JP4873093B2

JP4873093B2 - スクリーン印刷装置

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Publication number: JP4873093B2
Application number: JP2010171902A
Authority: JP
Inventors: 正弘大塚; 佳久椿
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2021-02-09
Also published as: JP2010280222A

Description

本発明はスクリーン印刷装置に係り、とくにスクリーンの下面にワークを重合わせてペースト状物質をワークの表面に印刷するようにしたスクリーン印刷装置に関する。

電子回路装置を組立てる場合には、回路基板上に電子部品を実装することにより行なう。ここで回路基板として絶縁材料から成る基板が用いられる。基板の表面に銅箔が接合されるとともに、エッチングによって所定の配線パターンが形成される。そしてその上に電子部品を実装し、電子部品の電極や端子を回路基板の配線パターンの接続用ランドに半田付けする。

上記のような電子部品の電極と回路基板の接続用ランドとの半田付けのために、クリーム半田が用いられる。すなわち配線を施した回路基板の表面の所定の位置に、スクリーン印刷の方法によってクリーム半田を印刷して付着させる。そしてその上に電子部品を位置決めした状態で実装する。そして電子部品が搭載された回路基板をリフロー炉内に静かに導入する。リフロー炉内の熱によってクリーム半田が溶融し、これによって電子部品の電極が回路基板の接続用ランドに半田付けされる。従って電子回路の製造の際に、回路基板上にスクリーン印刷の方法によってクリーム半田を塗布するためのスクリーン印刷装置が必要になる。

一般にスクリーン印刷装置は、スクリーンに設けられた孔から成るパターンを通してクリーム半田を基板のランドに印刷する装置であって、次のようなユニットを必要とする。すなわちクリーム半田をスクリーンのパターンに押込むためのスキージユニット、スクリーンの裏側やパターンに残留したクリーム半田を清掃するクリーニングユニット、基板上に設けられたアライメントマークを検出して基板の位置を認識するカメラユニット、印刷がその表面に行なわれる基板を固定してＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、およびθ軸方向のそれぞれの位置決めをする位置決めテーブル等から構成される。本願はこのようなクリーム半田印刷機の改良に関するものである。

特開平４−２３６４８９号公報特開平５−１８５５８０号公報

このようなスクリーン印刷装置において、位置決めテーブルが上昇して基板がスクリーンの裏面に密着した後に、スキージがスクリーン上を摺動してクリーム半田をスクリーンに形成されたパターンを通して押込んで基板上にクリーム半田の印刷を行なう。スクリーン上の複数の孔が形成された部分を通過して所定の距離移動したスキージは、停止した後に上昇を開始する。ところがスキージが上昇するときにクリーム半田の粘性によってスクリーンを上方に引張る力が作用する。従ってスキージが上昇する際にスクリーンが上下に動いたり振動を起したりする。

また印刷を終った基板がスクリーンから離間するいわゆる版離れのときにおいても、スクリーンの孔の中のクリーム半田がこの孔の側面との間で生ずる粘性によってスクリーンを下方に引張る力が作用する。従ってこの力によってスクリーンが下方に変形する。このような基板とスクリーンとの間の相対的な動きは、基板のパターンに印刷されたクリーム半田の位置ずれや欠け、割れ、変形等の印刷精度の低下の原因になっている。このように従来のスクリーン印刷装置においては、スキージの上昇時や基板の版離れ時に、クリーム半田の粘性に起因して作用する力がスクリーンを変形させるために、印刷精度が低下する問題があった。

本願の発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、スクリーンからスキージが上昇する際、あるいはスクリーンからワークが離れる版離れの際に発生するスクリーンの変形や振動をなくすことによって印刷精度を向上させるようにしたスクリーン印刷装置を提供することを目的とする。

本願の主要な発明は、スクリーンの下面にワークを重合わせてペースト状物質を前記ワークの表面に印刷するようにしたスクリーン印刷装置において、前記ワークを前記スクリーンの下面に対して重合わせる昇降可能な位置決めユニットと、前記スクリーン上を移動して前記ペースト状物質を印刷するスキージと、前記スキージの移動方向と直交する方向であって前記位置決めユニットの両側に位置するガイドと、を具備し、印刷を終った状態で前記スキージが前記スクリーン上の前記ワークから外れた位置で停止するとともに、そのときの前記スキージの印圧が両側のガイドによって受けられ、前記位置決めユニットによって前記ワークが前記スクリーンから離れた後に前記スキージが上昇することを特徴とする。

ここで前記ワークの表面が両側のガイドの上面よりも微小量高く設定されてよい。また前記ワークの表面が両側のガイドの上面よりも０．０３〜１．０ｍｍ高く設定されてよい。また前記位置決めユニットによって前記ワークが下降するときの前記スクリーンの下方への変形が両側のガイドによって規制されてよい。また前記スキージの移動方向と直交する方向であって前記位置決めユニットの両側に位置するガイドの内の一方が他方に対して移動可能であって、前記ワークを両側から挟着するようにしてよい。

