JP2017000945A - 液体塗布ユニットおよび液体塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】塗布針を高速で駆動することが可能な液体塗布ユニットおよび液体塗布装置を提供する。【解決手段】塗布ユニット４の直動機構１３０は、偏心板１１６と、偏心軸１１４と、リニアガイドと、連結板１１２と、可動部１０８と、連結軸１１０、軸受１２２，１２４とを含む。偏心板１１６は、サーボモータ１２０によって回転され、塗布針ホルダ１０２の上下動方向に交差するサーボモータ１２０の回転軸に取り付けられる。連結板１１２は、塗布針ホルダ１０２と共に上下動する可動部１０８に設けられた連結軸１１０と偏心軸１１４との間を固定長で連結する。サーボモータ１２０の駆動により、偏心板１１６が回転すると、偏心軸１１４の上，下方向の移動に伴って、塗布針２４は上，下方向に往復移動される。【選択図】図３

Description

本発明は、液体状物質を塗布する液体塗布ユニットおよび液体塗布装置に関し、より特定的には、塗布針を用いて被塗布物に液体材料を塗布する液体塗布ユニットおよび液体塗布装置に関する。

近年、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグなどの微細な回路を印刷（以下、塗布とも称する。）方式で描画して形成するプリンテッドエレクトロニクス技術が急速に発展してきている。微細な回路のパターンや電極パターンを形成する方式としては、印刷方式、インクジェット方式などが一般的であるが、塗布針を用いた方式も、広範囲の粘度の材料を用いて微細な塗布が可能な点で、注目されている。

塗布針を用いて液体材料の微細な塗布を行なう方法については、たとえば特許第４８０２０２７号（特許文献１）に開示されている塗布ユニットを用いる方法が提案されている。

このような塗布ユニットは、微細パターンの欠陥を修正することを目的とするもので、広範囲な粘度の塗布液を用いて微細な塗布を行なうことが可能である。塗布動作の際、塗布液を保持する塗布液容器の底部に形成された貫通孔から、１本の塗布針を突出させる。塗布針は、先端に付着している塗布液を塗布対象物（以下、被塗布物と称する。）に接触させて転写塗布（以下、塗布と称する。）を行なう。

特許第４８０２０２７号公報

図６は、従来の塗布装置の塗布針近傍の構成を示す図である。図６を参照して、上記特許第４８０２０２７号公報に開示された塗布装置の構成では、塗布針２４を駆動する駆動部（エアシリンダ３４）の駆動軸３４ａは１本のみで、駆動部と塗布針２４を固定支持するアーム２６は固着されておらず、駆動軸３４ａに取り付けられた駆動板３５から突出したピン３５ａで支持されているだけである。塗布針２４を下降させる場合は、駆動軸３４ａを突出させてピン３５ａを下降させると、直動案内部材３０で支持されたアーム２６と塗布針固定板２５が、その自重で下降し、塗布針２４が下降する機構となっており、１回の塗布に数秒程度掛かる。

前述のようなＲＦＩＤタグの形成（回路描画）にこのような塗布ユニットを用いる場合、１回の塗布時間が数秒と長いため、ＲＦＩＤタグを描画するのに非常に長い時間が必要となる。できるだけ短時間で回路を描画するためには、塗布針を高速で駆動する必要があるが、図６の塗布ユニットの構成では、前述のようにピン３５ａとアーム２６が固着されておらず、塗布針２４は塗布針固定板２５とアーム２６の自重で下降する方式のため、駆動軸３４ａを高速で駆動したとしても、塗布針２４が追従せず、高速で駆動することができない。このため、高速での描画ができないという課題があった。

この発明の目的は、塗布針を高速で駆動することが可能な液体塗布ユニットおよび液体塗布装置を提供することである。

この発明は、要約すると、液体材料を微細に塗布する塗布針を動かす液体塗布ユニットであって、塗布針を上下に駆動するためのモータと、塗布針を支持する塗布針支持部と、塗布針支持部をモータの回転に応じて上下動させる直動機構とを備える。直動機構は、モータによって回転され、塗布針支持部の上下動方向に交差する回転軸に取り付けられ、回転軸から偏心した位置に第１の軸が設けられた偏心板と、塗布針支持部を上下動可能に支持するガイド部と、塗布針支持部と共に上下動する第２の軸と第１の軸とを固定長で連結する連結部材とを含む。

好ましくは、直動機構は、連結部材を第１の軸に回動可能に支持する第１軸受と、連結部材を第２の軸に回動可能に支持する第２軸受とをさらに含む。

好ましくは、液体塗布ユニットは、モータとの相対位置関係が固定され、内部に塗布液を保持するとともに、中央に塗布針を貫通させる貫通孔が設けられた塗布液容器をさらに備える。モータを回転させることによって、塗布針の先端が塗布液容器の底面から突出する長さが変化する。

