JP6357995B2 - 半田印刷機 - Google Patents

Description

本発明は、半田印刷機に関する。

電子部品等をプリント基板に半田付けする場合に、当該プリント基板に予め半田パターンを形成し、その上に電子部品を載置して半田を溶融させることにより半田付けする技術が知られている。このとき半田パターンは、プリント基板にメタルマスクを載置し、このメタルマスクの開口部に半田ペーストを充填して形成される。

かかる半田パターン印刷技術に関して、幾つかの提案がなされている。例えば、特開平４−２４７６８７号公報においては、十分に混練された半田ペーストをメタルマスクの開口部に充填するために、メタルマスクとプリント基板との間にクリーニングペーパを配置して、半田ペーストの混練を行う技術が提案されている。このときのクリーニングペーパは、混練時に半田ペーストがプリント基板に付着するのを防止するために用いられている。

また、特開２００７−１９６５６２号公報においては、所定枚数のプリント基板に半田パターンが形成される毎にメタルマスクのクリーニングを行い、その際にプリント基板を保護するための清掃用フィルムをメタルマスクの裏面に配置する技術が提案されている。
即ち、清掃時には、清掃用フィルムの巻かれた巻取ローラがプリント基板を覆うように移動しながら清掃用フィルムを繰出て、当該プリント基板を保護する。そして、清掃が完了すると、巻取ローラは繰り出された清掃用フィルムを巻取りながら位置まで戻る。

特開平４−２４７６８７号公報 特開２００７−１９６５６２号公報

しかしながら、特開平４−２４７６８７号公報にかかる構成では、クリーニングペーパをプリント基板とメタルマスクとの間に配置する機構等については提案されていない。

また、特開２００７−１９６５６２号公報にかかる構成では、クリーニングペーパによりプリント基板が覆われるように、自転する巻取ローラがクリーニングペーパを繰出、巻取りながら移動する構成である。このとき、クリーニングペーパの弛み等を抑制刷る必要があり、そのためには当該クリーニングペーパの繰出し量、巻取り量、そして移動量を連動して制御しなければならない。しかし、上記特許文献では、かかる構成について開示されていない。

このような問題により各特許文献にかかる構成では半田パターンの形成作業効率を向上させることが困難であった。

通常、プリント基板に半田パターンを形成する際には、事前に適正な半田パターンが形成できる条件を確認する必要がある。かかる条件は、試し印刷を行うことにより取得される。

無論、試し印刷をプリント基板に対して行うことも可能であるが、歩留まりの観点から好ましくない。
このためプリント基板をマスキングして半田パターンが付着しないようにしたり、プリント基板に対して試し印刷を行い、その後に当該プリント基板に形成された半田パターンを除去して製品工程に戻すような作業が必要となる。

半田パターンを除去する作業は人手が必要になるため、試し印刷の自動化が行えない。従って、半田パターンの形成作業効率の向上が困難である。
また、プリント基板の基板面をマスキングする処理では、例えば特開２００７−１９６５６２号公報にかかる技術の利用が考えられる。この場合にはクリーニングペーパが弛んだりしないことが必要となるが、上述したようにかかる弛みを抑制することが困難であった。

そこで、本発明の主目的は、簡単な構成で、試し印刷工程を含めて半田パターンの形成が全自動化できるようにした半田印刷機を提供することである。

上記課題を解決するため、メタルマスクを用いて半田パターンをプリント基板に印刷する半田印刷装置にかかる発明は、プリント基板を保持して、当該プリント基板をメタルマスクに対して進退させる印刷ステージと、試し印刷を行う際に、クリーニングペーパをメタルマスクとプリント基板との間に引き出して、試し印刷をクリーニングペーパに行うクリーニングユニットと、を備え、クリーニングユニットは、クリーニングペーパを巻回して保持する繰出ローラと、繰出ローラとの相対位置が固定されて、繰出ローラから繰り出されたクリーニングペーパを巻き取る巻取ローラと、繰出ローラから繰り出されて巻取ローラにより巻き取られるクリーニングペーパに掛け渡されて当該クリーニングペーパの折り返し点を形成し、繰出ローラから離れる動きにより繰出ローラからクリーニングペーパを繰り出させ、繰出ローラに近づく動きによりクリーニングペーパを巻取ローラで巻き取らせる引出バーと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構成で、試し印刷工程を含めて半田パターンの形成が全自動化できるようになり、半田パターンの形成作業効率が向上する。

