JP2008029920A - Liquid discharge nozzle and method of manufacturing liquid discharge nozzle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の液体吐出ノズルは、電子部品、家電製品などの分野の生産工程に用いられる液体塗布装置において、接着剤、クリームハンダ、蛍光体、グリース、塗料、ホットメルトなどの各種液体を定量に吐出する吐出部に用いられる液体吐出ノズルに関するものである。 The liquid discharge nozzle of the present invention discharges various liquids such as adhesives, cream solders, phosphors, greases, paints, hot melts, etc. in liquid application devices used in production processes in the fields of electronic parts, home appliances, etc. The present invention relates to a liquid discharge nozzle used in a discharge unit.
液体塗布装置は、従来から様々な分野で用いられており、例えば液体が貯留されたシリンジと液体吐出ノズルとが連通するように配設され、コントローラにより制御された空圧をシリンジに保持されている液体に加圧作用して、液体吐出ノズルより所定量の液体を吐出する装置が知られている。 Liquid applicators have been used in various fields. For example, a syringe that stores liquid and a liquid discharge nozzle are arranged to communicate with each other, and a pneumatic pressure controlled by a controller is held in the syringe. 2. Description of the Related Art An apparatus that pressurizes an existing liquid and discharges a predetermined amount of liquid from a liquid discharge nozzle is known.
これらの液体塗布装置に用いられる液体吐出ノズルの一般的な形態は、シリンジ等から液体を液体吐出ノズルに流入する液体流入口と、液体を被塗布物に対して吐出する液体吐出口と、液体流入口と液体吐出口とを連通する通路とを具えており、液体吐出ノズルの液体流入口側をノズルホルダーやシリンジ等に接着固定して用いられるものである。 A general form of a liquid discharge nozzle used in these liquid application apparatuses includes a liquid inflow port for flowing liquid from a syringe or the like into the liquid discharge nozzle, a liquid discharge port for discharging liquid to an object to be coated, and a liquid A passage that connects the inlet and the liquid discharge port is provided, and the liquid inlet side of the liquid discharge nozzle is bonded and fixed to a nozzle holder, a syringe, or the like.
液体吐出ノズルは、セラミックや金属や樹脂などの材料が従来より用いられている。ノズルの加工方法としては、セラミック製ノズルの場合、例えば、セラミック原料を射出成形もしくはプレス成形して成形体を得て、その成形体を焼成した後、パルスレーザを照射して細孔を形成する方法がある（特許文献１）。
また、金属製ノズルの場合、例えば、放電加工にて先端を形成した焼結ダイヤモンドもしくは超硬合金等からなる工具材料を用いて、高精度なテーパ形状ノズル穴を切削加工する方法がある（特許文献２）。
In the case of a metal nozzle, for example, there is a method of cutting a highly accurate tapered nozzle hole using a tool material made of sintered diamond or cemented carbide with a tip formed by electric discharge machining (patent) Reference 2).
近年の電子機器の小型化や電子部品の高密度実装化の流れにともない、極微小量の液体材料を高精度でかつ安定して吐出制御する技術が要請される様になっている。そのため、空圧等を高精度に制御するコントローラとともに、液体塗布装置の吐出部である液体吐出ノズルは、液体吐出口の端面の外径が細く、かつ液体吐出口の端面の内径が細いことが求められている。 With the recent trend toward downsizing of electronic devices and high-density mounting of electronic components, there is a demand for a technique for controlling the discharge of a very small amount of liquid material with high accuracy and stability. Therefore, together with a controller that controls the air pressure and the like with high accuracy, the liquid discharge nozzle that is the discharge unit of the liquid application apparatus has a thin outer diameter on the end surface of the liquid discharge port and a small inner diameter on the end surface of the liquid discharge port. It has been demanded.
液体塗布装置の液体吐出ノズルは、液体吐出口の端面の外径が塗布幅に大きく影響する。そのため、電子回路基板への液体塗布のような微細な塗布幅を求められる用途においては、液体吐出口の端面の外径をできる限り細くすることが求められている。また、被塗布物の塗布箇所が配線パターン等で入り組んでいる場合、それらとの干渉を考慮するため、一定のノズル長が必要とされる。また、ノズル製作時の取り扱いを考慮すると、数ｍｍのノズル長がないと取り扱いが非常に難しくなる。 In the liquid discharge nozzle of the liquid application apparatus, the outer diameter of the end surface of the liquid discharge port greatly affects the application width. Therefore, in applications that require a fine coating width such as liquid coating on an electronic circuit board, it is required to make the outer diameter of the end face of the liquid discharge port as thin as possible. Moreover, when the application | coating location of a to-be-coated object is complicated with a wiring pattern etc., in order to consider interference with them, a fixed nozzle length is required. In addition, when handling at the time of manufacturing the nozzle is considered, it is very difficult to handle without a nozzle length of several mm.
しかし、上記の特許文献に記載されたノズルでは、これらの要求を満足することは難しいと考えられる。
切削等の機械加工にて貫通孔を形成する場合、貫通孔を形成した基板から、数百μｍ以下の外径の細いノズルを切り出す等して得ることは非常に難しい。また、外径の細い柱状のノズル材料に対して、機械加工により貫通孔を形成することも考えられるが、機械加工にて加工可能な貫通孔の深さの上限及び孔径の下限は数十μｍであり、孔径数μｍの貫通孔を数ｍｍ程度の深さまで形成することは、実質不可能である。
However, it is considered difficult to satisfy these requirements with the nozzles described in the above patent documents.
