JP7369907B2 - スキージおよび印刷装置 - Google Patents

Description

本発明は、マスクを介して基板にペーストを印刷する印刷装置に用いられるスキージおよびこのスキージが用いられた印刷装置に関する。

印刷装置は、マスク上に供給された半田ペーストを、マスク上を摺動するスキージによってマスクに設けられた開口に充填させて基板上に印刷している。スキージは、マスクに接触して半田ペーストをマスクの開口に充填させる板状のブレードと、ブレードをマスクに対して傾斜させて保持する保持部とを備えている。印刷時は、ブレードに対してマスクの方向に押し込む適度な押し込み圧力を加えながらマスク上を摺動させることで、半田ペーストを基板に適切に印刷することができる。

このようなブレードの材料として、ウレタンや金属が知られている。ウレタン製のブレードは柔軟性があるため、ブレードをマスクに押し込む量を増減することでブレードの下端部のしなり量を変更してマスクに対するブレードの傾き（アタック角）を変更することが可能であり、押し込み圧力の調整が容易である。一方で、ウレタン製のブレードは、繰り返し使用できる寿命が短いという欠点がある。金属製のブレードは寿命が長いという特徴があるが、一方で柔軟性に欠けるためしなり量の変化は小さく、アタック角を小さくして充填力を増すことが困難という欠点がある。そこで、特許文献１では、金属製ブレードの欠点を補うために金属製ブレードの下端の一部に厚みを薄くした帯状の凹部を形成し、押し込み圧力により凹部を湾曲させることでブレードの下端部を印刷に適した角度に傾斜させることが提案されている。

特開２００９－４５８３９号公報

しかしながら、特許文献１では、ブレードの押し込み量を増やすと凹部の湾曲は大きくなって下端部のアタック角が小さくはなるが、ブレードの下端部に十分な押し込み圧力が伝わらずに逃げてしまうため半田ペーストの充填力には限界があり、基板に半田ペーストを適切に印刷できない場合があるという課題があった。

そこで本発明は、基板に半田ペーストを適切に印刷することができるスキージおよび印刷装置を提供することを目的とする。

本発明のスキージは、所定の開口が設けられたマスク上を摺動して、基板上にペーストを印刷するスキージであって、前記マスクに向き、前記ペーストを印刷方向に移動させる第１の主面と、前記第１の主面に対向する第２の主面を有するブレードと、前記ブレードを前記マスクに対して傾斜させて保持する保持部と、印刷時の前記ブレードの角度を規制する規制部と、を備え、前記ブレードの前記第２の主面には、前記ブレードの幅方向に沿って線状の低剛性部が設けられ、前記規制部は、前記低剛性部を支点として屈曲する前記ブレードを所定の角度で規制する。

本発明の印刷装置は、請求項１から６のいずれかに記載のスキージを備え、前記基板上にペーストを印刷する。

本発明によれば、基板に半田ペーストを適切に印刷することができる。

本発明の一実施の形態の印刷装置の構造説明図 本発明の一実施の形態の印刷装置の構造を示す正面図 （ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態のスキージの構造説明図 本発明の一実施の形態のスキージの構造を示す正面図 （ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の一実施の形態の印刷装置による印刷工程の説明図 （ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の一実施の形態の第２のスキージの構造と機能を説明する図 （ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の一実施の形態の第３のスキージの構造と機能を説明する図 （ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の一実施の形態の第４のスキージの構造と機能を説明する図

以下に図面を用いて、本発明の一実施の形態を詳細に説明する。以下で述べる構成、形状等は説明のための例示であって、印刷装置の仕様に応じ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において対応する要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。以下、基板の搬送方向（図２における左右方向）をＸ方向、Ｘ方向と水平面内において直交する方向（図１における左右方向）をＹ方向、水平面に直交する方向（図１における上下方向）をＺ方向と定義する。

