JP2772243B2 - 液体塗布ノズルの高さ検知装置およびそれを用いたノズルの高さ制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、液体塗布ノズルの高
さ検知装置および、それを用いたノズル高さ制御方法に
関するものであり、液状、ペースト状、クリーム状等を
呈する電子材料、接着剤その他の液体材料を、プリント
基板、セラミック基板、ガラス基板などの板状ワークに
対し、それの反り等の変形に影響されることのない、定
常塗布を可能にするものである。

【０００２】

【従来の技術】液体塗布ノズルから吐出した液体材料
を、板状ワークの表面に、連続的もしくは間欠的に定常
塗布するに際し、板状ワークに反り等の変形があって、
ノズル先端と板状ワークとの距離が変化すると、吐出さ
れた液量、吐出形状等が不安定になることから、ノズル
先端と、板状ワークの表面との間の距離の変動を防止す
べく、たとえば、特開平２−１６９０６２号公報および
特開平６−１１４３１３号公報に開示されているよう
に、一の高さセンサを用いてノズル先端の高さをコント
ロールすることが行われていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来技術において、塗布ノズルに隣接させて配置した高
さセンサと、その塗布ノズルとの相対位置が一定のもの
にあっては、たとえば方形形状をなす板状ワークに液体
を塗布するに際し、高さセンサを常に十分に機能させて
その塗布を行うためには、板状ワークの輪郭形状よりも
相当狭い領域内にしか液体を塗布することができないと
う不都合があった。

【０００４】このことを図６に基づいてより具体的に説
明する。板状ワークＷが図に実線で示すような方形の輪
郭線形状を有する場合において、その板状ワークＷ上に
ノズルＮによって液体材料を塗布するに当り、ノズルＮ
と高さセンサＳとが図示のような相対位置関係にあっ
て、その相対位置は不変であるとすると、センサＳで、
板状ワークＷからのノズル高さを検知しつつ、ノズルＮ
から液体を塗布することのできる最大領域は図に斜線を
施して示す領域となり、従って、板状ワークＷの、図の
上辺および右辺の近傍部分には液体材料を塗布すること
が実質的に不可能であった。

【０００５】ところでこれに対し、特開平６−１１４３
１３号公報に開示されているように、一の高さセンサ
の、ノズルに対する相対位置を変更可能ならしめた場合
には、液体の塗布領域を、図６に示す板状ワークＷの、
輪郭線で囲まれる全領域にまで拡大することが可能とな
る。しかしながら、この場合には、ノズルを移動させる
軸と、センサ移動機構との平坦度を数μm 以内に抑えな
いと、ノズルの高さを所要の精度でコントロールするこ
とができないという、機構部の加工精度上の問題があっ
た。

【０００６】この発明は、従来技術の有するこのような
問題点を解決することを課題として検討した結果なされ
たものであり、この発明の目的は、板状ワークの反り等
の変形に十分に対処し得ることはもちろん、厳しい加工
精度を必要とすることなしに、たとえば方形の板状ワー
クに対し、輪郭線で囲まれる全領域への液体の塗布を可
能ならしめる、液体塗布ノズルの高さ検知装置および、
それを用いたノズル高さ制御方法を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の、液体塗布ノ
ズルの高さ検知装置は、プリント基板、ガラス基板等
の、多くは方形形状をなす板状ワークの上方で、そこか
ら所定の間隔をおいて移動されて、ワーク表面に液体材
料を塗布するノズルを設けるとともに、ノズルに隣接し
て、ノズルの運動軌跡と重ならない位置に、ノズル中心
に対して点対称に配置され、そのノズルと一体的に移動
される少なくとも一対の高さセンサを設けたものであ
る。ところで、ここにおける高さセンサとしては、光を
使用するもの、渦電流を検出するものなどを必要に応じ
て選択することができる。また、この発明のノズル高さ
制御方法は、板状ワークの上方で、液体塗布ノズルを、
板状ワークの各辺縁に沿って、少なくとも二個の高さセ
ンサと一体的に並進運動させ、この運動に当って、板状
ワークの上方に位置する少なくとも一の高さセンサから
の信号に基づいて液体塗布ノズルの高さをコントロール
するものである。そして他の方法は、液体塗布ノズルを
板状ワーク上で、複数個の高さセンサと一体的に移動さ
せ、板状ワークの上方に位置する少なくとも一の高さセ
ンサからの信号に基づいて液体塗布ノズルの高さをコン
トロールするとともに、全ての高さセンサが板状ワーク
の外側にはみ出したときには、液体塗布ノズルの高さコ
ントロールを中断して、そのノズルの水平方向移動だけ
を行うものである。

