(57)【要約】【課題】浮きを入れずにシリンジ内部の液体材料の液面を検出することが可能な、液体材料吐出方法及び装置提供する。【解決手段】光学センサ７はシリンジ５０１の側方で上下方向に移動自在に支持される。シリンジ５０１の内部に液体材料が無い場合にセンサ光が発光部７０１から反射部材５１４の光反射面に至るまでの第１経路と、同場合に前記センサ光が前記光反射面から受光部７０２に至るまでの第２経路との双方が水平であり、かつシリンジ５０１の内部を通過する。第１経路７１１及び第２経路７１２のうちシリンジ５０１の内部を通過する通過部分に液体材料が無いときはセンサ光が受光部７０２に到達して受光部７０２で受光される一方、当該通過部分に液体材料があるときはセンサ光が受光部７０２に到達しない。光学センサ７を上下方向に駆動することで液面検出が可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンジの内部の圧力を制御して前記シリンジの内部に存在する液体材料を吐出部から吐出する方法であって、
前記シリンジの外側に配置され、光反射面が前記シリンジと対向する反射部材に向けて、光学センサの発光部からセンサ光を発光するステップと、
前記光学センサの受光部における前記センサ光の受光状況に応じて前記シリンジの内部の圧力を制御するステップとを有し、
前記シリンジの内部に液体材料が無い場合に前記センサ光が前記発光部から前記光反射面に至るまでの第１経路と、同場合に前記センサ光が前記光反射面から前記受光部に至るまでの第２経路との少なくともいずれかが前記シリンジの内部を通過し、
前記センサ光は、前記第１経路及び前記第２経路のうち前記シリンジの内部を通過する部分に液体材料が無いときは前記第１経路及び前記第２経路を通り、前記受光部に到達して前記受光部で受光される一方、同部分に液体材料があるときは前記受光部に到達しないことを特徴とする、液体材料吐出方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記センサ光は、前記第１経路及び前記第２経路のうち前記シリンジの内部を通過する部分に透明な液体材料があるときは、前記液体材料の界面での屈折により前記第１経路及び前記第２経路の少なくともいずれかから逸脱して、前記受光部に到達しない、液体材料吐出方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法において、１つの液体材料について複数通りの液量並びに各液量に対応する吐出圧力及び吸引圧力を関連づけてテーブルとして記憶するステップをさらに有し、前記テーブルを参照して前記シリンジの内部の圧力を制御する、液体材料吐出方法。
【請求項４】
シリンジと、
前記シリンジの内部に存在する液体材料を吐出する吐出部と、
前記シリンジの内部の圧力を制御する圧力制御部と、
前記シリンジの外側に配置され、光反射面が前記シリンジと対向する反射部材と、
前記光反射面に向けてセンサ光を発光する発光部と、前記光反射面で反射したセンサ光を受光するための受光部とを有する光学センサとを備え、
前記シリンジの内部に液体材料が無い場合に前記センサ光が前記発光部から前記光反射面に至るまでの第１経路と、同場合に前記センサ光が前記光反射面から前記受光部に至るまでの第２経路との少なくともいずれかが前記シリンジの内部を通過し、且つ前記第１経路と前記第２経路が前記光反射面で所定の角度を成すように前記発光部と前記受光部が配置され、
前記センサ光は、前記第１経路及び前記第２経路のうち前記シリンジの内部を通過する部分に液体材料が無いときは前記受光部に到達して前記受光部で受光される一方、同部分に液体材料があるときは前記受光部に到達せず、
前記圧力制御部は、前記受光部における前記センサ光の受光状況に応じて前記シリンジの内部の圧力を制御することを特徴とする、液体材料吐出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の装置において、前記センサ光は、前記第１経路及び前記第２経路のうち前記シリンジの内部を通過する部分に透明な液体材料があるときは、前記液体材料の界面での屈折により前記第１経路及び前記第２経路の少なくともいずれかから逸脱して、前記受光部に到達しない、液体材料吐出装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の液体材料吐出装置において、前記光学センサは、前記シリンジに対して、前記シリンジの高さ方向について相対移動可能である、液体材料吐出装置。
【請求項７】
