液状物吐出装置及び方法
【課題】高粘度の液状物であっても微少量だけ高速に吐出することを連続して実行できる液状物吐出装置を提供する。
【解決手段】筒状容器６、ニードル３１およびアクチュエータ１０を基本構成要素とする液状物吐出装置１において、筐体６０が空圧を加えられる密閉構造であり、筒状容器６は流路制御弁７３を有し、ニードルを往復動させるアクチュエータは変位拡大機構１１が付加され、ニードルの往復動軌跡と平行にリニアガイド機構２０が配置され、歪ゲージセンサ３３がニードル部に配置された液状物吐出装置。
【解決手段】筒状容器６、ニードル３１およびアクチュエータ１０を基本構成要素とする液状物吐出装置１において、筐体６０が空圧を加えられる密閉構造であり、筒状容器６は流路制御弁７３を有し、ニードルを往復動させるアクチュエータは変位拡大機構１１が付加され、ニードルの往復動軌跡と平行にリニアガイド機構２０が配置され、歪ゲージセンサ３３がニードル部に配置された液状物吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液状物を吐出するための液状物吐出装置の塗布速度を向上させる機構に関する。本発明は、高速にニードルを往復動させたときに空圧の補助を得て液状物を確実かつ正確にニードル先端に補充する機構に関する。本発明は、上記液状物吐出装置を利用するための方法を包含する。
【背景技術】
【０００２】
液状物を吐出できる装置は、近年カラーフィルタリペア、回路パターン描画及びリペア、半田／接着剤塗布、マスク／薄膜形成、ＬＥＤ蛍光体塗布、バイオ分野での分注／スポッター、グリス／オイル充填、インカーマーキング等の用途において利用されている。液状物吐出装置とは一般にディスペンサと呼ばれ、ノズル先端の微細孔から高圧で液状物を吐き出させる装置がある。また、これとは別の方式でニードル先端に液状物を付着させ、その液状物を被付着物に転写する装置はニードル式ディスペンサと呼ばれ、その重要性が益々注目されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記装置の中で特にニードル式ディスペンサにおいて、液晶パネル製造及び先端電子部品製造への生産時間短縮に伴い、液状物吐出の高速化を図り、生産性を向上させることが懸案になっている。
【０００４】
液状物吐出に要する往復動時間が長ければ、液状物吐出装置の使用台数を増設する必要があり、生産コストを増大させることに繋がる。
【０００５】
また高速化要求のみならず、往復動中に液状物吐出装置中のニードルが湾曲しないこと、歪み、撓み、捻れを伴わずにより真っ直ぐに正確に直線往復動すること、塗布物即ち種々の粘度である液状物が適量かつ適確にニードル先端に一時付着し被付着物に迄運ばれること、また最終的に塗布された塗布物の形状、寸法、密着度等にまで、動作の正確さと質の向上への期待が益々増大されている。
【０００６】
従来、高粘度の液状物を連続して一定量ずつ吐出することは困難であった。一般のディスペンサでは塗布液状物は空圧により押し出されるが、その量、ばらつきは空気の圧力制御の正確さに依存する。空圧を正確に制御するのは困難であり、また温度変化等により変動も多く見られる。しかし、製造現場では高粘度の液状物も多く用いられており、これらの液状物塗布に対する種々の要求が多くなっている。
【０００７】
ニードル式ディスペンサであっても、ニードルが高速に往復動したときに液状物がニードルの動きに追従できないために、ニードル先端に的確に適量だけ補充することは困難であった。ニードルにより液状物を被付着物に転写する方式の例として特許文献１（図１）が示されているが、実際には図２に示すように液状物中をニードルが摺動すると液状物がニードルに引きずられる。これにより、ニードル先端に空隙が生じ、ニードル先端に液状物が補充されない現象がおこる。
【特許文献１】特開2001-46062号公報
【０００８】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、高粘度の液状物であっても微少量だけ高速に吐出することを連続して実行できる液状物吐出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】
【０００９】
本発明の第1の態様にかかる液状物吐出装置は、液状物吐出装置の、少なくとも筒状容器、ニードルおよびアクチュエータを含む筐体を密閉構造にすることにより内部圧力を保ち、筐体に設けられた空気孔より挿入される空気の圧力でニードルの往復摺動時に液状物へ圧力を加わり、液状物が確実にニードル先端部に供給され、ニードルにより吐出されることで被付着物へと運搬される。特にニードルの往復摺動速度が速くなるにつれ筒状容器下端部より空気が侵入するようになり空隙が生じる。これによりニードル先端に液の留まる量が減少し、本来のディスペンサ機能が減退する現象が存在する。この欠点を補うために液状物吐出装置の動作部分を含む筐体を密閉構造とし、先端への液状物の供給量を確保し質及び量共に満足する塗布を行うことが可能となる。
【００１０】
本発明の第２の態様にかかる液状物吐出装置は、液状物を保持する筒状容器に流路制御弁を配置することで、空圧による補助と共に液状物をニードル先端に安定供給することが可能となる。ニードルが筒状容器へ収納される瞬間に筒状容器の微細孔を流路制御弁にて防ぐことで、空気の混入を防ぐ。
【００１１】
本発明の第３の態様にかかる液状物吐出装置は、変位拡大機構を利用することにより微少な圧電アクチュエータの動きをより大きな動作に導く。変位拡大機構付き圧電アクチュエータの一例平面図を図３に示す。例えば特許文献２に示されるような、変位拡大機構付き圧電アクチュエータは精密機械分野、例えば初期のプリンタに採用され以降その他の機器に利用されている。変位拡大機構付き圧電アクチュエータを液状物吐出装置のニードルを駆動させるために適用することによりニードルの大きな往復動を確保しながら推進速度をより速くする結果となる。
【特許文献２】特開2008-99399号公報
【００１２】
本発明の第４の態様にかかる液状物吐出装置は、リニアガイドは一方向左右にガイドされることにより曲がり、歪み、撓み、捻れ等を伴わずにより真っ直ぐに正確に直線往復動可能となる。このリニアガイドを液状物吐出装置のニードルのガイドとして採用しニードルが安定した往復動を行うことを保証する。
【００１３】
また、リニアガイドの使用によりニードルの不必要な動きが拘束されるために、ニードルの交換が容易になる。
【００１４】
本発明の第５の態様にかかる液状物吐出装置は、歪ゲージセンサは板材、棒材の伸びと捩れを検知検出するものであるが、該センサを液状物吐出装置のニードル部に適用することにより、ニードルの万が一の歪み、撓み、捻れ現象を検知し、往復動により被付着物への衝突を回避しニードル先端の破損防止と被付着物の破損防止が可能となる。
【００１５】
本発明の第６の態様にかかる液状物吐出方法は、歪ゲージセンサの出力はアンプにより増幅され、制御装置へ帰還される。ニードルが被付着物を突くなどして、ニードルに大きな力が加わった場合にもたらされる歪ゲージセンサ出力の変化を検知し、ニードルの往復動を停止させる方法を採用することにより、ニードルの万が一の歪み、撓み、捻れ現象を防ぐことに役立つ。
【００１６】
本発明の第７の態様にかかる液状物吐出方法は、空圧補助をするポンプと、液状物を保存するシリンジと、筒状容器内の液状物の量を検知する液面センサと、上記ポンプに制御指令を出す制御本体部と、よりなる液状物吐出装置である。本液状物吐出装置を長時間にわたり連続的に駆動するには、筒状容器内の液状物の量が途切れることなく常に一定量を蓄えておく必要があり、上記容器内の液状物の量を監視し、量が減少すれば多量の液状物を保持しているシリンジから供給することで、筒状容器内の液状物の量を一定量に蓄えられる。
【００１７】
