KR20140050042A

KR20140050042A - 액적 토출 장치 및 액적 토출 방법

Info

Publication number: KR20140050042A
Application number: KR1020147003150A
Authority: KR
Inventors: 가즈마사 이쿠시마
Original assignee: 무사시 엔지니어링 가부시키가이샤
Priority date: 2011-07-11
Filing date: 2012-07-10
Publication date: 2014-04-28
Also published as: EP2732883B1; CN106166535A; HUE044123T2; TWI564083B; MY166475A; TWI609722B; PL2732883T3; EP2732883A1; CN103747885A; TWI537057B; KR101801224B1; CN106166535B; WO2013008799A1; EP2732883A4; ES2735286T3; US20140217127A1; CN103747885B; SG10201605074WA; TW201707796A; JP5806868B2

Abstract

선단이 토출구(11)를 구성하는 토출로(12)와, 플런저(30)와, 플런저(30)가 삽통되는 액실(50)과, 플런저(30)를 진퇴 이동시키는 플런저 구동 기구와, 플런저(30)의 선단부의 위치를 규정하는 플런저 위치 결정 기구를 구비하고, 플런저(30)의 선단부와 액실(50)의 내벽이 비접촉의 상태로 플런저(30)를 전진 이동시킴으로써 액재에 관성력을 부여하여 액적의 상태로 토출하는 액적 토출 장치에 있어서, 플런저(30)를 전진 이동시킴으로써 원하는 액적을 형성하기 위해 필요로 하는 양의 액재를 토출구(11)로부터 압출하고, 이어서, 플런저를 후퇴 이동시킴으로써 토출구(11)로부터 압출된 액재를 분단하여 미량의 액적을 형성하는 액적 토출 장치 및 상기 장치를 사용한 액적 토출 방법.

Description

액적 토출 장치 및 액적 토출 방법{DROPLET DISCHARGE DEVICE AND METHOD}

본 발명은, 물, 용제, 시약(試藥) 등의 저점성(粘性) 재료로부터, 납땜 페이스트, 은 페이스트, 접착제 등의 고점성(高粘性) 재료에 이르는 액체 재료를, 그 필러(filler)의 함유에 관계없이, 미량으로 양호한 정밀도로 토출(吐出)하는 액적(液適) 토출 장치 및 액적 토출 방법에 관한 것이다.

왕복 이동하는 플런저(plunger)를 사용하여 소량의 액체 재료를 토출구로부터 토출시키는 액적 토출 장치로서는, 지금까지 각종 기술이 제안되어 있다.

플런저의 선단을 밸브 시트에 닿게 하여 토출하는 타입의 액적 토출 장치로서는, 예를 들면, 특허 문헌 1에, 액재(液材)를 노즐로부터 떨어진 후에 공작물(work-object)에 착탄(着彈)시키는 액적 토출 장치로서, 노즐에 연결되는 출구 부근에 밸브 시트를 가지는 유로 내에, 플런저의 측면이 비접촉으로 설치되고, 플런저의 선단이 밸브 시트를 향해 이동하여 밸브 시트와 맞닿음으로써, 노즐로부터 액재를 액적의 상태로 토출시키는 장치가 개시된다.

그러나, 플런저를 밸브 시트에 접촉시키면, 플런저가 마모되어 형상 변화가 생기는 문제나, 마모분(麻耗粉)이나 마모편이 생겨 액재를 오염시키거나, 플런저와 밸브 시트 사이에 협지되어 양호한 토출을 방해하거나 하는 문제가 있었다.

그래서, 출원인은, 플런저의 선단을 밸브 시트에 닿게 하지 않고 토출하는 액적 토출 장치로서, 플런저를 진출 이동 및 진출 정지함으로써 액재에 관성력을 부여하여 액적의 상태로 토출하는 액적 토출 장치로서, 진출 정지 시의 플런저의 선단부의 위치를, 그 진출 방향에 있는 액실(液室)의 내벽 근방으로 규정하는 플런저 위치 결정 기구(機構)를 구비하는 액적 토출 장치를 제안했다(특허 문헌 2).

또한, 특허 문헌 3에는, 구동 장치에 의해 로드 단면(端面)을 실(室) 내부에서 극히 작은 스트로크로 또한 높은 가속도 및 큰 힘으로 전후로 변위시킴으로써 형성되는 압력파를 실 중의 재료 내를 전파시킴으로써, 노즐 개구로부터 재료를 토출시키는 유체(流體)의 방울을 배치하는 장치가 개시된다.

그런데, 최근, 전자 기기(機器) 종류의 소형화·경량화가 도모되는 중, 거기에 탑재되는 전자 부품의 소형화·경량화가 진행되고 있다. 예를 들면, 실장(實裝) 면적을 대폭 삭감할 수 있는 「0402 부품」이라는 실장 치수 400㎛×200㎛의 부품이, 2005년 전후로부터 탑재되도록 되어 있다. 0402 부품은, 현 실정은 메탈판에 의한 납땜 인쇄로 실장을 행하고 있지만, 대형 부품과의 혼재에 있어서는 하프 에칭 등의 연구가 필요하다는 문제가 있다. 또한, 도포량(도포 두께)의 개별 컨트롤이 요구되는 문제도 있었다. 그러므로, 인쇄에 의한 실장은, 수율이 나빴다. 또한, 인쇄성을 확보하기 위해, 부품 배치에 제약이 생기는 경우도 있었다.

