JP2004186317A - 表面実装機 - Google Patents
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Abstract
【課題】押し付け圧力の制御をより精度良く行えるようにする。
【解決手段】移動可能なヘッドユニット５に、昇降駆動される可動フレーム２４を設け、これにエアベアリングシリンダ３０を搭載した。このエアベアリングシリンダ３０のプランジャ３４をノズルシャフトとしてその下端部に吸着ノズル２０ａを取付けることにより吸着ヘッド２０を構成した。また、エアベアリングシリンダ３０に供給する加圧エアのエア圧を制御電圧値に応じた圧力に制御する電空レギュレータ３８を設けた。そして、吸着ヘッド２０による実装時の押し付け圧力が所定圧力となるように予め設定された値の制御電圧を電空レギュレータ３８に与える制御手段を設けた。
【選択図】 図３
【解決手段】移動可能なヘッドユニット５に、昇降駆動される可動フレーム２４を設け、これにエアベアリングシリンダ３０を搭載した。このエアベアリングシリンダ３０のプランジャ３４をノズルシャフトとしてその下端部に吸着ノズル２０ａを取付けることにより吸着ヘッド２０を構成した。また、エアベアリングシリンダ３０に供給する加圧エアのエア圧を制御電圧値に応じた圧力に制御する電空レギュレータ３８を設けた。そして、吸着ヘッド２０による実装時の押し付け圧力が所定圧力となるように予め設定された値の制御電圧を電空レギュレータ３８に与える制御手段を設けた。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を吸着した吸着ヘッドを下降させて電子部品を基板上の所定箇所に実装する表面実装機において、特に、電子部品を実装する際の吸着ヘッドの押し付け圧力を制御できるように構成された表面実装機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような表面実装機として、本願出願人は特許文献１に開示される表面実装機を提案している。
【０００３】
この表面実装機は、図７に示すように、部品吸着用のヘッド６１（吸着ヘッド６１）を備えた移動可能なヘッドユニット６０を有している。このヘッドユニット６０には、サーボモータ６２の作動により昇降駆動されるフレーム６３が設けられ、このフレーム６３に対して前記吸着ヘッド６１が支持されている。具体的には、吸着ヘッド６１を構成するシャフト６４の途中部分にブロックユニット６５が固着され、このブロックユニット６５が前記フレーム６３に固定されたエアシリンダ６６のピストンロッド６７先端に連結されることにより、前記フレーム６３に吸着ヘッド６１が支持されている。そして、前記ブロックユニット６５に対し、プッシュロッド６８が上下方向に変位可能な状態で、かつ圧縮スプリング６９により下向きに付勢された状態で挿着され、このプッシュロッド６８の先端（下端）が前記フレームに設けられたロードセル７０に当接している。
【０００４】
すなわち、この構成では、前記エアシリンダ６６のピストンロッド６７を動かすエア圧を制御することによって圧縮スプリング６９の弾性復元力を初期圧力としてロードセル７０に付与しておくことにより、前記サーボモータ６２の作動によりフレーム６３と一体に吸着ヘッド６１が下降して部品が基板に当接して上向きの反力を受けると、ロードセル７０へ加わる圧力が減少し、その減少分が押し付け圧力として検出されるようになっている。従って、この検出圧力が所望の圧力となるように前記サーボモータ６２の作動を制御することにより前記吸着ヘッド６１の押し付け圧力を制御できるように構成されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２０３４９８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような構成においては、構造的に以下のような問題が考えられる。
【０００７】
すなわち、吸着ヘッド６１の荷重制御をより精度良く行うには、ロードセル７０による検出圧力の精度を高める必要があり、それには吸着ヘッド６１に不要な摺動抵抗が作用しない構成とするのが理想である。しかし、上記の構成では、吸着ヘッド６１がブロックユニット６５を介してエアシリンダ６６のピストンロッド６７に連結されているため、該プランジャ６７をシールするシール部材等が抵抗要素となることが考えられ、例えば、実装部品が極小のチップ部品等である場合には、前記シール部材による摺動抵抗に起因する検出圧力誤差が押し付け圧力の制御上、無視できない場合も考えられる。
【０００８】
また、吸着ヘッド６１の押し付け圧力を正確に検出するには、まず、エアシリンダ６６に対して設定エア圧を正しく供給することが必要となり、それには、エアシリンダ６６の近傍にエア圧の制御バルブ等を配置して応答性を高めるのが理想である。しかし、ヘッドユニット６０にエアシリンダ６６やブロックユニット６５等を搭載した上、さらにそのエア圧を制御するバルブ類をヘッドユニット６０に搭載すると、ヘッドユニット６０が高重量となり実装速度を高める上で不利となることら、制御バルブ等をヘッドユニット６０に搭載することは現実には難しい。従って、上記の構成では、押し付け圧力制御の精度確保と実装速度の高速化といった二律背反する問題がある。
【０００９】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであって、押し付け圧力の制御をより精度良く行うこと、より好ましくは押し付け圧力の制御を精度良く行う一方で実装速度の高速化の要請にも応えることができる表面実装機を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、移動可能なヘッドユニットと、このヘッドユニットに昇降可能に支持されて電子部品を吸着した状態で保持する吸着ヘッドと、この吸着ヘッドを昇降駆動する駆動手段と、前記電子部品を基板に実装する際の前記吸着ヘッドの押し付け圧力を制御する圧力制御手段とを備える表面実装機において、シリンダ室およびプランジャ挿通孔を有するシリンダブロックと、前記プランジャ挿通孔に挿入されて下方に突出するプランジャと、前記シリンダ室およびプランジャ挿通孔に加圧エアを導入して前記プランジャを非接触状態で支持する軸受部材とを備え、かつ前記シリンダ室への加圧エアの導入により前記プランジャを下向きに押圧するための圧力作用部が前記プランジャに設けられてなるエアベアリングシリンダが前記ヘッドユニットに昇降可能に支持され、前記エアベアリングシリンダのプランジャ下端部に部品吸着用のノズルが装着されることにより前記吸着ヘッドが構成され、さらに制御電圧の値に基づいて前記エアベアリングシリンダに供給する前記加圧エアの圧力を制御する電空レギュレータが設けられ、前記圧力制御手段が、所定の押し付け圧力を得ることができる前記加圧エアのエア圧に対応する値の制御電圧を前記電空レギュレータに与えるように構成されているものである。
【００１１】
この構成では、圧力制御手段からの制御電圧値に応じた加圧エア、つまり定められた押し付け圧力を得ることができる圧力の加圧エアがエアベアリングシリンダのシリンダ室へ供給され、これによりプランジャ（吸着ヘッド）が加圧エアの圧力で下向きに押圧される。そして、部品の実装に伴いプランジャに上向きの力が作用し、この上向きの力により圧力作用部とシリンダ室壁との隙間が変動して加圧エアのエア圧が変動すると、電空レギュレータがこの変動を解消するように自動的に作動し、その結果、シリンダ室に供給される加圧エアのエア圧が制御電圧に応じた圧力に保たれることとなる。従って、定められた押し付け力で該部品を基板に搭載することが可能となる。
