JP2009083969A - ワーク搬送装置、ワーク搬送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】供給時において、板状ワーク同士の付着を確実に分離する。
【解決手段】部品組立装置のカセット内に積層される板状ワーク１００ａを取り出して所定の搭載位置まで搬送するワーク搬送装置１４０が、吸着ノズル１４２と、ノズル移動機構１４６と、吸着ノズル１４２を振動させる超音波振動子１５０と、吸着ノズル１４２が板状ワーク１００ａを吸着保持して移動する際に超音波振動子を振動させる制御装置１６０と、を備えるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品等の組み立てにおいて、カセットに収容されているワークを取り出して、所定の搭載位置まで搬送する搬送装置、及び搬送方法に関する。

複数のワークを組み立てて電子部品等を製造するラインでは、ワークがストックされているカセットからワークと取り出して、所定の搭載位置までこのワークを供給しなければならない。図３に示されるような板状ワーク２００の場合は、カセット２０２内において上下方向に積層状態でストックされるのが一般的である。従って、ワーク搬送装置２４０は、一番上に存在する板状ワーク２００ａを、負圧エアーを用いた吸着ノズル２４２によって保持し、この吸着ノズル２４２を移動機構２４６によって上方に持ち上げることで、板状ワーク２００をカセット２０２から上方に取り出す。

この場合、一番上の板状ワーク２００ａに対して、上から二番目の板状ワーク２００ｂが付着し、これらの板状ワーク２００ａ、２００ｂを同時に供給してしまう場合がある。この問題を解消する為、特許文献１では、カセットの上端近傍にエアー噴出口２１０を設置し、吸着ノズル２４２に保持されている板状ワーク２００ａに対して、その平面方向にエアーＡを吹き付けるようにしている。このエアーＡは、一番上の板状ワーク２００ａとこれに付着している板状ワーク２００ｂの間の隙間に進入して両者を分離する。分離された板状ワーク２００ｂは、カセット２０２内に落下して、元の場所に戻る。
特許第３５６８００８号公報

しかし、従来のワーク搬送装置２４０では、二番目の板状ワーク２００ｂを分離する能力が不十分となって、確実に分離できない場合があった。また、エアーＡの風量を強くして能力が向上させると、この分離用のエアーＡによって板状ワーク２００ｂが飛散するという問題があった。特に近年の電子部品の小型軽量化によって、板状ワーク２００も微細化しており、エアーＡ等の外部衝撃によって容易に飛散してしまうという問題があった。

また、分離作業を確実にするためには、吸着ノズル２４２によって保持した全ての板状ワーク２００ａを、移動機構２４６によってエアー噴出口２１０で位置決め・停止させてから、エアーＡによる分離作業を行う必要があり、搬送時間が長くなってしまうという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、板状ワーク同士付着を確実に分離可能とし、搬送時間の短縮を実現可能なワーク搬送装置等を提供することを目的としている。

本発明者の鋭意研究により、上記目的は以下の手段によって達成される。

（１）部品組立装置のカセット内に積層される板状ワークを取り出して、前記板状ワークを所定の搭載位置まで搬送するワーク搬送装置であって、前記板状ワークを負圧によって保持する吸着ノズルと、前記吸着ノズルを移動させるノズル移動機構と、前記吸着ノズルを振動させる超音波振動子と、前記吸着ノズルが前記カセット内の前記板状ワークを吸着保持して移動する際に前記超音波振動子を振動させ、保持中の前記板状ワークの下面に付着する前記板状ワークを落下させる制御装置と、を備えることを特徴とするワーク搬送装置。

（２）前記超音波振動子が、前記吸着ノズルを軸方向に振動させることを特徴とする上記（１）記載のワーク搬送装置。

（３）前記吸着ノズルの後端に前記超音波振動子が接続されていることを特徴とする上記（１）又は（２）記載のワーク搬送装置。

（４）前記吸着ノズルにおける振動付与位置の軸直角方向断面積に対して、ノズル先端の軸直角方向断面積が小さく設定されていることを特徴とする上記（１）、（２）又は（３）記載のワーク搬送装置。

