JP2010188539A - スクリーン印刷機 - Google Patents

Abstract

【課題】スキージの印刷版に対する加圧の精度と応答性を高め、更に被印刷体固定テーブルの水平度を簡易に調整できるようにしたスクリーン印刷機の提供を課題とする。
【解決手段】
印刷版・被印刷体セット機構とスキージ圧調整機構等を具備してなり、印刷版・被印刷体セット機構は被印刷体固定テーブルを有し、版固定部に一時的に水平にセットさせた水平度調整用定盤にその被印刷体載置面の全てが密接するように上昇させて水平度が調整されるようになっており、スキージ圧調整機構は、荷重変換器を有し、その荷重測定面にインキ供給機構のスキージを押し付けて適正荷重を計測しながらスキージの適正な押し付け度合が予め求められているようになっており、その結果を空気圧シリンダのレギュレータにフィードバックし、スキージを印刷版に対して適正な押し付け度合で押し付けられるようにしてからインキの供給が行えるようになっていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子デバイス、電子ディスプレイ等の電子工業部品等における微細パターンをスクリーン印刷する際に好適に用いられ、特に印刷されるインキ画像中のインキ膜厚のばらつきが低減でき、精度の良いスクリーン印刷が行われるようにしたスクリーン印刷機に関する。

図４には従来の一般的なスクリーン印刷機の概略の断面構成が示してある。以下、この図面を用いて従来の一般的なスクリーン印刷機の構成と動作の概略を説明する。

一般的に、スクリーン印刷機のスキージヘッド部においては、スキージ４０２がスキージホルダー４０３に取り付けられていて、空気圧シリンダ４０１により印刷版４０８の版面側から被印刷体４０７側へスキージ４０２を押し付け、インキ４０６の供給が行われようになっている。スキージ４０２の印刷版４０８の版面に対する押し付けに係る圧力はレギュレータ４０９で設定され、また、電磁弁４１０の切り替えによりスキージ４０２が昇降したり、印刷版４０８側に加圧できるようになっている。また、スキージ４０２の昇降スピードはスピードコントローラ４１１、４１２で調整できるようになっている。

このような構成のスクリーン印刷機を使用した一般的なスクリーン印刷に際しては、まず印刷版４０８の版面の端部の非画像部分にスクリーン印刷用のインキ４０６を溜めておき、次にスキージ４０２を空気圧シリンダ４０１の駆動で加圧して印刷版４０８の版面に押し付けながらアクチュエータ４１５を駆動させ、溜めておいたインキ４０６のスキージングを行い、印刷版４０８の画像形成部分から被印刷体４０７上にインキを押出し、所定のインキ画像を被印刷体４０７上に形成する。このとき、印刷版４０８と被印刷体４０７との間に所望のクリアランスを設けておくとこで、版面をスキージングした後に印刷版４０８と被印刷体４０７が順次分離していき、被印刷体４０７に印刷版４０８の画像形成部に対応したインキ画像が順次形成され、所定のスクリーン印刷が行われるようになる。このクリアランスはアクチュエータ４１６により被印刷体載置用のテーブル４２０を昇降させることで設定できる。また、インキとして半導体関係のハンダペーストを用いて印刷をする場合は、クリアランスを設けないこともある。この場合は、被印刷体を被印刷体載置用のテーブルで吸着・保持した状態で印刷版を引き剥がすことになる。

このようにしてスクリーン印刷を行う場合、印刷版、インキ、スキージの三要素が印刷の性能に大きな影響を及ぼすことになる。

スクリーン印刷機においては、これらの三要素に対して、所定のパラメータを設定できるようにし、インキ画像の幅やインキ膜厚が寸法精度良好な状態で印刷できるようにすることが強く求められている。

スクリーン印刷機のパラメータとしては、具体的にはスキージの加圧力、スキージのスキージングスピード、被印刷体を載置するテーブルと印刷版とのクリアランスなどが挙げられる。これらパラメータを適正に設定できることがスクリーン印刷機としては少なくとも必要となる。

