JP2011181600A - 部品実装装置および部品実装装置におけるｘビームの変位吸収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】実装ヘッドをＸ方向に移動可能に支持するＸビームと、Ｙ方向に移動可能にＸビームの両端部側を支持する複数のＹビームとを備える部品実装装置において、Ｘ方向におけるＸビームの熱による変位を吸収して、部品の実装精度を向上させる。
【解決手段】部品実装装置において、基板の表面沿いの方向であるＸ方向に移動可能に、実装ヘッドを支持するＸビームと、基板の表面沿いの方向でありかつＸ方向と直交するＹ方向に移動可能に、Ｘビームの両端側を支持する複数のＹビームと、Ｙ方向に移動可能にＹビームに支持されかつＸビームの一端側を支持するＹ方向沿いの支持面を有し、当該支持面をＸ方向に変位させることでＸビームのＸ方向の変位を吸収する変位吸収部とを備えさせる。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板に部品を実装する部品実装装置に関する。

従来の部品実装装置として、部品を保持する複数の吸着ノズルが装備された実装ヘッドと、基板の表面沿いの方向であるＸ方向に沿って移動可能に実装ヘッドを支持するＸビームと、Ｘ方向と直交するＹ方向に移動可能にＸビームの両端部を支持する２本のＹビームとを備えたものが知られている。このような構成の部品実装装置では、それぞれのＹビームに両端部が支持された状態のＸビームがＹ方向に移動されるとともに、Ｘビームに支持されている実装ヘッドがＸ方向に移動されることにより、基板の実装位置に対して実装ヘッドが位置合わせされて、基板上に部品が実装される。

また、部品実装装置において、部品の実装作業が継続して行われると、部品実装装置における使用環境温度が上昇し、それに伴ってＸビームなどの可動部材の温度が上昇する。Ｘビームはその両端部がそれぞれのＹビームに支持された構成を有しているため、温度上昇に伴ってＸビームが熱膨張するとＸビームが湾曲し、その結果、基板への部品の実装位置精度を向上させることができない。

このような従来の課題を解決するため、Ｘビームの一端をＸ方向沿いにスライド可能にＹビームに支持させる構成を採用することで、Ｘビームの熱膨張による伸びを吸収して、Ｘビームが湾曲することを防止する構成が提案されている（例えば、特許文献１および２参照）。

特開２００２−９４２９５号公報 特許第４３９３２８１号公報

しかしながら、Ｘビームの一端をＸ方向沿いにスライド可能にＹビームに支持させて、Ｘビームの熱膨張による伸びを吸収するような構成では、Ｘ方向におけるＸビームの剛性を保つことが難しい。さらに、特許文献２のように、Ｘビームの一端をＸ方向沿いにスライド可能にＹビームに支持させた状態と、一端をスライド不能に支持させた状態とを切り替え可能とする構成では、切り換え制御が必要となるとともに、その構造が複雑となる。

従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、実装ヘッドをＸ方向に移動可能に支持するＸビームと、Ｙ方向に移動可能にＸビームの両端側を支持する複数のＹビームとを備える部品実装装置において、Ｘ方向におけるＸビームの熱による変位を吸収して、部品の実装精度を向上させる部品実装装置およびＸビームの変位吸収方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

本発明の第１態様によれば、部品を保持して基板上に実装する実装ヘッドと、基板の表面沿いの方向であるＸ方向に移動可能に、実装ヘッドを支持するＸビームと、基板の表面沿いの方向でありかつＸ方向と直交するＹ方向に移動可能に、Ｘビームの両端側を支持する複数のＹビームと、Ｙ方向に移動可能にＹビームに支持されかつＸビームの一端側を支持するＹ方向沿いの支持面を有し、当該支持面をＸ方向に変位させることでＸビームのＸ方向の変位を吸収する変位吸収部とを備える、部品実装装置を提供する。

本発明の第２態様によれば、変位吸収部は、Ｘビームの一端側を支持するＹ方向沿いの支持面を有する薄板と、薄板のＹ方向における両端部を支持する薄板支持部とを備え、Ｘ方向において薄板を弾性変形させることにより、ＸビームのＸ方向の変位を吸収する、第１態様に記載の部品実装装置を提供する。

