(57)【要約】 【課題】  液滴の移動を抑え、３次元構造物を所望の位置に精度良く作製することのできる３次元構造物の作製方法および該方法に用いられる液滴乾燥装置を提供する。【解決手段】  基板１の構造物作製予定部３に配置された液滴２から溶媒を蒸発させて液滴２を乾燥させる際に、液滴乾燥装置１９を用い、温度制御装置２５によって、液滴２の周囲の気体の温度を液滴２の温度以上として溶媒を蒸発させる。また、液滴乾燥装置１９の気流形成手段５９によって、液滴２の周囲に気体の流れ５４を形成させて溶媒を蒸発させる。【選択図】      図１９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の予め定める部分に３次元構造物を作製する３次元構造物の作製方法であって、
基板の３次元構造物を作製するべく予め定める部分に、固化成分と溶媒とを含む液滴を配置する液滴配置工程と、
配置された液滴から溶媒を蒸発させることによって液滴を乾燥させる液滴乾燥工程とを含み、
液滴乾燥工程では、
液滴の周囲の気体の温度を液滴の温度以上にして溶媒を蒸発させることを特徴とする３次元構造物の作製方法。
【請求項２】
液滴乾燥工程では、
自然乾燥によって液滴を乾燥させることを特徴とする請求項１記載の３次元構造物の作製方法。
【請求項３】
基板の予め定める部分に３次元構造物を作製する３次元構造物の作製方法であって、
基板の３次元構造物を作製するべく予め定める部分に、固化成分と溶媒とを含む液滴を配置する液滴配置工程と、
配置された液滴から溶媒を蒸発させることによって液滴を乾燥させる液滴乾燥工程とを含み、
液滴乾燥工程では、
液滴の周囲に気体の流れを形成させて溶媒を蒸発させることを特徴とする３次元構造物の作製方法。
【請求項４】
液滴乾燥工程において液滴の周囲を流過する気体の温度が、液滴の温度以上であることを特徴とする請求項３記載の３次元構造物の作製方法。
【請求項５】
液滴乾燥工程では、
気体の流れを、基板の液滴が配置された表面に略垂直な方向に形成させることを特徴とする請求項３または４記載の３次元構造物の作製方法。
【請求項６】
対向する一対の基板間に設けられるスペーサであって、
一対の基板のうち少なくともいずれか一方の基板に設けられる遮光部または遮光部が投影される領域に、請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の３次元構造物の作製方法によって形成される３次元構造物から成ることを特徴とするスペーサ。
【請求項７】
基板に配置される固化成分と溶媒とを含む液滴から溶媒を蒸発させることによって液滴を乾燥させる液滴乾燥装置であって、
基板に配置された液滴の周囲に気体の流れを形成する気流形成手段を備えることを特徴とする液滴乾燥装置。
【請求項８】
液滴の周囲の気体の温度を測定する雰囲気温度測定手段と、
液滴の温度を測定する液滴温度測定手段と、
雰囲気温度測定手段および液滴温度測定手段の出力結果に基づいて、液滴の周囲の気体の温度を液滴の温度以上になるように制御する制御手段とをさらに備えることを特徴とする請求項７記載の液滴乾燥装置。
【請求項９】
制御手段は、雰囲気温度測定手段および液滴温度測定手段の出力結果に基づいて、液滴の温度を制御する機能をさらに有することを特徴とする請求項８記載の液滴乾燥装置。
【請求項１０】
気流形成手段は、気体を排気する気体排気手段を含み、
気体排気手段は、基板の液滴が配置された表面を臨むように形成される吸引口を有する吸引部材を備えることを特徴とする請求項７〜９のうちのいずれか１つに記載の液滴乾燥装置。
【請求項１１】
気流形成手段は、基板の液滴が配置された表面へ気体を供給する気体供給手段をさらに含むことを特徴とする請求項１０記載の液滴乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元構造物の作製方法および該方法によって作製されるスペーサ、ならびに該方法に用いられる液滴乾燥装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイパネル（以後、単に液晶パネルとも称する）のスペーサ、マイクロレンズなどとして用いられる微小な３次元構造物を形成する方法の一つとして、固化成分と溶媒とを含む液滴を基板上に配置し、この液滴を乾燥させ、必要に応じて硬化させることによって３次元構造物を作製する方法が知られている。このようにして作製される３次元構造物は、スペーサ、マイクロレンズなどに限らず、様々な分野での利用が期待されている。
【０００３】
３次元構造物には高い位置精度が求められる場合が多い。たとえば、液晶パネル用のスペーサは、表示に使用されない領域、たとえば基板の遮光部または遮光部が投影される領域（以後、遮光領域と総称することがある）に形成される必要がある。スペーサが表示に使用される画素領域に形成されると、光抜け、液晶の配向不良などの問題が生じる。このため、スペーサには、基板間距離を均一に保持するための厳密な高さ精度に加えて、厳密な位置精度が求められる。
【０００４】
３次元構造物を位置精度良く作製する方法としては様々な方法が提案されている。たとえば、スペーサを基板の所望の部分に形成する方法として、硬化性を有する樹脂組成物を溶剤に混合してなる液体材料をインクジェット吐出装置によって基板上に吐出させ、吐出された液滴を硬化させることによってスペーサを形成する方法が提案されている（たとえば、特許文献１〜４参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１０９００２号公報（第４−６頁，第２図）
【特許文献２】特開２００１−８３５２５号公報（第４−５，７頁，第２図）
【特許文献３】特開２００２−１３１５２４号公報（第６−８頁，第２図）
【特許文献４】特開２００１−８３３１４号公報（第５，７頁，第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
液晶パネル用のスペーサに求められる形状は、たとえば高さ数μｍ、底面の直径十数μｍ程度の球冠状または円柱状である。この形状を実現するためには、１ｐＬ以下という非常に微量の液滴をインクジェット吐出装置から吐出させなければならない。たとえば、高さが６μｍ、直径が１８μｍであって、基板との接触角が６７．４°程度の球冠状のスペーサを作製するのに必要な液滴の体積は０．９ｐＬ程度と見積もられる。これに対し、一般的なインクジェット吐出装置において安定的に吐出可能な液滴体積はおおむね４〜５ｐＬ以上であるので、硬化性樹脂組成物そのものを液体材料として用いて作製された３次元構造物は、体積が４〜５ｐＬ以上であり、スペーサとして使用するには大きすぎる。
【０００７】
このため、スペーサを形成する場合には、特許文献１〜４などに開示の技術のように、スペーサとなる硬化性樹脂組成物などの固化成分を溶媒で希釈したものを液体材料として用いる必要がある。
【０００８】
しかしながら、本発明者の研究によれば、溶媒を含む液体材料を用いた場合に、液滴中の溶媒を蒸発させて液滴を乾燥させるために基板を加熱すると、液滴が移動して、所望の位置からずれた位置にスペーサが形成されるという問題が生じることが判った。
【０００９】
さらに研究を進めた結果、液滴の移動量は、液滴中の溶媒の割合に依存し、蒸発させるべき溶媒の割合が増加するのに伴って、液滴の移動量も増加する傾向にあることが判った。また、液滴の位置ずれの方向はランダムであり、予め液滴の移動量および移動方向を想定することは困難であった。このように、特許文献１〜４などに開示の技術では、所望の位置に精度良く３次元構造物を形成することは困難である。
【００１０】
液滴の位置ずれの問題は、液晶パネル用のスペーサを形成する場合に限定されず、乾燥工程を必要とする液滴によって３次元構造物を形成する場合に共通の問題であり、特に、固化成分の２倍以上という多量の溶媒を含む液滴で３次元構造物を形成する場合に顕著となる。
【００１１】
本発明の目的は、液滴の移動を抑え、３次元構造物を所望の位置に精度良く作製することのできる３次元構造物の作製方法および該方法によって作製されるスペーサ、ならびに該方法に用いられる液滴乾燥装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、基板の予め定める部分に３次元構造物を作製する３次元構造物の作製方法であって、
基板の３次元構造物を作製するべく予め定める部分に、固化成分と溶媒とを含む液滴を配置する液滴配置工程と、
配置された液滴から溶媒を蒸発させることによって液滴を乾燥させる液滴乾燥工程とを含み、
液滴乾燥工程では、
液滴の周囲の気体の温度を液滴の温度以上にして溶媒を蒸発させることを特徴とする３次元構造物の作製方法である。
【００１３】
また本発明は、液滴乾燥工程では、
自然乾燥によって液滴を乾燥させることを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、基板の予め定める部分に３次元構造物を作製する３次元構造物の作製方法であって、
基板の３次元構造物を作製するべく予め定める部分に、固化成分と溶媒とを含む液滴を配置する液滴配置工程と、
配置された液滴から溶媒を蒸発させることによって液滴を乾燥させる液滴乾燥工程とを含み、
液滴乾燥工程では、
液滴の周囲に気体の流れを形成させて溶媒を蒸発させることを特徴とする３次元構造物の作製方法である。
【００１５】
また本発明は、液滴乾燥工程において液滴の周囲を流過する気体の温度が、液滴の温度以上であることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、液滴乾燥工程では、
気体の流れを、基板の液滴が配置された表面に略垂直な方向に形成させることを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、対向する一対の基板間に設けられるスペーサであって、
一対の基板のうち少なくともいずれか一方の基板に設けられる遮光部または遮光部が投影される領域に、前記本発明の３次元構造物の作製方法によって形成される３次元構造物から成ることを特徴とするスペーサである。
【００１８】
また本発明は、基板に配置される固化成分と溶媒とを含む液滴から溶媒を蒸発させることによって液滴を乾燥させる液滴乾燥装置であって、
基板に配置された液滴の周囲に気体の流れを形成する気流形成手段を備えることを特徴とする液滴乾燥装置である。
【００１９】
また本発明は、液滴の周囲の気体の温度を測定する雰囲気温度測定手段と、
液滴の温度を測定する液滴温度測定手段と、
雰囲気温度測定手段および液滴温度測定手段の出力結果に基づいて、液滴の周囲の気体の温度を液滴の温度以上になるように制御する制御手段とをさらに備えることを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、制御手段は、雰囲気温度測定手段および液滴温度測定手段の出力結果に基づいて、液滴の温度を制御する機能をさらに有することを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、気流形成手段は、気体を排気する気体排気手段を含み、
気体排気手段は、基板の液滴が配置された表面を臨むように形成される吸引口を有する吸引部材を備えることを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、気流形成手段は、基板の液滴が配置された表面へ気体を供給する気体供給手段をさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、３次元構造物は液滴配置工程と液滴乾燥工程とを経て作製される。液滴配置工程では、基板の３次元構造物を作製するべく予め定める部分（以後、構造物作製予定部と称する）に固化成分と溶媒とを含む液滴を配置する。液滴乾燥工程では、液滴の周囲の気体の温度を液滴の温度以上にして液滴から溶媒を蒸発させることによって、液滴を乾燥させる。このように、液滴の周囲の気体の温度を液滴の温度以上にして溶媒を蒸発させることによって、液滴から蒸発して蒸気となった溶媒が液滴の周囲の気体によって冷却されることを防ぐことができるので、溶媒の再液化を抑制することができる。これによって、再液化された溶媒が液滴または基板に付着することを防ぐことができるので、液滴の移動を抑え、３次元構造物の構造物作製予定部からの位置ずれを防ぐことができる。したがって、基板の所望の位置に精度良く３次元構造物を作製することができる。
