JP2014155911A - 塗布装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】塗布材が貯留される貯留室内への気泡の混入を抑制し得る塗布装置を提供する。
【解決手段】塗布材90をワーク91に対して吐出するプランジャポンプ20は、シリンダ21と、シリンダ21内で往復動するプランジャ22と、プランジャ22をその軸方向に往復動させるサーボ機構23とを備えている。そして、供給タンク30および供給弁40によるポンプ室26内への塗布材90の供給時に、圧力センサ60により測定される内圧と大気圧との差が小さくなるように、サーボ機構23がコントローラ80により制御される。
【選択図】図1

Description

本発明は、ワークの表面に塗布材を塗布する塗布装置に関するものである。
従来、ワークの表面に塗布材を塗布する塗布装置として、下記特許文献1に開示される材料塗布装置が知られている。この材料塗布装置は、シリンダ内からの材料吐出時およびシリンダ内への材料供給時に進退するプランジャとこのプランジャを進退させるためのギヤ機構とを備えており、ギヤ機構とモータとの間に電磁クラッチが設けられている。そして、材料吐出時には、モータの駆動に応じてギヤ機構が作動してプランジャがシリンダ内に前進することで、プランジャにより加圧された材料がノズルから吐出される。また、材料供給時には、電磁クラッチによりギヤ機構とモータとの接続が遮断された状態で、材料供給ポンプよりシリンダ内に材料が圧送される。このとき、圧送された材料によりプランジャが押し上げられてギヤ機構が逆回転するが、電磁クラッチによりギヤ機構とモータとの接続を遮断することで、モータの逆回転を防止している。
特開2009−090264号公報
ところで、シール性の劣化、例えば、塗布材が貯留される貯留室への塗布材の供給時に可動するプランジャ用のシール部材の劣化が進むと、貯留室内の内圧によっては、貯留室内への塗布材の供給時に外気が貯留室内に入り込み、当該貯留室内に気泡が混入してしまう場合がある。このように気泡が混入された塗布材を塗布する場合、気泡を含む塗布材が吐出口から吐出された直後に破裂等してしまい、塗布面が不均一になる塗布異常が生じる可能性がある。
貯留室内への気泡の混入を抑制するために貯留室へ塗布材を供給する供給圧を高めることも考えられるが、材料カートリッジや配管経路の耐圧等を考慮すると供給圧を高めることが困難であり、専用の供給圧を高める機構等を採用すると製造コストが増大してしまうという問題がある。また、単に供給圧を高めるとシール部材が劣化しやすくなるという問題もある。一方で、貯留室内への気泡の混入を抑制するために徐々に塗布材を貯留室内に供給することもできるが、塗布材の供給時間が長くなり作業効率が低下するという別の問題が生じてしまう。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、塗布材が貯留される貯留室内への気泡の混入を抑制し得る塗布装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、特許請求の範囲の請求項1に記載の塗布装置(10)は、塗布材(90)が貯留されて所定圧(Pn)になると吐出口(28)を介して前記塗布材が吐出される貯留室(26)と、前記貯留室内に前記塗布材を供給する供給手段(30,40)と、前記貯留室内の内圧(P)を調整可能な内圧調整手段(23)と、前記内圧を測定する内圧測定手段(60)と、前記供給手段による前記貯留室内への前記塗布材の供給時に、前記内圧測定手段により測定される前記内圧と大気圧との差が小さくなるように前記内圧調整手段を制御する制御手段(80)と、を備えることを特徴とする。
なお、特許請求の範囲および上記手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