【０００８】

【作用】この種の装置では、液体塗布ノズルの真上およ
び真下のいずれにも高さセンサを配設することができ
ず、従って、そのノズルと隣接する位置に、多くは数mm
の間隔をおいて高さセンサを配設することが一般的であ
る。かかる状況の下で、この発明の装置では、液体塗布
ノズルと一体的に移動する、ノズル中心に対して点対称
に位置する少なくとも一対の高さセンサを設けているこ
とから、一の高さセンサを除く他のセンサの全てが、板
状ワークの外側にはみ出してもなお、残りの一のセンサ
をもって、板状ワークに対するノズル高さを十分に検知
することができるので、板状ワークがたとえば矩形形状
をなすものである場合に、液体塗布ノズルによる液体塗
布領域を、その板状ワークの輪郭線位置まで拡大するこ
とができる。ところでこの場合には、計測演算部におい
て、高さデータを取り込む、センサの少なくとも一つを
選択するだけで各センサを必要に応じて使い分けること
ができるので、一の高さセンサを、ノズルに対して相対
変位させる従来技術に比し、特別な作動機構部を設ける
ことが不要であって、装置の小型、軽量化および装置構
造の簡素化を実現し得ることはもちろん、加工精度に対
する厳しい要求を総て不要ならしめて、装置コストを有
効に低減させることができる。

【０００９】またここで、少なくとも一対の高さセンサ
を、通常は並進運動を行うノズルの運動軌跡と重ならな
い位置に、ノズル中心に対して点対称に配設すること
で、対をなす高さセンサのそれぞれに、それ本来の機能
を十分に発揮させることができる。これをいいかえれ
ば、たとえば一対の高さセンサを、ノズルの運動軌跡に
一致させた場合には、ノズルに先行するセンサはその機
能を有効に発揮することはできるも、ノズルに後行する
センサからの高さ信号は、多くは、そのノズルによって
塗布された液体材料の影響を含んでいるので、高い測定
精度を期待することができない。しかもこの場合におい
て、とくに、板状ワークの輪郭線に沿って液体材料を塗
布するときは、ノズルに先行する一方のセンサが、その
輪郭線をなぞって移動して高さを検知することになる
が、ワークの輪郭線部分は一般に、高さ、平坦度ともに
安定性に欠けることから、高い検知精度を得ることが困
難である。

【００１０】また、この発明の方法において、少なくと
も一の高さセンサからの信号に基づいて液体塗布ノズル
の高さをコントロールするときは、板状ワークの全表面
にわたる塗布を、高い精度で制御して、各塗布部分での
塗布量、塗布形状等を所期した通りのものとすることが
できる。

【００１１】なおこの方法において、高さセンサの配設
個数、配設態様などとの関連の下で、全ての高さセンサ
が板状ワークの外側にはみ出した状態となったときに、
ノズルの高さコントロールを中断して、ノズルの水平方
向移動だけを行う場合には、その中断中の移動距離は、
ノズルと、それの移動方向前方側に位置するセンサとの
間の、通常は数mm程度のわずかな距離であることから、
特別のコントロールを行うまでもなく、塗布量、塗布形
状等に及ぼす影響を十分少ならしめることができる。

