JP3544612B2 - クリーム半田印刷装置及び印刷方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クリーム半田を被印刷物である回路基板面上に印刷、塗布するクリーム半田印刷装置及び印刷方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子回路基板の製造においてプリント基板上にチップ部品等の電子部品を半田付けする際には主にクリーム半田が使用され、このクリーム半田を所望のパターンにて印刷、塗布するためにクリーム半田印刷機が用いられる。
従来のクリーム半田印刷機１００に塔載されているスキージヘッドの一例としては、図２０に示す様な構成のものが挙げられる。通常、印刷動作は、スキージヘッド１０２が、図２０における左から右へ、及び右から左へ各プリント基板５毎に交互に移動するが、この際、上記左から右への右方向印刷では右方向印刷用スキージ１０１ａが、反対の左方向印刷では左方向印刷用スキージ１０１ｂが使用される。
このような従来のクリーム半田印刷機１００による、プリント基板５へのクリーム半田の印刷動作を図２０ないし図２２に基づいて説明する。図２０ないし図２２において、３は所望のパターンの開口部４が形成されたマスク、５はプリント基板、６はクリーム半田７を印刷するランド、８はソルダーレジストである。尚、マスク３の上記所望のパターンとは、プリント基板５上のランド６に対応して開口部４が形成されてなるパターンをいう。
【０００３】
先ず、上記右方向印刷を行う場合、開口部４とランド６とが一致するように、プリント基板５をマスク３に位置決めして重ね合わした後、左方向印刷用スキージ１０１ｂを上昇させた状態で右方向印刷用スキージ１０１ａを下降させてスキージ先端部１０３をマスク３の表面３ａに適正な印圧で接触させる。この状態で、右方向に沿って右方向印刷用スキージ１０１ａを直線移動させることで、予めマスク３の表面３ａに設けたクリーム半田７をマスク３の開口部４に充填させていく。右方向印刷用スキージ１０１ａがマスク３の右端まで移動した後、プリント基板５をマスク３から離すことで印刷動作が終了する。又、上記左方向印刷を行う場合には、上述の右方向印刷と同様に、プリント基板５をマスク３に位置決めして重ね合わした後、今度は反対に右方向印刷用スキージ１０１ａを上昇させたまま、左方向印刷用スキージ１０１ｂを下降させてスキージ先端部１０３を接触させる。その後の動作は上述の右方向印刷と同様である。この様に、これらの動作を各プリント基板５毎に交互に繰り返すことにより、マスク３を介して各プリント基板５のランド６上にクリーム半田７を連続して印刷、塗布するものである。
【０００４】
従来のクリーム半田印刷機１００を使用した印刷では、印刷用スキージ１０１ａ又は印刷用スキージ１０１ｂの先端部１０３をマスク３の表面３ａに適正な印圧で接触させた状態で印刷用スキージ１０１ａ又は印刷用スキージ１０１ｂを移動させていることからも分かる様に、従来の印刷用スキージ１０１ａ，１０１ｂは、マスク３の表面３ａのクリーム半田７を掻き取る掻き取り動作と、マスク３の開口部４にクリーム半田７を充填する充填動作の２つの作業を１種類のスキージで行っている。これを図２１及び図２２に基づいて説明する。
図２１及び図２２は右方向印刷の場合の印刷用スキージ１０１ａ等の拡大図である。先ず図２１に示す様に、マスク３の表面３ａに先端部１０３が接触するように右方向印刷用スキージ１０１ａが下降して右方向に沿って直線移動すると、右方向印刷用スキージ１０１ａは、マスク３の表面３ａに供給されたクリーム半田７に到達してこれを掻き取りながら移動していく。この掻き取り動作によりクリーム半田７は、図２２に矢印Ｉにて示す様に、ローリングと呼ばれる回転運動を行いながら流動する。このとき、クリーム半田７の内部では流体圧力が発生している。この様な状態でさらに右方向印刷用スキージ１０１ａが右方向に移動し、マスク３の開口部４に達したとき、上述の流体圧力によりクリーム半田７は開口部４内に押し込まれて、いわゆるクリーム半田７の充填が行われる。以下、クリーム半田７が開口部４内に押し込まれる圧力を充填圧力と記す。
【０００５】
印刷用スキージ１０１ａに対し、図２３に示す様な座標系を考える。クリーム半田７の粘度をη、マスク３の表面３ａと該表面３ａに対向する印刷用スキージ１０１ａの面１０４とのなす角度（以下、スキージ角度と記す）をα、印刷用スキージ１０１ａの移動速度（以下、スキージ速度と記す）をｖとすると、クリーム半田７の内部に発生する流体圧力ｐは次式で表されることが知られている。
ｐ＝（２ηｖ／ｒ）・（Ａｓｉｎθ＋Ｂｃｏｓθ） … （１）
ここで、
ｒは図２３に示す極座標系における任意の位置、
θはマスク３の表面３ａと上記ｒとのなす角度、
Ａ＝ｓｉｎ２α／（α２−ｓｉｎ２α）、
Ｂ＝（α−ｓｉｎα・ｃｏｓα）／（α２−ｓｉｎ２α）。
従って、（１）式からクリーム半田７の内部の流体圧力分布及び印刷用スキージ１０１ａの面１０４での圧力分布は図２４に示す様な状態になることが分かる。即ち、図２４にて斜線を施した部分１０５が上記流体圧力ｐ、即ち上記充填圧力が発生した部分を示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一方、生産性向上の観点からクリーム半田印刷工程においても印刷時間の短縮が望まれている。しかしながら、従来のクリーム半田印刷機１００において、上記時間短縮のため上記スキージ速度ｖを従来よりも高速にした場合、図２５に示す様に、マスク３の開口部４へのクリーム半田７の充填量が不足する、いわゆる未充填部分９が発生して印刷不良となり、安定した印刷が行えない。尚、このような未充填部分９は、例えばスクリーン印刷にてインクを被印刷体へ印刷する通常の印刷では発生せず、例えばクリーム半田７のように高粘性フラックスに粉末半田を混ぜ合わせたペースト状物質を使用する場合に発生する。即ち、上記半田粉末に起因して上記未充填部分９が発生する。したがって、従来のクリーム半田印刷機１００では、スキージ速度ｖの高速化による印刷時間の短縮は行えないという問題があった。
スキージ速度ｖの高速化による未充填部分９の発生は以下に示す様な現象により発生する。スキージ速度ｖを従来より高速化した場合には、開口部４上を印刷用スキージ１０１ａの先端部１０３が通過する時間は短くなる。従って、クリーム半田７が開口部４へ充填される時間（以下、充填時間と記す）も当然短くなる。又、（１）式並びに図２３及び図２４より、ｒ＝０、即ち印刷用スキージ１０１ａの先端部１０３とマスク３の表面３ａとの接触点で、上記充填圧力は最大になる。尚、理論上はｒ＝０ではｐｒ＝ｐθ＝∞であるが、実際はこの部分でよどみ点となるために最大値を示すことになる。
しかしながら、スキージ速度ｖを従来より速くすることで上記充填圧力自体は上昇しているにもかかわらず、図２４にて斜線にて示す圧力分布からも分かる様に、圧力の高い範囲が狭く、又、スキージ先端部１０３が開口部４上を瞬時に通過するために十分な充填時間を得ることができず、その結果として未充填部分９が発生してしまう。
【０００７】
上記未充填部分９の発生を防ぐためには、（１）式から判断すると、上記スキージ角度αを小さくして、更に上記充填圧力を上昇させることで、短い充填時間でも充填を完了する様にすればよいと考えられる。しかしながら、上述の様に従来の印刷用スキージ１０１ａは、クリーム半田７の充填動作とマスク３の表面３ａのクリーム半田７の掻き取り動作との２つの動作を行っているために、充填圧力を増加させることはスキージ先端部１０３の変形を大きくすることになり、マスク３の表面３ａのクリーム半田７を掻き取ることができなくなる。よって、図２６に示すように、マスク３の表面３ａにクリーム半田７が残ってしまう。これを防ぐために、更に印刷用スキージ１０１ａの先端部１０３をより強くマスク３の表面３ａに接触させた場合には、図２７に示す様にクリーム半田７の掻き取りは行われるが、その一方で、上記強い接触圧によりスキージ先端部１０３の変形量が大きくなってしまう。よって、スキージ先端部１０３が開口部４に位置したとき、スキージ先端部１０３の復元によりスキージ先端部１０３の一部分が開口部４に侵入し、開口部４に充填したクリーム半田７を削り取る現象が発生してしまう。又、クリーム半田７に含まれる半田粉末も上記削り取り現象を助長している。このため開口部４におけるクリーム半田７の充填量が減少し、安定した印刷が行えない。
【０００８】
このようなことから、従来、印刷を行う際は、上述の充填及び掻き取り動作の両方が十分に行え安定した印刷ができる様に、作業者が経験的に各印刷条件の設定や調整、変更を行っていた。よって、上記印刷条件の設定や調整、変更作業は作業者による個人差が大きく、安定した印刷を維持することは困難であるという問題もあった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、従来に比べ印刷時間の高速化を図った場合においても安定した印刷を行うことができる、クリーム半田印刷装置及び印刷方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１態様であるクリーム半田印刷装置は、開口部が形成された印刷用マスクの表面をスキージが印刷方向に移動することにより上記表面上のクリーム半田を上記印刷用マスクの裏面に位置する回路基板面に上記開口部を介して印刷し塗布するクリーム半田印刷装置であって、
上記スキージは、
印刷時には上記表面に対して隙間を隔てた非接触な状態に先端が配置されて上記印刷方向に移動して上記クリーム半田を上記開口部へ充填する充填用スキージと、
上記印刷方向において上記充填用スキージの後方に配置され印刷時には上記表面に接触して上記充填用スキージと同方向に移動する掻き取り用スキージであって、当該掻き取り用スキージの軸方向と上記印刷用マスクの表面とを鈍角として設けられ上記開口部に充填された上記クリーム半田に影響を与えずに上記表面上の不要なクリーム半田の除去を行い、かつ当該掻き取り用スキージと上記印刷用マスクの表面との接触線の延在方向と上記開口部を形成する縁部の延在方向とが交差して設けられる掻き取り用スキージと、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第２態様であるクリーム半田印刷方法は、開口部が形成された印刷用マスクの表面を印刷時には充填用スキージの先端と上記表面とが隙間を隔てた非接触な状態で上記充填用スキージを印刷方向に移動して上記表面上のクリーム半田を上記開口部へ充填した後、
上記表面に接触して上記印刷方向に移動する掻き取り用スキージであって当該掻き取り用スキージの軸方向と上記印刷用マスクの表面とを鈍角として設けられ、かつ当該掻き取り用スキージと上記印刷用マスクの表面との接触線の延在方向と上記開口部を形成する縁部の延在方向とが交差して設けられる掻き取り用スキージにて、上記開口部に充填された上記クリーム半田に影響を与えずに上記表面上の不要なクリーム半田の除去する、
ことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態であるクリーム半田印刷装置及び印刷方法について図面を参照しながら以下に説明する。尚、上記印刷方法は上記クリーム半田印刷装置にて実行されるものである。又、各図において、同一又は同様の機能を果たす構成部分については同じ符号を付し、その説明を省略する。又、本明細書において、クリーム半田とは、粉末半田を高粘性フラックスに混ぜ合わせたペースト状半田をいう。又、充填調整装置の機能を果たす一実施形態として後述する充填用スキージ１０用の上下駆動装置１１及び角度可変装置１２が相当する。又、充填圧力検出器の機能を果たす一実施形態として後述する反力検出器１３、及び圧力検出器５３２ａ，５３２ｂが相当する。
図１は、本実施形態におけるクリーム半田印刷装置５１におけるスキージ周りの概略を示す図である。尚、該クリーム半田印刷装置５１は、上述の左、右の両印刷方向にスキージが移動するタイプである。