請求項1の発明では、供給手段による貯留室内への塗布材の供給時に、内圧測定手段により測定される内圧と大気圧との差が小さくなるように、内圧調整手段が制御手段により制御される。これにより、貯留室内への塗布材の供給時には、貯留室内の内圧と大気圧との差が小さくなるため、過剰な内圧調整手段の動作により貯留室内の内圧が一時的にでも大きな負圧になる場合と比較して、外気が貯留室内に入り込みにくくなる。したがって、作業効率を低下させることなく塗布材が貯留される貯留室内への気泡の混入を抑制することができる。
本実施形態に係る塗布装置の概略構成を示す説明図である。 塗布装置の電気的構成を概略的に示すブロック図である。 プランジャポンプの吐出口近傍を概略的に示す断面図である。 吸引ステップ、待機ステップおよび吐出ステップにおける内圧の時間変化とプランジャの移動との関係を示す説明図である。 吸引ステップにおける吸引速度および内圧の時間変化を示す説明図である。 待機ステップにて内圧がばらつく状態での吐出指令タイミングと実吐出タイミングとの関係を示す説明図である。 待機ステップにて内圧が吐出待機用圧力に維持された状態での吐出指令タイミングと実吐出タイミングとの関係を示す説明図である。 吐出ステップにおける内圧の時間変化を示す説明図である。
以下、本発明の塗布装置を具現化した一実施形態について、図面を参照して説明する。
図1に示す塗布装置10は、放熱ゲルやシール材などの塗布材90を、基板などのワーク91に対して塗布するための装置である。この塗布装置10は、主に、プランジャポンプ20、供給タンク30、供給弁40、ニードル50、圧力センサ60、移動機構70およびコントローラ80を備えている。
プランジャポンプ20は、塗布材90をワーク91に対して吐出するためのポンプであって、シリンダ21と、シリンダ21内で往復動するプランジャ22と、プランジャ22をその軸方向(図1の上下方向)に往復動させるサーボ機構23とを備えている。サーボ機構23は、図2に示すように、コントローラ80からの駆動指令によりサーボドライバ24を介して駆動制御するように構成されている。また、プランジャ22は、上記往復動時に、その先端部22aの外周に組み付けられるシール部材25を介してシリンダ21の内周壁面に摺動する。
このため、シリンダ21の内周壁面とプランジャ22の先端部22aとによりポンプ室26が区画形成される。このポンプ室26は、塗布材90が貯留される貯留室を構成し、サーボ機構23によるプランジャ22の往復動に応じてその容積が変動する。ポンプ室26には、塗布材90が供給される供給口27と、塗布材90が吐出される吐出口28とが形成されている。なお、サーボ機構23は、特許請求の範囲に記載の「内圧調整手段」の一例に相当し得る。
供給タンク30および供給弁40は、プランジャポンプ20に塗布材90を供給する供給手段であって、供給タンク30には、プランジャポンプ20に供給するための塗布材90が所定量貯留されている。供給タンク30は、供給弁40が設けられる供給管41を介してポンプ室26の供給口27に連通されている。また、供給タンク30内には、供給用の圧力を発生させるための加圧用エアーが、図略の配管を介して送り込まれている。この加圧用エアーによる塗布材90の加圧状態にて供給弁40が開状態となることで、供給タンク30内の塗布材90のポンプ室26への供給が開始される。
なお、本実施形態では、供給用の圧力を発生させているため、他の製造ラインにも利用される加圧用エアーを供給タンク30に送り込んで加圧しているが、これに限らず、供給用の圧力を発生させるための他の手段、例えば、専用の加圧装置を採用することで供給用の圧力を発生させてもよい。この場合、上記他の手段により、常時または必要なタイミングにて、供給用の圧力を発生させることができる。また、供給弁40の開閉状態は、コントローラ80により制御されてもよいし、他のコントローラ等により制御されてもよい。また、ポンプ室26への塗布材90の供給圧を制御するために供給弁40の開度が制御されてもよい。