【００１２】

【実施例】以下にこの発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図１はこの発明の実施例を示す略線正面図であ
り、図２はその略線平面図である。ここで、板状ワーク
１に対し、その上方へ所定の間隔をおいて配置され、た
とえば、そこで、二次元直交座標軸ＸおよびＹの方向へ
移動されて、その板状ワーク１の表面上に液体材料を塗
布するノズル２を設けるとともに、このノズル２に隣接
する位置で該ノズル２と一体的に移動する、図では、二
個一対の高さセンサ３，４を、ノズル２に対し、それの
通常の運動方向である、図のＸ軸方向およびＹ軸方向の
いずれにも重なり合わない位置で、ノズル中心に対して
点対称に配置する。またここでは、それぞれの高さセン
サ３，４は計測演算部５に接続され、いずれか一方のセ
ンサ信号が択一的に取り込まれるよう構成されている。
なおここにおいて、三個以上の高さセンサを、たとえ
ば、ノズル中心の周りに、そこから等距離に、かつ等し
い角度間隔で配設することもでき、また、計測演算部５
で、二個以上のセンサ信号を取り込み、それらの信号の
平均値や、差などの演算結果をノズル高さのコントロー
ル信号とすることもできる。

【００１３】ところで、ここにおいて、高さセンサ３,
４を、図３に示すように、Ｘ軸上で、ノズル中心に対し
て点対称に配置した場合における、板状ワーク１に対す
る最大の塗布軌跡は、図４に略線平面図で示すようにな
る。ここでは方形輪郭形状とした板状ワーク１上に液体
材料を塗布するに当り、その板状ワーク１の一の隅部で
ある図中の点ａに対しては、板状ワーク上に位置する一
方の高さセンサ３によって、そのワーク１の辺縁部にお
けるセンサ高さ、ひいては、ノズル高さを検知すること
でノズル２の高さをコントロールすることができ、従っ
て、その点ａへの、液体材料の塗布をもたらすことがで
き、このことは、ノズル２が連続的または間欠的な塗布
状態の下で、図中のｂ点まで移動されてもまた同様であ
る。なお、この点ｂにおいて、他方の高さセンサ４を機
能させたときは、そのセンサ４は、液体材料が、点ａか
ら点ｂまで連続的に塗布されている場合には、高さ検知
信号中に、塗布済みの液体材料の影響を含むことになる
ので、センサ３からの検知信号を用いてノズル高さをコ
ントロールする方が精度の高い制御が可能となる。しか
るに、ノズル２が、板状ワーク１の隅部である点ｃに達
すると、センサ３は、板状ワーク１の外側にはみ出し
て、それによる高さ検知は不能となるので、センサ４に
よる高さ検知に基づいて、ノズル２の高さコントロール
を行うことが余儀なくされ、従って、ワーク隅部上の点
ｃに対しても液体材料を塗布することはできるも、高さ
の制御精度の低下は不可避となる。

【００１４】その後は、ノズル２の移動方向を、センサ
３, ４のノズル中心の周りでの回動変位なしに、並進的
に変更し、点ｄを経て点ｅに至るまでの間は、センサ４
によって、板状ワーク１の辺縁より幾分内側の、高さ、
平坦度ともに十分安定している部分での高さを検知を行
うことにより、ノズル２の高さを高精度にコントロール
し乍ら、そのノズル２による、ワーク辺縁上への塗布を
行うことができる。また、点ｅにおける高さの検知は、
センサ４により、それのワーク辺縁部からの高さを検知
することにより行われ、このことは、以後、そのセンサ
４が点ｇの近傍で、ワーク１からはみ出すまで継続さ
れ、ノズル２はそのセンサ４の検知結果に基づいて、ワ
ーク辺縁上への液体材料の塗布を行う。さらに、点ｇで
は、センサ３が検知した、ワーク辺縁部の、塗布済み液
体材料からの高さに基づいてノズル高さをコントロール
することにより、板状ワーク１の残りの隅部である点ｇ
上への液体材料の塗布を行うことができ、しかる後は、
点ｈを経て、点ａに戻るまでの間、そのセンサ３をもっ
て、ワーク辺縁より幾分内側部分の高さを検知すること
で、ノズル高さを高精度にコントロールして板状ワーク
１の辺縁上に液体材料を塗布することができる。

