JP2020174080A - 基板支持装置および基板作業装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の下面を吸着しながら支持する基板支持装置および当該基板支持装置を装備する基板作業装置において、基板支持に要するコストおよび作業時間を低減させる。【解決手段】切替部材は、鉛直方向に配列される第１貫通孔および第２貫通孔で構成される貫通孔列毎に、第１貫通孔、負圧通路、第２貫通孔および正圧通路を鉛直方向に移動可能に設けられ、第１貫通孔へのバックアップピンの装着により鉛直下方に押し下げられて第１貫通孔を介してバックアップピンの吸引孔と負圧通路とを連通させて負圧の供給を行う一方、バックアップピンの非装着状態では正圧を受けて鉛直上方に押し上げられて負圧通路と第１貫通孔とを遮断して負圧の供給停止を行う。【選択図】図６

Description

本発明は、基板の下面を吸着しながら支持する基板支持装置および当該基板支持装置で支持された基板の上面に対して部品実装、印刷および検査などを施す基板作業装置に関するものである。

上記基板支持装置を装備する基板作業装置の一例としては、例えば特許文献１に記載された装置が知られている。この装置では、基板の上面に対して部品実装を行う作業位置の鉛直下方にバックアップ部材が待機している。このバックアップ部材は、上面に複数の吸引孔が穿設された吸着プレートで構成される。作業位置に基板が搬送されてくると、バックアップ部材が鉛直上方に移動して上面で基板の下面を支持する。また、真空ポンプなどの負圧供給源からの負圧が吸引孔に与えられ、これによってバックアップ部材は基板の下面を吸着する。

特許第６１５１９２５号

上記従来装置では、基板の下面をバックアップ部材の上面全体で吸着支持するため、基板の仕様（例えば形状やサイズなど）毎に仕様に適合するバックアップ部材を準備する必要がある。このことがランニングコストの増大を招く主要因のひとつとなっている。また、基板の仕様が変更されると、バックアップ部材の入替え作業が行われる。これが基板支持のために要する作業時間の増大を招き、装置の稼働率の低下の主要因のひとつとなっている。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板の下面を吸着しながら支持する基板支持装置および当該基板支持装置を装備する基板作業装置において、基板支持に要するコストおよび作業時間を低減させることを目的とする。

本発明の一態様は、基板支持装置であって、基板の下面に当接して支持する上端と上端から下方に延設される吸引孔とを有するバックアップピンと、バックアップピンを保持しながら基板と対向して配置される第１プレートと、第１プレートの下方に配置されて第１プレートとともに負圧を供給するための負圧通路を形成する第２プレートと、第２プレートの下方に配置されて第２プレートとともに正圧を供給するための正圧通路を形成する第３プレートを有するバックアップベースと、バックアップベースの内部に配置されて吸引孔への負圧の供給と供給停止とを切り替える複数の切替部材と、を備え、第１プレートは、バックアップピンの装着が可能な形状で鉛直方向に延設されて負圧通路と連通する複数の第１貫通孔を有し、第２プレートは複数の第１貫通孔と１対１で対応しながら鉛直方向に延設されて負圧通路および正圧通路に連通する複数の第２貫通孔を有し、切替部材は、鉛直方向に配列される第１貫通孔および第２貫通孔で構成される貫通孔列毎に、第１貫通孔、負圧通路、第２貫通孔および正圧通路を鉛直方向に移動可能に設けられ、第１貫通孔へのバックアップピンの装着により鉛直下方に押し下げられて第１貫通孔を介してバックアップピンの吸引孔と負圧通路とを連通させて負圧の供給を行う一方、バックアップピンの非装着状態では正圧を受けて鉛直上方に押し上げられて負圧通路と第１貫通孔とを遮断して負圧の供給停止を行うことを特徴としている。

また、本発明の他の態様は、基板作業装置であって、上記基板支持装置と、基板支持装置で支持される基板の上面に対して作業を施す作業部と、を備えることを特徴としている。

このように構成された発明では、バックアップベースの第１プレートに設けられる第１貫通孔にバックアップピンが挿入されることで第１プレートに対してバックアップピンが装着される。したがって、基板の仕様に応じて複数の第１貫通孔におけるバックアップピンの挿入箇所を選択することで多様な基板に対応することが可能となる。また、第１プレートの第１貫通孔にバックアップピンが装着されると、負圧通路を介して負圧が吸引孔に供給され、同バックアップピンが基板を吸着支持する。一方、バックアップピンが装着されていない第１貫通孔では、バックアップピンによる切替部材に押し下げがないため、切替部材は正圧を受けて鉛直上方に押し上げられる。その結果、負圧通路と第１貫通孔とが遮断され、当該第１貫通孔を介してバックアップベースの周囲に存在する浮遊物がバックアップベースの内部に巻き込まれるのを確実に防止する。

ここで、バックアップピンの装着状態でバックアップピンが第１貫通孔に保持される保持力が正圧でバックアップピンを押し上げる押上力よりも大きくなるように構成してもよい。このような設定によりバックアップベースからのバックアップピンの脱落を確実に防止することができる。

バックアップピンの装着状態でバックアップピンと第１プレートとを連結する連結部材をバックアップピンおよび第１プレートのうちの少なくとも一方に設けてもよい。連結部材により適切な保持力が得られ、上記関係（保持力＞押上力）が確実なものとなる。例えば第１プレートを磁性材料で形成し、連結部材としてマグネットをバックアップピンに設けてもよい。このように磁性材料とマグネットとの組み合わせを採用することで簡易な構成で適切な保持力が得られる。

