JP2007109871A - 基板固定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位置決め固定された基板に反り等の変形が生じている場合でも、その変形を解消して平坦にできるようにする。
【解決手段】基板固定装置において、位置決めされたプリント基板Ｓの対向する両端部をそれぞれ挾持する第１挾持手段６０及び第２挾持手段６２と、第１挾持手段６０及び第２挾持手段６２の間隔を調整する、ボールねじ７０、ステッピングモータ７４及びボールねじナット部７８等からなる間隔調整手段と、第１挾持手段６０及び第２挾持手段６２により両端部が挾持された基板Ｓの高さを測定する高さ測定手段と、測定された基板の高さに基づいて前記間隔調整手段により第１挾持手段６０及び第２挾持手段６２の間隔を制御する制御手段とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板固定装置、特に電子部品を搭載する位置に位置決めされたプリント基板に発生した曲りや反り等の変形を矯正することができる基板固定装置に関する。

電子部品をプリント基板等の基板に搭載する表面実装装置は、その概要を図６に示すように電子部品を吸着するノズルが装着可能であると共に、装着したノズルを上下方向と、回転方向に位置決めが可能なヘッド部１０、該ヘッド部１０をＸ方向に搬送し位置決めするＸ駆動部１２、該ヘッド部１０をＸ駆動部１２と一体でＹ方向に搬送し位置決めするＹ駆動部１４、電子部品を供給する部品供給部１６、プリント基板Ｓを搬入し、部品搭載後に搬出する基板搬送部１８、交換用ノズルが保持されているノズル交換部２０等により構成されている。

このような表面実装装置においては、Ｘ駆動部１２及びＹ駆動部１４によりヘッド部１０が部品供給部１６上に位置決めされ、該ヘッド部１０に内蔵されているシャフトを下降させ、その下端部に装着されているノズルにより部品を吸着する。

その際、例えば特許文献１に開示されているように、部品がノズルに正確に吸着できるように、ヘッド部１０に付設されている高さセンサ（高さ測定手段）２２により部品供給部１６に供給された部品の上面までの高さを測定することも行われている。

上記のように部品を吸着した後、ヘッド部１０はＸ駆動部１２及びＹ駆動部１４により基板搬送部１８の所定位置に固定されているプリント基板上の所定の載置位置上に位置決めされ、その後シャフトが下降され、ノズルに吸着されていた部品がプリント基板Ｓ上に搭載される。

上記基板搬送部１８は、図７にその概要を示すように、図示しない搬送ベルトによりプリント基板Ｓが搬入されると、位置決め部３０で停止され、位置決め固定された後、該基板Ｓに対して部品の搭載が行われ、搭載後の基板Ｓは搬送ベルトにより下流側に搬出される。

従来、上記位置決め部３０においては、基板Ｓが固定位置に停止されるとバックアップモータ３２を駆動してバックアップテーブル３４を上昇させることにより、該バックアップテーブル３４上の基板固定ピン３６により基板Ｓの下面を支持すると共に、対向する両端部を基板固定装置により挾持することにより基板の固定が行われている。

この基板固定装置の特徴を、図８と図９の分解斜視図に示す。図８は、基板搬送部１８の搬送方向に直交する方向の位置決め部３０の一部を模式的に示した断面図に相当し、その一方の搬送レールとその近傍を拡大して示してある。

位置決め部３０にプリント基板Ｓを搬入し、搬出する搬送レール４０が、搬送レール支持台４２に支持されていると共に、該支持台４２の上端には基板押さえ板４４が固定ねじ４２Ａで固定されている。

この搬送レール支持台４２の内側面には、搬送レール４０に形成されている抜き孔４０Ａに装着された軸受台４６が固定され、その軸受台４６Ａ内を摺動するスライド軸４８により、該搬送レール支持台４２に対して搬送レール４０が上下方向に案内されることにより、前記バックアップテーブル３４と一体で上下方向に移動可能になっている。

搬送レール４０には無端の搬送ベルト５０が巻装され、該搬送レール４０上を図示しないモータにより回転駆動されることにより、その上に載置されたプリント基板Ｓが、基板ガイド４０Ｂに沿って紙面に垂直な方向に搬送されるようになっている。

