JP4281490B2 - 電子部品実装用装置における基板の下受け装置 - Google Patents

Description

本発明は、スクリーン印刷装置や電子部品実装装置など電子部品実装用装置において下受けピンによって基板を下受けする電子部品実装用装置における基板の下受け装置に関するものである。

電子部品が実装される基板には、基板の片面のみならず両面に電子部品が実装されるいわゆる両面実装基板がある。この両面実装基板の実装工程では、まず第１面への実装が行われた後、基板を反転して第２面を対象として半田印刷、電子部品搭載およびリフローなどの実装作業が行われる。この第２面への実装の際には、電子部品が既に実装された既実装面が下向きとなるため、半田のスクリーン印刷や部品搭載など基板を位置決めして保持する必要がある装置においては、この既実装面が下方から支持される。

既実装面を下受けする際には、既実装部品が障害となって基板下面を面支持することができないため、既実装部品が存在しない下受け可能部位を適宜選定し、この位置を下受けピンによって支持する方法が用いられる。従来よりこのような既実装面の下受けに用いられる下受け装置として、多数の下受けピンが立設された下受け部に対して基板の下面を押しつけることにより、下受けピンの上端部の高さ位置を基板の下面形状に倣わせる構成のものが知られている（例えば特許文献１参照）。このような構成を採用することにより、基板の品種が切り替えられるたびに下受けピンの高さを個別に調節する段取り替え作業の手間を大幅に省くことができるという利点がある。
特開２００２−３３５０９８号公報

しかしながら従来の下受け装置では、下受けピンの高さ位置に関連して次のような問題が発生している。前述の下受けピン高さを倣わせる作業においては、１枚だけ選ばれたサンプル基板を用いて倣い動作が行われるため、個々の基板によって実装状態での電子部品の高さや半田接合部の形状が僅かに異なっている場合には、すべての下受けピンが同じ状態で基板下面に当接した均一な下受け状態を再現性よく実現することが難しい。このため、下受けピンが強く押しつけられた部分では、電子部品や基板に表面傷などのダメージを与えるという不具合を生じていた。

そこで本発明は、電子部品や基板に表面傷などのダメージを与えることなく基板を下受けすることができる電子部品実装用装置における基板の下受け装置を提供することを目的とする。

本発明の電子部品実装用装置における基板の下受け装置は、電子部品実装用装置において下受けピンにより基板を支持する電子部品実装用装置における基板の下受け装置であって、複数の前記下受けピンが垂直姿勢で配設された下受け部と、前記下受けピンの上端部の高さ位置を下受け対象の基板の下面形状に倣わせるピン高さ倣い機構と、前記下受けピンの上端部に着脱自在に装着された導電性樹脂よりなる樹脂端部とを備え、前記樹脂端部の下部には前記下受けピンの内孔に嵌合する嵌合部が設けられ、前記樹脂端部は前記嵌合部を前記内孔に圧入することにより前記下受けピンに装着される。

本発明によれば、下受けピンの上端部の高さ位置を下受け対象の基板下面の形状に倣わせるピン高さ倣い機構と、下受けピンの上端部に着脱自在に装着された導電性樹脂よりな
る樹脂端部とを備えることにより、電子部品や基板表面に表面傷などのダメージを与えることなく基板を下受けすることができる。

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の正面図、図２（ａ）は本発明の一実施の形態の基板の下受け装置の正面図、図２（ｂ）は本発明の一実施の形態の基板の下受け装置の部分平面図、図３、図４は本発明の一実施の形態の電子部品実装用装置における基板の下受けピンモジュールの断面図、図５は本発明の一実施の形態の電子部品実装用装置における基板の下受けピンモジュールの下受けピンの部分斜視図、図６，図７，図８は本発明の一実施の形態の基板の下受け方法における下受け準備作業の説明図である。

