JP4675658B2 - 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、スキージヘッドを移動させることにより、マスクプレートのパターン孔にペースト接触面を介してペーストを順次充填させる（例えば特許文献１参照）
特開２００１−２４６７２９号公報

ところが、上記従来の密閉型のスキージヘッドを用いたスクリーン印刷には、以下に述べるような問題点があった。スキージングにおいては、スキージによってマスクプレート表面でペーストをスキージング方向に押しやりながらパターン孔内にペーストを充填するとともに、マスクプレート上面に付着するペーストを掻き取ることが必要である。このため、スキージング時にはスキージをマスクプレートの表面に対して所定の印圧荷重で押圧することにより、スキージの下端部でマスクプレート表面のペーストを掻き取るようにしている。

密閉型のスキージヘッドは前後２つのスキージを備えていることから、押圧手段によってスキージヘッドに加えられた印圧荷重はこれら２つのスキージに配分されてマスクプレートを押圧する。このときの印圧荷重の配分は、スキージヘッドを往復させる際のスキージング方向に関係なく一定であることが望ましい。しかしながら、スキージヘッドに作用する押圧力の作用位置や、スキージヘッドの保持状態などの条件によって、一方側のスキージに印圧が集中する片当たりが生じ易く、印刷方向によって印圧荷重がばらつく結果となる。このため、マスクプレートの上面からペーストを掻き取るための適正な印圧荷重が確保されず、ペーストの掻き取り残りによる印刷不具合を生じ、安定した印刷動作を行うことが困難であるという問題点があった。

そこで本発明は、密閉型のスキージヘッドにおいて安定した印刷を行うことができるスクリーン印刷装置を提供することを目的とする。

本発明のスクリーン印刷装置は、マスクプレート上でスキージヘッドを移動させることにより、マスクプレートのパターン孔を介して基板にペーストを印刷するスクリーン印刷装置であって、前記スキージヘッドをマスクプレートに対してそれぞれ水平方向に移動させ、昇降させる水平移動手段、昇降手段と、前記スキージヘッドをマスクプレートに対して押圧する押圧手段とを備え、前記スキージヘッドは、前記押圧手段に固定連結された連結部と、この連結部によって保持され前記マスクプレートに当接して前記パターン孔にペ
ーストを充填する印刷部と、前記印刷部に設けられペーストを収容して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接触させる印刷空間と、前記印刷空間のスキージング方向の前後壁面を形成し下端部がマスクプレートの表面に摺接する相対向した２つの摺接部材と、前記スキージング方向の垂直面内における前記印刷部の前記連結部に対する相対角度を調整する角度調整機構とを有し、前記角度調整機構は、前記印刷部の一端部側を前記連結部によって軸支する軸支ピンと、前記印刷部の他端部側と前記連結部との上下方向の間隔を調整するマイクロメータヘッドと、前記印刷部を前記他端部側において前記連結部に固定するクランプ機構とを有し、前記クランプ機構は、前記印刷部の前記他端部側を上方に付勢する引張りバネを有し、角度調整後に前記印刷部の一端部側を前記連結部に固定した状態において、前記印刷部の他端部側は前記引張りバネの付勢力により固定される。

本発明によれば、２つの摺接部材を備えた印刷部の連結部に対する相対角度を調整する角度調整機構をスキージヘッドに備えることにより、スキージヘッドを移動させるスキージングにおいて２つの摺接部材をマスクプレートに対して均一に当接させることができ、２つの摺接部材を有する密閉型スキージヘッドを備えたスクリーン印刷装置において安定した印刷動作を実現することができる。

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、図３は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の側面図、図２は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の正面図、図４は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置のスキージヘッドの断面図、図５は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置のスキージヘッドの側面図、図６は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置におけるスキージヘッドの押圧状態の説明図である。

まず図１、図２を参照してスクリーン印刷装置の構造を説明する。図１において、スクリーン印刷装置は、基板位置決め部１の上方にスクリーン印刷機構を配設して構成されている。基板位置決め部１は、Ｙ軸テーブル２、Ｘ軸テーブル３およびθ軸テーブル４を段積みし、更にその上に第１のＺ軸テーブル５、第２のＺ軸テーブル６を組み合わせて構成されている。

第１のＺ軸テーブル５の構成を説明する。θ軸テーブル４の上面に設けられた水平なベースプレート４ａの上面側には、同様に水平な第１の昇降ベース部５ａが昇降ガイド機構（図示省略）によって昇降自在に保持されている。第１の昇降ベース部５ａは、複数の送りねじ５ｃをモータ５ｂによって回転駆動する構成のＺ軸昇降機構によって昇降する。

