JP2006286781A - 電子部品の搭載ヘッド、部品実装装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板上への搭載時に電子部品に加わる吸着ノズルの押圧荷重を一定に調整することができる搭載ヘッド、部品実装装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】 部品供給装置から供給される電子部品を吸着ノズルで真空吸着し、基板上に搭載する電子部品の搭載ヘッド２であり、スリーブ１１の動作室１１ｂ内に摺動可能なシリンダ１２を収納したエアダンパー１０を備え、シリンダ１２に吸着ノズルを直接又は間接的に連結し、動作室１１ｂ内を加減圧することにより、吸着ノズルの電子部品に対する押圧負荷を調整する。また、エアダンパー１０の動作室１１ｂを電空レギュレータ２０の出力ポートに接続し、該動作室１１ｂ内の圧力を該電空レギュレータ２０で調整する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、部品供給装置から供給されるチップ状電子部品を真空吸着し、基板上に搭載する電子部品の搭載ヘッド、部品実装装置及びその制御方法に関し、特に、基板上への搭載時に電子部品に加わる吸着ノズルの押圧荷重を一定に調整することができる搭載ヘッド、部品実装装置及びその制御方法に関する。

図６は従来の部品実装装置（チップマウンタ）の主要部を示す斜視図である。同図において、部品実装装置１００は、プリント基板１０１の搬送手段１１０の両側にベースユニット１２０を配設するとともに、該ベースユニット１２０の周辺に多数のテープ式部品供給装置（テープフィーダ）１３０，１３０…及びトレー式部品供給装置１４０等の生産ライン構成機器を配設し、搭載ヘッド１５０に装着した吸着ノズル１６０によって、これらテープ式部品供給装置１３０及びトレー式部品供給装置１４０からチップ状電子部品を吸着し、プリント基板１０１上の所定位置に搭載する構成となっている。

このような部品実装装置１００では、特開２００４−１８６４５４号（特許文献１）で開示されているように、電子部品の種類ごとに、部品形状、重量、吸着面の状態等を考慮して、作業者が適切な動作条件を設定していた。
特開２００４−１８６４５４号公報

近年、ＩＴ関連機器等の電子機器製品の多種多様化及び小型化に伴って、その電子部品も多種多様化、微小化及び精密化が進展している。このような微小化及び精密化した電子部品は耐衝撃性が低く、標準的なサイズの電子部品と比較して、搭載ヘッド１５０の吸着ノズルによる吸着時又は搭載時に加わる負荷を繊細に管理する必要がある。

しかし、上述した従来の部品実装装置１００では、搭載ヘッド１５０の吸着ノズル１６０が、吸着時又は搭載時に電子部品に与える押圧荷重を何ら制御することなく、該吸着ノズル１６０が電子部品に接触するときの衝撃をスプリングで吸収する構成を採用するにすぎなかった。

このため、従来の部品実装装置１００では、例えば、プリント基板１０１が凸状に反った場合、又は電子部品の高さ寸法が増大する誤差が生じた場合に、あらかじめ設定した高さに搭載ヘッド１５０を下降させて該電子部品を吸着又は搭載すれば、反りや寸法誤差の分だけ搭載ヘッド１５０の押し込み量が増加し、この結果、前記スプリングの反発力が増大して電子部品に加わる押圧負荷が増加してしまうという問題があった。

また、搭載ヘッド１５０の下降速度を低く設定することにより、該吸着ノズル１６０が電子部品に接触するときの衝撃を緩和することは可能であるが、上述したプリント基板１０１の反りや電子部品の寸法誤差による吸着ノズル１６０の押圧荷重を緩和することはできない。さらに、搭載ヘッド１５０の下降速度を低く設定すると、その分だけ動作時間が遅くなって生産性の低下を招くという問題もあった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、基板上への搭載時に電子部品に加わる吸着ノズルの押圧荷重を一定に調整することができる搭載ヘッド、部品実装装置及びその制御方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の搭載ヘッドは、部品供給装置から供給される電子部品を吸着ノズルで真空吸着し、基板上に搭載する電子部品の搭載ヘッドであって、スリーブの動作室内に摺動可能なシリンダを収納したエアダンパーを備え、前記シリンダに吸着ノズルを直接又は間接的に連結し、前記動作室内を加減圧することにより、前記吸着ノズルの電子部品に対する押圧負荷を調整する構成としてある。

好ましくは、前記エアダンパーの動作室を電空レギュレータの出力ポートに接続し、該動作室内の圧力を前記電空レギュレータで調整する構成とする。また、好ましくは、前記エアダンパーを吸着ノズルの装着部に備えた構成、又は、前記エアダンパーを吸着ノズルに備えた構成とする。

