CN102470391B - 液体材料的排出方法、装置及程序 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可以达成使排出的液体材料的液滴形状、排出状态稳定，以及排出精确度提高的液体材料的排出方法、装置及程序。在本发明的液体材料的排出方法中，设有用来计量液体材料的计量部、连通到计量部的一端的排出口、以及对计量部的内壁滑动地移动的柱塞，本发明的液体材料的排出方法包含以下工序：填充工序，使柱塞在排出口的相反方向上移动，用来将液体材料填充到计量部；和排出工序，使柱塞朝向排出口的方向移动然后停止，使液体材料从排出口飞扬排出；所述液体材料的排出方法的特征在于，设有不进行液体材料的排出而使柱塞移动的预备动作的工序，用来将排出工序中的柱塞的速度控制为一定。
Description
技术领域
本发明涉及一种液体材料的排出方法、装置及程序，该排出方法使在与具备有排出口的喷嘴连通的计量部内滑动的柱塞，移动所希望的量用来排出液体材料，经由控制上述柱塞的动作，不会使液体材料的排出量产生变动，并且可以重复地排出定量的液体材料。
另外，在本说明书中，“飞扬”是指液体材料在接触到涂布对象之前，从排出口离开。
背景技术
目前有被称为柱塞泵(或注射器泵)的排出装置。此种排出装置大多使用在液晶面板制造时的ODF工序等需要正确排出一定量的液体材料的情况。
柱塞泵概要地说是一种排出装置，所具有的特征是使密接在计量部内而进退移动的柱塞进行进出移动，用来从排出口排出液体材料，该柱塞的移动所排除的体积量可以从排出口排出，因此能够以良好的精确度排出，在使柱塞以高速进出移动后急速停止，可以用来从排出口切离液体材料而使其飞扬地排出。
在柱塞泵中，因为柱塞在计量部内密接地滑动，所以大多的情况是在接触部分设置密封部。因为该密封部是滑动的部分，所以会发生摩耗或变形等，对该泵会造成各种不良的影响。例如，当有摩耗时，会产生粒子而污染液体材料，并且必须频繁地更换。另一方面，当变形时，则不论是否停止柱塞的动作，柱塞也会移动，而排出多余的液体材料。
因此，直至目前，提案有各种对密封部施加改良的技术。例如，在专利文献1所揭示的技术是一种涂布装置，具备有涂布液移送泵，用来将涂布液导引到金属盖，涂布液移送泵所使用的密封构件是由可挠性材料形成的帽状体所构成，并且在将帽状体的开口端部固接于汽缸的内周面上的状态下，利用帽状体的躯干部(胴部)来覆盖柱塞，同时在汽缸和柱塞的间隙折返到下侧所形成的U字形折返部密封该间隙。
另外，在专利文献2所揭示的技术是一种调配器，具备有O环，该O环设置在形成于柱塞的前端部分的环状槽部，可以沿着注射器的内壁面滑动，上述调配器的特征在于：环状槽部是由在其全体区域具有平坦底壁的区画凹部所构成，隔开间隔而配置在环状槽部的侧壁，随着柱塞的压入而与O环的侧部抵接，弹性位移进而压缩变形，另一方面，设有多个凸部或槽，通过柱塞的压入负载的解除而使O环复原，并且使柱塞在压入方向的相反方向上滑动，用来引导内容物的反吸。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2006-281091号公报
专利文献2：日本专利特开2008-18351号公报
发明内容
(发明要解决的问题)
如上述的方式，在现有技术中，对柱塞施加各种改良，即使利用该技术，也不能提高反复多次排出时每次排出量的精确度。即，当柱塞进行排出用的动作，其每次动作的排出量会有不同，因而不能排出正确的量，使排出量产生变动。
当排出量产生变动时，则会在从喷嘴等排出口排出液体材料时，产生分成多个进行飞散等液滴形状不良，或产生不从喷嘴飞扬等排出不良。
因此，本发明的目的是提供一种可以达成使排出的液体材料的液滴形状、排出状态稳定，以及排出精确度提高的液体材料的排出方法、装置及程序。
(解决技术问题的技术方案)
