WO2010018675A1 - 液状物吐出装置及び方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a mechanism for improving the coating speed of a liquid material discharge device for discharging a liquid material.
- the present invention relates to a mechanism for replenishing a liquid tip reliably and accurately with the aid of pneumatic pressure when a needle is reciprocated at high speed.
- the present invention relates to a method for using the liquid material discharge apparatus.
- liquid material discharge device is generally called a dispenser, and there is a device that discharges a liquid material at high pressure from a fine hole at the tip of a nozzle.
- An apparatus that attaches a liquid material to the tip of the needle and transfers the liquid material to the adherend by a method different from this is called a needle-type dispenser, and its importance is getting more and more attention.
- the needle in the liquid material discharge device does not bend during reciprocating movement, and it can be linearly reciprocated accurately and straight without any distortion, bending, or twisting.
- a certain amount of liquid material is attached to the tip of the needle properly and accurately and is transported to the adherend, and the accuracy, quality, etc. Expectations for improvement are increasing.
- Japanese Patent Laid-Open No. 2001-46062 (FIG. 1) shows an example of a method for transferring a liquid material to an adherend with a needle, but in actuality, as shown in FIG. 2, the needle slides in the liquid material. When moved, the liquid is dragged by the needle. As a result, a gap is formed at the tip of the needle, and a phenomenon in which the liquid material is not replenished at the tip of the needle occurs.
- the present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a liquid material discharge device capable of continuously executing a very small amount of liquid material even at a high speed even if it is a highly viscous liquid material. .
- the present invention relates to a cylindrical container for holding a liquid material to be discharged, a needle disposed in the cylindrical container so as to reciprocate, an actuator for reciprocating the needle, the cylindrical container, and the needle And a housing for sealing the actuator inside, wherein the housing is provided with air holes, and the liquid material is removed by pressure of air inserted through the air holes.
- a liquid material discharge device characterized by extruding.
- the present invention provides the liquid material discharge device, wherein a liquid material without a gap is supplied to the tip of the needle by disposing a flow path control valve in the cylindrical container. .
- the present invention provides the liquid material discharge apparatus, wherein the actuator further includes a displacement enlarging mechanism, and the needle is reciprocated by the actuator and the displacement enlarging mechanism.
- the present invention provides the liquid material discharge device, further comprising a linear guide mechanism in parallel with the reciprocating locus of the needle, and reciprocating the needle in parallel with the axial direction of the needle. .
- the present invention provides the above-described liquid material ejecting apparatus, further comprising a strain gauge sensor attached to the needle, and detecting at least one of distortion, bending, and twisting phenomenon of the needle.
- the present invention also provides the above-described liquid material discharge device including an amplifier that amplifies the output of the strain gauge sensor.
- the present invention also provides a syringe for storing a liquid substance, a pump for assisting air pressure in the syringe, and a liquid level for detecting the amount of the liquid substance in the cylindrical container, connected to the cylindrical container.
- the liquid material discharge device is further provided with a sensor and a control main body unit that issues a control command to the pump.
- the present invention further includes a pump for assisting pneumatic pressure in the device, a drive control unit for controlling reciprocation of the needle, and a control main body unit for issuing a control command to the pump and the drive control unit.
- a pump for assisting pneumatic pressure in the device
- a drive control unit for controlling reciprocation of the needle
- a control main body unit for issuing a control command to the pump and the drive control unit.
- the liquid material discharge device is provided.
- the present invention is a liquid material discharge method using the liquid material discharge device, wherein the electric signal of the strain gauge sensor is amplified and a command is sent to the actuator with the displacement magnifying mechanism for the output of the amplified amplifier.
- the control device to be sent, and detecting the electrical signal that changes when at least one phenomenon of distortion, bending, or twisting phenomenon occurs in the needle, and from the control device to the actuator with the displacement magnifying mechanism And a step of stopping or setting the command to zero, and provides at least one of distortion, bending, and twisting phenomenon of the needle.
- the present invention is a liquid material discharge method using the liquid material discharge device, the step of judging the phenomenon of the liquid material by comparing with a reference value when the output of the liquid level sensor changes, And a step of feeding the liquid material in the syringe into the cylindrical container by a pressure from the pump when the amount of the liquid material is less than an appropriate amount.
- the present invention is a liquid material discharge method using the liquid material discharge device, including a step of operating the pump when a voltage signal to the drive control unit becomes smaller than a maximum value, and the needle
- a method for discharging a liquid material characterized in that the increase or decrease in the amount of liquid adhering to the tip can be controlled.
- FIG. 4 is a detailed view showing a phenomenon to be improved by the present invention, that is, a state where a gap is generated at the needle tip and a liquid material is not replenished at the needle tip. It is an example of an actuator with a displacement magnifying mechanism. It is sectional drawing of one Example of this invention in the state in which the needle was most accommodated in the cylindrical container. It is sectional drawing of one Example of this invention in the state which the needle protruded most from the cylindrical container. It is a schematic block diagram of the liquid discharge apparatus including the control system of this invention. It is a block diagram including the control system of the liquid discharge apparatus of this invention.
- FIG. 6 is a signal timing chart for realizing the function shown in FIG. It is a follow chart which concerns on one Example of this invention. 6 is a follow chart according to a first embodiment of the present invention. It is a perspective view for demonstrating an example of the manufacturing method of the electronic device using the liquid discharge apparatus concerning one Example of this invention.
- FIG. 4 is a perspective view for explaining an example of a manufacturing method of an electronic device using a liquid material discharge device according to another embodiment of the present invention shown in FIG.
- a liquid material discharge device includes a cylindrical container for holding a discharged liquid material, a needle disposed in the cylindrical container so as to be capable of reciprocating, and a reciprocating motion of the needle. And an enclosure for sealing the cylindrical container, the needle and the actuator inside.
- the cylindrical container used in the present specification may have any shape as long as it is a cylindrical container that can hold a needle and a liquid substance in the cylinder. Preferably, it is circular like the cylindrical container 6 shown in FIGS.
- the inside of the cylindrical container 6 has a tapered shape that gradually becomes thinner from the attachment portion toward the tip.
- discharge used in the present specification means that the contents can be taken out from a cylindrical container.
- “Hold” means that a liquid material can be stored in a cylindrical container.
- the above apparatus maintains the internal pressure by making the casing including the cylindrical container, the needle and the actuator into a sealed structure.
- pressure is applied to the liquid material during the reciprocating sliding of the needle by the pressure of the air inserted from the air hole provided in the housing.
- the air hole may be provided at any location on the housing such as the top of the housing.
- the air hole may have an air hole 45 on the top of the housing having the syringe. Good.
- the device of the present invention has a sealed structure for the casing including the operating part of the liquid material discharge device, thereby ensuring the amount of liquid material supplied to the tip and satisfying both quality and quantity. It is possible to perform coating.
- the liquid material discharge device includes a flow path control valve in a cylindrical container that holds a liquid material.
- the flow path control valve can be configured so that the lower end hole of the cylindrical container 6 can be opened and closed by the actuator 72, for example, as the flow path control valve 73 shown in FIGS. This makes it possible to stably supply the liquid material to the tip of the needle with the aid of air pressure. By preventing the micropores of the cylindrical container with the flow path control valve at the moment when the needle is stored in the cylindrical container, it is possible to prevent air from being mixed.
- the liquid material ejection device further includes a displacement enlarging mechanism attached to the actuator.
- a displacement enlarging mechanism By using the displacement enlarging mechanism, a minute movement of the piezoelectric actuator can be led to a larger operation.
- a piezoelectric actuator with a displacement magnifying mechanism a plan view is shown in FIG.
- a piezoelectric actuator with a displacement magnifying mechanism as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-99399 has been adopted in the precision machinery field, for example, an early printer, and has been used for other devices.