【００１５】かくして、このような一連の塗布工程によ
れば、最大塗布軌跡が板状ワーク１の輪郭線と一致する
ことになり、それによる塗布領域は、図６に示す従来技
術のそれに比して大きく拡大されることになる。しかし
ながら、この場合には、センサ３, ４が、ノズルのＸ軸
方向の運動軌跡に重なって位置することから、先にも述
べたように、センサからの高さ信号が、塗布された液体
材料の影響を含むこと、および、センサが板状ワーク１
の輪郭線をなぞって高さ検知をすることに起因する、コ
ントロール精度の低下が否めない。なお図示はしない
が、図４に示す最大塗布軌跡の内側部分については、高
さセンサ３，４の少なくとも一方からの高さ検知信号を
用いることで、いかなる個所に対しても、所期した通り
に液体材料を塗布し得ることはもちろんである。ところ
で、図４に示すところにおいて、とくに、板状ワーク１
の、図の上下の各辺縁部分への液体材料の塗布に当り、
ノズル２の高さのコントロール精度が不足する場合に
は、板状ワーク１の上下の各辺縁に対し、それよりワー
ク１の内側に位置することとなる他の高さセンサ、たと
えば、点ｂ、ｆに仮想線で示すような高さセンサ６，７
を設けることもできる。

【００１６】図５は、図１および図２に示す実施例装置
の、板状ワーク１に対する最大塗布軌跡を示す略線平面
図である。ここでは、ワーク１の一の隅部である点ａか
ら、隣接隅部である点ｃの近傍部分までは、高さセンサ
３によって、ワーク辺縁より幾分内側部分の高さを検知
することで、ノズル２の高さを高精度にコントロールし
つつ、そのノズル２をワーク辺縁上に移動させて、そこ
に液体材料を所期した通りに塗布することができる。な
お、ノズル２が点ｃの近傍部分に達して、センサ３がワ
ーク１の辺縁からはみ出すと、両センサ３，４がともに
ワーク１の外側に位置することになって高さ検知ができ
なくなるので、その後は、ノズル２が点ｃに至るまで
は、ノズル２の高さコントロールを中断したままノズル
２を水平移動させることによって液体材料の塗布を行
う。この場合に、ノズル２に生じることのある高さコン
トロール誤差は、たとえば板状ワーク１の寸法が300 ×
300mm 、そのワーク１の、長さ300mm 当りの反りが約0.
1mm 、ノズル２とセンサ３との間のノズル移動方向の距
離が10mmであるときは、ノズル２がその10mmを移動する
間に生じることのあるワークの反り量は、0.1×10／300
＝3.3 (μm)として表わすことができ、その値は極め
て小さいものであるから、ノズル２の高さコントロール
をしなくとも塗布量等への影響はほとんどない。従っ
て、点ｃへの塗布もまた所期した通りに行われることに
なる。

【００１７】その後は、ノズル２の移動方向を、ノズル
中心の周りでのセンサ３, ４の回動運動をもたらすこと
なく並進的に変更して、他方の高さセンサ４からの検知
信号に基づいてノズル２の高さをコントロールすること
により、ノズル２は、図の右辺上を移動して、その辺縁
上に液体材料を高い精度で塗布することができる。そし
てこのことは、図の下辺辺縁上へ液体材料の塗布に当っ
てもまたほぼ同様であり、ノズル２が点ｇの近傍部分に
至るまでは、センサ４によって、辺縁位置より幾分内側
部分の高さ検知を行うことで、その下辺辺縁上に、高い
精度で液体材料を塗布することができる。ところで、こ
の場合もまた、ノズル２が点ｇの近傍部分に達すると、
センサ３の他にセンサ４もワーク１の辺縁から外側へは
み出すことになるので、この場合もまた、そのはみ出し
の後は、ノズル２の高さコントロールを中断して、ノズ
ル２の水平塗布運動だけを行うことによって、点ｃにつ
いて述べたと同様に、点ｇ上への高精度の塗布を行うこ
とができる。

【００１８】そしてさらに、図の左辺に対しては、高さ
センサ３を機能させてノズル２の高さをコントロールす
ることで、その辺縁上へ、これもまた所期した通りに高
い精度で液体材料を塗布することができる。

