CN109382237A - 涂布喷嘴头和具有该涂布喷嘴头的液体涂布装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够高速且稳定地对高粘度液体材料的涂布进行控制的位移放大机构和具有该位移放大机构的液体涂布装置。使用一种液体涂布装置，该液体涂布装置包含：排出液体材料的喷嘴孔；对上述喷嘴孔供给液体材料的供给流路；与上述供给流路内的液体抵接并进行往复的柱塞；对上述柱塞赋予位移的位移放大机构；以及对上述位移放大机构赋予位移的致动器，上述位移放大机构与上述致动器的接触部中的至少任意一方是曲面。

Description

涂布喷嘴头和具有该涂布喷嘴头的液体涂布装置

技术领域

本发明涉及涂布喷嘴头和具有该涂布喷嘴头的液体涂布装置。特别涉 及排出高粘度液体的涂布喷嘴头和具有该涂布喷嘴头的液体涂布装置。

背景技术

公知有通过柱塞的往复动作而排出液体材料的装置。例如专利文献1 所示的喷射型的液体涂布装置。

近年来，从提高生产性的观点来看，要求涂布作业的高速性。在该类 型的液体涂布装置中，进一步增加一定时间内的排出次数的要求提高。因 此，需要使液体涂布装置的柱塞高速进行往复动作。

作为用于使柱塞进行往复动作的驱动源，大多使用马达、空气、压电 元件等致动器。压电元件能够进行高速动作。但是，其位移量较小，因此， 一般与位移放大机构组合而增大位移量来进行使用。例如，公知有专利文 献2所记载的技术。

下面，参照图1～图4对使用该位移放大机构和压电元件的现有的液 体涂布装置进行说明。

主视图的图1中示出现有的液体涂布装置。图2中示出现有的液体涂 布装置的排出部的剖视图。液体涂布装置1将排出液滴65从喷嘴孔60排 出。液体涂布装置1具有与喷嘴孔60连通且供给液体材料的供给流路52、 前端部在供给流路52内进行往复动作的柱塞12a、使柱塞12a进行往复动 作的致动器2a、位移放大机构3a。

利用左右对称地配置致动器2a且下部连结有柱塞12a的可弹性变形 的U字状构件5、6、7、8、9构成位移放大机构3a。在图3中，对柱塞 12a的上升时的动作进行说明。在图4中，对柱塞12a的下降时的动作进 行说明。致动器2通过作用使U字状构件5、6、7、8、9的两端部分开的 力，使柱塞12向上方向移动。相反，致动器2a通过作用使U字状构件5、6、7、8、9的两端部接近的力，使柱塞12a向下方向移动。将其作为特征。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10-314640号公报

专利文献2：日本特开2015-051399号公报

发明内容

发明要解决的课题

为了排出高粘度液体材料，需要以较大位移量对柱塞12进行高速驱 动。

在现有的位移放大机构3a中，通过使U字状构件5、6、7、8、9进 行弹性变形，使柱塞12a在上下方向上进行往复动作。为了确保必要的位 移量，需要降低U字状构件8、9的刚性。与此相伴，固有频率降低，在 提高柱塞12的位移响应速度时存在极限。

因此，通过相对于致动器2的位移而增大位移放大机构3a的位移放 大率，能够增大柱塞12a的位移量，但是，很难同时实现高速驱动。

本发明解决这种现有课题，其目的在于，提供能够高速且稳定地对高 粘度液体材料的涂布进行控制的位移放大机构、具有该位移放大机构的涂 布喷嘴头和具有该涂布喷嘴头的液体涂布装置。

用于解决课题的手段

为了实现上述目的，使用一种液体涂布装置，该液体涂布装置包含： 排出液体材料的喷嘴孔；对上述喷嘴孔供给液体材料的供给流路；与上述 供给流路内的液体抵接并进行往复的柱塞；对上述柱塞赋予位移的位移放 大机构；以及对上述位移放大机构赋予位移的致动器，上述位移放大机构 与上述致动器的接触部中的至少任意一方是曲面。

