(57)【要約】【課題】吐出量を調整することによる時間のロスを小さくすることが可能な液滴塗布装置を提供する。【解決手段】液滴塗布装置は、任意の基板への塗布が完了すると、液滴のワンショットあたりの吐出量を調整し、当該調整が完了し且つ次に塗布する基板の準備が完了すると当該基板への塗布を開始する。吐出量調整の際には、ピストン７の下側の空間に圧縮空気を供給する際の流量を変更し（供給圧力は一定）、あるいは、ロッド８のストロークを変更する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗布する液体が溜まる液溜まり部と、
前記液溜まり部から延び、先端が吐出口となる吐出路と、
先端が前記液溜まり部内で前記吐出路に向けて往復動するロッドと、
前記ロッドの基端側に設けられたピストンと、
前記ピストンを収容するシリンダと、
前記ピストンを、前記ロッドが前記吐出路に向かう方向に付勢する付勢手段と、
前記ピストンによって仕切られた前記シリンダ内の空間の少なくとも一方の空気圧を変化させて前記ピストンを往復動させるピストン駆動手段と、
前記吐出口から吐出される液滴のワンショットあたりの吐出量を調整する吐出量調整手段とを備え、
ある基板への塗布が完了すると前記吐出量調整手段により前記吐出量を調整し、前記調整が完了し且つ次に塗布する基板の準備が完了すると当該基板への塗布を開始する、液滴塗布装置。
【請求項２】
前記吐出量調整手段は、前記ピストンのストロークを変更することで前記吐出量を調整する、請求項１に記載の液滴塗布装置。
【請求項３】
前記吐出量調整手段は、前記ピストン駆動手段によって前記ピストンを後退させる際の空気の流量を変化させることで前記吐出量を調整する、請求項１又は２に記載の液滴塗布装置。
【請求項４】
前記吐出量調整手段は、前記ピストンのストロークを変更することで前記吐出量を調整する第１の吐出量調整と、前記ピストン駆動手段によって前記ピストンを後退させる際の空気の流量を変化させることで前記吐出量を調整する第２の吐出量調整とを実行可能であり、塗布する液体の粘度に応じていずれの吐出量調整を実施するか又は双方の吐出量調整を実施するかを決定する、請求項１に記載の液滴塗布装置。
【請求項５】
前記流量を変化させるときの供給圧力が一定である請求項３又は４に記載の液滴塗布装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂や接着剤等の液体（液滴）を基板等の被塗布物に所定量塗布する液滴塗布装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴塗布装置に関し、電子部品業界においては、被塗布物に対して高速かつ精密な塗布量（吐出量）の液滴塗布を行うことが求められている。下記特許文献１は、重量計上に分配された粘性材料の点滴の量と予め記憶された制御量とを比較してエラー信号を発生し、エラー信号が許容範囲内になるように較正する方法を開示する。下記特許文献２は、液滴塗布装置（ジェットディスペンサー）において、プランジャーロッドを退行させる際に流量制御されたエアーを供給してプランジャーロッドの退行速度を制御することで、ノズル先端の吐出口から空気を吸い込むことを防止する技術を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６４３０２１号公報
【特許文献２】特許第４６６３８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
液滴の吐出量を調整する動作は精密塗布には欠かせないが、高速塗布の観点では、吐出量の調整に伴う時間のロスは小さいことが望ましい。
【０００５】
本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、吐出量を調整することによる時間のロスを小さくすることが可能な液滴塗布装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様は、液滴塗布装置である。この液滴塗布装置は、
塗布する液体が溜まる液溜まり部と、