【００２４】
また本発明によれば、液滴乾燥工程では、自然乾燥によって液滴を乾燥させる。このことによって、３次元構造物の位置ずれをより確実に抑えることができる。このような効果が得られるのは、液滴を自然乾燥によって乾燥させる場合、液滴と液滴の周囲の気体との間に動的な温度変化がなく、静的に液滴の乾燥が進行するので、液滴の周囲の気体の温度分布などに乱れが生じず、蒸発した溶媒が再液化されることなく拡散されるためであると推察される。
【００２５】
また本発明によれば、３次元構造物は液滴配置工程と液滴乾燥工程とを経て作製される。液滴配置工程では、基板の３次元構造物を作製するべく予め定める部分（以後、構造物作製予定部と称する）に固化成分と溶媒とを含む液滴を配置する。液滴乾燥工程では、液滴の周囲に気体の流れを形成させて液滴から溶媒を蒸発させることによって、液滴を乾燥させる。このように、液滴の周囲に気体の流れを形成させて溶媒を蒸発させることによって、蒸発後に溶媒が再液化された場合であっても、再液化された溶媒が液滴または基板に付着することを防止することができる。これによって、液滴の移動を抑え、３次元構造物の構造物作製予定部からの位置ずれを防ぐことができるので、基板の所望の位置に精度良く３次元構造物を作製することができる。また、液滴の周囲に気体の流れを形成することによって、液滴から蒸発した溶媒の蒸気を該液滴の周囲から除去し、該溶媒の蒸気圧を下げることができるので、液滴からの溶媒の蒸発速度を上昇させ、液滴の乾燥に要する時間を短縮することができる。
【００２６】
また本発明によれば、液滴乾燥工程では、液滴の周囲を流過する気体の温度を液滴の温度以上として溶媒を蒸発させる。このことによって、液滴から蒸発して蒸気となった溶媒が液滴の周囲の気体によって冷却されることを防ぎ、溶媒の再液化を抑えることができるので、再液化された溶媒の液滴または基板への付着をより確実に防止することができる。したがって、液滴の移動を一層抑制し、作製される３次元構造物の位置精度をさらに向上させることができる。
【００２７】
また本発明によれば、液滴乾燥工程では、基板の液滴が配置された表面に略垂直な方向に気体の流れを形成させて溶媒を蒸発させる。このことによって、液滴への気体の流れの影響を液滴の全体にわたって均一にすることができるので、気体の流れによる液滴の移動および形状の変化を防ぐことができる。したがって、基板の所望の位置に所望の形状の３次元構造物を精度良く形成することができる。
【００２８】
また本発明によれば、対向する一対の基板間に設けられるスペーサは、一対の基板のうち少なくともいずれか一方の基板に設けられる遮光部または遮光部が投影される領域に形成される３次元構造物から成る。３次元構造物であるスペーサは、本発明の３次元構造物の作製方法によって作製されるので、基板の遮光部または遮光部が投影される領域に精度良く形成することができる。このようなスペーサをたとえば液晶パネル用スペーサとして用いることによって、液晶パネルの表示に使用される部分にスペーサが配置されることを防ぐことができるので、液晶パネルの輝度の低下を防止することができる。
【００２９】
また本発明によれば、液滴乾燥装置は、基板に配置された液滴の周囲に気流形成手段によって気体の流れを形成させて液滴から溶媒を蒸発させることによって液滴を乾燥させる。このことによって、蒸発後に溶媒が再液化された場合であっても、再液化された溶媒が液滴または基板に付着することを防ぐことができるので、液滴の移動を抑えることができる。また、液滴から蒸発した溶媒の蒸気を該液滴の周囲から除去し、該溶媒の蒸気圧を下げることができるので、液滴からの溶媒の蒸発速度を上昇させ、液滴の乾燥に要する時間を短縮することができる。
【００３０】
また本発明によれば、液滴乾燥装置は、雰囲気温度測定手段によって液滴の周囲の温度を測定し、液滴温度測定手段によって液滴の温度を測定し、雰囲気温度測定手段および液滴温度測定手段の出力結果に基づいて、液滴の周囲の気体の温度を液滴の温度以上になるように制御手段によって制御する。このことによって、液滴の周囲の気体の温度を液滴の温度以上にして溶媒を蒸発させることができるので、液滴から蒸発して蒸気となった溶媒の再液化を抑えることができる。したがって、液滴の移動をより確実に抑えることができる。
【００３１】
また本発明によれば、液滴乾燥装置は、雰囲気温度測定手段および液滴温度測定手段の出力結果に基づいて、液滴の周囲の気体の温度および液滴の温度を制御する。このことによって、液滴の周囲の気体の温度をより確実に液滴の温度以上にすることができるので、液滴の移動を一層確実に抑制することができる。
【００３２】
また本発明によれば、液滴乾燥装置は、気流形成手段の気体排気手段によって気体を排気する。気体排気手段の吸引部材の吸引口は、基板の液滴が配置された表面を臨むように形成されているので、基板の液滴が配置された表面に略垂直な方向に気体の流れを形成することができる。このことによって、液滴への気体の流れの影響を液滴の全体にわたって均一にすることができるので、気体の流れによる液滴の移動および形状の変化を防ぐことができる。
【００３３】
また本発明によれば、液滴乾燥装置は、気体供給手段によって基板の液滴が配置された表面に気体を供給する。このことによって、液滴から蒸発した溶媒の蒸気の気流による除去速度を速めることができるので、溶媒の蒸発を促進し、液滴の乾燥に要する時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明の実施の一態様である３次元構造物の作製方法は、少なくとも、基板の３次元構造物を作製するべく予め定める部分に、固化成分と溶媒とを含む液滴を配置する液滴配置工程と、配置された液滴から溶媒を蒸発させることによって液滴を乾燥させる液滴乾燥工程とを含み、液滴乾燥工程において、液滴の周囲の気体の温度を液滴の温度以上にして溶媒を蒸発させることを特徴とする。本実施態様の３次元構造物の作製方法は、必要に応じて、液滴乾燥工程の後に、液滴に含まれる固化成分を硬化させる硬化工程をさらに含む。
【００３５】
本発明の３次元構造物の作製方法によって作製される３次元構造物は、たとえば、スペーサとして用いられる。３次元構造物であるスペーサは、対向する一対の基板間に設けられ、該一対の基板間の距離を一定の値に保つ機能を果たす。また、本発明によって作製される３次元構造物は、マイクロレンズとして用いられる。３次元構造物であるマイクロレンズは、複数個が基板に並べて形成されてマイクロレンズアレイとして使用することもできる。さらに、液滴として、血液、微生物を含む液体試料などを用いて形成される３次元構造物は、遺伝子、蛋白質、微生物などを分析するための分析用試料として用いられる。
【００３６】
以下、本実施態様による３次元構造物の作製方法について、具体的に説明する。
図１は、基板１に液滴２を配置した状態を示す平面図である。液滴配置工程では、基板１の３次元構造物を作製するべく予め定める部分（以後、構造物作製予定部と称する）３に、固化成分と溶媒とを含む液滴２を配置する。本実施態様では、基板１には複数個の液滴２がマトリックス状に並べて配置される。
【００３７】
基板１としては、３次元構造物を作製するための各工程に耐え得るものであれば、特に制限されず用いることができ、たとえば、ガラス基板、プラスチック基板、半導体基板などが用いられる。後述する液滴乾燥工程などにおいて基板１を加熱する場合には、そのときの加熱温度に耐え得るものであれば、特に制限されず、基板１として用いることができ、たとえば耐熱性プラスチック基板などが用いられる。また、３次元構造物として、遺伝子を解析するための分析用試料などのように、分子レベルでの観察に供される分析用試料を作製する場合、基板１には、表面の平滑性および光透過性に優れることが求められる。この場合、基板１としては、表面平滑性に優れるマイカ（雲母）などの結晶性薄膜をガラス基板などの透光性基板に接着させたものが好適に用いられる。基板１の形状は、本実施態様では矩形状である。基板１の形状は、特に制限されず、作製しようとする３次元構造物の用途などに応じて適宜選択される。
【００３８】
基板１の表面には、必要に応じて表面処理を施してもよい。基板１の表面処理は、基板１の表面の濡れ性を変化させることを目的として行なわれる。たとえば、スペーサ、マイクロレンズなどとして使用される３次元構造物の作製を行なう場合、基板１との接触角がたとえば７０°程度と高い形状を有する液滴２を形成することが要求されることが多く、このような場合には基板１に撥液化処理などの表面処理を施すことが有効である。また、基板１の表面が均質でない場合、清浄でない場合などには、基板１に対して洗浄などを施すことが好ましい。以下では、これらの表面処理、洗浄などが施された基板も基板と称する。
【００３９】
液滴２は、固化成分と溶媒とを含む液体材料を基板１に供給することによって形成される。液滴２を形成する液体材料は、作製する３次元構造物に応じて適宜選択される。たとえば、スペーサ、マイクロレンズなどとして使用される３次元構造物を作製する場合、液体材料としては、固化成分を溶媒で希釈したものなどが用いられる。固化成分としては、熱硬化性樹脂組成物、紫外線硬化性樹脂組成物などの光硬化性樹脂組成物などの硬化性樹脂組成物などが挙げられる。固化成分の溶媒による希釈率は、液体材料の粘度および表面張力などの物性値が、後述するインクジェット吐出装置などの液滴吐出装置による吐出が可能な範囲内になるような範囲内であれば、任意に選択することができる。溶媒による希釈率を調整することによって、液体材料に含まれる固化成分の量、すなわち液滴２の乾燥後に残存する固化成分の量を調整することができるので、所望の形状を有する３次元構造物を容易に作製することができる。
【００４０】
溶媒としては、たとえば、カルビトールアセテート、カルビトール、メチルカルビトール、ジエチルカルビトールなどのエーテル類、エチレングリコール、シクロヘキサノールなどのアルコール類、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸イソペンチルなどのエステル類などが挙げられる。溶媒は、これらに限定されるものではなく、固化成分の種類、作製しようとする３次元構造物の使用目的、後述する液滴乾燥工程における液滴２の乾燥方法などの作製プロセスなどの各種条件に応じて、広い範囲から適宜選択して用いることができる。ただし、溶媒の蒸発速度が速くなるほど、後述する液滴乾燥工程における液滴２の位置ずれ量、すなわち構造物作製予定部３からの移動距離が大きくなるので、溶媒は、液滴２の乾燥に要する時間と許容される位置ずれ量とを勘案して選択されることが好ましい。
【００４１】
また、３次元構造物として、遺伝子解析、微生物観察などを行なうための分析用試料を作製する場合には、分析対象の遺伝子試料、蛋白質試料、血液、微生物試料などが液体材料として用いられる。これらの液体材料では、試料中の水分などが溶媒に相当する。たとえば、血液の場合、血液中の固形分が固化成分であり、血液中の水分が溶媒である。
【００４２】
液体材料は、たとえば液滴吐出装置によって基板１の構造物作製予定部３に向けて吐出される。これによって液滴２が基板１に配置される。液滴吐出装置としては、インクジェット吐出装置、ディスペンサ装置などの一般的な液滴吐出装置を使用することができる。
【００４３】