发明效果

根据本发明的结构，在电子器件的制造等工业用途中，能够高速且稳 定地对包含功能性粒子的高粘度液体材料的涂布进行控制，能够以任意图 案在必要部位涂布最佳量。

附图说明

图1是现有的液体涂布装置的主视图。

图2是现有的液体涂布装置的排出部的剖视图。

图3是现有的液体涂布装置的柱塞上升时的动作说明图。

图4是现有的液体涂布装置的柱塞下降时的动作说明图。

图5是本发明的实施方式的液体涂布装置的剖视图。

图6A是本发明的实施方式的柱塞前端部的剖视图。

图6B是本发明的实施方式的柱塞前端部的剖视图。

图6C是本发明的实施方式的柱塞前端部的剖视图。

图6D是本发明的实施方式的柱塞前端部的剖视图。

图6E是本发明的实施方式的柱塞前端部的剖视图。

图6F是本发明的实施方式的柱塞前端部的剖视图。

图7是本发明的实施方式的液体涂布装置的剖视图。

图8A是本发明的实施方式的液体涂布装置的剖视图。

图8B是本发明的实施方式的液体涂布装置的剖视图。

图8C是本发明的实施方式的液体涂布装置的剖视图。

图9A是本发明的实施方式的柱塞位移行为图。

图9B是本发明的实施方式的液体涂布装置的剖视图。

图9C是本发明的实施方式的液体涂布装置的剖视图。

图9D是本发明的实施方式的液体涂布装置的剖视图。

图10是本发明的实施方式的液体涂布装置的变形例的剖视图。

符号说明

1 液体涂布装置

2、2a 致动器

3、3a 位移放大机构

5 字状构件

8 字状构件

12、12a 柱塞

30 外壳

52 供给流路

60 喷嘴孔

65 排出液滴

100 液体涂布装置

101 支点部

102 杆

103 弹性体

104 密封材料

105 隔板

106 轴承

107 支点

108 力点

109 作用点

110 导向件。

具体实施方式

下面，使用附图对实施方式进行说明。说明是一个例示，因此，本申 请发明不由下述说明进行限定。

<液体涂布装置>

<结构>

图5是本发明的实施方式的液体涂布装置100的剖视图，下面对基本 结构进行说明。

液体涂布装置100从喷嘴孔60排出液体材料的排出液滴65。液体涂布 装置100具有与喷嘴孔60连通且供给液体材料的供给流路52、前端部在供 给流路内进行往复动作的柱塞12、使柱塞12进行往复动作的致动器2、位 移放大机构3。

下面，对各结构要素的特征进行说明。

<喷嘴孔60>

喷嘴孔60是设置在超硬合金、不锈钢、铝、钛等金属上的贯通孔。材 质不仅是金属，也可以是陶瓷或PEEK等树脂材料。但是，需要选择在排 出液体材料时不会被含有粒子的材料磨损、不会被液体材料侵蚀和溶出的 材料。

另外，根据排出液滴尺寸，从Φ0.05mm～0.5mm的范围中选择喷嘴内 径。根据液体材料的粘度、触变性、表面张力、与喷嘴面之间的接触角等 物性，从0.05mm～5mm的范围中选择喷嘴长度。

在图5中，为了简化，供给流路52和喷嘴孔60图示为一体构造。但是， 为了制作便利和维护性提高，也可以单独制作喷嘴孔60作为分开部件并进 行组装。

<供给流路52>

供给流路52能够使用与喷嘴孔60相同的材料。供给流路52的截面可以 是Φ0.5～10mm左右的圆形，也可以是相同程度的截面面积的矩形。从加 工性和气泡滞留防止的观点来看，优选为圆形。

供给流路52使供给液体材料的罐(未图示)和喷嘴孔60连通。供给 流路52负责将罐中填充的液体材料供给到喷嘴孔60的功能。

<柱塞12>

柱塞12经由导向件110和密封材料104的孔进行移动。由此，从供给流 路52内的喷嘴孔60推出液体材料。柱塞12中能够使用与喷嘴孔60相同的材 料。但是，柱塞12的材质需要选择不会由于导向件110、密封材料104、液 体材料中包含的粒子材料而磨损劣化、不会被液体材料侵蚀和溶解的原材 料。另外，为了使柱塞12进行高速驱动，优选选择比重较小的原材料。进 而，优选使柱塞12自身的体积减小到最小限度而进行轻量化。

柱塞12负责将致动器2的驱动能转换为液体材料的排出能的功能。柱 塞12在喷嘴孔60附近进行往复运动，由此对喷嘴孔60附近的液体材料施加 压力，从喷嘴孔60排出液体材料的排出液滴65。

