JP4539393B2 - スクリーン印刷装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板にクリーム半田や導電性ペーストなどのペーストを印刷するスクリーン印刷装置に関するものである。

電子部品実装工程において、基板上にクリーム半田や導電性ペーストなどのペーストを印刷する方法としてスクリーン印刷が用いられている。この方法は、印刷対象部位（一般には、回路パターンの電極）に応じてパターン孔が開孔されたマスクプレートを基板上にセットし、スキージングによりマスクプレートのパターン孔を介して基板上にペーストを印刷するものである。

このスクリーン印刷のスキージング方法として、密閉型のスキージヘッドを用いる方法が知られている。この方法は、通常のスクリーン印刷と異なりマスクプレート上にペーストを直接供給するのではなく、内部にペーストを貯溜したスキージヘッドを用いるものである。この方法では、スキージヘッドの下面に設けられたペースト接触面をマスクプレートに当接させた状態で、スキージヘッド内のペーストを上方から加圧することにより、マスクプレートのパターン孔にペーストが押し込まれる。そしてスキージヘッドに設けられた前後２つの摺接部（スキージ）をマスクプレート上を摺動させることにより、各パターン孔に順次ペーストを充填するようになっている。

しかしながら、上記従来の密閉型スキージヘッドに用いられるペースト収納容器は、樹脂を細長形状の箱形に成形して製作された容器であることからランニングコストが高く、しかも内部に残留して未使用のまま廃棄される残留ペーストが発生してペーストの無駄を生じるなど、スクリーン印刷のコストを上昇させる要因となっていた。

そこで本出願人は、先きに、低コストでペーストを供給することができるスクリーン印刷装置を提案した（特許文献１）。このものは、スキージヘッド内にペーストを貯留するペースト収納容器を、可撓性の樹脂膜を下方が開口された容器形状に成形して交換式のカートリッジとし、このカートリッジを容器保持部に着脱自在に保持するようにしたものであり、これによりペースト収納容器を低コストで製作できるようにしたものである。

図９は、従来のスクリーン印刷装置のスキージヘッドの断面図であって、特許文献１に係るものである。スキージヘッド１００の容器保持部１０１の内部にはペーストＰを収納する交換式のペースト収納容器１０２が着脱自在に保持されている。このペースト収納容器１０２は、上述の可撓性の樹脂膜から成るものであり、その上面を加圧板１０３により下方へ加圧されるようになっている。

容器保持部１０１に対向して下受部１０４が設けられており、この両者１０１，１０４により上下２枚の多孔板１０５，１０６の端部を上下から挟持している。下受部１０４は基板１０７上に重ねられたマスクプレート１０８の上面に接地しており、その内部が印刷空間１０９となっている。下受部１０４の内部には整流部材としての水平なシャフト１１０がその両端部を下受部１０４に保持されて配設されている。１１１はマスクプレート１０８に開孔されたパターン孔である。

加圧板１０３でペースト収納容器１０２を上方から加圧することにより、ペースト収納容器１０２内部のペーストＰは多孔板１０５、１０６の全面に多数形成された孔部１１２，１１３から下方の印刷空間１０９へ下降・流動し、スキージヘッド１００が紙面に垂直
な方向へ摺動することにより、スキージヘッド１００の前後に設けられた不図示の前後２つの摺接部（スキージ）によりペーストＰはパターン１１１を通して基板１０７に印刷される。
特開２００４−１７５１５号公報

図９において、基板１０７の横方向の寸法Ｌは大小様々である。なお、本発明では、摺接部（スキージ）の摺動（スキージング）方向を前後方向（Ｙ方向）とし、これに直交する方向を横方向（Ｘ方向）とする。図９は、横寸法Ｌがやや短い基板１０７にスクリーン印刷する場合を示している。

