JP2004237155A - Method for discharging constant amount of liquid and apparatus therefor - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for discharging a constant amount of liquid and an apparatus therefor capable of accurately controlling a discharge amount to the target amount and effectively preventing liquid dripping. <P>SOLUTION: The method for discharging the liquid by a constant amount from a liquid vessel having a discharge nozzle on the top end comprises a process of giving thrust to a piston 3 and discharging the liquid from the nozzle 2 of the liquid vessel 1 while maintaining such a liquid pressure as to be unaffected by compressibility of the liquid, a process of detecting the position of the piston 3 and a process of stopping the piston 3 when the piston 3 arrives at the position in accordance with a prescribed discharge amount of the liquid. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は樹脂、接着剤、シリコーンオイルなどの粘性のある液体（またはペースト）を微少量ずつ吐出するのに適した定量吐出方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平５−３４１８４号公報
従来、電子部品などの表面に、液状樹脂や接着剤などの液体を所定量正確に吐出させる装置として、特許文献１に記載のような定量吐出装置が知られている。
図４はこの定量吐出装置の一例であって、先端にノズル２１を持つ液体容器２０を備え、液体容器２０内にピストン２２が進退自在に挿入されている。液体容器２０はホルダ２３を介してロボットなどのアーム部２４に固定されている。ホルダ２３の上部にはステッピングモータ２５が固定され、このモータ２５の回転軸にボールネジ２６が連結されている。ボールネジ２６はピストン２２と連結されたナット２７に螺合しており、このナット２７はホルダ２３に固定されたガイド２８によって上下方向にのみガイドされている。
【０００３】
モータ２５を駆動すると、ボールネジ２６とナット２７の作用によりピストン２２が下方へ押され、液体容器２０の内部に貯留された液体Ｌが吐出される。そして、液体Ｌの必要吐出量に対応した量だけピストン２２が移動した時点で吐出完了信号が出力され、モータ２５を停止させるとともに、ノズル２１を引き上げて液体Ｌの吐出を終了する。
このように従来の定量吐出装置では、ピストン２２の位置（変位）あるいはピストン２２が所定量変位する時間（吐出時間）によって、液体Ｌの吐出量を制御している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような定量吐出装置の場合、吐出完了信号が出力されてピストン２２が停止しても、液体Ｌの圧縮性（液体中にある空気の圧縮性も含む）のため、液体Ｌの流出が続き、液体Ｌの流出が終了するまである程度の時間が必要である。それ故、ピストン２２が停止した直後にノズル２１を引き上げて吐出を終了すると、液体Ｌの実際の吐出量は狙いとする吐出量より少なくなり、引き上げたノズル２１から液垂れを生じるという不具合が発生する。また、液体の圧縮性が変化するため、吐出量は一定にならない。
上記のような吐出量ばらつきの原因は、液体Ｌの粘度変化や、ノズル２１の交換等に伴う流路形状の変化によって、ピストン２２の動作時に液体容器１内部で圧力変化（例えば液体の粘度が上がると圧力が上昇し、ノズル径が細くなると圧力が上昇する）が生じ、圧縮性の影響度が変化するからである。また、液体容器２０内の液体の残量によっても圧縮性が変化する。
【０００５】
図５は、液体の狙いの吐出量を１０μｇ、ピストン動作時間（吐出時間）を０．０５ｓｅｃとした場合の液体の粘度毎の吐出量および圧力データを示す。ここでは、液体の粘度が１０Ｐａ・ｓと５０Ｐａ・ｓの２種類のデータを用いた。
図５の（ａ）は吐出量の時間変化を示し、図５の（ｂ）は液体容器内部の圧力変化を示す。
図５の（ａ）から明らかなように、吐出時間が０．０５ｓｅｃに達すると、粘度が低い場合にはほぼ吐出が終了しているのに対し、粘度が高い場合には依然として吐出途中にあり、約３０％の吐出遅れが生じている。
図５の（ｂ）に示すように、粘度が低い場合には液体容器内部の圧力上昇が比較的低く、吐出時間が終了した後、速やかに圧力が低下する。これに対し、粘度が高い場合には液体容器内部の圧力上昇が高く、吐出時間が終了した後も圧力低下に時間を要する。そのため、ノズル２１から液垂れを生じる結果となる。
【０００６】
