JP2004154740A

JP2004154740A - 流体吐出装置

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Publication number: JP2004154740A
Application number: JP2002325185A
Authority: JP
Inventors: Hidehiro Yoshida; 英博吉田; Teruo Maruyama; 照雄丸山; Koji Sonoda; 孝司園田; Koji Matsuo; 孝二松尾
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-11-08
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【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，クリームハンダ，蛍光体，電極材料，グリース，ペイント，ホットメルト，薬品，食品などの各種粉流体を、粉体の圧搾・破壊なく間欠・連続塗布ができ、長期にわたり高い塗布精度を維持することが可能な流体吐出装置を提供すること。
【解決手段】軸方向駆動手段として、直線方向に駆動可能でかつ、回転運動をすることができるムービングマグネットを用いることにより、モータの回転ムラを解消し、かつ摺動抵抗を低減させてスムーズに軸を動かすことができるため、流量変動が僅少な定量吐出を行うことができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品や家電製品などの分野における生産工程に利用でき、接着剤，クリームハンダ，蛍光体，電極材料，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定量に吐出するための流体吐出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明のような液体吐出装置（ディスペンサー）は、従来から様々な分野で用いられているが、近年の電子部品の小形化・高記録密度化のニーズに伴い、微少量の流体材料を高精度で、かつ安定して吐出制御する技術が要請されつつある。
【０００３】
また、例えばＣＲＴ，ＰＤＰなどのディスプレイは近年ますます大型化、高精細度化しており、そのディスプレイ面に蛍光体を均一に塗布するための、新たな流体塗布手段開発の要望も大きい。
【０００４】
以下、ディスプレイパネルに蛍光体材料によるスクリーンストライブを形成する場合を例に挙げ、従来技術の課題について説明する。
【０００５】
カラー表示を行うプラズマディスプレイパネル（以下「ＰＤＰ」と称す）では、前面板／背面面にＲＧＢ各色で発光する蛍光体材料から成る蛍光体層を有する。この蛍光体層は、前面板／背面面に平行線状に形成された隔壁と隔壁の間（すなわちアドレス電極上）に、ＲＧＢ各色の蛍光体材料を充填したストライブを３組形成し、そのストライブの３組を平行に隣接して多数配列した構造となっている。この蛍光体層は、スクリーン印刷方式、フォトリソグラフィ方式などによって形成される。
【０００６】
画面が大型化した場合、従来スクリーン印刷方式では、スクリーン印刷版を精度よく位置合わせすることが難しく、蛍光体材料を充填しようとすると隔壁の頂上部分にまで材料が載ってしまい、それを除去するために研磨行程を導入するなどの方策が必要であった。また、スキージ圧力の違いによって、蛍光体材料の充填量が変化し、その圧力調整は極めて微妙であり作業者の熟練度に依存する部分が多い。そのため、前面板／背面面の前面にわたって一定の充填量を得ることは容易ではない。
【０００７】
また、感光性の蛍光体材料を使用してフォトリソグラフィ方式によって蛍光体層を形成することもできるが、露光と現像の行程が必要となり、スクリーン印刷方式と比べて行程数が多くなるため、製造コストがかかるという課題があった。
【０００８】
スクリーンストライブを形成するための課題、すなわち、ＰＤＰにおけるスクリーン印刷方式、或いはカラーブラウン管パネルにおける「振りきり工法・写真現像方式」に係る前述した課題を解決するために、ディスペンサーを用いた直接描画方式（ダイレクトパターニング）が既に提案されている。
【０００９】
図１３は、特開平１０−０２７５４３号公報に開示されているもので、ＰＤＰを対象とした蛍光体層形成装置および形成方法を示すものである。
【００１０】
同図において、４５０は基板、４５１は基板４５０を載置する載置台、４５２はペースト状の蛍光体を吐出するディスペンサー、４５３はディスペンサーの吐出ノズルである。この吐出ノズル４５３と載置台４５１を相対的に移動させる搬送部を構成するために、載置台４５１の両側には、一対のＹ軸方向搬送装置４５４ａ，４５４ｂが設けられている。また、Ｘ軸方向搬送装置４５５が、前記Ｙ軸方向搬送装置によってＹ軸方向に移動可能に搭載されている。更に、Ｚ軸方向搬送装置４５６が、前記Ｘ軸方向搬送装置４５５によってＸ軸方向に移動可能に搭載されている。
【００１１】
上記提案によれば、従来のスクリーンマスクを用いることなく、基板仕様を数値設定するだけで基板上を移動するノズル４５３から蛍光体が吐出されリブ間の溝に塗布されるので、任意のサイズの基板に対して蛍光体層を精度よく形成することができると共に、基板の仕様変更に容易に対応できるとされている。
【００１２】
カラーブラウン管パネルを対象とした蛍光体層形成装置についても、同様な提案が既に特公昭５７−２１２２３号公報で開示されている。この提案によれば、製造行程および製造ラインとも規模を拡大させる必要がなく、単体の装置でスクリーニングすることを可能にし、また多品種少量生産のブラウン管に対して量産効果を上げて製造させ、さらに単体でスクリーニングするため自動化ラインを小規模なマシンで稼動させる利点があるとされている。
【００１３】
【特許文献１】
特開平１０−０２７５４３号公報
