WO2020162381A1 - 液体塗布ユニットおよび液体塗布装置 - Google Patents

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Abstract

高粘度の液体材料を長時間安定して塗布することが可能な液体材料ユニットは、塗布針と、液体材料容器(11)とを備える。液体材料容器(11)は液体材料(21)を貯留する。液体材料容器(11)には、液体材料(21)を貯留するための空間と、空間に塗布針を挿通させるための孔部(15h)とが形成されている。液体材料容器(11)のうち孔部(15h)の周囲には、液体材料(21)の濡れ広がり抑制構造(16)が配置される。

Description

液体塗布ユニットおよび液体塗布装置
 本発明は液体塗布ユニットおよび液体塗布装置に関する。
 RFIDタグなどの微細な回路を印刷(塗布)方式で形成するプリンテッドエレクトロニクス技術が急速に発展してきている。プリンテッドエレクトロニクス技術において、塗布針を用いた方式は、広範囲の粘度の材料を用いて微細な塗布が可能な点で、その選択肢の一つである。
 塗布針を用いて微細な塗布を行う方法として、特開2007-268353号公報(特許文献1)に記載のような塗布ユニットを用いて行う方法がある。当該塗布ユニットにおいては、液体材料容器の底面に貫通孔が設けられる。貫通孔を上下方向に動くことが可能な、液体材料を塗布するための塗布針が配置される。塗布針の先端に付着した、液体材料容器内の液体材料が、塗布対象物である基板の表面に転写される。液体材料容器内の液体材料においては、液体材料容器の塗布針が突出する孔部の縁における表面張力と、液体材料容器内の液体材料の重量による圧力とが釣り合う。このため液体材料容器内の液体材料は、液体材料容器の孔部から空間の外に漏出することはない。
特開2007-268353号公報
 特開2007-268353号公報に開示される塗布ユニットによれば、広範囲な粘度の液体材料を用いて微細な領域への塗布を行なうことができる。しかし金属粉を含んだ高粘度かつ平均比重の大きな液体材料を塗布する場合、複数回塗布を繰り返すことにより、液体材料容器の塗布針が突出する孔部の周囲に液体材料が濡れ広がることで液溜まりが形成される。この液溜まりにより、塗布針の先端に付着する液体材料の量が変化する。これにより、塗布対象物への液体材料の塗布量がばらつく場合がある。したがって特開2007-268353号公報では、塗布量のばらつきにより、高粘度の液体材料を長時間安定して塗布することが困難と考えられる。一方、RFIDタグなどの微細な回路を描画するためには、高粘度の液体材料を長時間安定して塗布できることが必要である。
 本発明は上記の課題に鑑みなされたものである。その目的は、高粘度の液体材料を長時間安定して塗布することが可能な液体材料ユニットおよび液体塗布装置を提供することである。
 本発明に係る液体塗布ユニットは、塗布針と、液体材料容器とを備える。液体材料容器は液体材料を貯留する。液体材料容器には、液体材料を貯留するための空間と、空間に塗布針を挿通させるための孔部とが形成されている。液体材料容器のうち孔部の周囲には、液体材料の濡れ広がり抑制構造が配置される。
 本発明によれば、液体材料の濡れ広がり抑制構造により、高粘度の液体材料を長時間安定して塗布することができる。
実施の形態1に係る液体塗布ユニットをY方向負側から見た正面図である。 実施の形態1に係る液体塗布ユニットをX方向正側から見た側面図である。 図1に示した液体塗布ユニットを搭載した、本発明の実施の形態に係る液体材料塗布装置の全体構成を示す斜視図である。 実施の形態1に係る液体塗布装置に含まれる液体材料容器の部分の構成、および液体材料塗布方法を示す概略断面図である。 実施の形態1の第1例に係る、図4中の点線で囲まれた領域Aの概略拡大断面図である。 実施の形態1の第2例に係る、図4中の点線で囲まれた領域Aの概略拡大断面図である。 実施の形態1の第3例に係る、図4中の点線で囲まれた領域Aの概略拡大断面図である。 比較例における液体材料塗布方法を繰り返すことによる、塗布針の位置と液体材料容器の状態の変化とを示す概略断面図である。 比較例における液体材料塗布方法を繰り返すことによる液体材料容器の状態の変化を示す概略断面図である。 実施の形態2の第1例に係る、図4中の点線で囲まれた領域Aの概略拡大断面図である。 図10で示す領域をZ方向下側から平面視した態様を示す概略拡大平面図である。 実施の形態2の第2例に係る、図4中の点線で囲まれた領域Aの概略拡大断面図である。 実施の形態2の第3例に係る、図4中の点線で囲まれた領域Aの概略拡大断面図である。 実施の形態3に係る、図4中の点線で囲まれた領域Aの概略拡大断面図である。
 以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
 (実施の形態1)
 <液体塗布ユニットの構成>
 図1は、実施の形態1に係る液体塗布ユニットをY方向負側から見た正面図である。図2は、実施の形態1に係る液体塗布ユニットをX方向正側から見た側面図である。すなわち図1と図2とは同一の液体塗布ユニットを示している。なお以下においては説明の便宜のため、X方向、Y方向、Z方向が導入されている。図1および図2を参照して、本実施の形態の液体塗布ユニットは、塗布針1を用いて対象物としての基板などの表面に液体材料21を塗布するためのものである。当該液体塗布ユニットは、塗布針1と、液体材料容器11と、サーボモータ20とを主に備えている。ただし当該液体塗布ユニットは上記以外にも多数の部材を備えている。また本実施の形態の特徴部分である濡れ広がり抑制構造については、後で詳述する。
 液体材料容器11は、液体材料21を内部に収納保持すなわち貯留する部材である。塗布針1は、液体材料容器11内の液体材料21を対象物上に供給するための部材である。塗布針1はZ方向に沿って延びる細長い部材である。塗布針1のZ方向最下部は角部、曲面部または平坦部など任意の形状とされる。当該塗布針1の先端部には、先端に向かって細くなる(すなわち、Z方向下側に進み先端に近接するにつれて軸線に垂直な断面の面積が小さくなる)テーパ部が形成される。
