JP4786433B2 - 液滴射出装置 - Google Patents
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Description
すなわち、特許文献1の図4を参照すると、先端にノズル11を設けたシリンダ10内に、ピストン(プランジャー)12を高速で上下往復動可能に配設するとともにピストン12下に液溜室を形成し、その液溜室には接着剤(射出液)がシリンジ42から供給管口部53を通して供給されるようにし、液溜室へ供給された接着剤を下降時のピストンにより加圧してノズル11より吐出(射出)させるようにした接着剤吐出装置が開示されている。そして、上記供給管口部53には逆止弁54が内蔵されており、この逆止弁54により、ピストン12の上昇時にシリンジ42から液溜室へ接着剤の導入を可能にするとともに、ピストン12が下降する加圧時に液溜室から供給管口部53方向への接着剤の逆流を防止するようにしている。
一方、特許文献2は、前記のとおり導電インクの逆流防止について配慮がなされておらず、液溜室内の圧縮力を増大させる構造的な改善についても何らの考慮もされていない。
また、本発明は液溜室の増圧機能及び逆流防止機能を簡易な構造により達成できるようにして、製作上の利便性も確保せんとするものである
この本発明によれば、シリンダ孔と液溜室との臨界面に配設したダイアフラムがプランジャーの上下微振動に追従して弾性変形するので、その下向き膨出時にプランジャーだけの場合よりも液溜室に強い圧縮力を付与する。また、液溜室の圧縮時に射出液が導入路を通して供給路側へ逆流しようとするが、二又路を逆行する射出液は二又路の合流点(分岐点)において衝突し逆流が阻止される。
なお、上記プランジャーを上下微振動させる駆動源は、制御のし易さや高速性を考慮すると圧電素子を使用したアクチュエータが好ましいが、それに限定されるものではなく、例えば、エアシリンダー、あるいはパルスモータなどの電動モータ、さらにはカム機構など公知の手段を採用することも自由である。
また、上記プランジャーチップを設ける場合に、該チップが必然的に液溜室内へ突出するが、そのプランジャーチップを逆円錐台形とすることが好ましい(請求項3)。それにより、液溜室内の空間をその内壁面に沿って適度に狭めるので、プランジャーチップが下降する際に液溜室内の圧縮力をさらに増圧させることができる。
さらに、上記プランジャーチップの先端面に凹面部を形成すれば(請求項4)、射出液の直進性が確保されてさらに好ましい。
また、本発明においては、射出液としては前記導電インク、樹脂溶液など各種の液体材料や試料を使用することができるが、その選択材料の一つとして、導電インク、すなわち金属微粒子を含んだ配線回路の描画用分散液に適用する(請求項7)。
また、請求項5や請求項6のような逆流防止機構を二又路という流路構造により構成したので、逆止弁などメカニカルな機構に比べ、液滴射出後に導電インクを液溜室へ補給する際の応答性に優れて、導電インクの補給遅れがなく液滴射出の高速化を図ることができるとともに構造簡易にして耐久性に優れ、しかもメンテナンスも容易である。さらに、二又路、環状路を含む導入路をダイアフラムに設けるので、エッチング加工を施すことにより導入路を形成でき製作が容易である(請求項1,5,6)。
また、請求項4によれば、プランジャーチップの先端面に形成した凹面部により射出液が射出孔の軸心へ誘導されるので、射出液の直進性を高めて所定位置へ高精度に射出させることができる。
図1は、装置全体を示す断面側面図であって、図中の符号1はケーシング、2は射出ノズル、3は駆動源として例示する圧電素子、4はプランジャー、5は導電インクを射出ノズル2へ供給する供給口管である。
圧電素子3は、例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)を主成分とする圧電材料と内部電極を交互に積み重ねた積層型であって、電圧を印加することによって積層方向(長手方向)の変位が得られるものであり、図示例においては、狭いケーシング1内に配置されて前記プランジャー4に向け集中的に出力するように長方体形状のものを使用している。
そして、圧電素子3は、電源コード17により印加される電圧の周波数及び波形によって微伸縮動をし、それを駆動源として前記プランジャー4を上下微振動(微小な下降動作と上昇動作)させる。すなわち、圧電素子3の伸長時にその伸長量だけプランジャー4を下降させ、電圧の印加が停止したときに弾性部材15の弾性復元力によって圧電素子3が収縮してプランジャー4を上昇復帰させ、その反復動作によりプランジャー4が高速で上下微振動をするものである。
この射出ノズル2は、そのノズルホルダー2aを前記ボルト11によりケーシング1の下端面に取り付けるが(図1参照)、前記シリンダ孔20の下端に液溜室8が対向するとともに、そのシリンダ孔20、液溜室8及び射出孔10は前記プランジャー4の軸心と同一軸心上に配置されるように形成し(図2参照)、しかも、ノズルホルダー2aの上面とケーシング1の下端面との間にダイアフラム30を挟着状に介在させた構成とする。すなわち、上記シリンダ孔20と液溜室8との臨界面にダイアフラム 30を配設した構成とする(図2の要部をさらに拡大した図4参照)。
そして、プランジャーチップ4aは、図示のように、ホーン状の液溜室8の上部に位置して室内面との間に適度の間隔を形成する逆円錐台形とすることが好ましい。
このダイアフラム30は、薄肉となった円形凹陥部31が弾性部材として機能するとともに、前記のとおり、取付孔32に前記プランジャーチップ4aを差込み、表面側の前記マグネットプレート22に嵌め込むことにより組み付けられ、それによって、プランジャーチップ4aの外周と円形凹陥部31の外周壁との間に環状溝からなる環状路33が形成される(図5(b)参照)。ダイアフラム30は図5とは表裏反対にしてプランジャー4に取り付けられることから、環状路33は射出ノズル2の液溜室8の上面に開口状対向して配置される(図2、図4参照)。
