(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を基板に対して押圧することにより電子部品を基板に実装する電子部品実装装置であって、軸部材と、この軸部材を軸方向に摺動自在に保持する軸保持部と、前記軸部材と前記軸方向へ一体的に移動可能に結合された移動部材と、前記軸保持部に装着されたマグネットと前記移動部材に装着されたコイルとで構成されるボイスコイル型モータと、前記軸部材の一端部に非磁性体を介して装着された電子部品保持ツールとを備えたことを特徴とする電子部品実装装置。
【請求項２】
前記軸部材と前記電子部品保持ツールとが磁性体で形成されていることを特徴とする請求項１記載の電子部品実装装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を基板に実装する電子部品実装装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品を基板に実装する実装ヘッドは、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可動コイルと固定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、電子部品に当接して保持する電子部品保持ツールに軸部材を介して可動コイルを結合し、固定マグネットが作る磁界の中でこの可動コイルに通電することにより固定マグネットとの間に発生する電磁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。
【０００３】
このボイスコイル型モータを用いた押圧機構において、高速・円滑な高精度の動作を実現するためには、高剛性の軸部材を高精度の軸受け機構で保持する必要がある。このため、軸部材の材質としては、機械構造用鋼やマルテンサイト系ステンレス鋼など熱処理によって靱性・表面硬度を確保することができるような材質が選定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら軸部材に上記材質を用いると、ボイスコイル型モータの特性に起因して、以下のような不都合が生じる。軸部材と結合される保持ツールには、一般に上述の軸部材と同様に剛性に優れ硬度の高い材質が選定される。このような材質は一般に磁性体であることから、軸部材と電子部品保持ツールに同様の磁性体材料を用いた場合には、ボイスコイル型モータのマグネットの磁気が軸部材と保持ツールを介して電子部品に作用する。
【０００５】
そして強い磁気が電子部品に作用すると、部品の種類によっては電子回路に悪影響を及ぼし、製品品質の不良を招く場合がある。このように従来のボイスコイル型モータを用いた電子部品実装装置には、マグネットからの磁気漏洩に起因する品質不良を招くという不具合があった。
【０００６】
そこで本発明は、ボイスコイル型モータからの磁気漏洩を防止して、製品不具合を防止することができる電子部品実装装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電子部品実装装置は、電子部品を基板に対して押圧することにより電子部品を基板に実装する電子部品実装装置であって、軸部材と、この軸部材を軸方向に摺動自在に保持する軸保持部と、前記軸部材と前記軸方向へ一体的に移動可能に結合された移動部材と、前記軸保持部に装着されたマグネットと前記移動部材に装着されたコイルとで構成されるボイスコイル型モータと、前記軸部材の一端部に非磁性体を介して装着された電子部品保持ツールとを備えた。
【０００８】
請求項２記載の電子部品実装装置は、請求項１記載の電子部品実装装置であって、前記軸部材と前記電子部品保持ツールとが磁性体で形成されている。
【０００９】
本発明によれば、マグネットと可動コイルより構成されるボイスコイル型モータによって押圧力が伝達される軸部材の下端部に非磁性体を介して電子部品保持ツールと結合することにより、軸部材を介してマグネットの磁気が電子部品保持ツールに漏洩するのを防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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電子部品実装装置の正面図、図２は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の斜視図、図３は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の実装ヘッドの断面図、図４は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の実装ヘッドの重量分布を示す説明図、図５は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の実装ヘッドの上下位置検出センサの動作説明図である。
