JP2018034074A - 液体塗布ユニット、液体塗布装置、および液体塗布方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塗布針による塗布動作を高速で行える液体塗布ユニット、液体塗布装置および液体塗布方法を提供する。【解決手段】塗布針１を搭載しており、かつ直線移動する可動部２１と、可動部２１を案内する固定部２２とを含むリニアモータ２と、可動部２１に対し重力方向の上方に向かう力を付与する支持部３を備える。可動部２１は、少なくとも、塗布針１と基板とが接触可能な状態にある第１の位置と、第１の位置よりも重力方向の上方にある第２の位置との間を移動可能に設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、液体塗布ユニット、液体塗布装置および液体塗布方法に関し、特にその先端部に液状材料を付着させ、その先端を基板上の微細領域に接触させて液状材料を塗布する塗布針を備える液体塗布ユニット、および該液体塗布ユニットを備える液体塗布装置に関する。

ＲＦＩＤタグなどの微細な回路を印刷（塗布）方式で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。プリンテッドエレクトロニクス技術としては、印刷方式、インクジェット方式、ディスペンサ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、その選択肢の一つである。

塗布針を用いて微細な塗布を行う方法については、特開２００７−２６８３５３号公報（特許文献１）に記載のような塗布ユニットを用いて行う方法がある。該塗布ユニットは、塗布針を固定支持するアームがエアシリンダによって上下駆動される駆動板によって下方から支持されている。そのため、塗布針による塗布動作においては、エアシリンダによって駆動板が下降することにより、塗布針およびアームが自重で下降する。該塗布ユニットによる１回の塗布時間、すなわち塗布針の下降、塗布、および塗布針の上昇にかかる時間は、例えば数秒程度である。

特開２００７−２６８３５３号公報

特許文献１に記載の塗布ユニットは、塗布動作を高速化することが困難である。特に、塗布針の下降は、塗布針およびアームの自重により行われるため、仮に駆動板の下降が高速に行われたとしても駆動板の下降に追従できず、高速化が困難である。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、塗布針による塗布動作を高速で行える液体塗布ユニット、液体塗布装置および液体塗布方法を提供することにある。

本発明に係る液体塗布ユニットは、塗布針を用いて対象物の表面に液状材料を塗布するための液体塗布ユニットである。液体塗布ユニットは、塗布針を搭載しており、かつ直線移動する可動部と、可動部を案内する固定部とを含むリニアモータと、可動部に対し重力方向の上方に向かう力を付与する支持部を備える。可動部は、少なくとも、塗布針と対象物とが接触可能な状態にある第１の位置と、第１の位置よりも重力方向の上方にある第２の位置との間を移動可能に設けられている。

上記液体塗布ユニットにおいて、好ましくは、支持部は、固定部に対して可動部を吊り下げて、可動部を第２の位置に保持可能に設けられている。

上記液体塗布ユニットにおいて、好ましくは、支持部は、可動部の移動に伴い弾性変形する弾性部を含む。弾性部の一端は固定部に接続されており、弾性部の他端は可動部に接続されている。

上記液体塗布ユニットにおいて、好ましくは、可動部の移動速度を制御する制御部をさらに備える。制御部は、第２の位置から第１の位置と第２の位置との間に位置する第３の位置までの領域における可動部の移動速度より、可動部が第３の位置から第１の位置までの領域における可動部の移動速度が遅くなるように、可動部の移動速度を制御可能に設けられている。

本実施の形態に係る液体塗布装置は、上記液体塗布ユニットと、液体塗布ユニットを少なくとも重力方向と交差する方向に移動可能に設けられている移動部とを備える。

本実施の形態に係る液体塗布方法は、上記液体塗布ユニットを用いて液体材料を塗布する液体塗布方法である。該液体塗布方法は、可動部を第２の位置から第３の位置まで移動させる第１工程と、可動部を第３の位置から第１の位置まで移動させる第２工程とを備える。第２工程における可動部の移動速度は、第１工程における可動部の移動速度よりも遅い。

