JP2002301414A

JP2002301414A - 流体吐出方法及び流体吐出装置

Info

Publication number: JP2002301414A
Application number: JP2001110945A
Authority: JP
Inventors: Teruo Maruyama; 照雄丸山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-04-10
Filing date: 2001-04-10
Publication date: 2002-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】電子部品、家電製品などの分野における生産
工程において、接着剤、クリーンハンダ、蛍光体、グリ
ース、ペイント、ホットメルト、薬品、食品などの各種
液体を、間欠、連続を問わず高速かつ高精度に定量吐出
・供給する。【解決手段】狭い隙間を保って隙間方向に相対移動す
る２面間に流体を供給する流体補給手段を有し、かつ前
記相対移動面の隙間の変動分の振幅をΔｈ(mm)、前記隙
間の大きさの中心値をh₀(mm),流体の粘度をμ(kgsec/mm
²)、前記相対移動面の外周部の平均半径をr₀(mm)、前記
吐出口開口部の平均半径をr_i(mm)、前記相対移動面の外
周部と前記吐出口間の流体抵抗をRｐ(kgsec/mm⁵)、前記
吐出口の流体抵抗をRn(kgsec/mm⁵)としたとき、【式１】上式で表現される１ドット当たりの吐出量Qs(mm³)を、
上記振幅Δｈの選択で管理する流体吐出方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、情報・精密機器、
工作機械、ＦＡなどの分野、あるいは半導体、液晶、デ
ィスプレイ、表面実装などの様々な生産行程で必要とさ
れる微少流量の流体吐出方法および流体吐出装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】機械加工における加工精度はミクロンか
らサブミクロンのオーダーに入りつつある。半導体・電
子部品の分野では、サブミクロン加工は普通であるが、
メカトロニクスと共に進歩している機械加工の分野で
も、超精密加工に対する需要が急増している。近年、超
精密加工技術の導入と共に、超磁歪素子、圧電素子で代
表される電磁歪素子がマイクロ・アクチュエータとして
適用されるようになっている。

【０００３】この電磁歪素子を流体圧力の発生源として
利用することにより、微少量の液滴を高速で噴射させる
噴射装置が様々な分野で用いられている。

【０００４】図２１は、インクジェット記録装置におけ
るヘッド部の従来例（特開平11-10866号）を示すもの
で、４０１は基台、４０２は振動板、４０３は積層型圧
電素子、４０４はインク室、４０５は共通インク室、４
０６はインク流路、４０７はノズルプレート、４０８は
吐出ノズルである。

【０００５】圧力印加手段である圧電素子４０３に電圧
を加えると、圧電素子４０３は振動板４０２を厚み方向
に変形させ、インク室４０４の容積が減少する。

【０００６】流体が圧縮されてインク室の圧力が上昇す
るため、流体の一部はインク通路を通過して共通インク
室４０５側に逆流するが、残り分はノズル４０８から大
気に放出される。

【０００７】超磁歪素子を用いて、任意の1個の液滴を
噴射する方法が、たとえば特開2000-167467号に開示さ
れている。

【０００８】図２２において、５０２はガラスパイプ、
ステンレスパイプ等の非磁性材質からなるシリンダであ
る。このシリンダ５０２の端部に液体の貯留部５０３と
微細な噴射口を有した噴射ノズル５０４が形成されてい
る。

【０００９】シリンダ５０２の内部には、棒状を成した
超磁歪材料からなるアクチュエータ５０５が移動可能に
収納されている。噴射ノズル５０４に向くアクチュエー
タ５０５の端部にピストン５０６が離接可能に設けられ
ている。

【００１０】アクチュエータ５０５の他端部と端部のス
トッパ５０７の間には、スプリング５０８を介在させて
アクチュエータ５０５をスプリング５０８により前進す
るように付勢されている。また、シリンダ５０２の外周
部のピストンに近い位置に、コイル５０９が巻成されて
いる。

【００１１】上記構成からなる噴射装置において、該コ
イル５０９に電流を瞬間的に流すことにより、前記超磁
歪材料に瞬間磁界を作用させて超磁歪材料の軸端部に弾
性波による瞬時の過渡的変位を発生させる。その作用に
より、シリンダ内に充填した液体を微少な1個の液滴と
してノズルから噴射できる、としている。

【００１２】従来、液体吐出装置として、図２３に示す
様なエアパルス方式によるディスペンサーが広く用いら
れており、例えば「自動化技術′９３．２５巻７号」等
にその技術が紹介されている。

【００１３】この方式によるディスペンサーは、定圧源
から供給される定量の空気を容器６００（シリンダ）の
内部６０１にパルス的に印加させ、シリンダ６００内の
圧力の上昇分に対応する一定量の液体をノズル６０２か
ら吐出させるものである。

【００１４】近年益々高精度化、超微細化していく回路
形成の分野、あるいはＰＤＰ，ＣＲＴなどの映像管の電
極とリブ、蛍光面形成、液晶、光ディスクなどの製造行
程の分野において、微細塗布すべき流体のほとんどは高
粘度の粉流体である。

【００１５】この微細な微粒子を含む粉流体を、高速・
高精度で、流路の目詰まりなく、高い信頼性のもとで、
対象の基板上にいかにして塗布できるかが最大の課題で
ある。

【００１６】たとえばＰＤＰ，ＣＲＴなどの映像管の蛍
光体塗布の場合、微粒子の粒径は通常７〜９μｍであ
り、その比重量は４．０〜５．０ｋｇ／ｍ³程度であ
る。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】この蛍光体を、従来か
ら回路実装などの分野で用いられるエアーノズル式のデ
ィスペンサーを用いて、映像管に塗布する試みが従来か
らなされている。エアーノズル式の場合、高粘度流体を
高速で連続塗布させるのは困難なため、微粒子は低粘度
の流体で希釈して塗布される。しかしこの場合、粒子単
体の重さゆえに、流体の流動が止まると微粒子はたちま
ち流路内部で堆積してしまうという問題点があった。

【００１８】また、前述した圧電材料、超磁歪材料を駆
動源とする吐出装置は、元来低粘度で粉体を含まない流
体の塗布を対象としており、高粘度流体・粉流体の塗布
プロセスに係る上記課題に応えることは困難であった。

【００１９】微少流量塗布に係る近年の様々な要求に応
えるために、本発明者は、ピストンとシリンダの間に相
対的な直線運動と回転運動を与えると共に、回転運動に
より流体の輸送手段を与え、直線運動を用いて固定側と
回転側の相対的なギャップを変化させ、吐出量を制御す
る塗布方法を提案し、「流体供給装置及び流体供給方
法」として出願中（特願2000-188899号）である。

【００２０】本発明は上記提案を間欠塗布に限定して厳
密な理論解析を行ない、その結果を基にポンプ性能を向
上させる具体的な構成条件を見出すと共に、さらなる構
造の簡素化を図る方法を提供するものである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の流体吐出方法
は、狭い隙間を保って隙間方向に相対移動する２面と、
この２面間に流体を供給する流体補給手段と、前記相対
移動面のいずれかに設けられた吐出口より構成される流
体吐出装置を用いた流体吐出方法において、前記相対移
動面の隙間の変動分の振幅をΔｈ(mm)、前記隙間の大き
さの中心値をh₀(mm)、前記相対移動面の外周部の平均半
径をr₀(mm)、前記吐出口開口部の平均半径をr_i(mm)、流
体の粘性係数をμ(kgsec/mm²)、前記相対移動面の外周
部と前記吐出口開口部間の流体抵抗をRｐ(kgsec/mm⁵)、
前記吐出口の流体抵抗をRn(kgsec/mm⁵)としたとき、

【００２２】

【式５】

【００２３】として、上式で概略表現される１ドット当
たりの吐出量Qs(mm³)を、上記振幅Δｈの選択で管理で
きる。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施例を示
すモデル図である。１はピストンであり、ハウジング２
に対して軸方向に移動可能に収納されている。３はピス
トン１の外周部を収納するスリーブであり、固定側であ
るハウジング２に対して回転方向に移動可能に収納され
ている。

