JP4531485B2 - 液体の塗布装置 - Google Patents

Description

本発明は、所定の塗布部に液体を塗布する液体の塗布装置に関する。

従来ハンダ付けの際に、フラックス液をハンダ付け部分に予め塗布するフラックス液の塗布装置が公知となっている（例えば非特許文献１参照）。
"SELECTA FLUX"、［online］、アルファエレクトロニクス株式会社、［平成１６年８月１７日検索］、インターネット＜URL： http://www.alphaelectronicscorp.co.jp/＞

上記フラックス液の塗布装置は、ノズルボディから加圧されたフラックス液を所定量噴射させる構造となっている。しかし前記のようにノズル噴射式であるため、フラックス液詰まりや、液だれ、液漏れが発生する場合があるという欠点があった。
という欠点があった。

上記課題を解決するための本発明の液体の塗布装置は、液体に対して接触又は浸漬可能なチップ１と、該チップ１を振動させる振動子９とを備え、上記チップ１を液体に接触又は浸漬した後、液体から引き上げてチップ１を濡らすことによって、一定量の液体をチップ１に付着させ、上記振動子９によりチップ１を超音波振動させることによって、チップ１に付着した液体を霧化するとともに塗布部７に噴射塗布することを第１の特徴としている。

第２に、液体が表面張力によってチップ１に付着することを特徴としている。

第３に、チップ１の先端形状又は濡れ面積を変更することにより液体の付着量を変更することを特徴としている。

第４に、チップ１の先端側に円柱形状の液体付着部２１を設け、液体付着部２１の外周の所定範囲をコーティングすることにより、液体の付着量が浸漬深さに影響されないように液体付着部２１の未コーティング部分のみに濡れ性を持たせることを特徴としている。

第５に、液体が、ハンダ付け時に、ハンダ付けする部分に予め塗布されるフラックス液４であることを特徴としている。

以上のように構成される本発明の構造によると、本塗布装置は、チップをハンダ付け時に使用されるフラックス液等の液体に接触又は浸漬した後、液体から引き上げてチップを濡らし、一定量の液体をチップに付着させることによって、一定量の液体がチップに供給される。このためチップ側に液体を供給するためのポンプ等の可動パーツやノズル等が存在しない。

このため液体の液漏れや液だれが防止され、簡単な構造で一定量の液体を安定して塗布部の近傍に搬送し、塗布することができるという効果がある。このとき上記のようにノズル等が存在しないため液詰まり等がなく、且つ上記のように可動パーツが存在しないため、チップへの液体供給機構がメンテナンスフリーとなる。

一方塗布部に対する液体の塗布は、チップを振動させることによって、液体を霧化して行なわれる。このため所定の範囲（塗布対象部分）に均一に液体を塗布することができる。なおチップにおける液体に対する濡れ面積を調節することによって液体のチップへの付着量を調節変更することができ、塗布対象に応じて必要な量の液体をチップに供給し、塗布することができる。

図１は、電子部品がハンダ付けされる基板の所定のハンダ付け位置に液体状のフラックスを塗布する液体（フラックス）の塗布装置の概要図である。本塗布装置は、先端に杆状のチップ１を備えた本体２と、該本体２を移動自在に支持する支持体３と、液体状のフラックス（フラックス液４）が収容された収容部６とからなる。

支持体３は、少なくとも収容部６内のフラックス液４の上方への本体２の移動と、チップ１の先端部分をフラックス液４に接触又は浸漬させる本体２の上下移動と、フラックスを塗布する基板７に相対する位置への本体２の移動とが可能なロボットハンドである。該ロボットハンドは従来公知であるため詳細な説明は割愛する。

上記本体２は、上記チップ１と、該チップ１の挿入部を先端に備えたホーン８と、該ホーン８を振動させる振動子９とからなる。振動子９はＰＺＴ（ピエゾ）と呼ばれるチタン酸ジルコン酸鉛からなる電歪素子１１を使用した超音波振動子であり、ホーン８に接し、ホーン８を超音波振動させる。なお振動子９は、超音波振動を発生させればどのようなものでもよく、電歪素子１１の代わりに磁歪素子等を使用してもよい。

ホーン８は、一端面が振動子と接する円錐台形状の増幅部１２と、該増幅部１２の他端面（先端面）に設けられる円柱形上のホルダ部１３とからなる。ホーン８は、アルミニウム，チタン，ステンレス（ＳＵＳ）等からなる。なおホーン８におけるノード位置（増幅部１２の中間部分の非振動位置）には、フランジ１４が形成されており、本体２はホーン８のフランジ１４によって支持体３に支持されている。フランジ１４はＯリング１６を介して支持体３に支持されている。

ホーン８のホルダ部１３には、先端にチップ１の挿入が可能な凹状の挿入部１７が形成されている。挿入部１７に挿入されるチップ１は止めネジ１８によってホーン８に一体的に固定される。上記のようにホーン８が振動子９によって超音波振動させられると、ホーン８の先端に取り付けられたチップ１は、ホーン８によって増幅されて超音波振動させられる。

