(57)【要約】【課題】電子部品、家電製品などの分野における生産工程において、接着剤，クリーンハンダ，蛍光体，電極材料，グリース，ペイント，ホットメルト，薬品，食品などの各種粉流体を、粉体の圧搾・破壊なく間欠・連続塗布ができ、長期にわたり高い塗布精度を維持することを可能とすること。【解決手段】第１のアクチュエータにより主軸に直線運動を与え、第２のアクチュエータによりこの主軸を収納するスリーブに回転運動を与えると共に、第２のアクチュエータであるモータを吐出側に配置する。【選択図】　図１
2004105799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸を相対的に軸方向移動可能に収納するスリーブと、前記スリーブ及び／又は前記主軸の少なくとも一部を収納するハウジングと、前記主軸と前記ハウジングを相対的に軸方向移動させる第１のアクチュエータと、前記スリーブと前記ハウジングを相対的に回転させる第２のアクチュエータと、前記主軸と前記ハウジングで形成され前記主軸の軸方向移動により容積が変化するポンプ室と、前記ポンプ室と連絡する流体吸入口及び吐出口から構成される流体吐出装置において、前記第２のアクチュエータが、前記第１のアクチュエータよりも吸入口側に配置されていることを特徴とする流体吐出装置。
【請求項２】
第１のアクチュエータを収納する軸駆動ユニットと、第２のアクチュエータを収納するモータユニットと、吐出側に吐出ノズルを有するポンプユニットから構成され、前記軸駆動ユニットと前記モータユニット及び前記ポンプユニットは着脱自在であることを特徴とする請求項１記載の流体吐出装置。
【請求項３】
第１のアクチュエータは電磁歪素子であることを特徴とする請求項１記載の流体吐出装置。
【請求項４】
第１のアクチュエータはリニアモータであることを特徴とする請求項１記載の流体吐出装置。
【請求項５】
前記スリーブの吐出側に装着したポンプ用スリーブと前記ハウジングの相対移動面に、流体を吐出側に圧送するねじ溝が形成されていることを特徴とする請求項１記載の流体吐出装置。
【請求項６】
前記スリーブと前記ポンプ用スリーブは着脱自在であることを特徴とする請求項３または４記載の流体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品や家電製品などの分野における生産工程に用いることができ、接着剤，クリームハンダ，蛍光体，電極材料，グリース，ペイント，ホットメルト，薬品，食品などの各種液体を定量に吐出することが可能な流体吐出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液体吐出装置（ディスペンサー）は、従来から様々な分野で用いられているが、近年の電子部品の小形化・高記録密度化のニーズに伴い、微少量の流体材料を高精度で、かつ、安定して吐出制御する技術が要請されつつある。また、例えば、ＣＲＴやＰＤＰなどのディスプレイは、近年、ますます大型化／高精細度化しており、そのディスプレイ面に蛍光体を均一に塗布するための、新たな流体塗布手段開発の要望も大きい。
【０００３】
以下、ディスプレイパネルに蛍光体材料によるスクリーンストライブを形成する場合を例に挙げ、従来技術の課題について説明する。
【０００４】
カラー表示を行うプラズマディスプレイパネル（以下「ＰＤＰ」と称す）では、前面板／背面面にＲＧＢ各色で発光する蛍光体材料から成る蛍光体層を有する。この蛍光体層は、前面板／背面面に平行線状に形成された隔壁と隔壁の間（すなわちアドレス電極上）に、ＲＧＢ各色の蛍光体材料を充填したストライブを３組形成し、そのストライブの３組を平行に隣接して多数配列した構造となっている。この蛍光体層は、スクリーン印刷方式、フォトリソグラフィ方式などによって形成される。
【０００５】
画面が大型化した場合、従来のスクリーン印刷方式では、スクリーン印刷版を精度よく位置合わせすることが難しく、蛍光体材料を充填しようとすると隔壁の頂上部分にまで材料が載ってしまい、それを除去するために研磨行程を導入するなどの方策が必要であった。
【０００６】
また、スキージ圧力の違いによって、蛍光体材料の充填量が変化し、その圧力調整は極めて微妙であり作業者の熟練度に依存する部分が多い。そのため前面板／背面面の前面にわたって一定の充填量を得ることは容易ではない。
【０００７】
更に、感光性の蛍光体材料を使用してフォトリソグラフィ方式によって蛍光体層を形成することもできるが、露光と現像の行程が必要となり、スクリーン印刷方式と比べて行程数が多くなるため、製造コストが高くなるという課題があった。
【０００８】
スクリーンストライブを形成するための課題、すなわち、ＰＤＰにおけるスクリーン印刷方式、或いは、カラーブラウン管パネルにおける「振りきり工法・写真現像方式」に係る前述した課題を解決するために、ディスペンサーを用いた直接描画方式（ダイレクトパターニング）が既に提案されている。
【０００９】
図１３は、特開平１０−２７５４３号公報に開示されているもので、ＰＤＰを対象とした蛍光体層形成装置および形成方法を示すものである。４５０は基板、４５１はこの基板を載置する載置台、４５２はペースト状の蛍光体を吐出するディスペンサー、４５３はディスペンサーの吐出ノズルである。
【００１０】
この吐出ノズルと載置台を相対的に移動させる搬送部を構成するために、載置台４５１の両側には、１対のＹ軸方向搬送装置４５４ａ，４５４ｂが設けられている。また、Ｘ軸方向搬送装置４５５が、前記Ｙ軸方向搬送装置によって、Ｙ軸方向に移動可能に搭載されている。更に、Ｚ軸方向搬送装置４５６が、Ｘ軸方向搬送装置４５５によって、Ｘ軸方向に移動可能に搭載されている。
【００１１】