上記目的を達成するために、本発明の部品実装装置は、上記構成からなるいずれかの本搭載ヘッドを備えた構成としてあり、好ましくは、前記電子部品に加わる吸着ノズルの押圧荷重を測定する圧力測定手段を備えた構成とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る第１の部品実装装置の制御方法は、前記搭載ヘッドが、吸着ノズルに真空吸着した電子部品を基板上に搭載する工程と、圧力センサが、基板搭載時における前記エアダンパーの動作室内の加減圧を検出する工程と、制御部が、前記圧力センサーからの検知信号に基づき、前記電空レギュレータを動作させて前記エアダンパーの動作室内を加減圧し、前記吸着ノズルの押圧負荷を補正する工程とを含むようにしてある。

また、上記目的を達成するために、本発明に係る第２の部品実装装置の制御方法は、前記搭載ヘッドが、吸着ノズルによって電子部品を真空吸着する工程と、前記圧力測定手段が、前記電子部品に加わる吸着ノズルの押圧荷重を測定する工程と、制御部が、あらかじめ定められた前記吸着ノズルの押圧負荷の設定値と、前記圧力測定手段が測定した前記吸着ノズルの押圧負荷の測定値とを比較する工程と、前記吸着ノズルの押圧負荷の設定値と測定値に差異がある場合は、前記制御部が、前記電空レギュレータを動作させて前記エアダンパーの動作室内を加減圧し、前記吸着ノズルの押圧負荷を補正する工程とを含むようにしてある。

さらに、上記目的を達成するために、本発明に係る第３の部品実装装置の制御方法は、上記第２の部品実装装置の制御方法を実施した後に、上記第１の部品実装装置の制御方法を実施するようにしてある。

これに加え、上記目的を達成するために、本発明に係る第４の部品実装装置の制御方法は、上記第１〜第３のいずれかの部品実装装置の制御方法において、前記搭載ヘッドの下降速度を、あらかじめ設定した高さまで高速で下降させた後、低速で下降させる少なくとも２段階とするようにしてある。

本発明の搭載ヘッド、部品実装装置及びその制御方法によれば、電子部品に加わる吸着ノズルの押圧荷重が設定値と相違する場合に、エアダンパーの動作室内を加減圧して、前記吸着ノズルの押圧負荷を補正することができる。これにより、前記電子部品の搭載時における吸着ノズルの押圧荷重を一定に調整することができ、微小化及び精密化した電子部品の破損を防止することができる。

また、搭載ヘッドの下降速度を、あらかじめ設定した高さまで高速で下降させた後、低速で下降させる少なくとも２段階制御とした場合は、搭載ヘッドの動作遅延を最小限に抑えつつ、吸着時又は搭載時における電子部品への衝撃を緩和することができ、上記吸着ノズルの押圧荷重の調整と相まって、微小化及び精密化した電子部品の破損をより確実に防止することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る搭載ヘッド、部品実装装置及びその制御方法について、図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の一実施形態に係る搭載ヘッドを備えた部品実装装置を示す斜視図である。図２は上記搭載ヘッドのエアダンパー及びその制御系を示す説明図である。図３は上記搭載ヘッドのエアダンパーの圧力制御を行う電空レギュレータを示す回路図である。同じく図４は上記電空レギュレータの構成を示すブロック図である。なお、本実施形態において、従来と同様の箇所については同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図１において、１は本実施形態に係る部品実装装置（チップマウンタ）であり、図２に示すエアダンパー１０及び電空レギュレータ２０を備えた搭載ヘッド２を有している。また、電子部品の電極にフラックスを転写させる転写ユニット１７０には、後述するロードセル（圧力測定手段）５０が内蔵してある。

その他、制御系を除く本部品実装装置１の構成は、図６に示す従来の部品実装装置１００と同様となっており、プリント基板１０１の搬送手段１１０の両側に部品供給ステージ１２０を配設するとともに、該部品供給ステージ１２０に多数のテープ式部品供給装置１３０及びトレー式部品供給装置１４０を配設し、図示を省略した前記搭載ヘッド２の吸着ノズル１６０によって、これらテープ式部品供給装置１３０及びトレー式部品供給装置１４０の電子部品を、プリント基板１０１上の所定位置に搭載する構成となっている。

