JP2005079496A - 部品実装機 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱変形量の低減を図った部品実装機用のリニアモータを備えた部品実装機を提供する。
【解決手段】 放熱板１７９を設けたことにより、リニアモータ１７５の発熱による本体枠１７１の温度上昇を抑えることができる。よって、ガイドレール１７２と本体枠との熱膨張率の相違に起因する本体枠の熱変形を低減することができる。
【選択図】図７

Description

本発明は、回路基板等の被実装体に部品を実装する部品実装機であって、上記部品を実装するための実装ヘッドが取り付けられ上記実装ヘッドを直線状に移動させる部品実装機用リニアモータを備えた部品実装機に関する。

従来、図１４に示すように、部品の保持及び移送を行う実装ヘッド１をＸ方向及びＹ方向に独立して移動させるＸＹロボット方式による部品実装機２０では、Ｘ方向において架台３の両側端には、Ｙ方向に沿って延在するＹ軸ロボット５、５が互いに平行に配設される。さらに、これらのＹ軸ロボット５には、Ｘ方向に延在するＸ軸ロボット７が架設される。該Ｘ軸ロボット７には、上記実装ヘッド１が取り付けられている。Ｙ軸ロボット５及びＸ軸ロボット７は、ともにボールネジ機構を有する。Ｘ軸ロボット７において、実装ヘッド１は、上記ボールネジ機構にてＸ方向に駆動され、Ｘ方向に沿ってＸ軸ロボット７に敷設されているガイドレール７ｂにて案内されながらＸ方向に移動する。このように、実装ヘッド１は、Ｙ軸ロボット５及びＸ軸ロボット７にてＸ方向及びＹ方向に移動可能である。

上記Ｘ軸ロボット７の本体部７ａは、主にアルミニウムにて形成され、該本体部７ａに敷設されているガイドレール７ｂは、鉄材にて形成されている。よって、実装ヘッド１がガイドレール７ｂにて案内されながらＸ方向に移動を繰り返すことで、摩擦熱によりガイドレール７ｂは発熱し、ガイドレール７ｂと、本体部７ａとに温度差が生じる。上述のようにガイドレール７ｂと本体部７ａとは材質が異なることから、Ｘ方向において、ガイドレール７ｂと本体部７ａとの熱変形量に差が生じ、Ｘ軸ロボット７が湾曲するように変形してしまう。該変形を防止するため、本体部７ａにおいてガイドレール７ｂの裏側で、ガイドレール７ｂに対応して鉄材にてなる補強材７ｃを２本、本体部７ａに取り付ける構成が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−１７６２９４号公報

一方、上述の機能を行うＸ軸ロボットについて、ボールネジ機構に代えてリニアモータにて実装ヘッドを駆動する構成が具体化されようとしている。上述のようにボールネジ機構の場合、発熱部分は、ガイドレール７ｂであり、発熱部分が比較的小容量である。一方、リニアモータを用いる場合、発熱部分は、該リニアモータを構成し、Ｘ方向に敷設されるコイル部分を有する駆動部であり、発熱容量は、ボールネジ機構の場合に比べて非常に大きくなる。よって、Ｘ軸ロボットの熱変形量も、ボールネジ機構の場合に比べて非常に大きくなると考えられる。
本発明は、熱変形量の低減を図った部品実装機用のリニアモータを備えた部品実装機を提供することを目的とする。

本発明の実施態様である部品実装機は、Ｙ軸方向に延在するＹ軸ロボットと、上記Ｙ軸ロボットに吊り下げられ上記Ｙ軸ロボットにて上記Ｙ軸方向に移動可能であり、かつ部品を回路基板に実装する実装ヘッドを吊り下げ上記Ｙ軸方向に直交するＸ軸方向に上記実装ヘッドを移動させるＸ軸ロボットとを有する部品実装機において、
上記Ｘ軸ロボットは、
上記Ｘ軸方向に延在する本体枠と、
該本体枠内に上記Ｘ軸方向に沿って設けられ上記実装ヘッドを吊り下げる可動部を有し該可動部を上記Ｘ軸方向に駆動するリニアモータと、
上記実装ヘッドに対向して上記本体枠に上記Ｘ軸方向に沿って敷設され上記実装ヘッドの上記Ｘ軸方向への移動を案内するガイドレールと、
上記本体枠において上記ガイドレールに対向しかつ上記Ｙ軸ロボットに当該Ｘ軸ロボットを取り付けるためのＹ軸ロボット取付面に設けられ上記リニアモータにて生じた熱を上記本体枠から放熱して当該本体枠の熱変形を低減する放熱構造と、
を備えたことを特徴とする。