特に、図４に示すような一般的な構成のスクリーン印刷機を使用して微細なパターンや高い印刷精度が要求される印刷物を印刷する場合には、空気圧シリンダによるスキージの加圧力、スキージのスキージングスピード、印刷版と被印刷体のクリアランスの度合が、
印刷の品質に対して大きな影響を与えることになる。

例えば、空気圧シリンダ４０１では内部の摩擦抵抗によりピストンの動きにばらつきが出やすく、それに連設されているスキージ３０２の加圧力にばらつきが生じ、良好な印刷が行えないことがある。これを解決するため、測定部を用意し、そこで印刷開始前にスキージの加圧力を予め測定しておき、その情報をもとにレギュレータに加圧力のズレ分を補正させるようにしたスクリーン印刷機もある。しかしながら、空気圧シリンダ４０１のみでスキージ４０２を昇降させる場合、付設のスピードコントロール４１１、４１２により空気の流量を調節しながらスキージ４０２の昇降スピードをコントロールすることになるため、例えば印刷版４０８のテンションが部分的に異なっていたり、被印刷体４０７の厚さが部分的に異なって歪みがある状態で空気圧シリンダ４０１によりスキージ４０２を印刷版４０８の版面に押し付けながら印刷を行うと、一時的に空気圧シリンダ４０１内の圧力が不安定となり、延いてはスキージ４０２による印刷版４０８への押し付けが不安定となり、印刷ムラが生じることになる。

また、印刷前に空気圧シリンダを昇降させる時には、空気圧シリンダ内の圧力が安定するまでには時間を要するため、印刷タクトにも影響を与える可能性もある。このような影響を回避すべく、図４に示すような構成のスクリーン印刷機において、スピードコントローラ４１１、４１２を無くそうとすると、空気圧シリンダ４０１の押し出しスピードをこまめに調整することができなくなり、空気圧シリンダ４０１のピストン部分が必要以上に早く飛び出したり、その先端部に固定されているスキージ４０１やそれによって押圧される印刷版４０８の版面を痛める可能性があり、現実的ではない。

また、良好な印刷が行えるようにすべく、スキージの加圧力の調整にかかる応答性を上げ、印刷版へのスジージの押し付けに係るスキージ加圧力のばらつきを抑えるようにした方法が特許文献１、特許文献２に記載されている。

特許文献１では、印圧付加機構のアクチュエータとして加圧用と背圧用の２個のモータを使用し、そのモータの発生トルクをスキージの印圧に調整自在に変換し、スキージの加圧力のばらつきを抑えるようにしたスクリーン印刷機が提案されている。

このようなスクリーン印刷機は、モータが２個必要となる上に、その制御関係は非常に煩雑であり、装置のコストがアップすることが懸念される。更に、一般的に圧力値のフィードバックが無いオープンの制御は、モータのトルク出力精度誤差は定格トルクの５〜１０％程度となり、フィードバックしたとしても低圧側の保障が難しくなることが懸念される。

また、特許文献２に示されるスクリーン印刷機では、コイルスプリングのバネ力を利用し、モータの位置制御でバネの変化量を決定することでスキージの加圧力の調整を行うようにしている。

このスクリーン印刷機においては、ある位置での加圧力の応答性に関しては非常に良くなると考えられる。しかし、スキージユニットに対してモータの位置は固定されてしまっているため、印刷機にセットされている被印刷体や印刷版に傾きや歪みなどがあった場合、スキージユニットは被印刷体もしくは印刷版に追随して自由に上下してしまう。図４に示すスクリーン印刷機のように、空気圧シリンダを用いていれば、応答性はよくはないものの、エアーの出し入れによりレギュレータの圧力を保つことができる。しかし、これがバネの場合は、高さの変化量はバネの変化量に反映され、その結果印刷版へのスキージ加圧力にばらつきが生じるようになる。このようなばらつきは装置を組み上げるときにある程度改善することができるが、ばらつきを無くすことはほぼ不可能である。更に長期的に見れば、バネ乗数に変化があり、これを防ぐことはできない上に、補正することもできない。

