(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体材料を内部に保持するシリンジと、前記シリンジ内部と連通する前記液体材料の管路および前記管路と連通して前記液体材料を吐出する吐出口をその先端に有するニードルとからなるディスペンサであって、
前記シリンジ内部に保持された液体材料の温度を制御する第一温度制御装置と、
前記ニードルの前記吐出口近傍に配置された加熱部と、
前記ニードルの管路に存在する液体材料の温度を前記加熱部を介して制御する第二温度制御装置と、
前記加熱部と前記シリンジとの間に配置された、前記加熱部による前記シリンジの直接的な加熱を防止すると共に前記第一の温度制御部からの前記ニードルに対する熱影響を低減する断熱部材とを有し、
前記ニードルは、前記ニードル外周に設けられて一端が前記シリンジと接触し他端が前記吐出口近傍まで延在するスペーサーを含み、前記加熱部は前記スペーサーの他端近傍に配置され、前記断熱部材は前記スペーサーの外周に設けられ前記加熱部と前記シリンジとの間に配置され、前記ニードルに所定領域において密着して前記ニードルの熱容量を増加させると共に前記加熱部から前記ニードルへの熱伝導を補助することを特徴とするディスペンサ。
【請求項２】
前記シリンジは前記シリンジ外部に設けられたシリンジケースを含み、前記第一温度制御装置は前記シリンジケースを介して前記シリンジ内部の液体材料の加熱および冷却が可能であることを特徴とする請求項１記載のディスペンサ。
【請求項３】
前記シリンジケースは加熱および冷却可能な媒体が循環する循環路を有し、前記第一の温度制御装置は前記媒体の温度を一定に保持することにより前記液体材料の温度を制御することを特徴とする請求項１または２何れかに記載のディスペンサ。
【請求項４】
前記スペーサーにおける前記断熱部材が外周に設けられる部分は、他の部分に比べて外径が小さいことを特徴とする請求項１または２何れかに記載のディスペンサ。
【請求項５】
液体材料を第一所定温度にて内部に保持するシリンジと、前記シリンジ内部と一端が連通すると共に他端が前記液体材料を吐出する吐出口となる管路を有するニードルと、前記吐出口近傍において前記液体材料を第二所定温度とする加熱部とからなるディスペンサにおいて、前記液体材料の前記第一所定温度と前記第二所定温度とを独立して制御するための温度制御部材であって、
前記ニードルの外周部に配置され、一端が前記シリンジと接触すると共に他端が前記吐出口近傍まで延在し、所定の領域が前記ニードルと前記加熱部とにより挟持され、前記ニードルに所定領域において密着して前記ニードルの熱容量を増加させると共に前記加熱部から前記ニードルへの熱伝導を補助するスペーサーと、
前記加熱部による前記シリンジの直接加熱を防止すると共に前記第一の所定温度に保持されるシリンジからの前記ニードルに対する熱影響を低減するために、前記加熱部と前記シリンジとの間に配置された断熱部材とを有することを特徴とする温度制御部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ペースト状の材料、接着剤等の粘性流体を含む液体材料を、対象物に対して吐出し、塗布、注入、充填、あるいは点滴を行う方法および装置に関する。より詳細には、液体材料の吐出装置であるディスペンサにおける液体材料の貯蔵部（シリンジ）および吐出部（ニードル）での当該液体材料の温度を制御する方法および当該方法を用いた液体材料吐出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子部品を製造する工程において用いられる、所定の微少体積の液体材料を対象物に対して吐出し、塗布等する液体材料吐出装置として、例えば図４に示す構成を有するディスペンサ１０１が用いられている。図に示す如く、ディスペンサ１０１は、液体材料１１０を内部に保持するシリンジ１０４、シリンジ１０４内部に加圧空気を供給するチューブ１０５、加圧空気の圧力を制御する圧力制御部１０２、液体材料１１０の温度を検出する温度センサ１０９、および当該温度を制御する温度制御部１０８から構成される。
【０００３】
