JP2017005206A - 実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水平面に対する角度が異なる様々な実装面を有する被実装部材において、生産性を向上させつつ、それぞれの実装面に確実に実装することが可能な実装装置を提供すること。
【解決手段】本発明の実装装置は、実装部材移動機構部と、被実装部材保持機構部とを備え、被実装部材保持機構部は、第一回転軸を回転中心としてベースを回動させて被実装部材を回転させる第一回転駆動部と、第一回転軸と直交する第二回転軸を回転中心として被実装部材を回転させる第二回転駆動部と、第二回転軸と平行に配置された第三回転軸を回転中心として回転させる第三回転駆動部と、第三回転軸に直交する第四回転軸を回転中心として回転させる回転軸方向変換部と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、凹凸及び／又は斜面を有する被実装部材である立体回路基板に対して、チップ抵抗などの実装部材を実装する実装装置に関する。

近年、商品の小型化やデザイン性を向上させるために、一般的な平面板形状のプリント基板ではなく、立体的形状の成形品表面に直接電気回路を形成したＭＩＤ(Molded Interconnect Device)と呼ばれる立体回路基板が用いられるようになった。立体回路基板が用いられている商品としては、例えば、立体回路基板をそのまま筐体に用いたウエアラブルデバイスや、立体回路基板の様々な面に部品を実装したデザイン性の高い照明デバイスなどがある。

立体回路基板は、成形によって立体的に形成された樹脂基板に対して、メッキによって表面に回路パターンを形成した基板である。成形樹脂の表面に対し電気回路を形成する方法としては、射出成形された樹脂成形品にレーザ光でパターンニングし電解メッキする方法、及び射出成形された樹脂成形品において電気回路を形成すべき領域にのみ金型を使って触媒を塗り、電解メッキする方法などがある。

上記のように形成された立体回路基板に対して電子部品を実装する場合、立体回路基板の形状によっては、立体回路基板の斜面、凹凸面、側壁面などの特殊な面に電子部品を実装する必要がある。このような立体回路基板に電子部品を実装する装置としては、特許文献１に開示された装置が提案されている。

特許文献１に開示された実装装置に関して、図４Ａを用いて説明する。この実装装置においては、立体回路基板４００が上方に突出した山形状を有しており、その山形状の上向きの凸面に電子部品を実装する実装面が形成されている。特許文献１の実装装置においては、立体回路基板４００の底面に立体回路基板保持部４０１の支持面が当接して、その支持面の粘着力により立体回路基板保持部４０１が立体回路基板４００を保持する構成である。立体回路基板保持部４０１により保持された立体回路基板４００は、その実装面が駆動機構により水平に保持されて、実装ヘッドにより保持された電子部品が実装面に搭載される構成である。特許文献１に開示された実装装置において、立体回路基板４００の実装面を水平にするための駆動機構は、鉛直方向の上下に移動可能なテーブル４０２を鉛直軸線の周りに回動させるデーブル回動装置４０３と、立体回路基板保持部回動装置４０４とを有している。立体回路基板保持部回動装置４０４は、立体回路基板保持部４０１を回転する軸体４０７に歯車機構４０５を介して接続されている。また、立体回路基板保持部４０１を回転する軸体４０７には立体回路基板保持部４０１を所望の回転位置に維持するためのカム機構４０６が設けられている。このような複雑な駆動機構を用いて、立体回路基板保持部４０１により保持されている立体回路基板４００を回転させて、電子部品を実装すべき実装面を水平に配置する構成である。立体回路基板４００の実装面が所望の位置で水平に配置されたとき、３方向（Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の方向）に駆動される実装ヘッドに電子部品が保持されて移動し、当該立体回路基板４００の実装面に電子部品が実装される。

また、立体回路基板を回転させて、実装面を水平にする方法としては、産業用ロボット及びヒューマノイドロボットなどの関節部に用いられる特許文献２に開示された球面モータを用いて、立体回路基板を回転可能に保持する方法が考えられる。特許文献２に開示された球面モータに関して、図５を用いて説明する。この球面モータは、第一回転軸５０１、第二回転軸５０２、及び第三回転軸５０３の３つの回転軸を有しており、球状ロータ５０４の中心の位置で３つの回転軸の交点が配置される構成である。このように構成された球面モータにおいて、球状ロータ５０４を直接に軸止している第三回転軸５０３の軸端の位置（図５においては上端の位置）に立体回路基板を保持する立体回路基板保持部５０５を設けることが考えられる。この立体回路基板保持部５０５に立体回路基板を取り付けることにより、当該立体回路基板を所望の方向に回転させることが可能となり、立体回路基板における実装面を水平にすることが可能な構成となる。

特開２０１２−１１９６４３号公報 特開２００９−１００６３６号公報

しかしながら、商品の多様化に伴い、立体回路基板において水平面に対する角度が異なる様々な面を実装面として、電子部品を実装したいとの要望がある。このような要望に対しては、特許文献１に開示された実装装置の構成では、カム機構を用いて回転位置を設定しているため、立体回路基板の回転位置が制限されており、電子部品を実装できない面が存在していた。

