JP3191270U

JP3191270U - 中高粘度液体材料を塗布する低吐出量用液体材料噴射バルブ

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Publication number: JP3191270U
Application number: JP2013007043U
Authority: JP
Inventors: 島田▲隆▼治
Original assignee: 島田 ▲隆▼治
Priority date: 2013-12-12
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2014-06-19
Anticipated expiration: 2023-12-12
Also published as: KR102254361B1; KR20150068888A

Abstract

【課題】実装回路基板の防湿を必要とする部位又は表面に、無溶剤型防湿絶縁材料又は水性防湿絶縁材料を、塗布ムラや発泡及び液飛散がなく選択的にコーティングが出来る低吐出量用液体材料噴射バルブを提供する。【解決手段】液体材料を吐出制御するための液体吐出ニードル２８を上下動可能に内装してなるシリンダ部１２と、液体吐出ニードルを上下動せしめるためのアジャスタ部３４と、液体材料流入部１８と、圧縮空気を流入せしめる霧化エアー流入部２０を有するフルィドボディ部２２とを備える。霧化エアー流入部と連通するスクリュー溝を内蔵する延伸部２５が取り付けられており、さらに延伸部の先端に、出口開口部に向けて１５度から２５度の内向きの傾斜角度を有した切り込み集束内壁を有したエアーキャップ２４と、ニードルカバー２６を被着させ、液体吐出ノズル３０が、液体材料流入部１８と連通している延伸部の中心に有する液体経路に接続せられてなることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本考案は、１００センチポイズ以上の中高粘度液体材料に関し、極微細に霧化させて、見切りが鮮明な薄い塗布パターンを形成するために、霧化用１５度から２５度の角度で、傾斜集収束する構造を有するスクリュー延伸部及びエアーキャップと、先端角度が５°〜２０°を有したニードル体とを有する低吐出量用液体材料噴射バルブを用いた液体材料の塗布製造方法と塗布装置に関する。

中高粘度液体材料とは、例えば無溶剤型防湿絶縁材料や水性型防湿絶縁材料などのＶＯＣ（volatile organic compounds）型防湿絶縁材料である。湿気や埃を嫌う実装回路基板には、防湿絶縁材料の被覆は必須である。また最近の実装回路基板は、ハンダ表面に発生するウィスパー防止にも防湿絶縁材料の被覆が効果的であるため、多くの実装回路基板に防湿絶縁材料による被覆が採用されている。

その被覆に用いられる防湿絶縁材料には、合成樹脂に芳香族系溶剤やケトン系溶剤を半分以上含有した溶剤系防湿絶縁材料が使用されている。それらは、従来技術である浸漬法や、刷毛塗り法及びスプレイ法によるものが一般的であったが、本考案者の1人が開発した特許文献１の「エアレススプレイによるフィルムコーティング方法」や、特許文献２の「偏平パターン・ノズルから放出された三角形またはすり鉢形の液膜を用いてプリント基板に防湿絶縁剤を施す方法」を使用して塗布したい個所への選択塗布が可能なフィルムコーティング方法がすでに広く採用されている。

しかし最近ＶＯＣ（volatile organic compounds）規制による溶剤使用を削減する傾向に際し、脱溶剤系の前記ＶＯＣ型防湿絶縁材料の使用が市場では求められ、無溶剤系材料である高粘度の防湿絶縁材料の使用や、水性型防湿絶縁材料も開発され販売もされているが、思ったように使用されていない。

その原因としては、無溶剤系防湿絶縁材料が、粘度が２００センチポイズ以上という中高粘度のため、上記した従来技術やフィルムコーティング法では充分な見切りの良い塗布幅を有する偏平パターンが形成されないため成膜が出来ないという問題や、他の工法を用いても発泡を生じたりする問題や、１００ミクロン以上といった必要以上のコーティング膜厚を形成してしまうという問題があった。

また水性防湿絶縁材料においては、材料の吐出後に、吐出時の生じる泡の巻き込みが生じそれがなかなか消滅しなく、さらに実装回路基板中にある凹部分では液たまりが生じ、なかなか乾かない未乾燥の問題や、液粒子の飛散の発生を生じて塗布禁止帯への飛散問題など、均一膜が得られない欠点で満足の行くコーティング膜が得られないため、なかなか広範囲に水性防湿絶縁材料も採用されていない。

このような水性防湿絶縁材料の発泡やたまりや、乾燥時間がかかりすぎる未乾燥などを抑えるには、固形分比率の高い材料を薄く均一に表面コーティングすることが必要となる。その場合、塗布工法は液の吐出量を極力少なくし、圧縮空気によって液を霧化させて微粒子を作って表面に堆積させる２流体スプレイ工法になる。但し、この場合どのような形式をとっても飛散が多く、実装回路基板の全面にコーティングするような場合にはそれで良いが、コネクター等コーティングしてはならない箇所があるような実装回路基板には、マスキングが必要となり過大な労力とコストアップになる。

特許第１９２９８８８号公報特許第２６９０１４９号公報

本考案者が鋭意検討した結果、先端角度が５°〜２０°を有したテーパーニードルと直径0.5ミリ以下の小径吐出ノズルを持ち、前記小径吐出ノズルの先端開口部分の手前に、圧縮空気の流路を規制するためにノズル軸方向で１５度から２５度の角度で、傾斜集収束する構造を有するスクリュ内蔵延伸部とエアーキャップが設けたエアスプレイ式の低吐出量用液体材料噴射バルブを作成し、前記ＶＯＣ型防湿絶縁材料が吐出される際に霧状のエアーの流れが形成されてなるようにした前記低吐出量用液体材料噴射バルブを用いて塗布することにより、これからのＶＯＣ削減対策で必要とされる無溶剤型防湿絶縁材料や水性防湿絶縁材料を、塗膜欠陥となる発泡やたまりの塗膜面を生ずることなしに見切り鮮明な塗布スプレー幅の形成が出来、マスキングを必要とする実装回路基板へも、選択的にコーティングすることが出来ることを見出した。

