[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP6177291B2 - Droplet ejection apparatus and method - Google Patents

Droplet ejection apparatus and method Download PDF

Info

Publication number
JP6177291B2
JP6177291B2 JP2015175324A JP2015175324A JP6177291B2 JP 6177291 B2 JP6177291 B2 JP 6177291B2 JP 2015175324 A JP2015175324 A JP 2015175324A JP 2015175324 A JP2015175324 A JP 2015175324A JP 6177291 B2 JP6177291 B2 JP 6177291B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plunger
liquid
discharge
discharge port
flow path
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015175324A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2015221442A (en
Inventor
生島 和正
和正 生島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Musashi Engineering Inc
Original Assignee
Musashi Engineering Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Musashi Engineering Inc filed Critical Musashi Engineering Inc
Priority to JP2015175324A priority Critical patent/JP6177291B2/en
Publication of JP2015221442A publication Critical patent/JP2015221442A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6177291B2 publication Critical patent/JP6177291B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Coating Apparatus (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Description

本発明は、水、溶剤、試薬等の低粘性材料から、半田ペースト、銀ペースト、接着剤等の高粘性材料にいたる液体材料を、そのフィラーの含有に関わらず、微量に精度よく吐出する液滴吐出装置および方法に関する。   The present invention is a liquid that accurately discharges a liquid material ranging from a low-viscosity material such as water, a solvent, and a reagent to a high-viscosity material such as a solder paste, a silver paste, and an adhesive regardless of the filler content. The present invention relates to a droplet discharge apparatus and method.

往復移動するプランジャーを用いて少量の液体材料を吐出口から吐出させる液滴吐出装置としては、これまで種々の技術が提案されている。
プランジャーの先端を弁座に当てて吐出するタイプの液滴吐出装置としては、例えば、特許文献1に、液材をノズルから離間した後にワークに着弾させる液滴吐出装置として、ノズルにつながる出口付近に弁座を有する流路内に、プランジャーの側面が非接触に配設され、プランジャーの先端が弁座に向けて移動し弁座に当接することにより、ノズルから液材を液滴の状態で吐出させる装置が開示される。
Various techniques have heretofore been proposed for a droplet discharge device that discharges a small amount of liquid material from a discharge port using a reciprocating plunger.
As a droplet discharge device of a type that discharges with the tip of the plunger against the valve seat, for example, Patent Document 1 discloses an outlet connected to a nozzle as a droplet discharge device that causes a liquid material to land on a work after being separated from the nozzle. A side surface of the plunger is disposed in a non-contact manner in a flow path having a valve seat in the vicinity. The tip of the plunger moves toward the valve seat and comes into contact with the valve seat. An apparatus for discharging in the state is disclosed.

しかしながら、プランジャーを弁座に当接させると、プランジャーが磨耗して形状変化が生じるという問題や、摩耗粉や摩耗片を生じ液材を汚染したりプランジャーと弁座との間に挟まって良好な吐出を妨げたりするという問題があった。
そこで、出願人は、プランジャーの先端を弁座に当てないで吐出する液滴吐出装置として、プランジャーを進出移動および進出停止することで液材に慣性力を与えて液滴の状態に吐出する液滴吐出装置であって、進出停止時のプランジャーの先端部の位置を、その進出方向にある液室の内壁近傍に規定するプランジャー位置決定機構を備える液滴吐出装置を提案した(特許文献2)。
However, when the plunger is brought into contact with the valve seat, the plunger wears out and changes in shape, and wear powder and wear pieces are generated, contaminating the liquid material or being caught between the plunger and the valve seat. In other words, there was a problem of preventing good discharge.
Therefore, the applicant, as a droplet discharge device that discharges without touching the tip of the plunger to the valve seat, applies an inertial force to the liquid material by moving the plunger forward and stop, and discharges it into a droplet state. Proposed a droplet ejection device comprising a plunger position determining mechanism that regulates the position of the tip of the plunger when the advancement is stopped near the inner wall of the liquid chamber in the advancement direction ( Patent Document 2).

また、特許文献3には、駆動装置によりロッド端面を室内部で極めて小さいストロークで且つ高い加速度及び大きい力で前後に変位させることにより形成される圧力波を室中の材料内を伝播させることにより、ノズル開口から材料を吐出させる流体の滴を配置する装置が開示される。   Further, in Patent Document 3, a pressure wave formed by displacing the rod end surface back and forth with a very small stroke, high acceleration, and a large force in a room by a driving device is propagated through the material in the room. An apparatus for disposing a drop of fluid that ejects material from a nozzle opening is disclosed.

ところで、近年、電子機器類の小型化・軽量化が図られる中、それに搭載される電子部品の小型化・軽量化が進んでいる。例えば、実装面積を大幅に削減できる「0402部品」と呼ばれる実装寸法400μm×200μmの部品が、2005年前後から搭載されるようになっている。0402部品は、現状はメタル版によるはんだ印刷で実装をおこなっているが、大型部品との混在においてはハーフエッチングなどの工夫が必要になるという課題がある。また、塗布量(塗布厚)の個別コントロールが求められるという課題もあった。このため、印刷による実装は、歩留まりが悪かった。さらには、印刷性を確保するために、部品配置に制約がでてくる場合もあった。   By the way, in recent years, as electronic devices have been reduced in size and weight, electronic components mounted thereon have been reduced in size and weight. For example, a component having a mounting dimension of 400 μm × 200 μm called “0402 component” that can greatly reduce the mounting area has been mounted since around 2005. Currently, the 0402 component is mounted by solder printing using a metal plate, but there is a problem that it is necessary to devise half-etching when mixed with a large component. There is also a problem that individual control of the coating amount (coating thickness) is required. For this reason, the mounting by printing had a poor yield. Furthermore, in order to ensure printability, there are cases where restrictions are placed on the component arrangement.

往復移動するプランジャーを用いた液滴吐出装置においては、プランジャーの作動により液材を制御できるので、これらの課題は生じない。しかし、この種の装置において、プランジャーを弁座に当接させずに、小型部品で必要とされる半田ペースト等の液体を微量(例えば、着弾径が数十〜数百μm)かつ高精度に滴状吐出することはこれまで実現されていない。   In the droplet discharge device using the reciprocating plunger, since the liquid material can be controlled by the operation of the plunger, these problems do not occur. However, in this type of device, a small amount of liquid such as solder paste required for small parts (for example, the landing diameter is several tens to several hundreds μm) and high accuracy without causing the plunger to contact the valve seat. No droplet discharge has been realized so far.

国際公開第98/10251号パンフレットWO 98/10251 pamphlet 国際公開第2008/108097号パンフレットInternational Publication No. 2008/108097 Pamphlet 国際公開第98/16323号パンフレットInternational Publication No. 98/16323 Pamphlet

本発明は、往復移動するプランジャーを用いた液滴吐出装置において、プランジャーを液室内壁(弁座)に当接させずに、微量の液滴を高精度に吐出することを課題とする。   It is an object of the present invention to eject a minute amount of liquid droplets with high accuracy without causing the plunger to contact a liquid chamber wall (valve seat) in a liquid droplet ejection apparatus using a reciprocating plunger. .

また、同一の液滴吐出装置で、低粘度から高粘度にわたる様々な液体を吐出することも本発明が解決すべき課題である。   Further, it is a problem to be solved by the present invention to discharge various liquids ranging from low viscosity to high viscosity with the same droplet discharge device.