好ましくは、液体塗布ユニットは、塗布針の先端が塗布対象面に接触する手前で減速するようにモータを回転させるモータ駆動部をさらに備える。

この発明は、他の局面では、上記いずれかの液体塗布ユニットを用いて、塗布対象面に塗布液を塗布する、液体塗布装置である。

本発明によれば、モータの回転を直動方向の動きに変換することによって、塗布針を高速に駆動することができる。

本発明の実施の形態に従った液体塗布装置２００の模式的な斜視図である。 図１に示した塗布ユニット４の動作にともなう塗布針の位置を説明するための模式的な断面図である。 塗布ユニット４の正面図である。 塗布ユニット４の側面図である。 偏心板の回転と偏心軸と連結軸の位置関係とを示した図である。 従来の塗布装置の塗布針近傍の構成を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

［塗布装置全体の構成］
図１は、本発明の実施の形態に従った液体塗布装置２００の模式的な斜視図である。図１を参照して、本発明の実施の形態１である液体塗布装置２００は、床面に配置された基台１２と、Ｘ軸テーブル１と、Ｙ軸テーブル２と、Ｚ軸テーブル３と、塗布ユニット４と、観察光学系６と、観察光学系６に接続されたＣＣＤカメラ７と、制御部１１とを含む。

基台１２の上面には、図１中のＹ軸方向に移動可能に構成されたＹ軸テーブル２が設置されている。具体的には、Ｙ軸テーブル２の下面にガイド部が設置されており、基台１２の上面に設置されたガイドレールに沿って摺動可能に接続されている。また、Ｙ軸テーブル２の下面には、ボールねじが接続されている。ボールねじをモータなどの駆動部材により動作させることにより、Ｙ軸テーブル２はガイドレールに沿って（Ｙ軸方向に）移動可能になっている。また、Ｙ軸テーブル２の上面部は、被塗布物である基板５を搭載する搭載面となっている。

基台１２上には、Ｘ軸方向にＹ軸テーブル２のガイドレールを跨ぐように設置された門型の構造体が設けられている。この構造体上には、Ｘ軸方向に移動可能なＸ軸テーブル１が搭載されている。Ｘ軸テーブル１は、たとえばボールねじを用いてＸ軸方向に移動可能である。

Ｘ軸テーブル１の移動体には、Ｚ軸テーブル３が搭載されており、このＺ軸テーブル３に塗布ユニット４および観察光学系６が搭載されている。塗布ユニット４および観察光学系６は、Ｚ軸テーブル３とともにＸ方向へ移動可能である。塗布ユニット４は、塗布ユニットに設けられた塗布針を用いて、基板５の被塗布面（上面側）に塗布液を塗布するために設けられる。観察光学系６は、塗布対象の基板５の塗布位置を観察するために設けられる。観察光学系６のＣＣＤカメラ７は、観察した画像を電気信号に変換する。Ｚ軸テーブル３は、これらの塗布ユニット４および観察光学系６をＺ軸方向に移動可能に支持している。

制御部１１は、操作パネル８、モニタ９、制御用コンピュータ１０を備え、Ｘ軸テーブル１、Ｙ軸テーブル２、Ｚ軸テーブル３、塗布ユニット４および観察光学系６を制御する。操作パネル８は、制御用コンピュータ１０への指令を入力するために用いられる。モニタ９は、観察光学系６のＣＣＤカメラ７で変換された画像データおよび、制御用コンピュータ１０からの出力データを表示する。

基板５に回路パターンを描画する場合は、塗布対象の基板５の描画する位置を観察光学系６の直下までＸ軸テーブル１およびＹ軸テーブル２で移動させ、観察光学系６で描画開始位置を観察・確認し、描画開始位置を決定する。そして、決定した描画開始位置を基準に回路パターンを描画する。描画開始位置から、順次、描画位置が塗布ユニット４の直下にくるようにＸ軸テーブル１およびＹ軸テーブル２で基板５を移動させる。移動が完了した時点で、塗布ユニット４を駆動して塗布を行なう。これを連続して繰り返すことで、回路パターンを描画することができる。

塗布針２４の下降端位置と観察光学系６のフォーカス位置の関係は予め記憶されており、描画時には、観察光学系６で画像のフォーカスを合わせた位置をＺ軸方向基準に、塗布針２４が基板５に接触する高さまで、Ｚ軸テーブルでＺ軸方向位置を移動させてから塗布を行なう。描画する回路パターンの面積が広く、描画途中での塗布対象の基板５の基板面高さの変化が大きい場合は、必要に応じて途中でフォーカス位置を確認し、Ｚ軸方向の位置を修正してから塗布を行なう。この時のフォーカス位置の調整は、画像処理を用いて自動でフォーカスする方法でも良いし、レーザセンサ等を用いて、常に塗布対象の基板５の表面の高さ位置を検出し、リアルタイムで補正を掛ける方法でも良い。

