JP2014124655A - 液体滴下装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液化半田等の液体を、正確な微少量で対象物に滴下可能な液体滴下装置を提供する。
【解決手段】滴下用液体を貯留し且つノズル孔と連通する液体溜まりに円筒内形を有する誘導筒部を配し、該ノズル孔の開口方向に直線的に駆動可能なロッドの先端にこの誘導筒部と同軸の円柱状の縮径端部を配し、該縮径端部を誘導筒部内部で直線駆動をさせることで貯留液体中に液体滴下方向に進行する粗密波を生じさせ、該粗密波の有する波動エネルギを利用してノズル孔から所定量の液体を滴下させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、微少量の液体を対象物に対して滴下させる液体滴下装置に関する。より詳細には、半田に例示される溶融金属等の特定の条件下で液体状態が維持される物質について、これを微少量の液体として取り扱い、滴下対象物に対して好適に滴下することを可能とする液体滴下装置に関する。

例えば磁気ヘッドの製造工程においては、複数の電極間に半田からなる導電性の微小なボールを配置し、これを溶融し更に電極各々に対して固着させることで該電極間の電気的接合を行っている（特許文献１参照）。ここで、現在磁気ヘッドの微小化、高機能化が進められており、電極数が増加すると共に電極自体も小さくなり、結果として導電性のボールもより微小化せざるを得なくなってきている。導電性ボールが例えば１００μｍ以下の径となると、個別のハンドリングが困難となると共に、ハンドリング中の所謂コンタミの付着、或いは該ボールの価格自体が高価となるといった課題が生じてくる。

この様な背景に基づき、特許文献２或いは３に開示されるように、溶融半田を直接的に被接合物に対して吐出し、付着させる技術が提案されてきている。当該技術によれば、上述した導電性ボールの使用に伴って生じる課題は解消される。また、近縁の技術である微少量の液体を滴下させる方法として、例えば特許文献４或いは５に例示される技術が知られている。これら技術においては、溶融金属を蓄えた液溜まりに体積変化を生じさせ、この体積変化を利用して該液溜まりより所定量の溶融金属を吐出させている。

特開２００９−０２８７８１号公報 特開２０００−２９４５９１号公報 特開２００３−３３４６５４号公報 米国特許５２６６０９８号明細書 特開２００１−２３２２４５号公報 特開２０１２−００６０７６公報

ここで、上述した体積変化を用いる方法以外の方法を用いて、ノズルに対する気体進入の影響を小さくした液体滴下装置が特許文献６に示されている。当該装置によれば、所望径の液滴を得ることが可能となる。しかし、実際に例えば磁気ヘッドの製造工程等にこれを適用しようとした場合、液適生成に好適の条件範囲が小さく、連続的に装置を稼動してゆく、或いは製造条件に合わせて適宜生成条件を選択する上で、汎用性が小さかった。

本発明は以上の状況に鑑みて為されたものであり、液体金属の液滴生成に際して、液滴の生成条件を広く保ち、且つ連続操業性、汎用性等に優れた液体滴下装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る液体滴下装置は所定量の液体を滴下する液体滴下装置であって、液体を溜めて液体溜まりを形成する液体受けと、液体受けにおいて液体が溜められる領域と連通して液体が通過可能なノズル孔を有するノズルと、アクチュエータと、液体溜まりに一方の端部が浸漬され、他方の端部がアクチュエータにより支持されており、ノズル孔の形成軸方向に移動可能なロッドと、を有し、ロッドはアクチュエータによって形成軸方向に直線運動させることが可能であって、ロッドの直線運動によって液体溜まりの一部に波動エネルギを生じさせ、液体は波動エネルギによってノズル孔より滴下され、ロッドは液体溜りの側に配置されて形成軸と一致する軸心を有する柱状の縮径端部を有し、液体溜りはノズル孔との間に配置された、縮径端部の軸心と垂直な断面形状に相似且つ所定の倍率で大きな断面形状からなる柱状内形を有する誘導筒部を有することを特徴とする。

なお、上述した液体滴下装置にあっては、縮径端部の断面の面積をＳｄ、誘導筒部の内径をＳＤ、とした時に、９０％ ＜（ＳＤ−Ｓｄ）/Ｓｄ ＜１１０％ の条件を満たすことが好ましい。更に、液体溜まりは、液体溜まりに存在する液体の液面上に、所定の空間を有することが好ましい。また、所定の空間に不活性ガスの供給排出が可能であって、液体を不活性ガス雰囲気中に保持することを可能とする不活性ガス供給排出経路を更に有することがより好ましい。また、この場合、所定の空間は密閉空間であって、０．５〜２．０Ｐａ加圧された状態にて保持する圧力維持手段を有することが更に好ましい。

