JP2010264380A - 液体塗布方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微少量の液体でも安定して塗布可能な液体塗布方法および装置を提供する。
【解決手段】液体供給用のニードル１先端とニードル外壁面３のクリーニングを実施後に、被塗布物４の塗布位置までニードル１を移動し、ニードル１先端と被塗布物４塗布面との塗布間隔５を認識画面にて確認、調整する。塗布実施前のニードル内部状態を安定化させるためにディスペンサコントローラの予備塗布の設定値にて液体の予備突出を行う。この予備突出液体６の突出量を認識カメラにて確認し、所定の量となるまで調整して達したことを確認する。突出量を調整した後に、ディスペンサコントローラの本塗布条件によって液体７の供給を行い、被塗布物４に塗布する。この方法により空圧式のディスペンサユニットにおいても微少量の液体塗布を安定して行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被塗布物に対して接着剤等の液体を微少量塗布する液体塗布方法および装置に関するものである。

従来の液体塗布方法は、接着剤等の液体をそれら液体の充填されているシリンジ内に所定の空気圧を所定時間付与することによって、シリンジ先端に配置されたニードル先端から所定の供給量を塗布する方法が知られている。この際、液体の粘度やニードルの内径との関係により、塗布圧力を付与していないにもかかわらず重力によってニードル先端から液体が垂れてしまうことがある。これを防ぐために塗布圧力を付与していない時は、シリンジ内を強制的に負圧にすることで液体の垂れを防止する方法が一般的にとられている。

しかしながら、ニードル先端の液体垂れ防止のため、前記シリンジ内の負圧の設定圧力値によっては、ニードル先端の液体をニードル内部にまで引き込んでしまうことで、ニードル内部の液体量が把握できず、毎回の塗布における所定の塗布圧力、塗布時間による塗布ばらつきに加えて、ニードル内部に引き込まれている分の塗布量ばらつきが上乗せされてしまう。特に微少量の塗布の場合には、このニードル内部に引き込まれている液体の量が、塗布量全体における比率が高くなり、ばらつきの大きな要因になる。

そこで、塗布工程における前記塗布圧力および塗布時間、並びにニードル内引き込み量のばらつきを抑制する方法として、例えば特許文献１に記載の液体塗布方法およびその装置が知られている（図１１（ａ）〜（ｄ），図１２参照）。この特許文献１においては、ニードル先端にあらかじめ所定の量の液体を半球状に供給し、半球状の液体の投影図から供給量を判断し、半球状液体の増減の制御を行うことで供給量を安定させ、そのまま塗布位置に移動して被塗布物に液体を塗布する構成をとっている。

特許第２９９６２３５号公報

しかしながら、前記特許文献１の構成では、あらかじめ塗布する液体量全体をニードル先端に供給するために、供給量が多くなった場合には図１３（ａ）〜（ｃ）に示すようにニードル外壁への液体の這い上がりが起きる可能性があり、また、ニードル先端に必要量の液体を供給した後、塗布位置までニードルを移動させる構成のために、その際に空圧配管の内部圧力の変動、または時間的な経過による供給量の変動があり、結果、塗布量にばらつきを生じてしまうという課題があった。

本発明はこのような点に鑑み、微少量の液体でも安定して塗布可能な液体塗布方法および装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した液体塗布方法は、液体を塗布するニードル先端と液体が塗布される被塗布物との間で、塗布する液体の量に応じた所望の間隔となる位置にニードル先端を移動して、ニードル先端から予備塗布条件の供給制御によって液体を突出させ、突出した液体の量を確認した後に、被塗布物に対して本塗布条件の供給制御により液体を塗布することを特徴とする。

また、請求項２に記載した発明は、請求項１の液体塗布方法において、ニードル先端と被塗布物との間隔をニードル先端と被塗布物の側面を同時に撮像する撮像手段により画像を取り込み、取り込んだ画像の画像処理を行うことで確認することを特徴とする。

また、請求項３に記載した発明は、請求項２の液体塗布方法において、ニードル先端と被塗布物を撮像する撮像手段を斜め上方からニードル先端と被塗布物の側面を撮像する位置に配置することを特徴とする。

また、請求項４に記載した発明は、請求項１〜３の液体塗布方法において、ニードル先端から予備塗布条件により突出する液体の量は、ニードル先端付近の外壁面と突出する液体との接触角が液体の外壁面への這い上がり開始角度に達しない液体の量を上限とすることを特徴とする。