インクジェット吐出装置は、数ｐＬ程度の微小量の液体材料を液滴として吐出させることができるので、マイクロレンズ、スペーサなどとして使用する３次元構造物を作製する場合に好適である。また、インクジェット吐出装置は、基板１に対して、非接触で液体材料を供給することが可能であるので、基板１との距離は一定に保ったまま、水平方向の移動のみによって基板１の所望の位置に液滴２を形成することができる。すなわち、インクジェット吐出装置では、基板１に対して上下方向すなわち基板１の液滴２が配置される表面に対して垂直方向一方および他方に移動する工程が省かれるため、時間的及び操作的に簡便に液滴２を形成することができる。また、吐出させる液滴の体積（以後、液滴の吐出体積とも称する）を１滴毎に高精度に制御することが可能であるので、液滴の吐出回数および吐出体積などを調整することによって、吐出される液滴の合計体積である液滴２の体積を容易に制御することができるという利点も有する。また、インクジェット吐出装置では、任意の位置に選択的に液体材料を供給することができるので、たとえば液晶ディスプレイパネルの遮光部または遮光部が投影される領域などに選択的に液体材料を供給する場合に好適である。
【００４４】
また、インクジェット吐出装置では、インクジェットヘッドに液滴を吐出させるためのノズルを複数個設けることによって、一回の吐出動作で複数の液滴を吐出させることができるので、基板１に複数の液滴２を配置して３次元構造物を形成する場合に好適である。このようなインクジェット吐出装置を用いることによって、たとえば、複数のマイクロレンズで構成されるマイクロレンズアレイの作製などを容易に行なうことができる。さらに、複数のインクジェットヘッドを備えるインクジェット吐出装置を用いることによって、マイクロレンズアレイなどの３次元構造物の集合体を一層効率良く作製することができる。
【００４５】
また、複数のインクジェットヘッドを備えるインクジェット吐出装置では、各インクジェットヘッドに異なる種類の液体材料を供給して吐出させることができるので、たとえば、酵素反応などの試験において、液体材料である試料および反応性試薬を、基板１に向けて別々に吐出させ、基板１において混合して液滴２を形成する場合などにも好適である。
【００４６】
ただし、インクジェット吐出装置を用いる場合には、液体材料の粘度は、温度２５℃において３０ｍＰａ・ｓ（３０ｃＰ）以下程度であることが好ましい。液体材料の粘度が、温度２５℃において３０ｍＰａ・ｓを超える程度に高いと、液体材料を安定的に吐出させることが困難になる可能性がある。液体材料の粘度は、固化成分の濃度が高いほど高くなるので、インクジェット吐出装置では高濃度の液体材料の吐出は困難である。
【００４７】
高濃度の液体材料などのように、温度２５℃における粘度が３０ｍＰａ・ｓを超えるような高粘度の液体材料を吐出させる場合には、ディスペンサ装置を用いることが好ましい。ディスペンサ装置は、吐出可能な液体材料の濃度範囲が広く、様々な種類の液体材料を吐出させることができるという利点を有する。また、数μＬ程度の液滴２を形成する場合、インクジェット吐出装置では、数万〜数千万回繰返し吐出動作を行なう必要があるのに対し、ディスペンサ装置では、一度の吐出動作で目的の体積を有する液滴２を形成することができる。遺伝子試料、微生物試料などの分析用試料は、数μＬ程度の体積が必要であるので、３次元構造物として、このような分析用試料を作製する場合には、ディスペンサ装置が好適に用いられる。
【００４８】
このように、液滴吐出装置は、特に限定されるものではなく、使用する液体材料の粘度および表面張力、作製しようとする３次元構造物の用途、体積などの各種条件に応じて、使用者が適宜望ましいものを選択して用いることができる。
【００４９】
以上のようにして基板１に液滴２を配置した後、液滴乾燥工程に移行する。液滴乾燥工程では、基板１に配置された液滴２から溶媒を蒸発させることによって、液滴２を乾燥させる。液滴配置工程において基板１に配置された液滴２は、溶媒を含むので、構造物作製予定部３からはみ出る程度の大きさを有するけれども、液滴乾燥工程で溶媒を蒸発させることによって、液滴２の体積を減少させ、構造物作製予定部３内に収まる程度の大きさの３次元構造物を作製することができる。
【００５０】
本実施態様による液滴乾燥工程では、液滴２の周囲の気体の温度を液滴２の温度以上にして溶媒を蒸発させる。このようにして溶媒を蒸発させることによって、液滴２が構造物作製予定部３から移動することを防ぐことができるので、構造物作製予定部３に精度良く３次元構造物を作製することができる。
【００５１】
図２は、液滴の位置ずれの発生メカニズムを模式的に示す図である。図３は、液滴２が構造物作製予定部３から移動して位置ずれが発生した状態を模式的に示す平面図である。液滴２の乾燥は、たとえば、後述する図４に示すように、基板１を基板加熱装置４で加熱し、基板１を介して液滴２を加熱することによって行なわれる。なお図２では、図面が錯綜して理解が困難になるので、基板１の鉛直上方の気体のみを、液滴２の周囲の気体５の代表として記載する。
【００５２】
液滴２の周囲の気体５の温度が液滴２の温度よりも低い場合、図２に示すように、液滴２の加熱によって液滴２から蒸発した溶媒の蒸気（以後、溶媒蒸気とも称する）６は、周囲の気体５によって冷却され、再液化されると考えられる。再液化された溶媒（以後、再液化溶媒とも称する）７は鉛直方向に落下し、微細な液滴として基板１または液滴２に付着する。再液化溶媒７は、基板１または液滴２に不規則に付着するので、再液化溶媒７の付着によって基板１の表面の液体材料に対する親液性および撥液性が変化する可能性がある。このため、図３に示すように、再液化溶媒７が付着した部分に液滴２が引寄せられるなどの現象が生じ、その結果、液滴２の移動が引起されるものと推察される。
【００５３】
これに対し、本実施態様のように、液滴２の周囲の気体５の温度を液滴２の温度以上に設定して溶媒の蒸発を行なった場合には、液滴２の周囲の気体５による溶媒蒸気６の再液化が抑制されると考えられる。これによって、再液化溶媒７の発生および基板１または液滴２への付着が防止され、基板１の表面の親液性および撥液性の変化が抑えられるので、液滴２の移動が抑制され、液滴２が液滴配置工程で基板１に配置された状態に保持されるものと推察される。
【００５４】
液滴乾燥工程における液滴２の加熱温度は、液滴２に含まれる溶媒の揮発性などに応じて適宜選択することができ、たとえば２５〜２００℃程度である。液滴２の周囲の気体の温度は、液滴２の温度以上になるように適宜選択される。なお、液滴２は、後述するように自然乾燥によって乾燥されてもよい。
【００５５】
以上のようにして液滴２を乾燥させた後、必要に応じて硬化工程で硬化させることによって、３次元構造物が形成される。硬化工程は、液滴２の乾燥後に残存する固化成分の種類に応じて設けられる。たとえば、３次元構造物としてスペーサ、マイクロレンズなどを作製する場合には、固化成分として硬化性樹脂組成物などが用いられるので、液滴乾燥工程の後に硬化工程を設け、固化成分を硬化させる。固化成分の硬化方法としては、特に制限されるものではなく、固化成分の種類に応じて適宜選択される。たとえば、固化成分が熱硬化性樹脂組成物である場合には、加熱することによって固化成分を硬化させることができる。また、固化成分が紫外線硬化性樹脂組成物などの光硬化性樹脂組成物である場合には、紫外線などの光を照射することによって固化成分を硬化させることができる。なお、３次元構造物として、遺伝子解析、微生物観察などを行なうための分析用試料を作製する場合には、液滴２の乾燥後に残存する固化成分をそのまま３次元構造物である分析用試料として用いることができる。
【００５６】
以上のようにして３次元構造物が形成され、本実施態様による３次元構造物の作製が終了する。本実施態様では、液滴乾燥工程において、液滴２の周囲の気体の温度を液滴２の温度以上にして溶媒を蒸発させるので、液滴２が構造物作製予定部３から移動することを防ぐことができる。よって、乾燥時の液滴２の構造物作製予定部３からの位置ずれを抑え、基板１の所望の位置に精度良く３次元構造物を形成することができる。
【００５７】
以上のように、本発明の３次元構造物の作製方法によれば、液滴２の移動を抑え、構造物作製予定部３からの位置ずれを抑制することができるので、基板１の所望の位置に３次元構造物を作製することができる。このような本発明の３次元構造物の作製方法によって作製される３次元構造物は、高い位置精度が要求される用途に好適に使用することができる。たとえば、本発明による３次元構造物は、液晶ディスプレイパネルを構成する一対の基板の一方または両方に設けられる遮光部または遮光部が投影される領域のみに選択的に配置することが求められるスペーサとして好適に用いられる。本発明によるスペーサを用いることによって、光抜け、液晶の配向不良などのない液晶ディスプレイパネルを実現することができる。
【００５８】
また、本発明の３次元構造物の作製方法によれば、液滴２の乾燥時の位置ずれを抑制することができるので、乾燥時の位置ずれを加味して予めマージンを設けて液滴２を配置する必要がなく、液滴２をより密集させて配置することができる。したがって、たとえば３次元構造物として複数のマイクロレンズが密に配置されたマイクロレンズアレイを作製することができる。このようにマイクロレンズを密に配置することによって、レンズ形成領域におけるマイクロレンズの密度を高めることができるので、より多くの光を集光することのできるマイクロレンズアレイを実現することができる。このようなマイクロレンズアレイを液晶ディスプレイパネルの集光手段として用いることによって、液晶ディスプレイパネルの実効的な開口率を向上させることができる。すなわち、本発明による３次元構造物は、液晶ディスプレイパネルの画素領域に精度良く集光することのできるマイクロレンズアレイなどの液晶ディスプレイ部材として用いることができる。また、本発明の３次元構造物の作製方法によれば、遺伝子、微生物などの分子レベルでの観察を行なうための多数の分析用試料が同一の基板に精度良く配置された試料プレートを作製することができる。このような多数の分析用試料が配置された試料プレートは、創薬、遺伝子診断などの分野において好適に用いられる。
【００５９】
また、本発明の３次元構造物の作製方法は、基板１、液滴２を形成する液体材料、液体材料中の固化成分および溶媒などの種類、ならびに液体材料の吐出方法などに制限されることがないので、その他の産業分野においても好適に用いられる。
【００６０】
本実施態様による液滴乾燥工程における液滴２の乾燥は、たとえば図４〜８に示す液滴乾燥装置８〜１２などによって実施することができる。図４は、本実施態様による液滴２の乾燥に好適に用いられる液滴乾燥装置の一例である液滴乾燥装置８の構成を側面側から見て示す配置図である。液滴乾燥装置８は、液滴２が配置された基板１を収容する保温容器２１と、保温容器２１の鉛直方向下部に設けられ、基板１を加熱する基板加熱手段である基板加熱装置４と、基板１の温度を測定する基板温度計２２と、保温容器２１に収容される気体、すなわち液滴２の周囲の気体の温度を測定する雰囲気温度測定手段である雰囲気温度計２３と、基板加熱装置４に対向するように保温容器２１の鉛直方向上部に設けられ、液滴２の周囲の気体である保温容器２１に収容される気体を加熱する気体加熱手段であるヒータ２４と、制御手段である温度制御装置２５とを含んで構成される。基板加熱装置４、基板温度計２２、雰囲気温度計２３およびヒータ２４は、保温容器２１の内方に設けられる。
【００６１】
本実施形態では、液滴乾燥装置８は、液滴２の周囲の気体の温度を制御するために、保温容器２１によって外部との気体の流通および熱の授受が遮断されている。保温容器２１は、たとえばウレタンフォーム、グラスウールなどの断熱材で形成される。基板加熱装置４は、本実施の形態ではホットプレートである。基板加熱装置４は、基板１を加熱するとともに、基板１を介して液滴２を加熱する液滴加熱手段である。本実施の形態では、複数の液滴２は、基板加熱装置４によって略等しい温度に加熱される。また、基板加熱装置４は、平坦な一表面部で基板１を保持することができ、基板保持手段としても機能する。ヒータ２４は、本実施の形態では電熱線ヒータ２４であり、たとえばニクロム線と電源装置とを含んで構成される。基板温度計２２は、基板１の液滴２が配置された表面に接するように設けられる。本実施形態では、液滴２は、基板１の表面に配置され、基板１を介して基板加熱装置４によって加熱されるので、液滴２の温度は、基板温度計２２によって測定される基板１の温度に略等しくなる。よって、基板温度計２２は、液滴２の温度を測定する液滴温度測定手段として機能する。
