JP4718225B2 - 印刷装置 - Google Patents

Description

この発明は、クリーム半田などのペーストを基板に対して印刷するようにした印刷装置に関する。

従来、印刷ステージにセットした基板上にスクリーン印刷用のステンシル（マスク）を配置し、ステンシル上に供給したクリーム半田などのペーストをスキージにより拡張させることにより、ステンシルに形成された開口部（パターン孔）を介して基板の所定位置にペーストを印刷（塗布）するようにしたスクリーン印刷装置は周知である。

このようなスクリーン印刷装置においては、ステンシルを基板に密着させてペーストを印刷するようにしたコンタクト印刷が主流であるが、特許文献１，２に示すように基板とステンシルとの間に隙間を形成した状態でペーストを印刷するようにしたオフコンタクト印刷も行われている。
特許第３１３７１１３号（図１０） 特開２００１−２１２９３５号（図１−３）

上記技術背景の下、近年になって、特に微細な印刷パターンを形成する場合、印刷直後における基板のステンシルからの版離れをスムーズに行えるように、オフコンタクト印刷が注目されている。従って、近年のスクリーン印刷技術においては、印刷時に基板とステンシルとの間に隙間を形成できて、オフコンタクト印刷を確実に行うことができる技術の開発が望まれている。

この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、オフコンタクト印刷を確実に行うことができる印刷装置を提供することを目的とする。

本発明は下記の手段を提供する。

［１］基板を両側から挟み込んで保持する一対のクランプ片と、
前記一対のクランプ片により保持した基板上方に位置されるステンシルと、
前記ステンシル上を摺動させることによりステンシル上のペーストを拡張して基板に塗布するスキージと、を備え、
前記クランプ片の内側縁部の、基板保持状態において基板の側縁部に圧接する部分に、クランプエッジが設けられるとともに、そのクランプエッジの上部に、内側に向けて突出するスペーサ片が設けられ、
前記クランプエッジは、その内側面における前記スペーサ片よりも下側の領域が、基板の両側端面に圧接する圧接面とし、基板の側縁部上面が前記スペーサ片の下面に当接された状態で、基板が前記クランプ片により保持されるものとし、
前記クランプ片により保持した基板上に前記ステンシルが位置された状態においては、前記スペーサ片が基板およびステンシル間に介在されることにより、その間に隙間が形成されるようにし、
前記クランプ片は、そのクランプエッジが着脱自在に構成されることを特徴とする印刷装置。

［２］前記クランプエッジは、前記クランプ片にねじ結合する固着具より着脱自在に取り付けられ、
前記固着具が前記圧接面から突出しないようにした前項１に記載の印刷装置。

［３］前記クランプエッジと前記クランプ片の内、前記クランプ片は、その上面に前記ステンシルを吸着する吸着手段が設けられる前項１または２に記載の印刷装置。

上記発明［１］にかかる印刷装置によると、クランプエッジの上部に形成したスペーサ片を、基板およびステンシル間に介在させるものであるため、基板およびステンシル間に隙間を形成でき、オフコンタクト印刷を確実に行うことができる。さらにクランプエッジを取り換えることができ、その取り換えによってオフコンタクト量の変更や調整などを行うことができる。またスペーサ片を、基板クランプ時の位置決め手段として利用することができる。

上記発明［２］にかかる印刷装置によると、クランプエッジをねじ操作で着脱することができる。

上記発明［３］にかかる印刷装置によると、ステンシルを強固に保持できるため、スキージをステンシルに沿って摺動させる際に、張力などによってステンシルが基板に対し位置ずれするなどの不具合を確実に防止することができる。

図１は本発明の一実施形態にかかるスクリーン印刷装置の側面図、図２はその装置の正目図、図３はその装置の平面図、図４はその装置における主要部（印刷ステージ１０）の斜視図である。これらの図に示すように、このスクリーン印刷装置の基台２上には、印刷ステージ１０が設けられ、この印刷ステージ１０を挟んで両側にプリント基板Ｗを印刷ステージ１０上に搬入および搬出するための上流側コンベア１１および下流側コンベア１２がＸ軸方向（搬送方向）に沿って配置されている。

