JP2008182111A

JP2008182111A - 基板固定装置

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Publication number: JP2008182111A
Application number: JP2007015350A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nishikawa; 尚西川
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2007-01-25
Filing date: 2007-01-25
Publication date: 2008-08-07

Abstract

【課題】位置決め固定された基板に反り等の変形が生じている上に、その強度が低い場合でも、その変形を確実に解消して平坦にできるようにする。
【解決手段】基板の両端部をそれぞれ挾持する第１挾持手段及び第２挾持手段の間隔を、高さ測定手段により測定された基板の高さに基づいて制御する制御手段において、前記高さ測定手段により測定される基板高さと基準高さとの偏差の許容限度を規定する閾値を、基板の種類毎に設定する手段と、前記間隔調整手段により第１挾持手段及び第２挾持手段の間隔を拡げながら（ステップ６）、前記高さ測定手段により測定された基板高さ（ステップ７）と基準高さとの偏差が該当する閾値以下か否かを判定する手段（ステップ８）と、が実現されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、基板固定装置、特に電子部品を搭載する位置に位置決めされたプリント基板に発生した曲りや反り等の変形を矯正することができる基板固定装置に関する。

電子部品をプリント基板等の基板に搭載する表面実装装置は、その概要を図６に示すように電子部品を吸着するノズルが装着可能であると共に、装着したノズルを上下方向と、回転方向に位置決めが可能なヘッド部１０、該ヘッド部１０をＸ方向に搬送し位置決めするＸ駆動部１２、該ヘッド部１０をＸ駆動部１２と一体でＹ方向に搬送し位置決めするＹ駆動部１４、電子部品を供給する部品供給部１６、プリント基板Ｓを搬入し、部品搭載後に搬出する基板搬送部１８、交換用ノズルが保持されているノズル交換部２０等により構成されている。

このような表面実装装置においては、Ｘ駆動部１２及びＹ駆動部１４によりヘッド部１０が部品供給部１６上に位置決めされ、該ヘッド部１０に内蔵されているシャフトを下降させ、その下端部に装着されているノズルにより部品を吸着する。

その際、例えば特許文献１に開示されているように、部品がノズルに正確に吸着できるように、ヘッド部１０に付設されている高さセンサ（高さ測定手段）２２により部品供給部１６に供給された部品の上面までの高さを測定することも行われている。

上記のように部品を吸着した後、ヘッド部１０はＸ駆動部１２及びＹ駆動部１４により基板搬送部１８の所定位置に固定されているプリント基板上の所定の載置位置上に位置決めされ、その後シャフトが下降され、ノズルに吸着されていた部品がプリント基板Ｓ上に搭載される。

上記基板搬送部１８は、図７にその概要を示すように、図示しない搬送ベルトによりプリント基板Ｓが搬入されると、位置決め部３０で停止され、位置決め固定された後、該基板Ｓに対して部品の搭載が行われ、搭載後の基板Ｓは搬送ベルトにより下流側に搬出される。

従来、上記位置決め部３０においては、基板Ｓが固定位置に停止されるとバックアップモータ３２を駆動してバックアップテーブル３４を上昇させることにより、該バックアップテーブル３４上の基板固定ピン３６により基板Ｓの下面を支持すると共に、対向する両端部を基板固定装置により挾持することにより基板の固定が行われている。

この基板固定装置の特徴を、図８と図９の分解斜視図に示す。図８は、基板搬送部１８の搬送方向に直交する方向の位置決め部３０の一部を模式的に示した断面図に相当し、その一方の搬送レールとその近傍を拡大して示してある。

位置決め部３０にプリント基板Ｓを搬入し、搬出する搬送レール４０が、搬送レール支持台４２に支持されていると共に、該支持台４２の上端には基板押さえ板４４が固定ねじ４２Ａで固定されている。

この搬送レール支持台４２の内側面には、搬送レール４０に形成されている抜き孔４０Ａに装着された軸受台４６が固定され、その軸受４６Ａ内を摺動するスライド軸４８により、該搬送レール支持台４２に対して搬送レール４０が上下方向に案内されることにより、前記バックアップテーブル３４と一体で上下方向に移動可能になっている。

搬送レール４０には無端の搬送ベルト５０が巻装され、該搬送レール４０上を図示しないモータにより回転駆動されることにより、その上に載置されたプリント基板Ｓが、基板ガイド４０Ｂに沿って紙面に垂直な方向に搬送されるようになっている。