【００１１】
まず図１、図２を参照して電子部品実装装置の構成を説明する。図１において、電子部品実装装置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、電子部品８が多数収納されている。
【００１２】
図２に示すように実装部１０は、実装ヘッド１２を移動テーブル１１によって移動自在に配設した構成となっており、実装ヘッド１２の下端部には、電子部品保持ツールである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は保持部１３ｂによって実装ヘッド１２の下端部に結合されている。ホーン１３ａの下面には接合作用部１３ｃが突設されており、接合作用部１３ｃ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。
【００１３】
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１３ｃ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１３ｃを介して超音波振動が付与される。
【００１４】
次に図３を参照して、移動テーブル１１および実装ヘッド１２の構造について説明する。図３において、移動テーブル１１のフレーム１１ａには、ガイドレール１６が２本水平方向に配設されており、ガイドレール１６にスライド自在に嵌合したスライダ１５には、垂直なプレート１１ｂが固着されている。
【００１５】
プレート１１ｂには、実装ヘッド１２の本体を構成する保持部材２０が結合されている。保持部材２０の上面にはモータ２１が垂直に配設されており、モータ２１の出力軸２１ａには、ベアリング２３によって軸支されたカップリング部材２２が結合されている。カップリング部材２２の下部には、ボールスプライン２４が装着されており、ボールスプライン２４には垂直な回転軸３０（軸部材）の上部のスプライン軸部３０ｂが上下方向に摺動自在に嵌合している。
【００１６】
モータ２１を回転駆動することにより、回転軸３０にはボールスプライン２４およびスプライン軸部３０ｂを介して回転が伝達され、回転軸３０は軸心廻りに回転する。このとき、ボールスプライン２４に対してスプライン軸部３０ｂの上下方向の相対変位が許容される。すなわち、ボールスプライン２４が装着されたカップリング部材２２およびスプライン軸部３０ｂは、モータ２１の出力軸２１ａに設けられた連結部となっている。この連結部は、モータ２１を回転軸３０に回転方向へは一体的に連結しかつ上下方向へは摺動自在に連結する。モータ２１は、回転軸３０をこの連結部を介して軸心周りに回転させる回転駆動手段となっている。
【００１７】
次に回転軸３０の上下方向の位置を検出する位置検出手段について説明する。この位置検出手段は、上下位置検出用に回転軸３０に装着されたドグ部材２８の左側面（移動テーブル１１と反対側面）から上方に突出したブラケット２８ａによって回転軸３０に装着されたリニアスケール２９、およびブラケット２６によってカップリング部材２２の左側面に装着された読みとりヘッド２７によって構成される。リニアスケール２９と読みとりヘッド２７は相対向して配置されており、リニアスケール２９の上下方向の変位を読みとりヘッド２７で読みとることにより、回転軸３０の上下方向の位置が検出される。
【００１８】
ドグ部材２８を挟んで、２つの光学センサ３１，３２が配設されている。光学センサ３１，３２は後述するように、それぞれ投光部と受光部とを備えた透過式の光学センサであり、回転軸３０の上下方向の変位が予め設定された上限範囲・下限範囲に到達したことを検知する。
【００１９】
保持部材２０の下面には、内筒部３４ｄ、外筒部３４ｂよりなる二重円筒状のブロック３４が固着されており、ブロック３４の中心に上下に貫通して設けられた中心孔３４ａには、スライドベアリング３３が装着されている。スライドベアリング３３には、回転軸３０が軸心廻りに回転自在にかつ上下方向に摺動自在に嵌合している。スライドベアリング３３が装着された内筒部３４ｄは、回転軸３０を上下方向に摺動自在かつ軸心廻りに回転自在に保持する軸保持部となっている。回転軸３０の下端部３０ａは、結合部材３８を介してボンディングツール１３の保持部１３ｂと結合されている。
