JP2011238887A - 部品実装装置、メンテナンス方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化があっても一定水準の実装精度を維持する部品実装装置の提供。
【解決手段】部品３００を保持し、基板２００に装着するヘッド１０１と、Ｘ軸方向にヘッド１０１を往復動可能に案内するビーム１０３と、ビーム１０３の一端に取り付けられ、Ｙ軸方向にビーム１０３を往復動可能に案内し、ビーム１０３のＸ軸方向の動きとＺ軸方向の動きとを規制する第一案内手段１３１と、ビーム１０３の他端に取り付けられ、Ｙ軸方向にビーム１０３を往復動可能に案内すると共に、ビーム１０３他端部のＸ軸方向のずれを許容し、Ｚ軸方向の動きを規制する第二案内手段と、ビーム１０３をＹ軸方向に往復動可能に駆動する直動モータ１４０とを備える。
【選択図】図３

Description

本願発明は、基板に部品が実装された実装基板を生産するための設備である部品実装装置に関し、特にヘッドを直線的に移動させるビームをヘッドの移動方向と直交する方向に駆動する部品実装装置に関する。

従来、部品実装装置の一つとして、固定されている基板に対し、部品供給部から部品を保持し、基板上方まで部品を搬送し、部品を降下させて基板に取り付ける（実装）部品実装装置がある。当該実装機は、保持した部品のＸＹ方向（水平面内）の位置を正確に再現する必要がある。一方、実装基板の生産性を向上させるため、部品供給部から基板上方まで部品を搬送し、ＸＹ方向の位置決めをするまでの速度や、部品を実装した後に部品供給部まで戻るまでの速度などをできる限り早める必要もある。

そこで、部品実装装置は、Ｘ軸方向に延びて配置されるビームと、前記ビームに対してスライド可能に取り付けられるヘッドを備え、前記ビームをＹ軸方向に駆動する構造が採用されている。また、Ｙ軸方向に高速に往復動するビームの運動を安定させるため、ビームの両端にはＹ軸方向に延びる直動ガイドが取り付けられている。これにより、正確かつ高速に部品を搬送することができるものとなっている。

一方、ビームは、直接ヘッドと摺動してヘッドを直線的に案内するレールを備えている。これは、ヘッドと摩擦が生じるレールは、摩擦などに強いが鉄やステンレスなどの重い金属を材料として採用し、レールとヘッドとを支えるビームは、構造的強度を備えアルミなどの軽量な金属を材料として採用することで、ビームの軽量化を図り、部品実装装置の高速化を図るためである。

しかしながら、金属からなるビームは、温度の変化によりビームが伸び縮みし、その影響はビームの長手方向であるＸ軸方向に顕著に表れる。さらに、ビームは、異なる金属からなるレールとビームとがＸ軸方向に沿って接合されるため、ビームとレールとのバイメタル効果によりビームに反りが発生し、Ｙ軸方向にもずれが発生する。このようにビームに伸び縮みや反りが発生すると、ビームの両端に取り付けられた直動ガイドに無理な力がかかることとなり、部品の実装に不具合が発生する。

そこで、ビームの一端と直動ガイドとをＸ軸方向に摺動可能に構成されるスライドブロックを介して接続する事により、ビームの伸び縮みをスライドブロックで逃がすと共に、スライドブロックによりビームが湾曲に撓む事を防止する技術が開示されている（特許文献１）。

特開２００２−９４２９５号公報

ところが、ビームの熱膨張による伸び縮みをスライドブロックにより摺動自在に支持する構成では、ビームの反りによって発生するＹ軸方向へのずれはスライドブロックによって逃がすことができず、スライドブロックやこれに接続される直動ガイドに大きな負荷がかかることとなる。

本願発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、熱膨張によりビームが反った場合でも、Ｙ軸方向のビームのスムーズな運動を確保し、温度にかかわらず部品の実装精度を一定の水準に維持することのできる部品実装装置の提供を第一の目的とする。

