(57)【要約】【課題】目的に応じて、任意の個数あるいは量、もしくは種類の機能性物体をワークに付与すること。【解決手段】機能性物体を内包した有形の吐出物が前記吐出物のみの状態で供給された液滴吐出ヘッドから、前記吐出物をワークに吐出することを特徴とする機能性物体付与方法および機能性物体付与装置。【選択図】図１
2011000505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機能性物体を内包した有形の吐出物が前記吐出物のみの状態で供給された液滴吐出ヘッドから、前記吐出物をワークに吐出することを特徴とする機能性物体付与方法。
【請求項２】
前記吐出物は、加熱により溶融する相変化材料に前記機能性物体が内包されたものであり、前記吐出物を、前記液滴吐出ヘッド内で加熱して吐出することを特徴とする請求項１に記載の機能性物体付与方法。
【請求項３】
互いに混合すると状態が変化する複数種の前記機能性物体が個別に内包された複数の前記吐出物を、前記液滴吐出ヘッド内で加熱溶解混合することを特徴とする請求項２に記載の機能性物体付与方法。
【請求項４】
前記機能性物体が光硬化性樹脂材料と開始剤であり、それぞれ別の固形インクとしてヘッドに供給され、印写直前に加熱溶解させ吐出されることを特徴とする請求項３に記載の機能性物体付与方法。
【請求項５】
前記液滴吐出ヘッドに供給される前記複数の吐出物は、相互に隣接する前記吐出物が、互いに混合すると状態が変化する前記機能性物体をそれぞれ内包しないようにして、並列していることを特徴とする請求項３に記載の機能性物体付与方法。
【請求項６】
前記ワークに前記吐出物が付与された後、前記機能性物体から前記相変化材料を分離することを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の機能性物体付与方法。
【請求項７】
前記吐出物が球状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の機能性物体付与方法。
【請求項８】
機能性物体が内包された有形の吐出物をワークに吐出する液滴吐出ヘッドと、前記液滴吐出ヘッドに、前記吐出物を前記吐出物のみの状態で供給する供給手段と、を備えたことを特徴とする機能性物体付与装置。
【請求項９】
前記吐出物は、加熱により溶融する相変化材料に前記機能性物体が内包されたものであり、前記液滴吐出ヘッドが、前記吐出物を加熱する加熱手段を有することを特徴とする請求項８に記載の機能性物体付与装置。
【請求項１０】
前記液滴吐出ヘッドが、溶融される前記複数の吐出物を混合する混合手段を、さらに有することを特徴とする請求項９に記載の機能性物体付与装置。
【請求項１１】
前記供給手段は、前記液滴吐出ヘッドに連なる供給口が形成されると共に、複数の前記吐出物を収容する収容部と、収容された前記複数の吐出物を前記供給口に向けて押し出す押出し手段と、押出された前記複数の吐出物を、個別に前記供給口に送るための分離手段と、を有することを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の機能性物体付与装置。
【請求項１２】
加熱により溶融する相変化材料に、機能性物体が内包されていることを特徴とする機能性物体付与用吐出物。
【請求項１３】
前記機能性物体がカプセル化された状態で、前記相変化材料に内包されていることを特徴とする請求項１２に記載の機能性物体付与用吐出物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目的に応じて、任意の個数（量）、もしくは種類の機能性物体をワークに付与することができる機能性物体付与方法および機能性物体付与装置を提供することにある。
【背景技術】
【０００２】