図２において、搭載ヘッド２には、主として、スリーブ１１の動作室１１ｂ内に摺動可能なシリンダ１２を収納した構成の前記エアダンパー１０を備えている。スリーブ１１の上面部には配管連結部１１ａが設けてあり、該配管連結部１１ａには配管２４ａを介して電空レギュレータ２０が接続してある。また、スリーブ１１の側面には吸気孔１１ｃが穿設してあり、前記部品実装装置１の図示しない真空回路を構成する真空ポンプ又は真空発生器（バキュームジェネレータ）に接続してある。

シリンダ１２の下端部には、前記吸着ノズル１６０の装着部（ポジショナー）１２ｃが連成してあり、該シリンダ１２の内部には、その中央から装着部１２ｃの先端に連続する断面略Ｔ字状の吸気路１２ｂが穿設してある。該吸気路１２ｂは、シリンダ１２の側面に形成した環状溝１２ａに連続しており、該環状溝１２ａは、前記スリーブ１１の吸気孔１１ｃと連通している。

このようなシリンダ１２は、スリーブ１１の動作室１１ｂ内の圧力に応じて、前記環状溝１２ａの幅内で上下方向に摺動可能となっている。また、スリーブ１１の吸気孔１１ｃに接続した前記真空ポンプ又は真空発生器を動作させることにより、装着部１２ｃに取り付けた前記吸着ノズル１６０で電子部品を真空吸着するようにしてある。

なお、本実施形態では、搭載ヘッド２の全体を図示していないが、該搭載ヘッド２は、エアダンパー１０を備えた点に主な特徴があり、該エアダンパー１０は、従来の単一ヘッド、複数ヘッド又は図６に示すようなロータリヘッドの各種型式の搭載ヘッドに応用することができる。

前記電空レギュレータ２０は、変換ボード２９を介して部品実装装置１の後述する制御部３０に接続してあり、エアダンパー１０の動作室１１ｂ内の空気圧を調整するためのものであり、図３及び図４に示すような構成となっている。すなわち、電空レギュレータ２０は、前記制御部３０からの入出力信号に基づいて各部を動作させる制御回路２１を備え、該制御回路２１には吸気用電磁弁２２と排気用電磁弁２３とが接続してある。

これら吸気用電磁弁２２と排気用電磁弁２３とは、それぞれ出力ポート２４、吸気ポート２５及び排気ポート２６に接続してあり、制御回路２１からの出力信号に基づいて、吸気用又は排気用電磁弁２２，２３のいずれかを開くことにより、出力ポート２４から出力される空気圧を加減圧することが可能となっている。

また、制御回路２１には圧力センサー２７が接続してある。該圧力センサー２７は、出力ポート２４の圧力、すなわち、該出力ポート２４に前記配管２４ａを介して接続された前記エアダンパー１０の動作室１１ｂ内の空気圧を検出する。その他、制御回路２１には、電源のＯＮ／ＯＦＦや動作エラーなどをＬＥＤ等で視覚的に表示する表示部２８が接続してある。

図２に戻り、前記部品実装装置１の制御部（ＣＰＵ）３０は、所定の部品実装プログラムに従って、上述した図１の搬送手段１１０、部品供給ステージ１２０、テープ式部品供給装置１３０、トレー式部品供給装置１４０、搭載ヘッド２及び転写ユニット１７０等の構成部材の動作制御を行っている。本実施形態では、主として、該制御部３０が、前記電空レギュレータ２０を動作制御して、搭載ヘッド２に設けたエアダンパー１０の動作室１１ｂ内を加減圧することにより、前記吸着ノズル１６０の電子部品に対する押圧負荷を調整している点に特徴がある。

該制御部３０には、ハードディスク（ＨＤ）、フロッピー（登録商標）ディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ又はフラッシュメモリ等の記憶部４０が接続してあり、該記憶部４０内には、対象となる電子部品（Ａ）〜（ｎ）ごとに、吸着時及び搭載時それぞれにおける前記吸着ノズル１６０の最適な押圧負荷が設定してある。該制御部３０の制御内容については、後述する本部品実装装置１の制御方法において詳細に説明する。

さらに、本実施形態では、制御部３０が、搭載ヘッド２の下降速度を、あらかじめ設定した高さまで高速で下降させた後、低速で下降させる２段階とするように、駆動モータのパラメータ制御をしている点にも特徴がある。

また、図２において、圧力測定手段としての前記ロードセル５０は、前記吸着ノズル１６０に吸着された電子部品に加わる押圧負荷を測定するためのものであり、該押圧負荷を電流又は電圧の変化により検出する。該検出結果である電流又は電圧は、増幅器５１により増幅された後、変換ボード５２を介して、前記部品実装装置１の制御部３０に測定値として入力される。

