JP4241683B2 - 部品押圧装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボイスコイル型モータを用いて部品を基板に押圧する部品押圧装置に関するものである。

電子部品を基板に押圧して実装する部品実装装置は、電子部品を基板に対して押圧する押圧荷重を発生する荷重発生手段を備えており、この荷重発生手段としてコイルとマグネットとの組み合わせによるボイスコイル型モータを用いる方法が知られている。この方法は、マグネットが作る磁界の中でこのコイルに通電することにより発生する推力を、電子部品保持ツールを介して電子部品に伝達するものである（例えば特許文献１参照）。この特許文献例においては、着磁方向の異なる２つの磁石を推力発生方向に直列に配置し、それぞれのマグネットを挟んで内外２層のコイルを配置することにより、高推力を得るようにしている。
特開２００３−３１９６３２号公報

近年電子部品の種類は多様化し、ＣＣＤやＣＭＯＳ部品などの大型チップを対象として、高い実装荷重に対応可能な部品押圧装置が求められるようになってきている。高実装荷重を実現する方法としてボイスコイル型モータ自体の高推力化が考えられるが、このためには従来よりもさらに大型のマグネットを必要とする。しかしながら、大型のマグネットは市場における入手性に難があり、必要とされる仕様のものを適正コスト・希望納期で調達することが難しい。さらに高推力することによってボイスコイル型モータ自体のサイズや重量が増大することが避けられず、装置コンパクト化の要請に反することとなる。このように、従来の部品押圧装置は、ボイスコイル型モータの推力の限界に起因して、高実装荷重に対応することが困難であるという問題点があった。

そこで本発明は、小型・軽量のボイスコイル型モータを用い高実装荷重に対応可能な部品押圧装置を提供することを目的とする。

本発明の部品押圧装置は、軸部材の一端部に設けられた部品保持ツールによって部品を保持しこの部品を前記軸部材の軸線の廻りに回転させるとともに前記軸線の方向に押圧して基板に対して押し付ける部品押圧装置であって、第１のマグネットとこの第１のマグネットに対して移動自在な第１のコイルとで構成され前記軸線の方向に推力を発生する第１のボイスコイル型モータと、第２のマグネットとこの第２のマグネットに対して移動自在な第２のコイルとで構成され前記軸線の方向に推力を発生する第２のボイスコイル型モータと、前記第１のマグネットと第２のマグネットとを連結する第１連結部材と、前記第１のコイルと第２のコイルとを連結する第２連結部材と、前記第１のボイスコイル型モータと第２のボイスコイル型モータとの間に設けられ前記軸部材を前記第２連結部材に対して回転自在に保持する回転保持部と、前記第１連結部材に固定して設けられ前記軸部材の前記第１連結部材に対する前記軸線の方向の相対変位を許容しながら前記軸部材を回転させる回転駆動機構と、前記第２連結部材の第１連結部材に対する前記軸線の廻りの回転を規制しつつ前記第２連結部材を第１連結部材に対して前記軸線の方向に案内する案内手段とを備えた。

本発明によれば、一端部に部品保持ツールが設けられた軸部材を間に挟んで第１のボイスコイル型モータと第２のボイスコイル型モータを両側に配置し、これらの２つのボイスコイル型モータの可動マグネット保持部に連結された連結部材から軸部材に荷重を伝達するように構成することにより、小型・軽量のボイスコイル型モータを用い高実装荷重を実現することができる。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の部品実装装置の正面図、図２は本発明の実施の形態１の部品実装装置の斜視図、図３、図４，図５は本発明の実施の形態１の部品実装装置における部品押圧ヘッドの構造説明図である。

まず図１、図２を参照して部品実装装置の構成を説明する。図１において、部品実装装置１は、基台２上に配設された基板保持部３，部品供給部６および実装部１０によって構成されている。基板保持部３は保持ステージ４を備えており、保持ステージ４上には電子部品実装対象となる基板５が保持されている。部品供給部６に載置された部品トレイ７には、複数の電子部品８（部品）が収納されている。