このように搬送ベルト５０によりプリント基板Ｓが所定位置に搬入され、位置決めされると、搬送レール４０は前記バックアップテーブル３４の上昇により機械的に持ち上げられ、同図（Ｂ）に示すように搬送ベルト５０上のプリント基板Ｓが搬送レール支持台４２の上端に固定されている前記基板押え板４４に押し付けられる。このように基板押え板４４と搬送ベルト４８（搬送レール４０）による挟み込みにより、プリント基板Ｓの対向する両端部が挾持・固定される。

従来の一般的なプリント基板の場合は、上記のように対向する両端部を挟み込むことにより、搬送レール４０の形状に倣って平坦な状態で固定することができる。

特開平８−５１２９７号公報

しかしながら、昨今の電子機器の小型軽量化に伴って、プリント基板の薄型化が進み、材質もフィルム状の素材が使用されることが多くなってきているため、プリント基板自体の反りや曲りが大きくなっている上に、材質が柔らかいために両端の挟み込みによっても中央部の撓み（反り）をすべて解消できない場合が多く発生するようになってきている。

このようにプリント基板の上面が平らでない場合には、電子部品の搭載位置が大きくずれてしまったり、接着剤や半田ペーストによる固定力が十分に得られないために、生産作業中に搭載位置が変化してしまったりする等の不具合を誘発する原因になるという問題がある。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、所定位置に位置決め固定された基板に反りや曲り等の変形が生じている上に、該基板の強度が低い場合でも、その変形を解消して平坦にすることができ、結果として該基板に部品を正確に搭載することができる基板固定装置を提供することを課題とする。

本発明は、位置決めされた基板の対向する両端部をそれぞれ挾持する第１挾持手段及び第２挾持手段と、第１挾持手段及び第２挾持手段の間隔を調整する間隔調整手段と、第１挾持手段及び第２挾持手段により両端部が挾持された基板の高さを測定する高さ測定手段と、測定された基板の高さに基づいて前記間隔調整手段により第１挾持手段及び第２挾持手段の間隔を制御する制御手段とを備えていると共に、前記制御手段が、前記高さ測定手段により測定される基板高さと基準高さとの偏差の許容限度を規定する閾値を、基板の種類毎に設定する手段と、前記間隔調整手段により第１挾持手段及び第２挾持手段の間隔を拡げながら、前記高さ測定手段により測定した基板高さと基準高さとの偏差が閾値以下か否かを判定する手段と、を含むことにより、前記課題を解決したものである。

本発明は、又、前記制御手段が、基板高さを測定する際に前記間隔調整手段により第１挾持手段及び第２挾持手段の間隔を拡げる単位変更量を、基板の種類毎に設定する手段を含むようにしてもよい。

本発明は、又、前記制御手段が、前記間隔調整手段により第１挾持手段及び第２挾持手段の間隔を拡げる最大幅を規定する変更可能量を、基板の種類毎に設定する手段を含むようにしてもよい。

本発明は、又、前記基板の種類が、少なくとも厚さ及び材質により分類されるようにしてもよい。

本発明によれば、位置決めされた基板をその対向する両端部を挾持して固定すると共に、そのときの基板の１又は２箇所以上について測定された基板面の高さに基づいて、第１挾持手段と第２挾持手段の間隔を制御する際、測定された基板高さと基準高さとの偏差が、基板の種類毎に設定した閾値以下になればよいようにしたので、必要以上に基板に張力が加わることを防止できるため、基板を破断することなく、該基板に生じていた反り等の変形を解消することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る１実施形態の基板固定装置を模式的に示す断面図である。

本実施形態の基板固定装置は、前記図７に示した位置決め部３０に設置されており、該位置決め部３０に基板搬送部１８によりプリント基板Ｓが搬送されて位置決めされると、該基板Ｓの対向する両端部をそれぞれ挾持する第１挾持手段６０及び第２挾持手段６２とを備えている。

これら第１、第２挾持手段６０、６２は、いずれも前記図８、図９に示したものと実質的に同一であるので、同一の符号を使用して詳細な説明を省略する。

本実施形態においては、基板搬送部１８のフレーム底部６４に、第１ブラケット６６Ａと第２ブラケット６６Ｂが対向する位置に固定されており、これら両ブラケット６６Ａ、６６Ｂにはそれぞれベアリング６８Ａ、６８Ｂを介してボールねじ７０が軸支されている。