さらに前記低吐出量用液体材料噴射バルブで、前記水性防湿絶縁材料を塗布することで、塗膜の乾燥時間も溶剤系防湿絶縁材料の塗布と同等以内の時間にすることも可能となることを見出し、本提案に及ぶものである。

本考案は、上記した従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、実装回路基板の防湿を必要とする部位又は表面に、前記ＶＯＣ型防湿絶縁材料を、塗布ムラなく、液飛散なく、かつマスキングすることなしで選択的にコーティングが出来、塗布付着効率を低下させることなく、溶剤系防湿絶縁材料を塗布すると同様の乾燥時間を得られ、均一に薄膜形成できる防湿絶縁実装回路基板の製造方法を提供することをも目的とする。

上記課題を解決するために、本考案の塗布方法は、前記ＶＯＣ型防湿絶縁材料であって、粘度が２００〜１０００センチポイズの無溶剤型防湿絶縁材料や、粘度が１００〜７００センチポイズで固形分含有量が２５〜６０％である水性防湿絶縁材料などを、前記低吐出量用液体材料噴射バルブで、実装回路基板に塗布してなることを特徴とする。

前記ＶＯＣ型防湿絶縁材料を塗布するにあたっては、前記低吐出量用液体材料噴射バルブで塗布する。前記低吐出量用液体材料噴射バルブは、前記スクリュ内蔵する延伸部と前記吐出ノズル部のエアーエゼクタ現象を起させるための狭い間隙部を設けた、前記低吐出量用液体材料噴射バルブとしたことを特徴とする。

本明細書において、前記低吐出量とは、毎分０．１ｃｃ〜２０ｃｃ程度の吐出量をいう。

塗布厚としては、実装回路基板の防湿を必要とする部位又は表面に、前記ＶＯＣ型防湿絶縁材料を塗布厚が少なくとも５ミクロン厚以上、好ましくは５〜５０ミクロンとなるように、前記低吐出量用液体材料噴射バルブで塗布するのが好適である。

液体粘度として粘度が１００〜１０００センチポイズの液体又は溶融体であれば、液体圧力が０．００１Ｍｐａから０．２Ｍｐａの範囲内で、噴霧流体の圧縮圧力が０．２Ｍｐａから０．４５Ｍｐａの範囲内にて、液体が７０ミクロン以下の微粒子になり、指定した被塗物表面に液体の見切りの鮮明な塗布パターン幅を有して、均一な成膜を形成させるのに充分適することが出来た。

本考案は、塗布対象物に凹凸部品が混在し、塗布してはならないコネクター等の部品も存在する実装回路基板などに、前記ＶＯＣ型防湿絶縁材料を少なくとも５ミクロン厚以上、好ましくは５〜５０ミクロンという薄い膜を、コーティングしたい個所にだけ選択的にコーティング膜を形成させることができる。

さらに、実装回路基板を、４０℃〜６０℃に予め加温しておいて水性防湿絶縁材料を前記低吐出量用液体材料噴射バルブを利用して実装回路基板に塗布するのが、塗布された水性防湿絶縁材料の乾燥短縮に貢献できるため好ましい。

また、前記吐出ノズル口径は直径０．１〜０．５ｍｍのノズルを有し、前記吐出ノズルを覆う圧縮空気の流路を規制するための前記スクリュ内蔵する延伸部は５つ以上のスクリュー溝を有する流路溝によって発生せしめられる霧化圧縮エアーが、好適である。

前記溝が、前記スクリュ内蔵する延伸部は、出口開口部に向かってノズル軸方向で１５度から２５度の角度を有した5つ以上のスクリュー溝を有し、前記低吐出量用液体材料噴射バルブは、出口開口部に向かってノズル軸方向で１５度から２５度の角度で、傾斜集収束する構造を有するエアーキャップを有することで、液粒子の微粒化と液粒子の飛散を抑え、またノズル先端に付着して前記ＶＯＣ型防湿絶縁材料の固化によるノズルつまり防止にも好適である。

前記スクリュ内蔵する延伸部から出るエアーが上記角度を有した切り込み溝により、旋回しながら前記エアキャップの手前に位置するノズル出口開口部からの液体材料と混ざり合って噴出せしめられるのがさらに好適である。

従来技術である選択塗工が可能なエアレススプレイノズルによるフィルムコーティングでは、水性防湿絶縁材料をコーティングした場合、水性の特徴である表面張力により泡が生じやすく、フィルム状パターン形成も難しいため液の飛散も生じ、さらに溶剤系防湿絶縁剤を塗布する場合より乾燥が遅いため液タレや液たまりも生じて、コーティング層が一様でなくなり、選択的にコーティングすることは不可能であった。

これに対して本考案の前記低吐出量用液体材料噴射バルブによる塗布方式による液体材料のコーティングは、液滴を旋回運動させながら直径１０〜７０ミクロンの均一な微粒子を形成させ、塗膜に要する必要な液滴量だけを、６ｍｍ幅〜１２ｍｍ幅の塗布パターンを形成させる前記低吐出量用液体材料噴射バルブを、塗布面から１０ｍｍ〜５０ｍｍ高さより連続的にコーティングするものである。

