特開 2024-127922 塗布装置および塗布方法

(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】P2024127922

(43)【公開日】2024-09-20

(54)【発明の名称】塗布装置および塗布方法

(51)【国際特許分類】

   B05D 1/28 20060101AFI20240912BHJP

   B05C 1/02 20060101ALN20240912BHJP

   B05C 11/10 20060101ALN20240912BHJP

【ＦＩ】

B05D1/28

B05C1/02 101

B05C11/10

【審査請求】有

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024106813

(22)【出願日】2024-07-02

(62)【分割の表示】P 2019166320の分割

【原出願日】2019-09-12

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成３０年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、研究成果展開事業「三次元生体組織（ＬｂＬ３Ｄ組織）の全自動製造システムの開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(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】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】明石 満

(72)【発明者】

【氏名】赤木 隆美

(72)【発明者】

【氏名】小田 淳志

(72)【発明者】

【氏名】近江 ▲祥▼平

(57)【要約】

【課題】非ニュートン流体を塗布するのに要する時間が長くならないようにすることができる塗布装置および塗布方法を提供する。
【解決手段】塗布装置は、対象物に剪断により粘度が変化する塗布材料を塗布するための塗布針２４と、塗布針２４を昇降させるための駆動部９０と、駆動部９０を制御することによって、塗布材料の種類と、目標塗布量または目標塗布径とに応じた剪断速度で塗布材料が剪断されるように塗布針を移動させる制御装置とを備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物に剪断により粘度が変化する塗布材料を塗布するための塗布針と、前記塗布材料を保持し、前記対象物と対向する底部に前記塗布針を突出させる貫通孔を有する容器とを備えた塗布装置の塗布方法であって、
塗布材料の種類と、目標塗布量または塗布膜の厚さが一定の時の目標塗布径と、前記塗布針が前記貫通孔を突出するときの前記塗布針と前記貫通孔の外壁との間隔とに対する前記塗布針の鉛直下方向への移動速度を定めたテーブルを参照して、前記塗布針の鉛直下方向への移動速度を決定するステップと、
前記塗布針が前記貫通孔を通過するときの速度を前記決定した移動速度に制御するステップとを備え、
前記塗布材料の前記種類は、ヒアルロン酸溶液に細胞を含有させた細胞含有溶液であり、
前記テーブルは、前記塗布針と前記貫通孔の外壁との間隔が同一の場合には、前記目標塗布量または前記塗布膜の厚さが一定の時の前記目標塗布径が大きいほど、前記移動速度が小さくなるように定められている、塗布装置の塗布方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、塗布装置および塗布方法に関し、特に、塗布針を用いて被塗布物に液体材料を塗布する塗布装置および塗布方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identifier）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または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、ディスペンサ方式などが一般的であるが、塗布針を用いた方式は、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】

特許文献１には、塗布ユニットを用いて液体材料の微細な塗布を行なう方法が記載されている。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塗布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被塗布物に接触させて塗布を行なう。

【0004】

特許文献２には、塗布針方式を用いた非ニュートン流体の塗布方法が記載されている。具体的には、特許文献２には、非ニュートン流体である接着剤の粘度変化に対して定量塗布を行なう場合は、塗布用ピンの沈み深さを変えることが記載されている。特許文献２には、塗布量の増減を行うときは、塗布針が接着剤中に浸液している時間、被着体上で塗布針が転写塗布している時間、または塗布針の直径を変えることが記載されている。また、特許文献２には、接着剤の初期粘度及び経時粘度変化を計測し、塗布針の浸液深さ、転写時間、および浸液時間に反映させることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００７－２６８３５３号公報

【特許文献2】特開平４－３５８５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献２には、塗布針による非ニュートン流体の塗布における塗布量の調整について開示されているが、調整塗布針の拭き取り工程が含まれているため、作業時間が長くなる。また、浸液時間および転写時間を制御するので、さらに塗布時間が長くなるおそれがある。これにより、接着剤では表面乾燥が発生する。また、塗布針径を変更することによる段取り替えが発生する。

【0007】

それゆえに、本発明の目的は、非ニュートン流体を塗布するのに要する時間が長くならないようにすることができる塗布装置および塗布方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の塗布装置は、対象物に剪断により粘度が変化する塗布材料を塗布するための塗布針と、塗布針を昇降させるための駆動部と、駆動部を制御することによって、塗布材料の種類と、目標塗布量または目標塗布径とに応じた剪断速度で塗布材料が剪断されるように塗布針を移動させる制御装置とを備える。

