JP6389379B2 - 液体材料滴下装置および方法 - Google Patents
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Description
基板71への液晶材料の滴下は、液晶材料をせき止めるために矩形枠状に形成されたシール材73の枠内に収まるよう、液晶材料の小滴(液滴72)を複数個マトリクス状に配置するよう行われる(図7参照)。一台の滴下装置により一滴ずつ滴下していくのが基本であるが、処理速度向上のため複数滴同時に滴下することも行われる。例えば、一台の装置で複数滴同時に吐出を行う吐出装置として次のような装置がある。
上記滴下装置において、前記各ノズルが、底面から見て矩形の枠内でマトリクス状に配置されることを特徴としてもよいし、これに加え、前記ノズルが、n2(nは2以上の自然数)個のノズルからなることを特徴としてもよい。さらに、前記ノズルが、偶数個のノズルにより構成され、前記各ノズルの全部が、底面から見て正方形の枠内で傾斜して配置されていることを特徴としてもよいし、あるいは、前記ノズルが、奇数個のノズルにより構成され、中心以外のノズルが、底面から見て正方形の枠内で傾斜して配置され、中心にある一のノズルが、底面から見て正方形の枠の対角線の交点に配置されていることを特徴としてもよい。
上記滴下装置において、前記ノズル部が、一の流入流路および流入流路と前記吐出口と連通する分岐流路が形成されたノズルブロックを備え、当該ノズルブロックに前記ノズルが装着されることを特徴としてもよい。
上記塗布装置において、前記滴下装置を複数備え、一の滴下装置のノズル数、ノズルの間隔またはノズルの角度θが、他の滴下装置のノズルの間隔またはノズルの角度θと異なることを特徴としてもよいし、前記滴下装置を複数備え、全ての滴下装置のノズル数、ノズルの間隔およびノズルの角度θが同一であることを特徴としてもよいし、あるいは、前記制御部が、入力値に基づき前記ワークテーブルと前記滴下装置との垂直距離を調節することにより、前記ノズルから吐出された液滴の滴下点間距離(L1、L2)を調節し、前記ワークテーブルと前記滴下装置との垂直距離を一定としたまま、前記滴下装置と前記ワークテーブルとを水平方向に相対移動させながら液体材料をワークに滴下することを特徴してもよい。加えて、前記制御部の記憶装置に、前記ワークテーブルおよび前記滴下装置の垂直距離と液滴の滴下点間距離(L1、L2)との相関関係パターンが複数記憶されており、前記入力値が、前記相関関係パターンの選択値であることを特徴としてもよい。
上記滴下方法において、前記制御部の記憶装置に、前記ワークテーブルおよび前記滴下装置の垂直距離と液滴の滴下点間距離(L1、L2)との相関関係パターンが複数記憶されており、前記入力値が、前記相関関係パターンの選択値であることを特徴としてもよい。
別の観点からの滴下方法に係る本発明は、前記滴下装置を複数備え、全ての滴下装置のノズル数、ノズルの間隔およびノズルの角度θが同一であることを特徴とする塗布装置を用いた滴下方法であって、前記複数の滴下装置の全てで同一の滴下塗布を行うことにより、多面取りを行うことを特徴とする。ここで、前記ワークが、液体材料が滴下される矩形の枠を備えることを特徴としてもよいし、あるいは、前記ワークが液晶パネル基板であり、前記液体材料が液晶であることを特徴としてもよい。
《第1実施形態》
第1実施形態に係る滴下装置1は、ノズル部6の鉛直方向中心から等間隔に配置された四つのノズル4を備えており、ノズル4と基板46との距離を調節することにより、基板46に着弾する四つの滴下点の距離を調節することが可能である。この滴下装置1は、XYZ駆動装置(52、53、54)を備える塗布装置51に取り付けられ、塗布対象物が載置されたワークテーブルに対して相対移動しながら塗布作業を行う。