まず図１を参照して、基板の下受け装置が組み込まれた電子部品実装用装置であるスクリーン印刷装置の構造を説明する。図１において、基板位置決め部１は、Ｙ軸テーブル２およびＸ軸テーブル３よりなる移動テーブル上にθ軸テーブル４を段積みし、さらにその上にＺ軸テーブル５を配設して構成されている。Ｚ軸テーブル５上には、電子部品が実装される基板１０を保持し下受けする下受け装置６が配設されている。下受け装置６は、Ｚ軸テーブル５に対して昇降可能に設けられた下受け昇降部８の上面の下受けベース部８ａ（図２参照）上に、複数の下受けピンユニット９を配列して構成されている。

このスクリーン印刷装置では、片面に既に電子部品が実装された基板１０を対象として、クリーム半田の印刷が行われる。図示しない搬送コンベアによって受け取られた基板１０は、下受け装置６によって既実装面を下受けされた状態で、クランパ７によってその両側端部をクランプされる。そして基板位置決め部１を駆動することにより、基板１０をＸ方向およびＹ方向に移動させてスクリーン印刷時の基板１０の位置を調整することができる。印刷後の基板１０は、図示しない搬出コンベアによって搬出される。

基板位置決め部１の上方には、スクリーンマスク１１が配設されており、スクリーンマスク１１はホルダ１１ａにマスクプレート１１ｂを装着して構成されている。基板１０は基板位置決め部１によってマスクプレート１１ｂに対して位置合わせされ、マスクプレート１１ｂの下方から当接する。スクリーンマスク１１上には、スキージユニット１３が配設されている。スキージユニット１３は、シリンダ１３ａによって上下駆動される２つのスキージ１３ｂを備えており、図示しない移動手段によって水平方向（Ｙ方向）に往復動自在となっている。

基板１０がマスクプレート１１ｂの下面に当接した状態で、マスクプレート１１ｂ上にクリーム半田を供給し、スキージ１３ｂをマスクプレート１１ｂの表面に当接させて摺動させることにより、基板１０の表面にはマスクプレート１１ｂに設けられたパターン孔を介してクリーム半田が印刷される。

また基板位置決め部１の上方には、基板反り矯正部１４（基板押しつけ手段）が水平方向に進退可能に配設されている。基板反り矯正部１４は、シリンダ１４ａによって昇降自在な反り矯正板１４ｂを備えている。反り矯正板１４ｂを基板位置決め部１の上方に移動させて基板１０に対して下降させた状態で、下受け昇降部８を上昇させて下受けピンユニット９を基板１０の下面に押しつけることにより、基板１０の反りを矯正することができるようになっている。

次に、図２を参照して基板の下受け装置６について説明する。図２（ａ）においてＺ軸テーブル５には、下受け昇降部８が図示しない昇降機構によって昇降自在に配設されている。下受け昇降部８の上面の下受けベース部８ａには、複数の下受けピンユニット９が装
着される。

下受けピンユニット９は、垂直姿勢で配設された下受けピン２１を上下動自在に保持し任意のピン高さの設定が可能な下受けピンモジュール２０を複数個（本実施の形態では４個）組み合わせたものである。図２（ｂ）に示すように、この下受けピンユニット９を基板１０のサイズや下受け箇所に応じて下受けベース部８ａ上に配列することにより、基板１０に対応して複数の下受けピン２１が垂直姿勢で配設された下受け部が構成される。もちろん下受けピンモジュール２０を単体で下受けベース部８ａ上に配列するようにしてもよい。

次に図３を参照して、下受けピンモジュール２０の構造について説明する。図３において、２２は下受けピン２１を垂直姿勢で上下方向に摺動自在に保持する角柱状の保持ブロック（保持体）であり、内部に形成されたハウジング部２２ａには、ピストン２３が摺動自在に嵌合している。ピストン２３の中央部に設けられた摺動孔２３ａには、中空軸を主体とする下受けピン２１が摺動自在に挿通している。下受けピン２１の上端部には、導電性樹脂よりなる樹脂端部２９が着脱自在に装着されており、下受けピン２１の下部はピン保持孔２２ｅに挿入されている。ピン保持孔２２ｅ内にはスプリング２７（付勢手段）が装着されており、スプリング２７によって下受けピン２１は上方へ付勢される。

