WO2017122683A1 - 液体材料吐出装置 - Google Patents

Abstract

課題：プランジャーを効率的に加速でき、装置の重心を低くでき、メンテナンス性が良好な液体材料吐出装置及び該装置を搭載した塗布装置の提供。解決手段：吐出口と連通し、液体材料が供給される液室と、液室よりも小径の先端部が液室内を進退動するプランジャーと、プランジャーを上方に付勢する弾性体と、実質的に水平方向に延びるように配置されたアームと、アームを動作させる駆動源となるアーム駆動装置と、アーム駆動装置が配設されるベース体と、を備えた液体材料吐出装置であって、アーム駆動装置と接続され、アーム駆動装置及びアームを揺動可能に支持する揺動機構部を備え、アーム駆動装置がアームの長さ方向に配設された複数個のアクチュエータを備え、アームがプランジャーを下方に押圧する押圧部を備え、プランジャーが押圧部に押圧される当接部を備え、アームの揺動運動によりプランジャーが直線往復移動する液体材料吐出装置及びその塗布装置。

Description

液体材料吐出装置

　本発明は、ノズルと連通する液室内を往復動作するプランジャーと、アクチュエータと変位拡大機構を備える液体材料吐出装置および同吐出装置が搭載された塗布装置に関する。ここで、本明細書にいう「プランジャー」には、例えば、ニードル、ロッド、ピストンと称呼される棒状部材が含まれる。

　従来、ノズルと連通する液室内を往復移動するプランジャーを用いて少量の液体材料を液滴状に吐出させる種々の技術が提案されている。プランジャーを移動させるための駆動源には、モータ、エア、圧電素子など用いたアクチュエータが使われることが多い。駆動源としてエア圧力を用いた吐出装置としては、例えば、出願人に係る特許文献１に、エア圧力によるプランジャーロッドの退行動作により吐出口を開き、スプリングの弾性力による前記プランジャーロッドの進出動作により液滴を前記吐出口より吐出する吐出装置が開示されている。

　スプリングとエア圧力でプランジャーを往復動作させる吐出装置においては、プランジャーの移動距離を確保することは容易であるが、エアが圧縮性を有することから、プランジャーの往復移動速度を一定以上の早さにすることは困難である。この点、圧電アクチュエータを備える構成においては、電気的パルス信号により圧電素子の動作を制御できるのでストロークの再現性に優れ、圧電素子の動作の制御も容易である。

　駆動源として圧電アクチュエータでニードルを往復移動させる吐出装置としては、例えば、特許文献２に、吐出口と連通し、液体材料が供給される液室と、先端部が液室内を進退動するニードルと、ニードルを進退動作させる駆動装置と、変位拡大機構と、を備え、吐出口から液滴を飛翔吐出する液体材料吐出装置において、駆動装置が、左右対象に配置された偶数台の駆動装置からなり、変位拡大機構が、下部にニードルが連結される弾性変形可能なＵ字状部材を備え、各駆動装置が、Ｕ字状部材の両端部を離間させる力を作用させることによりニードルを後退移動させること、および、Ｕ字状部材の両端部を近接させる力を作用させることによりニードルを進出移動させることを特徴とする液体材料吐出装置が開示されている。

　ニードル（プランジャー）を用いた液体材料吐出装置は、高速前進するプランジャーにより大きな射出力を与えることができるので、圧電素子（ピエゾ素子）によりインキ室内のインキを押し出して吐出するインクジェット装置では吐出することのできない、高粘度の液体材料を液滴として吐出することが可能である。

　特許文献３には、先端に設けられた射出孔およびシリンダ孔を有するケーシングと、ケーシング内に配置された積層型の圧電素子と、圧電素子を駆動源とし、シリンダ孔内に微伸縮動自在に収納されたプランジャーとを備え、圧電素子が素子ホルダーに嵌め合い一体的に取り付けられた長方体であり、素子ホルダーには、一部に薄肉弾性部を形成して圧電素子に収縮側の復元力を付与するようにし、その素子ホルダーの上端部を前記ケーシングに固定するとともに素子ホルダーの下端にプランジャーを形成した液滴射出装置が開示されている。

　特許文献３に開示される装置は、シリンダ孔と同径のプランジャーを備えており、プランジャーの前進移動により減少した容積と同量の液体材料を吐出する吐出原理の装置である。かかる吐出原理の装置は、プランジャーの側周面とシリンダ孔の内周面との摺動摩擦が生じるため、毎秒数百ショット以上の高速連続吐出には適していない。

特開２００２－２８２７４０号公報 特開２０１５－５１３９９号公報 特許第４７８６３２６号公報

　近年、プランジャーを往復動作させる吐出装置（ディスペンサー）において、従来よりも微少な液滴を飛翔吐出することが求められている。例えば、特許文献２に開示される装置は、大径の液室内を小径のニードルが往復動作する構成を備えるところ、ニードルの前進移動により減少した液室内の容積分よりも少量の液体材料を吐出することが可能である。このような吐出方式により微少な液滴を飛翔吐出するためには、プランジャーを一定以上の速度に加速させることが必要である。