この場合、マスクプレート１０８の両側部には、基板１０７が当接しないマスクプレート１０８のフリー部Ｄが生じる。このフリー部Ｄには基板１０７が当接しないことから、図示するようにフリー部Ｄにおいてマスクプレート１０８はやや下方へ垂れ下る。その結果、スキージヘッド１００の側方の下受部１０４とマスクプレート１０８の間にわずかなすき間Ｇが生じ、ここからマスクプレート１０８上にペースト漏れが発生する。マスクプレート１０８上に漏れ出したペーストＰは、マスクプレート１０８を不要に汚し、スクリーン印刷の邪魔になる。このすき間Ｇは、基板１０７の横寸法Ｌが小さい程大きくなり、スクリーン印刷に悪影響を与えることとなる。

そこで本発明は、上記従来の問題点を解消し、基板の横寸法の大小にかかわらず、印刷空間の密閉性を確保し、スキージヘッドの側方へのペースト漏れを解消できるペーストのスクリーン印刷装置を提供することを目的とする。

請求項１記載のペーストのスクリーン印刷装置は、スキージヘッドと、スキージヘッドをマスクプレートに対して水平方向に移動させる水平移動手段と、スキージヘッドをマスクプレートに対して昇降させる昇降手段とを備えたペーストのスクリーン印刷装置であって、前記スキージヘッドは、下方が開口されて内部にペーストを収容するペースト容器と、このペースト容器を着脱自在に保持する容器保持部と、このペースト容器内のペーストを上方から加圧する加圧手段と、この加圧手段で加圧されて下方へ流動したペーストを収容し下面に形成された開口部を介してマスクプレートの表面にペーストを接触させる印刷空間と、前記ペースト容器と前記印刷空間の間に介装されペーストを通過させる複数の開孔部を有するペースト通過部材と、前記印刷空間のスキージング方向の前後壁を形成し前記マスクプレートの上面に摺接する相対向した前後２つの摺接部とから成り、前記複数の開孔部の分布幅が、基板の幅に合わせて開孔寸法の異なるものに交換可能であるとともに、基板の横寸法に合わせて、横寸法の異なる前記ペースト容器を交換自在とし、且つ前記ペースト通過部材の下部に配設されて前記印刷空間の横方向の位置が設定される仕切り部材を備え、前記仕切り部材は、前記基板の両側部の真上に位置している。

請求項２記載のペーストのスクリーン印刷装置は、請求項１記載のペーストのスクリーン印刷装置であって、前記ペースト通過部材の下方に水平なシャフトを設け、前記仕切り部材をこのシャフトに横方向にスライド自在に設けた。

請求項３記載のペーストのスクリーン印刷装置は、請求項２記載のペーストのスクリーン印刷装置であって、前記容器保持部の下方に前記容器保持部に対向する下受部を設け、前記シャフトの両端部をこの下受部に保持させた。

請求項４記載のペーストのスクリーン印刷装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載のペーストのスクリーン印刷装置であって、前記ペースト容器の横方向の外縁部を上下から挟持する挟持部材を設け、この挟持部材を前記容器保持部と前記ペースト通過部材で上下
から挟持するようにした。

本発明によれば、複数の開孔部の分布幅が、基板の幅に合わせて開孔寸法の異なるものに交換可能であるとともに、基板の横寸法に合わせて、横寸法の異なるペースト容器を交換自在とし、且つペースト通過部材の下部に配設されて印刷空間の横方向の位置が設定される仕切り部材を備え、仕切り部材は、基板の両側部の真上に位置していることにより、マスクプレートの垂れ下りに起因するスキージヘッドの側方へのペースト漏れを解消することができる。

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷装置の正面図、図２は本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷装置の側面図、図３は本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷装置のスキージヘッドの正断面図、図４は本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷装置のスキージヘッドの内部平面図、図５は本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷装置のスキージヘッドのカートリッジと挟持部材の斜視図、図６は本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷装置のスキージヘッドの仕切り部材の説明図、図７は本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷装置の多孔板の平面図、図８は本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷装置のスキージヘッドの正断面図である。