（５）前記超音波振動子によって付与される振動の波長をλとした場合に、前記吸着ノズルの振動付与位置からノズル先端までの距離が、λ／２×ｎ（ｎは自然数）の近傍に設定されていることを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれか記載のワーク搬送装置。

（６）前記吸着ノズルにおける前記ノズル移動機構の保持位置が、前記吸着ノズルの振動ノード位置近傍に設定されていることを特徴とする上記（１）乃至（５）のいずれか記載のワーク搬送装置。

（７）前記超音波振動子によって付与される振動の波長をλとした場合に、前記吸着ノズルの振動付与位置から、前記吸着ノズルにおける前記ノズル移動機構による保持位置までの距離が、λ／４×（２ｎ−１）（ｎは自然数）の近傍に設定されていることを特徴とする上記（１）乃至（５）のいずれか記載のワーク搬送装置。

（８）前記制御装置は、前記吸着ノズルが前記板状ワークを吸着保持していない状態において前記超音波振動子を振動させることを特徴とする上記（１）乃至（７）のいずれか記載のワーク搬送装置。

（９）部品組立装置のカセット内に積層される板状ワークを取り出して、前記板状ワークを所定の搭載位置まで搬送するワーク搬送方法であって、吸着ノズルによって前記カセット内の前記板状ワークを保持するステップと、前記吸着ノズルをノズル移動機構によって上昇させて前記板状ワークを前記カセットから取り出すステップと、前記板状ワークを前記カセットから取り出す際に、超音波振動子によって前記吸着ノズルを軸方向に振動させ、保持中の前記板状ワークの下面に付着する前記板状ワークを落下させるステップと、を有することを特徴とするワーク搬送方法。

本発明によれば、カセットから板状ワークを取り出す際に、板状ワーク同士の付着を確実に分離でき、且つ分離された板状ワークをカセット内の元の場所に戻す元が可能なう優れた効果を奏し得る。

以下、本発明の実施の形態の例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１には、本発明の実施の形態に係るワーク搬送装置１４０が示されている。ワーク搬送装置１４０は、カセット１０２内に積層される板状ワーク１００を取り出して、これを所定の搭載位置まで搬送する。このワーク搬送装置１４０は、板状ワーク１００を負圧によって吸引保持する吸着ノズル１４２と、この吸着ノズル１４２を上下方向（Ｚ方向）、及び平面方向（Ｘ−Ｙ方向）に移動させるノズル移動機構１４６と、吸着ノズル１４２を軸方向（ここではＺ方向）に振動させる超音波振動子１５０と、この超音波振動子１５０の振動を制御する制御装置１６０を備える。

吸着ノズル１４２は、図２に拡大して示されるように、軸方向後端から先端側に向かって、基端部１４２Ａ、中間部１４２Ｂ、先端部１４２Ｃを備えて構成される。基端部１４２Ａは直径が最も大きく設定され、中間部１４２Ｂはこの基端部１４２Ａと比較して直径が小さく設定され、先端部１４２Ｃはこの中間部１４２Ｂと比較して更に直径が小さく設定される。このように、基端部１４２Ａよりも先端部１４２Ｃの直径（断面積）を小さくすることで、後述する超音波振動の振幅が、先端のノズル端面１７２で増幅されるようになっている。

吸着ノズル１４２の内部には、基端部１４２Ａの側面に開口するホース接続口１７０Ａから、ノズル端面１７２の吸引口１７０Ｂまでの間を軸方向及び径方向に貫通する負圧導入路１７０が形成されている。従って、ホース接続口１７０Ａにエアホースを接続すれば、負圧導入路１７０を介してノズル端面１７２に負圧を印加することが可能となり、板状ワーク１００を吸着保持することが可能となる。