ディスペンサ１０１においては、シリンジ１０４の内部をチューブ１０５および圧力制御部１０２の内部に設けられたバルブ１１２を介して、所定の圧力を有する外部の圧力空気源１１１と接続し、このバルブ１１２を解放する時間によって加圧時間の制御を行い、ニードル１０６より吐出する液体の量を制御している。さらにバルブ１１２とシリンジ１０４との間に減圧弁１１３を設置し、この減圧弁１１３を用いてシリンジ１０４内部に付加される圧力を制御している。
【０００４】
ここで、樹脂等の液体材料はその保持温度によって粘性が大きく変化し、加えられた圧力に対する液体材料の吐出体積も大きく変化する。従って、ディスペンサ１０１からの吐出量を一定にするためには、シリンジ１０４内部およびニードル１０６の温度を常に一定にする必要がある。従来においては、シリンジ１０４内部あるいはその周囲の温度を温度センサ１０９によって測定し、その測定結果に基づいて温度制御部１０８が加熱用のヒータあるいは冷却用のペルチェ素子等からなる温度調節装置１１４を作動させ、液体材料の温度の維持を行っている。
【０００５】
また、液体材料はニードル１０６から吐出されるが、このニードル１０６における液体材料の温度については、シリンジ１０４の余熱等を利用して特に管理することなく放置する、あるいはシリンジ１０４周囲に配置された温度調節装置１１４をニードル１０６の周囲にも配置してシリンジ１０４と一体として管理する等の方法で対処が為されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、ディスペンサに注入された液体材料を効率よく使用しようとした場合、シリンジ１０４内部ではできるだけ低温で液体材料を保持することが好ましい。他方、ニードル１０６においては、ニードル１０６内部での管路抵抗を下げるために液体材料の保持温度を高くすることが好ましい。さらに、一定量の液体材料を安定供給するためには、ニードル１０６先端部での液体材料の粘度を一定にすることも要求される。
【０００７】
上記要求を満たすためには、シリンジ１０４とニードル１０６の温度管理を個々に行うことが望ましい。しかしながら、細くかつ小さいニードル１０６の熱容量は、シリンジ１０４の熱容量と比較して極端に小さい場合がほとんどであり、通常ニードル１０６の温度はシリンジ１０４からの熱伝導の影響を大きく受けていた。また、シリンジ１０４とニードル１０６を個々に対応した独立の加熱源等により温度制御しようと試みた場合、それぞれが対応していない加熱源からの熱影響を相互に受けてしまい、結果としてニードル１０６のみを独立して加熱、冷却することは困難であった。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑み、簡便な構造および温度制御方法により、シリンジ１０４とニードル１０６との温度をそれぞれ独立して制御することを可能とし、ディスペンサに注入された液体材料を効率よくかつ正確に使用することを可能とする温度制御方法および当該方法を用いた装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決する手段】
上記課題を解決するために、本発明に係るディスペンサは、液体材料を内部に保持するシリンジと、シリンジ内部と連通する液体材料の管路および管路と連通して液体材料を吐出する吐出口をその先端に有するニードルとからなるディスペンサであって、シリンジ内部に保持された液体材料の温度を制御する第一温度制御装置と、ニードルの前記吐出口近傍に配置された加熱部と、ニードルの管路に存在する液体材料の温度を加熱部を介して制御する第二温度制御装置と、加熱部とシリンジとの間に配置された断熱部材とを有することを特徴としている。
【００１０】
また、シリンジは、シリンジ外部に設けられたシリンジケースを含み、第一温度制御装置はシリンジケースを介してシリンジ内部の液体材料の加熱および冷却が可能としても良い。さらに、ニードルは、ニードル外周に設けられて一端がシリンジと接触し他端が吐出口近傍まで延在するスペーサーを含み、加熱部は、スペーサーの他端近傍に配置され、断熱部材はスペーサーの外周に設けられ加熱部とシリンジとの間に配置されても良い。
【００１１】
また、ニードルは、ニードル外周に設けられて一端がシリンジケースと接触し他端が吐出口近傍まで延在するスペーサーを含み、加熱部はスペーサーの他端近傍に配置され、断熱部材はスペーサーの外周に設けられ加熱部とシリンジケースとの間に配置されても良い。シリンジケースは加熱および冷却可能な媒体が循環する循環路を有し、第一の温度制御装置は媒体の温度を一定に保持することにより液体材料の温度を制御することとしても良く、スペーサーにおける断熱部材が外周に設けられる部分は、他の部分に比べて外径が小さくても良い。
