(57)【要約】【課題】液体吐出方法および装置において、被吐出液体の粘度が変化しても一定量を安定して吐出させることができるようにする。【解決手段】予備吐出工程と、本吐出工程とを順次行う液体吐出方法であって、予備吐出工程では、押し出し速度ｕ１によって、第１の押し出し体積だけ押し出しを行って、ノズル先端１ａに引き戻り空間１４が形成されるように接着剤２の一部を吐出し、本吐出工程では、押し出し速度ｕ２によって、第２の押し出し体積だけ押し出しを行って、引き戻り空間１４の空気と接着剤２の残存分の一部とを吐出するようにし、押し出し速度、押し出し体積は、接着剤２一定の粘度範囲内において、引き戻り空間１４の容積が、第２の押し出し体積による吐出体積の吐出体積目標値に対する誤差量を、略相殺できるように設定する。【選択図】図４
2008290039.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出ノズルに吸引された被吐出液体を、気体層を介して押し出すことで、前記吐出ノズルの先端から吐出させる予備吐出工程と、該予備吐出工程が終了した状態から前記吐出ノズル内に残存した前記被吐出液体を、前記気体層を介してさらに押し出して吐出する本吐出工程とを順次行う液体吐出方法であって、
前記予備吐出工程では、第１の押し出し速度によって、第１の押し出し体積だけ押し出しを行って、前記吐出ノズル先端に引き戻り空間が形成されるように前記被吐出液体の一部を吐出し、
前記本吐出工程では、第２の押し出し速度によって、第２の押し出し体積だけ押し出しを行って、前記引き戻り空間の空気と前記被吐出液体の残存分の一部とを吐出するようにし、
前記第１および第２の押し出し速度、前記第１および第２の押し出し体積は、前記被吐出液体の一定の粘度範囲内において、
前記予備吐出工程で形成される前記引き戻り空間の容積が、前記本吐出工程での前記第２の押し出し体積による吐出体積の吐出体積目標値に対する誤差量を、略相殺できるように設定することを特徴とする液体吐出方法。
【請求項２】
前記第１および第２の押し出し速度、前記第１および第２の押し出し体積は、
前記第１および第２の押し出し体積を設定し、それらに基づいて前記第１および第２の押し出し速度を選定することにより設定するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出方法。
【請求項３】
前記第１および第２の押し出し速度は、互いに等しいことを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出方法。
【請求項４】
吐出ノズルに吸引された被吐出液体を、気体層を介して押し出すことで、前記吐出ノズルの先端部から吐出させる予備吐出工程と、該予備吐出工程が終了した状態から前記吐出ノズル内に残存した前記被吐出液体を、前記気体層を介してさらに押し出して吐出する本吐出工程とを順次行う液体吐出装置であって、
被吐出液体を吸引、吐出する吐出ノズルと、
該吐出ノズルに吸引された前記被吐出液体を、気体層を介して押し出す吐出機構と、
該吐出機構の押し出し速度、押し出し体積を制御する吐出機構制御部と、
該吐出機構制御部に対して、前記押し出し速度、前記押し出し体積の条件を、前記被吐出液体の前記本吐出工程における吐出体積目標値に応じて設定する条件設定部とを備え、
該条件設定部は、
前記予備吐出工程では、第１の押し出し速度によって、第１の押し出し体積だけ押し出し、この押し出し後に前記吐出ノズル先端に引き戻り空間が形成される設定とし、
前記本吐出工程では、第２の押し出し速度によって、第２の押し出し体積だけ押し出す設定とし、
前記第１および第２の押し出し速度、前記第１および第２の押し出し体積は、前記被吐出液体の一定の粘度範囲内において、
前記予備吐出工程で形成される前記引き戻り空間の容積が、前記本吐出工程での前記第２の押し出し体積による吐出体積の吐出体積目標値に対する誤差量を、略相殺できるように設定されたことを特徴とする液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出方法および装置に関する。例えば、工作機械、情報・精密機器、ＦＡ、半導体、液晶、ディスプレイ、表面実装、生化学などの様々な分野で必要とされる微量の液体を一定量安定して吐出させることのできる液体吐出方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体吐出方法および装置として、例えば、ピペッティングおよびそれを用いた接着剤塗布装置などの装置が知られている。
ピペッティングにおける液体吐出機構は、例えば、ピストン、シリンジ、およびフッ素樹脂チューブでシリンジに連結された吸引、吐出用のノズルを備えてなる。また、シリンジには駆動機構が設けられ、この駆動機構に接続された制御機構によって、ピストンを吸引方向または吐出方向に移動させるとともに、ピストン移動速度及び移動量を制御できるように構成されている。
