은, 임프린트 시에, 몰드(58)를 통해서 수지(90)에 광(60)을 조사한다. 광(60)의 파장은 경화되는 수지(90)에 적합한 파장이다. 기판(59)에 대향하는 몰드(58)의 면에는, 전사해야 할 회로 패턴 등의 패턴이 형성된다. 몰드(58)의 재료로서는, 광(60)을 투과시킬 수 있는 석영 등을 사용할 수 있다. 몰드 보유지지 유닛(51)은, 몰드(58)를 보유지지하는 도시되지 않은 몰드 척, 이 몰드 척을 이동가능하게 보유지지하는 도시되지 않은 몰드 구동 기구, 및 몰드(58)의 형상을 보정하는 도시되지 않은 배율 보정 기구를 포함한다. 기판(59)은 실리콘 웨이퍼, 실리콘 온 인슐레이터(silicon on insulator)(SOI) 기판, 유리 기판 등이다.
기판(59) 상에는, 특정한 샷 레이아웃으로 배열된 패턴 형성 영역인 다수의 샷이 존재한다. 각각의 샷은, 토출 장치(54)에 수용된 수지(90)를 토출 헤드(55)의 토출구로부터 토출함으로써, 임프린트 직전에 기판(59) 상에 형성된다. 몰드(58)에 형성된 패턴은 그후 샷 내로 압인된다. 이에 의해, 수지(90)의 패턴이 기판(59) 상에 형성된다. 기판 척(52)은 기판(59)을 보유지지하고, 기판 스테이지(53)는 기판(59)과 함께 기판 척(52)을 이동가능하게 보유지지한다. 기판 스테이지(53)는, 토출 헤드(55)가 수지(90)를 도포한 후에, 몰드(58)와 기판(59)을 서로에 대해 위치정렬한다. 이러한 위치정렬과 함께 임프린트가 실행된다.
이러한 일련의 임프린트 동작에서, 샷 위치로의 기판(59)의 이동, 수지(90)의 토출 및 도포, 압인, 위치정렬, 수지(90)의 경화, 이형, 및 다음 샷 위치로의 기판(59)의 이동이 순차적으로 실행되며, 필요에 따라 이러한 일련의 동작이 반복된다.
도 14는 본 실시형태에서의 토출 장치(54)의 개략 구성도이다.
본 실시형태의 토출 장치(54)는, 토출 헤드(55), 수용 용기(95), 압력 제어 유닛(56), 제어 유닛(57) 및 압력 계측 유닛(97)을 포함한다. 수용 용기(95)는, 수용 용기(95)의 내부를 제1 수용 공간(91) 및 제2 수용 공간(92)으로 분리하는 가요성 막(94)을 포함한다. 토출 헤드(55)와 연통하는 제1 수용 공간(91)은 수지(90)(토출재)에 의해 충전된다. 제어 유닛(57)은 토출 헤드(55)를 제어함으로써 그 토출 헤드(55)의 토출구로부터 수지(90)를 토출한다. 토출 헤드(55)에서, 토출구에 개별적으로 제공되는 압력실 각각에는 액추에이터가 설치되어 있다. 액추에이터는, 토출재로서의 수지(90)를 미세 액적, 예를 들어 1 pL의 액적으로 토출할 수 있는 에너지를 발생시킬 수 있는 소자이면 된다. 구체예는 압전 소자, 발열 소자 등을 포함한다. 토출 헤드(55)는, 수용 용기(95)와 일체화되지 않을 수 있으며, 수용 용기(95)에 교환가능하게 설치될 수 있다. 토출 헤드(55)와 연통하지 않는 제2 수용 공간(92)은 작동액(93)에 의해 충전된다. 작동액(93)으로서는, 종래의 노광 장치에 사용되는 냉각수 등을 사용할 수 있다. 예를 들어, 작동액(93)으로서, 물에 방부제, 보습제 등을 첨가하여 얻은 액체를 사용할 수 있다. 제2 수용 공간(92)은, 연통 부재(96)를 통해서 작동액(93)을 공급하는 압력 제어 유닛(56)과 연통한다.
가요성 막(94)은, 도 15a 및 도 15b에 도시된 바와 같이, 2매의 가요성 필름(제1 필름(94(1))과 제2 필름(94(2)))이 주머니 형상으로 밀봉되도록 그 주변부에서 서로 접합되는 구조를 가지며, 이들 필름(94(1) 및 94(2))의 주변부에는 밀봉부(98)가 제공된다. 2매의 가요성의 필름(제1 필름(94(1)) 및 제2 필름(94(2)))을 주머니 형상으로 밀봉한 구조(밀봉부(98))는 접합에 의해 형성될 수 있지만, 구조는 다른 방법에 의해서도 형성될 수 있다. 예를 들어, 구조는 흡기구 및 액체 배출구 없이 제1 실시형태에서 설명된 스페이서 및 O 링을 사용하는 방법에 의해 형성될 수 있다. 제1 필름(94(1))과 제2 필름(94(2)) 사이에 밀봉된 필름간 공간(99)은, 동등하도록 제어되는 수용 공간(91 및 92)의 압력보다 낮은 압력(부압)으로 설정된다. 상술한 바와 같이, 제1 필름(94(1)) 및 제2 필름(94(2))은 접착, 용착 등에 의해 서로 연결될 수 있다. 그러나, 필름간 공간(99)의 내부를 저압으로 설정함으로써 제1 필름(94(1)) 및 제2 필름(94(2))을 적어도 부분적으로 서로 밀착시켜서 일체적으로 이동시킬 수 있는 경우에는, 이들 필름은 용착 등에 의해 서로 연결될 필요는 없고, 서로 접촉하고 있으면 된다. 한편, 필름간 공간(99)의 내부를 저압으로 설정함으로써, 제1 필름(94(1))과 제2 필름(94(2))이 서로 밀착되어 가요성 막(94)이 파손되었을 때에 압력 변화가 발생하지 않을 가능성이 있을 수 있다. 이에 대응하기 위해서, 제1 실시형태에 기재된 바와 같이, 이들 필름 중 적어도 하나를 볼록 또는 오목 형상으로 형성하고 및/또는 2매의 필름 사이에 스페이서를 끼워 이들 사이에 공간을 확보하는 것이 바람직하다. 이런 방식으로, 2매의 필름이 서로 밀착되는 것을 방지하고, 따라서 가요성 막(94)(필름)의 파손시에 압력 계측 유닛(97)에 의해 압력 변화를 즉시 계측할 수 있다.
가요성 막(94)의 두께는, 10 μm 이상 200 μm 이하인 것이 바람직하고, 50 μm 이하인 것이 더 바람직하다. 가요성 막(94)으로서는, 예를 들어 약품 내성이 높고, 금속 용출량이 적은 불소 수지(FPA 등) 필름 등을 사용하는 것이 바람직하다.
압력 계측 유닛(97)은, 필름간 공간(99)의 압력을 계측하고, 계측 데이터를 액체 토출 장치의 제어 유닛(57)에 보낸다. 제어 유닛(57)은, 압력 계측 데이터의 변화에 기초하여, 가요성 막(94)이 파손되었는지를 검지한다. 가요성 막(94)의 파손이 검지되었을 경우에는, 제어 유닛(57)은 적어도 임프린트 장치의 토출 헤드(55)로부터의 수지(90)의 토출을 정지시킨다. 임프린트 장치는, 가요성 막(94)의 파손을 검지했을 때에 임프린트 장치를 정지시키는 신호를 출력하는 제어 유닛을 포함한다.
압력 제어 유닛(56)은 작동액(93)의 탱크, 배관, 압력 센서, 펌프 및 밸브 등을 포함한다. 압력 제어 유닛(56)은 제2 수용 공간(92) 내의 작동액(93)의 압력을 제어한다. 제어 유닛(57)은, 압력 제어 유닛(56)으로부터 제2 수용 공간(92)으로의 작동액(93)의 공급을 제어함으로써, 가요성 막(94)에 의해 간접적으로 제1 수용 공간(91) 내의 수지(90)의 압력을 제어한다. 그 결과, 상기 실시형태와 마찬가지로, 토출 헤드(55)의 각 토출구 내에 적절한 메니스커스를 형성하기 위한 부압을 유지하도록, 제1 수용 공간(91)과 제2 수용 공간(92)의 내압이 균형을 이룬다. 이는 수지(90)의 양호한 토출을 가능하게 한다.