また、請求項５に記載した発明は、請求項１〜４の液体塗布方法において、ニードル先端から予備塗布条件により突出する液体の量の制御は、突出した液体の量を確認して、所定の量に達していない場合はニードル先端が配置されたシリンジ内に正圧を加え、所定の量を超過している場合はシリンジ内を負圧として突出の量を制御することを特徴とする。

また、請求項６に記載した発明は、請求項１〜５の液体塗布方法において、突出した液体の量を確認した後の被塗布物に対して本塗布条件で液体を供給する際に、ニードル先端付近の外壁面と供給する液体との接触角を確認して、接触角が液体の外壁面への這い上がり開始角度に達する以前に、ニードル先端と被塗布物との間隔を広げる方向にニードル先端を移動させることを特徴とする。

また、本発明の請求項７に記載した液体塗布装置は、液体を貯留するシリンジと、シリンジの先端に配置され、先端から被塗布物に対して液体を塗布するニードルと、ニードル先端から突出させる液体および被塗布物に塗布する液体の所定の量を供給制御する制御手段と、ニードル先端と被塗布物との間隔を制御する手段と、ニードル先端と被塗布物との間隔およびニードル先端の状態を撮像する撮像手段とを備えたことを特徴とする。

また、請求項８に記載した発明は、請求項７の液体塗布装置において、ニードル先端から供給される液体とニードル先端付近の外壁面との接触角を撮像画像で確認して、接触角が液体の外壁面への這い上がり開始角度に達した場合に、ニードル先端と被塗布物との間隔を制御する手段を備えたことを特徴とする。

前記構成によれば、塗布位置に移動したニードル先端から液体を突出させ、突出した量を確認した後に塗布することで、微少量の液体を安定して供給することができる。

本発明によれば、微少量の液体を塗布する場合においても、ばらつきの少ない安定した塗布が可能となり、また、ニードル先端径に対して比較的多量の液体を塗布する際にも、ニードル外壁面への液体の這い上がりを抑制することで安定した塗布ができるという効果を奏する。

本発明の１実施の形態における液体塗布方法（ａ）〜（ｅ）を示す図 本実施の形態における塗布動作（ａ）〜（ｄ）のニードル内部の状況を示す断面図 本実施の形態における液体塗布装置の概略構成を示すブロック図 本実施の形態における塗布工程の認識画像を示す図 本実施の形態における認識対象の（ａ）は水平面、（ｂ）は水平面よりやや斜め上方からの視野図 本実施の形態における本塗布動作（ａ）〜（ｃ）の液体の状態を示す図 塗布動作（ａ）〜（ｆ）の液体の這い上がり現象を示す図 本実施の形態における接触角の認識画面を示す図 本実施の形態における本塗布動作（ａ）〜（ｅ）の接触角の閾値制御を示す図 ニードルの先端部分（ａ），（ｂ）を示す図 従来の液体塗布方法（ａ）〜（ｄ）を示す図 従来の液体塗布装置を示すブロック図 従来の塗布動作（ａ）〜（ｃ）の液体の這い上がり現象を示す図

以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明の１実施の形態における液体塗布方法（ａ）〜（ｅ）を示す図である。まず、図１（ａ）に示すニードルクリーナー２のような、吸引する空気の流れによりニードル１先端と付近のニードル外壁面３における付着物を掻き取り、または手拭作業によりニードル１先端周辺の残留液体のふき取りを行う。ニードル１先端に液滴、または何らかの異物が付着、残留していると、その箇所を起点として、後述する液体の這い上がり現象がニードル外壁面３に発生する可能性がある。そのため、ニードル１先端に付着している残留液体、異物等が除去されたことを確認した後に、図１（ｂ）のように被塗布物４の配置された塗布位置までニードル１を移動する。さらには、ニードル１先端と被塗布物４の塗布面との塗布間隔５を認識画面にて確認する。

所定の塗布間隔５であることを確認し、もし塗布間隔５にズレがあればニードル１の位置補正を行って、再度塗布間隔５を確認する。この際のニードル１と被塗布物４との塗布間隔５は、本塗布によりニードル１先端から吐き出す液体７の量によって、吐き出され半球状となった液体７が確実に被塗布物４に接触する高さより近接した位置になるように設定しておく必要がある。