このような液体吐出装置として、例えば、特許文献１には、吐出量の微量化や精度の向上を目的として、駆動機構によってピストンを移動させて接着剤の吐出を行う接着剤吐出装置が記載されている。この接着剤吐出装置では、接着剤の粘度変化による吐出量の変動を防止するため、冷却部を設けてノズル部近傍の温度制御を行うようにしている。
【特許文献１】特開２００２−１９２０４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の液体吐出方法および装置には、以下のような問題があった。
近年の電子部品の小型化・高記録密度化のニーズにともない、種々の微少量の液体を高精度でかつ安定して供給制御する技術が求められているが、一般にピペッティングによって、粘度の異なる被吐出液体を一定量吐出させることは困難であった。
例えば、接着剤を被吐出液体とする場合、接着剤の粘度は、１ｍＰａｓ〜１０ｍＰａｓ程度の範囲にわたっている。また同一材質の接着剤であっても、吐出時の温度条件によってさらに粘度が変化する。
液体は、低粘度なほど流動性が増して吐出ノズルの先端部から離脱しやすくなるので、吐出量が大きくなり、反対に高粘度では、吐出量が小さくなる。その結果、粘度にバラツキがある液体では、吐出量にバラツキが生じることになる。
例えば、特許文献１に記載の技術では、冷却部により接着剤の粘度を安定させるので、ピストンによる接着剤の押し出し量を高精度に制御し、接着剤の吐出量を安定させることができるものの、粘度の異なる接着剤に切り替えた場合には、吐出量が変化してしまうという問題がある。
また、温度制御を行うため何らかの発熱体、吸熱体をノズル近傍に配置すると、その排吸熱は近傍にも伝達されるので、吐出先の環境温度に影響を及ぼしてしまう。したがって、液体吐出装置の用途によっては、吐出ノズル近傍の温度制御が困難となり、その結果、吐出量がばらついてしまうという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、被吐出液体の粘度が変化しても一定量を安定して吐出させることができる液体吐出方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、吐出ノズルに吸引された被吐出液体を、気体層を介して押し出すことで、前記吐出ノズルの先端から吐出させる予備吐出工程と、該予備吐出工程が終了した状態から前記吐出ノズル内に残存した前記被吐出液体を、前記気体層を介してさらに押し出して吐出する本吐出工程とを順次行う液体吐出方法であって、前記予備吐出工程では、第１の押し出し速度によって、第１の押し出し体積だけ押し出しを行って、前記吐出ノズル先端に引き戻り空間が形成されるように前記被吐出液体の一部を吐出し、前記本吐出工程では、第２の押し出し速度によって、第２の押し出し体積だけ押し出しを行って、前記引き戻り空間の空気と前記被吐出液体の残存分の一部とを吐出するようにし、前記第１および第２の押し出し速度、前記第１および第２の押し出し体積は、前記被吐出液体の一定の粘度範囲内において、前記予備吐出工程で形成される前記引き戻り空間の容積が、前記本吐出工程での前記第２の押し出し体積による吐出体積の吐出体積目標値に対する誤差量を、略相殺できるように設定する方法とする。
この発明によれば、予備吐出工程において、第１の押し出し速度によって、第１の押し出し体積だけ、気体層を介して被吐出液体を押し出す。吐出ノズル先端から吐出される被吐出液体は、その粘度に応じて、一般的には第１の押し出し体積と異なる吐出体積が吐出される。そして、吐出後に、吐出ノズル先端から外部の空気が引き戻るため、吐出ノズル先端に引き戻り空間が形成される。被吐出液体は粘度が低いほど吐出されやすいので、引き戻り空間の容積は粘度に対応して変化する。
次に、本吐出工程では、第２の押し出し速度によって、第２の押し出し体積だけ、被吐出液体を押し出す。このとき、被吐出液体が予備吐出工程と同様に第２の押し出し体積と異なる吐出体積が吐出される。ただし、この場合、吐出体積には、引き戻り空間内の空気も含まれており、被吐出液体の正味の吐出体積は、引き戻り空間がない場合に、第２の押し出し速度、第２の押し出し体積で押し出した場合に比べて減少している。また、この本吐出工程における吐出体積は、第２の押し出し体積、第２の押し出し速度および被吐出液体の粘度、ノズル形状に応じて決まる。
一方、引き戻り空間の容積は、第１の押し出し体積、第１の押し出し速度および被吐出液体の粘度、ノズル形状に応じて決まる。
