KR20190016437A

KR20190016437A - 도포 노즐 헤드 및 이를 구비하는 액체 도포 장치

Info

Publication number: KR20190016437A
Application number: KR1020180087111A
Authority: KR
Inventors: 가즈키 후카다; 도루 나카가와; 히데히로 요시다
Original assignee: 파나소닉 아이피 매니지먼트 가부시키가이샤
Priority date: 2017-08-08
Filing date: 2018-07-26
Publication date: 2019-02-18
Also published as: JP6982736B2; JP2019030865A; KR102467695B1

Abstract

[과제] 고점도 액체 재료의 도포를 고속이고 또한 안정적으로 제어할 수 있는, 변위 확대 기구 및 이를 구비하는 액체 도포 장치의 제공.
[해결 수단] 액체 재료를 토출하는 노즐구멍과, 상기 노즐구멍에 액체 재료를 공급하는 공급 유로와, 상기 공급 유로 내의 액체에 맞닿아 왕복하는 플런저와, 상기 플런저에 변위를 부여하는 변위 확대 기구와, 상기 변위 확대 기구에 변위를 부여하는 액추에이터를 포함하고, 상기 변위 확대 기구와 상기 액추에이터의 접촉부 중 적어도 어느 하나가 곡면인 액체 도포 장치를 이용한다.

Description

도포 노즐 헤드 및 이를 구비하는 액체 도포 장치{APPLICATION NOZZLE HEAD AND LIQUID APPLICATION APPARATUS HAVING IT}

본 발명은, 도포 노즐 헤드 및 이를 구비하는 액체 도포 장치에 관한 것이다. 특히, 고점도의 액체를 토출하는 도포 노즐 헤드 및 이를 구비하는 액체 도포 장치에 관한 것이다.

플런저의 왕복 동작에 의해 액체 재료를 토출하는 장치가 알려져 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에 나타내는 제트 타입의 액체 도포 장치이다.

최근에는 생산성 향상의 관점에서 도포 작업의 고속성이 요구되고 있다. 이 타입의 액체 도포 장치에 있어서, 일정 시간 내의 토출 횟수를 더욱 증가시키는 요구가 높아지고 있다. 그 때문에, 액체 도포 장치의 플런저를 고속으로 왕복 동작시키는 것이 필요하게 된다.

플런저를 왕복 동작시키기 위한 구동원으로서는, 모터나 에어, 압전 소자 등의 액추에이터가 이용되는 경우가 많다. 압전 소자는 고속 동작이 가능하다. 그러나, 그 변위량은 작기 때문에, 변위 확대 기구와 조합하여 변위량을 크게 하여 이용되는 것이 일반적이다. 예를 들어, 특허문헌 2에 기재된 것이 알려져 있다.

이하, 그 변위 확대 기구와 압전 소자를 이용한 종래의 액체 도포 장치에 대해 도 1~도 4를 참조하면서 설명한다.

종래의 액체 도포 장치의 정면도를 도 1에 나타낸다. 종래의 액체 도포 장치의 토출부의 단면도를 도 2에 나타낸다. 액체 도포 장치(1)는, 노즐구멍(60)으로부터 토출 액적(65)을 토출한다. 액체 도포 장치(1)는, 노즐구멍(60)과 연통하여 액체 재료가 공급되는 공급 유로(52)와, 끝단부가 공급 유로(52) 내를 왕복 동작하는 플런저(12a)와, 플런저(12a)를 왕복 동작시키는 액추에이터(2a)와, 변위 확대 기구(3a)를 구비한다.