【００２０】
ブロック３４には内筒部３４ｄ、外筒部３４ｂを隔てる円周溝３４ｃが設けられており、内筒部３４ｄの外周には円筒状のマグネット３５が装着されている。マグネット３５とブロック３４の外筒部３４ｂの間には、回転軸３０と結合部材３８を介して一体的に移動する移動部材３７に保持された可動コイル３６が挿入されている。内筒部３４ｄに固定されたマグネット３５と可動コイル３６は、ボイスコイル型モータを構成する。
【００２１】
可動コイル３６の通電電流を変化させることにより、移動部材３７を介して可動コイル３６と結合された回転軸３０は上下方向に変位する。したがってマグネット３５と可動コイル３６より構成されるボイスコイル型モータは、回転軸３０を上下方向に移動させる昇降駆動手段となっている。この回転軸３０の上下方向の変位によりボンディングツール１３は上下動し、接合作用部１３ｃによって電子部品８を基板５に押圧する。
【００２２】
ここで、回転軸３０、ボンディングツール１３および回転軸３０とボンディングツール１３の保持部１３ｂとを結合する結合部材３８の材質について説明する。回転軸３０、ボンディングツール１３には、これらの部材には硬度・靭性が求められることから、マルテンサイト系ステンレス鋼を熱処理した高靭性・高硬度の磁性体材質が用いられる。これに対し、結合部材３８は、オーステナイト系ステンレス鋼など、非磁性体の金属で製作される。
【００２３】
回転軸３０、ボンディングツール１３および結合部材３８の材質の組み合わせを上記の構成とすることにより、以下のような効果を得ることができる。回転軸３０は上述のように磁性体であることから、マグネット３５の磁気が回転軸３０を介して、同様に磁性体の材質が用いられるボンディングツール１３に伝わりやすい。そしてボンディングツール１３が磁化されると、接合作用部１３ｃに当接した電子部品８の種類によっては電子回路に磁気の影響が及び、電子部品８の品質に悪影響を及ぼす場合がある。
【００２４】
このような場合にあっても、本実施の形態に示すように回転軸３０と保持部１３ｂとを結合する結合部材３８に非磁性体の金属材質を用いることにより、マグネット３５からボンディングツール１３への磁気漏洩を防止することができる。したがって、ボンディング対象の電子部品が、電子回路の特性が磁気によって変化し品質劣化を生じやすいような種類であっても、ボンディング時に磁気の影響を受けることはなく、電子部品の信頼性を確保することができる。
【００２５】
次に図４を参照して、実装ヘッド１２の構成部品における重量バランスについて説明する。図４（ａ）は、実装ヘッド１２を構成する機構部品のうち、ボンディングツール１３と、回転軸３０の上下方向の位置を検出する位置検出手段である読みとりヘッド２７およびリニアスケール２９、リニアスケール２９を回転軸３０にドグ部材２８を介して一体的に装着されたブラケット２８ａ（第１部材），カップリング部材２２に一体的に装着されたブラケット２６（第２部材）の回転軸３０の軸心に対する重心位置の偏り状態を示している。
【００２６】
図４（ａ）に示すように、ボンディングツール１３は一方側（図３に示す移動テーブル１１側）のみに質量Ｍ２の振動子１４が軸心からｘ２だけ偏心した位置に装着された構成となっていることから、ボンディングツール１３は回転軸３０の下端部に重心位置が軸心から右側に偏心した配置で装着されている。
【００２７】
これに対し、読みとりヘッド２７およびリニアスケール２９、これらを取り付けるためのブラケット２６，２８ａは、回転軸３０の軸心から左側（図３に示す移動テーブル１１の反対側）に、軸心からｘ１だけ偏心した位置にこれらの各部品全体の質量Ｍ１の重心が位置するような配置となっている。
【００２８】
すなわち、読みとりヘッド２７およびリニアスケール２９ならびにこれらを取り付けるためのブラケット２６，２８ａは、回転軸３０にボンディングツール１３の重心位置の反対側に重心が位置するように配置されたバランス部材となっている。そしてこれらのバランス部材は軸保持部である内筒部３４ｄの上方に配置され、前述のようにボイスコイル型モータは、この内筒部３４ｄに設けられた配置となっている。
【００２９】
このようにしてバランス部材をボンディングツール１３の重心位置の反対側に重心が位置するように配置することにより、図４（ｂ）（イ）に示すように、実装ヘッド１２の構成部品全体の重心Ｇを、回転軸３０の軸心にほぼ一致させることができる。したがって、基板５への電子部品実装を反復する実装動作において、実装ヘッド１２を移動テーブル１１によって高速で往復動させても、加減速時の加速度は回転軸３０の軸心に作用する。