ここで図５を参照して、樹脂端部２９および樹脂端部２９の装着方法について説明する。樹脂端部２９の下部には下受けピン２１の内孔２１ａに嵌合する嵌合部２９ａが設けられており、嵌合部２９ａを内孔２１ａに圧入することにより、樹脂端部２９は下受けピン２１に装着される。下受けピン２１の上端にはすり割り溝２１ｂが設けられており、樹脂端部２９を下受けピン２１から取り外す際には、すり割り溝２１ｂ内に鋭利なピンを差し込んで樹脂端部２９を抜き出す。樹脂端部２９の機能については後述する。

ピストン２３の外周面および挿通孔２３ａの内面には、それぞれハウジング部２２ａの内周との当接面および下受けピン２１の外周との当接面を密封するシール部材（図示せず）が装着されており、ハウジング部２２ａの上部の加圧室２２ｂ内に、側面に設けられた給気孔２２ｃを介してエア供給源２８から加圧エアを送給することにより、ピストン２３は加圧力によって下方に押し下げられる。

ピストン２３の下方には、下受けピン２１が挿通する挿通孔２４ａが設けられた制動板２４が、１端部をピン２５によって軸支されている。制動板２４の軸支端の反対側は、スプリング座２２ｄに装着されたスプリング２６によって矢印方向に付勢されている。挿通孔２４ａの孔径は下受けピン２１の径よりも幾分大きく設定されており、制動板２４が水
平な状態においては挿通孔２４ａは下受けピン２１に接触せず（図４参照）、図３に示すように制動板２４が所定角度傾斜した状態で、挿通孔２４ａのエッジが下受けピン２１に接触するように設定されている。

上述のように、スプリング２６によって付勢された状態では、制動板２４は水平姿勢から傾斜する。この結果挿通孔２４ａのエッジが付勢力により下受けピン２１の外周面に押しつけられて「かじり」を発生することにより、下受けピン２１の上下方向の位置が任意位置において固定される。すなわち、挿通孔２４ａが設けられた制動板２４，スプリング２６は、下受けピン２１の上下方向の位置を任意位置において固定する位置固定手段となっている。またスプリング２６は、挿通孔２４ａを下受けピン２１に対して押しつける押しつけ手段となっている。

そして図４に示すように、給気孔２２ｃから加圧エアを供給することにより加圧室２２ｂ内が加圧され、ピストン２３は加圧力によって下方に押し下げられる。これにより、制
動板２４はスプリング２６の付勢力に抗して押し下げられて水平状態となり、この結果挿通孔２４ａは下受けピン２１と接触せず、下受けピン２１の位置固定が解除される。すなわち、ピストン２３，エア供給源２８は、押しつけ解除手段となっている。

このスクリーン印刷装置および下受け装置は上記のように構成されており、以下スクリーン印刷に先立って行われる下受け準備作業について、図６，図７を参照して説明する。まず、下受け対象の基板１０に応じて、下受けベース部８ａ上に下受けピンユニット９を配列して下受け部を構成する。ここでは、基板１０のサイズ、既実装面の電子部品Ｐの位置に応じて、下受けピンユニット９の数量・配置を決定する（図２参照）。

このとき、基板１０の下面において電子部品Ｐが存在しない特定位置に対応した下受けピンモジュール２０については、下受けピン２０（図６（ａ）においてハッチングを付した下受けピン２１Ａ参照）の上下位置を固定しておく。この特定位置は基板１０の反り矯正のための力を作用させる矯正作用点として適当な位置・数が、基板のサイズ・剛性に応じて適宜決定される。

