(57)【要約】【課題】  基材を加工する反応生成物を含有した液体の特性に影響を受けることなく、安定した性能を発揮する加工済み基材を製造することのできる加工装置を提供する。【解決手段】  基材の表面を加工する加工装置において、マイクロリアクタと、前記マイクロリアクタで生成された反応生成物を含有する液体を移送する移送流路と、前記移送流路を移送された反応生成物を含有する液体を基材に担持せしめる加工手段と、を有する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面を加工する加工装置において、
複数の流路と、これら複数の流路の合流する合流路とを有し、各々の流路から供給される液体に含まれる原材料同士が反応することにより反応生成物を生成するマイクロリアクタと、
前記マイクロリアクタで生成された反応生成物を含有する液体を移送する移送流路と、
前記移送流路を移送された反応生成物を含有する液体を基材に担持せしめる加工手段と、
を有することを特徴とする加工装置。
【請求項２】
前記加工手段により反応生成物が担持された基材を処理する処理手段を有することを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
【請求項３】
前記加工手段を所定の雰囲気に維持する雰囲気維持手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の加工装置。
【請求項４】
前記マイクロリアクタでは、金属イオンと還元剤とが反応し、金属ナノ粒子が生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工装置に関する。より詳しくは、反応生成物を含有する液体を基材に担持せしめて、基材の表面を加工する加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
粒径が数ｎｍから数百ｎｍであるナノレベルの超微粒子（以下、ナノ粒子と呼ぶ）は、比表面積が高いため、様々な表面効果を発揮する。例えば、金属ナノ粒子同士は比較的簡単に凝集するため、電極間の接合などに用いることができる。
【０００３】
そして、無機金属ナノ粒子、無機金属化合物金属ナノ粒子はさまざまな手法により製造されており、顔料などの着色剤、化粧品などで用いられる光遮蔽剤、環境浄化や抗菌を目的とした化成材料、電子回路に用いる導電性ペースト材料、有機合成化学で用いられる各種触媒、さらには写真材料の光センサーとしてなど、多くの産業分野において重要な役割を果たしている。
【０００４】
一方、基材表面への加工方法として、反応生成物である金属ナノ粒子を分散させた液体をインクジェット法にて、基材である基板上に吐出することによって、配線パターン様に塗布し、その後熱処理やレーザー照射を行なって導電膜配線（膜パターン）に変換する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。この方法によれば、フォトリソグラフィーが不要となり、生産プロセスは大幅に簡単なものとなる。また、工程が単純で反応生成物の使用量も少なくてすむものである。
【特許文献１】特開２００３−１３３６９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１に記載の加工装置においては、反応生成物であるナノ粒子を含有する分散液を予め調整しておき、インクとしてインクタンクに貯留された分散液をインクジェット法にて基板上に吐出するものだが、インクタンクに貯留されている間に、ナノ粒子の有する特性が変化してしまい、加工された基板が所期の性能を達成できないという場合があった。
【０００６】
特に、ナノ粒子は比表面積が高く、様々な表面効果を発揮するが故に、ナノ粒子を含有する分散液の状態が非常に不安定であった。そして、ナノ粒子が金属ナノ粒子である場合、ナノ粒子含有分散液がインクタンクに貯留されている間に、ナノ粒子が酸化されてしてしまい、酸化されたナノ粒子を含有する分散液を、インクジェット法にて基板上に吐出して、配線パターン様に塗布し、その後熱処理やレーザー照射を行なって導電膜配線に変換しても、該導電膜配線が所期の性能を満足できない場合があり、ナノ粒子含有分散液として使用できるものはきわめて限られたものであった。
【０００７】