本発明の第８の態様にかかる液状物吐出方法は、本液状物吐出装置を駆動するには、本体密閉構造内へ圧縮空気を送入するポンプ、ニードルを往復動させる駆動制御部、ポンプ及び駆動制御部に制御指令を出す制御本体部より構成される。駆動制御部の動作が最大値に達した後、減少に転じたあるタイミングでポンプを動作させ、空圧補助を加えることでニードル先端に付着する液量の増減を制御すること可能であることが解った。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、液状物吐出装置の筐体内部の圧力を調整することで、粘度に関係なく液状物が安定してニードル先端に供給される。液状物は高速駆動が可能なアクチュエータにて駆動されたニードルによって瞬時に被付着物へ転写される。その結果本発明によって、低粘度から高粘度までの幅広い粘度範囲の液状物を極微少量だけ高速に安定して吐出できる液状物吐出装置を提供できる。
【００１９】
少なくとも吐出する液状物を保持するための筒状容器と、該筒状容器内に往復動可能に配置されたニードルと、該ニードルを往復動させるアクチュエータよりなる液状物吐出装置において、上記筒状容器、上記ニードルおよび上記アクチュエータを内部に密閉する筐体、該筐体に設けられた空気孔とより成る本発明液状物吐出装置により、該空気孔より挿入される空気の圧力によって液状物を押し出すことを可能にする。
【００２０】
上記液状物吐出装置において、上記液状物を保持する上記筒状容器に流路制御弁を配置することにより往復動するニードル先端部に空隙を伴わないことを可能にする。
【００２１】
上記液状物吐出装置において、上記アクチュエータと変位拡大機構で構成し、上記ニードルを往復動させることにより、着実な上記ニードルの往復動を可能にする。
【００２２】
上記液状物吐出装置において、上記ニードルの往復動軌跡と平行にリニアガイド機構を配置し上記ニードルの軸方向と平行に上記ニードルを往復動させることにより真っ直ぐなニードル往復動を可能にする。
【００２３】
上記液状物吐出装置において、歪ゲージセンサを上記ニードル部に配置し上記ニードルの歪み、撓み、捻れ現象の少なくとも１つを検知することを可能にする。
【００２４】
上記液状物吐出装置において、上記歪ゲージセンサの電気信号を増幅し、増幅されたアンプの出力を上記ニードルを駆動させる上記変位拡大機構付きアクチュエータへ指令を送る制御装置に帰還し、上記ニードルに歪み、撓み、捻れ現象の少なくとも１つの現象が発生した場合に変化する上記電気信号を検出し、上記制御装置から上記変位拡大機構付きアクチュエータへの指令を停止もしくはゼロにし、ニードルの歪み、撓み、捻れ現象の少なくとも１つを防止する方法を可能にする。
【００２５】
液状物吐出装置に空圧補助をするポンプと、液状物を保存するシリンダと、筒状容器内の液状物の量を検知する液面センサと、上記ポンプに制御指令を出す制御本体部と、よりなる液状物を上記シリンダより上記筒状容器へ連続的に供給する装置でおいて、上記液面センサの出力が変化したときに参照値と比べることで上記液状物の現象を判断し、上記ポンプからの圧力により、上記シリンダ内の上記液状物を上記筒状容器内へ送り込むことを可能にする。
【００２６】
液状物吐出装置に空圧補助するポンプと、ニードルを往復摺動させる駆動制御部と、上記ポンプ及び該駆動制御部に制御指令を出す制御本体部と、よりなる装置において、上記駆動制御部への電圧信号が最大値より小さくなったときに上記ポンプを動作させることで、ニードル先端に付着する液量の増減を制御することを可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図４ないし図５は、本発明の一実施例の液状物吐出装置の断面図である。図４は圧電アクチュエータの最収縮時、即ちニードルが筒状容器内に最も収納された状態であり、図５は圧電アクチュエータの最伸長時、即ちニードルが筒状容器より最も突出し被付着物に液状物を転写する状態を示す。
【００２８】
図４および図５において、液状物吐出装置１は、液状物７を貯蔵する筒状容器６を備えている。筒状容器６の内部には塗布針ユニット３０が挿入されており、当該塗布針ユニット３０は止めネジ２４によってリニアガイド２０のスライダ２２に固定されている。リニアガイド２０のスライダ２２は拡大機構付き圧電アクチュエータ１０によって駆動される。
【００２９】
筒状容器６は二条ネジ等の構造８により特殊な工具を必要とせずに手動で簡単に着脱が可能である。筒状容器６内側は、取り付け部から先端に行くに従い徐々に細くなるテーパ状である。内側の形状が前記の通りならば外側の形状は問題とならない。この構造により、万一塗布針ユニット３０が曲がったとしても確実に下端穴より飛び出ることになる。取り付け部の内径は、たとえば、φ2mmであり、先端部の内径はφ0.2mm程度を用いることができる。
【００３０】
筒状容器６の材質としては、例えばポリプロピレンなどの樹脂、ガラス、ステンレスなどの金属を用いることができる。また、ぬれ性を制御するため内部表面に表面処理を行っても良い。
【００３１】
液状物吐出装置１の筐体６０は密閉構造となっており、内部の圧力を自由に変更できるようになっている。空圧コネクタ５０より適度な圧力の空気が送り込まれ、液状物吐出装置１内部の圧力を調整できるようになっている。信号線用のコネクタ５３は空気を通さない密閉用のものであり、内部圧力を変化させない構造となっている。
【００３２】
また、本発明の液状物吐出装置１において、液状物が安定してニードル先端に流れ込むように圧力を加えるための気体は、空気以外にも希ガス等の容易に化学反応の起こらない気体を用いても良い。
【００３３】
変位拡大機構付圧電アクチュエータ１０は、大きな電圧を加えるほど大きな変位を示す圧電素子１２を駆動源として、変位拡大機構１１によってその変位が拡大されて出力されるアクチュエータである。
【００３４】
変位拡大機構付圧電アクチュエータ１０の変位部分とスライダ２２は、例えば、板バネや棒バネなどの位置ずれ吸収機構２を介してリニアガイド２０のスライダ２２に連結されている。該位置ずれ吸収機構２は該アクチュエータ１０の変位方向とスライダ２２の動作方向が若干違ったとしても、その違いを吸収することができる。変位拡大機構付圧電アクチュエータ１０が伸縮変位すると、その分だけスライダ２２と該スライダ２２に連結された塗布針ユニット３０が往復動をする。
【００３５】
変位拡大機構付圧電アクチュエータ１０により塗布針ユニット３０が下降すると、ニードル３１先端が筒状容器６の下端孔から飛び出す。飛び出したニードルの先端についた液状物、ニードル、もしくは両方を被付着物に接触させることで液状物を被付着物に転写する。
【００３６】
変位拡大機構付圧電アクチュエータ１０は高精度かつ高速に伸縮変位することが可能であり、ニードルの例えば１０Ｈｚ以上の高速な往復動を実現する。
【００３７】
筒状容器６の先端には先端孔を開閉できる流路制御弁７３が取り付けられている。流路制御弁７３は、アクチュエータ７２により筒状容器６の下端孔を開閉する。開閉の動作は、塗布針ユニット３０の動作と連携している。
【００３８】
リニアガイド２０は、塗布針ユニット３０を保持すると共にその塗布針ユニット３０が真っ直ぐに直線往復動するために取り付けられている。リニアガイド２０のレール２１は筐体６０に固定されている。スライダ２２はレール２１に対し一方向（図では上下方向）以外の動きは拘束されており、塗布針ユニット３０が確実に上下動（往復動）のみを行うことを実現する。
【００３９】
さらに、スライダ２２により上下方向以外の動作は固定されているため、塗布針ユニット３０の交換作業時に止めネジ７を容易に着脱可能にするための効果もある。
【００４０】
塗布針ユニット３０のニードル３１部は、液状物が付着し被付着物まで運ぶものであり、外形が円筒形状、テーパ状、あるいは両方の形状を含んでいてもよい。
【００４１】
塗布針ユニット３０のニードル３１はハウジング３２に挿入固定されている。ハウジング３２には歪ゲージセンサ３３が貼り付けられており塗布針ユニット３０もしくはニードル３１に歪み、撓み、捻れの少なくとも一つの現象が起こった場合に、歪ゲージセンサ３３の出力が変化する。
【００４２】
ニードル３１の材質としては、樹脂、ガラス、タングステンなどの金属を用いることができる。また、ぬれ性を制御するために、ニードル３１端面もしくは側面ないし前記両者へ表面処理を行っても良い。
【００４３】