本願に含まれる発明の好ましい態様は、印刷終了時におけるスキージおよび基板のスクリーンに対する離間動作の順序に関連する構成において、スクリーン上を摺動したスキージがスクリーンの下に位置している基板から離れた位置で停止し、このときにスキージの印圧を基板の幅方向の両端をそれぞれガイドする２本の基板のガイドで受けるようにし、次いで基板がスクリーンに対して下降して版離れを起す際に、基板が下降動作を開始した直後にスクリーンの下方への変形を基板の両側のガイドで受けるようにし、これによって基板のランドに印刷されたクリーム半田がスクリーンを離れてから、すなわちスクリーンの孔から成るパターンからクリーム半田が完全に抜けてからスキージが上昇するようにしたクリーム半田印刷装置である。

またワークが回路基板であってよい。またペースト状物質がクリーム半田であってよい。

また上記の態様の内、スキージが摺動して印刷を行なった後に、スキージが基板を離れた位置で上昇せずに停止した状態で基板がスクリーンを離れ、このときにスキージの印圧を両側のガイドで受け、スクリーンの変形をもガイドで受けるようにしたので、基板がスクリーンに対して平行な姿勢を保ったままで離れるようになり、これによって印刷ずれがなく高精度な印刷が可能である。

本願の主要な発明によれば、スキージの移動に伴う印刷を終了した後にスキージがワークから離れた位置で停止し、しかもそのときのスキージの印圧が両側のガイドによって受けられるために、ワークがスクリーンに対して版離れを行なう際にスクリーンの変形が防止され、ワーク上に印刷されたペースト状物質が版離れの際にずれることが防止される。

スクリーン印刷装置の全体の構成を示す正面図である。同スクリーン印刷装置の側面図である。スクリーン印刷装置の原理的な構成を示す正面図である。同側面図である。基板の位置決めユニットの構造を示す正面図である。同原理的な構成を示す正面図である。基板の反りの修正のための構成を示す側面図である。基板の反りの修正の動作を示す正面図である。同側面図である。印刷を終った状態の要部正面図である。同要部側面図である。スクリーンの下側への基板の搬入および位置決めの動作を示す側面図である。基板の平面図である。基板の画像認識を示す正面図である。スキージの支持構造を示す分解斜視図である。同要部正面図である。同要部側断面図である。

以下本願の発明の一実施の形態を図面によって説明する。図１および図２はこのスクリーン印刷装置の正面図および側面図を示しており、図３および図４はこのような装置を原理的に示した正面図および側面図を示している。これらの図によってスクリーン印刷装置の概要を説明する。

このスクリーン印刷装置は背面側に直立する支持ベース１０を備えている。そしてこの支持ベース１０上にはその下側の前面に横方向に延びる上下に所定の間隔を隔てた案内レール１１、１２を有しており、これらの案内レール１１、１２によってキャリッジ１３を移動自在に支持している。キャリッジ１３はカメラユニット１４を支持しており、このカメラユニット１４によって画像認識カメラ１５が支持されるようになっている。なおこの画像認識カメラ１５は後述する基板の画像認識を行なうためのものである。

上記一対の案内レール１１、１２によってさらに別のキャリッジ１８が支持されるようになっている。キャリッジ１８にはクリーニングユニット１９が支持されている。クリーニングユニット１９は図３に示すようにクリーニングテープ２０によって後述するスクリーンの下面をクリーニングするためのものである。そしてクリーニングテープ２０がこのクリーニングユニット１９の繰出しローラ２１から繰出され、クリーニングを終ったクリーニングテープ２０が巻取りローラ２２によって巻採られるようになっている。

上記カメラユニット１４およびクリーニングユニット１９の移動範囲の上側にスクリーン２５が配設される。スクリーン２５は枠体２６によってその４辺が固定された状態で張設されている。そして枠体２６が取付けフレーム２７によってこの印刷装置の所定の位置に固定される。

スクリーン２５上には一対のスキージ３１、３２が配設される。スキージ３１、３２はそれぞれ支持体３３、３４に支持されるとともに、支持体３３、３４がそれぞれエアシリンダ３５、３６によって支持されるようになっている。

上記支持ベース１０の表面側であってその上側の部分には横方向に延びる一対の案内レール３７、３８が配列されており、これらの案内レール３７、３８によってキャリッジ３９が移動可能に支持されている。そしてこのようなキャリッジ３９によって上記スキージ３１、３２が横方向に移動されるようになっている。