 本実施の形態における液体塗布ユニットにおいては、塗布針1は、液体材料容器11からたとえば対象物の表面上に直接液体材料21を塗布する。このことについて、以下に説明する。
 液体塗布ユニットは、上記の液体材料容器11の他に、塗布針ホルダ23と、塗布針ホルダ収納部24と、塗布針ホルダ固定部25とを含んでいる。塗布針ホルダ固定部25の下端には、塗布針ホルダ収納部24が固定されている。塗布針ホルダ収納部24の下端には凹部(図示せず)が形成されている。塗布針1の上端は、塗布針ホルダ23の下端の中心に垂直に固定されている。塗布針ホルダ23の上部には、凸部(図示せず)が形成されている。塗布針ホルダ23の凸部が塗布針ホルダ収納部24の凹部に挿嵌されることで、塗布針ホルダ23は塗布針ホルダ収納部24に対して位置決めされる。塗布針ホルダ23はネジによって塗布針ホルダ収納部24に固定される。
 塗布針ホルダ固定部25は、可動部26の下端に取り付けられている。可動部26は、カム連結板27を介して軸受28に連結されている。また軸受28は、カム29のZ方向の最上面の上に搭載するように配置されている。またカム29の上方にはサーボモータ20が配置されている。サーボモータ20はZ方向に沿って延びる回転軸AXを有している。サーボモータ20は回転軸AX周りに回転可能となっている。
 カム29は、サーボモータ20の回転軸AXに取り付けられている。このためカム29は、サーボモータ20の回転軸AX周りに回転可能となっている。カム29は中心部と、中心部の外周に配置されるフランジ部とを有している。カム29のZ方向に関する最下面はXY平面に沿う水平方向に拡がっている。これに対してカム29のフランジ部のZ方向に関する最上面は、たとえばX方向またはY方向に関する位置が異なればZ方向に関する位置が異なる(たとえば低くなる)。このようにカム29のフランジ部のZ方向に関する最上面は、XY平面に対して傾斜した形状を有している。図1においては一例として、カムのフランジ部の最上面の形状が、たとえば図中のX方向負側においてX方向正側よりもZ方向の位置が低くなるように示されている。
 このように最上面が傾斜した形状を有するカム29が回転軸AX周りに回転すれば、カム29のフランジ部の最上面上に搭載された軸受28は、Z方向に関して上下方向に運動する。最上面のフランジ部が傾斜形状を有するカム29の回転により、軸受28が搭載されるカム29の最上面のZ方向位置が変化するためである。
 カム29の回転により軸受28のZ方向における位置が変化すれば、これに連結されたカム連結板27および可動部26のZ方向における位置も変化する。可動部26の下端には塗布針ホルダ固定部25が取り付けられている。このためカム29の回転による軸受28などのZ方向の位置の変化により、塗布針ホルダ固定部25もZ方向の位置が変化する。さらに塗布針ホルダ固定部25に固定された塗布針ホルダ収納部24、塗布針ホルダ23および塗布針1も、Z方向の位置が変化する。
 ところで可動部26は、固定ピン30Aを介してバネ34の一方端(Z方向上側の端部)に固定される。また図2のY方向正側の領域に示すように、図1に示される部材の裏側に隠れるようにベース板31が配置されている。このベース板31は、固定ピン30Bを介してバネ34の上記一方端とは反対側の他方端(Z方向下側の端部)に固定される。このような構成を有することにより、駆動時に可動部26において軸受28のガタによる振動が発生しない構成となっている。なお軸受28に予圧を加えてガタを無くすことにより、バネ34を設けない構成にすることも可能である。バネ34の張力は、張力調整部35により調整可能である。
 ベース板31は、液体材料容器11および図示されないリニアガイドを保持している。ベース板31が保持するリニアガイドは、Z方向に沿った可動部の移動を案内する。リニアガイド上には、上記延在方向以外の方向に沿った可動部の移動を制限するリニアガイド可動部33が付属されている。塗布針ホルダ収納部24および塗布針ホルダ固定部25はリニアガイド可動部33に固定され、リニアガイド可動部33のZ方向に沿った移動に連動するように移動可能となっている。また可動部26にはリニアガイド32が取り付けられている。リニアガイド32は、塗布針ホルダ23が固定された可動部26を上下動可能に支持する。
 ベース板31はZ方向に長く延びる平板形状を有しているが、そのZ方向下部には容器保持部36を含んでいる。容器保持部36は、液体材料容器11を着脱可能に保持する。容器保持部36は、例えば図示しない磁石を含み、当該磁石により生じる磁力によって液体材料容器11を保持している。異なる観点から言えば、液体材料容器11は、例えば図示しない磁石を含み、当該磁石と容器保持部36の磁石との間に生じる磁力によって容器保持部36に対し着脱可能に保持されている。
 塗布針1はZ方向に関して上下方向に移動する。塗布針1、塗布針ホルダ23、塗布針ホルダ収納部24、塗布針ホルダ固定部25および可動部26は、リニアガイド可動部33に接続されている。このため塗布針1などは、第1の鉛直駆動機構としてまとめることができる。第1の鉛直駆動機構を構成する各部材同士が接続されることにより、それらの各部材は鉛直方向すなわちZ方向に沿って駆動することが可能である。これに対し、液体材料容器11およびこれを保持する容器保持部36、ならびに容器保持部36を含むベース板31は、上記の第1の鉛直駆動機構とは別の第2の鉛直駆動機構としてまとめることができる。第2の鉛直駆動機構を構成する各部材同士が接続されることにより、それらの各部材は鉛直方向に沿って駆動することが可能である。以上により、第1の鉛直駆動機構に接続された塗布針1を、第2の鉛直駆動機構に接続された液体材料容器11に対してZ方向に関して相対的に移動させることができる。