【００１２】
この構成によると、プランジャがエアベアリングシリンダ内において非接触状態で支持されるため、吸着ヘッドには殆ど摺動抵抗が無く、従って、基板に対する電子部品の実装時には、その当接に伴いプランジャが抵抗なく速やかに変位することとなる。従って、前記シリンダ室に供給される加圧エアの圧力変動が応答性良く起き、このような圧力変動が電空レギュレータの作動により速やかに解消されることにより吸着ヘッドの荷重制御が精度良く行われることとなる。
【００１３】
また、請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の表面実装機において、前記電空レギュレータが前記エアベアリングシリンダに一体に固定された状態で前記ヘッドユニットに搭載されているものである。
【００１４】
このようにエアベアリングシリンダの近傍に電空レギュレータを配置した構成によると、エア圧制御の応答性を向上させることができ、吸着ヘッドの荷重制御をより一層精度良く行うことが可能となる。
【００１５】
また、請求項３にかかる発明は、請求項１又は２に記載の表面実装機において、電子部品の種類とその種類に対応する前記押し付け圧力に関するデータを記憶する記憶部を有し、前記圧力制御手段は、基板に装着する部品の種類に応じて前記記憶部に記憶されている前記データに基づいて前記電空レギュレータに制御電圧を与えるように構成されているものである。
【００１６】
この構成によると、電子部品の種類に応じた最適な荷重制御を行うことが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１８】
図１は本発明にかかる表面実装機を概略的に示している。この表面実装機は、基台１上に配置されるコンベア２により搬送されて所定の実装位置で停止した被実装用のプリント基板３（二点鎖線に示す）に対して、部品供給部４において供給される半導体パッケージ、トランジスタ、コンデンサ等の完成電子部品と、チップ供給部１５において供給されるベアチップとの双方を混載して実装することができるハイブリッド型の表面実装機である。
【００１９】
前記部品供給部４はコンベア２の一方側（同図では下側）の側方部分に配置されている。この部品供給部４は、多数列のテープフィーダ４ａを備えており、各テープフィーダ４ａはそれぞれ異種若しくは同種の上記の如き完成電子部品（以下、単に「部品」という）を所定間隔おきに収納、保持したテープをリールから部品取出し部へ導出し、後述のヘッドユニット５により部品がピックアップされるにつれてラチェット式の繰出し機構によりテープを間欠的に繰出すように構成されている。
【００２０】
前記チップ供給部１５は、コンベア２を挟んで前記部品供給部４の反対側に設けられている。チップ供給部１５には、ベアチップがダイシングされたウエハＷをプレート状のウエハホルダＰに載せた状態で上下多段に収納するウエハ収納エレベータ１８が設けられおり、ウエハ収納エレベータ１８からその前方の引出し位置１６にウエハホルダＰを引き出した状態で、移動可能なチップ吸着用のヘッド１７によりウエハＷからベアチップを吸着してコンベア側方のチップ載置テーブル１５ａ上に移載することにより、後述するヘッドユニット５によりベアチップをピックアップさせるように構成されている。
【００２１】
上記基台１の上方には、部品吸着用のヘッドユニット５が装備され、このヘッドユニット５がＸ軸方向（コンベア２の配設方向）およびＹ軸方向（水平面上でＸ軸と直交する方向）に移動するように構成されている。
【００２２】
詳しくは、基台１上にはＹ軸方向に延びる一対のレール６が延設されており、このレール６上にヘッドユニット支持部材７が架設されている。ヘッドユニット支持部材７はナット部８を介してボールねじ軸９と螺合しており、このボールねじ軸９がＹ軸サーボモータ１０の出力軸と接続されている。そして、このＹ軸サーボモータ１０の作動によりボールねじ軸９が回転駆動されることにより、この回転に伴いヘッドユニット支持部材７がＹ軸方向に移動するように構成されている。また、ヘッドユニット支持部材７はＸ軸方向に延びるガイド部材１１に沿って移動可能とされている。そして、Ｘ軸サーボモータ１２の作動により図外のボールねじ軸が回転駆動されることにより、この回転に伴いヘッドユニット５がＸ軸方向に移動するように構成されている。
【００２３】
なお、図１において符号１３は、後記吸着ノズル２０ａに吸着された部品の吸着状態を撮像するための部品認識カメラであって、前記基台１上に上向きに設置されている。また、符号１４は、基台１上に設けられるノズルステーションであり、種類の異なる後記吸着ノズル２０ａを交換可能な状態で保持するように構成されている。
【００２４】
図２は前記ヘッドユニット５を正面図で、図３はヘッドユニット５を側面図（一部断面図）で示している。
【００２５】
これらの図において、ヘッドユニット５には、部品を吸着するための吸着ヘッド２０が装備されており、本実施形態では、２本の吸着ヘッド２０，２０がＸ軸方向に並べて配置されている。また、ヘッドユニット５には、吸着ヘッド２０をＺ軸方向（上下方向）に昇降させる昇降駆動機構と、上記吸着ヘッド２０を支持してＺ軸と平行なＲ軸回りに回転させる回転駆動機構とが搭載されている。
【００２６】
上記昇降駆動機構は、各吸着ヘッド２０を個別に昇降させるように構成されている。具体的には、前記ヘッドユニット５の本体フレーム５ａには、上下方向に延びるガイド部２１およびボールねじ軸２２が固定されており、前記ガイド部２１に可動フレーム２４が移動可能に挿着されるとともに、この可動フレーム２４に設けられるナット部２３が前記ボールねじ軸２２に螺合挿着されている。
【００２７】
上記ボールねじ軸２２は、芯ずれや角度ずれを吸収するためのフレキシブルジョイント２５を介してＺ軸サーボモータ２６の出力軸に接続されており、従って、Ｚ軸サーボモータ２６の作動により前記ボールねじ軸２２が定位置で正転又は逆転駆動されると、このボールねじ軸２２に螺合している前記ナット部２３が昇降し、その結果、このナット部２３が設けられる可動フレーム２４がＺ軸方向に昇降するように構成されている。そして、後述するように、前記可動フレーム２４に組付けられる後記エアベアリングシリンダ３０を介して吸着ヘッド２０が支持される結果、可動フレーム２４の昇降に伴いこれと一体に吸着ヘッド２０が昇降するように構成されている。
【００２８】
上記回転駆動機構は、吸着ヘッド２０毎に設けられるＲ軸サーボモータ４０を備え、このＲ軸サーボモータ４０の回転駆動力をベルト伝動機構を介して前記吸着ヘッド２０に伝達するように構成されている。
【００２９】
詳しくは、前記本体フレーム５ａに支持部材２７が一体的に固定され、この支持部材２７にボールベアリング２８ａ，２８ｂを介してシャフトホルダ４３が回転自在に支持されるとともに、このシャフトホルダ４３に対してプーリー４２が外嵌装着され、このプーリー４２とは前記Ｒ軸サーボモータの４０の出力軸に装着されるプーリー４０ａとに亘って伝動ベルト４１が装着されている。
【００３０】
