JP6145618B2 - 印刷用マスク着脱可能枠とその機構 - Google Patents

Description

本発明は、ペースト印刷に用いられる印刷用マスクを着脱可能な枠と、その機構に関するものである。

現在、プリント配線基板等の基板回路形成には、平板に印刷用の開口部が形成された印刷用マスクが一般的に用いられている。

印刷用マスクを用いて基板上に導電性ペーストを印刷する場合には、金属ないし硬質樹脂等の外枠（以下、「枠」という。）に印刷用マスクを張設した形態（以下「マスク版」と言う。）で印刷装置にセットして用いられるのが一般的である。

マスク版は、一般的にポリエステル等の樹脂製のスクリーンメッシュ（紗）を張設した枠（以下、「スクリーン枠」という。）に印刷用マスクを固着して張設したコンビネーション版が用いられている。

ここでコンビネーション版は、スクリーンメッシュを張設したスクリーン枠の中央部に、印刷用マスク（周辺部に接着剤を塗布する。この固着面を「コンビネーション部」という。）を固着し、印刷用マスクの固着面の内側部分のスクリーンメッシュを切抜くことにより形成される。スクリーンメッシュには、予め張力がかかっているので、印刷用マスクの固着したときに、印刷用マスクに張力がかかる構造になっている。

コンビネーション版は、スクリーンメッシュが弾性を有するため、張力が印刷用マスク全体に略均一にかかるようになっている。この張力は、導電性ペースト印刷時において、印刷ズレを抑えるとともに、印刷後に被印刷体から印刷用マスクが乖離する場合において、所謂版離れ性を良くする効果が有る。そのため、張力均一性は、マスク版において重要な要素である。

しかしながら、コンビネーション版は上記の様なメリットはあるものの、マスク版作製後の時間経過や使用によるマスクに加わる応力によって、スクリーンメッシュが永久伸びを起こし、その張力が減退してしまうという難点がある。この際、マスクを保持しつつスクリーン枠を新しいものに交換することが出来れば、非常に時間的にも経済的にも効率的であるが、前記のごとくマスクはスクリーンメッシュに接着剤で固着しているため、手間がかかる上、マスク破損の危険の伴う剥離作業を行う必要がある。

さらに、コンビネーション版は、印刷用マスクとスクリーン枠が一体形成されていることから，相応の体積を有するため、保管場所の確保も問題となっている。

これらの問題を解決するために、スクリーンメッシュを介さずに、枠に直接印刷用マスクを設置して張力を与える型のマスク版がこれまで提案されている（以下、「フルマスク版」と言う。）。
特開２００３−６２９７３号公報

フルマスク版は概ね、枠においてマスクに張力をかける機構を持たせ、マスクの周辺に設けられた被係合部を枠の係合部に取り付けた後、前記機構を用いて印刷用マスクに張力を付加する共通の特徴を有する。
しかしながら、フルマスク版は、スクリーンメッシュを有さないが故に、均一張力性において不安の残る部分があり、そのため、これまで様々な工夫が試みられてきた。
特開２０１１−１２１３６６号公報 特開２００６−２１２９５６号公報 特開２０１０−１４３２３１号公報

例えば、特許文献２においては印刷用マスクの四角に切り欠きを形成してマスクを四方向に均等に牽引するようにすることで、均一張力性を確保したり、特許文献４のように係合穴を弧状配列したりすることで、マスク中央部において発生する張力不足の解消を図っている。

一方、マスクではなく枠に張力均一化機能を持たせた先例もある。例えば、特許文献４では、前記のようにマスクの係合穴の配列とは別に、係合部の配列を弧状にすることで同様の効果を得ている。又、枠内にマスクに対して支点となる部位を設け、枠に張設した状態で、当該支点でマスクを屈折させ、内側にかかる張力を調整することで、張力の均一化を図った例もある。
特開２０１０−２０１９３８公報

