(57)【要約】【課題】液体の目詰まり、特に酸化膜による目詰まりを抑制する等。【解決手段】液体噴射装置１００は、溶融はんだＳ１を貯留するタンク１０と、タンク１０の下に設けられタンク１０と連通するとともにダイアフラム３０からなる壁面を有するポンプ室２０と、ポンプ室２０の下に設けられポンプ室２０と連通する吐出ノズル４０と、ダイアフラム３０を間欠的に押圧することにより溶融はんだＳ１を吐出ノズル４０から下へ吐出する圧電アクチュエータ５０とを備えたものである。タンク１０、ポンプ室２０及び吐出ノズル４０が鉛直方向に配設されていることにより、酸化膜がポンプ室に入り込まず、かつ溶融はんだＳ１が自重によって流れやすくなるので、目詰まりが抑制される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯留するタンクと、このタンクの下方に設けられ当該タンクと連通するポンプ室と、このポンプ室の下方に設けられ当該ポンプ室と連通するとともに前記液体を下方へ向けて吐出する吐出ノズルと、前記ポンプ室に作用することにより前記吐出ノズルの動作を付勢するアクチュエータと、
を備えた液体噴射装置。
【請求項２】
前記ポンプ室はダイアフラムからなる壁面を有し、前記アクチュエータは前記ダイアフラムを間欠的に押圧することにより前記吐出ノズルの動作を付勢する、
請求項１記載の液体噴射装置。
【請求項３】
ブロック体内に前記ポンプ室が形成され、当該ブロック体の上に前記タンクが取り付けられ、当該ブロック体の下に前記吐出ノズルが取り付けられた、
請求項２記載の液体噴射装置。
【請求項４】
前記ポンプ室は、水平方向に軸線を有する円柱状を呈するとともに一方の円形の壁面が前記ダイアフラムである空洞部と、前記タンクに入口が連結され前記空洞部に出口が連結された導入管部と、前記空洞部に入口が連結され前記吐出ノズルに出口が連結された排出管部とを備えた、
請求項２又は３記載の液体噴射装置。
【請求項５】
前記排出管部の入口は前記空洞部の上縁に連結された、
請求項４記載の液体噴射装置。
【請求項６】
前記導入管部の出口は前記空洞部の接線方向に沿って当該空洞部の内周に連結された、
請求項５記載の液体噴射装置。
【請求項７】
前記空洞部と同じ軸線を有する円柱が前記空洞部内に突設され、前記導入管部の出口から前記排出管部の入口までの前記液体の流路が前記円柱の周囲に形成された、
請求項６記載の液体噴射装置。
【請求項８】
前記導入管部の入口若しくは出口又は途中に、前記導入管部の内径よりも小さい透孔を有するノズルを設けた、
請求項４乃至７のいずれかに記載の液体噴射装置。
【請求項９】
前記導入管部の入口若しくは出口又は途中に、前記吐出ノズルと同じものが連結された、
請求項４乃至７のいずれかに記載の液体噴射装置。
【請求項１０】
前記アクチュエータは柱状の圧電アクチュエータであり、
この圧電アクチュエータは、前記ダイアフラムを押圧する側の自由端と、支持部材によって前記ブロック体に固定される側の固定端とを備えた、
請求項３記載の液体噴射装置。
【請求項１１】
前記支持部材に固定されるとともに前記圧電アクチュエータの自由端を弾性部材を介して固定するアクチュエータホルダを備えた、
請求項１０記載の液体噴射装置。
【請求項１２】
前記弾性部材は、前記アクチュエータホルダの一部が円環状に加工されたものである、
請求項１１記載の液体噴射装置。
【請求項１３】
前記ポンプ室、前記タンク及び前記吐出ノズルを加熱するヒータが前記ブロック体内に埋設された、
請求項３記載の液体噴射装置。
【請求項１４】
前記アクチュエータは柱状の圧電アクチュエータであり、
この圧電アクチュエータは、前記ダイアフラムを押圧する側の自由端と、断熱性を有する支持部材によって前記ブロック体に固定される側の固定端とを備えた、
請求項１３記載の液体噴射装置。
【請求項１５】
前記ブロック体と前記圧電アクチュエータとの間に、当該ブロック体からの輻射熱を遮断する断熱シートが設けられた、
請求項１４記載の液体噴射装置。
【請求項１６】
前記断熱シートによって前記ブロック体側と前記圧電アクチュエータ側とが隔てられ、当該圧電アクチュエータ側に当該圧電アクチュエータを冷却するファンが設けられた、
請求項１５記載の液体噴射装置。
【請求項１７】
前記液体が溶融はんだである、
請求項１乃至１６のいずれかに記載の液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融金属等の液体を連続的に微細な球状に吐出する液体噴射装置に関し、詳しくは、はんだバンプやはんだボールの製造に好適な液体噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化及び薄型化に伴い、電子部品の高密度実装技術が急速に進展している。この高密度実装を実現する半導体装置として、半導体基板やインターポーザ基板の上に半球状のはんだバンプを有するＦＣ（ｆｌｉｐ  ｃｈｉｐ）やＢＧＡ（ｂａｌｌ  ｇｒｉｄ  ａｒｒａｙ）が使われている。また、これに関連する技術として、下記特許文献１，２が知られている。
【０００３】
特許文献１には、圧電素子を利用して溶融はんだをノズルから水平方向に噴射することによって、三次元構造体を製造する方法が記載されている。