When forming a through hole by machining such as cutting, it is very difficult to obtain a thin nozzle having an outer diameter of several hundred μm or less from a substrate on which the through hole is formed. In addition, it is conceivable to form a through-hole by machining for a columnar nozzle material having a thin outer diameter, but the upper limit of the depth of the through-hole that can be machined and the lower limit of the hole diameter are several tens of μm. Thus, it is practically impossible to form a through hole having a hole diameter of several μm to a depth of several millimeters.
また、機械加工及びレーザ加工に共通の問題として、１本毎の孔加工であるため製造に時間を要すること、及びこれに伴い製造コストが高くなるという問題がある。 In addition, as a common problem in machining and laser processing, there is a problem that manufacturing is time consuming because of the hole processing for each, and the manufacturing cost increases accordingly.
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、液体吐出ノズルの内外径寸法が微小でかつ一定のノズル長を有する液体塗布装置用の液体吐出ノズルを提供することを目的とする。また、内外径寸法が微小な液体吐出ノズルを寸法のばらつきが小さく、低コストで製造できる方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a liquid discharge nozzle for a liquid application apparatus in which the inner and outer diameters of the liquid discharge nozzle are minute and have a constant nozzle length. It is another object of the present invention to provide a method capable of manufacturing a liquid discharge nozzle having a small inner and outer diameter dimension at a low cost with small dimensional variations.
本発明は、液体流入口と液体吐出口とを連通する通路を具える液体吐出ノズルであって、ガラス製中空管からなる母材が、所定の外径になるまで加熱延伸された後、所定の長さに切断され、液体流入口内面がテーパー状に加工されていることを特徴とする液体吐出ノズルである。
これにより、ガラス製中空管が加熱延伸されているため、液体吐出ノズルの内外径寸法が微小である。また、ノズル内外面が平滑であり、クラック等の欠陥がほとんど存在しないため、機械強度が高い。また、加熱延伸された後、所望の長さで切断されるため、任意のノズル長が得られ取り扱いが容易である。また、液体流入口内面がテーパー状に加工されているため、液体吐出時の圧力を低く抑えることができる。
The present invention is a liquid discharge nozzle having a passage communicating the liquid inlet and the liquid discharge port, after the base material made of a glass hollow tube is heated and stretched to a predetermined outer diameter, The liquid discharge nozzle is characterized in that it is cut into a predetermined length and the inner surface of the liquid inlet is processed into a tapered shape.
Thereby, since the glass hollow tube is heated and stretched, the inner and outer diameter dimensions of the liquid discharge nozzle are very small. Further, since the inner and outer surfaces of the nozzle are smooth and there are almost no defects such as cracks, the mechanical strength is high. Moreover, since it heat-stretches and is cut | disconnected by desired length, arbitrary nozzle lengths are obtained and handling is easy. In addition, since the inner surface of the liquid inlet is processed into a taper shape, the pressure at the time of liquid discharge can be kept low.
また、前記液体吐出ノズルは、液体流入口側の端面外周縁がＲ面取り加工されている。
これにより、液体吐出ノズルをシリンジ等のノズル保持部材と接合する際、円滑な挿入が可能となり、組み立て時の破損等を防ぐことができる。
The liquid discharge nozzle has a chamfered outer peripheral edge on the liquid inlet side.
Thereby, when joining a liquid discharge nozzle with nozzle holding members, such as a syringe, smooth insertion becomes possible and damage at the time of an assembly, etc. can be prevented.
また、前記液体吐出ノズルは、外径が１０〜２００μｍ、かつ内径が１〜６０μｍとなるようにガラス製中空管が加熱延伸されている。
これにより、微小な吐出が可能な液体吐出ノズルを得ることができる。液体吐出ノズルは、この外径寸法により、微小な塗布幅の液体吐出が可能である。またこの内径寸法により、微小な塗布量の液体吐出が可能である。
The liquid discharge nozzle has a glass hollow tube heated and stretched so that the outer diameter is 10 to 200 μm and the inner diameter is 1 to 60 μm.
Thereby, a liquid discharge nozzle capable of minute discharge can be obtained. The liquid discharge nozzle can discharge a liquid having a minute coating width due to the outer diameter. Further, with this inner diameter dimension, it is possible to discharge a small amount of liquid.
また、前記液体吐出ノズルは、液体吐出口側の端面が鏡面研磨加工されている。
これにより、液体吐出口側の端面での液体の切れ（液離れ）が良く、液体の塗布量が安定し、高精度の塗布量管理が可能となる。また、液体吐出ノズルを洗浄する際、簡単な洗浄で液体を洗い落とすことが可能であり、液体吐出口側の端面の洗浄残りがない。
The liquid discharge nozzle has a mirror-polished end surface on the liquid discharge port side.
As a result, the cutting of the liquid (liquid separation) at the end face on the liquid discharge port side is good, the liquid application amount is stable, and highly accurate application amount management is possible. Further, when cleaning the liquid discharge nozzle, it is possible to wash off the liquid by simple cleaning, and there is no cleaning residue on the end surface on the liquid discharge port side.