왕복 이동하는 플런저를 사용한 액적 토출 장치에 있어서는, 플런저의 작동에 의해 액재를 제어할 수 있으므로, 이들 문제는 생기지 않는다. 그러나, 이 종류의 장치에 있어서, 플런저를 밸브 시트와 맞닿게 하지 않고, 소형 부품이며 필요로 하는 납땜 페이스트 등의 액체를 미량(예를 들면, 착탄 직경이 수십~수백 ㎛)이며 또한 양호한 정밀도로 방울형 토출하는 것은 지금까지 실현되어 있지 않다.

국제 공개 제98/10251호 팜플렛 국제 공개 제2008/108097호 팜플렛 국제 공개 제98/16323호 팜플렛

본 발명은, 왕복 이동하는 플런저를 사용한 액적 토출 장치에 있어서, 플런저를 액실 내벽(밸브 시트)과 맞닿게 하지 않고, 미량의 액적을 양호한 정밀도로 토출하는 것을 과제로 한다.

또한, 동일한 액적 토출 장치에서, 저점도로부터 고점도에 걸친 다양한 액체를 토출하는 것도 본 발명이 해결해야 할 과제이다.

제1 발명은, 선단이 토출구(吐出口)를 구성하는 토출로(吐出路)와, 플런저와, 플런저가 삽통(揷通)되는 액실과, 플런저를 진퇴(進退) 이동시키는 플런저 구동 기구와, 플런저의 선단부의 위치를 규정하는 플런저 위치 결정 기구를 구비하고, 플런저의 선단부와 액실의 내벽이 비접촉의 상태로 플런저를 전진 이동시킴으로써 액재에 관성력을 부여하여 액적의 상태로 토출하는 액적 토출 장치에 있어서, 플런저를 전진 이동시킴으로써 원하는 액적을 형성하기 위해 필요로 하는 양의 액재를 토출구로부터 압출(押出)하고, 이어서, 플런저를 후퇴 이동시킴으로써 토출구로부터 압출된 액재를 분단(分斷)하여 미량의 액적을 형성하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치이다.

제2 발명은, 제1 발명에 있어서, 토출로가, 선단이 토출구를 구성하는 제1 유로와, 제1 유로 및 액실과 연통되고, 제1 유로보다 대경(大徑)의 제2 유로로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

제3 발명은, 제2 발명에 있어서, 플런저를 후퇴 이동시킴으로써 토출구로부터 압출된 액재를 분단한 후, 더 플런저를 후퇴 이동시켜 토출로의 제1 유로 내 또는 제2 유로 내에 기액(氣液) 계면을 형성하고, 플런저의 이동을 정지시키는 것을 특징으로 한다.

제4 발명은, 제1 발명에 있어서, 플런저를 후퇴 이동시킴으로써 토출구로부터 압출된 액재를 분단한 후, 더 플런저를 후퇴 이동시켜 토출로 내에 기액 계면을 형성하고, 플런저의 이동을 정지시키는 것을 특징으로 한다.

제5 발명은, 제3 또는 제4의 발명에 있어서, 토출로 내에 기액 계면을 형성하고, 이동을 정지했을 때의 플런저의 위치로부터, 플런저를 전진 이동시킴으로써 원하는 액적을 형성하기 위해 필요로 하는 양의 액재를 토출구로부터 압출하고, 이어서, 플런저를 후퇴 이동시킴으로써 토출구로부터 압출된 액재를 분단하여 미량의 액적을 연속 형성하는 것을 특징으로 한다.

제6 발명은, 제1 내지 제5 중 어느 하나의 발명에 있어서, 토출구의 내경(內徑)이, 수십 ㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.

제7 발명은, 선단이 토출구를 구성하는 토출로와, 플런저와, 플런저가 삽통되는 액실과, 플런저를 진퇴 이동시키는 플런저 구동 기구와, 플런저의 선단부의 위치를 규정하는 플런저 위치 결정 기구를 구비하는 액적 토출 장치를 사용하여, 플런저의 선단부와 액실의 내벽이 비접촉의 상태로 플런저를 전진 이동시킴으로써 액재에 관성력을 부여하여 액적의 상태로 토출하는 액적 토출 방법에 있어서,

플런저를 전진 이동시킴으로써 원하는 액적을 형성하기 위해 필요로 하는 양의 액재를 토출구로부터 압출하는 압출 단계, 플런저를 후퇴 이동시킴으로써 토출구로부터 압출된 액재를 분단하여 미량의 액적을 형성하는 분단 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 방법이다.

제8 발명은, 제7 발명에 있어서, 분단 단계 후, 더 플런저를 후퇴 이동시켜 토출로 내에 기액 계면을 형성하고, 플런저의 이동을 정지시키는 흡입 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

제9 발명은, 제7 또는 제8의 발명에 있어서, 액재가 고형물을 함유하는 액재이며, 압출 단계에서의 플런저의 선단부와 액실의 내벽의 거리를 고형물보다 크게 설정한 것을 특징으로 한다.

