(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024121598
(43)【公開日】2024-09-06
(54)【発明の名称】塗布針および塗布装置
(51)【国際特許分類】
B05C 1/02 20060101AFI20240830BHJP
【ＦＩ】
B05C1/02 101
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023028781
(22)【出願日】2023-02-27
(71)【出願人】
【識別番号】000102692
【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100087941
【弁理士】
【氏名又は名称】杉本 修司
(74)【代理人】
【識別番号】100112829
【弁理士】
【氏名又は名称】堤 健郎
(74)【代理人】
【識別番号】100155963
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 大輔
(74)【代理人】
【識別番号】100150566
【弁理士】
【氏名又は名称】谷口 洋樹
(74)【代理人】
【識別番号】100154771
【弁理士】
【氏名又は名称】中田 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100142608
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 由佳
(74)【代理人】
【識別番号】100213470
【弁理士】
【氏名又は名称】中尾 真二
(72)【発明者】
【氏名】尾関 佑斗
(72)【発明者】
【氏名】大庭 博明
【テーマコード（参考）】
4F040
【Ｆターム（参考）】
4F040AA02
4F040AC01
4F040BA04
4F040CA01
4F040CA02
4F040CA03
4F040CA09
4F040CA13
(57)【要約】
【課題】塗布量を一定化すると共にタクトタイムの短縮を図ることができる塗布針および塗布装置を提供する。
【解決手段】塗布針２４は、対象材の表面に塗布材料を塗布する塗布針である。塗布針２４の先端部２４ａは、側面部分３１と、この側面部分３１の長手方向先端縁に繋がる先端部分３２とを含み、先端部分３２を除く側面部分３１に、撥水性または撥油性を有する皮膜３３が設けられている。側面部分３１は、円筒部３１ａと、この円筒部３１ａの先端縁に繋がるテーパ部３１ｂとを有し、このテーパ部３１ｂは、先端側に向かうに従って小径となるテーパ形状に形成されている。先端部分３２は、この塗布針２４の長手方向に直交する平坦面３２ａに形成されている。
【選択図】図６
【解決手段】塗布針２４は、対象材の表面に塗布材料を塗布する塗布針である。塗布針２４の先端部２４ａは、側面部分３１と、この側面部分３１の長手方向先端縁に繋がる先端部分３２とを含み、先端部分３２を除く側面部分３１に、撥水性または撥油性を有する皮膜３３が設けられている。側面部分３１は、円筒部３１ａと、この円筒部３１ａの先端縁に繋がるテーパ部３１ｂとを有し、このテーパ部３１ｂは、先端側に向かうに従って小径となるテーパ形状に形成されている。先端部分３２は、この塗布針２４の長手方向に直交する平坦面３２ａに形成されている。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
対象材の表面に塗布材料を塗布する塗布針であって、
この塗布針の先端部は、側面部分と、この側面部分の長手方向先端縁に繋がる先端部分とを含み、前記先端部分を除く前記側面部分に、撥水性または撥油性を有する皮膜が設けられている塗布針。
この塗布針の先端部は、側面部分と、この側面部分の長手方向先端縁に繋がる先端部分とを含み、前記先端部分を除く前記側面部分に、撥水性または撥油性を有する皮膜が設けられている塗布針。
【請求項2】
請求項１に記載の塗布針において、前記側面部分は、円筒部と、この円筒部の先端縁に繋がるテーパ部とを有し、このテーパ部は、先端側に向かうに従って小径となるテーパ形状に形成されている塗布針。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載の塗布針において、前記先端部分は、外径側縁部から中心部に向かうに従って凹む凹み面に形成されている塗布針。
【請求項4】
請求項１または請求項２に記載の塗布針において、前記先端部分は、この塗布針の長手方向に直交する平坦面に形成されている塗布針。
【請求項5】
請求項１または請求項２に記載の塗布針と、この塗布針を前記対象材の表面に対し垂直な方向に駆動するための駆動源と、前記塗布材料を貯留し前記塗布針を前記塗布材料内に浸漬させる塗布材料容器と、前記塗布針、前記駆動源および前記塗布材料容器を支持する架台と、を含む塗布機構を備えた塗布装置。
【請求項6】
請求項５に記載の塗布装置において、前記対象材に対し前記塗布機構を直交３軸方向に相対移動する直動ユニットを備えた塗布装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、塗布量を一定化して安定性、再現性の高い塗布針および塗布装置を実現する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、RFID（Radio Frequency Identification）タグなどの微細な回路を印刷（塗布）方式で描画して形成するプリンテッドエレクトロニクス技術が急速に発展してきている。微細な回路のパターンおよび電極パターンを形成する方式としては、インクジェット方式、ディスペンサ方式等が一般的であるが、塗布針を用いた方式も、広範囲の粘度の材料を用いて微細な塗布が可能な点で注目されている。