일련의 임프린트 동작에서의 토출 헤드(55)로부터의 수지(90)의 토출을 반복함으로써, 제1 수용 공간(91) 내의 수지(90)의 양이 감소한다. 이에 따라, 가요성 막(94)은 제1 수용 공간(91)의 용적을 감소시키고 제2 수용 공간(92)의 용적을 증가시키도록 이동한다. 이러한 가요성 막(94)의 이동에 의해, 압력 제어 유닛(56) 내에서의 작동액(93)의 탱크로부터 제2 수용 공간(92) 내에 작동액(93)이 보충된다. 임프린트 장치(50)에 사용되는 수지(90)는, 이물(미소 파티클) 및 금속 이온을 극미량까지 저감시킨 수지이며, 이 상태를 토출 헤드(55)로부터 토출될 때까지 유지할 필요가 있다. 본 실시형태의 임프린트 장치(50)는, 수지(90)의 토출의 반복에 의해 제1 수용 공간(91) 내의 수지(90)가 실질적으로 완전히 소비될 때까지의 전체 기간 동안, 수지(90)를 제1 수용 공간(91)의 외부로부터 격리된 상태로 저류한다. 따라서, 수지(90)는 압력 센서 등의 기기와 접촉하지 않는다. 이에 의해, 제1 수용 공간(91) 내에 수지(90)가 밀봉된 상태로부터 지속적으로 이물 및 금속 이온의 증가를 억제할 수 있다.
도 16은 가요성 막(94)을 포함하는 수용 용기의 단면도이다. 가요성 막(94)은, 수지(90)를 수용하는 제1 수용 공간(91)과 작동액(93)을 수용하는 제2 수용 공간(92)을 서로 분리한다. 제1 수용 공간(91) 측의 제1 필름(94(1))이 파손되는(제1 필름(94(1))에 구멍이 형성되는) 경우, 필름간 공간(99) 내의 압력은 제1 수용 공간(91) 내의 압력보다 낮게 설정되기 때문에, 제1 수용 공간(91) 내의 수지(90)는 제1 필름(94(1))의 파손 지점으로부터 필름간 공간(99) 내로 침입할 것이다. 이 상황에서, 필름간 공간(99) 내의 수지(90)는, 제2 필름(94(2))이 존재하기 때문에, 제2 수용 공간(92) 내의 작동액(93)에 혼입되지 않는다. 상술한 바와 같이, 제1 필름(94(1))이 파손되자마자, 필름간 공간(99) 내의 압력은 상승하고, 이 압력 변화는 압력 계측 유닛(97)에 의해 계측된다. 이 계측 데이터에 기초하여, 제어 유닛(57)은 가요성 막(94)의 파손을 검지하고, 임프린트 장치(50)의 동작을 정지시키는 명령을 발행한다. 마찬가지로, 제2 수용 공간(92) 측의 제2 필름(94(2))이 파손되는(제2 필름(94(2))에 구멍이 형성되는) 경우, 제2 수용 공간(92) 내의 작동액(93)이 필름간 공간(99) 내로 침입하고, 그 필름간 공간(99)의 결과적인 압력 변화에 기초하여 가요성 막(94)의 파손을 검지할 수 있다. 마찬가지로, 2매의 필름(94(1) 및 94(2))이 동시에 파손되는 경우, 필름간 공간(99) 내의 결과적인 압력 변화에 기초하여 가요성 막(94)의 파손을 검지할 수 있다.
한편, 도 17에 도시된 바와 같이, 필름간 공간(99) 내의 압력을 유지하기 위해서, 펌프 등을 포함하는 압력 제어 유닛(80)이 제공될 수 있다. 수용 용기(95)가 탑재되는 기간이 길어지는 경우, 필름간 공간(99) 내의 압력이 서서히 변화하고, 필름간 공간(99)과 수용 공간(91 및 92) 사이의 압력차가 작아질 가능성이 있다. 이 경우에는, 필름간 공간(99)의 내압을 조정할 수 있는 압력 제어 유닛(80)이 제공되는 경우, 필요에 따라 압력 제어 유닛(80)을 작동시킴으로써 필름간 공간(99)의 내압을 수용 공간(91 및 92)의 내압보다 낮은 미리결정된 압력으로 유지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태의 임프린트 장치는 가요성 필름의 파손을 즉시 검지할 수 있다. 이에 의해, 임프린트 장치에 의해 제조되는 물품(디바이스)의 수율을 향상시킬 수 있고, 또한 가요성 막의 파손에 의한 클리닝 등의 복구 시간을 단축하고 따라서 가동율을 향상시킬 수 있다.
(물품 제조 방법)
상술한 바와 같은 임프린트 기술은, 3차원 구조를 일괄해서 형성할 수 있기 때문에, 회절 광학 소자 및 바이오칩 타입 검사 소자의 제조 기술에 적용가능하다. 또한, 상술한 바와 같은 임프린트 기술은 나노미터 정도의 패턴을 형성할 수 있기 때문에, 차세대 반도체 리소그래피 기술 등의 광범위한 분야에 적용가능하다.
임프린트 장치를 사용해서 형성된 패턴은, 각종 물품의 적어도 일부에 영구적으로 또는 다양한 물품을 제조할 때 일시적으로 사용된다. 물품이란, 전기 회로 소자, 광학 소자, MEMS, 기록 소자, 센서, 몰드 등을 지칭한다. 전기 회로 소자는, DRAM, SRAM, 플래시 메모리 및 MRAM과 같은 휘발성 또는 비휘발성 반도체 메모리와, LSI 회로, CCD, 이미지 센서 및 FPGA 등과 같은 반도체 소자를 포함한다. 몰드는 임프린트용 몰드 등을 포함한다.
도 18은 구체적인 물품 제조 방법의 설명도이다.
우선은, 도 18의 (a) 부분에 도시되는 바와 같이, 절연재 등의 피가공재(W)가 표면에 형성된 실리콘 웨이퍼 등의 기판(59)을 준비한다. 피가공재(W)의 표면에 임프린트재로서의 수지(90)를 부여한다. 도 18의 (a) 부분은, 수지(90)가 피가공재(W)의 표면에 액적으로 부여된 상태를 나타낸다. 그 후, 도 18의 (b) 부분에 도시된 바와 같이, 임프린트용의 몰드(58)의 오목-볼록 패턴과 피가공재(W)의 표면을 서로 대향하도록 지향시킨다. 도 18의 (c) 부분에 도시된 바와 같이, 몰드(58)의 오목-볼록 패턴은 피가공재(W)의 표면 내로 압인된다. 수지(90)는 몰드(58)와 피가공재(W) 사이의 간극에 충전된다. 이 상태에서, 몰드(58)를 통해서 경화용의 에너지로서의 광(60)을 수지(90)에 조사하여 경화시킨다.
그 후, 도 18의 (d) 부분에 도시된 바와 같이, 몰드(58)를 이형시킴으로써, 기판(59) 위에 수지(90)의 패턴이 형성된다. 이 패턴의 볼록부는 몰드(58)의 오목부에 대응하고, 패턴의 오목부는 몰드의 볼록부에 대응한다. 이와 같이, 몰드(58)의 오목-볼록 패턴이 기판(59) 상에 전사된다. 그 후, 도 18의 (e) 부분에 도시되는 바와 같이, 기판(59) 상의 수지(90)의 패턴을 내에칭 마스크로서 사용해서 에칭을 행함으로써, 피가공재(W)의 표면에서, 수지(90)의 패턴이 없거나 또는 수지(90)의 얇은 층이 잔존하는 부분이 제거되어 홈(W1)이 된다. 그 후, 도 18의 (f) 부분에 도시된 바와 같이, 수지(90)의 패턴이 제거된다. 이에 의해, 피가공재(W)의 표면에 홈(W1)이 형성된 물품을 얻는다. 수지(90)의 패턴은 제거되지 않고, 예를 들어 반도체 소자 등에 포함되는 층간 절연막, 즉 물품의 구성 부재로서 이용될 수 있다.
