(57)【要約】【課題】回路基板の変形に伴う部品実装の不具合を回避する基板保持装置、基板保持方法、並びに部品実装装置、部品実装方法を開示する。【解決手段】回路基板１４の変形を吸収できるよう回路基板１４を弓状に湾曲させて基板保持装置２０で規制保持する。このため、回路基板１４を幅方向両側から支持し、回路基板１４の背面を支える複数のサポートピン２８の高さを適切に選択する。各種高さのサポートピン２８から適切なサポートピン２８を選択すること、またはサポートピン２８の高さを伸縮させることによってサポート高さの選択は可能である。あるいは、支持された回路基板１４の所望湾曲形状に対応した湾曲面を有するサポートブロック３８を回路基板の背面に当接させる。さらには、支持された回路基板１４を支持部両側から押付けて保持してもよい。【選択図】図１
2007214227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品実装の間に回路基板を規制保持する部品実装装置の基板保持方法において、
回路基板を弓状に湾曲させて規制保持することにより、部品実装の間に回路基板の変形を矯正して回路基板を所定形状に保つことを特徴とする基板保持方法。
【請求項２】
回路基板の幅方向両側を支持し、回路基板の背面を支える複数のサポートピンの高さを適切に選択することによって回路基板を湾曲して規制保持することを特徴とする、請求項１に記載の基板保持方法。
【請求項３】
前記サポートピンの高さの選択が、各種高さのサポートピンから適切なサポートピンを選択すること、またはサポートピンの高さを伸縮させることのいずれかにより行うことを特徴とする、請求項２に記載の基板保持方法。
【請求項４】
回路基板の幅方向両側を支持し、回路基板の所望湾曲形状に対応した湾曲形状を有するサポートテーブルに、回路基板の背面を支える複数のサポートピンを立設することによって回路基板を湾曲して規制保持することを特徴とする、請求項１に記載の基板保持方法。
【請求項５】
回路基板の幅方向両側を支持し、回路基板の所望湾曲形状に対応した湾曲面を有するサポートブロックを回路基板の背面に当接させることによって回路基板を湾曲して規制保持することを特徴とする、請求項１に記載の基板保持方法。
【請求項６】
回路基板の幅方向両側を支持し、かつ回路基板を前記両側から押付けることによって回路基板を湾曲して規制保持することを特徴とする、請求項１に記載の基板保持方法。
【請求項７】
部品供給部から供給された部品を吸着ノズルにより取り出し、規制保持された回路基板の実装位置に当該部品を実装する部品実装方法において、
請求項１から請求項６のいずれか一に記載の基板保持方法を利用して部品実装時に回路基板を所定位置に規制保持することを特徴とする部品実装方法。
【請求項８】
前記湾曲により傾斜した回路基板の傾斜面に部品を実装するに際し、実装される部品の実装面が回路基板の実装面と平行になるよう吸着ノズルまたは回路基板のいずれか一方をいずれか他方に対して傾斜させることを特徴とする、請求項７に記載の部品実装方法。
【請求項９】
前記湾曲により傾斜した回路基板の傾斜面に部品を実装するに際し、吸着ノズルが傾斜した回路基板の傾斜面の法線方向に下降することを特徴とする、請求項７に記載の部品実装方法。
【請求項１０】
前記湾曲により傾斜した回路基板の傾斜面に部品を実装するに際し、部品の実装位置によって変化する前記湾曲による回路基板の実装面の高さ変化に応じ、実装時における吸着ノズルの下降高さを制御することを特徴とする、請求項７に記載の部品実装方法。
【請求項１１】
回路基板の幅方向両端を両側から支持する一対のレールユニットと、
回路基板の背面に当接してこれを支持する複数のサポートピンと、
前記サポートピンの高さ基準面を形成し、前記サポートピンを取付けるサポートテーブルと、
前記サポートテーブルを昇降させる昇降駆動部とから構成され、部品実装される回路基板を部品実装の間に規制保持する基板保持装置において、
前記複数のサポートピンは、前記一対のレールユニットに近接する位置にあるサポートピンの高さが相対的に低く、前記一対のレールユニットの中央に進むにしたがってサポートピンの高さが相対的に高くなるよう配置され、または前記一対のレールユニットに近接する位置にあるサポートピンの高さが相対的に高く、前記一対のレールユニットの中央に進むにしたがってサポートピンの高さが相対的に低くなるよう配置され、これによって回路基板を上に凸、または下に凸となる弓状に湾曲した形態に支持することを特徴とする基板保持装置。
【請求項１２】
前記サポートテーブルが回路基板の湾曲形状に対応した湾曲面に形成されていることを特徴とする、請求項１１に記載の基板保持装置。
【請求項１３】
前記サポートテーブルが平坦な面に形成され、前記複数のサポートピンの高さが異なることを特徴とする、請求項１１に記載の基板保持方法。
【請求項１４】
前記サポートピンが、前記サポートテーブルに対して相対的に昇降可能に取り付けられていることを特徴とする、請求項１１に記載の基板保持方法。
【請求項１５】
回路基板の幅方向両端を両側から支持する一対のレールユニットと、
回路基板の背面に当接してこれを支持するサポートブロックと、
前記サポートブロックの高さ基準面を形成し、前記サポートブロックを取付けるサポートテーブルと、
