JP4047802B2

JP4047802B2 - 樹脂塗布機構及びそれに用いる樹脂吐出量の安定化方法

Info

Publication number: JP4047802B2
Application number: JP2003426042A
Authority: JP
Inventors: 久純渡邊
Original assignee: 埼玉日本電気株式会社
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2023-12-24
Also published as: JP2005177712A

Description

本発明は樹脂塗布機構及びそれに用いる樹脂吐出量の安定化方法に関し、特に携帯端末等に用いられる樹脂塗布機構における樹脂吐出量の安定化に関する。

従来、携帯端末においては、端末自体の小型化、薄型化が進むにつれ、構成部品の質量や薄さが重要となってくる。この携帯端末に対する樹脂塗布工程においても例外ではなく、封止樹脂の厚み、質量の管理が重要になってくる。樹脂塗布工程後は熱によって樹脂硬化を行わないと、厚み、質量の良否判定が出来ないが、塗布を行ってから硬化後の状態を確認できるまでには数時間を要する。

この樹脂塗布工程で不良が発生した場合には、その不良が発見されるまでに樹脂が塗布された不良品が大量に流れてしまうので、それを防止するには吐出量を一定量で安定させることが重要といえる。

しかしながら、従来のエアー圧力（以下、吐出圧とする）を用いた樹脂塗布方法では、図６に示すように、エアーを利用して樹脂を押し出す方式を使用しているが、この方式では以下に示す２つの理由によって、シリンジ内の樹脂残量が減少していくとともに、吐出量も減少していくという問題がある。ここで、図６において、プランジャ１ａと液状樹脂１ｂとニードル１ｃとからなるシリンジ１にはアダプタ１２を介してエアーチューブ１１がつながれている。

上記の問題の第１の理由は、プランジャ１ａにかかる力を、便宜上、吐出圧のみとすると、図６に示すように、２つのシリンジ１において、樹脂残量の重量差をΔｍ、重力加速度をｇ、吐出圧によって樹脂に掛かる力をＦ、左側を初期状態のシリンジ１とし、右側を塗布開始後のある時刻においてのシリンジ１とすると、吐出圧としてシリンジ１に掛かっている力は、
右側のシリンジ１：Ｆ・・・（１）
左側のシリンジ１：Ｆ＋Δｍｇ・・・（２）
となる。

上記の（１）式及び（２）式から、右側のシリンジ１に比べて左側のシリンジ１の方が樹脂を吐出させる方向にΔｍｇの力が余分に掛かっており、また、この力はΔｍに比例する。よって樹脂残量が減少するにしたがって力Δｍｇも減少していくので、吐出量も減少する。

上記の問題の第２の理由は、吐出圧をＦとおくと、プランジャ１ａは吐出圧Ｆで樹脂を押し出す仕事Ｗｒを行い、同時に、力−Ｆでエアーを圧縮する仕事Ｗａを行っている。それらの仕事の和（＝Ｗｒ＋Ｗａ）が最終的に樹脂を押し出す力となる。

ここで、プランジャ１ａの移動量をΔＬ、吐出された樹脂量をΔＭ、圧縮される前の体積をＶ、圧縮されたエアーの体積をΔＶ、シリンジ１の内径をＡ、樹脂を吐出する向きの仕事を正とすると、
Ｗａ＝−Ｆ×Ａ×（ΔＶ／Ａ）
＝−Ｆ×ΔＶ・・・（３）
Ｗｒ＝Ｆ×Ａ×ΔＬ・・・（４）
ΔＭ＝ΔＬ×Ａ・・・（５）
となる。

樹脂を吐出する仕事をＷとおくと、（３）式〜（５）式から、
Ｗ＝Ｗｒ＋Ｗａ
＝ＦＡΔＬ−ＦΔＶ
＝Ｆ（ΔＭ−ΔＶ）・・・・（６）
となり、（６）式からＷが最大になるにはΔＶが最小になればよいことが分かる。圧縮される体積ΔＶは圧縮される前の体積Ｖに比例するため、シリンジ１内のエアー領域が増加するにしたがって吐出量も減少する。