　圧電アクチュエータでプランジャーを往復動作させる吐出装置において、プランジャーを加速させるための移動距離を確保するためには、圧電アクチュエータの変位量を拡大する変位拡大機構を設けることが必要である。しかし、変位機構を設けることで吐出装置の重心が高くなると、吐出装置を搭載する塗布ヘッドを移動開始、移動停止、移動速度変更、および方向転換する際に生じる揺れや振動が大きくなるという課題がある。
　他方、変位量を大きくするために、圧電素子そのものの変位を大きくすることも考えられるが、圧電素子を多層化したり多数個用いたりすることは、吐出装置の大型化を招き、製造コストも増大するという課題がある。

　さらには、吐出部のメンテナンス性が良好な吐出装置が求められている。例えば、凝固した液体材料により詰まった吐出口の洗浄や摩耗したプランジャーの交換が容易な構造の吐出部を有する吐出装置が求められている。

　そこで、本発明は、プランジャーを効率的に加速することができ、装置の重心を低くすることができ、しかもメンテナンス性が良好な液体材料吐出装置および同吐出装置が搭載された塗布装置を提供することを目的とする。

　本発明の液体材料吐出装置は、吐出口と連通し、液体材料が供給される液室と、液室よりも小径の先端部が液室内を進退動するプランジャーと、プランジャーを上方に付勢する弾性体と、実質的に水平方向に延びるように配置されたアームと、アームを動作させる駆動源となるアーム駆動装置と、アーム駆動装置が配設されるベース体と、を備えた液体材料吐出装置であって、前記アーム駆動装置と接続され、前記アームを揺動可能に支持する揺動機構部を備え、前記アーム駆動装置が、前記アームの長さ方向に配設された複数個のアクチュエータを備え、前記アームが、プランジャーを下方に押圧する押圧部を備え、前記プランジャーが、前記押圧部に押圧される当接部を備え、前記アームの揺動運動により前記プランジャーが直線往復移動することを特徴とする。
　上記液体材料吐出装置において、前記複数個のアクチュエータが、積層型圧電素子により構成され、前記押圧部に近い側に配置されたアクチュエータが伸長状態となり、前記押圧部から遠い側に配置されたアクチュエータが非伸長状態または収縮状態となることでアームが上方移動し、前記押圧部に近い側に配置されたアクチュエータが非伸長状態または収縮状態となり、前記押圧部から遠い側に配置されたアクチュエータが伸長状態となることでアームが下方移動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、前記複数個のアクチュエータが、偶数個のアクチュエータにより構成されることを特徴としてもよく、好ましくは、前記偶数個のアクチュエータが、第１の圧電アクチュエータおよび第２の圧電アクチュエータ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、前記押圧部または前記当接部が、前記アームの揺動運動に追従して前記押圧部と前記当接部との当接状態を確保する曲面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、前記アームを前記ベース体に着脱自在に固定する締結具を備えることを特徴としてもよく、好ましくは、前記締結具が、前記複数個のアクチュエータの間に配置され、前記締結具により前記複数個のアクチュエータが前記アームおよび前記ベース体に挟着されることを特徴とする。
　上記液体材料吐出装置において、さらに、前記プランジャーを鉛直方向に移動可能に支持するガイドを備え、前記弾性体が、前記プランジャーを常時上方に付勢するコイル状の圧縮ばねからなり、前記プランジャーが、前記弾性体および前記ガイドに着脱自在に挿通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、前記揺動機構部が、前記アーム駆動装置の下端部と接続されること、または、前記アーム駆動装置の上端部と接続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、前記揺動機構部が、前記アーム駆動装置の下端部と接続される第１の揺動機構部と、前記アーム駆動装置の上端部と接続される第２の揺動機構部とを備えて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、前記揺動機構部が、前記アーム駆動装置の一方の端部と接続される接続部と、前記接続部を揺動自在に支持する支持部とを備えて構成されることを特徴としてもよく、好ましくは、前記支持部が、滑らかな曲面からなる凸状または凹状の支持面を備え、前記接続部が、前記支持部の前記支持面上を摺動する凹状または凸状の摺動面を備えることを特徴とする。
　上記液体材料吐出装置において、前記押圧部が、前記アームに着脱自在に取り付けられた押圧部材により構成されることを特徴としてもよい。

　本発明の塗布装置は、上記液体材料吐出装置と、被塗布物を載置するワークテーブルと、液滴吐出装置と被塗布物とを相対移動させる相対移動装置と、液体材料吐出装置に液体材料を供給する液体材料供給源とを備えることを特徴とする。
　上記塗布装置において、前記液体材料吐出装置が、複数台の液体材料吐出装置からなることを特徴としてもよい。