請求項４から６のいずれかに記載の液体材料吐出装置において、前記シリンジを保持するシリンジケースをさらに備え、前記シリンジケースの内面に前記反射部材があり、前記シリンジケースは前記反射部材と対向する部分が所定範囲で光透過可能である、液体材料吐出装置。
【請求項８】
請求項７に記載の液体材料吐出装置において、光透過可能な前記所定範囲は、前記第１経路と前記第２経路が、前記光学センサと前記シリンジの前記相対移動の範囲で前記発光部からの光を前記受光部で受光可能な範囲である、液体材料吐出装置。
【請求項９】
請求項４から８のいずれかに記載の液体材料吐出装置において、１つの液体材料について複数通りの液量並びに各液量に対応する吐出圧力及び吸引圧力を相互に関連づけてテーブルとして記憶した記憶部をさらに備え、前記圧力制御部は前記テーブルを参照して前記シリンジの内部の圧力を制御する、液体材料吐出装置。
【請求項１０】
請求項４から９のいずれかに記載の液体材料吐出装置において、前記吐出部を所定位置に保持するホルダをさらに備え、前記吐出部の先端部材が前記ホルダの押し付け面に側方から押し付けられていて、前記シリンジと前記吐出部とが相互に着脱自在である、液体材料吐出装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の液体材料吐出装置において、前記押し付け面は、前記先端部材が嵌る凹部形状である、液体材料吐出装置。
【請求項１２】
請求項４から１１のいずれかに記載の液体材料吐出装置において、前記吐出部の先端を撮像する撮像部をさらに有し、前記撮像部は前記吐出部と一体に動いて前記吐出部の先端を常時撮像可能である、液体材料吐出装置。
【請求項１３】
請求項４から１２のいずれかに記載の液体材料吐出装置において、前記シリンジ及び前記吐出部が複数設けられている、液体材料吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ペースト状の材料や接着剤等の粘性流体を含む液体材料を対象物に吐出する液体材料吐出方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品を製造する工程において用いられる、所定の液体材料を対象物に対して吐出し塗布等する液体材料吐出装置として、例えばディスペンサを備える装置が一般に用いられている。ディスペンサ５０は、図１４に示すように、液体材料６０を内部に保持するシリンジ５１と、シリンジ内部に加圧空気を供給するチューブ５２と、加圧空気の圧力を制御する圧力制御部５３と、液体材料の温度を検出する温度センサ５４と、当該温度を制御する温度制御部５５とから構成される。
【０００３】
ディスペンサ５０においては、液体材料６０に対して加圧空気を介して加えられる圧力(圧力の値と加圧時間)を制御することで、吐出させる液体材料の体積を制御している。一般的には、シリンジ５１の内部を、チューブ５２及び圧力制御部５３の内部に設けられたバルブ５６を介して所定の圧力を有する外部の圧力空気源６１と接続し、このバルブ５６を解放する時間によって加圧時間の制御を行っている。さらにバルブ５６とシリンジ５１との間に減圧弁５７を設置し、この減圧弁５７を用いてシリンジ５１内部に付加される圧力を制御している。
【０００４】
ここで、シリンジ５１の下方先端に設けられた開口に存在する液体材料に加えられる吐出圧力は、加圧空気によって付加される圧力とシリンジ５１内部の液体材料の重量により付加される圧力とからなる。従って、シリンジ５１内部の液体材料の総重量が減少した場合、加圧空気によって付加される圧力が同じであれば液体材料に加えられる吐出圧力が減少する(水頭差)。一定体積の液体材料を吐出するためには、開口に存在する液体材料に対して一定の吐出圧力が付加されなければならない。このため、液体材料が減少した場合には、その重量減少分に応じた圧力を付加する必要がある。
【０００５】
従来技術においては、必要な吐出体積に対するシリンジ５１内の液体材料の残量と供給空気の圧力との関係を各種液体材料について予め得て、その関係から吐出体積を一定にするための圧力の補正係数を求め、その補正係数に応じて随時空気の圧力を制御している(水頭差補正)。
【０００６】
液体材料の残量を導出する方法としては、例えば、シリンジ内部の液面に浮きを設け、磁気的、静電的に液面を検出する方法が知られている(下記特許文献１)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開昭６３−１１５４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
