JP4065450B2 - Fluid ejection device - Google Patents
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Description
本発明は、情報・精密機器、工作機械、FA(Factory Automation)などの分野、あるいは半導体、液晶、ディスプレイ、表面実装などの様々な生産工程で必要とされる微少流量の噴射装置に関するものであり、特に、流体を連続的又は間欠的に噴射する流体噴射装置としても好適なものである。 The present invention relates to an information-precision equipment, machine tools, FA (Factory Automation) field, such as or a semiconductor, liquid crystal, display, relates to an injection equipment of minute flow rate required by different production processes such as surface mount, , and particularly, it is suitable also as a fluid jet equipment for continuously or intermittently injecting a fluid.
液体吐出装置(ディスペンサ)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型化・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様になっている。例えば、プラズマディスプレイ、CRT(Cathode Ray Tube)、有機EL(electro-luminescence)などのディスプレイの分野では、従来のスクリーン印刷、フォトリソグラフィー等の工法に代わり、蛍光体又は電極材をパネル面にマスクレスでダイレクトにパターンニングする要望が大きい。そのためのディスペンサの課題を要約すれば、
(i) 吐出量の微細化、
(ii) 吐出量の高精度化、
(iii) 吐出時間の短縮、
である。
Liquid discharge devices (dispensers) have been used in various fields in the past, but in response to the recent needs for downsizing and high recording density of electronic components, a very small amount of fluid material can be supplied with high accuracy and stability. Control technology is required. For example, in the field of displays such as plasma display, CRT (Cathode Ray Tube), and organic EL (electro-luminescence), instead of conventional methods such as screen printing and photolithography, phosphors or electrode materials are maskless on the panel surface. There is a great demand for direct patterning. To summarize the issues of dispensers for that,
(I) Finer discharge volume,
(Ii) Higher accuracy of discharge amount,
(Iii) Shortening the discharge time,
It is.
従来、液体吐出装置として、図36に示す様なエアーパルス方式によるディスペンサが広く用いられており、例えば非特許文献1等にその技術が紹介されている。
Conventionally, as a liquid ejecting apparatus, an air pulse dispenser as shown in FIG. 36 has been widely used. For example, the technique is introduced in Non-Patent
この方式によるディスペンサは、定圧源から供給される定量の空気を容器600(シリンダ)の内部601にパルス的に印加させ、シリンダ600内の圧力の上昇分に対応する一定量の液体をノズル602から吐出させるものである。
The dispenser according to this system applies a constant amount of air supplied from a constant pressure source to the
近年、益々、高精度化、超微細化していく回路形成の分野、あるいはPDP、CRTなどの映像管の電極とリブ、蛍光面形成、液晶、光ディスクなどの製造工程の分野において、微細吐出すべき流体のほとんどは高粘度の粉流体である。 In recent years, it should be finely ejected in the field of circuit formation, which is becoming more highly accurate and ultra-fine, or in the field of manufacturing processes of picture tube electrodes and ribs such as PDP and CRT, phosphor screen formation, liquid crystal, and optical disks. Most of the fluid is a high viscosity powder fluid.
この微細な微粒子を含む粉流体を、高速・高精度で、流通路の目詰まりなく、高い信頼性のもとで、対象の基板上にいかにして吐出できるかが最大の課題である。 The biggest problem is how to discharge the powdered fluid containing fine particles onto the target substrate with high reliability at high speed and high accuracy without clogging the flow path.
高速間欠吐出を目的として、図37に示すようなディスペンサ(以降、便宜上、ジェット式と呼ぶことにする)が実用化されている。550はマイクロメータ、551はスプリング、552はピストンのシール部材、553はピストン室、554はヒーター、555はニードル、556はシート部に向けて流動する吐出材料、557はディスペンサから飛翔するドット状の吐出材料である。図38A及び図38Bは、図37の吐出部近傍558を示すモデル図であり、図38Aは吸入工程、図38Bは吐出工程を示す。559はニードル555の吐出側端部に形成された球面形状の凸部、560は吐出チップ部、561はこの吐出チップ部に形成された球面形状の凹部、562は吐出ノズルである。563は球面形状の凸部559と凹部561によって形成されるポンプ室である。
For the purpose of high-speed intermittent discharge, a dispenser as shown in FIG. 37 (hereinafter referred to as a jet type for convenience) has been put into practical use. 550 is a micrometer, 551 is a spring, 552 is a piston seal member, 553 is a piston chamber, 554 is a heater, 555 is a needle, 556 is a discharge material that flows toward the sheet portion, 557 is a dot-like shape that flies from the dispenser It is a discharge material. 38A and 38B are model views showing the vicinity of the
吸入工程である図38Aにおいて、ピストン室553の供給エアーパルスがONのとき、スプリング551に抗してニードル555が上昇する。このとき球面形状の凸部559と凹部561の間で形成される吸入部564が開放状態となり、吐出材料556はこの吸入部564からポンプ室563に充填される。吐出工程である図38Bにおいて、エアーパルスがOFFのとき、すなわち、ピストン室553にエアー圧が加わらないとき、ニードル555はスプリング551の力によって下降する。このとき、吸入部564は遮蔽状態となり、ポンプ室563内の流体は吐出ノズル562を除いた密閉空間で圧縮されるため、高圧が発生し流体は飛翔して流出する。
In FIG. 38A which is an intake process, when the supply air pulse of the
以下、プラズマディスプレイパネルの蛍光体層形成工程を例に上げて、下記従来技術の課題について述べる。 Hereinafter, taking the phosphor layer forming step of the plasma display panel as an example, the following problems of the prior art will be described.
[1] スクリーン印刷方式、フォトリソグラフィー方式の課題
[2] 従来ディスペンサ技術を用いて、蛍光体層をダイレクト・パターンニングする場合の課題
[1] Issues with screen printing and photolithography
[2] Issues in direct patterning of phosphor layers using conventional dispenser technology
最初に、前記[1]について説明する。
(1)プラズマディスプレイパネルの構造について
図39はプラズマディスプレイパネル(以下PDP)の構造の一例を示すものである。PDPは、大きく分けて前面板800と背面板801より構成される。前面板800を構成する透明基板である第1基板802に、複数組の線状透明電極803を形成する。また背面板801を構成する第2基板804には、前記線状透明電極と直交する複数組の線状電極805を平行に設ける。前記2つの基板を蛍光体層が形成されたバリアリブ806を介在して対向させ、そのバリアリブ806内に放電性ガスを封入する。両基板の電極間に閾値以上の電圧を印加すると、電極が直交し合う位置で放電が起こって放電性ガスが発光し、その発光を透明な第1基板802を通して観察することができる。そして、放電位置(放電点)を制御することにより第1基板側に画像を表示することができる。PDPによりカラー表示を行うためには、各放電点において放電時に放射される紫外線により所望の色を発色する蛍光体を、各放電点に対応する位置(バリアリブの隔壁)に形成する。フルカラー表示を行うためには、RGB(赤、緑、青)の各蛍光体を形成する。
First, the above [1] will be described.
(1) Structure of Plasma Display Panel FIG. 39 shows an example of the structure of a plasma display panel (hereinafter referred to as PDP). The PDP is roughly composed of a
前面板800と背面板801の構成について、もう少し詳しく説明する。
The configurations of the
前面板800は、ガラス基板等の透明基板からなる第1基板802の内面側に、2本で一組となる線状の透明電極803を平行に複数組、ITO等により形成する。この線状透明電極803の内面側表面にライン抵抗値を小さくするためのバス電極807が形成されている。これらの透明電極803及びバス電極807を被覆する誘電体層808を前面板の内面全領域に形成し、保護層であるMgO層809を誘電体層808の表面全領域に形成した構造を有する。
The
一方、背面板801の第2基板804の内面側には、前記前面板800の線状透明電極803と直交する線状のアドレス電極805を平行に複数本、銀材料等により形成する。また、このアドレス電極805を被覆する誘電体層810を背面板の内面全領域に形成する。誘電体層810の上に、各アドレス電極805を隔離すると共に、前面板800と背面板801のギャップ間隔を一定に維持するために所定高さのバリアリブ(隔壁)806を各アドレス電極の間に突出して形成している。このバリアリブ806により、各アドレス電極に沿ってセル811を形成し、その内面にRGB各色の蛍光体812を順次形成している。セル構造によるPDPは、図39で示すような放電点を一個ずつ独立セル内に有するものと、一列毎に隔壁により仕切ったセル構造(図示せず)のものがある。近年、前記「独立セル方式」がPDPの性能向上が図れる方式として注目されている。その理由は、セルを4方のバリアリブでワッフル状に囲うことにより、隣接するセル間の光漏れを防ぐことができると共に、発光体の面積を増加できるからである。その結果、発光効率と発光量(輝度)を高め、高コントラストの画像が実現できる、というのが「独立セル方式」の特徴とされる。セル壁面に形成される蛍光体層は、発色性をよくするために一般的に10〜40μm程度に厚盛りされる。前記RGB蛍光体層を形成するには、各セル内に蛍光体用塗工液を充填後、乾燥させることにより揮発分が除去されて、セル内面に肉厚の蛍光体が形成され、同時に放電性ガスを充填する空間が創成される。このような厚膜の蛍光体パターンを形成するために、蛍光体を含有する塗工材料は、溶剤の量を少なくした数千mPa・s〜数万mPa・sの高粘度ペースト状流体(蛍光体用ペースト)に調製され、従来からスクリーン印刷又はフォトリソグラフィーにより基板に吐出される。
On the other hand, on the inner surface side of the
(2)従来スクリーン印刷方式の課題
従来、スクリーン印刷方式を採用した場合、画面が大型化すると張力によるスクリーン版の延びが大きく、画面全体でスクリーン印刷板の精度の高い位置合わせをするのが困難となった。また、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、「独立セル方式」の場合、バリアリブ間のクロストークに繋がる問題となった。そのため、隔壁の頂上部分に附着した材料を除去するために機械的手段による表面処理あるいは加工、たとえば研磨工程を導入するなどの方策が必要であった。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、背面板全領域にわたって、全ての独立セルに一定の充填量を得るのは容易でない。
(2) Problems with the conventional screen printing method When the screen printing method has been adopted, the screen plate is stretched due to tension when the screen is enlarged, making it difficult to align the screen printing plate with high accuracy throughout the screen. It became. Further, when the phosphor material is filled, the material is placed on the top of the partition wall, and in the case of the “independent cell method”, there is a problem that leads to crosstalk between the barrier ribs. Therefore, in order to remove the material attached to the top part of the partition wall, a measure such as surface treatment or processing by mechanical means, for example, introduction of a polishing process is required. Moreover, the filling amount of the phosphor material changes due to the difference in squeegee pressure, and the pressure adjustment is very delicate and often depends on the skill level of the operator. Therefore, it is not easy to obtain a constant filling amount in all the independent cells over the entire area of the back plate.
(3)従来フォトリソグラフィーの課題
従来、フォトリソグラフィーの場合は次のような課題があった。この工法では、リブ間のセル内に感光性の蛍光体用ペーストを圧入後、露光及び現像工程により、所定のセル内に圧入された感光性組成物のみを残留させる。その後、焼成工程を経て、感光性組成物中の有機物を消失させ蛍光体層のパターンを形成する。この工法では、使用するペーストが蛍光体粉を含有しているため紫外線に対する感度が低く、蛍光体層の膜厚を10μm以上にすることが難しかった。そのため、十分な輝度が得られないという問題があった。
(3) Problems of conventional photolithography Conventionally, photolithography has the following problems. In this method, after the photosensitive phosphor paste is press-fitted into the cells between the ribs, only the photosensitive composition press-fitted into the predetermined cells is left by the exposure and development processes. Thereafter, through a firing step, organic substances in the photosensitive composition are eliminated to form a phosphor layer pattern. In this construction method, since the paste used contains phosphor powder, the sensitivity to ultraviolet rays is low, and it is difficult to make the thickness of the
また、フォトリソグラフィーを採用する場合、各色毎に露光及び現像工程が必須であるが、ペーストの塗工層に蛍光体が高濃度で含有されていることから現像除去による蛍光体の損失が大きく、蛍光体の有効利用率は30%弱に止まるため、コスト面で大きな課題があった。
In addition, when adopting photolithography, an exposure and development process is essential for each color, but since the phosphor is contained in a high concentration in the paste coating layer, the loss of the phosphor due to development removal is large, Since the effective utilization rate of the phosphor is limited to less than 30%, there is a significant problem in terms of cost.
[2] 従来ディスペンサ技術を用いて、蛍光体層をダイレクト・パターンニングする場合の課題
回路実装などの分野で、広く利用されているエアーノズル式のディスペンサー(図36)を用いて、映像管に吐出する試みが従来からなされている。エアーノズル式の場合、高粘度流体を高速で連続吐出させるのは困難なため、微粒子は低粘度の流体で希釈して吐出される。PDP、CRTなど映像管の蛍光体吐出の場合、微粒子の粒径はたとえば、3〜9μmであり、その比重は4〜5程度である。この場合、粒子単体が重いために、流体の流動が停止すると微粒子はたちまち流通路内部で堆積してしまうという問題点があった。また、エアー方式のディスペンサは、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、シリンダの容積とノズル抵抗できまる流体回路の時定数が大きく、入力パルスを印加後、流体が吐出開始して基板上に転写されるまで、0.07〜0.1秒程度の時間遅れを見込まねばならない。
[2] Issues in direct patterning of phosphor layers using conventional dispenser technology Air tube type dispensers (Fig. 36), which are widely used in fields such as circuit packaging, are used for video tubes. Attempts have been made to discharge. In the case of the air nozzle type, since it is difficult to continuously discharge a high-viscosity fluid at a high speed, the fine particles are diluted with a low-viscosity fluid and discharged. In the case of the phosphor discharge of a picture tube such as PDP and CRT, the particle diameter of the fine particles is, for example, 3 to 9 μm, and the specific gravity is about 4 to 5. In this case, since the single particles are heavy, there is a problem that when the fluid flow is stopped, the fine particles are immediately accumulated inside the flow passage. Moreover, the air-type dispenser has a drawback of poor responsiveness. This drawback is due to the compressibility of the air confined in the cylinder and the nozzle resistance when the air passes through a narrow gap. That is, in the case of the air method, the time constant of the fluid circuit consisting of the cylinder volume and nozzle resistance is large, and after applying the input pulse, it takes about 0.07 to 0.1 seconds until the fluid starts to be transferred and transferred onto the substrate We must expect a delay.
民生用プリンタとして広く用いられてきたインクジェット方式を、産業用の吐出装置として適用する開発がなされている。インクジェット方式の場合、駆動方法と構造上の制約から流体の粘度は10〜50mPa・sが限界であり、高粘度流体には対応できない。 Development has been made to apply an ink jet method, which has been widely used as a consumer printer, as an industrial discharge device. In the case of the ink jet system, the viscosity of the fluid is limited to 10 to 50 mPa · s due to restrictions on the driving method and structure, and it cannot cope with a high viscosity fluid.
インクジェット方式を用いて微細パターンを描くために、平均粒径が5nm程度の粒子を分散剤に覆われて独立分散させた低粘度ナノペーストが開発されている。このナノペーストを用いて、前述したPDPの「独立セル」のバリアリブ(隔壁)内壁に蛍光体層を形成する場合を想定する。しかし、各セル内に蛍光体用塗工液を充填後、乾燥させるプロセスにおいて、前述したように元来10〜40μm程度の蛍光体層を厚盛りするために、蛍光体を含有する塗工材料は溶剤の量を少なくした粘度の高いペースト状流体を用いている。蛍光体含有量を希薄にしかできない低粘度ナノペーストでは、蛍光体の絶対量が不足するため所定の厚みの蛍光体層を形成できない。また、ディスプレイが高輝度を得るためには、通常数ミクロンオーダー粒径の蛍光体微粒子が最適とされるが、現段階では容易に蛍光体粒径を変えられないという点もインクジェット方式の大きな課題である。 In order to draw a fine pattern using an inkjet method, a low-viscosity nanopaste in which particles having an average particle size of about 5 nm are covered with a dispersant and independently dispersed has been developed. It is assumed that a phosphor layer is formed on the inner wall of the barrier rib (partition wall) of the “independent cell” of the above-described PDP using this nanopaste. However, in the process of filling the phosphor coating liquid in each cell and drying it, the coating material containing the phosphor is used to thicken the phosphor layer of about 10 to 40 μm as described above. Uses a pasty fluid with a high viscosity and a reduced amount of solvent. A low-viscosity nanopaste that can only have a low phosphor content cannot form a phosphor layer having a predetermined thickness because the absolute amount of the phosphor is insufficient. Also, in order to obtain high brightness, it is usually best to use phosphor particles with a particle size on the order of several microns. However, the fact that the phosphor particle size cannot be easily changed at this stage is also a major problem with inkjet systems. It is.
図37で示したジェット式ディスペンサの場合、吐出スピードの点で従来ディスペンサであるエアー式、ねじ溝式等と比べて十分に早く、また高粘度流体の対応も可能である。またこの方式は、ノズルと対向面の距離を十分に離した状態で、流体をノズルから飛翔させて間欠吐出することができる。このように流体をノズルから飛翔させる吐出方法は、急峻なパルス状の発生圧力が出せないエアー式、ねじ溝式では困難である。 In the case of the jet type dispenser shown in FIG. 37, it is sufficiently faster than the conventional dispenser, such as an air type or a thread groove type, in terms of discharge speed, and can handle a high viscosity fluid. In this method, fluid can be ejected intermittently by ejecting fluid from the nozzle in a state where the distance between the nozzle and the facing surface is sufficiently separated. As described above, the discharge method for causing the fluid to fly from the nozzle is difficult in the air method and the screw groove method in which a steep pulsed generated pressure cannot be generated.
この方式は、前述したように、ニードル555の端部に形成された球面形状の凸部と、吐出側に形成された球面形状の凹部を噛み合わせることにより、吐出ノズル562を除いた密閉空間563を創成し、この密閉空間を圧縮することにより、高圧を発生させ流体を飛翔して流出させる方法である。
In this method, as described above, the spherical convex portion formed on the end portion of the
この場合、圧縮工程において、相対移動する部材間(凸部と凹部)の吸入部564における隙間はゼロとなり、3〜9μmの平均粒径の蛍光体微粒子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、すなわち流通路の目詰まり、部材の磨耗による吸入部564のシール性能の低下等により、蛍光体などの粉流体吐出への適用は困難な場合が多い。
In this case, in the compression process, there is no gap in the
前記方式のもうひとつの課題は、長時間連続使用を前提とした場合、1ドット当たりの吐出絶対量精度の確保である。前述したPDPの「独立セル」内に蛍光体を間欠吐出する場合を想定すると、量産時の生産タクトを考慮したとき、ヘッドの個数は数十本必要となる。前記ディスペンサでは、1ドット当たりの吐出量は密閉空間の容積すなわちニードル555のストロークと、吸入部564のシール性能で決定される。しかし、数十本あるディスペンサの各ニードル555のストロークと絶対位置、及び磨耗を伴う吸入部564のシール性能を、ばらつきなく長時間にわたり一定状態に保つのは、実用上極めて困難であると予想される。
Another problem with the above-described method is ensuring the accuracy of the absolute amount of ejection per dot, assuming continuous use for a long time. Assuming the case where the phosphor is intermittently discharged into the “independent cell” of the PDP described above, several tens of heads are required when considering the production tact during mass production. In the dispenser, the discharge amount per dot is determined by the volume of the sealed space, that is, the stroke of the
以上の考察を要約すれば、スクリーン印刷方式に代わり得る可能性を有する工法、例えば、PDPの独立セル蛍光体層形成を実現するダイレクト・パターニインング工法は、現段階では見出せない。 To summarize the above considerations, a method that has a possibility of replacing the screen printing method, for example, a direct patterning method that realizes the formation of an independent cell phosphor layer of PDP cannot be found at this stage.