【0003】
塗布針を用いて液体材料の微細な塗布を行なう方法については、例えば、特許文献１に開示されている塗布ユニットを用いる方法が提案されている。このような塗布ユニットは、微細パターンの欠陥を修正することを目的とするもので、広範囲な粘度の塗布材料を用いて微細な塗布を行なうことが可能である。塗布動作の際、塗布材料を保持する材料容器の底部に形成された貫通孔から、1本の塗布針を突出させる。塗布針は、先端に付着している塗布材料を対象物に接触させて塗布を行なう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第４８０２０２７号公報
【特許文献2】特開２００８－１１９６４１号公報
【特許文献3】特開２００８－１５５１８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
前記塗布装置では、基板への材料転写量を一定化させるために、塗布針先端に付着した材料を基板に接触させ、先端に付着した材料のみを転写する場合がある。
材料を転写する対象物の表面に傾斜または凹凸がある場合、塗布針先端と対象物との距離が一定しない。このため、塗布針先端に付着した材料と対象物との接触時間がばらつき、転写量が安定しない。
材料を転写する対象物の表面に傾斜または凹凸がある場合、塗布針先端と対象物との距離が一定しない。このため、塗布針先端に付着した材料と対象物との接触時間がばらつき、転写量が安定しない。
【0006】
この解決策として、例えば、対象物との距離を測定し、この距離に基づいて塗布針先端の位置を補正してから、塗布する方法が考えられる。この方法では、塗布針先端の位置を検出するために高精度な変位センサ等の搭載が必要となり装置のコストがアップすること、塗布する場所の高さをあらかじめ測定しなければならずタクトタイムが長くなる等の問題がある。
【0007】
上記問題点の解決策として、塗布針表面に撥水または撥油の性質を有する皮膜を設ける技術（特許文献２，３）が提案されている。
特許文献２では、図１０Ａに示すように、塗布針３４の先端部における側面に、撥水撥油性を有する被膜３５が帯状に形成されている。かかる被膜３５を設けることにより、図１０Ｂのように、修正剤３６は先端平坦面３７から被膜３５に至る領域にのみ付着する。
特許文献２では、図１０Ａに示すように、塗布針３４の先端部における側面に、撥水撥油性を有する被膜３５が帯状に形成されている。かかる被膜３５を設けることにより、図１０Ｂのように、修正剤３６は先端平坦面３７から被膜３５に至る領域にのみ付着する。
【0008】
図１１のように、特許文献３の塗布針３８は、ピン先端部全体を覆うように、撥水性を有する樹脂素材を含む撥水加工層３９が形成されている。撥水加工層３９が形成された部分においては、強撥水性が得られるため、インクの乾燥固着を防ぐことが可能となる。また、塗布針３８表面におけるインクの流動性が高くなり、基板などの塗布対象物へのインク転写の際、一定量のインクの流し込みという機能が高められる。
【0009】
特許文献２，３ともに、先端平坦面のみに付着した材料を転写することが難しい場合がある。このため、特許文献２，３では、例えば、段落０００６に記載の方法で塗布針先端の位置を補正してから、塗布針先端に付着した材料のみを対象物に接触させて転写する方法がある。しかしながら、この方法では、対象物との教理を測定するための高精度なセンサが必要でありコストが掛かること、対象物との距離を測定する必要があるためタクトタイムを増加させるという問題がある。
【0010】
本発明の目的は、塗布量を一定化すると共にタクトタイムの短縮を図ることができる塗布針および塗布装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明の塗布針は、対象材の表面に塗布材料を塗布する塗布針であって、
この塗布針の先端部は、側面部分と、この側面部分の長手方向先端縁に繋がる先端部分とを含み、前記先端部分を除く前記側面部分に、撥水性または撥油性を有する皮膜が設けられている。
この塗布針の先端部は、側面部分と、この側面部分の長手方向先端縁に繋がる先端部分とを含み、前記先端部分を除く前記側面部分に、撥水性または撥油性を有する皮膜が設けられている。
【0012】
この構成によると、塗布針の先端部のうち、先端部分を除く側面部分に、撥水性または撥油性を有する皮膜が設けられている。このため塗布針の先端部において、側面部分には、撥水性または撥油性を有する皮膜により塗布材料が付着せず、先端部分のみに塗布材料を付着することができる。したがって、塗布針の先端部分を対象材の表面に近接させ、先端部分のみに付着した塗布材料を対象材の表面に転写することができる。よって、塗布量を一定化すると共に、前述の先行技術よりもタクトタイムの短縮を図ることができる。
【0013】
前記側面部分は、円筒部と、この円筒部の先端縁に繋がるテーパ部とを有し、このテーパ部は、先端側に向かうに従って小径となるテーパ形状に形成されてもよい。このテーパ部により先端部分の直径を所望の寸法にすることが可能となる。これにより塗布量の一定化をさらに図ることができる。
【0014】
前記先端部分は、外径側縁部から中心部に向かうに従って凹む凹み面に形成されてもよい。この場合、凹み面に塗布材料を保持するため、先端部分が平坦面に形成される塗布針よりも、塗布材料を多く保持することができる。したがって、塗布針から一度に転写させる塗布量を多くし前述の先行技術よりもタクトタイムの短縮をさらに図ることができる。
【0015】
前記先端部分は、この塗布針の長手方向に直交する平坦面に形成されてもよい。この場合、例えば、塗布針の先端部全体に皮膜を形成した後、先端部分に付着した皮膜のみを平坦に除去することで、容易に平坦面を形成し得る。先端部分を平坦面に形成することで、先端部分の直径を所望の寸法により確実に定めることができる。
