JP7398981B2 - 印刷圧力制御装置および印刷圧力制御方法 - Google Patents

Description

本明細書は、印刷圧力制御装置および印刷圧力制御方法に関する技術を開示する。

特許文献１に記載のスクリーン印刷機は、印圧センサと、データ補正部と、印刷制御部とを備えている。印圧センサは、押圧力に応じて回路基板がスキージから受ける印刷圧力を測定する。データ補正部は、印刷範囲の少なくとも一部の領域におけるスキージの位置と指令値の関係を示す制御データを、上記領域の全域に亘って測定された印刷圧力と予め設定されている印刷圧力の目標値とに基づいて補正する。印刷制御部は、補正された制御データに基づいてスクリーン印刷を制御する。

国際公開第２０１４／１４７８１２号

しかしながら、特許文献１には、印刷圧力を測定する測定位置の設定方法について明示されていない。例えば、スキージの一回の摺動において、印刷圧力の測定数（測定位置の数）を増加させようとするほど、印刷圧力のサンプリング周期を短くする必要があり、印刷圧力を制御する制御装置などが高コスト化する可能性がある。

このような事情に鑑みて、本明細書は、印刷圧力を測定する測定位置を適切に設定して、設定された測定位置の印刷圧力の測定値に基づいて印刷圧力を制御可能な印刷圧力制御装置および印刷圧力制御方法を開示する。

本明細書は、スキージがマスクを複数回摺動して前記マスクを介して基板にはんだを印刷するはんだ印刷機において前記スキージが摺動するときに前記マスクに付与する圧力である印刷圧力を制御する印刷圧力制御装置を開示する。前記印刷圧力制御装置は、測定位置設定部と、印刷圧力測定部と、指令値設定部とを備える。前記測定位置設定部は、前記スキージの複数回の摺動のうちの少なくとも一部である複数回の対象摺動の各々において前記スキージの摺動に伴って順に測定する前記印刷圧力の複数の測定位置が前記複数回の対象摺動において異なるように摺動回ごとに前記複数の測定位置を設定する。前記印刷圧力測定部は、前記測定位置設定部によって摺動回ごとに設定された前記複数の測定位置において圧力センサに前記印刷圧力を測定させる。前記指令値設定部は、前記印刷圧力測定部によって測定された今回の摺動回までの前記印刷圧力の測定値および前記印刷圧力の目標値に基づいて次回の摺動回における前記印刷圧力の指令値を設定する。

また、本明細書は、スキージがマスクを複数回摺動して前記マスクを介して基板にはんだを印刷するはんだ印刷機において前記スキージが摺動するときに前記マスクに付与する圧力である印刷圧力を制御する印刷圧力制御方法を開示する。前記印刷圧力制御方法は、測定位置設定工程と、印刷圧力測定工程と、指令値設定工程とを備える。前記測定位置設定工程は、前記スキージの複数回の摺動のうちの少なくとも一部である複数回の対象摺動の各々において前記スキージの摺動に伴って順に測定する前記印刷圧力の複数の測定位置が前記複数回の対象摺動において異なるように摺動回ごとに前記複数の測定位置を設定する。前記印刷圧力測定工程は、前記測定位置設定工程によって摺動回ごとに設定された前記複数の測定位置において圧力センサに前記印刷圧力を測定させる。前記指令値設定工程は、前記印刷圧力測定工程によって測定された今回の摺動回までの前記印刷圧力の測定値および前記印刷圧力の目標値に基づいて次回の摺動回における前記印刷圧力の指令値を設定する。

上記の印刷圧力制御装置によれば、測定位置設定部を備えるので、印刷圧力の複数の測定位置が複数回の対象摺動において異なるように摺動回ごとに複数の測定位置を設定することができる。また、上記の印刷圧力制御装置によれば、印刷圧力測定部および指令値設定部を備えるので、測定位置設定部によって設定された測定位置の印刷圧力の測定値に基づいて印刷圧力を制御することができる。印刷圧力制御装置について上述されていることは、印刷圧力制御方法についても同様に言える。

はんだ印刷機の構成例を示す断面図である。 印刷圧力制御装置の制御ブロックの一例を示すブロック図である。 印刷圧力制御装置による制御手順の一例を示すフローチャートである。 印刷圧力を測定して印刷圧力の測定値に基づいて印刷圧力を制御する制御システムの一例を示す系統図である。 印刷圧力の測定位置の設定例を示す模式図である。 印刷圧力とスキージの位置の関係の一例を示す模式図である。 指令値設定部の構成例を示す模式図である。 印刷圧力の制御例を示す模式図である。

１．実施形態
１－１．はんだ印刷機１の構成例
本実施形態のはんだ印刷機１は、スキージ３４によって、はんだ８０をマスク７０に沿って移動させて基板９０に印刷処理を実行する。はんだ印刷機１は、基板９０に所定の対基板作業を行って基板製品を生産する対基板作業機に含まれる。はんだ印刷機１は、印刷検査機、部品装着機、リフロー炉および外観検査機などの対基板作業機と共に、基板生産ラインを構成している。

図１に示すように、はんだ印刷機１は、基板搬送装置１０と、マスク支持装置２０と、スキージ移動装置３０と、表示装置４０と、制御装置５０とを備えている。本明細書では、基板９０の搬送方向（図１の紙面に垂直な方向）をＸ軸方向とし、水平面においてＸ軸に直交するはんだ印刷機１の前後方向（図１の紙面において左右方向）をＹ軸方向とし、Ｘ軸およびＹ軸に直交する鉛直方向（図１の紙面において上下方向）をＺ軸方向とする。

基板搬送装置１０は、印刷対象の基板９０を搬送する。基板９０は、回路基板であり、電子回路、電気回路、磁気回路などが形成される。基板搬送装置１０は、はんだ印刷機１の基台２に設けられる。基板搬送装置１０は、例えば、Ｘ軸方向に延びるベルトコンベアによって、パレット上に配置された基板９０を搬送する。基板搬送装置１０は、はんだ印刷機１に搬入された基板９０を保持する基板保持部１１を備えている。基板保持部１１は、マスク７０の下面側の所定の位置において、マスク７０の下面に基板９０の上面を密着させた状態で基板９０を保持する。