クリーム半田印刷装置５１には、上記右方向印刷時に使用する掻き取り用スキージ１４ａ、上記左方向印刷時に使用する掻き取り用スキージ１４ｂに加え、さらに、印刷方向においてこれら掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂに挟まれた位置に、クリーム半田７をマスク３の上記開口部４に充填するための充填用スキージ１０を設けた。
【００１２】
印刷時においてマスク３上の不要なクリーム半田７の掻き取り動作を行う掻き取り用スキージ１４ａ，１４ｂのそれぞれは、当該クリーム半田印刷装置５１を構成するスキージヘッドの台板１７にそれぞれ取り付けられた掻き取りスキージ用の上下駆動装置１５，１６にて、待機位置１８と掻取位置１９との間で昇降可能である。尚、上記台板１７は、制御装置４８にて動作制御される駆動装置４９にて左、右の印刷方向へ移動される。図１では、右方向印刷を行っている状態を示しているので、掻き取り用スキージ１４ａが掻取位置１９に下降し、掻き取り用スキージ１４ｂが待機位置１８に上昇した状態を図示している。掻き取り用スキージ１４ａ，１４ｂが掻取位置１９に位置した状態にあっては、各スキージの先端部２０は、適宜な圧力がマスク３の表面３ａに印加されるような状態でマスク３の表面３ａに接触する。尚、図１では、掻き取り用スキージ１４ａ，１４ｂの各先端部２０，２０の掻き取り用スキージ側面２１，２１は、上記表面３ａに対して直交方向に延在するように図示しているが、実際の印刷時には、掻き取り用スキージ１４ａ，１４ｂは、例えば図１１，１３に示すようにマスク３の表面３ａに対して上記側面２１が鋭角な角度、又は鈍角な角度の任意の角度をなすように傾斜し、表面３ａ上の不要なクリーム半田７の掻き取り動作を行う。又、上記表面３ａ上の上記不要なクリーム半田７とは、マスク３の表面３ａ及び開口部４において、表面３ａを超えて表面３ａ及び開口部４に盛り上がって存在するクリーム半田をいう。
又、上記駆動装置４９、上下駆動装置１５，１６のそれぞれは、当該クリーム半田印刷装置５１の動作制御を行う制御装置４８に接続される。
【００１３】
充填用スキージ１０は、大略、充填用部材２２、該充填用部材２２を保持する保持部材２３を有し、台板１７に取り付けられた、充填用スキージ１０用の上下駆動装置１１の駆動軸１１ａに反力検出器１３を介して連結されている。上下駆動装置１１は、制御装置４８に接続されており、詳細後述するように、反力検出器１３の出力情報に基づき制御装置４８を介して駆動され駆動軸１１ａを昇降する。
本実施形態では左右両印刷方向に対して一つの充填用スキージ１０を設けたものであるので、充填用部材２２は、図示するように大略船底形に形成され、その先端部分における表面３ａへの対向面は、図２に詳しく示すように、充填用部材２２の先端２４から各印刷方向に向かって上り傾斜となる充填加圧面２５を形成する。尚、充填用部材２２の材質としては、従来のスキージに使用されるような、ゴム材や金属等が使用できる。充填用スキージ１０は、印刷時において、上記先端２４が表面３ａに対して寸法ｈ２にてなる隙間Ｈ２をなすように配置される。又、このとき充填用部材２２の印刷方向側の側面２２ａと充填加圧面２５との交線部分２６と表面３ａとの隙間Ｈ１の寸法はｈ１となる。
上述のような充填用部材２２を有する充填用スキージ１０及び掻き取り用スキージ１４ａ，１４ｂを設けることで、充填用スキージ１０のスキージ速度を高速化した場合においても従来のようにマスク３の開口部４にクリーム半田７の未充填部分９が生じることはなく、安定した印刷を行うことができる。その理由を以下に説明する。
【００１４】
充填用スキージ１０による開口部４へのクリーム半田７の充填の際に発生する充填圧力について、図２に基づいて説明する。図２に示す状態にて、矢印で示すように右方向へ充填用スキージ１０を移動させると、クリーム半田７は、上述した隙間Ｈ１側から充填用部材２２の充填加圧面２５へ流入して、上記隙間Ｈ２から流出する。この現象は、狭いくさび状の隙間に入り込む物質の流れを考えることにより説明することができる。即ち、図３に示す様なモデルを考える。このモデルは、軸受等における流体潤滑の説明で用いられる一般的に良く知られたモデルであるが、このモデルはちょうど充填用部材２２の中心から右側の隙間Ｈ２から隙間Ｈ１までの形態と近似している。図３において、壁体３０１と基準面３０２との流体の入口側の隙間の大きさをｈ１、出口側の隙間の大きさをｈ２、入口隙間と出口隙間の間隔をＬ、入口隙間からｘの距離における壁体３０１と基準面３０２との隙間の大きさをｈ、壁体３０１の移動速度をｖ、流体の粘度をηとすると、流体の流れにより距離ｘの位置で発生する圧力ｐ’は次式で表され、又、圧力分布は図４に示すようになることが良く知られている。
ｐ’＝（６ηｖＬ／（ｈ１ ２−ｈ２ ２））・（（ｈ１−ｈ）（ｈ−ｈ２）／ｈ２）…（２）
従って、充填用スキージ１０の充填用部材２２によりクリーム半田７に発生する充填圧力及び圧力分布も同様に考えることができる。即ち、図２４における斜線部分１０５に比べて、図４における斜線部分３０３に示すように、充填用スキージ１０を使用することで高い充填圧力が広範囲で発生していることがわかる。したがって、充填時間が短くても上記開口部４への充填を行うことができる。よって、スキージ速度を高速化した場合においても上記未充填等の充填不良の発生が無く、安定した印刷を行うことができる。
【００１５】
このような充填用部材２２は、上記駆動軸１１ａと同軸上にてピン２７にて左、右の印刷方向側に揺動可能な状態で保持部材２３にて保持される。後述するように充填用部材２２の充填加圧面２５とマスク３の表面３ａとの交差角度を可変とするとともに、ピン２７を中心に揺動可能な充填用部材２２を適宜な上記交差角度に維持するために、保持部材２３にはモータ又はシリンダなどのような角度可変装置１２が取り付けられている。該角度可変装置１２は、その本体の一端が保持部材２３に回動可能に支持され、該本体に対して進退可能である駆動軸１２ａの先端部分が充填用部材２２の肩部２２ａに対して回動可能に連結されている。よって、駆動軸１２ａを進退させることで充填用部材２２は、ピン２７を支点として揺動することになる。又、角度可変装置１２は、制御装置４８に接続されており、制御装置４８の制御により上記駆動軸１２ａを進退させて上記交差角度を変更する。
【００１６】
さらに本実施形態では、印刷時においてクリーム半田７を介して充填用部材２２の充填加圧面２５に作用する反力を検出可能なように、保持部材２３はロードセルなどのような反力検出器１３を介して上下駆動装置１１の駆動軸１１ａに接続されている。尚、従来のクリーム半田印刷装置に対して上記反力検出器１３を単に設けたとしても反力を検出することはできない。その理由を図２８を参照して説明する。従来の印刷用スキージ１０１ａの先端部はマスク３の表面３ａと接触した状態で移動するために、図２９に示すように、その摩擦により印刷用スキージ１０１ａの先端部が大きく変形する。又、印刷用スキージ１０１ａの先端部とマスク３の表面３ａとの接触部分が反力検出器の鉛直方向上には位置していない。よって、クリーム半田７の反力で印刷用スキージ１０１ａの上記接触部分が押し上げられることで、上記接触部分とは反対側に位置する印刷用スキージ１０１ａの反接触側端部は逆にマスク３側に引っ張られるような状態を生じる。よって印刷用スキージ１０１ａにはクリーム半田７による反力が作用しているにも拘わらず、反力検出器は逆にマスク３側への引張力を検出するようになってしまう。したがって反力検出器はクリーム半田７の反力を検出することはできない。これに対し、本実施形態のクリーム半田印刷装置５１では、充填用スキージ１０は、マスク３の表面３ａに接触しない状態で移動するので、クリーム半田７の反力を検出することが可能となる。
【００１７】
又、図３及び上記（２）式からも分かる様に、圧力ｐ’をｘ＝０〜Ｌの範囲で積分することにより、充填加圧面２５に作用する反力を求めることができる。よって、反力検出器１３により検出されたクリーム半田７の反力により、充填圧力の状態を知ることができる。さらに又、上記（２）式よりわかるように、圧力ｐ’は、隙間Ｈ１及び隙間Ｈ２の寸法ｈ１及び寸法ｈ２を調整することで変化させることができ、寸法ｈ１及び寸法ｈ２は、充填用スキージ１０の上下駆動装置１１及び角度可変装置１２の少なくとも一方を動作させることにより調整が可能である。
よって、反力検出器１３は制御装置４８に接続されており、制御装置４８は、反力検出器１３が検出した上記反力の情報に基づき、上述の未充填部分９がマスク３の開口部４にて発生しないように上記隙間Ｈ２の寸法ｈ２や、上記隙間Ｈ１の寸法ｈ１を調整するために上下駆動装置１１を動作させ駆動軸１１ａを介して充填用部材２２を昇降させたり、上記交差角度を調整するために角度可変装置１２を動作する制御を行う。したがって、例えば、環境変化等の影響でクリーム半田７の物性、特に粘度η、が変化して充填圧力が変化したり、生産機種切り替え等によりクリーム半田７の種類が変更されたとき等でも、反力検出器１３にて検出されたクリーム半田７の反力情報が予め設定した反力値や機種切り替え前における反力値に近似していくように、制御装置４８は上下駆動装置１１及び角度可変装置１２の少なくとも一方を動作させる。これにより充填用スキージ１０の高さ及び上記交差角度の少なくとも一方が変化して上記寸法ｈ１及びｈ２が調整され、印刷条件を自動的に調整、変更することができ、安定した印刷を行うことができる。尚、制御装置４８による上記上下駆動装置１１及び角度可変装置１２の動作制御は、充填用スキージ１０の移動とともにリアルタイムにて行ってもよいし、各回路基板毎又はある印刷回数毎に行ってもよい。
このように、印刷条件を自動的に調整、変更することができるので、安定した印刷を維持することができ、作業時間も短縮することができる。
【００１８】
尚、本実施形態では、充填用スキージ１０の充填用部材２２の充填加圧面２５は、平面であるが、これに限るものではなく、例えば図５に示すように表面３ａ側に凸状となる曲面であってもよい。要するに、印刷方向に向かって、充填加圧面２５とマスク３の表面３ａとの間の隙間における寸法が上記寸法ｈ２よりも上記寸法ｈ１の方が大きい、即ち、ｈ１＞ｈ２の関係を有するものであれば充填加圧面２５の形状は問わない。又、充填用部材２２の先端２４は、図２に示すように尖っていてもよいし、図７に示すように上記印刷方向に沿って適宜な長さにわたり表面３ａに平行な平面であってもよい。
【００１９】
又、反力検出器１３及び角度可変装置１２の設置場所は、上述した箇所に限定されるものではなく各機能を果たすことができるような場所であればよい。
【００２０】
又、当該クリーム半田印刷装置５１は、左、右の両印刷方向に移動するタイプであるので、掻き取り用スキージ１４ａ，１４ｂの両方を備えるが、クリーム半田印刷装置はいずれか一方のみに移動するタイプであってもよく、その場合には移動方向に対応する掻き取り用スキージ１４ａ又は掻き取り用スキージ１４ｂが設けられる。
【００２１】
又、本クリーム半田印刷装置５１では、充填用スキージ１０の充填用部材２２の形状を左右対称形とし、右及び左の両方の印刷方向において同一の充填用スキージ１０を使用するようにしているが、図６に示すように、右方向印刷用充填用スキージ３０５ａ及び左方向印刷用充填用スキージ３０５ｂとして分割し、個々に動作させて印刷を行っても良い。このように２つの充填用スキージ３０５ａ，３０５ｂを設けることで次のような利点がある。即ち、充填用スキージ１０の場合で、上記充填用スキージ１０の高さや上記交差角度をリアルタイムの制御ではなく各印刷開始前に設定するような場合には、例えば右方向印刷において充填用スキージ１０の高さや上記交差角度を変更したときには、左方向印刷においても同様の印刷条件を得るために、左方向印刷の開始前に上下駆動装置１１や角度可変装置１２を動作させる必要がある。これに対して２つの充填用スキージ３０５ａ，３０５ｂを設けた場合には、印刷方向に応じて予め別個に上下駆動装置１１や角度可変装置１２を動作させておくことができる。
【００２２】