【0016】
本発明の塗布装置は、塗布針と、この塗布針を前記対象材の表面に対し垂直な方向に駆動するための駆動源と、前記塗布材料を貯留し前記塗布針を前記塗布材料内に浸漬させる塗布材料容器と、前記塗布針、前記駆動源および前記塗布材料容器を支持する架台と、を含む塗布機構を備えている。この場合、広範囲の粘度の塗布材料を用いて微細なパターンを対象材の表面に形成することができる。
【0017】
前記対象材に対し前記塗布機構を直交３軸方向に相対移動する直動ユニットを備えてもよい。この場合、対象材に対し塗布機構を直動ユニットにより直交３軸方向に相対移動させ、塗布材料の転写を連続的に行うことが可能となる。これにより作業効率の向上を図れる。
【発明の効果】
【0018】
本発明の塗布針は、塗布針の先端部のうち、先端部分を除く側面部分に、撥水性または撥油性を有する皮膜が設けられている。このため、塗布量を一定化すると共にタクトタイムの短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の第１の実施形態に係る塗布装置の斜視図である。
【図2A】同塗布装置の塗布機構の正面を拡大して示す拡大正面図である。
【図2B】同塗布機構の側面を拡大して示す拡大側面図である。
【図3A】同塗布機構のカム等を部分的に拡大して示す部分拡大図である。
【図3B】同カムのカム面を含むフランジ部を側面から見た展開図である。
【図4A】同塗布機構の塗布針ホルダの斜視図である。
【図4B】同塗布針ホルダの分解斜視図である。
【図5A】同塗布機構の要部の断面図である。
【図5B】同塗布機構の塗布針をＺ軸方向に移動させた状態の断面図である。
【図6】同塗布針の先端部の縦断面図である。
【図7A】同塗布針の先端部に付着した塗布材料の転写メカニズムを示す図である。
【図7B】同塗布針の先端部分が基板に接触するように下降させたときの塗布材料の状態を示す図である。
【図8】同塗布針の下降速度と溶液付着状態との関係を示す図である。
【図9A】本発明の第２の実施形態に係る塗布針の先端部の縦断面図である。
【図9B】本発明の第３の実施形態に係る塗布針の先端部の縦断面図である。
【図9C】本発明の第４の実施形態に係る塗布針の先端部の縦断面図である。
【図9D】本発明の第５の実施形態に係る塗布針の先端部の縦断面図である。
【図9E】本発明の第６の実施形態に係る塗布針の先端部の縦断面図である。
【図10A】従来例における塗布針の先端部の縦断面図である。
【図10B】同塗布針に修正剤が付着した状態を示す縦断面図である。
【図11】他の従来例における塗布針の先端部の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
［第１の実施形態］
本発明の実施形態に係る塗布装置を図１ないし図８と共に説明する。
＜塗布装置の全体構成＞
図１のように、塗布装置は、処理室ＰＲと、直動ユニットＤＵと、塗布機構４と、観察光学系６と、観察光学系６に接続されたＣＣＤカメラ７と、制御部ＣＵとを備える。処理室ＰＲの内部に、対象材である基板５が支持され、基板５に対し塗布機構４等を用いた処理が行われる。
制御部ＣＵは、塗布機構４の駆動源を制御すると共に、基板５に対する塗布機構４の相対位置を制御する。また制御部ＣＵは観察光学系６を制御する。観察光学系６は、基板５の塗布位置を観察するためのものである。ＣＣＤカメラ７は、観察光学系６で観察した画像を電気信号に変換する。基板５は、例えば、柔軟性を有する樹脂から成る薄板状である。
本発明の実施形態に係る塗布装置を図１ないし図８と共に説明する。
＜塗布装置の全体構成＞
図１のように、塗布装置は、処理室ＰＲと、直動ユニットＤＵと、塗布機構４と、観察光学系６と、観察光学系６に接続されたＣＣＤカメラ７と、制御部ＣＵとを備える。処理室ＰＲの内部に、対象材である基板５が支持され、基板５に対し塗布機構４等を用いた処理が行われる。
制御部ＣＵは、塗布機構４の駆動源を制御すると共に、基板５に対する塗布機構４の相対位置を制御する。また制御部ＣＵは観察光学系６を制御する。観察光学系６は、基板５の塗布位置を観察するためのものである。ＣＣＤカメラ７は、観察光学系６で観察した画像を電気信号に変換する。基板５は、例えば、柔軟性を有する樹脂から成る薄板状である。
【0021】
＜直動ユニット＞
処理室ＰＲの内部には、直動ユニットＤＵが設置されている。直動ユニットＤＵは、基板５に対し塗布機構４を直交３軸方向に相対移動するいわゆるＸＹＺステージである。直動ユニットＤＵは、移動駆動用のアクチュエータであるＸ，ＹおよびＺ軸用の直動アクチュエータ１１，１２，１３を有する。各直動アクチュエータ１１，１２，１３は制御部ＣＵにより制御される。処理室ＰＲの底部上に、装置本体の奥行き方向であるＹ軸用の直動アクチュエータ１２が設置されている。
処理室ＰＲの内部には、直動ユニットＤＵが設置されている。直動ユニットＤＵは、基板５に対し塗布機構４を直交３軸方向に相対移動するいわゆるＸＹＺステージである。直動ユニットＤＵは、移動駆動用のアクチュエータであるＸ，ＹおよびＺ軸用の直動アクチュエータ１１，１２，１３を有する。各直動アクチュエータ１１，１２，１３は制御部ＣＵにより制御される。処理室ＰＲの底部上に、装置本体の奥行き方向であるＹ軸用の直動アクチュエータ１２が設置されている。
【0022】
Ｙ軸用の直動アクチュエータ１２は、処理室ＰＲの底部上においてＹ軸方向に沿って延びるガイド部１２ａと、ガイド部１２ａに沿って摺動するＹ軸テーブル２と、駆動部材であるモータ１２ｂと、モータ１２ｂの回転を直線往復動作に変換するボールねじ等の変換機構１２ｃとを有する。Ｙ軸テーブル２の上部には、基板５が支持される。モータ１２ｂにより変換機構１２ｃを動作させることにより、Ｙ軸テーブル２がガイド部１２ａに沿ってＹ軸方向に移動可能になっている。
