JP2001046937A - 粘性液体塗布装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非接触塗布方式と描画塗布方式とを単一の塗
布ヘッドで行える粘性液体塗布装置を提供する。 【解決手段】 ノズル８を有し塗布ヘッドをなすシリン
ダ４の一端開口を覆ってシリンダ４を密閉可能に構成す
るキャップ９と、シリンダ４内の粘性液体１４をバレル
１３を介して加圧するエア供給路Ｌ１と、シリンダ４内
においてノズル８に対向して往復運動自在に設けられノ
ズル８に接近離間する際の圧力変動によって粘性液体１
４を吐出させるプランジャ１５とを備えたものにおい
て、前記キャップ９およびプランジャ１５は交換可能に
脱着自在に設け、粘性液体１４を噴出する状態と吐出す
る状態とに切り替え可能に構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品を基板に
実装する際の接着剤など、粘性液体を塗布する粘性液体
塗布装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子部品を回路基板上にはんだ付けする
一法に、回路基板の接合電極間に接着剤を塗布し、部品
装着し、接着剤を加熱硬化させて装着部品を仮固定し、
最後に溶融はんだを噴流して装着部品を接合させるフロ
ーはんだ付け工法がある。このフローはんだ付け工法に
おいて接着剤を塗布する塗布装置は図７に示すようなも
のである。塗布に際しては、回路基板４１を保持したＹ
移動テーブル４２、および塗布ヘッド４３を保持したＸ
移動ロボット４４がそれぞれ移動して、回路基板４１の
塗布対象部の上方に塗布ヘッド４３を配置し、それに伴
って塗布ヘッド４３が下降して下端部において回路基板
４１の塗布対象部に接触する。この状態において、エア
ーバルブ（図示せず）が開かれてバレル４５にエアが送
り込まれ、このバレル４５に連通した塗布ヘッド４３内
の接着剤がノズル４６の先端から押し出されて、回路基
板４１の表面に転写する状態で塗布される。この時の接
着剤の塗布量は、ノズル孔径、エアー圧力、エアーバル
ブの解放時間、ノズル先端部の温度などの条件で決ま
る。塗布が終了したら、塗布ヘッド４３はただちに上昇
して、ＮＣプログラム上で指示された次の塗布対象部に
移動し、同様にして接着剤の塗布が行われる。塗布が完
了した回路基板４１は次の電子部品装着行程へ移動し、
部品装着、接着剤硬化、およびはんだ付け行程を経て完
成する。

【０００３】しかし、上記したような塗布装置では、塗
布ヘッド４３の上下動作時間が必要なため、さらなる高
速化は望みにくい。また、塗布ヘッド４３の上昇時に接
着剤が糸状に伸び、ひげ状に塗布されたり、飛び散った
りするなど、塗布精度は必ずしも良好でなく、接合電極
上に接着剤がかかってはんだ付け不良に至る原因ともな
っている。このため、接着剤について塗布精度を高める
ために粘度特性等の改善がなされているものの、塗布品
質の面から塗布速度の高速化は容易ではない。

【０００４】このため、塗布ヘッドの上下動作をなくす
ことで高速化を図る試みがなされており、ノズルから接
着剤を噴射して非接触で基板に供給するジェット方式が
考案されている。ジェット方式のための塗布ヘッドは図
８に示すようなものであり、接着剤４７を充填したシリ
ンダ４８の内部に、エアーシリンダ４９のエア圧によっ
て任意のストロークおよび速度で往復運動するプランジ
ャ５０が、ノズル５１に対向して設けられている。

【０００５】塗布に際しては、待機状態ではノズル５１
周りのシリンダ内面に押圧されているプランジャ５０を
一旦後退させ、その後に再びシリンダ内面に接触するま
で前進させることで、プランジャ５０の前方の接着剤４
７を圧縮する。これにより、プランジャ５０の前進開始
時には接着剤４７がプランジャ５０の外周に回り込むた
め圧力が高まらず噴射は起こらないものの、プランジャ
５０がシリンダ内面に衝突する寸前、接着剤４７が回り
込まなくなった段階で圧力上昇が生じて、ノズル５１の
先端から接着剤４７が噴射する。噴射された接着剤４７
は基板（図示せず）に到達し、ノズル５１の先端との間
で分断されて、塗布対象部に塗布される。なおこの時に
は、圧力上昇が急激なほど噴射量が増し、安定性が向上
し、その勢いはプランジャ５０の衝突速度によって変化
する。