【００１２】
さらに、上記課題を解決するために、本発明に係る温度制御部材は、液体材料を第一所定温度にて内部に保持するシリンジと、シリンジ内部と一端が連通すると共に他端が液体材料を吐出する吐出口となる管路を有するニードルと、吐出口近傍において液体材料を第二所定温度とする加熱部とからなるディスペンサにおいて、液体材料の第一所定温度と第二所定温度とを独立して制御するための温度制御部材であって、ニードルの外周部に配置され、一端がシリンジと接触すると共に他端が吐出口近傍まで延在し、所定の領域がニードルと前記加熱部とにより挟持されるスペーサーと、加熱部によるシリンジの直接加熱を防止するために、加熱部とシリンジとの間に配置された断熱部材とを有することを特徴としている。
【００１３】
さらに、上記課題を解決するために、本発明に係る液体材料の吐出方法は、液体材料を内部に保持するシリンジと、シリンジ内部と連通する液体材料の管路および管路と連通して液体材料を吐出する吐出口をその先端に有するニードルとからなるディスペンサを用いて液体材料を対象物に対して供給する際に、液体材料を第一の所定温度に保たれたシリンジの内部に保持することにより、液体材料の温度を第一の所定温度とし、ニードルの吐出口近傍を第一の所定温度より高い第二の所定温度に加熱保持し、管路を通過する液体材料の温度を第二の所定温度に近づけて吐出口から液体材料を吐出する方法であって、シリンジにおける液体材料の第一の所定温度での保持は第一温度制御装置によりなされ、吐出口近傍における液体材料の第二の所定温度への加熱および保持は第二温度制御装置によりなされ、シリンジとニードルの連通部近傍に断熱部材を配置することにより、吐出口近傍の加熱の際にシリンジが同時に加熱されることを防止することを特徴としている。
【００１４】
さらに、上記課題を解決するために、本発明に係る液体材料の吐出方法は、液体材料を内部に保持するシリンジと、シリンジ内部と連通する記体材料の管路および管路と連通して液体材料を吐出する吐出口をその先端に有するニードルとからなるディスペンサを用いて液体材料を対象物に対して供給する際に、液体材料を第一の所定温度に保たれたシリンジの内部に保持することにより、液体材料の温度を第一の所定温度とし、ニードルの管路を通過する液体材料の温度を第一の所定温度より高い第二の所定温度として吐出口から液体材料を吐出する方法であって、シリンジにおける液体材料の第一の所定温度での保持は温度制御装置によりなされ、吐出口近傍における液体材料の第二の所定温度への温度変化は、管路の長さ方向に存在する温度勾配に応じて為されることを特徴としている。
【００１５】
【実施の形態】
本発明の実施の形態について、以下に図面を用いて説明する。図１に本発明の実施の形態に係るディスペンサにおける主要部の概略構成を示す。なお、従来技術として述べた圧力空気源、バルブ、減圧弁等からなる圧力制御部、およびチューブ等は、本実施の形態においても特に異なる部分はないため、説明を省略する。
【００１６】
本発明に係るディスペンサ１は、液体材料を保持する略円筒形状のシリンジ４、一端がシリンジ内部と連通しかつ他端が液体材料の吐出口６ｂとなる管路６ａを有するニードル６、シリンジ４の外周部に配置されたシリンジケース２１、ニードル６の外周部に配置されたスペーサー２５、スペーサー２５を介してニードル吐出口６ｂ近傍を加熱する加熱部材としてのヒータープレート２６、ヒータープレート２６とシリンジケース２１との間に挿入された断熱部材２７とから構成されている。
【００１７】
シリンジ４内部の液体材料１０は、シリンジ４と接続された不図示のチューブを介してシリンジ内部に圧力を加えることにより、ニードル先端の吐出口６ｂより吐出される。シリンジケース２１はシリンジ４と熱伝達媒体２２を介して一体化されており、一つの被加熱部材としてシリンジ４の熱容量を増加する効果を有している。さらに、シリンジケース２１には、加熱あるいは冷却用の媒体である恒温水を循環するための不図示の循環路が設けられており、第一温度制御装置である恒温水装置３１によって所定温度とされた恒温水が循環されている。シリンジ４内部の液体材料１０の温度は、恒温水の循環開始後、一定時間が経過することにより、シリンジ４およびシリンジケース２１とともに恒温水の温度にほぼ等しい所定温度で安定する。
