JP2009166302A - スクリーン印刷方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】手動で行う煩雑なクランプ力調整作業や基板毎のクランプ力のデータを予め制御プログラムに組み込む作業を省略することができ、自動的に最適なクランプ力でプリント基板を保持し、スクリーン印刷を行うことができるスクリーン印刷方法及び装置を提供する。
【解決手段】
プリント基板２４を面方向から押圧して押圧に対する反力を検知する基板反力計測装置３０を設け、該基板反力計測装置３０により、前記プリント基板２４の反力を計測する基板反力計測工程と、計測された反力の値に基づいたクランプ力でプリント基板２４を前記サイドクランプ装置８０によりクランプするクランプ工程と、クランプされた前記プリント基板２４に前記スクリーンマスク８を重ねて印刷剤を前記スキージ１０で印刷する印刷工程と、を備えたこと。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子部品を装着するプリント基板を印刷する際に、サイドクランプでプリント基板を保持する前に、印刷されるプリント基板の反力を計測することにより、サイドクランプで保持する圧力を決定し、決定されたクランプ力でサイドクランプして印刷するスクリーン印刷方法及び装置に関する。

プリント基板に電子部品を装着するため半田をスクリーン印刷する際には、印刷位置においてプリント基板を固定保持し、貫通孔が形成されたスクリーンマスクをプリント基板上に載置させ、半田をスクリーンマスク上にセッティングしてスキージ機構でスクリーンマスク上を平行移動させることで、プリント基板に半田を転写させている。このような印刷作業では、実装作業でプリント基板を上下方向から保持するトップクランク等のようにプリント基板の表面に凸部を生じる保持手段は、スキージ機構による操作に支障を生じるため、行うことができない。そのため特許文献１のように、プリント基板を保持する手段として、押圧手段を備えた一対のクランプ片で、プリント基板を両側から挟んで保持し（サイドクランプ）、プリント基板上に配置させたステンシル（スクリーンマスク）上にスキージでペースト（半田）を塗布するようにしている。
２００６−２８１７２９号公報

しかし、印刷に使用されるプリント基板には多種多様な基板があり、中には非常に厚みが薄いものや、脆い材質で形成されているものがある。そのため、前記一対のクランプ片に負荷されるクランプ力によって、プリント基板が屈曲したり、割れたりするという問題があった。このため、従来は、個々のプリント基板に可能なクランプ力を手動で測定し、測定されたクランプ力にレギュレータを調節するか、或いは予めプリント基板毎のクランプ力のデータを制御プログラムに組み込んでクランプ力を制御する必要があり煩雑な作業となっていた。

本発明の目的は、係る従来の問題点に鑑みてなされたものであり、手動で行う煩雑なクランプ力調整作業や基板毎のクランプ力のデータを予め制御プログラムに組み込む作業を省略することができ、自動的に最適なクランプ力でプリント基板を保持し、スクリーン印刷を効率よく行うことができるスクリーン印刷方法及び装置を提供することである。

上述した課題を解決するために、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、プリント基板を搬入・搬出する基板搬送装置と、搬入されたプリント基板を側面からクランプするサイドクランプ装置とを備え、クランプされたプリント基板に重ねられたスクリーンマスク上でスキージを摺動することにより、前記スクリーンマスクに形成された貫通孔を介して印刷剤をプリント基板に印刷するスクリーン印刷装置において、プリント基板を面方向から押圧して押圧に対する反力を検知する基板反力計測装置を設け、該基板反力計測装置により、前記プリント基板の反力を計測する基板反力計測工程と、計測された反力の値に基づいたクランプ力でプリント基板を前記サイドクランプ装置によりクランプするクランプ工程と、クランプされた前記プリント基板に前記スクリーンマスクを重ねて印刷剤を前記スキージで印刷する印刷工程と、を備えたことである。

請求項２に係る発明の構成上の特徴は、プリント基板を搬入・搬出する基板搬送装置と、搬入されたプリント基板を側面からクランプするサイドクランプ装置とを備え、クランプされたプリント基板に重ねられたスクリーンマスク上でスキージを摺動させることにより、前記スクリーンマスクに形成された貫通孔を介して印刷剤をプリント基板に印刷するスクリーン印刷装置において、プリント基板を面方向から押圧してプリント基板の反力を計測する基板反力計測装置と、計測された反力の値からサイドクランプに使用するクランプ力を演算するクランプ力演算装置と、演算されたクランプ力に基づいて、前記サイドクランプ装置のクランプ力を制御してプリント基板をクランプさせるクランプ力制御装置と、を備えたことである。

