JP2006147884A

JP2006147884A - 表面実装機

Info

Publication number: JP2006147884A
Application number: JP2004336546A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Uchiyama; 真浩内山
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2024-11-19
Also published as: JP4451288B2

Abstract

【課題】表面実装機において、部品吸装着時にヘッド下降端位置で緩衝作用を発揮させるとき、部品に加わる荷重を可動部の重量以下とすることもできて、荷重の調整を効果的に行うことができ、しかも、荷重調整のための構造を簡単に保つことができるようにする。
【解決手段】ノズル３１およびこれを保持する部材を含み、ノズルシャフト２１に対して所定量だけ上下方向相対移動可能に取り付けられた可動部と、上記ノズルシャフト２１と上記可動部との間に配置されて、上記可動部に加える押圧力を調整する圧力室７０と、上記圧力室７０に対する圧力供給手段８０とを備える。この圧力供給手段８０は、上記圧力室７０に供給する圧力を正圧から負圧にまでわたって調整可能となっている
【選択図】図３

Description

本発明は、ヘッドユニットに設けられた部品吸着用のノズルに部品を吸着して基板に装着する表面実装機であって、ノズルによる部品吸装着時の衝突荷重を軽減するようにした表面実装機に関するものである。

従来から、ヘッドユニットをＸＹ平面上に移動可能に設け、このヘッドユニットに、ノズルシャフトとその下端部に設けた吸着ノズル等からなる実装用ヘッドを昇降可能に搭載し、このヘッドユニットの実装用ヘッドにより部品供給部からＩＣ等のチップ部品を負圧吸着してプリント基板上に搬送し、プリント基板上の所定位置に実装するように構成された表面実装機は一般に知られている。

この種の表面実装機においては、部品吸着時や部品装着時に実装用ヘッドを昇降させて吸装着を行わせるが、部品吸着時に下降端位置でノズルが部品に当接する際や、部品装着時に下降端位置でノズルに吸着されている部品が基板に当接する際に、部品に作用する衝撃を緩和して、部品の損傷等を防止することが要求される。このため、上記ノズルおよびこれを保持する部材を含む部分を上記ノズルシャフトに対して上下方向相対移動可能に取り付けることにより、緩衝作用が得られるようにしたものは知られている。

例えば特許文献１に示された表面実装機では、ヘッドユニットに搭載した実装用ヘッドのノズルシャフト下端部に、複数のノズルを具備したノズル組付ブロックと、このノズル組付ブロックを横軸回りに回転可能に保持するホルダーとを、ノズルシャフトに対して上下方向相対移動可能に取り付け、さらにノズルシャフトに対してホルダーおよびノズル組付ブロックの上下方向相対移動を阻止するロック機構を設け、部品吸装着時のヘッド下降端付近以外ではロック機構を働かせ、ヘッド下降端付近ではロック機構のロックを解除することにより、ノズルシャフトに対するノズル組付ブロックの上下方向相対移動を許容して緩衝作用をもたせるようにしている。

また、特許文献２には、ベアチップを基板上に搭載するベアチップマウンタにおいて、吸着ノズル部を下方に押下する圧縮ばねと、吸着ノズル部の上下方向の案内を行う一軸テーブルの可動部をつり上げる引っ張りばねと、吸着ノズル部に吸着された部品を基板上に載置したときの搭載加圧力を検出するロードセルと、このロードセルによる検出に基づいて一軸テーブルの上下動を制御するコントローラとを備え、上記引っ張りばねにより上記可動部の自重を打ち消すようにしつつ、上記コントローラによる一軸テーブルの上下動の制御により搭載加圧力を調整できるようにしたものが示されている。
特開２０００−３１５８９４号公報特開平８−３３０７９０号公報

上記の特許文献１に示された表面実装機によると、部品吸装着時にヘッド下降端付近でロック機構のロックを解除することにより緩衝作用をもたせることができるが、この状態でもノズルおよびこれを保持する部分を含む可動部の自重は部品に作用する。従って、微小部品や脆弱な部品の吸装着を行うような場合に部品に加わる荷重を小さくしたいという要求があっても、部品に加わる荷重を上記可動部の自重よりも小さくすることができない。

また、上記特許文献２に示されたベアチップマウンタによると、上記引っ張りばねにより可動部の自重が打ち消されるので、部品に加わる荷重を微小にすることもでき、搭載加圧力の調整自由度が高められる。しかし、コントローラによる一軸テーブルの上下動の制御により搭載加圧力を調整する機構とは別に、可動部の自重を打ち消すための引っ張りばね等を配置する必要があり、部品点数が増大するとともに、引っ張りばねの配置スペースが必要となることにより大型化を招く等の不都合がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、部品吸装着時にヘッド下降端位置で緩衝作用を発揮させるとき、部品に加わる荷重を可動部の重量以下とすることもできて、荷重の調整を効果的に行うことができ、しかも、荷重調整のための構造を簡単に保つ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。

