JP3558256B2 - 液体吐出装置および方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液状樹脂などの液体を充填するためなどに吐出する液体吐出装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、たとえば発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光半導体素子は、透明な合成樹脂中に封入して使用される。合成樹脂は、液体状態で型に流し込まれ、硬化してパッケージを形成する。図１０には、シリンダ、プランジャ、逆止弁および開閉弁を同軸上に配列しないダブルチェック弁方式の液体吐出機構として公知の技術として、半導体素子封入のためのポッティングを行う液状樹脂注型機に用いる液状樹脂吐出装置の基本的な構成を示す。シリンダ１の内部の空洞部には、プランジャ２が挿入され、軸線２ａ方向に往復移動可能である。プランジャ２の先端とシリンダ１の内壁とで囲まれる空間は計量室となり、樹脂槽３に貯留されている液状樹脂を吸入し、ノズル４から一定量ずつ吐出させることができる。樹脂槽３とシリンダ１との間には逆止弁であるチェック弁５が設けられ、液状樹脂が樹脂槽３からシリンダ１に供給される方向に開き、シリンダ１から樹脂槽３に戻る方向には閉じる。シリンダ１とノズル４との間にもチェック弁６が設けられ、液状樹脂がシリンダ１内からノズル４を通って外部に吐出される方向に開き、ノズル４からシリンダ１内に戻る方向には閉じる。なお、チェック弁５，６は、電磁弁やばねを用いるものが一般的である。
【０００３】
その他の従来の技術として、弾性パイプを用いる吐出機構として、実公平３−２６９４６がある。また本件出願人による特願平８−２９６４２８では、図１０のノズル４側のチェック弁６を、ゴム材料で形成し、ダックビル状の部分が開閉するように構成している。また図１０に示すような液体吐出装置は、液状樹脂ばかりではなく、接着剤やシール剤など、各種液体の定量吐出などにも使用されている。
【０００４】
図１１は、図１０に示すような液体吐出装置で液状樹脂を計量しながら吐出し、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と略称することもある）の封止を行ってパッケージを形成している状態を示す。ＬＥＤ１０の発光素子１１は、リードフレーム１２，１３の一方にダイボンディングされ、他方に金（Ａｕ）線などのボンディングワイヤ１４を介して電気的に接続される。パッケージ１５は、発光素子１１、リードフレーム１２，１３およびボンディングワイヤ１４を気密に封止し、かつ発光素子１１から発生する光１１ａを外部に有効に取出すことができるように、前述のように透明なエポキシ樹脂などを液体状態で注型し、硬化させて形成する。パッケージ１５は、液状樹脂を注型して形成するので、内部に気泡１６が生じたり、注型の過程で巻き込む可能性がある。気泡１６がパッケージ１５中に生じていると、外周付近では外観不良の原因となり、発光素子１１付近では信頼性の影響などから歩留りや品質低下の原因となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１１に示すように、液状樹脂を注型して半導体素子のパッケージ１５を製造する際には、気泡１６の発生を抑える必要がある。このような気泡１６は、高い真空度の計量室中へ一気に樹脂を吸入する場合に発生しやすく、図１０に示すような吐出装置のようにダブルチェック弁を有する場合、低い真空度にて（少ストーク）、液状樹脂を複数回に分けて計量室内に吸入することによって、発生を防止することができるけれども、時間がかかる。
【０００６】
図１２は、特願平８−２９６４２８に示すような液体吐出装置を用いて高真空度から一気に樹脂吸入する際に、気泡が発生するメカニズムを示す。図１２（ａ）は、シリンダ１からプランジャ２を退出させて、計量室２０内に液状樹脂２１を樹脂槽３から供給している状態を示す。図１２（ｂ）は、プランジャ２をシリンダ１内に進入させて、計量室２０内の液状樹脂２１をノズル４から吐出させている状態を示す。この際に、計量室２０内の液状樹脂２１は、プランジャ２によって加圧されるので、チェック弁６は開き、液状樹脂２１が計量室２０からノズル４側に流出することができる。プランジャ２の先端部分には、シリンダ１との摺動部分をシールするためのプランジャシール２２が装着されている。図１２（ｃ）は、プランジャ２をシリンダ１内から退出させて、計量室２０内を減圧している状態を示す。チェック弁６は弾性体材料によって成形されており、減圧の有無によらず、常に閉状態である。プランジャ２がシリンダ１から退出して、プランジャシール２２がシリンダ１の内壁から離れる状態で、図１２（ａ）に示すように液状樹脂２１が計量室２０内に樹脂流れ２３に示すように流れ込む。
【０００７】
液状樹脂２１中に気泡が発生するメカニズムとしては、先ず図１２（ｂ）のようにシリンダ１内にプランジャ２を押し下げて、ノズル４から吐出樹脂２４を注型機に供給した後、図１２（ｃ）に示すように、プランジャ２を引き上げると、チェック弁６とプランジャ２の先端部との間の計量室２０が真空状態２５となり、残留樹脂２６中に存在する低沸点成分の気泡２７を発生させることが考えられる。この減圧による気泡量は、液状樹脂２１の計量室２０への吸入量が多いほど、プランジャ２の異動量が大きくなるため、計量室２０内の減圧度合が高くなり、気泡２７の発生がしやすくなる。また、図１２（ａ）に示すように、減圧して真空状態２５とした計量室２０内に、樹脂槽３から樹脂流れ２３を形成して液状樹脂２１を供給する際にも、液状樹脂２１の流速によって、圧力差が発生し、液状樹脂２１中に気泡２８が発生する。
【０００８】
減圧や樹脂流れによる気泡２７，２８の発生は、前述のような品質や信頼性の直接的な影響の他に、液状樹脂２１の吐出の際、液状樹脂２１へかかる圧力が気泡２７，２８の緩衝作用で減圧されるので、吐出樹脂２４の定量性にも悪影響を及ぼし、注型機によるポッティングのために供給される吐出樹脂２４の量が減少して品質低下の原因となる。
【０００９】
本発明の目的は、シリンダ内での気泡の発生を防ぐことができ、気泡のない液体を吐出することができる液体吐出装置および方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ピストンの往復移動によって、シリンダ内に液体を吸入し、シリンダの一端の吐出ポートからシリンダ外に液体を吐出する液体吐出装置において、
シリンダ内壁とピストン外壁との間に、液体を計量室内へ取込むべく、ピストン先端部に液体吸入ポートを形成し、また、
シリンダ内の液体の圧力が吸入ポート内の圧力より低下するとき、すなわちピストン上昇時に開き、ピストン下降時には逆流しないような逆止弁をピストン先端に備え、
前記逆止弁は、弾性体材料によって形成され、圧力差に応じて開閉する舌状部と、前記シリンダとの摺動面をシールするシール部とを有することを特徴とする液体吐出装置である。
【００１１】
本発明に従えば、シリンダ内でピストンを往復移動させ、シリンダ内に吸入した液体を、シリンダの一端の吐出ポートからシリンダ外に吐出する液体吐出装置のシリンダに臨むピストン先端部は逆止弁が装着される。なお、ピストンには、プランジャも含むものとする。ピストン内部には、シリンダ外部からピストン先端部に連通する吸入ポートが形成される。逆止弁は、シリンダ内の流体の圧力が吸入ポート内の圧力より低下するときに開き、他の状態では閉じる。ピストンを上昇させる際には、シリンダ内の液体の圧力が吸入ポート内の圧力よりも低下するので、逆止弁が開き、液体がシリンダ外部からピストン先端部の吸入ポートを通ってシリンダ内に供給される。したがって、シリンダ内の減圧による真空状態はほとんど生じないので、シリンダ内に残留する液体からの気泡発生を抑えることができる。また、シリンダ内の圧力が小さくなれば、逆止弁が開いてシリンダ外部からピストン内部の吸入ポートを通って液体がシリンダ内に供給される流速は小さく、流れに伴って発生する圧力差も小さくなって気泡の発生を抑えることができる。
【００１３】
また、逆止弁を弾性体材料で形成し、圧力差に応じて開閉する舌状部で逆止弁としての機能を実現するので、弁体をばねで一方向に付勢する形式の逆止弁などに比較して、洗浄が容易であり、異なる液体の吐出への切換えも容易である。弾性体材料によって形成される逆止弁にはシリンダとの摺動面をシールするシール部も有するので、多連化する場合の加工誤差等を吸収し、確実な吐出を行うことができる。
【００１４】
また本発明で前記ピストン先端部には、逆止弁保持用の凹部が形成され、
前記逆止弁には、該凹部に嵌合する凸部が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、弾性体材料によって形成される逆止弁は、ピストン先端部に形成される逆止弁保持用の凹部に、凸部を嵌合させてピストン先端部に保持することができる。逆止弁を変形させて嵌合部をピストン先端部の凹部から外せば、逆止弁をピストン先端部から容易に取外すことができ、ピストンや逆止弁の洗浄あるいは逆止弁の交換などの作業を容易に行うことができる。
