JP5802347B1 - 微量液体滴下方法および微量液体ディスペンサ - Google Patents

Abstract

【課題】微小径の筒状のノズルを用いてピコリットルオーダーの微量液体を精度良く流出可能な微量液体流出方法を提案すること。【解決手段】微量液体流出方法では、液体通路６の容量可変通路部分１０を外側から加圧して、その内容積が減少する方向に収縮させて、当該容量可変通路部分１０内の液体を、下流側通路部分６Ｂ、上流側通路部分６Ａの双方に押し出す（ステップＳＴ３）。これらの液体通路抵抗に応じて、下流側通路部分６Ｂには微小量の液体が押し出されるので、簡単な制御により、ノズル４の先端口４ａから微量液体を精度良く滴下できる。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば０．５ｍｍ以下の微小径のノズルを用いて、ナノリットルオーダー、さらにはピコリットルオーダーの微量液体の滴下が可能な微量液体滴下方法および微量液体ディスペンサに関する。

基板表面等に液体を滴下あるいは吐出する機構としては空圧式の液体ディスペンサが知られている。液体ディスペンサでは、ポンプ等の加圧子を用いて液体を加圧して、所定径のノズルから液体を滴下あるいは吐出して、対象の基板表面等に液体を塗布する。特許文献１〜３には、このような液体ディスペンサが記載されている。

また、半導体製造工程等における微細パターニングは、空圧式の液体ディスペンサでは困難であり、静電吐出方式の液体吐出ヘッド等が用いられている。このような液体吐出ヘッドは、本発明者等によって特許文献４において提案されている。

一方、特許文献５には、液体を計量分注する微小計量装置が提案されている。ここに提案されている微小計量装置では、流体容器から液体が供給される一定の内径のフレキシブルチューブを備え、フレキシブルチューブを圧電アクチュエータによって駆動される押出器によって押しつぶして、当該フレキシブルチューブの一端に形成されている出口穴から微量の液体を吐出させるようにしている。

押出器の高速移動によって引き起こされる容積変化によって、一方ではフレキシブルチューブの出口穴に向かって流体の流れが起こり、他方では入口路を通して流体容器への逆流が起こる。また、押出器は出口穴の近くに位置決めされ、フレキシブルチューブにおける押出器によって押される部分よりも出口穴側の流体インピーダンスは上流側の入口路の側の流体インビーダンスに比較して低く、押し出される流体の大部分が出口穴から吐出されるようになっている。さらに、押出器によるフレキシブルチューブの押圧面は出口穴の側に向かってセットバックした傾斜面となっており、押圧器でフレキシブルチューブを押圧すると、出口側に向けて多くの流体が押し出される。換言すると、管路抵抗の比で吐出
量を決め、勢い良く流体を出口穴から吐出させるために、軸非対称な状態となるようにフレキシブルチューブを変形させている。

特開平１０−５７８６６号公報 特許第３５６４３６１号公報 特開２００５−７９７号公報 特開２０１０−６４３５９号公報 特表２００７−５０２３９９号公報

静電吐出方式の液体吐出ヘッドの場合には、ヘッドと対象基板の間に生じる静電気力を利用している。したがって、吐出対象の素材が非導電性素材（誘電性あるいは誘電性の高い素材）に限定されるという制約がある。ピエゾ駆動式等の他の駆動形式の液体吐出ヘッドを用いることも可能であるが、これらは粘性の高い液体を吐出あるいは滴下することが困難である。例えば、ＵＶ硬化樹脂等の高粘度樹脂液材、Ａｇペースト等の高粘度金属ペーストを、ナノリットルオーダーあるいはピコリットルオーダーで吐出、滴下することが困難である。

そこで、空圧式等の液体ディスペンサのノズル径を５００μｍ以下、例えば、１００μｍ以下の微小径とし、微細な液滴を吐出可能あるいは滴下可能にすることが考えられる。しかしながら、このような微小径のノズルから液体を、一定の微小流量で吐出させることは困難である。例えば、細いノズルの管路抵抗は大きいので、ノズルに供給される液体の加圧力を大きくしても、ノズルから、液体を吐出、あるいは滴下させることが困難である。

また、液体の加圧力を高めると、一度に多量の液体がノズルから吐出あるいは滴下し、その後はノズル内の液体圧力が一時的に下がるので、液体の吐出あるいは滴下が不安定になる。これが繰り返されてしまい、ナノリットルオーダーあるいはピコリットルオーダーの微量の液体を断続的に吐出あるいは滴下できない。