また、印刷精度に影響を与えるもう一つの要素である、印刷版と被印刷体間におけるクリアランスであるが、この度合はスクリーン印刷機の印刷版の固定部と被印刷体の固定部の組み付け精度に依存する。この印刷版と被印刷体間のクリアランス精度は、組み付け調整時にある程度改善することができる。しかしこの調整は一年に一回程度の定期メンテナンスの中で行うことになるが、非常に手間がかかる。更に、使用中に万が一大きな外力を加えてしまった場合もその都度クリアランスの確認・調整を行わねばならず、これも非常に手間がかかる。

このような状況に対応して、特許文献３では、クリアランスの調整を容易に行う方法を提案している。

特許文献３に係る提案によれば、予めテーブルに傾きの調整ができる機構を備えるようにしているのでクリアランスの調整が容易にはなる。しかし、テーブルと印刷版のクリアランスの不均一さを計りながら、順次テーブルの傾きを調整していかなくてはならず、容易に調整を行うことが難しく、しかも多大な時間を要することになる。

特開２００４−１８１８５７号公報 特開２００８−２６０２４６号公報 特開２００２−１９０７号公報

本発明は、スクリーン印刷機における上述の問題点を解決課題とするものであり、スキージの印刷版の版面に対する押さえ付けの精度とスキージの印刷版に対する押し付け度合の応答性を高め、更には被印刷体固定テーブルの印刷版に対するクリアランスが簡易に調整でき、印刷ばらつきの無い精度の高いスクリーン印刷が行えるようにしたスクリーン印刷機を提供することを目的とする。

本発明は上記の目的を達成するためになされたものであり、請求項１に記載の発明は、印刷版・被印刷体セット機構とインキ供給機構とスキージ圧調整機構とを少なくとも具備してなるスクリーン印刷機であって、前記印刷版・被印刷体セット機構は、印刷版または水平度調整用定盤のいずれかが選択的に載置・固定できるようになっている版固定部と被印刷体を載置・固定するための被印刷体固定部とを備えていると共に、被印刷体固定部は被印刷体を載置・固定しながら垂直方向に移動可能な被印刷体固定テーブルを有し、版固定部に一時的に水平にセットさせた水平度調整用定盤にその被印刷体載置面の全てが密接するように上昇させて水平度が調整されてその上面が水平に固定されるようになっており、前記インキ供給機構は、先端部にスキージホルダーが固定されているピストンロッドを有する空気圧シリンダが印刷版・被印刷体セット機構の版固定部に水平にセットさせた印刷版に対して垂直方向に移動可能な状態で垂直方向に直線運動するスキージＺ軸アクチュエータに付設され、さらにこのスキージＺ軸アクチュエータは水平方向に直線運動するスキージＸ軸アクチュエータに付設されていると共に、空気圧シリンダには正圧用レギュレータと背圧用レギュレータとが連設され、それらによって印刷版の版面へのスキージの押し付け度合が調整できるようになっており、さらに前記スキージ圧調整機構は、荷重変換器を有し、その荷重測定面が印刷版・被印刷体セット機構にセットする印刷版の版面と同じ高さに設定されていて、その部分にインキ供給機構の一部を構成するスキージホルダーに取り付けられているスキージを押し付けてスキージの印刷版に対する適正荷重を計測しながらスキージの適正な押し付け度合が予め求められているようになっており、その結果を空気圧シリンダの所望のレギュレータにフィードバックし、それらの駆動によりスキージを印刷版の版面に対して適正な押し付け度合で押し付けられるようにしてからスキージＸ軸アクチュエータの駆動に伴って印刷版に対してインキの供給が行えるようになっていることを特徴とするスクリーン印刷機である。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のスクリーン印刷機において、前記印刷版・被印刷体セット機構の被印刷体固定テーブルの下部にエアージャイロ機構を具備することを特徴とする。

本発明のスクリーン印刷機は、空気圧シリンダの昇降は直線運動するアクチュエータの駆動で行い、スキージの印刷版の版面への加圧のみを空気圧シリンダで行えるようになっているため、スキージの印刷版の版面に対する押し付けは従来のスクリーン印刷機のようなスピードコントローラを使わなくてもよくなり、これにより、スキージの加圧力の調整精度とスキージの印刷版の版面に対する押し付け度合の応答性を高めることが可能となる。