上記提案によれば、従来のスクリーンマスクを用いることなく、基板仕様を数値設定するだけで基板上を移動するノズル４５３から蛍光体が吐出され、リブ間の溝に塗布されるので、任意のサイズの基板に対して蛍光体層を精度よく形成することができると共に、基板の仕様変更に容易に対応できるとされている。
【００１２】
カラーブラウン管パネルを対象とした蛍光体層形成装置についても、同様な提案が既に特公昭５７−２１２２３号公報で開示されている。この提案によれば、製造行程および製造ラインとも規模を拡大させる必要がなく、単体の装置でスクリーニングすることを可能にし、また多品種少量生産のブラウン管に対して量産効果を上げて製造させ、さらに単体でスクリーニングするため自動化ラインを小規模なマシンで稼動させる利点があるとされている。
【００１３】
【特許文献１】
特開平１０−２７５４３号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ディスペンサーを用いてパネル面に蛍光体スクリーンストライブを形成する場合でも、スクリーン印刷方式と同等の生産タクトが要望される。しかし、塗布装置に配置できるディスペンサーの本数には制約があり、千本〜数千本のスクリーンストライブをできるだけ短時間で描くためには、パネルとノズル間の相対速度を十分に大きくとる必要がある。そのためには、ディスペンサー、或いは、パネルが搭載された搬送台を高精度かつ高速で往復動作させる必要がある。
【００１５】
ここで、パネル面は蛍光体層を形成する「有効表示領域」（図１４の６０ａ）と、この有効表示領域の外周部に蛍光体層を形成しない「非有効表示領域」（図１４の６０ｂ）を有するものとする。
【００１６】
また、ディスペンサーは、搬送台に搭載されているものとし、吐出ノズル一個の挙動に注目する。パネル面の前記「有効表示領域」を、連続塗布しながら高速で走行したノズルは、パネルの端面に接近すると減速区間を経て速度を落とし、前記「非有効表示領域」に入る。この非有効表示領域でＵターン後、助走区間を経て再び有効表示領域を定常走行する。すなわち、ノズルとパネル間の相対速度は、Ｕターン区間の前後で大きく変化する。
【００１７】
このとき、ディスペンサーは次ぎのような機能を有することが望ましい。
【００１８】
▲１▼ノズルとパネル間の相対速度に合わせて、流量を可変できる。
【００１９】
▲２▼パネルの端面のＵターン区間（非有効表示領域を走行する区間）では、吐出量が完全に遮断できる。
【００２０】
▲３▼上記Ｕターン区間を経て、塗布開始時の塗布線の始点部には「細り」，「切れ」などが発生しない。同様に、塗布終了時の塗布線の終点部には、「太り」，「溜まり」などが発生しない。
【００２１】
上記▲１▼が実現できない場合、例えば、ノズルとパネル間の相対速度が定常走行の場合と比べて小さくなったにもかかわらず、吐出量を低減できなければ蛍光塗布線の線幅と厚みは所定のスペックを越えてしまうことになる。
【００２２】
生産タクトを上げる程、立上がり・立下り時間を短く、かつ相対速度の変化率を大きくとらねばならない。すなわち、ディスペンサーにはより一層高い流量制御のレスポンスが要求される。
【００２３】
上記▲２▼の必要性は次のようである。ノズルがパネルの端面のＵターン区間（非有効表示領域）を走行するとき、ノズルとパネル間の相対速度はゼロ及びその前後の極めて低速状態となる。もし、この区間でノズルから材料の流出があれば、僅かな流量でも複数本のストライブが重なるため、材料がパネル上に堆積することになる。その結果、堆積した材料が吐出ノズルの先端に附着する。この状態で再び塗布を開始した場合、吐出ノズルの先端に附着した流体塊が不連続にパネル面に散逸し、描画線の精度を著しく損ねるなどのトラブルが発生した。すなわち、パネルの端面のＵターン区間では、ディスペンサーは吐出量を完全に遮断できることが好ましい。
【００２４】
上記▲３▼は、ディスペンサー方式が従来方式、例えば、スクリーン印刷方式と同等、或いはそれ以上の品質を確保するための必須条件である。
【００２５】
以上を要約すれば、ディスペンサーを用いて、パネル面に蛍光体スクリーンストライブを高生産効率で形成するためには、ディスペンサーには流体遮断・開放が随意にできる機能を有すると共に、高い流量制御の応答性と高い流量精度を持つのが望ましい。しかしディスペンサー方式の先行例である、例えば、特公昭５７−２１２２３号公報、特開平１０−２７５４３号公報に記載された発明には、この点の詳細な記載は見当たらない。
【００２６】
さて、ディスペンサー（液体吐出装置）は、従来から様々な分野で用いられているが、近年の電子部品の小形化・高記録密度化のニーズに伴い、微少量の流体材料を高精度で、かつ、安定して供給制御する技術が要請されるようになっている。従来、液体吐出装置として、図１５に示す様なエアー方式によるディスペンサーが広く用いられており、例えば、「自動化技術‘９３．２５巻７号」などにその技術が紹介されている。
【００２７】
この方式によるディスペンサーは、定圧源から供給される定量の空気を容器（シリンダ）２００内にパルス的に印加させ、シリンダ２０１内の圧力の上昇分に対応する一定量の液体をノズル２０２から吐出させるものである。
【００２８】
このエアーの方式のディスペンサーは次の問題点があった。
（１）吐出圧脈動による吐出量のばらつき
（２）水頭差による吐出量のばらつき
（３）液体の粘度変化による吐出量変化
上記（１）の現象は、タクトが短く吐出時間が短い程顕著に表れる。そのため、エアーパルスの高さを均一化するための安定化回路を施すなどの工夫がなされている。
【００２９】
上記（２）は、シリンダ内の空隙部２０１の容積が液体残量Ｈによって異なるため、一定量の高圧エアーを供給した場合、空隙部２０１内の圧力変化の度合が、上記液体残量Ｈによって大きく変化してしまうというのがその理由である。液体残量が低下すれば、塗布量が例えば最大値と比べて５０〜６０％程度減少してしまうという問題点があった。そのために、吐出毎に液体残量Ｈを検知し、吐出量が均一になる様にパルスの時間幅を調整するなどの方策がなされている。