【特許文献２】
特公昭５７−２１２２３号公報
【特許文献３】
特開２００２−００１１９２号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ディスペンサーを用いてパネル面に蛍光体スクリーンストライブを形成する場合でも、スクリーン印刷方式と同等の生産タクトが要望される。しかしながら、塗布装置に配置できるディスペンサーの本数には制約があり、千本〜数千本のスクリーンストライブをできるだけ短時間で描くためには、パネルとノズル間の相対速度を十分に大きくとる必要がある。そのためには、ディスペンサー、或いはパネルが搭載された搬送台を高精度かつ高速で往復動作させる必要がある。
【００１５】
ここでパネル面は蛍光体層を形成する「有効表示領域」（図１４の６０ａ）と、この有効表示領域の外周部に蛍光体層を形成しない「非有効表示領域」（図１４の６０ｂ）を有するものとする。
【００１６】
また、ディスペンサーは搬送台に搭載されているものとし、吐出ノズル一個の挙動に注目する。パネル面の「有効表示領域」（図１４の６０ａ）を連続塗布しながら高速で走行したノズルは、パネルの端面に接近すると減速区間を経て速度を落とし、前記「非有効表示領域」に入る。この「非有効表示領域」（図１４の６０ｂ）でＵターン後、助走区間を経て再び有効表示領域を定常走行する。
【００１７】
すなわち、ノズルとパネル間の相対速度は、Ｕターン区間の前後で大きく変化する。このとき、ディスペンサーは次ぎのような機能を有することが望ましい。
【００１８】
▲１▼ノズルとパネル間の相対速度に合わせて、流量を可変できる。
【００１９】
▲２▼パネルの端面のＵターン区間（「非有効表示領域」を走行する区間）では、吐出量が完全に遮断できる。
【００２０】
▲３▼上記Ｕターン区間を経て、塗布開始時の塗布線の始点部には「細り」や「切れ」などが発生しない。同様に、塗布終了時の塗布線の終点部には「太り」や「溜まり」などが発生しない。
【００２１】
上記▲１▼が実現できない場合、例えば、ノズルとパネル間の相対速度が定常走行の場合と比べて小さくなったにも拘らず、吐出量を低減できなければ蛍光塗布線の線幅と厚みは所定のスペックを越えてしまうことになる。生産タクトを上げる程、立上がり・立下り時間を短く、かつ相対速度の変化率を大きくとらねばならない。すなわち、ディスペンサーにはより一層高い流量制御のレスポンスが要求される。
【００２２】
上記▲２▼の必要性は次の通りである。ノズルがパネルの端面のＵターン区間（「非有効表示領域」）を走行するとき、ノズルとパネル間の相対速度はゼロ及びその前後の極めて低速状態となる。もし、この区間でノズルから材料の流出があれば、僅かな流量でも複数本のストライブが重なるため、材料がパネル上に堆積することになる。その結果、堆積した材料が吐出ノズルの先端に附着する。この状態で再び塗布を開始した場合、吐出ノズルの先端に附着した流体塊が不連続にパネル面に散逸し、描画線の精度を著しく損ねるなどのトラブルが発生した。すなわち、パネルの端面のＵターン区間では、ディスペンサーは吐出量を完全に遮断できることが好ましい。
【００２３】
上記▲３▼はディスペンサー方式が従来方式、例えばスクリーン印刷方式と同等、或いはそれ以上の品質を確保するための必須条件である。
【００２４】
以上要約すれば、ディスペンサーを用いて、パネル面に蛍光体スクリーンストライブを高生産効率で形成するためには、ディスペンサーには流体遮断／開放が随意にできる機能を有すると共に、高い流量制御の応答性と高い流量精度を持つのが望ましい。しかしディスペンサー方式の先行例である、例えば、特公昭５７−２１２２３号公報，特開平１０−０２７５４３号公報などには、この点の詳細な記載は見当たらない。
【００２５】
さて、ディスペンサー（液体吐出装置）は従来から様々な分野で用いられているが、近年の電子部品の小形化／高記録密度化のニーズに伴い、微少量の流体材料を高精度でかつ安定して供給制御する技術が要請されるようになっている。従来、液体吐出装置として、図１５に示す様なエアー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」などにその技術が紹介されている。
【００２６】
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（シリンダ）２００内にパルス的に印加させ、シリンダ内２０１の圧力の上昇分に対応する一定量の液体をノズル２０２から吐出させるものである。
【００２７】
このエアーの方式のディスペンサーは次の問題点があった。
【００２８】
（１）吐出圧脈動による吐出量のばらつき
（２）水頭差による吐出量のばらつき
（３）液体の粘度変化による吐出量変化
上記（１）の現象は、タクトが短く吐出時間が短い程顕著に表れる。そのため、エアーパルスの高さを均一化するための安定化回路を施すなどの工夫がなされている。
【００２９】
上記（２）は、シリンダ内の空隙部２０１の容積が液体残量Ｈによって異なるため、一定量の高圧エアーを供給した場合、空隙部２０１内の圧力変化の度合が、上記液体残量Ｈによって大きく変化してしまうというのがその理由である。液体残量が低下すれば、塗布量が例えば最大値と比べて５０〜６０％程度減少してしまうという問題点があった。そのために、吐出毎に液体残量Ｈを検知し、吐出量が均一になる様にパルスの時間幅を調整するなどの方策がなされている。
【００３０】
上記（３）は、例えば、多量の溶剤を含んだ材料が時間とともに粘度が変化した場合に発生する。そのための対策として、時間軸に対する粘度変化の傾向をあらかじめコンピュータにプログラミングしておき、粘度変化の影響を補正する様に例えばパルス幅を調節するなどの方策がなされていた。
【００３１】
上記課題に対する何れの方策も、コンピュータを含む制御系が繁雑化し、また、不規則な環境条件（温度など）の変化に対する対応は難しく、抜本的な解決案にはならなかった。
【００３２】