上記チップ１は挿入部１７に挿入される円柱形状の取付部１９と、該取付部１９の先端に形成される円柱形状の液体付着部２１とからなる。液体付着部２１は、アルミニウム等のフラックス液４に対する濡れ性が高い金属によって形成され、実際には１ｍｍ〜２ｍｍ程度の径となっている。前述のように支持体３によってチップ１（液体付着部２１）の先端を収容部６内のフラックス液４に接触又は浸漬し、引き上げると液体付着部２１にはフラックス液４Ｐが付着する。

液体付着部２１に付着したフラックス液４Ｐは、図２（ａ）に示されるように、液体付着部２１の先端に表面張力によって所定の濡れ角度θで付着する。付着量は、引き上げ速度やフラックス液の粘性等を一定とすると、フラックス液４Ｐの表面張力と、液体付着部２１の濡れ面積によって決定される。このため図２（ｂ）に示されるように、図２（ａ）に示される液体付着部２１に比較して大径な液体付着部２１’を使用することによって、液体付着部２１’に付着するフラックス液４Ｐの付着量を容易に調節変更することができる。

ただし浸漬によって所定の径の液体付着部２１に常に一定量のフラックス液を付着させるためには、収容部６内のフラックス液４に対する浸漬深さを一定とする必要がある。このため本体２の上下移動ストロークや収容部６内のフラックス液４の液面高さの管理をシビアに行う必要がある。逆に液体付着部２１の収容部６内のフラックス液４に対する浸漬深さを調節することによって濡れ面積をコントロールして液体付着部２１に付着するフラックス液４Ｐの付着量を調節変更することもできる。

一方図３（ａ），（ｂ）に示されるように、液体付着部２１の外周の所定の範囲をフラックス液の濡れ性をなくすようにテフロン（登録商標）等の皮膜２２によりコーティングし、未コーティング部分のみフラックス液の濡れ性を持たせるようにして、液体付着部２１に付着するフラックス液４Ｐの付着量を調節変更するように構成することもできる。

この場合液体付着部２１に付着するフラックス液４Ｐの付着量が、浸漬深さに影響されないため、収容部６内のフラックス液４の液面高さの管理をラフに行うことができ、液体付着部２１へのフラックス液４Ｐの付着工程を容易に且つローコストで行うことができる。

以上のように所定の液体付着部２１を収容部６内のフラックス液４に接触又は浸漬させることによって、当該液体付着部２１に特有の一定量のフラックス液４Ｐが常に付着する。そして液体付着部２１にフラックス液４Ｐが付着された状態で、図４に示されるように、液体付着部２１がフラックスを塗布する基板７のハンダ付け対象部分に相対するように本体２を移動させ、前述のようにチップ１を超音波振動させることによって、液体付着部２１に付着したフラックス液４Ｐが霧化され、基板７に噴射される。

液体付着部２１に付着したフラックス液４Ｐの霧化噴射によって基板７のハンダ付け対象部分にフラックスが塗布される。塗布量は液体付着部２１への付着量となる。塗布時の液体付着部２１の先端から基板７までの距離は、概ね２〜５ｍｍ程度である。なお電歪素子１１に与える電圧を変更してチップ１の振幅を変更することによって、霧化されたフラックス液の液滴サイズを変更することができる。この場合振幅が大きくなるに従って液滴のサイズは小さくなる。

またチップ１の振動周波数を変更することによって、霧化されたフラックス液の液滴のサイズを変更することができる。霧化状態のフラックス液の液滴は、周波数を高くするに従って小さくなる。このため異なる周波数の超音波振動をチップ１に発生させるホーンを使用することによって、霧化されたフラックス液の液滴サイズをコントロールすることができる。

フラックス液の噴射状態は、液体付着部２１の先端側の形状により異なる。図５（ａ）に示されるように、液体付着部２１の先端面が平面の場合は、シャワー状に拡がりながら噴射される。図５（ｂ）に示されるように、液体付着部２１の先端をテーパ状に形成すると、先端面が平面の場合に比較してより大きく拡がって噴射される。

図５（ｃ）に示されるように、液体付着部２１の先端面に窪み２３を設けると、フラックス液４Ｐは、ほとんど拡がることなく、略垂直に噴射される。そして図５（ｄ）に示されるように、液体付着部２１の先端径を拡大すると、フラックス液４Ｐは、より大きな範囲にシャワー状に拡がりながら噴射される。

なお上記のように液体付着部２１の先端形状を変更することによって、フラックス液４Ｐの付着量も異なる。このため前述のように液体付着部２１の濡れ面積を変更することに加え、液体付着部２１の先端形状を変更することによってもフラックス液４Ｐの付着量を変更することができ、液体付着部２１の先端形状変更の場合は、先端形状の変更に伴ってフラックス液の噴射状態も変更される。