【0023】
Ｘ軸用の直動アクチュエータ１１は、装置本体の左右方向であるＸ軸方向に沿って延びるガイド部１１ａと、ガイド部１１ａに沿って摺動するＸ軸テーブル１と、駆動部材であるモータ１１ｂと、モータ１１ｂの回転を直線往復動作に変換するボールねじ等の変換機構１１ｃとを有する。処理室ＰＲの底部上に門型の構造体１４が設置され、構造体１４は、Ｙ軸テーブル２をＸ軸方向に跨ぐように架設されている。構造体１４の上部に、前記ガイド部１１ａが設置されている。モータ１１ｂにより変換機構１１ｃを動作させることにより、Ｘ軸テーブル１がガイド部１１ａに沿ってＸ軸方向に移動可能になっている。
【0024】
Ｚ軸用の直動アクチュエータ１３は、Ｘ軸およびＹ軸方向にそれぞれ直交するＺ軸方向（この例では上下方向）に進退する。Ｚ軸用の直動アクチュエータ１３は、Ｘ軸テーブル１に支持される。Ｚ軸用の直動アクチュエータ１３は、Ｚ軸方向に沿って延びるガイド部１３ａと、ガイド部１３ａに沿って摺動するＺ軸テーブル３と、駆動部材であるモータ１３ｂと、モータ１３ｂの回転を直線往復動作に変換するボールねじ等の変換機構１３ｃとを有する。Ｘ軸テーブル１に連結された立板状の連結部１５に、前記ガイド部１３ａが設置されている。モータ１３ｂにより変換機構１３ｃを動作させることにより、出力部となるＺ軸テーブル３がガイド部１３ａに沿ってＺ軸方向に移動可能になっている。Ｚ軸テーブル３には、塗布機構４および観察光学系６が支持されている。
【0025】
＜塗布機構＞
図２Ａの塗布機構４は、塗布針２４をＺ軸方向に駆動するための駆動源であるサーボモータ４１、塗布針２４、駆動力変換機構部１６および架台１７を含む。図１のＺ軸テーブル３に、図２Ａの架台１７を介してサーボモータ４１が支持されている。サーボモータ４１は、基板５の表面に対し垂直な方向に駆動するための駆動源である。サーボモータ４１はＺ軸方向に延び且つＺ軸心回りに回転する図示外の回転軸を有する。架台１７に、サーボモータ４１、駆動力変換機構部１６および塗布針２４が支持される。塗布機構４は、市場において独立して取引可能である。
図２Ａの塗布機構４は、塗布針２４をＺ軸方向に駆動するための駆動源であるサーボモータ４１、塗布針２４、駆動力変換機構部１６および架台１７を含む。図１のＺ軸テーブル３に、図２Ａの架台１７を介してサーボモータ４１が支持されている。サーボモータ４１は、基板５の表面に対し垂直な方向に駆動するための駆動源である。サーボモータ４１はＺ軸方向に延び且つＺ軸心回りに回転する図示外の回転軸を有する。架台１７に、サーボモータ４１、駆動力変換機構部１６および塗布針２４が支持される。塗布機構４は、市場において独立して取引可能である。
【0026】
＜駆動力変換機構部＞
駆動力変換機構部１６は、サーボモータ４１の回転駆動力を、基板５の表面に対し垂直な方向であるＺ軸方向の力に変換する機構部である。駆動力変換機構部１６は、カム４３、軸受４４、カム連結板４５、可動部４６、塗布針ホルダ固定部４７、塗布針ホルダ収納部４８、塗布針ホルダ２０および塗布材料容器２１を有する。サーボモータ４１の前記回転軸にはカム４３が連結され、カム４３は前記回転軸を中心に回転可能である。カム４３は、中心部４３ａと、フランジ部４３ｂとを含む。
駆動力変換機構部１６は、サーボモータ４１の回転駆動力を、基板５の表面に対し垂直な方向であるＺ軸方向の力に変換する機構部である。駆動力変換機構部１６は、カム４３、軸受４４、カム連結板４５、可動部４６、塗布針ホルダ固定部４７、塗布針ホルダ収納部４８、塗布針ホルダ２０および塗布材料容器２１を有する。サーボモータ４１の前記回転軸にはカム４３が連結され、カム４３は前記回転軸を中心に回転可能である。カム４３は、中心部４３ａと、フランジ部４３ｂとを含む。
【0027】
中心部４３ａは、前記回転軸の先端部に同軸に連結された中空円筒状の部材である。中心部４３ａにおけるＺ軸方向下端部に、フランジ部４３ｂが設けられている。図３Ａのように、フランジ部４３ｂの上面はカム面６１となっている。カム面６１は、中心部４３ａの外周に沿って円環状に形成され、フランジ部４３ｂの底面からの距離が変動するようにスロープ状に形成されている。具体的には、図３Ｂのように、カム面６１は、上端フラット領域６２と、下端フラット領域６３と、スロープ部Ｓｐとを含む。
【0028】
カム面６１のうち上端フラット領域６２は、フランジ部４３ｂ（図３Ａ）の底面からの距離が最も大きい領域である。下端フラット領域６３は、円周方向に間隔を隔てて設けられ、フランジ部４３ｂ（図３Ａ）の底面からの距離が最も小さい領域である。スロープ部Ｓｐは、上端フラット領域６２と下端フラット領域６３との間を接続するスロープ状である。図２Ｂのように、カム４３のカム面６１に、軸受４４の外輪外周面が接する。
【0029】
架台１７には、Ｚ軸方向に延びるリニアガイド４９が設置されている。リニアガイド４９に、可動部４６、塗布針ホルダ固定部４７および塗布針ホルダ収納部４８がＺ軸方向に移動可能に支持されている。可動部４６に、Ｚ軸方向に延びるカム連結板４５の基端部が固定されている。図２Ａのように、カム連結板４５の先端部には、軸受４４がＸ軸方向の回転軸心回りに回転自在に支持されている。
【0030】
可動部４６には、塗布針ホルダ固定部４７および塗布針ホルダ収納部４８が連結されている。塗布針ホルダ収納部４８に、塗布針ホルダ２０の大部分が収納されている。塗布針２４は、塗布針ホルダ２０の下面において同塗布針ホルダ２０からＺ軸方向に突出するように配置されている。塗布針２４は、基板５の表面に対し垂直な方向つまりＺ軸方向に移動可能である。
【0031】
