(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に電子部品を接続する配線パターン上にハンダを印刷し、このハンダ上に電子部品を実装した基板をリフロー炉で加熱することによってハンダを溶かしてハンダ付けを行う形式の電子部品実装装置であって、
所定の作業位置において基板を定位置にセットすることが可能なセット治具と、このセット治具を、作業位置から基板にハンダを印刷する印刷機を経て、基板に電子部品を実装する実装機までの間を往復移動させる搬送機構と、セット治具の往復移動方向に沿って平行に配置され、リフロー炉の中を通過して作業位置に向かって移動可能なコンベアと、実装機で電子部品が実装された基板を、セット治具からリフロー炉のコンベア上に移すことが可能な転送機とを備え、
ハンダの印刷機は、基板の配線パターン上にペースト状のハンダを供給するマスキングシートと、このマスキングシートの表面に接触した状態で移動可能なスキージとを備え、このスキージは、マスキングシートの表面に接触する部分のみが開放された中空形状に設定されており、
セット治具は、基板を嵌め込む凹部を備えているとともに、搬送機構に対して昇降させることが可能に構成され、印刷機での印刷工程においてセット治具を上昇させることにより、基板の表面をマスキングシートに接合させることが可能であり、この印刷工程におけるセット治具の上昇に先だって、その凹部にセットされている基板の孔に位置決めピンの先端部分が挿入されるように構成され、この位置決めピンはパイプ形状で、その先端部分が周方向に分割されて径の拡張が可能となっているとともに、この位置決めピンの中に挿入されているテーパーピンが進行することで、位置決めピンの先端部分の径を拡張させるように構成されている電子部品実装装置。
【請求項２】
請求項１に記載された電子部品実装装置であって、
リフロー炉の内部には、エアヒーターからの熱風が供給されるように構成されているとともに、熱風の供給口と炉内を通過するコンベアとの間に拡散板が配置されている電子部品実装装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の配線パターン上にハンダを印刷し、このハンダ上に電子部品を実装した基板をリフロー炉で加熱してハンダ付けを行う形式の電子部品実装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の実装装置（システム）としては、例えば特許文献１に開示された技術が既に知られている。この技術では、一方向へ移動するコンベアなどで連続したラインに沿って、基板供給機、印刷機、実装機、リフロー炉、基板格納機が、この順で配置されている。基板供給機でラインに供給された基板が印刷機に運ばれ、その配線パターン上にペースト状のハンダが印刷された後、実装機においてハンダ上に電子部品が実装される。電子部品が実装された基板はリフロー炉で加熱されてハンダ付けの処理が行われた後、基板格納機において基板がラインから取り出されて格納される。
【特許文献１】特開２００７−８８０２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に開示された技術では、基板を一方向へ搬送するラインに沿ってハンダの印刷処理、電子部品の実装処理、リフロー炉での加熱処理を順に行っている。このため、ライン始端の基板供給機からライン終端の基板格納機までの距離が長くなり、実装装置（システム）全体が大型になる。したがって、電子部品が実装された基板を組み付けて所定の製品を完成するためのライン内に、この実装システムを組み込むことが難しく、半製品である基板の中間在庫が必要になる。
【０００４】
本発明は、このような課題を解決しようとするもので、その目的は、電子部品実装装置の小型化を図り、この装置を最終完成製品の製造ライン内に組み込むことを可能とし、半製品であるプリント配線基板の中間在庫を不要にする等の要求を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の目的を達成するためのもので、以下のように構成されている。
第１の発明は、基板に電子部品を接続する配線パターン上にハンダを印刷し、このハンダ上に電子部品を実装した基板をリフロー炉で加熱することによってハンダを溶かしてハンダ付けを行う形式の電子部品実装装置であって、所定の作業位置において基板を定位置にセットすることが可能なセット治具と、このセット治具を、作業位置から基板にハンダを印刷する印刷機を経て、基板に電子部品を実装する実装機までの間を往復移動させる搬送機構と、セット治具の往復移動方向に沿って平行に配置され、リフロー炉の中を通過して作業位置に向かって移動可能なコンベアと、実装機で電子部品が実装された基板を、セット治具からリフロー炉のコンベア上に移すことが可能な転送機とを備えている。