本发明人假定排出量产生变动的原因是在柱塞的滑动部分作用的摩擦阻抗，在柱塞的动作开始时和动作中不同所造成，并验证此假说是否成立。在柱塞和计量部的内壁的摩擦阻抗包含有：从柱塞的静止 状态转移为动作状态时所产生的静止摩擦、和柱塞的动作中所产生的动摩擦。在此处，推测为当从静止摩擦转移成动摩擦而使柱塞开始移动后，柱塞所受的摩擦阻抗急速变化。在此处的验证时发现，对于马达或空气汽缸这样的驱动源的动作，柱塞的动作不能正确地追踪，柱塞的移动量或速度不能成为一定，柱塞的动作变得不稳定(参照图2)。另外，发现驱动源本身受到柱塞的摩擦阻抗变化的影响，对于来自控制装置的指令，会有动作不一定的课题。
在对柱塞的密封部施加改良的现有技术的手法中，不能消除这些课题。
本发明人着重在柱塞的动作，特别是排出动作内的柱塞速度随时间的变化，发现经由提高柱塞动作开始时柱塞动作的稳定性，即可以解决课题，因而完成本发明。
本发明第一方面液体材料的排出方法设有用来计量液体材料的计量部、连通到计量部的一端的排出口、以及对计量部的内壁滑动地移动的柱塞，所述液体材料的排出方法包含以下工序：填充工序，使柱塞在排出口的相反方向上移动，用来将液体材料填充到计量部；和排出工序，使柱塞朝向排出口的方向移动然后停止，使液体材料从排出口飞扬排出；所述液体材料的排出方法的特征在于，设有不进行液体材料的排出而使柱塞移动的预备动作的工序，用来将排出工序中的柱塞的速度控制为一定。
本发明第二方面的液体材料的排出方法的特征在于，在本发明第一方面中，所述预备动作由如下构成：第一动作，使所述柱塞朝向排出口的相反方向仅移动既定距离S；和第二动作，使所述柱塞朝向排出口的方向仅移动与所述距离S相同或同等的距离。
本发明第三方面的液体材料的排出方法的特征在于，在本发明第二方面中，将所述既定距离S设定为使所述柱塞加速至一定速度的距离。
本发明第四方面的液体材料的排出方法的特征在于，在本发明第二或第三方面中，在所述填充工序之后至开始所述排出工序，重复进行所述第一动作和所述第二动作。
本发明第五方面的液体材料的排出方法的特征在于，在本发明第 二至第四方面的任一方面中，所述第一动作是以从排出口所吸引的外来气体不产生气泡的条件，使柱塞移动。
本发明第六方面的液体材料的排出方法的特征在于，在本发明第二或第二方面中，所述预备动作是由使所述柱塞朝向排出口方向缓慢加速的动作所构成。
本发明第七方面的液体材料的排出方法的特征在于，在本发明第一至第六方面的任一方面中，连续地进行所述预备动作和所述排出工序。
本发明第八方面的液体材料的排出装置的特征在于，具备有：计量部，用来计量液体材料；排出口，连通到计量部的一端；柱塞，对计量部的内壁滑动地移动；驱动源，用来驱动柱塞；和控制装置；控制装置能够实施本发明第一至第七方面的任一方面的排出方法。
本发明第九方面的液体材料的涂布装置的特征在于，具备：设置有涂布对象物的载物台；本发明第八方面的排出装置；和用来使该排出装置和载物台进行相对移动的相对移动机构。
本发明第十方面的程序的特征在于，使液体材料的排出装置中的控制装置实施本发明第一至第七方面的任一方面的排出方法，其中所述液体材料的排出装置具备有用来计量液体材料的计量部、连通到计量部的一端的排出口、对计量部的内壁滑动地移动的柱塞、用来驱动柱塞的驱动源、和控制装置。
另外，也可以使上述预备动作由如下构成：第一动作，使上述柱塞朝向排出口的相反方向仅移动既定距离S；第二动作，使上述柱塞朝向排出口的方向仅移动与上述距离S相同或同等的距离；第三动作，使上述柱塞朝向排出口的方向仅移动与上述距离S相同或同等的距离；和第四动作，使上述柱塞朝向排出口的相反方向仅移动与上述距离S相同或同等的距离。
另外，也可以在使填充在计量部的液体材料多次地连续进行排出动作时，只在第一次排出已经填充在计量部的液体材料前，进行上述预备动作。
(发明的效果)
依照本发明，可以将柱塞动作的移动量或速度保持为一定，并达 成使排出的液体材料的液滴形状、排出状态稳定，而提高排出精确度。
附图说明
图1的图形表示本发明的排出装置的柱塞进行一个排出动作时各个参数随时间的变化。
图2的图形表示现有的排出装置的柱塞进行一个排出动作时各个参数随时间的变化。
图3是实施例1的柱塞型排出装置的概略图。