図４Ｂは、水平面に対して角度が異なる多くの面を実装面とする立体回路基板４００Ａが図４Ａに示した実装装置の立体回路基板保持部４０１により保持された場合を示している。即ち、図４Ｂに示した立体回路基板４００Ａにおいては、上面側及び下面側のそれぞれに水平面に直交する鉛直線軸Ｖに対する角度が異なる実装面（１１面：図４Ｂにおいて符号ａ〜ｋで示す実装面）が形成されている場合を示している。図４Ｂに示す立体回路基板４００Ａにおいて、従来の実装装置において実装できない面とは、立体回路基板保持部４０１により保持されている下面側に存在する実装面であり、図４Ｂにおいては符号ｅ、ｆ、ｇ、ｈで示した実装面である。従って、立体回路基板保持部４０１により立体回路基板４００Ａの下面側の最下端部が保持された状態（図４Ｂに示す状態）において、立体回路基板４００Ａを上向き面（実装面ａ、ｂ、ｃ、ｊ、ｋ）及び鉛直面（実装面ｄ、ｉ）の各実装面には実装可能であるが、下向き面（実装面ｅ、ｆ、ｇ、ｈ）の各実装面には実装不可能である。即ち、図４Ｂに示すように立体回路基板４００Ａを鉛直線軸Ｖの下側下端にある立体回路基板保持部４０１により保持している場合には、実装面ｅ、ｆ、ｇ、ｈのように、鉛直線軸Ｖの上向きの軸方向に対する実装面の角度（図４Ｂにおいて矢印で示す角度）が９０度未満の場合、その実装面には実装不可能である。

また、特許文献１に開示された実装装置においては、回転軸の交点の位置が立体回路基板保持部４０１に存在しており、立体回路基板保持部４０１により保持された立体回路基板４００は、回転軸の交点から離れた位置で保持されている。また、特許文献２に開示された球面モータを用いた実装装置においては、立体回路基板保持部５０５により保持された立体回路基板が回転軸の交点の位置から大きく離れた位置で保持されている。従って、立体回路基板を回転させる度に、立体回路基板の位置が大きくずれてしまい、立体回路基板の位置ずれに合わせて、電子部品を実装する際に実装ヘッドを移動させなければならず、生産性低下の原因となっていた。

本発明は、上記課題を鑑み、実装部材である電子部品を角度が異なる様々な面に実装しなければならない被実装部材である立体回路基板において、生産性を向上させつつ、立体回路基板におけるそれぞれの実装面に対して、確実に実装することが可能な実装装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様においては以下のように構成される。
本発明の一態様の実装装置においては、
実装部材が実装されるべき面を複数有し、前記実装されるべき面が互いに傾斜している被実装部材に対して前記実装部材を実装する実装装置において、
前記実装部材を保持して前記被実装部材における前記実装されるべき面の位置に移動させる実装部材移動機構部と、
前記実装部材移動機構部により保持された前記実装部材の移動可能な領域に配置され、前記被実装部材を回転可能に保持する被実装部材保持機構部と、を備え、
前記実装部材移動機構部は、
前記実装部材を保持する実装部材保持部と、
前記実装部材保持部を鉛直方向に昇降させる実装部材昇降移動部と、
前記実装部材保持部を水平方向に移動させる実装部材水平移動部と、を含み、
前記被実装部材保持機構部は、
少なくとも直交する二辺を有する枠体のベースと、
前記ベースの一辺に取り付けられ、第一回転軸を回転中心として前記ベースを回動させて前記被実装部材を回転させる第一回転駆動部と、
前記ベースの他の一辺に取り付けられ、前記第一回転軸と直交する第二回転軸を回転中心として前記被実装部材を回転させる第二回転駆動部と、
前記ベースの前記他の一辺に取り付けられ、前記第二回転軸と平行に配置された第三回転軸を回転中心として回転させる第三回転駆動部と、
前記第三回転駆動部による前記第三回転軸の回転により前記第三回転軸に直交する第四回転軸を回転中心として回転させる回転軸方向変換部と、
前記回転軸方向変換部に連結され、前記第四回転軸を回転中心とした回転により、前記被実装部材を回転可能に保持する被実装部材保持部と、を含む。

本発明によれば、実装部材である電子部品を様々な面に実装しなければならない被実装部材である立体回路基板において、生産性を向上させつつ、立体回路基板において角度が異なる様々な実装面に対して、確実に実装部材を実装することができる。

本発明に係る実施の形態の実装装置の構成を示す概略構成図 本発明に係る実施の実装装置における第二回転駆動部、第三回転軸駆動部及び回転軸方向変換部の構成を示す概略構成図 本発明に係る実施の形態における実装装置の寸法パラメータを示す概略構成図 本発明に係る実施の形態における実装装置の第四駆動軸を回転させたときの実装装置における動作を示す概略断面図 従来の実装装置の構成を示す概略図 従来の実装装置を用いた場合の実装可能範囲を示す概略図 従来の回転駆動装置である球面モータを示す概略図