上記課題を解決するため、本発明は、移動可能なヘッドユニットに、上下方向に延びるノズルシャフトが昇降可能に設けられ、このノズルシャフトの下端部に、部品吸着用のノズルが取り付けられている表面実装機において、上記ノズルおよびこれを保持する部材を含み、上記ノズルシャフトに対して所定量だけ上下方向相対移動可能に取り付けられた可動部と、上記ノズルシャフトと上記可動部との間に配置されて、上記可動部に加える押圧力を調整する圧力室と、上記圧力室に対する圧力供給手段とを備え、この圧力供給手段は、上記圧力室に供給する圧力を正圧から負圧にまでわたって調整可能となっているものである。

この構成によると、部品吸着時においてノズルが部品に当接する際や部品装着時においてノズルに吸着されている部品が基板に当接する際に、ノズルおよびこれを保持する部材を含む可動部がノズルシャフトに対して上下方向相対移動することにより、衝撃が緩和される。

この場合に、上記圧力室に供給する圧力が正圧から負圧にまでわたって調整可能とされることにより、部品に加わる荷重（押圧力）が広範囲に調整可能となり、とくに負圧が供給されたときには、その負圧により上記可動部を引き上げる方向の力が作用するため、部品に加わる荷重が可動部の重量よりも小さくなるように調整することができる。

本発明の表面実装機において、上記可動部は、横軸を中心に放射状に配置された複数のノズルを具備するノズル組付ブロックと、このノズル組付ブロックを横軸回りに回転可能に保持するホルダーとを有し、このホルダーと上記ノズルシフトの間に上記圧力室が設けられているものであることが効果的である。

すなわち、上記ノズル組付ブロックを備えると、実装する部品に応じて使用するノズルを選択することができるという点で便利である。その反面、ノズル組付ブロックとホルダーとを含む可動部の重量が増大するが、上記圧力室に負圧を供給することで可動部の重量を打ち消すことができるので、緩衝時に部品に加わる荷重を充分に小さくすることができる。

上記圧力供給手段は、上記圧力室に供給する負圧によって上記可動部に作用する引き上げ方向の力が上記可動部の重量を打ち消す程度まで負圧を調整可能となっていることが好ましい。このようにすると、緩衝時に部品に加わる荷重を微小にすることができる。

また、上記圧力供給手段は、正圧供給源と、この正圧供給源から供給される正圧を調整する正圧調整手段と、負圧供給源と、この負圧供給源から供給される負圧を調整する負圧調整手段と、上記圧力室に対して正圧供給状態と負圧供給状態とに切替可能な切替手段とを含むことが好ましい。

このようにすると、上記切替手段による正圧供給状態と負圧供給状態との切替え、および正圧調整手段、負圧調整手段による調整により、上記圧力室に供給する圧力の調整を効果的に行うことができる。

また、上記圧力供給手段は、上記圧力室に所定の正圧を供給することにより上記ノズルシャフトに対して上記可動部を上下動不能に拘束するロック状態と、上記圧力室に対する供給圧力を上記所定の正圧より小さくし、または圧力供給を停止することにより上記可動部の上下動を許容する非ロック状態とに変更可能であり、かつ、上記非ロック状態において上記圧力室に対する供給圧力を上記所定の正圧より小さい正圧から負圧にわたる範囲で調整可能となっていることが好ましい。

このようにすると、緩衝作用を必要としないときには上記ロック状態とし、また、緩衝作用を必要とするときには、上記非ロック状態とするとともに上記圧力室に供給する圧力を調整することにより、部品に加わる衝撃荷重を調整することができる。

本発明によれば、部品に加わる衝撃荷重（押圧力）を広範囲に調整することができ、かつ、その荷重を可動部の重量よりも小さくなるように調整することもできる。しかも、上記圧力室に供給する圧力を正圧から負圧にわたる範囲で調整するようにしているため、可動部の重量を打ち消すためのスプリング等を別個に設ける必要がなく、構造を簡単に保ち得る。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る表面実装機の全体構成を概略的に示している。この図において、基台１上には、搬送ラインを構成するコンベア２が配置され、プリント基板３が上記コンベア２上を搬送されて所定の作業位置で停止されるようになっている。

上記コンベア２の側方には、部品供給部４が配置されている。この部品供給部４には、例えば、多数列のテープフィーダー４ａが設けられている。各テープフィーダー４ａは、各々ＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等の小片状の電子部品を所定間隔おきに収納、保持したテープがリールから導出されるように構成され、後述のヘッドユニット５により電子部品が間欠的に取り出されるようになっている。

また、上記基台１の上方には、電子部品搭載用のヘッドユニット５が装備されている。このヘッドユニット５は、部品供給部４とプリント基板３の所定の作業位置とにわたって移動可能とされ、本実施形態では、Ｘ軸方向（コンベア２の方向）およびＹ軸方向（水平面上でＸ軸と直交する方向）に移動することができるようになっている。

