JP2003152395A - 電子部品実装装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 重量バランスを改善して、回転位置決め精度
や動作タクトタイムを改善することができる電子部品実
装装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 電子部品を基板に対して押圧することに
より電子部品を基板に実装する電子部品実装装置におい
て、実装ヘッドに設けられ上下方向に摺動自在かつ軸心
廻りに回転自在に保持された垂直な回転軸３０の下端部
に、振動子１４によって重心位置が回転軸３０の軸心か
ら偏心したボンディングツール１３を結合し、ボンディ
ングツール１３の重心位置の偏心方向と反対側に重心が
位置するように、リニアスケール２９を保持するブラケ
ット２８ａおよび読み取りヘッド２７を保持するブラケ
ット２６を配置し、ボンディングツール１３の偏心に対
するバランス部材とする。これにより、実装ヘッドの重
量バランスを改善して、回転位置決め精度や動作タクト
タイムを改善することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品を基板に
実装する電子部品実装装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子部品を基板に実装する実装ヘッド
は、電子部品を基板に対して押圧する押圧荷重を発生す
る荷重発生手段を備えており、この荷重発生手段として
可動コイルと固定マグネットとの組み合わせによるボイ
スコイル型モータを用いる方法が知られている。この方
法は、電子部品に当接して保持する保持ツールに軸部材
を介して可動コイルを結合し、固定マグネットが作る磁
界の中でこの可動コイルに通電することにより固定マグ
ネットとの間に発生する電磁力を保持ツールを介して電
子部品に伝達するものである。そして実装方法として超
音波接合を用いる実装装置では、電子部品を保持する保
持ツールに超音波振動を発生する振動子が装着され、電
子部品には保持ツールを介して押圧荷重ととも超音波振
動が伝達される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述のよ
うに保持ツールに振動子を装着する場合には、振動子は
保持ツールの一方側のみに装着されることから、実装ヘ
ッド全体の重量配分において、重心位置が実装ヘッドの
軸部材の中心から外れる偏心が生じる。そしてこの偏心
状態のまま実装ヘッドを水平方向に高速移動すると、軸
部材には実装ヘッドの往復動における加減速時に慣性に
よる回転力が生じ、軸部材の回転動作が不安定となる。

【０００４】この不安定動作は、軸部材による回転方向
の位置決め精度に悪影響を及ぼすのみならず、動作時間
を遅らせる原因ともなる。すなわち実装ヘッドの昇降動
作は、制御プログラム上軸部材の回転動作が整定した状
態でのみしか行われないようになっていることから、回
転動作の不安定は昇降動作のタイミングの遅延をもたら
す。このように、ボイスコイル型モータを用いた従来の
電子部品実装装置には、振動子の配置に起因する重量バ
ランスの不具合によって回転位置決め精度や動作タクト
タイムへの悪影響をさけることが困難であるという問題
点があった。

【０００５】そこで本発明は、重量バランスを改善し
て、回転位置決め精度や動作タクトタイムを改善するこ
とができる電子部品実装装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の電子部品
実装装置は、電子部品を基板に対して押圧することによ
り電子部品を基板に実装する電子部品実装装置であっ
て、垂直な回転軸と、この回転軸を上下方向に摺動自在
かつ軸心廻りに回転自在に保持する軸保持部と、前記回
転軸を上下方向に移動させる昇降駆動手段と、前記回転
軸を連結部を介して前記軸心廻りに回転させる回転駆動
手段と、前記回転軸の下端部に重心位置が前記軸心から
偏心した配置で装着された電子部品保持ツールと、前記
回転軸に前記電子部品保持ツールの重心位置の反対側に
重心が位置するように配置されたバランス部材とを備え
た。

【０００７】請求項２記載の電子部品実装装置は、請求
項１記載の電子部品実装装置であって、前記バランス部
材が、前記回転軸の軸方向の位置を検出する位置検出手
段を取り付けるブラケットを含む。

【０００８】請求項３記載の電子部品実装装置は、請求
項１記載の電子部品実装装置であって、前記電子部品保
持ツールが、超音波振動伝達用の横長形状のホーン部材
と、このホーン部材の一端部に結合された振動子を含
む。

【０００９】請求項４記載の電子部品実装装置は、請求
項１記載の電子部品実装装置であって、前記軸保持部の
上方に前記バランス部材を配置し、この軸保持部に前記
昇降駆動手段を設けた。

