JP6876667B2 - ステンシルとワークピースとの平面性位置合わせ - Google Patents

Description

本発明は、位置合わせシステム、クランプ組立体、印刷機、および平面的なワークピースを印刷するための方法に関する。

工業用のスクリーン印刷機は、典型的には、角度付きブレードまたはスキージを用いてステンシルを通じて媒体（例えば、ハンダペースト）を塗布することによって、回路基板などの平面的なワークピース上に、ハンダペーストまたは導電性インクなどの印刷媒体を、塗布する。ステンシルがワークピースと正確に位置合わせするのを確実にするため、ステンシルおよびワークピース上に提供されるマーカーの、（従来はＸ−Ｙ平面と示され、概ね水平である）ワークピースの平面における、相対位置が測定され、その後、位置合わせされる。１以上のカメラが使用されてマーキングの位置を光学的に測定することができる。

典型的には、ステンシルおよびワークピースは次に、アクチュエータによってＸ−Ｙ平面において位置合わせされ、このアクチュエータは、ステンシル支持体に作用して、ステンシル支持体上に支持されたステンシルをワークピースに対して移動させる。必要とされる移動の程度は、先行する光学的測定によって決定される。このような位置合わせは、通常、２つの自由度を用いて、単一のＸ−Ｙ平面にわたり行われる。その後、ステンシルは、（Ｚ軸に沿った移動として従来示されている）ワークピースに垂直な方向におけるステンシルとワークピースとの間の相対的移動をもたらすことによって、ワークピースと接触させられる（またはほとんど接触する）。

この機能性を提供する公知の位置合わせシステム１が、図１に概略的に示されている。ここで、システム１は、上から、Ｘ−Ｙ平面を見下ろして示されており、Ｘ、ＹおよびＺ軸方向が、明確にするために示されている。ステンシル支持体２が、Ｘ−Ｙ平面においてステンシル３をステンシル支持体上に支持するために設けられる。ステンシルは、ワークピース支持体４を覆うように配置され、ワークピース支持体４の上で、ワークピースが使用中に支持される。ステンシル３およびワークピースの、Ｘ−Ｙ平面における相対位置は、カメラシステム（不図示）によって光学的に決定される。ステンシル支持体２がＸ−Ｙ平面において、印刷機に対して並進運動および回転の両方で移動され得るように、３つのアクチュエータが、印刷機上に静止して取り付けられてステンシル支持体２と機械的に協働する。２つの位置合わせアクチュエータ７、８は、ステンシル支持体２の側方エリアで作用して、ステンシル支持体２を±Ｙ方向に移動させる。その他の位置合わせアクチュエータ９は、ステンシル支持体２の比較的中心的なエリアで作用して、ステンシル支持体２を±Ｘ方向に移動させる。アクチュエータ９が単独で起動されると、ステンシル支持体２がＹ軸に沿って並進運動し、アクチュエータ７および８の両方が協調して起動されると、ステンシル支持体２がＸ軸に沿って並進運動され得ることが分かる。ステンシル支持体２の回転、または、回転と並進運動との組み合わせは、アクチュエータ７、８、および９の組み合わせを選択的に起動することによって達成され得る。位置合わせアクチュエータ７、８、９はすべて、印刷機上、例えば、印刷機の静止構造体またはフレーム上に取り付けられることによって、固定位置で保持される。

このシステムでは、ステンシル支持体は、ワークピース支持体に対して移動するように作動され、他のシステムでは、アクチュエータは、相対的移動を達成するためにワークピース支持体に直接作用し得る。

位置合わせ後、印刷媒体は、媒体をステンシルの上面上に堆積させ、Ｘ−Ｙ平面内で、またはこれに平行に上面にわたってスキージをさっと動かし、ステンシルの開口を通じて印刷媒体を送ることによって、ステンシルを通ってワークピースに塗布される。その後、ワークピースおよびステンシルは分離される。

幅広い研究を通じて、ステンシルとワークピースとの間の分離角度の制御が印刷品質の制御にきわめて重要であることが分かっている。しかしながら、公知の印刷機には、最初の機械構築ステージ(initial machine build stage)の外側の、またはその後の手動キャリブレーション中に、平面的な位置合わせエラーを自動的に修正する能力がないという点で、問題が存在する。

本発明は、この問題に対処し、工業用のスクリーン印刷機内部でワークピースにステンシルを印刷する（３自由度を持つ）複数面位置合わせを達成しようとするものである。

本発明によると、この目的は、ステンシルがワークピースと平行になるか、または所定の角度をなすように、Ｘ軸およびＹ軸を中心としてステンシル支持体を選択的に回転させるのに効果的な平面性制御機構を提供することによって達成される。

この目的はまた、位置合わせ中にステンシル支持体の回転および並進運動を可能にし、位置合わせされたときにＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸に沿った局所的な移動を防ぐためにステンシル支持体をクランプするように動作可能である、クランプ組立体を提供することによって、本発明に従って達成される。