 なお以降においては、サーボモータ20、塗布針ホルダ収納部24、塗布針ホルダ固定部25などを含む図1および図2に示す液体塗布ユニット全体の部分を液体塗布ユニット39と記すこととする。
 <液体材料塗布装置の構成>
 図3は、図1に示した液体塗布ユニットを搭載した、本発明の実施の形態に係る液体材料塗布装置の全体構成を示す斜視図である。図3を参照して、本実施の形態の液体材料塗布装置100は、観察光学系40、CCDカメラ41および液体塗布ユニット39を主に備える。観察光学系40は、照明用の光源、対物レンズなどを含み、対象物である基板5の表面状態や、液体塗布ユニット39によって塗布された液体材料21(図1参照)の状態を観察するために用いられる。観察光学系40によって観察される画像は、CCDカメラ41により電気信号に変換される。液体塗布ユニット39は、たとえば、基板5上に形成された配線パターンに発生した断線部に導電性の液体材料21(図1参照)を塗布して修正する。この場合、観察光学系40、CCDカメラ41、および液体塗布ユニット39は、修正ヘッド部を構成する。また、液体材料塗布装置100は、たとえば基板5の表面に液体材料21(図1参照)を塗布して所定のパターンを形成してもよい。
 液体材料塗布装置100は、さらに、上記修正ヘッド部を塗布対象の基板5に対して垂直方向(Z軸方向)に移動させるZ軸テーブル44と、Z軸テーブル44を搭載して横方向(X軸方向)に当該Z軸テーブル44を移動させるX軸テーブル45と、基板5を搭載して前後方向(Y軸方向)に当該基板5を移動させる、対象物である基板5を保持する保持台としてのY軸テーブル46と、装置全体の動作を制御する制御用コンピュータ47と、CCDカメラ41によって撮影された画像などを表示するモニタ49と、制御用コンピュータ47に作業者からの指令を入力するための操作パネル48とを備える。Z軸テーブル44、X軸テーブル45およびY軸テーブル46は、位置決め装置を構成する。
 なお、この装置構成は一例であり、たとえば、観察光学系40などを搭載したZ軸テーブル44をX軸テーブルに搭載し、さらにX軸テーブルをY軸テーブルに搭載し、Z軸テーブル44をXY方向に移動させるガントリー方式と呼ばれる構成でもよい。装置構成としては観察光学系40などを搭載したZ軸テーブル44を、塗布対象の基板5に対してXY方向に相対的に移動させることが可能な構成であればどのような構成でもよい。
 <液体材料容器の構成>
 図4は、実施の形態1に係る液体塗布装置に含まれる液体材料容器の部分の構成、および液体材料塗布方法を示す概略断面図である。なお図4においては、特に液体材料容器11およびその内部に配置される塗布針1の部分を示しており、他の部分の図示を省略している。なお図4中の一部分の形状は、後述の各実施の形態の特徴的な形状を総括したものであるため、実際の本願発明の特徴的な形状とは異なる場合がある。
 図4の左側の図には、上述した塗布針1のZ方向の位置の変化により塗布針1が上昇している状態が示されている。図4の右側の図には上述した塗布針1のZ方向の位置の変化により塗布針1が下降している状態が示されている。図4を参照して、本実施の形態に係る液体材料容器11の内部には、液体材料21を貯留するための空間50が形成されている。また液体材料容器11の底部すなわちZ方向の最下部には、当該空間50の下方端部と外部とを接続している孔部15hが形成されている。孔部15hは、空間50に塗布針1を挿通させるためのものである。したがって液体材料容器11には孔部15hと平面的に重なる位置にも他の孔部が形成され、孔部15hと上記他の孔部とを貫通するように塗布針1が配置されることが好ましい。
 塗布針1は、保持部2と、先端部3とにより構成されている。塗布針1はZ方向に沿って延びている。保持部2はそのZ方向の下側に先端部3を保持する部材である。言い換えれば、先端部3は、対象物である基板などに液体材料21を塗布する部分である。保持部2は、先端部3よりも付根側すなわちZ方向の上側に配置される部分である。保持部2は先端部3よりも幅方向の寸法(太さ)が大きいことが好ましい。たとえば図4に示すように、塗布針1は液体材料容器11において、先端部3の一部が空間50内の液体材料21中に浸漬された態様になっていてもよい。
 図5は、実施の形態1の第1例に係る、図4中の点線で囲まれた領域Aの概略拡大断面図である。図5を参照して、液体材料容器11のうちの孔部15hの周囲には、液体材料21の濡れ広がり抑制構造が配置されている。ここで孔部15hとは、液体材料容器11の内部の液体材料21が収容される内壁面のうち、図4のようにZ方向下部の、上部よりもX方向(Y方向)の幅が狭くなっておりかつ鉛直方向(Z方向)に沿って延びる領域をいうものとする。またここで孔部15hの周囲とは、孔部15hのZ方向最下部と同じZ方向の座標位置およびそれよりもさらにZ方向下方の座標位置に配置される、液体材料容器11の本体の領域をいうものとする。
 具体的には、図5においては当該濡れ広がり抑制構造は、上記の定義に基づく孔部15hの周囲の位置に、凸形状部16として形成されている。凸形状部16は、液体材料容器11が塗布針1の先端部3側に向けて凸形状を有している。なおここで先端部3側とは、先端部3の位置にかかわらず、Z方向下側を意味する。このためたとえば塗布針1が後述するようにZ方向上側に上昇し、凸形状部16よりも先端部3がZ方向上側に配置される場合であっても、凸形状部16は塗布針1の先端部3側すなわちZ方向下側に向けて突起するよう湾曲している。同様にここで保持部2側とは、その位置にかかわらずZ方向上側を意味する。
 図5の実施の形態1の第1例では、孔部15hに沿った断面において、凸形状部16は、第1形状部12と、第2形状部13とを含んでいる。第1形状部12は、孔部15hの幅が塗布針1のZ方向下側にてZ方向上側よりも広くなるように、凸形状部16の上記断面における表面である凸形状部表面が傾斜した形状を有する。すなわち第1形状部12の内側の領域は孔部15hである。第2形状部13は、凸形状部16の幅がZ方向下側から上側に向けて広くなるように孔部15hの外側にて凸形状部表面が傾斜した形状を有する。なおここで幅とは図4および図5のX方向における寸法を意味する。