【００１０】請求項５記載の電子部品実装装置は、請求
項１記載の電子部品実装装置であって、前記昇降駆動手
段が、前記軸保持部に装着されたマグネットと前記回転
軸に一体的に装着された移動部材に設けた可動コイルで
構成されるボイスコイル型モータである。

【００１１】請求項６記載の電子部品実装装置は、請求
項２記載の電子部品実装装置であって、前記回転駆動手
段の出力軸に、前記回転軸と回転方向へは一体的に連結
しかつ上下方向へは摺動自在に連結する連結部を設け、
前記バランス部材は、前記回転軸に一体的に装着された
第１部材と前記連結部に一体的に装着された第２部材と
で構成され、前記位置検出手段のリニアスケールを前記
第１部材に装着し、このリニアスケールを読みとる読み
とりヘッドを前記第２部材に装着した。

【００１２】本発明によれば、回転軸の下端部に重心位
置が前記軸心から偏心した配置で装着された電子部品保
持ツールと、回転軸に電子部品保持ツールの重心位置の
反対側に重心が位置するように配置されたバランス部材
とを備えることにより、実装ヘッドの重量バランスを改
善して、回転位置決め精度や動作タクトタイムを改善す
ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の電子
部品実装装置の正面図、図２は本発明の一実施の形態の
電子部品実装装置の斜視図、図３は本発明の一実施の形
態の電子部品実装装置の実装ヘッドの断面図、図４は本
発明の一実施の形態の電子部品実装装置の実装ヘッドの
重量分布を示す説明図、図５は本発明の一実施の形態の
電子部品実装装置の実装ヘッドの上下位置検出センサの
動作説明図である。

【００１４】まず図１、図２を参照して電子部品実装装
置の構成を説明する。図１において、電子部品実装装置
１は、基台２上に配設された基板保持部３、部品供給部
６および実装部１０によって構成されている。基板保持
部３は保持ステージ４を備えており、保持ステージ４上
には電子部品実装対象となる基板５が保持されている。
部品供給部６に載置された部品トレイ７には、電子部品
８が多数収納されている。

【００１５】図２に示すように実装部１０は、実装ヘッ
ド１２を移動テーブル１１によって移動自在に配設した
構成となっており、実装ヘッド１２の下端部には、電子
部品保持ツールであるボンディングツール１３が装着さ
れている。ボンディングツール１３は、水平な横長形状
のホーン１３ａを備えており、ホーン１３ａは保持部１
３ｂによって実装ヘッド１２の下端部に結合されてい
る。ホーン１３ａの下面には接合作用部１３ｃが突設さ
れており、接合作用部１３ｃは電子部品８の上面に当接
して吸着保持するとともに、電子部品８を基板５に対し
て押圧することにより電子部品８を基板５に実装する。

【００１６】ホーン１３ａの一方側の端部には振動子１
４が装着されており、振動子１４を駆動することによ
り、超音波振動伝達用のホーン１３ａを介して接合作用
部１３ｃには超音波振動が伝達される。これにより、ボ
ンディングツール１３によって電子部品８を基板に押圧
する際に、電子部品８には接合作用部１３ｃを介して超
音波振動が付与される。

【００１７】次に図３を参照して、移動テーブル１１お
よび実装ヘッド１２の構造について説明する。図３にお
いて、移動テーブル１１のフレーム１１ａには、ガイド
レール１６が２本水平方向に配設されており、ガイドレ
ール１６にスライド自在に嵌合したスライダ１５には、
垂直なプレート１１ｂが固着されている。

【００１８】プレート１１ｂには、実装ヘッド１２の本
体を構成する保持部材２０が結合されている。保持部材
２０の上面にはモータ２１が垂直に配設されており、モ
ータ２１の出力軸２１ａには、ベアリング２３によって
軸支されたカップリング部材２２が結合されている。カ
ップリング部材２２の下部には、ボールスプライン２４
が装着されており、ボールスプライン２４には垂直な回
転軸３０の上部のスプライン軸部３０ｂが上下方向に摺
動自在に嵌合している。

【００１９】モータ２１を回転駆動することにより、回
転軸３０にはボールスプライン２４およびスプライン軸
部３０ｂを介して回転が伝達され、回転軸３０は軸心廻
りに回転する。このとき、ボールスプライン２４に対し
てスプライン軸部３０ｂの上下方向の相対変位が許容さ
れる。すなわち、ボールスプライン２４が装着されたカ
ップリング部材２２およびスプライン軸部３０ｂは、モ
ータ２１の出力軸２１ａに設けられた連結部となってい
る。この連結部は、モータ２１を回転軸３０に回転方向
へは一体的に連結しかつ上下方向へは摺動自在に連結す
る。モータ２１は、回転軸３０をこの連結部を介して軸
心周りに回転させる回転駆動手段となっている。