一方、特許文献５において提案されている微小計量装置では、微小径のフレキシブルチューブの一部分は、圧電アクチュエータによって駆動される押出器によって、流体が出口穴の側に押し出されるように軸非対称な変形状態に押しつぶされる。軸非対称な状態にフレキシブルチューブを押しつぶすことで、液体の殆どが出口穴に向けて（下流側に向けて）押し出され、当該出口穴から勢いよく吐出される。

吐出される液滴をナノリットルオーダー、ピコリットルオーダーの微小量に制御するためには、フレキシブルチューブの押しつぶし量を微小にする必要があり、そのためには、フレキシブルチューブを精度良く製作し、圧電アクチュエータを精度良く駆動制御する必要がある。また、出口側に向けて勢いよく流体が押し出されるように、フレキシブルチューブを軸非対称な状態に押しつぶす必要があるので、押出器の押圧面の形状等も精度良く加工する必要がある。

しかしながら、微小径のフレキシブルチューブの一部分を正確に微小量だけ押しつぶして、ナノリットルオーダー、ピコリットルオーダーの微小液体を押し出す機構は、静電駆動式、ピエゾ駆動式のインクジェットヘッドの場合のようにフォトリソグラフィ技術等を用いて製造できず、したがって、精度良く微小機構を製作するにはコストが掛かり、実用
的ではない。

また、フレキシブルチューブの先に液滴が吐出する出口穴が形成されている。このため、押出器によって押しつぶされる部分から出口穴までの間のチューブ部分が変形すると、出口穴から吐出される液滴量が変動するおそれがある。例えば、押出器によって押されてフレキシブルチューブの内圧が変動すると、これに伴って出口穴近傍のチューブ部分が変形して、吐出される液滴量が変化し、精度良く微量液滴を吐出できないおそれがある。

本発明の課題は、このような点に鑑みて、例えば５００μｍ以下の微小径のノズルを用いて、ナノリットルオーダー、さらにはピコリットルオーダーの微量液体を廉価な構成により精度良く滴下可能な微量液体の滴下方法および微量液体ディスペンサを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、筒状のノズルの先端口から、ナノリットルオーダーからピコリットルオーダーの微量液体を滴下させる微量液体の滴下方法であって、
液体供給部から前記ノズルに液体を供給する液体通路を、上流側通路部分、中間通路部分および下流側通路部分から形成し、前記中間通路部分を、その内容積が増減するように膨張収縮可能な通路部分とし、
前記液体を、前記液体通路から前記ノズルの前記先端口まで充填した液体充填状態で、前記中間通路部分の内容積が減少するように当該中間通路部分を変形させた場合に、当該中間通路部分から前記下流側通路部分に押し出される液体量が、ナノリットルオーダーからピコリットルオーダーの微小量となるように、当該液体量と前記上流側通路部分に押し戻される液体量との比率を、１：１００〜１：５００に設定し、
微量液体の滴下動作においては、
前記液体充填状態を形成し、
前記中間通路部分をその内容積が減少するように変形させ、
前記中間通路部分から前記下流側通路部分に押し出される微小量の液体によって、前記ノズルの前記先端口から微量液体を滴下させ、
前記中間通路部分の変形を解除して当該中間通路部分の内容積を元の容積に戻して、前記下流側通路部分から、前記ノズルの先端口に形成されている液体のメニスカスが破壊されない程度に、微小量の液体を当該中間通路部分内に吸い戻し、前記上流側通路部分から液体を前記中間通路部分内に吸い込むことを特徴としている。

ナノリットルオーダーあるいはピコリットルオーダーの微量液体を滴下させるために、ノズルも微小径ノズルが使用される。液体の供給源からは、所定の加圧状態で液体通路を介してノズルに液体が供給される。ノズル口径が小さい場合には、ノズル内の液体通路抵抗が大きく、液体の供給圧力を高めないと、ノズル口から液体を滴下あるいは吐出することができない。液体の供給圧力を上げると、ノズル口から一度に多量の液体が滴下あるいは吐出してしまい、液体の滴下状態あるいは吐出状態が不安定になる。このため、部材表面等に、微量液体を精度良く滴下させることが困難である。特に、高粘度樹脂液、高粘度金属ペーストなどの高粘度液材の場合には、微量液体を精度良く滴下させることが極めて困難である。