　本発明によれば、プランジャーを効率的に加速することができ、装置の重心を低くすることができ、しかもメンテナンス性が良好な液体材料吐出装置および同吐出装置が搭載された塗布装置を提供することが可能となる。

実施形態例１に係る液体材料吐出装置の側面断面図である。 実施形態例１に係る揺動機構部の概略斜視図である。 実施形態例１に係る液体材料吐出装置（上昇ポジション）の側面断面図である。 実施形態例１に係る液体材料吐出装置（下降ポジション）の側面断面図である。 実施形態例１に係る液体材料吐出装置を搭載した塗布装置の斜視図である。 実施形態例２に係る液体材料吐出装置の側面断面図である。 実施形態例３に係る液体材料吐出装置の側面断面図である。 実施形態例４に係る液体材料吐出装置の側面断面図である。 実施形態例５に係る揺動機構部の概略斜視図である。

　本発明は、水、溶剤、試薬等の粘性が低い液体材料から、半田ペースト、銀ペースト、接着剤等の粘性が比較的高い液体材料までを、微量に精度よく吐出する液体材料吐出装置に関する。以下に、本発明を実施するための形態例を説明する。

《実施形態例１》
＜構成＞
　図１は、実施形態例１に係る液体材料吐出装置１の側面断面図である。
　実施形態例１の液体材料吐出装置１は、ベース体１０と、アーム駆動装置２０と、アーム３０と、プランジャー５０と、液送部材６０と、ノズルユニット７０と、を主要な構成要素とし、液体材料を液滴として飛翔吐出するジェット式の吐出装置に関する。
　なお、説明の都合上、ノズルユニット７０側を「下」、アーム３０側を「上」、ノズルユニット７０側（図１の右側）を「前方」、アーム駆動装置２０側（図１の左側）を「後方」と呼称する場合がある。

　ベース体１０は、ブロック状部材であり、揺動機構部２５が設けられる上面１１と、ノズルユニット７０が取り付けられる底面１２とを備えている。
　上面１１は、大部分が水平な平面からなり、揺動機構部２５が設けられる凹部１３とプランジャー挿通孔１４の上部開口を有している。凹部１３には、揺動機構部２５を構成する一対の支持部２７が設けられている。揺動機構部２５の詳細については後述する。
　なお、凹部１３とプランジャー挿通孔１４とを同一部材に設ける必要は無く、従ってベース体１０を複数の部材により構成してもよい。

　アーム駆動装置２０は、アーム３０の長さ方向に沿って配置された第１のアクチュエータ２１および第２のアクチュエータ２２により構成される。第１のアクチュエータ２１および第２のアクチュエータ２２は、電圧をかけることによって積層方向（図１の上下方向）に伸縮する同一仕様の二つの圧電素子（ピエゾ素子）により構成される。本実施形態例のアクチュエータ（２１、２２）は、例えば高歪率圧電セラミック材料、内部電極、外部電極および絶縁物を積み重ねて構成された棒状の積層型素子であり、厚みは例えば５～１００ｍｍ、厚み方向の変位量は例えば５～１００μｍ程度である。本実施形態例では２つのアクチュエータを用いているが、アクチュエータの数はこれに限定されず、３個以上（好ましくは偶数個）のアクチュエータを対向配置して構成することができる。アクチュエータ（２１、２２）の変位は、アーム３０により例えば３～１００倍（好ましくは５～５０倍）に拡大されてプランジャー５０に伝達される。

　図２は、実施形態例１に係る揺動機構部２５の概略斜視図である。
　揺動機構部２５は、アクチュエータ（２１、２２）の下端のそれぞれに連結された接続部（２６、２６）と、ベース体１０の凹部１３に配設された支持部（２７、２７）とを備えて構成される。
　２つの接続部２６は、下面に滑らかな曲面からなる凹部（半球状の窪み）を有する部材であり、ベース体１０の長さ方向に並んで配設されている。
　本実施形態例の支持部材２７は、ベース体１０の側面に設けられた貫通孔に柱状部材を挿入して固定する態様である。支持部２７の上面は、接続部２６の凹部と同じかまたは小さい曲率を有する滑らかな曲面（半球状の突起）により構成されている。なお、本実施形態例とは異なり、接続部２６側に凸部を設け、支持部２７側に凹部を設ける構成としてもよい。

　揺動機構部２５は、接続部２６がアーム３０の長さ方向に沿って摺動しながら移動することにより、アーム駆動装置２０およびアーム３０を、ベース体１０に対し傾斜させることを可能としている。また、揺動機構部２５によりアクチュエータ（２１、２２）のせん断変形を吸収することができるため、アーム３０の揺動動作を安定させることができ、ひいては吐出精度を向上させることが可能となる。

