JP6846589B2 - 液体吐出装置および液体吐出方法 - Google Patents

Description

本発明は、接着用のペーストなどの液体を飛翔させて吐出する液体吐出装置および液体吐出方法に関するものである。

電子機器製造分野など多くの産業分野では、接着用のペーストなどの液体を吐出させて塗布する液体吐出装置が広く用いられている。このような液体吐出装置として、液体を液滴の状態で飛翔させて吐出するいわゆるジェットディスペンサ方式のものが知られている（例えば特許文献１、２参照）。特許文献１に示す先行技術では、液材を吐出する吐出口を有する液室と連通する貫通孔に挿通され、液室内を進退するプランジャによって液材を吐出する構成において、吐出動作時のプランジャ先端が液室の内壁に非接触状態としている。これにより、半田ペーストなどフィラー入りの液材であっても良好な吐出を行うことができるという利点がある。

また特許文献２に示す先行技術では、ヘッド本体部に形成された開口部に一部が移動自在に挿入されこの移動により液体を押圧する第１部材（加圧部材）と、液体を吐出する吐出孔が設けられた第２部材（吐出ノズル）とによって液体が貯留される貯留室を形成し、第１部材を駆動するアクチュエータとして高い発生力が得られる圧電素子を採用している。この構成では液吐出後にアクチュエータを瞬時に元の状態に復帰させることにより、吐出された液体を引き戻して良好な液切れ挙動を確保することができ、安定した吐出能力を実現することができるようになっている。

国際公開第２００８／１０８０９７号 特開２０１４−５１０８０号公報

ところでペーストなどの液体塗布においては、塗布対象に応じて必要な塗布量が異なるため、このような用途に用いられるジェットディスペンサには、吐出量を変更可能であることが求められる。従来のジェットディスペンサにおいて、塗布対象に応じて吐出量を調整するには従来より小サイズの液滴を複数回吐出して重ね打ちする方法が一般に用いられていた。しかしながらこの方法ではアクチュエータの駆動回数が増加して吐出装置の寿命が短くなるととともに、高吐出サイクルに伴って液の飛び散りなど吐出不良が生じやすくなるという問題が避けられない。このため、ジェットディスペンサ方式の液体吐出において、吐出量の変更を容易に行うことができる方策が求められていた。

そこで本発明は、液体を飛翔させて吐出する液体吐出において吐出量の変更を容易に行うことができる液体吐出装置および液体吐出方法を提供することを目的とする。

本発明の液体吐出装置は、液体を貯留する貯留室と、前記貯留室に通じる液体導入孔から前記貯留室に液体を供給する液体供給部と、前記貯留室内の液体を吐出する吐出口と、一端部が前記貯留室に配置された押圧体と、前記貯留室の体積を増減させて前記吐出口から前記貯留室内の液体を吐出させるために前記押圧体を移動させるアクチュエータを備え、前記吐出口の外側に、前記液体供給部により前記貯留室に供給された液体によって前記吐出口からはみ出した液体を保持する液体保持部を備え、前記アクチュエータにより前記押圧体が移動して前記貯留室の容積が減少したときに、前記液体保持部に保持された液塊とともに前記貯留室内の液体の一部を１ショットの液滴として吐出し、前記貯留室と前記吐出口とは常時開放された吐出流路で接続されており、前記１ショットの液滴の液量を変更する場合は、前記液体保持部に保持される液塊の大きさを前記液体供給部によって調整し、前記アクチュエータが圧電素子であり、前記１ショットの液滴の液量に関係なく前記圧電素子の駆動が一定である。

本発明の液体吐出方法は、液体を貯留する貯留室に液体を貯留し、一端部が前記貯留室に配置された押圧体を移動させることにより、前記貯留室に接続する吐出流路の吐出口から液体を吐出させる液体吐出方法であって、前記貯留室に液体を供給する液体供給部から前記貯留室に供給された液体によって液体を前記吐出口からはみ出させて液塊を形成し、これを前記吐出口の周囲の液体保持部によって保持する工程と、前記押圧体を移動させるアクチュエータにより前記押圧体を前進させて前記液体保持部に保持された液塊とともに前記貯留室内の液体の一部を１ショットの液滴として吐出する工程と、を含み、前記１ショットの液滴の液量を変更する場合、前記液体保持部に保持される液塊の大きさを前記液体供給部によって調整し、前記貯留室と前記吐出口とを接続する前記吐出流路は常時開放されており、前記アクチュエータが圧電素子であり、前記１ショットの液滴の液量に関係なく前記圧電素子の駆動が一定である。

本発明の液体吐出方法は、液体を貯留する貯留室に液体を貯留し、一端部が前記貯留室に配置された押圧部材を移動させることにより、前記貯留室に接続する吐出流路の吐出口から液体を吐出させる液体吐出方法であって、前記一端部が前記吐出流路から遠ざかる方向に前記押圧体を後退させる工程と、前記貯留室に液体を供給することにより前記貯留室に供給された液体によって液体を前記吐出口からはみ出させて液塊を形成し、これを前記吐出口の周囲の液体保持部によって保持する工程と、前記一端部を前記吐出流路へ接近させて前記吐出流路を閉塞する工程と、前記一端部を前記吐出流路から離した後に前記吐出流路に衝突させて前記液体保持部に保持された前記液塊とともに前記貯留室内の液体の一部を１ショットの液滴として吐出する工程とを含む。