ハンダの印刷機は、基板の配線パターン上にペースト状のハンダを供給するマスキングシートと、このマスキングシートの表面に接触した状態で移動可能なスキージとを備え、このスキージは、マスキングシートの表面に接触する部分のみが開放された中空形状に設定されている。
セット治具は、基板を嵌め込む凹部を備えているとともに、搬送機構に対して昇降させることが可能に構成されている。そして、印刷機での印刷工程においてセット治具を上昇させることにより、基板の表面をマスキングシートに接合させることが可能である。この印刷工程におけるセット治具の上昇に先だって、その凹部にセットされている基板の孔に位置決めピンの先端部分が挿入されるように構成されている。この位置決めピンはパイプ形状で、その先端部分が周方向に分割されて径の拡張が可能となっているとともに、この位置決めピンの中に挿入されているテーパーピンが進行することで、位置決めピンの先端部分の径を拡張させるように構成されている。
【０００６】
このように、所定の作業位置において基板がセットされたセット治具をハンダの印刷機を経て電子部品の実装機まで移動させた後は、それまでの移動方向とは反転した方向へ移動するコンベア上に基板を移してリフロー炉を通過させることにより、電子部品の実装を終えた基板が元の作業位置に戻されることになる。したがって、実装装置が小型になり、基板を組み付けて製品を完成するためのライン内に実装装置を組み込むことが可能となり、半製品であるプリント配線基板の中間在庫を不要にする等の要望へと展開することができる。
また、スキージがマスキングシートの表面に接触する部分のみを開放した中空形状に設定されていることにより、ペースト状のハンダがスキージの移動中においても、その内部からはみ出すことがなく、かつ、ハンダに異物が混入することも防止できる。
さらに、印刷工程におけるセット治具の上昇に先だって、その凹部にセットされている基板の孔に位置決めピンが挿入されることにより、セット治具に基板が正確に位置決めされ、この基板に対するハンダの印刷、あるいは電子部品の実装にばらつきがなく、これらが常に正確に行われる。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、リフロー炉の内部には、エアヒーターからの熱風が供給されるように構成されているとともに、熱風の供給口と炉内を通過するコンベアとの間に拡散板が配置されている。
この構成においては、熱風が拡散板で拡散され、かつ、拡散板からコンベア上に向けて放射される遠赤外線によって基板を効率よく加熱することができるので、省電力で、かつ、リフロー炉の小型化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を用いて説明する。
図１〜図３で示すように、プリント配線基板の電子部品実装装置は、フレーム１０に支持されたベース１２上において、基板をセットするためのセット治具２０、ハンダの印刷機５０、電子部品の実装機６０、リフロー炉７０がそれぞれ配置されている。なお、実装機６０は、後述するように基板の転送機を兼ねている。また、この実装装置において、図１の手前側あるいは図３の左側が作業位置１４であり、そのスペース、特に図１の左右方向の幅スペースは作業者一人分程度に設定されている。
図１の平面図で明らかなように、セット治具２０および印刷機５０は図面の右側に配置され、リフロー炉７０は図面の左側に配置されている。そして、転送機を兼ねる実装機６０は、作業位置１４の反対側に配置されている。
【００１１】
まず、セット治具２０の構成を説明する。
図４〜図６からも明らかなようにセット治具２０は、後述する搬送機構４０のシリンダ４２によって昇降する昇降部材４４に支持されたセットプレート２１を有する。このセットプレート２１の上面には、基板（図示省略）を嵌め込んだ状態でセットするための矩形の凹部２１ａが形成されている。この凹部２１ａ内における対角線上の二箇所には、セットプレート２１の上下両面間に貫通した貫通孔２１ｂが形成されている。
