JP2004223471A - Method and apparatus for coating application of liquid - Google Patents

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Yoshihiro Nakada
佳宏 中田
Kohei Hasegawa
晃平 長谷川
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for coating application of liquid which is capable of preventing adhesion of the liquid to a nozzle without using a specific means of removing a liquid pool. <P>SOLUTION: A prescribed amount of the liquid L is discharged to the tip of the discharge nozzle 2 in a position apart from an object W to form the liquid pool and the discharge nozzle 2 is lowered toward the object W. The discharge nozzle 2 is stopped in a position where the liquid L discharged from the discharge nozzle 2 adheres to the object W, and the contact angle θ between the liquid L and the outer peripheral surface of the discharge nozzle 2 attains ≥90°. The discharge nozzle 2 is thereafter pulled up, as a result of which the liquid L slips off from the discharge nozzle 2. The liquid L can thus be applied to the object W without allowing the liquid L to remain around the nozzle 2. <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)を対象物に対して微少量ずつ塗布するのに適した液体塗布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5−329422公報
【特許文献2】特開平6−254464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塗布する装置として、ディスペンサーと呼ばれる液体塗布装置が知られている。
一般に、ディスペンサは、液体容器の下端部に吐出ノズルを備え、液体容器内に溜められた液体を押し出すことにより、吐出ノズルから定量ずつ対象物の表面に液体を塗布するものである。ところが、液体塗布装置の課題は、連続塗布を行った場合に、ノズルの外周部に液溜まりが残留、増加し、塗布精度を悪化させることである。そのため、定期的にノズルから液溜まりを除去するためのメンテナンスが必要であり、作業効率を低下させるという欠点があった。
【0003】
このような課題を解消するため、特許文献1,2に記載のような液体塗布装置が提案されている。
特許文献1は自動接着剤塗布装置に関するものであり、ノズルの下方に、回転する一対のローラを配置し、先端に接着剤が付着したノズルを下方へ駆動し、ノズルの先端をローラの隙間に挿入した後、ノズルを引き抜くことにより、ノズルに付着した接着剤を拭き取るものである。
特許文献2の液体塗布装置は、ニードルおよびパイプからなるノズル部の外周にノズル受けを取り付け、ノズル受けから斜め方向のエアー通路を介してニードルとパイプとの間にエアーを供給し、パイプの内周面とニードルの外周面との隙間から下方に向かってエアーを吹き出すことにより、ノズル部の先端に残留した液体を吹き飛ばすようにしたものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献1の塗布装置では、回転する一対のローラによって接着剤を拭き取るため、拭き取りむらが発生することがある。また、塗布作業の途中でローラの間にノズルを挿入する動作を追加する必要があるため、作業効率はさほど向上しない。
また、特許文献2の塗布装置では、吐出ノズルの先端に付着している液溜まりを一定方向からのエアーによって吹き飛ばすため、引きちぎれた液体の一部が吐出ノズルの先端に残り、液溜まりを完全に除去できない。そのため、塗布精度の悪化を防止できないだけでなく、液溜まりをエアーで吹き飛ばすため、液体が周囲に飛散し、対象物などに付着するという問題があった。
【0005】
そこで、本発明の目的は、格別な液溜まりの除去手段を用いることなく、ノズルへの液体の付着を防止でき、塗布精度に優れたる液体塗布方法および装置を提供することにある。
【0006】
【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、吐出ノズルから吐出された液体を対象物に塗布する液体塗布方法であって、吐出ノズルの外周面の単位面積当たりの表面自由エネルギーEが液体の表面張力γより大きいものにおいて、上記対象物から離れた位置で、吐出ノズルの先端に所定量の液体を吐出して液溜まりを形成する工程と、先端に液溜まりを形成した上記吐出ノズルを対象物に向かって降下させ、吐出ノズルから吐出された液体が対象物に付着し、かつ液体と吐出ノズルの外周面との接触角θが90°以上となる位置で上記吐出ノズルを停止させる工程と、上記吐出ノズルを引き上げることで、液体を対象物に塗布する工程と、を備えたことを特徴とする液体塗布方法を提供する。
【0007】
