JP7066229B2 - 液体材料吐出装置、その塗布装置および塗布方法 - Google Patents
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Description
加えて、熱による弁座の変形(主に膨張)や応力、ひずみの発生も吐出精度に影響を与えることが分かっている。
発明者は、試行錯誤の結果、最小限の変形量で閉鎖性を高めるために樹脂膜を採用する構成に到達し、本発明の創作をなした。すなわち、本発明は、以下の技術手段により構成される。
上記液体材料吐出装置において、前記バルブシート部材が前記バルブロッドの押圧により変形が生じない材質により構成されることを特徴としてもよい。
上記液体材料吐出装置において、前記樹脂膜が、10~1000μmの厚みを有することを特徴としてもよい。
上記液体材料吐出装置において、前記バルブロッドの下端または前記バルブシート部材の上面が、前記樹脂膜と面接触することを特徴としてもよい。
上記液体材料吐出装置において、前記バルブロッドの下端が平面であり、前記バルブシート部材の上面が平面であることを特徴としてもよい。
上記液体材料吐出装置において、前記樹脂膜が、エンジニアリングプラスチックにより構成されることを特徴としてもよい。
上記液体材料吐出装置において、前記バルブロッドの下端および前記バルブシート部材が、金属により構成されることを特徴としてもよい。
上記液体材料吐出装置において、前記ノズルが、前記貯留容器の下端部が挿着される凹部を有するノズル取付部材により構成されており、ノズル取付部材の凹部に取り付けられたバルブシート部材が前記貯留容器の先端により機械的に固定されており、前記バルブロッドの下端が、キャップ状または凹状の前記樹脂膜で覆われていることを特徴としてもよい。
上記液体材料吐出装置において、前記バルブシート部材が、交換可能な円盤状の部材であることを特徴としてもよい。
上記液体材料吐出装置において、前記樹脂膜の厚さが、前記バルブシート部材の厚さの1/100以下であることを特徴としてもよい。
上記液体材料吐出装置において、前記吐出制御装置が、前記アクチュエータによるバルブロッドの上昇時の加速時間Auを2~300[ms」の範囲で制御することを特徴としてもよい。
上記液体材料吐出装置において、前記吐出制御装置が、前記アクチュエータによるバルブロッドの上昇時の目標速度V1を0.2~30[mm/s]の範囲で制御すること、および/または、前記アクチュエータによるバルブロッドの下降時の加速時間Adを2~300[ms」の範囲で制御することを特徴としてもよい。
上記液体材料吐出装置において、前記バルブロッドがスライド部材を介してアクチュエータと接続されており、前記スライド部材が所定の位置にあることを検出するセンサ機構を備え、前記スライド部材の位置を検出することにより前記バルブロッドの下端が前記弁座に当接する位置にあることを検知する位置検知機構を備えることを特徴としてもよい。
上記液体材料吐出装置において、前記バルブロッドと接続され、スライド部材に離間可能に当接して配置されるロッド連動部材と、ロッド連動部材とスライド部材とを離間可能に当接させる付勢力を与える弾性部材と、を備え、前記バルブロッドが前記弁座に当接した後、前記アクチュエータにより前記バルブロッドをさらに進出させる力を作用させると前記スライド部材が前記ロッド連動部材と離間して下方に移動し、当該スライド部材の移動をセンサ機構が検知することにより前記バルブロッドの下端が前記弁座に当接する位置にあることを検知することを特徴としてもよい。
上記塗布装置において、前記減圧装置が、真空ポンプであることを特徴としてもよい。
上記塗布方法において、前記カバー内が実質的に真空であることを特徴としてもよい。
上記第2の観点の液体材料吐出装置において、前記樹脂膜が、前記バルブロッドの下端および前記弁座と比べ低弾性率の樹脂により構成されることを特徴としてもよい。
上記液体材料吐出装置において、前記樹脂膜が、10~1000μmの厚みを有することを特徴としてもよい。
上記第2の観点の液体材料吐出装置において、前記バルブロッドの下端または前記弁座の上面が、前記樹脂膜と面接触することを特徴としてもよく、この場合、前記バルブロッドの下端が平面であり、前記弁座の上面が平面であることが好ましい。
上記第2の観点の液体材料吐出装置において、前記樹脂膜の引っ張り強さが、50MPa以上であることを特徴としてもよく、この場合、前記樹脂膜が、エンジニアリングプラスチックにより構成されること、および/または、前記バルブロッドの下端および前記弁座が、金属により構成されることが好ましい。
上記第2の観点の液体材料吐出装置において、前記弁座が、機械的に固定されるバルブシート部材により構成されることを特徴としてもよい。