すなわち、上記基台１上には、Ｙ軸方向に延びる一対の固定レール７と、Ｙ軸サーボモータ９により回転駆動されるボールねじ軸８とが配設され、上記固定レール７上にヘッドユニット支持部材１１が配置されて、この支持部材１１に設けられたナット部分１２が上記ボールねじ軸８に螺合している。また、上記支持部材１１には、Ｘ軸方向に延びるガイド部材１３と、Ｘ軸サーボモータ１５により駆動されるボールねじ軸１４とが配設され、上記ガイド部材１３にヘッドユニット５が移動可能に保持され、このヘッドユニット５に設けられたナット部分（図示せず）が上記ボールねじ軸１４に螺合している。そして、Ｙ軸サーボモータ９の作動によりボールねじ軸８が回転して上記支持部材１１がＹ軸方向に移動するとともに、Ｘ軸サーボモータ１５の作動によりボールねじ軸１４が回転してヘッドユニット５が支持部材１１に対してＸ軸方向に移動するようになっている。

さらに、上記基台１には、ヘッドユニット５により吸着された電子部品の吸着状態を認識するための部品認識カメラ１７、１８が設けられ、ヘッドユニット５が部品吸着後にこの部品認識カメラ１７、１８の上方に移動することにより吸着部品が撮像されるようになっている。

図２は上記ヘッドユニット５の具体的な構造を示している。この図において、上記ヘッドユニット５には、下方部に電子部品吸着用のノズルを具備したヘッド２０が搭載されている。本実施形態において、上記ヘッドユニット５には、Ｘ軸方向に並んで２つのヘッド２０が配設されている。

各ヘッド２０は、縦軸方向（上下方向）に伸びるノズルシャフト２１を有し、このノズルシャフト２１がヘッドユニット５のフレーム５ａに縦軸方向の昇降及び縦軸回りの回転が可能に支持されており、このノズルシャフト２１の下方部にノズルが装備され、とくに部品吸装着時に緩衝機能を持たせるように、ノズルおよびこれを保持する部材を含む部分が、ノズルシャフト２１に対して所定量だけ上下方向相対移動可能な可動部となっている。

当実施形態において、上記可動部は、複数のノズル３１を保持するノズル組付ブロック３０と、このノズル組付ブロック３０を横軸回りに回転可能に支持するホルダー３５とを含んでいる。

上記ヘッドユニット５には、さらに、上記ノズルシャフト２１を昇降させるＺ軸駆動機構と、ノズルシャフト２１を回転させるＲ軸駆動機構と、ノズル組付ブロック３０を回転駆動するためブロック駆動機構と、部品吸装着時におけるヘッド下降端位置での押し付け荷重を調整する荷重調整機構等が各ヘッド２０毎に設けられている。

上記Ｚ軸駆動機構は、上記フレーム５ａの左右両側上部にそれぞれ固定される駆動源としてのＺ軸サーボモータ２３と、上下方向に延びて上記フレーム５ａに対して昇降可能に支持されるラック２４とを有し、このラック２４がブラケット２５を介してノズルシャフト２１の上端部に連結されるとともに、上記Ｚ軸サーボモータ２３の出力軸に装着されたピニオン２６が上記ラック２４に噛合することにより構成されている。そして、上記Ｚ軸サーボモータ２３の作動によりピニオン２６が回転すると、これに伴いラック２４、ブラケット２５及びノズルシャフト２１が一体にフレーム５ａに対して昇降するようになっている。

上記Ｒ軸駆動機構は、フレーム５ａの中央部分にそれぞれ固定される駆動源としてのＲ軸サーボーモータ２７と、その出力軸に装着される駆動ギア（図示せず）と、上記ノズルシャフト２１に装着されて上記駆動ギアに噛合するギア２８とを有し、上記Ｒ軸サーボーモータ２７の作動によりノズルシャフト２１を回転駆動するように構成されている。なお、ノズルシャフト２１と上記ギア２８とは、ノズルシャフト２１に対するギア２８の相対的な昇降が可能で、かつノズルシャフト２１とギア２８が一体回転するようにスプライン結合されている。

図３はノズルシャフト２１の下部の具体的な構造を示している。この図において、上記ノズルシャフト２１は、中空のメインシャフト２１ａの内部に同じく中空のサブシャフト２１ｂを配設した二重管構造とされることにより、メインシャフト２１ａ内のサブシャフト２１ｂの内外に通路２２ａ，２２ｂが形成されている。サブシャフト２１ｂの内側の通路２２ａは、ノズル３１に対して部品吸着用の負圧を供給するためのものであり、上端部が図外の負圧供給源にバルブ７５等を介して接続されている。また、サブシャフト２１ｂの外側の通路２２ｂは、後述の圧力室７０にエアによる正圧ないし負圧を供給するためのものであり、後述の圧力供給手段８０に接続されている。

