JP2003011322A - 印刷機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヘッド内に隙間なくソルダーペーストを充填
すること及び印刷精度を向上すること 【解決手段】 基板５に印刷されるペーストのパターン
からなる開口部が形成されたマスク３を保持するマスク
保持部１０と、マスク３を介して基板５にペーストを印
刷する圧入ヘッド１１とを備え、この圧入ヘッド１１
が、ペーストを基板５へ供給する為に内部に配設した往
復移動可能なピストン１０２と、ペーストの供給口たる
ペースト供給部を有するブレード１１８とを有し、その
ピストン１０２に、圧入ヘッド１１の内部へペーストを
注入する為の注入口１０８と、その圧入ヘッド１１の内
部を排気する為の排気口１０６とを設けること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリント回路基板
等の基板上にソルダーペーストを塗布する印刷機に係
り、特にマスク開口部へのソルダーペーストの充填を圧
力を用いて行なう圧入ヘッドを備えた印刷機の改良に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、圧入ヘッド内へのソルダーペース
トの充填技術としては、真空脱泡したソルダーペースト
をそのヘッド内に充填する方法と、そのヘッド内にソル
ダーペーストを充填した後でヘッド内を脱泡する方法と
がある。また、マスクの開口部からソルダーペーストを
基板に転写する工程において転写性を向上させる方法と
しては、転写時にマスクの上面と下面に圧力差を発生さ
せて行なうものがある。更に又、ソルダーペーストの流
動性を維持する為のものとしては、例えばソルダーペー
スト供給部たるノズル内にソルダーペーストを撹拌する
ローラを設け、このローラを回転させてノズル内におけ
る流動性を維持する特公平３―５０４３２号公報に開示
されたペースト圧入装置がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例に示す脱泡したソルダーペーストをヘッド内に充填
する方法では、充填時に空気を巻き込んだり、ヘッド内
の隅部にソルダーペーストが充填されない、という不都
合があった。また、ヘッド内にソルダーペーストを充填
した後でそのヘッド内を脱泡する方法では、ソルダーペ
ーストが高粘度流体である為に表面（脱泡を行うとこ
ろ）から離れた場所にある空気を除去し難い。更には印
刷中に空気を巻き込む場合がある、という不都合があっ
た。そして、このようなソルダーペースト中の残留空気
や巻き込まれた空気は、印刷後、基板上に転写されたソ
ルダーペーストのパターン内にボイド（空隙）を発生さ
せる原因となり、有効なパターンを得る為には好適でな
い。

【０００４】続いて、上記従来例に示す転写時にマスク
の上面と下面に圧力差を発生させてソルダーペーストの
転写性を向上させる方法では、基板とマスクを離間させ
る際、マスク開口部からソルダーペーストのパターンが
抜ける瞬間に、その圧力差によって生じる空気の流れで
パターンの形状が悪化し、隣のパターンと接触してしま
う等の印刷不良が生じる、という不都合があった。

【０００５】また、上記特公平３―５０４３２号公報に
開示されたペースト圧入装置では、ペーストの流動性を
向上させる為にノズル内に回転可能なローラを設置して
いるので、ノズルの構成が複雑となり実用的ではない。

【０００６】本発明は、かかる従来例の有する不都合を
改善し、簡易構成にてソルダーペースト供給時、更に印
刷の空き時間にも真空脱泡しながら隙間なくソルダーペ
ーストをヘッド内に充填することができる。更には、転
写性を向上させてパターンの形状不良を生じさせること
なくソルダーペーストを印刷できる圧入ヘッドを備えた
印刷機を提供することを、その目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為、
本発明では、基板に印刷されるペーストのパターンから
なる開口部が形成されたマスクを保持するマスク保持部
と、マスクを介して基板にペーストを印刷する圧入ヘッ
ドとを備えた印刷機において、前記圧入ヘッドは、ペー
ストを基板へ供給する為に内部に配設した往復移動可能
なピストンと、ペーストの供給口たるペースト供給部を
有するブレードとを有している。そして、そのピストン
に、圧入ヘッドの内部へペーストを注入する為の注入口
と、その圧入ヘッドの内部を排気する為の排気口とを設
けている。

