特許 6792458 製造作業機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6792458

(24)【登録日】2020年11月10日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】製造作業機

(51)【国際特許分類】

   H05K 13/04 20060101AFI20201116BHJP

   H05K 3/34 20060101ALI20201116BHJP

【ＦＩ】

   H05K13/04 B

   H05K3/34 505D

【請求項の数】5

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2017-1505(P2017-1505)

(22)【出願日】2017年1月9日

(65)【公開番号】特開2018-113291(P2018-113291A)

(43)【公開日】2018年7月19日

【審査請求日】2019年12月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000237271

【氏名又は名称】株式会社ＦＵＪＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100125737

【弁理士】

【氏名又は名称】廣田 昭博

(72)【発明者】

【氏名】近藤 毅

【審査官】 福島 和幸

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−１５１０８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｋ １３／００−１３／０８

Ｈ０５Ｋ ３／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

機内の作業位置に基板を搬送して保持する基板位置決め装置と、
複数の部品を収容した部品供給装置と、
部品の吸着保持が可能な装着ヘッドにより前記部品供給装置から取り出した部品を作業位置に位置決めされた基板に対して装着する部品装着装置と、
前記作業位置に位置決めされた基板に対応する印刷位置と当該印刷位置から外れた退避位置との間でマスクを移動させるマスク装置と、
前記印刷位置のマスクにクリームはんだの塗り延ばしを行い、前記退避位置へと移動するマスクと同じ方向の退避場所へと移動可能なスキージ装置と
を有する製造作業機。

【請求項2】

前記マスク装置と前記スキージ装置との間には連結機構が設けられ、移動可能に組み付けられた前記マスクが、前記スキージ装置の駆動機構によって前記印刷位置と前記退避位置との間を移動するものである請求項１に記載の製造作業機。

【請求項3】

前記印刷位置と前記退避位置との間を移動するマスクの下面にクリーニングペーパを押し当てるクリーニング装置を有する請求項１又は請求項２に記載の製造作業機。

【請求項4】

前記装着ヘッドに対して基板用カメラが搭載された請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の製造作業機。

【請求項5】

前記印刷位置と前記退避位置との間を移動する移動途中にマスク用カメラが設置された請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の製造作業機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板に対するはんだ印刷と部品装着とを行う製造作業機に関する。

【背景技術】

【0002】

基板に対して電子部品を装着する基板製造ラインでは、スクリーン印刷機と部品装着機とが直列に並べられる構成が一般的である。上流側に配置されたスクリーン印刷機では、印刷パターン孔の形成されたマスクに基板が重ねられ、スキージによってクリームはんだがマスク上で塗り延ばしされることにより、印刷パターン孔を通ったクリームはんだが基板に印刷される。そして、その印刷された基板は、コンベアによって下流側に配置された部品装着機へと送られ、そこでは部品供給部から装着ヘッドによって取り出された部品が基板上に装着される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３−２３６１１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

これまでの基板製造ラインは、スクリーン印刷機と部品装着機とが並べられ、場合によっては両機の間に基板の搬送位置を調整するための振り分け装置などが必要であった。このように多くの機体が並べられる基板製造ラインは、全体が長くなってしまう問題があった。また、はんだ印刷が行われた基板は、スクリーン印刷機のコンベアによって搬出され、後工程の部品装着機のコンベアに載せ替えられて搬送される。あるいは前述したように振分装置を介して搬送されたりもする。そのため、搬送に時間を要してしまいクリームはんだの粘着性が損なわれたり、搬送中の振動によってはんだ形状が崩れてしまうことがあり、基板品質を低下させてしまうことがあった。

【0005】

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、基板へのはんだ印刷と部品装着とを行う製造作業機を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る製造作業機は、機内の作業位置に基板を搬送して保持する基板位置決め装置と、複数の部品を収容した部品供給装置と、部品の吸着保持が可能な装着ヘッドにより前記部品供給装置から取り出した部品を作業位置に位置決めされた基板に対して装着する部品装着装置と、前記作業位置に位置決めされた基板に対応する印刷位置と当該印刷位置から外れた退避位置との間でマスクを移動させるマスク装置と、前記印刷位置のマスクにクリームはんだの塗り延ばしを行い、前記退避位置へと移動するマスクと同じ方向の退避場所へと移動可能なスキージ装置とを有する。

