JP2005526234A - 液体噴出パターンを検出するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

液体噴出パターンの検出手順中に、センサは、吐出された液体噴出パターンにおける縁部の存否を検出する。液体吐出器におけるノズルを、センサに対する所定位置へと移動させて、噴出パターンの存否を決定し、次に、センサに対する第２の所定位置へと移動させて、再び噴出パターンの存否を決定する。これらの決定結果に基づいて、噴出パターンの幅を確認することができる。これによって、吐出されたパターンの幅が一定公差内にあることを確認するための迅速な手段が提供される。

Description

本願は、２００２年１月２２に出願された米国仮出願第６０／３５０，８２７号を基礎とする利益を要求し、同出願の開示をここに参照して引用する。

本発明は、一般的には、液体吐出器のための制御装置に関し、より詳しくは、液体吐出システムにおいて吐出される液体噴出パターンを制御するための制御装置及び方法に関する。

ノズルの出口から基材の表面へ向けて液体噴出パターンを吐出するために、様々な液体吐出システムが開発されている。例えば、絶縁被覆の用途において、液体吐出システムは、絶縁被覆物質をプリント回路基板などの基材の表面に上に、平坦で扇状に液体噴出パターンにて吐出するように設計される。これらのシステムにおいて、吐出ノズルは、クロスカットや、スリット、又は空気圧補助式のスロットノズルなどになっていて、被覆物質を所定のパターン幅をもった噴出状、連続した帯ないしシート状、又はファイバーウェブ状で回路基板に向けて吐出するように構成されている。吐出ノズルは、典型的には、自動式移動プラットホームによって、回路基板に対して前後に動かされ、絶縁被覆の軌跡ないし帯を回路基板上に並べるように吐出することで、基板の表面に均一な防湿保護膜を得ている。変形例としては、固定された液体吐出器に対して回路基板が動かしてもよい。

絶縁被覆の処理工程において重要なことは、被覆の軌跡ないし帯を、それらに隣接する縁に沿って、接合し、収斂され、あるいはわずかに重なり合わせて、基板上に完全な被覆面が提供されることを確保することである。さもなくば、回路基板は、被覆の軌跡ないし帯の間に残されたあらゆる隙間において、不都合な化学物質や湿気の攻撃に対して無防備であるままとなる。一方、隣接する縁があまりに多く重なり合っていると、重なって厚みの増した被覆領域に不都合な気泡が生じて、これは品質管理上の問題点になる。したがって、回路基板上に絶縁被覆の均一な層を得るためには、一般に、首尾一貫した幅をもった液体噴出パターンが必要になる。

残念ながら、液体物質の吐出器は、ある生産の実行においては適切かつ確かに、回路基板上に均一な絶縁被覆層を吐出するとしても、物質の粘性及び／又は流体圧力が変化すると液体噴出パターンの幅の不都合な変動を起こすことがしばしばである。さらに、ノズルの出口が汚染されたり、部分的に閉塞したりすると、噴出パターンは不都合に変化することになるだろう。これらの変化が生産の実行の前に検出されなければ、基板が不適切に被覆されると修正をしなければならないし、また問題点を確認して所望のパターン幅と最小のオフセットが得られるように液体吐出システムを手作業で調整するとすれば、絶縁被覆システムのコストを要するダウンタイムが必要となる。当業者は容易に認識するだろうが、塗料や、フラックス、及び接着剤の吐出環境など、他の液体吐出の用途においても同じく、パターン幅の制御は重要である。これらの各用途において、吐出された液体パターンの縁部分は、基板の表面に対して、また、基板に吐出された隣接する液体パターンに対して、所望の物質塗布が得られるように、適切に調整され設定されなければならない。

したがって、吐出された液体噴出パターンの幅を確かめられるような、液体吐出システムにおいて使用するための制御装置に対する要望が存在する。

また、吐出された液体噴出パターンについての問題点をオペレータが容易に確認できる能力を高めるような、液体吐出システムにおいて使用するための制御装置に対する要望も存在する。