　アーム３０は、実質的に水平方向（水平面と３０度以下の角度がある場合も含む）に伸びる長尺部材であり、平面からなる底面３２が上面１１と平行になるように図示しない固定具によりベース体１０に対し直接または間接的に固定されている。アーム３０は、撓みの少ない金属などの硬質材料により構成され、アーム駆動装置２０の駆動力をプランジャー５０に直接的に伝達する。アーム３０は、アーム駆動装置２０の高さ分だけしか、ベース体１０から離れていないので、吐出装置１の重心を低くすることができる。
　アーム３０は、少なくともアーム駆動装置２０の伸長よりも大きい長さを有しており、アクチュエータ（２１、２２）の変位量を拡大する変位拡大機構として機能する。アクチュエータ（２１、２２）の変位量を調節してベース体１０に対してアーム３０を所望の傾斜角度とすることで、ストロークを動的に調節することもできる。

　アーム３０の前方部には、押圧部材を構成するアームロッド３３が挿通して固定される貫通孔が設けられている。アームロッド３３の下端には、凸状の押圧部３４が設けられている。アームロッド３３は、アーム３０に着脱自在に固定されており、交換作業は簡単である。押圧部３４は、その上下位置により、プランジャーの後端部５３との接触位置および接触角度が変化するため、後端部５３との対向面が曲面を有する形状（例えば、半球または半楕円球）に構成することが好ましい。なお、押圧部材はロッド状である必要は無く、例えば、下端に凸部を有し、アームに着脱自在に固定されるブロック状の部材により構成してもよい。

　アーム３０は、アーム駆動装置２０付近を支点とした揺動運動をし、押圧部３４がプランジャーの後端部５３に当接することによりプランジャー５０が高速で進出移動する。このようにアームロッド３３をプランジャー５０と離間可能な別部材により構成することにより、変位拡大機構の部品数を削減すると共に吐出装置１の重心を低くすることを可能としている。

　プランジャー５０は、鉛直方向に真っ直ぐに延びるロッド状の部材からなるロッド部５１と、半楕円球状の先端部５２と、ロッド部５１よりも大径の円盤状の部材からなる後端部５３とを備えて構成される。プランジャー５０は、例えば、腐食性に優れた金属材料、セラミック材料、樹脂材料から構成される。

　プランジャーのロッド部５１は、コイル状の圧縮ばねからなる弾性体５４、プランジャー挿通孔１４に配設された環状のガイド４１および環状のシール部材４２に挿通されている。アーム３０は、円弧状の軌跡でプランジャーの後端部５３に当接するが、プランジャー５０の動作方向は、ガイド４１により直線的に規定される。なお、ガイド４１は、環状に配置された複数の部材により構成してもよい。

　プランジャーの先端部５２は、ロッド部５１よりも大径の液室７４内に配置され、液室７４の内周面に当接することなく往復移動される。すなわち、プランジャーの先端部５２は摺動摩擦なく往復移動することができるので、高速移動することが可能である。プランジャーの先端部５２の形状は任意の形状とすることができ、例えば、平面、球状または先端に突起が設けられた形状とすることが開示される。

　プランジャーの後端部５３は、弾性体５４よりも大径に構成されており、弾性体５４により常時上方に付勢されている。プランジャーの後端部５３は、アームの押圧部３４と対向する位置にあり、押圧部３４に当接される当接部を構成する。弾性体５４の付勢力を越える勢いでアームの押圧部３４が後端部５３を押し下げると、プランジャーの先端部５２の前方に位置する液体材料に慣性力を印加して、押し退けた体積量よりも少量の液体材料を液滴の状態で吐出する。アームの押圧部３４が上昇すると、弾性体５４の付勢力によりプランジャー５０も上昇し、アームの押圧部３４により最高上昇位置（すなわち、ストローク）が規定される。

　プランジャーの後端部５３は押圧部３４と連結されていないため、プランジャー５０のプランジャー挿通孔１４からの取り外しは容易である。すなわち、消耗品であるプランジャー５０の交換作業は簡単である。
　なお、本実施形態例では、プランジャーの先端部５２を液室７４の内底面が構成する弁座７２に着座させてプランジャー５０の前進移動を停止しているが、弁座に着座させない態様も本発明の技術思想には含まれる。

　液送部材６０は、ベース体１０に沿って水平方向に延びる部材であり、ベース体の下面１２に着脱自在に取り付けられている。液送部材６０の内部には供給流路６１が形成されており、供給流路６１の一方の端部は液室７４と連通し、他方の端部は供給口６２と連通している。液室７４は吐出装置１の前方端部の近くに配置されていることから、供給流路６１の長さは他の吐出装置と比べ相対的に短く、従って無駄になる液体材料の量も相対的に少ない。
　供給口６２には、液送管（チューブ状のものを含む）を介して貯留容器が接続される。貯留容器内の液体材料は圧縮気体により加圧されており、供給流路６１を介して、液室７４に液体材料が供給される。なお、液体材料が流動性の高いものである場合には、貯留容器を加圧しなくてもよい。