また、請求項2に記載の発明は、吐出ノズルから吐出された液体を対象物に塗布する液体塗布方法であって、吐出ノズルの外周面の単位面積当たりの表面自由エネルギーEが液体の表面張力γより大きいものにおいて、上記吐出ノズルを対象物に対して所定距離だけ離れた位置で停止させる工程であって、上記吐出ノズルから所定量の液体を吐出した場合に、吐出された液体が対象物に付着し、かつ液体と吐出ノズルの外周面との接触角θが90°以上となる位置で停止させる工程と、上記所定量だけ吐出ノズルから液体を吐出する工程と、上記吐出ノズルを引き上げることで、液体を対象物に塗布する工程と、を備えたことを特徴とする液体塗布方法を提供する。
【0008】
さらに、請求項3に記載の発明は、吐出ノズルから吐出された液体を対象物に塗布する液体塗布装置であって、吐出ノズルの外周面の単位面積当たりの表面自由エネルギーEが液体の表面張力γより大きいものにおいて、上記吐出ノズルを上下方向に駆動させる吐出ノズル駆動手段と、上記吐出ノズルから所定量の液体を吐出する液体吐出手段と、上記吐出ノズルから吐出された液体が対象物に付着し、かつ液体と吐出ノズルの外周面との接触角θが90°以上となるように、対象物と吐出ノズルの先端との間隔を制御する塗布位置制御手段と、を備えたことを特徴とする液体塗布装置を提供する。
【0009】
本発明が対象とする吐出ノズルと液体との間には、吐出ノズルの外周面の単位面積当たりの表面自由エネルギーEが液体の表面張力γより大きいという関係がある。すなわち、E>γである。接着剤や樹脂、シリコーンオイルなどの粘性を持つ液体では、その表面張力γが数十(mN/m)であるのに対し、吐出ノズル(金属の表面に処理済み)の単位面積当たりの表面自由エネルギーEは数百(mN/m)程度であるから、粘性を持つ液体材料ではE>γの関係が成立する。
液体が水のような場合、表面張力が大きいので、E<γの関係が成立する場合がある。この場合には、液体が吐出ノズルに対して自然にはじかれるので、吐出ノズルの外周面と液体との接触角θは常に90°より大きくなる。そのため、吐出ノズルの挿入深さ(塗布位置)を制御しなくても、外周面に液体が残留することなく吐出ノズルを引き上げることができる。
これに対し、E>γの場合には、液体が吐出ノズルの表面に対して濡れるので、吐出ノズルをそのまま引き上げると、ノズル周面に液体が残留する。本発明者は、E>γであっても、吐出ノズルの位置を制御することにより、接触角θが90°以上となる位置が存在することを発見した。その結果、本来であれば吐出ノズルの表面に液体が残留する場合であっても、液体が残留することなく吐出ノズルを引き上げることが可能になった。
【0010】
図1は液溜まりを形成した吐出ノズルNを対象物Wに向かって降下させ、液体Lを対象物Wに塗布するときの動きを示す。
(a)のように液溜まりを形成した吐出ノズルNを対象物Wに向かって降下させると、(b)のように液体Lが対象物Wに接触し、液体Lは表面張力のために広がることなく丸みをもって膨らむ。さらに吐出ノズルNを降下させると、(c)のように吐出ノズルNの一部は液体Lの中に挿入される。吐出ノズルNの外周面と液体との接触角θは挿入深さに伴って大きくなり、(d)の位置で接触角θは90°より大きくなる。さらに吐出ノズルNを挿入すると、(e)のように接触角θは90°より小さくなり、液体Lが吐出ノズルNの周囲に濡れ広がる。
(d)のように、接触角θが90°より大きくなった時点で吐出ノズルNを停止させ、この位置Z から吐出ノズルNを引き上げると、外周面に液体が残留することなく、吐出ノズルNを引き上げることができる。一方、(c)や(e)のような接触角θが90°より小さい位置Z ,Z から吐出ノズルNを引き上げると、吐出ノズルNの外周面に液体が残留してしまう。
【0011】
上記のように接触角θが90°より大きくなった位置Z から吐出ノズルを引き上げることにより、外周面に液体が残留することなく吐出ノズルを引き上げることができる。そのため、次に塗布する際に吐出ノズルの周囲には液溜まりがなく、高い塗布精度を維持することができる。
また、吐出ノズルから液溜まりを除去するための装置やメンテナンスを必要としないので、低コストの塗布方法を実現できる。
【0012】
請求項2にかかる発明は、請求項1のように、吐出ノズルの先端に液溜まりを形成した後で、吐出ノズルを対象物に近づけるのではなく、吐出ノズルを対象物に近づけた後で、吐出ノズルから液体を吐出するものである。
この場合には、吐出ノズルを対象物に対して所定距離だけ離れた位置で停止させる。この停止位置は、吐出ノズルから1回の塗布量に相当する液体を吐出した場合に、吐出された液体が対象物に付着し、かつ液体と吐出ノズルの外周面との接触角θが90°以上となる位置である。上記位置で停止させた後、1回の塗布量分だけ吐出ノズルから液体を吐出すると、液体は対象物に対して付着すると同時に一部は吐出ノズルを包み込む形となり、その際、液体と吐出ノズルの外周面との接触角θが90°以上となる。この状態から吐出ノズルを引き上げると、外周面に液体が残留することなく、吐出ノズルを引き上げることができる。
【0013】
請求項3にかかる液体塗布装置では、吐出ノズル駆動手段と液体吐出手段と塗布位置制御手段とによって、請求項1または2にかかる塗布方法を実現することができる。
吐出ノズル駆動手段としては、電動モータとボールネジとの組み合わせ、流体圧シリンダ、ボイスコイルモータなどの直進駆動装置を用いることができる。塗布位置制御手段は、吐出ノズルの先端と対象物との距離(変位)を検出し、そのデータに基づいて吐出ノズル駆動手段をフィードバック制御するものがよい。
上記液体塗布装置において、請求項4のように、吐出ノズルの先端部を先細なテーパ形状とすれば、円筒形状の場合に比べて、吐出ノズルの位置を厳密に制御しなくても液体と吐出ノズルの外周面との接触角θを90°以上とするのが容易になる。
【0014】
【発明の実施の形態】
図2は本発明にかかる液体塗布装置の一例であり、対象物Wに粘性液体Lを塗布する例を示す。
この液体塗布装置は、液体L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、その下端に吐出ノズル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はホルダ4によって保持されており、このホルダ4はロボットなどのアーム部5に吐出ノズル駆動手段6を介して取り付けられている。この実施例の吐出ノズル駆動手段6は、ホルダ4をアーム部5に対して上下動自在に案内するガイド7と、アーム部5に固定されたサーボモータ8と、サーボモータ8によって回転駆動されるボールネジ9とを備えており、ホルダ4の一部4aがボールネジ9に螺合している。そのため、サーボモータ8を駆動すると、ボールネジ9およびガイド7の作用によって、ホルダ4は上下方向に円滑に移動することができる。つまり、吐出ノズル2の位置(塗布位置)を高精度に制御できる。
