JP2015015410A - 部品実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装着ヘッドを移動可能に支持するビーム部材を効果的に冷却してビーム部材の温度上昇を抑え、熱膨張による反りを抑制して実装精度の低下を防止できるようにした部品実装装置を提供することを目的とする。【解決手段】装着ヘッド１６を水平面内で移動させるヘッド移動機構１５が、装着ヘッド１６を水平面内の第１の方向（Ｘ軸方向）に移動可能に支持する中空構造のＸ軸ビーム１５ｃ及びＸ軸ビーム１５ｃを第１の方向と直交する水平面内の第２の方向（Ｙ軸方向）に移動させるビーム部材移動手段（Ｙ軸ビーム１５ａ及びＹ軸方向移動リニアモータ２１）を備えて成り、Ｘ軸ビーム１５ｃは、第２の方向に対向して配置された両面のそれぞれに、Ｘ軸ビーム１５ｃの内部空間を通じて互いに連通する開口部Ｋを備える。【選択図】図６

Description

本発明は、装着ヘッドにより部品をピックアップして基板に装着する部品実装装置に関するものである。

装着ヘッドにより部品をピックアップして基板に装着する部品実装装置では、装着ヘッドを水平面内で移動させるヘッド移動機構を備えている。このヘッド移動機構は、装着ヘッドを水平面内の第１の方向（Ｘ軸方向）に移動可能に支持するビーム部材を、第１の方向と直交する水平面内の第２の方向に移動可能に構成しており、ビーム部材に沿った装着ヘッドのＸ軸方向への移動と、ビーム部材のＹ軸方向への移動との組み合わせによって、装着ヘッドを水平面内で自在に移動させることができるようになっている。

このようなヘッド移動機構では、ビーム部材は種類の異なる金属材料を貼り合わせた構成となっているため、装着ヘッドを移動させるアクチュエータの動作時に発生した熱によってビーム部材全体が熱膨張すると、貼り合わせた金属材料の線膨張係数の違いによって反りが生じ、装着ヘッドの移動軌道が正常な状態からずれてしまって実装精度が低下するおそれがあった。このため従来、ビーム部材を中空構造とするとともに、その内部空間に繋がる開口部を設け、ビーム部材の移動に伴って内部空間に出入りする空気によってビーム部材が冷却（空冷）されるようにし、ビーム部材の温度上昇を抑えてビーム部材に熱膨張による反りが生じにくいようにしたものが知られている（例えば、特許文献１）。

特開２０１１−２５８８０６号公報

しかしながら、上記従来のものでは、空気の出入り口となる開口部は、ビーム部材の進行方向に対向する両面のうちの一方だけに設けられていたことから、空気の流入と流出が同一の開口部で混在して起き、ビーム部材の内部を空気がスムーズに通過しないために十分な冷却効果が得られないという問題点があった。

そこで本発明は、装着ヘッドを移動可能に支持するビーム部材を効果的に冷却してビーム部材の温度上昇を抑え、熱膨張による反りを抑制して実装精度の低下を防止できるようにした部品実装装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の部品実装装置は、装着ヘッドにより部品をピックアップして基板に装着する部品実装装置であって、前記装着ヘッドを水平面内で移動させるヘッド移動機構が、前記装着ヘッドを水平面内の第１の方向に移動可能に支持する中空構造のビーム部材及び前記ビーム部材を前記第１の方向と直交する水平面内の第２の方向に移動させるビーム部材移動手段を備えて成り、前記ビーム部材は、前記第２の方向に対向して配置された第１の面と第２の面のそれぞれに、前記ビーム部材の内部空間を通じて互いに連通する開口部を備えた。

請求項２に記載の部品実装装置は、請求項１に記載の部品実装装置であって、前記ビーム部材は、前記装着ヘッドに設けられた可動子との間でリニアモータを構成する固定子を有して成り、前記固定子は、前記第１の方向に直交する断面の縦寸法が横寸法よりも小さくなる姿勢に配置された。

請求項３に記載の部品実装装置は、請求項１又は２に記載の部品実装装置であって、前記ビーム部材は一方の端部が前記ビーム部材移動手段に対して片持ち梁の状態に支持されており、前記ビーム部材の他方の端部に設けられた端部開口部が前記ビーム部材の前記内部空間と連通している。

本発明では、ビーム部材の第２の方向への移動によって、ビーム部材の進行方向の前面側の開口部から空気が流入し、その空気はビーム部材の内部空間を通ってビーム部材の進行方向の後面側の開口部から流出するので、ビーム部材の第２の方向への移動に伴って空気がビーム部材の内部をスムーズに通過し、ビーム部材が効果的に冷却される。このためビーム部材の温度上昇を抑えて熱膨張による反りを抑制でき、実装精度の低下を防止することができる。