［塗布ユニットの動作］
図２は、図１に示した塗布ユニット４の動作にともなう塗布針の位置を説明するための模式的な断面図である。図２（Ａ）には、塗布針２４が上昇している状態が示されている。

塗布液容器２１には、パターンの描画を行なう際に用いる塗布液が保持されている。また、塗布液容器２１の底面部には、貫通孔２２が１つ形成されている。塗布液容器２１の底部に形成された貫通孔２２は、塗布針２４を貫通させて下方へ向けて先端２３を突出させることができる大きさで、かつ、塗布液容器２１に保持された塗布液が垂れ落ちない大きさに設定されている。

そして、上，下方向に往復移動される塗布針２４が、貫通孔２２から下向きに移動すると、塗布針２４は、先端２３の表面に塗布液を付着させた状態で、貫通孔２２から被塗布物に向けて突出される。

図２（Ａ）を参照して、塗布針２４は、その移動が可能な範囲の上端位置に移動している。このとき、塗布針２４の先端２３は、塗布液容器２１内に保持されている塗布液１００内に浸されている。

図２（Ｂ）には、塗布針２４が下降し基板５の被塗布面に塗布針先端が接触し、液体が塗布されている状態が示されている。図２（Ｂ）を参照して、塗布針２４が下端位置に移動すると、先端２３は、塗布液容器２１の底部に形成された貫通孔２２を貫通して塗布液容器２１の底面から下向きに突出される。

以下に説明する液体塗布ユニットの直動機構によって、塗布針２４の先端２３を上，下方向に往復移動させることができる。

［塗布ユニットの構成］
直動機構が設けられている塗布ユニット４について、図３〜図５を参照して説明する。

図３は、塗布ユニット４の正面図である。図４は、塗布ユニット４の側面図である。図４（Ａ）には、塗布針２４が上昇している状態が示され、図４（Ｂ）には塗布針２４が下降している状態が示されている。塗布ユニット４は、液体材料を微細に塗布する塗布針を動かすために設けられる。

図３、図４を参照して、塗布ユニット４は、サーボモータ１２０と、モータ駆動部１２１と、塗布針ホルダ１０２と、塗布針ホルダ収納部１０４と、塗布針ホルダ固定部１０６と、塗布液容器２１と、直動機構１３０とを備える。

サーボモータ１２０は、塗布針２４を上下に駆動するための駆動源として設けられる。塗布針ホルダ１０２は、先端をテーパ状に先細りさせた１本の塗布針２４を保持する。直動機構１３０は、塗布針ホルダ１０２をサーボモータ１２０の回転に応じて上下動させる。モータ駆動部１２１は、塗布針ホルダ１０２の上下動が適切な速度となるようにサーボモータ１２０の回転を制御する。

直動機構１３０は、原点センサ１１８と、偏心板１１６と、偏心軸１１４と、リニアガイド１３２と、連結板１１２と、可動部１０８と、連結軸１１０、軸受１２２，１２４とを含む。

偏心板１１６は、サーボモータ１２０によって回転され、塗布針ホルダ１０２の上下動方向に交差するサーボモータ１２０の回転軸に取り付けられる。偏心板１１６には、サーボモータ１２０の回転軸から偏心した位置に偏心軸１１４が設けられる。

原点センサ１１８は、偏心板１１６に設けられた原点を検出してモータ駆動部１２１に出力する。この原点は、偏心板１１６が基準となる回転角度に一致した場合（たとえば、図５（Ａ）に示した状態）に原点センサ１１８に最も近づく。

可動部１０８には、塗布針ホルダ固定部１０６に塗布針ホルダ１０２が装着されていて、塗布針ホルダ１０２の下側面から１本の塗布針２４が下方に先端２３を向けて保持されている。リニアガイド１３２は、塗布針ホルダ１０２が固定された可動部１０８を上下動可能に支持する。

連結板１１２は、塗布針ホルダ１０２と共に上下動する可動部１０８に設けられた連結軸１１０と偏心軸１１４との間を固定長で連結する。

軸受１２２は、連結板１１２を偏心軸１１４に回動可能に支持する。軸受１２４は、連結板１１２を連結軸１１０に回動可能に支持する。

可動部１０８は、バネ１２６を介して固定ピン１２８に引き付けられており、駆動時に軸受１２２，１２４のガタにより振動が発生しない構成となっている。軸受１２２，１２４に予圧を掛けてガタを無くすことで、バネ１２６を設けない構成にすることも可能である。