筐体６０には液状物７の液面５高さを検出するための液面センサ３が取り付けられている。液面５を正確に検知するために、液面５に浮上し液面５高さに応じてその高さが変化する遮蔽板４が設けられている。液面センサ３は前記遮蔽板４の高さを検知し、液状物７の量が常にある範囲内にあるように制御される。しかし、液面センサ３が液面５高さを直接検知でき、かつ、液状物７の蒸発が問題とならなければ、遮蔽板４は必要としない。液面センサ３は物体との距離を検知できるものであればよく、例えば反射型フォトカプラを使うことができる。
【００４４】
筒状容器６内部は、流路９を通してシリンジ４０と接続されている。シリンジ４０には、筒状容器６より多量の液状物を保持しておくことができる。
【００４５】
シリンジ４０は、例えば二条ネジ構造にて、接続部４２を介して筐体６０と接続されており、手動により簡単に取り付けと取り外しが可能である。
【００４６】
空気孔４５より圧縮空気が送り込まれ、その圧力によりピストン４４が押される。この作用により液状物７が流路９を通って筒状容器６へ送り込まれる。
【００４７】
液状物吐出装置１を用いて吐出する液状物７としては、例えば、接着剤や金属ペーストがある。液状物７としての接着剤は、例えば、電子部品を実装する際に一時的に電子部品を基板に仮止めするために用いられる。この接着剤は、熱や光などで硬化するものも含まれる。金属ペーストは、銅や銀などの微少な粒子を液体に混ぜ込んでペースト状にしたものである。また、液状物７は液体に限らず流動性のあるものならば、固体等を含んでいてもよい。
【００４８】
吐出される液状物７は、雰囲気温度２３℃、相対湿度５０％の環境下においてE型粘度計によって測定される粘度に対して、回転数１rpmにおける粘度が1〜500,000cPの範囲内の値となる液状物であってもよい。
【００４９】
図６は制御系を含めた液状物吐出装置１の概略構成図である。図７は液状物吐出装置１の制御系を含めたブロック図である。図１ないし図３、図６、図７を参照して全体の構成を説明する。変位拡大機構付き圧電アクチュエータ１０を動作させる信号は制御装置２００より出力され、アンプ１０４にて出力が増幅された後、変位拡大機構付き圧電アクチュエータ１０へ送られ塗布針ユニット３０を往復動させる。流路制御弁ユニット７０を動作させる信号は制御装置２００より直接流路制御弁ユニット７０へ送られ弁の開閉を行う。ニードルの歪み等を検出する歪ゲージセンサ３３の出力はアンプ１０９により増幅され、制御装置２００に入力される。液面センサの出力はケーブル１０８により制御装置２００に入力される。ポンプ１０５からの圧縮空気は、途中２方向に分岐され、そのうち一方は電磁弁１０２を経由して筐体６０に入力され液状物７の押し出し補助として利用される。電磁弁１０２の開放と封止は制御装置２００からの信号で行われる。圧力はレギュレータ１０６により調整される。もう一方の圧縮空気は、電磁弁１０３を経由してシリンジ４０に入力され、液状物７をシリンジ４０から筒状容器６へ供給するために使われる。電磁弁１０３の開放と封止は制御装置２００からの信号で行われる。圧力はレギュレータ１０７により調整される。
【００５０】
図２は液状物吐出装置１において塗布針ユニット３０が高速に伸縮したときに発生する空隙の問題を示した詳細図である。図２（ａ）に示すように塗布針ユニット３０が伸長した状態から縮小した状態になると、図２（ｂ）に示すように空隙３００が生じる。この現象は、液状物の粘度が高いほど、また塗布針ユニット３０の動作速度が速いほど顕著である。空隙が生じた場合には、塗布針ユニット３０先端に付着する液状物７の量がばらついてしまい、結果として、液状物７の被付着物への転写量にばらつきを生じることになる。
【００５１】
そこで、図８（ａ）に示すように筒状容器６の上端より圧力を加えることで、液状物７が下方へ押し出され、ニードル先端に液状物が供給されるため上記の問題が解決される。また、図８（ｂ）に示すように、塗布針ユニット３０が上昇する際に、流路制御弁７３で筒状容器６の下端孔を塞ぐことで空隙の発生を防ぐことができる。
【００５２】
液状物吐出装置１内部の圧力の制御による効能を図８および図９を用いて説明する。図８は塗布針ユニット３０が高速で往復動したときに筒状容器６内部の液状物７で発生する空隙を本発明による解決した効果を示したものである。図９は本発明を実施するための各信号のタイミングを示したグラフである。
【００５３】
図８（ａ）に示すように、塗布針ユニット３０が縮小しているときに圧縮空気を筐体６０に送り、その圧力で液状物７が押され塗布針ユニット３０先端まで液状物７が移動する。図９（ａ）に示すように、拡大機構付き圧電アクチュエータ１０への印可電圧信号４００の変化に合わせて、塗布針ユニット３０が再下降点から上昇を始めた時間４０２後に時間４０３だけ電磁弁１０２を開放して、圧縮空気を筐体６０へ送ることで液状物７が塗布針ユニット３０先端に押し出される。時間４０３後には電磁弁１０２を封止し、筐体６０への空圧補助を停止させる。時間４０３が大きいほど、もしくは圧縮空気の圧力が大きいほど、塗布針ユニット３０先端に流れ込む液状物７の量は多くなり、結果的に被付着物に転写される量が多くなる。時間４０２と時間４０３は液状物７の性状、筒状容器６の形状や性質、塗布針ユニット３０の断面積に依存する。
【００５４】
一方で、流路制御弁７３を制御することで筒状容器６内の空隙発生を防ぐ方法を図８（ｂ）に示してある。図９（ｂ）に示すように、塗布針ユニット３０が下降を始めて時間４０５となったときに流路制御弁７３を開放し、筒状容器６の下端孔を開放する。塗布針ユニット３０が下端孔から飛び出したのち上昇をはじめ、塗布針ユニット３０先端がちょうど筒状容器６の下端孔に達した瞬間に流路制御弁７３を封止する。これにより、筒状容器６への空気の入り込みを防ぐことができる。
【００５５】
次に、本発明の液状物吐出装置１において、歪ゲージセンサ３３の出力を利用して、ニードル３１の歪み、撓み、捻れ現象を検知し、ニードル３１の破損と被付着物の破損を防ぐ方法について、図７と図１０に示すフローチャートを参照しながら説明する。本実施例では、ニードル３１に歪み、撓み、捻れなどの現象が起きると、歪ゲージセンサ３３の出力が増大すると設定されている場合について説明する。
【００５６】
まず、ステップP1において歪検出部２０２からセンサアンプ１０９にて増幅された歪ゲージセンサ３３の出力が読み込まれる。歪ゲージセンサ３３の出力を読み込むタイミングは、ニードルが往復運動している間や、停止しているとき、もしくはその両方であってもよい。
【００５７】
次に、参照値の読み込みを行う（ステップP２）。参照値は、制御装置２００の記憶部２０１ｂに保存されており、いつでも読み込みができる状態にあるものとする。また、この参照値はニードル３１の条件などにより変更することが可能である。
【００５８】
次に、制御本体部２０１内で歪ゲージセンサ３３の出力と前記参照値の比較を行う（ステップP３）。センサ出力が参照値より大きい場合、ニードル３１に歪み、撓み、捻れ現象が発生していることを意味し、塗布針ユニット３０の停止が必要である。この場合、ステップP４に進む。センサ出力が参照値より小さい場合、ニードル３１に歪み、撓み、捻れ現象が発生しておらず正常である。この場合、処理を行わずにステップP1からの処理が繰り返される。
【００５９】
ステップP4では、駆動制御部２０３を通して変位拡大機構付きアクチュエータ１０の変位を小さくする指令を送る。もしくは、そのまま変位を停止する動作としてもよい。この後、ステップＰ１に処理が戻る。
【００６０】
次に、本発明の液状物吐出装置１における液状物７の量を筒状容器６内にほぼ一定量保持するために、量が減少すると自動的に液状物７がシリンジ４０より供給される動作について、図７と図１０に示すフローチャートを参照しながら説明する。本実施形態では、液状物７の量が減少すると液面センサ３の出力が減少すると設定されている場合について説明する。
【００６１】
まず、ステップS1において液面センサ３の出力が読み込まれる。液面センサ３の出力を読み込むタイミングは、ニードルが往復運動している間や、停止している間や、もしくはその両方のときでもよい。
【００６２】
参照値の読み込みを行う（ステップS2）。参照値は、制御装置のメモリに保存されており、いつでも読み込みができる状態にあるものとする。この参照値は、筒状容器６に溜めておく液状物７の量を決定する値であり自由に変更できるものとする。