マスク支持装置２０は、基板搬送装置１０の上方に配置される。マスク支持装置２０は、一対のクランプ部材（図１では、一のクランプ部材が図示されている。）によって、マスク７０を支持する。一対のクランプ部材は、正面方向視のはんだ印刷機１の左側および右側に配置され、Ｙ軸方向に沿って延びるように形成されている。なお、図１は、はんだ印刷機１をＹ軸方向に沿って切断した一部断面図であり、側面方向視のはんだ印刷機１の内部と、マスク７０および基板９０の断面とが模式的に示されている。マスク７０には、基板９０の配線パターンに対応した位置において貫通する開口部７１が形成されている。マスク７０は、例えば、外周縁に設けられた枠部材を介して、マスク支持装置２０に支持される。

スキージ移動装置３０は、スキージ３４をマスク７０と垂直な方向（Ｚ軸方向）に昇降させると共に、スキージ３４をマスク７０の上面においてＹ軸方向に移動させる。スキージ移動装置３０は、ヘッド駆動装置３１と、スキージヘッド３２と、一対の昇降装置３３，３３と、一対のスキージ３４，３４とを備えている。ヘッド駆動装置３１は、はんだ印刷機１の上部に配置されている。ヘッド駆動装置３１は、例えば、送りねじ機構などの直動機構によって、スキージヘッド３２をＹ軸方向に移動させることができる。

スキージヘッド３２は、ヘッド駆動装置３１の直動機構を構成する移動体にクランプして固定される。スキージヘッド３２は、一対の昇降装置３３，３３を保持する。一対の昇降装置３３，３３の各々は、スキージ３４を保持し、互いに独立して駆動することができる。一対の昇降装置３３，３３の各々は、例えば、サーボモータ、エアーシリンダなどのアクチュエータを駆動させて、保持するスキージ３４を昇降させる。

一対のスキージ３４，３４は、マスク７０の上面を摺動して、マスク７０の上面に供給されたはんだ８０をマスク７０に沿って移動させる。はんだ８０は、クリームはんだ（はんだペースト）を用いることができる。はんだ８０がマスク７０の開口部７１から基板９０に刷り込まれて、マスク７０の下面側に配置された基板９０に、はんだ８０が印刷される。本実施形態では、一対のスキージ３４，３４の各々は、印刷方向（Ｙ軸方向）に直交するＸ軸方向に沿って延びるように形成されている板状部材である。

一対のスキージ３４，３４のうちの前側（図１の紙面左側）のスキージ３４は、前側から後側に向かってはんだ８０を移動させる印刷処理に用いられ、はんだ印刷機１の前側から後側に向かう方向を進行方向とする。一対のスキージ３４，３４のうちの後側（図１の紙面右側）のスキージ３４は、後側から前側に向かってはんだ８０を移動させる印刷処理に用いられ、はんだ印刷機１の後側から前側に向かう方向を進行方向とする。また、いずれのスキージ３４においても、進行方向と反対の方向を後退方向とする。

一対のスキージ３４，３４の各々は、進行側に位置する前面部が下方を向くように傾斜して昇降装置３３に保持されている。換言すれば、一対のスキージ３４，３４の各々は、後退側に位置する背面部が上方を向くように傾斜して昇降装置３３に保持されている。一対のスキージ３４，３４の各々の傾斜角度は、昇降装置３３の下部に設けられている調整機構によって調整される。

表示装置４０は、はんだ印刷機１の作業状況を表示することができる。また、表示装置４０は、タッチパネルにより構成されており、はんだ印刷機１の使用者による種々の操作を受け付ける入力装置としても機能する。

制御装置５０は、公知の演算装置および記憶装置を備えており、制御回路が構成されている。制御装置５０は、ネットワークを介して管理装置と通信可能に接続されており、各種データを送受信することができる。制御装置５０は、生産プログラム、各種センサによって検出された検出結果などに基づいて、基板搬送装置１０、マスク支持装置２０、スキージ移動装置３０および表示装置４０を駆動制御する。

図２に示すように、制御装置５０は、制御ブロックとして捉えると、測定位置設定部５１と、印刷圧力測定部５２と、指令値設定部５３と、補間部５４と、記憶部５５と、再設定部５６と、印刷制御部５７とを備えている。また、制御装置５０には、記憶装置５０ｍが設けられている。測定位置設定部５１、印刷圧力測定部５２、指令値設定部５３、補間部５４、記憶部５５および再設定部５６についての説明は、後記されている。

印刷制御部５７は、例えば、スキージ移動装置３０を駆動制御する。印刷制御部５７は、記憶装置５０ｍに記憶されている各種情報およびはんだ印刷機１に設けられている各種センサの検出結果を取得する。記憶装置５０ｍは、例えば、ハードディスク装置などの磁気記憶装置、フラッシュメモリなどの半導体素子を使用した記憶装置などを用いることができる。記憶装置５０ｍには、はんだ印刷機１を駆動させる生産プログラムなどが記憶される。

印刷制御部５７は、上記の各種情報および検出結果などに基づいて、スキージ移動装置３０に制御信号を送出する。これにより、スキージヘッド３２に保持されている一対のスキージ３４，３４の印刷方向（Ｙ軸方向）の位置および高さ（Ｚ軸方向の位置）、並びに、移動速度および傾斜角度が制御される。

１－２．練り合わせ処理および印刷処理の一例
基板搬送装置１０によって基板９０が搬入され、基板９０がマスク７０の下面側の所定位置に配置されると、練り合わせ処理および印刷処理が実行される。具体的には、印刷処理の開始時には、マスク７０の上面に、はんだ８０が供給される。図１に示すように、はんだ８０は、練り合わせ処理によって、はんだロール８１が形成される。