エアー方式の上記課題に加えて、この方式のディスペンサーは応答性が悪いという欠点があった。この欠点は、シリンダ２００に封じ込められた空気の圧縮性と、エアーを狭い隙間に通過させる際のノズル抵抗よるものである。すなわち、エアー方式の場合、シリンダの容積：Ｃとノズル抵抗：Ｒできまる流体回路の時定数：Ｔ＝ＲＣが大きく、入力パルスを印加後、吐出開始に例えば０．０７〜０．１秒程度の時間遅れを見込まねばならない。
【００３３】
上記エアー方式の欠点を解消するために、吐出ノズルの入口部にニードルバルブを設けて、このニードルバルブを構成する細径のスプールを軸方向に高速で移動させることにより、吐出口を開閉させるディスペンサーが実用化されている。しかしこの場合、流体の遮断時、相対移動する部材間の隙間はゼロとなり、数ミクロン〜数十ミクロンの平均粒径の粉体は機械的に圧搾作用を受け破壊される。その結果発生する様々な不具合のため、本発明の実施例である蛍光体塗布などへの適用は難しい場合が多い。
【００３４】
また、同目的のために、粘性ポンプであるねじ溝式のディスペンサーも既に実用化されている。ねじ溝式の場合、ノズル抵抗に依存にくいポンプ特性を選ぶことができるため、定常連続吐布時には好ましい結果が得られる。しかし、連続塗布線の始終端を高速で制御する必要がある場合、或いは高速間欠塗布が必要な場合は、粘性ポンプの性格上充分な対応ができない。そのため従来のねじ溝式では、
（１）モータとポンプ軸の間に電磁クラッチを介在させ、吐出のＯＮ、ＯＦＦ時にこの電磁クラッチを連結或いは開放する。
【００３５】
（２）ＤＣサーボモータを用いて、急速回転開始あるいは急速停止させる。
【００３６】
しかし、上記いずれも機械的な系の時定数で応答性が決まるため、塗布流量の高速制御には制約があった。応答性はエアーパルス方式と比較すると良好であるが、しかし、最短時間でも０．０５秒程度が限界であった。また、ポンプ軸の過渡応答時（回転始動時と停止時）の回転特性に不確定要因が多いため、流量の厳密な制御は難しく、塗布精度にも限界があった。
【００３７】
以上の理由から、従来ディスペンサーの構造、あるいは適用方法をそのまま導入しても、パネル面に蛍光体スクリーンストライブを高生産効率で形成するための条件を満足させるのは困難であった。
【００３８】
本発明者らは、特願２００１−３８５８０４号明細書において、ディスペンサーに高速吐出遮断、高速吐出開放、流量制御の機能を与えることにより、ディスプレイパネル面に蛍光体、電極材などの薄膜パターンを高生産効率で形成するための条件、
▲１▼ステージの加減速に合わせて、高い応答性で流量を可変できる。
【００３９】
▲２▼ノズル先端が塗布領域から非塗布領域へ、或いはその逆に移行する際の流体の高速遮断・高速開放が随意にできる。
などを満足させるディスプレイパネルのパターン形成方法および形成装置を提案している。
【００４０】
また、上記提案に先立ち、本発明者らは特開２００２−００１１９２号公報において、高粘度流体・粉流体の微少流量塗布に係る、近年の様々な要求に応えるためのディスペンサーの具体構造、すなわち、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、直線運動を用いて流出量を制御する流体供給装置及び流体供給方法を提案している。
【００４１】
図１２において、１０１は超磁歪素子で構成される第１のアクチュエータ、１０２は第１のアクチュエータ１０１によって直線駆動される主軸（ピストン）、１０３は前記第１のアクチュエータを収納するハウジングである。このハウジング１０３の下端部（フロント側）に、主軸１０２を収納するポンプ部１０４が装着されている。１０５は主軸１０２に回転運動を与える第２のアクチュエータ、１０６はモータロータ、１０７はモータロータの主軸、１０８はモータステータである。
【００４２】
１１１，１１２は超磁歪素子から構成される円筒形状のリア側超磁歪ロッド及びフロント側超磁歪ロッドである。１１３は超磁歪ロッド１１１，１１２の長手方向に磁界を与えるための磁界コイルである。１１４，１１５，１１６は超磁歪ロッド１１１，１１２にバイアス磁界を与えるためのリア側、中間部、フロント側の永久磁石である。リア側とフロント側の永久磁石１１４，１１６が、超磁歪ロッド１１１，１１２と中間部永久磁石１５を矜持する形で配置されている。
【００４３】
１１７は超磁歪ロッド１１１のリア側に配置され、磁気回路のヨーク材であるリア側ヨーク、１１８は超磁歪ロッド１１２のフロント側に配置され、ヨーク材を兼ねたフロント側スリーブ、１１９は磁界コイル１３の外周部に配置された円筒形状のヨーク材である。すなわち、超磁歪ロッド１１１，１１２、磁界コイル１１３、永久磁石１１４〜１１６、リア側ヨーク１１７、フロント側スリーブ１１８、ヨーク材１１９により、磁界コイルに与える電流で超磁歪ロッドの軸方向の伸縮を制御できる超磁歪アクチュエータ（第１のアクチュエータ１０１）を構成している。
【００４４】
１２０は上部主軸７を回転自在、かつ軸方向に移動可能に収納するリア側スリーブである。このリア側スリーブ１２０もまた軸受１３４により、中間ハウジング１２１に対して回転自在に支持されている。
【００４５】
１２２はリア側ヨーク１１７とリア側スリーブ１２０の間に装着されたバイアスバネである。フロント側スリーブ１１８は主軸１０２を軸方向移動可能に収納している。モータ５から伝達された主軸２の回転動力は、主軸２、フロント側スリーブ１１８の間に設けられた回転伝達キー１２３によってフロント側スリーブ１１８に伝達される。またフロント側スリーブ１１８も軸受１２４によって、ハウジング１０３に回転自在に支持されている。１２５は上部主軸１０７の回転位置情報を検出するためのエンコーダ、１２６は主軸１０７の上端面１２７の軸方向変位を検出するための変位センサーである。
【００４６】