本考案の塗布方法は実装回路基板へ防湿塗布で、必要とする部位又は表面に、前記ＶＯＣ型防湿絶縁材料を、塗布ムラなく、液飛散なく、かつマスキングすることなしで選択的にコーティングが出来、塗布付着効率を低下させることなく、溶剤系防湿絶縁材料を塗布すると同様の乾燥時間を得られ、均一に薄膜形成できる防湿絶縁を施す実装回路基板の製造方法を提供することができるという著大な効果を奏する。

この方法の利用により、所望のコーティングを有する被塗物に対し液体成膜をすることができる。

図１は、本考案に用いられる前記低吐出量用液体材料噴射バルブと塗布自動供給制御装置の一部断面模式図である。図２は、前記低吐出量用液体材料噴射バルブでスプレイする一つの実施形態を示す断面図である。図３は、本考案の前記低吐出量用液体材料噴射バルブを搭載した自動塗布装置で、実装回路基板表面に対して水性防湿絶縁材料を吐出塗布している状態を示す模式図である。図４は、本考案の前記低吐出量用液体材料噴射バルブを搭載した自動塗布装置で、実装回路基板上の部品に対して水性防湿絶縁材料を吐出塗布している状態を示す模式図である。図５は、本考案の前記低吐出量用液体材料噴射バルブに用いられる前記スクリュ内蔵延伸部を、前記エアキャップを外した先端部の形態を正面側からみた斜視図と一部断面部分図である。図６は、前記低吐出量用液体材料噴射バルブで、被塗物であるＯＨＰシート面に、水性防湿絶縁材料を１本線塗りしているスプレイ塗布の途中状態を示す写真である。図７は、記低吐出量用液体材料噴射バルブで被塗物である前記ＯＨＰシート面から２０ｍｍ離して、水性防湿絶縁材料をピッチ９ｍｍで、連続動作にて１度塗りした塗布膜状態を示す写真である。

以下に本考案の実施の形態を説明するが、これら実施の形態は例示的に示されるもので、本考案の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことはいうまでもない。

本考案で使用する被塗物には形状面での特別の制限はないが、特にチップ部品やLSI実装された凹凸部を有する実装基板面に対し、前記ＶＯＣ型防湿絶縁材料を、極微細に霧化させて、薄い成膜を形成する際に、液体噴霧流の狭い塗布パターン幅を形成して、塗り分け作業ができる。

考案の特徴は、特に凹凸形状を伴う被塗物表面に対しても発揮されることは明らかである。

コーティングに使用する液体については、液体粘度として１００センチポイズから１０００センチポイズの、無機質のフィラーなどを含有しない前記ＶＯＣ型防湿絶縁材料や、水性エマルジョン系も含む水性接着材料であれば、本考案で利用可能である。

以下本考案の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１によく示されるように、前記低吐出量用液体材料噴射バルブ１０は、操作パネル５２を有した、塗布自動供給制御装置５０から前記ＶＯＣ型防湿絶縁材料を入れた材料タンク５６を備え、断続吐出するためのパルス塗布制御装置５４も備え、材料供給ポンプ５８で前期ＶＯＣ剤型防湿絶縁材料を供給することができるようにした塗布自動供給制御装置５０と、前記低吐出量用液体材料噴射バルブ１０に霧化用圧縮エアー、前記低吐出量用液体材料噴射バルブ１０の動作用圧縮エアーの配管部材６０から構成されている。前記配管部材６０は、液配管を備えたチューブユニットであり、前記ＶＯＣ剤型防湿絶縁材料用の供給ホースと、圧縮霧化用エアーホース、吐出ＯＮ，ＯＦＦ用圧縮エアーホースを備えた塗布液供給ホース兼エアーホースである。実装回路基板６６に前記ＶＯＣ型防湿絶縁材料を塗布するにあたっては、前記低吐出量用液体材料噴射バルブ１０を用い、例えばラック機構などで水平方向に往復移動可能とされ、実装回路基板６６の表面に対して前記低吐出量用液体材料噴射バルブ１０は平行移動させて、前記ＶＯＣ型絶縁材料の吐出霧化パターン６２を形成される。その際形成される塗布パターン幅６４は、実装回路基板６６に対しストライプ状の塗布を形成して、一定の送りピッチに従って塗り重ね塗布膜６８を形成して行く。

図２によく示される如く、前記低吐出量用液体材料噴射バルブ１０は、中央部に長くて細長い液体吐出ニードル２８を設けてあり、該液体吐出ニードル２８の上部には、液体吐出ニードル２８を上下動可能に内装してなるシリンダ部３２と、前記シリンダ部３２の基端側に嵌着せしめられ、前記液体吐出ニードル２８を上下動せしめるための、マイクロアジャストメント機構を有するアジャスタ部３４と、前記シリンダ部３２の先端側に嵌着せしめられ、液体材料源からの液体材料を流入せしめる液体材料流入部１８と、圧縮空気源からの圧縮空気を流入せしめる霧化エアー流入部２０を有するフルイドボディ部２２と、前記フルイドボディ部２２の先端に連通して取り付けられる、前記スクリュー内蔵する延伸部と液体吐出ノズル３０と前記エアキャップ２４及びニードルカバー２６を有している。