更に、吸着ノズル１４２（基端部１４２Ａ）の後端面１７４には、超音波振動子１５０が設置されている。この超音波振動子１５０は、印加電圧によってノズル軸方向に伸縮可能な圧電素子（ピエゾ素子）１５２と、この圧電素子１５２を軸方向両側から挟み込む一対の固定プレート１５４と、この圧電素子１５２及び固定プレート１５４を強く挟み込んだ状態で後端面１７４に連結するボルト１５６を備える。従って、制御装置１６０を利用して圧電素子１５２に印加する電圧を変化させると、後端面１７４に振動が付与されて、吸着ノズル１４２に軸方向の振動が励起されるようになっている。

また、既に述べたように、本実施形態では、吸着ノズル１４２の振動付加位置（後端面１７４）の面積と比較して、ノズル端面１７２の面積が極めて小さくなるように設定される。吸着ノズル１４２内を伝播する振動の振幅は、エネルギーの保存作用によって、断面積が小さいほど大きくなる。従って、後端面１７４に付与される超音波振動の振幅が小さくても、ノズル端面１７２の振幅は大きくなる。

更に、吸着ノズル１４２の基端部１４２Ａと中間部１４２Ｂの境近傍には、ノズル固定用突起１８０が半径方向外側に突出形成されている。移動機構１４６は、このノズル固定用突起１８０を把持する。

次に、この吸着ノズル１４２の寸法について説明する。

図２における吸着ノズル１４２の右側には、この超音波振動子１５０が吸着ノズル１４２に印加する超音波振動の波長λ及び振幅Ｓが、（Ａ）（Ｂ）のグラフで２種類表示されている。本実施形態では、基本仕様として、超音波振動子１５０によって吸着ノズル１４２に付与される振動の波長をλとした場合に、振動付与位置となる後端面１７４からノズル端面１７２までの距離が、λ／２×ｎ（ｎは自然数）の近傍に設定される。仕様（Ａ）ではｎ＝２、即ち後端面１７４からノズル端面１７２までの距離が波長λに設定される。一方、仕様（Ｂ）ではｎ＝１、即ち後端面１７４からノズル端面１７２までの距離が波長λ／２に設定される。振動付与位置（後端面１７４）を基準にして、λ／２のｎ倍離れた場所は、軸方向の振幅がそれぞれピークをむかえる。従って、ノズル端面１７２が振幅のピークに設定されている。

一方、振動付与位置（後端面１７４）からノズル固定用突起１８０及びホース接続口１７０Ａまでの距離はλ／４×（２ｎ−１）（ｎは自然数）の近傍に設定される。本実施形態ではｎ＝１、即ち後端面１７４からλ／４離れた場所にノズル固定用突起１８０が設けられる。振動付与位置からλ／４の奇数倍離れた場所は、いわゆるノードであって、振幅が極めて小さくなる。この結果、ノズル固定用突起１８０を移動機構１４６が強固に保持したり、ホース接続口１７０Ａにホースを取り付けたりしても、吸着ノズル１４２内を軸方向に伝達する振動が減衰されてしまうことを防止できる。同時に、この超音波振動子１５０による振動がノズル固定用突起１８０から移動機構１４６側に伝播して移動機構１４６に悪影響を与えたりすることも低減できる。

なお、この波長λは、超音波振動子１５０によって付与される振動の周波数をｆ、同振動が吸着ノズル１４２内を伝播する速度（音速）をｖとした場合に、λ＝ｖ／ｆとなる。周波数ｆは、制御装置１６０によって超音波振動子１５０に付与する電圧の周波数に一致し、超音波振動の伝播速度（音速）ｖは、吸着ノズル１４６の材質がステンレス（ＳＵＳ３０４材）の場合は４９１２ｍ／ｓｅｃとなる。