【００３０】
上記（３）は、例えば、多量の溶剤を含んだ材料が時間とともに粘度が変化した場合に発生する。そのための対策として、時間軸に対する粘度変化の傾向をあらかじめコンピュータにプログラミングしておき、粘度変化の影響を補正するように例えば、パルス幅を調節する等の方策がなされていた。
【００３１】
上記課題に対するいずれの方策も、コンピュータを含む制御系が繁雑化し、また、不規則な環境条件（温度など）の変化に対する対応は困難であり、抜本的な解決案にはならなかった。
【００３２】
エアー方式の上記課題に加えて、この方式のディスペンサーは応答性が悪いという欠点があった。この欠点は、シリンダ２００に封じ込められた空気の圧縮性と、エアーを狭い隙間に通過させる際のノズル抵抗によるものである。すなわち、エアー方式の場合、シリンダの容積：Ｃとノズル抵抗：Ｒで決まる流体回路の時定数：Ｔ＝ＲＣが大きく、入力パルスを印加後、吐出開始に例えば０．０７〜０．１秒程度の時間遅れを見込まねばならない。
【００３３】
上記エアー方式の欠点を解消するために、吐出ノズルの入口部にニードルバルブを設けて、このニードルバルブを構成する細径のスプールを軸方向に高速で移動させることにより、吐出口を開閉させるディスペンサーが実用化されている。しかしこの場合、流体の遮断時、相対移動する部材間の隙間はゼロとなり、数ミクロン〜数十ミクロンの平均粒径の粉体は機械的に圧搾作用を受け破壊される。その結果、発生する様々な不具合のため、本発明の実施の形態である蛍光体塗布などへの適用は困難な場合が多い。
【００３４】
また、同目的のために、粘性ポンプであるねじ溝式のディスペンサーも既に実用化されている。ねじ溝式の場合、ノズル抵抗に依存しにくいポンプ特性を選ぶことができるため、定常連続吐布時には好ましい結果が得られる。しかし、連続塗布線の始終端を高速で制御する必要がある場合、あるいは高速間欠塗布が必要な場合は、粘性ポンプの性格上充分な対応ができない。そのため従来ねじ溝式では、
（１）モータとポンプ軸の間に電磁クラッチを介在させ、吐出のＯＮ，ＯＦＦ時にこの電磁クラッチを連結あるいは開放する。
【００３５】
（２）ＤＣサーボモータを用いて、急速回転開始あるいは急速停止させる。
【００３６】
しかし、上記いずれも機械的な系の時定数で応答性が決まるため、塗布流量の高速制御には制約があった。応答性はエアーパルス方式と比較すると良好であるが、しかし最短時間でも０．０５秒程度が限界であった。また、ポンプ軸の過渡応答時（回転始動時と停止時）の回転特性に不確定要因が多いため、流量の厳密な制御は難しく、塗布精度にも限界があった。
【００３７】
以上の理由から、従来ディスペンサーの構造、或いは適用方法をそのまま導入しても、パネル面に蛍光体スクリーンストライブを高生産効率で形成するための条件を満足させるのは困難であった。
【００３８】
本発明者らは、既に特願２００１−３８５８０４に記載の発明において、ディスペンサーに高速吐出遮断、高速吐出開放、流量制御の機能を与えることにより、ディスプレイパネル面に蛍光体、電極材などのパターンを高生産効率で形成するための条件、
▲１▼ステージの加減速に合わせて、高い応答性で流量を可変できる。
【００３９】
▲２▼ノズル先端が塗布領域から非塗布領域へ、或いはその逆に移行する際の流体の高速遮断・高速開放が随意にできる。
などを満足させるディスプレイパネルのパターン形成方法および形成装置を提案している。
【００４０】
また、上記提案に先立ち、本発明者らは特願２０００−１８８８９９に記載の発明において、高粘度流体・粉流体の微少流量塗布に係る、近年の様々な要求に応えるためのディスペンサーの具体構造、すなわち、ピストンとシリンダの間に相対的な直線運動と回転運動を与えると共に、回転運動により流体の輸送手段を与え、直線運動を用いて流出量を制御する塗布方法を提案している。
【００４１】
図１２において、１０１は超磁歪素子で構成される第１のアクチュエータ、１０２は第１のアクチュエータ１０１によって直線駆動される主軸（ピストン）、１０３は第１のアクチュエータ１０１を収納するハウジングである。このハウジング１０３の下端部（フロント側）に、主軸１０２を収納するポンプ部１０４が装着されている。１０５は主軸１０２に回転運動を与える第２のアクチュエータ、１０６はモータロータ、１０７はモータロータの主軸、１０８はモータステータである。
【００４２】
１１１及び１１２は超磁歪素子から構成される円筒形状のリア側超磁歪ロッド及びフロント側超磁歪ロッドである。１１３は超磁歪ロッド１１１，１１２の長手方向に磁界を与えるための磁界コイルである。１１４，１１５及び１１６は超磁歪ロッド１１１，１１２にバイアス磁界を与えるためのリア側，中間部，フロント側の永久磁石である。リア側とフロント側の永久磁石１１４，１１６が、超磁歪ロッド１１１，１１２と中間部永久磁石１５を矜持する形で配置されている。
【００４３】
１１７は超磁歪ロッド１１１のリア側に配置され、磁気回路のヨーク材であるリア側ヨーク、１１８は超磁歪ロッド１１２のフロント側に配置され、ヨーク材を兼ねたフロント側スリーブ、１１９は磁界コイル１３の外周部に配置された円筒形状のヨーク材である。すなわち、超磁歪ロッド１１１，１１２、磁界コイル１１３、永久磁石１１４〜１１６、リア側ヨーク１１７、フロント側スリーブ１１８、ヨーク材１１９により、磁界コイルに与える電流で超磁歪ロッドの軸方向の伸縮を制御できる超磁歪アクチュエータ（第１のアクチュエータ１０１）を構成している。
【００４４】