本発明は、従来技術による液体吐出システムの制御装置及び方法における、上述の及びその他の欠点及び不都合を解決することを目的としている。本発明について、いくつかの実施形態に関連させて説明するけれども、本発明はそうした実施形態に限定されないことを理解されたい。それどころか、本発明は、本発明の精神及び範囲内に含まれるような、すべての変更、応用、及び均等物を包含するものである。

本発明のひとつの実施形態によれば、制御装置は、限定はしないが例えば光ファイバセンサなどのセンサを、液体吐出システムの近くに配置されて含んでいる。他のタイプのセンサとしては、例えばレーザセンサを含むことができる。

センサは、センサ固定体の一部分として取り付けられ、センサ固定体は、パターン測定及び調整手順中に液体吐出システムから吐出された液体物質を受けて排出するためのドレンパンないし受け器を含む。ドレンパンは、流体リザーバに流体的に結合され、該リザーバは、メイン装置の空気抜きに結合される。光ファイバセンサは、伝送器と受信器とを含んでいて、これらはドレンパンの両側に、互いに対向して取り付けられる。伝送器と受信器とは好ましくは、それぞれカバーないしシュラウドの中に取り付けられ、該カバーはセンサ固定体に対して着脱可能に取り付けられる。

米国特許第６，４５７，６５５号 液体噴出パターンの検出処理中には、センサ固定体のセンサは、吐出された液体噴出パターンにおける縁部の存否を検出することができる。本発明のひとつの観点によれば、液体吐出システムにおけるノズルを、センサに対する所定位置へと移動させて、噴出パターンの存否を決定し、次に、センサに対する少なくともひとつの第２の所定位置へと移動させて、再び噴出パターンの存否を決定する。これらの決定結果に基づいて、噴出パターンの幅を確認することができる。これによって、吐出されたパターンの幅が一定公差内にあることを確認するための迅速な手段が提供される。正確な幅を定期的に測定すると良い。こうした測定については、米国特許第６，４５７，６５５（Ｂ１）号に開示されているので、同文献の開示をここで参照して引用する。

本発明の上述の及びその他の目的及び利点については、添付図面とその説明とからさらに明らかになるだろう。

本願の一部分を構成する添付図面と、本発明の例示的な実施形態と、前述した発明の概要と、以下の詳細な説明とは、本発明の原理を説明するために役立つだろう。

本発明による制御装置によれば、液体吐出システムから吐出された液体噴出パターンが定められた限界内にあるか否かを迅速に点検して決定することができる。

添付図面において特に図１を参照すると、液体噴出制御システム１０は、液体噴出吐出装置１２のために使用されるものである。例示的な実施形態において説明されるように、液体噴出吐出システム１２は、液体物質の供給源１４を含み、この供給源は空気圧制御式レギュレータ１６に流体的に連通している。レギュレータ１６は、吐出装置１９における吐出バレルないしノズル１８内の液体物質の流体圧力を制御して、平坦で扇状の噴出パターンに液体物質が吐出されるようにしている。液体吐出システム１２は、例えばオハイオ州のウェストレークにある Nordson Corporation が製造及び販売している、Nordsons Select Coat Dispensing System などである。液体吐出システムのバレル及びノズル１８は、ＸＹＺ自動式移動プラットホームの制御の下で、基板に対してＸＹＺ方向に動かされ、絶縁被覆処理などのように、基板の表面上に部分的に重なり合った液体物質の軌跡を並べるように吐出して、基板上に均一に被覆された防湿保護膜を提供するが、これについては当業者に周知である。