また、上記関係（保持力＞押上力）を確実なものとするために、押上力が保持力よりも小さくなるように正圧通路に供給される圧力を調整する正圧調整部を設けてもよい。このように正圧調整部により圧力を調整することで押上力を高精度に調整することができる。

また、正圧通路への正圧の供給と供給停止とを制御する正圧制御部と、負圧通路への負圧の供給と供給停止とを制御する負圧制御部と、を設けてもよい。これら正圧制御部および負圧制御部によりバックアップピンにより基板を吸着支持するだけでなく、吸着を伴うことなく基板を支持することも可能となり、多様な態様で基板を支持することができる。

また、基板が正常な位置に位置決めされていない、つまり基板位置の異常が発生することがあり、当該異常が生じたままバックアップピンによる基板の吸着支持を行うのは妥当でない。そこで、負圧通路に供給される負圧の値を計測する圧力計と、バックアップピンによる基板の支持開始後において圧力計により計測される圧力値に基づいて基板が正常な位置に位置決めされていないことを検出する基板位置異常判定部と、を設けてもよい。これにより基板位置異常を確実に検出し、それに対応した適切な処理を行うことが可能となる。

さらに、基板の吸着支持を解除した際にバックアップピンが基板の下面から切り離されない、いわゆるバックアップピンの切離異常が発生することがある。そこで、負圧通路に供給される負圧の値を計測する圧力計と、 バックアップピンによる基板の支持解除後において圧力計により計測される圧力値に基づいて基板からバックアップピンが切り離されていないことを検出する切離異常判定部と、を設けてもよい。これによりバックアップピンの切離異常を確実に検出し、それに対応した適切な処理を行うことが可能となる。

以上のように、本発明によれば、バックアップベースの第１プレートに複数の第１貫通孔を設け、任意の第１貫通孔にバックアップピンを装着可能とするとともに、バックアップベースの内部に設けた切替部材によりバックアップピンへの負圧の供給と供給停止とを切り替えるように構成している。その結果、基板を吸着支持する基板支持装置および同装置を装備する基板作業装置における基板支持に要するコストおよび作業時間を低減させることができる。

本発明に係る部品実装装置の一実施形態を模式的に示す部分平面図である。 図１の側面部分拡大図である。 図１に示す部品実装装置の電気的構成を示すブロック図である。 バックアップベースの全体構成を示す斜視図である。 バックアップベースの分解組立斜視図である。 図４Ｂの部分拡大断面図である。 バックアップベースに接続される負圧供給機構および正圧供給機構の構成を示す図である。 バックアップベースに対するバックアップピンの非装着状態および装着状態を示す断面図である。 図１に示す部品実装装置の動作を示すフローチャートである。 本発明に係る部品実装装置の他の実施形態におけるバックアップベースに対するバックアップピンの非装着状態および装着状態を示す断面図である。

図１は本発明に係る部品実装装置の一実施形態を模式的に示す部分平面図である。また、図２は図１の側面部分拡大図である。さらに、図３は図１に示す部品実装装置の電気的構成を示すブロック図である。図１、図２および以下の図では、鉛直方向に平行なＺ方向、それぞれ水平方向に平行なＸ方向およびＹ方向からなるＸＹＺ直交座標を適宜示す。この部品実装装置１は平面視で略矩形形状を有する基台１１を有している。この基台１１には、部品を実装するための実装エリアと、この実装エリアの上流側に設定される待機エリアと、実装エリアの下流側に設定される出口エリアとがＸ方向に直線状に設定されている。

基台１１には、基板搬送装置２が設けられている。基板搬送装置２は一対のコンベア２１と、クランプ機構（図３中の符号２３）と、本発明に係る基板支持装置の一例に相当するバックアップ機構２００と、を備えている。一対のコンベア２１はＹ方向に互いに一定距離だけ離間して配置されている。コンベア２１は装置全体を制御する制御部８０の駆動制御部８２からの駆動指令に応じて作動し、基板Ｂを待機エリアから実装エリアの作業位置（図１の基板Ｂの位置）に搬送する。また、クランプ機構２３が駆動制御部８２からの駆動指令に応じて作動して作業位置に位置決めされた基板Ｂを固定するとともに、バックアップ機構２００が駆動制御部８２からの駆動指令に応じて作動して基板Ｂを下面Ｂｂ側から吸着支持する。そして、実装エリアでは、基板Ｂに対してヘッドユニット３により部品Ｐａが実装された後、基板Ｂの固定および支持を解除した後でコンベア２１は部品実装を完了した基板Ｂを実装エリアから出口エリアに搬出する。

バックアップ機構２００は、図１に示すように、一対のコンベア２１間に配置されている。バックアップ機構２００は、図２に示すように、バックアップベース２１０と、バックアップベース２１０を昇降駆動する昇降部２２０と、バックアップベース２１０に植設される複数のバックアップピン２３０とを備えている。また、本実施形態では、基板Ｂの下面Ｂｂを吸着支持するために、各バックアップピン２３０では、軸心（図４Ｃ中の符号ＡＸ）に沿って吸引孔（図４〜図６中の符号２３５）が設けられ、吸引孔に対してバックアップベース２１０の内部に設けられる負圧通路を介して負圧供給機構２４０が接続されている。さらに、バックアップベース２１０の内部には、負圧通路のみならず正圧通路が設けられ、当該正圧通路に対して正圧供給機構２５０が接続されている。なお、バックアップベース２１０、バックアップピン２３０、負圧供給機構２４０および正圧供給機構２５０の構成ならびにバックアップピン２３０による基板Ｂの吸着支持動作については後で詳述する。