また、スキージユニットの自重をレギュレータの作用によりキャンセルさせることができるため、より精緻にコントロールされたスキージの加圧力を得ることができる。
さらに、スキージの加圧力をスキージ圧調整機構で実測した上で、空気圧シリンダに付設のレギュレータ圧を設定できるため、スキージの印刷版の版面に対するより目標値に近い加圧力を得ることができる。また、スキージの交換・磨耗やシリンダ摩擦部の経時変化に対してもスキージ圧調整機構で自動で加圧力を補正することが可能となる。

そしてさらに、印刷版と被印刷体固定部の被印刷体固定テーブルとのクリアランスの調整を極めて容易に行うことも可能となる。

本発明のスクリーン印刷機の概略の断面構成を示す説明図である。 本発明のスクリーン印刷機によるスクリーン印刷における印刷動作の概要を示す説明図である。 本発明のスクリーン印刷機における被印刷体固定部における水平度調整作業の概要を示す説明図である。 従来のスクリーン印刷機の概略の断面構成を示す説明図である。

以下、本発明のスクリーン印刷機の実施の形態を図面を参照にして説明する。

図１は本発明のスクリーン印刷機の概略の断面構成を、図２は本発明のスクリーン印刷機の印刷動作の概要を、また、図３は本発明のスクリーン印刷機における被印刷体固定部における水平度調整作業の概要をそれぞれ示している。

図１に示すように、本発明のスクリーン印刷機は、大略的には、印刷版・被印刷体セット機構とインキ供給機構とスキージ圧調整機構とを少なくとも具備してなるものである。

印刷版・被印刷体セット機構は、印刷版８または水平度調整用定盤１１（図１においては図示せず、図３に図示してある。）のいずれかが選択的に載置・固定できるようになっ
ている版固定部３０１と被印刷体固定部とを備えている。

そして、被印刷体固定部は被印刷体を載置・固定しながら垂直方向に移動可能な被印刷体固定テーブル２０２を有し、版固定部３０１に一時的に水平にセットさせた平面度調整用定盤にその被印刷体載置面の全てが密接するように上昇させて水平度が調整されてその上面が水平に固定されるようになっている。

また、インキ供給機構は、先端部のスキージホルダー３にインキ供給用のスキージ２が固定されているピストンロッドを有する空気圧シリンダ１が印刷版・被印刷体セット機構の版固定部３０１に水平にセットさせた印刷版８に対して垂直方向に移動可能な状態で垂直方向に直線運動するスキージＺ軸アクチュエータ１０３に付設され、さらにこのスキージＺ軸アクチュエータ１０３は水平方向に直線運動するスキージＸ軸アクチュエータ１０１に付設されている。

そして、空気圧シリンダ１には加圧用としての正圧用レギュレータ４と自重キャンセル用としての背圧用レギュレータ５とが連設され、それらによって印刷版８の版面へのスキージ２の押し付け度合が調整できるようになっている。また、空気圧シリンダ１の昇降スピードはスキージＺ軸アクチュエータ１０３でコントロールできるようになっている。

さらにスキージ圧調整機構は、荷重変換器５０１を有し、その荷重測定面が印刷版・被印刷体セット機構にセットする印刷版８の版面と同じ高さに設定されていて、その部分にインキ供給機構のスキージ２を空気圧シリンダにより印刷版８の版面に押し付けて適正荷重を計測しながらスキージ２の適正な押し付け度合が予め求められているようになっている。そして、その結果を空気圧シリンダ１の所望のレギュレータにフィードバックし、それらの駆動によりスキージ２を印刷版８の版面に対して適正な押し付け度合で押し付けられるようにしてからスキージＸ軸アクチュエータ１０１の駆動に伴って印刷版８に対してインキ６の供給が行えるようになっている。

また、印刷版・被印刷体セット機構はその被印刷体固定テーブル２０２の下部にエアージャイロ機構を備えている。そして、被印刷体７、被印刷物固定テーブル２０２、エアージャイロ２０１はテーブルＺ軸アクチュエータ１０２により昇降させることができるようになっている。