以上の様に構成されたクリーム半田印刷装置５１を使用したクリーム半田印刷動作について図８を参照しながら以下に説明する。尚、上下駆動装置１１や角度可変装置１２の動作制御は、上述したリアルタイムにて実行する場合を例にとる。
ステップ（図内では「Ｓ」にて示す）１においては以下の動作が行われる。先ず、マスク３の表面３ａにクリーム半田７を所定量供給する。右方向印刷の場合、プリント基板５をマスク３に位置決めして重ね合わし、上下駆動装置１１及び１５により充填用スキージ１０及び右方向印刷用掻き取りスキージ１４ａをそれぞれ下降させる。このとき、掻き取り用スキージ１４ａの先端部２０はマスク３の表面３ａに適正な押圧力で接触させる。又、このとき、充填用スキージ１０は、図２に示す様に、マスク３の表面３ａに接触せずに所定の寸法ｈ２の隙間Ｈ２が形成される。又、充填用スキージ１０は、印刷方向に向かって、上記隙間Ｈ２が、上記供給されたクリーム半田７の後方に位置する様に下降される。
【００２３】
ステップ２では、この状態を保持した状態で、駆動装置４９にて台板１７を右方向へ移動させ、充填用スキージ１０と掻き取り用スキージ１４ａを右方向の印刷方向へ直線移動させる。これにより、充填用スキージ１０によるマスク３の開口部４へのクリーム半田７の充填が開始される。
このとき、ステップ３では、充填用スキージ１０へ作用する反力が反力検出器１３にて検出され、ステップ４にて検出された反力が上述したように例えば予め設定した反力値の範囲であるか等が判断される。検出された反力が適正範囲から外れるときには、ステップ５にて、上記検出された反力が適正範囲内となるように、制御装置４８により上下駆動装置１１及び角度可変装置１２の少なくとも一方が動作される。これにより充填用スキージ１０の高さ及び上記交差角度の少なくとも一方が変化する。
【００２４】
ステップ６では、充填用スキージ１０の隙間Ｈ２によってマスク３の表面３ａに形成されたクリーム半田７の層を掻き取り用スキージ１４ａにより掻き取る。この掻き取り用スキージ１４ａの掻き取り動作によりマスク３の表面３ａ上の不要なクリーム半田７が除去され、開口部４に上記表面３ａを越えて盛り上がって充填されたクリーム半田７は表面３ａと同一面まで掻き取られる。
【００２５】
この後、プリント基板５をマスク３から離すことにより、クリーム半田７の印刷が行なわれる。次に、左方向印刷では、上述の右方向印刷の場合と同様に、プリント基板５をマスク３に位置決めして重ね合わした後、上下駆動装置１１，１６により、充填用スキージ１０と左方向印刷用掻き取りスキージ１４ｂをそれぞれ下降させる。このときも、掻き取り用スキージ１４ｂの先端部２０はマスク３の表面３ａに適正な押圧力で接触させ、又、充填用スキージ１０はマスク３の表面３ａに接触させずに所定の寸法ｈ２にてなる隙間Ｈ２を形成する。又、左方向への印刷方向に向かって、上記隙間Ｈ２がクリーム半田７の後方に位置する様に充填用スキージ１０は下降させる。その後の動作は上述の右方向印刷と同様にして行う。
上述したような印刷動作を交互に繰り返すことにより、マスク３を介してプリント基板５のランド６上にクリーム半田７を連続して印刷、塗布する。
【００２６】
上記実施形態において、実際の印刷時には掻き取り用スキージ１４ａ，１４ｂは、マスク３の表面３ａに対して上記掻き取り用スキージ１４ａ，１４ｂの側面２１が鋭角又は鈍角の任意の角度をなすように傾斜して上記不要なクリーム半田７の掻き取り動作を行う旨を説明したが、以下に説明するように、マスク３の表面３ａに対して、掻き取り用スキージ１４ａ，１４ｂの軸方向を、具体的には上記側面２１を鋭角ないし鈍角の任意の角度をなすように予め傾斜させて設置してもよい。
即ち、図９に示すクリーム半田印刷装置５０１では、掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂのそれぞれは、ホルダー５０７，５１０にそれぞれ保持されており、該ホルダー５０７，５１０は、上記上下駆動装置１５、１６の駆動軸１５ａ、１６ａに取り付けられた保持部材５０６，５０９にピン５０５，５０８を介して取り付けられる。ピン５０５，５０８は、上記駆動軸１５ａ，１６ａと同軸上にそれぞれ配置され、保持部材５０６，５０９に対して上記左、右の印刷方向にホルダー５０７，５１０を揺動可能に支持する。よって掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂのそれぞれは、マスク３の表面３ａに対して、掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂの側面２１、２１が鋭角から直角を介して鈍角までの範囲の任意の角度をなすように設定可能である。ここで、ピン５０５，５０８を例えばボルト、ナットのような締結部材にて構成することで、ピン５０５，５０８の締め付けにより、ホルダ５０７，５１０の上記揺動を止めかつ掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂを上記任意の角度に固定することができる。
又、ピン５０５，５０８を回転中心として、例えばモータを使用した公知の機構にてホルダ５０７，５１０を揺動させかつ上記任意の角度にホルダ５０７，５１０を固定するようにしてもよい。
このように、ピン５０５，５０８、保持部材５０６，５０９、及びホルダ５０７，５１０にて、掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂの角度設定装置５０２，５０３を形成する。
尚、図９に示すクリーム半田印刷装置５０１におけるその他の構造は、図１を参照し上述したクリーム半田印刷装置５１と同じである。
【００２７】
掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂの側面２１をマスク３の表面３ａに対して、例えば鈍角に設定した場合には、図１１に示すように、充填用スキージ１０によりマスク３の開口部４に充填されたクリーム半田７に極力影響を与えないようにして上記表面３ａ上の不要なクリーム半田７を除去することができる。その理由は、図１２に示すような、工具５２０による工作物５２１の切削加工における一般的なせん断切削モデルを考えることにより説明することができる。このモデルに示すように工具５２０で工作物５２１を切削する場合、工具５２０により作用するせん断力は、仕上げ面５２２よりも上部、即ち、図１２に斜線を施したせん断領域５２４に主に作用する。即ち、上記せん断力は、切りくず５２３になる部分だけに作用する。つまり、図１２において、掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂを工具５２０に、上記開口部４に充填されたクリーム半田７を仕上げ面５２２より下の工作物５２１に、上記表面３ａ上の不要な上記クリーム半田７を切りくず５２３に、それぞれ置き換えて考えると、掻き取り用スキージの側面２１の角度を鈍角に設定した場合のせん断力は、上記表面３ａ上の不要な上記クリーム半田７だけに作用するので、上記開口部４に充填された上記クリーム半田７に影響を与えないで上記表面３ａ上の不要なクリーム半田７を除去することができる。
【００２８】
一方、掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂの側面２１をマスク３の表面３ａに対して鋭角に設定した場合には以下の効果を得ることができる。例えば、もし充填用スキージ１０によるクリーム半田７の開口部４への充填が不完全であり、未充填部分９が発生した場合においても、掻き取り用スキージ１４ａ，１４ｂを上記鋭角に設置することにより、クリーム半田７の開口部４への充填を確実に行うことができる。即ち、図１３に示すように、掻き取り用スキージ１４ａ，１４ｂを上記鋭角に設置することで、充填用スキージ１０だけでなく掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂにおいても補助的に充填圧力を発生させ、未充填部分９が存在する開口部４へのクリーム半田７の再充填と、上記表面３ａ上の不要なクリーム半田７の除去とを掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂにて行うことができる。
又、図１４から図１６に示すように、表面３ａに対する側面２１のなす角度を鈍角にした場合や直角にした場合においても上記と同様の効果を得ることも可能である。つまり、掻き取り用スキージ１４ａ，１４ｂの先端形状により、表面３ａに接触している先端部２０よりも、印刷方向に向かって前方の位置に、側面２１とは別に存在する面２１ａのなす角度が表面３ａに対して鋭角である場合には、側面２１のなす角度を鈍角や直角に設定した場合であっても側面２１を鋭角に設定した場合と同様の効果を得ることができる。尚、上述したようにクリーム半田７の開口部４への充填は、主に充填用スキージ１０によって実行されるものであり、上記のような掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂによる充填はあくまで補助的なものである。よって掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂにより生じさせる充填圧力は充填用スキージ１０によるものに比べて低くてよいので、上記側面２１の角度を大きく設定することができ、従来スキージでスキージ角度αを小さくしたときのような問題は生じない。よって、スキージ速度を高速化した場合においても未充填部分９の発生がなく、安定した印刷を行うことができる。
【００２９】
さらに又、掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂは、マスク上面の概略図である図１０に示すように、各先端部２０，２０とマスク３の表面３ａとの接触線５１５が、マスク３に形成されている開口部４を形成する縁部の延在方向と平行にならないように配置されるのが好ましい。即ち、上記マスク３の開口部４のパターンの形状は、開口部４を形成する縁部の延在方向が直線状をなしかつ矢印にて示す印刷方向に対して上記延在方向が直交する直線部分４ａを有するように形成されている場合がある。この状態で、上記接触線５１５の延在方向が印刷方向に対して直交する状態、換言すると上記接触線５１５の延在方向と上記直線部分４ａの延在方向とが平行になる状態にて、掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂが上記印刷方向に移動したときには、掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂの先端部２０がマスク３の開口部４の直線部分４ａに引っかかり、先端部２０や開口部４を破損してしまう危険性がある。よって、接触線５１５の延在方向が開口部４を形成する縁部の延在方向と交差するように、接触線５１５の延在方向と直線部分４ａの延在方向とのなす角度５１６が鋭角となるように、又は角度５１７が鈍角となるように、掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂを上下駆動装置１５、１６の駆動軸１５ａ、１６ａに取り付けるのが好ましい。尚、上記角度５１６は、例えば１度から４５度程度が好ましく、最も好ましくは４５度である。
又、角度５１６，５１７が変更可能となるように、駆動軸１５ａ、１６ａに対して掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂを取り付けてもよい。
【００３０】
又、上述の実施形態では、マスク３の開口部４のパターンが接触線５１５の延在方向に平行とならないように、マスク３に対して掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂを配向させたが、これとは逆に、接触線５１５の延在方向と上記印刷方向とを直交させた状態にて、直線部分４ａと接触線５１５とが平行にならないように掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂに対してマスク３側をずらしてもよい。