このように搬送ベルト５０によりプリント基板Ｓが所定位置に搬入され、位置決めされると、搬送レール４０は前記バックアップテーブル３４の上昇により機械的に持ち上げられ、同図（Ｂ）に示すように搬送ベルト５０上のプリント基板Ｓが搬送レール支持台４２の上端に固定されている前記基板押え板４４に押し付けられる。このように基板押え板４４と搬送ベルト４８（搬送レール４０）による挟み込みにより、プリント基板Ｓの対向する両端部が挾持・固定される。

従来の一般的なプリント基板の場合は、上記のように対向する両端部を挟み込むことにより、搬送レール４０の形状に倣って平坦な状態で固定することができる。

特開平８−５１２９７号公報

しかしながら、昨今の電子機器の小型軽量化に伴って、プリント基板の薄型化が進み、材質もフィルム状の素材が使用されることが多くなってきているため、プリント基板自体の反りや曲りが大きくなっている上に、材質が柔らかいために両端の挟み込みによっても中央部の撓み（反り）をすべて解消できない場合が多く発生するようになってきている。

このようにプリント基板の上面が平らでない場合には、電子部品の搭載位置が大きくずれてしまったり、接着剤や半田ペーストによる固定力が十分に得られないために、生産作業中に搭載位置が変化してしまったりする等の不具合を誘発する原因になるという問題がある。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、所定位置に位置決め固定された基板に反りや曲り等の変形が生じている場合でも、その変形を解消して平坦にすることができ、結果として該基板に部品を正確に搭載することができる基板固定装置を提供することを課題とする。

本発明は、位置決めされた基板の対向する両端部をそれぞれ挾持する第１挾持手段及び第２挾持手段と、第１挾持手段及び第２挾持手段の間隔を調整する間隔調整手段と、第１挾持手段及び第２挾持手段により両端部が挾持された基板の高さを測定する高さ測定手段と、測定された基板の高さに基づいて前記間隔調整手段により第１挾持手段及び第２挾持手段の間隔を制御する制御手段とを備えたことにより、前記課題を解決したものである。

本発明によれば、位置決めされた基板をその対向する両端部を挾持して固定すると共に、そのときの基板の１又は２箇所以上について測定された基板面の高さに基づいて、第１挾持手段と第２挾持手段の間隔を制御するようにしたので、基板に生じていた反り等の変形を解消することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る１実施形態の基板固定装置を模式的に示す断面図である。

本実施形態の基板固定装置は、前記図７に示した位置決め部３０に設置されており、該位置決め部３０に基板搬送部１８によりプリント基板Ｓが搬送されて位置決めされると、該基板Ｓの対向する両端部をそれぞれ挾持する第１挾持手段６０及び第２挾持手段６２とを備えている。

これら第１、第２挾持手段６０、６２は、いずれも前記図８、図９に示したものと実質的に同一であるので、同一の符号を使用して詳細の説明を省略する。

本実施形態においては、基板搬送部１８のフレーム底部６４に、第１ブラケット６６Ａと第２ブラケット６６Ｂが対向する位置に固定されており、これら両ブラケット６６Ａ、６６Ｂにはそれぞれベアリング６８Ａ、６８Ｂを介してボールねじ７０が軸支されている。

このボールねじ７０の一端には従動側のプーリ７２Ａが連結され、ステッピングモータ７４に連結されている駆動側プーリ７２Ｂとの間で巻回されたタイミングベルト７６を介して、ステッピングモータ７４の駆動力が伝達されて該ボールねじ７０が回転されるようになっている。

又、このボールねじ７０には、ボールねじナット部７８が軸挿され、回転を規制した状態でステッピングモータ７４を駆動することにより、図中左右方向に移動可能になっている。

又、前記第１挾持手段６０は、搬送レール支持台４２を介して前記第１ブラケット６６Ａに固定され、前記第２挾持手段６２はボールねじナット部７８に支持部材を介して固定されている。従って、ボールねじ７０の回転により往復動作するボールねじナット部７８により、第１挾持手段６０の固定側搬送レール４０と第２挾持手段６２の可動側搬送レール４０との間隔が調整可能になっており、ボールねじ７０、ステッピングモータ７４及びボールねじナット部７８等により間隔調整手段が構成されている。

