JP2014124655A - Liquid dripping device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微少量の液体を対象物に対して滴下させる液体滴下装置に関する。より詳細には、半田に例示される溶融金属等の特定の条件下で液体状態が維持される物質について、これを微少量の液体として取り扱い、滴下対象物に対して好適に滴下することを可能とする液体滴下装置に関する。 The present invention relates to a liquid dropping device that drops a small amount of liquid onto an object. More specifically, it is possible to treat a substance that maintains a liquid state under specific conditions such as molten metal exemplified by solder as a small amount of liquid and to suitably drop the substance onto a dropping object. It relates to a liquid dropping apparatus.
例えば磁気ヘッドの製造工程においては、複数の電極間に半田からなる導電性の微小なボールを配置し、これを溶融し更に電極各々に対して固着させることで該電極間の電気的接合を行っている(特許文献1参照)。ここで、現在磁気ヘッドの微小化、高機能化が進められており、電極数が増加すると共に電極自体も小さくなり、結果として導電性のボールもより微小化せざるを得なくなってきている。導電性ボールが例えば100μm以下の径となると、個別のハンドリングが困難となると共に、ハンドリング中の所謂コンタミの付着、或いは該ボールの価格自体が高価となるといった課題が生じてくる。 For example, in the manufacturing process of a magnetic head, a conductive minute ball made of solder is arranged between a plurality of electrodes, and this is melted and further fixed to each electrode to perform electrical bonding between the electrodes. (See Patent Document 1). Here, miniaturization and high functionality of the magnetic head are being promoted at present, and the number of electrodes is increased and the electrodes themselves are reduced. As a result, the conductive balls have to be further miniaturized. When the conductive ball has a diameter of, for example, 100 μm or less, individual handling becomes difficult, and so-called contamination during handling or the price of the ball itself becomes expensive.
この様な背景に基づき、特許文献2或いは3に開示されるように、溶融半田を直接的に被接合物に対して吐出し、付着させる技術が提案されてきている。当該技術によれば、上述した導電性ボールの使用に伴って生じる課題は解消される。また、近縁の技術である微少量の液体を滴下させる方法として、例えば特許文献4或いは5に例示される技術が知られている。これら技術においては、溶融金属を蓄えた液溜まりに体積変化を生じさせ、この体積変化を利用して該液溜まりより所定量の溶融金属を吐出させている。 Based on such a background, as disclosed in Patent Document 2 or 3, a technique for directly ejecting and adhering molten solder to an object to be bonded has been proposed. According to the technique, the problems caused by the use of the conductive ball described above are eliminated. Further, as a method for dripping a small amount of liquid, which is a related technology, for example, a technology exemplified in Patent Document 4 or 5 is known. In these techniques, a volume change is generated in a liquid reservoir in which molten metal is stored, and a predetermined amount of molten metal is discharged from the liquid reservoir using this volume change.
ここで、上述した体積変化を用いる方法以外の方法を用いて、ノズルに対する気体進入の影響を小さくした液体滴下装置が特許文献6に示されている。当該装置によれば、所望径の液滴を得ることが可能となる。しかし、実際に例えば磁気ヘッドの製造工程等にこれを適用しようとした場合、液適生成に好適の条件範囲が小さく、連続的に装置を稼動してゆく、或いは製造条件に合わせて適宜生成条件を選択する上で、汎用性が小さかった。 Here, Patent Document 6 discloses a liquid dropping apparatus that reduces the influence of gas intrusion on a nozzle by using a method other than the method using volume change described above. According to this apparatus, it is possible to obtain droplets having a desired diameter. However, when this is actually applied to, for example, a manufacturing process of a magnetic head, the condition range suitable for liquid generation is small, the apparatus is continuously operated, or generation conditions are appropriately set according to manufacturing conditions. The versatility in selecting was small.
本発明は以上の状況に鑑みて為されたものであり、液体金属の液滴生成に際して、液滴の生成条件を広く保ち、且つ連続操業性、汎用性等に優れた液体滴下装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a liquid dropping device that maintains a wide range of droplet generation conditions and is excellent in continuous operability, versatility, and the like when generating liquid metal droplets. Objective.