【００３１】
尚、マスク３の開口部４のパターンが、接触線５１５の延在方向に平行となるような直線部分４ａを有さずに形成されているときには、例えば上記角度５１６が鋭角となるようにして掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂを配向させる必要はない。
【００３２】
又、上述の実施形態では、充填用スキージ１０用の上下駆動装置１１の駆動軸１１ａに反力検出器１３を設け、充填用スキージ１０の全面に作用するクリーム半田７の反力を上記反力検出器１３にて検出するようにしたが、以下のような構成により、開口部４へのクリーム半田７の充填圧力を直接に検出するようにしてもよい。
即ち、図１７に示すクリーム半田印刷装置５３５において、上述の充填用スキージ１０に相当する充填用スキージ５３０は、上述の充填用スキージ１０の場合と同様に、大略、充填用部材２２に相当する充填用部材５３１、該充填用部材５３１を保持する保持部材２３を有し、台板１７に取り付けられた、充填用スキージ５３０用の上下駆動装置１１の駆動軸１１ａに連結されている。上下駆動装置１１は、制御装置５３６に接続されており、詳細後述するように、圧力センサなどの圧力検出器５３２ａ又は５３２ｂの出力等の情報に基づき制御装置５３６を介して駆動され、駆動軸１１ａを昇降する。
【００３３】
充填用部材５３１には、図１８及び図１９に示すように、充填用部材５３１の軸方向のほぼ中央部付近であって充填用部材５３１の先端５３４部分にて、それぞれの充填加圧面５３３，５３３から充填用部材５３１の内部側へ圧力検出器５３２ａ、５３２ｂが埋設されている。尚、圧力検出器５３２ａ、５３２ｂは、充填用スキージ５３０による開口部４へのクリーム半田７の充填の際に発生する充填圧力を検出可能なように、印刷時にクリーム半田７が存在する位置に取り付けられ、各充填加圧面５３３，５３３に少なくとも１個、設けられる。又、上述したように、充填圧力はその分布より、充填用部材５３１の先端５３４の近傍に最大圧力を発生することから、圧力検出器５３２ａ、５３２ｂは、充填用部材５３１の先端５３４の近傍に設けることが望ましい。又、上記充填圧力をより正確に検出可能なように、図示するように圧力検出器５３２ａ，５３２ｂは、それぞれ圧力検出面を充填加圧面５３３，５３３に露出させて埋設されている。
尚、図１７に示すクリーム半田印刷装置５３５におけるその他の構造は、図１に示すクリーム半田印刷装置５１及び図９に示すクリーム半田印刷装置５０１に同じである。
【００３４】
ここで、上述の実施形態におけるクリーム半田印刷装置５１に設けられる反力検出器１３と、クリーム半田印刷装置５３５に設けられる圧力検出器５３２ａ、５３２ｂとの違いについて説明する。両検出器とも印刷時におけるクリーム半田７の充填圧力の状態変化を知るために設るものであるが、圧力検出器５３２ａ、５３２ｂが充填圧力を直接検出するのに対し、反力検出器１３では充填加圧面２５の全面に作用する充填圧力の総和である反力を検出しているので、充填圧力を間接的に検出している。
従って、反力検出器１３の場合には充填圧力が同一でも充填加圧面２５の面積により検出される反力が異なってしまうので、例えば、プリント基板５の寸法に合わせて充填用部材２２の寸法を変えた場合など、過去に蓄積された反力検出情報の参照が容易ではなく、印刷条件を再現するのに手間がかかる。尚、同一の充填用部材２２を用いて充填加圧面２５の面積を変えなければ、過去に蓄積された反力検出情報を容易に参照可能である。これに対し、圧力検出器５３２ａ、５３２ｂを用いる場合には、充填圧力を直接検出しているので、充填用部材５３１の寸法を変えた場合などでも過去の圧力検出情報を容易に参照でき、印刷条件を容易に再現することができ、より望ましい。
【００３５】
以上のように構成されたクリーム半田印刷装置５３５を使用したクリーム半田印刷動作については、上述の実施形態におけるクリーム半田印刷装置５１の場合と同様の動作が行われる。基本的には図８に示すステップ３，４に記載する「反力」が「圧力」に置き換わるだけである。つまり、ステップ３で、充填用スキージ５３０による開口部４へのクリーム半田７の充填の際に発生する充填圧力が圧力検出器５３２ａにて検出され、検出された圧力が、ステップ４にて、例えば予め設定した圧力値の範囲であるか否かが判断される。上記検出された圧力が適正範囲から外れるときには、ステップ５にて、上記検出された圧力が適正範囲内となるように、制御装置５３６により上下駆動装置１１及び角度可変装置１２の少なくとも一方が動作される。これにより充填用スキージ５３０の高さ及び上記交差角度の少なくとも一方が変化する。
尚、これ以外の動作は、クリーム半田印刷装置５１の場合と同様であり、以上のような印刷動作を交互に繰り返すことにより、マスク３を介してプリント基板５のランド６上にクリーム半田７を連続して印刷、塗布する。
【００３６】
尚、以上の説明では、反力検出器１３、又は圧力検出器５３２ａ，５３２ｂのいずれか一方のみを設けた場合についてそれぞれ説明したが、反力検出器１３と圧力検出器５３２ａ，５３２ｂとの両方を一つのクリーム半田印刷装置に設けた構成とし、反力と圧力の両方を検出してもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上、詳述したように本発明の第１態様のクリーム半田印刷装置及び第２態様のクリーム半田印刷方法によれば、充填用スキージと掻き取り用スキージとを備え、充填用スキージをマスクの表面に対して非接触な状態で移動させてクリーム半田を印刷用マスクの開口部に充填した後、マスクの表面上の不要なクリーム半田を掻き取り用スキージにて除去するようにしたことより、スキージ速度を高速化しても開口部へのクリーム半田の充填不良やクリーム半田の掻き取り不良の発生が無く、回路基板上に安定した印刷を行うことができる。よって、印刷時間の短縮を図り生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるクリーム半田印刷装置の大略の構造を示す図である。
【図２】図１に示す充填用スキージの充填用部材の先端部分を示す図である。
【図３】図１に示す充填用スキージの充填用部材によるクリーム半田の充填圧力を求めるためのモデルを示す図である。
【図４】図３に示すモデルにて得られる圧力分布を示す図である。
【図５】図１に示す充填用スキージの充填用部材の他の実施形態を示す図である。
【図６】図１に示す充填用スキージの他の実施形態を示す図である。
【図７】図１に示す充填用スキージの充填用部材のさらに他の実施形態を示す図である。
【図８】図１に示すクリーム半田印刷装置の動作を示すフローチャートである。
【図９】図１に示すクリーム半田印刷装置の他の実施形態を示す図である。
【図１０】図９に示すクリーム半田印刷装置における掻き取り用スキージとマスクとの接触線と開口部との配置関係を示す図である。
【図１１】図９に示すクリーム半田印刷装置において掻き取り用スキージの側面とマスクの表面とのなす角度を鈍角にしクリーム半田を掻き取っている状態を示す図である。
【図１２】図１１に示す掻き取り用スキージにてクリーム半田が掻き取られることを説明するためのモデルを示す図である。
【図１３】図９に示すクリーム半田印刷装置において掻き取り用スキージの側面とマスクの表面とのなす角度を鋭角にしクリーム半田を開口部に充填している状態を示す図である。
【図１４】図９に示すクリーム半田印刷装置において掻き取り用スキージの側面とマスクの表面とのなす角度を種々に変化させた場合を示す図である。
【図１５】図９に示すクリーム半田印刷装置において掻き取り用スキージの側面とマスクの表面とのなす角度を種々に変化させた場合を示す図である。
【図１６】図９に示すクリーム半田印刷装置において掻き取り用スキージの側面とマスクの表面とのなす角度を種々に変化させた場合を示す図である。
【図１７】図１に示すクリーム半田印刷装置のさらに他の実施形態を示す図である。
【図１８】図１７に示すクリーム半田印刷装置における充填用スキージの充填用部材の斜視図である。
【図１９】図１８に示す充填用部材の断面図である。
【図２０】従来のクリーム半田印刷装置の大略の構造を示す図である。
【図２１】図２０に示すスキージにて印刷を行う状態を示す図である。
【図２２】図２０に示すスキージにてクリーム半田が開口部に充填されていく状態を示す図である。
【図２３】図２０に示すスキージにてクリーム半田に生じる充填圧力を求めるためのモデルを示す図である。
【図２４】図２０に示すスキージにてクリーム半田に生じる充填圧力の圧力分布を示す図である。
【図２５】マスクの開口部にクリーム半田の未充填部分が生じた場合を示す図である。
【図２６】図２０に示すスキージにおいてその先端部の変形を大きくした場合に、マスクの表面にクリーム半田が残ってしまう状態を示す図である。
【図２７】図２０に示すスキージにおいてその先端部の変形を大きくした場合に、開口部に充填されたクリーム半田が掻き取られてしまう状態を示す図である。
【図２８】図２０に示す従来のクリーム半田印刷装置における印刷用スキージに反力検出器を設けた状態を示す図である。
【図２９】図２８に示す反力検出器がクリーム半田の反力を検出できないことを説明するための図である。
【符号の説明】
３…印刷用マスク、３ａ…表面、５…回路基板、７…クリーム半田、
１０…充填用スキージ、１１…上下駆動装置、１２…角度可変装置、
１３…反力検出器、１４ａ…右方向印刷用掻き取り用スキージ、
１４ｂ…左方向印刷用掻き取り用スキージ、
１５，１６…上下駆動装置、２２…充填用部材、２３…保持部材、
２５…充填加圧面、４８…制御装置、
５１…クリーム半田印刷装置、
５０１…クリーム半田印刷装置、５０２，５０３…角度設定装置、
５３２ａ，５３２ｂ…圧力検出器、
５３５…クリーム半田印刷装置。
【発明の属する技術分野】
本発明は、クリーム半田を被印刷物である回路基板面上に印刷、塗布するクリーム半田印刷装置及び印刷方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子回路基板の製造においてプリント基板上にチップ部品等の電子部品を半田付けする際には主にクリーム半田が使用され、このクリーム半田を所望のパターンにて印刷、塗布するためにクリーム半田印刷機が用いられる。
従来のクリーム半田印刷機１００に塔載されているスキージヘッドの一例としては、図２０に示す様な構成のものが挙げられる。通常、印刷動作は、スキージヘッド１０２が、図２０における左から右へ、及び右から左へ各プリント基板５毎に交互に移動するが、この際、上記左から右への右方向印刷では右方向印刷用スキージ１０１ａが、反対の左方向印刷では左方向印刷用スキージ１０１ｂが使用される。
このような従来のクリーム半田印刷機１００による、プリント基板５へのクリーム半田の印刷動作を図２０ないし図２２に基づいて説明する。図２０ないし図２２において、３は所望のパターンの開口部４が形成されたマスク、５はプリント基板、６はクリーム半田７を印刷するランド、８はソルダーレジストである。尚、マスク３の上記所望のパターンとは、プリント基板５上のランド６に対応して開口部４が形成されてなるパターンをいう。
【０００３】
先ず、上記右方向印刷を行う場合、開口部４とランド６とが一致するように、プリント基板５をマスク３に位置決めして重ね合わした後、左方向印刷用スキージ１０１ｂを上昇させた状態で右方向印刷用スキージ１０１ａを下降させてスキージ先端部１０３をマスク３の表面３ａに適正な印圧で接触させる。この状態で、右方向に沿って右方向印刷用スキージ１０１ａを直線移動させることで、予めマスク３の表面３ａに設けたクリーム半田７をマスク３の開口部４に充填させていく。右方向印刷用スキージ１０１ａがマスク３の右端まで移動した後、プリント基板５をマスク３から離すことで印刷動作が終了する。又、上記左方向印刷を行う場合には、上述の右方向印刷と同様に、プリント基板５をマスク３に位置決めして重ね合わした後、今度は反対に右方向印刷用スキージ１０１ａを上昇させたまま、左方向印刷用スキージ１０１ｂを下降させてスキージ先端部１０３を接触させる。その後の動作は上述の右方向印刷と同様である。この様に、これらの動作を各プリント基板５毎に交互に繰り返すことにより、マスク３を介して各プリント基板５のランド６上にクリーム半田７を連続して印刷、塗布するものである。