柱塞12的前端形状可以是图5中记载的平坦形状，但是，也可以是图 6A～图6F中记载的凸形状。

<导向件110>

导向件110使柱塞12笔直地上下移动。导向件110具有贯通孔，柱塞12 在该贯通孔中上下移动。

<致动器2>

致动器2用作用于使柱塞12进行往复运动的驱动源，大多使用马达、 空气、压电元件等。

<位移放大机构3>

与柱塞12同样，位移放大机构3优选选择能够同时实现耐磨损性和 轻量性的原材料，由支点部101和杆102构成。

位移放大机构3负责与致动器2的位移量相比进一步放大柱塞12的 位移量的功能。通过使用更小的致动器2使柱塞12更大地进行往复运动， 由此，能够从喷嘴孔60排出粘性较高的液体材料、包含大粒子的液体材 料。

在图5中，在与外壳30抵接的支点部101上设置杆102，柱塞12通 过弹性体103的拉伸力保持成与杆102前端部抵接的状态。该弹性体103 也可以设置在柱塞12与外壳30之间，通过压缩力进行保持。

弹性体103可以是螺旋弹簧，也可以是板簧。优选从0.1～10N/mm的 范围中选择弹簧常量。这是因为，当弹簧常量过小时，固有频率降低而无 法进行高速驱动，当弹簧常量过大时，由于致动器位移量而引起的弹簧力 的变化较大，驱动不稳定。

<杆102与致动器2的接触部>

采取杆102与致动器2的接触部中的至少任意一方为曲面的结构。由 此，能够使致动器2抵接在杆102的上表面并施加位移。杆102绕支点部 101旋转。通过该旋转，设置在杆102的前端的柱塞12能够通过致动器2 的位移而上下进行往复动作。

另外，为了减小杆102与致动器2的接触部的滑动阻力，接触面中的 至少任意一方可以具有凹凸形状。即，凹形状和凸形状可以在任意一方。 形成凹凸。

<支点部101与杆102的接触面>

支点部101为圆柱形状。杆102前端部利用凸曲面而与柱塞12的凸 缘平面的作用点109接触。另外，关于杆102的与支点部101接触的部分， 与所抵接的支点部101的曲率半径相比，优选为同等以上的曲率半径的凹 曲面。它们也可以构成为一体的部件结构。需要说明的是，凹部、凸部可 以是相反的关系。

这里，设杆102绕支点部101的旋转中心为支点107，设杆102与致 动器2的接触面为力点108，设杆102按压柱塞12的点为作用点109。

如图5中记载的那样，支点107、力点108、作用点109不存在于同 一直线上，构成三角形。

在图5中，致动器2和柱塞12相对于作为杆102旋转中心的支点107 位于相同方向上，但是，也可以分别位于不同方向上。

重点在于从支点107到力点108的距离L1小于从支点107到作用点 109的距离L2。由此，与致动器2的位移相比，能够更大地放大柱塞12 的位移。

需要说明的是，在致动器2为压电元件的情况下，为了防止拉伸力破 坏压电元件，还能够通过弹性体103赋予压缩载荷的预压。其结果，能够 提高致动器2的驱动可靠性。

<涂布动作>

接着，下面对液体材料的涂布动作进行说明。

(1)液体材料的供给

在柱塞12的前端在填充有液体材料的供给流路52内向上方向移动时， 对喷嘴孔60附近供给液体材料。通过对与供给流路52直接连接的液体材料 的供给罐(未图示)施加0.1～500kPa左右的背压，由此提高液体材料的供 给速度，能够以更短的排出间隔涂布高粘度材料。背压越高，则液体材料 的供给速度越大，另一方面，在含有粒子的膏材料的情况下，固体成分和 液体成分分离成为问题，因此，优选背压为300kPa程度以下。另外，在背 压为300kPa以下也成为从喷嘴孔60渗出液体材料的状态时，喷嘴孔60内的 气液界面(弯液面)不稳定，有时无法进行稳定的液滴排出，因此，与液 体材料和排出条件对应的背压设定不可或缺。

