JP2010029854A - 液体定量吐出装置用のノズル - Google Patents

Abstract

【課題】液体の液切れ性や洩出に伴う問題を一挙に解決して、液体の微小吐出および停止を高精度で行うことができる液体定量吐出装置用のノズルを提供する。
【解決手段】ノズル本体１０の下端部には液体の吐出孔１２が設けられており、このノズル１０の内部には、上下方向に移動可能なニードル状の弁体１４が配設されるとともに、上記吐出孔１２近傍の内壁面には、弁体の先端を受ける弁座１６が設けられ、弁体１４と弁座１６とでバルブ機構を形成している。
【選択図】図１

Description

この発明は、粘性流体、粘稠物質等をも含む、あらゆる液体の定量吐出装置に用いられるのに好適なノズルに関するものである。

液体定量吐出装置は、たとえば半導体製造工程において、ペースト等の電子材料を基板上に規則的にまたは不規則にポイント塗布、線状塗布等するに当って使用されている。このような液体定量吐出装置において、液体貯留容器からピストンのような加圧手段によって押し出される液体は、吐出バルブの開閉量および開閉時間等によってその吐出量が制御されるようになっている。このような吐出バルブには各種タイプのものがあり、吐出されるべき液体の種類や単位時間当たりに吐出されるべき液体の量等によって適切な吐出バルブが使い分けされている。
特に、ニードルバルブと呼ばれる吐出バルブは、液室内に移動可能に設けられた鋭角な先端を有するニードル弁体と、ニードル弁体の先端部を受けるように設けられ、吐出口に通じる小さな開口を中央部に形成した弁座とを含み、ニードル弁体の先端が弁座中央部の開口を塞ぐことによって液体吐出を停止させ、開口から離れることによって液体吐出を行うように構成されているため、ニードル弁体の微小なストローク調整に対する弁座開口の有効断面積の変化が少ないという特性を有しており、その特性のゆえに、液体の微量吐出に好適であるとされている。

しかるに、このようなニードルバルブを用いて液体定量吐出を行う際には、種々の吐出作業に適合するようなノズル（極細管）を吐出口に装着した後、塗布、充填といった作業を行っているのが現状である。
このようなノズルを装着して液体定量吐出を行う場合、とくに、中高粘度の液体吐出を行う場合には、バルブ開閉を行って液体吐出を制御した時に、バルブが閉鎖されているにもかかわらず、極細管の先端から液体の吐出が継続する現象（後ダレと呼ばれる）が顕著に見受けられる。
このような現象は、液体中に気泡が混入しているか否かに関係なく発生することが確認されており、主な原因としては、弁座から、吐出末端口であるノズルまでの管内抵抗が、吐出に必要な液体加圧力の残圧現象を導いて、残圧排除までの間、液体が吐出されるものと考えられている。
このような現象を、塗布作業の観点から見た場合には、吐出直後の液切れの悪さとなって現れる。とくに、高粘度液体材料を吐出させる場合に、ある塗布ポイントから他の塗布ポイントへと極細管を移動させる際に、糸引きと呼ばれる現象が起こり、塗布ワークが汚れて不良品となる等の問題があった。

本発明の主たる目的は、上記ノズルを装着して液体定量吐出を行う従来装置が抱える問題点を解消することにあり、とくに、液体の液切れ性や洩出に伴う問題を一挙に解決して、液体の微小吐出および停止を高精度で行うことができる液体定量吐出装置用のノズルを提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意研究した結果、ニードルバルブの優れた特性を最大限に生かすためには、ノズルそれ自身にニードルバルブとしての機能を付与させれば、従来の液体定量吐出装置のように、吐出端口にノズル（極細管）を装着する必要がなくなり、液体の液切れ性や洩出等に伴う問題を解決するとの知見を得、以下の内容を要旨構成とする本発明に想到した。
すなわち、本発明は、液体収容部に導入された加圧液体の吐出および吐出停止を行う液体定量吐出装置用のノズルであって、上記液体収容部に通じるノズル本体内にバルブ機構を備えたことを特徴とするノズルである。
このような構成によれば、従来のような液ダレや糸引きといった問題を完全になくすることができ、すぐれた液切れ性をもたらすとともに、その後の液体の不測の洩出を完全に防止することができる。