【０００４】
従来のクリーム半田印刷機１００を使用した印刷では、印刷用スキージ１０１ａ又は印刷用スキージ１０１ｂの先端部１０３をマスク３の表面３ａに適正な印圧で接触させた状態で印刷用スキージ１０１ａ又は印刷用スキージ１０１ｂを移動させていることからも分かる様に、従来の印刷用スキージ１０１ａ，１０１ｂは、マスク３の表面３ａのクリーム半田７を掻き取る掻き取り動作と、マスク３の開口部４にクリーム半田７を充填する充填動作の２つの作業を１種類のスキージで行っている。これを図２１及び図２２に基づいて説明する。
図２１及び図２２は右方向印刷の場合の印刷用スキージ１０１ａ等の拡大図である。先ず図２１に示す様に、マスク３の表面３ａに先端部１０３が接触するように右方向印刷用スキージ１０１ａが下降して右方向に沿って直線移動すると、右方向印刷用スキージ１０１ａは、マスク３の表面３ａに供給されたクリーム半田７に到達してこれを掻き取りながら移動していく。この掻き取り動作によりクリーム半田７は、図２２に矢印Ｉにて示す様に、ローリングと呼ばれる回転運動を行いながら流動する。このとき、クリーム半田７の内部では流体圧力が発生している。この様な状態でさらに右方向印刷用スキージ１０１ａが右方向に移動し、マスク３の開口部４に達したとき、上述の流体圧力によりクリーム半田７は開口部４内に押し込まれて、いわゆるクリーム半田７の充填が行われる。以下、クリーム半田７が開口部４内に押し込まれる圧力を充填圧力と記す。
【０００５】
印刷用スキージ１０１ａに対し、図２３に示す様な座標系を考える。クリーム半田７の粘度をη、マスク３の表面３ａと該表面３ａに対向する印刷用スキージ１０１ａの面１０４とのなす角度（以下、スキージ角度と記す）をα、印刷用スキージ１０１ａの移動速度（以下、スキージ速度と記す）をｖとすると、クリーム半田７の内部に発生する流体圧力ｐは次式で表されることが知られている。
ｐ＝（２ηｖ／ｒ）・（Ａｓｉｎθ＋Ｂｃｏｓθ） … （１）
ここで、
ｒは図２３に示す極座標系における任意の位置、
θはマスク３の表面３ａと上記ｒとのなす角度、
Ａ＝ｓｉｎ２α／（α２−ｓｉｎ２α）、
Ｂ＝（α−ｓｉｎα・ｃｏｓα）／（α２−ｓｉｎ２α）。
従って、（１）式からクリーム半田７の内部の流体圧力分布及び印刷用スキージ１０１ａの面１０４での圧力分布は図２４に示す様な状態になることが分かる。即ち、図２４にて斜線を施した部分１０５が上記流体圧力ｐ、即ち上記充填圧力が発生した部分を示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一方、生産性向上の観点からクリーム半田印刷工程においても印刷時間の短縮が望まれている。しかしながら、従来のクリーム半田印刷機１００において、上記時間短縮のため上記スキージ速度ｖを従来よりも高速にした場合、図２５に示す様に、マスク３の開口部４へのクリーム半田７の充填量が不足する、いわゆる未充填部分９が発生して印刷不良となり、安定した印刷が行えない。尚、このような未充填部分９は、例えばスクリーン印刷にてインクを被印刷体へ印刷する通常の印刷では発生せず、例えばクリーム半田７のように高粘性フラックスに粉末半田を混ぜ合わせたペースト状物質を使用する場合に発生する。即ち、上記半田粉末に起因して上記未充填部分９が発生する。したがって、従来のクリーム半田印刷機１００では、スキージ速度ｖの高速化による印刷時間の短縮は行えないという問題があった。
スキージ速度ｖの高速化による未充填部分９の発生は以下に示す様な現象により発生する。スキージ速度ｖを従来より高速化した場合には、開口部４上を印刷用スキージ１０１ａの先端部１０３が通過する時間は短くなる。従って、クリーム半田７が開口部４へ充填される時間（以下、充填時間と記す）も当然短くなる。又、（１）式並びに図２３及び図２４より、ｒ＝０、即ち印刷用スキージ１０１ａの先端部１０３とマスク３の表面３ａとの接触点で、上記充填圧力は最大になる。尚、理論上はｒ＝０ではｐｒ＝ｐθ＝∞であるが、実際はこの部分でよどみ点となるために最大値を示すことになる。
しかしながら、スキージ速度ｖを従来より速くすることで上記充填圧力自体は上昇しているにもかかわらず、図２４にて斜線にて示す圧力分布からも分かる様に、圧力の高い範囲が狭く、又、スキージ先端部１０３が開口部４上を瞬時に通過するために十分な充填時間を得ることができず、その結果として未充填部分９が発生してしまう。
【０００７】
上記未充填部分９の発生を防ぐためには、（１）式から判断すると、上記スキージ角度αを小さくして、更に上記充填圧力を上昇させることで、短い充填時間でも充填を完了する様にすればよいと考えられる。しかしながら、上述の様に従来の印刷用スキージ１０１ａは、クリーム半田７の充填動作とマスク３の表面３ａのクリーム半田７の掻き取り動作との２つの動作を行っているために、充填圧力を増加させることはスキージ先端部１０３の変形を大きくすることになり、マスク３の表面３ａのクリーム半田７を掻き取ることができなくなる。よって、図２６に示すように、マスク３の表面３ａにクリーム半田７が残ってしまう。これを防ぐために、更に印刷用スキージ１０１ａの先端部１０３をより強くマスク３の表面３ａに接触させた場合には、図２７に示す様にクリーム半田７の掻き取りは行われるが、その一方で、上記強い接触圧によりスキージ先端部１０３の変形量が大きくなってしまう。よって、スキージ先端部１０３が開口部４に位置したとき、スキージ先端部１０３の復元によりスキージ先端部１０３の一部分が開口部４に侵入し、開口部４に充填したクリーム半田７を削り取る現象が発生してしまう。又、クリーム半田７に含まれる半田粉末も上記削り取り現象を助長している。このため開口部４におけるクリーム半田７の充填量が減少し、安定した印刷が行えない。
【０００８】
このようなことから、従来、印刷を行う際は、上述の充填及び掻き取り動作の両方が十分に行え安定した印刷ができる様に、作業者が経験的に各印刷条件の設定や調整、変更を行っていた。よって、上記印刷条件の設定や調整、変更作業は作業者による個人差が大きく、安定した印刷を維持することは困難であるという問題もあった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、従来に比べ印刷時間の高速化を図った場合においても安定した印刷を行うことができる、クリーム半田印刷装置及び印刷方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１態様であるクリーム半田印刷装置は、開口部が形成された印刷用マスクの表面をスキージが印刷方向に移動することにより上記表面上のクリーム半田を上記印刷用マスクの裏面に位置する回路基板面に上記開口部を介して印刷し塗布するクリーム半田印刷装置であって、
上記スキージは、
印刷時には上記表面に対して隙間を隔てた非接触な状態に先端が配置されて上記印刷方向に移動して上記クリーム半田を上記開口部へ充填する充填用スキージと、
上記印刷方向において上記充填用スキージの後方に配置され印刷時には上記表面に接触して上記充填用スキージと同方向に移動する掻き取り用スキージであって、当該掻き取り用スキージの軸方向と上記印刷用マスクの表面とを鈍角として設けられ上記開口部に充填された上記クリーム半田に影響を与えずに上記表面上の不要なクリーム半田の除去を行い、かつ当該掻き取り用スキージと上記印刷用マスクの表面との接触線の延在方向と上記開口部を形成する縁部の延在方向とが交差して設けられる掻き取り用スキージと、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第２態様であるクリーム半田印刷方法は、開口部が形成された印刷用マスクの表面を印刷時には充填用スキージの先端と上記表面とが隙間を隔てた非接触な状態で上記充填用スキージを印刷方向に移動して上記表面上のクリーム半田を上記開口部へ充填した後、
上記表面に接触して上記印刷方向に移動する掻き取り用スキージであって当該掻き取り用スキージの軸方向と上記印刷用マスクの表面とを鈍角として設けられ、かつ当該掻き取り用スキージと上記印刷用マスクの表面との接触線の延在方向と上記開口部を形成する縁部の延在方向とが交差して設けられる掻き取り用スキージにて、上記開口部に充填された上記クリーム半田に影響を与えずに上記表面上の不要なクリーム半田の除去する、
ことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態であるクリーム半田印刷装置及び印刷方法について図面を参照しながら以下に説明する。尚、上記印刷方法は上記クリーム半田印刷装置にて実行されるものである。又、各図において、同一又は同様の機能を果たす構成部分については同じ符号を付し、その説明を省略する。又、本明細書において、クリーム半田とは、粉末半田を高粘性フラックスに混ぜ合わせたペースト状半田をいう。又、充填調整装置の機能を果たす一実施形態として後述する充填用スキージ１０用の上下駆動装置１１及び角度可変装置１２が相当する。又、充填圧力検出器の機能を果たす一実施形態として後述する反力検出器１３、及び圧力検出器５３２ａ，５３２ｂが相当する。
図１は、本実施形態におけるクリーム半田印刷装置５１におけるスキージ周りの概略を示す図である。尚、該クリーム半田印刷装置５１は、上述の左、右の両印刷方向にスキージが移動するタイプである。
クリーム半田印刷装置５１には、上記右方向印刷時に使用する掻き取り用スキージ１４ａ、上記左方向印刷時に使用する掻き取り用スキージ１４ｂに加え、さらに、印刷方向においてこれら掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂに挟まれた位置に、クリーム半田７をマスク３の上記開口部４に充填するための充填用スキージ１０を設けた。
【００１２】
印刷時においてマスク３上の不要なクリーム半田７の掻き取り動作を行う掻き取り用スキージ１４ａ，１４ｂのそれぞれは、当該クリーム半田印刷装置５１を構成するスキージヘッドの台板１７にそれぞれ取り付けられた掻き取りスキージ用の上下駆動装置１５，１６にて、待機位置１８と掻取位置１９との間で昇降可能である。尚、上記台板１７は、制御装置４８にて動作制御される駆動装置４９にて左、右の印刷方向へ移動される。図１では、右方向印刷を行っている状態を示しているので、掻き取り用スキージ１４ａが掻取位置１９に下降し、掻き取り用スキージ１４ｂが待機位置１８に上昇した状態を図示している。掻き取り用スキージ１４ａ，１４ｂが掻取位置１９に位置した状態にあっては、各スキージの先端部２０は、適宜な圧力がマスク３の表面３ａに印加されるような状態でマスク３の表面３ａに接触する。尚、図１では、掻き取り用スキージ１４ａ，１４ｂの各先端部２０，２０の掻き取り用スキージ側面２１，２１は、上記表面３ａに対して直交方向に延在するように図示しているが、実際の印刷時には、掻き取り用スキージ１４ａ，１４ｂは、例えば図１１，１３に示すようにマスク３の表面３ａに対して上記側面２１が鋭角な角度、又は鈍角な角度の任意の角度をなすように傾斜し、表面３ａ上の不要なクリーム半田７の掻き取り動作を行う。又、上記表面３ａ上の上記不要なクリーム半田７とは、マスク３の表面３ａ及び開口部４において、表面３ａを超えて表面３ａ及び開口部４に盛り上がって存在するクリーム半田をいう。
又、上記駆動装置４９、上下駆動装置１５，１６のそれぞれは、当該クリーム半田印刷装置５１の動作制御を行う制御装置４８に接続される。
【００１３】