以上のように、従来の定量吐出装置では吐出精度に大きな問題があった。このような吐出精度を改善するため、ピストン２２が停止した後もノズル２１をその位置に保持しておくこと、つまり待機時間を設ける方法がある。しかし、この待機時間は液体の粘度や残量などによって変化するため、適正な待機時間の設定が困難である。すなわち、長くすればロス時間が長くなり、短くすれば精度が悪化するからである。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、狙いとする吐出量に高精度に制御でき、かつ液垂れを有効に防止できる液体の定量吐出方法及びその装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、先端部に吐出ノズルを持ち、１回の吐出量より多量の液体を収容した液体容器から、液体を定量ずつ吐出する方法において、上記液体容器内の圧力を液体の圧縮性の影響を受けない範囲に維持しながら、ピストンに推力を与えて液体を吐出ノズルから吐出させる工程と、上記ピストンの位置を検出する工程と、上記ピストンが液体の所定吐出量に応じた位置に到達した時点で上記ピストンを停止させる工程と、を備えたことを特徴とする液体の定量吐出方法を提供する。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、液体を定量ずつ吐出する装置において、先端部に吐出ノズルを持ち、１回の吐出量より多量の液体を収容した液体容器と、上記液体容器から液体を押し出すためのピストンと、上記ピストンを駆動するアクチュエータと、上記アクチュエータを制御して、ピストンの推力を液体の圧縮性の影響を受けない範囲で上限設定値以下に制御する推力制御手段と、上記ピストンの位置を検出する手段と、上記ピストンが液体の所定吐出量に応じた位置に到達した時点で上記アクチュエータを停止させる位置制御手段と、を備えたことを特徴とする液体の定量吐出装置を提供する。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、液体を定量ずつ吐出する装置において、先端部に吐出ノズルを持ち、１回の吐出量より多量の液体を収容した液体容器と、上記液体容器から液体を押し出すためのピストンと、上記ピストンを駆動するアクチュエータと、上記アクチュエータを制御して、ピストンの推力を液体の圧縮性の影響を受けない範囲で一定に保つ推力制御手段と、上記ピストンの位置を検出する手段と、上記ピストンが液体の所定吐出量に応じた位置に到達した時点で上記アクチュエータを停止させる位置制御手段と、を備えたことを特徴とする液体の定量吐出装置を提供する。
【００１１】
請求項１に係る発明において、液体容器から液体をその液体の圧縮性の影響を受けない液体圧力に維持しながら吐出し、ピストンが所定位置に到達した時点で吐出終了としている。つまり、圧力制御を行いながら位置によって終了時点を検出している。そのため、液体の粘度変化、残量変化、ノズルの長さや口径といった流動性因子の変化があっても、液体の圧縮性の影響を受けない圧力で吐出するので、ピストンが停止した時点で液体の流出も停止し、液体の流出が持続することがない。そのため、狙いの吐出量に高精度に制御することができると同時に、液垂れを有効に防止できる。また、待機時間のような条件出しの困難な時間を設定する必要がない。
【００１２】
液体の圧縮性の影響を受けない液体圧力に維持しながら吐出する方法として、請求項２のように、ピストンの推力に上限設定値を設ける方法がある。
この場合には、ピストン推力が上限に達した時、この推力が上限を越えないようにピストンの動作速度を制御するものである。液体容器内の圧力の上限を設定することになるので、液体容器内の圧力変動や残量の多少によって、吐出量が変化しない。また、上限以下であれば推力のばらつきが許容されるので、制御が簡単である。
この場合には、トータルの吐出精度は確保されるが、低圧での吐出部分は速度が遅く、時間が多くかかるため、吐出速度の高低が大きくなる。
【００１３】
液体の圧縮性の影響を受けない液体圧力に維持しながら吐出する他の方法として、請求項３のように、液体の吐出期間中、ピストンの推力を一定に保つ方法がある。
この方法では、推力一定であるから、圧縮性の影響度が常に一定になると同時に、ピストン移動量と吐出量とのリニアリティを確保できるので、所望の吐出精度を実現できると同時に、吐出速度の高低を小さくできる。この場合、液体容器内の圧力が許容最大値付近になるようにピストン推力を設定すれば、所望の吐出精度を実現した上で、最も短時間で吐出することができる。
なお、一定推力とは厳密な一定値を意味するものではなく、必要な吐出精度に係わる範囲でのばらつきは許容される。
【００１４】
請求項４に係る発明は請求項２に対応した定量吐出装置であり、請求項５に係る発明は請求項３に対応した定量吐出装置である。
請求項４に係る装置は、請求項２と同様に、所望の吐出精度を実現すると同時に、制御が簡単になる利点がある。また、請求項５に係る装置では、請求項３と同様に、所望の吐出精度を実現すると同時に、吐出速度の高低を小さくできる。
【００１５】
アクチュエータとしては、電動モータとボールネジとの組み合わせやシリンダなど種々のアクチュエータが考えられるが、請求項６のように、アクチュエータとしてボイスコイルモータを用い、推力制御手段としてボイスコイルモータの入力電流を制御する手段を用いるのが望ましい。
例えば、電動モータとボールネジの組み合わせの場合、液体容器内の圧力を検出するために別の圧力センサを設ける必要があり、センサの検出誤差やモータ制御の精度によって一定の液体圧力を維持することが難しい。一方、シリンダを用いた場合には、このシリンダのストロークを高精度に制御することが難しく、またシリンダを作動させるための圧力媒体の圧力変化のために、一定の液体圧力に維持することが難しい。