前記サポートテーブルを昇降させる昇降駆動部とから構成され、部品実装される回路基板を部品実装の間に規制保持する基板保持装置において、
回路基板の背面に当接する前記サポートブロックの面が、前記一対のレールユニットに近接する位置では高さが相対的に低く、前記一対のレールユニットの中央に進むにしたがって高さが相対的に高くなるよう形成され、または前記一対のレールユニットに近接する位置では高さが相対的に高く、前記一対のレールユニットの中央に進むにしたがって高さが相対的に低くなるよう配置され、これによって回路基板を上に凸、または下に凸となる弓状に湾曲した形態に支持することを特徴とする基板保持装置。
【請求項１６】
回路基板の幅方向両端を両側から支持する一対のレールユニットを備え、部品実装される回路基板を部品実装の間に規制保持する基板保持装置において、
前記一対のレールユニットは相互に接近移動可能に構成され、接近移動して保持した回路基板を前記両側から押付けることによって、回路基板を上に凸、または下に凸となる弓状に湾曲した形態に保持する機構を備えていることを特徴とする基板保持装置。
【請求項１７】
前記回路基板の湾曲方向を上に凸、または下に凸となるようガイドするため、それぞれ事前に前記一対のレールユニットに保持された回路基板の幅方向の中央部分を上方、または下方に向けて押すプッシュロッドを更に備えている、請求項１６に記載の基板保持装置。
【請求項１８】
部品を供給する部品供給部と、部品の取り出しと実装を行う吸着ノズルを備えた実装ヘッドと、前記実装ヘッドを搬送するロボットと、回路基板を搬入して規制保持する基板保持装置とから構成され、前記実装ヘッドにより前記部品供給部から部品を取り出して前記回路基板の実装位置に当該部品を実装する部品実装装置において、
回路基板を規制保持する前記基板保持装置が、請求項１１から請求項１７のいずれか一に記載の基板保持装置であることを特徴とする部品実装装置。
【請求項１９】
前記湾曲により傾斜した回路基板の傾斜面に部品を実装するため、実装される部品の実装面が回路基板の実装面と平行になるよう吸着ノズル、または回路基板が傾斜可能に形成されていることを特徴とする、請求項１８に記載の部品実装装置。
【請求項２０】
前記湾曲により傾斜した回路基板の傾斜面に部品を実装するため、前記実装ヘッドが吸着ノズルを傾斜した回路基板の傾斜面の法線方向に下降するよう構成されていることを特徴とする、請求項１８に記載の基板実装装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板に部品を実装する部品実装装置、及び部品実装方法に関する。より具体的に、本発明は、部品実装の際に回路基板を規制保持する基板保持装置、及び基板保持方法、並びに当該基板保持装置及び方法を利用する部品実装装置、及び部品実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
部品実装装置の１例を図５に示している。図において部品実装装置１は、実装すべき部品を供給する部品供給部２と、部品供給部２から吸着ノズル３を利用して部品を取り出し、回路基板１４に実装する実装ヘッド４と、実装ヘッド４を所定位置に搬送するロボット５と、吸着ノズル３に保持された部品を撮像して位置と角度のずれを認識する部品認識装置６と、回路基板１４を搬入して保持する基板保持装置７と、全体の動作を制御する制御部９とを備えている。
【０００３】
以上のように構成された部品実装装置１の動作時、実装ヘッド４がロボット５の搬送で部品供給部２に搭載された部品供給装置８に対向する位置に移動し、吸着ノズル３を利用して部品供給装置８から部品を取り出す。その後、実装ヘッド４の移動により吸着ノズル３が部品認識装置６に対向する位置まで移動し、吸着された部品の位置、角度のずれを含む部品の保持状態を認識する。
【０００４】
この間、回路基板１４が部品実装装置１内に搬入され、基板保持装置７により所定の実装位置に規制して保持される。吸着ノズル３に部品を保持した実装ヘッド４は、ロボット５の搬送によって回路基板１４に対向する位置まで移動する。実装ヘッド４に取り付けられた基板認識装置１５が回路基板１４を撮像してその位置、角度のずれを認識し、その認識結果を制御部９に送信する。制御部９には、あらかじめ回路基板１４に実装される各部品の実装位置を記録したＮＣデータが読み込まれている。部品認識装置６から入力される部品の状態と、基板認識装置１５から入力される回路基板１４の状態とに基づき、制御部９が吸着ノズル３の位置と角度についての必要な補正を指令する。
【０００５】
実装ヘッド４は、前記指令に基づいて部品１０の位置、角度に補正を加え、ノズル３を利用して部品１０を回路基板１４の所定実装位置に実装する。部品実装を終えた実装ヘッド４は、再度ロボット５の搬送によって部品供給装置８に対向する位置に移動し、以下、これまでの動作を反復する。所定の全部品の実装を終えた回路基板１４は基板保持装置７により部品実装装置１外に搬出され、その後、次の回路基板１４が搬入されてこれまでの動作が繰り返される。
【０００６】
