JP2006035149A - 液体定量吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体を一定量精度よく吐出でき、かつ液垂れや糸曳きを防止できる液体定量吐出装置を提供する。
【解決手段】液体を収容する収容室１１と、収容室に収容された液体を排出口に所定量ずつ押し出す押出ピストン１５と、一端に液体を吐出する吐出ノズル２６を有し、側面に開口部２５を有する第１の通路２１と、第１の通路の開口部と収容室の排出口とを接続する第２の通路１９と、第１の通路内を摺動自在に往復移動し、開口部２５を開閉するとともに、第１の通路２１内の液体の全量を吐出ノズル２６から吐出させる吐出ピストン２２と、吐出ノズル２６に超音波振動を印加し、吐出ノズルからの液体の分離性を高める超音波印加手段２３とを備える。吐出ピストン２２が収容室１１内の液体の流出を防止する弁の役割を果たすので、収容室１１内の液体の残量や粘度変化の影響を受けることなく、第１の通路２１内の液体の全量を正確に吐出できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は導電ペースト、接着剤、半田ペーストなどの粘性のある液体を定量ずつ間欠的に吐出するのに適した液体定量吐出装置に関するものである。

従来、電子部品などの表面に、液状樹脂や接着剤などの液体を所定量正確に吐出させる装置として、特許文献１に記載のような定量吐出装置が知られている。
この定量吐出装置は、図３に示すように、シリンジ５２に液体５０を充填し、ピストン５４を押すことによりシリンジ５２内の液体５０を所定量吐出するように構成されている。ピストン５４は、例えばステッピングモータ５６とボールネジ５８により駆動される。液体５０の必要供給量に対応したステップ数だけステッピングモータ５６を回転させることにより、ピストン５４が図中下方へ移動され、液体５０が吐出ノズル５３の先端から吐出される。
特開平５−３４１８４号公報

このような定量吐出装置の場合、ピストン５４によって一定量の液体を押し出しても、様々な条件の影響を受け、実際に塗布される液体の量は一定にならない。つまり、液体の粘度、表面張力などによって吐出ノズル５３に液体が残留するため、実際に被塗布物に塗布される量はピストン５４によって押し出された量のうち、吐出ノズル５３に残留する部分を差し引いた量となる。この吐出ノズル５３に残留した部分は一定せず、塗布ばらつきが発生する。また、シリンジ５２内に存在する液体の残圧のため、ピストン５４が停止しても液体の流出が続き、液体の流出が終了するまである程度の時間が必要である。それ故、ピストン５４が停止した直後に吐出ノズル５３を引き上げると、実際の塗布量は狙いとする塗布量より少なくなり、引き上げたノズル５３から液垂れや糸曳き現象を生じるという不具合が発生する。

また、別の定量吐出装置として、特許文献２には電子回路基板上の定められた位置に接着剤を塗布する装置が提案されている。この装置は、図４に示すように吐出ノズル６０の近傍に超音波振動子６１を取り付け、超音波振動子６１から放射される超音波振動により、接着剤６２の粘度を低下させながら基板６４に塗布することにより、糸曳きによる塗布ばらつきを解消するものである。
特開平５−２２０４３３号公報

接着剤６２の粘度を低下させながら塗布することにより、糸曳き性は低減するが、接着剤６２を収容した容器６３と吐出ノズル６０とを結ぶ通路が常に開いているため、接着剤６２の粘度変化や容器６３内の接着剤残量の影響を受け、吐出量が大きくばらつくという問題がある。また、超音波振動が吐出ノズル６０だけでなく容器６３にも伝播するため、容器６３内の接着剤の粘度も低下し、吐出精度悪化の原因となる。そのため、定量性を保証することができない。

そこで、本発明の目的は、液体を一定量精度よく吐出でき、かつ液垂れや糸曳きを防止できる液体定量吐出装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、液体を収容し、上記液体の排出口を備える収容室と、上記収容室に収容された液体を排出口から所定量ずつ押し出す押出手段と、一端に液体を吐出する吐出ノズルを有し、側面に開口部を有する第１の通路と、上記第１の通路の開口部と上記収容室の排出口とを接続する第２の通路と、上記第１の通路内を摺動自在に往復移動し、後退位置で上記開口部を開き、前進位置で上記開口部を閉じるとともに、第１の通路内の液体の全量を吐出ノズルから吐出させる吐出ピストンと、上記吐出ピストンを往復駆動させる駆動手段と、上記吐出ノズルからの液体の分離性を高める超音波振動を吐出ノズルに印加する超音波印加手段と、を備えたことを特徴とする液体定量吐出装置を提供する。