【０００４】
特許文献２には、溶融はんだを貯えるタンクの水平方向に湯道を設け、この湯道の先端の上方向にパルス加圧装置、下方向にオリフィスをそれぞれ設けた、はんだボールの製造装置が記載されている。溶融はんだは、湯道を水平方向に進み、湯道の先端で上から加圧されることにより、オリフィスから吐出されて、はんだボールとなる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１５６５２４号公報（図１、段落０００７等）
【特許文献２】
特開平１１−１２３５９２号公報（図１、段落０００６等）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１では、具体的な製造装置の構造が何も開示されていない。また、特許文献２では、タンクとパルス加圧装置及びオリフィスとの間に、水平かつ長い湯道が設けられているので、溶融はんだの目詰まりが起きやすいという問題があった。溶融はんだの場合は、特に酸化膜による目詰まりが起きやすい。
【０００７】
【発明の目的】
そこで、本発明の目的は、液体の目詰まりの抑制等を実現できる液体噴射装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
《請求項１〜３は、液体噴射装置の基本構造に関する。》
【０００９】
請求項１記載の液体噴射装置は、液体を貯留するタンクと、タンクの下方に設けられタンクと連通するポンプ室と、ポンプ室の下方に設けられポンプ室と連通するとともに液体を下方へ向けて吐出する吐出ノズルと、ポンプ室に作用することにより吐出ノズルの動作を付勢するアクチュエータと、を備えたものである。換言すると、液体を貯留するタンクと、タンクの下に設けられタンクと連通するポンプ室と、ポンプ室の下に設けられポンプ室と連通する吐出ノズルと、ポンプ室に作用することにより液体を吐出ノズルから下へ吐出するアクチュエータと、を備えたものである。ここでいう上下は、言うまでもなく、鉛直方向に対するものである。
【００１０】
液体は、タンクからポンプ室へ導かれ、アクチュエータによって吐出ノズルから液滴となって吐出される。このとき、タンク、ポンプ室及び吐出ノズルが鉛直方向に配設されていることにより、液体が自重によって流れやすくなるので、目詰まりが抑制される。また、液体が流れやすくなることにより、液滴の生成速度［個／秒］も大きくなる。更に、タンク内において、液体が空気と接触することによって酸化膜が生じても、その酸化膜は液体の表面にとどまる。そのため、酸化膜がタンクの下のポンプ室に入って、目詰まりを起こすおそれもない。特に、液体が溶融はんだである場合は、酸化膜が発生しやすいので、この効果が顕著となる。
【００１１】
請求項２記載の液体噴射装置は、請求項１記載の液体噴射装置において、ポンプ室はダイアフラムからなる壁面を有し、アクチュエータはダイアフラムを間欠的に押圧することにより吐出ノズルの動作を付勢する、というものである。
【００１２】
液体は、タンクからポンプ室へ導かれ、ポンプ室のダイアフラムがアクチュエータによって押圧されると、吐出ノズルから液滴となって吐出される。この場合も、タンク、ポンプ室及び吐出ノズルが鉛直方向に配設されていることにより、液体が自重によって流れやすくなる。
【００１３】
請求項３記載の液体噴射装置は、請求項２記載の液体噴射装置において、ブロック体内にポンプ室が形成され、ブロック体の上にタンクが取り付けられ、ブロック体の下に吐出ノズルが取り付けられた、というものである。
【００１４】
ポンプ室、タンク及び吐出ノズルが一つのブロック体に設けられるので、液体噴射装置が小型になる。これにより、液体の流路も短くなるので、より目詰まりが抑制されるとともに、液滴の生成速度も更に大きくなる。
【００１５】
《請求項４〜９は、ポンプ室の構造に関する。》
【００１６】
請求項４記載の液体噴射装置は、請求項２又は３記載の液体噴射装置において、ポンプ室は、水平方向に軸線を有する円柱状を呈するとともに一方の円形の壁面がダイアフラムである空洞部と、タンクに入口が連結され空洞部に出口が連結された導入管部と、空洞部に入口が連結され吐出ノズルに出口が連結された排出管部とを備えた、というものである。
【００１７】
液体は、タンクから導入管部を通って空洞部へ導かれ、空洞部のダイアフラムがアクチュエータによって押圧されると、排出管部を通って吐出ノズルから液滴となって吐出される。この場合も、タンク、ポンプ室及び吐出ノズルが鉛直方向に配設されていることにより、液体が自重によって流れやすくなる。
【００１８】
請求項５記載の液体噴射装置は、請求項４記載の液体噴射装置において、排出管部の入口は空洞部の上縁に連結された、というものである。
【００１９】
空洞部において、気泡が発生することがある。この気泡は、液体に加えた圧力を吸収するので、液滴の吐出を妨げる。そこで、空洞部に発生した気泡が浮力によって空洞部の上縁に集まることを利用して、空洞部の上縁に排出管部の入口を設けることにより、気泡を速やかに排出管部に導いて排出する。この作用は、後から発生する気泡以外にも、最初の段階（ポンプ室に液体が入ってない状態から液体を充填する段階）で存在する気泡に対しても、有効である。