一方、近年ではオンデマンド加工に対する要求が高まっており、所定時間当たりの加工量変動に対応させるためには、最大加工量に合わせた加工用材料の備蓄が必要となるが、ナノ粒子含有分散液の如く、変質しやすい反応生成物を使用する場合には、加工量の実績が見込みを大きく下回ると、無駄になる反応生成物は大量となり、インクジェット法のメリットである反応生成物の使用量を少なくするということが十分には活かせないでいた。
【０００８】
また、ナノ粒子等の反応生成物を含有した液体の保存性を上げるために酸化防止剤等を分散液に添加すると、加工済み基材の性能（例えば、配線の導電性）が低下する場合が少なくなかった。そして、反応生成物を含有した分散液の保存方法を超低温や低圧等の万全なものにすると、保存容器、保存設備ともに大掛かりなものとならざるを得ない。
【０００９】
本発明は、基材を加工する反応生成物を含有した液体の特性に影響を受けることなく、安定した性能を発揮する加工済み基材を製造することのできる加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【００１１】
請求項１に係る発明は、基材の表面を加工する加工装置において、
複数の流路と、これら複数の流路の合流する合流路とを有し、各々の流路から供給される液体に含まれる原材料同士が反応することにより反応生成物を生成するマイクロリアクタと、
前記マイクロリアクタで生成された反応生成物を含有する液体を移送する移送流路と、
前記移送流路を移送された反応生成物を含有する液体を基材に担持せしめる加工手段と、
を有することを特徴とする加工装置である。
【００１２】
請求項２に係る発明は、前記加工手段により反応生成物が担持された基材を処理する処理手段を有することを特徴とする請求項１に記載の加工装置である。
【００１３】
請求項３に係る発明は、前記加工手段を所定の雰囲気に維持する雰囲気維持手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の加工装置である。
【００１４】
請求項４に係る発明は、前記マイクロリアクタでは、金属イオンと還元剤とが反応し、金属ナノ粒子が生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の加工装置である。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、比較的変質しにくい複数の原材料が、マイクロリアクタにおいて反応することで反応生成物が生成され、反応生成物を含有する液体は、殆ど貯留されることなく、移送流路を経て加工手段により基材上に担持されるので、加工物は、反応生成物の有する所期の性能を達成することができる。
【００１６】
また、反応生成物に代えて、比較的変質しにくいその原材料を備蓄又は貯留するので、不安定な反応生成物で基材を加工する場合であっても、反応生成物を備蓄又は貯留するための特別な設備を必要とすることなく、原材料どうしが反応して生成した反応生成物が変質する前に基材を加工するので、従来では加工に適さなかった反応生成物を基材の加工に使うことも可能となる。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、基材を加工手段で加工した後、処理手段により、反応生成物が変質しない処理まで続けてできるので、従来では加工に適さなかった反応生成物を基材の加工に使うことも可能となる。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、加工手段を所定の雰囲気に維持するので、反応生成物が変質しにくい雰囲気とすることができ、従来では加工に適さなかった反応生成物を基材の加工に使うことも可能となり、所期の性能を達成することもできる。また、反応生成物が変質しにくい雰囲気とするのは、反応生成物が生成されてから、加工が完了するまでの小さな空間であればよいので、雰囲気を維持するための気密構造体を非常に小さなものとすることが可能となる。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば、金属イオンと還元剤とが反応することにより生成する金属ナノ粒子で基材を加工することが可能となるので、導電材料（例えばデバイスの配線、電磁波防止膜）や記録材料（例えば追記型光ディスク、ハードディスク等の磁気記録材料）などの生産において、生産プロセスを大幅に簡単なものとでき、原材料の使用量や原材料選択の制約も少なく、高性能ながら少量多品種生産に好適なものとできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の加工装置の一実施形態について説明する。図１には、加工装置の全体構成が概略的に示されている。
