JP2013536261A - 高粘着性接着剤を噴射する噴射ディスペンサー及び方法 - Google Patents

Abstract

基板上にホットメルト接着剤を非接触吐出する噴射ディスペンサー及び方法である。この方法は、ノズルの出口から基板へ向けて進行方向にホットメルト接着剤の複数の滴を噴射することもできる。各滴は、進行方向に概ね並ぶ滴の長さと、滴の長さよりも短い滴の幅とを有する。噴射することは、滴がそれぞれノズル出口から基板へ飛ぶ間、潰れて球形状の滴になることがないように制御される。ノズル出口は第１の温度に加熱することができ、本方法は、ホットメルト接着剤の各滴を、ノズル出口から放出される際に第１の温度よりも高い第２の温度に急速に加熱することを更に含むことができる。

Description

本発明は包括的には、高粘着性接着剤を非接触吐出するディスペンサー及び方法に関し、詳細には、ポリウレタン系反応性（「ＰＵＲ」）接着材料等のホットメルト接着剤の少量又は小滴を噴射するディスペンサー及び方法に関する。

［関連出願の相互参照］
本願は、２０１０年６月５日に出願された米国仮特許出願第６１／３５１，８５６号（係属中）の優先権の利益を主張し、この出願の開示は参照によりその全体が本明細書に援用される。

特定の用途では、カートリッジ又は同様の容器から所望の対象物上に液体を吐出することが必要な場合がある。例えば、ＰＵＲ接着材料等のホットメルト接着剤がシリンジ状のカートリッジから所望の対象物上に吐出される場合がある。ホットメルト接着剤を吐出する、或るタイプの従来のカートリッジ又はシリンジ吐出システムは一般的に、基板をノズルから出る接着剤と直接接触させることによる接触ディスペンサーとして動作する。別のタイプの従来のホットメルト接着剤吐出システムは、ホットメルト接着剤のビーズ又は大滴を非接触式に吐出するように動作可能である。

携帯電話の組立て等の幾つかの用途では、０．５ミリメートル以下の幅を有する小さな溝内に接着剤を正確に吐出せねばならない。その上、これらの溝は、接着剤から隔離されねばならない超小型電子部品又は他の要素に隣接して位置している。ホットメルト接着剤用の従来の接触シリンジディスペンサーは概して、これらの用途では効果的ではなく、その理由は、接触吐出プロセスでは、ノズル出口が、ノズルから出る吐出接着剤を図らずも周囲要素に接触させることもなく小さな溝に接触させるほど十分に近くに移動することができないからである。そのような小さな対象エリアに適応させるには、制御された非接触吐出プロセスで接着剤の小径滴を吐出することが望ましい。しかしながら、従来の非接触ホットメルト接着剤吐出システムは、小さな溝に合うほど十分に小さな、ホットメルト接着剤の滴を作り出さない。

従来の噴射ディスペンサーは、エポキシ樹脂等の反応性２成分材料を吐出するのに用いられている。スミス他への特許文献１及びメッサーリー他への特許文献２を参照のこと。本明細書の文脈における「噴射」は、各噴射滴がディスペンサーから放出されるように微量の粘性材料を迅速に吐出することを意味するものと理解される。従来の噴射ディスペンサーはそれらの意図した使用目的に関しては十分に機能する。しかしながら、従来の噴射ディスペンサーは、ＰＵＲ接着剤を含む高粘着性ホットメルト接着剤の小滴又は微小滴（すなわち、直径が０．５ミリメートル未満）を吐出するには効果的に用いられておらず、その理由は、弁オリフィスを通過した滴が、効果的に噴射するほど十分な速度を吐出時に得ないからである。このため、高粘着性ホットメルト接着剤がノズルから放出されないことがある。結果として、ノズルは、急速に硬化又は固化する傾向がある接着剤によって詰まり、このことがディスペンサー全体を動作不能にする。さらに、従来の噴射ディスペンサーを用いてホットメルト接着剤を噴射しようとする結果、ホットメルト接着剤を吐出及び放出するのに必要とされる大きな力に起因して弁ニードル及び作動ピストンの早期の摩耗又は不具合が生じることになる。

携帯電話及び他の電子機器の組立ては、他のホットメルト接着剤組立て作業と比較した場合、比較的困難かつ比較的低速なプロセスであり得る。結果として、特定の電子機器の組立てのために「オープンタイム」、すなわち、接着剤が、接合を形成する一助となる、或る温度範囲内にある時間の量を必然的に増加させねばならない。ホットメルト接着剤の温度を上昇させることはオープンタイムを増加させるための１つの選択肢であるが、ホットメルト接着剤は概して、高温に非常に弱く、これらのより高い温度ではホットメルト接着剤は劣化する可能性がある。したがって、ホットメルト接着剤を用いて部品を好適に接合するために提供することができるオープンタイムの量には限界がある。

米国特許第５，７４７，１０２号 米国特許第６，２５３，９５７号

したがって、これらの課題及び他の課題に対処する方法及び噴射ディスペンサーが必要とされている。

本発明の一実施の形態では、基板上にホットメルト接着剤を非接触吐出する方法が、ノズル出口から基板に向けて進行方向にホットメルト接着剤の複数の微小滴を噴射することを含む。各滴は細長く、進行方向に概ね並ぶ滴の長さと、滴の長さよりも短い滴の幅とを有する。本方法はまた、滴がそれぞれ、ノズル出口及び基板間を飛ぶ間、細長いままであるとともに、形状変化して球形状の滴になることがないように、噴射することを制御することを含む。