従来、接着性樹脂によってＩＣチップ等の半導体素子を被覆したカプセルを、液体中に含有させ、液体吐出手段から液体と共にカプセルを吐出することで、半導体素子を基体上に実装する半導体の実装方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述のような方法では、液体中にカプセルを安定的に分散させるのが非常に困難であり、液体吐出手段から吐出する前にカプセルが沈降してしまうこととなる。そのため、多数のカプセルを液体中に含有させ、そのなかで偶々分散状態にある一部のカプセルを吐出するようにする必要がある。従って、半導体素子を１個だけ基体上に実装したい場合でも、多数のカプセルを用意する必要があった。つまり従来技術においては、目的に応じて、任意の個数、種類のカプセル（半導体素子）を基体上に実装することはできなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１は、機能性物体を内包した有形の吐出物が前記吐出物のみの状態で供給された液滴吐出ヘッドから、前記吐出物をワークに吐出することを特徴とする機能性物体付与方法に関する。ここでワークとは、枠組み、下部構造、構造、組織という意味でインクジェットの吐出先である被印字記録媒体を示す。紙のみでなく、半導体の基体や、バイオチップの基盤やその他諸々の被記録体を示す。
本発明の第２は、前記吐出物は、加熱により溶融する相変化材料に前記機能性物体が内包されたものであり、前記吐出物を、前記液滴吐出ヘッド内で加熱して吐出することを特徴とする請求項１に記載の機能性物体付与方法に関する。
本発明の第３は、互いに混合すると状態が変化する複数種の前記機能性物体が個別に内包された複数の前記吐出物を、前記液滴吐出ヘッド内で加熱することを特徴とする請求項２に記載の機能性物体付与方法に関する。
本発明の第４は、前記機能性物体が光硬化性樹脂材料と開始剤であり、それぞれ別の固形インクとしてヘッドに供給され、印写直前に加熱溶解させ吐出されることを特徴とする請求項３に記載の機能性物体付与方法に関する。
本発明の第５は、前記液滴吐出ヘッドに供給される前記複数の吐出物は、相互に隣接する前記吐出物が、互いに混合すると状態が変化する前記機能性物体をそれぞれ内包しないようにして、並列していることを特徴とする請求項３に記載の機能性物体付与方法。
本発明の第６は、前記ワークに前記吐出物が付与された後、前記機能性物体から前記相変化材料を分離することを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の機能性物体付与方法に関する。
本発明の第７は、前記吐出物が球状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の機能性物体付与方法に関する。
本発明の第８は、機能性物体が内包された有形の吐出物をワークに吐出する液滴吐出ヘッドと、前記液滴吐出ヘッドに、前記吐出物を前記吐出物のみの状態で供給する供給手段と、を備えたことを特徴とする機能性物体付与装置に関する。
本発明の第９は、前記吐出物は、加熱により溶融する相変化材料に前記機能性物体が内包されたものであり、前記液滴吐出ヘッドが、前記吐出物を加熱する加熱手段を有することを特徴とする請求項８に記載の機能性物体付与装置に関する。
本発明の第１０は、前記液滴吐出ヘッドが、溶融される前記複数の吐出物を混合する混合手段を、さらに有することを特徴とする請求項９に記載の機能性物体付与装置に関する。
本発明の第１１は、前記供給手段は、前記液滴吐出ヘッドに連なる供給口が形成されると共に、複数の前記吐出物を収容する収容部と、収容された前記複数の吐出物を前記供給口に向けて押し出す押出し手段と、押出された前記複数の吐出物を、個別に前記供給口に送るための分離手段と、を有することを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の機能性物体付与装置に関する。
本発明の第１２は、加熱により溶融する相変化材料に、機能性物体が内包されていることを特徴とする機能性物体付与用吐出物に関する。
本発明の第１３は、前記機能性物体がカプセル化された状態で、前記相変化材料に内包されていることを特徴とする請求項１２に記載の機能性物体付与用吐出物に関する。
【発明の効果】
【０００５】
機能性物体が内包された有形の吐出物を、吐出物のみの状態で、液滴吐出ヘッドに供給することで、目的に応じて任意の個数（量）、種類の機能性物体をワークに付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】吐出物の搬送（固体インク搬送部例）状況を概略的に示す。
【図２】液滴吐出ヘッド（加熱・ヘッド部例）内の状況を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、上記本発明の実施の形態について詳しく説明する。
