TWI552803B - 泵流量控制方法及塗膜形成方法 - Google Patents

Description

泵流量控制方法及塗膜形成方法

本發明係關於一種對輸送液體之泵之流量進行控制之方法、及將藉由泵輸送之塗料吐出至塗佈面而形成塗膜之方法。

通常，於使用於液體之輸送用之活塞泵、隔膜泵等排量式泵中，由於存在有滑動部，因此產生微少之滯滑(stick slip)現象，為取回其時間上、位置上之延遲，而藉由伺服馬達等具備反饋機構之馬達控制泵之流量(例如，參照專利文獻1)。

圖3係表示此一隔膜泵之一例之概略構成之方塊圖。此泵10具備本體11、線性馬達12、活塞13、隔膜14、連結塊16、線性馬達塊17、線性馬達導引件18。

於本體11之一端面形成有吸入口11A及吐出口11B。於本體11之另一端面側安裝有線性馬達12。於本體11內形成有壓力室11C及動力室11D。壓力室11C與動力室11D藉由支持於本體11之隔膜14而相隔開。吸入口11A及吐出口11B係連通於壓力室11C。於動力室11D中，線性馬達導引件18設置於本體11之內壁。線性馬達導引件18上滑動自如地設置有線性馬達塊17。活塞13經由連結塊16而連結於線性馬達塊17。於隔膜14之動力室11D側之面突設有軸殼(boss)14A。於軸殼14A中插裝有活塞13之前端。

於此隔膜泵之構成中，若驅動線性馬達12，則活塞13於固定之直線軌道上進行往復運動，隔膜14與此連動地亦進行往復運動。藉此，產生壓力室11C內壓力之脈動，而使自吸入口11A吸入之液體自吐出口11B吐出。

線性馬達12具備反饋機構。即，指揮部20經由控制部30控制線性馬達12，檢測器40確認控制之狀態並反饋至控制部30。控制部30將檢測信號與指令信號(目標值)進行比較，於存在差之情形時使線性馬達12朝減少與目標值之差量之方向動作。如此，與目標位置之差量逐漸減少。重複進行此程序，最終達到目標值，或者持續進行至進入容許範圍內為止。

考慮如下情形：如圖4(A)所示，到泵10處於待機中之時間T1為止，指令信號為零，於時間T1使指令信號自零線性地增加而於時間T2(T2>T1)達到穩定值S，之後維持於該值。

於上述泵10之構成中，由於線性馬達塊17沿線性馬達導引件18滑動，因此於該滑動部F在自靜摩擦朝動摩擦移行之極為初期產生滯滑現象。即，表示線性馬達12之實動狀態之檢測信號無法追隨指令信號，而稍微延遲地自時間T1'(T1'>T1)開始增加。藉此，於檢測信號與目標值之間產生差。上述反饋機構以使此差量減少之方式進行控制。

然而，使反饋機構進行特有之控制亦有困難之處，欲快速 地取回不足，而使信號加速，當檢測信號於時間TA(T1<TA<T2)達到目標值之後，該加速之衝力不會突然停止，而如圖示般超過目標值。接著就會為了消除此過剩，而使反饋機構朝反方向作用。因此，為使差收斂至零附近會花費某種程度之時間TB(TA<TB<T2)。

如上述在反饋機構作用之期間線性馬達12之動作亦對泵10之流量產生影響。即，於圖4(B)之例中，於時間T1~TA之間流量相較於理想流量為不足，而於時間TA~TB之間流量相較於理想流量則為過剩。即，至少於時間T1~TB之間泵之流量紊亂而不穩定。尤其，於泵之流量直接影響製品品質之用途，例如固體成分濃度高而液膜之形狀直接反映至乾燥膜之用途或於基板上均勻地形成膜厚100 nm以下之薄膜之用途等中，存在有無法控制泵之動作初期之膜厚，而無法有效利用塗佈於基板上之面積之問題。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2005-76492號公報