【００１９】従って、この場合においては、最大塗布軌
跡を、板状ワーク１の方形輪郭線に一致させることがで
きるのみならず、ワーク表面のいかなる部分に対して
も、液体材料を十分高い精度で塗布することが可能とな
る。なおこの場合にあって、とくに、点ｃおよびｇの近
傍部分での塗布精度の一層の向上が必要となるときに
は、図に仮想線で示すように、ノズル中心に対して点対
称に位置する他の一対の高さセンサ６，７を設けること
が好ましく、このことによれば、ワーク１のいかなる部
分への塗布に当っても、全てのセンサがワーク１の外側
にはみ出す事態を回避することができる。

【００２０】以上、いずれか一方のセンサの作用下で、
最大塗布軌跡をもたらす場合について説明したが、その
最大塗布軌跡に囲まれる領域内での塗布に当っては、両
センサ３，４を同時に機能させ、計測値の平均値、差な
どをもとに高さコントロールを行うこともできる。

【００２１】

【発明の効果】かくしてこの発明によれば、高さセンサ
の作用下で、板状ワークに対するノズル高さを検知する
ことにより、その板状ワークの反り等の変形に十分に対
応することができ、また、通常は並進運動を行うノズル
の運動軌跡に重ならない位置に 、ノズル中心に対して点
対称に配置した少なくとも一対のセンサを使い分けるこ
とより、たとえば方形形状をなす板状ワークの全ての部
分に、液体材料を十分高い精度で塗布することが可能と
なる。そして、ここにおけるセンサの使い分けは、計測
演算部でのセンサの選択によって行われるので、一の高
さセンサ位置をノズルに対して相対変位させる従来技術
に比し、特別の作動機構を不要にして、装置の小型、軽
量化および製造の簡素化をもたらし得ることはもちろ
ん、その作動機構に対する厳しい加工精度の要求を全く
不要とすることができる。そしてまた、高さセンサの総
てが、板状ワークの外側にはみ出した場合に、ノズルの
高さコントロールを中断して、そのノズルに水平移動だ
けを行わせるときは、塗布精度にほとんど影響を及ぼす
ことなしに、ノズルの設置個数を必要最少限のものとす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明装置を例示する略線正面図である。

【図２】図１の略線平面図である。

【図３】他の装置を例示する略線平面図である。

【図４】図３に示す装置の最大塗布軌跡を示す略線平面
図である。

【図５】図１, ２に示す装置の最大塗布軌跡を示す略線
平面図である。

【図６】従来装置の最大塗布軌跡を示す略線平面図であ
る。

【符号の説明】

１ 板状ワーク ２ ノズル ３，４ 高さセンサ ５ 計測演算部

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板状ワーク上で、それから所定の間隔を
   おいて移動されて、ワーク表面に液体材料を塗布するノ
   ズルと、このノズルに隣接し、ノズルの運動軌跡と重な
   らない位置に、ノズル中心に対して点対称に配置され
   て、そのノズルと一体的に移動する少なくとも一対の高
   さセンサとを具えてなる液体塗布ノズルの高さ検知装
   置。
2. 【請求項２】 液体塗布ノズルを、板状ワーク上で、そ
   の板状ワークの各辺縁に沿って、複数個の高さセンサと
   一体的に並進運動させ、板状ワークの上方に位置する少
   なくとも一の高さセンサからの信号に基づいて液体塗布
   ノズルの高さをコントロールすることを特徴とする液体
   塗布ノズルの高さ制御方法。
3. 【請求項３】 液体塗布ノズルを板状ワーク上で、複数
   個の高さセンサと一体的に移動させ、板状ワークの上方
   に位置する少なくとも一の高さセンサからの信号に基づ
   いて液体塗布ノズルの高さをコントロールするととも
   に、全ての高さセンサが板状ワークの外側にはみ出した
   ときには、液体塗布ノズルの高さコントロールを中断し
   て、そのノズルの水平方向移動だけを行うことを特徴と
   する液体塗布ノズルの高さ制御方法。