図１および図２にその概略を示すが、図１は、機能性物体が内包された複数の吐出物（固体インクとして例示）が加熱部へ搬送される状況を示しており、押出しのためのスプリング機構により、吐出物は分離用カムによる分離手段によって個別に加熱部への供給口に押出される。この場合の分離手段は、例えば回転軸と回転軸の両端にそれぞれ設けられた円板を備え、各円板には吐出物が通過する切り欠きが周方向に位置ずれして形成されたものである。
図２は、圧電素子を用いたピエゾ型のインクジェットヘッドに吐出物（固形インクとして例示）を溶かして導入する状態を示すものであり、図１で示される押出され、分離された吐出物は液室に収容され、ここで加熱手段により溶融され、ノズルより排出されることとなる。この場合、ノズルとは反対側に加熱専用の部屋を設けることにより、より効果的な吐出物の溶融が可能となる。また、液体吐出ヘッドの吐出物供給口には、例えば配管チューブが連なっており、この配管チューブを通って吐出物が液体吐出ヘッドに供給される。配管チューブ内は、フッ素コーティング等により摩擦が小さくなっていることが好ましい。
【０００８】
本発明においては、吐出物のなかに各種の機能性物体（例えばＩＣタグ）を種別に内包させておき、その吐出物を液滴吐出ヘッドに種別に供給し、液滴吐出ヘッドから種別に吐出することによって複数種の機能性物体を種別にワークに付与することが可能となる。また、本発明においては、所定量の顔料インクを内包した吐出物を液滴吐出ヘッドに供給し、液滴吐出ヘッドから吐出した後、所定量の染料インクを内包させた吐出物を液滴吐出ヘッドから吐出するようにすることにより、所定量の顔料インクを付与後に所定量の染料インクを付与することも可能となる。この場合、顔料インクと染料インクとの間に、顔料や染料を共に含まない材料を吐出する工程を組み入れることで、液体吐出ヘッド内を洗浄する効果も期待できる。即ち、吐出物のなかに内包されている機能性物体同士（顔料インクと染料インク）が混じることはないこととなる。
そして、このような吐出物は、加熱により溶融する相変化材料に機能性物体を内包させたものであることも本発明の態様である。機能性物体が、例えばＩＣタグのように水に安定して分散せずすぐに沈降してしまうものでも、吐出物が相変化材料で構成されておれば、これを液滴吐出ヘッド内で加熱して溶融した吐出物を吐出することで、機能性物体が沈降する前にこれをワークに付与することができるものである。
【０００９】
前記相変化材料は、基本的には、ワーク上で機能性物体を定着させるものとして作用するが、定着機能をそれほど必要とせず、機能性物質の機能発揮のためには相変化材料がない方が良い場合には、ワーク上で機能性物体から相変化材料を分離することが好ましい。
相変化材料としては、機能性物体を埋め込むための室温で固体状ないし高粘性であり、高温条件下で液体となる材料であり、一般にはワックス（ロウ）が使用される。その他、高級脂肪酸と脂肪族アルコールのエステル、炭化水素系オリゴマー、長鎖脂肪族の酸、エステル、アミドなどである。ステアリン酸、ベヘン酸なども使用することができる。
処方としては、基本的には相変化材料であるワックスと機能性材料のみの系で問題なく実施することができる。しかし相変化材料の特性を保持するためには、相変化材料は組成中の少なくとも５０％以上が必要である。また相変化材料に生体材料など微量の機能性材料を添加したものでもよい。その他、相変化材料中には、必要に応じて可塑剤、酸化防止剤、界面活性剤などの補助剤も添加することが可能である。
また、前記のワックス自体が光硬化樹脂の機能性をもったものでもよい。そしてこれら相変化固形インクは室温以上の融点をもつものであればどのようなものでもよい。
さらには、機能性材料が室温で安定でない場合は、室温では液体であるが室温以下では固体となるインクを、装置全体をインクが固体になる低温の状態に保管して使用することも可能である。
これらの融点は、埋め込まれる機能性物体の機能に影響を与えない程度の温度でなければならない。即ち、機能性物体が、生体材料のように熱に弱い場合は、低温で固体状ないし高粘性であり、加熱により液体となるものを利用することが好ましい。この場合は、低温下において、吐出物を液体吐出ヘッド内で室温まで加熱することとなる。
【００１０】