액추에이터(2a)가 좌우 대칭으로 배치되고, 하부에 플런저(12a)가 연결되는 탄성 변형 가능한 U자형 부재(5, 6, 7, 8, 9)로 변위 확대 기구(3a)가 구성된다. 도 3에서, 플런저(12a)의 상승시 동작을 설명한다. 도 4에서, 플런저(12a)의 하강시 동작을 설명한다. 액추에이터(2)가 U자형 부재(5, 6, 7, 8, 9)의 양단부를 이격시키는 힘을 작용시킴으로써, 플런저(12)를 윗방향으로 이동시킨다. 반대로 액추에이터(2a)가 U자형 부재(5, 6, 7, 8, 9)의 양단부를 근접시키는 힘을 작용시킴으로써, 플런저(12a)를 아랫방향으로 이동시킨다.

일본특허공개 평10-314640호 공보 일본특허공개 2015-051399호 공보

고점도 액체 재료를 토출시키기 위해서는, 큰 변위량으로 플런저(12)를 고속 구동할 필요가 있다.

종래의 변위 확대 기구(3a)에서는, U자형 부재(5, 6, 7, 8, 9)를 탄성 변형시킴으로써 플런저(12a)를 상하방향으로 왕복 동작시킨다. 필요한 변위량을 확보하기 위해서는 U자형 부재(8, 9)의 강성을 낮출 필요가 있다. 이에 따라 고유 진동수가 낮아지고, 플런저(12)의 변위 응답 속도를 향상시키는 것에는 한계가 있다.

따라서, 액추에이터(2)의 변위에 대한 변위 확대 기구(3a)의 변위 확대율을 크게 함으로써 플런저(12a)의 변위량을 크게 할 수 있지만, 고속 구동과의 양립은 어렵다.

본 발명은 이러한 종래의 과제를 해결하는 것으로, 고속이고 안정적으로 고점도 액체 재료의 도포를 제어할 수 있는, 변위 확대 기구 및 이를 구비하는 도포 노즐 헤드 및 이를 구비하는 액체 도포 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 액체 재료를 토출하는 노즐구멍과, 상기 노즐구멍에 액체 재료를 공급하는 공급 유로와, 상기 공급 유로 내의 액체에 맞닿아 왕복하는 플런저와, 상기 플런저에 변위를 부여하는 변위 확대 기구와, 상기 변위 확대 기구에 변위를 부여하는 액추에이터를 포함하고, 상기 변위 확대 기구와 상기 액추에이터의 접촉부 중 적어도 어느 하나가 곡면인 액체 도포 장치를 이용한다.

본 발명의 구성에 의하면, 전자 디바이스의 제조 등의 산업 용도에 있어서, 기능성 입자가 포함되는 고점도 액체 재료의 도포를 고속이고 안정적으로 제어할 수 있고, 필요한 개소에 최적의 양을 임의의 패턴으로 도포할 수 있다.

도 1은 종래의 액체 도포 장치의 정면도
도 2는 종래의 액체 도포 장치의 토출부의 단면도
도 3은 종래의 액체 도포 장치의 플런저 상승시의 동작 설명도
도 4는 종래의 액체 도포 장치의 플런저 하강시의 동작 설명도
도 5는 본 발명의 실시형태의 액체 도포 장치의 단면도
도 6a는 본 발명의 실시형태의 플런저 끝단부의 단면도
도 6b는 본 발명의 실시형태의 플런저 끝단부의 단면도
도 6c는 본 발명의 실시형태의 플런저 끝단부의 단면도
도 6d는 본 발명의 실시형태의 플런저 끝단부의 단면도
도 6e는 본 발명의 실시형태의 플런저 끝단부의 단면도
도 6f는 본 발명의 실시형태의 플런저 끝단부의 단면도
도 7은 본 발명의 실시형태의 액체 도포 장치의 단면도
도 8a는 본 발명의 실시형태의 액체 도포 장치의 단면도
도 8b는 본 발명의 실시형태의 액체 도포 장치의 단면도
도 8c는 본 발명의 실시형태의 액체 도포 장치의 단면도
도 9a는 본 발명의 실시형태의 플런저 변위 거동도
도 9b는 본 발명의 실시형태의 액체 도포 장치의 단면도
도 9c는 본 발명의 실시형태의 액체 도포 장치의 단면도
도 9d는 본 발명의 실시형태의 액체 도포 장치의 단면도

이하, 도면을 이용하여 실시형태를 설명한다. 설명은 하나의 예시이기 때문에, 본원발명은 하기 설명으로 한정되지 않는다.