前記アジャスタ部１４は、アジャストリング３６によって液体吐出ニードル２８の上下動作量を調整するマイクロアジャスト機構がなされ、液体の吐出量調整を可能とする。前記低吐出量用液体材料噴射バルブ１０は、エゼクター効果式のエアースプレイの遠隔動作することを可能にする自動噴射バルブである。

前記低吐出量用液体材料噴射バルブ１０は、針形状を有した液体吐出ニードル２８に沿って、塗液（液体材料）が流れ出すエゼクター効果と、ノズル軸方向で１５度から２５度の角度を有した5つ以上の前記スクリュー溝を有する延伸部と、傾斜角度有した切り込み集束内壁８２を有するエアーキャップ２４の先端部から吹出す圧縮エアーの霧化により、塗布した霧化パターンの幅である液体粒子の噴出流スプレイパターン６２を形成する。

図６に示すようにノズル軸方向で１５度から２５度の傾斜角度を有した5つ以上のスクリュー溝を有する延伸部と、同じくノズル軸方向に１５度から２５度の角度の傾斜集収束する内壁構造を有するエアーキャップとの組み合わせが液体粒子の噴出流スプレイパターン６２が霧化粒子の集束につながり飛散防止に効果を得た。

前記噴出流スプレイパターン６２は、ニードルカバー２６先端と基板６６間との距離により幅寸法が変わるが、前記ニードルカバー２６先端と基板６６間の距離は１０ミリから４０ミリの範囲が霧化粒子の飛散が抑えられ、さらに選択塗布又は非塗布禁止領域の有無などの条件によってその範囲内で決定する。

本考案では、エゼクター効果利用のエアースプレイ方式を自動塗布ノズル機構に利用した、低吐出量用液体材料噴射バルブ１０の先端部に設けたスクリュー溝を有する延伸部と、星形形状エアーキャップ２４を取り付けることによって、無溶剤型防湿絶縁材料や水性防湿絶縁材料を霧化した塗布パターン６２は、最少幅で５ミリから最大１２ミリとなる、基板への衝突エネルギーの少ない見切りの鮮明なスプレイ塗布をすることに成功した。

例えば、粘度７００センチポイズ、体積比で約５０％前後の水性防湿絶縁材料でも、塗着効率を下げずに成膜することが可能となる。

本考案で、液体吐出ノズル３０から液体が吐出される際の、液体材料流入部１８の内部液圧は、吐出流量を毎分０．１ｃｃ〜２０ｃｃ出すのに０．００１Ｍｐａから０．２Ｍｐａの範囲内の０．２Ｍｐａ以下と低くてよく、ニードルカバー17の内部に噴出される圧縮霧化エアー圧力は０．２Ｍｐａから０．４５Ｍｐａの範囲内で、圧縮霧化エアー圧力は液吐出量によって決定される。

図３によく示される如く、実装回路基板６６に水性防湿絶縁材料を塗布するにあたっては、低吐出量用液体材料噴射バルブ１０と塗布自動供給制御装置５０を用いて、例えばラック機構などで水平方向に往復移動可能とされ、実装回路基板６６の表面に対して平行設置されたフレーム部材７０に、低吐出量用液体材料噴射バルブ１０の吐出角度を可変とするためのチルト用アクチュエーター８２が備え付けられた動作ロボット８０に、低吐出量用液体材料噴射バルブ１０を取り付け、実装回路基板６６の表面に対して低吐出量用液体材料噴射バルブ１０を平行移動させて水性防湿絶縁材料を吐出塗布することで、塗り重ね塗布膜６８が形成される。なお、符号７２は、実装回路基板６６を瞬時に加温するための遠赤外線ヒーター７２である。

実装回路基板６６を塗布中に５0℃前後に加温維持することにより塗り重ね塗布膜６８を常温状態での乾燥より約４０％の時間短縮の早期乾燥に大きく貢献することが出来た。

以下、本考案を更に非限定的な実施例によって詳細に説明する。

上記のように構成されたたスクリュー溝を有する延伸部２５とエアーキャップ２４を有した低吐出量用液体材料噴射バルブ１０と、組み合わせによる液体のスプレイによる得た霧化パターンの１ストローク連続動作の塗布結果を下記に説明する。
（実施例１―１〜実施例３−４）
室温：２１℃〜２３℃、湿度３６％〜５０％
＜使用した絶縁剤＞
水性防湿絶縁剤材料（第一工業製薬（株）製）
粘度：７００センチポイズにて固形分５０重量％の材料を試した。
比重：１
＜使用したＦＳ式マイクロスプレーガンはスクリューエクステンション付＞
ＳｈｉｍａｄａＡｐｐｌｉ合同会社製「ＦＳ式マイクロスプレーガン」式で前記低吐出量用液体材料噴射バルブ：スクリュー内蔵延伸部付
＜吐出ヘッドと被塗物間の仕様＞
図３に示されるように、実装回路基板の代わりにフラット基板面上に塗膜状態確認、膜厚測定のためにＯＨＰシート８４を乗せ前記ＯＨＰシート８４の面に対し、
Ｘ方向ストローク：１６０ｍｍ
Ｘ方向相対速度：８０ｍｍ/秒
塗布ヘッド角度：９０°（垂直）
塗布ヘッドと被塗物間距離：１０ｍｍ、２０ｍｍ、４０ｍｍ、
＜低吐出量用液体材料噴射バルブのスプレイ条件仕様＞
霧化エアー圧力０．３５Ｍｐａ
マイクロアジャスト量２ｍｍのストローク開度
スプレイ動作中の霧化エアＯＮ時間１５ｍｓ液吐出開始より先に動作させ、ストローク終了時手前で液吐出ＯＦＦを１５ｍｓ早く終了させる動作。
以上の条件で連続スプレイ塗布を行った。基板面上に乗せたＯＨＰシート８４には、常温状態のままと予め加温して、シート表面温度を５０℃〜５５℃として測定した。結果を表１に示す。
＜塗布中の加温ヒーター使用時の条件仕様＞
遠赤外線ヒーターの代わりに、接触式のホットプレートを用意してホットプレート面にＯＨＰ透明シートを置き５０℃〜５５℃に保持しながらの塗布も実施した。