本発明によれば、液体を飛翔させて吐出する液体吐出において吐出量の変更を容易に行うことができる。

本発明の実施の形態１の液体吐出装置の構成説明図 本発明の実施の形態１の液体吐出装置の吐出ヘッドの断面図 本発明の実施の形態１の液体吐出装置の吐出ヘッドにおける貯留室の構成説明図 本発明の実施の形態１の液体吐出装置における吐出ノズルの分解斜視図 本発明の実施の形態１の液体吐出装置における液体保持部（実施例１）の構成説明図 本発明の実施の形態１の液体吐出装置における液体保持部（実施例１）の機能説明図 本発明の実施の形態２の液体吐出装置における液体保持部の構成説明図 本発明の実施の形態２の液体吐出装置における液体保持部の機能説明図 本発明の実施の形態３の液体吐出装置の構成説明図 本発明の実施の形態３の液体吐出装置における吐出ヘッドの液体貯留部の構成説明図 本発明の実施の形態３の液体吐出方法の動作説明図 本発明の実施の形態３の液体吐出方法の動作説明図 本発明の実施の形態３の液体吐出方法の動作説明図 本発明の実施の形態３の液体吐出方法の動作説明図

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１を参照して、液体吐出装置１の全体構成を説明する。図１において、液体吐出装置１は吐出ヘッド３に設けられた貯留室Ｓ（図２、図３参照）内の液体を吐出する機能を有するものであり、液体を貯留する貯留室Ｓに吐出対象の液体を供給する液体供給部２を備えている。液体供給部２は、液体５を貯留するシリンジ形状のタンク４および空圧供給源であるタンク加圧部６を備えている。タンク加圧部６は電空レギュレータによって所定の圧力に調整された空圧をタンク４に送給する。これによりタンク４内の液体５は空圧によって押し出され、供給管７を介して吐出ヘッド３に供給される。

吐出ヘッド３は、底板部９ａを有し上側が開口したコ字形状の吐出ノズル装着部９を有しており、吐出ノズル装着部９の開口側には平板形状のベース部８が装着されている。ベース部８および吐出ノズル装着部９は、吐出ヘッド３の本体を構成するヘッド本体部１０となっている。吐出ノズル装着部９の底板部９ａの下面には、スペーサ１６を介してノズル部材１７が装着されている。スペーサ１６およびノズル部材１７は、液体５を吐出する吐出ノズル１８を構成する。

吐出ノズル装着部９には、環状バネ１３を介して押圧体１１が装着されており、さらに押圧体１１とベース部８との間には圧電素子よりなるアクチュエータ１２が配設されている。アクチュエータ１２はアクチュエータ制御部１４によって制御されて上下方向へ伸縮動作を行い、ベース部８はアクチュエータ１２の伸張時の上向きの反力を支持する。これにより、アクチュエータ１２の下面に配設された押圧体１１は往復移動して、供給管７およびノズル部材１７を介して貯留室Ｓ（図２、図３参照）に供給された液体５を、以下に説明する構成により吐出させる。

次に図２、図３を参照して、吐出ヘッド３の詳細構成を説明する。吐出ノズル装着部９は平板形状の底板部９ａの両側端部から側板部９ｄを上方に延出させた構成となっており、側板部９ｄの上端部にはベース部８が固定装着されている。ベース部８の下面に上面を当接させたアクチュエータ１２の下面には、押圧体１１が配設されている。

押圧体１１は円板形状の径大部１１ａから円柱形状の一端部１１ｂ（図４参照）を下方に突出させた形状を有している。押圧体１１を吐出ノズル装着部９に装着した状態では、吐出ノズル装着部９の底板部９ａに設けられた円形の開口部９ｃに、一端部１１ｂが往復動可能に嵌合する。この状態では、一端部１１ｂの外周面のパッキン溝に装着された第２のパッキン１９Ｂによって、開口部９ｃと一端部１１ｂの外周面とが密封される。すなわち押圧体１１はヘッド本体部１０にアクチュエータ１２に駆動されて往復動可能に装着され、一端部１１ｂがヘッド本体部１０からアクチュエータ１２による往復動方向に突出した構成となっている。また底板部９ａの上面と径大部１１ａの下面との間には、環状バネ１３が介在している。

吐出ノズル装着部９の装着面９ｂには、第１ガスケット２０Ａを介してスペーサ１６が装着されている。スペーサ１６は、ヘッド本体部１０に着脱自在な所定の厚みを有する板状部材であり、スペーサ１６には開口部９ｃと同径もしくはやや小径サイズの開口部１６ａが、スペーサ１６の厚みを貫通して設けられている。押圧体１１がヘッド本体部１０の吐出ノズル装着部９に装着された状態では、吐出ノズル装着部９から下方へ突出する一端部１１ｂは、開口部１６ａによって包囲されて貯留室Ｓに配置された形態となる。

この状態でアクチュエータ１２を駆動して押圧体１１を往復移動させることにより、貯留室Ｓの容積が増減する。そして貯留室Ｓ内に液体５を貯留した状態で貯留室Ｓの容積を減少させることにより、貯留室Ｓ内の液体５を吐出口２４（図２）から吐出させる。すなわちアクチュエータ１２は、貯留室Ｓの容積を増減させて吐出口２４から貯留室Ｓ内の液体５を吐出させるために、押圧体１１を移動させる。

図３に示すように、開口部１６ａの上部には第１のパッキン１９Ａを保持するための保持部１６ｂが形成されている。保持部１６ｂに第１のパッキン１９Ａを保持させることにより、第１のパッキン１９Ａはスペーサ１６と押圧体１１の一端部１１ｂの側面の間に位置する。これにより、貯留室Ｓの液体５が開口部９ｃの側面と一端部１１ｂの側面との間の隙間に進入するのが防止される。

スペーサ１６の下面側には第２ガスケット２０Ｂを介してノズル部材１７が装着されている。ノズル部材１７は開口部１６ａを塞ぐ状態でスペーサ１６に装着され、この状態では、ノズル部材１７の装着面１７ａと開口部１６ａの内面とで包囲された空間は貯留室Ｓを形成し、押圧体１１の一端部１１ｂが貯留室Ｓ内に配置される。