【0015】
上記吐出ノズル2は、表面自由エネルギーEをできるだけ低くするため、表面に撥水性コーディング処理が施されている。また、液体Lは、例えばシリコーンオイルなどのように、その表面張力γが比較的小さな材料よりなる。吐出ノズル2の表面エネルギーEと液体の表面張力γとの間には次の関係が成り立つ。
E>γ
【0016】
上記ピストン3は、ピストン駆動手段10によって一定量ずつ駆動される。この実施例のピストン駆動手段10は、ホルダ4の上端部に固定されたステッピングモータ11と、ステッピングモータ11によって回転駆動されるボールネジ12と、ピストン3の上端部に固定されたナット部材13と、ナット部材13を上下方向に案内するガイド14とを備えており、ナット部材13はボールネジ12に螺合している。そのため、ステッピングモータ11を駆動すると、ピストン3が垂直駆動され、液体Lを一定量ずつ吐出することができる。
【0017】
吐出ノズル2の塗布位置を、吐出ノズル2から吐出された液体Lが対象物Wに付着し、かつ液体Lと吐出ノズル2の外周面との接触角θが90°以上となる位置に制御するための塗布位置制御手段15が設けられている。ここでは、塗布位置制御手段15が、リテーナ16を介してアーム部5に固定され、吐出ノズル2の先端位置を検出するレーザ変位計などの変位計17と、この変位計17の検出データを吐出ノズル駆動手段6にフィードバックするためのコントローラ18とで構成されている。コントローラ18は、ピストン駆動手段10も制御している。なお、塗布位置制御手段15は、吐出ノズル2の先端部の画像を撮像するカメラと、その撮像データから画像処理によって吐出ノズル2の塗布位置を制御する画像処理回路とで構成することもできる。なお、吐出ノズル2の位置は、サーボモータ8の回転量で検出することも可能であるから、吐出ノズル2の先端位置を検出する変位計17を省略することもできる。
【0018】
ここで、上記液体塗布装置を用いて対象物Wに対して一定量の液体Lを塗布する動作を図3に従って説明する。
まず、ロボットをX,Y方向に操作し、吐出ノズル2を対象物Wの直上に位置させる。ここで、ピストン駆動手段10によってピストン3を作動させ、1回の塗布量に応じた液体Lを吐出ノズル2の先端に吐出し、液溜まりを発生させる(図3の(a)参照)。
次に、吐出ノズル駆動手段6を駆動し、吐出ノズル2を塗布位置Zまで降下させる(図3の(b)参照)。ここで、塗布位置Zは、吐出ノズル2から吐出された液体Lが対象物Wに付着し、かつ液体Lと吐出ノズル2の外周面との接触角θが90°以上となる位置である。
その後、吐出ノズル駆動手段6によって吐出ノズル2を引き上げる。吐出ノズル2の外周面と液体Lとの接触角θが90°以上の状態から吐出ノズル2を引き上げるので、液体Lは吐出ノズル2の周面に沿って滑り落ち、吐出ノズル2の周面には液体Lが残留することがない。また、吐出ノズル2の引上げ速度に関係なく、液体Lの残留を無くすことができる。
【0019】
本発明者は次のような条件下で液体Lを対象物Wに塗布した。
吐出ノズル:表面にフッ素コーティング処理を施した、ノズル径:φ0.3mm、材質:SUS304のノズル
液体:シリコンオイル(粘度:10Pa・s、表面張力:20mN/m)
対象物:上面にフッ素コート済み
吐出ノズル2の先端からシリコンオイルを10μg吐出後、吐出ノズル2と対象物Wとの間隔Zが50μmとなる位置に吐出ノズル2を位置決めした。この時、接触角θを90°以上(θ≒110°)とすることができた。ここで、一定時間(50ms)だけ待機させた後、吐出ノズル2を上昇させると、吐出ノズル2の周面に液溜まりを発生させずに、所定量の液体Lを対象物Wに正確に塗布することができた。
【0020】
図4は本発明の第2実施例を示す。
第1実施例では、吐出ノズル2の先端に液溜まりを形成した後で、吐出ノズル2を対象物Wに近づけたが、第2実施例では吐出ノズル2を対象物Wに近づけた後で、吐出ノズル2から液体Lを吐出するものである。この場合も、吐出ノズル2の表面エネルギーEと液体の表面張力γとの間には、E>γの関係が成り立つ。
【0021】
図4の(a)は、液体Lを吐出しないで吐出ノズル2を降下させ、吐出ノズル2を対象物Wに対して所定距離Zだけ離れた位置で停止させた状態を示す。この位置は、吐出ノズル2から所定量の液体Lを吐出したとき、吐出された液体が対象物Wに付着すると同時に、液体と吐出ノズル2の外周面との接触角θが90°以上となる位置である。
次に、図4の(b)のように、吐出ノズル2と対象物Wとの距離Zを維持した状態で、所定量だけ吐出ノズル2から液体Lを吐出する。この時、液体Lは対象物Wに付着すると同時に、液体Lの一部が吐出ノズル2の外周側へ回り込み、液体Lと吐出ノズル2の外周面との接触角θが90°以上となる。
次に、吐出ノズル2を引き上げると、図4の(c)のように液体Lは吐出ノズル2の外周面から滑り落ち、吐出ノズル2の周面に液溜まりを発生させずに、液体Lを対象物Wに塗布することができる。
この実施例の場合には、図3の(a)のように塗布前の吐出ノズル2の先端に液溜まりを形成しておく必要がないので、塗布量が多い場合に、液体Lが対象物Wの上に誤って落下するのを防止できるという特徴がある。
【0022】
図5は吐出ノズル2の他の実施例を示す。
この実施例は、吐出ノズル2の先端部2aを先細なテーパ形状としたものである。この場合には、吐出ノズル2の外周面が下方に向かって傾斜しているので、液体Lと吐出ノズル2の外周面との接触角θを90°以上とするのが容易になる。そのため、円筒形状のノズルに比べて、塗布位置Zのばらつきを吸収でき、塗布位置制御が容易になる。
【0023】
上記実施例では、吐出ノズルを対象物に対して上下に駆動する例について説明したが、吐出ノズルを一定位置に保持し、対象物を吐出ノズルに対して上下に駆動しても同様の作用効果を有する。
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。