本発明によれば、塗布針による塗布動作を高速で行える液体塗布ユニット、液体塗布装置、および液体塗布方法を提供することができる。

本実施の形態に係る液体塗布ユニットの可動部が第１の位置にあるときの液体塗布ユニットの全体構成を示す側面図である。 図１に示される液体塗布ユニットの正面図である。 本実施の形態に係る液体塗布ユニットの可動部が第２の位置にあるときの液体塗布ユニットの全体構成を示す側面図である。 図３に示される液体塗布ユニットの正面図である。 本実施の形態に係る液体塗布ユニットの可動部が第１の位置にあるときの塗布針の構成を示す部分断面図である。 本実施の形態に係る液体塗布ユニットの可動部が第２の位置にあるときの塗布針の構成を示す部分断面図である。 本実施の形態に係る液体塗布装置の全体構成を示す斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
［液体塗布ユニットの構成］
図１〜図６を参照して、本実施の形態に係る液体塗布ユニット１００について説明する。液体塗布ユニット１００は、塗布針１と、リニアモータ２と、支持部３と、ベース部４と、液体材料容器５とを備える。図１、図２および図５は、塗布針１によって基板１４０（図５および図６参照）に対し液体材料を塗布可能な状態にある液体塗布ユニット１００を示す。図１および図２に示される可動部２１の重力方向における位置を、可動部２１の第１の位置とよぶ。図３、図４および図６は、可動部２１が第１の位置よりも鉛直方向の上方に配置された状態にある液体塗布ユニット１００を示す。

塗布針１は、一端と他端（図５および図６に示される針先１Ｅ）とを有している。塗布針１の針先１Ｅは、任意の形状を有していればよいが、例えば円錐形状を有している。塗布針１の一端を有する部分（図５および図６に示される部分１Ｂ）の外径は、塗布針１の他端を有する部分（図５および図６に示される部分１Ａ）の外径よりも大きい。塗布針１の一端は、塗布針ホルダ１１により保持されている。塗布針１の他端は、液体材料が塗布される被塗布部材に接触可能に設けられている。塗布針ホルダ１１は、塗布針ホルダ保持部１２に保持されている。塗布針ホルダ１１は、例えばネジ１３により塗布針ホルダ保持部１２に対して着脱可能に設けられている。なお、図１および図２において、塗布針１の他端は後述する液体材料容器５よりも下方に突出されている。図３および図４において、塗布針１の他端は後述する液体材料容器５内に収容されている。

リニアモータ２は、可動部２１と固定部２２とを含む。可動部２１は、直線移動可能である。可動部２１は、塗布針１と、塗布針ホルダ１１と、塗布針ホルダ保持部１２とを有している。塗布針ホルダ保持部１２は、例えばネジ１４によりリニアモータ２の可動部２１に対して着脱可能に設けられている。このようにして、可動部２１には、塗布針１が搭載されている。塗布針１の軸方向と可動部２１の移動方向とは、例えば平行である。塗布針１の軸方向および可動部２１の移動方向は、例えば重力方向に沿うように設けられている。リニアモータ２は、任意の構成を有していればよく、例えばリニア直流モータまたはリニアステッピングモータなどである。

可動部２１は、図１および図２に示される第１の位置と図３および図４に示される第２の位置との間を移動可能に設けられている。可動部２１が第１の位置にあるときに、塗布針１と塗布対象物である基板１４０とは接触可能に設けられている。第１の位置にある可動部２１は、第２の位置にある可動部２１よりも重力方向の下方に位置している。

固定部２２は、可動部２１の直線移動を案内する案内部２３を有している。固定部２２は、ベース部４に固定されている。

支持部３は、第１部３１、第２部３２、および弾性部３３を含む。弾性部３３は、一端および他端を有している。弾性部３３の一端は第１部３１に固定されており、弾性部３３の他端は第２部３２に固定されている。第１部３１は可動部２１に固定されている。第２部３２は第１部３１よりも上方においてベース部４に固定されている。つまり、支持部３は、ベース部４から可動部２１を吊り下げている。