【０００６】一方、ソルダーペーストや導電ペーストの
塗布に際しては、描画によって線状あるいは平面状に塗
布するのが好ましいため、図９に示すような、エア圧力
で移動するピストン５２によって粘性液体５３を吐出孔
５４より押し出すようにしたエア方式塗布ヘッド５５
や、図１０に示すような、スクリュ５６によって粘性液
体５７を吐出孔５８より押し出すようにしたスクリュ方
式塗布ヘッド５９が一般的に使用されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、粘性
液体を高速で塗布するには非接触塗布方式が適している
が、線状および面状に描画塗布する方式とは塗布ヘッド
の構造が相違しているため、つまり非接触塗布方式では
急激に押し出すのに適したプランジャ等が使用されてい
るのに対し、描画塗布方式ではピストンやスクリュ等の
徐々に押し出す手段が適しているため、単一の装置で両
方の塗布方式を行なうことは不可能であった。したがっ
て、両方式の塗布を行なう場合にはそれぞれの塗布装置
が必要であり、そのための設備投資が必要であった。

【０００８】本発明は上記課題を解決するもので、非接
触塗布方式と描画塗布方式とを単一の塗布ヘッドで行え
る粘性液体塗布装置を提供することを目的とするもので
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１記載の粘性液体塗布装置は、ノズ
ルを有しシリンダの一端開口を覆ってシリンダを密閉可
能に構成するキャップと、前記シリンダ内に充填された
粘性液体を加圧する加圧手段と、前記シリンダ内におい
てノズルに対向してシリンダの軸心方向に往復運動自在
に設けられノズルに接近離間する際の圧力変動によって
粘性液体を吐出させる圧力調節素子とを備えて、粘性液
体を対象物に塗布する粘性液体塗布装置において、前記
キャップおよび圧力調節素子は交換可能に脱着自在に設
け、圧力調節素子をノズル側へ進出させてノズル周りの
キャップ内面に接触させる時の加圧力により粘性液体を
対象物に噴射する状態と、圧力調節素子をノズル側より
後退させてノズル周りのキャップ内面から離間させ前記
加圧手段からの圧力により粘性液体を吐出する状態とに
切り替え可能に構成したことを特徴とする。

【００１０】この構成によれば、キャップと圧力調節素
子とを交換するだけで、単一のシリンダによって、対象
物に非接触で粘性液体を液滴にして塗布する噴射塗布と
描画塗布とを行える。請求項２記載の粘性液体塗布装置
は、請求項１記載の構成において、噴射用の圧力調節素
子は先端部を平面状に形成し、噴射用のキャップはノズ
ル周りの内面に前記圧力調節素子の平面状の先端部で覆
われる凹状圧力室を形成し、吐出用の圧力調節素子は先
端部を針状に形成し、吐出用のキャップはノズル周りの
内面に前記圧力調節素子の針状の先端部に嵌合する嵌合
凹部を形成したことを特徴とする。

【００１１】この構成によれば、噴射塗布の際には、噴
射用の圧力調節素子の平面状の先端部とキャップの凹状
圧力室とで粘性液体の圧力を効果的に高めることがで
き、粘性液体を確実かつ高い位置精度で噴射させること
ができる。また描画塗布の際には、吐出用の圧力調節素
子の針状の先端部とキャップの嵌合凹部とで、粘性液体
に余分な圧力をかけることなくノズル流路を開閉するこ
とができ、加圧手段からの圧力による粘性液体の吐出を
スムーズに行える。

