JP2017213520A - 液体材料吐出装置、その塗布装置および塗布方法 - Google Patents

Abstract

【課題】負圧環境下において吐出装置を配置した際に生じる、閉鎖不良よる液体の漏れの問題を改善することができる液体材料吐出装置および方法の提供。
【解決手段】貯留容器と、貯留容器を加圧する圧縮気体供給源と、吐出流路を有するノズルと、往復動作するバルブロッドと、バルブロッドを駆動するアクチュエータと、吐出流路と連通する連通孔を有するバルブシートと、アクチュエータを制御してバルブロッドの先端で連通孔を開閉する吐出制御装置と、を備え、負圧空間内で使用される液体材料吐出装置であって、前記バルブロッドの下端に配置された樹脂膜、または、弁座の上面に配置され、前記連通孔と連通する貫通孔を有する樹脂膜を備える液体材料吐出装置。
【選択図】図3

Description

本発明は、負圧環境下において、液体材料を吐出する装置および方法に関する。本明細書における「負圧環境」には、真空環境が含まれるものとする。

半導体部品などが実装された基板に対して、液状の樹脂（液体材料）を塗布する工程（例えば、ポッティングやアンダーフィルなど）において、液体材料中に気泡が存在すると、吐出量がばらつく、塗布形状や塗布位置が一定しない（描画線が乱れる）、気泡が吐出と同時に排出されて液体材料を飛散させる、ノズルの吐出口周辺に余分な液体が付着する、など様々な悪影響を及ぼす。

これら気泡の悪影響を取り除くための方法として、液体材料を真空環境下に置いて脱気を行うという方法がある。脱気を行う最も一般的な方法は、作業を行う前に、液体材料が貯留された実際の作業に用いる容器（シリンジ）をそのまま別の密閉容器の中に入れ、密閉容器内を真空に引くことで液体材料の脱気を行うという方法である。また他の方法として、塗布が行われる空間自体を密閉空間として、内部を真空に引くことで液体材料の脱気を行う塗布装置が提案されている。

例えば、特許文献１は、液体材料を収納するとともに吐出口より液体材料を吐出する収納吐出部を備え、塗布対象物に液体材料を塗布する液体材料塗布装置において、収納吐出部及び塗布対象物を少なくとも囲む塗布空間と、塗布空間を負圧状態にする排気系とを有し、塗布空間を負圧状態にして収納吐出部から塗布対象物に対して液体材料を吐出するという塗布装置である。

また、特許文献２は、液状樹脂を供給する被塗布品を真空室内に配置し、液状樹脂を供給するディスペンサから被塗布品の所定位置に、真空下において液状樹脂を供給する真空塗布装置であって、被塗布品を収容する真空チェンバーを、被塗布品を収容して支持する第１の容器部分と、ディスペンサのノズルを装着する第２の容器部分とによって構成し、第１の容器部分と第２の容器部分とを、真空チェンバーの気密状態を破ることなくＸ−Ｙ平面内で相対的に可動とし、第１と第２の容器部分の少なくとも一方をＸ−Ｙ平面内で移動させ、被塗布品とノズルとの相対的な平面位置を可変とするＸ−Ｙ駆動部を、真空チェンバーの外部に設置するという塗布装置である。

特開２００５−２１１８７４号公報 特開２００７−１１１８６２号公報

負圧空間内に吐出装置を配置して塗布作業を行う場合、吐出装置の吐出口には常に負圧力が作用している状態であるので、精度良く吐出を行うために、吐出口と連通する開口を備える弁座に弁体（バルブロッド）を当接・離間して吐出口の開閉を行う、いわゆるニードルバルブ式の閉鎖機構が採用されている。

ニードルバルブ式の閉鎖機構においては、弁体および弁座の当接部分の加工精度（平面度や孔の真円度など）が悪かったり、長時間の使用により摩耗が生じたりすると、閉鎖時に吐出口から液体が流出してしまうという問題がある。特に、弁体および弁座ともに金属製である場合、閉鎖時の変形量が小さいために、弁体および弁座の当接できない部分ができてしまうため、吐出口からの液体の漏れが大きな問題となっていた。

そこで、本発明では、負圧環境下において吐出装置を配置した際に生じる、閉鎖不良よる液体の漏れの問題を改善することができる液体材料吐出装置および方法を提供することを目的とする。

着座時の閉鎖性（シール性）を高めるため、弁座を弾性体（例えば、ゴム）で構成することも考えられる。しかし、弾性体により構成した弁座は、バルブロッドが当接したときに変形しすぎてしまうため、変形が吐出流路側にまで及んでしまい、下降時には変形分の液体が余分に排出され、上昇時には変形戻り分を液体が埋めるために排出が遅れる、といった不具合が発生することが分かった。この余分な液体の排出や液体の排出の遅れは、吐出精度を悪化させる原因となる。
加えて、熱による弁座の変形（主に膨張）や応力、ひずみの発生も吐出精度に影響を与えることが分かっている。

弁座を構成するバルブシート部材をゴムよりも固いプラスチックにより製作して吐出装置に組み込んだところ、着座時の閉鎖性が十分でなく、吐出口からの液体の漏れが確認された。バルブロッドの力が働く方向に対して厚みがあると変形が生じにくくなり、閉鎖性が低下したためであると推測される。他方で、バルブロッドの押圧力を強くすると、バルブシート部材の変形量が大きくなり、上述のゴムで構成した場合と同様の問題が生じたり、バルブロッドやバルブシート部材の寿命が短くなったりすることが予想される。
発明者は、試行錯誤の結果、最小限の変形量で閉鎖性を高めるために樹脂膜を採用する構成に到達し、本発明の創作をなした。すなわち、本発明は、以下の技術手段により構成される。