滴はそれぞれ、滴が形状変化して球形状になれば、滴の幅は１．０ミリメートルになるようなサイズにすることができる。しかしながら、ホットメルト接着剤を噴射することは、ホットメルト接着剤が溝から流れ出ることがないように、基板上の、０．５ミリメートル以下の溝幅を有する溝に複数の滴を塗布することを含むことができる。ホットメルト接着剤は、ポリウレタン反応性（ＰＵＲ）接着材料であるものとすることができる。ホットメルト接着剤を噴射することは、各ホットメルト接着剤滴をノズル出口から噴出させるほど十分な圧力波を形成するように構成されているストローク長にわたってニードルを移動させることを更に含むことができる。

本発明の別の実施の形態では、基板上にホットメルト接着剤を非接触吐出する方法が、吐出システムを第１の温度に加熱することを含む。ホットメルト接着剤は、吐出システムの弁を繰り返し開閉することによって吐出システムのノズル出口から基板に向けて噴射され、それによってホットメルト接着剤の複数の微小滴が形成される。ホットメルト接着剤の各滴が、ノズル出口からが放出される際に第１の温度よりも高い第２の温度に急速に加熱されるように、噴射することを制御することができる。

この方法には、第２の温度を上昇又は低下させるように弁の弁部材のストローク長を調整することを更に含むことができる。この方法には、各噴射滴を第２の温度から急速に冷却することであって、ホットメルト接着剤の劣化を最小限に抑える、冷却することも更に含むことができる。

本発明の別の実施の形態では、ホットメルト接着剤の微小滴を吐出する噴射ディスペンサーが、ディスペンサーモジュールと、弁体と、ソレノイド弁とを備える。ディスペンサーモジュールは、ピストン部分と、ピストン部分と一体形成されているニードルとを有する弁部材を含む。弁体は、ディスペンサーモジュールに連結されているとともに、弁座と弁オリフィスとを有するノズルを含む。ソレノイド弁は、弁部材を弁座に対して接離するように往復移動させるために加圧空気を送達する。したがって、ニードルは弁座に繰り返し接触して弁オリフィスを通してホットメルト接着剤の微小滴を噴射する。

本発明による噴射ディスペンサーの一実施形態の斜視図である。 線２−２に概ね沿った、図１の噴射ディスペンサーの側面断面図である。 線３−３に概ね沿った、図１の噴射ディスペンサーの正面断面図である。 基板上へのホットメルト接着剤の吐出時の、図１の噴射ディスペンサーの正面断面図である。 ホットメルト接着剤の吐出後の、図４Ａの基板の正面断面図である。 図４Ａの基板上にホットメルト接着剤を吐出している、図１の噴射ディスペンサーの部分切欠き斜視図である。 図１の噴射ディスペンサーが能動加熱されている例示的な吐出サイクル時の、噴射ディスペンサーの温度と、吐出されるホットメルト接着剤の温度とのグラフプロットである。 図１の噴射ディスペンサーが能動加熱されている例示的な吐出サイクル時の、噴射ディスペンサーの温度と、吐出されるＰＵＲ接着材料の温度とのグラフプロット図である。 図１の噴射ディスペンサーが能動加熱されていない別の例示的な吐出サイクル時の、噴射ディスペンサーの温度と、吐出されるホットメルト接着剤の温度とのグラフプロット図である。 図１の噴射ディスペンサーが能動加熱されていない別の例示的な吐出サイクル時の、噴射ディスペンサーの温度と、吐出されるＰＵＲ接着材料の温度とのグラフプロット図である。

図１から図５は、本発明による、基板１２上に高粘着性ホットメルト接着剤を吐出するように構成されているディスペンサー１０の一実施形態を示す。例えば、ディスペンサー１０は、製品の組立てにおいて、ＰＵＲ接着材料又は別の高粘着性の熱可塑性材料（以下まとめてホットメルト接着剤と呼ぶ）の微量（例えば「滴」）を、溝を含むがこれに限定されない小さな密接した場所に配置するように噴射するか又は迅速に吐出することが可能な非接触ディスペンサーである。ディスペンサー１０は、一般的には携帯電話の組立て又は他の電子機器の組立てにおいて見られるように、０．５ミリメートル以下の溝幅を有する溝内にホットメルト接着剤を吐出する際に用いることができる。非限定的な一例では、吐出されるＰＵＲ接着材料は、３Ｍ社（ミネソタ州メープルウッド所在）から市販で入手可能なＳｃｏｔｃｈ−Ｗｅｌｄ（登録商標）ＰＵＲ Ｅａｓｙ Ａｄｈｅｓｉｖｅ ＥＺ１７００５、ＥＺ１７０１０、ＥＺ１７０３０又はＥＺ１７０６０であるものとすることができる。本明細書における「粘着性」とは、同じ材料の分子とくっつくか又は係合した状態のままとなる材料の傾向を指すことが理解されるであろう。この文脈における粘着性は高伸長粘度と呼ぶ場合もある。

図１を参照すると、ディスペンサー１０はディスペンサーモジュール１４と、ディスペンサーモジュール１４に連結されているヒーターブロック１６と、ヒーターブロック１６に連結されている接着剤供給源１８とを備える。接着剤供給源１８は、接着剤を収容するリザーバーとすることができるか、又は接着剤のカートリッジ若しくはシリンジ等の予めパッケージされた接着剤を収容することができる。ディスペンサーモジュール１４は、ヒーターブロック１６に連結されている主ハウジング２２に延びるストローク調整アセンブリ２０を含むことができる。ディスペンサーモジュール１４の主ハウジング２２は、以下で更に詳細に説明する目的から、ソレノイド弁２４に連結することもできる。そのため、ヒーターブロック１６、接着剤供給源１８及びソレノイド弁２４は協働して、ディスペンサーモジュール１４を受け入れるとともに保持するように構成されているキャビティ２６を画定する。接着剤供給源１８は、基板１２に対してディスペンサー１０を支持するとともに移動させるように構成されている支持構造体２８に取り付けることができる。