【００２１】
図１において、本発明の加工装置１は、インクジェットヘッド２、気密シールド３、不活性ガス導入装置４、キセノンランプ５、搬送ベルト６、溶液タンク１１ａ，１１ｂ、送液チューブ１２ａ、１２ｂ、ポンプ１３ａ、１３ｂ、マイクロチューブ１４ａ、１４ｂ、マイクロリアクタ１５、分散液送液チューブ１６とからなる。
【００２２】
加工手段であるインクジェットヘッド２は、反応生成物を含有する液体である金属ナノ粒子含有分散液（以下、分散液という）をノズル（吐出口）から吐出して所定間隔で基材Ｐに付与する複数のインクジェットヘッド（吐出手段）を備えている。そして、これら複数のインクジェットヘッドはそれぞれ、図示しない制御装置から供給される吐出電圧に応じて個別に分散液を吐出できるようになっている。インクジェットヘッド２は図示しないガイド軸に固定され、図示しないステッピングモータ等の駆動によりインクジェットヘッド２が基材Ｐを載置した搬送ベルト６に対して相対的に移動するようになっている。インクジェットヘッド２並びにその移動は、特開２００３−１３３６９２号公報に記載のものを使うことができる。
【００２３】
気密シールド３は、インクジェットヘッド２、搬送ベルト６の一部、マイクロリアクタ１５及びキセノンランプ５とを、気密構造に覆っており、気密シールド３内部では、不活性ガスボンベ４から注入される不活性ガス（例えば、窒素）で満たされている。すなわち、気密シールド３及び不活性ガスボンベ４により、雰囲気維持手段を構成している。また、加工する基材や分散液に含有されるナノ粒子の特性に応じて、不活性ガスに代えて反応性ガスで気密シールド内３を満たしてもよい。
【００２４】
処理手段であるキセノンランプ５は、インクジェットヘッド２により分散液が選択的に塗布された基材Ｐから、溶媒を除去し、ナノ粒子間の電気的接触をよくするために、熱処理を行う。キセノンランプ５による熱処理の処理温度は溶媒の沸点（蒸気圧）、圧力および金属ナノ粒子の熱的挙動により適宜定めれば良く、特に限定されるものではないが室温以上３００℃以下で行うことが望ましい。特に、プラスチックなどの広範囲な基材を使用できるという点では、室温から１００℃以下で行うことが特に望ましい。なお、インクジェットヘッド２が設置された加工エリア２０と、キセノンランプ５が設置された後処理エリア５０とは、遮光部材５１によって隔てられており、基材Ｐへ吐出する前の分散液に対して影響を与えない構造としている。
【００２５】
また、キセノンランプ５に代えて、熱処理は通常のホットプレート、電気炉などでの処理の他、ランプアニールによって行うこともできる。ランプアニールに使用する光の光源としては、特に限定されないが、赤外線ランプ、ＹＡＧレーザー、アルゴンレーザー、炭酸ガスレーザー、ＸｅＦ、ＸｅＣｌ、ＸｅＢｒ、ＫｒＦ、ＫｒＣｌ、ＡｒＦ、ＡｒＣｌなどのエキシマレーザーなどを光源として使用することができる。これらの光源は一般には、１０〜５０００Ｗの出力のものが用いられるが、通常１００〜１０００Ｗで十分である。
【００２６】
基材搬送手段である搬送ベルト６は、図示しない駆動源により駆動されている駆動ローラ６１、支持ローラ６２ａ、６２ｂに巻き掛けられたエンドレスベルトであり、未加工基材載置エリア７０に載置された未加工の基材Ｐを載置して、加工エリア２０に搬送した後、後処理エリア５０を経て、加工済基材載置エリア８０に至るまでの間、固定爪６３により基材Ｐを固定した状態で搬送する。なお、未加工基材載置エリア７０と加工エリア２０との間に、基材Ｐに対して親液処理や撥液処理を行う前処理手段を設けることも可能である。
【００２７】
溶液タンク１１ａ、１１ｂ、送液チューブ１２ａ、１２ｂ、ポンプ１３ａ、１３ｂ、マイクロチューブ１４ａ、１４ｂ、マイクロリアクタ１５及び分散液送液チューブ１６によりナノ粒子生成手段１０を構成している。
【００２８】