【0024】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項1に係る発明によれば、吐出ノズルの先端に所定量の液体を吐出して液溜まりを形成した後、吐出ノズルから吐出された液体が対象物に付着し、かつ液体と吐出ノズルの外周面との接触角θが90°より大きくなる位置まで吐出ノズルを降下させ、その後で吐出ノズルを引き上げるようにしたので、吐出ノズルの引上げに伴って液体はノズルから滑り落ち、吐出ノズルの外周面に液体が残留するのを防止できる。そのため、液体塗布装置の一般的な課題である連続塗布での液溜まりの増加による塗布精度の悪化を防止でき、高い塗布精度を維持することができる。
また、吐出ノズルの拭き取りやエアー吹き出しといった液溜まりを除去するために行う吐出ノズルのメンテナンスを必要としない。
さらに、本発明ではノズルの周囲に液体が付着しないので、液溜まり除去時の液体の周囲への飛び散りも防止できる。
【0025】
請求項2に係る発明によれば、吐出ノズルから所定量の液体を吐出した場合に、吐出された液体が対象物に付着し、かつ液体と吐出ノズルの外周面との接触角θが90°以上となる位置で吐出ノズルを停止させ、ここで所定量だけ吐出ノズルから液体を吐出した後、吐出ノズルを引き上げるようにしたので、請求項1と同様に、吐出ノズルの外周面に液体が残留するのを防止でき、高い塗布精度を維持できるとともに、液溜まり除去装置やメンテナンスを必要としないという利点がある。
【0026】
請求項3に係る発明によれば、吐出ノズル駆動手段と液体吐出手段と塗布位置制御手段とによって、請求項1または2にかかる塗布方法を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】吐出ノズルによって液体を対象物に塗布する動作を示す図である。
【図2】本発明にかかる液体塗布装置の一例の構成図である。
【図3】本発明にかかる液体塗布方法の第1実施例の動作図である。
【図4】本発明にかかる液体塗布方法の第2実施例の動作図である。
【図5】本発明における吐出ノズルの他の実施例の図である。
【符号の説明】
1 液体容器
2 吐出ノズル
3 ピストン
6 吐出ノズル駆動手段
10 ピストン駆動手段
15 塗布位置制御手段
18 コントローラ
L 液体
W 対象物
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a liquid application method and apparatus suitable for applying a viscous liquid (or paste) such as a resin, an adhesive, or a silicone oil to an object in minute amounts.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1] JP-A-5-329422 [Patent Document 2] JP-A-6-254664 Conventionally, a dispenser has been used as a device for accurately applying a predetermined amount of liquid such as a liquid resin or an adhesive to the surface of an electronic component or the like. There is known a liquid application device called a liquid application device.
In general, a dispenser is provided with a discharge nozzle at the lower end of a liquid container, and extrudes the liquid stored in the liquid container to apply the liquid to the surface of the object by a fixed amount from the discharge nozzle. However, a problem of the liquid coating apparatus is that, when continuous coating is performed, a liquid pool remains and increases on the outer peripheral portion of the nozzle, thereby deteriorating the coating accuracy. Therefore, maintenance for periodically removing the liquid pool from the nozzle is required, and there is a disadvantage that the working efficiency is reduced.
[0003]
In order to solve such a problem, liquid coating apparatuses as described in Patent Documents 1 and 2 have been proposed.
Patent Document 1 relates to an automatic adhesive application device, in which a pair of rotating rollers are arranged below a nozzle, a nozzle having an adhesive attached to the tip is driven downward, and the tip of the nozzle is inserted into a gap between the rollers. After insertion, the nozzle is pulled out to wipe off the adhesive adhered to the nozzle.