以下では、滴下装置1および塗布装置51の構成および動作を詳細に説明する。
図1に、第1実施形態に係る滴下装置1の概略側面図を示す。
第1実施形態の滴下装置1は、管形状の計量部2と、計量部2に内接するプランジャ3と、ノズル4を複数有するノズル部6と、計量部2とノズル部6および計量部2と供給流路15の連通を切り換える切換弁7と、プランジャ駆動装置を内蔵する側面視L字形の本体9とを備えるプランジャ式滴下装置である。
計量部2は、内部に円柱状の空間である計量孔を有しており、計量孔にはプランジャ3が摺動自在に挿入されている。
プランジャ3は、端部に太径部8を有する棒状部材であり、太径部8とは反対側の端部が計量部2内へ挿入される。プランジャ3は、太径部8のすぐ近くをプランジャ駆動部材10により把持され、プランジャ駆動部材10を移動させるプランジャ駆動装置により符号11方向に移動可能となっている。プランジャ3が計量部2の内壁に密接摺動することで、計量部2内に液体19を吸い込んだり、計量部2から液体19を押し出したりすることができる。
液体19を貯留する容器17には、液体19を圧送するための作動気体を供給する作動気体供給配管23が接続される。
本体9は、ベース板25に取り付けられており、同じベース板25の上部には、容器17を固定する容器支持部材24が取り付けられている。ベース板25は、後述するXYZ駆動装置(52、53、54)や固定スタンド等と接続するための接続部材26に取り付けられている。
図2に、第1実施形態に係る滴下装置で用いるノズル部6の底面図並びにA−A断面図およびB−B断面図をそれぞれ表す。
第1実施形態のノズル部6は、断面が五角形であるノズルブロック27と、ノズルブロック27の下面であるノズル接続面28に配設された四つのノズル4とを備えて構成される。このノズル部6は、本体9の下面に着脱自在に装着されている。
以下では説明の便宜上、四つのノズル4をノズルA〜D(34〜37)といい、四つのノズルの吐出口5を吐出口A〜D(38〜41)と呼ぶものとする。
ノズルブロック27内部には、滴下装置1の流路C14と連通する流入流路29と、流入流路29からノズルA〜D(34〜37)へと分岐する分岐流路A〜D(30〜33)が形成されている。
ノズルブロック27の斜面である下面は、四つに区画され、1つの区画に1つのノズル4がそれぞれ取り付けられる(符号34〜37)。第1実施形態では、図2に示すように、四つの同じ大きさの方形状平面を下面の中心が頂点となるような配置とすることで、ノズル接続面28を形成している。すなわち、ノズルブロック27は、底面から見ると正方形である。ノズルブロック27の下面の区画数は、例示の区画数に限定されず、例えば2〜16など任意の複数区画を設定することが可能であるが、区画数の数はn2(nは2以上の自然数)であることが好ましい。ノズルブロック27の下面の区画数とノズル4の数は、同一とすることが好ましい。
また、各ノズル4は1つの吐出口を有しており、吐出口中心軸43がノズル接続面28に対して垂直になるよう取り付けられている。第1実施形態では、ノズル接続面28の各面が、ノズルブロック27の垂直軸42に対してそれぞれ所定の角度傾いているので、吐出口A〜D(38〜41)がそれぞれノズルブロック27の鉛直方向中心に対して外側を向くこととなる。ノズル接続面28の各面の傾きの角度は、均等である。すなわち、図2に示したθa、θb、θc、θdが全て同じ(θa=θb=θc=θd)になるようにする。別の言い方をすれば、一のノズル4と垂直線が構成する角度θ(例えば、5〜60度)は、どのノズル4を選択しても同一となる。
以上に説明した滴下装置1における吐出動作の概要は、次のとおりである。
(1)準備(初期充填工程)
まず、プランジャ3を計量部2内へ挿入しない状態で、液体19を計量部2の上端にまで充填する。ついで、プランジャ3を計量部2内へ挿入し、プランジャ駆動部材10に固定する。ついで、切換弁7により計量部2とノズル部6とを連通し、吐出口5から液体19が出るまでプランジャ3をノズル部6の方向(進出方向)へ移動させる。