【００１８】
ニードル先端の吐出口６ｂ近傍に対応するスペーサー２５の外周にはヒータープレート２６が配置されている。第二温度制御装置である温度コントロールユニット３２は、測温センサー２８により検出されるスペーサ２５内部の温度に応じて、スペーサー２５の被加熱部分を所定温度に維持すべくヒータープレート２６を制御する。スペーサ２５はニードル６と一体化されており、一つの被加熱部材としてニードル６の熱容量を増加させるとともに、その端部をシリンジケース２１と接触することによってシリンジケース２１からニードル６に対しての熱伝導を補助する効果を有している。なお、ニードル６内部に存在する液体材料１０の温度は、予めスペーサー２５の内部温度と液体材料の温度との相関関係を求め、センサー検出温度とこの相関関係を考慮することにより、温度コントロールユニット３２による制御を可能としている。
【００１９】
次に、用いる液体材料１０を室温すなわち周囲温度より高い温度でシリンジ４に保持する場合、および室温より低い温度で保持する場合についての各構成要素の働きについて詳述する。高い温度で保持する場合として、例えばシリンジ４の内部では液体材料を２０℃で保持し、吐出時には液体材料の温度を８０℃とする場合について述べる。本実施の形態においては、２０℃に設定された恒温水を不図示の循環路に循環させ、シリンジケース２１、シリンジ４、および液体材料１０の温度が２０℃で安定するまで保持する。この場合、シリンジケース２１の熱容量をシリンジ４の熱容量に対して充分に大きくし、かつ恒温水の循環量を大きくすることによりこの保持時間の短縮が図られる。
【００２０】
吐出部６ｂ近傍については、温度コントロールユニット３２を介してヒータープレート２６により加熱され、センサー２８近傍でのスペーサ２５およびニードル６を８０℃まで加熱し保持する。断熱部材２７の効果により、ヒータープレート２６によるシリンジケース２１の加熱、およびシリンジ４に対する直接的な加熱は防止される。この構造とすることにより、本実施の形態に係るディスペンサ１において、シリンジ４の温度として２０±１℃、ニードル６の温度として８０±２℃の特性が得られた。
【００２１】
なお、本実施の形態においては、シリンジケース２１とシリンジ４からなる被加熱部材の熱容量を、スペーサー２５とニードル６とからなる被加熱部材の熱容量より充分大きくし、これにより、スペーサー２５を介してのシリンジ４およびシリンジケース２１に対しての間接加熱の影響を極僅かとしている。さらに、ニードル６およびスペーサー２５の長さを長くすることにより、吐出時における液体材料の温度の安定化が図れる。
【００２２】
次に、用いる液体材料１０を室温より低い温度でシリンジ４に保持し、かつ吐出時においても液体材料１０の温度を室温より低くする場合について述べる。この場合、室温より低い、例えば５℃に設定された恒温水を循環させる。一定時間の保持により、シリンジケース２１、シリンジ４および液体材料１０の温度がこの設定温度で安定すると同時に、熱伝導率の高い材料よりなるスペーサー２５およびこれに覆われたニードル６も冷却される。スペーサー２５はシリンジケース２１との接触端から吐出部近傍にかけて、設定温度から徐々に温度が高くなる温度勾配を有することとなる。吐出時の温度をさらに上昇させる必要がある場合はヒータープレート２６による加熱を同時に行えばよい。
【００２３】
上述の如く、本発明の実施の形態に係るディスペンサ１は、温度制御部材としてのスペーサー２５および断熱部材２７を用いることにより、シリンジ４の内部およびニードル６の管路６ａ内部での液体材料１０の温度を個別にかつ容易に制御することが可能となる。特に、シリンジ４の加熱源でもあるシリンジケース２１と、ニードル６の加熱源であるヒータープレート２６との間に断熱部材２７を配置することにより、各々対応していない加熱源からの影響を大幅に減少することが可能となる。
【００２４】