図3は、プランジャポンプ20の吐出口28近傍を概略的に示す断面図である。
ニードル50は、図3に示すように、吐出口28を閉塞するように常時ニードルバネ51により付勢されている。このため、ポンプ室26内の内圧Pがニードルバネ51による付勢圧Ptを超えるニードル作動圧Pnになると、ニードル50がニードルバネ51の付勢力に抗して反付勢方向(図3の下方向)に移動し、吐出口28が開口する。なお、ニードル作動圧Pnは、特許請求の範囲に記載の「所定圧」の一例に相当し得る。
圧力センサ60は、ポンプ室26内の圧力と大気圧との差を内圧Pとして測定する内圧測定手段であって、吐出口28の近傍の内圧Pに応じた圧力信号を出力するようにプランジャポンプ20に取り付けられている。圧力センサ60から内圧Pに応じて出力される圧力信号は、センサアンプ61にて増幅されてコントローラ80に入力される(図2参照)。
移動機構70は、ワーク91をプランジャポンプ20に対して相対移動させるための機構であって、ワーク91を保持した治具92が載置される載置台71と、この載置台71をX,Y方向に移動させるための移動軸72,73とを備えている。各移動軸72,73に設けられるサーボモータは、コントローラ80からの駆動指令によりサーボドライバ74を介して駆動制御するように構成されている(図2参照)。
このため、ワーク91が保持された治具92を載置した載置台71が、上記サーボモータの制御による各移動軸72,73の駆動に応じて水平方向に移動することで、ワーク91および治具92がプランジャポンプ20に対して相対移動する。なお、移動機構70は、載置台71をX,Y方向の2軸方向に移動可能に構成されることに限らず、載置台71をX,Y,Z方向の3軸方向に移動可能に構成されてもよい。
コントローラ80は、塗布装置10の全体制御を司る制御手段であって、CPU、ROM、RAM、I/Oなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成されている。このコントローラ80は、後述する塗布処理を実行することにより、圧力センサ60により測定される内圧P等に応じて、プランジャポンプ20の吐出・吸引状態を制御するように機能する。
次に、上述のように構成される塗布装置10により塗布材90をワーク91に塗布する塗布処理について、以下に説明する。なお、図4は、吸引ステップ、待機ステップおよび吐出ステップにおける内圧Pの時間変化とプランジャ22の移動との関係を示す説明図であり、図4(A)は内圧Pの時間変化を示し、図4(B)はプランジャ22の移動状態を示す。図5は、吸引ステップにおける吸引速度Vおよび内圧Pの時間変化を示す説明図であり、図5(A)は、吸引速度Vの時間変化を示し、図5(B)は、内圧Pの時間変化を示す。図6は、待機ステップにて内圧Pがばらつく状態での吐出指令タイミングtaと実吐出タイミングとの関係を示す説明図である。図7は、待機ステップにて内圧Pが吐出待機用圧力P4に維持された状態での吐出指令タイミングtaと実吐出タイミングとの関係を示す説明図である。図8(A)〜(E)は、吐出ステップにおける内圧Pの時間変化を示す説明図である。
コントローラ80によりプランジャポンプ20等を制御することで実行される塗布処理では、塗布材90がプランジャポンプ20に吸引される吸引ステップと、吐出タイミングまで待機する待機ステップと、プランジャポンプ20から塗布材90が吐出される吐出ステップとの図4(A),(B)に示す3つのステップが順次繰り返される。なお、図4(B)では、サーボ機構23により駆動されるプランジャ22の軸方向移動をXにて示し、負側が吸引方向の移動を示し正側が吐出方向の移動を示す。
まず、吸引ステップについて、以下に説明する。
吸引ステップが開始されると、供給弁40が開状態となることで供給タンク30内に貯留される塗布材90のポンプ室26への供給が可能な状態になる。この状態で、プランジャ22が吸引方向(図1にて上方向)に移動することで、ポンプ室26内の内圧Pが低下し、この内圧Pの低下に応じて供給タンク30内の塗布材90がプランジャポンプ20のポンプ室26に吸引される。
