JP4830791B2

JP4830791B2 - スクリーン印刷装置

Info

Publication number: JP4830791B2
Application number: JP2006295166A
Authority: JP
Inventors: 正幸萬谷; 哲矢田中
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2026-10-31
Also published as: JP2008110538A

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設けられたマスクプレートを基板に当接させ、このマスクプレート上にペーストを供給した状態でスキージを摺動させることにより、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。

スキージをマスクプレートで摺動させるスキージング動作においては、金属の薄板で製作されたマスクプレートにエラストマなどの絶縁体より成るスキージを摩擦させることにより静電気が発生する。そしてこの静電気がスキージに帯電したまま印刷動作を継続すると、印刷対象の基板に既に電子部品が実装されている場合にはこれらの電子部品を電気的に破損させる不具合を生じる場合がある。このため、スクリーン印刷装置においては従来よりスキージを接地線により電気的に接地して、スキージの帯電を防止するようにしている（例えば特許文献１参照）。
特開昭６１−２２５０５４号公報

ところで近年電子部品が実装される基板の種類、すなわち材質や厚みなどによって、スキージングによってペーストを基板に印刷する際の印刷条件が精細化しており、スキージをマスクプレートに均一に密着させる必要が生じている。このため、スキージを保持するスキージヘッドの構成において、スキージング方向の軸線廻りの回動を許容するフローティング構造が用いられるようになっている。

このようなフローティング方式ではスキージは軸支持機構に用いられるベアリングを介して保持されるため、スキージはスキージヘッドにおいて電気的に接地された装置本体とは電気的に非導通の状態となっている。このため、スキージの帯電を防止しようとすれば、スキージ自体に接地配線を接続する必要がある。ところがスキージまで接地配線を導設すると、スキージ廻りのメンテナンス時などの作業において接地線が障害になり作業性を阻害するという不都合が生じる。このように、従来のスクリーン印刷装置においては、フローティング構造を採用した場合には、スキージへ帯電を作業性を損なうことなく防止する帯電防止構造を実現する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、フローティング構造を採用した場合において、スキージの帯電を作業性を損なうことなく防止する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、パターン孔が設けられたマスクプレートに基板を当接させ、ペーストが供給された前記マスクプレート上で板状のスキージ部材を摺動させることにより、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、前記スキージ部材をスキージホルダに保持させて成るスキージユニットと、前記スキージユニットが着脱自在に装着される装着部と、スキージ昇降機構によって昇降し電気的に接地された昇降部と、前記装着部を前記スキージ部材の摺動方向の軸線廻りの回動が許容された状態で前記昇降部に電気的に絶縁した状態で支持させる軸支持部と、前記軸支持部の両側方に上下に伸縮自在に設けられ前記装着部の上面と前記昇降部の下面とに接触することにより前記スキージ部材を前記装着部を介して前記昇降部と導通させる導通部とを備え、前記軸支持部は前記昇降部と前記装着部とを電気的に絶縁した状態とする構造である。

本発明によれば、スキージユニットが着脱自在に装着される装着部を、スキージ昇降機構によって昇降し電気的に接地された昇降部に、軸支持部によって回動が許容された状態で支持させるフローティング構造において、軸支持部の両側方に上下に伸縮自在に設けられた導通部を配置して、装着部の上面と昇降部の下面とに導通部を接触させる構成とすることにより、スキージ部材を常に接地部に導通させることができ、フローティング構造を採用した場合においてスキージ部材の帯電を作業性を損なうことなく防止することができる。

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３、図４は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の平面図、図５は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置における印刷動作の説明図、図６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におけるスキージユニットの装着構造の説明図、図７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部分断面図、図８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動作説明図である。

まず図１、図２、図３、図４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、同様に水平なベースプレート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。ベースプレート５ａは、複数の送りねじ５ｃをモータ５ｂによってベルト５ｄを介して回転駆動する構成のＺ軸昇降機構によって昇降する。