微少流量吐出に係る近年の様々な要求に応えるために、本発明者は、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、直線運動を用いて固定側と回転側の相対的なギャップを変化させ、吐出量を制御する吐出方法を提案し、「流体供給装置及び流体供給方法」として出願中(特願2000-188899号(米国特許番号6,558,127及び6,679,685号))である。 In order to respond to various recent demands related to micro flow rate discharge, the present inventor gives a relative linear motion and a rotational motion between the piston and the cylinder, and also provides a means for transporting the fluid by the rotational motion. Proposed a discharge method that controls the discharge amount by changing the relative gap between the fixed side and the rotation side using the JIS, and has been filed as “Fluid Supply Device and Fluid Supply Method” (Japanese Patent Application No. 2000-188899 (US Patent) Nos. 6,558,127 and 6,679,685)).
また、前記提案で開示されたディスペンサ構造を対象として理論解析を行ない、ピストン端面とその相対移動面間の隙間を急峻に変化させることにより発生するスクイーズ効果を利用した間欠吐出方法及び装置を既に提案中(特願2001-110945号(米国特許番号6,679,685))である。 In addition, theoretical analysis was performed for the dispenser structure disclosed in the above proposal, and an intermittent discharge method and apparatus using a squeeze effect generated by abruptly changing the gap between the piston end surface and its relative movement surface have already been proposed. (Japanese Patent Application No. 2001-110945 (US Pat. No. 6,679,685)).
本発明者は、厳密な理論解析を進めた結果、ポンプ特性とピストンの組み合わせの工夫により、ピストン端面とその相対移動面間の隙間が十分に広い場合でも、スクイーズ効果と同等以上の高い発生圧力(第2次スクイーズ圧力)が得られることを見出している。前記効果により、ピストン端面間の隙間の管理が簡素でよく、かつ1ドット当りの総吐出量がポンプの回転数で設定できるため、実用上の取り扱いが容易で、流量精度が高く、かつ粉流体に対して高い信頼性を有する超高速間欠吐出装置を実現できるとして、すでに提案中(日本特許出願:特願2002-286741号(米国出願番号10/673,495号))である。 As a result of rigorous theoretical analysis, the present inventor has devised a combination of pump characteristics and pistons, and even when the gap between the piston end surface and its relative movement surface is sufficiently wide, high generated pressure equivalent to or higher than the squeeze effect (Secondary squeeze pressure) is found to be obtained. Due to the above effects, the gap between the piston end faces can be easily managed, and the total discharge amount per dot can be set by the number of rotations of the pump. Therefore, practical handling is easy, the flow rate accuracy is high, and the powder fluid On the other hand, it has already been proposed that an ultra-high-speed intermittent discharge device having high reliability can be realized (Japanese Patent Application: Japanese Patent Application No. 2002-286741 (US Application No. 10 / 673,495)).
前記提案に続き、本発明者は、日本特許出願:特願2003-036434号(米国出願番号10/776,278号)において、流体の有する圧縮性がスクイーズ圧力の発生に多大な影響を与えることを見出しており、圧縮性を考慮して導いた解析結果から得られる知見を基に、高速間欠・高速連続吐出を実現するヘッド構造を提案している。 Following the above proposal, the present inventor found that in Japanese patent application: Japanese Patent Application No. 2003-036434 (US Application No. 10 / 776,278), the compressibility of the fluid greatly affects the generation of squeeze pressure. Based on the knowledge obtained from the analysis results derived in consideration of compressibility, we have proposed a head structure that realizes high-speed intermittent and high-speed continuous discharge.
本発明は前記提案を踏み台として、理論解析と実験結果の厳密な対比のもとでさらに研究を進めた結果、本発明の目的は、マルチヘッド化等により流通路の容積が増大した場合でも、高い応答性が得られる流体噴射装置を提供することにある。 As a result of further research under the strict contrast between theoretical analysis and experimental results using the above proposal as a stepping stone, the object of the present invention is, even when the volume of the flow passage is increased due to multi-heading, etc. and to provide a is that Fluid injection equipment obtained high response.
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。 In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
本発明の第1態様によれば、ねじ溝軸と、前記ねじ溝軸を軸中心に回転駆動させる回転伝達装置とを有し、流体を導入する吸入口とを備える流体補給装置と、According to the first aspect of the present invention, there is provided a fluid replenishing device including a thread groove shaft, and a rotation transmission device that rotationally drives the thread groove shaft about the shaft center, and a suction port that introduces fluid.
ピストンと、前記ピストンをピストン軸方向に移動させる軸方向駆動装置とを有し、前記流体を吐出する吐出口を備えるピストン部と、 A piston part having a piston and an axial drive device for moving the piston in the piston axial direction, and having a discharge port for discharging the fluid;
前記流体補給装置と前記ピストン部とを繋ぐ流通路とを備える流体噴射装置において、 In a fluid ejection device comprising a flow passage connecting the fluid supply device and the piston part,
前記ピストンと前記ピストンの側面に対向する面との間には隙間が形成され、かつ、前記ピストンの側面に対向する面には凸部を有する流体噴射装置を提供する。 There is provided a fluid ejecting apparatus in which a gap is formed between the piston and a surface facing the side surface of the piston, and a convex portion is provided on a surface facing the side surface of the piston.
本発明を用いた流体噴射装置により、次の効果が得られる。
1.従来、エアー式、ねじ溝式では困難だった超高速応答の間欠吐出・連続吐出ができる。
2.吸入口から吐出通路に至る流通路を常に非接触にでき、また、充分に大きな流通路面積がとれるため、微粒子が混合した粉粒体に高い信頼性で対応できる。
3.さらに、以下示す特徴を、本発明の前記実施形態の一例としてのディスペンサは合わせ持つことができる。
(i)インクジェット方式では困難だった高粘度流体の高速吐出ができる。
(ii)超微少量を高精度で吐出できる。
The following effects can be obtained by the fluid ejecting apparatus using the present invention.
1. Conventionally, intermittent discharge and continuous discharge with ultra-high-speed response, which was difficult with air and thread groove types, are possible.
2. Since the flow passage from the suction port to the discharge passage can be kept non-contact at all times, and a sufficiently large flow passage area can be taken, it is possible to deal with powder particles mixed with fine particles with high reliability.
3. Furthermore, the dispenser as an example of the embodiment of the present invention can have the following characteristics.
(I) High-viscosity fluid, which was difficult with the inkjet method, can be discharged at high speed.
(Ii) A very small amount can be discharged with high accuracy.
本発明を例えばPDP、CRTディスプレイの蛍光体吐出、回路形成のディスペンサー、マイクロレンズの形成等に用いれば、その長所をいかんなく発揮でき、効果は絶大なものがある。 If the present invention is used for, for example, PDP, phosphor discharge of a CRT display, a dispenser for circuit formation, formation of a microlens, etc., the advantages can be fully exhibited, and the effect is tremendous.
本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。 Before continuing the description of the present invention, the same parts are denoted by the same reference numerals in the accompanying drawings.
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1は本発明の第1実施形態にかかる流体噴射装置を示すモデル図である。 FIG. 1 is a model diagram showing a fluid ejecting apparatus according to a first embodiment of the present invention.
1は流体補給装置の一例であるねじ溝ポンプ部、2はスクイーズ圧力を発生させるピストン部である。3はねじ溝6を外周面に有するねじ溝軸であり、ケーシングの一例としてのハウジング4に対して回転方向に移動可能に収納されている。ねじ溝軸3はモータのような回転伝達装置5Aにより矢印5に示すように回転駆動される。6はねじ溝軸3とハウジング4の相対移動面に形成されたねじ溝、7は補助圧力発生装置7Aで発生したエアー圧力(補助圧力)Psupにより圧縮性流体をねじ溝ポンプ部1に導入するための圧縮性流体の吸入口である。8はピストンであり、圧電型アクチュエータなどの軸方向駆動装置9Aにより矢印9に示すように軸方向に移動される。10はピストン8の端面、11はその固定側対向面、12はハウジング4に装着された吐出口の一例としての吐出ノズルである。ピストン端面10と固定側対向面11が隙間方向に相対移動する2面となる。これらの2面10,11とハウジング4で形成される空間が吐出室となる。
13はねじ溝軸端部、14はピストン外周部、15はねじ溝軸端部13とピストン外周部14を結ぶ流通路である。ピストン部2には、流通路15を経て、流体補給装置の一例であるねじ溝ポンプ部1により常時吐出流体16が供給される。
13 is a thread groove shaft end, 14 is a piston outer periphery, and 15 is a flow passage connecting the thread
軸方向駆動装置9Aは、ピストン8の軸方向沿いにハウジング4に設けられており、両部材8,4間の軸方向相対位置に変化を与える。この軸方向駆動装置9Aによって、ピストン端面10とその対向面11間の隙間hを変化させることができる。ピストン端面10の隙間hの最小値をh=hminとしたとき、前記第1実施形態の1つの実施例ではhminは十分に大きく、たとえば、hmin=245μmに設定している。
The
隙間hを高い周波数で変化させると、既提案(日本特許出願:特願2002-286741号(米国出願番号10/673,495号))で見出された、後述する第2次スクイーズ効果によって、ピストン端面10とその対向面11間の間隙部である吐出室17に変動圧力が発生する。18は、流通路15のピストン部2側に形成された流体抵抗部の一例としての絞りである。また、吐出室17の中央部で、19に位置する部分を吐出ノズル12の上流側(吐出ノズルの開口部)、ねじ溝軸3のねじ溝6とハウジング4で形成される間隙部をねじ溝室20と呼ぶことにする。吐出室17には、ねじ溝ポンプ部1により一定量の流体が連続的に供給される。本発明の前記第1実施形態にかかる適用例は、ポンプから供給される連続流(Analog的な流れ)を、第2次スクイーズ効果を用いて間欠流(Digital的な流れ)にA/D変換することにより、ピストン端面10と固定側対向面11間の隙間hを十分に大きく保ったままで、流体を高速で間欠吐出させることができるという着想に基づくものである。
When the gap h is changed at a high frequency, the second squeeze effect described later (Japanese Patent Application: Japanese Patent Application No. 2002-286741 (US Application No. 10 / 673,495)), which will be described later, Fluctuating pressure is generated in the
[1] 理論解析
(1−1)基礎式の導出
さて、本発明は、その原理となるスクイーズポンプ(仮称)の基礎式から、多くの知見を得ることができる。まず、流体が非圧縮性である場合について述べる。
[1] Theoretical analysis (1-1) Derivation of basic equation Now, the present invention can obtain a lot of knowledge from the basic equation of a squeeze pump (tentative name) as the principle. First, the case where the fluid is incompressible will be described.
この基礎式の導出方法は、既に日本特許出願:特願2002-286741号(米国出願番号10/673,495号)で本発明者によって提案済みであるが、再度その内容を記載する。 This basic formula derivation method has already been proposed by the present inventor in Japanese Patent Application: Japanese Patent Application No. 2002-286741 (US Application No. 10 / 673,495).
対向して配置された平面間の狭い隙間に粘性流体が介在し、かつその隙間の間隔が時間と共に変化する場合の流体圧力は、スクイーズ作用(Squeeze action)の項を持つ次の極座標におけるReynolds方程式を解くことにより得られる。 When a viscous fluid is present in a narrow gap between opposing planes and the gap distance changes with time, the fluid pressure is the Reynolds equation in the following polar coordinate with a squeeze action term Is obtained by solving
式(1)において、Pは圧力、μは流体の粘性係数、hは対向面間の隙間、rは半径方向の位置、tは時間である。また、右辺が、隙間が変化するときに発生するスクイーズアクション効果をもたらす項である。図2Aは装置の上面図、図2Bは流体噴射装置の一例であるディスペンサの各個所の圧力と流量の記号を示す図、図2Cは図2Bのピストン部2の拡大図である。
In equation (1), P is pressure, μ is the viscosity coefficient of the fluid, h is the gap between the opposing surfaces, r is the radial position, and t is time. The right side is a term that provides a squeeze action effect that occurs when the gap changes. 2A is a top view of the apparatus, FIG. 2B is a diagram showing symbols of pressure and flow rate at various points of a dispenser as an example of a fluid ejecting apparatus, and FIG. 2C is an enlarged view of the
なお、各記号における添字iは、図2Cにおける吐出ノズル12の開口部21の位置における値、添字oは吐出室17の内部でピストン外周部14の下端に位置する個所の値であることを示す。
The subscript i in each symbol indicates the value at the position of the
式(5)を式(3)に代入して、r=r0における境界圧力条件P=P1からc2が求まる(下記の式中、p1はピストン部側の圧力P1を意味する。)。ここで、r0は
図2Cにおける吐出室17の内部でピストン外周部14の下端に位置する個所のピストンの半径である。
Substituting Equation (5) into Equation (3), c 2 is obtained from the boundary pressure condition P = P 1 at r = r 0 (in the following equation, p 1 means the pressure P 1 on the piston side) .) Here, r 0 is the radius of the piston located at the lower end of the piston outer
式(5)と(6)を式(3)に代入して、半径方向の任意の位置の圧力P=P(r)を求める。 Substituting Equations (5) and (6) into Equation (3), the pressure P = P (r) at an arbitrary position in the radial direction is obtained.
r=riにおける圧力をP=P(ri)とすれば(ここで、riは、図2Cにおける吐出ノズル12の開口部21の位置におけるのピストンの半径である。)、
ここで、ねじ溝ポンプ部1の吐出側圧力をP2、ねじ溝ポンプ部1とピストン外周部14を繋ぐ流通路15に形成された絞り18の流体抵抗をRrとすると、流通路15を流れる流量Q0は、
ここで、第1次スクイーズ圧力Psqu1、第2次スクイーズ圧力Psqu2を次のように定義する。
第1次スクイーズ圧力Psqu1は、ピストン端面10とその相対移動面である固定側対向面11との間の隙間hを急峻に変化させることにより、ピストン端面10と固定側対向面11との間に発生する、公知のスクイーズ効果によるもので、ピストン速度dh/dtに比例し、隙間hの3乗に逆比例した圧力が発生する。第2次スクイーズ圧力は隙間hの絶対値に依存せず、ピストン速度dh/dtに比例し、スクリューポンプ(ねじ溝ポンプ部1)の内部抵抗Rsと絞り18の抵抗Rrの和に比例する。
The primary squeeze pressure P squ1 is changed between the
(1−2)流体の圧縮性を考慮した場合の基礎式導出
前述したように、吐出圧力Piを導くための基礎式の前記導出方法は、既に日本特許出願:特願2002-286741号(米国出願番号10/673,495号)の明細書で記載した内容に類似している。吐出圧力の理論値と実測値を厳密に対比させながら進めた以降の研究(日本特許出願:特願2003-036434号(米国出願番号10/776,278号))によって、次のような場合に吐出流体の持つ圧縮性が高速間欠吐出の「切れ味」に多大な影響を与えることがわかっている。
(1-2) as basic equations derived above in consideration of the compressibility of the fluid, the method of deriving basic equations for guiding the discharge pressure P i is already Japanese Patent Application: Japanese Patent Application No. 2002-286741 ( Similar to that described in the specification of US application Ser. No. 10 / 673,495). According to the following research (Japanese Patent Application: Japanese Patent Application No. 2003-036434 (US Application No. 10 / 776,278)), which was conducted while strictly comparing the theoretical value and the actual measurement value of the discharge pressure, in the following cases It has been found that the compressibility of the discharge fluid has a great influence on the “sharpness” of high-speed intermittent discharge.
(i) 間欠吐出の周波数を高くした場合
(ii) マルチヘッドの場合
(iii) 吐出流体に混入した気泡の影響が無視できない場合
(iv) 高弾性材料を用いる場合
噴射装置が独立した複数のピストンを有するマルチヘッド構造にしたとき、各ピストン部と流体補給装置の一例であるねじ溝ポンプ部を繋ぐ流通路の総容積は、スタンドアローンタイプ(1ピストン+1ノズル式)と比較して、大きくならざるを得ない。この場合、流体に僅かの圧縮性があればその影響は無視できなくなる。この流体の圧縮性と流通路の総容積で決まる流体キャパシタンスが流体吐出の「切れ味」に与える影響は、間欠吐出の周波数が高い程、顕著となる。この流体の圧縮性は、たとえば気泡の混入によって大きく影響を受ける。特に高粘度流体の場合、一度、流体中に混入した気泡は容易に脱泡できない。また、ある種の接着剤、たとえばゴム溶液、プラスチック、ラテックス等は弾性率が低く、圧縮性を考慮する必要がある。
(I) When the frequency of intermittent discharge is increased (ii) In the case of multi-head (iii) When the influence of bubbles mixed in the discharge fluid cannot be ignored (iv) When high elastic material is used Plural pistons with independent injection devices When the multi-head structure is used, the total volume of the flow path connecting each piston part and the thread groove pump part which is an example of the fluid replenishing device is larger than that of the stand-alone type (1 piston + 1 nozzle type). I must. In this case, if the fluid has a slight compressibility, the influence cannot be ignored. The influence of the fluid capacitance determined by the compressibility of the fluid and the total volume of the flow passage on the “sharpness” of fluid discharge becomes more significant as the frequency of intermittent discharge is higher. The compressibility of the fluid is greatly affected by, for example, air bubbles. Particularly in the case of a high-viscosity fluid, bubbles once mixed in the fluid cannot be easily defoamed. Also, certain adhesives such as rubber solutions, plastics, latexes, etc. have a low elastic modulus, and it is necessary to consider compressibility.
さて、本発明者は、既提案(日本特許出願:特願2003-036434号(米国出願番号10/776,278号))において、流体材料の圧縮性を考慮した理論解析を行い、
(i)高速間欠吐出を実現させるための条件、
(ii)連続吐出線の終端を切れ味よく遮断する条件、
前記(i)(ii)が、ディスペンサの構成要素のパラメータと動作条件の選択によって実現できることを見出している。この解析結果から、流体補給装置の一例であるねじ溝ポンプ部とピストン部を繋ぐ流通路の容積の大きさVsが吐出の応答性に多大な影響を与えることが分かっている。既提案(日本特許出願:特願2003-036434号(米国出願番号10/776,278号))のディスペンサをたとえばマルチヘッドで構成し、かつこのヘッド数を増加させるとき、前記流通路容積が増大するため、吐出の応答性が低下するという課題がある。これを解決する方策は、既提案の日本特許出願:特願2002-286741号(米国出願番号10/673,495号)、日本特許出願:特願2003-036434号(米国出願番号10/776,278号)では触れていない。
Now, the present inventor conducted a theoretical analysis in consideration of the compressibility of a fluid material in a previously proposed (Japanese Patent Application: Japanese Patent Application No. 2003-036434 (US Application No. 10 / 776,278)),
(I) Conditions for realizing high-speed intermittent discharge;
(Ii) a condition for sharply blocking the end of the continuous discharge line;
It has been found that (i) and (ii) can be realized by selecting parameters and operating conditions of the components of the dispenser. From this analysis result, it is known that the volume size V s of the flow passage connecting the thread groove pump part and the piston part, which is an example of the fluid supply device, has a great influence on the discharge response. When the dispenser of the existing proposal (Japanese Patent Application: Japanese Patent Application No. 2003-036434 (US Application No. 10 / 776,278)) is composed of, for example, a multi-head and the number of heads is increased, the flow passage volume increases. For this reason, there is a problem that the responsiveness of discharge is lowered. To solve this problem, the proposed Japanese patent application: Japanese Patent Application No. 2002-286741 (US Application No. 10 / 673,495), Japanese Patent Application: Japanese Patent Application No. 2003-036434 (US Application No. 10/7766) 278) is not mentioned.
本発明は、この点に解決策を与えるもので、流体補給装置の一例であるねじ溝ポンプ部とピストン部を繋ぐ流通路において、ピストン部の近傍に他の流通路と比べて十分に狭い開口部を有する流体抵抗部の一例としての「絞り」を形成したものである。この「絞り」によって、流体補給装置側の容積がもたらす応答性の遅れが解消される。 The present invention provides a solution to this point. In the flow passage that connects the thread groove pump portion and the piston portion, which is an example of the fluid supply device, an opening that is sufficiently narrow in the vicinity of the piston portion as compared with other flow passages. A “throttle” is formed as an example of a fluid resistance portion having a portion. This “throttle” eliminates the delay in response caused by the volume on the fluid supply device side.