【００２０】次に回転軸３０の上下方向の位置を検出す
る位置検出手段について説明する。この位置検出手段
は、上下位置検出用に回転軸３０に装着されたドグ部材
２８の左側面（移動テーブル１１と反対側面）から上方
に突出したブラケット２８ａによって回転軸３０に装着
されたリニアスケール２９、およびブラケット２６によ
ってカップリング部材２２の左側面に装着された読みと
りヘッド２７によって構成される。リニアスケール２９
と読みとりヘッド２７は相対向して配置されており、リ
ニアスケール２９の上下方向の変位を読みとりヘッド２
７で読みとることにより、回転軸３０の上下方向の位置
が検出される。

【００２１】ドグ部材２８を挟んで、２つの光学センサ
３１，３２が配設されている。光学センサ３１，３２は
後述するように、それぞれ投光部と受光部とを備えた透
過式の光学センサであり、回転軸３０の上下方向の変位
が予め設定された上限範囲・下限範囲に到達したことを
検知する。

【００２２】保持部材２０の下面には、内筒部３４ｄ、
外筒部３４ｂよりなる二重円筒状のブロック３４が固着
されており、ブロック３４の中心に上下に貫通して設け
られた中心孔３４ａには、スライドベアリング３３が装
着されている。スライドベアリング３３には、回転軸３
０が軸心廻りに回転自在にかつ上下方向に摺動自在に嵌
合している。スライドベアリング３３が装着された内筒
部３４ｄは、回転軸３０を上下方向に摺動自在かつ軸心
廻りに回転自在に保持する軸保持部となっている。回転
軸３０の下端部３０ａは、結合部材３８を介してボンデ
ィングツール１３の保持部１３ｂと結合されている。

【００２３】ブロック３４には内筒部３４ｄ、外筒部３
４ｂを隔てる円周溝３４ｃが設けられており、内筒部３
４ｄの外周には円筒状のマグネット３５が装着されてい
る。マグネット３５とブロック３４の外筒部３４ｂの間
には、回転軸３０と結合部材３８を介して一体的に移動
する移動部材３７に保持された可動コイル３６が挿入さ
れている。内筒部３４ｄに固定されたマグネット３５と
可動コイル３６は、ボイスコイル型モータを構成する。

【００２４】可動コイル３６の通電電流を変化させるこ
とにより、移動部材３７を介して可動コイル３６と結合
された回転軸３０は上下方向に変位する。したがってマ
グネット３５と可動コイル３６より構成されるボイスコ
イル型モータは、回転軸３０を上下方向に移動させる昇
降駆動手段となっている。この回転軸３０の上下方向の
変位によりボンディングツール１３は上下動し、接合作
用部１３ｃによって電子部品８を基板５に押圧する。

【００２５】ここで、回転軸３０、ボンディングツール
１３および回転軸３０とボンディングツール１３の保持
部１３ｂとを結合する結合部材３８の材質について説明
する。回転軸３０、ボンディングツール１３には、これ
らの部材には硬度・靭性が求められることから、マルテ
ンサイト系ステンレス鋼を熱処理した高靭性・高硬度の
磁性体材質が用いられる。これに対し、結合部材３８
は、オーステナイト系ステンレス鋼など、非磁性体の金
属で製作される。

【００２６】回転軸３０、ボンディングツール１３およ
び結合部材３８の材質の組み合わせを上記の構成とする
ことにより、以下のような効果を得ることができる。回
転軸３０は上述のように磁性体であることから、マグネ
ット３５の磁気が回転軸３０を介して、同様に磁性体の
材質が用いられるボンディングツール１３に伝わりやす
い。そしてボンディングツール１３が磁化されると、接
合作用部１３ｃに当接した電子部品８の種類によっては
電子回路に磁気の影響が及び、電子部品８の品質に悪影
響を及ぼす場合がある。

【００２７】このような場合にあっても、本実施の形態
に示すように回転軸３０と保持部１３ｂとを結合する結
合部材３８に非磁性体の金属材質を用いることにより、
マグネット３５からボンディングツール１３への磁気漏
洩を防止することができる。したがって、ボンディング
対象の電子部品が、電子回路の特性が磁気によって変化
し品質劣化を生じやすいような種類であっても、ボンデ
ィング時に磁気の影響を受けることはなく、電子部品の
信頼性を確保することができる。