【０００８】更に、本発明では、上記圧入ヘッドの外周
部に、その圧入ヘッドの内部とマスクとの間で形成され
る空間の圧力を調整する気圧調整機構を設けることを特
徴とする。また更に、その気圧調整機構は、印刷時にマ
スクから離間する為の移動機構を備えることを特徴とす
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明に係る印刷機の一実施形態
を図１から図４に基づいて説明する。

【００１０】先ず、本実施形態の印刷機の構成について
その印刷機を上方から見た図１及びその内部を側方から
見た図２を用いて説明する。この印刷機には、図２に示
すフレーム９と、このフレーム９の上部に配設された例
えば略矩形の開口部を有する上部テーブル８と、この上
部テーブル８の下方であってフレーム９に配設された例
えば略矩形の枠体から成るマスク保持用のマスク枠１０
と、このマスク枠１０よりも下方に配設された基板保持
用の基板受け１８と、ソルダーペーストを基板５に印刷
する圧入ヘッド１１とが備えられる。

【００１１】更に、この印刷機には、基板受け１８を上
下（図２の紙面上の上下）に移動させる基板移動機構２
４と、圧入ヘッド１１を上下左右（図２の紙面上の上下
左右）に移動させるヘッド移動機構と、これら各移動動
作や印刷動作を制御する図示しない制御部とが設けられ
る。この場合、基板移動機構２４は、フレーム９に固定
され、基板受け１８をフレーム９に対して上下移動させ
ている。

【００１２】ここで、そのヘッド移動機構は、図１及び
図２に示すように、先ず圧入ヘッド１１を左右方向（図
２の紙面上の左右方向）に移動させる為に、上部テーブ
ル８上に配設されたモータ１７と、同じく上部テーブル
８上で且つその上部テーブル８の開口部を間にして左右
方向に向けて配設された二本のレール２２と、その二本
のレール２２上に直動ベアリング２３を介して配設され
た印刷ブロック１５と、この印刷ブロック１５に配設さ
れ且つその印刷ブロック１５の下方で圧入ヘッド１１を
保持する圧入ヘッド上下軸１２と、左右方向に向けて上
部テーブル８上面の立設部８ａに配設され且つモータ１
７の駆動に伴って回動するボールネジ１６と、印刷ブロ
ック１５に配設され且つボールネジ１６と螺合する図示
しないボールナットとを備えている。また、このヘッド
移動機構は、圧入ヘッド１１を上下方向（図２の紙面上
の上下方向）に移動させる為に、圧入ヘッド１１が取り
付けられた出力軸たる圧入ヘッド上下軸１２を上下方向
に駆動する圧入ヘッド押し付けシリンダ１３を備えてい
る。

【００１３】以上の如く構成された印刷機は、図示しな
い開口部（パターン）が形成されたマスク３をマスク枠
１０に固定すると共に、基板受け１８上に保持した基板
５を、基板移動機構２４を駆動してマスク３と適正な位
置（マスク３と基板５との間が微少の隙間を有した状態
であって、マスク３と基板５の図示しない位置合せマー
クが一致した位置）関係に固定して動作させる。

【００１４】かかる状態にマスク３と基板５が固定され
た印刷機は、先ず制御部が圧入ヘッド１１をマスク３の
一方側（本実施形態にあっては例えばマスク３の開口部
よりも左側（図２の紙面上の左側）の位置）に来るよう
に移動させる。そして、圧入ヘッド押し付けシリンダ１
３に圧縮空気を送り込み、圧入ヘッド上下軸１２を下降
させる。これにより、圧入ヘッド１１の先端がマスク３
に接触すると共に、マスク３における圧入ヘッド１１が
接触した部分と基板５が接触する。