图4是概略立体图，用来表示搭载有实施例1的排出装置的涂布装置的实例。
图5是说明图，用来说明实施例2的(1)连续排出中每次进行预备动作的方法。
图6是说明图，用来说明将实施例2的(2)微小往复动作设定为预备动作的方法。
图7是说明图，用来说明将实施例2的(3)缓慢加速设定为预备动作的方法。
图8是说明图，用来说明实施例2的(4)连续排出中只进行第一次预备动作的方法。
图9是说明图，用来说明实施例2的(5)进行大预备动作的方法。
符号说明
1预备动作
2第一预备动作
3第二预备动作
4排出装置
5计量管(计量部)
6柱塞
7排出口
8喷嘴
9密封部
10储存容器
11变换阀
12螺旋轴
13驱动源(马达)
14控制装置
15涂布装置
16基板
17载物台
18XYZ驱动机构
19第一次排出
20第二次排出。
具体实施方式
以下，以排出装置为例，说明用以实施本发明的实施方式，其型式具备有柱塞和喷嘴，并且柱塞具有与图3所示的计量部的内壁滑动的密封部。
本发明的排出装置的柱塞在进行一个排出动作时，以图1所示的图形表示各个参数随时间的变化。另外，现有技术的排出装置的柱塞在进行一个排出动作时，以图2所示的图形表示各个参数随时间的变化。另外，图1和图2相同点为图形的纵轴的正方向表示排出口方向，负方向表示与排出口相反的方向。另外，(a)表示驱动源的动作信号，(b)表示柱塞的移动距离的变化，(c)表示柱塞的速度随时间的变化，和(d)表示在排出口的排出量的变化。
以下，将图1和图2的二个图对比，同时进行说明。
为了提高排出精确度并使排出量稳定，而必须将柱塞动作相对于驱动源的动作信号的偏差无限接近零。特别是柱塞速度随时间的变化对液滴形状或排出状态具有很大的影响。在图2所示的现有的动作方法中，由(c)的柱塞速度随时间的变化的图形可以清楚明白，在从动作开始至达到最高速的期间(0～A之间)，柱塞动作不稳定。其原因是，在柱塞的密封部和计量部内壁面之间作用的摩擦阻抗，会受到从动作开始时的静止摩擦变化为动作进行时的动摩擦的影响。所以不追随该驱动源的动作信号的不稳定部分会存在于柱塞，所以排出量不稳定。
因此，在本发明中，要除去从静止摩擦变化为动摩擦的影响时， 如图1所示，在排出动作之前实施预备动作1，在排出动作时只有动摩擦作用。
预备动作1由第一预备动作2和第二预备动作3构成。
首先，第一预备动作2是使柱塞在排出口的相反方向上仅移动既定距离S(0～A)。这时，从排出口将一些空气吸入到喷嘴内。这是为了不因预备动作1而排出液体材料。柱塞的移动量(距离S)须通过预先的实验等求出为了使柱塞的速度稳定所必要的距离并加以设定。
另外，预备动作中的柱塞移动条件是最好在吸入至喷嘴内而不产生气泡的范围。在此处，为了不会产生气泡，利用预备动作吸入到喷嘴内的空气所形成的空间，经由排出口经常与外部(外部气体)维持连通此点非常重要。柱塞的移动量或移动速度等条件，考虑喷嘴内的流路形状或液体材料的性质等要素，利用预先的实验等求得并加以设定。
其次，第二预备动作3是使柱塞朝向排出口的方向仅移动与上述设定的距离S相同或同等的距离(A～B)。这是为了再度以液体材料填满利用上述动作吸入而存在于喷嘴内的空气的空间。利用此种方式，可以进行正确量的排出。另外，可以顺利地继续转移到排出动作。
然后，即使第二预备动作3结束也不使柱塞停止或减速，直接转移到排出动作(B～C)。依照此种方式，在排出动作前实施预备动作1，因为在排出动作中摩擦阻抗不会从静止摩擦变化为动摩擦，所以柱塞动作稳定，可以进行正确量的排出。
以下，利用实施例说明本发明的详细部分，但是本发明不由任何实施例限定。
实施例1
(排出装置的构造)
本实施例的排出装置参照图3进行以下的说明。另外，本实施例所使用的液体材料为液晶(粘度＝约20mPa·s)。
图3所示的排出装置4构成包含有：管状计量管5；以密封部9内接在计量管5的柱塞6；具备有排出口7的喷嘴8；用来储存液体材料的储存容器10；用来切换计量管5和喷嘴8的连通或切换储存容器10和计量管5的连通的变换阀11；作为驱动源用来驱动螺旋轴12从 而驱动柱塞6的马达13；和用来控制变换阀11或马达13等动作的控制装置14。另外，为了顺利地进行液体材料的供应，储存容器10经由控制装置14与未图标的压缩气体源连接，接受压缩气体的供应。