上記先行例は何れも、フルマスク版における均一張力について、有る程度の効果を奏してはいるものの、これらは専ら枠の各辺を水平面内で駆動させ、その長さを変化させることでマスクに加わる張力を制御するものであった。この場合、印刷用マスクの設置には専用の治具が必要となり、また、枠に内蔵された可変機構は複雑なものとならざるを得ず、価格や生産性、メンテナンス性において満足できるものとはなっていなかった。また、枠の各辺はそれぞれ水平面内で平行に移動する必要があるところ、張力に悪影響を及ぼさない範囲を保つためには相当の精度が必要とされるので、頑丈な素材で製作をすることが通常であり、そのため枠の重量やサイズが増加し、扱いづらいものとしていた。

さらに、印刷用マスク側に設けられた係合穴は大変脆く、係合部を引っ掛け牽引したとき、両者の接触部が変形しやすいという問題点があった。

これらの問題は、コンビネーション版を主流としたマスク業界において、フルマスク版のマスク着脱枠の普及を阻害し、その利点を十分に活かしきれないものとしており、解決が望まれていた。

本発明は、従来のものと比べ構造が比較的シンプルで専用枠を用いずに均一張力性に優れ、かつ印刷用マスク係合穴への負担も抑えた印刷用マスク着脱可能枠又はその機構に関するものである。

本発明における請求項１記載の発明は、印刷用マスク張設用の、印刷用マスク着脱機構であって、印刷用マスクを係合する四辺に、印刷用マスクの外周に設けられた係合穴と係合する平板状のフックを有する回転ドラムを有し、前記係合フックは、前記印刷用マスクと同じ材料で、可撓性を有する素材から成り、前記回転ドラムとの接合部における、前記回転ドラムの外周円の、枠の外側を向かって延びる接線とのなす角が３０°〜６０°となるように枠の外側に傾いており、前記回転ドラムには、該回転ドラムの回転軸上に延長されたシャフトに、前記回転ドラムの回転軸の垂直方向を軸としたトルクを与え、前記回転ドラムの回転軸に設けられた歯車を回して回転ドラムを駆動させる駆動機構を有する、ことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の印刷用マスク着脱機構であって、前記回転ドラムに弾性シートが巻かれている、ことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、
印刷用マスク張設用の四角形の枠であって、 請求項１または２のいずれか１項に記載の印刷用マスク着脱機構を有する、ことを特徴とする印刷用マスク着脱可能枠である。
請求項４記載の発明は、印刷用マスク版であって、請求項１または２いずれか１項に記載のマスク着脱機構と、前記係合穴の内部に該係合穴と一体成形されている補強部を有しており、該補強部を印刷用マスク外側に折り曲げることでこれを係合穴補強構造とした印刷用マスクからなる、ことを特徴とする。

本発明に係る印刷用マスク着脱機構、当該機構を搭載した可変枠は、印刷用マスクの均一張力性が優れるため印刷精度が良く、また、ドラム回転による張力の付加は従来の水平可動式に比べ機構が単純であり、治具が不要であるため、取り扱い性やメンテナンス性に優れている。また、機構そのものを印刷装置に組み込んでの利用もできるなどの使用方法も採れる。

実施例１に係る本発明の印刷用マスク着脱機構を搭載した可変枠 印刷用マスク ドラム部とフック部 マスク係合穴拡大図 本発明の印刷用マスク着脱機構を搭載した可変枠と回転ドラム駆動機構例 回転ドラム駆動機構例 係合フック 張設前後のマスクの変形 係合穴補強部を有するマスク 実施例２に係る外周に弾性体を設けた回転ドラム

添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について以下に説明する。

図１は、本発明に係る印刷用マスク着脱機構を搭載した可変枠、図２はメタルマスクであり、図３は当該機構の要となる、マスク係合用フックと、回転式ドラムである。マスクの辺に設けられた係合穴（図４）を、当該フックに係合し、フックが設置されているドラムを、フックが枠の中央から離れるような軌道で回転させることで、マスクを牽引し、これに張力を与えて固定する。