請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項２において、前記基板搬送装置は、プリント基板の反力を計測する反力計測位置を有するインコンベヤと、該インコンベヤから搬送されたプリント基板をクランプするクランプ位置を有するメインコンベヤとを備え、前記インコンベヤ上で前記基板反力計測装置によりプリント基板の反力を計測し、前記メインコンベヤに搬入された前記プリント基板を前記クランプ力制御装置によりクランプ力を制御してクランプすることである。

請求項１に係る発明によると、サイドクランプする前工程で、プリント基板の面に垂直な方向から、押圧した際の反力を検知し、検知された反力からプリント基板の最適なクランプの圧力を演算する。このように、基板の面に垂直な方向から押圧することで、小さな押圧力でプリント基板を効果的に撓ませて測定できるので、測定した反力の解析から容易にクランプ力を求めることができる。そして、クランプの直前の工程で、プリント基板の反力を自動的に計測して最適なクランプ力を設定することができるので、基板毎の多量のクランプ力のデータを予め制御プログラムに組み込む作業や煩雑なクランプ力調整作業を省いて、迅速にスクリーン印刷を行うことができ、生産効率を向上させることができる。

請求項２に係る発明によると、クランプの直前に、基板の面に垂直な方向から押圧することで効果的に撓ませて反力を計測する基板反力計測装置によりプリント基板の反力を自動的に計測し、クランプ力演算装置により最適なクランプ力を演算し、クランプ力制御装置によりサイドクランプ装置のクランプ力を制御してプリント基板をクランプさせることができるので、基板毎の多量のクランプ力のデータを予め制御プログラムに組み込む作業や煩雑なクランプ力調整作業を省いて、迅速にスクリーン印刷を行うことが可能なスクリーン印刷装置を提供することができる。

請求項３に係る発明によると、基板反力計測装置がスクリーン印刷装置のインコンベヤ上で使用できるように組み込まれているので、インコンベヤ上でプリント基板を停止させて反力を迅速に計測し、インコンベヤよりプリント基板が搬入されるメインコンベヤにおいて、計測された反力に基づいて演算されたクランプ力で前記クランプ力制御装置により制御してクランプすることができる。このように、１つのスクリーン印刷装置の中で、作業時間が異なる基板反力の計測作業とクランプしてスクリーン印刷する作業とを独立させた基板搬送が可能となるので、搬送するタイミングを調整することにより、プリント基板毎のクランプ力を設定してスクリーン印刷する一連の作業を極めて効率よく行うことができる。

本発明のスクリーン印刷装置の実施形態を以下に説明する。図１は、スクリーン印刷装置の概要を示す平面図、図２は、インコンベヤの基板反力計測装置の概要を示す斜視図である。スクリーン印刷装置２は、図１に示すように、基板搬送装置４、基板保持装置６（図３参照）、スクリーンマスク保持装置８、スキージ装置１０及び制御装置１２を備えている。

基板搬送装置４は、プリント基板２４が搬送される上流側（図１において左側）より連設されたインコンベヤ１６、メインコンベヤ１８及びアウトコンベヤ２０で構成されている。これらのコンベヤ１６,１８,２０は夫々１対の無端のコンベヤベルト２２を備え、各対のコンベヤベルト２２がサーボモータ（図略）により夫々周回させられることで、プリント基板２４が水平な方向（Ｘ方向）に搬送されるようになっている。このサーボモータはエンコーダを備え、回転角度をエンコーダにより検出して、プリント基板２４の搬送速度、搬送方向及び搬送位置が制御できるようになっている。

インコンベヤ１６には、図２に示すように、基板反力計測装置３０が設けられている。基板反力計測装置３０は、インコンベヤ１６の上方に配設されたＸＹロボット３２に設けられている。ＸＹロボット３２はＹ軸方向（Ｘ方向に直角な水平方向）に細長い本体フレーム３４を備えており、本体フレーム３４にはＹ軸方向に延在するＹ軸方向レール４６とＹ軸方向レール４６に平行に設けられたＹ軸送り螺子４８とが設けられている。Ｙ軸送り螺子４８は、サーボモータ４９により軸回りに回転可能に設けられている。Ｙ軸方向レール４６に摺動可能に係合する摺動係合部５０と、Ｙ軸送り螺子４８に螺合するねじ係合部５２とを備えたＹ軸スライダ５４が設けられ、Ｙ軸スライダ５４には前記基板反力計測装置３０が設けられている。前記基板反力計測装置３０は、Ｙ軸スライダ５４に組みつけられた昇降シリンダ５８と昇降シリンダ５８に対して出入り可能に下方へ突出する接触子５６とが設けられ、接触子５６の下端部はプリント基板２４の表面に接触するようになっている。接触子５６には接触子５６に加わった力を検出するロードセル５７が設けられ、ロードセル５７で検出した信号が図略のアンプ装置により増幅して制御装置１２に伝達されて、クランプ力が演算される。この制御装置１２はクランプ力演算装置を構成する。