下記に実施例１−1〜実施例３−４の測定結果を示す。

上記条件のように構成された塗布条件で、液体のスプレイによる霧化パターンの１ストローク動作を断続塗布動作に置き換えた塗布結果を下記に説明する。
（実施例４―１〜実施例６−４）
室温：２１℃〜２３℃、湿度３６％〜５０％
＜使用した絶縁剤＞
水性防湿絶縁剤材料（第一工業製薬（株）製）
粘度：３００ｍＰａ・ｓにて固形分３５wt％と５００ｍＰａ・ｓにて固形分４５wt％、及び７００ｍＰａ・ｓにて固形分５０wt％の３種類の粘度の違う材料を試した。
＜使用したFS式マイクロスプレーガン＞
Shimada Appli合同会社製「FS式マイクロスプレーガン」式の前記低吐出量用液体材料噴射バルブ：スクリュー内蔵延伸部付
＜吐出ヘッドと被塗物間の仕様＞
図３に示されるように、基板面上に塗膜状態確認、膜厚測定のためにＯＨＰシート８４を乗せ前記ＯＨＰシート８４面に対し、
Ｘ方向ストローク：２００ｍｍ
Ｘ方向相対速度：１４０ｍｍ/秒
塗布ヘッド角度：９０°（垂直）
塗布ヘッドと被塗物間距離：２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍ
＜低吐出量用液体材料噴射バルブのスプレイ条件仕様＞
霧化エアー圧力０．３５Ｍｐａ
マイクロアジャスト量２ｍｍのストローク開度
＜断続塗布のステッチコントロールの仕様＞
霧化エアーＯＮ時間４５ｍｓ、霧化開始と液吐出間時間１０ｍｓ、液吐出ＯＮ時間２０ｍｓ、液停止から霧化停止時間１５ｍｓ、霧化停止時間２０ｍｓ
基板面上のＯＨＰ透明シートに塗布された塗布膜厚、飛散状況を測定した結果を表２に示す。
＜塗布中の加温ヒーター使用時の条件仕様＞
遠赤外線ヒーターの代わりに、接触式のホットプレートを用意してホットプレート面にＯＨＰ透明シート８４を置き５０℃〜５５℃に保持しながらの塗布も実施した。

下記に実施例４−１〜実施例６−４の測定結果を示す。

マスキングを使用しないで帯状に塗装することも可能となるため、防湿絶縁材塗布だけでなく中高粘度の接着剤や、水性塗料を使用している外壁材などで見られる格子状の意匠塗装、缶のストライプ状の色分け塗装等に適用でき、広範囲の産業分野で応用可能となる。

１０低吐出量用液体材料噴射バルブ
１２シリンダー部
１４アジャスト部
１６ニードルリテーナー
１８液体材料流入部
２０霧化エアー流入部
２２フルィドボディ部
２３霧化用スクリュアダプター
２４エアーキャップ
２５スクリュー内蔵延伸部
２６ニードルカバー
２７ノズルアダプター
２８液体吐出ニードル
３０液体吐出ノズル
３２ピストン
３４アジャストスクリュー
３６アジャストリング
３８エクステンション
５０塗布自動供給制御装置
５２操作パネル
５４パルス塗布制御装置
５６材料タンク
５８材料供給ポンプ
６０配管部材
６２吐出霧化パターン
６４塗布パターン幅
６６実装回路基板
６８塗り重ね塗布膜
７０フレーム部材
７２遠赤外線ヒーター
８０エアキャップ穴
８４ＯＨＰシート
８６塗り重ね代

本考案は、１００センチポイズ以上の中高粘度液体材料に関し、極微細に霧化させて、見切りが鮮明な薄い塗布パターンを形成するために、霧化用１５度から２５度の角度で、傾斜集収束する構造を有するスクリュー延伸部及びエアーキャップと、先端角度が５°〜２０°を有したニードル体とを有する低吐出量用液体材料噴射バルブに関する。

特許第１９２９８８８号特許第２６９０１４９号

本考案者が鋭意検討した結果、先端角度が５°〜２０°を有したテーパーニードルと直径0.5ミリ以下の小径吐出ノズルを持ち、前記小径吐出ノズルの先端開口部分の手前に、圧縮空気の流路を規制するためにノズル軸方向で１５度から２５度の角度で、傾斜集収束する構造を有するスクリュ内蔵延伸部とエアーキャップが設けたエアスプレイ式の低吐出量用液体材料噴射バルブを考案作成し、前記ＶＯＣ型防湿絶縁材料が吐出される際に霧状のエアーの流れが形成されてなるようにした前記低吐出量用液体材料噴射バルブを用いて塗布することにより、これからのＶＯＣ削減対策で必要とされる無溶剤型防湿絶縁材料や水性防湿絶縁材料を、塗膜欠陥となる発泡やたまりの塗膜面を生ずることなしに見切り鮮明な塗布スプレー幅の形成が出来、マスキングを必要とする実装回路基板へも、選択的にコーティングすることが出来ることを見出した。