まず図１、図２を参照してスクリーン印刷装置の全体構造を説明する。図１、図２において、基板の位置決め部１は、下から順に段積されたＹテーブル２、Ｘテーブル３、θテーブル４、バックアップ部５などから成っている。バックアップテーブル５は、バックアップ部５の全体昇降モータ５１、バックアッププレート５２の昇降モータ５３等から成るものであり、バックアッププレート５２上に立設された支持ピン（不図示）により基板６を下方から支持する。基板６は搬入部７により位置決め部１の上方のガイドレール部８に搬入され、そこで位置決め部１により所定位置に位置決めされ、その上面にペーストのスクリーン印刷がなされる。印刷が終了した基板６は、搬出部９により次の工程へ搬出される。

位置決め部１の上方には、スクリーンマスク１０が配設されている。スクリーンマスク１０はホルダ１１にマスクプレート１２を装着して構成されており、マスクプレート１２には印刷対象の基板６の印刷対象部位に対応したパターン孔１２ａ（図３）が開孔されている。

スクリーンマスク１０上にはスキージヘッド１３がヘッド昇降部２０によって昇降自在に配設されている。ヘッド昇降部２０は長板状の台部２１上に倒立して立設されたシリンダ２２を備えており、シリンダ２２のロッド２２ａの下端部には、板状の結合部材１５を介してスキージヘッド１３が結合されている。シリンダ２２を駆動してロッド２２ａを突没させることにより、スキージヘッド１３はマスクプレート１２に対して昇降する。したがってヘッド昇降部２０は、スキージヘッド１３をマスクプレート１２に対して昇降させる昇降手段となっている。

図１において、ヘッド昇降部２０の台部２１の両端部の下面にはスライダ２３が装着されており、スライダ２３は起立フレーム２５の上面にＹ方向に水平に配設されたガイドレール２４にスライド自在に嵌着されている。また台部２１の側部下面にはナット部材２６が結合されており、ナット２６に螺合した送りねじ２７は、モータ２８によって回転駆動される（図２も参照）。

図２において、モータ２８を駆動することにより、台部２１はＹ方向（前後方向）に水平移動する。したがってスキージヘッド１３を下降させた状態でモータ２８を駆動するこ
とにより、スキージヘッド１３はマスクプレート１２上でＹ方向に水平移動する。すなわち、モータ２８、送りねじ２７およびナット２６は、スキージヘッド１３をマスクプレート１２上でＹ水平方向に移動させる水平移動手段となっている。

図１、図２において、スキージヘッド１３には、マスクプレート１２の表面に当接してペーストであるクリーム半田Ｐをパターン孔１２ａに充填する印刷部１４が設けられている。印刷部１４は上部１４Ａと下部１４Ｂとに分割されており、上部１４Ａと下部１４Ｂは横方向に細長の枠状部材である本体上部３０Ａと本体下部３０Ｂを備えている。

本体上部３０Ａと本体下部３０Ｂの長さ寸法（横方向寸法）は、大形の基板６の幅寸法をカバーする長さに設定されている。本体上部３０Ａと本体下部３０Ｂは、特許文献１のものと同様にヒンジ部（不図示）を介して回転自在・分離自在に結合されており、両者をヒンジ部を中心に回転、あるいは分離させることにより、両者間を開放し、カートリッジ３１（後述）の交換を行うことが可能となっている。

図１〜図３に示すように、本体上部３０Ａ内にはクリーム半田Ｐが貯溜されたペースト容器としてのカートリッジ３１が交換自在に装着・保持される。カートリッジ３１は可撓性の樹脂から成る膜状材を容器形状に成形した交換式のペースト容器であって、図５に示すように薄い台形の容器部としての箱部３１ａとつば状の外縁部３１ｂから成っており、本体上部３０Ａの内部に装着された状態において下方が開口された形状となっている。また横方向の外縁部３１ｂは、板状の挟持部材３９により上下から挟持され、挟持部材３９は本体上部３０Ａと多孔板３２，３３及び本体下部３０Ｂにより上下からしっかり挟持される（図３、図５も参照）。

図３において、カートリッジ３１は、多数の開孔部３２ａ、３３ａが開孔されたペースト通過部材としての２枚の重ねられた多孔板３２、３３によって下方から支えられ、その外縁部３１ｂを本体上部３０Ａと本体下部３０Ｂの間に挟まれて本体上部３０Ａの内部に着脱自在に収納・保持される。本体上部３０Ａおよびは本体上部３０Ａ内に装着されたカートリッジ３１は、ペースト貯溜部を構成している。