そして、ケーシング1の下部外周には、導電インクを射出ノズル2へ供給する供給口管5が配設され、該管5に接続する供給路37が前記導入路36の導入口35に接続され、その導入口35、流路34、二又路34a,34b及び環状路33を通して液溜室8へ導電インクが供給される構成である(図1、図2参照)。
なお、図1において、符号23はプランジャー4を摺動させるためのメタルブッシュである。
そして、ダイアフラム30を配設したことにより、液溜室8の上面が完全に密閉されるので、プランジャー4の下降動作に連動したダイアフラム30、詳しくは円形凹陥部31の弾性変形により液溜室8内の圧縮力が増大するとともに、液溜室8のホーン形状と該液溜室8に突出したプランジャーチップ4aにより液溜室8内の導電インクを圧縮する加圧力がさらに増圧される。
したがって、二又路34a,34bの逆流防止作用により、プランジャー4による加圧時の圧力損失を最小にするので、前記ダイアフラム30及びプランジャーチップ4aの増圧作用と相俟って導電インクの液滴射出を確実にすることが可能であるとともに導電インクが高粘度、高密度であっても確実かつ円滑に射出することができる。しかも、二又路により逆流防止機能を付与したことから、逆止弁などメカニカルな機構に比べて、次に導電インクを供給(補給)する際の応答性に優れるので、導電インクの補給遅れがなく液滴射出の高速化を図ることができる。
図7において、導入路136は、導入口135に続く流路134を滑らかな曲線溝形状として環状路133へ接続したもの、すなわち、流路134と二又路134aとを連続一体に形成して、それを主として導電インクの流入用とし、他方の二又路134bを環状路133から前記二又路134aの途中部位に接続した曲線溝形状とする。また、後者の二又路134bは、環状路133側の開口部の溝幅を最大とし、二又路134aとの接続部に向けて順次に溝幅を狭く形成する。
この図7の実施形態によれば、上記プランジャー4が下降する液溜室8の加圧時に、環状路133から二又路134bへ逆流しようとする導電インクは、二又路134bを逆流する間に溝形状により徐々に流動圧を高めて合流点Pにおいて流れ易い方向、すなわち二又路134aの環状路133側へ向かうので導入口135への逆流は阻止される。また、二又路134aへ逆流しようとする導電インクは、前記二又路134aから合流点Pを経て環状路133へ向かう流動圧を受けるので逆流が阻止される。
(b)は、主としてダイアフラムを取り付けるとともに環状路を形成することを目的としたもので、単なる円板状としたプランジャーチップ4bである。このプランジャーチップ4bは、(a)や他と比べて最も射出状態が悪い結果であった。
(c)は、前記プランジャーチップ4aの底面に略半円形の凹面部50を形成したプランジャーチップ4cである。このプランジャーチップ4cは、射出される導電インクの直進性に特に優れるとともに液切れがよく、全体の中で最良の射出状態であった。
(d)は、外形を液溜室の内面形状に沿うR形状として突出長さを大きくしたプランジャーチップ4dである。このプランジャーチップ4dは、液切れはよいが、(c)に比べると射出される導電インクの直進性が劣っていた。
射出テストの結果から判定すると、射出状態がよいプランジャーチップの形状は(c)(d)(a)(b)の順序であった。
2a:ノズルホルダー 2b:ノズル管
3:圧電素子 4:プランジャー
4a〜4d:プランジャーチップ 5:供給口管
10:射出孔 20:シリンダ孔
30:ダイアフラム 33:環状路
133:環状路 34:流路
134:流路 34a,34b:二又路
134a,134b:二又路 35:導入口
135:導入口 36:導入路
136:導入路 50:凹面部
Claims (7)
- ケーシングの先端に微小径な射出孔を有する射出ノズルを設け、ケーシング内には、駆動源によりプランジャーをシリンダ孔内に上下微振動自在に収納し、そのシリンダ孔の先端に前記射出孔へ連なる液溜室を設け、液溜室には射出液を供給する供給路に導入路を介して接続し、その導入路から液溜室内へ供給される射出液をプランジャーの上下微振動によって加圧することにより前記射出孔から射出させるようにした液滴射出装置において、上記シリンダ孔と液溜室との臨界面に前記プランジャーの上下微振動に追従するダイアフラムを配設するとともに該ダイアフラムに前記導入路を形成し、その導入路が、前記液溜室の上面に開口する環状路とそれに連通する二又路を有して前記供給路に接続していることを特徴とする液滴射出装置。
- 上記プランジャーの先端にダイアフラムを挟着するプランジャーチップを取り付けて、該チップの外周に前記導入路の環状路が形成されていることを特徴とする請求項1記載の液滴射出装置。
- 上記プランジャーチップが液溜室内に突出した逆円錐台形を呈し、その液溜室が射出孔に向けて径を順次に小さくなるよう形成されていることを特徴とする請求項2記載の液滴射出装置。
- 上記プランジャーチップが、その先端面に凹面部を有することを特徴とする請求項3記載の液滴射出装置。
- 上記二又路が、左右対称な溝形状であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の液滴射出装置。
- 上記二又路が、一方を主として流入用とする曲線溝形状とし、他方を流入側の途中に接続した曲線溝であって環状路側の溝幅を大きく順次に溝幅を狭くしていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の液滴射出装置。
- 射出液が金属微粒子を含んだ配線回路の描画用分散液であることを特徴とする請求項1記載の液滴射出装置。
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