【0009】

好ましくは、塗布材料を保持し、対象物と対向する底部に塗布針を突出させる貫通孔を有する容器を備える。制御装置は、駆動部を制御することによって、塗布針が貫通孔を通過するときに、剪断速度で塗布材料が剪断されるように塗布針を移動させる。

【0010】

好ましくは、制御装置は、塗布材料の種類と、目標塗布量または目標塗布径に基づいて、塗布針の鉛直下方向への移動速度を決定し、塗布針が貫通孔を通過するときの速度を決定した移動速度に制御する。

【0011】

好ましくは、制御装置は、塗布材料の種類と、目標塗布量または目標塗布径と、塗布針が貫通孔を突出するときの塗布針と貫通孔の外壁との間隔とに基づいて、塗布針の鉛直下方向への移動速度を決定し、塗布針が貫通孔を通過するときの速度を決定した移動速度に制御する。

【0012】

好ましくは、制御装置は、塗布材料の種類と、目標塗布量または目標塗布径と、間隔とに対する移動速度を定めたテーブルを有し、テーブルを参照して、移動速度を決定する。

【0013】

好ましくは、塗布材料は、擬塑性流体、ダイラタント流体、およびビンガム流体のうちのいずれかである。

【0014】

好ましくは、テーブルは、塗布針と貫通孔の外壁との間隔が同一であって、塗布材料の種類が擬塑性流体の場合には、目標塗布量が大きいほど、移動速度が小さくなるように定める。

【0015】

好ましくは、テーブルは、塗布針と貫通孔の外壁との間隔が同一であって、塗布材料の種類がダイラタント流体の場合には、目標塗布量が大きいほど、移動速度が大きくなるように定める。

【0016】

好ましくは、テーブルは、塗布針と貫通孔の外壁との間隔が同一であって、塗布材料の種類がビンガム流体の場合には、目標塗布量が所定値以下のときに、目標塗布量が大きいほど、移動速度が小さくなるように定め、目標塗布量が所定値を超えるときに、目標塗布量に係わらず、移動速度が一定となるように定める。

【0017】

好ましくは、テーブルは、塗布材料の種類と目標塗布量とが同一の場合に、塗布針と貫通孔の外壁との間隔が大きいほど、移動速度が小さくなるように定める。

【0018】

好ましくは、塗布材料は、細胞含有溶液である。

【0019】

好ましくは、テーブルは、塗布針と貫通孔の外壁との間隔が同一の場合には、目標塗布量が大きいほど、移動速度が小さくなるように定める。

【0020】

本発明は、対象物に剪断により粘度が変化する塗布材料を塗布するための塗布針と、塗布材料を保持し、対象物と対向する底部に塗布針を突出させる貫通孔を有する容器とを備えた塗布装置の塗布方法であって、塗布材料の種類と、目標塗布量または目標塗布径と、塗布針が貫通孔を突出するときの塗布針と貫通孔の外壁との間隔に基づいて、塗布針の鉛直下方向への移動速度を決定するステップと、塗布針が貫通孔を通過するときの速度を決定した移動速度に制御するステップとを備える。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、非ニュートン流体を塗布するのに要する時間が長くならないようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】実施形態の塗布装置の模式図である。

【図2】図１に示した塗布装置の塗布機構４を示す模式図である。

【図3】図２に示した塗布機構４のカム部材を説明するための模式図である。

【図4】図２に示した塗布機構４における塗布針２４の動作を説明するための模式図である。

【図5】図２に示した塗布機構４における塗布針２４の動作を説明するためのグラフである。

【図6】流体の種類ごとの、剪断力と、剪断粘度との関係の概略を表わす図である。

【図7】塗布材料が高分子の水溶液の場合の剪断速度に対する剪断粘度の測定結果を表わす図である。

【図8】塗布材料が高分子の水溶液の場合の塗布針２４の移動速度に対する塗布針２４の先端に付着した液滴の厚さの測定結果を表わす図である。

【図9】（ａ）は、塗布材料が高分子の水溶液の場合の塗布針２４の移動速度が大きいときの塗布材料７０を表わす図である。（ｂ）は、塗布材料が高分子の水溶液の場合の塗布針２４の移動速度が中間ぐらいのときの塗布材料７０を表わす図である。（ｃ）は、塗布材料が高分子の水溶液の場合の塗布針２４の移動速度が小さいときの塗布材料７０を表わす図である。

