JP2011040551A - 吸着ノズルの昇降装置及びその荷重制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】正確な荷重で電子部品の搭載を行う。
【解決手段】移動体１４を昇降させる第一の昇降駆動源２１と、移動体上で吸着ノズルを昇降させる第二の昇降駆動源３１と、吸着ノズルの昇降と回転を可能とするスプライン構造部と、吸着ノズルの荷重を検出する荷重検出手段１５とを備える昇降装置１０が、移動体１４に設けられた下降ストッパ４３に吸着ノズルを制止させた状態で第一の目標荷重が荷重検出手段１５により検出されるように第二の昇降駆動源３１を制御する予備荷重設定制御と、検出荷重に基づいて第一の目標荷重を維持するように第二の昇降駆動源をフィードバック制御しつつ第一の昇降駆動源２１による移動体の下降動作を行う荷重維持制御と、荷重検出手段の検出荷重の変化から基板到達を判定し、基板到達から予め定められた荷重付与時間の経過後に荷重の付与を終了させる搭載制御を行う動作制御手段６０とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板に対する電子部品の搭載作業を行う吸着ノズルの昇降装置及びその荷重制御方法に関する。

従来の電子部品実装装置は、吸着ノズルを搭載し、Ｘ−Ｙ平面を自在に移動可能なヘッドを備え、電子部品のフィーダーから吸着により電子部品を受け取り、基板の部品実装箇所までヘッドが移動し、吸着ノズルから電子部品を解放することで電子部品の搭載を行っている。
そして、ヘッドには、当該ヘッドの移動時には吸着ノズルを上昇させ、電子部品の受け取り持及び搭載時に吸着ノズルを下降させる昇降装置が搭載されている。
かかる吸着ノズルの昇降装置は、ヘッドに対して昇降可能に支持された可動ブラケットを上下動させる上下動モータと、可動ブラケットに対して回転可能且つ上下動可能に支持されると共に吸着ノズルを上下動可能に支持する回転ケースと、可動ブラケットに搭載され、回転ケースを介して吸着ノズルを上下動させるボイスコイルモータと、回転ケースを介して吸着ノズルに回転を付与する角度調節モータと、回転ケースに設けられ、吸着ノズルの先端部に生じる荷重を検出するロードセルとを備えている。
かかる昇降機構では、基板に対する電子部品の搭載作業時において、ロードセルの検出荷重を監視しながら上下動モータにより稼働ブラケットを下降させ、ロードセルにより電子部品が基板に到達したことが検出されると、検出荷重が搭載における目標荷重となるようにボイスコイルモータを上昇方向に駆動させ、搭載時の荷重の調節を行っている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−３２８６０号公報

上記先行技術では、上下動モータで吸着ノズルの昇降を行いつつ、ボイスコイルモータにより正確な荷重で電子部品の搭載を行うことを目的としている。
一方、上記昇降機構では、吸着ノズルの上下動を行いつつも回転角度調節も可能とすることが要求されており、このため、回転ケースを介して吸着ノズルに回転力が付与されると共に回転ケースに対して吸着ノズルが上下動可能となるように回転ケースと吸着ノズルとの間にはスプライン構造を設けることが必須となっていた。
その場合、吸着ノズルの下端部が基板に接した時にロードセルにより検出される荷重は、実際の荷重に対してスプラインに生じる摩擦力の影響を受けた値となり、検出精度の低下が問題となっていた。