液滴吐出装置に係る第1の発明は、先端が吐出口を構成する吐出路と、プランジャーと、プランジャーが挿通される液室と、プランジャーを進退動させるプランジャー駆動機構と、プランジャーの先端部の位置を規定するプランジャー位置決定機構とを備え、プランジャーの外周と液室の側面が常に非接触の状態でプランジャーを作動開始位置から前進移動することで液材に慣性力を与えて液滴の状態に吐出する液滴吐出装置において、プランジャーの先端部と液室の内壁が非接触の状態でプランジャーを前進移動することで液材に慣性力を与えて液滴の状態に吐出し、プランジャーの移動により吐出口の外方へ分断されることなく押し出された液材を吐出口の外部で分断した後、プランジャーを後退移動させて吐出口近傍の液材を吸入して吐出路内に気液界面を形成し、続いて液室内に空気が到達しないようにプランジャーを後退移動させて作動開始位置とする吐出動作を繰り返し行うことで、液滴を連続形成することを特徴とする。
液滴吐出装置に係る第2の発明は、上記第1に記載の発明において、吐出路が、先端が吐出口を構成する第1流路と、第1流路および液室と連通し、第1流路よりも大径の第2流路からなり、吐出路の第1流路内または第2流路内に気液界面を形成することを特徴とする
滴吐出装置に係る第の発明は、上記第1または2に記載の発明において、吐出口の内径が、数十μm以下であることを特徴とする。
液滴吐出方法に係る第の発明は先端が吐出口を構成する吐出路と、プランジャーと、プランジャーが挿通される液室と、プランジャーを進退動させるプランジャー駆動機構と、プランジャーの先端部の位置を規定するプランジャー位置決定機構とを備える液滴吐出装置を用いて、プランジャーの外周と液室の側面が常に非接触の状態でプランジャーを作動開始位置から前進移動することで液材に慣性力を与えて液滴の状態に吐出する液滴吐出方法において、プランジャーの先端部と液室の内壁が非接触の状態でプランジャーを前進移動することで液材に慣性力を与えて液滴の状態に吐出し、プランジャーの移動により吐出口の外方へ分断されることなく押し出された液材を吐出口の外部で分断する分断工程、分断工程の後、プランジャーを後退移動させて吐出口近傍の液材を吸入して吐出路内に気液界面を形成し、続いて液室内に空気が到達しないようプランジャーを後退移動させて作動開始位置とする吸入工程を繰り返し行うことで、液滴を連続形成することを特徴とする。
A first invention relating to a droplet discharge device includes a discharge path whose tip forms a discharge port, a plunger, a liquid chamber through which the plunger is inserted, a plunger drive mechanism for moving the plunger forward and backward, and a plan It has a plunger position determination mechanism that regulates the position of the tip of the jar, and the plunger moves forward from the operation start position while the outer periphery of the plunger and the side of the liquid chamber are not in contact with each other. In a droplet discharge device that applies force to discharge into a droplet state, the plunger moves forward while the tip of the plunger and the inner wall of the liquid chamber are not in contact with each other, thereby applying an inertial force to the liquid material. discharged state of the droplets, after dividing the liquid material extruded without being separated to the outside of the discharge port by the movement of the plunger outside of the discharge port, a liquid discharge opening neighborhood with the plunger moved backward Inhale the material A liquid-liquid interface is formed in the exit path, and the droplet is continuously moved back and forth so that air does not reach the liquid chamber, and the discharge operation is repeatedly performed as the operation start position. And
According to a second invention relating to the droplet discharge device, in the first invention described above, the discharge path communicates with the first flow path whose tip forms a discharge port, the first flow path and the liquid chamber, It consists of a second flow path having a diameter larger than one flow path, and is characterized in that a gas-liquid interface is formed in the first flow path or the second flow path of the discharge path .
A third invention according to the droplet ejection apparatus, in the invention described in the first or 2, the inner diameter of the discharge port, characterized in that several tens μm or less.
According to a fourth aspect of the present invention, a droplet discharge method includes a discharge path whose tip forms a discharge port, a plunger, a liquid chamber through which the plunger is inserted, a plunger drive mechanism for moving the plunger forward and backward, and a plunger The plunger is moved forward from the operation start position while the outer periphery of the plunger and the side surface of the liquid chamber are not in contact with each other by using a droplet discharge device having a plunger position determining mechanism for defining the position of the tip of the liquid In the droplet discharge method that applies an inertial force to the liquid material and discharges it into a droplet state, the plunger is moved forward while the tip of the plunger and the inner wall of the liquid chamber are not in contact with each other. After applying the inertial force to discharge into the state of droplets , the dividing step of dividing the liquid material pushed out without being divided outside the discharge port by the movement of the plunger outside the discharge port, after the dividing step, Plunger A suction step is performed in which the liquid material in the vicinity of the discharge port is sucked back to form a gas-liquid interface in the discharge path, and then the plunger is moved backward so that air does not reach the liquid chamber, thereby setting the operation start position. It is characterized in that droplets are continuously formed by repeating.

液滴吐出方法に係る第の発明は、上記第に記載の発明において、吐出路が、先端が吐出口を構成する第1流路と、第1流路および液室と連通し、第1流路よりも大径の第2流路からなり、吸入工程において、吐出路の第1流路内または第2流路内に気液界面を形成することを特徴とする
滴吐出方法に係る第の発明は、上記第4または5に記載の発明において、液材が固形物を含有する液材であり、分断工程におけるプランジャーの先端部と液室の内壁の距離を固形物よりも大きく設定したことを特徴とする。
液滴吐出方法に係る第の発明は、上記第4ないし6のいずれかに記載の発明において、分断工程におけるプランジャーの前進移動距離が、同工程直後のプランジャーの先端部と液室の内
壁の距離よりも大きいことを特徴とする。
液滴吐出方法に係る第の発明は、上記第ないしのいずれかに記載の発明において、吐出口の内径が、数十μm以下であることを特徴とする。
液滴吐出方法に係る第の発明は、上記第ないしのいずれかに記載の発明において、液材が粘度10000mPa・s以上であることを特徴とする。
According to a fifth invention relating to a droplet discharge method, in the above-described fourth invention, the discharge path communicates with the first flow path, the first flow path and the liquid chamber, the tip of which forms the discharge port. The second flow path has a diameter larger than one flow path, and a gas-liquid interface is formed in the first flow path or the second flow path of the discharge path in the suction process .
Sixth invention according to the droplet ejection method, in the invention described in the fourth or fifth, a liquid material the liquid material containing solid matter, the plunger in the dividing step tip and the liquid chamber inner wall of the It is characterized in that the distance is set larger than that of the solid.
According to a seventh aspect of the droplet discharge method, in the invention according to any one of the fourth to sixth aspects, the forward movement distance of the plunger in the dividing step is that between the tip of the plunger and the liquid chamber immediately after the step. It is characterized by being larger than the distance of the inner wall.
An eighth invention according to the droplet discharge method is characterized in that in the invention described in any one of the fourth to seventh aspects, the inner diameter of the discharge port is several tens of μm or less.
According to a ninth aspect of the present invention, the liquid material has a viscosity of 10,000 mPa · s or more in the fourth to eighth aspects.

別の観点からの本発明は、次の技術手段により構成される。
第1の発明は、先端が吐出口を構成する吐出路と、プランジャーと、プランジャーが挿通される液室と、プランジャーを進退動させるプランジャー駆動機構と、プランジャーの先端部の位置を規定するプランジャー位置決定機構とを備え、プランジャーの先端部と液室の内壁が非接触の状態でプランジャーを前進移動することで液材に慣性力を与えて液滴の状態に吐出する液滴吐出装置において、プランジャーを前進移動させることにより所望の液滴を形成するのに必要となる量の液材を吐出口から押し出し、続いてプランジャーを後退移動させることにより吐出口から押し出された液材を分断して微量の液滴を形成すること、プランジャーを後退移動させることにより吐出口から押し出された液材を分断した後、さらにプランジャーを後退移動させて吐出路内に気液界面を形成し、プランジャーの移動を停止させることを特徴とする液滴吐出装置である。
第2の発明は、第1の発明において、吐出路が、先端が吐出口を構成する第1流路と、第1流路および液室と連通し、第1流路よりも大径の第2流路からなることを特徴とする。
第3の発明は、第2の発明において、プランジャーを後退移動させることにより吐出口から押し出された液材を分断した後、さらにプランジャーを後退移動させて吐出路の第1流路内または第2流路内に気液界面を形成し、プランジャーの移動を停止させることを特徴とする。
第4の発明は、第1ないし3のいずれかの発明において、吐出路内に気液界面を形成し、移動を停止した際のプラジャーの位置から、プランジャーを前進移動させることにより所望の液滴を形成するのに必要となる量の液材を吐出口から押し出し、続いてプランジャーを後退移動させることにより吐出口から押し出された液材を分断して微量の液滴を連続形成することを特徴とする。
第5の発明は、第1ないし4のいずれかの発明において、吐出口の内径が、数十μm以下であることを特徴とする。
The present invention from another viewpoint is constituted by the following technical means.
The first invention includes a discharge path whose tip forms a discharge port, a plunger, a liquid chamber through which the plunger is inserted, a plunger drive mechanism for moving the plunger forward and backward, and the position of the tip of the plunger A plunger position determining mechanism that regulates the liquid material, and by moving the plunger forward in a state where the plunger tip and the inner wall of the liquid chamber are not in contact with each other, an inertial force is applied to the liquid material and discharged into a droplet state In the droplet discharge device, the amount of liquid material necessary to form a desired droplet is pushed out from the discharge port by moving the plunger forward, and then the plunger is moved backward from the discharge port. The extruded liquid material is divided to form a small amount of droplets, and the plunger is moved backwards to separate the liquid material pushed out from the discharge port, and then the plunger is further moved backwards. By moving to form an air-liquid interface in the discharge path, a droplet discharge apparatus characterized by stopping the movement of the plunger.
According to a second invention, in the first invention, the discharge path communicates with the first flow path whose tip forms a discharge port, the first flow path, and the liquid chamber, and has a larger diameter than the first flow path. It consists of two flow paths.
According to a third invention, in the second invention, after dividing the liquid material pushed out from the discharge port by moving the plunger backward, the plunger is further moved backward to move in the first flow path of the discharge path or A gas-liquid interface is formed in the second flow path, and the movement of the plunger is stopped.
According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions, a gas-liquid interface is formed in the discharge passage, and the plunger is moved forward from the position of the plunger when the movement is stopped. The amount of liquid material required to form droplets is pushed out from the discharge port, and then the plunger is moved backward to break up the liquid material pushed out from the discharge port to continuously form a small amount of droplets. It is characterized by.
According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions, an inner diameter of the discharge port is several tens of μm or less.