図２Ｂのように、可動部４６に第１の固定ピン５２が設けられ、架台１７に第２の固定ピン５１が設けられている。第１，第２の固定ピン５２，５１間に、引張りコイルばねから成るバネ５０が設けられている。可動部４６は、バネ５０によりＺ軸方向下方に向けた引張り力を受けた状態になっている。バネ５０による引張り力は、可動部４６およびカム連結板４５を介して軸受４４に作用する。したがって、軸受４４は、バネ５０の引張り力によって、カム４３のカム面６１に押圧された状態を維持する。
【0032】
架台１７のＺ軸方向下端部には、塗布材料容器２１が支持されている。塗布針ホルダ２０に対しＺ軸方向下方に所定間隔を隔てて塗布材料容器２１が配置され、塗布針２４は、塗布材料容器２１に挿入された状態で保持されている。
図５Ａのように、塗布材料容器２１は、塗布材料７０を貯留し塗布針２４を塗布材料７０内に浸漬させる。図５Ｂのように、塗布材料容器２１の底部には、塗布材料７０に浸漬された塗布針２４の先端部２４ａが突出可能な貫通孔２１ａが設けられている。制御部ＣＵ（図１）は、塗布材料容器２１の貫通孔２１ａから塗布針２４の先端部２４ａを突出させるように、図２Ａのサーボモータ４１を制御する。塗布針２４は、基板５の表面に対し垂直な方向であるＺ軸方向に移動可能である。よって、塗布針２４は基板５の表面に塗布材料７０を塗布し得る。
図５Ａのように、塗布材料容器２１は、塗布材料７０を貯留し塗布針２４を塗布材料７０内に浸漬させる。図５Ｂのように、塗布材料容器２１の底部には、塗布材料７０に浸漬された塗布針２４の先端部２４ａが突出可能な貫通孔２１ａが設けられている。制御部ＣＵ（図１）は、塗布材料容器２１の貫通孔２１ａから塗布針２４の先端部２４ａを突出させるように、図２Ａのサーボモータ４１を制御する。塗布針２４は、基板５の表面に対し垂直な方向であるＺ軸方向に移動可能である。よって、塗布針２４は基板５の表面に塗布材料７０を塗布し得る。
【0033】
＜塗布針ホルダについて＞
図４Ａのように、塗布針ホルダ２０は、ホルダベース２２と、塗布針２４の基端部２４ｂを支持する塗布針固定板２５と、ホルダ蓋２３とを有する。図４Ｂのように、ホルダベース２２の内部には凹部２２ａが形成され、凹部２２ａに略直方体形状の塗布針固定板２５が支持される。塗布針固定板２５のＺ軸方向下端部に、塗布針２４の基端部２４ｂが接着等により固定されている。ホルダベース２２の凹部２２ａには、塗布針固定板２５の移動方向を規定するリニアガイド２６が設けられている。塗布針固定板２５は、リニアガイド２６に接触した状態でホルダベース２２に対しＺ軸方向に移動自在に保持されている。
図４Ａのように、塗布針ホルダ２０は、ホルダベース２２と、塗布針２４の基端部２４ｂを支持する塗布針固定板２５と、ホルダ蓋２３とを有する。図４Ｂのように、ホルダベース２２の内部には凹部２２ａが形成され、凹部２２ａに略直方体形状の塗布針固定板２５が支持される。塗布針固定板２５のＺ軸方向下端部に、塗布針２４の基端部２４ｂが接着等により固定されている。ホルダベース２２の凹部２２ａには、塗布針固定板２５の移動方向を規定するリニアガイド２６が設けられている。塗布針固定板２５は、リニアガイド２６に接触した状態でホルダベース２２に対しＺ軸方向に移動自在に保持されている。
【0034】
塗布針固定板２５のＺ軸方向上端部には、弾性部材としてのバネ２７が設けられている。バネ２７は圧縮コイルばねから成る。塗布針固定板２５のＺ軸方向上端部と、ホルダ蓋２３におけるバネ受け２８との間に、バネ２７が配置される。バネ２７は所定長さ圧縮された状態で配置されることで、塗布針固定板２５をＺ方向下方つまり塗布針２４側へ押圧した状態とし得る。
【0035】
このため、塗布針２４をＺ軸方向に上下動させたときに、ホルダベース２２に対して、塗布針２４が上下方向に変動する（換言すれば、塗布針２４のＺ方向位置がずれる）ことを防止できる。さらに、塗布針２４が基板５（図５Ｂ）の表面に接触したときに前記塗布針２４に過大な応力が加わった場合に、バネ２７が弾性変形することで前記応力を吸収する。塗布針２４が基板５（図５Ｂ）の表面に接触したときに塗布針２４に加わる応力の値は、バネ２７からの力に影響される。このため、バネ２７が塗布針固定板２５に対して加える力は、塗布針２４を基板側のＺ方向位置に保持するために必要な最低限の値となるように調整されることが好ましい。
【0036】
ホルダベース２２に、ホルダ蓋２３がネジＳｒにより着脱自在に固定される。ホルダベース２２に、ネジＳｒのねじ部が螺合する雌ねじが形成され、ホルダ蓋２３には、前記ねじ部を貫通させる長孔２９が形成されている。ホルダ蓋２３をホルダベース２２に組み付けた場合に、長孔２９は、リニアガイド２６が延びる方向に沿ったＺ方向に長軸を有する。よって、ホルダベース２２に対するホルダ蓋２３のＺ方向位置を、長孔２９の長軸方向に沿って変更したうえで、ホルダベース２２にホルダ蓋２３をネジＳｒにより固定し得る。
ホルダベース２２に対するホルダ蓋２３のＺ方向位置を変更する。これにより、バネ受け２８と、塗布針固定板２５のＺ軸方向上端部との間の距離を変更し得る。したがって、塗布針ホルダ２０を組み立てるときに、例えば、バネ２７により塗布針２４の先端部に加えられる力を測定しながらホルダ蓋２３をホルダベース２２に固定してもよい。
ホルダベース２２に対するホルダ蓋２３のＺ方向位置を変更する。これにより、バネ受け２８と、塗布針固定板２５のＺ軸方向上端部との間の距離を変更し得る。したがって、塗布針ホルダ２０を組み立てるときに、例えば、バネ２７により塗布針２４の先端部に加えられる力を測定しながらホルダ蓋２３をホルダベース２２に固定してもよい。
【0037】
＜塗布針＞
図５Ｂのように、塗布針２４は、例えば、鉄またはステンレス等から成り、基板５に対向する先端部２４ａと、図４Ｂのように、先端部２４ａとは反対側に位置する基端部（「付根部」とも言う）２４ｂと、塗布針２４の長手方向中間部に位置する中間部２４ｃとを含む。基端部２４ｂおよび中間部２４ｃは、例えば、同一径に形成され、先端部２４ａは、基端部２４ｂおよび中間部２４ｃよりも小径に形成されている。塗布針２４は、この塗布針２４を長手方向に直交する平面で切断して見た断面が円形状に設けられているが、例えば、断面長孔形状または断面多角形状であってもよい。