前記液溜まり部から延び、先端が吐出口となる吐出路と、
先端が前記液溜まり部内で前記吐出路に向けて往復動するロッドと、
前記ロッドの基端側に設けられたピストンと、
前記ピストンを収容するシリンダと、
前記ピストンを、前記ロッドが前記吐出路に向かう方向に付勢する付勢手段と、
前記ピストンによって仕切られた前記シリンダ内の空間の少なくとも一方の空気圧を変化させて前記ピストンを往復動させるピストン駆動手段と、
前記吐出口から吐出される液滴のワンショットあたりの吐出量を調整する吐出量調整手段とを備え、
ある基板への塗布が完了すると前記吐出量調整手段により前記吐出量を調整し、前記調整が完了し且つ次に塗布する基板の準備が完了すると当該基板への塗布を開始する。
【０００７】
前記吐出量調整手段は、前記ピストンのストロークを変更することで前記吐出量を調整してもよい。
【０００８】
前記吐出量調整手段は、前記ピストン駆動手段によって前記ピストンを後退させる際の空気の流量を変化させることで前記吐出量を調整してもよい。
【０００９】
前記吐出量調整手段は、前記ピストンのストロークを変更することで前記吐出量を調整する第１の吐出量調整と、前記ピストン駆動手段によって前記ピストンを後退させる際の空気の流量を変化させることで前記吐出量を調整する第２の吐出量調整とを実行可能であり、塗布する液体の粘度に応じていずれの吐出量調整を実施するか又は双方の吐出量調整を実施するかを決定してもよい。
【００１０】
前記流量を変化させるときの供給圧力が一定であってもよい。
【００１１】
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】
【００１２】
本発明によれば、吐出量を調整することによる時間のロスを小さくすることが可能な液滴塗布装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係る液滴塗布装置の概略構成図。
【図２】図１の吸気口１２及び排気口１３を吸排気口１６とした構成の一部拡大図。
【図３】図１の液滴塗布装置における吐出時のロッド８の動作説明図。
【図４】図１の液滴塗布装置における、ロッドセットストロークと吐出量との関係を示すグラフ。
【図５】図１の液滴塗布装置においてロッド８が下降し始める直前に、吐出口５から下側に形成されている液溜まりの拡大図。
【図６】供給圧力を一定とし、流量を大又は小とした２通りについて、ピストン７の下側空間の気圧の時間変化を示したグラフ。
【図７】供給圧力を大又は小とした２通りについて、ピストン７の下側空間の気圧の時間変化を示したグラフ。
【図８】図１の液滴塗布装置における吐出量調整（補正）動作のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態に係る液滴塗布装置の概略構成図である。この液滴塗布装置は、シリンジ１の内部に塗布対象となる液体（樹脂や接着剤等）を貯留する。シリンジ１から液通路２が延びて液溜まり部３に至る。液溜まり部３の内底面はテーパー面となっており、このテーパー面の先端（内底面中央）から吐出路としてのノズル４が下方に延びる。ノズル４の先端は、液滴を吐出する吐出口５である。シリンジ１の内部の液面は所定の圧力で加圧されており、液通路２、液溜まり部３、及びノズル４は塗布対象となる液体で満たされる。
【００１６】
液溜まり部３の上方には、シリンダ６及びピストン７が設けられる。ピストン７の下面からはロッド８が延びて液溜まり部３に至る。ピストン７の上方には付勢手段としてのスプリング９が設けられる。スプリング９は、ピストン７の上面を押圧し、ピストン７を下方、すなわちロッド８がノズル４に向かう方向（ロッド８が下降（前進）する方向）に付勢する。ピストン７の外周面には環状のシール１０が設けられる。シール１０は、ゴム等の弾性部材であり、ピストン７で仕切られた上下の空間の間の空気の流通を防止する。シリンダ６と液溜まり部３との境界部には環状のエア用シール１１ａと液体用シール１１ｂが設けられる。エア用シール１１ａおよび液体用シール１１ｂは、ともにゴム等の弾性部材である。エア用シール１１ａはロッド８の外周面と当接し、シリンダ６から液溜まり部３に空気が漏れることを防止する。液体用シール１１ｂもまたロッド８の外周面と当接し、液溜まり部３からシリンダ６に液体が漏れることを防止する。