１２０は上部主軸７を回転自在、かつ軸方向に移動可能に収納するリア側スリーブである。このリア側スリーブ１２０もまた軸受１３４により、中間ハウジング１２１に対して回転自在に支持されている。
【００４５】
１２２はリア側ヨーク１１７とリア側スリーブ１２０の間に装着されたバイアスバネである。フロント側スリーブ１１８は主軸１０２を軸方向移動可能に収納している。モータ５から伝達された主軸２の回転動力は、主軸２、フロント側スリーブ１１８の間に設けられた回転伝達キー１２３によってフロント側スリーブ１１８に伝達される。また、フロント側スリーブ１１８も軸受１２４によって、ハウジング１０３に回転自在に支持されている。１２５は上部主軸１０７の回転位置情報を検出するためのエンコーダ、１２６は主軸１０７の上端面１２７の軸方向変位を検出するための変位センサーである。
【００４６】
１２８は主軸１０２の外表面に形成された流体を吐出側に圧送するためのねじ溝、１２９は流体シール、１３０はシリンダである。
【００４７】
この主軸１０２とシリンダ１３０の間で、主軸１０２とシリンダ１３０の相対的な回転によってポンピング作用を得るためのポンプ室１３１（流体輸送室）を形成している。また、シリンダ１３０には、ポンプ室１３１と連絡する吸入孔１３２が形成されている。１３３はシリンダ１３０の下端部に装着された吐出ノズル、１３４はシリンダ１３０の吐出側端面に締結された吐出プレートである。１３５は主軸２の吐出側端面、主軸１０２の吐出側端面１３５の対向面１３６の中央部に吐出ノズル１３３の開口部１３７が形成されている。
【００４８】
上記構成により、回転運動と微少変位の直線運動の制御を同時に、かつ独立して行うことができる「２自由度・複合動作アクチュエータ」が実現できる。この機能を用いて、主軸の定常回転状態を保ったままで、主軸の吐出側端面の隙間の大きさを任意に制御することができる。すなわち、吸入口１３２から吐出ノズル１３３に至るいかなる流通路の区間も機械的に非接触の状態で、始終端における粉流体の遮断・開放の制御ができる。
【００４９】
ディスプレイパネル面の蛍光体塗布に適用した上記提案（特願２００１−３８５８０４）では、連続描画の終了点、すなわち吐出ノズル先端が表示領域から非表示領域に移行する段階では、隙間を急峻に増大させることにより、負圧を発生させて流体を高速で遮断している。非表示領域でのＵターン後、描画の開始点では主軸の吐出側端面の隙間を減少させて、速やかに連続塗布を開始する。
【００５０】
さて、上記既提案のディスペンサー構造には、次の様な課題があった。そのひとつは、主軸１０２の高い振れ精度を確保するのが難しいという点である。
【００５１】
主軸１０２のラジアル方向は、リア側スリーブ１２０とフロント側スリーブ１１８の上下２箇所によって、回転自在かつ直線運動自在に支持されている。さらに、リア側スリーブ１２０とフロント側スリーブ１１８は玉軸受１２４、１３４によって回転自在に支持されている。つまり、主軸１０２と固定側の間には、ラジアル方向に２つの摺動隙間が介在する。
【００５２】
通常、２つの玉軸受間で支持された回転体を精度よく支持するために、軸受に軸方向予圧をかけることにより、玉軸受のラジアル・スラスト方向のガタを吸収する方法が採用される。しかし本構造では、主軸１０２は回転と直線運動を同時に行うという特殊な動作をさせるためこの方法は採用できない。つまり、主軸１０２とリア側スリーブ１２０、及び主軸１０２とフロント側スリーブ１１８のラジアル方向の摺動部のギャップは吸収できず、このギャップの範囲内では主軸２の軸芯精度は保証されない。
【００５３】
ねじ溝が偏芯して回転した場合の影響は流量変化に現れる。偏芯量が増すと流量は僅かだが増大していき、この流量変化は連続塗布線の線幅・厚みのバラツキをもたらすことになる。
【００５４】
２つ目の課題は、ねじ溝軸の交換が難しいという点である。
【００５５】
ねじ溝ポンプは、通常適用する塗布材料、塗布条件に合わせて、ベストな仕様（溝深さ、溝角度など）を選択する必要がある。上記構造では、ねじ溝軸の交換の度にディスペンサー本体を解体せねばならない。また、ねじ溝部分１２８と主軸２を分離し、主軸２に継ぎ手を設けて、ねじ溝軸を交換可能にした場合でも、前述したように、主軸２自身がラジアル方向にガタを有するため、再現性の高いねじ溝軸の装着は難しい。
【００５６】
以上、ディスプレイパネルに蛍光体材料によるスクリーンストライブを形成する場合を例に上げ、従来技術の課題、及び既提案のディスペンサーの課題について説明した。
【００５７】
蛍光体スクリーンストライブ以外の材料、たとえば電極材料、表面実装（ＳＭＴ）の分野における接着剤、半田などによるパターン形成の場合でも基本課題は同様である。
【００５８】
本発明は、上述した既提案のディスペンサー構造をベースに、さらに大幅な改良を図るもので、第１のアクチュエータにより主軸に直線運動を与え、第２のアクチュエータによりこの主軸を収納するスリーブに回転運動を与えると共に、第２のアクチュエータであるモータを吐出側に配置する構成により、ポンプ部分の大幅な回転振れ精度の向上を図ったものである。
【００５９】
本発明を適用すれば、連続、間欠を問わず塗布精度の大幅な向上が図れると共に、長期にわたり塗布精度の高い再現性と信頼性が得られる塗布装置を実現できる。
【００６０】
【課題を解決するための手段】
本発明の吐出装置は、主軸を相対的に軸方向移動可能に収納するスリーブと、前記スリーブ及び、又は前記主軸の少なくとも一部を収納するハウジングと、前記主軸と前記ハウジングを相対的に軸方向移動させる第１のアクチュエータと、前記スリーブと前記ハウジングを相対的に回転させる第２のアクチュエータと、前記主軸と前記ハウジングで形成され前記主軸の軸方向移動により容積が変化するポンプ室と、このポンプ室と連絡する流体吸入口及び吐出口から構成される流体吐出装置において、前記第２のアクチュエータは、前記第１のアクチュエータよりも吸入口側に配置されていることを特徴とする。