又、上記放熱構造は、上記Ｙ軸ロボット取付面の全面に設けられ、上記ガイドレールと熱膨張率が等しい材料にてなる放熱板であるように構成することもできる。

又、上記放熱構造は、上記Ｙ軸ロボット取付面に設けられる放熱フィンであるように構成することもできる。

又、上記放熱構造は、上記ガイドレールに対応して上記Ｘ軸方向に沿って上記Ｙ軸ロボット取付面に設けられ、上記本体枠の上記熱変形を抑制しかつ上記本体枠からの放熱を行う放熱補強部材と、上記Ｘ軸方向において上記本体枠の両端部分で上記Ｙ軸ロボット取付面にて上記放熱補強部材に挟まれた領域に形成される放熱フィンとを有するように構成することもできる。

本発明の態様である部品実装機によれば、放熱構造を設けたことにより、リニアモータの発熱による本体枠の温度上昇を抑えることができる。よって、ガイドレールと本体枠との熱膨張率の相違に起因する本体枠の熱変形を低減することが可能である。
又、上記放熱構造を放熱板とすることで、容易に施工することができる。又、上記放熱構造を放熱フィンとすることで、上記放熱板に比べてより放熱効率を向上させることができ、よって、本体枠の熱変形をさらに低減することができる。又、放熱補強部材及び放熱フィンを設けることで、本体枠の熱変形をさらに低減することができる。

本発明の一実施形態である部品実装機について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において同じ構成部分については同じ符号を付している。
上記部品実装機は、図１に示すように、Ｙ軸方向に延在するＹ軸ロボット１６０ａ，１６０ｂと、Ｙ軸ロボット１６０ａ，１６０ｂにそれぞれ吊り下げられＹ軸ロボット１６０ａ，１６０ｂにてＹ軸方向に移動可能であり、かつ部品を回路基板に実装する実装ヘッド１８０を吊り下げ上記Ｙ軸方向に直交するＸ軸方向に実装ヘッド１８０を移動させるＸ軸ロボット１７０とを有する部品実装機である。
具体的に説明すると、図２に示すように、上記Ｘ軸方向に相当する基板搬送方向１９０に直交し上記Ｙ軸方向に相当する直交方向１９１において基台１０２の略中央部には、部品を実装すべき基板（ワーク）１０５を基板搬送方向１９０に搬送し、かつ位置決めする基板搬送装置１０６が配設されている。又、基台１０２の操作側１０１ａには、架台の分離部材１１３にて分割された各装填領域１１４ａ，１１４ｂ（総称して「装填領域１１４」と記す場合もある。）に、部品供給装置１０７ａ、１０７ｂ（総称して「部品供給装置１０７」と記す場合もある。）がそれぞれ設置される。本実施形態では、基台１０２に向かって左側の装填領域１１４ａに、部品１０７３を収容したトレイ１０７１を有し該トレイ１０７１から部品１０７３の供給を行ういわゆるトレイ式の部品供給装置１０７ａを設け、右側の装填領域１１４ｂには、部品を収納したテープを巻回したリールを有し上記テープを繰り出して部品供給を行うカセット１０７２を部品搬送方向１９０に沿って並設した、いわゆるカセット式の部品供給装置１０７ｂを設けている。尚、上記装填領域１１４と、設置される部品供給装置のタイプとに関係はなく、左右両側にトレイ式を設けても良いし、カセット式を設けても良い。
部品供給装置１０７の基板搬送装置１０６側の側部には、部品供給装置１０７から取り出された部品を認識する部品認識装置１０９が配設されている。