試し印刷を行っている半田印刷機の側面図である。 試し印刷を行っている半田印刷機の斜視図である。 試し印刷における工程を示す図で、（ａ）は試し印刷開始直前のスタンバイ状態、（ｂ）はクリーニングペーパ繰出状態である。 試し印刷における工程を示す図で、（ａ）は印刷可能状態、（ｂ）は半田ペースト充填状態、（ｃ）はクリーニングペーパ巻取状態である。 メタルマスク清掃処理を示す図で、（ａ）はクリーニングノズルが右動している際の状態を示し、（ｂ）はクリーニングノズルが左動している際の状態を示している。 プリント基板の清掃処理を示す図で、（ａ）は摺動部をプリント基板側に向けた状態、（ｂ）はクリーニングノズルが右動している状態、（ｃ）はクリーニングノズルが左動している状態を示している。 ４面が異なる形状の摺動部を有するクリーニングノズルを備えた半田印刷機の側面図である。

本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施形態にかかる半田印刷機２により試し印刷を行っている際の当該半田印刷機２の側面図であり、図２は斜視図である。

半田印刷機２は、印刷ステージ１０、クリーニングユニット２０を主要構成とする。なお、符号４はクリーニングペーパ、符号５はメタルマスク、符号６はスキージ、符号７は半田ペースト、符号８はプリント基板を示している。

そして、この半田印刷機２は、試し印刷処理、清掃処理、印刷処理を全自動で行うことができる。試し印刷処理はクリーニングペーパ４に半田パターンを印刷する処理であり、印刷処理はプリント基板８に半田パターンを印刷する処理である。

また、清掃処理は、メタルマスク清掃処理と基板清掃処理との総称である。メタルマスク清掃処理は、メタルマスク５におけるプリント基板８側の面（被清掃面）及び、メタルマスク５に形成された開口部５ａの内側面（被清掃面）を清掃する処理である。を清掃する処理である。基板清掃処理は、半田パターンが印刷されるプリント基板８の面（被清掃面）を清掃する処理である。

メタルマスク５には、転写（印刷）する半田パターンに対応した開口部５ａが形成されている。スキージ６は、メタルマスク５上を摺動して、当該メタルマスク５上の半田ペースト７を混練しながら開口部５ａに充填する。

印刷ステージ１０は、半田パターンが印刷されるプリント基板８を保持するテーブルであり、メタルマスク５に対して進退可能に設けられている。即ち、印刷ステージ１０は、図１において上下動する。

クリーニングユニット２０は、巻取ローラ２１、繰出ローラ２２、引出バー２３、クリーニングノズル２４を含んでいる。

そして、クリーニングユニット２０は、印刷ステージ１０より狭い範囲でメタルマスク５に対して進退できるようになっている。即ち、クリーニングユニット２０は、図１において上下動する。

繰出ローラ２２と巻取ローラ２１との相対位置は固定され、かつ、回転方向が制御されている。また、引出バー２３は、繰出ローラ２２に対してクリーニングノズル２４と一体に進退する。即ち、引出バー２３は、繰出ローラ２２に近づき又離れるように動く。

繰出ローラ２２にはクリーニングペーパ４が巻回されている。そして、クリーニングペーパ４を繰り出す場合と、繰り出したクリーニングペーパ４で未使用なクリーニングペーパ４を回収する場合とは、逆方向に回転する。

引出バー２３は棒体で、クリーニングペーパ４の幅方向に掛け渡されて、当該クリーニングペーパ４が折り返す折り返し端をなしている。なお、引出バー２３とクリーニングペーパ４との摩擦を少なくするために、当該引出バー２３を回転自在な棒体にしてもよい。

巻取ローラ２１は、一方向にのみ回転可能に設けられて、繰り出されたクリーニングペーパ４を巻き取る方向に回転する。

これにより、引出バー２３が繰出ローラ２２側から離れると、クリーニングペーパ４は繰出ローラ２２から繰り出され、繰出ローラ２２側に近づくと、繰り出されたクリーニングペーパ４は巻取ローラ２１によって巻き取られる。

クリーニングノズル２４は、回転可能に設けられた概ね多角柱体であり、クリーニングペーパ４の幅方向に延設されている。この多角柱体における側面部は、クリーニングペーパ４と当接する摺動部２４ａをなしている。このクリーニングノズル２４の摺動部２４ａは、例えばバキューム機能を持つ。

図１等においては、概ね台形柱体のクリーニングノズル２４が示されて、１つの側面部が摺動部２４ａをなしている。そして、メタルマスク清掃処理時には摺動部２４ａがメタルマスク５側の方向に向かうように回転し、基板清掃処理時には摺動部２４ａがプリント基板８の方向に向かうように回転する。即ち、メタルマスク清掃処理時と基板清掃処理時とでは、クリーニングノズル２４は１８０度回転する。