溶液タンク１１ａは、金属ナノ粒子の原材料となる還元剤を含有した溶液（以下、還元剤溶液という）を貯留しており、溶液タンク１１ｂは、金属ナノ粒子の原材料となる金属イオンを含有した溶液（以下、金属イオン溶液をいう）を貯留している。
【００２９】
送液チューブ  １２ａは、溶液タンク１１ａに貯留された還元剤溶液をポンプ１３ａに移送し、送液チューブ１２ｂは、溶液タンク１１ｂに貯留された金属イオン溶液をポンプ１３ｂに移送する。送液チューブ１２ａ及び１２ｂの材質及び形状には特に制限はないが、後述するマイクロリアクタ１５と同じものであることが好ましい。
【００３０】
ポンプ１３ａ及び１３ｂは、それぞれ、送液チューブ１２ａ及び１２ｂから移送されてきた還元剤溶液及び金属イオン溶液を、定圧定量でマイクロチューブ１４ａ及び１４ｂを経てマイクロリアクタ１５に吐出する。ポンプ１３ａ及び１３ｂの駆動方式は、特に制限はないが、５０００Ｐａ以上の耐圧性能を有し、マイクロリアクタ１５内で形成される金属イオン溶液及び還元剤溶液の流体を制御できるものが好ましい。
【００３１】
マイクロチューブ１４ａ及び１４ｂは、それぞれ、  ポンプ１３ａ及び１３ｂから吐出された還元剤溶液及び金属イオン溶液を、マイクロリアクタ１５に移送する。マイクロチューブ１４ａ及び１４ｂは、内径１μｍ〜１ｍｍ程度の公知の管状部材を使用することができる。  マイクロチューブ１４ａ及び１４ｂの材質及び形状には特に制限はないが、後述するマイクロリアクタ１５と同じものであることが好ましい。
【００３２】
マイクロリアクタ１５は、還元剤溶液の流路１５１ａ、金属イオン溶液の流路１５１ｂと、これら流路の合流する合流路１５２とからなる。流路１５１ａ及び１５１ｂの内径は、マイクロチューブ１４ａ及び１４ｂと同じで、合流路１５２の内径は、流路１５１ａ及び１５１ｂの内径の和に等しいものとなっているのが好ましい。マイクロリアクタ１５の詳細については後述する。
【００３３】
移送流路である分散液送液チューブ１６は、マイクロリアクタ１５で生成した反応生成物である金属ナノ粒子を含有する分散液を、インクジェットヘッド２に移送する。  分散液送液チューブ１６の材質及び形状には特に制限はないが、後述するマイクロリアクタ１５と同じものであることが好ましい。なお、分散液送液チューブ１６には、インクジェットヘッド２からの分散液の吐出量と、マイクロリアクタ１５から移送される分散液の移送量との差を緩衝する緩衝部を設けることが好ましい。
【００３４】
マイクロリアクタ１５の詳細について、図２を用いて説明する。図２（ａ）は、マイクロリアクタ１５を模式的に示した概略図で、図２（ｂ）はその断面図である。
【００３５】
マイクロリアクタ１５は、還元剤溶液Ｘの流路１５１ａ、金属イオン溶液Ｙの流路１５１ｂと、これら流路の合流する合流路１５２はそれぞれ等価直径１ｍｍ以下の流路である。
【００３６】
なお、等価直径（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  ｄｉａｍｅｔｅｒ）とは、相当径とも呼ばれ、機械工学の分野で用いられる用語である。任意断面形状の配管（本発明では流路）に対し等価な円管を想定するとき、その等価円管の直径を等価直径といい、Ａ：配管の断面積、ｐ：配管のぬれぶち長さ（周長）を用いて、ｄeq＝４Ａ／ｐと定義される。円管に適用した場合、この等価直径は円管直径に一致する。等価直径は等価円管のデータを基に、その配管の流動あるいは熱伝達特性を推定するのに用いられ、現象の空間的スケール（代表的長さ）を表す。等価直径は、一辺ａの正四角形管ではｄeq＝４ａ2／４ａ＝ａ、一辺ａの正三角形管ではｄeq＝ａ／３1/2、路高さｈの平行平板間の流れではｄeq＝２ｈとなる（参照：（社）日本機械学会編「機械工学事典」１９９７年、丸善（株））。
【００３７】
マイクロリアクタ１５における還元剤溶液Ｘと金属イオン溶液Ｙとの混合は、層流（ｌａｍｉｎａｒ  ｆｌｏｗ）を利用した混合である。本発明の混合では、合流路を流れるそれぞれの液体（流体）を広い面積で接触させる事によって、均一に短時間のうちにイオンを拡散させる事により、より速く且つより均一な混合を実現するものである。拡散によるイオンの移動は濃度の時間的変化で関係づけられるＦｉｃｋの法則に従い、拡散係数と濃度勾配の積として次式で与えられる。
【００３８】
ｔ〜Ｌ2／Ｄ
ここで、Ｄは拡散定数、Ｌは流体の厚さ、ｔは混合時間を表わす。上記式から、混合時間ｔは流体の厚さＬの二乗に比例する為、流体の層厚を薄くする事によって非常に効果的に混合時間を短くする事ができる。