【００２０】
請求項６記載の液体噴射装置は、請求項５記載の液体噴射装置において、導入管部の出口は空洞部の接線方向に沿って空洞部の内周に連結された、というものである。
【００２１】
導入管部の出口から空洞部の内周に導かれた液体は、空洞部の接線方向に付勢されているので、空洞部の内周を速やかに進み、空洞部の上縁に位置する排出管部の入口に達する。すなわち、液体の流路は「の」の字を描くことになる。したがって、液体が流れやすくなるとともに、気泡が滞ることなく排出される。
【００２２】
請求項７記載の液体噴射装置は、請求項６記載の液体噴射装置において、空洞部と同じ軸線を有する円柱が空洞部内に突設され、導入管部の出口から排出管部の入口までの液体の流路が円柱の周囲に形成された、というものである。
【００２３】
空洞部と同じ軸線を有する円柱が空洞部内に突設されると、円柱の周囲に円環状の空間が形成される。この空間において空洞部の内壁には、導入管部の出口と排出管部の入口とが開口している。したがって、導入管部の出口から空洞部の内周に導かれた液体は、円柱がある部分を流れないので、円柱の周囲の空洞部の内周に沿った流路を集中して進む。したがって、液体がより流れやすくなるとともに、気泡が更に滞ることなく排出される。
【００２４】
請求項８記載の液体噴射装置は、請求項４乃至７のいずれかに記載の液体噴射装置において、導入管部の入口若しくは出口又は途中に、導入管部の内径よりも小さい透孔を有するノズルを設けた、というものである。
【００２５】
空洞部の液体がダイアフラムによって押圧されると、空洞部に開口している導入管部と排出管部から、液体が逃げようとする。もちろん、導入管部の方から多くの液体が逃げることは液体の過度の逆流であるから、導入管部とタンクとの間に逆止弁を設けたい。しかし、導入管部の直径が極めて小さい場合は、通常の複雑な構造の逆止弁では抵抗が大き過ぎて目詰まりを起こす。そこで、導入管部の内径よりも小さい透孔を有するノズルを、例えば導入管部とタンクとの間に設ける。透孔の内径及び長さは、液体の流路抵抗を決める要素である。透孔の大きさ及び形状は、吐出ノズルの抵抗と同じもの、又はそれに近い抵抗を持ったもの、とすることが望ましい。このノズルは、逆流を抑える機能を有するとともに、構造が単純であるため目詰まりも起こさない。
【００２６】
請求項９記載の液体噴射装置は、請求項４乃至７のいずれかに記載の液体噴射装置において、導入管部の入口若しくは出口又は途中に、吐出ノズルと同じものが連結された、というものである。
【００２７】
吐出ノズルを例えば導入管部とタンクとの間に設けると、空洞部の液体から見れば、導入管部にも排出管部にも同じ吐出ノズルが設けられているので、導入管部でも排出管部でも流路の抵抗は同じことになる。一方、導入管部の先にはタンク内に満たされた液体があるのに対して、排出管部の先は開放されている。したがって、液体は流れやすい方向すなわち排出管部へ確実に逃げる。すなわち、導入管部とタンクとの間に設けた吐出ノズルは、逆流を抑える機能を有する。この場合は、別に逆止弁を設ける場合に比べて、部品の種類が一つ少なくて済む。また、吐出ノズルは、目詰まりを起こさないように設計されているので、逆止弁のように用いても目詰まりを起こすことはない。
【００２８】
《請求項１０〜１２は、アクチュエータの構造に関する。》
【００２９】
請求項１０記載の液体噴射装置は、請求項３記載の液体噴射装置において、アクチュエータは柱状の圧電アクチュエータであり、この圧電アクチュエータは、ダイアフラムを押圧する側の自由端と、支持部材によってブロック体に固定される側の固定端とを備えた、というものである。
【００３０】
圧電アクチュエータは、電圧が印加されると、圧電効果によって伸縮する。このとき、圧電アクチュエータの固定端は、支持部材によってブロック体に固定されている。そのため、圧電アクチュエータの全ての変位が自由端に反映され、自由端が伸縮してダイアフラムを押圧する。圧電アクチュエータは、次のような特長を有する。▲１▼．応答が高速である。▲２▼．ダイアフラムの振幅をミクロンオーダで制御できる。▲３▼．電圧、周波数、波形等の電気信号を調節することにより、様々な流体吐出が可能となる。
【００３１】
請求項１１記載の液体噴射装置は、請求項１０記載の液体噴射装置において、支持部材に固定されるとともに圧電アクチュエータの自由端を弾性部材を介して固定するアクチュエータホルダを備えた、というものである。
【００３２】
圧電アクチュエータの自由端は、弾性部材を介してアクチュエータホルダに固定される。アクチュエータホルダは、支持部材を介してブロック体に固定される。そのため、圧電アクチュエータの自由端を伸縮自在にしたまま、圧電アクチュエータの堅牢化を図れる。
【００３３】
請求項１２記載の液体噴射装置は、請求項１１記載の液体噴射装置において、弾性部材は、アクチュエータホルダの一部が円環状に加工されたものである、というものである。
【００３４】
アクチュエータホルダの一部を円環状に加工すると、この部分が弾性を有することになる。そのため、部品点数が増加することなく、弾性部材が得られる。
【００３５】
《請求項１３〜１６は、ヒータの構造及びその断熱の構造に関する。》