本発明の液体材料吐出装置は、液体材料を貯留する貯留容器と、貯留容器を加圧する圧縮気体供給源と、吐出流路を有するノズルと、往復動作するバルブロッドと、バルブロッドを駆動するアクチュエータと、吐出流路と連通する連通孔を有する弁座と、アクチュエータを制御してバルブロッドの下端で連通孔を開閉する吐出制御装置と、を備え、負圧空間内で使用される液体材料吐出装置であって、前記バルブロッドの下端に配置された樹脂膜、または、弁座の上面に配置され、前記連通孔と連通する貫通孔を有する樹脂膜を備えることを特徴とする。
上記液体材料吐出装置において、前記樹脂膜が、前記バルブロッドの下端および前記弁座と比べ低弾性率の樹脂により構成されることを特徴としてもよい。
上記液体材料吐出装置において、前記樹脂膜が、１０〜１０００μｍの厚みを有することを特徴としてもよい。
上記液体材料吐出装置において、前記バルブロッドの下端または前記弁座の上面が、前記樹脂膜と面接触することを特徴としてもよく、この場合、前記バルブロッドの下端が平面であり、前記弁座の上面が平面であることが好ましい。
上記液体材料吐出装置において、前記樹脂膜の引っ張り強さが、５０ＭＰａ以上であることを特徴としてもよく、この場合、前記樹脂膜が、エンジニアリングプラスチックにより構成されること、および／または、前記バルブロッドの下端および前記弁座が、金属により構成されることが好ましい。
上記液体材料吐出装置において、前記弁座が、機械的に固定されるバルブシート部材により構成されることを特徴としてもよい。

上記液体材料吐出装置において、前記吐出制御装置が、前記アクチュエータによるバルブロッドの上昇時の加速時間Ａ_ｕを２〜３００［ｍｓ」の範囲で制御することにより、バルブロッドの上昇に伴う気泡の発生を防止することを特徴としてもよく、この場合、前記吐出制御装置が、前記アクチュエータによるバルブロッドの上昇時の目標速度Ｖ_１を０．２〜３０［ｍｍ／ｓ］の範囲で制御すること、および／または、前記アクチュエータによるバルブロッドの下降時の加速時間Ａ_ｄを２〜３００［ｍｓ」の範囲で制御することが好ましい。

上記液体材料吐出装置において、前記吐出制御装置が、前記アクチュエータによるバルブロッドの上昇時の加速時間Ａ_ｕおよび下降時の加速時間Ａ_ｄを同一に設定することを特徴としてもよい。
上記液体材料吐出装置において、前記アクチュエータが、前記吐出制御装置により前記バルブロッドの進出位置を制御可能なモータを駆動源とすることを特徴してもよく、この場合、前記アクチュエータが、ステッピングモータ、サーボモータおよびリニアモータから選択された一のモータを駆動源とすることを特徴とすることが好ましい。

上記液体材料吐出装置において、前記バルブロッドの下端が前記弁座を閉鎖する位置にあることを検知する位置検知機構を備えることを特徴としてもよく、この場合、前記位置検知機構が、前記アクチュエータと接続されるスライド部材と、スライド部材と接続されるスライダと、スライド部材が所定の位置にあることを検出するセンサ機構と、前記バルブロッドと接続され、スライド部材に離間可能に当接して配置されるロッド連動部材と、ロッド連動部材とスライド部材とを離間可能に当接させる付勢力を与える弾性部材と、を備えて構成され、前記バルブロッドが前記弁座に当接した後、前記アクチュエータにより前記バルブロッドをさらに進出させる力を作用させると前記スライド部材が前記ロッド連動部材と離間して下方に移動し、当該スライド部材の移動をセンサ機構が検知することにより前記バルブロッドの下端が前記弁座を閉鎖する位置にあることを検知することが好ましい。

本発明の塗布装置は、上記液体材料吐出装置と、ワークが設置されるワークテーブルと、前記吐出装置と前記ワークテーブルとを相対的に移動するＸＹＺ駆動装置と、前記吐出装置、前記ワークテーブルと、前記ＸＹＺ駆動装置とが配置される負圧空間を構成するカバーと、前記カバー内を負圧にする減圧装置と、ＸＹＺ駆動装置を制御する駆動制御装置と、を備えることを特徴とする。
上記塗布装置において、前記減圧装置が、真空ポンプであることを特徴としてもよい。

本発明の塗布方法は、上記塗布装置を用いた塗布方法であって、前記減圧装置により前記カバー内を負圧とした状態で前記ワークと前記吐出装置とを相対移動しながら、ワーク上に液体材料を塗布することを特徴とする。
上記塗布方法において、前記カバー内が実質的に真空であることを特徴としてもよい。

本発明によれば、樹脂膜を介して弁座にバルブロッドを当接させることにより、負圧環境下におけるバルブ閉鎖時の吐出口からの液体漏出の問題を解消することが可能となる。
また、バルブ閉鎖時には、実質的に樹脂膜のみを変形させて閉鎖性を高めるので、吐出精度への悪影響を最小限とすることが可能である。

第一実施形態に係る吐出装置の部分断面正面図である。 図１におけるＣ−Ｃ矢視図である。 図１におけるＡ部拡大図である。 第一実施形態に係る吐出装置のバルブロッド上昇時の動作を説明する説明図である。 第一実施形態に係る吐出装置のバルブロッド下降時の動作を説明する説明図である。 第一実施形態に係る吐出装置のバルブロッド接触検知時の動作を説明する説明図である。 バルブロッド上昇時の加減速時間を説明するグラフ（概略図）である。 第一実施形態に係る塗布装置の概略斜視図である。 第二実施形態に係る吐出装置の部分断面正面図のバルブシート部材近傍拡大図である。

以下に、本発明を実施するための形態を説明する。
＜＜第一実施形態＞＞

本発明の第一実施形態に係る吐出装置１は、バルブシート部材６の連通孔７および樹脂膜３０１の貫通孔３０２をバルブロッド２１の上昇動作により開くことで液体材料を吐出し、バルブロッド２１の下降動作により閉じることで吐出停止するタイプの吐出装置であり、負圧空間内で塗布装置１０１に搭載されて使用される。この吐出装置１は、吐出制御装置３３により電動のアクチュエータ２８の動作を制御することでバルブロッド２１の速度や加速度を調整することで気泡の発生を防ぐことが可能である。また、バルブロッド２１と樹脂膜３０１の当接する位置を検知する位置検知機構３４を備えており、バルブロッド２１またはバルブシート部材６に摩耗が生じた場合でも、バルブシート部材６の連通孔７および樹脂膜３０１の貫通孔３０２を確実に閉鎖することを可能としている。
以下では、まず吐出装置１の構成を説明し、次いでその動作を説明する。