ノズル部材１７の一方側の側面には、図１に示す供給管７と接続され、内部に液体５を導く（矢印ａ）ための入口部２２ａを有するジョイント２２が植設されている。入口部２２ａは、ノズル部材１７の内部に設けられ貯留室Ｓに液体５を導入する液体導入孔２３と通じている。すなわち液体導入孔２３はノズル部材１７の装着面１７ａ（図３参照）に開口した出口部２３ａを介して、貯留室Ｓと連通している。出口部２３ａは貯留室Ｓに吐出対象の液体５を供給する供給孔として機能しており、液体供給部２によって貯留室Ｓに液体５を供給する際には、貯留室Ｓに通じる液体導入孔２３から液体５を導入する。

ここで液体導入孔２３はノズル部材１７の側面に開口した入口部２２ａから出口部２３ａに向かって傾斜した形状となっている。これにより液体導入孔２３はノズル部材１７内部において屈曲部のない直線状に形成される。このため液体導入孔２３内部において残留した液体５や異物などによる目詰まりが発生しにくい構造とすることができる。さらに液体の交換時などに必要とされるメンテナンス作業において、クリーニングピンなどのツールを液体導入孔２３に挿通させて、容易に液体導入孔２３の内部を清掃することが可能となっている。

ノズル部材１７の下面には、貯留室Ｓ内の液体５を外部に吐出する吐出口２４が設けられており、貯留室Ｓと吐出口２４とは常時開放された吐出流路２４ａで接続されている。吐出流路２４ａは下方の径寸法が絞られたテーパ孔形状となっており、貯留室Ｓ側にいくに従って径が大きくなっている。ここで、吐出口２４の位置は貯留室Ｓ内における中心位置から出口部２３ａと反対側に隔てた配置となっている。このような配置とすることにより、一端部１１ｂを貯留室Ｓ内で往復移動させる液吐出において出口部２３ａから貯留室Ｓ内に供給された液体５は、貯留室Ｓ内にエアだまりを形成することなく全体を充填し、貯留室Ｓ内にエアだまりが残留することによる吐出不良を防止することができる。

液体吐出装置１による液体５の吐出に際しては、まず液体供給部２から供給管７および液体導入孔２３を介して貯留室Ｓ内に液体５を供給する。次いでアクチュエータ制御部１４によってアクチュエータ１２を充電し、環状バネ１３による付勢力に抗して押圧体１１を所定のストロークだけ伸張させる。これにより貯留室Ｓの容積が変化して、吐出流路２４ａを介して吐出口２４から１ショット分の液体５が吐出される。

そして吐出後にはアクチュエータ１２を放電することによりアクチュエータ１２の伸張を元に戻し、環状バネ１３の付勢力により押圧体１１が押し上げられて次回の液吐出が可能な状態となる。すなわちアクチュエータ１２、環状バネ１３、アクチュエータ制御部１４は、押圧体１１を往復移動させて貯留室Ｓの容積を増減させることにより、吐出口２４から液体５を吐出させる駆動部１５となっている。

上述の液体吐出動作においては、塗布対象に応じて１ショット分の液体５の液滴の液量を変更する必要が生じる場合がある。本実施の形態においては、アクチュエータ１２としての圧電素子の駆動を、１ショットの液滴の液量に関係なく常に一定に設定するようにしている。そして１ショットの液滴の液量の変更が必要とされる場合に対応するため、ノズル部材１７の吐出面１７ｂに開口した吐出口２４の外周に、以下に説明する構成・機能の液体保持部を設けるようにしている。

そして液体吐出動作では、アクチュエータ１２により押圧体１１が移動して貯留室Ｓの容積が減少したときに、吐出口２４の外周の液体保持部に保持された液塊とともに、貯留室Ｓ内の液体５の一部を１ショットの液滴として吐出するようにしている。すなわち、アクチュエータ１２の駆動を常に一定に設定しており、さらに貯留室Ｓと吐出口２４とは常時開放された吐出流路２４ａで接続されていることから、押圧体１１が移動することにより吐出口２４から吐出される液体５の液量は一定となる。

そして、１ショットの液滴の液量を変更する場合は、この液体保持部に保持される液塊の大きさを液体供給部２によって調整する。これにより、貯留室Ｓから吐出口２４を介して吐出される液体５の液量が一定であるという条件下において、液体保持部に保持される液塊（図６，図８に示す液塊５ｂ参照）の大きさを液体供給部２により調整することのみによって、所望の液量の１ショットの液滴を吐出することが可能となっている。

図４は、吐出ノズル装着部９の装着面９ｂに組み付けられる部品を分解した斜視図を示している。すなわち、これらの部品を組み付ける際には、吐出ノズル装着部９の装着面９ｂから突出した押圧体１１の一端部１１ｂに、第１のパッキン１９Ａを装着する。次いで、第２ガスケット２０Ｂ、スペーサ１６、第１ガスケット２０Ａおよびノズル部材１７を重ねて、ノズル部材１７の吐出面１７ｂに設けられた締結孔１７ｃに締結ボルト２５を挿通させて、装着面９ｂに形成されたねじ孔９ｅに螺合させてねじ締結する。これにより、吐出ノズル装着部９の装着面９ｂには、スペーサ１６、ノズル部材１７を重ねた吐出ノズル１８が、締結ボルト２５によりねじ締結された状態となる。

次に図５を参照して、ノズル部材１７において吐出口２４の外側に設けられ、液体吐出動作に際して前述のように吐出対象の液体５を予め保持しておく機能を有する液体保持部（実施の形態１）の構成について説明する。なお図５（ａ）は、図２に示すノズル部材１７の吐出面１７ｂに設けられた吐出口２４の周囲を拡大して図示しており、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＡ−Ａ断面を示している。

