【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子部品、家電製品などの分野における生産工程に用いることができ、接着剤、クリームハンダ、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定量吐出するための流体供給装置および供給方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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・部品配置の高密度化のニーズにともない、微少量の接着剤など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る様になっている。
【０００３】
表面実装（ＳＭＴ）の分野を例にとれば、実装の高速化、微小化、高密度化、高品位化、無人化のトレンドの中で、ディスペンサーの課題を要約すれば、
▲１▼ 供給量の高精度化と１回の供給量の微小化
▲２▼ 吐出時間の短縮 …高速吐出遮断及び吐出開始ができる
▲３▼ 高粘度の粉流体に対応できる
である。従来、微少流量の液体を吐出させるために、エアパルス方式、ねじ溝式、電磁歪素子によるマイクロポンプ方式などのディスペンサーが実用化されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来のディスペンサーの各種構成のうち、図４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。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２００（シリンダ）内にパルス的に印加させ、シリンダ２００内の圧力の上昇分に対応する一定量の液体をノズル２０１から吐出させるものである。
【０００５】
このエアパルス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。
【０００６】
この欠点は、シリンダに封じ込められた空気２０２の圧縮性と、エアパルスを狭い隙間に通過させる際のノズル抵抗によるものである。すなわち、エアパルス方式の場合、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、吐出開始にたとえば０．０７〜０．１秒程度の時間遅れを見込まねばならない。
【０００７】
上記エアパルス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。
【０００８】
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、粉体が混入した接着剤、導電性ペースト、あるいは蛍光体等の供給への適用は困難な場合が多い。
【０００９】
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、ノズル抵抗に依存しにくいポンプ特性を選ぶことができるため、連続塗布の場合は好ましい結果が得られるが、間欠供給は粘性ポンプの性格上不得手である。そのため従来ねじ溝式では、
（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あるいは開放する。
【００１０】
（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。
【００１１】
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、高速間欠動作には制約があった。応答性はエア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。
【００１２】
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、供給精度にも限界があった。
【００１３】
一方、微少流量の流体を吐出することを目的として、積層型の圧電素子を利用したマイクロポンプが開発されている。このマクロポンプには、通常機械式の受動的な吐出弁、吸入弁が用いられる。
【００１４】
しかし、バネとボールから構成され圧力差によって吐出弁、吸入弁を開閉させる上記ポンプでは、流動性の悪い、数万〜数十万センチポワズの高粘度のレオロジー流体を、高い流量精度でかつ高速（０．１秒以下）で間欠吐出させることは極めて困難である。
【００１５】
さて、上記した従来技術の課題が指摘される中で、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形成、液晶パネルのシール材供給、光ディスクなどの製造行程の分野において、微細供給技術に関する、次のような要望が強い。
【００１６】
▲１▼連続塗布後、すばやく供給を止め、短い時間をおいて連続供給を急峻に開始できること。そのためには、たとえば０．０１秒のオーダーで流量制御できることが理想である。
【００１７】
▲２▼粉流体に対応できること。たとえば流路の機械的な遮断により、粉体の圧搾破損、流路の詰まりなどのトラブルがないこと。
【００１８】
上述した高粘度流体・粉流体の微少流量供給に係る、近年の様々な要求に応えるために、本発明者らは、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構成し、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、流体の吐出量を制御する供給手段として、特願２０００−１８８８９９号（特開２０００−１１９２号）により「流体供給装置及び流体供給方法」を出願中である。
【００１９】