【００６３】
次に、制御装置内で前記液面センサ出力と前記参照値の比較を行う（ステップ３）。センサ出力が参照値より小さい場合、筒状容器６内の液状物７の量が減少していることを意味し、シリンジ４０から筒状容器６へ液状物７の供給が必要である。この場合、ステップS4に進む。センサ出力が参照値より小さくない場合、筒状容器６内の液状物７が十分にあるために、液状物７の供給は必要としない。この場合、処理を行わずにステップS1からの処理が繰り返される。
【００６４】
ステップS4では、電磁弁１０３を開放しポンプ１０５からの圧縮空気をシリンジ４０に送り、シリンジ４０内の液状物７を押し出して筒状容器６に供給する。
【００６５】
ステップS5では予め設定された電磁弁１０３の開放時間だけ待ち時間を設け開放し続ける。シリンジ４０から筒状容器６へ送り込まれる液状物７の量は、上記待ち時間と空圧レギュレータ１０７にて設定される空圧によって決定される。例えば、空圧0.1MPaで20msの電磁弁開放を行った場合、0.001ccの液状物供給が可能である。待ち時間後にステップS6で電磁弁を封止し、シリンジ４０から筒状容器６への液状物７の供給を停止させる。この後、ステップS1に戻り処理が繰り返される。
【００６６】
上記実施形態では、処理の一連の流れを連続的に示したが、この繰返し処理を行うタイミングや回数に制限はなく、制御装置２００の負荷が小さいときに行うのが望ましい。
【００６７】
以上述べたように、本実施例に係る液状物吐出装置１によれば、液状物７の粘度によらず高速に液状物を吐出することが可能になると共に、液状物を連続して供給できるため長時間にわたって安定した塗布を実現することができる。
【００６８】
本発明の液状物吐出装置１において、液状物を貯留するシリンジ４０、液状物搬送経路９、筒状容器６等が、冷却、保温、加熱できるような装置を付加したものであってもよい。
【００６９】
密閉構造内圧力を負圧にすることにより、筒状容器６からの液状物７の不必要なダレを制御することができる。
【００７０】
次に、図１２ないし図１３を参照して、液状物吐出装置１の具体的な利用例について説明する。図１２ないし図１３は、液状物吐出装置１の具体的な利用例を説明するための斜視図である。
【００７１】
図１２は、基板５０２に液状物７を塗布する作業を示している。基板５０２上に一定間隔ないし任意の位置へ液状物吐出装置１を用いて液状物７を塗布する。基板５０２と液状物吐出装置１の相対的な位置を移動させる手段として、基板５０２のみを動かしてもよく、液状物吐出装置１のみを動かしてもよく、また基板５０２と液状物吐出装置１ともに移動させても良い。
【００７２】
図１３は、部品１つ１つに液状物７を塗布する作業を示している。例えば、ベルトコンベアのようなテーブル５０５上にならべられた電子部品５０３が順次送られており、その一箇所にて電子部品５０３へ液状物７を塗布する様子を示している。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】筒状容器中をニードルが往復摺動する従来例である。
【図２】本発明により改善しようとする現象、即ちニードル先端に空隙が生じニードル先端に液状物が補充されない状態を示す詳細図である。
【図３】変位拡大機構付きアクチュエータの一例である。
【図４】ニードルが筒状容器内に最も収納された状態での本発明の一実施例断面図である。
【図５】ニードルが筒状容器より最も突出した状態での本発明の一実施例断面図である。
【図６】本発明の制御系を含めた液状物吐出装置の概略構成図である。
【図７】本発明の液状物吐出装置の制御系を含めたブロック図である。
【図８】本発明により液状物が安定して塗布針先端に供給される詳細図である。
【図９】図５にした機能を実現するための信号タイミング図である。
【図１０】本発明の一実施例に係るフォローチャートである。
【図１１】本発明の一 実施例に係るフォローチャートである。
【図１２】本発明の一実施例に係る液状物吐出装置を用いた電子装置の製造方法の一例を説明するための斜視図である。
【図１３】図3に示した本発明の他の実施例に係る液状物吐出装置を用いた電子装置の製造方法の一例を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
【００７４】
１ 液状物吐出装置
３ 液面センサ
４ 遮蔽板
５ 液面
６ 筒状容器
７ 液状物
１０ 拡大機構付き圧電アクチュエータ
１１ 変位拡大機構
１２ 圧電素子
１４ 被付着物
２０ リニアガイド
３０ 塗布針ユニット
３１ ニードル
３３ 歪ゲージセンサ
４０ シリンジ
４５ 空気孔
５０ 空圧コネクタ
６０ 筐体
７０ 流路制御弁ユニット
７３ 流路制御弁
１０２ 電磁弁
１０３ 電磁弁
１０４ アンプ
１０５ ポンプ
１０６ レギュレータ
１０７ 空圧レギュレータ
１０９ センサアンプ
２００ 制御装置
２０１ 制御本体部
２０１ａ 主制御部
２０１ｂ 記憶部
２０１ｃ 判定部
２０２ 歪検出部
２０３ 駆動制御部
２０４ 駆動制御部
２０５ 電磁弁制御部
２０６ 液面検出部
２０７ 電磁弁制御部
２０８ 通信部
２０９ 外部トリガ
３００ 空隙
４００ 電圧信号
４０１ 電磁弁駆動パルス
４０２ 時間
４０３ 時間
４０４ 流路弁駆動パルス
４０５ 時間
４０６ 時間
５０３ 電子部品
５０５ テーブル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液状物を吐出するための液状物吐出装置の塗布速度を向上させる機構に関する。本発明は、高速にニードルを往復動させたときに空圧の補助を得て液状物を確実かつ正確にニードル先端に補充する機構に関する。本発明は、上記液状物吐出装置を利用するための方法を包含する。
【背景技術】
【０００２】
液状物を吐出できる装置は、近年カラーフィルタリペア、回路パターン描画及びリペア、半田／接着剤塗布、マスク／薄膜形成、ＬＥＤ蛍光体塗布、バイオ分野での分注／スポッター、グリス／オイル充填、インカーマーキング等の用途において利用されている。液状物吐出装置とは一般にディスペンサと呼ばれ、ノズル先端の微細孔から高圧で液状物を吐き出させる装置がある。また、これとは別の方式でニードル先端に液状物を付着させ、その液状物を被付着物に転写する装置はニードル式ディスペンサと呼ばれ、その重要性が益々注目されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記装置の中で特にニードル式ディスペンサにおいて、液晶パネル製造及び先端電子部品製造への生産時間短縮に伴い、液状物吐出の高速化を図り、生産性を向上させることが懸案になっている。
【０００４】
液状物吐出に要する往復動時間が長ければ、液状物吐出装置の使用台数を増設する必要があり、生産コストを増大させることに繋がる。
【０００５】
また高速化要求のみならず、往復動中に液状物吐出装置中のニードルが湾曲しないこと、歪み、撓み、捻れを伴わずにより真っ直ぐに正確に直線往復動すること、塗布物即ち種々の粘度である液状物が適量かつ適確にニードル先端に一時付着し被付着物に迄運ばれること、また最終的に塗布された塗布物の形状、寸法、密着度等にまで、動作の正確さと質の向上への期待が益々増大されている。
【０００６】
従来、高粘度の液状物を連続して一定量ずつ吐出することは困難であった。一般のディスペンサでは塗布液状物は空圧により押し出されるが、その量、ばらつきは空気の圧力制御の正確さに依存する。空圧を正確に制御するのは困難であり、また温度変化等により変動も多く見られる。しかし、製造現場では高粘度の液状物も多く用いられており、これらの液状物塗布に対する種々の要求が多くなっている。
【０００７】
ニードル式ディスペンサであっても、ニードルが高速に往復動したときに液状物がニードルの動きに追従できないために、ニードル先端に的確に適量だけ補充することは困難であった。ニードルにより液状物を被付着物に転写する方式の例として特許文献１（図１）が示されているが、実際には図２に示すように液状物中をニードルが摺動すると液状物がニードルに引きずられる。これにより、ニードル先端に空隙が生じ、ニードル先端に液状物が補充されない現象がおこる。
【特許文献１】特開2001-46062号公報