図５および図６で示す昇降機３０のシリンダベース３２は、搬送機構４０の昇降部材４４に支持されている。このシリンダベース３２の下面側にはシリンダ３４が上向きに組み付けられており、そのロッド３６はシリンダベース３２の上側に位置する昇降プレート３８に結合されている。したがって、シリンダ３４の駆動制御によって昇降プレート３８が上下に移動する。
【００１２】
セットプレート２１と昇降プレート３８との間に位置するフローティング部材２３は、該フローティング部材２３と昇降プレート３８との間に介在させたスプリング２５によってフローティング状態に支持されている。フローティング部材２３の下部外側面に形成されているフランジ２３ａは、昇降プレート３８に固定されたストッパー２６が係合しており（図６）、スプリング２５の弾性力によって押し上がられているフローティング部材２３の位置が規制されている。
また、セットプレート２１の対角線上の二箇所には、下方へ延びるガイドロッド２４の上端部がそれぞれ固定されている。これらのガイドロッド２４は、フローティング部材２３および昇降機３０の昇降プレート３８に挿通させている。これにより、フローティング部材２３および昇降プレート３８が、両ガイドロッド２４に案内されて昇降することになる。
【００１３】
フローティング部材２３には、セットプレート２１の両貫通孔２１ｂと同軸心上において上下両面間に貫通した貫通孔２３ｂがそれぞれ形成されている。これらの貫通孔２３ｂ内にはパイプ形状の位置決めピン２３ｃが挿通状態でそれぞれ組み込まれ、これらの位置決めピン２３ｃの基端部はフローティング部材２３に固定されている（図６）。また、両位置決めピン２３ｃの先端部分は、セットプレート２１の対応する貫通孔２１ｂに挿入されているとともに、この先端部分は周方向に四分割されて径の拡張が可能となっている。そして、位置決めピン２３ｃの先端は小径部分になっており、この部分がセットプレート２１の凹部２１ａにセットされる基板の孔に対し、該基板のセットが多少ずれていても挿入されるようになっている。
両位置決めピン２３ｃの中には、先端部がテーパーコーン面になったテーパーピン２７がそれぞれ挿入されている。これらのテーパーピン２７の下端部は、昇降プレート３８に固定されている。
【００１４】
昇降機３０におけるシリンダ３４の駆動制御により、昇降プレート３８が図６で示す定位置から上昇すると、その上昇に応じた分だけフローティング部材２３が昇降プレート３８に対してスプリング２５の弾性力で押し上げられる。すなわち、フローティング部材２３に固定されている位置決めピン２３ｃと、昇降プレート３８に固定されているテーパーピン２７とは、図６で示す相対的な位置関係を保ったままで上昇することになる。したがって、テーパーピン２７に先行して位置決めピン２３ｃが上昇し、その小径部分が基板の孔に挿入される。
昇降プレート３８の上昇により、フローティング部材２３の上面がセットプレート２１の下面に接触すると、その後はスプリング２５を圧縮しながら昇降プレート３８とテーパーピン２７のみが上昇する。これに伴い、位置決めピン２３ｃに対してテーパーピン２７が相対的に上昇し、該テーパーピン２７のテーパーコーン面によって位置決めピン２３ｃの先端部分の径を拡張させる。この結果、位置決めピン２３ｃの小径部分と基板の孔との隙間が詰められ、該基板がセットプレート２１の凹部２１ａに正確に位置決めされる。
【００１５】
搬送機構４０は、図１〜図３で示すように実装装置のベース１２上に配置されている。この搬送機構４０のシリンダ４２および昇降部材４４は、ベース１２上を作業位置１４と実装機６０との間で往復できるように構成されている。そして、前述したように搬送機構４０の昇降部材４４に、セット治具２０および昇降機３０が支持されている。したがって、搬送機構４０はセット治具２０（昇降機３０を含む）を、図１の実線で示す基板のセット位置Ａから仮想線で示す電子部品の実装位置Ｃまでの間で往復移動させることができる。なお、セット位置Ａと実装位置Ｃとのほぼ中間に、図１の仮想線で示すハンダの印刷位置Ｂがある。
【００１６】
つづいて、印刷機５０について説明する。
図７および図８からも明らかなように、実装装置のベース１２上に印刷機５０の支持台５１が配置されている。この支持台５１は、セット治具２０および搬送機構４０の上方に位置しており（図２および図３）、その先端側には印刷機５０のマスキングシート５３を張ったシート枠５２が取り付けられている。このマスキングシート５３は、基板の配線パターン上にペースト状のハンダを供給（印刷）するためのものである。