【００６１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をディスプレイの蛍光体塗布用ディスペンサーに適用した第１の実施形態について、図１を用いて説明する。
【００６２】
図１に示すディスペンサーの構造は、大きく分けて３つのユニットから構成される。「軸駆動ユニット５０」は、主軸とこの主軸を駆動する第１のアクチュエータから構成される。第１のアクチュエータは、超磁歪素子により主軸を軸方向に駆動する。更に、非接触で電力供給できる超磁歪素子の特徴を利用して、この主軸は軸方向移動と共に回転可能の構造になっている。「モータユニット５１」は、円筒形状のスリーブとこのスリーブを回転駆動する第２のアクチュエータ（モータ）により構成される。「ポンプユニット５２」は、ねじ溝が形成されたスリーブと、このねじ溝軸を収納するハウジングと、吐出ノズルから構成される。本実施形態のポンプ部は、
▲１▼ねじ溝が形成されたスリーブの回転により、流体にポンピング圧力を与えて吐出側に輸送させる機能
▲２▼主軸の直線運動を用いて、連続塗布を高速で遮断及び開放する機能
上記▲１▼〜▲２▼を併せ持つ構造となっている。
【００６３】
以下、まず、軸駆動ユニット５０について説明する。
【００６４】
第１のアクチュエータ１は超磁歪素子による直動型アクチュエータである。２は超磁歪アクチュエータによって駆動される主軸、３はリア側回転スリーブ、４は前記アクチュエータ１を収納するハウジングＢである。５は超磁歪材料から構成される円筒形状の超磁歪ロッドである。この超磁歪ロッド５はバイアス永久磁石Ａ６、バイアス永久磁石Ｂ７を上下に挟んだ形で、上部回転スリーブ８とヨーク材を兼ねた可動スリーブ２の間に固定されている。
【００６５】
９は超磁歪ロッド５の長手方向に磁界を与えるための磁界コイル、１０は円筒形状のヨークでありハウジングＢ４に収納されている。５５は円筒状のヨーク部材（磁性体）であり、非磁性の主軸２と一体で構成される。
【００６６】
このバイアス永久磁石Ａ６及びバイアス永久磁石Ｂ７は、超磁歪ロッド５に予めに磁界をかけて磁界の動作点を高めるもので、７→５→６→８→１０→５５→７により、超磁歪ロッド９の伸縮を制御する閉ループ磁気回路を形成している。すなわち、部材２，５５と５〜１０により、磁界コイルに与える電流で超磁歪ロッドの軸方向の伸縮を制御できる超磁歪アクチュエータ１（第１のアクチュエータ）を構成している。
【００６７】
超磁歪材料は希土類元素と鉄の合金であり、例えば、ｂＦｅ２，ＤｙＦｅ２，ＳｍＦｅ２などが知られており、近年急速に実用化が進められている。主軸２と上部回転スリーブ８の間には、超磁歪ロッド５に機械的な軸方向与圧を与えるバイアスバネ１１が設けられている。上記構成により、超磁歪素子の電磁コイル９に電流を印加すると、超磁歪ロッド５は印加電流の大きさに比例して伸縮し、主軸２を軸方向に移動させる。
【００６８】
１２はリア側回転スリーブ３を支持する軸受、１３はハウジングＡ、１４は上部蓋、１５は上部回転スリーブ８を支持する軸受、１６は上部蓋１４に装着され主軸２の軸方向位置を検出するための変位センサーである。１７は主軸２の吐出側端面に装着されたピストン軸、１８はピストン軸の吐出側端面、１９はシール部材、２０は締結部である。２１は主軸２とリア側回転スリーブ３の間に設けられた回転伝達部である。上部蓋１４、ハウジングＡ１３、ハウジングＢ４が第一のアクチュエータを収納する軸駆動ケースである。上記部材１〜２１により、軸駆動ユニット５０を構成している。
【００６９】
２２は回転スリーブ、２３はこの回転スリーブに回転運動を与えるモータのモータロータ、２４はハウジングＣ（モータケース）、２５はモータステータ、２６及び２７はそれぞれ回転スリーブ２２を支持する軸受である。回転スリーブ２２の吐出側端面には、ねじ溝スリーブ２８がボルト２９により締結される。また、両部品の勘合部にはテーパ部３０が形成されている。ねじ溝スリーブ２８の外表面には、塗布流体にポンピング作用を与えるねじ溝３１（図５）が形成されている。モータロータ２３、モータステータ２５で第２のアクチュエータ３２を構成し、上記部材２２〜３１により、モータユニット５１を構成している。
【００７０】
３３はハウジングＤ（ポンプケース）、３４は吸入口、３５は吐出ノズルである。上記部材３３〜３５により、ポンプユニット５２を構成している。上述した３つのユニットのうち、軸駆動ユニット５０とモータユニット５１はボルト３６により締結され、モータユニット５１とポンプユニット５２はボルト３７により締結される。
【００７１】
図２に軸駆動ユニット５０、図３にモータユニット５１、図４にポンプユニット２９のみを抽出した図を示す。また、図５にポンプユニット２９にねじ溝スリーブ２８を挿入した状態を示す。
【００７２】
図５において、３８はピストン軸１７（主軸２）とハウジングＤ３３、吐出ノズル３５で形成されるポンプ室である。このポンプ室３８は、主軸２の軸方向移動により容積が変化する。この容積変化を利用して、本実施形態では、後述するように描画線の始終端の制御を行う。
【００７３】
軸駆動ユニット５０、モータユニット５１は互いに依存することなく、独立した機能を持っているために、個別に組立てや調整ができる。例えば、軸駆動ユニット５０（図２）は、ピストン軸１７の端面１８において、その絶対位置と軸方向ストロークが目標値を満足しているかどうかをチェックすればよい。
【００７４】
また、主軸２の上端部に設けられた変位センサー１６からの出力をもとに、主軸２の正確な位置決め制御、速度制御がなされているかどうかも軸駆動ユニット５０単体で評価すればよい。
【００７５】