＜構成＞
図１に第一実施形態に係る吐出装置の部分断面正面図を示す。図２に図１におけるＣ−Ｃ矢視図を示す。図３に図１におけるＡ部拡大図を示す。なお、図２におけるアクチュエータ側（右側）を「背面」、中心軸線を挟んでその反対側（左側）を「正面」、背面と正面の間に位置する左右の面を「側面」ということがある。

吐出装置１は、貯留容器（シリンジ）２と、ノズル３と、ノズル取付部材５と、バルブシート部材６と、樹脂膜３０１と、本体下部部材１０と、位置検知機構３４と、樹脂膜３０１とを備えて構成される。
第一実施形態で使用される貯留容器２は、上端部に鍔部９を有し、下端部に内筒８を有する一般的な樹脂製シリンジであるが、金属製（例えばステンレス製）のシリンジを使用してもよい。貯留容器２にはバルブロッド２１が挿通され、内筒８の内部空間がロッド先端部挿通孔を構成する。内筒８には、ノズル取付部材５、バルブシート部材６、樹脂膜３０１およびノズル３が取り付けられる。

ノズル３は管状の部材であり、内部空間が吐出流路４を構成する。ノズル取付部材５がシリンジ２の下端に螺合されることでシリンジ２とノズル３の吐出流路４とがバルブシート部材６および樹脂膜３０１を介して連通される。
ノズル取付部材５は、円筒状の金属部材であり、底面にノズル３が嵌挿される貫通孔が設けられている。

バルブシート部材６は、上面が弁座を構成する円盤状の部材であり、ノズル取付部材５の凹部に装着され、ノズル取付部材５とシリンジ２の下端にある内筒８との間に挟まれるようにして機械的に固定される。バルブシート部材６は、シリンジ２とノズル３の吐出流路４とを連通する、例えばφ０．０５〜０．３ｍｍの連通孔７を有する。バルブシート部材６は、バルブロッド２１の押圧により実質的に変形が生じない材質で構成することが好ましく、例えば金属により構成される。
樹脂膜３０１は、円盤状のフィルムであり、バルブシート部材６とバルブロッド２１との間に設けられ、バルブシート部材６とシリンジ２の下端にある内筒８との間に挟まれるようにして固定される。樹脂膜３０１の詳細は後述する。

本体下部部材１０は、下方に突出する挿入部１２と、上方に突出する突出部２０７と、上下に延びる第２ブッシュ挿通孔２１３とを備える板状部材であり、一方の側面に気体供給ジョイント１９が接続されている。また、本体下部部材１０の下面には、鉤状の鍔支持部材１１が設けられており、シリンジ２の上端の鍔部９を保持する。また、挿入部１２は、シリンジの２内径とほぼ同径の円柱形状で、シリンジ２の内部に嵌入する。
なお、本体下部部材１０より上側は、安全性確保および防塵等のため、図示しないカバーで覆うことが好ましい。

バルブロッド２１は、バルブシート部材６付近からアクチュエータ２８付近まで延びる長さを有した直線状の部材であり、第１ブッシュ２０８、第２ブッシュ２０９、ロッド連動部材２２１、第１固定部材２２２、第２固定部材２２３および弾性部材２２４に挿通されている。バルブロッド２１の下端部は、シリンジの内筒８より幅狭（すなわち、小径）であり、内筒８の内壁とバルブロッド２１の側周面との間は液体材料で満たされている。本実施形態では、バルブロッド２１の上部が大径の円柱部材、下部が小径の円柱部材からなる段付き構成としているが、バルブロッド２１の全長にわたり同径の棒状部材により構成してもよい。バルブロッド２１は、バルブシート部材６および樹脂膜３０１への着座時に実質的に変形が生じない材質で構成することが好ましく、例えば金属により構成される。
第１ブッシュ２０８および第２ブッシュ２０９は、バルブロッド２１の外周に摺接して支持する筒状の部材であり、バルブロッド２１のブレを防止するガイド部材として機能する。すなわち、第１ブッシュ２０８および第２ブッシュ２０９のガイドによりバルブロッド２１の直進性を良好とし、バルブロッド２１の下端とバルブシート部材６との接触位置のズレの発生を防止している。これにより、バルブロッド２１の先端、バルブシート部材６の連通孔７、および樹脂膜３０１の貫通孔３０２の各中心をぴったり合わせ、液漏れの発生を防いでいる。

第２ブッシュ挿通孔２１３は、本体下部部材１０の中心において、突出部２０７の上面から下端の挿入部１２の下面まで貫通して設けられている。第２ブッシュ挿通孔２１３の径は、第２ブッシュ２０９と実質同径であるが、下端側の一部が第２ブッシュ２０９よりも小径（かつ、バルブロッド２１の径よりは大径）となっていて、ここにできた段差部分で第２ブッシュ２０９を支承している。第２ブッシュ挿通孔２１３の上端側には、第２ブッシュ２０９を固定するための第２ブッシュ押さえ２１１が設けられている。

挿入部１２の内部には、シリンジ２内と圧縮気体流路１８とを連通する図示しない連通孔が設けられ、この連通孔から圧縮気体がシリンジ２内へ供給される。挿入部１２の外面の下端近傍には、圧縮気体の外部への漏出を防ぐシール部材２１４が設けられている。
本体下部部材１０の上方には、後述する位置検知機構３４を内包するように、内部に空間を有する実質直方体形状をした外フレーム２０１を設けている。
外フレーム２０１の下部には、嵌入孔２０２が設けられており、本体下部部材１０上面の突出部２０７が嵌め込んで固定される。

