JP2011091192A - 半田ボール整列供給装置及び部品実装機 - Google Patents

Abstract

【課題】部品実装機内で半田ボールの実装から電子部品の実装までの工程を実行できるようにする。
【解決手段】部品実装機のフィーダ装着台１４に半田ボール整列供給装置１１をテープフィーダと付け替え可能に装着する。半田ボール整列供給装置１１は、半田ボールを収容するスペースが形成されたスキージ２６と、半田ボールを１個ずつ収める所定数のボール穴２１が回路基板等の実装対象物の半田ボール実装パターンに合わせて形成されたボール整列板１７と、ボール整列板１７のボール穴２１の配列領域を撮像するカメラ２７とを備え、スキージ２６の下端をボール整列板１７の上面に密着又は近接させた状態でボール整列板１７をスライド移動させることで、スキージ２７内の半田ボールをボール整列板１７の各ボール穴２１内に入り込ませるスキージング動作を実行する。
【選択図】図３

Description

本発明は、実装対象物の半田ボール実装パターンに合わせて半田ボールを配列して供給する半田ボール整列供給装置及び該半田ボール整列供給装置が着脱可能に装着される部品実装機に関する発明である。

従来の半田ボール整列供給装置は、半田ボール実装専用の実装機に設けられ、例えば、特許文献１（特開平８−８５２３号公報）や特許文献２（特開２００２−１１０７２４号公報）に記載されているように、ボール整列板に所定数のボール穴が回路基板等の実装対象物の半田ボール実装パターンに合わせて形成され、各ボール穴に半田ボールを１個ずつ収容するようにしている。

更に、特許文献１では、真空ポンプ等の真空引き装置でボール整列板の下面側から各ボール穴に空気吸引力を作用させることで、ボール整列板の各ボール穴に半田ボールを吸引して収容するようにしている。

一方、特許文献２では、ボール整列板を振動させたり、傾けたりしてボール整列板の各ボール穴に半田ボールを収容するようにしている。

特開平８−８５２３号公報 特開２００２−１１０７２４号公報

上記特許文献１，２に記載の半田ボール整列供給装置は、真空引き装置やボール整列板の振動機構や傾動機構を必要とするため、装置が大型化し、コンパクト化の要求を満たすことができない。しかも、上記特許文献１，２に記載の半田ボール整列供給装置は、半田ボール実装専用の実装機に設けられるため、半田ボール実装後にその実装基板を他の部品実装機へ搬送する必要があり、工程プロセスのコストダウンや工程簡略化を実現することができない。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、コンパクト化、工程プロセスのコストダウンや工程簡略化を実現できる半田ボール整列供給装置及び部品実装機を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、部品実装機のフィーダ装着台に着脱可能に装着される半田ボール整列供給装置であって、半田ボールを収容するスペースが形成されたスキージと、半田ボールを１個ずつ収める所定数のボール穴が実装対象物の半田ボール実装パターンに合わせて形成されたボール整列板と、前記スキージの下端を前記ボール整列板の上面に密着又は近接させた状態で前記ボール整列板又は前記スキージをスライド移動させることで前記スキージ内の半田ボールを前記ボール整列板の各ボール穴内に入り込ませるスキージング動作を実行する駆動手段とを備えた構成となっている。

この構成では、真空引き装置やボール整列板の振動機構や傾動機構を必要としないため、半田ボール整列供給装置をコンパクト化できる。しかも、本発明の半田ボール整列供給装置は、部品実装機のフィーダ装着台に着脱可能に装着されるため、部品実装機内で半田ボールの実装から電子部品の実装までの工程を行うことが可能となり、工程プロセスのコストダウンや工程簡略化を実現できる。

この場合、請求項２のように、前記ボール整列板のボール穴の配列領域を撮像するカメラと、スキージング動作後に前記カメラで撮像した画像に基づいて前記全てのボール穴に半田ボールが入っているか否かを判断して半田ボールが入っていない空のボール穴が存在すれば再びスキージング動作を実行して前記空のボール穴に半田ボールを入り込ませる制御手段とを備えた構成とすると良い。この構成では、１回のスキージング動作で半田ボールが入らなかった空のボール穴が残っていれば、スキージング動作を繰り返して、当該空のボール穴に半田ボールを入り込ませることができ、全てのボール穴に確実に半田ボールを収めることができる。