本塗布装置は、上記のようにフラックス液４Ｐをチップ１（液体付着部２１）に付着させることによって、収容部６内のフラックス液４から一定量のフラックス液４Ｐがチップ１に供給される。このためチップ１にフラックス液４Ｐを供給するためのポンプ等の可動パーツやノズル等が存在しない。

このためフラックス液４Ｐの移送中等の液漏れや液だれが防止され、簡単な構造で一定量のフラックス液４Ｐを安定して基板７の近傍に搬送し、塗布することができる。また上記のようにノズルが存在しないためフラックス液詰まり等がなく、且つ上記のように可動パーツが存在しないため、チップ１へのフラックス液の供給機構がメンテナンスフリーとなる。

一方基板７に対するフラックスの塗布は、チップ１を超音波振動させることによって、フラックス液４Ｐを霧化して行なわれるため、所定の範囲（ハンダ付け対象部分）に均一にフラックスを塗布することができる。このとき前述のようにチップ１（液体付着部２１）の先端形状の変更による噴射状態の変更や、電歪素子１１に与える電圧を変更してチップ１の振幅を変更し、霧化されたフラックス液の液滴サイズを変更すること等によって、フラックスの塗布面積や、フラックスの均一塗布性を高精度でコントロールすることができる。

そして上記のようにチップ１の形状や濡れ面積の変更等によって、フラックス液の付着量を変更することができるため、チップ１に極微量のフラックス液を付着させることもでき、これにより極微量の塗布を行うことができ、極小さな範囲へのフラックス液の塗布も可能となる。

なおフラックス液４Ｐは表面張力によりチップ１（液体付着部２１）に付着しているため、チップ１を基板７に対して傾斜して配置したり、チップ１を上方に向け、チップ１の上方に位置する基板７に対してフラックス液を噴射塗布すること等もできる。この場合も上記のようにノズル等を持たないため、わずかに落下するフラックス液をチップ１が被ってもチップ１のメンテナンスはほとんど不要である。

図６に示されるように、上記収容部６をホースから構成することができる。該ホース（収容部６）はフラックス液の収容タンク２４に接続されている。該収容タンク２４には、電気的に開閉が制御されるバルブ２６を介して元タンク２７からフラックス液の供給が行なわれる。元タンク２７から収容タンク２４へのフラックス液の供給は、バルブ２６の開状態で行なわれ、バルブ２６の閉状態では供給が行なわれない。

収容タンク２４内には液面の高さを検出する液面センサ２８が設けられている。上記構造によりホース（収容部６）におけるフラックス液の液面高さと、収容タンク２４内のフラックス液の液面高さは同一となる。このため液面センサ２８によって収容タンク内のフラックス液の液面高さを検出し、液面高さが一定となるように自動的にバルブ２６の開閉を行なわせることによって、収容部６内のフラックス液４の液面高さを容易にコントロールすることができる。

フラックス液の代わりに、液体状のケミカルや試薬、所定の化学物質を使用することによって、少量のケミカルの塗布や医学用試薬のコーディング（試薬の供給）、化学反応用のスプレー等にも適用することができる。

本塗布装置の正面概要図である。 （ａ）はフラックス液が付着した状態の液体付着部の拡大図、（ｂ）は異なる径の液体付着部の拡大図である。 （ａ）は皮膜コーティングされた液体付着部の拡大図、（ｂ）は異なるコーティング状態の液体付着部の拡大図である。 フラックス液の噴射状態を示す本塗布装置の正面概要図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、異なる先端形状の液体付着部によるのフラックス液の噴射状態を示す概要図である。 収容部の構造を示す正面概要図である。

１ チップ
４ フラックス液
７ 基板（塗布部）
９ 振動子
２１ 液体付着部

Claims (5)

1. 液体に対して接触又は浸漬可能なチップ（１）と、該チップ（１）を振動させる振動子（９）とを備え、上記チップ（１）を液体に接触又は浸漬した後、液体から引き上げてチップ（１）を濡らすことによって、一定量の液体をチップ（１）に付着させ、上記振動子（９）によりチップ（１）を超音波振動させることによって、チップ（１）に付着した液体を霧化するとともに塗布部（７）に噴射塗布する液体の塗布装置。
2. 液体が表面張力によってチップ（１）に付着する請求項１の液体の塗布装置。
3. チップ（１）の先端形状又は濡れ面積を変更することにより液体の付着量を変更する請求項２の液体の塗布装置。
4. チップ（１）の先端側に円柱形状の液体付着部（２１）を設け、液体付着部（２１）の外周の所定範囲をコーティングすることにより、液体の付着量が浸漬深さに影響されないように液体付着部（２１）の未コーティング部分のみに濡れ性を持たせる請求項２又は３の塗布装置。
5. 液体が、ハンダ付け時に、ハンダ付けする部分に予め塗布されるフラックス液（４）である請求項１，２，３又は４の液体の塗布装置。

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