以上の問題を解決するために、シリンジ１内の圧力の変化を検知して吐出圧力を増加させていく機能が付いたディスペンサの適用や、塗布回数によって自動的に吐出圧力を増加させるようにソフトウェアの改造をするといった方法が取られている。

しかしながらが、上述した従来の樹脂塗布工程では、ディスペンサの適用やソフトウェアの改造の方法をとる場合、樹脂の粘度による影響を考慮することができないため、シリンジ内に占める空気の割合が増加するにしたがって誤差が増大していく。

樹脂の粘度を考慮するには、初期の圧力設定において、実際に塗布を行いながら調整をしなければならず、作業者の熟練度に依るところが大きく、作業者によって塗布状態に差が生じてしまう。

これらの問題を解決する方法としては、シリンジ内の樹脂を押し棒とピストンとで機械的に吐出することで、樹脂量が変化しても、機械的な吐出で吐出量一定にすることが可能となるので、吐出精度を向上させることができる（例えば、特許文献１参照）。この方法以外にも、ピストンを用いて樹脂や液晶等の吐出量を機械的な吐出で一定とする方法が提案されている（例えば、特許文献２〜５参照）。

実開昭６３−１６７７３１号公報特開２００２−２５８２９９号公報特開昭５８−０１４９７１号公報特開昭５９−２２０３２３号公報特開平０２−２０５０４３号公報

上述した従来の樹脂塗布工程では、エアーを利用して樹脂を押し出す方式の場合、上記のように、ディスペンサの適用やソフトウェアの改造の方法をとると、樹脂の粘度による影響を考慮することができないため、シリンジ内に占める空気の割合が増加するにしたがって誤差が増大していくという問題がある。

また、エアーを利用して樹脂を押し出す方式では、樹脂の粘度を考慮すると、初期の圧力設定において、実際に塗布を行いながら調整をしなければならず、作業者の熟練度に依るところが大きく、作業者によって塗布状態に差が生じてしまうという問題もある。

樹脂を機械的に押し出す方式では、上記の問題を理論的には解決することができるが、通常の樹脂塗布では一回の吐出でプランジャが移動する距離が数ミクロンである。樹脂製のプランジャやシリンジを用いて機械的に押し出す方式では、プランジャやシリンジ自体の変形によってミクロン単位の制御が非常に困難である。

この問題は剛性を上げるために材質を金属にすれば解決することができるが、基本的にシリンジは使い捨てまたは洗浄して再使用の２通りの使い方しかなく、使い捨てであればコストアップとなり、再使用であれば手間が掛かるため、材質を金属にする方法は現実的ではない。シリンジの内径を小さくすれば、一回の吐出でプランジャが移動する距離が増加するが、シリンジに充填することができる樹脂量が減少し、部材の交換時間が増加してしまう。

そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、シリンジ内の液状樹脂の充填量及び粘度のばらつきに因らず、吐出される液状樹脂の量を一定に保つことができる樹脂塗布機構及びそれに用いる樹脂吐出量の安定化方法を提供することにある。

本発明による樹脂塗布機構は、吐出される物質が充填されるシリンジと、前記シリンジ内の前記物質上に装入されかつ前記シリンジ内の前記物質を吐出させる第１のプランジャとを含む樹脂塗布機構であって、
前記第１のプランジャの上方に配置された第２のプランジャと、前記第１のプランジャと前記第２のプランジャとを前記物質の吐出方向に移動させる射出棒と、前記射出棒を一定量移動させる移動機構と、前記移動機構による前記射出棒の移動後に前記第１のプランジャと前記第２のプランジャとの間に気体を注入して当該気体にて前記第１のプランジャを移動させることで前記シリンジから前記物質を吐出させる手段とを備えている。