図２の実施形態では、接着剤供給源１８は、接着剤のカートリッジ（図示せず）を収容するようになっている。接着剤供給源１８は、底端３２にカートリッジアダプター３０と、上端３４にプラグアセンブリ３３と、カートリッジアダプター３０とプラグアセンブリ３３との間に接着剤のカートリッジ又はシリンジを保持するボア３６とを備える。接着剤供給源１８の代替的な実施形態では、ボア３６には、接着剤供給源１８に圧送される液体ホットメルト接着剤、又は自動充填システム若しくは自動給送システムから固体状態のホットメルト接着剤を供給することができ、次いで接着剤がボア３６内で溶融及び加圧されることになる。接着剤供給源１８がヒーターブロック１６に連結されると、底端３２及びカートリッジアダプター３０がヒーターブロック１６の表面３８に当接することができる。カートリッジアダプター３０における第１のＯリング４０及びプラグアセンブリ３３における第２のＯリング４２が、ディスペンサー１０の外周囲からボア３６をシールする。カートリッジアダプター３０は、ボア３６内に位置決めされている接着剤カートリッジを穿孔するように構成することができるポート４４と、ボア３６とヒーターブロック１６との間に流体連通を提供するアダプター通路４６とを含む。

ホットメルト接着剤のカートリッジをボア３６内に配置した後、プラグアセンブリ３３を図１及び図２に示されている閉位置に回転させる。プラグアセンブリ３３は、上面３８のボア３６の対向する両側から上方に延びる一対のスクリューキャップ４８ａ、４８ｂと、第１のスクリューキャップ４８ａと枢動可能に係合する回転可能な係止アーム５０と、プラグ部材５２とを含むことができる。プラグ部材５２は、第２のＯリング４２を保持する底端５２ａを含み、接着剤供給源１８のボア３６に挿入されるように構成されている。プラグ部材５２はまた、上端５２ｂと、上端５２ｂから底端５２ａに延びる空気通路５２ｃとを含む。プラグアセンブリ３３は、ねじ接続等によってプラグ部材５２の上端５２ｂと係合するエアカップリング５４を更に含むことができる。加圧空気をエアカップリング５２及び空気通路５２ｃを介して送達して、ホットメルト接着剤をボア３６からカートリッジアダプター３０を介してヒーターブロック１６に押し入れることができる。係止アーム５０を回転させて、図１及び図２に示されているように第２のスクリューキャップ４８ｂ及びエアカップリング５４と係合させ、それによって、係止アーム５０がプラグ部材５２の上端５２ｂに当接することによって、プラグ部材５２がボア３６から外れることを阻止することができる。ホットメルト接着剤のカートリッジに接着材料がなくなると、プラグ部材５２を外してカートリッジを交換することができるようにするために、係止アーム５０を第１のスクリューキャップ４８ａの回りに枢動させて第２のスクリューキャップ４８ｂ及びエアカップリング５４から離すことができる。他の実施形態では、ディスペンサー１０の動作時、代替的な既知の付勢及びロック構造を用いてプラグ部材５２をボア３６内に保持することができることが理解されるであろう。

図１及び図２を参照すると、ヒーターブロック１６は、主要ブロック部分１６ａと、標準ボルト５６によって主要ブロック部分１６ａ及びソレノイド弁２４に連結されているカバープレート１６ｂとを含むことができる。洗浄、修繕又は交換のためにディスペンサーモジュール１４にアクセスすることができるように、カバープレート１６ｂを外してキャビティ２６を開けることができる。ヒーターブロック１６は、カートリッジホルダー１６とディスペンサーモジュール１４の主ハウジング２２とに流体連通するヒーターブロック通路５８を主要ブロック部分１６ａ内に更に含む。ヒーターブロック通路５８は、上面３８に半球部分５８ａと、半球部分５８ａから主ハウジング２２に向かって延びるボア５８ｂとを含むことができる。ボア５８ｂは好ましくは、通路のいかなる急な曲がり又はカーブも含まず、そのため、ヒーターブロック１６がディスペンサー１０から分離されたときにヒーターブロック通路５８を容易に洗浄することができる。ヒーターブロック１６の上面３８は、ディスペンサー１０の外周囲からヒーターブロック通路５８をシールするＯリング６０を含むことができる。

ヒーターブロック１６はまた、温度センサーワイヤー６２の端に配置されている温度プローブ６２ａと、ヒーターカートリッジ６４と（双方とも図１に示されている）を受け入れるように構成することができる。温度プローブ６２ａは、ヒーターブロック１６の温度、ひいてはディスペンサー１０を流れるホットメルト接着剤の温度を感知するためにヒーターブロック通路５８に向かって延びている。温度プローブ６２ａは、ニッケルベースのセンサー等の従来のセンサーである。従来のヒーターカートリッジ６４（図３に示されている）は、ヒーターブロック１６に連結されているディスペンサーモジュール１４及び接着剤供給源１８にだけでなく、ヒーターブロック１６を介してホットメルト接着剤にも熱エネルギーを送達するように構成されている。例示的な動作では、ヒーターカートリッジ６４は、ディスペンサーモジュール１４、ヒーターブロック１６及び接着剤供給源１８を華氏約２２５度〜華氏約２７５度のような所望の動作温度範囲内に維持するように制御することができる。これに関して、ディスペンサーモジュール１４、ヒーターブロック１６及び接着剤供給源１８は、ヒーターカートリッジ６４からの熱エネルギーを伝達するように構成されているため、ディスペンサーモジュール１４に別個の加熱素子は必要とされない。この動作温度は、吐出プロセスの間中、ホットメルト接着剤を溶融状態に維持する。