インコンベヤ１６の両外側にはＸ軸方向に延在する一対のＸ軸方向レール６０が設けられ、Ｘ軸方向レール６０には本体フレーム３４の各端部に組付けられた第１スライダ６２及び第２スライダ６４が摺動可能に設けられている。第１スライダ６２側の端縁には、ねじ係合部６６が設けられ、ねじ係合部６６はＸ軸方向レール６０に並設のＸ軸台６８に組付けられた図略のサーボモータで回転するＸ軸送り螺子７０に螺合されている。これらのＸ軸方向レール６０、第１スライダ６２、第２スライダ６４、前記本体フレーム３４及び前記サーボモータ４９等によりＸＹロボット３２を構成している。

前記メインコンベヤ１８には、図３に示すように、基板保持装置６が設けられている。基板保持装置６は、サイドクランプ装置としての基板クランプ装置８０及び基板支持装置８２から構成される。基板クランプ装置８０は、基台１上に立設された第１支持フレーム８４及び第２支持フレーム８６とから成り、第１支持フレーム８４及び第２支持フレーム８６は上端に対向する基板押え部８８を有している。第２支持フレーム８６は基台１に固定立設され、第１支持フレーム８４は下部の固定支持部８９と上部の可動支持部９０とから構成される。固定支持部８９は基台１に第２支持フレーム８６に対向して固定立設され、可動支持部９０の下部は、固定支持部８９と第２支持フレーム８６との間に水平に架設されたＹ軸方向レール９２に摺動可能に係合されている。Ｙ軸方向レール９２に平行するＹ軸方向送り螺子９４が設けられ、Ｙ軸方向送り螺子９４はサーボモータ９７によって軸回りに回転駆動するようになっている。Ｙ軸方向送り螺子９４にはボールネジ部材９６が螺合され、ボールネジ部材９６はＹ軸方向レール９２に摺動係合するスライダ９５に組付けられている。ボールネジ部材９６は、シリンダ９８を介して可動支持部９０に係合し、シリンダ９８の駆動及びＹ軸方向送り螺子９４の回転によって可動支持部９０がＹ軸方向レール９２に沿って摺動するようになっている。シリンダ９８には、図略のエアポンプに連通する図略のエアホースが設けられ、エアポンプとシリンダ９８の間には電気信号により無段階で圧力制御が可能な図略の電空比例弁が設けられている。この電空比例弁の開閉及びサーボモータ９７の駆動は制御装置１２によって制御される。電空比例弁及び制御装置１２は、前記ロードセル５７で検出した信号より演算されたクランプ力に基づいて、基板クランプ装置８０のクランプ力を制御するクランプ力制御装置を構成する。

前記基板支持装置８２は、図３に示すように、第１支持フレーム８４と第２支持フレーム８６の間に設けられ、詳細な図示は省略するが、複数の支持ピン及び支持ピンが着脱可能に取り付けられる支持ピン台１００を有している。支持ピン台１００は、昇降台１０２が設けられた昇降装置１０４に固定され、昇降装置１０４は、図略の昇降用モータにより昇降台１０２を昇降させるようになっている。

前記メインコンベヤ１８の上方には、矩形枠状に形成されたスクリーンマスク保持装置８が設けられ、矩形枠の開口に着脱可能に図略のスクリーンマスクが取り付けられている。スクリーンマスクにはペースト状の半田が通り抜ける複数のパターン孔（図略）が設けられている。スクリーンマスク保持装置８の上方には、スキージ装置１０が設けられ、スキージ装置１０は１対のスキージヘッド（図略）とスキージヘッドを昇降させるスキージヘッド昇降装置（図略）とスキージヘッドをスクリーンマスクに平行に摺動させるスキージヘッド移動装置（図略）とを含んでいる。また、スクリーンマスク保持装置８の上方傍には、図略の半田供給装置が設けられ、前記スクリーンマスク上にペースト状半田を適宜供給するようになっている。