同様に、モータユニット５１（図３）は、ねじ溝スリーブ２８吐出側端部（矢印５６の位置）で、振れ精度、ラジアル剛性などが目標値を満足しているかどうかをチェックする。
【００７６】
各ユニット単体での評価が完了後、図６に示すごとく、３つのユニットを装着すれば、ディスペンサーは組み立てを完了する。このとき、軸駆動ユニット５０の一部品である主軸２は、先端にピストン軸１７を装着した状態で、モータユニット５１の回転スリーブ２２とねじ溝スリーブ２８を貫通して挿入される。
【００７７】
本実施形態の構造では、モータの回転トルクはねじ溝スリーブ２８とピストン軸１７の間に装着されたＯリング（シール部材１９）の摺動抵抗により、主軸２に伝達される。また、軸駆動ユニット５０において、主軸２とリア側回転スリーブ３の間に回転伝達部２１が設けられている。回転伝達部２１の形状は、角型断面となっており、主軸２はリア側回転スリーブ３に対して回転のみを伝達し、主軸２の直線運動に対してはフリーとなっている（図示せず）。
【００７８】
なお、主軸２の超磁歪ロッド５を貫通する部分には非磁性材料（詳細図略）を用いて、超磁歪ロッド５の伸縮を制御する閉ループ磁気回路には影響を与えないようにした。上記構成により、ねじ溝スリーブ２８は回転運動のみを行い、主軸２（及びピストン軸１７）は回転運動と微少変位の直線運動の制御を同時に、かつ独立して行うことができる。
【００７９】
また、主軸２（及びピストン軸１７）は、ねじ溝スリーブ２８と同一の回転数で回転するため、両部材１７、２８の間に円周方向での速度差は発生しない。この点は、ディスペンサーを構成する各部材の長期的な信頼性を得る上で、実用上、極めて有利な条件となる。もし、ピストン軸１７の外周部とねじ溝スリーブ２８の内周部で速度差があれば、両部材間の間隙に侵入した蛍光材料の硬い微粒子の「研磨作用」によって、部材が磨耗しシール性能の劣化をもたらすなどのトラブルが発生する。本実施形態では、ピストン軸１７とねじ溝スリーブ２８は軸方向に相対移動する。しかし、そのストロークはたかだか数十μｍであり、その変位は両部材の間に装着したシール部材（Ｏリング）１９の弾性変形内に留まるため、部材の磨耗等の問題は発生しなかった。
【００８０】
以下、本発明をディスプレイの蛍光体塗布に適用したもう一つの実施形態について、補足説明をする。本実施形態では、超磁歪素子で駆動される主軸２（以下ピストン軸と呼ぶ）が回転と同時に高速の直線運動ができることを利用して、次の方法で塗布線の始終端に係る課題の解決をはかった。
【００８１】
▲１▼塗布開始時には、ピストン軸を急速に降下させると同時にモータの回転を開始する。
【００８２】
▲２▼塗布終了時には、ピストン軸を上昇させると同時にモータの回転を停止する。
【００８３】
本実施形態では、ピストン軸を超磁歪素子で駆動しているため、ピストン軸の入力信号に対する出力変位の応答性は、１０−３ｓｅｃ（１０００Ｈｅｒｚ）のオーダーであった。隙間が変化してからスクイーズ圧力発生に至る時間遅れは僅少であるため、極めて高速の遮断・開放の流量制御ができた。
【００８４】
図７は、超磁歪素子によって駆動されるピストンの変位曲線、図８はモータの回転数を、Ｎ＝０ｒｐｍからＮ＝２００ｒｐｍまで立ち上げたときに発生するねじ溝のポンピング圧力Ｐｐを示す。図９はピストン軸を上昇・下降させることによって発生する、吐出ノズルの上流側におけるスクイーズ圧力Ｐｓの解析結果を示す。
【００８５】
また、図１０は上記ねじ溝のポンピング圧力Ｐｐとスクイーズ圧力Ｐｓを合成した圧力Ｐｎ（＝Ｐｐ＋Ｐｓ）である。このスクイーズ圧力Ｐｓは、Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程式（省略）を表１の条件下で解いて求めたものである。
【００８６】
（１）塗布開始時
塗布開始前の状態では、モータの回転は停止しており、ピストン軸はその対向面との間隙：Ｘｐ＝４０μｍの状態にある。ｔ＝０．０２秒でピストンが間隙：Ｘｐ＝４０→３０μｍへ急降下を開始すると、吐出ノズルの上流側圧力：Ｐｎは急上昇する。その理由は、式（１）のＲｅｙｎｏｌｄｓ方程式がｄｈ／ｄｔ＜０のとき発生するスクイーズ作用によるものである。
【００８７】
スクイーズ作用は、粘性流体を用いた流体軸受の動圧効果の一種である。このスクイーズ効果による急峻なピーク圧力（オーバーシュート）の発生により、吐出ノズル先端での表面張力に打ち勝つ大きな運動エネルギが流体に与えられるために、ノズル先端に流体塊を作ることなく塗布を開始できる。
【００８８】
始点における塗布線をスムーズに描かせるためオーバーシュート圧力は、ピストンのストロークが大きい程、立ち上がり時間が短い程大きい。すなわち、吐出ノズル先端の流体の表面張力に打ち勝ちと共に、始点での塗布線の「太り」にならない範囲で、このオーバーシュート圧力の大きさを設定すればよい。
【００８９】
（２）定常走行時
０．０３＜ｔ＜０．０７秒の間は、ピストン軸はその対向面との間隙：Ｘｐ＝３０μｍの状態を保ちながら、ねじ溝の回転によるポンピング圧力Ｐｂによる定量吐出により、連続線が塗布される。ピストン軸とその対向面の間にも流体抵抗があるが、間隙：Ｘｐ＝３０μｍの流体抵抗は十分に小さいために、必要流量を吐出させることができた。この区間ではスクイーズ圧力の発生はない。この理由は、スクイーズ圧力は隙間ｈが変化しているときのみ発生するからである。
【００９０】
（３）塗布終了時
ｔ＝０．０７秒で、モータの減速と同時に、ピストン軸が間隙：Ｘｐ＝３０→４０μｍへ上昇を開始すると、吐出ノズルの上流側圧力Ｐｎは、図１０で示すように、一時的に急降下する。圧力が急降下する理由は、ピストンが急上昇してもスラスト端面とその対向面で形成される空隙部のギャップはまだ十分に狭く、空隙部の外周部から中心部の間で、求心方向の流体抵抗があるからである。この流体抵抗により、容易には外周部から流体は補給されず、圧力は降下する。理論的には、Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程式のｄｈ／ｄｔ＞０となる逆スクイーズ作用とも言うべき効果による。大きなマイナス圧力となっているのは、本解析が流体の圧縮性を考慮していないからである。実際は気泡などの発生により流体圧力は絶対圧力ゼロ以下（Ｐｎ＜０．０ＭＰａ）にはならない。