１２８は主軸１０２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、１２９は流体シール、１３０はシリンダである。この主軸１０２とシリンダ１３０の間で、主軸１０２とシリンダ１３０の相対的な回転によってポンピング作用を得るためのポンプ室１３１（流体輸送室）を形成している。またシリンダ１３０には、ポンプ室１３１と連絡する吸入孔１３２が形成されている。１３３はシリンダ１３０の下端部に装着された吐出ノズル、１３４はシリンダ１３０の吐出側端面に締結された吐出プレートである。１３５は主軸２の吐出側端面、主軸１０２の吐出側端面１３５の対向面１３６の中央部に吐出ノズル１３３の開口部１３７が形成されている。
【００４７】
上記構成により、回転運動と微少変位の直線運動の制御を同時に、かつ独立して行うことができる「２自由度・複合動作アクチュエータ」が実現できる。この機能を用いて、主軸の定常回転状態を保ったままで、主軸の吐出側端面の隙間の大きさを任意に制御することができる。すなわち、吸入口１３２から吐出ノズル１３３に至るいかなる流通路の区間も機械的に非接触の状態で、始終端における粉流体の遮断・開放の制御ができる。
【００４８】
ディスプレイパネル面の蛍光体塗布に適用した上記提案では、連続描画の終了点、すなわち吐出ノズル先端が表示領域から非表示領域に移行する段階では、隙間を急峻に増大させることにより、負圧を発生させて流体を高速で遮断している。非表示領域でのＵターン後、描画の開始点では主軸の吐出側端面の隙間を減少させて、すみやかに連続塗布を開始する。
【００４９】
さて、上記既提案のディスペンサー構造には、以下のような課題があった。
【００５０】
既提案では、第１のアクチュエータに超磁歪素子を用いているが、この超磁歪素子の特徴を活かすことにより、極めて高速で軸を駆動することができる。しかし、次のような課題があった。そのひとつは超磁歪素子などの電磁歪素子をアクチュエータとして用いた場合、ストロークが制約されるという点である。
【００５１】
また、連続描画の始終端の遮断制御に既定案ディスペンサーを用いた場合、流体を高速で遮断する負圧発生の効果は超磁歪素子のストロークで制約されてしまう。また、引っ張り応力に弱い超磁歪素子を、高い信頼性のもとで用いるためには、素子の軸方向に予圧を加えておく必要がある。この予圧を与えるのに通常皿バネを用いるが、剛性の大きな皿バネの接触面応力を円周上で均一に保つのは部品精度、加工精度の点で容易でない。接触面応力を円周上で均一に保てない場合、軸に偏心荷重が加わり、この偏心荷重がさらにトルク変動、回転ムラなどに繋がるという課題があった。この回転ムラは塗布線の精度に重大な影響を与える。
【００５２】
以上、ディスプレイパネルに蛍光体材料によるスクリーンストライブを形成する場合を例に上げ、従来技術の課題、及び既提案のディスペンサーの課題について説明した。蛍光体スクリーンストライブ以外の材料、例えば電極材料、表面実装（ＳＭＴ）の分野における接着剤、半田などによるパターン形成の場合でも基本課題は同様である。
【００５３】
本発明は、上述した既提案のディスペンサー構造をベースに、更に大幅な改良を図るもので、第１のアクチュエータにより主軸に直線運動を与え、第２のアクチュエータによりこの主軸を収納するスリーブに回転運動を与えると共に、第２のアクチュエータであるモータを吐出側に配置する構成により、ポンプ部分の大幅な回転振れ精度の向上を図ったものである。本発明を適用すれば、連続、間欠を問わず塗布精度の大幅な向上が図れると共に、長期にわたり塗布精度の高い再現性と信頼性が得られる流体吐出装置を実現できる。
【００５４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の流体吐出装置は、隙間方向に相対移動する２面と、前記２面間の間隙部と流体供給源とを繋ぐ吸入口と、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と、前記２面のいずれか一方を回転させる手段から構成される流体吐出装置であって、前記２面間を隙間方向に相対移動させる手段がムービングマグネットであることを特徴とする。
【００５５】
また、本発明の第２の流体吐出装置は、軸を相対的に軸方向移動可能に収納するスリーブと、前記スリーブ及び、又は前記軸の少なくとも一部を収納するハウジングと、前記軸と前記ハウジングを相対的に軸方向移動させる第１のアクチュエータと、前記スリーブと前記ハウジングを相対的に回転させる第２のアクチュエータと、前記軸と前記ハウジングで形成され前記軸の軸方向移動により容積が変化するポンプ室と、このポンプ室と連絡する流体吸入口及び吐出口から構成される流体吐出装置であって、前記第１のアクチュエータが、ムービングマグネットであることを特徴とする。
【００５６】
更に、本発明の第３の流体吐出装置は、軸とハウジングを相対的に軸方向移動させる第１のアクチュエータと、軸とこの軸を収納するハウジングを相対的に回転させる第２のアクチュエータと、前記軸と前記ハウジングで形成され前記軸の軸方向移動により容積が変化するポンプ室と、このポンプ室と連絡する流体吸入口及び吐出口から構成される流体吐出装置であって、前記第１のアクチュエータが、ムービングマグネットであることを特徴とする。
【００５７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明をディスプレイの蛍光体塗布用ディスペンサーに適用した第１の実施形態について、図１を参照しながら説明する。
【００５８】
図１に示すディスペンサーの構造は、大きく分けて３つのユニットから構成される。「軸駆動ユニット」は主軸とこの主軸を駆動する第１のアクチュエータから構成される。第１のアクチュエータは、ムービングマグネットにより主軸を軸方向に駆動する。
【００５９】
更に、ムービングマグネットの回りのコイルに電流を流すことにより、非接触で上下運動できるムービングマグネット方式の特徴を利用して、この主軸は軸方向移動と共に回転可能の構造になっている。ムービングマグネット方式は、電磁歪素子に比べて大きなストロークを得ることができ、発熱量が極めて少ない。