<액체 도포 장치>

<구성>

도 5는 본 발명의 실시형태의 액체 도포 장치(100)의 단면도로서, 기본 구성에 대해 이하에 설명한다.

액체 도포 장치(100)는, 노즐구멍(60)으로부터 액체 재료의 토출 액적(65)을 토출한다. 액체 도포 장치(100)는, 노즐구멍(60)과 연통하여 액체 재료가 공급되는 공급 유로(52)와, 끝단부가 공급 유로 내를 왕복 동작하는 플런저(12)와, 플런저(12)를 왕복 동작시키는 액추에이터(2)와, 변위 확대 기구(3)를 구비한다.

이하, 각 구성요소의 특징에 대해 설명한다.

<노즐구멍(60)>

노즐구멍(60)은, 초경합금이나 스텐레스, 알루미늄, 티탄 등의 금속에 설치된 관통공이다. 재질은 금속뿐만 아니라 세라믹이나 PEEK 등의 수지 재료로도 상관없다. 그러나, 액체 재료가 토출될 때에, 함유 입자 재료로 마모되거나 액체 재료에 침식·용출되는 일이 없는 재료의 선정이 필요하다.

또한, 토출 액적 크기에 따라, 노즐 내경은 Φ0.05mm~0.5mm의 범위에서 선정된다. 액체 재료의 점도나 틱소트로피, 표면 장력, 노즐면과의 접촉각 등의 물성에 따라, 노즐 길이는 0.05mm~5mm의 범위에서 선정된다.

도 5에서는, 간략화를 위해 공급 유로(52)와 노즐구멍(60)이 일체 구조로 하여 도시하고 있다. 그러나, 제작상 용이성 및 유지보수성 향상을 위해 노즐구멍(60)을 별도의 부품으로서 별도 제작하여 조립해도 된다.

<공급 유로(52)>

공급 유로(52)는, 노즐구멍(60)과 동일한 재료를 이용할 수 있다. 공급 유로(52)의 단면은, Φ0.5~10mm 정도의 원형상으로도, 동일한 정도의 단면적의 직사각형상으로도 상관없다. 가공성이나 기포 고임 방지의 관점에서 원형상이 바람직하다.

공급 유로(52)는, 액체 재료를 공급하는 탱크(도시생략)와 노즐구멍(60)을 연통시킨다. 공급 유로(52)는, 탱크에 충전된 액체 재료를 노즐구멍(60)까지 공급하는 기능을 담당하고 있다.

<플런저(12)>

플런저(12)는, 가이드(110) 및 시일재(104)의 구멍을 통해 이동한다. 이에 따라, 액체 재료를 공급 유로(52) 내의 노즐구멍(60)으로부터 밀어낸다. 플런저(12)에는, 노즐구멍(60)과 동일한 재료를 이용할 수 있다. 그러나, 플런저(12)의 재질은, 가이드(110)나 시일재(104), 액체 재료에 포함되는 입자 재료로 마모 열화되거나, 액체 재료에 침식·용해되는 일이 없는 소재를 선정할 필요가 있다. 또한, 플런저(12)를 고속 구동시키기 위해서는, 비중이 작은 소재를 선정하는 것이 바람직하다. 나아가 플런저(12) 자신의 부피를 최소한으로 저감시켜 경량화를 행하는 것이 바람직하다.

플런저(12)는, 액추에이터(2)의 구동 에너지를 액체 재료의 토출 에너지로 변환하는 기능을 담당하고 있다. 플런저(12)가 노즐구멍(60) 근방에서 왕복 운동함으로써, 노즐구멍(60) 근방의 액체 재료에 압력을 인가하여 노즐구멍(60)으로부터 액체 재료의 토출 액적(65)을 토출시킨다.

