JP3596515B2 - 電子部品実装装置 - Google Patents
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Description
【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
Claims (2)
- 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。
- 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。
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---|---|---|---|
JP2001347025A JP3596515B2 (ja) | 2001-11-13 | 2001-11-13 | 電子部品実装装置 |
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---|---|---|---|
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