【００３９】
流路１５１ａ及び流路１５１ｂならびに合流路１５２の等価直径は１ｍｍ以下であるが、好ましくは１０〜５００μｍであり、特に好ましくは２０〜３００μｍである。また流路の長さには特に制限はないが、好ましくは１ｍｍ〜１０００ｍｍであり、特に好ましくは１０ｍｍ〜５００ｍｍである。
【００４０】
流路１５１ａ及び流路１５１ｂならびに合流路１５２は一本のみである必要はなく、必要に応じて流路を何本も並列化、すなわちマイクロリアクタ１５を並列化し（Ｎｕｍｂｅｒｉｎｇ−ｕｐ）、その処理量を増大させることができる。
【００４１】
マイクロリアクタ１５を構成する流路１５１ａ及び流路１５１ｂならびに合流路１５２は、固体基板上に微細加工技術により作成される。使用される材料の例をあげれば金属、シリコン、テフロン（Ｒ）、ガラス、セラミックスまたはプラスチックなどである。耐熱、耐圧および耐溶剤性が必要な場合、好ましい材料は金属、シリコン、テフロン（Ｒ）、ガラスまたはセラミックスであるが、特に好ましくは金属である。金属の例を挙げれば、ニッケル、アルミ、銀、金、白金、タンタル、ステンレス、ハステロイ（Ｎｉ−Ｆｅ系合金）またはチタンであるが、好ましくは耐腐食性の高いステンレス、ハステロイもしくはチタンである。また、目的に応じて、金属の上に別の金属もしくは他の材料をコーティングしても良いし、金属以外の材料（例えばセラミック）に金属もしくはガラスなどをコーティングしても良い。
【００４２】
流路１５１ａ及び流路１５１ｂならびに合流路１５２を作成するための微細加工技術としは、Ｘ線リソグラフィを用いるＬＩＧＡ技術、ＥＰＯＮ  ＳＵ−８を用いた高アスペクト比フォトリソグラフィ法、マイクロ放電加工法（μ−ＥＤＭ）、Ｄｅｅｐ  ＲＩＥによるシリコンの高アスペクト比加工法、Ｈｏｔ  Ｅｍｂｏｓｓ加工法、光造形法、レーザー加工法、イオンビーム加工法、およびダイアモンドのような硬い材料で作られたマイクロ工具を用いる機械的マイクロ切削加工法などがある。これらの技術を単独で用いても良いし、組み合わせて用いても良い。好ましい微細加工技術は、Ｘ線リソグラフィを用いるＬＩＧＡ技術、ＥＰＯＮ  ＳＵ−８を用いた高アスペクト比フォトリソグラフィ法、マイクロ放電加工法（μ−ＥＤＭ）、および機械的マイクロ切削加工法である。
【００４３】
マイクロリアクタ１５を組み立てる際には、接合技術が用いられるのが一般的であり、例えば、固相接合として圧接や拡散接合、液相接合として溶接、共晶接合、はんだ付け、接着等が代表的な接合方法である。更に、組立に際しては高温加熱による材料の変質や大変形による流路等の微小構造体の破壊を伴わない寸法精度を保った高度に精密な接合方法が望ましいが、その技術としてはシリコン直接接合、陽極接合、表面活性化接合、水素結合を用いた直接接合、ＨＦ水溶液を用いた接合、Ａｕ−Ｓｉ共晶接合、ボイドフリー接着などがある。
【００４４】
マイクロリアクタ１５において層流を利用した混合をするためには、還元剤溶液Ｘと金属イオン溶液Ｙそれぞれの流体制御が必要である。流体制御は形態で分類すると連続流動方式と液滴（液体プラグ）方式とがあり、駆動力で分類すると電気的駆動方式と圧力駆動方式とがある。これらの方式を以下に説明する。
【００４５】
流体を扱う形態として、最も広く用いられるのが連続流動方式である。連続流動式の流体制御では、マイクロリアクタ１５の流路内は全て流体で満たされ、外部に用意したシリンジポンプなどの圧力源によって、流体全体を駆動するのが一般的である。この場合、比較的簡単なセットアップで制御システムを実現できる。
【００４６】
流体を扱う他の形態として、液滴（液体プラグ）方式がある。この方式では、マイクロリアクタ１５内部やマイクロチューブ１４ａ及び１４ｂ内で、空気で仕切られた液滴を動かすものであり、個々の液滴は空気圧によって駆動される。その際、液滴と流路壁あるいは液滴同士の間の空気を必要に応じて外部に逃がすようなベント構造、及び分岐した流路内の圧力を他の部分と独立に保つためのバルブ構造などを、マイクロリアクタ１５システム内部に用意する必要がある。また、圧力差を制御して液滴の操作を行うために、外部に圧力源や切り替えバルブからなる圧力制御システムを構築する必要がある。このように液滴方式では、複数の液滴を個別に操作して、いくつかの反応を順次行うなどの多段階の操作が可能で、システム構成の自由度は大きくなる。