このボールねじ７０の一端には従動側のプーリ７２Ａが連結され、ステッピングモータ７４に連結されている駆動側プーリ７２Ｂとの間で巻回されたタイミングベルト７６を介して、ステッピングモータ７４の駆動力が伝達されて該ボールねじ７０が回転されるようになっている。

又、このボールねじ７０には、ボールねじナット部７８が軸挿され、該ナット部７８の回転を規制した状態でステッピングモータ７４を駆動することにより、図中左右方向に移動可能になっている。

又、前記第１挾持手段６０は、搬送レール支持台４２を介して前記第１ブラケット６６Ａに固定され、前記第２挾持手段６２はボールねじナット部７８に支持部材を介して固定されている。従って、ボールねじ７０の回転により往復動作するボールねじナット部７８により、第１挾持手段６０の固定側搬送レール４０と第２挾持手段６２の可動側搬送レール４０との間隔が調整可能になっており、ボールねじ７０、ステッピングモータ７４及びボールねじナット部７８等により間隔調整手段が構成されている。

本実施形態の基板固定装置は、図２に第１、第２挾持手段６０、６２と、これらに両端部が挾持されたプリント基板Ｓとを抽出して示すように、該プリント基板Ｓの上面までの高さを測定する高さセンサ２２を備えている。具体的には、この高さセンサ２２は前記図６に示したようにヘッド部１０に固定されており、該ヘッド部１０からプリント基板Ｓの上面までの距離として高さが測定されるようになっている。

本実施形態においては、上記高さセンサ２２により測定された基板Ｓの高さに基づいて、図３に概要を示す制御装置（制御手段）により前記ステッピングモータ（間隔調整手段）７４を回転させ、第１挾持手段６０及び第２挾持手段６２の間隔が制御されるようになっている。

即ち、前記高さセンサ２２からのセンサ検出信号がＩ／Ｏインターフェイス８０を介してＣＰＵ８２に入力されると、あらかじめメモリ８４に保存されている基準データ等に基づいて、第１、第２挾持手段６０、６２の間隔の調整量が演算され、該演算結果に基づいて制御信号がモータドライバ８６を介して前記ステッピングモータ７４に出力されることにより、プリント基板Ｓの反り等の変形を解消する制御が可能になっている。

本実施形態においては、制御手段に含まれるＣＰＵ８２とメモリ８４において、前記高さセンサ２２により測定される基板高さと基準高さとの偏差の許容限度を規定する閾値を、基板の種類毎に設定する手段と、前記間隔調整手段により第１挾持手段６０及び第２挾持手段６２の間隔を拡げながら、前記高さ測定手段により測定した基板高さと基準高さとの偏差が閾値以下か否かを判定する手段とがソフトウェアにより実現されている。

又、基板高さを測定する際に前記間隔調整手段により第１挾持手段６０及び第２挾持手段６２の間隔を拡げる単位変更量を、基板の種類毎に設定する手段と共に、前記間隔調整手段により第１挾持手段６０及び第２挾持手段６２の間隔を拡げる最大幅を規定する変更可能量を、基板の種類毎に設定する手段とが、同様にソフトウェアにより実現されている。

図４には、前記メモリ８４のデータテーブルに、材質、形状及び厚さ等で規定される部品の種類毎に設定され、生産プログラムの一部として保存されている基板（基準）データの一例を示す。ここで、レール幅は、第１、第２挾持手段６０、６２の間隔を意味する。

次に、本実施形態の作用を、図５のフローチャートを参照して詳細に説明する。

まず、ステップ１では、基板データを生産プログラムから読み取る。基板サイズからソリ（反り）有無判定の基準高さを算出するための基板四隅の位置座標：ＳＤ１と、ソリの状態を高さで読取る為の高さセンサ位置：ＳＤ２（基本的には基板中央付近）の座標を取得する。又、基板材質、基板厚さデータからは、前記図４に例示したような基板保護の為のソリ判定の為の閾値：ＳＤ３、レール幅変更単位量（一回の高さ測定の度にレール幅を微小移動させる量）：ＳＤ４、レール幅変更量可能量：ＳＤ５を取得する。