(2)吐出工程
切換弁7により計量部2とノズル部6とを連通し、プランジャ3を進出方向へ高速に移動させることで四つの吐出口5から同じ量の液体19を飛翔吐出する。
(3)吸引工程
切換弁7により供給流路15と計量部2とを連通し、プランジャ3を進出方向とは逆の方向(後退方向)へ移動させ、液体19を計量部2内へと吸引する。
上記(2)と(3)の工程を繰り返すことで、連続定量吐出による塗布作業を行うことができる。なお、上記(2)と(3)の工程は、どちらが先でもよい。
図3に、第1実施形態に係る滴下装置1を用いて滴下を行うときのノズル部6の高さ(H)と滴下点間距離(L)との関係を説明する説明図を示す。図3中、上側の図は側面から見たとき、下側の図は基板46を上面から見た時の平面図を示している。なお、図3では、ノズル部6のみを簡略化して描いている。
ノズル4の吐出口5から排出された液滴45は、ノズル4が所定の角度傾いているために、放物線状の飛翔軌跡44を描きながら、塗布面である基板46に到達する。ノズル部6の中心から等間隔に配置された四つのノズル4が放射状に均等に傾いているので、基板46に塗布された液滴45は、正方形の角部に配置されたような矩形状のパターンとなる。すなわち、図3下側に示すように、縦方向の滴下点距離(L1)と横方向の滴下点距離(L2)とは同じになる(L1=L2)。
ここで、中央に描かれた(b)の場合を基準とする。(b)の場合、基板46から吐出口5までの距離がHbのとき、縦方向の滴下点距離はL1bであり、横方向の滴下点距離はL2bである。(a)のようにノズル部6を低くすると、液滴45は、放物線状に広がる前に基板46に到達するので、(b)の場合と比べ滴下点間距離は短くなる(La<Lb)。
一方、(c)のようにノズル部6を高くすると、液滴45は、放物線状に広がった後に基板46に到達するので、(b)の場合と比べ滴下点間距離は長くなる(Lc>Lb)。
このように、各ノズル4が所定の角度傾いているために、ノズル部6の高さ(H)を変えるだけで、縦方向および横方向の滴下点間距離(L1、L2)を変えることができる。
図4に、第1実施形態に係る滴下装置1を備える塗布装置51の概略斜視図を示す。
実施形態の塗布装置51は、滴下装置1を上下方向(符号57)へ移動可能とするZ軸駆動装置54と、Z軸駆動装置54が取り付けられ、左右方向(符号55)へ移動可能とするX軸駆動装置52と、X軸駆動装置52が設けられるビーム61を前後方向(符号56)へ移動可能とするY軸駆動装置53と、基板46を載置するワークテーブル58と、上記各駆動装置(52、53、54)とワークテーブル58が配設される架台63と、図示しない制御部とから主に構成される。この塗布装置51は、制御部が、ユーザの入力値に基づきワークテーブル58と滴下装置1との垂直距離を調節することにより、各ノズル4から吐出された液滴の滴下点間距離(L1、L2)を調節し、ワークテーブル58と滴下装置1との垂直距離を一定としたまま、滴下装置1とワークテーブル58とを水平方向に相対移動させながら液体材料を滴下する滴下方法を実施することが可能である。ここで、ワークに滴下する滴下点はm1行×m2列の行列により設定され、好ましくはm1およびm2のいずれもがノズル数nの倍数(自然数)となるようにする。
なお、本実施形態では、駆動装置をいわゆるガントリ型として構成したが、滴下装置1と基板46(ワークテーブル58)とを相対的に移動させることができるものであれば、どのような構成でもよい。例えば、ワークテーブル58の下部にX軸駆動装置52およびY軸駆動装置53を設けて構成してもよい。