シリンジ内部に浮きを入れることが必須であると、その作業が煩雑であるだけでなく、液体材料の減少時に、粘性との関係等で浮きが液面と一致して下降しない場合も考えられる。
【０００９】
本発明は、上記の点に鑑み、浮きを入れずにシリンジ内部の液体材料の液面を検出することが可能な、液体材料吐出方法及び装置提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様は、液体材料吐出方法である。この方法は、
シリンジの内部の圧力を制御して前記シリンジの内部に存在する液体材料を吐出部から吐出する方法であって、
前記シリンジの外側に配置され、光反射面が前記シリンジと対向する反射部材に向けて、光学センサの発光部からセンサ光を発光するステップと、
前記光学センサの受光部における前記センサ光の受光状況に応じて前記シリンジの内部の圧力を制御するステップとを有し、
前記シリンジの内部に液体材料が無い場合に前記センサ光が前記発光部から前記光反射面に至るまでの第１経路と、同場合に前記センサ光が前記光反射面から前記受光部に至るまでの第２経路との少なくともいずれかが前記シリンジの内部を通過し、
前記センサ光は、前記第１経路及び前記第２経路のうち前記シリンジの内部を通過する部分に液体材料が無いときは前記第１経路及び前記第２経路を通り、前記受光部に到達して前記受光部で受光される一方、同部分に液体材料があるときは前記受光部に到達しないことを特徴としている。
【００１１】
第１の態様の方法において、前記センサ光は、前記第１経路及び前記第２経路のうち前記シリンジの内部を通過する部分に透明な液体材料があるときは、前記液体材料の界面での屈折により前記第１経路及び前記第２経路の少なくともいずれかから逸脱して、前記受光部に到達しないとよい。
【００１２】
第１の態様の方法において、１つの液体材料について複数通りの液量並びに各液量に対応する吐出圧力及び吸引圧力を関連づけてテーブルとして記憶するステップをさらに有し、前記テーブルを参照して前記シリンジの内部の圧力を制御するとよい。
【００１３】
本発明の第２の態様は、液体材料吐出装置である。この装置は、
シリンジと、
前記シリンジの内部に存在する液体材料を吐出する吐出部と、
前記シリンジの内部の圧力を制御する圧力制御部と、
前記シリンジの外側に配置され、光反射面が前記シリンジと対向する反射部材と、
前記光反射面に向けてセンサ光を発光する発光部と、前記光反射面で反射したセンサ光を受光するための受光部とを有する光学センサとを備え、
前記シリンジの内部に液体材料が無い場合に前記センサ光が前記発光部から前記光反射面に至るまでの第１経路と、同場合に前記センサ光が前記光反射面から前記受光部に至るまでの第２経路との少なくともいずれかが前記シリンジの内部を通過し、且つ前記第１経路と前記第２経路が前記光反射面で所定の角度を成すように前記発光部と前記受光部が配置され、
前記センサ光は、前記第１経路及び前記第２経路のうち前記シリンジの内部を通過する部分に液体材料が無いときは前記受光部に到達して前記受光部で受光される一方、同部分に液体材料があるときは前記受光部に到達せず、
前記圧力制御部は、前記受光部における前記センサ光の受光状況に応じて前記シリンジの内部の圧力を制御することを特徴としている。
【００１４】
第２の態様の装置において、前記センサ光は、前記第１経路及び前記第２経路のうち前記シリンジの内部を通過する部分に透明な液体材料があるときは、前記液体材料の界面での屈折により前記第１経路及び前記第２経路の少なくともいずれかから逸脱して、前記受光部に到達しないとよい。
【００１５】
第２の態様の液体材料吐出装置において、前記光学センサは、前記シリンジに対して、前記シリンジの高さ方向について相対移動可能であるとよい。
【００１６】
第２の態様の液体材料吐出装置において、前記シリンジを保持するシリンジケースをさらに備え、前記シリンジケースの内面に前記反射部材があり、前記シリンジケースは前記反射部材と対向する部分が所定範囲で光透過可能であるとよい。
【００１７】
この場合、光透過可能な前記所定範囲は、前記第１経路と前記第２経路が、前記光学センサと前記シリンジの前記相対移動の範囲で前記発光部からの光を前記受光部で受光可能な範囲であるとよい。
【００１８】
第２の態様の液体材料吐出装置において、１つの液体材料について複数通りの液量並びに各液量に対応する吐出圧力及び吸引圧力を相互に関連づけてテーブルとして記憶した記憶部をさらに備え、前記圧力制御部は前記テーブルを参照して前記シリンジの内部の圧力を制御するとよい。
【００１９】