上記課題を解決するために、本発明に係る液体滴下装置は所定量の液体を滴下する液体滴下装置であって、液体を溜めて液体溜まりを形成する液体受けと、液体受けにおいて液体が溜められる領域と連通して液体が通過可能なノズル孔を有するノズルと、アクチュエータと、液体溜まりに一方の端部が浸漬され、他方の端部がアクチュエータにより支持されており、ノズル孔の形成軸方向に移動可能なロッドと、を有し、ロッドはアクチュエータによって形成軸方向に直線運動させることが可能であって、ロッドの直線運動によって液体溜まりの一部に波動エネルギを生じさせ、液体は波動エネルギによってノズル孔より滴下され、ロッドは液体溜りの側に配置されて形成軸と一致する軸心を有する柱状の縮径端部を有し、液体溜りはノズル孔との間に配置された、縮径端部の軸心と垂直な断面形状に相似且つ所定の倍率で大きな断面形状からなる柱状内形を有する誘導筒部を有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a liquid dropping apparatus according to the present invention is a liquid dropping apparatus that drops a predetermined amount of liquid, and stores a liquid in a liquid reservoir that forms a liquid reservoir by storing the liquid, and stores the liquid in the liquid receiver. A nozzle having a nozzle hole that communicates with the region and allows the liquid to pass therethrough, an actuator, and one end is immersed in the liquid reservoir, and the other end is supported by the actuator. A movable rod, and the rod can be linearly moved in the direction of the forming axis by an actuator, and the linear motion of the rod generates wave energy in a part of the liquid reservoir, and the liquid is driven by the wave energy. The rod is dropped from the nozzle hole, and the rod is arranged on the liquid reservoir side and has a columnar reduced diameter end portion having an axis that coincides with the forming axis. Disposed between, and having a guide tube section with columnar in shape consisting of a large cross-sectional shape perpendicular to the cross-sectional shape and the axis of the reduced diameter end portion similar and at a predetermined magnification.
なお、上述した液体滴下装置にあっては、縮径端部の断面の面積をSd、誘導筒部の内径をSD、とした時に、90% <(SD−Sd)/Sd <110% の条件を満たすことが好ましい。更に、液体溜まりは、液体溜まりに存在する液体の液面上に、所定の空間を有することが好ましい。また、所定の空間に不活性ガスの供給排出が可能であって、液体を不活性ガス雰囲気中に保持することを可能とする不活性ガス供給排出経路を更に有することがより好ましい。また、この場合、所定の空間は密閉空間であって、0.5〜2.0Pa加圧された状態にて保持する圧力維持手段を有することが更に好ましい。 In the liquid dropping apparatus described above, the condition of 90% <(SD−Sd) / Sd <110%, where Sd is the cross-sectional area of the reduced diameter end portion and SD is the inner diameter of the guide tube portion. It is preferable to satisfy. Furthermore, the liquid reservoir preferably has a predetermined space on the liquid surface of the liquid existing in the liquid reservoir. Further, it is more preferable to further include an inert gas supply / discharge path that can supply and discharge the inert gas in the predetermined space and can hold the liquid in the inert gas atmosphere. Further, in this case, the predetermined space is a sealed space, and it is further preferable to have a pressure maintaining means for holding in a state of being pressurized by 0.5 to 2.0 Pa.
また、上述した液体滴下装置に合っては、ノズルはコランダムより形成されることが好ましい。更に、ノズル孔の形成軸と同軸であって且つノズル孔と連通して所定の長さを有するガイド孔と、ノズル孔と連通する側からガイド孔に不活性ガスを供給可能な不活性ガス供給系を有し、液体はガイド孔内において不活性ガスの流れによって滴下方向に案内されることが好ましい。また、この場合の不活性ガス供給系は、不活性ガス加熱手段を更に有し、不活性ガス加熱手段は不活性ガスの温度を液体の融点を超える温度まで加熱可能であることがより好ましい。 Moreover, it is preferable that the nozzle is formed of corundum in accordance with the liquid dropping apparatus described above. Further, a guide hole that is coaxial with the nozzle hole forming axis and communicates with the nozzle hole and has a predetermined length, and an inert gas supply capable of supplying an inert gas to the guide hole from the side communicating with the nozzle hole. Preferably, the liquid is guided in the dropping direction by the flow of an inert gas in the guide hole. Further, the inert gas supply system in this case further includes an inert gas heating means, and the inert gas heating means is more preferably capable of heating the temperature of the inert gas to a temperature exceeding the melting point of the liquid.
本発明によれば、液体金属の液滴生成に際して、液滴の生成条件を広く保つことで使用する溶融金属、液滴の大きさ等に応じて好適な液滴を供給することが可能となる。また、好適な液適生成条件が広くなることにより、連続操業性、汎用性等についても向上させることが可能となる。更に、溶融金属を不活性ガス中に保持することが可能となり、溶融金属の酸化の防止も可能となる。 According to the present invention, when generating liquid metal droplets, it is possible to supply suitable droplets according to the molten metal to be used, the size of the droplets, etc. by keeping the droplet generation conditions wide. . Moreover, it becomes possible to improve continuous operability, versatility, and the like by widening suitable conditions for appropriate liquid formation. Furthermore, the molten metal can be held in an inert gas, and the oxidation of the molten metal can be prevented.