弾性部３３は、一端と他端との間で、弾性変形可能に設けられている。弾性部３３は、例えばバネ部材である。弾性部３３は、弾性変形によって、可動部２１が第１の位置にあるときの第１状態と、可動部２１が第２の位置にあるときに第２状態とを変更可能に設けられている。弾性部３３は、例えば第１状態および第２状態にあるときに、弾性変形している。

弾性部３３が第２状態にあるときに、支持部３は第２の位置にある可動部２１を保持している。弾性部３３は、第２状態にあるときに、可動部２１の自重と同等であって重力方向の上方に向かう弾性力を、第１部３１を介して可動部２１に付与している。言い換えると、支持部３は可動部２１の自重を相殺する力を第２の位置にある可動部２１に付与し、第２の位置にある可動部２１を保持している。

弾性部３３が第１状態にあるときの弾性部３３の一端は、弾性部３３が第２状態にあるときの弾性部３３の一端と比べて下方に位置している。異なる観点から言えば、弾性部３３が第１状態にあるときの第１部３１は、弾性部３３が第２状態にあるときの第１部３１と比べて下方に位置している。弾性部３３の他端、および第２部３２は、弾性部３３の状態に依らず、重力方向における位置がベース部４に対して固定されている。

ベース部４は、固定部２２および液体材料容器５を保持している。図２、図５および図６に示されるように、液体材料容器５の内部には、液体材料Ｌ（図５および図６参照）を貯留するための空間５０が形成されている。液体材料容器５の底部には、当該空間５０と外部とを接続している孔５１が形成されている。液体材料容器５の上部には、当該空間５０と外部とを接続している孔５２が形成されている。孔５１の孔径は、塗布針１の部分１Ａの外径以上部分１Ｂの外径未満である。孔５２の孔径は、塗布針１の部分１Ｂの外径以上である。これにより、塗布針１の部分１Ａは孔５１に挿通され得る。塗布針１の部分１Ｂは、孔５２に挿通され得るが、孔５１に挿通され得ない。

図５に示されるように、液体材料容器５は、可動部２１が第１の位置にあるときに塗布針１の針先１Ｅを孔５１から突出可能に設けられている。このとき、塗布針１の針先１Ｅの表面の少なくとも一部上には、液体材料Ｌが付着している。図６に示されるように、液体材料容器５は、可動部２１が第２の位置にあるときに塗布針１の針先１Ｅを空間５０内に収容可能に設けられている。液体材料Ｌの粘度は、例えば数ｃＰ以上数万ｃＰ以下の範囲内から選択され得る。なお、図６に示される一例においては、使用される液体材料の粘度は数万ｃＰ程度であるものとする。

上述のように、液体塗布ユニット１００は、塗布針１を搭載しており、かつ直線移動する可動部２１と、可動部２１を案内する固定部２２とを含むリニアモータ２と、可動部２１に対し重力方向の上方に向かう力を付与する支持部３を備える。可動部２１は、少なくとも、塗布針１と基板１４０とが接触可能な状態にある第１の位置（図１、図２および図５参照）と、第１の位置よりも重力方向の上方にある第２の位置（図３、図４および図６参照）との間を移動可能に設けられている。

このような液体塗布ユニット１００において、リニアモータ２によって塗布針１を搭載している可動部２１が第１の位置と第２の位置との間を重力方向に移動する。これにより、可動部２１が第２の位置から第１の位置まで移動する際の移動速度は、可動部が自重によって第２の位置から第１の位置まで下降する際の移動速度と比べて、速くされ得る。さらに、第１の位置と第２の位置との間を移動する可動部２１には支持部３によって重力方向の上方に向かう力が付与され、可動部２１は支持部３によって支持されている。そのため、可動部２１が第１の位置から第２の位置まで移動する際の可動部２１の移動速度は、重力方向の上方に向かう力が付与されていない可動部の移動速度と比べて、速くされ得る。その結果、液体塗布ユニット１００は、従来の液体塗布ユニットと比べて、塗布針１による塗布動作を高速で行えるため、１回の塗布に要する時間を短くすることができる。なお、可動部２１に対して支持部３が付与する重力方向の上方に向かう力が可動部２１の自重未満である場合、可動部２１は、例えばリニアモータ２において可動部２１と固定部２２との間に働く電磁力により、第２の位置に保持されていればよい。