本発明による樹脂吐出量の安定化方法は、吐出される物質が充填されるシリンジと、前記シリンジ内の前記物質上に装入されかつ前記シリンジ内の前記物質を吐出させる第１のプランジャとを含む樹脂塗布機構に用いる樹脂吐出量の安定化方法であって、前記物質の塗布対象物を塗布位置へと搬送する工程と、移動機構にて射出棒を一定量移動させて前記第１のプランジャと当該第１のプランジャの上方に配置された第２のプランジャとを前記物質の吐出方向に一定量移動させる工程と、前記第１のプランジャと前記第２のプランジャとの間に気体を注入する工程と、前記気体にて前記第１のプランジャを移動させることで前記シリンジから吐出される前記物質を前記塗布対象物に塗布する工程とを備えている。

すなわち、本発明の樹脂吐出量の安定化方法は、射出棒を一定量移動させ、シリンジ内に充填された液状樹脂（以下、樹脂とする）の上に装入された第１のプランジャと、その第１のプランジャの上方に配置された第２のプランジャとを一定量移動させた後に、第１のプランジャと第２のプランジャとの間にエアーを注入することで移動する第１のプランジャにて樹脂の吐出を行うことによって、シリンジ内の樹脂充填量（以下、樹脂残量とする）及び粘度のばらつきに因らず、吐出される樹脂の量を一定に保つことを可能とするものである。

樹脂の吐出量変化の要因としては、エアー領域の増加（エアー自身の圧縮による体積変化）が大きいが、本発明では第２のプランジャを樹脂の吐出位置近傍まで機械的に移動させて固定するとともに、樹脂上の第１のプランジャと第２のプランジャとの間にエアーを注入して樹脂を吐出させるためのエアー領域を最小限にすることで、樹脂の吐出量を安定させている。

つまり、本発明では、機械的な補助を行って第１のプランジャと第２のプランジャとを吐出位置近傍まで移動させることによって、樹脂の吐出をあくまでエアーで行い、エアーでの吐出量を安定化させることが可能となる。

本発明は、以下に述べる構成及び動作とすることで、シリンジ内の液状樹脂の充填量及び粘度のばらつきに因らず、吐出される液状樹脂の量を一定に保つことができるという効果が得られる。

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施例による樹脂塗布機構の構成を示す断面図であり、図２は本発明の一実施例による樹脂塗布機構を示す全体図である。図１及び図２において、本発明の一実施例による樹脂塗布機構はプランジャ１ａと液状樹脂１ｂとニードル１ｃとからなるシリンジ１と、ＸＹロボット２と、Ｚロボット３と、固定プランジャ４ａ及びエアー穴４ｂを備えた射出棒４と、Ｚロボット５と、液状樹脂１ｂの塗布対象のワーク６と、制御部７と、ローダ８と、キュア炉９と、アンローダ１０と、エアーチューブ１１とから構成されている。

ＸＹロボット２はシリンジ１をＸＹ軸方向［平面（水平）方向］に移動させ、Ｚロボット３はシリンジ１をＺ軸方向（垂直方向）に移動させる。Ｚロボット５はプランジャ１ａを押す射出棒４を上下させ、制御部７はワーク６の搬送、各ロボットの動作を制御する。

図３は本発明の一実施例による樹脂塗布工程を示す工程図である。これら図１〜図３を参照して本発明の一実施例による樹脂塗布工程について説明する。
上記の構成において、本実施例ではワーク６がローダ８にセットされ（図３の工程Ｓ１）、装置の運転が開始されると（図３の工程Ｓ２）、ワーク６が搬送部によって樹脂塗布機構の塗布位置へと搬送される（図３の工程Ｓ３）。

本実施例ではその樹脂塗布機構の塗布位置で、ＸＹロボット２及びＺロボット３によってシリンジ１を動作させて軌跡を描きながら、Ｚロボット５によって射出棒４を下降させる（図３の工程Ｓ４）。これによって、プランジャ１ａ及び固定プランジャ４ａが射出棒４の下降とともに下降する。