【００６０】
「モータユニット」は、円筒形状のスリーブとこのスリーブを回転駆動するアクチュエータ（モータ）により構成される。電磁歪素子と異なり、軸方向に与圧をかけなくてもいいために回転モータは、負荷変動をほとんど受けることなく、均一にねじ溝を回転させることができるために一定の吐出を行うことが可能になる。また、「ポンプユニット」は、ねじ溝が形成されたスリーブと、このねじ溝軸を収納するハウジングと、吐出ノズルから構成される。本実施形態のポンプ部は、
▲１▼ねじ溝が形成されたスリーブの回転により、流体にポンピング圧力を与えて吐出側に輸送させる機能
▲２▼主軸の直線運動を用いて、連続塗布を高速で遮断及び開放する機能
上記▲１▼〜▲２▼を併せ持つ構造となっているのが特徴である。
【００６１】
以下、まず直動型アクチュエータである軸駆動ユニット５０について説明する。
【００６２】
アクチュエータ１は、ムービングマグネットによる回転可能で直動型アクチュエータである。２はムービングマグネットアクチュエータによって駆動される主軸、３はリア側回転スリーブ、４はアクチュエータ１を収納するハウジングＢである。５は磁性材料から構成される円筒形状のマグネットである。このマグネット５は可動スリーブ２に固定されている。９はマグネットに磁界を与えるための磁界コイルである。
【００６３】
上記構成により、ムービングマグネット５にコイル９に電流を印加すると、印加電流の大きさに比例して移動し、主軸２を軸方向に移動させる。１２はリア側回転スリーブ３を支持する軸受、１３はハウジングＡ、１４は上部蓋、１５は上部回転スリーブ８を支持する軸受、１６は上部蓋１４に装着され主軸２の軸方向位置を検出するための変位センサーである。１７は主軸２の吐出側端面に装着されたピストン軸、１８はピストン軸の吐出側端面、１９はシール部材、２０は締結部である。２１は主軸２とリア側回転スリーブ３の間に設けられた回転伝達部である。
【００６４】
上部蓋１４、ハウジングＡ１３、ハウジングＢが第一のアクチュエータを収納する軸駆動ケースである。上記部材１〜２１及び５３〜５５により、軸駆動ユニット５０を構成している。
【００６５】
２２は回転スリーブ、２３はこの回転スリーブに回転運動を与えるモータのモータロータ、２４はハウジングＣ（モータケース）、２５はモータステータ、２６，２７は回転スリーブ２２を支持する軸受である。回転スリーブ２２の吐出側端面には、ねじ溝スリーブ２８がボルト２９により締結される。また、両部品の勘合部にはテーパ部３０が形成されている。ねじ溝スリーブ２８の外表面には、塗布流体にポンピング作用を与えるねじ溝３１（図４）が形成されている。モータロータ２３、モータステータ２５で第２のアクチュエータ３２を構成し、上記部材２２〜３２により、モータユニット５１を構成している。
【００６６】
３３はハウジングＤ（ポンプケース）、３４は吸入口、３５は吐出ノズルである。上記部材３３〜３５により、ポンプユニット５２を構成している。５３は、軸駆動ユニット５０とモータユニット５１との接続ユニットである。
【００６７】
上述した３つのユニットのうち、軸駆動ユニット５０とモータユニット５１はボルト３６により締結され、モータユニット５１とポンプユニット５２はボルト３７により締結される。
【００６８】
図２は軸駆動ユニット５０を示し、図３はモータユニット５１を示し、図４はポンプユニット２９のみを抽出した図である。また、図５は、ポンプユニット２９にねじ溝スリーブ２８を挿入した状態を示す。図５において、３８はピストン軸１７（主軸２）とハウジングＤ３３、吐出ノズル３５で形成されるポンプ室である。このポンプ室３８は、主軸２の軸方向移動により容積が変化する。この容積変化を利用して、本実施形態では、後述するように描画線の始終端の制御をおこなう。
【００６９】
軸駆動ユニット５０、モータユニット５１は互いに依存することなく、独立した機能を持っているために、個別に組み立て・調整ができる。例えば、軸駆動ユニット５０（図２）は、ピストン軸５３の端面５７において、その絶対位置と軸方向ストロークが目標値を満足しているかどうかをチェックすればよい。
【００７０】
また、主軸２の上端部に設けられた変位センサー１６からの出力をもとに、主軸２の正確な位置決め制御、速度制御がなされているかどうかも軸駆動ユニット５０単体で評価すればよい。軸駆動ユニット５０を評価するとき、接続ユニット５３と接続して、軸駆動ユニット５０を評価してもよい。
【００７１】
同様に、モータユニット５１（図３）はねじ溝スリーブ２３吐出側端部（矢印５８の位置）で、振れ精度、ラジアル剛性などが目標値を満足しているかどうかをチェックする。また、モータユニット５１も接続ユニット５３と接続して、評価してもよい。
【００７２】
各ユニット単体での評価が完了後、図６に示すごとく、３つのユニットを装着すれば、ディスペンサーは組立てを完了する。このとき、軸駆動ユニット５０の一部品である主軸２は、先端にピストン軸５３を装着した状態で、モータユニット５１の回転スリーブ１７とねじ溝スリーブ２３を貫通して挿入される。
【００７３】
本実施形態の構造では、モータの回転トルクはねじ溝スリーブ２８とピストン軸１７の間に装着されたＯリング（シール部材１９）の摺動抵抗により、主軸２に伝達される。また、軸駆動ユニット５０において、主軸２とリア側回転スリーブ３の間に回転伝達部２１が設けられている。回転伝達部２１の形状は、角型断面となっており、主軸２はリア側回転スリーブ３に対して回転のみを伝達し、主軸２の直線運動に対してはフリーとなっている（図示せず）。
【００７４】
上記構成により、ねじ溝スリーブ２８は回転運動のみを行い、主軸２（及びピストン軸１７）は回転運動と微少変位の直線運動の制御を同時に、かつ、独立して行うことができる。
【００７５】
