(57)【要約】【課題】小型で、簡単構造で、高速移動可能で、かつ、メンテナンスの容易な、液体金属塗布装置を提供する。【解決手段】液体金属塗布装置１０は、液体金属１１を収容する収容室２０と、収容器に連通して収容器内に液体金属を吸引するとともに収容器内に吸引された液体金属を吐出するための第１の口部１８と、収容室に連通して収容室内の圧力を調整するための第２の口部１９を備えた収容器１７と、収容器を着脱自在に支持すると共に収容器を垂直方向に移動させる垂直移動機構２４を備えた移動部２３と、第２の口部に接続され、収容室内の圧力を調整する圧力調整部２６と、移動部と圧力調整部を駆動する制御部３４を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体金属貯留槽に貯留されている液体金属を吸引して、吸引した上記液体金属を塗布対象物に塗布する液体金属塗布装置であって、
上記液体金属を収容する収容室と、上記収容室に連通して上記収容室内に上記液体金属を吸引するとともに上記収容室内に吸引された上記液体金属を吐出するための第１の口部と、上記収容室に連通して上記収容室内の圧力を調整するための第２の口部を備えた収容器と、
上記収容器を着脱自在に支持すると共に上記第１の口部を上記液体金属貯留槽内と上記塗布対象物上との間で移動させる移動部と、
上記第２の口部に接続され、上記収容室内の圧力を調整する圧力調整部と、
上記移動部と上記圧力調整部を駆動する制御部とを備えることを特徴とする液体金属塗布装置。
【請求項２】
上記制御部は、上記移動部を駆動することにより上記液体金属貯留槽に貯留されている上記液体金属に上記第１の口部を浸け、次に、上記圧力調整部を駆動して上記第２の口部を通じて上記収容室内の圧力を調整して上記収容室内に上記液体金属を吸引し、次に、上記移動部を駆動することにより上記液体金属貯留槽から上記塗布対象物上に移動し、次に、上記圧力調整部を駆動して上記第２の口部を通じて上記収容室内の圧力を調整して上記収容室内の上記液体金属を上記第１の口部から上記塗布対象物に吐出して供給させることを特徴とする請求項１の液体金属塗布装置。
【請求項３】
上記収容室内に収容された上記液体金属の温度を調整するための温度調整部を備えたことを特徴とする請求項１又は２の液体金属塗布装置。
【請求項４】
上記移動部は、上記収容器を水平方向に移動させる水平移動機構を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの液体金属塗布装置。
【請求項５】
上記収容室は、上記第１と第２の口部の間に、上記第１と第２の口部を繋ぐ方向に直交する横断面が一定である領域を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかの液体金属塗布装置。
【請求項６】
上記収容室とは別に設けられた上記液体金属貯留槽を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの液体金属塗布装置。
【請求項７】
少なくとも上記収容器と上記液体金属貯留槽を囲むハウジングと、上記ハウジング内に非酸化性気体を供給する気体供給部を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの液体金属塗布装置。
【請求項８】
上記圧力調整部は、一端が上記第２の口部に接続されたチューブと、上記チューブの他端に接続された切換弁と、上記切換弁を介して上記チューブに接続された降圧部と、上記切換弁を介して上記チューブに接続された昇圧部を備えており、上記切換弁は、上記制御部によって、上記降圧部だけを上記切換弁を介して上記チューブに接続する第１の状態と、上記昇圧部だけを上記切換弁を介して上記チューブに接続する第２の状態と、上記降圧部と上記昇圧部のいずれも上記切換弁を介して上記チューブに接続しない第３の状態に切り換えられることを特徴とする請求項１〜７のいずれかの液体金属塗布装置。
【請求項９】
上記昇圧部は上記切換弁を介して上記チューブに非酸化性気体を供給することを特徴とする請求項１〜８のいずれかの液体金属塗布装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定量の液体金属（例えば、溶融はんだ）を対象物に供給する液体金属塗布装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、所望量の液体金属（例えば、溶融はんだ）を電気回路の所望箇所に供給する装置が特許文献１，２で提案されている。
