(57)【要約】【課題】ノズルピッチを狭ピッチ化するためにシャフト型リニアモータを使用した実装ヘッドを備えた電子部品実装装置において、実装ヘッドの大型化及び実装精度の低下を招くことなく、ノズルのストロークを大きくできるようにすること。【解決手段】メインフレーム１０に、サブフレーム２０をサーボモータ３０によって上下移動可能となるように設け、サブフレーム２０に、シャフト型リニアモータ５０によって上下移動可能となるように複数のノズルユニット４０を設け、各ノズルユニットの先端にノズル４１を設けた。サーボモータ３０によるサブフレーム２０の上下移動と、シャフト型リニアモータ５０によるノズルユニット４０の上下移動との組合せにより、ノズル４１を上下移動させる。【選択図】図２
2013162090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電子部品を複数のノズルにより吸着保持して、プリント基板における複数の実装箇所に前記各々の電子部品を実装する実装ヘッドを備える電子部品実装装置において、
前記実装ヘッドが、
メインフレームと、
前記メインフレームに対して上下移動可能に設けられたサブフレームと、
前記メインフレームに設けられ、前記サブフレームを上下移動させるサーボモータと、
その下端に前記ノズルが装着され、前記サブフレームに対して上下移動可能に設けられた複数のノズルユニットと、
前記各々のノズルユニットの鉛直上方において前記サブフレームに固定され、前記各々のノズルユニットを前記サブフレームに対して個別に上下移動させる複数のシャフト型リニアモータと、
前記サブフレームに設けられ、前記各々のノズルユニットを回転駆動する回転装置とを備えることを特徴とする電子部品実装装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電子部品実装装置による電子部品実装方法において、
前記サーボモータによる前記サブフレームの上下移動と、前記各々のシャフト型リニアモータによる前記各々のノズルユニットの上下移動との組合せにより、前記各々のノズルを上下移動させることを特徴とする電子部品実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣチップ等の電子部品をプリント基板上に実装する電子部品実装装置及び電子部品実装方法に関する。なお、本明細書では、電子部品実装装置のことを単に実装装置ともいい、電子部品のことを単に部品ともいい、プリント基板のことを単に基板ともいう。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型軽量化、高機能化の進展に伴い、これに搭載される基板においても更なる小型化、高集積化が求められている。このように小型化、高集積化する基板においては、電子部品が実装される実装箇所が狭ピッチ化しているため、実装ヘッドにおいてもノズルピッチを狭ピッチ化することが要求される。
【０００３】
このような狭ピッチ化の要求に対して、特許文献１では、シャフト型リニアモータを使用した実装ヘッドを備える実装装置が提案されている。具体的には特許文献１の実装ヘッドでは、下端にノズルが装着された複数のノズルユニットのそれぞれ鉛直上方にシャフト型リニアモータを配置し、シャフト型リニアモータで各々のノズルユニットを個別に上下移動させるようにしている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１の実装装置において、ノズルの上下方向のストロークを大きくしようとすると、シャフト型リニアモータのシャフトを長くする必要があり、その結果、シャフト型リニアモータが上下に大型化し、実装ヘッドの高さが高くなると共に、実装ヘッドの重心位置も高くなる。実装ヘッドの重心位置が高くなると、実装ヘッドに振動が生じやすくなり、それに伴いノズルも振動するので、実装精度が低下するという問題が生じる。
【０００５】
また、ノズルのストロークを大きくした場合、ノズルユニットにおいてボールスプラインのスプライン軸が、保持されている部分から下方に大きく延出するため、スプライン軸先端のノズルが振動しやすくなり、この点からも実装精度が低下するという問題が生じる。
【０００６】
このように特許文献１の実装装置においてノズルのストロークを大きくしようとすると、実装ヘッドの上下方向の大型化を招くと共に、実装精度が低下するという問題がある。このため、特許文献１の実装装置では、ノズルのストロークを長くすることは困難である。