はんだロール８１は、一対のスキージ３４，３４が交互に進行方向に移動して、ペースト状のクリームはんだが練り合わされて形成される。はんだロール８１は、スキージ３４の長さ方向（Ｘ軸方向）に延伸し、且つ、印刷方向（Ｙ軸方向）の幅が概ね均一となった状態のはんだ８０である。以下の説明では、はんだロール８１は、適宜、はんだ８０として記載されている。

印刷制御部５７は、最初に準備工程を実行する。一対のスキージ３４，３４のうちの一方のスキージ３４を第一スキージとする。また、一対のスキージ３４，３４のうちの他方のスキージ３４を第二スキージとする。第一スキージは、準備工程において、マスク７０の上方に退避した所定の位置（高さ）に位置決めされる。さらに、第一スキージは、はんだロール８１のＹ軸方向位置よりも後退側となる所定の位置に位置決めされる。

次に、印刷制御部５７は、スキージ下降工程を実行して、第一スキージの下端部がマスク７０に接触する印刷位置（高さ）まで第一スキージを下降させる。これにより、第一スキージがマスク７０に所定の圧力をもって接触する状態となる。続いて、印刷制御部５７は、ヘッド駆動装置３１を駆動制御して、印刷工程を実行する。

印刷制御部５７は、印刷工程において、上記の印刷位置（高さ）を維持した状態で、第一スキージを進行方向に移動させる。そして、マスク７０の上面に供給されたはんだロール８１は、第一スキージの移動に伴ってマスク７０に沿って移動される。このとき、はんだロール８１がマスク７０の開口部７１から基板９０に刷り込まれて、マスク７０の下面側に配置された基板９０の上面に、はんだ８０が印刷される。

印刷制御部５７は、第一スキージが所定の印刷範囲を通過した後に、昇降装置３３を駆動制御して、スキージ上昇工程を実行する。スキージ上昇工程において、第一スキージは、はんだロール８１から離間される。このとき、印刷制御部５７は、所定の移動軌跡に沿って所定の移動速度で、第一スキージを上昇させる。上記の移動軌跡および移動速度は、例えば、使用中のはんだロール８１の物性などに基づいて設定される。次に、印刷制御部５７は、第一スキージから第二スキージに切り替えて、スキージヘッド３２がＹ軸方向に往復されるように、上記の印刷処理を繰り返す。このように、本実施形態のはんだ印刷機１は、スキージ３４がマスク７０を複数回摺動して、マスク７０を介して基板９０にはんだ８０を印刷する。

１－３．印刷圧力制御装置１００の構成例
印刷圧力制御装置１００は、測定位置設定部５１と、印刷圧力測定部５２と、指令値設定部５３とを備える。印刷圧力制御装置１００は、補間部５４、記憶部５５および再設定部５６のうちの少なくとも一つを備えることもできる。図２に示すように、本実施形態の印刷圧力制御装置１００は、測定位置設定部５１と、印刷圧力測定部５２と、指令値設定部５３と、補間部５４と、記憶部５５と、再設定部５６とを備えている。

また、本実施形態の印刷圧力制御装置１００は、図３に示すフローチャートに従って、制御を実行する。測定位置設定部５１は、ステップＳ１１に示す処理を行う。印刷圧力測定部５２は、ステップＳ１２に示す処理を行う。指令値設定部５３は、ステップＳ１４に示す処理を行う。補間部５４は、ステップＳ１３に示す処理を行う。記憶部５５は、ステップＳ１５に示す処理を行う。再設定部５６は、ステップＳ１６に示す判断およびステップＳ１７に示す処理を行う。

さらに、印刷圧力制御装置１００は、ステップＳ１８に示す判断を行い、練り合わせ処理が終了するまで、ステップＳ１２～ステップＳ１７に示す処理および判断を繰り返す。印刷圧力制御装置１００は、印刷処理が終了するまで、ステップＳ１２～ステップＳ１７に示す処理および判断を繰り返すこともできる。なお、印刷圧力制御装置１００は、種々の制御装置に設けることができる。本実施形態の印刷圧力制御装置１００は、はんだ印刷機１の制御装置５０に設けられている。印刷圧力制御装置１００は、はんだ印刷機１を含む複数の対基板作業機を管理する管理装置に設けることもできる。印刷圧力制御装置１００は、クラウド上に形成することもできる。

１－３－１．制御システム６０の構成例
印刷圧力制御装置１００は、スキージ３４がマスク７０を複数回摺動してマスク７０を介して基板９０にはんだ８０を印刷するはんだ印刷機１において、スキージ３４が摺動するときにマスク７０に付与する圧力である印刷圧力を制御する。図４は、印刷圧力を測定して印刷圧力の測定値に基づいて印刷圧力を制御する制御システム６０の一例を示している。

本実施形態の制御システム６０は、圧力センサ６１と、信号変換装置６２と、制御装置５０と、ドライバ装置６３と、一対の昇降装置３３，３３とを備えている。同図では、一の昇降装置３３が図示されており、本明細書では、一の昇降装置３３および一のスキージ３４について説明されているが、他の昇降装置３３およびスキージ３４についても同様である。

圧力センサ６１は、印刷圧力を測定することができれば良く、種々の形態をとり得る。圧力センサ６１は、例えば、公知のロードセルを用いることができる。ロードセルは、歪み、光、弦振動、静電容量、インダクタンスなどを検出して、被検出体に生じる力または被検出体が受ける力を測定することができる。本実施形態の圧力センサ６１は、一対の昇降装置３３，３３の各々においてスキージ３４を昇降させるピストンロッドに設けられている。圧力センサ６１は、ピストンロッドに生じる応力に比例して歪む起歪体と歪みゲージを備えるロードセルが用いられており、スキージ３４が摺動するときにマスク７０に付与する力（印刷圧力）の反力を測定することができる。