以下、本発明の原理と効果を説明する理論解析を行なう。 The following is a theoretical analysis that explains the principles and effects of the present invention.
絞り18を挟んで容積Vs1、Vs2を持つ2つの流体キャパシタンスCh1(=Vs1/K)、 Ch2(=Vs2/K)を仮定する。Kは流体の体積弾性係数である。図2Bにおいて、容積Vs2は、ねじ溝ポンプ部1の流体が充填された部分の容積Vs11と、ねじ溝軸端部13と絞り18までの流通路15の容積Vs22の和(Vs2= Vs11+ Vs22)であり、破線22で囲まれた部分の間隙部の容積を示す。容積Vs1は、絞り18から吐出室17に至るまでの間隙部の容積であり、破線23で囲まれた部分の間隙部の容積を示す。この2つの流体キャパシタンスを考慮した圧縮性解析モデルを図3に示す。絞り18から流出した流量Q3の流体は、この流体キャパシタンスCh1側とピストン部側に分岐して流入するものとする。
Assume two fluid capacitances C h1 (= V s1 / K) and C h2 (= V s2 / K) having volumes V s1 and V s2 across the
式(22)と式(25)を式(21)に代入して整理すると、ピストン部側の圧力P1に関する一階の微分方程式が次のように得られる。
By substituting Equation (22) and Equation (25) into Equation (21) and rearranging, the first-order differential equation relating to the pressure P 1 on the piston portion side is obtained as follows.
P* squ2は流体の圧縮性を考慮すると共に、吐出室近傍に絞りRrを設けた場合の第2次スクイーズ圧力に相当する。 P * squ2 corresponds to secondary squeeze pressure when while considering the compressibility of the fluid and the diaphragm R r provided in the discharge chamber near.
ねじ溝ポンプ部側の圧力P2は、
但し、T2はねじ溝ポンプ部1側の時定数である。
However, T 2 is the time constant of the thread
式(26)、式(30)を連立微分方程式として解くことにより、圧力P1、P2を求めることができる。また、圧力P1を式(24)に代入して吐出圧力Piが得られる。
The pressures P 1 and P 2 can be obtained by solving the equations (26) and (30) as simultaneous differential equations. Further, the discharge pressure P i is obtained by substituting the pressure P 1 in the formula (24).
(1−3)等価回路モデル
以上の解析結果を基に、圧力発生装置と負荷抵抗の関係を等価電気回路モデルで表すと図4にようになる。図4の中のQ* squ2= P* squ2/Rrである。
[2] 実施形態
(2−1)具体的な実施形態
図5A、図5Bは本発明の第1実施形態にかかる流体噴射装置を示すものである。図6はピストン部の拡大図である。
(1-3) Equivalent Circuit Model Based on the above analysis results, the relationship between the pressure generator and the load resistance is represented by an equivalent electric circuit model as shown in FIG. Is a Q * squ2 = P * squ2 / R r in Figure 4.
[2] Embodiments (2-1) Specific Embodiments FIG. 5A and FIG. 5B show a fluid ejecting apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIG. 6 is an enlarged view of the piston portion.
50はねじ溝ポンプ部、51はねじ溝軸であり、ケーシングの一例としてのハウジング52に対して回転方向に移動可能に収納されている。ねじ溝軸51は回転伝達装置の一例であるモータ53により回転駆動される。54はねじ溝軸51とハウジング52の相対移動面に形成されたねじ溝、55は流体の吸入口である。
56はピストン部、57はピストン、58はピストン57の軸方向駆動装置9Aの一例である圧電型アクチュエータである。
59はピストン57の端面、60はその固定側対向面、61は吐出ノズルである。ピストン端面59と固定側対向面60が隙間方向に相対移動する2面である吐出室62(図3の解析モデルでは17に相当)となる。
59 is an end surface of the
圧電型アクチュエータ58は、ピストン57と固定側の部材との間で軸方向相対位置に変化を与える。この圧電型アクチュエータ58によって、ピストン端面59とその固定側対向面60間の隙間hを変化させることができる。63はねじ溝軸51のねじ溝軸端部、64はピストン57のピストン外周部、65は下部プレート、66はねじ溝軸端部63とピストン外周部64を結ぶ流通路であり、ハウジング52と下部プレート65の間に形成されている。ピストン外周部64には、流通路66を経て、流体補給装置の一例であるねじ溝ポンプ部50により、常時、吐出すべき流体67が供給される。68は流通路66のピストン外周部64近傍に設けられた、流体抵抗部の一例としての絞り(図3の解析モデルでは、流体抵抗Rrを有する流体抵抗部の一例としての絞り18に相当)である。この第1実施形態の絞り68は、表1に示すように、通路幅w=2mm、通路深さb=0.097mm、通路長さl=4mmで構成されており、ねじ溝ポンプ部1側の流通路66のそれらと比べてそれぞれ十分に小さく構成されている。
The
(2−2)前記実施形態の解析結果
本発明の前記実施形態にかかる前記流体噴射装置の一例であるディスペンサを、表1、表2の条件で構成した場合の圧力の解析結果を以下に示す。なお、流通路を挟んで容積Vs1、Vs2を持つ2つの流体キャパシタンスの値は、Ch1(=Vs1/K)=0.421mm5/kg、 Ch2(=Vs2/K)=1.02mm5/kgと仮定している。図7はピストンの駆動波形であり、時間に対するピストン変位(隙間hの寸法として表示。)を示している。図8Aは吐出圧力Piの解析結果であり、時間に対する吐出圧力を示すグラフである。図8Aの中に、絞り68を形成する場合(実線のグラフ)の圧力波形に加えて、絞り68を形成しない場合(一点鎖線のグラフ)、すなわちRr→0とした場合の圧力波形を対比して示す。図8Aから、絞り68を形成する場合には、ピーク圧Pmax=13Mpaであり、流体を飛翔させるのに必要な極めて高い圧力が発生している。また、絞り68を形成する場合には、吐出直後の負圧Pmin <0であり、吐出直後において、吐出ノズルから流出しかつ飛翔せずに吐出ノズルの先端付近に残った流体を、再び、吐出ノズルの内部に吸引するために必要な十分な負圧が発生している。
(2-2) Analysis result of the embodiment The analysis result of the pressure when the dispenser which is an example of the fluid ejecting apparatus according to the embodiment of the present invention is configured under the conditions of Tables 1 and 2 is shown below. . Note that the values of the two fluid capacitances with volumes V s1 and V s2 across the flow path are C h1 (= V s1 /K)=0.421 mm 5 / kg, C h2 (= V s2 /K)=1.02 Assuming mm 5 / kg. FIG. 7 is a driving waveform of the piston, and shows the piston displacement (displayed as the dimension of the gap h) with respect to time. 8A is an analysis result of the discharge pressure P i, is a graph indicating a discharge pressure with respect to time. In FIG. 8A, in addition to the pressure waveform when the restrictor 68 is formed (solid line graph), the pressure waveform when the restrictor 68 is not formed (dotted line graph), that is, when R r → 0, is compared. Show. From FIG. 8A, when the
図8B及び図8Cは、絞り68の有無の場合について、吐出ノズル61から流出した吐出流体の挙動をイメージ図で示したものである。図8Bは絞り抵抗を施さない場合、図8Cは絞り68を配置して絞り抵抗を施した場合を示す。69は吐出ノズル61と対向して配置された吐出対象の一例としての基板、70は吐出ノズル61から基板69に流出した後の吐出すべき流体である。
8B and 8C are image diagrams showing the behavior of the discharge fluid that has flowed out of the
図8Bの場合は、ねじ溝ポンプ部1の最大発生圧力すなわち発生ピーク圧Pmax が低いために、吐出ノズル61から流出した吐出流体70は、表面張力の影響により吐出ノズル61の先端で流体塊となって基板69に落下せずに付着している。
In the case of FIG. 8B, since the maximum generated pressure, that is, the generated peak pressure P max of the thread
図9はねじ溝ポンプ部側の吐出側圧力P2の波形であり、時間に対するねじ溝ポンプ部側の吐出側圧力P2を示すグラフである。図8Aのピストン部側の圧力P1の波形と比べて、圧力波形の振幅は小さく、Pmax=3.0MPa、Pmin=0.9MPaであり、負圧は発生していない。 Figure 9 is a waveform of the discharge-side pressure P 2 of the screw groove pump portion is a graph showing the discharge-side pressure P 2 of the thread groove pump portion side with respect to time. Compared with the waveform of the pressure P 1 on the piston portion side in FIG. 8A, the amplitude of the pressure waveform is small, P max = 3.0 MPa, P min = 0.9 MPa, and no negative pressure is generated.
この結果から、絞り68と流体キャパシタンスCh1、 Ch2によるローパスフイルタの作用によって、ピストン部側に発生する鋭敏なスクイーズ圧力は、上流側(ねじ溝ポンプ部側)には十分に伝播されないことがわかる。すなわち、ピストン部56の近傍に配置した絞り68が、鋭敏なピーク圧を有する吐出圧力と負圧の発生をピストン部56の近傍にだけ留める効果をもたらすのである。
From this result, the sensitive squeeze pressure generated on the piston side by the action of the low-pass filter by the
図10は、他の仕様は変えないで、絞りの流通路深さbだけを変えた場合の吐出圧力の波形を比較したものであり、絞りの深さをパラメータとした時間に対する吐出圧力を示すグラフである。 FIG. 10 compares the discharge pressure waveforms when only the flow path depth b of the throttle is changed without changing other specifications, and shows the discharge pressure with respect to time using the throttle depth as a parameter. It is a graph.
ここで、高速間欠吐出に要求される条件としては、以下のような点が挙げられる。
(i)吐出時に高いピーク圧が得られること。
(ii)吐出終了後、十分に負圧が発生すること。
(iii)吸入工程終了時までに、吐出圧力が供給圧に回復していること。
Here, the conditions required for high-speed intermittent discharge include the following points.
(I) A high peak pressure can be obtained during discharge.
(Ii) A sufficient negative pressure is generated after the end of discharge.
(Iii) The discharge pressure has recovered to the supply pressure by the end of the suction process.
前記(i)〜(iii)の点から、吐出圧力波形を評価する。 The discharge pressure waveform is evaluated from the points (i) to (iii).
この場合の絞りの流体抵抗Rrは、
前記第1実施形態では、流通路15に絞り18を挟んで設けた2つの流体キャパシタンスの容積Vs1、Vs2の比:Vs1/Vs2 = Ch1/Ch2 = 0.421/1.02 = 0.413であり、Vs1<Vs2である。吐出室17の近傍に、絞り抵抗Rrの絞り18を設けることにより、圧力P1とP2の波形との比較(図8A、図9)から分かるように、吐出側(ピストン部2側)は、流体補給装置側(一例としてはねじ溝ポンプ部1側)と動的に分離される。その結果、流体補給装置側の容積Vs2は、吐出圧力のレスポンスには大きな影響を与えない。本発明の前記第1実施形態にかかる流体噴射装置のこの効果は、ピストン部2を複数備えかつ流体補給装置のねじ溝ポンプ部1と各ピストン部2に繋がる流通路15の本数が増大するマルチヘッド(後述)の場合に顕著になる。
In the first embodiment, the ratio of the volumes V s1 and V s2 of the two fluid capacitances provided with the
なお、ピストン部側の時定数は、T1≦30msに設定すれば、従来のディスペンサと比較して、応答性の点で有利となるため、多くの用途に適用できる。
If the time constant on the piston portion side is set to T 1 ≦ 30 ms, it is advantageous in terms of responsiveness as compared with the conventional dispenser, and can be applied to many applications.
(2−3)絞り抵抗を形成するその他の方法(第2,第3実施形態)
(第2実施形態)
図11Aは、本発明の第2実施形態にかかる流体噴射装置を示すもので、ピストン外周部とその対向面の間に絞り抵抗を形成した場合を示す。なお、図211Aに示されていない、ねじ溝ポンプ部側の構造は先の実施形態と同様である。
(2-3) Other methods for forming aperture resistance (second and third embodiments)
(Second Embodiment)
FIG. 11A shows a fluid ejecting apparatus according to a second embodiment of the present invention, and shows a case where an aperture resistance is formed between the outer peripheral portion of the piston and its opposing surface. The structure on the thread groove pump portion side, which is not shown in FIG. 211A, is the same as that of the previous embodiment.
300はピストン、301はピストン外周部、302は下部プレート、303はねじ溝軸の端部とピストン外周部301を結ぶ流通路、304はピストン外周部301と下部プレート302の間に形成された絞り(図3の解析モデルでは、流体抵抗Rrを有する絞り18に相当)である。305はピストン300の端面、306はその固定側対向面、307は吐出ノズル、308は吐出室、309は流通路303のピストン部側の開口端である。また、311はノズル307を有しかつ複数のボルト312により下部プレート302に取り外し可能に固定される吐出部である。
300 is a piston, 301 is an outer periphery of the piston, 302 is a lower plate, 303 is a flow passage connecting the end of the thread groove shaft and the outer periphery of the
絞り304は、ピストン外周部301と下部プレート302の間で、吐出室308に近い側に形成されている。そのため、ピストン300の下端部と固定側対向面306で形成される空間の容積Vs1(すなわち流体キャパシタンスCh1)を僅少にできるため、一層の応答性の向上が図れる。
The
図11Bは本発明の第2実施形態の変形例にかかる流体噴射装置を示すもので、外部から装着・離脱が自在な吐出部に絞り抵抗を形成した場合を示す。 FIG. 11B shows a fluid ejecting apparatus according to a modified example of the second embodiment of the present invention, and shows a case where an aperture resistance is formed in a discharge portion that can be attached and detached from the outside.
350はピストン、351はピストン外周部、352は下部プレート、353はねじ溝軸端部とピストン外周部351を結ぶ流通路、354はピストン外周部351と下部プレート352の間に形成された絞り(図3の解析モデルでは、流体抵抗Rrを有する絞り18に相当)である。355はピストン350の端面、356はその固定側対向面、357は複数のボルト357aにより下部プレート352に取り外し可能に固定される吐出部、358は吐出ノズル、359は吐出室、360は流通路の開口端である。絞り354は、ピストン外周部351と吐出部357の間で、吐出室359に近い側に形成されている。そのため、吐出側の空間の容積Vs1(すなわち流体キャパシタンスCh1)を僅少にできると共に、ディスペンサ本体を解体することなく、複数のボルト357aを緩めて下部プレート352から吐出部357のみを取り外したのち、吐出条件に合わせて、最も適切な絞り抵抗を有する絞り354を形成することができる吐出部357を選択して(言い換えれば、先に取り付けられていた吐出部357の絞り354とは内径が異なる絞り354を有する別の吐出部357に交換して)、再び、複数のボルト357aを締め付けて下部プレート352に選択された前記別の吐出部357を取り付けることができる。
350 is a piston, 351 is a piston outer peripheral part, 352 is a lower plate, 353 is a flow path connecting the thread groove shaft end part and the piston outer
いずれの前記実施形態又は変形例の場合も、絞り354は、ピストン350の端面355と流通路353の開口端360の間で、ピストン外周部351とその対向面の間に形成すればよい。また、絞り354を形成するための凸部は、ピストン側(軸側)とピストンを収納する固定側(ハウジング側)とのうちのいずれか一方、又は、両方に形成してもよい。
In any of the above embodiments or modifications, the
(第3実施形態)
図12Aは、本発明の第3実施形態にかかる流体噴射装置を示すもので、ピストン先端を、先すぼまりのテーパ形状にして、かつ絞りを吐出室近傍に形成している場合を示す。図12Bは、図12AのA−A線の断面図である。
(Third embodiment)
FIG. 12A shows a fluid ejecting apparatus according to a third embodiment of the present invention, and shows a case where a piston tip has a tapered shape and a throttle is formed in the vicinity of a discharge chamber. 12B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 12A.
250はピストン、251はピストン外周部、252は下部プレート、253はねじ溝軸端部とピストン外周部251を結ぶ流通路、254はピストン外周部251と下部プレート252の間(前記流通路253の一部)に形成された絞り(図3の解析モデルでは、流体抵抗Rrを有する絞り18に相当)である。255はピストン250の円錐状の端面、256はテーパ形状に(すり鉢形状に)形成された固定側対向面、257は吐出ノズル、258は吐出室である。また、261はノズル257を有しかつ複数のボルト262により下部プレート252に取り外し可能に固定される吐出部である。このように、ピストン端面255とその固定側対向面256の間の空間をテーパ形状にすることにより、流体を、よりスムーズに吐出ノズル257に導くことができるため、流体として粉流体を用いる場合のノズルの詰まりなどのトラブルを回避できる。
250 is a piston, 251 is a piston outer peripheral portion, 252 is a lower plate, 253 is a flow passage connecting the screw groove shaft end portion and the piston outer
[2] マルチヘッドの場合の第4実施形態
以上説明した前記実施形態のディスペンサのは、いずれも流体補給装置の一例であるポンプ部と軸方向駆動装置9Aの一例である圧電型アクチュエータなどのピストン駆動部が1つずつ備えられて構成されたシングルヘッドである。これに対して、以下の、本発明の第4実施形態にかかる流体噴射装置(一例としてのディスペンサ)では、ヘッドをさらに生産タクトアップする方策について述べる。
[2] Fourth embodiment in the case of a multi-head The dispenser of the above-described embodiment described above is a piston such as a piezoelectric actuator that is an example of a pump unit that is an example of a fluid supply device and an
たとえば、PDPパネルの場合、前面板/背面板にそれぞれ形成する蛍光体層は、スクリーン印刷方式、又は、フォトリソグラフィ方式等によって形成されている。 For example, in the case of a PDP panel, the phosphor layers formed on the front plate / back plate are formed by a screen printing method, a photolithography method, or the like.
スクリーン印刷方式、又はフォトリソグラフィ方式に係る前述した課題を解決するために、ディスペンサを用いた直接描画方式(ダイレクトパターニング)を実現させて欲しいという要望が強い。しかし、ディスペンサを用いて前面板又は背面板のパネル面に蛍光体層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。 In order to solve the above-mentioned problems related to the screen printing method or the photolithography method, there is a strong demand for realizing a direct drawing method (direct patterning) using a dispenser. However, even when the phosphor layer is formed on the panel surface of the front plate or the back plate using a dispenser, a production tact equivalent to that of the screen printing method is desired.
本発明の前記実施形態にかかる流体噴射装置を使用して、ボックス型セル内に蛍光体を間欠吐出するプロセスに適用する場合、前述した吐出プロセスの条件、(i)1ドット当たりの吐出量が一定、(ii)周期が一定、(iii)超高速吐出、に加えて「マルチヘッドであること」が必要条件となる。 When the fluid ejecting apparatus according to the embodiment of the present invention is used and applied to a process of intermittently discharging a phosphor into a box-type cell, the above-described discharge process conditions, (i) the discharge amount per dot is In addition to constant, (ii) constant period, and (iii) ultra-high speed ejection, “being a multi-head” is a necessary condition.
図13A及び図13Bは本発明の第4実施形態にかかる流体噴射装置であって、マルチヘッドを有する流体噴射装置を示す。図13Cは図13Bのピストン部近傍の拡大図である。 13A and 13B show a fluid ejecting apparatus according to a fourth embodiment of the present invention, which has a multi-head. FIG. 13C is an enlarged view of the vicinity of the piston portion of FIG. 13B.