本発明では、まず吐出ピストンを後退させた状態で、押出手段によって収容室から所定量ずつ液体を押し出す。押し出された液体は、第２の通路を通って第１の通路の開口部から第１の通路へ流れ込む。次に、吐出ピストンを前進させると、開口部は吐出ピストンで閉じられ、第１の通路へ流れ込んだ液体は第２の通路から分離されるとともに、吐出ノズルから強制的に吐出される。つまり、吐出ピストンが収容室内の液体の流出を防止する弁の役割を果たすので、収容室内の液体の残量や粘度変化の影響を受けることなく、第１の通路内の液体の全量を正確に吐出ノズルから吐出できる。
また、第１の通路内の液体は吐出ピストンによって全量吐出されるが、吐出ノズルの先端面や側面に液体が残留したり、液垂れや糸曳きが発生する可能性がある。しかし、吐出ノズルに対し超音波振動を印加する超音波印加手段が設けられているので、吐出ノズルから液体が分離し易くなり、液体の残留を防止できるとともに、液垂れや糸曳きの発生も防止できる。
超音波振動は吐出ノズルだけでなく、第２の通路や収容室にも伝播する可能性がある。その場合でも、第１の通路の開口部を吐出ピストンが閉じているので、第２の通路から第１の通路への液体の流出を防ぎ、吐出精度を低下させることがない。
以上のことから、液体を一定量精度よく吐出でき、かつ液垂れや糸曳きを防止できる。

請求項２のように、第２の通路に、超音波印加手段が発生する超音波振動が収容室に伝播するのを抑制する振動抑制手段を設けてもよい。
上記のように第１の通路の開口部を吐出ピストンが閉じているので、超音波振動が収容室に伝播しても、第１の通路に液体が流れ込むことはないが、収容室内の液体の粘度が変化し、押出手段によって収容室の液体を第１の通路へ押し出す際に、その流入量に影響を及ぼす可能性がある。
この問題は、第２の通路に超音波振動の伝播を抑制する振動抑制手段を設けることで解消できる。
振動抑制手段としては、例えば第１の通路を構成する部材と第２の通路を構成する部材との間にＯリングなどの弾性手段を介在させることで構成できる。Ｏリングは超音波振動の方向に対し垂直な方向に配置するのが有効である。また、第２の通路を構成する部材を樹脂材料のような軟質材料で形成することで、超音波振動の伝播を抑制することもできる。

請求項３のように、液体を貯留する液体貯留容器を設け、この液体貯留容器の液体に所定の加圧力を与えて押し出す加圧手段を設け、加圧手段によって液体貯留容器から押し出された液体を収容室に導く第３の通路を設け、押出手段を、収容室内を摺動自在に往復移動し、１ステップ前進する毎に収容室内の液体を所定量ずつ排出口から押し出す押出ピストンと、押出ピストンの移動量を制御可能な駆動手段とで構成し、第３の通路の途中に、収容室に液体貯留容器から液体が補充されるときのみ開かれる開閉手段を設けるのがよい。
収容室の上流に液体貯留容器を設け、この液体貯留容器と収容室とを第３の通路を介して接続することで、収容室の液体が空になった時、液体貯留容器から補充することが可能になり、多数回の液体吐出を連続的に行うことが可能になる。また、収容室に多量の液体を貯留する必要がないので、液体の圧縮性や残量の影響が少ない容積に制限することもできる。例えば、収容室の容積を１回の吐出量の数倍〜数百倍程度に設定すれば、液体の圧縮性や残量の影響を少なくできる。液体貯留容器と収容室とを結ぶ第３の通路には開閉手段が設けられているので、押出ピストンを作動させる際、液体が液体貯留容器側へ逆流することがなく、かつ収容室の圧力が液体貯留容器の液体残量や液圧の影響を受けない。
押出ピストンを前進させる際、吐出ピストンを後退位置としておくことで、収容室内の液体は抵抗なく第２の通路を介して第１の通路へ流れ込む。第１の通路へ流れ込む液体の量は押出ピストンの１回の前進量によって決定されるので、押出ピストンの１回の前進量を高精度に制御することで、１回の吐出量を正確に設定できる。