本発明の第１の態様によると、ワークピース印刷機のための位置合わせシステムが提供され、この位置合わせシステムは、
使用中に実質的に平面的なステンシルを支持するためのステンシル支持体と、
使用中に平面的なワークピースをＸ−Ｙ平面において支持するためのワークピース支持体であって、Ｘ−Ｙ平面は、直交するＸ軸およびＹ軸を含む平面として定められている、ワークピース支持体と、
Ｘ軸およびＹ軸のうちの少なくとも一方を中心としたステンシル支持体およびワークピース支持体の相対回転をもたらすように配置されたアクチュエータを含む平面性制御機構と、
を含む。

本発明の第２の態様によると、クランプ組立体が提供され、このクランプ組立体は、
剛性構造体を間にクランプするための、互いに向かい合った第１および第２のクランプ表面と、
第１のクランプ表面が取り付けられ、クランプ組立体を第１の非クランプ状態と第２のクランプ状態との間で切り替えるように動作するクランプアクチュエータであって、クランプ状態では、上記剛性構造体は、第１のクランプ表面と第２のクランプ表面との間にクランプされ、上記切り替えは、クランプアクチュエータがクランプ軸に沿って第２のクランプ表面に向かって第１のクランプ表面を移動させることによってもたらされる、クランプアクチュエータと、
を含み、
第１および第２のクランプ表面のうちの少なくとも一方は、ベアリングを含み、これによって、剛性構造体は、クランプ組立体が第１の非クランプ状態にあるときに上記ベアリングを介して上記クランプ表面に対して移動可能である。

本発明の第３の態様によると、第１の態様の位置合わせシステムを含む印刷機が提供される。

本発明の第４の態様によると、導電媒体で平面的なワークピースを印刷する方法が提供され、この方法は、
ｉ）平面的なワークピースをＸ−Ｙ平面において支持するためのワークピース支持体および実質的に平面的なステンシルを支持するためのステンシル支持体を有する印刷機を提供するステップと、
ｉｉ）ステンシルをステンシル支持体内に入れるステップと、
ｉｉｉ）Ｘ−Ｙ平面に対するステンシルの複数の点の距離を測定するステップと、
ｉｖ）ステンシルがＸ−Ｙ平面に対して必要な向きになるまで、Ｘ軸およびＹ軸のうちの少なくとも一方を中心としてワークピース支持体に対してステンシル支持体を回転させるステップと、
ｖ）ワークピースがステンシルの下に位置するようにワークピースをワークピース支持体上に載せるステップと、
ｖｉ）ステンシルを介してワークピース上に導電媒体を印刷するステップと、
を含む。

本発明の他の特定の態様および特徴は、添付の特許請求の範囲に述べる。

本発明を、（一定の縮尺でない）添付図面を参照して説明する。

公知の位置合わせシステムを上から概略的に示す図である。 本発明のある実施形態による位置合わせシステムを上から概略的に示す図である。 プラスのＹ方向に沿って見た正面の視点からの、本発明による平面性位置合わせプロセスのステップのシーケンスを概略的に示す図である。 プラスのＹ方向に沿って見た正面の視点からの、本発明による平面性位置合わせプロセスのステップのシーケンスを概略的に示す図である。 プラスのＹ方向に沿って見た正面の視点からの、本発明による平面性位置合わせプロセスのステップのシーケンスを概略的に示す図である。 Ｘ方向に沿って見た側面の視点からの図３Ａ〜図３Ｃのステップのシーケンスを概略的に示す図である。 Ｘ方向に沿って見た側面の視点からの図３Ａ〜図３Ｃのステップのシーケンスを概略的に示す図である。 Ｘ方向に沿って見た側面の視点からの図３Ａ〜図３Ｃのステップのシーケンスを概略的に示す図である。 本発明のある実施形態による、可動型位置合わせクランプを概略的に示す図である。 本発明のさらなる実施形態による、固定型位置合わせクランプを概略的に示す図である。 本発明の別の実施形態による、可動型位置合わせクランプを概略的に示す図である。 本発明のさらなる実施形態による、可動型位置合わせクランプを概略的に示す図である。 本発明の別の実施形態による、可動型位置合わせクランプを概略的に示す図である。 本発明のなおさらなる実施形態による、可動型位置合わせクランプを概略的に示す図である。