また、上述した液体滴下装置に合っては、ノズルはコランダムより形成されることが好ましい。更に、ノズル孔の形成軸と同軸であって且つノズル孔と連通して所定の長さを有するガイド孔と、ノズル孔と連通する側からガイド孔に不活性ガスを供給可能な不活性ガス供給系を有し、液体はガイド孔内において不活性ガスの流れによって滴下方向に案内されることが好ましい。また、この場合の不活性ガス供給系は、不活性ガス加熱手段を更に有し、不活性ガス加熱手段は不活性ガスの温度を液体の融点を超える温度まで加熱可能であることがより好ましい。

本発明によれば、液体金属の液滴生成に際して、液滴の生成条件を広く保つことで使用する溶融金属、液滴の大きさ等に応じて好適な液滴を供給することが可能となる。また、好適な液適生成条件が広くなることにより、連続操業性、汎用性等についても向上させることが可能となる。更に、溶融金属を不活性ガス中に保持することが可能となり、溶融金属の酸化の防止も可能となる。

本発明の第一の実施形態に係る液体滴下装置の概略構成を模式的に示す図である。 図１に示す液体滴下装置の要部の概略構成を示す拡大図である。 図１に示す液体滴下装置において液体の滴下工程における各段階を各々模式的に示す図である。 図１に示す実施形態において、各構成各々の大きさの関係について説明するための図、及び液体金属が滴下される状態を示すである。 ロッドにおける縮径端部と誘導筒部との大きさの関係を示す説明図である。 本発明の第二の実施形態に係る液体滴下装置の概略構成を、図１と同様の様式にて模式的に示す図である。 図６に示す液体滴下装置において液体の滴下工程における各段階を各々模式的に示す図である。

本発明の第一の実施形態に係る液体滴下装置について、以下に図面を参照して説明する。
図１は本実施形態に係る液体滴下装置１００の概略構成を模式的に示す概念図である。また、図２は図１における主要部を拡大して示す図である。液体滴下装置１００は、ノズルユニット１０、アクチュエータ系３０、及びボディ５０より構成される。なお、本実施形態は、主として溶融金属を滴下させることを目的とするものである。

ノズルユニット１０は、ノズル１１、ノズル押さえ１３、ノズルフランジ１５、皿バネ１７、及び滴下側雰囲気空間１９を有する。ノズル１１は、液体１が通過可能であって、所定の形成軸Ａの方向に該ノズル１１を貫通するノズル孔１１ａを有する。ノズルフランジ１５は、ノズル押さえ１３を収容可能な収容空間１５ａを有し、ノズル孔１１ａの開口部における滴下側において、該ノズル押さえ１３及びノズル孔１１ａの開口部周囲を覆うように配置される。収容空間１５ａはノズル押さえ１３の外形より大きな空間であって、ノズル押さえ１３と共にこれに収容される皿バネ１７によってノズル押さえ１３をボディ５０に向けて付勢する。これにより、ノズル押さえ１３を介してノズル１１をボディ５０側の液体受け５１とで挟持し、ノズル１１を液体受け５１に密着固定させる。ノズル押さえ１３はノズル１１を液体受け５１に当接固定させることとなる。以上の構成より、不図示のネジ等の固定部材によりノズルフランジ１５をボディ５０に対して固定することによって、皿バネ１７、ノズル押さえ１３を介して、ノズル１１を液体受け５１に対して所定の位置関係で固定する。また、ノズルフランジ１５とノズル押さえ１３との間に形成される皿バネ１７が配置される空間は、滴下側雰囲気空間１９として機能し、ノズル１１の開口部周囲を覆って開口部周囲を所定の雰囲気ガスとする作用を有する。