第6の発明は、先端が吐出口を構成する吐出路と、プランジャーと、プランジャーが挿通される液室と、プランジャーを進退動させるプランジャー駆動機構と、プランジャーの先端部の位置を規定するプランジャー位置決定機構とを備える液滴吐出装置を用いて、プランジャーの先端部と液室の内壁が非接触の状態でプランジャーを前進移動することで液材に慣性力を与えて液滴の状態に吐出する液滴吐出方法において、プランジャーを前進移動させることにより所望の液滴を形成するのに必要となる量の液材を吐出口から押し出す押出工程、プランジャーを後退移動させることにより吐出口から押し出された液材を分断して微量の液滴を形成する分断工程、分断工程の後、さらにプランジャーを後退移動させて吐出路内に気液界面を形成し、プランジャーの移動を停止させる吸入工程を有することを特徴とする液滴吐出方法である。
第7の発明は、第6の発明において、吐出路が、先端が吐出口を構成する第1流路と、第1流路および液室と連通し、第1流路よりも大径の第2流路からなり、吸入工程において、プランジャーを後退移動させて吐出路の第1流路内または第2流路内に気液界面を形成し、プランジャーの移動を停止させることを特徴とする。
第8の発明は、先端が吐出口を構成する吐出路と、プランジャーと、プランジャーが挿通される液室と、プランジャーを進退動させるプランジャー駆動機構と、プランジャーの先端部の位置を規定するプランジャー位置決定機構とを備える液滴吐出装置を用いて、プランジャーの先端部と液室の内壁が非接触の状態でプランジャーを前進移動することで液材に慣性力を与えて液滴の状態に吐出する液滴吐出方法において、吐出路が、先端が吐出口を構成し、プランジャーより小径の第1流路と、第1流路および液室と連通し、少なくとも液室側がプランジャーよりも大径の第2流路からなり、プランジャーを第2流路内まで前進移動させることにより所望の液滴を形成するのに必要となる量の液材を吐出口から押し出す押出工程、プランジャーを後退移動させることにより吐出口から押し出された液材を分断して微量の液滴を形成する分断工程を有することを特徴とする液滴吐出方法である。
第9の発明は、第6ないし8のいずれかの発明において、液材が固形物を含有する液材であり、押出工程におけるプランジャーの先端部と液室の内壁の距離を固形物よりも大きく設定したことを特徴とする。
第10の発明は、第6ないし9のいずれかの発明において、吐出口の内径が、数十μm以下であることを特徴とする。
第11の発明は、第6ないし10のいずれかの発明において、液材が粘度10000mPa・s以上であることを特徴とする。
第12の発明は、第6ないし11のいずれかの発明において、押出工程におけるプランジャーの前進移動距離が、同工程直後のプランジャーの先端部と液室の内壁の距離よりも大きいことを特徴とする。ここで、押出工程におけるプランジャーの前進移動距離は、同工程直後のプランジャーの先端部と液室の内壁の距離の3倍以上とすることが好ましく、6倍以上とすることがより好ましく、10倍以上とすることがさらに好ましい。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a discharge path whose tip forms a discharge port, a plunger, a liquid chamber through which the plunger is inserted, a plunger drive mechanism for moving the plunger forward and backward, and the position of the tip of the plunger Using a droplet discharge device equipped with a plunger position determining mechanism that regulates the fluid, inertial force is applied to the liquid material by moving the plunger forward while the tip of the plunger and the inner wall of the liquid chamber are not in contact with each other. In the droplet discharge method for discharging into the state of droplets, the plunger is moved forward, the extrusion process that pushes out the amount of liquid material required to form the desired droplet from the discharge port, the plunger is retracted After the separation process, where the liquid material pushed out from the discharge port is divided to form a small amount of liquid droplets, and after the separation process, the plunger is further moved backward to form a gas-liquid interface in the discharge path. A droplet discharge method characterized by having a suction step of stopping the movement of the plunger.
According to a seventh invention, in the sixth invention, the discharge path communicates with the first flow path whose tip forms a discharge port, the first flow path and the liquid chamber, and has a diameter larger than that of the first flow path. It consists of two flow paths, and in the inhalation step, the plunger is moved backward to form a gas-liquid interface in the first flow path or the second flow path of the discharge path, and the movement of the plunger is stopped. To do.
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a discharge path whose tip forms a discharge port, a plunger, a liquid chamber through which the plunger is inserted, a plunger drive mechanism for moving the plunger forward and backward, and the position of the tip of the plunger Using a droplet discharge device equipped with a plunger position determining mechanism that regulates the fluid, inertial force is applied to the liquid material by moving the plunger forward while the tip of the plunger and the inner wall of the liquid chamber are not in contact with each other. In the droplet discharge method of discharging into a droplet state, the discharge path has a tip constituting a discharge port, communicates with the first channel having a smaller diameter than the plunger, the first channel and the liquid chamber, and at least the liquid The chamber side is composed of a second flow path having a diameter larger than that of the plunger, and an amount of liquid material required to form a desired droplet is moved from the discharge port by moving the plunger forward into the second flow path. Extrusion process, plunger A droplet discharge method characterized by having a dividing step to divide the liquid material extruded from the discharge port to form droplets of the trace by retracting move.
A ninth invention is the liquid material according to any one of the sixth to eighth inventions, wherein the liquid material contains a solid material, and the distance between the tip of the plunger and the inner wall of the liquid chamber in the extrusion process is greater than the solid material. It is characterized by a large setting.
A tenth invention is characterized in that, in any of the sixth to ninth inventions, the inner diameter of the discharge port is several tens of μm or less.
An eleventh invention is characterized in that in any of the sixth to tenth inventions, the liquid material has a viscosity of 10,000 mPa · s or more.
The twelfth invention is characterized in that, in any one of the sixth to eleventh inventions, the forward movement distance of the plunger in the extrusion process is larger than the distance between the tip of the plunger immediately after the process and the inner wall of the liquid chamber. And Here, the forward movement distance of the plunger in the extrusion process is preferably 3 times or more, more preferably 6 times or more of the distance between the tip of the plunger immediately after the process and the inner wall of the liquid chamber, More preferably, it is 10 times or more.

本発明によれば、従来、プランジャー(弁体)を液室内壁(弁座)に当接させずに吐出することができなかった微量の液滴を高精度に吐出することが可能となる。
また、弁体と弁座が接触するようなこともないから、擦れ片やパーティクルの発生がなく、これらが材料中に混入する心配もなく、コンタミレスな微量吐出を行うことが可能となる。
また、液材がフィラー等の固形物を含有する場合であっても、固形物の潰れや破損による吐出精度の低下を防ぎ、液材の機能、性質を損なうことなく吐出することが可能である。
According to the present invention, it is possible to accurately discharge a minute amount of liquid droplets that could not be discharged without the plunger (valve element) contacting the liquid chamber wall (valve seat). .
Further, since the valve body and the valve seat do not come into contact with each other, there is no generation of rubbing pieces and particles, and there is no fear that they are mixed in the material, and it is possible to perform contamination-free minute discharge.
Moreover, even when the liquid material contains a solid material such as a filler, it is possible to prevent the deterioration of the discharge accuracy due to crushing or breakage of the solid material, and to discharge without impairing the function and properties of the liquid material. .

プランジャーの位置と液材の状態の関係を説明するための、液滴吐出装置の要部の側面断面図。(a)は第1の段階、(b)は第2の段階、(c)は第3の段階、(d)は第4の段階、(e)は第5の段階、(f)は第6の段階、(g)は第7の段階、(h)は第8の段階を示す。The side sectional view of the important section of a droplet discharge device for explaining the relation between the position of a plunger and the state of a liquid material. (A) is the first stage, (b) is the second stage, (c) is the third stage, (d) is the fourth stage, (e) is the fifth stage, and (f) is the second stage. Step 6, (g) shows the seventh step, and (h) shows the eighth step. プランジャーおよび吐出路の形状の変形構成例。(a)は第1の構成例、(b)は第2の構成例、(c)は第3の構成例、(d)は第4の構成例、(e)は第5の構成例、(f)は第6の構成例、(g)は第7の構成例、(h)は第8の構成例を示す。The deformation | transformation structural example of the shape of a plunger and a discharge path. (A) is a first configuration example, (b) is a second configuration example, (c) is a third configuration example, (d) is a fourth configuration example, (e) is a fifth configuration example, (F) shows a sixth configuration example, (g) shows a seventh configuration example, and (h) shows an eighth configuration example. プランジャー位置決定機構を備える液滴吐出装置の側面断面図。(a)は移動部材を進出させた状態、(b)は移動部材を後退させた状態を示す。The side surface sectional view of a droplet discharge device provided with a plunger position determination mechanism. (A) shows a state where the moving member is advanced, and (b) shows a state where the moving member is retracted.