信号変換装置６２には、圧力センサ６１から出力された電圧（ピストンロッドに生じる応力に比例する電圧）が入力される。信号変換装置６２は、入力された電圧（アナログ信号）を所定のサンプリング周期で取得して、デジタル信号に変換する。信号変換装置６２によってデジタル信号に変換された印刷圧力の測定情報（印刷圧力の測定値）は、制御装置５０に送信される。

制御装置５０には、印刷圧力制御装置１００が設けられており、印刷圧力の測定値に基づいて印刷圧力を制御する。印刷圧力制御装置１００による制御の詳細は、後記されている。ドライバ装置６３は、印刷圧力制御装置１００によって設定された印刷圧力の指令値に基づいて、一対の昇降装置３３，３３の各々のピストンロッドを昇降させる駆動装置の駆動信号を生成する。例えば、図４に示すように、ピストンロッドを昇降させる駆動装置が電動機３３ａを含む場合、ドライバ装置６３は、電動機３３ａを回転駆動させる駆動信号を生成する。

電動機３３ａは、例えば、公知のサーボモータを用いることができる。この場合、ドライバ装置６３は、公知のサーボアンプを用いることができる。図４に示す駆動装置は、送りねじ機構３３ｂによって、ピストンロッドをＺ軸方向に移動（昇降）させて、ピストンロッドの先端部に設けられているスキージ３４を昇降させる。具体的には、電動機３３ａが所定回転方向に回転すると、スキージ３４がマスク７０に近づく方向（図４の紙面においてＺ軸方向の下方向）に移動して、印刷圧力は、移動前と比べて高くなる。逆に、電動機３３ａが所定回転方向と反対方向に回転すると、スキージ３４がマスク７０から離れる方向（図４の紙面においてＺ軸方向の上方向）に移動して、印刷圧力は、移動前と比べて低くなる。

１－３－２．測定位置設定部５１
例えば、スキージ３４の一回の摺動において、印刷圧力の測定数（測定位置の数）を増加させようとするほど、印刷圧力のサンプリング周期を短くする必要があり、印刷圧力を制御する制御装置５０などが高コスト化する可能性がある。また、スキージ３４の一回の摺動において、印刷圧力の測定数（測定位置の数）を増加させようとするほど、信号変換装置６２と制御装置５０との間の通信を高速にする必要があり、印刷圧力を制御する制御装置５０などが高コスト化する可能性がある。

そこで、本実施形態の印刷圧力制御装置１００は、測定位置設定部５１を備えている。測定位置設定部５１は、スキージ３４の複数回の摺動のうちの少なくとも一部である複数回の対象摺動の各々においてスキージ３４の摺動に伴って順に測定する印刷圧力の複数の測定位置が複数回の対象摺動において異なるように摺動回ごとに複数の測定位置を設定する（図３に示すステップＳ１１）。対象摺動は、練り合わせ処理における全部の摺動であっても良く、練り合わせ処理における一部の摺動であっても良い。また、対象摺動は、印刷処理における全部の摺動であっても良く、印刷処理における一部の摺動であっても良い。

測定位置設定部５１は、印刷圧力の複数の測定位置が複数回の対象摺動において異なるように、印刷圧力の測定位置を設定することができれば良く、種々の形態をとり得る。測定位置設定部５１は、一回目の摺動において印刷圧力を測定する複数の測定位置である第一測定位置Ｐ１を一定間隔で設定し、第一測定位置Ｐ１に対して所定距離ＰＬ０、印刷圧力の測定位置を移動させて二回目以降の摺動において測定する印刷圧力の測定位置を設定することができる。

図５は、印刷圧力の測定位置の設定例を示している。同図は、マスク７０の平面図であり、第一測定位置Ｐ１および第二測定位置Ｐ２の設定例が模式的に示されている。第一測定位置Ｐ１は、実線で示されており、印刷方向（Ｙ軸方向）において、一定の離間距離ＣＬ０で設定されている。第二測定位置Ｐ２は、二回目の摺動において印刷圧力を測定する複数の測定位置であり、同図では、破線で示されている。第二測定位置Ｐ２は、第一測定位置Ｐ１に対して所定距離ＰＬ０、印刷圧力の測定位置を移動させた位置に設定されている。例えば、同図の所定距離ＰＬ０は、離間距離ＣＬ０の二分の一（１／２）に設定されている。

測定位置設定部５１は、三回目以降の摺動において測定する印刷圧力の測定位置についても、同様に設定することができる。例えば、測定位置設定部５１は、三回目の摺動において測定する印刷圧力の測定位置についての所定距離ＰＬ０を、離間距離ＣＬ０の四分の一（１／４）に設定することができる。測定位置設定部５１は、四回目の摺動において測定する印刷圧力の測定位置についての所定距離ＰＬ０を、離間距離ＣＬ０の八分の一（１／８）に設定することができる。

このように、測定位置設定部５１は、第一測定位置Ｐ１においてスキージ３４の摺動方向に隣り合う二つの測定位置の間の離間距離ＣＬ０に摺動回数が増加するほど減少する係数を乗じて、二回目以降の少なくとも一回の摺動における所定距離ＰＬ０を設定することができる。上記の例では、係数は、摺動回数Ｎを用いて、１／２^Ｎ－１で表すことができる。なお、上記係数は、任意に設定することができる。例えば、上記係数は、摺動回数に反比例する係数であっても良い。この場合、上記係数は、摺動回数Ｎを用いて、１／Ｎで表すことができる。いずれの場合も、測定位置設定部５１は、複数回の対象摺動において異なる摺動回ごとの測定位置を容易に設定することができる。

図６は、印刷圧力とスキージ３４の位置の関係の一例を示している。同図の横軸は、スキージ３４の位置を示し、縦軸は、印刷圧力を示している。直線Ｌ１１は、印刷圧力の目標値Ｐ０＿ｇの一例を示し、曲線Ｌ１２は、圧力センサ６１によって測定される印刷圧力の一例を示している。なお、同図では、スキージ３４とマスク７０の位置関係を分かり易くするために、一対のクランプ部材２０ｃによって支持されているマスク７０の平面図が合わせて図示されている。