図６は、回路基板１４を実装位置にて保持する基板保持装置７を示しており、図は手前側の一部を切断している。図において、回路基板１４は、Ｘ方向に延在して対向する一対のレールユニット２１により幅方向両側から保持されている。各レールユニット２１には溝部２２が互いに対向する向きに設けられ、溝部２２に沿って平ベルト２３が移動可能に張設されている。２段に描かれた平ベルト２３は、図示しないＸ方向両端側でつながって無端状になり、モータなどの駆動源に係合している。回路基板１４は、対向する一対の溝部２２にその両縁部が嵌り、一対の平ベルト２３上に搭載されて図のＸ方向に搬送移動可能である。
【０００７】
レールユニット２１の一方（例えば図の右側）は、他方のレールユニット２１（同、左側）に対して対向する向き（Ｙ方向）に移動可能であり、この移動によって各種幅寸法の回路基板１４を搬送、保持することができる。各レールユニット２１の上面には、Ｌ字状断面の基準レール２４がメインレール２５に固定ピン２６によって固定されている。このＬ字状の基準レール２４の回路基板１４に対向する側の面（下面）は、回路基板１４の上方向への移動を規制し、部品実装時においては回路基板１４のＺ方向上向きの基準面を形成する。
【０００８】
両レールユニット２１の下部にはサポートテーブル２７が位置し、サポートテーブル２７の上に載置されたホルダプレート３０が、複数のサポートピン２８を図のＺ方向に保持している。サポートピン２８は、後述するように回路基板１４の背面に当接することによって部品実装時の負荷、振動に対して回路基板１４を裏側から支持している。なお、本明細書では、吸着ノズル３によって部品実装される回路基板１４の面と反対側となる裏側の面を背面と呼ぶものとする。
【０００９】
以上のように構成された基板保持装置７の動作は以下のようである。まず回路基板１４が図示しないローダにより部品実装装置１内に搬入されると、前記ローダに同期して回転する基板保持装置７の無端状の平ベルト２３が回路基板１４を搭載して実装位置に向けて搬送する。所定の実装位置には引き込み式のストッパ１６が回路基板１４の進路をさえぎるように突出している。搬送された回路基板１４がストッパ１６に突き当たることによって回路基板１４が所定位置に位置決めされ、同時に平ベルト２３も停止する。
【００１０】
次に、サポートテーブル２７の下側でサポートテーブル２７を昇降自在に支持しているシリンダ１９の伸張によってサポートテーブル２７が上昇し、平ベルト２３を収納している保持レール２９と共に回路基板１４を上方へ押し上げる。これにより、回路基板１４の上面が基準レール２４の下面である前記基準面に密着し、回路基板１４がＺ方向に位置決めされる。同時に、ホルダプレート３０に取り付けられた複数のサポートピン２８が、回路基板１４の背面に当接してこれを裏側から支持し、部品実装時の荷重、振動に耐えるよう回路基板１４を支える。
【００１１】
部品実装を終えた後の基板保持装置７の動作は、上述したものとは逆に、シリンダ１９が収縮してサポートテーブル２７が下降することによって平ベルト２３による回路基板１４の上方への押圧力が解除され、同時にサポートピン２８による回路基板１４の背面からの支持が解放される。次に平ベルト２３が再駆動されて回路基板１４をさらに図の奥方へと移動させ、同期して駆動する図示しないアンローダに載置されて部品実装装置１外へ搬出される。同時に次の回路基板１４が平ベルト２３に搭載されて所定位置まで搬入される。回路基板１４の搬出時には、ストッパ１６は一旦下方へ退避して回路基板１４の移動を許容し、搬出後には次の回路基板１４に対向して再び定位置に向けて突出する。
【００１２】
ホルダプレート３０に取り付けられるサポートピン２８の数は、支持すべき回路基板１４の板厚や面積などの諸元によって異なる。板厚が厚く、高剛性の回路基板であれば、極端にはサポートピン２８が不要となることもあり、逆に薄板で幅広の回路基板１４にあっては、例えば10〜15ｍｍピッチごとに多数のサポートピン２８を用いることもある。
【００１３】
また、図６に示すように、回路基板１４の背面に既に実装された部品１０が存在しているような場合、該当する位置（空のピン固定穴３１で示す）に対応するサポートピン２８は取り付けず、実装された部品１０とサポートピン２８との干渉を避けている。したがって、回路基板１４の大きさや背面への部品実装状態に応じて、生産される回路基板１４の機種変更のたびに、このサポートピン２８の配置を変えるための段取りが行われる。
【００１４】
サポートテーブル２７は、シリンダ１９を介して部品実装装置１に固定されており、その回路基板１４に対向する表面は、回路基板１４を上方から位置規制する一対の基準レール２４の下面と平行となるよう調整されている。サポートテーブル２７に載置されるホルダプレート３０の表面は、同じく一対の基準レール２４の下面と平行になるように固定され、これによってホルダプレート３０に取り付けられる各サポートピン２８が、均等な荷重で回路基板１４の背面を下方から支持することを可能にしている。
【００１５】