以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。

本発明の第一の態様の実装装置においては、
実装部材が実装されるべき面を複数有し、前記実装されるべき面が互いに傾斜している被実装部材に対して前記実装部材を実装する実装装置において、
前記実装部材を保持して前記被実装部材における前記実装されるべき面の位置に移動させる実装部材移動機構部と、
前記実装部材移動機構部により保持された前記実装部材の移動可能な領域に配置され、前記被実装部材を回転可能に保持する被実装部材保持機構部と、を備え、
前記実装部材移動機構部は、
前記実装部材を保持する実装部材保持部と、
前記実装部材保持部を鉛直方向に昇降させる実装部材昇降移動部と、
前記実装部材保持部を水平方向に移動させる実装部材水平移動部と、を含み、
前記被実装部材保持機構部は、
少なくとも直交する二辺を有する枠体のベースと、
前記ベースの一辺に取り付けられ、第一回転軸を回転中心として前記ベースを回動させて前記被実装部材を回転させる第一回転駆動部と、
前記ベースの他の一辺に取り付けられ、前記第一回転軸と直交する第二回転軸を回転中心として前記被実装部材を回転させる第二回転駆動部と、
前記ベースの前記他の一辺に取り付けられ、前記第二回転軸と平行に配置された第三回転軸を回転中心として回転させる第三回転駆動部と、
前記第三回転駆動部による前記第三回転軸の回転により前記第三回転軸に直交する第四回転軸を回転中心として回転させる回転軸方向変換部と、
前記回転軸方向変換部に連結され、前記第四回転軸を回転中心とした回転により、前記被実装部材を回転可能に保持する被実装部材保持部と、を含む。
このように構成された第一の態様の加熱調理器は、被実装部材である立体回路基板において、生産性を向上させつつ、当該立体回路基板における角度が異なる様々な実装面に対して、確実に実装部材を実装することができる。

本発明の第二の態様の実装装置は、前記の第一の態様において、前記被実装部材の中心が前記第一回転駆動部の前記第一回転軸と前記第二回転駆動部の前記第二回転軸の交点の位置となるように、前記被実装部材保持部が前記被実装部材を保持可能に構成されている。
このように構成された第二の態様の実装装置においては、第一回転駆動部により第一回転軸を回転して被実装部材を回転させても、また第二回転駆動部により第二回転軸を回転して被実装部材を回転させても、被実装部材の中心の位置が所定位置に維持される。

本発明の第三の態様の実装装置は、前記の第一の態様又は第二の態様において、前記第三回転駆動部の第三回転軸が前記第二回転駆動部の前記第二回転軸と同軸上に配置されている。
このように構成された第三の態様の実装装置においては、被実装装置の中心が第二回転駆動部の第二回転軸の回転軸上であり、第三回転駆動部の第三回転軸の回転軸上に確実に配置することができるとともに、実装部材を保持する実装部材移動機構部の移動領域の制限を少なくすることができる。

本発明の第四の態様の実装装置は、前記の第一の態様乃至第三の態様におけるいずれかの態様において、前記ベースがコの字状の枠体で構成され、前記ベースにおける対向する２辺の両側端部に前記第一回転駆動部が設けられ、前記第一回転駆動部による第一回転軸の回転により、前記ベースにおける対向する２辺の間にある中間部に設けられた前記第二回転駆動部及び前記第三回転駆動部を回転させるよう構成されている。
このように構成された第四の態様の実装装置は、第一回転駆動部の第一回転軸を回転させることにより、ベースの中間部に設けられた第二回転駆動部及び第三回転駆動部を、第一回転軸に直交する方向に確実に回転させることができる。

本発明の第五の態様の実装装置は、前記の第一の態様乃至第四の態様におけるいずれかの態様において、
前記被実装部材保持部は、前記被実装部材の中心が前記第一回転軸と前記第二回転軸の交点の位置となるように前記被実装部材を配置し、前記第二回転軸の軸方向が鉛直方向の位置を基準状態として、前記基準状態における前記被実装部材の水平方向の最大長さをＷ、前記被実装部材の鉛直方向の最大長さをＨ、角度θｗを下記式（１）と定義し、
前記回転軸方向変換部の前記第四回転軸から前記被実装部材の中心までの最短距離をＬγとし、
平行に配設された前記第二回転軸と前記第三回転軸を覆う保護具の回転軸に直交する方向の最大長さをＰとし、
前記被実装部材に対し、前記第三回転駆動部を回転させる最大の角度として、前記第二回転駆動部の回転軸の線分と前記回転軸方向変換部の前記第四回転軸上の回転中心から前記被実装部材の中心とを結ぶ線分がなす角度をθγとすると、前記最短距離Ｌγは下記式（２）で示す条件を満たすよう構成されている。

以下、本発明に係る実施の形態として実装部材としての電子部品を、水平面に対して角度の異なる複数の実装面を有する被実装部材としての立体回路基板における各実装面に実装するための実装装置について説明する。なお、本発明の実装装置としては、以下の実施の形態に記載した実装装置の構成に限定されるものではなく、以下の実施の形態において説明する技術的特徴と同等の技術的思想に基づいて構成される各種実装装置を含むものである。