- the liquid material discharge device includes a linear guide mechanism in parallel with the reciprocating locus of the needle. Since the linear guide is guided left and right in one direction, the linear guide can be linearly reciprocated more accurately without bending, distortion, bending, twisting, and the like. By adopting this linear guide as a guide for the needle of the liquid material discharge device, it is ensured that the needle reciprocates stably.
- the liquid material discharge device includes a strain gauge sensor in the needle portion.
- the strain gauge sensor detects and detects the elongation and torsion of plates and bars. By applying this sensor to the needle part of the liquid material discharge device, it is possible to detect any possible distortion, bending or twisting phenomenon of the needle. In addition, it is possible to prevent the needle tip from being damaged and the adherend to be prevented from being damaged by reciprocating motion to avoid collision with the object.
- the liquid material ejection device includes an amplifier that amplifies the output of the strain gauge sensor.
- the output of the strain gauge sensor is amplified by an amplifier and fed back to the control device.
- a large force is applied to the needle, for example, when the needle pokes the adherend, a change in the strain gauge sensor output is detected.
- the reciprocation of the needle is stopped.
- the liquid discharge device includes, for example, a pump for assisting pneumatic pressure, a syringe for storing the liquid, a liquid level sensor for detecting the amount of the liquid in the cylindrical container, and the above And a control main body that issues a control command to the pump.
- a liquid substance can be stored in a syringe connected to the cylindrical container.
- a pressure assisting pump can apply pressure to the liquid through an air hole provided in the syringe.
- the liquid level sensor detects the amount of the liquid substance in the cylindrical container, and adjusts the liquid substance stored in the syringe sent to the cylindrical container.
- the liquid discharge apparatus includes a pump that feeds compressed air into the main body sealing structure, a drive control unit that reciprocates the needle, and a control that issues a control command to the pump and the drive control unit. And a main body. After the operation of the drive control unit reaches the maximum value, the control main body unit operates the pump at a certain timing when the operation starts to decrease. By adding air pressure assistance, it is possible to control the increase / decrease in the amount of liquid adhering to the tip of the needle when discharging the liquid material.
- the liquid material is stably supplied to the tip of the needle regardless of the viscosity.
- the liquid material is instantaneously transferred to the adherend by a needle driven by an actuator capable of high-speed driving.
- a liquid material ejecting apparatus capable of stably ejecting a liquid material in a wide viscosity range from a low viscosity to a high viscosity by a very small amount at a high speed.
- liquid container discharge apparatus comprising at least a cylindrical container for holding a discharged liquid substance, a needle disposed in the cylindrical container so as to be reciprocally movable, and an actuator for reciprocating the needle.
- the liquid material is ejected by the pressure of the air inserted from the air hole by the liquid material discharge device of the present invention comprising the housing for sealing the needle and the actuator inside, and the air hole provided in the housing. Enable.
- liquid material discharge device by disposing a flow path control valve in the cylindrical container holding the liquid material, it is possible to prevent the tip of the reciprocating needle from having a gap.
- the actuator and the displacement magnifying mechanism are configured, and the needle is reciprocated to enable the needle to steadily reciprocate.
- a linear guide mechanism is arranged in parallel with the reciprocating locus of the needle, and the needle is reciprocated in parallel with the axial direction of the needle, thereby enabling a straight needle reciprocating motion.
- a strain gauge sensor is disposed in the needle portion, and at least one of the needle distortion, deflection, and twisting phenomenon can be detected.
- the electric signal of the strain gauge sensor is amplified, and the amplified amplifier output is fed back to a control device that sends a command to the actuator with the displacement magnifying mechanism that drives the needle, Detecting the electrical signal that changes when at least one phenomenon of distortion, bending, and twisting occurs, stops or zeros the command from the control device to the actuator with the displacement magnifying mechanism, and warps, deflects, Enables a method to prevent at least one of the twisting phenomena.
- a pump for assisting air pressure in the liquid material discharge device a cylinder for storing the liquid material, a liquid level sensor for detecting the amount of the liquid material in the cylindrical container, and a control main body for issuing a control command to the pump,
- the phenomenon of the liquid material is determined by comparing with a reference value when the output of the liquid level sensor changes, The liquid from the cylinder can be fed into the cylindrical container by the pressure from the pump.
- a device comprising: a pump for assisting air pressure in a liquid material discharge device; a drive control unit for reciprocating a needle; and a control main body unit for issuing a control command to the pump and the drive control unit.
- FIG. 4 shows a state where the piezoelectric actuator is most contracted, that is, a state where the needle is most accommodated in the cylindrical container, and FIG. Shows the state of transferring the liquid material.
- the liquid material discharge device 1 includes a cylindrical container 6 for storing the liquid material 7.
- An application needle unit 30 is inserted into the cylindrical container 6, and the application needle unit 30 is fixed to the slider 22 of the linear guide 20 by a set screw 24.
- the slider 22 of the linear guide 20 is driven by the piezoelectric actuator 10 with an enlargement mechanism.
- the cylindrical container 6 can be easily attached and detached manually without the need for a special tool due to the structure 8 such as a double thread screw.
- the inside of the cylindrical container 6 has a tapered shape that becomes gradually thinner from the attachment portion toward the tip. If the inner shape is as described above, the outer shape is not a problem. With this structure, even if the application needle unit 30 is bent, it surely protrudes from the lower end hole.
- the inner diameter of the attachment portion is, for example, ⁇ 2 mm, and the inner diameter of the tip portion can be about ⁇ 0.2 mm.
- a resin such as polypropylene
- a metal such as glass or stainless steel
- a surface treatment may be performed on the inner surface.
- the casing 60 of the liquid material discharge device 1 has a sealed structure so that the internal pressure can be freely changed. Air of an appropriate pressure is sent from the pneumatic connector 50 so that the pressure inside the liquid material discharge device 1 can be adjusted.
- the signal line connector 53 is for sealing air-tight and does not change the internal pressure.
- the gas for applying pressure so that the liquid material can stably flow into the tip of the needle a gas that does not easily cause a chemical reaction other than air is used. May be.
- the piezoelectric actuator 10 with a displacement magnifying mechanism is an actuator that outputs a displacement that is magnified by the displacement magnifying mechanism 11 using a piezoelectric element 12 that exhibits a larger displacement as a larger voltage is applied as a drive source.
- the displacement portion of the piezoelectric actuator 10 with a displacement magnifying mechanism and the slider 22 are connected to the slider 22 of the linear guide 20 via a positional deviation absorbing mechanism 2 such as a plate spring or a bar spring, for example. Even if the displacement direction of the actuator 10 and the operation direction of the slider 22 are slightly different, the displacement absorbing mechanism 2 can absorb the difference.
- the piezoelectric actuator 10 with displacement magnifying mechanism is expanded and contracted, the slider 22 and the application needle unit 30 connected to the slider 22 reciprocate accordingly.
- the tip of the needle 31 jumps out from the lower end hole of the cylindrical container 6.
- the liquid material is transferred to the adherend by bringing the liquid, needle, or both attached to the tip of the protruding needle into contact with the adherend.
- the piezoelectric actuator 10 with displacement magnifying mechanism can be expanded and contracted with high accuracy and high speed, and realizes high-speed reciprocation of the needle, for example, 10 Hz or more.
- a flow path control valve 73 capable of opening and closing the tip hole is attached to the tip of the cylindrical container 6.
- the flow path control valve 73 opens and closes the lower end hole of the cylindrical container 6 by the actuator 72.
- the opening / closing operation is linked with the operation of the application needle unit 30.
- the linear guide 20 is attached so that the application needle unit 30 is held and the application needle unit 30 is linearly reciprocated.
- the rail 21 of the linear guide 20 is fixed to the housing 60.
- the slider 22 is restrained from moving in a direction other than one direction (the vertical direction in the figure) with respect to the rail 21, thereby realizing that the application needle unit 30 reliably performs only the vertical movement (reciprocating movement).