제10 발명은, 제7 내지 제9 중 어느 하나의 발명에 있어서, 토출구의 내경이, 수십 ㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.

제11 발명은, 제7 내지 제10 중 어느 하나의 발명에 있어서, 액재가 점도 10000 mPa·s 이상인 것을 특징으로 한다.

제12 발명은, 제7 내지 제11 중 어느 하나의 발명에 있어서, 압출 단계에서의 플런저의 전진 이동 거리가, 동 단계 직후의 플런저의 선단부와 액실의 내벽의 거리보다 큰 것을 특징으로 한다. 여기서, 압출 단계에서의 플런저의 전진 이동 거리는, 동 단계 직후의 플런저의 선단부와 액실의 내벽의 거리의 3배 이상으로 하는 것이 바람직하고, 6배 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하고, 10배 이상으로 하는 것이 가장 바람직하다.

본 발명에 의하면, 종래, 플런저(밸브체)를 액실 내벽(밸브 시트)과 맞닿게 하지 않고 토출할 수 없었던 미량의 액적을 양호한 정밀도로 토출하는 것이 가능해진다.

또한, 밸브체와 밸브 시트가 접촉하도록 하지도 않았으므로, 마찰편이나 미립자의 발생이 없고, 이들이 재료 중에 혼입될 염려도 없어, 오염되지 않은 미량 토출을 행하는 것이 가능해진다.

또한, 액재가 필러 등의 고형물을 함유하는 경우라도, 고형물의 붕괴나 파손에 의한 토출 정밀도의 저하를 막아, 액재의 기능, 성질을 손상시키지 않고 토출할 수 있다.

도 1은 플런저의 위치와 액재의 상태의 관계를 설명하기 위한, 액적 토출 장치의 주요부의 측면 단면도(斷面圖). (a)는 제1 단계, (b)는 제2 단계, (c)는 제3 단계, (d)는 제4 단계, (e)는 제5 단계, (f)는 제6 단계, (g)는 제7 단계, (h)는 제8 단계를 나타낸다.
도 2는 플런저 및 토출로의 형상의 변형 구성예. (a)는 제1 구성예, (b)는 제2 구성예, (c)는 제3 구성예, (d)는 제4 구성예, (e)는 제5 구성예, (f)는 제6 구성예, (g)는 제7 구성예, (h)는 제8 구성예를 나타낸다.
도 3은 플런저 위치 결정 기구를 구비하는 액적 토출 장치의 측면 단면도이다. (a)는 이동 부재를 진출시킨 상태, (b)는 이동 부재를 후퇴 시킨 상태를 나타낸다.

본 발명은, 액실과 연통되는 삽통공(揷通孔)에 삽통되고, 선단이 액실 내의 내벽에 비접촉으로 진퇴 이동하는 플런저의 진퇴 이동에 따라, 플런저의 진출 방향으로 형성된 토출로의 선단의 토출구로부터 액재를 토출하는 기술에 관한 것이다. 본 발명의 기술을 이용하면, 저점성으로부터 고점성에 걸친 액체 재료를, 그 필러의 함유에 관계없이, 미량으로 양호한 정밀도로, 토출구로부터 액적의 상태로 토출할 수 있다.

본 발명에 의하면, 물, 용제, 시약 등의 저점성 재료로부터, 납땜 페이스트, 은 페이스트, 접착제 등의 고점성 재료에 이르는 액체 재료를, 미량 토출할 수 있다. 본 발명은, 크림 납땜과 같은 잉크젯에서의 토출에 적합하지 않은 고점도의 액체에도 적용할 수 있는 점에 특징을 가진다. 여기서, 고점도의 액체란, 예를 들면, 점도 10000~500000 mPa·s의 액체를 말한다. 특히, 점도 20000mPa·s ~ 500000mPa·s의 액체, 또한 예를 들면, 점도 30000mPa·s ~ 500000mPa·s의 액체를, 플런저(밸브체)를 액실 내벽(밸브 시트)과 맞닿게 하지 않고, 방울형으로 미량 토출하는 것은, 종래, 공업 레벨에서는 실현되어 있지 않다.

본 발명에서의 미량 토출이란, 예를 들면, 착탄 직경이 수십~수백 ㎛의 액적, 또는 체적이 1nl 이하(바람직하게는, 0.1~0.5 nl 이하)의 액적의 토출을 말한다. 본 발명은 수십 ㎛ 이하(바람직하게는 30㎛ 이하)의 토출구 직경에서도, 액적을 형성할 수 있는 점에 특징을 가진다.

이하에서는, 도 1에 기초하여 본 발명을 실시하기 위한 형태의 일례를 설명한다.

도 1은, 액적 토출 장치(디스펜서)의 주요부 단면도이다. 먼저, 액적 토출 장치의 주요부(토출부)의 구조에 대하여 설명한다.

도 1에 도시된 토출부는, 플런저(30)와, 액실(50)과, 삽통공(51)과, 액체 이송로(52)와, 토출로(12)를 구비한다.