本發明係為解決上述技術課題而完成者，其目的在於可穩定地控制泵之動作初期之流量。

本發明之泵流量控制方法係由具有滑動部之驅動系統驅動而輸送液體者，且於泵之動作初期以微少之第1流量保持流量後，使流量增加至穩定之第2流量。

藉由此方法，由於在泵之動作初期以不產生滯滑現象之方式預先形成以微少之第1流量使泵穩定之狀態，且自該狀態使泵流量增加，因此不存在自靜摩擦朝動摩擦之移行，從而可抑制因馬達之滯滑現象所引起之泵流量之紊亂。藉此，可穩定地控制泵之動作初期之流量。例如，自上述第1流量至上述第2流量為止，可進行以使流量線性地增加之方式之控制。再者，由於第1流量為極微量，因此可將自停止狀態朝第1流量進行吐出時所產生滯滑所引起之流量吐出不穩定對膜之影響抑制為極微小。

又，本發明之塗膜形成方法係使用藉由上述方法控制流量之泵及吐出藉由該泵所輸送塗料之噴嘴頭者，且使上述噴嘴頭接近平坦之塗佈面，藉由自該噴嘴頭連續地吐出上述塗料而於上述噴嘴頭與上述塗佈面之間形成上述塗料之積液，並且藉由使上述塗佈面水平移動而使上述塗料之積液於上述塗佈面上相對地移動。

藉此，仿照自噴嘴頭所吐出塗料之移動軌跡而於塗佈面形成塗料之塗膜。此塗膜可藉由使塗佈面之移動速度與上述泵之流量同步而控制膜厚。具體而言，藉由使塗佈面之移動速度與泵之流量之間成立比例關係，可使膜厚變得均勻。

再者，亦可代替使塗佈面水平移動，而將噴嘴頭支持於可動支持構件，使噴嘴頭於塗佈面上水平移動。藉此，亦可使塗料之積液於塗佈面上移動，同樣地形成塗膜。

根據本發明，可使泵之動作初期之流量穩定。

以下，參照圖式說明本發明之實施形態之泵流量控制方法。於以下之說明中，以使用與圖3相同之構成之隔膜泵作為排量式泵之一例之情形為例進行說明。再者，應用本發明之泵並不限定於隔膜泵。例如，亦可應用活塞泵等產生滯滑現象之泵。

於本發明中，如圖1(A)所示，於到達線性馬達12處於待機中之時間T1為止，預先供給微少之既定之信號值S1之指令信號，使檢測信號與指令信號先成為一致。即，預先以微少之輸入使線性馬達12先進行暖機驅動，而預先使其成為不產生滯滑現象之狀態、即受到動摩擦力且可抑制由反饋控制所引起泵流量之紊亂的狀態。藉此，於時間T1成為檢測信號可追隨指令信號之狀態。

然後，於時間T1起至時間T2為止使指令信號線性地增加至穩定值S，之後維持此穩定值。由於檢測信號可追隨指令信號，因此可依照指令信號驅動線性馬達12。

此結果，如圖1(B)所示，泵10之流量亦於時間T1以微 少之第1流量R1處於穩定，自時間T1至時間T2為止流量線性地增加，之後維持在穩定流量即第2流量R。因此，可使時間T1以後之泵10之流量完全在控制之下，即便於習知無法控制流量之時間帶(參照圖4之時間T1~TB)，亦可穩定地控制流量。

相反而言，雖然至時間T1為止之流量無法控制，但由於此期間所輸送之液體為極微量，因此不會對液體之消耗量產生較大影響。又，於下述之塗膜形成之用途中，此期間為保持形成於塗佈面之稱為液珠之積液之階段(參照圖2之步驟#6)，由於可作為有效之塗膜加以利用，因此不會成為浪費。

上述本發明之泵流量控制方法，對泵之流量直接影響製品品質之用途，例如於基板上均勻地形成膜厚10 μm以下之塗膜之用途為有效。

以下，使用圖2說明使用藉由本發明方法控制流量之泵及吐出藉由該泵輸送之液體狀態之塗料之噴嘴頭的塗膜形成方法。圖2係表示此塗膜形成方法之泵流量控制與塗佈速度控制之一例之時序圖。