【発明の効果】

【0007】

前記構成によれば、機内の作業位置に基板が搬送されて保持され、退避位置から印刷位置へと移動したマスクを介して、その基板に対してスキージ装置によりクリームはんだの塗り延ばしによるはんだ印刷が行われる。そして、印刷後にはマスク装置やスキージ装置が退避位置へと移動し、続いて、装着ヘッドによって部品供給装置から部品が取り出され、その部品が印刷済みの基板に対して装着される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】製造作業機の一実施形態を示した外観斜視図である。

【図2】製造作業機の簡易的な内部構成を示した図である。

【図3】製造作業機の簡易的な内部構成であり、印刷時を示した図である。

【図4】製造作業機の簡易的な内部構成であり、部品装着時を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

次に、本発明に係る製造作業機の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図１は、本実施形態の製造作業機を示した外観斜視図である。この製造作業機１は、回路基板を製造する基板製造ラインを構成するものである。通常の基板製造ラインは、基板にはんだ印刷を行うスクリーン印刷機と、基板に電子部品などを装着する部品装着機とが順番に並べられた構成となっている。本実施形態の製造作業機１は、そうした両機の機能が一つになって構成され、基板に対するはんだ印刷と部品装着とが可能になっている。

【0010】

製造作業機１は、全体が機体カバー２によって覆われ、機体前後にモニタ３や操作パネル４がそれぞれ配置され、シグナルランプ５なども設けられている。また、機体カバー２には、機体幅方向の両側面に基板を通すための基板搬送開口部６が形成され、隣り合う他の作業機との間で基板の受渡しが行われるようになっている。また、図面手前側の機体前面部には部品供給開口部７が形成され、テープフィーダなどの部品供給装置が取り付けられるようになっている。なお、本実施形態では、製造作業機１の前後方向がＹ軸方向であり、基板が搬送される幅方向がＸ軸方向であり、そして高さ方向がＺ軸方向である。

【0011】

次に、図２乃至図４は、機体カバー２内に構成された製造作業機１の簡易的な内部構成図であり、異なる作業工程での状態が示されている。製造作業機１は、基板１０に対してマスク２０の上面から印刷パターン孔を通してクリームはんだを塗布するはんだ印刷機能と、はんだ印刷が行われた基板１０に対して部品を装着する部品装着機能が備わっている。そこで、先ず、はんだ印刷機能の構造について説明する。はんだ印刷構造は、マスク２０の下方側に基板１０を搬送する基板搬送装置１１や基板をクランプするためのクランプ装置１２などが構成され、上方側にはクリームはんだをマスク２０に塗り延ばすスキージ装置１５などが構成されている。

【0012】

下方側のクランプ装置１２などは昇降装置１３に組み付けられている。その昇降装置１３は、昇降台２１がボールネジ機構２２を介して昇降用モータ２３に連結され、上下方向への移動が可能になっている。昇降台２１上には、支持台２４を介して機体前後方向（Ｙ軸方向）に一対のマスクサポート２５が設けられ、その間にクランプ装置１２が組み付けられている。各マスクサポート２５の上面にはマスク２０と接触するマスク支持プレート２５１が固定されている。そして、一方のマスクサポート２５（図面右側）には、ボールネジ機構２６が組み付けられ、駆動モータの出力によって他方のマスクサポート２５との距離の調整が可能になっている。

【0013】

クランプ装置１２は、支持台３１に一対のサイドフレーム３２が配置され、一方にはボールネジ機構３３が設けられて、クランプ用モータの回転によって両者の距離の調整が可能になっている。また、各サイドフレーム３２の上端部にはクランプ部３５が形成され、互いの距離を調整することによって基板１０が把持できるようになっている。そして、一対のサイドフレーム３２には基板搬送装置１１が組み付けられており、両側のコンベアベルトによって基板１０の端部を支えながら搬送するよう構成されている。