【００３６】
請求項１３記載の液体噴射装置は、請求項３記載の液体噴射装置において、ポンプ室、タンク及び吐出ノズルを加熱するヒータがブロック体内に埋設された、というものである。
【００３７】
ポンプ室、タンク、吐出ノズル及びヒータが一つのブロック体に設けられるので、液体噴射装置が小型になるとともに、ヒータから発生した熱が効率良くポンプ室、タンク及び吐出ノズルに伝わる。
【００３８】
請求項１４記載の液体噴射装置は、請求項１３記載の液体噴射装置において、アクチュエータは柱状の圧電アクチュエータであり、圧電アクチュエータは、ダイアフラムを押圧する側の自由端と、断熱性を有する支持部材によってブロック体に固定される側の固定端とを備えた、というものである。
【００３９】
圧電アクチュエータの固定端は、支持部材によってブロック体に固定されている。一方、ブロック体は、ヒータによって加熱されるので、高温になる。圧電アクチュエータは高温になると動作に支障を生じるので、断熱性を有する支持部材を用いることにより、ブロック体から固定端への熱伝導を防ぐ。
【００４０】
請求項１５記載の液体噴射装置は、請求項１４記載の液体噴射装置において、ブロック体と圧電アクチュエータとの間に、ブロック体からの輻射熱を遮断する断熱シートが設けられた、というものである。
【００４１】
ブロック体から圧電アクチュエータに影響する熱は、熱伝導によるものだけでなく、熱輻射によるものもある。そこで、ブロック体と圧電アクチュエータとの間に断熱シートを設けて、ブロック体からの輻射熱を防ぐ。
【００４２】
請求項１６記載の液体噴射装置は、請求項１５記載の液体噴射装置において、断熱シートによってブロック体側と圧電アクチュエータ側とが隔てられ、圧電アクチュエータ側に圧電アクチュエータを冷却するファンが設けられた、というものである。
【００４３】
断熱シートによってブロック体側と圧電アクチュエータ側とが隔てられ、圧電アクチュエータ側にファンが設けられているので、ファンの風は圧電アクチュエータにしか当たらない。そのため、高温を維持しなければならないブロック体には風が当たらず、圧電アクチュエータのみが効率良く冷却される。
【００４４】
《請求項１７は、液体の種類に関する。》
【００４５】
請求項１７記載の液体噴射装置は、請求項１乃至１６のいずれかに記載の液体噴射装置において、液体が溶融はんだである、というものである。
【００４６】
本発明に係る液体噴射装置では、液体の自重を積極的に利用しているので、溶融金属などの比重の大きい液体ほど効果が大きい。溶融金属の中でも溶融はんだは、融点が低いことによりヒータが簡素で良いので、最も効果的である。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、液体として溶融はんだを用いる液体噴射装置を、図面に基づき説明する。なお、ブロック体等の各構成要素の材質は、特に説明のない限りステンレスである。キャップスクリュウとともに用いられるワッシャについては、符合を略す。螺合による当接面に介挿されるフッソ樹脂製のワッシャについては、図示を略す。
【００４８】
図１乃至図４は本発明に係る液体噴射装置の一実施形態を示し、図１は図３におけるＩ−Ｉ線縦断面図（タンクの部分はタンクの中心線を含む断面図）、図２は正面図、図３は平面図、図４［１］は左側面図、図４［２］は図３におけるＩＶ−ＩＶ線縦断面図（一部図３と異なる）である。以下、これらの図面に基づき、本発明に係る液体噴射装置の基本構造について説明する。
【００４９】
本実施形態の液体噴射装置１００は、溶融はんだＳ１を貯留するタンク１０と、タンク１０の下に設けられタンク１０と連通するとともにダイアフラム３０からなる壁面を有するポンプ室２０と、ポンプ室２０の下に設けられポンプ室２０と連通するとともに溶融はんだＳ１を下へ吐出する吐出ノズル４０と、ダイアフラム３０を間欠的に押圧することにより吐出ノズル４０の動作を付勢する圧電アクチュエータ５０とを基本的に備えたものである。また、ブロック体６０内にポンプ室２０が形成され、ブロック体６０の上にタンク１０が取り付けられ、ブロック体６０の下に吐出ノズル４０が取り付けられている。更に、ブロック体６０内には、タンク１０、ポンプ室２０及び吐出ノズル４０を加熱するヒータ８０が埋設されている。
【００５０】
タンク１０は、円筒状を呈し、ブロック体６０に形成された凹部１１に螺合されている。タンク１０の上には必要に応じ継ぎ手１２が螺合され、継ぎ手１２にはチューブ（図示せず）が挿し込まれる。タンク１０に供給されたはんだ粒は、ヒータ８０で加熱されて溶融はんだＳ１となる。
【００５１】
次に、液体噴射装置１００の作用を説明する。溶融はんだＳ１は、タンク１０からポンプ室２０へ導かれ、ポンプ室２０のダイアフラム３０が圧電アクチュエータ５０によって押圧されると、吐出ノズル４０から液滴Ｓ２となって吐出される。このとき、タンク１０、ポンプ室２０及び吐出ノズル４０が鉛直方向に配設されていることにより、溶融はんだＳ１が自重によって流れやすくなるので、目詰まりが抑制される。また、溶融はんだＳ１が流れやすくなることにより、液滴Ｓ２の生成速度［個／秒］も大きくなる。更に、タンク１０内において、溶融はんだＳ１が空気と接触することによって酸化膜が生じても、その酸化膜は溶融はんだＳ１の表面にとどまる。そのため、酸化膜がタンク１０の下のポンプ室２０に入って、目詰まりを起こすおそれもない。更にまた、タンク１０、ポンプ室２０及び吐出ノズル４０が一つのブロック体６０に設けられるので、液体噴射装置１００が小型になる。これにより、溶融はんだ１の流路も短くなるので、より目詰まりが抑制されるとともに、液滴Ｓ２の生成速度も更に大きくなる。