図１〜図３に示すように、本体上部３０Ａ内に保持されたカートリッジ３１の上面側には、クリーム半田Ｐを加圧する加圧板２９が配設されている。加圧板２９は上方に倒立して配置されたシリンダ１６のロッド１６ａの下端部に装着されており、シリンダ１６が駆動してロッド１６ａが突没することにより、加圧板２９はカートリッジ３１を下方へ押圧し、また押圧解除するようになっている。このように加圧板２９でカートリッジ３１を押圧することにより、可撓性の膜状材より成るカートリッジ３１は容易に撓み変形し、カートリッジ３１内のクリーム半田Ｐは加圧されて多孔板３２の開孔部３２ａを介して流動して下方へ押し出される。したがって、シリンダ１６および加圧板２９はクリーム半田９を加圧する加圧手段となっている。

本体下部３０Ｂ上には、多孔板３２の下面に当接する多孔板３３が設けられている。多孔板３３には、多孔板３２の開孔部３２ａに対応する位置に多数の開孔部３３ａが設けられている。特許文献１のものは、その図５に示されるように開孔部は多孔板の全面の広い範囲に形成されているが、この多孔板３２、３３の開孔部３２ａ、３３ａは、図７に示すように横方向（Ｘ方向）における中央部Ｋ付近にのみ集中して形成されており、両側部には形成されていない。すなわち多孔板３２，３３の両側部は、開孔部３２ａ、３３ａが形成されていない盲部Ｓとなっており、その理由は後述する。以上のように、本体上部３０Ａはカートリッジ３１を内部に収納する容器保持部となっており、また本体下部３０Ｂは容器保持部３０Ａに対向する下受部となっている。

図２において、本体下部３０Ｂの底部には、Ｙ方向（スキージング方向）に相対向する前後２つの摺接部（スキージ）３６Ａ，３６Ｂが内方へ向って下り勾配で斜設されており、その内部はクリーム半田Ｐが充てんされる印刷空間３５になっている。摺接部３６Ａ，３６Ｂは、印刷空間３５の前後壁を形成し、スキージヘッド１３を下降させた状態で、摺接部３６Ａ，３６Ｂの下端部はマスクプレート１２の表面に当接する。そして印刷空間３５内に加圧されたクリーム半田Ｐを収容し、下面に形成された開口部（摺接部３６Ａと摺接部３６Ｂの間の開口）を介してクリーム半田Ｐをマスクプレート１２の表面に接触させる。印刷動作時には、スキージヘッド１３の前後方向への移動によって摺接部３６Ａ，３６Ｂはマスクプレート１２の上面を摺動し、印刷空間３５内のクリーム半田Ｐを掻き寄せるスキージングを行う。

図１〜図４、図６において、多孔板３２，３３の下方の印刷空間３５にはシャフト４０が設けられている。シャフト４０は水平であり、その横方向の両端部は本体下部３０Ｂに結合して保持されている。シャフト４０には仕切り部材４１が左右２個装着されている。仕切り部材４１はシャフト４０に沿って横方向（Ｙ方向）にスライドさせてその装着位置すなわち両者の間隔Ｗ（Ｗ１，Ｗ２）を調整・設定し、これにより印刷空間３５の横方向の幅を規定するようになっている（図６において、矢印ａ及び鎖線で示す仕切り部材４１を参照）。すなわち図６において、仕切り部材４１の間隔Ｗは、基板６の横寸法Ｌ１、Ｌ２に応じた間隔Ｗ１、Ｗ２に変更される。またシャフト４０は、多孔板３２，３３から下方の印刷空間３５へ押し出されたクリーム半田Ｐの整流作用も奏する。