本発明は、液室と連通する挿通孔に挿通され、先端が液室内の内壁に非接触で進退移動するプランジャーの進退移動により、プランジャーの進出方向に形成された吐出路の先端の吐出口から液材を吐出する技術に関する。本発明の技術を使うと、低粘性から高粘性にわたる液体材料を、そのフィラーの含有に関わらず、微量に精度よく、吐出口より液滴の状態で吐出することができる。
本発明によれば、水、溶剤、試薬等の低粘性材料から、半田ペースト、銀ペースト、接着剤等の高粘性材料にいたる液体材料を、微量吐出することができる。本発明は、クリーム半田のようなインクジェットでの吐出に適さない高粘度の液体にも適用できる点に特徴を有する。ここで、高粘度の液体とは、例えば、粘度10000〜500000mPa・sの液体をいう。特に、粘度20000mPa・s〜500000mPa・sの液体、さらにいえば粘度30000mPa・s〜500000mPa・sの液体を、プランジャー(弁体)を液室内壁(弁座)に当接させずに、滴状に微量吐出することは、従来、工業レベルでは実現されていなかった。
本発明における微量吐出とは、例えば、着弾径が数十〜数百μmの液滴、或いは、体積が1nl以下(好ましくは、0.1〜0.5nl以下)の液滴の吐出のことをいう。本発明は数十μm以下(好ましくは30μm以下)の吐出口径でも、液滴を形成できる点に特徴を有する。
According to the present invention, the discharge of the tip of the discharge path formed in the advance direction of the plunger is caused by the advance / retreat movement of the plunger which is inserted into the insertion hole communicating with the liquid chamber and the tip moves forward and backward without contacting the inner wall of the liquid chamber. The present invention relates to a technique for discharging a liquid material from an outlet. By using the technique of the present invention, a liquid material ranging from low viscosity to high viscosity can be discharged in a liquid droplet state from a discharge port with a small amount with high accuracy regardless of the content of the filler.
According to the present invention, a small amount of liquid material from a low viscosity material such as water, a solvent, and a reagent to a high viscosity material such as a solder paste, a silver paste, and an adhesive can be discharged. The present invention is characterized in that it can be applied to a high-viscosity liquid that is not suitable for ink jet ejection, such as cream solder. Here, the high-viscosity liquid refers to a liquid having a viscosity of 10,000 to 500,000 mPa · s, for example. In particular, a liquid having a viscosity of 20000 mPa · s to 500,000 mPa · s, more specifically a liquid having a viscosity of 30000 mPa · s to 500000 mPa · s, is dropped without bringing the plunger (valve element) into contact with the liquid chamber wall (valve seat). Conventionally, discharging a minute amount in a state has not been realized at an industrial level.
The micro discharge in the present invention means, for example, discharge of a droplet having a landing diameter of several tens to several hundreds of μm or a droplet having a volume of 1 nl or less (preferably 0.1 to 0.5 nl or less). Say. The present invention is characterized in that droplets can be formed even with a discharge port diameter of several tens of μm or less (preferably 30 μm or less).

以下では、図1に基づき本発明を実施するための形態の一例を説明する。
図1は、液滴吐出装置(ディスペンサ)の要部断面図である。まず、液滴吐出装置の要部(吐出部)の構造について説明する。
図1に図示された吐出部は、プランジャー30と、液室50と、挿通孔51と、液送路52と、吐出路12とを備える。
液室50は、プランジャーの先端部31が位置する液材が満たされた空間である。図1に図示された液室50は、上面、側面および底面を有し円筒形状に構成されている。
液室50の上面には挿通孔51が設けられている。挿通孔51にはプランジャー30が挿通されており、プランジャー30の先端が液室50内に位置する。液室50の幅(径)は、プランジャー30の幅(径)よりも広く、プランジャー30の外周と液室50の側面は常に非接触の状態にある。プランジャー30は、図示されないプランジャー駆動機構に接続されており、吐出路12に対し近づくようにまたは遠ざかるように直進運動する。図1では、先端部31の形状を平面としているがこれに限定されず、例えば、球状としたり、凹状としたり、先細り形状としたり、吐出路12と対向する位置に突起を設けたりしてもよい。図2(a)〜(g)に、プランジャーの先端部31の形状例を示す。
液室50の側面には液送路52が設けられている。液室50には、この液送路52を介して、図示されない液材貯留容器等の液材供給部から液材が供給される。
Below, an example of the form for implementing this invention based on FIG. 1 is demonstrated.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of a droplet discharge device (dispenser). First, the structure of the main part (ejection part) of the droplet ejection apparatus will be described.
The discharge unit illustrated in FIG. 1 includes a plunger 30, a liquid chamber 50, an insertion hole 51, a liquid feed path 52, and a discharge path 12.
The liquid chamber 50 is a space filled with a liquid material in which the distal end portion 31 of the plunger is located. The liquid chamber 50 illustrated in FIG. 1 has a top surface, a side surface, and a bottom surface, and is configured in a cylindrical shape.
An insertion hole 51 is provided on the upper surface of the liquid chamber 50. The plunger 30 is inserted into the insertion hole 51, and the tip of the plunger 30 is located in the liquid chamber 50. The width (diameter) of the liquid chamber 50 is wider than the width (diameter) of the plunger 30, and the outer periphery of the plunger 30 and the side surface of the liquid chamber 50 are always in a non-contact state. The plunger 30 is connected to a plunger drive mechanism (not shown), and moves linearly toward or away from the discharge path 12. In FIG. 1, the shape of the tip portion 31 is a plane, but the shape is not limited to this. For example, a spherical shape, a concave shape, a tapered shape, or a protrusion provided at a position facing the discharge path 12 is provided. Good. 2A to 2G show examples of the shape of the distal end portion 31 of the plunger.
A liquid feed path 52 is provided on the side surface of the liquid chamber 50. The liquid material is supplied to the liquid chamber 50 from a liquid material supply unit such as a liquid material storage container (not shown) through the liquid feed path 52.

液室50の底面には外部と連通する吐出路12が設けられている。プランジャーの進出移動により、液材は、吐出路12先端の吐出口11から、外部に吐出される。吐出口11の内径は、例えば、10〜100μmである。吐出路12の形状は円柱状に限定されず、先細りとなるようテーパーを設けた形状としてもよい(図2(e)(g)参照)。また、吐出口を有する第1流路21と第1流路よりも大径の第2流路22から構成してもよく(図2(f)参照)、この際、第2流路22を円錐台形状に形成したりしてもよい(図2(a)〜(d)参照)。吐出路の吐出口側と比べ液室側を大径とした場合には、吐出路に流入した液材が加速されるという効果が奏される。
吐出路の長さが長すぎる場合、液滴の分断が良好に行われないことがあり、特に高粘度の液材においてこの問題が生じやすい。このため、吐出路12は液室内の壁面53に孔を設けたオリフィスにより形成することが好ましい。吐出路の長さは、例えば100μm〜1000μmとする。また、液室内の壁面53にプランジャー30より大径のくぼみを設け、プランジャーの先端部31と対向する面を、より吐出口に近い位置に形成させてもよい。このとき、プランジャーの先端部31と対向するくぼみ内の面から吐出口11までが吐出路12となる(図2(f)参照)。また、壁面53を、吐出路12が位置する中央部分が肉薄となる曲面としてもよい(図2(g)参照)。
A discharge path 12 communicating with the outside is provided on the bottom surface of the liquid chamber 50. The liquid material is discharged to the outside from the discharge port 11 at the tip of the discharge path 12 by the advance movement of the plunger. The inner diameter of the discharge port 11 is, for example, 10 to 100 μm. The shape of the discharge path 12 is not limited to a cylindrical shape, and may be a shape provided with a taper so as to be tapered (see FIGS. 2E and 2G). Moreover, you may comprise from the 1st flow path 21 which has a discharge outlet, and the 2nd flow path 22 larger diameter than a 1st flow path (refer FIG.2 (f)), and the 2nd flow path 22 is formed in this case It may be formed in a truncated cone shape (see FIGS. 2A to 2D). When the diameter of the liquid chamber side is larger than that of the discharge port side of the discharge path, there is an effect that the liquid material flowing into the discharge path is accelerated.
If the length of the discharge path is too long, the droplets may not be divided well, and this problem is likely to occur particularly in a liquid material having a high viscosity. For this reason, the discharge path 12 is preferably formed by an orifice provided with a hole in the wall surface 53 in the liquid chamber. The length of the discharge path is, for example, 100 μm to 1000 μm. Further, a recess having a diameter larger than that of the plunger 30 may be provided on the wall surface 53 in the liquid chamber, and a surface facing the distal end portion 31 of the plunger may be formed at a position closer to the discharge port. At this time, the discharge path 12 extends from the surface in the recess facing the tip 31 of the plunger to the discharge port 11 (see FIG. 2 (f)). The wall surface 53 may be a curved surface with a thin central portion where the discharge path 12 is located (see FIG. 2G).