本発明の一実施の形態における部品実装装置の斜視図 本発明の一実施の形態における部品実装装置が備えるヘッド移動機構の斜視図 本発明の一実施の形態におけるヘッド移動機構を構成するＸ軸ビームの断面図 （ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態におけるＸ軸ビームの斜視図 本発明の一実施の形態における部品実装装置の制御系統を示すブロック図 （ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態におけるＸ軸ビームの部分拡大斜視図 （ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態におけるＸ軸ビームの部分拡大斜視図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１において、部品実装装置１は、基板２上に部品３を装着する装置であり、基台１１上に基板搬送部１２、部品供給部１３及び部品装着部１４を有して成る。

基板搬送部１２は一対のコンベア１２ａを備えて成り、同期駆動された一対のコンベア１２ａによって基板２を水平面内の一の方向（Ｘ軸方向とする。オペレータＯＰから見た左右方向）に搬送する。部品供給部１３は基台１１に取付けられた複数のパーツフィーダ１３ａ（例えばテープフィーダ）から成り、各パーツフィーダ１３ａは部品供給口１３ｐに部品３を連続的に供給する。

部品装着部１４は基台１１上に設けられたヘッド移動機構１５と、ヘッド移動機構１５によって移動される装着ヘッド１６から成る。ヘッド移動機構１５は、図２にも示すように、基台１１の上方をＸ軸方向と直交する水平面内方向（Ｙ軸方向とする。オペレータＯＰから見た前後方向）に延びたＹ軸ビーム１５ａ、Ｙ軸ビーム１５ａ上を移動自在なＹステージ１５ｂ、Ｙステージ１５ｂに一端側が固定されてＸ軸方向に延び、片持ち梁状態に支持されたＸ軸ビーム１５ｃ及びＸ軸ビーム１５ｃ上を移動自在なＸステージ１５ｄから成り、装着ヘッド１６はＸステージ１５ｄに取付けられている。装着ヘッド１６には、各パーツフィーダ１３ａが部品供給口１３ｐに供給する部品３を吸着によりピックアップする複数の吸着ノズル１６ａが備えられている。

装着ヘッド１６には撮像視野を下方に向けた基板カメラ１７が設けられており、基台１１上の基板搬送部１２と部品供給部１３の間の位置には撮像視野を上方に向けた部品カメラ１８が設けられている。

ヘッド移動機構１５を構成するＸ軸ビーム１５ｃは、図３及び図４（ａ），（ｂ）に示すように中空構造を有しており、Ｘ軸ビーム１５ｃの移動方向（Ｙ軸方向）に対向する両面Ｆにはそれぞれ、Ｘ軸ビーム１５ｃの内部空間ＳＰを通じて互いに連通する複数の開口部Ｋが設けられている。ここでは、上記Ｘ軸ビーム１５ｃの移動方向に対向する両面Ｆのうち、装着ヘッド１６（Ｘステージ１５ｄ）が設けられている側を第１の面Ｆ１、これとは反対側の面を第２の面Ｆ２と称し、第１の面Ｆ１に設けられている開口部Ｋを第１面開口部Ｋ１、第２の面Ｆ２に設けられている開口部Ｋを第２面開口部Ｋ２と称する。

図２及び図４（ａ），（ｂ）において、片持ち梁状態に支持されたＸ軸ビーム１５ｃのＹステージ１５ｂに対する固定端側とは反対側の端部（非固定側の端部）には、プレート状のカバー部材２０が設けられているが、カバー部材２０にはＸ軸ビーム１５ｃの内部空間ＳＰと繋がる端部開口部Ｋ３が設けられているため、Ｘ軸ビーム１５ｃの内部空間ＳＰは、端部開口部Ｋ３を通じて外気に開放された状態となっている。

図２に及び図３に示すように、Ｘ軸ビーム１５ｃは中空構造のフレーム部ＦＲと、フレーム部ＦＲの第１の面Ｆ１の上下の端部にＸ軸方向に延びて設けられた一対のガイド部ＧＤとを貼り合わせた構造を有しており、装着ヘッド１６が取付けられるＸステージ１５ｄは、その背面（Ｘ軸ビーム１５ｃと対向する側の面）の上下に設けられた断面「コ」の字状の一対のスライダＳＬをそれぞれＸ軸ビーム１５ｃのガイド部ＧＤに係合させており、スライダＳＬがガイド部ＧＤにガイドされてスライドすることで、Ｘステージ１５ｄが（すなわち装着ヘッド１６が）Ｘ軸方向に移動できるようになっている。