【００６２】
温度制御装置２５は、液滴２の周囲の気体である保温容器２１内の気体を加熱するヒータ２４の動作を制御する。また温度制御装置２５は、基板１および該基板１に配置される液滴２を加熱する基板加熱装置４の動作を制御する。温度制御装置２５には、基板温度計２２の出力および雰囲気温度計２３の出力が、それぞれ与えられる。温度制御装置２５は、基板温度計２２および雰囲気温度計２３の出力結果に基づいて、液滴２の周囲の気体の温度である保温容器２１内の気体の温度が、液滴２の温度である基板１の温度以上になるように、基板加熱装置４およびヒータ２４の動作を制御する。これによって、液滴２の周囲の気体の温度を液滴２の温度以上として液滴２から溶媒を蒸発させ、液滴２を乾燥させることができる。したがって、本実施形態では、前述のように液滴２から蒸発した溶媒の再液化を防止することができるので、液滴２の移動を抑えることができる。温度制御装置２５は、マイクロコンピュータなどによって実現される。
【００６３】
以上に述べた液滴乾燥装置８では、基板１に配置される複数の液滴２は、液滴加熱手段である基板加熱装置４によって略等しい温度に加熱されて乾燥されるけれども、別々の温度に加熱されて乾燥されてもよい。この場合、液滴加熱手段としては、たとえば、複数のヒータを備え、各ヒータの動作を個々に制御することのできるホットプレートなどの基板加熱装置４を用いることができる。このように各ヒータの動作を別個に制御することのできる基板加熱装置４などを用いることによって、複数の液滴２を別々の温度で加熱して乾燥させることができる。このような液滴２の乾燥方法は、溶媒などの異なる液体材料を用いて同一の基板１に異なる種類の３次元構造物を作製する場合、酵素反応などの試験において、複数の液滴２を異なる温度で加熱して乾燥させ、加熱温度の異なる複数の３次元構造物（分析用試料）を作製し、加熱温度の影響を評価する場合などに有効である。
【００６４】
このように複数の液滴２を別々の温度で加熱して乾燥させる場合、各液滴２の温度は、たとえば、赤外線放射温度計などによってそれぞれ測定することができる。温度制御装置２５は、測定される各液滴２の温度と、雰囲気温度計２３によって測定される液滴２の周囲の気体の温度とに基づいて、基板加熱装置４およびヒータ２４の動作を制御する。たとえば、温度制御装置２５は、雰囲気温度計２３で測定される液滴２の周囲の気体の温度が、測定される各液滴２の温度のうち最も高い温度以上になるように、基板加熱装置４およびヒータ２４の動作を制御する。
【００６５】
また、図４に示す液滴乾燥装置８では、液滴加熱手段は、基板１を介して液滴２を加熱する基板加熱装置４であるけれども、これに限定されず、液滴２を直接加熱するものであってもよい。液滴２を直接加熱する液滴加熱手段としては、たとえば赤外線ランプなどを用いることができる。この場合、液滴２の温度は、赤外線放射温度計などによって測定することができる。
【００６６】
また、液滴乾燥装置８では、保温容器２１内の気体を加熱する気体加熱手段としては、電熱線ヒータ２４などのヒータが用いられる。ヒータは、電熱線ヒータに限定されるものではなく、温水ヒータなどであってもよい。図５は、温水ヒータ２６を備える液滴乾燥装置９の構成を側面側から見て示す配置図である。図５に示す液滴乾燥装置９は、前述の図４に示す液滴乾燥装置８と類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。図５に示す液滴乾燥装置９では、温水ヒータ２６によって、保温容器２１に収容される気体、すなわち液滴２の周囲の気体を加熱することができる。温水ヒータ２６を備える液滴乾燥装置９は、液滴２に含まれる溶媒の揮発性が良好であり、基板１の加熱温度がたとえば６０℃以下程度と比較的低く、保温容器２１内の気体の加熱温度が１００℃以下程度でよい場合などに好適に用いられる。
【００６７】
温水ヒータ２６は、本実施形態では循環型の温水ヒータであり、保温容器２１の鉛直方向上部に設けられる温水パイプ２７と、温水パイプ２７に供給される水を所定の温度に加熱する水加熱装置２８と、水加熱装置２８で加熱された水（温水）を温水パイプ２７に供給する送り配管路２９と、温水パイプ２７を流過した水を水加熱装置２８に送給する戻り配管路３０とを含んで構成される。水加熱装置２８によって加熱された水（温水）は、送り配管路２９から温水パイプ２７に供給され、温水パイプ２７を流過して戻り配管路３０から水加熱装置２８に送給され、再度水加熱装置２８によって加熱され、温水パイプ２７に供給される。このようにして水加熱装置２８で所定の温度に加熱された水（温水）を温水パイプ２７内に循環させることによって、温水パイプ２７を流過する水（温水）で保温容器２１内の気体を加熱することができる。
【００６８】
温水ヒータ２６の動作は、温度制御装置２５によって制御される。本実施形態の液滴乾燥装置９では、温度制御装置２５は、基板温度計２２および雰囲気温度計２３の出力結果に基づいて、液滴２の周囲の気体の温度である保温容器２１内の気体の温度が、液滴２の温度である基板１の温度以上になるように、基板加熱装置４および温水ヒータ２６の動作を制御する。これによって、液滴２の周囲の気体の温度を液滴２の温度以上として液滴２から溶媒を蒸発させ、液滴２を乾燥させることができるので、液滴２から蒸発した溶媒の再液化を防止し、液滴２の移動を抑えることができる。
【００６９】
特に、本実施形態では、気体加熱手段である温水ヒータ２６は、水加熱装置２８で加熱されて温水パイプ２７内を循環する水（温水）によって気体を加熱するので、液滴２の周囲の気体である保温容器２１内の気体の温度を厳密に制御することが可能である。よって、溶媒蒸気の再液化をより確実に防止し、液滴２の移動を一層抑制することができる。また、温水ヒータ２６では、温水を循環させるだけで気体の加熱を行なうことができるので、温水ヒータ２６を用いることによって、液滴乾燥装置９のランニングコストを低減することができる。
【００７０】
図６は、本実施態様による液滴２の乾燥に好適に用いられる液滴乾燥装置の他の例である液滴乾燥装置１０の構成を側面側から見て示す配置図である。図６に示す液滴乾燥装置１０は、図４に示す液滴乾燥装置８と類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。図６に示す液滴乾燥装置１０は、気体加熱手段であるヒータ２４に代えて、加熱ガス供給装置３１を有する。さらに保温容器２１の鉛直方向下部にはガス排気口３２が形成されている。
【００７１】
加熱ガス供給装置３１は、ガス加熱装置３３とガス供給ヘッド３４とを含んで構成される。ガス加熱装置３３は、図示しないガス供給部から第１ガス供給管路３５を介して供給されるガスを、所定の温度に加熱し、第２ガス供給管路３６を介してガス供給ヘッド３４に供給する。ガス加熱装置３３としては、たとえば、図示しないガス管路と、該ガス管路の周囲に設けられる電熱線ヒータなどのヒータとを有し、第１ガス供給管路３５から供給されてガス管路を流過するガスをヒータで加熱するもの、多孔質セラミックスなどの多孔質体を有し、該多孔質体を所望の温度に加熱し、加熱された多孔質体の孔部にガスを流過させることによってガスを加熱するものなどが挙げられる。ガス加熱装置３３に供給されるガスの量は、第１ガス供給管路３５に設けられる第１流量調整バルブ３８によって調整することができる。
【００７２】
ガス供給ヘッド３４は、ガス加熱装置３３によって加熱されて第２ガス供給管路３６を介して供給されるガス３７を、保温容器２１の内方に向けて、具体的には基板１の液滴２が配置されている表面に向けてシャワー状に噴霧する。ガス供給ヘッド３４に供給されるガスの量は、第２ガス供給管路３６に設けられる第２流量調整バルブ３９によって調整することができる。保温容器２１の内方に供給されたガス３７は、液滴２の周囲を流過し、ガス排気口３２から保温容器２１の外方に排気される。すなわち、本実施態様では、加熱ガス供給装置３１から供給されるガス（気体）３７が、液滴２の周囲の気体となる。よって、液滴２の周囲の気体（ガス）３７の温度は、ガス加熱装置３３によるガスの加熱温度、ガス供給ヘッド３４に供給されるガスの量などによって調整することができる。
【００７３】
加熱ガス供給装置３１から供給するガス（気体）としては、特に制限されず、広い範囲から適宜選択して用いることができるけれども、液滴２を構成する液体材料との反応性を有しないものであり、かつ液滴２の周囲の気体を吸湿させることがないものを用いることが好ましく、たとえば窒素、空気などが好適に用いられる。
【００７４】
加熱ガス供給装置３１の動作は、温度制御装置２５によって制御される。本実施形態の液滴乾燥装置１０では、温度制御装置２５は、基板温度計２２および雰囲気温度計２３の出力結果に基づいて、液滴２の周囲の気体となるガス供給ヘッド３４から供給されるガス（気体）３７の温度が、液滴２の温度である基板１の温度以上になるように、基板加熱装置４および加熱ガス供給装置３１の各部の動作を制御する。これによって、液滴２の周囲の気体の温度、すなわち加熱ガス供給装置３１から供給されるガス３７の温度を、液滴２の温度以上として、液滴２から溶媒を蒸発させることができる。
【００７５】
図７は、本実施態様による液滴２の乾燥に好適に用いられる液滴乾燥装置のさらに他の例である液滴乾燥装置１１の構成を側面側から見て示す配置図である。図７に示す液滴乾燥装置１１は、図４に示す液滴乾燥装置８と類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。図７に示す液滴乾燥装置１１では、液滴２を加熱する加熱手段および液滴２の周囲の気体を加熱する気体加熱手段として、オーブン４０が用いられる。オーブン４０を用いることによって、液滴２と液滴２の周囲の気体とを同時に加熱することができるので、液滴乾燥装置１１の構成を簡略化することができる。
【００７６】
液滴２が配置された基板１は、基板保持手段である基板台４１とともにオーブン４０に収容され、加熱される。これによって、液滴２が加熱され、液滴２の乾燥が行なわれる。オーブン４０の温度は、オーブン温度調整装置４２によって調整される。オーブン温度調整装置４２は、温度制御装置２５によって制御される。本実施形態の液滴乾燥装置１１では、温度制御装置２５は、基板温度計２２および雰囲気温度計２３の出力結果に基づいて、液滴２の周囲の気体の温度であるオーブン４０に収容される気体の温度が、液滴２の温度である基板１の温度以上になるように、オーブン温度調整装置４２を制御する。これによって、液滴２の周囲の気体の温度を液滴２の温度以上として、液滴２からの溶媒の蒸発を行なうことができる。
【００７７】
たとえば、予め基板１の温度よりも高い温度に調整されたオーブン４０内に液滴２が配置された基板１を入れ、基板１の温度がオーブン４０内の気体の温度と等しくなるまで上昇する前に液滴２の乾燥を終了すれば、液滴２の周囲の気体であるオーブン４０内の気体の温度が液滴２の温度である基板１の温度よりも高い状態で液滴２の乾燥を行なうことができる。なお、基板１の温度がオーブン４０内の気体の温度と等しくなった後でも液滴２の乾燥を継続してもよい。このように基板１の温度とオーブン４０内の気体の温度とが等しくなった状態では、後述する自然乾燥によって液滴２を乾燥させる場合と同様に、液滴２と液滴２の周囲の気体の温度とが略等しく、液滴２と液滴２の周囲の気体との間に動的な温度変化がないので、蒸発した液滴が再液化することなく乾燥が進行し、液滴２の移動が抑えられるものと考えられる。