- the needle 31 part of the application needle unit 30 is a liquid substance that adheres and carries to the adherend, and the outer shape may include a cylindrical shape, a tapered shape, or both shapes.
- the needle 31 of the application needle unit 30 is inserted and fixed to the housing 32.
- a strain gauge sensor 33 is affixed to the housing 32, and the output of the strain gauge sensor 33 changes when at least one phenomenon of distortion, deflection, or twist occurs in the application needle unit 30 or the needle 31.
- the material of the needle 31 a resin, glass, metal such as tungsten can be used.
- the end surface or side surface of the needle 31 or both may be subjected to surface treatment.
- the casing 60 is provided with a liquid level sensor 3 for detecting the height of the liquid level 5 of the liquid material 7.
- a shielding plate 1 that floats on the liquid level 5 and changes its height according to the height of the liquid level 5.
- the liquid level sensor 3 detects the height of the shielding plate 4 and is controlled so that the amount of the liquid material 7 is always within a certain range.
- the shielding plate 4 is not necessary.
- the liquid level sensor 3 only needs to be able to detect the distance to the object, and for example, a reflection type photocoupler can be used.
- the inside of the cylindrical container 6 is connected to the syringe 40 through the flow path 9.
- the syringe 40 can hold a larger amount of liquid than the cylindrical container 6.
- the syringe 40 is connected to the housing 60 through the connecting portion 42, for example, in a double thread structure, and can be easily attached and detached manually.
- Examples of the liquid material 7 discharged using the liquid material discharge device 1 include an adhesive and a metal paste.
- the adhesive as the liquid material 7 is used, for example, to temporarily fix the electronic component to the substrate temporarily when mounting the electronic component.
- This adhesive includes one that is cured by heat or light.
- the metal paste is a paste obtained by mixing fine particles such as copper and silver into a liquid.
- the liquid material 7 is not limited to a liquid, and may include a solid or the like as long as it has fluidity.
- the discharged liquid material 7 has a viscosity within a range of 1 to 500,000 cP at a rotation speed of 1 rpm with respect to the viscosity measured by an E-type viscometer in an environment of an ambient temperature of 23 ° C. and a relative humidity of 50%. It may be a liquid material.
- FIG. 66 is a schematic configuration diagram of the liquid material discharge device 1 including the control system.
- FIG. 7 is a block diagram including the control system of the liquid material discharge apparatus 1. The overall configuration will be described with reference to FIG. 1 to FIG. 3, FIG. 6, and FIG.
- a signal for operating the piezoelectric actuator 10 with the displacement magnifying mechanism is output from the control device 200, and after the output is amplified by the amplifier 104, the signal is sent to the piezoelectric actuator 10 with the displacement magnifying mechanism to reciprocate the application needle unit 30.
- a signal for operating the flow path control valve unit 70 is sent directly from the control device 200 to the flow path control valve unit 70 to open and close the valve.
- the output of the strain gauge sensor 33 that detects the strain of the needle or the like is amplified by the amplifier 109 and input to the control device 200.
- the output of the liquid level sensor is input to the control device 200 through the cable 108.
- Compressed air from the pump 105 is branched in two directions on the way, one of which is input to the housing 60 via the electromagnetic valve 102 and used as an extrusion aid for the liquid material 7.
- the opening and sealing of the electromagnetic valve 102 is performed by a signal from the control device 200.
- the pressure is adjusted by the regulator 106.
- the other compressed air is input to the syringe 40 via the electromagnetic valve 103 and used to supply the liquid 7 from the syringe 40 to the cylindrical container 6.
- the opening and sealing of the solenoid valve 103 is performed by a signal from the control device 200.
- the pressure is adjusted by the regulator 107.
- FIG. 2 is a detailed view showing the problem of voids that occur when the application needle unit 30 expands and contracts at high speed in the liquid material discharge device 1.
- a gap 300 is formed as shown in FIG. 2 (b). This phenomenon becomes more prominent as the viscosity of the liquid material is higher and the operating speed of the application needle unit 30 is higher.
- the gap is generated, the amount of the liquid material 7 adhering to the tip of the application needle unit 30 varies, and as a result, the transfer amount of the liquid material 7 to the adherend is varied.
- the flow path control valve 73 can block the lower end hole of the cylindrical container 6 to prevent the generation of a void.
- FIG. 8 shows the effect obtained by solving the void generated in the liquid material 7 inside the cylindrical container 6 when the application needle unit 30 reciprocates at high speed.
- FIG. 9 is a graph showing the timing of each signal for carrying out the present invention.
- the electromagnetic valve 102 for the time 403 after the time 402 when the application needle unit 30 starts to rise from the re-lowering point.
- the liquid 7 is pushed out to the tip of the application needle unit 30 by releasing the pressure and sending the compressed air to the housing 60.
- the electromagnetic valve 102 is sealed, and air pressure assistance to the housing 60 is stopped.
- Time 403 or the greater the pressure of the compressed air the greater the amount of the liquid material 7 that flows into the tip of the application needle unit 30, and consequently the greater the amount transferred to the adherend.
- Time 402 and time 403 depend on the properties of the liquid 7, the shape and properties of the cylindrical container 6, and the cross-sectional area of the application needle unit 30.
- FIG. 9 (b) a method for preventing the generation of voids in the cylindrical container 6 by controlling the flow path control valve 73 is shown in FIG.
- FIG. 9 (b) when the application needle unit 30 starts to descend and time 405 is reached, the flow path control valve 73 is opened, and the lower end hole of the cylindrical container 6 is opened. After the application needle unit 30 jumps out from the lower end hole, the flow path control valve 73 is sealed at the moment when the tip of the application needle unit 30 reaches the lower end hole of the cylindrical container 6 starting to rise. As a result, air can be prevented from entering the cylindrical container 6.
- the liquid material discharge apparatus 1 of the present invention a method for detecting the distortion, bending, and twisting phenomenon of the needle 31 by using the output of the strain gauge sensor 33 and preventing the needle 31 and the adherend from being damaged. Will be described with reference to the flowcharts shown in FIGS.
- the output of the strain gauge sensor 33 is set to increase when a phenomenon such as distortion, flexure, or twist occurs in the needle 31 will be described.
- step P1 the output of the strain gauge sensor 33 amplified by the sensor amplifier 109 is read from the strain detector 202.
- the timing for reading the output of the strain gauge sensor 33 may be during the reciprocating motion of the needle, when it is stopped, or both.
- the reference value is read (step P2). It is assumed that the reference value is stored in the storage unit 210b of the control device 200 and can be read at any time. The reference value can be changed depending on the condition of the needle 31 and the like.
- step P3 the output of the strain gauge sensor 33 and the reference value are compared in the control main unit 201 (step P3). If the sensor output is larger than the reference value, it means that the needle 31 is distorted, bent or twisted, and the application needle unit 30 needs to be stopped. In this case, the process proceeds to Step P4. When the sensor output is smaller than the reference value, the needle 31 is normal without any distortion, bending or twisting phenomenon. In this case, the process from step P1 is repeated without performing the process.
- Step P4 a command to reduce the displacement of the actuator 10 with the displacement magnifying mechanism is sent through the drive control unit 203. Or it is good also as operation
- the output of the liquid level sensor 3 is read in step S1.
- the timing for reading the output of the liquid level sensor 3 may be during the reciprocating movement of the needle, during the stop, or both.
- step S2 Read the reference value (step S2). It is assumed that the reference value is stored in the memory of the control device and can be read at any time. This reference value is a value that determines the amount of the liquid 7 to be stored in the cylindrical container 6, and can be freely changed.
- step 3 the liquid level sensor output and the reference value are compared in the control device (step 3).
- the sensor output is smaller than the reference value, it means that the amount of the liquid substance 7 in the cylindrical container 6 is reduced, and the liquid substance 7 needs to be supplied from the syringe 40 to the cylindrical container 6.
