JP2011212863A - 印刷用摺動部材および印刷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 印刷パターン全体にわたって、比較的高い印刷精度を安定して得ることができる印刷用摺動部材を提供する。
【解決手段】
印刷用摺動部材であって、印刷用ペーストに当接する基板と、前記基板の厚さ方向に沿った力を前記基板に印加して、前記基板を屈曲変形させるアクチュエータと、を備えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばスクリーン印刷等の印刷装置に用いる摺動部材、および印刷装置に関する。

従来より、プリント基板の電子部品接着位置やリード接続位置に接着剤やクリーム状半田を塗布する際、被印刷板の所定の位置に印刷剤を印刷するスクリーン印刷装置が用いられている。

このスクリーン印刷機は、一般に、被印刷板支持台と、スクリーン支持台と、スキージ装置とを備えている。スキージ装置は、スキージと、そのスキージを保持するスキージ保持部材と、スキージをスクリーン支持台に支持されたスクリーンに接近，離間させるとともにスクリーン上を移動させるスキージ駆動装置とを含み、スキージがスキージ駆動装置により、スクリーンに接触させられた状態でスクリーン支持台に支持されたスクリーン上を移動させられることにより、印刷剤がスクリーンに形成された貫通穴を通って被印刷板支持台に支持された被印刷板に印刷される。

このようなスクリーン印刷機によって印刷剤を被印刷板に印刷する場合、スキージがスクリーンに接触する接触荷重が印刷の良否に影響を及ぼす。接触荷重が不足すれば、印刷剤がスクリーンの貫通穴のスキージが移動する側の開口から盛り上がった状態で過大に印刷され、隣接して印刷された印刷剤同士がつながってしまうことがあり、また、接触荷重が過大であれば、スキージが貫通穴内に入った印刷剤をこそぎ取ってしまい、印刷量が不足したり、スキージやスクリーンの耐久性が低下する等の不具合が生じ易い。

従来は、例えば下記特許文献１に記載されているように、スキージを支持するエアシリンダに供給するエア圧力を制御することにより、スクージとスクリーンとの接触荷重の調整が行われている。

特開平７−７６０６５号公報

しかしながら、エアシリンダへの供給エア圧力を制御しても、スキージ保持部材およびそれらと共にエアシリンダにより移動させられる部材の慣性運動や、相対移動部材間の摩擦力が影響することで、エアシリンダ圧力を変動させても、実際の接触荷重の変動が短時間に追従しないことが多い。このため、実際の印刷処理において、接触荷重不良における印刷不良を十分に抑制することは困難であった。

本願は、かかる課題を解決するためになされたものであり、印刷パターン全体にわたって、比較的高い印刷精度を安定して得ることができる印刷用摺動部材を提供することを目的にとする。

上記課題を解決するために、本発明は、印刷用摺動部材であって、印刷用ペーストに当接する基板と、 前記基板の厚さ方向に沿った力を前記基板に印加して、前記基板を屈曲
変形させるアクチュエータと、を備えることを特徴とする印刷用摺動部材を提供する。

また、上記印刷用摺動部材と、 前記アクチュエータに電圧を印加して、前記基板の屈
曲の程度を調整する制御部と、を有することを特徴とする印刷装置を併せて提供する。

本発明の印刷用摺動部材によれば、印刷パターン全体にわたって、比較的高い印刷精度を安定して得ることができる。

本発明の印刷用摺動部材の一実施形態を示す斜視図である。 図１に示す印刷用摺動部材の一部を拡大して示す概略断面構成図である。 (ａ)および（ｂ）は、本発明の摺動部材の他の実施形態について説明する概略斜視図である。 本発明の印刷装置の一実施形態について説明する概略斜視図である。 図４に示す印刷機における印刷動作について説明する図であり、(ａ)は概略断面図、（ｂ）は概略正面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図４に示す印刷機での、摺動部材の動作について説明する概略断面図である。 本発明の印刷機の他の実施形態について説明する概略斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の印刷用摺動部材の一実施形態である摺動部材２０を示す斜視図であり、図２は、摺動部材２０の一部を拡大して示す断面図である。