バックアップベース２１０は、昇降部２２０の固定台２２１上に対して複数のボルトで固定され、駆動制御部８２からの駆動指令に応じて昇降部２２０が作動することにより固定台２２１と一体に昇降し、これによってバックアップベース２１０に装着されたバックアップピン２３０を昇降させる。一方、バックアップベース２１０が下降することで、バックアップピン２３０が基板Ｂの下面Ｂｂから鉛直下方に離れて基板Ｂの搬出が可能となる。

部品実装装置１は、２個のヘッドユニット３それぞれをＸＹ方向に個別に駆動するＸＹ駆動機構４を備える。このＸＹ駆動機構４は、それぞれＸ方向に平行に延設されてヘッドユニット３をＸ方向に移動可能に支持する一対のＸビーム４１、４１を有する。各Ｘビーム４１には、Ｘ方向に平行に延設されたボールネジ４２と、ボールネジ４２を回転駆動するＸモーター４３とが取り付けられている。Ｘモーター４３は、ここの例ではサーボモーターである。そして、ボールネジ４２のナットにヘッドユニット３が取り付けられている。さらに、ＸＹ駆動機構４は、それぞれＹ方向に平行に延設された一対のＹビーム４４、４４を有する。各Ｘビーム４１の一端は一方のＹビーム４４によりＹ方向に移動可能に支持され、各Ｘビーム４１の他端は他方のＹビーム４４によりＹ方向に移動可能に支持される。各Ｙビーム４４には、Ｘビーム４１、４１をＹ方向に駆動するＹモーター４５が取り付けられている。各Ｙモーター４５は、ここの例ではリニアモーターであり、Ｘビーム４１、４１の端に取り付けられた可動子４５１、４５１と、Ｙ方向に平行に延設された固定子４５２とを有する。そして、可動子４５１と固定子４５２との間に働く磁力によって可動子４５１とともにＸビーム４１がＹ方向に駆動される。かかるＸＹ駆動機構４によれば、Ｘモーター４３およびＹモーター４５によって、ヘッドユニット３をＸＹ方向に移動させることができる。

部品供給部５は、一対のコンベア２１のＹ方向の両側のそれぞれに配設されている。部品供給部５では、Ｘ方向に並ぶ複数のテープフィーダー５１（以下、単に「フィーダー５１」と称する）が着脱可能に装着されている。各フィーダー５１は集積回路、トランジスター、コンデンサ等の小片状の部品Ｐａ（チップ部品）を所定間隔おきに収納したテープをＹ方向に間欠的に送り出すことによって、テープ内の部品Ｐａを部品供給位置に供給する。

ヘッドユニット３は、Ｘ方向に平行に配列された複数の実装ヘッド３１を有している。各実装ヘッド３１はＺ方向（鉛直方向）に延びた長尺形状を有し、その下端に係脱可能に取り付けられた吸着ノズルによって部品Ｐａを吸着・保持することが可能となっている。そして、ヘッドユニット３はフィーダー５１の上方へ移動して、フィーダー５１により供給される部品Ｐａを吸着ノズルで吸着して保持する。それに続いて、ヘッドユニット３は作業位置の基板Ｂの上方に移動して部品Ｐａの吸着を解除することで、基板Ｂの上面Ｂａに部品Ｐａを実装する。なお、本実施形態では、フィーダー５１により供給される部品Ｐａの吸着ノズルによる吸着状態を側方から撮像するサイドビューカメラ３２（図３）がヘッドユニット３に取り付けられている。

また、部品供給部５とコンベア２１との間には、部品認識カメラ６およびノズル保管部７が配置されている。部品認識カメラ６は、部品供給部５において吸着ノズルにより吸着された部品Ｐａを撮像し、部品情報および位置ずれ情報を取得するための画像情報を提供する。この部品撮像は、部品供給部５から基板Ｂへの移動中にヘッドユニット３が部品認識カメラ６の上方を通過することで実行される。こうして取得された画像を解析することで、吸着された部品ＰａのＸＹ平面における位置ずれ量および回転角度を求めることが可能となっている。

ノズル保管部７は互いに異なる種類の複数の吸着ノズルを保管する機能を有している。部品Ｐａに対応した吸着ノズルを取り付けるように指示された場合、ヘッドユニット３がノズル保管部７の上方まで移動した後に実装ヘッド３１が鉛直方向Ｚに昇降して吸着ノズルを交換する。

図３に示すように、部品実装装置１の装置各部を制御するために、部品実装装置１は制御部８０を有しており、表示部８５および入力部８６をさらに備えている。制御部８０はＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成される演算処理部８１を備えている。演算処理部８１には、駆動制御部８２と、記憶部８３と、画像処理部８４とがそれぞれ接続されている。

制御部８０では、図３に示すように、記憶部８３に記憶されているプログラム（図示省略）にしたがって演算処理部８１は、次に説明するように、基板Ｂを作業位置に搬送した後にバックアップベース２１０を上昇させてバックアップピン２３０による基板Ｂの吸着支持を行う。また、演算処理部８１は、バックアップピン２３０による基板Ｂの支持開始後において圧力計（図５中の符号２４５）により計測される圧力値に基づいて基板Ｂが正常な位置に位置決めされていないことを検出する基板位置異常判定部８１１としても機能する。また、演算処理部８１は、上記基板Ｂの上面Ｂａへの部品Ｐａの実装が完了すると、バックアップピン２３０による基板Ｂの吸着を停止して基板Ｂの支持を解除するが、支持解除後において圧力計（図５中の符号２４５）により計測される圧力値に基づいて基板Ｂからバックアップピン２３０が切り離されていないことを検出する切離異常判定部８１２としても機能する。さらに、演算処理部８１は、基板Ｂからのバックアップピン２３０の切離後に、バックアップベース２１０を下降させ、さらに基板Ｂを作業位置から搬送する。