【００２５】ピストン１は軸方向駆動手段（矢印４）に
より、またスリーブ３は回転伝達手段（矢印５）により
駆動される。６はスリーブ３とハウジング２の相対移動
面に形成されたねじ溝（黒く塗りつぶした部分）、７は
流体の吸入口である。８はピストン１の端面、９はその
固定側対向面、１０は固定側対向面９の中央部に形成さ
れた吐出ノズル、１１は固定側対向面９に形成された吐
出ノズル１０の開口部である。ピストン端面８と固定側
対向面９が隙間方向に相対移動する２面となる。

【００２６】１２はスリーブ３とハウジング２の間に供
給された塗布流体である。１３はねじ溝３の下端部とハ
ウジング２の間に形成されたポンプ室端部（ピストン外
周部）であり、このポンプ室端部１３内には流体補給手
段であるねじ溝ポンプにより常時流体が供給される。

【００２７】軸方向駆動手段４（具体構造は図示せず）
は、ピストン１とハウジング２の間に設けられており、
両部材１，２間の軸方向相対位置に変化を与える。この
軸方向駆動手段４によって、ピストン端面８とその対向
面９間の隙間ｈを変化させることができる。

【００２８】隙間ｈを周波数ｆ（＝ω/２π）で変化さ
せると、ｈの平均値をたとえば数十ミクロンのオーダー
に設定した場合、粘性流体のスクイーズ効果によって、
ピストン端面８とその対向面９間の間隙部に正圧と負圧
が交互に発生する。この間隙部をスクイーズポンプ部１
４、またねじ溝とハウジング２で形成される間隙部をポ
ンプ室１６と呼ぶことにする。ピストン端面８の中央部
で、１５に位置する部分を吐出ノズル１０の上流側とす
る。本発明は、このスクイーズ効果を利用することによ
り、流体を高速で間欠塗布させることができるという着
想に基づくものである。

【００２９】[1] 理論解析（１）基礎式の導出さて本発明の原理と効果を明らかにするために、スクイ
ーズポンプ（仮称）の基礎式を導出する。

【００３０】対向して配置された平面間の狭い隙間に粘
性流体が介在し、かつその隙間の間隔が時間と共に変化
する場合の流体圧力は、スクイーズ作用（Squeeze acti
on）の項を持つ次の極座標におけるReynolds方程式を解
くことにより得られる。

【００３１】

【式７】

【００３２】（１）式において、Pは圧力、μは流体の
粘性係数、ｈは対向面間の隙間、ｒは半径方向位置、ｔ
は時間である。また右辺が、隙間が変化するときに発生
するスクイーズアクション効果をもたらす項である。図
２に、スクイーズポンプ部の寸法関係を示す。

【００３３】

【式８】

【００３４】として、(1)式の両辺を２度積分する。圧
力と流量の境界条件から未定定数C₁、C₂を求める求める
詳細な手順は省略するが、半径方向位置ｒの圧力は、

【００３５】

【式９】

【００３６】但し、

【００３７】

【式１０】

【００３８】吐出ノズルの開口部：r=ri（図１の１５）
において、Pi=A+BQiとする。吐出ノズルの流体抵抗をRn
すれば、吐出ノズルを通過する流量はQn=Pi/Rnである。
流れの連続性からQi=Qnであり、吐出ノズルの開口部の
圧力Piが次のように求まる。

【００３９】

【式１１】

【００４０】吐出ノズルのノズル半径をsr、ノズル長さ
をslとおくと、吐出ノズル抵抗は

【００４１】

【式１２】

【００４２】また、Rpは吐出ノズルの開口部（図１の１
５）とピストン外周部（図１のポンプ室端部１３）の間
の流体抵抗である。

【００４３】

【式１３】

【００４４】ピストン端面とその対向面の隙間を、h=h₀
+Δhsinωtで振動させる。h₀≫Δhとすれば、圧力の変
動成分は、

【００４５】

【式１４】

【００４６】この圧力変動による流量は(6)式を用い
て、ΔQi=Δpi/Rnである。理論的には

【００４７】

【式１５】

【００４８】のときに流体は吐出するが、実際の圧力は
0気圧以下にはならないことを考慮すると、１周期（0≦
θ≦2π）における吐出区間はπ/2≦θ≦3π/2である。
したがって、１ドット当たりの総吐出量Ｑｓは

【００４９】

【式１６】

【００５０】（２）解析結果図３及び図４に、下記表１の条件下で求めた時間に対す
る吐出ノズルの開口部（図１の１５）の圧力特性と、吐
出ノズルの流量特性を示す。

【００５１】吐出ノズル上流側圧力は高圧の正圧と負圧
を交互に繰り返す急峻な圧力波形となる。この圧力は、
前述したように、流体軸受の動圧効果の一種であるスク
イーズアクション作用によるものである。厳密な数値解
析の結果では、実施例の条件下では、吐出ノズル上流側
１５とポンプ室端部１３間で、P=100〜200Kg/cm²の極め
て大きな圧力が発生する。但し実際には、気泡の発生
などにより負圧は０気圧(Pi=-0.01kg/mm²)以下にはなら
ないため、吐出ノズル内にある流体の逆流分は僅少であ
る。この圧力波形により、切れ味のよい、粒径の均一な
間欠塗布が実現できる。

【００５２】通常、吐出ヘッドと基板を相対的に移動さ
せながら、基板上に流体塊を連打する場合い。本ディス
ペンサーでは、塗布開始の直前に負圧となり、その直後
急峻な正圧が発生し、再び負圧となる。この負圧の発生
により、吐出ノズル先端の流体は再びノズル内部へ吸引
され、基板上の流体と分離する。

【００５３】すなわち、負圧→急峻な正圧→負圧のサイ
クルにより、極めて切れ味のよい間欠塗布が実現できる
のである。

【００５４】

【表１】

【００５５】[２]本ディスペンサーの特徴（１）吐出量精度と粘度、塗布時間の関係粘度依存性上記（７）式において、流体抵抗Rn,Rpは粘度μに比例
するために、（７）式の分母・分子の粘度μはキャンセ
ルされる。したがって、本ディスペンサーの吐出量は粘
度に依存しない。通常、流体の粘度は温度に対して対数
的に大きく変化する。その温度変化に対して鈍感である
という点は、塗布システムを構成する上で極めて有利な
特徴となる。

【００５６】塗布時間依存性図４は、ドット打ちの周期が異なる場合の吐出流量特性
を比較したものである。周期Ts＝0.01秒とTs＝0.02秒の
比較から、本ディスペンサーの総吐出量Ｑｓは塗布時間
に依存しないことがわかる。この理由は、スクイーズ発
生圧力がピストンの速度に比例するからで、たとえば塗
布時間が短くなれば発生圧力と流量も増加し、その流量
の時間積分値は不変となるからである。

【００５７】（２）吐出量精度をさらに向上させる方法
について等価電気回路モデル（６）式で表現されるスクイーズポンプの圧力と負荷抵
抗の関係を、等価電気回路モデルで表すと、図５によう
になる。

【００５８】すなわち、ΔPsを圧力源として、内部抵抗
Rpと外部抵抗Rnがシリーズに連結された形となる。ここ
で、Rp≫Rnとなるように設定できたとすれば、(７)式は

【００５９】

【式１７】

【００６０】（８）式から総吐出量Ｑｓは、ピストン端
面間のギャップh₀（振動の中心位置）、吐出ノズル抵抗
Rnにも依存せず、ピストンの振幅Δhのみで決まること
になる。

【００６１】逆に、Rp≪Rnとなるように設定したとすれ
ば、(７)式は

【００６２】

【式１８】

【００６３】この場合は、総吐出量Ｑｓは、ピストン端
面間のギャップh₀と、吐出ノズル抵抗Rnの影響を大き
く受けてしまうことが分かる。

【００６４】吐出ノズル抵抗の変化の影響を受けにく
い条件図６は、スクイーズポンプの内部抵抗：Rpをパラメータ
として、１ドット当りの総吐出量と吐出ノズル抵抗の関
係（下記表２のa〜e）を求めたものである。

