KR20170098719A - 스프레이 도포 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

원액과 같은 점도가 높은 액체 도포 재료를 사용해도, 이른바 코브웨빙 현상이 발생하지 않도록 한다.
스프레이 도포 장치는, 액체 도포 재료를 토출하는 토출 구멍 및 상기 토출 구멍으로부터 토출되는 액체 도포 재료를 미립화하는 압축 에어의 분출구를 가지는 스프레이건(도포 밸브 장치)(20), 상기 스프레이건에 액체 도포 재료를 공급하는 액체 도포 재료 공급 장치(21), 및 상기 스프레이건의 상기 압축 에어 분출구에 공급하는 용제 미스트 혼합 압축 에어를 생성하는 용제 미스트 혼합 압축 에어 공급 장치(120, 220)를 구비한다.

Description

스프레이 도포 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SPRAY COATING}

이 발명은, 반도체 실리콘칩, 유리 기판, 각종 실장 기판, 및 금속 부재 등의 피(被)도포물의 표면에, 액체 포토레지스트제, 방습 절연제, 표면 보호막, 기능성 도포제 등의 액체 재료를 무화(霧化)시켜 얇은 성막을 형성하는 스프레이 도포 장치 및 방법에 관한 것이고, 특히 점도가 높은 액체 재료를 사용한 경우이어도, 이른바 코브웨빙(cobwebbing) 현상의 발생을 미연에 방지할 수 있는 스프레이 도포 장치 및 방법에 관한 것이다.

반도체 실리콘, 유리 기판, 실장 회로 기판에는, 각종의 기능성 액체 도포제나 방습 절연 재료 등을 부분적으로 도포하는 기술이 필수가 되어 있다.

또한, 최근의 고밀도 실장화된 소형 회로 기판 등에서는, 방습 절연 재료 외에 방열 열전도성 재료나 도전성 접착제를 국소적으로 도포하거나, 각종의 기능성 효과를 부여시키기 위한 액체 재료를 국부적으로 도포하는 것도 요구되고 있다.

이와 같은 액체 재료의 부분적 내지는 국소적인 도포에서는 액체 재료의 비산(飛散)이 문제가 되므로, 대부분의 경우, 도포를 요하지 않는 영역에 마스킹을 마련하는 것이 필요해지고, 그 때문에 과대한 노력과 비용 상승으로 이어진다.

본 발명자는, 도막 결함이 되는 발포나 고임의 도막면을 생기게 하지 않고 경계가 선명한 도포 스프레이 폭의 형성을 할 수 있고, 마스킹을 필요로 하는 실장 회로 기판 등에도 마스킹 없이 선택적으로 코팅할 수 있는 액체 재료 분사 밸브(스프레이건(spray gun))를 제안했다(특허문헌 1).

일본 실용신안등록공보 제3191270호

본 발명자는, 실장 회로 기판 등에 대한 스프레이 도포에 대해 더 연구를 거듭한 결과, 볼록부에 도포한 경우에는, 건조되기 전에 액체 도포 재료에 처짐이 생겨, 막 두께가 얇아지는 경향이 있는 것을 알 수 있었다. 이 경향은 특히 용제를 다량으로 포함한 점도가 낮은 액체 도포 재료에서 현저하고, 요철의 존재에 관계 없이 가능한 한 균일한 막 두께로 하기 위해서는 액체 도포 재료의 점도를 극력 높게 해야 한다.

점도가 높은 액체 도포 재료, 특히 재료 메이커가 공급하는 원액을 사용한 경우에는 내뿜은 액체 재료가 미립화(微粒化)되지 않고 토출구로부터 실 형상으로 나오는 현상(이른바 코브웨빙 현상, Generation of Angel Hair)이 생기는 경우가 있다. 또한, 노즐 선단의 토출 구멍에 막힘이 생기기 쉽다.

이 발명은, 원액 등의 점도가 높은 액체 도포 재료를 사용해도, 이른바 코브웨빙 현상이나 막힘이 생기기 어려운 스프레이 도포 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 발명에 의한 스프레이 도포 장치는, 액체 도포 재료를 토출하는 토출 구멍 및 상기 토출 구멍으로부터 토출되는 액체 도포 재료를 미립화하는 압축 에어의 분출구를 가지는 스프레이건(도포 밸브 장치), 상기 스프레이건에 액체 도포 재료를 공급하는 액체 도포 재료 공급 장치, 및 상기 스프레이건의 상기 압축 에어 분출구에 공급하는 용제 미스트 혼합 압축 에어를 생성하여 공급하는 용제 미스트 혼합 압축 에어 공급 장치를 구비하는 것이다.

한 실시양태에서는, 상기 용제 미스트 혼합 압축 에어 공급 장치가, 용제 탱크와, 압축 에어 공급 장치와, 상기 압축 에어 공급 장치로부터 공급되는 압축 에어에 의해 용제 탱크로부터의 용제를 무화하는 용제 미스트 발생 장치를 구비하고 있는 것이다.

이 발명에 의한 스프레이 도포 방법은, 노즐의 토출 구멍으로부터 토출되는 액체 도포 재료를, 그 근방의 분출구로부터 분출되는 압축 에어에 의해 미립화하는 스프레이건을 이용하여, 용제 미스트를 발생시키고, 이 용제 미스트가 혼입한 압축 에어를 상기 분출구에 공급하여 액체 도포 재료를 미립화하는 것이다.

바람직한 실시양태에서는, 유체 도포 재료로 액체 도포 재료의 원액을 사용(할 수 있다)한다.

