JP2011179468A - 高粘性流体用ディスペンサー - Google Patents

Abstract

【課題】フィラー粒子を含む高粘性流体を長期に亘って安定的に定量吐出可能であり、且つ、クリーンルーム内でも使用可能なディスペンサーを提供すること
【解決手段】フィラー粒子を含み、２５℃における粘度が１０〜１０００Ｐａ・ｓの高粘性流体を吐出するためのディスペンサーであって、
前記高粘性流体を収容し、且つ、前記高粘性流体の排出口を有する容器、
前記容器内の前記高粘性流体を押圧して前記排出口から前記高粘性流体を排出可能なプランジャー、及び、
前記プランジャーを駆動するサーボモーター
を備える高粘性流体供給部、並びに、
前記排出口から排出された前記高粘性流体を搬送するための配管、並びに、
前記配管に接続された開閉可能なバルブ、及び、
前記高粘性流体を吐出するための吐出口
を備える高粘性流体吐出部
を備える、ディスペンサー。
【選択図】図１

Description

本発明は、高粘性流体を定量供給可能なディスペンサー、並びに、その利用に関する。

半導体デバイス等の電子デバイスは使用中に発熱するので、高温による電子デバイスの損傷又は性能低下を回避するために、電子デバイスから熱を除去することが必要である。

電子デバイスの熱を除去する手法としては、例えば、電子デバイス中の半導体素子等の発熱体からの熱をヒートパイプ、ヒートシンク等の放熱体に伝導することが広く実施されている。そして、発熱体からの熱を放熱体に効率よく伝導するために、発熱体と放熱体の間には、例えば、熱伝導性を有するグリースが塗布される。

特開２００８−１９４２６号公報、特開２００８−２７４０３６号公報、及び、特開２００７−９９８２１号公報に記載されるように、熱伝導性を有するシリコーングリースは、例えば、シリコーンオイルをベースとして、酸化亜鉛、酸化アルミニウム等の熱伝導性を有する材料からなるフィラー粒子を比較的多量に含んでおり、粘度が高い。また、前記グリースは半導体素子等の微小な発熱体と放熱体との間に正確に少量ずつ塗布される必要がある。したがって、通常、前記グリースは例えばコンピュータ等により制御可能なポンプを備えたディスペンサーを用いて塗布される。

特開２００８−１９４２６号公報 特開２００８−２７４０３６号公報 特開２００７−９９８２１号公報

しかしながら、フィラー粒子は比較的硬いために、フィラー粒子を含むシリコーングリースをディスペンサーによって塗布すると、フィラー粒子との摩擦によってディスペンサー内部が容易に摩耗する。したがって、摩耗によってディスペンサーの例えばポンプ部分から前記グリースが短時間のうちに漏洩してしまい、ディスペンサーによるグリースの定量供給が困難になるばかりか、漏洩した前記グリースによってディスペンサーの周囲環境を汚染する不都合がある。そして、そのような汚染が発生する可能性がある機器は電子デバイスの製造が行われるクリーンルーム内では使用することができない。

更に、高粘度のシリコーングリースを塗布するために、油圧式駆動機構を有するディスペンサーを使用する場合、油漏れのリスクが常に存在し、環境を汚染するおそれがある。したがって、極めて微量であっても油漏れのリスクが存在する油圧駆動タイプの装置はやはりクリーンルーム内では使用することができない。

本発明は、フィラー粒子を含む高粘性流体を長期に亘って安定的に定量吐出可能であり、且つ、クリーンルーム内でも使用可能なディスペンサーを提供することをその目的とする。

本発明の目的は、フィラー粒子を含み、２５℃における粘度が１０〜１０００Ｐａ・ｓの高粘性流体を吐出するためのディスペンサーであって、
前記高粘性流体を収容し、且つ、前記高粘性流体の排出口を有する容器、
前記容器内の前記高粘性流体を押圧して前記排出口から前記高粘性流体を排出可能なプランジャー、及び、
前記プランジャーを駆動するサーボモーター
を備える高粘性流体供給部、並びに、
前記排出口から排出された前記高粘性流体を搬送するための配管、並びに、
前記配管に接続された開閉可能なバルブ、及び、
前記高粘性流体を吐出するための吐出口
を備える高粘性流体吐出部
を備える、ディスペンサーによって達成される。