　ノズルユニット７０は、ノズル部材７１と、弁座７２と、キャップ７３とを備えて構成される。
　ノズル部材７１は、液室７４が形成された円筒状の部材であり、先端部に弁座７２およびキャップ７３が配設されている。
　弁座７２は、中心に下方に開口する吐出口７５が設けられた円盤状の部材であり、ノズル部材７１の先端にキャップ７３を螺合することにより固定されている。液室７４、吐出口７５およびプランジャー５０の各中心線は、同一直線上に配置されている。プランジャー５０が弁座７２に着座したり離れたりすることにより吐出口７５が開閉され、液体材料が吐出される。液室７４は、シール部材４２の近くまで液体材料で満たされており、シール部材４２がガイド４１への液体材料の侵入を防止している。
　ノズルユニット７０には、液室７４内の液体材料を所定の温度に加温するための温調機構を設けてもよい。

＜動作＞
（１）ニュートラルポジション
　図１は、アクチュエータ（２１、２２）が非動作状態にあり、アーム３０がニュートラルポジションにある様子を示している。このとき、プランジャーロッドの先端部５２は、弁座７２と非接触状態にあり、吐出口７５は開口されている。プランジャーロッドの後端部５３は、弾性体５４の付勢作用により、アームロッドの押圧部３４と当接状態にある。
　ニュートラルポジションでは、図１とは異なり、先端部５２と弁座７２とを接触状態としてもよい。接触状態とした場合、液体材料の吐出口からの漏出を防止することができる。

（２）上昇ポジション
　図３は、第１のアクチュエータ２１を作動させ、アーム３０が上昇ポジションにある様子を示している。
　第１のアクチュエータ２１に通電して進出変位させる（全長を延ばす）と、てこの原理により、アームロッド３３が上方に移動する。第２のアクチュエータ２２には通電されず、ニュートラルポジションと同様の位置を維持している。このとき、各アクチュエータの接続部２６、２６が各支持部２７、２７上を移動し、第１のアクチュエータ２１および第２のアクチュエータ２２も後方（図３の左側）に傾斜する。上記とは異なり、第２のアクチュエータ２２に収縮信号を印加して収縮変位させ、より大きな変位を押圧部３４およびプランジャー５０にもたらすようにしてもよい。

　アームロッド３３が上方に移動すると弾性体５４の付勢作用により、プランジャー５０も上方に移動するので、アームロッドの押圧部３４とプランジャーの後端部５３とは当接状態となる。ここで、アームロッド３３が上方に移動している間、押圧部３４とプランジャーの後端部５３との当接状態が保持されている必要はなく、一時的に非接触状態となった後に当接状態となってもよい。

　アームロッド３３の上方移動時、押圧部３４はアクチュエータ（２１、２２）側に中心をとる円弧状の軌跡をもって上昇移動する。一方、プランジャー５０は、ガイド４１の作用により直線的に上昇移動する。すなわち、アームロッド３３の上方移動時、押圧部３４とプランジャーの後端部５３との位置関係にズレが生じる。このため、本実施形態例では、押圧部３４の下面を球面等の曲面で構成して適切な当接状態を確保するようにしている。ここで、図示の構成とは異なり、プランジャーの後端部５３の上面を球面等の曲面で構成し、押圧部３４の下面を平面（または曲面）で構成してもよい。
　なお、プランジャーの後端部５３を、押圧部３４の軌跡に追従できる大きさに構成することも重要である。

（３）下降ポジション
　図４は、第１のアクチュエータ２１をニュートラルポジションに戻し、第２のアクチュエータ２２を作動させ、アーム３０が下降ポジションにある様子を示している。
　第１のアクチュエータ２１への通電を停止し、第２のアクチュエータ２２に通電して進出変位させる（全長を延ばす）と、てこの原理により、アームロッド３３が下方に移動する。このとき、各アクチュエータの接続部２６、２６が各支持部２７、２７上を移動し、第１のアクチュエータ２１および第２のアクチュエータ２２も前方（図４の右側）に傾斜する。上記とは異なり、第１のアクチュエータ２１に収縮信号を印加して収縮変位させ、より大きな変位を押圧部３４およびプランジャー５０にもたらすようにしてもよい。

　アームロッド３３が下方に移動すると、アーム押圧部３４が、弾性体５４の付勢力を上回る力でプランジャーの後端部５３を押圧する。これによりプランジャー５０が下方に移動し、先端部５２が弁座７２に着座して、液体材料を吐出口７５から液滴の状態で吐出させる。ここで、アームロッド３３が下方に移動している間、押圧部３４とプランジャーの後端部５３との当接状態が保持されている必要はなく、一時的に非接触状態となった後に当接状態となってもよい。