上記液体塗布ユニット１００において、好ましくは、支持部３は、第２の位置にある可動部２１を吊り下げて保持している。この場合、第２の位置にある可動部２１は、可動部２１の自重に等しくかつ重力方向の上方に向かう力を支持部３から付与されることにより、自重が相殺された状態にある。そのため、リニアモータ２の電源がオフされた状態においても、可動部２は支持部３によって第２の位置に保持され得る。

上記液体塗布ユニット１００において、好ましくは、支持部３は、可動部２１の移動に伴い弾性変形する弾性部３３を含む。弾性部３３の一端は固定部２２に接続されており、弾性部３３の他端は可動部２１に接続されている。この場合、可動部２１に対し重力方向の上方に向かう力は、弾性部３３の弾性変形に伴う弾性力である。このような支持部３によれば、弾性部３３の構成を変更することで、可動部２１に対して付与される上方に向かう力の強さを容易に変更することができる。そのため、支持部３によれば、可動部２１に対し、可動部２１の自重を相殺する力を適切に付与させることができる。

上記液体塗布ユニットにおいて、好ましくは、可動部の移動速度を制御する制御部をさらに備える。制御部は、可動部が第２の位置から第１の位置と第２の位置との間に位置する第３の位置に達するまでの可動部の移動速度と比べて、可動部が第３の位置から第１の位置に達するまでの可動部の移動速度が遅くなるように、可動部の移動速度を制御可能に設けられている。

このようにすれば、可動部２１が第１の位置に達して塗布針１の針先１Ｅが基板１４０（図５〜図７参照）の上面と接触可能する際に、針先１Ｅによって基板１４０が受ける衝撃を十分に緩和することができる。

上述のような液体塗布ユニット１００は、ＲＦＩＤタグなどの微細な回路パターンの形成、液晶ディスプレイなどの欠陥の修正、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）への接着剤の塗布などを行う液体塗布装置に好適である。

［液体塗布装置の全体構成］
図７は、本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。液体塗布装置２００は、上述した液体塗布ユニット１００を備えている。図２に示されるように、液体塗布装置２００は、液体塗布ユニット１００と、観察光学系１１０と、観察光学系１１０に接続されたＣＣＤカメラ１１１と、Ｚ軸テーブル１２０と、Ｘ軸テーブル１２１と、Ｙ軸テーブル１２２と、基台１２３と、制御部１３０とを含む。

観察光学系１１０は、塗布対象の基板１４０の塗布位置を観察するために設けられる。観察光学系１１０のＣＣＤカメラ１１１は、観察した画像を電気信号に変換する。液体塗布ユニット１００および観察光学系１１０は、Ｚ軸テーブル１２０の移動体に搭載されている。これにより、液体塗布ユニット１００および観察光学系１１０は、Ｚ軸テーブル１２０によって図７中のＺ軸方向に移動可能に支持されている。Ｚ軸テーブル１２０は、Ｘ軸テーブル１２１の移動体に搭載されている。これにより、Ｚ軸テーブル１２０は、Ｘ軸テーブル１２１によって図７中のＸ軸方向に移動可能に支持されている。基板１４０は、Ｙ軸テーブル１２２の移動体上に載置される。これにより、基板１４０は、Ｙ軸テーブル１２２によって図７中のＹ軸方向に移動可能に支持されている。Ｙ軸テーブル１２２は、基台１２３の上面に設置されている。Ｙ軸テーブル１２２は、Ｙ軸方向に移動可能に設けられている。なお、図７中のＺ軸方向は重力方向に沿う方向である。