以下、添付の図面を参照して本発明の実装装置の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明に係る実施の形態における実装装置の構成を示す概略構成図である。

図１に示す本実施の形態の実装装置は、実装部材である電子部品１０１を保持して、被実装部材である立体回路基板１０２における実装されるべき面（実装面）の位置に当該電子部品１０１を移動する実装部材移動機構部である実装ヘッドユニット１０と、実装ヘッドユニット１０により保持された電子部品１０１の移動可能な領域に配置され、立体回路基板１０２を回転可能に保持する被実装部材保持機構部である回転ステージユニット２０とを備えている。

実装部材移動機構部である実装ヘッドユニット１０は、電子部品１０１を保持する実装部材保持部である実装ヘッド１０４と、実装ヘッド１０４を水平方向（図１における左右方向）に移動させる実装部材水平移動部である水平駆動部１０５と、実装ヘッド１０４を鉛直方向（図１における上下方向）に昇降させる実装部材昇降移動部である鉛直駆動部１０６と、を備えている。

被実装部材保持機構部である回転ステージユニット２０は、水平面に対して角度が異なる複数の実装面を有する被実装部材である立体回路基板１０２を保持して、複数の回転方向に回転させる機構を有する。

実装ヘッドユニット１０においては、実装ヘッド１０４が、水平駆動部１０５により水平方向に移動することができるように構成されており、鉛直駆動部１０６により鉛直方向に移動することができるとともに、鉛直軸を回転中心として回転することができるように構成されている。実装ヘッド１０４は、実装部材である電子部品１０１を供給する部品フィーダー（図示なし）から電子部品１０１を吸着保持し、被実装部材である立体回路基板１０２における実装すべき位置（実装面）に電子部品１０１を配置して、搭載する。

上記のように、立体回路基板１０２は、電子部品１０１が実装されるべき面（実装面）を複数有しており、それぞれの実装面が水平面に対して互いに異なる角度を有している。立体回路基板１０２は、回転ステージユニット２０において被実装部材保持部である基板ホルダー１０３により保持されている。

図１に示すように、回転ステージユニット２０は、第一回転軸であるα軸１５１（図１において左右方向に延びる軸）を回転中心として回転させることができる第一回転駆動部１０７と、α軸１５１に直交する第二回転軸であるβ軸１５２（図１において上下方向に延びる軸）を回転中心として回転させることができる第二回転駆動部１０９と、β軸１５２と同軸上の第三回転軸を回転中心とするシャフト１５３を回転させることができる第三回転駆動部１１０と、を有している。また、回転ステージユニット２０には、実質的に第三回転軸であるシャフト１５３の回転を、シャフト１５３の回転軸に直交する第四回転軸であるγ軸１５４を回転中心とする回転に伝達して、回転軸方向を変換する回転軸方向変換部１１１が設けられている。従って、第一回転駆動部１０７により回転されるα軸１５１と、第二回転駆動部１０９により回転されるβ軸１５２と、第三回転駆動部１１０により回転軸方向変換部１１１を介して回転されるγ軸１５４は、それぞれが直交するように配置することが可能な構成となる。

上記のように、第三回転駆動部１１０により回転されるシャフト１５３が、β軸１５２と同一方向（平行）に導出するように延設されており、そのシャフト１５３の延設端部にベベルギヤで構成された回転軸方向変換部１１１が設けられている。回転軸方向変換部１１１においてシャフト１５３の回転軸方向が変換されて、β軸１５２に直交する方向が回転軸となる第四回転軸であるγ軸１５４に変換されている。第四回転軸であるγ軸１５４には支持アーム部２０４が設けられており、γ軸１５４の回転により支持アーム部２０４が回動する構成である。支持アーム部２０４の先端部２０４ａには立体回路基板１０２を保持する基板ホルダー１０３が設けられている。このため、γ軸１５４の回転により立体回路基板１０２がγ軸１５４を回転中心として回動する構成である。本実施の形態においては、立体回路基板１０２を保持するための基板ホルダー１０３及び支持アーム部２０４により被実装部材保持部が構成されている。

図１に示すように、回転ステージユニット２０には、第一回転駆動部１０７、第二回転駆動部１０９、第三回転駆動部１１０、回転軸方向変換部１１１、被実装部材保持部（１０３、２０４）、及びベース１０８が設けられている。本実施の形態においては、ベース１０８がコの字状の枠体で構成されている。コの字型のベース１０８においては、対向して配置される両側端部１０８ａ、１０８ｃを貫通するα軸１５１を回転中心軸とするように、第一回転駆動部１０７が両側端部１０８ａ、１０８ｃに設けられている。

なお、本実施の形態においては、第一回転駆動部１０７をベース１０８における両側端部１０８ａ、１０８ｃに設けた例で説明するが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、例えば、少なくとも直交する二辺を有する枠体のベースにおける一方の辺のみに第一回転駆動部１０７を設けて、他の辺に第二回転駆動部１０９及び第三回転駆動部１１０を設ける構成も可能である。