本考案は、上記した従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、実装回路基板の防湿を必要とする部位又は表面に、前記ＶＯＣ型防湿絶縁材料を、塗布ムラなく、液飛散なく、かつマスキングすることなしで選択的にコーティングが出来、塗布付着効率を低下させることなく、溶剤系防湿絶縁材料を塗布すると同様の乾燥時間を得られ、均一に薄膜形成できる防湿絶縁実装回路基板の製造するための低吐出量用液体材料噴射バルブを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブは、前記ＶＯＣ型防湿絶縁材料であって、粘度が２００〜１０００センチポイズの無溶剤型防湿絶縁材料や、粘度が１００〜７００センチポイズで固形分含有量が２５〜６０％である水性防湿絶縁材料などを、前記低吐出量用液体材料噴射バルブで、実装回路基板に塗布してなることを特徴とする。

前記の従来ノズルによるフィルムコーティングに対し本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブでの塗布による液体材料のコーティングは、液滴を旋回運動させながら直径１０〜７０ミクロンの均一な微粒子を形成させ、塗膜に要する必要な液滴量だけを、６ｍｍ幅〜１２ｍｍ幅の塗布パターンを形成させる前記低吐出量用液体材料噴射バルブを、塗布面から１０ｍｍ〜５０ｍｍ高さより連続的にコーティングするものである。

本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブは実装回路基板の必要とする部位又は表面に、前記ＶＯＣ型防湿絶縁材料を、塗布ムラなく、液飛散なく、かつマスキングすることなしで選択的にコーティングが出来、塗布付着効率を低下させることなく、溶剤系防湿絶縁材料を塗布すると同様の乾燥時間を得られ、防湿絶縁材を均一に薄膜形成施すことができるという著大な効果を奏する。

本考案の前記低吐出量用液体材料噴射バルブの利用により、所望のコーティングを有する被塗物に対し液体成膜をすることができる。

図１は、本考案の前記低吐出量用液体材料噴射バルブと塗布自動供給制御装置の一部断面模式図である。図２は、本考案の前記低吐出量用液体材料噴射バルブでスプレイする一つの実施形態を示す断面図である。図３は、本考案の前記低吐出量用液体材料噴射バルブを搭載した自動塗布装置で、実装回路基板表面に対して水性防湿絶縁材料を吐出塗布している状態を示す模式図である。図４は、本考案の前記低吐出量用液体材料噴射バルブを搭載した自動塗布装置で、実装回路基板上の部品に対して水性防湿絶縁材料を吐出塗布している状態を示す模式図である。図５は、本考案の前記低吐出量用液体材料噴射バルブに用いられる前記スクリュ内蔵延伸部を、前記エアキャップを外した先端部の形態を正面側からみた斜視図と一部断面部分図である。図６は、本考案の前記低吐出量用液体材料噴射バルブを動作ロボットに搭載し、被塗物であるＯＨＰシート面を前記低吐出量用液体材料噴射バルブと垂直に設置して、本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブの吐出先端部と前記ＯＨＰシート面との間を２０ｍｍ離して、水性防湿絶縁材料を１本線塗りしているスプレイ塗布動作の途中状態を示す写真である。図７は、本考案の前記低吐出量用液体材料噴射バルブの吐出先端部と被塗物である前記ＯＨＰシート面から２０ｍｍ離して、水性防湿絶縁材料をピッチ９ｍｍで、連続動作にて１度塗りした塗布膜状態を示す写真である。

以下に本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブを定速動作可能の直行座標型動作ロボットに搭載して利用した実施の形態を説明するが、これら実施の形態は例示的に示されるもので、本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブを利用した思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことはいうまでもない。

本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブを動作ロボットに搭載して塗布される被塗物には形状面での特別の制限はないが、特にチップ部品やLSI実装された凹凸部を有する実装基板面に対し、前記ＶＯＣ型防湿絶縁材料を、極微細に霧化させて、薄い成膜を形成する際に、液体噴霧流の狭い塗布パターン幅を形成し、塗り分け作業ができる。

本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブを動作ロボットに搭載して塗布する特徴は、特に凹凸形状を伴う被塗物表面に対しても発揮されることは明らかである。

コーティングに使用する液体については、液体粘度として１００センチポイズから１０００センチポイズの、無機質のフィラーなどを含有しない前記ＶＯＣ型防湿絶縁材料や、水性エマルジョン系も含む水性接着材料であれば、本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブで利用可能である。

以下本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブを、動作ロボットに搭載して塗布する実施形態を図面に基づいて説明する。

図１によく示されるように、本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブ１０は、操作パネル５２を有した、塗布自動供給制御装置５０から前記ＶＯＣ型防湿絶縁材料を入れた材料タンク５６を備え、断続吐出するためのパルス塗布制御装置５４も備え、材料供給ポンプ５８で前期ＶＯＣ剤型防湿絶縁材料を供給することができるようにした塗布自動供給制御装置５０と、前記低吐出量用液体材料噴射バルブ１０に霧化用圧縮エアー、前記低吐出量用液体材料噴射バルブ１０の動作用圧縮エアーの配管部材６０から構成されている。前記配管部材６０は、液配管を備えたチューブユニットであり、前記ＶＯＣ剤型防湿絶縁材料用の供給ホースと、圧縮霧化用エアーホース、吐出ＯＮ，ＯＦＦ用圧縮エアーホースを備えた塗布液供給ホース兼エアーホースである。実装回路基板６６に前記ＶＯＣ型防湿絶縁材料を塗布するにあたっては、本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブ１０を用い、例えばラック機構などで水平方向に往復移動可能とされ、実装回路基板６６の表面に対して本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブ１０は平行移動させて、前記ＶＯＣ型絶縁材料の吐出霧化パターン６２を形成される。その際形成される塗布パターン幅６４は、実装回路基板６６に対しストライプ状の塗布を形成して、一定の送りピッチに従って塗り重ね塗布膜６８を形成して行く。