本発明は、液体流入口と液体吐出口とを連通する通路を具える液体吐出ノズルの製造方法であって、ガラス製中空管からなる母材を所定の外径になるまで加熱延伸した後、加熱延伸されたガラス細管の外面を耐侵食性被覆材で覆った状態で複数本を束ね、束ねたガラス細管を所定の寸法に切断した後、液体流入口内面をエッチングによりテーパー状に加工することを特徴とする液体吐出ノズルの製造方法である。
これにより、ガラス製中空管を加熱延伸するため、１度の加工で母材から大量のガラス細管を得ることができ、寸法のばらつきが小さく、低コストで製造が可能となる。また、液体吐出ノズルの内外径寸法が微小である。また、ノズル内外面が平滑であり、クラック等の欠陥がほとんど存在しないため、機械強度が高い。また、加熱延伸した後、所望の長さで切断するため、任意のノズル長が得られる。また、液体流入口内面をエッチングによりテーパー状に加工するため、液体流入口内面の平滑性が非常に高く、液体を液体流入口と液体吐出口とを連通する通路に円滑に導くことが可能で、液体の目詰まりを起こしにくい液体吐出ノズルとすることが可能である。
The present invention relates to a method of manufacturing a liquid discharge nozzle having a passage communicating between a liquid inlet and a liquid discharge port, and after heating and stretching a base material made of a glass hollow tube to a predetermined outer diameter A plurality of bundles are bundled in a state where the outer surface of the heat-stretched glass capillary is covered with an erosion-resistant coating material. This is a method for manufacturing a liquid discharge nozzle.
Accordingly, since the glass hollow tube is heated and stretched, a large amount of glass thin tubes can be obtained from the base material by one processing, and the dimensional variation is small, and the manufacturing can be performed at low cost. Further, the inner and outer diameter dimensions of the liquid discharge nozzle are minute. Further, since the inner and outer surfaces of the nozzle are smooth and there are almost no defects such as cracks, the mechanical strength is high. Moreover, since it cuts by desired length after heat-stretching, arbitrary nozzle lengths are obtained. In addition, since the inner surface of the liquid inlet is processed into a taper by etching, the smoothness of the inner surface of the liquid inlet is very high, and the liquid can be smoothly guided to the passage that connects the liquid inlet and the liquid outlet. It is possible to provide a liquid discharge nozzle that is less likely to cause clogging of the liquid.
また、前記液体吐出ノズルの製造方法は、液体流入口内面をエッチングによりテーパー状に加工する際、同時に液体流入口側の端面外周縁をＲ面取り加工することを有するものである。
これにより、液体吐出口内面のテーパー加工と液体流入口側端面外周縁のＲ面取り加工とを１工程で行うことができ、低コストで製造が可能となる。
In addition, the method for manufacturing the liquid discharge nozzle includes, at the time of processing the inner surface of the liquid inlet into a tapered shape by etching, at the same time, R-chamfering the outer peripheral edge of the end surface on the liquid inlet side.
Thereby, the taper processing of the inner surface of the liquid discharge port and the R chamfering processing of the outer peripheral edge of the liquid inlet side end surface can be performed in one step, and the manufacturing can be performed at low cost.
前記液体吐出ノズルの製造方法は、加熱延伸されたガラス細管の外面を耐侵食性被覆材で覆い複数本を束ねた状態で液体吐出口側の端面を鏡面研磨加工することを有するものである。
これにより、液体吐出口側の端面での液体の切れ（液離れ）が良く、液体の塗布量が安定した液体吐出ノズルを製造することが可能である。また、複数本をまとめて加工することができる。
The method for manufacturing the liquid discharge nozzle includes mirror-polishing the end surface on the liquid discharge port side in a state where a plurality of glass tubules that have been heated and stretched are covered with an erosion-resistant coating material and a plurality of them are bundled.
As a result, it is possible to manufacture a liquid discharge nozzle in which the end of the liquid discharge port side cuts off the liquid (liquid separation) and the liquid application amount is stable. In addition, a plurality of pieces can be processed together.
本発明の液体吐出ノズル及び液体吐出ノズルの製造方法によれば、従来のノズル材料では実現が難しかった微小な液体吐出が可能な液体吐出ノズルを、寸法のばらつきが小さく、低コストで製造することができる。 According to the liquid discharge nozzle and the liquid discharge nozzle manufacturing method of the present invention, a liquid discharge nozzle capable of discharging a minute liquid, which has been difficult to realize with conventional nozzle materials, is manufactured with low dimensional variation and low cost. Can do.
本発明の液体吐出ノズルが用いられる液体塗布装置について説明する。図５は、本発明の液体吐出ノズルが用いられる液体塗布装置の概略構成図である。液体塗布装置２０の主な構成は、液体吐出ノズル１、シリンジ２１、コントローラ２２、エアー源２３からなり、それぞれが空圧ホース２４で接続されている。
A liquid application apparatus using the liquid discharge nozzle of the present invention will be described. FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a liquid coating apparatus in which the liquid discharge nozzle of the present invention is used. The main configuration of the
シリンジ２１は、シリンジ内部に挿入されたピストン２９により、液体貯留空間２６と加圧空間２５とに区画されている。シリンジ先端の保持部２８に液体吐出ノズル１が保持され、この保持部２８を通じて、液体吐出ノズル１と液体貯留空間２６とは連通している。シリンジ２１の加圧空間２５はコントローラ２２と空圧ホース２４で接続されており、コントローラ２２からの空気圧が加圧空間２５に供給されると、ピストン２９が押圧され、この押圧力が液体貯留空間２６に作用することにより、液体吐出ノズル１から液体が吐出される構成となっている。尚、液体吐出ノズル１をシリンジ２１に保持する場合は、液体吐出ノズル１を保持する保持部材を別途用いて、その保持部材をシリンジ１の保持部２８に固定するようにしても良い。
The
コントローラ２２は、液体吐出ノズル１と被塗布物２７との位置情報や規定された塗布量等に基づき制御された空圧を空圧ホース２４を通じてシリンジ２１の加圧空間２５に供給する。また、エアー源２３はコントローラ２２と空圧ホース２４で接続しており、エアー源２３からは一定の空気圧がコントローラ２２に供給される。
The
図５には記載していないが、液体タンクを別途設けてシリンジ２１の液体貯留空間２５に供給するようにしてもよい。この場合、液体タンクはコントローラ２２と空圧ホース２４で接続し、コントローラ２２からの空気圧により、液体タンクから液送配管を通じて液体をシリンジ２１の液体貯留空間２６に供給する。
尚、本発明の液体吐出ノズルは上記の液体塗布装置に限らず、所定量の液体を微小吐出する液体塗布装置のノズルとして好適に用いることができる。
Although not shown in FIG. 5, a liquid tank may be separately provided and supplied to the
The liquid discharge nozzle of the present invention is not limited to the above-described liquid application device, and can be suitably used as a nozzle of a liquid application device that finely discharges a predetermined amount of liquid.