【００５２】
図５及び図６は図１の液体噴射装置におけるポンプ室を示し、図５は拡大断面図、図６は斜視図である。以下、図１、図５及び図６に基づき、ポンプ室２０について説明する。
【００５３】
ポンプ室２０は、水平方向に軸線Ｌを有する扁平な円柱状を呈するとともに一方の円形の壁面がダイアフラム３０である空洞部２１と、タンク１０に入口２２ａが連結され空洞部２１に出口２２ｂが連結された導入管部２２と、空洞部２１に入口２３ａが連結され吐出ノズル４０に出口２３ｂが連結された排出管部２３とを備えている。排出管部２３の入口２３ａは空洞部２１の上縁に連結され、導入管部２２の出口２２ｂは鉛直下方向かつ空洞部２１の接線方向に沿って空洞部２１の内周に連結されている。また、空洞部２１と同じ軸線Ｌを有する扁平な円柱３１（図５）が空洞部２１内に突設され、導入管部２２の出口２２ｂから排出管部２３の入口２３ａまでの溶融はんだＳ１の流路Ｓ３（図６）が円柱３１の周囲に形成されている。
【００５４】
ダイアフラム３０は、中心に穴が開いた円板であり、短い棒状のダイアフラム押え３２と長い棒状のダイアフラムジョイント３３とによって支持される。ダイアフラム押え３２の頭部が円柱３１となっている。ダイアフラム押え３２は、ダイアフラム３０が挟まれた状態でダイアフラムジョイント３３に圧入され、銀蝋付けされる。ブロック体６０には凹部３４が形成され、凹部３４に円筒状のダイアフラム固定リング３５が螺合する。ダイアフラム３０は、凹部３４内に収容された状態でダイアフラム固定リング３５によって固定される。
【００５５】
次に、ポンプ室２０の作用について説明する。
【００５６】
溶融はんだＳ１は、タンク１０から導入管部２２を通って空洞部２１へ導かれ、空洞部２１のダイアフラム３０が圧電アクチュエータ５０によって押圧されると、排出管部２３を通って吐出ノズル４０から液滴Ｓ２となって吐出される。この場合も、タンク１０、ポンプ室２０及び吐出ノズル３０が鉛直方向に配設されていることにより、溶融はんだＳ１が自重によって流れやすくなる。
【００５７】
ここで、空洞部２１において、気泡（図示せず）が発生することがある。この気泡は、ダイアフラム３０によって溶融はんだＳ１に加えた圧力を吸収するので、液滴Ｓ１の吐出を妨げる。そこで、空洞部２１に発生した気泡が浮力によって空洞部２１の上縁に集まることを利用して、空洞部２１の上縁に排出管部２３の入口２３ａを設けることにより、気泡を速やかに排出する。
【００５８】
また、導入管部２２の出口２２ｂから空洞部２１の内周に導かれた溶融はんだＳ１は、空洞部２１の接線方向に付勢されているので、空洞部２１の内周を速やかに進み、空洞部２１の上縁に位置する排出管部２３の入口２３ａに達する。すなわち、溶融はんだＳ１の流路Ｓ３は、「の」の字を描く。厳密に言えば、「の」の字を逆になぞる逆「の」の字である。したがって、溶融はんだＳ１が流れやすくなるとともに、気泡が滞ることなく排出される。
【００５９】
更に、空洞部２１と同じ軸線Ｌを有する円柱３１が空洞部２１内に突設されると、円柱３１の周囲に円環状の空間が形成される。この空間において空洞部２１の内壁には、導入管部２２の出口２２ｂと排出管部２３の入口２３ａとが開口している。したがって、導入管部２２の出口２２ｂから空洞部２１の内周に導かれた溶融はんだＳ１は、円柱３１がある部分を流れないので、円柱３１の周囲の空洞部２１の内周に沿った流路Ｓ３を集中して進む。したがって、溶融はんだＳ１がより流れやすくなるとともに、気泡が更に滞ることなく排出される。
【００６０】
図７［１Ａ］，［２Ａ］は導入管部の入口とタンクとの間に設けられる平板ノズルを示し、図７［１Ａ］は平面図、図７［２Ａ］は図７［１Ａ］におけるＶＩＩａ−ＶＩＩａ線縦断面図である。以下、図１、図５及び図７［１Ａ］，［２Ａ］に基づき、平板ノズルについて説明する。
【００６１】
導入管部２２の入口２２ａとタンク１１との間には、円板状の平板ノズル４５が設けられている。平板ノズル４５は、円錐状の透孔４６が形成されており、逆流を抑える機能する。すなわち、平板ノズル４５は、透孔４６の先端（直径の小さい方）を空洞部２１へ向けて設置される。空洞部２１の溶融はんだＳ１がダイアフラム３０によって押圧されると、空洞部２１に開口している導入管部２２と排出管部２３とから、溶融はんだＳ１が逃げようとする。もちろん、導入管部２２の方から多くの溶融はんだＳ１が逃げることは、溶融はんだＳ１の過度の逆流であるから、好ましくない。そこで、導入管部２２とタンク１０との間に、平板ノズル４５を設けている。平板ノズル４５は、構造が単純であるため、目詰まりも起こさない。なお、溶融はんだＳ１は、逆流して逃げても吐出量と同じくらいの量であれば、特に問題はない。
【００６２】