本発明は、電子部品搭載時に精度良く荷重の付与を行うことをその目的とする。

請求項１記載の発明は、ヘッドに搭載され、電子部品を吸着して基板の所定位置に搭載を行う吸着ノズルの昇降装置であって、前記ヘッドに対して昇降可能に装備された移動体と、前記移動体に昇降動作を付与する第一の昇降駆動源と、前記移動体に設けられ、前駆吸着ノズルに昇降動作を付与する第二の昇降駆動源と、前記吸着ノズルを回転させる回転駆動源と、前記回転駆動源による回転力を伝達すると共に前記吸着ノズルの昇降を可能とするスプライン構造部と、前記第二の昇降駆動源から前記吸着ノズルに付与される荷重を検出する荷重検出手段と、前記吸着ノズルに負圧を供給する負圧供給手段と、前記移動体に設けられ前記吸着ノズルの下降を所定の高さで制止する下降ストッパと、を備える吸着ノズルの昇降装置において、前記吸着ノズルが電子部品を吸着した状態から基板に搭載する場合に、前記移動体の停止状態で前記吸着ノズルが前記下降ストッパにより制止されてから前記荷重検出手段による検出荷重が第一の目標荷重となるまで前記第二の昇降駆動源による下降動作方向への駆動を行う予備荷重設定制御と、前記予備荷重設定制御後に、前記荷重検出手段による検出荷重に基づいて前記第一の目標荷重を維持するように前記第二の昇降駆動源をフィードバック制御しつつ前記第一の昇降駆動源による下降動作を行う荷重維持制御と、前記荷重維持制御における前記荷重検出手段の検出荷重の変化から基板到達を判定し、基板到達から予め定められた荷重付与時間の経過後に荷重の付与を終了させる搭載制御を行う動作制御手段を備えることを備えることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記搭載制御において、前記基板到達後、前記第一の目標荷重よりも大きな第二の目標荷重となるように前記第二の昇降駆動源を制御し、前記第二の目標荷重となってから前記荷重付与時間の経過後に荷重の付与を終了させることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記第二の昇降駆動源から前記吸着ノズルに動作伝達を行う経路の途中で、弾性体を介して前記荷重検出手段が配設されることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、ヘッドに搭載され、電子部品を吸着して基板の所定位置に搭載を行う吸着ノズルの昇降装置であって、前記ヘッドに対して昇降可能に装備された移動体と、前記移動体に昇降動作を付与する第一の昇降駆動源と、前記移動体に設けられ、前駆吸着ノズルに昇降動作を付与する第二の昇降駆動源と、前記吸着ノズルを回転させる回転駆動源と、前記回転駆動源による回転力を伝達すると共に前記吸着ノズルの昇降を可能とするスプライン構造部と、前記第二の昇降駆動源から前記吸着ノズルに付与される荷重を検出する荷重検出手段と、前記吸着ノズルに負圧を供給する負圧供給手段と、前記移動体に設けられ、当該移動体に対する定位置で前記吸着ノズルの下降を制止する下降ストッパと、を備える吸着ノズルの昇降装置の荷重制御方法において、前記吸着ノズルが電子部品を吸着した状態から基板に搭載する場合に、前記移動体の停止状態で前記吸着ノズルが前記下降ストッパにより制止されてから前記荷重検出手段による検出荷重が第一の目標荷重となるまで前記第二の昇降駆動源による下降動作方向への駆動を行う予備荷重設定制御工程と、
前記予備荷重設定制御後に、前記荷重検出手段による検出荷重に基づいて前記第一の目標荷重を維持するように前記第二の昇降駆動源をフィードバック制御しつつ前記第一の昇降駆動源による下降動作を行う荷重維持制御工程と、前記荷重維持制御における前記荷重検出手段の検出荷重の変化から基板到達を判定し、基板到達から予め定められた荷重付与時間の経過後に荷重の付与を終了させる搭載制御工程とを、動作制御手段に実行させることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記搭載制御工程において、前記基板到達後、前記第一の目標荷重よりも大きな第二の目標荷重となるように前記第二の昇降駆動源を制御し、前記第二の目標荷重となってから前記荷重付与時間の経過後に荷重の付与を終了させることを特徴とする。

請求項１及び４記載の発明は、予備荷重設定制御において、吸着ノズルが電子部品を吸着した状態から基板に搭載する場合に、吸着ノズルを下降ストッパにより制止させた状態で第二の昇降駆動源により第一の目標荷重となるように制御するので、吸着ノズルが上下動を行わない状態つまりスプライン構造による摩擦力が生じない状態で検出誤差を生じることなく正確に第一の目標荷重にすることができる。
そして、荷重維持制御により、吸着ノズルが下降ストッパを第一の目標荷重で加圧した状態を維持するように第二の昇降駆動源のフィードバック制御が行われるので、スプライン構造から生じる摩擦力による影響が検出荷重に現れてもすぐにフィードバック制御により修正され、下降中もずっと第一の目標荷重が維持され、移動体の下降により吸着ノズルが基板に到達する際にも第一の目標荷重を正確に維持しつつ電子部品を基板側に加圧することが可能である。

請求項２及び５記載の発明は、第二の昇降駆動源により、吸着ノズルの基板到達の前後で順に大きくなるように二段階で目標荷重を付与する。吸着ノズルが基板に到達する際には、瞬間的に設定された荷重よりも大きく荷重が発生するのが、到達時には電子部品の搭載時に付与すべき第二の目標荷重よりも小さい値の第一の目標荷重を維持した状態にあるので、瞬間的な荷重の大きさを抑えることができ、電子部品に過剰な荷重を付与せず、適切な搭載を行うことが可能となる。

請求項３記載の発明は、第二の昇降駆動源から吸着ノズルに動作伝達を行う経路の途中に弾性体を介して荷重検出手段が配設されているので、第二の昇降駆動源から吸着ノズルに伝達される荷重を正確に検出することができる。また、弾性体を介して荷重検出が行われるので、当該検出に基づいて行われる第二の昇降駆動源の制御が過敏にならず適切に行うことが可能となる。