上記第2の観点の液体材料吐出装置において、前記吐出制御装置が、前記アクチュエータによるバルブロッドの上昇時の加速時間Auを2~300[ms」の範囲で制御することにより、バルブロッドの上昇に伴う気泡の発生を防止することを特徴としてもよく、この場合、前記吐出制御装置が、前記アクチュエータによるバルブロッドの上昇時の目標速度V1を0.2~30[mm/s]の範囲で制御すること、および/または、前記アクチュエータによるバルブロッドの下降時の加速時間Adを2~300[ms」の範囲で制御することが好ましい。
上記第2の観点の液体材料吐出装置において、前記吐出制御装置が、前記アクチュエータによるバルブロッドの上昇時の加速時間Auおよび下降時の加速時間Adを同一に設定することを特徴としてもよい。
上記第2の観点の液体材料吐出装置において、前記アクチュエータが、前記吐出制御装置により前記バルブロッドの進出位置を制御可能なモータを駆動源とすることを特徴してもよく、この場合、前記アクチュエータが、ステッピングモータ、サーボモータおよびリニアモータから選択された一のモータを駆動源とすることを特徴とすることが好ましい。
上記第2の観点の液体材料吐出装置において、前記バルブロッドの下端が前記弁座を閉鎖する位置にあることを検知する位置検知機構を備えることを特徴としてもよく、この場合、前記位置検知機構が、前記アクチュエータと接続されるスライド部材と、スライド部材と接続されるスライダと、スライド部材が所定の位置にあることを検出するセンサ機構と、前記バルブロッドと接続され、スライド部材に離間可能に当接して配置されるロッド連動部材と、ロッド連動部材とスライド部材とを離間可能に当接させる付勢力を与える弾性部材と、を備えて構成され、前記バルブロッドが前記弁座に当接した後、前記アクチュエータにより前記バルブロッドをさらに進出させる力を作用させると前記スライド部材が前記ロッド連動部材と離間して下方に移動し、当該スライド部材の移動をセンサ機構が検知することにより前記バルブロッドの下端が前記弁座を閉鎖する位置にあることを検知することが好ましい。
上記第2の観点の塗布装置において、前記減圧装置が、真空ポンプであることを特徴としてもよい。
上記第2の観点の塗布方法において、前記カバー内が実質的に真空であることを特徴としてもよい。
また、バルブ閉鎖時には、実質的に樹脂膜のみを変形させて閉鎖性を高めるので、吐出精度への悪影響を最小限とすることが可能である。
<<第一実施形態>>
以下では、まず吐出装置1の構成を説明し、次いでその動作を説明する。
図1に第一実施形態に係る吐出装置の部分断面正面図を示す。図2に図1におけるC-C矢視図を示す。図3に図1におけるA部拡大図を示す。なお、図2におけるアクチュエータ側(右側)を「背面」、中心軸線を挟んでその反対側(左側)を「正面」、背面と正面の間に位置する左右の面を「側面」ということがある。
第一実施形態で使用される貯留容器2は、上端部に鍔部9を有し、下端部に内筒8を有する一般的な樹脂製シリンジであるが、金属製(例えばステンレス製)のシリンジを使用してもよい。貯留容器2にはバルブロッド21が挿通され、内筒8の内部空間がロッド先端部挿通孔を構成する。内筒8には、ノズル取付部材5、バルブシート部材6、樹脂膜301およびノズル3が取り付けられる。
ノズル取付部材5は、円筒状の金属部材であり、底面にノズル3が嵌挿される貫通孔が設けられている。
樹脂膜301は、円盤状のフィルムであり、バルブシート部材6とバルブロッド21との間に設けられ、バルブシート部材6とシリンジ2の下端にある内筒8との間に挟まれるようにして固定される。樹脂膜301の詳細は後述する。
なお、本体下部部材10より上側は、安全性確保および防塵等のため、図示しないカバーで覆うことが好ましい。
第1ブッシュ208および第2ブッシュ209は、バルブロッド21の外周に摺接して支持する筒状の部材であり、バルブロッド21のブレを防止するガイド部材として機能する。すなわち、第1ブッシュ208および第2ブッシュ209のガイドによりバルブロッド21の直進性を良好とし、バルブロッド21の下端とバルブシート部材6との接触位置のズレの発生を防止している。これにより、バルブロッド21の先端、バルブシート部材6の連通孔7、および樹脂膜301の貫通孔302の各中心をぴったり合わせ、液漏れの発生を防いでいる。
本体下部部材10の上方には、後述する位置検知機構34を内包するように、内部に空間を有する実質直方体形状をした外フレーム201を設けている。
外フレーム201の下部には、嵌入孔202が設けられており、本体下部部材10上面の突出部207が嵌め込んで固定される。