【0014】

更に、一対のサイドフレーム３２の間にはバックアップ装置１４が設けられている。バックアップ装置１４は、バックアップテーブル３７に複数のバックアップピン３８が取り付けられ、そのバックアップピン３８を介して基板１０が持ち上げられるようになっている。そして、クランプ装置１２は、支持台３１が昇降用モータ２７と連結したボールネジ機構を介して支持され、その支持台３１に固定された昇降用モータ２８にはボールネジ機構を介してバックアップテーブル３７が支持されている。

【0015】

次に、スキージ装置１５は、クリームはんだをローリングしながらマスク２０の印刷パターン孔に押し込むことにより、マスク２０の下に位置する基板１０にクリームはんだを塗布するものである。そのスキージ装置１５は、スキージを備えた一対のスキージヘッド４１，４２がシリンダによって昇降可能な状態で走行台４３に搭載されている。走行台４３は、図示しない機体前後方向に架設されたガイドロッドに対して摺動自在に組み付けられ、水平方向に直線移動するよう構成されている。そして、走行台４３には、駆動モータの回転出力を直線運動に変換して伝達する駆動伝達機構が構成されている。その駆動伝達機構としては、例えばボールネジ機構やプーリ・ベルト機構が使用される。

【0016】

ところで、本実施形態の製造作業機１は、マスク２０が機体前後方向（Ｙ軸方向）に移動するよう構成されている。つまり、図２に示す基板１０の上方の印刷位置と、図４に示す機体後方側に設けられた退避位置との間を、マスク２０が移動するようになっている。そのため、具体的には図示しないが、製造作業機１には、マスク２０を着脱可能に保持するマスクホルダを、各位置に移動させる駆動機構を備えたマスク装置が構成されている。駆動機構は、マスクホルダが機体前後方向のガイドレールに摺動自在に組み付けられ、同方向の駆動力を受けて移動する。その駆動手段としては、駆動モータの回転出力をボールネジ機構やプーリ・ベルト機構などを介してマスクホルダの直線運動に変換するようした構成が考えられる。または、スキージ装置１５の駆動手段を利用してマスク２０を移動させる構成であってもよい。例えば、スキージヘッド４１，４２とマスクホルダとの間に連結機構を設け、走行台４３の移動に従ってマスク２０（マスクホルダ）を一体的に移動させるようにする構成である。

【0017】

製造作業機１には、印刷位置にあるマスク２０を検出するためのマスクカメラ４５と、マスク下面の汚れを拭き取るためのクリーニング装置１６とが設けられている。特に、マスク２０側が移動するため、マスクカメラ４５やクリーニング装置１６は定位置に設けられている。そのマスクカメラ４５は、マスク２０に付されたマスクマークを撮像するものであり、その撮像データに基づいて基板１０との相対的位置の確認が行われるようになっている。また、クリーニング装置１６は、クリーニングペーパ５５が巻出しローラ５１から巻取りローラ５２へと送られ、その間にクリーニングペーパ５５をマスク２０の下面に押し当てるクリーニングヘッド５３が設けられている。そして、クリーニング装置１６は、伸縮アクチュエータに搭載されて上下方向に移動可能な構成となっている。従って、クリーニング装置１６が昇降することにより、クリーニングペーパ５５がマスク２０に接触した清掃状態と離間した待機状態とに切り替えられるようになっている。

【0018】

次に、製造作業機１に設けられた部品装着機能の構造について説明する。部品装着構造は、前述したクランプ装置１２やバックアップ装置１４などのほか、テープフィーダ１７からなる部品供給装置や部品の装着を行う装着ヘッド１８からなる部品装着装置などによって構成されている。部品装着装置の装着ヘッド１８は、下方に突き出すようにして部品吸着ノズルが設けられ、エアの負圧と正圧とにより部品を吸着保持及び解放が可能なものである。そして、部品吸着ノズルは、ヘッド本体に対して昇降機構により上下方向移動するよう構成されている。