本実施形態の基板固定装置は、図２に第１、第２挾持手段６０、６２と、これらに両端部が挾持されたプリント基板Ｓとを抽出して示すように、該プリント基板Ｓの上面までの高さを測定する高さセンサ２２を備えている。具体的には、この高さセンサ２２は前記図６に示したようにヘッド部１０に固定されており、該ヘッド部１０からプリント基板Ｓの上面までの距離として高さが測定されるようになっている。

本実施形態においては、上記高さセンサ２２により測定された基板Ｓの高さに基づいて、図３に概要を示す制御装置により前記ステッピングモータ（間隔調整手段）７４を回転させ、第１挾持手段及び第２挾持手段の間隔が制御されるようになっている。

即ち、前記高さセンサ２２からのセンサ検出信号がＩ／Ｏインターフェイス８０を介してＣＰＵ８２に入力されると、あらかじめメモリ８４に保存されている基準データ等に基づいて、第１、第２挾持手段６０、６２の間隔の調整量が演算され、該演算結果に基づいて制御信号がモータドライバ８６を介して前記ステッピングモータ７４に出力されることにより、プリント基板Ｓの反り等の変形を解消する制御が可能になっている。

次に、本実施形態の作用を説明する。

プリント基板Ｓが前工程から搬入され、基板搬送部１８によって電子部品を搭載する位置決め部３０まで到達すると、バックアップテーブル３４が上昇すると共にプリント基板Ｓの両端部を支持する左右の搬送レール４０、４０も上昇し、プリント基板Ｓの両端部を図２のように挾持する。図示されているように、この時点においては、プリント基板Ｓは中央付近が撓んだ状態になっている。この例では、中央部が凸となる上反りの場合が示されているが、状況によっては凹となる下反りの場合もある。

以上のようにプリント基板Ｓの挾持・固定が終了すると、前記図６に示したようにヘッド部１０がＸＹ移動し、図中Ｂ、Ｃで示すプリント基板Ｓを挾持している幅方向両端部付近を、該ヘッド部１０に付設されている高さセンサ２２により計測する。この計測は、図中紙面に垂直な前後方向の基板端部でも行い、合計４箇所の基準位置を測定している。

上記４箇所の測定高さと測定座標を元に、図中Ａで示す基板中央部に撓みがない場合の基準高さを前記ＣＰＵ８２で計算し、その基準値をメモリ８４に保存する。

次いで、上記高さセンサ２２を基板中央部Ａに移動させ、その位置の基板高さを測定すると共に、基板端部を測定して求めた上記基準値との偏差を求め、この偏差がなくなるようにステッピングモータ７４を駆動し、第２挾持手段６２を矢印Ａ方向に移動させることにより、向かい合って配置されている二つの搬送レール４０、４０の間隔が離れるようにする。

このように、プリント基板Ｓが両側に引っ張られるようにすることにより、撓み分が伸ばされ、反り等の変形が解消されることになる。その際、高さセンサ２２はプリント基板Ｓの中央部Ａの高さを測定し続け、基準値からの偏差があらかじめ設定した閾値以下となった時点で、ステッピングモータ７４の駆動を停止させて制御動作を終了する。

以上、詳述した本実施形態によれば、プリント基板の反り等の変形を解消することができるため、電子部品の搭載精度の向上を図ることができると共に、搭載位置ずれなどの不具合を解消することができる。

又、高さセンサにより基板高さの実測値に基づいて、第１挾持手段６０及び第２挾持手段６２の間隔をフィードバック制御するようにしたので、制御動作を確実にし、プリント基板の固定不良を防止することができる。

次に、本発明に係る第２実施形態の基板固定装置について説明する。

図４には、プリント基板Ｓの両端部を挾持するためにバックアップテーブル３４を上昇させる駆動機構の要部を示す。

本実施形態では、バックアップモータ３２により、タイミングプーリ８８、９０に巻回されたべルト９２を介してボールねじ９４が回転され、該ボールねじ９４により、フレームに固定されているベアリング９６及びナット９６Ａに対してバックアップテーブル３４が上下動すると共に、該バックアップテーブル３４と一体的に２つの搬送レール４０、４０が上下動するようになっている。