その後、本実施例ではプランジャ１ａと固定プランジャ４ａとの間にエアーチューブ１１及びエアー穴４ｂを介してエアーが注入され（図３の工程Ｓ５）、そのエアーにてプランジャ１ａがシリンジ１内に充填された液状樹脂１ｂ側に降下することで、液状樹脂１ｂがニードル１ｃから吐出されるので、ワーク６には液状樹脂１ｂが塗布されていく（図３の工程Ｓ６）。

液状樹脂１ｂが塗布されたワーク６は搬送部の搬送路上のキュア炉９を通過して硬化された後、アンローダ１０に回収され（図３の工程Ｓ７）、アンローダ１０に回収されたワーク６は次工程へと送られる。

図４は図１のプランジャ１ａの移動量と吐出量Ｍとの関係を示す図であり、図５は図１の射出棒４による樹脂塗布工程を示す図である。これら図１と図２と図４と図５とを参照して本発明の一実施例による樹脂塗布工程について説明する。

まず、図３を参照して、射出棒４を上下させるＺロボット５の動作について説明する。ニードル１ｃから吐出される吐出量をＭ、シリンジ１の断面積をＡ、プランジャ１ａを押す力をＦ、プランジャ１ａの移動量をＬとすると、シリンジ１に充填されているのは液体のため、プランジャ１ａの移動によって生じた圧力による液状樹脂１ｂ自体の体積変化を無視することができるので、
Ｍ＝ＡＬ・・・（７）
と表される。Ａは定数なので、ＭはＬの関数といえる。

射出棒４は液状樹脂１ｂに比べると、剛体とみなすことができるので、液状樹脂１ｂからの反力−Ｆによる変形は考えなくてよい。よって、射出棒４の移動量をＬ’とすると、プランジャ１ａの移動量Ｌと等しいもの（Ｌ’≒Ｌ）とすることができる。

この時、図４を参照すると、本実施例では、左側のシリンジ１と右側のシリンジ１とにおいて、樹脂残量の違いによって吐出圧にも違いが生じているが、使用している樹脂が垂れ流しになるようなニードル径は通常使用せず、また液状樹脂１ｂの上面はプランジャ１ａでふさがれているため、空気の出入り口はニードル１ｃ一箇所のみである。

そのため、射出棒４による吐出圧Ｆが掛かっていない状態での液状樹脂１ｂの垂れ流しによる吐出量Ｍへの影響は非常に少ないといえる。このことから、（７）式は樹脂残量によらず適用することができるといえる。

ワーク６が塗布位置まで搬送されると、ＸＹロボット２及びＺロボット３によってニードル１ｃ先端が塗布開始位置まで移動する。その後、Ｚロボット５によって射出棒４が動作してプランジャ１ａと固定プランジャ４ａとを吐出位置近傍まで降下してから、ＸＹロボット２によってニードル１ｃの先端が軌跡を描き、プランジャ１ａと固定プランジャ４ａとの間にエアーチューブ１１及びエアー穴４ｂを介してエアーが注入されてシリンジ１に充填されている液状樹脂１ｂが一定の吐出量Ｍだけ吐出される。

このように、本実施例では、射出棒４で直接プランジャ１ａと固定プランジャ４ａとを吐出位置近傍まで移動させて、その後にプランジャ１ａをエアーにて一定量移動させて液状樹脂１ｂをニードル１ｃから押し出すことによって、液状樹脂１ｂの残量、液状樹脂１ｂの粘度を考慮することなく、一定量の樹脂塗布を行うことができる。

また、本実施例では、シリンジ１内のエアー領域と液状樹脂１ｂの領域との間にプランジャ１ａ及び固定プランジャ４ａを存在させ、プランジャ１ａと固定プランジャ４ａとの間のプランジャ１ａをエアーにて移動させるためのエアー領域を最小限にすることで、液状樹脂１ｂと入れ替えでシリンジ１内に侵入する空気の出入りを遮断することによって、ニードル１ｃからの樹脂ダレを減らすことができ、粘度の低い液状樹脂１ｂでも樹脂ダレによる設備の汚れ、液状樹脂１ｂの無駄を最小限にすることができる。