図７は、サポートピン２８を示している。図において、サポートピン２８は、一般に円筒状にそれぞれ形成されたサポート部２８ａ、段差部２８ｂ、固定部２８ｃから構成される。サポート部２８ａは、その先端を回路基板１４に当接させてこれを支持し、反対側にある固定部２８ｃは、ホルダプレート３０に設けられたピン固定穴３１（図６参照）に差し込まれてサポートピン２８全体をホルダプレート３０の表面に対して略鉛直に支持する。その際、段差部２８ｂは固定部２８ｃがホルダプレート３０に差し込まれた際のストッパとなって、ホルダプレート３０の表面（すなわち、段差部２８ｂの端面）からサポート部２８ａの先端までのサポート高さｈを規定している。この場合のサポート高さｈは、サポートテーブル２７が上昇してその上死点に至った状態における高さをいう。なお、図示の例では固定部２８ｃを差し込むのみでホルダプレート３０に固定する方式となっており、これで十分な取り付け強度を得ることができるが、必要であれば固定部２８ｃにねじを切ってホルダプレート３０側のねじ穴３１に締結することでもよい。
【００１６】
しかしながら、上述した基板保持装置および保持方法はいわば理想形であり、すなわち、保持される回路基板１４が理想的な平坦面形状を維持していることが前提となっている。回路基板１４は、実際には各種要因によって必ずしも理想的な平坦面を形成せず、基板保持装置に保持された状態で上に凸、あるいは下に凸、さらには波状などに変形している場合が多い。この要因としては、例えばエポキシ樹脂などを主成分とする回路基板１４自身がもともと理想的な平坦面を有していない場合のほか、既に片面に部品実装されて半田溶融のためにリフロー炉を通過したような場合に熱変形が加わること、などが挙げられる。
【００１７】
このような平坦面を有しない回路基板１４を上述したような基板保持装置７で保持した場合、たとえホルダプレート３０の平面度、ホルダピン２８の長さ精度が確保されていたとしても、回路基板１４が上に凸の状態で変形していれば両レールユニット２１の中央部分で回路基板１４がホルダピン２８から浮き上がることとなる。このような回路基板１４に対して上方から吸着ノズル３（図５参照）により部品を下降させて実装した場合、浮き上がった回路基板１４に部品が衝突して正しい実装ができなくなるほか、衝突による振動によって既に実装済みの他の部品へも悪影響を及ぼしかねない。逆に、下に凸の状態となった場合、上述したように回路基板１４全体が複数のホルダピン２８で下から支えられるために影響度は少なくなり得るものの、例えば図６の部品１０に示すように干渉を避けるためにホルダピン２８が抜かれている箇所もあり、局部的に回路基板１４が沈むことになって部品実装への悪影響を及ぼすことは考えられる。
【００１８】
このような不側な事態を回避するため、従来技術においても幾つかの対応策が開示されている。１つの方策は、上方に凸状態となった回路基板１４を下方に配置した吸着パットと真空吸引手段とによって下方へ吸引して平坦度を確保するものである（例えば、特許文献１参照。）。また、他の方策としては、部品実装を開始する前に回路基板１４の変形による反り量を予め計測手段で測定し、その測定量に応じて吸着ノズル３の下降量を調整し、回路基板１４と部品との衝突を回避するものである（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平１１−１７３９７号公報
【特許文献２】特開平１１−１４５６８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、回路基板の変形に対処する上述した従来技術による対応策には問題が残っていた。まず、回路基板を下方から真空により吸引する方策によれば、スペース的に制約のある回路基板１４の背面に吸引手段を新たに設けることになって基板保持装置が複雑となり、また、背面に部品が実装されている場合には吸着パットをうまく配置できないなどの不都合が生じ得た。他方の回路基板１４の反り量を測定する方策によれば、測定手段を新たに設ける必要があり、また搬入されて来る回路基板ごとに複数点における高さを測定し、この結果に応じて各点における吸着ノズル３の下降量を制御するなどの作業量の増大を招き、生産性を低下させるという問題を生じた。
【００２０】
以上より、本発明は上述した従来技術にある問題点を解消し、変形した回路基板にあってもこれに起因する部品実装時の不具合発生を回避し、生産性を低下させることなく正確な部品実装を実現することができる基板保持装置、および基板保持方法、並びに部品実装装置、部品実装方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、回路基板の変形の有無、変形量の大小に拘らず、当該変形量を吸収するよう回路基板を予め定められた方向に予め定められた量だけ弓状に湾曲させた状態で保持し、当該湾曲量に対応して吸着ノズルによる部品実装高さを制御することによって上述した課題を解決するもので、具体的には以下の内容を含む。
【００２２】
すなわち、本発明にかかる１つの態様は、部品実装の間に回路基板を規制保持する部品実装装置の基板保持方法であって、回路基板を弓状に湾曲させて規制保持することにより、回路基板の変形を矯正して部品実装の間に回路基板を所定形状に保つことを特徴とする基板保持方法に関する。
【００２３】
前記回路基板の湾曲した規制保持は、回路基板の幅方向両側を支持し、回路基板の背面を支える複数のサポートピンの高さを適切に選択することによって行うことができる。前記サポートピンの高さの選択は、各種高さのサポートピンから適切なサポートピンを選択すること、またはサポートピンの高さをサーボモータ等の位置決め手段により伸縮させることのいずれかによって可能である。