【００７８】
オーブン４０を用いる場合、液滴乾燥装置は、図８に示す液滴乾燥装置１２のように、基板１を冷却する基板冷却手段である基板冷却装置４３を備えることが好ましい。図８は、基板冷却装置４３を備える液滴乾燥装置１２の構成を側面側から見て示す配置図である。図８に示す液滴乾燥装置１２では、基板冷却装置４３は、オーブン４０の鉛直方向下部に設けられる。本実施形態では、基板冷却装置４３は、平坦な一表面部を有し、この平坦な一表面部で、基板１が載置される基板台４１を保持することができる。基板１は、基板台４１を介して基板冷却装置４３によって冷却される。基板冷却装置４３としては、たとえば、基板１を保持する基板保持部の内部に水路を有し、該水路に冷却された水を流通させることによって基板１を水冷するものなどを用いることができる。また、基板台４１は、たとえば金属などの熱伝導性に優れる材料で形成される。本実施形態では、基板台４１は、着脱可能に設けられる。このように基板台４１を着脱可能に設けることによって、基板台４１とともに基板１を搬送し、基板台４１をたとえば後述する図１９に示す硬化処理装置８１の基板台８９などとして使用することができるので、基板１の搬送が容易になり、搬送時の基板１の破損などを防止することができる。
【００７９】
基板冷却装置４３は、温度制御装置２５によって制御される。液滴乾燥装置１２では、温度制御装置２５は、基板温度計２２および雰囲気温度計２３の出力結果に基づいて、液滴２の周囲の気体の温度、すなわちオーブン４０に収容される気体の温度が、液滴２の温度である基板１の温度以上になるように、オーブン温度調整装置４２および基板冷却装置４３の動作を制御する。液滴２の構造物作製予定部３からの位置ずれは、液滴２の温度と液滴２の周囲の温度との差が大きいほど抑制される傾向にある。よって、基板冷却装置４３を設けることによって、液滴２の周囲の気体の温度と、液滴２の温度との差を大きくし、液滴２の位置ずれをより確実に抑えることができる。
【００８０】
図８に示す液滴乾燥装置１２では、基板冷却装置４３は、基板台４１の鉛直方向下方に設けられ、基板台４１を介して基板１を冷却するけれども、基板台４１を設けずに基板冷却装置４３を基板１に接するように設け、基板１を基板冷却装置４３で直接冷却するようにしてもよい。このように基板台４１を介さずに基板１を基板冷却装置４３で直接冷却することによって、基板１の温度制御、ひいては液滴２の温度制御を容易に、またより正確に行なうことができる。また、この場合、基板冷却装置４３が基板台４１として機能するので、基板台４１を別途設ける必要がなく、液滴乾燥装置１２をより簡易な構成とすることができる。
【００８１】
以上の図４〜８に示す液滴乾燥装置８〜１２では、液滴２を加熱して乾燥させるけれども、液滴乾燥工程における液滴２の乾燥は、自然乾燥によって行なわれてもよい。液滴２を自然乾燥で乾燥させる場合、液滴２を加熱する必要がないので、３次元構造物の作製工程をより簡便なものにすることができる。また、液滴２を加熱する手段、たとえば前述の図４に示す基板加熱装置４などが不要になるので、液滴乾燥装置の構成を簡略化することができる。また、液滴２の構造物作製予定部３からの位置ずれは、液滴２の乾燥の開始から終了までの時間が長くなるほど小さくなる傾向にあるので、液滴２を自然乾燥させることによって、液滴２の位置ずれを一層抑制することができる。これは、自然乾燥させる場合、液滴２と液滴２の周囲の気体との間の動的な温度変化がなく、液滴２の乾燥が静的に進行するので、液滴２の周囲の気体の温度分布などに乱れが生じず、液滴２から蒸発した溶媒が再液化されることなく拡散されるためであると推察される。液滴２を自然乾燥によって乾燥させる場合、液滴２の乾燥は、液滴２の周囲の風向および液滴２の周囲の気体の温度勾配などの影響を受けないように、前述の図４に示す液滴乾燥装置８に備わる保温容器２１などの断熱性容器の内方で行なわれることが好ましい。
【００８２】
液滴２を自然乾燥によって乾燥させる場合、液滴２を加熱して乾燥させる場合に比べて、液滴２からの溶媒の蒸発速度が遅くなり、液滴２の乾燥により多くの時間を要するので、溶媒としては、温度２０℃における蒸気圧が０．１ｍｍＨｇ以上であるものを用いることが好ましい。このような溶媒は、加熱しなくとも蒸発が比較的容易に進行するので、該溶媒を用いることによって、液滴２を自然乾燥で乾燥させる場合であっても、溶媒の蒸発を速やかに進行させ、液滴２の乾燥に要する時間の増加を抑えることができる。温度２０℃における蒸気圧が０．１ｍｍＨｇ以上である溶媒としては、カルビトールアセテート、カルビトール、メチルカルビトール、ジエチルカルビトールなどのエーテル類、エチレングリコール、シクロヘキサノールなどのアルコール類、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸イソペンチルなどのエステル類などが挙げられる。
【００８３】
次に、本発明の実施の他の態様である３次元構造物の作製方法について説明する。本実施態様による３次元構造物の作製方法は、前述の実施の第１態様と類似し、実施の第１態様と同様に、液滴配置工程と、液滴乾燥工程とを含み、必要に応じて硬化工程を含む。液滴配置工程および硬化工程については、実施の第１態様と同様であるので説明を省略し、液滴乾燥工程について以下に説明する。
【００８４】
本実施態様による液滴乾燥工程では、前述の図１に示すように基板１に配置された液滴２の周囲に気体の流れを形成させて液滴２から溶媒を蒸発させることによって、液滴２を乾燥させる。たとえば、図９に示すように、基板１の一端部側から他端部側に向かう気体の流れ（以後、気流とも称する）４４を形成し、溶媒を蒸発させる。このように、液滴２の周囲に気体の流れ４４を形成させて溶媒を蒸発させることによって、液滴２から蒸発した溶媒の蒸気６を、液滴２の周囲から除去することができるので、再液化された溶媒が基板１または液滴２に付着することを防ぐことができる。したがって、前述の実施の第１態様と同様に、液滴２の構造物作製予定部３からの移動、すなわち位置ずれを抑制することができるので、構造物作製予定部３に精度良く３次元構造物を形成することができる。
【００８５】
また、液滴２の周囲に気体の流れ４４を形成させることによって、液滴２から蒸発した溶媒の蒸気６を該液滴２の周囲から除去することができるので、該液滴２の周囲の溶媒の蒸気圧を下げ、液滴２からの溶媒の蒸発を促進することができる。これによって、溶媒の蒸発速度を増加させることができるので、液滴２の乾燥に要する時間を短縮することができる。
【００８６】
液滴２の移動をより確実に抑えるためには、液滴２の周囲を流過する気体の温度を、液滴２の温度以上として、液滴２の乾燥を行なうことが好ましい。これによって、前述の実施の第１態様における液滴乾燥工程と同様に、液滴２から蒸発した溶媒の蒸気が再液化することを防ぐことができるので、再液化された溶媒の基板１または液滴２への付着をより確実に防止することができる。したがって、液滴２の移動を一層抑制し、３次元構造物を形成する際の位置精度をさらに向上させることができる。
【００８７】
このように液滴２の周囲を流過する気体の温度を液滴２の温度以上とする方法としては、たとえば、前述の実施の第１態様のように、液滴２の周囲を流過する気体を加熱する方法、液滴２の周囲の気体の流れを、液滴２の周囲に液滴２の温度以上の気体を供給することによって形成する方法などが挙げられる。このように液滴２の周囲を流過する気体の温度を液滴２の温度以上として液滴２の乾燥を行なう場合には、前述の図４に示す液滴乾燥装置８などと同様に、保温容器２１の内方において、液滴２の乾燥を行なうことが好ましい。
【００８８】
また、液滴乾燥工程では、液滴２の周囲に気体の流れを形成させるとともに、液滴２を加熱してもよい。これによって、溶媒の蒸発速度をさらに増加させ、液滴２の乾燥に要する時間を一層短縮することができる。本実施態様では、液滴２の周囲には気体の流れが形成されているので、液滴２の周囲の気体の温度が液滴２の温度よりも低い場合であっても、液滴２の移動を抑えることができる。ただし、液滴２の移動をより確実に抑えるためには、液滴２の周囲を流過する気体の温度を液滴２の温度以上として液滴２の乾燥を行なうことが好ましい。液滴２の加熱は、前述の図４に示す液滴乾燥装置８などと同様に、たとえば基板１をホットプレートなどの基板加熱装置４で加熱することによって行なうことができる。
【００８９】
本実施態様による液滴２の乾燥は、たとえば前述の図９に示す液滴乾燥装置１３によって実施することができる。図９は、本発明の実施の他の形態である液滴乾燥装置１３の構成を側面側から見て示す配置図である。図１０は、図９に示す液滴乾燥装置１３を鉛直斜め上方向から見て示す斜視図である。
【００９０】
液滴乾燥装置１３は、ガス供給部４５とガス排気部４６とを含んで構成される。ガス供給部４５は、基板１の一端部を臨む側が開口されたガス供給管４７と、ガス供給管４７に接続され、ガス供給管４７に気体を供給するガス供給装置４８と、ガス供給管４７に設けられガス供給管４７から供給される気体の量を調整するガス流量調整バルブ４９とを備える。ガス排気部４６は、基板１の他端部を臨むように形成された吸引口５０を有する吸引部材である吸引管５１と、吸引管５１を介して気体を吸引する吸引ポンプ５２とを備える。吸引ポンプ５２は、たとえばダイアフラムポンプなどによって実現される。
【００９１】
ガス供給部４５とガス排気部４６とは、気流形成手段５３を構成する。ガス供給部４５のガス供給管４７と、ガス排気部４６の吸引管５１とは、基板１に対して対向するように、基板１の一辺部に沿う方向の一方および他方に離隔して設けられる。気流形成手段５３は、ガス供給部４５によって基板１の一端部側から基板１の液滴２が配置された表面に向けて気体（以後、ガスとも称する）を供給し、供給された気体をガス排気部４６によって基板１の他端部側から排気する。これによって、基板１の液滴２が配置された表面に略平行な方向、すなわち水平方向に気体の流れ４４が形成される。
【００９２】
ガス供給部４５から供給するガスとしては、特に制限されず、広い範囲から適宜選択して用いることができるけれども、液滴２を構成する液体材料との反応性を有しないものであり、かつ液滴２の周囲の気体を吸湿させることがないものを用いることが好ましく、たとえば窒素、空気などが好適に用いられる。
【００９３】
ガス供給部４５から供給されるガス（気体）は、図示しない加熱手段によって加熱された後に基板１に向けて供給されることが好ましい。このように加熱された気体を供給することによって、液滴２の周囲を流過する気体の温度を、容易に液滴２の温度以上として液滴２の乾燥を行なうことができる。
【００９４】
図９に示す液滴乾燥装置１３では、気流形成手段５３は、ガス供給部４５とガス排気部４６とを有するけれども、ガス供給部４５を有しない構成とすることもできる。この場合、気流形成手段５３は、ガス排気部４６で液滴２から蒸発した溶媒の蒸気を吸引することによって気体の流れを形成させることができる。ただし、図９に示す液滴乾燥装置１３のようにガス供給部４５を設け、気体を供給して気体の流れ４４を形成させる方が、溶媒の蒸気の除去が促進され、溶媒の蒸発速度を速めることができ、液滴２の乾燥に要する時間を短縮することができるので好ましい。
【００９５】
図１１は、図９に示す液滴乾燥装置１３を用いて液滴２の乾燥を行なう様子を模式的に示す側面図である。液滴乾燥工程において、図９に示す液滴乾燥装置１３のように、基板１の液滴２が配置された表面に略平行な方向に気体の流れ４４を形成させた場合、液滴２の移動を充分に抑えることができない可能性がある。特に、ガス供給部４５からの距離が相対的に遠い部分では、液滴２の位置ずれが生じる恐れがある。これは、気体の流れ４４が液滴２の軸線に関して対称でないこと、およびガス供給部４５からの距離の違いによって、気体の流れ４４の速度に差異が生じ、気体の流れ４４による溶媒蒸気の除去が不均一になることなどが原因であると推察される。すなわち、ガス供給部４５からの距離が遠くなるほど、気体の流れ４４の速度が遅くなるので、気体の流れ４４によって除去される溶媒蒸気の量が少なくなり、図１１に示すように液滴２の位置ずれ量が多くなるものと考えられる。なお、図１１では、各液滴２の上方に記載される矢符２ａの長さによって液滴２の位置ずれ量を表しており、矢符２ａの長さが長いものほど、位置ずれ量が大きいことを意味する。
