JP3637132B2 - 高粘性流体の塗布装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品の基板への実装に先立ち、基板に接着材やクリーム半田などの高粘性流体を塗布する高粘性流体の塗布装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の塗布装置として、例えば特開昭６４−５６１６５号公報に記載のものが知られている。この塗布装置は、電子部品を接着するための接着剤を基板に塗布するものであり、接着剤は、シリンジに充填して供給されると共に、シリンジ内に供給した圧縮空気により、シリンジの先端に設けたノズルから吐出されて、基板に塗布される。この場合、ノズルはシリンジの先端に所定の間隔を存して２本設けられており、１つの電子部品に対して２箇所同時に接着剤を塗布できるようになっている。この塗布装置では、基台（Ｙ軸テーブル）上に昇降装置が載置固定されており、昇降装置から垂下したロッドの下端にシリンジを保持するホルダが取り付けられている。また、基台には、シリンジを水平面内で回転させる回転装置が取り付けられており、シリンジを介してノズルを回転させ、２本のノズルの角度調節ができるようになっている。また、シリンジ内に供給される圧縮空気は、供給源側のエアー供給管とシリンジに接続されたエアーホースとにより供給され、このエアー供給管とエアーホースとは、基台に支持された管継手を介して接続されている。この場合、エアーホースはコイル状に形成されており、シリンジの昇降および回転に対応できるようになっている。
【０００３】
このような塗布装置では、先ず、実装する電子部品に応じて水平面内におけるノズルの位置合わせを行った後、回転装置によりシリンジを回転させて一対のノズルの角度を合わせる。次に、シリンジを基板の直近位置まで下降させ、エアーホースを介してシリンジ内に圧縮空気を送り、接着剤を各ノズルの先端から吐出させてこれを基板の表面に塗布する。そして、接着剤の塗布が完了したらシリンジを上昇させる。このようにシリンジを回転させると共に昇降させる動作を繰り返すことにより、実装される多数の電子部品に対応して、基板表面の多数箇所に接着剤が塗布される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の塗布装置では、シリンジの昇降および水平面内での回動に伴なって、エアーホースが繰り返し捻り応力を受ける。また、エアーホースが、捻られた状態でセットされるおそれもある。このため、エアーホースの寿命が短くなり、特に、塗布装置の高速化に伴って、エアーホースの交換頻度が増す問題があった。
【０００５】
本発明は、圧縮空気の供給系を構成する部材の寿命を長くすることができる高粘性流体の塗布装置を提供することをその目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の高粘性流体の塗布装置は、高粘性流体を充填したシリンジを下降させた後、シリンジ内に圧縮空気を供給し、シリンジの先端に取り付けたノズルから高粘性流体を吐出させて基板に塗布する高粘性流体の塗布装置において、シリンジを基台に対して昇降自在かつ回転自在に設けると共に、圧縮空気のエアー通路をシリンジを昇降自在かつ回転自在に支持する昇降軸の軸心に形成し、エアー通路は、昇降軸を軸方向に移動自在にかつ回転自在に連結する継手手段を介して圧縮空気のエアー供給管に接続されていることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、圧縮空気のエアー通路を昇降軸の軸心に形成すると共に、エアー通路を、昇降軸を軸方向に移動自在にかつ回転自在に連結する継手手段を介して圧縮空気のエアー供給管に接続したため、圧縮空気の供給系における固定側と可動側との連結部分に、フレキシブルな構造のエアーホースを用いる必要がなくなる。
【０００８】
請求項１の高粘性流体の塗布装置において、基台側からシリンジ側に延びる配線が、更に設けられており、配線の途中には、昇降軸と同軸上に設けたスリップリングが介在していることが、好ましい。