さらに、図３に示すように、架台１０４に両端が支持され、直交方向１９１に延在するＹ軸ロボット１６０が架設される。Ｙ軸ロボット１６０は、トレイ式の部品供給装置１０７ａに対応して配置されるＹ軸ロボット１６０ａと、カセット式の部品供給装置１０７ｂに対応して配置されるＹ軸ロボット１６０ｂとの２台を有する。このように配置されるＹ軸ロボット１６０ａ、１６０ｂは、連結部材１４０を中心にして、基板搬送方向１９０において所定間隔を有して互いに平行に配置される。
Ｙ軸ロボット１６０は、図４及び図５に詳細に示すように、高さの低い略門形の断面形状を有する剛性の高い梁状本体１６３を備え、該梁状本体１６３の下端の両側部に配設されたガイドレール１６４にてリニアガイド部材１６５を介して可動部１６６が移動自在に支持される。さらに梁状本体１６３には、送りねじ機構１６８が設けられ、該送りねじ機構１６８のナット部に可動部１６６が取り付けられている。よって、Ｙ軸ロボット１６０は、Ｙ軸ロボット１６０の他端に設けた駆動モータ１６７にて送りねじ機構１６８を作動させることで、可動部１６６を直交方向１９１に移動及び位置決めするように構成されている。

Ｙ軸ロボット１６０の可動部１６６の下面には、基板搬送方向１９０に延在するＸ軸ロボット１７０の中央部分が装着固定されている。それに伴って一対のＹ軸ロボット１６０ａ、１６０ｂの配設間隔は、図３に示すように、基板搬送方向１９０におけるＸ軸ロボット１７０の長さより若干長い間隔に設定されている。
Ｘ軸ロボット１７０は、図６及び図７に示すように、断面形状が扁平な略門形で主としてアルミニウム材の鋳物にて形成される本体枠１７１を備え、該本体枠１７１の両側下端部に配設され基板搬送方向１９０に延在する鉄製のガイドレール１７２にてリニアガイド部材１７３を介して可動部１７４が基板搬送方向１９０に移動自在に支持される。該可動部１７４には、部品供給装置１０７から部品を保持して基板１０５に実装するノズル１８２を有する実装ヘッド（作業ヘッド）１８０が装着される。さらに、可動部１７４の移動経路の上方の本体枠１７１の内部空間には、基板搬送方向１９０に沿ってリニアモータ１７５を設けており、リニアモータ１７５にて可動部１７４を基板搬送方向１９０に移動及び位置決めするように構成されている。リニアモータ１７５は、本体枠１７１の上部１７１ｂ、及び本体枠１７１の底板１７１ｄに取り付けられ、マグネットを有し、該マグネットに対向して可動部１７４の導体部１７４ａを配置した構成にてなる。よって、上記マグネットを励磁することで、導体部１７４ａ、つまり可動部１７４が基板搬送方向１９０に移動する。可動部１７４の位置は、本体枠１７１の一側面に固定されたリニアスケール１７６を可動部１７４の一側に取付けられたリーダ１７７にて読み取って検出するように構成されている。又、本体枠１７１の両端近傍の両側に可動部１７４の移動端を規制するストッパ１７８が設けられている。

又、リニアモータ１７５への通電によりリニアモータ１７５は発熱し、その熱は、アルミニウムを主体とした本体枠１７１に伝導する。又、上述のように、本体枠１７１には鉄材にてなるガイドレール１７２が本体枠１７１の延在方向と同方向に取り付けられている。アルミニウムと鉄とでは熱膨張率が異なり、又、本体枠１７１とガイドレール１７２とでは上昇温度も異なることから、本体枠１７１の温度上昇に伴い、図８に示すように、基板搬送方向１９０において本体枠１７１の両端部１７１ｅが下側に湾曲するように本体枠１７１は熱変形を起こす。従って、図９に示すように、実装ヘッド１８０に備わるノズル１８２について、実装ヘッド１８０がＸ軸ロボット１７０の端部に位置するときには、Ｘ方向つまり基板搬送方向１９０に「Ａ」寸法で約４０μｍ変位する。尚、図９及び図１０に示す「端」、「センター」とは、図１１に示すように、実装ヘッド１８０がＸ軸ロボット１７０の端部に位置するとき、つまりＸ軸ロボット１７０の中心１７０ａから基板搬送方向１９０に１５０ｍｍ離れて実装ヘッド１８０が位置するときを「端」とし、実装ヘッド１８０がＸ軸ロボット１７０の中心１７０ａに位置するときを「センター」とする。