直線Ｌ１１および曲線Ｌ１２に示す例では、印刷圧力の測定値は、全体的に印刷圧力の目標値Ｐ０＿ｇより小さくなっている。スキージ３４が同図の紙面左側から右側に移動して、マスク７０の紙面左側の外縁部ＢＰ０に到達すると、印刷圧力の測定値は、瞬間的に大きくなっている。スキージ３４がマスク７０を摺動する際、スキージ３４の接触部位が増加するので、印刷圧力の測定値は、スキージ３４がマスク７０に到達する前と比べて大きくなっている。

スキージ３４がマスク７０の切り欠き部ＮＡ０に到達すると、スキージ３４の接触部位が減少し、印刷圧力の測定値は、スキージ３４が切り欠き部ＮＡ０に到達する前と比べて小さくなっている。スキージ３４が切り欠き部ＮＡ０を通過すると、切り欠き部ＮＡ０に到達する前の状態に戻り、印刷圧力の測定値は、増加してスキージ３４が切り欠き部ＮＡ０に到達する前の状態に戻っている。そして、スキージ３４がマスク７０の紙面右側の外縁部ＢＰ０に到達すると、印刷圧力の測定値は、一旦、増加した後に減少して、その後一定になっている。

このように、印刷圧力は、マスク７０の部位によって変動する。そこで、測定位置設定部５１は、所定の摺動回までに印刷圧力が測定された複数の測定位置のうちの所定数の測定位置が、基板９０の印刷領域ＰＡ０に設定されるように、二回目以降の少なくとも一回の摺動における所定距離ＰＬ０を設定することもできる。印刷領域ＰＡ０は、基板９０において部品が装着される領域をいう。

例えば、摺動回数が１０回であり１００個の測定位置が設定される場合、９５個の測定位置が、基板９０の印刷領域ＰＡ０に設定されるように、所定距離ＰＬ０を設定することができる。具体的には、第一測定位置Ｐ１に対して所定距離ＰＬ０、印刷圧力の測定位置を移動させると、印刷圧力の測定位置がマスク７０の切り欠き部ＮＡ０に設定される場合を想定する。この場合、測定位置設定部５１は、所定距離ＰＬ０を変更（増加または減少）して、測定位置を基板９０の印刷領域ＰＡ０に設定することができる。これにより、測定位置設定部５１は、印刷品質に影響を与え易い基板９０の印刷領域ＰＡ０に所定数の測定位置を設定することができる。

測定位置設定部５１は、所定の摺動回までに印刷圧力が測定された複数の測定位置のうちの所定数の測定位置が、スキージ３４が最初にまたは最後にマスク７０と接するマスク７０の外縁部ＢＰ０またはマスク７０の切り欠き部ＮＡ０に設定されるように、二回目以降の少なくとも一回の摺動における所定距離ＰＬ０を設定することもできる。測定位置設定部５１は、所定数の測定位置を基板９０の印刷領域ＰＡ０に設定する場合と同様にして、所定数（上記の例では、例えば、５個）の測定位置を上記の外縁部ＢＰ０または切り欠き部ＮＡ０に設定することができる。これにより、測定位置設定部５１は、印刷圧力が変動し易い領域に所定数の測定位置を設定することができる。

１－３－３．印刷圧力測定部５２
印刷圧力測定部５２は、測定位置設定部５１によって摺動回ごとに設定された複数の測定位置において圧力センサ６１に印刷圧力を測定させる（図３に示すステップＳ１２）。

既述したように、図１に示すヘッド駆動装置３１は、例えば、送りねじ機構などの直動機構によって、スキージヘッド３２をＹ軸方向に移動させることができる。直動機構には、エンコーダなどの位置検出器が設けられている。印刷圧力測定部５２は、位置検出器によって検出されたスキージヘッド３２の位置に基づいて、印刷方向（Ｙ軸方向）のスキージ３４の位置を知得することができる。印刷圧力測定部５２は、測定位置にスキージ３４が到達したときに取得されデジタル信号に変換された印刷圧力の測定情報から、測定位置設定部５１によって摺動回ごとに設定された複数の測定位置における印刷圧力の測定値を取得することができる。

印刷圧力測定部５２は、基板９０に部品が装着されている基板製品を生産する前の前処理であってはんだ８０を練り合わせる練り合わせ処理がはんだ印刷機１において行われているときに、圧力センサ６１に印刷圧力を測定させることができる。これにより、印刷圧力制御装置１００は、基板製品を生産する際の印刷処理が行われる前に、印刷圧力の測定値と印刷圧力の目標値との関係を取得することができる。また、印刷圧力制御装置１００は、基板製品を生産する際の印刷処理において摺動回が少ないときに、練り合わせ処理において取得した上記関係を用いて印刷圧力を制御することができるので、印刷処理の早期の段階から印刷品質を確保することができる。

また、印刷圧力測定部５２は、基板９０に部品が装着されている基板製品を生産する際の印刷処理がはんだ印刷機１において行われているときに、圧力センサ６１に印刷圧力を測定させることもできる。この場合、印刷圧力制御装置１００は、基板製品を生産する際の印刷処理が行われているときに、印刷圧力の測定値と印刷圧力の目標値との関係を取得することができる。よって、印刷圧力制御装置１００は、例えば、基板製品の生産と共にはんだ量が減少して上記関係が変動しても、はんだ量に合わせて印刷圧力を制御することができる。なお、印刷圧力測定部５２は、練り合わせ処理がはんだ印刷機１において行われているときに、圧力センサ６１に印刷圧力を測定させ、印刷処理がはんだ印刷機１において行われているときに、圧力センサ６１に印刷圧力を測定させることもできる。