本発明のある実施形態による位置合わせシステム１０を図２に概略的に示す。位置合わせシステム１０は、印刷機（不図示）内部に取り付けられるように構成され、印刷機は、静止支持構造体を含み、この上に、ワークピース支持体４を含む、印刷機の多くの構成要素が取り付けられる。図示する位置合わせシステム１０は、図１のものと多くの類似点を有するので、適切な場合には、同様の参照符号を保持する。特に、ワークピース支持体４、およびＸ−Ｙ平面における位置合わせを決定するためのカメラシステムも、例示されたシステムに存在する。１つの相違点は、Ｘ−Ｙ平面位置合わせアクチュエータ７’、８’、９’が図１の配置と比べて並べ替えられていることであり、そのため、単一の位置合わせアクチュエータ７’がステンシル支持体１４の相対的に中心に位置付けられてステンシル支持体１４を±Ｘ方向に移動させる。残りの２つの位置合わせアクチュエータ８’、９’は、ステンシル支持体１４の側方エリアで作用して、ステンシル支持体１４を±Ｙ方向に移動させる。アクチュエータ７’が単独で起動されると、ステンシル支持体１４はＸ軸に沿って印刷機構造体に対して並進運動するが、アクチュエータ８’および９’の両方が協調して起動されるとＹ軸に沿って並進運動され得ることが、分かる。ステンシル支持体１４の回転、または回転と並進運動との組み合わせは、アクチュエータ７’、８’、および９’の組み合わせを選択的に起動することによって達成され得る。

本位置合わせシステム１０では、ステンシル３をＸ−Ｙ平面において支持するステンシル支持体１４とワークピース支持体４とをＸ軸およびＹ軸の両方を中心として選択的に相対回転させることを可能にするための、平面性制御機構がさらに提供される。この実施形態では、ステンシル支持体１４は、位置合わせフレームとして作用するように構成され、そのため、ステンシル支持体１４の周りに位置付けられこれに組み込まれた３つの離間した位置合わせクランプ１１、１２、１３によって、Ｘ軸およびＹ軸を中心として選択的に回転され得る。この目的で、印刷機の構造体は、これから突出するそれぞれの突起（図５を参照）を備え、突起は、以下でさらに詳細に説明するように、それぞれの位置合わせクランプ１１、１２、１３と機械的に協働する。この実施形態では、位置合わせクランプ１１および１２は、可動型位置合わせクランプであり、Ｚ軸に沿った局所的な距離を変化させるように突起に対してステンシル支持体１４を移動させる（すなわち持ち上げる）ことができ、一方、位置合わせクランプ１３は固定型クランプであり、すなわち、ステンシル支持体１４と、旋回点として作用する突起との間に移動をもたらすことができない。他の実施形態では、位置合わせクランプ１３も移動可能であってよい。固定型位置合わせクランプおよび可動型位置合わせクランプの両方を、以下でさらに詳細に説明する。

一対の前方の測定センサ５および一対の後方の測定センサ６が、ステンシル支持体１４より上に設けられる。これらは、以下でさらに詳細に説明するように、Ｚ方向においてステンシル支持体１４上に取り付けられたステンシルの位置を決定するのに有効である。

前述したように、この実施形態では、ステンシル支持体１４は位置合わせフレームとして作用するが、ワークピース支持体４は、印刷機の構造体に対して空間的に固定されたままである。他の実施形態（不図示）では、同様に、ワークピース支持体が、位置合わせフレームとして作用するように構成され得ることに注意されたい。この場合、ワークピース支持体は、必要に応じてＸ軸およびＹ軸回りで位置合わせされ、クランプされ得、ステンシル支持体は、印刷機構造体に対して空間的に固定されたままである。

図３Ａ〜図３Ｃは、正面の視点から、すなわちプラスのＹ方向に見た、図２の器具を用いてステンシル３およびワークピースを位置合わせするための平面性位置合わせプロセスのステップのシーケンスを概略的に示す。同様に、図４Ａ〜図４Ｃは、この同じシーケンスを、側面の視点から、すなわちＸ方向に沿って見て概略的に示す。したがって、図３と図４との比較により、位置合わせ不良の直交成分をどのように修正し得るかを示す。明確にするために、図３および図４の両方はＸおよびＹ位置合わせアクチュエータを省略している。誤解を避けるために、Ｘ−Ｙ平面内部での位置合わせは、図１に示す先行技術のシステムで知られるのと同じように、これらのアクチュエータによって達成される。

図３Ａおよび図４Ａは、最初のステップを示し、ここでは、ワークピースはまだワークピース支持体４に載せられておらず、ステンシルもまだステンシル支持体１４に載せられていない。位置合わせクランプ１１、１２、および１３は、これらがステンシル支持体１４をクランプしステンシル支持体１４を印刷機に対して所定の場所にしっかりと保持するクランプ状態にさせられる。クランピングのメカニズムのさらなる詳細は以下に記載する。上面がＸ−Ｙ平面を定めるワークピース支持体４は、測定センサ５および６によって行われる最初のキャリブレーション測定の基準として作用する。次に、後続の測定値が、ワークピース支持体４の決定された位置に基づいて修正され得る。測定センサ５および６が距離を測定するのに有効でなければならず、また、これを達成するのに使用され得るさまざまな技術があることが、当業者には明らかであろう。図３および図４に示すように、各測定センサは、レーザーデバイスであり、レーザー光を下方に発して、反射された光を検出する。しかしながら、本発明はこのように制限されるものではなく、例えば、超音波システムまたは容量性システムなどの他の測定システムが使用され得る。