Ｘ軸ビーム１５ｃのフレーム部ＦＲは軽量化のためにアルミニウムを主材とする部材から成っており、ガイド部ＧＤは高剛性を保持する必要から鋼部材から成っている。すなわちＸ軸ビーム１５ｃは、種類の異なる金属材料を貼り合わせた構成となっている。図２及び図３に示すように、ガイド部ＧＤには、Ｘ軸ビーム１５ｃの内部空間ＳＰに繋がる複数の開口部Ｋ（第１面開口部Ｋ１）が設けられている。

図２において、Ｙ軸ビーム１５ａのＹステージ１５ｂが設けられた側の面には固定子（Ｙ軸方向移動固定子２１ａと称する）がＹ軸方向に延びて設けられており、Ｙステージ１５ｂのＹ軸ビーム１５ａと対向する側の面には可動子（Ｙ軸方向移動可動子２１ｂと称する）が設けられている。これらＹ軸方向移動固定子２１ａとＹ軸方向移動可動子２１ｂとはリニアモータ（Ｙ軸方向移動リニアモータ２１と称する）を構成しており、Ｙ軸方向移動固定子２１ａの界磁制御を行うことによって、Ｙ軸方向移動可動子２１ｂが取付けられたＹステージ１５ｄを（すなわちＸ軸ビーム１５ｃを）Ｙ軸ビーム１５ａに沿ってＹ軸方向へ移動させることができる。

また、図２及び図３において、Ｘ軸ビーム１５ｃの第１の面Ｆ１には固定子（Ｘ軸方向移動固定子２２ａと称する）がＸ軸方向に延びて設けられており、Ｘステージ１５ｄの背面には可動子（Ｘ軸方向移動可動子２２ｂと称する）が設けられている。これらＸ軸方向移動固定子２２ａとＸ軸方向移動可動子２２ｂとはリニアモータ（Ｘ軸方向移動リニアモータ２２と称する）を構成しており、Ｘ軸方向移動固定子２２ａの界磁制御を行うことによって、Ｘ軸方向移動可動子２２ｂが取付けられたＸステージ１５ｄを（すなわち装着ヘッド１６を）Ｘ軸ビーム１５ｃに沿ってＸ軸方向へ移動させることができる。

図５において、基板搬送部１２（一対のコンベア１２ａ）による基板２の搬送及び位置決め動作制御、部品供給部１３（パーツフィーダ１３ａ）による部品３の供給動作制御、ヘッド移動機構１５（Ｙ軸方向移動リニアモータ２１及びＸ軸方向移動リニアモータ２２）による装着ヘッド１６の移動動作制御、装着ヘッド１６に内蔵されたノズル駆動機構１６Ａによる各吸着ノズル１６ａの昇降及び回動動作制御、装着ヘッド１６に内蔵された吸着機構１６Ｂによる各吸着ノズル１６ａの部品３の吸着動作制御は、部品実装装置１が備える制御装置３０によってなされる。また、基板カメラ１７による撮像動作制御と部品カメラ１８による撮像動作制御は制御装置３０によってなされ、基板カメラ１７の撮像動作によって得られた画像データと部品カメラ１８による撮像動作によって得られた画像データの画像認識は制御装置３０の画像認識部３０ａによってなされる。

このように本実施の形態における部品実装装置１では、装着ヘッド１６を水平面内で移動させるヘッド移動機構１５が、装着ヘッド１６をＸ軸方向（水平面内の第１の方向）に移動可能に支持する中空構造のビーム部材としてのＸ軸ビーム１５ｃ及びこのＸ軸ビーム１５ｃをＹ軸方向（Ｘ軸方向と直交する水平面内の第２の方向）に移動させるビーム部材移動手段を備えて成る。そして、Ｘ軸ビーム１５ｃが、Ｙ軸方向に対向して配置された両面Ｆ（第１の面Ｆ１と第２の面Ｆ２）のそれぞれに、Ｘ軸ビーム１５ｃの内部空間ＳＰを通じて互いに連通する複数の開口部Ｋを備えた構成となっている。ここで、ビーム部材移動手段とは、Ｘ軸ビーム１５ｃをＸ軸方向と直交する水平面内の第２の方向（Ｙ軸方向）に移動可能に支持するＹ軸ビーム１５ａと、Ｙ軸ビーム１５ａに沿ってＸ軸ビーム１５ｃを移動させるアクチュエータとしてのＹ軸方向移動リニアモータ２１を指している。