ここで、前記回転ドラムの駆動機構について説明する。まず、当該ドラムに駆動力を与える手段としては、まずは単純にドラムの回転軸の端をネジ状、六角穴状に加工しておき、これにドライバーや六角レンチ，または駆動用レバーなどの道具を差し込んで直接回転力を与える手法（図５（ａ））、また、回転軸の垂直方向からネジやナットに与えたトルクを、歯車の組み合わせにより，回転方向の力に変換して回転される方法などが考えられる（図６（ａ）、（ｂ））。図５は駆動用レバーを用いて直接回転力を与える方法を示したものであり、レバーは取り外しが自在に出来るように設計されている（図５（ｃ））。

ここで、回転力を与える場合，全ての方向に対して、同じ強さのトルクをかけることが望まれるが、このとき、人の手で力をかけている以上、ある程度のバラつきが発生することが予想される。この点、トルクレンチを利用することで、常に一定のトルクを付加することができる。また、ラチェット機構を採用することで、ドラムの駆動を制御することで、回転を段階的にすることが出来る。
また、本機構は、マスク張設後、ドラムが逆回転をして、張力が緩まないような機構にする必要がある。そこで、前記ラチェット機構を使用すれば、ドラムを固定して逆回転を防止する効果も持たせることができる。この場合、マスク離脱時にはラチェット機構の歯止め部によるロックが外れ、ドラムが逆方向に自由に回転できるような機構にする。

回転ドラムに付設されたマスク係合用フックは、マスクを張るときに回転ドラムが運動する方向に向けて、傾斜するような形、すなわち、回転ドラムの外周円の、枠の外側を向かって延びる接線に対し、その根元が３０〜６０°の角度を向くように取り付けられている（図７（ａ））。これにより、マスク張設後、フック先端が枠の表面からはみ出て、印刷を阻害するのを防止することができる（図７（ｂ））。

また、当該フックは必ずしもそれ自体が真っ直ぐである必要はなく、回転ドラムと同じ曲率と、同じ方向に湾曲させた方が、少ない回転でフック先端が枠の表面から隠れるので、構造的に有利である．

この係合フックは、張力による変形・破損をしないように、可撓性材料であることが必須であるが，マスク係合穴とは相互に応力を及ぼしあうので、お互い損傷を防ぐ意味で、同じ素材を用いることが望ましい。

また、係合用フックにより、マスクを係合するタイプの着脱可能枠においては、マスク係合穴に局所的に応力が加わることによる、係合穴の変形が問題となっていた。これに対しては、これまでのところ、もっぱらマスクの係合穴の形状やマスクに補強部も設けて耐久力を向上させるといった解決策がとられてきた。
特開２０１０−２４７５０５号公報 特開２０００−１５７７７公報

しかしながら、補強板をマスクに取りつけることは、相応のコストがかかる上、繰り返し使用によるマスクと補強板と接合部が劣化することにより強度が低下しかねないというデメリットが考えられる。また、マスクの係合穴の形状を調節して、フックと点ではなく線で接するようにすることで、係合穴にかかる応力を分散させるという方法も考えられているが（前記特許文献３）、係合穴のうち、どれか一箇所でもフックとの接触面積が狭かったりした場合、そこから係合穴が破損するおそれもある。

この点、本発明に係るフックは、これを平板状にすることで、金属の可撓性により自身が板ばねの役割をし、係合穴にかかる応力を緩和して、この部位の破損を防止している。

さらに、マスク作製時に係合穴を形成する際、完全にここをくりぬかずに、フックが接触する一部分に
のようにひれ状の金属片を残し、これをマスクの面と重ねるように折り曲げることで、簡易的に補強部を設けることができる。これと前記のフックのばね効果を併用することで、係合穴の耐久性を大幅に向上させることが出来る（図８、図９）。

また、フルメタルマスクの着脱可能枠では、金属の剛性の高さに起因して、マスクにかかる張力がマスク面内で不均一になりがちで、そのためコンビネーション版を採用したり、特殊な治具を使用してマスクを装着させたりすることで、テンション均一化への試みがなされてきたことは前記のとおりである。