【０００９】
この構成によれば、スリップリングにより、電気配線系における固定側と可動側との接続部分に、カールコードなどのフレキシブルな構造のコードを用いる必要がなくなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態に係る高粘性流体の塗布装置について説明する。この塗布装置は、電子部品を接着するための接着剤を、基板上に塗布するものであり、図１はその側面図である。同図に示すようにこの塗布装置１は、接着剤Ａを基板Ｂ上に塗布する塗布ユニット２と、塗布ユニット２を昇降させるユニット昇降装置３とで構成されている。図示では省略されているが、このユニット昇降装置３は、ＸＹテーブルに取り付けられており、塗布装置１全体として水平面内で移動可能に構成されている。すなわち、ＸＹテーブルは、塗布ユニット２をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させ、ユニット昇降装置３は塗布ユニット２をＺ軸方向に移動させる。
【００１１】
ユニット昇降装置３は、ＸＹテーブルに取り付けたベース１１と、ベース１１の上端に下向きに取り付けた昇降モータ１２と、塗布ユニット２に係合してこれを昇降させるボールねじ１３とを有している。ボールねじ１３は、上下両端部をベース１１から延びる一対の軸受部１４ａ，１４ｂに回転自在に支持されると共に、上端でカップリング１５を介して昇降モータ１２に連結されている。ボールねじ１３には、後述する塗布ユニット２の取付板３１のナット部４１が螺合し、またベース１１の下部に形成したガイド部１６には、取付板３１のガイド受け部４２が上下方向に摺動自在に係合している。
【００１２】
昇降モータ１２は正逆回転可能なステッピングモータやサーボモータなどで構成されている。昇降モータ１２が回転すると、ボールねじ１３が回転して、ガイド部１６に案内された取付板３１が上下方向に移動し、塗布ユニット２が昇降するようになっている。
【００１３】
取付板３１の上側には、圧縮空気の吐出バルブ２１が取り付けられており、吐出バルブ２１の流入側には、コンプレッサ（図示せず）などの供給源に連なる圧縮空気の供給配管２２が連結されている。吐出バルブ２１は電磁三方弁などで構成されており、塗布ユニット２に圧縮空気を供給する場合と、塗布ユニット２に供給した圧縮空気を大気中に開放する場合とに、切り替え得るようになっている。この場合、吐出バルブ２１は、後述する塗布ユニット２のシリンジ３４に圧縮空気を供給するものであり、圧縮空気を供給することによりシリンジ３４内の接着剤Ａを吐出させ、圧縮空気を大気に開放することによりシリンジ３４内を減圧して接着剤Ａの吐出を停止させる。
【００１４】
塗布ユニット２は、ユニット昇降装置３に取り付けた取付板３１と、背面を取付板３１に固定したブラケット３２と、ブラケット３２に上下動自在かつ回転自在に支持された昇降軸３３と、昇降軸３３の下端に取り付けたシリンジ３４とを備えており、シリンジ３４の下端には接着剤Ａを直接吐出するノズル３５が装着されている。また、ブラケット３２には、シリンジ昇降装置３６が取り付けられている。すなわち、シリンジ３４、厳密にはシリンジ３４、ノズル３５および昇降軸３３は、ユニット昇降装置３により塗布ユニット２全体として昇降されると共に、このシリンジ昇降装置３６によっても昇降されるようになっている。
【００１５】
この場合、ユニット昇降装置３は、先ず、基板Ｂに対してその基板厚に対応した下降端位置にノズル（シリンジ３４）３５が位置するように、塗布ユニット２を下降または上昇させる。次に、シリンジ昇降装置３６は、この位置から接着剤Ａを基板Ｂに塗布する位置までノズル（シリンジ３４）３５を下降させる。
【００１６】
取付板３１には、中間部にユニット昇降装置３のボールねじ１３に螺合するナット部４１が形成され、下部にユニット昇降装置３のガイド部１６に摺動自在に係合するガイド受け部４２が形成されている。また、取付板３１の上部には、吐出バルブ２１と昇降軸３３とを連結する継手形成部４３が形成されている。