まず図１、図２を参照して、印刷装置１の構造を説明する。印刷装置１の基台上には、基板搬送機構２がＸ方向に設置されている。印刷装置１は、制御部Ｃを備えている。基板搬送機構２は制御部Ｃによって制御され、上流側から搬入された基板３をＸ方向へ搬送し、所定のクランプ位置で基板３を保持して昇降させる。また、基板搬送機構２は、印刷作業が完了した基板３を下流側に搬出する。基板３は、半田ペースト、フラックス、導電性接着剤、銀ペースト、インク等のペーストＰが転写される被印刷物である。

クランプ位置に保持された基板３の上方には、基板３の上面に形成された電極３ａ（図５参照）に対応する位置に設けられた複数の開口４ａ（図５参照）を有するマスク４が設置されている。マスク４の上方には、印刷ヘッド移動機構５によってＹ方向に移動する印刷ヘッド６が備えられている。印刷ヘッド移動機構５は、Ｙ方向に延伸する送りねじ７と、送りねじ７を回転駆動するモータ８を備えている。印刷ヘッド６は、送りねじ７のネジ山と係合するネジ山を有して送りねじ７の回転によってＹ方向に移動する移動ベース９を備えている。モータ８は制御部Ｃによって制御され、送りねじ７を正方向または逆方向に回転駆動することにより、移動ベース９を備える印刷ヘッド６がＹ方向に往復移動する。

図１、図２において、印刷ヘッド６は、移動ベース９の上部にＹ方向に並ぶ２つの昇降シリンダ１０を備えている。昇降シリンダ１０は、それぞれ移動ベース９を貫いて下方に延伸している昇降軸１１を昇降させる。昇降軸１１の下端には、それぞれ保持部１２が設けられている。保持部１２は、それぞれブレード１３をマスク４に対して傾斜させて保持している。各ブレード１３は、それぞれマスク上を摺動する方向に傾斜している。

２つの昇降シリンダ１０は、制御部Ｃによって制御されている。ペーストＰを基板３に印刷する際は、制御部Ｃは昇降シリンダ１０をそれぞれ制御して、一方の保持部１２を下降させてブレード１３をマスク４上に当接させる（図１参照）。その後、制御部Ｃは印刷ヘッド移動機構５を制御して、印刷ヘッド６をマスク４に当接したブレード１３が傾斜する方向に移動させる。これにより、ブレード１３はマスク４上を摺動してペーストＰをマスク４の開口４ａに充填させる（図５（ａ）参照）。

このように、保持部１２とブレード１３は、所定の開口４ａが設けられたマスク４上を摺動して、基板３上にペーストＰを印刷するスキージ１４を構成する。その後、基板３をマスク４から離反させることで基板３の電極３ａにペーストＰが転写（印刷）される（図５（ｃ）参照）。

次に図３～５を参照して、スキージ１４の詳細な構造について説明する。図３（ａ）、図３（ｂ）はスキージ１４の側面図であり、図３（ｂ）はスキージ１４の下端付近の拡大図である。図４は、後述するブレード１３の第２の主面１３ｂ側から見たスキージ１４の正面図である。図５（ａ）は、ブレード１３がマスク４の開口４ａにペーストＰを充填している様子を模式的に表している。

図３、図４において、ブレード１３は金属材料（例えばステンレス）から構成された板材であり、マスク４に対して第１の傾き角θ１（θ１＜９０°）だけ傾けた状態で上端側を保持部１２に固定されている。印刷時には、スキージ１４はブレード１３が有する２つの面のうち、マスク４に向いた第１の主面１３ａの方向（印刷方向）に移動する（図５（ａ）の矢印ｂ）。すなわち、金属の板材であるブレード１３が有する２つの面のうち、マスク４に向いた第１の主面１３ａがペーストＰに接触可能で、ペーストＰを印刷方向に移動させる。