また、一般的に、ニードル６における液体材料の温度は、シリンジ４における液体材料の温度より高く設定することが好ましい。上述の如く、温度制御部材としてのスペーサー２５を付加し、シリンジケース２１の熱容量をスペーサー２５の熱容量に対して充分大きくすることにより、シリンジケース２１からの熱伝導によってニードル６を安定して加熱することが可能となる。さらに、この熱容量の相違により、スペーサー２５を加熱した場合におけるスペーサー２５によるシリンジケース２１からの加熱の影響を極僅かとし、シリンジ４の内部とニードル６の管路６ａ内部との温度差を大きくして液体材料を吐出することが可能となる。
【００２５】
なお、本実施の形態においては、第一温度制御装置として恒温水装置を用い、加熱および冷却用の媒体として水を用いているため制御可能な温度領域は、１乃至９９℃となるが、より高いあるいは低い保持温度を要する液体材料を用いる場合は、例えば油等を媒体として用いた温度制御装置を用いることが好ましい。さらに、本発明はこれら媒体の使用に限定されることなく、ペルチェ素子等の冷却装置、あるいはシースヒーター、ラバーヒータ等種々のヒーターを用い、これらをシリンジケース外部等に配置する構成とすることも可能である。この場合には、シリンジケースあるいはシリンジの温度を測定するセンサーを配置し、このセンサーの測定結果に基づいて上記ヒーター等を制御することが望ましい。
【００２６】
スペーサーの加熱に関しては、本実施の形態においては、ヒータープレートを用いることとしてその構成等に関しては特に述べていない。すなわち、第一温度制御装置のような媒体を循環させる方式によるもの、ラバーヒーターのような抵抗加熱方式のよるもの等、種々の構成からなるヒータープレートの使用が可能である。さらに、第一温度制御装置と同様の構成とする、あるいはペルチェ素子等を用いることにより、スペーサーおよびニードルの温度を室温以下とすることも可能となる。
【００２７】
また、本実施の形態においては、シリンジとシリンジケースを別部材としている。この場合、シリンジとシリンジケースとの間に熱伝導率の高い例えば銅からなる部材、あるいは本実施の形態の如く、熱伝導率の高い液体を熱伝達媒体として介在させることが好ましい。従って、シリンジの形状を、シリンジケースに該当する熱容量の大きい部分を含んだものとし、予め熱容量の大きいシリンジを作成してこれを用いることとしても良い。
【００２８】
スペーサーに関しても、熱伝導率の高い材質、例えば銅から構成されることが好ましい。また、シリンジの場合と同様、ニードルの形状を、スペーサに該当する熱容量の付加部分を含むものとしてこれを作成し、用いることとしても良い。本実施の形態においては、スペーサー端部はシリンジケースと接触することとしているが、シリンジとあるいはシリンジおよびシリンジケースの両方と接触することとしても良い。さらに、吐出口近傍の液体材料とシリンジ内部の液体材料との温度差をより大きくして使用する場合は、断熱部材の厚さを厚くする、あるいは断熱部材からシリンジ側となるスペーサーの外径を小さくすることとしても良い。
【００２９】
【本発明の効果】
本発明の実施により、簡便な構造および温度制御方法により、シリンジとニードルとの温度をそれぞれ独立して制御することを可能とし、ディスペンサに注入された液体材料を効率よくかつ正確に使用することが可能となる。より具体的には、シリンジ温度を低く維持してその内部に保持された液体材料の効率よく使用することが可能となり、ニードル温度を高くすることで液体材料の粘度を下げて吐出量を正確に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るディスペンサの主要部構成の概略を示す図である。
【図２】従来技術におけるディスペンサの概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１、１０１    ディスペンサ
４、１０４    シリンジ
６、１０６    ニードル
６ａ  管路
６ｂ  吐出口
２１    シリンジケース
２２    熱伝達媒体
２５    スペーサー
２６    ヒータープレート
２７    断熱部材
２８    測温センサー
３１    恒温水装置
３２    温度コントロールユニット
１０２    圧力制御部
１０５    チューブ
１０８    温度制御部
１０９    温度センサ
１１１    圧力空気源
１１２    バルブ
１１３    減圧弁
１１４    温度調節装置
【図１】
0003734693.tif 000002
【図２】
0003734693.tif 000003