ところで、ボール整列板の各ボール穴に入った半田ボールを部品実装機の装着ヘッドに保持させたボール吸着ノズルで一括して吸着する際に、ボール整列板の各ボール穴の底面部が密閉状態になっていると、各ボール穴内の半田ボールを吸着する際に、ボール吸着ノズルの空気吸引作用によって各ボール穴が負圧になってボール整列板がボール吸着ノズルに吸着されてしまう可能性がある。

この対策として、請求項３のように、ボール整列板の各ボール穴の底面部側が大気に連通するように構成すると良い。このようにすれば、ボール吸着ノズルにより各ボール穴内の半田ボールを吸着する際に、ボール吸着ノズルの空気吸引作用により各ボール穴内にその底面部側から上向きの空気の流れが生じて各ボール穴内の半田ボールが吸い上げられてボール吸着ノズルに吸着されるようになり、半田ボールの吸着が容易となる。この際、各ボール穴の底面部側が大気に連通することで各ボール穴内が負圧になることが抑えられるため、ボール整列板がボール吸着ノズルに吸着されることを防止できる。

この場合、ボール整列板の各ボール穴を、下部側が小径となる段付きの貫通孔とすることで各ボール穴の底面部側を大気に連通させるように構成しても良いが、微小な半田ボールを収める微小な段付きの貫通孔を精度良く形成するには、かなり難易度の高い加工を必要とし、加工コストが高くなってしまう。

そこで、請求項４のように、ボール整列板には、各ボール穴が貫通するように形成され、その下面側に通気性のある多孔質板を重ね合わせることで、各ボール穴の底面部に通気性を持たせて各ボール穴の底面部側を大気に連通させるように構成すると良い。このようにすれば、ボール整列板に段付きの貫通孔を加工しなくても、単純な貫通孔を加工して、ボール整列板の下面側に通気性のある多孔質板を重ね合わせるだけで、各ボール穴の下部側を大気に連通させる構成を簡単に実現することができ、低コスト化の要求を満たすことができる。

或は、請求項５のように、部品実装機の装着ヘッドに取り付けられたボール吸着ノズルでボール整列板の各ボール穴に入った半田ボールを吸着する際に、各ボール穴の半田ボールを持ち上げて各半田ボールの上部をボール整列板の上面から突出させるボール持ち上げ機構を備えた構成としても良い。このように、ボール持ち上げ機構により各ボール穴の半田ボールの上部をボール整列板の上面から突出させるようにすれば、ボール吸着ノズルをボール整列板の上面から少し浮かせた状態（又はボール吸着ノズルの下端面がボール整列板の上面に当接した場合でもボール吸着ノズルの各吸着穴の周縁部が各ボール穴内の半田ボールの上部にほぼ接触した状態）で各ボール穴の半田ボールを容易に吸着することができる。このため、各ボール穴の底面部側を大気に連通させた構成としなくても、各ボール穴の半田ボールをボール吸着ノズルで容易に吸着することができる。

ここで、ボール持ち上げ機構は、例えば、ボール整列板の各ボール穴の下方から押上げピンを上昇させて各ボール穴の半田ボールを持ち上げるように構成しても良いが、微小な半田ボールを収める微小なボール穴の配列パターンに合わせて微小な押上げピンを正確な配列パターンで形成するには、かなり難易度の高い加工を必要とし、加工コストが高くなってしまう。

そこで、請求項６のように、ボール持ち上げ機構は、半田ボールの直径よりも厚み寸法が小さいボール整列板の下面側に、該ボール整列板の所定数のボール穴と同じ配列パターンで半田ボールの半径よりも深さ寸法が小さい所定数のボール穴が形成されたボール押上げ用スライド板をスライド可能に重ね合わせた構成とし、前記ボール整列板の各ボール穴と前記ボール押上げ用スライド板の各ボール穴とを合致させた状態でスキージング動作を行い、前記ボール吸着ノズルで前記ボール整列板の各ボール穴に入った半田ボールを吸着する際に、前記ボール整列板に対して前記ボール押上げ用スライド板をスライドさせることで、前記ボール押上げ用スライド板の各ボール穴の周縁部で各ボール穴の半田ボールを押し上げて該ボール押上げ用スライド板の上面に乗り上げさせることで、前記ボール整列板の各ボール穴の半田ボールの上部を前記ボール整列板の上面から突出させるように構成すると良い。この構成では、ボール整列板とボール押上げ用スライド板に単純な貫通孔を加工して、ボール押上げ用スライド板をスライドさせる機能を付加すれば良く、ボール持ち上げ機構の製造が容易である。