また、ビームを駆動する駆動装置や直動ガイドをメンテナンスする場合、ビームを治具で固定した上で、駆動装置や直動ガイドを取り外さなければならず、また、メンテナンス終了後、直動ガイド同士の平行度を調整する作業や、直動ガイドと駆動装置とのずれを直す作業を高精度で行わなければならない。このため、メンテナンス作業に多大な時間と労力とが必要となっている。

本願発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、部品実装装置において容易にメンテナンスを行うことができる方法の提供を第二の目的とする。

上記第一の目的を達成するために、本願発明にかかる部品実装装置は、基板に部品が実装された実装基板を製造するための部品実装装置であって、基板に対して作業を行うヘッドと、Ｘ軸方向に前記ヘッドを往復動可能に案内するビームと、前記ビームの一端に取り付けられ、Ｙ軸方向に前記ビームを往復動可能に案内し、前記ビームのＸ軸方向の動きとＺ軸方向の動きとを規制する第一案内手段と、前記ビームの他端に取り付けられ、Ｙ軸方向に前記ビームを往復動可能に案内すると共に、前記ビーム他端部のＸ軸方向のずれを許容し、Ｚ軸方向の動きを規制する第二案内手段と、前記ビームをＹ軸方向に往復動可能に駆動する直動モータとを備えることを特徴とする。

また、前記第二案内手段は、Ｘ軸方向の回転軸を中心に回転する複数のガイドローラと、ＸＹ平面内で広がりＹ軸方向に延びて配置される当接面を備え、前記ガイドローラと当接して前記ガイドローラをＹ軸方向に案内すると共に、Ｘ軸方向における前記ガイドローラとの摺動を許容する案内板とを備えてもよい。

これによれば、ビームの熱膨張によるＸ軸方向の伸び縮みばかりでなく、ビームの他端のＹ軸方向のずれを逃がすことができ、部品の実装精度を温度の変化にかかわらず一定の水準に維持することが可能となる。また、第一案内手段や第二案内手段とビームとの間にビームの熱膨張による応力が発生しないため、ビームを駆動することによる無理な摩擦を抑制することができ、部品実装機の寿命を向上させることが可能となる。

また、前記直動モータは、Ｙ軸方向に延びて配置される固定子と、前記固定子に沿って動く可動子とを備え、前記第二案内手段は、前記固定子と直接的、または、間接的に接続されるものでもよい。さらに、前記固定子は、Ｙ軸方向に分離可能な第一固定子と第二固定子とを備え、前記第一固定子は、前記第二案内手段に対し単独で着脱可能であってもよい。

これによれば、第一案内手段や第二案内手段にビームを取り付けた後に直動モータを取り付けることが可能となる。また、直動モータの固定子と第二案内手段とが直接的、または、間接的に接続されているため、直動モータの位置調整が容易となる。従って、直動モータと第二案内手段のメンテナンスが容易となる。

上記第二の目的を達成するために、本願発明に係るメンテナンス方法は、基板に部品が実装された実装基板を製造するための部品実装装置のメンテナンス方法であって、前記部品実装装置は、ビームと、前記ビームの一端部をＹ軸方向に案内する第一案内手段と、前記ビームの他端部をＹ軸方向に案内すると共に、前記ビーム他端部のＸ軸方向のずれを許容し、Ｚ軸方向の動きを規制する第二案内手段と、Ｙ軸方向に分離可能な第一固定子と第二固定子とを有する直動モータとを備え、前記ビームを前記第一固定子側に配置し、前記第二固定子を前記第二案内手段から取り外し、メンテナンスを行うことを特徴としている。