【００２４】
前記回路基板の湾曲した規制保持はまた、回路基板の幅方向両側を支持し、回路基板の所望湾曲形状に対応した湾曲形状を有するサポートテーブルに、回路基板の背面を支える複数のサポートピンを立設することによって行うこともできる。さらには、回路基板の幅方向両側を支持し、回路基板の所望湾曲形状に対応した湾曲面を有するサポートブロックを回路基板の背面に当接させることによっても可能である。回路基板を湾曲して規制保持する更なる代替の方法は、回路基板の幅方向両側を支持し、かつ回路基板が湾曲するよう前記両側から押付けることである。
【００２５】
本発明にかかる他の態様は、部品供給部から供給された部品を吸着ノズルにより取り出し、規制保持された回路基板の実装位置に当該部品を実装する部品実装方法であって、上述したいずれかの基板保持方法を利用して部品実装時に回路基板を所定位置に規制保持することを特徴とする部品実装方法に関する。
【００２６】
前記湾曲により傾斜した回路基板の傾斜面に部品を実装するに際しては、実装される部品の実装面が回路基板の実装面と平行になるよう吸着ノズルまたは回路基板のいずれか一方をいずれか他方に対して傾斜させることができる。あるいは、吸着ノズルを傾斜した回路基板の傾斜面の法線方向に下降するよう制御してもよい。
【００２７】
本発明にかかる更に他の態様は、回路基板の幅方向両端を両側から支持する一対のレールユニットと、回路基板の背面に当接してこれを支持する複数のサポートピンと、前記サポートピンの高さ基準面を形成し、前記サポートピンを取付けるサポートテーブルと、前記サポートテーブルを昇降させる昇降駆動部とから構成され、部品実装される回路基板を部品実装の間に規制保持する基板保持装置であって、前記複数のサポートピンは、前記一対のレールユニットに近接する位置にあるサポートピンの高さが相対的に低く、前記一対のレールユニットの中央に進むにしたがってサポートピンの高さが相対的に高くなるよう配置され、または前記一対のレールユニットに近接する位置にあるサポートピンの高さが相対的に高く、前記一対のレールユニットの中央に進むにしたがってサポートピンの高さが相対的に低くなるよう配置され、これによって回路基板を上に凸、または下に凸となるよう弓状に湾曲した形態に支持することを特徴とする基板保持装置に関する。
【００２８】
前記サポートテーブルは、回路基板の湾曲形状に対応した湾曲面に形成することができる。あるいは、前記サポートテーブルが平坦な面に形成され、前記複数のサポートピンの高さが異なるよう形成してもよい。さらには、前記サポートピンが、前記サポートテーブルに対して相対的に昇降移動可能に取り付けることでもよい。
【００２９】
本発明にかかるさらに他の態様は、同じく部品実装される回路基板を部品実装の間に規制保持する基板保持装置であって、前記サポートブロックの回路基板の背面に当接する面が、前記一対のレールユニットに近接する位置では高さが相対的に低く、前記一対のレールユニットの中央に進むにしたがって高さが相対的に高くなるよう形成され、または前記一対のレールユニットに近接する位置では高さが相対的に高く、前記一対のレールユニットの中央に進むにしたがって高さが相対的に低くなるよう配置され、これによって回路基板を上に凸、または下に凸となるよう弓状に湾曲した形態に支持することを特徴とする基板保持装置に関する。
【００３０】
本発明にかかるさらに他の態様は、同じく部品実装される回路基板を部品実装の間に規制保持する基板保持装置であって、前記一対のレールユニットは相互に接近移動可能に構成され、前記接近移動して保持した回路基板を前記両側から押付けることによって、回路基板を上に凸、または下に凸となるよう弓状に湾曲した形態に保持する機構を備えていることを特徴とする基板保持装置に関する。
【００３１】
前記回路基板の湾曲方向を上に凸、または下に凸となるようガイドするため、それぞれ事前に前記一対のレールユニットに保持された回路基板の幅方向の中央部分を上方、または下方に向けて押すプッシュロッドを更に備えることができる。
【００３２】
本発明にかかる更に他の態様は、部品を供給する部品供給部と、部品の取り出しと実装を行う吸着ノズルを備えた実装ヘッドと、前記実装ヘッドを搬送するロボットと、回路基板を搬入して位置決めする基板保持装置とから構成され、前記実装ヘッドにより前記部品供給部から部品を取り出して前記回路基板の実装位置に当該部品を実装する部品実装装置であって、回路基板を規制保持する前記基板保持装置が、上述したいずれかの基板保持装置であることを特徴とする部品実装装置に関する。
【００３３】
前記湾曲により傾斜した回路基板の傾斜面に部品を実装するため、実装される部品の実装面が回路基板の実装面と平行になるよう吸着ノズル、または回路基板を傾斜可能に形成することができる。あるいは、前記実装ヘッドが吸着ノズルを、傾斜した回路基板の傾斜面の法線方向に下降するよう形成されてもよい。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の実施により、何らかの要因によって変形した回路基板にあっても、当該回路基板を所定の形状に保持することによって変形を吸収することが可能となり、回路基板の変形に起因する部品実装の障害を回避し、部品実装の品質と生産性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明では、回路基板を所定形状に湾曲させて保持することにより、回路基板の変形量の大小に拘らず、安定した部品実装を可能にする。図１（ａ）〜（ｆ）は、本発明にかかる第１の実施の形態の基板保持装置、方法における各態様を示している。図は、いずれも回路基板１４を保持した基板保持装置２０を正面から見ている。