150はねじ溝ポンプ部、151はねじ溝軸であり、ケーシングの一例としてのハウジング152に対して回転方向に移動可能に収納されている。ねじ溝軸151は回転伝達装置153の一例であるモータにより回転駆動される。154はねじ溝軸151とハウジング152の相対移動面に形成されたねじ溝、155は流体の吸入口である。156a〜156fは図13Cに示すような同一構造を有する6個のピストン部、157a〜157fはピストン部156a〜156fの6個のピストン、158a〜158fは6個のピストン157a〜157fのそれぞれのピストン駆動部である軸方向駆動装置9Aの一例である6個の圧電型アクチュエータ、159a〜159fは6個の吐出ノズルである。160は下部プレート、161はねじ溝軸端部162に繋がる共通流通路であり、この共通流通路161から6個の個別流通路163a〜163fを経て、6個の各ピストン外周部164a〜164fに流体が供給される。これらの流通路161,163a〜163fはハウジング152と下部プレート160の間に形成されている。164a〜164fはピストン外周部、165a〜165fはピストン外周部164a〜164fとそれぞれの対向面の間に形成された絞りである。ピストン部156a〜156fには、同一の構造を持つ圧電型アクチュエータ158a〜158fと、これらのアクチェータ158a〜158fで独立して駆動されるピストン157a〜157fを配置している。ねじ溝ポンプ部150からは、共通流通路161→個別流通路163a〜163f→絞り165a〜165fを経て、各ピストン部156a〜156fの吐出室に流体が供給される。
本第4実施形態で示すごとく、流体補給装置の一例であるポンプ部1と、ピストン部156a〜156fを分離して噴射装置を構成すれば、1セットのポンプ部1から複数個のピストン部156a〜156fに流体を分岐して補給することにより、同期して吐出可能なマルチノズルを有する吐出ヘッドが実現できる。
As shown in the fourth embodiment, if a
図13Bに、前記第4実施形態にかかる前記流体噴射装置の制御ブロック図の一例を簡略化して示す。166は圧電型アクチュエータ156a〜156fの駆動方法を与える指令信号発生器、167は制御コントローラ、168a〜168fは6個の圧電型アクチュエータ156a〜156fの駆動電源である6個のドライバー、169は、位置固定されたマルチヘッドに対して、吐出対象である基板などの対象物が保持されて直交する2方向であるXY方向に移動されるステージ179(図13C参照)に設けられたリニアスケールからの位置情報を示す。予め決定されている6本のピストン157a〜157fのそれぞれの立上り・立下り波形、間欠周期、振幅、最小隙間などの指令信号と、噴射装置と基板の相対速度と相対位置を検出するリニアスケールからの位置情報169を基に、制御コントローラ167を経て、6個の圧電型アクチュエータ156a〜156fが、6個のドライバー168a〜168fにより、それぞれ独立してかつ必要に応じて同期して駆動され、1つのねじ溝ポンプ部150から供給された流体が、共通流通路161、個別流通路163a〜163f、絞り165a〜165fを経て、6個のピストン部156a〜156fの吐出ノズル159a〜159fから同期して吐出される。
FIG. 13B shows a simplified example of a control block diagram of the fluid ejection device according to the fourth embodiment. 166 is a command signal generator that gives a driving method for the
以上の前記第4実施形態に示したように、流体補給装置の一例であるポンプ部1セットに対して、ピストン部を複数個配設するマルチヘッド構成にすれば、装置全体を大幅に小型化できる。図14にマルチヘッドの場合の等価電気回路を示す。 As shown in the above fourth embodiment, if the multi-head configuration in which a plurality of piston parts are arranged with respect to one set of pump part which is an example of a fluid replenishing apparatus, the whole apparatus is greatly reduced in size. it can. FIG. 14 shows an equivalent electric circuit in the case of a multi-head.
通常、流体補給装置の一例であるポンプ部の小型化は限界があるが、ピストン駆動部は小型の圧電型アクチュエータ等の適用が可能であり、マルチヘッド構成にした場合、各ノズル間のピッチを充分小さくできる。 Normally, there is a limit to downsizing the pump unit, which is an example of a fluid replenishing device, but the piston drive unit can be applied to a small piezoelectric actuator, etc. Can be small enough.
また、本発明を適用したマルチヘッドの場合、それぞれのピストン駆動部に独立した絞り(絞り抵抗Rr)を設けているために、
(i)絞り抵抗Rrの大きさに比例する第2次スクイーズ圧力(式(28))を、それぞれの吐出室に独立して発生させることができる。
In addition, in the case of the multi-head to which the present invention is applied, each of the piston drive units is provided with an independent diaphragm (diaphragm resistance R r ).
(I) A secondary squeeze pressure (equation (28)) proportional to the size of the throttle resistance R r can be independently generated in each discharge chamber.
(ii)吐出側の時定数T1は、流体キャパシタンスCh1(=Vs1/K)すなわち吐出室の容積Vs1に比例するため、吐出のレスポンスに多大な影響を与える吐出側の時定数T1(式(27))を十分に小さくできる。 (Ii) The time constant T 1 on the discharge side is proportional to the fluid capacitance C h1 (= V s1 / K), that is, the volume V s1 of the discharge chamber, and therefore has a great influence on the discharge response. 1 (Expression (27)) can be made sufficiently small.
マルチヘッドの場合、図13Aの図から分かるように、流体補給装置側の容積Vs2はヘッド数が多いほど増大する。すなわち、Vs1≪Vs2となる。したがって、流体補給装置側の時定数T2も増大しT1≪T2となるが、吐出側の応答性には大きな影響を与えない。 In the case of a multi-head, as can be seen from the diagram of FIG. 13A, the volume V s2 on the fluid supply device side increases as the number of heads increases. That is, V s1 << V s2 . Therefore, the time constant T 2 on the fluid supply device side also increases and T 1 << T 2 , but does not significantly affect the response on the discharge side.
(iii)マルチヘッドのヘッド数の制約がないため、生産性の向上が図れる。 (Iii) Since there is no restriction on the number of multi-heads, productivity can be improved.
なお、各ヘッド部に設ける絞りの絞り抵抗Rrの大きさは、場所によって変えても良い。たとえば、吐出量の一層の均一化を図るために、ねじ溝ポンプ部150から遠距離にある絞り165a及び165fの絞り抵抗の大きさは、流通路の抵抗の違いを考慮して、ねじ溝ポンプ部150から近距離にある絞り165c又は165dの絞り抵抗よりも小さ目にしてもよい。
The size of the diaphragm resistance R r of the diaphragm provided in each head unit may be changed depending on the location. For example, in order to make the discharge amount more uniform, the size of the throttle resistances of the
また、図13A、図13Bに一例を示したマルチヘッドをサブユニットとして、このサブユニットを複数個組み合わせて噴射装置を構成してもよい。
Further, the multihead shown in FIG. 13A and FIG. 13B as an example may be used as a subunit, and a plurality of these subunits may be combined to form an injection device.
以上説明した本発明の前記第1〜第4実施形態の適用例は、ピストン端面の隙間を充分に大きく設定することにより、第1次スクイーズ圧力の影響が少ない領域で、第2次スクイーズ圧力だけを利用して、流体補給装置から供給される連続流(アナログ的な流れ)を間欠流(デジタル的な流れ)にA/D変換して間欠吐出するものである。この場合、1ドット当たりの吐出量はピストンのストローク、変位に依存せず、流体補給装置の一例であるポンプの圧力流量特性と吐出ノズル流体抵抗で決まる動作点流量QC(=Pc/Rn)で決定される(図35A参照)。したがって、
1ドット当たりの吐出量が一定、
周期が一定、
超高速間欠吐出。
In the application examples of the first to fourth embodiments of the present invention described above, only the secondary squeeze pressure is obtained in a region where the influence of the primary squeeze pressure is small by setting the gap between the piston end faces sufficiently large. , The continuous flow (analog flow) supplied from the fluid supply device is A / D converted into an intermittent flow (digital flow) and intermittently discharged. In this case, the discharge amount per dot does not depend on the stroke and displacement of the piston, and the operating point flow rate Q C (= P c / R) determined by the pressure flow characteristic of the pump, which is an example of the fluid supply device, and the discharge nozzle fluid resistance. n ) (see FIG. 35A). Therefore,
The discharge amount per dot is constant,
Constant period,
Super high-speed intermittent discharge.
前記(i)〜(iii)が同時に要求される吐出プロセスに対して、本吐出工法は極めて有力な手段を提供する。 The present discharge method provides a very powerful means for the discharge process that simultaneously requires (i) to (iii).
たとえば、カラー表示を行なうプラズマディスプレイパネル(以下PDPパネル)の背面板のボックス型セル内に、R,G,Bの蛍光体を間欠吐出する場合などに有効である。PDPパネルの場合、碁盤の目状にボックス型セルが精度よく、幾何学的に対称に、パネル上に配置されている。この場合、一定量の材料を、同一の時間間隔をおいてセル内に高速で打ちこめば良く、この点が回路形成などで広く用いられる場合と大きく異なっている。すなわち、本発明の前記実施形態の前記適用例は、吐出対象の「幾何学的な対称性」に着目し、この対称性を「時間の周期性」に置き換えて吐出することにより、数ミリ秒オーダー、あるいは1ミリ秒以下の超高速間欠吐出を実現するものである。
For example, this is effective when R, G, B phosphors are intermittently discharged into a box-type cell on the back plate of a plasma display panel (hereinafter referred to as PDP panel) that performs color display. In the case of a PDP panel, box-type cells are arranged on the panel with high precision and geometric symmetry in a grid pattern. In this case, a certain amount of material may be applied into the cell at the same time interval at a high speed, which is very different from the case where it is widely used in circuit formation. That is, the application example of the embodiment of the present invention pays attention to the “geometric symmetry” of the discharge target, and replaces this symmetry with the “periodicity of time”, thereby discharging several milliseconds. It achieves ultra-high-speed intermittent ejection on the order or 1 millisecond or less.
[3] 間欠吐出量がねじ溝ポンプ部の動作点で決まる理由
(3−1)基本的な考え方
本発明の前記実施形態にかかる流体噴射装置の一例としてのディスペンサは、1ドット当たりの間欠吐出量を前記流体補給装置の圧力及び流量特性の調節により設定できる。以下、その理由について説明する。
[3] Reason why the intermittent discharge amount is determined by the operating point of the thread groove pump unit (3-1) Basic concept The dispenser as an example of the fluid ejecting apparatus according to the embodiment of the present invention performs intermittent discharge per dot. The amount can be set by adjusting the pressure and flow characteristics of the fluid replenishment device. The reason will be described below.
ピストン端面最小隙間hminを十分に大きく設定すると、式(11)から、h→∞のときRp→0、式(17)からPsqu1→0、式(24)からPi=P1であるため、式(26)は、
式(35)の右辺第1項は、ねじ溝ポンプ部(流体補給装置の一例)の圧力・流量特性と負荷抵抗の交点(動作点)で決まる流量である。第2項は第2次スクイーズ圧力によって発生する変動流量である。図15に、時間に対するピストン変位h(周期P)を仮定する。図16は時間に対するピストンの変位の微分dh/dt(速度)である。すなわち、式(35)の右辺第2項は、正負の値を交互にもつ周期関数である。図16は奇関数[f(t)=-f(-t)]であることを考慮して、フーリエ級数の係数を求める。ここで、bnはフーリエ係数を意味し、nは第n高調波を意味し、pは周期を意味する。 The first term on the right side of Equation (35) is the flow rate determined by the intersection (operating point) of the pressure / flow rate characteristics and load resistance of the thread groove pump part (an example of a fluid supply device). The second term is a fluctuating flow rate generated by the secondary squeeze pressure. FIG. 15 assumes a piston displacement h (period P) with respect to time. FIG. 16 shows the differential dh / dt (velocity) of the displacement of the piston with respect to time. That is, the second term on the right side of Equation (35) is a periodic function having alternating positive and negative values. FIG. 16 obtains a Fourier series coefficient in consideration of the odd function [f (t) = − f (−t)]. Here, b n means a Fourier coefficient, n means an nth harmonic, and p means a period.
したがって、本発明の前記実施形態にかかる流体噴射装置の一例としてのディスペンサでは、前記条件を満足する入力波形(たとえば、図15)を与えて、ピストンを駆動すれば、一層安定した間欠吐出が実現できる。
Therefore, in the dispenser as an example of the fluid ejecting apparatus according to the embodiment of the present invention, if an input waveform (for example, FIG. 15) that satisfies the above condition is given and the piston is driven, a more stable intermittent discharge is realized. it can.
(3−2)具体的な解析例
前記考察を検証する具体的な解析結果を以下に示す。
(3-2) Specific Analysis Example Specific analysis results for verifying the above consideration are shown below.
解析条件は、前述した表1、表2と同一条件であり、図17は時間に対するピストンの変位波形、図18は時間に対する吐出流量である。表3のNo.1は、図18の流量波形を時間t=0.025sからt=0.031 sまで積分した値である。No.2は、式(39)の右辺第1項を、周期P=0.031-0.025として計算した値である。両者は極めてよく一致しており、第2次スクイーズ圧力には関係なく、ねじ溝ポンプ部の動作点流量Qcから、1ドット当たりの間欠吐出流量が得られることがわかる。 The analysis conditions are the same as those in Tables 1 and 2 described above, FIG. 17 shows the displacement waveform of the piston with respect to time, and FIG. 18 shows the discharge flow rate with respect to time. No. 1 in Table 3 is a value obtained by integrating the flow rate waveform of FIG. 18 from time t = 0.025 s to t = 0.031 s. No. 2 is a value calculated by setting the first term on the right side of Equation (39) as the period P = 0.031-0.025. Both agree very well, and it can be seen that an intermittent discharge flow rate per dot can be obtained from the operating point flow rate Q c of the thread groove pump section regardless of the secondary squeeze pressure.
[4] その他の実施形態について
(4−1)2自由度アクチェータを用いた場合
以上の前記第1〜第4実施形態はいずれも流体補給装置の一例であるねじ溝ポンプ部とピストン部を分離して構成している場合である。本発明の前記実施形態にかかる流体噴射装置は勿論、既提案である超磁歪素子とモータで駆動される2自由度アクチュエータによるヘッド構造(たとえば、既提案の特願2000-188899号(米国特許番号6,558,127及び6,679,685号))、あるいはねじ溝ポンプ部とピストン部を同軸上に構成したヘッド構造(たとえば、既提案の特願2001-110945号(米国特許番号6,679,685))にも適用できる。図19〜図20に本発明の第5実施形態にかかる流体噴射装置を示す。図19は本発明の第5実施形態の原理を示すモデル図である。401はピストンであり、固定側であるケーシングの一例としてのハウジング402に対して軸方向及び回転方法に移動可能に収納されている。ピストン401は軸方向駆動装置403Aと回転伝達装置404Aにより、矢印403に示す軸方向、矢印404に示す回転方向にそれぞれ独立して駆動される。405はピストン401とハウジング402の相対移動面に形成されたねじ溝、408はピストン401とハウジング402の間に供給された吐出流体である。409はピストン401の吐出側端面に設けられた円板状の径大部であり、ハウジング402とこの径大部409の間で、絞り410を形成している。411はピストン401の吐出側端面、412はその固定側対向面である。ピストン端面411と固定側対向面412が隙間方向に相対移動する2面となる。413は吐出部、414は吐出ノズルである。
[4] Other Embodiments (4-1) Using a Two-Degree-of-Freedom Actuator In the first to fourth embodiments described above, the thread groove pump part and the piston part, which are examples of fluid supply devices, are separated. It is a case where it is configured. In addition to the fluid ejecting apparatus according to the embodiment of the present invention, a head structure including a previously proposed giant magnetostrictive element and a two-degree-of-freedom actuator driven by a motor (for example, the proposed Japanese Patent Application No. 2000-188899 (US Patent No. 6,558,127 and 6,679,685)), or a head structure in which the thread groove pump portion and the piston portion are coaxially formed (for example, the previously proposed Japanese Patent Application No. 2001-110945 (US Pat. No. 6,679)). , 685)). 19 to 20 show a fluid ejecting apparatus according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. 19 is a model diagram showing the principle of the fifth embodiment of the present invention. A
この場合の流通路の容積Vs1は、ピストン端面411と固定側対向面412間の空隙415の容積に等しい。また、容積Vs2は、ねじ溝405とハウジング402間の空隙416の容積に等しい。この構造を用いた場合、流通路の容積を僅少にできるため、吐出側の時定数(式(27))と、ねじ溝ポンプ部側の時定数(式(31))とを共に僅少にできるため、吐出の応答性を高めるのに大いに有利となる。
In this case, the volume V s1 of the flow passage is equal to the volume of the
図20に本発明の前記実施形態にかかる流体噴射装置が具体的に適用されたディスペンサ全体の構成を示す。 FIG. 20 shows a configuration of the entire dispenser to which the fluid ejecting apparatus according to the embodiment of the present invention is specifically applied.
101は超磁歪素子で構成されかつ前記軸方向駆動装置403Aの一例として機能する第1のアクチェータ、102は第1のアクチェータ101によって直線駆動される主軸、103は前記第1のアクチェータ101を収納するケーシングの一例としてのハウジングである。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。
101 is a first actuator composed of a giant magnetostrictive element and functions as an example of the
105は主軸102に回転運動を与えられかつ前記回転伝達装置404Aの一例として機能する第2のアクチェータであるモータである。106は超磁歪素子から構成される円筒形状超磁歪ロッド、107は超磁歪ロッド106の長手方向に磁界を与えるための磁界コイルである。108、109は超磁歪ロッド106にバイアス磁界を与えるためのリア側、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108、109が、超磁歪ロッド106を抱持する形で配置されている。
A
110は超磁歪ロッド106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、111は超磁歪ロッド106のフロント側に配置され、ヨーク材を兼ねたフロント側ロッド、112は磁界コイル107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106、磁界コイル107、永久磁石108、109、リア側ヨーク110、主軸102、ヨーク材112により、磁界コイルに与える電流で超磁歪ロッド106の軸方向の伸縮を制御できる超磁歪アクチェータ(第1のアクチェータ101)を構成している。
110 is disposed on the rear side of the giant
113は超磁歪ロッド106のバイアスバネ、114は主軸102を回転自在、かつ軸方向に移動可能に支持するための軸受、115は主軸102の軸方向変位を検出するための変位センサーである。116及び117は軸受である。
113 is a bias spring of the giant
118はピストンであり、固定側でありかつケーシングの一例の一部を構成する下部ハウジング119に対して軸方向及び回転方向に移動可能に収納されている。405はピストン118と下部ハウジング119の相対移動面に形成されたねじ溝、410はピストン118の下端部と下部ハウジング119の間で形成された絞り、122は吸入口、414は吐出ノズルである。
(4−2)間欠吐出の時間間隔を可変させる方法
以下、本発明の第6実施形態にかかる流体噴射装置として、間欠吐出の時間間隔が一定ではない場合に、本発明の前記第1〜第5実施形態のいずれかにかかる流体噴射装置の一例としてのディスペンサを適用する方法について説明する。たとえば、回路基板の電極上に半田を吐出する場合は、吐出の時間間隔は通常ランダムである。
(4-2) Method for Variable Time Period of Intermittent Discharge Hereinafter, as the fluid ejecting apparatus according to the sixth embodiment of the present invention, when the time interval of intermittent discharge is not constant, the first to first aspects of the present invention. A method of applying a dispenser as an example of a fluid ejecting apparatus according to any of the five embodiments will be described. For example, when the solder is discharged onto the electrode of the circuit board, the discharge time interval is usually random.