本発明では、液体通路を介してノズル内の先端口まで液体を供給して充填した後に、液体通路の途中の中間通路部分を外側から加圧するなどして、その内容積が減少する方向に変形、例えば収縮させる。これにより、中間通路部分に保持されている液体が、当該中間通路部分の下流側の下流側通路部分に押し出されると共に、上流側の上流側通路部分に押し戻される。

ここで、中間通路部分の上流側を開閉弁等で封鎖し、この状態で、中間通路部分を外側から加圧収縮させて液体をノズル側に押し出すと、ノズル側に大きな圧力が直接に作用する。この場合には、ノズルの先端口から多量の液体が一度に吐出あるいは滴下してしまう。ノズル先端口に作用する液体圧力を適切な値に制御するために、中間通路部分の変形量、例えば収縮量を微調整することは極めて困難である。

本発明では、中間通路部分が変形すると、下流側（ノズル側）および上流側の双方に向かう液体流が形成される。下流側と上流側の液体通路抵抗の比を適切に設定しておくことにより、中間通路部分を常に一定量だけ収縮させることによって、適切な液体圧をノズルの先端口に生じさせることができる。これにより、簡単な制御によって、精度良く微量液体を滴下させることができる。

特に、本発明においては、中間通路部分を変形させた場合に、当該中間通路部分から下流側通路部分に押し出される液体量が、ナノリットルオーダーからピコリットルオーダーの微小量となるように、当該液体量と上流側通路部分に押し戻される液体量との比率を、１：１００〜１：５００に設定してある。換言すると、中間通路部分の下流側と上流側の液体通路抵抗の比で、液体の吐出レンジ（１／１００にするのか１／５００にするのか等）を決めており、液体の吐出量は中間通路部分の容積変化量で決めている。

したがって、中間通路部分の内容積の減少量に対応して中間通路部分から押し出される液体量のうち、極わずかの量の液体が下流側通路部分に押し出され、これに対応する微量液体がノズルの先端口から滴下する。内容積の変化に対応する量の液体をノズルの先端口から滴下させる場合には、内容積を微小に変化させてナノリットルオーダー、ピコリットルオーダーの微量液体を押し出す必要がある。本発明によれば、マイクロリットルオーダーの液体が押し出されるように中間通路部分を変形させればよい。また、下流側（ノズル側）に押し出される液体は微小な量であるので、ノズル内の圧力が一時的に大幅に高くなり、多量の液体がノズルの先端口から滴下するおそれもない。よって、中間通路部分およびこの部分を変形させるための機構を廉価に構成でき、しかも、適切な圧力の下でノズルの先端口から微量液体を精度良く滴下させることが可能である。

ここで、前記中間通路部分の変形を解除して当該中間通路部分の内容積を元の容積に戻す際に、前記下流側通路部分から当該中間通路部分内に吸い戻される液体量と、上流側通路部分から前記中間通路部分内に吸い込まれる液体量との比率も、１：１００〜１：５００になる。

したがって、中間通路部分の変形を解除して、その内容積を元に戻す際に、ノズル側から中間通路部分の側に逆流する液体量を微小量に抑えることができる。この結果、ノズルの先端口に形成されているメニスカスが破壊されることなく適切な状態に維持される。これにより、次の微量液体の滴下動作を適切に行うことが可能になる。

よって、本発明によれば、中間通路部分の変形および変形の解除を、所定の周期で繰り返して、ノズルの先端口からの微小液体の断続的な滴下を精度良く繰り返し行うことができる。

本発明において、上流側通路部分に配置した流量調整弁を制御して、当該上流側通路部分の液体流路抵抗を増減させて、中間通路部分から下流側通路部分に押し出される液体量と、中間通路部分から上流側通路部分に押し戻される液体量との比率を調整することができる。また、下流側通路部分から中間通路部分に吸い戻される液体量と、上流側通路部分から中間通路部分に吸い込まれる液体量との比率を調整することができる。

本発明において、ノズルと、下流側通路部分および上流側通路部分のうちの少なくとも下流側通路部分とを、内部を流れる液体の圧力が変化しても内容積が変化しない通路部分とすることが望ましい。これにより、中間通路部分の内圧変動によって下流側通路部分およびノズルの内容積が変化することがないので、中間通路部分から押し出された微小量の液体に対応する微量液体をノズルの先端口から確実に吐出させることができる。