【０００３】
特許文献１に開示された装置は、はんだボール形成装置で、溶融はんだを貯留する貯留部、貯留部の溶融はんだを所定の温度に維持する加熱源、溶融はんだを目的の箇所に向けて吐出する吐出部、および貯留部と吐出部を連通する連通路等を組み合わせて一つの一体型ユニットとして構成されている。したがって、特許文献１のはんだボール形成装置は、大型である、また、大型であるために高速で移動することが難しいという問題がある。
【０００４】
また、溶融はんだは、大気中の空気、特に酸素に接すると酸化膜を形成する。酸化膜は、溶融はんだ輸送通路の壁面に付着し、時間の経過と共に堆積する。そのため、溶融はんだを取り扱う装置は、定期的に分解して、溶融はんだの輸送通路及び貯蔵部を構成する部品を交換又は清掃する必要があるが、大型のはんだボール形成装置は、その分解及び組立に多大な労力を要する。
【０００５】
次に、特許文献２に開示された装置は、シリンジとピストンからなる注射器型のろう付け装置である。このろう付け装置は、シリンジを溶融はんだが濡れにくい材料（例えば、ガラス、ステンレス、セラミック）で形成するとともに、溶融はんだの液面を不活性ガスで保護して酸化皮膜の発生を防止している。しかし、不活性ガスで保護しても、微量の酸素（例えば、特許文献２には、３００ｐｐｍ程度の酸素が不活性ガスに含まれるとの記載がある。）は存在し、溶融はんだの酸化皮膜形成は避けられず、溶融はんだが濡れにくい材料であっても、そこに酸化膜皮膜が付着することは避けられない。シリンジの内面に付着した酸化皮膜が、往復動作するピストンに大きな摩擦抵抗を与える。そして、摩擦抵抗が過度に大きくなると、ピストンを動作させるアクチュエータに掛かる負荷が極めて大きくなる。そのため、特許文献２の装置にあっても、その性能を維持するために頻繁にシリンジとピストンを交換又は清掃しなければならない、という問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−７７１４１号公報
【特許文献２】特開２００４−３５１４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような問題を解消するためになされたもので、小型で、簡単構造で、高速移動可能で、かつ、メンテナンスの容易な、液体金属塗布装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するため、本発明に係る液体金属塗布装置は、液体金属貯留槽に貯留されている液体金属を吸引して、吸引した上記液体金属を塗布対象物に塗布する液体金属塗布装置であって、
上記液体金属を収容する収容室と、上記収容室に連通して上記収容室内に上記液体金属を吸引するとともに上記収容室内に吸引された上記液体金属を吐出するための第１の口部と、上記収容室に連通して上記収容室内の圧力を調整するための第２の口部を備えた収容器と、
上記収容器を着脱自在に支持すると共に上記第１の口部を上記液体金属貯留槽内と上記塗布対象物上との間で移動させる移動部と、
上記第２の口部に接続され、上記収容室内の圧力を調整する圧力調整部と、
上記移動部と上記圧力調整部を駆動する制御部とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
このような構成を備えた本発明の液体金属塗布装置によれば、第２の口部に連通する圧力調整部によって収容室の圧力を調整することによって、第１の口部を通じて収容室に液体金属を吸引し又収容室から液体金属を吐出する。したがって、液体金属が接する部分は収容器だけである。また、たとえ収容器に酸化皮膜が付着し堆積しても、収容器だけを取り外して交換又は清掃すればよい。そのため、交換作業及び清掃作業が極めて簡単になる。さらに、塗布時に移動する収容器は小型で軽量で済むことから、収容器は高速で移動させることができる。そのため、塗布作業が効率良く行える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る液体金属塗布装置の概略構成を示す図。