【００１２】請求項３記載の粘性液体塗布装置は、請求
項１または請求項２のいずれかに記載の構成において、
シリンダを塗布対象位置に移動させる移動手段と、シリ
ンダに装着された圧力調節素子の往復運動を駆動する駆
動手段とを電気信号により動作させる制御手段を設け、
この制御手段により自動的に、移動手段によるシリンダ
の移動完了後に駆動手段を動作させて圧力調節素子を往
復運動させることにより粘性液体を対象物に噴射し、噴
射完了後に移動手段を動作させてシリンダを移動させる
噴射塗布工程と、移動手段によるシリンダの移動と同期
して駆動手段を動作させて圧力調節素子を往復運動させ
ることにより、圧力調節素子の後退時に加圧手段からの
圧力で粘性液体を対象物上に吐出させ、吐出完了後に移
動手段を動作させてシリンダを移動させる描画塗布工程
とを実施するように構成したことを特徴とする。

【００１３】この構成によれば、噴射塗布工程と描画塗
布工程をそれぞれ自動で行える。請求項４記載の粘性液
体塗布方法は、粘性液体が充填されたシリンダを用いて
対象物に粘性液体を塗布するに際して、噴射塗布時に
は、前記シリンダに噴射用のキャップと圧力調節素子と
を装着した状態において、圧力調節素子をノズル側へ進
出させてノズル周りのキャップ内面に接触させる時の加
圧力により粘性液体をノズルより対象物に噴射し、描画
塗布時には、前記シリンダに吐出用のキャップと圧力調
節素子とを装着した状態において、シリンダ内の粘性液
体を加圧手段で加圧しつつ、圧力調節素子をノズル側よ
り後退させてノズル周りのキャップ内面から離間させる
ことにより、加圧手段からの圧力によって粘性液体をノ
ズルより吐出することを特徴とする。

【００１４】この構成によれば、キャップと圧力調節素
子とを交換するだけで噴射塗布と描画塗布とを行えるの
で、種々の塗布工程をその場で行うことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態における粘性
液体塗布装置は、電子部品を基板に仮固定する接着剤、
導伝ペースト、半導体用封止剤などの粘性液体を塗布す
るに際し、基板に非接触状態で粘性液体を液滴にして噴
射塗布する噴射塗布方法と、粘性液体を線状または面状
に描画塗布する描画塗布方法とを同一の塗布ヘッドで行
なうものである。

【００１６】図１に示すように、この粘性液体塗布装置
は先に図７を用いて説明した接着剤塗布装置とほぼ同様
の構成を有しており、ロボット架台１の上方と下方にそ
れぞれ、Ｘ移動ロボット２とＹ移動テーブル３とを備
え、Ｘ移動ロボット２に塗布ヘッド４を取り付け、Ｙ移
動テーブル３上に基板５を保持している。ロボット架台
１、Ｘ移動ロボット２、Ｙ移動テーブル３、塗布ヘッド
４には、これらに対して後述するような制御を行うコン
トローラ６が接続している。

【００１７】図２に詳細に示すように、塗布ヘッド４を
構成するシリンダ７は下部シリンダ７ａと上部シリンダ
７ｂとに分割形成されていて、下部シリンダ７ａの下端
開口はノズル８を中央部に備えたキャップ９により覆わ
れ、上部シリンダ７ｂの上端開口はエアシリンダ１０に
よって覆われている。下部シリンダ７ａと上部シリンダ
７ｂとの接合部には、エアシリンダ１０によるプランジ
ャ軸１１のシリンダ軸心方向の出退を案内し、プランジ
ャ軸１１周りをシールするプランジャガイド１２が設け
られており、下部シリンダ７ａに、バレル１３より供給
される粘性液体１４が充填されようになっている。プラ
ンジャ軸１１の端部には、プランジャ軸１１に伴われて
出退して、対向するノズル８に接近離間する際に圧力変
動を生ぜしめ、粘性液体１４を吐出させるプランジャ１
５が取り付けられている。