図５（ａ）、（ｂ）において、ノズル部材１７の吐出面１７ｂに設けられた吐出口２４の周囲には、円環形状の凸部２４ｂが形成されている。凸部２４ｂにおいて吐出口２４が開口した面は液滴保持面２４ｃとなっており、液滴保持面２４ｃには吐出口２４からはみ出した液体５が表面張力により付着して保持される。この液体５の吐出口２４からのはみ出しは、液体供給部２から貯留室Ｓに供給された液体５が、貯留室Ｓの容積を超えて吐出口２４から溢れ出ることにより発生する。

すなわち本実施の形態１に示すノズル部材１７においては、吐出口２４の外側に、液体供給部２により貯留室Ｓに供給された液体５によって吐出口２４からはみ出した液体５を付着させて保持する液体保持部としての液滴保持面２４ｃを備えた構成となっている。そして吐出口２４からはみ出して液滴保持面２４ｃに沿って周囲に濡れ拡がった液体５は、液滴保持面２４ｃの外縁のエッジ部２４ｄに到達することにより、エッジ部の形状効果によってこれ以上の外方への濡れ拡がりが規制される。

すなわち液体保持部としての液滴保持面２４ｃは、吐出口２４からはみ出した液体５の濡れ広がりを制限する規制部としてのエッジ部２４ｄによって囲まれた形態となっている。図５に示す例では、吐出口２４を含む部分が周囲から突出した円環状の凸部２４ｂであり、凸部２４ｂのエッジ部２４ｄが液体５の濡れ広がりを制限する規制部となっている。

なお、図５（ｂ）に示すように、吐出口２４に対する凸部２４ｂの寸法比率は、吐出口２４の直径をＤ、規制部であるエッジ部２４ｄの直径をＡとした場合のＤとＡの関係が、条件不等式（１．３Ａ ≦ Ｄ ≦ ３．０Ａ）を満たすような寸法設定とすることが望ましい。このような寸法設定とすることにより、１ショットの液体吐出動作に先立って予め液滴保持面２４ｃに充填される液体５の液量を適正量に確保することが可能となっている。

次に図６を参照して、液体５を貯留する貯留室Ｓに液体５を貯留し、一端部１１ｂが貯留室Ｓに配置された押圧体１１を移動させることにより、貯留室Ｓに接続する吐出流路２４ａの吐出口２４から液体５を吐出させる液体吐出方法（実施の形態１）について説明する。ここでは、１ショットの液体吐出動作に際して、液体保持部としての液滴保持面２４ｃに適正な液量の液体５を、次の吐出に備えて付着させる充填動作、および充填された液体５をノズル部材１７から分離して飛翔させる吐出動作までの過程を示している。

まず図６（ａ）は充填開始の状態を示している。この状態では、凸部２４ｂの液滴保持面２４ｃには、前回の吐出動作時に充填された液体５が完全に飛翔・分離せずに一部が残留した残留付着液５ａが付着した状態となっている。そしてこの状態で充填が開始されると、液体供給部２から貯留室Ｓ内に液体５を供給することにより貯留室Ｓに供給された液体５によって吐出口２４からはみ出した液体５が、図６（ｂ）に示すように、吐出流路２４ａを介して吐出口２４からはみ出させる（矢印ｂ）。

そしてはみ出させた液体５は予め設定された所定量の液量を有する液塊５ｂを形成する。この液塊５ｂは吐出口２４の周囲の液体保持部である液滴保持面２４ｃによって保持される。このとき、液塊５ｂは液滴保持面２４ｃに沿って外側へ濡れ拡がった状態となっており、エッジ部２４ｄによってその外形形状が規制されている。これにより、ノズル部材１７の吐出口２４において１ショットの液体吐出のための充填が完了する。

次いで液滴の吐出が行われる。すなわち図２に示す押圧体１１を液体吐出方向へ移動させて押圧体１１の一端部１１ｂを貯留室Ｓ内において前進させる。これにより、貯留室Ｓ内の液体５は吐出流路２４ａを介して吐出口２４から吐出される。この吐出動作は、液体５の濡れ拡がりを規制する規制部としてのエッジ部２４ｄによって囲まれた領域である液滴保持面２４ｃが、図６（ｂ）に示す充填完了において液体５によって均一に濡れている状態で行われる。

図６（ｃ）に示すように、吐出動作においては、液滴保持面２４ｃに保持された液塊５ｂとともに、貯留室Ｓ内の液体５の一部を、１ショットの液滴５ｃとして吐出して飛翔させる（矢印ｃ）。このとき、液滴５ｃは液滴保持面２４ｃに保持された液塊５ｂから分離し、液滴保持面２４ｃには液塊５ｂの一部が付着した残留付着液５ａが残留している。

次に図７を参照して、ノズル部材１７において吐出口２４の外側に設けられ、液体吐出動作に際して前述のように吐出対象の液体５を予め保持しておく機能を有する液体保持部（実施の形態２）の構成について説明する。なお図７（ａ）は、図２に示すノズル部材１７の吐出面１７ｂに設けられた吐出口２４の周囲を拡大して図示しており、図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるＡ−Ａ断面を示している。

図７（ａ）、（ｂ）において、ノズル部材１７の吐出面１７ｂに設けられた吐出口２４の周囲には、有底円孔形状の凹部１２４が形成されている。凹部１２４において、吐出口２４が開口した底面およびこの底面の外縁部と連結して吐出面１７ｂに至る側面はそれぞれ液滴保持面１２４ｂ、１２４ｃとなっており、液滴保持面１２４ｂ、１２４ｃは、液体５を保持する液体保持部１２４ａを形成する。液体保持部１２４ａには、図５に示す液滴保持面２４ｃと同様に、吐出口２４からはみ出した液体５が表面張力により付着して保持される。