 第1形状部12は孔部15hの最下部を形成する。このため第1形状部12はX方向における孔部15h側すなわち液体材料容器11の内側に配置される。また第2形状部13はX方向における孔部15hの反対側すなわち液体材料容器11の外側に配置される。
 言い換えれば、図5において、第1形状部12は液体材料容器11のX方向の内側において、孔部15hが下方に向けて広がる末広がり形状を形成する。第2形状部13は液体材料容器11のX方向の外側において、上方に向けて液体材料容器11の部分の幅を広くするように傾斜した形状を有している。第1形状部12と第2形状部13とは、概ねX方向に並ぶように配置される。
 図5の示す断面において、第1形状部12および第2形状部13のうち少なくともいずれかは円弧状である。すなわち第1形状部12および第2形状部13のうち少なくともいずれかは、凸形状部表面が円弧状を有している。図5においては、第1形状部12および第2形状部13の双方が円弧状の凸形状部表面としての円弧状表面RSである。すなわち第1形状部12および第2形状部13は、円弧状の曲線となっている。
 図6は、実施の形態1の第2例に係る、図4中の点線で囲まれた領域Aの概略拡大断面図である。図6を参照して、実施の形態1の第2例における凸形状部16は、第1形状部12と第2形状部13とを接続する接続部14をさらに含んでいる。接続部14は、特にX方向において第1形状部12と第2形状部13との間に配置されている。
 接続部14は、XY平面に沿う平坦な表面であることが好ましい。すなわち図6の断面において接続部14はX方向に沿う直線状の表面であることが好ましい。なお接続部14が平坦な表面であっても、これと第1形状部12および第2形状部13とを含む全体が凸形状部16と定義される。このため図6の示す断面では、凸形状部16を形成する凸形状部表面のうち、第1形状部12および第2形状部13は円弧状表面RSであるのに対し、接続部14は直線状表面LSである。
 図6におけるX方向は、塗布針1の平面視における中心からの径方向である。この径方向は、X方向およびY方向を含む、塗布針1の平面視における中心から放射状に延びる方向である。濡れ広がり抑制構造が凸形状部16として形成される本実施の形態において、接続部14は、塗布針1の中心からの平面視における径方向において50μm以下の寸法を有することが好ましい。なお当該接続部14は30μm以下であることがより好ましく、その中でも20μm以下であることがいっそう好ましい。
 図7は、実施の形態1の第3例に係る、図4中の点線で囲まれた領域Aの概略拡大断面図である。図7を参照して、実施の形態1の第3例における凸形状部16は、図7が示す断面において、第1形状部12および第2形状部13のうち少なくともいずれかは直線状である。すなわち第1形状部12および第2形状部13のうち少なくともいずれかは、凸形状部表面が直線状を有している。図7においては、第1形状部12および第2形状部13の双方が直線状の凸形状部表面としての直線状表面LSである。すなわち第1形状部12および第2形状部13は図7に示す断面においてX方向、Y方向およびZ方向のいずれに対しても傾斜した方向に延びる直線となっている。たとえば第1形状部12および第2形状部13は、X方向およびZ方向に対しておよそ45°傾斜した方向に延びる直線状表面LSであってもよい。すなわち第1形状部12および第2形状部13はいわゆるC面形状であってもよい。
 なお図7の第3例においては、図6の第2例と同様に、第1形状部12と第2形状部13との間に直線状表面LSとしての接続部14が形成されている。
 本実施の形態において、第2形状部13は第1形状部12よりも、孔部15hの延在方向すなわちZ方向に対して急峻な斜面を有することが好ましい。すなわち図5、図6においては、第2形状部13のたとえば円弧状表面RSのうちあるZ座標の1点における接線がZ方向となす角度が、第1形状部12の上記Z座標と同一のZ座標の1点における接線がZ方向となす角度よりも小さいことが好ましい。また図7においては、第2形状部13の直線状表面LSがZ方向となす角度が、第1形状部12の直線状表面LSがZ方向となす角度よりも小さいことが好ましい。
 本実施の形態においては、第1形状部12および第2形状部13のうち少なくともいずれかが円弧状であればよい。また第1形状部12および第2形状部のうち少なくともいずれかが直線状であればよい。したがって図示されないが、たとえば液体材料容器11の第1形状部12および第2形状部13のうちいずれか一方が円弧状であり、いずれか他方が直線状であってもよい。
 <使用される液体材料>
 本実施の形態において使用される液体材料21は、金属微粒子が含まれる導電性材料であることが好ましい。具体的には、液体材料21はたとえばはんだペースト、銀ペースト、銅ペーストからなる群から選択されるいずれかであることが好ましい。液体材料21の粘度は一般的に20Pa・s以上80Pa・s以下であることが好ましい。液体材料21の平均比重は一般的に5以上9以下であることが好ましい。ただし液体材料21の粘度よび平均比重は、その使用用途および印刷方法により多種多様である。
 <液体材料塗布方法>
 図4を再度参照して、左側の図に示すように、液体材料容器11の空間50内に、液体材料21が保持されている。塗布針1の先端部3は、液体材料容器11の空間50内の液体材料21に浸されている。なおこのとき、先端部3は、液体材料21が塗布される対象物である基板5と対向するように配置されている。図4の左側の図は、基板5の表面に液体材料21を供給する前段階としての、先端部3に液体材料21が塗布される工程を示している。図4の左側の図は、塗布針1の先端部が液体材料容器11の空間50内に位置する第1状態に相当する。