センサ43と対向する内フレーム218の外側面には、検知板45が設置されている。本実施形態では、センサ43、取付板44および検知板45により位置検知機構34を構成している。本実施形態とは異なり、内フレーム218の外側面にセンサ43を配置し、それと対向する取付板44に検知板45を設けてもよい。検知動作の詳細については後述する。
外フレーム201の背面部205は、本体下部部材10より背面側に張り出して設けられている(図2参照)。背面部205の正面側(内側)には、板状のアクチュエータ支持部材215が設けられている。アクチュエータ支持部材215は、スライダ216の下端付近から延長部204の上方まで延びており、外フレーム201の上方でアクチュエータ28を支持している。アクチュエータ支持部材215には、正面側にスライドレール217の上を移動可能なスライダ216が配設されている。スライダ216は、アクチュエータロッド31および内フレーム218と連結されている。
内フレーム218の正面側は、外フレーム201と同様、ほぼ全ての部分が開口している。
なお、ロッド連動部材221の固定方法はこれに限定されず、ロッド連動部材221を二つの部品に分け、前後から挟み込んで固定するようにしてもよい。
円盤状の樹脂膜301は、バルブシート部材6とバルブロッド21との間に配置され、バルブシート部材6とシリンジ2の下端にある内筒8との間に挟まれるようにして固定される。本実施形態のように機械的に固定した場合は、消耗品であるバルブシート部材6や樹脂膜301の交換が容易である。
樹脂膜301の中心には、バルブシート部材6の連通孔7と上面視同形(本実施形態では同径)の貫通孔302が設けられている。貯留容器2と吐出流路4とは、バルブシート部材6の連通孔7および樹脂膜301の貫通孔302を介して連通される。
バルブロッド21の下端面は、樹脂膜301の貫通孔302を塞ぐことができる大きさに構成すれば足りるが、一例を挙げると、直径にして貫通孔302の1.5~20倍、または、3~15倍とすることが開示される。バルブロッド21の下端を面で接触させる構成としたことにより、小さな力で大きな領域を接触させることができるので、変形量を小さく抑えつつ閉鎖に必要な押圧力を加えることができる。
なお、ノズル取付部材5の底部の厚さ(強度)が十分であれば、バルブシート部材6を設けずに、ノズル取付部材5の内底面上に樹脂膜301を設置して弁座を構成しても、同様の効果を奏することができる。
第一実施形態に係る吐出装置1の動作について図4、図5および図6を参照しながら説明する。
(上昇動作)
始めに、図4を参照しながら、バルブロッド21の下端が樹脂膜301に接触した位置から上昇する動作について説明する。アクチュエータ28を動作させ、アクチュエータロッド31が縮むと、接続されているスライダ216が上昇する(符号226)。スライダ216が上昇すると、スライダ216に固定された内フレーム218が一体となって上昇する(符号227)。内フレーム218が上昇すると、内フレーム218の内底面がロッド連動部材221を上昇させ(符号228)、これによりロッド連動部材221が保持しているバルブロッド21が上昇する(符号229)。バルブロッド21の下端が樹脂膜301より離れると、吐出流路4を通過した液体材料が吐出口より流出する。
(第1の下降動作)
次いで、図5を参照しながら、バルブロッド21の下端が樹脂膜301に接触するまでの下降動作について説明する。アクチュエータ28を動作させ、アクチュエータロッド31が下方に伸びると、スライダ216が下降する(符号230)。スライダ216が下降すると、スライダ216に固定された内フレーム218が一体となって下降し(符号231)、弾性部材224を介してロッド連動部材221を下降させる(符号232)。このとき、弾性部材224である圧縮バネの強さPiiをバルブロッド21、ロッド連動部材221、第1固定部材222および第2固定部材223を移動させるのに必要な力と同等としているので、バネ224は実質的に縮むことはない(従って、第1の下降動作の間、ロッド連動部材221の底面は内フレーム218の内底面と当接状態にある。)。
ロッド連動部材221が下降すると、バルブロッド21も下降し(符号233)、バルブロッド21の下端が樹脂膜301に接触する。これにより、吐出流路4と貯留容器2との連通が遮断され、吐出口からの液体材料の流出が停止する。
次いで、図6を参照しながら、バルブロッド21の位置を安全閉鎖位置とするための下降動作について説明する。バルブロッド21の下端が樹脂膜301に接触した後も、アクチュエータロッド31が下方に伸び続けると、スライダ216はさらに下降し(符号234)、スライダ216に固定されている内フレーム218も一体となって下降する(符号235)。内フレーム218が下降すると、内フレーム218に設置されている検知板45がセンサ43から外れる。これを、センサ43が検知すると、検知信号を吐出制御装置33に送信する。吐出制御装置33は、この検知板45がセンサ43から外れる位置を初期検知位置(または当接位置)として記憶する。