액실(50)은, 플런저의 선단부(31)가 위치하는 액재가 채워진 공간이다. 도 1에 도시된 액실(50)은, 상면, 측면 및 바닥면을 가지고 원통형상으로 구성되어 있다.

액실(50)의 상면에는 삽통공(51)이 형성되어 있다. 삽통공(51)에는 플런저(30)가 삽통되어 있고, 플런저(30)의 선단이 액실(50) 내에 위치한다. 액실(50)의 폭(직경)은, 플런저(30)의 폭(직경)보다 넓고, 플런저(30)의 외주와 액실(50)의 측면은 항상 비접촉의 상태에 있다. 플런저(30)는, 도시하지 않은 플런저 구동 기구에 접속되어 있고, 토출로(12)에 대하여 가까워지도록 또는 멀어지도록 직진 운동한다. 도 1에서는, 선단부(31)의 형상을 평면으로 하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들면, 구형(球形)으로 하거나, 오목형으로 하거나, 끝이 가는 형상으로 하거나, 토출로(12)와 대향하는 위치에 돌기를 형성하거나 해도 된다. 도 2의 (a)~(g)에, 플런저의 선단부(31)의 형상예를 나타낸다.

액실(50)의 측면에는 액체 이송로(52)가 설치되어 있다. 액실(50)에는, 이 액체 이송로(52)를 통하여, 도시하지 않은 액재 저류(貯留) 용기 등의 액재 공급부로부터 액재가 공급된다.

액실(50)의 바닥면에는 외부와 연통되는 토출로(12)가 설치되어 있다. 플런저의 진출 이동에 따라, 액재는, 토출로(12) 선단의 토출구(11)로부터, 외부로 토출된다. 토출구(11)의 내경은, 예를 들면, 10~100 ㎛이다. 토출로(12)의 형상은 원기둥형에 한정되지 않고, 끝이 가늘어지도록 테이퍼를 형성한 형상으로 해도 된다[도 2의 (e), (g) 참조]. 또한, 토출구를 가지는 제1 유로(21)와 제1 유로보다 대경의 제2 유로(22)로 구성해도 되고[도 2의 (f) 참조], 이 때, 제2 유로(22)를 원뿔 사다리꼴로 형성하거나 해도 된다[도 2의 (a)~(d) 참조]. 토출로의 토출구 측과 비교하여 액실 측을 대경으로 한 경우에는, 토출로에 유입된 액재가 가속되는 효과를 얻을 수 있다.

토출로의 길이가 너무 긴 경우, 액적의 분단이 양호하게 행해지지 않는 경우가 있고, 특히 고점도의 액재에 있어서 이 문제가 생기기 쉽다. 그러므로, 토출로(12)는 액실 내의 벽면(53)에 구멍을 형성한 오리피스(orifice)에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 토출로의 길이는, 예를 들면, 100㎛~1000㎛으로 한다. 또한, 액실 내의 벽면(53)에 플런저(30)보다 대경의 움푹한 곳을 형성하고, 플런저의 선단부(31)와 대향하는 면을, 보다 토출구에 가까운 위치에 형성시켜도 된다. 이 때, 플런저의 선단부(31)와 대향하는 움푹한 곳 내의 면으로부터 토출구(11)까지가 토출로(12)로 된다[도 2의 (f) 참조]. 또한, 벽면(53)을, 토출로(12)가 위치하는 중앙 부분이 얇은 두께의 곡면으로 해도 된다[도 2의 (g) 참조].

플런저 구동 기구로서는, 모터, 피에조(piezo) 소자, 스프링 등의 탄성체, 에어압 등을 이용한 액추에이터가 예시된다. 플런저 구동 기구는, 용도에 따라 적절한 수단을 채용할 수 있지만, 저점도로부터 고점도에 걸친 다양한 액체를 토출하려고 하는 경우에는, 플런저의 스트로크를 일정 범위에서 조정 가능한 수단(피에조 소자 이외의 구동 수단)을 사용하는 것이 바람직하다. 미량 토출을 행할 때의 플런저의 스트로크는, 예를 들면 5~1000 ㎛이지만, 고점도의 액체를 토출할 때는 스트로크를 길게 하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 50~1000 ㎛으로 한다.

최진출(最進出) 위치에서의 플런저의 선단부의 위치는, 플런저 위치 결정 기구에 의해 규정된다. 플런저의 진출 방향에 있는 액재에 충분한 관성력을 부여하기 위해서는, 플런저의 단면 및 플런저의 선단부(31)와 대향하는 액실의 벽면(53)의 거리는, 충분히 좁게 설정하는 것이 바람직하다. 토출로(노즐)의 내경이 작아짐에 따라 플런저가 액재에 가하는 힘을 크게 할 필요가 있으므로, 이에 따라 플런저의 단면과 액실의 벽면의 거리(클리어런스)도 작게 할 필요가 있다.