【００１６】
また本発明は、前記吐出ポートに、前記ピストンの往復移動に同期して、前記ピストン先端部と前記シリンダの内壁とで囲まれる容積の減少および増加に応じ、開および閉にそれぞれ変化する開閉弁を備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、シリンダから液体を吐出する吐出ポートに開閉弁を設け、ピストンの往復移動に同期して開閉させるので、シリンダから液体の吐出の際には開いて液体を確実に吐出させ、シリンダ内への液体の吸入の際には閉じてピストン先端部に装着する逆止弁を開いての液体の供給を確実に行わせることができる。
【００１８】
また本発明で前記開閉弁は、逆止弁であることを特徴とする。
本発明に従えば、吐出ポートに備える開閉弁が逆止弁であるので、外部からの操作を要せず、自動的にピストンの往復移動に対応する開閉動作を行うことができる。
【００１９】
また本発明で前記開閉弁は、
前記液体の流路となり、可撓性を有するチューブと、
チューブの外部に設けられ、チューブを挟んで液体の流路を閉じ、チューブを開放して液体の流路を開くピンチ部材とを含むことを特徴とする。
【００２０】
本発明に従えば、吐出ポートに備える開閉弁を、液体の流量となるチューブをピンチ部材で開閉する構成としているので、ピンチ部材の作動状態を外部から制御することによって、容易にピストンの往復移動と同期した制御を行うことができる。
【００２１】
また本発明は、前記ピストン、前記シリンダ、前記逆止弁および前記開閉弁が同軸上に配置される吐出ユニットを複数組と、
該複数組の吐出ユニットをマトリクス状に配列させる状態で支持する支持手段と、
該複数組の吐出ユニットのシリンダに対し、ピストンを同時に往復移動させる移動手段とを含むことを特徴とする。
【００２２】
本発明に従えば、ピストン、シリンダ、逆止弁および開閉弁を同軸上に配置する吐出ユニットを複数組支持手段にマトリクス状に配列させて支持するので、吐出ユニット間の間隔を狭め、高密度で吐出ユニットを配列することができる。複数組の吐出ユニットのシリンダには、移動手段によってピストンが同時に往復移動させることができるので、複数のノズルから同時に液体の吐出を行うことができる。
【００２３】
また本発明は、前記ピストン、前記シリンダ、前記逆止弁および前記開閉弁が同軸上に配置される吐出ユニットを複数組と、
該複数組の吐出ユニットをマトリクス状に配列させる状態で支持する支持手段と、
該複数組の吐出ユニットのシリンダに対し、ピストンを同時に往復移動させる移動手段と、
前記ピンチ部材による前記チューブの開閉を、マトリクスを構成する各列を一括して行う開閉手段とを含むことを特徴とする。
【００２４】
本発明に従えば、ピストン、シリンダ、逆止弁およびチューブとピンチ部材とから成る開閉弁を同軸上に配置する吐出ユニットを複数組支持手段にマトリクス状に配列し、ピストンを同時に往復移動させるので、複数のノズルからの吐出を同時に行うことができる。ピンチ部材によるチューブの開閉は、マトリクスを構成する各列を一括して行うので、液体の吐出のタイミングを一括して調整することができる。
【００２５】
また本発明で前記移動手段は、前記ピストンの移動方向についてのピストンの相対的な位置を、各シリンダ毎に調整可能であることを特徴とする。
【００２６】
本発明に従えば、移動手段がピストンを移動させる際に、ピストンの移動方向についての相対的な変位を各ピストン毎に調整可能であるので、加工誤差を吸収することができる。
【００２７】
また本発明は、前記ピストンの移動量を制御して、前記吐出ポートからの液体の吐出量を制御する制御手段を備えることを特徴とする。
【００２８】
本発明に従えば、制御手段によってピストンの移動量を制御して吐出ポートからの液体の吐出量を制御するので、定量の液体の吐出を行うことができ、たとえば液状樹脂の注型などの際に、一定量ずつの液状樹脂の吐出を容易に行うことができる。
さらに本発明は、シリンダ内壁とピストン外壁との間に隙間を形成しておき、
ピストン先端部に、該隙間に連通する液体吸入ポートを形成しておき、ピストン先端部に液体吸入ポートを形成しておき、
ピストン先端に、シリンダ内の液体の圧力が吸入ポート内の圧力より低下するとき、すなわちピストン先端部がシリンダの一端から離反する上昇時に開き、ピストンの先端部がシリンダの一端に接近する下降時には閉じて液体が逆流しないような逆止弁を、圧力差に応じて開閉する舌状部と、シリンダとの摺動面をシールするシール部とを有するように、弾性材料で形成しておき、
ピストンを下降させて、閉じた逆止弁でシリンダの一端と逆止弁との間の空間内の液体をシリンダの一端に設ける吐出ポートからシリンダ外に吐出し、
ピストンを上昇させて、液体を逆止弁とシリンダの一端との間の空間に補充することを特徴とする液体吐出方法である。
本発明に従えば、ピストンの先端部を吐出ポートが設けられるシリンダの一端に接近するように下降させると、ピストンの先端に弾性材料で形成される逆止弁が閉じた状態で、逆止弁とシリンダの一端との間の空間内の液体を吐出ポートからシリンダ外に吐出することができる。ピストンの先端をシリンダの一端から離反させるように上昇させると、逆止弁とシリンダの一端との間の空間内に存在する液体の圧力がピストンの先端部に形成される吸入ポート内の圧力よりも低下して、逆止弁の舌状部が開く。シリンダ外壁とピストン内壁との間には、吸入ポートに連通する隙間が形成されているので、この隙間を通じて、液体を吸入ポートからシリンダの一端と逆止弁との間の空間に補充することができる。補充される液体の流速を小さくすることができるので、流れに伴って発生する圧力差も小さくなって、気泡の発生を抑えることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態の液体吐出装置３０の基本的な構成を示す。図１（ａ）は、シリンダ３１に対してプランジャ３２を停止している状態を示す。図１（ｂ）は、プランジャ３２をシリンダ３１から引上げて退出させている状態を示す。図１（ｃ）は、プランジャ３２をシリンダ３１内に押し下げて侵入させている状態を示す。シリンダ３１の内周面とプランジャ３２の外周面との間には隙間があり、シリンダ３１の上方に設ける樹脂槽３３から液状樹脂が容易に流入することができる。シリンダ３１の下方には、ノズル３４が装着され、シリンダ３１内の液状樹脂が外部に吐出される。プランジャ３２の先端部には、フッ素ゴムなどの弾性体で成形されたチェック弁３５が装着される。シリンダ３１とノズル３４との間には、開閉弁であるピンチバルブ３６が設けられる。ピンチバルブ３６は、シリコンなどの可撓性があるゴムあるいは樹脂材料で形成されるチューブ３７を、ローラ３８と背板３９とで挟んで開閉を行う。プランジャ３２の先端部分の内部には吸入ポート４０が形成され、プランジャ３２の先端部中央から軸線に沿って形成される通路４０ａと、その通路４０ａから外周面に放射状に延びるように形成される通路４０ｂとを含む。
【００３０】
チェック弁３５は、プランジャ３２の先端部の外周に形成される溝４１に嵌合する嵌合部４２を有する。嵌合部４２は、チェック弁３５の基端部から径方向の内方に突出して形成される。チェック弁３５には、径方向の外方に突出するシール部４３も形成され、プランジャ３２の外周面とシリンダ３１の内周面との間の隙間をシールする。シリンダ３１とプランジャ３２との間には、液状樹脂の流路として、大きな隙間が設定される。ゴム材のシール部４３によって、この隙間が大きくても確実にシールすることができるので、多連化するときの加工誤差で、プランジャ３２の取付ピッチ誤差やシリンダ３１の孔ピッチ加工誤差等があっても、確実にシールを行い、摺動抵抗の減少と、隙間を通しての液状樹脂の供給とを容易に行うことができる。チェツク弁３５の先端にはダックビル部４４が形成され、シリンダ３１内の液状樹脂の圧力と吸入ポート４０内の液状樹脂の圧力との差に応じてスリットが開閉する。チェック弁３５は弾性体で形成するので、容易に洗浄することができ、ＬＥＤに色違い樹脂を使用するときの準備も容易となる。一般的にばねを使用するチェック弁では、洗浄は困難である。
【００３１】
チューブ３７は、シリンダ３１の下端に装着する吐出ポート部材の４５の下端に接続される。吐出ポート部材４５は、シリンダ３１の下端部に挿入され、挿入部にはＯリング４６によるシールが行われる。ノズル３４は、ノズル取付板４８に取付けられ、チューブ３７の下端に接続される。ノズル３４は、多連化する際の位置精度を確保するため、金属にて加工される。万一、モールド加工型と衝突しても、衝撃の際にモールド型を傷つけないように、フッ素樹脂などによるカバー４９を取付ている。プランジャ３２の軸線３２ａとノズル３４の軸線３４ａは同軸であり、吐出ポート部材４５も同一の軸線上に配置される。
【００３２】