플런저(12)의 끝단 형상은, 도 5에 기재된 바와 같은 평탄 형상으로도 상관없지만, 도 6a~도 6f에 기재된 바와 같은 볼록 형상으로도 상관없다.

<가이드(110)>

가이드(110)는, 플런저(12)를 똑바로 상하로 이동시키는 것이다. 가이드(110)는 관통공을 가지며, 그 관통공을 플런저(12)가 상하한다.

<액추에이터(2)>

액추에이터(2)는, 플런저(12)를 왕복 운동시키기 위한 구동원으로서 이용되고, 모터나 에어, 압전 소자 등이 이용되는 경우가 많다.

<변위 확대 기구(3)>

변위 확대 기구(3)는, 플런저(12)와 같이 내마모성과 경량성이 양립될 수 있는 소재를 선정하는 것이 바람직하고, 지점부(101)와 레버(102)로 구성된다.

변위 확대 기구(3)는, 플런저(12)의 변위량을 액추에이터(2)의 변위량보다 확대하는 기능을 담당하고 있다. 보다 작은 액추에이터(2)를 이용하여 플런저(12)를 보다 크게 왕복 운동시킴으로써, 점성이 높은 액체 재료나 큰 입자를 포함한 액체 재료를 노즐구멍(60)으로부터 토출시킬 수 있다.

도 5에서는, 하우징(30)에 맞닿은 지점부(101) 상에 레버(102)가 설치되고, 플런저(12)는 탄성체(103)의 인장력에 의해 레버(102) 끝단부에 맞닿은 상태로 유지된다. 이 탄성체(103)가 플런저(12)와 하우징(30)의 사이에 설치되어 압축력에 의해 유지되어도 상관없다.

탄성체(103)는 스프링코일 스프링으로도, 판스프링으로도 상관없다. 스프링 상수는 0.1~10N/mm의 범위에서 선정되는 것이 바람직하다. 스프링 상수가 너무 작으면, 고유 진동수가 낮아져서 고속 구동할 수 없게 되고, 스프링 상수가 너무 크면, 액추에이터 변위량에 따른 스프링력의 변화가 커서 구동이 불안정해지기 때문이다.

<레버(102)와 액추에이터(2)의 접촉부>

레버(102)와 액추에이터(2)의 접촉부 중 적어도 어느 하나가 곡면으로 하는 구성을 취한다. 이에 따라, 레버(102)의 상면을 액추에이터(2)가 맞닿아 변위를 인가할 수 있다. 레버(102)가 지점부(101) 둘레로 회전한다. 이 회전으로, 레버(102)의 끝단에 설치된 플런저(12)는, 액추에이터(2)의 변위에 따라 상하로 왕복 동작하는 것이 가능해진다.

또한, 레버(102)와 액추에이터(2)의 접촉부의 슬라이딩 저항을 저감하기 위해, 접촉면 중 적어도 어느 하나가 요철 형상을 가져도 된다. 즉, 오목 형상과 볼록 형상이 어느 쪽에 있어도 된다.

<지점부(101)와 레버(102)의 접촉면>

지점부(101)는, 원기둥 형상이다. 레버(102)의 끝단부는, 볼록 곡면으로 플런저(12)의 플랜지 평면의 작용점(109)에 접촉한다. 또한, 레버(102)의 지점부(101)와 접촉하는 부분은, 맞닿는 지점부(101)의 곡률 반경에 비해 동등 이상의 곡률 반경의 오목 곡면인 것이 바람직하다. 이들은 일체가 된 부품 구성으로 해도 상관없다. 또, 오목부, 볼록부는 반대의 관계로도 된다.

여기서, 레버(102)의 지점부(101) 둘레의 회전 중심을 지점(107)으로 하고, 레버(102)와 액추에이터(2)의 접촉면을 역점(108)으로 하며, 레버(102)가 플런저(12)를 누르는 점을 작용점(109)으로 한다.