また印刷装置は、プリント基板Ｗをクランプするためのクランプユニット３と、印刷ステージ１０の上方に設けられるステンシル保持ユニット５およびスキージユニット６とを備え、後述するようにクランプユニット３によりクランプされた基板Ｗがステンシル保持ユニット５のステンシル５１に重装され、その状態で、スキージユニット６のスキージ６１によってスクリーン印刷が施されるようにしている。

図１および図２に示すように、基台２上には、水平面内においてＸ軸方向と直交するＹ軸方向に沿ってレール２１１が配設されるとともに、このレール２１１にＹ軸テーブル２１がＹ軸方向にスライド自在に取り付けられる。さらにＹ軸テーブル２１および基台２間にはボールねじ機構（図示省略）が設けられており、このボールねじ機構が駆動することによってＹ軸テーブル２１が基台２に対しＹ軸方向に移動するよう構成されている。

Ｙ軸テーブル２１の上にはＸ軸方向に沿ってレール２２１が配設されるとともに、このレール２２１にＸ軸テーブル２２がＸ軸方向にスライド自在に取り付けられる。さらにＸ軸テーブル２２およびＹ軸テーブル２１間にはボールねじ機構（図示省略）が設けられており、このボールねじ機構が駆動することによってＸ軸テーブル２２がＹ軸テーブル２１に対しＸ軸方向に移動するよう構成されている。

Ｘ軸テーブル２２には回転ユニット２３１を介して鉛直線（Ｚ軸方向）の軸線回りに回転自在にＲ軸テーブル２３が設けられている。このＲ軸テーブル２３は、図示しない回転駆動手段によってＺ軸回りに回転駆動するよう構成されている。

Ｒ軸テーブル２３には、スライド支柱２４１を介して上下方向（Ｚ軸方向）にスライド自在に昇降テーブル２４が設けられるとともに、ボールねじ機構２４３によって昇降テーブル２４がＲ軸テーブル２３に対しＺ軸方向（上下方向）に移動するよう構成されている。

昇降テーブル２４上にはＸ軸方向に沿って一対のメインコンベア２０が設けられている。このメインコンベア２０は、昇降テーブル２４が降下した状態においては、上流側端部および下流側端部が上記上流側コンベア１１の端部および下流側コンベア１２の端部にそれぞれ対向して配置される。なおこの対向状態において、メインコンベア２０と両側コンベア１１，１２との隙間は、コンベア間を基板Ｗが乗り継ぎ可能な間隔に設定されており、具体的には５ｍｍ程度と小さく設定されている。このため本実施形態において、メインコンベア２０は、両側コンベア１１，１２との干渉を避けるために、降下状態においては、Ｘ軸およびＲ軸テーブル２２，２３の移動によるＸ軸およびＲ軸方向の移動が規制されるとともに、両側コンベア１１，１２に対する位置ずれを防止するために、Ｙ軸およびＲ軸テーブル２１，２３の移動によるＹ軸およびＲ軸方向の移動が規制されている。つまり、メインコンベア２０は、降下状態においては、Ｘ軸、Ｙ軸およびＲ軸テーブル２１〜２３の移動による水平方向（Ｘ軸、Ｙ軸およびＲ軸方向）の移動が規制されている。

図１〜４に示すように、昇降テーブル２４に設けられるクランプユニット３は、一対のメインコンベア２０の上方にＸ軸方向に沿って配置される一対の帯板状のクランプ片３１ａ，３１ｂを具備している。一方側クランプ片３１ａは、昇降テーブル２４に固定されるとともに、他方側クランプ片３１ｂは、Ｙ軸方向にスライド自在に取り付けられ、一方側クランプ片３１ａに対し接離自在に構成されている。そして図示しないクランプ駆動手段によって、他方側クランプ片３１ｂが一方側クランプ片３１ａに対し接離することによって、一対のクランプ片３１ａ，３１ｂが開閉して、基板Ｗを保持／解除できるよう構成されている。

図６に示すように、一対のクランプ片３１ａ，３１ｂの対向側（内側）の縁部に、つまり基板保持状態において基板Ｗの側縁部に圧接する部分に、クランプエッジ３２，３２が設けられている。このクランプエッジ３２は、クランプ片３１ａ，３１ｂに対しねじなどの固着具３３を介して着脱自在に取り付けられており、クランプ片３１ａ，３１ｂに対し、クランプエッジ３２を取り換え可能に構成されている。これにより、クランプ片３１ａ，３１ｂには、複数種のクランプエッジ３２の中から選択的に所望のクランプエッジ３２を取り付けることができるよう構成されている。