このため、ノズル形状と、吐出時の粘度が一定の場合、第１および第２の押し出し速度、第１および第２の押し出し体積を適宜設定し、被吐出液体の一定の粘度範囲内において、本吐出工程での吐出体積の吐出体積目標値に対する誤差量を略相殺できるように設定することで、本吐出工程における被吐出液体の正味の吐出体積を、粘度によらず安定させることができる。
なお、略相殺できるとは、吐出体積目標値の許容誤差範囲内となるように相殺できることを意味する。
【０００６】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の液体吐出方法において、前記第１および第２の押し出し速度、前記第１および第２の押し出し体積は、前記第１および第２の押し出し体積を設定し、それらに基づいて前記第１および第２の押し出し速度を選定することにより設定するようにした方法とする。
この発明によれば、第１および第２の押し出し体積を設定してから、第１および第２の押し出し速度を選定するので、吐出体積目標値に合わせて条件を決めやすいため、吐出体積目標値を種々変更する必要がある場合に対応しやすく、容易かつ確実な液体吐出作業を行うことができる。
【０００７】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の液体吐出方法において、前記第１および第２の押し出し速度が、互いに等しい方法とする。
この発明によれば、第１および第２の押し出し速度が互いに等しいので、押し出し速度の条件設定が容易となり、液体吐出作業も効率的に行うことができる。
【０００８】
請求項４に記載の発明では、吐出ノズルに吸引された被吐出液体を、気体層を介して押し出すことで、前記吐出ノズルの先端部から吐出させる予備吐出工程と、該予備吐出工程が終了した状態から前記吐出ノズル内に残存した前記被吐出液体を、前記気体層を介してさらに押し出して吐出する本吐出工程とを順次行う液体吐出装置であって、被吐出液体を吸引、吐出する吐出ノズルと、該吐出ノズルに吸引された前記被吐出液体を、気体層を介して押し出す吐出機構と、該吐出機構の押し出し速度、押し出し体積を制御する吐出機構制御部と、該吐出機構制御部に対して、前記押し出し速度、前記押し出し体積の条件を、前記被吐出液体の前記本吐出工程における吐出体積目標値に応じて設定する条件設定部とを備え、該条件設定部は、前記予備吐出工程では、第１の押し出し速度によって、第１の押し出し体積だけ押し出し、この押し出し後に前記吐出ノズル先端に引き戻り空間が形成される設定とし、前記本吐出工程では、第２の押し出し速度によって、第２の押し出し体積だけ押し出す設定とし、前記第１および第２の押し出し速度、前記第１および第２の押し出し体積は、前記被吐出液体の一定の粘度範囲内において、前記予備吐出工程で形成される前記引き戻り空間の容積が、前記本吐出工程での前記第２の押し出し体積による吐出体積の吐出体積目標値に対する誤差量を、略相殺できるように設定された構成とする。
この発明によれば、請求項１に記載の液体吐出方法を行うことができる液体吐出装置となっているので、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の液体吐出方法および装置によれば、予備吐出工程において引き戻り空間を形成し、その容積が、本吐出工程における吐出体積の吐出体積目標値に対する誤差量を、一定の粘度範囲内で略相殺されるように吐出条件を設定するので、被吐出液体の粘度が変化しても一定量を安定して吐出させることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
まず、本発明の実施形態に係る液体吐出方法に用いる液体吐出装置について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る液体吐出装置の概略構成を示す模式説明図である。図２は、本発明の実施形態に係る液体吐出装置の吐出ノズルの模式的な軸方向断面図である。図３は、本発明の実施形態に係る液体吐出装置の制御ユニットの構成を示す機能ブロック図である。
【００１１】
本実施形態の液体吐出装置１００は、被吐出液体の一例として、所定量の接着剤を接着対象に向けて吐出する接着剤吐出装置である。
液体吐出装置１００の概略構成は、図１に示すように、ノズル１（吐出ノズル）、電磁弁６、吐出機構２１、洗浄機構２２、および制御ユニット２０からなる。
【００１２】
ノズル１は、ノズル先端１ａから、接着剤２（被吐出液体）を吸引および吐出するためのもので、制御ユニット２０により制御されるノズル移動機構２３（図３参照）によって、接着対象に対して上下移動および回転移動可能に保持されている。
ノズル１の形状は、被吐出液体の種類や吐出量などによって適宜の形状を採用することができるが、本実施形態では、図２に示すように、基端部側が内径φＤ２の円筒管の先端側の距離ｄの範囲にテーパ角θのテーパ部１ｂが形成された形状を採用している。ノズル先端１ａの内径は、φＤ１（ただし、Ｄ１＜Ｄ２）とされている。