【００９６】
気体の流れによる液滴２の移動防止効果を充分に発揮させるためには、気体の流れを、基板１の液滴２が配置された表面に略垂直な方向に形成させることが好ましい。ここで、略垂直とは、垂直を含む。図１２は、基板１の液滴２が配置された表面に略垂直な方向に気体の流れ５４を形成させて液滴２の乾燥を行なう様子を模式的に示す側面図である。図１２に示すように、基板１の液滴２が配置された表面に対して略垂直な方向に気体の流れ５４を形成させると、気体の流れ５４を液滴１の軸線に関して対称な流れとすることができるので、液滴２に対する気体の流れの影響を、液滴２の全体にわたって均一にすることができる。この状態で液滴２の乾燥を行なうと、液滴２は、液滴配置工程で基板１に配置されたときの形状と相似形の形状を維持したまま、体積が減少して縮小していくものと考えられる。したがって、液滴２の移動を一層抑制することができるとともに、液滴２の形状の変化を抑えることができるので、基板１の所望の位置に所望の形状の３次元構造物を形成することができる。
【００９７】
また、複数の液滴２を同時に乾燥させる場合には、全ての液滴２に対して気体の流れ５４の影響を均一にして溶媒の蒸発を行なうことができるので、乾燥むらを抑えることができる。したがって、基板１の各所において、液滴２の移動を防止し、位置ずれ防止効果に差異が生じることを防ぐことができる。
【００９８】
図１２に示すように、基板１の液滴２が形成された表面に略垂直な方向に気体の流れ５４を形成させることのできる液滴乾燥装置としては、たとえば図１３に示す液滴乾燥装置１４を挙げることができる。図１３は、本発明の実施のさらに他の形態である液滴乾燥装置１４の構成を側面側から見て示す配置図である。液滴乾燥装置１４は、液滴２が配置された基板１を保持するとともに加熱する基板加熱装置４と、気体排気手段であるガス排気部５８とを含んで構成される。本実施形態では、ガス排気部５８が気流形成手段５５である。ガス排気部５８は、吸引部材である吸引管５７と、吸引管５７に接続され、吸引管５７を介して気体を吸引する図示しない吸引ポンプとを備える。本実施形態では、吸引管５７は円筒状に形成される。吸引管５７は、基板加熱装置４の鉛直上方に設けられ、基板加熱装置４を臨むように、具体的には基板加熱装置４に載置された基板１の液滴２が配置された表面を臨むように形成される吸引口５６を有する。
【００９９】
ここで、図１２に示す吸引管５７の長手方向をＺ方向と定義し、Ｚ方向に直交する一方向をＹ方向と定義し、Ｚ方向およびＹ方向に直交する方向をＸ方向と定義する。本実施形態では、Ｚ方向は、鉛直方向に一致する方向である。また、Ｘ方向は、矩形状の基板１の一辺部に沿う方向に一致する方向である。
【０１００】
液滴乾燥装置１４では、ガス排気部５８の吸引管５７の吸引口５６が、基板１の液滴２が配置された表面を臨むように形成されているので、ガス排気部５８で気体の排気を行なうことによって、基板１の液滴２が配置された表面に略垂直な方向、具体的には基板１の前記表面に略垂直な方向であって前記表面から外方に向かう方向に気体の流れ５４を形成することができる。これによって、液滴２の移動および形状の変化を生じさせることなく、液滴２の乾燥を行なうことができる。
【０１０１】
また、液滴乾燥装置１４では、気流形成手段であるガス排気部５８によって液滴２の周囲に気体の流れ５４を形成するとともに、基板加熱装置４によって基板１を介して液滴２を加熱することができるので、液滴２の移動を生じさせることなく、液滴２を加熱して溶媒の蒸発を促進し、液滴２の乾燥に要する時間を短縮することができる。
【０１０２】
吸引管５７の吸引口５６は、基板１に配置されている全ての液滴２が吸引口５６に臨むように形成されていることが好ましい。このような吸引口５６が形成された吸引管５７を有するガス排気部５８を用いることによって、たとえば複数の液滴２が配置されている場合に、各液滴２に対して、液滴２の軸線に関して対称な気体の流れ５４を形成することができるので、液滴２の移動および形状の変化をより確実に抑えることができる。
【０１０３】
また、気体の流れ５４による効果をより均一にするためには、吸引口５６にたとえば多孔質セラミックスなどの多孔質体を配置し、該多孔質体を介して気体を排気することが好ましい。これによって、吸引口５６がたとえば直径５０ｍｍ程度と比較的大きい場合であっても、吸引口５６の各部における気体の排気量を均一にし、気体の流れ５４を均一に形成することができる。したがって、全ての液滴２に対する気体の流れ５４の効果をより均一にすることができる。
【０１０４】
また、吸引口５６を形成する吸引管５６の開口縁部５６ａと基板１との距離（以後、吸引口５６と基板１との距離とも称する）Ｄ１は、気体の流れ５４にむらを生じることがなく、また液滴２の移動を引起さない程度の適正な量の気体の流れ５４を形成することができるように、吸引ポンプの排気量、液滴２の大きさ、基板１と液滴２との密着性および濡れ性などを考慮して選択されることが好ましく、具体的には１０ｍｍ以下であることが好ましく、２ｍｍ以上４ｍｍ以下であることがさらに好ましい。前記距離Ｄ１を１０ｍｍ以下にすることによって、気体の流れ５４の速度を向上させ、液滴２の位置ずれを抑制する効果を増大させることができる。前記距離Ｄ１が１０ｍｍを超えると、液滴２の位置ずれを抑制する効果が充分に発揮されず、液滴２の位置ずれが生じる恐れがある。前記距離Ｄ１が２ｍｍ未満であると、液滴２の周囲における気体の流れ５４の速度が速くなりすぎ、気体の流れ５４によって液滴２の移動が引起される恐れがある。
【０１０５】
ガス排気部５８に設けられる吸引ポンプの排気量は、特に制限されず、液滴２の体積、液滴２に含まれる溶媒の量などの各種条件に応じて広い範囲から適宜選択することができるけれども、形成される気体の流れ５４の速度、それによって液滴２に与えられる影響などを考慮すると、５ＮＬ／ｍｉｎ以上３０ＮＬ／ｍｉｎ以下であることが好ましい。吸引ポンプの排気量が５ＮＬ／ｍｉｎ未満であると、液滴２の移動を抑制する効果が充分に発揮されない恐れがある。吸引ポンプの排気量が３０ＮＬ／ｍｉｎを超えると、液滴２の周囲における気体の流れ５４の速度が速くなりすぎ、気体の流れ５４によって液滴２の移動が生じる恐れがある。ここで、ＮＬ／ｍｉｎとは、０℃、１気圧の基準状態での体積に換算したときの計測気体の１分間当たりの流量を表す。
【０１０６】
以上に述べた図１３に示す液滴乾燥装置１４では、気流形成手段５５は、気体供給手段を有しない構成であるけれども、これに限定されず、気体排気手段であるガス排気部５８とともに、前述の図９に示すガス供給部４５と同様の気体供給手段を有してもよい。気体供給手段を設け、基板１に対して気体を供給して液滴２の乾燥を行なうことによって、液滴２から蒸発した溶媒の蒸気の除去速度を速め、溶媒の蒸発を促進することができるので、液滴２の乾燥に要する時間を短縮することができる。
【０１０７】
気体を供給しながら液滴２の乾燥を行なう場合、気体は、形成される気体の流れが、液滴２の軸線に関して対称になるような方向から供給されることが好ましい。これによって、気体の流れの影響を全ての液滴２に対して均一にし、気体の流れによる液滴２の移動および形状の変化を抑えることができる。
【０１０８】
したがって、液滴乾燥装置におけるガス供給部４５の配置は、基板１における液滴２の配置のさせ方に応じて適宜選択される。たとえば、図１４に示すように、基板１に複数の液滴２をＹ方向に直線状に一列に配置する場合には、図１５に示すように、液滴２が配列された方向であるＹ方向に沿う基板１の両端部の側方に、一対のガス供給部４５が設けられた液滴乾燥装置１５を用い、該基板１の両端部の側方から基板１の液滴２が配置された表面に気体を供給すればよい。具体的には、各ガス供給部４５のガス供給管４７は、Ｘ方向に沿って設けられる。一対のガス供給管４７は、基板１に対して対向するように、Ｘ方向一方および他方に離隔して設けられる。液滴乾燥装置１５では、気流形成手段５９は、一対のガス供給部４５とともに、基板１の液滴２が配置された表面を臨むように吸引口５６が形成されたガス排気部５８を備えるので、２つのガス供給部４５から供給された気体は、基板１の上方、すなわちＺ方向である液滴２の軸線に略平行な方向から排気される。よって、基板１に配置される各液滴２の軸線に関して対称な気体の流れ５４を形成することができる。
【０１０９】
また、ガス排気部５８の吸引口５６およびガス供給部４５のガス供給管４７の開口部の形状は、基板１における液滴２の配列に応じて、適宜選択することが好ましい。図１４に示すように液滴２を直線状に一列に配置した場合は、液滴２の配列方向に沿うように、例えば、長方形状に開口されているものをガス排気部５８およびガス供給部４５として用いればよい。すなわち、ガス排気部５８の吸引管５７は、基板１の上方から見たときに、基板１に配置されている全ての液滴２が開口部である吸引口５６に臨むように開口されていることが好ましい。また、ガス供給部４５のガス供給管４７は、基板１の側面すなわちＸ方向一方または他方から見たときに、基板１に配置されている全ての液滴２が開口部に臨むように開口されていることが好ましい。
【０１１０】
また、前述の図１に示すように複数の液滴２をマトリックス状に配置する場合には、基板１の周囲に複数のガス供給部４５が設けられた液滴乾燥装置を用いればよい。たとえば、図１６に示すように、二対のガス供給部４５が設けられた気流形成手段６０を有する液滴乾燥装置１６を用いることができる。二対のガス供給部４５のうち、一対のガス供給部４５のガス供給管４７は、Ｘ方向に沿って、かつ基板１に対して対向するようにＸ方向一方および他方に離隔して設けられる。残りの一対のガス供給部４５のガス供給管４７は、Ｙ方向に沿って、かつ基板１に対して対向するようにＹ方向一方および他方に離隔して設けられる。
【０１１１】
また、溶媒蒸気の除去および液滴２の乾燥の均一性をさらに向上させるためには、たとえば図１７に示す液滴乾燥装置１７のように、気流形成手段６２に、基板１の周囲を取囲むように設けられる環状のガス供給管６１を有するガス供給部６４を設ければよい。環状のガス供給管６１の半径方向内周側には、複数の孔部６３が一定の間隔おきに設けられている。ガス供給管６１には、供給配管６５を介して図示しないガス供給装置から気体（ガス）が供給される。ガス供給管６１に供給された気体は、複数の孔部６３から基板１の液滴２が配置された表面に向けて供給される。
【０１１２】
図１５〜１７に示す液滴乾燥装置１５〜１７は、前述の図１３に示す液滴乾燥装置１４と同様に、基板１の液滴２が配置された表面を臨むように吸引口５６が形成された吸引管５７を備える。このような液敵乾燥装置では、図１３に示す液滴乾燥装置１４と同様に、吸引口５６と基板１との距離Ｄ１は、１０ｍｍ以下であることが好ましく、２ｍｍ以上４ｍｍ以下であることがさらに好ましい。また、溶媒蒸気の除去および液滴２の乾燥の均一性を一層向上させるためには、吸引口５６は、基板１に配置された全ての液滴２が吸引口５６に臨むように形成されていることが好ましい。
【０１１３】