図５Ｂのように、塗布針２４は、例えば、鉄またはステンレス等から成り、基板５に対向する先端部２４ａと、図４Ｂのように、先端部２４ａとは反対側に位置する基端部（「付根部」とも言う）２４ｂと、塗布針２４の長手方向中間部に位置する中間部２４ｃとを含む。基端部２４ｂおよび中間部２４ｃは、例えば、同一径に形成され、先端部２４ａは、基端部２４ｂおよび中間部２４ｃよりも小径に形成されている。塗布針２４は、この塗布針２４を長手方向に直交する平面で切断して見た断面が円形状に設けられているが、例えば、断面長孔形状または断面多角形状であってもよい。
【0038】
＜塗布針の先端部の皮膜について＞
図６のように、塗布針２４の先端部２４ａは、側面部分３１と、この側面部分３１の長手方向先端縁に繋がる先端部分３２とを含む。側面部分３１は、円筒部３１ａと、この円筒部３１ａの先端縁に繋がるテーパ部３１ｂとを有する。このテーパ部３１ｂは、先端側に向かうに従って小径となるテーパ形状に形成されている。先端部分３２は、この塗布針２４の長手方向に直交する平坦面３２ａに形成されている。
図６のように、塗布針２４の先端部２４ａは、側面部分３１と、この側面部分３１の長手方向先端縁に繋がる先端部分３２とを含む。側面部分３１は、円筒部３１ａと、この円筒部３１ａの先端縁に繋がるテーパ部３１ｂとを有する。このテーパ部３１ｂは、先端側に向かうに従って小径となるテーパ形状に形成されている。先端部分３２は、この塗布針２４の長手方向に直交する平坦面３２ａに形成されている。
【0039】
前記先端部分３２を除く側面部分３１に、撥水性または撥油性を有する皮膜３３が設けられている。前記皮膜３３としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）等のフッ素系樹脂が適用される。本実施形態では、先端部２４ａの全表面にフッ素系樹脂の皮膜３３を形成した後、先端部分３２の平坦面３２ａの皮膜を研摩等の機械加工により除去した。皮膜３３の膜厚ｔは、塗布針先端の直径にもよるが、例えば、５μｍ以上３０μｍ以下に設定される。
【0040】
皮膜３３の膜厚ｔが５μｍ未満と薄すぎる場合、皮膜３３の剥がれまたは早期摩耗等の問題が生じることが懸念される。皮膜３３の膜厚ｔが厚い場合、転写量に影響する可能性がある。たとえば、先端直径がφ１００μｍの塗布針で、膜厚３０μｍより厚くなると、塗布した材料の転写径は１００μｍよりも大きくなる。これを抑制するために、使用する塗布針に適した膜厚をあらかじめ実験的に求めておく方が好ましい。たとえば、コーティング剤に浸す時間や回数の適正値を実験で求めていく。
【0041】
＜塗布機構の動作について＞
図２Ｂの塗布機構４において、サーボモータ４１を駆動することにより前記回転軸を回転させてカム４３を回転させる。カム面６１に接触している軸受４４は、サーボモータ４１の回転に応じて、Ｚ軸方向における位置が変動する。軸受４４のＺ軸方向での位置変動に応じて、可動部４６、塗布針ホルダ固定部４７および塗布針ホルダ収納部４８がＺ軸方向に移動する。この結果、塗布針ホルダ収納部４８に保持されている塗布針ホルダ２０もＺ軸方向に移動するので、塗布針ホルダ２０に設けられた塗布針２４を、Ｚ軸方向に変化させることができる。
図２Ｂの塗布機構４において、サーボモータ４１を駆動することにより前記回転軸を回転させてカム４３を回転させる。カム面６１に接触している軸受４４は、サーボモータ４１の回転に応じて、Ｚ軸方向における位置が変動する。軸受４４のＺ軸方向での位置変動に応じて、可動部４６、塗布針ホルダ固定部４７および塗布針ホルダ収納部４８がＺ軸方向に移動する。この結果、塗布針ホルダ収納部４８に保持されている塗布針ホルダ２０もＺ軸方向に移動するので、塗布針ホルダ２０に設けられた塗布針２４を、Ｚ軸方向に変化させることができる。
【0042】
具体的には、図３Ｂに示すカム面６１の上端フラット領域６２に、図２Ｂの軸受４４が接している場合には、図５Ａのように、塗布針２４が上端位置に配置される。このとき、塗布針２４の先端部２４ａは、塗布材料容器２１内に保持されている塗布材料７０内に浸漬された状態になっている。
【0043】
次に、図２Ａのサーボモータ４１が回転軸を回転させることにより、カム４３が回転する。図３Ｂに示すカム面６１の下端フラット領域６３が、図２Ｂの軸受４４に接する位置に到達した場合には、図５Ｂのように、塗布針２４は、塗布材料容器２１の底部に形成された貫通孔２１ａを通り塗布材料容器２１の底面からＺ軸方向下向きに突出した状態になる。このとき突出した塗布針２４の先端部分３２には、塗布材料７０の一部が付着した状態となっている。そして、図１のＺ軸テーブル３が塗布機構４を基板５側に移動させる。これにより、図５Ｂのように、基板５の表面に塗布針２４の先端部２４ａが接触して、塗布材料７０を基板５の表面に塗布し得る。図１のＺ軸テーブル３を先に移動させた後に、図２Ａのサーボモータ４１を駆動させてよいし、図１のＺ軸テーブル３と図２Ａのサーボモータ４１との動作を略同時に実施してもよい。
このように塗布機構４では、サーボモータ４１の回転運動を塗布針２４のＺ軸方向における運動（上下運動）に変換し得る。このような構成とすることにより、塗布針２４を迅速かつ正確にＺ軸方向に移動させ得る。
このように塗布機構４では、サーボモータ４１の回転運動を塗布針２４のＺ軸方向における運動（上下運動）に変換し得る。このような構成とすることにより、塗布針２４を迅速かつ正確にＺ軸方向に移動させ得る。
【0044】
＜制御部＞