【００１３】
また、図１に示すように、ノズル１の基端部（図示上側）には、脱気水４で満たされたフッ素樹脂製のチューブ５Ａが接続され、接着剤２のノズル先端１ａからの吸引時には、図２に示すように、脱気水４は、ノズル１の基端部側に浸入しており、例えば厚さｈの空気層３を隔てて、接着剤２の被押圧液面２ｂと対向されている。また、チューブ５Ａの他端は、電磁弁６に接続されている。
空気層３は、脱気水４の押圧液面４ａを通して、非接触状態で接着剤２の被押圧液面２ｂを押圧するとともに、接着剤２と脱気水４とが混じらないようにするために設けられた気体層である。なお、このような気体層は空気層に限定されるものではなく、被吐出液体の種類に応じて適宜の気体を採用することができる。
空気層３の厚さｈは、押圧液面４ａに対向する接着剤２の被押圧液面２ｂに対して必要な吐出圧力を伝達できれば、適宜の厚さに設定することができるが、被押圧液面２ｂのノズル先端１ａからの高さＨは、後述する予備吐出工程および本吐出工程のいずれでも、Ｈ＞ｄを保つように設定される。
【００１４】
電磁弁６は、チューブ５Ａ、５Ｂ、５Ｃがそれぞれ接続されており、制御ユニット２０からの制御信号により、チューブ５Ａに通ずる流路を、一端が吐出機構２１に接続されたチューブ５Ｂと一端が洗浄機構２２に接続されたチューブ５Ｃとの間で選択的に切り替えて連通させるものである。
チューブ５Ｂ、５Ｃは、本実施形態では、チューブ５Ａと同様のフッ素樹脂チューブを採用している。
【００１５】
吐出機構２１は、チューブ５Ｂの他端に接続されたシリンジ７、およびシリンジ７内のピストン７ａを不図示の伝動機構により駆動するステッピングモータ９からなる。そして、電磁弁６によって、チューブ５Ｂの流路がチューブ５Ａの流路に連通されたとき、ピストン７ａを往復駆動することにより、チューブ５Ａ、５Ｂ内の脱気水４をノズル１側に押し出したり、シリンジ７側に吸引したりすることができるようになっている。
【００１６】
洗浄機構２２は、チューブ５Ｃの他端に送水口が接続され、吸水口にチューブ５Ｄが接続された洗浄水ポンプ１０と、洗浄水として脱気水４を貯留しチューブ５Ｄを介して洗浄水ポンプ１０に供給できるようにした洗浄水槽１１とからなる。
洗浄水ポンプ１０は、本実施形態では、制御ユニット２０によって常時送水状態に駆動されている。したがって、電磁弁６が切り替えられて、チューブ５Ｃの流路がチューブ５Ａの流路に連通された場合のみ、洗浄水槽１１内の脱気水４が、チューブ５Ｃ、５Ａを介して、ノズル１内に送水され、これによりノズル１内部を洗浄できるようになっている。
【００１７】
制御ユニット２０は、図３に示すように、電磁弁６、洗浄水ポンプ１０、ノズル移動機構２３にそれぞれ電気的に接続されており、液体吐出装置１００の動作を制御する装置制御部４３と、ステッピングモータ９に電気的に接続され装置制御部４３からの制御信号に基づいてステッピングモータ９を駆動する吐出機構制御部４０と、吐出条件設定部４１と、データ記憶部４２とからなる。
吐出条件設定部４１は、本吐出工程における接着剤２の吐出体積目標値に応じて、吐出機構制御部４０に対して、接着剤の押し出し速度、押し出し体積の条件を設定するものである。
データ記憶部４２は、吐出条件設定部４１が条件を設定する際に参照する設定条件のデータ群を記憶するものである。
このような制御ユニット２０の装置構成は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インタフェース、外部記憶装置などを備えるコンピュータや適宜のハードウェアなどからなる。
また、装置制御部４３には、操作者が、液体吐出装置１００の動作設定を行うため、適宜の入力手段、例えば操作パネル、キーボードやマウスなどからなる操作部２４が接続されている。
【００１８】
次に、液体吐出装置１００の動作について説明する。
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の実施形態に係る液体吐出装置における吸引工程、予備吐出工程、本吐出工程の動作をそれぞれ説明する模式的な動作説明図である。図５（ａ）、（ｂ）は、被吐出液体の粘度が異なる場合の予備吐出工程の吐出の様子を示す模式説明図である。図６（ａ）、（ｂ）は、被吐出液体の粘度が異なる場合の本吐出工程の吐出の様子を示す模式説明図である。
【００１９】
液体吐出装置１００は、吸引工程、予備吐出工程、本吐出工程を順次行うことによって、本吐出工程において所定量の接着剤を吐出する。
本吐出工程での吐出体積目標値Ｖは、操作部２４を通して装置制御部４３に入力されているものとして説明する。
【００２０】