<제7 실시형태>
도 19는 본 발명의 제7 실시형태를 설명하기 위한 도면이며, 액체 배출구(84)에는 배출관(48)이 연결되어 있다. 배출관(48)에는 액체 누출 센서(43) 및 배출 펌프(49)가 연결되어 있고, 배출관(48)의 하단부는 폐액 용기(70)에 연결되어 있다. 흡기구(83)에는 흡기관(85)이 연결되어 있다. 흡기관(85)에는 가압 펌프(86)가 연결되어 있고, 흡기관(85)의 단부는 대기로 개방된다. 상기 실시형태에서와 같이, 필름(1 및 2)은 용착 등에 의해 서로 부분적으로 연결되며, 필름(1 및 2)은 수용 공간(5 및 6)의 내압을 동등한 압력으로 유지하도록 일체적으로 이동한다. 또한, 배출 펌프(49)와 도시되지 않은 조리개 등이 필름간 공간(4)의 내부를 부압 상태로 유지하고, 필름(1 및 2)이 일체적으로 이동할 수 있도록 이들을 적어도 부분적으로 서로 밀착시킬 수 있는 경우에는, 필름(1 및 2)은 용착 등에 의해 서로 연결될 필요는 없다.
상술한 제5 실시형태에서는, 액체 배출구(84)에 제공되는 배출 펌프(49)는, 흡기구(83)로부터 필름간 공간(4)을 통해서 외기를 흡입한다. 이 경우, 필름(1) 및 필름(2)은 서로 밀착하여, 필름간 공간(4) 내로 누출된 누출액(작동액 또는 토출액)을 배출 펌프(49)가 배출하려고 해도, 그 누출액을 이동시켜 액체 누출 센서(43)에 도달시키기가 어려워질 가능성이 있다.
이를 해결하기 위해서, 본 발명의 제7 실시형태에서는, 흡기구(83)에 연결된 흡기관(85)에 가압 펌프(86)가 설치된다. 이 가압 펌프(86)를 사용하여 일시적으로 대기를 흡입 및 가압해서 필름간 공간(4) 내로 보냄으로써, 필름(1)과 필름(2)이 서로 밀착되는 것을 방지하여, 필름간 공간(4) 내로 누출된 누출액(작동액 또는 토출액)을 흐르기 쉽게 한다. 이런 방식으로, 필름간 공간(4) 내로 누출된 누출액은 배출관(48)을 통해서 흡입 및 배출될 수 있고, 더 빠르게 액체 누출 센서(43)에 도달하여 확실하게 검지될 수 있다.
또한, 흡기구(83)로부터 필름간 공간(4)을 통해서 외기가 흡입되는 경우, 수용 공간(5 및 6)의 내압은 부압이 된다. 따라서, 필름이 부분적으로 서로 밀착하는 정도로 외기를 필름간 공간(4) 내로 흐르게 하도록, 필름간 공간(4) 내의 압력을 대기압보다 약간 낮은 부압으로 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 외기를 흡입하는 타이밍은, 토출재 토출 장치가 액적을 토출할 때가 아니고 토출재 토출 장치가 액적을 토출하지 않을 때인 것이 바람직하다. 이런 방식으로, 필름간 공간(4) 내의 압력 변화가 액적의 토출량 및 토출 속도 등의 토출 성능에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제5 실시형태에서, 상술한 바와 같이 필름(1)과 필름(2)이 서로 밀착되어 누출액을 이동시키는 것이 곤란한 경우에는, 이동을 용이하게 하기 위한 다른 방법은 도 5b에 도시된 바와 같이, 필름(1)과 필름(2) 사이의 다수의 결합부로서 볼록부(72)를 제공하는 것이다. 볼록부의 형상은 한정되지 않는다. 예를 들어, 선형 볼록부 또는 오목부가 유로를 형성하기 위해 제공될 수 있다. 또한, 볼록 형상으로 성형된 필름 전체에 걸쳐 이들 볼록부(72)를 제공하는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이 볼록부를 형성하여 필름(1)과 필름(2)이 서로 밀착되지 않는 영역을 형성함으로써, 필름간 공간(4) 내에 누출된 누출액(작동액 또는 토출액)의 흐름이 용이해진다. 이런 방식으로, 필름간 공간(4) 내에 누출된 누출액을, 배출관(48)을 통해서 흡입 및 배출하고, 더 빠르게 액체 누출 센서(43)에 도달시켜서 확실하게 검지할 수 있다. 또한, 도 19의 가압 펌프(86)에 의한 가압 동작을 추가함으로써, 누출액(작동액 또는 토출액)의 흐름을 더 용이하게 하고 더 빠르게 누출액을 검지할 수 있다. 한편, 필름의 성형용의 몰드에 볼록부 또는 오목부를 제공함으로써, 필름(1)과 필름(2)의 성형 시에 이들 필름 자체에 볼록부 및 오목부를 제공할 수 있다.
<제8 실시형태>
이제, 도 20 및 도 21을 참조하여 본 발명의 제8 실시형태를 설명한다. 제8 실시형태는, 제1 실시형태에서의 액체 누출 센서(42) 및 유속 센서(77)를 사용하지 않고, 제1 실시형태에서의 액면 센서(41)에 의해 필름 파손을 검지하는 구성이다. 본 실시형태의 기본적인 구성은 제1 실시형태와 마찬가지이다. 따라서, 아래에서는 특징적인 구성만을 설명한다.
제1 실시형태와 마찬가지로, 높이 차(ΔH)의 값을 41 mm ± 4 mm로 설정함으로써, 토출재를 포함하는 제1 수용 공간(5)의 내압을 외기압보다 0.40 ± 0.04 kPa만큼 낮은 값으로 제어한다. 이 제어에서, 서브 탱크(26) 내의 작동액(35)의 액면은, 토출구(15)가 개구되는 토출면의 위치로부터, 연직 방향을 따른 도 19 중의 Z 방향에서 -37 mm 내지 -45 mm의 범위 내의 위치에 있으면 된다. 따라서, 액면 조정을 위해서는, 토출구(15)로부터, Z 방향에서 -37 mm 위치 및 -45 mm 위치에 상한 센서 및 하한 센서를 배치하고, 액면이 항상 2개의 센서 사이에 유지되도록 액면 위치를 조정하면 된다. 상한 센서 및 하한 센서는, 액면이 설정된 상한 레벨에 도달했을 때 및 액면이 설정된 하한 레벨에 도달했을 때를 검지하는 레벨 센서이다.
한편, 필름 파손 시의 서브 탱크(26) 내의 액면의 상승을 검지하기 위해서는, 액면의 변화를 검지할 수 있는 변위 센서가 필요하다. 이 때문에, 본 실시형태의 액면 센서(41)는, 토출구(15)로부터, Z 방향에서 -25 mm 내지 -55 mm의 범위 내에서 액면 위치의 변화를 검지할 수 있는 변위 센서로서 구성된다. 이와 같이 구성된 액면 센서(41)는, 액면을 조정하기 위한 상한 센서 및 하한 센서의 기능과 필름 파손을 검지하기 위한 액면 변위 센서의 기능 양쪽 모두를 갖는다.
높이 차(ΔH)를 산출할 때, 액면 센서(41)에 의해 계측된 액면 높이로부터, 제어 장치(도 2의 CPU(202))는, 2종류의 값, 즉 액면 위치의 변화량과 주어진 시간 간격마다의 액면 위치의 변화율(이하, "액면 변화 속도"라고도 칭함)을 산출한다. 서브 탱크(26) 내의 작동액(35)의 액면은, 예를 들어 지진 등의 진동에 의해 급격하게 변화하는 것으로 검지되는 경우가 있다. 그러나, 지진에 의해 액면이 변화하면, 액면 변화 속도는 정의 값과 음의 값 사이에서 전환되는 것으로 검지된다. 대조적으로, 먼저 설명한 필름 파손에 의해 서브 탱크(26) 내의 작동액의 액면이 상승하면, 액면 변화 속도는 정방향으로만 검지된다. 따라서, 제어 장치는, 액면 변화 속도가 어떻게 변화하는지에 기초하여, 지진 등의 진동에 의한 액면 변화와 필름 파손에 의한 액면 변화를 상이한 변화로서 인지할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 높이 차(ΔH)의 값을 소정의 범위 내로 유지하기 위해서 작동액(35)이 메인 탱크(34)로부터 서브 탱크(26)에 공급된다. 이러한 공급 동작에서는, 먼저 설명한 바와 같이 송액량은 기지이며, 액면 변화 속도 또한 제어 장치에 의해 산출된다. 작동액(35)이 송액되는 동안 필름 파손이 발생하는 경우에는, 액면 변화 속도는 기지의 값보다 높은 것으로 검지될 것이다. 이는 비정상적인 상태를 인지할 수 있게 한다.