本発明の第３態様によれば、変位吸収部は、薄板の支持面の反対側に、Ｘ方向における薄板の弾性変形を許容する変位吸収用空間を備える、第２態様に記載の部品実装装置を提供する。

本発明の第４態様によれば、変位吸収部において、Ｘ方向沿いかつＹ方向沿いのＸＹ平面における薄板支持部の断面がＸ字形状であり、薄板支持部のＸ字形状の断面における互いに離間された両端部にて、Ｙ方向における薄板の両端部が支持される、第２態様または第３態様に記載の部品実装装置を提供する。

本発明の第５態様によれば、変位吸収用空間が、Ｘ方向およびＹ方向に直交するＺ方向において開放されている、第３態様に記載の部品実装装置を提供する。

本発明の第６態様によれば、部品を保持して基板上に実装する実装ヘッドと、基板の表面沿いの方向であるＸ方向に移動可能に、実装ヘッドを支持するＸビームと、基板の表面沿いの方向でありかつＸ方向と直交するＹ方向に移動可能に、Ｘビームの両端側を支持する複数のＹビームとを備える部品実装装置において、一方のＹビームに支持されるＸビームの一端側を基準側として、Ｘビームの他端側を支持するＹ方向沿いの支持面を有する部材を介在させて、Ｘビームの他端側を他方のＹビームに支持させて、ＸビームまたはＹビームの移動により生じるＸビームのＸ方向に変位を、当該部材の支持面をＸ方向に変位させることで吸収する、部品実装装置におけるＸビームの変位吸収方法を提供する。

本発明によれば、実装ヘッドをＸ方向に移動可能に支持するＸビームと、Ｙ方向に移動可能にＸビームの両端側を支持する複数のＹビームとを備える部品実装装置において、Ｙ方向に移動可能にＹビームに支持されかつＸビームの一端側を支持するＹ方向沿いの支持面を有し、当該支持面をＸ方向に変位させることでＸビームのＸ方向の変位を吸収する変位吸収部が備えられている。これにより、Ｙ方向沿いの支持面をＸ方向に変位させることでＸビームのＸ方向の変位を吸収することができる。

よって、Ｘ方向におけるＸビームの熱による変位を変位吸収部にて吸収することができ、部品の実装精度を向上させることができる。また、変位吸収部の構成を複雑化することもない。

本発明の第１実施形態にかかる部品実装装置の模式斜視図 第１実施形態のＸ方向変位吸収部の模式斜視図 第１実施形態のＸ方向変位吸収部の模式部分平面図 第１実施形態のＸ方向変位吸収部の模式部分平面図（熱膨張状態） 第１実施形態のＸ方向変位吸収部の模式部分平面図（熱収縮状態） 第２実施形態のＸ方向変位吸収部の模式斜視図 第３実施形態のＸ方向変位吸収部の模式斜視図

以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１の実施形態にかかる部品実装装置１の模式斜視図を図１に示す。

図１に示すように、本第１実施形態の部品実装装置１は、部品を吸着保持する実装ヘッド３と、実装ヘッド３をＸ方向に進退移動可能に支持するＸ方向に延在したＸビーム１０と、Ｘビーム１０をＹ方向に進退移動可能に支持する２本のＹビーム２０とを備えている。また、部品実装装置１の基台４上には、２本のＹビーム２０が支持されている。さらに、基台４上には、基板５が保持される基板保持テーブル６と、基板保持テーブル６に対して、基板５を搬入・搬出する基板搬送部７と、複数の部品が供給される部品供給部８とが配置されている。なお、Ｘ方向（左右方向）およびＹ方向（前後方向）は、共に基板５の表面沿いの方向であり、かつ互いに直交する方向である。また、Ｚ方向（上下方向）は、Ｘ方向およびＹ方向に直交する方向である。

実装ヘッド３は、部品を吸着保持する複数の吸着ノズル２を装備しており、これらの吸着ノズル２は、Ｚ方向に昇降可能かつＺ方向の軸心周りに回転可能とされている。

Ｘビーム１０には、実装ヘッド３をＸ方向に進退移動させる図示しない駆動手段（リニア駆動部など）が装備されている。なお、Ｘビーム１０は、そのＹ方向の移動特性を高めるために比較的軽量な剛性部材にて形成されることが好ましく、例えば、アルミニウムなどの引き抜き形状で構成される軽量金属材料にて形成される。