図３Ｂおよび図４Ｂは、後続ステップを示し、ここでは、平面的なワークピース１５が、Ｘ−Ｙ平面において支持されるようにワークピース支持体４に載せられており、ステンシル３がステンシル支持体１４内に入れられている。実際に、当技術分野で周知のように、ステンシル３は、DEK社のVectorGuard（登録商標）フレームシステムなど、周囲の矩形のステンシルフレーム１６内部で、フレームがステンシル支持体１４に接触しステンシル支持体上に載った状態で、張力を受けて保持される。

この実施例では、ステンシル３はＸ方向に沿ってワークピース１５と位置合わせ不良であることが、図３Ｂから分かり、すなわち、ステンシル３とワークピース１５との間の距離は、位置Ｘ＝０において、距離Ｘ＝ｎ（ｎ＞０）における距離よりも小さい。例えば、ステンシルフレーム１６の下面に張り付いた異物、例えばステンシルフレームを通って漏れた接着剤、または曲げられている損傷したフレームなど、このような位置合わせ不良のさまざまな原因があり得る。図３Ｂでは、位置合わせ不良の代表的な原因が、ステンシルフレーム１６とステンシル支持体１４との間に位置する任意の物体であるとして、参照符号１７で示されている。同様に、図４Ｂは、この実施例において、ステンシル３がＹ方向に沿ってワークピース１５と位置合わせ不良であることを示しており、すなわち、ステンシル３とワークピース１５との間の距離は、位置Ｙ＝０において、距離Ｙ＝ｎ（ｎ＞０）における距離よりも大きい。したがって、この場合、最大の位置合わせ不良は位置合わせクランプ１１の近くで生じる。位置合わせ不良の程度は、前方の測定センサ５および後方の測定センサ６によって取られた測定値を比較することによって、決定される。測定センサ５、６は、Ｘ方向およびＹ方向の両方において離間しているので、Ｘ軸およびＹ軸の両方に対するステンシル３の平面性が決定され得る。

位置合わせ不良の修正を実行するため、位置合わせクランプ１１、１２、および１３は、非クランプ状態へと切り替えられ、この状態では、ステンシル支持体１４は印刷機に対して移動可能である。

図３Ｃおよび図４Ｃは、位置合わせ不良の修正後の後続ステップを示す。図に示すように、この場合、固定型位置合わせクランプ１３が旋回点として作用する状態で、Ｘ軸を中心としたステンシル支持体１４およびワークピース支持体４の相対回転を引き起こすように、位置合わせクランプ１１および１２の両方が下方に（すなわちマイナスのＺ方向に）移動されている。このことは、測定センサ５、６によって決定されるような、Ｙ軸方向に沿った位置合わせ不良を修正するように作用する。さらに、位置合わせクランプ１１は、Ｙ軸を中心としたステンシル支持体１４およびワークピース支持体４の相対回転を引き起こし、これによりＸ軸方向に沿った位置合わせ不良を修正するように、位置合わせクランプ１２よりも下方に移動されている。この場合、修正の後で、ステンシル３はワークピース１５と実質的に平行に置かれ、後続の印刷プロセスを実行する準備ができる。測定センサ５、６は、ワークピース１５およびステンシル３の位置合わせが必要とされるとおりであることの確認を得るのに用いられてよく、必要な場合、修正を行う。Ｘ−Ｙ平面内部での位置合わせは、この平面性位置合わせプロセスの前、後、またはその間に、行われ得る。すべての位置合わせステップの後、位置合わせクランプ１１、１２、および１３は、これらがステンシル支持体１４をクランプしてステンシル支持体１４を印刷機に対して所定の場所にしっかりと保持する、クランプ状態にされる。

前述したように、いくつかの実施形態（不図示）では、固定型位置合わせクランプ１３は、例えば位置合わせクランプ１１および１２と同様の形態をとる、可動型位置合わせクランプと置き換えられてよい。このような配置は同様に、所望の平面性位置合わせをもたらすように、ステンシル支持体１４およびワークピース支持体４の相対回転をもたらすことができ、実際、より大きな回転度が可能である。加えて、このような配置は、Ｚ方向におけるステンシル支持体１４とワークピース支持体４との間の距離が、必要に応じて調整され得る利点を有する。しかしながら、これらの利点は、結果として器具の複雑さが高まり追加の空間が必要となることによって、少なくとも部分的に相殺される。

場合によっては、ステンシルおよびワークピースの最適な配置は平行でなくてもよいことに注意されたい。例えば、ステンシルおよびワークピースの平面をわずかに平行からずれるように設定することによって、印刷プロセス後のワークピースとステンシルとの分離が、制御されてもたらされ得る。特定の実施例として、位置合わせは、分離が前から後ろ（プラスのＹ方向）に、または横方向（プラスもしくはマイナスのＸ方向）に起こるように、設定され得る。さらに、位置合わせは、ステンシルとワークピースとの分離中に調整され得、そのため、印刷は、平行なステンシルおよびワークピースによって行われ得るが、十分な制御が後続の分離にわたって得られる。