クランプエッジ３２は、その内側面における上端に、Ｙ軸方向内側に突出するようにスペーサ片３２１が形成されるとともに、その内側面におけるスペーサ片３２１よりも下側の領域が、基板Ｗの両側端面に圧接する圧接面３２２として形成される。

このスペーサ片３２１は、厚みＴが０．５〜４．０ｍｍに設定され、好ましくは１ｍｍ以上、より好ましくは２〜３ｍｍに設定される。さらにこのスペーサ片３２１の突出量ｐは、０．５〜２ｍｍに設定される。

このスペーサ片３２１は、後述するように、基板Ｗとステンシル５１との間に介在されて、両者間にオフコンタクト印刷用の隙間Ｍを形成するものであり、その隙間サイズ（オフコンタクト量）とスペーサ片３２１の厚さｔとが対応している。従って本実施形態においては、このスペーサ片３２１の厚みｔが、上記の規定範囲内に設定されることにより、基板Ｗおよびステンシル５１間に所望のサイズの隙間Ｍを形成できる可能性が高くなる。換言すればスペーサ片３２１の厚みｔが、上記の規定範囲を逸脱する場合には、基板Ｗおよびステンシル５１間に所望のサイズの隙間Ｍを形成することが困難になる可能性が高くなる。

図３，４に示すように両クランプ片３１ａ，３１ｂの上面には、複数の吸引孔３５が設けられている。各吸引孔３５は、図示しない吸引手段によって負圧に設定されるよう構成されている。そして後述するようにクランプ片３１ａ，３１ｂ上にステンシル５１が重装された状態において、各吸引孔３５が負圧に設定されることにより、ステンシル５１がクランプ片３１ａ，３１ｂの上面に吸着保持されるよう構成されている。

図１〜４に示すように昇降テーブル２４には、一対のメインコンベア２０間に対応し、スライド支柱２９１を介して上下方向に昇降自在に載置テーブル２９が設けられている。さらに載置テーブル２９は、ボールねじ機構などの駆動手段（図示省略）によって、昇降テーブル２４に対し上下方向に移動するよう構成されている。この載置テーブル２９は、上昇することによってメインコンベア２０上の基板Ｗが載置テーブル２９上に移載されて上方へ移動されるとともに、下降することによって載置テーブル２９上の基板Ｗがメインコンベア２０側に移載されるよう構成されている。

なお図１〜４に示すように、両クランプ片３１ａ，３１ｂの外側には、一対の帯板状のステンシル支持板４１ａ，４１ｂからなるステンシル支持ユニット４が設けられている。ステンシル支持板４１ａ，４１ｂは、常時、クランプ片３１ａ，３１ｂの両側に配置されている。さらにこの配置状態においては、ステンシル支持板４１ａ，４１ｂの上面が、クランプ片３１ａ，３１ｂの上面と同一水平面内に配置されている。

また昇降テーブル２４の四隅には、位置決め板支持用の支持部材としての支柱４４が立設されている。そしてステンシル支持板４１ａ，４１ｂが支柱４４に支持されることにより、後述するスキージ６１によるペースト拡張時の印圧（荷重）を支持できるよう構成されている。

またステンシル支持板４１ａ，４１ｂには、複数の吸引孔４５が設けられている。各吸引孔４５は、吸引パイプ４６を介して図示しない吸引手段によって負圧に設定されるよう構成されている。そして後述するようにステンシル支持板４１ａ，４１ｂ上にステンシル５１が重装された状態において、吸引孔４５が負圧に設定されることにより、ステンシル５１がステンシル支持板４１ａ，４１ｂの上面に吸着保持されるよう構成されている。

印刷ステージ１０の上方に設けられるステンシル保持ユニット５は、半田塗布部分に開口部（パターン孔）を有するステンシル５１を水平配置で張り渡した状態に保持できるよう構成されている。