図１（ｂ）では、プランジャ３２を引き上げて液状樹脂を樹脂槽３３からシリンダ３１内に供給する状態を示す。このとき、ピンチバルブ３６は、ローラ３８と背板３９との間でチューブ３７を挟んで閉じた状態にする。チェツク弁３５のダックビル部４４は、シリンダ３１内の液状樹脂の圧力が低下し、次の第１式の関係が成立するようになるので、開いた状態となる。
【００３３】
Ｐ０ − Ｐ１ ＞ Ｐ３ …（１）
ここで、Ｐ０は樹脂槽３３の圧力であり、通常は大気圧である。樹脂槽３３を加圧すると、その圧力となる。Ｐ１は、ダックビル部４４が開く圧力差である。Ｐ３は、チェツク弁３５とピンチバルブ３６との間に形成されるシリンダ３１およびチューブ３７内の計量室の圧力である。第１式が満たされると、ダックビル部４４のスリットが開き、樹脂槽３３内の液状樹脂が、シリンダ３１の内周面とプランジャ３２の外周面との間の隙間から吸入ポート４０を通り、シリンダ３１内の計量室に供給される。ただしシリンダ３１の上昇速度を速くし過ぎると、計量室内の圧力Ｐ３が一気に減圧されるので、急激な圧力差によって気泡が発生する恐れがある。
【００３４】
図１（ｃ）は、シリンダ３１内の計量室に吸入された液状樹脂を、プランジャ３２を下降させることによって、ノズル３４から吐出させる状態を示す。このときには、ピンチバルブ３６のローラ３８を背板３９から離し、チューブ３７を開いておく。吸入ポート４０内の圧力Ｐ０よりも計量室内の圧力Ｐ３の方が大きくなる。チェツク弁３５は、弾性体材料で成形されており、そのダックビル部４４は閉じている。プランジャ３２の下降で計量室内の液状樹脂をノズル３４から外部に吐出させることができる。このとき、プランジャ３２の外周面とシリンダ３１の内周面との間に形成され、チェツク弁３５のシール部４３で封止される空間の体積も、プランジャ３２の下降とともに増大するけれども、この部分には樹脂槽３３から液状樹脂が供給される。また、下降速度が過大になると、チェツク弁３５のダックビル部４４が変形して、逆止弁としての機能を果さなくなる可能性もあるのでプランジャ３２の下降速度も適正な範囲に止める必要がある。
【００３５】
図２は、図１の液体吐出装置３０の吐出ユニットとして、複数配列する液体樹脂注型機５０の概略的な構成を示す。図１の液体吐出装置３０のシリンダ３１は、シリンダ板５１に取付けられ、プランジャ３２はプランジャ取付板５２にそれぞれ取付けられる。樹脂槽３３に対しては、供給ポート５３に樹脂供給槽５４から樹脂供給管５５を介して液状樹脂が供給される。樹脂供給槽５４へは、原料樹脂供給管５６から、液状樹脂の主剤や硬化剤等の原料がすでに配合、脱泡された混合完樹脂が投入される。液状樹脂は、注型された後、たとえば加熱などによって硬化する。
【００３６】
図３は、図２に示すような液状樹脂注型機５０に用いるモールド治具６０の構成を示す。モールド治具６０には液状樹脂注型機５０のノズル３４の配置に対応するモールド型として、パッケージ注型ワーク６１が設けられる。ただし、たとえば図１１に示すＬＥＤ１０のパッケージ１５をポッティングによって形成する際には、各パッケージ注型ワーク６１内に発光素子１１を装着すると、フレームが邪魔となって注型しにくくなるので、一般的にはポッティング後に、ボンディングワイヤ１４によるワイヤボンドを行ったリードフレーム１２，１３を装着する。ポッティングは、ノズル３４から液状樹脂を吐出して行う。各パッケージ注型ワーク６１に対して液状樹脂のポッティングを行い、発光素１１およびリードフレーム１２，１３等を液状樹脂中に挿入した後は、モールド治具６０を加熱硬化装置に挿入して樹脂の硬化を行わせる。図１に示すように、液体吐出装置３０による吐出ユニットの各部を同軸上に配置すると、パッケージ注型ワーク６０の配列ピッチＰを小さくすることができる。
【００３７】
図４および図５は、図３に示すモールド治具６０に対して液状樹脂の吐出を行う液状樹脂注型機５０の正面図および側面図をそれぞれ示す。シリンダ板５１内には、ヒータ６２を挿入し、シリンダ内を加熱使用することによって、液状樹脂の粘度を低下させることができる。一般に液体の粘度を低下させれば、液体自身の流れによる圧力差の発生を小さくし、気泡の巻き込みを低減させることができる。樹脂槽３３には、液面センサ６３を設け、樹脂槽３３内に貯留される液状樹脂の量を調整する。液状樹脂の液面は、上限用の液面センサ６３ａと下限用の液面センサ６３ｂとによって管理される。
【００３８】
プランジャ取付板５２は、支柱６４に沿って移動する移動部材６５に連結される。移動部材６５は、支柱６４に沿って設けられる駆動軸６６によって昇降変位を行う。駆動軸６６は、たとえばボールねじであり、その上端に取付ける従動プーリ６７を、ベルト６８を介して駆動する駆動プーリ６９を出力軸に取付けたパルスモータ７０で回転駆動する。パルスモータ７０の角変位量を制御することによって、プランジャ取付板５２の移動量を調整し、ノズル３４からの液状樹脂の吐出量を制御することができる。なお、移動部材６５およびプランジャ３２については、最も上昇した位置と下降した位置とを示す。
【００３９】
移動部材６５とプランジャ取付板５２との間には、微調整ボルト７１、微調整ナット７２およびばね７３を含む微調整機構が設けられる。微調整機構は、各プランジャ３２のプランジャ取付板５２への取付位置を上下方向で個別に調整することができる。また、各ピンチバルブ３６のローラ３８は、たとえばエアシリンダなどを含むローラ移動機構７４で同時に移動させ、チューブ３７の開閉を行うことができる。
【００４０】
図６は、図１（ｂ）に示すようにプランジャ３２をシリンダ３１から退出させて液状樹脂をシリンダ３１内の計量室に吸入する際のプランジャ３２の上昇速度と発生する気泡の大きさとの関係を示す。シリンダ３１の内径は約４ｍｍであり、プランジャ３２が移動する長さは約１６ｍｍである。液状樹脂の粘度は約５００ｃｐｓである。目視で発泡が認められない限度である０．０５以下の気泡の範囲となるのは、斜線を施して示すようなプランジャ３２の上昇速度が１．２５ｍｍ／ｓｅｃ以下の範囲である。したがってこの範囲が最適条件範囲となる。なお、図１（ｃ）に示すように、プランジャ３２を下降させて液状樹脂を吐出する際の最適な下降速度は、約２．５ｍｍ／ｓｅｃであることが判明している。
【００４１】
図７は、本発明の実施の第２形態の概略的な構成を示す。本実施形態で、図１に示す実施の第１形態の液体吐出装置３０に対応する部分には同一の参照符を付し、重複した説明を省略する。本実施形態では、シリンダ３１の下方に直接ノズル７５を装着し、ノズル７５の軸線７５ａはプランジャ３２の軸線３２ａと合わせる。ノズル７５の上端には、ノズル部チェック弁７６を設ける。ノズル部チェック弁７６は、フッ素ゴムなどの弾性体で形成され、中央の開閉部７７と周辺のシール部７８とを有する。シール部７８は、ノズル７５を取付けるノズル取付板７９とシリンダ３１を取付けるシリンダ板５１との間で挟持され、液体の漏れが生じないようにシールする。
【００４２】
図７（ａ）は、プランジャ３２がシリンダ３１に対して静止している状態を示す。この状態では、プランジャ３２の先端部に装着するチェック弁３５もノズル部チェック弁７６もともに閉じている。図７（ｂ）は、プランジャ３２を上昇させている状態を示す。この状態では、図１（ｂ）と同様に、プランジャ３２の先端のチェック弁３５が開き、樹脂槽３３から液状樹脂がチェック弁３５とノズル部チェック弁７６との間の計量室内に吸入される。
【００４３】
図７（ｃ）は、プランジャ３２を下降させて、計量室内の液状樹脂をノズル７５から吐出させている状態を示す。計量室内の液状樹脂の圧力Ｐ３は吸入ポート４０内の液状樹脂の圧力Ｐ０よりも大きくなる。弾性体で形成されるダックビル部４４のスリットは閉じている。また、次の第２式のように、計量室内の圧力Ｐ３がノズル部チェック弁７６が開く圧力Ｐ４および大気圧Ｐ５よりも大きくなれば、ノズル部チェック弁７６の開閉部７７も開き、液状樹脂が計量室から吐出される。
【００４４】
Ｐ３ ＞ Ｐ４ ＋ Ｐ５ …（２）
図８は、図７に示す液体吐出装置８０を吐出ユニットとして複数マトリクス状に配置した液状樹脂注型機９０の側面図を示す。本実施形態の液状樹脂注型機９０では、図４および図５に示す液状樹脂注型機５０では必要な、ピンチバルブ３６を開閉するためのローラ３８を移動するローラ移動機構７４を省略することができる。本実施形態では、プランジャ取付板５２の下降で、各ノズル７５から、液状樹脂を一斉に吐出することができる。
【００４５】
図９は、各プランジャ３２毎に、相対的な位置を調整し、各ノズル７５毎に吐出する液状樹脂の量を微調整する考え方を示す。図９（ａ）に示すように、プランジャ取付板５２に対して、プランジャ３２の上端の吐出量を、微調整ボルト７１および微調整ナット７２で調整する。プランジャ３２の上端には、スプリングシート９１が設けられ、プランジャ取付板５２の上面との間に設けるばね７３で、プランジャ３２を上方に押し上げる。プランジャ３２の上端を、微調整ボルト７１の先端で押し下げれば、各プランジャ３２毎に、プランジャ３２の先端がシリンダ３１内に侵入開始する吐出開始レベルの調整を行うことができる。ここで、２つのプランジャ３２の差をＡと設定する場合を想定する。
【００４６】