ブレード１３が有する２つの面のうち第１の主面１３ａに対向する第２の主面１３ｂは、上方を向いておりペーストＰを移動させない。第２の主面１３ｂには、ブレード１３がマスク４に接触する接触端部１３ｃ（ブレード１３の下端）から保持部１２の間に、第２の主面１３ｂからブレード１３の内部の途中まで切り欠かれた切欠き１３ｄが形成されている。すなわち、保持部１２に保持されずに露出しているブレード１３の第２の主面１３ｂの一部には、切欠き１３ｄが形成されている。

図４において、切欠き１３ｄは、接触端部１３ｃと平行に、ブレード１３の左右の側面１３ｅまでブレード１３の幅方向（Ｘ方向）に沿って第２の主面１３ｂに形成されている。第２の主面１３ｂに設けられる線状の切欠き１３ｄは、ブレード１３の厚さが薄くなっており、ブレード１３の剛性が他の部分より低くなった低剛性部である。すなわち、ブレード１３の第２の主面１３ｂには、ブレード１３の幅方向に沿って線状の低剛性部（切欠き１３ｄ）が設けられている。

図５（ａ）に示すように、印刷時にスキージ１４を下降させてブレード１３の接触端部１３ｃがマスク４に接触してから、さらにスキージ１４を押し下げると（矢印ａ）、ブレード１３は低剛性部である切欠き１３ｄを支点として屈曲する。この時の、ブレード１３の切欠き１３ｄより下方の下端部１３ｆがマスク４と成す第２の傾き角θ２がアタック角であり、ブレード１３が保持部１２に保持された第１の傾き角θ１より小さい（θ２＜θ１）。そして、第１の傾き角θ１から第２の傾き角θ２を引いた残りの第３の傾き角θ３が、切欠き１３ｄを支点としてブレード１３が屈曲する角度である。

図３、図４において、ブレード１３の第２の主面１３ｂには、ブレード１３の左右の側面１３ｅまでブレード１３の幅方向（Ｘ方向）に沿って、帯状の規制板材１５が接合されている。規制板材１５は、剛性のある金属材料（例えばステンレス）などから構成された板材であり、切欠き１３ｄの上方で第２の主面１３ｂに接合されている。規制板材１５は、下面１５ａ側の一部が切欠き１３ｄと重なっている。

図５（ａ）において、スキージ１４を押し下げると第３の傾き角θ３が大きくなり、屈曲したブレード１３の下端部１３ｆが規制板材１５の下面１５ａに接近する。そして、下端部１３ｆの第２の主面１３ｂの一部または切欠き１３ｄの一部が規制板材１５の下面１５ａに当接すると、ブレード１３の屈曲が規制される。すなわち、第２の主面１３ｂ上に接合された帯状の板材である規制板材１５は、低剛性部（切欠き１３ｄ）を支点として屈曲するブレード１３を所定の角度（第３の傾き角θ３）で規制する規制部である。このように、規制部は、印刷時のブレード１３の角度（第２の傾き角θ２）を規制する。

次に図５（ａ）～図５（ｃ）を参照して、スキージ１４を使用して基板３上にペーストＰを印刷する工程について説明する。図５（ａ）において、スキージ１４は、規制板材１５でブレード１３の角度が規制されてから、所定の印圧がマスクに加わる状態までさらに押し下げられる（矢印ａ）。所定の印圧になると、スキージ１４は第１の主面１３ａの方向に移動する（矢印ｂ）。これにより、マスク４に当接したブレード１３はペーストＰを掻き寄せながらマスク４上を摺動する。この過程で屈曲したブレード１３の下端部１３ｆが開口４ａを通過するとき、その開口４ａにペーストＰが押し込まれて充填される。