すなわち本実施の形態２に示すノズル部材１７においては、吐出口２４の外側に、液体供給部２により貯留室Ｓに供給された液体５によって吐出口２４からはみ出した液体５を付着させて保持する液体保持部としての液体保持部１２４ａを備えた構成となっている。そして吐出口２４からはみ出して液滴保持面１２４ｂに沿って周囲に濡れ拡がった液体５は、凹部１２４の外縁の液滴保持面１２４ｃに到達し、さらに液滴保持面１２４ｃに沿って濡れ拡がってエッジ部１２４ｄに到達することにより、エッジ形状効果により吐出面１７ｂにおけるこれ以上の外方への濡れ拡がりが規制される。

すなわち液体保持部１２４ａは、吐出口２４からはみ出した液体５の濡れ広がりを制限する規制部としてのエッジ部１２４ｄによって囲まれた形態となっている。図５に示す例では、吐出口２４を含む部分が周囲から陥没した凹部である有底円孔形状の凹部１２４であり、凹部１２４のエッジ部１２４ｄが液体５の濡れ広がりを制限する規制部となっている。なお、吐出口２４に対する凹部１２４の寸法比率は、図５（ｂ）に示す例と同様に、吐出口２４の直径をＤ、規制部である凹部１２４の直径をＡとした場合のＤとＡの関係が、条件不等式（１．３Ａ ≦ Ｄ ≦ ３．０Ａ）を満たすような寸法設定とすることが望ましい。

次に図８を参照して、図７に示すノズル部材１７を用いた液体吐出装置１（実施の形態２）により、液体５を貯留する貯留室Ｓに液体５を貯留し、一端部１１ｂが貯留室Ｓに配置された押圧体１１を移動させることにより、貯留室Ｓに接続する吐出流路２４ａの吐出口２４から液体５を吐出させる液体吐出方法（実施の形態２）について説明する。ここでは、１ショットの液体吐出動作に際して、液体保持部１２４ａに適正な液量の液体５を次の吐出に備えて付着させる充填動作から、充填された液体５をノズル部材１７から分離して飛翔させる吐出動作までの過程を示している。

まず図８（ａ）は充填開始の状態を示している。この状態では、凹部１２４の液体保持部１２４ａ（図７参照）には、前回の吐出動作時に充填された液体５が完全に飛翔・分離せずに一部が残留した残留付着液５ａが付着した状態となっている。そしてこの状態で充填が開始されれると、液体供給部２から貯留室Ｓ内に液体５を供給することにより貯留室Ｓに供給された液体５によって吐出口２４からはみ出した液体５が、図８（ｂ）に示すように、吐出流路２４ａを介して吐出口２４からはみ出させる（矢印ｄ）。

そしてはみ出させた液体５により、予め設定された所定量の液量を有する液塊５ｂを形成する。この液塊５ｂは凹部１２４の内部の液体保持部である液体保持部１２４ａによって保持される。このとき、液塊５ｂは凹部１２４内で濡れ拡がった状態となっており、エッジ部１２４ｄによってその外形形状が規制されている。これにより、ノズル部材１７の凹部１２４において１ショットの液体吐出のための充填が完了する。

次いで液滴の吐出が行われる。すなわち図２に示す押圧体１１を液体吐出方向へ移動させて押圧体１１の一端部１１ｂを貯留室Ｓ内において前進させる。これにより、貯留室Ｓ内の液体５は吐出流路２４ａを介して吐出口２４から吐出される。この吐出動作は、液体５の濡れ拡がりを規制する規制部としてのエッジ部１２４ｄによって囲まれた領域である凹部１２４が、図８（ｂ）に示す充填完了において液体５によって均一に濡れている状態で行われる。吐出動作においては、液滴保持面２４ｃに保持された液塊５ｂとともに、貯留室Ｓ内の液体５の一部を、１ショットの液滴５ｃとして吐出して飛翔させる（矢印ｅ）。このとき、液滴５ｃは液体保持部１２４ａに保持された液塊５ｂから分離し、液体保持部１２４ａには液塊５ｂの一部が付着した残留付着液５ａが残留している。

なお、図６，図８に示す吐出動作において、１ショットの液滴５ｃの液量を変更する場合は、液体保持部である液滴保持面２４ｃ、液体保持部１２４ａに保持される液塊５ｂの大きさを変更する。すなわち、充填過程において液体供給部２から貯留室Ｓに供給される液体５の液量を調整することにより、所望の大きさの液塊５ｂを形成する。

次に図９〜図１４を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。まず図９、図１０を参照して、液体吐出装置１Ａの構成について説明する。図９において、液体吐出装置１Ａは吐出ヘッド３４が備えた液体貯留部３５の下端部に設けられたノズル３６から、ステージ３０の上面に載置された塗布対象物３１に対して液体５の液滴を飛翔させて吐出する機能を有している。

液体吐出装置１Ａは実施の形態１に示す液体吐出装置１における液体供給部２と同様の構成および機能を有する液体供給部２を備えている。液体供給部２はタンク４内の液体５を供給管７を介して液体貯留部３５に供給する。吐出ヘッド３４は図１，図２に示すアクチュエータ１２と同様のアクチュエータを内蔵しており、ドライバ３３によってアクチュエータを駆動することにより、ノズル３６から液体５の液滴が吐出される。液体供給部２のタンク加圧部６およびドライバ３３は制御部３２によって制御され、これにより液体吐出装置１Ａによる液体吐出動作が実行される。

次に図１０を参照して、液体貯留部３５の構成および機能を説明する。図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、液体貯留部３５は内部に上下方向の貯留室４１が形成されたブロック部材４０を主体としている。ブロック部材４０の下端面には液体５の吐出のための吐出口３７が開口されたノズル３６が設けられており、ブロック部材４０の側面には内部に液体導入孔４４が形成された接続突部４０ａが突設されている。液体導入孔４４には供給管７が接続され、これにより液体供給部２から以下に説明する貯留空間４１ａに液体５が供給される。