首先，為除去噴嘴頭50內之氣泡以調整液量，進行稱為起動注給之準備步驟。起動注給係為了使泵之流量自零線性地增加至既定之起動注給流量(於圖2中為20 μL/s)(步驟#1)而使泵10動作，並藉由噴嘴頭50逐漸地將塗料吐出至停止之起動注給輥60之表面。藉此，噴嘴頭50內之氣泡被趕出， 且於起動注給輥60之表面形成如包入噴嘴頭50之前端部之球狀之積液101。

然後，藉由使起動注給輥60旋轉一定時間而調整液量(步驟#2)。於此期間，以如下方式控制泵10之動作：使泵之流量暫時保持為上述起動注給流量之後，至起動注給輥60之旋轉停止為止前，使流量線性地減少至零而停止。於起動注給輥60之旋轉停止時，塗料之吐出停止，於噴嘴頭50之前端面藉由表面張力形成液滴102。

然後，使前端具有液滴102之噴嘴頭50移動至基板70上(步驟#3)。噴嘴頭50之前端係接近基板70之塗佈面，在維持既定之間隔之非接觸狀態下將噴嘴頭50固定於定點。基板70係載置於可水平移動之可動平台(未圖示)。

然後，使泵10動作而自噴嘴頭50連續地吐出塗料，藉此於噴嘴頭50前端與塗佈面之間形成稱為液珠之塗料之積液103(步驟#4)。於此期間，可動平台維持停止之狀態，且以如下方式控制泵10：使泵10之流量自零線性地增加至積液103之形成用之預備流量，並在保持為預備流量之後，使其線性地減少。此時，為了移行至上述本發明中具特徵之控制，如圖示般將減少之流量之目標值設定為微少之第1流量(於圖2為0.2 μL/s)，而並非設定為零。

然後，將泵之流量以保持為該微少之第1流量之方式維持泵10之動作(步驟#5)。由於此第1流量為穩定流量之第2 流量(於圖2中為100 μL/s)之0.2%的極微量，因此於此期間所吐出之塗料亦為極微量，且為不影響製程成本之量。

其後，使泵10與可動平台同時地動作而進行塗佈(塗膜形成)(步驟#6)。此時，以如下方式控制泵10之動作：使泵之流量自第1流量線性地增加至穩定流量即第2流量(於圖2中為100 μL/s)，在保持為穩定流量之後，使其線性地減少至零。藉此，於塗佈步驟初期不會產生因馬達之滯滑所引起泵流量之紊亂。因此，於塗佈步驟期間可穩定地控制泵之流量。

於此塗佈步驟(步驟#6)中，使可動平台動作而使基板70水平移動。藉此，使積液103於基板70之塗佈面上移動，仿照其移動軌跡而形成塗膜。此時，形成於基板70上之塗膜之膜厚係依存於泵10之流量與基板70之移動速度之兩個參數。由於如上述之泵10之流量係在控制之下，因此只要以與泵10之流量變化同步之方式控制基板70之移動速度，便可控制膜厚。例如若欲使膜厚變得均勻，則於泵10之流量小時使基板70之移動速度亦變小，於泵10之流量大時使基板70之移動速度亦變大即可。

於本實施形態中，以使基板70之移動速度與泵10之流量同步而於兩者之間使比例關係成立之方式控制可動平台之動作。具體而言，如圖示般，以如下方式控制可動平台之動作：於使泵之流量自第1流量線性地增加至第2流量之期間 使基板70之移動速度自零線性地增加至既定速度，於將泵流量保持為穩定流量之期間使基板70之移動速度維持為既定速度，於使泵流量自穩定流量線性地減少至零之期間使基板70之移動速度自既定速度線性地減少至零。藉此，於塗佈步驟期間，可將塗膜之膜厚控制為均勻。

再者，於上述實施形態中，雖然藉由將基板70載置於可動平台並使其水平移動，而使塗料之積液103於塗佈面上相對地移動，但亦可將噴嘴頭50支持於可動支持構件，使噴嘴頭50於塗佈面上水平移動。藉此，亦可使塗料之積液103於塗佈面上移動，同樣地形成塗膜。

上述實施形態之說明應思考為，於所有方面均為例示而並非限制性者。本發明之範圍係由申請專利範圍而非上述實施形態所表示。而且，本發明之範圍係意指包含將與申請專利範圍均等之含義及範圍內之所有變更。