主軸２（及びピストン軸１７）は、ねじ溝スリーブ２８と同一の回転数で回転するため、両部材１７，２８の間に円周方向での速度差は発生しない。この点は、ディスペンサーを構成する各部材の長期的な信頼性を得る上で、実用上、極めて有利な条件となる。もし、ピストン軸１７の外周部とねじ溝スリーブ２８の内周部で速度差があれば、両部材間の間隙に侵入した蛍光材料の硬い微粒子の「研磨作用」によって、部材が磨耗しシール性能の劣化をもたらすなどのトラブルが発生する。本実施形態では、ピストン軸１７とねじ溝スリーブ２８は軸方向に相対移動する。しかし、そのストロークは高々数十μｍであり、その変位は両部材の間に装着したシール部材（Ｏリング）１９の弾性変形内に留まるため、部材の磨耗などの問題は発生しなかった。
【００７６】
以下、本発明をディスプレイの蛍光体塗布に適用した一実施形態について、補足説明をする。本実施形態では、ムービングマグネットで駆動される主軸２（以下「ピストン軸」と称す）が回転と同時に高速の直線運動ができることを利用して、次の方法で塗布線の始終端に係る課題の解決を図った。
【００７７】
▲１▼塗布開始時には、ピストン軸を急速に降下させると同時にモータの回転を開始する。
【００７８】
▲２▼塗布終了時には、ピストン軸を上昇させると同時にモータの回転を停止する。
【００７９】
本実施形態では、ピストン軸をムービングマグネットで駆動しているため、ピストン軸の入力信号に対する出力変位の応答性は、１０^−３ｓｅｃ（１０００Ｈｅｒｚ）のオーダーであった。隙間の変化に対するスクイーズ圧力発生の間の時間遅れは僅少であるため、モータで回転数制御を行った第１実施例の場合と比べて、流量制御の応答性は１桁〜２桁ほど高い。
【００８０】
図７は、ムービングマグネットによって駆動されるピストンの変位曲線、図８はモータの回転数を、Ｎ＝０ｒｐｍからＮ＝２００ｒｐｍまで立ち上げたときに発生するねじ溝のポンピング圧力Ｐ_ｐを示す。図９は、ピストン軸を上昇・下降させることによって発生する、吐出ノズルの上流側におけるスクーズ圧力Ｐ_ｓの解析結果を示す。
【００８１】
図１０は、上記ねじ溝のポンピング圧力Ｐ_ｐとスクーズ圧力Ｐ_ｓを合成した圧力Ｐ_ｎ（＝Ｐ_ｐ＋Ｐ_ｓ）である。このスクーズ圧力Ｐ_ｓは、Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程式（省略）を表１の条件下で解いて求めたものである。
【００８２】
（１）塗布開始時
塗布開始前の状態では、モータの回転は停止しており、ピストン軸はその対向面との間隙：Ｘ_ｐ＝４０μｍの状態にある。ｔ＝０．０２秒でピストンが間隙：Ｘ_ｐ＝４０μｍ→３０μｍへ急降下を開始すると、吐出ノズルの上流側圧力：Ｐ_ｎは急上昇する。その理由は、式（１）のＲｅｙｎｏｌｄｓ方程式がｄｈ／ｄｔ＜０のとき発生するスクイーズ作用によるものである。スクイーズ作用は、粘性流体を用いた流体軸受の動圧効果の一種である。このスクイーズ効果による急峻なピーク圧力（オーバーシュート）の発生により、吐出ノズル先端での表面張力に打ち勝つ大きな運動エネルギが流体に与えられるために、ノズル先端に流体塊を作ることなく塗布を開始できる。
【００８３】
始点における塗布線をスムーズに描かせるためオーバーシュート圧力は、ピストンのストロークが大きい程、立ち上がり時間が短い程大きい。すなわち、吐出ノズル先端の流体の表面張力に打ち勝ちと共に、始点での塗布線の「太り」にならない範囲で、このオーバーシュート圧力の大きさを設定すればよい。
【００８４】
（２）定常走行時
０．０３＜ｔ＜０．０７秒の間は、ピストン軸はその対向面との間隙：Ｘ_ｐ＝３０μｍの状態を保ちながら、ねじ溝の回転によるポンピング圧力Ｐ_ｂによる定量吐出により、連続線が塗布される。ピストン軸とその対向面の間にも流体抵抗があるが、間隙：Ｘ_ｐ＝３０μｍの流体抵抗は十分に小さいために、必要流量を吐出させることができた。この区間ではスクイーズ圧力の発生はない。この理由は、スクイーズ圧力は隙間ｈが変化しているときのみ発生するからである。
【００８５】
（３）塗布終了時
ｔ＝０．０７秒でモータの減速と同時に、ピストン軸が間隙：Ｘ_ｐ＝３０μｍ→４０μｍへ上昇を開始すると、吐出ノズルの上流側圧力Ｐ_ｎは、図１０で示すように、一時的に急降下する。圧力が急降下する理由は、ピストンが急上昇してもスラスト端面とその対向面で形成される空隙部のギャップはまだ十分に狭く、空隙部の外周部から中心部の間で、求心方向の流体抵抗があるからである。この流体抵抗により、容易には外周部から流体は補給されず、圧力は降下する。理論的には、Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程式、すなわち、式（１）においてｄｈ／ｄｔ＞０となる逆スクイーズ作用とも言うべき効果による。大きなマイナス圧力となっているのは、Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程式が流体の圧縮性を考慮していないからである。実際には、気泡などの発生により流体圧力は絶対圧力ゼロ以下（Ｐ_ｎ＜０．０Ｐａ）にはならない。
【００８６】
この急峻な負圧発生によって、吐出ノズルからの流体が遮断されるだけでなく、ノズル先端の流体塊をノズル内部に若干量吸引させるサックバックの効果が得られる。スクイーズ圧力による負圧発生後は、モータの回転は停止しているため、ねじ溝のポンピング圧力による吐出はない。したがって、ノズルが非有効表示領域（Ｕターン区間）を通過している間、ノズル内部の流体のメニスカスは、ノズル先端で流体塊を作ることなく同一の位置を保ち続ける。そのため、前述した流体塊のボタ落ちなどのトラブルは回避できる。
【００８７】
なお、本実施形態ではピストン軸とその対向面の最小隙間は、Ｘ_ｍｉｎ＝２０μｍに設定した。本実施形態の蛍光体の粒径は、φｄ＝７〜９μｍであり、Ｘ_ｍｉｎ＞φｄであるため、吸入口から吐出口に至る通路で蛍光体の微粒子を機械的に圧搾・破損することはない。
【００８８】
【表１】

【００８９】