図７［１Ｂ］，［２Ｂ］は平板ノズルの代わりに用いられる吐出ノズルを示し、図７［１Ｂ］は平面図、図７［２Ｂ］は図７［１Ｂ］におけるＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線縦断面図である。以下、図４［２］及び図７［１Ｂ］，［２Ｂ］に基づき、吐出ノズルについて説明する。
【００６３】
図４［２］に示す例では、平板ノズル４５に代えて、逆向きにした吐出ノズル４１を用いている。吐出ノズル４１は、吐出ノズル４０と同じものである。このとき、空洞部２１の溶融はんだＳ１から見れば、導入管部２２にも排出管部２３にも同じ吐出ノズル４０，４１が設けられているので、導入管部２２でも排出管部２３でも流路の抵抗は同じことになる。一方、導入管部２２の先にはタンク１０内に満たされた溶融はんだＳ１があるのに対して、排出管部２３の先は開放されている。したがって、溶融はんだＳ１は流れやすい方向すなわち排出管部２３へ確実に逃げる。すなわち、導入管部２２とタンク１０との間に設けた吐出ノズル４１は、逆流を抑える機能を有する。この場合は、別に逆止弁を設ける場合に比べて、部品の種類が一つ少なくて済む。また、吐出ノズル４１は、目詰まりを起こさないように設計されているので、逆止弁のように用いても目詰まりを起こすことはない。なお、吐出ノズル４１を逆向きにした理由は、ブロック体６０に取り付けやすいからである。
【００６４】
図８は、図１における圧電アクチュエータを保持するアクチュエータホルダを示し、図８［１］は正面図、図８［２］は平面図、図８［３］は図８［２］におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線縦断面図である。以下、図１乃至図３及び図８に基づき、圧電アクチュエータについて説明する。
【００６５】
圧電アクチュエータ５０は、圧電セラミックスが多数積層された柱状を呈し、ダイアフラム３０を押圧する側の自由端５１と、支持部材５３ａ，５３ｂによってブロック体６０に固定される側の固定端５２とを備えている。また、圧電アクチュエータ５０は、アクチュエータホルダ７０に保持される。
【００６６】
アクチュエータホルダ７０は、ダイアフラムジョイント３３を支持するダイアフラム支持部７１と、圧電アクチュエータ５０を収容するアクチュエータ収容部７２と、支持部材５３に固定される固定部７３と、ダイアフラム支持部７１と固定部７３とを弾性を持って結合する弾性結合部７４とによって構成されている。弾性結合部７４の一部が、円環状に加工された弾性部材７５ａ，７５ｂとなっている。また、アクチュエータホルダ７０は、おおよそ長方形の枠状を呈し、対向する短い二辺がダイアフラム支持部７１及び固定部７３、残りの長い二辺が弾性結合部７４、四辺内がアクチュエータ収容部７２となっている。
【００６７】
ダイアフラム支持部７１は、ジョイント押え７６及びキャップスクリュウ７７ａ，７７ｂによって、溝内にダイアフラムジョイント３３を支持している。アクチュエータ収容部７２は、圧電アクチュエータ５０をスペーサ７８，７９とともに枠内に嵌め込んでいる。これは、弾性部材７５ａ，７５ｂの復元力に抗しつつ、圧電アクチュエータ５０及びスペーサ７８，７９をアクチュエータ収容部７２内に押し込んだものである。
【００６８】
固定部７３は、キャップスクリュウ５４ａ，５４ｂ及びスペーサ５５ａ，５５ｂによって，支持部材５３ａ，５３ｂに固定されている。支持部材５３ａ，５３ｂは、キャップスクリュウ５６ａ，５６ｂによってブロック体６０に固定されている。支持部材５３ａ，５３ｂは、断熱性及び耐熱性に優れ、しかも軽量なチタンを用いている。スペーサ５５ａ，５５ｂは、耐熱性をあまり必要としない位置に用いるので、合成樹脂製である。
【００６９】
次に、圧電アクチュエータ５０の作用を説明する。圧電アクチュエータ５０は、電圧が印加されると、圧電効果によって伸縮する。このとき、圧電アクチュエータ５０の固定端５２は、アクチュエータホルダ７０の固定部７３及び支持部材５３ａ，５３ｂを介して、ブロック体６０にしっかりと固定されている。一方、圧電アクチュエータ５０の自由端５１は、弾性部材７５ａ，７５ｂを介することにより、結果的にブロック体６０に伸縮自在に固定されている。そのため、圧電アクチュエータ５０の全ての変位は弾性部材７５ａ，７５ｂによって自由端５１を含むダイアフラム支持部７１に反映され、ダイアフラム支持部７１が伸縮してダイアフラム３０を押圧する。これにより、圧電アクチュエータ５０の自由端５１を伸縮自在としたままブロック体６０に固定できるので、圧電アクチュエータ５０の堅牢化が図れる。
【００７０】
以下、図１の液体噴射装置におけるヒータの構造及びその断熱の構造について、図１乃至図４に基づき説明する。
【００７１】
図１に示すように、タンク１０、ポンプ室２０及び吐出ノズル４０を加熱するヒータ８０がブロック体６０内に埋設されている。そして、フィードバック制御に用いるための温度センサ８１も、ブロック体６０内に埋設されている。例えば、ヒータ８０は抵抗体のジュール熱を利用する一般的なものであり、温度センサ８１は熱電対である。
【００７２】
次に、ヒータ８０の作用について説明する。タンク１０、ポンプ室２０、吐出ノズル４０及びヒータ８０が一つのブロック体６０に設けられるので、液体噴射装置１００が小型になるとともに、ヒータ８０から発生した熱が効率良くタンク１０、ポンプ室２０、吐出ノズル４０に伝わる。