上記ノズルシャフト２１の下方に位置するノズル組付ブロック３０には、複数（例えば５個）のノズル３１と１個のノズルホルダー３２とが組付けられている。ノズル３１についてより詳しくは、チップ部品等の主に小型部品を対象とする小口径のノズルと、ＱＦＰ等の主に大型の部品で、かつ装着精度が要求される部品を対象とする大口径のノズルとが組付けられている。なお、ノズルホルダー３２には、チップ部品やＱＦＰ以外の特殊部品を実装する場合に、これら部品に応じたノズルが装着されるようになっている。

これらノズル３１及びノズルホルダー３２（以下、特に区別する必要がない場合にはノズル等３１，３２という）は、ノズル組付ブロック３０に回転方向等間隔に設けられた複数のノズル等組付用の凹部３３にそれぞれ嵌入、固定されることにより、ノズル組付ブロック３０に放射状に組付けられている。

また、上記ノズル組付ブロック３０を保持するホルダー３５は、略逆Ｕ字型に形成され、上記ノズルシャフト２１の下方部に位置しており、このホルダー３５とノズルシャフト２１とが、ノズルシャフト２１に対するホルダー３５の上下方向相対移動が可能で、かつ縦軸回りに一体回転するようにスプラインナット３６を介して結合されている。このホルダー３５には、横軸３７が回転自在に横架され、上記ノズル組付ブロック３０がこの横軸３７に固着されている。

そして、ノズル組付ブロック３０が横軸３７回りに回転駆動されることにより、これらノズル等３１，３２のうち一のノズル又はノズルホルダーが選択的に所定の使用位置、つまりヘッド２０の下端に配置されるようになっている。

ブロック駆動機構は、フレーム５ａに搭載される駆動源としてのサーボモータ４１（図２参照）と、このサーボモータ４１の回転を上記ノズル組付ブロック３０に伝達するための伝動機構とで構成されている。

具体的に説明すると、上記フレーム５ａには、図２および図３に示すように、ノズルシャフト２１と平行に延び、ヘッドユニット５のフレーム５ａに対して昇降及び縦軸回りの回転が可能なブロック駆動用シャフト４０が設けられ、このシャフト４０にプーリ４２が装着されるとともに、上記サーボモータ４１の出力軸にプーリ４３が装着され、これらプーリ４２，４３にわたってベルト（図示せず）が装着されている。こうして上記サーボモータ４１の作動によりシャフト４０が回転駆動されるようになっている。このシャフト４０の外周面にはスプラインが形成されている。そして、このシャフト４０とプーリ４２とは、プーリ４２に対するシャフト４０の相対的な昇降が可能で、かつシャフト４０とプーリ４２とが一体回転するようにスプライン結合されている。

このシャフト４０は、上部が上記ブラケット２５に回転可能に連結される一方、シャフト４０の下部が、上記ホルダー３５の上端部分に相対回転可能に取付けられたブリッジ部材４４の一端に、ベアリングを介して回転可能に支持されている。ノズルシャフト２１は上下の軸受５ｂ，５ｂによりフレーム５ａに対して上下動可能、かつ回転可能に支持され、シャフト４０は上下の軸受５ｃ，５ｃによりフレーム５ａに対して上下動可能、かつ回転可能に支持される。これにより、ブラケット２５、ヘッド２０及びシャフト４０が一体となって上下動可能とされるとともに、シャフト４０、シャフト２１が互いに独立に回転可能とされる。このシャフト４０の内部にはエア通路４５が形成されており、このエア通路４５は、電磁バルブ７６等を介してエア供給源に接続されている。

また、上記シャフト４０の下端部にギア４６が装着され、このギヤ４６に、上記ホルダー３５の上端部分に相対回転可能に装着されたギア４７が噛合するとともに、このギア４７と一体に設けられたギア４８に、ホルダー３５に回転可能に支持された伝動シャフト５０の上端のギア５１が噛合し、さらに、伝動シャフト５０の下端に一体に設けられたベベルギア５２に、上記ノズル組付ブロック３０に一体に組付けられたベベルギア５３が噛合している。

これにより、上記サーボモータ４１が作動してブロック駆動用シャフト４０が回転すると、この回転がギア４６，４７，４８，５１、伝動シャフト５０及びベベルギア５２，５３を介して横軸回りの回転に変換されつつノズル組付ブロック３０に伝動されるようにブロック駆動機構が構成されている。

上記ノズル組付ブロック３０には、各ノズル等３１，３２に対してそれぞれ負圧を供給するための通路５６が形成されており、これらの通路５６は、一端側が各ノズル等３１，３２の内部に連通している一方、他端側がノズル組付ブロック３０の端部に開口している。そして、ノズル等３１，３２のうちで上記所定の使用位置にセットされたものに対応する通路５６のみが、ホルダー３５内に形成された通路５７等を介し、サブシャフト２１ｂ内の通路２２ａに連通して、部品吸着のための負圧が供給されるようになっている。