【００６５】

【表２】

【００６６】Rpは、ピストン端面間のギャップh₀（５式
をh=h₀とおく）を変化させて設定した。

【００６７】図６を用いて、吐出ノズル抵抗がRn=0.012
から0.006kgsec/mm⁵まで変化した場合について総吐出
量の変動量ΔQsを求めた。さらに変動率：ξ=(ΔQs/Qs
0）×100を求める。但しQs0はRn=0.009kgsec/cm⁵のと
きの値である。吐出ノズル抵抗Rnが1/2に低減するとい
うことは、（４）式から吐出ノズル抵抗はノズル内径の
４乗に逆比例するため、ノズル内径が２割弱増大したや
や極端な場合に相当する。

【００６８】たとえばパラメータeのときは、ピストン
の振動の中心値h₀=50μmの場合である。このときは、
スクイーズポンプの内部抵抗：Rpと吐出ノズル抵抗：Rn
は同オーダー（Rp/Rn=1.06）となり、総吐出量の変動
率：ξ=33％である。

【００６９】パラメータａのときは、Rp/Rn=132の場合
であり、変動率は僅少となり、ξ=0.5％である。

【００７０】Rp/Rnの設定について図７は下記表３の条件下で、ほぼ同一流量で塗布したと
きの、１ドット当りの総吐出量と吐出ノズル抵抗の関係
を比較したものである。

【００７１】条件（イ）で塗布したときの、条件（ロ）
に対する優位性は明らかである。条件（イ）の場合、吐
出ノズル抵抗が変化しても、吐出量はほとんどその影響
を受けず、一定値を保つことが分かる。

【００７２】

【表３】

【００７３】図８は、総吐出量の変動率：ξと内部抵抗
とノズル抵抗の比：Rp/Rnの関係を、表２を用いて整理
したものである。Rp/Rn≒5の近傍で変動率：ξが大幅に
低下する変曲点があるため、パラメータa〜eのみを記
す。

【００７４】さて本ディスペンサーを用いて、様々な条
件下で実証実験を行なった。

【００７５】通常のプロセスでは、吐出ノズル抵抗が1/
2倍に低減（ノズル内径が２割増加）するケースは少な
く、吐出ノズル抵抗はせいぜい２割程度の低減（ノズル
内径が約5％増加）見込めば十分であった。したがっ
て、総吐出量の変動量ΔQsは小さくなり、ΔQs→ΔQs×
(0.009×1.2-0.009)/0.006=ΔQs×0.3となる。この場
合、表２及び図８の総吐出量の変動率：ξの数値を0.3
倍して評価すればよい。ノズル内径が約5％増加すると
いうことは、エアー式の場合、後述する１０式により変
動率：ξ=21％である。

【００７６】要約すれば、実用的にはRp/Rn＞0.5に設定
すれば、総吐出量の十分に高い精度を保つことができ
た。

【００７７】さらに、Rp/Rn＞２に設定すると、吐出ノ
ズル抵抗の変化に対して、総吐出量の変動率：ξを一層
小さく押さえられることもわかった。

【００７８】変曲点以下：Rp/Rn＞5になれば、ほとんど
理想的なディスペンサーが実現できる。

【００７９】従来インクジェット方式との違いについ
て従来のインクジェット方式（図２１）は、積層型の圧電
素子４０３をアクチュエータとして、振動板４０２を変
形させてインク室４０４の容積を減少させることによ
り、流体を吐出する作用を与えるものであった。

【００８０】スクイーズ効果を用いて、大きな正圧を発
生させる本発明との違いは明らかであり、たとえば図２
１において、インク室４０４内では、吐出ノズル４０８
以外に流体抵抗に相当するものが無く、本発明の内部抵
抗に相当する部分：Rp≒0（すなわちRp/Rn≒0）であ
る。

【００８１】上記理論解析の結果から、従来のディスペ
ンサーにはない様々な特徴が明らかとなった。要約すれ
ば、１ドット当たりの総吐出量Ｑｓは、ピストンの振動振
幅Δhに比例する。

【００８２】総吐出量Ｑｓは塗布流体の粘度、塗布時
間の影響を受けない。

【００８３】総吐出量Ｑｓが吐出ノズル抵抗、ピスト
ン端面間ギャップ（振動中心絶対位置h0）の影響を受け
ない設定も可能である。

【００８４】１ドット当たりの総吐出量Ｑｓが、温度に
依存して大きく変化する流体粘度の影響を受けず、変位
センサーの振動振幅の出力値のみで管理できるという点
は、本ディスペンサーの従来方式にない特徴である。

【００８５】また総吐出量Ｑｓが吐出ノズル抵抗の影響
を受けない設定ができるという点は、スクイーズ効果を
利用した本塗布方式によるディスペンサーが、「定容量
型のポンプ特性」を持つがゆえに得られる特徴である。
そして、「定容量型」にできる理由は、本ディスペンサ
ーが流路内に、狭い隙間を保って隙間方向に相対移動す
る２面（スクイーズポンプ部分１４）を有し、この部分
が圧力の発生源になると同時に、吐出ノズルに繋がる流
路の大きな内部抵抗Rpとなるからである。

【００８６】この大きな内部抵抗Rpは、吸入側への逆流
を防止する「逆止弁」の効果を兼ねている。

【００８７】さて、吐出ノズルの抵抗Rnは、ノズル先端
と塗布面の間のギャップによって変化する。もし塗布面
にうねりがあれば、吐出量が吐出ノズル抵抗Rnの影響を
受けやすいディスペンサー程、塗布量にばらつきが生じ
る。

【００８８】ちなみに、従来のエアー式ディスペンサー
の１ドット当たりの総吐出量Ｑｓは次式から得られる。

【００８９】

【式１９】

【００９０】（１0）式において、Ps0は供給源圧力、sr
は吐出ノズルのノズル半径、slはノズル長さ、Δｔは塗
布時間、μは塗布流体の粘性係数である。

【００９１】（１0）式と（８）式を比較すれば、本発
明からなるディスペンサーの優位性は明らかである。エ
アー式の場合、総吐出量Ｑｓは供給源圧力Ps0と粘度μ
の変動と塗布時間Δｔの影響を受ける。したがってエア
ー式の場合は、粘度を一定にするための厳密な温度管理
と塗布時間Δｔの制御が必要である。

【００９２】また、たとえば蛍光体をＰＤＰ，ＣＲＴな
どの蛍光面に塗布する場合、微粉体が吐出ノズルを通過
する際にノズル内面を磨耗させ、長時間使用後、ノズル
内径を増大させる。ノズル抵抗はノズル内径の４乗に比
例するため、従来のエアー式を用いた場合、僅かな内径
の増大が吐出流量に多大な影響を与えてしまうなどの問
題点があった。本発明のディスペンサーの適用により、
この問題点は解消される。

【００９３】（３）吐出量を安定化する条件についてさて本ディスペンサーを用いて、1秒あたりｎ個のドッ
トを対向面上に打つとすれば、平均吐出流量Ｑsmは

【００９４】

【式２０】

【００９５】本ディスペンサーの流体の供給源側は、外
部に放出される上記吐出量を補うべくスクイーズポンプ
側に流体を供給する必要がある。マクロ的にみれば本デ
ィスペンサーの流路を通過する流体の流れは、吐出ノズ
ル１０に向かって一方向である。もし供給源側からの流
量が不足すれば、ピストン端面とその対向面間の空間
（スクイーズポンプ部１４）に流体が充填できず、スク
イーズポンプは「空打ち」となるからである。

【００９６】図９に、時間に対するピストン変位曲線の
一例を示す。ピストンの軸方向駆動に電磁歪素子を用い
た場合、その応答性の良さを活かして、図９で示すよう
なパルス波形による駆動ができる。ここでピストンが降
下した位置にあるときの時間をTp、上昇した位置にある
ときの時間をTgとする。

【００９７】１サイクルの周期をTs(=Tp+Tg), デュテ
ィ比：φ=Tg/Ts、「流体補給手段」であるねじ溝ポンプ
の最大輸送量をQgmaxとする。ねじ溝ポンプが供給でき
る平均流量は、Qgmax×φである。したがって、本ディ
スペンサーが「空打ち」することなく、理想的に機能す
る必要条件は、