次に、本発明に係る基板支持装置の一例に相当するバックアップ機構２００の詳細について図４Ａ〜図４Ｃ、および図５〜図７を参照しつつ説明する。図４Ａはバックアップベースの全体構成を示す斜視図である。図４Ｂはバックアップベースの分解組立斜視図である。図４Ｃは図４Ｂの部分拡大矢視断面図である。図５はバックアップベースに接続される負圧供給機構および正圧供給機構の構成を示す図である。図６はバックアップベースに対するバックアップピンの非装着状態および装着状態を示す断面図である。

バックアップベース２１０は、３枚のプレート２１１〜２１３を鉛直方向Ｚに積層した積層構造を有している。これらのプレート２１１〜２１３は、図４Ｂに示すように、水平面（Ｘ−Ｙ平面）において同一の平面サイズを有している。また、その平面サイズは部品実装装置１において部品実装可能な基板Ｂの最大サイズと同一あるいは若干広い。一方、プレート２１１〜２１３は互いに異なる構造を有している。すなわち、第２プレート２１２の両主面のうち第１プレート２１１と対向する主面では上方に開口した凹部が設けられるとともに第３プレート２１３と対向する主面では下方に開口した凹部が設けられている。そして、プレート２１１〜２１３が鉛直上方から見て相互に重なり合うように配置された状態で一体化されてバックアップベース２１０が構成される。その内部では、第１プレート２１１と第２プレート２１２の上面中央部とで挟まれた空間が負圧供給機構２４０と接続されて負圧通路ＰＴ１として機能するとともに、第２プレート２１２の下面中央部と第３プレート２１３とで挟まれた空間が正圧供給機構２５０と接続されて正圧通路ＰＴ２として機能する。

負圧供給機構２４０は、図５に示すように、エジェクタや真空ポンプなどの負圧供給源２４１と負圧通路ＰＴ１とを接続する配管２４２を有している。この配管２４２には、開閉弁２４３と、圧力調整部２４４と、圧力計２４５とが配設されている。このため、駆動制御部８２からの指令に応じて開閉弁２４３が開閉することで負圧通路ＰＴ１への負圧の供給と供給停止とを制御可能となっている。また、圧力計２４５により計測される圧力値に基づき圧力調整部２４４の開度が調整されることで負圧通路ＰＴ１に与えられる圧力が調整される。

正圧供給機構２５０は、図５に示すように、部品実装装置１が設置された工場に予め装備されている用力などの正圧供給源２５１と正圧通路ＰＴ２とを接続する配管２５２を有している。この配管２５２には、開閉弁２５３と、圧力調整部２５４と、圧力計２５５とが配設されている。このため、駆動制御部８２からの指令に応じて開閉弁２５３が開閉することで正圧通路ＰＴ２への正圧の供給と供給停止とを制御可能となっている。また、圧力計２５５により計測される圧力値に基づき圧力調整部２５４の開度が調整されることで正圧通路ＰＴ２に与えられる圧力が調整される。

次に、第１プレート２１１、バックアップピン２３０、第２プレート２１２、第３プレート２１３およびバックアップベース２１０の内部に設けられるスプール２６０の詳しい構成および動作をこの順に説明する。プレート２１１〜２１３のうち最も上方に位置する第１プレート２１１は、例えばＳＫ４等の強磁性体で形成されている。第１プレート２１１には、鉛直方向Ｚに貫通する複数の装着孔２１１ａが水平面、つまりＸＹ平面内に一定の間隔でハニカム状に穿設されて負圧通路ＰＴ１と連通されている。各装着孔２１１ａはバックアップピン２３０の下端部２３１が挿通自在な形状に仕上げられている。なお、装着孔２１１ａの配置態様はハニカム状に限定されるものではなく、分散して配置されておればよく、例えばマトリックス状に配置してもよい。

各バックアップピン２３０では、下端部２３１の上方に装着孔２１１ａの内径よりも大きな外径を有する環状部位２３２が設けられている。このため、バックアップピン２３０の下端部２３１を装着孔２１１ａに挿入すると、第１プレート２１１の上面のうち当該装着孔２１１ａの周囲領域で環状部位２３２が係止され、バックアップピン２３０が第１プレート２１１により保持される。こうして、第１プレート２１１へのバックアップピン２３０の装着が行われる。したがって、複数の装着孔２１１ａに対してバックアップピン２３０を選択的に装着することによって第１プレート２１１上の任意の位置にバックアップピン２３０を植立させ得る。

また、本実施形態では、バックアップピン２３０が装着孔２１１ａに保持される保持力Ｆ１（図６）を高めるために、環状部位２３２の下面に凹部が円環状に設けられるとともに当該凹部にマグネット２３３が埋め込まれている。このため、バックアップピン２３０の装着とともにマグネット２３３が強磁性体である第１プレート２１１を引き寄せ、磁力によってバックアップピン２３０と第１プレート２１１とを磁気的に連結している。その結果、上記保持力Ｆ１が高められる。ここで、バックアップピン２３０の装着孔２１１ａへの挿入のみによって後で説明する上記正圧によるスプール２６０の押上力Ｆ２（図６）よりも大きな保持力Ｆ１が得られる場合には、マグネット２３３を省略してもよい。