예를 들면, 고점도의 액체로 착탄 직경 300㎛ 이하의 액적을 형성하기 위해서는, 클리어런스는, 1~50 ㎛의 범위로 설정하는 것이 바람직하고, 1~30 ㎛의 범위로 설정하는 것이 더욱 바람직하다. 단, 액재에 필러 등의 고형물이 함유되는 경우에는, 클리어런스가 고형물보다 커지도록 최진출 위치를 설정한다. 예를 들면, 액재가 평균 입자 직경 10㎛의 입자를 가지는 크림 납땜의 경우, 클리어런스는 10㎛보다 큰 것으로 할 필요가 있다[바람직하게는 클리어런스를 고형물의 크기(입자 직경)의 1.5배 이상으로 한다]. 납땜의 입자가 부서져, 토출로의 유입구 근방에 적층되는 것에 의해, 토출 정밀도가 현저하게 저하되는 문제가 생기기 때문이다.

플런저 위치 결정 기구는, 최후퇴(最後退) 위치에서의 플런저의 선단부의 위치도 규정한다. 저점도의 액재를 토출하는 경우, 플런저를 어느 정도의 속도로 이동시키면 액적을 형성하기 위해 필요한 관성력을 부여할 수 있지만, 고점도의 액재를 토출하는 경우, 플런저를 더욱 고속으로 이동시키기 위해 스트로크를 더욱 길게 설정할 필요가 있기 때문이다. 일반적으로, 점도가 높은 액체(예를 들면, 점도 10000 mPa·s 이상의 액체)를 미량 토출할 때는, 스트로크는 클리어런스와 비교하여 충분히 크게 설정할 필요가 있다. 플런저의 스트로크는, 그 최진출 위치에서의 클리어런스의 3배 이상으로 하는 것이 바람직하고, 6배 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하고, 10배 이상으로 하는 것이 가장 바람직하다.

도 3을 참조하면서 플런저 위치 결정 기구의 일례를 설명한다. 여기서 설명하는 플런저 위치 결정 기구는, 특허 문헌 2에 개시되어 있는 것이다.

플런저의 최진출 위치의 결정은, 다음의 수순으로 행한다.

먼저, 전자(電磁) 전환 밸브(72)를, 전방 피스톤실(43)과 외부가 연통되는 상태로 전환하고, 이동 부재(40)를 회전시켜, 이동 부재(40)가 최전방으로 이동한 상태로 한다. 전방 피스톤실(43)이 외부에 개방되어 있으므로, 코일 스프링(45)의 작용에 의해 피스톤(33)은 본체(71)에 대하여 전방으로 이동하고, 전방 맞닿음부(32)가 전방 스토퍼(41)와 맞닿아 정지한다. 이어서, 마이크로미터(69)를 회전시켜 후방 스토퍼(42)를 전진시키고, 후방 맞닿음부(34)에 접촉시킴으로써, 플런저(30)에 본체(71)를 고정시킨다.

본체(71)를 전방으로 이동시키고, 후방 스토퍼(42)와 후방 맞닿음부(34)가 접촉하는 상태로 고정시킨다. 플런저(30)의 선단부(31)가 액실(50)의 내벽에 접촉하는 접촉 위치(13)에서 고정된다. 이동 부재(40)를 회전시켜, 이동 부재(40)만을 후방으로 이동시켜 최진출 위치를 규정하고, 구동 유닛(70)을 베이스 부재(73)에 고정시킨다.

이상의 작업에 의해, 플런저(30)의 진출 시 정지 위치를, 플런저(30)의 선단부(31)가 액실(50)에 접촉하지 않는 원하는 위치로 조정할 수 있다.

플런저의 최후퇴 위치의 결정은, 다음의 수순으로 행한다.

마이크로미터(46)를 회전시켜, 후방 스토퍼(42)를 후퇴시키고, 토출 시의 플런저(30)의 후퇴 시 이동량을 결정한다. 플런저(30)의 후퇴 시 이동량이 결정되면, 마이크로미터(46)가 회전하지 않도록, 도시하지 않은 고정 나사 등의 회전 록킹 부재(locking member)에 의해 마이크로미터(46)를 고정시킨다. 이상의 작업에 의해, 플런저(30)의 최후퇴 위치의 설정 작업이 완료된다.

본 발명의 액적 토출 장치는, 대표적으로는, 공작물과 토출구를 상대 이동시키면서, 액재를 토출하는 태양(態樣)으로 사용된다. 액적 토출 장치는, XYZ 구동 기구에 설치되어 공작물을 탑재한 공작물 테이블과 상대 이동된다. 본 발명은, 액체가 액적으로 되어 토출구로부터 분리되고, 공작물에 착탄되므로, 토출구를 일정한 높이로 유지하여 수평 이동할 수 있다.

1개의 작업 위치에 1개의 방울이 토출되는 경우도 있으면, 복수의 방울을 같은 장소에 토출함으로써, 원하는 양을 확보하는 경우도 있다. 1숏(shot) 당의 토출량을 증가시키면 착탄 직경이 넓어지므로, 착탄 직경을 넓히고 싶지 않은 경우에는, 수 숏으로 원하는 양을 확보하는 것이 바람직하다. 본 발명의 액적 토출 장치는, 미량의 액체를 고속으로 연속하여 토출할 수 있어, 예를 들면, 매초 100숏 이상의 고속 택트로 작동시키는 것이 가능하다.