【００１７】
シリンダ６の外周面には吸気口１２及び排気口１３が開口する。吸気口１２及び排気口１３は、シリンダ６内の、ピストン７の下側の空間とそれぞれ連通する。吸気口１２は可変絞り弁１４を介して切替弁１５（電磁切替弁）に接続される。排気口１３は切替弁１５に接続される。切替弁１５は、不図示の圧縮空気源又は大気に選択的に連通する。可変絞り弁１４及び切替弁１５は、ピストン駆動手段の例示である。なお、図１に示す吸気口１２及び排気口１３をまとめて、図２に示すように吸排気口１６としてもよい。この場合、可変絞り弁１４を可変スピードコントローラ１７に置換する。可変スピードコントローラ１７は、可変絞り弁とチェック弁（逆止弁）を並列接続したものである。チェック弁は排気方向に空気を流すように設けられる。可変絞り弁およびチェック弁（逆止弁）は電気制御式の比例制御弁を用いる。電気制御式の比例制御弁は、印加電流または印加電圧に対する流量の応答性に優れており、高速かつ高精度な制御が可能となる。
【００１８】
ピストン７の上面（ロッド８の基端となる面の反対面）の中央には、ストッパ端１８が設けられる。ストッパ端１８はピストン７と一体の凸部である。シリンダ６内の、ピストン７の上側の空間には、ストッパ端１８と対向する可変ストッパ１９が設けられる。可変ストッパ１９の突出量は、不図示の制御装置により調節可能である。なお、可変ストッパの制御装置として、電気制御式の比例制御弁を用いた機構を用いることにより、応答性に優れ、高速かつ高精度な制御が可能となる。ストッパ端１８が可変ストッパ１９に当接することにより、ピストン７の上昇（後退）位置が定められる。
【００１９】
図３は、図１の液滴塗布装置における吐出時のロッド８の動作説明図である。図１に示す切替弁１５が大気と連通した状態では、ピストン７は、スプリング９の付勢により、ロッド８の先端がノズル４の上部開口を塞ぐまで下降（前進）している（図３（Ａ））。ここから切替弁１５を圧縮空気源に連通した状態にすると、可変絞り弁１４を介して吸気口１２からシリンダ６内のピストン７の下側の空間に圧縮空気が供給される。すると、当該空間が所定の空気圧を超えたところでピストン７はスプリング９の付勢に抗して上昇（後退）し、ロッド８の先端はノズル４の上部開口から遠ざかる（図３（Ａ）→図３（Ｂ））。このときのピストン７及びロッド８の上昇距離（ストローク）、すなわち図３（Ｂ）に示すロッドセットストロークは、図１に示す可変ストッパ１９の突出長によって決まる。また、可変絞り弁１４の流量を調節することで、ピストン７及びロッド８が上昇し始めるタイミングを変更することができる。
【００２０】
その後、切替弁１５を大気と連通した状態にすると、シリンダ６内のピストン７の下側の空間から排気口１３を介して当該空間内が大気圧になるまで空気が流出する。すると、ピストン７はスプリング９の付勢により再度下降（前進）し、ロッド８の先端はノズル４の上部開口を塞ぎ（図３（Ｂ）→図３（Ｃ）→図３（Ａ））、ノズル４の先端の吐出口５から液滴が吐出される。以上説明したピストン７及びロッド８の動作は図２に示す構成でも同様である。図２に示す構成では、吸気時には、可変スピードコントローラ１７の可変絞り弁によって制御された流量で、ピストン７の下側の空間に吸排気口１６を介して圧縮空気が供給される。排気時には、吸排気口１６及び可変スピードコントローラ１７の逆止弁を介してピストン７の下側の空間が排気され、当該空間が大気圧となる。
【００２１】
本実施の形態では、吐出口５から吐出される液滴のワンショットあたりの吐出量を調整するために、以下の２つの手法のいずれか又は両方を実施する。１つ目の手法は、図３（Ｂ）に示すロッドセットストロークの変更（調節）である。２つ目の手法は、ピストン７の下側の空間に圧縮空気を供給するときの流量変更（調節）である。なお、流量変更の際に、供給圧力は一定にすることが好ましい。供給圧力を一定とし流量を変更することは、応答性に優れた流量調整のみで吐出量を調整できる点において有利である。
【００２２】
ストローク変更による吐出量調整