【００９８】

【式２１】

【００９９】（12）式からデュティ比：φが大きい程、
ねじ溝ポンプの最大輸送量をQgmaxは小さくできること
がわかる。

【０１００】但し実験の結果、必ずしも上記１２式が成
立しなくてもディスペンサーとしての機能は満足するこ
とができた。この場合、平均吐出流量Ｑsmあるいは１ド
ット当りの総吐出量Ｑｓが、ピストンの振幅Δｈと単位
時間当たりの塗布回数ｎに比例するという線形関係は成
立しなくなる。すなわち、振幅Δｈと塗布回数ｎを変え
ながら、塗布量を調節するというデリケートな制御は困
難になる。

【０１０１】しかし、塗布量が一定の固定された条件下
での塗布プロセスならば、理想的な必要流量の２割程度
に設定し、すなわちQgmax＞0.2×Qsm/φとすれば、実用
的には満足のいく塗布ができた。

【０１０２】図９は,下記表４の条件下で求めたねじ溝
ポンプの流量と圧力の関係を示すグラフである。

【０１０３】

【表４】

【０１０４】ここで圧力とは、ねじ溝ポンプの下端部１
３の圧力P₂(=P₀)と吸入口７近傍圧力P₁の差圧(= P₂-
P₁)として定義する。ねじ溝ポンプが最も大きな流量を
輸送できるときは、差圧が最小のとき、すなわち、ピス
トン１が上昇し、ねじ溝３の下端部１３の圧力が0気圧
（P₂＝−0.01kg/mm²）のときである。したがって、ポン
プの最大輸送量Qgmaxは、たとえば、図１０のグラフに
おいてP=−0.01kg/mm²のときの流量：Qgmax=83 mm³/se
cである。

【０１０５】なを本発明における流体補給手段としての
ポンプの形態は、ねじ溝式に限らず他の方式のポンプも
適用可能である。たとえば、スネイクポンプと呼ばれる
モーノ式、ギヤ式、ツインスクリュウ式、シリンジ式ポ
ンプなどが適用できる。あるいは、流体を高圧エアーで
加圧するだけのポンプでもよい。つまり、吐出流量が少
なくてもよい場合は、流体をポンプ室へ供給する手段さ
えあれば、スリーブを回転させる手段も不要であり、ま
たスリーブも省略してよい。

【０１０６】ポンプの最大輸送量Qgmaxは通常は理論的
に求められる場合が多いが、もしそれが困難な場合は、
図10のグラフに相当する圧力・流量特性を実験的に求め
てもよい。

【０１０７】（４）吐出圧力と流量を最大化する条件以上の解析結果は、吐出口開口部の平均半径を一定（r_i
=1.5mm)として、求めたものであった。ここで、Reynold
s方程式（１）から導出した１ドット当りの総吐出量Ｑ
ｓを求める基礎式（７）に再度立ち返り考察する。前述
したように、スクイーズポンプの圧力と負荷抵抗の関係
を、等価電気回路モデル（図５）で表すと、ΔPiを圧力
発生源として、内部抵抗Rpと外部抵抗Rnがシリーズに連
結された形となった。すなわち、Qi=ΔPi/(Rp+Rn)であ
る。もし、吐出口開口部の平均半径r_i→0とすれば、圧
力発生源ΔPiも増大するが、内部抵抗Rpもまた増大し流
量を抑制する。すなわち、総吐出量Ｑiを最大にするピ
ストンの最適な内外径の比：Ri/R0の存在が予想され
る。

【０１０８】図１１は、表１の条件下で、吐出ノズルの
内径riをパラメータとして、Ri/R0に対する吐出圧力｜
ΔPi｜を求めたものである。Ri/R0=0.2の近傍で吐出圧
力の振幅：｜ΔPi｜は最大値を持つことがわかる。

【０１０９】図１２は、同様に吐出ノズルの内径di(=2
×ri)をパラメータとして、１ドット当たりの総吐出量
Ｑｓを求めたものである。0.1<Ri/R0≦0.2の範囲で、総
吐出量Ｑｓは最大値を持つが、吐出ノズルの内径がdi≧
0.3ｍｍになると、Ｑｓの値はほとんど変わらなくな
る。この理由は、吐出ノズル内径diで決まる吐出ノズル
抵抗Rnが、内部抵抗Rpと比べて十分に小さく、総吐出量
の変動率：ξが僅少となるからである。di≦0.25となる
と、吐出抵抗の変動に対して高い流量精度を保つ条件：
Rp≧Rnからずれてくるために、総吐出量Ｑｓは大きく低
下する。

【０１１０】しかしいずれの場合でも、0.1<Ri/R0<0.3
の範囲でRiとR0を設定すれば、十分に大きな流量を得る
ことができる。

【０１１１】（５）その他の補足説明流体抵抗Rp,Rnは通常よく知られた理論式（例えば式
４、式５）から求められるが、形状が複雑ならば数値解
析を用いるか、あるいは実験的に求めても良い。内径に
対して絞り部分長さが短いオリフィスの場合は、線形抵
抗の式（例えば式４）が成り立たなくなるが、この場合
は動作点を中心に線形化して、見かけの流体抵抗とすれ
ばよい。

【０１１２】スクイーズポンプを構成するピストンとそ
の対向面の形状は、円形でなくてもよい。もし本発明
を、たとえばインクジェットプリンタとして適用する場
合は、ピストンは長方形の形状でもよい。この場合は、
等価な面積を持つ円の半径を平均半径とする。

【０１１３】微少流量を扱う本実施例のポンプでは、ピ
ストンのストロークは、大きくとも数十ミクロンのオー
ダでよく、超磁歪素子、圧電素子などの電磁歪素子を用
いても、ストロークの限界は問題とならない。

【０１１４】また、高粘度流体を吐出させる場合、スク
イーズ作用によって大きな吐出圧の発生が予想される。
この場合、ピストンを駆動する軸方向駆動手段には高い
流体圧に抗する大きな推力が要求されるため、数百〜数
千Ｎの力が容易に出せる電磁歪型アクチェータの適用が
好ましい。電磁歪素子は、数MHz以上の周波数応答性を
持っているため、ピストンを高い応答性で直線運動させ
ることができる。そのため、高粘度流体の吐出量を高い
レスポンスで高精度に制御できる。

【０１１５】スクイーズ効果による発生圧力と流量は、
式６あるいは図２、図３のグラフからわかるように、ピ
ストン端面とその対向面間隙間の変位入力：h=h₀+Δhsi
nωtに対して、位相がΔθ＝π／２だけ進んだ波形とな
る。すなわち、ピストンが下降中（dh/dt<0）の区間で
流体が吐出される。たとえば、塗布対象の基板をステー
ジで移動させながら間欠塗布する場合、塗布個所に照準
を合わせて高い位置精度で塗布すためには、ピストン隙
間の変位入力信号hに対して、位相がΔθ＝π／２進ん
で塗布されることを考慮して、ステージと変位入力信号
hのタイミングを合わせればよい。たとえば、ピストン
が上昇中にステージを移動させ、停止後、ピストンを下
降させて対象の基板に塗布すればよい。

【０１１６】ピストンを高い周波数で駆動させる程、間
欠塗布は限りなく連続塗布に近づいていく。この場合、
単位時間当たりの塗布回数をｎ（１／sec）としたと
き、（１１）式により、塗布回数ｎを設定して平均吐出
量Qsmを管理できる。

【０１１７】また、吐出側に時間遅れ要素として、小径
で長いパイプを装着し、その先端に吐出ノズルを設ける
ような構成にすれば、擬似連続化はさらに低い周波数で
も可能である（図示せず）。

【０１１８】実施例では、スリーブ３を回転自在、ピス
トン１を軸方向に移動可能に構成した。既提案（特願20
00-188899号）のように、スリーブとピストンを一体化
して、モータと超磁歪素子による回転運動と直線運動の
複合アクチュエータ構造として、本発明を適用してもよ
い。本発明が開示した理論解析による知見は、上記既提
案では言及していない内容である。

【０１１９】図１３(イ)(ロ)は本発明の第2の実施例を
示すもので、スリーブの吐出側端面とその対抗面との間
の相対移動面に動圧シールを形成することにより、間欠
塗布が行なわれない状態、すなわちピストンが静止した
状態では、吐出ノズルからの流体の流出を遮蔽する効果
をもたせた例である。