In the liquid application device of Patent Document 2, a nozzle receiver is attached to an outer periphery of a nozzle portion formed of a needle and a pipe, and air is supplied from the nozzle receiver to the space between the needle and the pipe through an oblique air passage. By blowing air downward from the gap between the peripheral surface and the outer peripheral surface of the needle, the liquid remaining at the tip of the nozzle portion is blown off.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the application device of Patent Document 1, the adhesive is wiped off by a pair of rotating rollers, and thus uneven wiping may occur. Further, since it is necessary to add an operation of inserting a nozzle between rollers during the application operation, the operation efficiency is not significantly improved.
Further, in the coating apparatus of Patent Document 2, since the liquid pool adhering to the tip of the discharge nozzle is blown off by air from a certain direction, a part of the torn liquid remains at the tip of the discharge nozzle, and the liquid pool is completely removed. Cannot be removed. For this reason, there has been a problem that not only the deterioration of the coating accuracy cannot be prevented, but also the liquid pool is blown off by air, so that the liquid scatters around and adheres to an object or the like.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for applying a liquid, which can prevent the liquid from adhering to the nozzles and use high accuracy of the application, without using a special liquid pool removing means.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a liquid application method for applying a liquid ejected from an ejection nozzle to an object, wherein a surface free energy E per unit area of an outer peripheral surface of the ejection nozzle is provided. Is larger than the surface tension γ of the liquid, a step of discharging a predetermined amount of liquid to the tip of the discharge nozzle at a position distant from the object to form a liquid pool, and the step of forming a liquid pool at the tip. The nozzle is lowered toward the target, and the discharge nozzle is stopped at a position where the liquid discharged from the discharge nozzle adheres to the target and the contact angle θ between the liquid and the outer peripheral surface of the discharge nozzle is 90 ° or more. And a step of applying a liquid to an object by raising the discharge nozzle.
[0007]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a liquid applying method for applying a liquid ejected from an ejection nozzle to an object, wherein a surface free energy E per unit area of an outer peripheral surface of the ejection nozzle is equal to a surface tension of the liquid. a step of stopping the ejection nozzle at a position separated from the object by a predetermined distance in a case where the ejection liquid is ejected from the ejection nozzle by a predetermined amount. Stopping at a position where the contact angle θ between the liquid and the outer peripheral surface of the discharge nozzle is 90 ° or more, discharging the liquid from the discharge nozzle by the predetermined amount, and raising the discharge nozzle And a step of applying a liquid to an object.
[0008]
Further, the invention according to claim 3 is a liquid application apparatus for applying liquid discharged from a discharge nozzle to an object, wherein a surface free energy E per unit area of an outer peripheral surface of the discharge nozzle is equal to a surface tension of the liquid. a discharge nozzle driving means for driving the discharge nozzle in the vertical direction, a liquid discharge means for discharging a predetermined amount of liquid from the discharge nozzle, and a liquid discharged from the discharge nozzle adhering to an object. Coating position control means for controlling the distance between the object and the tip of the discharge nozzle so that the contact angle θ between the liquid and the outer peripheral surface of the discharge nozzle is 90 ° or more. The present invention provides a liquid application device that performs
[0009]
There is a relationship between the ejection nozzle and the liquid that is the object of the present invention that the surface free energy E per unit area of the outer peripheral surface of the ejection nozzle is larger than the surface tension γ of the liquid. That is, E> γ. Viscous liquids such as adhesives, resins, and silicone oils have surface tensions γ of several tens (mN / m), while the surface freedom per unit area of the discharge nozzle (treated on the metal surface) Since the energy E is about several hundreds (mN / m), the relationship of E> γ holds for a viscous liquid material.
When the liquid is water, the relationship of E <γ may be satisfied because the surface tension is large. In this case, since the liquid is naturally repelled by the discharge nozzle, the contact angle θ between the outer peripheral surface of the discharge nozzle and the liquid is always larger than 90 °. Therefore, even if the insertion depth (application position) of the discharge nozzle is not controlled, the discharge nozzle can be pulled up without the liquid remaining on the outer peripheral surface.
On the other hand, when E> γ, the liquid wets the surface of the discharge nozzle, so if the discharge nozzle is pulled up as it is, the liquid remains on the nozzle peripheral surface. The present inventor has discovered that even when E> γ, there is a position where the contact angle θ is 90 ° or more by controlling the position of the discharge nozzle. As a result, even when the liquid normally remains on the surface of the discharge nozzle, the discharge nozzle can be pulled up without the liquid remaining.
[0010]
FIG. 1 shows the movement when the discharge nozzle N having formed the liquid pool is lowered toward the object W and the liquid L is applied to the object W.
When the discharge nozzle N in which the liquid pool is formed is lowered toward the object W as shown in (a), the liquid L contacts the object W as shown in (b), and the liquid L spreads due to surface tension. It swells without roundness. When the discharge nozzle N is further lowered, a part of the discharge nozzle N is inserted into the liquid L as shown in FIG. The contact angle θ between the outer peripheral surface of the discharge nozzle N and the liquid increases with the insertion depth, and at the position (d), the contact angle θ is larger than 90 °. When the ejection nozzle N is further inserted, the contact angle θ becomes smaller than 90 ° as shown in (e), and the liquid L spreads around the ejection nozzle N.
As in (d), the contact angle θ stops the discharge nozzle N as it becomes larger than 90 °, increasing your discharge nozzle N from the position Z 0, without the liquid remaining on the outer peripheral surface, the discharge nozzle N can be raised. On the other hand, when the ejection nozzle N is pulled up from the positions Z 1 and Z 2 where the contact angle θ is smaller than 90 ° as in (c) and (e), the liquid remains on the outer peripheral surface of the ejection nozzle N.