一方、本発明に係る着脱機構は、ドラムの回転により、マスクを自動的に屈折させる。このとき、ドラム側面にマスクが密着し（図７（ｂ））、ここがいわば支点となり、専用治具を用いずとも、前記同様にマスク内側にかかる張力を調整して張力を均一にできる。

さらに、ドラム側面を予め弾力性材料でコートし、張設時にマスクが当該弾力性材料に押し付けられるような形態になることで、その弾力により、支点におけるマスク張力の調整がよりスムーズに行われるようになる。また、これは係合フックによる係合穴への負荷を減殺し、係合穴の耐久性をさらに向上させる効果も持つ（図１０）。

ここで、弾力性材料とそのコート方法としては、多様なものが考えられる。例えば、液状樹脂を塗布する方法、シート状のゴムを巻く方法などが好適である。

以下、本発明の具体的な実施例と比較例について詳述する。

本発明に係る着脱可能枠に、メタルマスクを張設した印刷版を用いて、面内の張力分布の測定と、印刷試験を行った。
先ず、枠を図１に示す。これは５５ｃｍ×６５ｃｍの長方形であり、厚さは約３ｃｍ、素材はアルミニウムである。枠の四隅には、ドラムを回転させる機構を収めるボックスが設置され、枠の面と垂直方向から加えられた力を、ドラムの回転動作に変換する。
枠の各片の内側には、短辺について約３８ｃｍ、長辺について４９ｃｍのステンレス製（ＳＵＳ３０４）の回転ドラムが設置されている。回転ドラムの直径は約２ｃｍであり、各ドラムには，約１．５ｃｍ間隔で係合フックが取り付けられている。当該フックの素材は、回転ドラムと同じＳＵＳ３０４製である。

一方、マスクは図２に示すように、４５ｃｍ×５５ｃｍの略長方形であり、厚さは０．１４ｍｍ、素材はステンレス（ＳＵＳ３０４）である。マスクの四隅には、前記枠に設けられたボックスを避けるように、切欠きが加工されている。また、マスク面内には、テスト印刷用に、一辺０．１５〜１．０ｍｍの範囲で寸法を変化させた開口が無数に設けられている。係合穴、開口部の加工は、レーザー加工機で行った。

枠の係合フックは、マスクと同じ素材（ＳＵＳ３０４）でなっており、厚さは約１．５ｍｍであり、前記のごとく、回転ドラムと同じ曲率で湾曲している。

次に、回転ドラムは、図６に示すように、マスクの面と垂直方向から挿入された芋ネジを回転させ、この回転を、回転ドラムと同軸に直接取り付けられたギアーに伝達し、回転ドラムを回転させるトルクを発生させ、駆動させる。ここで、前記イモネジの頭頂部は六角形の切り込みが設けられているので、その回転には市販の六角レンチを使用するが、このとき、トルクレンチを併用することで、回転トルクを一定に保つことが出来る。

前記枠に対して前記マスクを張設し、印刷用マスク版測定用のテンションゲージ（プロテック社製ＳＴＧ−０８ＮＡ。以下「テンションゲージ２」という）で、マスク面内のテンションを測定した。測定箇所は、マスク面内を５箇所測定した。テンションの均一性については、５箇所の測定値のバラつきが０．０３ｍｍと低く、また、視覚的・触覚的にも懸念された歪みは見られなかった。
なお、今回用いたテンションゲージを含む一般のテンションゲージは、スクリーンメッシュやマスク上に錘を戴置し、当該錘の沈み込み量を計測するものであるため、計測値の単位系は「ｍｍ」であり、テンション（張力）が大きいほど０に近くなる。

また、枠に張設したマスクを用いて、印刷試験を行った。印刷には、ペーストとして半田ペースト、スキージは金属製のオープンスキージを用い、試験用印刷機で樹脂製の基板上に印刷を行った。印刷後のペーストを確認したところ、割れ、欠け、滲みなどの印刷不具合は見られず、印刷不足の箇所もなく、良好に印刷出来ており、テンションが均一に分布していることが確認できた。