さらに、第１プレート２１１に装着されたバックアップピン２３０は、図４Ａおよび図５に示すように、鉛直上方（＋Ｚ）に延設されており、その上端２３４が作業位置に位置する基板Ｂの下面Ｂｂに当接して基板Ｂを下方から支持可能となっている。また、バックアップピン２３０の軸線ＡＸに沿って上端２３４から吸引孔２３５がバックアップピン２３０の下端まで貫通して設けられている。このため、基板Ｂの下面Ｂｂにバックアップピン２３０の上端２３４が当接して吸引孔２３５の上端を塞いだ状態で吸引孔２３５に負圧が第１プレート２１１と第２プレート２１２との間に形成される負圧通路ＰＴ１を介して与えられると、基板Ｂはバックアップピン２３０により吸着支持される。

第２プレート２１２の中央部には、図４Ｂおよび図４Ｃに示すように、装着孔２１１ａと１対１で対応して装着孔２１１ａよりも内径が（２×ｄ）だけ広い貫通孔２１２ａが鉛直方向Ｚに穿設されている。このため、１つの貫通孔２１２ａに着目すると、当該貫通孔２１２ａはこれに対応する装着孔２１１ａと鉛直方向Ｚに配列されて貫通孔列２１４を構成するとともに負圧通路ＰＴ１と正圧通路ＰＴ２とを連通している。そして、貫通孔列２１４毎に、図６に示すように、スプール２６０が装着孔２１１ａ、負圧通路ＰＴ１、貫通孔２１２ａおよび正圧通路ＰＴ２を移動可能となっている。

第３プレート２１３は、各貫通孔列２１４（＝装着孔２１１ａ＋貫通孔２１２ａ）の鉛直下方（−Ｚ）に突起部２１３ａが設けられた略平板構造を有している。各突起部２１３ａの高さＨ１はスプール２６０に設けられる凹部２６１の深さＨ２よりも高く設けられている。この理由についてはスプール２６０の構成説明と関連付けて説明する。

スプール２６０は、図４Ｃおよび図６に示すように、上端部２６２と下端部２６３とを有している。これらのうち上端部２６２は装着孔２１１ａに対して挿脱自在な円環形状を有しており、中空部分の内径は吸引孔２３５の内径とほぼ同一である。また、上端部２６２の上方側面には、図４Ｃ中の拡大図に示すように、切欠部２６４が部分的に設けられている。一方、下端部２６３は貫通孔２１２ａに対して挿脱自在に設けられた中実円柱形状を有しており、下方中央部に凹部２６１が設けられている。

このような構成されたスプール２６０は、上端部２６２が装着孔２１１ａに挿入されるとともに下端部２６３が貫通孔２１２ａに挿入された状態で、バックアップベース２１０の内部で鉛直方向Ｚに移動自在となっている。ただし、鉛直上方および鉛直下方への移動範囲はそれぞれ以下のように規制されている。

上端部２６２と下端部２６３との境界では段差部位２６５（図４Ｃ中の拡大図参照）が形成されている。このため、図６の（ａ）欄に示すように段差部位２６５が第１プレート２１１の下面に係止されると、鉛直上方へのスプール２６０の移動は規制される。このとき、上端部２６２全体が装着孔２１１ａに入り込むとともに下端部２６３が負圧通路ＰＴ１に位置し、負圧通路ＰＴ１と貫通孔２１２ａとを遮断する。なお、以下の説明の便宜から、このときのスプール２６０の位置を最上位置という。

一方、鉛直下方については、スプール２６０の最下端部に設けられた凹部２６１により規制される。すなわち、凹部２６１は突起部２１３ａの上端部に対して嵌合自在な形状に仕上げられており、凹部２６１の深さＨ２が突起部２１３ａの高さＨ１よりも小さく設定されている。このため、スプール２６０が鉛直下方に移動すると、図６の（ｂ）欄に示すように凹部２６１の内底面が突起部２１３ａの上端部で係止され、鉛直下方への移動は規制される。このとき、下端部２６３が負圧通路ＰＴ１から退避するのに対し、上端部２６２が負圧通路ＰＴ１に位置し、切欠部２６４を介して負圧通路ＰＴ１と吸引孔２３５とが連通される。また、このように鉛直下方への移動が規制された状態、つまり最下位置に位置している状態では、スプール２６０は第３プレート２１３の上面から離間しており、スプール２６０の下端部２６３の少なくとも一部は正圧通路ＰＴ２を面している。もちろん、スプール２６０が最下位置よりも上方に位置している間も、スプール２６０の下端部２６３の少なくとも一部は正圧通路ＰＴ２を面している。つまり、スプール２６０の下端部２６３は常時正圧通路ＰＴ２を面している。

このように構成されたバックアップ機構２００を用いて基板Ｂを吸着支持する場合、部品実装前に、開閉弁２５３が開成されて正圧通路ＰＴ２に対し、圧力調整部２５４により圧力調整された正圧が正圧通路ＰＴ２に供給される。すると、正圧通路ＰＴ２と常時面している下端部２６３に対して鉛直上方（＋Ｚ）に向けた押上力Ｆ２がスプール２６０に作用して鉛直上方（＋Ｚ）に移動させる。この上方移動はスプール２６０の段差部位２６５が第１プレート２１１の下面で係止されるまで行われ、スプール２６０は最上位置に位置決めされる。その結果、図６の（ａ）欄に示すように、スプール２６０により負圧通路ＰＴ１と装着孔２１１ａとが遮断される。したがって、負圧供給機構２４０から負圧を負圧通路ＰＴ１に供給していたとしても、バックアップピン２３０が装着されていない装着孔２１１ａに対して負圧は与えられず、当該装着孔２１１ａの周囲に存在する浮遊物が当該装着孔２１１ａを介してバックアップベース２１０の内部に巻き込まれるのを確実に防止することができる。