そして、サーボモータ１２０の駆動により、偏心板１１６が回転すると、偏心軸１１４の上，下方向の移動に伴って、塗布針２４は上，下方向に往復移動される。

図５は、偏心板の回転と偏心軸と連結軸の位置関係とを示した図である。図５に示すように、偏心板１１６が（Ａ）〜（Ｅ）に示すように一方向に回転することで、連結軸１１０は上下動ストロークΔＺ分だけ上下動をする。連結軸１１０の最下端位置（すなわち塗布針先端の最下端位置）は一意的に決まるため、サーボモータ１２０のオーバーシュート等の影響を受けない。よって、塗布針２４が塗布対象面に接触する高さのバラツキが無く、安定した塗布が可能である。

以上説明したように、本実施の形態に係る塗布ユニットは、偏心板１１６と連結板１１２を用いてサーボモータ１２０の回転を直動に変換する直動機構１３０により、高速で塗布針２４を上下に駆動して塗布することができ、ＲＦＩＤタグなどの微細な回路パターンを、従来に比べて短時間で作製することが可能となる。

また、偏心板１１６と連結板１１２を用いた直動機構１３０では、塗布針２４の最下端位置が一意的に決まる。したがって、ボールねじなどを使用する場合に比べてサーボモータのオーバーシュートが塗布針２４の最下端位置の位置決め精度に影響を及ぼさないため、安定した塗布が可能である。

さらに、モータ駆動部１２１は、塗布針ホルダ１０２の上下動が適切な速度となるようにサーボモータ１２０の回転を制御する。モータ駆動部１２１がサーボモータ１２０の速度を制御し、塗布針先端が塗布対象面に接触する手前で減速してから低速で接触させることで、塗布針先端と塗布対象面への衝撃を緩和することができ、塗布対象面へのダメージの発生や、塗布針先端の破損を防止することが可能である。

これらによって、本実施の形態では、塗布針２４の上下動を高速で行なうことができ、電極パターンの描画等を短時間で行なうことが可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

４ 塗布ユニット、５ 基板、６ 観察光学系、７ カメラ、８ 操作パネル、９ モニタ、１０ 制御用コンピュータ、１１ 制御部、１２ 基台、２１ 塗布液容器、２２ 貫通孔、２３ 先端、２４ 塗布針、２５ 塗布針固定板、２６ アーム、３０ 直動案内部材、３４ エアシリンダ、３４ａ 駆動軸、３５ 駆動板、３５ａ ピン、１０２ 塗布針ホルダ、１０４ 塗布針ホルダ収納部、１０６ 塗布針ホルダ固定部、１０８ 可動部、１１０ 連結軸、１１２ 連結板、１１４ 偏心軸、１１６ 偏心板、１１８ 原点センサ、１２０ サーボモータ、１２１ モータ駆動部、１２２，１２４ 軸受、１２６ バネ、１２８ 固定ピン、１３０ 直動機構、１３２ リニアガイド、２００ 液体塗布装置。

Claims (5)

1. 液体材料を微細に塗布する塗布針を動かす液体塗布ユニットであって、
   前記塗布針を上下に駆動するためのモータと、
   前記塗布針を支持する塗布針支持部と、
   前記塗布針支持部を前記モータの回転に応じて上下動させる直動機構とを備え、
   前記直動機構は、
   前記モータによって回転され、前記塗布針支持部の上下動方向に交差する回転軸に取り付けられ、前記回転軸から偏心した位置に第１の軸が設けられた偏心板と、
   前記塗布針支持部を上下動可能に支持するガイド部と、
   前記塗布針支持部と共に上下動する第２の軸と前記第１の軸とを固定長で連結する連結部材とを含む、液体塗布ユニット。
2. 前記直動機構は、
   前記連結部材を前記第１の軸に回動可能に支持する第１軸受と、
   前記連結部材を前記第２の軸に回動可能に支持する第２軸受とをさらに含む、請求項１に記載の液体塗布ユニット。
3. 前記モータとの相対位置関係が固定され、内部に塗布液を保持するとともに、中央に前記塗布針を貫通させる貫通孔が設けられた塗布液容器をさらに備え、
   前記モータを回転させることによって、前記塗布針の先端が前記塗布液容器の底面から突出する長さが変化する、請求項１または２に記載の液体塗布ユニット。
4. 前記塗布針の先端が塗布対象面に接触する手前で減速するように前記モータを回転させるモータ駆動部をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体塗布ユニット。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体塗布ユニットを用いて、塗布対象面に塗布液を塗布する、液体塗布装置。

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