JP4794674B1 - 部品実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品実装装置のＸビームの反りを抑制しつつ軽量化を図る。
【解決手段】ヘッド１０１をＸ軸方向に摺動自在に案内する、Ｘ軸方向に延びて配置されるレール１０２と、レール１０２がＹ軸方向の一端部に取り付けられ、Ｘ軸方向に延びて配置される棒形状のＸビーム１０３と、Ｘビーム１０３をＹ軸方向に摺動自在に案内する、Ｙ軸方向に延びて配置されるＹビーム１０４とを備える部品実装装置であって、Ｘビーム１０３のＹＺ断面の形状は、Ｙ軸方向の他端部に至るまで徐々にＺ軸方向の間隔がＹ軸対称で狭くなる形状を有し、レール１０２の熱膨張とＸビーム１０３の熱膨張との差によって発生するＸビーム１０３の反りに抗する補強部材１０５であって、炭素繊維強化樹脂からなり、２本のレール１０２と等距離となるようにＸビーム１０３のＹ軸方向の他端部に取り付けられる補強部材１０５とを備える。
【選択図】図２

Description

本願発明は、基板に部品が実装された実装基板を生産するための設備である部品実装装置に関し、特にヘッドを直線的に移動させるビームを備える部品実装装置に関する。

従来、部品実装装置の一つとして、固定されている基板に対し、部品供給部から部品を保持し、基板上方まで部品を搬送し、部品を降下させて基板に取り付ける部品実装機がある。当該実装機は、保持した部品のＸＹ方向（水平面内）の位置を正確に再現する必要がある。一方、実装基板の生産性を向上させるため、部品供給部から基板上方まで部品を搬送し、ＸＹ方向の位置決めをするまでの速度や、部品を実装した後に部品供給部まで戻るまでの速度などをできる限り早める必要もある。

そこで、部品実装機は、基台にＹ軸方向に延びて固定されるＹビームと、前記Ｙビームに対してスライド可能に取り付けられるＸ軸方向に延びて配置されるＸビームと、前記Ｘビームに対してスライド可能に取り付けられるヘッドを備える構造となっている。これにより、正確かつ高速に部品を搬送することができるものとなっている。

ここで、Ｘビームは、直接ヘッドと摺動してヘッドを直線的に案内するレールが取り付けられている。これは、ヘッドと摩擦が生じるレールは、摩擦などに強いが重い金属を材料として採用し、レールとヘッドとを支えるＸビームは、構造的強度を備え軽量な金属を材料として採用することで、Ｙビームに沿って運動する部材の軽量化を図るためである。

しかしながら、異なる金属からなり、Ｘ軸方向に長いレールとＸビームとが接合されるため、部品実装機の温度が変化するとバイメタル効果によりＸビームに反りが発生する。このようにＸビームに反りが発生すると、基板に部品を正確に取り付けることが困難となり、また、反りを加味した補正をヘッドを移動させるためのデータに加えなければならず、部品実装機の生産性に悪影響を及ぼすこととなる。

そこで、特許文献１や特許文献２、特許文献３に記載の発明は、Ｘビームのレールが取り付けられている側と反対側に、レールと同じ材質の棒状の補強部材を取り付けてＸビームの曲がりを防止している。これによりレールとＸビームとによって発生する反りを補強部材とＸビームとによって発生する反りによって相殺し、レールを真っ直ぐに維持することができるものとなっている。

特開２００２−１７６２９４号公報 特開２００３−１６８８９８号公報 特開２００１−３５２２００号公報

ところが、Ｘビームとレールとの間で発生する反りを相殺するためには、補強部材は、線膨張係数などレールと同じ特性を備える必要がある。従って、Ｘビームにはレールとほぼ同じ形状で同じ重量の補強部材が取り付けられることとなり、Ｘビームに取り付けられる部材の全重量は増加する。つまり、Ｘビームを高速に運動させることが困難となって部品実装機の生産性を向上させることが困難となる。