図４は、図１の液滴塗布装置における、ロッドセットストロークと吐出量との関係を示すグラフである。ロッド８が下降すると、液溜まり部３内の液体には、図３（Ｃ）に示すようにＣ方向及びＤ方向に押し出す力が働く。図３（Ｂ）に示すロッドセットストロークを変更すると、Ｄ方向の力が変化して、吐出口５から吐出される液滴のワンショットあたりの吐出量が変化する。具体的には、図４に示すように、ロッドセットストロークを長くするほどワンショットあたりの吐出量が増加する。
【００２３】
流量変更による吐出量調整
図５は、図１の液滴塗布装置においてロッド８が下降し始める直前に、吐出口５から下側に形成されている液溜まりの拡大図である。図５（Ａ）に示すように、ピストン７の下側の空間に圧縮空気を供給するときの流量が小さいと、吐出口５から下側に形成されている液溜まりは小さい。これに対し、図５（Ｂ）に示すように、ピストン７の下側の空間に圧縮空気を供給するときの流量が大きいと、吐出口５から下側に形成されている液溜まりは大きい。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）における液溜まりの大きさの違いは、ピストン７及びロッド８が上昇し始めるタイミングの違いに起因する。
【００２４】
図６は、供給圧力を一定とし、流量を大又は小とした２通りについて、ピストン７の下側空間の気圧の時間変化を示したグラフである。ピストン７及びロッド８が上昇し始めるタイミングは、ピストン７の下側の空間の気圧によるピストン７を上昇させようとする力がスプリング９の付勢力を超えたタイミングであり、流量が大きいほど当該タイミングは早く到来する（図６の時刻Ｔ１，Ｔ２）。液溜まりは、ピストン７及びロッド８が上昇してノズル４の上部開口が開いてから形成され始め、時間の経過につれて大きくなる。このため、ピストン７の下側の空間に圧縮空気を供給するときの流量が小さいと、ピストン７及びロッド８が上昇し始めるタイミングが遅くなるため、次にロッド８が下降し始めるまでの液溜まりの形成時間が短く、液溜まりが小さい。このため、次にロッド８が下降した際の液滴の吐出量は小さくなる。これに対し、ピストン７の下側の空間に圧縮空気を供給するときの流量が大きいと、ピストン７及びロッド８が上昇し始めるタイミングが早くなるため、次にロッド８が下降し始めるまでの液溜まりの形成時間が長く、液溜まりが大きい。このため、次にロッド８が下降した際の液滴の吐出量は大きくなる。
【００２５】
図７は、供給圧力を大又は小とした２通りについて、ピストン７の下側空間の気圧の時間変化を示したグラフである。供給圧力を変化させることによっても、図７に示すようにピストン７及びロッド８が上昇し始めるタイミングを変化させることができる（図７の時刻Ｔ１，Ｔ２）。しかし、図６の流量変更の場合と比較すると、供給圧力変更ではタイミングの差を大きくとることができない。また、タイミングの差を大きくとろうとして供給圧力を更に小さくすると、ピストン７及びロッド８を上昇させるのに必要な気圧に近くなり、ピストン７及びロッド８の上昇動作が不安定になる恐れがある。こうした観点から、図６に示したように、供給圧力は一定としつつ流量を変化させることでピストン７及びロッド８が上昇し始めるタイミングを調節することが好ましい。
【００２６】
図８は、本実施の形態の液滴塗布装置における吐出量調整（補正）動作のフローチャートである。この動作は、吐出量調整プログラムを実行する制御装置（吐出量調整手段）によって行われ、例えば所定枚数の基板への塗布が完了すると開始される。まず、吐出量の補正方法を選択する（Ｓ１）。ここでは、塗布する液体の粘度が「高」、「中」、「低」のいずれであるかに応じて異なる手法での補正を実施する。液体の粘度は、例えば手入力された液体の種類に応じて制御装置が判別する。その後、所定回数ショットの量計測を行う（Ｓ２）。なお、ワンショットあたりの吐出量は、所定回数ショットにおける量を当該回数で割った値とみなす（例：１００ショット後の量を計測する場合、測定量を１００で割ったものをワンショットの吐出量とみなす）。そして計測した量と目標吐出量との差により合否判別を行う（Ｓ３）。