(57)【要約】【課題】  どのような形状や直径のノズル等の微細孔でも、所望の位置に撥液膜を容易に形成できるようにし、容易に複数のノズルを一括処理できるようにする。【解決手段】  開示される撥液膜形成方法は、複数のノズル１２の先端部１２ｃを撥液性を付与するための液剤１３に浸漬させるとともに、圧力計２，バルブ３，コントローラ４，イジェクタ５，加圧空気源６，パイプ８〜１１により複数のノズル１２の内部又は外部の気圧を制御して、複数のノズル１２の先端部１２ｃの内周部及び外周部に液剤１３を塗布するものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノズルの先端部を撥液性を付与するための液剤に浸漬させるとともに、前記複数のノズルの内部又は外部の気圧を制御して、前記複数のノズルの先端部の内周部及び外周部に前記液剤を塗布することを特徴とする撥液膜形成方法。
【請求項２】
前記複数のノズルの先端部を前記液剤から引き上げた後に前記複数のノズルの内部の気圧を上昇させて前記複数のノズルの先端部に残留する前記液剤を除去することを特徴とする請求項１記載の撥液膜形成方法。
【請求項３】
前記複数のノズルの先端部の前記内周部及び前記外周部に塗布された前記液剤を乾燥させることを特徴とする請求項１又は２記載の撥液膜形成方法。
【請求項４】
前記複数のノズルの先端部の前記内周部及び前記外周部に塗布された前記液剤を焼結させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の撥液膜形成方法。
【請求項５】
中空部と、下面に複数のノズルの後端外周部が嵌合されるとともに前記中空部と連通する複数の第１の開口部と、前記中空部と連通する第２の開口部とを有する吸着治具と、
前記吸着治具の下方に設けられ、撥液性を付与するための液剤が満たされた液槽と、
前記第２の開口部に取り付けられ、前記複数のノズルの先端部を前記液剤に浸漬した際の前記複数のノズル内部の圧力を制御する圧力制御ユニットと、
前記吸着治具又は前記液槽のいずれかを移動させて前記複数のノズルの先端部を前記液剤に浸漬させる移動機構と
を備えていることを特徴とする撥液膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液剤を吐出するディスペンサを構成するノズル、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを構成するノズル等の微細孔に撥液性を有する膜（撥液膜）を形成する撥液膜形成方法及び撥液膜形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の撥液膜形成方法は、ノズルの後端側に所定の大きさの栓を装着してノズル細孔内の容積を予め決めた一定容量とした後、コーティング液に浸漬し引き上げることによりノズル細孔内に撥液膜等の保護膜を形成している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２１７６７０号公報（請求項２，［０００７］，［００１２］，［００１３］、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来の撥液膜形成方法は、ノズルの後端側に栓を装着するため、ノズルの直径が小さい場合（例えば、直径０．１ｍｍ以下）には適用することができないという課題があった。この点、栓に換えて、例えば、粘着物をノズルの後端側から挿入することが考えられる。しかし、この場合、ノズルが屈曲しているなど形状が複雑である場合には粘着物をノズル内の所望の位置まで挿入できない、撥液膜形成後に粘着物を除去することが困難である、粘着物を除去する際に形成した撥液膜を誤って剥離してしまう、という様々な課題がある。このように、上記した従来の撥液膜形成方法及びその変形例には、いずれも適用可能な微細孔が限られてしまうという課題がある。さらに、ノズルの後端側への栓や粘着物の装着・挿入及び除去という工程が必要であるため、複数のノズルを一括処理することが困難であるという課題がある。