【００１７】
昇降軸３３は、外周面において軸方向の必要箇所に断続的にスプラインが形成されると共に、軸心部分が中空に形成され、この中空部分に圧縮空気のエアー通路３３ａが構成されている。昇降軸３３の上端部は取付板３１の継手形成部４３に差し込まれるようにして接合しており、この継手形成部４３には、上側から吐出バルブ２１の吐出管２３が連結されている。継手形成部４３には、下側から接合溝４４が形成され、この接合溝４４に上側から継手形成部４３を貫通して吐出バルブ２１の吐出管２３が連通している。また、接合溝４４の内周面にはブッシュ４５およびシールドリング４６が挿入されており、このブッシュ４５およびシールドリング４６の内側に昇降軸３３の上端部が嵌挿されている。すなわち、昇降軸３３の上端部は、その外周面においてシールドリング４６に気密に接触すると共に、軸方向（上下方向）に摺動自在かつ回転自在に接合されている。これにより、固定側の吐出バルブ２１と可動側の昇降軸３３との間で、相互のエアー通路３３ａが気密に連通されている。
【００１８】
上記の継手形成部４３とブラケット３２の上ブラケット部３２ａとの間に位置して、昇降軸３３にはプーリ５１が装着されている。プーリ５１は、上ブラケット部３２ａを貫通する上ナット部材５２に固定されており、この上ナット部材５２は、上ブラケット部３２ａに回転自在に支持されると共に、昇降軸３３に対しスプライン係合している。すなわち、昇降軸３３は、プーリ５１および上ナット部材５２に対して回止め状態で軸方向に摺動自在に係合し、プーリ５１および上ナット部材５２は、上ブラケット部３２ａに対して上下動不能でかつ回転自在に係合している。一方、プーリ５１には、図外のタイミングベルトとこのタイミングベルトを走行させるモータとが連結されており、プーリ５１は、タイミングベルトの走行に伴って、昇降軸３３を上下動可能な状態で正逆回転させる。そして、この昇降軸３３の正逆回転により、シリンジ３４およびノズル３５が回転し、ノズル３５を構成する一対のノズル本体（後述）３５ａをノズル３５の軸心廻りに基準線から角度θ回転させる。
【００１９】
シリンジ昇降装置３６は、ブラケット３２の上ブラケット部３２ａおよび下ブラケット部３２ｂ間に渡すように取り付けた支持フレーム６１と、支持フレーム６１に組み込んだモータなどの駆動源６２と、駆動源６２の出力軸６３に固定された板カム６４と、板カム６４に係合するカムフォロア６６を組み込んだ「Ｔ」字状の回動アーム６５とを備えている。この板カム６４とカムフォロア６６とはカム機構を構成するものであり、またこの板カム６４は、駆動源６２の正逆回転により所定の角度範囲内において回動されるようになっている。したがって、板カム６４が回動すると、回動アーム６５がこれに追従して回動する。板カム６４には、いわゆる異形の偏心円板カムなどが用いられ、その変位曲線が、例えばサインカーブ（変形正弦、ユニバーサル曲線などのカム曲線）を描くように形成されている。カムフォロア６６は、ローラフォロアで構成されており、回動アーム６５の１のアーム端に回転自在に取り付けられている。
【００２０】
回動アーム６５は、支持フレーム６１の下部に回動自在に軸支されており、他の１のアーム端にはローラ６７が回転自在に取り付けられている。ローラ６７は、上記の昇降軸３３に固定したフランジ状の当て板５３に下側から当接されている。一方、この当て板５３と、上記の上ナット部材５２の下側に配設したスペーサ５４との間には、昇降軸３３に巻回するようにコイルばね５５が取り付けられている。すなわち、コイルばね５５は、スペーサ５４および上ナット部材５２を受けとし、当て板５３を介して昇降軸３３およびローラ６７を下側に付勢している。したがって、ローラ６７が上方に回動するときには、コイルばね５５に抗して昇降軸３３が上動され、下方に回動するときには、コイルばね５５により昇降軸３３が下動される。
【００２１】