プランジャー駆動機構としては、モータ、ピエゾ素子、スプリング等の弾性体、エア圧等を利用したアクチュエータが例示される。プランジャー駆動機構は、用途に応じて適宜の手段を採用できるが、低粘度から高粘度にわたる様々な液体を吐出したい場合には、プランジャーのストロークを一定範囲で調整可能な手段(ピエゾ素子以外の駆動手段)を用いることが好ましい。微量吐出を行う際のプランジャーのストロークは、例えば5〜1000μmであるが、高粘度の液体を吐出する際はストロークを長くすることが好ましく、例えば、50〜1000μmとする。   Examples of the plunger driving mechanism include a motor, a piezoelectric element, an elastic body such as a spring, and an actuator using air pressure. The plunger drive mechanism can adopt any means depending on the application. However, if you want to discharge various liquids ranging from low viscosity to high viscosity, you can adjust the plunger stroke within a certain range (other than piezo elements). Is preferably used. The plunger stroke when performing a small amount of discharge is, for example, 5 to 1000 μm. However, when discharging a highly viscous liquid, it is preferable to lengthen the stroke, for example, 50 to 1000 μm.

最進出位置におけるプランジャーの先端部の位置は、プランジャー位置決定機構により規定される。プランジャーの進出方向にある液材に十分な慣性力を与えるためには、プランジャーの端面およびプランジャーの先端部31と対向する液室の壁面53の距離は、十分に狭く設定することが好ましい。吐出路(ノズル)の内径が小さくなるにつれ、プランジャーが液材に与える力を大きくする必要があるので、これに伴いプランジャーの端面と液室の壁面の距離(クリアランス)も小さくする必要がある。
例えば、高粘度の液体で着弾径300μm以下の液滴を形成するためには、クリアランスは、1〜50μmの範囲で設定することが好ましく、1〜30μmの範囲で設定することがより好ましい。但し、液材にフィラー等の固形物が含有される場合には、クリアランスが固形物よりも大きくなるように最進出位置を設定する。例えば、液材が平均粒径10μmの粒子を有するクリーム半田の場合、クリアランスは10μmよりも大きなものとする必要がある(好ましくはクリアランスを固形物の大きさ(粒径)の1.5倍以上とする。)。半田の粒子が潰され、吐出路の流入口近傍に積層されることにより、吐出精度が著しく低下するという問題が生じるからである。
The position of the distal end portion of the plunger at the most advanced position is defined by the plunger position determining mechanism. In order to give sufficient inertial force to the liquid material in the advance direction of the plunger, the distance between the end surface of the plunger and the wall surface 53 of the liquid chamber facing the front end portion 31 of the plunger can be set sufficiently narrow. preferable. As the inner diameter of the discharge channel (nozzle) becomes smaller, the force exerted by the plunger on the liquid material needs to be increased. Accordingly, the distance (clearance) between the end surface of the plunger and the wall surface of the liquid chamber also needs to be reduced. is there.
For example, in order to form a droplet having a landing diameter of 300 μm or less with a high-viscosity liquid, the clearance is preferably set in the range of 1 to 50 μm, and more preferably set in the range of 1 to 30 μm. However, when the liquid material contains a solid material such as a filler, the most advanced position is set so that the clearance is larger than that of the solid material. For example, in the case of a cream solder having particles having an average particle diameter of 10 μm as the liquid material, the clearance needs to be larger than 10 μm (preferably the clearance is 1.5 times or more the size (particle diameter) of the solid substance. And). This is because the solder particles are crushed and stacked in the vicinity of the inlet of the discharge path, thereby causing a problem that the discharge accuracy is significantly lowered.

プランジャー位置決定機構は、最後退位置におけるプランジャーの先端部の位置も規定する。低粘度の液材を吐出する場合、プランジャーをある程度の速度で移動させれば液滴を形成するのに必要な慣性力を与えることができるが、高粘度の液材を吐出する場合、プランジャーをより高速に移動させるためにストロークをより長く設定する必要があるからである。一般に、粘度の高い液体(例えば、粘度10000mPa・s以上の液体)を微量吐出する際には、ストロークはクリアランスと比べ十分に大きく設定する必要がある。プランジャーのストロークは、その最進出位置におけるクリアランスの3倍以上とすることが好ましく、6倍以上とすることがより好ましく、10倍以上とすることがさらに好ましい。   The plunger position determining mechanism also defines the position of the distal end portion of the plunger at the most retracted position. When discharging a low-viscosity liquid material, the inertial force required to form droplets can be applied by moving the plunger at a certain speed, but when discharging a high-viscosity liquid material, the plan This is because it is necessary to set a longer stroke in order to move the jar at a higher speed. In general, when a very small amount of liquid having a high viscosity (for example, a liquid having a viscosity of 10,000 mPa · s or more) is discharged, the stroke needs to be set sufficiently larger than the clearance. The plunger stroke is preferably at least 3 times the clearance at the most advanced position, more preferably at least 6 times, and even more preferably at least 10 times.

図3を参照しながらプランジャー位置決定機構の一例を説明する。ここで説明するプランジャー位置決定機構は、特許文献2に開示されるものである。
プランジャーの最進出位置の決定は、次の手順で行う。
まず、電磁切換弁72を、前方ピストン室43と外部が連通する状態に切換え、移動部材40を回転して、移動部材40が最前方に移動した状態とする。前方ピストン室43が外部に開放されているので、コイルバネ45の作用によりピストン33は本体71に対して前方に移動し、前方当接部32が前方ストッパー41に当接して停止する。続いて、マイクロメータ69を回転して後方ストッパー42を前進させ、後方当接部34に接触させることで、プランジャー30と本体71を固定する。
本体71を前方に移動し、後方ストッパー42と後方当接部34が接触する状態で固定する。プランジャー30の先端部31が液室50の内壁に接触する接触位置13で固定する。移動部材40を回転して、移動部材40のみを後方に移動して最進出位置を規定し、駆動ユニット70をベース部材73に固定する。
以上の作業により、プランジャー30の進出時停止位置を、プランジャー30の先端部31が液室50に接触しない所望の位置に調整することが可能である。
An example of the plunger position determination mechanism will be described with reference to FIG. The plunger position determining mechanism described here is disclosed in Patent Document 2.
The determination of the most advanced position of the plunger is performed according to the following procedure.
First, the electromagnetic switching valve 72 is switched to a state where the front piston chamber 43 and the outside communicate with each other, and the moving member 40 is rotated so that the moving member 40 moves forward. Since the front piston chamber 43 is open to the outside, the piston 33 moves forward with respect to the main body 71 by the action of the coil spring 45, and the front contact portion 32 contacts the front stopper 41 and stops. Subsequently, the plunger 30 and the main body 71 are fixed by rotating the micrometer 69 to advance the rear stopper 42 and contacting the rear stopper 42.
The main body 71 is moved forward, and is fixed in a state where the rear stopper 42 and the rear contact portion 34 are in contact with each other. The distal end portion 31 of the plunger 30 is fixed at the contact position 13 where it contacts the inner wall of the liquid chamber 50. The moving member 40 is rotated, only the moving member 40 is moved backward to define the most advanced position, and the drive unit 70 is fixed to the base member 73.
With the above operation, the stop position when the plunger 30 is advanced can be adjusted to a desired position where the tip portion 31 of the plunger 30 does not contact the liquid chamber 50.

プランジャーの最後退位置の決定は、次の手順で行う。
マイクロメータ46を回転して、後方ストッパー42を後退させて、吐出時のプランジャー30の後退時移動量を決定する。プランジャー30の後退時移動量が決定したら、マイクロメータ46が回転しないように、図示されない固定ネジでなどの回転ロック部材にてマイクロメータ46を固定する。以上の作業により、プランジャー30の最後退位置の設定作業が完了する。
Determination of the last retracted position of the plunger is performed according to the following procedure.
The micrometer 46 is rotated to move the rear stopper 42 backward to determine the amount of movement of the plunger 30 during backward movement during discharge. When the amount of movement of the plunger 30 when retreating is determined, the micrometer 46 is fixed by a rotation lock member such as a fixing screw (not shown) so that the micrometer 46 does not rotate. With the above operation, the setting operation of the last retracted position of the plunger 30 is completed.