これにより、治具を別途用意することなく、直動モータなどのメンテナンスを行うことができ、また、取り付け時の平行度や傾きの調整も簡易的なものでよくなる。

本願発明によれば、温度変化によらず実装精度を一定の水準に維持することができ、直動モータや第二案内手段のメンテナンスを容易にすることが可能となる。

部品実装装置を模式的に示す斜示図である。 ビームの一端部を、一部を切り欠いて正面（Ｙ軸方向）から示す平面図である。 ビームの他端部を、一部を切り欠いて正面（Ｙ軸方向）から示す平面図である。 ビームの他端部近傍を部品実装装置の内方から示す斜示図である。 第二案内手段の他の実施の形態を一部を切り欠いて正面（Ｙ軸方向）から示す平面図である。 部品実装装置を模式的に示す斜示図である。

次に、本願発明にかかる部品実装装置の実施の形態である部品実装装置について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、部品実装装置を模式的に示す斜示図である。

同図に示すように、部品実装装置１００は、部品供給部（図示せず）から部品３００を基板２００の上方にまで搬送し、搬送した部品３００を基板２００に取り付ける（実装する）装置であり、ヘッド１０１と、ビーム１０３と、第一案内手段１３１と、第二案内手段１３２と、直動モータ１４０とを備えている。

ヘッド１０１は、基板２００に対し部品実装、接着剤塗布、クリーム半田印刷、検査などの作業を行うための装置である。本実施の形態の場合、ヘッド１０１は、部品３００を着脱自在に保持する保持手段を備える装置であり、Ｘ軸方向に往復動自在にレール１０２を介してビーム１０３に取り付けられている。例えば、保持手段１０４は、真空吸着により部品３００を保持するノズルであり、ヘッド１０１は、保持手段１０４を複数本備えることがある。また、ヘッド１０１は、保持手段をそれぞれ独立にＺ軸方向に出没させる機構を備えており、部品３００を保持して搬送し、基板２００に部品３００を取り付ける（実装）機能を備えている。

なお、ヘッド１０１は、部品３００を基板２００に実装する装置ばかりでなく、部品３００を検査するためのヘッド１０１や、部品３００を接着するための樹脂を塗布するためのヘッド１０１等でもよい。

本実施の形態の場合、部品実装装置１００は、２本のレール１０２を備えており、２本のレール１０２は、Ｚ軸方向に平行に並んで配置されている。レール１０２は、ヘッド１０１と相対的に摺動し摩擦が発生するため、耐摩耗性の高い鋼（鉄、ステンレスなど）が材料として選定されている。

ビーム１０３は、ヘッド１０１をＸ軸方向に摺動自在に案内する棒状のレール１０２を備える棒形状の部材であって、Ｘ軸方向に延びて配置される部材である。ビーム１０３は、ビーム１０３に対し高速に往復動するヘッド１０１を保持し、また、ビーム１０３は、ヘッド１０１と共にＹ軸方向に高速に往復動するため、ビーム１０３に振動が発生すると保持している部品３００を落とす、位置決め精度が低下するなどの不具合が生じる。従って、ビーム１０３は、構造的な強度を十分に備え、かつ、軽量であることが望ましい。本実施の形態の場合、ビーム１０３は、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金の引き抜き材で構成されている。また、ビーム１０３は中空形状となっており、構造的な強度を確保するため多数のリブが設けられている。

以上のように、異なる金属材質で構成されるレール１０２とビーム１０３とをＸ軸方向に反った状態で接合するため、ビーム１０３は、温度の変化によってＸ軸方向に伸び縮みするばかりでなく、Ｙ軸方向にもずれが発生することとなる。

図２は、ビームの一端部を、一部を切り欠いて正面（Ｙ軸方向）から示す平面図である。

図３は、ビームの他端部を、一部を切り欠いて正面（Ｙ軸方向）から示す平面図である。

第一案内手段１３１は、ビーム１０３のＸ軸方向の一端に取り付けられ、ビーム１０３の一端部がＹ軸方向に自在に往復動できるように案内し、ビーム１０３の一端部のＸ軸方向の動きとＺ軸方向の動きとを規制する構造体である。本実施の形態の場合、第一案内手段１３１は、直動ガイドや直動軸受、リニアガイドと称される構造体であり、図１や図２に示すように、Ｙ軸方向に延びて配置されるガイドレール１３３とガイドレール１３３に摺動自在に係合するガイドブロック１３４とで構成されている。ガイドブロック１３４は、ガイドレール１３３に対し、Ｙ軸方向には摺動自在であるが、それ以外の方向、例えばＸ軸方向やＺ軸方向には動きが規制される態様で係合している。また、ガイドブロック１３４は、ブラケット１１３を介してビーム１０３と接続されている。