外フレーム２０１の上部には、バルブロッド２１を直線移動可能に支持する第１ブッシュ２０８を配設するための延長部２０４が設けられており、延長部２０４の内側には外フレーム２０１の内部空間と連通する第１ブッシュ挿通孔２１２が設けられている。この第１ブッシュ挿通孔２１２も上述の第２ブッシュ挿通孔２１３と同様に、大径部分と小径部分とからなり、段差部分で第１ブッシュ２０８を支承している。第１ブッシュ挿通孔２１２の上端部には、第１ブッシュ２０８を固定するための第１ブッシュ押さえ２１０が設けられている。外フレーム２０１の上部の延長部２０４の背面側には、アクチュエータロッド３１およびアクチュエータ支持部材２１５を挿通するための開口部２０６が設けられている。

外フレーム２０１の一方の側面（図１では向かって左側面であるが、これに限定されず右側面であっても良い）は開放されており、この開放された側面には、開口部２０３を構成する大きさの取付板４４が設置されている。取付板４４の内面にはセンサ４３が固設されている。第一実施形態のセンサ４３は、フォトセンサであるが、例えば、ファイバセンサ、光電センサ、近接センサ（高周波発振形、静電容量形）などの他の種類のセンサを用いてもよい。
センサ４３と対向する内フレーム２１８の外側面には、検知板４５が設置されている。本実施形態では、センサ４３、取付板４４および検知板４５により位置検知機構３４を構成している。本実施形態とは異なり、内フレーム２１８の外側面にセンサ４３を配置し、それと対向する取付板４４に検知板４５を設けてもよい。検知動作の詳細については後述する。

外フレーム２０１の正面側は、ほぼ全ての部分が開口しており、この開口を通じてメンテナンスや調整の作業を行うことが可能となっている（図２参照）。
外フレーム２０１の背面部２０５は、本体下部部材１０より背面側に張り出して設けられている（図２参照）。背面部２０５の正面側（内側）には、板状のアクチュエータ支持部材２１５が設けられている。アクチュエータ支持部材２１５は、スライダ２１６の下端付近から延長部２０４の上方まで延びており、外フレーム２０１の上方でアクチュエータ２８を支持している。アクチュエータ支持部材２１５には、正面側にスライドレール２１７の上を移動可能なスライダ２１６が配設されている。スライダ２１６は、アクチュエータロッド３１および内フレーム２１８と連結されている。

アクチュエータ２８としては、例えば、ステッピングモータ、サーボモータ、リニアモータを用いることができる。アクチュエータ２８としてこれらモータを用いるのは、アクチュエータ２８で駆動するバルブロッド２１の動作の速度や加速度を制御するためである。本実施形態では、アクチュエータ２８をレゾルバ付きステッピングモータで構成し、バルブロッド２１の動作の速度および加速度を制御している。アクチュエータ２８の上端部には、アクチュエータ２８の動作を制御する吐出制御装置３３と通信するための制御配線３２が接続されている。

内フレーム２１８は、外フレーム２０１より一回り小さく、内部に空間を有するほぼ直方体形状をしている。内フレーム２１８はスライダ２１６に連結されており、スライダ２１６と一体となって移動するスライド部材として機能する。
内フレーム２１８の正面側は、外フレーム２０１と同様、ほぼ全ての部分が開口している。

内フレーム２１８の上部には、第１貫通孔２１９が設けられ、内フレーム２１８の下部には、第２貫通孔２２０が設けられており、各貫通孔（２１９、２２０）内をバルブロッド２１が延在している。第１貫通孔２１９の径は、バルブロッド２１が非接触で上下移動できるようバルブロッド２１の径より大径となっている。第２貫通孔２２０には、第２貫通孔２２０より小径の第２固定部材２２３が挿通されている。

内フレーム２１８の内部空間には、ロッド連動部材２２１が配置されており、ロッド連動部材２２１の貫通孔にはバルブロッド２１が固定挿着されている。スライダ２１６が上下動すると、スライダ２１６に連結された内フレーム２１８が連動し、ロッド連動部材２２１を介してバルブロッド２１も上下動する。

ロッド連動部材２２１のバルブロッド２１への固定は、第１固定部材２２２および第２固定部材２２３がロッド連動部材２２１を上下から挟み込むことにより行われている。より詳細には、バルブロッド２１の各固定部材（２２２、２２３）が取り付けられる部分の外周面には、ネジが形成されており、各固定部材（２２２、２２３）の内周面に形成されたネジと螺合することができる。そのため、各固定部材（２２２、２２３）の位置を調整することで、ロッド連動部材２２１を所望の位置に固定することができる。ロッド連動部材２２１の位置は、バルブロッド２１の下端がバルブシート部材６に接触するとき（上述の当接位置）、ロッド連動部材２２１の底面が内フレーム２１８の内底面（下部上面）に接触するように位置に調整すると良い（図１または図２の状態）。
なお、ロッド連動部材２２１の固定方法はこれに限定されず、ロッド連動部材２２１を二つの部品に分け、前後から挟み込んで固定するようにしてもよい。

ロッド連動部材２２１と内フレーム２１８の天面との間には、バルブロッド２１および第１固定部材２２２が挿通される弾性部材２２４が配設されている。弾性部材２２４の一端は内フレーム２１８の天面に当接し、他端はロッド連動部材２２１の上面に当接し、ロッド連動部材２２１を介してバルブロッド２１を下方へと付勢している。ロッド連動部材２２１の上面には弾性部材２２４と実質同径の凹部が設けられており、弾性部材２２４の端部がずれないように支持している。本実施形態とは異なり、弾性部材２２４の上端と当接する内フレーム２１８の天面に弾性部材２２４と実質同径の凹部を設けても良い。本実施形態の弾性部材２２４は圧縮コイルバネであり、バルブロッド２１、ロッド連動部材２２１、第１固定部材２２２および第２固定部材２２３を移動させるのに必要な力と同等の反発力（圧縮力）Ｐｉｉを有している。