内圧Pは、プランジャ22の移動速度(プランジャ22の移動量)に応じて変化する。このため、本実施形態では、コントローラ80により、圧力センサ60にて測定される内圧Pが小さくなるように、サーボ機構23がフィードバック制御される。内圧Pを小さくすることでポンプ室26内の圧力と大気圧との差が小さくなり、外気がポンプ室26内に入り込みにくくなるからである。
具体的には、本実施形態では、プランジャ22の吸引方向の移動速度を吸引速度Vとして、図5(A)に示す4つの吸引速度V1〜V4と、図5(B)に示す3つの圧力閾値P1〜P3とが予め用意されている。そして、コントローラ80は、P>P3の場合に吸引速度V=V4となるようにサーボ機構23を制御し、P2<P≦P3の場合に吸引速度V=V3となるようにサーボ機構23を制御し、P1<P≦P2の場合に吸引速度V=V2となるようにサーボ機構23を制御し、P≦P1の場合に吸引速度V=V1となるようにサーボ機構23を制御する。
ここで、圧力閾値P1は、大気圧よりも僅かに大きな値に設定される。また、吸引速度V1は、他の吸引速度V2〜V4と異なり、供給タンク30からの供給圧に対して吸引速度Vが低いためにポンプ室26内の内圧Pが僅かに上昇するような値に設定される。
このため、供給弁40が開状態となる吸引ステップの開始直後であってプランジャ22の移動がまだ開始されていない状態では、内圧Pが圧力閾値P3を越えるように高くなる。その後、吸引速度V=V4となるようにサーボ機構23が制御されることで、内圧Pが低下する。そして、内圧Pが圧力閾値P3以下になると(図5のt1参照)、吸引速度V=V3となるようにサーボ機構23が制御されることで、内圧Pがゆるやかに低下する。このように低下する内圧Pが圧力閾値P2以下になると(図5のt2参照)、吸引速度V=V2となるようにサーボ機構23が制御されることで、内圧Pがさらにゆるやかに低下する。
このように低下する内圧Pが圧力閾値P1以下になると(図5のt3参照)、吸引速度V=V1となるようにサーボ機構23が制御されることで、低下していた内圧Pが徐々に上昇する。そして、上昇する内圧Pが圧力閾値P1を超えると(図5のt4参照)、吸引速度V=V2となるようにサーボ機構23が制御されることで、内圧Pが低下する。すなわち、ポンプ室26内に吸引(供給)される塗布材90が所定量となるまで、内圧Pが圧力閾値P1に近づくようにサーボ機構23がフィードバック制御される。
次に、待機ステップについて、以下に説明する。
吸引ステップにてポンプ室26内に吸引(供給)される塗布材90が所定量になると、供給弁40が閉状態となり、待機ステップが開始される。このステップでは、塗布材90をプランジャポンプ20の吐出口28から吐出するための指令をサーボ機構23に出力するタイミング(以下、吐出指令タイミングtaともいう)になるまで、内圧Pが所定の状態に維持されるようにサーボ機構23がフィードバック制御される。
具体的には、待機ステップが開始されて供給弁40が閉状態となりプランジャ22の吸引方向の移動が停止することで、圧力閾値P1に近づくように制御されていた内圧Pが上昇する。このように上昇した内圧Pは、吐出直前になると、サーボ機構23のフィードバック制御により、ニードル作動圧Pnよりも僅かに小さく設定される吐出待機用圧力P4に近づくように調整される。
このように、吐出直前の内圧Pを吐出待機用圧力P4に維持する理由について、図6および図7を用いて説明する。
待機ステップが開始されて供給弁40が閉状態となりプランジャ22の吸引方向の移動が停止することで内圧Pが圧力閾値P1から上昇するが、この圧力上昇値がばらつく場合がある(図6および図7のΔP参照)。この圧力上昇値が高くなるほど、吐出指令タイミングtaと、内圧Pがニードル作動圧Pnを超えて塗布材90が実際に吐出されるタイミング(以下、実吐出タイミングともいう)との時間差が短くなる。また、吐出指令タイミングta後の応答性のばらつきもあり(図6のα参照)、同じ内圧からでも吐出指令タイミングtaと実吐出タイミングとの時間差がばらつく場合がある。