前述したニードルクリーニング工程におけるニードル１先端の付着物の掻き取り、および手拭作業によるふき取りに、加えて、液体の垂れを防止するためシリンジ内部への負圧付与によってニードル１内部に液体が引き込まれている可能性がある。このニードル１内部に残留する液体の量は、塗布の度に同等かどうかが不明である。そのため、塗布量の安定化を図るためにはニードル１先端状態を塗布の度に安定させる必要がある。ここで、ニードル１先端状態とはニードル外壁面３の残留付着物、または異物の有無と、ニードル１内部に残留する液体の量のことである。ニードル外壁面３の残留付着物および異物については外部からの観察系により確認は容易であるが、ニードル１内部に残留する液体の量は、特に負圧等によって引き込まれている場合には確認することができない。

そこで、本実施の形態においては安定した塗布を行うため塗布実施前の予備突出を行う。まず、ニードル１先端の状態を確認し、ニードル１先端およびニードル外壁面３に液体等の付着物がないことを確認する。その後、図１（ｃ）に示すように、ディスペンサコントローラ（図示せず）の予備塗布の設定値にて液体の予備突出を行う。ここで、予備突出液体６の突出量を認識画像で確認し、所定の突出量に達していなければ再度予備突出を行って、予備突出液体６の量を再度確認する。この動作を所定の予備突出量に達するまで繰り返す。なお、予備突出量の設定値の下限は認識画像で突出高さを確認できる範囲であれば好適であり、上限はニードル外壁面３への這い上がりが発生しない程度、または液滴が自重によって自然落下しない程度の量に設定する必要がある。

予備塗布による予備突出液体６の量が所定の量に達した後、ディスペンサコントローラにあらかじめ登録してある本塗布条件で液体７の供給を行い、被塗布物４に液体７を塗布する。塗布の開始から塗布された液体７が被塗布物４に対して濡れ広がり、その濡れ広がりが安定するまでの時間以上、ニードル１の位置を保持する（図１（ｄ）の状態）。その後、図１（ｅ）に示すようにニードル１を上昇させ、ニードル１と塗布した液体７とを切り分ける。これにより塗布動作が完了する。

図２（ａ）〜（ｄ）は塗布動作時のニードル内部の状況を詳細に説明する断面図である。図２（ａ）に示すように、ニードル１内部に液体７が引き込まれた状態は、外部からの観察系ではどの程度の量が引き込まれているかは確認することはできない。そのため、ディスペンサコントローラ（図示せず）の予備突出設定値（圧力、時間）をシリンジ内部の液体に付与し、ニードル１先端から予備突出を行って、ニードル１先端から液体７を突出させる。この予備突出液体６を外部から撮像手段の認識カメラ（図示せず）で撮像することにより認識する（図２（ｂ）参照）。その後、ディスペンサコントローラの本塗布条件にて塗布動作を行い（図２（ｃ）参照）、被塗布物４に対する濡れ広がり時間を保持した後にニードル１を上昇させる（図２（ｄ）参照）。

図３は本実施の形態における液体塗布装置の概略構成を示すブロック図である。図３に示すように、被塗布物４を載置する塗布ステージ８と、その上面に配置された液体を塗布するニードル１、ニードル１を配したシリンジ９の上下動作を可能とする上下可動ユニット１０と、塗布開始前のニードル１先端状態、塗布工程の状態観察、および被塗布物４に塗布された液体の形状観察を行う認識カメラ１１と、認識カメラ１１による撮影画像を取り込み、画像解析を行う画像認識部１２、認識結果によってディスペンサコントローラ１３の動作とニードル１の上下動作を制御する動作制御部１４、ニードル１先端および被塗布物４等の認識画像の箇所を背面から照射する照明部１５からなる。

また、図４には塗布工程の認識画像を表し、先端部分のクリーニングが完了したニードル１が塗布位置に移動した状態を示す。まず、図４に示すように、被塗布物上面高さ１７とニードル先端高さ１６を認識し、両者の塗布間隔を認識する。この認識結果が所定の塗布間隔と異なっている場合、ニードル１を上下可動ユニット１０により制御して所定の間隔に調整する。

その後、予備塗布によってニードル１先端から突出した予備突出液体高さ１８を認識画像で確認し、ニードル１先端から液体７の突出量を読み取る。この突出量の認識結果によって、ディスペンサコントローラ１３の制御を行う。突出量が所定の量より多い場合はシリンジ内部を負圧にして制御し、所定の量より少ない場合はさらに予備塗布動作を行う。予備突出量が所定の量に到達したことを確認した後に、本塗布条件でディスペンサコントローラ１３を制御、動作させる。