第１の昇降ベース部５ａには垂直フレーム５ｄが立設されており、垂直フレーム５ｄの上端部には基板搬送機構８が保持されている。基板搬送機構８は基板搬送方向（Ｘ方向−−図１において紙面垂直方向）に平行に配設された２条の搬送レール８ａを備えており、これらの搬送レール８ａによって印刷対象の基板１０の両端部を支持して搬送する。第１のＺ軸テーブル５を駆動することにより、搬送レール８ａによって保持された状態の基板１０を、搬送レール８ａとともに後述するスクリーン印刷機構に対して昇降させることができる。

搬送レール８ａの上面にはクランプ機構９が配設されている。クランプ機構９は、左右対向して配置された２つのクランプ部材９ａを備えており、一方側のクランプ部材９ａを駆動機構９ｂによって進退させることにより、基板１０を両側からクランプして位置を固定する。

図２に示すように、搬送レール８ａの上流側（図２において左側）および下流側には、それぞれ基板搬入レール８ｂ、基板搬出レール８ｃが連結されている。上流側から基板搬入レール８ｂを介して搬入された基板１０は、搬送レール８ａに乗り移って基板位置決め部１によって位置決めされ、後述するスクリーン印刷機構によって印刷が行われた後の基
板１０は、基板搬出レール８ｃによって下流側に搬出される。

第２のＺ軸テーブル６の構成を説明する。基板搬送機構８と第１の昇降ベース部５ａの中間には、水平な第２の昇降ベース部６ａが昇降ガイド機構（図示省略）に沿って昇降自在に配設されている。第２の昇降ベース部６ａは、複数の送りねじ６ｃをモータ６ｂによって回転駆動する構成のＺ軸昇降機構によって昇降する。第２の昇降ベース部６ａの上面には、後述する下受け部材７ａによって基板１０を下受けする基板下受部７が配設されている。

第２のＺ軸テーブル６を駆動することにより、基板下受部７は搬送レール８ａに保持された状態の基板１０に対して昇降する。そして下受け部材７ａが基板１０の下面に当接することにより、基板下受部７は後述するスクリーン印刷機構による印刷位置に搬送された基板１０を下方から下受けして保持する。そして第２のＺ軸テーブル６は、基板下受部７の下受け部材７ａを搬送レール８ａに対して昇降させる下受け昇降手段となっている。

次に基板位置決め部１の上方に配設されたスクリーン印刷機構について説明する。図１，図２において、マスク枠１１にはマスクプレート１２が展張されており、マスクプレート１２には印刷対象に応じたパターン孔１２ａが設けられている。マスクプレート１２の上方には、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。スキージヘッド１３は、内部にペーストであるクリーム半田を貯溜可能な密閉型のスキージヘッドであり、マスクプレート１２に当接してパターン孔１２ａにクリーム半田を充填する印刷部１４を備えている。そしてマスクプレート１２上でスキージヘッド１３を移動させることにより、パターン孔１２ａを介して基板１０にクリーム半田が印刷される。

ヘッド昇降部２０はベース部材２１上に立設された２つのシリンダ２２Ａ，２２Ｂを備えている。シリンダ２２Ａ，２２Ｂ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に対して昇降するとともに、スキージヘッド１３をマスクプレート１２に対して押圧する。ヘッド昇降部２０はスキージヘッド１３をスクリーンマスク１０に対して昇降させる昇降手段となっている。またシリンダ２２Ａ，２２Ｂは、スキージヘッド１３をマスクプレート１２に対して押圧する押圧手段となっている。

ヘッド昇降部２０のプレート部材２１は、フレーム２４の上面に配設されたガイド機構によってＹ方向にガイドされる。プレート部材２１の下面にはナット部材２３ｃが結合されており、ナット部材２３ｃに螺合した送りねじ２３ｂは、モータ２３ａによって回転駆動される。モータ２３ａを駆動することにより、プレート部材２１はＹ方向に水平移動し、したがってヘッド昇降部２０に結合されたスキージヘッド１３も水平移動する。スキージヘッド１３を下降させた状態で、モータ２３ａ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上で水平移動する。すなわち、モータ２３ａ、送りねじ２３ｂおよびナット部材２３ｃは、スキージヘッド１３をマスクプレート１２上で水平移動させる水平移動手段となっている。