本発明の液滴吐出装置は、代表的には、ワークと吐出口を相対移動させながら、液材を吐出する態様で使用される。液滴吐出装置は、XYZ駆動機構に取りつけられ、ワークを載置したワークテーブルと相対移動される。本発明は、液体が液滴となって吐出口から分離され、ワークに着弾するので、吐出口を一定の高さに保持して水平移動することが可能である。
1つの作業位置に1つの滴が吐出される場合もあれば、複数の滴を同じ場所に吐出することにより、所望量を確保する場合もある。1ショット当たりの吐出量を増やすと着弾径が広がるため、着弾径を広げたくない場合には、数ショットで所望量を確保することが好ましい。本発明の液滴吐出装置は、微量の液体を高速で連続的に吐出することができ、例えば、毎秒100ショット以上の高速タクトで作動させることが可能である。
The droplet discharge device of the present invention is typically used in a mode of discharging a liquid material while relatively moving a workpiece and a discharge port. The droplet discharge device is attached to an XYZ drive mechanism and is moved relative to a work table on which a work is placed. In the present invention, since the liquid becomes droplets and is separated from the discharge port and landed on the work, the discharge port can be horizontally moved while being held at a constant height.
In some cases, one droplet is ejected to one work position, and in other cases, a desired amount is ensured by ejecting a plurality of droplets to the same location. Increasing the discharge amount per shot increases the landing diameter. Therefore, when it is not desired to increase the landing diameter, it is preferable to secure a desired amount by several shots. The droplet discharge device of the present invention can discharge a small amount of liquid continuously at a high speed, and can be operated at a high-speed tact of 100 shots or more per second, for example.

次に、プランジャーの位置と液材の状態の関係を説明する。
図1(a)は、吐出動作開始時の初期状態を示す。この初期状態において、プランジャー30の先端部31は、一連の吐出動作の中で、吐出路12に対し最も遠くに位置する作動開始位置にある。また、液室50および吐出路12は液材で満たされた状態にある。この際、吐出路12の吐出口11側は、微量の外気(空気)を吸い込んだ状態であってもよい。
Next, the relationship between the position of the plunger and the state of the liquid material will be described.
FIG. 1A shows an initial state at the start of the discharge operation. In this initial state, the distal end portion 31 of the plunger 30 is in an operation start position that is located farthest from the discharge path 12 in a series of discharge operations. Further, the liquid chamber 50 and the discharge path 12 are in a state filled with the liquid material. At this time, the discharge port 11 side of the discharge path 12 may be in a state where a small amount of outside air (air) is sucked.

図1(b)は、図1(a)のプランジャーの作動開始位置からプランジャーを前進移動させて、吐出路12内の液材を吐出口(吐出路12の吐出口側端面)まで到達させた状態を示す。
このとき、プランジャー30の前進移動により、液室50内の液材は、吐出路12内に送り込まれて、吐出路12内の液材が吐出路12先端の吐出口11に至る。これにより、吐出路12内に存在していた外気(空気)は外に吐き出される。
1B, the plunger is moved forward from the operation start position of the plunger in FIG. 1A, and the liquid material in the discharge passage 12 reaches the discharge port (the discharge port side end surface of the discharge passage 12). Indicates the state of the
At this time, the forward movement of the plunger 30 causes the liquid material in the liquid chamber 50 to be fed into the discharge path 12, and the liquid material in the discharge path 12 reaches the discharge port 11 at the tip of the discharge path 12. Thereby, the outside air (air) existing in the discharge passage 12 is discharged outside.

図1(c)は、図1(b)のプランジャーの位置から、さらにプランジャーを前進移動させた状態を示す。この状態では、吐出口に到達した液材は、吐出口の外方へ分断されることなく押し出される。   FIG.1 (c) shows the state which moved the plunger further forward from the position of the plunger of FIG.1 (b). In this state, the liquid material that has reached the discharge port is pushed out without being divided to the outside of the discharge port.

図1(d)は、図1(c)のプランジャーの位置から、さらにプランジャーを前進移動させた後、プランジャーの前進移動を停止させた状態を示す。
このとき、液材は、液室50から最先端までの間で分断されることなく、吐出路12の先端である吐出口11からさらに外方へ押し出される。
なお、ここまでのプランジャー30の前進移動は勢いよく行い、プランジャー30の停止は急峻に停止させることが好ましい。
FIG.1 (d) shows the state which stopped the advance movement of the plunger, after further moving the plunger further forward from the position of the plunger of FIG.1 (c).
At this time, the liquid material is pushed further outward from the discharge port 11 which is the tip of the discharge path 12 without being divided between the liquid chamber 50 and the leading edge.
In addition, it is preferable to perform forward movement of the plunger 30 so far vigorously and to stop the plunger 30 abruptly.

この状態において、プランジャー30の先端部31は、一連の吐出動作の中で、吐出路12に対し最も近くに位置する最進出位置にある。プランジャー30が最進出位置に移動することで、所望の大きさの滴を形成するのに必要な量の液材が、吐出口11の外方へ押し出される。最進出位置は、液材の種類や形成する滴の大きさにより異なるものとなるが、いかなる場合でもプランジャー30の先端部31が液室内面に接触することはない。   In this state, the distal end portion 31 of the plunger 30 is at the most advanced position located closest to the discharge path 12 in a series of discharge operations. When the plunger 30 moves to the most advanced position, an amount of liquid material necessary to form a droplet of a desired size is pushed out of the discharge port 11. The most advanced position varies depending on the type of liquid material and the size of the droplet to be formed, but in any case, the distal end portion 31 of the plunger 30 does not contact the liquid chamber surface.

図1(e)は、図1(d)のプランジャーの位置(最進出位置)から、プランジャーを僅かに後退移動させた状態を示す。
プランジャー30が後退移動すると、液室50内を占めるプランジャーの容積の割合が減少し、吐出路12内の液材には、液室50内に向かう方向へ力が作用する。これに伴い、吐出口11の外方に存在する液材(吐出路12内の液材とつながる押し出された液材)にも、吐出路12内へ引き戻す力が作用する。このため、吐出口から押し出された液材には、プランジャーの前進方向への慣性力が働くと共に、プランジャーの後退方向への力が作用し、滴を形成しはじめる。すなわち、吐出路12内の液材とつながる吐出口11から押し出された液材は、吐出口近傍の部分で切断作用を受ける。
FIG.1 (e) shows the state which moved the plunger slightly backward from the position (most advanced position) of the plunger of FIG.1 (d).
When the plunger 30 moves backward, the ratio of the volume of the plunger that occupies the liquid chamber 50 decreases, and a force acts on the liquid material in the discharge passage 12 in the direction toward the liquid chamber 50. Along with this, the force of pulling back into the discharge path 12 also acts on the liquid material existing outside the discharge port 11 (the extruded liquid material connected to the liquid material in the discharge path 12). For this reason, an inertia force in the forward direction of the plunger acts on the liquid material pushed out from the discharge port, and a force in the backward direction of the plunger acts to start forming droplets. That is, the liquid material pushed out from the discharge port 11 connected to the liquid material in the discharge path 12 is subjected to a cutting action in the vicinity of the discharge port.

図1(f)は、図1(e)のプランジャーの位置から、プランジャーをさらに後退移動させた状態を示す。
プランジャー30をさらに後退移動すると、吐出口11から押し出された液材に対する切断作用がさらに強まる。これにより、吐出路12から連続する吐出口11から押し出された液材は、吐出口近傍の部分で分断され、液滴を形成する。
図1(f)では、吐出路12から連続する側の液材の分断位置付近と、分断された側の液材の分断位置付近のいずれもが、細い糸状に描写されている。一般に、高粘性材料ではこのような糸状になることが多いが、材料の特性や温度や湿度などの環境条件などにも依存するものであり、高粘性材料であるからといって必ずこのような糸状の態様を示すわけではない。
FIG. 1 (f) shows a state where the plunger is further moved backward from the position of the plunger shown in FIG. 1 (e).
When the plunger 30 is further moved backward, the cutting action on the liquid material pushed out from the discharge port 11 is further strengthened. Thereby, the liquid material pushed out from the discharge port 11 continuous from the discharge path 12 is divided at a portion in the vicinity of the discharge port to form droplets.
In FIG. 1 (f), both the vicinity of the dividing position of the liquid material on the side continuous from the discharge path 12 and the vicinity of the dividing position of the divided liquid material are depicted as thin threads. Generally, a high-viscosity material often has such a thread shape, but it also depends on the material properties and environmental conditions such as temperature and humidity. It does not indicate a thread-like aspect.

図1(g)は、図1(f)のプランジャーの位置から、プランジャーをさらに後退移動させた状態を示す。吐出口11から押し出された液材のうち、吐出路12側に残った液材は、プランジャー30の後退移動により、吐出路12内へ吸入される。   FIG.1 (g) shows the state which moved the plunger further backward from the position of the plunger of FIG.1 (f). Of the liquid material pushed out from the discharge port 11, the liquid material remaining on the discharge path 12 side is sucked into the discharge path 12 by the backward movement of the plunger 30.