図２に示すように実装部１０は、部品実装用に用いられる部品押圧ヘッド１２を移動テーブル１１によってＸ方向に移動自在に配設した構成となっている。部品押圧ヘッド１２は下方に突出した軸部材２７を備えており、軸部材２７の下端部には、ボンディングツール１３が装着されている。ボンディングツール１３は、水平な横長形状のホーン１３ａを備えており、ホーン１３ａの下面には接合作用部１３ｂが突設されている。接合作用部１３ｂは電子部品８の上面に当接して吸着保持するとともに、電子部品８を基板５に対して押圧することにより電子部品８を基板５に実装する。ボンディングツール１３は、電子部品８を保持する部品保持ツールとなっている。

ホーン１３ａの一方側の端部には振動子１４が装着されており、振動子１４を駆動することにより、超音波振動伝達用のホーン１３ａを介して接合作用部１３ｂには超音波振動が伝達される。これにより、ボンディングツール１３によって電子部品８を基板に押圧する際に、電子部品８には接合作用部１３ｂを介して超音波振動が付与される。

次に図３を参照して、部品押圧ヘッド１２の構造について説明する。部品押圧ヘッド１２は、軸部材２７の一端部に設けられた部品保持ツールとしてのボンディングツール１３によって電子部品８を保持し、電子部品８を軸部材２７の軸線の廻りに回転させるとともに、この軸線の方向に押圧して基板５に対して押し付ける部品押圧装置となっている。

図３において、水平な矩形状の上部プレート２１の上面の中央位置には、昇降駆動モータ２０が回転軸２０ａを下方に突出させて配設されている。回転軸２０ａは、カップリング２３を介してスプラインナット２４の軸部２４ａと接続されており、カップリング２３、スプラインナット２４は、上部プレート２１の下面に下方に突出して設けられた円筒形状のブラケット２２によって外周を閉囲されている。昇降駆動モータ２０を駆動することにより、スプラインナット２４が回転する。

上部プレート２１の下方には、同様に矩形状の水平な下部プレート２５が上部プレート２１と平行に配設されている。回転軸２０ａを囲んで円筒形状のブラケット２２が設けられている。下部プレート２５の中央部には、軸受け部２６が設けられており、軸受け部２６は軸部材２７を上下方向の変位を拘束した状態で回転自在に保持している。軸部材２７の下端部には、ツールホルダ（図示省略）を介してボンディングツール１３が結合されている。

軸部材２７の上部にはスプライン溝部２７ａが設けられており、スプライン溝部２７ａはスプラインナット２４に嵌合している。この状態では、軸部材２７はスプラインナット２４に対して上下動が許容されるとともに、スプラインナット２４から軸部材２７へ回転が伝達される。したがって、昇降駆動モータ２０を駆動してスプラインナット２４を回転させることにより、ボンディングツール１３は軸部材２７の軸線２７ｂの廻りに回転する。

下部プレート２５は左右２位置において引張バネ２８によって保持されており、下部プレート２５に軸受け部２６、軸部材２７、ボンディングツール１３を合わせた部分の自重は、引張バネ２８によって保持されている。ブラケット２２の下端部からは軸部材２７に沿って高さ検出部２９が垂設されており、下部プレート２５の上部プレート２１に対する相対位置、すなわちボンディングツール１３の上下方向位置を高さ検出部２９によって検出できるようになっている。

上部プレート２１と下部プレート２５との間には、軸部材２７を挟んでＸ方向に第１のボイスコイル型モータ３０Ａ、第２のボイスコイル型モータ３０Ｂが配設されている（図４も参照）。第１のボイスコイル型モータ３０Ａ、第２のボイスコイル型モータ３０Ｂは、上下に分割された２つのマグネットをそれぞれ内外２層のコイルで挟んだ構成のものである（例えば前述の特許文献１参照）。以下の説明においては、第１のボイスコイル型モータ３０Ａのみについて記すが、第２のボイスコイル型モータ３０Ｂも同一構造である。