次に上記スクリーン２５の下側においてワークを構成する基板を位置決めするための位置決め装置について説明する。図５はこの位置決め装置の具体的な構成を示しており、図６はその原理図を示している。図５および図６に示すようにこの装置はベース４３を備え、ベース４３上に４本のＺ軸ガイド４４が直立して設けられている。そしてＺ軸ガイド４４によって下側のＺ軸テーブル４５がＺ軸方向、すなわち垂直方向に移動可能に支持されている。Ｚ軸テーブル４５はベース４３の下側に取付けられているエアシリンダ４６のロッド４７によって押上げられるようになっており、Ｚ軸ガイド４４によって昇降自在に移動されるようになっている。そしてＺ軸ガイド４４に設けられているストッパ４８によって上方の移動位置が規制される。

Ｚ軸テーブル４５上にはＹ軸テーブル５１が搭載され、このＹ軸テーブル５１の上にＸ軸テーブル５２が搭載されている。そしてＸ軸テーブル５２の上にθ軸テーブル５３が搭載されている。そしてθ軸テーブル５３上に取付け板５４が取付けられている。

上記取付け板５４上には４本のＺ軸ガイド５５が上方に延びるように配設されており、これらのガイド５５によってＺ軸テーブル５６が昇降自在に支持されている。そして図示を省略したモータとＺ軸テーブル５６のボールねじ５８とが連動されており、これによってＺ軸テーブル５６の昇降動作が行なわれるようになっている。そしてＺ軸テーブル５６上には基板取付け治具６０が取付けられており、この基板取付け治具６０によって基板６１の吸着保持を行なうようにしている。これによってスクリーン２５の下側に基板６１の位置決めユニット５０が配置されることになる。

次に上記取付け板５４に設けられている基板６１の保持のための機構について説明すると、取付け板５４上にはその両側にそれぞれ支持体６５、６６が設けられている。そして左側の支持体６５には図６に示すようにその上端に固定ガイド６７が固定されている。これに対して右側の支持体６６の上端にはベース６８を介して移動ガイド６９が取付けられている。またこれらのガイド６７、６９によってコンベアベルト７０が支持されている。

上記支持体６５、６６にはそれぞれ図６および図１１に示すように側方に延びるようにアーム７３、７４が設けられ、これらのアーム７３、７４に支持部材７５、７６を介して押え爪７７、７８が設けられている。これらの押え爪７７、７８が後述するように、この位置決め装置の上へ導入された基板６１の幅方向の両側を上から押えるようになっている。

上記固定ガイド６７および移動ガイド６９によってそれぞれ支持されているコンベアベルト７０の上流側と下流側とにはそれぞれ図５に示すように搬入コンベア８１と排出コンベア８２とが配設され、これらのコンベア８１、７０によって基板６１を位置決めユニット５０の基板取付け治具６０上に導入し、印刷を終った後に排出コンベア８２によって排出するようにしている。

上記画像認識カメラ１５を備えるカメラユニット１４には、図７に示すようにその下部に下方に向けてシリンダ８５が取付けられている。このシリンダ８５のロッドが修正ピン８６を構成しており、このような修正ピン８６によって図１０および図１１に示すように、基板取付け治具６０に載置された基板６１の上面のほぼ中央部を押圧することによって、基板６１の反りの修正を行なうようになっている。

このように本実施の形態のスクリーン印刷装置はスクリーン２５を備え、枠体２６を介して取付けフレーム２７によって固定されている。そしてスクリーン２５の真下の位置に基板６１が配され、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、およびθ軸方向に移動可能な位置決めユニット５０に搭載されている基板取付け治具６０によって固定されるようになっている（図１および図３参照）。

図１〜図４に示すようにキャリッジ１３にカメラユニット１４が取付けられており、このカメラユニット１４に画像認識カメラ１５が搭載されている。そしてキャリッジ１３はここで図示を省略しているが、サーボモータとボールねじを介して駆動される構成をとる。キャリッジ１３は支持ベース１０上に横方向に延びる上下一対の案内レール１１、１２によって支持されるようになっており、このような構成によって省スペース化と剛性の向上とを図っている。

しかもこのような案内レール１１、１２によってクリーニングユニット１９を搭載したキャリッジ１８を案内するようにしている。すなわちここではクリーニングユニット１９のキャリッジ１８の案内レールがカメラユニット１４の案内レール１１、１２と共用されている。

スクリーン２５上にはスキージ３１、３２から成るスキージユニットを配設している。すなわち一対のスキージ３１、３２を有し、それぞれが別々にエアシリンダ３５、３６によって上下に移動可能な構成になっている。そしてこれらのスキージ３１、３２はキャリッジ３９に搭載されており、キャリッジ３９が図示を省略したモータとボールねじとによって移動されるようになっている。キャリッジ３９の移動のための案内機構は支持ベース１０上に設けられている上下２本の横方向に延びる案内レール３７であって、上記カメラユニット１４の案内機構と同様の構成になっている。

スクリーン２５の下側に配されておりかつ基板６１を位置決めする位置決めユニット５０は図５および図６に示すように、搬入コンベア８１によってその上に基板６１が搬入されるようになっている。図５および図６は基板６１が搬入されて基板取付け治具６０上に載置された状態を示している。なお搬入コンベア８１によって搬入された基板６１はコンベアベルト７０によって受け渡され、図示を省略したストッパによって基板取付け治具６０上に停止させるようにしている。