図３に示すように、仕切り部材４１の上面は多孔板３３の下面に当接し、またスキージヘッド１３を下降させて摺接部３６Ａ、３６Ｂをマスクプレート１２上に接地させた状態で、仕切り部材４１の下面はマスクプレート１２の上面に接地し、摺接部３６Ａ、３６Ｂと左右の仕切り部材４１で包囲される印刷空間３５が形成される。仕切り部材４１は、多孔板３３の下面やマスクプレート１２の上面に密接するように、弾性体にて形成することが望ましい。

開孔部３２ａ，３３ａを多孔板３２，３３の全面に開孔せず、その中央部Ｋにのみ集中的に開孔したのは、図６の鎖線で示すように、基板６の横寸法Ｌ２が小さくこれに対応するために仕切り部材４１を小間隔Ｗ２にした場合に、カートリッジ３１内のペーストＰが仕切り部材４１の側方（外側）から下方へ漏れないようにするためである。すなわち、図７に示す開孔部３２ａ、３３ａの分布幅Ｋは、開孔寸法の異なるものを予め複数種類用意しておき、印刷対象となる最小の基板６の幅（横寸法）に合わせて交換可能になっている。勿論、基板の横寸法が大きい場合には、特許文献１のように、その全面に開孔部を開孔した多孔板と交換してもよい。

次にスクリーン印刷動作について説明する。スクリーン印刷においては、図３に示すように、スキージヘッド１３を下降させて摺接部３６Ａ、３６Ｂ及び仕切り部材４１をマスクプレート１２の上面に当接させる。そしてカートリッジ３１を加圧板２９により上方から押圧する。これにより、クリーム半田Ｐはカートリッジ３１から開孔部３２ａ、３３ａを通して下方の印刷空間３５内に押し出される。そこでスキージヘッド１３をマスクプレート１２上を摺動させる。これにより、印刷空間３５内において、クリーム半田Ｐが摺接部３６Ａ，３６Ｂによって掻き寄せられることによるクリーム半田Ｐのローリング流動が生じ、摺接部３６Ａ，３６Ｂにより各パターン孔１２ａ内に順次クリーム半田Ｐが充填される。

図３に示すように、仕切り部材４１は基板６の横寸法Ｌに応じて横方向の位置が調整・設定されており、左右２個の仕切り部材４１は基板６の両側部の真上に位置している。そして仕切り部材４１の上面は多孔板３３の下面にしっかり当接し、またその下面はマスク
プレート１２の上面にしっかり当接し、図９に示すすき間Ｇが生じないようにしている。したがって印刷空間３５の横方向の幅は仕切り部材４１により規定されて印刷空間３５の密閉性は十分に確保され、マスクプレート１２の垂れ下りに起因するスキージヘッド１３の両側方へのクリーム半田Ｐの漏れは生じない。図６を参照して説明したように、基板６の横寸法の大きさに応じて仕切り部材４１の位置を調整・設定することにより、基板寸法の大小にかかわらず、すき間Ｇの発生をなくして印刷空間の密閉性を確保できる。そして上述のスキージング動作を反復実行することによってカートリッジ３１内のクリーム半田Ｐが消費され、ついにはカートリッジ３１が加圧板２１によって押し潰されてクリーム半田Ｐは消費尽されれば、本体上部３０Ａと本体下部３０Ｂを分離してカートリッジ３１の交換を行う。

仕切り部材４１は、要は印刷空間３５の側方にすき間Ｇが発生するのを防止できる位置に設定すればよい。したがって仕切り部材４１は、図３に示すように基板６の両側部の真上に存在する必要はなく、この真上から横方向に位置が若干ずれていても、すき間Ｇの発生を防止できる位置であればよい。

図８は、基板６の横寸法Ｌが大きい場合を示している。この場合、カートリッジ３１’は横寸法が大きいものと交換しており、また仕切り部材４１は両側方へ移動させて基板６の両側部の真上に位置させている。この場合も、加圧板２９を下降させることにより、クリーム半田Ｐを印刷空間３５へ押し出し、スキージヘッド１３をマスクプレート１２上を摺動させることにより、基板６にクリーム半田を印刷する。