図３は上述のスクリーン印刷装置のスキージヘッド１３を、通常の開放式のスキージ１９Ａ，１９Ｂに交換した状態を示している。すなわち、このスクリーン印刷装置は、印刷対象の基板の種類やクリーム半田の供給形態に応じて、密閉型のスキージヘッド１３と、１対のスキージ１９Ａ、１９Ｂとを使い分けることができるようになっている。スキージ交換は、シリンダ２２Ａ，２２Ｂのロッドの下端部に固着された装着ブロック１６Ａ，１６Ｂを介して行われる。

次に図４、図５を参照して、スキージヘッド１３の構造を説明する。シリンダ２２Ａ，２２Ｂのロッドの下端部には、それぞれ装着ブロック１６Ａ，１６Ｂが結合されている。
装着ブロック１６Ａ，１６Ｂは幅方向（図５において左右方向）に細長形状の部材であり、シリンダ２２Ａ，２２Ｂによって昇降する。スキージヘッド１３は、装着ブロック１６Ａ，１６Ｂに連結部１５を介して装着されている。以下、連結部１５の構成について説明する。

装着ブロック１６Ａ，１６Ｂの下面には、略Ｌ字断面の結合部材３０Ａ，３０Ｂがボルト（図示省略）によって締結されている。結合部材３０Ａ，３０Ｂの下面には、結合部材３０Ａ，３０ＢをＹ方向に連結して水平ベース部３３が結合されている。装着ブロック１６Ａ，１６Ｂ、結合部材３０Ａ，３０Ｂおよび水平ベース部３３は、図４に示すように枠構造を形成しており、印刷部１４を保持するのに十分な剛性を有する構造となっている。結合部材３０Ａ，３０Ｂ、軸支ブラケット３１、固定ボルト３２、水平ベース部３３は、押圧手段であるシリンダ２２Ａ，２２Ｂのロッドに装着ブロック１６Ａ，１６Ｂを介して固定連結された連結部１５を構成する。

結合部材３０Ａの側面には、垂直な軸支ブラケット３１が固定ボルト３２によって結合されている。軸支ブラケット３１の下端部には印刷部１４が軸支ピン３４を介して軸支されており、印刷部１４は軸支ピン３４廻りの回動が許容された状態で、連結部１５によって保持されている。これにより、Ｙ方向（スキージング方向）の垂直面内における印刷部１４の連結部１５に対する相対角度が可変となっている。

次に印刷部１４の構造を説明する。図４において、４０は本体部であり、マスクプレート１２の幅方向に細長形状のブロック状部材である。本体部４０の長さ寸法は図４に示すように印刷対象の基板１０の幅寸法をカバーするように設定される。本体部４０には、クリーム半田４３が貯溜されたカートリッジ４１が着脱自在に装着される凹部４０ａが形成されている。

カートリッジ４１は予め所定量のクリーム半田が貯溜されたクリーム半田の貯溜部（ペースト貯溜部）となっており、印刷時に本体部４０に装着される。カートリッジ４１の上面の開口には、内部のクリーム半田４３を加圧する加圧板４２が嵌入している。加圧板４２は水平ベース部３３の上面に配置されたシリンダ２６のロッド２６ａによって昇降し、シリンダ２６を駆動することにより、加圧板４２はカートリッジ４１内で上下動するようになっている。

カートリッジ４１の底面はクリーム半田の押し出し板４１ａとなっており、押し出し板４１ａには複数の開口４１ｂが設けられている。加圧板４２をシリンダ２６で下方に押圧することにより、カートリッジ４１内のクリーム半田４３は加圧され、押し出し板４１ａの開口４１ｂを介して下方に押し出される。

本体部４０の底部には、カートリッジ４１の押し出し板４１ａと同様に複数の開口４４ａが設けられた絞り板４４が装着されている。シリンダ２６によってクリーム半田４３が押し出される際には、押し出し板４１ａの開口４１ｂと絞り板４４の開口４４ａを通過して下方に移動する。そして押し出されたクリーム半田４３は、本体部４０の下方に形成された空間、すなわち本体部４０の下面に配設されたスキージング部４６と本体部４０の下面とによって囲まれた印刷空間４５に到達する。シリンダ２６，加圧板４２は、カートリッジ４１内のクリーム半田４３を加圧して印刷空間４５内に移動させる加圧手段となっている。このクリーム半田４３の移動経路において、複数の小さい開口４１ｂ、４４ａを加圧されたクリーム半田４３が通過することにより、クリーム半田４３の粘度が低下しスクリーン印刷に適した性状に改質される。