図21は基板上に4点のドット(A,B,C,Dの各点)に同一吐出量を吐出する場合を示す。図22に時間に対するねじ溝軸の回転数、図23に吐出圧力波形を示す。各ドット間の距離が異なるため、基板を保持して直交する2方向であるXY方向に移動させるステージ179の移動時間を一定とすれば、吐出の時間間隔が異なることになる。ディスペンサとしては、たとえば第1実施形態(図5B)で用いた構造を用いる。
FIG. 21 shows a case where the same discharge amount is discharged to four dots (A, B, C, and D points) on the substrate. FIG. 22 shows the number of rotations of the thread groove shaft with respect to time, and FIG. 23 shows the discharge pressure waveform. Since the distance between the dots is different, if the moving time of the
第1実施形態にかかるディスペンサの場合、1ドット当りの吐出量は、基本的にはピストンのストローク、変位に依存せず、流体補給装置の一例であるねじ溝ポンプ部50の圧力流量特性と負荷抵抗で決まる動作点流量QC(図35A参照)で決定できることを利用する。
In the case of the dispenser according to the first embodiment, the discharge amount per dot basically does not depend on the stroke and displacement of the piston, and the pressure flow characteristics and load of the thread
時間t=0.1secの点Aで吐出終了後、ねじ溝ポンプ部50(図5B参照)の回転数をN=150→100rpmに急降下させる。ねじ溝ポンプ部50からは、N=100rpmに相当する流量Qnが吐出室62(図6参照)に供給される。したがって、t=0.1secの点Aからt=0.3secの点Bの間(時間間隔は0.2秒)に吐出室62に供給される流体の総流量Qsは、
したがって、t=0.1secの点Aとt=0.3secの点Bにおける吐出室62における流体の充填状態は同一条件となり、1ショット当り同一の吐出量を吐出することができる。
Therefore, the fluid filling state in the
通常の吐出プロセスでは、間欠吐出の時間間隔は事前にプログラムされているため、この時間間隔に合わせて流体補給装置のねじ溝ポンプ部50の流量(回転数)を制御すればよい。あるいは、表4に一例を示すように、間欠吐出の時間間隔を所要時間の範囲に分けて数ケース設定しておき、それに対応する回転数を同一ケースだけ設定してもよい。この方法を用いれば、時間間隔に対して回転数を演算する作業が簡素化される。
In a normal discharge process, since the intermittent discharge time interval is programmed in advance, the flow rate (the number of rotations) of the thread
ねじ溝ポンプ部50を回転駆動するモータは、パルスモータ、又はDCサーボモーダ等を用いればよい。なお、吐出の総流量Qs(あるいはドット径)を、各点によって変える場合は、同様に回転数を制御すればよい。
As the motor that rotationally drives the thread
(4−3)超微少流量化を図る方法
図24Aに吐出量の超微少流量化を図った(例えば、20〜30pl(10−6mm3)程度の流量の流体が吐出可能な)、本発明の第7実施形態にかかる流体噴射装置の一例としてのディスペンサを示す。
(4-3) Method of achieving ultra-low flow rate Fig. 24A shows the ultra-low flow rate (for example, fluid with a flow rate of about 20 to 30 pl (10 -6 mm 3 ) can be discharged). The dispenser as an example of the fluid injection apparatus concerning 7th Embodiment of this invention is shown.
本発明の前記第7実施形態にかかる流体噴射装置の一例としてのディスペンサを用いれば、超微少流量の間欠吐出、連続吐出が実現できる。例えば、半導体ウエハの製造工程において、デバイスの高機能化、微細化に伴い、品質保証のプロセスの需要が増大し、それが製造コストを上げるという課題がある。その品質保証プロセスを簡素化する改善工法の一環として、デイスペンサを用いて、不良チップの電極部に樹脂材料を吐出して、電気的な絶縁を図るという取り組みが従来からなされている。 If the dispenser as an example of the fluid ejecting apparatus according to the seventh embodiment of the present invention is used, intermittent discharge and continuous discharge with an ultra-small flow rate can be realized. For example, in the manufacturing process of a semiconductor wafer, the demand for a quality assurance process increases as the device becomes highly functional and miniaturized, which increases the manufacturing cost. As part of an improvement method that simplifies the quality assurance process, efforts have been made to achieve electrical insulation by discharging a resin material to the electrode portion of a defective chip using a dispenser.
そのためには、例えば縦30μm、横100μm、深さ5〜7μm程度の容器内に、20〜30pl(10−6mm3)程度の超微少量の高粘度材料を、容器の深さよりも盛り上った形状で間欠吐出する技術が必要となる。 For this purpose, for example, a very small amount of high-viscosity material of about 20-30 pl (10 −6 mm 3 ) is raised above the depth of the container in a container of about 30 μm in length, 100 μm in width, and about 5-7 μm in depth. A technique for intermittent discharge in a curved shape is required.
インクジェット方式を用いれば、通常1ショット当り2〜3plは容易であるため、吐出量の点では問題がない。しかし、インクジェットが取り扱える材料粘度はせいぜい数十mPa・s程度の低粘度流体であり、吐出形状の厚み(盛り上がり形状)が得られないという課題がある。 If an ink jet system is used, since 2 to 3 pl per shot is usually easy, there is no problem in terms of discharge amount. However, the material viscosity that can be handled by the ink jet is a low-viscosity fluid of about several tens mPa · s at the most, and there is a problem that the thickness of the discharge shape (swelled shape) cannot be obtained.
前述したジェット式ディスペンサを用いて、20〜30pl程度の超微少量を間欠吐出する場合を想定する。この方式の場合、高粘度流体の取り扱いは可能であるが、2つの部材間で密閉空間を作り出す容積式であるために、微少流量化に限界がある。容積式の場合、ピストン面積をSp、ピストンストロークをhstとしたとき、ピストンが押し出す容積Sp×hst が吐出量となる。1ショット当り30pl吐出するためには、たとえばピストン径Φ0.1mmでピストンを構成した場合、ピストン変位が3〜4μmになるようにピストン位置を正確に制御する必要がある。したがって、実用上は極めて困難と予想される。 Assume that the above-described jet dispenser is used to intermittently discharge a very small amount of about 20 to 30 pl. In the case of this method, it is possible to handle a high viscosity fluid, but there is a limit to the minute flow rate because it is a positive displacement type that creates a sealed space between two members. In the case of the positive displacement type, when the piston area is S p and the piston stroke is h st , the volume S p × h st pushed out by the piston is the discharge amount. In order to discharge 30 pl per shot, for example, when the piston is configured with a piston diameter of Φ0.1 mm, it is necessary to accurately control the piston position so that the piston displacement is 3 to 4 μm. Therefore, it is expected to be extremely difficult in practical use.
本発明の前記第7実施形態にかかる流体噴射装置の一例としてのディスペンサの場合は、前述したように、1ドット当たりの吐出量はピストン面積Sp、ピストンストロークhstで決まるのではなく、流体補給装置(たとえば、ねじ溝ポンプ部)の圧力及び流量特性の設定(図35A参照)により調節できる。ピストンの役割は連続流を間欠流に変換するだけであり、流体補給装置の流量さえ微少化すれば、実用上取り扱い易いように十分に大きなピストン径とストロークの設定が可能である。 For the dispenser as an example of a fluid ejecting apparatus according to the seventh embodiment of the present invention, as described above, the discharge amount per dot piston area S p, rather than determined by the piston stroke h st, fluid It can be adjusted by setting the pressure and flow rate characteristics (see FIG. 35A) of a replenishing device (for example, a thread groove pump part). The role of the piston is only to convert a continuous flow into an intermittent flow, and if the flow rate of the fluid replenishing device is reduced, a sufficiently large piston diameter and stroke can be set so as to be practically easy to handle.
図24Aは本発明の前記第7実施形態にかかる流体噴射装置を示すもので、図24Bは、図24AのC部の拡大図である。450はねじ溝ポンプ部、451はねじ溝軸であり、ケーシングの一例としてのハウジング452に対して回転方向に移動可能に収納されている。ねじ溝軸451はピストン457の軸方向に対して傾斜して配置されている。ねじ溝軸451は回転伝達装置の一例であるモータ453により回転駆動される。454はねじ溝軸451とハウジング452の相対移動面に形成されたねじ溝、455は流体の吸入口(鎖線で示す)である。
FIG. 24A shows a fluid ejecting apparatus according to the seventh embodiment of the present invention, and FIG. 24B is an enlarged view of a portion C in FIG. 24A.
456はピストン部、457は先端に細径軸457aを有するピストン、458はピストン457の軸方向駆動装置の一例である圧電型アクチュエータ、459は吐出ノズル、460はねじ溝ポンプ部450とピストン部456を連通する環状流通路、461はピストン457の先端の細径軸457aの近傍に設けられた絞り(図3の解析モデルでは、流体抵抗Rrの絞り18に相当)である。
456 is a piston portion, 457 is a piston having a small-
この構造の流通路460の容積Vs1は、ピストン457の細径軸457aの端面とそのすり鉢状の固定側対向面459a間の空隙の容積に等しい。また、容積Vs2は、ねじ溝454とハウジング452間の空隙の容積に等しい。この構造を用いた場合、流通路460の容積を僅少にできるため、吐出側の時定数T1(式(27))とねじ溝ポンプ部側の時定数T2(式(31))とが共に僅少となり、吐出の応答性を大いに高めることができる。
The volume V s1 of the
前述した第7実施形態に示すように、吐出タクトを可変させるためにねじ溝軸451の回転数を変える場合に、ねじ溝ポンプ部側の時定数T2を小さくできるという点は、吐出量精度の面で大いに有利となる。その理由は、ねじ溝軸451の回転数の変化に対して、吐出量を瞬時に可変できるからである。この効果は連続吐出の場合も同様であり、この構造を用いれば、たとえば、連続線を吐出している途中で吐出線の線幅を瞬時に可変させることができる。
As described in the seventh embodiment, when changing the rotational speed of the
[5]PDP蛍光体吐出への適用例について
ここで、図25に示すように、マルチノズルを有する本発明の前記第7実施形態にかかる流体噴射装置の一例としてのディスペンサが基板上を相対的に移動しながら、PDPの独立セル内に蛍光体を打ち込んでいくプロセスを想定する。ここで、ディスペンサが基板上を相対的に移動するとは、ディスペンサが固定されており、固定されたディスペンサに対して、基板を保持するステージ179(図13C参照)が移動する場合と、基板を保持するステージが固定されており、固定された基板に対して、ディスペンサが移動する場合(図40参照)とを意味する。
[5] Application Example to PDP Phosphor Discharge As shown in FIG. 25, a dispenser as an example of the fluid ejecting apparatus according to the seventh embodiment of the present invention having a multi-nozzle has a relative relationship on the substrate. Suppose a process in which a phosphor is implanted into an independent cell of a PDP while moving to. Here, the relative movement of the dispenser on the substrate means that the dispenser is fixed and the stage 179 (see FIG. 13C) that holds the substrate moves relative to the fixed dispenser and the substrate is held. This means that the stage is fixed and the dispenser moves relative to the fixed substrate (see FIG. 40).
850は背面板を構成する第2基板、851はバリアリブにより形成された独立セルである。独立セル851は、RGB各色の蛍光体が打ち込まれるRGBの独立セル851R、851G、851Bより構成される。また、蛍光体852は、R色(赤色)の蛍光体852R、G色(緑色)の蛍光体852G、B色(青色)の蛍光体852Bが用いられる。
ここで、一つのノズル853(本明細書での吐出ノズルに相当する。より具体的には、例えば、図12Aの吐出ノズル257に相当する。)だけに注目する。独立セル851内に蛍光体852をディスペンサのノズル853から飛翔させて打ち込んでいく本工法では、図26Aの拡大図に示すように、吐出ノズル853の先端とバリアリブ頂点854間の距離Hを十分に大きく保つ必要がある。その理由は次の通りである。PDP独立セル851の容積は、たとえば1つの実施例の場合、V=0.65mm(縦)×0.25mm(横)×0.12mm(深さ)≒0.02mm3程度であり、この容器状の独立セル851の一杯に蛍光体852のペーストを充填させる必要がある。なぜならば、前述したように、蛍光体用塗工液の充填・乾燥工程を経て、蛍光体用塗工液中の揮発分が除去された後、独立セル内壁に肉厚の蛍光体層を形成する必要があるからである。
Here, attention is focused on only one nozzle 853 (corresponding to the discharge nozzle in the present specification. More specifically, for example, corresponding to the
図26B及び図26Cは、本ディスペンサを用いて、独立セル851内に蛍光体852を打ち込んでいく工程のイメージ図である。ピストンの形状と絞りの配置方法は、一例として、本発明の前述した第3実施形態にかかる流体噴射装置を用いている。図26Bは吸入工程、図26Cは吐出工程を示す。250はピストン、251はピストン外周部、252はケーシングの一例としてのハウジング、253はねじ溝軸端部とピストン外周部251を結ぶ流通路、254はピストン外周部251とハウジング252の間に形成された絞りである。255はピストン250の端面、256はテーパ形状(すり鉢形状)に形成された固定側対向面、657は流体補給装置側、258は吐出室である。ピストン端面255とその固定側対向面256の間をテーパ形状にした本第3実施形態は、粉流体をよりスムーズに吐出ノズル257に導くことができるため、粉流体を用いた場合のノズル257の詰まりなどのトラブルが最も少ない。また、絞り254を吐出室258近傍に配置したため、応答性の影響を与える吐出室258の容積(Vs1)を僅少にできて、切れ味の良い流体吐出が可能となる。この効果は、勿論、蛍光体吐出以外でも、間欠吐出、連続吐出を問わず、様々の粉流体吐出プロセスに有効である。
FIG. 26B and FIG. 26C are image diagrams of a process in which the
さて、独立セル851内に蛍光体852のペーストを打ち込んでいる段階では、高粘度ペーストはその流動性の悪さゆえに、速やかにはセルである容器全体には充填されない。そのメニスカスは、バリアリブ頂点854よりも盛り上がった形を保ちながら、上部からペーストが容器状の独立セル851に充填される形となる。したがって、対象とするセル851内へのペーストの吐出が終了した段階でも、メニスカスは平坦化していない。ペースト吐出途中の段階で、吐出ノズル257の先端がこの盛り上った蛍光体852のメニスカスに接触すると、ノズル257の先端にペーストが附着するため、ノズル257から流出した流体がノズル257の先端の流体魂の影響を受けて様々なトラブルの要因となる。そのため、吐出ノズル257の先端とバリアリブ頂点854間の距離Hは、十分な距離を保つ必要がある。
Now, at the stage where the paste of the
ノズル先端の流体附着を防止するために、前記第3実施形態では、H≧0.5mmは必要である。さらに、H≧1.0mmにすれば流体附着防止は十分であり、長時間にわたる信頼性の高い間欠吐出を達成することができる。 In the third embodiment, H ≧ 0.5 mm is necessary in order to prevent fluid attachment at the nozzle tip. Furthermore, if H ≧ 1.0 mm, fluid adhesion prevention is sufficient, and reliable intermittent discharge over a long period of time can be achieved.
吐出ノズル257の先端とその対向面のギャップHを十分に大きく保ち、かつ高粘度・粉流体を飛翔させながら、粉体粒径よりも十分に大きな流通路のギャップを維持した状態で、所定の「独立セル」内に高速で狙い撃ちする工法は、本発明の前記第3実施形態にかかる流体噴射装置の一例としてのディスペンサによって可能としたものである。本発明の前記第3実施形態にかかる流体噴射装置の特徴を要約すれば、
(1)数千〜数万mPa・s(cps)オーダーの高粘度流体に対応できる。
(2)数μm以上の粉体径を含有する吐出材料でも、目詰まりが発生しない。
(3)間欠吐出がmsecオーダーの短い周期、あるいはそれ以下で打てる。
(4)吐出流体を、吐出ノズルから0.5〜1.0mm以上離して遠距離飛翔できる。
(5)1ドット当たりの吐出量が高い精度で確保できる。
(6)マルチヘッド化が容易で、構造がシンプルである。
In a state where the gap H between the tip of the
(1) Applicable to high viscosity fluids in the order of thousands to tens of thousands mPa · s (cps).
(2) Clogging does not occur even with a discharge material containing a powder diameter of several μm or more.
(3) Intermittent discharge can be performed with a short cycle of msec order or less.
(4) Discharge fluid can fly over a long distance from the discharge nozzle by 0.5-1.0mm or more.
(5) The discharge amount per dot can be secured with high accuracy.
(6) Multi-head is easy and the structure is simple.
前記(1)〜(6)は従来スクリーン印刷方式、フォトリソグラフィー方式に代わり、ディスペンサを用いて、独立セル方式の蛍光体層をダイレクト・パターンニングで達成するための必要条件でもある。以下、前記(1)〜(6)が必要条件とされる理由、及び、本ディスペンサが前記特徴を有する理由について少し補足する。 The above (1) to (6) are also necessary conditions for achieving the independent cell type phosphor layer by direct patterning using a dispenser instead of the conventional screen printing method and photolithography method. Hereinafter, the reason why the above (1) to (6) are necessary conditions and the reason why this dispenser has the above characteristics will be supplemented a little.
蛍光体層を形成する上で前記(1)が必要とされる理由は、前述したように、吐出・乾燥後、10〜40μm程度の蛍光体層をリブ壁面に厚盛りするために、蛍光体を含有する塗工材料は溶剤の量を少なくした粘度の高いペースト状流体を用いる必要があるからである。また、本発明が数千〜数万mPa・s(cps)オーダー、具体的には、5000〜100,000mPa・sオーダーの高粘度流体に対応できる理由のひとつは、本発明の前記実施形態にかかる流体噴射装置では、流体補給装置にねじ溝ポンプ部を一例として用いており、高粘度流体をピストン部側(吐出室)に圧送するポンピング圧力がこのねじ溝ポンプ部で容易に得られるからである。また、高粘度流体を用いた場合、スクイーズ圧力は粘度に比例するため、大きな吐出圧力が発生する。発生圧力をPi=10MPaとし、たとえば、表1からピストン径D0=3mmとしたとき、ピストンに加わる軸方向荷重f=0.00152×π×10×106≒70Nである。本実施形態では、ピストン側は前記荷重に耐え得る耐荷重の大きな電磁歪アクチュエータを用いている。 The reason why the above (1) is required for forming the phosphor layer is that, as described above, the phosphor layer is thickened on the rib wall surface after the discharge and drying, so that the phosphor layer is thickened. This is because it is necessary to use a paste-like fluid having a high viscosity with a reduced amount of solvent as the coating material containing the. Further, one of the reasons why the present invention can cope with a high viscosity fluid of the order of several thousand to several tens of thousands mPa · s (cps), specifically, 5,000 to 100,000 mPa · s, is related to the embodiment of the present invention. In the fluid ejecting apparatus, the thread groove pump portion is used as an example in the fluid supply device, and the pumping pressure for pumping high-viscosity fluid to the piston portion side (discharge chamber) can be easily obtained by this thread groove pump portion. . Further, when a high viscosity fluid is used, a large discharge pressure is generated because the squeeze pressure is proportional to the viscosity. When the generated pressure is P i = 10 MPa, for example, the piston diameter D 0 = 3 mm from Table 1, the axial load applied to the piston f = 0.0015 2 × π × 10 × 10 6 ≈70 N. In this embodiment, an electromagnetic strain actuator having a large load resistance that can withstand the load is used on the piston side.
蛍光体層を形成する上で前記(2)が必要とされる理由は、前述したように、ディスプレイが高輝度を得るためには、通常数ミクロンオーダー粒径の蛍光体微粒子が最適とされるからである。また本発明の前記実施形態にかかる流体噴射装置の一例としてのディスペンサが流通路内での目詰まりが発生しにくい理由は、第2次スクイーズ圧力を利用できるため、最も目詰まりし易いピストンとその対向面の隙間の最少値hminを、粉体粒径よりも十分に大きく、たとえば、hmin=50〜150μm、あるいはそれ以上に設定できるからである。 The reason why (2) is required for forming the phosphor layer is that, as described above, in order to obtain a high brightness of the display, phosphor fine particles having a particle size on the order of several microns are usually optimal. Because. The reason why the dispenser as an example of the fluid ejecting apparatus according to the embodiment of the present invention is less likely to be clogged in the flow passage is that the secondary squeeze pressure can be used, and the piston that is most easily clogged and its piston This is because the minimum value h min of the gap between the opposing surfaces can be set sufficiently larger than the particle size of the powder, for example, h min = 50 to 150 μm or more.