図２によく示される如く、本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブ１０は、中央部に長くて細長い液体吐出ニードル２８を設けてあり、該液体吐出ニードル２８の上部には、液体吐出ニードル２８を上下動可能に内装してなるシリンダ部３２と、前記シリンダ部３２の基端側に嵌着せしめられ、前記液体吐出ニードル２８を上下動せしめるための、マイクロアジャストメント機構を有するアジャスタ部３４と、前記シリンダ部３２の先端側に嵌着せしめられ、液体材料源からの液体材料を流入せしめる液体材料流入部１８と、圧縮空気源からの圧縮空気を流入せしめる霧化エアー流入部２０を有するフルイドボディ部２２と、前記フルイドボディ部２２の先端に連通して取り付けられる、前記スクリュー内蔵する延伸部と液体吐出ノズル３０と前記エアキャップ２４及びニードルカバー２６を有している。

前記アジャスタ部１４は、アジャストリング３６によって液体吐出ニードル２８の上下動作量を調整するマイクロアジャスト機構がなされ、液体の吐出量調整を可能とする。本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブ１０は、エゼクター効果式のエアースプレイの遠隔動作することを可能にする自動噴射バルブである。

本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブ１０は、針形状を有した液体吐出ニードル２８に沿って、塗液（液体材料）が流れ出すエゼクター効果と、ノズル軸方向で１５度から２５度の角度を有した5つ以上の前記スクリュー溝を有する延伸部と、傾斜角度有した切り込み集束内壁８２を有するエアーキャップ２４の先端部から吹出す圧縮エアーの霧化により、塗布した霧化パターンの幅である液体粒子の噴出流スプレイパターン６２を形成する。

本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブは、エゼクター効果利用のエアースプレイ方式を自動塗布ノズル機構に利用し、前記低吐出量用液体材料噴射バルブ１０の先端部に設けたスクリュー溝を有する延伸部と、星形形状エアーキャップ２４を取り付けることによって、無溶剤型防湿絶縁材料や水性防湿絶縁材料を霧化した塗布パターン６２は、最少幅で５ミリから最大１２ミリとなる、基板への衝突エネルギーの少ない見切りの鮮明なスプレイ塗布をすることに成功した。

本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブで、液体吐出ノズル３０から液体が吐出される際の、液体材料流入部１８の内部液圧は、吐出流量を毎分０．１ｃｃ〜２０ｃｃ出すのに０．００１Ｍｐａから０．２Ｍｐａの範囲内の０．２Ｍｐａ以下と低くてよく、ニードルカバー17の内部に噴出される圧縮霧化エアー圧力は０．２Ｍｐａから０．４５Ｍｐａの範囲内で、圧縮霧化エアー圧力は液吐出量によって決定される。

図３によく示される如く、実装回路基板６６に水性防湿絶縁材料を塗布するにあたっては、本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブ１０と塗布自動供給制御装置５０を用いて、例えばラック機構などで水平方向に往復移動可能とされ、実装回路基板６６の表面に対して平行設置されたフレーム部材７０に、本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブ１０の吐出角度を可変とするためのチルト用アクチュエーター８２が備え付けられた動作ロボット８０に、本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブ１０を取り付け、実装回路基板６６の表面に対して本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブ１０を平行移動させて水性防湿絶縁材料を吐出塗布することで、塗り重ね塗布膜６８が形成される。なお、符号７２は、実装回路基板６６を瞬時に加温するための遠赤外線ヒーター７２である。

以下、本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブを、動作ロボットに搭載して塗布した非限定的な実施例によって詳細に説明する。

上記のように構成されたたスクリュー溝を有する延伸部２５とエアーキャップ２４を有した本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブ１０と、組み合わせによる液体のスプレイによる得た霧化パターンの１ストローク連続動作の塗布結果を下記に説明する。
（実施例１―１〜実施例３−４）
室温：２１℃〜２３℃、湿度３６％〜５０％
＜使用した絶縁剤＞
水性防湿絶縁剤材料（第一工業製薬（株）製）
粘度：７００センチポイズにて固形分５０重量％の材料を試した。
比重：１
＜本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブ１０と被塗物間の仕様＞
図３に示されるように、実装回路基板の代わりにフラット基板面上に塗膜状態確認、膜厚測定のためにＯＨＰシート８４を乗せ前記ＯＨＰシート８４の面に対し、
Ｘ方向ストローク：１６０ｍｍ
Ｘ方向相対速度：８０ｍｍ/秒
本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブの角度：９０°（垂直）
本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブと被塗物間距離：１０ｍｍ、２０ｍｍ、４０ｍｍ、
＜本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブ１０のスプレイ条件仕様＞
霧化エアー圧力０．３５Ｍｐａ
マイクロアジャスト量２ｍｍのストローク開度
スプレイ動作中の霧化エアＯＮ時間１５ｍｓ液吐出開始より先に動作させ、ストローク終了時手前で液吐出ＯＦＦを１５ｍｓ早く終了させる動作。
以上の条件で連続スプレイ塗布を行った。基板面上に乗せたＯＨＰシート８４には、常温状態のままと予め加温して、シート表面温度を５０℃〜５５℃として測定した。結果を表１に示す。
＜塗布中の加温ヒーター使用時の条件仕様＞
遠赤外線ヒーターの代わりに、接触式のホットプレートを用意してホットプレート面にＯＨＰ透明シートを置き５０℃〜５５℃に保持しながらの塗布も実施した。