無論、本発明はかかる構成に限定するものではない。例えば、図７に示すように、多角柱体の側面部をそれぞれ異なる形状の摺動部２４ａとしてもよい。図７では、４面が異なる形状の摺動部２４ａをなしている。そして、クリーニングノズル２４を９０度ずつ回転できるようにして、被清掃面の状態（メタルマスク５の場合には、半田ペースト７の付着量、付着具合、開口部５ａの形状、分布等、プリント基板８の場合には塵埃の種類、量、付着状態）に応じて選択して用いることが可能になる。なお、摺動部２４ａとして、吸着タイプ、スキージタイプ、平面タイプ、湾曲タイプ等が例示できる。

次に、上記構成の半田印刷機２における動きを（１）試し印刷処理、（２）清掃処理、（３）印刷処理に分けて説明する。

（１）試し印刷処理
試し印刷処理は、クリーニングペーパ４に試し印刷を行う工程である。図３は試し印刷における処理工程を示す図で、（ａ）は試し印刷開始直前のスタンバイ状態、（ｂ）はクリーニングペーパ繰出状態である。また、図４は、試し印刷における処理工程を示す図で、（ａ）は印刷可能状態、（ｂ）は半田ペースト充填状態、（ｃ）はクリーニングペーパ巻取状態である。

図３（ａ）に示すスタンバイ状態においては、印刷ステージ１０はプリント基板８を保持し、かつ、メタルマスク５から離れるように下降している。そして、スタンバイ状態では、引出バー２３は、繰出ローラ２２側に位置している。

この状態から引出バー２３が繰出ローラ２２から離れると、繰出ローラ２２は回転してクリーニングペーパを繰出す。このとき、巻取ローラ２１からクリーニングペーパ４が繰り出されないように、当該巻取ローラ２１の回転は規制されている。

引出バー２３がプリント基板８の端部を適宜超えた位置に達すると（図３（ｂ）の状態）、クリーニングユニット２０及び印刷ステージ１０の上昇が開始する。そして、プリント基板８がクリーニングペーパ４を介してメタルマスク５に接すると、クリーニングユニット２０及び印刷ステージ１０の上昇は停止して、図４（ａ）に示す印刷可能状態となる。

その後、半田ペースト７がメタルマスク５上に載せられ、スキージ６がメタルマスク５面を摺動する。スキージ６が摺動することにより半田ペースト７は混練されながら開口部５ａに充填される。この状態が、図４（ｂ）に示す半田ペースト充填状態である。クリーニングペーパ４はプリント基板８とメタルマスク５との間に位置しているので、充填された半田ペースト７はクリーニングペーパ４に付着することになる。

半田ペースト７がメタルマスク５の開口部５ａに充填されると、印刷ステージ１０及びクリーニングユニット２０はメタルマスク５から離れるように下降する。このときメタルマスク５の開口部５ａに充填されていた半田ペースト７は、クリーニングペーパ４と共に下降する。即ち、半田パターンはクリーニングペーパ４に付着した状態で開口部５ａから離型する。これにより、試し印刷が完了する（図４（ｃ）の状態）。

そして、引出バー２３が繰出ローラ２２側に移動すると、引き出されたクリーニングペーパ４は巻取ローラ２１に巻き取られる。このとき、例えば図４（ｃ）においてプリント基板８に面しているクリーニングペーパ４は、未使用状態である。そこで、繰出ローラ２２は、この未使用状態のクリーニングペーパ４を巻き戻す（回収する）ように回転する。

（２）清掃処理
先ず、メタルマスク清掃処理を説明する。図５は、メタルマスク清掃処理を示す図で、（ａ）はクリーニングノズル２４が右動している際の状態を示し、（ｂ）はクリーニングノズル２４が左動している際の状態を示している。

メタルマスク清掃処理を開始する際には、クリーニングノズル２４における摺動部２４ａは、メタルマスク５側に向けられる。その後、クリーニングユニット２０は、摺動部２４ａがメタルマスク５の被清掃面と接するまで上昇する。摺動部２４ａがメタルマスク５の被清掃面に接すると、クリーニングユニット２０は上昇を停止する。そして、クリーニングノズル２４は繰出ローラ２２側から離れる方向に動く（右動する）。

クリーニングノズル２４の摺動部２４ａと、メタルマスク５の被清掃面との間にはクリーニングペーパ４が位置し、摺動部２４ａはバキューム機能を有するので、摺動部２４ａはクリーニングペーパ４を介してメタルマスク５と接触した状態で、右動することになる。

このとき繰出ローラ２２や巻取ローラ２１からクリーニングペーパ４が繰り出されるような力が働くが、巻取ローラ２１はクリーニングペーパ４を繰り出す方向に回転しないように規制されている。従って、繰出ローラ２２からクリーニングペーパ４が繰り出されることになる。これにより、クリーニングノズル２４はクリーニングペーパ４をメタルマスク５に押し付けながら右働して、当該メタルマスク５の被清掃面に付着している半田ペースト７等を除去して、図５（ａ）に示す状態となる。