図１８は、本発明の実施のさらに他の形態である液滴乾燥装置１８の構成を簡略化して示す斜視図である。本実施形態の液滴乾燥装置１８は、液滴２が配置された基板１を搬送する基板搬送装置６６と、基板１に配置された液滴２の周囲に気体の流れを形成させる気流形成手段６７とを含んで構成される。気流形成手段６７は、ガス供給口６７およびガス吸引口６８がスリット状に形成された給気排気ユニット基板６９と、ガス供給口６７を覆うように設けられるガス供給ヘッド７０と、ガス供給ヘッド７０に接続される供給配管７１と、供給配管７１に接続され、供給配管７１に気体を供給する図示しないガス供給源とを含む。給気排気ユニット基板６９は、ガス吸引口６８によって気体を吸引する吸引部材として機能する。給気排気ユニット基板６９は、基板搬送装置６６を臨むように設けられており、ガス吸引口６８は、基板搬送装置６６によって搬送される基板１の液滴２が配置される表面を臨むように形成されている。また、ガス吸引口６８とガス供給口６７とは、互いに隣合うように形成されている。基板搬送装置６６は、たとえばベルトコンベヤーなどによって実現される。
【０１１４】
液滴乾燥装置１８は、基板搬送装置６６によって基板１を給気排気ユニット基板６９の鉛直方向下方に搬送し、給気排気ユニット基板６９の下方に送給された基板１の液滴２の周囲に、気流形成手段６７によって気体の流れを形成させる。気流形成手段６７は、給気排気ユニット基板６９のガス供給口６７から基板１の液滴２が配置された表面に向けて気体を供給する。これによって、給気排気ユニット基板６９から基板１に向かう方向であって、基板１の液滴２が配置された表面に略垂直な方向の気体の流れ７２が形成される。ガス供給口６７とガス吸引口６８とは、互いに隣合うように形成されており、ガス吸引口６８からは気体が供給されないので、ガス供給口６７から供給された気体は、該気体の圧力によってガス吸引口６８から排気される。これによって、基板１から給気排気ユニット基板６９に向かう方向であって、基板１の液滴２が配置された表面に略垂直な方向の気体の流れ７３が形成される。
【０１１５】
このように、液滴乾燥装置１８では、気流形成手段６７は、ガス供給口６７から供給される気体によって、給気排気ユニット基板６９から基板１に向かう方向の気体の流れ７２と、基板１から給気排気ユニット基板６９に向かう方向の気体の流れ７３とを形成することができるので、気体の流れ７２および７３の速度のばらつきを抑えることができる。これによって、気体の流れ７２および７３による溶媒の除去効果を全ての液滴２に対して均一にし、乾燥むらを抑えることができるので、作製する３次元構造物の位置精度を一層向上させることができる。
【０１１６】
気体の流れ７２および７３の速度をより均一にするためには、ガス供給口６７およびガス排気口６８が並んで配置される方向におけるガス供給口６７の幅およびガス排気口６８の幅は、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。
【０１１７】
また、液滴乾燥装置１８では、基板１を基板搬送装置６６で搬送し、基板１が給気排気ユニット基板６９を臨む位置に送給されたときに、液滴２の乾燥処理を行なう。このような基板搬送装置６６を備える液滴乾燥装置１８は、液滴２が配置された複数の基板１に対して連続的に液滴２の乾燥処理を施す場合、基板１として、たとえば液晶ディスプレイパネルに使用されるような縦２ｍ、横１ｍ程度の矩形状の基板などのように大きい基板を用いる場合などに好適である。
【０１１８】
図１９は、本発明の実施のさらに他の形態である液滴乾燥装置１９を備える３次元構造物作製装置２０の構成を側面側から見て示す配置図である。図２０は、３次元構造物作製装置２０に備わる液滴吐出装置８０の構成を簡略化して示す配置図である。なお、図１９では、図面が錯綜して理解が困難になるので、図２０に示すＣＣＤカメラ８４、パーソナルコンピュータ８５およびステージドライバユニット８６は記載を省略する。３次元構造物作製装置２０は、液滴乾燥装置１９と、液滴吐出装置８０と、硬化処理装置８１とを含んで構成される。
【０１１９】
液滴乾燥装置１９は、前述の図４に示す液滴乾燥装置８および図１５に示す液滴乾燥装置１５と類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。液滴乾燥装置１９は、液滴２が配置された基板１を保持するとともに該基板１を加熱する基板加熱装置４と、気流形成手段５９であるガス排気部５８およびガス供給部４５と、基板１を収容する保温容器２１と、基板温度測定手段である基板温度計２２と、雰囲気温度測定手段である雰囲気温度計２３と、温度制御装置２５とを含む。基板温度計２２は、液滴温度測定手段として機能する。基板加熱装置４は、温度制御装置２５によって制御される。ガス供給部４５は、図示しない加熱手段を含み、該加熱手段によって加熱された気体を基板１の液滴２が配置された表面に供給することができる。加熱手段は、温度制御装置２５によって制御される。
【０１２０】
液滴乾燥装置１９は、ガス供給部４５から気体を供給し、ガス排気部５８によって排気することによって、液滴２の周囲に、基板１の液滴２が配置された表面に略垂直な方向に気体の流れ５４を形成させ、この状態で液滴２を乾燥させることができる。これによって、液滴２の移動を抑えることができる。また、液滴乾燥装置１９は、基板加熱装置４で基板１を加熱して液滴２を加熱し、さらにガス供給部４５から加熱手段で加熱された気体を供給することによって、液滴２の乾燥に要する時間を短縮することができる。
【０１２１】
また、液滴乾燥装置１９は、温度制御装置２５によって、基板温度計２２および雰囲気温度計２３の出力結果に基づいて、雰囲気温度計２３によって測定される保温容器２１内の気体の温度である液滴２の周囲を流過する気体の温度が、基板温度計２２によって測定される基板１および液滴２の温度以上になるように、基板加熱装置４およびガス供給部４５の加熱手段を制御することができる。これによって、液滴２から蒸発した溶媒の再液化を防ぎ、液滴２の移動をより確実に防ぐことができる。特に、液滴乾燥装置１９では、温度制御装置２５は、基板加熱装置４の動作を制御することによって、基板１を介して基板加熱装置４で加熱される液滴２の温度を制御することができるので、ガス供給部４５の加熱手段の動作のみを制御する場合に比べ、液滴２の周囲の気体の温度と液滴２の温度との関係をより厳密に制御することができる。したがって、液滴２の移動を一層確実に抑制することができる。
【０１２２】
液滴吐出装置８０は、本実施形態ではインクジェット吐出装置８０であり、図２０に示すように、基板１が載置されるステージ８２と、ステージ８２を臨むように設けられ、基板１に液体材料を吐出させて液滴２を形成するインクジェットヘッド８３と、図示しない電荷結合素子（Charge  Coupled  Device；略称ＣＣＤ）を有し、基板１に配置された液滴２を、基板１の液滴２が配置された表面に略垂直な方向から観察することのできるＣＣＤカメラ８４と、パーソナルコンピュータ８５と、パーソナルコンピュータ８５に接続されるステージドライバユニット８６およびインクジェットヘッドドライバユニット８７と、インクジェットヘッドドライバ８７およびＣＣＤカメラ８４を支持する支持部材８８とを含む。インクジェットヘッド８３は、インクジェットヘッドドライバユニット８７を介して支持部材８８に支持される。
【０１２３】
ステージ８２は、平坦な一表面部を有し、該一表面部が基板１の載置される載置面となる。ステージ８２は、図示しない突起形状の位置決めピンによって基板１を位置決めし、図示しない真空吸着手段によって基板１を真空吸着して載置面に固定する。ステージ８２は、本実施形態では、水平面座標である２次元平面座標を表すＸ軸およびＹ軸の２軸方向に移動可能なＸＹステージとして構成される。
【０１２４】
ステージ８２は、ステージドライバユニット８６によって駆動される。インクジェットヘッド８３は、インクジェットヘッドドライバユニット８７によって駆動される。ステージドライバユニット８６およびインクジェットヘッドドライバユニット８７の動作は、パーソナルコンピュータ８５によって制御される。
【０１２５】
ステージドライバユニット８６は、パーソナルコンピュータ８５からの動作指令に従って、ステージ８２に載置される基板１の液滴２を配置するべき位置、すなわち構造物作製予定部３が、ＣＣＤカメラ８４で観察可能な位置に配置されるように、ステージ８２の位置を調整する。また、ステージドライバユニット８６は、パーソナルコンピュータ８５からの動作指令に従って、ステージ８２に載置される基板１のＣＣＤカメラ８４による観察で確認された構造物作製予定部３が、インクジェットヘッド８３から液体材料を吐出可能な位置に配置されるように、ステージ８２の位置を調整する。インクジェットヘッドドライバユニット８７は、パーソナルコンピュータ８５からの動作指令に従って、ステージ８２に載置される基板１のＣＣＤカメラ８４による観察で確認された構造物作製予定部３に液体材料が吐出されるように、インクジェットヘッド８３を駆動させる。これによって、ＣＣＤカメラ８４による観察によって確認された構造物作製予定部３に、インクジェットヘッド８３から液体材料を吐出させて液滴２を形成することができる。
【０１２６】
液滴吐出装置８０は、ステージ８２に基板１を載置して固定した後、パーソナルコンピュータ８５からインクジェットヘッドドライバユニット８７およびステージドライバユニット８６に動作指令を送り、ステージ８２に固定された基板１の構造物作製予定部３がインクジェットヘッド８３の直下に位置するようにステージ８２の位置を調整するとともに、インクジェットヘッド８３から液体材料を吐出させ、基板１に液滴２を配置する。
【０１２７】
図１９に示す硬化処理装置８１は、本実施形態では光硬化装置８１である。光硬化装置８１は、液滴２に含まれる固化成分として、紫外線硬化性樹脂組成物などの光硬化性樹脂組成物を用いる場合に使用される。光硬化装置８１は、基板１が載置される基板台８９と、基板１に光を照射するランプ９０と、ランプ９０からの光の照射量を調整する照射量調整装置９１とを含んで構成される。光硬化装置８１は、液滴乾燥装置１９による液滴２の乾燥後に基板１に残存する固化成分に、ランプ９０から光を照射することによって、該固化成分を硬化させる。固化成分として熱硬化性樹脂組成物を用いる場合には、硬化処理装置８１として、光硬化装置に代えて、固化成分を加熱する加熱手段を有する加熱硬化装置が設けられる。なお、固化成分を硬化させる必要がない場合には、３次元構造物作製装置２０は、硬化処理装置８１を有しない構成とすることもできる。
【０１２８】
３次元構造物作製装置２０は、基板１の構造物作製予定部３に液滴吐出装置８０によって液滴２を配置し、配置された液滴２を液滴乾燥装置１９によって乾燥させ、必要に応じて硬化処理装置８１によって硬化させて３次元構造物を作製する。液滴乾燥装置１９では、乾燥過程における液滴２の移動を抑えることができるので、３次元構造物作製装置２０を用いることによって、基板１の所望の位置に精度良く３次元構造物を作製することができる。
【実施例】
【０１２９】
以下に実施例および比較例を挙げ、本発明を具体的に説明する。
本実施例では、図１９に示す３次元構造物作製装置２０を準備し、３次元構造物の作製を行なった事例について示す。ただし、液滴乾燥装置としては、液滴乾燥装置１９に代えて、前述の図１３に示す液滴乾燥装置１４を用いた。また、液滴乾燥装置１４のガス排気部５８の吸引ポンプとしては、ダイアフラムポンプ（型番：ＤＣＡ  Ｐ１０４  Ａ４、ギャスト（ＧＡＳＴ）社製）を用いた。このダイアフラムポンプの排気量は約１８ＮＬ／ｍｉｎである。
【０１３０】
また、基板１としては、ガラス基板（商品名：＃１７３７、コーニング社製）を中性洗剤（商品名：ママレモン、ライオン株式会社製）で洗浄した後、超純水（導電率０．１μＳ／ｃｍ）によって充分にすすぎ、乾燥させた後、全面に撥液処理用剤によって撥液化処理を施したものを用いた。撥液処理用剤としては、フッ化アルキル樹脂（商品名：エフトーン  ＧＭ−１０５、ダイキン工業株式会社製）１０重量部、酢酸ブチル３０重量部およびミネラルスピリット６０重量部を混合したものを用いた。
【０１３１】
また、液滴２を形成する液体材料としては、固化成分である紫外線硬化性インク（商品名：ダイキュアクリアＳＤ−２４０７、大日本インキ化学工業株式会社製）をメチルカルビトールで２倍に希釈したもの（紫外線硬化性インクの濃度：５０体積％）を使用した。なお、前述の紫外線硬化性インク（ダイキュアクリアＳＤ−２４０７）は、溶媒を含まない無溶媒型のインクである。