本発明は上記出願における提案をさらに改良するもので、回転運動や直線運動の支持手段に流体軸受を設け、回転時の調芯作用の向上と耐久性の向上を可能とし、更に軸方向の移動にも対応できる流体供給装置および供給方法を提供することを目的とするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の流体供給装置は、主軸を回転させる回転駆動手段と、中空穴が前記主軸の外周部と嵌合し、前記主軸に対し支持手段と一体となって軸方向に移動可能で、かつ、前記主軸の回転が前記支持手段を介して伝達されることにより回転可能に構成されると共に、シリンダ内周部との間に外部と連絡する流体の吸入口及び吐出口を設けたポンプ室を形成して前記シリンダに収納される中空軸と、前記ポンプ室内に流入された前記流体を前記吐出口側に圧送する手段と、前記中空軸の軸方向移動を駆動する軸方向駆動手段と、前記軸方向駆動手段による前記中空軸と前記シリンダ間の間隙の変化により、前記ポンプ室と前記吐出口の間の流体抵抗を増減せしめる手段とを設けた流体供給装置において、前記支持手段に流体軸受けを設けて構成されている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を電子部品の表面実装用ディスペンサーに適用した一実施形態における流体供給装置および供給方法について、図１を用いて説明する。
【００２２】
１は第１のアクチュエータであり、本実施形態では、高粘度流体を高速で間欠的に微少量かつ高精度に供給するために、高い位置決め精度が得られ、高い応答性を持つと共に大きな発生荷重が得られる超磁歪素子を用いた。
【００２３】
２は第１のアクチュエータ１によって駆動される中空軸である。前記第１のアクチュエータ１は、ハウジング３に収納されており、このハウジング３の下端部（フロント側）に、中空軸２を収納するシリンダ４が装着されている。５は中空軸２の外表面に形成された流体を吐出側に圧送するためのラジアル溝である。
【００２４】
この中空軸２とシリンダ４との間に、中空軸２とシリンダ４の相対的な回転によってラジアル溝５により起こされるポンピング作用を得るためのポンプ室７を形成している。またシリンダ４には、ポンプ室７と連絡する吸入口８が形成されている。９はシリンダ４の下端部に装着された吐出ノズルであり、１０はこの吐出ノズル９を含む後述する吐出部である。
【００２５】
１１は第２のアクチュエータであり、主軸４０を回転させ、この主軸４０とともに回転する中空軸２とシリンダ４の間に相対的な回転運動を与えるものである。モータロータ１２は上部主軸１３に固着され、またモータステータ１４はハウジング１５に収納されている。
【００２６】
１６は超磁歪素子から構成される超磁歪ロッド、１７は超磁歪ロッド１６の長手方向に磁界を与えるための磁界コイルである。１８、１９は超磁歪ロッド１６にバイアス磁界を与えるための永久磁石であり、超磁歪ロッド１６をそれらの中間にはさむ形で配置されている。
【００２７】
この永久磁石１８、１９は、超磁歪ロッド１６に予め磁界をかけて磁界の動作点を高めるもので、この磁気バイアスにより磁界の強さに対する超磁歪の線形性が改善できる。２０は超磁歪ロッド１６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、２１は超磁歪ロッド１６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、２２は磁界コイル１７の外周部に配置された円筒形状のヨーク材である。
【００２８】
超磁歪ロッド１６、永久磁石１８、リア側ヨーク２０、ヨーク材２２、フロント側スリーブ２１、永久磁石１９、超磁歪ロッド１６の順に磁気が伝達され、超磁歪ロッド１６の伸縮を制御する閉ループ磁気回路を形成している。なお主軸４０はこの磁気回路による影響を受けないように、非磁性材料を用いている。すなわち超磁歪ロッド１６、永久磁石１８、リア側ヨーク２０、ヨーク材２２、フロント側スリーブ２１、永久磁石１９、超磁歪ロッド１６により、磁界コイル１７に与える電流で超磁歪ロッド１６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１）を構成している。超磁歪材料は希土類元素と鉄の合金であり、近年急速に実用化が進められている。
【００２９】
２３は上部主軸１３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２３もまた軸受２４により、ハウジング２５に対して回転自在に支持されている。
【００３０】
２６はリア側ヨーク２０とリア側スリーブ２３の間に装着されたバイアスバネである。このバイアスバネ２６から加わる荷重により、超磁歪ロッド１６は永久磁石１８、１９を介在して、上下をリア側ヨーク２０、フロント側スリーブ２１に押圧される形で把持されている。この結果、超磁歪ロッド１６には常に軸方向に圧縮応力が加わるため、繰り返し応力が発生した場合に、引っ張り応力に弱い超磁歪素子の欠点が解消される。
【００３１】
フロント側スリーブ２１は中空軸２を軸方向移動可能に取付けている。第２のアクチュエータ１１から伝達された主軸４０の回転動力は、主軸４０、フロント側スリーブ２１の間に設けられた図示しない回転伝達キーによってフロント側スリーブ２１に伝達される。またフロント側スリーブ２１もハウジング３に回転自在に支持されている。
【００３２】
上記構成により、第２のアクチュエータ１１の回転動力は中空軸２とフロント側スリーブ２１のみに伝達され、脆性材料である超磁歪ロッド１６に捻りトルクは発生しない。
【００３３】
なお、図３に示すようにフロント側スリーブ２１の外周には動圧発生溝５０が形成され、動圧流体軸受を構成しているが静圧軸受による構成でもよい。
【００３４】
４１は第２のアクチュエータ１１の上部に配置された上部主軸１３の回転位置情報を検出するためのエンコーダである。また２９は主軸４０に対し、図示しない回転伝達キーを介して軸方向に移動可能なフロント側スリーブ２１、及びフロント側スリーブ２１と結合された中空軸２の軸方向変位を検出するための変位センサーである。
【００３５】
上記構成により、本実施形態における流体供給装置では、中空軸２に対しては回転運動と微小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。