上記構成のスクリーン印刷装置２を使用してプリント基板２４にスクリーン印刷する場合について、図面に基づいて以下に説明する。先ず、プリント基板２４がインコンベヤ１６に搬入されると、サーボモータが駆動してコンベヤベルト２２を動かしてエンコーダによりプリント基板２４が、インコンベヤ１６の略中央に位置したところ（反力計測位置）を検知して、コンベヤベルト２２を停止させる。次に、ＸＹロボット３２を駆動させ、基板反力計測装置３０を停止したプリント基板２４の中央上方に移動させる。次に、昇降シリンダ５８を駆動させて、接触子５６を降下させてプリント基板２４の上面に接触させる。そして、接触点からさらに例えば２ｍｍだけ接触子５６を降下させ、プリント基板２４の面に垂直な方向の反力をロードセル５７で検出する。検出されたプリント基板２４の反力は、電気信号としてアンプ装置（図略）によって増幅されて、制御装置１２に送られる。制御装置１２では、伝達された反力に基づき最適なクランプ力を求める関係式等により基板クランプ装置８０のクランプ力が演算される。

次に、反力が測定されたプリント基板２４は、インコンベヤ１６からメインコンベヤ１８に送られる。メインコンベヤ１８ではプリント基板２４の搬入前には、図３に示すように、支持ピン台１００及び昇降台１０２が下降されて下方の退避位置に位置決めされている。そして、プリント基板２４は、コンベヤベルト２２により搬送されて印刷作業の行われる印刷位置（クランプ位置）の下方にある停止位置に停止される。

次に、昇降用モータの駆動により昇降装置１０４を上昇させて支持ピン台１００をプリント基板２４の裏面に当接させる。プリント基板２４に形成されている複数の各孔の一部に、支持ピン台１００の支持ピンの先端が嵌合支持した状態で、プリント基板２４は印刷位置（クランプ位置）まで上昇させられる。

次に、第１支持フレーム８４の可動支持部９０を第２支持フレーム８６方向に移動させ、プリント基板２４のクランプする寸法に近づける。そして、シリンダ９８の圧力を調節して、両側の基板押さえ部８８でプリント基板２４をクランプする。この際、クランプ力は、制御装置１２により制御された電空比例弁によって、最適のクランプ力でクランプされる。

次に、スクリーンマスク保持装置８を下降させ、スクリーンマスク保持装置８に張架されたスクリーンマスク（図略）をプリント基板２４の表面に接着する。図略の半田供給装置よりペースト状の半田をスクリーンマスク上に供給し、スキージ装置１０を摺動させることにより、供給された半田をスクリーンマスク（図略）の表面に塗布する。この塗布された半田はスクリーンマスクに形成されたパターン孔（貫通孔）を介してプリント基板２４の表面に印刷される。

次に、スクリーンマスク保持装置８を上昇させ、プリント基板２４の表面からスクリーンマスクを剥離させる。そして、サーボモータ９７を逆回転させて第１支持フレーム８４の可動支持部９０を第２支持フレーム８６から離間させる方向に移動させ、プリント基板２４をアンクランプさせる。昇降装置１０４を駆動させて昇降台１０２を下降させることにより支持ピン台１００を下降させる。そして、プリント基板２４の両端部をコンベヤベルト２２上に載置させることにより、支持ピン台１００からコンベヤベルト２２にプリント基板２４を乗り換えさせる。メインコンベヤ１８のコンベヤベルト２２に載置されたプリント基板２４は、アウトコンベヤ２０に搬送され、次工程の実装装置に搬出される。

上記スクリーン印刷装置２によると、プリント基板２４をサイドクランプする前工程にあるインコンベヤ１６で、基板反力計測装置３０によりプリント基板２４の面に垂直な方向から、押圧した際の反力を検知し、検知された反力からプリント基板２４の最適なクランプの圧力を制御装置１２において演算する。このように、基板２４の面に垂直な方向から押圧することで、小さな押圧力でプリント基板２４を効果的に撓ませて測定できるので、測定した反力の値の解析からクランプ力を容易に求めることができる。また、クランプの直前に、基板反力計測装置３０によりプリント基板２４の反力を自動的に計測し、制御装置（クランプ力演算装置）１２により最適なクランプ力を演算し、制御装置１２及び電空比例弁（クランプ力制御装置）により基板クランプ装置（サイドクランプ装置）のクランプ力を制御してプリント基板２４をクランプさせることができるので、基板毎の多量のクランプ力のデータを予め制御プログラムに組み込む作業やマニュアルで行う煩雑なクランプ力調整作業を省いて、迅速にスクリーン印刷を行うことができ、生産効率を向上させることができる。