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、どのような形状や直径のノズル等の微細孔でも、所望の位置に撥液膜を容易に形成することができるとともに、容易に複数のノズルを一括処理することができる撥液膜形成方法及び撥液膜形成装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る撥液膜形成方法は、複数のノズルの先端部を撥液性を付与するための液剤に浸漬させるとともに、複数のノズルの内部又は外部の気圧を制御して、複数のノズルの先端部の内周部及び外周部に液剤を塗布するものである。本発明によれば、ノズルの先端部の内周部に形成される撥液膜の先端開口部からの長さ、すなわち、ノズルの撥液部分と親液部分との境界線の位置（界面位置）をノズルの長さ方向にミクロンオーダーで制御することができる。また、ノズルの後端側に栓を装着したり、粘着物をノズルの後端側から挿入したりする必要がないため、ノズルの直径が小さい場合（例えば、直径０．１ｍｍ以下）にも適用することができるとともに、屈曲しているなど形状が複雑なノズルにも適用することができる。撥液膜が形成可能なノズルの最大直径は、毛管現象が生じ得る２ｍｍ程度である。また、毛管現象を利用しているので、ノズルの先端部の形状により影響を受けることはない。また、複数のノズルを容易に一括処理することができる。
【０００７】
また、上記の方法において、複数のノズルの先端部を液剤から引き上げた後に複数のノズルの内部の気圧を上昇させて複数のノズルの先端部に残留する液剤を除去するものである。これにより、ノズルの目詰まりを防止することができる。
また、上記の方法において、複数のノズルの先端部の内周部及び外周部に塗布された液剤を乾燥させるものである。これにより、形成された撥液膜の性質を安定化することができ、撥液膜の剥離や変質を防止することができる。
また、上記の方法において、複数のノズルの先端部の内周部及び外周部に塗布された液剤を焼結させるものである。これにより、形成された撥液膜の性質を安定化することができ、撥液膜の剥離や変質を防止することができる。
【０００８】
また、本発明に係る撥液膜形成装置は、中空部と、下面に複数のノズルの後端外周部が嵌合されるとともに中空部と連通する複数の第１の開口部と、中空部と連通する第２の開口部とを有する吸着治具と、吸着治具の下方に設けられ、撥液性を付与するための液剤が満たされた液槽と、第２の開口部に取り付けられ、複数のノズルの先端部を液剤に浸漬した際の複数のノズル内部の圧力を制御する圧力制御ユニットと、吸着治具又は液槽のいずれかを移動させて複数のノズルの先端部を液剤に浸漬させる移動機構とを備えているものである。本発明によれば、ノズルの先端部の内周部に形成される撥液膜の先端開口部からの長さ、すなわち、ノズルの撥液部分と親液部分との境界線の位置（界面位置）をノズルの長さ方向にミクロンオーダーで制御することができる。また、ノズルの後端側に栓を装着したり、粘着物をノズルの後端側から挿入したりする必要がないため、ノズルの直径が小さい場合（例えば、直径０．１ｍｍ以下）にも適用することができるとともに、屈曲しているなど形状が複雑なノズルにも適用することができる。撥液膜が形成可能なノズルの最大直径は、毛管現象が生じ得る２ｍｍ程度である。また、毛管現象を利用しているので、ノズルの先端部の形状により影響を受けることはない。また、複数のノズルを容易に一括処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１である撥液膜形成装置の構成を示す概略図である。
この例の撥液膜形成装置は、吸着治具１と、圧力計２と、バルブ３と、コントローラ４と、イジェクタ５と、加圧空気源６と、液槽７と、パイプ８〜１１とから概略構成されている。吸着治具１は、図２に示すように、略直方体状の本体部１ａと、略円筒状のパイプ部１ｂとが一体に形成されて構成されている。本体部１ａは、その内部に略直方体状の中空部１ｃが形成されているとともに、その下面に略円筒状の開口部１ｄがマトリックス状に所定間隔で複数個（図２の例では、３行３列の計９個。）形成されている。中空部１ｃと各開口部１ｄとは連通している。