α軸１５１に直交するβ軸１５２を回転中心として回転させる第二回転駆動部１０９は、コの字型のベース１０８における対向する両側端部１０８ａ、１０８ｃの間に形成された中間部１０８ｂの中心位置に設けられている。また、第三回転駆動部１１０は、第二回転駆動部１０９上に設けられており、第三回転駆動部１１０から導出する回転軸であるシャフト１５３の軸方向がβ軸１５２と同一方向となっている。

本実施の形態においては、第三回転駆動部１１０により回転駆動されるシャフト１５３を取り囲むように保護具である軸カバー３０２が設けられている。この軸カバー３０２と共にシャフト１５３と第三回転駆動部１１０が、第二回転駆動部１０９の回転動作によりβ軸１５２を回転中心として回転駆動される構成である。即ち、第二回転駆動部１０９により回転駆動される軸カバー３０２と、第三回転駆動部１１０により回転駆動されるシャフト１５３は、β軸１５２を回転中心として同軸上に配置されて回転する構成である。

第三回転駆動部１１０から導出する回転軸であるシャフト１５３は、第二回転駆動部１０９のβ軸１５２と同じ軸方向に導出しているが、立体回路基板１０２の近傍に設けられた回転軸方向変換部１１１において軸方向が変換されている。即ち、第三回転駆動部１１０により回転駆動されるシャフト１５３の回転軸は、被実装部材である立体回路基板１０２の近傍にある回転軸方向変換部１１１において、β軸１５２に対して直交するγ軸１５３に回転軸方向が変換されている。

本実施の形態の実装装置においては、コの字型のベース１０８の中間部１０８ｂに第二回転駆動部１０９が設けられており、第二回転駆動部１０９の上に第三回転駆動部１１０が設けられている。このように、本実施の形態においては、第三回転駆動部１１０が被実装部材１０２の位置に対して第二回転駆動部１０９と同じ側に配置する構成である。この結果、本実施の形態の実装装置においては、三軸（α軸１５１、β軸１５２及びγ軸１５４）を駆動する３つの回転駆動部（１０７、１０９、１１０）が、立体回路基板１０２の位置に対して３方向に配置されておらず、２方向の位置に配置された構成となる。このため、本実施の形態の実装装置は、実装時の実装ヘッド１０４と回転駆動部との干渉領域を大幅に抑制することができる構成にもかかわらず、立体回路基板１０２を回転可能に保持する回転ステージユニット２０において三軸の回転駆動部を有する構成となる。その結果、本実施の形態の実装装置は、実装ヘッド１０４による被実装部材である立体回路基板１０２に対する実装可能範囲を大幅に広げることができる。

また、第一回転駆動部１０７と第二回転駆動部１０９により被実装部材である立体回路基板１０２を回転させるとき、立体回路基板１０２の配置位置の変化量（移動量）を小さくするために、α軸１５１とβ軸１５２の交点の位置に立体回路基板１０２の中心が配置されるように、基板ホルダー１０３が被実装部材１０２を保持することが望ましい。このように基板ホルダー１０３が立体回路基板１０２を保持することにより、立体回路基板１０２の配置位置の変化量（移動量）が小さくなるため、実装部材である電子部品１０１を立体回路基板１０２に実装するとき、実装ヘッド１０４の移動距離が短くなり、生産性が向上する。なお、本実施の形態において、被実装部材である立体回路基板１０２の中心とは、平面的に見て実装すべき面の合計面積が最も広い平面の中心であり、その平面において直交する縦横の各中心線の交点を言う。

次に、第三回転駆動部１１０により回転駆動される第三回転軸であるシャフト１５３の回転軸をγ軸１５４の回転軸に変換するために用いられている回転軸方向変換部１１１について説明する。図２は、本実施の形態の実装装置におけるベース１０８の中間部１０８ｂ上に設けられた第二回転駆動部１０９と第三回転駆動部１１０を側面から見た図であり、ベース１０８の中間部１０８ｂを切断して示している。

図２において、第三回転駆動部１１０がシャフト１５３を回転させるよう構成されており、シャフト１５３はβ軸１５２を回転中心として回転する。シャフト１５３の導出先端には傘歯車である円錐面上に歯が刻まれている入力側ギヤ２０２が設けられている。また、入力側ギヤ２０２と歯合して、γ軸１５３を回転軸とする傘歯車である出力側ギヤ２０３が設けられている。入力側ギヤ２０２と出力側ギヤ２０３のそれぞれの入出力軸は、同一平面内に設けられており、互いに９０度の角度を有している。入力側ギヤ２０２と出力側ギヤ２０３における各円錐面上に形成された歯は、それぞれの回転軸に対して４５度の傾斜を有して形成されている。従って、第三回転駆動部１１０によりシャフト１５３を回転させることにより、シャフト１５３の導出先端に設けた４５度の角度を有する入力側ギヤ２０２が回転し、その入力側ギヤ２０２と噛合する４５度の角度を有する出力側ギヤ２０３が回転する。本実施の形態における回転軸方向変換部１１１は、入力側ギヤ２０２と出力側ギヤ２０３を有しており、β軸１５２を回転中心とする回転をγ軸１５４を回転中心とする回転に変換して、支持アーム部２０４をγ軸１５４を回転中心として回動させる。このように、回転軸方向変換部１１１は、シャフト１５３のβ軸１５２を回転中心とする回転を、β軸１５２に直交するγ軸１５４を回転中心とする回転に変換している。