上記熱変形を低減するため、Ｘ軸ロボット１７０の本体枠１７１から放熱を行うための放熱構造をＸ軸ロボット１７０に設けるように構成した。本実施形態では、上記放熱構造として、Ｘ軸ロボット１７０のＹ軸ロボット取付面１７１ａの全面に、ガイドレール１７２と熱膨張率が等しい材料、即ち鉄材にてなる放熱板１７９を取り付けている。上述のようにＸ軸ロボット１７０は、Ｙ軸ロボット１６０の可動部１６６に上記Ｙ軸ロボット取付面１７１ａを接触させて取り付けられ、放熱板１７９の板厚の目安としては、可動部１６６の板厚のほぼ半分位が好ましい。尚、放熱板１７９の板厚は、５ｍｍ〜２０ｍｍ、好ましくは６ｍｍ〜１４ｍｍである。本実施形態では、放熱板１７９の板厚は６ｍｍである。
上述のように発熱部分であるリニアモータ１７５は本体枠１７１に沿って設けられていることから、本体枠１７１の温度上昇は、従来技術のボールネジ機構に比べて非常に大きい。よって、Ｙ軸ロボット取付面１７１ａにおいてガイドレール１７２に対向する箇所のみに放熱板を設けたとしても、本体枠１７１の熱変形を低減する程度の効果を得ることができない。よって、本実施形態では上述のようにＹ軸ロボット取付面１７１ａの全面に放熱板１７９を設けている。

放熱板１７９を取り付けることで、図１０に示すように、実装ヘッド１８０がＸ軸ロボット１７０の端部に位置するとき、実装ヘッド１８０に備わるノズル１８２の変位量を、上記約４０μｍから約１０μｍ以下に低減することができる。従って、ノズル１８２に保持される部品１０７３の回路基板１０５への実装精度を向上させることができ、誤差範囲内に上記実装精度を収めることができる。
又、上記放熱構造は、上述の放熱板１７９に限定されない。例えば、図１２に示すように、本体枠１７１のＹ軸ロボット取付面１７１ａの一部又は全面に、直交方向１９１つまりＹ軸ロボット１６０によるＸ軸ロボット１７０の移動方向に沿って形成した溝１７９１ａを有する放熱フィン部１７９１を形成してもよい。直交方向１９１に沿って溝１７９１ａを形成した理由は、Ｙ軸ロボット１６０によりＸ軸ロボット１７０が直交方向１９１に移動するからであり、該移動により溝１７９１ａに沿って空気が通過可能となる。よって、Ｘ軸ロボット１７０の本体枠１７１の放熱効率を向上させることができる。尚、放熱フィン部１７９１は、放熱板１７９に形成してもよい。
このように放熱フィン部１７９１を設けることで、本体枠１７１の温度上昇が抑えられ、本体枠１７１の熱変形量を低減させることができる。

さらに又、上述の図７及び図１２に示す構造をミックスした構造を採ることもできる。即ち、図１３に示すように、ガイドレール１７２に対応して、本体枠１７１のＹ軸ロボット取付面１７１ａに放熱板としての機能を有するとともに本体枠１７１の熱変形を抑制する補強板としての機能をも有する放熱補強部材１７９３を基板搬送方向１９０に沿って平行に２本設け、かつ基板搬送方向１９０において本体枠１７１の両端部分で、上記放熱補強部材１７９３に挟まれた領域１７１ｃに、上述の放熱フィン部１７９１を形成することもできる。
このように放熱補強部材１７９３及び放熱フィン部１７９１を有することで、本体枠１７１の温度上昇が抑えられ、本体枠１７１の熱変形量をさらに低減させることができる。