本発明のディスペンサーは前記サーボモーターの回転駆動を直線駆動に変換する変換機構を備えることが好ましい。

本発明のディスペンサーは前記プランジャーと前記容器との間にパッキングを備えることが好ましい。

本発明のディスペンサーは前記高粘性流体に加わる圧力を検知して前記バルブの開閉及び／又は前記サーボモーターの駆動を制御可能であることが好ましい。特に、前記バルブの開閉及び／又は前記サーボモーターの駆動の制御によって前記高粘性流体の吐出量を制御可能であることが好ましい。

前記高粘性流体の１回の吐出量は１〜１０ｇであることが好ましい。

本発明のディスペンサーにおいて、前記容器及び／又は前記プランジャーの少なくとも前記高粘性流体と接触する部位が耐摩耗性であることが好ましい。

前記フィラー粒子は、金属、無機酸化物、無機窒化物、及び、無機炭化物からなる群から選択される少なくとも１種からなることが好ましい。また、前記フィラー粒子の配合量が高粘性流体の全質量に対して５０〜９９質量％であることが好ましい。

前記高粘性流体はシリコーングリースであることが好ましい。

本発明のディスペンサーは、フィラー粒子を含む高粘性流体を長期に亘って安定的に定量吐出可能であり、且つ、クリーンルーム内でも使用することができる。したがって、クリーンルーム内での電子デバイスの製造に本発明のディスペンサーを好適に使用することができる。特に、本発明のディスペンサーは、サーボモーターを用いた正確な電気式駆動制御によって、少量であっても正確に高粘性流体を吐出することができるので、発熱体と放熱体との間に少量の高粘性流体を正確に塗布して、電子デバイス用の放熱構造体を容易に製造することができる。

本発明のディスペンサーの一例を示す概略図

本発明の一つの態様はフィラー粒子を含む高粘性流体用のディスペンサーである。

フィラー粒子は、熱伝導性を有する材料から構成されることが好ましく、一種類であってもよく、或いは、二種類以上を併用してもよい。前記フィラー粒子を構成する材料としては、例えば、アルミニウム、金、銀、銅、ニッケル、鉄等の金属；酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化ニッケル、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化バナジウム、酸化銅、酸化鉄、酸化銀等の無機酸化物；窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素等の無機窒化物；炭化ケイ素、カーボン、ダイヤモンド等の無機炭化物；及び、これらの混合物が挙げられる。フィラー粒子を構成する材料は無機酸化物が好ましく、酸化アルミニウム、酸化亜鉛等の金属酸化物がより好ましい。

前記フィラー粒子の配合量は何ら限定されるものではないが、一般に、配合量が少な過ぎると熱伝導性が低下し、また、配合量が多過ぎると熱伝導性は向上するものの高粘性流体の粘度が増大して作業性が低下するので、フィラー粒子の材質によっても異なるが、高粘性流体の全質量に対して５０〜９９質量％、好ましくは６０〜９８質量％、より好ましくは、７０〜９７質量％、更により好ましくは８０〜９６質量％である。

前記高粘性流体は、２５℃における粘度が１０〜１０００Ｐａ・ｓであり、好ましくは１００〜５００Ｐａ・ｓである。粘度が１０Ｐａ・ｓより低いと液だれが起こりやすく、また、１０００Ｐａ・ｓより高いと吐出性が低下するので流体の取扱性が悪化する。粘度はレオメーターを用いて測定される。

前記高粘性流体はグリースの性状を呈することが好ましく、特に、熱伝導性を有するグリースであることが好ましい。そして、前記グリースは、熱線法で測定した２５℃における熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましく、１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上がより好ましく、２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上が更により好ましい。