상기 구성에 의하면, 높이 차(ΔH)가 보정될 때, 보충을 위해 메인 탱크(34)로부터 서브 탱크(26)에 공급된 작동액의 양의 적산값을 산출하는 것도 가능하다. 구체적으로는, 보충을 위해 공급된 작동액의 양의 적산값은 제1 수용 공간(5) 내의 토출재의 저하량과 동등하다. 따라서, 토출된 토출재의 총량과 제1 수용 공간(5)에 남아있는 토출재의 잔량을 동시에 파악하는 것이 가능하다. 이러한 기능에 의해, 수용 용기(13)의 사용 기간과 잔액량 사이의 관계를 파악하고, 기대되는 잔여 수명을 산출하는 것이 가능하다.
도 21a 및 도 21b는 본 실시형태에서의 제1 및 제2 필름(1 및 2)의 설명도이다. 이들 2매의 필름은 도 21a에 도시되는 바와 같이 겹쳐서 배치된다. 이어서, 도 21b에 나타내는 용착 라인(71)에 레이저 가공기로부터 레이저광이 조사되어 피조사 부분을 서로 열 용착시킨다. 이에 의해, 2매의 필름이 부분적으로 서로 연결된 적층체가 얻어진다. 용착 라인(71)의 부분은 결합부(3)이다. 용착 라인(71)의 형태 및 수 등의 사양은 본 발명의 요지에 직접 영향을 미치지 않으므로, 여기에서는 그에 대한 상세한 설명을 생략한다. 2매의 필름의 사이의 공간은 통기구(18)에 의해 외기(대기)와 연통하도록 설계된다.
<제9 실시형태>
이제, 도면을 참조하여 본 발명의 제9 실시형태를 설명한다. 제9 실시형태는, 필름 파손에 의해 서브 탱크(26)로 압출되는 작동액을 제8 실시형태와는 상이한 수단을 사용하여 검지하는 구성이다. 본 실시형태의 기본적인 구성은 제8 실시형태와 마찬가지이다. 따라서, 아래에서는 특징적인 구성만을 설명한다.
도 22는 본 발명의 제9 실시형태를 나타낸다. 도 22에서, 제2 수용 공간(6)과 서브 탱크(26)의 내부를 서로 연통시키는 관(24)에 유속 센서(77)가 설치된다. 제1 필름(1) 및 제2 필름(2)이 파손되는 경우, 작동액(35)이 제2 수용 공간(6)으로부터 서브 탱크(26)를 향해 압출된다. 이렇게 압출된 작동액은 관(24)을 통해 이동하기 때문에, 유속 센서(77)에 의해 그 유속을 검지할 수 있다.
한편, 토출구(15)로부터 토출재가 토출되었을 경우는, 토출분만큼, 서브 탱크(26)로부터 제2 수용 공간(6)을 향해 작동액이 흡입된다(공급된다). 이렇게 흡입된 작동액은 관(24)을 통해서 이동하기 때문에, 유속 센서(77)에 의해 그 유속을 검지할 수 있지만, 흐름의 방향은 필름 파손의 발행시의 흐름의 방향과는 반대이다. 따라서, 토출재의 토출에 의한 작동액의 흐름과 필름 파손에 의한 작동액의 흐름은 유속의 값의 플러스/마이너스 부호가 서로 반대이므로, 서로 명확하게 구별될 수 있다.
또한, 높이 차(ΔH)의 값을 미리결정된 범위 내로 유지하기 위해서 메인 탱크(34)로부터 서브 탱크(26)의 작동액(35)을 보충하는 경우에는, 송액은 관(33)을 통해서 행해지고, 관(24)은 이에 관여하지 않는다. 따라서, 유속 센서(77)는 유속을 검지하지 않는다.
따라서, 본 실시형태의 구성에 의하면, 유속 센서(77)에 의한 유속 검지에 기초하여 필름 파손의 발생을 검지할 수 있다. 유속 센서(77) 대신에 유량 센서를 사용해도 마찬가지의 유리한 효과를 달성할 수 있다는 것에 유의한다. 구체적으로는, 유량 센서에 의해, 제2 수용 공간(6)으로부터 서브 탱크(26)를 향해 이동하는 작동액(35)의 유량을 검지함으로써 필름 파손의 발생을 검지할 수 있다.
본 실시형태에서도, 제1 필름(1) 또는 제2 필름(2)이 파손된 경우에도, 토출재와 작동액은 서로 분리되어 있으므로 서로 접촉하지 않을 것이다. 이에 의해, 접촉에 의한 토출재의 열화를 방지할 수 있다.
또한, 필름 파손이 발생하면, 제1 수용 공간(5)의 내압은 외기압과 동등해질 때까지 상승할 수 있다. 이는, 각 토출구(15) 내의 토출재가 메니스커스(17)를 형성하는 상태를 유지할 수 없고, 의도하지 않은 타이밍에 토출구(15)로부터 적하할 가능성을 초래한다. 그러나, 본 실시형태에서의 토출 장치는, 제1 수용 공간(5)의 내압이 상승으로 전환되는 시점에서 비정상을 검지할 수 있고, 그 검지에 기초하여 비정상 경보를 발행할 수 있다. 이에 의해, 토출재가 적하하기 전에 적하 방지를 실현할 수 있다.
<제10 실시형태>
이제, 도면을 참조하여 본 발명의 제10 실시형태를 설명한다. 제10 실시형태는 필름 파손을 내압의 변화로부터 직접적으로 검지하는 구성이다. 본 실시형태의 기본적인 구성은 제8 실시형태와 마찬가지이다. 따라서, 아래에서는 특징적인 구성만을 설명한다.
도 23은 본 발명의 제10 실시형태를 나타낸다. 도 23에서는, 제1 수용 공간(5) 및 제2 수용 공간(6)의 내압을 각각 감시하는 내압 감시용의 압력 센서(75 및 76)가 설치되어 있다. 제1 필름(1) 또는 제2 필름(2)이 파손되면, 기포가 필름간 공간(4)으로부터 파손 지점을 통해서 제1 수용 공간(5) 또는 제2 수용 공간(6)으로 들어간다. 상술한 바와 같이, 기포의 내압은 대기압이며, 제1 수용 공간(5) 및 제2 수용 공간(6)의 내압은 대기압보다 낮은 부압이므로, 기포가 들어간 수용 공간의 내압이 상승한다. 따라서, 내압 감시용의 압력 센서(75 또는 76)에 의한 내압 상승의 검지에 기초하여, 필름 파손의 발생을 검지할 수 있다.
본 실시형태의 구성에 의하면, 내압 상승을 직접적으로 검지할 수 있다. 이에 의해, 비정상의 발생 후에 비정상을 빠르게 검지할 수 있고, 그 검지에 기초하여 비정상 경보를 발행할 수 있다. 그러므로, 토출재가 적하하기 전에 적하 방지를 실현할 수 있다.
본 실시형태에서도, 제1 필름(1) 또는 제2 필름(2)이 파손된 경우에도, 토출재와 작동액은 서로 분리되어 있으므로 서로 접촉하지 않을 것이다. 이에 의해, 접촉에 의한 토출재의 열화를 방지할 수 있다.
본 실시형태에서는, 각 수용 공간에 대하여 1개의 압력 센서, 따라서 총 2개의 압력 센서가 제공된다. 그러나, 압력 센서를 수용 공간 중 어느 하나에 제공하는 것에 의해서도 마찬가지의 유리한 효과를 얻을 수 있다.
<제11 실시형태>
이제, 도면을 참조하여 본 발명의 제11 실시형태를 설명한다. 제11 실시형태는 필름 파손의 발생을 검지하는 다수의 수단을 포함하는 구성이다. 본 실시형태의 기본적인 구성은 제8 실시형태와 마찬가지이다. 따라서, 아래에서는 특징적인 구성만을 설명한다.