【０１３２】
（実施例１）
基板１の撥液化処理された表面に、液滴吐出装置８０を用いて液体材料を吐出させ、５０個の液滴２を形成した。５０個の液滴２は、図２１に示すように、２４４μｍ間隔で、５×１０のマトリックス状に配置した。すなわち、各液滴２は、その中心から、隣合う液滴２の中心までの距離（以後、液滴間距離と称する）が２４４μｍになるように配置されている。以後、この液滴間距離を、隣合う３次元構造物の中心間距離（以後、３次元構造物間距離と称する）の設計値ｄ０と称する。
【０１３３】
次いで、液滴乾燥装置１４を用い、以下のようにして液滴２の乾燥を行なった。液滴２が配置された基板１を、温度１００℃に設定したホットプレート４に載置し、ガス排気部５８で吸引しながら１０分間加熱した。このとき、ガス排気部５８の吸引管５７は、基板１に配置された全ての液滴２が吸引口５６に臨み、かつ吸引口５６を形成する開口縁部５６ａと基板１との距離（以後、吸引口−基板間距離と称する）Ｄ１が３ｍｍになるように設置した。
【０１３４】
次いで、光硬化装置８１を用いて、乾燥後の液滴２、すなわち乾燥後に残存する固化成分に紫外線を照射して固化成分を硬化させ、３次元構造物を作製した。実施例１で作製した３次元構造物のレーザー顕微鏡写真を図２２に示す。
【０１３５】
（実施例２）
液滴２の乾燥に際し、吸引口−基板間距離Ｄ１を５ｍｍに変更すること以外は実施例１と同様にして、３次元構造物を作製した。実施例２で作製した３次元構造物のレーザー顕微鏡写真を図２３に示す。
【０１３６】
（比較例）
液滴２の乾燥に際し、ガス排気部５８による吸引を行なわない以外は実施例１と同様にして、３次元構造物を作製した。比較例で作製した３次元構造物のレーザー顕微鏡写真を図２４に示す。また図２５に、比較例で作製した３次元構造物のひとつを拡大撮像したレーザー顕微鏡写真を示す。
【０１３７】
（参考例）
液滴２の乾燥に際し、吸引口−基板間距離Ｄ１を１ｍｍに変更すること以外は実施例１と同様にして、３次元構造物を作製した。参考例で作製した３次元構造物のレーザー顕微鏡写真を図２６に示す。
【０１３８】
図２６に示すように、吸引口−基板間距離Ｄ１を１ｍｍとした場合、作製された３次元構造物は、以下の評価を行なうことができないほど位置ずれを起こしており、中には液滴２同士が合体して形成された３次元構造物も確認された。参考例において位置ずれが生じたのは、吸引口５６と基板１とが近すぎて、液滴２の周囲に形成される気体の流れが強くなりすぎ、液滴２自体が気体によって押されたためであると考えられる。
【０１３９】
（実施例３）
液滴２の乾燥を、ホットプレート４による基板１の加熱およびガス排気部５８による吸引に代えて、室温（２５℃程度）で１５時間放置することによる自然乾燥にて実施する以外は実施例１と同様にして、３次元構造物を作製した。実施例３で作製した３次元構造物のレーザー顕微鏡写真を図２７に示す。また図２８に、実施例３で作製した３次元構造物のひとつを拡大撮像したレーザー顕微鏡写真を示す。
【０１４０】
〔評価〕
以上の実施例１，２，３および比較例で作製した各３次元構造物について、レーザー顕微鏡写真から、隣合う３次元構造物の中心間距離（以後、３次元構造物間距離と称する）ｄ１を求め、この値（ｄ１）から３次元構造物間距離の設計値ｄ０（２４４μｍ）を差引いた値（ｄ１−ｄ０）を位置ずれ量Δｄ［μｍ］として求めた。図２９は、実施例１，２および比較例の各３次元構造物の位置ずれ量Δｄの頻度分布を示すグラフである。図３０は、実施例３の各３次元構造物の位置ずれ量Δｄの頻度分布を示すグラフである。図２９および図３０において、横軸は位置ずれ量Δｄ［μｍ］を示し、縦軸はカウント数［個］を示す。図２９では、実施例１のグラフを参照符９５で示される実線のグラフで表し、実施例２のグラフを参照符９６で示される破線のグラフで表し、比較例のグラフを参照符９７で示される点線のグラフで表す。なお本実施例では、５０個の３次元構造物を作製したので、図２９および図３０に示すカウント数の合計は、隣合う３次元構造物の組合せの総数である８５個となる。
【０１４１】
また、前述のようにして求めた３次元構造物間距離ｄ１から、３次元構造物間距離ｄ１の平均値［μｍ］および標準偏差σの３倍の値（以後、３σと表記する）［μｍ］を求めた。結果を表１に示す。
【０１４２】
【表１】
2007021378.tif 000003
【０１４３】
図２９および表１から、ポンプによる吸引を行なわずに基板の加熱を行なった比較例において、３σが大きく、位置ずれ量の分布の幅が最も大きくなっていることが判る。このことから、実施例１および２のように、ポンプによる吸引を行ないながら基板を加熱することによって、液滴２の位置ずれを抑制することができることが判った。これは、基板の加熱によって発生した溶媒の蒸気がポンプ吸引によって除去され、再液化した溶媒の基板への付着が抑制されるためであると推察される。
【０１４４】
また、図３０および表１から、実施例３のように液滴２を自然乾燥させた場合は、比較例のように加熱した場合よりも位置ずれ量が小さく、位置ずれ量の分布の幅も小さくなっていることが判る。また、比較例で作製された３次元構造物をレーザー顕微鏡で観察すると、図２５に示すように、３次元構造物の周辺に多数の微細な液滴の跡が確認された。この微細な液滴の跡は、図２８に示すように、基板１を加熱せずに液滴２を自然乾燥させた場合には観測されないことから、液滴２から蒸発した溶媒の蒸気が再液化し、基板１に付着して乾燥したものと考えられる。以上のことから、実施例３のように液滴２の周囲の気体の温度を液滴２の温度以上にして溶媒を蒸発させることによって、溶媒の再液化が抑制され、再液化した溶媒による液滴の移動が防止されることが判る。
【０１４５】
また、実施例１と実施例２との比較から、吸引口−基板間距離Ｄ１を３ｍｍとした実施例１の方が、前記距離Ｄ１を５ｍｍとした実施例２に比べ、３σが小さく、位置ずれ量の分布の幅が小さいことが判る。このことから、前記距離Ｄ１を４ｍｍ以下にすることによって、液滴２の周囲に溶媒の蒸気を除去するのに充分な気体の流れを形成することができ、液滴２の位置ずれをより確実に抑制できることが判る。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】基板１に液滴２を配置した状態を示す平面図である。
【図２】液滴の位置ずれの発生メカニズムを模式的に示す図である。
【図３】液滴２が構造物作製予定部３から移動して位置ずれが発生した状態を模式的に示す平面図である。
【図４】本実施態様による液滴２の乾燥に好適に用いられる液滴乾燥装置の一例である液滴乾燥装置８の構成を側面側から見て示す配置図である。
【図５】温水ヒータ２６を備える液滴乾燥装置９の構成を側面側から見て示す配置図である。
【図６】本実施態様による液滴２の乾燥に好適に用いられる液滴乾燥装置の他の例である液滴乾燥装置１０の構成を側面側から見て示す配置図である。
【図７】本実施態様による液滴２の乾燥に好適に用いられる液滴乾燥装置のさらに他の例である液滴乾燥装置１１の構成を側面側から見て示す配置図である。
【図８】基板冷却装置４３を備える液滴乾燥装置１２の構成を側面側から見て示す配置図である。
【図９】本発明の実施の他の形態である液滴乾燥装置１３の構成を側面側から見て示す配置図である。
【図１０】図９に示す液滴乾燥装置１３を鉛直斜め上方向から見て示す斜視図である。
【図１１】図９に示す液滴乾燥装置１３を用いて液滴２の乾燥を行なう様子を模式的に示す側面図である。
【図１２】基板１の液滴２が配置された表面に略垂直な方向に気体の流れ５４を形成させて液滴２の乾燥を行なう様子を模式的に示す側面図である。
【図１３】本発明の実施のさらに他の形態である液滴乾燥装置１４の構成を側面側から見て示す配置図である。
【図１４】基板１に複数の液滴２をＹ方向に直線状に一列に配置した状態を示す平面図である。
【図１５】本発明の実施のさらに他の形態である液滴乾燥装置１５の構成を側面側から見て示す配置図である。
【図１６】本発明の実施のさらに他の形態である液滴乾燥装置１６の構成を簡略化して示す斜視図である。
【図１７】本発明の実施のさらに他の形態である液滴乾燥装置１７の構成を簡略化して示す斜視図である。
【図１８】本発明の実施のさらに他の形態である液滴乾燥装置１８の構成を簡略化して示す斜視図である。
【図１９】本発明の実施のさらに他の形態である液滴乾燥装置１９を備える３次元構造物作製装置２０の構成を側面側から見て示す配置図である。
【図２０】３次元構造物作製装置２０に備わる液滴吐出装置８０の構成を簡略化して示す配置図である。
【０１４７】
【図２１】実施例における液滴２の配置状態を示す平面図である。
【図２２】実施例１で作製した３次元構造物のレーザー顕微鏡写真である。
【図２３】実施例２で作製した３次元構造物のレーザー顕微鏡写真である。
【図２４】比較例で作製した３次元構造物のレーザー顕微鏡写真である。
【図２５】比較例で作製した３次元構造物のひとつを拡大撮像したレーザー顕微鏡写真である。
【図２６】参考例で作製した３次元構造物のレーザー顕微鏡写真である。
【図２７】実施例３で作製した３次元構造物のレーザー顕微鏡写真である。
【図２８】実施例３で作製した３次元構造物のひとつを拡大撮像したレーザー顕微鏡写真である。
【図２９】実施例１，２および比較例の各３次元構造物の位置ずれ量Δｄの頻度分布を示すグラフである。
【図３０】実施例３の各３次元構造物の位置ずれ量Δｄの頻度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１４８】
１  基板
２  液滴
３  構造物作製予定部
４  基板加熱装置
８〜１９  液滴乾燥装置
２０  ３次元構造物作製装置
２１  保温容器
２２  基板温度計
２３  雰囲気温度計
２４  ヒータ
２５  温度制御装置
２６  温水ヒータ
３１  加熱ガス供給装置
４０  オーブン
４３  基板冷却装置
４５，６４  ガス供給部
４６，５８  ガス排気部
４７，６１  ガス供給管
５０，５６  吸引口
５１，５７  吸引管
５２  吸引ポンプ
５３，５５，５９，６０，６２  気流形成手段
【図１】
2007021378.tif 000004
【図２】
2007021378.tif 000005
【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】
2007021378.tif 000010
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2007021378.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2007021378.tif 000016
【図１４】
2007021378.tif 000017
【図１５】
2007021378.tif 000018
【図１６】
2007021378.tif 000019
【図１７】
2007021378.tif 000020
【図１８】
2007021378.tif 000021
【図１９】
2007021378.tif 000022
【図２０】
2007021378.tif 000023
【図２１】
2007021378.tif 000024
【図２９】
2007021378.tif 000025
【図３０】
2007021378.tif 000026
【図２２】
2007021378.tif 000027
【図２３】
2007021378.tif 000028
【図２４】
2007021378.tif 000029
【図２５】
2007021378.tif 000030
【図２６】
2007021378.tif 000031
【図２７】
2007021378.tif 000032
【図２８】
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