図９（ｂ）は、プランジャ取付板５２を、吐出ストロークＢだけ下降させた状態を示す。一方のプランジャ３２による吐出量Ｖ１は、次の第３式で表される。なお、シリンダ３１の内径をφＣとする。
【００４７】
【数１】
【００４８】
他方のプランジャ３２の吐出量Ｖ２は、次の第４式で表される。
【００４９】
【数２】
【００５０】
第３式および第４式の差から、２つの吐出ユニット間の吐出量の差は、次の第５式によって表される。
【００５１】
【数３】
【００５２】
このような吐出量の調整は、図４および図５に示すような液状樹脂注型機５０でも同様に可能である。各実施形態の液状樹脂注型機５０，９０では、パルスモータ７０、プランジャ３２の移動のための駆動を行うので、プランジャ３２の移動量を１／１０００ｍｍ単位で管理し、個々の加工性とバラツキに対応する超微量の吐出量バラツキを図９に示すような各プランジャ３２のプランジャ取付板５２への取付高さの変更で対応させることができる。
【００５３】
実施の第１形態および第２形態の液体吐出装置３０，８０を液状樹脂注型機５０，９０にそれぞれ適用すると、液状樹脂中に混入する気泡の発生を防止することができるので、液状樹脂を注型して形成する半導体などの信頼性を高めて品質の向上を図ることができ、さらに高い定量性を確保して品質の向上を図ることができる。また、液体吐出装置３０，８０を吐出ユニットとして、複数をマトリクス状に配置する場合に、各構成要素が同軸上に配置されているので、取付ピッチを短くすることができ、高密度でノズル３４，７５をそれぞれ配置することができる。実施の第１形態のように、ピンチバルブ３６を吐出ポート側に設けると、調整や制御を容易に行うことができる。実施の第２形態のように、ノズル部チェック弁７６を用いてダブルチェック弁方式を採用すると、構成を簡略化して低コストでマトリクス配列を実現することができる。
【００５４】
なお、各実施形態の液体吐出装置３０，８０は液状樹脂注型機５０，９０への液状樹脂の定量吐出のために用いるばかりではなく、接着剤や潤滑油などを始め化学工業など、各種の液体を取扱う場合の吐出装置として広く用いることができる。本発明を適用した液体吐出装置では、気泡の発生を抑えることができるので、気泡の混入に起因する不具合を避けることができ、さらに定量性も確保することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ピストンの先端部に逆止弁を設け、ピストン内部に吸入ポートを設けて、ピストンがシリンダから退出してシリンダ内が減圧されるときに、シリンダ外部から液体が吸入ポートを通ってシリンダ内に供給されるようにしているので、シリンダ内外の圧力差が大きくならないうちにシリンダ内に液体を供給することができ、減圧による気泡の発生や液体流れによる気泡の発生を抑えることができる。シリンダ内に吸入される液体に気泡が発生しないので、気泡混入のない液体を吐出することができる。
【００５６】
また、ピストン先端部に装着する逆止弁は弾性体材料によって形成されるので、容易に洗浄することができ、異なる液体の吐出への切換えも容易に行うことができる。逆止弁には、ピストンとシリンダとの摺動部面に対するシール部も設けられるので、多連化などの際に、加工誤差の影響を吸収することができる。
【００５７】
また本発明によれば、弾性体で形成する逆止弁を、容易にピストン先端部に着脱することができ、逆止弁の洗浄や交換を容易に行うことができる。
【００５８】
また本発明によれば、吐出ポートには開閉弁が備えられ、開閉弁はピストンの往復移動に同期して開閉するので、シリンダ内への液体の吸入とシリンダからの液体の吐出とを確実に行うことができる。
【００５９】
また本発明によれば、吐出ポートに備える開閉弁が逆止弁であるので、外部からの制御を行わなくてもピストンの移動に同期した開閉動作を行わせることができる。
【００６０】
また本発明によれば、チューブを挟むピンチ部材の作動状態をピストンの移動と同期させることによって、開閉弁の開閉動作の同期を容易に行わせることができる。
【００６１】
また本発明によれば、ピストン、シリンダ、逆止弁および開閉弁を含む吐出ユニットをマトリクス状に高密度で配列し、複数のノズルから液体を同時に吐出することができる。
【００６２】
また本発明によれば、高密度のマトリクスを形成するように配列される吐出ユニットのピンチ部材を、マトリクスを構成する各列を一括して操作して、液体を吐出するタイミングを合せることができる。
【００６３】
また本発明によれば、複数の吐出ユニットでピストンの相対的な位置を調整し、取付誤差などを吸収することができる。
【００６４】
また本発明によれば、気体の混入のない液体を吐出することができるので、吐出量の精度を高めることができる。
さらに本発明によれば、ピストンを下降させると、ピストンの先端に弾性材料で形成される逆止弁が閉じた状態で、逆止弁とシリンダの一端との間の空間内の液体を吐出ポートからシリンダ外に吐出することができる。ピストンを上昇させると、逆止弁の舌状部が開き、シリンダ外壁とピストン内壁との間の隙間を通じて、液体を吸入ポートからシリンダの一端と逆止弁との間の空間に補充することができる。補充される液体の流速を小さくすることができるので、流れに伴って発生する圧力差も小さくなって、気泡の発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の液体吐出装置３０の基本的な構成および動作を示す簡略化した断面図である。
【図２】図１の液体吐出装置３０を用いる液状樹脂注型機５０の基本的な構成を示す簡略化した断面図である。
【図３】図２に示す液状樹脂注型機５０に用いるモールド治具６０の構成を示す斜視図である。
【図４】図３に示すモールド治具６０に対して液状樹脂を吐出する液状樹脂注型機５０の正面図である。
【図５】図４の液状樹脂注型機５０の側面図である。
【図６】図４および図５に示す液状樹脂注型機５０で、プランジャ３２の上昇速度の適正な範囲を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の第２形態の液体吐出装置８０の構成および動作を示す簡略化した断面図である。
【図８】図７の液体吐出装置８０を用いる液状樹脂注型機９０の側面図である。
【図９】図８の液状樹脂注型機９０で、各プランジャ３２毎に相対的な位置を微調整する考え方を示す図である。
【図１０】従来からの液体吐出装置の基本的な構成を示す簡略化した断面図である。
【図１１】液状樹脂を注型してパッケージを形成するＬＥＤの構成を示す斜視図である。
【図１２】図１０の構成の液体吐出装置の動作状態と気泡混入状態を示す図である。
【符号の説明】
３０，８０ 液体吐出装置
３１ シリンダ
３２ プランジャ
３３ 樹脂槽
３４，７５ ノズル
３５ チェック弁
３６ ピンチバルブ
３７ チューブ
３８ ローラ
３９ 背板
４０ 吸入ポート
４１ 溝
４２ 嵌合部
４３ シール部
４４ ダックビル部
４８ ノズル取付板
５０，９０ 液状樹脂注型機
５１ シリンダ板
５２ プランジャ取付板
６０ モールド治具
６１ パッケージ注型ワーク
６２ ヒータ
６３ 液面センサ
７０ パルスモータ
７１ 微調整ボルト
７２ 微調整ナット
７３ ばね
７４ ローラ移動機構
７６ ノズル部チェック弁
７７ 開閉部
７８ シール部
７９ ノズル取付板
【発明の属する技術分野】
本発明は、液状樹脂などの液体を充填するためなどに吐出する液体吐出装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、たとえば発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光半導体素子は、透明な合成樹脂中に封入して使用される。合成樹脂は、液体状態で型に流し込まれ、硬化してパッケージを形成する。図１０には、シリンダ、プランジャ、逆止弁および開閉弁を同軸上に配列しないダブルチェック弁方式の液体吐出機構として公知の技術として、半導体素子封入のためのポッティングを行う液状樹脂注型機に用いる液状樹脂吐出装置の基本的な構成を示す。シリンダ１の内部の空洞部には、プランジャ２が挿入され、軸線２ａ方向に往復移動可能である。プランジャ２の先端とシリンダ１の内壁とで囲まれる空間は計量室となり、樹脂槽３に貯留されている液状樹脂を吸入し、ノズル４から一定量ずつ吐出させることができる。樹脂槽３とシリンダ１との間には逆止弁であるチェック弁５が設けられ、液状樹脂が樹脂槽３からシリンダ１に供給される方向に開き、シリンダ１から樹脂槽３に戻る方向には閉じる。シリンダ１とノズル４との間にもチェック弁６が設けられ、液状樹脂がシリンダ１内からノズル４を通って外部に吐出される方向に開き、ノズル４からシリンダ１内に戻る方向には閉じる。なお、チェック弁５，６は、電磁弁やばねを用いるものが一般的である。
【０００３】
その他の従来の技術として、弾性パイプを用いる吐出機構として、実公平３−２６９４６がある。また本件出願人による特願平８−２９６４２８では、図１０のノズル４側のチェック弁６を、ゴム材料で形成し、ダックビル状の部分が開閉するように構成している。また図１０に示すような液体吐出装置は、液状樹脂ばかりではなく、接着剤やシール剤など、各種液体の定量吐出などにも使用されている。