まず、吸引工程では、装置制御部４３により、ノズル移動機構２３を駆動して、ノズル１を、排水可能な位置に移動する。そして、この位置で、電磁弁６を切り替えて、チューブ５Ａ、５Ｃの流路を連通させる。これにより、常時駆動される洗浄水ポンプ１０によって、チューブ５Ｃを通して洗浄水槽１１から脱気水４がチューブ５Ａ側に供給される。
適宜量の脱気水４が供給され、チューブ５Ａ、ノズル１の全体に脱気水４が充填された後、装置制御部４３により電磁弁６を切り替えて、チューブ５Ａ、５Ｂの流路を連通させる。これにより、チューブ５Ｃを介した脱気水４の供給が停止される。
次に、装置制御部４３により、ノズル移動機構２３を駆動して、ノズル１を接着剤２が満たされた接着剤容器１３上方に移動させて待機させる。そして、装置制御部４３は吐出機構制御部４０に所定体積の空気層３をノズル１内に形成するための吸引動作を行う制御信号を送出する。
吐出機構制御部４０は、ステッピングモータ９を吸引方向に回転させ、ピストン７ａを後退させてシリンジ７内に体積Ｖａの脱気水４を吸引する。この吸引操作によって、ノズル先端１ａから空気が入る。本実施形態では、例えば、Ｖａ＝ｈ・π・Ｄ１２／４としている。体積Ｖａの値としては、例えば、５μＬが好適である。
【００２１】
次に、図４（ａ）に示すように、ノズル移動機構２３を待機状態から駆動して、ノズル１のノズル先端１ａを接着剤２が満たされた接着剤容器１３内に移動し、その状態で、ノズル先端１ａから、接着剤２を体積Ｖ０だけ吸引し、接着剤２をノズル先端１ａから高さＨまで充填する。このとき、接着剤２の先端液面２ａは、ノズル先端１ａと整列した状態とする。
この状態では、吸引された接着剤２の上面である被押圧液面２ｂは、ノズル先端１ａの先端から高さＷ０＝ｈ＋Ｈに位置し、体積Ｖａ、厚さｈの空気層３を介して、脱気水４の押圧液面４ａと対向されている。このため、接着剤２と脱気水４とは、互いに非接触状態を保っている。
以上で、吸引工程を終了する。
【００２２】
次に、予備吐出工程では、吐出体積目標値Ｖに応じて吐出条件設定部４１によって設定された条件に基づいて接着剤２の予備吐出を行う。
この予備吐出の条件は、押圧液面４ａの押し出し速度が、吐出速度ｕ１（第１の押し出し速度）、押圧液面４ａの押し出し体積（第１の押し出し体積）が、体積Ｖ１＝ΔＷ１・π・Ｄ１２／４となるように設定する。なお、ΔＷ１は、押圧液面４ａの押し出される高さである。
そして、吐出機構制御部４０からステッピングモータ９に制御信号を送出し、この予備吐出条件に基づいて接着剤２の吐出動作を行う。これにより、押圧液面４ａは、ノズル先端１ａから高さＷ１＝Ｗ０−ΔＷ１の位置に押し出される（図４（ｂ）参照）。
【００２３】
この結果、予備吐出接着剤１５が、ノズル先端１ａから接着剤容器１３内に吐出される。このとき、吐出された予備吐出接着剤１５の体積Ｖｐｒｅは、空気層３を介して押し出されるので、接着剤２の粘度、吐出速度ｕ１、ノズル１のノズル形状に応じて決まり、一般には押し出し体積Ｖ１と異なる値を有する。粘度が低いほど、また吐出速度ｕ１が大きいほど、またノズル形状による抵抗が少ないほど吐出体積Ｖｐｒｅは増大して行く。
このため、予備吐出後の先端液面２ａは、ノズル１の内部側に後退し、ノズル１の先端部に空気が引き込まれた容積Ｖｂ１の引き戻り空間１４が形成される。
以上で予備吐出工程が終了する。
【００２４】
次に、本吐出工程では、ノズル移動機構２３を駆動し、予備吐出工程終了時の押圧液面４ａの高さＷ１を保持した状態でノズル１を接着対象の上方に移動する。
そして、吐出体積目標値Ｖに応じて吐出条件設定部４１によって設定された条件に基づいて本吐出を行う。
この本吐出の条件は、押圧液面４ａの押し出し速度が、吐出速度ｕ２（第２の押し出し速度）、押圧液面４ａの押し出し体積（第２の押し出し体積）が、体積Ｖ２＝ΔＷ２・π・Ｄ１２／４となるように設定する。なお、ΔＷ２は、押圧液面４ａの押し出される高さである。
そして、吐出機構制御部４０からステッピングモータ９に制御信号を送出し、この本吐出条件に基づいて接着剤２の吐出動作を行う。これにより、押圧液面４ａは、ノズル先端１ａから高さＷ２＝Ｗ０−（ΔＷ１＋ΔＷ２）に押し出される（図４（ｃ）参照）。
【００２５】
この押圧液面４ａがΔＷ２だけ押し出される過程では、押し出し開始時から、押し出し体積がＶｂ１となる間は、引き戻り空間１４の空気が押し出され、ノズル先端１ａから空気が吐出される。そして、引き戻り空間１４の空気がすべて吐出された後に、接着剤２の正味の吐出体積Ｖｏｕｔの本吐出接着剤１７が、不図示の接着対象に向けて吐出され、ノズル先端１ａからの合計の吐出体積Ｖｔ（第２の押し出し体積による吐出体積）は、Ｖｔ＝Ｖｏｕｔ＋Ｖｂ１となる。
ここで、予備吐出工程と同様に本吐出後、接着剤２の粘度に応じて、ノズル１内に引き戻り空間１６が形成されるため、合計の吐出体積Ｖｔは、一般には、押し出し体積Ｖ２と異なる値をとる。