また、前記シャフトホルダ４３に中空のシャフト４４が上下方向に貫通した状態で装着され、このシャフト４４とシャフトホルダ４３とが、シャフトホルダ４３に対するシャフト４４の相対的な軸方向の変位が可能で、かつ相対的な回転が不能となるようにスプライン結合されている。そして、前記シャフト４４の下端に、芯ずれや角度ずれを吸収するためのフレキシブルジョイント４５を介してノズルシャフト４６が接続され、さらにこのノズルシャフト４６の下端にノズル取付部が形成され、このノズル取付部に吸着ノズル２０ａが取付けられることにより、このノズルシャフト４６および吸着ノズル２０ａ等により前記吸着ヘッド２０が構成されている。
【００３１】
このように構成されることにより、Ｒ軸サーボモータ４０が作動すると、その回転駆動力がプーリー４０ａ、伝動ベルト４１およびプーリー４２を介してシャフト４４に伝達され、さらにこのシャフト４４の回転力がフレキシブルジョイント４５およびノズルシャフト４６を介して吸着ノズル２０ａに伝達されることにより、吸着ノズル２０ａがＲ軸回りに回転するように構成されている。
【００３２】
上記シャフト４４およびノズルシャフト４６には、上下に連続して連通するエア通路４４ａおよび４６ａが形成されており、電子部品の実装動作時には、これらエア通路４４ａ，４６ａを通じて部品吸着用の負圧が前記吸着ノズル２０ａに供給されるように構成されている。
【００３３】
なお、このヘッドユニット５においては前記ノズルシャフト４６がエアベアリングシリンダ３０のプランジャによって構成されている。すなわち、図３に示すように、前記可動フレーム２４に各吸着ヘッド２０に対応してエアベアリングシリンダ３０が固定され、このエアベアリングシリンダ３０のプランジャ３４の上端が前記フレキシブルジョイント４５に接続される一方、該プランジャ３４の下端部にノズル取付部が設けられ、さらにこのプランジャ３４に負圧供給用の前記エア通路４６ａが形成されている。なお、以下の説明では、特に必要な場合を除きノズルシャフト４６は用いずプランジャ３４を用いることにする。
【００３４】
前記エアベアリングシリンダ３０は、図４に示すように、シリンダブロック３１を有しており、このシリンダブロック３１を介して前記可動フレーム２４に固定されている。
【００３５】
シリンダブロック３１の内部には、シリンダ室３３を途中部分に有し、上下方向に貫通するプランジャ挿通孔３２が形成されており、このプランジャ挿通孔３２に前記プランジャ３４が挿通されている。プランジャ３４は、同図に示すようにその途中部分にピストン３４ａ（圧力作用部）をもち、前記シリンダ室３３内にこのピストン３４ａが配置され、かつ上下両端をそれぞれシリンダブロック外側に突出させた状態で前記プランジャ挿通孔３２に挿通されている。
【００３６】
プランジャ挿通孔３２の内壁面には、例えば多孔質カーボン等の多孔質体からなる軸受部材３５が設けられており、この軸受部材３５の外側に位置するように前記シリンダブロック３１に対して加圧エアの給排ポートが設けられている。具体的には、前記シリンダ室３３の上側部分に推力ポート３６ａが設けられ、その下側に一対の給気ポート３６ｂ，３６ｂが上下に並べて設けられ、さらにその下側に排気ポート３６ｃが形成されている。この構成により、給気ポート３６ｂ，３６ｂに加圧エアが供給されると、該エアが軸受部材３５からプランジャ３４に向かってその径方向外側から噴出（導入）され、プランジャ３４が軸受部材３５により非接触状態で支持されるようになっている。また、前記推力ポート３６ａに加圧エアが供給されると、該エアが前記ピストン３４ａの上面に作用し、その結果、プランジャ３４が前記シリンダ室３３内でその下側に押し下げられるようになっている。なお、排気ポート３６ｃは軸受部材３５から噴出されるエアを外部に排出するために設けられている。
【００３７】
プランジャ挿通孔３２の内壁面であって、その上端部分には一対のベアリング３７が配設されており、前記プランジャ３４の上端部近傍がこれらベアリング３７により回転可能に、かつ上下方向に相対的に変位可能な状態で支持されている。
【００３８】
前記各エアベアリングシリンダ３０には、図２および図３に示すように、前記推力ポート３６ａおよび給気ポート３６ｂへの供給エア圧を制御する電空レギュレータ３８が一体的に組付けられており、ヘッドユニット５の本体フレーム５ａには、これら電空レギュレータ３８の作動をそれぞれ制御するレギュレータ制御装置（基板）３９が搭載されている。電空レギュレータ３８は、給気ホース等を介してコンプレッサ（図示省略）に接続されており、その内部には給気側電磁弁、排気側電磁弁および圧力センサ等が一体に内蔵され、推力ポート３６ａ等に対する供給エア圧が制御電圧値に応じた圧力となるように前記圧力センサの検出値に基づいて前記電磁弁の開度をフィードバック制御するように構成されている。
【００３９】
なお、図２に示すヘッドユニット５の構成において、符号４７は吸着ヘッド２０のＲ軸回りの回転量を検出するエンコーダであり、また符号５１は基板上に記されるフィデューシャルマークを撮像するためのカメラであり、符号５２は前記カメラ５１による撮像時に照明を提供する照明装置である。
【００４０】
図５は上記表面実装機の制御系をブロック図で示している。
【００４１】
この図に示す表面実装機は、論理演算を実行する周知のＣＰＵ、そのＣＰＵを制御する種々のプログラムなどを予め記憶するＲＯＭおよび装置動作中に種々のデータを一時的に記憶するＲＡＭ等から構成される制御装置５５を有している。
【００４２】
この制御装置５５は、その機能構成として主制御手段５６、軸制御手段５７および記憶手段５８を含んでいる。なお、前記主制御手段５６には、制御プログラム等の各種情報を入力するための入力手段５９が接続されている。
【００４３】
主制御手段５６は、表面実装機の動作を統括的に制御するもので、予め記憶されたプログラムに従ってヘッドユニット５等を作動させるべく軸制御手段５７を介してサーボモータ１０，１２，２６，４０等の駆動を制御するとともに、レギュレータ制御装置３９を介して電空レギュレータ３８の駆動を制御するように構成されている。
【００４４】
特に、電子部品の実装時には、吸着ヘッド２０により所定の押し付け圧力でプリント基板３に対して電子部品を搭載するように電空レギュレータ３８に与える制御電圧の値が、電子部品の種類に応じて制御されるように構成されている。すなわち、前記記憶手段５８には、電子部品の種類毎に押し付け圧力に関するデータ（例えば最適な押し付け圧力値）が記憶されており、前記主制御手段５６は、最適な押し付け圧力を得ることができる制御電圧値（正確には、エアベアリングシリンダ３０における前記加圧エアのエア圧であって、吸着ヘッド２０により最適な押し付け圧力を得ることができるエア圧に対応する制御電圧値）を演算し、当該制御電圧値を出力するようにレギュレータ制御装置３９に指令信号を出力する。そして、この指令信号の入力に応じて主制御手段５６において演算された値の制御電圧がレギュレータ制御装置３９から電空レギュレータ３８に印加されるように構成されている。なお、この実施形態では、前記主制御手段５６およびレギュレータ装置３９等によって本発明の圧力制御手段が構成されている。
【００４５】
次に、電子部品実装時の上記制御装置５５による吸着ヘッド２０の荷重（押し付け圧力）制御について図６のフローチャートを参照しつつ説明する。
【００４６】
前記吸着ヘッド２０（吸着ノズル２０ａ）により吸着されている電子部品（ベアチップ）をプリント基板３に実装する際には、まず、各サーボモータ１０，２０の作動によりヘッドユニット５がプリント基板３上に配置される。この際、部品の種類の判別が行われ、当該部品の押し付け圧力に関するデータが前記記憶手段５８から読み出され、さらにこのデータに基づいて電空レギュレータ３８に対する制御電圧値が演算され、その値の制御電圧が電空レギュレータ３８に与えられる（ステップＳ１〜Ｓ３）。これによりエアベアリングシリンダ３０の前記給気ポート３６ｂ，３６ｂに加圧エアが供給され、プランジャ３４が軸受部材３５に対して非接触状態で支持されるとともに、推力ポート３６ａに加圧エアが供給されて前記ピストン３４ａに作用する結果、該加圧エアのエア圧に応じた力でプランジャ３４（吸着ヘッド２０）が下方に押し下げられる。