なお、図１に示すように、本実施形態では、該ロードセル５０を転写ユニット１７０に内蔵することにより、テープ式部品供給装置１３０又はトレー式部品供給装置１４０から電子部品を吸着ノズル１６０によって真空吸着した後、該吸着ノズル１６０の押圧負荷をロードセル５０により測定し、その後に該電子部品の電極にフラックスを転写するといった、効率的な一連動作となるようにしてある。但し、ロードセル５０を設ける場所は転写ユニット１７０に限らず、吸着ノズル１６０の移動経路上であればどの場所に設けてもよい。

次に、上述した部品実装装置１の制御方法について、図１〜図４及び図５を参照しつつ説明する。図５は本発明の一実施形態に係る部品実装装置の制御方法の各工程を示す動作フローチャートである。

これら図面において、まず、所定の部品実装プログラムに従って、制御部３０が搭載ヘッド２を移動させ、テープ式部品供給装置１３０又はトレー式部品供給装置１４０から電子部品を吸着ノズル１６０に真空吸着させる（図５のＳ１参照）。このとき、制御部３０は、搭載ヘッド２の下降速度を、あらかじめ設定した高さまで高速で下降させた後、低速で下降させる２段階制御し、吸着時における電子部品への衝撃を緩和する。

次いで、制御部３０が搭載ヘッド２をロードセル５０上に移動させた後、上記と同様の２段階の速度で搭載ヘッド２を下降させ、吸着ノズル１６０に真空吸着された電子部品をロードセル５０に接触させる。これにより、ロードセル５０が吸着ノズル１６０の押圧負荷を電流又は電圧の変化により検出する（図５のＳ２参照）。

次いで、該ロードセル５０の検出結果が、増幅器５１を経て制御部３０に実際の測定値として入力され、制御部３０が、該測定値と、あらかじめ設定された押圧負荷の設定値とを比較する（図５のＳ３参照）。

仮に、搭載ヘッド２、電空レギュレータ２０又は変換ボード２９などの精度誤差等の諸事情により、該測定値と設定値とに差異が生じた場合、制御部３０は、電空レギュレータ２０を動作させて、搭載ヘッド２におけるエアダンパー１０の動作室１１ｂ内を加減圧し、吸着ノズル１６０の押圧負荷を補正する（図５のＳ４参照）。

その後、制御部３０は、再びロードセル５０の測定値と設定値とを比較し（図５のＳ３参照）、両者の値に差異がない場合は、搭載ヘッド２をプリント基板１０１上に移動させて、電子部品を基板上の所定位置に搭載する（図５のＳ５参照）。このとき、上記と同様に、搭載ヘッド２の下降速度を、あらかじめ設定した高さまで高速で下降させた後、低速で下降させる２段階制御し、搭載時における電子部品への衝撃を緩和する。

このとき、電空レギュレータ２０の圧力センサー２７が、電子部品の搭載時におけるエアダンパー１０の動作室１１ｂ内の加減圧を検出した場合、例えば、プリント基板１０１が凸状に反った場合、又は電子部品の高さ寸法が増大する誤差が生じた場合などの原因により、動作室１１ｂ内の空気圧が上昇したときは、これを圧力センサー２７が検出し、該検出信号を入力した制御部３０が、電空レギュレータ２０の排気用電磁弁２３を動作させて、動作室１１ｂ内の空気圧が設定値となるように減圧補正する。これにより、プリント基板１０１の反りや電子部品の寸法誤差の影響によらず、最適な吸着ノズル１６０の押圧負荷により電子部品を搭載することができる。

以上のように、本実施形態の搭載ヘッド２、部品実装装置１及びその制御方法によれば、電子部品に加わる吸着ノズル１６０の押圧荷重が設定値と相違する場合に、エアダンパー１０の動作室１１ｂ内を加減圧して、吸着ノズル１６０の押圧負荷を補正することができる。これにより、電子部品の搭載時における吸着ノズル１６０の押圧荷重を一定に調整することができ、微小化及び精密化した電子部品の破損を防止することができる。

また、搭載ヘッド２の下降速度を、あらかじめ設定した高さまで高速で下降させた後、低速で下降させる２段階制御とした場合は、搭載ヘッド２の動作遅延を最小限に抑えつつ、吸着時又は搭載時における電子部品への衝撃を緩和することができ、上記吸着ノズル１６０の押圧荷重の調整と相まって、微小化及び精密化した電子部品の破損をより確実に防止することができる。