本発明において、中間通路部分の外周を取り囲む密閉外周空間を形成しておき、密閉外周空間の内圧を変化させることにより、中間通路部分を、その内容積が減少するように、その中心軸線を中心として軸対称の状態に変形させると共に当該変形を解除することが望ましい。軸非対称の状態に変形させる場合に比べて、軸対称の状態に変形させた方が、当該中間通路部分の膨張収縮制御の管理を簡単に行うことができ、したがって、ノズル側に押し出される液体の量も精度良く管理できる。

例えば、密閉外周空間を加圧して中間通路部分を収縮させて液体を押し出し、加圧を解除して中間通路部分を元の形状に戻して液体を吸い込むことができる。また、密閉外周空間を減圧して中間通路部分を膨張させた状態で液体を吸い込み、減圧膨張を解除して液体を押し出すようにしてもよい。液体の押出し、吸い込み量を増加させるためには、密閉外周空間を加圧して中間通路部分を収縮させて液体を押し出し、密閉外周空間を減圧して中間通路部分を膨張させて液体を吸い込むようにすればよい。

本発明者等によれば、従来においては不可能であった、５００μｍ以下、例えば、１００μｍ以下の微細径のノズルから、ナノリットルオーダーからピコリットルオーダーの微量液体を精度良く滴下、吐出等できることが確認された。

また、液体として、粘度が１Ｐａ・ｓ〜１００Ｐａ・ｓの高粘度液材を用いた場合においても、ナノリットルオーダーからピコリットルオーダーの微量液体を精度良く滴下、吐出等できることが確認された。

本発明において、中間通路部分の収縮量および収縮速度を次のパラメータに基づき制御することで、精度良く、ナノリットルオーダーからピコリットルオーダーの微量液体を滴下させることができる。
前記ノズルの先端口から一度に滴下させる微量液体量
前記ノズルの先端口の内径寸法
前記液体の粘度
前記中間通路部分の上流側の液体通路抵抗と下流側の液体通路抵抗との比

次に、本発明は、筒状のノズルの先端口から、ナノリットルオーダーからピコリットルオーダーの微量液体を滴下させる微量液体ディスペンサであって、
上流側通路部分、中間通路部分および下流側通路部分を備え、前記中間通路部分が内容積が増減するように膨張収縮可能な通路部分となっている液体通路と、
前記液体通路を介して前記ノズルに液体を供給する液体供給部と、
前記中間通路部分の内容積が増減するように当該中間通路部分を変形させる通路変形部と、
制御部と、
を有しており、
前記液体を前記液体通路から前記ノズルの先端口まで充填した液体充填状態で、前記中間通路部分の内容積が減少するように当該中間通路部分を変形させた場合に、当該中間通路部分から前記下流側通路部分に押し出される液体量が、ナノリットルオーダーからピコリットルオーダーの微小量となるように、当該液体量と前記上流側通路部分に押し戻される液体量との比率が、１：１００〜１：５００に設定されており、
前記制御部は、
前記液体供給部を制御して前記液体通路を介して前記ノズルに液体を供給して前記液体充填状態を形成する制御動作と、
前記通路変形部を制御して前記中間通路部分を内容積が減少するように変形させて、前記中間通路部分から前記下流側通路部分に押し出される微小量の液体によって、前記ノズルの前記先端口から微量液体を滴下させる微量液体滴下動作と、
前記通路変形部を制御して前記中間通路部分の変形を解除して当該中間通路部分の内容積を元の容積に戻して、前記下流側通路部分から、前記ノズルの先端口に形成されている液体のメニスカスが破壊されない程度に、微小量の液体を当該中間通路部分内に吸い戻し、前記上流側通路部分から液体を前記中間通路部分内に吸い込む復帰動作とを行うことを特徴としている。

本発明を適用した微量液体ディスペンサの全体構成図である。 図１の微量液体ディスペンサの動作を示すフローチャートおよび説明図である。 図１の微量液体ディスペンサの変形例を示す説明図である。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した微量液体ディスペンサの実施の形態を説明する。

図１は、本実施の形態に係る微量液体ディスペンサの全体構成図である。微量液体ディスペンサ１は、ワーク台２と、このワーク台２に載せたワーク３の表面等の所定の部位に微量液体を滴下するノズル４とを備えている。ワーク台２は例えば３軸機構５によって水平な平面上および垂直方向に移動可能である。ワーク台２を固定し、ノズル４の側を３軸方向に移動させることも可能である。