【００４７】
そして、前記Ｚ軸サーボモータ２６の作動により可動フレーム２４が駆動されることにより、該可動フレーム２４が本体フレーム５ａに対して相対的に下降し、この下降に伴い該可動フレーム２４に設けられている吸着ヘッド２０等が一体に下降する（ステップＳ４）。その結果、吸着ヘッド２０により吸着されている部品がプリント基板３上に搭載される。
【００４８】
次いで、電空レギュレータ３８内の前記圧力センサによる検出圧力値が設定圧力値、すなわち制御電圧値に対応する圧力値に等しいか否かが判断される（ステップＳ５）。ここで、検出圧力値と設定圧力値が一致していないと判断された場合（ステップＳ５でＮｏの場合）には、ステップＳ７に移行され、ここで検出圧力値と設定圧力値との偏差が求められ、この偏差が解消され得るように電空レギュレータ３８内の電磁バルブが動作制御される。つまり、主制御手段５６から与えられる制御電圧値に応じたエア圧を維持し得るように、内蔵された圧力センサの検出圧力値に基づいて電磁バルブの開度がフィードバック制御される。
【００４９】
例えば、Ｚ軸サーボモータ２６が作動して吸着ヘッド２０が所定の実装高さ位置まで下降すると、吸着ヘッド２０に吸着された電子部品がプリント基板３に搭載されるが、このとき、電子部品がプリント基板３上に当接してプランジャ３４に上向きの力が作用し、この上向きの力によりピストン３４ａとシリンダ室壁との隙間（上下方向の隙間）が狭められて推力ポート３６ａ等に供給される加圧エアのエア圧が変動すると、電空レギュレータ３８がこの圧力変動を解消するように自動的に作動することとなる。これにより推力ポート３６ａ等に供給される加圧エアのエア圧が略一定に保たれ、その結果、プリント基板３に対して電子部品がその部品に応じた最適な押し付け力で搭載されることとなる。
【００５０】
なお、前記ステップＳ５においてＹＥＳと判断された場合には、ステップＳ６に移行され、ここで実装動作が完了したか否かが判断され、完了していないと判断された場合には、ステップＳ５に移行される。一方、完了していると判断された場合には当該フローチャートを終了することとなる。
【００５１】
以上のように構成された表面実装機によると次のような効果がある。
【００５２】
まず、この表面実装機によると、エアベアリングシリンダ３０を可動フレーム２４に固定し、そのプランジャ３４をノズルシャフトとして用いてその下端部に吸着ノズル２０ａを取付けることにより吸着ヘッド２０を構成し、エアベアリングシリンダ３０に供給する加圧エアのエア圧を制御することによって吸着ヘッド２０による電子部品の押し付け圧力を制御するようにしているので、ノズルシャフトにブロックユニットを取付け、さらにエアシリンダ、プッシュロッドおよびロードセル等を可動フレームに取付ける必要がある従来の表面実装機に比べるとヘッドユニット５の構成を簡素化および軽量化することができる。
【００５３】
そのため、エアベアリングシリンダ３０に供給する加圧エアのエア圧を制御するための電空レギュレータ３８を上記の如くヘッドユニット５に搭載した場合でも、従来構成のヘッドユニットに比べて重量的に遜色ない構成を達成することができる。
【００５４】
従って、ヘッドユニット５の重量増大を抑える一方で、圧力制御用の電空レギュレータ３８をエアベアリングシリンダ３０の近傍に配置して圧力制御の応答性を高めることができ、その結果、吸着ヘッド２０の押し付け圧力制御の高精度化と実装速度の高速化を共に達成することができるという効果がある。
【００５５】
また、プランジャ３４（ノズルシャフト４６）がエアベアリングシリンダ３０内において非接触状態で支持されることにより、吸着ヘッド２０には殆ど摺動抵抗が無いように構成されているので、プリント基板３に対する電子部品の当接時には、その当接に伴いプランジャ３４（ノズルシャフト４６）が抵抗なく速やかに変位することとなる。従って、前記推力ポート３６ａに供給する加圧エアの圧力変動が応答性良く起きることとなり、このような圧力変動が電空レギュレータ３８の作動により速やかに解消されることにより吸着ヘッドの荷重制御が精度良く行われるという効果がある。
【００５６】
なお、上述した表面実装機は、本発明に係る表面実装機の一の実施の形態であって、その具体的な構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では、電空レギュレータ３８をエアベアリングシリンダ３０に対して一体に組付けることにより該電空レギュレータ３８をヘッドユニット５に搭載しているが、スペース的に困難な場合、あるいは実装速度のさらなる高速化の要請からヘッドユニット５の重量を軽減することが要求される場合には、電空レギュレータ３８を基台上に配置するようにしてもよい。電空レギュレータ３８のレギュレータ制御装置（基板）３９についても同様である。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、エアベアリングシリンダをヘッドユニットに昇降可能に支持し、このエアベアリングシリンダのプランジャ下端部に部品吸着用のノズルを取付けることにより吸着ヘッドを構成するとともに、エアベアリングシリンダに供給する加圧エアのエア圧を電空レギュレータを用いて一定に保つことにより、前記吸着ヘッドによる押し下げ圧力を一定に保ち得るように構成しており、かかる構成の下では、プランジャがエアベアリングシリンダ内において非接触状態で支持されるため、吸着ヘッドには殆ど摺動抵抗が無く、従って、基板に対する電子部品の実装時には、その当接に伴いプランジャを抵抗なく速やかに変位させることができる。従って、エアベアリングシリンダに供給される加圧エアの圧力変動が応答性良く起き、このような変動が電空レギュレータの作動により速やかに解消されることにより吸着ヘッドの荷重制御が精度良く行われることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る表面実装機を示す平面略図である。
【図２】図１の表面実装機におけるヘッドユニットの構成を示す正面図である。
【図３】ヘッドユニットの構成を示す側面図（一部断面図；図２のＡ−Ａ断面図である）。
【図４】エアベアリングシリンダの構成を示す図３の要部拡大図である。
【図５】表面実装機の制御系を示すブロック図である。
【図６】電子部品実装時の制御装置による吸着ヘッドの荷重（押し付け圧力）制御の一例を示すフローチャートである。
【図７】従来の表面実装機（ヘッドユニット）の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
５ ヘッドユニット
４ 部品供給部
１５ チップ供給部
２０ 吸着ヘッド
２０ａ 吸着ノズル
２１ ガイド部
２２ ボールねじ軸
２４ 可動フレーム
２６ Ｚ軸サーボモータ
３０ エアベアリングシリンダ
３４ プランジャ（ノズルシャフト）