なお、ノズル１１、特にノズル孔１１ａの内部等、滴下対象となる液体に接触する領域は撥液性を有する材料によって少なくとも表面が覆われていることが好ましい。従って、これら領域がテフロン（登録商標）、ＤＬＣ（Diamond-like-Carbon）等により被覆される、或いはこれら材料によりノズル１１が構成されることが好ましい。また、本形態の如く、滴下対象が溶融金属である場合、ノズル１１をルビーやサファイヤ等のコランダムにより形成することがより好ましい。また、滴下側雰囲気空間１９は、用いる液体の酸化の抑制、温度変化の抑制等を行って液体の好適な滴下を促すために用いられる。本形態の如く、滴下対象が溶融金属である場合、当該滴下側雰囲気空間１９は窒素等の不活性ガスによって満たされることが好ましく、更には金属の溶融温度以上の温度の雰囲気を構成するようにされることが好ましい。従って、所定圧力の高温不活性ガスの供給排出を可能とする構成、或いは当該空間に存在する気体を加熱可能とする構成を付加することが好ましい。

アクチュエータ系３０は、アクチュエータ３１、ロッド３３、ジョイント３５、断熱部３７、及プレート３９を有する。アクチュエータ３１は、プレート３９により支持される。ロッド３３は、後述するボディ側フランジ５５の貫通孔５５ａを介してボディ内空間５７に侵入し、一方の端部が液体受け５１の液体溜まり５３に浸漬される。また、ロッド３３は、他方の端部においてジョイント３５及び断熱部３７を介してアクチュエータ３１により支持され、該アクチュエータ３１によって上述したノズル孔１１ａの所定の形成軸Ａと同軸で駆動される。即ち、ロッド３３は、アクチュエータ３１によって所定の形成軸Ａ方向に直線的に移動可能に支持される。また、本形態において、ロッド３３の液体溜り５３側の先端は円柱形状となっており、更に同軸であって外径を小さくした円柱形状の縮径端部３３ａを有している。なお、本実施形態では、アクチュエータ３１によってロッド３３を直線運動させた際に該ロッド３３の一方の端部周囲の液体溜まり５３に生じる波動のエネルギを用いている。従って、動作速度が速く、且つ応答性の高いピエゾ素子によって該アクチュエータ３１を構築することが望ましい。

なお、ロッド３３、少なくとも液体溜まり５３において液体に浸漬される一方の端部、特に前述した縮径端部３３ａは、滴下対象となる液体に対して撥液性を有する材料から形成される、或いはこの様な材料によって表面が覆われることが好ましい。従って、これら領域がテフロン、ＤＬＣ（Diamond-like-Carbon）、チタン等により被覆される、或いはこれら材料によりロッド３３或いはその一部たる縮径端部３３ａが形成されることが好ましい。また、本形態の如く、滴下対象が溶融金属である場合、ロッド３３或いはその一部をハステロイ、チタン等により形成することがより好ましい。また、本形態の如く、滴下対象が溶融金属である場合、液体等が加熱されることから、当該熱を受けるロッド３３とアクチュエータ３１とを熱的に遮断することが好ましい。このため、本形態では、ロッド３３−ジョイント３５間に断熱部３７を配している。しかし、液体の溶融温度、アクチュエータの耐熱性、或いは液体の使用条件等により、当該断熱部３７はこれを無くすることも可能である。或いは、ロッド３３を断熱性のあるセラミックスにより構成することも好適である。ロッド３３をセラミックスとすることにより、自身の硬さに加え、断熱部３７近傍の構造について断熱性を考慮する必要がなくなることから、これをより単純な構造とすることが可能となる。その結果、アクチュエータのストローク動作がロッド３３の先端（縮径端部３３ａ）に直接伝播して、金属を滴下させる際の条件をより容易に設定することが可能となる。

ボディ５０は、液体受け５１、液体溜まり５３、ボディ側フランジ５５、ボディ内空間５７、ヒータ５９、ボディ本体６１、液体供給路６３、及び不活性ガス供給排出経路６５を有している。ボディ内空間５７は前述した所定の形成軸Ａ上に配置される空間であって、アクチュエータ系３０側をボディ側フランジ５５により閉鎖され、ノズルユニット１０側を液体受け５１により閉鎖される。ボディ側フランジ５５には所定の形成軸Ａ方向に貫通孔５５ａが形成され、前述したロッド３３はこれを貫通して、ボディ内空間５７の内部に侵入している。液体受け５１は器状の形状を有し、凹部に液体を溜めて液体溜まり５３を形成する。ノズル孔１１ａはこの液体溜まり５３と連通して、該液体溜まり５３内の液体をノズル孔１１ａ開口部における液体滴下側への流出を可能としている。また、ボディ内空間５７には液体供給経路６３が連通しており、該ボディ内空間５７内部に対する液体の供給を可能としている。