本実施の形態に係る吸着ノズル昇降装置の全体を示す側面図である。 昇降装置の制御系を示すブロック図である。 図３（Ａ）は昇降装置の荷重アームを空気軸受けの上面に下ろした状態を示し、図３（Ｂ）は荷重アームを空気軸受けの上面から引き上げた状態を示す状態説明図である。 昇降装置の動作制御内容を示すフローチャートである。 昇降装置の動作制御内容を示すタイミングチャートである。

（実施の形態の全体構成）
本発明の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。本実施形態たる吸着ノズルの昇降装置１０は、基板に対して複数の電子部品を順次搭載する電子部品搭載装置において、基板に搭載すべき電子部品の供給を行う部品供給部としての電子部品フィーダと基板を保持する保持部との間でＸ−Ｙガントリにより水平なＸ−Ｙ平面内を任意に移動可能なヘッドに搭載されるものである。
電子部品搭載装置では、電子部品供給部から電子部品を受け取る時には電子部品を吸着する吸着ノズル１２を下降させ、ヘッドの移動時には吸着ノズル１２を上昇させ、基板に対する電子部品の搭載時には吸着ノズル１２を再び下降させて電子部品を所定の荷重で加圧しながら搭載を行う。昇降装置１０は、これら吸着ノズル１２の上下動及び加圧動作を吸着ノズル１２に付与するためのものである。

吸着ノズルの昇降装置１０は、図１に示すように、ヘッド（図示略）に固定支持された本体フレーム１１と、ノズルホルダ１３に保持されて電子部品をその先端部で吸着保持する吸着ノズル１２と、上下動可能に本体フレーム１１に支持された移動体としての可動ブラケット１４と、可動ブラケット１４を上下方向に駆動する第一の上下動手段２０と、可動ブラケット１４に設けられると共に当該可動ブラケット１４からノズルホルダ１３を介して吸着ノズル１２を上下方向に沿って駆動する第二の上下動手段３０と、吸着ノズル１２に負圧を供給する負圧供給手段４０と、吸着ノズル１２に付与される荷重を検出する荷重検出手段としてのロードセル１５と、上下方向に沿った軸を中心に吸着ノズル１２の回転角度調節を行う回転角度調節手段５０と、上記各構成の動作制御を行う動作制御手段６０とを備えている。以下に各部を詳説する。

（本体フレーム）
本体フレーム１１は、前述のようにヘッドに固定支持され、電子部品移載装置１０の全体構成（動作制御手段６０を除く）と共にＸ−Ｙ平面（水平面）に沿って，例えば電子部品Ｃの受け取り位置や基板の搭載位置に搬送される。

（可動ブラケット）
可動ブラケット１４は、本体フレーム１１の下部においてリニアガイド１９を介して上下動可能に支持されている。この可動ブラケット１４は、本体フレーム１１に設けられた第一の上下動手段２０により上下方向に駆動される。

（第一の上下動手段）
第一の上下動駆動手段２０は、本体フレーム１１の上部において下方に出力軸を向けた状態で配設された回転駆動式の上下動モータ２１（第一の昇降駆動源）と、その回転角度量を検出するエンコーダ２２と、上下動モータ２１の出力軸にカップリングを介して連結され，上下方向に沿った状態で回転自在に本体フレーム１１に支持されたボールネジシャフト２３と、このボールネジシャフト２３により上下動が付与されるボールネジナット２４とを有している。
ボールネジナット２４は、可動ブラケット１４に固定されており、上下動モータ２１の回転駆動により回転角度量に応じて可動ブラケット１４の上下方向の位置決めを行う。また、上記エンコーダ２２は、その検出信号が動作制御手段６０に出力され、動作制御手段６０がこれに基づいて可動ブラケット１４の現在位置を認識して上下動モータ２１の動作制御を行うことを可能としている。

（吸着ノズル及び負圧供給手段）
吸着ノズル１２は、下端部が先細に形成された管状体であり、当該先端部を電子部品Ｃに向けた状態で吸着保持が行われる。吸着ノズル１２の上端部はノズルホルダ１３に連結されている。
ノズルホルダ１３は、後述するノズルシャフト４１の下端部に設けられ、ホルダの下端部で吸着ノズル１２を装着する筒状体であり、吸着ノズル１２の着脱を可能としている。

負圧供給手段４０は、下端部がノズルホルダ１３に連結されたノズルシャフト４１と、このノズルシャフト４１の上端部に連結されたガスケット４２とからなり、当該ガスケット４２は、吸着ノズル１２が電子部品を吸着するための負圧の供給を行う図示しない負圧源たる吸気ポンプ或いはエジェクター等と接続するためのチューブが接続可能となっている。