액체 도포 재료의 원액이란, 액체 도포 재료를 토출하는 토출 구멍 및 이 토출 구멍으로부터 토출되는 액체 도포 재료를 미립화하는 압축 에어의 분출구를 가지는 스프레이건(도포 밸브 장치)을 이용하고, 액체 도포 재료로 원액을 사용하면서, 상기 분출구로부터 압축 에어만을 분출시킨 경우에, 코브웨빙 현상이 발생할 정도로 점도가 높은 액체 도포 재료를 가리킨다. 일반적으로는 액체 도포 재료 메이커가 판매하는 도포 재료에서 용제로 희석하기 전의 재료이다. 메이커는 액 중의 고형분 농도를 조정한 후에 액체 도포 재료를 판매하고 있다. 액체 도포 재료의 원액에 대해서는 조성물의 배합 비율이나, 농도에 대한 특별한 규정은 없고, 점도, 고형분 비율은 각기 다르며, 동 종류의 도포액 재료이어도 메이커나 형식이 다르면 원액의 배합 조성도 차이나지만, 대략 그 점도는 200~1000센티 포이즈 정도이고, 그 체적 고형분 비율은 20~70% 정도의 것이 대부분이다.

이 발명에 의하면, 스프레이건으로부터 토출하는 액체 도포 재료를 미립화하는 압축 에어로 용제 미스트 혼합(함유) 압축 에어를 사용하고 있으므로, 액체 도포 재료는 미립화하는 과정에서 용제 미스트에 의해 희석되어, 스프레이된다. 따라서, 액체 도포 재료로 원액을 사용했다고 해도, 이 발명에 의한 용제 미스트 혼합 압축 에어를 사용하지 않았다면 발생했을 코브웨빙 현상의 발생을 미연에 방지할 수 있다. 용제 미스트에 의해 약간 희석된다고는 해도 스프레이된 도포 재료는 여전히 높은 점도를 보유하고 있으므로 요철면에 도포한 경우에도 처짐, 흐름 등의 발생이 회피되어, 막 두께를 두껍게 유지할 수 있다. 노즐의 막힘도 발생하기 어렵다. 압축 에어에 미스트화된 용제를 혼합하고 있기 때문에 최저한의 용제의 사용량으로 해결되어, 사용 용제량을 삭감할 수 있다. 이 때문에, 건조도 빨라져 짧은 건조 시간으로 해결된다.

바람직한 실시양태에서는, 상기 압축 에어 분출구로 인도되는 용제 미스트 혼합 압축 에어에 선회류(旋回流)를 형성시키는 스크루 어댑터(screw adapter)가, 상기 스프레이건의 압축 에어 공급로에 마련되어 있다. 이로써, 특허문헌 1에 기재된 바와 같이, 경계가 선명하면서 좁은 선폭의 도막 형성이 가능해진다.

도 1은 스프레이 도포 시스템의 전체적 구성의 개요를 나타내는 사시도이다.
도 2는 스프레이 도포 시스템에서의 배관 계통을 나타낸다.
도 3은 도포 밸브 장치의 전체적 구성을 나타내는 종단면도로서 토출 구멍이 닫혀 있는 상태를 나타낸다.
도 4는 도포 밸브 장치의 전체적 구성을 나타내는 종단면도로서 토출 구멍이 열려 있는 상태를 나타낸다.
도 5는 액체 토출 노즐 및 익스텐션(extension) 부분의 확대 종단면도이며, 토출 구멍이 열려 있는 상태를 나타낸다.
도 6은 도 5의 VI-VI선을 따르는 확대 절단면 단면도(端面圖)이다.
도 7은 토출 노즐을 중심으로 하는 부분을 더 확대하여 나타내고, 액 토출 동작 정지 상태를 나타낸다(도 3 상당).
도 8은 토출 노즐을 중심으로 하는 부분을 더 확대하여 나타내고, 액 토출 동작 상태를 나타낸다(도 4 상당).
도 9는 스크루 어댑터의 정면도이다.
도 10은 스크루 어댑터의 평면도이다.
도 11은 도포 밸브 장치와 용제 미스트 발생 장치(용제 미스트 분사 밸브 장치)를 나타내는 단면도이다.
도 12는 용제 미스트 발생 장치의 일부의 확대 단면도이며, 용제 미스트가 발생하고 있는 상태를 나타낸다.
도 13은 용제 미스트 발생 장치의 다른 예(루브리케이터(lubricator))를 나타내는 단면도이다.
도 14는 도 13의 XIV-XIV선을 따르는 확대 단면도이다.
도 15는 용제 미스트 발생 장치의 다른 예(루브리케이터)의 분해 사시도이다.
도 16은 액체 도포 재료의 양호한 스프레이 상태를 나타낸다.
도 17은 코브웨빙이 발생하고 있는 모습을 나타낸다.
도 18은 프린트 기판에 전자부품이 솔더링(soldering)되어 있는 모습을 나타낸다.
도 19는 전자부품의 핀 단자에 이 발명의 실시예에 의해 도포한 상태를 나타낸다.
도 20은 전자부품의 핀 단자에 필름 코트(종래)에 의해 도포한 상태를 나타낸다.

도 1은 스프레이 도포 시스템의 전체적 구성의 개요를 나타내는 것이다.

스프레이 도포 시스템(10)의 하우징(19)은 기대(機臺)(19A) 상에 마련되고, 앞면에 작업구(10A)를 가지고 있다. 하우징(19) 내에는 도장의 대상물(9)이 놓여진다. 대상물(9)의 상방(上方)에는 도포 밸브 장치(20)(스프레이건(장치))가 배치되고, 이 도포 밸브 장치(20)는 로봇 장치(14)에 의해 지지되면서, X, Y, Z방향의 3차원 방향으로 이동 가능하다. 하우징(19)의 상부 앞면에는 제어반, 표시 램프, 동작용 압축 에어 압력 조정기(24A, 124), 무화용 압축 에어 압력 조정기(123A) 등이 배치된다. 하우징(19)의 측면의 중간의 높이 위치에는 제어 장치(컴퓨터 시스템)(11) 및 CRT 표시 장치(12)가 마련되어 있다. 스프레이 도포 시스템(10)의 측방(側方)에는 도포액용 압송 탱크(액체 도포 재료 저류 탱크)(21), 용제용 송압 탱크(용제 저류 탱크)(용제 탱크)(121)가 놓여진다.

도 2는 액체 도포 재료(도포액), 동작용 압축 에어, 용제, 용제 무화용 압축 에어 및 용제 미스트 함유 무화용 압축 에어의 배관 계통을 나타낸다.