ベースプレート５ａには垂直フレーム５ｅが立設されており、垂直フレーム５ｅ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条の搬送レールを備えており、これらの搬送レール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、基板搬送機構８によって保持された状態の基板１０を、搬送レール８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。図２、図３に示すように、基板搬送機構８は上流側（図２、図３において左側）および下流側に延出し、上流側から搬入された基板１０は基板搬送機構８によって搬送され、さらに基板位置決め部１によって位置決めされる。そして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、搬送レール８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とベースプレート５ａの中間には、水平なベースプレート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。ベースプレート６ａは、複数の送りねじ６ｃをモータ６ｂによってベルト６ｄを介して回転駆動する構成のＺ軸昇降機構によって昇降する。ベースプレート６ａの上
面には、上面に基板１０を保持する下受け面が設けられた基板下受部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は基板搬送機構８に保持された状態の基板１０に対して昇降する。そして基板下受部７の下受け面が基板１０の下面に当接することにより、基板下受部７は基板１０を下面側から支持する。基板搬送機構８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固定する（図４も参照）。

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、マスクホルダ（図示省略）によって保持されたマスク枠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、基板１０において印刷対象となる電極１０ａの形状・位置（図３参照）に対応して、パターン孔１２ａが設けられている。マスクプレート１２上には、スキージ駆動機構１３が配設されている。スキージ駆動機構１３は、水平なプレート１４に対向配置された１対のスキージヘッド１６Ａ，１６Ｂをそれぞれ昇降させる２つのスキージ昇降機構１５を配設した構成となっており、各スキージ昇降機構１５の昇降軸１５ａに結合されたスキージヘッド１６Ａ、１６Ｂには、それぞれ板状のスキージ部材１７が保持されている。

スキージ昇降機構１５を駆動することによりスキージヘッド１６Ａ、１６Ｂはそれぞれ個別に昇降し、これによりスキージ部材１７がマスクプレート１２の上面に当接する。プレート１４の下面に固着されたナット２０にはスキージ移動モータ１９により回転駆動される送りねじ１８が螺合しており、スキージ移動モータ１９を駆動することにより、スキージヘッド１６Ａ，１６Ｂはプレート１４とともにＹ方向に水平移動する（図２も参照）。

図２に示すように、縦フレーム２５上に配置されたブラケット２６上にはガイドレール２７がＹ方向に配設されており、ガイドレール２７にスライド自在に嵌合したスライダ２８は、プレート１４の両端に結合されている。これにより、スキージ駆動機構１３はＹ方向にスライド自在となっている。プレート１４は、ナット２０、送りねじ１８および送りねじ１８を回転駆動するスキージ移動モータ１９（図１参照）より成るスキージ移動手段によりＹ方向に水平移動する。

図２において縦フレーム２５上にはガイドレール３０がＹ方向に配設されており、ガイドレール３０にスライド自在に嵌合したスライダ３１は、ヘッドＸ軸テーブル２４にブラケット２４ａを介して結合されている。これにより、ヘッドＸ軸テーブル２４はＹ方向にスライド自在となっている。ヘッドＸ軸テーブル２４は、ナット３３、送りねじ３２および送りねじ３２を回転駆動するヘッド移動用モータ（図示省略）より成るヘッドＹ軸移動機構２３により、Ｙ方向に水平移動する。

図２，図４に示すように、ヘッドＸ軸テーブル２４には、カメラヘッドユニット２１が装着されている。カメラヘッドユニット２１は、基板１０を上方から撮像するための基板認識カメラ２１ａと、マスクプレート１２を下面側から撮像するためのマスク認識カメラ２１ｂとを備えており、ヘッドＹ軸移動機構２３、ヘッドＸ軸テーブル２４を駆動してカメラヘッドユニット２１を移動させることにより、基板１０の認識とマスクプレート１２の認識とを同時に行うことができる。カメラヘッドユニット２１による基板１０やマスクプレート１２の認識を行わないときには、図１に示すように、カメラヘッドユニット２１は基板位置決め部１の上方から側方に退避した位置にある。

次にスクリーン印刷機構による印刷動作について図５を参照して説明する。まず基板搬送機構８によって基板１０が印刷位置に搬入されると、第２のＺ軸テーブル６を駆動して基板下受部７を上昇させ、基板１０の下面を下受けする。そしてこの状態で基板位置決め部１を駆動して基板１０をマスクプレート１２に対して位置合わせする。この後、第１のＺ軸テーブル５を駆動して基板１０を基板搬送機構８とともに上昇させてパターン孔１２ａが設けられたマスクプレート１２の下面に当接させ、次いで基板１０をクランプ機構９によってクランプする。これにより、スキージ駆動機構１３によってスキージヘッド１６Ａ、１６Ｂを移動させるスキージングにおいて、基板１０の水平位置が固定される。