当業者は、位置合わせクランプ１１、１２、および１３が以下の３つの機能を実行することを、前記の説明から認識するであろう：
ｉ）Ｘ−Ｙ位置合わせ中に、すなわち位置合わせクランプ１１、１２、および１３が非クランプ状態にある間に、位置合わせフレーム（この実施形態では、ステンシル支持体１４）がＸ−Ｙ平面において自由に移動することを可能にする；
ｉｉ）非クランプ状態にある間にＸ軸およびＹ軸を中心とした位置合わせフレームの選択的な回転を引き起こすように位置合わせフレームに対して作用する；ならびに、
ｉｉｉ）ステンシル支持体１４がすべての軸に対して必要とされるとおりに位置合わせされたときにしっかりとクランプされる、クランプ状態をもたらす。

図５は、本発明のある実施形態による可動型位置合わせクランプ２０の形態のクランプ組立体を概略的に示す。位置合わせクランプ２０は、印刷機構造体の一部上にクランプするように配置される。図示のとおり、この構造体は、複数の剛性の突出突起２１を備え、これらの構造体は、それぞれの位置合わせクランプと機械的に協働するように設けられている。各突出突起２１は、Ｘ−Ｙ平面に平行な平面内に位置するプレートの形態をとる。位置合わせクランプ２０の上方部分は、突起２１より上に位置付けられ、位置合わせクランプ２０の下方部分は、上方部分に即して位置するように、突起２１より下に位置付けられる。上方部分は、線形位置付けまたは平面性アクチュエータ２２を含み、その出力部は、ボールトランスファーベアリング２３に機械的に接続され、ボールトランスファーベアリング２３は、突起２１の上面に載り、また、上方クランプ表面として作用する。平面性アクチュエータ２２は、位置合わせフレームを、すなわちこの場合はステンシル支持体１４を、外表面、この場合は突起２１の上面に対して、かつこれに反応して移動させるように動作する。下方部分は、線形クランプアクチュエータ２４を含み、その出力部は、線形ガイド２６を介して摩擦クランプ要素２５に対してクランプ軸に沿って機械的に接続される。摩擦クランプ要素２５は、この実施形態では、ドーム状表面を有する突出部として示されているが、摩擦クランプ要素２５は、代わりに、他の形態の、角度が柔軟な表面を含み得る。摩擦クランプ要素２５は下方クランプ表面として作用する。角度が柔軟な表面の使用により、突起２１はクランプ軸に対して傾斜角でクランプされることが可能となる。

この実施形態では、位置合わせクランプ２０は、一部のみを図５で見ることができる、ステンシル支持体１４に組み込まれ、そのため、ステンシル支持体１４は、位置合わせクランプ２０のためのヨークとして作用する。クランプアクチュエータ２４および平面性アクチュエータ２２の両方は、印刷機にまたはこれから離れて設けられ、かつ前方の測定センサ５および後方の測定センサ６（図２を参照）から測定情報を受信するのに構成された、コンピュータ、プロセッサなどといった別個の制御手段（不図示）によって制御される。

位置合わせ中、ステンシル支持体１４が印刷機内に入れられると、各位置合わせクランプは非クランプ状態に切り替えられる。この状態では、各位置合わせクランプのボールトランスファーベアリング２３は、それぞれの突起２１に載り、この上で自由に回転することができ、そのため、ステンシル支持体１４はＸ−Ｙ平面において位置合わせされることが可能となる。ステンシル支持体１４の平面性は、測定センサから受信した出力に基づいて制御手段によって決定されるような、必要な位置に到達するまでＺ軸に沿ってステンシル支持体１４を上昇または下降させるように、平面性アクチュエータ２２を動作させることによって、位置合わせされる。その後、ステンシル支持体１４のクランピングが、クランプ状態に切り替えることによってもたらされる。この趣旨で、クランプアクチュエータ２４は、ステンシル支持体１４の平面に垂直であるクランプ軸に沿って摩擦クランプ要素２５を上方に移動させるように動作され、この移動は、線形ガイド２６によりガイドされる。この上方への移動は、突起２１が摩擦クランプ要素２５とボールトランスファーベアリング２３との間にしっかりとクランプされるまで、続けられる。

図６は、本発明のさらなる実施形態による固定型位置合わせクランプ３０を概略的に示す。この位置合わせクランプ３０は、図５の可動型位置合わせクランプ２０と共通する多くの部品を有し、参照符号は、必要に応じて保持されている。固定型位置合わせクランプ３０の下方部分は、可動型位置合わせクランプ２０の下方部分と同一である。しかし、ここでは、平面性アクチュエータは設けられておらず、代わりに、ボールトランスファーベアリング２３が静止ナット３１上に取り付けられている。