【０００８】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、高粘度の液状物であっても微少量だけ高速に吐出することを連続して実行できる液状物吐出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】
【０００９】
本発明の第1の態様にかかる液状物吐出装置は、液状物吐出装置の、少なくとも筒状容器、ニードルおよびアクチュエータを含む筐体を密閉構造にすることにより内部圧力を保ち、筐体に設けられた空気孔より挿入される空気の圧力でニードルの往復摺動時に液状物へ圧力を加わり、液状物が確実にニードル先端部に供給され、ニードルにより吐出されることで被付着物へと運搬される。特にニードルの往復摺動速度が速くなるにつれ筒状容器下端部より空気が侵入するようになり空隙が生じる。これによりニードル先端に液の留まる量が減少し、本来のディスペンサ機能が減退する現象が存在する。この欠点を補うために液状物吐出装置の動作部分を含む筐体を密閉構造とし、先端への液状物の供給量を確保し質及び量共に満足する塗布を行うことが可能となる。
【００１０】
本発明の第２の態様にかかる液状物吐出装置は、液状物を保持する筒状容器に流路制御弁を配置することで、空圧による補助と共に液状物をニードル先端に安定供給することが可能となる。ニードルが筒状容器へ収納される瞬間に筒状容器の微細孔を流路制御弁にて防ぐことで、空気の混入を防ぐ。
【００１１】
本発明の第３の態様にかかる液状物吐出装置は、変位拡大機構を利用することにより微少な圧電アクチュエータの動きをより大きな動作に導く。変位拡大機構付き圧電アクチュエータの一例平面図を図３に示す。例えば特許文献２に示されるような、変位拡大機構付き圧電アクチュエータは精密機械分野、例えば初期のプリンタに採用され以降その他の機器に利用されている。変位拡大機構付き圧電アクチュエータを液状物吐出装置のニードルを駆動させるために適用することによりニードルの大きな往復動を確保しながら推進速度をより速くする結果となる。
【特許文献２】特開2008-99399号公報
【００１２】
本発明の第４の態様にかかる液状物吐出装置は、リニアガイドは一方向左右にガイドされることにより曲がり、歪み、撓み、捻れ等を伴わずにより真っ直ぐに正確に直線往復動可能となる。このリニアガイドを液状物吐出装置のニードルのガイドとして採用しニードルが安定した往復動を行うことを保証する。
【００１３】
また、リニアガイドの使用によりニードルの不必要な動きが拘束されるために、ニードルの交換が容易になる。
【００１４】
本発明の第５の態様にかかる液状物吐出装置は、歪ゲージセンサは板材、棒材の伸びと捩れを検知検出するものであるが、該センサを液状物吐出装置のニードル部に適用することにより、ニードルの万が一の歪み、撓み、捻れ現象を検知し、往復動により被付着物への衝突を回避しニードル先端の破損防止と被付着物の破損防止が可能となる。
【００１５】
本発明の第６の態様にかかる液状物吐出方法は、歪ゲージセンサの出力はアンプにより増幅され、制御装置へ帰還される。ニードルが被付着物を突くなどして、ニードルに大きな力が加わった場合にもたらされる歪ゲージセンサ出力の変化を検知し、ニードルの往復動を停止させる方法を採用することにより、ニードルの万が一の歪み、撓み、捻れ現象を防ぐことに役立つ。
【００１６】
本発明の第７の態様にかかる液状物吐出方法は、空圧補助をするポンプと、液状物を保存するシリンジと、筒状容器内の液状物の量を検知する液面センサと、上記ポンプに制御指令を出す制御本体部と、よりなる液状物吐出装置である。本液状物吐出装置を長時間にわたり連続的に駆動するには、筒状容器内の液状物の量が途切れることなく常に一定量を蓄えておく必要があり、上記容器内の液状物の量を監視し、量が減少すれば多量の液状物を保持しているシリンジから供給することで、筒状容器内の液状物の量を一定量に蓄えられる。
【００１７】
本発明の第８の態様にかかる液状物吐出方法は、本液状物吐出装置を駆動するには、本体密閉構造内へ圧縮空気を送入するポンプ、ニードルを往復動させる駆動制御部、ポンプ及び駆動制御部に制御指令を出す制御本体部より構成される。駆動制御部の動作が最大値に達した後、減少に転じたあるタイミングでポンプを動作させ、空圧補助を加えることでニードル先端に付着する液量の増減を制御すること可能であることが解った。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、液状物吐出装置の筐体内部の圧力を調整することで、粘度に関係なく液状物が安定してニードル先端に供給される。液状物は高速駆動が可能なアクチュエータにて駆動されたニードルによって瞬時に被付着物へ転写される。その結果本発明によって、低粘度から高粘度までの幅広い粘度範囲の液状物を極微少量だけ高速に安定して吐出できる液状物吐出装置を提供できる。
【００１９】
少なくとも吐出する液状物を保持するための筒状容器と、該筒状容器内に往復動可能に配置されたニードルと、該ニードルを往復動させるアクチュエータよりなる液状物吐出装置において、上記筒状容器、上記ニードルおよび上記アクチュエータを内部に密閉する筐体、該筐体に設けられた空気孔とより成る本発明液状物吐出装置により、該空気孔より挿入される空気の圧力によって液状物を押し出すことを可能にする。
【００２０】
上記液状物吐出装置において、上記液状物を保持する上記筒状容器に流路制御弁を配置することにより往復動するニードル先端部に空隙を伴わないことを可能にする。
【００２１】
上記液状物吐出装置において、上記アクチュエータと変位拡大機構で構成し、上記ニードルを往復動させることにより、着実な上記ニードルの往復動を可能にする。
【００２２】
上記液状物吐出装置において、上記ニードルの往復動軌跡と平行にリニアガイド機構を配置し上記ニードルの軸方向と平行に上記ニードルを往復動させることにより真っ直ぐなニードル往復動を可能にする。
【００２３】
上記液状物吐出装置において、歪ゲージセンサを上記ニードル部に配置し上記ニードルの歪み、撓み、捻れ現象の少なくとも１つを検知することを可能にする。
【００２４】
上記液状物吐出装置において、上記歪ゲージセンサの電気信号を増幅し、増幅されたアンプの出力を上記ニードルを駆動させる上記変位拡大機構付きアクチュエータへ指令を送る制御装置に帰還し、上記ニードルに歪み、撓み、捻れ現象の少なくとも１つの現象が発生した場合に変化する上記電気信号を検出し、上記制御装置から上記変位拡大機構付きアクチュエータへの指令を停止もしくはゼロにし、ニードルの歪み、撓み、捻れ現象の少なくとも１つを防止する方法を可能にする。
【００２５】
液状物吐出装置に空圧補助をするポンプと、液状物を保存するシリンダと、筒状容器内の液状物の量を検知する液面センサと、上記ポンプに制御指令を出す制御本体部と、よりなる液状物を上記シリンダより上記筒状容器へ連続的に供給する装置でおいて、上記液面センサの出力が変化したときに参照値と比べることで上記液状物の現象を判断し、上記ポンプからの圧力により、上記シリンダ内の上記液状物を上記筒状容器内へ送り込むことを可能にする。
【００２６】
液状物吐出装置に空圧補助するポンプと、ニードルを往復摺動させる駆動制御部と、上記ポンプ及び該駆動制御部に制御指令を出す制御本体部と、よりなる装置において、上記駆動制御部への電圧信号が最大値より小さくなったときに上記ポンプを動作させることで、ニードル先端に付着する液量の増減を制御することを可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図４ないし図５は、本発明の一実施例の液状物吐出装置の断面図である。図４は圧電アクチュエータの最収縮時、即ちニードルが筒状容器内に最も収納された状態であり、図５は圧電アクチュエータの最伸長時、即ちニードルが筒状容器より最も突出し被付着物に液状物を転写する状態を示す。
【００２８】
図４および図５において、液状物吐出装置１は、液状物７を貯蔵する筒状容器６を備えている。筒状容器６の内部には塗布針ユニット３０が挿入されており、当該塗布針ユニット３０は止めネジ２４によってリニアガイド２０のスライダ２２に固定されている。リニアガイド２０のスライダ２２は拡大機構付き圧電アクチュエータ１０によって駆動される。