次に本発明の液体吐出ノズルについて説明する。図１は本発明の液体吐出ノズルの断面図である。液体吐出ノズル１は、液体流入口２、液体吐出口３、液体流入口２と液体吐出口３とを連通する通路４を有し、ガラス製中空管を加熱延伸された後、所定の長さに切断され、液体流入口内面７がテーパー状に加工されているものである。
Next, the liquid discharge nozzle of the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view of the liquid discharge nozzle of the present invention. The
液体吐出ノズル１の内外径寸法は、外径が１０〜２００μｍ、内径が１〜６０μｍであることが好ましい。液体吐出ノズル１の外径を１０〜２００μｍに限定する理由は、外径が１０μｍより小さいと機械強度が低く製造時の取り扱いが困難であり、外径が２００μｍより大きいと液体吐出時に微小な塗布幅が得られないからである。また、液体吐出ノズル１の内径を１〜６０μｍに限定する理由は、内径が１μｍより小さいと所望の内径の液体吐出ノズル１を得ることが困難であり、内径が６０μｍより大きいと液体吐出時に微小な塗布量が得られないからである。また、液体吐出ノズル１の内外径比（内径／外径）は、０．００５〜０．６であることが好ましい。液体吐出ノズル１の内外径比を前述の範囲にすることが好ましい理由は、内外径比が０．００５未満のものは、肉厚が厚いため、吐出時の塗布量と塗布幅のバランスが悪く、液体吐出ノズルとしては不適である。また、０．６を越えるものは、肉厚が薄いため、製造が困難なうえ、取り扱いにくいからである。
液体吐出ノズル１の全長寸法は、液体吐出ノズル１の固定方法や液体塗布装置２０の仕様により適宜設定されるものであるが、固定の取り付け代を考慮すると、１ｍｍ以上であることが好ましい。
The inner and outer diameters of the
The overall length of the
液体吐出ノズル１の液体流入口内面７は、液体吐出ノズル１の通路内部から液体流入口側の端面５に向けてテーパー状に漸次拡径するものである。液体流入口内面７のテーパー形状は、液体流入口内面７の開口縁と液体流入口側の端面５とが連続的な曲面を形成するような形状であることが好ましい。
The liquid inlet
液体吐出ノズル１の液体流入口側の端面外周縁８は、Ｒ面取り加工されていることが好ましい。尚、液体流入口側の端面外周縁８とは、図２の液体吐出ノズルの別の実施形態の断面図に示すとおり、液体吐出ノズル１の外面と液体流入口側の端面５とのコーナー部をいう。液体吐出ノズル１は、直接もしくは保持部材を用いてシリンジに取り付けられるものである。取り付け方法は、適宜の方法を用いることが可能であるが、例えば保持部材の液体吐出ノズルの外径よりわずかに大きい取り付け穴に対して、液体吐出ノズル１を液体流入口側より挿入し、接着剤を用いて接着固定する方法がある。この際、液体流入口側の端面外周縁８がＲ面取り加工されていることにより、取り付け穴への挿入を円滑に行うことが可能となる。また、挿入時の液体流入口側の端面外周縁８の欠けを防止し、液体への異物混入を防ぐことができる。
The outer
液体吐出ノズル１の液体吐出口側の端面６は、鏡面研磨加工されていることが好ましい。液体吐出口側の端面６が鏡面状であると、端面における液体の濡れ性が悪く、ノズル側面への回り込みなどが起こらない。そのため、液体塗布時の塗布量が安定し、高精度の塗布が可能となる。
The end surface 6 on the liquid discharge port side of the
液体吐出ノズル１のガラス組成は、特に限定されるものではない。本発明の液体吐出ノズルは、加熱延伸することにより所望の外径を得るので、加熱延伸による寸法のばらつきが少なくなるよう、加熱延伸を行う温度域におけるガラス粘度の温度依存性が小さいガラスや失透しにくいガラスを用いることが好ましい。ガラス組成としては、例えばソーダ石灰ガラス、ホウ珪酸ガラス、アルミノ珪酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラス、リン酸塩ガラス等を用いることが可能である。また、透光性のガラスを用いることにより、塗布時のノズル内のエアー噛み込みや洗浄時の状態を、肉眼もしくは拡大鏡など用いて視認することができる。
The glass composition of the
次に本発明の液体吐出ノズルの製造方法について説明する。図３は本発明の液体吐出ノズル１の製造方法の一実施形態を示す流れ図である。
以下、母材（ガラス製中空管）から液体吐出ノズルに至る製造工程の流れを、図３に従って簡単に説明する。まず、ガラス製中空管よりなる母材を加熱延伸し、所定の外径のガラス細管を得る（加熱延伸）。このガラス細管を固定用中空管に複数本挿入し耐侵食性被覆材を充填して固定する（固定用中空管内に固定）。そして、この固定用中空管を適宜の長さに切断する（固定用中空管を切断）。切断された固定用中空管の液体流入口側の端面をエッチング液に浸漬し、固定用中空管に保持された複数のガラス細管の液体流入口内面をテーパー状に加工する（液体流入口内面をテーパー加工）。次に固定用中空管の液体吐出口側の端面を研磨機を用いて鏡面研磨加工する（液体吐出口を研磨加工）。そして、固定用中空管よりガラス細管を取り出す（固定用中空管から取り出し）。取り出されたガラス細管を洗浄・検査して、液体吐出ノズルを得る。
Next, the manufacturing method of the liquid discharge nozzle of this invention is demonstrated. FIG. 3 is a flowchart showing an embodiment of the method for manufacturing the
Hereinafter, the flow of the manufacturing process from the base material (glass hollow tube) to the liquid discharge nozzle will be briefly described with reference to FIG. First, a base material made of a glass hollow tube is heated and stretched to obtain a glass thin tube having a predetermined outer diameter (heated stretching). A plurality of the glass thin tubes are inserted into the fixing hollow tube, filled with an erosion-resistant coating material, and fixed (fixed in the fixing hollow tube). Then, the fixing hollow tube is cut into an appropriate length (cutting the fixing hollow tube). The end surface of the cut fixing hollow tube on the liquid inlet side is immersed in an etching solution, and the inner surfaces of the liquid inlets of a plurality of glass thin tubes held in the fixing hollow tube are processed into a tapered shape (liquid inlet Tapered inner surface). Next, the end surface on the liquid discharge port side of the fixing hollow tube is mirror-polished using a polishing machine (the liquid discharge port is polished). Then, the glass thin tube is taken out from the fixing hollow tube (taken out from the fixing hollow tube). The extracted glass thin tube is cleaned and inspected to obtain a liquid discharge nozzle.