図において、摺動部材２０は、平板状のスキージ（基板）２２と、そのスキージ２２を保持するためのホルダ２４と、アクチュエータ１０と、歪センサ（計測センサ）３０と、を備えて構成されている。

ホルダ２４は、例えばアルミニウム合金等から成るものであって、スキージ２２の基端
部２６を固定するための、摺動部材２０の長手方向に沿って伸びるスキージ固定用溝２８を備えている。スキージ進行方向側のこのスキージ固定用溝２８に続くアクチュエータ固定溝２９は、その幅寸法がスキージ２２の厚さ寸法よりも大きく設定されており、当該固定用溝とスキージ２２との間隙に、後述するアクチュエータ１０が配置されている。ホルダ２４に備えられている図示しない締付ネジを締め付けることにより、スキージ２２が強固に取り付けられるようになっている。 アクチュエータ１０は一方端面が２８の内壁面
に接合され、他方端面がスキージ２２と、接点部材２３を介して当接している。接点部材２３は略半球状の部材であり、この接点部材２３と頂部がスキージ２２の一方面と当接している。スキージ２２は、図２中の右側に進行させて用いられる。

本実施形態のスキージ２２は、例えばジルコニアを主成分とするセラミック焼結体によって構成されている。ジルコニアは、例えばウレタンゴム等と比較して弾性が低い（硬い）。また、ステンレス等の金属部材に比べて、耐摩耗性が比較的高い。また、靱性が比較的高く、後述する印刷処理動作において適度な弾力で曲がることができ、機械的な割れ等の破壊が発生することが少ない。スキージ２２は、例えば、幅寸法がＷ＝１００〜１５０(mm)程度、厚さがｔ＝０．１〜５(mm) 程度、ホルダ２４からの突き出し方向の長さがＬ
＝１０〜４０(mm)程度の寸法に構成されている。

なお、ホルダ２４の下端からの露出長さすなわち有効長さは、Ｅ＝24〜30(mm)程度であ
る。なお、スキージ２２は、後述するスクリーンマスクと対向する先端部分２２Ａにおいて、先端に近づくにしたがって漸次小さくなる、断面視において先細り形状となっている。

スキージ２２には、印刷用ペーストに当接する一方端から他方端に向けて伸びる溝が、一方端に沿って複数設けられている。具体的には、スキージ２２は、後述するスクリーンマスクと対向する側の先端部２２Ａを含む少なくも一部の領域において、スキージ２２の先端から走査方向Ｓに略垂直な長さ方向Ｌに沿って延びるスリット２１が、幅方向Ｗに沿って複数設けられている。スリット２１は、溝の深さ方向に貫通している（貫通溝となっている）。

かかるスリット２１を有するスキージ２２では、スリットによって挟まれて区分された短冊状部分が複数並んで配置されている。かかるスキージ２１では、各短冊状部分それぞれが独立して曲げ変形するので、１つの短冊状部分の曲げ変形が、他の短冊状部分の変形を生じさせることが抑制されている。

かかるスリット２１は、例えばレーザー加工等によって容易に形成することができる。例えば、ジルコニアを主成分とするセラミック焼結体からなる板状部材を作製した後、レーザー照射によってスリット２１に対応する部分をレーザー溶融させて、所望の位地に所望の長さのスリット２１を形成することができる。

アクチュエータ１０は、スキージ２２の一方の主面２２ａに当接されている。アクチュエータ１０は、スキージ２２の厚さ方向に沿った力をスキージ２２に印加して、スキージ２２をこの当接部分αを起点に屈曲変形させることができる。

アクチュエータ１０は、スキージ２２の上記短冊状部分のそれぞれに設けられており、アクチュエータ１０の１つ１つが、スキージ２２の短冊状部分それぞれを独立して変形させることができる。アクチュエータ１０は、複数の圧電素子が積層されてなる、例えば公知の積層型圧電アクチュエータ等を用いて構成することができる。 なお、アクチュエー
タの構成は特に限定されず、例えば公知のバイモルフ型圧電アクチュエータなどを用いてもよい。