도포 밸브 장치(20)에는, 액체 도포 재료 탱크(21)로부터 액체 도포 재료(도포액) 압송 호스(22)를 통해 액체 도포 재료(도포액)가 공급된다. 또한, 후술하는 용제 미스트 발생 장치(용제 미스트 혼합 압축 에어 공급 장치)(120)로부터 용제 미스트 함유(혼합) 무화용 에어 호스(23)를 통해 용제 미스트 혼합 압축 에어가 도포 밸브 장치(20)에 공급되고, 도포 밸브 장치(20)로부터는, 도포액이 용제 미스트 함유(혼합) 압축 에어에 의해 미립화되어 형성된 도포 재료 스프레이가 분사된다. 도포 밸브 장치(20)로부터 토출되는 도포 재료는, 용제 미스트를 포함한 압축 에어에 의해 미립화되(약간 희석되)므로, 공급되는 액체 도포 재료가 원액이었다고 해도 이른바 코브웨빙의 발생이 방지됨과 함께, 토출 구멍에서의 막힘의 발생이 회피된다.

용제 미스트 발생 장치(120)에는, 용제 탱크(121)로부터 용제 압송 호스(122)를 거쳐 용제가, 또한 용제 무화용 압축 에어 호스(123)를 거쳐 압축 공기가 공급되고, 용제의 미스트가 발생하며, 호스(23)를 거쳐 도포 밸브 장치(20)에 공급된다. 도포 밸브 장치(20) 및 용제 미스트 발생 장치(120)에는 각각, 동작용 압축 에어 호스(24, 124)를 거쳐 동작용 압축 에어가 공급된다. 이 배관 계통의 더 상세한 설명은 후술한다. 용제 미스트 혼합(함유) 압축 에어 공급 장치는, 용제 미스트 발생 장치(120), 이 발생 장치(120)에 압축 에어(동작 압축 에어)를 공급하는 에어 호스(123), 에어 릴레이 밸브(128), 압력 조정기(123A), 용제 탱크(121) 등에 의해 구성된다. 도포 재료 공급 장치는 액체 도포 재료 탱크(21), 압력 조정기(21A), 호스(22) 등으로 구성된다.

도포 밸브 장치(20)의 구성에 대해, 도 3부터 도 10을 참조하여 이하에 상술(詳述)한다.

도 3 및 도 4는 도포 밸브 장치(20)의 전체적 구성을 나타내는 종단면도이고, 도 3은 토출 구멍(노즐 구멍)이 닫혀, 도포 밸브 장치(20)가 액 토출 동작을 정지하고 있는 상태를 나타내며, 도 4는 토출 구멍이 열려, 액을 토출하고 있는 상태를 나타낸다. 도 5는 액체 토출 노즐 및 익스텐션 부분의 확대도이고, 액 토출 상태(도 4에 대응)를 나타내고 있다. 도 6은 도 5의 VI-VI선을 따르는 확대 절단면 단면도이다. 도 7 및 도 8은 액체 토출 노즐을 중심으로 하는 부분을 더 확대하여 나타내는 것이고, 도 7은 액 토출 동작 정지 상태(도 3 상당), 도 8은 액 토출 상태(도 4 상당)를 나타내고 있다.

도 3 및 도 4에서, 도포 밸브 장치(20)의 다소 하부의 위치에 플루이드 보디(fluid body)(30)가 있고, 이 플루이드 보디(30)로부터 하방(下方)을 향해 익스텐션부(40)를 거쳐 액체 토출 노즐(51)에 이른다. 플루이드 보디(30)의 상부는 구동부로 되어 있다.

확대한 도 5 및 도 6을 참조하여 플루이드 보디(30)와 익스텐션부(40)에 대해 기술한다. 플루이드 보디(30)에는 액체 도포 재료 도입 구멍(31)과 압축 무화 에어(공기) 도입 구멍(34)이 횡방향으로 형성되어 있다. 도입 구멍(31)에는 액체 도포 재료 공급관(32)이 접속되어 있다. 도입 구멍(34)에는 압축 무화 에어 공급관(35)이 접속되어 있다. 플루이드 보디(30)의 이들 도입 구멍(31, 34)과 교차하지 않는 부분을, 도 4의 아래에서 위를 향해, 관통하는 복수 개의 볼트(도시 생략)에 의해 플루이드 보디(30)는 그 상방의 실린더 조인트(cylinder joint)(61)에 고정되어 있다.

도포 밸브 장치(20)의 압축 무화 에어 도입 구멍(34)에는, 용제 미스트 함유 무화 에어 호스(23)를 통해, 용제 미스트 발생 장치(120)로부터 용제 미스트 함유(혼합) 압축 무화 에어가 공급되므로, 이 용법에 한정하여 말하면, 도입 구멍(34)은 용제 미스트 함유(혼합) 압축 무화 에어 도입 구멍(34)이라고 칭해야 하지만, 도포 밸브 장치(20) 그 자체는 다른 용도로도 사용 가능하기 때문에, 도입 구멍(34)을 일반적으로 압축 무화 에어 도입 구멍이라고 부르는 것으로 한다. 압축 무화 에어는 용제 미스트 함유(혼합) 압축 무화 에어를 포함하는 개념이다. 이것은 압축 에어 공급관(35), 압축 에어 공급로(43)에도 적용된다.

액체 도포 재료 도입 구멍(31)은, 플루이드 보디(30)의 중심부에서 하방으로 구부러져 연장되어 있다(이 부분을 중심 구멍(33)이라고 함). 중심 구멍(33)의 횡단면은 원형이다. 압축 무화 에어 도입 구멍(34)도 또한, 중심 구멍(33)과는 격리된 위치에서 하방으로 구부러져 연장되어 있다(이 부분을 연통 구멍(36)이라고 함). 중심 구멍(33) 내에는, 중심 구멍(33)의 내면과의 사이에 간격을 두고 액체 토출 니들(needle)(50)이 지나고 있다. 플루이드 보디(30)의 중심 구멍(33)보다도 상부에는 O링을 포함하는 축받이부(37)가 마련되어 있다. 니들(50)은 축받이부(37)의 O링에 의해 기밀(氣密)을 유지하여 상하동 자유롭게 지지되어 있다.