 図4の右側の図を参照して、図4の左側の図の状態から塗布針1が下降され、基板5の塗布対象面(上側の主表面)にこれが接触される。これにより、それまで液体材料容器11内に先端部3が収納されていた塗布針1が、図4の左側の図の状態に比べて下方に移動する。塗布針1の下降により先端部3は孔部15hから液体材料容器11の外側に突出し、基板5の塗布対象面上に接触する。これにより、先端部3に付着されていた液体材料21が基板5の塗布対象面上に供給される。以上により、塗布針1を下降させて先端部3を塗布対象面に接触させる。図4の右側の図は、塗布針1の先端部が液体材料容器11の外側に位置する第2状態に相当する。図4の右側の図が示す塗布工程が終われば、再度塗布針1は上昇し、図4の左側の図の状態となる。このようにして図4の左側の状態(第1状態)と右側の状態(第2状態)とを交互に繰り返すことが可能に構成されている。
 <作用効果>
 以下、図8および図9の比較例を参照しながら、本実施の形態の作用効果を説明する。図8は比較例における液体材料塗布方法を繰り返すことによる、塗布針の位置と液体材料容器の状態の変化とを示す概略断面図である。図9は比較例における液体材料塗布方法を繰り返すことによる液体材料容器の状態の変化を示す概略断面図である。図8を参照して、図中矢印で示されるように時刻が経過される順に、第1図~第5図とする。このとき、第1図、第3図および第5図は図4の上記第1状態に対応し、第2図および第4図は図4の上記第2状態に対応する。図4の第1状態および第2状態を繰り返すことにより、図8の第5図に示すように、塗布針1の先端部3に付着した液体材料21が、孔部15hの真下および、孔部15hの周囲の液体材料容器11の表面に付着する。図9を参照して、このように孔部15hの真下および液体材料容器11の表面に液体材料21が付着した状態で、さらに図4の第1状態および第2状態が繰り返される。これにより、図9中の矢印で示すように時刻が経過されるにつれ、液体材料容器11の下部に液体材料21が濡れ広がる。このように液体材料21が濡れ広がるのは表面張力の作用によるものである。すなわち表面張力の作用により、塗布針1が上昇して液体材料容器11内に戻る際に、孔部15hの最下部からはみ出した液体材料21が孔部15hの周囲に滞留し、濡れ広がる。
 このように液体材料容器11の孔部15hの周囲に液体材料が濡れ広がることで液溜まりが発生する。この液溜まりにより、塗布針1の先端に付着する液体材料21の量が変化する。その結果、塗布対象物への液体材料21の塗布量が変化する場合がある。
 孔部15hの周囲に液体材料21が濡れ広がる原因として、比較例の液体材料容器11が最下部にエッジ部EGを有することが挙げられる。エッジ部EGは、液体材料容器11がその最下部において他の領域よりも平面視における塗布針1の中心側すなわち内側に寄るように湾曲した形状を構成する領域である。エッジ部EGは、その湾曲した形状部内に狭い孔部15hを形成する。エッジ部EGが形成されれば、その部分において液体材料21が集中して滞留する傾向が現れる。エッジ部EGに隣接する孔部15hは空間50内の孔部15h以外の領域よりも幅が狭くなるためである。液体材料21が孔部15hに集中して滞留すれば、そこから漏出した液体材料21は周囲の液体材料容器11の表面部分に濡れ広がりやすくなると考えられる。
 その他、孔部15hの周囲に液体材料21が濡れ広がる原因として、液体材料21の粘度および比重が大きいことが考えられる。液体材料21の粘度および比重が大きければ、高速で複数回塗布を繰り返すことにより、先端部3の突出とともに孔部15hから漏出した液体材料21が液体材料容器11の空間50側に戻りきらなくなる。それにより、徐々に孔部15hの周囲に液体材料21が濡れ広がっていく。また孔部15hの周囲の表面性状のばらつきにより、孔部15hへの液体材料21の濡れ広がり具合が不均一となる。このことも液体材料21の塗布量がばらつく原因となる。
 そこで本実施の形態の液体塗布ユニット39においては、液体材料容器11のうち孔部15hの周囲には、液体材料21の濡れ広がり抑制構造が配置される。これにより、液体材料21の液体材料容器11の外側への濡れ広がりが抑制されれば、塗布対象物への液体材料21の塗布量のばらつきが抑制される。その結果、塗布量が安定することにより、高粘度の液体材料を長時間安定して塗布することができる。
 本実施の形態の液体塗布ユニット39においては、孔部15hに沿った断面において、凸形状部16は、孔部15hの幅が先端部3側にて保持部2側よりも広くなるように凸形状部16の表面である凸形状部表面が傾斜した形状を有する第1形状部12を含む。凸形状部16は、その幅が先端部3側から保持部2側に向けて広くなるように孔部15hの外側にて凸形状部表面が傾斜した形状を有する第2形状部13を含む。第1形状部12により、孔部15hはその最下部において下方に向けて幅が広がる部分を有する。この幅が広がる部分は、塗布針1の下降時に孔部15hから突出した液体材料21が、その後の塗布針1の上昇時に孔部15hの内部側に戻りやすい構造である。第1形状部12は上記エッジ部EGの孔部15h側の表面部分とは逆に、孔部15hの幅を広げる形状であるために、孔部15hにおける液体材料21の集中および滞留を抑制するためである。このため孔部15hの外側にいったん出た液体材料21を液体材料容器11内に戻すことにより、その液体材料容器11外での濡れ広がりが抑制できる。またたとえ液体材料容器11外に突出した液体材料21が濡れ広がりにより第2形状部13に達したとしても、第2形状部13を濡れ広がるためには液体材料21は第2形状部13を這い上がる必要がある。第2形状部13に達した液体材料21は必然的に重力の作用を受けるために第2形状部13を這い上がることは困難である。このため第2形状部13を有することにより、液体材料21の液体材料容器11の外部への濡れ広がりが抑制される。