アクチュエータ１０は、例えば公知の接着剤等によってホルダ２４の固定用溝２８の内面に接合されており、アクチュエータ１０に発生した力によって、スキージ２２が厚さ方向に沿って屈曲するように変形する。後述する印刷機１では、アクチュエータ１０が制御部６０と接続され、制御部６０がアクチュエータ１０に印加する電圧の大きさを調整することで、アクチュエータ１０の動作を制御する。

歪センサ３０は、スキージ２２の上記短冊状部分のそれぞれに設けられており、歪センサ３０の１つ１つが、スキージ２２の短冊状部分それぞれの厚さ方向に沿った歪の程度を検出することができる。歪センサ３０は、アクチュエータ１０よりも、スクリーンマスクと対向する側の先端部２２Ａにより近い位置βに配置されている。先端部２２Ａに接触荷重がかかるとスキージ２２は変形する。位置βにおける曲がり量と、先端部２２Ａにかかる接触荷重の大きさとの関係は予め既知であり（本実施形態では、例えば略比例関係）、この関係は制御部１８に予め記憶されている。

歪センサ３０は、例えばいわゆるストレンゲージなど、公知の歪センサを取り付けて構成することができる。また、例えばスキージ２２の表面に、銅・ニッケルなどからなる金属パターンを、例えばフォトリソグラフィ法等を用いて直接形成することで、スキージ２２と一体化された状態のストレンゲージ等を構成してもよい。

歪センサ３０は配線等を介して、印刷機等に備えられた制御部６０に接続される。後述する印刷機１では、歪センサ３０による計測データ、すなわち位置βにおけるスキージ２２の曲がり量が制御部６０へと送られ、制御部６０がこの計測データ（曲がり量のデータ）に応じてアクチュエータ１０の動作を制御する。上述のように、歪センサ３０による計測データ（位置βにおける曲がり量）は、先端部２２Ａにかかる接触荷重の大きさ対応している。

本実施形態の摺動部材では、アクチュエータ１０がスキージ２２を屈曲変形させることで、スキージ２２の先端とスクリーンとの接触荷重の大きさを調整することができる。スクリーンと直接接触するスキージの先端部の位置を直接変動させるので、短時間で高精度に上記接触圧力を調整することができる。

また、歪センサ３０の計測データに応じてアクチュエータ１０の動作を制御することができ、印刷時における接触荷重の大きさを比較的高精度に検出することができる。また、印刷時に接触荷重が変動した場合も、比較的短時間にこの変動を検知することができる。歪センサ３０とアクチュエータ１０とを備えることで、接触荷重のフィードバック制御を短い遅延時間で高精度に実現することができる。 例えば、制御部６０が、歪センサ３０
による計測値が常に一定の所定値に近づけるようにアクチュエータ１０の動作を制御することで、接触荷重を一定に保つフィードバック制御を実行することができる。

また、本実施形態では、スキージ２２の上記短冊状部分のそれぞれ毎に、上記接触荷重のフィードバック制御が可能であり、印刷パターン全体にわたって、比較的高い印刷精度を安定して得ることができる。

図３(ａ)および（ｂ）は、本発明の摺動部材の他の実施形態について説明する概略斜視図である。図３に示す実施形態のように、スキージ２２には必ずしもスリット２１が設けられていなくともよい。この場合でも、アクチュエータによってスキージ２２を屈曲させることで、スキージ２２とスクリーンとの接触圧力を、スキージ２２の長さ方向全体にわたって一括に調整することができる。また、スキージに設けられるアクチュエータ１０の数も特に限定されず、例えば１つだけであってもよい。また、歪センサを必ずしも備えていなくともよく、センサの数も特に限定されない。

また、摺動部材としては、例えば図３（ｂ）に斜視図で示すスキージ７２のように、スリット７１が設けられた第１部材７５に、例えば樹脂等からなる第２部材７６を被覆させた構成のものを用いてもよい。例えば第１部材７５としては、ジルコニアセラミックス等、硬度が比較的高い部材を用い、第２部材７６は樹脂やゴム等、硬度が比較的低く、粘弾性が比較的高い構成のものを用いることが好ましい。スキージ７２を用いた場合も、スリット７１によって区分された第１部材７５の短冊状部分が、それぞれ独立して比較的自由に変形するので、異物やマスクパターンに起因する膜厚分布等の不良が抑制されている。加えて、スリット７１が開口しておらず第２部材７６によって閉塞されているので、スリット７１に対応する部位における微小な膜厚ムラの発生を抑制することができる。