３８ 電空レギュレータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を吸着した吸着ヘッドを下降させて電子部品を基板上の所定箇所に実装する表面実装機において、特に、電子部品を実装する際の吸着ヘッドの押し付け圧力を制御できるように構成された表面実装機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような表面実装機として、本願出願人は特許文献１に開示される表面実装機を提案している。
【０００３】
この表面実装機は、図７に示すように、部品吸着用のヘッド６１（吸着ヘッド６１）を備えた移動可能なヘッドユニット６０を有している。このヘッドユニット６０には、サーボモータ６２の作動により昇降駆動されるフレーム６３が設けられ、このフレーム６３に対して前記吸着ヘッド６１が支持されている。具体的には、吸着ヘッド６１を構成するシャフト６４の途中部分にブロックユニット６５が固着され、このブロックユニット６５が前記フレーム６３に固定されたエアシリンダ６６のピストンロッド６７先端に連結されることにより、前記フレーム６３に吸着ヘッド６１が支持されている。そして、前記ブロックユニット６５に対し、プッシュロッド６８が上下方向に変位可能な状態で、かつ圧縮スプリング６９により下向きに付勢された状態で挿着され、このプッシュロッド６８の先端（下端）が前記フレームに設けられたロードセル７０に当接している。
【０００４】
すなわち、この構成では、前記エアシリンダ６６のピストンロッド６７を動かすエア圧を制御することによって圧縮スプリング６９の弾性復元力を初期圧力としてロードセル７０に付与しておくことにより、前記サーボモータ６２の作動によりフレーム６３と一体に吸着ヘッド６１が下降して部品が基板に当接して上向きの反力を受けると、ロードセル７０へ加わる圧力が減少し、その減少分が押し付け圧力として検出されるようになっている。従って、この検出圧力が所望の圧力となるように前記サーボモータ６２の作動を制御することにより前記吸着ヘッド６１の押し付け圧力を制御できるように構成されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２０３４９８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような構成においては、構造的に以下のような問題が考えられる。
【０００７】
すなわち、吸着ヘッド６１の荷重制御をより精度良く行うには、ロードセル７０による検出圧力の精度を高める必要があり、それには吸着ヘッド６１に不要な摺動抵抗が作用しない構成とするのが理想である。しかし、上記の構成では、吸着ヘッド６１がブロックユニット６５を介してエアシリンダ６６のピストンロッド６７に連結されているため、該プランジャ６７をシールするシール部材等が抵抗要素となることが考えられ、例えば、実装部品が極小のチップ部品等である場合には、前記シール部材による摺動抵抗に起因する検出圧力誤差が押し付け圧力の制御上、無視できない場合も考えられる。
【０００８】
また、吸着ヘッド６１の押し付け圧力を正確に検出するには、まず、エアシリンダ６６に対して設定エア圧を正しく供給することが必要となり、それには、エアシリンダ６６の近傍にエア圧の制御バルブ等を配置して応答性を高めるのが理想である。しかし、ヘッドユニット６０にエアシリンダ６６やブロックユニット６５等を搭載した上、さらにそのエア圧を制御するバルブ類をヘッドユニット６０に搭載すると、ヘッドユニット６０が高重量となり実装速度を高める上で不利となることら、制御バルブ等をヘッドユニット６０に搭載することは現実には難しい。従って、上記の構成では、押し付け圧力制御の精度確保と実装速度の高速化といった二律背反する問題がある。
【０００９】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであって、押し付け圧力の制御をより精度良く行うこと、より好ましくは押し付け圧力の制御を精度良く行う一方で実装速度の高速化の要請にも応えることができる表面実装機を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、移動可能なヘッドユニットと、このヘッドユニットに昇降可能に支持されて電子部品を吸着した状態で保持する吸着ヘッドと、この吸着ヘッドを昇降駆動する駆動手段と、前記電子部品を基板に実装する際の前記吸着ヘッドの押し付け圧力を制御する圧力制御手段とを備える表面実装機において、シリンダ室およびプランジャ挿通孔を有するシリンダブロックと、前記プランジャ挿通孔に挿入されて下方に突出するプランジャと、前記シリンダ室およびプランジャ挿通孔に加圧エアを導入して前記プランジャを非接触状態で支持する軸受部材とを備え、かつ前記シリンダ室への加圧エアの導入により前記プランジャを下向きに押圧するための圧力作用部が前記プランジャに設けられてなるエアベアリングシリンダが前記ヘッドユニットに昇降可能に支持され、前記エアベアリングシリンダのプランジャ下端部に部品吸着用のノズルが装着されることにより前記吸着ヘッドが構成され、さらに制御電圧の値に基づいて前記エアベアリングシリンダに供給する前記加圧エアの圧力を制御する電空レギュレータが設けられ、前記圧力制御手段が、所定の押し付け圧力を得ることができる前記加圧エアのエア圧に対応する値の制御電圧を前記電空レギュレータに与えるように構成されているものである。
【００１１】
この構成では、圧力制御手段からの制御電圧値に応じた加圧エア、つまり定められた押し付け圧力を得ることができる圧力の加圧エアがエアベアリングシリンダのシリンダ室へ供給され、これによりプランジャ（吸着ヘッド）が加圧エアの圧力で下向きに押圧される。そして、部品の実装に伴いプランジャに上向きの力が作用し、この上向きの力により圧力作用部とシリンダ室壁との隙間が変動して加圧エアのエア圧が変動すると、電空レギュレータがこの変動を解消するように自動的に作動し、その結果、シリンダ室に供給される加圧エアのエア圧が制御電圧に応じた圧力に保たれることとなる。従って、定められた押し付け力で該部品を基板に搭載することが可能となる。
【００１２】
この構成によると、プランジャがエアベアリングシリンダ内において非接触状態で支持されるため、吸着ヘッドには殆ど摺動抵抗が無く、従って、基板に対する電子部品の実装時には、その当接に伴いプランジャが抵抗なく速やかに変位することとなる。従って、前記シリンダ室に供給される加圧エアの圧力変動が応答性良く起き、このような圧力変動が電空レギュレータの作動により速やかに解消されることにより吸着ヘッドの荷重制御が精度良く行われることとなる。
【００１３】
また、請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の表面実装機において、前記電空レギュレータが前記エアベアリングシリンダに一体に固定された状態で前記ヘッドユニットに搭載されているものである。
【００１４】
このようにエアベアリングシリンダの近傍に電空レギュレータを配置した構成によると、エア圧制御の応答性を向上させることができ、吸着ヘッドの荷重制御をより一層精度良く行うことが可能となる。
【００１５】
また、請求項３にかかる発明は、請求項１又は２に記載の表面実装機において、電子部品の種類とその種類に対応する前記押し付け圧力に関するデータを記憶する記憶部を有し、前記圧力制御手段は、基板に装着する部品の種類に応じて前記記憶部に記憶されている前記データに基づいて前記電空レギュレータに制御電圧を与えるように構成されているものである。
【００１６】
この構成によると、電子部品の種類に応じた最適な荷重制御を行うことが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１８】