플루이드 보디(30)의 하부에는 보스(30A)가 하방으로 돌출되어 형성되고, 이 보스(30A)에 하방으로 신장되는 익스텐션 외관(外管)(42)의 상단부가 나사 결합에 의해 고정되어 있다. 플루이드 보디(30)의 중심 구멍(33)의 하부 내면에 암나사가 형성되고, 이 암컷 나사에 익스텐션 내관(內管)(41)의 상단부의 수나사가 나사 결합되어 고정되어 있다. 니들(50)은 익스텐션 내관(41)의 내면과의 사이에 약간의 간격을 두고 지나고, 하방으로 연장되어 있다. 익스텐션 내관(41)과 익스텐션 외관(42) 사이에는 절단면 원환상(圓環狀)의 압축 에어 공급로(43)가 형성되어 있다. 압축 에어 공급로(43)는 연통 구멍(36)에 의해 압축 에어 도입 구멍(34)으로 이어져 있다.

익스텐션 내관(41)의 하단부에는 토출 노즐(51)이 나사 결합에 의해 고정되어 있다. 토출 노즐(51)은 중심부에 절단면 원형의 토출 구멍(51A)을 가지고, 이 토출 구멍(51A)은 선단으로 갈수록 좁아져 있다. 한편, 액체 토출 니들(50)의 절단면은 원형이며, 그 선단부(50A)는 선단으로 갈수록 좁아져, 선단이 뾰족하다. 이 선단부(50A)의 절단면도 원형이다. 니들(50)이 진출한 상태에서는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 니들(50)의 선단부(50A)의 일부는 노즐(51)의 토출 구멍(51A)보다도 외방(外方)(하방)으로 돌출하고, 선단부(50A)의 대부분은 노즐(51)의 토출 구멍(51A)의 내면에 딱 밀착하여, 액체 도포 재료의 토출을 정지시킨다(액 토출 동작 정지 상태).

니들(50)이 퇴입(退入)한 상태에서는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 니들(50)의 선단부(50A)의 외면과 토출 노즐(51)의 토출 구멍(51A)의 내면 사이에 간격이 생겨, 액체 도포 재료의 토출(분출)이 가능한 상태가 된다(토출 동작 상태). 니들 선단부(50A)와 노즐의 토출 구멍(51A) 사이의 간격의 크기는(이것을 개도(開度)라고 함) 토출하는 액체의 양(도포 폭)을 제어하는 파라미터의 하나이다.

익스텐션 외관(42)의 선단부(하단부)에는 에어 캡(52)이 나사 결합에 의해 고정되어 있다. 에어 캡(52)은 토출 노즐(51)의 전체를 간격을 두고 덮고, 내면으로 분출하는 압축 에어를 수렴시키는 수렴 내벽(53)을 가지며, 선단에 노즐(51)의 토출 구멍(51A)보다도 큰 압축 에어 분출구(52A)가 뚫려 있다. 또한, 에어 캡(52)에는 니들 커버(54)가 나사 결합에 의해 고정되어 있다. 니들 커버(54)는 외방을 향해 열려 있다.

익스텐션 내관(41)과 외관(42)의 선단부에서, 이들 사이의 압축 에어 공급로(43) 내에는 스크루 어댑터(45)가 들어가 고정(예를 들면 접착)되어 있다. 스크루 어댑터(45)는 도 9 및 도 10에 확대하여 나타내는 바와 같이, 둘레면에 5개의 스크루 홈(46)이 형성된 것으로, 이들 스크루 홈(46)은 축방향으로 15~25도의 경사 각도를 가지고 있다. 그리고 중심에는 내관(41)이 딱 들어가는 구멍(47)이 뚫려 있다. 이 스크루 어댑터(45)는, 공급로(43) 내를 흐르는 (용제 미스트 함유) 무화 압축 에어에 선회류를 형성시켜, 노즐(51)의 토출 구멍(51A)과 니들(50)의 선단부(50A)의 간격으로부터 토출하는 액체의 미립화를 촉진시킨다.

즉, 압력 조정된 (후술하는) 액체 도포 재료는 공급관(32), 도입 구멍(31), 중심 구멍(33)을 거쳐, 익스텐션 내관(41) 내의 니들(50)과의 사이의 간격을 통해 토출 노즐(51)에 공급된다. 한편, 압력 조정되면서 용제 미스트가 혼입된 압축 무화 에어는, 공급관(35), 도입 구멍(34), 연통 구멍(36)을 거쳐 익스텐션 내관(41)과 외관(42) 사이의 압축 에어 공급로(43)에 공급되고, 스크루 어댑터(45)에 의해 선회류 에어가 되어, 토출 노즐(51)을 덮는 에어 캡(52) 내에 분출한다. 토출 노즐(51)로부터 토출되는 액체의 무화 입자는, 에어 캡(52)의 내벽(53)을 따라 그 주위를 수렴하면서 선회하는 용제 미스트 함유 압축 에어에 의해 일정 폭으로 수렴되어, 분출류 스프레이 패턴(SP)을 형성한다. 선회하는 용제 미스트 함유 압축 에어는 노즐(51)로부터 분출하는 액체에 용제 미스트를 뿌리면서 그 무화를 촉진하고, 또한 무화 입자의 비산을 방지한다.

스크루 어댑터(45)는 주로 노즐(51)로부터 분출하는 무화 입자를 수렴시켜 도포 폭을 제한하는 활동을 한다. 이른바 코브웨빙의 방지는 압축 무화 에어를 대신하여 용제 미스트 함유 압축 무화 에어를 사용함으로써 달성된다. 따라서, 코브웨빙의 발생 방지의 목적을 위해서는 스크루 어댑터(45)는 반드시 필요한 것은 아니므로, 스크루 어댑터를 갖지 않는 도포 밸브 장치도 적용 가능하다.