充填用スキージ１０は、大略、充填用部材２２、該充填用部材２２を保持する保持部材２３を有し、台板１７に取り付けられた、充填用スキージ１０用の上下駆動装置１１の駆動軸１１ａに反力検出器１３を介して連結されている。上下駆動装置１１は、制御装置４８に接続されており、詳細後述するように、反力検出器１３の出力情報に基づき制御装置４８を介して駆動され駆動軸１１ａを昇降する。
本実施形態では左右両印刷方向に対して一つの充填用スキージ１０を設けたものであるので、充填用部材２２は、図示するように大略船底形に形成され、その先端部分における表面３ａへの対向面は、図２に詳しく示すように、充填用部材２２の先端２４から各印刷方向に向かって上り傾斜となる充填加圧面２５を形成する。尚、充填用部材２２の材質としては、従来のスキージに使用されるような、ゴム材や金属等が使用できる。充填用スキージ１０は、印刷時において、上記先端２４が表面３ａに対して寸法ｈ２にてなる隙間Ｈ２をなすように配置される。又、このとき充填用部材２２の印刷方向側の側面２２ａと充填加圧面２５との交線部分２６と表面３ａとの隙間Ｈ１の寸法はｈ１となる。
上述のような充填用部材２２を有する充填用スキージ１０及び掻き取り用スキージ１４ａ，１４ｂを設けることで、充填用スキージ１０のスキージ速度を高速化した場合においても従来のようにマスク３の開口部４にクリーム半田７の未充填部分９が生じることはなく、安定した印刷を行うことができる。その理由を以下に説明する。
【００１４】
充填用スキージ１０による開口部４へのクリーム半田７の充填の際に発生する充填圧力について、図２に基づいて説明する。図２に示す状態にて、矢印で示すように右方向へ充填用スキージ１０を移動させると、クリーム半田７は、上述した隙間Ｈ１側から充填用部材２２の充填加圧面２５へ流入して、上記隙間Ｈ２から流出する。この現象は、狭いくさび状の隙間に入り込む物質の流れを考えることにより説明することができる。即ち、図３に示す様なモデルを考える。このモデルは、軸受等における流体潤滑の説明で用いられる一般的に良く知られたモデルであるが、このモデルはちょうど充填用部材２２の中心から右側の隙間Ｈ２から隙間Ｈ１までの形態と近似している。図３において、壁体３０１と基準面３０２との流体の入口側の隙間の大きさをｈ１、出口側の隙間の大きさをｈ２、入口隙間と出口隙間の間隔をＬ、入口隙間からｘの距離における壁体３０１と基準面３０２との隙間の大きさをｈ、壁体３０１の移動速度をｖ、流体の粘度をηとすると、流体の流れにより距離ｘの位置で発生する圧力ｐ’は次式で表され、又、圧力分布は図４に示すようになることが良く知られている。
ｐ’＝（６ηｖＬ／（ｈ１ ２−ｈ２ ２））・（（ｈ１−ｈ）（ｈ−ｈ２）／ｈ２）…（２）
従って、充填用スキージ１０の充填用部材２２によりクリーム半田７に発生する充填圧力及び圧力分布も同様に考えることができる。即ち、図２４における斜線部分１０５に比べて、図４における斜線部分３０３に示すように、充填用スキージ１０を使用することで高い充填圧力が広範囲で発生していることがわかる。したがって、充填時間が短くても上記開口部４への充填を行うことができる。よって、スキージ速度を高速化した場合においても上記未充填等の充填不良の発生が無く、安定した印刷を行うことができる。
【００１５】
このような充填用部材２２は、上記駆動軸１１ａと同軸上にてピン２７にて左、右の印刷方向側に揺動可能な状態で保持部材２３にて保持される。後述するように充填用部材２２の充填加圧面２５とマスク３の表面３ａとの交差角度を可変とするとともに、ピン２７を中心に揺動可能な充填用部材２２を適宜な上記交差角度に維持するために、保持部材２３にはモータ又はシリンダなどのような角度可変装置１２が取り付けられている。該角度可変装置１２は、その本体の一端が保持部材２３に回動可能に支持され、該本体に対して進退可能である駆動軸１２ａの先端部分が充填用部材２２の肩部２２ａに対して回動可能に連結されている。よって、駆動軸１２ａを進退させることで充填用部材２２は、ピン２７を支点として揺動することになる。又、角度可変装置１２は、制御装置４８に接続されており、制御装置４８の制御により上記駆動軸１２ａを進退させて上記交差角度を変更する。
【００１６】
さらに本実施形態では、印刷時においてクリーム半田７を介して充填用部材２２の充填加圧面２５に作用する反力を検出可能なように、保持部材２３はロードセルなどのような反力検出器１３を介して上下駆動装置１１の駆動軸１１ａに接続されている。尚、従来のクリーム半田印刷装置に対して上記反力検出器１３を単に設けたとしても反力を検出することはできない。その理由を図２８を参照して説明する。従来の印刷用スキージ１０１ａの先端部はマスク３の表面３ａと接触した状態で移動するために、図２９に示すように、その摩擦により印刷用スキージ１０１ａの先端部が大きく変形する。又、印刷用スキージ１０１ａの先端部とマスク３の表面３ａとの接触部分が反力検出器の鉛直方向上には位置していない。よって、クリーム半田７の反力で印刷用スキージ１０１ａの上記接触部分が押し上げられることで、上記接触部分とは反対側に位置する印刷用スキージ１０１ａの反接触側端部は逆にマスク３側に引っ張られるような状態を生じる。よって印刷用スキージ１０１ａにはクリーム半田７による反力が作用しているにも拘わらず、反力検出器は逆にマスク３側への引張力を検出するようになってしまう。したがって反力検出器はクリーム半田７の反力を検出することはできない。これに対し、本実施形態のクリーム半田印刷装置５１では、充填用スキージ１０は、マスク３の表面３ａに接触しない状態で移動するので、クリーム半田７の反力を検出することが可能となる。
【００１７】
又、図３及び上記（２）式からも分かる様に、圧力ｐ’をｘ＝０〜Ｌの範囲で積分することにより、充填加圧面２５に作用する反力を求めることができる。よって、反力検出器１３により検出されたクリーム半田７の反力により、充填圧力の状態を知ることができる。さらに又、上記（２）式よりわかるように、圧力ｐ’は、隙間Ｈ１及び隙間Ｈ２の寸法ｈ１及び寸法ｈ２を調整することで変化させることができ、寸法ｈ１及び寸法ｈ２は、充填用スキージ１０の上下駆動装置１１及び角度可変装置１２の少なくとも一方を動作させることにより調整が可能である。
よって、反力検出器１３は制御装置４８に接続されており、制御装置４８は、反力検出器１３が検出した上記反力の情報に基づき、上述の未充填部分９がマスク３の開口部４にて発生しないように上記隙間Ｈ２の寸法ｈ２や、上記隙間Ｈ１の寸法ｈ１を調整するために上下駆動装置１１を動作させ駆動軸１１ａを介して充填用部材２２を昇降させたり、上記交差角度を調整するために角度可変装置１２を動作する制御を行う。したがって、例えば、環境変化等の影響でクリーム半田７の物性、特に粘度η、が変化して充填圧力が変化したり、生産機種切り替え等によりクリーム半田７の種類が変更されたとき等でも、反力検出器１３にて検出されたクリーム半田７の反力情報が予め設定した反力値や機種切り替え前における反力値に近似していくように、制御装置４８は上下駆動装置１１及び角度可変装置１２の少なくとも一方を動作させる。これにより充填用スキージ１０の高さ及び上記交差角度の少なくとも一方が変化して上記寸法ｈ１及びｈ２が調整され、印刷条件を自動的に調整、変更することができ、安定した印刷を行うことができる。尚、制御装置４８による上記上下駆動装置１１及び角度可変装置１２の動作制御は、充填用スキージ１０の移動とともにリアルタイムにて行ってもよいし、各回路基板毎又はある印刷回数毎に行ってもよい。
このように、印刷条件を自動的に調整、変更することができるので、安定した印刷を維持することができ、作業時間も短縮することができる。
【００１８】
尚、本実施形態では、充填用スキージ１０の充填用部材２２の充填加圧面２５は、平面であるが、これに限るものではなく、例えば図５に示すように表面３ａ側に凸状となる曲面であってもよい。要するに、印刷方向に向かって、充填加圧面２５とマスク３の表面３ａとの間の隙間における寸法が上記寸法ｈ２よりも上記寸法ｈ１の方が大きい、即ち、ｈ１＞ｈ２の関係を有するものであれば充填加圧面２５の形状は問わない。又、充填用部材２２の先端２４は、図２に示すように尖っていてもよいし、図７に示すように上記印刷方向に沿って適宜な長さにわたり表面３ａに平行な平面であってもよい。
【００１９】
又、反力検出器１３及び角度可変装置１２の設置場所は、上述した箇所に限定されるものではなく各機能を果たすことができるような場所であればよい。
【００２０】
又、当該クリーム半田印刷装置５１は、左、右の両印刷方向に移動するタイプであるので、掻き取り用スキージ１４ａ，１４ｂの両方を備えるが、クリーム半田印刷装置はいずれか一方のみに移動するタイプであってもよく、その場合には移動方向に対応する掻き取り用スキージ１４ａ又は掻き取り用スキージ１４ｂが設けられる。
【００２１】
又、本クリーム半田印刷装置５１では、充填用スキージ１０の充填用部材２２の形状を左右対称形とし、右及び左の両方の印刷方向において同一の充填用スキージ１０を使用するようにしているが、図６に示すように、右方向印刷用充填用スキージ３０５ａ及び左方向印刷用充填用スキージ３０５ｂとして分割し、個々に動作させて印刷を行っても良い。このように２つの充填用スキージ３０５ａ，３０５ｂを設けることで次のような利点がある。即ち、充填用スキージ１０の場合で、上記充填用スキージ１０の高さや上記交差角度をリアルタイムの制御ではなく各印刷開始前に設定するような場合には、例えば右方向印刷において充填用スキージ１０の高さや上記交差角度を変更したときには、左方向印刷においても同様の印刷条件を得るために、左方向印刷の開始前に上下駆動装置１１や角度可変装置１２を動作させる必要がある。これに対して２つの充填用スキージ３０５ａ，３０５ｂを設けた場合には、印刷方向に応じて予め別個に上下駆動装置１１や角度可変装置１２を動作させておくことができる。
【００２２】
以上の様に構成されたクリーム半田印刷装置５１を使用したクリーム半田印刷動作について図８を参照しながら以下に説明する。尚、上下駆動装置１１や角度可変装置１２の動作制御は、上述したリアルタイムにて実行する場合を例にとる。
ステップ（図内では「Ｓ」にて示す）１においては以下の動作が行われる。先ず、マスク３の表面３ａにクリーム半田７を所定量供給する。右方向印刷の場合、プリント基板５をマスク３に位置決めして重ね合わし、上下駆動装置１１及び１５により充填用スキージ１０及び右方向印刷用掻き取りスキージ１４ａをそれぞれ下降させる。このとき、掻き取り用スキージ１４ａの先端部２０はマスク３の表面３ａに適正な押圧力で接触させる。又、このとき、充填用スキージ１０は、図２に示す様に、マスク３の表面３ａに接触せずに所定の寸法ｈ２の隙間Ｈ２が形成される。又、充填用スキージ１０は、印刷方向に向かって、上記隙間Ｈ２が、上記供給されたクリーム半田７の後方に位置する様に下降される。
【００２３】
ステップ２では、この状態を保持した状態で、駆動装置４９にて台板１７を右方向へ移動させ、充填用スキージ１０と掻き取り用スキージ１４ａを右方向の印刷方向へ直線移動させる。これにより、充填用スキージ１０によるマスク３の開口部４へのクリーム半田７の充填が開始される。
このとき、ステップ３では、充填用スキージ１０へ作用する反力が反力検出器１３にて検出され、ステップ４にて検出された反力が上述したように例えば予め設定した反力値の範囲であるか等が判断される。検出された反力が適正範囲から外れるときには、ステップ５にて、上記検出された反力が適正範囲内となるように、制御装置４８により上下駆動装置１１及び角度可変装置１２の少なくとも一方が動作される。これにより充填用スキージ１０の高さ及び上記交差角度の少なくとも一方が変化する。
【００２４】
ステップ６では、充填用スキージ１０の隙間Ｈ２によってマスク３の表面３ａに形成されたクリーム半田７の層を掻き取り用スキージ１４ａにより掻き取る。この掻き取り用スキージ１４ａの掻き取り動作によりマスク３の表面３ａ上の不要なクリーム半田７が除去され、開口部４に上記表面３ａを越えて盛り上がって充填されたクリーム半田７は表面３ａと同一面まで掻き取られる。
【００２５】