独立セル方式の蛍光体層をダイレクト・パターンニングで達成する上で前記(3)が必要とされる理由は次のようである。たとえば、42インチワイドPDPの場合、画素数は縦852RGB×横480とすれば、独立セル数=3×408960≒123万個である。蛍光体の吐出プロセスに許容される時間TP=30sec、100個のノズルを流体噴射装置に装着すると仮定すれば、1ショット当りの時間TS=30×100/1230000≒0.0024secである。この値は、従来エアー式、ねじ溝式ディスペンサの応答性の1/100以下である。したがって量産性を考慮したとき、従来式をはるかに凌駕する高速応答ディスペンサが必要である。 The reason why the above (3) is required for achieving the independent cell type phosphor layer by direct patterning is as follows. For example, in the case of a 42 inch wide PDP, if the number of pixels is 852 RGB × 480, the number of independent cells = 3 × 408960≈1.33 million. Assuming time T P = 30 sec allowed for the discharge process of the phosphor, the 100 nozzles attached to the fluid ejecting apparatus, a one shot per time T S = 30 × 100/1230000 ≒ 0.0024sec. This value is 1/100 or less of the response of conventional air type and thread groove type dispensers. Therefore, when considering mass productivity, there is a need for a quick response dispenser that far exceeds the conventional type.
本発明の前記実施形態にかかる流体噴射装置の一例としてのディスペンサが前記(3)を実現できる理由の一つは、ピストン端面の隙間hminを大きく、たとえば50〜150μm、あるいはそれ以上に設定でき、流体補給装置の一例であるねじ溝ポンプ部のねじ溝への流体の充填工程(ピストンが上昇した状態での吸入工程)において、ねじ溝ポンプ部から吐出室(例えば図1の17)へ繋がる流通路の流体抵抗を極力小さくできるからである。吐出ノズルに繋がる半径方向沿いの流通路の流体抵抗RP(kgs/mm5)が小さいため、流動性の悪い高粘度流体の場合でも充填時間を短くできる。 One of the reasons why the dispenser as an example of the fluid ejecting apparatus according to the embodiment of the present invention can realize the above (3) is that the gap h min of the piston end surface can be set large, for example, 50 to 150 μm or more. In the fluid filling process (suction process in the state where the piston is raised) of the thread groove pump part which is an example of the fluid supply device, the thread groove pump part is connected to the discharge chamber (for example, 17 in FIG. 1). This is because the fluid resistance of the flow path can be minimized. Since the fluid resistance R P (kgs / mm 5 ) of the flow path along the radial direction connected to the discharge nozzle is small, the filling time can be shortened even in the case of a highly viscous fluid having poor fluidity.
また、本ディスペンサでは、たとえば0.1msec以下の高い応答性を有する圧電素子、又は超磁歪素子等を用いた電磁歪アクチュエータを効果的に用いることができる。電磁歪アクチュエータのストロークは、実用レベルで30〜50μm程度が限界であるが、本実施形態では第2次スクイーズ圧力を利用しているため、隙間hminが大きな状態でも、大きな圧力を発生できる。第2次スクイーズ圧力は、式(12)から分かるように、隙間hの絶対値には依存せず、隙間hの微分dh/dt(速度)のみに依存する。したがって、大きな速度dh/dtの得られる電磁歪アクチュエータの長所を活かすことにより、鋭敏かつ短い周期で、5〜10MPaあるいはそれ以上の高いピークを持つ吐出圧力が容易に得られるのである。 Further, in the present dispenser, an electromagnetic strain actuator using a piezoelectric element having a high responsiveness of 0.1 msec or less, a giant magnetostrictive element, or the like can be effectively used. The stroke of the electromagnetic strain actuator is limited to about 30 to 50 μm at a practical level. However, since the secondary squeeze pressure is used in this embodiment, a large pressure can be generated even when the gap h min is large. As can be seen from the equation (12), the secondary squeeze pressure does not depend on the absolute value of the gap h but depends only on the differential dh / dt (speed) of the gap h. Therefore, by making use of the advantages of an electromagnetic strain actuator that can obtain a large speed dh / dt, a discharge pressure having a high peak of 5 to 10 MPa or more can be easily obtained with a sharp and short period.
本ディスペンサを用いれば、流体の間欠吐出がmsecオーダー、あるいはそれ以下のレベルで実現できるために、基板を連続状態で走行させても、十分に独立したドットを基板上に吐出できる。前記実施形態の1つの実施例では、基板を搭載したステージ移動速度をUs=300〜500mm/sにしても、所定の位置に独立して流体の間欠吐出ができる。吐出すべき材料の「切れ味」にも依存するが、ステージ移動速度Us>100mm/sならば、多くの吐出すべき材料で確実にステージ(例えば、図13Cの179参照)が連続走行状態でも、前記材料の間欠吐出ができる。
If this dispenser is used, intermittent discharge of fluid can be realized at a level on the order of msec or less, so even if the substrate is run in a continuous state, sufficiently independent dots can be discharged onto the substrate. In one example of the above-described embodiment, even if the stage moving speed on which the substrate is mounted is set to U s = 300 to 500 mm / s, intermittent fluid discharge can be performed independently at a predetermined position. Although depending on the “sharpness” of the material to be discharged, if the stage moving speed U s > 100 mm / s, the stage (see, for example, 179 in FIG. 13C) can be surely driven with a large amount of material to be discharged even in the continuous running state. The material can be intermittently discharged.
蛍光体層をダイレクト・パターンニングで形成する上で前記(4)が必要とされる理由は、前述したように、吐出途中段階で、バリアリブ頂点よりも盛り上がった蛍光体メニスカスと吐出ノズル先端の接触を防止する必要があるからである。また、前記(4)を実現できる理由は、前述したように、本ディスペンサは電磁歪アクチュエータの高速応答性を利用して、鋭敏で、5〜10MPaあるいはそれ以上の高いピークを持つ吐出圧力が容易に得ることができるからである。このノズル先端の表面張力に打ち勝つ高いピーク圧を利用して、高粘度流体の場合でも遠距離飛翔ができる。 The reason why the above (4) is necessary for forming the phosphor layer by direct patterning is that, as described above, the contact between the phosphor meniscus raised above the top of the barrier rib and the tip of the ejection nozzle in the middle of ejection This is because it is necessary to prevent this. The reason why (4) can be realized is that, as described above, the dispenser is sensitive to the high-speed response of the electromagnetic strain actuator, and discharge pressure having a high peak of 5 to 10 MPa or more is easy. It is because it can be obtained. Using a high peak pressure that overcomes the surface tension of the nozzle tip, it is possible to fly over a long distance even in the case of a high viscosity fluid.
前記(5)が必要とされる理由は、独立セル内の蛍光体充填量の精度は、たとえば、±5%程度必要とされるからである。前記(5)が実現できる理由は、本ディスペンサの間欠吐出における1ドット当りの吐出量が、基本的にピストンのストローク、絶対位置、吐出流体の粘度に依存せず、「流体補給装置の一例であるねじ溝ポンプ部の圧力流量特性と吐出ノズルの流体抵抗の動作点における流量」と、単位時間当りの吐出回数だけで決定されるからである。具体的には、流体補給装置の一例であるポンプにねじ溝ポンプ部を用いた場合、間欠周波数とねじ溝軸の回転数を変えるだけで1ドット当りの所定の吐出量を設定できる。 The reason (5) is required is that the accuracy of the phosphor filling amount in the independent cell is required, for example, about ± 5%. The reason (5) can be realized is that the discharge amount per dot in the intermittent discharge of this dispenser basically does not depend on the stroke of the piston, the absolute position, and the viscosity of the discharged fluid. This is because it is determined only by the pressure flow rate characteristic of a certain thread groove pump part and the flow rate at the operating point of the fluid resistance of the discharge nozzle and the number of discharges per unit time. Specifically, when a thread groove pump unit is used in a pump which is an example of a fluid supply device, a predetermined discharge amount per dot can be set only by changing the intermittent frequency and the rotation speed of the thread groove shaft.
従来式ディスペンサの場合は、ピストンのストローク、絶対位置、吐出流体粘度は、いずれも吐出量に多大な影響を与えるため、厳密な管理が必要である。たとえば、エアー式ディスペンサの場合、吐出量は流体粘度に逆比例する。 In the case of a conventional dispenser, the piston stroke, absolute position, and discharge fluid viscosity all have a great influence on the discharge amount, and therefore must be strictly managed. For example, in the case of an air dispenser, the discharge amount is inversely proportional to the fluid viscosity.
前記(6)が必要とされる理由は、ダイレクト・パターンニングの場合、少なくとも数十個のヘッドを流体噴射装置に搭載する必要があるからである。従来工法に代わり得るためには、スクリーン印刷方式、フォトリソグラフィー方式と比べて遜色のないメンテナンス性が要求される。 The reason why (6) is required is that, in the case of direct patterning, it is necessary to mount at least several tens of heads on the fluid ejecting apparatus. In order to be able to replace the conventional construction method, maintenance performance comparable to the screen printing method and the photolithography method is required.
前記(6)が実現できる理由は、本流体噴射装置では前記(5)同様に、間欠吐出における1ドット当りの流体吐出量が、ピストンのストローク、絶対位置に鈍感にできるため、ピストン駆動部(例えば図5Bのピストン部56)の構成をシンプルにできるからである。つまり、ピストン駆動部における相対移動する部材(例えば図1のピストン8とハウジング4)の高精度加工、組み立て時の部材間の正確な位置合わせ、ピストン・ストロークの絶対精度の確保など、従来ディスペンサで要求されるこれらの工程管理が、本ディスペンサではそれ程要求されない。したがって、複数本のピストンを独立駆動するマルチヘッド全体も大いに簡素化できる。
The reason why the above (6) can be realized is that, in the present fluid ejecting apparatus, the fluid discharge amount per dot in the intermittent discharge can be insensitive to the stroke and absolute position of the piston as in the case (5). This is because, for example, the configuration of the piston portion 56) in FIG. 5B can be simplified. In other words, with a conventional dispenser, such as high-precision machining of the relatively moving members (for example, the
従来、スクリーン印刷方式に頼らざるを得なかったPDP独立セル方式の蛍光体層形成が、本発明の前記実施形態にかかる流体噴射装置によりダイレクト・パターンニングで行うことが可能となっている。前述したように、従来スクリーン印刷方式の場合、蛍光体材料の充填時にリブ隔壁の頂上部分にまで材料が載ってしまうため、「独立セル方式」ではバリアリブ間のクロストークに繋がる問題となっている。そのため、リブ隔壁の頂上部分に附着した材料を除去するための機械的加工手段、たとえば研磨工程を導入するなどの方策が必須である。スクリーン印刷の場合、工法上の特質から、ほとんどパネル全面のリブ隔壁の頂上部分に材料が載る可能性が高く、全リブの頂上部分を加工する必要がある。しかし、附着した材料を除去する際に、微粉末が各セル内に飛散し、製品の品質を低下させる大きな要因となっている。飛散した微粉末を真空・静電吸引などにより除去することは可能であるが、しかし、100万個以上あるすべての独立セルをクリーンな状態に復元するのは困難である。ダイレクト・パターンニングでも、リブ隔壁の頂上部分に材料が載る可能性はあるが、スクリーン印刷と比較したとき、その比率は十分に小さい。したがって、リブ隔壁の頂上部分に付着した材料を除去するための機械的加工は、パネル面の一部だけでよく、前記実施形態では全独立セルのうち、4/5以上の蛍光体削除処理は不要である。余裕度を見込んだ場合でも、2/3以上の蛍光体削除処理は不要である。 Conventionally, the phosphor layer formation of the PDP independent cell method that had to rely on the screen printing method can be performed by the direct patterning by the fluid ejecting apparatus according to the embodiment of the present invention. As described above, in the case of the conventional screen printing method, when the phosphor material is filled, the material is placed on the top portion of the rib partition wall, so that the “independent cell method” has a problem that leads to crosstalk between the barrier ribs. . Therefore, a measure such as introducing a mechanical processing means for removing the material attached to the top portion of the rib partition wall, for example, a polishing step is essential. In the case of screen printing, due to the nature of the construction method, it is highly possible that the material is placed on the top of the rib partition wall on the entire panel surface, and it is necessary to process the top of all the ribs. However, when the attached material is removed, the fine powder scatters in each cell, which is a major factor that deteriorates the quality of the product. Although it is possible to remove the scattered fine powder by vacuum, electrostatic attraction or the like, it is difficult to restore all of the 1 million or more independent cells to a clean state. Even with direct patterning, there is a possibility that the material is placed on the top portion of the rib partition wall, but the ratio is sufficiently small when compared with screen printing. Therefore, the mechanical processing for removing the material adhering to the top portion of the rib partition wall may be only a part of the panel surface. In the above embodiment, 4/5 or more of the phosphor deletion processing is performed on all the independent cells. It is unnecessary. Even when allowance is anticipated, 2/3 or more phosphor deletion processing is unnecessary.
以上、本ディスペンサの(1)〜(6)の特徴は、勿論、PDPの蛍光体吐出以外のプロセスにも大いに活かせるものである。たとえば、回路形成の分野における「アンダー・フィル」、「SMT(Surface Mounting Technology)」、「ダイボンディング」、「ソルダーペースト」などに必要とされる流体吐出プロセスにも大いにその効果を発揮できる。
As described above, the features (1) to (6) of the present dispenser can, of course, be greatly utilized in processes other than the PDP phosphor discharge. For example, the present invention can greatly exert the effect in a fluid ejection process required for “under fill”, “SMT (Surface Mounting Technology)”, “die bonding”, “solder paste” and the like in the field of circuit formation.
[6] アクチェータ部について
前述した実施形態では、軸方向駆動装置の一例として電磁歪素子の一種である圧電型アクチュエータ(たとえば図5Bの56)でピストンを駆動する構成にしている。
[6] Regarding the actuator unit In the above-described embodiment, the piston is driven by a piezoelectric actuator (for example, 56 in FIG. 5B) which is a kind of an electrostrictive element as an example of the axial driving device.
前述したように、本ディスペンサでは第2次スクイーズ圧力を利用できるため、ピストン端面の隙間hminを十分に大きく設定した場合でも、大きな吐出圧力を発生できる。そのため、ストロークの大きさに限界がある電磁歪素子の欠点は本発明では制約にならず、高いレスポンス(大きな速度)を有する電磁歪素子の長所だけを活用できる。隙間hminを十分に大きく設定できるため、高粘度流体をピストン端面に充填する時間を短くできる。したがって、本発明の前記実施形態にかかる流体噴射装置の一例としてのディスペンサでは、軸方向駆動装置の一例として電磁歪素子を用いることが、噴射装置としての応答性(生産性)向上に大いに寄与するのである。 As described above, since the secondary squeeze pressure can be used in this dispenser, a large discharge pressure can be generated even when the gap h min between the piston end faces is set sufficiently large. For this reason, the disadvantages of the magnetostrictive element having a limited stroke size are not limited in the present invention, and only the advantages of the electrostrictive element having a high response (high speed) can be utilized. Since the gap h min can be set sufficiently large, the time for filling the piston end face with the high viscosity fluid can be shortened. Therefore, in the dispenser as an example of the fluid ejecting apparatus according to the embodiment of the present invention, the use of the electrostrictive element as an example of the axial direction driving apparatus greatly contributes to the improvement of the responsiveness (productivity) as the ejecting apparatus. It is.
本発明を、たとえばPDPのボックス型セル内に蛍光体を間欠吐出するプロセスに適用する場合、吐出プロセスの条件、(i)1ドット当たりの吐出量が一定でよい、(ii)周期が一定でよい、を利用しかつ、(iii)ピストンのストロークと変位に吐出流量が依存しない構成にできる、という本ヘッドの特徴に注目すれば、軸方向駆動装置の一例として、圧電型アクチュエータの代わりに共振型の電磁歪素子を用いることができる。圧電型振動子としては、円板型、角柱型、円筒型、又はランジュバン型など各種利用できる。この場合、ピストンを駆動する負荷を大幅に軽減できるため、素子の発熱が低減でき、アクチェータ部を大幅に簡素化できる。系の共振周波数は、ピストンの質量、ピストンと電磁歪素子を支持する部分の剛性を含む機械的な共振点を利用して決めれば良い。マルチヘッドにこの共振型振動子を用いる場合、ヘッド間の流量差補正方法としては、後述するように、流通路の途中に半固定の流体絞り抵抗を設ければよい。
For example, when the present invention is applied to a process of intermittently discharging phosphors in a PDP box-type cell, the conditions of the discharge process, (i) the discharge amount per dot may be constant, (ii) the period is constant (Iii) If the feature of this head is that the discharge flow rate does not depend on the stroke and displacement of the piston, as an example of an axial drive device, resonance instead of a piezoelectric actuator A type of electrostrictive element can be used. As the piezoelectric vibrator, various types such as a disk type, a prismatic type, a cylindrical type, and a Langevin type can be used. In this case, since the load for driving the piston can be greatly reduced, the heat generation of the element can be reduced, and the actuator portion can be greatly simplified. The resonance frequency of the system may be determined using a mechanical resonance point including the mass of the piston and the rigidity of the portion supporting the piston and the electromagnetic strain element. When this resonance type vibrator is used for a multi-head, as a method of correcting the flow rate difference between the heads, a semi-fixed fluid throttle resistor may be provided in the middle of the flow path as will be described later.
[7] 連続吐出への適用
さて、本明細書では、流体の「間欠吐出」、又は流体の「連続吐出」を、基板上に吐出された直後の流体の吐出パターンの形状から定義することにする。図27Aに示すように、吐出ノズルと基板の相対的な移動方向(図27Aの中の矢印)に対して直交方向のパターンの幅をa、移動方向沿いの長さをbとしたとき、a≒bの場合を、「間欠吐出」とする。あるいは、吐出ノズルの内面形状に概略比例した形で吐出パターンが形成される場合も、同様に「間欠吐出」とする。たとえば、吐出ノズルの内面が楕円形状をしている場合、「間欠吐出」のパターンはやはり楕円形状になる。基本的には、本発明で得られた知見、工夫は、間欠吐出、又は連続吐出を問わず適用できる。
[7] Application to Continuous Discharge Now, in this specification, “intermittent discharge” of fluid or “continuous discharge” of fluid is defined from the shape of the discharge pattern of the fluid immediately after being discharged onto the substrate. To do. As shown in FIG. 27A, when the width of the pattern perpendicular to the relative movement direction of the discharge nozzle and the substrate (arrow in FIG. 27A) is a, and the length along the movement direction is b, The case of ≒ b is referred to as “intermittent discharge”. Alternatively, when the discharge pattern is formed in a form substantially proportional to the inner shape of the discharge nozzle, the “intermittent discharge” is similarly used. For example, when the inner surface of the discharge nozzle has an elliptical shape, the pattern of “intermittent discharge” is still an elliptical shape. Basically, the knowledge and device obtained in the present invention can be applied regardless of intermittent discharge or continuous discharge.
一方、図27Bに示すように、相対的な移動方向に対して直交方向のパターンの幅をa、移動方向沿いの長さをbとしたとき、a<bの場合は「連続吐出」とする。 On the other hand, as shown in FIG. 27B, when the width of the pattern perpendicular to the relative movement direction is a and the length along the movement direction is b, “a continuous discharge” is set when a <b. .
本発明は、ディスプレイ面に蛍光体のスクリ−ンストライブ、又は電極線などを描く場合のような連続吐出(すなわち、a≪bの場合)にも適用できる。高速連続吐出の最大の課題は、描画線の始終端の高品位吐出である。具体的には、
(i)吐出開始時、吐出線の始点部には「細り」、「切れ」などが発生しない。
(ii)同様に吐出終了時、吐出線の終点部には「太り」、「溜まり」などが発生しない。
The present invention can also be applied to continuous discharge (that is, in the case of a << b) as in the case of drawing a phosphor screen stripe or electrode lines on the display surface. The biggest problem with high-speed continuous discharge is high-quality discharge at the beginning and end of the drawing line. In particular,
(I) At the start of discharge, “thinning”, “cut” or the like does not occur at the start point of the discharge line.
(Ii) Similarly, at the end of ejection, no “overweight”, “reservoir”, etc. occur at the end point of the ejection line.