この固定型位置合わせクランプ３０では、クランピングは、可動型位置合わせクランプ２０の場合と同じようにもたらされ、そのため、クランプアクチュエータ２４は、突起２１が摩擦クランプ要素２５とボールトランスファーベアリング２３との間にクランプされるように動作される。この配置では、固定型位置合わせクランプ３０は、ステンシル支持体１４のための旋回点として有効に作用する。

図７は、本発明の別の実施形態による可動型位置合わせクランプ４０を概略的に示す。この位置合わせクランプ４０は、図５の可動型位置合わせクランプ２０と共通する多くの部品を有し、参照符号は、必要に応じて保持されている。位置合わせクランプ４０は、ここでは、摩擦材が設けられた足部４２を有する玉継手４１の形態の回転可能要素と摩擦クランプ要素２５が置き換えられている点で、先に説明した位置合わせクランプ２０とは異なる。この位置合わせクランプ４０は、前述したような位置合わせクランプ２０と同じように動作される。

図８は、本発明のさらなる実施形態による可動型位置合わせクランプ５０を概略的に示す。この位置合わせクランプ５０は、図５の可動型位置合わせクランプ２０と共通する多くの部品を有し、参照符号は、必要に応じて保持されている。明確にするために、ステンシル支持体１４はこの図面から省略されている。この位置合わせクランプ５０では、クランプアクチュエータ２４は、突起２１の下方表面に直接作用するように配置されている。クランピングを助けるため、摩擦材が、クランプアクチュエータ２４の上方合わせ面に適用され得る。位置合わせクランプ５０の上方部分はエアベアリング５１を含み、エアベアリング５１は、旋回要素、すなわち回り継手５２を介して、平面性アクチュエータ２２に取り付けられる。線形ガイド５３が、動作中にステンシル支持体を正確に持ち上げるために、エアベアリング５１および回り継手５２の装置をガイドするよう設けられる。クランピングを助けるため、摩擦材が、エアベアリング５１の下方合わせ面に適用され得る。このような回り継手の取り付けの使用により、突起は、クランプ軸に沿ってクランプされて、クランプ軸に対して傾斜角で保持されることが可能となる。

位置合わせクランプ５０の動作は、図５および図７を参照して先に説明したものと同じである。この実施形態では、位置合わせクランプ５０の上方部分は摩擦クランプ要素も玉継手も含んでいないが、エアベアリング５１によりもたらされる低摩擦により必要な移動は可能であることに注意されたい。

図９は、本発明の別の実施形態による可動型位置合わせクランプ６０を概略的に示す。この位置合わせクランプ６０は、図８の可動型位置合わせクランプ５０と共通する多くの部品を有し、参照符号は、必要に応じて保持されている。明確にするために、ステンシル支持体１４はこの図面から省略されている。この実施形態では、位置合わせクランプ５０の線形ガイド５３は、回り継手５２と平面性アクチュエータ２２とを機械的に接続する、精密度ガイド(precision guide)６１の使用によって置き換えられている。例えばボールスプラインを含み得る、精密度ガイド６１は、外部ガイド構造体を必要とせずに、エアベアリング５１の移動を正確にガイドする。

図１０は、本発明のなおさらなる実施形態による可動型位置合わせクランプ７０を概略的に示す。図１０では、突起２１が回転した状態で示されていることに注意されたい。この位置合わせクランプ７０は、図５の可動型位置合わせクランプ２０と共通する多くの部品を有し、参照符号は、必要に応じて保持されている。明確にするために、ステンシル支持体１４はこの図面から省略されている。位置合わせクランプ７０の上方部分は、平面性アクチュエータ２２の出力部に機械的に接続されたボールトランスファーベアリング７１を含む。位置合わせクランプ７０の下方部分は、突起２１の回転を可能にするためにコレット装置の形態の回転可能要素を含む。クランプアクチュエータ２４は、円錐台状の突出部の形態をとる、コレットエキスパンダ７４に機械的に接続される。これは、旋回コレット７２と協働し、旋回コレット７２は、円錐台状の凹部を有する円筒体の形態をとり、円錐台状の凹部は、コレットエキスパンダ７４を受容すると共にこれらの間での相対的移動を可能にするようなサイズである。旋回コレット７２は、その遠位端部に、摩擦板７３を有し、摩擦板７３は、使用中に突起２１の下方表面に接触する。

前述した実施形態は、単に例示的なものであり、本発明の範囲内での他の可能性および代替案が当業者には明らかであろう。例えば、前述した実施形態は、ステンシル支持体の下方に位置するクランプアクチュエータを示し、平面性アクチュエータがステンシル支持体の上方に位置している。この配置は逆にしてもよく、それにより平面性アクチュエータがステンシル支持体の下方に位置し、クランプアクチュエータがステンシル支持体の上方に位置することが、当業者には明らかであろう。