本実施形態では、アクチュエータ28によるバルブロッド21の上昇動作において、上昇速度および加速度(本実施形態では、加減速時間)を制御することで、バルブロッド21の下端付近で起きる液体圧力の低下とそれに伴う気泡の発生を抑えている。
上昇時減速時間Buは、上昇時加速時間Auと同じ数値を設定するか、加速時間として許容される範囲(例えば2~300[ms])の数値を設定する。
上述の上昇動作および下降動作を含む、液体材料の吐出動作は次のとおりである。
まず、圧縮気体源から圧縮気体供給管20を介して気体供給ジョイント19に圧縮気体が供給され、圧縮気体流路18および図示しない連通孔を介してシリンジ2の中に貯留されている液体材料を加圧する。そして、吐出制御装置33から吐出開始の信号をアクチュエータ28が受け取ると、制御された速度と加減速時間でバルブロッド21を上昇させることにより、吐出口から液体材料が吐出される。所望とする吐出量に対応した時間が経過した後、吐出制御装置33から吐出終了の信号をアクチュエータ28が受け取り、バルブロッド21を下降させ、バルブロッド21の下端で樹脂膜301の貫通孔302(およびバルブシート部材6の連通孔7)を閉鎖する(第1の下降動作)。以上が、基本的な1回分の吐出動作となる。供給する圧縮気体の圧力、バルブロッド21の上昇距離、バルブ開放時間等は、用いる液体材料の物性や状態(粘度、温度等)により適宜設定するものである。また、ノズル3の径や長さ、バルブシート部材6の連通孔7および樹脂膜301の貫通孔302の径なども条件に応じて変更することができる。
また、既存のシリンジを利用し、バルブロッド21を簡単に着脱できる構造であるため、洗浄や組立などのメンテナンスが容易である。
また、圧縮気体で液体材料を圧送し、バルブロッド21で開閉する構成を備えるので、応答性がよく、高速(高流量)で安定した吐出を行うことができる。
加えて、バルブシート部材6とバルブロッド21との間に樹脂膜301を設けたことにより、閉鎖時の吐出口からの液体材料の漏れを防ぎ、吐出精度を向上させることができる。
図8に、第一実施形態に係る吐出装置1を搭載した塗布装置101の概略斜視図を示す。
第一実施形態にかかる塗布装置101は、架台102の上に、塗布対象物であるワーク103を載置するテーブル104と、上述の吐出装置1をワーク103に対して相対的に移動させるX駆動装置105、Y駆動装置106、Z駆動装置107を備える。XYZ駆動装置(105、106、107)は、それぞれ符号108、109、110の方向へ移動することができる。架台102の内部には、上述の吐出装置1の動作を制御する吐出制御装置33と、上述の各駆動装置(105、106、107)の動作を制御する駆動制御装置111をと備える。架台102から上は、点線で示したカバー112に囲まれ、図示しない真空ポンプ等を用いることにより、内部を負圧環境とすることができる。カバー112には、内部へアクセスするための扉を設けてもよい。なお、本実施形態では、内部を負圧環境としているが、大気圧として塗布作業をすることも可能である。
図9に示す第二実施形態の液体材料吐出装置1は、樹脂膜303がバルブロッド21の下端部に固設されている点で第一実施形態と相違する。以下では、第一実施形態との相違点を中心に説明し、共通する要素については説明を割愛する。
第二実施形態のバルブロッド21は、第一実施形態と同様、下端部が細径の円柱状に構成されている。樹脂膜303は、バルブロッド21の下端部を覆うキャップ状または凹状の部材であり、図示しない固定部材(例えば、環状部材)により機械的に固定されている。この固定部材と係合する凸部または凹部をバルブロッド21の側面に設けてもよい。
第二実施形態の樹脂膜303は、第一実施形態と異なり、連通孔は存在しない。樹脂膜303は、バルブロッド21とともに上下動し、弁座を構成するバルブシート部材6への着座時にバルブロッド21の下端面によりバルブシート部材6へ押圧される。その他の構成については、第一実施形態と同様である。
なお、ノズル取付部材5の底部の厚さ(強度)が十分であれば、バルブシート部材6を設けず、ノズル取付部材5の内底面により弁座を構成しても、同様の効果を奏することができる。
Claims (17)
- 液体材料を貯留する貯留容器と、
貯留容器を加圧する圧縮気体供給源と、
吐出流路を有するノズルと、
往復動作するバルブロッドと、
バルブロッドを駆動するアクチュエータと、
吐出流路と連通する連通孔を有する弁座と、
アクチュエータを制御してバルブロッドの下端で連通孔を開閉する吐出制御装置と、
を備え、負圧空間内で使用される液体材料吐出装置であって、