吐出ピストンおよび押出ピストンを往復駆動させる駆動手段としては、電動モータとボールネジとの組み合わせ、流体圧シリンダ、ボイスコイルモータなど種々の直動型アクチュエータを用いることができる。
この中で、押出ピストンを駆動する駆動手段としては、ボイスコイルモータを用いるのが望ましい。押出ピストンの制御には、その位置制御だけでなく、速度制御や推力制御も同時に実施するのが望ましいが、このような制御をボイルコイルモータであれば容易に実施できるからである。

以上のように、本発明によれば、吐出ピストンを前進させることで、開口部を閉じ、第１の通路へ流れ込んだ液体を第２の通路から分離するため、収容室内の液体の残量や液体の粘度変化などの影響を受けることなく、第１の通路内の液体だけが吐出ノズルから吐出される。しかも、吐出ピストンのストロークによって第１の通路の液体の全量が吐出されるので、常に一定量の吐出精度を維持できる。
また、吐出ノズルに対し超音波振動を印加する超音波印加手段が設けられているので、吐出ノズルからの液体の分離性を高め、吐出ノズルへの液体の残留を防止できるとともに、液垂れや糸曳きの発生も防止できる。
さらに、超音波振動が収容室に伝播しても、第１の通路と第２の通路との間を吐出ピストンが閉じているので、収容室からの液体の流出を防ぎ、吐出精度を低下させることがない。

以下に、本発明の実施の形態を、実施例を参照して説明する。

図１は本発明にかかる液体定量吐出装置の一例を示す。
この定量吐出装置は、貯留部Ａと計量部Ｂと吐出部Ｃとで構成され、ロボットの可動部などに取り付けられている。ロボットをＸ，Ｙ，Ｚ方向に操作して後述する吐出ノズル２６を塗布対象物Ｗの直上へ移動させることができる。

貯留部Ａは、液体Ｌを貯留するシリンジと呼ばれる液体貯留容器１と、液体Ｌを押し出すピストン２と、エアーシリンダなどの加圧手段３とを備えている。加圧手段３は、ピストン２に対して押し出し方向への一定圧力を加え、液体貯留容器１から液体Ｌを一定圧力で押し出すものである。液体貯留容器１の出口部４は第３通路５を介して計量部Ｂに接続されている。

計量部Ｂを構成する計量部本体１０には、上下方向に管状の計量室（収容室）１１が設けられ、この計量室１１に対して横方向から第３通路５が接続されている。計量室１１と通路５との接続部が流入口１２であり、計量室１１の下端部が排出口１３となっている。流入口１２は押出ピストン１５の下死点より下方に設けるのがよい。計量室１１は１回の吐出量の数倍〜数百倍程度の容積を有するよう、その断面積が後述する第１通路２１より大きく設定されている。第３通路５の途中には、計量室１１に貯留部Ａから液体Ｌが補充されるときのみ開かれる開閉バルブ１４が設けられている。この実施例の開閉バルブ１４は回転式バルブであるが、開位置と閉位置の２位置に切替可能なバルブであれば、軸方向に移動して通路を開閉するスプールバルブや、その他のバルブでもよい。

計量室１１には押出ピストン１５が上下方向に摺動自在に挿入されており、押出ピストン１５の頭部は作動アーム１６を介して駆動装置１７に連結されている。この実施例では、駆動装置１７として、押出ピストン１５の移動量を正確に制御でき、かつ押出ピストン１５の移動速度も自在に制御できるボイスコイルモータが用いられる。押出ピストン１５の１回分の移動量が液体Ｌの１回の吐出量を決定する。押出ピストン１５の移動量は、ボイスコイルモータ１６に取り付けられたリニアエンコーダなどの変位センサによって検出され、フィードバックされる。計量室１１の排出口１３は、連結部材１８に設けられた第２通路１９を介して吐出部Ｃに接続されている。押出ピストン１５が降下するに従い、計量室１１内の液体は排出口１３から第２通路１９へと押し出される。連結部材１８としては、後述する吐出ヘッド２０からの超音波振動の伝播を抑制するため、フッ素樹脂などの樹脂材料を用いてもよい。