本実施形態では、予め、押し出し速度ｕ１、ｕ２、押し出し体積Ｖ１、Ｖ２を、接着剤２の吐出体積目標値Ｖ、ノズル形状に応じて、合計の吐出体積Ｖｔの吐出体積目標値Ｖに対する誤差量が、引き戻り空間１４の容積Ｖｂ１と略相殺されるように設定されているため、正味の吐出体積Ｖｏｕｔが吐出体積目標値Ｖと略一致するようになっている。
以上で、本吐出工程が終了する。
そして、さらに吐出を行う場合には、上記を繰り返す。このとき、接着剤２の種類を切り替える場合などは、必要に応じてノズル１内の接着剤２を脱気水４により排出し、洗浄機構２２によってノズル１内の洗浄を行う。
【００２６】
ここで、接着剤２の粘度が異なる場合に本実施形態の液体吐出装置１００を適用した場合について説明する。
図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ接着剤２として、相対的に低粘度の接着剤２Ｌと、相対的に高粘度の接着剤２Ｈとを用いて上記の予備吐出工程を行った場合の様子を模式的に示している。
すなわち、接着剤２Ｌ、２Ｈによる予備吐出接着剤１５Ｌ、１５Ｈの体積はそれぞれの粘度に応じて、ＶＬｐｒｅ、ＶＨｐｒｅ、また引き戻り空間１４Ｌ、１４Ｈの容積Ｖｂ１は、ＶＬｂ１、ＶＨｂ１となる。これらは、次式の関係にある。
ＶＬｐｒｅ＞ＶＨｐｒｅ                                          ・・・（１）
ＶＬｂ１＞ＶＨｂ１                                              ・・・（２）
【００２７】
また、図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図５（ａ）、（ｂ）の状態から上記の本吐出工程を行った場合の様子を模式的に示している。
この本吐出工程において、押し出し体積Ｖ２に対して、図５（ａ）、（ｂ）の状態から、体積ＶＬｏｕｔ、ＶＨｏｕｔの本吐出接着剤１７Ｌ、１７Ｈが、引き戻り空間１４Ｌ、１４Ｈとともに押し出される。ここで、本吐出工程における接着剤２Ｌ、２Ｈによるそれぞれの合計の吐出体積Ｖｔを、それぞれＶＬｔ、ＶＨｔと表すと、次式の関係がある。
ＶＬｏｕｔ＝ＶＬｔ−ＶＬｂ１                                    ・・・（３）
ＶＨｏｕｔ＝ＶＨｔ−ＶＨｂ１                                    ・・・（４）
ＶＬｔ＞ＶＨｔ                                                  ・・・（５）
【００２８】
発明者は、式（１）、（２）、（５）の関係が、いずれも、接着剤２Ｌ、２Ｈの粘度の大小関係に依存していることに着眼し、ＶＬｔ、ＶＨｔとの差が粘度によらず一定であれば、粘度により異なるＶｔのバラツキを、粘度に応じて変化するＶｂ１で相殺することにより、正味の吐出体積Ｖｏｕｔを一定値に設定することができ、ＶＬｏｕｔ＝ＶＨｏｕｔ＝Ｖというように、粘度によらず吐出体積目標値が吐出できることに想到し、本発明に至った。
以下では、このような吐出条件の設定が可能であることを、具体的な実験例に基づいて説明する。
図７は、予備吐出工程の吐出速度ｕ１を変えた場合の、被吐出液体の粘度と予備吐出工程の吐出量との関係を示す実験結果のグラフである。図８は、本吐出工程の吐出速度ｕ２を変えた場合の、被吐出液体の粘度と本吐出工程の吐出量との関係を示す実験結果のグラフである。いずれも、横軸は粘度（ｍＰａｓ）、縦軸は吐出量（μＬ）を示し、図中の直線は近似直線を示す。
【００２９】
［実験例１］
実験例１として、液体吐出装置１００を用いて、サンプル粘度が、２ｍＰａｓ、４ｍＰａｓ、６ｍＰａｓ、８ｍＰａｓに調整された接着剤２の吐出実験を行った。吐出条件は、押し出し体積を、Ｖ１＝５μＬ、Ｖ２＝１．５μＬに固定し、吐出速度ｕ１、ｕ２を、ｕ１＝ｕ２＝０．１ｍ／ｓ、０．３ｍ／ｓの２通りに設定し、それぞれ予備吐出量として上記のＶｐｒｅ、本吐出量として上記のＶｏｕｔの体積測定を行った。
ここで、ノズル形状は、図２に示すノズル１において、φＤ１＝０．３ｍｍ、φＤ２＝１．０ｍｍ、θ＝１０°とした（実施例１）。
この実験結果を表１に示す。ここで、表１の本吐出量の誤差は、本吐出実測値の押し出し体積Ｖ２に対する誤差を算出したものである。
また、これらの実験結果をプロットしたグラフを図７、８に示す。
【００３０】
【表１】
2008290039.tif 000003
【００３１】
表１で予備吐出実測値を見ると、いずれも粘度によって吐出量が変化し、押し出し体積Ｖ１＝５μＬからの偏差が生じていることが分かる。図７のような近似直線２００、２０１が引けることから分かるようにいずれの吐出速度でも、吐出量は粘度が高くなるにつれて略直線的に低下する。これは、吐出速度の増大とともに粘性抵抗が増大するためと考えられる。