다음으로 주로, 도 3, 도 4를 참조하여 액체 토출 니들(50)의 구동부에 대해 설명한다.

실린더 조인트(61) 상에, 조인트(62), 또한 그 위에 실린더(63)가 일직선 상에 배치되면서, 이들은 볼트(도시 생략)에 의해 서로 고정적으로 연결되어 있다. 실린더(63) 상에 리니어 액추에이터(linear actuator)(70)가 배치되고, 볼트에 의해 실린더(63)에 고정되어 있다. 리니어 액추에이터(70)는 토출 노즐(51)의 개도를 제어하는 것이다. 리니어 액추에이터(70)로부터 하방으로 진퇴 자유롭게 돌출되는 어저스터 샤프트(adjuster shaft)(71)는 일종의 스토퍼(stopper)로 작용하고, 그 하단면(下端面)의 위치가 개도를 결정한다.

실린더(63)의 내부에는 피스톤(64)이 접동(摺動) 자유롭게 넣어져 있고, 피스톤(64)의 중심에 피스톤 봉(65)이 고정되어 있다. 피스톤 봉(65)의 하부는 니들(50)의 상부와 커플링(66)에 의해 고정적으로 연결(결합)되어 있다. 피스톤 봉(65)의 상부는 피스톤(64)을 관통하고, 상단부에 피스톤 캡(68)이 마련되어 있다. 피스톤 캡(68)은 어저스터 샤프트(71)의 하단면에 접할 수 있는 위치에 있다. 커플링(66)은 실린더 조인트(61) 내에 형성된 원통 구멍 내를 자유롭게 상하동한다. 실린더(63) 내의 코일 스프링(69)이 피스톤(64)을 상시 하방으로 부세(付勢)하고 있다. 실린더(63)의 내부(피스톤(64)의 하방의 공간)에는, 조인트(62)에 마련된 압축 에어 공급관(67)으로부터 공급되는 압축 에어가 조인트(62) 내의 공급 구멍을 통해 보내진다.

리니어 액추에이터는, 예를 들면 모터와 모터의 회전을 어저스터 샤프트(71)의 축방향 운동(이동)으로 변환하는 기구(예를 들면, 모터에 의해 회전되는 볼 나사와 볼 나사에 끼워 맞추는 너트)를 포함한다.

실린더(63) 내에 압축 에어가 공급되어 있지 않은 상태에서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 스프링(69)의 힘에 의해 피스톤(64)이 하방으로 눌려, 피스톤(64)은 조인트(62)에 접하고 있다. 이 상태에서는, 피스톤(64)에 고정된 피스톤 봉(65)에 커플링(66)에 의해 연결된 니들(50)이 하강한 위치에 있고, 니들(50)의 선단부(50A)는 토출 노즐(51)을 닫고 있다(도 7에 나타내는 상태).

압축 에어가 공급되면, 도 4에 나타내는 바와 같이, 피스톤(64)은 스프링(69)의 부세력에 저항하여 상승하고, 이로써 피스톤 봉(65)도 상승하여, 캡(68)이 어저스터 샤프트(71)의 하단면에 닿아 멈춘다. 따라서, 니들(50)의 상승은 어저스터 샤프트(71)의 하단면의 위치에 의해 정해진다. 니들(50)의 하단부(50A)의 외주면(外周面)은 토출 노즐(51)의 토출 구멍(51A) 내면으로부터 떨어져, 액체가 토출된다(도 8에 나타내는 상태). 토출 노즐(51)의 개도는 어저스터 샤프트(71)의 하단면의 위치에 의해 정해진다. 즉, 토출 노즐(51)의 개도는 리니어 액추에이터(70)에 의해 제어된다.

도 11은 상술한 도포 밸브 장치(액체 도포 재료 분사 밸브 장치)와, 이것에 용제 함유 미스트를 공급하는 용제 미스트 발생 장치(용제 미스트 분사 밸브 장치)를 나타내는 것이다. 또한, 도 12는 용제 미스트 발생 장치의 주요부를 확대하여 나타내는 것이다. 이 실시예의 용제 미스트 발생 장치는, 용제를 토출하는 토출 구멍(노즐)과 토출 구멍으로부터 토출되는 용제를 미립화(무화)하는 압축 에어의 분출구를 가진다는 점에서 일종의 스프레이건이며, 그 기본적 구조는 도포 밸브 장치(20)와 동일하므로(익스텐션부(40)나 스크루 어댑터(45)가 없는 점에서 다른 부분도 있지만), 이하에서는 상술한 것과 중복되는 설명을 생략한다.

플루이드 보디(130)에서, 용제 도입 구멍(131)은, 플루이드 보디(130)의 중심부를 하방으로 연장하는 중심 구멍(133)에 연통되어 있다. 중심 구멍(133)의 하부 내에는 도출관(141)이 고정되어 있다. 중심 구멍(133)과 도출관(141)의 내부는 연통되어 있다. 도출관(141)의 하단부에 토출 노즐(151)이 나사 결합되어 고정되어 있다. 노즐(151)의 선단이 용제 토출 구멍이다. 중심 구멍(133), 도출 구멍(141) 내부 및 노즐(151) 내를 용제 토출 니들(150)이 그 주위에 약간의 용제 통로를 뚫어 상하동 자유롭게 지나고 있다. 니들(150)의 선단부는 선단으로 갈수록 좁아지고, 니들(150)이 진퇴함으로써 노즐(151)의 토출 구멍이 개폐된다.

플루이드 보디(130)의 하부에는 이젝터(ejector) 블록(140)이 나사 결합에 의해 고정되어 있다. 이젝터 블록(140) 내에는 분출로(143)가 되는 공간이 형성되고, 이 공간은 하부에서 분출구(143A)로서 개구되어 있다. 또한, 이 공간 내에 도출관(141), 노즐(151)이 들어가고, 그 주위가 압축 무화 에어가 지나는 분출로(143)로 되어 있다. 플루이드 보디(130)의 압축 무화 에어 도입 구멍(134)은 연통 구멍(136)에 의해 분출로(143)로 이어져 있다. 도입 구멍(134)에는 압축 무화 에어 공급관(135)을 통해 압축 무화 에어가 도입된다.