【０１２０】図１３(イ)において、５１はピストン、５
２はハウジング、５３はスリーブである。ピストン５１
は軸方向駆動手段（矢印５４）により、またスリーブ５
３は回転伝達手段（矢印５５）により駆動される点は、
第１の実施例と同様である。５６はねじ溝、５７は流体
の吸入口、５８はピストン５１の端面、５９はその固定
側対向面、６０は吐出ノズル、６１は吐出ノズル６０の
開口部、６２は塗布流体、６３はポンプ室端部、６４は
スクイーズポンプ部である。また６５に位置する部分を
吐出ノズル６０の上流側とする。ねじ溝５６とハウジン
グ５２で形成される間隙部をポンプ室６８とする。

【０１２１】図１３(ロ)において、６６はスリーブ５３
の吐出側端面６７とその対抗面６８との間の相対移動面
に形成された、スラスト動圧シール（黒く塗りつぶした
部分は溝部）である。スリーブの吐出側端面６７とその
対抗面６８の間隙δは十分に狭く、実施例ではδ＝２０
μmに設定した。このスラスト動圧シール６６によっ
て、前記スリーブの吐出側端面６７とその対向面の間に
は、流体を常に遠心方向に圧送するポンピング圧力が発
生している。

【０１２２】

【表５】

【０１２３】（１）間欠塗布がOFFの状態この場合は、スリーブ５３は回転状態を保っているが、
ピストン５１は停止（h=h₀）している。このときねじ溝
５６により、ポンプ室端部６３内の流体は吐出側に圧送
する作用を受けている。しかし、前記スリーブの吐出側
端面とその対向面間にも、スラスト動圧シール６６によ
って流体を遠心方向に圧送するポンピング圧力が発生し
ているため、流体の吐出ノズル６０側への流出は遮断さ
れる。

【０１２４】図１４における曲線（イ）は、上記表５の
条件下におけるスラスト動圧シールのシール圧力と隙間
の関係の一例を示すものである。

【０１２５】この特性はスラスト面の外径、溝深さ、ス
パイラル角度、溝（グルーブ）と山（リッジ）の比、回
転数、粘度等によって任意に選定できる。実施例では、
間隙δ＝２０μm のときには、Ps=0.2kg/mm²以上のシー
ル圧力が発生するように、上記パラメータを設定した。

【０１２６】一方前述したように、ねじ溝ポンプの圧力
と流量の関係も同様なパラメータによって選定できる。
実施例では輸送量Qg=0のとき、発生圧力Pr=0.2kg/mm²
となるように、溝形状、外径等を設定した。したがっ
て、ピストン５１が停止した状態では、流体の吐出は遮
断される。

【０１２７】（２）間欠塗布がONの状態ピストン端面とその対向面の隙間を、たとえば、h=h₀+
Δhsinωtで振動させる。すると、スクイーズポンプ部
６４には、前述したように、極めて大きな正圧と負圧が
交互に発生する。スクイーズポンプ部６４の容積が増大
する負圧発生時には、そのスクイーズポンプ部６４と近
接して隣合わせにあるスラスト動圧シール６６の効用が
なくなり、シール部６６の圧力が大きく降下する。

【０１２８】その結果、ねじ溝５６のポンピング作用に
より、流体はシール部６６を経由して、スクイーズポン
プ部６４に流入する。すなわち、ピストン５１が上昇す
るdh/dt＞0の区間で、流体補給手段であるねじ溝から流
体の供給を受ける。ピストン５１が下降するdh/dt＜0の
区間では、動圧シール、ねじ溝ポンプよりもはるかに大
きなスクイーズ圧力の発生により、流体は吐出される。

【０１２９】（３）塗布状態がON→OFF、あるいはOFF→
ONに移行する場合スクイーズ圧力と動圧シールの発生圧力は、時間遅れ要
素を基本的にもたないために、吐出流体はすみやかに遮
断、あるいは吐出開放がなされる。

【０１３０】また吐出ノズル６０の開口部近傍の流体
は、スラスト動圧シール６６によって遠心方向のポンピ
ング作用を受けているために負圧（大気圧以下）とな
る。この効果により、吐出ノズル６０先端に残存してい
た流体は再びポンプ内部に吸引される。その結果、吐出
ノズル６０先端で表面張力による流体魂ができることは
なく、糸引き、洟垂れが解消される。

【０１３１】以上、本発明の第2の実施例について述べ
たが、第１の実施例で導出したスクイーズポンプの基礎
式と、その理論解析結果から得られた知見は、本実施例
と以降説明する他の実施例も含めて、そのまま適用可能
である。

【０１３２】また、本実施例と既提案（特願2000-18889
9号）との違いは、スラスト動圧シール６６を形成した
スリーブ５３を軸方向に移動させず、動圧シール６６の
間隙は常に一定である、という点である。本実施例で
は、スクイーズポンプが動圧シールの発生圧力と比べ
て、はるかに大きな圧力が発生できる、という点を利用
している。ピストンが移動するときのみ、動圧シールと
ねじ溝ポンプの「圧力の均衡条件」を破り、流体が吐出
されるのである。

【０１３３】本実施例の場合の流体抵抗Rpは、吐出ノズ
ル開口部６１とスラスト動圧シールの外周部であるポン
プ室端部６３（相対移動面の外周部）の間の流体抵抗を
示す。このように、ポンプ室から吐出ノズル開口部に至
る流路の間に、狭い隙間（実施例ではδ＝２０μm）を
介在する場合は、ピストン端面の流体抵抗Rp1に,狭い通
路の流体抵抗Rp2を加えたものを流体抵抗Rp（＝Rp1+ Rp
2）と定義する。この場合、吐出量精度を確保すること
を目的として大きなRpを得るためには、スラスト動圧シ
ールの部分の流体抵抗Rp2が十分大きければ、ピストン
端面の隙間を狭くする必要はない。

【０１３４】後述するラジアル動圧シールの場合も同様
で、ラジアル動圧シールの軸方向の流体抵抗をRp2とす
る。また流体補給手段であるねじ溝ポンプ自身に大きな
内部抵抗がある場合、同様にねじ溝ポンプの内部抵抗を
加えて、流体抵抗Rpを求めれば良い。

【０１３５】ピストン５１は直線運動と回転運動の複合
運動をさせる必要がなくなるために、回転する部材に電
力を供給する必要がない。そのため固定側に圧電アクチ
ュエータ等を設置して、ピストン５１を駆動できる。そ
の結果、ディスペンサー本体の全体構成を簡素化でき
る。

【０１３６】また微少粒子が含まれた蛍光体、接着材の
ような粉流体を塗布する場合は、ギャップδの最小値δ
minは微少粒子径φdよりも大きく設定すればよい。

【０１３７】

【式２２】

【０１３８】同一の発生圧力に対して、より大きなギャ
ップを得るためには、回転数を高くするか、スラスト溝
６６の半径を大きくかつ溝深さ、溝角度等に適切な値を
選べば良い。スラスト動圧溝は、図１３（ロ）で示した
スパイラル形状以外に、たとえば、ヘリングボーン（魚
の骨）と呼ばれているものを用いてもよい（図示せ
ず）。

【０１３９】図１５は本発明の第３の実施例を示し、ス
リーブの吐出側外周面とその対抗面との間の相対移動面
にラジアル動圧シールを形成することにより、第２の実
施例同様に、間欠塗布が行なわれない状態では、吐出ノ
ズルからの流体の流出を遮蔽する効果をもたせた例であ
る。

【０１４０】７１はピストン、７２はハウジング、７３
はスリーブである。ピストン７１は軸方向駆動手段（矢
印７４）により、またスリーブ７３は回転伝達手段（矢
印７５）により駆動される点は、第１、２の実施例と同
様である。７６はねじ溝、７７は流体の吸入口、７８は
吐出ノズル、７９は吐出ノズル７８の開口部、８０は塗
布流体、８１はポンプ室、８２はスクイーズポンプ部で
ある。また８３に位置する部分を吐出ノズル７８の上流
側とする。

【０１４１】８４はスリーブ７３の吐出側の外周面とそ
の対抗面との間の相対移動面に形成された、ラジアル動
圧シール（黒く塗りつぶした部分は溝部）である。ねじ
溝ポンプが発生する最大圧力以上のシール圧が得られる
ように、スリーブの外周面とその対抗面の間隙δは十分
に狭く形成した。ピストン７１が停止した状態では、こ
のラジアル動圧シール８４によるポンピング圧力よっ
て、流体の流出が遮断される。