도 24는 본 발명의 제11 실시형태를 나타낸다. 도 24에서, 서브 탱크(26)의 내부의 천장면은, 토출 헤드(14)의 토출구(15) 보다도 낮은 위치에 배치된다. 또한, 도 24에서, 서브 탱크(26)의 내부는 흡기구로서도 기능하는 관(25)을 통해서 외기와 연통한다. 관(25)의 출구에는 만수위 센서(28)가 배치된다. 구체적으로는, 만수위 센서(28)는 작동액에 반응하는 누출 센서이다. 만수위 센서(28)의 예는, 광학식 센서 및 통전-단락 검지식 센서 등의 센서를 포함한다. 또한, 제1 필름(1)과 제2 필름(2) 사이의 통기구(18) 중 하나의 하방에는 누출 센서(42)가 배치된다. 누출 센서(42)는 작동액 및/또는 토출재에 반응하는 센서이다. 누출 센서(42)의 예는, 광학식 센서 및 통전-단락 검지식 센서 등의 센서를 포함한다.
이 구성에서, 필름 파손의 발생시, 기포가 대응하는 수용 공간 내로 흡입되어, 부압으로 조정되어 있었던 제2 수용 공간(6)의 내압이 상승하기 시작하고, 작동액(35)이 제2 수용 공간(6)으로부터 서브 탱크(26)로 유입된다. 서브 탱크(26)의 내부의 천장면은 토출 헤드(14)의 토출구(15)보다 높이가 낮으므로, 제2 수용 공간(6)의 내압이 대기압과 동등한 압력에 도달하기 전에 서브 탱크(26)는 만수된다. 그후, 작동액(35)은 관(25)을 통해서 서브 탱크(26)의 내부로부터 외부로 넘친다. 넘치는 작동액(35)은 만수위 센서(28)에 의해 검지된다.
또한, 필름 파손이 발생하고 기포가 대응하는 수용 공간 내로 흡입됨에 따라, 토출재 또는 작동액은 수용 공간으로부터 필름간 공간(4)으로 이동(누출)한다. 그후 이 토출재 또는 작동액은 중력에 의해 적하한다. 적하하는 토출재 또는 작동액은 누출 센서(42)에 의해 검지된다.
이상의 구성에 의하면, 필름 파손이 발생하면, 대응하는 수용 공간의 내압이 대기압과 동등해지기 전에, 서브 탱크(26)가 만수되는 때를 검지할 수 있다. 예를 들어, 액면 센서(41)가 고장나서 액면 높이의 변화를 검지하지 않아 필름 파손을 검지하지 못하는 경우에도, 만수위 센서(28)에 의해 작동액(35)의 누출을 검지함으로써 또는 누출 센서(42)에 의해 토출재 또는 작동액의 누출을 검지함으로써 여전히 필름 파손을 검지할 수 있다.
상기와 같이, 본 실시형태에서는, 다수의 검지부를 사용한 중복 검지 기능이 필름 파손의 검지 실패를 방지한다. 본 실시형태는 3개의 검지부, 즉 액면 센서(41), 만수위 센서(28), 및 누출 센서(42)를 사용하지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다는 것에 유의한다. 구체적으로는, 본 발명에서는, 필름 파손의 발생을 검지하는 1개의 검지부 또는 검지 기능이 있을 수 있고, 필름 파손의 발생의 검지 실패를 방지하는 효과를 향상시키기 위해서 2개 이상의 검지부 또는 검지 기능이 사용될 수 있다.
본 실시형태에서도, 제1 필름(1) 또는 제2 필름(2)이 파손된 경우에도, 토출재와 작동액은 서로 분리되어 있으므로 서로 접촉하지 않을 것이다. 이에 의해, 접촉에 의한 토출재의 열화를 방지할 수 있다.
필름에 파손이 발생하면, 제1 수용 공간(5)의 내압은 외기압과 동등해질 때까지 상승할 수 있다. 이는, 각 토출구(15) 내의 토출재가 메니스커스(17)를 형성하는 상태를 유지할 수 없고, 의도하지 않은 타이밍에 토출구(15)로부터 적하할 가능성을 초래한다. 그러나, 본 실시형태에서는, 토출 헤드의 내압이 대기압에 도달하기 전에 비정상을 검지할 수 있고, 그 검지에 기초하여 비정상 경보를 발행할 수 있다. 그러므로, 토출재가 적하하기 전에 적하 방지를 실현할 수 있다.
<제12 실시형태>
이제, 도면을 참조하여 본 발명의 제12 실시형태를 설명한다. 제12 실시형태는 필름간 공간이 밀봉된 공간인 구성이다. 본 실시형태의 기본적인 구성은 제8 실시형태와 마찬가지이다. 따라서, 아래에서는 특징적인 구성만을 설명한다.
도 25는 본 발명의 제12 실시형태를 나타낸다. 제12 실시형태에서는, 필름간 공간(4)이 밀봉된 공간으로서 형성되며, 밀봉된 공간으로 유입하는 기체의 흐름을 계측하는 계측 유닛이 더 제공된다. 구체적으로는, 도 25에 나타내는 제12 실시형태에서, 제1 필름(1) 및 제2 필름(2)은, 그들 사이에 결합부(3) 및 필름간 공간(4)을 끼우고 일단부에 개구부를 갖도록, 주머니 형상으로 폐쇄되어 있다. 이 개구부에는 가스 탱크(37)의 연결구가, 그들 사이에서 공기가 누출되지 않도록 기밀하게 연결된다. 이 연결부는, 필름간 공간(4)의 외부인 가스 탱크(37)의 내부로부터 필름간 공간(4)의 내부를 향해 이동하는 공기의 흡입구가 된다. 이 연결부(흡입구)를 통과하는 공기의 유량을 계측하기 위해서 유량 센서(78)가 배치된다.
가스 탱크(37)의 본체는 수용 용기(13)의 외부에 위치되고, 가스 탱크(37)의 본체의 내부 공간(고인 공기)은 필름간 공간(4)과 연통한다. 가스 탱크(37)로서는, 본 실시형태에서의 사용 조건(압력 조건)하에서 내압의 변화에 의해 변형되지 않는 강도를 갖는 탱크가 사용된다.
상술한 바와 같이, 제1 필름(1) 또는 제2 필름(2)이 파손되면, 필름간 공간(4)의 공기는 필름의 파손 지점을 통과하고, 기포(74)의 형태로 제1 수용 공간 또는 제2 수용 공간으로 흡입된다. 또한, 이는 수용 공간 내의 압력을 상승시키고, 따라서 작동액(35)을 제2 수용 공간(6)으로부터 서브 탱크(26)를 향해 압출한다. 동시에, 수용 공간으로 흡입된 기포(74)의 체적분의 공기를 공급하기 위해, 필름간 공간(4)의 외부의 공기, 구체적으로는 가스 탱크(37)의 내부 공간의 공기가 필름간 공간(4) 내로 흡입된다. 결과적으로, 공기의 흐름이 형성된다.
유량 센서(78)는, 가스 탱크(37)의 내부 공간으로부터 필름간 공간(4)을 향해 이동하는 상당한 유량의 공기의 흐름을 검지한다. 따라서, 필름 파손의 발생을 검지할 수 있다.
한편, 유량 센서(78) 대신 유속 센서를 사용해도 동일한 유리한 효과를 달성할 수 있다. 구체적으로는, 유속 센서를 사용하여 가스 탱크(37)의 내부 공간으로부터 필름간 공간(4)을 향해 이동하는 상당한 유속의 공기의 흐름을 검지함으로써, 필름 파손의 발생을 검지할 수 있다. 유속 센서에 의한 검지 정밀도를 향상시키기 위해서, 유속 센서의 흡입구를 좁게 하여 유속을 증가시키는 것이 바람직하다.
본 실시형태에서도, 제1 필름(1) 또는 제2 필름(2)이 파손된 경우에도, 토출재와 작동액은 서로 분리되어 있으므로 서로 접촉하지 않을 것이다. 이에 의해, 접촉에 의한 토출재의 열화를 방지할 수 있다.
필름에 파손이 발생하면, 제1 수용 공간(5)의 내압은 외기압과 동등해질 때까지 상승할 수 있다. 이는, 각 토출구(15) 내의 토출재가 메니스커스(17)를 형성하는 상태를 유지할 수 없고, 의도하지 않은 타이밍에 토출구(15)로부터 적하할 가능성을 초래한다. 그러나, 본 실시형태의 토출 장치는, 필름 파손의 발생시, 필름 파손에 기인하는 필름간 공간(4)의 외부로부터 내부로의 공기의 이동에 기초하여 비정상의 발생 후에 비정상을 빠르게 검지할 수 있고, 그 검지 기초하여 비정상 경보를 발행할 수 있다. 그러므로, 토출재가 적하하기 전에 적하 방지를 실현할 수 있다.