図２及び図３を更に参照すると、ディスペンサーモジュール１４の主ハウジング２２はボア６５と、ボア６５内を部分的に延びる弁部材６８とを含む。弁体６６を、主ハウジング２２のボア６５内の、ストローク調整アセンブリ２０の下に部分的に挿入することができる。弁体６６は、ボア６５内に延びる上側部分６６ａと、上側部分６６ａから突出するノズル６６ｂとを含む。弁体６６の更なる詳細は以下で詳細に説明する。弁部材６８がピストン部分７０と、ピストン部分７０と一体形成されているニードル７２とを含む。弁部材６８はステンレス鋼から形成することができる。単品材から形成されるとともに単一物品として機能する、ピストン部分７０とニードル７２との一体構造体又は単一構造体は、ホットメルト接着剤の噴射時に弁部材６８に加えられる大きな力及び加速度が、弁部材６８の、ピストン部分７０とニードル７２との間のインターフェース面におけるような部分を剪断又は破断する可能性を低減する。

ディスペンサーモジュール１４はまた、主ハウジング２２のボア６５内の、弁部材６８のピストン部分７０と弁体６６の上部６６ａとの間に挿入されるシールパック７３を含む。シールパックは、主ハウジング２２のボア６５を、ピストン部分７０を受け入れるようになっている空気圧ピストンチャンバー７４と、弁体６６に隣接するとともにホットメルト接着剤及びニードルを受け入れるようになっている接着剤チャンバー７６とに分割する。シールパック７３は上側動的シール部材７３ａと下側動的シール部材７３ｂとを含み、これらがそれぞれ、中にニードル７２を受け入れる。動的シール部材７３ａ、７３ｂは、ピストンチャンバー７４内の加圧空気と接着剤チャンバー７６内のホットメルト接着剤との間に流体分離を維持する。シールパック７３は、弁体６６の上側部分６６ａによってボア６５内の所定位置に保持され、弁体６６は、ねじ係合、外側からの挟持、又は弁体６６をディスペンサーモジュール１４に連結する任意の他の既知の方法によって、ボア６５内に保持することができる。

弁体６６は、ノズル６６ｂに弁座８０と、接着剤チャンバー７６に流体連通する弁オリフィス８２の形態のノズル出口とを含むことができる。弁体６６、ひいては弁座８０は通常、熱がホットメルト接着剤に容易に伝達されるように、また、以下で更に詳細に説明する衝撃力を増大させるために、工具鋼から形成される。同様に、主ハウジング２２は、ディスペンサーモジュール１４の図示の実施形態ではステンレス鋼から形成される。しかしながら、主ハウジング２２は代替的に、テフロンコーティングされたアルミニウム、真鍮、又はヒーターカートリッジ６４からホットメルト接着剤への熱エネルギーの伝達性が高い別の材料から形成されてもよいことが理解されるであろう。

主ハウジング２２は、接着剤源に流体連通する入口ポート８６を更に備える。シールパック７３は、弁体６６の上側部分６６ａに隣接するとともに主ハウジング２２の入口ポート８６と接着剤チャンバー７６とに流体連通する少なくとも１つの入口通路８８を更に含む。したがって、図示の実施形態では、ホットメルト接着剤がボア３６からヒーターブロック通路５８、入口ポート８６及び少なくとも１つの入口通路８８を通って接着剤チャンバー７６へ流れ、次いで接着剤チャンバー７６において、ホットメルト接着剤を、弁オリフィス８２を通って吐出することができる。一対のシール用Ｏリング９０を、ヒーターブロック１６と主ハウジング２２との間に配置することができる。別のシール用Ｏリング９２を、少なくとも１つの入口通路８８の上の、主ハウジング２２とシールパック７３との間に配置することができ、更に別のシール用Ｏリング９３を、主ハウジング２２と弁体６６の上側部分６６ａとの間に配置することができる。これらのシール用Ｏリング９０、９２、９３は、ヒーターブロック１６から接着剤チャンバー７６への流体経路がディスペンサー１０の外周囲からシールされたままとなることを確実にする。シールパック７３の図示の実施形態は、複数の入口通路８８と、入口ポート８６と複数の入口通路８８との間に流体連通を提供するようにシールパック７３と主ハウジング２２との間に画定されている環状通路９４とを含むが、本発明の範囲内の代替的な実施形態では、環状通路９４を有しない１つだけの入口通路８８を設けることができることが理解されるであろう。

主ハウジング２２の空気圧ピストンチャンバー７４が、弁部材６８のピストン部分７０によって、上側ピストンチャンバー７４ａと下側ピストンチャンバー７４ｂとに分割される。上側ピストンチャンバー７４ａは、ストローク調整アセンブリ２０（以下で更に詳細に説明する）のロッド１１０の底端１１０ａによって形成されている阻止部材によって境界を定めることができるのに対し、下側ピストンチャンバー７４ｂは、シールパック７３及び上側シール部材７３ａによって境界を定めることができる。主ハウジング２２は、上側ピストンチャンバー７４ａに流体連通する上側空気入口９８ａと、ソレノイド弁２４の上側空気出口１００ａとを更に含む。同様に、主ハウジング２２はまた、下側ピストンチャンバー７４ｂに流体連通する下側空気入口９８ｂと、ソレノイド弁２４の下側空気出口１００ｂとを含む。ピストンチャンバー７４、並びに上側空気入口９８ａ及び下側空気入口９８ｂは、主ハウジング２２とソレノイド弁２４との間に位置付けられている一対のＯリング１０２と、主ハウジング２２と弁体６６との間に位置決めされている別のＯリング１０４とによって、ディスペンサー１０の外周囲からシールすることができる。さらに、ピストン部分７０は、上側ピストンチャンバー７４ａを下側ピストンチャンバー７４ｂからシールするように構成されているピストンシール１０６を含むことができる。