以上説明した請求項１〜６に記載の半田ボール整列供給装置を装着する部品実装機には、請求項７のように、部品を吸着する部品吸着ノズルと、前記ボール整列板の各ボール穴に入った半田ボールを一括して吸着するボール吸着ノズルを保管するためのノズルステーションを設け、該部品実装機の装着ヘッドに保持した部品吸着ノズル又はボール吸着ノズルを、ノズルステーションに保管したボール吸着ノズル又は部品吸着ノズルと自動交換可能とするように構成すると良い。このようにすれば、１つの装着ヘッドで半田ボールの実装から電子部品の実装までの工程を能率良く実行することができる。

また、本発明を適用する部品実装機は、請求項８のように、ボール整列板のボール穴の配列又は該ボール整列板の上面に設けられた基準位置マークを撮像する第１カメラと、前記ボール吸着ノズルの下面の吸着穴の配列又は該ボール吸着ノズルの下面に設けられた基準位置マークを撮像する第２カメラと、前記第１カメラ及び前記第２カメラの撮像動作と前記ボール吸着ノズルによる半田ボール吸着動作を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記ボール吸着ノズルで前記ボール整列板の各ボール穴に入った半田ボールを吸着する際に前記第１カメラ及び前記第２カメラで撮像した画像に基づいて前記ボール整列板の各ボール穴に対する前記ボール吸着ノズルの各吸着穴の相対的な位置を認識して前記ボール整列板の各ボール穴に対する前記ボール吸着ノズルの各吸着穴の位置補正を行うようにすると良い。ここで、第１カメラとしては、回路基板の基準位置マークをその上方から撮像するマークカメラを用いれば良く、また、第２カメラとしては、部品吸着ノズルに吸着された部品をその下方から撮像するパーツカメラを用いれば良い。

一般の部品実装機を用いて半田ボールの実装を行う場合、半田ボール実装専用機と比べて、ノズル位置精度や空気吸引性能が不足することが考えられるが、第１カメラ及び第２カメラで撮像した画像に基づいてボール整列板の各ボール穴に対するボール吸着ノズルの各吸着穴の相対的な位置を補正するようにすれば、半田ボール実装専用機と比べてノズル位置精度や空気吸引性能が不足するという事情があっても、その不足分を位置補正動作によって補うことができ、ボール整列板の各ボール穴内の半田ボールをボール吸着ノズルで確実に吸着することができる。

図１は本発明の実施例１を示す半田ボール整列供給装置の斜視図である。 図２は部品実装機のフィーダ装着台の斜視図である。 図３は部品実装機のフィーダ装着台に半田ボール整列供給装置を装着した状態を示す斜視図である。 図４は部品実装機のフィーダ装着台に半田ボール整列供給装置を装着した状態を示す側面図である。 図５はボール吸着ノズルでボール整列板のボール穴内の半田ボールを吸着する構造を説明する拡大縦断面図である。 図６はスキージで半田ボールをボール整列板のボール穴内に収める動作を説明する拡大縦断面図である。 図７はスキージの形状を示す破断斜視図である。 図８（ａ）〜（ｃ）はボール吸着ノズルでボール整列板のボール穴内の半田ボールを吸着する動作を説明する拡大縦断面図である。 図９は部品実装機の構成を模式的に示す図である。 図１０はボール整列板のボール穴の配列領域と基準位置マークとの位置関係を示す斜視図である。 図１１はボール吸着ノズルの吸着穴の配列領域と基準位置マークとの位置関係を示す斜視図である。 図１２はボール整列板のボール穴の配列を画像認識する工程を説明する図である。 図１３はボール吸着ノズルの吸着穴の配列を画像認識する工程を説明する図である。 図１４は本発明の実施例２のボール整列板とボール持ち上げ機構の構成を説明する拡大縦断面図である。 図１５はボール持ち上げ機構でボール整列板のボール穴内の半田ボールを持ち上げてボール吸着ノズルで吸着する動作を説明する拡大縦断面図である。 図１６はボール持ち上げ機構の主要部の拡大縦断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した２つの実施例１，２を説明する。