そしてこの状態で、当該スキージング動作におけるスキージング方向に対応してスキージヘッド１６Ａ、１６Ｂのいずれかを下降させてスキージ部材１７をマスクプレート１２に当接させ、ペーストであるクリーム半田２２が供給されたマスクプレート１２上でスキージ部材１７をスキージング方向（Ｙ方向）に摺動させることにより、パターン孔１２ａを介して基板１０にはクリーム半田が印刷される。

このスクリーン印刷動作においては、スキージ部材１７がマスクプレート１２上を摺動する際や、マスククリーニングの際の摩擦によって静電気が発生するが、マスクプレート１２は周囲を絶縁体を介して保持されていることから、スクリーン印刷動作を反復して行うことによりスキージ部材１７やマスクプレート１２は静電気によって高電位に帯電する。

このようにマスクプレート１２が帯電した状態のまま、スクリーン印刷動作が行われると、印刷対象の基板に既に電子部品が実装されている場合には、これらの電子部品にダメージを与え、また印刷対象の基板が未実装基板である場合には、これらの基板がマスクプレートから導電した電荷によって帯電した状態のまま後工程に送られ、ここで実装される電子部品に対してダメージを与えるおそれがある。そこで本実施の形態のスクリーン印刷装置では、以下に説明するスキージヘッド１６Ａ、１６Ｂの構造において、スキージ部材１７の接地部との導通を確保して、スキージ部材１７やマスクプレート１２に蓄積された静電気を確実に接地部へ逃がすようにしている。

図６，図７を参照して、スキージヘッド１６Ａ、１６Ｂの構造を説明する。図６（ａ）に示すように、スキージヘッド１６Ａ、１６Ｂは、スキージ昇降機構１５の昇降軸１５ａに結合されて昇降する導電金属製の昇降部４０に、同じく導電金属製の装着部４１を軸支持部４４を介して回動自在に支持させ、さらに装着部４１にスキージユニット３５を着脱自在に装着する構成となっている。昇降部４０は、導電性の金属部や接地線を介して接地部と電気的に接続されており、静電気が帯電しないようになっている。すなわち、昇降部４０はスキージ昇降機構１５によって昇降し、電気的に接地された構成となっている。

スキージユニット３５は、細長矩形の板状のスキージ部材１７を、スキージホルダ３６に保持させた構成となっている。スキージホルダ３６は、スキージ部材１７をスキージング方向に所定角度で傾斜した姿勢で保持可能なように略フ字断面形状となっており、スキージ部材１７はスキージホルダ３６と押さえ部材３７との間に挟み込まれることによって固着される。スキージホルダ３６の上面にはピン嵌合孔３６ｂが形成された矩形ブロック状の嵌着部３６ａが２箇所に凸設されている。

装着部４１の両端部には、嵌着部３６ａが嵌着する形状で装着部４１を部分的に切り欠いた切欠き部４１ａが設けられており、切欠き部４１ａにはピン嵌合孔３６ｂに嵌合する位置合わせピン４１ｂが水平方向に植設されている。そして軸支持部４４の両側方には、装着部４１と昇降部４０とを導通させるための導通部４５が配置されており、さらに導通部４５の両側方の切欠き部４１ａの上方には、スキージユニット３５を装着した状態にお
いて嵌着部３６ａを係止するための抜止め機構４２が設けられている。

スキージユニット３５を装着部４１に装着した状態では、図６（ｂ）に示すように、スキージホルダ３６の上面が装着部４１の下面に当接して嵌着部３６ａが切欠き部４１ａに嵌着する。これとともに、ピン嵌合孔３６ｂに位置合わせピン４１ｂが嵌合し、これによりスキージホルダ３６は装着部４１に正しい姿勢で保持される。この状態では、スキージ部材１７はスキージホルダ３６、装着部４１および導通部４５を介して昇降部４０に導通し、さらに接地部と導通する。