又、本実施形態では、図７に示すように、本体枠１７１の下部に取り付けている底板１７１ｄと、可動部１７４との隙間１７９２について、従来の約２ｍｍから本実施形態では約７ｍｍまで広げている。この理由は、可動部１７４には実装ヘッド１８０が取り付けられ、実装ヘッド１８０の熱が可動部１７４を介してＸ軸ロボット１７０の本体枠１７１に伝わり、さらに本体枠１７１を加熱してしまうことを防止するためである。隙間１７９２を広くすることで、可動部１７４と、本体枠１７１の底板１７１ｄとの断熱効果を向上させることができ、本体枠１７１の熱変形の低減に寄与することができる。又、逆に、リニアモータ１７５から実装ヘッド１８０への熱伝達を低減することもできる。

以上のように構成された部品実装機１０１における動作について、簡単に説明する。
２枚の基板１０５は、図２に示すように、基板搬送装置１０６にて基板搬送方向１９０に搬送され、Ｙ軸ロボット１６０ａ及びＹ軸ロボット１６０ｂにそれぞれ対応した位置に位置決めされる。その後、Ｙ軸ロボット１６０ａ、１６０ｂ、並びに、該Ｙ軸ロボット１６０ａ、１６０ｂに吊り下げられている各Ｘ軸ロボット１７０をそれぞれ独立して駆動させて、各Ｘ軸ロボット１７０に取り付けられている実装ヘッド１８０に備わるノズル１８２の位置決めを行いながら、各ノズル１８２にて、部品供給装置１０７ａ、１０７ｂから電子部品を保持し、それぞれの基板１０５に電子部品を実装していく。尚、各Ｘ軸ロボット１７０は、基板搬送方向１９０及び直交方向１９１において互いに物理的に干渉することはないサイズにて設計され、配置されていることから、Ｙ軸ロボット１６０ａ、１６０ｂ、及び、Ｘ軸ロボット１７０は、それぞれ独立して、部品保持から部品実装までの動作を行うことができる。又、部品保持後、部品実装前に、ノズル１８２に保持されている部品の保持姿勢が部品認識装置１０９にて認識され、該認識の結果に基づいて、ノズル１８２の軸芯周りへの回転、及びＹ軸ロボット１６０及びＸ軸ロボット１７０の位置補正が行われる。
各基板１０５に所定の全部品が実装された後、基板１０５は、当該部品実装機１０１から搬出され、又、新たな基板１０５が当該部品実装機１０１に搬入される。

上述の実装動作において、実装ヘッド１８０は、Ｘ軸ロボット１７０にて基板搬送方向１９０に沿って往復移動する。よって、Ｘ軸ロボット１７０の本体枠１７１は、駆動源であるリニアモータ１７５の発熱により、その温度が上昇する。しかしながら、本体枠１７１には、放熱板１７９を設けていることより、上述したように本体枠１７１の熱変形は、低減され、実装精度を誤差範囲内に収めることができる。

尚、上述したようにＸ軸ロボット１７０の熱変形により、図１１に示すようにノズル１８２は、Ｘ軸ロボット１７０の中心側に傾く。上記熱変形を完全に是正した場合、Ｘ軸ロボット１７０は、熱により基板搬送方向１９０に沿って伸び、ノズル１８２が回路基板１０５の実装可能領域外へ位置してしまうことも考えられる。よって、上記放熱構造を工夫することで、実装精度の誤差範囲内において、意図的にＸ軸ロボット１７０を撓ませてノズル１８２をＸ軸ロボット１７０の中心側に傾け、上記実装可能領域内への部品実装を可能にすることも考えられる。上記放熱構造を設ける構成は、このように二次的な効果をも生じさせることができる。

本発明は、回路基板等の被実装体に部品を実装する部品実装機であって、上記部品を実装するための実装ヘッドが取り付けられ上記実装ヘッドを直線状に移動させる部品実装機用リニアモータを備えた部品実装機に利用できる。