【００９１】
この急峻な負圧発生によって、吐出ノズルからの流体が遮断されるだけでなく、ノズル先端の流体塊をノズル内部に若干量吸引させるサックバックの効果が得られる。スクイーズ圧力による負圧発生後は、モータの回転は停止するため、ねじ溝のポンピング圧力による流体の吐出はない。したがって、ノズルが非有効表示領域（Ｕターン区間）を通過している間、ノズル内部の流体のメニスカスは、ノズル先端で流体塊を作ることなく同一の位置を保ち続ける。そのため、前述した流体塊のボタ落ちなどのトラブルは回避できる。
【００９２】
なお、本実施形態ではピストン軸とその対向面の最小隙間は、Ｘｍｉｎ＝３０μｍに設定した。本実施形態の蛍光体の粒径はφｄ＝７〜９μｍであり、Ｘｍｉｎ＞φｄであるため、吸入口から吐出口に至る通路で蛍光体の微粒子を機械的に圧搾・破損することはない。
【００９３】
【表１】
2004105799.tif 000003
【００９４】
本実施形態では、塗布線の始点・終点をスムーズに描かせるためのオーバーシュート圧力とサックバック圧力を、ピストン軸の軸方向運動によって得ることができた。本実施形態では、ピストン変位曲線（図７に一例を示す）は任意の形状を設定することができる。また、ピストン軸を駆動する超磁歪素子は高い応答性をもつために、変位曲線が急峻な変化をしても十分に追従できる。すなわち、超磁歪素子の変位・速度制御により、モータの回転数制御ではできない微妙な始終端の吐出圧力と流量の制御ができる。
【００９５】
上記実施形態では、超磁歪素子の軸方向変位の制御と、モータの回転数制御を組み合わせることにより、連続塗布線の始終端の課題を解決すると共に、Ｕターン区間において、吐出ノズルから材料のリークが無い完全遮断状態を任意の時間保つことができた。
【００９６】
Ｕターン区間を十分に短く設定できる場合は、後述する実施例のように、モータの回転を維持したままで、ピストンのみの駆動により終点での流量遮断と始点での開放ができる。ディスプレイパネルの外周部（図１４の６３）に障害物（たとえばウオール）がある場合は、ディスペンサーの本体と障害物が接触しない範囲で、吐出ノズル（３５に相当する部分）の全長を長くとればよい。
【００９７】
また、流体圧送手段であるねじ溝ポンプは、本発明を実施する上で必須条件では無い。外部に設置された圧力源（ポンプあるいはエアー圧）を利用して、流体をポンプ室３８に供給してもよい。この場合は、スリーブ（部材２８に相当）にねじ溝は形成する必要は無い。しかし、ねじ溝を形成しない場合でも、スリーブ（部材２８に相当）を回転させて、スリーブとハウジングの間に相対速度を与えればよい。高分子・低分子材料の多くは、せん断速度の増加と共に粘度が低下する特性を持っている。例えば、粘度の低下が飽和する高せん断領域にせん断速度（回転数）を設定すれば、ディスペンサーを粘度変化に依存しにくい、安定した塗布条件下で用いることができる。
【００９８】
さて、本発明からなるディスペンサーは、既提案の「２自由度アクチュエータとスラスト動圧シールを組み合わせる方法」を用いても、遮断・開放の制御ができる。以下この方法を適用した第２の実施形態について説明をする。
【００９９】
図１１（ａ）はスラスト動圧シールのモデル図、図１１（ｂ）のグラフはスラスト動圧シールの変位と発生圧力の関係を示す原理図である。
【０１００】
シール用スラスト溝３００は、スラスト動圧軸受として知られている公知のものである。さて、スラスト軸受の発生できるシール圧力は次式で与えられる。
【０１０１】
【数１】
2004105799.tif 000004
【０１０２】
（１）式において、ωは回転角速度、Ｒ０はスラスト軸受の外半径、Ｒ０はスラスト軸受の内半径、ｆは溝深さ、溝角度、グルーブ幅とリッジ幅などで決まる関数である。なお動圧溝は、図１を用いて説明すれば、ピストン軸１７の端面１８の相対移動面に形成する。
【０１０３】
図１１のグラフにおける曲線（イ）は、下記表２の条件下で、スパイラルグルーブ型スラスト溝を用いた場合のギャップδに対するシール圧力ＰＳの特性を示すものである。同図のグラフにおける曲線（ロ）は、軸方向流動が無い場合について、ラジアル溝のポンピング圧力と軸先端のギャップδの関係を示す一例である。このラジアル溝のポンピング圧力は、上記スラスト溝同様、ラジアル隙間、溝深さ、溝角度の選択によって広い範囲で選ぶことができる。しかし定性的には、ラジアル溝のポンピング圧力Ｐｒは軸先端の空隙の大きさ（すなわちギャップδの大きさ）に依存しない。
【０１０４】
さて、シール用スラスト溝のギャップδが十分大きいとき、たとえばギャップδ＝１５μｍのとき、発生圧力はＰ＝０．０６ｋｇ／ｍｍ２（０．６９ＭＰａ）である。
【０１０５】
主軸３０１を回転させたままで、主軸３０１の端面を固定側の対向面に接近させる。ギャップδ＜１０．０μｍなると、シール圧力がラジアル溝のポンピング圧力Ｐｒより大きくなり、流体の吐出口側への流出は遮断される。
【０１０６】
流体の流出が遮断された状態では、吐出ノズルの開口部近傍３０２の流体は、スラスト溝３００によって遠心方向のポンピング作用を受けているために、開口部３００近傍は負圧（大気圧以下）となる。この効果により、遮断後、吐出ノズル３００内部に残存していた流体は再びポンプ内部に吸引される。その結果、吐出ノズル先端で表面張力による流体魂ができることはなく、糸引き、洟垂れが解消されるのである。
