JP6001494B2 - バックアップピン、基板支持装置、基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、プリント基板を支持する技術に関する。

従来から、印刷機、ディスペンサ、表面実装機、リフロー装置などの各種基板処理装置を一列状に配置して製造ラインを構築し、プリント基板に、半田ペーストの印刷処理、接着剤の塗布処理、電子部品の実装処理、基板検査処理、リフロー処理の各処理を順に行うことで、実装基板を製造することが広く行われている。この種の基板処理装置においては、印刷処理、塗布処理、実装処理を行う際に、プリント基板が撓むことを防ぐため、基板支持装置を設けている。

基板支持装置は昇降自在なサポートテーブルと、サポートテーブル上に配置されるバックアップピンとを備え、プリント基板をバックアップピンにより下から支える構造となっている。下記特許文献１に記載の基板支持装置によれば、サポートテーブル上にホルダプレートを設けている。ホルダプレートは、ピン固定用穴を行列状に形成した構造となっていて、ピン端部をピン固定用穴に差し込むことで、バックアップピンを固定できる構造となっている。このようなホルダプレートを設けることで、バックアップピンの倒れ防止を図ると共に、バックアップピンの固定位置の精度を出すことが可能となっている。

特開２００７−１９２１８号公報

ところで、仕様によってはホルダプレート（以下、位置決めプレート）が装備されていない基板支持装置もあり、従来は、位置決めプレートが装備されていない基板支持装置と、位置決めプレートが装備されている基板支持装置で別々のバックアップピンを使用していた。理由は、バックアップピンの配置密度を高くするには、位置決めプレートに形成する位置決め孔を出来る限り小径にする必要があることから、位置決めプレート用のバックアップピンは、下端部のピン径が小径となる。そのため、このバックアップピンをサポートテーブル上に直接配置する場合、下端部のピン径が小さすぎて、姿勢が安定しないためである。

位置決めプレートの有無に応じて使用するバックアップピンの種類を変えることは、それだけ、ピンの保有数が増えることになる。そのため、バックアップピンを共通化することが求められていた。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、位置決めプレートの有無によらず、バックアップピンを共通化することを目的とする。

本発明は、基板支持装置に設けられたベース上に配置され、プリント基板を支持するためのバックアップピンであって、前記ベース上に着脱自在に装着される位置決めプレートに形成された位置決め孔に対して嵌合する小径部を下端側に形成すると共に、先端側が前記プリント基板を支持する支持部とされたバックアップピン本体と、前記バックアップピン本体の前記小径部に対して着脱可能に取り付けられ、前記位置決めプレートを使用せずに前記ベース上に前記バックアップピン本体を配置する場合に前記ベースに対して前記バックアップピン本体を起立した姿勢に安定させる姿勢安定部材とを備えたところに特徴を有する。

この発明では、位置決めプレート使用時は、姿勢安定部材を取り外してバックアップピン本体を単体で使用し、位置決めプレート未使用時は、バックアップピン本体に姿勢安定部材を取り付けて使用することで、位置決めプレート使用時と未使用時の双方でバックアップピン本体を共通使用できる。

本発明の実施態様として、以下の構成が好ましい。
・前記姿勢安定部材は、前記小径部を嵌合させる軸孔を中心部に貫通形成した金属体と、前記軸孔の内周面に取り付けられ、前記小径部に密着する弾性材料からなる密着リングとを備える。金属同士の嵌め合いに比べて密着性が高く、かつ取り外しが容易である。また、摩耗しても、密着リングだけの交換で済むため、コストメリットが高い。

・前記バックアップピン本体の下端面に形成された収容部に対してマグネットを取り付ける。ベースに対してバックアップピンを磁力で固定できるため、バックアップピンが倒れ難く、また位置ずれを起こし難い。

・前記ベースに対して前記バックアップピン本体の下端面だけを接触させ、前記マグネット側は非接触とする。ベースに対するピンの固定を優先する場合、マグネットをベースに接触させた方がよい。しかし、マグネットをベースに接触させる場合、ピン先端の高さ位置がマグネット下面の位置により左右されるため、バックアップピン本体に対するマグネットの取り付け位置に誤差があると、プリント基板の支持位置が「ばらつく」という問題がある。この点に関し、本構成では、マグネットをベースに接触させない構成としてあり、プリント基板の支持位置は、バックアップピン本体の高さのみで決まる（依存する）。バックアップピン本体は加工精度が高く、高さのばらつきは小さいので、プリント基板の支持位置の「ばらつき」を小さくすることが可能となる。