【００１５】次に、制御部がモータ１７を駆動し、印刷
ブロック１５を圧入ヘッド１１と共に図１及び図２に示
す矢印４２の方向に移動させる。その移動中、圧入ヘッ
ド１１内のソルダーペーストには吐出方向に（圧入ヘッ
ド先端の開口部に向けて）圧力が加えられており、その
圧力によってソルダーペーストがマスク３の開口部に充
填される。具体的に説明すると、圧入ヘッド１１が移動
を開始した時点では、圧入ヘッド先端の開口部がマスク
３の開口部の範囲外にあり且つマスク３の上面に当接し
ているのでソルダーペーストの充填は起こらない。しか
し、その状態から圧入ヘッド１１が移動していき、圧入
ヘッド先端の開口部がマスク３の開口部上に移動する
と、ソルダーペーストがマスク３の開口部に充填され始
める。そして、更に圧入ヘッド１１が移動して圧入ヘッ
ド先端の開口部がマスク３の開口部を通過するとソルダ
ーペーストの充填が終わる。尚、ここでは説明の便宜
上、一方向のみの圧入ヘッド１１の移動でソルダーペー
ストの充填を終了するものとして例示しているが、往復
移動，前後への移動を行う場合もある。

【００１６】ここで、図２に示すが如くマスク３は基板
５よりも大きめに成形されているので、圧入ヘッド１１
が基板５を通り過ぎた箇所からマスク３を介した基板５
への圧入ヘッド１１の押し付け力がなくなり、基板５か
らマスク３が離れる。これにより、マスク３の開口部と
対向するよう基板５の上面に設けられたパッド上に図４
に示すソルダーペーストのパターン１２１が形成され、
印刷が完了する。

【００１７】このようにして印刷を行う印刷機に適用さ
れる本発明の圧入ヘッド１１の一例であってスカートを
備えたものの構造を図３に基づいて説明する。この圧入
ヘッド１１には、下部に開口端を有する筒体から成る本
体１００と、この本体１００内部に配設したピストン１
０２と、このピストン１０２に連結した上下移動可能な
出力軸を有し且つ本体１００の上部に配設したシリンダ
１０１と、本体１００内部とマスク３及びその周囲との
間の気圧を調整する為に本体１００の外周部に配設した
気圧調整機構とが備えられる。

【００１８】ここで、ピストン１０２の側部には本体１
００の内壁との間でシール性を保つ為にＯリング１０３
が、またピストン１０２の下部にはソルダーペーストの
液面の高さを監視する為の液面センサ１０４が設けられ
ている。更に、このピストン１０２には、本体１００内
部におけるピストン１０２の下方の空間に連通する排気
口１０６と注入口１０８が形成されている。その排気口
１０６は、その本体１００の内部空間から気体を本体１
００の外部に排気する為のものであって、配管を介して
真空ポンプ１０５に接続される。続いて、注入口１０８
は、上記本体１００の内部空間にソルダーペーストを供
給する為のものであって、配管を介してシリンジ１０７
に接続される。この場合、排気口１０６に連通する配管
には真空ポンプ１０５による排気を制御する為のバルブ
１０９が，注入口１０８に連通する配管にはシリンジ１
０７によるソルダーペーストの供給量を制御する為のバ
ルブ１１０が配設される。

【００１９】次に、前述した気圧調整機構は、本体１０
０内部とマスク３及びその周囲との間の密閉空間を形成
する為に本体１００の外周部全周に覆設された密閉部材
たるスカート１１２と、このスカート１１２を上下移動
させる為に本体１００に配設された駆動機構たるスカー
ト上下規定シリンダ１１１とで構成される。この場合、
スカート１１２は、スカート上下規定シリンダ１１１の
出力軸に固定されており、そのスカート上下規定シリン
ダ１１１の駆動によって上下に移動する。