【0019】

部品装着装置は、装着ヘッド１８を機体前後方向（Ｙ軸方向）に直線的に移動させるＹ軸駆動機構と、機体幅方向（Ｘ軸方向）に直線的に移動させるＸ軸駆動機構が設けられている。例えば、Ｘ軸駆動機構は、Ｘ軸方向に延びるビーム部材に装着ヘッド１８を摺動可能に組み付け、ボールネジ機構と駆動モータにより移動させるようにしたものが考えられる。Ｙ軸駆動機構としては、そのビーム部材の両端にリニアスライダを設け、Ｙ軸方向に沿って配置されたリニアガイドによって構成されたリニアモータが考えられる。よって、両軸の駆動機構を制御することにより、装着ヘッド１８をＸＹ平面上の任意の位置に移動させることが可能になる。

【0020】

その装着ヘッド１８には基板用カメラ４６が一体的に構成されている。従って、製造作業機１では、基板用カメラ４６がＸＹ平面上を移動し、基板１０に付された基板マークを撮像することにより、その撮像データに基づいて基板１０とマスク２０との相対的位置の確認が行われるようになっている。また、基板用カメラ４６では、はんだ印刷が行われた基板１０に対して印刷パターンの撮像も行われる。よって、その撮像データに基づいて印刷検査が行われるようになっている。

【0021】

更に、部品供給装置であるテープフィーダ１７とクランプ装置１２との間にはパーツカメラ４７が設けられている。パーツカメラ４７は、装着ヘッド１８に保持された電子部品を下から撮像するものであり、その画像データから電子部品の破損や、保持された電子部品の保持位置や姿勢が検出できるようになっている。そうした部品検知によって廃棄対象と判断された電子部品は部品回収ボックスへと投入されるようになっている。

【0022】

続いて、製造作業機１の作用について説明する。先ず、基板搬送開口部６から入った基板１０は、図２に示すように、基板搬送装置１１のコンベアベルトによって一対のサイドフレーム３２の間に搬送される。そして、昇降用モータ２８の駆動によりバックアップテーブル３７が上昇し、バックアップピン３８に突き上げられるようにして基板１０がコンベアベルトから持ち上げられる。また、ボールネジ機構３３を介して駆動モータにより一方のサイドフレーム３２が移動し、一対のサイドフレーム３２のクランプ部３５によって基板１０が挟み込まれて保持される。

【0023】

次に、昇降用モータ２７が駆動し、図３に示すように、基板１０を保持した状態のクランプ装置１２全体が上昇して、マスク支持プレート２５１の高さにクランプ部３５と基板１０が合わせられる。そして、基板用カメラ４６によって基板１０の基板マークが撮像される。このときマスク２０は、図４に示すように退避位置にあり、基板１０の上面が開放され基板用カメラ４６によって撮像可能な状態になっている。従って、装着ヘッド１８のＸ軸駆動機構およびＹ軸駆動機構により基板用カメラ４６がＸＹ平面上を移動し、基板１０の基板マークが撮像される。

【0024】

その後、図２に示すように、装着ヘッド１８および基板用カメラ４６が待機位置に戻り、マスク２０およびスキージ装置１５が移動して基板１０上の印刷位置に配置されることとなる。そして、マスク２０のマスクマークがマスクカメラ４５によって撮像される。このマスクマークの撮像データと、先に取得された基板マークの撮像データとから基板１０とマスク２０に関するＸ，Ｙ，θ方向の相対的位置の位置ズレ量が算出され、支持台２４に構成されている補正装置によって位置ズレ補正が行われる。

【0025】

次に、図３に示すように、昇降用モータ２３の駆動により昇降台２１が上昇し、マスク支持プレート２５１、クランプ部３５及び基板１０の上面がマスク２０の下面に軽く接触する高さで停止する。そして、マスク２０の上面側では、例えばスキージ装置１５のスキージヘッド４１が下降し、機体後方に移動することにより、下端のスキージによってクリームはんだがマスク２０上でローリングされる。そのため、クリームはんだが印刷パターン孔を通り、マスク２０の下に位置する基板１０に対してはんだ印刷が行われる。

【0026】

こうして基板１０に印刷パターンが形成された後は、図４に示すように、昇降台２１が下降して基板１０がマスク２０から離れる。そして、マスク２０およびスキージ装置１５が機体後方へ移動して退避位置へ配置されることとなる。その際、クリーニング装置１６が上昇し、クリーニングペーパ５５がクリーニングヘッド５３によってマスク２０の下面に押し当てられる。従って、マスク２０は、自らが移動することにより下面の汚れが拭き取られる。クリーニング装置１６は、クリーニングペーパ５５が所定のタイミングで巻出しローラ５１から巻取りローラ５２へと送られ、使用部分が巻き取られてクリーニングヘッド５３の清掃部分が新しくなる。