前記高粘性流体がグリースである場合は、前記フィラー粒子等と共にグリースを構成するベースオイルとして、例えば、鉱油系のパラフィン系オイル及びナフテン系オイルが挙げられ、また、合成油系のαオレフィンポリマー又はオリゴマー、ポリアルキレングリコール、ジエステル（二塩基酸エステル）、トリメリット酸エステル、ポリオールエステル、パーフルオロポリエーテル、ポリフェニルエーテル及びシリコーン等が挙げられる。電気絶縁性及び耐熱性の点で、ベースオイルはシリコーンであることが好ましい。したがって、前記高粘性流体は、シリコーンをベースオイルとするシリコーングリースであることが好ましい。

このようなシリコーングリースは一般に入手可能であり、例えば、東レ・ダウコーニング株式会社製のＳＣ４４７１ＣＶ、ＳＣ４４９０ＣＶ、ＴＣ−５０２１、ＴＣ−５０２２、ＴＣ−５３５１が挙げられる。

本発明のディスペンサーは、上記の高粘性流体を吐出するために使用される。すなわち、本発明のディスペンサーは、フィラー粒子を含み、２５℃における粘度が１０〜１０００Ｐａ・ｓ、好ましくは１００〜５００Ｐａ・ｓの高粘性流体の吐出用ディスペンサーである。

本発明のディスペンサーは、（１）前記高粘性流体を収容し、且つ、前記高粘性流体の排出口を有する容器、前記容器内の前記高粘性流体を押圧して前記排出口から前記高粘性流体を排出可能なプランジャー、及び、前記プランジャーを駆動するサーボモーターを備える高粘性流体供給部、並びに、（２）前記排出口から排出された前記高粘性流体を搬送するための配管、並びに、前記配管に接続された開閉可能なバルブ、及び、前記高粘性流体を吐出するための吐出口を備える高粘性流体吐出部を備える。

本発明のディスペンサーは、フィラー粒子を含む高粘性流体を吐出するにあたり、従来のポンプのような回転体の作用により流体を圧送する機構を採用しないことを特徴の１つとしている。

回転体を使用する従来のポンプでは、フィラー粒子との接触により、回転体自体、及び、当該回転体のシール部分が急速に摩耗して、前記粘性流体の正確な供給は困難となる。更に摩耗が進むと、ポンプから前記高粘性流体が漏洩して、周囲を汚染してしまう。

そこで、本発明のディスペンサーは、高速回転する回転体ではなく、直線運動を行うプランジャーを用いてフィラー粒子を含む高粘性流体を圧送する。これにより、本発明のディスペンサーでは、フィラー粒子を含む高粘性流体と接触する部位がプランジャーの先端周辺に限定される。また、プランジャーは高速回転しないので、高粘性流体とプランジャーとの接触時の両者の相対速度を抑制することができる。したがって、本発明のディスペンサーはフィラー粒子を含む高粘性流体と接触しても摩耗し難く、フィラー粒子による摩耗によって高粘性流体の定量供給が困難となることがない。

また、本発明のディスペンサーは、プランジャーを油圧式駆動機構によって操作しないことをも特徴の１つとしている。

油圧式に限らず一般に液圧式駆動制御では液体を媒介して力を伝えるので、力の伝達にどうしても僅かに時間差が発生する。また、温度によって液体の粘度等の特性が変化して性能に影響が現れる。したがって、電子デバイスの製造等の高い精度が求められる用途では、油圧式ディスペンサーでは求められる精度での吐出量の制御が困難であり、特に、吐出量が少ない程、一定の吐出量を維持することは極めて困難である。

そこで、本発明のディスペンサーではサーボモーターを用いた電気式駆動機構によってプランジャーを駆動制御する。サーボモーターは完全に電気的に駆動制御されるのでプランジャーを極めて正確に駆動できる。したがって、電子デバイスの製造等の用途においても、吐出量が少なくても、高い精度で吐出量をコントロールできる。しかも、油等の液体を使用しないので、本発明のディスペンサーはクリーンルーム内でも使用することができる。また、電気式駆動制御は油圧式駆動制御に比べてエネルギー効率でも優れている。