次に、制御装置３０が実行する基板２への部品３の装着動作手順を説明する。制御装置３０は、先ず、部品実装装置１の上流側の他の装置から送られてきた基板２を基板搬送部１２によって搬送して所定の作業位置に位置決めする（図１）。そして、ヘッド移動機構１５により装着ヘッド１６を水平面内で移動させて、基板２の上方に基板カメラ１７を位置させ、基板２に設けられた位置認識マーク（図示せず）の撮像を行う。そして、得られた位置認識マークの画像を画像認識部３０ａにおいて画像認識することによって、基板２の正規の作業位置からの位置ずれを検出する。

制御装置３０は、基板２の位置ずれを検出したら、ヘッド移動機構１５の作動制御を行って装着ヘッド１６を部品供給部１３の上方に移動させ、各パーツフィーダ１３ａに部品３の供給動作を行わせるとともに、ノズル駆動機構１６Ａと吸着機構１６Ｂの作動制御を行い、吸着ノズル１６ａに部品３を吸着させてピックアップする。そして、吸着ノズル１６ａによりピックアップした部品３が部品カメラ１８の上方を通過するように装着ヘッド１６を移動させ、部品カメラ１８による部品３の撮像とこれにより得られた画像データの画像認識を行って、吸着ノズル１６ａに対する部品３の位置ずれ（吸着ずれ）を求める。

制御装置３０は、吸着ノズル１６ａに対する部品３の位置ずれを求めたら、部品３が基板２の上方に位置するように装着ヘッド１６を移動させる。そして、吸着ノズル１６ａを下降させて、部品３を基板２に装着する。この部品３の装着時には、制御装置３０は、既に求めている基板２の位置ずれと部品３の吸着ずれが修正されるように、基板２に対する吸着ノズル１６ａの位置補正（回転補正を含む）を行う。

制御装置３０は、基板２に装着すべき全ての部品３の装着が終了したら、基板搬送部１２を作動させて、基板２を部品実装装置１の外部に搬出する。

上記構成の部品実装装置１による基板２への部品３の装着動作において、制御装置３０がＹ軸方向移動リニアモータ２１を作動させてＸ軸ビーム１５ｃをＹ軸方向に移動させると、Ｘ軸ビーム１５ｃの進行方向の前面側の開口部Ｋから空気が流入し、その空気はＸ軸ビーム１５ｃの内部空間ＳＰを通ってＸ軸ビーム１５ｃの進行方向の後面側の開口部Ｋから流出する。具体的には、Ｘ軸ビーム１５ｃが装着ヘッド１６の設けられている側の面（第１の面Ｆ１）を進行方向の前面として移動するときには、第１の面Ｆ１に設けられている第１面開口部Ｋ１から流入した空気がＸ軸ビーム１５ｃの内部空間ＳＰを通って第２の面Ｆ２に設けられている第２面開口部Ｋ２から流出し（図６（ａ），（ｂ））、Ｘ軸ビーム１５ｃが装着ヘッド１６の設けられている側とは反対側の面（第２の面Ｆ２）を進行方向の前面として移動するときには、第２の面Ｆ２に設けられている第２面開口部Ｋ２から流入した空気がＸ軸ビーム１５ｃの内部空間ＳＰを通って第１の面Ｆ１に設けられている第１面開口部Ｋ１から流出する（図７（ａ），（ｂ））。

このように本実施の形態における部品実装装置１では、Ｘ軸ビーム１５ｃのＹ軸方向への移動によって、Ｘ軸ビーム１５ｃの進行方向の前面側の開口部Ｋから空気が流入し、その空気はＸ軸ビーム１５ｃの内部空間ＳＰを通ってＸ軸ビーム１５ｃの進行方向の後面側の開口部Ｋから流出するので、Ｘ軸ビーム１５ｃのＹ軸方向への移動に伴って空気がＸ軸ビーム１５ｃの内部をスムーズに通過し、Ｘ軸ビーム１５ｃが効果的に冷却（空冷）される。このため、装着ヘッド１６を移動させるアクチュエータであるＸ軸方向移動リニアモータ２２の動作によって熱が発生しても、Ｘ軸ビーム１５ｃの温度上昇が抑えられ、貼り合わせた金属材料の線膨張係数の違いによって発生するＸ軸ビーム１５ｃの反りが抑制されるので、装着ヘッド１６の移動軌道が正常な状態からずれてしまうような事態が生じず、実装精度の低下を防止することができる。