基板取付け治具６０は上側のＺ軸テーブル５６上に取付けられており、４本のＺ軸ガイド５５によって案内されてＺ軸方向に移動できるようになっている。そしてＺ軸テーブル５６の移動のためにボールねじ５８とモータ（図示せず）とが設けられており、これによって上側のＺ軸テーブル５６の昇降機構を構成している。

上記Ｚ軸ガイド５５を支持する取付け板５４はθ軸テーブル５３上に取付けられており、このテーブル５３が回転方向の運動を行なうようなっている。なおここでθ軸テーブル５３の駆動装置は図示していないが、例えば回転軸を設けたシリンダやモータで揺動させたり、駆動装置付きの回転テーブルから構成すればよい。そしてその下側にＸ軸テーブル５２が配されており、Ｘ軸方向へ移動できるようにモータとボールねじとを使った駆動機構で移動されるようにしている。そしてその下側にＹ軸テーブル５１が配されており、Ｙ軸方向へ移動できるようにモータとボールねじとを使った駆動機構が設けられている。

Ｙ軸テーブル５１の下側にＺ軸テーブル４５が配されており、４本のガイド軸４４によってＺ軸方向に案内され、このテーブル４５上に上記のＹ軸テーブル５１、Ｘ軸テーブル５２、θ軸テーブル５３、Ｚ軸テーブル５６が総てＺ軸方向に移動できるようにしている。なお下側のＺ軸テーブル４５はシリンダ４６によって昇降動作の駆動が行なわれるようになっている。

以上のような構成によって、この位置決めユニット５０は、全体がＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θ軸の４軸方向の移動が可能であって、しかもＺ軸方向は２軸から構成され、全体で５軸の位置決めユニット５０を構成している。

とくに本実施の形態のスクリーン印刷装置において、最上部のＺ軸テーブル５６を図示を省略したモータとボールねじ５８とによって駆動し、下側のＺ軸テーブル４５をシリンダ４６によって駆動する構成を採用しているために、コンパクトでしかも高い剛性を有する位置決めユニット５０が得られるようになる。

このような位置決めユニット５０の基板取付け治具６０上に導入される基板６１はスクリーン２５の真下に位置するとともに、その幅方向の両側からガイド６７、６９によって位置規制が行なわれるようになっている。これらのガイド６７、６９はコンベアベルト７０を支持するとともに、導入される基板６１の両端の下側にコンベアベルト７０が位置するようになっている。そして上記ガイド６７、６９の外側であってその両側にそれぞれ押え爪７７、７８が配される。これらの押え爪７７、７８は基板６１の幅方向の両端を上から押えるためのものである。

基板６１が載置された位置決めユニット５０を上昇させると図１１に示すように、基板６１がスクリーン２５の下面に押付けられた状態になる。ここで右側のガイド６９は基板６１の幅方向に移動可能に構成されており、基板６１を反対側の固定ガイド６７に押付けて固定するようにしている。両側のガイド６７、６９はθ軸テーブル５３上の取付け板５４上に搭載されている。またここでガイド６７、６９にコンベアベルト７０が設けられている。これらのコンベアベルト７０はそのガイドが複数のローラから構成されており、しかもモータによって駆動されるコンベアベルトになっている。このようなコンベアベルト７０が両側のガイド６７、６９の下面に取付けられている。

基板６１をその上に載置して保持する基板取付け用治具６０は真空吸着用の孔が面上に多数設けられている。この基板取付け用治具６０は上側のＺ軸テーブル５６上に取付けられている。

このように基板６１がスクリーン２５の下面に圧着した状態で図１０に示すスキージ３１、３２が移動すると印刷動作が行なわれる。すなわちスクリーン２５上をスキージ３１、３２が摺動するとクリーム半田が撹かれて印刷が行なわれる。ここで一対のスキージ３１、３２が設けられ、往復動で２つのスキージ３１、３２を交互に使い分けることによって２枚の基板６１の印刷が行なわれるようにしている。

このような印刷に先立って図７に示す機構によって、基板６１の反りの修正が行なわれる。図７においてスクリーン２５は枠体２６を介して本体に固定されている。そしてスクリーン２５の下側にコンベア８１、７０によって基板６１が導入される。このような基板６１の反りを修正するための反り修正ピン８６を備えるエアシリンダ８５が画像認識カメラ１５とともにカメラユニット１４に取付けられており、キャリッジ１３によってＸ軸方向に回動可能に支持されている。