吐出部Ｃは、連結部材１８の支持穴１８ａに上下方向に摺動自在に支持された吐出ヘッド２０と、吐出ヘッド２０の中心部に上下方向に貫通形成された第１通路２１と、第１通路２１に摺動自在に挿入された吐出ピストン２２と、吐出ヘッド２０の上端部に固定されたドーナツ型の超音波振動子２３と、吐出ピストン２２を上下にストロークさせる駆動装置２４とで構成されている。吐出ピストン２２の上端部は超音波振動子２３の中を貫通して駆動装置２４と連結されている。駆動装置２４としては、電動モータとボールネジとの組み合わせ、流体圧シリンダ、ボイスコイルモータなど種々のアクチュエータを用いることができるが、ここではエアーシリンダを用いた。第１通路２１の途中には横方向に開口した開口部２５が設けられ、この開口部２５に第２通路１９が接続されている。吐出ピストン２２が前進位置（下死点）にあるとき開口部２５が閉じられ、吐出ピストン２２が後退位置（上死点）にあるとき開口部２５が開かれる。特に、開口部２５は吐出ピストン２２の上死点近傍に設けるのがよい。吐出ヘッド２０の下端部には、一体または別体の吐出ノズル２６が設けられており、吐出ピストン２２が下死点にあるとき、吐出ピストン２２の先端が吐出ノズル２６の先端と略同一位置になるように調整されている。吐出ヘッド２０は、超音波振動子２３が発生する超音波振動の振幅を拡大し、吐出ノズル２６に伝える超音波ホーンを兼ねている。

吐出ヘッド２０は連結部材１８に設けられた支持穴１８ａに上下動自在に嵌合されており、吐出ヘッド２０と連結部材１８との間には液漏れを防止するためのＯリング２７が設けられている。このＯリング２７は、超音波振動子２３の振動方向の変位を許容できる向きに配置されており、超音波振動が吐出ヘッド２０から連結部材１８を介して計量部Ｂに伝播するのを抑制する役割も果たす。
ここでは、超音波振動の方向が上下方向の例を示すが、水平方向であってもよい。

次に、上記液体定量吐出装置の作動を図２に従って説明する。
まず最初に、図２の（ａ）のように吐出ピストン２２を下死点位置とし、開口部２５を閉じるとともに、押出ピストン１５を上死点まで上昇させ、開閉バルブ１４を開く。そのため、液体貯留容器１から一定圧で押し出された液体Ｌは、第３通路５を通り、流入口１２から計量室１１に導入される。この時、液体貯留容器１から供給される流量に比べて、押出ピストン１５の上昇速度とピストン１５の断面積との積を小さくすることで、計量室１１内が負圧になるのを防ぎ、気泡の発生を防ぐことができる。こうして計量室１１が液体Ｌで満たされる。

次に、図２の（ｂ）のように開閉バルブ１４を閉じ、計量室１１を密閉する。その後、吐出ピストン２２を上昇させ、第１通路２１の開口部２５を開く。開口部２５が開かれた時、開閉バルブ１４が既に閉じられているので、第３通路５の圧力は計量室１１や第２通路１９には作用せず、開口部２５から第１通路２１へ液体Ｌが流入することは殆どない。開口部２５を開くことにより、計量室１１から吐出ノズル２６まで流路がつながる。

次に、図２の（ｃ）のように押出ピストン１５を液体Ｌの１回の吐出量に応じた分だけ降下させる。このとき、液体Ｌの圧縮性の影響を受けない程度の低速度で降下させれば、ピストンストローク分の体積がそのまま押し出されるため、狙いとする吐出量に高精度に制御できる。押出ピストン１５の降下により、計量室１１内の液体は第２通路１９、開口部２５を通り第１通路２１へ導入される。図２の（ｃ）では、押出ピストン１５を１回分だけ前進させた時、吐出ノズル２６から液体Ｌが吐出されない例を示したが、１回の吐出量が第１通路２１の容積よりも大きい場合でも、液体Ｌの一部が吐出ノズル２６から吐出されるが、狙いとする吐出量に高精度に制御できる。

次に、図２の（ｄ）のように超音波振動子２３を作動させ、吐出ヘッド２０によってその振幅を増幅させて吐出ノズル２６に伝達すると同時に、吐出ピストン２２を降下させ、第１通路２１内の液体の全量を吐出ノズル２６から吐出する。吐出ピストン２２が降下すると、直ちに開口部２５が閉じられるので、第１通路２１内の液体と第２通路１９内の液体とが分断される。吐出ピストン２２が計量室１１内の液体の流出を防止する弁の役割を果たすので、第１通路２１内の液体のみが吐出される。また、超音波振動の効果により、吐出ノズル２６の先端面や側面への液体の残留や液体の糸曳き現象が防止され、一定量の液体Ｌが塗布対象物Ｗへ確実に塗布される。