図１のように、制御部ＣＵは、制御用コンピュータ１０と、操作パネル８と、モニタ９とを含む。制御用コンピュータ１０は、直動ユニットＤＵ、観察光学系６および塗布機構４を制御する。制御用コンピュータ１０、操作パネル８およびモニタ９は、処理室ＰＲの外部に設置されている。操作パネル８は、制御用コンピュータ１０への指令を入力するために用いられる。モニタ９は、ＣＣＤカメラ７で変換された画像データ、および制御用コンピュータ１０からの出力データを表示する。
図１のように、制御部ＣＵは、制御用コンピュータ１０と、操作パネル８と、モニタ９とを含む。制御用コンピュータ１０は、直動ユニットＤＵ、観察光学系６および塗布機構４を制御する。制御用コンピュータ１０、操作パネル８およびモニタ９は、処理室ＰＲの外部に設置されている。操作パネル８は、制御用コンピュータ１０への指令を入力するために用いられる。モニタ９は、ＣＣＤカメラ７で変換された画像データ、および制御用コンピュータ１０からの出力データを表示する。
【0045】
＜塗布方法について＞
以上説明した塗布装置を用いた塗布方法は、順次、図５Ａに示す浸漬工程と、図５Ｂに示す突出工程と、接触工程と、図７Ａ（４）に示す離脱工程とを含む。図５Ａの浸漬工程では、前述の側面部分３１に皮膜３３が設けられた塗布針２４を塗布材料容器２１に浸漬させる。図５Ｂの突出工程では、塗布材料容器２１の貫通孔２１ａから塗布針２４を突出させる。接触工程では、塗布針２４を対象材である基板５に近付けて先端部分３２に付着した塗布材料７０または塗布針２４を基板５に接触させる。図７Ａ（４）の離脱工程では、塗布針２４を基板５から遠ざける。
以上説明した塗布装置を用いた塗布方法は、順次、図５Ａに示す浸漬工程と、図５Ｂに示す突出工程と、接触工程と、図７Ａ（４）に示す離脱工程とを含む。図５Ａの浸漬工程では、前述の側面部分３１に皮膜３３が設けられた塗布針２４を塗布材料容器２１に浸漬させる。図５Ｂの突出工程では、塗布材料容器２１の貫通孔２１ａから塗布針２４を突出させる。接触工程では、塗布針２４を対象材である基板５に近付けて先端部分３２に付着した塗布材料７０または塗布針２４を基板５に接触させる。図７Ａ（４）の離脱工程では、塗布針２４を基板５から遠ざける。
【0046】
＜塗布針先端に付着した塗布材料の転写メカニズム＞
図７Ａ（１）は、Ｘ軸テーブル１、Ｙ軸テーブル２、Ｚ軸テーブル３（図１）を制御し、塗布機構４（図１）を塗布点の直上に位置合わせした状態で、塗布針２４を塗布材料容器２１の貫通穴から突出（下降）させた直後、塗布針２４を側方から見た図である。
図７Ａ（２）は、さらに塗布針２４を下降させたときの図である。塗布針２４の側面には撥水または撥油の性質を有する皮膜３３が形成されているため、（１）および（２）において、塗布針２４の側面に塗布材料７０は付着していない。
図７Ａ（１）は、Ｘ軸テーブル１、Ｙ軸テーブル２、Ｚ軸テーブル３（図１）を制御し、塗布機構４（図１）を塗布点の直上に位置合わせした状態で、塗布針２４を塗布材料容器２１の貫通穴から突出（下降）させた直後、塗布針２４を側方から見た図である。
図７Ａ（２）は、さらに塗布針２４を下降させたときの図である。塗布針２４の側面には撥水または撥油の性質を有する皮膜３３が形成されているため、（１）および（２）において、塗布針２４の側面に塗布材料７０は付着していない。
【0047】
図７Ａ（３）は、さらに塗布針２４を下降させ、塗布針２４先端の平坦面３２ａに付着した塗布材料７０が基板５に接触する位置で停止させたときの図である。塗布針２４先端の平坦面３２ａに付着した材料が基板５に接触し、塗布材料７０は基板５に転写される（接触工程）。この際、塗布針２４を少なくともあらかじめ指定した時間（例えば、Ｔ秒（数十ｍｍ秒～１秒））だけ停止させても良い。これにより塗布針２４先端の平坦面３２ａに塗布材料７０が残ることなく、基板５に転写できる。
図７Ａ（４）は、塗布針２４が上昇し始めた状態を示しており、塗布針２４先端の平坦面３２ａに付着していた塗布材料７０が基板５に転写されることがわかる。
図７Ａ（４）は、塗布針２４が上昇し始めた状態を示しており、塗布針２４先端の平坦面３２ａに付着していた塗布材料７０が基板５に転写されることがわかる。
【0048】
図７Ｂは、塗布針２４の先端部分３２が基板５に接触するように下降させたときの塗布材料７０の状態を示す図である。同図左側の図は、塗布針２４の平坦面３２ａが基板５に接触したとき、塗布材料７０が塗布針２４の側面部分３１に回り込む様子を示している。塗布針２４の側面部分３１には、撥水性または撥油性を有する皮膜３３が設けられているため、塗布針２４に塗布材料７０が再付着することはない。
【0049】
＜塗布針下降時の針表面の溶液付着状態＞
図８は、塗布針２４が下降し最下点に達したときの針表面の状態を撮影した写真である。塗布針２４の材質はステンレス、先端部分３２の直径はφ７０μｍである。塗布材料は墨汁である。同図８の「速度」は、塗布針２４の下降速度であり、「速度１」が最も高速である。
撥水処理ありの写真は最高速の「速度１」から低速の「速度１／８」まですべてにおいて、針表面の正反射光（中央部の白部分）を観測できた。
図８は、塗布針２４が下降し最下点に達したときの針表面の状態を撮影した写真である。塗布針２４の材質はステンレス、先端部分３２の直径はφ７０μｍである。塗布材料は墨汁である。同図８の「速度」は、塗布針２４の下降速度であり、「速度１」が最も高速である。
撥水処理ありの写真は最高速の「速度１」から低速の「速度１／８」まですべてにおいて、針表面の正反射光（中央部の白部分）を観測できた。
【0050】
これに対し、撥水処理なしでは、「速度１」において針表面の正反射光を観測できない。また、「速度１／２」から徐々に正反射光を観測することができるが、コントラストは低く、針表面に墨汁が付着していることがわかる。
以上より、撥水処理を施すことにより、最高速で針を下降させても針先端の平坦部のみに溶液を付着させることができ、タクトタイムを冗長化させることはない。