【００２９】
筒状容器６は二条ネジ等の構造８により特殊な工具を必要とせずに手動で簡単に着脱が可能である。筒状容器６内側は、取り付け部から先端に行くに従い徐々に細くなるテーパ状である。内側の形状が前記の通りならば外側の形状は問題とならない。この構造により、万一塗布針ユニット３０が曲がったとしても確実に下端穴より飛び出ることになる。取り付け部の内径は、たとえば、φ2mmであり、先端部の内径はφ0.2mm程度を用いることができる。
【００３０】
筒状容器６の材質としては、例えばポリプロピレンなどの樹脂、ガラス、ステンレスなどの金属を用いることができる。また、ぬれ性を制御するため内部表面に表面処理を行っても良い。
【００３１】
液状物吐出装置１の筐体６０は密閉構造となっており、内部の圧力を自由に変更できるようになっている。空圧コネクタ５０より適度な圧力の空気が送り込まれ、液状物吐出装置１内部の圧力を調整できるようになっている。信号線用のコネクタ５３は空気を通さない密閉用のものであり、内部圧力を変化させない構造となっている。
【００３２】
また、本発明の液状物吐出装置１において、液状物が安定してニードル先端に流れ込むように圧力を加えるための気体は、空気以外にも希ガス等の容易に化学反応の起こらない気体を用いても良い。
【００３３】
変位拡大機構付圧電アクチュエータ１０は、大きな電圧を加えるほど大きな変位を示す圧電素子１２を駆動源として、変位拡大機構１１によってその変位が拡大されて出力されるアクチュエータである。
【００３４】
変位拡大機構付圧電アクチュエータ１０の変位部分とスライダ２２は、例えば、板バネや棒バネなどの位置ずれ吸収機構２を介してリニアガイド２０のスライダ２２に連結されている。該位置ずれ吸収機構２は該アクチュエータ１０の変位方向とスライダ２２の動作方向が若干違ったとしても、その違いを吸収することができる。変位拡大機構付圧電アクチュエータ１０が伸縮変位すると、その分だけスライダ２２と該スライダ２２に連結された塗布針ユニット３０が往復動をする。
【００３５】
変位拡大機構付圧電アクチュエータ１０により塗布針ユニット３０が下降すると、ニードル３１先端が筒状容器６の下端孔から飛び出す。飛び出したニードルの先端についた液状物、ニードル、もしくは両方を被付着物に接触させることで液状物を被付着物に転写する。
【００３６】
変位拡大機構付圧電アクチュエータ１０は高精度かつ高速に伸縮変位することが可能であり、ニードルの例えば１０Ｈｚ以上の高速な往復動を実現する。
【００３７】
筒状容器６の先端には先端孔を開閉できる流路制御弁７３が取り付けられている。流路制御弁７３は、アクチュエータ７２により筒状容器６の下端孔を開閉する。開閉の動作は、塗布針ユニット３０の動作と連携している。
【００３８】
リニアガイド２０は、塗布針ユニット３０を保持すると共にその塗布針ユニット３０が真っ直ぐに直線往復動するために取り付けられている。リニアガイド２０のレール２１は筐体６０に固定されている。スライダ２２はレール２１に対し一方向（図では上下方向）以外の動きは拘束されており、塗布針ユニット３０が確実に上下動（往復動）のみを行うことを実現する。
【００３９】
さらに、スライダ２２により上下方向以外の動作は固定されているため、塗布針ユニット３０の交換作業時に止めネジ７を容易に着脱可能にするための効果もある。
【００４０】
塗布針ユニット３０のニードル３１部は、液状物が付着し被付着物まで運ぶものであり、外形が円筒形状、テーパ状、あるいは両方の形状を含んでいてもよい。
【００４１】
塗布針ユニット３０のニードル３１はハウジング３２に挿入固定されている。ハウジング３２には歪ゲージセンサ３３が貼り付けられており塗布針ユニット３０もしくはニードル３１に歪み、撓み、捻れの少なくとも一つの現象が起こった場合に、歪ゲージセンサ３３の出力が変化する。
【００４２】
ニードル３１の材質としては、樹脂、ガラス、タングステンなどの金属を用いることができる。また、ぬれ性を制御するために、ニードル３１端面もしくは側面ないし前記両者へ表面処理を行っても良い。
【００４３】
筐体６０には液状物７の液面５高さを検出するための液面センサ３が取り付けられている。液面５を正確に検知するために、液面５に浮上し液面５高さに応じてその高さが変化する遮蔽板４が設けられている。液面センサ３は前記遮蔽板４の高さを検知し、液状物７の量が常にある範囲内にあるように制御される。しかし、液面センサ３が液面５高さを直接検知でき、かつ、液状物７の蒸発が問題とならなければ、遮蔽板４は必要としない。液面センサ３は物体との距離を検知できるものであればよく、例えば反射型フォトカプラを使うことができる。
【００４４】
筒状容器６内部は、流路９を通してシリンジ４０と接続されている。シリンジ４０には、筒状容器６より多量の液状物を保持しておくことができる。
【００４５】
シリンジ４０は、例えば二条ネジ構造にて、接続部４２を介して筐体６０と接続されており、手動により簡単に取り付けと取り外しが可能である。
【００４６】
空気孔４５より圧縮空気が送り込まれ、その圧力によりピストン４４が押される。この作用により液状物７が流路９を通って筒状容器６へ送り込まれる。
【００４７】
液状物吐出装置１を用いて吐出する液状物７としては、例えば、接着剤や金属ペーストがある。液状物７としての接着剤は、例えば、電子部品を実装する際に一時的に電子部品を基板に仮止めするために用いられる。この接着剤は、熱や光などで硬化するものも含まれる。金属ペーストは、銅や銀などの微少な粒子を液体に混ぜ込んでペースト状にしたものである。また、液状物７は液体に限らず流動性のあるものならば、固体等を含んでいてもよい。
【００４８】
吐出される液状物７は、雰囲気温度２３℃、相対湿度５０％の環境下においてE型粘度計によって測定される粘度に対して、回転数１rpmにおける粘度が1〜500,000cPの範囲内の値となる液状物であってもよい。
【００４９】
図６は制御系を含めた液状物吐出装置１の概略構成図である。図７は液状物吐出装置１の制御系を含めたブロック図である。図１ないし図３、図６、図７を参照して全体の構成を説明する。変位拡大機構付き圧電アクチュエータ１０を動作させる信号は制御装置２００より出力され、アンプ１０４にて出力が増幅された後、変位拡大機構付き圧電アクチュエータ１０へ送られ塗布針ユニット３０を往復動させる。流路制御弁ユニット７０を動作させる信号は制御装置２００より直接流路制御弁ユニット７０へ送られ弁の開閉を行う。ニードルの歪み等を検出する歪ゲージセンサ３３の出力はアンプ１０９により増幅され、制御装置２００に入力される。液面センサの出力はケーブル１０８により制御装置２００に入力される。ポンプ１０５からの圧縮空気は、途中２方向に分岐され、そのうち一方は電磁弁１０２を経由して筐体６０に入力され液状物７の押し出し補助として利用される。電磁弁１０２の開放と封止は制御装置２００からの信号で行われる。圧力はレギュレータ１０６により調整される。もう一方の圧縮空気は、電磁弁１０３を経由してシリンジ４０に入力され、液状物７をシリンジ４０から筒状容器６へ供給するために使われる。電磁弁１０３の開放と封止は制御装置２００からの信号で行われる。圧力はレギュレータ１０７により調整される。
【００５０】
図２は液状物吐出装置１において塗布針ユニット３０が高速に伸縮したときに発生する空隙の問題を示した詳細図である。図２（ａ）に示すように塗布針ユニット３０が伸長した状態から縮小した状態になると、図２（ｂ）に示すように空隙３００が生じる。この現象は、液状物の粘度が高いほど、また塗布針ユニット３０の動作速度が速いほど顕著である。空隙が生じた場合には、塗布針ユニット３０先端に付着する液状物７の量がばらついてしまい、結果として、液状物７の被付着物への転写量にばらつきを生じることになる。
【００５１】
そこで、図８（ａ）に示すように筒状容器６の上端より圧力を加えることで、液状物７が下方へ押し出され、ニードル先端に液状物が供給されるため上記の問題が解決される。また、図８（ｂ）に示すように、塗布針ユニット３０が上昇する際に、流路制御弁７３で筒状容器６の下端孔を塞ぐことで空隙の発生を防ぐことができる。
【００５２】