도 5에 기재된 바와 같이, 지점(107)과 역점(108)과 작용점(109)은 동일 직선 상에는 존재하지 않고 삼각형을 구성한다.

도 5에서는, 액추에이터(2) 및 플런저(12)는 레버(102)의 회전 중심이 되는 지점(107)에 대해 동일한 방향에 위치하고 있지만, 각각 다른 방향에 위치해도 상관없다.

지점(107)부터 역점(108)까지의 거리(L1)를, 지점(107)부터 작용점(109)까지의 거리(L2)에 비해 작게 하는 것이 중요하다. 이에 따라, 액추에이터(2)의 변위에 비해 플런저(12)의 변위를 보다 크게 확대하는 것이 가능해진다.

또, 액추에이터(2)가 압전 소자인 경우는, 인장력에 의한 압전 소자의 파괴를 방지하기 위해, 탄성체(103)에 의해 압축 하중의 예압을 부여하는 것도 가능하다. 그 결과, 액추에이터(2)의 구동 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

<도포 동작>

다음에, 액체 재료의 도포 동작에 대해 이하에 설명한다.

(1) 액체 재료의 공급

액체 재료가 충전되는 공급 유로(52) 내를 플런저(12)의 끝단이 윗방향으로 이동할 때에 노즐구멍(60) 근방에 액체 재료가 공급된다. 공급 유로(52)에 직결하는 액체 재료의 공급 탱크(도시생략)에 대해 0.1~500kPa 정도의 배압을 걸어, 액체 재료의 공급 속도를 높이고 보다 짧은 토출 간격으로 고점도 재료를 도포하는 것이 가능해진다. 배압이 높을수록 액체 재료의 공급 속도는 커지는 반면, 입자 함유 페이스트 재료의 경우에는 고형분과 액체 성분이 분리되어 버리는 것이 문제가 되기 때문에, 배압은 300kPa 정도 이하인 것이 바람직하다. 또한, 배압이 300kPa 이하이어도 노즐구멍(60)으로부터 액체 재료가 스며나온 상태가 되면, 노즐구멍(60) 내의 기액 계면(메니스커스면)이 불안정해지고, 안정된 액적 토출이 불가능해지는 경우가 있기 때문에, 액체 재료와 토출 조건에 따른 배압 설정이 불가결하다.

(2) 액체의 토출

플런저(12)가 노즐구멍(60)에 근접하는 아랫방향으로 이동할 때에, 노즐구멍(60) 근방의 액체 압력이 상승하여 액체 재료의 토출 액적(65)이 토출된다. 여기서, 플런저(12)의 상하 운동 중에서도 노즐구멍(60) 근방의 액체 압력이 저하되지 않도록, 플런저(12)와 하우징(30)에 밀착하여 시일재(104)가 설치된다. 플런저(12)의 아랫방향으로의 이동 속도가 빠를수록 노즐 압력을 급속하게 상승시킬 수 있다. 이 때문에, 노즐구멍(60)으로부터 선두로 튀어나오는 액체 재료의 토출 속도를 상승시킬 수 있다. 나아가 노즐구멍(60)으로부터 선두의 액체 재료가 튀어나오기 시작한 후에 플런저(12)를 윗방향으로 빠르게 이동시킴으로써, 후속하는 액체 재료의 토출 속도를 급속하게 저하시킬 수도 있다. 이에 따라, 고점도의 액체 재료로도 토출 액적이 실처럼 늘어나는 것을 짧게 하는 것이 가능해지고, 보다 미량의 토출 액적(65)을 안정적으로 토출시킬 수 있다.

도 5에서는, 플런저(12)의 끝단이 공급 유로(52) 내의 액체 재료에 접액하여 상하 동작하는 구성으로 되어 있지만, 도 7에 도시된 바와 같이 플런저(12)의 끝단이 직접적으로 액체 재료에 접액하지 않고 다이어프램(105)면을 상하 동작시키는 구성으로 하는 것도 가능하다.