(排出装置的动作)
开始时对计量管5进行填充液体材料。首先，使在计量管5内进行密接滑动的柱塞6进入至最接近变换阀11的位置。然后，将变换阀11切换到使储存容器10和计量管5连通的位置，使柱塞6移动后退。如此一来，储存容器10内的液体材料经由变换阀11而流入计量管5，当柱塞6后退到计量管5的最上端时，则结束填充。
其次，所填充的液体材料的排出，是通过将变换阀11切换到使计量管5和喷嘴8连通的位置，并依照所希望的排出量使柱塞6进行进出移动。
柱塞6的排出动作，是在使马达13动作并急速加速后，使马达13急速停止，用来使柱塞6急速停止。利用此种方式，计量管5内的液体材料由于柱塞6的急速移动和急速停止所造成的惯性力，从喷嘴8前端飞扬排出。重复进行该排出动作，使计量管5内的液体材料多次地排出。在此处，柱塞6的排出动作与上述图1的预备动作1一并，连续地进行。该预备动作1和排出动作的进行，是以使柱塞在排出口的相反方向上仅移动预先算定的既定距离S，作为第一预备动作2，并且以使柱塞在排出口的方向上仅移动上述距离S，作为第二预备动作3，并与第二预备动作3连续，仅前进与排出量对应的距离。
柱塞6在到达最接近变换阀11的位置时，会将变换阀11切换到使储存容器10和计量管5连通的位置，使柱塞6移动后退，再度填充液体材料。
利用此种方式，从储存容器10将液体材料填充到计量管5，进行预备动作，并重复进行使计量管5内的液体材料从喷嘴8排出的一连贯动作，以实施排出作业。
因为本实施例的计量管5具有的容量为能够填充多次少量连续排出的量的液体材料，所以也可以在计量管5内的液体材料用完为止，多次地排出。另一方面，也可以在每一次的排出动作时进行填充。
另外，也可以在排出动作的最后当使柱塞停止时，控制进出移动 的柱塞从开始减速起至停止的移动速度，用来控制分断从喷嘴排出的液体材料的力(参照日本专利第4183577号)。
(涂布装置的构造)
上述的排出装置4可以单独使用，但是也可以例如，搭载在相对于液晶面板制造工序中所使用的玻璃基板、或用以安装电子机器的印刷基板等作为涂布对象的基板进行相对移动的驱动机构并进行作业。图4表示搭载有排出装置4的涂布装置的实例。
图4所示的涂布装置15具备有：上述的排出装置4；载物台17，用来载置成为涂布对象的基板16；XYZ驱动机构18，配置有排出装置4，用来使排出装置4在载物台17的上方朝XYZ方向相对移动；和控制装置，用来控制这些部件的动作。在涂布作业时，利用驱动机构18使排出装置4移动到基板16上所希望的位置，并进行排出。
另外，在图4中搭载多个排出装置4，这是为了使多个排出装置4同时动作，用来缩短对大型基板16的作业时间。搭载排出装置4的数目不只限于图4所示的3个，也可以为2个以下，或4个以上。即，成为依照基板16大小或可花费的作业时间的限制等而适当决定的事项。
(实施例的效果)
在本实施例的进行预备动作的排出装置中，相比于现有的不进行预备动作的排出装置(机械构造相同)，确认可以提高大约80％的精确度(变动减小)。
实施例2
在实施例2中，说明在与实施例1相同的排出装置中，组合不同样式的预备动作而进行排出的方法。图5至9表示柱塞速度随时间的变化。
(1)连续排出中每次进行预备动作的方法[图5]
在对计量部填充一次之后，使计量部内的液体材料连续，而进行多次排出的情况时，在重视排出间隔变长或排出精确度的情况下，如图5所示，在每次排出动作开始时进行预备动作1。利用此种方式，可以提高各次的排出精确度，而且可以减小各个排出之间的变动。
(2)将微小往复动作设定为预备动作的方法[图6]
柱塞6通常在不进行排出动作时停止。因此，如图6所示，在与停止时间相当的部分重复进行微小往复动作23，而成为失去静止的状态。即，经常为动状态，所以摩擦阻抗有变化的部分变少，可以进行稳定精确度良好的排出。有利于排出次数变少的情况，或排出间隔变长的情况。