【００７３】
次に、ヒータ８０の断熱構造について説明する。
【００７４】
ブロック体６０は、ヒータ８０によって加熱されるので、高温になる。一方、圧電アクチュエータ５０は、高温になると動作に支障を生じる。そのため、圧電アクチュエータ５０をブロック体６０に固定する支持部材５３ａ，５３ｂに、断熱性及び耐熱性に優れたチタンを用いることにより、ブロック体６０から圧電アクチュエータ５０への熱伝導を防いでいる。
【００７５】
また、ブロック体６０から圧電アクチュエータ５０に影響する熱は、熱伝導によるものだけでなく、熱輻射によるものもある。そこで、ブロック体６０と圧電アクチュエータ５０との間に断熱シート８２を設けて、ブロック体６０からの輻射熱を防いでいる。断熱シート８２は、例えばポリテトラフルオロエチレン等のフッソ樹脂からなる布状である。なお、断熱シート８２は、樹脂に限らず金属やセラミックスでも良く、布状に限らず板状でもよい。
【００７６】
更に、図２に示すように（図１及び図３では図示略）、断熱シート８２によってブロック体６０側と圧電アクチュエータ５０側とに隔て、圧電アクチュエータ５０側に圧電アクチュエータ５０を冷却するファン８３を設けている。断熱シート８４によって、ファン８３の風Ｗは圧電アクチュエータ５０側にしか当たらない。そのため、高温を維持しなければならないブロック体６０には風Ｗが当たらず、圧電アクチュエータ５０のみが効率良く冷却される。
【００７７】
なお、図２に示すように、ファン８３はファン金具８４に固定され、ファン金具８４はキャップスクリュウ５４ａ，５４ｂによってスペーサ５５ａ，５５ｂに固定されている。また、ファン金具８４には、ファン８３及び圧電アクチュエータ５０へ電力を供給するための配線板８５がキャップスクリュウ８６及びナット８７によって取り付けられている。
【００７８】
なお、本発明は、言うまでもなく、上記実施形態に限定されない。例えば、液体として、溶融はんだの代わりにフラックス等を用いてもよい。ブロック体は、ステンレス等の金属に限らず、合成樹脂やセラミックス等としてもよい。
【００７９】
【発明の効果】
本発明に係る液体噴射装置によれば、液体を貯留するタンクと、タンクの下に設けられタンクと連通するポンプ室と、ポンプ室の下に設けられポンプ室と連通するとともに液体を下へ吐出する吐出ノズルと、ポンプ室に作用することにより吐出ノズルの動作を付勢するアクチュエータとを備えたことにより、タンク、ポンプ室及び吐出ノズルが鉛直方向に配設されるので、液体が自重によって流れやすくなり、これにより目詰まりを抑制できる。また、液体が流れやすくなることにより、液滴の生成速度［個／秒］も増大できる。しかも、タンク内で液体が空気と接触して酸化膜が生じても、その酸化膜が液体の表面にとどまるので、酸化膜がタンクの下のポンプ室に入って目詰まりを起こすことを防止できる。本発明に係る液体噴射装置によれば、各請求項ごとに次の効果も奏する。
【００８０】
請求項２記載の液体噴射装置によれば、液体がタンクからポンプ室へ導かれ、ポンプ室のダイアフラムがアクチュエータによって押圧されると、吐出ノズルから液滴が吐出され、この場合もタンク、ポンプ室及び吐出ノズルが鉛直方向に配設されるので、液体を速やかに流すことができる。
【００８１】
請求項３記載の液体噴射装置によれば、ポンプ室、タンク及び吐出ノズルが一つのブロック体に設けられるので、液体噴射装置を小型化できる。これにより、液体の流路も短くできるので、より目詰まりを抑制できるとともに、液滴の生成速度も更に増大できる。
【００８２】
請求項４記載の液体噴射装置によれば、液体がタンクから導入管部を通って空洞部へ導かれ、空洞部のダイアフラムがアクチュエータによって押圧されると、排出管部を通って吐出ノズルから液滴が吐出され、この場合もタンク、ポンプ室及び吐出ノズルが鉛直方向に配設されるので、液体を速やかに流すことができる。
【００８３】
請求項５記載の液体噴射装置によれば、排出管部の入口を空洞部の上縁に連結することにより、空洞部に発生した気泡を速やかに排出できる。
【００８４】
請求項６記載の液体噴射装置によれば、導入管部の出口を空洞部の接線方向に沿って空洞部の内周に連結することにより、液体の流路を「の」の字状にできるので、液体を素早く流すことができるとともに、気泡も容易に排出できる。
【００８５】
請求項７記載の液体噴射装置によれば、空洞部と同じ軸線を有する円柱を空洞部内に突設し、導入管部の出口から排出管部の入口までの液体の流路を円柱の周囲に形成することにより、円柱の周囲に沿った流路に液体を集中して進ませることができるので、液体をより素早く流すことができるとともに、気泡を更に容易に排出できる。
【００８６】
請求項８記載の液体噴射装置によれば、透孔を有するノズルを導入管部に設けて逆止弁のように機能させることができるとともに、ノズルの構造が単純であるため目詰まりを防止できる。
【００８７】
請求項９記載の液体噴射装置によれば、吐出ノズルと同じものを導入管部に設けて逆止弁のように機能させることができるとともに、吐出ノズルが目詰まりを起こさないように設計されているので、吐出ノズルを逆止弁のように用いても目詰まりを防止できる。