【００１０】
各開口部１ｄの内周部は、図示しないが、気密性の高いパッキング構造となっており、図１に示すように、撥液膜を形成する対象物である複数のノズル１２の後端外周部１２ａが嵌合される。パッキング構造としては、例えば、（ａ）Ｏリングやシリコン系のシール材をはめ込んだ構造、（ｂ）各開口部１ｄの内周部に彫り込みを入れた構造、あるいは（ｃ）各ノズル１２をチャッキング機構で把持し、バネの弾性力を利用するなどして各ノズル１２の後端開口部を吸着治具１の下面に押し付ける構造のものでも良い。さらに、構造（ａ）又は（ｂ）と構造（ｃ）とを併用しても良い。チャッキング機構を用いれば、各ノズル１２を吸着治具１の下面に垂直に固定することができる。各ノズル１２は、金属、ガラス、あるいは樹脂等からなる。各ノズル１２は略円筒状であり、図１では断面を示している。
【００１１】
一方、本体部１ａの１つの側面には、中空部１ｃ及びパイプ部１ｂと連通する略円筒状の連通孔１ｅが形成されている。すなわち、複数のノズル１２の後端外周部１２ａが開口部１ｄに嵌合されることにより、図１に示すように、各ノズル１２の先端開口部１２ｂとパイプ部１ｂの開口部１ｆとが高度の気密性を保って連通する。なお、パイプ部１ｂは、本体部１ａと一体に形成されずに、連通孔１ｅに嵌合される構造でも良く、連通孔１ｅは本体部１ａのいずれに設けても良い。この場合、連通孔１ｅの開口部が請求項５にいう第２の開口部となる。
【００１２】
圧力計２は、その一端が吸着治具１の開口部１ｆに取り付けられているとともに、その他端が円筒状のパイプ８の一端に取り付けられている。圧力計２は、吸着治具１の中空部１ｃを介して各ノズル１２の内部の気圧を測定し、圧力信号をコントローラ４に供給する。バルブ３は、その一端がパイプ８の他端に取り付けられているとともに、その他端がパイプ９の一端に取り付けられており、コントローラ４から供給される制御信号に基づいて開閉する。
【００１３】
コントローラ４は、中央処理装置（ＣＰＵ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、シーケンサ等からなり、内蔵された図示せぬ記憶部に記憶されている撥液膜形成プログラム等に基づいて、撥液膜形成処理等を実行することにより、装置各部を制御する。撥液膜形成処理は、図示せぬジャッキ機構（移動機構）を制御して液槽７を上昇及び下降させたり、圧力計２から供給される圧力信号に基づいてバルブ３を開度調整したりすることにより、各ノズル１２の先端部１２ｃの内周部及び外周部に撥液膜を形成する処理である。
【００１４】
イジェクタ５は、加圧空気源６からパイプ１１を介して供給される圧縮空気をパイプ１０を介して噴射することによりパイプ９を介してバルブ３の他端に圧力を発生させる。すなわち、圧力計２、バルブ３、コントローラ４の一部の機能、イジェクタ５、加圧空気源６、パイプ８〜１１は、圧力制御ユニットを構成しており、コントローラ４が圧力計２から供給される圧力信号に基づいてバルブ３を開度調整することにより、吸着治具１の開口部１ｄに嵌合された複数のノズル１２内部の圧力を数トール（Ｔｏｒｒ）オーダーの精度で制御する。
【００１５】
液槽７は、液剤１３が満たされ、図示せぬジャッキ機構により、上下方向（図１に示すｙ＋方向及びｙ−方向）に移動可能に構成されている。液剤１３としては、例えば、フッ素樹脂、具体的には、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―ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン―エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、及びポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリバーフルオロアルコキシブタジエン、ポリフルオロビニリデン、ポリフルオロビニル、ポリジパーフルオロアルキルフマレートなどを、単独、あるいは混合した状態で用いる。