本願発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、Ｘビームの反りの問題を解決しつつ、さらに、Ｘビームの重量と補強部材の重量とを同時に低減することのできる部品実装装置の提供を目的としている。

上記目的を達成するために、本願発明にかかる部品実装装置は、ヘッドをＸ軸方向に摺動自在に案内する、Ｘ軸方向に延びて配置されＺ軸方向に平行に並んで配置される２本のレールと、２本の前記レールがＹ軸方向の一端部に取り付けられるＸ軸方向に延びて配置される棒形状のＸビームと、前記ＸビームをＹ軸方向に摺動自在に案内するＹ軸方向に延びて配置されるＹビームとを備える部品実装装置であって、前記ＸビームのＹＺ断面の形状は、Ｙ軸方向の他端部に至るまで徐々にＺ軸方向の間隔がＹ軸対称で狭くなる形状を有し、前記レールの熱膨張と前記Ｘビームの熱膨張との差によって発生する前記Ｘビームの反りに抗する補強部材であって、炭素繊維強化樹脂からなり、２本の前記レールと等距離となるように前記ＸビームのＹ軸方向の他端部に取り付けられる補強部材とを備える。

これにより、２本のレールが配置される間隔相当の長さを一辺とする正方形をＸビームの断面形状とした場合に比べてＸビームを軽量化することが可能となる。また、Ｘビームの当該断面形状により、２本のレールとＸビームとの間で発生する、Ｘビームを反らせる方向の応力を補強部材が取り付けられる他端部の狭い範囲に集中させることができる。従って、補強部材を構成する材料として、集中した前記応力に抗することのできる炭素繊維強化樹脂を採用することで、Ｘビームの反りを抑制して真っ直ぐに維持することが可能となり、また、補強部材の重量を低減することが可能となる。また、Ｙ軸対称でＺ軸方向の幅が狭くなっているため、前記応力が均等に補強部材に伝わり、Ｘビームがねじれることを抑制できる。

本願発明によれば、Ｘビームの反りの問題を解決しつつ、さらに、Ｘビームの重量と補強部材の重量とを同時に低減することができ、部品実装装置の生産性を向上させることが可能となる。

部品実装装置を模式的に示す斜示図である。 Ｘビームの断面とヘッドとを側方から示す平面図である。 Ｘビームとヘッドとを背方から示す平面図である。 Ｘビームとヘッドとを正面から示す平面図である。 他の実施の形態にかかる部品実装装置を模式的に示す斜示図である。 本願発明の効果を示す図である。

次に、本願発明にかかる部品実装装置の実施の形態である部品実装機について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、部品実装装置を模式的に示す斜示図である。
同図に示すように、部品実装装置１００は、部品供給部（図示せず）から部品３００を基板２００の上方にまで搬送し、搬送した部品３００を基板２００に取り付ける（実装する）装置であり、ヘッド１０１と、レール１０２と、Ｘビーム１０３と、Ｙビーム１０４と、補強部材１０５とを備えている。

ヘッド１０１は、部品３００を着脱自在に保持する保持手段１１１（図２など参照）を有する装置であり、Ｘ軸方向に往復動自在にレール１０２に取り付けられている。

本実施の形態の場合、保持手段１１１は、真空吸着により部品３００を保持するノズルであり、ヘッド１０１は、保持手段１１１を８本備えている。また、ヘッド１０１は、保持手段１１１をそれぞれ独立にＺ軸方向に出没させる機構を備えており、部品３００を保持して搬送し、基板２００に部品３００を取り付ける機能を備えている。

なお、ヘッド１０１は、部品３００を基板２００に実装する装置ばかりでなく、部品３００を検査するためのヘッド１０１や、部品３００を接着するための樹脂を塗布するためのヘッド１０１等でもよい。

Ｙビーム１０４は、Ｘビーム１０３をＹ軸方向に摺動自在に案内する部材である。本実施の形態の場合、２本のＹビーム１０４が平行に配置されており、各Ｙビーム１０４は、基台１０６にＹ軸方向に延びた状態で固定されている。