また、粘度に対する近似直線の傾きは、吐出速度が大きい方が大きくなっている。これは、吐出速度が大きい方が大きな吐出力が作用し、流動性が大きい低粘度の方が、吐出力の影響がより顕著に現れるためと考えられる。
【００３２】
一方、表１で本吐出実測値を見ると、吐出速度が小さい方が、粘度による吐出量の変化が大きく、吐出速度が大きい方が粘度による吐出量の変化が小さくなっている。すなわち、予備吐出工程の場合と傾向が逆転している。
予備吐出工程、本吐出工程を行う間、各接着剤の粘度は変化しないため、粘度と吐出速度との関係は略同様と考えられるから、このような傾向の逆転は、各粘度に応じて予備吐出工程の引き戻り空間の容積が変化している事実を間接的に示している。
また、図８の近似直線２０３に示すように、吐出速度０．３ｍ／ｓでは、近似直線の傾きが略０となっており、表１の本吐出量の誤差のバラツキは、−０．７％〜２．０％と、きわめて小さくなっている。
すなわち、実験例１の吐出条件では、ｕ１＝ｕ２＝０．３ｍ／ｓ、Ｖ１＝５μＬ、Ｖ２＝１．５μＬのように設定することで、少なくとも粘度が２ｍＰａｓ〜８ｍＰａｓの範囲では、本吐出工程において、粘度に略よらず一定の吐出体積１．５μＬが実現されている。
【００３３】
したがって、吐出体積目標値Ｖから、押し出し体積Ｖ２の設定をし、押し出し体積Ｖ１を固定して、吐出速度ｕ１＝ｕ２の条件を変えて、所定範囲の粘度に調整された接着剤２を用いて、予備吐出、本吐出の実験を行うことで、正味の吐出体積Ｖｏｕｔが所定範囲の粘度によらず一定となる条件を設定することができる。
【００３４】
［実験例２］
実験例２では、吐出体積目標値Ｖを変えたときに、実験例１のように、条件設定ができるかどうか、実験を行った。すなわち、吐出体積目標値Ｖを１．５μＬ、１０μＬ、２０μＬ、５０μＬと変化させた時に、それぞれ対して上記実験例１のような実験を行い、上記の粘度範囲において、略一定の正味の本吐出体積Ｖｏｕｔが得られる吐出速度ｕ１を求めた。この結果を、表２に示す。
ここで、吐出速度ｕ２、押し出し体積Ｖ２は、それぞれ、表２の吐出速度、吐出体積目標値と等しい。また、押し出し体積Ｖ１は、５μＬである。
【００３５】
【表２】
2008290039.tif 000004
【００３６】
表２の結果より、吐出体積目標値が、１．５μＬ〜５０μＬに変化しても、条件設定が可能となっていることが分かる。
液体吐出装置１００では、データ記憶部４２に、例えば、表２のような表データを記憶しておき、吐出条件設定部４１が、操作部２４から操作者が入力した吐出体積目標値Ｖに応じて、条件設定を行うことで、所定の粘度範囲では粘度によらない吐出動作を行うことができる。
【００３７】
［実験例３］
実験例３では、ノズル形状を変えた場合にも実験例１と同様の条件設定が可能かどうか検証した。
図９は、本発明の実施形態に係る液体吐出装置に用いることができる吐出ノズルの他の例の模式的な軸方向断面図である。
ノズル形状は、図２に示すノズル１を実施例１のノズルとして用い、他のノズルとして図９に示すノズル３０を実施例２のノズル３０として用いた。
ノズル３０の形状は、図９に示すように、ノズル基端部から、内径φＥ２＝１．０ｍｍの円筒管が延ばされ、ノズル先端３０ａから距離ｄの位置からは、先端側に向けてテーパ角φ＝３０°で縮径されて、内径φＥ１＝０．２５ｍｍとされ、その位置からノズル先端３０ａまでφＥ１の円筒管が延ばされている。ここで、距離ｄは、実施例１と同じ寸法である。
実験例１の結果から、粘度と吐出量との関係は直線的となるため、サンプル粘度は、２ｍＰａｓ、６ｍＰａｓの２通りとし、Ｖ１＝５μＬ、Ｖ２＝１．５μＬに固定し、吐出速度ｕ１（＝ｕ２）を０．１ｍ／ｓ、０．２ｍ／ｓ、０．３ｍ／ｓに変化させて、予備吐出工程、本吐出工程を行い、吐出量の実測値を、予備吐出実測値、本吐出実測値として測定した。その結果を表３に示す。
表３の「本吐出量の誤差偏差」は、サンプル粘度２ｍＰａｓ、６ｍＰａｓにおける本吐出実測値の吐出体積目標値１．５μＬに対する誤差量を求め、それらの差を算出したものである。この誤差偏差が０％に近いほど、粘度依存した吐出量の誤差が少ないことを意味する。
【００３８】
【表３】
2008290039.tif 000005
【００３９】
表３の結果から分かるように、実施例１のノズル形状では、吐出速度０．３ｍ／ｓで本吐出量の誤差偏差が最小値０．７％となり、実施例２のノズル形状では、吐出速度０．２ｍ／ｓで本吐出量の誤差偏差が最小値０．７％となっている。したがって、吐出速度を変えることで、ノズル形状が変わっても、同程度に粘度に依存しない吐出条件を設定することができることが分かる。