これに対し、ボイスコイルモータは直進移動するため、ボールネジのような変換機構が不要であり、またシリンダに比べてストローク制御が簡単である。しかも、ピストン推力はボイスコイルモータの入力電流値で制御できるので、格別なセンサを必要としない。そのため、極めて簡単な構成で、液体を定量吐出することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明にかかる液体の定量吐出装置の一例であり、対象物Ｗに粘性液体Ｌを塗布する例を示す。
この定量吐出装置は、液体を貯留するシリンジと呼ばれる液体容器１を備えており、その下端にノズル２が接続されている。液体容器１内にはピストン３が進退自在に挿入されている。液体容器１はロボットなどのアーム部４に固定されたホルダ５によって保持されている。ホルダ５にはボイスコイルモータ１０が固定され、ピストン３はボイスコイルモータ１０によって上下方向に駆動される。
【００１７】
ボイスコイルモータ１０は、外ヨーク１１ａと中心ヨーク１１ｂとを有するヨーク１１と、外ヨーク１１ａの内面に固定された磁石１２と、ヨーク１１に対して上下動自在に挿通されたボビン１３と、ボビン１３に巻回されたコイル１４などで構成されている。コイル１４は磁石１２と軸方向にオーバーラップしている。この実施例では、固定側に磁石１２、可動側にコイル１４を設けたが、これとは逆に固定側にコイル１４、可動側に磁石１２を設けてもよい。
【００１８】
ボビン１３の下端面には、リテーナ１５を介してピストン３の上端部が固定されている。リテーナ１５の一端部は下方へ折曲形成されており、この一端部の側面にリニアスケール１６が固定され、リニアスケール１６と対向するホルダ５の側面にはリニアエンコーダ１７が固定されている。外ヨーク１１ａの外面に形成された係止部１１ｃと、リテーナ１５の他端部との間に、ピストン３を原点位置（上限位置）へ復帰付勢するためのリターンスプリング１８が介装されている。なお、図１には図示されていないが、ピストン３を上下方向にのみ移動自在とするための直動カイドや、ピストン３の上限位置を規定するストッパなどを設けてもよい。
上記実施例では、ピストン３の位置（変位）を検出するため、可動部にリニアスケール１６を、固定部にリニアエンコーダ１７を設けたが、これとは逆の配置としてもよいし、リニアエンコーダ１７以外の位置検出用センサを設けてもよいことは勿論である。
【００１９】
上記位置検出用センサ１７の検出信号はコントローラ６に入力され、コントローラ６はこの検出信号に基づいて電流アンプ７に指令信号を出力し、上記コイル１４の入力電流を制御する。つまり、コントローラ６は、ボイスコイルモータ１０を制御してピストン３の推力を一定に保つ推力制御機能、リニアエンコーダ１７からの検出信号に基づいてピストン３の位置または変位を検出する機能、ピストン３が所定吐出量に応じた位置に到達した時点でボイスコイルモータ１０を停止させる位置制御機能などを有する。上記のようにコイル１４に電流を供給すると、コイル１４には磁束密度と電流とコイルの導体長に比例した軸方向の推力が作用し、コイル１４とボビン１３およびリテーナ１５を介して連結されたピストン３も同様の推力で下方へ押される。コイル１４に発生した推力からリターンスプリング１８のばね力を差し引いた有効推力（ピストン推力）が一定となるように、電流アンプ７からコイル１４に電流を供給することにより、ピストン推力を一定に保ちながら液体Ｌを吐出し、かつピストン３が液体Ｌの所定吐出量に応じた位置に到達した時点でピストン３を停止させることができる。
【００２０】
ここで、上記定量吐出装置を用いて対象物Ｗに対して一定量の液体Ｌを塗布する方法を図２に従って説明する。
まず、ロボットをＸ，Ｙ方向に操作すると共に、Ｚ方向にも操作して対象物Ｗの直上へノズル２を移動させる（ステップＳ１）。
次に、ボイスコイルモータ１０のコイル１４に所定の電流を供給し、ピストン推力を一定に保ちながら液体Ｌを吐出する（ステップＳ２）。具体的には、液体Ｌの圧縮性の影響を受けない範囲内で、液体容器１内の液体圧力が最大値近傍となるように、ピストン３の推力設定を行うのが望ましい。
これと同時に、リニアエンコーダ１７によってピストン３の位置または変位を監視する（ステップＳ３）。
次に、ピストン３が狙い吐出量に応じた変位（目標変位量）に到達したか否かを判定する（ステップＳ４）。
ステップＳ４の判定が否定された場合には、ステップＳ２，Ｓ３を繰り返し、ステップＳ４の判定が肯定された場合には、コイル１４への電流供給を停止し、ピストン３を停止させる（ステップＳ５）。
ピストン３を停止した直後に、ロボットをＸ，Ｙ，Ｚ方向に操作し、ノズル２を引上げて次の吐出位置へ移動させる（ステップＳ６）。
上記のような手順で液体Ｌの吐出制御を行うと、ピストン３を停止した時点で液体Ｌの吐出も終了しているため、液垂れを防止することができる。また、ピストンストローク分の体積がそのまま吐出されるため、狙いとする吐出量に高精度に制御できる。
【００２１】
上述のように、液体Ｌの圧縮性の影響を受けない範囲内で、液体容器１内の液体圧力が最大値近傍となるように、ピストン３の推力設定を行った場合には、所望の吐出精度を実現しながら、最も速く吐出を完了できる。
例えば、狙いの吐出量を１００μｇ、ピストン推力を２Ｎ±０．１Ｎに設定し、ピストン送り精度を±５μｍとなるように、パラメータを設定した場合、５０Ｐａ・ｓの粘度の液体では０．５ｓｅｃで吐出が完了し、１Ｐａ・ｓの粘度の液体では０．１ｓｅｃで吐出が完了した。この場合、吐出精度±２％を実現できた。
【００２２】
図３は液体の狙いの吐出量を１０μｇとした場合の液体の粘度（１０Ｐａ・ｓ，５０Ｐａ・ｓ）毎の吐出量および圧力データを示す。
ここでは、ピストン推力の上限値を次式から１Ｎ（＝１０Ｐａ・ｓでの最大液体圧力９５３ｋＰａ×ピストン受圧面積）に設定した。
図３の（ａ）は吐出量の時間変化を示し、図３の（ｂ）は液体容器内部の圧力変化を示す。