そうすると、図6に示すように、上記圧力上昇値が比較的高く応答性が比較的高い場合での実吐出タイミング(図6のtb1参照)と、上記圧力上昇値が比較的低く応答性が比較的低い場合での実吐出タイミング(図6のtb2参照)とで、大きな時間差が生じてしまう(図6のΔtb参照)。このように実吐出タイミングがばらつくと、塗布材90の吐出量がばらついてしまい、塗布異常が生じる場合がある。
そこで、本実施形態では、実吐出タイミングのばらつきを抑制するため、吐出直前、具体的には、吐出指令タイミングtaの所定時間前(図7のΔta参照)になると、内圧Pが吐出待機用圧力P4に近づくようにサーボ機構23がフィードバック制御される。これにより、図7に示すように上記圧力上昇値が変動しても、吐出指令タイミングtaの所定時間前では内圧Pが吐出待機用圧力P4に維持されるため、上記圧力上昇値のばらつきに起因する実吐出タイミングのばらつきを抑制することができる(図7のΔtb参照)。特に、内圧Pが維持される吐出待機用圧力P4は、ニードル作動圧Pnよりも僅かに小さく設定されているため、吐出指令タイミングta後の応答性のばらつきに起因する実吐出タイミングのばらつきをも抑制することができる。
次に、吐出ステップについて、以下に説明する。
待機ステップにて吐出指令タイミングtaになると、内圧Pがニードル作動圧Pnに維持されるようにサーボ機構23がフィードバック制御されてプランジャ22が吐出方向(図1の下方向)に移動することで、吐出ステップが開始される。このステップでは、内圧Pに応じてニードル50がニードルバネ51の付勢力に抗して反付勢方向に移動して吐出口28が開口することで、この開口部分から塗布材90が内圧P、すなわち、プランジャ22の吐出方向の移動に応じて途切れなく吐出される。この吐出状態で、載置台71の移動に応じてワーク91がプランジャポンプ20に対して相対移動することで、ワーク91の所定の位置に塗布材90が塗布される。
そして、内圧Pが大きく変動することなく所定量の塗布材90が吐出されると吐出ステップが終了し、供給タンク30内の塗布材90をプランジャポンプ20のポンプ室26に吸引する吸引ステップが再び開始される。
上記吐出ステップにて、図8に示すように、ポンプ室26内に気泡が入り込んでいるために気泡が混入された塗布材90が塗布される場合、気泡を含む塗布材90が吐出口28から吐出された直後に破裂等するため(図8(C)参照)、圧力センサ60にて測定される内圧Pが大きく変動する。このように吐出直後の塗布材90が破裂等すると、ワーク91の塗布面における塗布材90の塗布状態が不均一になる塗布異常が生じる可能性がある。
そこで、吐出ステップでは、コントローラ80にて内圧Pを監視し、ニードル作動圧Pnを基準に設定される2つの圧力閾値Pn1,Pn2と内圧Pとを比較して、内圧Pが圧力閾値Pn1以下になるか内圧Pが圧力閾値Pn2以上になると、塗布異常が生じているとして、その検知結果を上位の外部機器に送信等して報知する。これにより、塗布異常の可能性が高いワーク91を容易に検知することができる。なお、コントローラ80は、特許請求の範囲に記載の「検知手段」の一例に相当し得る。
以上説明したように、本実施形態に係る塗布装置10では、供給タンク30および供給弁40によるポンプ室26内への塗布材90の供給時に、圧力センサ60により測定される内圧Pと大気圧との差が小さくなるように、サーボ機構23がコントローラ80により制御される。
これにより、ポンプ室26内への塗布材90の供給時には、ポンプ室26内の内圧Pと大気圧との差が小さくなるため、過剰なサーボ機構23の動作によりポンプ室26内の内圧Pが一時的にでも大きな負圧になる場合と比較して、外気がポンプ室26内に入り込みにくくなる。したがって、作業効率を低下させることなく塗布材90が貯留されるポンプ室26内への気泡の混入を抑制することができる。