したがって、本発明のディスペンサーは、摩耗に強いプランジャーによる圧送、且つ、サーボモーターによる電気式駆動制御を採用することにより、フィラー粒子を含む高粘性流体を長期に亘って安定的に定量吐出可能であり、且つ、クリーンルーム内でも使用することができる。

ところで、フィラー粒子を含むグリース等の高粘性流体の圧送には大きな出力が要求されるので、大出力を容易に得ることができる油圧式駆動制御を使用することが通常であるが、本発明のディスペンサーは例えば１〜１０ｇ程度の比較的少量の高粘性流体を吐出するので、サーボモーターによる駆動によって十分に吐出力を得ることができる。

なお、サーボモーターには回転駆動するものと直線駆動するもの（リニアサーボモーター）が存在する。リニアサーボモーターを使用する場合は、リニアサーボモーターをプランジャーと直結することができるが回転駆動するものについては、サーボモーターの回転駆動を直線運動に変換するための、スクリュージャッキ、ボールネジ等の変換機構を備えることが好ましい。

以下、図面を参照しつつ、本発明のディスペンサーの実施の形態を説明する。図１は、本発明のディスペンサーの一例を示す概略図である。

図１に示すディスペンサーは、ケーシング１内に、フィラー粒子を含むグリース等の高粘性流体Ｍを収容する耐圧容器３を備えており、耐圧容器３はその底面近傍に排出口３ａを有する。図１の例では排出口３ａは１つであるが、排出口は複数存在してもよい。

図１に示す例では、耐圧容器３は上端面が開放された円筒形であり、当該上端面から耐圧容器３の内周形状に合致する円筒形の先端部２ａを備えたプランジャー２が耐圧容器３内の高粘性流体Ｍを押圧可能に耐圧容器３内に嵌入している。プランジャー２は上下方向に移動自在となるようにそのシャフト２ｂがスクリュージャッキ６によって保持されている。なお、シャフト２ｂは図示しない開口を介してケーシング１の上面を貫通している。

スクリュージャッキ６はカップリング５を介して回転駆動タイプのサーボモーター４の回転駆動軸に接続されており、サーボモーター４の回転駆動は当該軸からカップリング５を介してスクリュージャッキ６に伝達可能とされている。サーボモーター４は図示を省略する制御システムによって制御可能とされている。スクリュージャッキ６はサーボモーターの回転駆動を直線駆動に変換してプランジャー２に伝達する変換機構として機能するが当該変換機構としてはスクリュージャッキに限らず、例えば、ボールネジ等を使用してもよい。

図１に示す例では、耐圧容器３、プランジャー２、及び、サーボモーター４が高粘性流体供給部Ａを構成している。

液密性を高めるために、プランジャー２と耐圧容器３との接触部位にはパッキングを設けることが好ましい。パッキングの材質としては特に限定されるものではないが、高粘度流体Ｍ中のフィラー粒子との接触による摩耗を防止するために少なくともパッキングの表面は耐摩耗性材料から構成されることが好ましい。

耐圧容器３及びプランジャー２の先端部２ａはフィラー粒子を含む高粘性流体Ｍと接触する部分なので、少なくとも耐圧容器３の内周面、及び、先端部２ａの表面は耐摩耗性材料から構成されることが好ましい。耐摩耗性材料は特に限定されるものではなく、例えば、高クロム鋼、各種の硬質セラミックス等の公知の耐摩耗性材料を使用することができる。

また、図１に示すディスペンサーは、耐圧容器３の排出口３ａに接続され、排出口３ａから排出された高粘性流体Ｍを搬送する配管７を有しており、配管７の始端周辺及び終端周辺に配管７内の圧力を測定する圧力計１０、１１がそれぞれ設置されている。圧力計１０、１１は上記の図示を省略する制御システムに接続されており、圧力計１０、１１の測定結果に基づいてサーボモーター４が駆動制御可能とされている。配管７は高粘性流体Ｍを吐出するノズル９を備えたバルブ８に接続されており、配管７によって搬送された高粘性流体Ｍはバルブ８及びノズル９を介して吐出可能とされている。なお、バルブ８はノズル９と一体化する必要はなく、配管７の任意の場所に配置することが可能であるが、正確な吐出量制御のためには図１に示すようにノズル９にできるだけ近い位置に設けることが好ましい。