ソレノイド弁２４は、ピストン７０及びニードル７２を図３に示されている後退位置及び図４Ａに示されている伸張位置間で移動させるように押すために、上側ピストンチャンバー７４ａ及び下側ピストンチャンバー７４ｂに約６０ｐｓｉ〜１００ｐｓｉの加圧空気を交互に供給する既知の空気弁である。したがって、弁部材６８のニードル７２のボール形状端１０８が弁座８０と係脱することによって、弁オリフィス８２を繰り返し開閉する。弁部材６８のニードル７２の端１０８は、ディスペンサー１０のこの実施形態に示されているボール形状とは異なる形状を有して形成されてもよいことが理解されるであろう。さらに、弁部材６８の移動は、図示の実施形態ではピストン７０及びソレノイド弁２４を用いて空気圧式に制御されるが、ディスペンサー１０の他の実施形態は、電気モーター及びアーマチャーが挙げられるがこれらに限定されない、弁部材６８の往復移動を作動させる代替的な装置を含むことができる。

図示の実施形態のストローク調整アセンブリ２０は、上側ピストンチャンバー７４ａに延びる下端１１０ａを有する内部ロッド１１０を含む。ロッド１１０の下端１１０ａは、ストローク調整アセンブリ２０に対してピストン７０によって繰り返される衝撃を減衰させるように構成されている材料から形成することができること、また、ホットメルト接着剤もボール形状端１０８と弁座８０との間の衝撃を若干減衰させることが理解されるであろう。しかしながら、これらの減衰力は、ディスペンサー１０が接着剤チャンバー７６からホットメルト接着剤の微小滴を噴射することを妨げない。ストローク調整アセンブリ２０はまた、主ハウジング２２のボア６５内の、ピストンチャンバー７４の上に少なくとも部分的に挿入されるモジュールキャップ１１１を含むことができる。モジュールキャップ１１１は、ロッド１１０の中央ねじ部分１１０ｂと係合するようになっている雌ねじボア１１１ａを含む。第１のシール用Ｏリング１１２ａは、モジュールキャップ１１１と主ハウジング２２との間に位置決めされ、第２のシール用Ｏリング１１２ｂは、ボア１１１ａの雌ねじの下の、ロッド１１０とモジュールキャップ１１１との間に位置決めされる。これらのシール用Ｏリング１１２ａ、１１２ｂは、加圧空気がピストンチャンバー７４からディスペンサー１０の周囲の外部環境に漏洩することを防ぐ。内部ロッド１１０は、ロッド１１０をモジュールキャップ１１１及びピストンチャンバー７４内で上方又は下方に移動させるように回転させることができる駆動ヘッド１１０ｃまで、モジュールキャップ１１１を超えて延びる。

図３に示されている弁部材６８の後退位置では、ロッド１１０の下端１１０ａは、弁部材６８の上方移動を止めるようにピストン部分７０に当接している。したがって、駆動ヘッド１１０ｃの回転によって引き起こされるロッド１１０の移動は、弁部材６８の全ストローク長（図３にＳＬとして示されている）を変えるように操作可能である。図示の実施形態では、ストローク長ＳＬは約１．５ミリメートル〜約２．０ミリメートルの間で調整可能である。最大ストローク長ＳＬ（およそ２．０ミリメートル）は、従来の噴射ディスペンサー（上述したようなホットメルト接着剤を吐出することには用いられない）の最大ストローク長よりもおよそ４倍長い。弁部材６８のストローク長ＳＬにより、吐出サイクル時にノズル６６ｂからホットメルト接着剤を完全に放出することが可能となるとともに、以下で更に詳細に説明するように、ホットメルト接着剤の塗布温度が更に上昇してホットメルト接着剤との好適な接合に利用可能なオープンタイムが増加する。

図４を参照すると、弁オリフィス８２が、約０．２ミリメートル〜約０．３ミリメートルの出口径ＯＤを画定することができる。出口径ＯＤのこの範囲は、従来の噴射ディスペンサー（上述したようなホットメルト接着剤を吐出することには用いられない）の出口よりも大きく、ノズル６６ｂからのホットメルト接着剤の放出を更に促す。このため、弁オリフィス８２の出口径ＯＤと、ストローク長ＳＬにわたる弁部材６８の移動によって形成される圧力波と、弁座８０に対するボール形状端１０８の衝撃とが連帯して、高粘着性ホットメルト接着剤を押して弁オリフィス８２から完全に噴出させて細長い滴１２０を形成するほど十分となる。したがって、本実施形態の噴射ディスペンサー１０は、ＰＵＲ接着材料を含むホットメルト接着剤の微量を首尾よく噴射して、ノズル６６ｂから基板１２へ向けて、矢印１２１で示す進行方向に沿って飛ばすことができる。そのため、吐出サイクルが繰り返されるにつれ、ホットメルト接着剤が蓄積してノズル６６ｂを詰まらせることがなく、したがって、効果的に噴射される。