第一実施形態では、バルブロッド２１の中心軸線２２５と同じ中心軸線上に、第１ブッシュ２０８、弾性部材２２４、ロッド連動部材２２１、第２ブッシュ２０９、バルブシート部材６、ノズル３を配設しているので、バルブロッド２１にモーメント荷重がかかることがない。そのため、バルブロッド２１の直進性が向上し、バルブロッド２１の下端のブレが少なくなり、バルブロッド２１とバルブシート部材６および樹脂膜３０１との接触位置のズレが小さくなる。つまり、バルブロッド２１の先端がバルブシート部材６の連通孔７および樹脂膜３０１の貫通孔３０２を確実に閉鎖することができる。

また、バルブロッド２１を直線移動可能に支持するブッシュ（２０８、２０９）をバルブロッド２１の中央部（第２ブッシュ２０９）だけでなく、バルブロッド２１の端部（第１ブッシュ２０８）にも配置することによっても、バルブロッド２１の直進性を向上して、バルブロッド２１の下端のブレを少なくし、バルブロッド２１とバルブシート部材６および樹脂膜３０１との接触位置のズレを小さくすることに寄与している。

また、第１ブッシュ２０８から第２ブッシュ２０９間の距離と、第２ブッシュ２０９からバルブ閉鎖点（バルブロッド２１端部とバルブシート部材６との接触点）間の距離とをほぼ同距離とすることによっても、バルブロッド２１の下端のブレをより抑制することができる場合がある。

図３は、図１の第一実施形態に係る吐出装置のＡ部拡大図である。図３を参照しながら樹脂膜３０１について詳述する。
円盤状の樹脂膜３０１は、バルブシート部材６とバルブロッド２１との間に配置され、バルブシート部材６とシリンジ２の下端にある内筒８との間に挟まれるようにして固定される。本実施形態のように機械的に固定した場合は、消耗品であるバルブシート部材６や樹脂膜３０１の交換が容易である。
樹脂膜３０１の中心には、バルブシート部材６の連通孔７と上面視同形（本実施形態では同径）の貫通孔３０２が設けられている。貯留容器２と吐出流路４とは、バルブシート部材６の連通孔７および樹脂膜３０１の貫通孔３０２を介して連通される。

樹脂膜３０１の厚さ、言い換えるとバルブロッド２１の移動方向の寸法は、適切な変形が生じるように肉薄に構成する。より具体的には、樹脂膜３０１の厚さを、例えば１０〜１０００μｍ、好ましくは５０〜１００μｍとすることが開示される。別の観点からは、樹脂膜３０１の厚さを、例えばバルブシート部材６の厚さの１／１０以下、好ましくは、１／１００以下とすることが開示される。樹脂膜３０１を肉薄にすることで、バルブロッド２１の押圧力に対して変形はし易くなるが、変形量は小さく抑えることができる。ここで、樹脂膜３０１の変形のしやすさは液体材料の漏れに対して有効であり、変形量の小ささは吐出精度の向上に対して有効である。

樹脂膜３０１は、機械的強度や耐熱性に優れたエンジニアリングプラスチックにより構成することが好ましい。エンジニアリングプラスチックとは、機械的強度（例えば、５０〜２００ＭＰａ）や耐熱性の高いプラスチックの総称で、金属と従来型プラスチックの中間的な性質を有するものである。例えば、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ）、ガラス繊維強化ポリエチレンテレフタレート（ＧＦ−ＰＥＴ）、フッ素樹脂（ＦＲ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＰＥ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）などを例として挙げることができる。これらは、用いる液体材料の物性や、その他必要な性質（機械的強度や耐熱性、耐摩耗性など）に応じて適宜選択すると良い。本実施形態では、特にポリイミドを用いた。

樹脂膜３０１のバルブロッド２１と接触する側（上面）は、平面となっている。一方、バルブロッド２１の下端も平面であり、樹脂膜３０１の貫通孔３０２よりも大径であるため、バルブロッド２１の下端が、樹脂膜３０１と面接触する。バルブロッド２１の下端は平面とする必要はないが（例えば、球面としてもよいが）、貫通孔３０２の縁部とエッジで接触するのではなく、貫通孔３０２の縁部で面接触するように構成することで、閉鎖性を高めることが好ましい。
バルブロッド２１の下端面は、樹脂膜３０１の貫通孔３０２を塞ぐことができる大きさに構成すれば足りるが、一例を挙げると、直径にして貫通孔３０２の１．５〜２０倍、または、３〜１５倍とすることが開示される。バルブロッド２１の下端を面で接触させる構成としたことにより、小さな力で大きな領域を接触させることができるので、変形量を小さく抑えつつ閉鎖に必要な押圧力を加えることができる。

以上に説明した本実施形態の吐出装置１によれば、樹脂膜３０１を機械的強度や耐熱性に優れたエンジニアリングプラスチックで肉薄に構成し、バルブロッド２１と面で接触するようにしたことにより、変形量を小さく抑えながら十分な密着性（閉鎖性）を得ることができるので、バルブ閉鎖時の吐出口からの液体材料の漏れを防ぎ、吐出精度を向上させることができる。特に、吐出装置１が真空雰囲気中にあるときの吐出口からの漏れ防止に、非常に有効である。
なお、ノズル取付部材５の底部の厚さ（強度）が十分であれば、バルブシート部材６を設けずに、ノズル取付部材５の内底面上に樹脂膜３０１を設置して弁座を構成しても、同様の効果を奏することができる。

＜動作＞
第一実施形態に係る吐出装置１の動作について図４、図５および図６を参照しながら説明する。
（上昇動作）
始めに、図４を参照しながら、バルブロッド２１の下端が樹脂膜３０１に接触した位置から上昇する動作について説明する。アクチュエータ２８を動作させ、アクチュエータロッド３１が縮むと、接続されているスライダ２１６が上昇する（符号２２６）。スライダ２１６が上昇すると、スライダ２１６に固定された内フレーム２１８が一体となって上昇する（符号２２７）。内フレーム２１８が上昇すると、内フレーム２１８の内底面がロッド連動部材２２１を上昇させ（符号２２８）、これによりロッド連動部材２２１が保持しているバルブロッド２１が上昇する（符号２２９）。バルブロッド２１の下端が樹脂膜３０１より離れると、吐出流路４を通過した液体材料が吐出口より流出する。
（第１の下降動作）