【０００４】
図１１は、図１０に示すような液体吐出装置で液状樹脂を計量しながら吐出し、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と略称することもある）の封止を行ってパッケージを形成している状態を示す。ＬＥＤ１０の発光素子１１は、リードフレーム１２，１３の一方にダイボンディングされ、他方に金（Ａｕ）線などのボンディングワイヤ１４を介して電気的に接続される。パッケージ１５は、発光素子１１、リードフレーム１２，１３およびボンディングワイヤ１４を気密に封止し、かつ発光素子１１から発生する光１１ａを外部に有効に取出すことができるように、前述のように透明なエポキシ樹脂などを液体状態で注型し、硬化させて形成する。パッケージ１５は、液状樹脂を注型して形成するので、内部に気泡１６が生じたり、注型の過程で巻き込む可能性がある。気泡１６がパッケージ１５中に生じていると、外周付近では外観不良の原因となり、発光素子１１付近では信頼性の影響などから歩留りや品質低下の原因となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１１に示すように、液状樹脂を注型して半導体素子のパッケージ１５を製造する際には、気泡１６の発生を抑える必要がある。このような気泡１６は、高い真空度の計量室中へ一気に樹脂を吸入する場合に発生しやすく、図１０に示すような吐出装置のようにダブルチェック弁を有する場合、低い真空度にて（少ストーク）、液状樹脂を複数回に分けて計量室内に吸入することによって、発生を防止することができるけれども、時間がかかる。
【０００６】
図１２は、特願平８−２９６４２８に示すような液体吐出装置を用いて高真空度から一気に樹脂吸入する際に、気泡が発生するメカニズムを示す。図１２（ａ）は、シリンダ１からプランジャ２を退出させて、計量室２０内に液状樹脂２１を樹脂槽３から供給している状態を示す。図１２（ｂ）は、プランジャ２をシリンダ１内に進入させて、計量室２０内の液状樹脂２１をノズル４から吐出させている状態を示す。この際に、計量室２０内の液状樹脂２１は、プランジャ２によって加圧されるので、チェック弁６は開き、液状樹脂２１が計量室２０からノズル４側に流出することができる。プランジャ２の先端部分には、シリンダ１との摺動部分をシールするためのプランジャシール２２が装着されている。図１２（ｃ）は、プランジャ２をシリンダ１内から退出させて、計量室２０内を減圧している状態を示す。チェック弁６は弾性体材料によって成形されており、減圧の有無によらず、常に閉状態である。プランジャ２がシリンダ１から退出して、プランジャシール２２がシリンダ１の内壁から離れる状態で、図１２（ａ）に示すように液状樹脂２１が計量室２０内に樹脂流れ２３に示すように流れ込む。
【０００７】
液状樹脂２１中に気泡が発生するメカニズムとしては、先ず図１２（ｂ）のようにシリンダ１内にプランジャ２を押し下げて、ノズル４から吐出樹脂２４を注型機に供給した後、図１２（ｃ）に示すように、プランジャ２を引き上げると、チェック弁６とプランジャ２の先端部との間の計量室２０が真空状態２５となり、残留樹脂２６中に存在する低沸点成分の気泡２７を発生させることが考えられる。この減圧による気泡量は、液状樹脂２１の計量室２０への吸入量が多いほど、プランジャ２の異動量が大きくなるため、計量室２０内の減圧度合が高くなり、気泡２７の発生がしやすくなる。また、図１２（ａ）に示すように、減圧して真空状態２５とした計量室２０内に、樹脂槽３から樹脂流れ２３を形成して液状樹脂２１を供給する際にも、液状樹脂２１の流速によって、圧力差が発生し、液状樹脂２１中に気泡２８が発生する。
【０００８】
減圧や樹脂流れによる気泡２７，２８の発生は、前述のような品質や信頼性の直接的な影響の他に、液状樹脂２１の吐出の際、液状樹脂２１へかかる圧力が気泡２７，２８の緩衝作用で減圧されるので、吐出樹脂２４の定量性にも悪影響を及ぼし、注型機によるポッティングのために供給される吐出樹脂２４の量が減少して品質低下の原因となる。
【０００９】
本発明の目的は、シリンダ内での気泡の発生を防ぐことができ、気泡のない液体を吐出することができる液体吐出装置および方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ピストンの往復移動によって、シリンダ内に液体を吸入し、シリンダの一端の吐出ポートからシリンダ外に液体を吐出する液体吐出装置において、
シリンダ内壁とピストン外壁との間に、液体を計量室内へ取込むべく、ピストン先端部に液体吸入ポートを形成し、また、
シリンダ内の液体の圧力が吸入ポート内の圧力より低下するとき、すなわちピストン上昇時に開き、ピストン下降時には逆流しないような逆止弁をピストン先端に備え、
前記逆止弁は、弾性体材料によって形成され、圧力差に応じて開閉する舌状部と、前記シリンダとの摺動面をシールするシール部とを有することを特徴とする液体吐出装置である。
【００１１】
本発明に従えば、シリンダ内でピストンを往復移動させ、シリンダ内に吸入した液体を、シリンダの一端の吐出ポートからシリンダ外に吐出する液体吐出装置のシリンダに臨むピストン先端部は逆止弁が装着される。なお、ピストンには、プランジャも含むものとする。ピストン内部には、シリンダ外部からピストン先端部に連通する吸入ポートが形成される。逆止弁は、シリンダ内の流体の圧力が吸入ポート内の圧力より低下するときに開き、他の状態では閉じる。ピストンを上昇させる際には、シリンダ内の液体の圧力が吸入ポート内の圧力よりも低下するので、逆止弁が開き、液体がシリンダ外部からピストン先端部の吸入ポートを通ってシリンダ内に供給される。したがって、シリンダ内の減圧による真空状態はほとんど生じないので、シリンダ内に残留する液体からの気泡発生を抑えることができる。また、シリンダ内の圧力が小さくなれば、逆止弁が開いてシリンダ外部からピストン内部の吸入ポートを通って液体がシリンダ内に供給される流速は小さく、流れに伴って発生する圧力差も小さくなって気泡の発生を抑えることができる。
【００１３】
また、逆止弁を弾性体材料で形成し、圧力差に応じて開閉する舌状部で逆止弁としての機能を実現するので、弁体をばねで一方向に付勢する形式の逆止弁などに比較して、洗浄が容易であり、異なる液体の吐出への切換えも容易である。弾性体材料によって形成される逆止弁にはシリンダとの摺動面をシールするシール部も有するので、多連化する場合の加工誤差等を吸収し、確実な吐出を行うことができる。
【００１４】
また本発明で前記ピストン先端部には、逆止弁保持用の凹部が形成され、
前記逆止弁には、該凹部に嵌合する凸部が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、弾性体材料によって形成される逆止弁は、ピストン先端部に形成される逆止弁保持用の凹部に、凸部を嵌合させてピストン先端部に保持することができる。逆止弁を変形させて嵌合部をピストン先端部の凹部から外せば、逆止弁をピストン先端部から容易に取外すことができ、ピストンや逆止弁の洗浄あるいは逆止弁の交換などの作業を容易に行うことができる。
【００１６】
また本発明は、前記吐出ポートに、前記ピストンの往復移動に同期して、前記ピストン先端部と前記シリンダの内壁とで囲まれる容積の減少および増加に応じ、開および閉にそれぞれ変化する開閉弁を備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、シリンダから液体を吐出する吐出ポートに開閉弁を設け、ピストンの往復移動に同期して開閉させるので、シリンダから液体の吐出の際には開いて液体を確実に吐出させ、シリンダ内への液体の吸入の際には閉じてピストン先端部に装着する逆止弁を開いての液体の供給を確実に行わせることができる。
【００１８】
また本発明で前記開閉弁は、逆止弁であることを特徴とする。
本発明に従えば、吐出ポートに備える開閉弁が逆止弁であるので、外部からの操作を要せず、自動的にピストンの往復移動に対応する開閉動作を行うことができる。
【００１９】
また本発明で前記開閉弁は、
前記液体の流路となり、可撓性を有するチューブと、
チューブの外部に設けられ、チューブを挟んで液体の流路を閉じ、チューブを開放して液体の流路を開くピンチ部材とを含むことを特徴とする。
【００２０】
本発明に従えば、吐出ポートに備える開閉弁を、液体の流量となるチューブをピンチ部材で開閉する構成としているので、ピンチ部材の作動状態を外部から制御することによって、容易にピストンの往復移動と同期した制御を行うことができる。
【００２１】
また本発明は、前記ピストン、前記シリンダ、前記逆止弁および前記開閉弁が同軸上に配置される吐出ユニットを複数組と、
該複数組の吐出ユニットをマトリクス状に配列させる状態で支持する支持手段と、
該複数組の吐出ユニットのシリンダに対し、ピストンを同時に往復移動させる移動手段とを含むことを特徴とする。
【００２２】