直動モータ１４０は、ビーム１０３をＹ軸方向に往復動可能に駆動する駆動源であり、リニアモータ等と称される装置である。本実施の形態の場合、直動モータ１４０は、Ｙ軸方向に延びて配置される固定子１４１と、固定子１４１の長手方向（Ｙ軸方向）に沿って動く可動子１４２とを備えている。固定子１４１は、Ｘ軸方向のビーム１０３側に開いたコの字形状であり、磁石（図示せず）が固定子１４１の内側の上下方向に配置されている。

また、直動モータ１４０は、ビーム１０３のＸ軸方向の両端側に設けられている。これは、二つの直動モータ１４０をビーム１０３の両端で同期させて駆動させることで、ビーム１０３がＸＹ平面内で傾いた状態で往復動することを防止するためであり、ビーム１０３のＸ軸方向の長さが長い場合に特に有効な態様である。なお、Ｘ軸方向の長さが短い場合には、一つの直動モータ１４０をビーム１０３の片側に配置する構成を採用してもよい。

図２に示すように、直動モータ１４０の可動子１４２は、ビーム１０３の一端にブラケット１１３を介して取り付けられており、固定子１４１は、第一案内手段１３１のガイドレール１３３が取り付けられている基体１０７から第一案内手段１３１を回避して上方に一体に突出する受け部１０８に取り付けられている。以上により、ガイドレール１３３等を介して固定子１４１と可動子１４２のＸ軸方向とＺ軸方向の位置関係が決定され、ビーム１０３の一端部が第一案内手段１３１によりＸ軸方向に位置決めされ、Ｙ軸方向に往復移動可能に案内されることにより描く直線的な軌道と、直動モータ１４０の可動子１４２が固定子１４１に対して通るべき軌道とがＹ軸方向に沿って平行になる。

また図３に示すように、ビーム１０３の他端においては、他の直動モータ１４０が取り付けられている。直動モータ１４０の可動子１４２は、ビーム１０３の他端に取り付けられており、固定子１４１は、第二案内手段１３２に直接的、または、間接的に接続されている。以上により、第二案内手段１３２を介して固定子１４１と可動子１４２のＺ軸方向の位置関係（固定子１４１の磁石（図示せず）と可動子１４２のコイルとの隙間が一定となる位置関係）が決定されている。

図４は、ビームの他端側を部品実装装置の内方から示す斜示図である。

第二案内手段１３２は、ビーム１０３の他端に取り付けられ、Ｙ軸方向にビーム１０３を往復動可能に案内すると共に、ビーム１０３のＸ軸方向の伸び縮みを許容し、Ｚ軸方向の動きを規制する構造体である。本実施の形態の場合、図３及び図４に示すように、第二案内手段１３２は、ガイドローラ１３５と、案内板１３６とを備えている。

ガイドローラ１３５は、Ｘ軸方向の回転軸を中心に回転するローラであり、第二案内手段１３２は、ガイドローラ１３５を複数個（例えばＺ軸方向やＹ軸方向に複数個）備えている。

案内板１３６は、ガイドローラ１３５と当接する当接面１３７であって、ＸＹ平面内で広がりＹ軸方向に延びて配置される当接面１３７を備え、ガイドローラ１３５をＹ軸方向に案内すると共に、ガイドローラ１３５と摺動することによりＸ軸方向におけるガイドローラ１３５の移動を許容する部材である。