この後、プリント基板５をマスク３から離すことにより、クリーム半田７の印刷が行なわれる。次に、左方向印刷では、上述の右方向印刷の場合と同様に、プリント基板５をマスク３に位置決めして重ね合わした後、上下駆動装置１１，１６により、充填用スキージ１０と左方向印刷用掻き取りスキージ１４ｂをそれぞれ下降させる。このときも、掻き取り用スキージ１４ｂの先端部２０はマスク３の表面３ａに適正な押圧力で接触させ、又、充填用スキージ１０はマスク３の表面３ａに接触させずに所定の寸法ｈ２にてなる隙間Ｈ２を形成する。又、左方向への印刷方向に向かって、上記隙間Ｈ２がクリーム半田７の後方に位置する様に充填用スキージ１０は下降させる。その後の動作は上述の右方向印刷と同様にして行う。
上述したような印刷動作を交互に繰り返すことにより、マスク３を介してプリント基板５のランド６上にクリーム半田７を連続して印刷、塗布する。
【００２６】
上記実施形態において、実際の印刷時には掻き取り用スキージ１４ａ，１４ｂは、マスク３の表面３ａに対して上記掻き取り用スキージ１４ａ，１４ｂの側面２１が鋭角又は鈍角の任意の角度をなすように傾斜して上記不要なクリーム半田７の掻き取り動作を行う旨を説明したが、以下に説明するように、マスク３の表面３ａに対して、掻き取り用スキージ１４ａ，１４ｂの軸方向を、具体的には上記側面２１を鋭角ないし鈍角の任意の角度をなすように予め傾斜させて設置してもよい。
即ち、図９に示すクリーム半田印刷装置５０１では、掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂのそれぞれは、ホルダー５０７，５１０にそれぞれ保持されており、該ホルダー５０７，５１０は、上記上下駆動装置１５、１６の駆動軸１５ａ、１６ａに取り付けられた保持部材５０６，５０９にピン５０５，５０８を介して取り付けられる。ピン５０５，５０８は、上記駆動軸１５ａ，１６ａと同軸上にそれぞれ配置され、保持部材５０６，５０９に対して上記左、右の印刷方向にホルダー５０７，５１０を揺動可能に支持する。よって掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂのそれぞれは、マスク３の表面３ａに対して、掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂの側面２１、２１が鋭角から直角を介して鈍角までの範囲の任意の角度をなすように設定可能である。ここで、ピン５０５，５０８を例えばボルト、ナットのような締結部材にて構成することで、ピン５０５，５０８の締め付けにより、ホルダ５０７，５１０の上記揺動を止めかつ掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂを上記任意の角度に固定することができる。
又、ピン５０５，５０８を回転中心として、例えばモータを使用した公知の機構にてホルダ５０７，５１０を揺動させかつ上記任意の角度にホルダ５０７，５１０を固定するようにしてもよい。
このように、ピン５０５，５０８、保持部材５０６，５０９、及びホルダ５０７，５１０にて、掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂの角度設定装置５０２，５０３を形成する。
尚、図９に示すクリーム半田印刷装置５０１におけるその他の構造は、図１を参照し上述したクリーム半田印刷装置５１と同じである。
【００２７】
掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂの側面２１をマスク３の表面３ａに対して、例えば鈍角に設定した場合には、図１１に示すように、充填用スキージ１０によりマスク３の開口部４に充填されたクリーム半田７に極力影響を与えないようにして上記表面３ａ上の不要なクリーム半田７を除去することができる。その理由は、図１２に示すような、工具５２０による工作物５２１の切削加工における一般的なせん断切削モデルを考えることにより説明することができる。このモデルに示すように工具５２０で工作物５２１を切削する場合、工具５２０により作用するせん断力は、仕上げ面５２２よりも上部、即ち、図１２に斜線を施したせん断領域５２４に主に作用する。即ち、上記せん断力は、切りくず５２３になる部分だけに作用する。つまり、図１２において、掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂを工具５２０に、上記開口部４に充填されたクリーム半田７を仕上げ面５２２より下の工作物５２１に、上記表面３ａ上の不要な上記クリーム半田７を切りくず５２３に、それぞれ置き換えて考えると、掻き取り用スキージの側面２１の角度を鈍角に設定した場合のせん断力は、上記表面３ａ上の不要な上記クリーム半田７だけに作用するので、上記開口部４に充填された上記クリーム半田７に影響を与えないで上記表面３ａ上の不要なクリーム半田７を除去することができる。
【００２８】
一方、掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂの側面２１をマスク３の表面３ａに対して鋭角に設定した場合には以下の効果を得ることができる。例えば、もし充填用スキージ１０によるクリーム半田７の開口部４への充填が不完全であり、未充填部分９が発生した場合においても、掻き取り用スキージ１４ａ，１４ｂを上記鋭角に設置することにより、クリーム半田７の開口部４への充填を確実に行うことができる。即ち、図１３に示すように、掻き取り用スキージ１４ａ，１４ｂを上記鋭角に設置することで、充填用スキージ１０だけでなく掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂにおいても補助的に充填圧力を発生させ、未充填部分９が存在する開口部４へのクリーム半田７の再充填と、上記表面３ａ上の不要なクリーム半田７の除去とを掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂにて行うことができる。
又、図１４から図１６に示すように、表面３ａに対する側面２１のなす角度を鈍角にした場合や直角にした場合においても上記と同様の効果を得ることも可能である。つまり、掻き取り用スキージ１４ａ，１４ｂの先端形状により、表面３ａに接触している先端部２０よりも、印刷方向に向かって前方の位置に、側面２１とは別に存在する面２１ａのなす角度が表面３ａに対して鋭角である場合には、側面２１のなす角度を鈍角や直角に設定した場合であっても側面２１を鋭角に設定した場合と同様の効果を得ることができる。尚、上述したようにクリーム半田７の開口部４への充填は、主に充填用スキージ１０によって実行されるものであり、上記のような掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂによる充填はあくまで補助的なものである。よって掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂにより生じさせる充填圧力は充填用スキージ１０によるものに比べて低くてよいので、上記側面２１の角度を大きく設定することができ、従来スキージでスキージ角度αを小さくしたときのような問題は生じない。よって、スキージ速度を高速化した場合においても未充填部分９の発生がなく、安定した印刷を行うことができる。
【００２９】
さらに又、掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂは、マスク上面の概略図である図１０に示すように、各先端部２０，２０とマスク３の表面３ａとの接触線５１５が、マスク３に形成されている開口部４を形成する縁部の延在方向と平行にならないように配置されるのが好ましい。即ち、上記マスク３の開口部４のパターンの形状は、開口部４を形成する縁部の延在方向が直線状をなしかつ矢印にて示す印刷方向に対して上記延在方向が直交する直線部分４ａを有するように形成されている場合がある。この状態で、上記接触線５１５の延在方向が印刷方向に対して直交する状態、換言すると上記接触線５１５の延在方向と上記直線部分４ａの延在方向とが平行になる状態にて、掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂが上記印刷方向に移動したときには、掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂの先端部２０がマスク３の開口部４の直線部分４ａに引っかかり、先端部２０や開口部４を破損してしまう危険性がある。よって、接触線５１５の延在方向が開口部４を形成する縁部の延在方向と交差するように、接触線５１５の延在方向と直線部分４ａの延在方向とのなす角度５１６が鋭角となるように、又は角度５１７が鈍角となるように、掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂを上下駆動装置１５、１６の駆動軸１５ａ、１６ａに取り付けるのが好ましい。尚、上記角度５１６は、例えば１度から４５度程度が好ましく、最も好ましくは４５度である。
又、角度５１６，５１７が変更可能となるように、駆動軸１５ａ、１６ａに対して掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂを取り付けてもよい。
【００３０】
又、上述の実施形態では、マスク３の開口部４のパターンが接触線５１５の延在方向に平行とならないように、マスク３に対して掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂを配向させたが、これとは逆に、接触線５１５の延在方向と上記印刷方向とを直交させた状態にて、直線部分４ａと接触線５１５とが平行にならないように掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂに対してマスク３側をずらしてもよい。
【００３１】
尚、マスク３の開口部４のパターンが、接触線５１５の延在方向に平行となるような直線部分４ａを有さずに形成されているときには、例えば上記角度５１６が鋭角となるようにして掻き取り用スキージ１４ａ、１４ｂを配向させる必要はない。
【００３２】
又、上述の実施形態では、充填用スキージ１０用の上下駆動装置１１の駆動軸１１ａに反力検出器１３を設け、充填用スキージ１０の全面に作用するクリーム半田７の反力を上記反力検出器１３にて検出するようにしたが、以下のような構成により、開口部４へのクリーム半田７の充填圧力を直接に検出するようにしてもよい。
即ち、図１７に示すクリーム半田印刷装置５３５において、上述の充填用スキージ１０に相当する充填用スキージ５３０は、上述の充填用スキージ１０の場合と同様に、大略、充填用部材２２に相当する充填用部材５３１、該充填用部材５３１を保持する保持部材２３を有し、台板１７に取り付けられた、充填用スキージ５３０用の上下駆動装置１１の駆動軸１１ａに連結されている。上下駆動装置１１は、制御装置５３６に接続されており、詳細後述するように、圧力センサなどの圧力検出器５３２ａ又は５３２ｂの出力等の情報に基づき制御装置５３６を介して駆動され、駆動軸１１ａを昇降する。
【００３３】
充填用部材５３１には、図１８及び図１９に示すように、充填用部材５３１の軸方向のほぼ中央部付近であって充填用部材５３１の先端５３４部分にて、それぞれの充填加圧面５３３，５３３から充填用部材５３１の内部側へ圧力検出器５３２ａ、５３２ｂが埋設されている。尚、圧力検出器５３２ａ、５３２ｂは、充填用スキージ５３０による開口部４へのクリーム半田７の充填の際に発生する充填圧力を検出可能なように、印刷時にクリーム半田７が存在する位置に取り付けられ、各充填加圧面５３３，５３３に少なくとも１個、設けられる。又、上述したように、充填圧力はその分布より、充填用部材５３１の先端５３４の近傍に最大圧力を発生することから、圧力検出器５３２ａ、５３２ｂは、充填用部材５３１の先端５３４の近傍に設けることが望ましい。又、上記充填圧力をより正確に検出可能なように、図示するように圧力検出器５３２ａ，５３２ｂは、それぞれ圧力検出面を充填加圧面５３３，５３３に露出させて埋設されている。