本発明の第一の実施形態に係る液体滴下装置について、以下に図面を参照して説明する。
図1は本実施形態に係る液体滴下装置100の概略構成を模式的に示す概念図である。また、図2は図1における主要部を拡大して示す図である。液体滴下装置100は、ノズルユニット10、アクチュエータ系30、及びボディ50より構成される。なお、本実施形態は、主として溶融金属を滴下させることを目的とするものである。
A liquid dropping apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram schematically showing a schematic configuration of a liquid dropping
ノズルユニット10は、ノズル11、ノズル押さえ13、ノズルフランジ15、皿バネ17、及び滴下側雰囲気空間19を有する。ノズル11は、液体1が通過可能であって、所定の形成軸Aの方向に該ノズル11を貫通するノズル孔11aを有する。ノズルフランジ15は、ノズル押さえ13を収容可能な収容空間15aを有し、ノズル孔11aの開口部における滴下側において、該ノズル押さえ13及びノズル孔11aの開口部周囲を覆うように配置される。収容空間15aはノズル押さえ13の外形より大きな空間であって、ノズル押さえ13と共にこれに収容される皿バネ17によってノズル押さえ13をボディ50に向けて付勢する。これにより、ノズル押さえ13を介してノズル11をボディ50側の液体受け51とで挟持し、ノズル11を液体受け51に密着固定させる。ノズル押さえ13はノズル11を液体受け51に当接固定させることとなる。以上の構成より、不図示のネジ等の固定部材によりノズルフランジ15をボディ50に対して固定することによって、皿バネ17、ノズル押さえ13を介して、ノズル11を液体受け51に対して所定の位置関係で固定する。また、ノズルフランジ15とノズル押さえ13との間に形成される皿バネ17が配置される空間は、滴下側雰囲気空間19として機能し、ノズル11の開口部周囲を覆って開口部周囲を所定の雰囲気ガスとする作用を有する。
The
なお、ノズル11、特にノズル孔11aの内部等、滴下対象となる液体に接触する領域は撥液性を有する材料によって少なくとも表面が覆われていることが好ましい。従って、これら領域がテフロン(登録商標)、DLC(Diamond-like-Carbon)等により被覆される、或いはこれら材料によりノズル11が構成されることが好ましい。また、本形態の如く、滴下対象が溶融金属である場合、ノズル11をルビーやサファイヤ等のコランダムにより形成することがより好ましい。また、滴下側雰囲気空間19は、用いる液体の酸化の抑制、温度変化の抑制等を行って液体の好適な滴下を促すために用いられる。本形態の如く、滴下対象が溶融金属である場合、当該滴下側雰囲気空間19は窒素等の不活性ガスによって満たされることが好ましく、更には金属の溶融温度以上の温度の雰囲気を構成するようにされることが好ましい。従って、所定圧力の高温不活性ガスの供給排出を可能とする構成、或いは当該空間に存在する気体を加熱可能とする構成を付加することが好ましい。
In addition, it is preferable that at least the surface of the region that contacts the liquid to be dropped, such as the inside of the
アクチュエータ系30は、アクチュエータ31、ロッド33、ジョイント35、断熱部37、及プレート39を有する。アクチュエータ31は、プレート39により支持される。ロッド33は、後述するボディ側フランジ55の貫通孔55aを介してボディ内空間57に侵入し、一方の端部が液体受け51の液体溜まり53に浸漬される。また、ロッド33は、他方の端部においてジョイント35及び断熱部37を介してアクチュエータ31により支持され、該アクチュエータ31によって上述したノズル孔11aの所定の形成軸Aと同軸で駆動される。即ち、ロッド33は、アクチュエータ31によって所定の形成軸A方向に直線的に移動可能に支持される。また、本形態において、ロッド33の液体溜り53側の先端は円柱形状となっており、更に同軸であって外径を小さくした円柱形状の縮径端部33aを有している。なお、本実施形態では、アクチュエータ31によってロッド33を直線運動させた際に該ロッド33の一方の端部周囲の液体溜まり53に生じる波動のエネルギを用いている。従って、動作速度が速く、且つ応答性の高いピエゾ素子によって該アクチュエータ31を構築することが望ましい。
The
なお、ロッド33、少なくとも液体溜まり53において液体に浸漬される一方の端部、特に前述した縮径端部33aは、滴下対象となる液体に対して撥液性を有する材料から形成される、或いはこの様な材料によって表面が覆われることが好ましい。従って、これら領域がテフロン、DLC(Diamond-like-Carbon)、チタン等により被覆される、或いはこれら材料によりロッド33或いはその一部たる縮径端部33aが形成されることが好ましい。また、本形態の如く、滴下対象が溶融金属である場合、ロッド33或いはその一部をハステロイ、チタン等により形成することがより好ましい。また、本形態の如く、滴下対象が溶融金属である場合、液体等が加熱されることから、当該熱を受けるロッド33とアクチュエータ31とを熱的に遮断することが好ましい。このため、本形態では、ロッド33−ジョイント35間に断熱部37を配している。しかし、液体の溶融温度、アクチュエータの耐熱性、或いは液体の使用条件等により、当該断熱部37はこれを無くすることも可能である。或いは、ロッド33を断熱性のあるセラミックスにより構成することも好適である。ロッド33をセラミックスとすることにより、自身の硬さに加え、断熱部37近傍の構造について断熱性を考慮する必要がなくなることから、これをより単純な構造とすることが可能となる。その結果、アクチュエータのストローク動作がロッド33の先端(縮径端部33a)に直接伝播して、金属を滴下させる際の条件をより容易に設定することが可能となる。
The