本実施の形態では、仕切り部材４１はシャフト４０にスライド自在に装着してその位置を調整するようにしているが、図６において左右の仕切り部材４１はシャフト４０に固着するようにし、左右の仕切り部材４１の間隔Ｗが相違する複数種のシャフト４０を用意し、基板６の寸法に応じてシャフト４０交換することにより、仕切り部材の位置を変更・設定するようにしてもよい。この場合、仕切り部材４１が固着されたシャフト４０のみを本体下部３０Ｂに着脱して交換するようにしてもよく、あるいはシャフト４０が装着された本体下部３０Ｂ自体を交換するようにしてもよい。

本発明によれば、複数の開孔部の分布幅が、基板の幅に合わせて開孔寸法の異なるものに交換可能であるとともに、基板の横寸法に合わせて、横寸法の異なるペースト容器を交換自在とし、且つペースト通過部材の下部に配設されて印刷空間の横方向の位置が設定される仕切り部材を備え、仕切り部材は、基板の両側部の真上に位置していることにより、マスクプレートの垂れ下りに起因するスキージヘッドの側方へのペースト漏れを解消し、安定したスクリーン印刷を行うことができ、殊に基板にクリーム半田を印刷するスクリーン印刷装置として有用である。

本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷装置の正面図 本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷装置の側面図 本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷装置のスキージヘッドの正断面図 本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷装置のスキージヘッドの内部平面図 本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷装置のスキージヘッドのカートリッジと挟持部材の斜視図 本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷装置のスキージヘッドの仕切り部材の説明図 本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷装置の多孔板の平面図 本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷装置のスキージヘッドの正断面図 従来のスクリーン印刷装置のスキージヘッドの断面図

符号の説明

６ 基板
１２ マスクプレート
１２ａ パターン孔
１３ スキージヘッド
１６ シリンダ
２０ ヘッド昇降部（昇降手段）
２９ 加圧板
３０Ａ 本体上部
３０Ｂ 本体下部
３１ カートリッジ
３２，３３ 多孔板（ペースト通過部材）
３５ 印刷空間
３６Ａ，３６Ｂ 摺接部
４０ シャフト
４１ 仕切り部材
Ｐ クリーム半田（ペースト）

Claims (4)

1. スキージヘッドと、スキージヘッドをマスクプレートに対して水平方向に移動させる水平移動手段と、スキージヘッドをマスクプレートに対して昇降させる昇降手段とを備えたペーストのスクリーン印刷装置であって、
   前記スキージヘッドは、下方が開口されて内部にペーストを収容するペースト容器と、このペースト容器を着脱自在に保持する容器保持部と、このペースト容器内のペーストを上方から加圧する加圧手段と、この加圧手段で加圧されて下方へ流動したペーストを収容し下面に形成された開口部を介してマスクプレートの表面にペーストを接触させる印刷空間と、前記ペースト容器と前記印刷空間の間に介装されペーストを通過させる複数の開孔部を有するペースト通過部材と、前記印刷空間のスキージング方向の前後壁を形成し前記マスクプレートの上面に摺接する相対向した前後２つの摺接部とから成り、前記複数の開孔部の分布幅が、基板の幅に合わせて開孔寸法の異なるものに交換可能であるとともに、基板の横寸法に合わせて、横寸法の異なる前記ペースト容器を交換自在とし、且つ前記ペースト通過部材の下部に配設されて前記印刷空間の横方向の位置が設定される仕切り部材を備え、
   前記仕切り部材は、前記基板の両側部の真上に位置していることを特徴とするペーストのスクリーン印刷装置。
2. 前記ペースト通過部材の下方に水平なシャフトを設け、前記仕切り部材をこのシャフトに横方向にスライド自在に設けたことを特徴とする請求項１記載のペーストのスクリーン印刷装置。
3. 前記容器保持部の下方に前記容器保持部に対向する下受部を設け、前記シャフトの両端部をこの下受部に保持させたことを特徴とする請求項２記載のペーストのスクリーン印刷装置。
4. 前記ペースト容器の横方向の外縁部を上下から挟持する挟持部材を設け、この挟持部材を前記容器保持部と前記ペースト通過部材で上下から挟持するようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のペーストのスクリーン印刷装置。

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