仕様（Ａ）では、既に述べたように、基端部１４２Ａよりも中間部１４２Ｂの方が断面積が小さいことから、振動付与位置の縦波の振幅Ｓ１に対して中間部１４２Ｂ振幅Ｓ２の方が大きくなる。更に、中間部１４２Ｂよりも先端部１４２Ｃの方が断面積が小さいことから、中間部１４２Ｂの振幅Ｓ２と比較して先端部１４２Ｃの振幅Ｓ３は更に大きくなる。このようにして、吸着ノズル１４２の形状を利用して振幅を増大させれば、少ないエネルギーで分離作業を確実に行うことができる。また、仕様（Ｂ）では、基端部１４２Ａよりも先端部１４２Ｃの方が断面積が小さいことから、基端部１４２Ａの振幅Ｓ１と比較して先端部１４２Ｃの振幅Ｓ３が大きくなる。このようにして、吸着ノズル１４２の形状を利用して振幅を増大させれば、少ないエネルギーで分離作業を確実に行うことができる。

次に、このワーク搬送装置１を利用した板状ワーク１００の搬送方法について説明する。

まず、移動機構１４６を利用して吸着ノズル１４２を移動させて、カセット１０２内の最上段の板状ワーク１００ａを吸着保持する。保持完了後、この吸着ノズル１４２を上昇させる瞬間、または上昇させている最中に、制御装置１６０によって超音波振動子１５０を制御し、軸方向の超音波振動を吸着ノズル１４２に付与する。吸着ノズル１４２における振動付与位置からノズル先端１７２までの距離は、波長λに設定され且つ吸着ノズル１４２の先端が次第に細くなっているので、この吸着ノズル１４２は、振動を増幅して保持中の板状ワーク１００ａに伝達する。この結果、板状ワーク１００ａに付着している他の板状ワーク１００ｂが振動によって振い落とされる。なお、板状ワーク１００ａが、３ｍｍ×２ｍｍ程度のサイズであれば、超音波振動子１５０に１Ｗ程度のパワーを付与すれば、短時間で確実に分離作業を行うことが可能である。その後、移動機構１４６によって更に吸着ノズル１４２を移動させて、板状ワーク１００ａを所定搭載位置まで搬送する。以上の工程を繰り返すことで、カセット１０２内のワーク１００を順次供給していく。

また、定期的に、吸着ノズル１４２が板状ワーク１００ａを保持していない状態において、制御装置１６０により、軸方向の超音波振動を付与するようにしている。これにより、吸着ノズル１４２に付着した異物等を定期的にふるい落として、常に清潔な状態を維持することができる。従って、好ましくは、板状ワーク１００ａを吸着する直前に一旦始動させて、異物を振い落すことが好ましい。

本実施形態のワーク搬送装置１４０では、超音波振動子１５０によって吸着ノズル１４２を振動させて、板状ワーク１００同士の付着を分離する。この結果、確実且つ短時間で分離作業を完了させることができる。また、超音波振動子１５０は、吸着ノズル１４２に一体的に連結されているので、板状ワークを振い落すタイミングを自由に設定することが可能となる。つまり、従来のエアータイプのように、外部のエアー噴出口等を利用する場合は、分離作業位置が外部装置によって制約を受けてしまうが、本実施形態では吸着ノズル１４２周辺で完結した構造で、分離作業を行うことができる。この結果、例えば、カセット１０２の内部で振い落すことで、分離中に板状ワーク１００ｂが飛散することを防止できる。

更に本実施形態では、吸着ノズル１４２を軸方向に超音波振動させることから、付着側の板状ワーク１００ｂを鉛直下方に自然落下させることが可能となり、カセット１０２内の板状ワーク１００の積層状態を常に安定させることができる。

更に、本実施形態では、エアーとことなり、音波振動を利用して板状ワーク１００の分離を行うようにしているので、分離作業のレスポンスが極めて良く、板状ワーク１００に付与する振動時間も極めて短くできる。この結果、板状ワーク１００に与えるダメージを低減できると共に、エネルギー効率を高めることも可能になる。