このようにして負圧通路ＰＴ１と装着孔２１１ａとがスプール２６０により遮断された状態の装着孔２１１ａに対してバックアップピン２３０が挿入されると、装着孔２１１ａ内で当該バックアップピン２３０の下端部２３１がスプール２６０の上端部２６２と当接する。さらに押し込んでいくと、図６の（ｂ）欄に示すように、バックアップピン２３０とともにスプール２６０が鉛直下方（−Ｚ）に移動して最下位置に位置決めされる。こうしてバックアップピン２３０がバックアップベース２１０に保持されるが、この位置決め状態でマグネット２３３が第１プレート２１１についてバックアップピン２３０をバックアップベース２１０に磁気的に連結する。これによって、バックアップピン２３０の保持力が高められる。なお、本実施形態では、正圧を供給した状態でバックアップピン２３０の装着ならびに基板Ｂの吸着支持を行うため、正圧による押上力Ｆ２がスプール２６０を介してバックアップピン２３０に印加される。したがって、バックアップピン２３０を安定的に保持するために、本実施形態ではマグネット２３３による保持力Ｆ１が押上力Ｆ２よりも高くなるように設定している。

このようにバックアップピン２３０を装着孔２１１ａに装着することで、切欠部２６４を介して負圧通路ＰＴ１と吸引孔２３５とが連通する。この状態で負圧供給機構２４０からの負圧通路ＰＴ１に負圧が供給されると、スプール２６０の上端部２６２の切欠部２６４および中空部分を介して負圧が吸引孔２３５に与えられる。これによってバックアップピン２３０による基板Ｂの吸着支持が可能となる。

このようにスプール２６０はバックアップベース２１０の内部で鉛直方向Ｚに移動して装着孔２１１ａに向けての負圧の供給と供給停止とを切り替える機能を有している。そして、当該機能を利用するバックアップ機構２００が装備された部品実装装置１では、記憶部８３に記憶されているプログラムにしたがって演算処理部８１が装置各部を図７に示すように制御する。これによって部品実装が良好に実行される。以下、図７を参照しながらバックアップ機構２００によるバックアップ処理を中心に部品実装装置１の動作について説明する。

図７は図１に示す部品実装装置の動作を示すフローチャートである。部品実装の対象となる基板Ｂがコンベア２１により作業位置（図１の基板Ｂの位置）に搬送され、さらにクランプ機構２３により作業位置に位置決めされる。こうして、部品実装の準備が完了するが、これより前に上記基板Ｂに対応した装着孔２１１ａにバックアップピン２３０を装着したバックアップベース２１０を下降位置に待機させてバックアップ準備を完了させておく。また、この段階では、負圧供給機構２４０の開閉弁２４３は閉じており、負圧通路ＰＴ１への負圧の供給は停止されている。一方、正圧供給機構２５０については、この段階より開閉弁２５３を開いて正圧通路ＰＴ２への正圧の供給を開始してもよいし、後で説明するようにバックアップピン２３０による吸着支持を開始する直前に開始してもよい。

上記部品実装の準備が完了すると、バックアップベース２１０の上昇によりバックアップピン２３０が上昇される（ステップＳ１１）。そして、バックアップピン２３０の上端２３４が基板Ｂの下面Ｂｂと当接して吸引孔２３５の上端が塞がれると、負圧供給機構２４０の開閉弁２４３は開いて基板Ｂの吸着支持が開始される（ステップＳ１２）。このとき、基板Ｂが正常な位置、つまり作業位置に位置決めていない場合、バックアップピン２３０の上端が基板Ｂの下面Ｂｂに対して適切に当接せず、十分に基板Ｂを吸着することができない。そこで、本実施形態では、吸着開始から一定時間内に圧力計２４５により計測される吸着圧力が所定値以上となる否かに基づいて基板Ｂが作業位置に固定されているか否かが判定される（ステップＳ１３）。

このステップＳ１３で「ＮＯ」と判定される、つまり基板Ｂが作業位置に位置決めされていないことが検知されると、部品実装装置１は直ちにエラー停止され（ステップＳ１４）、基板Ｂが適切な位置に固定されていない旨、つまり基板位置異常の発生が表示部８５に表示されてユーザに報知される（ステップＳ１５）。一方、ステップＳ１３で「ＹＥＳ」と判定される、つまり基板Ｂが作業位置に適切に固定されていることを確認すると、従前の同様にして部品実装が実行される（ステップＳ１６）。

そして、ステップＳ１７で基板Ｂに対する部品実装が完了したことが確認されると、負圧供給機構２４０の開閉弁２４３は閉じて基板Ｂの吸着が停止される（ステップＳ１８）。このとき、基板Ｂとの吸着の解除が適切に行われない場合、基板Ｂの切り離しを良好に行えないという問題が発生することがある。そこで、本実施形態では、吸着停止から一定時間内に圧力計２４５により計測される吸着圧力が所定値未満となる否かに基づいて基板Ｂの切り離しが適切に実行し得るか否かが判定される（ステップＳ１９）。