上記ノズル組付ブロック３０には、さらにノズル等３１，３２を位置決めするための係合穴６０が各ノズル組付用の凹部３３の側方に形成されるとともに、この係合穴６０に係合可能な先窄まりの位置決め部材６１を備えたエアシリンダ６２がホルダー３５に設けられている。

エアシリンダ６２は、上記ノズル組付ブロック３０の上方に配置されている。エアシリンダ６２の内部には、位置決め部材６１と一体のピストン６３が設けられるとともに、このピストン６３の下側に圧力室６４が形成され、この圧力室６４がホルダー３５及びブリッジ部材４４の内部に形成されたエア通路６５，６６を介してブロック駆動用のシャフト４０内のエア通路４５に連通している。一方、エアシリンダ６２内のピストン６３の上側の室６７は大気に開放され、かつ、この室６７にスプリング６８が配設されている。そして、圧力室６４に対するエア圧の供給が停止されているときは、スプリング６８によってピストン６３が下降位置に付勢されることにより、位置決め部材６１が係合穴６０に係合し、また、圧力室６４にエアが供給されると、ピストン６３が上昇して位置決め部材６１が係合穴６０から離脱するようになっている。

また、上記荷重調整機構は、図３に示すように、ノズルシャフト２１の下端に取り付けられた上部圧力室構成部材７１とホルダー３５に取り付けられた下部圧力室構成部材７２との間に形成された圧力室７０を有している。この圧力室７０は、ノズルシャフト２１内のサブシャフト２１ｂの外側の通路２２ｂと連通している。そして、この圧力室７０に所定のエア圧が供給されたときは、ホルダー３５をエア圧により下方に押圧することにより、ノズルシャフト２１に対してホルダー３５を上下動可能範囲内の下降端位置に拘束するロック状態となり、上記圧力室７０に供給される圧力が上記所定のエア圧より小さいときは、部品の吸装着時にノズルの部品への当接等に伴いホルダー３５がノズルシャフト２１に対して上方に相対変位することが許容されるようになっている。

なお、上部圧力室構成部材７１の内部には、上記サブシャフト２１ｂの内側の通路２２ａに通じる通路７４を形成する通路構成部材７３が挿通され、この通路構成部材７３の上端がサブシャフト２１ｂに連結される一方、通路構成部材７３の下端が下部圧力室構成部材７２内に突入し、ここから、ホルダー３５に形成された通路５７に通じるようになっている。

図４は上記荷重調整機構の圧力室７０に対する圧力供給手段８０を示している。この圧力供給手段８０は、空気圧縮機からなる正圧供給源８１に接続された正圧供給ライン８２と、真空ポンプ又はエジェクターからなる負圧供給源８３に接続された負圧供給ライン８４とを有している。上記正圧供給ライン８２には、正圧供給源８１側から順にフィルタ８５、オイルミストセパレータ８６、減圧弁８７、タンク８８および電空レギュレータ８９（正圧調整手段）が介設されている。一方、上記負圧供給ライン８４には、タンク９０および電空真空レギュレータ９１（負圧調整手段）が介設されている。

上記電空レギュレータ８９および電空真空レギュレータ９１は、後記コントローラ１００から与えられる電気信号に応じてライン８２，８４内の圧力（正圧または負圧）をコントロールするものである。

また、正圧供給ライン８２には、電空レギュレータ８９による調整後の正圧を検出する正圧センサ９２が接続され、負圧供給ライン８４には、電空真空レギュレータ９１による調整後の負圧を検出する負圧センサ９３が接続されている。

上記ライン８２，８４と、荷重調整機構の圧力室７０に通じる通路２２ｂとの間には、上記圧力室７０に対して正圧供給状態と負圧供給状態とに切替可能な切替手段としての正負圧切替バルブ９５、及び、圧力室７０に対する圧力（正圧または負圧）の導入、排出の切替えを行う切替バルブ９６が介設されている。上記正負圧切替バルブ９５は、後記コントローラ１００からの信号によって切替作動される電磁式のバルブであって、切替バルブ９６に接続される通路９７に正圧供給ライン８２を連通させる正圧供給状態と負圧供給ライン８４を連通させる負圧供給状態とに切替可能となっている。また、上記切替バルブ９６は、後記コントローラ１００からの信号によって切替作動される電磁式のバルブであって、上記圧力室７０に通じる通路２２ｂに上記通路９７を連通させて、負圧あるいは正圧を導く圧力導入状態と、上記通路９７を遮断して上記圧力室７０に通じる通路２２ｂを大気側に連通させる大気開放状態とに切替可能となっている。

図５は実装機の制御系を示している。この図に示すように、実装機はコントローラ１００を有しており、このコントローラ１００には、実装機を統括制御するための主制御手段１０１と、実装動作等に関する各種プログラムを記憶する記憶手段１０２が設けられるとともに、軸駆動制御手段１０３、バルブ制御手段１０４及び荷重調整用制御手段１０５が設けられている。