【００３６】
まず、図１（ａ）に示す態様では、回路基板１４を下から支持する複数のサポートピン２８の内、図の左右にあるレールユニット２１の中央部分に配置されたサポートピン２８ｄの高さは相対的に高く、レールユニット２１に近傍に配置されたサポートピン２８ｅの高さは相対的に低く形成され、また、その中間に配置された他のサポートピン２８は、回路基板１４が略円弧状の弓状に湾曲するよう適切な高さに形成されている。なお、図に見られるサポートピン２８の一列５本の配列は例示であり、回路基板１４の幅寸法、板厚、実装された部品の配置などによって適切な数が選択可能である。また、図では手前側の列に位置する５本のサポートピン２８のみを示しているが、通常は回路基板１４の長さに応じて図面に垂直な方向に複数列が配置されている。
【００３７】
各サポートピン２８は、平坦な面に形成されたサポートテーブル２７上に、嵌合、ねじ込みなどによって立設される。回路基板１４の所定湾曲量に応じたサポートピン２８を選択して取り付けることが可能であり、その高さの変化に関しては後述する。また、回路基板１４の背面に既に実装された部品があるときには、サポートピン２８は適宜除くことができる。これは、従来技術で述べたものと同様である。
【００３８】
以上のようなサポートピン２８を配置した基板保持装置２０の動作時、まず回路基板１４が図面に垂直な方向に搬入され、両レールユニット２１に設けられた溝部２２内に保持される。その後、シリンダ１９（図６参照）によってサポートテーブル２７が持ち上げられ、回路基板１４を拘束すると共に、各サポートピン２８が回路基板１４の背面に当接する。この時、中央部が高く、レールユニット２１に近付くに従って低くなるサポートピン２８に押されて回路基板１４は所定形状に湾曲して固定される。この際、回路基板１４が事前にどの程度変形していたかには拘りなく、湾曲した後の形状は複数のサポートピン２８の高さに規制されて常に一定に保たれる。
【００３９】
部品実装装置１の制御部９（図５参照）には、予めこの湾曲した後の回路基板１４の形状データが入力されている。このデータに基づく制御部９の制御により、部品を保持した吸着ノズル３は、当該部品が実装される位置に応じて回路基板１４に対向した適切な実装高さまで下降し、実装動作を行う。実装の間において、回路基板１４は複数のサポートピン２８によって確実に支持されているため、回路基板１４の振動などが生ずることはない。
【００４０】
全ての部品の実装が完了して吸着ノズル３が退避した後、シリンダ１９の動作でサポートテーブル２７が下降し、これに応じてサポートピン２８が回路基板１４の拘束を解除して下降する。弾性変形していた回路基板１４は元の形状に復し、その後、図面に垂直な方向に送られて部品実装装置１から搬出される。
【００４１】
図１（ｂ）は本実施の形態にかかる基板保持装置２０の他の態様を示しており、ここでは、サポートテーブル２７ａが湾曲して形成され、その上に複数のサポートピン２８が立設されている。この形態によれば、図１（ａ）に示す態様と比較してサポートピン２８の高さを一定にすることができ、部品共通化のメリットが生ずる。サポートテーブル２７ａの湾曲形状は、回路基板１４の変形量に応じて取り替えることで対応可能である。あるいは、先のサポートピン２８の高さを変化させる態様と組み合わせることで、１つの湾曲したサポートテーブル２７ａを用いて複数の形状の回路基板１４にも対応させることが可能である。なお、部品実装における動作は上述した態様のものと同様であり、これは以下に示す他の各態様においても同様である。
【００４２】
図１（ｃ）に示す態様では、サポートピン２８の代替としてサポートブロック３８を使用している。このサポートブロック３８は、回路基板１４の全面積に対応したかまぼこ型のブロックとすることもでき、あるいは、図示する形態をした板状のサポートブロック３８を図面に垂直な方向に複数枚並べることもできる。前者のかまぼこ型とした場合には、サポートピン２８を一本、一本立設する手間を省き、少なくとも２本の位置決めピンを設けることによって固定可能である。また、後者の板状とした場合には、回路基板１４の背面側に既に部品が実装されている場合に、当該部品を避けてサポートブロック３８を配置することが可能となる。
【００４３】
図１（ｄ）は、調整可能なサポートピン２８ｆを利用する態様を示している。図において、サポートピン２８ｆの外周にはねじが設けられ、サポートテーブル２７ｂに設けられた雌ねじを貫通して背後にある図示しないモータなどのアクチュエータに結合されている。そして、回路基板１４が保持された後、アクチュエータの動作によって各サポートピン２８ｆが所定の高さまで上昇して回路基板１４を湾曲した状態で下から支持する。ここではねじを利用した昇降機構としているが、例えばエアシリンダ、ボールスクリュなどを利用した他の昇降機構を利用することができる。各サポートピンの上昇量は、部品実装装置１の制御部９（図５参照）によって制御可能である。