図４は、本発明の印刷装置の一実施形態である印刷機１について説明する概略斜視図である。図５は、印刷機１における印刷動作について説明する概略側面図であり、(ａ)は概略断面図、（ｂ）は概略側面図である。図６（ａ）〜（ｃ）は、図４に示す印刷機１での、摺動部材２０の動作について説明する概略断面図である。なお、図６ではスクリーン４８については図示していない。

図４〜図６では、上記摺動部材２０によって基板４２の一面に厚膜スクリーン印刷を施
している状態を示している。図４〜図６では、摺動部材２０として上述のスキージ２２を用いた例について説明している。

印刷機１は、図示しない保持部によって摺動部材２０が保持された摺動部と、基板４２が設置された図示しない基板設置部と、これら摺動部記基板設置部とを相対移動させる駆動部と、制御部６０とを備えている。摺動部材２０は、印刷機１に取り付けられたスクリーン製版４４の上方に位置させられている。スクリーン製版４４は、剛性が高い材料から成る版枠４６の内周側に中央部に印刷領域Ａを備えたスクリーン４８が張られたものである。 中央部の印刷領域Ａは、印刷ペースト５０が所定パターンでスクリーン４８を透過
させられるように印刷パターンが形成されている。

基板４２の一面にスクリーン印刷によって印刷ペースト５０を塗布するに際しては、図示しないスクレーバ等で予めスクリーン４８上に印刷ペースト５０を一定の厚さにコートした後、スクリーン４８の一端側、例えば図５における左端（下端）側においてスキージ２２の先端がそのスクリーン４８に接触する高さ位置に摺動部材２０を配置する。そして、その走査方向Ｓ側すなわち一面３０側に十分な量の印刷ペースト５０を更に供給して、摺動部材２０をスクリーン４８に押しつけつつその走査方向Ｓ側に一定の角度で傾斜させて移動させる。

これにより、摺動部材２０によって印刷ペースト５０がその方向に走査され、スキージ２２の弾性力に基づいて印刷領域内でスクリーン４８から押し出されることによって基板４２に所定パターンで印刷される。このとき、弾性体であるスキージ２２は、図４および図５に示されるように、その押圧力によって走査方向Ｓとは反対の後方側に向かって弾性変形する。

本実施形態では、印刷動作の最中、歪センサ３０による計測データが制御部６０へと送られ、制御部６０がこの計測データに応じてアクチュエータ１０の動作を制御する。このため、印刷時に接触荷重が変動した場合も、比較的短時間にこの変動を検知し、短い遅延時間で、接触荷重を所定の大きさに戻すことができる。また、本実施形態では、スキージ２２の上記短冊状部分のそれぞれ毎に、上記接触圧力のフィードバック制御が可能であり、印刷パターン全体にわたって、比較的高い印刷精度を安定して得ることができる。

また、印刷パターンの開口が大きい場所や小さい場所など、印刷パターンにおける開口の大きさがバラついている場合などでも、接触圧力の分布を比較的抑制することができる。また、基板４２が平坦でなく、図５（ｂ）にも示されているように、局所的に凹凸を備えている場合などであっても、接触圧力の分布を抑制し、これらの部分における膜厚異常や剥がれ等の不良の発生が抑制することができる。

例えば図６(ａ)は、基板４２が平坦な状態を示している。図６(ａ)に示す状態で、スキージ２２の位置βにおける曲がり量が所定値になるよう、アクチュエータ１０は若干量伸びて、スキージ２２を位置αから屈曲させている。図６（ｂ）に示すように、このスキージ２２がスクリーン４８の凸部上を走り始めると、接触荷重が大きくなり、位置βにおける曲がり量が大きくなってくる。制御部６０は、この曲がり量を所定値に近づけるために、アクチュエータ１０をより大きく伸ばして位置αからの屈曲をより大きくして、位置βにおける曲がり量を所定値に近づける。また、図６（ｃ）に示すように、このスキージ２２がスクリーン４８の凹部上を走り始めると、接触荷重が小さくきくなり、位置βにおける曲がり量が小さくなってくる。制御部６０は、この曲がり量を所定値に近づけるために、アクチュエータを縮めて位置αからの屈曲をより小さくして、位置βにおける曲がり量を所定値に近づける。これにより、スクリーン４８や基板に生じている反りや、マスクパターンの凹凸等があっても、接触荷重を所定値を中心として所定範囲内に制御することが
でき、印刷ペースト５０を略一定の膜厚で塗布することができる。