（第１の下降動作）
次いで、図５を参照しながら、バルブロッド２１の下端が樹脂膜３０１に接触するまでの下降動作について説明する。アクチュエータ２８を動作させ、アクチュエータロッド３１が下方に伸びると、スライダ２１６が下降する（符号２３０）。スライダ２１６が下降すると、スライダ２１６に固定された内フレーム２１８が一体となって下降し（符号２３１）、弾性部材２２４を介してロッド連動部材２２１を下降させる（符号２３２）。このとき、弾性部材２２４である圧縮バネの強さＰｉｉをバルブロッド２１、ロッド連動部材２２１、第１固定部材２２２および第２固定部材２２３を移動させるのに必要な力と同等としているので、バネ２２４は実質的に縮むことはない（従って、第１の下降動作の間、ロッド連動部材２２１の底面は内フレーム２１８の内底面と当接状態にある。）。
ロッド連動部材２２１が下降すると、バルブロッド２１も下降し（符号２３３）、バルブロッド２１の下端が樹脂膜３０１に接触する。これにより、吐出流路４と貯留容器２との連通が遮断され、吐出口からの液体材料の流出が停止する。

（第２の下降動作）
次いで、図６を参照しながら、バルブロッド２１の位置を安全閉鎖位置とするための下降動作について説明する。バルブロッド２１の下端が樹脂膜３０１に接触した後も、アクチュエータロッド３１が下方に伸び続けると、スライダ２１６はさらに下降し（符号２３４）、スライダ２１６に固定されている内フレーム２１８も一体となって下降する（符号２３５）。内フレーム２１８が下降すると、内フレーム２１８に設置されている検知板４５がセンサ４３から外れる。これを、センサ４３が検知すると、検知信号を吐出制御装置３３に送信する。吐出制御装置３３は、この検知板４５がセンサ４３から外れる位置を初期検知位置（または当接位置）として記憶する。

上述したように、バルブロッド２１の下端が樹脂膜３０１に接触した状態でスライダ２１６が下降すると、弾性部材２２４が縮み、その反発力としてロッド連動部材２２１を下方へ付勢する力が働く（符号２３６）。この力は、バルブロッド２１を樹脂膜３０１に押し付けるような力となり（符号２３７）、アクチュエータロッド３１を初期検知位置から所定の距離（例えば１ｍｍ）だけさらに下降させた安全閉鎖位置に位置させる。これにより、バルブロッド２１による樹脂膜３０１の閉鎖を確実にしている。

なお、本実施形態では、検知板４５がセンサ４３から外れる初期検知位置からさらに下降させる仕様を採用したが、検知板４５の位置を調整して、バルブロッド２１の下端が樹脂膜３０１に接触し、さらに下降してバネ４２が一定の長さだけ伸びた位置で検知板４５がセンサ４３から外れる仕様としてもよい。また、位置検知機構３４は、センサ４３を設けずに構成することもできる。例えば、アクチュエータ２８に用いるモータに取り付けたエンコーダ等によりモータ軸の回転角度や移動量を検出し、そこから求まるバルブロッド２１の進退位置を利用して、バルブロッド２１の接触位置検知を行ってもよい。

（加速時間の制御）
本実施形態では、アクチュエータ２８によるバルブロッド２１の上昇動作において、上昇速度および加速度（本実施形態では、加減速時間）を制御することで、バルブロッド２１の下端付近で起きる液体圧力の低下とそれに伴う気泡の発生を抑えている。

図７は、バルブロッド上昇時の加減速時間を説明するグラフ（概略図）であり、縦軸Ｖは速度、横軸ｔは時間を表している。バルブロッド２１は、ｔがゼロのとき初期検知位置（当接位置）にあり、上方移動速度Ｖはゼロである。同図中、Ａが加速時間であり、Ｂが減速時間となる。目標速度Ｖ_１に到達するための上昇時加速時間Ａ_ｕが一定の値より小さいと、気泡発生の問題が生じる。アンダーフィル材を用いた吐出実験で確認したところ、目標速度Ｖ_１として、例えば０．２〜３０［ｍｍ／ｓ］（好ましくは０．５〜２０［ｍｍ／ｓ］）、上昇時加速時間Ａ_ｕとして、例えば２〜３００［ｍｓ］（好ましくは５〜２００［ｍｓ］）という条件で吐出を行うと、気泡を発生させることなく吐出を行うことができた。なお、従来装置では、目標速度Ｖ_１が上記数値の約１０倍大きい、加速時間Ａが上記数値の約１／１０小さい、という条件で吐出を行っていた。
上昇時減速時間Ｂ_ｕは、上昇時加速時間Ａ_ｕと同じ数値を設定するか、加速時間として許容される範囲（例えば２〜３００［ｍｓ］）の数値を設定する。

バルブロッド２１の下降動作における下降時加速時間Ａ_ｄおよび下降時減速時間Ｂ_ｄは、上昇時加速時間Ａ_ｕおよび上昇時減速時間Ｂ_ｕと同じ数値を設定するか、加速時間として許容される範囲（例えば２〜３００［ｍｓ］）の数値を設定する。従来装置のように、下降動作を急激にすることは、制御不能な吐出量の増加を招く原因となり、好ましく無い。

（吐出動作）
上述の上昇動作および下降動作を含む、液体材料の吐出動作は次のとおりである。
まず、圧縮気体源から圧縮気体供給管２０を介して気体供給ジョイント１９に圧縮気体が供給され、圧縮気体流路１８および図示しない連通孔を介してシリンジ２の中に貯留されている液体材料を加圧する。そして、吐出制御装置３３から吐出開始の信号をアクチュエータ２８が受け取ると、制御された速度と加減速時間でバルブロッド２１を上昇させることにより、吐出口から液体材料が吐出される。所望とする吐出量に対応した時間が経過した後、吐出制御装置３３から吐出終了の信号をアクチュエータ２８が受け取り、バルブロッド２１を下降させ、バルブロッド２１の下端で樹脂膜３０１の貫通孔３０２（およびバルブシート部材６の連通孔７）を閉鎖する（第１の下降動作）。以上が、基本的な１回分の吐出動作となる。供給する圧縮気体の圧力、バルブロッド２１の上昇距離、バルブ開放時間等は、用いる液体材料の物性や状態（粘度、温度等）により適宜設定するものである。また、ノズル３の径や長さ、バルブシート部材６の連通孔７および樹脂膜３０１の貫通孔３０２の径なども条件に応じて変更することができる。