第２の態様の液体材料吐出装置において、前記吐出部を所定位置に保持するホルダをさらに備え、前記吐出部の先端部材が前記ホルダの押し付け面に側方から押し付けられていて、前記シリンジと前記吐出部とが相互に着脱自在であるとよい。
【００２０】
この場合、前記押し付け面は、前記先端部材が嵌る凹部形状であるとよい。
【００２１】
第２の態様の液体材料吐出装置において、前記吐出部の先端を撮像する撮像部をさらに有し、前記撮像部は前記吐出部と一体に動いて前記吐出部の先端を常時撮像可能であるとよい。
【００２２】
第２の態様の液体材料吐出装置において、前記シリンジ及び前記吐出部が複数設けられているとよい。
【００２３】
第２の態様の液体材料吐出装置において、前記第１経路及び前記第２経路のうち前記シリンジの内部を通過するものは、前記シリンジの内部に存在する液体材料の液面に平行であるとよい。
【００２４】
第２の態様の液体材料吐出装置において、前記第１経路及び前記第２経路の双方が前記シリンジの内部を通過するとよい。
【００２５】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、前記シリンジの内部に液体材料が無い場合に前記センサ光が前記発光部から前記光反射面に至るまでの第１経路と、同場合に前記センサ光が前記光反射面から前記受光部に至るまでの第２経路との少なくともいずれかが前記シリンジの内部を通過し、前記センサ光は、前記第１経路及び前記第２経路のうち前記シリンジの内部を通過する部分に液体材料が無いときは前記受光部に到達して前記受光部で受光される一方、同部分に液体材料があるときは前記受光部に到達しないので、浮きを入れずにシリンジ内部の液体材料の液面を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態に係る液体材料吐出装置の要部側断面図。
【図２Ａ】同液体材料吐出装置の要部平面図。
【図２Ｂ】同液体材料吐出装置の要部正面図。
【図３Ａ】同液体材料吐出装置のニードル５０３の下端周辺の拡大側断面図。
【図３Ｂ】同底面図。
【図４Ａ】同液体材料吐出装置のニードル５０３の下端の押さえ付け状態の一例を示す底断面図。
【図４Ｂ】同状態の別の例を示す底断面図。
【図４Ｃ】同液体材料吐出装置のプランジャー５３７の形状の一例を示す断面図。
【図４Ｄ】同プランジャー５３７の形状の別の例を示す断面図。
【図５Ａ】同液体材料吐出装置における液面検出の原理説明図。
【図５Ｂ】同液体材料吐出装置における液面検出の原理説明図。
【図５Ｃ】同液体材料吐出装置における液面検出の原理説明図。
【図５Ｄ】同液体材料吐出装置における液面検出の原理説明図。
【図６】吐出圧補正テーブルの作成手順を示すフローチャート。
【図７】真空圧補正テーブルの作成手順を示すフローチャート。
【図８】補正テーブル作成後の自動運転動作の一例を示すフローチャート。
【図９】１つのニードル５０３に対して１つ設けられた小型カメラ５８５の配置説明図。
【図１０】本発明の実施の形態に係る液体材料吐出装置の平面図。
【図１１】同液体材料吐出装置の正面図。
【図１２】同液体材料吐出装置の右側面図。
【図１３】同液体材料吐出装置のディスペンサユニット５内の配管説明図。
【図１４】シリンジを有するディスペンサの一般的な概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００２９】
まず、図１０〜図１３を参照して本装置の全体構成を説明した後に、図１〜図９により要部を詳細に説明する。
【００３０】
図１０は、本発明の実施の形態に係る液体材料吐出装置の平面図である。図１１は、同液体材料吐出装置の正面図である。図１２は、同液体材料吐出装置の右側面図である。図１３は、同液体材料吐出装置のディスペンサユニット５内の配管説明図である。この液体材料吐出装置は、基台１と、載置台２と、ＸＹＺテーブル３と、ディスペンサユニット５と、光学センサ７と、光学センサ駆動系８と、搬送ユニット９と、主制御部１２とを備える。なお、水平面内で直交する２方向をＸ方向及びＹ方向、鉛直方向をＺ方向と定義している。
【００３１】
載置台２は基台１の上面に固定され、ＸＹＺテーブル３は載置台２に固定され、ディスペンサユニット５はＸＹＺテーブル３によってＸＹＺの各方向に移動自在に支持される。光学センサ駆動系８は基台１の上面に固定され、液面検出用の光学センサ７が光学センサ駆動系８によってＺ方向に移動自在に支持される。搬送ユニット９は基台１の上面に固定され、塗布対象物としての基板１１が搬送ユニット９によってＸ方向に搬送される。なお、塗布対象物としては、半導体実装基板等の基板のほか、ＬＣＤ(Liquid Cristal Display)パネルやＬＥＤ(発光ダイオード)等がある。主制御部１２は、基台１(筐体)の内部にあって装置全体の動作を制御するもので、記憶部１３と演算部１５と圧力制御部１７とを有する。