[0011]
By raising the discharge nozzle from the position Z 0 to the contact angle θ becomes larger than 90 ° as described above, it is possible to raise the discharge nozzle without the liquid remaining on the outer peripheral surface. Therefore, there is no liquid pool around the discharge nozzle at the time of next application, and high application accuracy can be maintained.
Further, since no device or maintenance for removing the liquid pool from the discharge nozzle is required, a low-cost coating method can be realized.
[0012]
The invention according to claim 2 is, as in claim 1, after forming a liquid pool at the tip of the discharge nozzle, instead of bringing the discharge nozzle close to the target, instead of bringing the discharge nozzle close to the target, The liquid is discharged from the discharge nozzle.
In this case, the discharge nozzle is stopped at a position separated from the target by a predetermined distance. The stop position is such that, when the liquid corresponding to one application amount is discharged from the discharge nozzle, the discharged liquid adheres to the object, and the contact angle θ between the liquid and the outer peripheral surface of the discharge nozzle is 90 °. This is the position described above. After stopping at the above position, when the liquid is discharged from the discharge nozzle by one application amount, the liquid adheres to the target and at the same time partially wraps around the discharge nozzle. Is 90 ° or more. When the discharge nozzle is pulled up from this state, the discharge nozzle can be pulled up without the liquid remaining on the outer peripheral surface.
[0013]
In the liquid application apparatus according to the third aspect, the application method according to the first or second aspect can be realized by the ejection nozzle driving unit, the liquid ejection unit, and the application position control unit.
As the discharge nozzle driving means, a combination of an electric motor and a ball screw, a linear driving device such as a fluid pressure cylinder and a voice coil motor can be used. The application position control means preferably detects the distance (displacement) between the tip of the discharge nozzle and the object, and performs feedback control of the discharge nozzle drive means based on the data.
In the above liquid applying apparatus, if the tip of the discharge nozzle is tapered as described in claim 4, the liquid can be discharged without strictly controlling the position of the discharge nozzle as compared with the case of a cylindrical shape. It is easy to set the contact angle θ with the outer peripheral surface of the nozzle to 90 ° or more.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 2 is an example of a liquid application device according to the present invention, and shows an example in which a viscous liquid L is applied to an object W.
The liquid application device includes a liquid container 1 called a syringe that stores a liquid L, and a discharge 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 4, and the holder 4 is attached to an arm unit 5 such as a robot via a discharge nozzle driving unit 6. The discharge nozzle driving means 6 of this embodiment is guided by a guide 7 for vertically moving the holder 4 with respect to the arm 5, a servomotor 8 fixed to the arm 5, and rotationally driven by the servomotor 8. A ball screw 9 is provided, and a part 4 a of the holder 4 is screwed to the ball screw 9. Therefore, when the servo motor 8 is driven, the holder 4 can move smoothly in the vertical direction by the action of the ball screw 9 and the guide 7. That is, the position (application position) of the discharge nozzle 2 can be controlled with high accuracy.
[0015]
The surface of the discharge nozzle 2 is subjected to a water-repellent coding process in order to reduce the surface free energy E as much as possible. The liquid L is made of a material having a relatively small surface tension γ, such as silicone oil. The following relationship is established between the surface energy E of the discharge nozzle 2 and the surface tension γ of the liquid.
E> γ
[0016]
The piston 3 is driven by a constant amount by a piston driving means 10. The piston driving means 10 of this embodiment includes a stepping motor 11 fixed to the upper end of the holder 4, a ball screw 12 rotationally driven by the stepping motor 11, a nut member 13 fixed to the upper end of the piston 3, And a guide 14 for guiding the nut member 13 in the vertical direction. The nut member 13 is screwed to the ball screw 12. Therefore, when the stepping motor 11 is driven, the piston 3 is driven vertically, and the liquid L can be discharged by a constant amount.
[0017]
The application position of the discharge nozzle 2 is controlled to a position where the liquid L discharged from the discharge nozzle 2 adheres to the target object W and the contact angle θ between the liquid L and the outer peripheral surface of the discharge nozzle 2 is 90 ° or more. Application position control means 15 is provided. Here, the application position control means 15 is fixed to the arm section 5 via the retainer 16 and discharges a displacement meter 17 such as a laser displacement meter for detecting the tip position of the discharge nozzle 2 and discharges the detection data of the displacement meter 17. And a controller 18 for feeding back to the nozzle driving means 6. The controller 18 also controls the piston driving means 10. The application position control means 15 can also be configured by a camera that captures an image of the tip of the discharge nozzle 2 and an image processing circuit that controls the application position of the discharge nozzle 2 by image processing from the captured data. Since the position of the discharge nozzle 2 can be detected by the rotation amount of the servo motor 8, the displacement gauge 17 for detecting the position of the tip of the discharge nozzle 2 can be omitted.
[0018]
Here, an operation of applying a fixed amount of the liquid L to the object W using the liquid applying apparatus will be described with reference to FIG.
First, the robot is operated in the X and Y directions to position the discharge nozzle 2 directly above the target object W. Here, the piston 3 is actuated by the piston driving means 10 to discharge the liquid L corresponding to one application amount to the tip of the discharge nozzle 2 to generate a liquid pool (see FIG. 3A).