【図10】第１の実施形態の速度テーブルの例を表わす図である。

【図11】第１の実施の形態の塗布針２４の駆動制御の手順を表わすフローチャートである。

【図12】塗布針２４が貫通孔７２から突出するときの塗布針２４の状態を表わす図である。

【図13】第２の実施形態の速度テーブルの例を表わす図である。

【図14】第２の実施の形態の塗布針２４の駆動制御の手順を表わすフローチャートである。

【図15】変形例１の速度テーブルの例を表わす図である。

【図16】変形例２の速度テーブルの例を表わす図である。

【図17】塗布材料がヒアルロン酸溶液に細胞を含有させた細胞含有溶液の場合の塗布速度に対する塗布径の測定結果を表わす図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

【0024】

［第１の実施形態］
（塗布装置の全体構成）
図１は、実施形態の塗布装置の模式図である。図１を参照して、塗布装置は、処理室と、処理室の内部に配置されたＹ軸テーブル２と、Ｘ軸テーブル１と、Ｚ軸テーブル３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、制御装置８０とを備える。制御装置８０は、モニタ９と、制御用コンピュータ１０と、操作パネル８とを含む。

【0025】

処理室の内部においては、処理室の底部上にＹ軸テーブル２が設置されている。Ｙ軸テーブル２は、Ｙ軸方向に移動可能に構成される。具体的には、Ｙ軸テーブル２の下面にガイド部が設置されている。ガイド部は、処理室の底面に設置されたガイドレールに摺動可能に接続されている。Ｙ軸テーブル２の下面にはボールねじが接続されている。ボールねじをモータなどの駆動部材により動作させることにより、Ｙ軸テーブル２はガイドレールに沿って（Ｙ軸方向に）移動可能に構成される。Ｙ軸テーブル２の上部表面上は、処理対象材である基板５を搭載する搭載面を形成する。

【0026】

Ｙ軸テーブル２上には、Ｘ軸テーブル１が設置される。Ｘ軸テーブル１は、Ｙ軸テーブル２をＸ軸方向に跨ぐように設置された構造体上に配置される。Ｘ軸テーブル１には、Ｚ軸テーブル３が接続された移動体がＸ軸方向に移動可能に設置される。移動体は、たとえばボールねじを用いてＸ軸方向に移動可能に構成される。なお、Ｘ軸テーブル１は上記構造体を介して処理室の底面に固定されている。そのため、上述したＹ軸テーブル２は、Ｘ軸テーブル１に対してＹ軸方向に移動可能に構成される。

【0027】

Ｘ軸テーブル１に接続された移動体には、上述のようにＺ軸テーブル３が設置されている。Ｚ軸テーブル３には、観察光学系６および塗布機構４が接続されている。観察光学系６は、塗布対象の基板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、観察した画像を電気信号に変換する。Ｚ軸テーブル３は、これらの観察光学系６および塗布機構４をＺ軸方向に移動可能に保持する。

【0028】

Ｙ軸テーブル２、Ｘ軸テーブル１、Ｚ軸テーブル３、観察光学系６および塗布機構４を制御するための制御用コンピュータ１０および操作パネル８、さらに制御用コンピュータに付随するモニタ９は、処理室の外部に設置されている。モニタ９は、上述した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。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。制御用コンピュータ１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを備える。ＣＰＵがメモリに記憶されたプログラムを実行することによって、各種の制御を実行することができる。

【0029】

（塗布機構４の構成）
上述した塗布機構４に関して、図２および図３を参照してより詳しく説明する。図１に示したＺ軸テーブル３に固定された塗布機構４は、サーボモータ４１と、カム４３と、軸受４４と、カム連結板４５と、可動部４６と、塗布針ホルダ２０と、塗布針ホルダ２０に保持された塗布針２４と、塗布材料容器２１と、駆動部９０とを備える。駆動部９０は、サーボモータ４１、カム４３、軸受４４、カム連結板４５、および可動部４６を備える。

【0030】

サーボモータ４１は、図１に示したＺ軸方向に沿った方向に回転軸が延びるように設置されている。サーボモータ４１の回転軸にはカム４３が接続されている。カム４３は、サーボモータ４１の回転軸を中心として回転可能に構成される。