上記ノズルにおいて、その本体は、液体の吐出孔を有し、その吐出孔近傍にバルブ機構を設けることが好ましい。
また、上記バルブ機構は、ノズル本体内に移動可能に設けた弁体と、上記吐出孔近傍の内壁面に形成された弁座とから形成されることが好ましい。
さらに、上記弁体はその先端がニードル状に形成され、その先端部周面は、上記ノズル内壁面に対して、ほぼ円形の接触線上で密着するように形成されていることが好ましい。
このような構成によれば、バルブの開閉位置と、液体の吐出端口の位置とを、実質的に同じ位置に形成することができるとともに、吐出端口を直接的にかつ物理的に開閉することができるので、液体を所望の形状に、高速かつ高精度で定量吐出することができる。

以上説明したように、本発明のノズルによれば、液体の吐出および吐出停止を行うバルブ機構をノズル本体内に設けたのでバルブ開閉位置と、液体の吐出孔の位置とを、実質的に同じ位置に形成することができ、しかも、吐出孔を直接的にかつ物理的に開閉することができるので、すぐれた液切れ性をもって素早く吐出を停止することができるとともに、その後の液体の不測の洩出を完全に防止することができる。

本発明のノズルの実施形態を示す概略図である。 本発明のノズルを加圧エアーで作動させた例を示す図である。

以下、本発明のノズルの実施形態について、添付図面を参照にして説明する。この実施形態は、バルブ開閉を行うニードル状の弁体をエアシリンダによって作動させる例である。
図１は本発明にかかるノズルの要部を概略的に示す断面図、図２はこのノズルを用いたバルブ装置を説明するための説明図である。
図１において、符号１０は、ノズル本体を示し、その下端部には液体の吐出孔１２が設けられている。このノズル１０の内部には、上下方向に移動可能なニードル状の弁体１４が配設されるとともに、上記吐出孔１２近傍の内壁面には、弁体の先端を受ける弁座１６が設けられ、弁体１４と弁座１６とでバルブ機構を形成している。すなわち、ノズル１０の吐出孔１２近傍の内壁面の一部に弁座１６としての機能を付与し、そこに弁体１４の先端部の周面が線接触または面接触することによって、バルブ閉となるので、液体の吐出が停止され、一方、そのような接触が解除されることによって、バルブ開の状態になり、液体の吐出が開始されるように構成されている。

本発明にかかるノズルにおいては、ニードル状の弁体１４と弁座１６との接触位置、すなわち、バルブの開閉位置が、液体の吐出孔１２の近傍に形成され、実質的には、バルブの開閉位置と吐出孔位置とがほぼ同じになるように形成することができる。以下、詳細に説明する。

上記弁体１４は、その上部においては外径ｄがほぼ等しい細長い円柱形をなすが、その先端部に近づくにつれて、外径ｄが単調に減少するようなニードル状をなす。また、ノズル１０の内壁面は、その中央部付近までは管状に形成されているが、そこから管径が単調に減少するすり鉢形に形成され、吐出孔近傍の内壁面は弁座１６として機能するように形成されている。
さらに具体的には、このような弁体１４およびノズル１０の内壁面が弁機能を有するためには、吐出孔１２近傍のノズル１０の軸方向に平行な断面において、弁体１４の先端部とノズル１０の内壁面とが、それぞれ軸方向に対してなす角度が異なって形成される必要があり、この実施形態では、弁体１４の先端部が軸方向に対してなす角度が、ノズル１０の内壁面が軸方向に対してなす角度θよりも小さく形成され、バルブ閉の状態においては、弁体１４の外周面とノズル内壁面とが、ノズル軸方向と垂直な平面内で、ほぼ円形の接触線または接触面上で密着するようになっている。また、このような弁体１４の外周面およびノズル１０の内壁面の軸方向に対する角度を変化させることによって、吐出孔１２からバルブ開閉位置としての接触面までの距離を調節することが可能であり、実質的には、同じ位置に形成することができる。
なお、ノズルを構成するノズル本体１０およびニードル状の弁体１４の材料は、弁機能を果たすような材料であれば良いが、シール性、加工精度、耐久性等の観点から適切なものが選ばれることが望ましく、たとえば、樹脂や黄銅のような軟質材料でノズル１０または弁体１４のいずれか一方を形成し、硬質の金属材料で他方を形成することによって、シール性を高めることができる。

ここで、上記のように構成されたバルブ機能を備えるノズル１０を、液体定量吐出装置に取り付けた一例について説明する。
図２に示すように、本発明によるノズル１０は、液体定量吐出装置のバルブ装置２０の一部として取り付けられる。このバルブ装置２０には、液体貯留容器（図示せず）から流路を介して導入される液体の入口孔２２と、ノズル１０に通じる出口孔２４とが設けられ、入口孔２２からノズル先端の吐出孔１２までの空間が液体収容部２６を構成する。