【００１６】
次に、上記構成の撥液膜形成装置の動作について、図２に示すコントローラ４の撥液膜形成処理を示すフローチャートを参照して説明する。まず、撥液膜形成装置のコントローラ４は、電源が投入されると、自己に内蔵されたＲＡＭのすべての記憶内容をクリアしたり、液槽７を図１に示すホームポジション（ｙ−方向に最も下降した位置）に移動させるなどの所定の初期化処理を実行した後、図２に示すステップＳＰ１の処理へ進み、作動スイッチがオンされたか否かを判断する。この判断結果が「ＮＯ」の場合には、コントローラ４は、同判断を繰り返す。
【００１７】
そして、作業者が吸着治具１の各開口部１ｄの内周部に複数のノズル１２の後端外周部１２ａを、各ノズル１２の先端開口部１２ｂを結ぶ直線が液剤１３の液面１３ａと平行となるように嵌合させた後、作動スイッチを押下すると、ステップＳＰ１の判断結果が「ＹＥＳ」となり、コントローラ４は、ステップＳＰ２へ進む。ステップＳＰ２では、コントローラ４は、図示せぬジャッキ機構を制御して、図４に示すように、液槽７をｙ＋方向に上昇させ、各ノズル１２の先端部１２ｃを、例えば、５ｍｍ程度、液剤１３に浸漬させた後、ステップＳＰ３へ進む。したがって、図４及び図５に示すように、毛管現象により、各ノズル１２内の液剤１３の液面がノズル１２外の液剤１３の液面より上昇する。
【００１８】
ステップＳＰ３では、コントローラ４は、圧力計２から供給される圧力信号に基づいてバルブ３を開度調整することにより、吸着治具１の開口部１ｄに嵌合された各ノズル１２内部の圧力を制御した後、ステップＳＰ４へ進む。各ノズル１２内部の圧力は、液剤１３の比重により異なるが、実験上では、各ノズル１２の先端部１２ｃを５ｍｍ程度液剤１３に浸漬させた場合、＋５ｐａ前後が良好であった。この場合、各ノズル１２内部の圧力を制御しないと、各ノズル１２内の液剤１３の液面は、ノズル１２の先端開口部１２ｂから１３ｍｍまで上昇するが、各ノズル１２内部の圧力を＋５ｐａ前後に制御すると、各ノズル１２内の液剤１３の液面の上昇をノズル１２の先端開口部１２ｂから８ｍｍ程度に抑えることができる。なお、各ノズル１２の先端部１２ｃの外周部における液剤１３の液面は、各ノズル１２の先端部１２ｃを液剤１３に浸漬させる長さ、すなわち、各ノズル１２の先端開口部１２ｂから５ｍｍ程度に制御される。
【００１９】
ステップＳＰ４では、コントローラ４は、ステップＳＰ２の処理で各ノズル１２の先端部１２ｃを液剤１３に浸漬させてから１０秒〜１０分程度経過した後に、図示せぬジャッキ機構を制御して、図６に示すように、液槽７をｙ−方向に下降させ、液剤１３に浸漬され、各先端部１２ｃの内周部及び外周部に液剤１３が塗布されている各ノズル１２の先端部１２ｃを液剤１３から引き出した後、ステップＳＰ５へ進む。各ノズル１２の先端部１２ｃを液剤１３に浸漬させてから１０秒〜１０分程度保持するのは、液剤１３の含有成分を各ノズル１２の表面に十分に吸着させるためである。
【００２０】
ステップＳＰ５では、コントローラ４は、圧力計２から供給される圧力信号に基づいてバルブ３を開度調整して吸着治具１の開口部１ｄに嵌合された各ノズル１２内部の圧力を制御することにより、各ノズル１２内部に残留している液剤１３を各ノズル１２の先端開口部１２ｂから吐出させて除去した後、一連の処理を終了する。ステップＳＰ５の処理は、液剤１３の粘性や、液剤１３の各ノズル１２の内壁に対する接触角との関係に応じて行う必要がある場合（圧力制御ユニットによる加圧）と必要がない場合（圧力制御ユニットの開放）がある。圧力制御ユニットによる加圧を行えば、ノズルの目詰まりを防止することができる。
【００２１】