【００３６】
さらに本実施形態では、第１のアクチュエータ１に超磁歪素子を用いたために、超磁歪ロッド１６及びこの超磁歪ロッド１６により軸方向に変位を与えられるフロント側スリーブ２１、及びこのフロント側スリーブ２１に結合されている中空軸２を一体として直線運動させるための動力を、外部から非接触で与えることができる。
【００３７】
超磁歪素子に加えた入力電流と変位は比例するため、変位センサーなしのオープンループ制御でも、前記中空軸２の軸方向位置決め制御は可能である。しかし本実施形態のような変位センサー２９を設けてフィードバック制御をすれば、超磁歪素子のヒステリシス特性も改善できるため、より高い精度の位置決めができる。
【００３８】
さて本実施形態では、中空軸２の軸方向位置決め機能を用いて、中空軸２の定常回転状態を保ったままで、中空軸２の吐出側スラスト端面の隙間の大きさδを任意に制御することができる。この機能を用いて、吸入口８から吐出ノズル９に至るいかなる流路の区間においても機械的に開閉する部材が直接粉流体と接触することによりその遮断・開放を行うという構成を用いることなく、流体力学的作用により非接触の状態で、粉流体の遮断・開放ができる。その原理を吐出部１０の詳細図２を用いて説明する。
【００３９】
図２（ａ）において、３１は中空軸２の吐出側端面に装着されたスラストシールのつばである。このつば３１の吐出側端面３３とその対向面３４の相対移動面のいずれか一方にシール用スラスト溝３５が形成されており、その形状は図２（ｂ）に示す通りである。このスラスト端面３３の対向面３４の中央部に吐出ノズル９の開口部３６が形成されている。
【００４０】
図１で既に説明したラジアル溝５は、スパイラルグルーブ動圧軸受として知られている公知のものであり、またねじ溝ポンプとしても利用されている。
【００４１】
またシール用スラスト溝３５は、同様にスラスト動圧軸受として知られているものである。シール用スラスト溝３５の発生できるシール圧力は、回転角速度、スラスト軸受の内外径、溝深さ、溝角度、グループ幅とリッジ幅などで決定される。
【００４２】
さて、シール用スラスト溝３５が設けられているスラスト端面３３と対向面３４との間のギャップδが十分大きいとき、たとえばギャップδ＝１５μｍのとき、発生圧力は小さく、Ｐ＜０．１ｋｇ／ｍｍ２である。
【００４３】
中空軸２を回転させたまま、スラスト端面３３を固定側の対向面３４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５のポンピング圧力Ｐｒより大きくなり、流体の吐出口側への流出は遮断される。
【００４４】
図２が流体の流出が遮断された状態を示すとした場合、吐出ノズルの開口部３６近傍の流体は、シール用スラスト溝３５によって矢印Ａで示す方向のポンピング作用を受けているため、開口部３６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９内部に残存していた流体は再びポンプ室７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塊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。
【００４５】
さて、本実施形態では、主軸４０を僅か数十μｍ程度軸方向に移動させることにより、流体の吐出状態のＯＮ、ＯＦＦを自在に制御することができる。
【００４６】
本実施形態のポイントを要約すれば、シール用スラスト溝３５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５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。
【００４７】
なお、ラジアル溝５、シール用スラスト溝３５いずれも回転側、固定側のどちらに形成してもよい。また実施形態ではスラストシールのつば３１を中空軸２と別体の構成として図に示しているがこれらは一体のものであってもよい。
【００４８】
また微小粒子が含まれた接着剤のような粉流体を供給する場合は、ギャップδの最小値δｍｉｎは式（１）の様に微小粒子径φｄよりも大きく設定すればよい。
【００４９】
δｍｉｎ＞φｄ … （１）
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、スラストシールのつば３１の外径を大きくかつシール用スラスト溝３５の溝深さ、溝角度等に適切な値を選べば良い。
【００５０】
本実施形態における溝寸法等の諸元を表１に示す。
【００５１】
【表１】
【００５２】
さて本実施形態では、軸方向駆動手段に超磁歪素子を用いているが、微少流量を扱うポンプでは、シール用スラスト溝３５を用いた非接触シールを構成するためのギャップδの大きさを調整するストロークは、大きくとも数十ミクロンのオーダでよく、超磁歪素子、エピゾ素子などの電磁歪素子のストロークの限界は問題とならない。
【００５３】
また、高粘度流体を吐出させる場合、ラジアル溝５によるポンピング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、第１のアクチュエータ１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ュエータが好ましい。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、中空軸２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。
【００５４】
また軸方向駆動手段に超磁歪素子を用いた場合、圧電素子を用いる場合と比べて、伝導ブラシも省略できることから、モータ（回転手段）の負荷を軽減できると共に、全体構成が極めてシンプルとなるため、可動部の慣性モーメントを極力小さくでき、ディスペンサーの細径化が可能である。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、粉粒体の高速吐出遮断と吐出開始が可能であり、粉体の圧搾破損による流路の詰まりや流体の特性変化などのトラブルが発生しない。