【００２８】次に図４を参照して、実装ヘッド１２の構
成部品における重量バランスについて説明する。図４
（ａ）は、実装ヘッド１２を構成する機構部品のうち、
ボンディングツール１３と、回転軸３０の上下方向の位
置を検出する位置検出手段である読みとりヘッド２７お
よびリニアスケール２９、リニアスケール２９を回転軸
３０にドグ部材２８を介して一体的に装着されたブラケ
ット２８ａ（第１部材），カップリング部材２２に一体
的に装着されたブラケット２６（第２部材）の回転軸３
０の軸心に対する重心位置の偏り状態を示している。

【００２９】図４（ａ）に示すように、ボンディングツ
ール１３は一方側（図３に示す移動テーブル１１側）の
みに質量Ｍ２の振動子１４が軸心からｘ２だけ偏心した
位置に装着された構成となっていることから、ボンディ
ングツール１３は回転軸３０の下端部に重心位置が軸心
から右側に偏心した配置で装着されている。

【００３０】これに対し、読みとりヘッド２７およびリ
ニアスケール２９、これらを取り付けるためのブラケッ
ト２６，２８ａは、回転軸３０の軸心から左側（図３に
示す移動テーブル１１の反対側）に、軸心からｘ１だけ
偏心した位置にこれらの各部品全体の質量Ｍ１の重心が
位置するような配置となっている。

【００３１】すなわち、読みとりヘッド２７およびリニ
アスケール２９ならびにこれらを取り付けるためのブラ
ケット２６，２８ａは、回転軸３０にボンディングツー
ル１３の重心位置の反対側に重心が位置するように配置
されたバランス部材となっている。そしてこれらのバラ
ンス部材は軸保持部である内筒部３４ｄの上方に配置さ
れ、前述のようにボイスコイル型モータは、この内筒部
３４ｄに設けられた配置となっている。

【００３２】このようにしてバランス部材をボンディン
グツール１３の重心位置の反対側に重心が位置するよう
に配置することにより、図４（ｂ）（イ）に示すよう
に、実装ヘッド１２の構成部品全体の重心Ｇを、回転軸
３０の軸心にほぼ一致させることができる。したがっ
て、基板５への電子部品実装を反復する実装動作におい
て、実装ヘッド１２を移動テーブル１１によって高速で
往復動させても、加減速時の加速度は回転軸３０の軸心
に作用する。

【００３３】図４（ｂ）に示す回転軸３０廻りの重心Ｇ
の平面図のように、重心Ｇが回転軸の軸心から外れてい
る場合（（ロ）参照）には、加減速時の加速度によって
回転軸３０を回転させるトルクが発生する。これに対
し、図４（ａ）に示すように加速度が回転軸３０の軸心
に作用する場合には、回転軸３０を回転させるトルクが
発生しない（図４（ｂ）（イ）参照）。

【００３４】この結果、実装動作において回転軸３０の
回転方向の位置決め精度を良好に保つことができる。さ
らに、実装ヘッドの昇降動作は制御プログラム上回転軸
３０の回転動作が整定した状態でのみしか行われないよ
うになっていることから、回転動作の不安定は昇降動作
のタイミングの遅延をもたらすが、上記構成の実装ヘッ
ド１２においては回転軸３０の回転方向の動作不安定に
起因する昇降動作の遅延が生じないことから、動作タク
トタイムの遅れが生じることがない。

【００３５】次に図５を参照して、上下位置検出センサ
の動作について説明する。この上下位置検出センサは、
２つの透過式の光学センサ３１，３２を組み合わせるこ
とによりドグ部材２８の上下方向位置を検出し、これに
より回転軸３０の上下方向の位置が許容上下範囲内にあ
るか否かを検出するものである。図５の各図に示すよう
に、光学センサ３１，３２はそれぞれ投光部３１ａ，３
２ａ、受光部３１ｂ，３２ｂより構成され、各投光部か
ら所定の光軸に沿って照射された光が受光後によって正
常に受光されるか否かによって、光軸上にドグ部材２８
が位置しているか否かを判定するものである。

【００３６】図５（ａ）に示すように、ドグ部材２８の
光学センサ側の形状は回転軸３０の軸心を中心とした半
径Ｒの円筒形状となっており、軸心から半径Ｒだけ水平
方向に突出した形状となっている。これにより、回転軸
３０が回転変位している状態にあっても、回転変位量に
関係なく光学センサ３１，３２の遮光状態を一定にする
ことができる。