필름간 공간(4)이 밀봉된 공간인 구성은, 필름 파손의 발생시에 필름간 공간(4)으로부터 수용 공간으로 유입하는 공기의 체적을 한정하고, 따라서 수용 공간의 내압의 증가를 감소시킨다. 따라서, 적은 기체 유입량으로, 필름 파손을 검지할 수 있으며, 토출구로부터의 토출재의 적하를 방지할 수 있다.
<제13 실시형태>
이제, 도면을 참조하여 본 발명의 제13 실시형태를 설명한다. 제13 실시형태는, 서브 탱크(26)의 내압을 다수의 압력 사이에서 조정할 수 있는 압력 조정 기구가 제공된 구성이다. 본 실시형태의 기본적인 구성은 제8 실시형태와 마찬가지이다. 따라서, 아래에서는 특징적인 구성만을 설명한다.
도 26은 본 발명의 제13 실시형태를 나타낸다. 관(25)은 서브 탱크(26)에 연결된다. 관(25)의 선단은 대기로 개방되고 3방향 밸브(46)가 관(25)의 중간 부분에 연결됨으로써, 서브 탱크(26)의 내부를 대기와 연통시킨다. 압력 조정 관(45)은 3방향 밸브(46)와 연통하도록 3방향 밸브(46)에 연결된다. 압력 조정 관(45)에는 레귤레이터(47) 및 펌프(48)가 연결된다.
토출구로부터 토출재를 토출하는 토출 동작을 행할 때에, 3방향 밸브(46)의 개방/폐쇄는 서브 탱크(26)를 대기와 연통시키고 압력 조정 관(45)과는 연통시키지 않도록 제어된다.
서브 탱크(26)의 내압을 대기압보다 낮은 압력(부압)으로 설정하기 위해서는, 레귤레이터(47)를 미리결정된 압력으로 설정한 상태에서 펌프(48)를 동작시키고, 서브 탱크(26)와 압력 조정 관(45)을 서로 연통시키도록 3방향 밸브(46)의 개방/폐쇄를 제어한다. 이런 방식으로, 서브 탱크(26)의 내압은 부압이 되도록 제어될 수 있다.
레귤레이터(47)를 제어함으로써, 서브 탱크(26)의 내압을 다수의 압력 사이에서 제어할 수 있다. 예를 들어, 서브 탱크(26)의 내압은, 레귤레이터(47)에 의해, 토출 동작에 적합한 압력(제1 압력)보다 낮고, 각 토출구(15)에서의 토출재의 메니스커스를 파괴하지 않는 압력(제2 압력)이 되도록 제어될 수 있다. 토출 동작에 적합한 압력(제1 압력)은, 즉, 토출 동작을 행할 때의 토출 헤드의 정상 내압으로서 적합한 압력이다. 또한, 제1 압력보다 낮고, 각각의 토출구(15)에서의 토출재의 메니스커스를 파괴하지 않는 압력은, 토출재가 토출구에 메니스커스를 형성하고, 메니스커스가 형성되는 위치가 토출구 내인 압력이다.
각 토출구(15)에서의 토출재의 메니스커스를 파괴하지 않는 압력은, 토출구의 직경, 토출재의 표면 장력 등의 요인에 따라 다르지만, 예를 들어 외기압보다 0.40 kPa만큼 낮은 값일 수 있다.
토출재의 토출량 및 토출재의 비산 속도의 변화를 방지하기 위해서, 상기 서브 탱크(26)의 내압 제어는, 토출 동작이 행해지지 않는 비토출 동작 중에 행해지는 것이 바람직하다.
서브 탱크(26)의 내압을 변화시키면, 제1 수용 공간(5) 및 제2 수용 공간(6)의 내압도 변화하여, 제1 수용 공간(5)과 연통하는 토출구(15)로부터 토출재가 누출 또는 적하할 가능성 있다. 이러한 가능성을 고려하면, 서브 탱크(26)의 내압을 전환하는 제어는, 토출재가 토출 헤드(14)로부터 토출되는 토출 위치(예를 들어, 도 3에 도시하는 메니스커스 형성 위치)에 위치되어 있지 않은 상태에서 행해지는 것이 바람직하다.
또한, 토출재의 누출 및 적하에 의해 발생할 수 있는 피해를 감소시키기 위해서, 서브 탱크(26)의 내압을 전환하는 제어는, 토출 헤드(14)가 이동하지 않고 있을 때, 토출재 수용 용기의 교환 중 및 토출 헤드(14)의 메인터넌스 중에 행해지는 것이 바람직하다.
본 실시형태에서는, 서브 탱크(26)의 내부를 폐쇄된 공간으로 하고 서브 탱크(26)의 내압을 대기압보다 낮게 설정함으로써, 필름 파손에 의해 제2 수용 공간(6)으로부터 서브 탱크(26)를 향해 흐르는 작동액(35)의 유속을 증가시킬 수 있다. 이에 의해, 서브 탱크(26) 내의 액면의 상승을 빠르게 검지할 수 있고 필름 파손의 발생을 빠르게 검지할 수 있다.
본 실시형태에서도, 제1 필름(1) 또는 제2 필름(2)이 파손된 경우에도, 토출재와 작동액은 서로 분리되어 있으므로 서로 접촉하지 않을 것이다. 이에 의해, 접촉에 의한 토출재의 열화를 방지할 수 있다.
<제14 실시형태>
도 27은 본 발명의 제14 실시형태를 나타낸다. 제14 실시형태는, 제9 실시형태의 변형예이며, 제9 실시형태의 구성에, 제13 실시형태에서 설명한, 서브 탱크(26)의 내압을 조정하는 압력 조정 기구가 더 제공된 구성이다. 본 실시형태의 기본적인 구성은 제9 및 제13 실시형태와 마찬가지이기 때문에, 그에 대한 설명을 생략한다.
본 실시형태에서는, 서브 탱크(26)의 내부를 폐쇄된 공간으로 하고 서브 탱크(26)의 내압을 대기압보다 낮게 설정함으로써, 필름 파손에 의해 제2 수용 공간(6)으로부터 관(24)을 통해서 서브 탱크(26)를 향해 흐르는 작동액(35)의 유속을 증가시킬 수 있다. 이에 의해, 유속 센서(77)에 의해 유속을 빠르고 정확하게 검지하는 것이 용이해지고, 따라서 필름 파손의 발생의 빠르고 용이한 검지가 가능해진다.
본 실시형태에서도, 제1 필름(1) 또는 제2 필름(2)이 파손된 경우에도, 토출재와 작동액은 서로 분리되어 있으므로 서로 접촉하지 않을 것이다. 이에 의해, 접촉에 의한 토출재의 열화를 방지할 수 있다.
<제15 실시형태>
도 28은 본 발명의 제15 실시형태를 나타낸다. 제15 실시형태는 제12 실시형태의 변형예이며, 제12 실시형태의 구성에, 제13 실시형태에서 설명한, 서브 탱크(26)의 내압을 조정하는 압력 조정 기구가 더 제공된 구성이다. 본 실시형태의 기본적인 구성은 제12 및 제13 실시형태와 마찬가지이기 때문에, 그에 대한 설명을 생략한다.
본 실시형태에서는, 서브 탱크(26)의 내부는 폐쇄된 공간이 되고, 서브 탱크(26)의 내압은 대기압보다 낮게(부압으로) 설정된다. 내압을 낮게 제어(부압의 절대값을 크게 제어)함으로써, 필름 파손의 발생 시에, 제2 수용 공간(6)으로부터 서브 탱크(26)를 행해 이동하는 유체의 흐름을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 필름간 공간(4)으로부터 제2 수용 공간(6)으로 유입하는 공기의 흐름이 증가되고, 또한 가스 탱크(37)의 내부 공간으로부터 연결부(흡입구)를 통해서 필름간 공간(4)으로 유입하는 공기의 흐름을 증가시킬 수 있다. 그 결과, 유량 센서(78)에 의한 유량 검지가 용이해지고, 검지 정밀도가 향상된다. 따라서, 필름 파손을 더 확실하게 검지할 수 있다. 유량 센서(78) 대신에 유속 센서(77)를 사용해서 유속을 검지해도 마찬가지의 유리한 효과가 달성될 수 있다.