下ブラケット部３２ｂには、これを貫通するように下ナット部材５６が配設されている。下ナット部材５６は、下ブラケット部３２ｂに回転自在に支持されると共に、昇降軸３３に対しスプライン係合している。すなわち、昇降軸３３は、下ナット部材５６に対して回止め状態で軸方向に摺動自在に係合し、下ナット部材５６は、下ブラケット部３２ｂに対して上下動不能でかつ回転自在に係合している。すなわち、上記の上ナット部材５２および昇降軸３３に対する上部ブラケット部３２ａ、そしてこの下ナット部材５６および昇降軸３３に対する下部ブラケット部３２ｂは、それぞれロータリースプラインを構成している。
【００２２】
また、下ブラケット部３２ｂの下側には、昇降軸３３に取り付けたスリップリング３７が配設されている。スリップリング３７は、図２に示すように、内輪７１および外輪７２と、内輪７１および外輪７２の間の上下２箇所にそれぞれ介在させた一対の軸受７３，７３とで構成されている。内輪７１と外輪７２とは、一対の軸受７３，７３を介して相互に回転自在に係合しており、外輪７２にはユニット昇降装置３側から延びる複数本の第１配線７４が導入され、各配線７４の先端にはブラシ７５が設けられている。これに対応して、内輪７１にはブラシ７５に摺接する電極７６と、電極７６からシリンジホルダ（後述）３８側に延びる複数本の第２配線７７が接続されている。これにより、外輪７２に対し内輪７１が回転し、第１配線７４に対し第２配線７７が可動状態となっても、第１、第２両配線７４，７７の導通状態が保持される。
【００２３】
内輪７１の内側には昇降軸３３が貫通し、内輪７１は昇降軸３３に固定され昇降軸３３と共に回転かつ昇降する。一方、外輪７２は、その周面に取り付けたピン７８を介して、取付板３１の下部から延びる回止め片４７に係合している。回止め片４７には、これに形成した上下方向の長孔に上記のピン７８が差し込まれており、これにより回止め片４７は、外輪７２の回転を阻止すると共に、外輪７２の上下方向の移動を許容する。したがって、第１、第２両配線７４，７７の導通状態が保持されると共に、第１、第２両配線７４，７７が昇降軸３３の回転に伴って捻れたり、スリップリング３７に巻き付いたりすることがなくなる。
【００２４】
スリップリング３７の下側には、シリンジ３４を抱え込むようにシリンジホルダ３８が配設されている。シリンジホルダ３８は、昇降軸３３に固定された第１ホルダ８１と、第１ホルダ８１の下部に取り付けられ、シリンジ３４を保持する第２ホルダ８２とを有している。第２ホルダ８２は、第１ホルダ８１に対して上下方向に摺動自在に取り付けられており、また第１ホルダ８１と第２ホルダ８２との間には圧縮ばね８３が介在している。この場合、第２ホルダ８２は、図外のストッパにより下動端位置が規制された状態で、圧縮ばね８３により下方に付勢されている。この圧縮ばね８３により、ノズル３５を基板Ｂに突き当てたときに、圧縮ばね８３がわずかに収縮して基板Ｂへのノズル３５の突当て衝撃を吸収できるようになっている。
【００２５】
第２ホルダ８２の下部には、ノズル３５を挟持固定するホルダ部８４が形成されており、このホルダ部８４により、シリンジ３４がノズル３５を介して着脱可能に保持されている。また、ホルダ部８４にはヒータ８５と温度センサ８６とが埋め込まれており、ノズル３５から吐出する接着剤Ａを、塗布に適した温度になるように制御している。この場合、ヒータ８５および温度センサ８６は、上記の第２配線７７に接続されている。
【００２６】
ノズル３５は、一対のノズル本体３５ａ，３５ａと、一対のストッパピン（一方のみ図示）３５ｂと、これらノズル本体３５ａおよびストッパピン３５ｂを保持する保持部３５ｃとで構成されており、保持部３５ｃでシリンジ３４の下端部に取り付けらている。一対のノズル本体３５ａは、保持部３５ｃの中心に対して１８０度点対称位置に配設され、また一対のストッパピン３５ｂは、ノズル本体３５ａから９０度角度をずらし、保持部３５ｃの中心に対して１８０度点対称位置に配設されている。すなわち、ノズル本体３５ａとストッパピン３５ｂとは十字状に配設されている。この場合、一対のノズル本体３５ａは、１個の電子部品のための接着剤Ａを同時に２箇所塗布するものであり、ストッパピン３５ｂは、接着剤Ａを基板Ｂに塗布する際に、ノズル本体３５ａの先端と基板Ｂとの間に接着剤Ａの吐出空間を構成するものである。したがって、ストッパピン３５ｂはノズル本体３５ａよりその突出長さが、わずかに長くなっている。