【0031】

カム４３は、サーボモータ４１の回転軸に接続された中心部と、当該中心部の一方端部に接続されたフランジ部とを含む。図３（Ａ）に示すように、フランジ部の上部表面（サーボモータ４１側の表面）はカム面６１となっている。カム面６１は、中心部の外周に沿って円環状に形成されているとともに、フランジ部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３（Ｂ）に示すように、カム面６１はフランジ部の底面からの距離が最も大きくなっている上端フラット領域６２と、上端フラット領域６２から間隔を隔てて配置され、フランジ部の底面からの距離が最も小さい下端フラット領域６３と、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部とを含む。ここで、図３（Ｂ）は、中心部を囲むように環状に配置されたカム面６１を含むフランジ部を側面から見た展開図である。

【0032】

カム４３のカム面６１に接するように軸受４４が配置されている。軸受４４は、図２（Ａ）に示すようにカム４３から見て特定の方向（サーボモータ４１の右側）に配置されており、サーボモータ４１の回転軸が回転することでカム４３が回転したとき、カム面６１に接触した状態を保つ。この軸受４４にカム連結板４５が接続されている。カム連結板４５において、軸受４４と接続された一方端部と反対側の他方端部は可動部４６に固定されている。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が接続されている。この塗布針ホルダ収納部４８に塗布針ホルダ２０が収納されている。

【0033】

塗布針ホルダ２０は、塗布針２４を含む。塗布針２４は、塗布針ホルダ２０の下面（サーボモータ４１が位置する側と反対側である下側）において塗布針ホルダ２０から突出するように配置されている。塗布針ホルダ２０下には塗布材料容器２１が配置されている。塗布材料容器２１に塗布針２４は挿入された状態で保持されている。

【0034】

可動部４６には固定ピン５２が設置されている。また、サーボモータ４１を保持している架台には他方の固定ピン５１が設置されている。この固定ピン５１、５２の間を繋ぐようにバネ５０が設置されている。バネ５０により、可動部４６は塗布材料容器２１側に向けた引張り力を受けた状態になっている。このバネ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。バネ５０の引張り力によって、軸受４４はカム４３のカム面６１に押圧された状態を維持している。

【0035】

可動部４６、塗布針ホルダ固定部４７、塗布針ホルダ収納部４８は、上記架台に設置されたリニアガイド４９に接続されている。リニアガイド４９は、Ｚ軸方向に延びるように配置されている。そのため、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はＺ軸方向に沿って移動可能に構成される。

【0036】

（塗布機構の動作）
次に、上述した塗布機構４の動作について説明する。上述した塗布機構４においては、サーボモータ４１を駆動することにより、サーボモータ４１の回転軸を回転させてカム４３を回転させる。この結果、カム４３のカム面６１は、Ｚ軸方向における高さが変化するため、図２（Ａ）におけるカム４３の右側においてカム面６１に接触している軸受４４のＺ軸方向における位置もサーボモータ４１の駆動軸の回転に応じて変動する。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、当該塗布針ホルダ２０に設置されている塗布針２４のＺ軸方向における位置を変化させることができる。

【0037】

具体的には、図３および図４を参照して、軸受４４がカム４３のカム面６１における上端フラット領域６２に接している場合には、図４（Ａ）に示すように塗布針２４はその上端位置（サーボモータ４１に最も近い位置）に配置されることになる。このとき、塗布針２４の先端部は、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ある。塗布材料容器２１は、対象物である基板５と対向する底部に塗布針２４を突出させる貫通孔７２を有する。

【0038】

次に、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が回転し、軸受４４がカム面６１の下端フラット領域６３が軸受４４に接する位置に来た場合には、図４（Ｂ）に示すように塗布針２４は、塗布材料容器２１の底部に形成された貫通孔７２を通り、塗布材料容器２１の底面から下向きに突出した状態になる。このとき、塗布材料容器２１の底面から突出した塗布針２４の表面には塗布材料７０の一部が付着した状態となる。Ｚ軸テーブル３（図１参照）が塗布機構４を基板５側に移動させることにより、基板５の表面に塗布針２４の先端部が接触して、塗布材料７０を基板５の表面に塗布することができる。なお、Ｚ軸テーブル３の移動を先に行なってからサーボモータ４１を駆動させてもよいし、Ｚ軸テーブル３とサーボモータ４１との動作をほぼ同時に実施してもよい。