滴下装置1を複数台設ける構成においては、全て同一種類の滴下装置1とする場合と、異なる種類の滴下装置1を組み合わせる場合とがある。同一の滴下装置1を複数台設けた場合には、基板46内に複数のパネルを製作する、いわゆる多面取りに対応可能となる。異なる種類の滴下装置1を組み合わせた場合(例えば、滴下装置1ごとにノズル4の傾斜角度などを変えたノズル部6を設けた場合)には、一種類の滴下装置1と比べ、滴下点間距離(L1、L2)をより多様に調整することが可能となる。
図5に、第2実施形態に係る滴下装置1で用いるノズル部6の底面図並びにC−C断面図およびD−D断面図をそれぞれ表す。以下では、第1実施形態と同じ部分(ノズル部6以外の部分)は説明を省略し、異なる部分のみ説明する。
第2実施形態のノズル部6は、四つのノズル(34〜37)の各吐出口(38〜41)が内側(ノズル部6の中心側)に向くように各ノズルが配設される点で、第1実施形態と相異する。
第2実施形態では、ノズル接続面28を構成する四つの平面が、ノズル部6の中心が底面視最奥部となるように、ノズルブロック27の垂直軸42に対して所定の角度傾いている。すなわち、底面から見たときのノズルA〜D(34〜37)の吐出口A〜D(38〜41)のそれぞれが、ノズルブロック27の垂直軸42に向くようになっている。
ノズルブロック27内部には、滴下装置1の流路C14と連通する流入流路29と、流入流路29からノズルA〜D(34〜37)へと分岐する分岐流路A〜D(30〜33)が形成される点は第1実施形態と同じである。しかし、分岐流路A〜D(30〜33)が途中で折れ曲がるように形成される点で第1実施形態と相異する。すなわち、分岐流路A〜D(30〜33)は、流入流路29と連通する上流部分では垂直軸42から放射する方向に流路が形成され、ノズルA〜D(34〜37)と連通する下流部分ではノズルA〜D(34〜37)の吐出口中心軸43と同軸の流路が形成され、上流部分と下流部分が屈曲部を介して接続されている。
図6に、第3実施形態に係る滴下装置1で用いるノズル部6の底面図およびE−E断面図をそれぞれ表す。以下では、第1実施形態と同じ部分(ノズル部6以外の部分)は説明を省略し、異なる部分のみ説明する。
第3実施形態のノズル部6は、平方数のノズル4がマトリクス状に配置されている点は第1実施形態と共通するが、ノズル4の数が九つである点で第1実施形態と相異する。第3実施形態のノズル部6は、ノズルブロック27の下面であるノズル接続面28が九つに区画されており、一つの区画に一つのノズル4がそれぞれ取り付けられる。ノズル接続面28を構成する九つの区画は、同じ大きさの方形状平面からなり、下面の中心が頂点となるような配置されている。ここで、中心の区画は、水平に配置されている。中心以外の八つの区画は、ノズル4の吐出口5が外側を向くよう、ノズルブロック27の垂直軸42に対して所定の角度傾いている。この角度は、塗布される液滴45が四角形の角や辺の中点に配置されるよう、均等になっている。
第3実施形態では、九つのノズル4によりノズル部6を構成したが、ノズル4の数はこれに限定されず、n2(nは2以上の自然数)個のノズルによりノズル部6を構成することが可能である。すなわち、例えば、ノズル4の数を2以上の平方(すなわち、4、9、16、25、36・・・)とすることで、マトリクス状の滴下パターンを維持しつつ、滴下点間距離(L1、L2)を均等に調整することが可能である。
Claims (16)
- 液体材料を計量する計量部と、計量部内を往復移動するプランジャと、吐出口を有するノズルを複数備えるノズル部と、計量部に液体材料を供給する供給流路と、計量部とノズル部および計量部と供給流路の連通を切り換える切換弁とを備える滴下装置において、