そしてクランパ７によって基板１０を保持したならば、図６（ａ）に示すように基板反り矯正部１４（図１）を基板１０上に移動させ、次いで図６（ｂ）に示すように反り矯正板１４ｂをクランパ７に対して下降させて押しつける。そしてこの状態で図７（ａ）に示すように下受け昇降部８を上昇させる。このとき、前述の特定位置の下受けピン２１Ａ以外の下受けピン２１については、各下受けピンモジュール２０において加圧室２２ｃ内に加圧エアを送給し、下受けピン２１の上下位置固定を解除しておく。

下受け昇降部８が上昇すると、各下受けピンユニット９の下受けピン２１の上端部に装着された樹脂端部２９が、基板１０の下面もしくは電子部品Ｐに当接する。このとき、上下位置が固定された下受けピン２１Ａに装着された樹脂端部２９が基板１０の下面に当接することにより、基板１０は押し上げられて反り矯正板１４ｂに押しつけられる。これにより、基板１０の上下方向の反りが反り矯正板１４ｂの下面にならって矯正される。

また上下位置固定が解除された各下受けピン２１の上端部は、上昇の過程で電子部品Ｐに当接して下方に押し込まれ、それぞれの電子部品Ｐの形状にならった高さで停止する。これにより、各下受けピン２１の上下位置は基板１０の下面形状に倣う。そしてこの状態で、各下受けピンモジュール２０において加圧エアの送給を停止する。これにより、制動板２４の挿通孔２４ａが下受けピン２１に押しつけられ、下受けピン２１の上下位置が固定される。

すなわち、下受けピン２１の上下方向の位置を任意位置において固定する位置固定手段、下受けピン２１の位置固定を解除する押しつけ解除手段を備えた下受けピンモジュール２０は、下受けピン２１の上端部の高さ位置を下受け対象の基板の下面形状に倣わせるピン高さ倣い機構となっている。なおピン高さ倣い機構は上述の構成には限定されず、例えば下受けピン２０を上方に付勢するスプリング２７の代わりに流体圧による付勢手段を用い、流体の移動をバルブ制御によって遮断することによって下受けピン２０の上下位置固定を行う方法など、各種の倣い機構を採用することができる。

次いで図７（ｂ）に示すように、反り矯正板１４ｂを上昇させるとともに、下受け昇降部８を下降させる。これにより、下受け昇降部８上面の下受けベース部８ａには、対象とする基板１０の既実装面の形状にならって各下受けピン２１の高さが設定された下受け部の準備が完成する。そして後続の基板１０の生産においては、この下受け部により基板下受けを行う。

このような任意位置における上下位置の固定および固定解除が可能な下受けピンモジュール２０を組み合わせた基板の下受け装置６を用いることにより、従来必要とされたような、既実装面において電子部品が存在しない下受け可能部位を基板ごとに選定し各下受け可能部位に下受けピンを装着する煩雑な下受け準備作業を行う必要がない。したがって段取り替え作業の効率化を図ることができるとともに、下受け可能部位の存否に関係なく適切な支持間隔で下受け位置を設定できることから、下受け対象の基板１０を適切に保持し作業品質を向上させることができる。

またこのような下受け装置６の下受けピン２１の上端部に樹脂端部２９を装着することにより、ピン高さ倣い機構を備えた従来の下受け装置において、下受けピンの高さ位置に関連して発生していた次のような不具合を防止することが可能となっている。すなわち、下受けピン高さを倣わせる作業において不可避的に発生する個々の基板ごとの高さ微差、例えば実装状態での電子部品の高さや半田接合部の形状に僅かの個体差が存在する場合にあっても、これらの微差は樹脂端部２９が僅かに変形することによって吸収される。したがって、部分従来の下受け装置において、金属製の下受けピン２０が直接押し当てられることによって発生していた電子部品や基板の表面傷などのダメージが発生しない。そして樹脂端部２９には導電性樹脂が用いられることから、基板に帯電した静電気は下受け時に樹脂端部２９を介して除電され、静電気帯電による不具合が発生しない。