(產業上之可利用性)

本發明可利用於如泵之流量直接影響品質之用途，例如藥液注入、塗裝、薄膜形成(例如，於基板上均勻地形成膜厚100 nm以下之塗膜)用途等。

10‧‧‧泵

11‧‧‧本體

11A‧‧‧吸入口

11B‧‧‧吐出口

11C‧‧‧壓力室

11D‧‧‧動力室

12‧‧‧線性馬達

13‧‧‧活塞

14‧‧‧隔膜

14A‧‧‧軸殼

16‧‧‧連結塊

17‧‧‧線性馬達塊

18‧‧‧線性馬達導引件

20‧‧‧指揮部

30‧‧‧控制部

40‧‧‧檢測器

50‧‧‧噴嘴頭

60‧‧‧起動注給輥

70‧‧‧基板

101‧‧‧積液

102‧‧‧液滴

103‧‧‧塗料之積液

F‧‧‧滑動部

R‧‧‧第2流量

R1‧‧‧第1流量

S‧‧‧穩定值

S1‧‧‧既定之信號值

T1、T1'、TA、TB、T2‧‧‧時間

圖1(A)係表示利用本發明方法之泵動作初期之馬達驅動之指令信號及檢測信號之時間變化之一例的圖。圖1(B)係表示利用本發明方法之泵之動作初期之流量之時間變化的 圖。

圖2係表示本發明之泵流量控制與塗佈速度控制之一例之時序圖。

圖3係表示隔膜泵之一例之概略構成之方塊圖。

圖4(A)係表示利用習知方法之泵動作初期之馬達驅動之指令信號及檢測信號之時間變化之一例的圖。圖4(B)係表示利用習知方法之泵動作初期之流量之時間變化的圖。

S‧‧‧穩定值

S1‧‧‧既定之信號值

T1‧‧‧時間

T2‧‧‧時間

R‧‧‧第2流量

R1‧‧‧第1流量

Claims (5)

1. 一種流量控制方法，係利用以較第2流量少量之預備流量及第1流量輸送液體之方式來控制由具有滑動部之驅動系統所驅動之泵者，其於以上述預備流量進行上述液體之輸送後，在不停止上述泵的情形下使流量減少並將流量保持在不會因作用於上述滑動部之摩擦而使流量發生紊亂之第1流量，然後在不停止上述泵之情形下使流量增加至上述第2流量，藉此抑制上述泵以上述第2流量輸送液體時因作用於上述滑動部之摩擦所引起流量之紊亂。
2. 一種塗膜形成方法，係使用藉由申請專利範圍第1項之方法控制流量之泵及吐出藉由該泵所輸送之塗料之噴嘴頭者，其使上述噴嘴頭接近平坦之塗佈面，藉由以上述預備流量所進行上述塗料之輸送而自該噴嘴頭連續地吐出上述塗料，藉此於上述噴嘴頭與上述塗佈面之間形成上述塗料之積液，在不停止上述泵的情形下使流量減少並保持上述第1流量後，在不停止上述泵之情形下使流量增加至上述第2流量並使上述塗佈面水平移動，藉此使上述塗料之積液於上述塗佈面上相對地移動。
3. 如申請專利範圍第2項之塗膜形成方法，其中，使上述塗佈面之移動速度與上述泵之流量同步。
4. 一種塗膜形成方法，係使用藉由申請專利範圍第1項之方法控制流量之泵及吐出藉由該泵所輸送之塗料之噴嘴頭 者，其使上述噴嘴頭接近平坦之塗佈面，藉由以上述預備流量所進行上述塗料之輸送而自該噴嘴頭連續地吐出上述塗料，藉此於上述噴嘴頭與上述塗佈面之間形成上述塗料之積液，並且在不停止上述泵的情形下使流量減少並保持上述第1流量後，在不停止上述泵之情形下使流量增加至上述第2流量並使上述噴嘴頭於上述塗佈面上水平移動，藉此使上述塗料之積液於上述塗佈面上移動。
5. 如申請專利範圍第4項之塗膜形成方法，其中，使上述噴嘴頭之移動速度與上述泵之流量同步。