なお、Ｙビーム１０４は、基台１０６と一体に形成されるものでもよい。
図２は、Ｘビームの断面とヘッドとを側方から示す平面図である。

図３は、Ｘビームとヘッドとを背方から示す平面図である。
これらの図に示すように、レール１０２は、ヘッド１０１をＸ軸方向に摺動自在に案内する棒状の部材であって、Ｘ軸方向に延びて配置されている。

本実施の形態の場合、部品実装機１００は、２本のレール１０２を備えており、２本のレール１０２は、Ｚ軸方向に平行に並んで配置されている。レール１０２は、ヘッド１０１と相対的に摺動し摩擦が発生するため、ＳＣＭ４３５などの鋼が材料として選定されている。

レール１０２は、Ｘビーム１０３に対し第二締結具１２２によりＸ軸方向に並ぶ３箇所以上でＸビーム１０３のＹ軸方向の一端部に締結されている。具体的には、第二締結具１２２は六角穴付きボルトであり、Ｘビームに設けられたねじ穴に第二締結具１２２を螺着することでレール１０２がＸビーム１０３に取り付けられる。本実施の形態の場合、第二締結具１２２は、６０ｍｍのピッチでＸ軸方向に並べて等間隔に配置されている。

図４は、Ｘビームとヘッドとを正面から示す平面図である。
図２〜図４に示すように、Ｘビーム１０３は、レール１０２がＹ軸方向の一端部に取り付けられる棒形状の部材であって、Ｘ軸方向に延びて配置される部材である。Ｘビーム１０３のＹＺ断面の形状（図２参照）は、Ｙ軸方向の他端部に至るまで徐々にＺ軸方向の間隔がＹ軸対称で狭くなる形状を有している。Ｘビーム１０３の当該断面形状により、２本のレール１０２が配置される間隔相当の長さを一辺とする正方形をＸビーム１０３の断面形状とした場合に比べてＸビーム１０３を軽量化することが可能となる。

また、Ｘビーム１０３の当該断面形状により、２本のレール１０２とＸビーム１０３との間で発生するＸ軸方向の熱膨張差によるＸビーム１０３を反らせる方向の応力をＸビーム１０３のＹ軸方向におけるレール１０２の取り付け側とは反対側に位置し、レール１０２とは離れたＸビーム１０３の他端部の狭い範囲に集中させることができる。従って、Ｘビーム１０３の他端部に取り付けられる補強部材１０５を構成する材料として、集中した前記応力に抗することのできる炭素繊維強化樹脂を採用することで、レール１０２が取り付けられる側とは反対側のＸビーム１０３のＸ軸方向の熱膨張を抑え、材質の異なるレール１０２との熱膨張差によるＸビーム１０３の反りを抑制して真っ直ぐに維持することが可能となり、また、１本の補強部材１０５を配置するだけで、Ｘビーム１０３全体の反りを抑制することが可能となるためＹビーム１０４に沿って運動する部材の重量をさらに軽減することが可能となる。また、Ｙ軸対称でＺ軸方向の幅が狭くなっているため、前記応力が均等に補強部材１０５に伝わり、Ｘビーム１０３がねじれることを抑制している。

一般に、Ｘビーム１０３は、ヘッド１０１のＸ軸方向の往復動を案内するレール１０２をＸ軸方向に沿って保持する部材であり、往復動するヘッド１０１が振動すると保持している部品３００を落とすなどの不具合が発生し、また、正確な位置に部品３００を運ぶためには撓みなどを極力抑える必要がある。従って、Ｘビーム１０３は、構造的な強度を十分に備えている必要がある。一方、Ｘビーム１０３は、レール１０２やヘッド１０１と共に、Ｙビーム１０４に沿って直線的に往復動する部材であり、軽量であるほど高速で部品３００を搬送することが可能となる。