１－３－４．指令値設定部５３
指令値設定部５３は、印刷圧力測定部５２によって測定された今回の摺動回までの印刷圧力の測定値および印刷圧力の目標値に基づいて次回の摺動回における印刷圧力の指令値を設定する（図３に示すステップＳ１４）。

指令値設定部５３は、印刷圧力測定部５２によって測定された今回の摺動回までの印刷圧力の測定値と印刷圧力の目標値との差分を打ち消すように印刷圧力をフィードバック制御して、次回の摺動回における印刷圧力の指令値を設定することができる。また、フィードバック制御は、比例制御、積分制御および微分制御のうちの少なくとも比例制御を用いることができる。

図７は、指令値設定部５３の構成例を示している。同図に示すように、指令値設定部５３は、減算器５３ａと、フィードバック制御部５３ｂとを備えている。減算器５３ａには、印刷圧力の目標値Ｐ０＿ｇと、今回の摺動回までに測定された印刷圧力の測定値Ｐ０＿ｓとが入力される。減算器５３ａは、印刷圧力の目標値Ｐ０＿ｇから印刷圧力の測定値Ｐ０＿ｓを減じて印刷圧力の偏差ΔＰ０を出力する。フィードバック制御部５３ｂには、印刷圧力の偏差ΔＰ０が入力される。フィードバック制御部５３ｂは、比例制御、積分制御および微分制御のうちの少なくとも比例制御を行い、印刷圧力の指令値Ｐ０＿ｒｅｆを出力する。

例えば、比例制御の制御ゲイン（比例ゲイン）が１に設定される場合を想定する。この場合、フィードバック制御部５３ｂは、印刷圧力の目標値Ｐ０＿ｇより印刷圧力の測定値Ｐ０＿ｓが小さく印刷圧力の偏差ΔＰ０が正極性のときに、印刷圧力の不足分である偏差ΔＰ０を印刷圧力の目標値Ｐ０＿ｇに加算した印刷圧力の指令値Ｐ０＿ｒｅｆを設定して印刷圧力を高くする。逆に、フィードバック制御部５３ｂは、印刷圧力の目標値Ｐ０＿ｇより印刷圧力の測定値Ｐ０＿ｓが大きく印刷圧力の偏差ΔＰ０が負極性のときに、印刷圧力の過剰分である偏差ΔＰ０を印刷圧力の目標値Ｐ０＿ｇから減じた印刷圧力の指令値Ｐ０＿ｒｅｆを設定して印刷圧力を低くする。

制御ゲインは、例えば、ゼロから１の間に設定される。比例ゲインを大きくする程、偏差ΔＰ０を短時間に低減することができる。また、積分制御の制御ゲイン（積分ゲイン）を大きくする程、偏差ΔＰ０によるオフセット（定常偏差）を短時間に解消することができる。さらに、微分制御の制御ゲイン（微分ゲイン）を大きくする程、偏差ΔＰ０の振動を短時間に収束することができ、外乱に対して強くなる。これらの制御ゲインは、シミュレーション、実機による調整などによって予め取得しておくと良い。

図７に示すように、ドライバ装置６３には、次回の摺動回における印刷圧力の指令値Ｐ０＿ｒｅｆが入力される。ドライバ装置６３は、印刷圧力の指令値Ｐ０＿ｒｅｆに基づいて、昇降装置３３のピストンロッドを昇降させる駆動装置の駆動信号を生成する。ピストンロッドがＺ軸方向に移動（昇降）することにより、ピストンロッドの先端部に設けられているスキージ３４が昇降して、今回の摺動回と比べて、印刷圧力が増減される。

図８は、印刷圧力の制御例を示している。同図の横軸は、時刻を示している。上段の図の縦軸は、スキージ３４の水平方向の移動速度を示している。中段の図の縦軸は、スキージ３４の垂直方向の移動速度を示している。下段の図の縦軸は、印刷圧力の測定値を示している。折れ線Ｌ２１は、スキージ３４の水平方向の移動速度の経時変化の一例を示している。折れ線Ｌ２２は、スキージ３４の垂直方向の移動速度の経時変化の一例を示している。下段の図の黒点は、印刷圧力の測定値の取得例を示している。

折れ線Ｌ２２に示すように、既述したスキージ下降工程においてスキージ３４の下端部がマスク７０に接触すると、スキージ３４の垂直方向に瞬間的に移動速度が生じる。スキージ３４が進行方向に移動すると、折れ線Ｌ２１に示すように、スキージ３４の水平方向の移動速度が増加（加速）する。その後、スキージ３４の水平方向の移動速度は、一定になり、減少（減速）してスキージ３４の一回の摺動が終了する。折れ線Ｌ２２に示すように、既述したスキージ上昇工程においてスキージ３４が上昇すると、スキージ３４の垂直方向（スキージ下降工程の場合と反対方向）に瞬間的に移動速度が生じる。上述したことは、二回目の摺動についても同様に言える。

印刷圧力の測定値ＰＰ１は、一回目の摺動において測定された印刷圧力の測定値の一例である。測定値ＰＰ１は、他の測定値と比べて、印刷圧力の目標値Ｐ０＿ｇとの偏差ΔＰ０が大きい。印刷圧力の測定値ＰＰ２は、二回目の摺動において測定された印刷圧力の測定値の一例である。測定値ＰＰ２は、指令値設定部５３によって設定された印刷圧力の指令値Ｐ０＿ｒｅｆに基づいて印刷圧力が制御されて、測定値ＰＰ１と比べて、偏差ΔＰ０が小さくなっている。なお、折れ線Ｌ２２に示すように、同図では、スキージ３４の垂直方向の移動速度の変動によって、印刷圧力が制御されたことが模式的に示されている。