ノズルのストロークが短いと、実装できる部品の高さに制約が生じ、実装対象部品の仕様が制限される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００７／１１１２９６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、ノズルピッチを狭ピッチ化するためにシャフト型リニアモータを使用した実装ヘッドを備えた電子部品実装装置において、実装ヘッドの大型化及び実装精度の低下を招くことなく、ノズルのストロークを大きくできるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電子部品実装装置は、複数の電子部品を複数のノズルにより吸着保持して、プリント基板における複数の実装箇所に前記各々の電子部品を実装する実装ヘッドを備える電子部品実装装置において、前記実装ヘッドが、メインフレームと、前記メインフレームに対して上下移動可能に設けられたサブフレームと、前記メインフレームに設けられ、前記サブフレームを上下移動させるサーボモータと、その下端に前記ノズルが装着され、前記サブフレームに対して上下移動可能に設けられた複数のノズルユニットと、前記各々のノズルユニットの鉛直上方において前記サブフレームに固定され、前記各々のノズルユニットを前記サブフレームに対して個別に上下移動させる複数のシャフト型リニアモータと、前記サブフレームに設けられ、前記各々のノズルユニットを回転駆動する回転装置とを備えることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の電子部品実装方法は、前記本発明の電子部品実装装置による電子部品実装方法において、前記サーボモータによる前記サブフレームの上下移動と、前記各々のシャフト型リニアモータによる前記各々のノズルユニットの上下移動との組合せにより、前記各々のノズルを上下移動させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、サブフレームに固定されたシャフト型リニアモータによってノズルユニットを上下移動させるのに加え、サーボモータによってサブフレームを上下移動させるので、シャフト型リニアモータのストロークを大きくしなくとも、サブフレームを上下移動させることで、ノズルのストロークを大きくすることができる。したがって、シャフト型リニアモータのストロークを大きくした場合に生じる、前述の実装ヘッドの大型化及び実装精度の低下の問題を招くことなく、ノズルのストロークを大きくできる。
【００１２】
また、実装精度の低下を招くことなくノズルのストロークを大きくできるので、実装できる部品の高さに制約がなくなり、小型部品から大型部品まで実装対象部品の仕様を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態の電子部品実装装置の全体構成図である。
【図２】本発明の実施形態の実装ヘッドを簡略化して示す構成図で、（ａ）は側面構成図、（ｂ）はノズルユニット部分を示す正面構成図である。
【図３】ノズルユニットとその鉛直上方に配置されたシャフト型リニアモータを単体で示す正面図である。
【図４】（ａ）は本発明の実施形態の実装ヘッドにおいてノズルを上限の起点位置に位置させた状態を示し、（ｂ）は同実施形態においてノズルを下方に移動させた状態を示し、（ｃ）は前記特許文献１の実装ヘッドにおいて、（ｂ）と同じストロークでノズルを下方に移動させた状態を示す。
【図５】（ａ）は各工程でのノズルの上下位置を示し、（ｂ）は前記各工程におけるサーボモータのストロークを示し、（ｃ）は前記各工程におけるシャフト型リニアモータのストロークを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
まず、本発明の実施形態の電子部品実装装置の全体構成について説明する。図１は本実施形態の電子部品実装装置の全体構成図である。
【００１６】
図１において、電子部品実装装置のベースとなる基台１上には、基板２の搬送を行う基板搬送装置３がＸ方向に延伸して配置されている。基板搬送装置３には基板２をクランプして保持する機能が備わっており、Ｘ方向に搬送される基板２を所定の位置で保持する基板保持装置として機能する。なお、本実施形態においては、基板２の搬送方向をＸ方向とし、これに水平面内で直交する方向をＹ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向に直交する鉛直方向をＺ方向とする。
【００１７】
基板搬送装置３のＹ方向における両側方には、電子部品供給用フィーダの一例である複数のパーツフィーダ４が配置されている。パーツフィーダ４は電子部品供給装置として機能し、内部に収納された複数の電子部品を順次供給する。
基台１のＸ方向における両端部には一対のＹテーブル５が配置されており、この一対のＹテーブル５上に一対のＸテーブル６が架け渡されている。各Ｘテーブル６には実装ヘッド１００が装着されている。Ｙテーブル５及びＸテーブル６には、それぞれＹ軸駆動機構及びＸ軸駆動機構（図示省略）が備えられており、実装ヘッド１００を基台１に対して相対的に水平移動させる。
【００１８】
図２は本実施形態の実装ヘッドを簡略化して示す構成図で、（ａ）は側面構成図、（ｂ）はノズルユニット部分を示す正面構成図である。
【００１９】