【0039】

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）に変換することができる。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軸方向において移動させることができる。

【0040】

塗布針２４による塗布材料７０の塗布工程における精度をより高めるために、塗布針２４の動作速度が以下のように制御される。

【0041】

具体的には、図５に示すように、塗布針２４の位置に応じて、塗布針２４の移動速度が変更される。ここで、図５の横軸は塗布針２４の先端位置を示し、縦軸は塗布針移動速度を示す。

【0042】

図４（Ａ）に示すように塗布針２４が上端位置にあるとき（図５における位置Ｐ１）から、サーボモータ４１を駆動することにより、カム４３が回転して軸受４４がカム面６１の上端フラット領域６２以外の領域と接触する。この結果、塗布針２４は基板５側へと移動する。そして、図５の横軸における位置Ｐ２になるまで、塗布針２４の移動速度を増加させる。具体的には、サーボモータ４１の回転速度を高めることによって、塗布針２４の移動速度を大きくすることができる。

【0043】

そして、所定の移動速度Ｖ２になった後（位置Ｐ２に到達した後）、所定の移動速度Ｖ２を維持したまま、塗布針２４を移動させる。これは、サーボモータ４１の回転速度を一定にすることで実現できる。そして、図５の位置Ｐ３に到達したときには、塗布針２４の移動速度を低下させる。具体的には、サーボモータ４１の回転速度を徐々に低下させる。その結果、軸受４４が下端フラット領域６３（図３参照）に到達する前の所定の位置Ｐ４まで、塗布針２４の移動速度を十分に低下させる。

【0044】

そして、図５の位置Ｐ４から塗布針２４が図４（Ｂ）に示す下端位置（位置Ｐ５）に到達するまで、所定の低速な移動速度Ｖ１で塗布針２４を移動させる。この場合も、サーボモータ４１の回転速度を所定の速度に保つことになる。このような制御を行なうことにより、塗布針２４が基板５に接触するときには塗布針２４の移動速度が十分小さくなっているので、塗布針２４が基板５に対して接触するときの衝撃を小さくすることができるとともに、当該衝撃により塗布針２４が基板５の表面に塗布材料７０を塗布するときの位置精度が劣化することを防止できる。

【0045】

さて、塗布材料として使用可能な液体は大きく分類すると、ニュートン流体と非ニュートン流体に分類される。非ニュートン流体は、擬塑性流体、ビンガム流体、およびダイラタント流体のうちのいずれかに分類される。ニュートン流には、水、およびシリコンオイルなどが含まれる。擬塑性流体には、ケチャップ、高分子液体、および塗料などが含まれる。ビンガム流体には、歯磨き粉、およびバターなどが含まれる。ダイラタント流体には、水溶き片栗粉、および水際の砂浜などが含まれる。

【0046】

図６は、流体の種類ごとの、剪断力と、剪断粘度との関係の概略を表わす図である。横軸は、流体に与える剪断力を表し、縦軸は、流体の剪断粘度を表わす。なお、同一種類の流体の間でも、剪断密度の具体的な大きさは、相違する。図６は、流体の種類ごとの代表的な流体の剪断粘度を示す。

【0047】

図６に示すように、ニュートン流体は、剪断力が変化しても、剪断粘度は変化しない。擬塑性流体は、剪断力が大きくなるにつれて剪断粘度が低下する。ビンガム流体は、剪断力がある一定値以上にならないと流動性を示さない。ダイラタント流体は、剪断力が大きくなるにつれて、剪断粘度が増加する。

【0048】

本願の発明者は、擬塑性流体の代表例である高分子の水溶液を用いて、剪断速度の変化による剪断粘度の変化について調べた。

【0049】

以下のように測定条件を設定した。高分子を水に溶解させ、0、0.5、1、1.2、1.5、2（w/v％）の溶液をそれぞれ調製しした。温度を25度に維持し、調整した各種溶液の剪断速度の変化に対して剪断粘度の変化を測定した。測定を３回繰り返して、測定値の平均値を求めた。

【0050】

図７は、塗布材料が高分子の水溶液の場合の剪断速度に対する剪断粘度の測定結果を表わす図である。図７に示すように、塗布材料が高分子の水溶液の場合には、剪断速度が大きいほど剪断粘度は小さくなる。また、高分子の溶液の濃度が大きいほど、溶液の剪断粘度は大きくなる。