本実施の形態の場合、案内板１３６は、Ｙ軸方向に延びて配置される矩形短冊状の板状部材であり、Ｚ軸方向の両面に当接面１３７を備えている。一方、ガイドローラ１３５は、Ｚ軸方向に二つ配列されており、案内板１３６を上下に挟むことによって、Ｚ軸方向の正方向、及び、負方向のいずれにも動きが規制されるものとなっている。従って、案内板１３６が固定されている状態においては、ガイドローラ１３５は、Ｙ軸方向には回転することによりスムーズに移動し、Ｘ軸方向には案内板１３６と摺動することにより動くことが可能である。また、ガイドローラ１３５は、ブラケット１１３を介してビーム１０３の他端に取り付けられており、案内板１３６は、基体１０７に固定されることで、第二案内手段１３２は、ビーム１０３の他端部を案内するものとなっている（図３参照）。

なお、第二案内手段１３２は、上記態様に限定される訳ではない。例えば、転がりによって案内するのではなく、滑りにより案内するものでもかまわない。また、図５に示すように、Ｚ軸方向に配列される二つのガイドローラ１３５に対し二つの案内板１３６でＺ軸方向に挟み込むものでもかまわない。また、上下方向の位置決め精度やガイドローラ１３５の剛性が許せば、Ｚ軸方向に一つのガイドローラ１３５を上下二つの案内板１３６で挟み込むものでもかまわない。

次に、部品実装装置１００のメンテナンスの態様を説明する。

図６は、メンテナンス時における部品実装装置を模式的に示す斜示図である。

同図に示すように、直動モータ１４０の固定子１４１は、Ｙ軸方向に分離可能な第一固定子１４３と第二固定子１４４とを備えており、また、第二案内手段１３２もＹ軸方向に分離可能となされている。同図は、第二固定子１４４が取り外され、第二案内手段１３２の一部が取り外された状態を示している。

このように、第二案内手段１３２が分割構造を採用できるのは、第二案内手段１３２が、ビーム１０３の他端をＹ軸方向に往復動可能にして、Ｘ軸方向の動きを許容するもの、すなわち、ガイドローラ１３５が案内板１３６に対しＸ軸方向に動くことを許容するものであるため、第一案内手段１３１と第二案内手段１３２との平行度を厳密に調整しなくともビーム１０３をＹ軸方向に案内する機能を損ねないからである。また、直動モータ１４０が分割構造を採用できるのは、第二案内手段１３２と固定子１４１とのＸＹ平面内の傾きを厳密に調整しなくともＺ軸方向における磁石をその内側の上下方向に備えた固定子１４１とコイルを備えた可動子１４２とのギャップの調整が不要で、ビーム１０３をＹ軸方向に駆動する機能を損ねないからである。

従って、直動モータ１４０の第二固定子１４４（または、第一固定子１４３）を取り外すことにより、ビーム１０３が第一案内手段１３１と第二案内手段１３２とに取り付けられた状態であっても直動モータ１４０のメンテナンスをすることが可能となる。さらに、第二案内手段１３２の一部を取り外すことにより、第二案内手段１３２や、ガイドローラ１３５を複数個備えた場合の一部のガイドローラ１３５も容易にメンテナンスすることが可能となる。

さらに、第二案内手段１３２や直動モータ１４０の第二固定子１４４（または、第一固定子１４３）の位置調整が容易であるため、取り外した第二案内手段１３２の一部や第二固定子１４４（または、第一固定子１４３）を取り付ける作業も容易となる。以上から、直動モータ１４０や第二案内手段１３２のメンテナンス作業を容易かつ短時間で終了させることが可能となる。

また、上記実施の形態に係る部品実装装置１００によれば、ビーム１０３の温度変化によってビーム１０３の一端に対する他端のＸ軸方向の位置ずれや、Ｙ軸方向の位置ずれ（反り）が発生しても、第二案内手段１３２がこれらのずれを許容し、逃がすため、第一案内手段１３１や第二案内手段１３２に無理な負荷がかかることなくビーム１０３をＹ軸方向にスムーズに案内することができる。また、これにより、第一案内手段１３１や第二案内手段１３２の寿命の向上を図ることが可能となる。