スキージング部４６は、本体部４０の下方において周囲を閉囲する４方向の壁面より構
成され、これらの壁面の内側に印刷空間４５が形成される。スキージング部４６のスキージング方向の両端には、印刷空間４５の前後壁面を形成し下端部が印刷空間４５内に位置するマスクプレート１２の表面に対して摺接する相対向した２つの摺接部材４７Ａ，４７Ｂが配設されている。印刷動作時には、印刷空間４５は加圧されたクリーム半田４３を収容し、印刷空間４５の下面、すなわち２つの摺接部材４７Ａ，４７Ｂの間に形成された開口部を介してクリーム半田４３をマスクプレート１２の表面に接触させる。

次に、印刷部１４に設けられた角度調整機構について説明する。図４に示すように、水平ベース部３３は結合部材３０Ｂの下面側から外側方向に延出して設けられており、水平ベース部３３の下面には本体部４０の外側に位置して上部固定部材５０が下方に延出して設けられている。本体部４０の左側の側面において上部固定部材５０に対向する位置には下部固定部材５４が固着されており、下部固定部材５４と上部固定部材５０との間には、引張りバネ５６を有するクランプ機構５５が介設されている。

軸支ピン３４を介して軸支ブラケット３１に軸支された本体部４０の左端側は、引張りバネ５６の引張力によって下部固定部材５４を介して上方に付勢された状態にある。そしてクランプ機構５５をクランプ状態にセットすることにより、上部固定部材５０と下部固定部材５４とは相互に引きつけられてクランプされた状態となり、これにより印刷部１４は連結部１５に対して固定される。

また水平ベース部３３の先端部には、マイクロメータヘッド５１がロッド５１ａを下方に突出させて装着されている。マイクロメータヘッド５１は上部に設けられたノブを回転させることにより、ロッド５１ａが回転角度に比例して上下方向に微小変位する機構となっている。下部固定部材５４からさらに外側に延出して設けられた張出し部材５３の上面には、ロッド５１ａの下方に位置してストッパ５２が設けられている。

クランプ機構５５によって下部固定部材５４が上方に付勢された状態において、ストッパ５２の上面にロッド５１ａが当接することにより、下部固定部材５４の水平ベース部３３に対する位置が固定され、したがって印刷部１４の軸支ピン３４廻りの回転位置が固定される。このとき、マイクロメータヘッド５１を操作してロッド５１ａの上下位置を調整することにより、上部固定部材５０と下部固定部材５４との上下方向の間隔が調整され、したがって印刷部１４の連結部１５に対する前述の相対角度が調整される。このように印刷部１４の連結部１５に対する相対角度を調整可能な構成を採用することにより、スキージング動作における印刷部１４とマスクプレート１２との相対角度、すなわち２つの摺動部材４７Ａ，４７Ｂがマスクプレート１２の表面に接触する接触角を調整することが可能となる。

上記構成において、軸支ピン３４、クランプ機構５５、マイクロメータヘッド５１およびストッパ５２は、スキージング方向の垂直面内における印刷部１４の連結部１５に対する相対角度を調整する角度調整機構となっている。そしてこの角度調整機構は、印刷部１４の一端部側を連結部１５によって軸支する軸支部としての軸支ピン３４と、印刷部１４の他端部側（すなわち軸支ピン３４による軸支側の反対側）と連結部１５との上下方向の間隔を調整する間隔調整手段としてのマイクロメータヘッド５１と、印刷部１４を連結部１５に固定する固定手段としてのクランプ機構５５を備えた構成となっている。

この構成において、軸支点となる軸支ピン３４は印刷部１４と近接して配置されていることから、角度調整時の軸支点と摺動部材４７Ａ，４７Ｂとの間隔が小さくなり、高精度の角度調整が可能となっている。そしてこの固定手段は、印刷部１４の他端部側を上方に付勢する付勢部材としての引張りバネ５６を備えていることから、角度調整後に印刷部１４を連結部１５に固定した状態において、印刷部１４は常に引張りバネ５６の付勢力によ
ってがたつきを生じることなく、安定して固定される。

図６は、上述の角度調整機構の機能を示している。スキージヘッド１３をマスクプレート１２上でＹ方向に摺動させるスキージング動作において、マスクプレート１２の上面に対してスキージヘッド１３の各部が正しい位置関係で装着保持されているとは限らない。例えばスキージヘッド１３の垂直軸の傾き、連結部１５の装着誤差、また印刷部１４における部品誤差など、いくつかの要因が重畳することによって、摺動部材４７Ａ，４７Ｂのマスクプレート１２に対する接触角が正しく設定できないような場合が生じる。このような状態のままスキージング動作を行うと、２つの摺動部材４７Ａ，４７Ｂのマスクプレート１２に対する接触角の不均一や、引圧荷重のばらつきが生じ、安定した印刷結果が得られない場合がある。