また更に、本実施形態では、吸着ノズル１４２における移動機構１４６の保持位置が、振動ノード位置近傍に設定されているので、振動の減衰を極力回避できるようになっており、低パワーでも確実に分離作業を実現できる。

なお、本実施形態では、吸着ノズルの後端に超音波振動子を直接接続する場合を示したが、本発明はそれに限定されず、他の部分、部材に設置しても良く、結果として吸着ノズルの先端に振動を付与できる構造であればよい。

また、吸着ノズルの後端に、軸方向に振動する２個の超音波振動子を設置して、各振動子の振動位相を異ならせることで、吸着ノズル先端を横振動させることも可能である。

尚、本発明のワーク搬送装置等は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明のワーク搬送装置は、電子部品等を搬送する各種装置に利用することが可能である。

本発明の実施の形態の例に係るワーク搬送装置の全体構成を示す図 同ワーク搬送装置における吸着ノズルを拡大して示す断面図 従来のワーク搬送装置の全体構成を示す図

符号の説明

１４０ ワーク搬送装置
１４２ 吸着ノズル
１４６ 移動機構
１５０ 超音波振動子

Claims (9)

1. 部品組立装置のカセット内に積層される板状ワークを取り出して、前記板状ワークを所定の搭載位置まで搬送するワーク搬送装置であって、
   前記板状ワークを負圧によって保持する吸着ノズルと、
   前記吸着ノズルを移動させるノズル移動機構と、
   前記吸着ノズルを振動させる超音波振動子と、
   前記吸着ノズルが前記カセット内の前記板状ワークを吸着保持して移動する際に前記超音波振動子を振動させ、保持中の前記板状ワークの下面に付着する前記板状ワークを落下させる制御装置と、
   を備えることを特徴とするワーク搬送装置。
2. 前記超音波振動子が、前記吸着ノズルを軸方向に振動させることを特徴とする請求項１記載のワーク搬送装置。
3. 前記吸着ノズルの後端に前記超音波振動子が接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載のワーク搬送装置。
4. 前記吸着ノズルにおける振動付与位置の軸直角方向断面積に対して、ノズル先端の軸直角方向断面積が小さく設定されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載のワーク搬送装置。
5. 前記超音波振動子によって付与される振動の波長をλとした場合に、
   前記吸着ノズルの振動付与位置からノズル先端までの距離が、λ／２×ｎ（ｎは自然数）の近傍に設定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載のワーク搬送装置。
6. 前記吸着ノズルにおける前記ノズル移動機構の保持位置が、前記吸着ノズルの振動ノード位置近傍に設定されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載のワーク搬送装置。
7. 前記超音波振動子によって付与される振動の波長をλとした場合に、
   前記吸着ノズルの振動付与位置から、前記吸着ノズルにおける前記ノズル移動機構による保持位置までの距離が、λ／４×（２ｎ−１）（ｎは自然数）の近傍に設定されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載のワーク搬送装置。
8. 前記制御装置は、更に、前記吸着ノズルが前記板状ワークを吸着保持していない状態において前記超音波振動子を振動させることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか記載のワーク搬送装置。
9. 部品組立装置のカセット内に積層される板状ワークを取り出して、前記板状ワークを所定の搭載位置まで搬送するワーク搬送方法であって、
   吸着ノズルによって前記カセット内の前記板状ワークを保持するステップと、
   前記吸着ノズルをノズル移動機構によって上昇させて前記板状ワークを前記カセットから取り出すステップと、
   前記板状ワークを前記カセットから取り出す際に、超音波振動子によって前記吸着ノズルを軸方向に振動させ、保持中の前記板状ワークの下面に付着する前記板状ワークを落下させるステップと、
   を有することを特徴とするワーク搬送方法。