下部プレート２５の上面には、軸受け部２６の両外側に位置して第１の可動ヨーク部材３１Ａが固着されている。第１の可動ヨーク部材３１Ａは磁性金属によって製作された略２重円筒状の部材であり、引張バネ２８はこの２重円筒の内筒内を上下に貫通して配設されている。第１の可動ヨーク部材３１Ａには第１のコイル３２Ａが上下２列に設けられており、したがって第１のコイル３２Ａは下部プレート２５とともに可動となっている。

上部プレート２１の下面には、ブラケット２２の側方に位置して、略円筒形状の第１のマグネット保持部３３Ａが下方に突出して設けられており、第１のマグネット保持部３３Ａには、第１のマグネット３４Ａが上下２列に設けられている。第１のマグネット３４Ａは、第１の可動ヨーク部材３１Ａの内筒と外筒にそれぞれ設けられた２つの第１のコイル３２Ａの間に位置しており、下部プレート２５が上部プレート２１に対して上下動することにより、第１のコイル３２Ａは、第１のマグネット３４Ａに対して上下方向、すなわち軸線２７ｂの方向に移動自在となっている。

第１のコイル３２Ａは、第１のマグネット３４Ａによって構成される磁気回路内に位置しており、この状態で第１のコイル３２Ａに駆動用の電流を供給することにより、第１のコイル３２Ａと第１のマグネット３４Ａとの間にはそれぞれ電流の強さに応じた大きさで、電流の方向に応じた方向の力が軸部材２７の軸線２７ｂの方向に作用し、この力が第１のボイスコイル型モータ３０Ａが発生する推力として下部プレート２５に伝達される。

第２のボイスコイル型モータ３０Ｂは、上述の第１のコイル３２Ａ、第１のマグネット３４Ａにおいて添字ＡをＢに置き換えた第２のコイル３２Ｂ、第２のマグネット３４Ｂによって構成される。そして第２のボイスコイル型モータ３０Ｂが発生する推力も同様に下部プレート２５に伝達され、これらの２つの推力の合力が軸部材２７に伝達され、さらに軸部材２７の下端部に結合されたボンディングツール１３に伝達される。これにより、ボンディングツール１３は、接合作用部１３ｂによって電子部品を基板３に対して押圧する。

上記構成において、第１のボイスコイル型モータ３２Ａは、第１のマグネット３４Ａとこの第１のマグネット３４Ａに対して移動自在な第１のコイル３２Ａとで構成され、軸部材２７の軸線２７ｂの方向に推力を発生する。同様に第２のボイスコイル型モータ３２Ａは、第２のマグネット３４Ｂとこの第２のマグネット３４Ｂに対して移動自在な第２のコイル３２Ｂとで構成され、軸部材２７の軸線２７ｂの方向に推力を発生する。

また上部プレート２１は、第１のマグネット３４Ａと第２のマグネット３４Ｂとを連結する第１連結部材となっており、下部プレート２５は、第１のコイル３２Ａと第２のコイル３２Ｂとを連結する第２連結部材となっている。そして昇降駆動モータ２０、カップリング２３およびスプラインナット２４は、上部プレート２１に固定して設けられ軸部材２７の第１連結部材に対する軸線２７ｂの方向の相対変位を許容しながら軸部材２７を回転させる回転駆動機構となっている。さらに軸受け部２６は、第１のボイスコイル型モータ３０Ａと第２のボイスコイル型モータ３０Ｂとの間に設けられ、軸部材２７を下部プレート２５に対して回転自在に保持する回転保持部となっている。

次に図４，図５を参照して、下部プレート２５の上下動をガイドするガイド機構について説明する。このガイド機構は、下部プレート２５を上部プレート２１に対して廻り止めしつつ、下部プレート２５の上下動を案内する機能を有している。図４は、図３におけるＡ−Ａ矢視を示しており、図５（ａ）は、図３におけるＢ−Ｂ矢視を、さらに図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＣ−Ｃ矢視を示している。

図４，図５において、下部プレート２５の上面には、ブラケット２２をＹ方向に挟む対称配置で、２つのガイド部材３５が垂直に立設されている。ブラケット２２の外周面には、１対のガイドローラ３６がガイド部材３５のＸ方向の両側面に設けられた摺接面を挟み込んで設けられている。