なお、図１及び図２に示すように、立体回路基板１０２の中心がα軸１５１とβ軸１５２の交点の位置となるように、支持アーム部２０４の先端部２０４ａに設けられた基板ホルダー１０３により当該立体回路基板１０２が保持され、β軸１５２の軸方向が鉛直方向の位置のときを基準状態とする。この基準状態において、第三回転駆動部１１０により回転されるシャフト１５３の回転中心軸がβ軸１５２上にあり、且つ支持アーム部２０４の先端部２０４ａに設けられた基板ホルダー１０３により保持される立体回路基板１０２がβ軸１５２上となるように、支持アーム部２０４は屈曲構造を有している。例えば、上記基準状態において、支持アーム部２０４における先端部２０４ａは、基板ホルダー１０３をβ軸１５２上に配置できるように、β軸１５２に沿って突出するように構成されている。

上記のように、支持アーム部２０４は屈曲した形状を有しており、支持アーム部２０４が鉛直上方に延びている基準状態（図１参照）のとき、先端部２０４ａに設けられた基板ホルダー１０３の位置は、第二回転駆動部１０９により立体回路基板１０２が回転されているとき、β軸１５２上を回転する位置に配置される構成である。即ち、第二回転駆動部１０９の上に設けられた第三回転駆動部１１０、シャフト１５３、回転軸方向変換部１１１（入力側ギヤ２０２、出力側ギヤ２０３）、支持アーム部２０４、基板ホルダー１０３、及び保護具である軸カバー３０２は、第二回転駆動部１０９の回転動作により一体的に回転駆動される構成である。

本実施の形態の構成において、実装ヘッド１０４を用いて被実装部材である立体回路基板１０２に実装部材である電子部品１０１を実装する場合、立体回路基板１０２を回転させたとき、実装ヘッド１０４が回転ステージユニット２０における各部と干渉（接触）しないように、回転ステージユニット２０及び回転駆動部（１０７、１０９、１１０）において配設位置の寸法制約がある。また、各回転駆動部に対しては回転角度の制限がある。これらの制約及び制限について図３Ａを用いて説明する。

立体回路基板１０２を立方体形状を有する仮想被実装部材３０１として定義し、仮想被実装部材３０１における最大幅Ｗ、最大奥行きＤ、及び最大高さＨを各辺とする。仮想被実装部材３０１は、前述の基準状態（図１参照）における仮想被実装部材３０１の中心がα軸１５１とβ軸１５２の交点の位置となるように、被実装部材保持部の基板ホルダー１０３により保持されているものとする。

図３Ａに示す実装装置の正面図においては、前記の基準状態を示しており、仮想被実装部材３０１における最大幅Ｗと最大高さＨで示す四角い平面の中心Ｏが、α軸１５１とβ軸１５２との交点の位置に対応している。図３Ａの正面図に示す角度θwは、仮想被実装部材３０１における最大幅Ｗと最大高さＨで示す四角い平面の中心Ｏから最大幅Ｗと最大高さＨの起点となる四角い平面のコーナまでを結ぶ線分と、鉛直線であるβ軸１５２との間の角度である。本実施の形態においては、下記式（１）により角度θwが定義される。

更に、図３に示す基準状態において、第一回転駆動部１０７の最大長さをＭα、第二回転駆動部１０９の最大長さをＭβ、第三回転駆動部１１０の最大長さをＭγとする。また、コの字型のベース１０８における中間部１０８ｂの内側の長さをＡ、第三回転駆動部１１０から仮想被実装部材３０１の中心Ｏまでの距離をＢ、仮想被実装部材３０１の中心Ｏから実装ヘッド１０４の先端Ｈｔまでの距離をＣとする。第三回転駆動部１１０から回転軸方向変換部１１１の回転中心（γ軸１５４）までの距離をＬ、回転軸方向変換部１１１の回転中心（γ軸１５４）から仮想被実装部材３０１の中心Ｏまでの距離をＬγする。また、第三回転駆動部１１０により回転するシャフト１５３と、入力側ギヤ２０２と出力側ギヤ２０３により構成された回転軸方向変換部１１１とを内部に収容する軸カバー３０２の最大幅（最大直径）をＰとする。この軸カバー３０２は、前述のように、第二回転駆動部１０９の回転動作によりβ軸１５２を回転中心として回転する構成である。

図３Ｂは、β軸１５２を回転中心とするシャフト１５３の回転方向を、γ軸１５４を回転中心とする回転方向に回転軸方向変換部１１１により変換し、第三回転駆動部１１０の回転動作により支持アーム部２０４がγ軸１５３を回転中心として回転した状態を示している。