図３の（ａ）から明らかなように、粘度が低い（１０Ｐａ・ｓ）場合には０．０５ｓｅｃで吐出が終了しているが、粘度が高い（５０Ｐａ・ｓ）場合には０．１ｓｅｃまで吐出時間が長くかかる。しかし、吐出精度は±５％以内とすることができる。
図３の（ｂ）に示すように、粘度が低い場合および高い場合に関係なく、圧力の上限値は低い値（＝９５３ｋＰａ）に抑えられ、吐出時間が終了した後、圧力は速やかに低下し、かつその降下時間もほぼ同じである。そのため、粘度に関係なくノズル２からの液垂れを防止できる。
ノズルを長くする、ノズル径を小さくするなどの流動性因子の変化があっても、同様の吐出精度を確保できる。
本発明者の実験によると、１Ｐａ・ｓ〜５０Ｐａ・ｓの範囲で粘度が変化しても、吐出精度は±５％以内とすることができた。
【００２３】
上記実施例では、液体の吐出期間中、ピストン推力を一定に制御する例について説明したが、ピストン推力に上限設定値を設け、この設定値を越えない限り、ピストン推力が変動するのを許容してもよい。この上限設定値は、液体の圧縮性の影響を受けない液体容器内の圧力の上限以下の範囲に設定される。
この場合には、ピストン推力が上限設定値を越えないように、ピストンの移動速度を制御するものであり、上限値以下であれば推力は変動可能であるから、推力制御が容易になるとともに、全体の吐出量精度は確保できる。ただし、液体容器内の圧力変化（例えば粘度の高低など）によって吐出速度の高低ができる。
【００２４】
本発明で用いられる液体としては、シリコーンオイル、導電ペースト、封止用樹脂、クリームはんだ、セラミックスラリーのような常温で液状のものに限らず、常温では固体であるが、加熱によって液状となるもの（例えばワックスなど）でもよい。
本発明の定量吐出装置において、ノズルの先端部に開閉弁を設け、ピストンの動作開始と同時に開閉弁を開くとともに、ピストンの動作終了と同時に開閉弁を閉じるようにしてもよい。この場合には、液垂れを一層確実に防止することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、液体の圧縮性の影響を受けない液体圧力となるようピストン推力を制御しながら液体を吐出すると同時に、液体の所定吐出量に応じた位置にピストンを位置制御するようにしたので、粘度、流路形状、残量などによる液体の圧縮性の影響を受けずに、微少量の液体を高精度に吐出できるとともに、液垂れを防止できる。
また、狙いの吐出量がそのまま吐出されるので、必要量を得るための条件出しや条件管理が不要であり、段取り工数を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる定量吐出装置の一例の構成図である。
【図２】本発明の定量吐出方法の一例を示すフローチャート図である。
【図３】本発明における液体の粘度毎の吐出量および圧力データを示す図である。
【図４】従来の定量吐出装置の一例の説明図である。
【図５】従来における液体の粘度毎の吐出量および圧力データを示す図である。
【符号の説明】
１ 液体容器
２ ノズル
３ ピストン
６ コントローラ
１０ ボイスコイルモータ（アクチュエータ）
１６ リニアスケール
１７ リニアエンコーダ
Ｌ 液体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a quantitative discharge method and apparatus suitable for discharging a viscous liquid (or paste) such as a resin, an adhesive, and a silicone oil in small quantities.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1] JP-A-5-34184 Conventionally, as a device for accurately discharging a predetermined amount of liquid such as a liquid resin or an adhesive onto the surface of an electronic component or the like, a fixed amount discharging device as described in Patent Document 1 It has been known.
FIG. 4 shows an example of the constant-rate discharge device, which includes a liquid container 20 having a nozzle 21 at the tip, and a piston 22 is inserted into the liquid container 20 so as to be able to advance and retreat. The liquid container 20 is fixed to an arm 24 such as a robot via a holder 23. A stepping motor 25 is fixed to an upper portion of the holder 23, and a ball screw 26 is connected to a rotation shaft of the motor 25. The ball screw 26 is screwed into a nut 27 connected to the piston 22, and the nut 27 is guided only vertically by a guide 28 fixed to the holder 23.