본 실시형태에서도, 제1 필름(1) 또는 제2 필름(2)이 파손된 경우에도, 토출재와 작동액은 서로 분리되어 있으므로 서로 접촉하지 않을 것이다. 이에 의해, 접촉에 의한 토출재의 열화를 방지할 수 있다.
<제16 실시형태>
도 29는 본 발명의 제16 실시형태를 설명하는 도면이다. 배출관(48)이 액체 배출구(84)에 연결되고, 액체 누출 센서(43), 유속계(유속 검지부)(102), 압력 계측 게이지(103), 및 배출 펌프(49)가 배출관(48)에 연결된다. 상기 실시형태에서와 같이, 필름(1 및 2)은 용착 등에 의해 서로 부분적으로 연결되며, 필름(1 및 2)은 수용 공간(5 및 6)의 내압을 동등한 압력으로 유지하도록 일체적으로 이동한다. 또한, 배출 펌프(49)와 도시되지 않은 조리개 등이 필름간 공간(4)의 내부를 수용 공간(5 및 6)의 내압보다 낮은 압력으로 유지하고, 필름(1 및 2)이 일체적으로 이동할 수 있도록 이들을 적어도 부분적으로 서로 밀착시킬 수 있는 경우에는, 필름(1 및 2)은 용착 등에 의해 서로 연결될 필요는 없다.
도 29에 도시된 바와 같이, 도 30에 도시된 메쉬형의 얇은 수지(메쉬형의 얇은 필름 수지)(101)가 필름(1 및 2) 사이에 끼워진다. 상술한 바와 같이, 필름간 공간(4)의 내부가 부압 상태로 유지되는 상태에서도, 필름(1 및 2)은 서로 밀착되는 것이 방지될 수 있다. 이에 의해 필름(1 및/또는 2)의 파손시에 액체 누출을 검지하는 것이 더 용이해진다. 한편, 필름(1 및 2)은 필름(1 및 2) 사이에 끼워진 메쉬형의 얇은 수지(101)에 의해 서로 용착될 수 있다.
메쉬형의 얇은 수지(101)의 재료는 필름(1 및 2)의 재료와 마찬가지로 토출재 및 작동액에 대하여 내성이 있는 재료이면 된다. 예를 들어, 테트라플루오로에틸렌-퍼-플루오로알킬 비닐 에테르 코폴리머(PFA), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌 (ETFE), 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등의 테프론(Teflon)(등록 상표) 기반 플루오로 수지가 이용가능하다. 또한, 예는 폴리에틸렌(PE), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리비닐 알코올(PVAL), 폴리비닐리덴 클로라이드(PVDC), 및 나일론과 같은 폴리아미드 합성 수지를 포함한다.
도 29의 수용 용기(13)에서, 필름간 공간(4)은 액체 배출구(84)를 제외하고는 수용 용기(13)의 외부와 연통하는 어떠한 개구도 갖지 않는다. 대신에, 필름간 공간(4)이 액체 배출구(84) 이외에 수용 용기(13)의 외부와 연통하는 다른 개구를 갖는 경우에는, 다른 개구는 밸브에 의해 폐쇄된다. 따라서, 필름이 파손되지 않은 상태에서는, 배출관(48) 내에 기체(유체)가 흐르지 않고, 따라서 유속계(102)의 계측값은 0이다. 한편, 필름 파손이 발생하는 경우, 배출관(48) 내에는 기체 및 누출액(유체)의 흐름이 있을 것이다. 그 후, 유속계(102)에 의해 그 유속을 검지함으로써, 필름 파손을 검지할 수 있다. 또한, 유속계(102)의 계측값으로부터, 필름에 형성된 구멍의 직경을 추정할 수 있다.
상기 제7 실시형태의 폐액 용기(70)는 도 29의 배출관(48)의 하단부에 연결되지 않는다는 것에 유의한다. 그러나, 제7 실시형태에서와 같이, 폐액 용기(70)는 배출관(48)의 하단부에 연결될 수 있다.
<제17 실시형태>
도 31은 본 발명의 제17 실시형태를 설명하는 도면이다. 제17 실시형태는 컬러 센서(104) 및 미스트 수집기(106)가 배출관(48)에 연결되는 점에서 상기 제16 실시형태와는 상이하다. 기체에서 사용되도록 설계된 유속계(102)로 액체가 흐르는 경우, 계측 오차를 유발하고 유속계(102)를 파손시킬 가능성이 있다. 미스트 수집기(106)를 배출관(48)의 중간 부분에 배치함으로써, 기체에서 사용되도록 설계된 유속계(102)로 액체가 흐르는 것을 방지할 수 있다. 미스트 수집기(106)에는 내부의 액면을 검지하기 위한 액면 센서(105)가 제공되므로, 미스트 수집기(106) 내부의 액체가 만수가 되기 전에 배출 펌프가 정지될 수 있다. 본 실시형태의 액면 센서(105)는, 미스트 수집기(106)의 내부가 만수되기 전에 높은 액면을 검지하는 센서 유닛(105a) 및 미스트 수집기(106)의 내부가 거의 비워질 때 낮은 액면을 검지하는 센서 유닛(105b)을 포함한다. 액면 센서(105)는 적어도 미스트 수집기(106)의 내부가 만수되기 전에 액면을 검지할 수 있으면 된다. 또한, 컬러 센서(104)로 착색 토출액 또는 착색 작동액을 검지함으로써, 토출액 측의 필름 또는 작동액 측의 필름 중 어느 필름이 파손되었는지를 식별할 수 있다. 토출액과 작동액을 상이한 색으로 하고 액체 배출구(84)로부터 배출된 누출액의 색을 컬러 센서(104)에 의해 검지함으로써, 파손된 필름을 식별할 수 있다.
<제18 실시형태>
도 32는 본 발명의 제18 실시형태를 설명하는 도면이다. 도 11의 상기 제4 실시형태에서와 같이, 주머니를 형성하는 2층의 필름(1 및 2)이 수용 용기(13)에 배치되고, 주머니의 외부는 토출액을 위한 제1 수용 공간(5)으로서 형성되는 한편, 주머니의 내부는 작동액을 위한 제2 수용 공간(6)으로서 형성된다. 제16 실시형태에서와 같이, 액체 누출 센서(43), 유속계(102), 압력 계측 게이지(103), 및 배출 펌프(49)가 배출관(48)에 연결된다. 대안적으로, 제17 실시형태에서와 같이, 컬러 센서(104) 및 미스트 수집기(106)가 추가로 연결될 수 있다. 본 실시형태에서도, 제16 및 제17 실시형태에서와 같이 유속계(102)에 의해 필름 파손이 검지될 수 있다.
< 다른 실시형태>
본 발명의 실시형태에서는, 제1 수용 공간 및 제2 수용 공간 중 적어도 하나와 필름간 공간 사이의 연통에 기인하는 필름간 공간의 상태 변화로서, 필름간 공간으로의 토출재 및 작동액 중 적어도 하나의 누출 및 필름간 공간의 내압의 변화를 검지한다. 필름간 공간의 상태 변화는, 상술한 바와 같은 토출재 및 작동액 중 적어도 하나의 누출 및 내압의 변화만으로 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 필름간 공간 내의 기체의 성분의 변화, 필름간 공간의 온도의 변화, 필름간 공간의 습도의 변화 등일 수 있다. 요는, 가요성 막을 구성하는 제1 필름 및 제2 필름 중 적어도 하나의 파손 등에 의해, 제1 수용 공간 및 제2 수용 공간 중 적어도 하나와 필름간 공간이 서로 연통하는 경우에 발생하는 필름간 공간의 상태 변화를 검지할 수 있으면 된다.
또한, 필름간 공간의 다수의 상태 변화를 검지할 수 있다. 이러한 필름간 공간의 상태 변화의 검지는, 도 1 등에 도시된 바와 같은 액면 센서(41)와 유속 센서(77) 등을 사용한 검지와 조합되어 실시될 수 있거나 또는 단독으로 실시될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이들 실시형태로 한정되지 않는다. 본 발명의 요지 내에서 다양한 변형 및 변화가 이루어질 수 있다. 실시형태에서 설명된 구성요소의 일부 또는 전체를 조합한 것도 본 발명의 실시형태의 범위 내에 포함된다.