【００２０】ここで、スカート１１２と本体１００の外
周部との間，及びスカート１１２の下端には各々シール
性を保つ為のＯリング１１６，１１７が、本体１００の
開口部にはソルダーペースト供給部を設けた例えば弾性
を有する部材で垂体状に成形されたブレード１１８が配
設されている。これが為、スカート上下規定シリンダー
１１１でスカート１１２を，圧入ヘッド押し付けシリン
ダ１３で圧入ヘッド１１を下方に移動させてＯリング１
１７及びブレード１１８をマスク３に接触させると、マ
スク３と本体１００とスカート１１２との間に密閉した
空間を形成することができる。尚、図３においてはスカ
ート１１２をマスク３に密着させた状態を示している
が、ソルダーペーストを塗布する際にはスカート１１２
を上げた状態で圧入ヘッド１１を移動させる。

【００２１】更にこのスカート１１２には、上記マスク
３と本体１００とスカート１１２との間の密閉した空間
に連通する図示しない排気口及び吸気口が形成される。
その排気口は、上記空間から空気を外部に排気する為の
ものであって、配管を介して真空ポンプ１０５に接続さ
れる。続いて、吸気口は、上記空間に空気を供給する為
のものであって、配管を介してコンプレッサー１１３に
接続される。この場合、排気口に連通する配管には真空
ポンプ１０５による排気を制御する為のバルブ１１５
が，吸気口に連通する配管にはコンプレッサー１１３に
よる空気の供給を制御する為のバルブ１１４が配設され
る。

【００２２】尚、気圧調整機構において、上下方向に伸
縮自在な蛇腹構造をスカート１１２の下端に設けたスカ
ートを構成し、そのスカートをスカート上下規定シリン
ダー１１１と併用してもよい。

【００２３】次に、上記圧入ヘッド１１を備えた印刷機
のペースト充填動作を説明する。

【００２４】先ず、制御部は、図２に示すモータ１７を
駆動することによって、圧入ヘッド１１をマスク３の表
面から離間させた状態でマスク３のパターンのないとこ
ろまで移動させる。続いて、図２に示す基板移動機構２
４を駆動することによって、基板受け１８を上昇させて
基板５をマスク３に密着させる。そして、その制御部
は、図２に示す圧入ヘッド押し付けシリンダ１３を作動
させることによって、圧入ヘッド１１をマスク３上面ま
で下降させてブレード１１８の先端部（ソルダーペース
ト供給部）とマスク３とを密着させ、更に図３に示すス
カート上下規定シリンダー１１１を作動させることによ
って、スカート１１２を下降させてマスク３と密着させ
る。この時、図３に示すＯリング１１６，１１７及びブ
レード１１８によりスカート１１２と本体１００とマス
ク３との間のシール性が確保されている。

【００２５】続いて、制御部は、図３に示す液面センサ
１０４から送信された信号で監視しながらシリンダ１０
１を作動させ、所定の位置になるまでピストン１０２を
下降させる。そして、図３に示す真空ポンプ１０５を駆
動して圧入ヘッド１１内の排気を開始すると共に、シリ
ンジ１０７にペースト供給圧１１９を加えて圧入ヘッド
１１内にソルダーペーストの供給を行なう。具体的に
は、バルブ１１４を閉じ、バルブ１０９，１１０，１１
５を開くことで、マスク３，本体１００及びスカート１
１２間の密閉した空間内と本体１００内とを排気しなが
らその本体１００内にソルダーペーストの供給を開始す
る。

【００２６】このように本体１００内を排気口１０６で
排気しながらソルダーペーストを注入口１０８からその
本体１００内に供給することによって、本体１００内の
残留空気を有効に除去することができる。また、バルブ
１１５をも開くことによって、その密閉空間と本体１０
０内部との圧力差を無くすことができるので、本体１０
０内に供給されたソルダーペースト中への圧入ヘッド１
１の下側（ソルダーペースト供給部）からの空気の混入
を防止できる。