本発明では、液体受け５１に対して、前述した縮径端部３３ａと同軸に配置された該縮径端部３３ａが入り込む内径を有する円筒内形の誘導筒部５１ａを配している。液体受け５１の内面は漏斗の内面様の形態を有し、液体を軸心に向けて流れさせる効果を得ている。従来のロッド３３の先端部は、動作範囲とある程度確保せざるを得ない関係上、この漏斗様内面に対応する部分的な円錐状の形態を有する。しかし、得ようとする液滴径が小さくてロッド３３の動作範囲が小さい場合、この漏斗様内面の各部とロッド３３先端部との間隔をこの動作範囲に応じた許容誤差に収めることが困難となる。このため、後述するロッド３３の形成する波動を軸心方向に均等に付与できず、これが液滴の射出方向に影響を及ぼす可能性がある。本発明では、間隔の規制が容易な円柱状の縮径端部３３ａを円筒内形の誘導筒部５１ａ内で動作させ、波動を得ることとしている。これにより、波動は軸方向と水平方向とに進展し且つ不要な方向への伝播が抑制される。従って、本発明によれば微小径の液滴であっても、波動が射出方向と一致するロッド３３の軸心に沿って供給伝播することが可能となり、所望の方向への液滴の射出が可能となる。

ロッド３３の縮径端部３３ａと同様に、液体と接触可能性のあるボディ内空間５７を構成する内壁、液体受け５１、及び液体供給路６３の内壁は、滴下対象となる液体に対して撥液性を有する材料から構成される、或いはこの様な材料によって表面が覆われることが好ましい。従って、これら領域がテフロン、ＤＬＣ、チタン等により被覆される、或いはこれら材料によりこれら構成が形成されることが好ましい。また、本形態の如く、滴下対象が溶融金属である場合、液体受け５１或いはボディ本体６１をハステロイ、チタン等により形成することがより好ましい。更に、溶融金属の酸化の抑制のために、ボディ内空間５７の液体溜まり５３の上部に形成される液面上の空間内部は、窒素等の不活性ガスによって満たされることが好ましく、不活性ガス供給排出経路６５はこれら不活性ガスの供給及び排出に用いられる。しかし、滴下対象がこれら以外の場合には、当該不活性ガス供給排出経路６５を除くことも可能である。液体受け５１内に溜められる液体溜まり５３に存在する金属は溶融状態である、或いは溶融状態であることを維持する必要があるため、ヒータ５９がボディ本体６１、液体受け５１、及びノズル１１を加熱する。

次に、本実施形態に係る液体滴下装置の動作原理について説明する。図３（ａ）〜３（ｄ）は図１及び２に示す液体滴下装置１００の各動作状態を各々示している。図３Ａは液体滴下前の状態であって、液体供給路６３を介して液体溜まり５３に対して液体の補充が完了した状態を示している。液体の滴下に際しては、図３（ｂ）に示すように、アクチュエータ３１によって、ロッド３３が矢印Ｂ方向（所定の形成軸Ａ上の一方に向かう方向）に距離ｓだけ移動する。なお、本実施形態で、移動ストロークである距離ｓは8〜48μmであって、移動に要する時間は300〜420μsecである。このロッド３３の移動によって、図３（ｃ）に示すようにロッド３３の先端の液中に粗密波が形成される。この粗密波には波動エネルギが存在する。例えば、液中超音波洗浄はこの波動エネルギを利用したものである。この波動エネルギを与えられた液体１が、一部ノズル孔１１ａを通じて、図３（ｄ）に示すように液滴１として外部空間に放出される。以上の構成において、ノズル孔１１ａの内径及びロッド３３の移動ストロークｓの組み合わせにより、液滴の径は任意に設定することが可能であり、具体的に液滴径として60〜150μmのものが得られている。

上述したように、本実施形態は、例えば半田等の溶融金属の滴下を目的とするものである。図２と同じ様式でノズルユニット１０を拡大して示す図４Ａ及び４Ｂを用いて、溶融金属に好適な構成について以下に説明する。ここで、Ｄは前述した誘導筒部５１ａの内径を、ｄは縮径端部３３ａの外径を、Ｄｎはノズル孔１１ａの内径を、ｄ２は本形態において設けられた縮径端部３３ａの外径より大きく且つロッド３３の外径よりも小さい外径を有して縮径端部３３ａをロッド３３に連結する連結部３３ｃの外径を、ｇは円柱状の縮径端部３３ａの下端面３３ｂと円筒内形を有する誘導筒部５１ａの底面とが最も接近した状態でのギャップを、各々示している。これら条件に加え、前述した波動形成時におけるロッド３３の移動距離たるストロークｓ、同ストロークｓの移動に要する移動時間ｔを適宜設定することにより、所望の外径の溶融金属が得られる。例えば、上述して液滴径60〜150μmの溶融金属を得ようとする場合、ノズル孔径Ｄｎは15〜70μmとすることが好ましい。また、移動ストロークｓは8〜48μm、移動時間ｔは前述したように300〜420μsecとすることが好ましい。