前記バルブロッドの下端に配置された樹脂膜と、
前記貯留容器の下端部が挿着される凹部を有し、前記ノズルが設けられたノズル取付部材と、を備え、
前記弁座が、機械的に固定される平らな上面を有するバルブシート部材により構成されており、
前記ノズル取付部材の凹部に取り付けられた前記バルブシート部材が前記貯留容器の先端により機械的に固定されており、
前記バルブロッドの下端が、キャップ状または凹状の前記樹脂膜で覆われていること、
前記樹脂膜が、機械的に固定されており、交換可能であること、
前記樹脂膜の厚さが、前記バルブシート部材の厚さの1/10以下であることを特徴とする液体材料吐出装置。 - 前記バルブシート部材が前記バルブロッドの押圧により変形が生じない材質により構成されることを特徴とする請求項1に記載の液体材料吐出装置。
- 前記樹脂膜が、10~1000μmの厚みを有することを特徴とする請求項1または2に記載の液体材料吐出装置。
- 前記バルブロッドの下端または前記バルブシート部材の上面が、前記樹脂膜と面接触することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の液体材料吐出装置。
- 前記バルブロッドの下端が平面であり、前記バルブシート部材の上面が平面であることを特徴とする請求項4に記載の液体材料吐出装置。
- 前記樹脂膜が、エンジニアリングプラスチックにより構成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液体材料吐出装置。
- 前記バルブロッドの下端および前記バルブシート部材が、金属により構成されることを特徴とする請求項6に記載の液体材料吐出装置。
- 前記バルブシート部材が、交換可能な円盤状の部材であることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の液体材料吐出装置。
- 前記樹脂膜の厚さが、前記バルブシート部材の厚さの1/100以下であることを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の液体材料吐出装置。
- 前記吐出制御装置が、前記アクチュエータによるバルブロッドの上昇時の加速時間Auを2~300[ms」の範囲で制御することを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載の液体材料吐出装置。
- 前記吐出制御装置が、前記アクチュエータによるバルブロッドの上昇時の目標速度V1を0.2~30[mm/s]の範囲で制御すること、および/または、前記アクチュエータによるバルブロッドの下降時の加速時間Adを2~300[ms」の範囲で制御することを特徴とする請求項10に記載の液体材料吐出装置。
- 前記バルブロッドがスライド部材を介してアクチュエータと接続されており、
前記スライド部材が所定の位置にあることを検出するセンサ機構を備え、前記スライド部材の位置を検出することにより前記バルブロッドの下端が前記弁座に当接する位置にあることを検知する位置検知機構を備えることを特徴とする請求項1ないし11のいずれかに記載の液体材料吐出装置。 - 前記バルブロッドと接続され、スライド部材に離間可能に当接して配置されるロッド連動部材と、
ロッド連動部材とスライド部材とを離間可能に当接させる付勢力を与える弾性部材と、を備え、
前記バルブロッドが前記弁座に当接した後、前記アクチュエータにより前記バルブロッドをさらに進出させる力を作用させると前記スライド部材が前記ロッド連動部材と離間して下方に移動し、当該スライド部材の移動をセンサ機構が検知することにより前記バルブロッドの下端が前記弁座に当接する位置にあることを検知することを特徴とする請求項12に記載の液体材料吐出装置。 - 請求項1ないし13のいずれかに記載の液体材料吐出装置と、
ワークが設置されるワークテーブルと、
前記液体材料吐出装置と前記ワークテーブルとを相対的に移動する相対駆動装置と、
前記液体材料吐出装置、前記ワークテーブルと、前記相対駆動装置とが配置される負圧空間を構成するカバーと、
前記カバー内を負圧にする減圧装置と、
前記相対駆動装置を制御する駆動制御装置と、を備える塗布装置。 - 前記減圧装置が、真空ポンプであることを特徴とする請求項14に記載の塗布装置。
- 請求項14または15に記載の塗布装置を用いた塗布方法であって、前記減圧装置により前記カバー内を負圧とした状態で前記ワークと前記液体材料吐出装置とを相対移動しながら、ワーク上に液体材料を塗布する塗布方法。
- 前記カバー内が実質的に真空であることを特徴とする請求項16に記載の塗布方法。
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