【００５６】
また高粘度流体の高速供給と超微少量の高精度吐出が可能となり、表面実装のディスペンサー、ＰＤＰ、ＣＲＴディスプレイの蛍光体供給、液晶パネルのシール材供給等に有用である。更に回転運動と直線運動の支持手段に流体軸受を設けたことにより、よりスムーズかつ高精度な回転及び直線運動を実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における流体供給装置の断面図
【図２】（ａ）図１に示す流体供給装置の吐出部の拡大断面図
（ｂ）本図（ａ）に示すシール用スラスト溝の正面図
【図３】図１に示す回転支持部の流体軸受の拡大図
【図４】従来のエアパルス方式の流体供給装置を示す断面図
【符号の説明】
１ 第１のアクチュエータ
２ 中空軸
４ シリンダ
７ ポンプ室
８ 吸入口
９ 吐出口
１１ 第２のアクチュエータ
１６ 超磁歪ロッド
２１ フロント側スリーブ
３３ スラスト端面
３４ 対向面
３５ シール用スラスト溝
３６ 開口部
４０ 主軸
５０ 動圧発生溝[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention can be used in production processes in the fields of electronic components, home appliances, etc., and is a fluid for quantitatively discharging various liquids such as adhesives, cream solders, phosphors, greases, paints, hot melts, chemicals, and foods. The present invention relates to a supply device and a supply method.
[0002]
[Prior art]
Liquid ejecting devices (dispensers) have been used in various fields, but with the recent demand for smaller electronic components and higher density of component placement, highly precise fluid materials such as adhesives can be used. There is a demand for a technique for stable and stable discharge control.
[0003]
Taking the example of the field of surface mounting (SMT) as an example, in the trend of high speed, miniaturization, high density, high quality, and unmanned mounting, the issues of dispensers can be summarized as follows:
{Circle around (1)} Higher accuracy of supply amount and miniaturization of single supply amount {circle around (2)} Reduction of discharge time ・ ・ ・ High-speed discharge shut-off and discharge start can be performed. 2. Description of the Related Art Conventionally, in order to discharge a liquid at a very small flow rate, a dispenser such as an air pulse method, a screw groove method, or a micropump method using an electromagnetic strain element has been put to practical use.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Of the various configurations of the above-described conventional dispensers, a dispenser using an air pulse method as shown in FIG. 4 is widely used, and the technology is introduced in, for example, "Automation Technology '93 .25 Vol. 7". The dispenser according to this method causes a constant amount of air supplied from a constant pressure source to be applied to the container 200 (cylinder) in a pulsed manner, and discharges a fixed amount of liquid from the nozzle 201 corresponding to an increase in the pressure in the cylinder 200. Things.
[0005]
This air pulse type dispenser has a drawback that response is poor.