上記軸駆動制御手段１０３は、実装機及びヘッドユニット５に装備されている各種サーボモータ９，１５，２３，２７，４１を制御する。また、上記バルブ制御手段１０４は、ノズル３１に対して部品吸着用の負圧を供給するためのバルブ７５や、位置決め部材６１を作動するエアシリンダ６２に対してエアを供給するためのバルブ７６の作動を制御する。

上記荷重調整用制御手段１０５は、荷重調整機構の圧力室７０に対する圧力供給手段８０に設けられている切替バルブ９６、正負圧切替バルブ９５、電空レギュレータ８９及び電空真空レギュレータ９１を制御する。そして、吸着部品の種類等に応じ、上記圧力室７０に所定の正圧を供給することにより上記ノズルシャフト２１に対して上記可動部を上下動不能に拘束するロック状態と、上記圧力室７０に対する供給圧力を上記所定の正圧より小さくすることにより、または圧力供給を停止することにより上記可動部の上下動を許容する非ロック状態とに変更し、かつ、この非ロック状態において上記圧力室７０に対する供給圧力を上記所定の正圧より小さい正圧から負圧にわたる範囲で調整するように、上記バルブ９５，９６及びレギュレータ８９，９１を制御する。この場合、レギュレータ８９，９１の制御としては、供給圧力が吸着部品の種類等に応じて設定された目標値となるように、正圧センサ９２または負圧センサ９３からの検出信号に応じたフィードバック制御を行うようになっている。

なお、正圧供給源８１が停止する時に正圧供給ライン８２が密閉される配管系構造の場合、停止直前の圧力が維持されるので、正圧センサ９２により検知される圧力が所望の圧力となるまで電空レギュレータ８９で圧を逃がす制御がされる。ノズル３１の種別により圧力室７０を別の所望の圧力まで上昇させる必要がある場合のみ正圧供給源８１を運転するようにしてもよい。なおまた、正圧供給ライン８２が密閉されない配管系構造の場合、正圧供給源８１を停止すると時間の経過とともに圧力室７０の圧力は大気圧に近づいて行く。電空レギュレータ８９は、この変化を促進させる。

負圧供給ライン８４についても同様であり、負圧供給源８３が停止する時に負圧供給ライン８４が密閉される配管系構造の場合、停止直前の圧力が維持されるので、負圧センサ９３により検知される圧力が所望の負圧となるまで電空真空レギュレータ９１で負圧を逃がす（大気側から空気を導入する）制御がされる。ノズル３１の種別により圧力室７０を別の所望の圧力まで下げる（負圧を大きくする）必要がある場合のみ負圧供給源８３を運転するようにしてもよい。なおまた、負圧供給ライン８４が密閉されない配管系構造の場合、負圧供給源８３を停止すると時間の経過とともに圧力室７０の負圧は０（大気圧）に近づいて行く。電空真空レギュレータ９１は、この変化を促進させる。

なお、所望の負圧は、可動部の荷重が圧力室７０の横断面積と負圧値とを乗算することによって求められる上向きの荷重より可動部の重量の方が大きいという条件を満足するものである。可動部の重量の方が小さいと、可動部は上昇しっぱなしとなり、Ｚ軸サーボモータ２３の制御値を変更しなければならなくなり、また、衝撃荷重の緩和が不可能となってしまうからである。

なおまた、衝撃荷重の緩和特性を所望のものにするため、圧力室７０の圧力を０（大気圧）に制御する方法として、電空レギュレータ８９や電空真空レギュレータ９１での設定圧を０に制御する方法と、切替バルブ９６により通路２２ｂを大気開放状態とする方法がある。ノズル組付ブロック３０に形成される凹部３３内に、ノズル３１を下方の不図示のストッパに弾力で押圧する弾発部材（コイルスプリング）を配置してもよい。弾発部材により衝撃荷重が緩和される。この場合、さらに圧力室７０の圧力を正圧から０（大気圧）、さらに負圧の間の所望の圧力に制御することで、より適正な衝撃荷重の緩和特性を得ることができる。

なおまた、タンク８８，９０は圧力室７０に比べて十分に大きな容積をもち、可動部の変位によっても、正圧供給ライン８２、負圧供給ライン８４の圧力に影響を与えないようにしている。

次に、上記コントローラ１００の荷重調整用制御手段１０５による荷重調整のための制御の一例について、図６のフローチャートを用いて説明する。なお、これ以外の制御、例えば実装動作等の制御は別のルーチンにおいて行われるが、その実装動作等の制御は従来から一般に知られているものであるため、図示及び説明は省略する。