母材となるガラス製中空管は、適宜の方法で製造されたものを用いることができる。例えば、ダンナー法やダウンドロー法等により成形することが可能である。尚、次工程である加熱延伸工程により、所定の外径のガラス細管を得るが、加熱延伸工程では加工前の母材の外径と内径との比と加工後のガラス細管の外径と内径との比は変化せず、加工前後でほぼ相似する外観形状を呈する。したがって、母材となるガラス製中空管の内外径寸法は、液体吐出ノズルの外径と内径との比に近い外径と内径との比であることが好ましい。 The glass hollow tube used as a base material can be manufactured by an appropriate method. For example, it can be formed by a Dunner method, a downdraw method, or the like. In addition, a glass capillary having a predetermined outer diameter is obtained by the heating and stretching process, which is the next process. In the heating and stretching process, the ratio between the outer diameter and inner diameter of the base material before processing and the outer diameter and inner diameter of the processed glass capillary are processed. The ratio of and does not change, and it has a similar appearance before and after processing. Therefore, the inner and outer diameter dimensions of the glass hollow tube as the base material are preferably a ratio of the outer diameter to the inner diameter close to the ratio of the outer diameter to the inner diameter of the liquid discharge nozzle.
加熱延伸工程は、母材を加熱延伸することで細径の中空管を得る工程である。図４に示す加熱延伸装置により説明する。まず、母材１１を加熱炉１８の中に入れ、母材１１の上端を支持部１２にセットして、炉内温度を所定の温度に制御する。ヒーター１３で加熱することで軟化し、自重落下により伸長した母材１１の下端を引き出しローラ１５にセットする。そして引き出しローラ１５を駆動することにより、母材１１が延伸されてガラス細管１７となる。この際、延伸部分の外径が所定の外径となるように、レーザー寸法測定器１４によって外径を検出しながら、引き出しローラ１５の駆動速度及び炉内温度等を制御するため、得られるガラス細管１７の内外径の寸法のばらつきが非常に小さい。引き出されたガラス細管は、引き出しローラ１５の下に配置されたカッター１６で所望の長さに切断されるため、任意の全長のガラス細管１７が得られる。また、加熱延伸することで内外表面の表面粗さが小さく（中心線平均粗さＲａ：５ｎｍ以下）なるため、液体流入口と液体吐出口とを連通する通路の液体の移動が円滑であり、通路内における液体の目詰まりが起こりにくい。
The heating and stretching step is a step of obtaining a hollow tube having a small diameter by heating and stretching a base material. This will be described with reference to the heating and stretching apparatus shown in FIG. First, the
本発明の液体吐出ノズルの製造方法における加熱延伸工程は、２回に分けて行うことが好ましい。理由は、加熱延伸工程後のガラス細管の外径が非常に小さく、母材からガラス細管への縮尺比が大きいためである。１回の加熱延伸工程で所望の外径を得ようとすると、仕掛かり時間（所望の外径までの到達時間）が長くなったり、工程中にガラス細管が断管した場合の復旧に時間を要するからである。一例として、母材の外径に対して１０００分の１の外径のガラス細管を得る場合は、１回目の加熱延伸工程で、１００分の１の外径のガラス中空管を得た後、２回目の加熱延伸工程で先に加熱延伸したガラス中空管を１０分の１の外径になるよう加熱延伸することで、所望の外径のガラス細管を安定して製造することができる。 The heating and stretching step in the method for producing a liquid discharge nozzle of the present invention is preferably performed in two steps. The reason is that the outer diameter of the glass capillary after the heating and stretching step is very small, and the scale ratio from the base material to the glass capillary is large. When trying to obtain the desired outer diameter in a single heating and drawing process, the in-process time (reach time to the desired outer diameter) becomes longer, or it takes time to recover when the glass capillary tube is broken during the process. Because it takes. As an example, when obtaining a glass capillary having an outer diameter of 1/1000 with respect to the outer diameter of the base material, after obtaining a glass hollow tube having an outer diameter of 1/100 in the first heating and stretching step. A glass hollow tube having a desired outer diameter can be stably produced by heat-stretching the glass hollow tube previously heat-stretched in the second heat-stretching step so as to have an outer diameter of 1/10. .