 すなわち本実施の形態によれば、エッジ部EGを有さず第1形状部12などを有する形状としての濡れ広がり抑制構造を有する。これにより、塗布針1の先端部3とともに液体材料容器11の孔部15hから漏出した液体材料21が、塗布針1の先端部3とともに液体材料容器11内にスムーズに戻ることができる。したがって比較例のように液体材料容器11の最下部に液体材料21が滞留する現象が抑制される。これにより塗布針1の塗布量のばらつきを低減できる。なお本実施の形態による塗布針1の塗布量のばらつき低減は、撥液コーティングなどの表面処理による塗布量のばらつき低減に比べて製造および品質の面において優位である。本実施の形態においては、撥液コーティングなどの表面処理における化学的な処理工程がなく、液体材料21が孔部15hから脱落する可能性が排除できるためである。
 本実施の形態の液体塗布ユニット39においては、凸形状部16は、第1形状部12と第2形状部13とを接属する接続部14をさらに含んでもよい。接続部14は、孔部15hに沿った断面において、第1形状部12と第2形状部13との加工時に平坦部として残存する部分である。加工条件等により接続部14が多少形成されても、上記の第1形状部12および第2形状部13とを有する凸形状部16による上記の本実施の形態の作用効果を奏することに対する支障はない。ただし上記作用効果を維持する観点から、上記接続部14は、塗布針1の中心からの径方向において50μm以下の寸法を有することが好ましい。
 本実施の形態の液体塗布ユニット39においては、第1形状部12および第2形状部13のうち少なくともいずれかは円弧状である。たとえば第1形状部12を円弧状すなわちR形状とすることで、塗布針1の先端部3とともに液体材料容器11の孔部15hから漏出した液体材料21が、塗布針1の先端部3とともに液体材料容器11内にスムーズに戻ることができる。その結果、液体材料21は円弧状表面RSとしての第1形状部12上で、表面張力と重力とが釣り合う一定の位置で保持される。したがって比較例のように液体材料容器11の最下部に液体材料21が滞留する現象が抑制される。第2形状部13が円弧状である場合にも、第2形状部13に達した液体材料21を速やかに孔部15h側に引き戻す作用を高めることができる。ただし第1形状部12および第2形状部13の少なくともいずれかが直線状であっても、上記と同様に液体材料21を液体材料容器11の内部側に引き戻す作用を奏することができる。
 本実施の形態の液体塗布ユニット39においては、第2形状部13は第1形状部12よりも孔部15hの延在方向に対して急峻な斜面を有することが好ましい。このようにすれば、漏出した液体材料21の第2形状部13上での這い上がりをより確実に抑制することができる。このため第2形状部13に達した液体材料21を液体材料容器11の内部側に引き戻す効果を高めることができる。
 (実施の形態2)
 図10は、実施の形態2の第1例に係る、図4中の点線で囲まれた領域Aの概略拡大断面図である。図11は、図10で示す領域をZ方向下側から平面視した態様を示す概略拡大平面図である。図10および図11を参照して、本実施の形態の第1例に係る液体材料容器11のうちの孔部15hの周囲には、液体材料21の濡れ広がり抑制構造が配置されている。具体的には、図10および図11においては当該濡れ広がり抑制構造は環状溝17である。環状溝17は、塗布針1の中心から平面視における径方向に間隔をあけて複数拡がっている。当該環状溝17は、Z方向について凹んだ凹部と突起した凸部とが複数、上記径方向に交互に並ぶことにより、当該凹部と凸部とが径方向に間隔をあけて複数拡がった構成を形成している。このように、本実施の形態においては、液体材料容器11の孔部15hを挟む領域の表面が、凹部と凸部とが複数ずつ並ぶ溝状表面GSを形成している。溝状表面GSが平面視にて同心円状に拡がることにより、環状溝17を構成している。
 図10および図11においては、溝状表面GSは、図10が示す孔部15hに沿う断面におけるX方向に沿う表面に形成されている。当該表面はX方向の中央部に形成され、これを挟むようにそのX方向左側および右側には直線状表面LSが形成されている。直線状表面LSは、図10が示す孔部15hに沿った断面において、環状溝17の孔部15h側すなわち平面視でのX方向内側に形成されている。直線状表面LSは、孔部15hの幅がZ方向下側にて上側よりも広くなるように、液体材料容器11の表面が傾斜した形状を有する第3形状部18である。
 図10においては、直線状表面LSは、上記の第3形状部18のみならず、第4形状部19としても形成されている。第4形状部19としての直線状表面LSは、図10が示す孔部15hに沿った断面において、環状溝17の孔部15hと反対側すなわち平面視でのX方向外側に形成されている。第4形状部19としての直線状表面LSは、液体材料容器11の本体部分の幅がZ方向下側から上側に向けて広くなるように、孔部15hの外側にて傾斜した形状を有している。
 したがって図10においては、第3形状部18が実施の形態1の第1形状部12と同様の態様を有し、第4形状部19が実施の形態1の第2形状部13と同様の態様を有している。すなわち液体材料容器11の本体部分があたかも実施の形態1の凸形状部16のような形状を有している。このように本実施の形態においても実施の形態1の凸形状部16と同様の形状を有していてもよい。ただし図10においては、実施の形態1の接続部14に相当する溝状表面GSが形成された環状溝17の領域の、塗布針1の中心からの径方向における寸法が50μmを超えてもよい。また溝状表面GSの凹部と凸部とのZ方向についての高さの差は、50μm以上であることが好ましく、100μm以上であることがより好ましい。なお当該高さの差は、200μm以上であることがいっそう好ましい。ただし凹部と凸部との高さの差を含む、溝状表面GSの寸法および形状については後に理論的に説明する。