図７に示す基板６１をその両側の上部から押える押え爪７７、７８はコンベアベルト７０の両側にそれぞれ位置しており、ヒンジ９１、９２を介して回動可能に支持されている。そして押え爪７７、７８の固定側はそれぞれＹ軸方向に移動可能な摺動板９５、９６に支持されている。また押え爪７７、７８は引張りばねによって閉じる方向すなわち下方へ押えられており、エアシリンダ９３、９４によって開閉動作が行なわれるようになっている。

左側の押え爪７７の下側の摺動板９５は支持体６６を介して位置決めユニット５０の取付け板５４に支持されている。これに対して右側の爪７８の下側の摺動板９６は支持体６６に支持されるとともに、この支持体６６がＹ軸方向に移動可能な摺動板９８上に支持されている。

次にスクリーン２５上を摺動してクリーム半田の印刷を行なうスキージ３１、３２の支持構造について説明する。図１５〜図１７に示すようにスキージ３１は支持体３３に連結用ブラケット１０６およびスキージホルダ１０７を介して取付けられるようになっている。そしてスキージホルダ１０７に取付けられたスキージ３１を反対側から押え板１０８によって押えるようにしている。

上記支持体３３の下端側であって幅方向の両側にはそれぞれ小さな係止用切欠き１１１が形成されている。また支持体３３の下端側にはその幅方向のほぼ中央部に凹部１１２が形成されている。さらにこの凹部１１２の両側に位置するように支持体３３の下端側であってその前面側には一対の雌ねじ孔１１３が形成されている。

これに対して連結用ブラケット１０６はその上面に挿入穴１１６を備えるとともに、この挿入穴１１６の両側にそれぞれフックレバー１１７が配されている。フックレバー１１７はその先端部に爪１１８を備え、これらの爪１１８が上記支持体３３の係止用切欠き１１１に係止される構造になっている。

さらに連結用ブラケット１０６はその正面側に一対の切欠き１１９を有しており、これらの切欠き１１９を挿通する本締め用ねじ１２０が上記支持体３３の雌ねじ孔１１３に螺着されるようになっており、これによって連結用ブラケット１０６が支持体３３の下端に連結された状態で固定されるようになっている。

スキージホルダ１０７はその長さ方向の中間位置、すなわちスキージ３１の幅方向の中間部分と対応する位置に上方に突出する突部１２３を備え、この突部１２３に挿通孔１２４が形成されている。そしてこの挿通孔１２４に対応して連結用ブラケット１０６には挿通孔１２５が形成されている。これらの挿通孔１２４、１２５を挿通するようにピン１２６が組込まれる。そしてピン１２６と連結用ブラケット１０６の挿通孔１２５との間にはボールベアリング１２７が介装されるようになっている。このような回動機構によってスキージホルダ１０７に取付けられるスキージ３１のイコライズ機構が達成される。なお上記スキージホルダ１０７の長さ方向の両端にはそれぞれ合成樹脂製のエンドプレート１３０が固定される。

次にこのような構成に係るスクリーン印刷装置の動作を説明する。まずこの印刷装置の動作の全体の概要を説明すると、図５に示すコンベアベルト７０上に基板６１が存在しない場合に、位置決めユニット５０のＹ軸テーブル５１とＸ軸テーブル５２とが作動し、この位置決めユニット５０の上側の部分が搬入コンベア８１側に移動する。そして搬入コンベア８１およびコンベアベルト７０を作動させて基板６１をコンベアベルト７０上に導入し、所定の位置で停止させるとともに、コンベア７０も停止する。図５は基板６１がこの位置で停止した状態が示されている。

次に上側のＺ軸テーブル５６が図外のモータおよびボールねじ５８によって上昇され、基板６１をコンベア７０から持上げる。そしてこの後に基板６１の固定と反りの修正とが行なわれる。これらの動作につては後述する。基板６１の反りを修正して基板６１を位置決めユニット５０の基板取付け治具６０に固定した後に、カメラユニット１４がキャリッジ１３によって案内レール１１、１２に沿って移動され、画像認識カメラ１５が基板６１の上方に移動し、基板６１上のアライメントマークの認識を行なう。

このような画像認識カメラ１５による基板６１のアライメントマークの検出に連動して、制御ユニットによってＸ軸テーブル５２、Ｙ軸テーブル５１、θ軸テーブル５３を駆動して基板６１の位置ずれを修正する。そしてこの後にエアシリンダ４６を作動させ、位置決めユニット５０の全体を上昇させてスクリーン２５の下面に基板６１を接触させる位置まで上方に移動させる。

そしてこのような状態でスキージ３１、３２がスクリーン２５上を摺動してクリーム半田の印刷を行なう。一連の印刷作業が終了した後に、ボールねじ５８によって上側のＺ軸テーブル５６を下方に移動させ、これによって基板６１をスクリーン２５から版離れさせる。そしてこの後に下側のＺ軸テーブル４５をエアシリンダ４６によって降下させる。次に基板取付け治具６０による基板６１の吸着固定を解除する。そしてこの後にＸ軸テーブル５２とＹ軸テーブル５１とを駆動し、この位置決めユニット５０を排出コンベア８２側へ移動させ、コンベアベルト７０と排出コンベア８２とをともに移動させて基板６１を排出コンベア８２に
よって排出する。