上記ノズルシャフト４１は、その上端部が本体フレーム１１の上部近傍まで延出されており、後述するスプライン構造を介して回転角度調節手段５０に連結されており、回転角度調節手段５０から回転動作が付与される構造となっている。つまり、これにより、吸着ノズル１２に鉛直上下方向を軸とする回転動作が付与され、吸着した電子部品の向きを調節することを可能としている。
また、ノズルシャフト４１の下部は、可動ブラケット１４に設けられた空気軸受け４３により鉛直上下方向の軸回りに回転及び上下動可能に支持されている。空気軸受け４３は、ノズルシャフト４１の下部の外径よりわずかに大きな内径のスリーブであって、ノズルシャフト４１との隙間に空気を供給することでノズルシャフト４１をその中心位置に保持することができる。かかる空気軸受け４３は非接触でノズルシャフト４１を支持するので摩擦の発生がなく、ノズルシャフト４１を円滑に回転及び上下動させることが可能である。

（回転角度調節手段）
回転角度調節手段５０は、本体フレーム１１の上部において下方に出力軸を向けた状態で配設された角度調節モータ５１（回転駆動源）と、その回転角度量を検出するエンコーダ５２と、角度調節モータ５１の出力軸の下端部にカップリングを介して連結されたスプラインナット５３とを備えている。
上記角度調節モータ５１とスプラインナット５３とは、前述したノズルシャフト４１と同心となる位置に配設されており、ノズルシャフト４１の上部の外周面はスプラインナット５３に嵌合するスプライン軸となっている。かかるスプライン軸とスプラインナット５３とによりスプライン構造が構成されている。
これにより、ノズルシャフト４１は、角度調節モータ５１のトルクが付与される共に、角度調節モータ５１及びスプラインナット５３に対して上下動を行うことが可能となっている。
一方、エンコーダ５２は角度調節モータ５１の出力軸の回転角度量を動作制御手段６０に出力しており、これに基づいて動作制御手段６０は角度調節モータ５１に所定の角度量の回転を生じるように回転駆動制御を行うことを可能としている。その結果、角度調節モータ５１の出力軸からスプラインナット５２，ノズルシャフト４１及びノズルホルダ１３を介して吸着ノズル１２の回転駆動が行われ、吸着ノズル１２の先端部に吸着保持された電子部品Ｃの向きを調節することが可能である。

（第二の上下動手段）
第二の上下動手段３０は、ノズルシャフト４１に隣接する配置で可動ブラケット１４の上部に固定装備され、鉛直上下方向に沿って往復動作を行う出力軸を備えたボイスコイルモータ３１と、ボイスコイルモータ３１の出力軸の下端部に垂下支持され、ロードセル１５を保持する支持枠３２と、一端部がノズルシャフト４１に連結され、他端部が支持枠３２に支持された荷重アーム３３と、荷重アーム３３とロードセル１５との間に介在する与圧バネ３４と、荷重アーム３３と支持枠３２との間に介在する支持バネ３５とを備えている。

上記荷重アーム３３の一端部はラジアル軸受け３６を介してノズルシャフト４１の中間位置に連結されており、当該ノズルシャフト４１の鉛直軸回りの回転を許容し、鉛直上下方向についてはノズルシャフト４１（吸着ノズル１２）と荷重アーム３３とが一体的に上下動を行うようになっている。また、この荷重アーム３３は、前述した空気軸受け４３の上側に設けられており、可動ブラケット１４に対して吸着ノズル１２及びノズルシャフト４１を下降させると、空気軸受け４３の上端部に荷重アーム３３が当接し、それより下方への下降動作を規制する構造となっている。即ち、空気軸受け４３は、吸着ノズル１２の下降動作を規制するストッパとしての機能も有していることとなる。

支持枠３２は、矩形の枠状であって、互いに対向する天板３２ａと底板３２ｂとを備え、天板３２ａの上面がボイスコイルモータ３１の出力軸の下端部に固定連結され、天板３２ａの下面にロードセル１５が下向きに固定設置されている。また、荷重アーム３３の他端部は支持枠３２の天板３２ａと底板３２ｂの間に位置し、当該荷重アーム３３の他端部の上面とロードセル１５の下面（荷重検出面）との間に前述した与圧バネ３４が配設されている。また、荷重アーム３３の他端部の下面と支持枠３２の底板３２ｂの上面との間には前述した支持バネ３５が配設されている。

上記のように荷重アーム３３が上下のバネ３４，３５により挟まれた配置となることで、ボイスコイルモータ３１の出力軸の駆動により荷重アーム３３から空気軸受け４３の上面に対して付与している荷重をロードセル１５により検出させることが可能となっている。また、荷重アーム３３から空気軸受け４３に付与される荷重が吸着ノズル１２の先端部で電子部品を基板側に加圧するための荷重と一致する場合があり、その場合、吸着ノズル１２が搭載時の電子部品に付与する荷重を検出することも可能となっている。