【０１４２】第２の実施例では、スリーブの端面に動圧
シールを形成したため、その端面間の隙間の管理に、部
材の軸方向の熱膨張などの影響を配慮する必要があっ
た。しかし、この実施例では、スリーブの外周部分に動
圧シールを形成しているために、動圧シール圧力を効果
的に発生させるための隙間δの設定が容易となる。

【０１４３】図１６は本発明の第４の実施例を示し、流
体補給手段としてのねじ溝ポンプを省略し、外部に設置
された圧力発生源を利用して、高圧の流体をディスペン
サーに供給したものである。また第３の実施例同様に、
間欠塗布が行なわれない状態では、スリーブの吐出側外
周面とその対抗面との間の相対移動面にラジアル動圧シ
ールを形成することにより、吐出ノズルからの流体の流
出を遮蔽している。

【０１４４】１５１はピストン、１５２はハウジング、
１５３はスリーブである。ピストン１５１は軸方向駆動
手段（矢印１５４）により、またスリーブ１５３は回転
伝達手段（矢印１５５）により駆動される点は、第１〜
３の実施例と同様である。１５６は流体シール、１５７
は流体の吸入口、１５８は吐出ノズル、１５９は吐出ノ
ズル１５８の開口部、１６０は塗布流体、１６１はポン
プ室、１６２はスクイーズポンプ部である。また１６３
に位置する部分を吐出ノズル１５８の上流側とする。

【０１４５】１６４はスリーブ１６３の吐出側の外周面
とその対抗面との間の相対移動面に形成された、ラジア
ル動圧シール（黒く塗りつぶした部分は溝部）である。
外部に設置された流体供給源の圧力をPs0、ラジアル動
圧シール１６４によるポンピング圧力をPsとしたとき、
Ps＞Ps0となるように設定することにより、ピストン１
５１が停止した状態で流体の流出が遮断される。

【０１４６】図１７は本発明の第５の実施例を示し、第
１〜４の実施例とは逆に、中心軸を回転させて動圧シー
ルを形成すると共に、この中心軸を収納するスリーブ
に、スクイーズ効果を発生させるための軸方向運動を与
えた例である。また流体補給手段は、外部に設置された
圧力発生源を利用している。

【０１４７】２５１は中心軸、２５２はハウジング、２
５３はスリーブである。中心軸２５１は回転伝達手段
（矢印２５４）により、またスリーブ２５３は軸方向駆
動手段（矢印２５５）により駆動される。２５６はスリ
ーブ２５３の弾性支持部、２５７は流体の吸入口、２５
８は吐出ノズル、２５９は中心軸２５１の細径部、２６
０はこの細径部２５９を収納する吐出側スリーブ、２６
１は細径部２５９と吐出側スリーブ２６０の間に形成さ
れたラジアル動圧シール（黒く塗りつぶした部分は溝
部）である。２６２は塗布流体、２６３はポンプ室、２
６４はスクイーズポンプ部である。また細径部２５９と
吐出側スリーブ２６０の開口部に位置する部分を吐出ノ
ズルの上流側とする。

【０１４８】外部に設置された流体供給源の圧力をPs
0、ラジアル動圧シール２６１によるポンピング圧力をP
sとしたとき、Ps＞Ps0となるように設定することによ
り、スリーブ２５３が停止した状態で流体の流出が遮断
されるのは第４の実施例と同様である。

【０１４９】本実施例では、動圧シール２６１を吐出ノ
ズル２５８近傍に配置している。そのため長時間、流体
の遮蔽状態を保ったままでも、流体の大気と接する界面
の位置を吐出ノズル２５８近傍に保てることができる。
そのため、長時間停止後も、スムーズに塗布を開始でき
る。

【０１５０】流体補給手段を内蔵する場合は、たとえば
ねじ溝を中心軸２５１とスリーブ２５３の相対移動面に
形成してもよい（図示せず）。

【０１５１】図１８は、本発明の第６の実施例であるデ
ィスペンス・ヘッドを示し、狭い隙間を保って隙間方向
に壁面を相対移動させる手段に、電磁歪素子である圧電
素子を用いた場合を示す。この圧電素子以外には、たと
えば積層型超磁歪などを用いても良い。

【０１５２】３００は圧電素子、３０１は振動板、３０
２はポンプ室、３０３は基台、３０４は吐出ノズル、３
０５、３０６は吸入口、３０７は振動板上に突出して形
成されたピストン部、３０８は吐出ノズルの上流側、３
０９はピストン外周部である。外部に設置された流体補
給手段（図示せず）により、吸入口３０５、３０６を通
して加圧流体がポンプ室３０２に供給される。

【０１５３】従来のインクジェット方式（図２１）と形
態はよく似ているが、大きく異なるのは、圧力の発生原
理である。従来のインクジェット方式が流体の圧縮性を
利用しているのに対して、本実施例ではピストン部３０
７の端面とその対向面間に発生するスクイーズ効果を利
用している。従来のバブルジェット（登録商標）方式な
どに対して、「スクイーズ・ジェット方式」とも言うべ
き新方式である。

【０１５４】そのため、１ドット当りの塗布量が流体の
粘度、塗布時間の影響を受けにくいという点は、既に記
述した実施例と同様である。

【０１５５】また、吐出ノズルの上流側３０８とピスト
ン外周部３０９間の流体抵抗をRp、吐出ノズル抵抗をRn
としたとき、２つの流体抵抗の比：Rp/Rnを十分大きく
設定すれば、吐出ノズル抵抗の影響をほとんど受けな
い。

【０１５６】ピストン部３０７とその対向面間に発生す
る圧力は、（７）式から隙間h₀の３乗に逆比例する。し
たがって、隙間h₀を十分に小さくすれば、ピストン部３
０７の外径を小さくしても、大きなスクイーズ圧力を発
生できる。但し、大きな圧力が発生する個所はこのピス
トン部３０７だけである。従来インクジェット方式（図
２２）が、振動板（図２２の４０２）全体でなだらかな
分布を持つ流体圧力を受けるのに対して、本発明の上記
実施例では、図１８（イ）で示すように、ピストン部３
０７の狭い面積の突出部が鋭敏なエッジを有する流体圧
を受けるのである。振動板上の圧力を面積分した値が圧
電素子全体の負荷であるため、本実施例のディスペンス
ヘッドでは、極めて高い発生圧が得られるにもかかわら
ず、圧電素子が受ける負荷は小さい。

【０１５７】また本ディスペンス・ヘッドでは、高い圧
力が発生する個所は吐出口近傍だけであるため高粘度流
体を微少塗布できる。バイモレフ型（薄板）の圧電素子
は発生荷重に限界があり、従来のインクジェット方式で
は、高粘度流体の塗布は困難であった。本発明により、
従来インクジェット方式の大幅な性能改善が図れるだけ
でなく、電磁歪素子で駆動される超小型ヘッドの新たな
用途が開ける。

【０１５８】また振動板とその相対移動面に形成するピ
ストン部の突出部は、相対移動面のいずれに形成しても
よいが、実施例のごとく、振動板３０１側に形成した場
合、ピストン部端面の全面の間隙は、圧電素子の変形に
対して常に平行状態を保つことができる。そのためより
効果的にスクイーズ圧力を発生できる。

【０１５９】図１９は、本発明の第７の実施例を示し、
前述した第６の実施例をさらに改良したものである。

【０１６０】３５０は圧電素子、３５１は振動板、３５
２はポンプ室、３５３は基台、３５４は吐出ノズル、３
５５、３５６は吸入口、３５７は振動板上に突出して形
成されたピストン部、３５８は吐出ノズルの上流側、３
５９はピストン外周部、３６０は基台３５３の一部に形
成された弾性変形部、３６１は補強板、３６２はスクイ
ーズポンプ部、３６２は流体補給手段であるポンプ、３
６３は配管である。