本発明によれば、位置決めプレート使用時と未使用時の双方でバックアップピン本体を共通使用できる。

本発明の一実施形態における表面実装機を示す斜視図 ヘッドユニットの支持構造を示す図 基板支持装置の斜視図（位置決めプレート使用時） バックアップピンの分解斜視図 バックアップピンの断面図 基板支持装置の垂直断面図 ベースに対するバックアップピンの支持構造を示す断面図（位置決めプレート使用時） 位置決めプレートの平面図 基板支持装置の斜視図（位置決めプレート未使用時） ベースに対するバックアップピンの支持構造を示す断面図（位置決めプレート未使用時） 基板支持装置の正面図（図３をＡ方向から見た図） バックアップピンの変形例を示す図 バックアップピンの変形例を示す図

＜実施形態１＞
１．表面実装機１の全体構造
本発明の実施形態１を図１ないし図１１によって説明する。図１は表面実装機の平面図、図２はヘッドユニットの支持構造を示す図である。本表面実装機（本発明の「基板処理装置」に相当）１はプリント基板（以下、単に基板）Ｐに対して電子部品Ｂを実装する装置であり、図１にて示すように、上面が平らな基台１０上に各種装置（基板Ｐを搬送する搬送コンベア２０、基板Ｐを支持する基板支持装置３０、基板Ｐ上に電子部品Ｂを実装する実装作業装置（本発明の「実行部」に相当）１００を配置してなる。

尚、以下の説明において、基台１０の長手方向（図１の左右方向）をＸ方向と呼ぶものとし、Ｙ方向、Ｚ方向をそれぞれ図１、図２の向きに定めるものとする。また、図１において右手側を上流側（作業対象となる基板Ｐの搬入側）、左手側を下流側（作業済みの基板Ｐの搬出側）として説明を行う。

基台１０はＸ方向に長い長方形状をなしており、中央に搬送コンベア（以下、単にコンベアと呼ぶ）２０を配置し、また、上流側にあたる基台１０の右端に搬入コンベア１２を、下流側にあたる基台１０の左端に搬出コンベア１３を配置している。これら３つのコンベア１２、１３、２０は互いに段差なく連続しており、作業対象となる基板ＰをＸ方向（図１の右側から左側）に順々に送ることが出来る構成となっている。

基台１０上には、昇降動作可能な基板ストッパ２５が設けられており、コンベア２０によりＸ方向に送られる基板Ｐを、基台中央の実装作業位置にて停止させる構成となっている。そして、基台中央には基板支持装置３０が設けられており、実装作業位置に停止したプリント基板Ｐを下から支える構造となっている。尚、基板支持装置３０の構造については、図３、図７、図１１等を参照して詳しく説明を行う。

また、基台１０上であって、上記実装作業位置の周囲４箇所には部品供給部８０が設けられ、そこには部品供給装置としてのフィーダ８５がＸ方向に整列状に設置されている。各フィーダ８５は、部品供給テープが巻回されたリール（不図示）、リールから部品供給テープを引き出す電動式の送出装置（不図示）などから構成されている。

部品供給テープには電子部品Ｂが一定間隔にて保持されており、送出装置を駆動させると、部品供給テープの引き出しに伴い、電子部品Ｂが一つずつ供給される。そして、供給された電子部品Ｂは、次に説明する実装作業装置１００により、実装作業位置上にてバックアップされた基板Ｐ上に実装される構成となっている。

また、基台１０上であってコンべア２０のＹ方向の両側には、部品認識カメラ９５が一対設置されている。この部品認識カメラ９５は、吸着ヘッド１８５により吸着保持された電子部品Ｂを撮影するためのものである。

実装作業装置１００は電子部品Ｂを吸着保持する吸着ヘッド１８５と移動装置１３０と、から構成されている。本移動装置１３０はＸＹＺの直交する３つの駆動軸を備えた直交座標ロボットであり、これら３つの駆動軸を複合的に駆動させることで、吸着ヘッド１８５を基台１０上の任意位置に移動操作する。