【0027】

マスク２０が移動して基板１０の上方が開放されると、次に基板１０に対する部品装着が行われる。テープフィーダ１７は、部品テープが巻出されることにより部品供給位置に電子部品が送られる。そのため、装着ヘッド１８が、テープフィーダ１７の部品供給位置へと移動し、吸着ノズルによって吸着保持した電子部品が取り出される。そして、装着ヘッド１８がパーツカメラ４７上を通過すると、吸着ノズルに保持された電子部品が撮像され、その撮像データにより予め入力されている部品情報との比較判定が行われる。その結果、不適合判定の場合には電子部品の回収処理が行われる。一方、適合部品と判定された場合には、その電子部品が基板１０にまで運ばれて印刷パターンの所定個所に装着される。

【0028】

部品供給開口部７には複数のテープフィーダ１７が設置されており、同種あるいは異なる複数の電子部品について基板への装着が繰り返される。そして、電子部品の装着後は装着ヘッド１８が図２に示す位置に戻って待機することとなる。その後、一方のサイドフレーム３２が離間してクランプ部３５から基板１０が解放され、バックアップテーブル３７の下降により、バックアップピン３８に支持された基板１０がコンベアベルトに移し替えられる。そのため、基板搬送装置１１の駆動により搬入とは反対の基板搬送開口部６から、はんだ印刷と部品装着が行われた基板が搬出される。

【0029】

よって、製造作業機１は、基板１０に対してはんだ印刷と部品装着とを行うことにより、これまでスクリーン印刷機と部品装着機とで行っていた各工程を１台で行うことができるため、基板製造ラインのライン長を短くすることが可能になる。そして、基板１０を一箇所でクランプしたままはんだ印刷と部品装着とを行うため、はんだ印刷工程から部品装着工程への移動が省略され、生産効率を向上させることができる。また、基板１０の搬送が無くなったことで、はんだ印刷の後に部品装着するまでの時間が短縮され、クリームはんだの粘着性が損なわれたり、搬送中の振動によってはんだ形状が崩れてしまうことが回避でき、製品の品質が向上する。

【0030】

製造作業機１は、マスクホルダに取り付けられたマスク２０を機体前後方向に移動させるようにしているが、スキージヘッド４１，４２とマスクホルダとの間に連結機構を設けることにより、スキージ装置１５に本来備わっている移動のための駆動伝達機構を利用することができる。そのため、マスク２０を移動させる専用の駆動伝達機構を設ける必要がなくなる。また、基板用カメラ４６は、基板１０に対するクランプ位置の検出や基板に形成された印刷パターンの印刷検査のため移動が必要であるが、移動機構を備えた装着ヘッド１８と一体になって構成されているため、基板用カメラ４６にも専用の移動機構を設ける必要がない。

【0031】

通常のスクリーン印刷機では、クリーニング装置１６が移動してマスク２０の清掃を行うが、製造作業機１ではマスク２０が移動するため、クリーニング装置１６に対する移動機構を設ける必要がない。また、印刷時のマスク２０の位置を検出するためのマスクカメラ４５も通常のスクリーン印刷機では移動するよう構成されているが、製造作業機１では、マスク２０が移動するため、マスクカメラ４５に対する移動機構を設ける必要もない。

【0032】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
前記実施形態では、マスクホルダを機体前後方向に水平移動するようにしたマスク装置を示したが、製造作業機の前後方向の寸法を短くするため、例えば、マスク２０が起立するように姿勢を変えながら機体後方に移動するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0033】

１…製造作業機 ２…機体カバー ６…基板搬送開口部 ７…部品供給開口部 １０…基板 １１…基板搬送装置 １２…クランプ装置 １３…昇降装置 １４…バックアップ装置 １５…スキージ装置 １６…クリーニング装置 １７…テープフィーダ １８…装着ヘッド ２０…マスク ４５…マスクカメラ ４６…基板用カメラ ４７…パーツカメラ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】