図１乃至図１３を用いて本発明の実施例１を説明する。
まず、半田ボール整列供給装置１１の構成を説明する。
半田ボール整列供給装置１１は、部品実装機１３のフィーダ装着台１４（図２、図３、図９参照）にテープフィーダ（図示せず）と付け替え可能に装着される。半田ボール整列供給装置１１の横幅寸法は、テープフィーダの横幅寸法のほぼ数倍となっており、図３に示すように、フィーダ装着台１４上のテープフィーダ数台分のスペースに半田ボール整列供給装置１１が着脱可能に装着される。

図１に示すように、半田ボール整列供給装置１１の本体ベース１２は、部品実装機１３のフィーダ装着台１４への着脱方向である前後方向に長く延びる箱状に形成されている。この本体ベース１２上にガイドレール１５が前後方向に延びるように設けられ、このガイドレール１５上にスライドベース１６を介してボール整列板１７が前後方向にスライド移動可能に支持されている。更に、本体ベース１２には、ボール整列板１７を前後方向にスライド移動させる駆動手段となるモータ１８が設けられている。

ボール整列板１７の前端部には、半田ボールを１個ずつ収める所定数のボール穴２１（図５参照）が回路基板等の実装対象物の半田ボール実装パターンに合わせて形成されている。各ボール穴２１は、半田ボールの直径寸法よりも半田ボールの出し入れのためのクリアランス分（遊び分）だけ大きな内径寸法の断面円形の貫通孔に形成され、且つ、各ボール穴２１の深さ寸法（ボール整列板１７の厚み寸法）は、半田ボールの直径と同一又はそれよりも若干大きな寸法に形成されている。

更に、本実施例１では、ボール整列板１７の各ボール穴２１の底面部側が大気に連通するように構成されている。この場合、ボール整列板１７の各ボール穴２１を、下部側が小径となる段付きの貫通孔とすることで各ボール穴２１の底面部側を大気に連通させるように構成しても良いが、微小な半田ボールを収める微小な段付きの貫通孔を精度良く形成するには、かなり難易度の高い加工を必要とし、加工コストが高くなってしまう。

そこで、本実施例１では、図５に示すように、ボール整列板１７の下面側に通気性のある多孔質板２２を重ね合わせることで、各ボール穴２１の底面部に通気性を持たせて各ボール穴２１の底面部側を大気に連通（開放）させるように構成している。ボール整列板１７と多孔質板２２は、接着、ねじ等により一体化され、スライドベース１６上にねじ等により取り付けられている。スライドベース１６のうちのボール穴２１の配列領域の真下部分に凹状部２３が形成され、この凹状部２３の空間が大気開放口２４を通して大気に開放されている。

図１に示すように、本体ベース１２のほぼ中間部には、取付フレーム２５が上方に延びるブリッジ状に設けられ、この取付フレーム２５に、半田ボールを収容するスペースが形成された容器状のスキージ２６（図７参照）が取り付けられ、このスキージ２６の真下をボール整列板１７のボール穴２１の配列領域がスライドする際に、該スキージ２６の下端がボール整列板１７の上面に密着（当接）又は近接するように該スキージ２６の高さ位置が調整されている。図６に示すように、スキージング動作時にボール整列板１７上の余分の半田ボールをすくい上げることができるように、スキージ２６の下端部には、スキージング動作方向（半田ボール収容スペース側）に突出する楔形状のボールすくい上げ部２９（図７参照）が形成されている。

取付フレーム２５の上部には、ボール整列板１７のボール穴２１の配列領域を撮像するＣＣＤカメラ等のカメラ２７が下向きに取り付けられ、取付フレーム２５の下部には、カメラ２７で撮像するボール穴２１の配列領域を照明する四角枠状の照明光源２８が取り付けられている。