次にこれら条件に関してより詳細に述べる。図５は、縮径端部３３ａ、誘導筒部５１ａ及びノズル孔１１ａのみを抽出して示す図であって、以降の条件に関する説明に供する図である。なお、縮径端部３３ａの底面３３ｂは、この動作によって生じた波動が不均等に拡散せずに誘導筒部５１ａ内部に留まるように、常に該誘導筒部５１ａの内部に位置するように、ギャップｇ及び移動ストロークｓが予め設定されている。この条件にて縮径端部底面３３ｂの面積Ｓｄと誘導筒部底面５１ｂの面積ＳＤとの各々の面積比について（ＳＤ−Ｓｄ）とＳｄと、好適な液滴の射出が為されるか否かと、の関係について確認した。その結果、この比率が１±１０％の範囲にある場合に好適な液滴の射出が得られた。これは、当該比率が大きい場合には縮径端部３３ａの周囲に伝播する波動が主となり、小さい場合には、誘導筒部５１ｂの内面からの影響で波動自体の好適な伝播が阻害されると考えられる。なお、本形態では連結部３３ｃも設けている。当該連結部３３ｃを配することにより、波動が誘導筒部５１ｂの情報に伝播して有効に作用する波動の割合が低下することを抑制する効果が得られる。

また、本形態では、ノズル孔１１ａの滴下側開口部周囲を高温の不活性ガスによる雰囲気とすることとし、滴下側雰囲気空間１９を加熱窒素によって満たすこととしている。これにより、ノズル孔１１ａから滴下された溶融金属が高温雰囲気にさらされることで粘性が上がることがなく、液滴の所謂きれが良くなる。従って、より微小な液滴を得ることが可能となると共に滴下された溶融金属の形状のばらつきも抑えることが可能となる。併せて、ノズル孔１１ａの開口部周辺への金属の付着を減少させる効果も期待できる。特に前述したように、ノズル１１等について撥液性を有する材料、望ましくはコランダム等から構成しておくことでこの効果はより顕著となる。従って、例えば電子部品用のバンプ形成にこれを用いることが好適である。なお、先にも述べたように、雰囲気の温度は溶融金属の融点以上とすることが好適であり、例えば半田の場合には300℃の窒素ガスとすることが好ましい。当該条件にてアクチュエータ３１を駆動することによって、図４（ｂ）に示すように、溶融金属の液滴１をノズル１１より滴下させることが可能となる。

本形態においては、ボディ５０からのノズルユニット１０及び液体受け５１の取り外し、これによる液体溜まり５３の除去等による装置の洗浄を行うことも容易である。本形態では、ボディ本体６１よりノズルフランジ１５を取り外すことにより、皿バネ１７によってボディ本体６１に押し付け、固定されていたノズル押さえ１３及びノズル１１もボディ本体６１より取り外し可能となる。同時に、液体受け５１もボディ本体６１より取り外し可能となる。本形態では液体溜まり５３において液体が接触する部分は撥液性の面とされていることから、液体、或いは溶融金属が固化したものも周囲と固着しておらず、容易に除去できる。これら工程を行い、ボディ内空間５７の内部等を洗浄した後、以上と逆の手順にて各構成を組み合わせ、最後にノズルフランジ１５をボディ本体６１に固定することで、再度装置の組み上げが完了する。

なお、所望する液滴径が更に小さい場合、或いは液体の粘性が小さいためにロッド３３の許容ストロークが非常に小さい場合、好適に液滴を射出する条件が非常に限られることが考えられる。この場合、例えばボディ側フランジ５５に対して所謂Ｏ−リング等のシール部材を配してボディ内空間５７を密閉状態とし、不活性ガス供給排出経路６５を用いてここに不活性ガスを供給し、当該空間内部を加圧することも考えられる。当該加圧力を液体に対して常時補助的に付加しておくことにより、微少ストロークであっても、小径液滴を好適に得ることが可能となる。