 上記の図10における直線状表面LSが形成された領域には、環状溝17の孔部15h側および孔部15hと反対側との双方に、たとえばC面形状を有するようにX方向およびZ方向に対して傾斜した直線状表面LSが形成されている。しかし本実施の形態においては、以下の第2例のように、少なくとも孔部15h側の第3形状部18としての直線状表面LSのみが形成される構成であってもよい。また本実施の形態においては、以下の第3例のように、第3形状部18および第4形状部19としての直線状表面LSのいずれも有さず、溝状表面GSを有する環状溝17のみが、平坦な最下面に形成された構成であってもよい。図12は、実施の形態2の第2例に係る、図4中の点線で囲まれた領域Aの概略拡大断面図である。図13は、実施の形態2の第3例に係る、図4中の点線で囲まれた領域Aの概略拡大断面図である。図12を参照して、本実施の形態の第2例は、第1例と比較して、第4形状部19としての直線状表面LSであるたとえばC面形状の部分が形成されていない点において異なっている。図13を参照して、本実施の形態の第3例は、第2例と比較して、第3形状部18としての直線状表面LSであるたとえばC面形状の部分が形成されていない点において異なっている。
 <作用効果>
 本実施の形態の液体塗布ユニット39においては、濡れ広がり抑制構造は、塗布針1の中心から径方向に間隔をあけて複数拡がる環状溝17である。このような構成を有することにより、孔部15hの周囲の液体材料容器11の最下部の表面、すなわち環状溝17が形成される溝状表面GSは、液体材料21との接触角が大きくなる。このため溝状表面GSの撥液性が向上する。したがってたとえば図8および図9の比較例のように液体材料容器11の孔部15hから漏出した液体材料21が液体材料容器11の表面に濡れ広がる不具合を抑制できる。これにより本実施の形態も、実施の形態1と同様に、塗布対象物への液体材料21の塗布量のばらつきが抑制される。その結果、塗布量が安定することにより、高粘度の液体材料を長時間安定して塗布することができる。
 本実施の形態の液体塗布ユニット39においては、孔部15hに沿った断面において、環状溝17の孔部15h側に、孔部15hの幅が先端部3側にて保持部2側よりも広くなるように液体材料容器11の表面が傾斜した形状を有する第3形状部18を含む。孔部15hに沿ったたとえば図10に示す断面において、当該第3形状部18は直線状である。このような第3形状部18としての直線状表面LSは、周囲の他の領域よりも液体材料21の濡れ性が高い。言い換えれば第3形状部18は、周囲の他の領域よりも液体材料21が濡れる接触角が小さい。このため孔部15hから漏出しようとする液体材料21は、孔部15hの最下部に形成される第3形状部18に保持されるように誘導される。これにより、環状溝17の部分における撥液性のばらつきと、塗布針1および孔部15hの間の軸心のずれとにより、液体材料21が液体材料容器11の最下部の表面上の一部の位置に偏るように保持される現象を抑制できる。これにより、塗布対象物への液体材料21の塗布量のばらつきが抑制できる。
 また本実施の形態においても、実施の形態1と同様に、撥液コーティングなどの表面処理による塗布量のばらつき低減に比べて製造および品質の面において優位である。
 <理論>
 ところで、本実施の形態における環状溝17の、溝状表面GSの凹凸部で発揮される撥液性のパターンは、Cassie-Baxter理論のパターンとWenzel理論のパターンとの2種類を有する。まずCassie-Baxter理論のパターンでは、液体材料21が溝状表面GSの凹部の底まで到達できない。このため液体材料21の液滴は、凸部と、凹部内の空気との双方に接触する複合接触状態となる。これにより、疎液性が最も高い空気に液体材料21が接触する面積が増加するため、高い撥液性が得られる。一方Wenzel理論のパターンでは、液体材料21が溝状表面GSの凹部の底まで入り込む。これにより、液体材料21の液滴は、上記のような複合接触状態ではなく、液滴と基板5(図1参照)の表面とに接触した状態となる。これにより、液滴と基板5の表面とに液体材料21が接触する面積が増加する。それに伴い、液滴の基板5の表面との界面における界面自由エネルギーが増加し、基板5の濡れ性が強調される。したがって、液体材料容器11が撥液性の高い材料により形成されることにより、液体材料容器11の撥液性をさらに高めることができる。具体的には、本実施の形態における液体材料容器11は、樹脂またはステンレス鋼などの撥液性の高い材料により形成されることが好ましい。なお上記の液体材料容器11の好ましい材料は実施の形態1においても同様である。
 Cassie-Baxter理論のパターンでは、接触角が大きくなり撥液性が向上するが、液滴と基板5の表面との接触面積が小さいため、液滴と基板5との界面における吸着力が小さくなる。したがって、Cassie-Baxter理論のパターンでは、塗布針1の先端部3の表面における液体材料21の吸着力が弱くなる。これにより、孔部15hから塗布針1が突出した際の慣性力により、液体材料21の基板5への塗布量が極端に増加したり、大きな液溜まりが形成されたりする可能性がある。
 一方、Wenzel理論のパターンでは、液滴と基板5の表面との接触面積が増加し、液滴と基板5との界面における吸着力が大きくなる。このため、塗布針1が孔部15hから突出した際の基板5への塗布量を安定させること、および液溜まりの形成を抑制することに対して有効である。したがって、液体材料21の特性を考慮し、Wenzel理論のパターンが発現するよう、溝形、溝幅、溝深さなどのパラメータを設計することが好ましい。
 <変形例>
 図11に示すように、本実施の形態においては、溝状表面GSは同心円状を有する。すなわち液体材料21が液体材料容器11の表面上を濡れ広がる方向とたとえば直交など交差する方向(円周方向)に延びるように、溝状表面GSの凹部および凸部が形成されている。このようにすれば、上記の撥液性を向上させる効果に加え、当該凹部および凸部の断面におけるエッジ部(凹部の入口部の縁、凸部の最上部の縁など)において液体材料容器11の表面の液体材料21の接触角が大きくなるいわゆるピン止め効果が得られる。これにより、当該エッジ部において、さらに撥液性が向上する。