【００４４】
次に、図１（ｅ）に示す態様では、サポートピン２８の代替として、回路基板１４を両側にあるレールユニット２１を利用して矢印Ｆで示すように押付け、湾曲させた形態で回路基板１４を保持している。この場合、両側からの押付けのみでは回路基板１４が上下いずれの方向にも湾曲し得ることから、押付け時には図示のようにプッシュロッド３５ａにより回路基板１４を押上げて上方に凸になるようガイドすることが好ましい。このプッシュロッド３５ａは、実装の間においてもそのままサポートピンとして回路基板１４を支持することもでき、あるいは一旦回路基板１４をガイドした後に下降することでもよい。一般に回路基板１４の板厚は0.5〜1.5ｍｍほどの板厚を有しており、特に板厚が厚く、回路基板１４自身による剛性が見込まれる場合には図１（ｅ）に示すような態様としてサポートピン２８配置の煩雑さを回避することもできる。
【００４５】
図１（ｆ）に示す態様では、これまでとは逆に回路基板１４が下に凸になるように保持している。図１（ｅ）に示す場合と同様、まずプッシュロッド３５ｂが上から延びて回路基板１４が下向きに湾曲するように規制しつつ、両側からレールユニット２１を矢印Ｆで示す方向に押付けることによって回路基板１４を保持する。この際、回路基板１４自身が十分な剛性を備えている場合には図示のように下からの回路基板１４の支持は不要であるが、図１（ａ）〜（ｄ）に示すようなサポートピン２８やサポートブロック３８を合せて使用することで剛性が低い回路基板１４であっても同様にして支持することができる。この場合、サポートピン２８の高さの分布やサポートブロック３８の形状は、下に凸となる回路基板１４を受け入れるような高さに調節すべきことは勿論である。
【００４６】
図２は、これまでの各態様に示す基板保持装置２０によって保持される回路基板１４の湾曲形状を示している。回路基板１４を湾曲させることの意義は、リフロー炉通過などによる回路基板１４の変形を解消して一定形状に保つことにある。しかしながら、極端に湾曲させた場合には実装されるべき部品１０が正しく回路基板１４に実装されない場合が起こり得る。
【００４７】
図２に示す例において、部品１０の長さＬが長い場合、湾曲した回路基板１４に部品１０の胴部が接してリード線１１が回路基板１４から浮き上がることが起こり得る。回路基板１４の表面には事前にクリーム半田が塗布されているが、一般にこのクリーム半田層の厚さは0.1ｍｍほどしかない。今、回路基板１４の湾曲時の曲率半径をＲ、部品の長さＬに対応する曲率中心の角度（ラジアン）をＹｍａｘとすると、図示の部品１０の一端の浮き上がり両ΔＨｍａｘは、
【数１】
2007214227.tif 000003
で表される。ここで、部品１０の長さＬ＝10ｍｍとしてＹｍａｘを書き換え、ΔＨｍａｘをクリーム半田層の厚さに対応する0.1ｍｍとして上記式を近似計算すると、半径Ｒは約125ｍｍとなる。すなわち、長さ10ｍｍの部品を浮き上がらせることなく回路基板１４に固定するには、回路基板１４を半径125ｍｍ以上の曲率に湾曲するよう保持すればよい。
【００４８】
なお、上述の変形量は回路基板１４が上に凸となる形態で保持される場合であるが、逆に下に凸となる場合、上述したような部品１０の浮き上がりの心配がなくなるので少なくとも曲率に関する制約は緩和される。すなわち、回路基板１４の幅方向に長尺の部品１０を実装する場合には、このように回路基板１４を下に凸の形態に保持することが有利となり得る。しかしながら、回路基板１４の弾性、あるいは後述する回路基板１４の湾曲に伴う実装動作の制御などにより、湾曲させる回路基板１４の曲率半径には自ずから限度がある。
【００４９】
次に、本発明にかかる第２の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施の形態は、先の実施の形態で示したように湾曲して保持された回路基板に対し、部品実装を行う場合の実装制御に関する。図３の上側に示す図は、図の左右両側で保持されて湾曲した回路基板１４を吸着ノズル３の側から見た平面図、下側に示す図は、これを側面から見ている。両図には、実装対象となる部品１０の実装位置が示されている。ここで、図の左端の角度位置をＹ＝０、右端の角度位置をＹ＝Ｙｍａｘとし、部品１０の実装角度位置をＹ＝Ｙａ（単位はいずれもラジアン）とすると、回路基板１４の湾曲に伴う当該部品実装位置における回路基板１４のそり量Ｈａは、
【数２】
2007214227.tif 000004
で示される。ここでＨｍａｘは、Ｙ＝０からＹ＝Ｙｍａｘの間の最大そり量である。
【００５０】