上記のような印刷動作を行なう際に、位置決めユニット５０上に基板６１を固定し、基板６１の反りを修正してクランプを行なうようにしている。この動作を図１２によって説明する。図１２Ａにおいてスクリーン２５のほぼ真下の位置へコンベア７０によって基板６１が導入される。すなわち基板６１が両側のベルト７０によってスクリーンの下側に移動される。このときに基板６１の両側にそれぞれガイド６７、６８が位置している。なおこれらのガイド６７、６８によってコンベアベルト７０が支持されている。またこれらのガイド６７、６８の外側にはそれぞれ押え爪７７、７８が位置している。

ここで図１２Ａは基板６１が印刷装置に搬入された状態を示し、この後順次印刷前の各種の動作が行なわれる。図１２Ｂにおいて右側のガイド６８が左方に前進し、基板６１の反対側のガイド６７に押当てるようにベルト７０上の基板６１を左右の方向からクランプする。なおこのときに押え爪７８も同方向に前進する。

次いで図１２Ｃに示すように、両側の押え爪７７、７８がそれぞれ上昇し、この後に互いに近接するように基板６１の幅方向に移動し、これによって基板６１の両端の上側の位置へ移動してその位置で押え爪７７、７８が停止する。次いで図１２Ｄに示すように、基板取付け治具６０が上昇して上側で待機する押え爪７７、７８に基板６１の上面であって両側端の部分を押付ける。そしてこの後に上側のＺ軸テーブル５６が上昇する。そしてこの動作の直後に基板取付け治具６０が基板６１を真空吸着して固定する。

次に図１２Ｅに示すように両側の押え爪７７、７８が一旦上方へ退避した後に側方に移行し、この後下降してこれらの押え爪７７、７８による基板６１の拘束を解除する。そしてこの状態で基板６１とスクリーン２５との間にカメラユニット１４が導入され、基板６１上のアライメントマークを画像認識カメラ１５によって認識する。しかも上記カメラユニット１４には図７に示すような修正ピン８６を備えるエアシリンダ８５が設けられており、このようなエアシリンダ８５を作動させて修正ピン８６によって基板６１の所定の位置を下方へ押圧し、これによって基板６１の反りを修正し、基板取付け治具６０に対する密着性を良好にする。

一般に印刷装置に導入される基板６１には反りがある場合が多い。反りがある状態で基板６１上にクリーム半田をそのまま印刷すると正確な印刷が行ない難い。また版合わせ時にスクリーン２５のパターン孔と基板６１のランドとを正確に合わすことができない。また反りがある場合には版離れのときにスクリーン２５に対して基板６１がＸ軸方向あるいはＹ軸方向に移動し、基板６１のランドに印刷されたクリーム半田のずれや抜け、あるいは割れを起し易く、不具合を生じ易い。

ところがこのような不具合が、上記のような基板６１の反りの修正によって解消される。この後に位置決めユニット５０がＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびθ軸方向に移動することによって基板６１の位置の修正を行なう。そしてこの後に図１２Ｆに示すように最下段のＺ軸テーブル４５がシリンダ４６によって上方に移動され、基板６１をスクリーン２５の下面に密着させて印刷を行なうようにしている。

次に印刷に先立って行なわれる基板６１の画像認識の動作を説明する。図１４においてスクリーン２５が枠体２６に張設された状態で取付けフレーム２７を介して固定配置されている。そしてこの上を移動するようにスキージ３１が配されている。ここで画像認識が行なわれる基板６１は位置決めユニット５０の基板取付け治具６０に固定された状態でスクリーン２５の下側に導入される。すなわち印刷装置に搬入された基板６１は基板取付け治具６０に固定されており、スクリーン２５のほぼ真下の位置に位置決めされる。

ここで高精度な印刷を行なうためには、基板６１上の２個所のアライメントマークを画像認識カメラ１５で画像認識する必要がある。アライメントマークは基板の表面の対角線上の両端のように離れた位置に設けられており、このために印刷前に画像認識カメラ１５をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動してアライメントマークの認識を行なう。

ここでカメラ１５から取込まれたデータが処理され、スクリーン２５に対する基板６１のＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびθ軸方向の位置補正量の計算が行なわれる。この位置補正量のデータを制御装置に取込み、演算処理し、これによって位置決めユニット５０のＸ軸テーブル５２、Ｙ軸テーブル５１、およびθ軸テーブル５３を作動させて基板６１の補正を行なう。これによってスクリーン２５に対して基板６１を正確な位置に移動させる。

とくに本実施の形態のスクリーン印刷装置の特徴は、図１〜図４および図１４に示すようにスクリーン２５のほぼ真下にある基板６１に対して、スクリーン２５と基板６１との間に画像認識カメラ１５をキャリッジ１３によってＸ軸方向およびＹ軸方向に動かして基板６１上のアライメントマークの認識を行なうようにしたものである。