다음에 플런저의 위치와 액재의 상태의 관계를 설명한다.

도 1의 (a)는, 토출 동작 개시 시의 초기 상태를 나타낸다. 이 초기 상태에 있어서, 플런저(30)의 선단부(31)는, 일련의 토출 동작 중, 토출로(12)에 대하여 가장 멀리에 위치하는 작동 개시 위치에 있다. 또한, 액실(50) 및 및 토출로(12)는 액재로 채워진 상태에 있다. 이 때, 토출로(12)의 토출구(11) 측은, 미량의 외기(공기)를 흡입한 상태라도 된다.

도 1의 (b)는, 도 1의 (a)의 플런저의 작동 개시 위치로부터 플런저를 전진 이동시켜, 토출로(12) 내의 액재를 토출구[토출로(12)의 토출구 측 단면]까지 도달시킨 상태를 나타낸다.

이 때, 플런저(30)의 전진 이동에 따라, 액실(50) 내의 액재는, 토출로(12) 내로 이송되어, 토출로(12) 내의 액재가 토출로(12) 선단의 토출구(11)에 이른다. 이로써, 토출로(12) 내에 존재하고 있었던 외기(공기)는 밖으로 토출된다.

도 1의 (c)는, 도 1의 (b)의 플런저의 위치로부터, 더 플런저를 전진 이동시킨 상태를 나타낸다. 이 상태에서는, 토출구에 도달한 액재는, 토출구의 외측으로 분단되지 않고 압출된다.

도 1의 (d)는, 도 1의 (c)의 플런저의 위치로부터, 더 플런저를 전진 이동시킨 후, 플런저의 전진 이동을 정지시킨 상태를 나타낸다.

이 때, 액재는, 액실(50)로부터 최선단(最先端)까지의 사이에서 분단되지 않고, 토출로(12)의 선단인 토출구(11)로부터 더 외측으로 압출된다.

그리고, 여기까지의 플런저(30)의 전진 이동은 힘차게 행하고, 플런저(30)의 정지는 급준하게 정지시키는 것이 바람직하다.

이 상태에 있어서, 플런저(30)의 선단부(31)는, 일련의 토출 동작 중, 토출로(12)에 대하여 가장 가까이에 위치하는 최진출 위치에 있다. 플런저(30)가 최진출 위치로 이동함으로써, 원하는 크기의 방울을 형성하기 위해 필요한 양의 액재가, 토출구(11)의 외측으로 압출된다. 최진출 위치는, 액재의 종류나 형성하는 방울의 크기에 따라 상이한 것으로 되지만, 어떠한 경우라도 플런저(30)의 선단부(31)가 액실 내면에 접촉되지 않는다.

도 1의 (e)는, 도 1의 (d)의 플런저의 위치(최진출 위치)로부터, 플런저를 약간 후퇴 이동시킨 상태를 나타낸다.

플런저(30)가 후퇴 이동하면, 액실(50) 내를 차지하는 플런저의 용적의 비율이 감소하고, 토출로(12) 내의 액재에는, 액실(50) 내로 향하는 방향으로 힘이 작용한다. 이에 따라, 토출구(11)의 외측에 존재하는 액재[토출로(12) 내의 액재와 연결되는 압출된 액재]에도, 토출로(12) 내로 되돌리는 힘이 작용한다. 그러므로, 토출구로부터 압출된 액재에는, 플런저의 전진 방향으로의 관성력이 작용하는 동시에, 플런저의 후퇴 방향으로의 힘이 작용하여, 방울을 형성하기 시작한다. 즉, 토출로(12) 내의 액재와 연결되는 토출구(11)로부터 압출된 액재는, 토출구 근방의 부분에서 절단 작용을 받는다.

도 1의 (f)는, 도 1의 (e)의 플런저의 위치로부터, 플런저를 더 후퇴 이동시킨 상태를 나타낸다.

플런저(30)를 더 후퇴 이동시키면, 토출구(11)로부터 압출된 액재에 대한 절단 작용이 더욱 강해진다. 이로써, 토출로(12)로부터 연속하는 토출구(11)로부터 압출된 액재는, 토출구 근방의 부분에서 분단되어 액적을 형성한다.

도 1의 (f)에서는, 토출로(12)로부터 연속하는 측의 액재의 분단 위치 부근과 분단된 측의 액재의 분단 위치 부근 모두가, 가는 실형으로 묘사되어 있다. 일반적으로, 고점성 재료에서는 이와 같은 실형으로 되는 경우가 많지만, 재료의 특성이나 온도나 습도 등의 환경 조건 등에도 의존하는 것이며, 고점성 재료라고 하여 반드시 이와 같은 실형의 태양을 나타내는 것은 아니다.

도 1의 (g)는, 도 1의 (f)의 플런저의 위치로부터, 플런저를 더 후퇴 이동시킨 상태를 나타낸다. 토출구(11)로부터 압출된 액재 중, 토출로(12) 측에 남은 액재는, 플런저(30)의 후퇴 이동에 따라, 토출로(12) 내로 흡입된다.