- the process proceeds to step S4.
- the sensor output is not smaller than the reference value, there is sufficient liquid 7 in the cylindrical container 6, so that supply of the liquid 7 is not necessary. In this case, the process from step S1 is repeated without performing the process.
- step S4 the solenoid valve 103 is opened, the compressed air from the pump 105 is sent to the syringe 40, the liquid 7 in the syringe 40 is pushed out and supplied to the cylindrical container 6.
- step S5 a waiting time is set for a predetermined opening time of the solenoid valve 103 and the opening is continued.
- the amount of the liquid material 7 sent from the syringe 40 to the cylindrical container 6 is determined by the waiting time and the air pressure set by the air pressure regulator 107. For example, when a solenoid valve is opened for 20 ms at an air pressure of 0.1 MPa, 0.001 cc of liquid material can be supplied.
- the electromagnetic valve is sealed in step S6, and the supply of the liquid material 7 from the syringe 40 to the cylindrical container 6 is stopped. Thereafter, the process returns to step S1 and is repeated.
- the liquid material discharge apparatus 1 As described above, according to the liquid material discharge apparatus 1 according to the present embodiment, the liquid material can be discharged at a high speed regardless of the viscosity of the liquid material 7, and the liquid material can be continuously supplied. Therefore, stable coating can be realized over a long period of time.
- the syringe 40 for storing the liquid material, the liquid material conveyance path 9, the cylindrical container 6 and the like may be added with devices capable of cooling, keeping warm, and heating.
- Unnecessary sagging of the liquid material 7 from the cylindrical container 6 can be controlled by making the pressure in the sealed structure negative.
- FIGS. 12 to 13 are perspective views for explaining specific examples of use of the liquid material discharge apparatus 1.
- FIGS. 12 to 13 are perspective views for explaining specific examples of use of the liquid material discharge apparatus 1.
- FIG. 12 shows the operation of applying the liquid material 7 to the substrate 502.
- the liquid material 7 is applied onto the substrate 502 by using the liquid material discharge device 1 at a predetermined interval or at an arbitrary position.
- the liquid material discharge device 1 As means for moving the relative positions of the substrate 502 and the liquid material discharge device 1, only the substrate 502 may be moved, only the liquid material discharge device 1 may be moved, or both the substrate 502 and the liquid material discharge device 1 may be moved. It may be moved.
- FIG. 13 shows the operation of applying the liquid 7 to each part.
- electronic parts 503 arranged on a table 505 such as a belt conveyor are sequentially sent, and the liquid material 7 is applied to the electronic parts 503 at one place.
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Abstract
本発明は、吐出する液状物を保持するための筒状容器と、該筒状容器内に往復動可能に配置されたニードルと、該ニードルを往復動させるアクチュエータと、前記筒状容器、前記ニードルおよび前記アクチュエータを内部に密閉する筐体とを備えた液状物吐出装置であって、前記筐体には、空気孔が設けられており、該空気孔より挿入される空気の圧力によって液状物を供給することを特徴とする、液状物吐出装置を提供する。また、該装置を使用して液状物を吐出する方法を提供する。
Description
本発明は、液状物を吐出するための液状物吐出装置の塗布速度を向上させる機構に関する。本発明は、高速にニードルを往復動させたときに空圧の補助を得て液状物を確実かつ正確にニードル先端に補充する機構に関する。本発明は、上記液状物吐出装置を利用するための方法に関する。
液状物を吐出することができる装置は、近年カラーフィルタリペア、回路パターン描画及びリペア、半田/接着剤塗布、マスク/薄膜形成、LED蛍光体塗布、バイオ分野での分注/スポッター、グリス/オイル充填、インカーマーキング等の用途において利用されている。液状物吐出装置とは一般にディスペンサと呼ばれ、ノズル先端の微細孔から高圧で液状物を吐き出させる装置がある。また、これとは別の方式で、ニードル先端に液状物を付着させ、その液状物を被付着物に転写する装置は、ニードル式ディスペンサと呼ばれ、その重要性が益々注目されている。
前記装置の中で、特にニードル式ディスペンサにおいて、液晶パネル製造及び先端電子部品製造への生産時間短縮に伴い、液状物吐出の高速化を図り、生産性を向上させることが懸案になっている。