前述した実施形態は線形アクチュエータの使用を開示する。Ｚ軸に沿った移動をもたらす他の形態のアクチュエータを代わりに使用してもよい。例えば、水平な移動が、当技術分野で既知であるようなカム装置もしくはウェッジ、ハサミ型機構、または電気駆動装置のいずれかを用いて垂直な移動に変換される、「Ｚリフト」の配置が、線形アクチュエータに取って代わり得る。

アクチュエータ移動の直線性は、Ｚ方向における移動の成分が生成される限り必須ではなく、そのため線形アクチュエータは、代わりに湾曲ベアリングを通じて駆動され得る。

前述した実施形態は、それぞれが平面性アクチュエータを含む複数の位置合わせクランプが設けられ、位置合わせフレームの周りで離間している、位置合わせシステムを開示する。代わりに、単一の線形アクチュエータが、Ｚ軸に沿って、共通の部材を駆動し、これが位置合わせフレームの２つの離間した係合表面を支持する、システムを使用することが可能である。この共通の部材は、２つの係合表面の相対高さを、ひいては位置合わせフレームの回転を制御するように、第２のアクチュエータによって、駆動され、例えば、回転され得る。

先に示唆したように、前述した特定の実施形態では、位置合わせフレームは、ステンシル支持体を含む。しかしながら、同時に、位置合わせフレームは、ワークピース支持体も含んで、ステンシル支持体およびワークピース支持体の相対回転をもたらすことができる。

４つの測定センサの代わりに、１つまたは２つの可動型センサを使用でき、これは、第１の位置で測定を行い、その後第２の位置へと移動して、第２の測定を行う。このような実施形態では、各測定センサは、ワークピース支持体の上で、これに対して移動し得るガントリー上に取り付けられ得る。

前述した実施形態では、印刷機は、ワークピース支持体の基準位置を測定することによってキャリブレーションされ、それによって、これは基準として使用される。あるいは、ワークピースの基準位置が、このように測定および使用され得る。

１ 公知の位置合わせシステム
２ ステンシル支持体
３ ステンシル
４ ワークピース支持体
５ 前方の測定センサ
６ 後方の測定センサ
７，８ Ｘ位置合わせアクチュエータ
９ Ｙ位置合わせアクチュエータ
７’ Ｘ位置合わせアクチュエータ
８’，９’ Ｙ位置合わせアクチュエータ
１０ 位置合わせシステム
１１，１２，１３ Ｚ位置合わせクランプ
１４ ステンシル支持体
１５ ワークピース
１６ ステンシルフレーム
１７ 位置合わせ不良の原因
２０，４０，５０，６０，７０ 可動型位置合わせクランプ
２１ 突起
２２ 平面性アクチュエータ
２３ ボールトランスファーベアリング
２４ クランプアクチュエータ
２５ 摩擦クランプ要素
２６ 線形ガイド
３０ 固定型位置合わせクランプ
３１ 静止ナット
４１ 玉継手
５１ エアベアリング
５２ 回り継手
５３ 線形ガイド
５４ 摩擦材
６１ 精密度ガイド
７１ ボールトランスファーベアリング
７２ 旋回コレット
７３ 摩擦板
７４ コレットエキスパンダ

Claims (17)