なお、上述した実施形態において、縮径端部は円筒形状であり、誘導筒部は円筒内形を有するものとして説明している。しかしながら、本発明は当該形態に限定されず、波動の拡散防止の観点から、縮径端部はロッドの液体溜りの側端部に配置されて所定の形成軸Ａと一致する軸心を有する柱状であっても良く、この場合誘導筒部は、液体溜りのノズル孔側であってこれらの間に配置され、且つ縮径端部の軸心と垂直な断面形状に相似且つ所定の倍率で大きな断面形状からなる柱状内形を有するものとしても良い。この場合の所定の倍率は、前述した縮径端部の断面の面積をＳｄ、誘導筒部の内径をＳＤ、とした時に、９０％ ＜（ＳＤ−Ｓｄ）/Ｓｄ ＜１１０％ の条件を満たすものであれば良い。

次に、本発明の第二の実施形態について、図１等と同様の様式にて本形態を示す図６を参照に以下に述べる。なお、以下に述べる実施形態と前述した第一の実施形態とにおいて同様の構成物に関しては同じ参照番号を用いることとし、その説明については以降において省略する。図６に示すように、本形態に係る液体滴下装置１０１は、ノズルフランジ１５に対して固定されるガードノズル２１、及び第二の不活性ガス供給経路２３を有する点において第一の実施形態と異なっている。ガードノズル２１は、ノズルフランジ１５に固定された際に、ノズル孔１１ａ、ノズル押さえ１３の押さえ貫通孔１３ａ、及びノズルフランジ１５のフランジ貫通孔１５ｂと同軸となるガイド孔２１ａを有する。また、ガードノズル２１の先端（基板と対向する部分）は尖頭形状として基板との対向部分を小さくしてある。

液滴１の着弾精度を高めようとする場合、ノズル孔１１ａの開口部と液滴１の被着物との間を近づけることが好ましい。第一の形態の場合、滴下側雰囲気空間１９から供給される不活性ガスは、ノズルフランジ１５の基板対向面と基板との間の隙間を介して他の空間に流れる。ここで、ノズルフランジ１５の下面がある程度以上の面積を有した基板対向面となる場合、この隙間が必要以上に狭くなるに従ってここでの不活性ガスの風圧の増加や気流の乱れが顕著となり、逆に液滴１の着弾精度が低下する恐れがある。本実施形態の如く尖頭形状を有するガードノズル２１を配することにより、ノズル先端からから放出される不活性ガスが容易に他の空間に流れることとなる。従って、風圧の極端な増加、気流の乱れといった事象が生じなくなり、着弾精度が向上するといった効果が得られる。また、ガードノズル２１の先端部分を尖らせることにより、液滴着弾時に基板上の障害物となり得る物が既に存在した場合であっても、これらの影響を抑制して液滴１を供給することが可能となるという効果も得られる。

なお、ガイドノズル２１の構造については、用いる液滴の寸法或いは材質により変動するが、ノズル孔１１ａの内径Ｄｎを基準として設定されることが好ましい。本発明において、ノズル孔１１ａから吐出される液体は、吐出後に表面張力によって球体化することから、吐出時の液体外径からその外径が増加する。また、波動により液滴１の形成は行われるが、該液滴１を着弾位置に至らせるには該液滴１にある程度の運動エネルギを与えることが好ましく、後述する不活性ガスの流れによってこれを行うことが液体滴下装置の構造上好適と考えられる。以上の観点から、液滴１の外径との関係及び不活性ガスの流れを考慮し、ガイド孔２１ａの内径Ｄｇについては、Ｄｎ×２≦Ｄｇの関係を満たすように設計されることが好ましい。また、ガードノズル２１の先端と基板表面との隙間での加熱窒素の滞留を抑制するために、ガードノズル２１の外径ＤｅについてはＤｅ≦Ｄｇ×２なる関係を、また先端と基板との隙間Ｄａについては0.2mm＜Ｄａ≦Ｄｅなる関係を満たすことが好ましい。