ステンシル保持ユニット５の上側に設けられるスキージユニット６は、Ｙ軸方向に沿って移動自在なスキージホルダー６２を有し、このスキージホルダー６２に一対のスキージ６１，６１がそれぞれ昇降自在に設けられている。そして一方のスキージ６１を降下させた状態でＹ軸方向一方側に移動させることにより、ステンシル５１上でクリーム半田ＳをＹ軸方向一方側に向けてローリング（混練）させつつ拡張できるとともに、他方のスキージ６１を降下させた状態でＹ軸方向他方側に移動させることにより、ステンシル５１上でクリーム半田ＳをＹ軸方向他方側に向けてローリングさせつつ拡張できるよう構成されている。

本実施形態のスクリーン印刷装置は、以下のような動作が行われる。なお初期状態としては、昇降テーブル２４および載置テーブル２９はそれぞれ降下状態にあり、メインコンベア２０は、上流側コンベア１１および下流側コンベア１２に対応する位置に配置されている。さらにクランプユニット３のクランプ片３１ａ，３１ｂは開放状態にある。

この状態から、上流側コンベア１１からプリント基板Ｗがメインコンベア２０に搬入され、図７（ａ）に示すようにその基板Ｗがメインコンベア２０によって所定位置まで搬送される。

その後、同図（ｂ）に示すように載置テーブル２９が上昇し、基板Ｗの上面がクランプ片３１ａ，３１ｂにおけるスペーサ片３２１の下面に当接し、上方向の位置決めが図られたところで、同図（ｃ）に示すように、クランプ片３１ａ，３１ｂが閉じることにより、クランプエッジ３２，３２の圧接面３２２，３２２が基板Ｗの両側端面に圧接して、基板Ｗがクランプ３１ａ，３１ｂにより保持される。この保持状態においては、基板Ｗの上面が、スペーサ片３２１の厚さの分だけ、クランプ片３１ａ，３１ｂの上面よりも下側に配置される。すなわちスペーサ片３２１は、クランプ片３１ａ，３１ｂに対する基板ＷのＺ軸方向の位置決めとして機能する。

なお本実施形態においては、降下状態の印刷ステージ１０とステンシル保持ユニット５との間には図１に示すように、水平方向に移動自在なカメラ１７と、Ｙ軸方向に移動自在なクリーナー１８が設けられている。そしてカメラ１７によって、基板Ｗの位置や種類（品番）およびステンシル５１の位置や種類などが識別されて、その識別情報に基づいて、後述するように個体差などに起因する位置の微調整（補正）などが行われるよう構成されている。さらにクリーナー１８によって、所定枚数の基板Ｗを処理する毎などにステンシル５１がクリーニングされるよう構成されている。

次に図８（ａ）に示すように昇降テーブル２４が少量上昇して、メインコンベア２０が両側コンベア１１，１２の上方に抜け出したところで、必要に応じて、Ｙ軸テーブル２１、Ｘ軸テーブル２２およびＲ軸テーブル２３が適宜、Ｙ軸、Ｘ軸およびＲ軸方向に移動し、基板Ｗのステンシル５１に対する水平方向の位置が微調整（補正）される。

こうして位置が補正されると、同図（ｂ）に示すように昇降テーブル２４が上昇し、ステンシル支持板４１ａ，４１ｂおよびクランプ片３１ａ，３１ｂの上面がステンシル保持ユニット５のステンシル５１の下面に重ね合わされるように重装される。この状態においては、スペーサ片３２１が基板Ｗの両側縁部上面とステンシル５１との間に介在されることにより、基板Ｗおよびステンシル５１間にスペーサ片３２１の厚みｔに相当する分だけ隙間Ｍが形成されている。

次に、クランプ片３１ａ，３１ｂの吸引孔３５およびステンシル支持板４１ａ，４１ｂの吸引孔４５が負圧に設定されて、クランプ片３１ａ，３１ｂおよびステンシル支持板４１ａ，４１ｂにステンシル５１が吸着固定された後、スキージユニット６の一方側スキージ６１が降下して、図８（ｃ）に示すように一方側スキージ６１がステンシル５１を下方に押し付けた状態でステンシル５１上に沿ってＹ軸方向に移動する。これにより、ステンシル５１上に供給されたペーストとしてのクリーム半田Ｓが拡張されて、クリーム半田Ｓが、ステンシル５１のパターン孔を介して基板Ｗの所定位置に印刷（塗布）される。なおこの印刷時において、スキージ通過中は、スキージ６１の押圧力によって、ステンシル５１が下方に押されて基板Ｗに密着して半田Ｓが塗布されるとともに、スキージ通過後は、スキージ６１による押圧が解除されて、ステンシル５１が自身の張力によって基板Ｗから離間する。従ってスキージ６１の摺動移動が完了した時点で、基板Ｗのステンシル５１からの版離れが完了する。