図６のフローチャートに示す処理がスタートすると、先ずステップＳ１で吸着される部品の種類が判別され、ステップＳ２で吸着される部品の種類に応じて荷重制御用の圧力が設定される。なお、当実施形態のようにヘッドユニット５に２つのヘッド２０が設けられている場合、各ヘッド２０のそれぞれに吸着される部品の種類の判別とそれに応じた荷重制御用の圧力の設定が行われる。また、部品吸着時と部品装着時のそれぞれについて荷重制御用の圧力が設定される。

荷重制御用の圧力は、予め各種部品について適正な値が実験等により調べられて、これがテーブルとして記憶手段１０２に記憶されている。すなわち、部品吸着時においてヘッド下降端位置でノズル３１が部品に当接する際や、部品装着時においてヘッド下降端位置で吸着部品がプリント基板３に当接する際に、吸装着を確実にするためある程度の押圧力は部品に作用するが部品の損傷を招くような過大な荷重は作用しないように、適正な押付け荷重が各種部品毎に予め調べられる。そして、ノズルシャフト２１に対して上下動可能なノズル組付ブロック３０及びホルダー３５等からなる可動部の重量と、圧力室７０に供給される圧力による荷重とを加えた荷重が上記の適正な押付け荷重となるように、圧力室７０に供給される圧力が設定される。この場合、適正な押付け荷重が上記可動部の重量より小さければ、圧力室７０に供給される圧力の設定値は負圧となる。

次に、ステップＳ３で、荷重制御を行うべき状況にあるか否かが判定される。この場合、部品実装動作の中で、部品吸装着時にヘッド２０が下降端位置付近にあるとき以外は、荷重制御を行う必要はなくノズルシャフト２１に対して上記可動部をロック状態としておく方が好ましいため、ステップＳ３ではＮＯと判定される。そして、この場合は、ステップＳ４で上記切替バルブ９６が圧力導入状態とされるとともに、ステップＳ５で正負圧切替バルブ９５が正圧供給状態とされ、かつ、ステップＳ６で、正圧センサ９２によって検出される圧力が、上記ロック状態とするに足る所定圧力（例えば０．４５メガパスカル）に保たれるように、電空レギュレータ８９が制御される。

一方、部品吸着時や部品装着時においてヘッド２０が下降端位置付近にあるときは、上記ステップＳ３でＹＥＳと判定される。そして、この場合は、ステップＳ７で、設定圧力に応じて切替バルブ９６及び正負切替バルブ９５が作動されるとともに、ステップＳ８で、検出圧力と設定圧力との比較に応じてレギュレータ９２，９３が制御される。

ステップＳ７，８の処理を具体的に説明すると、設定圧力が０の場合（部品に対する適正な押付け荷重と上記可動部の重量とが等しい場合）は、切替バルブ９６が大気開放状態とされる。設定圧力が上記所定圧力よりは低い正の値である場合（部品に対する適正な押付け荷重が上記可動部の重量より大きい場合）は、切替バルブ９６が圧力導入状態、正負切替バルブ９５が正圧供給状態とされるとともに、正圧センサ９２によって検出される圧力が設定圧力となるように電空レギュレータ８９が制御される。また、設定圧力が負の値である場合（部品に対する適正な押付け荷重が上記可動部の重量より小さい場合）は、切替バルブ９６が圧力導入状態、正負切替バルブ９５が負圧供給状態とされるとともに、負圧センサ９３によって検出される負圧が設定圧力となるように電空真空レギュレータ９１が制御される。

ステップＳ３での判別に応じたステップＳ４〜６またはステップＳ７，８の処理の後は、ステップＳ９で実装が完了したか否かが判定され、その判定がＮＯであればステップＳ３以降の処理が繰返される。ステップＳ９の判定がＹＥＳになれば終了する。

以上のような当実施形態の装置によると、部品実装動作としては、先ずヘッドユニット５が部品供給部４に移動し、ここでヘッド２０が下降して下降端位置でノズル３１により部品が吸着されてからヘッド２０が上昇する。こうして部品の吸着が行われた後、カメラ１７，１８による撮像とそれに基づく部品認識等の動作を経て、ヘッドユニット５がプリント基板３上に移動し、ここでヘッド２０が下降してノズル３１に吸着されていた部品がプリント基板３上に装着される。

このような部品実装動作の中で、部品吸装着時にヘッド２０が下降端位置付近にあるとき以外は、上記荷重調整機構がロック状態とされることにより、ノズルシャフト２１に対してホルダー３５およびノズル組付ブロック３０等からなる可動部が上下方向相対移動を行わないように拘束されるが、ヘッド２０が下降端付近にあるときには、上記荷重調整機構が非ロック状態とされて、ノズルシャフト２１に対する上記可動部の上下相対移動が許容される。これにより、部品吸着時に下降端位置でノズル３１が部品に当接する際や、部品装着時に下降端位置でノズル３１に吸着されている部品が基板に当接する際に、部品に作用する衝撃が緩和される。