液状物吐出に要する往復動時間が長ければ、液状物吐出装置の使用台数を増設する必要があり、生産コストを増大させることに繋がる。
また高速化要求のみならず、往復動中に液状物吐出装置中のニードルが湾曲しないこと、歪み、撓み、捻れを伴わずにより真っ直ぐに正確に直線往復動すること、塗布物即ち種々の粘度である液状物が適量かつ適確にニードル先端に一時付着し被付着物に迄運ばれること、また最終的に塗布された塗布物の形状、寸法、密着度等にまで、動作の正確さと質の向上への期待が益々増大されている。
従来、高粘度の液状物を連続して一定量ずつ吐出することは困難であった。一般のディスペンサでは、塗布液状物は空圧により押し出される、その量、ばらつきは、空気の圧力制御の正確さに依存する。空圧を正確に制御するのは困難であり、また温度変化等により変動も多く見られる。しかし、製造現場では高粘度の液状物も多く用いられており、これらの液状物塗布に対する種々の要求が多くなっている。
ニードル式ディスペンサであっても、ニードルが高速に往復動したときに液状物がニードルの動きに追従できないために、ニードル先端に的確に適量だけ補充することは困難であった。ニードルにより液状物を被付着物に転写する方式の例として、特開2001-46062号公報(図1)が示されているが、実際には図2に示すように液状物中をニードルが摺動すると液状物がニードルに引きずられる。これにより、ニードル先端に空隙が生じ、ニードル先端に液状物が補充されない現象がおこる。
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、高粘度の液状物であっても微少量だけ高速に吐出することを連続して実行できる液状物吐出装置を提供することを目的とする。
本発明は、吐出する液状物を保持するための筒状容器と、該筒状容器内に往復動可能に配置されたニードルと、該ニードルを往復動させるアクチュエータと、前記筒状容器、前記ニードルおよび前記アクチュエータを内部に密閉する筐体とを備えた液状物吐出装置であって、前記筐体には、空気孔が設けられており、該空気孔より挿入される空気の圧力によって液状物を押し出すことを特徴とする、液状物吐出装置を提供する。
また、本発明は、前記筒状容器に流路制御弁を配置することにより、前記ニードルの先端部に空隙を伴わない液状物を供給することを特徴とする、上記液状物吐出装置を提供する。
また、本発明は、前記アクチュエータが変位拡大機構をさらに備え、前記ニードルは、前記アクチュエータと該変位拡大機構によって往復動されることを特徴とする、上記液状物吐出装置を提供する。
また、本発明は、前記ニードルの往復動軌跡と平行にリニアガイド機構をさらに備え、前記ニードルの軸方向と平行に前記ニードルを往復動させることを特徴とする、上記液状物吐出装置を提供する。
また、本発明は、前記ニードルに取り付けられた歪ゲージセンサをさらに備え、前記ニードルの歪み、撓み、捻れ現象の少なくとも1つを検知することを特徴とする、上記液状物吐出装置を提供する。
また、本発明は、前記歪ゲージセンサの出力を増幅するアンプを備える、上記液状物吐出装置を提供する。
また、本発明は、前記筒状容器に接続された、液状物を保存するシリンジと、前記シリンジ内の空圧補助をするポンプと、前記筒状容器内の液状物の量を検知する液面センサと、前記ポンプに制御指令を出す制御本体部とを更に備える、上記液状物吐出装置を提供する。
また、本発明は、前記装置に空圧補助をするポンプと、前記ニードルの往復動を制御する駆動制御部と、前記ポンプ及び前記駆動制御部に制御指令を出す制御本体部とを更に備える、上記液状物吐出装置を提供する。
さらに、本発明は、上記液状物吐出装置を使用する液状物吐出方法であって、前記歪ゲージセンサの電気信号を増幅して、増幅されたアンプの出力を前記変位拡大機構付きアクチュエータへ指令を送る制御装置に帰還する工程と、前記ニードルに歪み、撓み、捻れ現象の少なくとも1つの現象が発生した場合に変化する前記電気信号を検出して、前記制御装置から前記変位拡大機構付きアクチュエータへの指令を停止もしくはゼロにする工程とを含み、前記ニードルの歪み、撓み、捻れ現象の少なくとも1つを防止することを特徴とする、液状物吐出方法を提供する。
また、本発明は、上記液状物吐出装置を使用する液状物吐出方法であって、前記液面センサの出力が変化したときに参照値と比べることにより、前記液状物の現象を判断する工程と、前記液状物の量が適正量よりも少ないときに、前記ポンプからの圧力により、前記シリンジ内の前記液状物を前記筒状容器内へ送り込む工程とを含む、液状物吐出方法を提供する。
また、本発明は、上記液状物吐出装置を使用する液状物吐出方法であって、前記駆動制御部への電圧信号が最大値より小さくなったときに前記ポンプを動作させる工程を含み、前記ニードル先端に付着する液量の増減を制御することができることを特徴とする、液状物吐出方法を提供する。
1 液状物吐出装置
3 液面センサ
4 遮蔽板
5 液面
6 筒状容器
7 液状物
10 拡大機構付き圧電アクチュエータ
11 変位拡大機構
12 圧電素子
14 被付着物
20 リニアガイド
30 塗布針ユニット
31 ニードル
33 歪ゲージセンサ
40 シリンジ
45 空気孔
50 空圧コネクタ
60 筐体
70 流路制御弁ユニット
73 流路制御弁
102 電磁弁
103 電磁弁
104 アンプ
105 ポンプ
106 レギュレータ
107 空圧レギュレータ
109 センサアンプ
200 制御装置
201 制御本体部
201a 主制御部
201b 記憶部
201c 判定部
202 歪検出部
203 駆動制御部
204 駆動制御部
205 電磁弁制御部
206 液面検出部
207 電磁弁制御部
208 通信部
209 外部トリガ
300 空隙
400 電圧信号
401 電磁弁駆動パルス
402 時間
403 時間
404 流路弁駆動パルス
405 時間
406 時間
503 電子部品
505 テーブル
3 液面センサ
4 遮蔽板
5 液面
6 筒状容器
7 液状物
10 拡大機構付き圧電アクチュエータ
11 変位拡大機構
12 圧電素子
14 被付着物
20 リニアガイド
30 塗布針ユニット
31 ニードル
33 歪ゲージセンサ
40 シリンジ
45 空気孔
50 空圧コネクタ
60 筐体
70 流路制御弁ユニット
73 流路制御弁
102 電磁弁
103 電磁弁
104 アンプ
105 ポンプ
106 レギュレータ
107 空圧レギュレータ
109 センサアンプ
200 制御装置
201 制御本体部
201a 主制御部
201b 記憶部
201c 判定部
202 歪検出部
203 駆動制御部
204 駆動制御部
205 電磁弁制御部
206 液面検出部
207 電磁弁制御部
208 通信部
209 外部トリガ
300 空隙
400 電圧信号
401 電磁弁駆動パルス
402 時間
403 時間
404 流路弁駆動パルス
405 時間
406 時間
503 電子部品
505 テーブル
本発明の第1の態様にかかる液状物吐出装置は、吐出する液状物を保持するための筒状容器と、該筒状容器内に往復動可能に配置されたニードルと、該ニードルを往復動させるアクチュエータと、筒状容器、ニードルおよびアクチュエータを内部に密閉する筐体とを備える。本明細書において使用される筒状容器は、その筒内にニードルおよび液状物を保持することができる筒状の容器であればいずれの形状であってもよい。好ましくは、図2及び4に示した筒状容器6のように円形である。筒状容器6の内側は、たとえば取り付け部から先端に行くに従い徐々に細くなるテーパ状である。また、本明細書において使用される「吐出する」とは、筒状容器からその内容物を出すことができることをいう。「保持する」とは、筒状容器内に液状物を貯めておくことができることをいう。
上記装置は、筒状容器、ニードルおよびアクチュエータを含む筐体を密閉構造にすることにより内部圧力を保つ。また、筐体に設けられた空気孔から挿入される空気の圧力でニードルの往復摺動時に液状物へ圧力を加える。これにより、液状物が確実にニードル先端部に供給され、ニードルにより吐出されることで被付着物へと運搬される。空気孔は、筐体の上部などの筐体のいずれの場所に設けられてもよく、たとえば図4に示したように、シリンジを備えた筐体の上部に空気孔45を有していてもよい。
従来の装置では、特に、ニードルの往復摺動速度が速くなるにつれて筒状容器下端部より空気が侵入するようになり、空隙が生じてしまう。このため、ニードル先端に液の留まる量が減少し、本来のディスペンサ機能が減退する現象が存在する。この欠点を補うために、本発明の装置は、液状物吐出装置の動作部分を含む筐体を密閉構造とすることにより、先端への液状物の供給量を確保して、質及び量共に満足する塗布を行うことが可能となる。