ボディ50は、液体受け51、液体溜まり53、ボディ側フランジ55、ボディ内空間57、ヒータ59、ボディ本体61、液体供給路63、及び不活性ガス供給排出経路65を有している。ボディ内空間57は前述した所定の形成軸A上に配置される空間であって、アクチュエータ系30側をボディ側フランジ55により閉鎖され、ノズルユニット10側を液体受け51により閉鎖される。ボディ側フランジ55には所定の形成軸A方向に貫通孔55aが形成され、前述したロッド33はこれを貫通して、ボディ内空間57の内部に侵入している。液体受け51は器状の形状を有し、凹部に液体を溜めて液体溜まり53を形成する。ノズル孔11aはこの液体溜まり53と連通して、該液体溜まり53内の液体をノズル孔11a開口部における液体滴下側への流出を可能としている。また、ボディ内空間57には液体供給経路63が連通しており、該ボディ内空間57内部に対する液体の供給を可能としている。
The
本発明では、液体受け51に対して、前述した縮径端部33aと同軸に配置された該縮径端部33aが入り込む内径を有する円筒内形の誘導筒部51aを配している。液体受け51の内面は漏斗の内面様の形態を有し、液体を軸心に向けて流れさせる効果を得ている。従来のロッド33の先端部は、動作範囲とある程度確保せざるを得ない関係上、この漏斗様内面に対応する部分的な円錐状の形態を有する。しかし、得ようとする液滴径が小さくてロッド33の動作範囲が小さい場合、この漏斗様内面の各部とロッド33先端部との間隔をこの動作範囲に応じた許容誤差に収めることが困難となる。このため、後述するロッド33の形成する波動を軸心方向に均等に付与できず、これが液滴の射出方向に影響を及ぼす可能性がある。本発明では、間隔の規制が容易な円柱状の縮径端部33aを円筒内形の誘導筒部51a内で動作させ、波動を得ることとしている。これにより、波動は軸方向と水平方向とに進展し且つ不要な方向への伝播が抑制される。従って、本発明によれば微小径の液滴であっても、波動が射出方向と一致するロッド33の軸心に沿って供給伝播することが可能となり、所望の方向への液滴の射出が可能となる。
In the present invention, a cylindrical
ロッド33の縮径端部33aと同様に、液体と接触可能性のあるボディ内空間57を構成する内壁、液体受け51、及び液体供給路63の内壁は、滴下対象となる液体に対して撥液性を有する材料から構成される、或いはこの様な材料によって表面が覆われることが好ましい。従って、これら領域がテフロン、DLC、チタン等により被覆される、或いはこれら材料によりこれら構成が形成されることが好ましい。また、本形態の如く、滴下対象が溶融金属である場合、液体受け51或いはボディ本体61をハステロイ、チタン等により形成することがより好ましい。更に、溶融金属の酸化の抑制のために、ボディ内空間57の液体溜まり53の上部に形成される液面上の空間内部は、窒素等の不活性ガスによって満たされることが好ましく、不活性ガス供給排出経路65はこれら不活性ガスの供給及び排出に用いられる。しかし、滴下対象がこれら以外の場合には、当該不活性ガス供給排出経路65を除くことも可能である。液体受け51内に溜められる液体溜まり53に存在する金属は溶融状態である、或いは溶融状態であることを維持する必要があるため、ヒータ59がボディ本体61、液体受け51、及びノズル11を加熱する。
Similar to the reduced
次に、本実施形態に係る液体滴下装置の動作原理について説明する。図3(a)〜3(d)は図1及び2に示す液体滴下装置100の各動作状態を各々示している。図3Aは液体滴下前の状態であって、液体供給路63を介して液体溜まり53に対して液体の補充が完了した状態を示している。液体の滴下に際しては、図3(b)に示すように、アクチュエータ31によって、ロッド33が矢印B方向(所定の形成軸A上の一方に向かう方向)に距離sだけ移動する。なお、本実施形態で、移動ストロークである距離sは8〜48μmであって、移動に要する時間は300〜420μsecである。このロッド33の移動によって、図3(c)に示すようにロッド33の先端の液中に粗密波が形成される。この粗密波には波動エネルギが存在する。例えば、液中超音波洗浄はこの波動エネルギを利用したものである。この波動エネルギを与えられた液体1が、一部ノズル孔11aを通じて、図3(d)に示すように液滴1として外部空間に放出される。以上の構成において、ノズル孔11aの内径及びロッド33の移動ストロークsの組み合わせにより、液滴の径は任意に設定することが可能であり、具体的に液滴径として60〜150μmのものが得られている。
Next, the operation principle of the liquid dropping apparatus according to this embodiment will be described. 3 (a) to 3 (d) show respective operation states of the
上述したように、本実施形態は、例えば半田等の溶融金属の滴下を目的とするものである。図2と同じ様式でノズルユニット10を拡大して示す図4A及び4Bを用いて、溶融金属に好適な構成について以下に説明する。ここで、Dは前述した誘導筒部51aの内径を、dは縮径端部33aの外径を、Dnはノズル孔11aの内径を、d2は本形態において設けられた縮径端部33aの外径より大きく且つロッド33の外径よりも小さい外径を有して縮径端部33aをロッド33に連結する連結部33cの外径を、gは円柱状の縮径端部33aの下端面33bと円筒内形を有する誘導筒部51aの底面とが最も接近した状態でのギャップを、各々示している。これら条件に加え、前述した波動形成時におけるロッド33の移動距離たるストロークs、同ストロークsの移動に要する移動時間tを適宜設定することにより、所望の外径の溶融金属が得られる。例えば、上述して液滴径60〜150μmの溶融金属を得ようとする場合、ノズル孔径Dnは15〜70μmとすることが好ましい。また、移動ストロークsは8〜48μm、移動時間tは前述したように300〜420μsecとすることが好ましい。