しかしながら、本願における“液体噴出吐出装置”の用語は、絶縁被覆処理に使用される液体吐出システムや、吐出された液体を霧化する液体吐出システムなどに、何等限定されるものではない。むしろ、本願における“液体噴出吐出システム”の用語は、所定のパターン幅をもった液体物質を基板へ向けた方向へ吐出するようなあらゆる液体物質の吐出装置を、より広義に意味している。従って、本発明による液体噴出制御装置１０は、例えば、塗料や、接着剤、シーラント、又はフラックスなどを、吐出装置の吐出ノズルに対面させて配置された基板上へ噴出するような液体物質吐出装置に使用することができる。液体吐出システムから吐出された噴出パターンは霧化されていても良いし、又は変形例としては、吐出された液体物質は連続した帯状やリボン状に構成されたり、吐出ノズルから所定のパターン幅をもって放出される液体物質はファイバーウェブ状や帯状に構成されていても良い。さらに、液体吐出パターンは、例示的な実施形態において詳細に説明するような、平坦で扇状のパターンでも良いし、変形例としては、卵形や、円形、矩形、正方形、又はその他の横断面を基板の平面に対して略平行である平面において有していても良い。従って、詳しくは後述するように、本発明による液体噴出制御装置１０は、ノズル１８から放出される液体物質の吐出パターンに特に適合している。

センサ固定体２６は、ドレンパンないし受け器３０を含んでいて、このドレンパンないし受け器は、詳しくは後述する検出手順中に液体噴出吐出装置１２から吐出された液体物質を受けて排出するための、窪んだチャンバないし溜め器３２を含んでいる。ドレンパン３０は、ラインコンベア（図示せず）や、作業領域中におけるその他の都合の良い箇所に取り付けることができる。ドレンパン３０は、流体リザーバ（図示せず）に結合され、該リザーバは、配管（図示せず）を介してメイン装置の空気抜きに結合される。

液体噴出制御装置１０はセンサを含んでいて、該センサは、好ましい実施形態においては、光ファイバの発信器ないし伝送器５０と光ファイバの受信器５２とを含み、これらは噴出パターンの両側に互いに対向させて取り付けられている。当業者には良く知られているように、伝送器５０は光ビームを放射し、該光ビームは、受信器５２によって受けられる。

次に図２を参照すると、制御装置は、噴出パターンの半分Ｗ／２を点検することによって、噴出パターンの幅（Ｗ）が特定の所定の限界内にあるか否かを決定する。これに代えて、パターンの全幅Ｗを点検するようにしても良いことは理解されるだろう。検出動作中には、ノズル１８を第１の位置、つまり位置Ａへと移動させ、吐出器を作動させてノズル１８から物質を吐出させることによって、迅速な点検が行われる。次に、ノズルは少なくとも第２の位置、つまり位置Ｂへと移動されて、再び物質が吐出される。

ノズルの位置ＡとＢとは双方とも、伝送器５０から受信器５２へと伝達されるビーム５４の片側に配置されていて、２つの位置は好ましくは、同一である所定の距離ないし高さ（Ｈ）だけセンサの上方に配置されている。

正常な動作においては、センサは、ノズルが位置Ａにあるときには、噴出パターンを認めず、ノズルが位置Ｂにあるときには、パターンを認めるようになっている。

ノズルが詰まった場合には、物質の流れが減少するために、パターンは小さくなる。その結果、センサは、ノズルが位置Ｂへ動かされたときに、扇状パターンの縁部を検出しなくなる。一方において、ノズルが部分的に詰まった場合には、噴出パターンは片側へ歪んで、そちら側の幅が大きくなる。こうした状況が生じた場合には、センサは、位置Ａと位置Ｂとの双方において、噴出パターンの縁部を検出する。同様に、噴出パターンが反対方向へ歪んだ場合には、噴出パターンの反対側が小さくなって、位置Ｂにおいて検出されないと共に、位置Ａにおいてさえも検出されなくなる。そうした問題点を低減ないし解消するため、例えば位置Ａと位置Ｂとの間にあるような、追加的な位置へとノズルを動かしても良い。噴出パターンを点検する位置の数は、要求される公差と、特定の用途において予想される最小幅Ｗとに基づいて定めることができる。