[0006]
This drawback is due to the compressibility of the air 202 enclosed in the cylinder and the nozzle resistance when passing air pulses through narrow gaps. That is, in the case of the air pulse method, the volume constant of the cylinder: C and the nozzle resistance: R, the time constant of the fluid circuit determined by T: T = RC is large. Time delay must be anticipated.
[0007]
A dispenser that opens and closes the discharge port by providing a needle valve at the inlet of the discharge nozzle and moving the small-diameter spool constituting the needle valve at a high speed in the axial direction in order to solve the above-mentioned drawbacks of the air pulse method. Has been put to practical use.
[0008]
However, in this case, when the fluid is shut off, the gap between the relatively moving members becomes zero, and the powder having an average particle diameter of several microns to several tens of microns is mechanically pressed and destroyed. Due to various inconveniences that occur as a result, it is often difficult to apply the method to supply of an adhesive, a conductive paste, a phosphor, or the like mixed with powder.
[0009]
For the same purpose, a screw groove type dispenser which is a viscous pump has already been put to practical use. In the case of the screw groove type, a pump characteristic that does not depend on the nozzle resistance can be selected, so that a preferable result can be obtained in the case of continuous application. However, the intermittent supply is not good due to the nature of the viscous pump. Therefore, in the conventional screw groove type,
(1) An electromagnetic clutch is interposed between the motor and the pump shaft, and this electromagnetic clutch is connected or released when the discharge is turned on or off.
[0010]
(2) Use a DC servomotor to start or stop rapid rotation.
[0011]
However, since the response is determined by the time constant of the mechanical system in any of the above cases, the high-speed intermittent operation is limited. The responsiveness is better than that of the air pulse method, but the shortest time is limited to about 0.05 seconds.
[0012]
In addition, since there are many uncertainties in the rotation characteristics of the pump shaft during the transient response (at the start and stop of the rotation), it is difficult to strictly control the flow rate, and the supply accuracy is limited.
[0013]
On the other hand, a micropump using a laminated piezoelectric element has been developed for the purpose of discharging a small amount of fluid. For this macro pump, a mechanical passive discharge valve or suction valve is usually used.
[0014]
However, the above-mentioned pump, which is composed of a spring and a ball and opens and closes a discharge valve and a suction valve by a pressure difference, is capable of supplying a rheological fluid having poor fluidity and high viscosity of several tens to hundreds of thousands of centipoise with high flow rate accuracy and high speed ( It is extremely difficult to perform intermittent ejection in less than 0.1 second).
[0015]
Now, while the above-mentioned problems of the prior art have been pointed out, in recent years, the field of circuit formation has become more and more precise and ultra-miniaturized, or the formation of electrodes and ribs for picture tubes such as PDPs and CRTs, and sealing materials for liquid crystal panels In the field of supply and manufacturing processes of optical disks and the like, there are strong demands for fine supply technology as follows.
[0016]
{Circle around (1)} After the continuous coating, the supply should be stopped quickly and the continuous supply can be started rapidly after a short time. For that purpose, it is ideal that the flow rate can be controlled, for example, on the order of 0.01 second.
[0017]
(2) Capable of handling powder fluids. For example, there should be no trouble such as powder compression damage or clogging of the flow channel due to mechanical shutoff of the flow channel.
[0018]
In order to respond to various demands in recent years relating to the supply of a high-viscosity fluid / powder fluid at a small flow rate, the present inventors provide a relative linear motion and a rotational motion between a piston and a cylinder, and rotate the piston and the cylinder. Japanese Patent Application No. 2000-188899 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-188899) discloses a supply means for controlling a discharge amount of a fluid by configuring a fluid transport means by movement and changing a relative gap between a fixed side and a rotation side using linear movement. “No. 1192) has filed an application for“ fluid supply device and fluid supply method ”.
[0019]
The present invention is a further improvement of the proposal in the above-mentioned application, in which a fluid bearing is provided on a support means for rotational motion or linear motion, and it is possible to improve centering action and durability during rotation, and to further improve axial movement. It is an object of the present invention to provide a fluid supply device and a supply method that can cope with the above.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In the fluid supply device of the present invention, the rotation driving means for rotating the main shaft, the hollow hole is fitted to the outer peripheral portion of the main shaft, and can be axially movable integrally with the support means with respect to the main shaft, and The rotation of the main shaft is transmitted through the support means so as to be rotatable, and a pump chamber is provided between the inner periphery of the cylinder and a suction port and a discharge port of a fluid communicating with the outside. A hollow shaft housed in the cylinder, means for pumping the fluid flowing into the pump chamber to the discharge port side, axial driving means for driving axial movement of the hollow shaft, and the shaft In a fluid supply device provided with means for increasing or decreasing the fluid resistance between the pump chamber and the discharge port by a change in a gap between the hollow shaft and the cylinder by a direction driving means, a fluid bearing is provided on the support means. Composed To have.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a fluid supply device and a supply method according to an embodiment in which the present invention is applied to a dispenser for surface mounting electronic components will be described with reference to FIG.