液状物吐出装置１内部の圧力の制御による効能を図８および図９を用いて説明する。図８は塗布針ユニット３０が高速で往復動したときに筒状容器６内部の液状物７で発生する空隙を本発明による解決した効果を示したものである。図９は本発明を実施するための各信号のタイミングを示したグラフである。
【００５３】
図８（ａ）に示すように、塗布針ユニット３０が縮小しているときに圧縮空気を筐体６０に送り、その圧力で液状物７が押され塗布針ユニット３０先端まで液状物７が移動する。図９（ａ）に示すように、拡大機構付き圧電アクチュエータ１０への印可電圧信号４００の変化に合わせて、塗布針ユニット３０が再下降点から上昇を始めた時間４０２後に時間４０３だけ電磁弁１０２を開放して、圧縮空気を筐体６０へ送ることで液状物７が塗布針ユニット３０先端に押し出される。時間４０３後には電磁弁１０２を封止し、筐体６０への空圧補助を停止させる。時間４０３が大きいほど、もしくは圧縮空気の圧力が大きいほど、塗布針ユニット３０先端に流れ込む液状物７の量は多くなり、結果的に被付着物に転写される量が多くなる。時間４０２と時間４０３は液状物７の性状、筒状容器６の形状や性質、塗布針ユニット３０の断面積に依存する。
【００５４】
一方で、流路制御弁７３を制御することで筒状容器６内の空隙発生を防ぐ方法を図８（ｂ）に示してある。図９（ｂ）に示すように、塗布針ユニット３０が下降を始めて時間４０５となったときに流路制御弁７３を開放し、筒状容器６の下端孔を開放する。塗布針ユニット３０が下端孔から飛び出したのち上昇をはじめ、塗布針ユニット３０先端がちょうど筒状容器６の下端孔に達した瞬間に流路制御弁７３を封止する。これにより、筒状容器６への空気の入り込みを防ぐことができる。
【００５５】
次に、本発明の液状物吐出装置１において、歪ゲージセンサ３３の出力を利用して、ニードル３１の歪み、撓み、捻れ現象を検知し、ニードル３１の破損と被付着物の破損を防ぐ方法について、図７と図１０に示すフローチャートを参照しながら説明する。本実施例では、ニードル３１に歪み、撓み、捻れなどの現象が起きると、歪ゲージセンサ３３の出力が増大すると設定されている場合について説明する。
【００５６】
まず、ステップP1において歪検出部２０２からセンサアンプ１０９にて増幅された歪ゲージセンサ３３の出力が読み込まれる。歪ゲージセンサ３３の出力を読み込むタイミングは、ニードルが往復運動している間や、停止しているとき、もしくはその両方であってもよい。
【００５７】
次に、参照値の読み込みを行う（ステップP２）。参照値は、制御装置２００の記憶部２０１ｂに保存されており、いつでも読み込みができる状態にあるものとする。また、この参照値はニードル３１の条件などにより変更することが可能である。
【００５８】
次に、制御本体部２０１内で歪ゲージセンサ３３の出力と前記参照値の比較を行う（ステップP３）。センサ出力が参照値より大きい場合、ニードル３１に歪み、撓み、捻れ現象が発生していることを意味し、塗布針ユニット３０の停止が必要である。この場合、ステップP４に進む。センサ出力が参照値より小さい場合、ニードル３１に歪み、撓み、捻れ現象が発生しておらず正常である。この場合、処理を行わずにステップP1からの処理が繰り返される。
【００５９】
ステップP4では、駆動制御部２０３を通して変位拡大機構付きアクチュエータ１０の変位を小さくする指令を送る。もしくは、そのまま変位を停止する動作としてもよい。この後、ステップＰ１に処理が戻る。
【００６０】
次に、本発明の液状物吐出装置１における液状物７の量を筒状容器６内にほぼ一定量保持するために、量が減少すると自動的に液状物７がシリンジ４０より供給される動作について、図７と図１０に示すフローチャートを参照しながら説明する。本実施形態では、液状物７の量が減少すると液面センサ３の出力が減少すると設定されている場合について説明する。
【００６１】
まず、ステップS1において液面センサ３の出力が読み込まれる。液面センサ３の出力を読み込むタイミングは、ニードルが往復運動している間や、停止している間や、もしくはその両方のときでもよい。
【００６２】
参照値の読み込みを行う（ステップS2）。参照値は、制御装置のメモリに保存されており、いつでも読み込みができる状態にあるものとする。この参照値は、筒状容器６に溜めておく液状物７の量を決定する値であり自由に変更できるものとする。
【００６３】
次に、制御装置内で前記液面センサ出力と前記参照値の比較を行う（ステップ３）。センサ出力が参照値より小さい場合、筒状容器６内の液状物７の量が減少していることを意味し、シリンジ４０から筒状容器６へ液状物７の供給が必要である。この場合、ステップS4に進む。センサ出力が参照値より小さくない場合、筒状容器６内の液状物７が十分にあるために、液状物７の供給は必要としない。この場合、処理を行わずにステップS1からの処理が繰り返される。
【００６４】
ステップS4では、電磁弁１０３を開放しポンプ１０５からの圧縮空気をシリンジ４０に送り、シリンジ４０内の液状物７を押し出して筒状容器６に供給する。
【００６５】
ステップS5では予め設定された電磁弁１０３の開放時間だけ待ち時間を設け開放し続ける。シリンジ４０から筒状容器６へ送り込まれる液状物７の量は、上記待ち時間と空圧レギュレータ１０７にて設定される空圧によって決定される。例えば、空圧0.1MPaで20msの電磁弁開放を行った場合、0.001ccの液状物供給が可能である。待ち時間後にステップS6で電磁弁を封止し、シリンジ４０から筒状容器６への液状物７の供給を停止させる。この後、ステップS1に戻り処理が繰り返される。
【００６６】
上記実施形態では、処理の一連の流れを連続的に示したが、この繰返し処理を行うタイミングや回数に制限はなく、制御装置２００の負荷が小さいときに行うのが望ましい。
【００６７】
以上述べたように、本実施例に係る液状物吐出装置１によれば、液状物７の粘度によらず高速に液状物を吐出することが可能になると共に、液状物を連続して供給できるため長時間にわたって安定した塗布を実現することができる。
【００６８】
本発明の液状物吐出装置１において、液状物を貯留するシリンジ４０、液状物搬送経路９、筒状容器６等が、冷却、保温、加熱できるような装置を付加したものであってもよい。
【００６９】
密閉構造内圧力を負圧にすることにより、筒状容器６からの液状物７の不必要なダレを制御することができる。
【００７０】
次に、図１２ないし図１３を参照して、液状物吐出装置１の具体的な利用例について説明する。図１２ないし図１３は、液状物吐出装置１の具体的な利用例を説明するための斜視図である。
【００７１】
図１２は、基板５０２に液状物７を塗布する作業を示している。基板５０２上に一定間隔ないし任意の位置へ液状物吐出装置１を用いて液状物７を塗布する。基板５０２と液状物吐出装置１の相対的な位置を移動させる手段として、基板５０２のみを動かしてもよく、液状物吐出装置１のみを動かしてもよく、また基板５０２と液状物吐出装置１ともに移動させても良い。
【００７２】
図１３は、部品１つ１つに液状物７を塗布する作業を示している。例えば、ベルトコンベアのようなテーブル５０５上にならべられた電子部品５０３が順次送られており、その一箇所にて電子部品５０３へ液状物７を塗布する様子を示している。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】筒状容器中をニードルが往復摺動する従来例である。
【図２】本発明により改善しようとする現象、即ちニードル先端に空隙が生じニードル先端に液状物が補充されない状態を示す詳細図である。
【図３】変位拡大機構付きアクチュエータの一例である。
【図４】ニードルが筒状容器内に最も収納された状態での本発明の一実施例断面図である。
【図５】ニードルが筒状容器より最も突出した状態での本発明の一実施例断面図である。
【図６】本発明の制御系を含めた液状物吐出装置の概略構成図である。
【図７】本発明の液状物吐出装置の制御系を含めたブロック図である。
【図８】本発明により液状物が安定して塗布針先端に供給される詳細図である。
【図９】図５にした機能を実現するための信号タイミング図である。
【図１０】本発明の一実施例に係るフォローチャートである。
【図１１】本発明の一 実施例に係るフォローチャートである。