本実施形態では、塗布線の始点／終点をスムーズに描かせるためのオーバーシュート圧力とサックバック圧力を、ピストン軸の軸方向運動によって得ることができた。本実施形態では、ピストン変位曲線（図７に一例を示す）は、任意の形状を設定することができる。また、ピストン軸を駆動するムービングマグネットは高い応答性をもつために、変位曲線が急峻な変化をしても十分に追従できる。すなわち、ムービングマグネットの変位・速度制御により、モータの回転数制御ではできない微妙な始終端の吐出圧力と流量の制御ができる。
【００９０】
本実施形態では、ムービングマグネットの軸方向変位の制御と、モータの回転数制御を組み合わせることにより、連続塗布線の始終端の課題を解決すると共に、Ｕターン区間において、吐出ノズルから材料のリークが無い完全遮断状態を任意の時間保つことができた。なお、上記で示したように、モータ回転数の基本入力波形Ｎ_ｓに、補正項ΔＮを加える方法と本実施例の方法を組み合わせてもよい。
【００９１】
Ｕターン区間を十分に短く設定できる場合は、後述する実施例のように、モータの回転を維持したままで、ピストンのみの駆動により終点での流量遮断と始点での開放ができる。ディスプレイパネルの外周部（図１４の６３）に障害物（例えばウオール）がある場合は、ディスペンサーの本体と障害物が接触しない範囲で、吐出ノズル３３の全長を長くとればよい。
【００９２】
また、流体圧送手段であるねじ溝ポンプは、本発明を実施する上で必須条件では無い。外部に設置された圧力源（ポンプ或いはエアー圧）を利用して、流体をポンプ室３８に供給してもよい。この場合はスリーブ（部材２８に相当）にねじ溝は形成する必要は無い。しかし、ねじ溝を形成しない場合でも、スリーブ（部材２８に相当）を回転させて、スリーブとハウジングの間に相対速度を与えればよい。高分子・低分子材料の多くは、せん断速度の増加と共に粘度が低下する特性を持っている。例えば、粘度の低下が飽和する高せん断領域にせん断速度（回転数）を設定すれば、ディスペンサーを粘度変化に依存しにくい、安定した塗布条件下で用いることができる。
【００９３】
さて、本発明からなるディスペンサーは、既提案の「２自由度アクチュエータとスラスト動圧シールを組み合わせる方法」を用いても、遮断・開放の制御ができる。以下この方法について、補足説明をする。
【００９４】
図１１は、スラスト動圧シールの変位と発生圧力の関係を示す原理図である。図１１において、シール用スラスト溝３００は、スラスト動圧軸受として知られている公知のものである。さて、スラスト軸受の発生できるシール圧力は次式で与えられる。
【００９５】
【数１】

【００９６】
（１）式において、ωは回転角速度、Ｒ_０はスラスト軸受の外半径、Ｒ_０はスラスト軸受の内半径、ｆは溝深さ、溝角度、グルーブ幅とリッジ幅などで決まる関数である。図１１のグラフにおける曲線（イ）は、下記表２の条件下で、スパイラルグルーブ型スラスト溝を用いた場合のギャップδに対するシール圧力Ｐ_Ｓの特性を示すものである。
【００９７】
同図のグラフにおける曲線（ロ）は、軸方向流動が無い場合について、ラジアル溝のポンピング圧力と軸先端のギャップδの関係を示す一例である。このラジアル溝のポンピング圧力は、上記スラスト溝同様、ラジアル隙間、溝深さ、溝角度の選択によって広い範囲で選ぶことができる。しかし定性的には、ラジアル溝のポンピング圧力Ｐ_ｒは軸先端の空隙の大きさ（すなわちギャップδの大きさ）に依存しない。
【００９８】
さて、シール用スラスト溝のギャップδが十分大きいとき、例えばギャップδ＝１５μｍのとき、発生圧力はＰ＝０．０６ｋｇ／ｍｍ^２（０．６９ＭＰａ）である。
【００９９】
主軸３０１を回転させたままで、主軸３０１の端面を固定側の対向面に接近させる。ギャップδ＜１０．０μｍになると、シール圧力がラジアル溝のポンピング圧力Ｐ_ｒより大きくなり、流体の吐出口側への流出は遮断される。また、流体の流出が遮断された状態では、吐出ノズルの開口部近傍３０２の流体は、スラスト溝３００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、開口部３００近傍は負圧（大気圧以下）となる。この効果により、遮断後、吐出ノズル３００内部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のである。
【０１００】
上記シール方法を要約すれば、スラスト溝によるシール圧力は、ギャップδが小さくなると急激に増大するのに対して、ラジアル溝のポンピング圧力はギャップδの変化に対して極めて鈍感である、という点を利用している。
【０１０１】
なお、上記スラスト溝は、回転側、固定側のどちらに形成してもよい。また、微少粒子が含まれた蛍光体、電極材料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。
【０１０２】
【数２】

【０１０３】
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、主軸の外径を大きくかつ溝深さ、溝角度などに適切な値を選べば良い。
【０１０４】
【表２】

【０１０５】
本実施形態では、スラスト動圧シールが形成された吐出部に蛍光体ペーストを供給する圧力源として、ねじ溝ポンプを用いた。このねじ溝ポンプの代わりに、外部に設置されたポンプを塗布流体の圧力源としてもよい。或いは、工場内で常備されたエアー圧でもよい。要は、スラスト動圧シールが発生できる最大シール圧力以下に、圧力源の供給圧を設定すればよい。
【０１０６】
本実施形態では、ムービングマグネットの軸方向変位の制御と、モータの回転数制御を組み合わせることにより、連続塗布線の始終端の課題解決をはかった。Ｕターン区間を十分に短く設定できる場合は、ピストン軸のみの駆動により、始終端での流量遮断と開放の制御をすればよい。
【０１０７】