As described above, the present embodiment is intended to drop molten metal such as solder. A configuration suitable for molten metal will be described below with reference to FIGS. 4A and 4B showing the
次にこれら条件に関してより詳細に述べる。図5は、縮径端部33a、誘導筒部51a及びノズル孔11aのみを抽出して示す図であって、以降の条件に関する説明に供する図である。なお、縮径端部33aの底面33bは、この動作によって生じた波動が不均等に拡散せずに誘導筒部51a内部に留まるように、常に該誘導筒部51aの内部に位置するように、ギャップg及び移動ストロークsが予め設定されている。この条件にて縮径端部底面33bの面積Sdと誘導筒部底面51bの面積SDとの各々の面積比について(SD−Sd)とSdと、好適な液滴の射出が為されるか否かと、の関係について確認した。その結果、この比率が1±10%の範囲にある場合に好適な液滴の射出が得られた。これは、当該比率が大きい場合には縮径端部33aの周囲に伝播する波動が主となり、小さい場合には、誘導筒部51bの内面からの影響で波動自体の好適な伝播が阻害されると考えられる。なお、本形態では連結部33cも設けている。当該連結部33cを配することにより、波動が誘導筒部51bの情報に伝播して有効に作用する波動の割合が低下することを抑制する効果が得られる。
Next, these conditions will be described in more detail. FIG. 5 is a diagram showing only the reduced
また、本形態では、ノズル孔11aの滴下側開口部周囲を高温の不活性ガスによる雰囲気とすることとし、滴下側雰囲気空間19を加熱窒素によって満たすこととしている。これにより、ノズル孔11aから滴下された溶融金属が高温雰囲気にさらされることで粘性が上がることがなく、液滴の所謂きれが良くなる。従って、より微小な液滴を得ることが可能となると共に滴下された溶融金属の形状のばらつきも抑えることが可能となる。併せて、ノズル孔11aの開口部周辺への金属の付着を減少させる効果も期待できる。特に前述したように、ノズル11等について撥液性を有する材料、望ましくはコランダム等から構成しておくことでこの効果はより顕著となる。従って、例えば電子部品用のバンプ形成にこれを用いることが好適である。なお、先にも述べたように、雰囲気の温度は溶融金属の融点以上とすることが好適であり、例えば半田の場合には300℃の窒素ガスとすることが好ましい。当該条件にてアクチュエータ31を駆動することによって、図4(b)に示すように、溶融金属の液滴1をノズル11より滴下させることが可能となる。
Further, in this embodiment, the periphery of the dropping side opening of the
本形態においては、ボディ50からのノズルユニット10及び液体受け51の取り外し、これによる液体溜まり53の除去等による装置の洗浄を行うことも容易である。本形態では、ボディ本体61よりノズルフランジ15を取り外すことにより、皿バネ17によってボディ本体61に押し付け、固定されていたノズル押さえ13及びノズル11もボディ本体61より取り外し可能となる。同時に、液体受け51もボディ本体61より取り外し可能となる。本形態では液体溜まり53において液体が接触する部分は撥液性の面とされていることから、液体、或いは溶融金属が固化したものも周囲と固着しておらず、容易に除去できる。これら工程を行い、ボディ内空間57の内部等を洗浄した後、以上と逆の手順にて各構成を組み合わせ、最後にノズルフランジ15をボディ本体61に固定することで、再度装置の組み上げが完了する。
In this embodiment, it is also easy to clean the apparatus by removing the
なお、所望する液滴径が更に小さい場合、或いは液体の粘性が小さいためにロッド33の許容ストロークが非常に小さい場合、好適に液滴を射出する条件が非常に限られることが考えられる。この場合、例えばボディ側フランジ55に対して所謂O−リング等のシール部材を配してボディ内空間57を密閉状態とし、不活性ガス供給排出経路65を用いてここに不活性ガスを供給し、当該空間内部を加圧することも考えられる。当該加圧力を液体に対して常時補助的に付加しておくことにより、微少ストロークであっても、小径液滴を好適に得ることが可能となる。
In addition, when the desired droplet diameter is further smaller, or when the allowable stroke of the
なお、上述した実施形態において、縮径端部は円筒形状であり、誘導筒部は円筒内形を有するものとして説明している。しかしながら、本発明は当該形態に限定されず、波動の拡散防止の観点から、縮径端部はロッドの液体溜りの側端部に配置されて所定の形成軸Aと一致する軸心を有する柱状であっても良く、この場合誘導筒部は、液体溜りのノズル孔側であってこれらの間に配置され、且つ縮径端部の軸心と垂直な断面形状に相似且つ所定の倍率で大きな断面形状からなる柱状内形を有するものとしても良い。この場合の所定の倍率は、前述した縮径端部の断面の面積をSd、誘導筒部の内径をSD、とした時に、90% <(SD−Sd)/Sd <110% の条件を満たすものであれば良い。 