1. ワークピース印刷機のための位置合わせシステムであって、
   使用中に実質的に平面的なステンシルを支持するためのステンシル支持体と、
   使用中に平面的なワークピースをＸ−Ｙ平面において支持するためのワークピース支持体であって、前記Ｘ−Ｙ平面は、直交するＸ軸およびＹ軸を含む平面として定められている、ワークピース支持体と、
   前記Ｘ軸および前記Ｙ軸のうちの少なくとも一方を中心とした前記ステンシル支持体および前記ワークピース支持体の相対回転をもたらすように配置されたアクチュエータを含む平面性制御機構と、
   を含み、
   前記平面性制御機構は、前記Ｘ軸および前記Ｙ軸の両方を中心とした前記ステンシル支持体および前記ワークピース支持体の相対回転をもたらすように配置された少なくとも２つのアクチュエータを含み、
   前記平面性制御機構は、第１および第２の可動型位置合わせクランプを更に含み、前記第１および第２の可動型位置合わせクランプはそれぞれ、それぞれのアクチュエータを含み、前記ステンシル支持体と前記ワークピース支持体とのうちの少なくとも一つを含む位置合わせフレーム上のそれぞれの第１および第２の離間した場所に位置しており、
   前記第１および第２の可動型位置合わせクランプのうちの少なくとも一つはクランプ組立体を含み、前記クランプ組立体は、
   剛性構造体を間にクランプするための、互いに向かい合った第１および第２のクランプ表面と、
   前記第１のクランプ表面が取り付けられ、前記クランプ組立体を第１の非クランプ状態と第２のクランプ状態との間で切り替えるように動作するクランプアクチュエータであって、前記クランプ状態では、前記剛性構造体は、前記第１のクランプ表面と前記第２のクランプ表面との間にクランプされ、前記切り替えは、前記クランプアクチュエータがクランプ軸に沿って前記第２のクランプ表面に向かって前記第１のクランプ表面を移動させることによってもたらされる、クランプアクチュエータと、
   を含み、
   前記第１および第２のクランプ表面のうちの少なくとも一方は、ベアリングを含み、これによって、前記剛性構造体は、前記クランプ組立体が前記第１の非クランプ状態にあるときに前記ベアリングを介して前記クランプ表面に対して移動可能であり、
   前記クランプ組立体は、前記クランプ軸に沿って、前記クランプ組立体の一部を前記第２のクランプ表面に対して移動させるために、前記第２のクランプ表面に機械的に接続された位置付けアクチュエータを更に含み、
   前記クランプ組立体の前記位置付けアクチュエータは、前記位置合わせフレームの回転をもたらすように配置されており、
   前記第１および第２のクランプ表面のうちの一方は、ベアリングを含み、前記第１および第２のクランプ表面のうちのもう一方は、ドーム状摩擦要素または旋回摩擦要素を含み、これによって、前記剛性構造体は、前記クランプ軸に沿ってクランプされて、前記クランプ軸に対して傾斜角で保持され得る、
   位置合わせシステム。
2. 前記位置合わせフレーム上の第３の場所に位置する、固定型位置合わせクランプを含み、それによって、前記固定型位置合わせクランプは、前記位置合わせフレームのための旋回軸として作用する、請求項１に記載の位置合わせシステム。
3. 前記位置合わせフレーム上の第３の場所に位置する、第３の可動型位置合わせクランプを含む、請求項１に記載の位置合わせシステム。
4. 前記位置合わせフレームを前記Ｘ−Ｙ平面内部で移動させるために前記位置合わせフレームと機械的に協働するＸ−Ｙ位置合わせ機構をさらに含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の位置合わせシステム。
5. 固定型および可動型位置合わせクランプそれぞれは、ベアリングを各別に含み、前記固定型または可動型位置合わせクランプは、使用中に、前記それぞれのベアリングを介してそれぞれの外表面と機械的に協働して、前記Ｘ−Ｙ平面内部での前記位置合わせフレームの移動を可能にする、請求項４に記載の位置合わせシステム。
6. 各アクチュエータは、前記それぞれの外表面に対して、かつこれに反応して、前記位置合わせフレームを移動させるように動作する、請求項５に記載の位置合わせシステム。
7. 固定型および可動型位置合わせクランプそれぞれは、前記固定型または可動型位置合わせクランプを前記外表面それぞれにクランプするように動作可能なクランプアクチュエータを含む、請求項５または６に記載の位置合わせシステム。
8. 前記位置合わせフレームは、前記ステンシル支持体を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の位置合わせシステム。
9. 前記位置合わせフレームは、前記ワークピース支持体を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の位置合わせシステム。
10. 前記位置付けアクチュエータは、線形アクチュエータを含む、請求項１に記載の位置合わせシステム。
11. 湾曲ベアリング、および使用中に前記湾曲ベアリングを駆動するための線形アクチュエータを含む、請求項１０に記載の位置合わせシステム。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の位置合わせシステムを含む、印刷機。
13. 支持構造体を含み、前記支持構造体は、当該支持構造体から突出する複数の突起を含み、前記平面性制御機構は、前記突起を介して前記支持構造体と機械的に協働する、請求項１２に記載の印刷機。
14. 前記ステンシルが前記ステンシル支持体によって支持されるときに、前記Ｘ−Ｙ平面に対する前記ステンシルの複数の点の距離を測定するためのセンサ装置をさらに含む、請求項１２または１３に記載の印刷機。
15. 導電媒体で平面的なワークピースを印刷する方法であって、
    ｉ）平面的なワークピースをＸ−Ｙ平面において支持するためのワークピース支持体および実質的に平面的なステンシルを支持するためのステンシル支持体を有する印刷機を提供するステップと、
    ｉｉ）ステンシルを前記ステンシル支持体内に入れるステップと、
    ｉｉｉ）前記Ｘ−Ｙ平面に対する前記ステンシルの複数の点の距離を測定するステップと、
    ｉｖ）請求項１に記載の位置合わせシステムを用いて、前記ステンシルが前記Ｘ−Ｙ平面に対して必要な向きになるまで、Ｘ軸およびＹ軸のうちの少なくとも一方を中心として前記ワークピース支持体に対して前記ステンシル支持体を回転させるステップと、
    ｖ）ワークピースが前記ステンシルの下に位置するように前記ワークピースを前記ワークピース支持体上に載せるステップと、
    ｖｉ）前記ステンシルを介して前記ワークピース上に導電媒体を印刷するステップと、
    を含む、方法。
16. ステップｉ）は、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の印刷機を提供するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記ワークピースまたは前記ワークピース支持体の基準位置を測定することによって、前記印刷機をキャリブレーションするステップを含む、請求項１５または１６に記載の方法。

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