ノズル３６の下面において吐出口３７の周囲の液滴保持面３６ａは、図５に示す液滴保持面２４ｃと同様の液体保持部として機能する。図１０（ａ）に示す状態では、液滴保持面３６ａには前回の１ショットの液体吐出において飛翔する液滴から分離して残留した残留付着液５ａが付着している。

ブロック部材４０には吐出ヘッド３４に内蔵されたアクチュエータによって駆動される押圧体であるピストン４３が上方から嵌入しており、ピストン４３の外周面と貯留室４１の内周面とはシール部材４２によって密封されている。ピストン４３と貯留室４１との間に形成される空間、すなわちピストン４３と貯留室４１との径隙間（図１０（ａ）に示す貯留空間４１ａ参照）や、ピストン４３を後退させた状態でピストン４３の前面側に形成される空間（図１０（ｂ）に示す貯留空間４１ａ参照）は、吐出対象の液体５を貯留する貯留空間４１ａとなっている。

貯留室４１の内側の空間である貯留空間４１ａと吐出口３７とはノズル３６を介して接続されており、ノズル３６の内面側は吐出口３７に向かって下方が絞られたテーパ形状の吐出流路３７ａとなっている。ピストン４３の下端部（一端部）は吐出流路３７ａの形状に対応したテーパ形状の接触面４３ａとなっており、図１０（ａ）に示すように、ピストン４３を前進させた状態では、接触面４３ａが吐出流路３７ａに当接してノズル３６の吐出口３７は閉鎖される。これにより、吐出口３７からの液体５の吐出が停止するとともに、液体導入孔４４を介しての液体５の供給も停止する。

これに対し、ピストン４３を後退させた状態では、図１０（ｂ）に示すように、ピストン４３の下方に形成される貯留空間４１ａの領域が増大し、これにより液体導入孔４４は貯留空間４１ａを介して吐出口３７と連通する。この状態で液体導入孔４４から液体５を供給すると（矢印ｇ）、供給された液体５は貯留空間４１ａを満たした後に吐出流路３７ａを介して吐出口３７から押し出される（矢印ｈ）。そして吐出口３７から周囲にはみ出した液体５は、液滴保持面３６ａに沿って濡れ拡がり、液滴保持面３６ａに付着して垂下した状態の液塊５ｂを形成する。このとき、ピストン４３を後退させて接触面４３ａが吐出流路３７ａから離れている開放時間を調整することにより、液塊５ｂの大きさを所望の大きさに調整することができる。

この液塊５ｂから１ショットの液滴５ｃを分離・飛翔させて塗布対象物３１に塗布する液体塗布動作においては、吐出ヘッド３４に内蔵されたアクチュエータを駆動してピストン４３を所定の前進速度で前進させる。これにより、接触面４３ａは吐出流路３７ａに衝突し、この衝撃により液塊５ｂから１ショットの液滴５ｃが分離して、下方に飛翔して塗布対象物３１に塗布される。

すなわち実施の形態３に示す液体吐出装置１Ａは、貯留室４１と吐出口３７とは吐出流路３７ａで接続されており、吐出ヘッド３４に内蔵されたアクチュエータは押圧体であるピストン４３を移動させることにより一端部の接触面４３ａを吐出流路３７ａに衝突させて、１ショットの液滴５ｃを塗布するものである。
そして１ショットの液滴５ｃの液量を変更する場合は、図１０（ｂ）に示すように、ピストン４３の接触面４３ａが吐出流路３７ａから離れている開放時間を変更して、液体保持部である液滴保持面３６ａに保持される液塊５ｂの大きさを調整する。

次に図１１、図１２を参照して、図９、図１０に示す実施の形態３の液体吐出装置１Ａにより、液体５を貯留する貯留室Ｓに液体５を貯留し、一端部である接触面４３ａ（一端部）が貯留室Ｓに配置されたピストン４３（押圧体）を移動させることにより、貯留室Ｓに接続する吐出流路３７ａの吐出口３７から液体５を吐出させる液体吐出方法の第１実施例について説明する。ここでは、１ショットの液体吐出動作に際して、液体保持部としての液滴保持面３６ａに適正な液量の液体５を次の吐出に備えて付着させる充填動作から充填された液体５をノズル部材１７から分離して飛翔させる吐出動作までの過程を示している。

まず図１１（ａ）は吐出ヘッド３４の液体貯留部３５が液体吐出動作を実行する塗布指令受けを待っている待機状態を示している。この状態では、ブロック部材４０内の貯留室４１においてピストン４３が前進しており、接触面４３ａが吐出流路３７ａに当接して吐出流路３７ａが閉塞された状態にあって（図１０（ａ）参照）、吐出口３７からの液体５の吐出は停止している。

次に図１１（ｂ）は、制御部３２からの塗布指令を受けたときの液体貯留部３５の状態を示している。すなわち吐出ヘッド３４においてアクチュエータを駆動することによりピストン４３の後退（矢印ｉ）が開始される。これにより、ピストン４３の接触面４３ａは吐出流路３７ａから離隔し、ピストン４３の下方には貯留空間４１ａが形成される。すなわちここでは、接触面４３ａが吐出口３７から遠ざかる方向に押圧体としてのピストン４３を後退させる。

次いで図１１（ｃ）に示すように、液体充填が行われる。すなわち、液体供給部２（図９）から液体導入孔４４を介して液体５を送給し（矢印ｊ）、これにより貯留室４１の貯留空間４１ａに液体５が供給される。そして貯留空間４１ａに供給された液体５によって液体５を吐出口３７からはみ出させて（矢印ｋ）液塊５ｂを形成し、この液塊５ｂを吐出口３７の周囲の液体保持部である液滴保持面３６ａによって保持する。これにより、次に行われる１ショットの液体吐出のための液体５の充填、すなわち液塊５ｂの形成が完了する。