In the above-described embodiment, the reduced diameter end portion has a cylindrical shape, and the guide tube portion is described as having a cylindrical inner shape. However, the present invention is not limited to this form, and from the viewpoint of preventing wave diffusion, the reduced diameter end portion is disposed at the side end portion of the liquid reservoir of the rod and has a columnar shape having an axis that coincides with a predetermined forming axis A. In this case, the guide tube portion is located on the nozzle hole side of the liquid reservoir and is disposed between them, and is similar to the cross-sectional shape perpendicular to the axis of the reduced diameter end portion and large at a predetermined magnification. It may have a columnar inner shape having a cross-sectional shape. The predetermined magnification in this case satisfies the condition of 90% <(SD−Sd) / Sd <110%, where Sd is the cross-sectional area of the reduced diameter end portion and SD is the inner diameter of the guide tube portion. Anything is fine.
次に、本発明の第二の実施形態について、図1等と同様の様式にて本形態を示す図6を参照に以下に述べる。なお、以下に述べる実施形態と前述した第一の実施形態とにおいて同様の構成物に関しては同じ参照番号を用いることとし、その説明については以降において省略する。図6に示すように、本形態に係る液体滴下装置101は、ノズルフランジ15に対して固定されるガードノズル21、及び第二の不活性ガス供給経路23を有する点において第一の実施形態と異なっている。ガードノズル21は、ノズルフランジ15に固定された際に、ノズル孔11a、ノズル押さえ13の押さえ貫通孔13a、及びノズルフランジ15のフランジ貫通孔15bと同軸となるガイド孔21aを有する。また、ガードノズル21の先端(基板と対向する部分)は尖頭形状として基板との対向部分を小さくしてある。
Next, a second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. 6 showing this embodiment in the same manner as FIG. Note that the same reference numerals are used for the same components in the embodiment described below and the first embodiment described above, and the description thereof will be omitted hereinafter. As shown in FIG. 6, the liquid dropping apparatus 101 according to the present embodiment differs from the first embodiment in that it includes a
液滴1の着弾精度を高めようとする場合、ノズル孔11aの開口部と液滴1の被着物との間を近づけることが好ましい。第一の形態の場合、滴下側雰囲気空間19から供給される不活性ガスは、ノズルフランジ15の基板対向面と基板との間の隙間を介して他の空間に流れる。ここで、ノズルフランジ15の下面がある程度以上の面積を有した基板対向面となる場合、この隙間が必要以上に狭くなるに従ってここでの不活性ガスの風圧の増加や気流の乱れが顕著となり、逆に液滴1の着弾精度が低下する恐れがある。本実施形態の如く尖頭形状を有するガードノズル21を配することにより、ノズル先端からから放出される不活性ガスが容易に他の空間に流れることとなる。従って、風圧の極端な増加、気流の乱れといった事象が生じなくなり、着弾精度が向上するといった効果が得られる。また、ガードノズル21の先端部分を尖らせることにより、液滴着弾時に基板上の障害物となり得る物が既に存在した場合であっても、これらの影響を抑制して液滴1を供給することが可能となるという効果も得られる。
In order to increase the landing accuracy of the
なお、ガイドノズル21の構造については、用いる液滴の寸法或いは材質により変動するが、ノズル孔11aの内径Dnを基準として設定されることが好ましい。本発明において、ノズル孔11aから吐出される液体は、吐出後に表面張力によって球体化することから、吐出時の液体外径からその外径が増加する。また、波動により液滴1の形成は行われるが、該液滴1を着弾位置に至らせるには該液滴1にある程度の運動エネルギを与えることが好ましく、後述する不活性ガスの流れによってこれを行うことが液体滴下装置の構造上好適と考えられる。以上の観点から、液滴1の外径との関係及び不活性ガスの流れを考慮し、ガイド孔21aの内径Dgについては、Dn×2≦Dgの関係を満たすように設計されることが好ましい。また、ガードノズル21の先端と基板表面との隙間での加熱窒素の滞留を抑制するために、ガードノズル21の外径DeについてはDe≦Dg×2なる関係を、また先端と基板との隙間Daについては0.2mm<Da≦Deなる関係を満たすことが好ましい。
The structure of the