【００２７】続いて、制御部は、供給中のソルダーペー
ストの液面からピストン１０２までの距離が一定となる
ように、液面センサ１０４からの信号を用いてペースト
供給圧１１９やシリンダ１０１を調整しながらソルダー
ペースト供給量を調整し且つピストン１０２を上昇させ
る。そして、シリンダ１０１がストロークエンド（ピス
トン１０２が上死点）まできたら、ペースト供給圧１１
９の加圧を停止させると共にシリンダ１０１の駆動も停
止させる。その際、同時にバルブ１０９，１１０，１１
５を閉じると共に、真空ポンプ１０５の駆動（真空ポン
プ１０５による排気）も停止する。

【００２８】続いて、制御部は、スカート上下規定シリ
ンダー１１１を作動してスカート１１２を上昇させる。
このとき、図３に示すコンプレッサ１１３を動作させ、
バルブ１１４を開いてスカート１１２内を加圧する。そ
して、基板受け１８を下降させて本体１００内へのソル
ダーペーストの充填が完了し、印刷の可能な状態とな
る。

【００２９】次に、この印刷機の印刷動作を図４を用い
て説明する。

【００３０】先ず、制御部は、基板受け１８を基板５と
マスク３とが微少の隙間を有する位置まで上昇させる。
しかる後、バルブ１０９，１１０，１１５を閉じると共
に、バルブ１１４を開いてコンプレッサ１１３でスカー
ト１１２内の加圧を行なう。続いて、スカート上下規定
シリンダ１１１を作動してスカート１１２を上昇させ、
シリンダ１０１で加圧してピストン１０２を下降させ
る。そして、図２に示す圧入ヘッド押し付けシリンダ１
３を駆動し、本体１００に図４に示すヘッド押し付け圧
力１２０を掛ける。このようにして、圧入ヘッド１１を
下降させてマスク３に密着させると共に、その密着部分
でのマスク３と基板５との間の隙間がなくなるようにす
る。

【００３１】かかる状態で制御部はモータ１７を駆動し
て本体１００（圧入ヘッド１１）を図４に示す矢印４２
の方向に移動させ、その移動に伴って前述したが如く圧
入ヘッド１１がマスク３の開口部上に位置するときにソ
ルダーペーストが基板５に塗布される。この場合、その
移動中にソルダーペーストが塗布されると本体１００内
のソルダーペーストが減少するので、制御部は、液面セ
ンサ１０４からの信号に基づいて前述したが如くソルダ
ーペーストの供給を行ってもよい。

【００３２】ここで、印刷時には、圧入ヘッド１１で押
圧している箇所以外のマスク３と基板５は密着しておら
ず多少の隙間を持たせてある。これが為、以上の如く圧
入ヘッド１１が移動すると、その進行方向に対して後ろ
側のブレード１１８が通過した後、マスク３が基板５か
ら離れ始める。その際にコンプレッサ１１３による加圧
力（正圧）をマスク３上面に掛けることで、そのマスク
３の上面側からの加圧力と圧入ヘッド１１で押圧された
マスク３の復元力（基板５から離れる力）とが均衡し、
そのマスク３の上面側からペーストパターン１２１を押
し出す圧力が働く。このように、マスク３の表と裏で均
等に圧力が掛かるようになるので、従来例の如きパター
ン１２１がマスク３から離れる瞬間の圧力差がなくな
り、空気の流れが発生せず、パターン１２１形状の悪化
を防止することができる。尚、その際、スカート１１２
はマスク３に接触していてもよい。

【００３３】ここで、パターン１２１がマスク３から離
れる瞬間にマスク３上面にコンプレッサ１１３による正
圧が加わっていると、マスク３の開口部にて上面から下
面への空気の流れが発生してパターンの形状を悪くす
る。これが為、パターン１２１がマスク３から離れる瞬
間にその空気の流れが発生しないように、例えばスカー
ト１１２内にあってはマスク３とパターン１２１が離間
しないように、ブレード１１８の先端からスカート１１
２下端までの距離を設定する。

【００３４】圧入ヘッド１１が規定の位置まで移動する
と、制御部は、モータ１７を止めて本体１００の移動を
停止し、圧入ヘッド押し付けシリンダ１３を駆動して圧
入ヘッド１１を上昇させ、バルブ１１４を閉じると共に
コンプレッサー１１３を止めて印刷を完了する。