すなわち、部品実装時において、回路基板１４に向かって下降する吸着ノズル３の下降移動量を、数２の結果に基づいて補正することで、部品１０を適切に実装することができる。一般に基板の幅は最大約400ｍｍ前後となるが、回路基板１４の変形は高さ方向で1〜2ｍｍ程度であるため、最大そり量Ｈｍａｘは約2、3ｍｍほど設ければよい。基板幅Ｙｍａｘ：400ｍｍ、最大そり量Ｈｍａｘ：3ｍｍとすると、曲率半径Ｒは数２より近似計算にて（このときは数２にてＨａ＝０、Ｙａ＝０として計算する）約6700ｍｍとなる。このようにして曲率半径Ｒを求めれば、数２より任意位置のそり量Ｈａを計算することができる。そり量Ｈａは、回路基板１４の幅の中央で最大Ｈｍａｘとなり、両サイドに近付くにしたがって減少する。実装される部品１０のＹ方向の位置に応じてこのそり量Ｈａに基づく修正値を予め制御部９（図５参照）に入力しておくか都度計算を行うことで、吸着ノズル３の下降移動量を適切に制御することができる。
【００５１】
なお、吸着ノズル３を保持する実装ヘッド４（図５参照）では、スプリングを介して吸着ノズル３を取り付けているため、回路基板１４の変形量にある程度のばらつきがあってもこれをスプリングで吸収することができる。しかしながら、回路基板１４に部品１０が当接する際の衝撃、これによる回路基板１４の振動などを考慮した場合、上述したような吸着ノズル３の下降移動量を適切に制御することが好ましい。
【００５２】
次に、図４（ａ）〜（ｃ）は、湾曲した回路基板１４の湾曲面に部品１０の実装される側の面が略平行に接するよう部品実装を行う場合の制御策を示している。湾曲した回路基板１４に対し、平坦な水平面に実施する場合と同様にして鉛直方向に吸着ノズル３を下降させた場合、部品１０を傾斜面に部品実装することとなって実装不良の原因ともなり得る。特に、幅方向の中央からずれて両サイドのレールユニット２１近傍となる位置ほどこの傾斜が急になる。
【００５３】
傾斜面に対して実装される部品１０の角度補正を行う手段として、
（ア）吸着ノズルの下降方向を、回路基板の傾斜面の法線に沿わせる。
（ロ）吸着ノズルの先端面を回路基板の傾斜面に略平行にする。
（ハ）回路基板の傾斜面を部品の実装面に略平行にする。
が考えられる。
【００５４】
まず、図４（ａ）は、前記（ア）の対策を示しており、吸着ノズル３をノズル先端（または部品１０の実装面）が傾斜面と平行になるよう傾斜させると共に、傾斜面の法線に沿って吸着ノズル３が下降するよう制御される。この場合、部品実装装置１には吸着ノズル３を傾斜させるための傾斜機構が追加され、また吸着ノズル３の下降時にはＺ方向と共にＹ方向（図５参照）への移動制御が必要とされる。部品１０を一番確実、安全に実装する理想的な方策となるが、制御が煩雑となることは避けられない。
【００５５】
次に、図４（ｂ）は、前記（ロ）の対策を示しており、吸着ノズル３は傾斜させるものの、下降方向はＺ方向（鉛直方向）のみとなり、（ア）の方策に対して制御は容易となるメリットがある。また、図４（ｃ）は上記（ハ）の対策を示したもので、ここでは回路基板１４を保持するレールユニット２１が実装位置に応じて矢印Ｔに示すように傾斜し、吸着ノズル３（または部品１０の実装面）が常に回路基板１４の表面と平行に接する方向となるよう回路基板１４を保持する。基板保持装置２０には、当該傾斜を可能とする傾斜機能の追加が必要となる。
【００５６】
以上、本実施の形態で述べた部品１０の実装面が回路基板１４の傾斜面に接するように実装される各種方策は、部品を安全かつ確実に実装する上で好ましい対応ではあるが、先の実施の形態で示すように、回路基板１４のそり量は最大でも2、3ｍｍ程度であり、曲率半径が非常に大きいため、実際には傾斜によって生ずる部品実装の障害はほとんど無視できるものといってもよいであろう。したがって図４（ａ）〜（ｃ）に示すような各態様は、万一必要となった場合の救済策と考えることができる。但し、数２を用いて説明した吸着ノズル３の下降量の制御は実施することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明に係る基板保持機構及び基板保持方法は、並びに部品実装装置、部品実装方法は、回路基板に電子部品などを実装する部品実装の産業分野において広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明にかかる実施の形態の基板保持装置の各態様を示す側面図である。
【図２】湾曲して保持される回路基板のそり量とその上に実装される部品との関係を示す側面図である。
【図３】湾曲して保持される回路基板の湾曲方向の位置とそり量の関係を示す側面図である。
【図４】湾曲して保持される回路基板の傾斜面に実装する場合の実装制御の各態様を示す側面図である。
【図５】部品実装装置の概要を示す斜視図である。
【図６】図５に示す部品実装装置の基板保持装置の概要を示す斜視図である。
【図７】図６に示す基板保持装置で利用するサポートピンの斜視図である。
【符号の説明】
【００５９】
１．部品実装装置、  ３．吸着ノズル、  ７．基板保持装置、  ９．制御部、  １０．部品、  １１．リード線、  １４．回路基板、  １９．シリンダ、  ２０．基板保持装置、  ２１．レールユニット、  ２２．溝部、  ２７．サポートテーブル、  ２８．サポートピン、  ３５．プッシュロッド、  ３８．サポートブロック。
【図１】
2007214227.tif 000005
【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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