また樹脂材料は摩耗しやすいことから、多数の基板に対して樹脂端部２９を反復して使用することにより、樹脂端部２９の上端面は摩耗する。このような場合にあっても、本実施の形態に示す下受けピンモジュール２０では、下受けピン２１を基板の下面形状に倣わせる構成であることから、樹脂端部２９が相当量摩耗しても、下受けピン２１の昇降ストロークの許容範囲内にある限りは、同一の樹脂端部２９を反復して使用することができる。

図８は、このような下受け装置をスクリーン印刷に用いた場合の例を示している。図８（ａ）は、図１に示すスクリーン印刷装置において、スクリーンマスク１１のマスクプレート１１ｂに、下面に電子部品Ｐが実装された基板１０の上面を位置合わせし、前述の下受け準備作業によって下受けピン２１の高さを基板１０の下面の形状にならわせた状態を示している。このとき、下受け昇降部８の下受けベース部８ａ上における下受けピンユニット９の配列は、基板１０の範囲のみならず基板１０の外側部分にも下受けピン２１が配置されるような、下受けピン配置となっている。

下受け準備作業後の状態においては、基板１０の範囲外の下受けピン２１は、マスクプレート１１ｂの下面にならった高さ位置で上下位置が固定される。これにより、スクリーンマスク１１ｂ上でスキージ１３ｂを摺動させるスクリーン印刷動作においては、図８（ｂ）に示すように基板１０のみならず基板１０の周辺部のマスクプレート１１ｂの下面も下受けピン２１によって下方から支持される。

このため、スキージングにおいて基板１０の周辺部に位置するマスクプレート１１ｂが下方に垂れることがない。これによりマスクプレート１１ｂの部分的な変形に起因するマスクプレート１１ｂと基板１０上面との密着不良が発生せず、印刷品質を安定させることができる。

なお上記例では、下受け装置をスクリーン印刷装置に用いた例を示したが、これ以外にも電子部品実装装置など、片面に電子部品を実装した後の基板を下受けする必要がある装置に対して本発明を適用することができる。

本発明の基板の下受け装置は、電子部品や基板表面に表面傷などのダメージを与えることなく基板を下受けすることができるという効果を有し、スクリーン印刷装置や電子部品実装装置など電子部品実装用装置において下受けピンによって基板を下受けする分野において有用である。

本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の正面図 （ａ）本発明の一実施の形態の基板の下受け装置の正面図（ｂ）本発明の一実施の形態の基板の下受け装置の部分平面図 本発明の一実施の形態の電子部員実装用装置における基板の下受けピンモジュールの断面図 本発明の一実施の形態の電子部品実装用装置における基板の下受けピンモジュールの断面図 本発明の一実施の形態の電子部品実装用装置における基板の下受けピンモジュールの下受けピンの部分斜視図 本発明の一実施の形態の基板の下受け方法における下受け準備作業の説明図 本発明の一実施の形態の基板の下受け方法における下受け準備作業の説明図 本発明の一実施の形態の基板の下受け方法における下受け準備作業の説明図

符号の説明

１ 基板位置決め部
６ 下受け装置
８ 下受け昇降部
８ａ 下受けベース部
９ 下受けピンユニット
１０ 基板
１４ 反り矯正部
２０ 下受けピンモジュール
２１ 下受けピン
２９ 樹脂端部

Claims (1)

1. 電子部品実装用装置において下受けピンにより基板を支持する電子部品実装用装置における基板の下受け装置であって、
   複数の前記下受けピンが垂直姿勢で配設された下受け部と、前記下受けピンの上端部の高さ位置を下受け対象の基板の下面形状に倣わせるピン高さ倣い機構と、前記下受けピンの上端部に着脱自在に装着された導電性樹脂よりなる樹脂端部とを備え、前記樹脂端部の下部には前記下受けピンの内孔に嵌合する嵌合部が設けられ、前記樹脂端部は前記嵌合部を前記内孔に圧入することにより前記下受けピンに装着されることを特徴とする電子部品実装用装置における基板の下受け装置。

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