[0022]
Reference numeral 1 denotes a first actuator. In the present embodiment, in order to supply a high-viscosity fluid intermittently in a very small amount and with high precision at a high speed, high positioning accuracy is obtained, high responsiveness and a large generated load are obtained. Was used.
[0023]
2 is a hollow shaft driven by the first actuator 1. The first actuator 1 is housed in a housing 3, and a cylinder 4 for housing the hollow shaft 2 is mounted at a lower end (front side) of the housing 3. Reference numeral 5 denotes a radial groove for pressure-feeding a fluid formed on the outer surface of the hollow shaft 2 to the discharge side.
[0024]
Between the hollow shaft 2 and the cylinder 4, a pump chamber 7 for obtaining a pumping action caused by the radial groove 5 by the relative rotation of the hollow shaft 2 and the cylinder 4 is formed. The cylinder 4 has a suction port 8 communicating with the pump chamber 7. Reference numeral 9 denotes a discharge nozzle mounted on the lower end of the cylinder 4, and reference numeral 10 denotes a discharge unit including the discharge nozzle 9 described later.
[0025]
Reference numeral 11 denotes a second actuator which rotates the main shaft 40 and gives a relative rotational movement between the hollow shaft 2 and the cylinder 4 which rotate together with the main shaft 40. The motor rotor 12 is fixed to an upper main shaft 13, and the motor stator 14 is housed in a housing 15.
[0026]
Reference numeral 16 denotes a giant magnetostrictive rod composed of giant magnetostrictive elements, and 17 denotes a magnetic field coil for applying a magnetic field in the longitudinal direction of the giant magnetostrictive rod 16. Reference numerals 18 and 19 denote permanent magnets for applying a bias magnetic field to the giant magnetostrictive rod 16, which are arranged so as to sandwich the giant magnetostrictive rod 16 therebetween.
[0027]
The permanent magnets 18 and 19 apply a magnetic field to the giant magnetostrictive rod 16 in advance to increase the operating point of the magnetic field, and the magnetic bias can improve the linearity of the giant magnetostriction with respect to the strength of the magnetic field. Reference numeral 20 denotes a rear yoke that is disposed on the rear side of the giant magnetostrictive rod 16 and is a yoke material of a magnetic circuit. Reference numeral 21 denotes a front side sleeve that is disposed on the front side of the giant magnetostrictive rod 16 and also serves as a yoke material. 17 is a cylindrical yoke member arranged on the outer peripheral portion of the cylindrical member 17.
[0028]
The magnetism is transmitted in the order of the giant magnetostrictive rod 16, the permanent magnet 18, the rear yoke 20, the yoke material 22, the front sleeve 21, the permanent magnet 19, and the giant magnetostrictive rod 16, and the closed loop magnetic circuit controls the expansion and contraction of the giant magnetostrictive rod 16. Is formed. The main shaft 40 is made of a non-magnetic material so as not to be affected by the magnetic circuit. That is, the giant magnetostrictive rod 16, the permanent magnet 18, the rear yoke 20, the yoke material 22, the front sleeve 21, the permanent magnet 19, and the giant magnetostrictive rod 16 cause the giant magnetostrictive rod 16 to expand and contract in the axial direction by a current applied to the magnetic field coil 17. Is configured as a giant magnetostrictive actuator (first actuator 1) that can control the temperature. The giant magnetostrictive material is an alloy of a rare earth element and iron, and has been rapidly commercialized in recent years.
[0029]
Reference numeral 23 denotes a rear sleeve that houses the upper main shaft 13 so as to be rotatable and movable in the axial direction. The rear sleeve 23 is also rotatably supported by a housing 25 by a bearing 24.