なお、本発明の搭載ヘッド、部品実装装置及びその制御方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、エアダンパー１０を搭載ヘッド２に備えた構成としたが、吸着ノズル１６０に設けてもよい。また、搭載ヘッド２の下降速度を、あらかじめ設定した高さまで高速で下降させた後、低速で下降させる２段階制御を採用しないで、吸着ノズル１６０の押圧荷重の調整のみ制御する構成としてもよい。

本発明の一実施形態に係る搭載ヘッドを備えた部品実装装置を示す斜視図である。 上記搭載ヘッドのエアダンパー及びその制御系を示す説明図である。 上記搭載ヘッドのエアダンパーの圧力制御を行う電空レギュレータを示す回路図である。 上記電空レギュレータの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る部品実装装置の制御方法の各工程を示す動作フローチャートである。 従来の部品実装装置（チップマウンタ）の主要部を示す斜視図である。

符号の説明

１ 部品実装装置
２ 搭載ヘッド
１０ エアダンパー
１１ スリーブ
１１ａ 配管連結部
１１ｂ 動作室
１１ｃ 吸気孔
１２ シリンダ
１２ａ 環状溝
１２ｂ 吸気路
１２ｃ 装着部（ポジショナー）
２０ 電空レギュレータ
２１ 制御回路
２２ 吸気用電磁弁
２３ 排気用電磁弁
２４ 出力ポート
２５ 吸気ポート
２６ 排気ポート
２７ 圧力センサー
２８ 表示部
２９ 変換ボード
３０ 制御部
４０ 記憶部
５０ ロードセル（圧力測定手段）
５１ 増幅器
５２ 変換ボード

Claims (10)

1. 部品供給装置から供給される電子部品を吸着ノズルで真空吸着し、基板上に搭載する電子部品の搭載ヘッドであって、
   スリーブの動作室内に摺動可能なシリンダを収納したエアダンパーを備え、前記シリンダに吸着ノズルを直接又は間接的に連結し、前記動作室内を加減圧することにより、前記吸着ノズルの電子部品に対する押圧負荷を調整することを特徴とする搭載ヘッド。
2. 前記エアダンパーの動作室を電空レギュレータの出力ポートに接続し、該動作室内の圧力を前記電空レギュレータで調整することを特徴とする請求項１記載の搭載ヘッド。
3. 前記エアダンパーを吸着ノズルの装着部に備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の搭載ヘッド。
4. 前記エアダンパーを吸着ノズルに備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の搭載ヘッド。
5. 請求項１〜４いずれか記載の搭載ヘッドを備えたことを特徴とする部品実装装置。
6. 前記電子部品に加わる吸着ノズルの押圧荷重を測定する圧力測定手段を備えたことを特徴とする請求項５記載の部品実装装置。
7. 請求項５又は６記載の部品実装装置の制御方法であって、
   前記搭載ヘッドが、吸着ノズルに真空吸着した電子部品を基板上に搭載する工程と、
   前記圧力センサが、基板搭載時における前記エアダンパーの動作室内の加減圧を検出する工程と、
   制御部が、前記圧力センサーからの検知信号に基づき、前記電空レギュレータを動作させて前記エアダンパーの動作室内を加減圧し、前記吸着ノズルの押圧負荷を補正する工程とを含むことを特徴とする部品実装装置の制御方法。
8. 請求項６記載の部品実装装置の制御方法であって、
   前記搭載ヘッドが、吸着ノズルによって電子部品を真空吸着する工程と、
   前記圧力測定手段が、前記電子部品に加わる吸着ノズルの押圧荷重を測定する工程と、
   制御部が、あらかじめ定められた前記吸着ノズルの押圧負荷の設定値と、前記圧力測定手段が測定した前記吸着ノズルの押圧負荷の測定値とを比較する工程と、
   前記吸着ノズルの押圧負荷の設定値と測定値に差異がある場合は、前記制御部が、前記電空レギュレータを動作させて前記エアダンパーの動作室内を加減圧し、前記吸着ノズルの押圧負荷を補正する工程とを含むことを特徴とする部品実装装置の制御方法。
9. 請求項８記載の部品実装装置の制御方法を実行した後に、請求項７記載の部品実装装置の制御方法を実行することを特徴とする部品実装装置の制御方法。
10. 前記搭載ヘッドの下降速度を、あらかじめ設定した高さまで高速で下降させた後、低速で下降させる少なくとも２段階としたことを特徴とする請求項７〜９いずれか記載の部品実装装置の制御方法。