１枚の基板３に対するマスク４上の移動が終了すると、スキージ１４は元の高さまで上昇する。スキージ１４が上昇してブレード１３がマスク４から離れると、ブレード１３はブレード１３の有する復元力により図３（ａ）に示す屈曲していない状態に戻る。図５（ｂ）は、スキージ１４の摺動が終了し、マスク４の各開口４ａにペーストＰが充填されている状態を示している。図５（ｃ）において、次いで基板３を下降させてマスク４から離反させると（矢印ｃ）、基板３の電極３ａ上にペーストＰが転写（印刷）される。

上記説明したように、スキージ１４は、ペーストＰに接触する第１の主面１３ａと第１の主面１３ａに対向する第２の主面１３ｂを有するブレード１３と、ブレード１３をマスク４に対して傾斜させて保持する保持部１２と、印刷時のブレード１３の角度（第２の傾き角θ２）を規制する規制部（規制板材１５）と、を備えている。そして、ブレード１３の第２の主面１３ｂには、ブレード１３の幅方向に沿って線状の低剛性部（切欠き１３ｄ）が設けられ、規制部は、低剛性部を支点として屈曲するブレード１３を所定の角度（第３の傾き角θ３）で規制する。これによって、基板３に半田ペースト（ペーストＰ）を適切に印刷することができ、スキージ１４を繰り返し使用できる寿命も長くすることができる。

なお、ブレード１３の接触端部１３ｃから切欠き１３ｄまでの長さ（すなわち、ブレード１３の下端部１３ｆの長さ）、規制板材１５の形状、規制板材１５の接合位置、切欠き１３ｄの形状（大きさ、深さなど）は、印刷時の印圧、ペーストＰの粘度、マスク４の開口４ａの形状などを考慮して設計される。

次に図６を参照して、印刷装置１に装着される第２のスキージ１６の構造について説明する。図６（ａ）、図６（ｂ）は第２のスキージ１６の側面図であり、図６（ｂ）は第２のスキージ１６の下端付近の拡大図である。図６（ｃ）は、第２のスキージ１６により基板３上にペーストＰを印刷している様子を模式的に表している。第２のスキージ１６は、図３～５に示すスキージ１４とブレード１３の形状は同じで、ブレード１３には規制板材１５は接合されておらず、保持部１７の構造が異なっている。以下、同じ構造には同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

図６（ａ）において、保持部１７は、ブレード１３をマスク４に対して傾斜させた姿勢で保持する。保持部１７において、ブレード１３の第２の主面１３ｂを保持する延伸部１７ａは、ブレード１３の第２の主面１３ｂに形成された切欠き１３ｄ付近まで延伸している。図６（ｂ）において、延伸部１７ａの下端であって第２の主面１３ｂに近接する位置には、第２の主面１３ｂから第４の傾き角θ４の角度を有する下端規制面１７ｂが保持部１７の幅方向（Ｘ方向）に沿って形成されている。

図６（ｃ）において、印刷時のブレード１３における切欠き１３ｄを支点とする屈曲は、保持部１７の下端規制面１７ｂにブレード１３の切欠き１３ｄ付近の第２の主面１３ｂが当接することで規制される。このように、第２のスキージ１６の保持部１７は、所定の角度（第４の傾き角θ４）の先端形状（下端規制面１７ｂ）を有しており、低剛性部（切欠き１３ｄ）を支点として屈曲するブレード１３を所定の角度（第４の傾き角θ４）で規制する規制部である。

次に図７を参照して、印刷装置１に装着される第３のスキージ１８の構造について説明する。図７（ａ）、図７（ｂ）は第３のスキージ１８の側面図であり、図７（ｂ）は第３のスキージ１８の下端付近の拡大図である。図７（ｃ）は、第３のスキージ１８により基板３上にペーストＰを印刷している様子を模式的に表している。第３のスキージ１８は、図３～５に示すスキージ１４と保持部１２は同じで、ブレード１９の構造が異なっており、ブレード１９には規制板材１５は接合されていない。また、ブレード１９に形成された切欠き１９ｃの形状がブレード１３の切欠き１３ｄとは異なっている。