具体的に説明してゆくと、図１に示すように基台１０上には一対の支持脚１４１が設置されている。両支持脚１４１は実装作業位置の両側（Ｘ方向両側）に位置しており、共にＹ方向（図１では上下方向）にまっすぐに延びている。

両支持脚１４１にはＹ方向に延びるガイドレール（Ｙ方向案内軸）１４２が支持脚上面に設置されると共に、これら左右のガイドレール１４２に長手方向の両端部を嵌合わさせつつヘッド支持体１５１が取り付けられている。

また、図１において右側の支持脚１４１にはＹ方向に延びるＹ軸ボールねじ軸（Ｙ方向駆動軸）１４５が装着され、更にＹ軸ボールねじ軸１４５にはボールナット（不図示）が螺合されている。そして、Ｙ軸ボールねじ軸１４５の軸端部にはＹ軸モータ１４７が設けられている。

同Ｙ軸モータ１４７を通電操作すると、Ｙ軸ボールねじ軸１４５に沿ってボールナットが進退する結果、ボールナットに固定されたヘッド支持体１５１、ひいては次述するヘッドユニット１６０がガイドレール１４２に沿ってＹ方向に水平移動する（Ｙ軸サーボ機構）。

図２に示すように、ヘッド支持体１５１にはＸ方向に延びるガイド部材（Ｘ方向案内軸）１５３が設置され、更に、ガイド部材１５３に対してヘッドユニット１６０が、移動自在に取り付けられている。このヘッド支持体１５１には、Ｘ方向に延びるＸ軸ボールねじ軸（Ｘ方向駆動軸）１５５が装着されており、更にＸ軸ボールねじ軸１５５にはボールナットが螺合されている。

そして、Ｘ軸ボールねじ軸１５５の軸端部にはＸ軸モータ１５７が設けられており、同Ｘ軸モータ１５７を通電操作すると、Ｘ軸ボールねじ軸１５５に沿ってボールナットが進退する結果、ボールナットに固定されたヘッドユニット１６０がガイド部材１５３に沿ってＸ方向に移動する（Ｘ軸サーボ機構）。

従って、Ｘ軸サーボ機構、Ｙ軸サーボ機構を複合的に制御することで、基台１０上においてヘッドユニット１６０を水平方向（ＸＹ方向）に移動操作出来る構成となっている。

係るヘッドユニット１６０は一列状に吸着ヘッド１８５が設けられている。各吸着ヘッド１８５は、Ｚ軸ボール螺子からなるＺ軸サーボ機構（図略）により、Ｚ方向に移動操作可能とされる。そして、各吸着ヘッド１８５の先端には吸着ノズル１８６が設けられており、ヘッド先端に吸引力を生じさせるようになっている。以上のことから、ヘッドユニット１６０を部品供給部８０と基台中央の実装作業位置との間を往復移動させつつ、吸着ヘッド１８５を適宜昇降操作することにより、部品供給部８０から電子部品Ｂを取り出すことが出来、かつ取り出した電子部品Ｂを実装作業位置にてバックアップされた基板Ｐ上に実装できる。

２．基板支持装置の構造
基板支持装置３０は実装作業位置に停止したプリント基板Ｐを下から支える機能を果たすものであり、図３に示すように、ベース３１と、ベース３１を支える支持テーブル３５と、位置決めプレート４０と、バックアップピン５０と、昇降装置７０とから構成されている。

バックアップピン５０はベース３１上に縦向きに配置されプリント基板Ｐを下から支える機能を果たすものである。バックアップピン５０は、図４に示すように、バックアップピン本体５１と、姿勢安定部材６０とから構成されている。バックアップピン本体５１は上下方向に長い形状をした、段付きピンであり、胴部５２の下側に小径部（胴部５２よりも小径の小径部）５３を形成し、上側（先端側）に支持部５５を形成している。支持部５５は、小径部５３よりも更に細径であり、上方に真っ直ぐに延びている。支持部５５は、プリント基板Ｐを支持する機能を果たすものであり、上端面は水平な支持面となっている。