Next, the discharge nozzle driving means 6 is driven to lower the discharge nozzle 2 to the application position Z (see FIG. 3B). Here, the application position Z is a position where the liquid L discharged from the discharge nozzle 2 adheres to the target object W and the contact angle θ between the liquid L and the outer peripheral surface of the discharge nozzle 2 is 90 ° or more.
Thereafter, the discharge nozzle 2 is pulled up by the discharge nozzle driving means 6. Since the contact angle θ between the outer peripheral surface of the discharge nozzle 2 and the liquid L is 90 ° or more, the discharge nozzle 2 is pulled up, so that the liquid L slides down along the peripheral surface of the discharge nozzle 2 and No liquid L remains. Further, regardless of the pulling speed of the discharge nozzle 2, the residual liquid L can be eliminated.
[0019]
The inventor applied the liquid L to the object W under the following conditions.
Discharge nozzle: Nozzle diameter: φ0.3 mm, surface coated with fluorine coating, material: SUS304 nozzle liquid: Silicon oil (viscosity: 10 Pa · s, surface tension: 20 mN / m)
Target: After discharging 10 μg of silicon oil from the tip of the fluorine-coated discharge nozzle 2 on the upper surface, the discharge nozzle 2 was positioned at a position where the distance Z between the discharge nozzle 2 and the target W was 50 μm. At this time, the contact angle θ could be set to 90 ° or more (θ ≒ 110 °). Here, when the discharge nozzle 2 is raised after waiting for a predetermined time (50 ms), a predetermined amount of the liquid L is accurately applied to the target object W without generating a liquid pool on the peripheral surface of the discharge nozzle 2. We were able to.
[0020]
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention.
In the first embodiment, after forming the liquid pool at the tip of the discharge nozzle 2, the discharge nozzle 2 is moved closer to the target object W. In the second embodiment, after the discharge nozzle 2 is moved closer to the target object W, The liquid L is discharged from the discharge nozzle 2. Also in this case, the relationship of E> γ is established between the surface energy E of the discharge nozzle 2 and the surface tension γ of the liquid.
[0021]
FIG. 4A shows a state in which the discharge nozzle 2 is lowered without discharging the liquid L, and the discharge nozzle 2 is stopped at a position separated by a predetermined distance Z from the object W. In this position, when a predetermined amount of liquid L is discharged from the discharge nozzle 2, the discharged liquid adheres to the target object W, and at the same time, the contact angle θ between the liquid and the outer peripheral surface of the discharge nozzle 2 becomes 90 ° or more. Position.
Next, as shown in FIG. 4B, the liquid L is discharged from the discharge nozzle 2 by a predetermined amount while maintaining the distance Z between the discharge nozzle 2 and the object W. At this time, the liquid L adheres to the target object W, and at the same time, a part of the liquid L wraps around the outer peripheral side of the discharge nozzle 2, and the contact angle θ between the liquid L and the outer peripheral surface of the discharge nozzle 2 becomes 90 ° or more.
Next, when the discharge nozzle 2 is pulled up, the liquid L slides down from the outer peripheral surface of the discharge nozzle 2 as shown in FIG. It can be applied to the object W.
In the case of this embodiment, there is no need to form a liquid pool at the tip of the discharge nozzle 2 before application as shown in FIG. 3A, so that when the amount of application is large, the liquid L There is a feature that it can be prevented from accidentally falling on W.
[0022]
FIG. 5 shows another embodiment of the discharge nozzle 2.
In this embodiment, the tip 2a of the discharge nozzle 2 has a tapered shape. In this case, since the outer peripheral surface of the discharge nozzle 2 is inclined downward, it is easy to set the contact angle θ between the liquid L and the outer peripheral surface of the discharge nozzle 2 to 90 ° or more. Therefore, as compared with a cylindrical nozzle, variation in the application position Z can be absorbed, and application position control becomes easier.
[0023]
In the above embodiment, the example in which the ejection nozzle is driven up and down with respect to the object is described. However, the same operation and effect can be obtained even if the ejection nozzle is held at a fixed position and the object is driven up and down with respect to the ejection nozzle. Having.
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).
[0024]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the invention according to claim 1, after a predetermined amount of liquid is discharged to the tip of the discharge nozzle to form a liquid pool, the liquid discharged from the discharge nozzle is applied to the target object. The discharge nozzle is lowered to a position where the contact angle θ between the liquid and the liquid and the outer peripheral surface of the discharge nozzle becomes larger than 90 °, and then the discharge nozzle is lifted up. The liquid can be prevented from sliding down from the nozzle and remaining on the outer peripheral surface of the discharge nozzle. Therefore, it is possible to prevent a decrease in coating accuracy due to an increase in liquid pool in continuous coating, which is a general problem of the liquid coating apparatus, and to maintain a high coating accuracy.
Further, it is not necessary to perform maintenance of the discharge nozzle for removing the liquid pool such as wiping of the discharge nozzle and air blowing.
Further, in the present invention, since the liquid does not adhere around the nozzle, it is possible to prevent the liquid from scattering around when removing the liquid pool.