本実施の形態の場合、Ｘビーム１０３は、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金の引き抜き材で構成されている。また、Ｘビーム１０３は中空形状となっており、構造的な強度を確保するため多数のリブが設けられている。

図４に示すように、補強部材１０５は、レール１０２のＸ軸方向の熱膨張とＸビーム１０３のＸ軸方向の熱膨張との差によって発生するＸビーム１０３のＹ軸方向の反りに抗してＸビーム１０３を真っ直ぐに維持する部材である。また、補強部材１０５の材料は、炭素繊維強化樹脂が採用されている。

本実施の形態の場合、補強部材１０５は、Ｘビーム１０３に対し接着剤により貼り付けられている。また、補強部材１０５は、図２に示すように、２本のレール１０２と等距離となるようにＸビーム１０３のＹ軸方向の他端部に取り付けられている。補強部材と炭素繊維強化樹脂からなる補強部材１０５の線膨張係数は、レール１０２の線膨張係数の３．５％以下であることが好ましい。温度変化に対する補強部材１０５の長さの変化がレール１０２に対して十分に少なくなければ、レール１０２によって発生するＸビーム１０３の反りに補強部材１０５が十分に対抗できないためである。

また、補強部材１０５の厚みは、挿通孔の加工性等の観点から６ｍｍ以下が好ましい。補強部材１０５の厚みが３ｍｍ程度であっても十分に反りを抑制できる。補強部材１０５の幅は、１０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下が好ましい。補強部材１０５の長さは、レール１０２と同じ長さであることが好ましい。

なお、補強部材１０５のＸビーム１０３への取り付けは、接着剤に限定されるものではない。図５に示すように、ボルトなどの第一締結具１５１で補強部材１０５をＸビーム１０３に取り付けるものでもかまわない。また、接着剤と第一締結具１５１とを併用することにより補強部材１０５をＸビーム１０３に取り付けるものでもよい。

例えば、第一締結具１５１として六角ボルトを用いた場合、Ｘビームに設けられたねじ穴に第一締結具１５１を螺着することで補強部材１０５をＸビーム１０３に取り付けることができる。また、補強部材１０５は、第一締結具１５１であるボルトを挿通する挿通孔（図示せず）が設けられる。なお、挿通孔は、細長い板状の補強部材１０５を形成後、ドリルなどによって穿設してもよく、また、挿通孔を有する形状で補強部材１０５を成型してもかまわない。

第一締結具１５１は、補強部材１０５のＸ軸方向の両端部とこれらの中間部の少なくとも３箇所で補強部材１０５を締結することが望ましい。本実施の形態の場合、第一締結具１５１のＸ軸方向の位置は、第二締結具１２２のＸ軸方向の位置と一致している。第一締結具１５１の配置ピッチは、第二締結具１２２の配置ピッチと同じであり、第一締結具１５１は、６０ｍｍのピッチでＸ軸方向に並べて等間隔に配置されている。

なお、第一締結具１５１は、ボルトに限定されるものではない。例えば、第一締結具１５１としてリベットなど採用し、補強部材１０５をＸビーム１０３に締結してもかまわない。

次に、本願発明の実施例を説明する。
図６は、本願発明の効果を示す図である。

同図中（ａ）は、比較例を示す図であり、断面矩形のＸビーム、鋼製のレール、レールと同じ材質の補強部材の場合を示している。（ｂ）は、本願発明の実施例を示す図であり、Ｙ軸方向に徐々に狭くなる断面矩形のＸビーム、鋼製のレール、炭素繊維強化樹脂製の１本の補強部材を２本のレールから等距離の位置に取り付けた場合を示している。

同図に示すように比較例である（ａ）に比べて、Ｘビームの断面形状をＹ軸方向に徐々に狭くなる形状とすれば、重量は、比較例の重量の半分を切り、４７％程度まで軽量化することが可能であることが解る。