図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図６（ｂ）のＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断面をそれぞれ示すものである。図７（ａ）は軸支持部４４の構造を示している。昇降部４０の両端部から下方に延出して設けられた２つのブラケット４０ａには、それぞれベアリング４７が装着されている。また装着部４１から上方に延出して設けられた凸部４１ｃには、水平方向の軸線ａを有する軸止ピン４６が挿通しており、さらに軸止ピン４６はベアリング４７に嵌合してその両端部を止め輪４８によって抜け止めされている。これにより、装着部４１は昇降部４０に対してＹ方向（スキージ部材１７の摺動方向）に配置された軸止ピン４６の軸線ａ廻りに回動自在となっている。すなわち軸支持部４４は、装着部４１を、スキージ部材１７の摺動方向の軸線ａ廻りの回動が許容された状態で昇降部４０に支持させる機能を有している。

この軸支持部４４の構造において、ベアリング４７には潤滑用のグリースが封入されているため、昇降部４０は電気的に軸止ピン４６と導通した状態にはならず、したがって昇降部４０は装着部４１と電気的に絶縁された状態にある。このため、スキージング動作においてスキージ部材１７に発生した静電気は軸支持部４４を介して昇降部４０には流れず、このままではスキージ部材１７が帯電状態となる。このようなスキージ部材１７の帯電を防止するため、本実施の形態においては装着部４１を昇降部４０に確実に導通させることを目的として、以下に述べるような導通部４５を設けるようにしている。

図７（ｂ）は、導通部４５の構造を示している。装着部４１の上面には、垂直なストッパ軸４９が植設されている。ストッパ軸４９は装着部４１が軸支持部４４の軸止ピン４６廻りの回動において回動角度を規制する機能を有している。すなわちストッパ軸４９の頂部が昇降部４０に当接しない範囲で、装着部４１の軸支持部４４廻りの回動が許容され、これによりマスクプレート１２が水平面に対して幾分傾斜している場合においても、スキージ部材１７をマスクプレート１２の表面に追従させてスキージング動作における密着性を保つようになっている。

ストッパ軸４９の外周には導電性の金属より成る導電バネ部材５０が上下に装着されている。導電バネ部材５０は圧縮バネであり、その伸張方向の付勢力により常に装着部４１の上面４１ｄと昇降部４０の下面４０ｂとに接触する。これにより導電バネ部材５０は装着部４１と昇降部４０とを導通させ、さらにスキージ部材１７を装着部４１を介して昇降部４０と導通させる。すなわち、導通部４５に用いられる導電バネ部材５０は、軸支点４４の両側方に上下に伸縮自在に設けられ、装着部４１の上面４１ｄと昇降部４０の下面４０ｂとに接触することにより、スキー１７ジを装着部４１を介して昇降部４０と導通させる。

図７（ｃ）は、抜止め機構４２の構造を示している。装着部４１の上面には、前端部に鈎型の係止部５１ａが設けられた係止部材５１が水平方向に配設されている。係止部材５１は、装着部４１の上面に立設されたガイドポスト５２によって上下動自在にガイドされるとともに、ガイドポスト５２の外周に装着されたバネ部材５３によって常に下方に押しつけられている。係止部５１ａにはオーバーハング状のテーパ面５１ｂが設けられており
、テーパ面５１ｂに対して前面側（図において左側）から物体を当接させることにより、係止部５１ａはバネ部材５３の付勢力に抗して上方に変位する。

この構成により、位置合わせピン４１ｂをピン嵌合孔３６ｂに嵌合させてスキージユニット３５を装着部４１に装着する際には、嵌着部３６ａは係止部５１ａの前面のテーパ面５１ｂに摺接し、係止部５１ａを押し上げながら切欠き部４１ａに嵌着する。そしてこの嵌着動作が完了した状態では、図７（ｃ）に示すように係止部５１ａが嵌着部３６ａの前面を係止した状態となる。すなわちスキージユニット３５の装着部４１への装着は、ワンタッチ動作によって行うことが可能となっている。そして嵌着部３６ａは位置合わせピン４１ｂがピン嵌合孔３６ｂに嵌合した装着状態から嵌脱することが無く、スキージユニット３５は確実に装着部４１に装着される。