このステップＳ１９で「ＮＯ」と判定される、つまり基板Ｂの切離異常が検知されると、部品実装装置１は直ちにエラー停止され（ステップＳ２０）、基板Ｂの切離異常の発生が表示部８５に表示されてユーザに報知される（ステップＳ２１）。一方、ステップＳ１９で「ＹＥＳ」と判定される、つまり基板Ｂとの吸着の解除が適切に行われていることを確認すると、バックアップベース２１０の下降によりバックアップピン２３０が下降される（ステップＳ２２）。その後で部品Ｐａが実装された基板Ｂはコンベア２１により作業位置から搬出されて１枚の基板Ｂに対する部品Ｐａの実装が完了する。

以上のように、本実施形態では、バックアップベース２１０の第１プレート２１１に設けられる複数の装着孔２１１ａのうち基板Ｂの仕様に対応した装着孔２１１ａにバックアップピン２３０を選択的に装着可能となっている。したがって、多様な基板Ｂに対応することが可能となっている。したがって、基板仕様に応じたバックアップ部材を予め準備し、基板の仕様変更に応じてバックアップ部材を取り替えていた従来装置に比べ、基板支持に要するコストおよび作業時間を低減させることができる。

また、バックアップピン２３０が装着された装着孔２１１ａおよび当該装着孔２１１ａの鉛直下方に位置する貫通孔２１２ａで構成される貫通孔列２１４では、図６の（ｂ）欄に示すように、バックアップピン２３０によりスプール２６０が正圧供給による押上力Ｆ２に抗いながら押し下げられる。その結果、負圧通路ＰＴ１と吸引孔２３５とが連通されてバックアップピン２３０が基板Ｂを良好に吸着支持する。一方、バックアップピン２３０が装着されていない貫通孔列２１４では、押上力Ｆ２によりスプール２６０が押し上げられ、図６の（ａ）欄に示すように、スプール２６０が負圧通路ＰＴ１と装着孔２１１ａとを遮断する。これにより、バックアップピン２３０による基板Ｂの吸着支持中にバックアップベース２１０の周囲に存在する浮遊物をバックアップベース２１０の内部に巻き込むのを確実に防止することができる。

また、バックアップピン２３０にマグネット２３３を設けて保持力Ｆ１（＞押上力Ｆ２）を与えているため、第１プレート２１１に対してバックアップピン２３０が強固に固定される。その結果、バックアップベース２１０からのバックアップピン２３０の脱落を確実に防止することができる。

また、部品実装処理（ステップＳ１６）の実行前に基板位置異常判定部８１１が基板Ｂの固定位置の異常を検知すると、部品実装装置１を直ちにエラー停止している。このため、固定位置異常を発生させたまま当該基板Ｂへの部品Ｐａの実装が未然に防止され、無駄な部品実装を回避することができる。

また、バックアップベース２１０の下降前に切離異常判定部８１２がバックアップピン２３０の切離異常を検知すると、部品実装装置１を直ちにエラー停止している。このため、基板Ｂを吸着したままバックアップピン２３０がバックアップベース２１０と一緒に下降するのを確実に防止することができる。これによって、基板Ｂに対してダメージを与える等の不都合が発生するのを確実に防止することができる。

さらに、バックアップピン２３０の装着時にバックアップピン２３０によりスプール２６０が押し下げられ、図６の（ｂ）欄に示すように、スプール２６０に設けられる凹部２６１が突起部２１３ａの上端部に嵌合する。これによって、スプール２６０は第３プレート２１３の上面から浮いた状態に保たれる。これによって、正圧通路ＰＴ２を介してスプール２６０に正圧を常時与えることができる。

上記したように、本実施形態では、装着孔２１１ａおよび貫通孔２１２ａがそれぞれ本発明の「第１貫通孔」および「第２貫通孔」の一例に相当している。また、スプール２６０は本発明の「切替部材」の一例に相当している。また、実装ヘッド３１が本発明の「作業部」の一例に相当している。また、マグネット２３３が本発明の「連結部材」の一例に相当している。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、スプール２６０に凹部２６１を設けるとともに第３プレート２１３に突起部２１３ａを設けることでスプール２６０に正圧を常時与えている。凹部２６１および突起部２１３ａの代わりに、図８に示すように、スプール２６０の下端部２６３を凸形状に仕上げることでスプール２６０に正圧を常時与えて押上力Ｆ２を発生させるように構成してもよい。

また、上記実施形態では、第１プレート２１１を強磁性体で形成する一方、バックアップピン２３０にマグネット２３３を設けているが、両者の関係を逆転させてもよい。つまり、バックアップピン２３０を強磁性体で形成する一方、第１プレート２１１にマグネットを設けてもよい。また、第１プレート２１１およびバックアップピン２３０の両方にマグネットを設けて第１プレート２１１およびバックアップピン２３０を磁気的に連結可能に構成してもよい。

また、上記実施形態では、マグネット２３３を設けることで押上力Ｆ２よりも高い保持力Ｆ１でバックアップピン２３０を第１プレート２１１の装着孔２１１ａで保持しているが、バックアップピン２３０が装着孔２１１ａに装着されているときの両者間での摩擦力がよりも高くなるように構成してもよい。この場合、マグネット２３３は不要となる。

また、上記実施形態では、バックアップベース２１０からのバックアップピン２３０の脱落を防止するために、例えば圧力調整部２５４により正圧の圧力値を調整する、つまり押上力Ｆ２が保持力Ｆ１よりも小さくなるように調整してもよい。この場合、圧力調整部２５４が本発明の「正圧調整部」の一例に相当する。