【００２７】
一方、基板Ｂには多数の電子部品が装着され、且つそれらの電子部品は同一部品であっても、異なる向きに装着される場合がある。したがって、２箇所同時に行う接着剤Ａの塗布も、縦に並べて２箇所、横に並べて２箇所、斜めに並べて２箇所等、角度を変更できるようにする必要がある。そこで、本実施形態では、上述したように、上記のプーリ５１の回転を、昇降軸３３、シリンジホルダ３８、ノズル３５の順に伝達して、適宜ノズル３５の角度を変更することができるようになっている。
【００２８】
シリンジ３４は、接着剤Ａを充填する使い捨て形式の容器であり、上部にはキャップ９１が装着されると共に、キャップ９１と昇降軸３３とを接続する継手部材９２が設けられている。図３に示すように、シリンジ３４は、１８０度点対称位置にフランジ状に形成した一対の係止片３４ａ，３４ａを有しており、係止片３４ａにはキャップ９１が抜止め状態で係止されている。キャップ９１は、中心部が圧縮空気の通路となっており、下部をシリンジ３４に差し込むようにして装着されている。この差込み部分の外周面にはＯリング９３が取り付けられており、キャップ９１はシリンジ３４に気密に装着されている。また、キャップ９１の上部には、上記の係止片３４ａと同様に、一対の掛止め片９１ａ，９１ａがこの係止片３４ａを抱え込むように配設されている。キャップ９１をシリンジ３４に装着する場合には、先ず係止片３４ａと掛止め片９１ａとを周方向に位置ずれさせておき、差込み部分をシリンジ３４内に押し入れてから、掛止め片９１ａを回転させ、掛止め片９１ａと係止片３４ａの周方向の位置を合致させるようにする。
【００２９】
一方、キャップ９１の中心部に形成した圧縮空気の通路には、雌ねじ９１ｂが螺設されており、この雌ねじ９１ｂに継手部材９２が螺合されるようになっている。このため、継手部材９２の下部には雄ねじ９２ａが形成されている。また、継手部材９２とキャップ９１との間には、Ｏリング９４が介在し、継手部材９２とキャップ９１とが気密に接合されている。キャップ９１と同様に継手部材９２にも、その中心部に圧縮空気の通路が形成されており、この通路には昇降軸３３の下端部が挿入されている。すなわち、昇降軸３３に形成したエアー通路３３ａが、これらの通路を介してシリンジ３４の内部と連通している。
【００３０】
継手部材９２とこれに挿入された昇降軸３３の下端部とは、軸方向に相互に摺動自在に構成されている。また、継手部材９２と昇降軸３３の下端部との間には、シール部材９５が介在され、継手部材９２と昇降軸３３の下端部とは気密に接合されている。この場合、継手部材９２の摺動は、継手部材９２をキャップ９１に締め付けるときの継手部材９２の下方への移動を許容すると共に、ノズル３５が基板Ｂに突き当たったときのシリンジ３４の逃げ（上方への移動）を許容する。なお、図中の符号９６は抜止めリングであり、この抜止めリング９６により、継手部材９２は昇降軸３３側に抜止め状態で保持されている。すなわち、シリンジ３４の交換の際には、昇降軸３３側とシリンジ３４側とは、キャップ９１と継手部材９２とのねじ接合の部分で切り離される。
【００３１】
ここで、図１を参照して、塗布装置１の一連の作動について、簡単に説明する。塗布装置１の下方に基板Ｂが導入されると、ＸＹテーブルにより、塗布装置１は、基板Ｂに対するホームポジションにリセットされる。次に、入力された基板Ｂの基板厚に基づいて、ユニット昇降装置３が作動し、塗布ユニット２をノズル３５の下降端位置が適切な位置になるように下降または上昇させる。次に、ＸＹテーブルが作動して、ノズル３５が塗布位置の直上に達するように塗布装置１を移動させる。さらに、入力された電子部品の向きに合わせて、プーリ５１を介して昇降軸３３が回転し、ノズル３５を適合する角度に回転させる。
【００３２】