【００１８】エアシリンダ１０およびバレル１３に駆動
圧としての加圧エアを供給するエア供給路Ｌ１，Ｌ２に
はそれぞれ、電磁バルブ１６、１７が設けられていて、
この電磁バルブ１６、１７に、上述したコントローラ６
が接続している。このコントローラ６は、電磁バルブ１
６を制御してエアシリンダ１０のエア圧を調節し、プラ
ンジャ軸１１を介してプランジャ１５を所定のストロー
ク、所定の速度で往復運動させ、待機時にはノズル８周
りのキャップ９内面に押圧する。また、電磁バルブ１７
を制御してバレル１３のエア圧を調節し、バレル１３内
の粘性液体１４を介してシリンダ７内の粘性液体１４を
常時、加圧する。１８はシリンダの下部を覆って設けら
れたヒータである。

【００１９】キャップ９およびプランジャ１５は、図３
にも拡大して示すように、噴射塗布用のものであり、図
４に示す描画塗布用のキャップ１９およびプランジャ２
０ともども、脱着自在に設けられていて、互いに交換可
能である。噴射塗布用のプランジャ１５は柱状をなし、
プランジャ軸１１の端部に形成された螺合部１１ａに螺
合する螺合部１５ａを一端部に有しており、他端部にフ
ラットな接触面１５ｂを有している。噴射塗布用のキャ
ップ９はコの字状断面を持った形状をなし、下部シリン
ダ７ａの外周面に形成された螺合部７ｃに螺合する螺合
部９ａを内周面に有しており、ノズル８周りの内面にプ
ランジャ１５の接触面１５ｂで覆われる凹状の圧力室９
ｂが形成されている。

【００２０】描画塗布用のプランジャ２０は柱状をなし
ており、プランジャ軸１１の端部の螺合部１１ａに螺合
する螺合部２０ａを一端部に有し、他端部は針状部２０
ｂとして形成されている。描画塗布用のキャップ１９は
コの字状断面を持った形状をなし、下部シリンダ７ａの
外周面の螺合部７ｃに螺合する螺合部１９ａを内周面に
有しており、ノズル２１周りの内面にプランジャ２０の
針状部２０ｂに嵌合する嵌合部１９ｂが形成されてい
る。

【００２１】以下、上記構成における作用を説明する。
噴射塗布は、噴射塗布用のキャップ９およびプランジャ
１５を装着したシリンダ７を、Ｘ移動ロボット２とＹ移
動テーブル３とによって基板５の塗布対象部のやや上方
に位置決めした状態で行われる。すなわち、ノズル８周
りのキャップ９内面に押圧されているプランジャ１５が
エアシリンダ１０により一旦後退し、その後に直ちに前
進してノズル８周りのキャップ９内面に接触し、その際
に、プランジャ１５の平面状の接触面１５ｂによって前
方の粘性液体１４が圧縮され、圧力室９ｂで圧力が高ま
って、ノズル８の先端から噴射される。噴射された粘性
液体１４は基板５に到達し、ノズル８の先端との間で分
断されて、基板５の塗布対象部に塗布される。

【００２２】このとき、粘性液体１４を確実かつ高い位
置精度で噴射するには、エア圧によって加圧されている
粘性液体１４を、プランジャ１５がノズル８周りのキャ
ップ９内面に衝突する直前の箇所で急激に圧力上昇させ
る必要があるため、コントローラ６により、電磁バルブ
１６にプランジャ動作信号としての電気信号を供給しし
て、通電時間中はプランジャ１５が後退し、OFF後は前
進するようにしておく。通電時間は、１５ｍｓ〜２０ｍ
ｓが適切である。

【００２３】このときの動作タイミングは図５に示すよ
うなものであり、Ｘ移動ロボット２、Ｙ移動テーブル３
の移動信号による位置決め完了時に電磁バルブ１６にプ
ランジャ動作信号が供給されて、この電磁バルブ１６に
より駆動されるエアシリンダ１０によってプランジャ１
５が後退し始め（Ａ点）、その後に直ちに電気信号がＯ
ＦＦされてプランジャ１５が前進し（Ｂ点）、粘性液体
１４が噴射塗布される。なおこのとき、電磁バルブ１６
とエアシリンダ１０の応答遅れ分として図示したように
約１０ｍｓだけ早くＯＮ，ＯＦＦさせることで、粘性液
体１４をノズル２１の軌道線上に塗布させる。噴射が完
了すると同時にＸ移動ロボット２、Ｙ移動テーブル３が
動作し、次の塗布ポイントへ位置決めを開始する。