図４に示すように、半田ボール整列供給装置１１の本体ベース１２の前端面（取付方向側の端面）には、半田ボール整列供給装置１１の信号線や電源線を部品実装機１３のフィーダ装着台１４のコネクタ３１（図２参照）に接続するためのコネクタ３２と、２本の位置決めピン３３，３４が設けられ、２本の位置決めピン３３，３４を部品実装機１３のフィーダ装着台１４の位置決め穴３５，３６（図２参照）に差し込むことで、フィーダ装着台１４上で半田ボール整列供給装置１１の取付位置が位置決めされると共に、半田ボール整列供給装置１１のコネクタ３２がフィーダ装着台１４のコネクタ３１に差し込み接続される。

以上のように構成した半田ボール整列供給装置１１を装着する部品実装機１３には、ＸＹＺ方向に駆動される装着ヘッド３７（図９参照）が設けられ、この装着ヘッド３７には、部品を吸着する部品吸着ノズル（図示せず）と、ボール整列板１７の各ボール穴２１内の半田ボールを吸着するボール吸着ノズル３８（図５参照）とが付け替え可能に保持されるように構成されている。部品実装機１３には、部品吸着ノズルとボール吸着ノズル３８を保管するためのノズルステーション（図示せず）が設けられ、装着ヘッド３７に保持した部品吸着ノズル又はボール吸着ノズル３８を、ノズルステーションに保管したボール吸着ノズル３８又は部品吸着ノズルと自動交換できるように構成されている。

図１１に示すように、ボール吸着ノズル３８の下面には、ボール整列板１７の所定数のボール穴２１と同じ配列パターンで所定数のテーパ状の吸着穴３９が形成されている。ボール吸着ノズル３８は、その中心軸の回りの回転角度（θ方向の角度）を調整できるように構成されている。

図９に示すように、部品実装機１３には、回路基板４１を搬送するコンベア４２と、回路基板４１の基準位置マークをその上方から撮像するマークカメラ４３（第１カメラ）と、部品吸着ノズルに吸着された部品をその下方から撮像するパーツカメラ４４（第２カメラ）とが設けられている。本実施例１では、マークカメラ４３は、ボール整列板１７上面のボール穴２１の配列領域の両側に該ボール穴２１と所定の位置関係で設けられた複数個（例えば２個）の基準位置マーク４５（図１０参照）を撮像する第１カメラとしても使用され、パーツカメラ４４は、ボール吸着ノズル３８下面の吸着穴３９の配列領域の両側に該吸着穴３９と所定の位置関係で設けられた複数個（例えば２個）の基準位置マーク４６（図１１参照）を撮像する第２カメラとしても使用される。

次に、上記構成の半田ボール整列供給装置１１を部品実装機１３のフィーダ装着台１４に装着して半田ボールを回路基板４１に実装する工程を説明する。
まず、図３及び図４に示すように、部品実装機１３のフィーダ装着台１４に装着した半田ボール整列供給装置１１の容器状のスキージ２６内に半田ボールを収容する。尚、取付フレーム２５に半田ボール自動投入装置（図示せず）を設けて、半田ボール自動投入装置からスキージ２６内に半田ボールを自動投入するようにしても良い。

その後、モータ１８を運転して、ボール整列板１７をガイドレール１５に沿ってスライド移動させて、ボール整列板１７のボール穴２１の配列領域をスキージ２６の下方を通過させて順方向のスキージング動作を行った後、ボール整列板１７のスライド方向を逆転させて逆方向のスキージング動作を行う。

この際、図６に示すように、スキージ２６の下端面をボール整列板１７のボール穴２１の配列領域に密着又は近接させた状態でボール整列板１７をスライド移動させることで、スキージ２６内の半田ボールを各ボール穴２１内に１個ずつ順次入り込ませる。そして、順方向と逆方向の１往復のスキージング動作を行った後、ボール穴２１の配列領域が四角枠状の照明光源２８内に到達したところで、ボール整列板１７のスライド動作を一旦停止させて、カメラ２７でボール穴２１の配列領域を撮像する。