【００３０】
図４（ｂ）に示す回転軸３０廻りの重心Ｇの平面図のように、重心Ｇが回転軸の軸心から外れている場合（（ロ）参照）には、加減速時の加速度によって回転軸３０を回転させるトルクが発生する。これに対し、図４（ａ）に示すように加速度が回転軸３０の軸心に作用する場合には、回転軸３０を回転させるトルクが発生しない（図４（ｂ）（イ）参照）。
【００３１】
この結果、実装動作において回転軸３０の回転方向の位置決め精度を良好に保つことができる。さらに、実装ヘッドの昇降動作は制御プログラム上、回転軸３０の回転動作が整定した状態でのみしか行われないようになっていることから、回転動作の不安定は昇降動作のタイミングの遅延をもたらすが、上記構成の実装ヘッド１２においては回転軸３０の回転方向の動作不安定に起因する昇降動作の遅延が生じないことから、動作タクトタイムの遅れが生じることがない。
【００３２】
次に図５を参照して、上下位置検出センサの動作について説明する。この上下位置検出センサは、２つの透過式の光学センサ３１，３２を組み合わせることによりドグ部材２８の上下方向位置を検出し、これにより回転軸３０の上下方向の位置が許容上下範囲内にあるか否かを検出するものである。図５の各図に示すように、光学センサ３１，３２はそれぞれ投光部３１ａ，３２ａ、受光部３１ｂ，３２ｂより構成され、各投光部から所定の光軸に沿って照射された光が受光後によって正常に受光されるか否かによって、光軸上にドグ部材２８が位置しているか否かを判定するものである。
【００３３】
図５（ａ）に示すように、ドグ部材２８の光学センサ側の形状は回転軸３０の軸心を中心とした半径Ｒの円筒形状となっており、軸心から半径Ｒだけ水平方向に突出した形状となっている。これにより、回転軸３０が回転変位している状態にあっても、回転変位量に関係なく光学センサ３１，３２の遮光状態を一定にすることができる。
【００３４】
図５（ａ）は、光学センサ３１，３２の光軸ａ１，ａ２がともに遮光されておらず、回転軸３０が下限位置を超えて下降した状態を、図５（ｃ）はその反対に光軸ａ１，ａ２がともに遮光されて、回転軸３０が上限位置を超えて上昇した状態を示している。図５（ｂ）は通常動作位置を示しており、この状態では上側の光学センサ３１の光軸ａ１は遮光されず、下側の光学センサ３２の光軸ａ２のみが遮光される。
【００３５】
この回転軸の上下位置検出において、光学センサ３１，３２を固定側に設け、上下動する回転軸３０に上記形状のドグ部材２８を装着することにより、可動部に光学センサ用の配線を設ける必要がなく、配置や構成を簡略化することが可能となる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、マグネットと可動コイルより構成されるボイスコイル型モータによって押圧力が伝達される回転軸の下端部に非磁性体を介して電子部品保持ツールと結合したので、軸部材を介してマグネットの磁気が電子部品保持ツールに漏洩するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の正面図
【図２】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の斜視図
【図３】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の実装ヘッドの断面図
【図４】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の実装ヘッドの重量分布を示す説明図
【図５】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の実装ヘッドの上下位置検出センサの動作説明図
【符号の説明】
１  電子部品実装装置
５  基板
８  電子部品
１０  実装部
１１  移動テーブル
１２  実装ヘッド
１３  ボンディングツール
１３ａ  ホーン
１４  振動子
２１  モータ
２２  カップリング部材
２６，２８ａ  ブラケット
２７  読みとりヘッド
２８  ドグ部材
２９  リニアスケール
３０  回転軸
３５  マグネット
３６  可動コイル
３８  結合部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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