本発明に従えば、ピストン、シリンダ、逆止弁および開閉弁を同軸上に配置する吐出ユニットを複数組支持手段にマトリクス状に配列させて支持するので、吐出ユニット間の間隔を狭め、高密度で吐出ユニットを配列することができる。複数組の吐出ユニットのシリンダには、移動手段によってピストンが同時に往復移動させることができるので、複数のノズルから同時に液体の吐出を行うことができる。
【００２３】
また本発明は、前記ピストン、前記シリンダ、前記逆止弁および前記開閉弁が同軸上に配置される吐出ユニットを複数組と、
該複数組の吐出ユニットをマトリクス状に配列させる状態で支持する支持手段と、
該複数組の吐出ユニットのシリンダに対し、ピストンを同時に往復移動させる移動手段と、
前記ピンチ部材による前記チューブの開閉を、マトリクスを構成する各列を一括して行う開閉手段とを含むことを特徴とする。
【００２４】
本発明に従えば、ピストン、シリンダ、逆止弁およびチューブとピンチ部材とから成る開閉弁を同軸上に配置する吐出ユニットを複数組支持手段にマトリクス状に配列し、ピストンを同時に往復移動させるので、複数のノズルからの吐出を同時に行うことができる。ピンチ部材によるチューブの開閉は、マトリクスを構成する各列を一括して行うので、液体の吐出のタイミングを一括して調整することができる。
【００２５】
また本発明で前記移動手段は、前記ピストンの移動方向についてのピストンの相対的な位置を、各シリンダ毎に調整可能であることを特徴とする。
【００２６】
本発明に従えば、移動手段がピストンを移動させる際に、ピストンの移動方向についての相対的な変位を各ピストン毎に調整可能であるので、加工誤差を吸収することができる。
【００２７】
また本発明は、前記ピストンの移動量を制御して、前記吐出ポートからの液体の吐出量を制御する制御手段を備えることを特徴とする。
【００２８】
本発明に従えば、制御手段によってピストンの移動量を制御して吐出ポートからの液体の吐出量を制御するので、定量の液体の吐出を行うことができ、たとえば液状樹脂の注型などの際に、一定量ずつの液状樹脂の吐出を容易に行うことができる。
さらに本発明は、シリンダ内壁とピストン外壁との間に隙間を形成しておき、
ピストン先端部に、該隙間に連通する液体吸入ポートを形成しておき、ピストン先端部に液体吸入ポートを形成しておき、
ピストン先端に、シリンダ内の液体の圧力が吸入ポート内の圧力より低下するとき、すなわちピストン先端部がシリンダの一端から離反する上昇時に開き、ピストンの先端部がシリンダの一端に接近する下降時には閉じて液体が逆流しないような逆止弁を、圧力差に応じて開閉する舌状部と、シリンダとの摺動面をシールするシール部とを有するように、弾性材料で形成しておき、
ピストンを下降させて、閉じた逆止弁でシリンダの一端と逆止弁との間の空間内の液体をシリンダの一端に設ける吐出ポートからシリンダ外に吐出し、
ピストンを上昇させて、液体を逆止弁とシリンダの一端との間の空間に補充することを特徴とする液体吐出方法である。
本発明に従えば、ピストンの先端部を吐出ポートが設けられるシリンダの一端に接近するように下降させると、ピストンの先端に弾性材料で形成される逆止弁が閉じた状態で、逆止弁とシリンダの一端との間の空間内の液体を吐出ポートからシリンダ外に吐出することができる。ピストンの先端をシリンダの一端から離反させるように上昇させると、逆止弁とシリンダの一端との間の空間内に存在する液体の圧力がピストンの先端部に形成される吸入ポート内の圧力よりも低下して、逆止弁の舌状部が開く。シリンダ外壁とピストン内壁との間には、吸入ポートに連通する隙間が形成されているので、この隙間を通じて、液体を吸入ポートからシリンダの一端と逆止弁との間の空間に補充することができる。補充される液体の流速を小さくすることができるので、流れに伴って発生する圧力差も小さくなって、気泡の発生を抑えることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態の液体吐出装置３０の基本的な構成を示す。図１（ａ）は、シリンダ３１に対してプランジャ３２を停止している状態を示す。図１（ｂ）は、プランジャ３２をシリンダ３１から引上げて退出させている状態を示す。図１（ｃ）は、プランジャ３２をシリンダ３１内に押し下げて侵入させている状態を示す。シリンダ３１の内周面とプランジャ３２の外周面との間には隙間があり、シリンダ３１の上方に設ける樹脂槽３３から液状樹脂が容易に流入することができる。シリンダ３１の下方には、ノズル３４が装着され、シリンダ３１内の液状樹脂が外部に吐出される。プランジャ３２の先端部には、フッ素ゴムなどの弾性体で成形されたチェック弁３５が装着される。シリンダ３１とノズル３４との間には、開閉弁であるピンチバルブ３６が設けられる。ピンチバルブ３６は、シリコンなどの可撓性があるゴムあるいは樹脂材料で形成されるチューブ３７を、ローラ３８と背板３９とで挟んで開閉を行う。プランジャ３２の先端部分の内部には吸入ポート４０が形成され、プランジャ３２の先端部中央から軸線に沿って形成される通路４０ａと、その通路４０ａから外周面に放射状に延びるように形成される通路４０ｂとを含む。
【００３０】
チェック弁３５は、プランジャ３２の先端部の外周に形成される溝４１に嵌合する嵌合部４２を有する。嵌合部４２は、チェック弁３５の基端部から径方向の内方に突出して形成される。チェック弁３５には、径方向の外方に突出するシール部４３も形成され、プランジャ３２の外周面とシリンダ３１の内周面との間の隙間をシールする。シリンダ３１とプランジャ３２との間には、液状樹脂の流路として、大きな隙間が設定される。ゴム材のシール部４３によって、この隙間が大きくても確実にシールすることができるので、多連化するときの加工誤差で、プランジャ３２の取付ピッチ誤差やシリンダ３１の孔ピッチ加工誤差等があっても、確実にシールを行い、摺動抵抗の減少と、隙間を通しての液状樹脂の供給とを容易に行うことができる。チェツク弁３５の先端にはダックビル部４４が形成され、シリンダ３１内の液状樹脂の圧力と吸入ポート４０内の液状樹脂の圧力との差に応じてスリットが開閉する。チェック弁３５は弾性体で形成するので、容易に洗浄することができ、ＬＥＤに色違い樹脂を使用するときの準備も容易となる。一般的にばねを使用するチェック弁では、洗浄は困難である。
【００３１】
チューブ３７は、シリンダ３１の下端に装着する吐出ポート部材の４５の下端に接続される。吐出ポート部材４５は、シリンダ３１の下端部に挿入され、挿入部にはＯリング４６によるシールが行われる。ノズル３４は、ノズル取付板４８に取付けられ、チューブ３７の下端に接続される。ノズル３４は、多連化する際の位置精度を確保するため、金属にて加工される。万一、モールド加工型と衝突しても、衝撃の際にモールド型を傷つけないように、フッ素樹脂などによるカバー４９を取付ている。プランジャ３２の軸線３２ａとノズル３４の軸線３４ａは同軸であり、吐出ポート部材４５も同一の軸線上に配置される。
【００３２】
図１（ｂ）では、プランジャ３２を引き上げて液状樹脂を樹脂槽３３からシリンダ３１内に供給する状態を示す。このとき、ピンチバルブ３６は、ローラ３８と背板３９との間でチューブ３７を挟んで閉じた状態にする。チェツク弁３５のダックビル部４４は、シリンダ３１内の液状樹脂の圧力が低下し、次の第１式の関係が成立するようになるので、開いた状態となる。
【００３３】
Ｐ０ − Ｐ１ ＞ Ｐ３ …（１）
ここで、Ｐ０は樹脂槽３３の圧力であり、通常は大気圧である。樹脂槽３３を加圧すると、その圧力となる。Ｐ１は、ダックビル部４４が開く圧力差である。Ｐ３は、チェツク弁３５とピンチバルブ３６との間に形成されるシリンダ３１およびチューブ３７内の計量室の圧力である。第１式が満たされると、ダックビル部４４のスリットが開き、樹脂槽３３内の液状樹脂が、シリンダ３１の内周面とプランジャ３２の外周面との間の隙間から吸入ポート４０を通り、シリンダ３１内の計量室に供給される。ただしシリンダ３１の上昇速度を速くし過ぎると、計量室内の圧力Ｐ３が一気に減圧されるので、急激な圧力差によって気泡が発生する恐れがある。
【００３４】
図１（ｃ）は、シリンダ３１内の計量室に吸入された液状樹脂を、プランジャ３２を下降させることによって、ノズル３４から吐出させる状態を示す。このときには、ピンチバルブ３６のローラ３８を背板３９から離し、チューブ３７を開いておく。吸入ポート４０内の圧力Ｐ０よりも計量室内の圧力Ｐ３の方が大きくなる。チェツク弁３５は、弾性体材料で成形されており、そのダックビル部４４は閉じている。プランジャ３２の下降で計量室内の液状樹脂をノズル３４から外部に吐出させることができる。このとき、プランジャ３２の外周面とシリンダ３１の内周面との間に形成され、チェツク弁３５のシール部４３で封止される空間の体積も、プランジャ３２の下降とともに増大するけれども、この部分には樹脂槽３３から液状樹脂が供給される。また、下降速度が過大になると、チェツク弁３５のダックビル部４４が変形して、逆止弁としての機能を果さなくなる可能性もあるのでプランジャ３２の下降速度も適正な範囲に止める必要がある。
【００３５】