図３から図５を参照すると、流体の扇状パターン６０は一般に、縁部６２では、より厚く、中央の部分ないし膜６４では、より薄くなっている。これは、センサに対して略透明であるような流体を使用する用途において、検出上の難題になる。図５Ａから図５Ｃは、扇状パターンがセンサのビームを通って移動するときの、流体に対して可能性のあるセンサの応答を示している。図５Ａにおいては、センサは、縁部６２を検出して出力６６を発生させるけれども、中央の領域ないし膜６４は検出することがなく、出力６７を発生させない。図５Ｂにおいては、センサは、扇状パターンの両側の縁部６２と膜６４とを含む全体を検出して、出力６８を発生させる。図５Ｃにおいては、センサは、縁部６２を検出して出力７０を発生させるが、膜領域６４においては、不安定なセンサの読取りないし出力７２となる。結果として、センサの敷居値の設定は、扇状パターンの縁部を適切に検出するようには調整できるけれども、センサの限界のために、パターンの膜部分は確実には検出することができない。

位置Ｂにおいてはセンサが検出することが期待されるので、位置Ａと位置Ｂとの間の距離には制約がある。略透明である物質など、検出が難しい物質にあっては、かかる距離Ｔの最大値は、センサビーム５４によって確実に検出できる、扇の縁部の幅と同一であるべきである。従って、センサビーム５４から位置Ａ及び位置Ｂまでの距離qctolは、Ｔ／２を越えるべきではなく、ここで、qctolは迅速点検の公差値である。

例えば、１２mmの扇状パターンの幅Ｗに±１mmの公差が求められるのであれば、全体的な誤差幅は２mm（つまり１１mm〜１３mm）になる。迅速点検では扇の片側を見るので、位置Ａと位置Ｂとは１mmを越えて離すべきではない。これは、望ましいqctolは０．５mmであって、噴出パターンの縁部の幅Ｔは少なくとも１．０mmでなければならないことを意味している。しかしながら、流体とノズルと圧力とセンサとの組み合わせのために、０．４mmだけのＴしか得られないような場合には、適切な動作で噴出パターンを迅速に点検して検出するために許容されるqctolの最大値は０．２mmになる。これは、位置Ａと位置Ｂとを０．４mmだけ離すべきであって、検出装置は１２mm±０．４mmの扇パターンを期待することになるということを意味している。

図６から図８を参照すると、伝送器５０は好ましくは、光ファイバケーブル７９を含んでいて、このケーブルの端部８１は、丸いバレルと２つの平坦部８０を有している。同様に、受信器５２は、光ファイバケーブル７９’を含んでいて、このケーブルの端部８１’は丸いバレルと２つの平坦部８０を有している。光ファイバケーブル７９及び７９’は、取付ブラケット組立体８２に取り付けられる。それぞれの取付ブラケット組立体８２は、ブラケット８４とクランプ組立体８６とを含んでいる。クランプ組立体８６は、ネジ付きボルトないし止めネジ８８と、ワッシャ９０と、Ｏリング９２とを含んでいる。ブラケット８４は、ミル加工溝９４と、ミル加工スロット９４の片側に取り付けられたストップピン９６と、クランプ組立体８６が保持されるネジ付きボア９８とを含んでいる。

光ファイバケーブルの端部８１は、ブラケット８４のミル加工溝９４と、クランプ組立体８６のワッシャ９０とによって形成される開口の中に挿入される。クランプ組立体のワッシャは、ケーブル７９の平坦な上部を押し下げて、平坦な底部をミル加工スロットに当接させて保持し、光ファイバケーブルの平坦部を整列させて維持する。クランプ組立体のＯリング９２は、光ファイバケーブルのバレルをスロット内の平坦部に対して押圧し、ネジを回転させるとバレルの端部８１は溝内のストップピン９６に押圧されて、バレルの光伝達部分はブラケット８４の側壁にある開口１００に対して整列される。