図５（ａ），（ｂ）はニードル先端および被塗布物、塗布した液体の形状確認を説明する視野図である。画像認識を行う際、図３に示す認識カメラ１１を被塗布物４の塗布面と同一平面上に配置した場合（図５（ａ）参照）、認識カメラ１１の焦点距離にもよるが、高倍率のレンズを使用した際に被塗布物端面１９がぼやけて写りこむために、塗布された液滴の塗布液体端面２０の状態認識が困難になる。

図５（ｂ）に示すように、認識カメラ１１を水平面よりやや斜め上方から観察することで、被塗布物端面１９の影響を受けずに塗布液体端面２０の形状を明確に撮像および認識可能となる。一方、ニードル１先端側はニードル撮像端面２１と液体７の突出部分の液体頭頂部２２との焦点を確認すれば突出高さ認識は可能であるため、水平方向でも斜め方向からでも特に問題はない。そのため、本実施の形態で用いる認識カメラ１１は、被塗布物４の塗布水平面よりやや斜め上方から塗布部分およびニードル１先端を認識する観察光軸を採用する。これにより、一視野の撮像範囲において焦点距離のみ調整、変更することで、ニードル１先端状態認識、予備突出液体６高さ認識、また、被塗布物４に対する塗布液滴の塗布状態観察までを行うことが可能となる。

次に、図６（ａ）〜（ｃ）は本実施の形態における本塗布動作を示す図である。図６（ａ）に示す所定の位置で予備塗布の動作によりニードル１先端に所定量の予備突出液体６を構成する。その後、図３のディスペンサコントローラ１３において、本塗布の動作を行う。本塗布によりニードル１先端に供給された液体７が突出部分を構成する液体７とともに半球状となり被塗布物４に対し接触する。接触後に液体は被塗布物４に対して濡れ広がって行くために、ニードル外壁面３との接触角が、這い上がりの閾値を超える可能性が低く、這い上がりのない安定した塗布が可能となる。

ただし、ディスペンサコントローラ１３の設定によっては、ニードル１から吐き出される液体７の速度に対する濡れ広がりの速度、または被塗布物４表面の接着剤に対する濡れ広がり性の度合いによっては、ニードル外壁面３と液体７との接触角が徐々に小さくなり、閾値を超えた段階でそこを起点として液体７はニードル外壁面３に這い上がりを開始する可能性もある。

図７（ａ）〜（ｆ）を用いて、前述した這い上がり現象を説明する。図７（ａ）〜（ｃ）においては、ニードル１先端に予備突出液体６の構成を行った後に本塗布動作に移行し、被塗布物４に対して液体７が濡れ広がって行く過程を示す。

ここで、図７（ｄ）に示すようにニードル１先端からの液体７の供給が、被塗布物４上の接着剤の塗れ広がりを上回ってしまうと、接触角が徐々に小さくなって行き、接触角が這い上がりの閾値を超えてしまった場合、図７（ｅ）のようにニードル外壁面３への液体７の這い上がりが開始される。この現象は、ニードル１と被塗布物４との塗布間隔５が塗布量に対して狭い場合にも発生する。

この這い上がり現象により、図７（ｆ）のように本塗布後の所定の安定時間が経過した後、ニードル１を上昇させてニードル１と液体７を切り分けた際に、ニードル外壁面３に這い上がった液体７’も同時に上昇し、被塗布物４に供給しないで持ち帰ってしまう。この這い上がり量を制御することは非常に困難で、これにより結果的に被塗布物４に対する塗布量が不安定になり、塗布量ばらつきの大きな要因となる。

そのため、図８に示すように、ニードル外壁面３とニードル１先端から供給されている液体７との接触角をリアルタイムに認識画像で確認する。また、図９（ａ）〜（ｅ）を用いて、前述した接触角の閾値制御を説明する。図９（ａ）〜（ｃ）においては、ニードル１先端に予備突出液体６の構成を行った後に本塗布動作に移行し、被塗布物４に対して液体７が濡れ広がって行く過程を示す。そして、図９（ｄ）に示すようにニードル１先端からの液体７の供給が、被塗布物４上の接着剤の塗れ広がりを上回ってしまうと接触角が徐々に小さくなって行く。この状態を図８に示す認識画像によって、這い上がりが開始される可能性のある接触角の閾値に至る前に、図９（ｅ）のようにニードル１を適宜上昇させる。つまり、被塗布物４とニードル１先端との塗布間隔５を増大させ、接触角の這い上がり開始の閾値を超えないように、被塗布物４に対するニードル１先端の塗布間隔制御を行う。