固定用中空管内に固定する工程は、加熱延伸工程で所定の外径となった複数本のガラス細管を、固定用中空管内に束ねた状態で挿入し、ガラス細管外面の隙間に耐侵食性被覆材を充填して固定する。尚、固定用中空管はどのような材質のものでも用いることができる。耐侵食性被覆材としては、後工程にてガラス細管を取り出す必要があることから、熱軟化性ワックスや紫外線硬化樹脂等を用いることが好ましい。 The process of fixing in the fixing hollow tube is performed by inserting a plurality of glass capillaries having a predetermined outer diameter in the heating and stretching step in a bundled state in the fixing hollow tube and coating the outer surface of the glass capillaries with an erosion resistant coating. Fill and fix the material. The fixing hollow tube can be made of any material. As the erosion-resistant coating material, it is preferable to use a heat-softening wax, an ultraviolet curable resin, or the like because the glass capillaries need to be taken out in a later step.
固定用中空管を切断する工程は、ガラス細管が収められた固定用中空管を内周刃スライサー等の切断装置を用いて、所望の長さに切断する。 In the step of cutting the fixing hollow tube, the fixing hollow tube containing the glass thin tube is cut into a desired length using a cutting device such as an inner peripheral slicer.
液体流入口内面をテーパー加工する工程は、切断された固定用中空管の一方の端面（液体流入口側）をエッチング液に浸漬することで、液体流入口内面をテーパー状に加工する。エッチング条件は、硝材やテーパー形状を考慮して、エッチング液の種類や濃度、浸漬時間等を調整する。一例として、エッチング液はフッ酸溶液を用いる。得られる液体流入口内面はテーパー状で平滑性が高いため、液体を液体流入口と液体吐出口とを連通する通路に円滑に導くことが可能であり、液体吐出時の圧力を低く抑えることができる。 In the step of tapering the inner surface of the liquid inlet, the inner surface of the liquid inlet is processed into a taper by immersing one end face (liquid inlet side) of the cut fixing hollow tube in the etching solution. As the etching conditions, the type and concentration of the etchant, the immersion time, and the like are adjusted in consideration of the glass material and the tapered shape. As an example, a hydrofluoric acid solution is used as the etching solution. The inner surface of the resulting liquid inlet is tapered and has high smoothness, so that the liquid can be smoothly guided to the passage that connects the liquid inlet and the liquid discharge port, and the pressure during liquid discharge can be kept low. it can.
また、液体流入口内面をテーパー加工する工程では、同時に液体流入口側の端面外周縁をＲ面取り加工することが好ましい。これは、ガラス細管の外面を覆う耐侵食性被覆材を適宜のものを用いることで可能である。例えば、耐侵食性被覆材として熱軟化性ワックスを用いると、熱軟化性ワックスが軟化状態から冷却固化する際、体積収縮を生じ、ガラス細管と耐侵食性被覆材との間に微小な隙間が生じる。そのため、エッチング液に固定用中空管の端面を浸漬すると、この隙間にエッチング液が入り込むことにより、液体吐出口側の端面外周縁がＲ面取り加工される。
液体流入口側の端面外周縁がＲ面取り加工されていることにより、液体吐出ノズルをシリンジ等のノズル保持部材と接合する際、円滑な挿入が可能となり、組み立て時の破損等を防ぐことができる。また、液体吐出口内面のテーパー加工と同時に液体流入口側の端面外周縁をＲ面取り加工することで、これらの加工を１工程で行うことができ、低コストで製造が可能である。
Further, in the step of tapering the inner surface of the liquid inlet, it is preferable that the outer peripheral edge of the end surface on the liquid inlet side is simultaneously rounded. This is possible by using an appropriate erosion-resistant coating material that covers the outer surface of the glass thin tube. For example, when a heat-softening wax is used as the erosion-resistant coating material, volume shrinkage occurs when the heat-softening wax cools and solidifies from the softened state, and there is a minute gap between the glass capillary and the erosion-resistant coating material. Arise. Therefore, when the end surface of the fixing hollow tube is immersed in the etching solution, the etching solution enters the gap, and the outer peripheral edge of the end surface on the liquid discharge port side is rounded.
Since the outer peripheral edge of the end surface on the liquid inlet side is chamfered, smooth insertion is possible when the liquid discharge nozzle is joined to a nozzle holding member such as a syringe, and damage during assembly can be prevented. . Also, by performing R chamfering on the outer peripheral edge of the end surface on the liquid inlet side at the same time as the taper processing of the inner surface of the liquid discharge port, these processes can be performed in one step, and manufacturing can be performed at low cost.