【００３７】図５（ａ）は、光学センサ３１，３２の光
軸ａ１，ａ２がともに遮光されておらず、回転軸３０が
下限位置を超えて下降した状態を、図５（ｃ）はその反
対に光軸ａ１，ａ２がともに遮光されて、回転軸３０が
上限位置を超えて上昇した状態を示している。図５
（ｂ）は通常動作位置を示しており、この状態では上側
の光学センサ３１の光軸ａ１は遮光されず、下側の光学
センサ３２の光軸ａ２のみが遮光される。

【００３８】この回転軸の上下位置検出において、光学
センサ３１，３２を固定側に設け、上下動する回転軸３
０に上記形状のドグ部材２８を装着することにより、可
動部に光学センサ用の配線を設ける必要がなく、配置や
構成を簡略化することが可能となる。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、回転軸の下端部に重心
位置が軸心から偏心した配置で装着された電子部品保持
ツールと、回転軸に電子部品保持ツールの重心位置の反
対側に重心が位置するように配置されたバランス部材と
を備えることにより、実装ヘッドの重量バランスを改善
して、回転位置決め精度や動作タクトタイムを改善する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の正
面図

【図２】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の斜
視図

【図３】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の実
装ヘッドの断面図

【図４】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の実
装ヘッドの重量分布を示す説明図

【図５】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の実
装ヘッドの上下位置検出センサの動作説明図

【符号の説明】

１ 電子部品実装装置 ５ 基板 ８ 電子部品 １０ 実装部 １１ 移動テーブル １２ 実装ヘッド １３ ボンディングツール １３ａ ホーン １４ 振動子 ２１ モータ ２２ カップリング部材 ２６，２８ａ ブラケット ２７ 読みとりヘッド ２８ ドグ部材 ２９ リニアスケール ３０ 回転軸 ３５ マグネット ３６ 可動コイル ３８ 結合部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5E313 AA02 AA11 AA23 CC01 CC03 CC04 CD01 EE02 EE03 EE24 EE33 EE37 EE38 EE50 FF24 FF26 FF28 FF31 FG02 FG10 5F044 RR00

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子部品を基板に対して押圧することによ
   り電子部品を基板に実装する電子部品実装装置であっ
   て、垂直な回転軸と、この回転軸を上下方向に摺動自在
   かつ軸心廻りに回転自在に保持する軸保持部と、前記回
   転軸を上下方向に移動させる昇降駆動手段と、前記回転
   軸を連結部を介して前記軸心廻りに回転させる回転駆動
   手段と、前記回転軸の下端部に重心位置が前記軸心から
   偏心した配置で装着された電子部品保持ツールと、前記
   回転軸に前記電子部品保持ツールの重心位置の反対側に
   重心が位置するように配置されたバランス部材とを備え
   たことを特徴とする電子部品実装装置。
2. 【請求項２】前記バランス部材が、前記回転軸の軸方向
   の位置を検出する位置検出手段を取り付けるブラケット
   を含むことを特徴とする請求項１記載の電子部品実装装
   置。
3. 【請求項３】前記電子部品保持ツールが、超音波振動伝
   達用の横長形状のホーン部材と、このホーン部材の一端
   部に結合された振動子を含むことを特徴とする請求項１
   記載の電子部品実装装置。
4. 【請求項４】前記軸保持部の上方に前記バランス部材を
   配置し、この軸保持部に前記昇降駆動手段を設けたこと
   を特徴とする請求項１記載の電子部品実装装置。
5. 【請求項５】前記昇降駆動手段が、前記軸保持部に装着
   されたマグネットと前記回転軸に一体的に装着された移
   動部材に設けた可動コイルで構成されるボイスコイル型
   モータであることを特徴とする請求項１記載の電子部品
   実装装置。
6. 【請求項６】前記回転駆動手段の出力軸に、前記回転軸
   と回転方向へは一体的に連結しかつ上下方向へは摺動自
   在に連結する連結部を設け、前記バランス部材は、前記
   回転軸に一体的に装着された第１部材と前記連結部に一
   体的に装着された第２部材とで構成され、前記位置検出
   手段のリニアスケールを前記第１部材に装着し、このリ
   ニアスケールを読みとる読みとりヘッドを前記第２部材
   に装着したことを特徴とする請求項２記載の電子部品実
   装装置。