(2)液体的排出

在柱塞12向接近喷嘴孔60的下方向移动时，喷嘴孔60附近的液体压力 上升，液体材料的排出液滴65排出。这里，与柱塞12和外壳30紧密贴合地 设置密封材料104，以使得在柱塞12的上下运动中，喷嘴孔60附近的液体 压力也不会降低。柱塞12的朝向下方向的移动速度越快，则越能够使喷嘴 压力急速上升。因此，能够使从喷嘴孔60在前头飞出的液体材料的排出速 度上升。进而，在开始从喷嘴孔60飞出前头的液体材料后，使柱塞12向上 方向迅速移动，由此，能够使后续的液体材料的排出速度急速降低。由此， 即使是高粘度的液体材料，也能够缩短排出液滴的拉丝，能够稳定地排出 更加微量的排出液滴65。

在图5中，构成为柱塞12前端与供给流路52内的液体材料接触而进行 上下动作，但是，如图7所示，也可以构成为柱塞12前端不直接与液体材 料接触，而在隔板105表面进行上下动作。

图7是图5的液体涂布装置100的变形例的剖视图。柱塞12位于隔板105 的上表面。柱塞12推拉隔板105。

<位移放大机构3的变形例1>

接着，下面对位移放大机构3的变形例进行说明。

图8A是与所述液体涂布装置100相同的基本结构。是为了进行比较 而示出的。这里，如图8B中示出致动器2的不与杆102抵接的一侧的表 面那样，可以设置曲面的轴承106。

通过采用这种结构，在致动器2上未作用短轴方向(在图8A中为左 右方向)的力，能够提高驱动可靠性。

<位移放大机构3的变形例2>

另外，在位移放大机构3中，为了提高柱塞12的位移响应速度并确 定长期连续驱动可靠性，需要减小致动器2、杆102和支点部101、柱塞 12的滑动部的驱动阻力。

因此，如图8C所示，从致动器2的长轴方向观察，使致动器2与杆 102抵接的面和杆102与支点部101抵接的面不重合，由此，能够减小杆 102驱动时受到的反作用力，能够抑制多余的滑动阻力。即，在图8C的 点划线内不包含杆102与支点部101抵接的面。

进而，在滑动面中的任意一方或双方形成0.1μm以上的凹凸或槽，由 此，能够减小接触面积并且减小滑动阻力。

而且，为了减小接触界面的滑动阻力，更加优选涂布固体润滑剂或润 滑脂进行成膜。

<位移放大机构3的变形例3>

图9A中示出柱塞12的位移与时间之间的关系。理想情况下，柱塞12 如理想曲线那样位移是理想的。但是，实际上产生时间的响应延迟，柱塞 12按照实际位移曲线位移。特别是在排出粘性较高的液体材料的情况下， 成为实际位移曲线。在对柱塞12赋予较大位移的情况下，柱塞12的驱动阻 力增大，因此，显著产生该情况。

其主要原因是以下2种。

(1)这是因为，柱塞12的前端越接近喷嘴孔60，则柱塞12的前端的 喷嘴孔60附近的压力越高。

(2)这是因为，伴随着致动器2单体的位移或位移放大倍率的增大， 弹性体103的拉伸力和压缩力增大。

作为其对策，作为实施方式，如图9B所示，优选致动器2与杆102抵接 的面由曲率半径不同的曲面构成。图9B是液体涂布装置100的变形例的剖 视图。

在致动器2的与杆102抵接的面中，在设杆102侧的抵接面为凸曲面 的情况下，优选构成为杆102侧的面的曲率半径小于致动器2侧的面的曲 率半径。另一方面，在设杆102侧的抵接面为凹曲面的情况下，优选构成 为杆102侧的面的曲率半径大于致动器2侧的面的曲率半径。

图9C是液体涂布装置100的变形例的剖视图，是柱塞12的下降开始 时的液体涂布装置100的剖视图。图9D是液体涂布装置100的变形例的 剖视图，是柱塞12的下降结束时的液体涂布装置100的剖视图。如图9C 所示，在柱塞12的下降开始时，致动器2按压杆102的力点与支点107 之间的距离(箭头)比较短，位移放大更大，因此，能够使位移响应的上 升更加高速化。另外，如图9D所示，在柱塞12的下降结束时，致动器2 按压杆102的力点与支点107之间的距离(箭头)比较长，位移放大更小， 因此，能够使柱塞12的按压载荷成为更大的力，不会低于柱塞12的驱动 阻力，能够使位移响应更加高速化。