　アームロッド３３が円弧状の軌跡をもって下降移動し、プランジャー５０がガイド４１の作用により直線的に下降移動する点は、上記（２）の場合と同様である。
　以上の動作を繰り返すと、アクチュエータ（２１、２２）は左右に連続的に揺動し、例えば１秒間に１００～５００回またはそれ以上の周波数でプランジャー５０を往復移動させる。吐出精度向上の観点からは、アクチュエータ（２１、２２）に印加するパルス信号の発振周波数を一定とすることが好ましい。

＜塗布装置＞
　筐体に収納され、貯留容器（シリンジ）と接続された液体材料吐出装置１は、図５に示すように、塗布装置１００の塗布ヘッドに搭載され、塗布ヘッド（吐出装置１）とワークテーブル１０３とをＸＹＺ軸駆動装置（１１１，１１２，１１３）により相対移動させ、ワーク上に液体材料を塗布する作業に用いられる。例示する塗布装置１００は、架台１０１と、塗布対象物であるワーク１０２を載置するワークテーブル１０３と、液体材料吐出装置１とワークテーブル１０３とをＸ方向１２１に相対移動させるＸ駆動装置１１１と、液体材料吐出装置１とワークテーブル１０３とをＹ方向１２２に相対移動させるＹ駆動装置１１２と、液体材料吐出装置１とワークテーブルと１０３とをＺ方向１２３に相対移動させるＺ駆動装置１１３と、図示しない圧縮気体源からの圧縮気体を所望の条件で貯留容器へ供給する図示しないディスペンスコントローラ（吐出制御部）と、およびＸＹＺ駆動装置（１１１，１１２，１１３）の動作を制御する塗布動作制御部１０４とを備えて構成される。塗布装置１００は、点線で図示するように、架台上部をカバーで覆い、パーティクルや発塵物が、ワーク１０２に到達するのを防ぐことが好ましい。

　ＸＹＺ駆動装置（１１１，１１２，１１３）は、例えば、公知のＸＹＺ軸サーボモータとボールネジとを備えて構成され、液体材料吐出装置１の吐出口をワークの任意の位置に、任意の速度で移動させることが可能である。図５では、塗布装置には、３台の液体材料吐出装置１が搭載されているが、搭載台数は例示の数に限定されず、１台であってもよいし、２台、４台などの複数台であってもよい。また、図５では、１台のＺ駆動装置１１３に３台の液体材料吐出装置１を搭載しているが、液体材料吐出装置１と同数（図５の例では３台）のＺ駆動装置を設け、各液体材料吐出装置１が独立してＺ方向（およびＸ方向）に移動可能となるように構成してもよい

　以上に説明した実施形態例１に係る液体材料吐出装置１によれば、吐出装置１の重心を低くすることで、塗布ヘッドの揺れや振動を抑えることができるので、塗布ヘッドをより高速に移動することが可能となる。また、アーム駆動装置２０からの駆動力が、硬質材料からなるアーム３０を介して直接的にプランジャー５０に伝達されるため、ストロークの再現性が高く、しかも高粘度の液体材料を吐出することが可能である。

《実施形態例２》
　実施形態例２の液体材料吐出装置１は、実施形態例１と同様、液体材料を液滴として飛翔吐出するジェット式の吐出装置である。以下では実施形態例１との相違点に係る構成を中心に説明し、同一の構成については説明を割愛する。

　図６は、実施形態例２に係る液体材料吐出装置１の側面断面図である。
　本実施形態例では、アーム３０の後方部に設けられた貫通孔（図示せず）に後端部に円盤状部材を有する締結具３５を挿通して、ベース体１０にアーム３０を固定している。締結具３５は、アーム駆動装置２０を適度に押圧した状態でアーム３０を固定する長さに構成されている。すなわち、第１のアクチュエータ２１および第２のアクチュエータ２２は、アーム３０とベース体１０とにより挟着されている。

　ベース体の凹部１３の上面には、一対の支持部２７が形成されている。すなわち、本実施形態例では、一対の支持部２７がベース体１０と一体的に形成されている。一対の支持部２７の間には、締結具３５を固定するためのネジ孔（図示せず）が設けられている。ロッド状の締結具３５は、先端部にネジ溝が形成されており、凹部１３のネジ孔に螺合して固定される。締結具３５は着脱自在に凹部１３のネジ孔に固定されており、アーム駆動装置２０が寿命に達したときに容易に交換することを可能としている。

　液送部材６０は、側面から視て略Ｌ字形の部材であり、上端部に供給口６２を有するジョイント６５が設けられている。ジョイント６５には、液体材料が貯留された貯留容器（シリンジ）が直接接続されるか、液送管（チューブ状のものを含む）を介して貯留容器が接続される。

　液送部材６０の内部には、供給流路６１、流入流路６３およびエア抜き流路６４が形成されている。ジョイント６５から液体材料が初めて供給されるときには、各流路に残留する空気がエア抜き流路６４の端部に設けられた開口から排出される。残留空気が排出された後は、閉止栓６６によりエア抜き流路６４を塞いで使用される。液送部材６０は、同一直線上に各構成要素（６１～６５）が配置されるため、吐出装置１の幅（図６の紙面垂直方向の幅）をスリム構成することが可能である。