다음의 토출에 구비하고, 바람직하게는, 토출로(12)의 토출구(11) 측은, 미량의 외기(공기)를 흡입한 상태로 한다. 즉, 토출로(12) 내에 기액 계면이 존재하는 상태로 하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 액재의 건조를 방지할 수 있고, 또한 토출 작업 대기 시에 주변 환경이 액 누출에 의해 오염되는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 유의해야 할 것은, 토출로(12)를 넘어, 액실(50)에까지 외기(공기)가 흡입되지 않도록 하는 것이다. 액실(50)에까지 외기(공기)가 흡입되면 토출 정밀도에 악영향을 주기 때문이다.

또한, 토출로(12)가 제1 유로(21)와 제2 유로(22)를 가지고 이루어지는 경우에 있어서, 제1 유로(21)와 제2 유로(22)와의 경계가 단(段)을 구성하지 않는 경우에는, 기액 계면이 제1 유로(21), 제2 유로(22) 또는 이들 경계의 어딘가에 존재해도 된다[예를 들면, 도 2의 (a), (b)와 같은 유로 형상의 경우]. 또한, 도 2의 (f)에 나타낸 바와 같이, 제1 유로(21)와 제2 유로(22)의 경계가 단을 구성하는 경우라도, 기포를 형성하지 않으면, 제2 유로(22)까지 외기(공기)를 흡입할 수 있다. 그리고, 원기둥 형상의 제1 유로(21)와 원기둥 형상의 제2 유로(22)의 경계를 테이퍼지도록 원활하게 이어 구성해도 된다.

도 1의 (h)는, 도 1의 (g)의 플런저의 위치로부터, 플런저를 더 후퇴 이동시키고, 작동 종료 위치로 한 상태를 나타낸다. 도 1의 (a)~(h)가 1개의 방울을 형성하기 위한 일련의 동작이다. 1회의 토출을 끝마쳤을 때의 플런저의 위치는, 최진출 위치보다 후퇴한 위치로 된다. 이 상태에서는, 토출로(12)의 토출구(11) 측은, 미량의 외기(공기)를 흡입하고 있다. 토출로(12) 내에 외기(공기)를 흡입해도, 액실(50)까지 공기가 도달하지 않는 한, 기포의 문제는 생기지 않는다. 액실(50) 내에 외기가 유입되면, 토출량의 불균일 등의 원인으로 되므로, 회피할 필요가 있다. 다음의 토출 동작을 연속하여 행하기 위해서는, 플런저의 작동 종료 위치를 작동 개시 위치로 하는 것이 바람직하다.

토출 동작을 완전히 종료하는 경우에는, 플런저(30)의 선단부(31)에서 토출로(12)를 막아, 토출구(11)로부터 액재가 유출되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

이하에서는, 본 발명의 상세를 실시예에 의해 설명하지만, 본 발명은 어떤 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

도 1에 나타낸 액적 토출 장치를 사용하여, 액적의 형성을 행하였다. 실시예 1에서 사용한 액재는, 솔더(solder) 페이스트(점도 45000 mPa·s)이며, 평균 입자 6㎛의 필러가 함유되어 있다. 본 실시예에서 토출하는 1개의 액적의 양은 0.2 nl이며, 착탄 직경은 120㎛이다. 공작물과 토출구를 상대 이동시키면서, 매초 100숏의 택트로, 수십 개의 액적을 공작물 상에 형성하고, 측정기로 측정한 바, 균일한 형상의 도트가 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다.

실시예 2

도 1에 나타낸 액적 토출 장치를 사용하여, 액적의 형성을 행하였다. 실시예 2에서 사용한 액재는, Ag 페이스트(점도 28000 mPa·s)이며, 1~10 ㎛의 플레이크형의 필러가 함유되어 있다. 본 실시예에서 토출하는 1개의 액적의 양은 0.17 nl이며, 착탄 직경은 100㎛이다. 공작물과 토출구를 상대 이동시키면서, 매초 250숏의 택트로, 수십 개의 액적을 공작물 상에 형성하고, 측정기로 측정한 바, 균일한 형상의 도트가 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다.

[산업 상의 이용 가능성]

본 발명에 의하면, 전자·반도체 시장에서 곤란하게 되어 있었던 재료를, 플런저(밸브체)를 액실 내벽(밸브 시트)과 맞닿게 하지 않고, 미량이며 양호한 정밀도로 토출하는 것이 가능해진다. 예를 들면, 납땜 페이스와 같은 유연한 금속 재료를 포함하는 페이스트재를 부서뜨리지 않고, 또한 토출 장치 내에서의 막힘이 없이 연속하여 토출할 수 있다. 기판 상에 대한 소형 부품의 탑재 단계나 태양 전지의 제조 단계에 대한 적용 등, 본 발명의 적용 범위는 넓다.

또한, 밸브체와 밸브 시트가 접촉하지 않으므로, 마찰편이나 미립자의 발생이 없어, 이들이 재료 중에 혼입될 염려도 없으므로(즉, 이물질의 혼입이 없음), 식품이나 약품 업계 등에 있어서의 이용에도 바람직하다.