本発明の第2の態様にかかる液状物吐出装置は、液状物を保持する筒状容器に流路制御弁を備える。流路制御弁は、たとえば図4及び5に示した流路制御弁73ように、アクチュエータ72により筒状容器6の下端孔を開閉することができるように構成することができる。これにより、空圧による補助と共に液状物をニードル先端に安定供給することが可能となる。ニードルが筒状容器へ収納される瞬間に筒状容器の微細孔を流路制御弁にて防ぐことで、空気の混入を防ぐことができる。
本発明の第3の態様にかかる液状物吐出装置は、アクチュエータに取り付けられた変位拡大機構を更に備える。変位拡大機構を利用することにより、微少な圧電アクチュエータの動きをより大きな動作に導くことができる。変位拡大機構付き圧電アクチュエータの一例として、平面図を図3に示す。例えば、特開2008-99399号公報に示されるような、変位拡大機構付き圧電アクチュエータが、精密機械分野、例えば初期のプリンタに採用され以降その他の機器に利用されている。変位拡大機構付き圧電アクチュエータを液状物吐出装置のニードルを駆動させるために適用することにより、ニードルの大きな往復動を確保しながら推進速度をより速くする結果となる。
本発明の第4の態様にかかる液状物吐出装置は、ニードルの往復動軌跡と平行にリニアガイド機構を備える。リニアガイドが一方向に、左右にガイドされることにより、曲がり、歪み、撓み、捻れ等を伴わずにより真っ直ぐに正確に直線往復動可能となる。このリニアガイドを液状物吐出装置のニードルのガイドとして採用することにより、ニードルが安定した往復動を行うことを保証する。
また、リニアガイドの使用によりニードルの不必要な動きが拘束されるために、ニードルの交換が容易になる。
本発明の第5の態様にかかる液状物吐出装置は、ニードル部に歪ゲージセンサを備える。歪ゲージセンサは、板材、棒材の伸びと捩れを検知検出するものであるが、該センサを液状物吐出装置のニードル部に適用することにより、ニードルの万が一の歪み、撓み、捻れ現象を検知し、往復動により被付着物への衝突を回避しニードル先端の破損防止と被付着物の破損防止が可能となる。
本発明の第6の態様にかかる液状物吐出装置は、歪ゲージセンサの出力を増幅するアンプを備える。歪ゲージセンサの出力は、アンプにより増幅して、制御装置へ帰還される。ニードルが被付着物を突くなどして、ニードルに大きな力が加わった場合は、歪ゲージセンサ出力の変化が検知される。このような大きな力が加わった場合には、ニードルの往復動を停止させる。このような方法を採用することにより、ニードルの万が一の歪み、撓み、捻れ現象を防ぐことに役立つ。
本発明の第7の態様にかかる液状物吐出装置は、たとえば空圧補助をするポンプと、液状物を保存するシリンジと、筒状容器内の液状物の量を検知する液面センサと、上記ポンプに制御指令を出す制御本体部とを更に備える。筒状容器に接続されたシリンジには、液状物を貯蔵しておくことができる。また、空圧補助をするポンプにより、上記シリンジに設けられた空気孔を介して液状物へ圧力を加えることができる。また、液面センサにより、筒状容器内の液状物の量を検知して、筒状容器に送られるシリンジに貯蔵された液状物を調節する。本液状物吐出装置を長時間にわたり連続的に駆動するには、筒状容器内の液状物の量が途切れることなく常に一定量を蓄えておく必要があるが、上記のような方法によって上記容器内の液状物の量を監視し、筒状容器内の液状物の量が減少すれば、多量の液状物を保持しているシリンジから供給することで、筒状容器内の液状物の量を一定量に蓄えられる。
本発明の第8の態様にかかる液状物吐出装置は、本体密閉構造内へ圧縮空気を送入するポンプと、ニードルを往復動させる駆動制御部と、ポンプ及び駆動制御部に制御指令を出す制御本体部とを更に備える。制御本体部は、駆動制御部の動作が最大値に達した後、減少に転じたあるタイミングでポンプを動作させる。空圧補助を加えることで、液状物吐出の際にニードル先端に付着する液量の増減を制御すること可能である。
本発明によれば、液状物吐出装置の筐体内部の圧力を調整することで、粘度に関係なく液状物が安定してニードル先端に供給される。液状物は、高速駆動が可能なアクチュエータにて駆動されたニードルによって瞬時に被付着物へ転写される。その結果本発明によって、低粘度から高粘度までの幅広い粘度範囲の液状物を極微少量だけ高速に安定して吐出できる液状物吐出装置を提供できる。
少なくとも吐出する液状物を保持するための筒状容器と、該筒状容器内に往復動可能に配置されたニードルと、該ニードルを往復動させるアクチュエータよりなる液状物吐出装置において、上記筒状容器、上記ニードルおよび上記アクチュエータを内部に密閉する筐体、該筐体に設けられた空気孔とより成る本発明液状物吐出装置により、該空気孔より挿入される空気の圧力によって液状物を押し出すことを可能にする。
上記液状物吐出装置において、上記液状物を保持する上記筒状容器に流路制御弁を配置することにより往復動するニードル先端部に空隙を伴わないことを可能にする。
上記液状物吐出装置において、上記アクチュエータと変位拡大機構で構成し、上記ニードルを往復動させることにより、着実な上記ニードルの往復動を可能にする。
上記液状物吐出装置において、上記ニードルの往復動軌跡と平行にリニアガイド機構を配置し上記ニードルの軸方向と平行に上記ニードルを往復動させることにより真っ直ぐなニードル往復動を可能にする。
上記液状物吐出装置において、歪ゲージセンサを上記ニードル部に配置し上記ニードルの歪み、撓み、捻れ現象の少なくとも1つを検知することを可能にする。
上記液状物吐出装置において、上記歪ゲージセンサの電気信号を増幅し、増幅されたアンプの出力を、上記ニードルを駆動させる上記変位拡大機構付きアクチュエータへ指令を送る制御装置に帰還し、上記ニードルに歪み、撓み、捻れ現象の少なくとも1つの現象が発生した場合に変化する上記電気信号を検出し、上記制御装置から上記変位拡大機構付きアクチュエータへの指令を停止もしくはゼロにし、ニードルの歪み、撓み、捻れ現象の少なくとも1つを防止する方法を可能にする。
液状物吐出装置に空圧補助をするポンプと、液状物を保存するシリンダと、筒状容器内の液状物の量を検知する液面センサと、上記ポンプに制御指令を出す制御本体部と、よりなる液状物を上記シリンダより上記筒状容器へ連続的に供給する装置でおいて、上記液面センサの出力が変化したときに参照値と比べることで上記液状物の現象を判断し、上記ポンプからの圧力により、上記シリンダ内の上記液状物を上記筒状容器内へ送り込むことを可能にする。
液状物吐出装置に空圧補助するポンプと、ニードルを往復摺動させる駆動制御部と、上記ポンプ及び該駆動制御部に制御指令を出す制御本体部と、よりなる装置において、上記駆動制御部への電圧信号が最大値より小さくなったときに上記ポンプを動作させることで、ニードル先端に付着する液量の増減を制御することを可能にする。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図4ないし図5は、本発明の一実施例の液状物吐出装置の断面図である。図4は、圧電アクチュエータの最収縮時、即ちニードルが筒状容器内に最も収納された状態であり、図5は、圧電アクチュエータの最伸長時、即ちニードルが筒状容器より最も突出し被付着物に液状物を転写する状態を示す。
図4および図5において、液状物吐出装置1は、液状物7を貯蔵する筒状容器6を備えている。筒状容器6の内部には塗布針ユニット30が挿入されており、当該塗布針ユニット30は止めネジ24によってリニアガイド20のスライダ22に固定されている。リニアガイド20のスライダ22は拡大機構付き圧電アクチュエータ10によって駆動される。
筒状容器6は、二条ネジ等の構造8により特殊な工具を必要とせずに手動で簡単に着脱が可能である。筒状容器6内側は、取り付け部から先端に行くに従い徐々に細くなるテーパ状である。内側の形状が前記の通りならば外側の形状は問題とならない。この構造により、万一塗布針ユニット30が曲がったとしても確実に下端穴より飛び出ることになる。取り付け部の内径は、たとえば、φ2mmであり、先端部の内径はφ0.2mm程度を用いることができる。
筒状容器6の材質としては、例えばポリプロピレンなどの樹脂、ガラス、ステンレスなどの金属を用いることができる。また、ぬれ性を制御するため内部表面に表面処理を行っても良い。