また、支持台５１上には印刷機５０の駆動機構５４が配置されており、これの駆動制御によって移動する移動部材５５には、マスキングシート５３の上方へ延びるアーム５５ａが取り付けられている。このアーム５５ａの端部には昇降機５６が設けられ、そのスピンドルの下端部には、印刷機５０のスキージ５８が結合されている。なお、駆動機構５４の移動部材５５は、セット治具２０における搬送機構４０のシリンダ４２と同方向へ往復移動し、それによってスキージ５８がマスキングシート５３上を図７の実線位置と仮想線位置との間で往復移動する。
【００１７】
図９および図１０で示すようにスキージ５８は、その内部が中空になっており、マスキングシート５３と接触する下面が開放された「お椀形状」をしている。このスキージ５８は、ウレタン樹脂などによる一体成形品であり、その下面をマスキングシート５３に接触させることにより、中空の内部は密閉された状態になる。
スキージ５８は、昇降機５６によって上下に移動させることができる。そこで、図８で示すようにスキージ５８を上げた状態では、マスキングシート５３の上にペースト状のハンダを補給することができる。そして、スキージ５８を下げることにより、その中空内部にハンダを取り込んだ状態で、下面をマスキングシート５３の表面に密接させることができる。
【００１８】
つぎに、実装機６０について説明する。
実装機６０は、ベース１２上に配置された図１〜図３で示すロボットアーム６１を主体として構成されている。このロボットアーム６１は、図１で示す軸心６２回りに旋回させる駆動制御が可能であるとともに、図３で示すスピンドル６３を上下方向へ駆動制御することができる。このスピンドル６３の下端部には部品用チャック６４が装着されており、この部品用チャック６４は電子部品（図示省略）を把持し、あるいは把持を解除する制御が可能である。なお、ロボットアーム６１の近傍のベース１２上には、実装機６０に電子部品を供給するための部品ストカー６８が配置されている。
既に述べたように実装機６０は、基板をセット治具２０からリフロー炉７０に移すための転送機を兼用している。つまり、ロボットアーム６１は、図３で示すように転送機用のスピンドル６５を備えており、このスピンドル６５を上下方向へ駆動制御することができる。このスピンドル６５の下端部には基板用チャック６６が装着されており、基板用チャック６６は基板を把持し、あるいは把持を解除する制御が可能である。
【００１９】
つぎに、リフロー炉７０について説明する。
図１１および図１２からも明らかなように、実装装置のベース１２上にリフロー炉７０が配置されている。このリフロー炉７０は、既に説明したようにセット治具２０および印刷機５０の反対側（図１および図２の左側）に位置している。また、リフロー炉７０のコンベア７２は、セット治具２０の往復移動方向に沿って平行で、かつ、図１の仮想線で示すセット治具２０の実装位置Ｃと対向する位置からリフロー炉７０の中を通過して作業位置１４に臨む位置までの範囲にわたって配置されている。そして、このコンベア７２は実装位置Ｃと対向する側から作業位置１４に向かって連続的に移動するように構成されている。
リフロー炉７０の上面壁には、コンベア７２の移動方向に沿って複数個のエアヒーター７４が接続され、これらのエアヒーター７４からリフロー炉７０の内部に熱風が供給されるようになっている。リフロー炉７０の上面壁の内側には、各エアヒーター７４からの熱風の供給口７６と対向する拡散板７８がそれぞれ設けられている。したがって、各供給口７６から吹き出される熱風は、拡散板７８によって炉内に拡散されるとともに、拡散板７８からコンベア７２に向けて遠赤外線が放射される。
【００２０】
以上のように構成された装置によってプリント配線基板に電子部品を実装する作業を説明する。
まず、装置の作業位置１４に立っている作業者により、図１のセット位置Ａに待機しているセット治具２０におけるセットプレート２１の凹部２１ａに基板を嵌め込んでセットするとともに、スタートスイッチ（図示省略）をオンにする。これにより、前述したように昇降機３０のシリンダ３４によって昇降プレート３８が上昇し、セットプレート２１の凹部２１ａにセットされている基板の孔に位置決めピン２３ｃの先端が挿入され、かつ、その径が拡張される。この結果、セットプレート２１に対して基板が正確に位置決めされる。
昇降機３０の作動と並行して、搬送機構４０によってセット治具２０を図１のセット位置Ａから印刷位置Ｂまで移動させて停止する。この印刷位置Ｂにおいて、搬送機構４０のシリンダ４２によって昇降部材４４を上昇させ、セットプレート２１が基板の表面を印刷機５０のマスキングシート５３下面に接触させて、その状態に保持する。
【００２１】