[0003]
When the motor 25 is driven, the piston 22 is pushed downward by the action of the ball screw 26 and the nut 27, and the liquid L stored in the liquid container 20 is discharged. Then, when the piston 22 moves by an amount corresponding to the required discharge amount of the liquid L, a discharge completion signal is output, the motor 25 is stopped, and the nozzle 21 is pulled up to terminate the discharge of the liquid L.
As described above, in the conventional quantitative discharge device, the discharge amount of the liquid L is controlled by the position (displacement) of the piston 22 or the time (discharge time) in which the piston 22 is displaced by a predetermined amount.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of such a fixed-rate discharge device, even if the discharge completion signal is output and the piston 22 stops, the outflow of the liquid L continues due to the compressibility of the liquid L (including the compressibility of air in the liquid). , A certain time is required until the outflow of the liquid L is completed. Therefore, when the nozzle 21 is pulled up immediately after the piston 22 stops and the discharge is terminated, the actual discharge amount of the liquid L becomes smaller than the target discharge amount, and a problem occurs that the liquid is dripped from the pulled up nozzle 21. I do. Further, since the compressibility of the liquid changes, the discharge amount is not constant.
The above-mentioned variation in the discharge amount is caused by a change in the pressure inside the liquid container 1 during the operation of the piston 22 (for example, when the viscosity of the liquid This is because when the pressure rises, the pressure rises, and when the nozzle diameter becomes smaller, the pressure rises), and the degree of influence of the compressibility changes. The compressibility also changes depending on the remaining amount of the liquid in the liquid container 20.
[0005]
FIG. 5 shows the ejection amount and pressure data for each viscosity of the liquid when the target ejection amount of the liquid is 10 μg and the piston operation time (ejection time) is 0.05 sec. Here, two types of data having a liquid viscosity of 10 Pa · s and 50 Pa · s were used.
FIG. 5A shows a time change of the discharge amount, and FIG. 5B shows a pressure change inside the liquid container.
As is clear from FIG. 5A, when the ejection time reaches 0.05 sec, the ejection is almost finished when the viscosity is low, whereas the ejection is still in the middle when the viscosity is high. , About 30%.
As shown in FIG. 5B, when the viscosity is low, the pressure rise inside the liquid container is relatively low, and the pressure quickly drops after the end of the discharge time. On the other hand, when the viscosity is high, the pressure inside the liquid container rises high, and it takes time to reduce the pressure even after the discharge time has ended. As a result, liquid dripping from the nozzle 21 results.
[0006]
As described above, the conventional fixed-rate discharge device has a large problem in discharge accuracy. In order to improve such ejection accuracy, there is a method of keeping the nozzle 21 at that position even after the piston 22 stops, that is, providing a standby time. However, since the standby time changes depending on the viscosity and the remaining amount of the liquid, it is difficult to set an appropriate standby time. That is, the longer the length, the longer the loss time, and the shorter the length, the worse the accuracy.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method and apparatus for quantitatively discharging a liquid, which can control a target discharge amount with high accuracy and can effectively prevent dripping.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a method for discharging a fixed amount of liquid from a liquid container having a discharge nozzle at a tip portion and containing a larger amount of liquid than one discharge amount. A step of applying a thrust to the piston to discharge the liquid from the discharge nozzle while maintaining the pressure in the liquid container within a range not affected by the compressibility of the liquid, a step of detecting the position of the piston, and A step of stopping the piston at the time when the piston reaches a position corresponding to a predetermined amount of liquid to be discharged.
[0009]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an apparatus for discharging a liquid at a constant rate, the liquid container having a discharge nozzle at a distal end portion, the liquid container containing a larger amount of liquid than one discharge amount, and extruding the liquid from the liquid container. A piston, an actuator that drives the piston, a thrust control unit that controls the actuator to control the thrust of the piston to be equal to or less than an upper limit set value within a range not affected by the compressibility of the liquid, and a position of the piston. And a position control means for stopping the actuator when the piston reaches a position corresponding to a predetermined amount of liquid to be discharged.
[0010]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an apparatus for discharging a fixed amount of a liquid, wherein the liquid container has a discharge nozzle at a distal end portion and contains a larger amount of liquid than one discharge amount, and the liquid is pushed out from the liquid container. A piston, an actuator that drives the piston, a thrust control unit that controls the actuator to keep the thrust of the piston constant within a range not affected by the compressibility of the liquid, and a unit that detects the position of the piston And a position control means for stopping the actuator when the piston reaches a position corresponding to a predetermined discharge amount of the liquid.
[0011]
According to the first aspect of the present invention, the liquid is discharged from the liquid container while maintaining the liquid at a liquid pressure that is not affected by the compressibility of the liquid, and the discharge ends when the piston reaches a predetermined position. That is, the end point is detected by the position while performing the pressure control. Therefore, even if there is a change in the fluidity factor such as a change in the viscosity of the liquid, a change in the remaining amount, or a change in the length or diameter of the nozzle, the liquid is discharged at a pressure that is not affected by the compressibility of the liquid. The outflow also stops, and the outflow of the liquid does not continue. Therefore, the target discharge amount can be controlled with high accuracy, and the dripping can be effectively prevented. In addition, it is not necessary to set a time such as a standby time for which it is difficult to set conditions.