【図２】図１に示す収容器の他の形態を示す断面図。
【図３】図１に示す収容器の他の形態を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
図１は、本発明に係る液体金属塗布装置１０を示す。図示する液体金属塗布装置１０は、溶融した液体金属１１を貯留する貯留槽１２を有する。実施例において液体金属１１は、はんだを想定しているが、錫（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、もしくは、これら金属のいずれか一つを主成分とする合金または混合物のいずれであってもよい。
【００１３】
貯留槽１２は一点鎖線で示すハウジング、例えば炉１３の内部に形成された塗布空間１４に収容されている。貯留槽１２は、上部に開口部を有する容器で、液体金属１１を溶融状態に維持する加熱源１５を有する。図示しないが、加熱源１５は、適当な電気回路を介して電源に接続されている。電源から加熱源１５に供給する電力を制御するために、貯留槽１２に収容されている液体金属１１の温度を検出する検出器を設けることが好ましい。
【００１４】
図上、加熱源１５は、貯留槽１２の内部に配置されているが、貯留槽１２を構成する容器の壁（底壁、側壁）内に設けてもよいし、容器の外部に設けてもよいし、後述する液体金属吸引動作の邪魔にならない限りは液体金属１１の液面上に設けてもよい。
【００１５】
塗布空間１４には、貯留槽１２から所定量の液体金属１１を吸引するとともに吸引した液体金属１１を目的の場所に塗布する吸引塗布部１６が配置される。吸引塗布部１６は、上下方向に向けて配置された中空筒体の収容器１７を有する。収容器１７は、はんだが濡れにくい（付着し難い）材料（例えば、液体金属が鉛と錫を主成分とするはんだの場合、ガラス、ステンレス、セラミック）で形成することが好ましい。また、収容器１７は、単一の筒体で形成することが好ましいが、複数の短い筒体を一列に連結して形成してもよいし、上下方向の中心軸を含む一つ又は複数の面で分割した割構造としてもよい。
【００１６】
収容器１７を構成する中空円筒は下端口部（第１の口部）１８と上端口部（第２の口部）１９を有し、これら上下の口部１８，１９を繋ぐ領域の空間が液体金属収容室２０として利用される。好ましい形態では、液体金属収容室２０は、中空円筒の中心軸（縦軸）に直交する横断面が一定の断面積を有する。
【００１７】
収容器１７の上端部と下端部を除く中間領域の周囲には、収容器１７内に吸引された液体金属を所定の溶融温度に維持するための加熱源２１が設けてある。加熱源２１の種類は任意で、放射型、誘導加熱型、対流熱伝達型のいずれであってもよい。実施の形態では、加熱源２１は、収容器１７に着脱自在に装着されている。図示しないが、加熱源２１は、適当な電気回路を介して電源に接続されている。加熱源２１についても、収容器１７に収容されている液体金属１１の温度を検出する検出器を設けることが好ましい。
【００１８】
実施の形態では、加熱源２１は、収容器１７の外側に装着されているが、収容器１７内に吸引された液体金属を所定の溶融温度に維持するもので、その目的を達成する限り、吸引塗布部１６を囲む任意の場所に設けてもよい。また、液体金属１１が収容器１７内に滞留する時間が短く、その間の温度低下が問題にならない場合、加熱源は省略してもよい。
【００１９】
収容器１７の上端部近傍には、着脱自在に連結部２２が取り付けてある。上述のように、実施の形態では、加熱源２１が収容器１７に着脱自在に取り付けてあるが、これに代えて、加熱源２１を連結部２２に着脱自在に取り付けてもよい。連結部２２は、連結部２２とこれに保持された収容器１７を移動させる移動部２３に連結されている。この移動部２３は、収容器１７の下端口部１８を、貯留槽１２内の液体金属１１に浸漬させる位置と、塗布位置である塗布対象物３５の上と、の間で移動させる。実施形態では、移動部２３は、収容器１７を上下方向に移動させる垂直移動機構２４を有する。垂直移動機構２４は、この垂直移動機構２４を水平方向に移動させる水平移動機構２５に連結されている。水平移動機構２５は、収容器１７を第１の水平方向（図の左右方向）とこれに垂直な第２の水平方向（図に垂直な方向）に移動させる機構を備えており、炉１３に固定されている。なお、水平移動機構２５は、第１と第２の水平方向のいずれにも移動可能である必要はなく、例えば第１の水平方向にのみ移動可能であってもよい。