【０１６１】ポンプ室３５２を構成する壁面の一部に、
弾性変形部を設けることにより、スクイーズ圧力の発生
源であるピストン部３５７の境界部（ピストン外周部３
５９）の変動圧力を平滑化できる。すなわちスクイーズ
圧力の影響を受けて変動するポンプ室３５２の圧力変動
を平滑化するアキュームレータの効果が得られる。その
結果、図１９(イ)で示すごとく、ピストン部３５７以外
の圧力変化がなくなり、圧電素子の負荷を一層軽減でき
る。また吐出量精度を一層安定化できる。圧力変動を平
滑化する方法としては、壁面を弾性変形させる以外にど
のような手段でもよい。

【０１６２】図２０は、本発明を適用したディスペンサ
ー全体の具体的な実施の形態を示し、中空の外周軸に貫
通した中心軸に軸方向駆動手段を与えた場合の構成を示
す。

【０１６３】１００は第１のアクチェータであり、超磁
歪素子、圧電素子、電磁ソレノイド等を用いる。実施例
では、応答性に優れ、高いレスポンスと大きな発生荷重
の得られる積層型の圧電アクチュエータを用いた。

【０１６４】１０１は第１のアクチェータである圧電ア
クチュエータ１００によって軸方向に駆動されるピスト
ンである。前記第１のアクチェータは、上部シリンダ１
０２の内部に配置されている。１０３は第２のアクチェ
ータとしてのモータであり、ピストン１０１を収納する
スリーブ１０４と中間シリンダ１０５の間に相対的な回
転運動を与えるものである。１０６はモータ１０３のロ
ータ、１０７はステータである。

【０１６５】１０８はスリーブ１０４の外表面に形成さ
れた流体を吐出側に圧送するためのねじ溝である。この
スリーブ１０４と下部シリンダ１０９の間で、スリーブ
１０４と下部シリンダ１０９の相対的な回転によってポ
ンピング作用を得るためのねじ溝ポンプ室１１０を形成
している。

【０１６６】また下部シリンダ１０９には、ねじ溝ポン
プ室１１０と連絡する吸入孔１１１が形成されている。
１１２は下部シリンダ１０９の下端部に装着された吐出
ノズルであり、中心部に吐出孔１１３が形成されてい
る。１１４は前記スリーブの吐出側スラスト端面であ
る。１１５、１１６はスリーブ１０４を支持する玉軸受
である。たとえば、前記スラスト端面とその対向面の間
隔を十分に狭く設定し、ねじ溝１０８が発生できる最大
圧力以上のシール圧力が発生できる動圧スラストシール
を形成すれば、ピストン１０１が停止した状態で、吐出
流量を遮断できる（動圧スラストシールは図示せず）。

【０１６７】また、１１７はピストンの上部に設けられ
たフランジ部、１１８は圧電アクチュエータ１００に設
けられた円盤部、１１９はピストン１００の軸方向位置
を検知するための変位センサー、１２０はフランジ部１
１７を軸方向に弾性変形させるためにに形成されたヒン
ジ部である。圧電アクチュエータ１００には、ヒンジ部
の弾性変形によって、適度な予圧が加わるように、各部
材の寸法が決められている。

【０１６８】以上、本発明のすべての実施例に、理論解
析から得られた新たな知見、たとえば、Rp/Rnと流量精
度の関係、吐出流量を安定化するために流量補給手段に
要求される条件、流量を最大化するri/r0の条件などが
適用できる。

【０１６９】

【発明の効果】本発明を用いた流体回転装置により、次
の効果が得られる。１．従来エアー式、ねじ溝式では困難だった超高速応答
の間欠塗布ができる。２．吸入口から吐出通路に至る流路を常に非接触にでき
るため、従来のインクジェット方式では困難だった微粒
子が混合した粉粒体に対応できる。３．ディスペンサー本体をシンプルな構成にできる。４．さらに以下示す特徴を、本発明のディスペンサは合
わせ持つことができる。

【０１７０】高粘度流体の高速塗布ができる。

【０１７１】超微少量を高精度で吐出できる。

【０１７２】糸引き、液ダレが防止できる。

【０１７３】本発明を例えばPDP,CRTディスプレイの蛍
光体塗布、表面実装のディスペンサー等に用いれば、そ
の長所をいかんなく発揮でき、効果は絶大なものがあ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のモデル図