次の吐出に備え、好ましくは、 吐出路12の吐出口11側は、微量の外気(空気)を吸い込んだ状態とする。すなわち、吐出路12内に気液界面が存在する状態とすることが好ましい。こうすることで、液材の乾燥を防止することができ、また、吐出作業待機時に周辺環境を液だれにより汚染することを防ぐことができる。ここで、留意すべきは、吐出路12を越えて、液室50にまで外気(空気)を吸い込まないようにすることである。液室50にまで外気(空気)を吸い込むと吐出精度に悪影響を与えるからである。
また、吐出路12が第1流路21と第2流路22を有してなる場合において、第1流路21と第2流路22との境界が段を構成しない場合は、気液界面が第1流路21、第2流路22またはこれらの境界のいずれに存在してもよい(例えば、図2(a)(b)のような流路形状の場合)。また、図2(f)に示すように、第1流路21と第2流路22の境界が段を構成する場合であっても、気泡を形成することがなければ、第2流路22まで外気(空気)を吸い込むことができる。なお、円柱形状の第1流路21と円柱形状の第2流路22の境界をテーパーで滑らかにつないで構成してもよい。
In preparation for the next discharge, preferably, the discharge port 11 side of the discharge path 12 is in a state of sucking a small amount of outside air (air). That is, it is preferable that a gas-liquid interface exists in the discharge path 12. By doing so, it is possible to prevent the liquid material from drying, and it is possible to prevent the surrounding environment from being contaminated by dripping when waiting for the discharge operation. Here, it should be noted that outside air (air) is not sucked into the liquid chamber 50 beyond the discharge path 12. This is because if the outside air (air) is sucked into the liquid chamber 50, the discharge accuracy is adversely affected.
In the case where the discharge path 12 includes the first flow path 21 and the second flow path 22, if the boundary between the first flow path 21 and the second flow path 22 does not form a step, the gas-liquid interface May be present in any of the first flow path 21, the second flow path 22 and their boundaries (for example, in the case of a flow path shape as shown in FIGS. 2A and 2B). In addition, as shown in FIG. 2 (f), even if the boundary between the first flow path 21 and the second flow path 22 constitutes a step, if no bubbles are formed, the second flow path 22. Can inhale outside air (air). Note that the boundary between the columnar first flow path 21 and the columnar second flow path 22 may be configured to be smoothly connected with a taper.

図1(h)は、図1(g)のプランジャーの位置から、プランジャーをさらに後退移動させ、作動終了位置とした状態を示す。図1(a)〜(h)が1つの滴を形成するための一連の動作である。1回の吐出を終わった際のプランジャーの位置は、最進出位置よりも後退した位置となる。この状態では、吐出路12の吐出口11側は、微量の外気(空気)を吸い込んでいる。吐出路12内に外気(空気)を吸い込んでも、液室50まで空気が到達しない限り、気泡の問題は生じない。液室50内に外気が流入すると、吐出量のばらつきなどの原因となるため、回避する必要がある。次の吐出動作を連続して行うためには、プランジャーの作動終了位置を作動開始位置とすることが好ましい。
吐出動作を完全に終了する場合には、プランジャー30の先端部31で吐出路12を塞ぎ、吐出口11から液材が流出するのを防ぐことが好ましい。
FIG. 1H shows a state where the plunger is further moved backward from the position of the plunger shown in FIG. FIGS. 1A to 1H show a series of operations for forming one drop. The position of the plunger at the end of one discharge is a position retracted from the most advanced position. In this state, a small amount of outside air (air) is sucked into the discharge port 11 side of the discharge path 12. Even if the outside air (air) is sucked into the discharge passage 12, the problem of bubbles does not occur as long as the air does not reach the liquid chamber 50. If the outside air flows into the liquid chamber 50, it causes a variation in the discharge amount, and it is necessary to avoid it. In order to continuously perform the next discharge operation, it is preferable to set the operation end position of the plunger as the operation start position.
When the discharge operation is completely completed, it is preferable to block the discharge path 12 with the tip 31 of the plunger 30 and prevent the liquid material from flowing out from the discharge port 11.

以下では、本発明の詳細を実施例により説明するが、本発明は何ら実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, details of the present invention will be described by way of examples, but the present invention is not limited to the examples.

図1に示す液滴吐出装置を用いて、液滴の形成を行った。実施例1で用いた液材は、ソルダペースト(粘度45000mPa・s)であり、平均粒子6μmのフィラーが含有されている。本実施例で吐出する1つの液滴の量は0.2nlであり、着弾径は120μmである。ワークと吐出口を相対移動させながら、毎秒100ショットのタクトで、数十個の液滴をワーク上に形成し、測定器で測定したところ、均一な形状のドットが形成されていることが確認できた。   Droplets were formed using the droplet discharge device shown in FIG. The liquid material used in Example 1 is a solder paste (viscosity 45000 mPa · s), and contains a filler having an average particle size of 6 μm. In this embodiment, the amount of one droplet discharged is 0.2 nl, and the landing diameter is 120 μm. Dozens of droplets are formed on the workpiece at a tact of 100 shots per second while the workpiece and the discharge port are moved relative to each other, and when measured with a measuring instrument, it is confirmed that dots having a uniform shape are formed. did it.

図1に示す液滴吐出装置を用いて、液滴の形成を行った。実施例2で用いた液材は、Agペースト(粘度28000mPa・s)であり、1〜10μmのフレーク状のフィラーが含有されている。本実施例で吐出する1つの液滴の量は0.17nlであり、着弾径は100μmである。ワークと吐出口を相対移動させながら、毎秒250ショットのタクトで、数十個の液滴をワーク上に形成し、測定器で測定したところ、均一な形状のドットが形成されていることが確認できた。   Droplets were formed using the droplet discharge device shown in FIG. The liquid material used in Example 2 is an Ag paste (viscosity 28000 mPa · s) and contains 1 to 10 μm of flaky filler. In this embodiment, the amount of one droplet discharged is 0.17 nl, and the landing diameter is 100 μm. Dozens of droplets are formed on the workpiece at a tact of 250 shots per second while moving the workpiece and the discharge port relative to each other and measured with a measuring instrument to confirm that dots of uniform shape are formed. did it.

本発明によれば、電子・半導体の市場で困難とされていた材料を、プランジャー(弁体)を液室内壁(弁座)に当接させずに、微量に精度良く吐出することが可能となる。例えば、半田ペーストのような柔らかい金属材料を含むペースト材を潰すことなく、かつ、吐出装置内での詰まりなく連続的に吐出することができる。基板上への小型部品の搭載工程や太陽電池の製造工程への適用など、本発明の適用範囲は広い。
また、弁体と弁座が接触しないことから、擦れ片やパーティクルの発生がなく、これらが材料中に混入する心配もないので(すなわち、コンタミレス)、食品や薬品業界等での利用にも好適である。
According to the present invention, it is possible to accurately discharge a material, which has been considered difficult in the electronic / semiconductor market, in a minute amount without bringing the plunger (valve element) into contact with the liquid chamber wall (valve seat). It becomes. For example, the paste material containing a soft metal material such as a solder paste can be continuously discharged without crushing and without clogging in the discharge device. The scope of application of the present invention is wide, such as a small component mounting process on a substrate and a solar cell manufacturing process.
In addition, since there is no contact between the valve body and the valve seat, there is no generation of rubbed particles or particles, and there is no fear of mixing them into the material (that is, contamination-free). Is preferred.

また、フィラーなどの粒子、固形物、ゲル体、構造体などを、その構造を不要な破壊なしに飛翔吐出するので、それらの破壊物によるノズル詰まりを効果的に防止することができる。   In addition, since particles such as fillers, solids, gels, structures and the like are ejected and ejected without unnecessary destruction, nozzle clogging due to these destructions can be effectively prevented.

11 吐出口
12 吐出路
13 接触位置
21 第1流路
22 第2流路
30 プランジャー
31 先端部
32 前方当接部
33 ピストン
34 後方当接部
40 移動部材
41 前方ストッパー
42 後方ストッパー
43 前方ピストン室
44 後方ピストン室
45 コイルバネ
46 マイクロメータ
50 液室
51 挿通孔
52 液送路
53 プランジャーと対向する液室の壁面
71 本体
72 電磁切換弁
73 ベース部材
74 吐出ブロック
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Discharge port 12 Discharge path 13 Contact position 21 1st flow path 22 2nd flow path 30 Plunger 31 Tip part 32 Front contact part 33 Piston 34 Back contact part 40 Moving member 41 Front stopper 42 Back stopper 43 Front piston chamber 44 Rear piston chamber 45 Coil spring 46 Micrometer 50 Liquid chamber 51 Insertion hole 52 Liquid feed path 53 Wall surface 71 of liquid chamber facing the plunger Main body 72 Electromagnetic switching valve 73 Base member 74 Discharge block

Claims (9)