図７（ａ）において、ブレード１９は金属材料（例えばステンレス）から構成された板材である。保持部１２は、ブレード１９の第１の主面１９ａ側をマスク４に対して傾斜させた姿勢でブレード１９を保持する。ブレード１９が有する２つの面のうち、第１の主面１９ａに対向する第２の主面１９ｂには、切欠き１９ｃがブレード１９の幅方向（Ｘ方向）に沿って形成されている。図７（ｂ）において、切欠き１９ｃは、平面状の第１の切欠き内面１９ｄと平面状の第２の切欠き内面１９ｅで形成されるＶ字形の溝であり、第１の切欠き内面１９ｄと第２の切欠き内面１９ｅが成す角度は第５の傾き角θ５である。

図７（ｃ）において、印刷時のブレード１９における切欠き１９ｃを支点とする屈曲は、切欠き１９ｃの第１の切欠き内面１９ｄと第２の切欠き内面１９ｅが互いに当接することで規制される。なお、ブレード１９の屈折を規制する箇所は互いに当接する面（第１の切欠き内面１９ｄ、第２の切欠き内面１９ｅ）に限定されることはなく、第２の主面１９ｂの表面に現れる切欠き１９ｃの２つの並行するエッジ部であってもよい。

このように、ブレード１９の第２の主面１９ｂに設けられる線状の切欠き１９ｃは、切欠き１９ｃを支点としてブレード１９を屈曲させる低剛性部である。そして、切欠き１９ｃが有する第１の箇所（第１の切欠き内面１９ｄ）および第１の箇所と当接可能な第２の箇所（第２の切欠き内面１９ｅ）は、低剛性部（切欠き１９ｃ）を支点として屈曲するブレード１９を所定の角度（第５の傾き角θ５）で規制する規制部である。

次に図８を参照して、印刷装置１に装着される第４のスキージ２０の構造について説明する。図８（ａ）、図８（ｂ）は第４のスキージ２０の側面図であり、図８（ｂ）は第４のスキージ２０の下端付近の拡大図である。図８（ｃ）は、第４のスキージ２０により基板３上にペーストＰを印刷している様子を模式的に表している。第４のスキージ２０は、第２のスキージ１６と保持部１７は同じで、ブレード２１の構造が異なっている。

図８（ａ）、図８（ｂ）において、ブレード２１は金属材料（例えばステンレス）から構成された板材である。保持部１７は、ブレード２１の第１の主面２１ａ側をマスク４に対して傾斜させた姿勢で、ブレード２１を保持する。ブレード２１が有する２つの面のうち、第１の主面２１ａに対向する第２の主面２１ｂには、線状の軟化部２１ｃがブレード２１の幅方向（Ｘ方向）に沿って形成されている。

軟化部２１ｃは、ブレード２１の第２の主面２１ｂをレーザ光や電磁加熱装置によって線状に加熱することで形成される。すなわち、金属であるブレード２１を加熱することで、軟化部２１ｃの性質が変化して硬度が加熱前より低くなっている。すなわち、第２の主面２１ｂに設けられる線状の軟化部２１ｃは、低剛性部である。そのため、図８（ｃ）に示すように、印刷時にブレード２１を下降させると、マスク４に当接したブレード２１は軟化部２１ｃを支点として屈曲し、ブレード２１の下端部２１ｄがマスク４に対して傾斜する。そして、印刷時のブレード２１の屈曲は、保持部１７の下端規制面１７ｂにブレード２１の軟化部２１ｃ付近の第２の主面２１ｂが当接することで規制される。

このように、印刷装置１には、スキージ１４、第２のスキージ１６、第３のスキージ１８、第４のスキージ２０のいずれかが装着され、基板３上にペーストＰを印刷する。なお、印刷装置１に装着するスキージはこれらに限定されることはなく、第２の主面に線状の低剛性部を有するブレードと、ブレードをマスク４に対して傾斜させて保持する保持部と、印刷時のブレードの角度を規制する規制部を備えていればよい。