【００８８】
請求項１０記載の液体噴射装置によれば、ダイアフラムを押圧する側の自由端とブロック体に固定される側の固定端とを備えた圧電アクチュエータを用いることにより、圧電アクチュエータの変位を自由端側にのみ反映させることができるので、圧電アクチュエータの変位を有効に利用できる。
【００８９】
請求項１１記載の液体噴射装置によれば、圧電アクチュエータの自由端をを弾性部材を介して固定するアクチュエータホルダを備えたことにより、圧電アクチュエータの自由端を伸縮自在にしたまま、圧電アクチュエータの堅牢化を図ることができる。
【００９０】
請求項１２記載の液体噴射装置によれば、アクチュエータホルダの一部を円環状に加工することにより、部品点数を増加させることなく、弾性部材を得ることができる。
【００９１】
請求項１３記載の液体噴射装置によれば、ポンプ室、タンク及び吐出ノズルを加熱するヒータをブロック体内に埋設することにより、液体噴射装置を小型化できるとともに、ヒータから発生した熱を効率良くポンプ室、タンク及び吐出ノズルへ伝えることができる。
【００９２】
請求項１４記載の液体噴射装置によれば、断熱性を有する支持部材によって圧電アクチュエータをブロック体に固定することにより、ブロック体から圧電アクチュエータへの熱伝導を効果的に防ぐことができる。
【００９３】
請求項１５記載の液体噴射装置によれば、ブロック体と圧電アクチュエータとの間に断熱シートを設けたことにより、ブロック体から圧電アクチュエータへの熱輻射を効果的に防ぐことができる。
【００９４】
請求項１６記載の液体噴射装置によれば、断熱シートによって隔てられた圧電アクチュエータ側にファンを設けたことにより、高温を維持しなければならないブロック体には風を当てずに、圧電アクチュエータのみに風を当てることができるので、圧電アクチュエータを効率良く冷却できる。
【００９５】
請求項１７記載の液体噴射装置によれば、比重が大きくかつ融点が低い液体である溶融はんだを用いたことにより、液体の自重を有効に利用できるとともに、ヒータを簡素にできるので、前述の本発明の効果を最も発揮させることができる。特に、溶融はんだがタンク内で空気と接触して酸化膜が生じても、その酸化膜が液体の表面にとどまるので、酸化膜がタンクの下のポンプ室に入って目詰まりを起こすことを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液体噴射装置の一実施形態を示す、図３におけるＩ−Ｉ線縦断面図（タンクの部分はタンクの中心線を含む断面図）である。
【図２】本発明に係る液体噴射装置の一実施形態を示す正面図である。
【図３】本発明に係る液体噴射装置の一実施形態を示す平面図である。
【図４】本発明に係る液体噴射装置の一実施形態を示し、図４［１］は左側面図、図４［２］は図３におけるＩＶ−ＩＶ線縦断面図（一部図３と異なる）である。
【図５】図１の液体噴射装置におけるポンプ室を示す拡大断面図である。
【図６】図１の液体噴射装置におけるポンプ室を示す斜視図である。
【図７】図７［１Ａ］，［２Ａ］は導入管部の入口とタンクとの間に設けられる平板ノズルを示し、図７［１Ａ］は平面図、図７［２Ａ］は図７［１Ａ］におけるＶＩＩａ−ＶＩＩａ線縦断面図である。図７［１Ｂ］，［２Ｂ］は平板ノズルの代わりに用いられる吐出ノズルを示し、図７［１Ｂ］は平面図、図７［２Ｂ］は図７［１Ｂ］におけるＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線縦断面図である。
【図８】図１における圧電アクチュエータを保持するアクチュエータホルダを示し、図８［１］は正面図、図８［２］は平面図、図８［３］は図８［２］におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線縦断面図である。
【符号の説明】
１０  タンク
２０  ポンプ室
２１  空洞部
２２  導入管部
２２ａ  導入管部の入口
２２ｂ  導入管部の出口
２３  排出管部
２３ａ  排出管部の入口
２３ｂ  排出管部の出口
３０  ダイアフラム
３１  円柱
４０，４１  吐出ノズル
４５  平板ノズル
４６  透孔
５０  圧電アクチュエータ
５１  圧電アクチュエータの自由端
５２  圧電アクチュエータの固定端
５３ａ，５３ｂ  支持部材
６０  ブロック体
７０  アクチュエータホルダ
８０  ヒータ
８２  断熱シート
８３  ファン
１００  液体噴射装置
Ｌ  軸線
Ｓ１  溶融はんだ
Ｓ２  溶融はんだの液滴
Ｓ３  溶融はんだの流路
【図１】
2004305791.tif 000003
【図２】
2004305791.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004305791.tif 000006
【図５】
2004305791.tif 000007
【図６】
2004305791.tif 000008
【図７】
2004305791.tif 000009
【図８】
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