実装ヘッド１００は、そのメインフレーム１０が図１のＸテーブル６に装着されることで、実装装置の実装ヘッドとして機能する。メインフレーム１０には、サブフレーム２０が上下移動可能に設けられている。また、メインフレーム１０には、サーボモータ３０が設けられ、サーボモータ３０の回転軸にボールねじ３１が連結されている。そして、サブフレーム２０には、ボールねじ３１と螺合するナット部２１が設けられている。したがって、サーボモータ３０の駆動によりボールねじ３１が回転すると、サブフレーム２０がメインフレーム１０に対して上下移動する。なお、ボールねじ３１の両側には、図示しないがリニアガイドが配置されており、サブフレーム２０は、そのリニアガイドにガイドされながら上下移動する。また、サーボモータ３０には、サーボモータ３０の回転量及び回転速度を検出し、メインフレーム１０に対するサブフレーム２０の上下位置を検出するためのエンコーダが内蔵されている。
【００２０】
サブフレーム２０には、ノズルユニット４０が、Ｚ方向に上下移動可能かつＺ軸周り（θ方向）に回転可能に装着されている。本実施形態では、Ｘ方向に１列で合計１２個のノズルユニット４０が装着されている。各ノズルユニット４０の下端には、電子部品を解除可能に吸着保持するノズル４１が装着されている。
【００２１】
また、サブフレーム２０には、各ノズルユニット４０をサブフレーム２０に対して個別に上下移動させるために、各ノズルユニット４０の鉛直上方位置においてシャフト型リニアモータ５０が固定されている。各シャフト型リニアモータ５０には、サブフレーム２０に対する各ノズルユニット４０の上下位置を検出するためのリニアエンコーダが内蔵されている。
【００２２】
更に、サブフレーム２０には、ノズルユニット４０をＺ軸周り（θ方向）に回転させるための回転装置６０が設けられている。本実施形態において回転装置６０は、２個のモータ６１を備え、１個のモータ６１で６個のノズルユニット４０を回転させるようにしている。具体的には、１個のモータ６１に対し６個のノズルユニット４０にタイミングベルト６２が架け回されており、モータ６１を回転駆動させることにより、各ノズルユニット４０がＺ軸周り（θ方向）に回転する。
【００２３】
次に、ノズルユニット４０の構成を説明する。図３は、ノズルユニット４０とその鉛直上方に配置されたシャフト型リニアモータ５０を単体で示す正面図である。
【００２４】
ノズルユニット４０はボールスプライン４２を主体として構成され、ボールスプライン４２は上下両端のベアリング４３により、サブフレーム２０（図２参照、図３では仮想的に符号のみ表記）に対してＺ軸周り（θ方向）に回転自在に軸受けされている。
【００２５】
ノズル４１はスプライン軸４２ａの下端に装着され、スプライン軸４２ａのＺ方向への摺動に連動して移動し、サブフレーム２０に対して上下に変位する。スプライン軸４２ａの周囲にはコイルばね４４が装着されており、コイルばね４４の上端はスプライン軸４２ａの上端部に固定され、コイルばね４４の下端はサブフレーム２０に対して固定されている。したがって、スプライン軸４２ａに何ら外力が作用しないと、スプライン軸４２ａ及びこれに装着されたノズル４１はコイルばね４４の弾性力により上方に付勢された状態となる。一方、スプライン軸４２ａを下方に押圧する力が作用すると、スプライン軸４２ａ及びノズル４１はコイルばね４４の弾性力に抗して下方に移動する。コイルばね４４は、ノズル４１をサブフレーム２０に対して上方に付勢する付勢手段として機能する。
【００２６】
なお、コイルばねのばね長がばね巻き径に対して大きくなり過ぎると、圧縮された際に座屈しやすくなり、座屈したばね部が他の部位に干渉する不具合が生じることがある。そのため、コイルばね４４は、スペーサ４４ａによりＺ方向に２段に分割されており、ばね巻き径を大きくすることなくばね長を確保している。これにより、ノズルユニット４０を近接して配置した場合に、座屈したコイルばね４４が相互に干渉することを防止することができる。
【００２７】
ノズルユニット４０の鉛直上方に配置されたシャフト型リニアモータ５０は、サブフレーム２０に固定されたモータ本体５１と、モータ本体５１に対して上下方向にスライド自在のシャフト５２により構成されている。シャフト型リニアモータの詳細な構成は公知であるので説明を省略する。
【００２８】
シャフト型リニアモータ５０のシャフト５２の先端は、ベアリング４５を介してスプライン軸４２ａと接続している。したがって、シャフト５２に下向きの推力を発生させると、ベアリング４５を介してスプライン軸４２ａの上端に押圧力が作用する。この押圧力がコイルばね４４の弾性力を超えると、スプライン軸４２ａは下方へ移動し、スプライン軸４２ａの下端に装着されたノズル４１がサブフレーム２０に対して下方に移動する。また、シャフト５２は、ベアリング４５を介してスプライン軸４２ａと接続しているので、ボールスプライン４２の回転の影響を受けることはない。
【００２９】
次に、本実施形態の実装ヘッド１００においてノズル４１を上下移動させるときの動作を前記特許文献１の従来技術と比較して説明する。図４（ａ）は、本実施形態の実装ヘッド１００においてノズル４１を上限の起点位置に位置させた状態を示し、図４（ｂ）はノズル４１を下方に移動させた状態を示す。また、図４（ｃ）は、シャフト型リニアモータ２０１のみによってノズル２０２を上下移動させるようにした前記特許文献１の実装ヘッド２００において、図４（ｂ）と同じストロークでノズル２０２を下方に移動させた状態を示す。