또한, 실시형태에서 액면 센서, 유속 센서, 및 유량 센서 등의 다양한 검지부를 나타냈다. 이들 검지부는, 필름 파손에 기인하는, 필름간 공간으로부터 제1 수용 공간 또는 제2 수용 공간으로의 기체의 유입과, 제1 수용 공간 또는 제2 수용 공간으로부터 필름간 공간으로의 액체의 누출 중 적어도 하나에 기인하는 압력 변화의 발생을 검지하기 위한 수단으로서 사용된다. 이들 검지부는 단독으로 또는 원하는 바에 따라 조합하여 사용할 수 있다. 이들을 조합해서 사용함으로써 필름 파손의 검지 실패를 방지하는 효과가 향상된다.
또한, 제8 실시형태에서의 액면 센서를, 상한 및 하한 센서로서의 기능과 변위 센서로서의 기능의 양쪽 모두를 갖는 변위 센서로서 설명하였다. 그러나, 다른 검지부와 함께 액면 센서를 사용하는 경우에는, 이러한 다른 검지부를 필름 파손 검지를 위해서 사용할 수 있으며, 한편 액면 센서를 단순히 상한 및 하한을 검지하는 상한 및 하한 센서로서 액면 조정의 목적으로만 사용할 수 있다.
상기 실시형태에서, 가요성 부재는 2매의 필름, 즉 제1 필름 및 제2 필름을 층 구성으로 포함하는 부재로서 설명하였다. 그러나, 본 발명에서, 격벽으로서 기능하는 필름의 수는 2매 이상이면 되고 2매로 한정되는 것은 아니다. 3매 이상의 필름을 갖는 구성도, 인접 필름이 결합부(3)에 의해 부분적으로 연결되고, 그 접합면에 비고정 영역을 가지며, 또한 이들이 함께 이동하도록 허용하는 관계를 유지하는 한, 2매의 필름을 갖는 구성과 동일한 유리한 효과를 달성할 수 있다.
지금까지 설명한 예에서는, 제1 필름(1) 또는 제2 필름(2)의 파손시에, 제1 수용 공간(5) 또는 제2 수용 공간(6) 내의 압력이 변화하고, 이 압력 변화가 검지된다. 그러나, 본 발명은 이들 예로 한정되지 않는다는 것에 유의한다. 본 발명은, 제1 수용 공간(5) 또는 제2 수용 공간(6)의 제1 필름(1) 또는 제2 필름(2) 이외의 지점이 파손되고, 파손 지점으로부터 수용 공간으로 기체가 유입하거나 수용 공간으로부터 액체가 누출하는 경우에도, 마찬가지의 유리한 효과를 발현할 수 있다. 예를 들어, 도 1에서의 하우징(11) 또는 하우징(12)의 일부가 파손되는 경우에도, 제1 수용 공간(5) 및 제2 수용 공간(6)은 외부의 공간에 대하여 마찬가지로 부압이다. 따라서, 외기가 파손 지점으로부터 제1 수용 공간(5) 또는 제2 수용 공간(6)으로 흡입되고, 제2 수용 공간(6) 내의 작동액을 관(24)을 통해서 서브 탱크(26)를 향해 압출한다. 결과적으로, 서브 탱크(26) 내의 액면이 변화한다. 따라서, 파손이 검지될 수 있다.
본 발명을 예시적인 실시형태를 참고하여 설명하였지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시형태로 한정되지 않음을 이해해야 한다. 이하의 청구항의 범위는 이러한 모든 변형과 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.
본 출원은 전문이 본원에 참조로 통합되는 2017년 11월 30일에 출원된 일본 특허 출원 제2017-230766호, 제2017-230287호, 2018년 7월 20일에 출원된 제2018-136707호, 및 2018년 10월 22일에 출원된 제2018-198690호의 이익을 주장한다.
1 제1 필름
2 제2 필름
4 필름간 공간
5 제1 수용 공간
6 제2 수용 공간
14 토출 헤드
42 누출 센서
84 액체 배출구

Claims (20)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 토출재 토출 장치이며,
    토출재를 토출하도록 구성되는 토출 헤드;
    가요성 막에 의해, 상기 토출 헤드에 공급될 상기 토출재를 수용하는 제1 수용 공간 및 작동액을 수용하는 제2 수용 공간으로 분리되도록 구성되는 수용 용기; 및
    상기 제2 수용 공간의 내압을 제어하도록 구성되는 제1 압력 제어부를 포함하고,
    상기 가요성 막은, 상기 제1 수용 공간을 덮는 제1 필름, 상기 제2 수용 공간을 덮는 제2 필름, 및 상기 제1 필름과 상기 제2 필름 사이에 위치되는 필름간 공간을 포함하며,
    상기 토출재 토출 장치는, 상기 제1 수용 공간 및 상기 제2 수용 공간 중 적어도 하나와 상기 필름간 공간 사이의 연통에 기인하는 상기 필름간 공간의 상태 변화를 검지하도록 구성되는 검지부를 더 포함하고,
    상기 상태 변화는, 상기 필름간 공간으로의 상기 토출재 및 상기 작동액 중 적어도 하나의 누출액으로서의 누출이며,
    상기 검지부는 상기 누출액을 검지하고,
    상기 필름간 공간의 상기 누출액을 외부로 배출하도록 구성되는 액체 배출구를 더 포함하는, 토출재 토출 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 필름간 공간의 상기 누출액을 흡입하고 상기 누출액을 상기 액체 배출구로부터 배출하도록 구성되는 배출 펌프를 더 포함하는, 토출재 토출 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 검지부는, 상기 검지부가 상기 액체 배출구로부터 배출되는 상기 누출액과 접촉하는 위치에 제공되는, 토출재 토출 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 액체 배출구로부터 배출되는 상기 누출액을 수용하도록 구성되는 누출액 수용 유닛을 더 포함하는, 토출재 토출 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 검지부는, 상기 검지부가 상기 누출액 수용 유닛에 수용된 상기 누출액과 접촉하는 위치에 제공되는, 토출재 토출 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 검지부는, 상기 누출액 수용 유닛에 수용된 상기 누출액의 액면을 검지하는, 토출재 토출 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 토출재 토출 장치이며,
    토출재를 토출하도록 구성되는 토출 헤드;
    가요성 막에 의해, 상기 토출 헤드에 공급될 상기 토출재를 수용하는 제1 수용 공간 및 작동액을 수용하는 제2 수용 공간으로 분리되도록 구성되는 수용 용기; 및
    상기 제2 수용 공간의 내압을 제어하도록 구성되는 제1 압력 제어부를 포함하고,
    상기 가요성 막은, 상기 제1 수용 공간을 덮는 제1 필름, 상기 제2 수용 공간을 덮는 제2 필름, 및 상기 제1 필름과 상기 제2 필름 사이에 위치되는 필름간 공간을 포함하며,
    상기 토출재 토출 장치는, 상기 제1 수용 공간 및 상기 제2 수용 공간 중 적어도 하나와 상기 필름간 공간 사이의 연통에 기인하는 상기 필름간 공간의 상태 변화를 검지하도록 구성되는 검지부를 더 포함하고,
    상기 상태 변화는 상기 필름간 공간의 내압의 변화이며,
    상기 검지부는 상기 내압의 변화를 검지하고,
    상기 필름간 공간의 내압을 상기 제1 수용 공간의 내압 및 상기 제2 수용 공간의 내압보다 낮은 압력으로 조정할 수 있는 제2 압력 제어부를 더 포함하는, 토출재 토출 장치.
  13. 제3항에 있어서,
    상기 제1 필름 및 상기 제2 필름 중 적어도 하나는 오목부 또는 볼록부를 포함하는, 토출재 토출 장치.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제3항에 있어서,
    상기 검지부는 상기 액체 배출구로부터의 상기 누출액의 유속을 검지하는 유속 검지부인, 토출재 토출 장치.
  20. 기판에 부여된 임프린트재에 몰드의 패턴을 전사함으로써 상기 기판을 가공하는 임프린트 장치이며,
    상기 임프린트재를 상기 기판에 부여하기 위해서, 상기 임프린트재를 토출재로서 토출하는 제3항에 따른 토출재 토출 장치를 포함하는, 임프린트 장치.
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