ノズル４は本例では垂直に維持された細長い円筒状のノズルであり、このノズル４には、ノズル内径よりも大きな内径の液体通路６が接続されている。液体通路６はポンプ７を介して液体貯留部８に繋がっており、ポンプ７と液体貯留部８によって液体供給部が構成される。ポンプ７としては例えばモーノポンプ等の容積型のものを用いることができる。液体貯留部８には例えば粘性液体９が貯留されている。

液体通路６は、ポンプ７に繋がる上流側通路部分６Ａと、中間通路部分１０と、ノズル４に繋がる下流側通路部分６Ｂから形成されている。ノズル４は金属などの剛体からなる円筒状のものであり、下流側通路部分６Ｂも同様に金属等の剛体からなる円筒状のものであり、その内径はノズル内径よりも大きく、内部を流れる粘性液体の圧力変動によって内容積が変化しないものである。本例では、上流側通路部分６Ａも剛性の管から形成されている。上流側通路部分６Ａを可撓性のチューブから形成することも可能である。

中間通路部分１０は容量可変通路部分となっている。したがって、以下の説明においては、当該中間通路部分１０を容量可変通路部分１０と呼ぶ。容量可変通路部分１０は、円筒通路１１を備え、この円筒通路１１の両端は剛体の端板１１ａ、１１ｂによって形成されているが、その円筒状胴部１１ｃは半径方向に弾性変形可能な弾性膜から形成されている。円筒状胴部１１ｃの内径は下流側通路部分６Ｂおよび上流側通路部分６Ａよりも大きい。

円筒通路１１の円筒状胴部１１ｃを同心状に取り囲む状態に、円環状断面の密閉外周空間である圧力室１２が形成されている。圧力室１２は加圧機構１３に繋がっており、加圧機構１３によって圧力室１２の内圧を上げることが可能である。圧力室１２が加圧される
と、円筒通路１１の円筒状胴部１１ｃが半径方向の内側に軸対称の状態で収縮して、円筒通路１１の内容積が減少する。加圧機構１３による加圧を解除すると、円筒状胴部１１ｃが元の円筒形状に弾性復帰し、内容積を元に戻すことが可能である。このように、圧力室１２と加圧機構１３とによって、円筒通路１１を軸対称の状態に撓めて、その内容積を増減するための通路変形部が構成される。

通路変形部としては、加圧機構１３の代わりに圧力室１２を減圧状態にする減圧機構を用いることもできる。この場合には、減圧状態にして円筒通路１１の内容積を増加させた状態で粘性液体９を円筒通路１１に取り込み、減圧状態を解除することで、円筒通路１１の内容積を減少させて内部の粘性液体９を押し出すことができる。また、加圧機構１３の代わりに加圧・減圧機構を用いることもできる。この場合には、減圧状態にして円筒通路１１の内容積を増加させた状態で粘性液体９を円筒通路１１に取り込み、加圧状態に切り替えて円筒通路１１の内容積を減少させて粘性液体９を押し出す。円筒通路１１の内容積の増減による粘性液体９の押出し量を増やすことができる。

液体供給用のポンプ７、加圧機構１３、３軸機構５等の各部分は、制御部１４によって駆動が制御される。制御部１４による制御動作は、操作・表示部１５からの操作入力に基づき行われ、動作状態等が操作・表示部１５に表示可能である。

ここで、ノズル４は微小径のノズルであり、その先端口４ａの内径が５００μｍ以下、例えば１００μｍの細長い円筒状ノズルである。また、液体通路６における容量可変通路部分１０の上流側の上流側通路部分６Ａは、ポンプ７の吐出ポート７ａから容量可変通路部分１０の上流端開口１０ａまでの通路部分である。液体通路６における容量可変通路部分１０の下流側の下流側通路部分６Ｂは、ノズル４の後端口から容量可変通路部分１０の下流端開口１０ｂまでの通路部分である。ノズル４は微小径のノズルであるので、上流側通路部分６Ａの液体通路抵抗に比べて、下流側通路部分６Ｂおよびノズル４を含む下流側の液体通路抵抗が極めて大きい。

本例では、粘性液体９を、液体通路６およびノズル４の先端口４ａまで充填した液体充填状態で、容量可変通路部分１０をその内容積が減少するように収縮させた場合に、当該容量可変通路部分１０から下流側通路部分６Ｂに押し出される液体量が、ナノリットルオーダーからピコリットルオーダーの微小量となるように、当該液体量と上流側通路部分６Ａに押し戻される液体量との比率が、１：１００〜１：５００の範囲内の値に設定されている。換言すると、このような比率となるように、上流側通路部分６Ａの側の液体通路抵抗に比べて、下流側通路部分６Ｂおよびノズル４を含む下流側の液体通路抵抗が極めて大きくなるように設定されている。