【００３２】
ＸＹＺテーブル３は、台板３０１と、Ｘ軸スライドガイド３０３と、Ｘ軸スライダ３０５と、Ｙ軸支持フレーム３１１と、Ｙ軸スライドガイド３１３と、Ｙ軸スライダ３１５と、Ｚ軸支持フレーム３２１と、Ｚ軸スライドガイド３２３と、Ｚ軸スライダ３２５とを有する。
【００３３】
台板３０１は載置台２の上面に固定され、Ｘ軸スライドガイド３０３は台板３０１の上面に固定され、Ｘスライダ３０５はボールネジ駆動機構で駆動されてＸ軸スライドガイド３０３に沿って移動可能である。なお、ボールネジ駆動機構は、ボールネジ軸をモータで回転駆動することで、該ボールネジ軸に螺合するボールネジナットを該ボールネジ軸の軸方向に移動するものである。
【００３４】
Ｙ軸支持フレーム３１１はＸ軸スライダ３０５に固定され、Ｙ軸スライドガイド３１３はＹ軸支持フレーム３１１に固定され、Ｙ軸スライダ３１５はボールネジ駆動機構で駆動されてＹ軸スライドガイド３１３に沿って移動可能である。Ｚ軸支持フレーム３２１はＹ軸スライダ３１５に固定され、Ｚ軸スライドガイド３２３はＺ軸支持フレーム３２１に固定され、Ｚ軸スライダ３２５はボールネジ駆動機構で駆動されてＺ軸スライドガイド３２３に沿って移動可能である。したがって、Ｚ軸スライダ３２５はＸＹＺの各方向に移動自在であり、Ｚ軸スライダ３２５に取り付けられたディスペンサユニット５もＸＹＺの各方向に移動自在である。
【００３５】
ディスペンサユニット５は、シリンジ５０１及び吐出部としてのニードル５０３並びにこれらに対する配管を４系統有する。図１３に示すように、各系統のシリンジ５０１は、切替弁５５１を介して圧空源５９１及び真空源５９２に接続されている。切替弁５５１と圧空源５９１及び真空源５９２との間にはそれぞれ調圧弁５９６,５９７があり、シリンジ５０１内の圧力を調整可能である。負圧は遮蔽弁５６１によって遮蔽可能である。また、開放弁５６２を開くことでシリンジ５０１の内部圧力を大気圧に等しくできる。各々の弁は圧力制御部１７によって制御される。
【００３６】
ニードル５０３を側方から撮像するために横カメラ５８０が基台１に取り付けられ、ニードル５０３の下端に保持された液摘を撮影可能である。また、下カメラ５８１は基台１に固定され、ニードル５０３を下方から撮影可能である。
【００３７】
本装置の全体的な動作を概説する。まず、図１０の搬送ユニット９の搬入部９１に塗布対象物としての基板１１が供給される。基板１１は、搬入部９１から塗布部９５まで搬送されて所定位置に位置決めされる。ディスペンサユニット５は、ＸＹＺテーブル３の支持により塗布部９５上(基板１１上)に移動し、液体材料を基板１１に塗布する。塗布作業が終了すると、基板１１は搬出部９７に搬送されて排出される。なお、必要に応じて、塗布部９５の前段に予熱部を設けてヒータ等の予熱手段で基板１１の温度を上げ、塗布部９５の後段に冷却部を設けて基板１１の温度を下げ、塗布された液体を凝固、安定させるようにしてもよい。所定数の基板１１に対して塗布作業を実行後、ディスペンサユニット５はＹ方向に後退し、ここで光学センサ７によりディスペンサユニット５の残存液量(液面)検出が行われる。検出方法の詳細は後述する。残存液量に応じて必要があれば液体材料の吐出圧力を補正する(水頭差補正)。補正に必要なデータは主制御部１２内の記憶部１３に格納されている。データの取得方法の詳細は後述する。こうして液体材料の量に応じた適当な吐出圧力が維持される。
【００３８】
図１は、本発明の実施の形態に係る液体材料吐出装置の要部側断面図である。図２Ａは、同液体材料吐出装置の要部平面図である。図２Ｂは、同液体材料吐出装置の要部正面図である。図３Ａは、同液体材料吐出装置のニードル５０３の下端周辺の拡大側断面図である。図３Ｂは、同底面図である。図４Ａは、同液体材料吐出装置のニードル５０３の下端の押さえ付け状態の一例を示す底断面図である。図４Ｂは、同状態の別の例を示す底断面図である。図４Ｃは、同液体材料吐出装置のプランジャー５３７の形状の一例を示す断面図である。図４Ｄは、同プランジャー５３７の形状の別の例を示す断面図である。図５Ａ及び図５Ｂは、同液体材料吐出装置における液面検出の原理説明図である。
【００３９】
シリンジ５０１とニードル５０３は、相互に着脱自在に取り付けられる(シリンジ５０１下端部の雄ネジとニードル５０３上端部の雌ネジとが螺合されている)。ニードル５０３はニードルホルダ５３３に保持され、シリンジ５０１はシリンジケース５１１に保持される。ニードルホルダ５３３はシリンジケース５１１に固定されており、シリンジ交換時はシリンジケース５１１からシリンジ５０１のみを取り外すことができる。