図１に示す例では、配管７、バルブ８、及び、ノズル９が高粘性流体吐出部Ｂを構成している。

図１に示すディスペンサーを用いて高粘度流体Ｍを吐出する場合は、まず、耐圧容器３内に高粘度流体Ｍを供給する。図１に示す例では、プランジャー２を上方に引き上げて耐圧容器３の上端面を開放して図示しない供給手段からフィラー粒子を含む高粘度流体Ｍを耐圧容器３内に供給する。なお、耐圧容器３内に供給口を設け、当該供給口より高粘度流体Ｍを耐圧容器３内に供給してもよい。この場合は、前記上端面を開放する必要がないので、高粘度流体Ｍへの外界からの汚染物質の混入のおそれを回避することができる。

次に、図示を省略する前記制御システムからの信号によりサーボモーター４を駆動させ、プランジャー２を耐圧容器３内に押込み、耐圧容器３内の高粘性流体を押圧する。これにより、高粘性流体Ｍは耐圧容器３の排出口３ａから配管７に排出される。そして、排出口３ａから排出された高粘性流体Ｍは配管７内を圧送され、バルブ８を介してノズル９から吐出される。

配管７内の高粘性流体Ｍの圧力は圧力計１０、１１によって検知され、前記制御システムに伝達される。図１に示す例では、前記制御システムに伝達された情報に基づいて、サーボモーター４及び／又はバルブ８が駆動制御される。例えば、バルブ８が開いている間は高粘性流体Ｍの圧力低下を補償するためにサーボモーター４の回転数を増大してプランジャー２の押圧力を増大させる一方で、バルブ９が閉じている間はサーボモーター４の回転数を減少させてプランジャー２の押圧力を減少させることにより、バルブ８が開放されている間の高粘度流体Ｍの圧力を目標値に維持して、吐出量を一定に制御することができる。これによって、ノズル９からの高粘性流体Ｍの吐出量を極めて正確に制御することができる。ノズル９からの高粘性流体Ｍの１回当たりの吐出量は特に限定されるものではないが、１〜１０ｇが好ましく、１〜５ｇであってもよい。

なお、耐圧容器３及び／又は配管７に温度計を設置し、高粘性流体Ｍの温度を検知して、検知結果に基づいてサーボモーター４の回転及び／又はバルブ８の開閉を制御してもよい。

既述したとおり、本発明のディスペンサーはクリーンルーム内で使用することができるので、クリーンルーム内で行われる上記の各種放熱構造体を備えた電子デバイスの製造に好適に使用することができる。

特に、本発明のディスペンサーは、サーボモーターを用いた正確な電気式駆動制御によって、少量であっても長期に亘って正確に高粘性流体を吐出することができるので、電子デバイス用途に求められる高い精度で放熱構造体を製造することができる。

以下、実施例及び比較例により本発明をより詳細に例証するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
図１に示すディスペンサーを使用して熱伝導率２．９W／ｍKのシリコーングリース（東レ・ダウコーニング株式会社製のＴＣ−５３５１）を間欠的に一定量ずつ吐出した。レオメーター（ＴＡインスツルメンツ社製のＡＲ５５０）を用いて、ジオメトリー：直径２０ｍｍのパラレルプレート、ギャップ：２００μｍ、シェアレイト：１０.０（１／ｓ）の条件で粘度を測定したところ、このシリコーングリースの２５℃における粘度は３１８Pa・ｓであった。

具体的には、サーボモーター４を駆動してプランジャー２によって耐圧容器３内のシリコーングリースを押圧しつつ、バルブ８を１５秒開放して、その間にノズル９から吐出されるグリースの吐出重量を測定して、吐出安定性を評価した。シリコーングリースの吐出は４０００回行われた。結果を表１に示す。