このことによってスクリーン２５から水平方向に離れた位置でカメラ１５または基板６１を移動させて基板６１上のアライメントマークを認識する場合に比べて、とくに水平面方向のスペースを大幅に縮小し、これによってスクリーン印刷装置の大幅な小型化を実現することが可能になる。また移動量が少ないために、位置決めユニット５０の小型化も同時に達成される。

このように本実施の形態のスクリーン印刷装置は、この装置に搬入された基板６１が所定の動作の後に、位置決めユニット５０の基板取付け治具６０上に固定された状態で、画像認識カメラ１５がＸ軸方向およびＹ軸方向に移動して基板６１上に予め設定されたアライメントマークを認識する。そしてこの後に画像認識カメラ１５を有するカメラユニット１４は位置決めユニット５０が上昇した際に干渉しないように図１および図３に示す右側の位置、すなわち原点位置へ戻って停止する。

このように画像認識によってスクリーン２５に設けられたパターンと基板６１に設けられたランドのずれをＸ軸方向、Ｙ軸方向、θ軸方向の３方向について算出する。そして位置決めユニット５０が算出されたずれ量だけＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびθ軸方向にそれぞれ移動し、これによって位置ずれが修正される。この後に位置決めユニット５０はさらに上昇し、基板６１がスクリーン２５の下面に接触した位置で停止する。この後にスキージ３１、３２がスクリーン２５上を摺動してクリーム半田の基板６１上への印刷が行なわれる。

このように基板６１の上面がスクリーン２５の下面に押付けられた状態でスキージ３１、３２がスクリーン２５上を摺動することによって基板６１に対するクリーム半田の印刷が行なわれる。そしてこの後にスキージ３１は図１０に示すように、基板６１から右方に外れた位置で停止する。スキージ３１はスクリーン２５上を摺動する際にスクリーン２５に対して適正な印刷力を印加する。従ってスキージ３１が基板６１から右方に外れて停止している状態においては、このスキージ３１のスクリーン２５に対する印加力が図１１に示す両側のガイド６７、６９によって受けられている。

このときに図１０に示すようにスクリーン２５は微小量下方に撓んだ状態にある。なおこのときのスクリーン２５の高さ方向の撓み量は例えば約０．１ｍｍ程度に設定される。この撓み量の設定は、位置決めユニット５０によってＺ軸方向、すなわち上下方向に基板６１を上昇させたときの基板６１の上面と両側のガイド６７、６９の上面との間のギャップによって任意に調整可能である。

図１０に示すようにスキージ３１が基板６１から離れてスクリーン２５上で停止している状態において、上側のＺ軸テーブル５６を図外のモータおよびボールねじ５８によって下降させ、これによって基板取付け治具６０とともに基板６１を下方に移動させてスクリーン２５に対する版離れを行なう。

この版離れの動作によってスクリーン２５が下方に引張られる。その主な理由はスクリーン２５の孔に入ったクリーム半田が基板６１の表面のランドに印刷されており、上記のスクリーン２５のパターンの孔の側面に発生する粘性でクリーム半田がスクリーン２５を下方に引張ることによる。このような版離れのときに発生するスクリーン２５を下方に引張る力が、ガイド６７、６９の上面で受けられるために、スクリーン２５の下方への撓み量を非常に微小に抑えることが可能になる。そしてこのような版離れの後に、スキージ３１、３２がエアシリンダ３５、３６によって上昇される。

このような版離れの動作によって、基板６１のランドの部分にクリーム半田を印刷した後の版離れの際におけるスクリーン２５の動きや振動を微小にかつ最小限に抑えることが可能になる。このことから基板６１上へのクリーム半田の高精度なスクリーン印刷を可能にする。

このようにしてクリーム半田のスクリーン印刷を行なうスクリーン印刷装置は、図１５〜図１７に示すような機構によってイコライズするスキージ３１、３２を備えている。すなわちスキージ３１はスキージホルダ１０７に取付けられ、背面側から押え板１０８によって押えられて固定されている。そしてスキージホルダ１０７の長さ方向のほぼ中央部分にピン１２６から成る回転機構を有し、これによってスキージホルダ１０７が連結用ブラケット１０６に対して所定の角度揺動可能にしている。この回動機構は例えばピン１２６とボールベアリング１２７とを用い、スキージ３１がスクリーン２５の表面に対して軽くイコライズする構成になっている。

ここで連結用ブラケット１０６は一対のフックレバー１１７をその挿入穴１１６に内蔵しており、しかもねじりコイルばねによって図１６において矢印で示したように、フックレバー１１７の先端側の爪１１８が支持体３３の側面の係止用切欠き１１１に係合する方向に回動付勢されている。