また、温度を２０度から３５度に上昇させた際のＸビームの反り量は、５０μｍ以下であることが部品実装機として要求される仕様である。比較例である（ａ）の場合も反り量は２６μｍであり、要求される仕様を満たしている。一方、（ｂ）は、Ｘビームの断面形状をＹ軸方向に徐々に狭くしてＸビームの重量を低減しているにもかかわらず、炭素繊維強化樹脂製の補強部材を用いることで、比較例である（ａ）と同程度の反り量であることが解る。

これは、Ｚ軸方向に並んで配置されるレールによってそれぞれ発生する応力が、補強部材の位置に集中し、炭素繊維強化樹脂製の補強部材が温度上昇によりわずかに縮む性質により前記応力を相殺する方向に応力を発生させることや、補強部材がその形状（Ｘ軸方向の長さ）を維持して前記応力に抗するためであると考えられる。

なお、Ｘビームに対するレールの取り付けは、すべて６０ｍｍピッチに配置される第二締結具であるボルトによって締結されている。また、反り量は、Ｘビームの長手方向の一端部を固定した際の他端部の振れ幅である。

以上のような部品実装機１００を用いれば、２本のレールが配置される間隔相当の長さを一辺とする正方形をＸビームの断面形状とした場合に比べてＸビームを軽量化することが可能となる。また、本願発明にかかるＸビームの断面形状により、２本のレールとＸビームとの間で発生する、Ｘ軸方向の熱膨張差によるＸビームを反らせる方向の応力を二本のレールが取り付けられている側と反対側のＸビームの補強部材が取り付けられる他端部の狭い範囲に集中させることができる。従って、補強部材を構成する材料として、集中した前記応力に抗することのできる炭素繊維強化樹脂を採用することで、Ｘビームの反りを抑制して真っ直ぐに維持することが可能となり、また、補強部材の重量を低減することが可能となる。また、Ｙ軸対称でＺ軸方向の幅が狭くなっているため、前記応力が均等に補強部材に伝わり、Ｘビームがねじれることを抑制できる。従って、Ｘビーム１０３の反りを要求仕様以下に抑えつつ、Ｙビーム１０４に沿って移動する部材の重量を軽減でき、部品３００を基板２００に高速かつ正確に実装することが可能となる。

本願発明は、ヘッドをＸＹ方向に自在に高速で移動させる部品実装装置に利用でき、例えば部品を基板に実装する部品実装機ばかりでなく、基板に取り付けられた部品を検査する検査機や、接着剤などを基板に塗布する塗布機などにも利用可能である。

１００ 部品実装装置
１０１ ヘッド
１０２ レール
１０３ Ｘビーム
１０４ Ｙビーム
１０５ 補強部材
１０６ 基台
１１１ 保持手段
１２２ 第二締結具
１５１ 第一締結具
２００ 基板
３００ 部品

Claims (3)

1. ヘッドをＸ軸方向に摺動自在に案内する、Ｘ軸方向に延びて配置されＺ軸方向に平行に並んで配置される２本のレールと、
   ２本の前記レールがＹ軸方向の一端部に取り付けられ、Ｘ軸方向に延びて配置される棒形状のＸビームと、
   前記ＸビームをＹ軸方向に摺動自在に案内する、Ｙ軸方向に延びて配置されるＹビームと
   を備える部品実装装置であって、
   前記ＸビームのＹＺ断面の形状は、Ｙ軸方向の他端部に至るまで徐々にＺ軸方向の間隔がＹ軸対称で狭くなる形状を有し、
   前記レールの熱膨張と前記Ｘビームの熱膨張との差によって発生する前記Ｘビームの反りに抗する補強部材であって、炭素繊維強化樹脂からなり、２本の前記レールと等距離となるように前記ＸビームのＹ軸方向の他端部に取り付けられる補強部材と
   を備える部品実装装置。
2. 前記補強部材は、前記Ｘビームに対し接着剤を介して接着される
   請求項１に記載の部品実装装置。
3. 前記補強部材は、第一締結具によりＸ軸方向に並ぶ３箇所以上でＸビームに締結される
   請求項１、または、請求項２に記載の部品実装装置。

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