（動作制御手段）
動作制御手段６０は、図２に示すように、吸着ノズルの昇降装置１０の後述する各種制御を実行させる制御プログラムが書き込まれているＲＯＭ６０ａと、制御プログラムに従って上下動モータ２１，ボイスコイルモータ３４，角度調節モータ５１及び負圧供給手段４０等の各部の動作を集中制御するＣＰＵ６０ｂと、ＣＰＵ６０ｂの処理データをワークエリアに格納するＲＡＭ６０ｃとを備えている。

さらに、動作制御手段６０には、その動作制御に必要となるデータの入力設定や動作の開始の指示入力等を行う設定入力手段６４と、各モータ２１，３４，５１に対して動作制御手段６０からの制御信号に従って駆動させる各駆動回路６１，６２，６３と、エンコーダ２２，５５，ロードセル１５の出力を検出信号として動作制御手段６０に入力する各入力回路６５，６６，６７が併設されている。

（予備荷重設定制御）
次に、電子部品を吸着した吸着ノズル１２が基板に向かって降下する際に行われる予備荷重設定制御について図３に基づいて説明する。かかる予備荷重設定制御は、ＣＰＵ６０ｂがＲＯＭ６０ａに格納された所定のプログラムを実行することにより行われる処理である。
かかる予備荷重設定制御では、可動ブラケット１４と一体的に上下動を行う荷重アーム３３を空気軸受け４３に対して上方から当接させ、そのときの当接荷重が第一の目標荷重（吸着ノズル１２が基板に対して電子部品を加圧すべき第二の目標荷重より幾分小さい予備的な荷重）となるように、ボイスコイルモータ３１の駆動制御が行われる。

上記第一の目標荷重への設定方法について説明する。
図３（Ａ）はボイスコイルモータ３１が非作動状態（上下のいずれにも推力を生じない状態）にある時の荷重アーム３３と下降ストッパとしての空気軸受け４３の上端部との位置関係を示している。かかる状態では、ロードセル１５は、与圧バネ３４の荷重からボイスコイルモータ３１の可動子、出力軸、支持枠３２及びロードセル１５の重量荷重を減じた値が検出される。
そして、図３（Ｂ）に示すように、荷重アーム３３が空気軸受け４３の上端部から離れるまで、ボイスコイルモータ３１を上昇駆動させて停止させると、ロードセル１５は、与圧バネ３４の荷重からボイスコイルモータ３１の可動子、出力軸、支持枠３２及びロードセル１５の重量荷重を減じた値からさらに吸着ノズル１２と一体的に上下動を行う構成全体の重量荷重（吸着ノズル１２，ノズルホルダ１３，ノズルシャフト４１、ガスケット４２及び荷重アーム３３の合計重量荷重）を減じた値が検出される。
かかる状態でのロードセル１４の出力を０に設定し（ゼロリセット）、ロードセル１４の検出荷重が前述した第一の目標荷重となるまでボイスコイルモータ３１を下降駆動することで、荷重アーム３３を空気軸受け４３に第一の目標荷重で圧接させて、荷重の設定を実行する。
なお、上記ゼロリセット作業は、電子部品の搭載ごとに毎回行う必要はなく、ロードセル１５の検出出力値に対するいずれの値を０点とするかを記憶してしまえば、その後は不要である。但し、環境変化によりロードセル１５の特性に変化を生じる場合もあるので、定期的に実行するようにしても良い。

（荷重維持制御）
次に、上記予備荷重設定制御の実行後であって、吸着ノズル１２が基板に到達するまでに行われる荷重維持制御について説明する。かかる荷重維持制御も、ＣＰＵ６０ｂがＲＯＭ６０ａに格納された所定のプログラムを実行することにより行われる処理である。
かかる荷重維持制御では、荷重アーム３３を第一の目標荷重で空気軸受け４３に圧接させた状態で第一の上下動手段２０の上下動モータ２１を駆動させて可動ブラケット１４を下降移動させる。そして、当該下降移動中は、ロードセル１５の検出荷重を監視して第一の目標荷重を維持するようにボイスコイルモータ３１のフィードバック制御を実行する。
可動ブラケット１４の下降動作中は、スプラインナット５３に嵌合しているノズルシャフト４１の上端部が摩擦を生じることとなるが、ボイスコイルモータ３１は、フィードバック制御が実施されるので、摩擦力の影響にかかわらず、荷重アーム３３は第一の目標荷重で空気軸受け４３に圧接した状態が維持される。