本発明における吐出物（インク）の形状はどのようなものであっても良い。例えば特開２００８−１１５３６８号公報等に示されているインクジェットソリッドインクの成形方法が適用できる。しかしながら個別に溶解部に移送されるために便利である形状は球形である。球状のインクペレット製法は例えば特開２００８−５２８７７７号公報に記載されている技術が適用できる。
【００１１】
前記吐出物（インク）の供給方法としては、例えば特開平２−４５２２号公報に記載されている方法が適用できるが、機能性物体の入った固体インクを個別にヘッド部に搬送させるための工夫が必要である。固体インク自体がセンチメートルオーダー、ミリオーダーの大きさである場合には、従来より知られている機械的な方法（電磁弁・カムなど）でも実施することができる。固体インクの大きさが１ｍｍ以下になった場合、チューブ内の球形固体インクを個別に搬送するためのピエゾ式弁なども有効である。
１個の固体インクが加熱部に搬送されたあとは、相変化材料の融点まで加熱される。その後は液体になるので、機能性物体が沈降する前に吐出しなければならない。機能性物体が、液体に短時間であれば分散可能な生体材料・高分子・着色剤・顔料などであれば、それらが沈降する以前に速やかに吐出部まで運び、そのまま吐出することが可能である。また、複数の機能性物体を確実に混合された状態で吐出するためには、液滴吐出ヘッド内に混合手段を設けることができる。混合手段は、例えば、振動用ピエゾや超小型攪拌装置である。
一方、微小のＩＣタグのように機能性物体を液体に分散させることが困難な場合は、球形のマイクロカプセル（硬い殻でもよいし、柔らかい材質でもよい）で保護しておき、液体に分散しやすくしておくことが好ましい。カプセル化の方法としては、上記で引用した特許文献１（特開２００５−１６６７３６号公報）に記載されているように、コアセルベーション法が利用できる。
【００１２】
本発明の液体の吐出ヘッドは、機能性物体がＩＣタグの場合のように、機能性物体を１個ずつ付与する場合には、ノズルは１個だけであることが好ましい。しかしながら、機能性物体が顔料インク、染料インクあるいは光重合性化合物と光重合開始剤との混合物のように、機能性物体をワーク上の決められた範囲に付与する場合においては、ノズルは複数であることが好ましい。
液滴の噴射自体は、各個体インクにつき１滴の吐出ですめば好ましいが、実際には何滴にも分けて噴射し、球形固体インクの中に機能性物体が１個しかない場合は、その中の１滴の中に含まれていれば目的は達せられる。
【００１３】
前記の機能性材料（物体）としては、相変化材料の中に埋め込むことが可能であり、インクジェットで吐出可能な材料であればどのようなものでもよい。
ＩＣタグ自体は、０．４ｍｍ角と寸法が大きいため、１ｍｍ程度の大きなノズルから吐出することとなる。吐出のアクチェーターとしてはピエゾでもよいが、ピストン方式であってもよい。
具体的な機能性材料としては、着色剤、磁性材料、蛍光材料なども挙げられる。この場合のインクの調製は、従来のホットメルトインクの製造技術（特表２００８−５２８７７７号公報）がそのまま使用できる。その個々の球状インクに、目的に応じた個別の着色剤が含有されており、個々の球状インクは互いに混合することなく、個別に印写されることに特徴がある。その印写順序、すなわち固体インクの並び順序は目的の機能が出せるようにあらかじめ決めておかなければならない。具体的には図１に示すように、Ａ、Ｂ２種の機能性物体を付与する場合、Ａ（球体の模様にて表示）、空（模様のない球体）、Ｂ（球体の模様にて表示）、空、Ａ、空、と並べればよい。また、Ａ、Ｂ、Ｃ３種の機能性物体を付与する場合で、ＡとＢのみが反応するような場合にはＡ、Ｃ、Ｂ、Ｃ、Ａ、と並べて供給することとなる。その場合、固体インク自体を個別に判別するための装置を組み込むことにより、その都度、固体インクの並び順序をかえることもできる。
機能性材料として磁性材料を用いる場合には、例えば特許第３８０１４４４号明細書に紹介されているように磁性材料をワックスなどの相変化材料に分散させたものを使用することができる。
機能性材料を埋め込んだ相変化固形インクは、その機能性材料が何も１種類に限定されるものではない。磁性材料含有の球状インク、着色剤含有の球状インク、生体材料含有の球状インク、情報タグ含有の球状インクを連続して同じヘッドから吐出も可能である。それぞれが吐出前に混合されることなく、個別に溶解させ、吐出すればよい。成分の大部分が相変化材料であれば中身の機能材料は異なっていてもインク物性的にはほとんど同じである。