クリーニングペーパ４は通気性を有し、かつ、クリーニングノズル２４によりバキューム機能が働いている場合には、除去された半田ペースト７等は、クリーニングペーパ４に強く吸着されるようになる。

その後、クリーニングノズル２４は繰出ローラ２２側に移動する（左動する）。これにより、繰り出されたクリーニングペーパ４は巻取ローラ２１に巻き取られながら、メタルマスク５の被清掃面は重ねて清掃されて、図５（ｂ）に示す状態となる。

次に、基板清掃処理について説明する。図６は、プリント基板８の清掃処理を示す図で、（ａ）は摺動部２４ａをプリント基板８側に向けた状態、（ｂ）はクリーニングノズル２４が右動している状態、（ｃ）はクリーニングノズル２４が左動している状態を示している。

図６（ａ）に示すように、基板清掃処理においては、摺動部２４ａはプリント基板８側に向けて、上述したメタルマスク清掃処理と同じ手順が繰り返される。

即ち、基板清掃処理が開始される際には、摺動部２４ａがクリーニングペーパ４を介してプリント基板８に接するように印刷ステージ１０が上動する。そして、摺動部２４ａがプリント基板８に接すると、印刷ステージ１０の上動は停止して、クリーニングノズル２４が繰出ローラ２２側から離れる方向に動く（右動する）。

これにより、摺動部２４ａはクリーニングペーパ４をプリント基板８に押しつけながら右働して、当該プリント基板８に付着している塵埃等の異物が拭き取られる。

そして、図６（ｂ）に示す位置にクリーニングノズル２４が到達すると、クリーニングノズル２４は繰出ローラ２２側に移動する（左動する）。これにより、プリント基板８は再度清掃されながら、繰り出されたクリーニングペーパ４は巻取ローラ２１に巻き取られて図６（ｃ）に示す状態となる。

以上説明したように、試し印刷を行う際に、クリーニングペーパに半田パターンを転写（印刷）させるので、プリント基板８に対するマスキング処理等の作業が削減できる。

これにより、試し印刷も含めた半田印刷機の全行程が自動化できるようになり、作業効率が向上する。

また、クリーニングノズルを回転させることで、メタルマスク及びプリント基板が連続して清掃できるようになる。特に、クリーニングノズルを種々の形状に設定することにより、被清掃面の状態に応じた清掃が可能になって、清掃効率が向上する。

２ 半田印刷機
４ クリーニングペーパ
５ メタルマスク
５ａ 開口部
６ スキージ
７ 半田ペースト
８ プリント基板
１０ 印刷ステージ
２０ クリーニングユニット
２１ 巻取ローラ
２２ 繰出ローラ
２３ 引出バー
２４ａ 摺動部

Claims (4)

1. メタルマスクを用いて半田パターンをプリント基板に印刷する半田印刷装置であって、
   前記プリント基板を保持して、当該プリント基板を前記メタルマスクに対して進退させる印刷ステージと、
   試し印刷を行う際に、クリーニングペーパを前記メタルマスクと前記プリント基板との間に引き出して、前記試し印刷を前記クリーニングペーパに行うクリーニングユニットと、を備え、
   前記クリーニングユニットは、
   前記クリーニングペーパを巻回して保持する繰出ローラと、
   前記繰出ローラとの相対位置が固定されて、前記繰出ローラから繰り出された前記クリーニングペーパを巻き取る巻取ローラと、
   前記繰出ローラから繰り出されて前記巻取ローラにより巻き取られる前記クリーニングペーパに掛け渡されて当該クリーニングペーパの折り返し点を形成し、前記繰出ローラから離れる動きにより前記繰出ローラから前記クリーニングペーパを繰り出させ、前記繰出ローラに近づく動きにより前記クリーニングペーパを前記巻取ローラで巻き取らせる引出バーと、
   前記引出バーと共動して移動して、該引出バーにより引き出だされた前記クリーニングペーパを介して前記メタルマスク、又は、前記プリント基板の被清掃面と当接しながら摺動する摺動部を備えるクリーニングノズルと、を備えることを特徴とする半田印刷機。
2. 請求項１に記載の半田印刷機であって、
   前記クリーニングノズルは、回転可能に設けられた概ね多角柱体であり、かつ、当該多角柱体の各側面部が形状の異なる前記摺動部をなして、前記被清掃面の状態に応じた形状の前記摺動部が前記被清掃面に対応するように回転することを特徴とする半田印刷機。
3. 請求項１又は２に記載の半田印刷機であって、
   前記クリーニングユニット及び前記印刷ステージは、前記メタルマスクに対して進退することを特徴とする半田印刷機。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半田印刷機であって、
   前記繰出ローラは、前記引出バーが前記繰出ローラから離れ、その後に当該繰出ローラに近づいた際に、未使用の繰り出された前記クリーニングペーパを回収する回転を行うことを特徴とする半田印刷機。

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