次に、作業者は、吸着治具１の各開口部１ｄの内周部に嵌合されている各ノズル１２を取り外し、各ノズル１２に対して、必要に応じて乾燥処理又は焼成処理のいずれか若しくは両方を施すことにより、図７に示すように、各ノズル１２の先端部１２ｃの内周部及び外周部に撥液膜２１及び２２を形成させる。撥液膜２１の膜厚としては、例えば、２０ｎｍ程度である。乾燥処理としては、例えば、８０％の湿度雰囲気中における加湿乾燥などがある。一方、焼成処理としては、例えば、各先端部１２ｃの内周部及び外周部に液剤１３が塗布されているノズル１２を、処理室内の温度が６０℃に設定されているクリーンオーブンに入れたり、ホットプレート上に載置したり、あるいは処理室内の温度が１５０℃に設定されているベーク炉内に入れるなどがある。乾燥処理の要否及び諸条件、焼成処理の要否及び諸条件は、液剤１３の種類の材質、ノズルの用途、撥液性が要求される液体の種類に応じて異なる。乾燥処理又は焼成処理を施すことにより、撥液膜２１の性質を安定化することができ、撥液膜２１の剥離や変質を防止することができる。
【００２２】
このように、この実施の形態によれば、ノズル内の気圧を制御し、毛管現象によるノズル内の液剤の液面上昇長さを制御している。これにより、ノズルの先端部の内周部に形成される撥液膜の先端開口部からの長さ、すなわち、ノズルの撥液部分と親液部分との境界線の位置（界面位置）をノズルの長さ方向にミクロンオーダーで制御することができる。また、この実施の形態によれば、ノズルの後端側に栓を装着したり、粘着物をノズルの後端側から挿入したりする必要がないため、ノズルの直径が小さい場合（例えば、直径０．１ｍｍ以下）にも適用することができるとともに、屈曲しているなど形状が複雑なノズルにも適用することができる。この実施の形態が適用できるノズルの最大直径は、毛管現象が生じ得る２ｍｍ程度である。また、この実施の形態では、毛管現象を利用しているので、ノズルの先端部の形状により影響を受けることはない。また、吸着治具１には複数のノズルを一度に装着することができるため、複数のノズルを容易に一括処理することができる。
【００２３】
実施の形態２．
上述した実施の形態１では、図示せぬジャッキ機構を制御して液槽７を上昇及び下降させる例を示したが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、本発明では、各開口部１ｄの内周部に各ノズル１２が嵌合されている吸着治具１を上昇及び下降させても良い。この吸着治具１を移動させる移動機構は、油圧又は空圧を用いた機構、ギア、クランチ等を用いた機構など、周知の機構で良い。この場合、パイプ部１ｂを蛇腹状とすれば圧力計２やコントローラ４等は固定したままにすることができる。この構成によれば、液槽７が移動しないために、液面１３ａが波立つことはなく、良好な撥液膜２１を形成することができる。
【００２４】
実施の形態３．
上述した実施の形態１では、ノズル１２の先端部１２ｃの内周部に先端開口部１２ｂから８ｍｍの長さの撥液膜２１を形成するとともに、先端部１２ｃの外周部に先端開口部１２ｂから５ｍｍの長さの撥液膜２１を形成するために、ノズル１２の先端部１２ｃを液剤１３に５ｍｍだけ浸漬させるとともに、ノズル１２内部の圧力を＋５ｐａ前後に制御する例を示したが、本発明はこれに限定するものではない。要するに、本発明は、ノズル１２の先端部１２ｃの内周部と外周部に形成する撥液膜２１の長さの差を、毛管現象により生じる長さの差以上に制御するものであるから、ノズル１２内部の圧力やノズル１２の先端部１２ｃを液剤１３に浸漬させる長さはどのようなものでも良い。例えば、ノズル１２の先端部１２ｃの内周部に形成する撥液膜２１の長さを外周部に形成する撥液膜２１の長さに比べて極端に短くする場合には、ノズル１２内部の圧力を例えば、＋４０ｐａ程度に高く設定して毛管現象による液面の上昇を抑制する。一方、ノズル１２の先端部１２ｃの内周部に形成する撥液膜２１の長さを外周部に形成する撥液膜２１の長さに比べて極端に長くする場合には、ノズル１２の先端部１２ｃを液剤１３に浸漬させる長さを短くするとともに、ノズル１２内部の圧力を負圧として毛管現象による液面の上昇を助長する。この構成によれば、様々なニーズに応えることができる。
【００２５】
実施の形態４．
上述した実施の形態１では、ノズル１２内部の圧力のみを制御する例を示したが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、本発明では、ノズル１２内部の圧力制御に加えて、処理室内の温度や湿度も制御するようにしても良い。この構成によれば、液剤１３の蒸発や変質を防止することができ、ひいては良好な撥液膜２１を形成することができる。