このような場合には、マイクロメータヘッド５１を操作して、印刷部１４の連結部１５に対する相対角度Θを調整する。これにより、２つの摺動部材４７Ａ，４７Ｂがマスクプレート１２に対する接触角αを極力均一にすることができ、２つの摺接部材４７Ａ，４７Ｂをマスクプレート１２に均一に当接させて良好なスキージング動作を実現することができる。

スキージング動作に際しては、内部にカートリッジ４１が装着された印刷部１４をシリンダ２２Ａ，２２Ｂによってそれぞれ押圧荷重Ｆで下方に押圧する。これにより、２つの摺接部材４７Ａ，４７Ｂはマスクプレート１２に対して押圧され、スキージングにおいてクリーム半田を掻き取るのに必要な印圧荷重ｆが付与される。そしてシリンダ２６によって加圧板４２を押し下げることにより、印刷空間４５内のクリーム半田４３が加圧され、摺接部材４７Ａ，４７Ｂの間の開口部からマスクプレート１２のパターン孔１２ａ内に充填される。

この引圧付与において、前述のように印刷部１４の連結部１５に対する相対角度Θを調整することにより、摺接部材４７Ａ，４７Ｂはマスクプレート１２に対してばらつきのない正しい接触角αでセットされる。これにより印刷部１４全体がマスクプレート１２に押し付けられる際には、摺接部材４７Ａ，４７Ｂはマスクプレート１２に対して均一に当接した状態で押し付けられる。これにより、マスクプレート１２の上面からクリーム半田を掻き取るための印圧荷重ｆを適正に確保して、安定した印刷を行うことができる。

なお上記実施の形態においては、装着ブロック１６Ａ，１６Ｂに印刷部１４を保持させる連結部１５として、２つの結合部材３０Ａ、３０Ｂを対向させて枠構造の連結部１５を構成するようにしているが、片持ち構造の連結部で十分な剛性を確保することが可能な場合には、枠構造ではなく例えば１つの結合部材３０Ａのみを介して印刷部１４を保持させるようにしてもよい。但し、印刷部１４を極力均等な押圧荷重で押圧するためには、２つの結合部材３０Ａ、３０Ｂを用いる構造が望ましい。

本発明のスクリーン印刷装置は、２つの摺接部材を有する密閉型スキージヘッドを備えたスクリーン印刷装置において安定した印刷動作を実現することができるという効果を有し、基板にクリーム半田などのペーストを印刷する分野に利用可能である。

本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の側面図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の正面図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の側面図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置のスキージヘッドの断面図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置のスキージヘッドの側面図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置におけるスキージヘッドの押圧状態の説明図

符号の説明

１ 基板位置決め部
１２ マスクプレート
１３ スキージヘッド
１４ 印刷部
１５ 連結部
２０ ヘッド昇降部
２２Ａ，２２Ｂ シリンダ
４１ カートリッジ
４３ クリーム半田
４５ 印刷空間
４６ スキージング部
４７Ａ，４７Ｂ 摺接部材
５１ マイクロメータヘッド
５５ クランプ機構
５６ 引張りバネ

Claims (1)

1. マスクプレート上でスキージヘッドを移動させることにより、マスクプレートのパターン孔を介して基板にペーストを印刷するスクリーン印刷装置であって、前記スキージヘッドをマスクプレートに対してそれぞれ水平方向に移動させ、昇降させる水平移動手段、昇降手段と、前記スキージヘッドをマスクプレートに対して押圧する押圧手段とを備え、
   前記スキージヘッドは、前記押圧手段に固定連結された連結部と、この連結部によって保持され前記マスクプレートに当接して前記パターン孔にペーストを充填する印刷部と、前記印刷部に設けられペーストを収容して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接触させる印刷空間と、前記印刷空間のスキージング方向の前後壁面を形成し下端部がマスクプレートの表面に摺接する相対向した２つの摺接部材と、前記スキージング方向の垂直面内における前記印刷部の前記連結部に対する相対角度を調整する角度調整機構とを有し、
   前記角度調整機構は、前記印刷部の一端部側を前記連結部によって軸支する軸支ピンと、前記印刷部の他端部側と前記連結部との上下方向の間隔を調整するマイクロメータヘッドと、前記印刷部を前記他端部側において前記連結部に固定するクランプ機構とを有し、
   前記クランプ機構は、前記印刷部の前記他端部側を上方に付勢する引張りバネを有し、角度調整後に前記印刷部の一端部側を前記連結部に固定した状態において、前記印刷部の他端部側は前記引張りバネの付勢力により固定されることを特徴とするスクリーン印刷装置。

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