噴射プロセスにより、ディスペンサー１０が、ホットメルト接着剤の吐出滴１２０を細長くするように、すなわち、ノズル６６ｂから噴出点に伸張させるように制御する。このため、吐出滴１２０は、より広い前端１２０ａ及びより狭い尾端１２０ｂ（図５を参照のこと）を有する細長い涙滴タイプの形状を画定する。各吐出滴１２０は、進行方向１２１に概ね沿って画定されるように、前端１２０ａから尾端１２０ｂにかけて滴の長さＤ_Ｌを画定する。各吐出滴１２０はまた、進行方向１２１から横断方向に画定される、滴の幅Ｄ_Ｗを画定し、滴の幅Ｄ_Ｗは滴の長さＤ_Ｌよりも小さい。ノズル６６ｂが吐出高さＬ_Ｄだけ基板１２から離隔していても、ホットメルト接着剤の高粘着性は、滴１２０が吐出高さＬ_Ｄに沿って進む際に吐出滴１２０の形状及び向きを実質的に維持するのに役立つ。

換言すれば、滴１２０はノズル６６ｂから基板１２への進行過程中、形状変化してより幅広の球形状の滴になる傾向はない。したがって、滴の幅Ｄ_Ｗは進行中、概ね一定のままである。結果として、ホットメルト接着剤の滴１２０は、基板１２との接触時に、０．５ミリメートル以下の溝幅Ｗ_Ｇを有する溝１１４等の小さなスペースに合うのに適したサイズ及び向きのままとなる。対照的に、滴１２０が進行中、形状変化してより幅広の球形状の滴になれば、滴の幅Ｄ_Ｗは約１．０ミリメートル（これは広すぎて溝１１４に合わない）まで増えることになるであろう。しかしながら、本実施形態のディスペンサー１０は、図４Ｂ及び図５に示されているように滴１２０が基板１２上の溝１１４内に完全に保持されることができるように、ホットメルト接着剤の噴射滴１２０を細長くするとともに噴射滴１２０のサイズを制御する。

図５を続けて参照すると、ディスペンサー１０は、ホットメルト接着剤の噴射時に、矢印１２３の方向に溝１１４の長さに沿って移動することができる。溝１１４の長さに沿ったこの移動により、細長い滴１２０は、溝１１４に接触すると、溝１１４の幅の外側に広がるのではなく溝１１４の長さに沿って広がるように促される。要するに、溝１１４の長さに沿ったディスペンサー１０の移動と、吐出滴１２０の制御された細長い形状及びサイズとが連帯して、ホットメルト接着剤が溝１１４内にのみ塗布されることを確実にする。

有利には、噴射ディスペンサー１０はまた、一日の吐出の間中、同量のホットメルト接着剤を各滴１２０で一貫して吐出し、その間、特にＰＵＲ接着材料の場合では、ホットメルト接着剤の粘度は最大２０％〜３０％変わり得る。結果として、製造プロセスにおいて、一定量のホットメルト接着剤を各連続的な基板１２に塗布することができる。

噴射ディスペンサー１０はまた、オープンタイム、すなわち、塗布後の、好適な接合がホットメルト接着剤によりなされ得る時間量を最大にする最適な温度でホットメルト接着剤を吐出することを可能にする。前述したように、ヒーターカートリッジ６４がホットメルト接着剤を第１の温度に加熱し、この第１の温度は、ホットメルト接着剤が長時間にわたって保持される場合に劣化し始める温度よりも低い塗布温度である。塗布温度は、接着剤間、接合される基板間等の相違に起因して変わり得る。以下の例では、塗布温度は華氏約２５０度であった。噴射ディスペンサー１０はまた、有利には、噴射プロセス時にホットメルト接着剤に十分な剪断力を作り出して、ホットメルト接着剤の吐出微小滴を第１の温度よりも高い第２の温度に急速に又は瞬時に加熱させる。ホットメルト接着剤の急速加熱の一例が、図６Ａ〜図６Ｄに示されているグラフプロットにおいて更に示されている。

図６Ａは、ＰＵＲ接着剤よりも低い粘着性を有する一般的なホットメルト接着剤を用いたプール試験に相当する。このプール試験では、噴射ディスペンサー１０を静止状態の基板上に少なくとも２０秒間連続的に発射させ、ホットメルト接着剤を基板の上にプールさせた。温度センサーを、接着剤供給源１８上、ディスペンサーモジュール１４上、ノズル６６ｂ上及び基板１２上に位置決めした。ヒーターカートリッジ６４により、プール試験過程にわたってディスペンサーモジュール１４を華氏約２５０度に加熱した。図６Ａに示されているように、ノズル６６ｂにおいて測定される温度と、基板上に吐出されるホットメルト接着剤の温度とが、吐出時間（およそｔ＝５秒〜ｔ＝２５秒）中、華氏２５０度のモジュール温度よりも十分高く急上昇した。このプール試験では、基板上のホットメルト接着剤は華氏２７０度という最大温度に達したが、その後、図６Ａに示されているように、吐出サイクルが完了した後で急速に冷却した。

図６Ｂは、ＰＵＲ接着材料を用いたプール試験に相当する。前のプール試験と同様に、噴射ディスペンサー１０を約ｔ＝５秒〜ｔ＝２５秒間連続的に発射させ、ヒーターカートリッジ６４により、ディスペンサーモジュール１４を華氏約２５０度に加熱し、ＰＵＲ接着材料を基板上にプールした。図６Ｂにおいて、ここでも同様に、吐出サイクル中の、ノズル６６ｂと、基板上に吐出されるＰＵＲ接着材料との急速加熱が示されている。基板上の温度センサーがノイズのある温度信号を記録したが、基板上のＰＵＲ接着材料の最大温度は華氏２７５度であった。ここでも同様に、ＰＵＲ接着材料は、吐出サイクルが完了すると基板上で急速冷却した。