前記(i)(ii)を実現するために、スクイーズ圧力を利用した始終端制御方法を既に提案中である。図28、図29、図30はそれぞれ時間tに対するピストンの変位h、ねじ溝ポンプ部のポンピング圧力Pp、吐出圧力Piの特性である。 In order to realize the above (i) and (ii), a start / end control method using a squeeze pressure has already been proposed. 28, 29, 30 the piston of the displacement h respectively against time t, pumping pressure P p of the thread groove pump portion, the characteristic of the discharge pressure P i.
電磁歪素子で駆動されるピストンが高速の直線運動ができることを利用して、
(i)吐出開始時(t=tA)には、ピストンを降下させると同時にねじ溝ポンプ部のモータの回転を開始する。
(ii)吐出終了時(t=tB)には、ピストンを急上昇させると同時にねじ溝ポンプ部のモータの回転を停止する。
Using the fact that the piston driven by the magnetostrictive element can move at high speed,
(I) At the start of discharge (t = t A ), the piston is lowered and simultaneously the rotation of the motor of the thread groove pump portion is started.
(Ii) At the end of discharge (t = t B ), the piston is rapidly raised and the rotation of the motor of the thread groove pump section is stopped.
前記(ii)において、吐出圧力Piに負圧が発生する条件、すなわち、Pmin<0となる条件を、以下、求める。ピストン端面の最小隙間hminを十分に大きく設定すると、式(11)から、h→∞のとき式(11)からRp →0、式(17)からPsqu1→0、式(24)から吐出圧力Pi≒P1であるため、式(26)は、
ピストン変位の微分dh/dtは、図32に示すように、0≦t≦Tstのとき、
さて、吐出圧力の最大値(式(47))と最小値(式(48))は、圧力の初期値Pi=Pi0に依存する。 Now, the maximum value (formula (47)) and the minimum value (formula (48)) of the discharge pressure depend on the initial value P i = P i0 of the pressure.
以下、間欠吐出の周期が十分に長い場合、あるいは連続吐出線の始終端を遮断・開放する場合について、吐出圧力の最大値と最小値を求める。 Hereinafter, the maximum value and the minimum value of the discharge pressure are obtained when the intermittent discharge cycle is sufficiently long, or when the start and end of the continuous discharge line are shut off and opened.
この場合は、吐出圧力が定常状態に達しているため、ピストンが上昇開始時、下降開始時のいずれの場合も、ねじ溝ポンプ部のPQ特性と絞り抵抗Rr+吐出ノズル抵抗Rnで決まる下記動作点圧力PCが初期値Pi0となる。流通路抵抗Rtが無視できない場合は、Rr→Rr+Rtとして、動作点圧力を求めればよい。 In this case, since the discharge pressure has reached a steady state, it is determined by the PQ characteristic of the thread groove pump section and the throttle resistance R r + discharge nozzle resistance R n when the piston starts to rise and when it starts to descend. the following operating point pressure P C is the initial value P i0. If flow path resistance R t can not be ignored, as R r → R r + R t , it may be determined the operating point pressure.
式(49)のPCは hminが十分に大きな場合である。したがって最大圧力は、
以上、吐出線の終端を高品位に描くための条件について述べている。吐出線の始端を高品位に描くためには、ノズル先端の流体の表面張力に打ち勝って流体がスムーズに吐出できるように、ピストン下降時に適度な正圧が発生するようにピストン下降曲線を選択すればよい。 The conditions for drawing the end of the discharge line with high quality have been described above. In order to draw the discharge line with high quality, the piston descending curve should be selected so that an appropriate positive pressure is generated when the piston descends so that the fluid can be discharged smoothly by overcoming the surface tension of the fluid at the nozzle tip. That's fine.
切れ味の良い間欠吐出を実現するための、前述した工夫は連続吐出にも適用できる。たとえば、絞り(流体抵抗部の一例)の形成方法、絞りを形成する位置、ピストン先端をテーパ形状にする、ねじ溝軸をピストン軸に対して傾斜して配置する等々の前述した工夫は、連続吐出の場合でも効果的である。 The above-described device for achieving sharp intermittent cutting can be applied to continuous discharge. For example, the above-described devices such as a method of forming a throttle (an example of a fluid resistance portion), a position where the throttle is formed, a piston tip having a tapered shape, and a thread groove shaft that is inclined with respect to the piston shaft are continuously used. Even in the case of discharge, it is effective.
また、吐出ノズルと基板間の相対的な走行速度を遅くすれば、高速間欠吐出を行った場合、擬似的な連続線を描くことができる。この場合でも、切れ味の良い間欠吐出を実現する前述した工夫は、すべて活かすことができる。
Further, if the relative traveling speed between the discharge nozzle and the substrate is decreased, a pseudo continuous line can be drawn when high-speed intermittent discharge is performed. Even in this case, all of the above-described devices for realizing sharp intermittent discharge can be utilized.
[8]遠距離飛翔吐出させる場合の条件(その1)
吐出ノズル先端と基板間の距離を十分に保った状態で、吐出流体を飛翔吐出できるか否かは、吐出ノズル先端で流体に作用する表面張力に打ち勝って流出できる運動エネルギの大きさ、すなわち、吐出ノズルの内部通路を通過する際の流体の流速に依存する。吐出室に急峻なピーク圧が発生すれば、吐出ノズルを通過する流体の流速もまた鋭敏なピークを有する。この流速のピーク値(流体の最大流速が)をvmax(Vmax とも表記するが、両者は同一)とすれば、流速のピーク値vmax が大きい程、流体は飛翔し易い。但し、流速のピーク値vmaxが大きすぎると、ノズル通過後の流体は飛散状態となるため、微小径ドットの吐出は困難となる。したがって、流速のピーク値vmaxには、実用上、上限値と下限値が存在する。
[8] Conditions for long-distance flight ejection (part 1)
Whether or not the discharge fluid can be discharged and discharged in a state where the distance between the discharge nozzle tip and the substrate is sufficiently maintained is the magnitude of the kinetic energy that can overcome the surface tension acting on the fluid at the discharge nozzle tip, i.e. It depends on the flow velocity of the fluid when passing through the internal passage of the discharge nozzle. If a steep peak pressure is generated in the discharge chamber, the flow velocity of the fluid passing through the discharge nozzle also has a sharp peak. If the peak value of the flow velocity (the maximum flow velocity of the fluid) is v max (also expressed as V max , both are the same), the larger the peak velocity value v max of the flow velocity, the easier the fluid will fly. However, if the peak value v max of the flow velocity is too large, the fluid after passing through the nozzles is in a scattered state, so that it is difficult to discharge microscopic dots. Therefore, there are practically an upper limit value and a lower limit value for the peak value v max of the flow velocity.
ここで、高速間欠飛翔吐出を想定し、流速のピーク値vmaxの近似式を求める。 Here, assuming high-speed intermittent flight discharge, an approximate expression of the peak value v max of the flow velocity is obtained.
ピストン端面最小隙間hminを十分に大きく、たとえばhmin=1〜2mmのレベルに設定した場合を想定すると、式(11)からh→∞のときRp→0、式(17)からPsuq1→0、式(24)から吐出圧力Pi≒P1である。以下、連続吐出時の始終端における吐出圧力を求めた[7]節の場合と同様に、最大ピーク圧力Pmaxを求める。式(47)において、間欠飛翔吐出の場合は、最大ピーク圧力Pmax ≫ Pi0であるため、Pmax≒Pstである。したがって、近似式v* maxが次のように求まる。但し、吐出側の時定数T1は式(43)から求められる。ここで、吐出口の開口部の面積をSnとする。 Assuming that the minimum piston end clearance h min is set to a sufficiently high level, for example, h min = 1 to 2 mm, R p → 0 when h → ∞ from equation (11), P suq1 from equation (17) → 0, discharge pressure P i ≒ P 1 from equation (24). Hereinafter, the maximum peak pressure P max is obtained in the same manner as in section [7] in which the discharge pressure at the start and end of continuous discharge is obtained. In the formula (47), in the case of intermittent flight discharge, since the maximum peak pressure P max >> P i0 , P max ≈P st . Therefore, the approximate expression v * max is obtained as follows. However, the time constant T 1 on the discharge side is obtained from the equation (43). Here, the area of the opening of the discharge port to S n.
実験の結果、流速のピーク値をv* max を、 5m/s< v* max <30m/sの範囲に設定したとき、ピストン降下直後、流体は吐出ノズル先端に留まることなく、吐出ノズルから飛翔して、かつ基板上に飛散なく吐出できることがわかっている。 The results of the experiment, when the peak value v * max flow rate was set in the range of 5m / s <v * max < 30m / s, immediately after the piston drops, the fluid without remaining in the discharge nozzle tip, fly from the discharge nozzle In addition, it is known that it can be discharged onto the substrate without scattering.
式(54)の妥当性を証明するために、表1、表2の条件下で、式(26)、式(30)の連立微分方程を厳密に数値解析で求めた流速のピーク値vmaxと、式(54)による近似解v* maxを比較した結果を、表5に示す。但し、Tst=Tdである。表5の結果から、式(54)を用いて、流速のピーク値vmaxを十分に精度良く評価できることがわかる。
In order to prove the validity of the equation (54), the peak value v max of the flow velocity obtained by strict numerical analysis of the simultaneous differential equation of the equations (26) and (30) under the conditions of Tables 1 and 2 Table 5 shows the result of comparing the approximate solution v * max according to Equation (54). However, T st = T d . From the results in Table 5, it can be seen that the peak value v max of the flow velocity can be evaluated with sufficient accuracy using the equation (54).
[9]遠距離飛翔吐出させる場合の条件(その2)
前記流体抵抗部を挟んで、ピストン部側の容積Vs1を小さくする程、吐出側の時定数T1を小さくでき、高いピーク値を有する吐出ノズル通過流速vmaxを得ることができる。図33Aは、表1、表2に記載された条件下で、ピストン部側の容積Vs1だけを変えた場合の時間に対する吐出ノズル通過流速Vを、一例として、求めたものである。
[9] Conditions for long-distance flight discharge (part 2)
As the volume V s1 on the piston portion side is reduced with the fluid resistance portion interposed therebetween, the time constant T 1 on the discharge side can be reduced and the discharge nozzle passage flow velocity v max having a high peak value can be obtained. FIG. 33A shows, as an example, the discharge nozzle passage flow velocity V with respect to time when only the piston portion side volume V s1 is changed under the conditions described in Tables 1 and 2.
図33Aから、Vs1<40mm3にすることにより、vmax >5m/sにすることができ、飛翔条件を満足できることがわかる。 From FIG. 33A, it can be seen that by setting V s1 <40 mm 3 , v max > 5 m / s can be achieved, and the flight conditions can be satisfied.
容積Vs1の下限値は、絞り抵抗(一例として、第2実施形態では絞り304)をできるだけピストンの端面(一例として、第2実施形態ではピストン300の端面305)に接近させて配置することにより小さくできる。ピストン径の大きさは、用途に合わせて選択できるが、実用的な範囲内で外径Φ3mmを選択し、ピストン最小隙間hmin=50μmとすれば、Vs1=1.52×3.14×0.05=0.35 mm3が実用上、取りうるVs1の下限値である。
The lower limit value of the volume V s1 is determined by arranging the throttle resistance (for example, the
図33B〜図33Dは、吐出ノズル通過流速vmax の範囲によって、吐出状態がどのように変わるかを示すイメージ図である。500はピストン(例えば図8Aのピストン57に相当)、501は絞り(例えば図8Aの絞り68に相当)、502は吐出ノズル(例えば図8Aの吐出ノズル61に相当)、503は吐出ノズル502から流出した直後の吐出流体(例えば図8Aの流体70に相当)、504は基板(例えば図8Aの基板69に相当)である。
図33Bは、vmax≦5m/sの場合を示し、吐出流体503は飛翔せず吐出ノズル502先端に流体塊が発生する。図33Cは、5m/s <vmax<30m/sの場合を示す。図33Dは、vmas≧30m/sの場合を示し、ノズル通過後の流体503は飛散状態となる。
33B to 33D are image diagrams showing how the discharge state changes depending on the range of the discharge nozzle passage flow velocity v max . 500 is a piston (for example, equivalent to the
FIG. 33B shows a case where v max ≦ 5 m / s, and the
[10]その他補足説明
(10−1)本発明を効果的に適用できるプロセス条件について
前述した[5].「PDP蛍光体吐出への適用例」で一例を挙げて説明したように、本発明の前記実施形態にかかる流体噴射装置の一例としてのディスペンサは、例えば、次のようなプロセス条件に対応できる。
[10] Other supplementary explanations (10-1) Process conditions to which the present invention can be applied effectively [5]. As described in an example in “Application Example to PDP Phosphor Discharge”, the dispenser as an example of the fluid ejecting apparatus according to the embodiment of the present invention can cope with, for example, the following process conditions.
(1)数千〜数万mPa・s(cps)オーダーの高粘度流体に対応できる。粘度の下限値に制約はない。本発明の特徴を差別化するために、インクジェット方式と比較すれば、インクジェット方式が適用できない粘度100mPa・s以上の流体に対応できる。
(2)粉体径φd<50μmの粉体を含有する流体に対応できる。相対移動する2つの部材間の流通路は、機械的に完全非接触である。粉体径の下限値には、勿論、制約はない。
(3)間欠吐出の周期TPは0.1〜30ms。
(4)吐出ノズルと基板間のギャップH≧0.5mmで飛翔吐出できる。
(1) Applicable to high viscosity fluids in the order of thousands to tens of thousands mPa · s (cps). There is no restriction on the lower limit of the viscosity. In order to differentiate the characteristics of the present invention, compared with the ink jet method, it can be applied to a fluid having a viscosity of 100 mPa · s or more to which the ink jet method cannot be applied.
(2) Applicable to fluids containing powder with a powder diameter φd <50 μm. The flow path between the two moving members is completely non-contact mechanically. Of course, the lower limit of the powder diameter is not limited.
(3) The intermittent discharge cycle T P is 0.1 to 30 ms.
(4) Flying discharge is possible with a gap H ≧ 0.5mm between the discharge nozzle and the substrate.
(10−2)本発明を適用した流体噴射装置の特徴追記
以下、本発明を適用した流体噴射装置の特徴を追記する。
(10-2) Additional features of fluid ejecting apparatus to which the present invention is applied Hereinafter, features of the fluid ejecting apparatus to which the present invention is applied will be additionally described.
(i)吐出量Qsは吐出流体の粘度の影響を受けにくい。
式(16)において、流体抵抗Rn, Rp, Rsは粘度μに比例する。また、ここで、流体補給装置の圧力Ps0≒ねじ溝ポンプ部最大圧力Pmaxとすれば、圧力Ps0は粘度μに比例する。流量Qi=Pi/Rnであるため、流量Qiの分母・分子の粘度μはキャンセルされる。そのため、本ディスペンサーの吐出量は基本的には粘度に依存しない。通常、流体の粘度は温度に対して対数的に大きく変化する。その温度変化に対して鈍感であるという点は、吐出システムを構成する上で極めて有利な特徴となる。
(I) The discharge amount Q s is not easily affected by the viscosity of the discharge fluid.
In the equation (16), the fluid resistances R n , R p , and R s are proportional to the viscosity μ. If the pressure P s0 of the fluid replenishing device is equal to the maximum pressure P max of the thread groove pump section, the pressure P s0 is proportional to the viscosity μ. Since the flow rate Q i = P i / R n , the denominator / numerator viscosity μ of the flow rate Q i is canceled. Therefore, the discharge amount of this dispenser is basically independent of the viscosity. Usually, the viscosity of a fluid varies greatly logarithmically with temperature. The insensitivity to the temperature change is a very advantageous feature in configuring the discharge system.
(ii)粉流体の流通路内での詰まりに対する信頼性が高い。
本発明を適用すれば、ポンプの吸入口から吐出ノズルに至る流通路の開口面積を充分に大きくとれるため、粉流体に対する信頼性が高い。特に吐出ノズルに繋がる流通路であるピストン端面間のギャップhを充分に大きくとれるため、粉体(たとえば、蛍光体の場合は粒径7〜9μm)の詰まり防止に極めて有利となる。
(Ii) High reliability against clogging in the flow path of the powder fluid.
If the present invention is applied, since the opening area of the flow passage from the suction port of the pump to the discharge nozzle can be made sufficiently large, the reliability with respect to the powder fluid is high. In particular, since the gap h between the piston end faces, which is a flow path connected to the discharge nozzle, can be made sufficiently large, it is extremely advantageous for preventing clogging of powder (for example, a particle size of 7 to 9 μm in the case of a phosphor).
以下、このギャップhの設定方法について説明する。 Hereinafter, a method for setting the gap h will be described.
本発明の前記実施形態の一例としてのディスペンサの場合、前述したように、相対移動面の隙間(例えば図6の隙間h)の間隔の変動により2つの圧力が発生する。そのひとつは、公知のスクイーズ効果によるもので、ピストン速度dh/dtに比例し、隙間hの3乗に逆比例して発生する第1次スクイーズ圧力である。もうひとつは、前記隙間の間隔の変動により、dh/dt及び、絞り抵抗Rrと流体補給装置の内部抵抗Rsの和に比例して発生する第2次スクイーズ圧力である。 In the case of the dispenser as an example of the embodiment of the present invention, as described above, two pressures are generated due to the variation in the gap of the relative movement surface (for example, the gap h in FIG. 6). One of them is due to a known squeeze effect, and is a primary squeeze pressure that is proportional to the piston speed dh / dt and inversely proportional to the cube of the gap h. The other is a secondary squeeze pressure generated in proportion to dh / dt and the sum of the throttling resistance R r and the internal resistance R s of the fluid replenishing device due to the variation in the gap interval.
ここで、変動する前記隙間hの最小値或いは平均値をh0とする。 Here, the minimum value or average value of the fluctuating gap h is h 0 .
1ドット当りの吐出量Qsが前記第1次スクイーズ圧力の影響を強く受けるh0の設定範囲を0<h0<hx 、前記吐出量Qsが前記隙間h0の変化に対して鈍感なh0の設定範囲をh0>hx としたとき、前記隙間h0をh0>hxの範囲に設定すれば、第2次スクイーズ圧力だけを利用することになる。
1 setting range of h 0 of the discharge amount Q s per dot strongly affected by the primary squeeze pressure 0 <
第2次スクイーズ圧力だけを利用した場合は、次の効果が得られる。 When only the secondary squeeze pressure is used, the following effects can be obtained.
(i)吐出量がアクチュエータで駆動されるピストンの振幅・位置精度の影響を受けにくい。 また、熱膨張により隙間hがドリフトしても、 吐出量は影響を受けにくい。 そのため、高い吐出量精度が得られる。
(ii)最も目詰まりし易い吐出部流通路の隙間hminを十分大きくとれるため、粉流体の取り扱いに対して、高い信頼性が得られる。
(I) The discharge amount is not easily affected by the amplitude and position accuracy of the piston driven by the actuator. Moreover, even if the gap h drifts due to thermal expansion, the discharge amount is not easily affected. Therefore, high discharge amount accuracy can be obtained.
(Ii) Since the gap h min of the discharge portion flow passage that is most likely to be clogged can be made sufficiently large, high reliability can be obtained for the handling of the powder fluid.
このhxを解析的に求める方法について、以下、補足説明する。前述した式(16)用いて、隙間h0(hminでもよい)対する流量Qi(=Pi/Rn)を求める。このQi(=Pi/Rn)を1周期で積分して、1ドット当たりの総流量Qsを求める。0<h0<hx の範囲では、Qsは比例的に増加し、h0>hx の範囲では Qsは一定値に収束する。すなわち、0<h0<hx における曲線の包絡線と、h0>hx における直線の交点をhx とすればよい。Qsとh0の関係は実験的に求めてもよい。 Method of obtaining this h x analytically, hereinafter, supplementary explanation. The flow rate Q i (= P i / R n ) for the gap h 0 (which may be h min ) is obtained using the above-described equation (16). This Q i (= P i / R n ) is integrated in one cycle to obtain a total flow rate Q s per dot. In the range of 0 <h 0 <h x , Q s increases proportionally, and in the range of h 0 > h x , Q s converges to a constant value. That is, the intersection of the curve envelope in 0 <h 0 <h x and the straight line in h 0 > h x may be set as h x . The relationship between Q s and h 0 may be obtained experimentally.