図２（ａ）は微量液体ディスペンサ１の動作を示す概略フローチャートであり、図２（ｂ）および（ｃ）は、容量可変通路部分１０の動きを示す説明図である。

図２（ａ）に従って説明すると、まず、ワーク台２に対象となるワーク３を載せ、ワーク３の微量液体の滴下位置にノズル４の先端口４ａを真上から一定のギャップで対峙させるなどの初期設定動作を行う（ステップＳＴ１）。また、ポンプ７を駆動して、液体貯留部８から液体通路６を介してノズル４内の先端口４ａまで液体が供給された状態を形成する（ステップＳＴ２）。

ワーク３に対する微量液体の滴下動作においては、液体供給用のポンプ７は例えば停止状態とされ、加圧機構１３を駆動して圧力室１２の内圧を予め設定した圧力まで上げる。これにより、容量可変通路部分１０が外側から加圧され、その円筒状胴部１１ｃが収縮する。この結果、図２（ｂ）に示すように、容量可変通路部分１０の内容積が減少する（ス
テップＳＴ３）。

容量可変通路部分１０が収縮すると、その内部に保持されていた液体が、下流端開口１０ｂおよび上流端開口１０ａのそれぞれから押し出されて、下流側および上流側に向けて分流する。下流側へ押し出される粘性液体９の分流量は、下流側通路部分６Ｂおよびノズル４を含む下流側の液体通路抵抗と、上流側通路部分６Ａの側の液体通路抵抗との比に応じて定まる。

下流側の液体通路抵抗が大幅に大きいので、下流側には僅量液体が押し出される。下流側に押し出された微量液体によって、下流側通路部分６Ｂの内圧が一時的に高まり、これによって、ノズル４の先端口４ａから所定量の微量液体がワーク３に向けて滴下する。

この後は、加圧機構１３による加圧を解除し、圧力室１２を例えば大気圧状態まで戻す（ステップＳＴ４）。この結果、図２（ｃ）に示すように、容量可変通路部分１０の円筒状胴部１１ｃは半径方向の外方に膨張して元の円筒形状に弾性復帰する。これにより、容量可変通路部分１０には、上流側通路部分６Ａおよび下流側通路部分６Ｂの双方から液体が吸引されて流れ込む。

液体の流入量も、上流側及び下流側の液体通路抵抗の比に対応する。よって、ノズル４の側の下流側通路部分６Ｂからは極僅かの液体が上流側に引き戻されるだけである。このため、ノズル４の先端口４ａにおいては、液体のメニスカスが破壊されない程度に、ノズル４の内部に引き上げられる。また、微量液体の滴下後に先端口４ａから液だれ等の不具合が生じることも確実に防止できる。

所定の長さに亘って所定間隔で微量液体を滴下する場合には、必要回数だけ、微量液体の滴下動作を行い、しかる後に動作を終了する（ステップＳＴ５）。

本発明者等の実験によれば、ノズル４として、その先端口４ａが２５μｍ〜１００μｍのものを用いて、５０Ｐａ・ｓ〜１００Ｐａ・ｓの高粘度液体を、数十ピコリットル〜数ナノリットルの微量で、精度良く、滴下あるいは吐出動作を行うことが可能なことが確認された。

ここで、容量可変通路部分１０の収縮量および収縮速度の一方あるいは双方は、次のパラメータに基づき適切に設定することができる。
ノズル４の先端口４ａから一度に吐出あるいは滴下させる液体量
ノズル４の先端口４ａの内径寸法
液体の粘度
上流側通路部分６Ａの側の液体通路抵抗と、下流側通路部分６Ｂおよびノズル４を含む下流側の液体通路抵抗との比

使用ノズル、使用液体、１回の液体滴下量等は予め設定されているので、これらに応じて制御部１４によって各部の駆動制御を行わせるようにすればよい。上流側通路部分６Ａと下流側通路部分６Ｂの比は、可変制御することも可能である。