【００３０】
本実施形態の実装ヘッド１００では。サブフレーム２０に固定されたシャフト型リニアモータ５０によってノズルユニット４０を上下移動させるのに加え、サーボモータ３０によってサブフレーム２０を上下移動させるので、シャフト型リニアモータ５０のストロークを大きくしなくとも、サブフレーム２０を上下移動させることで、図４（ｂ）に示すように、ノズル４１のストロークを大きくすることができる。
【００３１】
一方、図４（ｃ）に示す前記特許文献１の実装ヘッド２００では、図４（ｂ）と同じストロークを得ようとすると、その分、シャフト型リニアモータ２０１のストロークを大きくする必要があるので、図４（ｃ）に示すように、シャフト型リニアモータ２０１が上下に大型化する。その結果、前述のとおり、実装ヘッド２００の重心位置が高くなって実装ヘッド２００に振動が生じやすくなり、それに伴いノズル２０２も振動するので、実装精度が低下するという問題が生じる。また、実装ヘッド２００においてノズルのストロークを大きくした場合、図４（ｃ）に示すように、ボールスプラインのスプライン軸２０３が、保持されている部分から下方に大きく延出するため、スプライン軸２０３先端のノズル２０２が振動しやすくなり、この点からも実装精度が低下するという問題が生じる。
【００３２】
本実施形態の実装ヘッド１００では、前述のとおり、シャフト型リニアモータ５０のストロークを大きくすることなくノズル４１のストロークを大きくすることができるので、実装ヘッドの大型化及び実装精度の低下を招くことなく、ノズルのストロークを大きくできる。
【００３３】
以上のとおり、本実施形態の実装ヘッドを使用した電子部品実装方法においては、サーボモータ３０によるサブフレーム２０の上下移動と、シャフト型リニアモータ５０によるノズルユニット４０の上下移動との組合せにより、ノズル４１を上下移動させる。
【００３４】
その具体例を図５を参照して説明する。図５（ａ）は各工程でのノズル４１の上下位置を示し、図５（ｂ）は前記各工程におけるサーボモータ３０のストロークを示し、図５（ｃ）は前記各工程におけるシャフト型リニアモータ５０のストロークを示す。すなわち、図５（ｂ）のサーボモータ３０のストロークと図５（ｃ）のシャフト型リニアモータ５０のストロークの合算により、図５（ａ）のノズル４１の上下方向の位置が規定される。
【００３５】
図５中、Ａの位置は、ノズル４１を上限の起点位置に位置させた状態を示し、このとき、サーボモータ３０とシャフト型リニアモータ５０はいずれも上限の起点位置にありストロークは０である。
【００３６】
図５中、Ｂの位置は、ノズル４１により電子部品を吸着した後に、そのノズル先端に吸着された電子部品を実装ヘッドのカメラユニットによって撮像するときの状態を示す。このときは、サーボモータ３０はストローク＝０とし、シャフト型リニアモータ５０のストロークのみを使用する。
【００３７】
図５中、Ｃの位置は、ノズル４１により電子部品を基板に実装するときの状態を示す。このときは、サーボモータ３０とシャフト型リニアモータ５０のストロークを組み合わせて使用する。
【００３８】
図５中、Ｄの位置は、ノズル４１交換の際にノズル４１を外すときの状態を示す。このときもサーボモータ３０とシャフト型リニアモータ５０のストロークを組み合わせて使用する。このとき、サーボモータ３０のストロークは最大である。
【００３９】
図５中、Ｅの位置は、ノズル４１を外した後に新たにノズル４１を装着するときの状態を示す。このときもサーボモータ３０とシャフト型リニアモータ５０のストロークを組み合わせて使用する。このとき、サーボモータ３０とシャフト型リニアモータ５０のストロークはともに最大である。
【００４０】
なお、図５に示したサーボモータ３０とシャフト型リニアモータ５０のストロークの組合せは一例であって、実装装置の仕様に応じて適宜組み合わせて使用できることは、当業者に自明である。
【符号の説明】
【００４１】
１  基台
２  基板
３  基板搬送装置
４  パーツフィーダ
５  Ｙテーブル
６  Ｘテーブル
７  カメラ
１０  メインフレーム
２０  サブフレーム
２１  ナット部
３０  サーボモータ
３１  ボールねじ
４０  ノズルユニット
４０ａ  プーリ
４１  ノズル
４２  ボールスプライン
４２ａ  スプライン軸
４３  ベアリング
４４  コイルばね
４４ａ  スペーサ
４５  ベアリング
５０  シャフト型リニアモータ
５１  モータ本体
５２  シャフト
６０  回転装置
６１  モータ
６２  タイミングベルト
１００，２００  実装ヘッド
２０１  シャフト型リニアモータ
２０２  ノズル
２０３  スプライン軸
【図１】
2013162090.tif 000003
【図２】
2013162090.tif 000004
【図３】
2013162090.tif 000005
【図４】
2013162090.tif 000006
【図５】
2013162090.tif 000007