また、上記実施形態では、バックアップピン２３０により基板Ｂを吸着支持しているが、開閉弁２４３、２５３をともに閉じてバックアップ処理を行ってもよい。この場合、開閉弁２４３、２５３がそれぞれ本発明の「負圧制御部」および「正圧制御部」の一例に相当し、バックアップピン２３０は基板Ｂの吸着を行わず、基板支持のみを行う。

さらに、上記実施形態では、本発明に係る基板支持装置を部品実装装置に適用しているが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、基板の下面をバックアップピンにより吸着支持しながら基板の上面に対して印刷処理や検査処理などを行う基板作業装置に対しても適用可能である。

この発明は、基板の下面を吸着しながら支持する基板支持装置および当該基板支持装置で支持された基板の上面に対して部品実装、印刷および検査などを施す基板作業装置全般に適用することができる。

１…部品実装装置（基板作業装置）
３１…実装ヘッド（作業部）
８１…演算処理部
２００…バックアップ機構（基板支持装置）
２１０…バックアップベース
２１１…第１プレート
２１１ａ…装着孔（第１貫通孔）
２１２…第２プレート
２１２ａ…（第２）貫通孔
２１３…第３プレート
２１４…貫通孔列
２２０…昇降部
２３０…バックアップピン
２３１…（バックアップピンの）下端部
２３３…マグネット（連結部材）
２３４…（バックアップピン）上端
２３５…吸引孔
２４３…開閉弁（負圧制御部）
２４５…圧力計
２５３…開閉弁（正圧制御部）
２５４…圧力調整部（正圧調整部）
２６０…スプール（切替部材）
８１１…基板位置異常判定部
８１２…切離異常判定部
Ｂ…基板
Ｂａ…（基板の）上面
Ｂｂ…（基板の）下面
Ｆ１…保持力
Ｆ２…押上力
ＰＴ１…負圧通路
ＰＴ２…正圧通路
Ｚ…鉛直方向

Claims (9)

1. 基板の下面に当接して支持する上端と前記上端から下方に延設される吸引孔とを有するバックアップピンと、
   前記バックアップピンを保持しながら前記基板と対向して配置される第１プレートと、前記第１プレートの下方に配置されて前記第１プレートとともに負圧を供給するための負圧通路を形成する第２プレートと、前記第２プレートの下方に配置されて前記第２プレートとともに正圧を供給するための正圧通路を形成する第３プレートを有するバックアップベースと、
   前記バックアップベースの内部に配置されて前記吸引孔への前記負圧の供給と供給停止とを切り替える複数の切替部材と、を備え、
   前記第１プレートは、前記バックアップピンの装着が可能な形状で鉛直方向に延設されて前記負圧通路と連通する複数の第１貫通孔を有し、
   前記第２プレートは前記複数の第１貫通孔と１対１で対応しながら鉛直方向に延設されて前記負圧通路および前記正圧通路に連通する複数の第２貫通孔を有し、
   前記切替部材は、鉛直方向に配列される前記第１貫通孔および前記第２貫通孔で構成される貫通孔列毎に、前記第１貫通孔、前記負圧通路、前記第２貫通孔および前記正圧通路を鉛直方向に移動可能に設けられ、前記第１貫通孔への前記バックアップピンの装着により鉛直下方に押し下げられて前記第１貫通孔を介して前記バックアップピンの前記吸引孔と前記負圧通路とを連通させて前記負圧の供給を行う一方、前記バックアップピンの非装着状態では前記正圧を受けて鉛直上方に押し上げられて前記負圧通路と前記第１貫通孔とを遮断して前記負圧の供給停止を行う
   ことを特徴とする基板支持装置。
2. 請求項１に記載の基板支持装置であって、
   前記バックアップピンの装着状態で前記バックアップピンが前記第１貫通孔に保持される保持力が前記正圧で前記バックアップピンを押し上げる押上力よりも大きい基板支持装置。
3. 請求項２に記載の基板支持装置であって、
   前記バックアップピンの装着状態で前記バックアップピンと前記第１プレートとを連結する連結部材が前記バックアップピンおよび前記第１プレートのうちの少なくとも一方に設けられる基板支持装置。
4. 請求項３に記載の基板支持装置であって、
   前記第１プレートは強磁性体で形成され、
   前記連結部材は前記バックアップピンに設けられるマグネットである基板支持装置。
5. 請求項２に記載の基板支持装置であって、
   前記押上力が前記保持力よりも小さくなるように前記正圧通路に供給される圧力を調整する正圧調整部を備える基板支持装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の基板支持装置であって、
   前記正圧通路への正圧の供給と供給停止とを制御する正圧制御部と、
   前記負圧通路への負圧の供給と供給停止とを制御する負圧制御部と、
   を備える基板支持装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載の基板支持装置であって、
   前記負圧通路に供給される負圧の値を計測する圧力計と、
   前記バックアップピンによる前記基板の支持開始後において前記圧力計により計測される圧力値に基づいて前記基板が正常な位置に位置決めされていないことを検出する基板位置異常判定部と、
   を備える基板支持装置。
8. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載の基板支持装置であって、
   前記負圧通路に供給される負圧の値を計測する圧力計と、
   前記バックアップピンによる前記基板の吸着の解除後において前記圧力計により計測される圧力値に基づいて前記基板から前記バックアップピンが切り離されていないことを検出する切離異常判定部と、
   を備える基板支持装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか一項に記載の基板支持装置と、
   前記基板支持装置で支持される前記基板の上面に対して作業を施す作業部と、
   を備えることを特徴とする基板作業装置。

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