以上より、撥水処理を施すことにより、最高速で針を下降させても針先端の平坦部のみに溶液を付着させることができ、タクトタイムを冗長化させることはない。
【0051】
＜作用効果＞
以上説明した塗布装置によれば、図６のように、塗布針２４の先端部２４ａのうち、先端部分３２を除く側面部分３１に、撥水性または撥油性を有する皮膜３３が設けられている。このため塗布針２４の先端部２４ａにおいて、側面部分３１には、撥水性または撥油性を有する皮膜３３により塗布材料が付着せず、先端部分３２のみに塗布材料を付着することができる。したがって、塗布針２４の先端部分３２を対象材の表面に近接させ、先端部分３２のみに付着した塗布材料を対象材の表面に転写することができる。よって、塗布量を一定化すると共に、前述の先行技術よりもタクトタイムの短縮を図ることができる。
以上説明した塗布装置によれば、図６のように、塗布針２４の先端部２４ａのうち、先端部分３２を除く側面部分３１に、撥水性または撥油性を有する皮膜３３が設けられている。このため塗布針２４の先端部２４ａにおいて、側面部分３１には、撥水性または撥油性を有する皮膜３３により塗布材料が付着せず、先端部分３２のみに塗布材料を付着することができる。したがって、塗布針２４の先端部分３２を対象材の表面に近接させ、先端部分３２のみに付着した塗布材料を対象材の表面に転写することができる。よって、塗布量を一定化すると共に、前述の先行技術よりもタクトタイムの短縮を図ることができる。
【0052】
側面部分３１は、円筒部３１ａと、この円筒部３１ａの先端縁に繋がるテーパ部３１ｂとを有し、このテーパ部３１ｂは、先端側に向かうに従って小径となるテーパ形状に形成されている。このテーパ部３１ｂにより先端部分３２の直径を所望の寸法にすることが可能となる。これにより塗布量の一定化をさらに図ることができる。
先端部分３２は、この塗布針２４の長手方向に直交する平坦面３２ａに形成されている。この場合、例えば、塗布針２４の先端部全体に皮膜３３を形成した後、先端部分３２に付着した皮膜のみを平坦に除去することで、容易に平坦面３２ａを形成し得る。先端部分３２を平坦面３２ａに形成することで、先端部分３２の直径を所望の寸法により確実に定めることができる。
先端部分３２は、この塗布針２４の長手方向に直交する平坦面３２ａに形成されている。この場合、例えば、塗布針２４の先端部全体に皮膜３３を形成した後、先端部分３２に付着した皮膜のみを平坦に除去することで、容易に平坦面３２ａを形成し得る。先端部分３２を平坦面３２ａに形成することで、先端部分３２の直径を所望の寸法により確実に定めることができる。
【0053】
＜他の実施形態について＞
以下の説明においては、各実施形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している実施形態と同様とする。同一の構成は同一の作用効果を奏する。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。
以下の説明においては、各実施形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している実施形態と同様とする。同一の構成は同一の作用効果を奏する。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【0054】
図９Ａのように、塗布針２４の先端部分３２は、外径側縁部３２ｂから中心部に向かうに従って凹む凹み面３２ｃに形成されていてもよい。この場合、凹み面３２ｃに塗布材料を保持するため、先端部分３２が平坦面に形成される塗布針よりも、塗布材料を多く保持することができる。したがって、塗布針２４から一度に転写させる塗布量を多くし前述の先行技術よりもタクトタイムの短縮をさらに図ることができる。
【0055】
図９Ｂのように、塗布針２４の先端部分３２は、外径側縁部３２ｂから中心部に向かうに従って凸となる凸面３２ｄに形成されていてもよい。この場合、前述の各実施形態よりも塗布針２４から一度に転写させる塗布量は少なくなるものの、塗布針２４先端の凸面３２ｄに付着した塗布材料を、基板に精密に転写し得る。
【0056】
図９Ｃ、図９Ｄ、図９Ｅに示すように、塗布針２４の先端部２４ａは、テーパ部のない円筒部から成る側面部分３１と、この側面部分３１の長手方向先端縁に繋がる先端部分３２とを含むストレート形状であってもよい。但し、塗布針２４としての必要な剛性を満たし、先端部分３２の直径を所望の寸法に形成できることが条件である。
【0057】
先端部２４ａの側面部分３１だけでなく、図４Ｂに示す基端部２４ｂおよび中間部２４ｃに、皮膜を設けてもよい。
第１の実施形態では、図６の先端部分３２の皮膜を研摩等の機械加工により除去しているが、塗布針２４の先端部分３２をマスキングしておき、先端部２４ａの側面部分３１のみに皮膜３３を設けてもよい。
第１の実施形態では、図６の先端部分３２の皮膜を研摩等の機械加工により除去しているが、塗布針２４の先端部分３２をマスキングしておき、先端部２４ａの側面部分３１のみに皮膜３３を設けてもよい。
【0058】
以上、本発明の実施形態を説明したが、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0059】
４…塗布機構、５…基板（対象材）、１７…架台、２１…塗布材料容器、２４…塗布針、２４ａ…先端部、３１…側面部分、３１ａ…円筒部、３１ｂ…テーパ部、３２…先端部分、３２ａ…平坦面、３２ｃ…凹み面、４１…サーボモータ、７０…塗布材料、ＤＵ…直動ユニット
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図9E】
【図10A】
【図10B】
【図11】