また、本実施形態では、主軸２が回転中にスラスト方向の力を受ける。本構造では、ディスプレイなどの蛍光体を塗布している場合に、常に一定の圧力を主軸から受け、その対抗した駆動力をムービングマグネットにより発生する必要がある。
【０１０８】
そのために、ムービングマグネット内にスラスト方向の軸受と同じ力を発生する機構（例えば弾性体）をつけてもよい。このようにスラスト軸受と同じ力を発生させる機構を搭載することにより、ムービングマグネット回りのコイルの発熱を抑制することができる。コイルの発熱を防ぐことにより、主軸などの熱膨張を防ぐことができ、安定した塗布をすることが可能になる。
【０１０９】
本実施形態では、モータの回転数制御をホール素子で行っているが、モータの上あるいは下にエンコーダを取り付けて、より厳密に回転数制御を行ってもいい（図示せず）。
【０１１０】
また、回転ムラをさらに低減し、一定回転数でモータを制御するためにモータの出力軸に遊星歯車式などの減速機を用いて、モータユニット部を構成し、太陽歯車を貫通したピストンを上下させても良い（図示せず）。また、現状の構成は、第１のアクチュエータと第２のアクチュエータの中心は、同一直線状にあるが、通常の平歯車の減速機などを用いて、駆動軸の中心が同一直線状になくても良い（図示せず）。
【０１１１】
（第２の実施形態）
図１６に本発明の第２の実施形態を示す。
【０１１２】
本実施形態では、主軸２０２を回転する回転モータ２０１とムービングマグネット２０３によって直動運動するヨーク２０４と一体となった回転スリーブ２０５から構成されている。ムービングマグネット２０３の周りのコイル２０６に電流を流すことにより、ムービングマグネットを上下させ、ねじ溝２０７を上下に運動させることができる。また、回転スリーブ２０５は、直線運動と回転運動ができるガイド２０８によって、支持されている。
【０１１３】
また、主軸２０２に連結されたモータを回すことにより、ねじ溝２０７を回転運動させることができる。吸入口２０９から吸入された流体は、ねじ溝２０７を通り、ポンプ室２１０を通過して、ノズル部２１１に移動する。回転運動と直線運動を組み合わせた２自由度アクチュエータを用いて、ポンプを構成する構造ならば、上記実施形態以外でも本発明を適用することができる。
【０１１４】
以上、説明した実施形態では、ポンプ室に塗布流体を供給する圧力源としてねじ溝ポンプを用いているが、ねじ溝式以外のポンプでも本発明を適用することができる。例えば、ツイン・スクリュー式，トロコイド式，モーノ式，ギヤ式，ピストン式などの種類のポンプを適用できる。或いは、ねじ溝を省略し、高圧エアーを塗布流体に印加するエアー式でもよい。この場合でも、回転軸と固定側との間に相対的なせん断力を与えれば、塗布材料の多くが持つチクソトロピーの作用により、粘度が低下して流動性が向上するなどの効果が得られる。
【０１１５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の流体吐出装置は、高粘度粉流体を流路内部での粉体の堆積、目詰まりなどのトラブルなく、高精度・高速で塗布が可能となる。また、組立て，調整などのメンテナンスに優れる共に、長期にわたり高い塗布精度を維持することができる。従って、その実用的効果は絶大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るディスペンサーの正面断面図
【図２】本発明の第１の実施形態に係る軸駆動ユニットを示す図
【図３】本発明の第１の実施形態に係るモータユニットを示す図
【図４】本発明の第１の実施形態に係るポンプユニットを示す図
【図５】上記ポンプユニットにねじ溝スリーブを挿入した状態を示す図
【図６】上記３つのユニットの相対位置関係を示す図
【図７】実施のピストンの変位曲線示すグラフ
【図８】モータの回転により発生するねじ溝のポンピング圧力Ｐ_ｐを示す図
【図９】ピストン軸を上昇・下降させることによって発生するスクーズ圧力Ｐ_ｓの解析結果を示す図
【図１０】上記図８と図９を合成したグラフ
【図１１】スラスト動圧シールのシール圧力と隙間の関係を示す図
【図１２】既提案のディスペンサーの正面断面図
【図１３】従来のＰＤＰを対象とした蛍光体層形成装置を示す図
【図１４】ＰＤＰパネルの有効表示領域と非有効表示領域を示す図
【図１５】従来のエアーパルス方式を示す図
【図１６】本発明の第１の実施形態に係るディスペンサーを示す正面断面図
【符号の説明】
２主軸
３リア側回転スリーブ
４ハウジングＢ
５マグネット
９磁界コイル
５０軸駆動ユニット
５１モータユニット
５２ポンプユニット
５３接続ユニット

Claims

隙間方向に相対移動する２面と、前記２面間の間隙部と流体供給源とを繋ぐ吸入口と、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と、前記２面のいずれか一方を回転させる手段から構成される流体吐出装置であって、前記２面間を隙間方向に相対移動させる手段がムービングマグネットであること
を特徴とする流体塗布装置。
軸を相対的に軸方向移動可能に収納するスリーブと、前記スリーブ及び、又は前記軸の少なくとも一部を収納するハウジングと、前記軸と前記ハウジングを相対的に軸方向移動させる第１のアクチュエータと、前記スリーブと前記ハウジングを相対的に回転させる第２のアクチュエータと、前記軸と前記ハウジングで形成され前記軸の軸方向移動により容積が変化するポンプ室と、このポンプ室と連絡する流体吸入口及び吐出口から構成される流体吐出装置であって、前記第１のアクチュエータが、ムービングマグネットであること
を特徴とする流体塗布装置。
軸とハウジングを相対的に軸方向移動させる第１のアクチュエータと、軸とこの軸を収納するハウジングを相対的に回転させる第２のアクチュエータと、前記軸と前記ハウジングで形成され前記軸の軸方向移動により容積が変化するポンプ室と、このポンプ室と連絡する流体吸入口及び吐出口から構成される流体吐出装置であって、前記第１のアクチュエータが、ムービングマグネットであること
を特徴とする流体塗布装置。