なお本実施形態において半田塗布を行う際には、スキージ６１は、例えば一方側ステンシル支持板４１ａおよび一方側クランプ片３１ａに対応するステンシル５１上の領域（一方側助走エリア）を助走した後、基板Ｗの上方に対応するステンシル５１上の領域（印刷エリア）上を摺動させるようにしている。このため、基板Ｗにクリーム半田Ｓを塗布する前に、助走エリアにおいてクリーム半田Ｓは、ローリング（混練）されて粘度が低下する。これによりクリーム半田Ｓがステンシル５１のパターン孔に確実に充填されて、基板Ｗに精度良く塗布される。

こうして、基板Ｗにクリーム半田Ｓが塗布された後、昇降テーブル２４が少量降下した後、必要に応じて、Ｙ軸テーブル２１、Ｘ軸テーブル２２およびＲ軸テーブル２３が適宜、Ｙ軸、Ｘ軸およびＲ軸方向に移動し、基板Ｗの水平位置が元の位置に戻される。

続いて昇降テーブル２４が降下すると同時に、クランプ片３１ａ，３１ｂが開放されて基板Ｗへの保持が解除される。そして昇降テーブル２４が初期の降下位置まで降下しつつ、載置テーブル２９が降下して、載置テーブル２９上から基板Ｗがメインコンベア２０に移載される。

次に、メインコンベア２０によって基板Ｗが下流側コンベア１２に搬送されて、下流側コンベア１２を介して次工程に送り出される。

このように基板Ｗが下流側コンベア１２に搬出される一方、次の基板Ｗが上流側コンベア１１によってメインコンベア２０に搬送されて、上記と同様の印刷処理が行われる。こうして、基板Ｗが順次送り込まれて順次印刷処理される。

なお本実施形態においては、印刷処理される基板Ｗ毎に、一方側および他方側スキージ６１，６１を交互に用いるものである。すなわち一方側スキージ６１をＹ軸方向一方側に向けて摺動させる一方向移動の印刷処理と、他方側スキージ６１をＹ軸方向他方側に向けて摺動させる他方向移動の印刷処理とが、処理される基板Ｗ毎に交互に行われるものである。

以上のように本実施形態の印刷装置によれば、クランプエッジ３２，３２の上端部に形成したスペーサ片３２１，３２１を、基板Ｗの両側縁部上面とステンシル５１との間に介在させるだけで簡単に、基板Ｗおよびステンシル５１間に隙間Ｍを形成でき、オフコンタクト印刷を確実に行うことができる。

またクランプエッジ３２にスペーサ片３２１を形成するだけのものであるため、構造の簡素化およびコストの削減を図ることができる。

さらに本実施形態においては、クランプエッジ３２，３２をクランプ片３１ａ，３１ｂに対し着脱自在に構成しているため、例えばスペーサ片３２１の厚み（オフコンタクト量）が異なる複数種類のクランプエッジ３２，３２を準備しておけば、クランプエッジ３２，３２を取り換えるだけで、オフコンタクト量の変更や調整を簡単に行うことができる。このため、基板Ｗのサイズや半田Ｓの種類、ステンシル５１の種類（パターン孔の大きさ、形状、孔数等）に応じて、オフコンタクト量を的確に設定できて、印刷精度を格段に向上させることができる。その上さらに微細パターンを印刷する場合であっても、版離れをスムーズに行うことができ、印刷性能を向上させることができる。

またクランプ片３１ａ，３１ｂにより基板Ｗを保持する際に、基板Ｗの両側縁部上面をスペーサ片３２１，３２１の下面に当接させ、基板Ｗのクランプ片３１ａ，３１ｂに対する上下方向の位置決めを図るものである。このようにスペーサ片３２１を、基板Ｗの位置決め手段として兼用させるものであるため、位置決め手段を別途設ける必要がなく、より一層小型簡素化を図ることができる。