（搭載制御）
次に、上記荷重維持制御の実行中において吸着ノズル１２の基板到達の検出及び電子部品搭載作業を実施する搭載制御について説明する。かかる搭載制御も、ＣＰＵ６０ｂがＲＯＭ６０ａに格納された所定のプログラムを実行することにより行われる処理である。
かかる搭載制御では、前記荷重維持制御による可動ブラケット１４の下降中においてロードセル１５の検出荷重から吸着ノズル１２の基板到達の監視を行うと共に到達時に吸着ノズル１２による押圧荷重が後述する第二の目標荷重を一定時間維持するようにボイスコイルモータ３１の制御が行われる。

荷重維持制御による可動ブラケット１４の下降中における吸着ノズル１２の基板到達の検出は、ロードセル１５の検出荷重の増加量が予め定めた閾値を超えるか否かの判定により行われる。即ち、可動ブラケット１４の下降中に生じる主たる外乱となるノズルシャフト４１とスプラインナット５３との間における摩擦力の発生による荷重の増加量に比して、吸着ノズル１２の基板当接による荷重の増加量の方が大きいので、これらの荷重増加量の中間となる値が予め閾値としてＲＯＭ６０ａ内に定められている。そして、可動ブラケット１４の下降中は、ＣＰＵ６０ｂがロードセル１５の検出値の変化を当該閾値と比較し、当該閾値を超える変化があった時に吸着ノズル１２が基板に到達したものと判定するようになっている。

また、搭載制御において、吸着ノズル１２の基板到達が検出されると、ロードセル１５の検出荷重が第二の目標荷重（吸着ノズル１２の保持する電子部品に付与すべき基板側に塗布されたハンダペーストまたは接着剤への部品塔載押圧荷重の目標値であって前述した第一の目標荷重値よりも若干大きく設定される）となるようにボイスコイルモータ３１のフィードバック制御の目標値が切り替えられる。そして、当該第二の目標荷重に到達すると、予め定められた荷重付加時間が経過するまで第二の目標荷重の付与状態を維持してからボイスコイルモータ３１のフィードバック制御を終了して電子部品を吸着ノズル１２から解放し、可動ブラケット１４が上昇するように上下動モータ２１の制御が行われる。
なお、ここで示す動作例では、基板到達後も第二の目標荷重の付与中も可動ブラケット１４の下降動作が継続されるように上下動モータ２１の動作制御が行われるが、基板到達検出時又は第二の目標荷重の到達時に可動ブラケット１４の下降が停止されるように上下動モータ２１を制御しても良い。

（吸着ノズルの昇降装置の動作制御）
前記ＣＰＵ６０ｂが実行する吸着ノズル１２の昇降装置１０の動作制御を図４のフローチャート及び図５のタイミングチャートに基づいて説明する。
なお、ここでは、吸着ノズル１２が電子部品の吸着を行い、角度調節モータ５１により吸着ノズル１２の先端部の電子部品の向きが既に調節されて基板の搭載位置にヘッドが搬送された状態にあることを前提とするものとする。
当初、可動ブラケット１４は、ヘッド搬送時の高さＺ３に位置し（図５(1)）、上下動モータ２１の駆動により予備荷重設定制御を実行する高さＺ２まで可動ブラケット１４を下降させる（ステップＳ１：図５(2)）。このとき、ボイスコイルモータ３１は非駆動状態（出力Ｖ０）にあり、吸着ノズル１２は可動ブラケット１４に対して最も下降した位置にある。なお、高さＺ２は、ボイスコイルモータ３１が非駆動状態で吸着ノズル１２が最も下降した位置にある状態で、吸着ノズル１２の下端部が基板に届くことがない高さに設定されている。また、かかる状態におけるロードセル１５の検出荷重はＬ１となっている。

可動ブラケット１４が高さＺ２に到達すると、予備荷重設定制御におけるゼロリセットが実行される（ステップＳ２）。即ち、荷重アーム３３が空気軸受け４３の上面から離間する高さまで持ち上げられるようボイスコイルモータ３１の駆動制御が行われ（図５(3)）、その際のロードセル１５の検出荷重Ｌ０が０点としてＲＡＭ６０ｃに登録される（Ｌ０＜Ｌ１）。
ゼロリセットが完了すると、ボイスコイルモータ３１の下降駆動が行われ（ステップＳ３：図５(4)）、荷重アーム３３を空気軸受け４３に当接させる。そして、さらに、ロードセル１５の検出荷重が第一の目標荷重Ｌ２に到達したか判定を行い（ステップＳ４）、到達していなければ下降を継続し、到達した場合には（図５(5)）、荷重維持制御に移行する。