例えば、スキージ１４のブレード１３を第４のスキージ２０の軟化部２１ｃを有するブレード２１に置き換え、ブレード２１の第２の主面２１ｂに規制板材１５を接合した構成であってもよい。すなわち、このスキージは、ブレード２１は金属の板材であり、低剛性部は第２の主面２１ｂに設けられる線状の軟化部２１ｃであり、規制部は第２の主面２１ｂ上に接合された帯状の板材（規制板材１５）である。

なお、上記は印刷装置１がペーストＰを印刷する被印刷物として、部品が実装されるプリント基板などの基板３を例に説明したが、被印刷物は基板３に限定されることはない。例えば、被印刷物はインクなどのペーストＰが印刷されるＴシャツなどの衣類であっても、ガラス、陶磁器などであってもよい。

本発明のスキージおよび印刷装置は、基板に半田ペーストを適切に印刷することができるという効果を有し、部品を基板に実装する分野において有用である。

１ 印刷装置
３ 基板
４ マスク
４ａ 開口
１２、１７ 保持部
１３、１９、２１ ブレード
１３ａ、１９ａ、２１ａ 第１の主面
１３ｂ、１９ｂ、２１ｂ 第２の主面
１３ｄ、１９ｃ 切欠き（低剛性部）
１４ スキージ
１５ 規制板材（規制部）
１６ 第２のスキージ（スキージ）
１７ｂ 下端規制面（規制部）
１８ 第３のスキージ（スキージ）
１９ｄ 第１の切欠き内面（第１の箇所、規制部）
１９ｅ 第２の切欠き内面（第２の箇所、規制部）
２０ 第４のスキージ（スキージ）
２１ｃ 軟化部（低剛性部）
Ｐ ペースト
θ２ 第２の傾き角（ブレードの角度）
θ３ 第３の傾き角（所定の角度）
θ４ 第４の傾き角（所定の角度）
θ５ 第５の傾き角（所定の角度）

Claims (7)

1. 所定の開口が設けられたマスク上を摺動して、基板上にペーストを印刷するスキージであって、
   前記マスクに向き、前記ペーストを印刷方向に移動させる第１の主面と、前記第１の主面に対向する第２の主面を有するブレードと、
   前記ブレードを前記マスクに対して傾斜させて保持する保持部と、
   印刷時の前記ブレードの角度を規制する規制部と、を備え、
   前記ブレードの前記第２の主面には、前記ブレードの幅方向に沿って線状の低剛性部が設けられ、
   前記規制部は、前記低剛性部を支点として屈曲する前記ブレードを所定の角度で規制する、スキージ。
2. 前記低剛性部は、前記第２の主面に設けられる線状の切欠きであり、
   前記規制部は、前記第２の主面上に接合された帯状の板材である、請求項１に記載のスキージ。
3. 前記低剛性部は、前記第２の主面に設けられる線状の切欠きであり、
   前記規制部は、前記所定の角度の先端形状を有する前記保持部である、請求項１に記載のスキージ。
4. 前記ブレードは、金属の板材であり、
   前記低剛性部は、前記第２の主面に設けられる線状の軟化部であり、
   前記規制部は、前記第２の主面上に接合された帯状の板材である、請求項１に記載のスキージ。
5. 前記ブレードは、金属の板材であり、
   前記低剛性部は、前記第２の主面に設けられる線状の軟化部であり、
   前記規制部は、前記所定の角度の先端形状を有する前記保持部である、請求項１に記載のスキージ。
6. 前記低剛性部は、前記第２の主面に設けられる線状の切欠きであり、
   前記規制部は、前記切欠きが有する第１の箇所および前記第１の箇所と当接可能な第２の箇所である、請求項１に記載のスキージ。
7. 請求項１から６のいずれかに記載のスキージを備え、前記基板上にペーストを印刷する印刷装置。

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