液体吐出装置１００では、データ記憶部４２に、ノズル形状の種類ごとに、好適な吐出条件を記憶しておき、吐出条件設定部４１が、ノズル形状の切り替えに応じて、条件設定を行うことで、ノズル形状によらず、所定の粘度範囲で粘度によらない吐出動作を行うことができる。
【００４０】
なお、上記の説明では、吐出条件の設定を吐出体積目標値から、第１および第２の押し出し体積を設定し、それに応じて、第１および第２の吐出速度を設定した場合の例で説明した。このようにすれば、例えば、条件設定部に、押し出し体積と吐出速度との関係を実験式で表し、その係数データなどを記憶させることで、吐出体積目標値に応じて、効率的に、条件設定を行うこともできる。
ただし、条件設定値の求め方は、このような方法に限定されるものではなく、予め多数の実験条件を組み合わせて測定を行い、それらの結果から最適値を算出しておいてもよい。
【００４１】
また、上記の説明の実験例１〜３では、いずれも第１および第２の押し出し速度が等しい場合の例で説明したが、これは一例であって、第１および第２の押し出し速度は異なる値を採用してもよい。
【００４２】
また、上記の説明では、第２の押し出し体積が吐出体積目標値に等しい場合の例で説明したが、第２の押し出し体積は、吐出体積目標値と異なっていてもよい。
例えば、本吐出量が粘度によらず一定となるものの、吐出体積目標値からわずかにずれるような場合には、第２の押し出し体積を吐出目標値からずらして調整してもよい。
【００４３】
また、上記の説明では、液体吐出装置として、接着剤を被吐出液体とする接着剤吐出装置の場合の例で説明したが、これに限定されものではない。例えば、粘度の異なる液体を被吐出液体として扱う、例えば情報・精密機器、ＦＡ、半導体、液晶、ディスプレイ、表面実装、生化学分析装置などの技術分野に用いられる製造装置、試験装置などの他の液体吐出装置であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態に係る液体吐出装置の概略構成を示す模式説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係る液体吐出装置の吐出ノズルの模式的な軸方向断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る液体吐出装置の制御ユニットの構成を示す機能ブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係る液体吐出装置における吸引工程、予備吐出工程、本吐出工程の動作をそれぞれ説明する模式的な動作説明図である。
【図５】被吐出液体の粘度が異なる場合の予備吐出工程の吐出の様子を示す模式説明図である。
【図６】被吐出液体の粘度が異なる場合の本吐出工程の吐出の様子を示す模式説明図である。
【図７】予備吐出工程の吐出速度ｕ１を変えた場合の、被吐出液体の粘度と予備吐出工程の吐出量との関係を示す実験結果のグラフである。
【図８】本吐出工程の吐出速度ｕ２を変えた場合の、被吐出液体の粘度と本吐出工程の吐出量との関係を示す実験結果のグラフである。
【図９】本発明の実施形態に係る液体吐出装置に用いることができる吐出ノズルの他の例の模式的な軸方向断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１、３０  ノズル（吐出ノズル）
１ａ  ノズル先端
２  接着剤
２ａ  先端液面
２ｂ  被押圧液面
３  空気層（気体層）
４  脱気水
４ａ  押圧液面
７  シリンジ
９  ステッピングモータ
１４、１６  引き戻り空間
１５  予備吐出接着剤
１７  本吐出接着剤
２０  制御ユニット
２１  吐出機構
４０  吐出機構制御部
４１  吐出条件設定部（条件設定部）
４２  データ記憶部
１００  液体吐出装置
Ｖ  吐出体積目標値
ｕ１  吐出速度（第１の押し出し速度）
ｕ２  吐出速度（第２の押し出し速度）
Ｖ１  押し出し体積（第１の押し出し体積）
Ｖ２  押し出し体積（第２の押し出し体積）
Ｖｂ１、ＶＬｂ１、ＶＨｂ１  引き戻り空間の容積
Ｖｏｕｔ、ＶＬｏｕｔ、ＶＨｏｕｔ  正味の吐出体積（被吐出液体の正味の吐出体積）
Ｖｔ、ＶＬｔ、ＶＨｔ  合計の吐出体積（第２の押し出し体積による吐出体積）
【図１】
2008290039.tif 000006
【図２】
2008290039.tif 000007
【図３】
2008290039.tif 000008
【図４】
2008290039.tif 000009
【図５】
2008290039.tif 000010
【図６】
2008290039.tif 000011
【図７】
2008290039.tif 000012
【図８】
2008290039.tif 000013
【図９】
2008290039.tif 000014