【００４０】
ニードル５０３の先端部材(針状部)は、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、ニードルホルダ５３３の押し付け面５３５にプランジャ５３７(バネを内蔵した付勢力を持つツール)で側方から押し付けられている。これにより、シリンジ交換時のニードル５０３の位置ずれを防止でき、かつニードル交換時のニードル５０３の位置再現性を高めることができる。押し付け面５３５は、ニードル５０３の先端部材が嵌る凹部形状であるとよく、例えば図４Ａに示すような円弧面(半円周面)若しくは楕円弧面又は図４Ｂに示すようなＶ溝面であってもよい。また、プランジャー５３７の先端面のうちニードル５０３の先端部材を押す部分は、図４Ａ及び図４Ｂのように平面であってもよいし、ニードル５０３の先端部材が嵌る凹部形状、例えば図４Ｃに示すような円弧面(先端部材よりも大径)若しくは楕円弧面又は図４Ｄに示すようなＶ溝面であってもよい。
【００４１】
図１に示すように、基台１の上面に固定された光学センサ駆動系８は、ボールネジ駆動機構によって光学センサ７をシリンジ５０１の側方でＺ方向(シリンジ５０１の高さ方向)に移動自在に支持する。図２Ａに示すように、光学センサ７は、シリンジ５０１の本数に対応して４系統設けられており、それぞれ発光部７０１及び受光部７０２を有する。また、シリンジケース５１１は、内面に反射部材５１４(平面鏡や鏡面金属板等)が取り付けられていて、反射部材５１４と対向する部分が開口５１５となっている。反射部材５１４の光反射面はシリンジ５０１の側面と対向する。発光部７０１及び受光部７０２は開口５１５のある側にあって反射部材５１４と対向する。発光部７０１は、反射部材５１４の光反射面に向けてセンサ光(例えばレーザ光のような指向性のある光)を発光する。受光部７０２は、前記光反射面で反射したセンサ光を受光するためのものであり、センサ光の受光時と非受光時とで異なる信号を出力する。
【００４２】
発光部７０１及び受光部７０２は、シリンジ５０１の内部に液体材料が無い場合にセンサ光が発光部７０１から反射部材５１４の光反射面に至るまでの第１経路７１１(図５Ａ参照)と、同場合に前記センサ光が前記光反射面から受光部７０２に至るまでの第２経路７１２(同)との双方が略水平(液面に略平行)となる配置が望ましく、かつ双方がシリンジ５０１の内部を通過する配置である。第１経路７１１及び第２経路７１２の成す角度(発光部７０１の光軸と受光部７０２の光軸とが成す角度)は例えば３０°±１０°の範囲で条件設定が可能である。
【００４３】
また、発光部７０１及び受光部７０２は、図５Ａに示すように第１経路７１１及び第２経路７１２のうちシリンジ５０１の内部を通過する通過部分に液体材料が無いとき、つまり当該通過部分の高さにまで液面が至らない量のときはセンサ光が受光部７０２に到達して受光部７０２で受光される一方、図５Ｂに示すように当該通過部分に液体材料があるとき、つまり当該部分の高さを液面が超えているときはセンサ光が液体材料の界面で屈折して受光部７０２に到達しない配置である。
【００４４】
このような配置は、センサ光が液体材料の界面で屈折して経路がずれることを考慮して、シミュレーションや実験により定めることができる。なお、当該通過部分に液体材料があるときは、液体材料が不透明であればセンサ光が受光部７０２に到達しないことは言うまでもない。また、シリンジ５０１自体による屈折は、シリンジ５０１の側面が十分に薄いためその影響は考えなくてもよい。
【００４５】
光学センサ７を用いることで、シリンジ５０１の内部の液体材料の液面の高さを検出することができる。つまり、上記配置の場合、受光部７０２においてセンサ光が受光できれば液面の高さは第１経路７１１及び第２経路７１２よりも下であり、受光できなければ上である。そして、光学センサ７を光学センサ駆動系８でＺ方向(上下方向)に駆動することで受光部７０２による受光可否の切替り高さを特定することができ、この切替り高さが液面の高さである。シリンジ５０１の内部の液体材料の液面の高さから残量(液量)は一意に求められる。なお、光学センサ７は固定しておき、シリンジ５０１をＸＹＺテーブル３によってＺ方向に駆動することによっても、同様に液面の高さを特定することが可能である。つまり、光学センサ７とシリンジ５０１は互いに対し相対的にＺ方向に移動可能であればよい。
【００４６】