【００２６】
実施の形態５．
上述した実施の形態１では、同一形状の複数のノズル１２の先端部１２ｃの内周部及び外周部に撥液膜２１を形成する例を示したが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、本発明は、内径及びノズル表面の仕上げ粗さが同一であり、各後端外周部が吸着治具１の開口部１ｄに嵌合でき、かつ、各ノズルの下端位置を揃えられるならば、適用することができる。この構成によれば、先端部の形状が異なる複数種類のノズルの先端部に同時に撥液膜を形成することができる。
【００２７】
以上、この実施の形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、上述の実施の形態１では、ステップＳＰ２の処理の後にステップＳＰ３の処理を行う例を示したが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、本発明では、ステップＳＰ３の処理の後にステップＳＰ４の処理を行う、すなわち、各ノズル１２の先端開口部１２ｂから空気が漏れ出ている状態で先端開口部１２ｂを液剤１３に浸漬しても良い。
【００２８】
また、上述の実施の形態１では、ノズル１２の先端部１２ｃを１回だけ液剤１３に浸漬する例を示したが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、本発明では、ノズル１２の先端部１２ｃを２回以上液剤１３に浸漬するようにしても良い。この場合、液剤１３に浸漬するノズル１２の先端部１２ｃの長さやノズル１２内部に加える圧力を１回目より変更しても良い。
また、上述の実施の形態１では、ノズル１２内部の圧力を制御する例を示したが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、本発明では、処理室内の雰囲気全体の圧力を制御するようにしても良い。
また、上述の実施の形態１では、撥液膜を形成する対象物を細管状のノズル１２とする例を示したが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、本発明は、インクジェットノズル等、微細孔が多数設けられたノズルプレート等の部材にも適用することができる。
また、上述の実施の形態１では、圧力制御ユニットは、圧力計２、バルブ３、コントローラ４の一部の機能、イジェクタ５、加圧空気源６、パイプ８〜１１により構成する例を示したが、本発明はこれに限定するものではない。要するに、吸着治具１の開口部１ｄに嵌合された複数のノズル１２の気圧を数トール（Ｔｏｒｒ）オーダーの精度で制御できる圧力制御ユニットの構成はどのようなものでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態１を示す撥液膜形成装置の概略図。
【図２】吸着治具の構成を示す斜視図。
【図３】コントローラの撥液膜形成処理を説明するためのフローチャート。
【図４】コントローラの撥液膜形成処理を説明するための概略図。
【図５】コントローラの撥液膜形成処理を説明するための概略図。
【図６】コントローラの撥液膜形成処理を説明するための概略図。
【図７】撥液膜が形成されたノズルの断面図。
【符号の説明】
【００３０】
１  吸着治具、１ａ  本体部、１ｂ  パイプ部、１ｃ  中空部、１ｄ  開口部（第１の開口部）、１ｅ  連通孔、１ｆ  開口部（第２の開口部）、２  圧力計、３  バルブ、４  コントローラ、５  イジェクタ、６  加圧空気源、７  液槽、８〜１１  パイプ、１２  ノズル、１２ａ  後端外周部、１２ｂ  先端開口部、１２ｃ  先端部、１３  液剤、１３ａ  液面、２１，２２  撥液膜。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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