[0012]
As a method of discharging while maintaining the liquid pressure not affected by the compressibility of the liquid, there is a method of setting an upper limit set value for the thrust of the piston.
In this case, when the piston thrust reaches the upper limit, the operating speed of the piston is controlled so that the thrust does not exceed the upper limit. Since the upper limit of the pressure in the liquid container is set, the discharge amount does not change due to fluctuations in the pressure in the liquid container or the remaining amount. Further, if the value is equal to or less than the upper limit, variation in thrust is allowed, so that control is simple.
In this case, the total ejection accuracy is ensured, but the ejection speed at low pressure is slow and takes a lot of time, so that the ejection speed becomes large.
[0013]
As another method for discharging while maintaining the liquid pressure which is not affected by the compressibility of the liquid, there is a method for keeping the thrust of the piston constant during the liquid discharging period.
In this method, since the thrust is constant, the degree of influence of the compressibility is always constant, and at the same time, the linearity between the piston movement amount and the discharge amount can be ensured. Can be reduced. In this case, if the piston thrust is set so that the pressure in the liquid container is close to the allowable maximum value, the desired discharge accuracy can be achieved, and the discharge can be performed in the shortest time.
It should be noted that the constant thrust does not mean a strict constant value, and variation within a range relating to necessary ejection accuracy is allowed.
[0014]
The invention according to claim 4 is a quantitative discharge device according to claim 2, and the invention according to claim 5 is a quantitative discharge device according to claim 3.
The device according to the fourth aspect has an advantage that, as in the case of the second aspect, the desired ejection accuracy is realized and at the same time, the control is simplified. Further, in the device according to the fifth aspect, similarly to the third aspect, it is possible to realize a desired ejection accuracy and to reduce the level of the ejection speed.
[0015]
As the actuator, various actuators such as a combination of an electric motor and a ball screw and a cylinder are conceivable, but a voice coil motor is used as an actuator and an input current of the voice coil motor is controlled as a thrust control unit. It is desirable to use means.
For example, in the case of a combination of an electric motor and a ball screw, it is necessary to provide another pressure sensor to detect the pressure in the liquid container, and it is possible to maintain a constant liquid pressure depending on the detection error of the sensor and the accuracy of motor control. difficult. On the other hand, when a cylinder is used, it is difficult to control the stroke of the cylinder with high precision, and it is difficult to maintain a constant liquid pressure due to a pressure change of a pressure medium for operating the cylinder. .
On the other hand, since the voice coil motor moves straight, no conversion mechanism such as a ball screw is required, and stroke control is simpler than that of a cylinder. Moreover, since the piston thrust can be controlled by the input current value of the voice coil motor, no special sensor is required. Therefore, a fixed amount of liquid can be discharged with an extremely simple configuration.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows an example of a liquid fixed-quantity discharge apparatus according to the present invention, in which a viscous liquid L is applied to an object W.
The fixed-quantity discharge device includes a liquid container 1 called a syringe for storing a liquid, and a nozzle 2 is connected to a lower end thereof. A piston 3 is inserted into the liquid container 1 so as to be able to advance and retreat. The liquid container 1 is held by a holder 5 fixed to an arm 4 such as a robot. A voice coil motor 10 is fixed to the holder 5, and the piston 3 is driven in the vertical direction by the voice coil motor 10.
[0017]
The voice coil motor 10 includes a yoke 11 having an outer yoke 11a and a center yoke 11b, a magnet 12 fixed to the inner surface of the outer yoke 11a, a bobbin 13 inserted vertically into the yoke 11, and a bobbin. 13 and the like. The coil 14 overlaps the magnet 12 in the axial direction. In this embodiment, the magnet 12 is provided on the fixed side and the coil 14 is provided on the movable side. Conversely, the coil 14 may be provided on the fixed side and the magnet 12 may be provided on the movable side.
[0018]
An upper end of the piston 3 is fixed to a lower end surface of the bobbin 13 via a retainer 15. One end of the retainer 15 is bent downward, and a linear scale 16 is fixed to a side surface of the one end portion, and a linear encoder 17 is fixed to a side surface of the holder 5 facing the linear scale 16. A return spring 18 for urging the piston 3 to return to the home position (upper limit position) is interposed between the locking portion 11c formed on the outer surface of the outer yoke 11a and the other end of the retainer 15. I have. Although not shown in FIG. 1, a linear guide for allowing the piston 3 to move only in the vertical direction, a stopper for defining the upper limit position of the piston 3 and the like may be provided.
In the above-described embodiment, the linear scale 16 is provided on the movable part and the linear encoder 17 is provided on the fixed part in order to detect the position (displacement) of the piston 3. However, the arrangement may be reversed. Needless to say, a position detecting sensor other than the above may be provided.