荷重維持制御では、可動ブラケット１４が搭載終了高さＺ１に到達するまで上下動モータ２１を下降制御させる（ステップＳ５）。なお、仮に、吸着ノズル１２の基板到達高さをＺ０とすると、搭載終了高さＺ１はＺ０よりも低い位置に設定される。
可動ブラケット１４の下降移動が開始されると、ＣＰＵ６０ｂは、ロードセル１５の検出出力が第一の目標荷重Ｌ２を維持するようにボイスコイルモータ３１のフィードバック制御を実行する（図５(6)）。

次いで、搭載制御に移行し、ＣＰＵ６０ｂは、ロードセル１５の検出出力が基板到達を判定するための閾値Ｌ３を超えるか否かにより基板の到達を判定する（ステップＳ６）。そして、判定の結果、ロードセル１５の出力が閾値Ｌ３を超えた場合には（図５(7)）、第一の目標荷重Ｌ２から第二の目標荷重Ｌ４に目標荷重値の切り替えが行われ（ステップＳ７）、ボイスコイルモータ３１に対して第二の目標荷重値Ｌ４が得られるように下降制御が行われる（図５(8)）。
そして、さらに、ロードセル１５の検出荷重が第二の目標荷重Ｌ４に到達したか判定を行い（ステップＳ８）、ロードセル１５から第二の目標荷重Ｌ４が得られると、荷重付与時間Ｔ１のカウントが開始される（ステップＳ９：図５(9)）。なお、第二の目標荷重Ｌ４が得られた後も、上下動モータ２１により可動ブラケット１４の下降移動が継続しているので、ボイスコイルモータ３１は第二の目標荷重Ｌ４を維持するために下降駆動を継続するフィードバック制御が実行される。そして、上下動モータ２１の駆動が停止されると、ボイスコイルモータ３１も駆動を停止させて、ロードセル１５の検出荷重が第二の目標荷重Ｌ４となる状態をキープする。
さらに、ＣＰＵ６０ｂは、荷重付与時間Ｔ１が経過したか判定し（ステップＳ１０）、荷重付与時間Ｔ１の経過が検出されると、上下動モータ２１による可動ブラケット１４の初期位置（ヘッド搬送時の高さＺ３）への復帰動作が開始され（ステップＳ１１：図５(11)）、ボイスコイルモータ３１は駆動が停止されて出力Ｖ０に戻される（ステップＳ１２：図５(12)）。そして、電子部品の搭載時の動作制御が終了される。

（実施形態の効果）
上記吸着ノズルの昇降装置１０では、予備荷重設定制御において、吸着ノズル１２が電子部品を吸着した状態から基板に搭載する場合に、荷重アーム３３を空気軸受け４３により制止させた状態でボイスコイルモータ３１により第一の目標荷重となるように制御するので、スプライン構造による摩擦力が生じない状態で検出誤差を生じることなく正確に第一の目標荷重での加圧状態を実現することができる。
そして、荷重維持制御により、荷重アーム３３が空気軸受け４３を第一の目標荷重で加圧した状態を維持するようにボイスコイルモータ３１のフィードバック制御が行われるので、スプライン構造から生じる摩擦力による影響がロードセル１５による検出荷重に現れてもすぐにフィードバック制御により修正され、下降中もずっと第一の目標荷重が維持され、可動ブラケット１４の下降により吸着ノズル１２が基板に到達する際にも第一の目標荷重を正確に維持しつつ電子部品を基板側に加圧することが可能である。

さらに、吸着ノズル１２の基板到達後に、第一の目標荷重よりも大きな値となる第二の目標荷重となるようにボイスコイルモータ３１が制御されるので、吸着ノズルの基板到達時に瞬間的に加圧の荷重が大きくなっても、その大きさを抑えることができ、電子部品を保護すると共に、適切な搭載を行うことが可能となる。

（その他）
なお、荷重の検出手段としてはロードセルに限らず、他の荷重センサなどを用いても良い。また、ボイスコイルモータ３１から吸着ノズル１２に伝達する部材の歪みを歪みゲージなどで求めても良い。
また、上記昇降装置１０では、ボイスコイルモータ３１と荷重アーム３３との間で荷重伝達が行われる経路の途中にロードセル１５を配置しているが、ボイスコイルモータ３１から吸着ノズル１２に上下方向に付与される荷重を検出することが可能ないずれの位置にロードセル１５を配置しても良い。例えば、荷重アーム３３と空気軸受け４３との間で荷重検出を行っても良い。

１０ 吸着ノズルの昇降装置
１２ 吸着ノズル
１４ 可動ブラケット（移動体）
１５ ロードセル（荷重検出手段）
２０ 第一の上下動手段
２１ 上下動モータ（第一の昇降駆動源）
３０ 第二の上下動手段
３１ ボイスコイルモータ（第二の昇降駆動源）
３４ 与圧バネ（弾性体）
３５ 支持バネ（弾性体）
４０ 負圧供給手段
４１ ノズルシャフト
４３ 空気軸受け（下降ストッパ）
５０ 回転角度調節手段
５１ 角度調節モータ（回転駆動源）
５３ スプラインナット
６０ 動作制御手段