【０１０７】
上記シール方法を要約すれば、スラスト溝によるシール圧力は、ギャップδが小さくなると急激に増大するのに対して、ラジアル溝のポンピング圧力はギャップδの変化に対して極めて鈍感である、という点を利用している。
【０１０８】
なお、上記スラスト溝は、回転側、固定側のどちらに形成してもよい。また、微少粒子が含まれた蛍光体、電極材料のような粉流体を塗布する場合は、ギャップδの最小値δｍｉｎは微少粒子径φｄよりも大きく設定すればよい。
【０１０９】
δｍｉｎ＞φｄ　　　　　　　　　　　　　　…　　　　　（２）
同一の発生圧力に対して、より大きなギャップを得るためには、回転数を高くするか、主軸の外径を大きくかつ溝深さ、溝角度等に適切な値を選べば良い。
【０１１０】
【表２】
2004105799.tif 000005
【０１１１】
上記実施形態では、スラスト動圧シールが形成された吐出部に蛍光体ペーストを供給する圧力源として、ねじ溝ポンプを用いた。このねじ溝ポンプの代わりに、外部に設置されたポンプを塗布流体の圧力源としてもよい。あるいは、工場内で常備されたエアー圧でもよい。要は、スラスト動圧シールが発生できる最大シール圧力以下に、圧力源の供給圧を設定すればよい。
【０１１２】
本発明の流体吐出装置を微少流量ディスペンサーあるいはポンプとして用いる場合は、第１のアクチュエータに圧電素子或いは、超磁歪素子のような電磁歪型を用いれば、数ＭＨｚ以上の高い応答性を持つという点で好ましい効果が得られる。
【０１１３】
また、高粘度流体を高速で吐出させる場合、前記第１のアクチュエータには高い流体圧に抗する大きな推力が要求される。この場合、数百〜数千Ｎの力が容易に出せる電磁歪型アクチュエータが有利である。なお本明細文では、圧電素子あるいは超磁歪素子を電磁歪素子と呼ぶことにする。
【０１１４】
本実施形態で示したような微少流量を扱うポンプでは、ピストン軸の軸方向変位は数μｍ〜数１０μｍの微少変位でよい。この微量変位で良いことを利用すれば、圧電素子、超磁歪素子のストロークの限界は問題とならない場合が多い。
【０１１５】
圧電素子あるいは超磁歪素子を第１のアクチュエータとして用いた場合、素子の入力電圧（超磁歪素子の場合は電流）と変位は比例するため、変位センサーなしのオープンループ制御でもピストン軸（主軸）のストローク制御は可能である。しかし本実施形態のような位置検出手段を設けてフィードバック制御をすれば、より高い精度の流量制御ができる。
【０１１６】
電磁ソレノイド、リニアモータ等のアクチュエータも、前述したように、本発明に適用可能であり、電磁歪素子と比べて応答性は一桁程悪くなるが、ストロークの制約は大幅に緩和される。
【０１１７】
第１、第２の実施形態とも、適用する対象によって始終端での塗布線の「切れ味」がそれ程要求されない場合は、第１のアクチュエータに電磁歪素子を使う代わりに、リニアモータを用いてもよい。この場合、主軸のストロークの限界は大きくとれるために、Ｕターン時の遮断時間は十分に長くでき、モータの回転数制御を省略できる。
【０１１８】
本実施形態では、ポンプ室に塗布流体を供給する圧力源としてねじ溝ポンプを用いているが、ねじ溝式以外のポンプでも本発明を適用することができる。例えば、ツイン・スクリュー式，トロコイド式，モーノ式，ギヤ式，ピストン式などの種類のポンプを適用できる。或いは、高圧エアーを塗布流体に印加するエアー式でもよい。
【０１１９】
【発明の効果】
本発明を用いた流体吐出装置により、高粘度粉流体を流路内部での粉体の堆積、目詰まりなどのトラブルなく、高精度・高速で塗布が可能となる。また、組立、調整などのメンテナンス性に優れる共に、長期にわたり高い塗布精度を維持することも可能となり、その実用的効果は絶大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態によるディスペンサーを示す正面断面図
【図２】上記実施形態の軸駆動ユニットを示す図
【図３】上記実施形態のモータユニットを示す図
【図４】上記実施形態のポンプユニットを示す図
【図５】上記ポンプユニットにねじ溝スリーブを挿入した状態を示す図
【図６】上記３つのユニットの相対位置関係を示す図
【図７】本実施形態に係るピストンの変位曲線示す図
【図８】モータの回転により発生するねじ溝のポンピング圧力Ｐｐを示す図
【図９】ピストン軸を上昇・下降させることによって発生するスクイーズ圧力Ｐｓの解析結果を示す図
【図１０】上記図８と図９を合成した図
【図１１】第２の実施形態に係るスラスト動圧シールのシール圧力と隙間の関係を示す図
【図１２】既提案のディスペンサーの正面断面図
【図１３】従来提案のＰＤＰを対象とした蛍光体層形成装置を示す図
【図１４】ＰＤＰパネルの有効表示領域と非有効表示領域を示す図
【図１５】従来例のエアーパルス方式を示す図
【符号の説明】
１　　第１のアクチュエータ
２８　スリーブ
３２　第２のアクチュエータ
３３　ハウジング
３４　吸入口
３５　吐出口
３８　ポンプ室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004105799.tif 000009
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2004105799.tif 000014
【図１０】
2004105799.tif 000015
【図１１】
2004105799.tif 000016
【図１２】
2004105799.tif 000017
【図１３】
2004105799.tif 000018
【図１４】
2004105799.tif 000019
【図１５】
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