先端が吐出口を構成する吐出路と、プランジャーと、プランジャーが挿通される液室と、プランジャーを進退動させるプランジャー駆動機構と、プランジャーの先端部の位置を規定するプランジャー位置決定機構を備え、プランジャーの外周と液室の側面が常に非接触の状態でプランジャーを作動開始位置から前進移動することで液材に慣性力を与えて液滴の状態に吐出する液滴吐出装置において、
プランジャーの先端部と液室の内壁が非接触の状態でプランジャーを前進移動することで液材に慣性力を与えて液滴の状態に吐出し、
プランジャーの移動により吐出口の外方へ分断されることなく押し出された液材を吐出口の外部で分断した後、プランジャーを後退移動させて吐出口近傍の液材を吸入して吐出路内に気液界面を形成し、続いて液室内に空気が到達しないようにプランジャーを後退移動させて作動開始位置とする吐出動作を繰り返し行うことで、液滴を連続形成することを特徴とする液滴吐出装置。
Discharge path whose tip forms a discharge port, plunger, liquid chamber through which the plunger is inserted, plunger drive mechanism that moves the plunger forward and backward, and plunger position that defines the position of the tip of the plunger and a determination mechanism, and discharges to the state of the outer periphery and the liquid chamber the liquid droplets by applying inertial force side of the plunger at all times in a non-contact state to the liquid material by advancing movement from the working start position of the plunger liquid In the droplet ejection device,
Discharged in the state of droplets inner wall of the tip and the liquid chamber of the plunger is provided an inertial force to the liquid material by advancing movement of the plunger in a non-contact state,
After the liquid material pushed out without being divided to the outside of the discharge port by the movement of the plunger is divided outside the discharge port, the plunger is moved backward to suck the liquid material in the vicinity of the discharge port to discharge the liquid. A liquid-liquid interface is formed in the inside, and then the plunger is moved backward so that air does not reach the liquid chamber. Droplet discharge device.
吐出路が、先端が吐出口を構成する第1流路と、第1流路および液室と連通し、第1流路よりも大径の第2流路からなり、吐出路の第1流路内または第2流路内に気液界面を形成することを特徴とする請求項1に記載の液滴吐出装置。   The discharge path includes a first flow path whose tip forms a discharge port, a first flow path and a liquid chamber, and a second flow path having a larger diameter than the first flow path. The liquid droplet ejection apparatus according to claim 1, wherein a gas-liquid interface is formed in the path or the second flow path. 吐出口の内径が、数十μm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の液滴吐出装置。 The inner diameter of the discharge port, the liquid droplet ejection apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that several tens of μm or less. 先端が吐出口を構成する吐出路と、プランジャーと、プランジャーが挿通される液室と、プランジャーを進退動させるプランジャー駆動機構と、プランジャーの先端部の位置を規定するプランジャー位置決定機構を備える液滴吐出装置を用いて、プランジャーの外周と液室の側面が常に非接触の状態でプランジャーを作動開始位置から前進移動することで液材に慣性力を与えて液滴の状態に吐出する液滴吐出方法において
プランジャーの先端部と液室の内壁が非接触の状態でプランジャーを前進移動することで液材に慣性力を与えて液滴の状態に吐出し、
プランジャーの移動により吐出口の外方へ分断されることなく押し出された液材を吐出口の外部で分断する分断工程、
分断工程の後、プランジャーを後退移動させて吐出口近傍の液材を吸入して吐出路内に気液界面を形成し、続いて液室内に空気が到達しないようプランジャーを後退移動させて作動開始位置とする吸入工程を繰り返し行うことで、液滴を連続形成することを特徴とする液滴吐出方法。
Discharge path whose tip forms a discharge port, plunger, liquid chamber through which the plunger is inserted, plunger drive mechanism that moves the plunger forward and backward, and plunger position that defines the position of the tip of the plunger using the droplet ejection apparatus Ru and a determination mechanism, giving an inertial force to the liquid material by advancing movement side of the outer peripheral and the liquid chamber of the plunger always in a non-contact state of the plunger from the operation start position In a droplet discharge method for discharging into a droplet state ,
Discharged in the state of droplets inner wall of the tip and the liquid chamber of the plunger is provided an inertial force to the liquid material by advancing movement of the plunger in a non-contact state,
A cutting process in which the liquid material pushed out without being cut out of the discharge port by the movement of the plunger is cut outside the discharge port;
After the dividing step, the plunger is moved backward to suck the liquid material near the discharge port to form a gas-liquid interface in the discharge path, and then the plunger is moved backward so that air does not reach the liquid chamber. A droplet discharge method , wherein droplets are continuously formed by repeatedly performing a suction step at an operation start position .
吐出路が、先端が吐出口を構成する第1流路と、第1流路および液室と連通し、第1流路よりも大径の第2流路からなり、
吸入工程において、吐出路の第1流路内または第2流路内に気液界面を形成することを特徴とする請求項に記載の液滴吐出方法。
The discharge path is composed of a first flow path whose tip forms a discharge port, a first flow path and a liquid chamber, and a second flow path having a larger diameter than the first flow path.
5. The droplet discharge method according to claim 4 , wherein, in the suction step, a gas-liquid interface is formed in the first flow path or the second flow path of the discharge path.
液材が固形物を含有する液材であり、分断工程におけるプランジャーの先端部と液室の内壁の距離を固形物よりも大きく設定したことを特徴とする請求項4または5に記載の液滴吐出方法。 The liquid material according to claim 4 or 5 , wherein the liquid material is a liquid material containing a solid material, and the distance between the tip of the plunger and the inner wall of the liquid chamber in the dividing step is set larger than that of the solid material. Drop ejection method. 分断工程におけるプランジャーの前進移動距離が、同工程直後のプランジャーの先端部と液室の内壁の距離よりも大きいことを特徴とする請求項4ないし6のいずれかに記載の液滴吐出方法。 7. The droplet discharge method according to claim 4 , wherein the forward movement distance of the plunger in the dividing step is larger than the distance between the tip of the plunger immediately after the step and the inner wall of the liquid chamber. . 吐出口の内径が、数十μm以下であることを特徴とする請求項ないしのいずれかに記載の液滴吐出方法。 The inner diameter of the discharge port, the liquid droplet ejecting method according to any one of claims 4 to 7, characterized in that several tens μm or less. 液材が粘度10000mPa・s以上であることを特徴とする請求項ないしのいずれかに記載の液滴吐出方法。 The droplet discharging method according to any one of claims 4 to 8 fluid material is characterized in that a viscosity 10000 mPa · s or more.
JP2015175324A 2015-09-07 2015-09-07 Droplet ejection apparatus and method Active JP6177291B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015175324A JP6177291B2 (en) 2015-09-07 2015-09-07 Droplet ejection apparatus and method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015175324A JP6177291B2 (en) 2015-09-07 2015-09-07 Droplet ejection apparatus and method

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011152594A Division JP5806868B2 (en) 2011-07-11 2011-07-11 Droplet ejection apparatus and method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015221442A JP2015221442A (en) 2015-12-10
JP6177291B2 true JP6177291B2 (en) 2017-08-09

Family

ID=54784787

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015175324A Active JP6177291B2 (en) 2015-09-07 2015-09-07 Droplet ejection apparatus and method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6177291B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7243053B2 (en) 2018-06-26 2023-03-22 セイコーエプソン株式会社 LIQUID EJECTING DEVICE AND LIQUID EJECTING METHOD
JP7243054B2 (en) 2018-06-26 2023-03-22 セイコーエプソン株式会社 LIQUID EJECTING DEVICE AND LIQUID EJECTING METHOD
KR20220148232A (en) * 2020-03-11 2022-11-04 무사시 엔지니어링 가부시키가이샤 Surface liquid film forming method and surface liquid film forming apparatus

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4202561A1 (en) * 1992-01-30 1993-08-05 Boehringer Mannheim Gmbh DEVICE FOR DELIVERING AN ANALYZING LIQUID
JP2010022881A (en) * 2007-03-30 2010-02-04 Musashi Eng Co Ltd Liquid material discharge apparatus and method
JP2009018587A (en) * 2008-07-25 2009-01-29 Microjet:Kk Ejecting apparatus
JP5476840B2 (en) * 2009-08-03 2014-04-23 日本電気株式会社 Spray-type coating unit, spray-type coating apparatus, and spray-type coating method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015221442A (en) 2015-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5806868B2 (en) Droplet ejection apparatus and method
TWI516312B (en) Method and apparatus for discharging liquid material
JP5986727B2 (en) Liquid material discharge apparatus and method
EP3104979B1 (en) Jetting dispenser, and a method for jetting droplets of fluid material
JP6177291B2 (en) Droplet ejection apparatus and method
JP2018047410A (en) Liquid material discharge device
JP2019507009A (en) Fluid ejector
WO2018073077A1 (en) Method and apparatus for jettiing of viscous medium using split piston
HK1228836A1 (en) Droplet discharge device and method
HK1193377B (en) Droplet discharge device and method
HK1228836B (en) Droplet discharge device and method
JP6285510B2 (en) Liquid material discharge apparatus and method
HK1236882A1 (en) Liquid material discharge apparatus and method
HK1195283B (en) Liquid material discharge apparatus and method
HK1195283A (en) Liquid material discharge apparatus and method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20151007

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160624

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160706

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20160902

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160902

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20170110

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170328

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20170406

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170615

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170711

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6177291

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250