そして、バックアップモータ３２と駆動側のタイミングプーリ８８の間には、図５に拡大して示すように、それぞれに付設された固定ピン３２Ａ、８８Ａにねじりコイルばね（弾性手段）９８の各端部が係止され、バックアップモータ３２の回転駆動力が該コイルばね９８を介してバックアップテーブル３４及び搬送レール４０を上昇させるボールねじ９４に伝達されるようになっている。

従って、本実施形態によれば、ねじりコイルばね９８の撓み量によってプリント基板Ｓを挾持する力を変化させ、調整することができる。この挾持力をある程度弱くすることにより、基板Ｓの撓みが場所によって均一でない場合にも対応することができる。

例えば、前記図２で手前側の変形が大きく、奥側が小さい場合は、奥側が先に平坦な状態となってしまうため、手前側には変形が残ってしまうことになる。ところが、搬送レール４０と押え板４４によるクランプ力をねじりコイルばね９８により弱めた状態にすることにより、プリント基板Ｓの奥側の挾持部ではスリップが発生することを許容できる。そのため、手前側も平坦な状態にすることが可能となり、プリント基板に余計な力がかかることを防止した上で、全体的に平坦にすることができる。

従って、プリント基板Ｓを平坦にする制御の動作を確実に行うことができると同時に、該プリント基板Ｓの破損などを防止することができる。

なお、プリント基板Ｓの変形の程度を判断するための高さセンサ２２による測定位置は、前記実施形態に示したようにあらかじめ決められた複数箇所であってもよいが、任意の座標を選択するようにしてもよい。

即ち、複数箇所を測定する場合は、前述したように前後左右での変形量が一定でない場合の状況を検知するために有効であるが、任意の座標を選択する場合は「その座標」に特に重要な、例えば搭載位置精度が要求される電子部品を搭載する場合に有効である。

又、プリント基板の高さを複数個所で測定する場合でも、前記４箇所でなくてもよく、左手前、右奥というように２箇所でもよく、５箇所、６箇所と測定箇所を増やすようにしてもよい。

又、第１、第２の挾持手段６０、６２の間隔の制御は、前記実施形態に示したフィードバック制御に限らず、プリント基板の各部位を測定した時点で、あらかじめ作成してあるデータに基づいて何ｍｍ搬送レール（挾持手段）を移動すれば変形が解消できるかを計算（予測）し、プリント基板の中央部Ａの高さを継続して計測した情報がない状態で予測制御するようにしてもよい。

又、当然のごとく、予測制御と高さセンサによる測定を行うフィードバック制御とを同時におこなってもよい。

本発明にかかる第１実施形態の基板固定装置を模式的に示す断面図 本実施形態の基板固定装置で固定したプリント基板の高さを測定する原理を示す説明図 本実施形態の基板固定装置が備えている制御系の概要を示すブロック図 第２実施形態の基板固定装置の特徴を抽出して示す要部正面図 本実施形態の特徴を示す拡大斜視図 表面実装装置の概要を示す平面図 表面実装装置が備えている基板搬送部の概要を示す拡大斜視図 上記基板搬送部が有する基板固定装置の特徴を模式的に示す部分断面図 上記基板固定装置の特徴を示す分解斜視図

符号の説明

２２…高さセンサ
３０…位置決め部
３２…バックアップモータ
３４…バックアップテーブル
３６…バックアップピン
４０…搬送レール
４２…搬送レール支持台
４４…基板押え板
４６…軸受台
４８…スライド軸
５０…搬送ベルト
６０…第１挾持手段
６２…第２挾持手段
６４…フレーム底部
６６…ブラケット
６８…ベアリング
７０…ボールねじ
７２…プーリ
７４…ステッピングモータ
７６…タイミングベルト
７８…ボールねじナット部
８２…ＣＰＵ
８４…メモリ

Claims (1)

1. 位置決めされた基板の対向する両端部をそれぞれ挾持する第１挾持手段及び第２挾持手段と、
   第１挾持手段及び第２挾持手段の間隔を調整する間隔調整手段と、
   第１挾持手段及び第２挾持手段により両端部が挾持された基板の高さを測定する高さ測定手段と、
   測定された基板の高さに基づいて前記間隔調整手段により第１挾持手段及び第２挾持手段の間隔を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする基板固定装置。

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