１－３－５．補間部５４
摺動回が少ないほど、圧力センサ６１によって測定された印刷圧力の測定値が少なくなり、スキージ３４の摺動方向に隣り合う二つの測定位置の間における印刷圧力の指令値Ｐ０＿ｒｅｆが適切に設定されない可能性がある。例えば、スキージ３４の摺動方向において一の測定位置から次の測定位置までの間は、一の測定位置における印刷圧力の指令値Ｐ０＿ｒｅｆが設定される。そこで、本実施形態の印刷圧力制御装置１００は、補間部５４を備えている。

補間部５４は、今回の摺動回までに測定位置設定部５１によって測定位置が設定されていない未設定領域の印刷圧力を、今回の摺動回までに圧力センサ６１によって測定された印刷圧力の測定値に基づいて補間する（図３に示すステップＳ１３）。補間された印刷圧力の測定値は、今回の摺動回までに測定された印刷圧力の測定値Ｐ０＿ｓと共に、図７に示す減算器５３ａに入力される。

補間部５４は、未設定領域の印刷圧力を補間することができれば良く、種々の形態をとり得る。例えば、補間部５４は、今回の摺動回までに測定された印刷圧力の測定値を直線で近似して、未設定領域の印刷圧力を補間することができる。また、補間部５４は、今回の摺動回までに測定された印刷圧力の測定値を曲線（例えば、二次曲線、三次曲線など）で近似して、未設定領域の印刷圧力を補間することもできる。これにより、指令値設定部５３は、測定位置が設定されていない未設定領域の印刷圧力の指令値Ｐ０＿ｒｅｆを設定することができる。

１－３－６．記憶部５５
印刷処理においてスキージ３４の移動速度と印刷圧力は、密接に関連している。そのため、スキージ３４の移動速度と印刷圧力の関係を知得したいという要請がある。そこで、本実施形態の印刷圧力制御装置１００は、記憶部５５を備えている。記憶部５５は、スキージ３４の移動速度と印刷圧力の測定結果とを関連付けて記憶装置５０ｍに記憶させる（図３に示すステップＳ１５）。スキージ３４の移動速度は、スキージ３４が進行方向に移動するときの速度をいう。

これにより、はんだ印刷機１の利用者は、スキージ３４の移動速度と印刷圧力の関係を知得することができる。なお、記憶部５５は、スキージ３４の移動速度と印刷圧力の測定結果に加えて、印刷に関する種々の情報を関連付けて記憶装置５０ｍに記憶させることもできる。例えば、印刷に関する情報には、基板９０を特定する情報、はんだ８０を特定する情報、マスク７０を特定する情報などが含まれる。

１－３－７．再設定部５６
例えば、圧力センサ６１によって測定された印刷圧力の測定値には、外乱（ノイズ）が含まれる可能性がある。同一の測定位置において印刷圧力が一回のみ測定される場合、指令値設定部５３は、外乱を含む印刷圧力の測定値に基づいて、印刷圧力の指令値を設定し続ける可能性がある。そこで、本実施形態の印刷圧力制御装置１００は、再設定部５６を備えている。

再設定部５６は、測定位置設定部５１によって所定の摺動回まで印刷圧力の測定位置が設定されたときに、測定位置設定部５１に対して、当該摺動回までの摺動において印刷圧力が測定された測定位置を、印刷圧力の測定位置として再び設定させる。具体的には、再設定部５６は、所定の摺動回まで印刷圧力の測定位置が設定されたか否かを判断する（図３に示すステップＳ１６）。測定位置の再設定を行う摺動回は、任意に設定することができる。

所定の摺動回まで印刷圧力の測定位置が設定された場合（ステップＳ１６でＹｅｓの場合）、再設定部５６は、測定位置設定部５１に対して、当該摺動回までの摺動において印刷圧力が測定された測定位置を、印刷圧力の測定位置として再び設定させる（ステップＳ１７）。仮に、過去に設定された測定位置において測定された印刷圧力の測定値に外乱（ノイズ）が含まれていても、同一の測定位置について印刷圧力の測定位置が再度設定されて、印刷圧力が再度測定される。よって、印刷圧力制御装置１００は、印刷圧力の測定値に含まれる外乱の影響を軽減することができる。なお、所定の摺動回まで印刷圧力の測定位置が設定されていない場合（ステップＳ１６でＮｏの場合）、ステップＳ１７に示す処理は行われずに、印刷圧力の制御は、ステップＳ１８に示す判断に進む。

２．その他
圧力センサ６１は、基板保持部１１の側に設けることもできる。例えば、圧力センサ６１は、基板９０を保持するバックアップピンに設けることもできる。圧力センサ６１は、基板９０を保持するバックアップテーブルに設けることもできる。また、昇降装置３３がエアーシリンダを駆動させて保持するスキージ３４を昇降させる場合、印刷圧力制御装置１００は、エアーシリンダのエアー圧を制御して、印刷圧力を制御することもできる。

３．印刷圧力制御方法
印刷圧力制御装置１００について既述されていることは、印刷圧力制御方法についても同様に言える。具体的には、印刷圧力制御方法は、測定位置設定工程と、印刷圧力測定工程と、指令値設定工程とを備える。測定位置設定工程は、測定位置設定部５１が行う制御に相当する。印刷圧力測定工程は、印刷圧力測定部５２が行う制御に相当する。指令値設定工程は、指令値設定部５３が行う制御に相当する。印刷圧力制御方法は、補間工程、記憶工程および再設定工程のうちの少なくとも一つを備えることもできる。補間工程は、補間部５４が行う制御に相当する。記憶工程は、記憶部５５が行う制御に相当する。再設定工程は、再設定部５６が行う制御に相当する。

４．実施形態の効果の一例
印刷圧力制御装置１００によれば、測定位置設定部５１を備えるので、印刷圧力の複数の測定位置が複数回の対象摺動において異なるように摺動回ごとに複数の測定位置を設定することができる。また、印刷圧力制御装置１００によれば、印刷圧力測定部５２および指令値設定部５３を備えるので、測定位置設定部５１によって設定された測定位置の印刷圧力の測定値に基づいて印刷圧力を制御することができる。印刷圧力制御装置１００について上述されていることは、印刷圧力制御方法についても同様に言える。