니들(150)이 상승하면, 공급관(132)으로부터 공급되는 용제가 니들(150)과 중심 구멍(133), 도출관(141), 노즐(151)의 내면과의 사이의 공간(간격)을 통해 노즐(151) 선단의 토출 구멍으로부터 분출된다. 이와 동시에, 공급관(135)에 공급되는 압축 에어가 연통 구멍(136)으로부터 분출로(143)를 거쳐 노즐 토출 구멍의 주위의 분출구(143A)로부터 분출하고, 용제를 무화한다. 이로써, 용제 미스트를 함유한(혼합한) 압축 에어가 이젝터 블록(140)으로부터 분출한다. 이젝터 블록(140)에 이음매(155)에 의해 접속된 호스(23)를 통해, 분출된 용제 미스트 함유 무화용 압축 에어는 도포 밸브 장치(20)의 압축 무화 에어 공급관(35)에 공급된다. 니들(150)을 진출시키면 노즐(151)의 토출 구멍이 폐쇄되어, 용제의 분출이 정지된다. 이때, 압축 에어의 공급도 정지하면 된다.

니들(150)의 상부는 실린더 조인트(161) 내에서 커플링(166)에 의해 피스톤 봉(165)의 하부로 연결되고, 피스톤 봉(165)의 상부는 실린더(163) 내의 피스톤(164)에 고정되어 있다. 피스톤(164)은 코일 스프링(169)에 의해 하방으로 부세되어 있다. 따라서, 상시는, 피스톤(164)은 하강 위치에 있고, 피스톤 봉(165)을 통해 니들(150)도 하강하여, 노즐(151)의 토출 구멍을 닫고 있다. 압축 공기 공급관(167)에 동작용 압축 공기가 도입되면, 피스톤(164)이 상승하고, 이에 따라 피스톤 봉(165), 니들(150)이 상승하여, 노즐(151)의 토출 구멍이 열리고, 상술과 같이 용제가 압축 에어와 함께 분무된다. 피스톤(164)에는 캡(168)이 끼워져 있고, 이 캡(168)이 실린더(163)의 상부에 마련된 조정 나사(스토퍼)(170)의 하단에 닿아, 피스톤(164)의 상승 위치가 규제된다. 조정 나사(170)를 돌려 그 선단부를 실린더 내(163)에서 진퇴시킬 수 있고, 이로써 노즐(151)의 토출 구멍의 개도가 정해진다.

도 2로 되돌아가서, 2개의 밸브 장치(20, 120)의 니들(50, 150)을 개폐하는 동작용 압축 에어의 온, 오프는, 도포 동작용 전자(電磁) 밸브(26), 무화 동작용 전자 밸브(127)에 의해 제어된다. 즉, 컴프레서(compressor) 등(도시 생략)으로부터 공급되는 압축 에어는 에어 필터(28A), 미스트 세퍼레이터(28B)를 거쳐, 호스(배관)(126, 27)에 분기된다. 호스(126)에 공급되는 압축 에어는 전자 밸브(127)가 열렸을 때에 동작용 압축 에어 압력 조정기(124A)를 거쳐 호스(124)에 의해, 용제 미스트 발생 장치로서의 밸브 장치(120)의 동작용 압축 에어 공급관(167)에 공급된다. 마찬가지로 호스(27)에 공급된 압축 에어는 전자 밸브(26)가 열렸을 때에 도포 밸브 장치(20)의 동작용 압축 에어 공급관(67)에 공급된다.

용제 미스트 발생 장치로서의 밸브 장치(120)에 공급되는 무화용 압축 에어는 호스(27)로부터 분기되는 호스에 접속된 에어 릴레이 밸브(128), 무화용 압축 에어 압력 조정기(123A)를 거쳐 호스(123)에 의해 공급관(135)에 공급된다. 에어 릴레이 밸브(128)는, 전자 밸브(127)가 열렸을 때에 호스(129)를 거쳐 공급되는 압축 에어에 의해 개방된다. 이 에어 릴레이 밸브(128)는 전자 밸브(127) 등으로부터의 유류, 이물의 혼입을 방지하기 위한 것이다.

용제용 압송 탱크(121)에는 용제용 압력 조정기(121A)가 마련되고, 호스(27, 25)를 거쳐 공급되는 압축 에어가 이 압력조정기(121A)로 압력 조정되어 탱크(121) 내에 더해지고, 탱크(121) 내의 용제가 호스(122)를 거쳐 밸브 장치(120)의 용제 공급관(132)에 운반된다. 마찬가지로, 도포액용 압송 탱크(21)에는 도포액용 압력 조정기(21A)가 마련되고, 호스(27, 25)를 거쳐 공급되는 압축 에어가 이 압력 조정기(21A)로 압력 조정되어 탱크(21) 내에 더해지고, 탱크(21) 내의 도포액이 호스(22), 도포액 유량계(22A)를 거쳐 밸브 장치(20)의 도포액 공급관(32)에 공급된다.

도 13부터 도 15는 용제 미스트 발생 장치의 다른 실시예를 나타내고 있다. 이것은 이른바 루브리케이터를 이용한 것이다.

용제 미스트 발생 장치(220)는 탱크(221)를 구비하고, 이 탱크(221) 내에 용제가 저장된다. 탱크(221)에는 그 뚜껑으로서 루브리케이터 보디(222)가 마련되고, 이 보디(222)는 하부에 통상부(筒狀部)(222A)를 가지고 있다. 통상부(222A)의 내주면(內周面)에 형성된 암나사에 탱크(221) 윗가장자리의 수나사가 나사 결합하여, 보디(222)가 탱크(221)에 고정된다. 보디(222)는 압축 에어의 입구(223)와 출구(224)를 가지고 있다. 이 입구(223)와 출구(224) 사이의 에어 통로에 댐퍼(damper) 지지체(225)가 고정되어 있다. 댐퍼 지지체(225)는 입구(223), 출구(224)로 이어지는 통로(227)를 가지고, 이 통로(227)에 탄성체로 이루어지는 댐퍼(226)가 그 일측에서 고정되어 있다. 입구(223)로부터 들어간 압축 에어는 통로(227) 내에서 댐퍼(226)를 진동시키면서 통과하고, 출구(224)를 향해 흘러 간다.