その結果、計測した量と目標吐出量との差が所定値以内で合格と判断された場合は（Ｓ３のＯＫ）、補正動作を終了する。一方、計測した量と目標吐出量との差が所定値を超えて不合格となった場合は（Ｓ３のＮＧ）、今回の補正動作における補正回数が規定回数を超過していないかを確認する（Ｓ４）。補正回数が規定回数を超えている場合は（Ｓ４のＹｅｓ）、アラーム（光や音）により使用者に報知し（Ｓ５）、装置を停止する。補正回数が規定回数以内であれば、（Ｓ４のＮｏ）、Ｓ１で選択した補正方法にしたがった補正を行う。すなわち、補正方法選択（Ｓ１）で低粘度が選択された場合は、流量変更指令を出し（Ｓ６）、可変絞り弁１４の開度を調整し、再度量計測を行う（Ｓ２）。Ｓ１で中粘度が選択された場合は、今回の補正動作における流量変更回数が規定回数を超過していないかを確認する（Ｓ７）。流量変更回数が規定回数以内であれば（Ｓ７のＮｏ）、流量変更指令を出し（Ｓ８）、可変絞り弁１４の開度を調整し、再度量計測を行う（Ｓ２）。流量変更回数が規定回数を超過していれば（Ｓ７のＹｅｓ）、ストローク変更指令を出し（Ｓ９）、可変ストッパ１９の突出量を調節し、再度量計測を行う（Ｓ２）。Ｓ１で高粘度が選択された場合は、ストローク変更指令を出し（Ｓ１０）、可変ストッパ１９の突出量を調節し、再度量計測を行う（Ｓ２）。流量変更あるいはストローク変更は、合否判別（Ｓ３）において合格になるまで、あるいは今回の補正動作における補正回数が規定回数を超過するまで（Ｓ４）繰り返される。そして、吐出量調整（補正）が完了し且つ次に塗布する基板の準備が完了すると当該基板への塗布が開始される。
【００２７】
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。
【００２８】
(1) ある基板（例えば所定枚数目の基板）への塗布が完了すると吐出量調整を行い、調整が完了し且つ次に塗布する基板の準備が完了すると当該基板への塗布を開始するため、塗布対象となる基板を入れ替えている時間を有効に活用でき、吐出量を調整することによる時間のロスを小さくすることが可能となる。
【００２９】
(2) 図３（Ｂ）に示すロッドセットストロークの変更という新たな吐出量調整手法を用いており、塗布対象の液体が高粘度である場合にも適切に吐出量を調整することができる。
【００３０】
(3) ピストン７の下側の空間に圧縮空気を供給する際に供給圧力は一定としつつ流量を変更するという新たな吐出量調整手法を用いており、供給圧力を変化させる場合と比較してピストン７及びロッド８が上昇し始めるタイミングを柔軟かつ安定に制御できる。
【００３１】
(4) 上記２つの手法を塗布対象の液体の粘度に応じて使い分けており、塗布対象の液体に応じた柔軟な吐出量調整が可能となる。
【００３２】
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。
【００３３】
実施の形態ではピストン７の上側をスプリングで加圧することでピストン７を下降させた（単動式）が、ピストン７の上側の空間を加圧することでピストン７を下降させる方式（複動式）を用いてもよい。
【００３４】
実施の形態では吐出量調整の際に液滴の量を計測して目標値と比較したが、量に替えて例えば画像処理により液滴の径を特定して目標値と比較してもよい。
【００３５】
図７に示す動作において、流量変更（Ｓ８）及びストローク変更（Ｓ９）の双方を１度の合否判別の後（Ｓ３のＮＧ）に行ってもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１  シリンジ、２  液通路、３  液溜まり部、４  ノズル、５  吐出口、６  シリンダ、７  ピストン、８  ロッド、９  スプリング、１０,１１  シール、１２  吸気口、１３  排気口、１４  可変絞り弁、１５  切替弁、１６  吸排気口、１７  可変スピードコントローラ、１８  ストッパ端、１９  可変ストッパ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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