なお、摺動部材２０がセンサを備えていなくとも、例えば上述の局所的な凹凸の位置が予め既知である場合、このような凹凸に対応して、印刷中の所定のタイミングでアクチュエータ１０を動作させるように制御することで、ペースト膜厚等を適当な状態に調整しておくことができる。印刷装置１では、このように、ペースト・ロールが不均一になることに起因する印刷ムラが抑制され、高い印刷品質を達成することができる。

また、図７に概略斜視図で示すように、印刷装置１に複数の摺動部材を設けてもよい。例えば、複数のスキージ２２を設けるとともに、走査方向Ｓに沿って見た状態における、各スキージのスリット２１の位置を、スキージ２２の幅方向Ｗに沿ってずらしておけば、１つのスキージ２２のスリット２１の位置において微小な膜厚ムラが生じる場合であっても、他のスキージ２２によって平坦化することができる。

また、印刷装置１に装着する摺動部材としては、上述の各種実施形態の摺動部材を用いることができる。また、摺動部材の材質は、ジルコニア等からなるセラミック焼結体に限定されず、例えばウレタン等で構成されていてもよく、ステンレス等の金属部材を主成分として構成されていれもよい。ジルコニア等からなるセラミック部材の場合、摺動による磨耗が比較的小さく（耐磨耗性が高く）、また、レーザー加工やプレス成型によって、スリット部や薄肉部を比較的簡単に形成することができる。耐摩耗性や製造の簡便性の点では、摺動部材はセラミックスを主成分として構成されていることが好ましい。

以上、本発明の摺動部材および印刷装置の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態の範囲に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることができる。

１ 印刷機
１０ アクチュエータ
２０ 印刷用摺動部材
２１ スリット
２２ スキージ
２４ ホルダ
２６ 基端部
２８ スキージ・ゴム固定用溝
３０ 歪センサ（計測センサ）
４２ 基板
４４ スクリーン製版
４６ 版枠
４８ スクリーン
５０ 印刷ペースト
６０ 制御部

Claims (8)

1. 印刷用摺動部材であって、
   印刷用ペーストに当接する基板と、
   前記基板の厚さ方向に沿った力を前記基板に印加して、前記基板を屈曲変形させるアクチュエータと、を備えることを特徴とする印刷用摺動部材。
2. 前記アクチュエータが、前記主面に当接した圧電素子を備えて構成されることを特徴とする請求項１記載の印刷用摺動部材。
3. 前記アクチュエータが、複数の圧電素子が積層された積層型圧電素子を備えて構成されていることを特徴とする請求項１記載の印刷用摺動部材。
4. 前記基板に対し、前記アクチュエーターが複数配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の印刷用摺動部材。
5. 前記基板は、印刷用ペーストに当接する一方端部を起点として他方端部に向かって延在する複数の溝とを有し、
   前記溝の延在方向に直交する方向に沿って、前記アクチュエータが複数配列されていることを特徴とする請求項４記載の印刷用摺動部材。
6. 前記基板に設けられた、前記基板の屈曲の大きさを計測するセンサを備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の印刷用摺動部材。
7. 請求項１〜５のいずれかに記載の印刷用摺動部材と、
   前記アクチュエータに電圧を印加して、前記基板の屈曲の程度を調整する制御部と、を有することを特徴とする印刷装置。
8. 前記基板に設けられた、前記基板の屈曲の大きさを計測するセンサを備え、
   前記制御部が、前記センサによる計測結果に応じて、前記基板の屈曲の程度を調整することを特徴とする請求項７記載の印刷装置。