ガイドローラ３６はガイド部材３５の摺接面に対して転動自在となっており、下部プレート２５が上部プレート２１に対して上下動する際には、下部プレート２５の上下動が軸線２７ｂに関する対称位置において上下方向にガイドされる。このとき、ローラ部材としてのガイドローラ３６が摺接部材としてのガイド部材３５の摺接面を両側から挟み込んだ状態でガイドされることにより、下部プレート２５のＸＹ平面内における軸線２７ｂの廻りの回転が規制される。

すなわち、ガイド部材３５、ガイドローラ３６は、軸線２７ｂに関して対称配置で複数設けられ、下部プレート２５の上部プレート２１に対する軸線２７ｂの廻りの回転を規制しつつ、下部プレート２５を上部プレート２１に対して軸線２７ｂの方向に案内する案内手段となっている。

このように、本実施の形態の部品押圧ヘッド１２では、ボンディングツール１３が装着される軸部材２７を間に挟んで２つのボイスコイル型モータを両側に配置し、これらの２つのボイスコイル型モータの可動マグネット保持部に連結された第２の連結部材２５から軸部材２７に推力を伝達する構成を採用している。これにより、小型・軽量のボイスコイル型モータを用い高実装荷重に対応可能な部品押圧装置を実現することができる。

（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２の部品押圧ヘッドの構造説明図である。本実施の形態２に示す部品押圧ヘッド１１２は、実施の形態１に示す部品押圧ヘッド１２において上部プレート２１の上面に回転軸を下向きにして配設されていた昇降駆動モータを、上部プレート２１の側方に回転軸を上向きにして配置した構成となっている。このような構成を採用することにより、昇降駆動モータの上方への突出を排して、部品押圧ヘッドの高さサイズを
抑えてコンパクトな部品押圧装置を実現することができる。

図６において、部品押圧ヘッド１１２は、下部プレート２５と上部プレート１２１との間に、軸部材１２７を挟んで、実施の形態１と同様構成の第１のボイスコイル型モータ３０Ａ、第２のボイスコイル型モータ３０Ｂを配置した構成となっている。第１のボイスコイル型モータ３０Ａ、第２のボイスコイル型モータ３０Ｂは、軸部材１２７の軸線１２７ｂの方向の推力を発生し、これらの推力は下部プレート２５を介して軸部材１２７に伝達される。

下部プレート２５は実施の形態１と同様に、引張バネ２８を介して上部プレート１２１によって保持されている。上部プレート１２１は実施の形態１における上部プレート２１と類似形状の水平なプレート部材である。上部プレート１２１の一方側の側端部には、昇降駆動モータ１２０が回転軸１２０ａを上向きにして配置されており、回転軸１２０ａにはプーリ１２３が結合されている。また上部プレート１２１の中央部には、軸受け部１２６を介してスプラインナット１２８が回転自在に保持されており、スプラインナット１２８はプーリ１２４に結合されている。プーリ１２３とプーリ１２４にはベルト１２５が調帯されており、昇降駆動モータ１２０を回転駆動することによりスプラインナット１２８には、プーリ１２３、プーリ１２４、ベルト１２５を介して回転が伝達される。

そしてこの回転はスプラインナット１２８からスプライン溝１２７ａが設けられた軸部材１２７に伝達され、さらにボンディングツール１３に伝達される。この回転伝達において、スプラインナット１２８に対して軸部材１２７が上下動可能となっており、したがって上部プレート１２１に対する下部プレート２５の相対上下動が許容される。軸部材１２７の上下動は、上部プレート１２１から上方に延出して設けられた高さ検出部１３３によって検出される。

下部プレート２５に設けられた軸受け部２６によって回転自在に保持された軸部材１２７は、スプラインナット１２８に噛み合って上部プレート１２１の上方まで延出している。上部プレート１２１の下面には、筒状のブラケット１２９が軸部材１２７の周囲を囲む形で固着されている。軸部材１２７の中間部は、軸受け部１３０およびスプラインナット１３１を介して、相対上下動が許容された状態で回転自在に保持されている。