Claims (5)

1. ヘッドに搭載され、電子部品を吸着して基板の所定位置に搭載を行う吸着ノズルの昇降装置であって、
   前記ヘッドに対して昇降可能に装備された移動体と、
   前記移動体に昇降動作を付与する第一の昇降駆動源と、
   前記移動体に設けられ、前駆吸着ノズルに昇降動作を付与する第二の昇降駆動源と、
   前記吸着ノズルを回転させる回転駆動源と、
   前記回転駆動源による回転力を伝達すると共に前記吸着ノズルの昇降を可能とするスプライン構造部と、
   前記第二の昇降駆動源から前記吸着ノズルに付与される荷重を検出する荷重検出手段と、
   前記吸着ノズルに負圧を供給する負圧供給手段と、
   前記移動体に設けられ前記吸着ノズルの下降を所定の高さで制止する下降ストッパと、
   を備える吸着ノズルの昇降装置において、
   前記吸着ノズルが電子部品を吸着した状態から基板に搭載する場合に、
   前記移動体の停止状態で前記吸着ノズルが前記下降ストッパにより制止されてから前記荷重検出手段による検出荷重が第一の目標荷重となるまで前記第二の昇降駆動源による下降動作方向への駆動を行う予備荷重設定制御と、
   前記予備荷重設定制御後に、前記荷重検出手段による検出荷重に基づいて前記第一の目標荷重を維持するように前記第二の昇降駆動源をフィードバック制御しつつ前記第一の昇降駆動源による下降動作を行う荷重維持制御と、
   前記荷重維持制御における前記荷重検出手段の検出荷重の変化から基板到達を判定し、基板到達から予め定められた荷重付与時間の経過後に荷重の付与を終了させる搭載制御を行う動作制御手段を備えることを備えることを特徴とする吸着ノズルの昇降装置。
2. 前記搭載制御において、前記基板到達後、前記第一の目標荷重よりも大きな第二の目標荷重となるように前記第二の昇降駆動源を制御し、前記第二の目標荷重となってから前記荷重付与時間の経過後に荷重の付与を終了させることを特徴とする請求項１記載の吸着ノズルの昇降装置。
3. 前記第二の昇降駆動源から前記吸着ノズルに動作伝達を行う経路の途中で、弾性体を介して前記荷重検出手段が配設されることを特徴とする請求項１又は２記載の吸着ノズル昇降装置。
4. ヘッドに搭載され、電子部品を吸着して基板の所定位置に搭載を行う吸着ノズルの昇降装置であって、前記ヘッドに対して昇降可能に装備された移動体と、前記移動体に昇降動作を付与する第一の昇降駆動源と、前記移動体に設けられ、前駆吸着ノズルに昇降動作を付与する第二の昇降駆動源と、前記吸着ノズルを回転させる回転駆動源と、前記回転駆動源による回転力を伝達すると共に前記吸着ノズルの昇降を可能とするスプライン構造部と、前記第二の昇降駆動源から前記吸着ノズルに付与される荷重を検出する荷重検出手段と、前記吸着ノズルに負圧を供給する負圧供給手段と、前記移動体に設けられ前記吸着ノズルの下降を所定の高さで制止する下降ストッパと、を備える吸着ノズルの昇降装置の荷重制御方法において、
   前記吸着ノズルが電子部品を吸着した状態から基板に搭載する場合に、
   前記移動体の停止状態で前記吸着ノズルが前記下降ストッパにより制止されてから前記荷重検出手段による検出荷重が第一の目標荷重となるまで前記第二の昇降駆動源による下降動作方向への駆動を行う予備荷重設定制御工程と、
   前記予備荷重設定制御後に、前記荷重検出手段による検出荷重に基づいて前記第一の目標荷重を維持するように前記第二の昇降駆動源をフィードバック制御しつつ前記第一の昇降駆動源による下降動作を行う荷重維持制御工程と、
   前記荷重維持制御における前記荷重検出手段の検出荷重の変化から基板到達を判定し、基板到達から予め定められた荷重付与時間の経過後に荷重の付与を終了させる搭載制御工程とを、動作制御手段に実行させることを特徴とする吸着ノズルの昇降装置の荷重制御方法。
5. 前記搭載制御工程において、前記基板到達後、前記第一の目標荷重よりも大きな第二の目標荷重となるように前記第二の昇降駆動源を制御し、前記第二の目標荷重となってから前記荷重付与時間の経過後に荷重の付与を終了させることを特徴とする請求項４記載の吸着ノズルの昇降装置の荷重制御方法。

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