２本のＹビーム２０は基台４のＸ方向の両縁部に支持されており、２本のＹビーム２０の互いに対向する側面にて、Ｘビーム１０の両端部がＹ方向に進退移動可能に支持されている。なお、Ｙビーム２０には、Ｘビーム１０のＹ方向の進退移動を駆動する駆動手段（リニア駆動部など）が装備されている。また、Ｘビーム１０の一方の端部（基準側端部）１１Ａは、図１の図示Ｘ方向左側に配置されるＹビーム２０（２０Ａ）に支持されており、他方の端部（変位側端部）１１Ｂは、図示Ｘ方向右側に配置されるＹビーム２０（２０Ｂ）に、Ｘ方向変位吸収部３０を介在させて支持されている。なお、このＸ方向変位吸収部３０の構成については後述する。

基板保持テーブル６は基台４の略中央に配置されている。また、基板搬送部７は、Ｘ方向に沿って基板５を搬送するように基台４上に配置されている。部品供給部８は、例えば複数のカセットフィーダーの集合体として構成され、基台４におけるＹ方向の両縁部上に配置されている。

このような構成の部品実装装置１において、部品実装を行う場合には、まず、Ｘビーム１０がＹ方向に移動されるとともに、実装ヘッド３がＸ方向に移動されることでそれぞれの吸着ノズル２のＸＹ移動が行われて、部品供給部８上に位置決めされ、それぞれの吸着ノズル２に部品を吸着保持させる。その後、実装ヘッド３のＸＹ移動が行われて、基板保持テーブル６に保持された基板５における部品実装位置に吸着ノズル２が位置決めされて、吸着保持されているそれぞれの部品が基板５上に実装される。さらに基板５上、あるいは次の別の基板５上に部品の実装を行う場合には、これらの動作を繰り返して行うことにより、部品の実装が連続的に行われる。

次に、Ｘ方向変位吸収部３０の構成について、図２の模式斜視図、図３、図４、図５の模式図を用いて詳細に説明する。

図２に示すように、Ｘ方向変位吸収部３０は、Ｙ方向に進退移動可能にＹビーム２０Ｂに支持されたブロック３１（薄板支持部の一例である。）と、ブロック３１に支持されるとともに、Ｘビーム１０の変位側端部１１Ｂを支持する支持面３２ａを有する長方形状の薄板として形成された支持プレート３２とを備えている。

支持プレート３２の支持面３２ａは、Ｘ方向に直交しかつＹ方向沿った平面であり、その中央領域において、Ｘビーム１０の変位側端部１１Ｂが支持されている。また、ブロック３１は、そのＸＹ平面（Ｘ方向およびＹ方向沿いの平面）における断面が大略コ字形状を有する剛体として形成されている。このブロック３１の大略コ字形状の断面における突出された両端部である支持端部３１ａにて、支持プレート３２のＹ方向における両端部３２ｂを支持している。また、ブロック３１のそれぞれの支持端部３１ａの間には、支持プレート３２の支持面３２ａの反対側の面と接する空間が配置されており、この空間が変位吸収用空間Ｓとなっている。なお、この変位吸収用空間Ｓは、Ｚ方向において開放されている。

また、支持プレート３２は、Ｘ方向において外力が加わった場合に、Ｘ方向に弾性変形するような形状および材料により形成されることが好ましい。支持プレート３２の形成材料としては、例えば、ばね鋼鋼材などを適用することができる。また、変位吸収用空間Ｓは、支持プレート３２がＸ方向に弾性変形された場合に、支持プレート３２におけるＸビーム１０の支持部分である中央領域がブロック３１に接触せず、支持プレート３２の弾性変形を許容するように設けられている。

Ｙビーム２０Ｂの側面には、Ｙ方向に沿ったＬＭレール２１が配置されており、このＬＭレール２１に係合して、Ｙ方向に進退移動可能なＬＭブロック３３がブロック３１に固定されている。