図６Ｃ及び図６Ｄは、図６Ａにおけるのと同じホットメルト接着剤及び図６Ｂにおけるのと同じＰＵＲ接着材料を用いた代替的なプール試験に相当するが、ただし、これらのプール試験ではヒーターカートリッジ６４はディスペンサーモジュール１４を能動加熱しない。結果として、双方の試験では、モジュール温度は、能動加熱を行わないことに起因して試験過程にわたって低下するものとして示されている。能動加熱を伴わない場合であっても、双方の試験における、ノズル６６ｂの温度と、基板上に吐出される接着剤の温度とが、ディスペンサーモジュール１４の温度よりも十分高く急上昇した。図６Ｃに示されているように、基板上のホットメルト接着材料は、ディスペンサーモジュール１４の温度が華氏約２２５度（摂氏約１０７．２度）である場合に華氏２４５度という最大温度に達した。同様に図６Ｄに示されているように、基板上のＰＵＲ接着材料は、ディスペンサーモジュール１４の温度が華氏約２１０度である場合に華氏２７０度という最大温度に達した。

これらのプール試験結果から、ホットメルト接着剤の噴射はホットメルト接着剤の塗布温度の急速な上昇を引き起こすことが明らかである。塗布温度のこの急速な上昇は、ＰＵＲ接着材料を用いた場合によりいっそう顕著である。弁部材６８のストローク長ＳＬの増加により、ボール形状端１０８が弁座８０に接触したときに、より高い衝撃又は剪断力がホットメルト接着剤に加えられるだけでなく、ニードル７２と接着剤チャンバー７６内のホットメルト接着剤との間の摩擦係合が増すと考えられる。これらの熱エネルギー源がそれぞれ増すことにより、ディスペンサーモジュール１４において制御される第１の温度よりも高い噴射微小滴１２０の急速な又は瞬時の著しい温度上昇が可能となる。また、噴射滴１２０のサイズが微小であるため、この温度上昇（例えば、上記の例における第２の温度まで）は、噴射されたホットメルト接着剤が十分な接合を形成するほど十分に高い温度に維持される時間量を著しく増加させる。

さらに、噴射滴１２０の温度上昇は、弁部材６８のストローク長ＳＬを増減させることによって制御することができる。第２の温度は、ホットメルト接着剤が劣化し始める温度に近いものであってもその温度を超えるものであってもよいが、噴射滴１２０は、ノズル６６ｂから放出された後すぐに冷却し、そのため、長時間にわたってその温度で留まることによって引き起こされる劣化の危険性を最小限に抑える。このため、噴射ディスペンサー１０は、ホットメルト接着剤の劣化を最小限に抑えながらもホットメルト接着剤のオープンタイムを効果的に増加させる。

したがって、ディスペンサー１０は、携帯電話の組立て等の際に基板１２上の小さな溝１１４内にホットメルト接着剤又は他の粘着性材料の液滴１２０を吐出することに伴う課題の多くに対処する。ディスペンサー１０は、ホットメルト接着剤が小さな溝１１４に合うように、ホットメルト接着剤の小滴を噴射するとともに吐出滴１２０を制御する上で効果的である。さらに、ディスペンサー１０は、吐出滴１２０をディスペンサーモジュール１４における制御された第１の温度よりも高く瞬時に加熱するため、ホットメルト接着剤の劣化を最小限に抑えながらもオープンタイムを増加させる。

本発明を本発明の特定の実施形態の記載によって説明し、これらの実施形態をかなり詳細に記載したが、それらの実施形態は添付の特許請求の範囲の範囲をそのような詳細に限定するか又はいかようにも制限することは意図しない。本明細書において検討される種々の特徴は、単独で又は任意の組み合わせで用いることができる。更なる利点及び変更形態が当業者には容易に明らかとなるであろう。したがって、本発明はそのより広範な態様では、図示及び記載される特定の詳細、代表的な装置及び方法、並びに例示的な例に限定されない。したがって、包括的な発明の概念の範囲又は趣旨から逸脱することなくそのような詳細から逸脱することができる。

Claims (18)