또한, 필러 등의 입자, 고형물, 겔체, 구조체 등을, 그 구조를 불필요한 파괴없이 비상(飛翔) 토출하므로, 이들 파괴물에 의한 노즐 막힘을 효과적으로 방지할 수 있다.

11 토출구
12 토출로
13 접촉 위치
21 제1 유로
22 제2 유로
30 플런저
31 선단부
32 전방 맞닿음부
33 피스톤
34 후방 맞닿음부
40 이동 부재
41 전방 스토퍼
42 후방 스토퍼
43 전방 피스톤실
44 후방 피스톤실
45 코일 스프링
46 마이크로미터
50 액실
51 삽통공
52 액체 이송로
53 플런저와 대향하는 액실의 벽면
71 본체
72 전자 전환 밸브
73 베이스 부재
74 토출 블록

Claims

선단이 토출구(吐出口)를 구성하는 토출로(吐出路);
플런저(plunger);
상기 플런저가 삽통(揷通)되는 액실(液室);
상기 플런저를 진퇴(進退) 이동시키는 플런저 구동 기구; 및
상기 플런저의 선단부의 위치를 규정하는 플런저 위치 결정 기구;
를 포함하고,
상기 플런저의 선단부와 상기 액실의 내벽이 비접촉의 상태로 상기 플런저를 전진 이동시킴으로써 액재(液材)에 관성력을 부여하여 액적(液適)의 상태로 토출하는 액적 토출 장치에 있어서,
상기 플런저를 전진 이동시킴으로써 원하는 액적을 형성하기 위해 필요로 하는 양의 액재를 토출구로부터 압출(押出)하고, 이어서, 상기 플런저를 후퇴 이동시킴으로써 상기 토출구로부터 압출된 액재를 분단(分斷)하여 미량의 액적을 형성하는,
액적 토출 장치.
제1항에 있어서,
상기 토출로가, 선단이 토출구를 구성하는 제1 유로와, 상기 제1 유로 및 상기 액실과 연통되고, 상기 제1 유로보다 대경(大徑)의 제2 유로로 이루어지는, 액적 토출 장치.
제2항에 있어서,
상기 플런저를 후퇴 이동시킴으로써 상기 토출구로부터 압출된 액재를 분단한 후, 다시 상기 플런저를 후퇴 이동시켜 상기 토출로의 제1 유로 내 또는 제2 유로 내에 기액(氣液) 계면을 형성하고, 상기 플런저의 이동을 정지시키는, 액적 토출 장치.
제1항에 있어서,
상기 플런저를 후퇴 이동시킴으로써 상기 토출구로부터 압출된 액재를 분단한 후, 상기 플런저를 더 후퇴 이동시켜 상기 토출로 내에 기액 계면을 형성하고, 상기 플런저의 이동을 정지시키는, 액적 토출 장치.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 토출로 내에 기액 계면을 형성하고, 이동을 정지했을 때의 상기 플런저의 위치로부터, 상기 플런저를 전진 이동시킴으로써 원하는 액적을 형성하기 위해 필요로 하는 양의 액재를 상기 토출구로부터 압출하고, 이어서, 상기 플런저를 후퇴 이동시킴으로써 상기 토출구로부터 압출된 액재를 분단하여 미량의 액적을 연속 형성하는, 액적 토출 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 토출구의 내경(內徑)이 수십 ㎛ 이하인, 액적 토출 장치.
선단이 토출구를 구성하는 토출로; 플런저; 상기 플런저가 삽통되는 액실; 상기 플런저를 진퇴 이동시키는 플런저 구동 기구; 및 상기 플런저의 선단부의 위치를 규정하는 플런저 위치 결정 기구;를 포함하는 액적 토출 장치를 사용하여, 상기 플런저의 선단부와 상기 액실의 내벽이 비접촉의 상태로 상기 플런저를 전진 이동시킴으로써 액재에 관성력을 부여하여 액적의 상태로 토출하는 액적 토출 방법에 있어서,
상기 플런저를 전진 이동시킴으로써 원하는 액적을 형성하기 위해 필요로 하는 양의 액재를 상기 토출구로부터 압출하는 압출 단계; 및
상기 플런저를 후퇴 이동시킴으로써 상기 토출구로부터 압출된 액재를 분단하여 미량의 액적을 형성하는 분단 단계;
를 포함하는 액적 토출 방법.
제7항에 있어서,
상기 분단 단계 후, 다시 상기 플런저를 후퇴 이동시켜 상기 토출로 내에 기액 계면을 형성하고, 상기 플런저의 이동을 정지시키는 흡입 단계를 포함하는, 액적 토출 방법.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 액재가 고형물을 함유하는 액재이며, 상기 압출 단계에서의 플런저의 선단부와 상기 액실의 내벽의 거리를 고형물보다 크게 설정한, 액적 토출 방법.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 토출구의 내경이 수십 ㎛ 이하인, 액적 토출 방법.
제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액재가 점도 10000 mPa·s 이상인, 액적 토출 방법.
제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압출 단계에서의 상기 플런저의 전진 이동 거리가, 상기 압출 단계 직후의 상기 플런저의 선단부와 상기 액실의 내벽의 거리보다 큰, 액적 토출 방법.