１：はんだ印刷機、３４：スキージ、５１：測定位置設定部、
５２：印刷圧力測定部、５３：指令値設定部、５４：補間部、
５５：記憶部、５６：再設定部、５０ｍ：記憶装置、
６１：圧力センサ、７０：マスク、８０：はんだ、９０：基板、
１００：印刷圧力制御装置、Ｐ１：第一測定位置、
ＰＬ０：所定距離、ＣＬ０：離間距離、ＰＡ０：印刷領域、
ＢＰ０：外縁部、ＮＡ０：切り欠き部。

Claims (13)

1. スキージがマスクを複数回摺動して前記マスクを介して基板にはんだを印刷するはんだ印刷機において前記スキージが摺動するときに前記マスクに付与する圧力である印刷圧力を制御する印刷圧力制御装置であって、
   前記スキージの複数回の摺動のうちの少なくとも一部である複数回の対象摺動の各々において前記スキージの摺動に伴って順に測定する前記印刷圧力の複数の測定位置が前記複数回の対象摺動において異なるように摺動回ごとに前記複数の測定位置を設定する測定位置設定部と、
   前記測定位置設定部によって摺動回ごとに設定された前記複数の測定位置において圧力センサに前記印刷圧力を測定させる印刷圧力測定部と、
   前記印刷圧力測定部によって測定された今回の摺動回までの前記印刷圧力の測定値および前記印刷圧力の目標値に基づいて次回の摺動回における前記印刷圧力の指令値を設定する指令値設定部と、
   を備える印刷圧力制御装置。
2. 今回の摺動回までに前記測定位置設定部によって測定位置が設定されていない未設定領域の前記印刷圧力を、今回の摺動回までに前記圧力センサによって測定された前記印刷圧力の測定値に基づいて補間する補間部を備える請求項１に記載の印刷圧力制御装置。
3. 前記印刷圧力測定部は、前記基板に部品が装着されている基板製品を生産する前の前処理であって前記はんだを練り合わせる練り合わせ処理が前記はんだ印刷機において行われているときに、前記印刷圧力を測定させる請求項１または請求項２に記載の印刷圧力制御装置。
4. 前記印刷圧力測定部は、前記基板に部品が装着されている基板製品を生産する際の印刷処理が前記はんだ印刷機において行われているときに、前記印刷圧力を測定させる請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の印刷圧力制御装置。
5. 前記測定位置設定部は、一回目の摺動において前記印刷圧力を測定する前記複数の測定位置である第一測定位置を一定間隔で設定し、前記第一測定位置に対して所定距離、前記印刷圧力の測定位置を移動させて二回目以降の摺動において測定する前記印刷圧力の測定位置を設定する請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の印刷圧力制御装置。
6. 前記測定位置設定部は、前記第一測定位置において前記スキージの摺動方向に隣り合う二つの測定位置の間の離間距離に摺動回数が増加するほど減少する係数を乗じて、二回目以降の少なくとも一回の摺動における前記所定距離を設定する請求項５に記載の印刷圧力制御装置。
7. 前記測定位置設定部は、所定の摺動回までに前記印刷圧力が測定された複数の測定位置のうちの所定数の測定位置が、前記基板の印刷領域に設定されるように、二回目以降の少なくとも一回の摺動における前記所定距離を設定する請求項５または請求項６に記載の印刷圧力制御装置。
8. 前記測定位置設定部は、所定の摺動回までに前記印刷圧力が測定された複数の測定位置のうちの所定数の測定位置が、前記スキージが最初にまたは最後に前記マスクと接する前記マスクの外縁部または前記マスクの切り欠き部に設定されるように、二回目以降の少なくとも一回の摺動における前記所定距離を設定する請求項５～請求項７のいずれか一項に記載の印刷圧力制御装置。
9. 前記指令値設定部は、前記印刷圧力測定部によって測定された今回の摺動回までの前記印刷圧力の測定値と前記印刷圧力の目標値との差分を打ち消すように前記印刷圧力をフィードバック制御して、次回の摺動回における前記印刷圧力の指令値を設定する請求項１～請求項８のいずれか一項に記載の印刷圧力制御装置。
10. 前記フィードバック制御は、比例制御、積分制御および微分制御のうちの少なくとも前記比例制御である請求項９に記載の印刷圧力制御装置。
11. 前記スキージの移動速度と前記印刷圧力の測定結果とを関連付けて記憶装置に記憶させる記憶部を備える請求項１～請求項１０のいずれか一項に記載の印刷圧力制御装置。
12. 前記測定位置設定部によって所定の摺動回まで前記印刷圧力の測定位置が設定されたときに、前記測定位置設定部に対して、当該摺動回までの摺動において前記印刷圧力が測定された測定位置を、前記印刷圧力の測定位置として再び設定させる再設定部を備える請求項１～請求項１１のいずれか一項に記載の印刷圧力制御装置。
13. スキージがマスクを複数回摺動して前記マスクを介して基板にはんだを印刷するはんだ印刷機において前記スキージが摺動するときに前記マスクに付与する圧力である印刷圧力を制御する印刷圧力制御方法であって、
    前記スキージの複数回の摺動のうちの少なくとも一部である複数回の対象摺動の各々において前記スキージの摺動に伴って順に測定する前記印刷圧力の複数の測定位置が前記複数回の対象摺動において異なるように摺動回ごとに前記複数の測定位置を設定する測定位置設定工程と、
    前記測定位置設定工程によって摺動回ごとに設定された前記複数の測定位置において圧力センサに前記印刷圧力を測定させる印刷圧力測定工程と、
    前記印刷圧力測定工程によって測定された今回の摺動回までの前記印刷圧力の測定値および前記印刷圧力の目標値に基づいて次回の摺動回における前記印刷圧力の指令値を設定する指令値設定工程と、
    を備える印刷圧力制御方法。

Images