【0051】

さらに、本願の発明者は、以下の塗布試験を行った。

【0052】

測定条件を以下のように設定した。高分子を水に溶解させ、0、0.5、1、1.2、1.5 (w/v％)の溶液をそれぞれ調製した。調整した各種溶液を塗布材料容器に入れ、塗布針２４の移動速度を変化させて塗布針２４を突出させ、塗布針２４の先端に付着した液滴の厚さを計測した。厚さによって付着量を間接的に表わすことができる。測定を３回繰り返して、測定値の平均値を求めた。

【0053】

図８は、塗布材料が高分子の水溶液の場合の塗布針２４の移動速度に対する塗布針２４の先端に付着した液滴の厚さの測定結果を表わす図である。塗布針２４の移動速度は、図５の移動速度Ｖ２に対応し、塗布針２４の先端部分が貫通孔７２から突出するときの塗布針２４の鉛直下方向の速度である。

【0054】

図８に示すように、塗布材料が高分子の水溶液の場合には、塗布針２４の移動速度が増加するにつれて、塗布針２４の針先への液滴の付着量は減少する。

【0055】

塗布針２４の移動速度と、塗布材料の剪断速度は比例すると考えられるので、図７および図８の結果より、塗布材料が高分子の水溶液の場合には、塗布材料の移動速度および塗布材料の剪断速度が大きくなると、塗布材料の剪断粘度が減少すること、塗布材料の剪断粘度が減少することによって、塗布針２４の先端から塗布材料が上方へ引き上げられる速度が速くなり、塗布量が減少することが予想される。

【0056】

図９（ａ）は、塗布材料が高分子の水溶液の場合の塗布針２４の移動速度が大きいときの塗布材料７０を表わす図である。図９（ｂ）は、塗布材料が高分子の水溶液の場合の塗布針２４の移動速度が中間ぐらいのときの塗布材料７０を表わす図である。図９（ｃ）は、塗布材料が高分子の水溶液の場合の塗布針２４の移動速度が小さいときの塗布材料７０を表わす図である。これらの図に示すように、塗布材料が高分子の水溶液の場合には、塗布針２４の移動速度が大きくなると、塗布材料の塗布量が減少することがわかる。

【0057】

したがって、本願の発明者は、塗布材料７０の種類および目標塗布量に応じて、塗布針２４の移動速度を変えることによって、目標塗布量で塗布することができることに想到することができた。

【0058】

上記を実現するために、制御用コンピュータ１０は、駆動部９０を制御することによって、塗布材料の種類と、目標塗布量とに応じた剪断速度で塗布材料７０が剪断されるように塗布針２４を移動させる。すなわち、制御用コンピュータ１０は、駆動部９０を制御することによって、塗布針２４が貫通孔７２を通過するときに、塗布材料の種類と、目標塗布量とに応じた剪断速度で塗布材料が剪断されるように塗布針２４を移動させる。

【0059】

より具体的には、制御用コンピュータ１０は、速度テーブルを記憶する。

【0060】

図１０は、第１の実施形態の速度テーブルの例を表わす図である。図１０に示すように、速度テーブルは、塗布材料の種類ａｉおよび目標塗布量ｂｊに対応する移動速度ｖｋを定める。

【0061】

速度テーブルは、塗布材料の種類が擬塑性流体の場合には、目標塗布量が大きいほど、移動速度が小さくなるように定める。速度テーブルは、塗布材料の種類がダイララント流体の場合には、目標塗布量が大きいほど、移動速度が大きくなるように定める。速度テーブルは、塗布材料の種類がビンガム流体の場合には、目標塗布量が所定値以下の場合に、目標塗布量が大きいほど、移動速度が小さくなるように定め、目標塗布量が所定値を超える場合に、目標塗布量に係わらず、移動速度が一定となるように定める。

【0062】

制御用コンピュータ１０は、図１０の速度テーブルを参照して、塗布針２４の鉛直下方向への移動速度を決定する。

【0063】

図１１は、第１の実施の形態の塗布針２４の駆動制御の手順を表わすフローチャートである。

【0064】

図１１を参照して、ステップＳ１０１において、制御用コンピュータ１０は、塗布材料および目標塗布量の情報を取得する。この情報は、ユーザの入力によって取得されるものであってもよいし、制御用コンピュータ１０が通信によって自動的に取得するものであってもよい。