도 7은, 도 5의 액체 도포 장치(100)의 변형예의 단면도이다. 다이어프램(105)의 상면에 플런저(12)가 위치한다. 플런저(12)는, 다이어프램(105)을 밀고 당긴다.

<변위 확대 기구(3)의 변형예 1>

이어서, 변위 확대 기구(3)의 변형예에 대해 이하에 설명한다.

도 8a는 전술한 액체 도포 장치(100)와 동일한 기본 구성이다. 비교하기 위해 표시하였다. 여기서, 액추에이터(2)의 레버(102)와 맞닿지 않는 측의 면을 도 8b에 도시된 바와 같이, 곡면의 베어링(106)을 설치해도 상관없다.

이러한 구성으로 함으로써, 액추에이터(2)에 단축 방향(도 8a에서는 좌우 방향)의 힘이 작용하는 일이 없어지고 구동 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

<변위 확대 기구(3)의 변형예 2>

또한, 변위 확대 기구(3)에 있어서, 플런저(12)의 변위 응답 속도를 향상시키고 장기간 연속적으로 구동하기 위해서는, 액추에이터(2)나 레버(102) 및 지점부(101), 플런저(12)의 슬라이딩부의 구동 저항을 저감시키는 것이 필요하다.

그래서, 도 8c에 도시된 바와 같이, 액추에이터(2)와 레버(102)가 맞닿는 면과, 레버(102)와 지점부(101)가 맞닿는 면이 액추에이터(2)의 장축 방향에서 보아 겹치지 않도록 함으로써, 레버(102)가 구동할 때에 받는 반력을 저감시킬 수 있고, 여분의 슬라이딩 저항을 억제하는 것이 가능해진다. 즉, 도 8c의 점선 내에 레버(102)와 지점부(101)가 맞닿는 면이 포함되지 않도록 한다.

나아가 슬라이딩면 중 어느 하나 혹은 양쪽에 0.1μm 이상의 요철이나 홈을 형성함으로써, 접촉 면적을 저감하여 슬라이딩 저항을 저감하는 것도 아울러 가능하다.

덧붙여, 접촉 계면의 슬라이딩 저항을 저감시키기 위해, 고체 윤활제나 그리스를 도포, 성막하는 것이 보다 바람직하다.

<변위 확대 기구(3)의 변형예 3>

도 9a에 플런저(12)의 변위와 시간의 관계를 나타낸다. 이상적으로 이상 곡선과 같이, 플런저(12)가 변위하는 것이 이상이다. 그러나, 실제는 시간의 응답 지연이 발생하고, 실변위 곡선으로 플런저(12)가 변위한다. 특히, 점성이 높은 액체 재료를 토출시키는 경우에는 실변위 곡선이 된다. 이는, 플런저(12)에 큰 변위를 부여하는 경우에 플런저(12)의 구동 저항이 커지기 때문에 현저하게 발생한다.

이 주요 요인은 다음 2가지이다.

(1) 플런저(12)의 끝단이 노즐구멍(60)에 근접할수록, 플런저(12)의 끝단의 노즐구멍(60) 근방의 압력이 높아지기 때문이다.

(2) 액추에이터(2) 단체(單體)의 변위나 변위 확대 배율이 커짐에 따라, 탄성체(103)에 의한 인장력 및 압축력이 커지기 때문이다.

이 대책으로서, 실시형태로서는, 도 9b에 도시된 바와 같이, 액추에이터(2)와 레버(102)가 맞닿는 면이 곡률 반경이 다른 곡면으로 구성되는 것이 바람직하다. 도 9b는, 액체 도포 장치(100)의 변형예의 단면도이다.