【００４７】
マイクロリアクタ１５内の流体制御を行うための駆動方式として、マイクロリアクタ１５の流路両端に高電圧をかけて電気浸透流を発生させ、これによって流体移動させる電気的駆動方式が好ましい。電気的駆動方式を行う場合には、電気的な制御によって流体の操作を行うことができるため、例えば連続的に２種類の溶液の混合比率を変化させることによって、時間的な濃度勾配をつくるといった比較的複雑な処理が可能である。
【００４８】
他の駆動方式としては、外部に圧力源を用意して流体に圧力をかけて移動させる圧力駆動方式がある。圧力駆動方式の場合には、流体の電気的な性質にかかわらず制御可能であること、発熱や電気分解などの副次的な効果を考慮しなくてよいことなどから、基質に対する影響がほとんどない。
【００４９】
マイクロリアクタ１５の温度制御は、加工装置１全体を温度制御された容器中に入れることにより制御しても良いし、金属抵抗線や、ポリシリコンなどのヒータをマイクロリアクタ１５に隣接して設置し、公知の方法で温度を検知しながら、加熱についてはヒータを使用し、冷却については自然冷却でサーマルサイクルを行うことで所望の温度に制御することが可能である。また、ペルチェ素子をマイクロリアクタ１５に接触させることによって外部から加熱、冷却を行っても良い。どの方法を用いるかは用途やマイクロリアクタ１５本体の材料などに合わせて選択される。
【００５０】
図３（ａ）は、ナノ粒子生成手段１０の他の形態を模式的に示した概略図である。
【００５１】
図３（ａ）のナノ粒子生成手段１０は、溶液タンク１１ａ、１１ｂ、送液チューブ１２ａ、１２ｂ、ポンプ１３ａ、１３ｂ、マイクロチューブ１４ａ、１４ｂ、１４２ａ、１４３ａ、分液器１４１、マイクロリアクタ１５ｂ及び分散液送液チューブ１６からなり、図１に示したものと同一符号を付した部材については説明を省略する。
【００５２】
分液器１４１は、ポンプ１３ａによりマイクロチューブ１４ａを移送されてきた還元剤溶液を、マイクロチューブ１４２ａ及び１４３ａに分岐させ、他の実施形態に係るマイクロリアクタ１７の流路１７１ａ及び１７１ｃに移送する。
【００５３】
マイクロリアクタ１７は、還元剤溶液Ｘの流路１７１ａ及び１７１ｃ、金属イオン溶液Ｙの流路１７１ｂと、これら流路の合流する合流路１７２とからなる。このとき、還元剤溶液Ｘと金属イオン溶液Ｙの流体は、図３（ｂ）に示すような形状となり、合流路１７２の壁面に接触する流体は還元剤溶液であるため、合流路１７２の壁面に付着している酸化剤を還元剤により中和することができ、壁面に付着している酸化剤による金属ナノ粒子の酸化や、目詰まりの原因となる副生成物の発生を大幅に抑えることが可能となる。
【００５４】
本発明の加工装置は、金属化合物ナノ粒子を含む金属ナノ粒子を含有する分散液による基材の表面加工において有用であり、目的の金属ナノ粒子に応じて各種の原材料を選択することができる。金属ナノ粒子形成反応は特に限定されるものではないが、形成した金属ナノ粒子以外の副生成物が可溶性であることが分離精製の容易性から好ましい。例としては特開平９−６７１２２の様に硝酸銀を水素化ホウ素カリウムで、特開２００２−９９０５１の様に硝酸銀を硫酸ヒドラジンで還元し銀金属ナノ粒子を形成させる方法などが挙げられる。特開平１１−８０６４７の様に塩化金酸、硝酸銀、塩化白金酸類を原料に、３級アミン類還元剤を用いて還元し、金、銀、銅、白金などの金属ナノ粒子を製造することも出来る。以下、金属ナノ粒子の原材料を含んだ溶液である金属イオン溶液及び還元剤溶液について詳細に説明する。
【００５５】
金属イオン溶液に含有される金属イオンとしては特に限定されず、例えば、金、銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金等の貴金属イオンを挙げることができる。なかでも、金、銀、白金が好ましい。
【００５６】
金属イオン溶液としては上記貴金属イオン又は銅イオンを含むものであれば特に限定されず、例えば、塩化金酸、硝酸銀、酢酸銀、過塩素酸銀、塩化白金酸、塩化白金酸カリウム、塩化銅（ＩＩ）、酢酸銅（ＩＩ）、硫酸銅（ＩＩ）等の水溶液を挙げることができる。上記貴金属又は銅の化合物の水溶液濃度は、０．０５Ｍ以上であることが好ましい。
【００５７】