 また図11においては、孔部15hの周囲の円周方向における全周部分に溝状表面GS(環状溝17)が形成されている。しかしこのような態様に限らず、たとえば図示されないが、孔部15hの周囲の円周方向における一部のみに溝状表面GS(環状溝17)が形成されてもよい。
 (実施の形態3)
 図14は、実施の形態3に係る、図4中の点線で囲まれた領域Aの概略拡大断面図である。図14を参照して、本実施の形態に係る液体材料容器11のうちの孔部15hの周囲には、液体材料21の濡れ広がり抑制構造が配置されている。具体的には、図14においては当該濡れ広がり抑制構造は、撥液性を有する撥液被膜8として形成されている。具体的には、撥液被膜8は液体材料21に対して高い撥液性を有する薄膜である。たとえば液体材料21が導電性材料である場合には、液体材料21中に、フラックスとして、一般的にロジンと呼ばれる有機系の物質が含められる。このため撥液被膜8としては撥油性の高い薄膜が形成されることが好ましい。
 撥液被膜8は、液体材料容器11がたとえば実施の形態1と同様に凸形状部16を有する場合、その凸形状部16の最下部の、孔部15hの周囲の表面上に少なくとも形成されることが好ましい。しかしそのように局所的に撥液被膜8を形成する工程が複雑である場合、またはそのように局所的に形成される撥液被膜8の厚みなどの不均一性が懸念される場合には、上記領域を含む液体材料容器11の表面の全体に撥液被膜8が形成されてもよい。
 本実施の形態によれば、実施の形態1,2と同様に、撥液被膜8による液体材料21の濡れ広がりを抑制する効果が得られる。
 以上に述べた各実施の形態(に含まれる各例)に記載した特徴を、技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせるように適用してもよい。
 今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
 1 塗布針、2 保持部、3 先端部、5 基板、8 撥液被膜、11 液体材料容器、12 第1形状部、13 第2形状部、15h 孔部、16 凸形状部、17 環状溝、20 サーボモータ、21 液体材料、23 塗布針ホルダ、24 塗布針ホルダ収納部、25 塗布針ホルダ固定部、26 可動部、27 カム連結板、28 軸受、29 カム、30A,30B 固定ピン、31 ベース板、32 リニアガイド、33 リニアモータ可動部、34 バネ、36 容器保持部、39 液体塗布ユニット、40 観察光学系、41 CCDカメラ、44 Z軸テーブル、45 X軸テーブル、46 Y軸テーブル、47 制御用コンピュータ、48 操作パネル、49 モニタ、50 空間、100 液体塗布装置、AX 回転軸、EG エッジ部、GS 溝状表面、LS 直線状表面、RS 円弧状表面。

Claims (11)

  1.  塗布針を用いて対象物の表面に液体材料を塗布するための液体塗布ユニットであって、
     前記塗布針と、
     前記液体材料を貯留する液体材料容器とを備え、
     前記液体材料容器には、前記液体材料を貯留するための空間と、前記空間に前記塗布針を挿通させるための孔部とが形成されており、
     前記液体材料容器のうち前記孔部の周囲には、前記液体材料の濡れ広がり抑制構造が配置される、液体塗布ユニット。
  2.  前記塗布針は、前記対象物に前記液体材料を塗布する先端部と、前記先端部よりも付根側に配置される保持部とを含み、
     前記濡れ広がり抑制構造は、前記液体材料容器が前記塗布針の先端部側に向けて凸形状を有する凸形状部であり、
     前記孔部に沿った断面において、前記凸形状部は、前記孔部の幅が前記先端部側にて前記保持部側よりも広くなるように前記凸形状部の表面である凸形状部表面が傾斜した形状を有する第1形状部と、前記凸形状部の幅が前記先端部側から前記保持部側に向けて広くなるように前記孔部の外側にて前記凸形状部表面が傾斜した形状を有する第2形状部とを含む、請求項1に記載の液体塗布ユニット。
  3.  前記凸形状部は、前記第1形状部と前記第2形状部とを接続する接続部をさらに含む、請求項2に記載の液体塗布ユニット。
  4.  前記接続部は、前記塗布針の中心からの径方向において50μm以下の寸法を有する、請求項3に記載の液体塗布ユニット。
  5.  前記第1形状部および前記第2形状部のうち少なくともいずれかは円弧状である、請求項2~4のいずれか1項に記載の液体塗布ユニット。
  6.  前記第1形状部および前記第2形状部のうち少なくともいずれかは直線状である、請求項2~4のいずれか1項に記載の液体塗布ユニット。
  7.  前記第2形状部は前記第1形状部よりも前記孔部の延在方向に対して急峻な斜面を有する、請求項2~6のいずれか1項に記載の液体塗布ユニット。
  8.  前記濡れ広がり抑制構造は、前記塗布針の中心から径方向に間隔をあけて複数拡がる環状溝である、請求項1に記載の液体塗布ユニット。
  9.  前記塗布針は、前記対象物に前記液体材料を塗布する先端部と、前記先端部よりも付根側に配置される保持部とを含み、
     前記孔部に沿った断面において、前記環状溝の前記孔部側に、前記孔部の幅が前記先端部側にて前記保持部側よりも広くなるように前記液体材料容器の表面が傾斜した形状を有する第3形状部を含み、
     前記孔部に沿った断面において、前記第3形状部は直線状である、請求項8に記載の液体塗布ユニット。
  10.  前記濡れ広がり抑制構造は、撥液性を有する撥液被膜として形成されている、請求項1に記載の液体塗布ユニット。
  11.  請求項1~10のいずれか1項に記載の液体塗布ユニットと、
     前記対象物を保持する保持台とを備える、液体塗布装置。
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