続いて、シリンジ昇降装置３６が作動し、シリンジ３４およびノズル３５を基板Ｂに向かって下降させてゆく。この時、ノズル３５は、基板Ｂの近傍において、極めて低速で基板Ｂに突き当たり且つこの状態から極めて低速で上昇して行く。実際には、ノズル３５が基板Ｂに突き当たったところで、圧縮ばね８３がわずかに収縮し、その間シリンジ昇降装置３６は作動を続行するが、ノズル３５は停止した状態になる。このノズル３５が停止した状態を含む前後において、吐出バルブ２１を介してシリンジ３４内に圧宿空気が導入され、ノズル３５から基板Ｂ上に接着剤Ａが塗布される。さらにシリンジ昇降装置３６は、ノズル３５が上昇端位置に復帰するまで、そのまま作動を続行する。
【００３３】
この時点で、１つの電子部品に対する接着剤Ａの塗布が完了し、続いて上記と同様に、ＸＹテーブルが作動して、ノズル（塗布装置１）３５を次の塗布位置に移動させる。ここで、ノズル３５の角度を変更する必要がある場合にはノズル３５を回転させるが、その必要がない場合には、シリンジ昇降装置３６を作動し、上記と同様の塗布動作を行う。このようにして、塗布動作を繰り返すが、例えば、１の基板Ｂに段差がある場合には、段差に差し掛かったときに、ユニット昇降装置３により塗布ユニット２の位置が再調節される。そして、１の基板Ｂに対する接着剤Ａの塗布が完了したら、塗布装置１をホームポジションに戻して、作業を完了する。
【００３４】
以上のように本実施形態によれば、昇降および回転を頻繁に繰り返すシリンジ３４側に対して、圧縮空気供給系では、昇降軸３３の内部にエアー通路３３ａを形成すると共に、取付板３１の継手形成部と昇降軸３３とを回転自在かつ摺動自在に接合しており、また制御配線系では、第１配線と第２配線とをスリップリング３７を介して接続しているため、圧縮空気供給系および制御配線系を構成する部材に無理な力が繰り返し作用することがない。このため、これら圧縮空気供給系および制御配線系の部材の維持管理が格段に楽になり、かつこれに部材の耐久性を格段に向上させることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明の高粘性流体の塗布装置によれば、圧縮空気の供給系における固定側と可動側との連結部分に、エアーホースなどを用いる必要がなくなるため、圧縮空気の供給系を構成する部材の寿命を長くすることができる。また、昇降軸にエアー通路を形成しているため、部品点数を削減することができると共に、シリンジをこの昇降軸で支持することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る塗布装置の側面図である。
【図２】塗布装置に搭載したスリップリングの構造図である。
【図３】シリンジ廻りの拡大断面図である。
【符号の説明】
１ 塗布装置
２ 塗布ユニット
３ ユニット昇降装置
２１ 吐出バルブ
２２ 供給配管
３１ 取付板
３３ 昇降軸
３３ａ エアー通路
３４ シリンジ
３５ ノズル
３６ シリンジ昇降装置
３７ スリップリング
４３ 継手形成部
４４ 接合溝
４６ シールドリング
５１ プーリ
６２ 駆動源
７４ 第１配線
７７ 第２配線
Ａ 接着剤
Ｂ 基板

Claims (2)

1. 高粘性流体を充填したシリンジを下降させた後、当該シリンジ内に圧縮空気を供給し、当該シリンジの先端に取り付けたノズルから高粘性流体を吐出させて基板に塗布する高粘性流体の塗布装置において、
   前記シリンジを基台に対して昇降自在かつ回転自在に設けると共に、前記圧縮空気のエアー通路を前記シリンジを昇降自在かつ回転自在に支持する昇降軸の軸心に形成し、
   前記エアー通路は、当該昇降軸を軸方向に移動自在にかつ回転自在に連結する継手手段を介して前記圧縮空気のエアー供給管に接続されていることを特徴とする高粘性流体の塗布装置。
2. 前記基台側から前記シリンジ側に延びる配線が、更に設けられており、
   当該配線の途中には、前記昇降軸と同軸上に設けたスリップリングが介在していることを特徴とする請求項１に記載の高粘性流体の塗布装置。

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