液体吐出口を研磨加工する工程は、固定用中空管にガラス細管を充填固定したままの状態で、液体流入口内面をテーパー状に加工した液体流入口側の端面と反対の液体吐出口側の端面を片面研磨機にて鏡面研磨加工する。固定用中空管にガラス細管を充填固定したままの状態で液体吐出口を研磨加工するため、複数本のガラス細管をまとめて研磨加工でき、非常に加工効率が良い。また、ガラス細管の側面が固定されているため、ガラス細管を１本ずつ研磨加工する場合と比較して、ガラス細管が破損し難い。また、研磨面の角度等のバラツキも少なくすることができる。
液体吐出ノズルは、液体吐出口側の端面を鏡面研磨加工することで、液体吐出口の液体の濡れ性が下がり液離れが良くなり、液体の塗布量が安定する。また、液体吐出口の目詰まりを防止したり、液体吐出ノズルを簡単な洗浄で液体を洗い落とすことが可能である。
The process of polishing the liquid discharge port is the same as the liquid discharge port side opposite to the end surface on the liquid flow port side where the inner surface of the liquid flow port is tapered with the glass hollow tube filled and fixed to the fixing hollow tube The end surface of the mirror is polished with a single-side polishing machine. Since the liquid discharge port is polished while the glass thin tube is filled and fixed in the fixing hollow tube, a plurality of glass thin tubes can be polished together, and the processing efficiency is very good. Moreover, since the side surface of the glass thin tube is fixed, the glass thin tube is not easily damaged as compared with the case where the glass thin tube is polished one by one. In addition, variations in the angle of the polished surface can be reduced.
In the liquid discharge nozzle, the end surface on the liquid discharge port side is mirror-polished, so that the wettability of the liquid at the liquid discharge port is reduced and the liquid separation is improved, and the liquid application amount is stabilized. In addition, it is possible to prevent clogging of the liquid discharge port and to wash off the liquid by simple cleaning of the liquid discharge nozzle.
固定用中空管から取り出す工程は、固定用中空管内の耐侵食性被覆材を軟化もしくは粘着性を低下させる等して、加工したガラス細管を取り出す。そして、このガラス細管を洗浄・検査等行い、液体吐出ノズルが得られる。 In the step of taking out from the fixing hollow tube, the processed glass thin tube is taken out by softening or reducing the adhesiveness of the erosion resistant coating material in the fixing hollow tube. And this liquid glass nozzle is washed, inspected, etc., and a liquid discharge nozzle is obtained.
（実施例）
実施例として、液体吐出ノズルを以下の方法で作成した。
母材として、外径：３０ｍｍ（寸法ばらつき：±３ｍｍ）、内径：５ｍｍ、長さ：４５０ｍｍのホウ珪酸ガラス製中空管を用意した。
(Example)
As an example, a liquid discharge nozzle was prepared by the following method.
A borosilicate glass hollow tube having an outer diameter of 30 mm (dimensional variation: ± 3 mm), an inner diameter of 5 mm, and a length of 450 mm was prepared as a base material.
このガラス製中空管を加熱延伸装置の加熱炉の中にセットし、炉内温度を８５０℃±１℃以下になるよう制御し、ガラス製中空管を加熱した。そして、軟化・自重落下により伸長したガラス製中空管の下端を手動で引き出し、引き出しローラにセットした。そして、供給速度（０．４ｍｍ／ｍｉｎ）、引き出し速度（２６００ｍｍ／ｍｉｎ）で延伸した。この際、ガラス製中空管をあらかじめ加熱した加熱炉内の所定箇所に保持してから所定の外径となるまで約２時間程度を要した。そして、延伸したガラス細管を引き出しローラの下方に配置されたカッターで所定の長さに切断した。これにより、外径：３００μｍ（寸法ばらつき：±７μｍ）、内径：５０μｍ、長さ：２００ｍｍのガラス細管を得た。 The glass hollow tube was set in a heating furnace of a heating and drawing apparatus, and the temperature inside the furnace was controlled to be 850 ° C. ± 1 ° C. or lower, thereby heating the glass hollow tube. And the lower end of the glass hollow tube extended | stretched by softening and dead weight fall was pulled out manually, and it set to the drawing roller. And it extended | stretched with the supply speed (0.4 mm / min) and the drawing-out speed (2600 mm / min). At this time, it took about 2 hours from the holding of the glass hollow tube at a predetermined location in a preheated heating furnace to the predetermined outer diameter. Then, the stretched glass thin tube was cut into a predetermined length with a cutter disposed below the drawing roller. As a result, a glass capillary having an outer diameter of 300 μm (size variation: ± 7 μm), an inner diameter of 50 μm, and a length of 200 mm was obtained.
次いで、上記の加熱延伸加工にて得られたガラス細管を用いて、２回目の加熱延伸加工を行った。２回目の加熱延伸加工も同様の加熱延伸装置を用い、炉内温度を７００℃±３℃以下になるよう制御し、引き出し速度（５００ｍｍ／ｍｉｎ）で延伸した。この際、ガラス細管をあらかじめ加熱した加熱炉内の所定箇所に保持してから所定の外径となるまで約３分程度を要した。そして、延伸したガラス細管を引き出しローラの下方に配置されたカッターで所定の長さに切断した。これにより、外径：３０μｍ（寸法ばらつき：±５μｍ）、内径：５μｍ、内外径比：０．１７、長さ：１００ｍｍのガラス細管を得た。 Next, the second heat-stretching process was performed using the glass thin tube obtained by the heat-stretching process. In the second heating and stretching process, the same heating and stretching apparatus was used, the furnace temperature was controlled to be 700 ° C. ± 3 ° C. or less, and stretching was performed at a drawing speed (500 mm / min). At this time, it took about 3 minutes from the holding of the glass thin tube at a predetermined location in a preheated heating furnace to the predetermined outer diameter. Then, the stretched glass thin tube was cut into a predetermined length with a cutter disposed below the drawing roller. As a result, a glass capillary having an outer diameter of 30 μm (size variation: ± 5 μm), an inner diameter of 5 μm, an inner / outer diameter ratio of 0.17, and a length of 100 mm was obtained.