【００２０】
上述のように、移動部２３に保持された収容器１７の上端口部１９は、収容器１７内の液体金属収容室２０の圧力を調整する圧力調整部２６に接続される。圧力調整部２６は、フレキシブルチューブ２７を備えており、その一端が収容器１７の上端口部１９に接続される。フレキシブルチューブ２７は、炉１３の外部に伸びており、他端が切換弁２８に接続される。切換弁２８は、３つのポート２９，３０，３１を備えており、そのうちの一つのポート（第１のポート）２９がフレキシブルチューブ２７に接続され、他の２つのポート（第２、第３のポート）３０，３１がそれぞれ降圧部３２と昇圧部３３に接続されている。降圧部３２は、ダイヤフラム型真空ポンプ、または回転真空ポンプなどが利用できる。切換弁２８は、フレキシブルチューブ２７を降圧部３２にのみ接続する第１の状態、フレキシブルチューブ２７を昇圧部３３にのみ接続する第２の状態、フレキシブルチューブ２７を降圧部３２又は昇圧部３３のいずれにも接続しない第３の状態のいずれか一つを採り得るように設計されている。
【００２１】
降圧部３２、昇圧部３３、および切換弁２８は、制御部３４と電気的に接続されており、制御部３４から出力される制御信号に基づいてそれぞれ駆動が制御される。図示しないが、制御部３４は、上述した検出器、加熱源１５、加熱源２１、垂直移動機構２４及び水平移動機構２５の駆動部と電気的に接続されている。
【００２２】
制御部３４の制御に基づく液体金属塗布装置１０の動作を説明する。具体的に、塗布空間１４に搬送されてきた対象物（電子部品等）３５の所望箇所に所望量の液体金属を塗布する作業を考える。
【００２３】
この場合、制御部３４は、温度検出器の出力をもとに加熱源１５の駆動を制御し、貯留槽１２に貯留されている液体金属１１を適正温度に維持する。次に、制御部３４は、垂直移動機構２４を駆動して収容器１７を下降して図示する吸引位置に移動し、収容器１７の下端口部１８を液体金属１１に浸ける。収容器１７の下端口部１８が確実に液体金属１１に浸けられるように、液体金属１１の液面を検出する手段を設け、その検出結果に基づいて制御部３４が垂直移動機構２４の昇降量を調整することが好ましい。液面を検出する手段は、例えば図１に示すように液面を直接監視するセンサ３７であってもよいし、貯留槽１２の重量を検出してその検出結果から液面レベルを推定する構成であってもよい。また、必要であれば、収容器１７を下降する前に水平移動機構２５を駆動し、貯留槽１２上の適当な位置に収容器１７を移動させる。
【００２４】
次に、制御部３４は、制御部３４は切換弁２８を第１の状態に設定し、フレキシブルチューブ２７の内部を降圧部３２に接続し、降圧部３２を駆動する。これにより、フレキシブルチューブ２７の内圧が減少し、収容器１７内の液体金属収容室２０に下端口部１８から液体金属１１が吸引される。制御部３４は、降圧部３２の駆動時間を調整し、液体金属収容室２０に吸引される液体金属１１の量を調整する。制御部３４はまた、加熱源２１を駆動し、液体金属収容室２０に収容された液体金属１１を適正温度に維持する。
【００２５】
液体金属１１の吸引が終了すると、制御部３４は、切換弁２８を第３の状態に設定し、フレキシブルチューブ２７の内圧を一定に維持する。次に、制御部３４は、垂直移動機構２４を駆動して収容器１７を貯留槽１２の上方に退避させ、また、水平移動機構２５を駆動して収容器１７を塗布対象物の上方に移動させ、さらに、再び垂直移動機構２４を駆動して収容器１７を対象物３５に向けて下降する。次に、制御部３４は、切換弁２８を第２の状態に設定し、フレキシブルチューブ２７を昇圧部３３に接続するとともに、昇圧部３３の駆動を制御してフレキシブルチューブ２７に所定量のガスを供給し、フレキシブルチューブ２７の内圧を上昇させる。これにより、収容器１７に収容されている所定量の液体金属１１が、塗布対象物３５に塗布される。複数の場所に所望量の液体金属を塗布する場合、制御部３４は、水平移動機構２５及び必要に応じて垂直移動機構２４を駆動して収容器１７を移動する。このとき、制御部３４は、切換弁２８を第２の状態と第３の状態に交互に切り換え、移動中に液体金属１１が収容器１７から不必要に落下して塗布されるのを防止することが好ましい。また、各塗布箇所に対する塗布量は昇圧部３３から供給するガスの量及び昇圧部３３の駆動時間を調整することによって正確に調整できる。