扇パターンを測定するときには、吐出装置は空気中にパターンを噴出する。低い表面張力をもったある種の物質においては、噴出はノズルにて主たるパターンから分かれたり、及び／又は、再びまとまって扇状ないし葉状になったりする。絶縁被覆物質が破断すると、測定領域の近くの機器の上にはね返る。被覆物質がセンサに付着すると、光ファイバセンサの周辺光のレベルが減少する。光のレベルが過度に低下すると、周辺光のレベルは、扇幅の縁部を測定するために用いられる予め設定されたトリップ点を下回る。

そうした状況においては、バッフル組立体１１０を使用して、はね返りを最小化すると共に、はね返った飛沫を取付ブラケット組立体８２及び８２’に、特にその開口１００に接触させないための助けにする。バッフル組立体１１０は、２枚の間隔を隔てたバッフル１１２を含んでいる。吐出中には、扇状パターンに吐出された物質は、２枚のバッフル１１２の間に吐出されることになる。バッフル１１２は、空中の飛沫が開口１００に付着することを妨げる助けになる。追加的なセンサ保護として、取付ブラケット組立体８２及び８２’に、透明レンズ１１４と保護カバー１１５とを追加しても良い。透明レンズ１１４は、溶媒と綿棒を用いて容易に清掃することができる。カバー１１５に設けられた孔１１７と、バッフル１１２に設けられた孔１１６とによって、光ビームは伝送器から受信器へ通過することができる。

バッフル１１２は、ベース１１８に取り付けられる。このベースは、Ｗ字形の形状になっている。Ｗ字形の形状ないし横断面は、バッフルの孔１１６の付近において、吐出された物質のはね返りを低減させる助けになる。ベース１１８は開口１２０を含んでいて、該開口によって、吐出された物質がドレンパン３０へ通り抜けられるようにしている。

バッフル組立体１１０は、保持アーム１２４によって、ドレンパン取付板１２２に取り付けられる。ドレンパン３０もまた、ドレンパン取付板１２２に取り付けられる。ドレンパン取付板１２２は、ワークステーションのコンベアレールや、その他の都合の良い箇所に取り付けられる。

本発明について、様々な実施形態の説明によって例示し、かかる実施形態は詳細であると考えられる程度に説明したけれども、出願人は、特許請求の範囲をそうした詳細に限定したり制限したりする意図ではない。追加的な利点及び改変は、当業者にあっては自明である。従って、より広義における本発明は、特定の詳細、代表的な装置及び方法、図示して説明した例示的な実施例に限定されるものではない。よって、出願人の一般的な発明概念の精神及び範囲から逸脱せずに、そうした詳細に変更を加えることができる。

本発明の原理に従った、液体噴出制御装置の一部分を示した模式的なブロック図であって、該装置は、基板へ向けて液体噴出のパターンを吐出する液体吐出システムに使用される。 噴出パターンの縁部の検出について示した模式図である。 ひとつのタイプの噴出パターンを示した立面図である。 図３の４−４断面における噴出パターンの横断面図である。 図３および図４の噴出パターンに対して可能性のある、センサの信号応答を示している。 図３および図４の噴出パターンに対して可能性のある、センサの信号応答を示している。 図３および図４の噴出パターンに対して可能性のある、センサの信号応答を示している。 図６は、ひとつの実施形態によるセンサ固定体を示している。 図７は、図６のセンサ固定体を示した拡大図であって、取付ブラケット組立体のカバーを取り外して示している。 図８は、図６のセンサ固定体を示した分解図である。

Claims (12)