次に、図２を参照して本発明のスクリーン印刷機による印刷動作の概要を説明する。

まず、図２ａに示すように、印刷に先立ち、スキージＸ軸アクチュエータ１０１を駆動させて空気圧シリンダ１及びスキージ２を荷重変換器５０１の上方に移動させる。このとき、空気圧シリンダ１にある程度圧力がかかるよう、正圧用レギュレータ４と背圧用レギュレータ５を調整しておく。

次に、図２ｂに示すように、スキージＸ軸アクチュエータ１０３を駆動し、空気圧シリンダ１及びスキージ２を移動させ、スキージ２により荷重変換器４０１の荷重測定面に荷重がかけられる位置まで降下させ、さらに空気圧シリンダ１によりスキージ２を荷重変換器５０１の荷重測定面に接地させて、空気圧シリンダ１のピストンロッドを下方から押し上げるようにする。このとき、本発明のスクリーン印刷機においては、空気圧シリンダ１の圧力をかける部分にスピードコントロールが無いため、荷重測定面に対する圧力を即座に安定させることができる。つまり、このスクリーン印刷機においては、空気圧シリンダ１はあたかも位置によってバネ係数の変化しない定荷重バネのような役割を果たす。

その後、荷重変換器５０１のデータを読み込み、荷重測定面に対するスキージの加圧力
が所望の設定圧になるよう正圧用レギュレータ４を調整する。この調整により、圧力設定目標値と実測値のズレを補正することが可能となる。

次に、図２ｃに示すように、スキージＺ軸アクチュエータ１０１とスキージＸ軸アクチュエータ１０３を駆動させて、スキージ２を印刷開始位置まで移動させる。そして、スキージＸ軸アクチュエータ１０３を駆動させて印刷版８の版面に所望の加圧力でスキージが押し付けられるように下降させる。このとき、スキージ２の押し付け度合いは前の工程で予め調整・設定されているので、適切な加圧力でスキージ２が印刷版８の版面に押し付けられるようになる。

一方、被印刷体７はテーブルＺ軸アクチュエータ１０２の駆動により、印刷版８と適宜のクリアランスを保って被印刷体固定部に置かれている。

このようにして、印刷版８の版面に所望の加圧力で押し付けられるようにスキージ２がセットされ、さらに印刷版８と適宜のクリアランスを保って被印刷体７が被印刷体固定部にセットされたら、印刷したい方向へスキージ２を移動させるべくスキージＸ軸アクチュエータ１０１を駆動させ、スキージ２によりスキージングを行ってスクリーン印刷を行う。

この際、スクリーン印刷機の構成が前述のような構成であれば、印刷版８の版面におけるテンションが部分的に異なっていても、さらには、被印刷体７の厚さが部分的に異なりその表面に歪みがあったとしても、空気圧シリンダ１はテンション差や歪に応答性よく反応して適宜の加圧力で版面をスキージで押し付けながらインキの供給を行うことができるため、インキ画像の幅やインキ膜厚等にばらつきを発生させること無く、印刷精度の良好な印刷を行なうことが可能となる。

また、本発明のスクリーン印刷機は、印刷版８と被印刷体固定部の水平度を容易に合わせることが可能である。図３には、本発明のスクリーン印刷機における被印刷体固定テーブルの水平度の調整作業の概要が示してある。

図３ａには、被印刷体固定テーブル２０２が印刷版８に対して傾いている状態を示している。
このような状態から被印刷体固定テーブル２０２を水平に置かれた印刷版８に対して平行になるようにするには、まず図３ａに示すように、印刷版の代わりに水平度調整定盤１１を版固定部に水平にセットする。このとき、エアージャイロ２０１の固定は解除しておく。平面度調整定盤１１は、上下面が平らで、それらの面画が互いに平行になっていて、例えば石板や金属板などからなるものである。