【００２６】
塗布が終了すると、制御部３４は、垂直移動機構２４及び水平移動機構２５を駆動し、図示する吸引位置に収容器１７を移動させ、上述の動作を繰り返す。
【００２７】
上述した塗布動作中、収容器１７の下端口部１８に露出した液体金属１１及び対象物３５に塗布された液体金属１１と酸素との接触を極力避けるために、図示するように、炉１３内の塗布空間１４にはガス供給部３６から非酸化性ガスを供給することが好ましい。非酸化性ガスとしては、窒素、アルゴン等の不活性ガス、水素等の還元性ガス、またはそれらの混合ガスが利用される。同様に、収容器１７内に吸引された液体金属１１の酸化を防止するために、昇圧部３３からフレキシブルチューブ２７に供給するガスも、同様の非酸化性ガスを利用することが好ましい。
【００２８】
このように、本発明の液体金属塗布装置１０によれば、収容器１７内に形成された液体金属収容室２０及びこれに連通するフレキシブルチューブ２７の内圧を調整することによって、収容器１７の他端（下端口部１８）から液体金属１１を吸引し吐出する。したがって、液体金属１１に接触しながら移動する部材（例えば、特許文献２のピストン）が不要である。また、液体金属１１に接触する部分は収容器１７だけで、この収容器１７は液体金属１１の付着を最小限に抑える材料で形成されている。さらに、収容器１７の表面に接する雰囲気は非酸化性ガスである。そのため、非酸化性ガスに僅かな酸素が混入しているとしても、酸化皮膜の付着は最小限に抑えることができる。また、たとえ収容器１７に酸化皮膜が付着しても交換又は清掃する部品は収容器１７だけであるため、特許文献１，２に記載の装置に必要な交換作業及び清掃作業に比べて、格段と少ない労力で交換及び清掃が行える。さらに、液体金属貯留槽１２と吸引塗布部１６と圧力調整部２６を別々の場所に設けることができるので、塗布装置の設計自由度が増す。
【００２９】
また、収容器１７は単純な構成の中空筒体であるため、清掃作業も非常に容易である。特に、中空筒体を割り構造（例えば、二つ割り）にした場合、内部の清掃も簡単に行える。
【００３０】
収容器１７の構造、特に、下端口部１８の構造は、図１に示す形態に限るものでなく、例えば、図２，３に示す形態も考えられる。具体的に、図２に示す形態では、下端口部１８は、その横断面を縮小したノズル３８としてある。この場合、一つの塗布箇所に対する塗布量をより正確に管理できる。また、図３に示す形態では、下端口部１８は、下方に向かって次第に横断面を縮小したテーパノズル３９としてある。この場合、下端口部１８から吐出する液体金属１１の“切れ”が更に良くなり、より正確に塗布量を管理できる。
【００３１】
さらに、以上の説明では、移動部２３には垂直移動機構２４と水平移動機構２５を設けたが、塗布対象物３５が液体金属貯留槽１２の上方に提供される場合、垂直移動機構２４のみであってもよい。
【００３２】
なお、以上の説明では、液体金属を対象物に供給する動作を「塗布」という用語を用いて説明したが、本件特許出願において、「塗布」の用語は、液体金属を対象物に供給、摘下、付着させるあらゆる動作を含むものと理解すべきである。また、上述した実施の形態は本発明の一実施例であり、そこで説明した具体的な構成は同様の機能を達成する他の構成に置換することも可能であり、そのような変形及び改変は本発明の技術的範囲に属するものと理解すべきである。
【符号の説明】
【００３３】
１０：液体金属塗布装置
１１：液体金属
１２：貯留槽
１３：炉
１４：塗布空間
１５：加熱源
１６：吸引塗布部
１７：収容器
１８：下端口部
１９：上端口部
２０：液体金属収容室
２１：加熱源
２２：連結部
２３：移動部
２４：垂直移動機構
２５：水平移動機構
２６：圧力調整部
２７：フレキシブルチューブ
２８：切換弁
２９，３０，３１：ポート
３２：降圧部
３３：昇圧部
３４：制御部
３５：対象物
３６：ガス供給部
３７：液面センサ
３８：ノズル
３９：テーパノズル
【図１】
2010264458.tif 000003
【図２】
2010264458.tif 000004
【図３】
2010264458.tif 000005