本発明は、シリンジ内に充填されているものを液状樹脂と記載しているが、特に樹脂に限らず、プランジャを押すことで移動させることが可能な物質すべてにおいて適用が可能である。

本発明の一実施例による樹脂塗布機構の構成を示す断面図である。本発明の一実施例による樹脂塗布機構を示す全体図である。本発明の一実施例による樹脂塗布工程を示すフローチャートである。図１のプランジャの移動量と吐出量Ｍとの関係を示す図である。図１の射出棒による樹脂塗布工程を示す工程図である。従来例による樹脂塗布機構の構成を示す断面図である。

符号の説明

１シリンジ
１ａプランジャ
１ｂ液状樹脂
１ｃニードル
２ＸＹロボット
３Ｚロボット
４射出棒
４ａ固定プランジャ
４ｂエアー穴
５Ｚロボット
６ワーク
７制御部
８ローダ
９キュア炉
１０アンローダ
１１エアーチューブ

Claims

吐出される物質が充填されるシリンジと、前記シリンジ内の前記物質上に装入されかつ前記シリンジ内の前記物質を吐出させる第１のプランジャとを含む樹脂塗布機構であって、
前記第１のプランジャの上方に配置された第２のプランジャと、前記第１のプランジャと前記第２のプランジャとを前記物質の吐出方向に移動させる射出棒と、前記射出棒を一定量移動させる移動機構と、前記移動機構による前記射出棒の移動後に前記第１のプランジャと前記第２のプランジャとの間に気体を注入して当該気体にて前記第１のプランジャを移動させることで前記シリンジから前記物質を吐出させる手段とを有することを特徴とする樹脂塗布機構。
前記物質が吐出されることで前記シリンジ内に侵入する空気の出入りを遮断するように、前記第１のプランジャを前記シリンジ内のエアー領域と前記物質の充填領域との間に配設し、前記第２のプランジャを前記シリンジ内のエアー領域と前記射出棒との間に配設することを特徴とする請求項１記載の樹脂塗布機構。
前記シリンジに設けられかつ前記物質を吐出するニードルと、前記ニードルの先端が軌跡を描くように前記シリンジを移動させる機構とを含むことを特徴とする請求項１または請求項２記載の樹脂塗布機構。
前記物質は、液状樹脂であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか記載の樹脂塗布機構。
吐出される物質が充填されるシリンジと、前記シリンジ内の前記物質上に装入されかつ前記シリンジ内の前記物質を吐出させる第１のプランジャとを含む樹脂塗布機構に用いる樹脂吐出量の安定化方法であって、
前記物質の塗布対象物を塗布位置へと搬送する工程と、移動機構にて射出棒を一定量移動させて前記第１のプランジャと当該第１のプランジャの上方に配置された第２のプランジャとを前記物質の吐出方向に一定量移動させる工程と、前記第１のプランジャと前記第２のプランジャとの間に気体を注入する工程と、前記気体にて前記第１のプランジャを移動させることで前記シリンジから吐出される前記物質を前記塗布対象物に塗布する工程と有することを特徴とする樹脂吐出量の安定化方法。
前記物質が吐出されることで前記シリンジ内に侵入する空気の出入りを遮断するように、前記第１のプランジャを前記シリンジ内のエアー領域と前記物質の充填領域との間に配設し、前記第２のプランジャを前記シリンジ内のエアー領域と前記射出棒との間に配設することを特徴とする請求項５記載の樹脂吐出量の安定化方法。
前記物質を前記塗布対象物に塗布する工程において、前記シリンジに設けられかつ前記物質を吐出するニードルの先端が軌跡を描くように前記シリンジを移動させることを特徴とする請求項５または請求項６記載の樹脂吐出量の安定化方法。
前記物質は、液状樹脂であることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか記載の樹脂吐出量の安定化方法。