図１は本発明にかかる表面実装機を概略的に示している。この表面実装機は、基台１上に配置されるコンベア２により搬送されて所定の実装位置で停止した被実装用のプリント基板３（二点鎖線に示す）に対して、部品供給部４において供給される半導体パッケージ、トランジスタ、コンデンサ等の完成電子部品と、チップ供給部１５において供給されるベアチップとの双方を混載して実装することができるハイブリッド型の表面実装機である。
【００１９】
前記部品供給部４はコンベア２の一方側（同図では下側）の側方部分に配置されている。この部品供給部４は、多数列のテープフィーダ４ａを備えており、各テープフィーダ４ａはそれぞれ異種若しくは同種の上記の如き完成電子部品（以下、単に「部品」という）を所定間隔おきに収納、保持したテープをリールから部品取出し部へ導出し、後述のヘッドユニット５により部品がピックアップされるにつれてラチェット式の繰出し機構によりテープを間欠的に繰出すように構成されている。
【００２０】
前記チップ供給部１５は、コンベア２を挟んで前記部品供給部４の反対側に設けられている。チップ供給部１５には、ベアチップがダイシングされたウエハＷをプレート状のウエハホルダＰに載せた状態で上下多段に収納するウエハ収納エレベータ１８が設けられおり、ウエハ収納エレベータ１８からその前方の引出し位置１６にウエハホルダＰを引き出した状態で、移動可能なチップ吸着用のヘッド１７によりウエハＷからベアチップを吸着してコンベア側方のチップ載置テーブル１５ａ上に移載することにより、後述するヘッドユニット５によりベアチップをピックアップさせるように構成されている。
【００２１】
上記基台１の上方には、部品吸着用のヘッドユニット５が装備され、このヘッドユニット５がＸ軸方向（コンベア２の配設方向）およびＹ軸方向（水平面上でＸ軸と直交する方向）に移動するように構成されている。
【００２２】
詳しくは、基台１上にはＹ軸方向に延びる一対のレール６が延設されており、このレール６上にヘッドユニット支持部材７が架設されている。ヘッドユニット支持部材７はナット部８を介してボールねじ軸９と螺合しており、このボールねじ軸９がＹ軸サーボモータ１０の出力軸と接続されている。そして、このＹ軸サーボモータ１０の作動によりボールねじ軸９が回転駆動されることにより、この回転に伴いヘッドユニット支持部材７がＹ軸方向に移動するように構成されている。また、ヘッドユニット支持部材７はＸ軸方向に延びるガイド部材１１に沿って移動可能とされている。そして、Ｘ軸サーボモータ１２の作動により図外のボールねじ軸が回転駆動されることにより、この回転に伴いヘッドユニット５がＸ軸方向に移動するように構成されている。
【００２３】
なお、図１において符号１３は、後記吸着ノズル２０ａに吸着された部品の吸着状態を撮像するための部品認識カメラであって、前記基台１上に上向きに設置されている。また、符号１４は、基台１上に設けられるノズルステーションであり、種類の異なる後記吸着ノズル２０ａを交換可能な状態で保持するように構成されている。
【００２４】
図２は前記ヘッドユニット５を正面図で、図３はヘッドユニット５を側面図（一部断面図）で示している。
【００２５】
これらの図において、ヘッドユニット５には、部品を吸着するための吸着ヘッド２０が装備されており、本実施形態では、２本の吸着ヘッド２０，２０がＸ軸方向に並べて配置されている。また、ヘッドユニット５には、吸着ヘッド２０をＺ軸方向（上下方向）に昇降させる昇降駆動機構と、上記吸着ヘッド２０を支持してＺ軸と平行なＲ軸回りに回転させる回転駆動機構とが搭載されている。
【００２６】
上記昇降駆動機構は、各吸着ヘッド２０を個別に昇降させるように構成されている。具体的には、前記ヘッドユニット５の本体フレーム５ａには、上下方向に延びるガイド部２１およびボールねじ軸２２が固定されており、前記ガイド部２１に可動フレーム２４が移動可能に挿着されるとともに、この可動フレーム２４に設けられるナット部２３が前記ボールねじ軸２２に螺合挿着されている。
【００２７】
上記ボールねじ軸２２は、芯ずれや角度ずれを吸収するためのフレキシブルジョイント２５を介してＺ軸サーボモータ２６の出力軸に接続されており、従って、Ｚ軸サーボモータ２６の作動により前記ボールねじ軸２２が定位置で正転又は逆転駆動されると、このボールねじ軸２２に螺合している前記ナット部２３が昇降し、その結果、このナット部２３が設けられる可動フレーム２４がＺ軸方向に昇降するように構成されている。そして、後述するように、前記可動フレーム２４に組付けられる後記エアベアリングシリンダ３０を介して吸着ヘッド２０が支持される結果、可動フレーム２４の昇降に伴いこれと一体に吸着ヘッド２０が昇降するように構成されている。
【００２８】
上記回転駆動機構は、吸着ヘッド２０毎に設けられるＲ軸サーボモータ４０を備え、このＲ軸サーボモータ４０の回転駆動力をベルト伝動機構を介して前記吸着ヘッド２０に伝達するように構成されている。
【００２９】
詳しくは、前記本体フレーム５ａに支持部材２７が一体的に固定され、この支持部材２７にボールベアリング２８ａ，２８ｂを介してシャフトホルダ４３が回転自在に支持されるとともに、このシャフトホルダ４３に対してプーリー４２が外嵌装着され、このプーリー４２とは前記Ｒ軸サーボモータの４０の出力軸に装着されるプーリー４０ａとに亘って伝動ベルト４１が装着されている。
【００３０】
また、前記シャフトホルダ４３に中空のシャフト４４が上下方向に貫通した状態で装着され、このシャフト４４とシャフトホルダ４３とが、シャフトホルダ４３に対するシャフト４４の相対的な軸方向の変位が可能で、かつ相対的な回転が不能となるようにスプライン結合されている。そして、前記シャフト４４の下端に、芯ずれや角度ずれを吸収するためのフレキシブルジョイント４５を介してノズルシャフト４６が接続され、さらにこのノズルシャフト４６の下端にノズル取付部が形成され、このノズル取付部に吸着ノズル２０ａが取付けられることにより、このノズルシャフト４６および吸着ノズル２０ａ等により前記吸着ヘッド２０が構成されている。
【００３１】
このように構成されることにより、Ｒ軸サーボモータ４０が作動すると、その回転駆動力がプーリー４０ａ、伝動ベルト４１およびプーリー４２を介してシャフト４４に伝達され、さらにこのシャフト４４の回転力がフレキシブルジョイント４５およびノズルシャフト４６を介して吸着ノズル２０ａに伝達されることにより、吸着ノズル２０ａがＲ軸回りに回転するように構成されている。
【００３２】
上記シャフト４４およびノズルシャフト４６には、上下に連続して連通するエア通路４４ａおよび４６ａが形成されており、電子部品の実装動作時には、これらエア通路４４ａ，４６ａを通じて部品吸着用の負圧が前記吸着ノズル２０ａに供給されるように構成されている。
【００３３】
なお、このヘッドユニット５においては前記ノズルシャフト４６がエアベアリングシリンダ３０のプランジャによって構成されている。すなわち、図３に示すように、前記可動フレーム２４に各吸着ヘッド２０に対応してエアベアリングシリンダ３０が固定され、このエアベアリングシリンダ３０のプランジャ３４の上端が前記フレキシブルジョイント４５に接続される一方、該プランジャ３４の下端部にノズル取付部が設けられ、さらにこのプランジャ３４に負圧供給用の前記エア通路４６ａが形成されている。なお、以下の説明では、特に必要な場合を除きノズルシャフト４６は用いずプランジャ３４を用いることにする。