1. 基板上にホットメルト接着剤を非接触吐出する方法であって、
   ノズル出口から前記基板に向けて進行方向に前記ホットメルト接着剤の複数の微小の滴を噴射することであって、前記ホットメルト接着剤の各滴は細長く、前記進行方向に概ね並ぶ滴の長さと、該滴の長さよりも短い滴の幅とを有する前記ホットメルト接着剤の前記滴を噴射する工程と、
   前記ホットメルト接着剤の前記滴は、それぞれ、前記ノズル出口および前記基板間を飛ぶ間は、細長いままであって形状変化して球形状の滴になることがないように、前記噴射することを制御する工程とを有する基板上にホットメルト接着剤を非接触吐出する方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記基板は、０．５ミリメートル以下の溝幅を画定している幅を含み、前記ホットメルト接着剤の各滴は、該滴が形状変化して球形状になれば、該滴の幅が約１．０ミリメートルになるようなサイズであって、
   前記ホットメルト接着剤を噴射する工程は、前記ホットメルト接着剤が前記基板上の溝から流れ出ないように該溝内に前記複数の滴を塗布する工程をさらに有する方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、
   前記吐出システムは、前記ホットメルト接着剤を噴射し、前記吐出システムは弁と前記ノズル出口とを有し、
   前記ホットメルト接着剤を噴射する工程は、
   前記ノズル出口を通して前記ホットメルト接着剤を送達するように前記弁を開く工程と、
   前記ホットメルト接着剤を前記ノズル出口から噴出させて滴にするように前記弁を閉じる工程と、
   更に有する方法。
4. 請求項３に記載の方法であって、
   前記弁は弁座とニードルとを有し、
   前記弁を開く工程は、約１．５ミリメートルから約２．０ミリメートルのストローク長にわたって前記弁座から後退位置へ前記ニードルを引っ込める工程を更に有する方法。
5. 請求項４に記載の方法であって、
   前記弁を閉じる工程は、約１．５ミリメートルから約２．０ミリメートルの前記ストローク長にわたって前記後退位置から前記弁座へ前記ニードルを移動させることであって、前記ホットメルト接着剤を前記ノズル出口から噴出させる圧力波を形成する、移動させることを更に有する方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、
   前記ホットメルト接着剤はポリウレタン反応性（ＰＵＲ）接着材料である方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、
   前記ノズル出口を有する吐出システムが前記ホットメルト接着剤を噴射し、該ホットメルト接着剤を噴射することは、
   前記吐出システムを第１の温度に加熱することと、
   前記ホットメルト接着剤の噴射された微小な滴を、前記ノズル出口から放出される際に前記第１の温度よりも高い第２の温度に急速に加熱することと、
   を更に含み、
   前記ホットメルト接着剤の噴射された各滴を前記第２の温度に加熱することは、前記基板上の前記ホットメルト接着剤のオープンタイムを増加させる、請求項１に記載の方法。
8. 請求項７に記載の方法であって、
   前記ホットメルト接着剤を噴射することは、
   噴射された各滴を前記第２の温度から急速に冷却することであって、前記ホットメルト接着剤の劣化を最小限に抑える、冷却することを更に有する方法。
9. 請求項７に記載の方法であって、
   前記第１の温度は華氏約２２５度から華氏約２７５度の範囲内にあり、前記第２の温度は前記第１の温度よりも少なくとも２０度高い方法。
10. 弁とノズル出口とを含む吐出システムを用いて基板上にホットメルト接着剤を非接触吐出する方法であって、
    前記吐出システムを第１の温度に加熱することと、
    前記弁を繰り返し開閉することによって前記ノズル出口から前記基板に向けて前記ホットメルト接着剤を噴射することであって、前記ホットメルト接着剤の複数の微小滴を形成する、噴射することと、
    前記ホットメルト接着剤の各滴が、前記ノズル出口から放出される際に前記第１の温度よりも高い第２の温度に急速に加熱されるように、前記噴射することを制御することと、
    を含む、弁とノズル出口とを含む吐出システムを用いて基板上にホットメルト接着剤を非接触吐出する方法。
11. 請求項１０に記載の方法であって、
    前記弁は、ストローク長にわたって進む弁部材を含み、前記噴射することを制御することは、
    前記第２の温度を上昇又は低下させるように前記ストローク長を調整することを更に有する方法。
12. 請求項１０に記載の方法であって、
    前記ホットメルト接着剤を噴射することは、
    各噴射滴を前記第２の温度から急速に冷却することであって、前記ホットメルト接着剤の劣化を最小限に抑え、冷却することを更に有する方法。
13. 請求項１０に記載の方法であって、
    前記第１の温度は華氏約２２５度から華氏約２７５度の範囲内にあり、前記第２の温度は前記第１の温度よりも少なくとも２０度高い方法。
14. ホットメルト接着剤の微小滴を吐出する噴射ディスペンサーであって、
    ピストン部分と、該ピストン部分と一体形成されているニードルとを有する弁部材を含むディスペンサーモジュールと、
    前記ディスペンサーモジュールに連結されているとともに、弁座と弁オリフィスとを有するノズルを含む弁体と、
    前記ディスペンサーモジュールに連結されているとともに、前記弁部材を前記弁座に対して接離するように往復移動させるために加圧空気を送達するように動作可能であり、それによって、前記ニードルが前記弁座に繰り返し接触して前記弁オリフィスを通してホットメルト接着剤の微小な滴を噴射するソレノイド弁と、
    を備える、ホットメルト接着剤の微小な滴を吐出する噴射ディスペンサー。
15. 前記弁部材が前記弁座から離れるように移動することを制限するストローク調整アセンブリであって、該ストローク調整アセンブリは、前記弁部材が、ホットメルト接着剤の噴射滴を押して前記弁オリフィスを通して前記弁体から離すほど十分なストローク長にわたって往復移動するように位置決めされているストローク調整アセンブリを更に備える噴射ディスペンサー。
16. 請求項１５に記載の噴射ディスペンサーであって、
    前記弁部材の前記ストローク長は約１．５ミリメートルから約２．０ミリメートルである噴射ディスペンサー。
17. 請求項１５に記載の噴射ディスペンサーであって、
    前記ストローク調整アセンブリは、
    前記ディスペンサーモジュールに連結されているとともに雌ねじボアを含むモジュールキャップと、
    前記雌ねじボアと係合するように構成されている中央ねじ部分と、前記ストローク長の一端側で前記ピストン部分に当接するようになっている下端とを含むロッドと、
    を更に有する噴射ディスペンサー。
18. 請求項１４に記載の噴射ディスペンサーであって、
    前記ディスペンサーモジュールは、前記弁部材を受け入れるようになっている内部ボアを有し、
    前記弁体は、前記ノズルから突出しているとともに前記内部ボアに挿入される上側部分を有し、
    前記ディスペンサーは、前記内部ボア内の、前記弁部材の前記ピストン部分と前記弁体の前記上側部分との間に挿入されるシールパックであって、前記内部ボアを空気圧ピストンチャンバーと接着剤チャンバーとに分割するとともに、前記ピストンチャンバー内の加圧空気と前記接着剤チャンバー内のホットメルト接着剤との間に流体分離を維持するシールパックを更に備える噴射ディスペンサー。

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