【図１２】本発明の一実施例に係る液状物吐出装置を用いた電子装置の製造方法の一例を説明するための斜視図である。
【図１３】図3に示した本発明の他の実施例に係る液状物吐出装置を用いた電子装置の製造方法の一例を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
【００７４】
１ 液状物吐出装置
３ 液面センサ
４ 遮蔽板
５ 液面
６ 筒状容器
７ 液状物
１０ 拡大機構付き圧電アクチュエータ
１１ 変位拡大機構
１２ 圧電素子
１４ 被付着物
２０ リニアガイド
３０ 塗布針ユニット
３１ ニードル
３３ 歪ゲージセンサ
４０ シリンジ
４５ 空気孔
５０ 空圧コネクタ
６０ 筐体
７０ 流路制御弁ユニット
７３ 流路制御弁
１０２ 電磁弁
１０３ 電磁弁
１０４ アンプ
１０５ ポンプ
１０６ レギュレータ
１０７ 空圧レギュレータ
１０９ センサアンプ
２００ 制御装置
２０１ 制御本体部
２０１ａ 主制御部
２０１ｂ 記憶部
２０１ｃ 判定部
２０２ 歪検出部
２０３ 駆動制御部
２０４ 駆動制御部
２０５ 電磁弁制御部
２０６ 液面検出部
２０７ 電磁弁制御部
２０８ 通信部
２０９ 外部トリガ
３００ 空隙
４００ 電圧信号
４０１ 電磁弁駆動パルス
４０２ 時間
４０３ 時間
４０４ 流路弁駆動パルス
４０５ 時間
４０６ 時間
５０３ 電子部品
５０５ テーブル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも吐出する液状物を保持するための筒状容器と、該筒状容器内に往復動可能に配置されたニードルと、該ニードルを往復動させるアクチュエータよりなる液状物吐出装置において、上記筒状容器、上記ニードルおよび上記アクチュエータを内部に密閉する筐体、該筐体に設けられた空気孔とよりなり、該空気孔より挿入される空気の圧力によって液状物を押し出すことを特徴とする液状物吐出装置。
【請求項２】
上記液状物を保持する上記筒状容器に流路制御弁を配置することにより往復動するニードル先端部に空隙を伴わない液状物を供給することを特徴とする、請求項１における液状物吐出装置。
【請求項３】
上記アクチュエータと変位拡大機構で構成し、上記ニードルを往復動させることを特徴とする、請求項１〜２のいずれか一つの液状物吐出装置。
【請求項４】
上記ニードルの往復動軌跡と平行にリニアガイド機構を配置し上記ニードルの軸方向と平行に上記ニードルを往復動させることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの液状物吐出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つにおいて、歪ゲージセンサを上記ニードル部に配置し上記ニードルの歪み、撓み、捻れ現象の少なくとも１つを検知することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの液状物吐出装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つの液状物吐出装置において、上記歪ゲージセンサの電気信号を増幅し、増幅されたアンプの出力を上記ニードルを駆動させる上記変位拡大機構付きアクチュエータへ指令を送る制御装置に帰還し、上記ニードルに歪み、撓み、捻れ現象の少なくとも１つの現象が発生した場合に変化する上記電気信号を検出し、上記制御装置から上記変位拡大機構付きアクチュエータへの指令を停止もしくはゼロにし、ニードルの歪み、撓み、捻れ現象の少なくとも１つを防止する方法。
【請求項７】
空圧補助をするポンプと、液状物を保存するシリンジと、筒状容器内の液状物の量を検知する液面センサと、上記ポンプに制御指令を出す制御本体部と、よりなる液状物吐出装置であって、上記液面センサの出力が変化したときに参照値と比べることで上記液状物の現象を判断し、上記ポンプからの圧力により、上記シリンジ内の上記液状物を上記筒状容器内へ送り込むことができる、液状物吐出の方法。
【請求項８】
液状物吐出装置に空圧補助するポンプと、ニードルを往復摺動させる駆動制御部と、上記ポンプ及び該駆動制御部に制御指令を出す制御本体部と、よりなる装置であって、
上記駆動制御部への電圧信号が最大値より小さくなったときに上記ポンプを動作させることで、ニードル先端に付着する液量の増減を制御することができる、液状物吐出の方法。
【請求項１】
少なくとも吐出する液状物を保持するための筒状容器と、該筒状容器内に往復動可能に配置されたニードルと、該ニードルを往復動させるアクチュエータよりなる液状物吐出装置において、上記筒状容器、上記ニードルおよび上記アクチュエータを内部に密閉する筐体、該筐体に設けられた空気孔とよりなり、該空気孔より挿入される空気の圧力によって液状物を押し出すことを特徴とする液状物吐出装置。
【請求項２】
上記液状物を保持する上記筒状容器に流路制御弁を配置することにより往復動するニードル先端部に空隙を伴わない液状物を供給することを特徴とする、請求項１における液状物吐出装置。
【請求項３】
上記アクチュエータと変位拡大機構で構成し、上記ニードルを往復動させることを特徴とする、請求項１〜２のいずれか一つの液状物吐出装置。
【請求項４】
上記ニードルの往復動軌跡と平行にリニアガイド機構を配置し上記ニードルの軸方向と平行に上記ニードルを往復動させることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの液状物吐出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つにおいて、歪ゲージセンサを上記ニードル部に配置し上記ニードルの歪み、撓み、捻れ現象の少なくとも１つを検知することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの液状物吐出装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つの液状物吐出装置において、上記歪ゲージセンサの電気信号を増幅し、増幅されたアンプの出力を上記ニードルを駆動させる上記変位拡大機構付きアクチュエータへ指令を送る制御装置に帰還し、上記ニードルに歪み、撓み、捻れ現象の少なくとも１つの現象が発生した場合に変化する上記電気信号を検出し、上記制御装置から上記変位拡大機構付きアクチュエータへの指令を停止もしくはゼロにし、ニードルの歪み、撓み、捻れ現象の少なくとも１つを防止する方法。
【請求項７】
空圧補助をするポンプと、液状物を保存するシリンジと、筒状容器内の液状物の量を検知する液面センサと、上記ポンプに制御指令を出す制御本体部と、よりなる液状物吐出装置であって、上記液面センサの出力が変化したときに参照値と比べることで上記液状物の現象を判断し、上記ポンプからの圧力により、上記シリンジ内の上記液状物を上記筒状容器内へ送り込むことができる、液状物吐出の方法。
【請求項８】
液状物吐出装置に空圧補助するポンプと、ニードルを往復摺動させる駆動制御部と、上記ポンプ及び該駆動制御部に制御指令を出す制御本体部と、よりなる装置であって、
上記駆動制御部への電圧信号が最大値より小さくなったときに上記ポンプを動作させることで、ニードル先端に付着する液量の増減を制御することができる、液状物吐出の方法。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１７３０２９（Ｐ２０１１−１７３０２９Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０８３１２（Ｐ２００８−２０８３１２）
【出願日】平成２０年８月１３日（２００８．８．１３）
【出願人】（５０５２４６０６６）株式会社アプライド・マイクロシステム (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月１３日（２００８．８．１３）
【出願人】（５０５２４６０６６）株式会社アプライド・マイクロシステム (7)
【Ｆターム（参考）】
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