次に図８を参照して、スキージングにおけるスキージヘッド１６Ａ、１６Ｂの動作を説明する。図８（ａ）は、スキージ昇降機構１５を駆動してスキージヘッド１６Ａ、１６Ｂをマスクプレート１２に対して下降させる状態を示してお、この下降動作により、図８（ｂ）に示すように、スキージホルダ３６に保持されたスキージ部材１７がマスクプレート１２の上面に当接する。このとき、マスクプレート１２が正しく水平に装着されておらず、図８（ｃ）のように、右下がりにα１度だけ傾斜しているような場合には、装着部４１が軸支持部４４廻りに回動することにより、スキージ部材１７はマスクプレート１２の上面の傾斜に倣って密着する。

また図８（ｄ）のように、右下上がりにα２度だけ傾斜しているような場合にも同様に、装着部４１が軸支持部４４廻りに回動することにより、スキージ部材１７はマスクプレート１２の上面の傾斜に倣って密着する。そして図８（ｃ）、図８（ｄ）いずれの場合においても、導通部４５では導電バネ部材５０が伸縮することによって昇降部４０と装着部４１とに常に接触し、両者を導通させた状態を保つ。これにより、スキージ部材１７をマスクプレート１２に対して摺動させるスキージング動作において、摩擦によってスキージ部材１７やマスクプレート１２に発生した静電気は常に接地された昇降部４０に流れる。したがって、スキージ部材１７やマスクプレート１２に電荷が蓄積することによる不具合が発生しない。

なお、図８（ｃ）、図８（ｄ）に示すようにマスクプレート１２が傾斜した状態にある場合において、導通部４５に伸縮性の導電バネ部材５０を用いることにより、装着部材４１に対して不勢力を作用させて、スキージ部材１７のマスクプレート１２の上面への追従性を向上させることができるという効果を得ることができる。

上記説明したように、本実施の形態に示すスクリーン印刷装置は、スキージユニット３５が着脱自在に装着される装着部４１を、スキージ昇降機構１５によって昇降し電気的に接地された昇降部２０に、軸支持部４４によって回動が許容された状態で支持させるフローティング構造において、軸支持部４４の両側方に上下に伸縮自在に設けられた導通部４５を配置して、装着部４１の上面と昇降部４０の下面とに導通部を常に接触させる構成を採用している。これにより、スキージ部材１７を常に接地部に導通させることができる。したがってスキージ部材１７に専用の接地線を導設する必要がなく、フローティング構造を採用した場合においてスキージ部材１７の帯電を作業性を損なうことなく防止することができる。

本発明のスクリーン印刷装置は、フローティング構造を採用した場合において、スキージの帯電を作業性を損なうことなく防止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や導電性ペーストなどのペーストを印刷する分野に有用である。

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平面図本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の平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印刷動作の説明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におけるスキージユニットの装着構造の説明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部分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動作説明図

符号の説明

１０基板
１２マスクプレート
１２ａパターン孔
１３スキージ駆動機構
１５スキージ昇降機構
１６Ａ，１６Ｂスキージヘッド
１７スキージ部材
２２クリーム半田（ペースト）
３５スキージユニット
３６スキージホルダ
４０昇降部
４１装着部
４２抜止め機構
４４軸支持部
４５導通部
５０導電バネ部材

Claims

パターン孔が設けられたマスクプレートに基板を当接させ、ペーストが供給された前記マスクプレート上で板状のスキージ部材を摺動させることにより、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、
前記スキージ部材をスキージホルダに保持させて成るスキージユニットと、前記スキージユニットが着脱自在に装着される装着部と、スキージ昇降機構によって昇降し電気的に接地された昇降部と、前記装着部を前記スキージ部材の摺動方向の軸線廻りの回動が許容された状態で前記昇降部に電気的に絶縁した状態で支持させる軸支持部と、前記軸支持部の両側方に上下に伸縮自在に設けられ前記装着部の上面と前記昇降部の下面とに接触することにより前記スキージ部材を前記装着部を介して前記昇降部と導通させる導通部とを備え、前記軸支持部は前記昇降部と前記装着部とを電気的に絶縁した状態とする構造であることを特徴とするスクリーン印刷装置。