【0065】

ステップＳ１０２において、制御用コンピュータ１０は、図１０に示す速度テーブルを参照して、塗布材料および目標塗布量に対応する塗布針２４の鉛直下方向への移動速度を決定する。

【0066】

ステップＳ１０３において、制御用コンピュータ１０は、塗布針２４が貫通孔７２を通過するときの速度が決定した移動速度となるように塗布針２４の移動を制御することによって、塗布材料７０の基板５への塗布を実行する。

【0067】

以上のように、従来において、非ニュートン流体の微細塗布において、塗布量を調整しながら塗布を行うと時間を要するという問題があったが、本実施の形態では、目標塗布量および塗布材料の種類に応じて塗布針の鉛直下方向への移動速度を制御することによって、実質的に一般的な塗布作業と同等の所要時間で、塗布量の調整が可能になる。

【0068】

［第２の実施形態］
図１２は、塗布針２４が貫通孔７２から突出するときの塗布針２４の状態を表わす図である。

【0069】

塗布針２４の先端部が貫通孔７２から突出するときに、塗布針２４と貫通孔７２の外壁との間に隙間が存在する。図１２に示すように、先端部が先になるほど細くなっている形状を有する場合などでは、隙間の間隔ｄは、先端部の箇所によって相違する。図１２では、先端部の１つの箇所での間隔ｄ１が示されている。

【0070】

塗布針２４と貫通孔７２の外壁との間隔が大きくなるほど、剪断力が小さくなるので、剪断粘度が低下する。したがって、間隔が大きくなると、塗布材料の剪断粘度が減少すること、塗布材料の剪断粘度が減少することによって、塗布針２４の先端から塗布材料が上方へ引き上げられる速度が速くなり、塗布量が減少することが予想される。

【0071】

本実施の形態では、制御用コンピュータ１０は、駆動部９０を制御することによって、塗布材料の種類と、目標塗布量と、塗布針２４と貫通孔７２の外壁との間隔に応じた剪断速度で塗布材料７０が剪断されるように塗布針２４を移動させる。ここで、塗布針２４と貫通孔７２の外壁との間隔は、先端部の各箇所における間隔の最小値、最大値、または平均値などを利用することができる。すなわち、制御用コンピュータ１０は、駆動部９０を制御することによって、塗布針２４が貫通孔７２を通過するときに、塗布材料の種類と、目標塗布量と、塗布針２４と貫通孔７２の外壁との間隔とに応じた剪断速度で塗布材料が剪断されるように塗布針２４を移動させる。

【0072】

図１３は、第２の実施形態の速度テーブルの例を表わす図である。図１３に示すように、速度テーブルは、塗布材料の種類ａｉ、目標塗布量ｂｊ、および塗布針と貫通孔の外壁との間隔ｃｌに対応する移動速度ｖｋを定める。

【0073】

速度テーブルは、塗布材料の種類と、目標塗布量とが同一の場合に、塗布針と貫通孔の外壁との間隔が大きいほど、移動速度が小さくなるように定める。

【0074】

速度テーブルは、塗布針と貫通孔の外壁との間隔が同一であって、塗布材料の種類が擬塑性流体の場合には、目標塗布量が大きいほど、移動速度が小さくなるように定める。速度テーブルは、塗布針と貫通孔の外壁との間隔が同一であって、塗布材料の種類がダイララント流体の場合には、目標塗布量が大きいほど、移動速度が大きくなるように定める。速度テーブルは、塗布針と貫通孔の外壁との間隔が同一であって、塗布材料の種類がビンガム流体の場合には、目標塗布量が所定値以下の場合に、目標塗布量が大きいほど、移動速度が小さくなるように定め、目標塗布量が所定値を超える場合に、目標塗布量に係わらず、移動速度が一定となるように定める。

【0075】

制御用コンピュータ１０は、図１３の速度テーブルを参照して、塗布針２４の鉛直下方向への移動速度を決定する。

【0076】

図１４は、第２の実施の形態の塗布針２４の駆動制御の手順を表わすフローチャートである。

【0077】

図１４を参照して、ステップＳ２０１において、制御用コンピュータ１０は、塗布材料、塗布針２４と貫通孔７２の外壁との距離および目標塗布量の情報を取得する。この情報は、ユーザの入力によって取得されるものであってもよいし、制御用コンピュータ１０が通信によって自動的に取得するものであってもよい。