１回の吐出が終了すれば、塗布対象物Ｗを移動させるか、あるいは定量塗布装置を別の位置へ動かし、図２の（ｃ）〜（ｄ）の動作を、押出ピストン１５が下死点に到達するまで（計量室１１内の液体がなくなるまで）繰り返す。押出ピストン１５が下死点に到達した後、再び図２の（ａ）の状態に戻り、以後、同様の動作を繰り返す。

本発明にかかる定量吐出装置は上記実施例に限定されるものではない。
上記実施例では、計量室（収容室）１１の上流側にシリンジ１を設け、押出ピストン１５が下死点まで到達した時（計量室が空になった時）、シリンジ１から液体を補給するように構成したが、計量室１１をシリンジのような使い切りの密閉構造とし、その上流側のシリンジ１を省略してもよい。
また、第２通路１９を吐出ヘッド２０と計量室本体１０とを連結する連結部材１８の中に設けた例を示したが、第２通路を樹脂の可撓性ホースや金属パイプで構成することもできる。特に、可撓性ホースの場合、超音波振動が収容室１１へ伝播するのを抑制する振動抑制効果が高い。
本発明で用いられる液体としては、導電性接着剤、封止用樹脂、絶縁性接着剤、半田ペースト、シリコーンオイル、セラミックスラリーのような常温で液状のものに限らず、常温では固体であるが、加熱によって液状となるもの（例えばワックスなど）でもよい。

本発明にかかる定量吐出装置の一例の構成図である。 本発明の定量吐出装置の動作説明図である。 従来の定量吐出装置の一例の断面図である。 従来の定量吐出装置の他の例の部分断面図である。

符号の説明

Ａ 貯留部
Ｂ 計量部
Ｃ 吐出部
Ｌ 液体
１ 液体貯留容器（シリンジ）
３ 加圧手段
５ 第３通路
１１ 計量室（収容室）
１２ 流入口
１３ 排出口
１４ 開閉バルブ（開閉手段）
１５ 押出ピストン
１７ ボイスコイルモータ（駆動手段）
１８ 連結部材
１９ 第２通路
２０ 吐出ヘッド
２１ 第１通路
２２ 吐出ピストン
２３ 超音波振動子
２４ エアーシリンダ（駆動手段）
２５ 開口部
２６ 吐出ノズル

Claims (4)

1. 液体を収容し、上記液体の排出口を備える収容室と、
   上記収容室に収容された液体を排出口から所定量ずつ押し出す押出手段と、
   一端に液体を吐出する吐出ノズルを有し、側面に開口部を有する第１の通路と、
   上記第１の通路の開口部と上記収容室の排出口とを接続する第２の通路と、
   上記第１の通路内を摺動自在に往復移動し、後退位置で上記開口部を開き、前進位置で上記開口部を閉じるとともに、第１の通路内の液体の全量を吐出ノズルから吐出させる吐出ピストンと、
   上記吐出ピストンを往復駆動させる駆動手段と、
   上記吐出ノズルからの液体の分離性を高める超音波振動を吐出ノズルに印加する超音波印加手段と、を備えたことを特徴とする液体定量吐出装置。
2. 上記第２の通路に、上記超音波印加手段が発生する超音波振動が上記収容室に伝播するのを抑制する振動抑制手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体定量吐出装置。
3. 液体を貯留する液体貯留容器が設けられ、
   この液体貯留容器の液体に所定の加圧力を与えて押し出す加圧手段が設けられ、
   上記加圧手段によって液体貯留容器から押し出された液体を上記収容室に導く第３の通路が設けられ、
   上記押出手段は、上記収容室内を摺動自在に往復移動し、１ステップ前進する毎に上記収容室内の液体を所定量ずつ排出口から押し出す押出ピストンと、押出ピストンの移動量を制御可能な駆動手段とで構成され、
   上記第３の通路の途中に、上記収容室に液体貯留容器から液体が補充されるときのみ開かれる開閉手段が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の液体定量吐出装置。
4. 上記押出ピストンを駆動する駆動手段は、ボイスコイルモータであることを特徴とする請求項３に記載の液体定量吐出装置。

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