以上、図５Ａ及び図５Ｂを用いて、第１経路７１１及び第２経路７１２の双方がシリンジ５０１の内部を通過する配置を例に、センサ光通過部分の液体材料有無の各場合について説明を行なったが、応用例として図５Ｃ及び図５Ｄのような光学センサ７とシリンジ５０１の配置も可能である。図５Ｃ及び図５Ｄは第１経路７１１のみがシリンジ５０１の内部を通過する配置であるが、第２経路７１２のみがシリンジ５０１の内部を通過する配置も可能である。要するに第１経路７１１と第２経路７１２の少なくとも何れかがシリンジ５０１の内部を通過する配置とすれば、センサ光が液体材料の界面で屈折するので受光部７０２に到達しないことは言うまでもない。
【００４７】
図２に示す記憶部１３は、１つの液体材料について複数通りの液量並びに各液量に対応する吐出圧力及び吸引圧力を、相互に関連づけて補正テーブルとして記憶している。圧力制御部１７は、記憶部１３の補正テーブルを参照してシリンジ５０１の内部の圧力を制御する。補正テーブルは、吐出圧補正テーブルと真空圧補正テーブルとに分かれる。以下、各テーブルの作成手順について説明する。
【００４８】
図６は、吐出圧補正テーブルの作成手順を示すフローチャートである。まず、液体材料としての樹脂の充填率をそれぞれ１００％及び２０％とした２つのシリンジ５０１を液体材料吐出装置にセットする(Ｓ１１)。操作者は検出ボタンを押下する(Ｓ１２)。光学センサ７により、シリンジ５０１内の樹脂量検出を実施する(Ｓ１３)。これは正確な充填率を知るためである。次に、所定の吐出圧力でシリンジ５０１のニードル５０３からワンショット吐出を行い、その重量を例えば精密天秤で測定する(Ｓ１４)。充填率１００％及び２０％の場合のワンショット吐出の重量を比較し(Ｓ１５)、両者が相違すれば本図の場合は充填率２０％の側のシリンジ５０１の吐出圧を変更し(Ｓ１６)、両者が同じになるまでワンショット吐出と重量測定、比較を繰り返す。そして両者が同じになったときの吐出圧値を記憶する(Ｓ１７)。演算部１５は、充填率１００％〜２０％までの間の吐出圧値を所定の関数で補間(例えば直線補間)し、吐出圧補正テーブルを作成する(Ｓ１８)。補間に用いる関数は実験的に定めることができる。
【００４９】
図７は、真空圧補正テーブルの作成手順を示すフローチャートである。まず、液体材料としての樹脂の充填率をそれぞれ１００％及び２０％とした２つのシリンジ５０１を液体材料吐出装置にセットする(Ｓ３１)。操作者は検出ボタンを押下する(Ｓ３２)。光学センサ７により、シリンジ５０１内の樹脂量検出を実施する(Ｓ３３)。ニードル５０３の先端(下端)に所定量の液摘を吐出させた後、横カメラ５８０で液摘を撮影しながら画像処理により真空校正を実施する(Ｓ３４)。真空校正ではニードル５０３の下端の球状液摘が充填率１００％及び２０％で同じように引き込まれるように吸引圧力(真空値)を決定し(Ｓ３５)、決定した真空値を記憶する(Ｓ３６)。真空校正には例えば本出願人提案の特開２００７−２９９１２号に開示の技術が利用可能である。簡単に説明すると、ニードル５０３の下端に液滴が保持された状態で横カメラ５８０にて撮影し、撮像した液滴の形状から当該液滴の下端とニードル５０３の基準位置(下端)との距離を演算部１５で算出する。算出した距離が一定時間設定された範囲内にとどまるように圧力制御部１７で真空値を調整する。演算部１５は、充填率１００％〜２０％までの間の真空値を所定の関数で補間(例えば直線補間)し、真空値補正テーブルを作成する(Ｓ３７)。補間に用いる関数は実験的に定めることができる。
【００５０】
なお、吐出圧補正テーブル及び真空圧補正テーブルのいずれの作成手順においても、シリンジ５０１の樹脂充填率１００％及び２０％に替えて又は加えて、例えば４０％及び６０％の充填率としたものについて吐出圧値及び真空値を決定してもよい。
【００５１】
吐出圧補正及び真空圧補正を含めた自動運転動作の流れについて説明する。図８は、補正テーブル作成後の自動運転動作の一例を示すフローチャートである。本図の例では、基板一枚について塗布が終了するごとに(Ｓ５１)、光学センサ７による樹脂量検出を実施する(Ｓ５２)。樹脂量が十分であれば吐出圧補正の要否を判断し(Ｓ５３)、必要があれば吐出圧を補正する(Ｓ５４)。樹脂残量が十分でなければシリンジ交換を行い(Ｓ５５)、シリンジイニシャル(充填率１００％のシリンジを取り付けたことを装置に認識させる操作)を実施し(Ｓ５６)、樹脂量検出(Ｓ５７)の後、真空圧補正の要否を判断する(Ｓ５８)。必要があれば真空圧を補正し(Ｓ５９)、次の基板の塗布を実行する。なお、真空圧の補正は、Ｓ５４のステップにおいて吐出圧の補正と併せて行ってもよい。
【００５２】