なお、印刷試験後、マスクを枠から取り外し、係合穴を確認したところ、以後の使用に支障が出るほどの損傷はなく、係合フックの板ばね効果が現れていた。

（実施例２）
実施例１と同様に、マスクを着脱枠に張設し、テンション測定と印刷試験を行った。ここで、使用した枠とマスクは実施例１の枠の回転ドラムに、厚さ１．０ｍｍのウレタン製のシートでコートをした（図１０）。このとき、テンションバラつきはマスク面内で０．２ｍｍとウレタンシートが無い場合に比べ、低下し、弾性体がマスクテンション均一化の調整に機能していることがわかる。

さらに、印刷後のマスクの係合穴には傷や歪みは実施例１よりさらに少なくなっており、弾性体が、係合穴にかかる負担を低減させる機能を有することが確認できた。

（実施例３）
マスクをレーザー加工で作製する際、係合穴を完全に形成せず、係合穴の辺のうち、マスクの外周に沿った一辺のみを残し、ひれ上に残した切れ端を、マスク外側に向けて折り曲げ、係合穴補強構造とした（図９）。このマスクを実施例２の枠に着脱したところ、係合穴の損傷は殆ど発生せず、補強構造の有効性が確認できた。

（比較例１）
マスクと枠のサイズは実施例１と同じであるが、着脱機能は持たないコンビネーション版を作製し、テンション測定を行ったところ、面内のテンションばらつきは、実施例１と同程度の０．０３ｍｍであった。

（比較例２）
着脱式コンビネーション版に対し、実施例１と同様のテンション測定をしたところ、面内のテンションバラつきは０．０５ｍｍであった。

１１ 印刷用マスク着脱枠
１２ ３２ ７３ ８３ １０２ 回転ドラム
１３ ３１ ７１ ８２ １０１ 係合フック
２１ 印刷用マスク
２２ ４１ 係合穴
３３ 係合フックと回転ドラムのなす角
５１ 着脱式駆動レバー
５２ 張設時のレバー駆動方向
５３ レバージョイント部
６１ イモネジ
６２ 回転ドラム駆動用歯車
６３ イモネジ回転方向
７１ 支点
８１ ９１ 補強部付き係合穴
８２ ９２ 係合穴補強部
１０３ 弾性材料

Claims (4)

1. 印刷用マスク張設用の、印刷用マスク着脱機構であって、
   印刷マスクを係合する四辺に、印刷用マスクの外周に設けられた係合穴と係合する平板状のフックを有する回転ドラムを有し、
   前記係合フックは、前記印刷用マスクと同じ材料で、可撓性を有する素材から成り、前記回転ドラムとの接合部における、前記回転ドラムの外周円の、枠の外側を向かって延びる接線とのなす角が３０°〜６０°となるように枠の外側に傾いており、
   前記回転ドラムには、該回転ドラムの回転軸上に延長されたシャフトに、前記回転ドラムの回転軸の垂直方向を軸としたトルクを与え、前記回転ドラムの回転軸に設けられた歯車を回して回転ドラムを駆動させる駆動機構を有する、
   ことを特徴とする印刷用マスク着脱機構。
2. 前記回転ドラムに弾性シートが巻かれている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の印刷用マスク着脱機構。
3. 印刷マスク張設用の四角形の枠であって、
   請求項１または２のいずれか１項に記載の印刷用マスク着脱機構を有する、ことを特徴とする印刷用マスク着脱可能枠。
4. 印刷用マスク版であって、請求項１または２いずれか１項に記載の印刷用マスク着脱機構と、前記係合穴の内部に該係合穴と一体成形されている補強部を有しており、該補強部を印刷マスク外側に折り曲げることでこれを係合穴補強構造とした印刷マスクからなる、ことを特徴とする印刷用マスク版。

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