第一の実施形態では、滴下側空間19内に高温の窒素等不活性ガスが供給され、当該不活性ガスがフランジ貫通孔15bを介して液滴1と共に被着物に対して供給されている。本形態ではこの滴下側空間19に不活性ガスを導入するための不活性ガス供給系として、第一の実施形態において配した不活性ガス供給経路22に加えて第二の不活性ガス供給経路23を設けている。なお、本実施形態では、第一の実施形態と同様に、不活性ガスとして窒素を用いる。また、上述した滴下側空間19はこの不活性ガス供給系の一部を構成する。本形態では、窒素供給源25から供給される窒素は、ガス加熱領域26を経て所定温度まで加熱された後に、第一の不活性ガス供給経路22と第二の不活性ガス供給経路23とに分離される。ガス加熱領域26は公知の加熱源からなる不活性ガス加熱手段として構築され、液滴1の融点を超える温度とするまで窒素を加熱することが可能である。第一の不活性ガス供給経路22は第一の流量調節弁22aを有し、該経路を通じて一定量の加熱窒素が常に滴下側空間19に供給される。滴下側空間19に供給された加熱窒素は、ガイド孔21aを通じて液滴1を被着位置に向けて案内し、該液滴1と共に基板表面に噴き付けられる。
In the first embodiment, an inert gas such as high-temperature nitrogen is supplied into the dripping
第二の不活性ガス供給経路23は第二の流量調節弁23aと瞬間的な開閉を行うソレノイドバルブ23bとを有し、加熱窒素を間欠的流すことが可能となっている。当該ソレノイドバルブ23bを開閉することにより、滴下側空間19を介してガイド孔21aに供給される加熱窒素の供給量を一時的或いは瞬間的に増加させることが可能となる。ソレノイドバルブ23bを用いて加熱窒素の噴出し量を一時的に増加させることにより、ガイド孔21a中に気流を生じさせ、液滴1がガイド孔21aの内壁に対して非接触なままに尖頭部分まで搬送されることが可能となる。本形態の如く高温不活性な雰囲気を維持して液滴1のガイド孔21a内の移送を行うことにより、液滴1の固化や酸化を防止することが可能となる。また、ソレノイドバルブ23bの動作時間はアクチュエータ31によるロッド33の直線運動の動作タイミングと同期する或いはこれに応じて行われることが好ましく、10msec前後とすることが好ましい。
The second inert gas supply path 23 includes a second flow
次に、本実施形態に係る液体滴下装置の動作原理について説明する。図7(a)〜(d)は図6に示す液体滴下装置101の各動作状態を各々示している。図7(a)は液体滴下前の状態であって、液体供給路63を介して液体溜まり53に対して液体の補充が完了した状態を示している。液体の滴下に際しては、図7(b)に示すように、アクチュエータ31によって、ロッド33が矢印B方向(所定の形成軸A上の一方に向かう方向)に距離sだけ移動する。また、図中矢印にて示すように、滴下側空間19内部には前述した第一の不活性ガス供給経路22により加熱窒素が供給され、ガイド孔21aを介してガードノズル21の外部に流出している。なお、本実施形態でも、第一の実施形態と同様に、移動ストロークである距離sは8〜48μmであって、移動に要する時間は300〜420μsecである。
Next, the operation principle of the liquid dropping apparatus according to this embodiment will be described. FIGS. 7A to 7D show the respective operation states of the liquid dropping apparatus 101 shown in FIG. FIG. 7A shows a state before the liquid is dropped, and a state in which the liquid supply to the
このロッド33の移動によって、図7(c)に示すようにロッド33の先端の液中に粗密波が形成される。この粗密波には波動エネルギが存在する。例えば、液中超音波洗浄はこの波動エネルギを利用したものである。この波動エネルギを与えられた液体1が、一部ノズル孔11aを通じて、図7(d)に示すように液滴1として外部空間に放出される。ロッド33の動作に伴って、ソレノイドバルブ23bが第二の不活性ガス供給経路23からの加熱窒素の供給を一時的に可能とし、ガイド孔21a内での液滴1の移動をより容易なものとする。ロッド33とソレノイドバルブ23bの動作タイミングは同一、或いは数msecのズレを伴う範囲の動作タイミングとして調整されるが、実質的にこれらを包含する略同一の動作タイミングにてロッド33とソレノイドバルブ23bとが駆動されると考えて良い。以上の構成において、ノズル孔11aの内径及びロッド33の移動ストロークsの組み合わせにより、液滴の径は任意に設定することが可能であり、具体的に液滴径として50〜100μmのものが得られている。
Due to the movement of the
以上述べたように、本発明は、液体金属の微小液滴を生成し且つこれを滴下することに好適な液体滴下装置に関する。しかしながら、本発明の適用対象はこれに限定されず、樹脂等の液体の滴下装置としても利用可能である。 As described above, the present invention relates to a liquid dropping apparatus suitable for generating and dropping liquid metal microdroplets. However, the application target of the present invention is not limited to this, and the present invention can also be used as a dropping device for a liquid such as a resin.