次に図１２（ａ）に示すように、液滴吐出のためのピストン衝突が行われる。すなわち液体貯留部３５においてピストン４３を所定の前進速度で前進させて（矢印ｍ）、接触面４３ａを吐出流路３７ａに衝突させる。これにより、予め液滴保持面３６ａに保持されていた液塊５ｂとともに、貯留室４１の貯留空間４１ａ内（図１１（ｃ）参照）に収容されていた液体５の一部がピストン４３の移動により吐出口３７から押し出され、これらの液体５の一部が液塊５ｂとともに吐出方向へ移動する（矢印ｎ）。

次いで図１２（ｂ）に示すように、液滴分離が行われる。すなわち、上述の液塊５ｂとともに、吐出口３７から押し出された液体５の一部を、１ショットの液滴５ｃとして下方へ飛翔させる（矢印ｏ）。このとき、液滴保持面３６ａには液滴５ｃから分離した残留付着液５ａが残留して付着した状態にある。ここで示す実施例では、図１２（ａ）においてピストン４３を前進させ、接触面４３ａを吐出流路３７ａに衝突させて、液滴保持面３６ａに保持された液塊５ｂとともに貯留室４１内の液体５の一部を１ショットの液滴５ｃとして吐出するようにしている。

なおここでは接触面４３ａを吐出流路３７ａに衝突させるようにした例を示しているが、この動作形態は必ずしも必須ではなく、接触面４３ａを吐出流路３７ａに衝突させることなく、低速で吐出流路３７ａに当接させることにより、液滴保持面３６ａに保持された液塊５ｂとともに貯留室４１内の液体５の一部を１ショットの液滴５ｃとして吐出するようにしてもよい。

次に図１３、図１４を参照して、図９、図１０に示す実施の形態３の液体吐出装置１Ａにより、液体５を吐出させる液体吐出方法の第２実施例について説明する。図１１，図１２に示す第１実施例においては、塗布指令受け（図１１（ｂ））の後に液体充填（図１１（ｃ））が完了することにより実際の液体吐出動作が可能となっており、塗布指令受けから液体吐出動作実行までに要する時間を短縮することが困難であった。これに対しここで示す第２実施例においては、塗布指令受けに先立って予備的な動作として液体充填を予め実行しておくようにしたものである。これにより、塗布指令受けの後、直ちに液体吐出動作を実行することが可能となり、塗布指令受けから液体吐出動作実行までの時間を短縮できるようになっている。

まず図１３（ａ）は吐出ヘッド３４の液体貯留部３５が液体吐出動作を実行する塗布指令受けを待っている待機状態を示している。この状態では、図１２（ａ）に示す状態と同様に、液体貯留部３５ではブロック部材４０内の貯留室４１においてピストン４３が前進しており、接触面４３ａが吐出流路３７ａに当接して吐出流路３７ａが閉塞された状態にあって、吐出口３７からの液体５の吐出は停止している。

次いで図１３（ｂ）に示すように、液体充填が行われる。すなわち、液体供給部２（図９）から液体導入孔４４を介して液体５を送給し（矢印ｑ）、これにより貯留室４１の貯留空間４１ａに液体５が供給される。そして貯留空間４１ａに供給された液体５によって液体５を吐出口３７からはみ出させて（矢印ｒ）液塊５ｂを形成し、この液塊５ｂを吐出口３７の周囲の液体保持部である液滴保持面３６ａによって保持する。これにより、塗布指令受け後に行われる１ショットの液体吐出のための液体５の充填、すなわち液塊５ｂの形成が完了する。

次に図１３（ｃ）は、液体充填後の液体貯留部３５が、再び塗布指令受けを待つ待機状態に戻った状態を示している。すなわちここでは、液滴保持面３６ａに液塊５ｂを保持した状態で、ピストン４３を前進させ、接触面４３ａ（一端部）を吐出流路３７ａへ接近させて吐出流路３７ａを閉塞する。これにより、液滴保持面３６ａに液塊５ｂを保持した液体充填状態で、塗布指令受けを待つスタンバイ状態となる。

次に図１３（ｄ）は、制御部３２からの塗布指令を受けたときの液体貯留部３５の状態を示している。すなわち吐出ヘッド３４においてアクチュエータを駆動することによりピストン４３の後退（矢印ｓ）が開始される。これにより、ピストン４３の接触面４３ａは吐出流路３７ａから離隔し、ピストン４３の下方には貯留空間４１ａが形成される。

次に図１４（ａ）に示すように、液滴吐出のためのピストン衝突が行われる。すなわち液体貯留部３５においてピストン４３を所定の前進速度で前進させて（矢印ｔ）、接触面４３ａを吐出流路３７ａに衝突させる。これにより、予め液滴保持面３６ａに保持されていた液塊５ｂとともに、貯留室４１内の貯留空間４１ａ（図１３（ｄ）参照）に収容されていた液体５の一部がピストン４３の移動により吐出口３７から押し出され、これらの液体５の一部が液塊５ｂとともに吐出方向へ移動する（矢印ｕ）。

次いで図１４（ｂ）に示すように、液滴分離が行われる。すなわち、上述の液塊５ｂとともに、吐出口３７から押し出された液体５の一部を、１ショットの液滴５ｃとして下方へ飛翔させる（矢印ｖ）。このとき、液滴保持面３６ａには液滴５ｃから分離した残留付着液５ａが残留して付着した状態にある。

すなわちここに示す実施例では、ピストン４３の接触面４３ａ（一端部）を吐出流路３７ａから離した後に吐出流路３７ａに衝突させて、液体保持部である液滴保持面３６ａに保持された液塊５ｂとともに貯留室である貯留空間４１ａ内の液体５の一部を１ショットの液滴５ｃとして吐出するようにしている。そして図１１〜図１４に示す実施例において、１ショットの液滴５ｃの量を変更する場合は、液滴保持面３６ａに保持される液塊５ｂの大きさを変更する。液塊５ｂの大きさの変更は、液体供給部２から液体貯留部３５に供給される液体５の液量を調整することにより行われる。