機能性材料として生体材料を用いることができる。例えば、アレルギーに関係する各種抗原を相変化材料に埋めこんであってもよい。相変化材料の中に細かくして埋め込んでおけば、沈降凝集の心配もなく、必要なときに、必要な量だけ付与可能である。例えば、ある種の花粉が抗原として作用するかどうか調べるための、抗原−抗体反応を調査するためのバイオチップ製造も本方法で可能となる。また生体材料を用いる場合には環境汚染の視点から混合して存在したり、裸で存在することが好ましくなく、混合液をインクジェット噴射することが好ましくないこともある。また、ある材料と別の材料が混合後の経過時間変化をみたいため、印写直前までは混合させたくない場合もある。そのような場合にも、本発明の方法によれば、各種機能性生体材料を印写直前までは混ざることなく、しかも印写直前までは相変化材料で保護しているため機能性材料が裸で存在することなく、印写直前に混合し印写することが可能となり、この面からも有効となる。機能性材料として光硬化する樹脂材料を用いることもできる。このような常温で液体の光硬化樹脂材料を相変化材料の中に埋め込んで（あるいは加熱混合溶解させて）室温では固体の光硬化性相変化固体インクを形成する。あるいは光硬化樹脂材料分子自体が室温で固体であり加熱で溶解する相変化材料の機能を持っているとなおさら好ましい。このような光硬化樹脂材料の固体インク（Ａ）とは別に開始剤のみを含有した相変化材料固体インク（Ｂ）も用意する。さらに好ましくは開始剤も光硬化材料も含有しない相変化材料固体インク（Ｃ）も用意する。こうしてＡ，ＢあるいはＡ，Ｃ，Ｂの順序で固体インクを搬送し、吐出ヘッド内の加熱部で加熱溶解して開始剤と光硬化材料を溶解混合させ、印写して光照射すれば光硬化した層を被記録媒体上に作成できる。この場合、加熱溶解するまでは光硬化材料（Ａ）と、開始剤（Ｂ）は混合しないため、開始剤と光硬化モノマーが混合した液体である従来のＵＶインクのように、吐出前に硬化してしまうような保存性の悪さを避けることができる。
【００１４】
また、このように、機能性物体を相変化材料に埋め込むことによって、インクの保存性が問題となるインクジェット吐出に適用することができなかった機能性物体も、インクジェット吐出のときだけ溶液分散状態を維持すればよいこととなるので、その応用分野は従来のインクジェットよりもはるかに大きなものとなる。
【００１５】
本発明の固形インクの形態としてはどのようなものでもよい。条件としては個別に移動でき、互いに混合しないことが重要である。搬送をスムーズに行うためには球状であることが好ましい。そのスケールは搬送するための機能性材料の大きさによる。相変化材料は最終的に機能性材料を目標基体に接着させる役割をもつのであるからその量はそれに見合った量であればよい。機能性物体が現在利用可能なＩＣチップの場合にはそれに相応する大きさのノズルを必要とし、固形インクとしても大きなものとなる。機能性材料が生体物質やそのほか低分子化合物から高分子化合物の場合には、従来のインクジェットスケールのノズルからも印写ができる。なお、一般的には、必要な量の機能性物体とそれを基体に付着させるのに最低限必要な量の相変化材料のみを用いることにより、最終的にはミクロンオーダーの固形インクとすることが望まれる。
【００１６】
本発明の他の態様として、ＩＣチップの埋め込まれた固体インクを印字する場合には、通常の着色剤によるインクジェット印刷を施したあと、ＩＣチップの埋め込まれた固体インクを用いて基体にＩＣチップを付与し、その後ＩＣチップリーダーで情報を書き込めばその文書のトレーサビリティーが可能となる。
また、花粉、種子などのバイオ材料をそのままでは印写付与ができないものを、相変化材料に埋め込んで個別に印写すれば、抗体検査用のチップが作製可能となる。
いずれの場合も、相変化材料は基体への接着剤として機能するが、機能性物体だけが必要で相変化材料は必要でない場合は機能性物体に影響を与えず、相変化材料だけ溶解する溶剤で溶解分離するか、再加熱溶解させて分離する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００５−１６６７３６号公報
【図１】
2011000505.tif 000003
【図２】
2011000505.tif 000004