その後、このカメラ２７の画像信号を部品実装機１３の制御装置（制御手段）に取り込んで画像認識することで、全てのボール穴２１に半田ボールが入っているか否かを判断して、半田ボールが入っていないボール穴２１が存在すれば、再び１往復のスキージング動作を実行して、上記カメラ２７の画像認識結果に基づいて全てのボール穴２１に半田ボールが入っているか否かを判断する処理を繰り返す。

その結果、スキージング動作の往復回数が所定回数になっても、半田ボールが入っていないボール穴２１が残っていれば、エラーと判断して半田ボール整列供給装置１１の動作を停止させて、表示装置（図示せず）にエラー表示したり、警告音を発生したりして、作業者に警告する。これにより、作業者は、エラーの原因（例えばスキージ２６内の半田ボールの残量不足等）を確認して、その原因に応じた復旧作業を行う。

一方、上記カメラ２７の画像認識結果に基づいて全てのボール穴２１に半田ボールが入っていることが確認されれば、ボール整列板１７を半田ボール吸着位置（図３及び図４の位置）までスライド移動させて停止させる。この後、図１２に示すように、マークカメラ４３をボール整列板１７のボール穴２１の配列領域の真上まで移動させて、ボール穴２１の配列領域の両側の基準位置マーク４５をマークカメラ４３で撮像して、その画像処理結果に基づいて基準位置マーク４５のＸＹ方向及びθ方向の位置を認識してボール穴２１の配列領域のＸＹ方向及びθ方向の位置を演算する。ここで、基準位置マーク４５とボール穴２１の配列領域との位置関係のデータは、予め部品実装機１３の制御装置のメモリ（図示せず）に記憶しておけば良い。

尚、基準位置マーク４５とボール穴２１の配列領域との位置関係は一義的に決まるため、ボール穴２１の配列領域の位置情報として、基準位置マーク４５の位置情報をそのまま用いるようにしても良い。また、基準位置マーク４５が設けられていない場合は、ボール穴２１の配列領域の画像認識結果に基づいてボール穴２１の配列領域のＸＹ方向及びθ方向の位置を認識するようにすれば良い。

ボール穴２１の配列領域（基準位置マーク４５）の画像認識処理と相前後して、図１２に示すように、装着ヘッド３７とボール吸着ノズル３８をパーツカメラ４４の真上まで移動させて、ボール吸着ノズル３８の吸着穴３９の配列領域の両側の基準位置マーク４６をパーツカメラ４４で撮像して、その画像処理結果に基づいて基準位置マーク４６のＸＹ方向及びθ方向の位置を認識して吸着穴３９の配列領域のＸＹ方向及びθ方向の位置を演算する。ここで、基準位置マーク４６と吸着穴３９の配列領域との位置関係のデータは、予め部品実装機１３の制御装置のメモリ（図示せず）に記憶しておけば良い。

尚、基準位置マーク４６と吸着穴３９の配列領域との位置関係は一義的に決まるため、吸着穴３９の配列領域の位置情報として、基準位置マーク４６の位置情報をそのまま用いるようにしても良い。また、基準位置マーク４６が設けられていない場合は、吸着穴３９の配列領域の画像認識結果に基づいて吸着穴３９の配列領域のＸＹ方向及びθ方向の位置を認識するようにすれば良い。

この後、部品実装機１３の２つのカメラ４３，４４の画像認識結果に基づいて、ボール吸着ノズル３８の吸着穴３９の配列領域のＸＹ方向及びθ方向の位置をボール整列板１７のボール穴２１の配列領域のＸＹ方向及びθ方向の位置と一致させるように、装着ヘッド３７をＸＹ方向に駆動し、且つ、ボール吸着ノズル３８を保持するホルダ機構（図示せず）をθ方向に駆動する。これにより、ボール吸着ノズル３８の各吸着穴３９の位置をボール整列板１７の各ボール穴２１の位置と一致させた時点で、ＸＹ方向及びθ方向の駆動を停止して、図８（ａ）に示すように、ボール吸着ノズル３８を保持する装着ヘッド３７を下降させて、図８（ｂ）に示すように、ボール吸着ノズル３８の下端面をボール整列板１７のボール穴２１の配列領域に当接又は近接させた状態で停止させる。