プリント基板Ｓが前工程から搬入され、基板搬送部１８によって電子部品を搭載する位置決め部３０まで到達すると、バックアップテーブル３４が上昇すると共にプリント基板Ｓの両端部を支持する左右の搬送レール４０、４０も上昇し、プリント基板Ｓの両端部を図２のように挾持する。図示されているように、この時点においては、プリント基板Ｓは中央付近が撓んだ状態になっている。この例では、中央部が凸となる上反りの場合が示されているが、状況によっては凹となる下反りの場合もある。

以上のようにプリント基板Ｓの挾持・固定が終了すると、ステップ２で基準高さを取得する。具体的には、前記図６に示したヘッド部１０をＸＹ移動させ、図２にＢ、Ｃで示すプリント基板Ｓを挾持している幅方向両端部付近を、該ヘッド部１０に付設されている高さセンサ２２により計測する。この計測では、図中紙面に垂直な前後方向の基板端部でも行い、ステップ１で取得した基板四隅の位置座標に相当する合計４箇所の基準位置を測定している。

上記４箇所の測定高さと測定座標を元に、図中Ａで示す基板中央部に撓みがない場合の基準高さを前記ＣＰＵ８２で計算し、その基準値をメモリ８４に保存する。

なお、本実施形態の装置構造では、基板両端部を保持することによって機械的に基板四隅の高さが一定値に限定されるため、基板四隅の高さ値に関しては、基板を保持する都度計測を行わなくとも、表面実装装置の組付・調整時や各基板生産のロット切換時に一度だけ行うようにしてもよい。

次いで、ステップ３では上記高さセンサ２２を基板中央部Ａ（ＳＤ２）に移動させ、ステップ４でその位置の基板高さを測定して取得すると共に、その測定値と基板端部を測定して求めた上記基準値との偏差を求める。

その後、ステップ５では、ステップ４で計測した高さと、基板四隅の高さから算出した基準高さを比較し、その偏差とソリ判定のための前記閾値：ＳＤ３とを比較し、偏差が閾値よりも小さい値であれば（Ｙ）、ソリが十分に小さいものとして動作を完了させる。

一方、ステップ５での比較の結果、基板高さの偏差が閾値よりも大きいと判定された場合（Ｎ）には、この偏差が小さくなるようにステッピングモータ７４を駆動し、第２挾持手段６２を矢印Ａ方向に移動させることにより、向かい合って配置されている二つの搬送レール４０、４０の間隔が離れるようにする。その場合、ステップ６でレール幅変更単位量：ＳＤ４だけレール幅を広げる動作を行った後、ステップ７で再度ソリ判定位置での基板上面高さを測定する。

ステップ８では、ステップ７で計測した高さと、基板四隅の高さから算出した基準高さを比較し、ステップ５と同様にその偏差とソリ判定のための閾値：ＳＤ３とを比較し、閾値よりも小さい値であればソリが十分に小さいものとして動作を完了させる。

逆に、ステップ８での判定が閾値よりも大きい結果であった場合には、ステップ９でその時点でのレール幅の値がレール幅変更可能量：ＳＤ５より大きいか否か比較し、小さい場合はステップ６に戻ってステップ８までの一連の動作を繰返す。

一方、ステップ９で、レール幅の値がレール幅変更可能量：ＳＤ５を上回っていた場合には、基板に破損・変形など異常が生じている可能性があるため、ステップ１０でエラーメッセージを表示し、動作を完了させる。

以上詳述したように、プリント基板Ｓが両側に引っ張られるようにすることにより、撓み分が伸ばされ、反り等の変形が解消されることになる。その際、前記ステップ６〜８のように高さセンサ２２はプリント基板Ｓの中央部Ａの高さを測定し続け、基準値からの偏差があらかじめ設定した閾値以下となった時点で、あるいはステップ９で向かい合って配置されている二つの搬送レール４０、４０の間隔を所定量以上移動した時点で、ステッピングモータ７４の駆動を停止させて制御動作を終了する。

一般に、基板の材質は、ガラスエポキシ、紙、セラミック、ポリイミド、金属など様々であり、厚みも数十μｍから数ｍｍと幅広く使用されている。また形状も切欠や抜き穴があったり一定では無い為、基板の撓みを解消するために幅方向に両端を引っ張った場合には、基板そのものを破損させてしまう可能性がある。逆に弱い力で基板両端部を引っ張った場合には、金属など硬い材質のものの撓みを解消することができないことも起こる。