1. 吐出された液体物質のパターンを検出するための方法であって、
   センサの側方に配置された第１の位置において、液体吐出器からあるパターンで液体物質を吐出する工程と、
   該パターンの存否を該センサで検出する段階と、
   該センサに対して該第１の位置と同一の側にある第２の位置へ該液体吐出器を移動させる工程と、
   該パターンの存否を該センサで検出する工程と、
   該第１の位置と該第２の位置とにおける検出結果に応じて、吐出された液体物質の該パターンの状態を決定する工程とを備えることを特徴とする方法。
2. 吐出された液体物質のパターンを検出するための方法であって、
   （ａ） 光ビームを送る工程と、
   （ｂ） 光ビームの側にある第１の位置へ吐出器を移動させて、あるパターンで液体物質を吐出する工程と、
   （ｃ） 光ビーム中におけるパターンの存否に応じて信号を発生させる工程と、
   （ｄ） 光ビームに対して第１の位置と同一の側にある第２の位置へ該吐出器を移動させて、液体物質を該パターンで吐出する工程と、
   （ｅ） 光ビーム中における該パターンの存否に応じて信号を発生させる工程と、
   を備えることを特徴とする方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、前記あるパターンで液体物質を吐出する工程は、
   該あるパターンは、第１及び第２の縁領域と、それぞれがある幅をもつ該第１の縁領域および該第２の縁領域の間に配置される中央の膜領域とを有するように、扇状パターンで物質を吐出する工程と、
   第２の位置へ該吐出器を移動させる工程は、パターンの縁領域のうちのひとつの幅の半分以下である距離だけ、該吐出器を移動させる段階を含んでいることを特徴とする方法。
4. 請求項３に記載の方法であって、該液体物質は透明であることを特徴とする方法。
5. 請求項２に記載の方法であって、光ビームは、離間して配置された一対のバッフルを通って伝達され、パターン状に吐出される液体物質は、該バッフルの間に吐出されることを特徴とする方法。
6. 請求項５に記載の方法であって、吐出された液体物質はＷ字形の輪郭を有し一対のバッフル間に延在してなるベースによって受容され、ベースを通った物質がパンに集められることを特徴とする方法。
7. 請求項３に記載の方法であって、発生した信号に応じて、該パターンの状態を決定する工程をさらに備えることを特徴とする方法
8. 吐出された液体物質のパターンを検出するための装置であって、
   互いに離間して配置され、対向して取り付けられた伝送器と受信器とを含むセンサであって、該伝送器は光ビームを送り出し、該受信器は光ビームを受けて光ビームの存否に応じて信号を発生し、通常の動作条件の下で、吐出された液体物質のパターンは光ビームを通り抜けるようなセンサ、
   Ｗ字形の輪郭を有するベースに取り付けられ、離間して配置される２枚のバッフルを含むバッフル組立体であって、該バッフル組立体は該伝送器と該受信器との間に配置され、それぞれのバッフルは光ビームが通り抜けられるような開口を有することを特徴とする装置。
9. 請求項８に記載の装置であって、吐出された液体物質を受けるための開口を有しているドレンパンをさらに備え、該バッフル組立体は該ドレンパンの開口の中に配置され、該バッフル組立体は吐出された物質をドレンパンへ通り抜けさせるための開口を含んでいることを特徴とする装置。
10. 請求項９に記載の装置であって、該伝送器と該受信器とを取り付けるための一対の取付ブラケット組立体をさらに含んでいることを特徴とする装置。
11. 請求項１０に記載の装置であって、該センサは、光ファイバセンサ、またはレーザであることを特徴とする装置。
12. 請求項１１に記載の装置であって、
    該取付ブラケット組立体は、スロットと該スロットに連結された開口とを有するハウジングと、
    該センサの光ファイバケーブルを該スロット内に着脱可能に保持し、該ケーブルの配列を該開口を用いて保持するためのクランプ組立体と、
    該開口を覆うレンズと、
    カバーとを備えることを特徴とする装置。
    

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