以上のように、シリンジ２の端部に取り付けられたノズル３の吐出流路４と連通する樹脂膜３０１の貫通孔３０２（およびバルブシート部材６の連通孔７）を、バルブロッド２１の上下動により開閉することで液体材料を吐出する本実施形態の吐出装置１において、バルブロッド２１の上下動に速度や加速度（加減速時間）を調整可能な電動アクチュエータ２８を用い、その制御を行うことで、バルブロッド２１の上昇時の圧力低下により気泡が内筒８内（ロッド先端部挿通孔内）で発生することを防ぐことが可能となる。これにより、液体材料中の気泡により吐出した液体材料が飛散したり描画線を乱したりするなどの課題を解決することが可能である。
また、既存のシリンジを利用し、バルブロッド２１を簡単に着脱できる構造であるため、洗浄や組立などのメンテナンスが容易である。
また、圧縮気体で液体材料を圧送し、バルブロッド２１で開閉する構成を備えるので、応答性がよく、高速（高流量）で安定した吐出を行うことができる。

さらに、位置検知機構３４を備えることにより、バルブロッド２１の下端による樹脂膜３０１の貫通孔３０２（およびバルブシート部材６の連通孔７）の閉鎖を確実に行うことが可能となる。そして、第一実施形態では、位置検知機構３４でバルブロッド２１の下端と樹脂膜３０１の当接位置を正確に検出することにより、長時間の使用後も、液体材料の漏れが生じる危険性を解消している。
加えて、バルブシート部材６とバルブロッド２１との間に樹脂膜３０１を設けたことにより、閉鎖時の吐出口からの液体材料の漏れを防ぎ、吐出精度を向上させることができる。

＜塗布装置＞
図８に、第一実施形態に係る吐出装置１を搭載した塗布装置１０１の概略斜視図を示す。
第一実施形態にかかる塗布装置１０１は、架台１０２の上に、塗布対象物であるワーク１０３を載置するテーブル１０４と、上述の吐出装置１をワーク１０３に対して相対的に移動させるＸ駆動装置１０５、Ｙ駆動装置１０６、Ｚ駆動装置１０７を備える。ＸＹＺ駆動装置（１０５、１０６、１０７）は、それぞれ符号１０８、１０９、１１０の方向へ移動することができる。架台１０２の内部には、上述の吐出装置１の動作を制御する吐出制御装置３３と、上述の各駆動装置（１０５、１０６、１０７）の動作を制御する駆動制御装置１１１をと備える。架台１０２から上は、点線で示したカバー１１２に囲まれ、図示しない真空ポンプ等を用いることにより、内部を負圧環境とすることができる。カバー１１２には、内部へアクセスするための扉を設けてもよい。なお、本実施形態では、内部を負圧環境としているが、大気圧として塗布作業をすることも可能である。

＜＜第二実施形態＞＞
図９に示す第二実施形態の液体材料吐出装置１は、樹脂膜３０３がバルブロッド２１の下端部に固設されている点で第一実施形態と相違する。以下では、第一実施形態との相違点を中心に説明し、共通する要素については説明を割愛する。

図９に第二実施形態に係る吐出装置の部分断面正面図のバルブシート部材近傍拡大図を示す。
第二実施形態のバルブロッド２１は、第一実施形態と同様、下端部が細径の円柱状に構成されている。樹脂膜３０３は、バルブロッド２１の下端部を覆うキャップ状または凹状の部材であり、図示しない固定部材（例えば、環状部材）により機械的に固定されている。この固定部材と係合する凸部または凹部をバルブロッド２１の側面に設けてもよい。
第二実施形態の樹脂膜３０３は、第一実施形態と異なり、連通孔は存在しない。樹脂膜３０３は、バルブロッド２１とともに上下動し、弁座を構成するバルブシート部材６への着座時にバルブロッド２１の下端面によりバルブシート部材６へ押圧される。その他の構成については、第一実施形態と同様である。

第二実施形態においては、第一実施形態とは異なり、バルブロッド２１の動作により、バルブシート部材６と樹脂膜３０３との間で接触および離間するが、バルブシート部材６とバルブロッド２１との間に位置する樹脂膜３０３により、第一実施形態と同様の効果が奏される。すなわち、樹脂膜３０３を機械的強度や耐熱性に優れたエンジニアリングプラスチックで肉薄に構成し、バルブロッド２１と面で接触するようにしたことにより、変形量を小さく抑えながら十分な密着性（閉鎖性）を得ることができるので、バルブ閉鎖時の吐出口からの液体材料の漏れを防ぎ、吐出精度を向上させることができる。第二実施形態においても、吐出装置１が真空雰囲気中にあるときの吐出口からの漏れ防止に、非常に有効である。
なお、ノズル取付部材５の底部の厚さ（強度）が十分であれば、バルブシート部材６を設けず、ノズル取付部材５の内底面により弁座を構成しても、同様の効果を奏することができる。