次に、図３〜図５に示すＸ方向変位吸収部３０の模式図を用いて、Ｘビーム１０のＸ方向における変位を吸収する原理について説明する。

図３に示すように、常温環境では、Ｘビーム１０の変位側端部１１Ｂを支持する支持プレート３２は、Ｙ方向に沿ってほぼ平坦な状態（すなわち、Ｘ方向に変位されていない状態）にある。さらに、支持プレート３２のＹ方向における両端部３２ｂは、ブロック３１のそれぞれの支持端部３１ａに支持された状態にある。

このような状態において、部品実装装置１における実装ヘッド３の実装動作等により使用環境温度が上昇し、それに伴ってＸビーム１０が熱膨張すると、Ｘビーム１０は基準側端部１１Ａを基準として、変位側端部１１ＢがＸ方向に変位しようとする。これにより、Ｘビーム１０の変位側端部１１Ｂを支持している支持プレート３２に対して、図４に示すＸ方向右向きの力Ｆ１が生じる。支持プレート３２は、薄板形状を有しているため、この力Ｆ１を受けてＸ方向右向き（すなわち変位吸収用空間Ｓ側）に変位量Ｄ１だけ弾性変形して撓んだ状態とされる。その結果、Ｘビーム１０の熱膨張によるＸ方向の変位を、Ｘ方向変位吸収部３０にて吸収することができる。

また、Ｘ方向変位吸収部３０は、図５に示すように、Ｘビーム１０が熱収縮するような場合には、Ｘ方向左向きの力Ｆ２を受けて、支持プレート３２をＸ方向図示左向きに変位量Ｄ２だけ弾性変形させて、Ｘビーム１０の熱収縮によるＸ方向の変位を吸収することもできる。

したがって、Ｘビーム１０の熱膨張または熱収縮による伸びまたは縮みが生じるような場合であっても、Ｘ方向変位吸収部３０において、Ｘビーム１０の変位側端部１１Ｂの変位量に応じて支持プレート３２をＸ方向に弾性変形させることで、Ｘビーム１０の伸びまたは縮みを吸収することができる。

さらに、Ｘ方向変位吸収部３０において、支持プレート３２のＹ方向における両端部３２ｂが、ブロック３１のそれぞれの支持端部３１ａにより支持されているため、支持プレート３２を薄板状に形成しながらＹ方向における必要な剛性を確保できる。すなわち、支持プレート３２の面方向の剛性を用いて、Ｘビーム１０の変位側端部１１ＢにおけるＹ方向の支持剛性を確保することができる。

特に、部品実装装置１では、基台４のＹ方向における両縁部に部品供給部８が配置され、中央付近に基板５が配置される構成が採用されているため、部品の実装動作が繰り返し行われる場合に、Ｘビーム１０のＹ方向沿いの移動頻度が多くなる。このような観点から、支持プレート３２のＹ方向における両端部３２ｂをブロック３１に確実に支持させて、Ｙ方向の支持剛性を確保することが好ましい。また、Ｘビーム１０のＹ方向の移動が行われ、その後停止した際に生じるＹ方向の残留振動を低減させるためにも、このようにＹ方向の支持剛性を高めることは効果的である。

また、Ｘ方向変位吸収部３０において、支持プレート３２は、ブロック３１によりＹ方向の両端部３２ｂが支持されているが、Ｚ方向の両端部は支持されていない構造が採用されている。すなわち、ブロック３１において、変位吸収用空間ＳがＺ方向において連通して開放されるような構造が採用されている。そのため、支持プレート３２の全周囲がブロック３１により支持されるような場合に比して、支持プレート３２をＸ方向に変位し易くすることができる。なお、仮にＸビーム１０などの構成部材がＺ方向に変位するような場合が生じても、それぞれの吸着ノズル２の昇降動作量を調整することで、このようなＺ方向の変位は実質的に補正することができる。