金属ナノ粒子形成反応で発生する副生成物は各種方法で除去することが出来るが、金属ナノ粒子の分離精製においては濾過法が好ましく、副生成物のみを濾別するためにも特に限外濾過法が好ましい。さらに、限外濾過法を用いることで反応生成物である金属ナノ粒子含有分散液の濃縮が可能となり、原料濃度の自由度や反応生成物の保存スペース確保などを可能とする。
【００５８】
原料液混合により形成される金属ナノ粒子は粒径が小さいために粒子間での凝集いわゆる一次凝集が起きやすく、粒径分布の劣化や大粒径化を促す原因となる。そこで、金属イオン溶液に、水溶性の高分子分散剤を併用することが一般的である。高分子分散剤としては特に限定されないが、重合度や吸着力を、形成したい金属ナノ粒子の性質によって使い分けることが望ましい。
【００５９】
例としては特開平９−６７１２２、特開平１０−３１７０２２、特開平１１−８０６４７、特開２００１−３２５８３１に挙げられる。具体的には、市販品であるソルスパース２００００、ソルスパース２４０００、ソルスパース２６０００、ソルスパース２７０００、ソルスパース２８０００（ゼネカ社製）；ディスパービック１６０、ディスパービック１６１、ディスパービック１６２、ディスパービック１６３、ディスパービック１６６、ディスパービック１７０、ディスパービック１８０、ディスパービック１８２、ディスパービック１８４、ディスパービック１９０（ビックケミー社製）；ＥＦＫＡ−４６、ＥＦＫＡ−４７、ＥＦＫＡ−４８、ＥＦＫＡ−４９（ＥＦＫＡケミカル社製）；ポリマー１００、ポリマー１２０、ポリマー１５０、ポリマー４００、ポリマー４０１、ポリマー４０２、ポリマー４０３、ポリマー４５０、ポリマー４５１、ポリマー４５２、ポリマー４５３（ＥＦＫＡケミカル社製）；アジスパーＰＢ７１１、アジスパーＰＡ１１１、アジスパーＰＢ８１１、アジスパーＰＷ９１１（味の素社製）；フローレンＤＯＰＡ−１５８、フローレンＤＯＰＡ−２２、フローレンＤＯＰＡ−１７、フローレンＴＧ−７３０Ｗ、フローレンＧ−７００、フローレンＴＧ−７２０Ｗ（共栄社化学社製）や、水溶性置換基を有するシリコン系分散剤や、デキストリン、ゼラチンといった、金属ナノ粒子への吸着能を有する各種高分子分散剤、を保護コロイドとして用いることが出来る。上記高分子量分散剤の含有量は、上記貴金属又は銅１ｇに対して０．５ｇ〜１０ｇであることが好ましい。
【００６０】
金属ナノ粒子の原材料となる、上記金属イオンの還元剤としては特に限定されず、例えば、従来より還元剤として使用されている水素化ホウ素ナトリウム等のアルカリ金属水素化ホウ素塩；ヒドラジン化合物；クエン酸又はその塩、コハク酸又はその塩、亜硫酸ナトリウム等を使用することができる。また、本発明においては、上記還元剤のほかに、アミンを使用することができる。上記還元剤の添加量は、上記貴金属又は銅の化合物１ｍｏｌに対して０．５〜５０ｍｏｌが好ましく、より好ましくは１〜１０ｍｏｌである。
【００６１】
なお、所望する金属ナノ粒子の平均粒径、粒径分布等を得るためには、上記金属イオンや還元剤の添加量や添加速度を調整すればよい。
【００６２】
本発明に係る加工装置１の動作について図１を用いて説明する。なお、加工装置１の動作は、図示しない制御手段によって制御されている。
【００６３】
まず、溶液タンク１１ａ及び１１ｂに貯留された還元剤溶液Ｘ及び金属イオン溶液Ｙが、ポンプ１３ａ及び１３ｂにより、それぞれ送液チューブ１２ａ及び１２ｂ並びにマイクロチューブ１４ａ及び１４ｂを経て、マイクロリアクタ１５の流路１５１ａ及び１５１ｂにそれぞれ移送される。
【００６４】
マイクロリアクタ１５の流路１５１ａ及び１５１ｂにそれぞれ移送された還元剤溶液Ｘ及び金属イオン溶液Ｙは、合流路１５２で互いに接触する層流となって拡散・混合し、反応生成物として金属ナノ粒子が生成される。金属ナノ粒子を含有する分散液はさらに、分散液送液チューブ１６を経てインクジェットヘッド２へと移送される。
【００６５】
インクジェットヘッド２による分散液の吐出が可能になると、未加工基材載置エリア７０に載置された未加工の基材Ｐは、図示しない基材送り出し手段により搬送ベルト６上に送り出され、固定爪６３により搬送ベルト６上に固定される。搬送ベルト６は、図示しない駆動源により駆動され、固定載置された基材Ｐを、加工エリア２０に搬送した後、停止する。
【００６６】