小径部５３は位置決めプレート４０に形成された位置決め孔４３の相手となるものであり、位置決め孔４３に対して、隙間なく嵌合する構成となっている。また、小径部５３の端面には収容部４４が形成されている。収容部４４は下方に開口しており、内部にはマグネット４５が取り付けられている（図５参照）。

姿勢安定部材６０は金属ブロック（本発明の「金属体」に相当）６１と、密着リング６５とを備える。金属ブロック６１は円柱状をしており、上下に貫通する軸孔６３を中心部に形成している。軸孔６３は、バックアップピン５０の小径部５３に対応している。そのため、軸孔６３に小径部５３を嵌め合わすことで、バックアップピン本体５１の下部に対して、姿勢安定部材６０を装着できる構成となっている。密着リング（シールリング）６５は、ゴムなどの弾性部材から構成されており、図５に示すように、金属ブロック６１に形成された軸孔６３の内周側の上下２か所に取り付けられている。そして、軸孔６３に対して小径部５３を嵌め合わせた状態では、密着リング６５が弾性的に変形しつつ小径部５３の外周に密着することから、バックアップピン本体５１に対して姿勢安定部材６０を、がたつきなく装着することが出来る。

姿勢安定部材６０は、先に説明したように軸孔６３に小径部５３を嵌合させただけの構造であるから、嵌合を解くことで、バックアップピン本体５１から簡単に取り外すことが出来る。このように姿勢安定部材６０を着脱自在とするのは、以下に説明する位置決めプレート４０は、使用の有無をユーザ側で選択できるようになっており、位置決めプレート４０を使用する場合と、位置決めプレート４０を使用しない場合で、バックアップピン本体５１を共通使用するためである。

尚、位置決めプレート４０を使用する場合のメリットとしては、バックアップピン５０を、所定の場所に位置決めできる点がある。また、デメリットとしては、バックアップピン５０の位置が調整できない点があり、例えば、両面実装タイプのプリント基板Ｐをバックアップする時にバックアップピン５０と部品が干渉する場合がある。

図３に示すように、位置決めプレート４０はベース３１の大きさと概ね等しい形状の金属板であり、周囲には下向きに屈曲するフランジ４１が形成されている。そして、位置決めプレート４０の下面の四隅には、ホルダ３３を介してマグネット３５が固定されており、位置決めプレート４０は、マグネット３５の磁力により、ベース３１に固定される構成となっている（図６参照）。そのため、マグネット３５の磁力に抗して位置決めプレート４０をベース３１から引き離すことで、位置決めプレート４０を容易に取り外することが出来る構成となっている。

そして、ベース３１上には、ガイドピン３７が設けられる一方、位置決めプレート４０には、ガイド孔４７が形成されており、ガイド孔４７にガイドピン３７を嵌合させることで、ベース３１に対して位置決めプレート４０を位置決めできる構成となっている。

図３に戻って説明を続けると、位置決めプレート４０の板面には、位置決め孔４３が貫通形成されている。位置決め孔４３はバックアップピン５０の後端に形成された小径部５３の相手となるものであり、小径部５３を隙間なく嵌合させる大きさとなっている。

位置決めプレート４０を使用する場合には、バックアップピン本体５１を単体で使用する。すなわち、図３、図７に示すように、ベース３１上に装着された位置決めプレート４０の位置決め孔４３に対して小径部５３を差し込むようにして、ベース３１上にバックアップピン本体５１を縦向きに装着する。装着されたバックアップピン本体５１は、図７に示すように、小径部５３の下端面がベース上に面当たりしてベース上に起立した状態となり、更に、マグネット４５の磁力により、ベース３１上に固定される。また、位置決めプレート４０の上面の位置は、バックアップピン本体５１の胴部５２の下端位置（段差部）よりも低い設定としてあり、位置決めプレート４０とバックアップピン本体５１が上下方向で干渉しない設定となっている。

尚、本実施形態では、位置決めプレート４０に対して、位置決め孔４３を縦１３列、横２９列形成しており、位置決めプレート４０を使用した場合、ベース３１上に最大で３７７本のバックアップピン５０を取り付け出来る。また、位置決めプレート４０上には、図８に示すように、縦方向の各列と横方向の各列に、それぞれ番地(Ａ〜Ｍ、１〜２９）が割り振られており、番地を参考にして配置作業を行うことで、ベース３１上の所望の位置に、バックアップピン５０をセットできる構成となっている。