本発明のノズルを構成する弁体１４は、その先端部がノズル１０の吐出孔１２の付近に位置され、その後端部を後述するようなシリンダ２８のピストン３０に連結され、それによって、上下方向に進退変位できるようになっている。
上記シリンダ自体は公知のものであり、たとえば、複動型のものを採用することができる。この場合、各ポートは電磁切換弁３２を介してエアー源３４に接続されている。すなわち、制御手段（図示せず）から電磁切換弁３２に送られた制御切換信号ｓによって、エアー源３４から供給される加圧空気がいずれかのポートに供給され、それによってニードル状の弁体１４の移動が制御されるように構成される。

このように構成してなるバルブ装置では、液体の定量吐出に当たり、図示しない制御手段から電磁切換弁３２に信号ｓを出力して、ニードル状の弁体１４を上方に移動させるように、下側のポートに加圧空気が供給されるように切換が行なわれる。それによって、弁体１４が弁座１６から脱座して吐出孔１２が開放されると同時に、所要の圧力に加圧された液体が吐出孔１２から、それの開口面積との関連で特定される一定時間吐出され、液体の定量吐出をタイムラグなしに高い精度で行うことができる。
この一方で、定量吐出の終了に当たっては、図示しない制御手段から電磁切換弁３２への吐出終了信号ｓに基づいて、ニードル状の弁体１４を下方に移動させるように、上側のポートに加圧空気が供給されるように切換が行なわれる。それによって、ニードル弁体１４がすみやかに下降して弁座１６に当接し、吐出孔１２はこのニードル弁体１４によって機械的に確実に閉止される。従って、吐出孔１２からの液体の吐出は、ニードル弁体１４と弁座１６との当接をもって完全に停止されることになり、ノズルの閉止中の液洩れのおそれは十分に除去されることになる。

このように、本発明のノズルを構成するノズル本体およびニードル状の弁体は、非常に小さな寸法と体積とを備えており、液体圧力の大小にかかわらず、常に円滑に、かつ迅速に後退（上昇）および進出（下降）して吐出孔１２の開閉を行うので、バルブ開閉の確実性と併せて、すぐれた応答性を実現する。
また、図示のノズルにおいて、吐出孔１２の閉止時の液切れ性をより高めるためには、吐出孔１２の、ニードル弁体１４の着座位置より下方側への突出長さを極力短くして、吐出孔１２の閉止後においてなお、その吐出孔内に残留することが予想されるわずかの液体を実質的に零とすることが好ましい。

このようなバルブ機構を備えた液体定量吐出装置は、液体の塗布対象物としてのワークが、液体の吐出タイミング等との関連の下で適宜に変位する場合には、吐出バルブとして機能するノズルの位置を固定して使用に供することができる。
しかるに、ワークが特定位置に位置決め固定されるものであるときは、ノズルを所要の位置および方向へ移動させることが必要となる。かかる場合には、ノズルを直角座標型の三次元マニピュレータに取付け、このマニピュレータを、前記制御手段からの信号に基いて位置信号を出力するコントローラによって作動させることで、ノズルの吐出孔を三次元座標系の所要の位置にもたらすものである。このような装置は、たとえばコンベアにてタクト搬送されるワークに用いて、すぐれた塗布効率をもたらすことができる。

このような本発明のバルブ機能を有するノズルにおいて、ニードル状の弁体を作動させる手段として、この実施態様では、エアシリンダを用いたが、これに限定されるべきものではなく、油圧駆動手段や、電気的駆動手段、磁気的駆動手段等の種々の駆動手段を用いることができ、しかもあらゆるタイプの液体定量吐出装置に適用することができる。

１０ ノズル
１２ 吐出口
１４ ニードル状弁体
１６ 弁座
２０ バルブ装置
２２ 入口孔
２４ 出口孔
２６ 液体収容部
２８ シリンダ
３０ ピストン
３２ 電磁切換弁
３４ エアー源

Claims (4)

1. 液体収容部に導入された加圧液体の吐出および吐出停止を行う液体定量吐出装置用のノズルであって、
   上記液体収容部に通じるノズル本体内にバルブ機構を備えたことを特徴とするノズル。
2. 上記ノズル本体は、液体の吐出孔を有し、上記バルブ機構は、その吐出孔近傍に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のノズル。
3. 上記バルブ機構は、ノズル本体内に移動可能に設けた弁体と、上記吐出孔近傍の内壁面に形成された弁座とからなることを特徴とする請求項１に記載のノズル。
4. 上記弁体はその先端がニードル状に形成され、その先端部周面は、上記ノズル内壁面に対して、ほぼ円形の接触線上で密着するように形成されていることを特徴とする請求項３に記載のノズル。

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