その後、５００時間経過時点まで吐出を行ったが、ディスペンサーの高粘度流体供給部においてグリースの漏れ等の問題は確認されなかった。

［比較例１］
図１において、高粘度流体供給部をペールポンプ（タイヨーテクノ株式会社製）に変更した以外は実施例１で使用したディスペンサーを使用して、実施例と同様にシリコーングリースの吐出量の経時変化を評価した。評価開始から３００時間経過後にペールポンプのシャフトからのシリコーングリースの漏れが顕著となり、４７５時間後には漏れが大量となった。シャフト並びにシャフト近傍のパッキングを分析したところ、両方とも、かなりの摩耗が発生していた。

［比較例２］
図１において、プランジャー２の駆動手段をサーボモーター４から油圧シリンダに変更した以外は実施例１で使用したディスペンサーを使用して、実施例１と同様にしてシリコーングリースの吐出量の経時変化を評価した。結果を表２に示す。

実施例に比べて比較例２では、吐出初期においてさえ、吐出量のばらつきが大きいことが分かる。したがって、油圧による駆動系を使用して高粘度のシリコーングリースを正確に定量供給することは困難である。

本発明のディスペンサーは、例えば、クリーンルーム内での電子デバイスの製造に好適に使用することができる。特に、半導体素子等の発熱体と、ヒートパイプ又はヒートシンク等の放熱体との間に熱伝導性のグリースが存在するタイプの放熱構造体を含む電子デバイスの製造に好適に使用することができる。

１ ケーシング：２ プランジャー：３ 耐圧容器：４ サーボモーター：５ カップリング：６ スクリュージャッキ：７ 配管：８ バルブ：９ ノズル：１０、１１ 圧力計

Claims (10)

1. フィラー粒子を含み、２５℃における粘度が１０〜１０００Ｐａ・ｓの高粘性流体を吐出するためのディスペンサーであって、
   前記高粘性流体を収容し、且つ、前記高粘性流体の排出口を有する容器、
   前記容器内の前記高粘性流体を押圧して前記排出口から前記高粘性流体を排出可能なプランジャー、及び、
   前記プランジャーを駆動するサーボモーター
   を備える高粘性流体供給部、並びに、
   前記排出口から排出された前記高粘性流体を搬送するための配管、並びに、
   前記配管に接続された開閉可能なバルブ、及び、
   前記高粘性流体を吐出するための吐出口
   を備える高粘性流体吐出部
   を備える、ディスペンサー。
2. 前記サーボモーターの回転駆動を直線駆動に変換する変換機構を備える、請求項１記載のディスペンサー。
3. 前記プランジャーと前記容器との間にパッキングを備える、請求項１又は２記載のディスペンサー。
4. 前記高粘性流体に加わる圧力を検知して前記バルブの開閉及び／又は前記サーボモーターの駆動を制御する、請求項１乃至３のいずれかに記載のディスペンサー。
5. 前記バルブの開閉及び／又は前記サーボモーターの駆動の制御によって前記高粘性流体の吐出量を制御する、請求項１乃至４のいずれかに記載のディスペンサー。
6. 前記高粘性流体の１回の吐出量が１〜１０ｇである、請求項１乃至５のいずれかに記載のディスペンサー。
7. 前記容器及び／又は前記プランジャーの少なくとも前記高粘性流体と接触する部位が耐摩耗性である、請求項１乃至６のいずれかに記載のディスペンサー。
8. 前記フィラー粒子が、金属、無機酸化物、無機窒化物、及び、無機炭化物からなる群から選択される少なくとも１種からなる、請求項１乃至７のいずれかに記載のディスペンサー。
9. 前記フィラー粒子の配合量が高粘性流体の全質量に対して５０〜９９質量％である、請求項１乃至８のいずれかに記載のディスペンサー。
10. 前記高粘性流体がシリコーングリースである、請求項１乃至９のいずれかに記載のディスペンサー。

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