ここで、印刷機５０の駆動機構５４が駆動制御され、それによってスキージ５８がマスキングシート５３上を図７の実線位置と仮想線位置との間で往復移動する。これにより、スキージ５８の中空内部にあるペースト状のハンダが、基板の配線パターン上に印刷される。そして、印刷機５０の駆動機構５４が停止した後、搬送機構４０のシリンダ４２によって昇降部材４４を下降させることにより、セットプレート２１が下降して基板の表面がマスキングシート５３の下面から離れる。ただし、位置決めピン２３ｃの先端部は基板の孔に挿入されたままであり、セットプレート２１に対する該基板の位置決めは保持されている。
セットプレート２１を元の位置に下降させた後、再び搬送機構４０の作動によってセット治具２０を図１の印刷位置Ｂから実装位置Ｃまで移動させて停止する。
【００２２】
セット治具２０の移動によって実装位置Ｃまで運ばれた基板の表面には、印刷機５０によって所定の配線パターン上にハンダが印刷されている。ここで、実装機６０の駆動制御により、ロボットアーム６１の図１で示す軸心６２回りの旋回動作、図３で示すスピンドル６３の上下移動、その下端部に装着されている部品用チャック６４の作動を繰り返し、部品ストカー６８にある電子部品が基板のハンダ上に実装される。
前述したように実装機６０は転送機を兼用しており、実装機６０としての機能によって基板のハンダ上に必要な電子部品の実装を終えたら、今度は転送機としての機能に切替わる。すなわち、ロボットアーム６１の旋回動作、図３で示すスピンドル６５の上下移動、その下端部に装着されている基板用チャック６６の作動により、セット治具２０のセットプレート２１にセットされている基板を、リフロー炉７０のコンベア７２上に移す。このタイミングにおいて、搬送機構４０によってセット治具２０が図１のセット位置Ａに戻される。
【００２３】
リフロー炉７０のコンベア７２は、前述したように作業位置１４に向かって連続的に移動している。したがって、このコンベア７２上に移された基板はリフロー炉７０の中を通過して作業位置１４に臨む位置に運ばれる。基板はリフロー炉７０の中を通こすることによって加熱され、印刷機５０によって印刷されたハンダを溶かして電子部品とのハンダ付けが行われる。そして、リフロー炉７０から送り出された実装基板は、作業位置１４においてコンベア７２上から回収される。
リフロー炉７０の内部においては、前述したように各エアヒーター７４の供給口７６から供給される熱風が拡散板７８によって炉内に均一に拡散されるとともに、拡散板７８からコンベア７２上の基板に向けて遠赤外線が放射される。したがって、基板を効率よく加熱することができ、リフロー炉７０の小型化、ならびに省電力が可能となる。
【００２４】
このように、本実施の形態における電子部品実装装置では、一箇所の作業位置１４においてセット治具２０のセットプレート２１にセットした基板を一方向へ移送させる間にハンダの印刷および電子部品の実装を行う。その後は、基板の移送方向を反転してリフロー炉でハンダ付けを行い、電子部品の実装を終えた基板を元の作業位置１４に戻すことができる。したがって、これまでのように一方向へ移動するコンベアなどで連続したラインに沿って、ハンダの印刷、電子部品の実装、リフロー炉内での加熱によるハンダ付けを順に行うシステムと異なり、実装装置自体が小型・コンパクトになる。この結果、電子部品が実装された基板を組み込んで製品を完成するためのライン内に、実装装置を組み込むことが可能となり、半製品であるプリント配線基板の在庫を不要にする等の要求に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】電子部品実装装置を表した平面図。
【図２】図１の正面図。
【図３】図１の右側面図。
【図４】セット治具を表した平面図。
【図５】セット治具を表した正面図。
【図６】セット治具を表した断面図。
【図７】印刷機を表した平面図。
【図８】印刷機を表した正面図。
【図９】印刷機のスキージを表した平面図。
【図１０】印刷機のスキージを表した正面図。
【図１１】リフロー炉を表した平面図。
【図１２】リフロー炉を正面側から表した断面図。
【符号の説明】
【００２６】
１４ 作業位置
２０ セット治具
３０ リフト機構
４０ 搬送機構
５０ 印刷機
６０ 実装機
７０ リフロー炉
７２ コンベア
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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