[0030]
Reference numeral 26 denotes a bias spring mounted between the rear yoke 20 and the rear sleeve 23. Due to the load applied from the bias spring 26, the giant magnetostrictive rod 16 is vertically held by the rear yoke 20 and the front sleeve 21 with the permanent magnets 18 and 19 therebetween. As a result, since the compressive stress is always applied to the giant magnetostrictive rod 16 in the axial direction, when a repeated stress is generated, the defect of the giant magnetostrictive element which is weak in the tensile stress is solved.
[0031]
The front side sleeve 21 has the hollow shaft 2 mounted so as to be movable in the axial direction. The rotational power of the main shaft 40 transmitted from the second actuator 11 is transmitted to the front sleeve 21 by a rotation transmission key (not shown) provided between the main shaft 40 and the front sleeve 21. The front sleeve 21 is also rotatably supported by the housing 3.
[0032]
With the above configuration, the rotational power of the second actuator 11 is transmitted only to the hollow shaft 2 and the front side sleeve 21, and no torsional torque is generated in the giant magnetostrictive rod 16, which is a brittle material.
[0033]
Although a dynamic pressure generating groove 50 is formed on the outer periphery of the front side sleeve 21 as shown in FIG. 3 to constitute a dynamic pressure fluid bearing, it may be constituted by a static pressure bearing.
[0034]
Reference numeral 41 denotes an encoder for detecting rotation position information of the upper main shaft 13 disposed above the second actuator 11. Reference numeral 29 denotes a displacement sensor for detecting an axial displacement of the front side sleeve 21 and the hollow shaft 2 coupled to the front side sleeve 21 with respect to the main shaft 40 via a rotation transmission key (not shown). It is.
[0035]
With the above configuration, in the fluid supply device according to the present embodiment, the rotational motion and the linear motion of the minute displacement can be simultaneously and independently controlled for the hollow shaft 2.
[0036]
Furthermore, in this embodiment, since the giant magnetostrictive element is used for the first actuator 1, the giant magnetostrictive rod 16, the front-side sleeve 21 that is displaced in the axial direction by the giant-magnetostrictive rod 16, and the front-side sleeve 21 Power for linearly moving the coupled hollow shaft 2 integrally can be applied from outside without contact.
[0037]
Since the input current applied to the giant magnetostrictive element is proportional to the displacement, the axial positioning control of the hollow shaft 2 is possible even with open loop control without a displacement sensor. However, if feedback control is performed by providing the displacement sensor 29 as in the present embodiment, the hysteresis characteristics of the giant magnetostrictive element can be improved, and positioning with higher accuracy can be performed.
[0038]
In the present embodiment, the size of the gap δ at the discharge-side thrust end face of the hollow shaft 2 is arbitrarily controlled by using the axial positioning function of the hollow shaft 2 while maintaining the steady rotation state of the hollow shaft 2. Can be. By using this function, in a section of any flow path from the suction port 8 to the discharge nozzle 9, a member that mechanically opens and closes does not directly shut off or open the powder fluid by directly contacting it. Powder fluid can be shut off and opened in a non-contact state by the hydrodynamic action. The principle will be described with reference to FIG.
[0039]
In FIG. 2A, reference numeral 31 denotes a flange of a thrust seal mounted on the discharge-side end face of the hollow shaft 2. A sealing thrust groove 35 is formed on one of the relative movement surface of the discharge side end surface 33 of the flange 31 and the opposing surface 34, and the shape is as shown in FIG. 2B. An opening 36 of the discharge nozzle 9 is formed at the center of the opposing surface 34 of the thrust end surface 33.
[0040]
The radial groove 5 already described in FIG. 1 is a known groove known as a spiral groove hydrodynamic bearing, and is also used as a thread groove pump.
[0041]
The thrust groove 35 for sealing is also known as a thrust dynamic pressure bearing. The sealing pressure that can be generated by the sealing thrust groove 35 is determined by the rotational angular velocity, the inner and outer diameters of the thrust bearing, the groove depth, the groove angle, the group width and the ridge width, and the like.
[0042]
Now, when the gap δ between the thrust end face 33 provided with the sealing thrust groove 35 and the facing surface 34 is sufficiently large, for example, when the gap δ = 15 μm, the generated pressure is small and P <0.1 kg / mm. 2 .
[0043]
While the hollow shaft 2 is being rotated, the thrust end surface 33 is brought closer to the fixed side facing surface 34. When the gap δ <10.0 μm, the sealing pressure becomes larger than the pumping pressure Pr of the radial groove 5, and the outflow of the fluid to the discharge port side is shut off.