【0078】

ステップＳ２０２において、制御用コンピュータ１０は、図１３に示す速度テーブルを参照して、塗布材料および目標塗布量に対応する塗布針２４の鉛直下方向への移動速度を決定する。

【0079】

ステップＳ２０３において、制御用コンピュータ１０は、塗布針２４が貫通孔７２を通過するときの速度が決定した移動速度となるように塗布針２４の移動を制御することによって、塗布材料７０の基板５への塗布を実行する。

【0080】

本実施の形態では、目標塗布量、塗布針と貫通孔の外壁との距離、および塗布材料の種類に応じて塗布針の鉛直下方向への移動速度を制御することによって、実質的に一般的な塗布作業と同等の所要時間で、塗布量の調整が可能になる。

【0081】

（実施の形態１および２の変形例）
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、たとえば、以下のような変形例も含む。
（１）塗布径
塗布量は、塗布膜のサイズを表わす塗布径、および塗布膜の厚さで表される。塗布膜の厚さが一定とみなせる場合には、塗布径と塗布量とは比例するので、塗布量の代わりに塗布径を用いてもよい。

【0082】

図１５は、変形例１の速度テーブルの例を表わす図である。図１５に示すように、速度テーブルは、塗布材料の種類ａｉ、および目標塗布径ｅｊに対応する移動速度ｖｋを定める。

【0083】

図１６は、変形例２の速度テーブルの例を表わす図である。図１６に示すように、速度テーブルは、塗布材料の種類ａｉ、目標塗布径ｅｊ、および塗布針と貫通孔の外壁との間の間隔ｃｌに対応する移動速度ｖｋを定める。
（２）移動速度の保存
制御装置は、稼働中に塗布速度を変更するために、決定した移動速度の値を保持するものとしてもよい。

【0084】

［第３の実施形態］
本実施の形態の塗布装置は、塗布材料として細胞を含む溶液（以下、細胞含有溶液）を用いる。細胞含有溶液も、第１および第２の実施形態で説明したビンガム流体、擬塑性流体、およびダイラタント流体と同様に、非ニュートン流体である。

【0085】

本願の発明者は、塗布材料としてヒアルロン酸溶液に細胞を含有させた細胞含有溶液を用いて、塗布速度の変化に対する塗布量の変化を調べた。

【0086】

図１７は、塗布材料がヒアルロン酸溶液に細胞を含有させた細胞含有溶液の場合の塗布速度に対する塗布径の測定結果を表わす図である。

【0087】

図１７に示すように、塗布材料がヒアルロン酸溶液に細胞を含有させた細胞含有溶液の場合には、塗布速度を大きくなると、塗布量である塗布径が小さくなる。よって、本実施の形態の塗布装置を用いれば、細胞含有溶液中の細胞濃度を一定とした場合に、塗布速度によって、塗布される細胞の数を変化させることができる。

【0088】

第１の実施の形態において説明した図１０の速度テーブルは、塗布材料として細胞含有溶液を含むことができる。図１０の速度テーブルは、塗布材料の種類が細胞含有溶液の場合には、目標塗布量が大きいほど、移動速度が小さくなるように定めることができる。

【0089】

第２の実施形態において説明した図１３の速度テーブルは、塗布材料として細胞含有溶液を含むことができる。図１３の速度テーブルは、塗布針と貫通孔の外壁との間隔が同一であって、塗布材料の種類が細胞含有溶液の場合には、目標塗布量が大きいほど、移動速度が小さくなるように定めることができる。

【0090】

今回開示された実施の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と考えられるべきである。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】

【0091】

１ Ｘ軸テーブル、２ Ｙ軸テーブル、３ Ｚ軸テーブル、４ 塗布機構、５ 基板、６ 観察光学系、７ ＣＣＤカメラ、８ 操作パネル、９ モニタ、１０ 制御用コンピュータ、２０ 塗布針ホルダ、２１ 塗布材料容器、２４ 塗布針、４１ サーボモータ、４３ カム、４４ 軸受、４５ カム連結板、４６ 可動部、４７ 塗布針ホルダ固定部、４８ 塗布針ホルダ収納部、４９ リニアガイド、５０ バネ、５１，５２ 固定ピン、６１ カム面、６２ 上端フラット領域、６３ 下端フラット領域、７０ 塗布材料、７２ 貫通孔、８０ 制御装置、９０ 駆動部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】