第一の実施形態では、滴下側空間１９内に高温の窒素等不活性ガスが供給され、当該不活性ガスがフランジ貫通孔１５ｂを介して液滴１と共に被着物に対して供給されている。本形態ではこの滴下側空間１９に不活性ガスを導入するための不活性ガス供給系として、第一の実施形態において配した不活性ガス供給経路２２に加えて第二の不活性ガス供給経路２３を設けている。なお、本実施形態では、第一の実施形態と同様に、不活性ガスとして窒素を用いる。また、上述した滴下側空間１９はこの不活性ガス供給系の一部を構成する。本形態では、窒素供給源２５から供給される窒素は、ガス加熱領域２６を経て所定温度まで加熱された後に、第一の不活性ガス供給経路２２と第二の不活性ガス供給経路２３とに分離される。ガス加熱領域２６は公知の加熱源からなる不活性ガス加熱手段として構築され、液滴１の融点を超える温度とするまで窒素を加熱することが可能である。第一の不活性ガス供給経路２２は第一の流量調節弁２２ａを有し、該経路を通じて一定量の加熱窒素が常に滴下側空間１９に供給される。滴下側空間１９に供給された加熱窒素は、ガイド孔２１ａを通じて液滴１を被着位置に向けて案内し、該液滴１と共に基板表面に噴き付けられる。

第二の不活性ガス供給経路２３は第二の流量調節弁２３ａと瞬間的な開閉を行うソレノイドバルブ２３ｂとを有し、加熱窒素を間欠的流すことが可能となっている。当該ソレノイドバルブ２３ｂを開閉することにより、滴下側空間１９を介してガイド孔２１ａに供給される加熱窒素の供給量を一時的或いは瞬間的に増加させることが可能となる。ソレノイドバルブ２３ｂを用いて加熱窒素の噴出し量を一時的に増加させることにより、ガイド孔２１ａ中に気流を生じさせ、液滴１がガイド孔２１ａの内壁に対して非接触なままに尖頭部分まで搬送されることが可能となる。本形態の如く高温不活性な雰囲気を維持して液滴１のガイド孔２１ａ内の移送を行うことにより、液滴１の固化や酸化を防止することが可能となる。また、ソレノイドバルブ２３ｂの動作時間はアクチュエータ３１によるロッド３３の直線運動の動作タイミングと同期する或いはこれに応じて行われることが好ましく、10msec前後とすることが好ましい。

次に、本実施形態に係る液体滴下装置の動作原理について説明する。図７（ａ）〜（ｄ）は図６に示す液体滴下装置１０１の各動作状態を各々示している。図７（ａ）は液体滴下前の状態であって、液体供給路６３を介して液体溜まり５３に対して液体の補充が完了した状態を示している。液体の滴下に際しては、図７（ｂ）に示すように、アクチュエータ３１によって、ロッド３３が矢印Ｂ方向（所定の形成軸Ａ上の一方に向かう方向）に距離ｓだけ移動する。また、図中矢印にて示すように、滴下側空間１９内部には前述した第一の不活性ガス供給経路２２により加熱窒素が供給され、ガイド孔２１ａを介してガードノズル２１の外部に流出している。なお、本実施形態でも、第一の実施形態と同様に、移動ストロークである距離ｓは8〜48μmであって、移動に要する時間は300〜420μsecである。

このロッド３３の移動によって、図７（ｃ）に示すようにロッド３３の先端の液中に粗密波が形成される。この粗密波には波動エネルギが存在する。例えば、液中超音波洗浄はこの波動エネルギを利用したものである。この波動エネルギを与えられた液体１が、一部ノズル孔１１ａを通じて、図７（ｄ）に示すように液滴１として外部空間に放出される。ロッド３３の動作に伴って、ソレノイドバルブ２３ｂが第二の不活性ガス供給経路２３からの加熱窒素の供給を一時的に可能とし、ガイド孔２１ａ内での液滴１の移動をより容易なものとする。ロッド３３とソレノイドバルブ２３ｂの動作タイミングは同一、或いは数msecのズレを伴う範囲の動作タイミングとして調整されるが、実質的にこれらを包含する略同一の動作タイミングにてロッド３３とソレノイドバルブ２３ｂとが駆動されると考えて良い。以上の構成において、ノズル孔１１ａの内径及びロッド３３の移動ストロークｓの組み合わせにより、液滴の径は任意に設定することが可能であり、具体的に液滴径として50〜100μmのものが得られている。

以上述べたように、本発明は、液体金属の微小液滴を生成し且つこれを滴下することに好適な液体滴下装置に関する。しかしながら、本発明の適用対象はこれに限定されず、樹脂等の液体の滴下装置としても利用可能である。