　本実施形態例の液体材料吐出装置１の動作は、実施形態例１と同様である。
　以上に説明した実施形態例２に係る液体材料吐出装置１によっても、実施形態例１と同様の作用効果を実現することが可能である。

《実施形態例３》
　実施形態例３の液体材料吐出装置１は、実施形態例１と同様、液体材料を液滴として飛翔吐出するジェット式の吐出装置である。以下では実施形態例１との相違点に係る構成を中心に説明し、同一の構成については説明を割愛する。

　図７は、実施形態例３に係る液体材料吐出装置１の側面断面図である。
　実施形態例３に係る液体材料吐出装置１は、揺動機構部１２５が、アクチュエータ（２１、２２）の上端に配置されている点で実施形態例１と相違する。すなわち、揺動機構部１２５が、アクチュエータ（２１、２２）とアーム３０との間に配置されている。
　揺動機構部１２５を構成する接続部１２６、１２６および支持部１２７、１２７の構成は、配置場所を除き、実施形態例１の接続部２６および支持部２７と同じである。実施形態例１と同様、接続部１２６は、上面に曲面からなる凹部を有する部材であり、対向する支持部１２７の下面を摺動しながら往復動作する。

　本実施形態例では、アクチュエータ（２１、２２）の上端にのみ揺動機構部１２５を設けているが、これに加えてアクチュエータ（２１、２２）の下端に実施形態例１の揺動機構部２５を設けてもよい。すなわち、アクチュエータ（２１、２２）の上端および下端に、それぞれ揺動機構部を設ける構成としてもよい。このような構成によれば、二つの揺動機構部によりアクチュエータ（２１、２２）のせん断変形をより高度に吸収することが可能となる。

　本実施形態例の液体材料吐出装置１の動作は、実施形態例１と同様である。
　以上に説明した実施形態例３に係る液体材料吐出装置１によっても、実施形態例１と同様の作用効果を実現することが可能である。

《実施形態例４》
　実施形態例４の液体材料吐出装置１は、実施形態例２（図６）と同様、液体材料を液滴として飛翔吐出するジェット式の吐出装置である。以下では実施形態例２との相違点に係る構成を中心に説明し、同一の構成については説明を割愛する。

　図８は、実施形態例４に係る液体材料吐出装置１の側面断面図である。
　実施形態例４に係る液体材料吐出装置１は、アームロッド３３を有する点で実施形態例２と相違する。その他の構成については、実施形態例２と同様である。
　以上に説明した実施形態例４に係る液体材料吐出装置１によっても、実施形態例２と同様の作用効果を実現することが可能である。

《実施形態例５》
　実施形態例５の液体材料吐出装置１は、実施形態例１と同様、液体材料を液滴として飛翔吐出するジェット式の吐出装置である。以下では実施形態例１との相違点に係る構成を中心に説明し、同一の構成については説明を割愛する。

　図９は、実施形態例５に係る揺動機構部２２５の概略斜視図である。
　実施形態例５に係る液体材料吐出装置１は、揺動機構部２２５が、４つの接続部２２６および４つの支持部２２７により構成されている点で実施形態例１と相違する。その他の構成については、実施形態例１と同様である。
　４つの接続部２２６は、いずれも下面に滑らかな曲面からなる凹部（半球状の窪み）を有する部材であり、２×２のマトリックス状に配置されている。各アクチュエータ（２１、２２）は、アーム３０の長さ方向と直交する方向に並んで配置される２つの接続部２２６にまたがるように配設される。これとは異なり、４個のアクチュエータを４つの接続部２２６にそれぞれ配設してもよいし、３個のアクチュエータのうち１個を２つの接続部２２６にまたがるように配設し、２個を２つの接続部２２６にそれぞれ配設してもよい。
　支持部材２２７の上面は、接続部２２６の凹部と同じ曲率を有する滑らかな曲面（半球状の突起）により構成されている。

　揺動機構部２２５は、接続部２２６がアーム３０の長さ方向に沿って摺動しながら移動することにより、アーム駆動装置２０およびアーム３０を、ベース体１０に対し傾斜させること（図９中の両矢印の方向に移動させること）を可能としている。また、接続部２２６の上面の面積が広いため、実施形態例１よりも大型のアクチュエータを搭載することが可能である。
　以上に説明した実施形態例５に係る液体材料吐出装置１によっても、実施形態例１と同様の作用効果を実現することが可能である。