尚、図１７に示すクリーム半田印刷装置５３５におけるその他の構造は、図１に示すクリーム半田印刷装置５１及び図９に示すクリーム半田印刷装置５０１に同じである。
【００３４】
ここで、上述の実施形態におけるクリーム半田印刷装置５１に設けられる反力検出器１３と、クリーム半田印刷装置５３５に設けられる圧力検出器５３２ａ、５３２ｂとの違いについて説明する。両検出器とも印刷時におけるクリーム半田７の充填圧力の状態変化を知るために設るものであるが、圧力検出器５３２ａ、５３２ｂが充填圧力を直接検出するのに対し、反力検出器１３では充填加圧面２５の全面に作用する充填圧力の総和である反力を検出しているので、充填圧力を間接的に検出している。
従って、反力検出器１３の場合には充填圧力が同一でも充填加圧面２５の面積により検出される反力が異なってしまうので、例えば、プリント基板５の寸法に合わせて充填用部材２２の寸法を変えた場合など、過去に蓄積された反力検出情報の参照が容易ではなく、印刷条件を再現するのに手間がかかる。尚、同一の充填用部材２２を用いて充填加圧面２５の面積を変えなければ、過去に蓄積された反力検出情報を容易に参照可能である。これに対し、圧力検出器５３２ａ、５３２ｂを用いる場合には、充填圧力を直接検出しているので、充填用部材５３１の寸法を変えた場合などでも過去の圧力検出情報を容易に参照でき、印刷条件を容易に再現することができ、より望ましい。
【００３５】
以上のように構成されたクリーム半田印刷装置５３５を使用したクリーム半田印刷動作については、上述の実施形態におけるクリーム半田印刷装置５１の場合と同様の動作が行われる。基本的には図８に示すステップ３，４に記載する「反力」が「圧力」に置き換わるだけである。つまり、ステップ３で、充填用スキージ５３０による開口部４へのクリーム半田７の充填の際に発生する充填圧力が圧力検出器５３２ａにて検出され、検出された圧力が、ステップ４にて、例えば予め設定した圧力値の範囲であるか否かが判断される。上記検出された圧力が適正範囲から外れるときには、ステップ５にて、上記検出された圧力が適正範囲内となるように、制御装置５３６により上下駆動装置１１及び角度可変装置１２の少なくとも一方が動作される。これにより充填用スキージ５３０の高さ及び上記交差角度の少なくとも一方が変化する。
尚、これ以外の動作は、クリーム半田印刷装置５１の場合と同様であり、以上のような印刷動作を交互に繰り返すことにより、マスク３を介してプリント基板５のランド６上にクリーム半田７を連続して印刷、塗布する。
【００３６】
尚、以上の説明では、反力検出器１３、又は圧力検出器５３２ａ，５３２ｂのいずれか一方のみを設けた場合についてそれぞれ説明したが、反力検出器１３と圧力検出器５３２ａ，５３２ｂとの両方を一つのクリーム半田印刷装置に設けた構成とし、反力と圧力の両方を検出してもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上、詳述したように本発明の第１態様のクリーム半田印刷装置及び第２態様のクリーム半田印刷方法によれば、充填用スキージと掻き取り用スキージとを備え、充填用スキージをマスクの表面に対して非接触な状態で移動させてクリーム半田を印刷用マスクの開口部に充填した後、マスクの表面上の不要なクリーム半田を掻き取り用スキージにて除去するようにしたことより、スキージ速度を高速化しても開口部へのクリーム半田の充填不良やクリーム半田の掻き取り不良の発生が無く、回路基板上に安定した印刷を行うことができる。よって、印刷時間の短縮を図り生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるクリーム半田印刷装置の大略の構造を示す図である。
【図２】図１に示す充填用スキージの充填用部材の先端部分を示す図である。
【図３】図１に示す充填用スキージの充填用部材によるクリーム半田の充填圧力を求めるためのモデルを示す図である。
【図４】図３に示すモデルにて得られる圧力分布を示す図である。
【図５】図１に示す充填用スキージの充填用部材の他の実施形態を示す図である。
【図６】図１に示す充填用スキージの他の実施形態を示す図である。
【図７】図１に示す充填用スキージの充填用部材のさらに他の実施形態を示す図である。
【図８】図１に示すクリーム半田印刷装置の動作を示すフローチャートである。
【図９】図１に示すクリーム半田印刷装置の他の実施形態を示す図である。
【図１０】図９に示すクリーム半田印刷装置における掻き取り用スキージとマスクとの接触線と開口部との配置関係を示す図である。
【図１１】図９に示すクリーム半田印刷装置において掻き取り用スキージの側面とマスクの表面とのなす角度を鈍角にしクリーム半田を掻き取っている状態を示す図である。
【図１２】図１１に示す掻き取り用スキージにてクリーム半田が掻き取られることを説明するためのモデルを示す図である。
【図１３】図９に示すクリーム半田印刷装置において掻き取り用スキージの側面とマスクの表面とのなす角度を鋭角にしクリーム半田を開口部に充填している状態を示す図である。
【図１４】図９に示すクリーム半田印刷装置において掻き取り用スキージの側面とマスクの表面とのなす角度を種々に変化させた場合を示す図である。
【図１５】図９に示すクリーム半田印刷装置において掻き取り用スキージの側面とマスクの表面とのなす角度を種々に変化させた場合を示す図である。
【図１６】図９に示すクリーム半田印刷装置において掻き取り用スキージの側面とマスクの表面とのなす角度を種々に変化させた場合を示す図である。
【図１７】図１に示すクリーム半田印刷装置のさらに他の実施形態を示す図である。
【図１８】図１７に示すクリーム半田印刷装置における充填用スキージの充填用部材の斜視図である。
【図１９】図１８に示す充填用部材の断面図である。
【図２０】従来のクリーム半田印刷装置の大略の構造を示す図である。
【図２１】図２０に示すスキージにて印刷を行う状態を示す図である。
【図２２】図２０に示すスキージにてクリーム半田が開口部に充填されていく状態を示す図である。
【図２３】図２０に示すスキージにてクリーム半田に生じる充填圧力を求めるためのモデルを示す図である。
【図２４】図２０に示すスキージにてクリーム半田に生じる充填圧力の圧力分布を示す図である。
【図２５】マスクの開口部にクリーム半田の未充填部分が生じた場合を示す図である。
【図２６】図２０に示すスキージにおいてその先端部の変形を大きくした場合に、マスクの表面にクリーム半田が残ってしまう状態を示す図である。
【図２７】図２０に示すスキージにおいてその先端部の変形を大きくした場合に、開口部に充填されたクリーム半田が掻き取られてしまう状態を示す図である。
【図２８】図２０に示す従来のクリーム半田印刷装置における印刷用スキージに反力検出器を設けた状態を示す図である。
【図２９】図２８に示す反力検出器がクリーム半田の反力を検出できないことを説明するための図である。
【符号の説明】
３…印刷用マスク、３ａ…表面、５…回路基板、７…クリーム半田、
１０…充填用スキージ、１１…上下駆動装置、１２…角度可変装置、
１３…反力検出器、１４ａ…右方向印刷用掻き取り用スキージ、
１４ｂ…左方向印刷用掻き取り用スキージ、
１５，１６…上下駆動装置、２２…充填用部材、２３…保持部材、
２５…充填加圧面、４８…制御装置、
５１…クリーム半田印刷装置、
５０１…クリーム半田印刷装置、５０２，５０３…角度設定装置、
５３２ａ，５３２ｂ…圧力検出器、
５３５…クリーム半田印刷装置。
Claims (12)
- 開口部が形成された印刷用マスク（３）の表面（３ａ）をスキージが印刷方向に移動することにより上記表面上のクリーム半田（７）を上記印刷用マスクの裏面に位置する回路基板面に上記開口部を介して印刷し塗布するクリーム半田印刷装置であって、
上記スキージは、
印刷時には上記表面に対して隙間（Ｈ２）を隔てた非接触な状態に先端（２４）が配置されて上記印刷方向に移動して上記クリーム半田を上記開口部へ充填する充填用スキージ（１０）と、
上記印刷方向において上記充填用スキージの後方に配置され印刷時には上記表面に接触して上記充填用スキージと同方向に移動する掻き取り用スキージであって、当該掻き取り用スキージの軸方向と上記印刷用マスクの表面とを鈍角として設けられ上記開口部に充填された上記クリーム半田に影響を与えずに上記表面上の不要なクリーム半田の除去を行い、かつ当該掻き取り用スキージと上記印刷用マスクの表面との接触線の延在方向と上記開口部を形成する縁部の延在方向とが交差して設けられる掻き取り用スキージ（１４）と、
を備えたことを特徴とするクリーム半田印刷装置。 - 上記印刷用マスクの表面をスキージが往復移動する場合、上記印刷方向において上記充填用スキージの後方にそれぞれ上記掻き取り用スキージを配置した、請求項１記載のクリーム半田印刷装置。
- 上記充填用スキージは、上記印刷方向において２つに分割されている、請求項２記載のクリーム半田印刷装置。
- 上記掻き取り用スキージを上記鈍角に設置する角度設定装置（５０２，５０３）を備えた、請求項１ないし３のいずれかに記載のクリーム半田印刷装置。
- 上記充填用スキージにおける上記マスクの表面への対向面は、上記クリーム半田の上記表面への加圧及び上記開口部への充填を行うため、上記印刷方向に向かって上記先端から上り傾斜となる充填加圧面（２５）を形成している、請求項１ないし４のいずれかに記載のクリーム半田印刷装置。
- 上記隙間の大きさ及び上記充填加圧面と上記表面との交差角度の少なくとも一方を可変とし上記開口部への上記クリーム半田の充填を調整する充填調整装置（１１，１２）を備えた、請求項５記載のクリーム半田印刷装置。
- 印刷時において上記開口部へ充填される上記クリーム半田の充填圧力の変化を検出する充填圧力検出器（１３，５３２ａ，５３２ｂ）と、
上記充填圧力検出器にて検出した上記充填圧力に基づき上記充填調整装置の制御を行う制御装置（４８）と、
をさらに備えた、請求項６記載のクリーム半田印刷装置。 - 上記充填圧力検出器は、印刷時において上記充填加圧面の全面に作用する上記クリーム半田の充填圧力の総和である反力を検出する反力検出器（１３）である、請求項７記載のクリーム半田印刷装置。
- 上記充填圧力検出器は、上記充填加圧面に設けられ上記クリーム半田の充填圧力を直接に検出する圧力検出器（５３２ａ，５３２ｂ）である、請求項７記載のクリーム半田印刷装置。
- 開口部が形成された印刷用マスク（３）の表面（３ａ）を印刷時には充填用スキージ（１０）の先端と上記表面とが隙間（Ｈ２）を隔てた非接触な状態で上記充填用スキージを印刷方向に移動して上記表面上のクリーム半田（７）を上記開口部へ充填した後、
上記表面に接触して上記印刷方向に移動する掻き取り用スキージであって当該掻き取り用スキージの軸方向と上記印刷用マスクの表面とを鈍角として設けられ、かつ当該掻き取り用スキージと上記印刷用マスクの表面との接触線の延在方向と上記開口部を形成する縁部の延在方向とが交差して設けられる掻き取り用スキージ（１４）にて、上記開口部に充填された上記クリーム半田に影響を与えずに上記表面上の不要なクリーム半田の除去する 、
ことを特徴とするクリーム半田印刷方法。 - 上記充填用スキージにおける上記マスクの表面への対向面は、上記クリーム半田の上記表面への加圧及び上記開口部への充填を行うため、上記印刷方向に向かって上記先端から上り傾斜となる充填加圧面（２５）を形成している、請求項１０記載のクリーム半田印刷方法。
- 印刷時において上記充填用スキージにて上記開口部へクリーム半田を充填するとき上記クリーム半田の充填圧力の変化を充填圧力検出器（１３，５３２ａ，５３２ｂ）にて検出し、検出した上記充填圧力に基づき上記充填加圧面と上記表面との交差角度及び上記隙間の大きさの少なくとも一方を調整して印刷条件の変更を行う、請求項１１記載のクリーム半田印刷方法。
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