ここで、Ｘ方向変位吸収部３０における各部材の好適な寸法の例について図２を用いて説明する。

例えば、Ｘビーム１０の温度上昇が＋２０℃であった場合には、Ｘビーム１０の熱による伸び量（Ｘ方向の変位量）は、０．２〜０．３ｍｍ程度となり、このようなＸビーム１０の変位をＸ方向変位吸収部３０にて吸収する必要がある。この場合、支持プレート３２の両端部３２ｂの支持スパンの長さＷ２（すなわち、変位吸収用空間ＳのＹ方向の長さ）は、Ｘビーム１０のＹ方向の幅寸法Ｗ１の１．８〜３倍程度に設定することが好ましい。また、支持プレート３２の板厚Ｔは１．５〜３ｍｍ程度、変位吸収用空間ＳのＸ方向における深さＤは１ｍｍ程度として、Ｘビーム１０のＸ方向の変位量を十分に吸収できるような深さに設定することが好ましい。なお、支持プレート３２のＺ方向の高さ寸法Ｈ２は、Ｘビーム１０のＺ方向の高さ寸法Ｈ１と同程度かそれ以上に設定することが好ましい。

本第１実施形態によれば、部品実装装置１において、Ｘビーム１０の変位側端部１１Ｂを、Ｘ方向変位吸収部３０を介して、Ｙ方向に移動可能にＹビーム２０Ｂに支持させることで、薄板状の支持プレート３２とブロック３１という比較的簡単な構造を用いて、Ｘビーム１０の熱による伸びまたは縮みを吸収することができる。

さらに、支持プレート３２をＸ方向に弾性変形させることにより、Ｘビーム１０のＸ方向の変位を吸収可能としながら、支持プレート３２のＹ方向の両端部３２ｂをブロック３１に支持させることで、支持プレート３２の面方向の剛性を用いて、Ｘビーム１０に対するＹ方向の支持剛性を確保することができる。

よって、部品実装装置１において、使用環境温度が変化するような場合であっても、部品の実装位置精度を向上させることができる。

（第２実施形態）
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、本発明の第２の実施形態にかかる部品実装装置が備えるＸ方向変位吸収部１３０の構成を図６の模式斜視図に示す。なお、上記第１実施形態の部品実装装置１が備える各構成部材と実質的に同じ構成部材には、同じ参照番号を付して、その説明を省略する。

図６に示すように、本第２実施形態の部品実装装置では、Ｘビーム１０の両端部１１（１１Ａ、１１Ｂ）は、Ｙビーム２０（２０Ａ、２０Ｂ）の側面部にて支持されるのではなく、上面部にて支持されている点において、上記第１実施形態と異なる構成が採用されている。具体的には、Ｘ方向変位吸収部１３０において、ブロック３１はその側面が、スライダーブロック１３１に固定されている。このスライダーブロック１３１は、Ｙ方向に進退移動可能にＹビーム２０Ｂに支持されており、その下面にＬＭブロック１３３が配置されるとともに、Ｙビーム２０Ｂの上面にＬＭレール１２１が配置されている。

このような構成では、Ｘビーム１０において熱による伸びまたは縮みが生じた場合に、支持プレート３２をＸ方向に弾性変形させることで、ＬＭブロック１３３とＬＭレール１２１との係合部分に付加されるＸ方向の力を低減させることができ、Ｘビーム１０の移動位置精度が低下することを防止できる。また、このようにＬＭブロック１３３およびＬＭレール１２１に付加される荷重を低減できることにより、ＬＭブロック１３３およびＬＭレール１２１の寿命低下を防ぐこともできる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態にかかる部品実装装置が備えるＸ方向変位吸収部２３０の模式斜視図を図７に示す。

図７に示すように、本第３実施形態のＸ方向変位吸収部２３０は、支持プレート３２のＹ方向の両端部３２ｂを支持するブロック（薄板支持部）として、ＸＹ平面において大略Ｘ字形状の断面を有するＸブロック２３１を備えている点において、上記それぞれの実施形態とは異なる構成を有している。

図７に示すように、Ｘブロック２３１は、大略Ｘ字形状の断面における互いに離間された両端部を支持端部２３１ａとして、支持プレート３２の両端部３２ｂを支持している。さらにＸブロック２３１において、両支持端部２３１ａの間の空間が変位吸収用空間Ｓとなっており、この変位吸収用空間Ｓは、Ｚ方向において開放されている。