【００３４】
前記エアベアリングシリンダ３０は、図４に示すように、シリンダブロック３１を有しており、このシリンダブロック３１を介して前記可動フレーム２４に固定されている。
【００３５】
シリンダブロック３１の内部には、シリンダ室３３を途中部分に有し、上下方向に貫通するプランジャ挿通孔３２が形成されており、このプランジャ挿通孔３２に前記プランジャ３４が挿通されている。プランジャ３４は、同図に示すようにその途中部分にピストン３４ａ（圧力作用部）をもち、前記シリンダ室３３内にこのピストン３４ａが配置され、かつ上下両端をそれぞれシリンダブロック外側に突出させた状態で前記プランジャ挿通孔３２に挿通されている。
【００３６】
プランジャ挿通孔３２の内壁面には、例えば多孔質カーボン等の多孔質体からなる軸受部材３５が設けられており、この軸受部材３５の外側に位置するように前記シリンダブロック３１に対して加圧エアの給排ポートが設けられている。具体的には、前記シリンダ室３３の上側部分に推力ポート３６ａが設けられ、その下側に一対の給気ポート３６ｂ，３６ｂが上下に並べて設けられ、さらにその下側に排気ポート３６ｃが形成されている。この構成により、給気ポート３６ｂ，３６ｂに加圧エアが供給されると、該エアが軸受部材３５からプランジャ３４に向かってその径方向外側から噴出（導入）され、プランジャ３４が軸受部材３５により非接触状態で支持されるようになっている。また、前記推力ポート３６ａに加圧エアが供給されると、該エアが前記ピストン３４ａの上面に作用し、その結果、プランジャ３４が前記シリンダ室３３内でその下側に押し下げられるようになっている。なお、排気ポート３６ｃは軸受部材３５から噴出されるエアを外部に排出するために設けられている。
【００３７】
プランジャ挿通孔３２の内壁面であって、その上端部分には一対のベアリング３７が配設されており、前記プランジャ３４の上端部近傍がこれらベアリング３７により回転可能に、かつ上下方向に相対的に変位可能な状態で支持されている。
【００３８】
前記各エアベアリングシリンダ３０には、図２および図３に示すように、前記推力ポート３６ａおよび給気ポート３６ｂへの供給エア圧を制御する電空レギュレータ３８が一体的に組付けられており、ヘッドユニット５の本体フレーム５ａには、これら電空レギュレータ３８の作動をそれぞれ制御するレギュレータ制御装置（基板）３９が搭載されている。電空レギュレータ３８は、給気ホース等を介してコンプレッサ（図示省略）に接続されており、その内部には給気側電磁弁、排気側電磁弁および圧力センサ等が一体に内蔵され、推力ポート３６ａ等に対する供給エア圧が制御電圧値に応じた圧力となるように前記圧力センサの検出値に基づいて前記電磁弁の開度をフィードバック制御するように構成されている。
【００３９】
なお、図２に示すヘッドユニット５の構成において、符号４７は吸着ヘッド２０のＲ軸回りの回転量を検出するエンコーダであり、また符号５１は基板上に記されるフィデューシャルマークを撮像するためのカメラであり、符号５２は前記カメラ５１による撮像時に照明を提供する照明装置である。
【００４０】
図５は上記表面実装機の制御系をブロック図で示している。
【００４１】
この図に示す表面実装機は、論理演算を実行する周知のＣＰＵ、そのＣＰＵを制御する種々のプログラムなどを予め記憶するＲＯＭおよび装置動作中に種々のデータを一時的に記憶するＲＡＭ等から構成される制御装置５５を有している。
【００４２】
この制御装置５５は、その機能構成として主制御手段５６、軸制御手段５７および記憶手段５８を含んでいる。なお、前記主制御手段５６には、制御プログラム等の各種情報を入力するための入力手段５９が接続されている。
【００４３】
主制御手段５６は、表面実装機の動作を統括的に制御するもので、予め記憶されたプログラムに従ってヘッドユニット５等を作動させるべく軸制御手段５７を介してサーボモータ１０，１２，２６，４０等の駆動を制御するとともに、レギュレータ制御装置３９を介して電空レギュレータ３８の駆動を制御するように構成されている。
【００４４】
特に、電子部品の実装時には、吸着ヘッド２０により所定の押し付け圧力でプリント基板３に対して電子部品を搭載するように電空レギュレータ３８に与える制御電圧の値が、電子部品の種類に応じて制御されるように構成されている。すなわち、前記記憶手段５８には、電子部品の種類毎に押し付け圧力に関するデータ（例えば最適な押し付け圧力値）が記憶されており、前記主制御手段５６は、最適な押し付け圧力を得ることができる制御電圧値（正確には、エアベアリングシリンダ３０における前記加圧エアのエア圧であって、吸着ヘッド２０により最適な押し付け圧力を得ることができるエア圧に対応する制御電圧値）を演算し、当該制御電圧値を出力するようにレギュレータ制御装置３９に指令信号を出力する。そして、この指令信号の入力に応じて主制御手段５６において演算された値の制御電圧がレギュレータ制御装置３９から電空レギュレータ３８に印加されるように構成されている。なお、この実施形態では、前記主制御手段５６およびレギュレータ装置３９等によって本発明の圧力制御手段が構成されている。
【００４５】
次に、電子部品実装時の上記制御装置５５による吸着ヘッド２０の荷重（押し付け圧力）制御について図６のフローチャートを参照しつつ説明する。
【００４６】
前記吸着ヘッド２０（吸着ノズル２０ａ）により吸着されている電子部品（ベアチップ）をプリント基板３に実装する際には、まず、各サーボモータ１０，２０の作動によりヘッドユニット５がプリント基板３上に配置される。この際、部品の種類の判別が行われ、当該部品の押し付け圧力に関するデータが前記記憶手段５８から読み出され、さらにこのデータに基づいて電空レギュレータ３８に対する制御電圧値が演算され、その値の制御電圧が電空レギュレータ３８に与えられる（ステップＳ１〜Ｓ３）。これによりエアベアリングシリンダ３０の前記給気ポート３６ｂ，３６ｂに加圧エアが供給され、プランジャ３４が軸受部材３５に対して非接触状態で支持されるとともに、推力ポート３６ａに加圧エアが供給されて前記ピストン３４ａに作用する結果、該加圧エアのエア圧に応じた力でプランジャ３４（吸着ヘッド２０）が下方に押し下げられる。
【００４７】
そして、前記Ｚ軸サーボモータ２６の作動により可動フレーム２４が駆動されることにより、該可動フレーム２４が本体フレーム５ａに対して相対的に下降し、この下降に伴い該可動フレーム２４に設けられている吸着ヘッド２０等が一体に下降する（ステップＳ４）。その結果、吸着ヘッド２０により吸着されている部品がプリント基板３上に搭載される。
【００４８】
次いで、電空レギュレータ３８内の前記圧力センサによる検出圧力値が設定圧力値、すなわち制御電圧値に対応する圧力値に等しいか否かが判断される（ステップＳ５）。ここで、検出圧力値と設定圧力値が一致していないと判断された場合（ステップＳ５でＮｏの場合）には、ステップＳ７に移行され、ここで検出圧力値と設定圧力値との偏差が求められ、この偏差が解消され得るように電空レギュレータ３８内の電磁バルブが動作制御される。つまり、主制御手段５６から与えられる制御電圧値に応じたエア圧を維持し得るように、内蔵された圧力センサの検出圧力値に基づいて電磁バルブの開度がフィードバック制御される。
【００４９】