これにより、ニードル外壁面３への液体７の這い上がりの起点を作ることを避けることが可能となり、液体７のニードル外壁面３への這い上がりを防止し、塗れ広がり安定時間経過後にニードル１を上昇させて、ニードル１と液体７の切り分けを行った際に、ニードル１の持ち帰り量はニードル１先端面に付着した分量だけとなり、ばらつきの少ない安定した塗布量が得られる。

なお、前述の持ち帰り量についても図１０（ｂ）に示すように、ニードル１先端付近の面積（ニードル外壁面３）を図１０（ａ）に比べてできるだけ小さくすることにより、ニードル１先端への付着で持ち帰ってしまう液体の量をも減らすことができる。

本発明の液体塗布方法および装置は、一般的な空圧式ディスペンサにおいても超微量の液体塗布が可能となるため、安価なシステムで多種多様な液体塗布に適用できる。

１ ニードル
２ ニードルクリーナー
３ ニードル外壁面
４ 被塗布物
５ 塗布間隔
６ 予備突出液体
７ 液体
８ 塗布ステージ
９ シリンジ
１０ 上下可動ユニット
１１ 認識カメラ
１２ 画像認識部
１３ ディスペンサコントローラ
１４ 動作制御部
１５ 照明部
１６ ニードル先端高さ
１７ 被塗布物上面
１８ 予備突出液体高さ
１９ 被塗布物端面
２０ 塗布液体端面
２１ ニードル撮像端面
２２ 液体頭頂部

Claims (8)

1. 液体を塗布するニードル先端と液体が塗布される被塗布物との間で、塗布する液体の量に応じた所望の間隔となる位置に前記ニードル先端を移動して、前記ニードル先端から予備塗布条件の供給制御によって液体を突出させ、前記突出した液体の量を確認した後に、前記被塗布物に対して本塗布条件の供給制御により液体を塗布することを特徴とする液体塗布方法。
2. 前記ニードル先端と前記被塗布物との間隔を前記ニードル先端と前記被塗布物の側面を同時に撮像する撮像手段により画像を取り込み、前記取り込んだ画像の画像処理を行うことで確認することを特徴とする請求項１記載の液体塗布方法。
3. 前記ニードル先端と前記被塗布物を撮像する撮像手段を斜め上方から前記ニードル先端と前記被塗布物の側面を撮像する位置に配置することを特徴とする請求項２記載の液体塗布方法。
4. 前記ニードル先端から予備塗布条件により突出する液体の量は、前記ニードル先端付近の外壁面と前記突出する液体との接触角が前記液体の外壁面への這い上がり開始角度に達しない液体の量を上限とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体塗布方法。
5. 前記ニードル先端から予備塗布条件により突出する液体の量の制御は、前記突出した液体の量を確認して、所定の量に達していない場合は前記ニードル先端が配置されたシリンジ内に正圧を加え、所定の量を超過している場合は前記シリンジ内を負圧として突出の量を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体塗布方法。
6. 前記突出した液体の量を確認した後の被塗布物に対して本塗布条件で液体を供給する際に、ニードル先端付近の外壁面と前記供給する液体との接触角を確認して、前記接触角が前記液体の外壁面への這い上がり開始角度に達する以前に、前記ニードル先端と前記被塗布物との間隔を広げる方向に前記ニードル先端を移動させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体塗布方法。
7. 液体を貯留するシリンジと、前記シリンジの先端に配置され、先端から被塗布物に対して前記液体を塗布するニードルと、前記ニードル先端から突出させる液体および前記被塗布物に塗布する液体の所定の量を供給制御する制御手段と、前記ニードル先端と前記被塗布物との間隔を制御する手段と、前記ニードル先端と前記被塗布物との間隔および前記ニードル先端の状態を撮像する撮像手段とを備えたことを特徴とする液体塗布装置。
8. 前記ニードル先端から供給される液体と前記ニードル先端付近の外壁面との接触角を撮像画像で確認して、前記接触角が前記液体の外壁面への這い上がり開始角度に達した場合に、前記ニードル先端と前記被塗布物との間隔を制御する手段を備えたことを特徴とする請求項７記載の液体塗布装置。

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