액추에이터(2)의 레버(102)와 맞닿는 면에 있어서, 레버(102) 측의 맞닿음면을 볼록 곡면으로 하는 경우, 레버(102) 측의 면의 곡률 반경을 액추에이터(2) 측의 면의 곡률 반경보다 작게 하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 레버(102) 측의 맞닿음면을 오목 곡면으로 하는 경우, 레버(102) 측의 면의 곡률 반경을 액추에이터(2) 측의 면의 곡률 반경보다 크게 하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.

도 9c는 액체 도포 장치(100)의 변형예의 단면도로서, 플런저(12)의 하강 개시시의 액체 도포 장치(100)의 단면도이다. 도 9d는 액체 도포 장치(100)의 변형예의 단면도로서, 플런저(12)의 하강 종료시의 액체 도포 장치(100)의 단면도이다. 도 9c에 도시된 바와 같이, 플런저(12)의 하강 개시시에는 액추에이터(2)가 레버(102)를 누르는 역점과 지점(107)의 거리(화살표)는 비교적 짧아지고 변위 확대가 보다 커지기 때문에, 변위 응답의 상승을 보다 고속화하는 것이 가능해진다. 또한, 도 9d에 도시된 바와 같이, 플런저(12)의 하강 종료시에는 액추에이터(2)가 레버(102)를 누르는 역점과 지점(107)의 거리(화살표)는 비교적 길어지고 변위 확대가 보다 작아지기 때문에, 플런저(12)의 압하중을 보다 큰 힘으로 할 수 있고, 플런저(12)의 구동 저항에 지지 않고 변위 응답을 보다 고속화하는 것이 가능해진다.

이 경우, 플런저(12)가 아랫방향으로 이동할 때에 화살표의 길이가 변화함으로써, 변위 확대 기구(3)의 변위 확대 배율을 천천히 작게 변화시킬 수 있다.

<변위 확대 기구(3)의 변형예 4>

또한, 고점도 액체 재료를 미량 토출시키기 위해서는, 비교적 작은 변위량을 큰 힘으로 플런저(12)를 고속 구동시키는 것이 중요하다. 이를 위해서는, 변위 확대 기구(3)의 변위 확대 배율을 필요 최소한으로 작게 억제하여 레버(102)의 질량을 최소한으로 저감시켜 경량화할 필요가 있다.

그러나, 액추에이터(2)와 탄성체(103)가 간섭하지 않는 구성으로 해야만 하여 설계 범위가 제한된다. 이는, 탄성체(103)가 플런저(12)와 하우징(30)의 사이에 설치되어 압축력에 의해 유지되는 경우에서도 마찬가지이다.

이 대책의 실시형태로서, 액체 도포 장치(100)의 변형예의 단면도를 도 10에 나타낸다. 도 10에 도시된 바와 같이, 플런저(12)의 변위 방향에 대해 액추에이터(2)의 변위 방향이 기울기(θ)를 갖는 구성으로 한다. 이 기울기(θ)는 1도~90도의 범위에서 선정되는 경우가 많고, 10~60도의 범위에서 가장 효과적이다. 또, 도 10은 플런저(12)의 가동 전 상태이다.

플런저(12)가 가동하는 시점에서, 액추에이터(2)의 변위 방향은 플런저(12)의 변위 방향에 대해 기울어져 있다.

이러한 구성으로 함으로써, 액추에이터(2)와 레버(102)가 맞닿는 면과, 레버(102)와 지점부(101)가 맞닿는 면이, 액추에이터(2)의 장축 방향에서 보아 겹치지 않도록 하면서도, 액추에이터(2)의 변위 방향에 직교하는 방향의, 지점(107)과 역점(108) 간의 거리를 보다 작게 설정할 수 있다.

게다가 액추에이터(2)와 탄성체(103)의 물리적 거리가 커지기 때문에, 레버(102)의 길이를 단축할 수 있다.

그 때문에, 레버(102)를 경량화할 수 있고, 레버(102)와 플런저(12) 등의 가동부의 관성 모멘트를 50%~90% 정도 줄이는 것이 가능해진다.