【００２４】描画塗布は、シリンダ７に、描画塗布用の
キャップ１９およびプランジャ２０を装着した状態で行
われる。すなわち、図６に示すように、Ｘ移動ロボット
２、Ｙ移動テーブル３の動作中に同期して電磁バルブ１
６に電気信号が供給され、この電磁バルブ１６により駆
動されるエアシリンダ１０によってプランジャ２０が後
退し始めて（Ａ点）ノズル２１流路が開放され、バレル
１３を介してシリンダ７内に作用するエア圧によってノ
ズル２１の先端から粘性液体１４が押し出され、基板１
４の塗布対象部に転写する状態で塗布される。その後に
電気信号がＯＦＦされてプランジャ２０が前進し始め
（Ｂ点）、その先端の針状部２０ｂが嵌合部１９ｂに嵌
合することで吐出が完了する。この時のプランジャ２０
は吐出弁の役目を果たし、針状部２０ｂ、嵌合部１９ｂ
の形状により粘性液体１４のスムーズな吐出を案内す
る。吐出が完了すると同時にＸ移動ロボット２、Ｙ移動
テーブル３が動作し、次の塗布ポイントへ位置決めを開
始する。描画動作が開始される前にはシリンダ７が下降
し、描画完了時にはシリンダ７が上昇するが、これらの
下降動作および上昇動作は、コントローラ６のプログラ
ムの選択により、瞬時に切り替え可能である。

【００２５】なお、平面状に描画する場合は、線幅量ず
らして上記した線状描画方法が繰り返される。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明の粘性液体塗布装置
によれば、粘性液体が充填されるシリンダに、ノズルを
有したキャップと圧力調節素子とを交換可能に脱着自在
に設けたことにより、単一の装置で、非接触式にて粘性
液体を噴射する噴射塗布と、線状あるいは面状に塗布す
る描画塗布とを行うことができ、塗布工程の高速化、塗
布精度の向上、装置構成の簡素化を実現できる。

【００２７】その際に、噴射用の圧力調節素子の先端部
を平面状とし、この平面状先端部で覆われる凹状圧力室
を噴射用のキャップに設けたことで、粘性液体の圧力を
効果的に高めることができ、粘性液体を確実かつ高い位
置精度で噴射させることができる。また吐出用の圧力調
節素子の先端部を針状とし、この針状先端部と嵌合する
嵌合凹部を吐出用のキャップに設けたことで、粘性液体
に余分な圧力をかけることなくノズル流路を開閉するこ
とができ、加圧手段からの圧力による粘性液体の吐出を
スムーズに行える。

【００２８】また、シリンダを塗布対象位置に移動させ
る移動手段と圧力調節素子の往復運動を駆動する駆動手
段とを電気信号により所定の方式で動作させる制御手段
とを設けたことにより、噴射塗布工程と描画塗布工程を
それぞれ自動で行える。本発明の粘性液体塗布方法によ
れば、ノズルを有したキャップと圧力調節素子とを交換
するだけで噴射塗布と描画塗布とを行えるので、複数の
塗布工程をその場で行うことができ、作業ラインを短縮
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における粘性液体塗布装置
の概略全体構成を示す斜視図