该情况下，在柱塞12向下方向移动时，通过使箭头的长度变化，由 此能够使位移放大机构3的位移放大倍率逐渐较小地变化。

<位移放大机构3的变形例4>

另外，为了微量排出高粘度液体材料，重点在于以较大的力使柱塞12 高速驱动比较小的位移量。因此，需要将位移放大机构3的位移放大倍率 较小地抑制到必要最小限度，使杆102的质量减少到最小限度进行轻量化。

然而，必须构成为致动器2和弹性体103不会干涉，限制了设计范围。 在弹性体103设置在柱塞12与外壳30之间并通过压缩力进行保持的情况 下也是同样的。

作为其对策的实施方式，图10中示出液体涂布装置100的变形例的 剖视图。如图10所示，构成为相对于柱塞12的位移方向，致动器2的位 移方向具有倾斜θ。大多从1度～90度的范围中选择该倾斜θ，在10～60 度的范围内最有效。需要说明的是，图10是柱塞12的工作前的状态。

在柱塞12进行工作的时点，致动器2的位移方向相对于柱塞12的位 移方向倾斜。

通过采用这种结构，从致动器2的长轴方向观察，致动器2与杆102 抵接的面和杆102与支点部101抵接的面不会重合，而且，能够更小地设 定与致动器2的位移方向正交的方向上的支点107与力点108之间的距离。

在此基础上，致动器2与弹性体103之间的物理距离增大，因此，能 够缩短杆102的长度。

因此，能够使杆102轻量化，能够使杆102和柱塞12等可动部的惯 性矩减小50％～90％左右。

在作用有规定转矩的情况下，位移加速度与惯性矩成反比例，因此， 能够使柱塞12的位移加速度增大到2倍～10倍左右，在微量排出高粘度 液体材料时是有用的。

另外，在图10中，致动器2和柱塞12相对于作为杆102旋转中心的 支点位于相同方向上，但是，也可以分别位于不同方向上。

本发明的液体涂布装置能够高速且稳定地对包含功能性粒子的液体 材料的涂布进行控制。另外，本发明的液体涂布装置能够非接触地以任意 图案在必要部位高速涂布最佳量。

工业实用性

本申请发明的液体涂布装置能够用于长期连续驱动不可或缺的电子 器件制造等工业用途。另外，本申请发明的液体涂布装置优选用作以针对 凹凸面或曲面等立体构造物的3D涂布、多品种少量的电子器件制造中的 生产性提高等为目的而进行任意图案涂布的位移放大机构和具有该位移 放大机构的液体涂布装置。

Claims (11)

1.一种液体涂布装置，其中，

所述液体涂布装置包含：

排出液体材料的喷嘴孔；

对所述喷嘴孔供给液体材料的供给流路；

与所述供给流路内的液体抵接并进行往复的柱塞；

对所述柱塞赋予位移的位移放大机构；以及

对所述位移放大机构赋予位移的致动器，

所述位移放大机构与所述致动器的接触部中的至少任意一方是曲面。

2.根据权利要求1所述的液体涂布装置，其中，

所述液体涂布装置还具有与所述柱塞连结的弹性体。

3.根据权利要求1所述的液体涂布装置，其中，

所述位移放大机构具有杆部和支点部。

4.根据权利要求3所述的液体涂布装置，其中，

所述支点部具有曲面。

5.根据权利要求1所述的液体涂布装置，其中，

支点、力点以及作用点具有不存在于同一直线上的位置关系，

所述支点为所述杆部绕所述支点部的旋转中心，所述力点为所述杆部与所述致动器的接触面，所述作用点为所述杆部与所述柱塞的接触面。

6.根据权利要求1所述的液体涂布装置，其中，

所述位移放大机构与所述致动器的接触面中的至少任意一方具有凹凸形状。

7.根据权利要求1所述的液体涂布装置，其中，

在所述位移放大机构与所述致动器的接触面中，所述位移放大机构侧的所述接触面的曲率半径和所述致动器侧的所述接触面的曲率半径不同。

8.根据权利要求7所述的液体涂布装置，其中，

所述位移放大机构侧的所述接触面的曲率半径小于所述致动器侧的所述接触面的曲率半径。

9.根据权利要求1所述的液体涂布装置，其中，

根据所述柱塞的动作位置，所述位移放大机构与所述致动器的接触点的位置变化。

10.根据权利要求1所述的液体涂布装置，其中，

所述致动器的位移方向相对于所述柱塞的位移方向而具有倾斜。

11.根据权利要求1所述的液体涂布装置，其中，

所述致动器使用压电元件。