１：液体材料吐出装置、１０：ベース体、１１：（ベース体の）上面、１２：（ベース体の）底面、１３：凹部、１４：プランジャー挿通孔、２０：アーム駆動装置、２１：第１のアクチュエータ、２２：第２のアクチュエータ、２５：揺動機構部、２６：接続部、２７：支持部、３０：アーム、３１：（アームの）上面、３２：（アームの）底面、３３：アームロッド（押圧部材）、３４：押圧部、３５：締結具、４１：ガイド、４２：シール部材、５０：プランジャー、５１：（プランジャーの）ロッド部、５２：（プランジャーの）先端部、５３：（プランジャーの）後端部（当接部）、５４：弾性体、６０：液送部材、６１：供給流路、６２：供給口、６３：流入流路、６４：エア抜き流路、６５：ジョイント、６６：閉止栓、７０：ノズルユニット、７１：ノズル部材、７２：弁座、７３：キャップ、７４：液室、７５：吐出口、１００：塗布装置、１０１：架台、１０２：ワーク、１０３：ワークテーブル、１０４：塗布動作制御部、１１１：Ｘ軸駆動装置、１１２：Ｙ軸駆動装置、１１３：Ｚ軸駆動装置、１２１：Ｘ方向、１２２：Ｙ方向、１２３：Ｚ方向、１２５：揺動機構部、１２６：接続部、１２７：支持部、２２５：揺動機構部、２２６：接続部、２２７：支持部

 

Claims (15)

1. 　吐出口と連通し、液体材料が供給される液室と、
   　液室よりも小径の先端部が液室内を進退動するプランジャーと、
   　プランジャーを上方に付勢する弾性体と、
   　実質的に水平方向に延びるように配置されたアームと、
   　アームを動作させる駆動源となるアーム駆動装置と、
   　アーム駆動装置が配設されるベース体と、を備えた液体材料吐出装置であって、
   　前記アーム駆動装置と接続され、前記アームを揺動可能に支持する揺動機構部を備え、
   　前記アーム駆動装置が、前記アームの長さ方向に配設された複数個のアクチュエータを備え、
   　前記アームが、プランジャーを下方に押圧する押圧部を備え、
   　前記プランジャーが、前記押圧部に押圧される当接部を備え、
   　前記アームの揺動運動により前記プランジャーが直線往復移動することを特徴とする液体材料吐出装置。
2. 　前記複数個のアクチュエータが、積層型圧電素子により構成され、
   　前記押圧部に近い側に配置されたアクチュエータが伸長状態となり、前記押圧部から遠い側に配置されたアクチュエータが非伸長状態または収縮状態となることでアームが上方移動し、
   　前記押圧部に近い側に配置されたアクチュエータが非伸長状態または収縮状態となり、前記押圧部から遠い側に配置されたアクチュエータが伸長状態となることでアームが下方移動す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。
3. 　前記複数個のアクチュエータが、偶数個のアクチュエータにより構成されることを特徴とする請求項２に記載の液体材料吐出装置。
4. 　前記偶数個のアクチュエータが、第１の圧電アクチュエータおよび第２の圧電アクチュエータにより構成されることを特徴とする請求項３に記載の液体材料吐出装置。
5. 　前記押圧部または前記当接部が、前記アームの揺動運動に追従して前記押圧部と前記当接部との当接状態を確保する曲面を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の液体材料吐出装置。
6. 　前記アームを前記ベース体に着脱自在に固定する締結具を備え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。
7. 　前記締結具が、前記複数個のアクチュエータの間に配置され、前記締結具により前記複数個のアクチュエータが前記アームおよび前記ベース体に挟着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。
8. 　さらに、前記プランジャーを鉛直方向に移動可能に支持するガイドを備え、
   　前記弾性体が、前記プランジャーを常時上方に付勢するコイル状の圧縮ばねからなり、
   　前記プランジャーが、前記弾性体および前記ガイドに着脱自在に挿通され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。
9. 　前記揺動機構部が、前記アーム駆動装置の下端部と接続されること、または、前記アーム駆動装置の上端部と接続され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。
10. 　前記揺動機構部が、前記アーム駆動装置の下端部と接続される第１の揺動機構部と、前記アーム駆動装置の上端部と接続される第２の揺動機構部とを備えて構成され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。
11. 　前記揺動機構部が、前記アーム駆動装置の一方の端部と接続される接続部と、前記接続部を揺動自在に支持する支持部とを備えて構成されることを特徴とする請求項９または１０に記載の液体材料吐出装置。
12. 　前記支持部が、滑らかな曲面からなる凸状または凹状の支持面を備え、
    　前記接続部が、前記支持部の前記支持面上を摺動する凹状または凸状の摺動面を備えることを特徴とする請求項１１に記載の液体材料吐出装置。
13. 　前記押圧部が、前記アームに着脱自在に取り付けられた押圧部材により構成されることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の液体材料吐出装置。
14. 　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、被塗布物を載置するワークテーブルと、液滴吐出装置と被塗布物とを相対移動させる相対移動装置と、液体材料吐出装置に液体材料を供給する液体材料供給源とを備える塗布装置。
15. 　前記液体材料吐出装置が、複数台の液体材料吐出装置からなることを特徴とする請求項１４に記載の塗布装置。
    
     

Images