[0019]
The detection signal of the position detection sensor 17 is input to the controller 6, and the controller 6 outputs a command signal to the current amplifier 7 based on the detection signal, and controls the input current of the coil 14. That is, the controller 6 controls the voice coil motor 10 to keep the thrust of the piston 3 constant, the function of detecting the position or displacement of the piston 3 based on the detection signal from the linear encoder 17, It has a position control function to stop the voice coil motor 10 when it reaches a position corresponding to the predetermined discharge amount. When a current is supplied to the coil 14 as described above, an axial thrust proportional to the magnetic flux density, the current and the conductor length of the coil acts on the coil 14, and the coil 14 is connected to the coil 14 via the bobbin 13 and the retainer 15. The piston 3 is also pushed downward by the same thrust. By supplying a current from the current amplifier 7 to the coil 14 so that the effective thrust (piston thrust) obtained by subtracting the spring force of the return spring 18 from the thrust generated in the coil 14 is constant, the piston thrust is kept constant. When the liquid L is discharged and the piston 3 reaches a position corresponding to the predetermined discharge amount of the liquid L, the piston 3 can be stopped.
[0020]
Here, a method of applying a fixed amount of the liquid L to the target object W using the above-described quantitative discharge device will be described with reference to FIG.
First, the robot is operated in the X and Y directions and also in the Z direction to move the nozzle 2 directly above the target object W (step S1).
Next, a predetermined current is supplied to the coil 14 of the voice coil motor 10 to discharge the liquid L while keeping the piston thrust constant (step S2). Specifically, it is desirable to set the thrust of the piston 3 so that the liquid pressure in the liquid container 1 becomes close to the maximum value within a range not affected by the compressibility of the liquid L.
At the same time, the position or displacement of the piston 3 is monitored by the linear encoder 17 (step S3).
Next, it is determined whether or not the piston 3 has reached a displacement (target displacement amount) corresponding to the target discharge amount (step S4).
If the determination in step S4 is negative, steps S2 and S3 are repeated, and if the determination in step S4 is affirmative, the current supply to coil 14 is stopped and piston 3 is stopped (step S5). .
Immediately after stopping the piston 3, the robot is operated in the X, Y, and Z directions to pull up the nozzle 2 and move it to the next discharge position (step S6).
When the discharge control of the liquid L is performed in the above-described procedure, the discharge of the liquid L is completed when the piston 3 is stopped, so that dripping can be prevented. In addition, since the volume corresponding to the piston stroke is discharged as it is, the target discharge amount can be controlled with high accuracy.
[0021]
As described above, when the thrust of the piston 3 is set such that the liquid pressure in the liquid container 1 becomes close to the maximum value within a range not affected by the compressibility of the liquid L, the desired discharge Discharge can be completed fastest while achieving accuracy.
For example, when parameters are set such that the target discharge amount is set to 100 μg, the piston thrust is set to 2N ± 0.1N, and the piston feed accuracy is set to ± 5 μm, the liquid having a viscosity of 50 Pa · s takes 0.5 sec. Discharge was completed, and discharge was completed in 0.1 sec for a liquid having a viscosity of 1 Pa · s. In this case, a discharge accuracy of ± 2% was realized.
[0022]
FIG. 3 shows ejection amount and pressure data for each viscosity (10 Pa · s, 50 Pa · s) of the liquid when the target ejection amount of the liquid is 10 μg.
Here, the upper limit of the piston thrust was set to 1N (= maximum liquid pressure at 10 Pa · s 953 kPa × piston pressure receiving area) from the following equation.
FIG. 3A shows a change over time in the discharge amount, and FIG. 3B shows a change in pressure inside the liquid container.
As is clear from FIG. 3A, when the viscosity is low (10 Pa · s), the discharge is completed in 0.05 sec, but when the viscosity is high (50 Pa · s), the discharge is completed up to 0.1 sec. The ejection time is long. However, the ejection accuracy can be within ± 5%.
As shown in FIG. 3B, the upper limit value of the pressure is suppressed to a low value (= 953 kPa) regardless of the case where the viscosity is low and the case where the viscosity is high. And the descent time is almost the same. Therefore, dripping from the nozzle 2 can be prevented regardless of the viscosity.
Even if there is a change in the fluidity factor such as a longer nozzle or a smaller nozzle diameter, the same ejection accuracy can be ensured.
According to the experiment of the present inventor, even if the viscosity changes in the range of 1 Pa · s to 50 Pa · s, the ejection accuracy could be kept within ± 5%.
[0023]
In the above embodiment, an example in which the piston thrust is controlled to be constant during the liquid discharge period has been described.However, an upper limit set value is provided for the piston thrust, and the piston thrust is allowed to fluctuate unless the set value is exceeded. You may. This upper limit set value is set to a range equal to or less than the upper limit of the pressure in the liquid container which is not affected by the compressibility of the liquid.
In this case, the moving speed of the piston is controlled so that the piston thrust does not exceed the upper limit set value. Accuracy of the entire discharge amount can be secured. However, the discharge speed can be increased or decreased by a change in the pressure in the liquid container (for example, the degree of viscosity).
[0024]
The liquid used in the present invention is not limited to liquid at room temperature, such as silicone oil, conductive paste, sealing resin, cream solder, and ceramic slurry, and is solid at room temperature, but becomes liquid when heated. (For example, wax).
In the fixed-quantity discharge device of the present invention, an on-off valve may be provided at the tip of the nozzle so that the on-off valve is opened at the same time as the operation of the piston is started, and the on-off valve is closed at the same time as the operation of the piston is completed. In this case, dripping can be more reliably prevented.