댐퍼 지지체(225)에는, 입구(223) 측으로부터 탱크(221) 내를 향하는 좁은 에어 통로(228)가 형성되고, 통로(228)의 출구 부분에 체크 밸브(229)가 마련되어 있다. 따라서, 입구(223)에 공급되는 에어의 일부는 통로(228)를 거쳐 탱크(221) 내에 공급되고, 탱크(221) 내의 용제를 가압한다. 댐퍼 지지체(225)로부터 하방을 향해 파이프(237)가 연장되어 있다. 압축된 용제는 파이프(237)를 상승시키고, 도중의 체크 밸브(237A)를 거쳐 댐퍼 지지체(225) 및 보디(222)에 형성된 통로(238)를 더 상승시켜 간다.

보디(222)에는 그 상부에 외측 케이스(230)와 내측 케이스(231)가 설치된다. 이들 케이스(230, 231)는 상단이 반구상(半球狀)으로 닫히고, 내측 케이스(231)의 외면과 외측 케이스(230)의 내면 사이에 공간이 형성된다. 외측 케이스(230)는 그 나사부(230A)가 보디(222)의 설치부(230B)의 암나사에 나사 결합되어 고정된다. 통로(238)를 상승시킨 용제는 내외 케이스(231, 230)의 사이의 공간 내를 채운다. 내측 케이스(231)의 상단에는 하방을 향해 돌출되는 통체(231A)가 형성되고, 이 통체(231A)의 하단은 개구되어 있다. 내외 케이스(231, 230) 사이의 공간을 상승시킨 용제는 통체(231A)로부터 적하(滴下)한다.

보디(222)에는, 통체(231A)로부터 적하하는 용제가 낙하하는 위치에 작은 구멍(233)이 뚫려 있다. 이 구멍(233)의 하방에는, 지지체(225)의 상부의 일부에 의한 선반부(234)가 형성되어 있다. 용제는 구멍(233)으로부터 이 선반부(234) 상에 놓인다. 댐퍼(226)를 진동시켜 통로를 지나는 압축 공기의 흐름에 의해 이 용제가 무화되므로, 출구(224)로부터는 용제의 무화 미스트를 포함하는 압축 공기가 힘차게 분출하게 된다. 또한, 용제는 보디(222)에 마련된 용제 공급구(236)로부터 탱크(221) 내에 공급된다.

상기 이외에도 다양한 무화기(장치)가 용제 미스트 발생 장치로서 이용 가능하다.

도 16 및 도 17은 액체 도포 재료의 스프레이 상태를 나타내고 있다. 도 16은 코브웨빙이 발생하지 않은 양호한 스프레이 무화 상태를 나타내고 있다(SP로 나타냄). 도 17은 액체 재료가 미립화되지 않고 실 형상(AH로 나타냄)으로 나오는 코브웨빙 스프레이 상태를 나타내고 있다.

상술한 바와 같이 도포 밸브 장치(스프레이건)에서, 압축 에어 분출구에 용제 혼합 압축 에어를 공급하면, 액체 도포 재료로서 점도가 높은 원액을 사용했다고 해도, 도 17에 나타내는 바와 같은 코브웨빙 현상이 발생하지 않는다.

도 18은 기판에 전자(전기)부품을 솔더링한 상태를 나타내고 있다. 기판(300)의 이면(B면)에 전자부품(301)의 핀 단자(302)가 돌출되고, 그 하부에 솔더(303)(도 19, 20)가 되어 있다.

도 19, 20은 기판(300)의 이면에 액체 도포 재료를 스프레이 도포한 상태를 나타내고 있다. 기판(300)의 면 상에서 30μ(미크론)의 두께의 막 두께(부호 400으로 나타냄)가 되도록 도포하는 것으로 한다. 도 19는 액체 도포 재료로서 점도가 높은 원액을 사용하여 용제 혼합 압축 에어를 공급하는 방법으로 도포한 모습을 나타내고 있다. 핀 단자(302)의 상단면이나 측면에도 상당한 막 두께로(10μ 이상, 5μ 이상) 도포되어 있다(부호 401, 402로 나타냄). 도 20은 액체 도포 재료를 코브웨빙이 발생하지 않을 정도로 용제로 미리 희석하고, 압축 에어 흡출구에 용제를 혼합하지 않은 단순한 압축 에어를 공급한 경우에 형성되는 도막을 나타내고 있다. 도포 재료가 희석되어 있으므로 흐르기 쉽고, 핀 단자의 상단면이나 측면의 도막의 두께는 극히 얇다(2μ 이하).

표 1은 피도물로서 프린트 기판의 솔더면 측(이면, B면)에서, 건조막 두께 30㎛ 를 형성한 경우에, 본 발명의 방법과 종래의 대표적 방법의 비교 결과를 나타내는 것이다. 방습 절연재(컨포멀 코팅) 닛토 신코 제품　에렙 코트(형식 LSS520MH)를 사용했다.

이 표가 의미하는 바는 도 19, 도 20을 참조하면 분명하다고 생각되지만, 약간 설명을 부가하여 둔다.

건조 시간에서의 건조는 지촉(指觸) 건조라는 의미(용제가 남아 있지 않아, 손으로 만져 조립 작업해도 지장 없는 건조 상태)이다.