一方、位置決めプレート４０を使用しない場合には、バックアップピン本体５１に対して姿勢安定部材６０を取り付けて使用する。すなわち、図９に示すように、姿勢安定部材６０を下に向けた状態で、ベース３１上にバックアップピン５０を縦向きに装着する。装着されたバックアップピン５０は、図１０に示すように、小径部５３の下端面がベース３１上に面当たりしてベース３１上に起立した状態となり、更に、マグネット４５の磁力により、ベース３１上に固定される。そして、位置決めプレート４０を使用しない場合、バックアップピン５０は、側方がフリーになるので、その分、倒れ易くなる。しかし、何らかの拍子で、バックアップピン５０が傾いても、姿勢安定部材６０がベース３１に接触（具体的には、姿勢安定部材６０の底部外周縁がベース３１に接触）して、バックアップピン５０の倒れを規制するように作用するので、位置決めプレート４０が無くでも、バックアップピン５０が起立した状態に安定し易くなる。

尚、ベース３１に対するバックアップピン５０の固定を優先する場合、マグネット４５をベース３１に接触させた方がよい。しかし、マグネット４５をベース３１に接触させる場合、ピン先端の高さ位置がマグネット下面の位置により左右されるため、バックアップピン本体５１に対するマグネット４５の取り付け位置に誤差があると、プリント基板Ｐの支持位置が「ばらつく」という問題がある。

この点に関し、本構成では、マグネット４５の全体を収容部４４に収めていて、図７、図１０に示すように、マグネット４５をベース３１に接触させない構成（非接触構造）としてある。そのため、プリント基板Ｐの支持位置は、バックアップピン本体５１の高さのみで決まる（依存する）。一般的に、ピンの加工精度は高く、ピンの高さの「ばらつき」は小さいので、プリント基板Ｐの支持位置の「ばらつき」を小さくすることが可能となる。

また、図１０に示すように、姿勢安定部材６０についてもベース３１に接触しないように、小径部５３の下面の位置よりも、姿勢安定部材６０の下面の位置を高く設定している。このような構成としているのは、上記同様、プリント基板Ｐの支持位置を、バックアップピン本体５１の高さのみで決まる（依存する）ようにすることにより、プリント基板Ｐの支持位置の「ばらつき」を小さくためである。

昇降装置７０は、図３、図６、図１１に示すように、複数本のガイドシャフト７２と、ガイドシャフト７２を支えるハウジング７３と、ボールスクリュー７５と、軸受け部７６と、モータ７７とを備えている。ガイドシャフト７２は、支持テーブル３５を上下移動可能に支えており、支持テーブル３５を水平に昇降させる機能を果たす。

ボールスクリュー７５は軸受け部７６によって上下方向に進退可能に支持されており、上端部は支持テーブル３５の下面中央部に連結されている。このボールスクリュー７５には、軸受け部７６に設けられたボールナット（図略）が螺合しており、軸周りの回転運動を軸に沿った直線運動に変換するボール螺子機構を構成している。

モータ７７は軸受け部７６の側部（図１１の右側部）において、モータ軸を上に向けて設置されている。軸受け部７６とモータ７７にはそれぞれプーリが設けられており、両プーリ間が無端ベルト７９によって渡されている。

以上のことから、モータ７７を駆動させると、その回転力が無端ベルト７９を介して軸受け部７６のボールナットへと伝達され、ボールスクリュー７５を上下動させる。その結果、支持テーブル３５がボールスクリュー７５と一体的に昇降して、ベース３１を下降位置（図略）と上昇位置（図略）との間で変位させる構成となっている。

ベース３１を下降位置に位置させた状態では、コンベア上を搬送されるプリント基板Ｐの下方において、各バックアップピン５０が、基板Ｐから所定距離隔てた離間状態となる。その一方、ベース３１を上昇位置に移動させると、バックアップピン５０が基板下面に下から当接して、実装作業位置にて停止したプリント基板Ｐをバックアップする構成となっている。