液状物吐出装置1の筐体60は、密閉構造となっており、内部の圧力を自由に変更できるようになっている。空圧コネクタ50より適度な圧力の空気が送り込まれ、液状物吐出装置1内部の圧力を調整できるようになっている。信号線用のコネクタ53は、空気を通さない密閉用のものであり、内部圧力を変化させない構造となっている。
また、本発明の液状物吐出装置1において、液状物が安定してニードル先端に流れ込むように圧力を加えるための気体は、空気以外にも希ガス等の容易に化学反応の起こらない気体を用いても良い。
変位拡大機構付圧電アクチュエータ10は、大きな電圧を加えるほど大きな変位を示す圧電素子12を駆動源として、変位拡大機構11によってその変位が拡大されて出力されるアクチュエータである。
変位拡大機構付圧電アクチュエータ10の変位部分とスライダ22は、例えば、板バネや棒バネなどの位置ずれ吸収機構2を介してリニアガイド20のスライダ22に連結されている。該位置ずれ吸収機構2は、該アクチュエータ10の変位方向とスライダ22の動作方向が若干違ったとしても、その違いを吸収することができる。変位拡大機構付圧電アクチュエータ10が伸縮変位すると、その分だけスライダ22と該スライダ22に連結された塗布針ユニット30が往復動をする。
変位拡大機構付圧電アクチュエータ10により塗布針ユニット30が下降すると、ニードル31先端が筒状容器6の下端孔から飛び出す。飛び出したニードルの先端についた液状物、ニードル、もしくは両方を被付着物に接触させることで液状物を被付着物に転写する。
変位拡大機構付圧電アクチュエータ10は、高精度かつ高速に伸縮変位することが可能であり、ニードルの例えば10Hz以上の高速な往復動を実現する。
筒状容器6の先端には先端孔を開閉できる流路制御弁73が取り付けられている。流路制御弁73は、アクチュエータ72により筒状容器6の下端孔を開閉する。開閉の動作は、塗布針ユニット30の動作と連携している。
リニアガイド20は、塗布針ユニット30を保持すると共にその塗布針ユニット30が真っ直ぐに直線往復動するために取り付けられている。リニアガイド20のレール21は、筐体60に固定されている。スライダ22はレール21に対し一方向(図では上下方向)以外の動きは拘束されており、塗布針ユニット30が確実に上下動(往復動)のみを行うことを実現する。
さらに、スライダ22により上下方向以外の動作は固定されているため、塗布針ユニット30の交換作業時に止めネジ7を容易に着脱可能にするための効果もある。
塗布針ユニット30のニードル31部は、液状物が付着し被付着物まで運ぶものであり、外形が円筒形状、テーパ状、あるいは両方の形状を含んでいてもよい。
塗布針ユニット30のニードル31は、ハウジング32に挿入固定されている。ハウジング32には歪ゲージセンサ33が貼り付けられており塗布針ユニット30もしくはニードル31に歪み、撓み、捻れの少なくとも一つの現象が起こった場合に、歪ゲージセンサ33の出力が変化する。
ニードル31の材質としては、樹脂、ガラス、タングステンなどの金属を用いることができる。また、ぬれ性を制御するために、ニードル31端面もしくは側面ないし前記両者へ表面処理を行っても良い。
筐体60には、液状物7の液面5の高さを検出するための液面センサ3が取り付けられている。液面5を正確に検知するために、液面5に浮上し液面5の高さに応じてその高さが変化する遮蔽板1が設けられている。液面センサ3は、前記遮蔽板4の高さを検知し、液状物7の量が常にある範囲内にあるように制御される。しかし、液面センサ3が液面5高さを直接検知でき、かつ、液状物7の蒸発が問題とならなければ、遮蔽板4は必要としない。液面センサ3は、物体との距離を検知できるものであればよく、例えば反射型フォトカプラを使うことができる。
筒状容器6内部は、流路9を通してシリンジ40と接続されている。シリンジ40には、筒状容器6より多量の液状物を保持しておくことができる。
シリンジ40は、例えば二条ネジ構造にて、接続部42を介して筐体60と接続されており、手動により簡単に取り付けと取り外しが可能である。
空気孔45より圧縮空気が送り込まれ、その圧力によりピストン44が押される。この作用により液状物7が流路9を通って筒状容器6へ送り込まれる。
液状物吐出装置1を用いて吐出する液状物7としては、例えば、接着剤や金属ペーストがある。液状物7としての接着剤は、例えば、電子部品を実装する際に一時的に電子部品を基板に仮止めするために用いられる。この接着剤は、熱や光などで硬化するものも含まれる。金属ペーストは、銅や銀などの微少な粒子を液体に混ぜ込んでペースト状にしたものである。また、液状物7は、液体に限らず流動性のあるものならば、固体等を含んでいてもよい。
吐出される液状物7は、雰囲気温度23℃、相対湿度50%の環境下においてE型粘度計によって測定される粘度に対して、回転数1rpmにおける粘度が1~500,000cPの範囲内の値となる液状物であってもよい。
図66は、制御系を含めた液状物吐出装置1の概略構成図である。図7は、液状物吐出装置1の制御系を含めたブロック図である。図1ないし図3、図6、図7を参照して全体の構成を説明する。変位拡大機構付き圧電アクチュエータ10を動作させる信号は制御装置200より出力され、アンプ104にて出力が増幅された後、変位拡大機構付き圧電アクチュエータ10へ送られ塗布針ユニット30を往復動させる。流路制御弁ユニット70を動作させる信号は制御装置200より直接流路制御弁ユニット70へ送られ弁の開閉を行う。ニードルの歪み等を検出する歪ゲージセンサ33の出力はアンプ109により増幅され、制御装置200に入力される。液面センサの出力はケーブル108により制御装置200に入力される。ポンプ105からの圧縮空気は、途中2方向に分岐され、そのうち一方は電磁弁102を経由して筐体60に入力され液状物7の押し出し補助として利用される。電磁弁102の開放と封止は制御装置200からの信号で行われる。圧力はレギュレータ106により調整される。もう一方の圧縮空気は、電磁弁103を経由してシリンジ40に入力され、液状物7をシリンジ40から筒状容器6へ供給するために使われる。電磁弁103の開放と封止は制御装置200からの信号で行われる。圧力は、レギュレータ107により調整される。
図2は、液状物吐出装置1において塗布針ユニット30が高速に伸縮したときに発生する空隙の問題を示した詳細図である。図2(a)に示すように塗布針ユニット30が伸長した状態から縮小した状態になると、図2(b)に示すように空隙300が生じる。この現象は、液状物の粘度が高いほど、また塗布針ユニット30の動作速度が速いほど顕著である。空隙が生じた場合には、塗布針ユニット30先端に付着する液状物7の量がばらついてしまい、結果として、液状物7の被付着物への転写量にばらつきを生じることになる。
そこで、図8(a)に示すように筒状容器6の上端より圧力を加えることで、液状物7が下方へ押し出され、ニードル先端に液状物が供給されるため上記の問題が解決される。また、図8(b)に示すように、塗布針ユニット30が上昇する際に、流路制御弁73で筒状容器6の下端孔を塞ぐことで空隙の発生を防ぐことができる。
液状物吐出装置1内部の圧力の制御による効能を図8および図9を用いて説明する。図8は、塗布針ユニット30が高速で往復動したときに筒状容器6内部の液状物7で発生する空隙を本発明による解決した効果を示したものである。図9は、本発明を実施するための各信号のタイミングを示したグラフである。
図8(a)に示すように、塗布針ユニット30が縮小しているときに圧縮空気を筐体60に送り、その圧力で液状物7が押され塗布針ユニット30先端まで液状物7が移動する。図9(a)に示すように、拡大機構付き圧電アクチュエータ10への印可電圧信号400の変化に合わせて、塗布針ユニット30が再下降点から上昇を始めた時間402後に時間403だけ電磁弁102を開放して、圧縮空気を筐体60へ送ることで液状物7が塗布針ユニット30先端に押し出される。時間403後には電磁弁102を封止し、筐体60への空圧補助を停止させる。時間403が大きいほど、もしくは圧縮空気の圧力が大きいほど、塗布針ユニット30先端に流れ込む液状物7の量は多くなり、結果的に被付着物に転写される量が多くなる。時間402と時間403は、液状物7の性状、筒状容器6の形状や性質、塗布針ユニット30の断面積に依存する。
一方で、流路制御弁73を制御することで筒状容器6内の空隙発生を防ぐ方法を図8(b)に示してある。図9(b)に示すように、塗布針ユニット30が下降を始めて時間405となったときに流路制御弁73を開放し、筒状容器6の下端孔を開放する。塗布針ユニット30が下端孔から飛び出したのち上昇をはじめ、塗布針ユニット30先端がちょうど筒状容器6の下端孔に達した瞬間に流路制御弁73を封止する。これにより、筒状容器6への空気の入り込みを防ぐことができる。