次に、図３ｂのように、テーブルＺ軸アクチュエータ１０２を駆動させ、平行度調整定盤１１の下面と被印刷体固定テーブル２０２の上面とが完全に密着するまで上昇させる。このとき、水平状態に版固定部に固定されている水平度調整定盤１１に追随して被印刷体固定テーブル２０２の上面が水平になる。この状態で、エアージャイロ２０１を固定する。これにより、被印刷体固定テーブル２０２の上面と水平度調整定盤１１とが平行になる。その後は、水平度調整定盤１１を外し、そこに印刷版が載置・固定されることになるので、印刷版と被印刷体固定テーブル２０２とが平行になり、被印刷体固定テーブル２０２が水平に載置・固定され、しかもその間のクリアランスが一定に保たれるようになる。

そして最後に、図３ｃに示すように、テーブルＺ軸アクチュエータ１０２を駆動させて刷物用テーブル２０２を下降させ、水平度調整定盤１１を取り外せば、水平度の調整は完了となる。

このように、本発明のスクリーン印刷機は被印刷体固定テーブル２０２の水平度のズレを随時確認する必要がなくなるため、水平度調整作業は非常に簡便化し、メンテナンス費用やメンテナンスに費やされる時間が非常に少なくなる。

そして、印刷版と被印刷体固定テーブル２０２は簡単な作業で平行度を保つことができ、印刷版と被印刷体間のクリアランスが一定に保たれるようになるため、スクリーン印刷によって印刷される印刷パターンにおける印刷膜厚等のばらつきを確実に抑えることができるようになる。

１、４０１…空気圧シリンダ
２、４０２…スキージ
３、４０３…スキージホルダー
４…正圧用レギュレータ
５…背圧用レギュレータ
６、４０６…インキ
７、４０７…被印刷体
８、４０８…印刷版
９、４０９…レギュレータ
１１…平面度調整定盤
１０１…スキージＸ軸アクチュエータ
１０２…テーブルＺ軸アクチュエータ
１０３…スキージＺ軸アクチュエータ
２０１…エアージャイロ
２０２、４２０…被印刷体固定テーブル
３０１、４３０…版固定部
４１０…電磁弁
４１１、４１２…スピードコントローラ
４１５、４１６…アクチュエータ
５０１…荷重変換器

Claims (2)

1. 印刷版・被印刷体セット機構とインキ供給機構とスキージ圧調整機構とを少なくとも具備してなるスクリーン印刷機であって、前記印刷版・被印刷体セット機構は、印刷版または水平度調整用定盤のいずれかが選択的に載置・固定できるようになっている版固定部と被印刷体を載置・固定するための被印刷体固定部とを備えていると共に、被印刷体固定部は被印刷体を載置・固定しながら垂直方向に移動可能な被印刷体固定テーブルを有し、版固定部に一時的に水平にセットさせた水平度調整用定盤にその被印刷体載置面の全てが密接するように上昇させて水平度が調整されてその上面が水平に固定されるようになっており、前記インキ供給機構は、先端部にスキージホルダーが固定されているピストンロッドを有する空気圧シリンダが印刷版・被印刷体セット機構の版固定部に水平にセットさせた印刷版に対して垂直方向に移動可能な状態で垂直方向に直線運動するスキージＺ軸アクチュエータに付設され、さらにこのスキージＺ軸アクチュエータは水平方向に直線運動するスキージＸ軸アクチュエータに付設されていると共に、空気圧シリンダには正圧用レギュレータと背圧用レギュレータとが連設され、それらによって印刷版の版面へのスキージの押し付け度合が調整できるようになっており、さらに前記スキージ圧調整機構は、荷重変換器を有し、その荷重測定面が印刷版・被印刷体セット機構にセットする印刷版の版面と同じ高さに設定されていて、その部分にインキ供給機構の一部を構成するスキージホルダーに取り付けられているスキージを押し付けてスキージの印刷版に対する適正荷重を計測しながらスキージの適正な押し付け度合が予め求められているようになっており、その結果を空気圧シリンダの所望のレギュレータにフィードバックし、それらの駆動によりスキージを印刷版の版面に対して適正な押し付け度合で押し付けられるようにしてからスキージＸ軸アクチュエータの駆動に伴って印刷版に対してインキの供給が行えるようになっていることを特徴とするスクリーン印刷機。
2. 前記印刷版・被印刷体セット機構の被印刷体固定テーブルの下部にエアージャイロ機構を備えていることを特徴とする請求項１記載のスクリーン印刷機。

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