前記ノズル部に、マトリクス状に複数点同時塗布を行えるように、一のノズルと隣り合うノズルとの間隔がいずれも同一となるように前記ノズルを底面から見てマトリクス状に配置するとともに、前記マトリクス状の配置の中心以外に配置された複数のノズルをそれらの吐出口中心軸と前記マトリクス状の配置の中心を通る垂直軸とが構成する角度θがいずれも同一となるように、かつ、前記垂直軸に対し前記吐出口がいずれも外側または内側を向くように傾けて配置したことを特徴とする滴下装置。 - 前記各ノズルが、底面から見て矩形の枠内でマトリクス状に配置されることを特徴とする請求項1に記載の滴下装置。
- 前記ノズルが、n2(nは2以上の自然数)個のノズルからなることを特徴とする請求項2に記載の滴下装置。
- 前記ノズルが、偶数個のノズルにより構成され、
前記各ノズルの全部が、底面から見て正方形の枠内で傾斜して配置されていることを特徴とする請求項3に記載の滴下装置。 - 前記ノズルが、奇数個のノズルにより構成され、
中心以外のノズルが、底面から見て正方形の枠内で傾斜して配置され、
中心にある一のノズルが、底面から見て正方形の枠の対角線の交点に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の滴下装置。 - 前記ノズル部が、一の流入流路および流入流路と前記吐出口と連通する分岐流路が形成されたノズルブロックを備え、当該ノズルブロックに前記ノズルが装着され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滴下装置。
- 請求項1に記載の滴下装置と、基板が載置されるワークテーブルと、前記滴下装置とワークテーブルとを相対的に移動させる相対駆動装置と、記憶装置を有する制御部とを備える塗布装置。
- 前記滴下装置を複数備え、一の滴下装置のノズル数、ノズルの間隔またはノズルの角度θが、他の滴下装置のノズルの間隔またはノズルの角度θと異なることを特徴とする請求項7に記載の塗布装置。
- 前記滴下装置を複数備え、全ての滴下装置のノズル数、ノズルの間隔およびノズルの角度θが同一であることを特徴とする請求項7に記載の塗布装置。
- 前記制御部が、入力値に基づき前記ワークテーブルと前記滴下装置との垂直距離を調節することにより、前記ノズルから吐出された液滴の滴下点間距離(L1、L2)を調節し、前記ワークテーブルと前記滴下装置との垂直距離を一定としたまま、前記滴下装置と前記ワークテーブルとを水平方向に相対移動させながら液体材料をワークに滴下することを特徴とする請求項7に記載の塗布装置。
- 前記制御部の記憶装置に、前記ワークテーブルおよび前記滴下装置の垂直距離と液滴の滴下点間距離(L1、L2)との相関関係パターンが複数記憶されており、
前記入力値が、前記相関関係パターンの選択値であることを特徴とする請求項10に記載の塗布装置。 - 請求項10に記載の塗布装置を用いた滴下方法であって、
入力値に基づき前記ワークテーブルと前記滴下装置との垂直距離を調節することにより、前記ノズルから吐出された液滴の滴下点間距離(L1、L2)を調節し、前記ワークテーブルと前記滴下装置との垂直距離を一定としたまま、前記滴下装置と前記ワークテーブルとを水平方向に相対移動させながら液体材料をワークに滴下することを特徴とする滴下方法。 - 前記制御部の記憶装置に、前記ワークテーブルおよび前記滴下装置の垂直距離と液滴の滴下点間距離(L1、L2)との相関関係パターンが複数記憶されており、
前記入力値が、前記相関関係パターンの選択値であることを特徴とする請求項12に記載の滴下方法。 - 請求項9に記載の塗布装置を用いた滴下方法であって、前記複数の滴下装置の全てで同一の滴下塗布を行うことにより、多面取りを行うことを特徴とする滴下方法。
- 前記ワークが、液体材料が滴下される矩形の枠を備えることを特徴とする請求項14に記載の滴下方法。
- 前記ワークが液晶パネル基板であり、前記液体材料が液晶であることを特徴とする請求項14に記載の滴下方法。
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