図１は、本発明の一実施形態である部品実装機の斜視図である。 図２は、図１に示す部品実装機の天井部分を除いた状態における平面図である。 図３は、図１に示す部品実装機の平面図である。 図４は、図１に示す部品実装機に備わるＹ軸ロボットの斜視図である。 図５は、図４に示すＹ軸ロボットのＡ−Ａ部にて破断した状態の図である。 図６は、図１に示す部品実装機に備わるＸ軸ロボットの斜視図である。 図７は、図６に示すＸ軸ロボットのＢ−Ｂ部にて破断した状態の図である。 図８は、従来のＸ軸ロボットにおける熱変形の状態を説明するための概念図である。 図９は、従来のＸ軸ロボットの熱変形によるノズルの変位量を示すグラフである。 図１０は、図１に示す部品実装機に備わるＸ軸ロボットの熱変形によるノズルの変位量を示すグラフである。 図１１は、図９及び図１０に示す変位量の測定箇所を説明する図である。 図１２は、図１に示す部品実装機に備わるＸ軸ロボットに備わる放熱構造の他の実施形態を示す斜視図である。 図１３は、図１に示す部品実装機に備わるＸ軸ロボットに備わる放熱構造の別の実施形態を示す斜視図である。 図１４は、従来の部品実装機の斜視図である。

符号の説明

１０１…部品実装機、１０５…回路基板、１６０…Ｙ軸ロボット、
１７０…Ｘ軸ロボット、１７１…本体枠、１７１ａ…Ｙ軸ロボット取付面、
１７２…ガイドレール、１７５…リニアモータ、１７９…放熱板、
１８０…実装ヘッド、１９０…基板搬送方向、１９１…直交方向、
１０７３…部品、１７９１…放熱フィン。

Claims (4)

1. Ｙ軸方向（１９１）に延在するＹ軸ロボット（１６０）と、上記Ｙ軸ロボットに吊り下げられ上記Ｙ軸ロボットにて上記Ｙ軸方向に移動可能であり、かつ部品（１０７３）を回路基板（１０５）に実装する実装ヘッド（１８０）を吊り下げ上記Ｙ軸方向に直交するＸ軸方向（１９０）に上記実装ヘッドを移動させるＸ軸ロボット（１７０）とを有する部品実装機において、
   上記Ｘ軸ロボットは、
   上記Ｘ軸方向に延在する本体枠（１７１）と、
   該本体枠内に上記Ｘ軸方向に沿って設けられ上記実装ヘッドを吊り下げる可動部（１７４）を有し該可動部を上記Ｘ軸方向に駆動するリニアモータ（１７５）と、
   上記実装ヘッドに対向して上記本体枠に上記Ｘ軸方向に沿って敷設され上記実装ヘッドの上記Ｘ軸方向への移動を案内するガイドレール（１７２）と、
   上記本体枠において上記ガイドレールに対向しかつ上記Ｙ軸ロボットに当該Ｘ軸ロボットを取り付けるためのＹ軸ロボット取付面（１７１ａ）に設けられ上記リニアモータにて生じた熱を上記本体枠から放熱して当該本体枠の熱変形を低減する放熱構造（１７９、１７９１）と、
   を備えたことを特徴とする部品実装機。
2. 上記放熱構造は、上記Ｙ軸ロボット取付面の全面に設けられ、上記ガイドレールと熱膨張率が等しい材料にてなる放熱板（１７９）である、請求項１記載の部品実装機。
3. 上記放熱構造は、上記Ｙ軸ロボット取付面に設けられる放熱フィン（１７９１）である、請求項１記載の部品実装機。
4. 上記放熱構造は、上記ガイドレールに対応して上記Ｘ軸方向に沿って上記Ｙ軸ロボット取付面に設けられ、上記本体枠の上記熱変形を抑制しかつ上記本体枠からの放熱を行う放熱補強部材（１７９３）と、上記Ｘ軸方向において上記本体枠の両端部分で上記Ｙ軸ロボット取付面にて上記放熱補強部材に挟まれた領域（１７１ｃ）に形成される放熱フィン（１７９１）とを有する、請求項１記載の部品実装機。
   

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