３．本実施形態の効果
本実施形態によれば、位置決めプレート４０を使用する場合と、使用しない場合で、バックアップピン本体５１を共通使用できる。そのため、位置決めプレート４０の有無に応じて使用するバックアップピンの種類を変える場合に比べて、ピンの保有数を約半分程度に減らすことが可能となる。

また、本実施形態によれば、金属ブロック６１の軸孔６３に密着リング６５を設けている。そのため、金属同士の嵌め合いに比べて密着性が高く、かつ取り外しが容易である。また、摩耗しても、密着リング６３だけの交換で済むため、金属ブロック６１を全交換する場合に比べて、コストメリットが高い。

また、本実施形態によれば、ベース３１に対してバックアップピン５０を磁力で固定するようにしているので、バックアップピン５０が倒れ難く、また位置ずれを起こし難い。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態では、基板支持装置３０を搭載した基板処理装置の一例として「表面実装機１」を例示したが、基板処理装置は表面実装機に限定されない。すなわち、基板支持装置３０を用いてバックアップしたプリント基板Ｐに対して、何らの処理を行う装置であればよく、例えば、プリント基板Ｐに半田ペーストを印刷する印刷装置や、プリント基板Ｐ上に接着剤を塗布するディスペンサに、本発明を適用することも可能である。尚、印刷装置の場合、スキージやスキージを駆動（移動）させる駆動部が「実行部」であり、ディスペンサの場合、塗布液を吐出するヘッドやヘッドを駆動（移動）させる駆動部が「実行部」である。

（２）上記実施形態では、バックアップピン５０をストレート形状としたが、例えば、図１２に示すように、バックアップピン本体５１の先端の支持部５５ＡをＬ字型に曲げた形状にしてもよい。Ｌ字型に折り曲げた形状にしておけば、ベース３１からはみ出す範囲についてもバックアップすることが可能となるという効果が得られる。

（３）上記実施形態では、姿勢安定部材６０を金属製としたが、図１３に示すように、姿勢安定部材６０Ａを合成樹脂製として密着リングを廃止してもよい。このようにすれば、コストを下げることが可能である。

１...表面実装機
３０...基板支持装置
３１...ベース
４０...位置決めプレート
４３...位置決め孔
４５...マグネット
５０...バックアップピン
５１...バックアップピン本体
５３...小径部
６０...姿勢安定部材
６１...金属ブロック（本発明の「金属体」に相当）
６５...密着リング
７０...昇降装置
１００...実行作業装置（本発明の「実行部」に相当）

Claims (7)

1. 基板支持装置に設けられたベース上に配置され、プリント基板を支持するためのバックアップピンであって、
   前記ベース上に着脱自在に装着される位置決めプレートに形成された位置決め孔に対して嵌合する小径部を下端側に形成すると共に、先端側が前記プリント基板を支持する支持部とされたバックアップピン本体と、
   前記バックアップピン本体の前記小径部に対して着脱可能に取り付けられ、前記位置決めプレートを使用せずに前記ベース上に前記バックアップピン本体を配置する場合に前記ベースに対して前記バックアップピン本体を起立した姿勢に安定させる姿勢安定部材とを備えたバックアップピン。
2. 前記姿勢安定部材は、
   前記小径部を嵌合させる軸孔を中心部に貫通形成した金属体と、
   前記軸孔の内周面に取り付けられ、前記小径部に密着する弾性材料からなる密着リングと、を備える請求項１に記載のバックアップピン。
3. 前記バックアップピン本体の下端面に形成された収容部に対してマグネットを取り付けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバックアップピン。
4. 前記ベースに対して前記バックアップピン本体の下端面だけが接触し、前記マグネットは非接触であることを特徴とする請求項３に記載のバックアップピン。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のバックアップピンと、
   前記バックアップピンを取り付けるためのベースと、
   前記ベースを昇降させる昇降装置と、を備えた基板支持装置。
6. 前記ベースの上面に対して着脱自在に装着され、前記バックアップピンを位置決めする位置決め孔を形成してなる位置決めプレートを備えた請求項５に記載の基板支持装置。
7. 請求項５又は請求項６に記載の基板支持装置と、
   前記基板支持装置により支持されたプリント基板に対して所定の処理を実行する実行部とを備えた基板処理装置。

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