制御部１３０は、操作パネル１３１、モニタ１３２、および制御用コンピュータ１３３を備える。制御部１３０は、液体塗布ユニット１００、観察光学系１１０、Ｚ軸テーブル１２０、Ｘ軸テーブル１２１、およびＹ軸テーブル１２２を制御する。操作パネル１３１は、制御用コンピュータ１３３への指令を入力するために用いられる。モニタ１３２は、観察光学系１１０のＣＣＤカメラ１１１で変換された画像データおよび、制御用コンピュータ１３３からの出力データを表示する。

制御部１３０は、可動部２１の移動速度を制御可能に設けられている。制御部１３０は、可動部２１の移動速度Ｖ１が、可動部が自重によって案内部に案内されながら下降する従来の液体塗布ユニットにおける可動部の移動速度と比べて高速となるように、可動部２１の移動速度を制御可能に設けられている。可動部２１の移動速度は、リニアモータ２に供給される直流電流値または入力パルス信号の周波数によって制御され得る。

制御部１３０は、好ましくは、可動部２１が上記第２の位置から第１の位置と第２の位置との間に位置する第３の位置に達するまでの可動部２１の移動速度Ｖ１と比べて、可動部２１が第３の位置から第１の位置に達するまでの可動部２１の移動速度Ｖ２が遅くなるように、可動部２１の移動速度を制御可能に設けられている。つまり、制御部１３０は、好ましくは、塗布針１の針先１Ｅが基板１４０の上面に接触する前に、可動部２１を減速可能に設けられている。なお、可動部２１が第３の位置にあるときに、塗布針１の針先１Ｅは、例えば液体材料容器５の孔５１よりも下方に位置している。

好ましくは、可動部２１の第３の位置は、可動部２１の第２の位置よりも可動部２１の第１の位置に近い。この場合、制御部１３０は、塗布針１の針先１Ｅが基板１４０の上面に接触する直前に、可動部２１を減速可能に設けられている。このような液体塗布装置２００によれば、塗布針１による塗布動作を高速で行うことができ、かつ、塗布針１の針先１Ｅが基板１４０の上面に接触する際に基板１４０が受ける衝撃を緩和することができる。

［液体塗布方法］
次に、液体塗布装置２００を用いた液体塗布方法について説明する。液体塗布方法では、まず塗布対象物である基板１４０の塗布位置が決定される。具体的には、基板１４０の塗布位置が観察光学系１１０の直下に位置するように、Ｘ軸テーブル１２１、Ｙ軸テーブル１２２およびＺ軸テーブル１２０が移動される。基板１４０の塗布位置は、観察光学系１１０により観察され、決定される。このようにして決定された塗布位置が液体塗布ユニット１００の直下に来るように、Ｘ軸テーブル１２１、Ｙ軸テーブル１２２およびＺ軸テーブル１２０によって基板１４０が移動される。そして、決定された塗布位置に、液体塗布ユニット１００によって液体材料が塗布される。その後、次の塗布位置が液体塗布ユニット１００の直下に来るように、Ｘ軸テーブル１２１、Ｙ軸テーブル１２２およびＺ軸テーブル１２０によって基板１４０が移動される。移動が完了した後、液体塗布ユニット１００によって液体材料が塗布される。これらの各工程は、連続して繰り返し実施され得る。その結果、本実施の形態に係る液体塗布方法により、基板１４０の上面上には所定の回路パターンが短時間に形成され得る。

本実施の形態に係る液体塗布方法は、好ましくは、可動部２１を第２の位置から第３の位置まで移動させる第１工程と、可動部２１を第３の位置から第１の位置まで移動させる第２工程とを備える。第２工程は、第１工程の後に、連続して実施される。第２工程における可動部２１の移動速度Ｖ２は、第１工程における可動部２１の移動速度Ｖ１よりも遅い。第１工程および第２工程における可動部２１の移動速度は、図７に示される制御部１３０によって制御される。つまり、制御部１３０は、塗布針１の針先１Ｅが基板１４０の上面に接触する前に、可動部２１を減速可能に設けられている。