次いで、２回目の加熱延伸加工にて得られたガラス細管を、固定用中空管（ガラス製、外径：１０ｍｍ、内径：８ｍｍ）に束ねた状態で収めた。そして、固定用中空管の内面とガラス細管外面及びガラス細管外面どうしの隙間に熱軟化性ワックス（アルコ・シフト・ベースワックス：日化精工製）を充填し、冷却することでガラス細管を固定した。そして、固定用中空管を内周刃スライサーを用いて、長さ３０ｍｍに切断した。 Subsequently, the glass thin tube obtained by the second heat-stretching process was stored in a bundled state in a fixing hollow tube (made of glass, outer diameter: 10 mm, inner diameter: 8 mm). Then, heat softening wax (Arco Shift Base Wax: manufactured by Nikka Seiko Co., Ltd.) is filled in the gap between the inner surface of the fixing hollow tube, the outer surface of the glass tube and the outer surface of the glass tube, and the glass tube is fixed by cooling. did. And the hollow tube for fixation was cut | disconnected to length 30mm using the inner peripheral blade slicer.
次いで、固定用中空管の一方の切断端面をエッチング液中に浸漬することで、テーパー加工を行った。エッチング条件は、フッ酸６．５％溶液に１５分間浸漬した。この加工により、内径（液体流入口側の端面）：１３μｍ、長さ：２００μｍのテーパー状の開口部を得た。また、この加工により、液体流入口側の端面外周縁はＲ４μｍのＲ面取りがされた。 Next, taper processing was performed by immersing one cut end face of the fixing hollow tube in an etching solution. Etching conditions were immersed in a 6.5% hydrofluoric acid solution for 15 minutes. By this processing, a tapered opening having an inner diameter (end surface on the liquid inlet side): 13 μm and a length: 200 μm was obtained. In addition, by this processing, the outer peripheral edge of the end surface on the liquid inlet side was R chamfered to R4 μm.
次いで、固定用中空管にガラス細管を充填固定したままの状態で、テーパー状に加工した端面と反対の端面を片面研磨機にて鏡面研磨加工した。加工条件は、砥粒として１μｍダイヤモンドスラリーを用い、０．１μｍ／ｍｉｎの加工速度にて行い、鏡面状の端面を得た。 Next, the end surface opposite to the tapered end surface was mirror-polished with a single-side polishing machine with the glass hollow tube filled and fixed in the fixing hollow tube. The processing conditions were 1 μm diamond slurry as abrasive grains and a processing speed of 0.1 μm / min to obtain a mirror-like end face.
固定用中空管を加熱して熱軟化性ワックスを軟化させ、ガラス細管を取り出した。そして、ガラス細管を洗浄・検査し、液体吐出ノズルを得た。得られた液体吐出ノズルは、外径：３０μｍ、内径：５μｍ、長さ：３０ｍｍであった。 The fixing hollow tube was heated to soften the heat softening wax, and the glass thin tube was taken out. Then, the glass thin tube was cleaned and inspected to obtain a liquid discharge nozzle. The obtained liquid discharge nozzle had an outer diameter of 30 μm, an inner diameter of 5 μm, and a length of 30 mm.
この液体吐出ノズルを液体塗布装置に接続したところ、破損もなく円滑な接続が可能であった。また、液体の塗布を行ったところ、微小な塗布幅及び塗布量が得られた。また、液体吐出ノズルの目詰まりは発生しなかった。 When this liquid discharge nozzle was connected to the liquid application device, a smooth connection was possible without breakage. Further, when a liquid was applied, a minute application width and application amount were obtained. Further, the liquid discharge nozzle was not clogged.
本発明によれば、従来のノズル材料や加工方法では困難だった微小な内外径寸法を有する液体吐出ノズルを得ることができる。この液体吐出ノズルを液体塗布装置に用いることにより、微小な塗布幅及び塗布量の塗布が可能となる。また、このような液体吐出ノズルを低コストで製造することができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a liquid discharge nozzle having a minute inner and outer diameter that has been difficult with conventional nozzle materials and processing methods. By using this liquid discharge nozzle in a liquid application apparatus, it is possible to apply a minute application width and application amount. Moreover, such a liquid discharge nozzle can be manufactured at low cost.
１…液体吐出ノズル、２…液体流入口、３…液体吐出口、４…通路、５…液体流入口側の端面、６…液体吐出口側の端面、７…液体流入口内面、８…液体流入口側の端面外周縁、１０…加熱延伸装置、１１…母材、１２…支持部、１３…ヒーター、１４…レーザー寸法測定器、１５…引出しローラー、１６…カッター、１７…ガラス細管、１８…加熱炉、２０…液体塗布装置、２１…シリンジ、２２…コントローラ、２３…エアー源、２４…空圧ホース、２５…加圧空間、２６…液体貯留空間、２７…被塗布物、２８…保持部、２９…ピストン。
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