あるいは、マルチヘッド構成にして、各ヘッドの流量の微調節が必要な場合、流体補給装置の一例としてのねじ溝ポンプ部の出力流量の設定方法(回転数で流量を調節)と併用することにより、隙間に対する吐出量の傾きが滑らかなhmin≒hx近傍に最小隙間(たとえば図6ではhmin=50μm)を設定すればよい。 Alternatively, if it is necessary to finely adjust the flow rate of each head in a multi-head configuration, by using it together with the output flow rate setting method (adjusting the flow rate with the number of revolutions) of the thread groove pump unit as an example of a fluid supply device The minimum gap (for example, h min = 50 μm in FIG. 6) may be set in the vicinity of h min ≈h x where the gradient of the discharge amount with respect to the gap is smooth.
このように隙間が大きなところで流量調節が可能という点は、本発明の最も大きな特徴である。なお、微少粒子が含まれた蛍光体、接着材のような粉流体を吐出する場合は、流通路の最小隙間δminは微少粒子径の最大値φdmaxよりも大きく設定すればよい。 The fact that the flow rate can be adjusted where the gap is large is the most significant feature of the present invention. In the case of discharging a powder fluid such as a phosphor or an adhesive containing fine particles, the minimum clearance δ min of the flow path may be set larger than the maximum value φd max of the fine particle diameter.
(数59)
δmin>φdmax (55)
なお、多くの実験の結果、ねじ溝ポンプ部はねじ溝の溝深さh0を粒子径φdmaxよりも十分に大きくとれば、粉流体は溝部に沿って流動するため、ねじ溝の峰部と固定側対向面の隙間δrはそれ程大きくする必要のないことがわかっている。本ディスペンサで最も隙間が小さくなる箇所である絞り(たとえば、図11の304、図12Aの254等)の隙間をδrとしたとき、次のような条件に設定すれば、ほぼ完全に粉体の目詰まりを防止できる。
(Equation 59)
δ min > φd max (55)
As a result of many experiments, if the groove depth h 0 of the thread groove pump part is sufficiently larger than the particle diameter φd max , the powder fluid flows along the groove part. It is known that the gap δ r between the fixed-side facing surfaces does not need to be so large. When the gap of the aperture (for example, 304 in FIG. 11 and 254 in FIG. 12A) where δ r is the smallest gap in this dispenser is set to the following conditions, the powder is almost completely obtained. Can prevent clogging.
(数60)
δr>5×φdmax (56)
たとえば、粒子径φdが1〜10μmの分布をもっているならば、絞りの隙間はδr>50μmに設定すればよい。
(Equation 60)
δ r > 5 × φd max (56)
For example, if the particle diameter φd has a distribution of 1 to 10 μm, the aperture gap may be set to δ r > 50 μm.
以上、本発明の前記実施形態では流体補給装置に一例としてねじ溝式ポンプ部を用いている。本発明を実現するためには、ねじ溝式以外の型式のポンプでも適用できるが、ねじ溝式の場合、ねじ溝を構成する各種パラメータ(ラジアル隙間、ねじ溝角度、溝深さ、グルーブとリッジの比など)を変えることにより、最大発生圧力Pmax、最大流量Qmax、内部抵抗Rs(=Pmax/Qmax)を自由に選択できる点で有利となる。また、ねじ溝式ポンプ部の場合、完全非接触で流通路を構成できるため、粉流体を取り扱う場合に有利である。また、ねじ溝式ポンプ部の場合、内部抵抗Rsを大きくとれると共に、定流量特性を安定して保つことができる。 As described above, in the embodiment of the present invention, the thread groove type pump unit is used as an example of the fluid supply device. In order to realize the present invention, the pump can be applied to other types of pumps than the thread groove type, but in the case of the thread groove type, various parameters (radial gap, thread groove angle, groove depth, groove and ridge) constituting the thread groove. By changing the ratio, etc., it is advantageous in that the maximum generated pressure P max , the maximum flow rate Q max , and the internal resistance R s (= P max / Q max ) can be freely selected. Further, in the case of the thread groove type pump section, the flow passage can be configured in a completely non-contact manner, which is advantageous when handling powder fluid. In the case of the thread groove type pump section, the internal resistance R s can be increased and the constant flow rate characteristic can be stably maintained.
流体補給装置側の一例としてのねじ溝ポンプ部とピストン部側を繋ぐ流通路(例えば、図5A及び図5Bの66)が短ければ、この流通路全体をオリフィス形状の絞り(絞り抵抗Rr)としてもよい。 If the flow passage (for example, 66 in FIGS. 5A and 5B) connecting the thread groove pump portion and the piston portion side as an example on the fluid supply device side is short, the entire flow passage is made into an orifice-shaped restrictor (throttle resistance R r ). It is good.
なお、本発明の前記実施形態にかかる流体噴射装置における流体補給装置の一例としてのねじ溝ポンプ部の形態は、ねじ溝式に限らず他の方式のポンプも適用可能である。たとえば、スネイクポンプと呼ばれるモーノ式、ギヤ式、ツインスクリュウ式、若しくはシリンジ式ポンプなどが適用できる。あるいは、流体を高圧エアーで加圧するだけのポンプでもよい。 In addition, the form of the thread groove pump part as an example of the fluid supply apparatus in the fluid ejecting apparatus according to the embodiment of the present invention is not limited to the thread groove type, and other types of pumps can be applied. For example, a Mono type, a gear type, a twin screw type, or a syringe type pump called a snake pump can be applied. Alternatively, a pump that simply pressurizes the fluid with high-pressure air may be used.
図34は、本発明の前記実施形態にかかる流体噴射装置に流体補給装置にギヤ式を用いた場合のモデル図であり、700はギヤポンプ、701は流通路、702a、702b、702cはたとえば圧電型アクチュエータなどで構成される軸方向駆動装置、703a、703b、703cはピストン、704a、704b、704cはピストン近傍に設けられた流体抵抗部の一例としての絞りである。 FIG. 34 is a model diagram in the case where a gear type is used for a fluid replenishing device in the fluid ejecting apparatus according to the embodiment of the present invention, 700 is a gear pump, 701 is a flow passage, 702a, 702b, and 702c are piezoelectric types, for example. An axial drive device composed of an actuator or the like, 703a, 703b, and 703c are pistons, and 704a, 704b, and 704c are throttles as an example of a fluid resistance unit provided near the piston.
ギヤポンプ700の最大流量Qmax 、最大圧力Pmaxは通常は理論的に求められる場合が多いが、もしそれが困難な場合は、圧力・流量特性(図35AのPQ特性)を実験的に求めても良い。また、ポンプの圧力と流量の関係は必ずしも線形ではなく、ポンプの最大圧力Pmaxと最大流量Q* maxを結ぶPQ特性は曲線となる場合もある。この場合、ポンプの内部抵抗Rsは、動作点Pc、QcにおいてPQ特性の接線を引き、x軸の交点をPmax、Y軸の交点をQmaxとして、Rs= Pmax / Qmaxとして、本研究の理論を適用すれば良い。
The maximum flow rate Q max and the maximum pressure P max of the
流体抵抗Rn、Rpは通常よく知られた理論式(例えば式(10)、式(11))から求められるが、形状が複雑ならば数値解析を用いるか、あるいは実験的に求めても良い。内径に対して絞り部分の長さが短いオリフィスの場合は、線形抵抗の式(例えば式(10)が成り立たなくなるが、この場合は動作点を中心に線形化して、見かけの流体抵抗とすればよい。 The fluid resistances R n and R p are usually obtained from well-known theoretical formulas (for example, formulas (10) and (11)). However, if the shape is complicated, numerical analysis may be used or may be obtained experimentally. good. In the case of an orifice whose length of the throttle portion is short with respect to the inner diameter, the linear resistance equation (for example, Equation (10)) does not hold, but in this case, linearizing around the operating point to make the apparent fluid resistance Good.
なお、吐出流体の粘度はせん断速度に対して依存性を持つ場合が多い。たとえば、流体がねじ溝ポンプ部を通過するときと、吐出ノズルを通過する場合では流体の受けるせん断速度が異なる。この場合は、吐出材料の粘度とせん断速度の関係を予め実験により求めておくと共に、流体が受けるせん断速度から各流通路における粘度を当てはめればよい。この方法により、流体抵抗Rn、Rp、Rs、Rr等を求めることができる。 The viscosity of the discharged fluid often depends on the shear rate. For example, when the fluid passes through the thread groove pump portion and when it passes through the discharge nozzle, the shear rate applied to the fluid is different. In this case, the relationship between the viscosity of the discharged material and the shear rate is obtained in advance by experiments, and the viscosity in each flow passage may be applied from the shear rate applied to the fluid. By this method, the fluid resistances R n , R p , R s , R r and the like can be obtained.
吐出室近傍に設ける絞り抵抗Rrは、様々な形態を用いることができる。 Various forms can be used for the diaphragm resistance R r provided in the vicinity of the discharge chamber.
図35B〜図35Dに、目詰まりしにくい絞りの数例を示す。図35Bは、リング状に周囲壁面が突出して絞りを形成している図である。図35Cは、周囲壁面の上部が下方に向けて大きく突出して絞りを形成している図である。図35Dは、横断面V字状のリング状に周囲壁面が突出して絞りを形成している図である。 FIG. 35B to FIG. 35D show several examples of apertures that are difficult to clog. FIG. 35B is a view in which the peripheral wall surface protrudes in a ring shape to form a diaphragm. FIG. 35C is a diagram in which the upper part of the peripheral wall surface protrudes greatly downward to form a diaphragm. FIG. 35D is a diagram in which the peripheral wall surface protrudes into a ring shape having a V-shaped cross section to form a diaphragm.
ピストン駆動部又はピストン部を構成するピストンとその対向面の断面形状は、円形でなくてもよい。ピストンは長方形の断面形状でもよい。この場合は等価な面積を持つ円の半径を平均半径とする。 The piston constituting the piston drive part or the piston part and the cross-sectional shape of the opposing surface may not be circular. The piston may have a rectangular cross-sectional shape. In this case, the radius of a circle having an equivalent area is taken as the average radius.
吐出ノズルの穴形状は真円でなくてもよい。たとえば、PDPの独立セルに蛍光体層を形成する場合、独立セルが長方形ならば、吐出ノズルの穴形状は楕円である方が好ましい。 The hole shape of the discharge nozzle may not be a perfect circle. For example, when the phosphor layer is formed in an independent cell of the PDP, if the independent cell is rectangular, it is preferable that the hole shape of the discharge nozzle is an ellipse.
超微少流量を扱う本実施形態のポンプでは、ピストンのストロークは、大きくとも数十ミクロンのオーダでよく、超磁歪素子、圧電素子などの電磁歪素子を用いても、ストロークの限界は問題とならない。 In the pump according to the present embodiment that handles an extremely small flow rate, the stroke of the piston may be on the order of several tens of microns at most, and even if an electromagnetic strain element such as a super magnetostrictive element or a piezoelectric element is used, the limit of the stroke is a problem. Don't be.
また、高粘度流体を吐出させる場合、スクイーズ作用によって大きな吐出圧の発生が予想される。この場合、ピストンを駆動する軸方向駆動装置には高い流体圧に抗する大きな推力が要求されるため、数百〜数千Nの力が容易に出せる電磁歪型アクチェータの適用が好ましい。電磁歪素子は、数MHz以上の周波数応答性を持っているため、ピストンを高い応答性で直線運動させることができる。そのため、高粘度流体の吐出量を高いレスポンスで高精度に制御できる。 In addition, when a high viscosity fluid is discharged, a large discharge pressure is expected to be generated due to the squeeze action. In this case, since an axial drive device that drives the piston requires a large thrust against high fluid pressure, an electromagnetic strain actuator that can easily generate a force of several hundred to several thousand N is preferably used. Since the magnetostrictive element has a frequency response of several MHz or more, the piston can be linearly moved with high response. Therefore, the discharge amount of the high-viscosity fluid can be controlled with high response and high accuracy.
ピストンとこのピストンを収納するハウジングの内面形状は、前記実施形態では円筒形状を用いている。この方法以外に、たとえば、インクジェット・プリンタなどで用いられているバイモレフ型圧電素子を用いて、相対移動する2面を構成し、この2面間に形成される吐出室に流体補給装置に吐出流体を供給する構成でよい。 As the inner surface shape of the piston and the housing that houses the piston, a cylindrical shape is used in the embodiment. In addition to this method, for example, bi-reflex piezoelectric elements used in ink jet printers and the like are used to form two surfaces that move relative to each other, and a discharge fluid is supplied to a fluid supply device in a discharge chamber formed between the two surfaces. It may be configured to supply.
応答性を犠牲にするならば、ピストンを駆動する軸方向駆動装置にムービングマグネット型、ムービングコイル型のリニアモータあるいは電磁ソレノイド等を用いてもよい。この場合、ストロークの制約は解消される。
If the responsiveness is sacrificed, a moving magnet type, moving coil type linear motor, electromagnetic solenoid, or the like may be used for the axial direction driving device for driving the piston. In this case, the stroke restriction is eliminated.
図40の斜視図は、本発明の前記実施形態にかかる流体噴射装置であるディスペンサが適用可能な全体構成を示しており、Z軸方向搬送装置には、マスタポンプ(ねじ溝ポンプ)1155A(例えば図13Bの153に対応)と複数のポンプで構成されるピストン部1155B(例えば図13A,図13Bの156a〜156fに対応)が搭載されているものである。
The perspective view of FIG. 40 shows the overall configuration to which the dispenser that is the fluid ejection device according to the embodiment of the present invention can be applied. The Z-axis direction conveying device includes a master pump (thread groove pump) 1155A (for example, 13B) and a
1150はステージ又はパネル支持部材上に保持されかつ吐出すべき対象である基板の例としてのPDP用パネルであり、このパネル1150の両側を挟んで1対のY軸方向搬送装置1151、1152が設けられている。また、X軸方向搬送装置1153が、Y−Y’方向に1対のY軸方向搬送装置1151、1152により移動可能に、上記Y軸方向搬送装置1151、1152上に搭載されている。さらに、Z軸方向搬送装置1154が、矢印X−X’方向にX軸方向搬送装置1153により移動可能に、上記X軸方向搬送装置1153上に搭載されている。Z軸方向搬送装置1154には、マスタポンプ(ねじ溝ポンプ)1155A(例えば図13Bの153に対応)と複数のポンプで構成されるピストン駆動部1155B(例えば図13A,図13Bの156a156fに対応)がZ軸方向搬送装置1154により上下方向(Z軸方向)に移動可能に搭載されている。これにより、パネル1150を保持するステージ又はパネル支持部材が固定されており、固定されたパネル1150に対して、ディスペンサが移動して、流体吐出を行うようにしている。
なお、前記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。 It is to be noted that, by appropriately combining any of the various embodiments, the effects possessed by them can be produced.
なお、本明細書で引用された米国出願番号10/673,495号及び10/776,278号の米国出願並びに米国特許番号6,558,127及び6,679,685号の米国特許公報には、上記引用された部分での技術に関連する技術内容が記載されており、上記米国出願及び米国特許公報の内容はここに含まれる。 It should be noted that US application Nos. 10 / 673,495 and 10 / 776,278 and US patent publications US Pat. Nos. 6,558,127 and 6,679,685 cited in the present specification include The technical contents related to the technique in the above cited part are described, and the contents of the above US application and US patent publication are included herein.
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。 Although the present invention has been fully described in connection with preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, various variations and modifications will be apparent to those skilled in the art. Such changes and modifications are to be understood as being included therein, so long as they do not depart from the scope of the present invention according to the appended claims.
本発明にかかる流体噴射方法及び流体噴射装置ならびにディスプレイパネルは、例えば、電子部品、家電製品、ディスプレイ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、食品などの各種液体を、高速かつ高精度に間欠定量吐出・供給する場合に適用可能である。 A fluid ejecting method, a fluid ejecting apparatus, and a display panel according to the present invention are, for example, an adhesive, a clean solder, a phosphor, an electrode material, grease, paint, hot, in a production process in the field of electronic components, home appliances, displays, and the like. It is applicable to intermittent dispensing and supply of various liquids such as melts, chemicals, and foods at high speed and with high accuracy.
1,50,150,450 流体補給装置の一例であるねじ溝ポンプ部
2,56,156a〜156f,456 ピストン部
3,51,151,451 ねじ溝軸
3a,6,54,120,154,405,454 ねじ溝
4,103,152,252,402,452 ケーシングの一例としてのハウジング
5A,153,404A 回転伝達装置 7,55,122,155,455 吸入口
7A 補助圧力発生装置
8,57,118,157a〜157f,250,300,350,401,457,500 ピストン
9A,403A 軸方向駆動装置
10,11 相対移動する2面(ピストン端面、固定側対向面)
12 吐出口
13,63,162 ねじ溝軸端部
14,64,164a〜164f,251,301,351 ピストン外周部
15,66,253,303,353,460 流通路
17,62,258,308,359 吐出室
18,68,121,165a〜165f,254,304,354,410,461,501 流体抵抗部の一例の絞り
20 ねじ溝室
21 吐出ノズルの開口部
53,453 モータ
58,158a〜158f,458 圧電型アクチュエータ
59,60 相対移動する2面(ピストン端面、固定側対向面)
61,123,159a〜159f,257,307,358,414,459,502 吐出ノズル
65,160,252,302,352 下部プレート
67,70,408,503 吐出すべき流体
69,504 吐出対象の一例としての基板
101 第1のアクチェータ
102 主軸
104 ポンプ部
105 第2のアクチェータ
106 超磁歪ロッド
107 磁界コイル
108,109 リア側、フロント側の永久磁石
110 リア側ヨーク
111 フロント側ロッド
112 ヨーク材
113 バイアスバネ
114,116,117 軸受
115 変位センサー
119 下部ハウジング
161 共通流通路
163a〜163f 個別流通路
166 指令信号発生器
167 制御コントローラ
168a〜168f ドライバー
169 位置情報
179 ステージ
255,256 相対移動する2面(ピストン端面、固定側対向面)
305,306 相対移動する2面(ピストン端面、固定側対向面)
309,360 流通路の開口端
355,356 相対移動する2面(ピストン端面、固定側対向面)
261,311,357,413 吐出部
262,312,357a ボルト
409 径大部
411,412 相対移動する2面(ピストン端面、固定側対向面)
415 ピストン端面と固定側対向面間の空隙
416 ねじ溝とハウジング間の空隙
657 流体補給装置側
700 ギヤポンプ
701 流通路
702a、702b、702c 軸方向駆動装置
703a、703b、703c ピストン
704a、704b、704c 絞り
850 第2基板
851 独立セル
851R、851G、851B RGBの独立セル
852 蛍光体
852R、852G、852B RGBの蛍光体
853 ノズル
854 バリアリブ頂点
1, 50, 150, 450 Thread
12
61,123,159a to 159f, 257,307,358,414,459,502 Discharge nozzle 65,160,252,302,352
305, 306 Two relatively moving surfaces (piston end surface, fixed side facing surface)
309, 360 Open end of
261, 311, 357, 413
415 Gap between piston end surface and fixed
Claims (1)
ピストンと、前記ピストンをピストン軸方向に移動させる軸方向駆動装置とを有し、前記流体を吐出する吐出口を備えるピストン部と、 A piston part having a piston and an axial drive device for moving the piston in the piston axial direction, and having a discharge port for discharging the fluid;
前記流体補給装置と前記ピストン部とを繋ぐ流通路とを備える流体噴射装置において、 In a fluid ejection device comprising a flow passage connecting the fluid supply device and the piston part,
前記ピストンと前記ピストンの側面に対向する面との間には隙間が形成され、かつ、前記ピストンの側面に対向する面には凸部を有する流体噴射装置。 A fluid ejecting apparatus, wherein a gap is formed between the piston and a surface facing the side surface of the piston, and a convex portion is formed on the surface facing the side surface of the piston.
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