[0025]
According to the second aspect of the invention, when a predetermined amount of liquid is discharged from the discharge nozzle, the discharged liquid adheres to the target, and the contact angle θ between the liquid and the outer peripheral surface of the discharge nozzle is 90 °. The discharge nozzle is stopped at the position described above, and after discharging the liquid from the discharge nozzle by a predetermined amount, the discharge nozzle is lifted, so that the liquid remains on the outer peripheral surface of the discharge nozzle as in claim 1. This is advantageous in that high precision of application can be maintained, and no liquid pool removing device or maintenance is required.
[0026]
According to the third aspect of the invention, the application method according to the first or second aspect can be easily realized by the ejection nozzle driving unit, the liquid ejection unit, and the application position control unit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an operation of applying a liquid to an object by a discharge nozzle.
FIG. 2 is a configuration diagram of an example of a liquid application device according to the present invention.
FIG. 3 is an operation diagram of a first embodiment of the liquid applying method according to the present invention.
FIG. 4 is an operation diagram of a second embodiment of the liquid applying method according to the present invention.
FIG. 5 is a view of another embodiment of a discharge nozzle according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Liquid container 2 Discharge nozzle 3 Piston 6 Discharge nozzle drive means 10 Piston drive means 15 Application position control means 18 Controller L Liquid W Object

Claims (4)

吐出ノズルから吐出された液体を対象物に塗布する液体塗布方法であって、吐出ノズルの外周面の単位面積当たりの表面自由エネルギーEが液体の表面張力γより大きいものにおいて、
上記対象物から離れた位置で、吐出ノズルの先端に所定量の液体を吐出して液溜まりを形成する工程と、
先端に液溜まりを形成した上記吐出ノズルを対象物に向かって降下させ、吐出ノズルから吐出された液体が対象物に付着し、かつ液体と吐出ノズルの外周面との接触角θが90°以上となる位置で上記吐出ノズルを停止させる工程と、
上記吐出ノズルを引き上げることで、液体を対象物に塗布する工程と、を備えたことを特徴とする液体塗布方法。
A liquid application method for applying a liquid discharged from a discharge nozzle to an object, wherein a surface free energy E per unit area of an outer peripheral surface of the discharge nozzle is larger than a surface tension γ of the liquid,
A step of discharging a predetermined amount of liquid to the tip of the discharge nozzle to form a liquid pool at a position away from the object,
The discharge nozzle having the liquid reservoir formed at the tip is lowered toward the object, the liquid discharged from the discharge nozzle adheres to the object, and the contact angle θ between the liquid and the outer peripheral surface of the discharge nozzle is 90 ° or more. Stopping the discharge nozzle at a position where
A step of applying a liquid to an object by raising the discharge nozzle.
吐出ノズルから吐出された液体を対象物に塗布する液体塗布方法であって、吐出ノズルの外周面の単位面積当たりの表面自由エネルギーEが液体の表面張力γより大きいものにおいて、
上記吐出ノズルを対象物に対して所定距離だけ離れた位置で停止させる工程であって、上記吐出ノズルから所定量の液体を吐出した場合に、吐出された液体が対象物に付着し、かつ液体と吐出ノズルの外周面との接触角θが90°以上となる位置で停止させる工程と、
上記所定量だけ吐出ノズルから液体を吐出する工程と、
上記吐出ノズルを引き上げることで、液体を対象物に塗布する工程と、を備えたことを特徴とする液体塗布方法。
A liquid application method for applying a liquid discharged from a discharge nozzle to an object, wherein a surface free energy E per unit area of an outer peripheral surface of the discharge nozzle is larger than a surface tension γ of the liquid,
A step of stopping the ejection nozzle at a position separated by a predetermined distance from the object, wherein when the ejection nozzle ejects a predetermined amount of liquid, the ejected liquid adheres to the object, and Stopping at a position where the contact angle θ between the discharge nozzle and the outer peripheral surface of the discharge nozzle is 90 ° or more;
Discharging the liquid from the discharge nozzle by the predetermined amount,
A step of applying a liquid to an object by raising the discharge nozzle.
吐出ノズルから吐出された液体を対象物に塗布する液体塗布装置であって、吐出ノズルの外周面の単位面積当たりの表面自由エネルギーEが液体の表面張力γより大きいものにおいて、
上記吐出ノズルを上下方向に駆動させる吐出ノズル駆動手段と、
上記吐出ノズルから所定量の液体を吐出する液体吐出手段と、
上記吐出ノズルから吐出された液体が対象物に付着し、かつ液体と吐出ノズルの外周面との接触角θが90°以上となるように、対象物と吐出ノズルの先端との間隔を制御する塗布位置制御手段と、を備えたことを特徴とする液体塗布装置。
In a liquid coating apparatus for applying liquid discharged from a discharge nozzle to an object, a surface free energy E per unit area of an outer peripheral surface of the discharge nozzle is larger than a surface tension γ of the liquid,
Discharge nozzle driving means for driving the discharge nozzle in the vertical direction;
Liquid ejection means for ejecting a predetermined amount of liquid from the ejection nozzle,
The distance between the target and the tip of the discharge nozzle is controlled so that the liquid discharged from the discharge nozzle adheres to the target and the contact angle θ between the liquid and the outer peripheral surface of the discharge nozzle is 90 ° or more. And a coating position control unit.
上記吐出ノズルの先端部を先細なテーパ形状としたことを特徴とする請求項3に記載の液体塗布装置。The liquid application device according to claim 3, wherein a tip portion of the discharge nozzle has a tapered shape.
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