この状態で、装着ヘッド３７内の空気通路を介してボール吸着ノズル３８の内部に負圧を供給して（ボール吸着ノズル３８内の空気を吸引して）、ボール吸着ノズル３８の各吸着穴３９にボール整列板１７の各ボール穴２１内の半田ボールを一括して吸着する。この際、各吸着穴３９がテーパ面に形成されているため、そのテーパ面によって半田ボールの中心が吸着穴３９の中心と一致するように半田ボールの吸着位置が位置決めされる。

この後、図８（ｃ）に示すように、半田ボールを吸着したボール吸着ノズル３８を保持する装着ヘッド３７を上昇させて、回路基板４１の半田ボール実装領域の真上へ移動させて下降させ、当該回路基板４１の半田ボール実装領域に半田ボールを実装する。

この際、予め、マークカメラ４３で回路基板４１の基準位置マーク（又は半田ボール実装領域）を撮像して、回路基板４１の半田ボール実装領域のＸＹ方向及びθ方向の位置を認識して、ボール吸着ノズル３８の吸着穴３９の配列領域のＸＹ方向及びθ方向の位置を回路基板４１の半田ボール実装領域のＸＹ方向及びθ方向の位置と一致させるように、装着ヘッド３７をＸＹ方向に駆動し、且つ、ボール吸着ノズル３８を保持するホルダ機構（図示せず）をθ方向に駆動する。

尚、半田ボールを吸着したボール吸着ノズル３８を装着ヘッド３７と一体的に回路基板４１の上方へ移動させる途中で、図１３に示すように、ボール吸着ノズル３８をパーツカメラ４４の真上まで移動させて、ボール吸着ノズル３８の各吸着穴３９の半田ボール吸着状態をパーツカメラ４４で撮像して、各吸着穴３９の半田ボールの有無を画像認識するようにしても良い。

或は、パーツカメラ４４によるボール吸着ノズル３８の各吸着穴３９の半田ボールの有無の確認を省略しても良い。この場合は、半田ボール整列供給装置１１のカメラ２７の撮像画像を用いてボール吸着ノズル３８の各吸着穴３９の半田ボールの有無の確認を間接的に行うようにすれば良い。具体的には、ボール吸着動作前（スキージング動作後）とボール吸着動作後（スキージング動作前）に、それぞれ、ボール整列板１７のボール穴２１の配列領域がカメラ２７の真下に到達したときに、カメラ２７でボール穴２１の配列領域を撮像して各ボール穴２１内の半田ボールの有無を画像認識して、ボール吸着動作前（スキージング動作後）の各ボール穴２１の半田ボール有りの確認と、ボール吸着動作後（スキージング動作前）の各ボール穴２１の半田ボール無しの確認とを行い、その結果、ボール吸着動作後（スキージング動作前）の画像認識で、いずれかのボール穴２１に半田ボールが残っていることが判明すれば、ボール吸着ノズル３８の半田ボール吸着不良と判断するようにすれば良い。

ボール吸着動作後は、半田ボール位置＝吸着穴３９の位置と見なせるため、ボール吸着動作後に、毎回、パーツカメラ４４でボール吸着ノズル３８の吸着穴３９の配列領域（基準位置マーク４６）を撮像して画像認識する必要はなく、最初に、この画像認識を１回のみ行うようにしても良い。

同様に、ボール吸着動作前（スキージング動作後）に、毎回、ボール吸着位置で停止したボール整列板１７のボール穴２１の配列領域（基準位置マーク４５）をマークカメラ４３で撮像して画像認識する必要はなく、最初に、この画像認識を１回のみ行うようにしても良い。

以上説明した本実施例１では、半田ボール整列供給装置１１に真空引き装置やボール整列板の振動機構や傾動機構を設ける必要がないため、半田ボール整列供給装置１１をコンパクト化できる。しかも、本実施例１の半田ボール整列供給装置１１は、部品実装機１３のフィーダ装着台１４に着脱可能に装着されるため、部品実装機１３内で回路基板４１への半田ボールの実装から電子部品の実装までの工程を行うことが可能となり、工程プロセスのコストダウンや工程簡略化を実現できる。