図９に示すように、小型カメラ５８５がニードル５０３とともにＺ軸スライダ３２５に取り付けられており、小型カメラ５８５はＸＹＺ各方向にニードル５０３とともに移動可能である。これにより、小型カメラ５８５でニードル５０３の下端を図示の例では斜め上方から常時撮影することができ、例えば操作者がニードル５０３の下端の汚れ等を監視するのに便利である。小型カメラ５８５は全てのニードル５０３に対して各々１個ずつ設けられている。小型カメラ５８５は、カメラ部分(レンズ、鏡筒、撮像素子)が径９ｍｍ×長さ２３.５ｍｍ、カメラ部分を取り付けるカメラケースの最大径が１９ｍｍ、カメラケースを他の部品に取り付けるフランジが１９ｍｍ×３４ｍｍと小型のものである。
【００５３】
本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。
【００５４】
(1) 光学センサ７のセンサ光の経路に液体材料が存在しないときはセンサ光が受光部７０２に到達する一方、経路に液体材料が存在するときは屈折により受光部７０２に到達しない構成としたことで、従来のように浮きを設けずに、受光部７０２へのセンサ光の到達可否からシリンジ５０１の内部の液体材料の液面を検出することができる。
【００５５】
(2) 光学センサ７をＺ方向に駆動する(センサ光でシリンジ５０１をＺ方向に走査する)ので、受光部７０２におけるセンサ光の受光可否の切替り高さからシリンジ５０１の内部の液体材料の液面の高さを正確に検出することができる。
【００５６】
(3) 検出した液面の高さに応じて吐出圧と真空圧を補正するので、シリンジ５０１の内部の液体材料が減少しても一定の吐出圧力を付加することができる。
【００５７】
(4) 空気圧達成時間によりシリンジ液体体積を演算する方法やシリンジＺ軸(高さ方向)駆動モータの電流値により液体重量を演算する方法では換算による誤差が大きくなりやすいところ、本実施の形態では直接的に液面を検出するので、高精度化を図りやすい。
【００５８】
(5) ニードル５０３の先端部材がニードルホルダ５３３の押し付け面５３５にプランジャ５３７で側方から押し付けられているため、シリンジ交換時のニードル５０３の位置ずれを防止でき、かつニードル交換時のニードル５０３の位置再現性を高めることができる。
【００５９】
(6) １つのニードル５０３に対して１つの小型カメラ５８５がニードル５０３とともにＺ軸スライダ３２５に取り付けられているので、操作者はモニタでニードル５０３の下端の状況を常時監視することができて便利である。
【００６０】
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。
【００６１】
実施の形態ではシリンジケース５１１に開口５１５を設けてセンサ光を透過可能としたが、変形例では開口５１５に替えて透明板(ガラス等)の光透過可能部材を設けてもよい。
【００６２】
実施の形態ではシリンジケース５１１の内面に平面鏡や鏡面金属板等の反射部材５１４が取り付けられる場合を説明したが、変形例では反射部材５１４は例えば筒状鏡面であってシリンジ５０１の側面に取り付けられてもよい。
【００６３】
実施の形態では、便宜上センサ光の第１経路７１１及び第２経路７１２の双方が水平(液面に平行)である場合を説明したが、液体材料がない状態で、発光部７０１から発光したセンサ光が反射部材５１４で反射した後、受光部７０２に到達し、かつ発光部７０１と反射部材５１４との間、及び反射部材５１４と受光部７０２との間の少なくともいずれかでシリンジ５０１の内部を通過する配置であれば、第１経路７１１及び第２経路７１２の双方が水平(液面に平行)であることを限定するものではない。
【００６４】
実施の形態では１基板の塗布が終了するごとに光学センサ７による樹脂量検出を実施する例を説明したが、樹脂量検出は複数基板あるいはロット単位の塗布が終了するごと実施してもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１  基台
２  載置台
３  ＸＹＺテーブル
５  ディスペンサユニット
７  光学センサ
８  光学センサ駆動系
９  搬送ユニット
１２  主制御部
１３  記憶部
１５  演算部
１７  圧力制御部
５０１  シリンジ
５０３  ニードル
５１１  シリンジケース
５３３  ニードルホルダ
７０１  発光部
７０２  受光部
５１４  反射部材
５１５  開口
５３５  押し付け面
５３７  プランジャー
５８５  小型カメラ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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