図２は、図１の液体吐出装置３０の吐出ユニットとして、複数配列する液体樹脂注型機５０の概略的な構成を示す。図１の液体吐出装置３０のシリンダ３１は、シリンダ板５１に取付けられ、プランジャ３２はプランジャ取付板５２にそれぞれ取付けられる。樹脂槽３３に対しては、供給ポート５３に樹脂供給槽５４から樹脂供給管５５を介して液状樹脂が供給される。樹脂供給槽５４へは、原料樹脂供給管５６から、液状樹脂の主剤や硬化剤等の原料がすでに配合、脱泡された混合完樹脂が投入される。液状樹脂は、注型された後、たとえば加熱などによって硬化する。
【００３６】
図３は、図２に示すような液状樹脂注型機５０に用いるモールド治具６０の構成を示す。モールド治具６０には液状樹脂注型機５０のノズル３４の配置に対応するモールド型として、パッケージ注型ワーク６１が設けられる。ただし、たとえば図１１に示すＬＥＤ１０のパッケージ１５をポッティングによって形成する際には、各パッケージ注型ワーク６１内に発光素子１１を装着すると、フレームが邪魔となって注型しにくくなるので、一般的にはポッティング後に、ボンディングワイヤ１４によるワイヤボンドを行ったリードフレーム１２，１３を装着する。ポッティングは、ノズル３４から液状樹脂を吐出して行う。各パッケージ注型ワーク６１に対して液状樹脂のポッティングを行い、発光素１１およびリードフレーム１２，１３等を液状樹脂中に挿入した後は、モールド治具６０を加熱硬化装置に挿入して樹脂の硬化を行わせる。図１に示すように、液体吐出装置３０による吐出ユニットの各部を同軸上に配置すると、パッケージ注型ワーク６０の配列ピッチＰを小さくすることができる。
【００３７】
図４および図５は、図３に示すモールド治具６０に対して液状樹脂の吐出を行う液状樹脂注型機５０の正面図および側面図をそれぞれ示す。シリンダ板５１内には、ヒータ６２を挿入し、シリンダ内を加熱使用することによって、液状樹脂の粘度を低下させることができる。一般に液体の粘度を低下させれば、液体自身の流れによる圧力差の発生を小さくし、気泡の巻き込みを低減させることができる。樹脂槽３３には、液面センサ６３を設け、樹脂槽３３内に貯留される液状樹脂の量を調整する。液状樹脂の液面は、上限用の液面センサ６３ａと下限用の液面センサ６３ｂとによって管理される。
【００３８】
プランジャ取付板５２は、支柱６４に沿って移動する移動部材６５に連結される。移動部材６５は、支柱６４に沿って設けられる駆動軸６６によって昇降変位を行う。駆動軸６６は、たとえばボールねじであり、その上端に取付ける従動プーリ６７を、ベルト６８を介して駆動する駆動プーリ６９を出力軸に取付けたパルスモータ７０で回転駆動する。パルスモータ７０の角変位量を制御することによって、プランジャ取付板５２の移動量を調整し、ノズル３４からの液状樹脂の吐出量を制御することができる。なお、移動部材６５およびプランジャ３２については、最も上昇した位置と下降した位置とを示す。
【００３９】
移動部材６５とプランジャ取付板５２との間には、微調整ボルト７１、微調整ナット７２およびばね７３を含む微調整機構が設けられる。微調整機構は、各プランジャ３２のプランジャ取付板５２への取付位置を上下方向で個別に調整することができる。また、各ピンチバルブ３６のローラ３８は、たとえばエアシリンダなどを含むローラ移動機構７４で同時に移動させ、チューブ３７の開閉を行うことができる。
【００４０】
図６は、図１（ｂ）に示すようにプランジャ３２をシリンダ３１から退出させて液状樹脂をシリンダ３１内の計量室に吸入する際のプランジャ３２の上昇速度と発生する気泡の大きさとの関係を示す。シリンダ３１の内径は約４ｍｍであり、プランジャ３２が移動する長さは約１６ｍｍである。液状樹脂の粘度は約５００ｃｐｓである。目視で発泡が認められない限度である０．０５以下の気泡の範囲となるのは、斜線を施して示すようなプランジャ３２の上昇速度が１．２５ｍｍ／ｓｅｃ以下の範囲である。したがってこの範囲が最適条件範囲となる。なお、図１（ｃ）に示すように、プランジャ３２を下降させて液状樹脂を吐出する際の最適な下降速度は、約２．５ｍｍ／ｓｅｃであることが判明している。
【００４１】
図７は、本発明の実施の第２形態の概略的な構成を示す。本実施形態で、図１に示す実施の第１形態の液体吐出装置３０に対応する部分には同一の参照符を付し、重複した説明を省略する。本実施形態では、シリンダ３１の下方に直接ノズル７５を装着し、ノズル７５の軸線７５ａはプランジャ３２の軸線３２ａと合わせる。ノズル７５の上端には、ノズル部チェック弁７６を設ける。ノズル部チェック弁７６は、フッ素ゴムなどの弾性体で形成され、中央の開閉部７７と周辺のシール部７８とを有する。シール部７８は、ノズル７５を取付けるノズル取付板７９とシリンダ３１を取付けるシリンダ板５１との間で挟持され、液体の漏れが生じないようにシールする。
【００４２】
図７（ａ）は、プランジャ３２がシリンダ３１に対して静止している状態を示す。この状態では、プランジャ３２の先端部に装着するチェック弁３５もノズル部チェック弁７６もともに閉じている。図７（ｂ）は、プランジャ３２を上昇させている状態を示す。この状態では、図１（ｂ）と同様に、プランジャ３２の先端のチェック弁３５が開き、樹脂槽３３から液状樹脂がチェック弁３５とノズル部チェック弁７６との間の計量室内に吸入される。
【００４３】
図７（ｃ）は、プランジャ３２を下降させて、計量室内の液状樹脂をノズル７５から吐出させている状態を示す。計量室内の液状樹脂の圧力Ｐ３は吸入ポート４０内の液状樹脂の圧力Ｐ０よりも大きくなる。弾性体で形成されるダックビル部４４のスリットは閉じている。また、次の第２式のように、計量室内の圧力Ｐ３がノズル部チェック弁７６が開く圧力Ｐ４および大気圧Ｐ５よりも大きくなれば、ノズル部チェック弁７６の開閉部７７も開き、液状樹脂が計量室から吐出される。
【００４４】
Ｐ３ ＞ Ｐ４ ＋ Ｐ５ …（２）
図８は、図７に示す液体吐出装置８０を吐出ユニットとして複数マトリクス状に配置した液状樹脂注型機９０の側面図を示す。本実施形態の液状樹脂注型機９０では、図４および図５に示す液状樹脂注型機５０では必要な、ピンチバルブ３６を開閉するためのローラ３８を移動するローラ移動機構７４を省略することができる。本実施形態では、プランジャ取付板５２の下降で、各ノズル７５から、液状樹脂を一斉に吐出することができる。
【００４５】
図９は、各プランジャ３２毎に、相対的な位置を調整し、各ノズル７５毎に吐出する液状樹脂の量を微調整する考え方を示す。図９（ａ）に示すように、プランジャ取付板５２に対して、プランジャ３２の上端の吐出量を、微調整ボルト７１および微調整ナット７２で調整する。プランジャ３２の上端には、スプリングシート９１が設けられ、プランジャ取付板５２の上面との間に設けるばね７３で、プランジャ３２を上方に押し上げる。プランジャ３２の上端を、微調整ボルト７１の先端で押し下げれば、各プランジャ３２毎に、プランジャ３２の先端がシリンダ３１内に侵入開始する吐出開始レベルの調整を行うことができる。ここで、２つのプランジャ３２の差をＡと設定する場合を想定する。
【００４６】
図９（ｂ）は、プランジャ取付板５２を、吐出ストロークＢだけ下降させた状態を示す。一方のプランジャ３２による吐出量Ｖ１は、次の第３式で表される。なお、シリンダ３１の内径をφＣとする。
【００４７】
【数１】
他方のプランジャ３２の吐出量Ｖ２は、次の第４式で表される。
【００４９】
【数２】
第３式および第４式の差から、２つの吐出ユニット間の吐出量の差は、次の第５式によって表される。
【００５１】
【数３】
このような吐出量の調整は、図４および図５に示すような液状樹脂注型機５０でも同様に可能である。各実施形態の液状樹脂注型機５０，９０では、パルスモータ７０、プランジャ３２の移動のための駆動を行うので、プランジャ３２の移動量を１／１０００ｍｍ単位で管理し、個々の加工性とバラツキに対応する超微量の吐出量バラツキを図９に示すような各プランジャ３２のプランジャ取付板５２への取付高さの変更で対応させることができる。
【００５３】
実施の第１形態および第２形態の液体吐出装置３０，８０を液状樹脂注型機５０，９０にそれぞれ適用すると、液状樹脂中に混入する気泡の発生を防止することができるので、液状樹脂を注型して形成する半導体などの信頼性を高めて品質の向上を図ることができ、さらに高い定量性を確保して品質の向上を図ることができる。また、液体吐出装置３０，８０を吐出ユニットとして、複数をマトリクス状に配置する場合に、各構成要素が同軸上に配置されているので、取付ピッチを短くすることができ、高密度でノズル３４，７５をそれぞれ配置することができる。実施の第１形態のように、ピンチバルブ３６を吐出ポート側に設けると、調整や制御を容易に行うことができる。実施の第２形態のように、ノズル部チェック弁７６を用いてダブルチェック弁方式を採用すると、構成を簡略化して低コストでマトリクス配列を実現することができる。
【００５４】