1:液滴(溶融金属粒)、 10:ノズルユニット、 11:ノズル、 11a:ノズル孔、 13:ノズル押さえ、 13a:押さえ貫通孔、 15:ノズルフランジ、 15a:収容空間、 51b:フランジ貫通孔、 17:皿バネ、 19:滴下側雰囲気空間、 21:ガードノズル、 21a:ガイド孔、 22:第一の不活性ガス供給経路、 22a:第一の流量調節弁、 23:第二の不活性ガス供給経路、 23a:第二の流量調節弁、 23b:ソレノイドバルブ、 25:窒素供給源、 26:ガス加熱領域、 30:アクチュエータ系、 31:アクチュエータ、 33:ロッド、 33a:縮径端部、 33b:縮径端部底面、 33c:連結部、 35:ジョイント、 37:断熱部、 39:プレート、 50:ボディ、 51:液体受け、 51a:誘導筒部、 51b:誘導筒部底面、 53:液体溜まり、 55:ボディ側フランジ、 55a:貫通孔、 57:ボディ内空間、 59:ヒータ、 61:ボディ本体、 63:液体供給路、 65:不活性ガス供給排出経路、 A:形成軸、 B:矢印、 s:移動距離、 D:誘導筒部内形、 Da:隙間、 Dg:ガイド孔内径、 De:ガードノズル先端部外径、 d:縮径端部外径、 d2:連結部外径、 g:誘導筒部−縮径端部ギャップ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Droplet (molten metal particle), 10: Nozzle unit, 11: Nozzle, 11a: Nozzle hole, 13: Nozzle pressing, 13a: Pressing through-hole, 15: Nozzle flange, 15a: Storage space, 51b: Flange through-hole 17: Belleville spring, 19: Drip side atmosphere space, 21: Guard nozzle, 21a: Guide hole, 22: First inert gas supply path, 22a: First flow control valve, 23: Second inert Gas supply path, 23a: second flow control valve, 23b: solenoid valve, 25: nitrogen supply source, 26: gas heating region, 30: actuator system, 31: actuator, 33: rod, 33a: reduced diameter end, 33b: Reduced diameter end portion bottom surface, 33c: connecting portion, 35: joint, 37: heat insulating portion, 39: plate, 50: body, 51: liquid 51a: guide tube portion, 51b: bottom surface of guide tube portion, 53: liquid reservoir, 55: body side flange, 55a: through-hole, 57: space in the body, 59: heater, 61: body body, 63: liquid supply Path: 65: inert gas supply / discharge path, A: forming axis, B: arrow, s: movement distance, D: guide cylinder inner shape, Da: gap, Dg: guide hole inner diameter, De: guard nozzle tip outer diameter D: Outer diameter of the reduced-diameter end, d2: Outer diameter of the connecting part, g: Gap guide part-reduced-end end gap
Claims (9)
前記液体を溜めて液体溜まりを形成する液体受けと、
前記液体受けにおいて前記液体が溜められる領域と連通して前記液体が通過可能なノズル孔を有するノズルと、
アクチュエータと、
前記液体溜まりに一方の端部が浸漬され、他方の端部が前記アクチュエータにより支持されており、前記ノズル孔の形成軸方向に移動可能なロッドと、を有し、
前記ロッドは前記アクチュエータによって前記形成軸方向に直線運動させることが可能であって、前記ロッドの前記直線運動によって前記液体溜まりの一部に波動エネルギを生じさせ、前記液体は前記波動エネルギによって前記ノズル孔より滴下され、
前記ロッドは前記液体溜りの側に配置されて前記形成軸と一致する軸心を有する柱状の縮径端部を有し、
前記液体溜りは前記ノズル孔との間に配置された、前記縮径端部の前記軸心と垂直な断面形状に相似且つ所定の倍率で大きな断面形状からなる柱状内形を有する誘導筒部を有することを特徴とする液体滴下装置。 A liquid dropping device for dropping a predetermined amount of liquid,
A liquid receiver for storing the liquid to form a liquid reservoir;
A nozzle having a nozzle hole through which the liquid can pass in communication with a region where the liquid is stored in the liquid receiver;
An actuator,
One end is immersed in the liquid reservoir, the other end is supported by the actuator, and has a rod movable in the direction of the formation axis of the nozzle hole,
The rod can be linearly moved in the direction of the forming axis by the actuator, and wave energy is generated in a part of the liquid reservoir by the linear movement of the rod, and the liquid is moved to the nozzle by the wave energy. Dripped from the hole,
The rod has a columnar reduced diameter end portion disposed on the liquid reservoir side and having an axis that coincides with the forming axis;
The liquid reservoir is disposed between the nozzle hole and a guide cylinder portion having a columnar inner shape that is similar to the cross-sectional shape perpendicular to the axis of the reduced diameter end portion and has a large cross-sectional shape at a predetermined magnification. A liquid dropping apparatus comprising:
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