１：液滴（溶融金属粒）、 １０：ノズルユニット、 １１：ノズル、 １１ａ：ノズル孔、 １３：ノズル押さえ、 １３ａ：押さえ貫通孔、 １５：ノズルフランジ、 １５ａ：収容空間、 ５１ｂ：フランジ貫通孔、 １７：皿バネ、 １９：滴下側雰囲気空間、 ２１：ガードノズル、 ２１ａ：ガイド孔、 ２２：第一の不活性ガス供給経路、 ２２ａ：第一の流量調節弁、 ２３：第二の不活性ガス供給経路、 ２３ａ：第二の流量調節弁、 ２３ｂ：ソレノイドバルブ、 ２５：窒素供給源、 ２６：ガス加熱領域、 ３０：アクチュエータ系、 ３１：アクチュエータ、 ３３：ロッド、 ３３ａ：縮径端部、 ３３ｂ：縮径端部底面、 ３３ｃ：連結部、 ３５：ジョイント、 ３７：断熱部、 ３９：プレート、 ５０：ボディ、 ５１：液体受け、 ５１ａ：誘導筒部、 ５１ｂ：誘導筒部底面、 ５３：液体溜まり、 ５５：ボディ側フランジ、 ５５ａ：貫通孔、 ５７：ボディ内空間、 ５９：ヒータ、 ６１：ボディ本体、 ６３：液体供給路、 ６５：不活性ガス供給排出経路、 Ａ：形成軸、 Ｂ：矢印、 ｓ：移動距離、 Ｄ：誘導筒部内形、 Ｄａ：隙間、 Ｄｇ：ガイド孔内径、 Ｄｅ：ガードノズル先端部外径、 ｄ：縮径端部外径、 ｄ２：連結部外径、 ｇ：誘導筒部−縮径端部ギャップ

Claims (9)

1. 所定量の液体を滴下する液体滴下装置であって、
   前記液体を溜めて液体溜まりを形成する液体受けと、
   前記液体受けにおいて前記液体が溜められる領域と連通して前記液体が通過可能なノズル孔を有するノズルと、
   アクチュエータと、
   前記液体溜まりに一方の端部が浸漬され、他方の端部が前記アクチュエータにより支持されており、前記ノズル孔の形成軸方向に移動可能なロッドと、を有し、
   前記ロッドは前記アクチュエータによって前記形成軸方向に直線運動させることが可能であって、前記ロッドの前記直線運動によって前記液体溜まりの一部に波動エネルギを生じさせ、前記液体は前記波動エネルギによって前記ノズル孔より滴下され、
   前記ロッドは前記液体溜りの側に配置されて前記形成軸と一致する軸心を有する柱状の縮径端部を有し、
   前記液体溜りは前記ノズル孔との間に配置された、前記縮径端部の前記軸心と垂直な断面形状に相似且つ所定の倍率で大きな断面形状からなる柱状内形を有する誘導筒部を有することを特徴とする液体滴下装置。
2. 前記縮径端部の前記断面の面積をＳｄ、前記誘導筒部の内径をＳＤ、とした時に、９０％ ＜（ＳＤ−Ｓｄ）/Ｓｄ ＜１１０％ の条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の液体滴下装置。
3. 前記液体溜まりは、前記液体溜まりに存在する前記液体の液面上に、所定の空間を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の液体滴下装置。
4. 前記所定の空間に不活性ガスの供給排出が可能であって、前記液体を不活性ガス雰囲気中に保持することを可能とする不活性ガス供給排出経路を更に有する請求項３に記載の液体滴下装置。
5. 前記所定の空間は密閉空間であって、０．５〜２．０Ｐａ加圧された状態にて保持する圧力維持手段を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の液体滴下装置。
6. 前記ノズルはコランダムより形成されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の液体滴下装置。
7. 前記ノズル孔の前記形成軸と同軸であって且つ前記ノズル孔と連通して所定の長さを有するガイド孔と、前記ノズル孔と連通する側から前記ガイド孔に不活性ガスを供給可能な不活性ガス供給系を有し、前記液体は前記ガイド孔内において前記不活性ガスの流れによって滴下方向に案内されることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の液体滴下装置。
8. 前記不活性ガス供給系は、前記アクチュエータによる前記ロッドの直線運動に応じて前記不活性ガスの供給量を一時的に増加可能であることを特徴とする請求項７に記載の液体滴下装置。
9. 前記不活性ガス供給系は不活性ガス加熱手段を更に有し、前記不活性ガス加熱手段は前記不活性ガスの温度を前記液体の融点を超える温度まで加熱可能であることを特徴とする請求項７又は８に記載の液体滴下装置。

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