【図２】スクイーズポンプ部の寸法関係を示す図

【図３】吐出ノズル上流側の圧力特性の解析結果のグラ
フ

【図４】周期が異なる場合の、吐出ノズル流量特性を比
較した解析結果のグラフ

【図５】スクイーズポンプの等価電気モデルを示す図

【図６】内部抵抗をパラメータとして、１ドット当りの
総吐出量と吐出ノズル抵抗の関係を示す図

【図７】１ドット当りの総吐出量と吐出ノズル抵抗の関
係を比較する図

【図８】総吐出量の変動率：ξとRp/Rnの関係を示すグ
ラフ

【図９】時間に対するピストン変位の一例を示す図

【図１０】ねじ溝ポンプの流量と圧力の関係を示す図

【図１１】圧力とRi/R0の関係を示すグラフ

【図１２】流量とRi/R0の関係を示すグラフ

【図１３】（イ）は本発明の第２の実施例の正面断面図
（ロ）は同軸の端面を示す図

【図１４】（ａ）は第２の実施例におけるスラスト動圧
シールの圧力と隙間の関係を示す図（ｂ）は同グラフ

【図１５】本発明の第３の実施例のモデル図

【図１６】本発明の第４の実施例のモデル図

【図１７】本発明の第５の実施例のモデル図

【図１８】（イ）は本発明の第６の実施例における圧力
分布のグラフ（ロ）は同実施例のモデル平面図（ハ）は
同実施例のモデル正面図

【図１９】（イ）は本発明の第７の実施例における圧力
分布のグラフ（ロ）は同実施例のモデル平面図（ハ）は
同実施例のモデル正面図

【図２０】本発明の具体的な実施の形態によるディスペ
ンサーを示す正面断面図

【図２１】従来の圧電素子によるインクジェットのヘッ
ドのモデル図

【図２２】超磁歪素子を用いた噴射装置の従来考案例を
示す図

【図２３】従来のエアーパルス方式ディスペンサーを示
す図

【符号の説明】

８，９相対移動する２面６流体補給手段１０吐出口

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ４１Ｊ 2/055 Ｆターム(参考） 2C057 AF01 BA07 BA14 4D075 AC01 AC04 AC09 AC84 AC91 AC95 AC96 DC15 DC22 DC24 EA31 4F041 AA04 AA05 AA06 AB01 BA02 BA34 4F042 AA06 AA07 BA06 BA08 BA12 BA15 CB02 CB07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】狭い隙間を保って隙間方向に相対移動す
る２面と、この２面間に流体を供給する流体補給手段
と、前記相対移動面のいずれかに設けられた吐出口より
構成される流体吐出装置を用いた流体吐出方法におい
て、前記相対移動面の隙間の変動分の振幅をΔｈ(mm)、
前記隙間の大きさの中心値をh₀(mm)、前記相対移動面の
外周部の平均半径をr₀(mm)、前記吐出口開口部の平均半
径をr_i(mm)、流体の粘性係数をμ(kgsec/mm²)、前記相
対移動面の外周部と前記吐出口開口部間の流体抵抗をR
ｐ(kgsec/mm⁵)、前記吐出口の流体抵抗をRn(kgsec/mm⁵)
としたとき、【式１】として、上式で概略表現される１ドット当たりの吐出量
Qs(mm³)を、上記振幅Δｈの選択で管理したことを特徴
とする流体吐出方法。
【請求項２】狭い隙間を保って隙間方向に相対移動す
る２面と、この２面間に流体を供給する流体補給手段
と、前記相対移動面のいずれかに設けられた吐出口より
構成される流体吐出装置を用いた流体吐出方法におい
て、前記相対移動面の隙間の変動分の振幅をΔｈ(mm)、
前記隙間の大きさの中心値をh₀(mm)、前記相対移動面の
外周部の平均半径をr₀(mm)、前記吐出口開口部の平均半
径をr_i(mm)、流体の粘性係数をμ(kgsec/mm²)、前記相
対移動面の外周部と前記吐出口開口部間の流体抵抗をR
ｐ(kgsec/mm⁵)、前記吐出口の流体抵抗をRn(kgsec/m
m⁵)、単位時間当たりの塗布回数をｎ（１／sec）とした
とき、【式２】として、上式で概略表現される平均吐出流量Qsm(mm³/se
c)を、上記振幅Δｈ及び又は単位時間当たりの塗布回数
ｎの選択で管理したことを特徴とする流体吐出方法。
【請求項３】狭い隙間を保って隙間方向に相対移動す
る２面と、この２面間に流体を供給する流体補給手段
と、前記相対移動面のいずれかに設けられた吐出口より
構成される流体吐出装置において、前記流体補給手段が
供給できる最大吐出量をQgmax(mm³/sec)、前記相対移動
する２面によって吐出される１ドット当りの塗布量をQs
(mm³)、単位時間当たりの塗布回数をｎ(1/sec)、塗布行
程の１サイクルの周期をTs(sec)、前記相対移動面の隙
間が増大した位置にある時の時間をTg(sec)、φ=Tg/T
s、としたとき、【式３】となるように構成されていることを特徴とする流体吐出
装置。
【請求項４】【式４】となるように構成されていることを特徴とする請求項３
記載流体吐出装置。
【請求項５】狭い隙間を保って隙間方向に相対移動す
る２面と、この２面間に流体を供給する流体補給手段
と、前記相対移動面のいずれかに設けられた吐出口より
構成される流体吐出装置を用いた流体吐出方法におい
て、前記相対移動面の隙間の変動分の振幅をΔｈ(mm)、
前記隙間の大きさの中心値をh₀(mm)、前記相対移動面の
外周部の平均半径をr₀(mm)、前記吐出口開口部の平均半
径をr_i(mm)、流体の粘性係数をμ(kgsec/mm²)、前記相
対移動面の外周部と前記吐出口開口部間の流体抵抗をR
ｐ(kgsec/mm⁵)、前記吐出口の流体抵抗をRn(kgsec/m
m⁵)、単位時間当たりの塗布回数をｎ（１／sec）、前記
流体補給手段が供給できる最大吐出量をQgmax(mm³/se
c)、塗布行程の１サイクルの周期をTs(sec)、前記相対
移動面の隙間が増大した位置にある時の時間をTg(se
c)、φ=Tg/Ts、としたとき、【式５】となるように構成されていることを特徴とする請求項３
記載の流体吐出装置。
【請求項６】流体補給手段はねじ溝ポンプであること
を特徴とする請求項３記載の流体吐出装置。
【請求項７】狭い隙間を保って隙間方向に相対移動す
る２面と、この２面間に流体を供給する流体補給手段
と、前記相対移動面のいずれかに設けられた吐出口より
構成される流体吐出装置において、前記相対移動面の外
周部と前記吐出口開口部間の流体抵抗をRｐ(kgsec/m
m⁵)、前記吐出口の流体抵抗をRn(kgsec/mm⁵)としたと
き、Rp/Rn＞0.5となるように構成されていることを特徴
とする流体吐出装置。
【請求項８】 Rp/Rn＞2となるように構成されているこ
とを特徴とする請求項６記載の流体吐出装置。
【請求項９】 Rp/Rn＞5となるように構成されているこ
とを特徴とする請求項７記載の流体吐出装置。
【請求項１０】狭い隙間を保って隙間方向に相対移動
する２面と、この２面間に流体を供給する流体補給手段
と、前記相対移動面のいずれかに設けられた吐出口より
構成される流体吐出装置において、前記相対移動面の外
周部の平均半径をr₀(mm)、前記吐出口開口部の平均半径
をr_i(mm)としたとき、0.1＜ri/r0＜0.3となるように構
成されていることを特徴とする流体吐出装置。
【請求項１１】 ri/r0≒0.2となるように構成されてい
ることを特徴とする請求項９記載の流体吐出装置。
【請求項１２】狭い隙間を保つ２面を隙間方向に相対
移動させる手段は、電磁歪素子であることを特徴とする
請求項１あるいは２記載の流体吐出方法。
【請求項１３】相対移動面における吐出口近傍の局所
的な圧力の上昇を利用して、流体を吐出させることを特
徴とする請求項１あるいは２記載流体吐出装置。
【請求項１４】吐出口近傍の相対移動面に、他の部分
と比べて２面間の間隙が小さくなるように、突出部を形
成したことを特徴とする請求項６あるいは９記載の流体
吐出装置。
【請求項１５】前記突出部とその対向面以外の流路
に、変動圧力を平滑化する手段を設けたことを特徴とす
る請求項６あるいは９記載の流体吐出装置。
【請求項１６】塗布対象面と吐出ノズルを相対的に移
動させながら塗布する塗布プロセスにおいて、ピストン
隙間の変位入力信号hに対して、位相が概略Δθ＝π／
２進んで塗布されることを考慮して、塗布対象面と吐出
ノズルの相対位置と前記変位入力信号hのタイミングを
合わせことを特徴とする請求項１あるいは２記載の流体
吐出方法。
【請求項１７】軸を収納するスリーブと、前記軸及び
前記スリーブを収納するハウジングと、前記スリーブを
前記ハウジングに対して相対的に回転させる手段と、前
記軸を前記ハウジングに対して軸方向相対変位を与える
軸方向駆動手段と、前記スリーブと前記ハウジングで形
成されるポンプ室と、このポンプ室に流体を供給する流
体補給手段と、このポンプ室と外部を連絡する流体の吸
入口及び吐出口と、前記ポンプ室内に流入された前記流
体を前記軸方向駆動手段によって前記吐出口側へ圧送す
る手段から構成される請求項７あるいは１０記載の流体
吐出装置。
【請求項１８】軸を収納するスリーブと、前記軸及び
前記スリーブを収納するハウジングと、前記軸を前記ハ
ウジングに対して相対的に回転させる手段と、前記スリ
ーブを前記ハウジングに対して軸方向相対変位を与える
軸方向駆動手段と、前記スリーブと前記ハウジングで形
成されるポンプ室と、このポンプ室に流体を供給する流
体補給手段と、このポンプ室と外部を連絡する流体の吸
入口及び吐出口と、前記ポンプ室内に流入された前記流
体を前記軸方向駆動手段によって前記吐出口側へ圧送す
る手段から構成される請求項７あるいは１０記載の流体
吐出装置。
【請求項１９】軸を収納するスリーブと、前記軸及び
前記スリーブを収納するハウジングと、前記スリーブを
前記ハウジングに対して相対的に回転させる手段と、前
記軸を前記ハウジングに対して軸方向相対変位を与える
軸方向駆動手段と、前記スリーブと前記ハウジングで形
成されるポンプ室と、このポンプ室に流体を供給する流
体補給手段と、このポンプ室と外部を連絡する流体の吸
入口及び吐出口と、前記ポンプ室内に流入された前記流
体を前記軸方向駆動手段によって前記吐出口側へ圧送す
る手段から構成される流体供給装置において、前記軸方
向駆動手段が停止状態のとき、前記吐出口からの流体の
吐出が遮断されるように前記スリーブと前記ハウジング
間に動圧シールが形成されていることを特徴とする流体
吐出装置。
【請求項２０】軸を収納するスリーブと、前記軸及び
前記スリーブを収納するハウジングと、前記軸を前記ハ
ウジングに対して相対的に回転させる手段と、前記スリ
ーブを前記ハウジングに対して軸方向相対変位を与える
軸方向駆動手段と、前記スリーブと前記ハウジングで形
成されるポンプ室と、このポンプ室に流体を供給する流
体補給手段と、このポンプ室と外部を連絡する流体の吸
入口及び吐出口と、前記ポンプ室内に流入された前記流
体を前記軸方向駆動手段によって前記吐出口側へ圧送す
る手段から構成される流体供給装置において、前記軸方
向駆動手段が停止状態のとき、前記吐出口からの流体の
吐出が遮断されるように前記軸と前記ハウジング間に動
圧シールが形成されていることを特徴とする流体吐出装
置。
【請求項２１】前記動圧シールの流量が0のときのシ
ール圧力をPs、前記流体補給手段による圧力をPs0とし
たとき、Ps＞Ps0としたことを特徴とする請求項１９あ
るいは２０記載の流体吐出装置。