また本実施形態においては、クランプ片３１ａ，３１ｂおよびステンシル支持板４１ａ，４１ｂの上面に吸引孔３５，４５を設けて、クランプ片３１ａ，３１ｂおよびステンシル支持板４１ａ，４１ｂにステンシル５１を吸着しているため、ステンシル５１を強固に保持することができる。このためスキージ６１をステンシル５１に沿って摺動させる際に、スキージ６１の押圧に伴う張力などによってステンシル５１が基板Ｗに対し位置ずれするのを確実に防止でき、より一層印刷精度を向上させることができる。

なお上記実施形態においては、昇降テーブル２４を上昇させてテーブルの基板上方にステンシル５１を配置させる印刷装置を例に挙げて説明したが、それだけに限られず、本発明は、基板側を上昇させずにステンシルを降下させて、そのステンシルを基板上方に配置するようにしたステンシル昇降タイプの印刷装置にも適用することができる。

また上記実施形態では、載置手段としてテーブルタイプのもの（載置テーブル２９）を用いるようにしているが、それだけに限られず、本発明は、載置手段として複数のピンからなるピンタイプのものを用いても良い。

また上記実施形態においては、クランプ片３１ａ，３１ｂおよびステンシル支持板４１ａ，４１ｂに設けた吸引孔３５，４５を負圧に設定して、ステンシル５１をクランプ片３１ａ，３１ｂおよびステンシル支持板４１ａ，４１ｂに吸着させるようにしているが、本発明において、吸着手段はそれだけに限られず、例えば電磁石を用いて吸着する等、他の吸着手段を用いるよういしても良い。

この発明の一実施形態にかかる印刷装置の側面図である。 上記印刷装置を示す正面図である。 上記印刷装置を概略的に示す平面図である。 上記印刷装置における主要部を示す斜視図である。 上記印刷装置のクランプユニット周辺を示す側面図である。 上記印刷装置におけるクランプ片のクランプエッジ周辺を拡大して示す断面図である。 上記印刷装置の動作を説明するための側面図であって、同図（ａ）は基板搬入時の側面図、同図（ｂ）は基板上昇時の側面図、同図（ｃ）は基板クランプ時の側面図である。 上記印刷装置の動作を説明するための側面図であって、同図（ａ）は昇降テーブル上昇中の側面図、同図（ｂ）は昇降テーブル上昇後の側面図、同図（ｃ）は半田拡張時の側面図である。

符号の説明

３１ａ，３１ｂ クランプ片
３２ クランプエッジ
３２１ スペーサ片
３５ 吸引孔（吸着手段）
５１ ステンシル
６１ スキージ
Ｍ 隙間
Ｓ クリーム半田（ペースト）
Ｗ プリント基板

Claims (3)

1. 基板を両側から挟み込んで保持する一対のクランプ片と、
   前記一対のクランプ片により保持した基板上方に位置されるステンシルと、
   前記ステンシル上を摺動させることによりステンシル上のペーストを拡張して基板に塗布するスキージと、を備え、
   前記クランプ片の内側縁部の、基板保持状態において基板の側縁部に圧接する部分に、クランプエッジが設けられるとともに、そのクランプエッジの上部に、内側に向けて突出するスペーサ片が設けられ、
   前記クランプエッジは、その内側面における前記スペーサ片よりも下側の領域が、基板の両側端面に圧接する圧接面とし、基板の側縁部上面が前記スペーサ片の下面に当接された状態で、基板が前記クランプ片により保持されるものとし、
   前記クランプ片により保持した基板上に前記ステンシルが位置された状態においては、前記スペーサ片が基板およびステンシル間に介在されることにより、その間に隙間が形成されるようにし、
   前記クランプ片は、そのクランプエッジが着脱自在に構成されることを特徴とする印刷装置。
2. 前記クランプエッジは、前記クランプ片にねじ結合する固着具より着脱自在に取り付けられ、
   前記固着具が前記圧接面から突出しないようにした請求項１に記載の印刷装置。
3. 前記クランプエッジと前記クランプ片の内、前記クランプ片は、その上面に前記ステンシルを吸着する吸着手段が設けられる請求項１または２に記載の印刷装置。
   

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