例えば、図３に示すように、上流側通路部分６Ａに流量調整弁１６を取付け、これを制御部１４によって制御可能にする。ワーク３への微量液体の滴下動作に先だって、流量調整を行うことで、上流側通路部分６Ａの液体通路抵抗と、下流側通路部分６Ｂおよびノズル４を含む下流側の液体通路抵抗との比を調整することが可能である。

なお、本発明の方法およびディスペンサは、様々な液材の滴下に用いることができる。
例えば、次のような液材を用いることができる。
金属ペースト（Ａｇ、Ｃｕ、ハンダ等）
樹脂液材（シリコーン接着剤、ＵＶ硬化樹脂、フォト・レジスト、ＵＶ硬化接着剤、その他の各種樹脂液剤）
フィラー入り液材（フィラー：蛍光粒子、シリカ粒子、フリット・ガラス、酸化チタン、各種ナノマイクロ粒子等）

また、本発明の適用技術分野としては次のような分野がある。
光学部品製造への適用（遮光材塗布、アパーチャ形成、レンズ面への各種液材塗布）
電子部品への極微小量の接着剤滴下（ＬＥＤ、水晶発振子、ＭＥＭＳ、パワー・デバイス等）
ＦＰＤ、撮像センサのガラス貼り合わせ
Ａｇナノペーストによる配線（ＩＴＯへの補助配線、微小エリアへの配線形成等）

１ 微量液体ディスペンサ
２ ワーク台
３ ワーク
４ ノズル
４ａ 先端口
５ ３軸機構
６ 液体通路
６Ａ 上流側通路部分
６Ｂ 下流側通路部分
７ ポンプ
７ａ 吐出ポート
８ 液体貯留部
９ 粘性液体
１０ 容量可変通路部分
１０ａ 上流端開口
１０ｂ 下流端開口
１１ 円筒通路
１１ａ、１１ｂ 端板
１１ｃ 円筒状胴部
１２ 圧力室
１３ 加圧機構
１４ 制御部
１５ 操作・表示部
１６ 流量調整弁

Claims (14)