基板反力計測装置３０がスクリーン印刷装置２のインコンベヤ１６上で使用できるように組み込まれているので、インコンベヤ１６上でプリント基板２４を停止させて反力を迅速に計測し、インコンベヤ１６よりプリント基板２４が搬入されるメインコンベヤ１８において、計測された反力に基づいて演算されたクランプ力で制御装置１２及び電空比例弁（クランプ力制御装置）により制御してクランプすることができる。このように、１つのスクリーン印刷装置２の中で、作業時間が異なる基板反力の計測作業とクランプしてスクリーン印刷する作業とを独立させた基板搬送が可能となるので、搬送するタイミングを調整することにより、プリント基板毎に最適のクランプ力を設定してスクリーン印刷する一連の作業を極めて効率よく行うことができる。

なお、上記実施形態において、スクリーン印刷装置２に、基板搬送装置４のインコンベヤ１６が含まれるものとしたが、これに限定されず、例えばスクリーン印刷装置とは別機のインコンベヤでもよい。

また、基板反力計測装置の検出装置としてロードセルを使用したが、これに限定されず、例えば、公知の各種力覚センサを使用することができる。

また、プリント基板のクランプについて、エアによる力を電空比例弁を使用してクランプ力を制御するものとしたが、これに限定されず、例えば、サーボモータのトルクを制御してクランプするものでもよい。

実施形態におけるスクリーン印刷機概要を示す平面図。 同インコンベヤの概要を示す斜視図。 同メインコンベヤの概要を示す一部に断面を有する正面からの図。

符号の説明

２…スクリーン印刷装置、４…基板搬送装置、８…スクリーンマスク（スクリーンマスク保持装置）、１０…スキージ（スキージ装置）、３０…基板反力計測装置、１２…クランプ力演算装置・クランプ力制御装置（制御装置）、8０…サイドクランプ装置（基板クランプ装置）。

Claims (3)

1. プリント基板を搬入・搬出する基板搬送装置と、搬入されたプリント基板を側面からクランプするサイドクランプ装置とを備え、クランプされたプリント基板に重ねられたスクリーンマスク上でスキージを摺動することにより、前記スクリーンマスクに形成された貫通孔を介して印刷剤をプリント基板に印刷するスクリーン印刷装置において、
   プリント基板を面方向から押圧して押圧に対する反力を検知する基板反力計測装置を設け、該基板反力計測装置により、前記プリント基板の反力を計測する基板反力計測工程と、
   計測された反力の値に基づいたクランプ力でプリント基板を前記サイドクランプ装置によりクランプするクランプ工程と、
   クランプされた前記プリント基板に前記スクリーンマスクを重ねて印刷剤を前記スキージで印刷する印刷工程と、
   を備えたことを特徴とするスクリーン印刷方法。
2. プリント基板を搬入・搬出する基板搬送装置と、搬入されたプリント基板を側面からクランプするサイドクランプ装置とを備え、クランプされたプリント基板に重ねられたスクリーンマスク上でスキージを摺動させることにより、前記スクリーンマスクに形成された貫通孔を介して印刷剤をプリント基板に印刷するスクリーン印刷装置において、
   プリント基板を面方向から押圧してプリント基板の反力を計測する基板反力計測装置と、
   計測された反力の値からサイドクランプに使用するクランプ力を演算するクランプ力演算装置と、
   演算されたクランプ力に基づいて、前記サイドクランプ装置のクランプ力を制御してプリント基板をクランプさせるクランプ力制御装置と、
   を備えたことを特徴とするスクリーン印刷装置。
3. 請求項２において、前記基板搬送装置は、プリント基板の反力を計測する反力計測位置を有するインコンベヤと、該インコンベヤから搬送されたプリント基板をクランプするクランプ位置を有するメインコンベヤとを備え、
   前記インコンベヤ上で前記基板反力計測装置によりプリント基板の反力を計測し、前記メインコンベヤに搬入された前記プリント基板を前記クランプ力制御装置によりクランプ力を制御してクランプすることを特徴とするスクリーン印刷装置。

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