このような構成により、Ｘビーム１０のＸ方向における変位を、支持プレート３２の弾性変形に加えて、Ｘブロック２３１の弾性変形によっても吸収することが可能となる。したがって、Ｘビーム１０の熱による伸びまたは縮みを効果的に吸収することができ、部品の実装位置精度を向上させることができる。

また、上記それぞれの実施形態では、Ｘビーム１０の熱による伸びまたは縮みを、Ｘ方向変位吸収部３０等により吸収することができる点について説明したが、その他の効果を得ることもできる。

例えば、Ｘビーム１０は一般的に軽量材料としてアルミニウムを主体として形成される場合が多く、Ｘビーム１０において実装ヘッド３をＸ方向に移動可能に支持するＬＭレール（図示せず）は鉄により形成される場合が多い。このようにアルミニウムと鉄というように線膨張係数が異なる部材が一体的な状態とされている場合に、使用環境温度に変化が生じると、バイメタル効果によりＸビーム１０に反りが生じる場合がある。このような場合であっても、Ｘ方向変位吸収部３０等が設けられていることにより、Ｘビーム１０の反りを低減することができ、部品の実装精度を高めることができる。

なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

１ 部品実装装置
２ 吸着ノズル
３ 実装ヘッド
４ 基台
５ 基板
６ 基板保持テーブル
７ 基板搬送部
８ 部品供給部
１０ Ｘビーム
１１Ａ 基準側端部
１１Ｂ 変位側端部
２０、２０Ａ、２０Ｂ Ｙビーム
２１ ＬＭレール
３０ Ｘ方向変位吸収部
３１ ブロック
３１ａ 支持端部
３２ 支持プレート
３２ａ 支持面
３２ｂ 端部
３３ ＬＭブロック
Ｓ 変位吸収用空間

Claims (6)

1. 部品を保持して基板上に実装する実装ヘッドと、
   基板の表面沿いの方向であるＸ方向に移動可能に、実装ヘッドを支持するＸビームと、
   基板の表面沿いの方向でありかつＸ方向と直交するＹ方向に移動可能に、Ｘビームの両端側を支持する複数のＹビームと、
   Ｙ方向に移動可能にＹビームに支持されかつＸビームの一端側を支持するＹ方向沿いの支持面を有し、当該支持面をＸ方向に変位させることでＸビームのＸ方向の変位を吸収する変位吸収部とを備える、部品実装装置。
2. 変位吸収部は、
   Ｘビームの一端側を支持するＹ方向沿いの支持面を有する薄板と、
   薄板のＹ方向における両端部を支持する薄板支持部とを備え、
   Ｘ方向において薄板を弾性変形させることにより、ＸビームのＸ方向の変位を吸収する、請求項１に記載の部品実装装置。
3. 変位吸収部は、薄板の支持面の反対側に、Ｘ方向における薄板の弾性変形を許容する変位吸収用空間を備える、請求項２に記載の部品実装装置。
4. 変位吸収部において、Ｘ方向沿いかつＹ方向沿いのＸＹ平面における薄板支持部の断面がＸ字形状であり、薄板支持部のＸ字形状の断面における互いに離間された両端部にて、Ｙ方向における薄板の両端部が支持される、請求項２または３に記載の部品実装装置。
5. 変位吸収用空間が、Ｘ方向およびＹ方向に直交するＺ方向において開放されている、請求項３に記載の部品実装装置。
6. 部品を保持して基板上に実装する実装ヘッドと、基板の表面沿いの方向であるＸ方向に移動可能に、実装ヘッドを支持するＸビームと、基板の表面沿いの方向でありかつＸ方向と直交するＹ方向に移動可能に、Ｘビームの両端側を支持する複数のＹビームとを備える部品実装装置において、
   一方のＹビームに支持されるＸビームの一端側を基準側として、Ｘビームの他端側を支持するＹ方向沿いの支持面を有する部材を介在させて、Ｘビームの他端側を他方のＹビームに支持させて、ＸビームまたはＹビームの移動により生じるＸビームのＸ方向に変位を、当該部材の支持面をＸ方向に変位させることで吸収する、部品実装装置におけるＸビームの変位吸収方法。

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