[0025]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, the liquid is discharged while controlling the piston thrust so that the liquid pressure is not affected by the compressibility of the liquid, and the position corresponding to the predetermined discharge amount of the liquid is simultaneously determined. Since the position of the piston is controlled in a short time, it is possible to discharge a small amount of liquid with high accuracy without being affected by the compressibility of the liquid due to viscosity, flow path shape, remaining amount, and the like, and to prevent dripping of the liquid.
In addition, since the target discharge amount is discharged as it is, it is not necessary to determine or manage conditions for obtaining the required amount, and it is possible to reduce the number of setup steps.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an example of a fixed-rate discharge device according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of a fixed-quantity ejection method according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing ejection amount and pressure data for each viscosity of a liquid in the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram of an example of a conventional fixed-rate discharge device.
FIG. 5 is a diagram showing a discharge amount and pressure data for each viscosity of a liquid in the related art.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Liquid container 2 Nozzle 3 Piston 6 Controller 10 Voice coil motor (actuator)
16 Linear scale 17 Linear encoder L Liquid

Claims (6)

先端部に吐出ノズルを持ち、１回の吐出量より多量の液体を収容した液体容器から、液体を定量ずつ吐出する方法において、
上記液体容器内の圧力を液体の圧縮性の影響を受けない範囲に維持しながら、ピストンに推力を与えて液体を吐出ノズルから吐出させる工程と、
上記ピストンの位置を検出する工程と、
上記ピストンが液体の所定吐出量に応じた位置に到達した時点で上記ピストンを停止させる工程と、を備えたことを特徴とする液体の定量吐出方法。In a method of discharging a fixed amount of liquid from a liquid container having a discharge nozzle at a tip end and containing a larger amount of liquid than one discharge amount,
A step of applying a thrust to the piston to discharge the liquid from the discharge nozzle while maintaining the pressure in the liquid container within a range not affected by the compressibility of the liquid,
Detecting the position of the piston,
A step of stopping the piston when the piston reaches a position corresponding to a predetermined liquid discharge amount. 上記ピストンの推力に上限設定値を設けることを特徴とする請求項１に記載の液体の定量吐出方法。2. The method according to claim 1, wherein an upper limit set value is provided for the thrust of the piston. 上記液体の吐出期間中、ピストンの推力を一定に保つことを特徴とする請求項１に記載の液体の定量吐出方法。2. The method according to claim 1, wherein the thrust of the piston is kept constant during the liquid discharge period. 液体を定量ずつ吐出する装置において、
先端部に吐出ノズルを持ち、１回の吐出量より多量の液体を収容した液体容器と、
上記液体容器から液体を押し出すためのピストンと、
上記ピストンを駆動するアクチュエータと、
上記アクチュエータを制御して、ピストンの推力を液体の圧縮性の影響を受けない範囲で上限設定値以下に制御する推力制御手段と、
上記ピストンの位置を検出する手段と、
上記ピストンが液体の所定吐出量に応じた位置に到達した時点で上記アクチュエータを停止させる位置制御手段と、を備えたことを特徴とする液体の定量吐出装置。In a device that discharges a fixed amount of liquid,
A liquid container having a discharge nozzle at the tip and containing a larger amount of liquid than one discharge amount;
A piston for pushing liquid from the liquid container,
An actuator for driving the piston,
Thrust control means for controlling the actuator to control the thrust of the piston to an upper limit set value or less within a range not affected by the compressibility of the liquid,
Means for detecting the position of the piston,
And a position control means for stopping the actuator when the piston reaches a position corresponding to a predetermined discharge amount of the liquid. 液体を定量ずつ吐出する装置において、
先端部に吐出ノズルを持ち、１回の吐出量より多量の液体を収容した液体容器と、
上記液体容器から液体を押し出すためのピストンと、
上記ピストンを駆動するアクチュエータと、
上記アクチュエータを制御して、ピストンの推力を液体の圧縮性の影響を受けない範囲で一定に保つ推力制御手段と、
上記ピストンの位置を検出する手段と、
上記ピストンが液体の所定吐出量に応じた位置に到達した時点で上記アクチュエータを停止させる位置制御手段と、を備えたことを特徴とする液体の定量吐出装置。In a device that discharges a fixed amount of liquid,
A liquid container having a discharge nozzle at the tip and containing a larger amount of liquid than one discharge amount;
A piston for pushing liquid from the liquid container,
An actuator for driving the piston,
Thrust control means for controlling the actuator to keep the thrust of the piston constant within a range not affected by the compressibility of the liquid,
Means for detecting the position of the piston,
And a position control means for stopping the actuator when the piston reaches a position corresponding to a predetermined discharge amount of the liquid. 上記アクチュエータはボイスコイルモータであり、上記推力制御手段はボイスコイルモータの入力電流を制御する手段であることを特徴とする請求項４または５に記載の液体の定量吐出装置。6. The apparatus according to claim 4, wherein the actuator is a voice coil motor, and the thrust control unit is a unit for controlling an input current of the voice coil motor.

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