下記に実施例１−1〜実施例３−４の測定結果を示す。

上記条件のように構成された塗布条件で、液体のスプレイによる霧化パターンの１ストローク動作を断続塗布動作に置き換えた塗布結果を下記に説明する。
（実施例４―１〜実施例６−４）
室温：２１℃〜２３℃、湿度３６％〜５０％
＜使用した絶縁剤＞
水性防湿絶縁剤材料（第一工業製薬（株）製）
粘度：３００ｍＰａ・ｓにて固形分３５wt％と５００ｍＰａ・ｓにて固形分４５wt％、及び７００ｍＰａ・ｓにて固形分５０wt％の３種類の粘度の違う材料を試した。
＜本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブ１０と被塗物間の仕様＞
図３に示されるように、基板面上に塗膜状態確認、膜厚測定のためにＯＨＰシート８４を乗せ前記ＯＨＰシート８４面に対し、
Ｘ方向ストローク：２００ｍｍ
Ｘ方向相対速度：１４０ｍｍ/秒
塗布ヘッド角度：９０°（垂直）
塗布ヘッドと被塗物間距離：２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍ
＜本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブ１０のスプレイ条件仕様＞
霧化エアー圧力０．３５Ｍｐａ
マイクロアジャスト量２ｍｍのストローク開度
＜断続塗布のステッチコントロールの仕様＞
霧化エアーＯＮ時間４５ｍｓ、霧化開始と液吐出間時間１０ｍｓ、液吐出ＯＮ時間２０ｍｓ、液停止から霧化停止時間１５ｍｓ、霧化停止時間２０ｍｓ
基板面上のＯＨＰ透明シートに塗布された塗布膜厚、飛散状況を測定した結果を表２に示す。
＜塗布中の加温ヒーター使用時の条件仕様＞
遠赤外線ヒーターの代わりに、接触式のホットプレートを用意してホットプレート面にＯＨＰ透明シート８４を置き５０℃〜５５℃に保持しながらの塗布も実施した。

下記に実施例４−１〜実施例６−４の測定結果を示す。

図２によく示される如く、本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブ１０は、中央部に長くて細長い液体吐出ニードル２８を設けてあり、該液体吐出ニードル２８の上部には、液体吐出ニードル２８を上下動可能に内装してなるシリンダ部１２と、前記シリンダ部１２の基端側に嵌着せしめられ、前記液体吐出ニードル２８を上下動せしめるための、マイクロアジャストメント機構を有するアジャスタ部３４と、前記シリンダ部１２の先端側に嵌着せしめられ、液体材料源からの液体材料を流入せしめる液体材料流入部１８と、圧縮空気源からの圧縮空気を流入せしめる霧化エアー流入部２０を有するフルイドボディ部２２と、前記フルイドボディ部２２の先端に連通して取り付けられる、前記スクリュー内蔵する延伸部と液体吐出ノズル３０と前記エアキャップ２４及びニードルカバー２６を有している。

本考案の低吐出量用液体材料噴射バルブ１０は、針形状を有した液体吐出ニードル２８に沿って、塗液（液体材料）が流れ出すエゼクター効果と、ノズル軸方向で１５度から２５度の角度を有した5つ以上の前記スクリュー溝を有する延伸部と、傾斜角度有した切り込み集束内壁を有するエアーキャップ２４の先端部から吹出す圧縮エアーの霧化により、塗布した霧化パターンの幅である液体粒子の噴出流スプレイパターン６２を形成する。

図６に示すようにノズル軸方向で１５度から２５度の傾斜角度を有した5つ以上のスクリュー溝を有する延伸部と、同じくノズル軸方向に１５度から２５度の角度の傾斜集束する内壁構造を有するエアーキャップ２４との組み合わせが液体粒子の噴出流スプレイパターン６２が霧化粒子の集束につながり飛散防止に効果を得た。

Claims

液温２０℃における粘度が１００〜１０００センチポイズである中高粘度液体材料を、圧縮空気の流路を規制するための出口開口部に向けて１５度から２５度の傾斜角度を有する５つ以上のスクリュ溝を持つ延伸部と、出口開口部に向けて１５度から２５度の内向き角度の内壁を有するエアーキャップとを有し、且つニードル体の先端角度が５°〜２０°を有した低吐出量用液体材料噴射バルブで、塗布してなることを特徴とする塗布製造方法。
前記低吐出量用液体材料噴射バルブが、前記低吐出量用液体材料噴射バルブの吐出ヘッドを、被塗物基板面より５〜５０ｍｍ離れた高さで前記被塗物基板面に対して平行に移動させるように前記吐出ヘッドを動かす動作用ロボットをさらに備え、前記被塗物面に前記中高粘度液体材料を塗布してなることを特徴とする請求項１記載の塗布製造方法。
前記被塗物基板へ前記中高粘度液体材料を塗布するための塗布装置であり、無溶剤型防湿絶縁材料又は水性防湿絶縁材料を吹き付けるための吹き付け手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の塗布製造方法に用いる塗布装置。