１：吐出装置、２：貯留容器／シリンジ、３：ノズル、４：吐出流路、５：ノズル取付部材、６：バルブシート部材、７：連通孔、８：内筒（ロッド先端部挿通孔）、９：鍔部、１０：本体下部部材、１１：鍔支持部材、１２：挿入部、１８：圧縮気体流路、１９：気体供給ジョイント、２０：圧縮気体供給管、２１：バルブロッド、２８：アクチュエータ、３１：アクチュエータロッド、３２：制御配線、３３：吐出制御装置、３４：位置検知機構、４３：センサ、４４：取付板、４５：検知板、１０１：塗布装置、１０２：架台、１０３：塗布対象物／ワーク、１０４：テーブル、１０５：Ｘ駆動装置、１０６：Ｙ駆動装置、１０７：Ｚ駆動装置、１０８：Ｘ移動方向、１０９：Ｙ移動方向、１１０：Ｚ移動方向、１１１：駆動制御装置、１１２：カバー、２０１：外フレーム、２０２：嵌入孔、２０３：開口部（側面）、２０４：延長部、２０５：背面部、２０６：開口部（背面）、２０７：突出部、２０８：第１ブッシュ、２０９：第２ブッシュ、２１０：第１ブッシュ押さえ、２１１：第２ブッシュ押さえ、２１２：第１ブッシュ挿通孔、２１３：第２ブッシュ挿通孔、２１４：シール部材、２１５：アクチュエータ支持部材、２１６：スライダ、２１７：スライドレール、２１８：内フレーム、２１９：第１貫通孔、２２０：第２貫通孔、２２１：ロッド連動部材、２２２：第１固定部材、２２３：第２固定部材、２２４：弾性部材、２２５：中心軸線、２２６：スライダ上昇、２２７：内フレーム上昇、２２８：ロッド保持部材上昇、２２９：バルブロッド上昇、２３０：スライダ下降、２３１：内フレーム下降、２３２：ロッド保持部材下降、２３３：バルブロッド下降、２３４：スライダ下降、２３５：内フレーム下降、２３６：ロッド保持部材を下方へ付勢する力、２３７：バルブロッドを樹脂膜へ押し付ける力、３０１：樹脂膜、３０２：貫通孔（樹脂膜）、３０３：樹脂膜

Claims (17)

1. 液体材料を貯留する貯留容器と、
   貯留容器を加圧する圧縮気体供給源と、
   吐出流路を有するノズルと、
   往復動作するバルブロッドと、
   バルブロッドを駆動するアクチュエータと、
   吐出流路と連通する連通孔を有する弁座と、
   アクチュエータを制御してバルブロッドの下端で連通孔を開閉する吐出制御装置と、
   を備え、負圧空間内で使用される液体材料吐出装置であって、
   前記バルブロッドの下端に配置された樹脂膜、または、弁座の上面に配置され、前記連通孔と連通する貫通孔を有する樹脂膜を備えることを特徴とする液体材料吐出装置。
2. 前記樹脂膜が、前記バルブロッドの下端および前記弁座と比べ低弾性率の樹脂により構成されることを特徴とする請求項１に記載の液体材料吐出装置。
3. 前記樹脂膜が、１０〜１０００μｍの厚みを有することを特徴とする請求項１または２に記載の液体材料吐出装置。
4. 前記バルブロッドの下端または前記弁座の上面が、前記樹脂膜と面接触することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液体材料吐出装置。
5. 前記バルブロッドの下端が平面であり、前記弁座の上面が平面であることを特徴とする請求項４に記載の液体材料吐出装置。
6. 前記樹脂膜の引っ張り強さが、５０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の液体材料吐出装置。
7. 前記樹脂膜が、エンジニアリングプラスチックにより構成されることを特徴とする請求項６に記載の液体材料吐出装置。
8. 前記バルブロッドの下端および前記弁座が、金属により構成されることを特徴とする請求項６または７に記載の液体材料吐出装置。
9. 前記弁座が、機械的に固定されるバルブシート部材により構成されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の液体材料吐出装置。
10. 前記吐出制御装置が、前記アクチュエータによるバルブロッドの上昇時の加速時間Ａ_ｕを２〜３００［ｍｓ」の範囲で制御することにより、バルブロッドの上昇に伴う気泡の発生を防止することを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の液体材料吐出装置。
11. 前記吐出制御装置が、前記アクチュエータによるバルブロッドの上昇時の目標速度Ｖ_１を０．２〜３０［ｍｍ／ｓ］の範囲で制御すること、および／または、前記アクチュエータによるバルブロッドの下降時の加速時間Ａ_ｄを２〜３００［ｍｓ」の範囲で制御することを特徴とする請求項１０に記載の液体材料吐出装置。
12. 前記バルブロッドの下端が前記弁座を閉鎖する位置にあることを検知する位置検知機構を備えることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載液体材料吐出装置。
13. 前記位置検知機構が、
    前記アクチュエータと接続されるスライド部材と、
    スライド部材と接続されるスライダと、
    スライド部材が所定の位置にあることを検出するセンサ機構と、
    前記バルブロッドと接続され、スライド部材に離間可能に当接して配置されるロッド連動部材と、
    ロッド連動部材とスライド部材とを離間可能に当接させる付勢力を与える弾性部材と、を備えて構成され、
    前記バルブロッドが前記弁座に当接した後、前記アクチュエータにより前記バルブロッドをさらに進出させる力を作用させると前記スライド部材が前記ロッド連動部材と離間して下方に移動し、当該スライド部材の移動をセンサ機構が検知することにより前記バルブロッドの下端が前記弁座を閉鎖する位置にあることを検知することを特徴とする請求項１２に記載の液体材料吐出装置。
14. 請求項１ないし１３のいずれかに記載の液体材料吐出装置と、
    ワークが設置されるワークテーブルと、
    前記吐出装置と前記ワークテーブルとを相対的に移動するＸＹＺ駆動装置と、
    前記吐出装置、前記ワークテーブルと、前記ＸＹＺ駆動装置とが配置される負圧空間を構成するカバーと、
    前記カバー内を負圧にする減圧装置と、
    ＸＹＺ駆動装置を制御する駆動制御装置と、を備える塗布装置。
15. 前記減圧装置が、真空ポンプであることを特徴とする請求項１４に記載の塗布装置。
16. 請求項１３または１４に記載の塗布装置を用いた塗布方法であって、前記減圧装置により前記カバー内を負圧とした状態で前記ワークと前記吐出装置とを相対移動しながら、ワーク上に液体材料を塗布する塗布方法。
17. 前記カバー内が実質的に真空であることを特徴とする請求項１６に記載の塗布方法。