【図２】噴射塗布時の塗布ヘッドの構成を示す断面図

【図３】図２の塗布ヘッドの一部拡大断面図

【図４】描画塗布時の塗布ヘッドの構成を示す一部拡大
断面図

【図５】噴射塗布時の動作タイミングを示すチャート

【図６】描画塗布時の動作タイミングを示すチャート

【図７】従来の接触式接着剤塗布装置の概略全体構成を
示す斜視図

【図８】従来の非接触塗布装置に用いられる噴射ヘッド
の断面図

【図９】エア方式塗布ヘッドの断面図

【図１０】スクリュ方式塗布ヘッドの断面図

【符号の説明】

２ X移動ロボット ３ Y移動テーブル ４ シリンダ ５ 回路基板 ６ コントローラ ８ ノズル ９ キャップ(噴射用) 9b 圧力室 10 エアシリンダ 14 粘性液体 15 プランジャ(噴射用) 15a 螺合部 15b 接触面 L1 エア供給路 19 キャップ(描画用) 19a 螺合部 19b 嵌合部 20 プランジャ(描画用) 20a 螺合部 20b 針状部 21 ノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 俊二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 4D075 AC08 AC09 AC95 CA47 DB14 DB31 DC21 4F033 AA14 BA03 CA04 DA01 EA01 4F041 AA06 BA04 BA34

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズルを有しシリンダの一端開口を覆っ
   てシリンダを密閉可能に構成するキャップと、 前記シリンダ内に充填された粘性液体を加圧する加圧手
   段と、 前記シリンダ内においてノズルに対向してシリンダの軸
   心方向に往復運動自在に設けられノズルに接近離間する
   際の圧力変動によって粘性液体を吐出させる圧力調節素
   子と を備えて、粘性液体を対象物に塗布する粘性液体塗布装
   置において、 前記キャップおよび圧力調節素子は交換可能に脱着自在
   に設け、 圧力調節素子をノズル側へ進出させてノズル周りのキャ
   ップ内面に接触させる時の加圧力により粘性液体を対象
   物に噴射する状態と、 圧力調節素子をノズル側より後退させてノズル周りのキ
   ャップ内面から離間させ前記加圧手段からの圧力により
   粘性液体を吐出する状態とに切り替え可能に構成したこ
   とを特徴とする粘性液体塗布装置。
2. 【請求項２】 噴射用の圧力調節素子は先端部を平面状
   に形成し、噴射用のキャップはノズル周りの内面に前記
   圧力調節素子の平面状の先端部で覆われる凹状圧力室を
   形成し、 吐出用の圧力調節素子は先端部を針状に形成し、吐出用
   のキャップはノズル周りの内面に前記圧力調節素子の針
   状の先端部に嵌合する嵌合凹部を形成したことを特徴と
   する請求項１記載の粘性液体塗布装置。
3. 【請求項３】 シリンダを塗布対象位置に移動させる移
   動手段と、シリンダに装着された圧力調節素子の往復運
   動を駆動する駆動手段とを電気信号により動作させる制
   御手段を設け、この制御手段により自動的に、 移動手段によるシリンダの移動完了後に駆動手段を動作
   させて圧力調節素子を往復運動させることにより粘性液
   体を対象物に噴射し、噴射完了後に移動手段を動作させ
   てシリンダを移動させる噴射塗布工程と、 移動手段によるシリンダの移動と同期して駆動手段を動
   作させて圧力調節素子を往復運動させることにより、圧
   力調節素子の後退時に加圧手段からの圧力で粘性液体を
   対象物上に吐出させ、吐出完了後に移動手段を動作させ
   てシリンダを移動させる描画塗布工程とを実施するよう
   に構成したことを特徴とする請求項１または請求項２の
   いずれかに記載の粘性液体塗布装置。
4. 【請求項４】 粘性液体が充填されたシリンダを用いて
   対象物に粘性液体を塗布するに際して、 噴射塗布時には、前記シリンダに噴射用のキャップと圧
   力調節素子とを装着した状態において、圧力調節素子を
   ノズル側へ進出させてノズル周りのキャップ内面に接触
   させる時の加圧力により粘性液体をノズルより対象物に
   噴射し、 描画塗布時には、前記シリンダに吐出用のキャップと圧
   力調節素子とを装着した状態において、シリンダ内の粘
   性液体を加圧手段で加圧しつつ、圧力調節素子をノズル
   側より後退させてノズル周りのキャップ内面から離間さ
   せることにより、加圧手段からの圧力によって粘性液体
   をノズルより吐出することを特徴とする粘性液体塗布方
   法。