加工エリア２０に搬送された基材Ｐは、図示しないヘッド駆動手段により駆動されるインクジェットヘッド２から吐出される分散液により、配線パターン様に塗布される。
【００６７】
インクジェットヘッド２による基材Ｐに対する塗布加工が完了すると、搬送ベルト６は再び基材Ｐの搬送を再開し、分散液が配線パターン様に塗布された基材Ｐを、後処理エリア５０に搬送する。
【００６８】
基材Ｐが後処理エリア５０に搬送されると、、処理手段であるキセノンランプ５により、基材Ｐに塗布された分散液から、溶媒を除去し、金属ナノ粒子間の電気的接触をよくするために、熱処理を所定時間行う。
【００６９】
後処理エリア５０で熱処理が完了すると、基材Ｐは搬送ベルト６により加工済み基材載置エリア８０に搬送され、加工処理を終了し、加工装置１は次の基材Ｐに対する加工処理を行うための動作を行う。
【実施例】
【００７０】
以下、本発明を実施例に基づき、さらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００７１】
硝酸銀８．５ｇを水５００ｍｌに溶解し、金属イオン溶液として硝酸銀水溶液を調液した。次に、硫酸第一鉄７水和物２１ｇ、クエン酸１水和物４２ｇを水５００ｍｌに溶解し、還元剤溶液として硫酸第一鉄水溶液を調液した。
【００７２】
図１の加工装置において、マイクロリアクタ１５として、ＩＭＭ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｆｕｒ  Ｍｉｋｒｏｔｅｃｈｎｉｋ  Ｍｉａｎｚ）製のチャンネルの幅が４０μｍ、深さが２００μｍのマイクロリアクタ（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ  ｓｉｎｇｌｅ  ｍｉｘｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ）を用い、硝酸銀水溶液と硫酸第一鉄水溶液をシリンジポンプによってそれぞれ２ｍｌ／分の流速で移送して分散液を得た。なお、マイクロリアクタ１５は２５℃の水恒温槽に浸した。分散液に含有される銀ナノ粒子は、平均粒径が６ｎｍであった。
【００７３】
基材Ｐとして、波長１７２ｎｍの紫外線を１０ｍＷ／ｃｍ２で１０分間照射してクリーニングを行ったガラス基板の表面上に、限外濾過装置（ザルトリウスＡＧ社製ＶｉｖａＦｌｏｗ  ５０）で濾過し、低圧にて水を濃縮した分散液を、市販のインクジェットプリンタ（セイコーエプソン社製ＭＪ９３０Ｃ）のインクジェットヘッドを改造した加工手段により所定のピッチで吐出し、直径７２μｍの液滴で導電膜ラインを形成した。ガラス基板とインクジェットヘッドとの相対移動速度は一定とし、ピッチ（吐出間隔）の変更は吐出周波数のみを調整することで行った。また、気密シールド３内は常圧の窒素雰囲気とした。
【００７４】
導電膜ラインが形成されたガラス基板を、キセノンランプにて熱処理を行い、配線基板を得た。導電膜ラインの比抵抗をダイアインスツルメンツ社製ロレスタＧＰにて測定したところ、２．８×１０-5Ω・ｃｍと良好な導電性が得られた。
【００７５】
なお、実施例において、基材に対する銀ナノ粒子加工を例にとり説明したが、金、白金、銅等の金属に対しても適用可能である。
【００７６】
その他、加工装置を構成する各構成の細部構成及び細部動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明に係る加工装置の全体構成が概略図である。
【図２】マイクロリアクタを模式的に示した概略図である。
【図３】ナノ粒子生成手段の他の形態を模式的に示した概略図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  加工装置
２  インクジェットヘッド
３  気密シールド
４  不活性ガスボンベ
５  キセノンランプ
６  搬送ベルト
１０  ナノ粒子生成手段
１１ａ、１１ｂ  溶液タンク
１２ａ、１２ｂ  送液チューブ
１３ａ、１３ｂ  ポンプ
１４ａ、１４ｂ  マイクロチューブ
１５、１７  マイクロリアクタ
１６  分散液送液チューブ
２０  加工エリア
５０  後処理エリア
７０  未加工基材載置エリア
８０  加工済基材載置エリア
【図１】
2005218931.tif 000003
【図２】
2005218931.tif 000004
【図３】
2005218931.tif 000005