さらに、ビーム１０３の両端に直動モータ１４０が取り付けられる場合に発生する同期ずれによるビーム１０３のＸＹ平面内の傾きも、第二案内手段１３２が許容し、逃がすことができるため、第一案内手段１３１や第二案内手段１３２に発生する付加を低減することが可能となる。従って、本願発明は、ビーム１０３の両端部を直動モータ１４０で駆動する部品実装装置１００において特に効果を発揮することができる。

なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて実現される別の実施の形態を本願発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本願発明の主旨、すなわち、特許請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を
施して得られる変形例も本願発明に含まれる。また、本明細書においては、ＸＹ平面を水平面とし、Ｚ軸方向を鉛直方向として説明しているが、これに限定されるものでは無い。また、Ｘ軸方向、および、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向がそれぞれ直交するものとして記載しているが、これらは厳密なものでは無く、「直交」や「平面」などの文言は、本願発明の趣旨を逸脱しない程度の誤差を許容する意味で使用している。

本願発明は、ヘッドをＸＹ方向に自在に高速で移動させる部品実装装置に利用でき、例えば部品を基板に実装する部品実装機ばかりでなく、基板に取り付けられた部品を検査する検査機や、接着剤などを基板に塗布する塗布機などにも利用可能である。

１００ 部品実装装置
１０１ ヘッド
１０２ レール
１０３ ビーム
１０７ 基体
１０８ 受け部
１１３ ブラケット
１３１ 第一案内手段
１３２ 第二案内手段
１３３ ガイドレール
１３４ ガイドブロック
１３５ ガイドローラ
１３６ 案内板
１３７ 当接面
１４０ 直動モータ
１４１ 固定子
１４２ 可動子
１４３ 第一固定子
１４４ 第二固定子
２００ 基板
３００ 部品

Claims (5)

1. 基板に部品が実装された実装基板を製造するための部品実装装置であって、
   基板に対して作業を行うヘッドと、
   Ｘ軸方向に前記ヘッドを往復動可能に案内するビームと、
   前記ビームの一端に取り付けられ、Ｙ軸方向に前記ビームを往復動可能に案内し、前記ビームのＸ軸方向の動きとＺ軸方向の動きとを規制する第一案内手段と、
   前記ビームの他端に取り付けられ、Ｙ軸方向に前記ビームを往復動可能に案内すると共に、前記ビーム他端部のＸ軸方向のずれを許容し、Ｚ軸方向の動きを規制する第二案内手段と、
   前記ビームをＹ軸方向に往復動可能に駆動する直動モータと
   を備える部品実装装置。
2. 前記第二案内手段は、
   Ｘ軸方向の回転軸を中心に回転する複数のガイドローラと、
   ＸＹ平面内で広がりＹ軸方向に延びて配置される当接面を備え、前記ガイドローラと当接して前記ガイドローラをＹ軸方向に案内すると共に、Ｘ軸方向における前記ガイドローラとの摺動を許容する案内板とを備える
   請求項１に記載の部品実装装置。
3. 前記直動モータは、
   Ｙ軸方向に延びて配置される固定子と、
   前記固定子に沿って動く可動子とを備え、
   前記第二案内手段は、前記固定子と直接的、または、間接的に接続される
   請求項１に記載の部品実装装置。
4. 前記固定子は、Ｙ軸方向に分離可能な第一固定子と第二固定子とを備え、
   前記第一固定子は、前記第二案内手段に対し単独で着脱可能である
   請求項３に記載の部品実装装置。
5. 基板に部品が実装された実装基板を製造するための請求項４に記載の部品実装装置のメンテナンス方法であって、
   前記ビームを前記第一固定子側に配置し、
   前記第二固定子を前記第二案内手段から取り外し、
   メンテナンスを行う
   メンテナンス方法。

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