また、図３に示すように、Ｘ軸ビーム１５ｃに設けられたＸ軸方向移動固定子２２ａを、Ｘ軸方向に直交する断面の縦寸法Ｌが横寸法Ｗよりも小さくなる（Ｌ＜Ｗとなる）横倒し姿勢に配置するとともに、Ｘ軸方向移動可動子２２ｂを、Ｘ軸方向移動固定子２２ａの上下から挟む断面「コ」の字形状の構成とすることにより、Ｘ軸ビーム１５ｃのＹ軸方向に対向して配置された両面Ｆ（第１の面Ｆ１と第２の面Ｆ２）のうち、装着ヘッド１６が取付けられる側の面の正面視（図３の紙面右方からの矢視）においてＸ軸方向移動固定子２２ａが占める領域を小さくすることができる。したがって、Ｘ軸方向移動固定子２２ａの占める領域が小さくなった分、第１面開口部Ｋ１を設ける領域を広くすることができ、これにより、Ｘ軸ビーム１５ｃの冷却効果を増大させることができる。

更に、本実施の形態における部品実装装置１では、Ｘ軸ビーム１５ｃのＹステージ１５ｂに対する固定端側とは反対側の端部（非固定側の端部）に、Ｘ軸ビーム１５ｃの内部空間ＳＰと連通する端部開口部Ｋ３が設けられており、Ｘ軸ビーム１５ｃの内部空間ＳＰは、端部開口部Ｋ３を通じて外気に開放された状態となっているため、Ｘ軸ビーム１５ｃの移動時に、進行方向の前面側から流入した空気が、進行方向の後面側だけでなく、Ｘ軸ビーム１５ｃの端部からも流出する。このため空気がＸ軸ビーム１５ｃの長手方向（Ｘ軸方向）側にも流れるようになり、Ｘ軸ビーム１５ｃの冷却効果を一段と高めることができる。

なお、上述の実施の形態では、装着ヘッド１６はリニアモータ（Ｘ軸方向移動リニアモータ２２）によってＸ軸ビーム１５ｃ上を移動される構成となっていたが、装着ヘッド１６を移動させるアクチュエータはリニアモータに限られず、装着ヘッド１６と螺合したボール螺子をモータで駆動して装着ヘッド１６を移動させる機構等であってもよい。このような構成であっても装着ヘッド１６の移動動作の際にアクチュエータ（上記例ではモータ）から熱が発生するので、同様の効果を得ることができるが、リニアモータでは発熱量がモータによってボール螺子を駆動する機構等に比べて格段に大きいので、装着ヘッド１６を移動させるアクチュエータがリニアモータであるときには本発明の効果が特に大きい。

装着ヘッドを移動可能に支持するビーム部材を効果的に冷却してビーム部材の温度上昇を抑え、熱膨張による反りを抑制して実装精度の低下を防止できるようにした部品実装装置を提供する。

１ 部品実装装置
２ 基板
３ 部品
１５ ヘッド移動機構
１５ａ Ｙ軸ビーム（ビーム部材移動手段）
１５ｃ Ｘ軸ビーム（ビーム部材）
１６ 装着ヘッド
２１ Ｙ軸方向移動リニアモータ（ビーム部材移動手段）
２２ Ｘ軸方向移動リニアモータ（リニアモータ）
２２ａ Ｘ軸方向移動固定子（固定子）
２２ｂ Ｘ軸方向移動可動子（可動子）
Ｆ１ 第１の面
Ｆ２ 第２の面
ＳＰ 内部空間
Ｋ 開口部
Ｋ３ 端部開口部
Ｌ 縦寸法
Ｗ 横寸法

Claims (3)

1. 装着ヘッドにより部品をピックアップして基板に装着する部品実装装置であって、
   前記装着ヘッドを水平面内で移動させるヘッド移動機構が、前記装着ヘッドを水平面内の第１の方向に移動可能に支持する中空構造のビーム部材及び前記ビーム部材を前記第１の方向と直交する水平面内の第２の方向に移動させるビーム部材移動手段を備えて成り、
   前記ビーム部材は、前記第２の方向に対向して配置された第１の面と第２の面のそれぞれに、前記ビーム部材の内部空間を通じて互いに連通する開口部を備えたことを特徴とする部品実装装置。
2. 前記ビーム部材は、前記装着ヘッドに設けられた可動子との間でリニアモータを構成する固定子を有して成り、前記固定子は、前記第１の方向に直交する断面の縦寸法が横寸法よりも小さくなる姿勢に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の部品実装装置。
3. 前記ビーム部材は一方の端部が前記ビーム部材移動手段に対して片持ち梁の状態に支持されており、前記ビーム部材の他方の端部に設けられた端部開口部が前記ビーム部材の前記内部空間と連通していることを特徴とする請求項１又は２に記載の部品実装装置。

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