도포 선단부의 방향성이란, 도포 건 노즐 선단부의 토출 방향성을 의미하는, 기판 방습 도포에서는, 통상은 통상 도포 건의 노즐은, 수평으로 설치한 기판면에 그 위로부터 하방향으로 한다. 아래로부터란, 기판의 하방향으로부터 노즐을 위로 향하게 하여 도포하는 것. 옆으로부터란, 기판을 수직으로 세워, 그것에 대하여 도포 노즐이 옆으로부터 기판에 내뿜는 도포.

도착(塗着) 효율은, 도포액의 기판에 대한 부착량/도포액 사용량이다.

관리 유지의 정의는, 도포 성능을 유지하기 위한 도포 밸브 및 부속 기기의 일상 점검 청소 작업 시간과 난이도를 하기의 기준으로 정했다.

연속 자동 도포 가능하고, 도포 재료의 특별한 점도 관리를 요하지 않고 안정 도포 가능한 것을 ◎.

연속 자동 도포 가능하지만, 도포 재료의 점도 관리를 하지 않으면 NG 제품이 나올 우려가 있는 경우. 자동 점도 조정기가 필요. 자동 도포 종료 후에, 각 자동기기의 유지 관리, 점검 작업이 필수인 것을 ○.

연속 자동 도포 중에서, 일시 정지하여 도포 밸브의 일부 또는 어느 부분을 청소, 조정하는 수작업 시간이 필요. 또한, 자동 도포 종료 후에, 각 자동기기의 유지 관리, 점검 작업이 필수인 것을 △.

이상을 정리하면, 이 발명에 의하면 건조 시간은 200% 이상의 단축이 가능해지고, 용제 사용료는 60% 이상 삭감할 수 있으며, 또한 예각 볼록부 막 두께는 200% 이상 개선됐다.

9: 대상물
10: 스프레이 도포 시스템
14: 로봇 장치
19: 하우징
20: 도포 밸브 장치(스프레이건(장치))
21: 도포액용 송압 탱크(액체 도포 재료 저류 탱크)(액체 도포 재료 탱크)(액체 도포 재료 공급 장치)
21A: 도포액용 압력 조정기(액체 도포 재료 공급 장치)
22: 액체 도포 재료(도포액) 압송 호스(액체 도포 재료 공급 장치)
23: 용제 미스트 함유 무화용 에어 호스
24A, 124A: 동작용 압축 에어 압력 조정기
24, 124: 동작용 압축 에어 호스
26: 도포 동작용 전자 밸브
30, 130: 플루이드 보디
30A: 보스
31: 도포 재료 도입 구멍
32: 도포 재료 공급관
33, 133: 중심 구멍
34: 압축 무화 에어(공기) 도입 구멍
35: 압축 무화 에어 공급관
36: 연통 구멍
37: 축받이부
40: 익스텐션부
41: 익스텐션 내관
42: 익스텐션 외관
43: 압축 에어 공급로
45: 스크루 어댑터
46: 스크루 홈
47: 구멍
50: 액체 토출 니들
50A: 니들 선단부
51: 토출 노즐
51A: 액체 도포 재료 토출 구멍
52: 에어 캡
52A: 압축 에어 분출구
53: 수렴 내벽
54: 니들 커버
60: 구동부
61: 실린더 조인트
62: 조인트
63, 163: 실린더
64, 164: 피스톤
65, 165: 피스톤 봉
66: 커플링
67: 압축 공기 공급관
68: 피스톤 캡
69: 코일 스프링
70: 리니어 액추에이터
71: 어저스터 샤프트
120, 220: 용제 미스트 발생 장치(용제 미스트 혼합 압축 에어 공급 장치)
121: 용제용 송압 탱크(용제 저류 탱크, 용제 탱크)(용제 미스트 혼합 압축 에어 공급 장치)
121A: 용제용 압력 조정기
122: 용제 압송 호스
123: 용제 무화용 압축 에어 호스(용제 미스트 혼합 압축 에어 공급 장치)
123A: 무화용 압축 에어 압력 조정기(용제 미스트 혼합 압축 에어 공급 장치)
124A: 동작용 압축 에어 압력 조정기
127: 무화 동작용 전자 밸브
128: 에어 릴레이 밸브(용제 미스트 혼합 압축 에어 공급 장치)
131: 용제 도입 구멍
132: 용제 공급관
134: 도입 구멍
136: 연통 구멍
140: 이젝터
141: 도출관
143: 분출로
143A: 분출구
150: 용제 토출 니들
151: 토출 노즐
167: 동작용 압축 에어 공급관
170: 조정 나사
300: 기판
301: 전자부품
302: 핀 단자
400, 401, 402: 도포막

Claims (4)

1. 액체 도포 재료를 토출하는 토출 구멍 및 상기 토출 구멍으로부터 토출되는 액체 도포 재료를 미립화(微粒化)하는 압축 에어의 분출구를 가지는 스프레이건(spray gun),
   상기 스프레이건에 액체 도포 재료를 공급하는 액체 도포 재료 공급 장치, 및
   상기 스프레이건의 상기 압축 에어 분출구에 공급하는 용제 미스트 혼합 압축 에어를 생성하여 공급하는 용제 미스트 혼합 압축 에어 공급 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 스프레이 도포 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 용제 미스트 혼합 압축 에어 공급 장치가, 용제 탱크와, 압축 에어 공급 장치와, 상기 압축 에어 공급 장치로부터 공급되는 압축 에어에 의해 용제 탱크로부터의 용제를 무화(霧化)하는 용제 미스트 발생 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 스프레이 도포 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 압축 에어 분출구로 인도되는 용제 미스트 혼합 압축 에어에 선회류(旋回流)를 형성시키는 스크루 어댑터(screw adapter)가, 상기 스프레이건의 압축 에어 공급로에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 스프레이 도포 장치.
4. 노즐의 토출 구멍으로부터 토출되는 액체 도포 재료를, 그 근방의 분출구로부터 분출되는 압축 에어에 의해 미립화하는 스프레이건을 이용하여,
   용제 미스트를 발생시키고, 이 용제 미스트가 혼입된 압축 에어를 상기 분출구에 공급하여 액체 도포 재료를 미립화하는 것을 특징으로 하는 스프레이 도포 방법.

Images