このように非ロック状態とされて衝撃緩和作用が発揮されるときに、設定圧力に応じて切替バルブ９６、正負圧切替バルブ９５及びレギュレータ８９，９１が制御されることにより、ノズル先端の部品に加わる荷重が適正に調整される。

すなわち、切替バルブ９６が大気開放状態とされると、上記圧力室７０が大気に開放された状態となって圧力室７０から上記可動部に押圧力が加わらないので、上記可動部の重量がノズル先端の部品に加わる荷重となる。また、切替バルブ９６が圧力導入状態とされると、上記圧力室７０内に正圧（正負圧切替バルブ９５を正圧供給状態とした場合）または負圧（正負圧切替バルブ９５を負圧供給状態とした場合）が供給され、その圧力分と可動部の重量とを加えた値がノズル先端の部品に加わる荷重となり、その荷重をレギュレータ８９，９１によって調整することができる。

とくに、正負圧切替バルブ９５を負圧供給状態として電空真空レギュレータ９１により調整された負圧を上記圧力室７０に供給すれば、圧力室７０から上記可動部に引き上げ方向の力が作用して、上記可動部の重量の一部ないし全部を打ち消し、ノズル先端の部品に加わる荷重を上記可動部の重量よりも小さくすることができ、衝撃吸収作用を大幅に高めることができる。

なお、本発明の表面実装機の具体的構造は上記実施形態に限定されず、種々変更可能である。

例えば、上記実施形態では、複数のノズル３１を具備するノズル組付ブロック３０がホルダー３５を介してノズルシャフト２１の下端部に取り付けられているが、１つのノズルをノズルシャフトの下端部に取り付けるようにしてもよく、この場合でも、ノズルとこれを保持する部材とをノズルシャフトに対して上下方向相対移動可能な可動部とし、この可動部とノズルシャフトの間に押圧力調整のための圧力室を設け、この圧力室に対して図４に示すような圧力供給手段を設け、圧力室に供給する圧力を正圧から負圧にわたって調整し得るようにしておけばよい。

本発明の実施形態に係る表面実装機の全体構成を概略的に示す平面図である。図１の表面実装機におけるヘッドユニットの一部断面正面図である。図１の表面実装機におけるヘッドの要部を示す正面断面図である。図１の表面実装機に設けられた加圧室に対する圧力供給手段を示す空気圧回路図である。表面実装機の制御系統を示すブロック図である。荷重調整のための制御の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

３プリント基板
５ヘッドユニット
２０ヘッド
２１ノズルシャフト
３０ノズル組付ブロック
３１ノズル
３５ホルダー
７０圧力室
８０圧力供給手段
７１正圧供給源
７３負圧供給源
７９電空レギュレータ
８１電空真空レギュレータ
８５正負圧切替バルブ
８６切替バルブ
９０コントローラ
９５荷重調整用制御手段

Claims

移動可能なヘッドユニットに、上下方向に延びるノズルシャフトが昇降可能に設けられ、このノズルシャフトの下端部に、部品吸着用のノズルが取り付けられている表面実装機において、
上記ノズルおよびこれを保持する部材を含み、上記ノズルシャフトに対して所定量だけ上下方向相対移動可能に取り付けられた可動部と、
上記ノズルシャフトと上記可動部との間に配置されて、上記可動部に加える押圧力を調整する圧力室と、
上記圧力室に対する圧力供給手段とを備え、
この圧力供給手段は、上記圧力室に供給する圧力を正圧から負圧にまでわたって調整可能となっていることを特徴とする表面実装機。
上記可動部は、横軸を中心に放射状に配置された複数のノズルを具備するノズル組付ブロックと、このノズル組付ブロックを横軸回りに回転可能に保持するホルダーとを有し、このホルダーと上記ノズルシフトの間に上記圧力室が設けられていることを特徴とする請求項１記載の表面実装機。
上記圧力供給手段は、上記圧力室に供給する負圧によって上記可動部に作用する引き上げ方向の力が上記可動部の重量を打ち消す程度まで負圧を調整可能となっていることを特徴とする請求項１又は２記載の表面実装機。
上記圧力供給手段は、正圧供給源と、この正圧供給源から供給される正圧を調整する正圧調整手段と、負圧供給源と、この負圧供給源から供給される負圧を調整する負圧調整手段と、上記圧力室に対して正圧供給状態と負圧供給状態とに切替可能な切替手段とを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項の記載の表面実装機。
上記圧力供給手段は、上記圧力室に所定の正圧を供給することにより上記ノズルシャフトに対して上記可動部を上下動不能に拘束するロック状態と、上記圧力室に対する供給圧力を上記所定値より小さくし、または圧力供給を停止することにより上記可動部の上下動を許容する非ロック状態とに変更可能であり、かつ、上記非ロック状態において上記圧力室に対する供給圧力を上記所定の正圧より小さい正圧から負圧にわたる範囲で調整可能となっていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項の記載の表面実装機。