上記説明したように、実施の形態１，２に記載の液体吐出装置１においては、液体５を貯留する貯留室Ｓに液体５を貯留し、一端部１１ｂが貯留室Ｓに配置された押圧体１１を移動させることにより、貯留室Ｓに接続する吐出流路の吐出口から液体を吐出させる構成において、吐出口２４の外側に、液体供給部２により貯留室Ｓに供給された液体５によって吐出口２４からはみ出した液体５を保持する液体保持部を備えるようにしたものである。さらに実施の形態３に示す液体吐出装置１Ａにおいても同様に、ノズル３６に設けられた吐出口３７の周囲に吐出口３７からはみ出した液体５を保持する液滴保持面３６ａを備えるようにしている。

これにより、押圧体１１を貯留室Ｓの容積が減少する方向に移動させるときに、液体保持部に保持された液塊５ｂとともに貯留室Ｓ内の液体５の一部を１ショットの液滴５ｃとして吐出することが可能となる。このとき、液塊５ｂの液量を予め所望の塗布量に応じて調整しておくことにより、アクチュエータの駆動条件を一定に保持しながら、液滴５ｃを所望の液量に設定することができる。これにより、液体５を飛翔させて吐出する液体吐出において吐出量の変更を容易に行うことができる。

本発明の液体吐出装置および液体吐出方法は、液体を飛翔させて吐出する液体吐出において吐出量の変更を容易に行うことができるという効果を有し、接着用のペーストなどの液体を塗布する液体塗布分野において有用である。

１ 液体吐出装置
２ 液体供給部
３ 吐出ヘッド
５ 液体
５ｂ 液塊
５ｃ 液滴
１１ 押圧体
１１ｂ 一端部
１２ アクチュエータ
１７ ノズル部材
２３ 液体導入孔
２４，３７ 吐出口
２４ａ，３７ａ 吐出流路
２４ｂ 凸部
２４ｃ 液滴保持面
２４ｄ エッジ部
１２４ 凹部
１２４ａ 液体保持部
１２４ｄ エッジ部
３５ 液体貯留部
３６ ノズル
３６ａ 液滴保持面
Ｓ，４１ 貯留室
４３ ピストン
４３ａ 接触面

Claims (7)

1. 液体を貯留する貯留室と、
   前記貯留室に通じる液体導入孔から前記貯留室に液体を供給する液体供給部と、
   前記貯留室内の液体を吐出する吐出口と、
   一端部が前記貯留室に配置された押圧体と、
   前記貯留室の容積を増減させて前記吐出口から前記貯留室内の液体を吐出させるために前記押圧体を往復移動させるアクチュエータを備え、
   前記吐出口の外側に、前記液体供給部により前記貯留室に供給された液体によって前記吐出口からはみ出した液体を保持する液体保持部を備え、
   前記アクチュエータにより前記押圧体が移動して前記貯留室の容積が減少したときに、前記液体保持部に保持された液塊とともに前記貯留室内の液体の一部を１ショットの液滴として吐出し、
   前記貯留室と前記吐出口とは常時開放された吐出流路で接続されており、前記１ショットの液滴の液量を変更する場合は、前記液体保持部に保持される液塊の大きさを前記液体供給部によって調整し、
   前記アクチュエータが圧電素子であり、前記１ショットの液滴の液量に関係なく前記圧電素子の駆動が一定である、液体吐出装置。
2. 前記液体保持部は、はみ出した前記液体の濡れ広がりを制限する規制部によって囲まれている、請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記吐出口を含む部分が周囲から突出した凸部であり、前記凸部のエッジが前記規制部となっている、請求項２に記載の液体吐出装置。
4. 前記吐出口を含む部分が周囲から陥入した凹部であり、前記凹部のエッジが前記規制部となっている、請求項２記載の液体吐出装置。
5. 液体を貯留する貯留室に液体を貯留し、一端部が前記貯留室に配置された押圧体を移動させることにより、前記貯留室に接続する吐出流路の吐出口から液体を吐出させる液体吐出方法であって、
   前記貯留室に液体を供給する液体供給部から前記貯留室に供給された液体によって液体を前記吐出口からはみ出させて液塊を形成し、これを前記吐出口の周囲の液体保持部によって保持する工程と、
   前記押圧体を移動させるアクチュエータにより前記押圧体を前進させて前記液体保持部に保持された液塊とともに前記貯留室内の液体の一部を１ショットの液滴として吐出する工程と、を含み、
   前記１ショットの液滴の液量を変更する場合、前記液体保持部に保持される液塊の大きさを前記液体供給部によって調整し、
   前記貯留室と前記吐出口とを接続する前記吐出流路は常時開放されており、
   前記アクチュエータが圧電素子であり、前記１ショットの液滴の液量に関係なく前記圧電素子の駆動が一定である、液体吐出方法。
6. 液体を貯留する貯留室に液体を貯留し、一端部が前記貯留室に配置された押圧部材を移動させることにより、前記貯留室に接続する吐出流路の吐出口から液体を吐出させる液体吐出方法であって、
   前記一端部が前記吐出流路から遠ざかる方向に前記押圧体を後退させる工程と、
   前記貯留室に液体を供給することにより前記貯留室に供給された液体によって液体を前記吐出口からはみ出させて液塊を形成し、これを前記吐出口の周囲の液体保持部によって保持する工程と、
   前記一端部を前記吐出流路へ接近させて前記吐出流路を閉塞する工程と、
   前記一端部を前記吐出流路から離した後に前記吐出流路に衝突させて前記液体保持部に保持された前記液塊とともに前記貯留室内の液体の一部を１ショットの液滴として吐出する工程と、を含む液体吐出方法。
7. １ショットの液滴の量を変更する場合は、前記液体保持部に保持される液塊の大きさを変更する、請求項６に記載の液体吐出方法。

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