次に、本発明の液状物吐出装置1において、歪ゲージセンサ33の出力を利用して、ニードル31の歪み、撓み、捻れ現象を検知し、ニードル31の破損と被付着物の破損を防ぐ方法について、図7と図10に示すフローチャートを参照しながら説明する。本実施例では、ニードル31に歪み、撓み、捻れなどの現象が起きると、歪ゲージセンサ33の出力が増大すると設定されている場合について説明する。
まず、ステップP1において歪検出部202からセンサアンプ109にて増幅された歪ゲージセンサ33の出力が読み込まれる。歪ゲージセンサ33の出力を読み込むタイミングは、ニードルが往復運動している間や、停止しているとき、もしくはその両方であってもよい。
次に、参照値の読み込みを行う(ステップP2)。参照値は、制御装置200の記憶部210bに保存されており、いつでも読み込みができる状態にあるものとする。また、この参照値はニードル31の条件などにより変更することが可能である。
次に、制御本体部201内で歪ゲージセンサ33の出力と前記参照値の比較を行う(ステップP3)。センサ出力が参照値より大きい場合、ニードル31に歪み、撓み、捻れ現象が発生していることを意味し、塗布針ユニット30の停止が必要である。この場合、ステップP4に進む。センサ出力が参照値より小さい場合、ニードル31に歪み、撓み、捻れ現象が発生しておらず正常である。この場合、処理を行わずにステップP1からの処理が繰り返される。
ステップP4では、駆動制御部203を通して変位拡大機構付きアクチュエータ10の変位を小さくする指令を送る。もしくは、そのまま変位を停止する動作としてもよい。この後、ステップP1に処理が戻る。
次に、本発明の液状物吐出装置1における液状物7の量を筒状容器6内にほぼ一定量保持するために、量が減少すると自動的に液状物7がシリンジ40より供給される動作について、図7と図10に示すフローチャートを参照しながら説明する。本実施形態では、液状物7の量が減少すると液面センサ3の出力が減少すると設定されている場合について説明する。
まず、ステップS1において液面センサ3の出力が読み込まれる。液面センサ3の出力を読み込むタイミングは、ニードルが往復運動している間や、停止している間や、もしくはその両方のときでもよい。
参照値の読み込みを行う(ステップS2)。参照値は、制御装置のメモリに保存されており、いつでも読み込みができる状態にあるものとする。この参照値は、筒状容器6に溜めておく液状物7の量を決定する値であり自由に変更できるものとする。
次に、制御装置内で前記液面センサ出力と前記参照値の比較を行う(ステップ3)。センサ出力が参照値より小さい場合、筒状容器6内の液状物7の量が減少していることを意味し、シリンジ40から筒状容器6へ液状物7の供給が必要である。この場合、ステップS4に進む。センサ出力が参照値より小さくない場合、筒状容器6内の液状物7が十分にあるために、液状物7の供給は必要としない。この場合、処理を行わずにステップS1からの処理が繰り返される。
ステップS4では、電磁弁103を開放しポンプ105からの圧縮空気をシリンジ40に送り、シリンジ40内の液状物7を押し出して筒状容器6に供給する。
ステップS5では、予め設定された電磁弁103の開放時間だけ待ち時間を設け開放し続ける。シリンジ40から筒状容器6へ送り込まれる液状物7の量は、上記待ち時間と空圧レギュレータ107にて設定される空圧によって決定される。例えば、空圧0.1MPaで20msの電磁弁開放を行った場合、0.001ccの液状物供給が可能である。待ち時間後にステップS6で電磁弁を封止し、シリンジ40から筒状容器6への液状物7の供給を停止させる。この後、ステップS1に戻り処理が繰り返される。
上記実施形態では、処理の一連の流れを連続的に示したが、この繰返し処理を行うタイミングや回数に制限はなく、制御装置200の負荷が小さいときに行うのが望ましい。
以上述べたように、本実施例に係る液状物吐出装置1によれば、液状物7の粘度によらず高速に液状物を吐出することが可能になると共に、液状物を連続して供給できるため長時間にわたって安定した塗布を実現することができる。
本発明の液状物吐出装置1において、液状物を貯留するシリンジ40、液状物搬送経路9、筒状容器6等が、冷却、保温、加熱できるような装置を付加したものであってもよい。
密閉構造内圧力を負圧にすることにより、筒状容器6からの液状物7の不必要なダレを制御することができる。
次に、図12ないし図13を参照して、液状物吐出装置1の具体的な利用例について説明する。図12ないし図13は、液状物吐出装置1の具体的な利用例を説明するための斜視図である。
図12は、基板502に液状物7を塗布する作業を示している。基板502上に一定間隔ないし任意の位置へ液状物吐出装置1を用いて液状物7を塗布する。基板502と液状物吐出装置1の相対的な位置を移動させる手段として、基板502のみを動かしてもよく、液状物吐出装置1のみを動かしてもよく、また基板502と液状物吐出装置1ともに移動させても良い。
図13は、部品1つ1つに液状物7を塗布する作業を示している。例えば、ベルトコンベアのようなテーブル505上にならべられた電子部品503が順次送られており、その一箇所にて電子部品503へ液状物7を塗布する様子を示している。
Claims (11)
- 吐出する液状物を保持するための筒状容器と、該筒状容器内に往復動可能に配置されたニードルと、該ニードルを往復動させるアクチュエータと、前記筒状容器、前記ニードルおよび前記アクチュエータを内部に密閉する筐体とを備えた液状物吐出装置であって、前記筐体には、空気孔が設けられており、該空気孔より挿入される空気の圧力によって液状物を供給することを特徴とする、液状物吐出装置。
- 前記筒状容器に流路制御弁を配置することにより、前記ニードルの先端部に空隙を伴わない液状物を供給することを特徴とする、請求項1に記載の液状物吐出装置。
- 前記アクチュエータが変位拡大機構をさらに備え、前記ニードルは、前記アクチュエータと該変位拡大機構によって往復動されることを特徴とする、請求項1または2に記載の液状物吐出装置。
- 前記ニードルの往復動軌跡と平行にリニアガイド機構をさらに備え、前記ニードルの軸方向と平行に前記ニードルを往復動させることを特徴とする、請求項1~3のいずれか1項に記載の液状物吐出装置。
- 前記ニードルに取り付けられた歪ゲージセンサをさらに備え、前記ニードルの歪み、撓み、捻れ現象の少なくとも1つを検知することを特徴とする、請求項1~4のいずれか1項に記載の液状物吐出装置。
- 前記歪ゲージセンサの出力を増幅するアンプを備える、請求項5に記載の液状物吐出装置。
- 前記筒状容器に接続された、液状物を保存するシリンジと、前記シリンジ内の空圧補助をするポンプと、前記筒状容器内の液状物の量を検知する液面センサと、前記ポンプに制御指令を出す制御本体部とを更に備える、請求項5または6のいずれか1項に記載の液状物吐出装置。
- 前記装置に空圧補助をするポンプと、前記ニードルの往復動を制御する駆動制御部と、前記ポンプ及び前記駆動制御部に制御指令を出す制御本体部とを更に備える、請求項5~7のいずれか1項に記載の液状物吐出装置。
- 請求項6に記載の液状物吐出装置を使用する液状物吐出方法であって、
前記歪ゲージセンサの電気信号を増幅して、増幅されたアンプの出力を前記変位拡大機構付きアクチュエータへ指令を送る制御装置に帰還する工程と、
前記ニードルに歪み、撓み、捻れ現象の少なくとも1つの現象が発生した場合に変化する前記電気信号を検出して、前記制御装置から前記変位拡大機構付きアクチュエータへの指令を停止もしくはゼロにする工程と、
を含み、
前記ニードルの歪み、撓み、捻れ現象の少なくとも1つを防止することを特徴とする、液状物吐出方法。 - 請求項7~8のいずれか1項に記載の液状物吐出装置を使用する液状物吐出方法であって、
前記液面センサの出力が変化したときに参照値と比べることにより、前記液状物の現象を判断する工程と、
前記液状物の量が適正量よりも少ないときに、前記ポンプからの圧力により、前記シリンジ内の前記液状物を前記筒状容器内へ送り込む工程と、
を含む、液状物吐出方法。 - 請求項8に記載の液状物吐出装置を使用する液状物吐出方法であって、
前記駆動制御部への電圧信号が最大値より小さくなったときに前記ポンプを動作させる工程を含み、
前記ニードル先端に付着する液量の増減を制御することができることを特徴とする、液状物吐出方法。
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