好ましくは、第２工程は、第１工程において可動部２１が第２の位置よりも第１の位置に十分に近づいた後に、実施される。つまり、可動部２１は、制御部１３０によって塗布針１の針先１Ｅが基板１４０の上面に接触する直前に減速されるのが好ましい。このようにすれば、リニアモータ２によって塗布針１を重力方向に沿って高速に移動することができ、かつ、塗布針１の針先１Ｅが基板１４０の上面に接触する際に基板１４０が受ける衝撃を緩和することができる。

なお、液体塗布ユニット１００において、支持部３の第１部３１は第２部３２よりも重力方向の上方に配置されていてもよい。この場合、支持部３の弾性部３３は、可動部２１が第１の位置および第２の位置にあるときに、圧縮変形された状態にある。このような支持部３によっても、可動部２１の自重に等しく、かつ重力方向の上方へ向かう力が可動部２１に対して付与され得る。

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。

１ 塗布針、１Ａ，１Ｂ 部分、１Ｅ 針先、２ リニアモータ、３ 支持部、４ ベース部、５ 液体材料容器、１１ 塗布針ホルダ、１２ 塗布針ホルダ保持部、１３，１４ ネジ、２１ 可動部、２２ 固定部、２３ 案内部、３１ 第１部、３２ 第２部、３３ 弾性部、５０ 空間、５１，５２ 孔、１００ 液体塗布ユニット、１１０ 観察光学系、１１１ カメラ、１２０ Ｚ軸テーブル、１２１ Ｘ軸テーブル、１２２ Ｙ軸テーブル、１２３ 基台、１３０ 制御部、１３１ 操作パネル、１３２ モニタ、１３３ 制御用コンピュータ、１４０ 基板、２００ 液体塗布装置。

Claims (6)

1. 塗布針を用いて対象物の表面に液状材料を塗布するための液体塗布ユニットであって、
   前記塗布針を搭載しており、かつ直線移動する可動部と、前記可動部を案内する固定部とを含むリニアモータと、
   前記可動部に対し重力方向の上方に向かう力を付与し、前記可動部を支持している支持部を備え、
   前記可動部は、少なくとも、前記塗布針と前記対象物とが接触可能な状態にある第１の位置と、前記第１の位置よりも重力方向の上方にある第２の位置との間を移動可能に設けられている、液体塗布ユニット。
2. 前記支持部は、前記固定部に対して前記可動部を吊り下げて、前記可動部を前記第２の位置に保持可能に設けられている、請求項１に記載の液体塗布ユニット。
3. 前記支持部は、前記可動部の移動に伴い弾性変形する弾性部を含み、
   前記弾性部の一端は前記固定部に接続されており、前記弾性部の他端は前記可動部に接続されている、請求項１または請求項２に記載の液体塗布ユニット。
4. 前記可動部の移動速度を制御する制御部をさらに備え、
   前記制御部は、前記第２の位置から前記第１の位置と前記第２の位置との間に位置する第３の位置までの領域における前記可動部の移動速度より、前記第３の位置から前記第１の位置までの領域における前記可動部の移動速度が遅くなるように、前記可動部の移動速度を制御可能に設けられている、請求項１〜請求項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〜請求項４のいずれか１項に記載の液体塗布ユニットと、
   前記液体塗布ユニットを少なくとも重力方向と交差する方向に移動可能に設けられている移動部とを備える、液体塗布装置。
6. 請求項４に記載の液体塗布ユニットを用いて液体材料を塗布する液体塗布方法であって、
   前記可動部を前記第２の位置から前記第３の位置まで移動させる第１工程と、前記可動部を前記第３の位置から前記第１の位置まで移動させる第２工程とを備え、
   前記第２工程における前記可動部の移動速度は、前記第１工程における前記可動部の移動速度よりも遅い、液体塗布方法。

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