なお、各実施形態の液体吐出装置３０，８０は液状樹脂注型機５０，９０への液状樹脂の定量吐出のために用いるばかりではなく、接着剤や潤滑油などを始め化学工業など、各種の液体を取扱う場合の吐出装置として広く用いることができる。本発明を適用した液体吐出装置では、気泡の発生を抑えることができるので、気泡の混入に起因する不具合を避けることができ、さらに定量性も確保することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ピストンの先端部に逆止弁を設け、ピストン内部に吸入ポートを設けて、ピストンがシリンダから退出してシリンダ内が減圧されるときに、シリンダ外部から液体が吸入ポートを通ってシリンダ内に供給されるようにしているので、シリンダ内外の圧力差が大きくならないうちにシリンダ内に液体を供給することができ、減圧による気泡の発生や液体流れによる気泡の発生を抑えることができる。シリンダ内に吸入される液体に気泡が発生しないので、気泡混入のない液体を吐出することができる。
【００５６】
また、ピストン先端部に装着する逆止弁は弾性体材料によって形成されるので、容易に洗浄することができ、異なる液体の吐出への切換えも容易に行うことができる。逆止弁には、ピストンとシリンダとの摺動部面に対するシール部も設けられるので、多連化などの際に、加工誤差の影響を吸収することができる。
【００５７】
また本発明によれば、弾性体で形成する逆止弁を、容易にピストン先端部に着脱することができ、逆止弁の洗浄や交換を容易に行うことができる。
【００５８】
また本発明によれば、吐出ポートには開閉弁が備えられ、開閉弁はピストンの往復移動に同期して開閉するので、シリンダ内への液体の吸入とシリンダからの液体の吐出とを確実に行うことができる。
【００５９】
また本発明によれば、吐出ポートに備える開閉弁が逆止弁であるので、外部からの制御を行わなくてもピストンの移動に同期した開閉動作を行わせることができる。
【００６０】
また本発明によれば、チューブを挟むピンチ部材の作動状態をピストンの移動と同期させることによって、開閉弁の開閉動作の同期を容易に行わせることができる。
【００６１】
また本発明によれば、ピストン、シリンダ、逆止弁および開閉弁を含む吐出ユニットをマトリクス状に高密度で配列し、複数のノズルから液体を同時に吐出することができる。
【００６２】
また本発明によれば、高密度のマトリクスを形成するように配列される吐出ユニットのピンチ部材を、マトリクスを構成する各列を一括して操作して、液体を吐出するタイミングを合せることができる。
【００６３】
また本発明によれば、複数の吐出ユニットでピストンの相対的な位置を調整し、取付誤差などを吸収することができる。
【００６４】
また本発明によれば、気体の混入のない液体を吐出することができるので、吐出量の精度を高めることができる。
さらに本発明によれば、ピストンを下降させると、ピストンの先端に弾性材料で形成される逆止弁が閉じた状態で、逆止弁とシリンダの一端との間の空間内の液体を吐出ポートからシリンダ外に吐出することができる。ピストンを上昇させると、逆止弁の舌状部が開き、シリンダ外壁とピストン内壁との間の隙間を通じて、液体を吸入ポートからシリンダの一端と逆止弁との間の空間に補充することができる。補充される液体の流速を小さくすることができるので、流れに伴って発生する圧力差も小さくなって、気泡の発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の液体吐出装置３０の基本的な構成および動作を示す簡略化した断面図である。
【図２】図１の液体吐出装置３０を用いる液状樹脂注型機５０の基本的な構成を示す簡略化した断面図である。
【図３】図２に示す液状樹脂注型機５０に用いるモールド治具６０の構成を示す斜視図である。
【図４】図３に示すモールド治具６０に対して液状樹脂を吐出する液状樹脂注型機５０の正面図である。
【図５】図４の液状樹脂注型機５０の側面図である。
【図６】図４および図５に示す液状樹脂注型機５０で、プランジャ３２の上昇速度の適正な範囲を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の第２形態の液体吐出装置８０の構成および動作を示す簡略化した断面図である。
【図８】図７の液体吐出装置８０を用いる液状樹脂注型機９０の側面図である。
【図９】図８の液状樹脂注型機９０で、各プランジャ３２毎に相対的な位置を微調整する考え方を示す図である。
【図１０】従来からの液体吐出装置の基本的な構成を示す簡略化した断面図である。
【図１１】液状樹脂を注型してパッケージを形成するＬＥＤの構成を示す斜視図である。
【図１２】図１０の構成の液体吐出装置の動作状態と気泡混入状態を示す図である。
【符号の説明】
３０，８０ 液体吐出装置
３１ シリンダ
３２ プランジャ
３３ 樹脂槽
３４，７５ ノズル
３５ チェック弁
３６ ピンチバルブ
３７ チューブ
３８ ローラ
３９ 背板
４０ 吸入ポート
４１ 溝
４２ 嵌合部
４３ シール部
４４ ダックビル部
４８ ノズル取付板
５０，９０ 液状樹脂注型機
５１ シリンダ板
５２ プランジャ取付板
６０ モールド治具
６１ パッケージ注型ワーク
６２ ヒータ
６３ 液面センサ
７０ パルスモータ
７１ 微調整ボルト
７２ 微調整ナット
７３ ばね
７４ ローラ移動機構
７６ ノズル部チェック弁
７７ 開閉部
７８ シール部
７９ ノズル取付板
Claims (10)
- ピストンの往復移動によって、シリンダ内に液体を吸入し、シリンダの一端の吐出ポートからシリンダ外に液体を吐出する液体吐出装置において、
シリンダ内壁とピストン外壁との間に、液体を計量室内へ取込むべく、ピストン先端部に液体吸入ポートを形成し、また、
シリンダ内の液体の圧力が吸入ポート内の圧力より低下するとき、すなわちピストン上昇時に開き、ピストン下降時には逆流しないような逆止弁をピストン先端に備え、
前記逆止弁は、弾性体材料によって形成され、圧力差に応じて開閉する舌状部と、前記シリンダとの摺動面をシールするシール部とを有することを特徴とする液体吐出装置。 - 前記ピストン先端部には、逆止弁保持用の凹部が形成され、
前記逆止弁には、該凹部に嵌合する凸部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。 - 前記吐出ポートに、前記ピストンの往復移動に同期して、前記ピストン先端部と前記シリンダの内壁とで囲まれる容積の減少および増加に応じ、開および閉にそれぞれ変化する開閉弁を備えることを特徴とする請求項１または２記載の液体吐出装置。
- 前記開閉弁は、逆止弁であることを特徴とする請求項３記載の液体吐出装置。
- 前記開閉弁は、
前記液体の流路となり、可撓性を有するチューブと、
チューブの外部に設けられ、チューブを挟んで液体の流路を閉じ、チューブを開放して液体の流路を開くピンチ部材とを含むことを特徴とする請求項３記載の液体吐出装置。 - 前記ピストン、前記シリンダ、前記逆止弁および前記開閉弁が同軸上に配置される吐出ユニットを複数組と、
該複数組の吐出ユニットをマトリクス状に配列させる状態で支持する支持手段と、
該複数組の吐出ユニットのシリンダに対し、ピストンを同時に往復移動させる移動手段とを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液体吐出装置。 - 前記ピストン、前記シリンダ、前記逆止弁および前記開閉弁が同軸上に配置される吐出ユニットを複数組と、
該複数組の吐出ユニットをマトリクス状に配列させる状態で支持する支持手段と、
該複数組の吐出ユニットのシリンダに対し、ピストンを同時に往復移動させる移動手段と、
前記ピンチ部材による前記チューブの開閉を、マトリクスを構成する各列を一括して行う開閉手段とを含むことを特徴とする請求項５記載の液体吐出装置。 - 前記移動手段は、前記ピストンの移動方向についてのピストンの相対的な位置を、各シリンダ毎に調整可能であることを特徴とする請求項６または７記載の液体吐出装置。
- 前記ピストンの移動量を制御して、前記吐出ポートからの液体の吐出量を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項３〜８のいずれかに記載の液体吐出装置。
- シリンダ内壁とピストン外壁との間に隙間を形成しておき、
ピストン先端部に、該隙間に連通する液体吸入ポートを形成しておき、ピストン先端部に液体吸入ポートを形成しておき、
ピストン先端に、シリンダ内の液体の圧力が吸入ポート内の圧力より低下するとき、すなわちピストン先端部がシリンダの一端から離反する上昇時に開き、ピストンの先端部がシリンダの一端に接近する下降時には閉じて液体が逆流しないような逆止弁を、圧力差に応じて開閉する舌状部と、シリンダとの摺動面をシールするシール部とを有するように、弾性材料で形成しておき、
ピストンを下降させて、閉じた逆止弁でシリンダの一端と逆止弁との間の空間内の液体をシリンダの一端に設ける吐出ポートからシリンダ外に吐出し、
ピストンを上昇させて、液体を逆止弁とシリンダの一端との間の空間に補充することを特徴とする液体吐出方法。
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