連結用ブラケット１０６はその挿入穴１１６にインロウ構造で支持体３３を受入れるようになっており、このときに上記フックレバー１１７の爪１１８が係止用切欠き１１１に係止するようになっている。そして連結用ブラケット１０６と支持体３３とを連結した後に、連結用ブラケット１０６の切欠き１１９を通して本締め用ねじ１２０を上記支持体３３の雌ねじ孔１１３に締付けることによって連結用ブラケット１０６と支持体３３とが再現性よく確実に結合固定されるようになる。

以上本願の発明を図示の一実施の形態によって説明したが、本願の発明は上記実施の形態によって限定されることなく、本願に含まれる発明の技術的思想の範囲内において各種の変更が可能である。例えば上記実施の形態はクリーム半田の印刷装置に関するものであるが、本願の発明はその他各種のペースト状物質の印刷装置に広く適用可能である。

１０‥‥支持ベース、１１、１２‥‥案内レール、１３‥‥キャリッジ、１４‥‥カメラユニット、１５‥‥画像認識カメラ、１８‥‥キャリッジ、１９‥‥クリーニングユニット、２０‥‥クリーニングテープ、２１‥‥繰出しローラ、２２‥‥巻取りローラ、２５‥‥スクリーン、２６‥‥枠体、２７‥‥取付けフレーム、３１、３２‥‥スキージ、３３、３４‥‥支持体、３５、３６‥‥エアシリンダ、３７、３８‥‥案内レール、３９‥‥キャリッジ、４３‥‥ベース、４４‥‥Ｚ軸ガイド、４５‥‥Ｚ軸テーブル、４６‥‥エアシリンダ、４７‥‥ロッド、４８‥‥ストッパ、５０‥‥位置決めユニット、５１‥‥Ｙ軸テーブル、５２‥‥Ｘ軸テーブル、５３‥‥θ軸テーブル、５４‥‥取付け板、５５‥‥Ｚ軸ガイド、５６‥‥Ｚ軸テーブル、５８‥‥ボールねじ、６０‥‥基板取付け治具、６１‥‥基板、６５、６６‥‥支持体、６７‥‥固定ガイド、６８‥‥ベース、６９‥‥移動ガイド、７０‥‥コンベアベルト、７３、７４‥‥アーム、７５、７６‥‥支持部材、７７、７８‥‥押え爪、８１‥‥搬入コンベア、８２‥‥搬出コンベア、８５‥‥シリンダ、８６‥‥修正ピン、９１、９２‥‥ヒンジ、９３、９４‥‥エアシリンダ、９５、９６‥‥摺動板、９８‥‥摺動板、１０６‥‥連結用ブラケット、１０７‥‥スキージホルダ、１０８‥‥押え板、１１１‥‥係止用切欠き、１１２‥‥凹部、１１３‥‥雌ねじ孔、１１６‥‥挿入穴、１１７‥‥フックレバー、１１８‥‥爪、１１９‥‥切欠き、１２０‥‥本締め用ねじ、１２３‥‥突部、１２４、１２５‥‥挿通孔、１２６‥‥ピン、１２７‥‥ボールベアリング、１３０‥‥エンドプレート

Claims

スクリーンの下面にワークを重合わせてペースト状物質を前記ワークの表面に印刷するようにしたスクリーン印刷装置において、
前記ワークを前記スクリーンの下面に対して重合わせる昇降可能な位置決めユニットと、
前記スクリーン上を移動して前記ペースト状物質を印刷するスキージと、
前記ワークを搬送するコンベアベルトと、
前記スキージの移動方向に沿って前記位置決めユニットの両側に位置するようにそれぞれ設けられた、前記コンベアベルトを支持する１対のガイドと、
を具備し、印刷を終った状態で前記スキージが前記スクリーン上の前記ワークから外れた位置で停止するとともに、そのときの前記スキージの印圧が前記１対のガイドによって受けられ、前記位置決めユニットによって前記ワークが前記スクリーンから離れた後に前記スキージが上昇することを特徴とするスクリーン印刷装置。
前記ワークの表面が前記１対のガイドの上面よりも微小量高く設定されることを特徴とする請求項１に記載のスクリーン印刷装置。
前記ワークの表面が前記１対のガイドの上面よりも０．０３〜１．０ｍｍ高く設定されることを特徴とする請求項２に記載のスクリーン印刷装置。
前記位置決めユニットによって前記ワークが下降するときの前記スクリーンの下方への変形が前記１対のガイドによって規制されることを特徴とする請求項１に記載のスクリーン印刷装置。
前記スキージの移動方向と直交する方向であって前記位置決めユニットの両側に位置する前記１対のガイドの内の一方が他方に対して移動可能であって、前記ワークを両側から挟着することを特徴とする請求項１に記載のスクリーン印刷装置。
ワークが回路基板であることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載のスクリーン印刷装置。
ペースト状物質がクリーム半田であることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載のスクリーン印刷装置。