[0044]
If FIG. 2 shows a state in which the outflow of the fluid is blocked, the fluid near the opening 36 of the discharge nozzle is subjected to the pumping action in the direction indicated by the arrow A by the sealing thrust groove 35. The pressure near 36 is negative pressure (atmospheric pressure or lower). Due to this effect, after shutting off, the fluid remaining inside the discharge nozzle 9 is sucked into the pump chamber 7 again. As a result, a fluid mass due to surface tension is not formed at the tip of the discharge nozzle, and stringing and dropping are eliminated.
[0045]
In the present embodiment, the ON / OFF state of the fluid discharge state can be freely controlled by moving the main shaft 40 in the axial direction by only about several tens of μm.
[0046]
To summarize the points of the present embodiment, the sealing pressure by the sealing thrust groove 35 increases rapidly as the gap δ decreases, whereas the pumping pressure of the radial groove 5 is extremely insensitive to a change in the gap δ. Is used.
[0047]
Note that both the radial groove 5 and the sealing thrust groove 35 may be formed on either the rotating side or the fixed side. In the embodiment, the flange 31 of the thrust seal is shown as a separate structure from the hollow shaft 2, but these may be integrated.
[0048]
When a powder fluid such as an adhesive containing microparticles is supplied, the minimum value δmin of the gap δ may be set to be larger than the microparticle diameter φd as in equation (1).
[0049]
δmin> φd (1)
In order to obtain a larger gap for the same generated pressure, increase the rotation speed or increase the outer diameter of the flange 31 of the thrust seal and adjust the groove depth, groove angle, etc. of the seal thrust groove 35. Just choose the right value.
[0050]
Table 1 shows specifications of the groove size and the like in the present embodiment.
[0051]
[Table 1]
[0052]
In the present embodiment, the giant magnetostrictive element is used for the axial driving means. However, in a pump handling a small flow rate, the size of the gap δ for forming a non-contact seal using the sealing thrust groove 35 is adjusted. The stroke to be performed may be on the order of at most several tens of microns, and the limit of the stroke of the magnetostrictive element such as the giant magnetostrictive element and the epizo element does not matter.
[0053]
When discharging a high-viscosity fluid, a large discharge pressure is expected to be generated by the pumping action of the radial groove 5. In this case, since the first actuator 1 is required to have a large thrust against high fluid pressure, it is preferable to use an electromagnetic strain type actuator which can easily output a force of several hundred to several thousand N. Since the magnetostrictive element has a frequency response of several MHz or more, the hollow shaft 2 can linearly move with high response. Therefore, the discharge amount of the high-viscosity fluid can be controlled with high response and high accuracy.
[0054]
Also, when a giant magnetostrictive element is used for the axial driving means, the conductive brush can be omitted as compared with the case where a piezoelectric element is used, so that the load on the motor (rotating means) can be reduced and the overall configuration is extremely simple. In addition, the moment of inertia of the movable part can be minimized, and the diameter of the dispenser can be reduced.
[0055]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, high-speed discharge interruption and discharge start of a granular material are possible, and troubles, such as clogging of a flow path and fluid characteristic change by compression damage of a powder, do not generate | occur | produce.
[0056]
Further, high-speed supply of a high-viscosity fluid and high-precision discharge of a very small amount are possible, which is useful for supply of a surface mount dispenser, supply of a phosphor for a PDP, a CRT display, supply of a sealing material for a liquid crystal panel, and the like. Further, by providing the fluid bearing in the support means for the rotational motion and the linear motion, it is possible to realize smoother and more accurate rotation and linear motion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a fluid supply device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 (a) is an enlarged cross-sectional view of a discharge portion of the fluid supply device shown in FIG. 1 (b) for a seal shown in FIG. Front view of a thrust groove. FIG. 3 is an enlarged view of a fluid bearing of a rotation support portion shown in FIG. 1. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a conventional air pulse type fluid supply device.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 First actuator 2 Hollow shaft 4 Cylinder 7 Pump chamber 8 Inlet 9 Outlet 11 Second actuator 16 Giant magnetostrictive rod 21 Front side sleeve 33 Thrust end surface 34 Opposing surface 35 Sealing thrust groove 36 Opening 40 Main shaft 50 Movement Pressure generating groove