特に、圧力センサ60は、プランジャポンプ20の吐出口28近傍の内圧Pを測定するように配置されており、吐出ステップでは、コントローラ80により、吐出された塗布材90の塗布異常が、圧力センサ60により測定される内圧Pの変動に応じて検知される。
これにより、ポンプ室26内への気泡の混入を抑制できるだけでなく、シール部材25等のシール性の極度の劣化や供給タンク30に塗布材90を供給するためのカートリッジを取り替える際の捨て打ち忘れなどに起因してポンプ室26内に気泡が万が一混入したとしても、塗布異常を容易に検知することができる。特に、塗布異常を検知するための画像処理装置など専用の検知装置が不要となるため、製造コストを低減することができる。
さらに、待機ステップでは、コントローラ80により、吐出直前の内圧Pがニードル作動圧Pnよりも僅かに小さく設定される吐出待機用圧力P4に維持されるように、サーボ機構23が制御される。
これにより、待機ステップの開始直後の内圧Pの圧力上昇のばらつきや吐出指令タイミングta後の応答性のばらつきに起因する実吐出タイミングのばらつきが抑制されて、塗布異常の発生を抑制することができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のように具体化してもよい。
(1)本発明は、放熱ゲルやシール材などの塗布材を、基板などのワークに対して塗布する塗布装置に採用されることに限らず、例えば接着剤をワークに塗布する塗布装置など、塗布材が貯留される貯留室内の内圧に応じて当該貯留室内の塗布材が吐出される塗布装置に採用されてもよい。
(2)貯留室(ポンプ室26)内の内圧Pを調整可能な内圧調整手段として、サーボ機構23を採用することに限らず、例えばアクチュエータなどの他の内圧調整手段を採用してもよい。また、サーボ機構23等の内圧調整手段は、図5に示すように4段階の吸引量(吸引速度V)に応じて制御されることに限らず、他の多段階の吸引量に応じて制御されてもよいし、内圧Pが圧力閾値P1に近づくようにリニアに制御されてもよい。
10…塗布装置
20…プランジャポンプ 21…シリンダ 22…プランジャ
23…サーボ機構(内圧調整手段)
26…ポンプ室(貯留室)
28…吐出口
30…供給タンク(供給手段)
40…供給弁(供給手段)
60…圧力センサ(内圧測定手段)
80…コントローラ(制御手段,検知手段)
90…塗布材
P…内圧 Pn…ニードル作動圧(所定圧)

Claims (3)

  1. 塗布材(90)が貯留されて所定圧(Pn)になると吐出口(28)を介して前記塗布材が吐出される貯留室(26)と、
    前記貯留室内に前記塗布材を供給する供給手段(30,40)と、
    前記貯留室内の内圧(P)を調整可能な内圧調整手段(23)と、
    前記内圧を測定する内圧測定手段(60)と、
    前記供給手段による前記貯留室内への前記塗布材の供給時に、前記内圧測定手段により測定される前記内圧と大気圧との差が小さくなるように前記内圧調整手段を制御する制御手段(80)と、
    を備えることを特徴とする塗布装置。
  2. 前記内圧測定手段は、前記吐出口近傍の前記内圧を測定するように配置されており、
    吐出された前記塗布材の塗布異常を、前記内圧測定手段により測定される前記内圧の変動に応じて検知する検知手段(80)を備えることを特徴とする請求項1に記載の塗布装置。
  3. 前記制御手段は、吐出直前の前記内圧が前記所定圧よりもわずかに小さくなるように設定される圧力(P4)に維持されるように、前記内圧調整手段を制御することを特徴とする請求項1または2に記載の塗布装置。
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