(3)将缓慢加速设定为预备动作的方法[图7]
在进行使柱塞6在排出口7相反方向上移动的动作时，会变成从排出口7吸入一些空气。在下一个动作，虽然朝向排出口7的方向移动相同距离，但也考虑到会发生影响的情况。因此，如图7所示，不使柱塞朝向排出口7的相反方向移动，而是在开始排出动作的部分，缓慢地朝向排出口7的方向加速(符号24)，使摩擦阻抗有变化的部分对排出的影响变小。利用此种方式，不会从排出口7吸入空气，并且可以获得将摩擦阻抗发生改变的影响减小的效果。
(4)在连续排出中仅进行初次预备动作的方法[图8]
本发明的预备动作1，如实施方式所示，基本上每进行一个排出动作而进行一次。但是，经由实验发现，在连续进行多次排出的情况下，当排出间隔变短时，在从一次的排出动作停止起至下一个排出动作的期间，从静止摩擦改变为动摩擦的部分变小，或实质上消失。在此，如图8所示，可以在一连贯的多次排出中仅在第一次排出19开始时进行预备动作1，在第二次排出20以后不进行预备动作1。利用此种方式，可以缩短第二次排出20以后的预备动作1所需的时间，可以更有效地进行作业。在重视速度的情况时为有效的方法。另外，是否进行本实施例的动作必须依照计量管5内面或密封部9表面的状态、密封部9按压计量管5内面的力量等进行判断。因此，可以进行预先的实验等，求得排出间隔的目标来进行判断。
(5)进行大预备动作的方法[图9]
也有依照柱塞6的密封部9或计量管5的状态，必须进行大预备动作1的情况。在该种情况下，要考虑对后来的排出动作的影响。因此，如图9所示，在大预备动作21之后，在相反方向进行相同大小的动作22，可以用来减小对其后的排出动作的影响。利用此种方式，可以不受大小限制而进行预备动作。另外，此种方式在进行上述(1)或 (4)的小预备动作时也有效。另外，假如排出间隔变短，如上述(4)的方式，也可以只进行初次的预备动作。
产业上的可利用性
本发明适用于在使柱塞在计量部内密接滑动的同时进行移动，以将液体材料飞滴排出的装置。对以柱塞可飞扬排出的所有液体材料是有效的，从水、乙醇等低粘性物质至粘接剂、液晶材料、糊状或奶酪状的工业用材料(焊剂、润滑油等)的高粘稠流体的排出均可适用。
Claims (7)
1.一种液体材料的排出方法，设有用来计量液体材料的计量部、连通到计量部的一端的排出口、以及对计量部的内壁滑动地移动的柱塞，所述液体材料的排出方法包含以下工序：填充工序，使柱塞在排出口的相反方向上移动，用来将液体材料填充到计量部；和排出工序，使柱塞朝向排出口的方向移动然后停止，使液体材料从排出口飞扬排出；所述液体材料的排出方法的特征在于，
设有不进行液体材料的排出而使柱塞移动的预备动作的工序，用来将排出工序中的柱塞的速度控制为一定，
所述预备动作包含：第一动作，使所述柱塞朝向排出口的相反方向仅移动既定距离S；和第二动作，使所述柱塞朝向排出口的方向仅移动与所述距离S相同或同等的距离。
2.根据权利要求1所述的液体材料的排出方法，其特征在于，将所述既定距离S设定为使所述柱塞加速至一定速度的距离。
3.根据权利要求1或2所述的液体材料的排出方法，其特征在于，在所述填充工序之后至开始所述排出工序，重复进行所述第一动作和所述第二动作。
4.根据权利要求1或2所述的液体材料的排出方法，其特征在于，所述第一动作是以从排出口所吸引的外来气体不产生气泡的条件，使柱塞移动。
5.根据权利要求1或2所述的液体材料的排出方法，其特征在于，连续地进行所述预备动作和所述排出工序。
6.一种液体材料的排出装置，其特征在于，
具备有：计量部，用来计量液体材料；排出口，连通到计量部的一端；柱塞，对计量部的内壁滑动地移动；驱动源，用来驱动柱塞；和控制装置；
控制装置能够实施权利要求1或2所述的排出方法。
7.一种液体材料的涂布装置，其特征在于，
具备：设置有涂布对象物的载物台；权利要求6所述的排出装置；和用来使该排出装置和载物台进行相对移动的相对移动机构。
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