1. 筒状のノズルの先端口から、ナノリットルオーダーからピコリットルオーダーの微量液体を滴下させる微量液体滴下方法であって、
   液体供給部から前記ノズルに液体を供給する液体通路を、上流側通路部分、中間通路部分および下流側通路部分から形成し、前記中間通路部分を、その内容積が増減するように
   膨張収縮可能な通路部分とし、
   前記液体を、前記液体通路から前記ノズルの前記先端口まで充填した液体充填状態で、前記中間通路部分の内容積が減少するように当該中間通路部分を変形させた場合に、当該中間通路部分から前記下流側通路部分に押し出される液体量が、ナノリットルオーダーからピコリットルオーダーの微小量となるように、当該液体量と前記上流側通路部分に押し戻される液体量との比率を、１：１００〜１：５００に設定し、
   微量液体の滴下動作においては、
   前記液体充填状態を形成し、
   前記中間通路部分をその内容積が減少するように変形させ、
   前記中間通路部分から前記下流側通路部分に押し出される微小量の液体によって、前記ノズルの前記先端口から微量液体を滴下させ、
   前記中間通路部分の変形を解除して当該中間通路部分の内容積を元の容積に戻して、前記下流側通路部分から、前記ノズルの先端口に形成されている液体のメニスカスが破壊されない程度に、微小量の液体を当該中間通路部分内に吸い戻し、前記上流側通路部分から液体を前記中間通路部分内に吸い込むことを特徴とする微量液体滴下方法。
2. 前記ノズルと、前記下流側通路部分および前記上流側通路部分のうちの少なくとも前記下流側通路部分とを、内部を流れる液体の圧力が変化しても内容積が変化しない通路部分とする請求項１に記載の微量液体滴下方法。
3. 前記上流側通路部分に配置した流量調整弁を制御して、当該上流側通路部分の液体流路抵抗を増減させて、前記中間通路部分から前記下流側通路部分に押し出される液体量と、前記上流側通路部分に押し戻される液体量との比率を調整する請求項１に記載の微量液体滴下方法。
4. 前記中間通路部分の外周を取り囲む密閉外周空間を形成しておき、
   前記密閉外周空間の内圧を変化させることにより、前記中間通路部分を、その内容積が減少するように、その中心軸線を中心として軸対称の状態に変形させると共に当該変形を解除する請求項１に記載の微量液体滴下方法。
5. 前記ノズルとして、その先端口の内径寸法が２５μｍ〜１００μｍの微小径ノズルを用い、
   前記液体として、粘度が５０Ｐａ・ｓ〜１００Ｐａ・ｓの高粘度液材を用いる請求項１に記載の微量液体滴下方法。
6. 前記中間通路部分の内容積の変化量および内容積の変化速度を、次のパラメータａ）〜ｄ）に基づき設定する請求項１に記載の微量液体滴下方法。
   ａ）前記ノズルの先端口から一度に滴下させる微量液体量、
   ｂ）前記ノズルの先端口の内径寸法、
   ｃ）前記液体の粘度、および、
   ｄ）前記中間通路部分の上流側の液体通路抵抗と下流側の液体通路抵抗との比
7. 前記中間通路部分の変形および変形の解除を、所定の周期で繰り返して、前記ノズルの先端口からの微小液体の滴下を繰り返し行う請求項１に記載の微量液体滴下方法。
8. 筒状のノズルの先端口から、ナノリットルオーダーからピコリットルオーダーの微量液体を滴下させる微量液体ディスペンサであって、
   上流側通路部分、中間通路部分および下流側通路部分を備え、前記中間通路部分が内容積が増減するように膨張収縮可能な通路部分となっている液体通路と、
   前記液体通路を介して前記ノズルに液体を供給する液体供給部と、
   前記中間通路部分の内容積が増減するように当該中間通路部分を変形させる通路変形部と、
   制御部と、
   を有しており、
   前記液体を前記液体通路から前記ノズルの先端口まで充填した液体充填状態で、前記中間通路部分の内容積が減少するように当該中間通路部分を変形させた場合に、当該中間通路部分から前記下流側通路部分に押し出される液体量が、ナノリットルオーダーからピコリットルオーダーの微小量となるように、当該液体量と前記上流側通路部分に押し戻される液体量との比率が、１：１００〜１：５００に設定されており、
   前記制御部は、
   前記液体供給部を制御して前記液体通路を介して前記ノズルに液体を供給して前記液体充填状態を形成する制御動作と、
   前記通路変形部を制御して前記中間通路部分を内容積が減少するように変形させて、前記中間通路部分から前記下流側通路部分に押し出される微小量の液体によって、前記ノズルの前記先端口から微量液体を滴下させる微量液体滴下動作と、
   前記通路変形部を制御して前記中間通路部分の変形を解除して当該中間通路部分の内容積を元の容積に戻して、前記下流側通路部分から、前記ノズルの先端口に形成されている液体のメニスカスが破壊されない程度に、微小量の液体を当該中間通路部分内に吸い戻し、前記上流側通路部分から液体を前記中間通路部分内に吸い込む復帰動作とを行うことを特徴とする微量液体ディスペンサ。
9. 前記ノズルと、前記下流側通路部分および前記上流側通路部分のうちの少なくとも前記下流側通路部分とは、内部を流れる液体の圧力が変化しても内容積が変化しない通路部分である請求項８に記載の微量液体ディスペンサ。
10. 前記上流側通路部分に配置した流量調整弁を有し、
    前記制御部は、前記流量調整弁を制御して、前記上流側通路部分の液体流路抵抗を増減可能である請求項８に記載の微量液体ディスペンサ。
11. 前記通路変形部は、前記中間通路部分の外周を取り囲む密閉外周空間の内圧を変化させることにより、前記中間通路部分を、その内容積が増減するように、その中心軸線を中心として軸対称の状態に変形させる内圧調整機構を備えている請求項８に記載の微量液体ディスペンサ。
12. 前記ノズルは、その先端口の内径寸法が２５μｍ〜１００μｍの微小径ノズルであり、
    前記液体供給部から供給される前記液体は、粘度が５０Ｐａ・ｓ〜１００Ｐａ・ｓの高粘度液材である請求項８に記載の微量液体ディスペンサ。
13. 前記制御部によって駆動制御される前記中間通路部分の内容積の変化量および内容積の変化速度は、次のパラメータａ）〜ｄ）に基づき設定されている請求項８に記載の微量液体ディスペンサ。
    ａ）前記ノズルの先端口から一度に滴下させる微量液体量、
    ｂ）前記ノズルの先端口の内径寸法、
    ｃ）前記液体の粘度、および、
    ｄ）前記中間通路部分の上流側の液体通路抵抗と下流側の液体通路抵抗との比
14. 前記制御部は、前記微量液体滴下動作および前記復帰動作を、所定の周期で繰り返し行わせる請求項８に記載の微量液体ディスペンサ。

Images