【００３５】以上示したが如く、本実施形態の印刷機に
よれば、圧入ヘッド１１内のピストン２０部分に、ペー
スト２を供給する為の供給機構（シリンジ１０７，配
管，バルブ１１０，注入口１０８）及び供給したペース
ト２内に空気を混入させない為の排気機構（真空ポンプ
１０５，配管，バルブ１０９，排気口１０６）を設けて
いるので、圧入ヘッド１１内のペースト２残量が少なく
なった時に、一旦印刷を停止させずとも圧入ヘッド１１
内にペースト２を供給できる。更に、圧入ヘッド１１の
本体１００の周囲に気圧調整機構を設けているので、圧
入ヘッド１１の開口部側からペースト２への空気混入を
防止できる。

【００３６】

【発明の効果】本発明に係る印刷機によれば、空気を混
入させることなく圧入ヘッド内にソルダーペーストを充
填することができ、基板とマスクとの間の版離れ性を向
上させて膜厚の厚いソルダーペーストをかすれなどの印
刷不良を生じさせることなく印刷することができる、と
いう従来にない優れた印刷機を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る印刷機の一実施形態の概略構成を
示す平面図である。

【図２】図１に示すＡ−Ａ線から見た断面図である。

【図３】本実施形態の圧入ヘッドの構造を説明する説明
図である。

【図４】本実施形態の圧入ヘッドによるペースト印刷時
の状態を説明する説明図である。

【符号の説明】

３ マスク ５ 基板 １０ マスク枠（マスク保持部） １１ 圧入ヘッド １０２ ピストン １０５ 真空ポンプ １０６ 排気口 １０７ シリンジ １０８ 注入口 １０９，１１０，１１４，１１５ バルブ １１１ スカート上下規定シリンダ １１２ スカート １１３ コンプレッサー １１６，１１７ Ｏリング１０３ １１８ ブレード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 浩志 茨城県竜ケ崎市向陽台５丁目２番 日立テ クノエンジニアリング株式会社開発研究所 内 (72)発明者 阿部 猪佐雄 茨城県竜ケ崎市向陽台５丁目２番 日立テ クノエンジニアリング株式会社竜ケ崎工場 内 (72)発明者 和田 正文 茨城県竜ケ崎市向陽台５丁目２番 日立テ クノエンジニアリング株式会社竜ケ崎工場 内 (72)発明者 引地 圭 茨城県竜ケ崎市向陽台５丁目２番 日立テ クノエンジニアリング株式会社竜ケ崎工場 内 Ｆターム(参考） 2C035 AA06 FD01 FD27 FD33 FD35 FD37 4F041 AA05 AA17 AB01 BA02 BA36 BA57 5E314 AA24 BB05 BB11 BB12 CC06 EE02 FF01 GG24

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に印刷されるペーストのパターンか
   らなる開口部が形成されたマスクを保持するマスク保持
   部と、前記マスクを介して前記基板に前記ペーストを印
   刷する圧入ヘッドとを備えた印刷機であって、 前記圧入ヘッドは、前記ペーストを前記基板へ供給する
   為に内部に配設した往復移動可能なピストンと、前記ペ
   ーストの供給口たるペースト供給部を有するブレードと
   を有し、 前記ピストンに、前記圧入ヘッドの内部へ前記ペースト
   を注入する為の注入口と、該圧入ヘッドの内部を排気す
   る為の排気口とを設けたことを特徴とする印刷機。
2. 【請求項２】 前記圧入ヘッドの外周部に、該圧入ヘッ
   ドの内部と前記マスクとの間で形成される空間の圧力を
   調整する気圧調整機構を設けたことを特徴とする請求項
   １記載の印刷機。
3. 【請求項３】 前記気圧調整機構は、印刷時に前記マス
   クから離間する為の移動機構を備えることを特徴とした
   請求項２記載の印刷機。