図３Ｂに示すように、第三回転駆動部１１０は、仮想被実装部材３０１を保持する基板ホルダー１０３が設けられている支持アーム部２０４に対して、γ軸１５４を回転中心として所定角度の範囲内で回動させる。このとき支持アーム部２０４がγ軸１５４を回転中心として回転するときのβ軸１５２に対する最大の角度をθγとする。角度θγは、β軸１５２とγ軸１５４との交点から仮想被実装部材３０１の中心Ｏまでを結ぶ線分と、β軸１５２との間のなす角度である（図３Ｂ参照）。このとき、仮想被実装部材３０１が、角度θγだけ回転したときに軸カバー３０２と干渉（接触）しないためには、回転軸方向変換部１１１の回転中心（γ軸１５４）から仮想被実装部材３０１の中心Ｏまでの距離Ｌγは、下記式（２）を満たす必要がある。

また、仮想被実装部材３０１が、γ軸１５３を回転中心として回転したとき、コの字型のベース１０８に干渉（接触）しないためには、下記式（３）〜式（５）の条件を満たす必要がある。

また、実装ヘッド１０４が回転ステージユニット２０に干渉（接触）しないためには、図１に示した状態の位置を基準状態として、第一回転駆動部１０７によるα軸１５１を回転中心とする回転は、基準状態の位置から±９０度の範囲内としなければならない。

また、本実施の形態の構成において、実装ヘッド１０４が仮想被実装部材３０１と干渉（接触）しないためには、下記式（６）〜式（８）の条件を満たす必要がある。

さらに、本実施の形態の構成において、実装ヘッド１０４が第一回転駆動部１０７、第二回転駆動部１０９、及び第三回転駆動部１１０の各回転駆動部と干渉（接触）しないためには、下記式（９）〜式（１１）の条件を満たす必要がある。

次に、実装部材を被実装部材に実装する場合の製造方法の一例について説明する。

先ず、部品フィーダー（図示なし）から供給される所定の実装部材である電子部品１０１を実装ヘッド１０４が吸着する。電子部品１０１としては、例えば、チップ抵抗、コンデンサ、ＬＥＤなどの部品がある。吸着された電子部品１０１に対しては、その電子部品１０１の保持角度が部品認識カメラによって認識されて、コンピュータで構成された制御部において当該電子部品１０１の保持角度が求められる。そして、第一回転駆動部１０７、第二回転駆動部１０９、及び第三回転駆動部１１０により、被実装部材である立体回路基板１０２を回転させて、立体回路基板１０２の実装面を水平位置に配置する。立体回路基板１０２の実装面における実装部分の電極パターンを基板認識カメラにより認識し、制御部は当該電極パターンの配置角度を求める。立体回路基板１０２における実装部分に対して、実装ヘッド１０４を移動させ、部品認識カメラと基板認識カメラによる認識によって求めた電子部品１０１の保持角度と立体回路基板１０２の電極パターンの配置角度から、実装ヘッド１０４が回転補正されて、実装ヘッド１０４により電子部品１０１が所定の実装面に実装される。

本実施の形態の構成においては、３つの回転駆動部（１０７、１０９、１１０）の内、少なくとも２つの回転駆動部を起動して被実装部材である立体回路基板１０２を回転させることにより、立体回路基板１０２の実装面を水平にすることができる。立体回路基板１０２を保持できるのは、γ軸１５４からＬγずれた位置になるため、第三回転駆動部１１０を回転させると立体回路基板１０２が移動してしまう。そこで、本実施の形態の構成においては、被実装部材保持部の基板ホルダー１０３により保持される立体回路基板１０２の中心Ｏの位置が、α軸１５１とβ軸１５２の交点の位置と一致させて、第一回転駆動部１０７と第二回転駆動部１０９により被実装部材である電子部品１０２を主として回転させる構成としている。このように構成することにより、二軸方向の回転による被実装部材１０２の変化量（移動量）を小さくすることが可能となる。

但し、図１に示す基準状態において、被実装部材である立体回路基板１０２が被実装部材保持部の基板ホルダー１０３により保持されている場合、基板ホルダー１０３により保持されている立体回路基板１０２の下面側に形成されている実装面に実装部材である電子部品１０１を実装するとき、第一回転駆動部１０７及び第二回転駆動部１０９の２つの回転駆動部による回転動作のみでは、当該実装面を水平面とすることはできない。その場合には、第三回転駆動部１１０により回転動作を行い、立体回路基板１０２において基準状態において下面側の実装面を水平となるように移動することが可能となる。

上記のように、本実施の形態の実装装置を用いた製造方法においては、被実装部材（１０２）を保持した回転ステージユニット２０が回転動作を実行することにより、被実装部材（１０２）における実装面を水平に配置して、その実装面に対して実装ヘッド１０４により実装部材（１０１）を実装する。この実装フローを繰り返すことによって、被実装部材である立体回路基板における様々な角度の実装面に対して、それぞれの実装部材（１０１）を所定の実装面に確実に搭載することができる。

従って、前述の図４Ｂに示したような立体回路基板を鉛直線軸の下側にある立体回路基板保持部により保持している場合において、図４Ｂにおいて示した実装面ｅ、ｆ、ｇ、ｈのような、鉛直線軸の上向きの軸方向に対する実装面の角度が９０度未満の実装面にも実装不可能となる。