소정 토크를 작용시킨 경우, 변위 가속도는 관성 모멘트에 반비례하기 때문에, 플런저(12)의 변위 가속도를 2배~10배 정도까지 크게 하는 것이 가능해지고, 고점도 액체 재료를 미량 토출하는 데에 유용하다.

또한, 도 10에서는, 액추에이터(2) 및 플런저(12)는 레버(102)의 회전 중심이 되는 지점에 대해 동일한 방향에 위치하고 있지만, 각각 다른 방향에 위치해도 상관없다.

본 발명의 액체 도포 장치는, 기능성 입자가 포함되는 액체 재료의 도포를 고속이고 안정적으로 제어할 수 있다. 또한, 본 발명의 액체 도포 장치는, 비접촉으로 필요한 개소에 최적의 양을 임의의 패턴으로 고속으로 도포하는 것이 가능하다.

본원발명의 액체 도포 장치는, 장기간 연속적으로 구동이 불가결한 전자 디바이스의 제조에 이용할 수 있다. 또한, 본원발명의 액체 도포 장치는, 요철면이나 곡면 등의 입체 구조물에 대한 3D 도포나, 다품종 소량의 전자 디바이스 제조에서의 생산성 향상 등의 목적으로, 임의 패턴 도포하기 위한 변위 확대 기구 및 이를 구비하는 액체 도포 장치로서 바람직하게 이용된다.

1: 액체 도포 장치 2, 2a: 액추에이터
3, 3a: 변위 확대 기구 5: 자형 부재
8: 자형 부재 12, 12a: 플런저
30: 하우징 52: 공급 유로
60: 노즐구멍 65: 토출 액적
100: 액체 도포 장치 101: 지점부
102: 레버 103: 탄성체
104: 시일재 105: 다이어프램
106: 베어링 107: 지점
108: 역점 109: 작용점
110: 가이드

Claims

액체 재료를 토출하는 노즐구멍과,
상기 노즐구멍에 액체 재료를 공급하는 공급 유로와,
상기 공급 유로 내의 액체에 맞닿아 왕복하는 플런저와,
상기 플런저에 변위를 부여하는 변위 확대 기구와,
상기 변위 확대 기구에 변위를 부여하는 액추에이터를 포함하고,
상기 변위 확대 기구와 상기 액추에이터의 접촉부 중 적어도 어느 하나가 곡면인, 액체 도포 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 플런저와 연결된 탄성체를 더 갖는, 액체 도포 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 변위 확대 기구는, 레버부와 지점부를 갖는, 액체 도포 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 지점부는 곡면을 갖는, 액체 도포 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 레버부의 상기 지점부 둘레의 회전 중심이 되는 지점과, 상기 레버부와 상기 액추에이터의 접촉면인 역점과,
상기 레버부와 상기 플런저의 접촉면인 작용점이,
동일 직선 상에 존재하지 않는, 액체 도포 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 변위 확대 기구와 상기 액추에이터의 접촉면 중 적어도 어느 하나가 요철 형상을 갖는, 액체 도포 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 변위 확대 기구와 상기 액추에이터의 접촉면에 있어서,
상기 변위 확대 기구 측의 상기 접촉면의 곡률 반경과,
상기 액추에이터 측의 상기 접촉면의 곡률 반경이 다른, 액체 도포 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 변위 확대 기구 측의 상기 접촉면의 곡률 반경은, 상기 액추에이터 측의 상기 접촉면의 곡률 반경보다 작은, 액체 도포 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 플런저의 동작 위치에 따라, 상기 변위 확대 기구와 상기 액추에이터의 접촉점 위치가 변화하는, 액체 도포 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 플런저의 변위 방향에 대해, 상기 액추에이터의 변위 방향이 기울기를 갖는, 액체 도포 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 액추에이터에 압전 소자를 이용하는, 액체 도포 장치.