以上詳述した本実施形態によれば、基板材質や厚さに応じて、可動側搬送レールの移動する力を調節することで、基板の撓みを矯正するだけに必要十分な力のみ与えることができ、基板の破損を抑えることができる。

従って、プリント基板の反り等の変形を、基板を破損させることなく解消することができるため、電子部品の搭載精度の向上を図ることができると共に、搭載位置ずれなどの不具合を解消することができる。また、プリント基板の反り等の変形を、破損等で解消出来ない場合はエラー信号にて動作を停止させることができるため、部品搭載不良基板の発生の防止が可能となる。

又、高さセンサにより基板高さの実測値に基づいて、第１挾持手段６０及び第２挾持手段６２の間隔をフィードバック制御するようにしたので、制御動作を確実にし、プリント基板の固定不良を防止することができる。

なお、プリント基板Ｓの変形の程度を判断するための高さセンサ２２による測定位置は、前記実施形態に示したようにあらかじめ決められた複数箇所であってもよいが、任意の座標を選択するようにしてもよい。

即ち、複数箇所を測定する場合は、前述したように前後左右での変形量が一定でない場合の状況を検知するために有効であるが、任意の座標を選択する場合は「その座標」に特に重要な、例えば搭載位置精度が要求される電子部品を搭載する場合に有効である。

又、プリント基板の高さを複数個所で測定する場合でも、前記４箇所でなくてもよく、左手前、右奥というように２箇所でもよく、５箇所、６箇所と測定箇所を増やすようにしてもよい。

本発明にかかる第１実施形態の基板固定装置を模式的に示す断面図本実施形態の基板固定装置で固定したプリント基板の高さを測定する原理を示す説明図本実施形態の基板固定装置が備えている制御系の概要を示すブロック図基板の種類毎に設定する基板データの一例を示す図表本実施形態の作用を示すフローチャート表面実装装置の概要を示す平面図表面実装装置が備えている基板搬送部の概要を示す拡大斜視図上記基板搬送部が有する基板固定装置の特徴を模式的に示す部分断面図上記基板固定装置の特徴を示す分解斜視図

符号の説明

２２…高さセンサ
３０…位置決め部
３２…バックアップモータ
３４…バックアップテーブル
３６…バックアップピン
４０…搬送レール
４２…搬送レール支持台
４４…基板押え板
４６…軸受台
４８…スライド軸
５０…搬送ベルト
６０…第１挾持手段
６２…第２挾持手段
６４…フレーム底部
６６…ブラケット
６８…ベアリング
７０…ボールねじ
７２…プーリ
７４…ステッピングモータ
７６…タイミングベルト
７８…ボールねじナット部
８２…ＣＰＵ
８４…メモリ

Claims

位置決めされた基板の対向する両端部をそれぞれ挾持する第１挾持手段及び第２挾持手段と、
第１挾持手段及び第２挾持手段の間隔を調整する間隔調整手段と、
第１挾持手段及び第２挾持手段により両端部が挾持された基板の高さを測定する高さ測定手段と、
測定された基板の高さに基づいて前記間隔調整手段により第１挾持手段及び第２挾持手段の間隔を制御する制御手段とを備えていると共に、
前記制御手段が、
前記高さ測定手段により測定される基板高さと基準高さとの偏差の許容限度を規定する閾値を、基板の種類毎に設定する手段と、
前記間隔調整手段により第１挾持手段及び第２挾持手段の間隔を拡げながら、前記高さ測定手段により測定した基板高さと基準高さとの偏差が閾値以下か否かを判定する手段と、を含むことを特徴とする基板固定装置。
前記制御手段が、
基板高さを測定する際に前記間隔調整手段により第１挾持手段及び第２挾持手段の間隔を拡げる単位変更量を、基板の種類毎に設定する手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の基板固定装置。
前記制御手段が、
前記間隔調整手段により第１挾持手段及び第２挾持手段の間隔を拡げる最大幅を規定する変更可能量を、基板の種類毎に設定する手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の基板固定装置。
前記基板の種類が、少なくとも厚さ及び材質により分類されることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板固定装置。