また、本実施の形態の実装装置を用いることにより、回転ステージユニット２０において少なくとも２方向において回転動作を行った場合、被実装部材の位置が変化しにくい構造である。このため、本実施の形態の実装装置は、特に、被実装部材が立体回路基板の場合には、生産性を向上させることができる実装装置となる。

本発明の実装装置は、角度が異なる様々な実装面を有する被実装部材である立体回路基板に対して、高い生産性を有して実装部材を実装できるため、複雑な形状の筐体がそのまま回路基板となるウエアラブルデバイス、及び立体回路基板上の様々な面にＬＥＤを実装するデザイン性の高い照明デバイスなどにおいて特に有用である。

１０ 実装ヘッドユニット（実装部材移動機構部）
２０ 回転ステージユニット（被実装部材保持機構部）
１０１ 電子部品（実装部材）
１０２ 立体回路基板（被実装部材）
１０３ 基板ホルダー（被実装部材保持部）
１０４ 実装ヘッド（実装部材保持部）
１０５ 水平駆動部（実装部材水平移動部）
１０６ 鉛直駆動部（実装部材昇降移動部）
１０７ 第一回転駆動部
１０８ ベース
１０９ 第二回転駆動部
１１０ 第三回転駆動部
１１１ 回転軸方向変換部
１５１ α軸
１５２ β軸
１５３ シャフト
１５４ γ軸
２０２ 入力側ギヤ
２０３ 出力側ギア
２０４ 支持アーム部（被実装部材保持部）
３０１ 仮想被実装部材
３０２ 軸カバー（保護具）

Claims (5)

1. 実装部材が実装されるべき面を複数有し、前記実装されるべき面が互いに傾斜している被実装部材に対して前記実装部材を実装する実装装置において、
   前記実装部材を保持して前記被実装部材における前記実装されるべき面の位置に移動させる実装部材移動機構部と、
   前記実装部材移動機構部により保持された前記実装部材の移動可能な領域に配置され、前記被実装部材を回転可能に保持する被実装部材保持機構部と、を備え、
   前記実装部材移動機構部は、
   前記実装部材を保持する実装部材保持部と、
   前記実装部材保持部を鉛直方向に昇降させる実装部材昇降移動部と、
   前記実装部材保持部を水平方向に移動させる実装部材水平移動部と、を含み、
   前記被実装部材保持機構部は、
   少なくとも直交する二辺を有する枠体のベースと、
   前記ベースの一辺に取り付けられ、第一回転軸を回転中心として前記ベースを回動させて前記被実装部材を回転させる第一回転駆動部と、
   前記ベースの他の一辺に取り付けられ、前記第一回転軸と直交する第二回転軸を回転中心として前記被実装部材を回転させる第二回転駆動部と、
   前記ベースの前記他の一辺に取り付けられ、前記第二回転軸と平行に配置された第三回転軸を回転中心として回転させる第三回転駆動部と、
   前記第三回転駆動部による前記第三回転軸の回転により前記第三回転軸に直交する第四回転軸を回転中心として回転させる回転軸方向変換部と、
   前記回転軸方向変換部に連結され、前記第四回転軸を回転中心とした回転により、前記被実装部材を回転可能に保持する被実装部材保持部と、を含む実装装置。
2. 前記被実装部材の中心が前記第一回転駆動部の前記第一回転軸と前記第二回転駆動部の前記第二回転軸の交点の位置となるように、前記被実装部材保持部が前記被実装部材を保持可能に構成された請求項１に記載の実装装置。
3. 前記第三回転駆動部の第三回転軸が前記第二回転駆動部の前記第二回転軸と同軸上に配置された請求項１又は２に記載の実装装置。
4. 前記ベースがコの字状の枠体で構成され、前記ベースにおける対向する２辺の両側端部に前記第一回転駆動部が設けられ、前記第一回転駆動部による第一回転軸の回転により、前記ベースにおける対向する２辺の間にある中間部に設けられた前記第二回転駆動部及び前記第三回転駆動部を回転させるよう構成された請求項１乃至３のいずれか一項に記載の実装装置。
5. 前記被実装部材保持部は、前記被実装部材の中心が前記第一回転軸と前記第二回転軸の交点の位置となるように前記被実装部材を配置し、前記第二回転軸の軸方向が鉛直方向の位置を基準状態として、前記基準状態における前記被実装部材の水平方向の最大長さをＷ、前記被実装部材の鉛直方向の最大長さをＨ、角度θｗを下記式（１）と定義し、
   前記回転軸方向変換部の前記第四回転軸から前記被実装部材の中心までの最短距離をＬγとし、
   平行に配設された前記第二回転軸と前記第三回転軸を覆う保護具の回転軸に直交する方向の最大長さをＰとし、
   前記第三回転駆動部により前記回転軸方向変換部を介して、前記被実装部材を回転させることができる最大の角度θγを、前記第二回転軸と前記第四回転軸との交点から前記被実装部材の中心までを結ぶ線分と、前記第二回転軸との間の角度と定義すると、
   前記最短距離Ｌγが下記式（２）で示す条件を満たすよう構成された請求項１乃至４のいずれか一項に記載の実装装置。
   

   

   

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