例えば、Ｚ軸サーボモータ２６が作動して吸着ヘッド２０が所定の実装高さ位置まで下降すると、吸着ヘッド２０に吸着された電子部品がプリント基板３に搭載されるが、このとき、電子部品がプリント基板３上に当接してプランジャ３４に上向きの力が作用し、この上向きの力によりピストン３４ａとシリンダ室壁との隙間（上下方向の隙間）が狭められて推力ポート３６ａ等に供給される加圧エアのエア圧が変動すると、電空レギュレータ３８がこの圧力変動を解消するように自動的に作動することとなる。これにより推力ポート３６ａ等に供給される加圧エアのエア圧が略一定に保たれ、その結果、プリント基板３に対して電子部品がその部品に応じた最適な押し付け力で搭載されることとなる。
【００５０】
なお、前記ステップＳ５においてＹＥＳと判断された場合には、ステップＳ６に移行され、ここで実装動作が完了したか否かが判断され、完了していないと判断された場合には、ステップＳ５に移行される。一方、完了していると判断された場合には当該フローチャートを終了することとなる。
【００５１】
以上のように構成された表面実装機によると次のような効果がある。
【００５２】
まず、この表面実装機によると、エアベアリングシリンダ３０を可動フレーム２４に固定し、そのプランジャ３４をノズルシャフトとして用いてその下端部に吸着ノズル２０ａを取付けることにより吸着ヘッド２０を構成し、エアベアリングシリンダ３０に供給する加圧エアのエア圧を制御することによって吸着ヘッド２０による電子部品の押し付け圧力を制御するようにしているので、ノズルシャフトにブロックユニットを取付け、さらにエアシリンダ、プッシュロッドおよびロードセル等を可動フレームに取付ける必要がある従来の表面実装機に比べるとヘッドユニット５の構成を簡素化および軽量化することができる。
【００５３】
そのため、エアベアリングシリンダ３０に供給する加圧エアのエア圧を制御するための電空レギュレータ３８を上記の如くヘッドユニット５に搭載した場合でも、従来構成のヘッドユニットに比べて重量的に遜色ない構成を達成することができる。
【００５４】
従って、ヘッドユニット５の重量増大を抑える一方で、圧力制御用の電空レギュレータ３８をエアベアリングシリンダ３０の近傍に配置して圧力制御の応答性を高めることができ、その結果、吸着ヘッド２０の押し付け圧力制御の高精度化と実装速度の高速化を共に達成することができるという効果がある。
【００５５】
また、プランジャ３４（ノズルシャフト４６）がエアベアリングシリンダ３０内において非接触状態で支持されることにより、吸着ヘッド２０には殆ど摺動抵抗が無いように構成されているので、プリント基板３に対する電子部品の当接時には、その当接に伴いプランジャ３４（ノズルシャフト４６）が抵抗なく速やかに変位することとなる。従って、前記推力ポート３６ａに供給する加圧エアの圧力変動が応答性良く起きることとなり、このような圧力変動が電空レギュレータ３８の作動により速やかに解消されることにより吸着ヘッドの荷重制御が精度良く行われるという効果がある。
【００５６】
なお、上述した表面実装機は、本発明に係る表面実装機の一の実施の形態であって、その具体的な構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では、電空レギュレータ３８をエアベアリングシリンダ３０に対して一体に組付けることにより該電空レギュレータ３８をヘッドユニット５に搭載しているが、スペース的に困難な場合、あるいは実装速度のさらなる高速化の要請からヘッドユニット５の重量を軽減することが要求される場合には、電空レギュレータ３８を基台上に配置するようにしてもよい。電空レギュレータ３８のレギュレータ制御装置（基板）３９についても同様である。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、エアベアリングシリンダをヘッドユニットに昇降可能に支持し、このエアベアリングシリンダのプランジャ下端部に部品吸着用のノズルを取付けることにより吸着ヘッドを構成するとともに、エアベアリングシリンダに供給する加圧エアのエア圧を電空レギュレータを用いて一定に保つことにより、前記吸着ヘッドによる押し下げ圧力を一定に保ち得るように構成しており、かかる構成の下では、プランジャがエアベアリングシリンダ内において非接触状態で支持されるため、吸着ヘッドには殆ど摺動抵抗が無く、従って、基板に対する電子部品の実装時には、その当接に伴いプランジャを抵抗なく速やかに変位させることができる。従って、エアベアリングシリンダに供給される加圧エアの圧力変動が応答性良く起き、このような変動が電空レギュレータの作動により速やかに解消されることにより吸着ヘッドの荷重制御が精度良く行われることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る表面実装機を示す平面略図である。
【図２】図１の表面実装機におけるヘッドユニットの構成を示す正面図である。
【図３】ヘッドユニットの構成を示す側面図（一部断面図；図２のＡ−Ａ断面図である）。
【図４】エアベアリングシリンダの構成を示す図３の要部拡大図である。
【図５】表面実装機の制御系を示すブロック図である。
【図６】電子部品実装時の制御装置による吸着ヘッドの荷重（押し付け圧力）制御の一例を示すフローチャートである。
【図７】従来の表面実装機（ヘッドユニット）の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
５ ヘッドユニット
４ 部品供給部
１５ チップ供給部
２０ 吸着ヘッド
２０ａ 吸着ノズル
２１ ガイド部
２２ ボールねじ軸
２４ 可動フレーム
２６ Ｚ軸サーボモータ
３０ エアベアリングシリンダ
３４ プランジャ（ノズルシャフト）
３８ 電空レギュレータ
Claims (3)
- 移動可能なヘッドユニットと、このヘッドユニットに昇降可能に支持されて電子部品を吸着した状態で保持する吸着ヘッドと、この吸着ヘッドを昇降駆動する駆動手段と、前記電子部品を基板に実装する際の前記吸着ヘッドの押し付け圧力を制御する圧力制御手段とを備える表面実装機において、
シリンダ室およびプランジャ挿通孔を有するシリンダブロックと、前記プランジャ挿通孔に挿入されて下方に突出するプランジャと、前記シリンダ室およびプランジャ挿通孔に加圧エアを導入して前記プランジャを非接触状態で支持する軸受部材とを備え、かつ前記シリンダ室への加圧エアの導入により前記プランジャを下向きに押圧するための圧力作用部が前記プランジャに設けられてなるエアベアリングシリンダが前記ヘッドユニットに昇降可能に支持され、
前記エアベアリングシリンダのプランジャ下端部に部品吸着用のノズルが装着されることにより前記吸着ヘッドが構成され、
さらに制御電圧の値に基づいて前記エアベアリングシリンダに供給する前記加圧エアの圧力を制御する電空レギュレータが設けられ、
前記圧力制御手段は、所定の押し付け圧力を得ることができる前記加圧エアのエア圧に対応する値の制御電圧を前記電空レギュレータに与えるように構成されていることを特徴とする表面実装機。 - 請求項１に記載の表面実装機において、
前記電空レギュレータが前記エアベアリングシリンダに一体に固定された状態で前記ヘッドユニットに搭載されていることを特徴とする表面実装機。 - 請求項１又は２に記載の表面実装機において、
電子部品の種類とその種類に対応する前記押し付け圧力に関するデータを記憶する記憶部を有し、前記圧力制御手段は、基板に装着する部品の種類に応じて前記記憶部に記憶されている前記データに基づいて前記電空レギュレータに制御電圧を与えるように構成されていることを特徴とする表面実装機。
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