部品押圧ヘッド１１２は、実施の形態１において図４，図５に示すものと同様構成の案内手段を備えており、昇降駆動モータ１２０を駆動して下部プレート２５を上部プレート１２１に対して上下動させる際には、下部プレート２５の上下動がガイドされるとともに、下部プレート２５のＸＹ平面内における軸線１２７ｂの廻りの回転が規制される。

上記構成において上部プレート１２１は、第１のマグネット３４Ａと第２のマグネット３４Ｂとを連結する第１連結部材となっており、下部プレート２５は、第１のコイル３２Ａと第２のコイル３２Ｂとを連結する第２連結部材となっている。そして昇降駆動モータ１２０、プーリ１２３、１２４，ベルト２５およびスプラインナット１２８は、上部プレート１２１に固定して設けられ、軸部材１２７の第１連結部材に対する軸線１２７ｂの方向の相対変位を許容しながら軸部材１２７を回転させる回転駆動機構となっている。さらに軸受け部２６は、第１のボイスコイル型モータ３０Ａと第２のボイスコイル型モータ３０Ｂとの間に設けられ、軸部材１２７を下部プレート２５に対して回転自在に保持する回転保持部となっている。このような構成によっても、実施の形態１と同様の効果を得る。

本発明の部品押圧装置は、小型・軽量のボイスコイル型モータを用い高実装荷重を実現することができるという利点を有し、電子部品を基板に押圧して実装する部品実装装置に
有用である。

本発明の実施の形態１の部品実装装置の正面図 本発明の実施の形態１の部品実装装置の斜視図 本発明の実施の形態１の部品実装装置における部品押圧ヘッドの構造説明図 本発明の実施の形態１の部品実装装置における部品押圧ヘッドの構造説明図 本発明の実施の形態１の部品実装装置における部品押圧ヘッドの構造説明図 本発明の実施の形態２の部品実装装置における部品押圧ヘッドの構造説明図

符号の説明

１ 部品実装装置
５ 基板
８ 部品
１２ 部品押圧ヘッド
１３ ボンディングツール
２０ 昇降駆動モータ
２１ 上部プレート
２４ スプライン部材
２５ 下部プレート
２６ 軸受け部
２７ 軸部材
２７ａ スプライン溝部
２７ｂ 軸線
３０Ａ 第１のボイスコイル型モータ
３０Ｂ 第２のボイスコイル型モータ
３２Ａ 第１のコイル
３２Ｂ 第２のコイル
３４Ａ 第１のマグネット
３４Ｂ 第２のマグネット
３５ ガイド部材
３６ ガイドローラ

Claims (3)

1. 軸部材の一端部に設けられた部品保持ツールによって部品を保持しこの部品を前記軸部材の軸線の廻りに回転させるとともに前記軸線の方向に押圧して基板に対して押し付ける部品押圧装置であって、
   第１のマグネットとこの第１のマグネットに対して移動自在な第１のコイルとで構成され前記軸線の方向に推力を発生する第１のボイスコイル型モータと、第２のマグネットとこの第２のマグネットに対して移動自在な第２のコイルとで構成され前記軸線の方向に推力を発生する第２のボイスコイル型モータと、前記第１のマグネットと第２のマグネットとを連結する第１連結部材と、前記第１のコイルと第２のコイルとを連結する第２連結部材と、前記第１のボイスコイル型モータと第２のボイスコイル型モータとの間に設けられ前記軸部材を前記第２連結部材に対して回転自在に保持する回転保持部と、前記第１連結部材に固定して設けられ前記軸部材の前記第１連結部材に対する前記軸線の方向の相対変位を許容しながら前記軸部材を回転させる回転駆動機構と、前記第２連結部材の第１連結部材に対する前記軸線の廻りの回転を規制しつつ前記第２連結部材を第１連結部材に対して前記軸線の方向に案内する案内手段とを備えたことを特徴とする部品押圧装置。
2. 前記案内手段は、前記軸線に関して対称配置で複数設けられていることを特徴とする請求項１記載の部品押圧装置
3. 前記案内手段は、両側に摺接面を有する摺接部材と、前記摺接面を両側から挟み込むローラ部材とを含むことを特徴とする請求項１記載の部品押圧装置
   

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