ところで、ボール整列板１７の各ボール穴２１に入った半田ボールをボール吸着ノズル３８で一括して吸着する際に、ボール整列板１７の各ボール穴２１の底面部が密閉状態になっていると、各ボール穴２１内の半田ボールを吸着する際に、ボール吸着ノズル３８の空気吸引作用によって各ボール穴２１内が負圧になってボール整列板１７がボール吸着ノズル３８に吸着されてしまう可能性がある。

この対策として、本実施例１では、ボール整列板１７の各ボール穴２１の底面部側が大気に連通するように構成しているため、ボール吸着ノズル３８により各ボール穴２１内の半田ボールを吸着する際に、ボール吸着ノズル３８の空気吸引作用により各ボール穴２１内にその底面部側から上向きの空気の流れが生じて各ボール穴２１内の半田ボールが吸い上げられてボール吸着ノズル３８に吸着されるようになり、半田ボールの吸着が容易である。この際、各ボール穴２１の底面部側が大気に連通することで各ボール穴２１内が負圧になることが抑えられるため、ボール整列板１７がボール吸着ノズル３８に吸着されることを防止できる。

この場合、ボール整列板１７の各ボール穴２１を、下部側が小径となる段付きの貫通孔とすることで各ボール穴２１の底面部側を大気に連通させるようにしても良いが、微小な半田ボールを収める微小な段付きの貫通孔を精度良く形成するには、かなり難易度の高い加工を必要とし、加工コストが高くなってしまう。

そこで、本実施例１では、ボール整列板１７に、各ボール穴２１を貫通するように形成して、その下面側に通気性のある多孔質板２２を重ね合わせることで、各ボール穴２１の底面部に通気性を持たせて各ボール穴２１の底面部側を大気に連通させるように構成しているため、ボール整列板１７に段付きの貫通孔を加工しなくても、単純な貫通孔を加工して、ボール整列板１７の下面側に通気性のある多孔質板２２を重ね合わせるだけで、各ボール穴２１の下部側を大気に連通させる構成を簡単に実現することができ、低コスト化の要求を満たすことができる。

しかも、本実施例１では、ボール整列板１７の各ボール穴２１の深さ寸法（ボール整列板１７の厚み寸法）を、半田ボールの外径と同一又はそれよりも若干大きな寸法に形成しているため、スキージ２６のスキージング動作時に、スキージ２６の下端で各ボール穴２１内の半田ボールの上端が擦られて半田ボールが損傷することを防止できると共に、ボール吸着ノズル３８で各ボール穴２１内の半田ボールを吸着する際に、ボール吸着ノズル３８の下端で各ボール穴２１内の半田ボールを強く押さえ付けることがなくなり、吸着動作時の半田ボールの損傷も防止できる。

更に、本実施例１では、部品実装機１３の装着ヘッド３７に保持する吸着ノズルを、ノズルステーションにおいてボール吸着ノズル３８と部品吸着ノズルとの間で自動交換できるように構成しているため、１つの装着ヘッド３７で半田ボールの実装から電子部品の実装までの工程を能率良く実行することができる。

ところで、本実施例１のように、複数種の吸着ノズルを付け替え可能な装着ヘッド３７を備えた部品実装機１３は、吸着ノズルの交換性や耐久性等を確保するため、吸着ノズルの取付位置の精度を犠牲にしている場合が多く、その構造上、特にθ方向の精度が良くない。また、一般の部品吸着ノズルは、吸着する部品と部品吸着ノズルとの関係が１対１の関係であることがほとんどであり、それほど多くの空気吸引流量は必要とされない。

しかし、半田ボールの実装では、１つのボール吸着ノズル３８に対して数十〜数百個の半田ボールを吸着する必要があるため、半田ボール１個当たりの吸引力が弱くなってしまう。このため、ボール整列板１７の各ボール穴２１とボール吸着ノズル３８の各吸着穴３９との間の位置精度が悪いと、各吸着穴３９と各ボール穴２１内の半田ボールとの間隔が広がるため、各ボール穴２１内の半田ボールに対する吸引力が不足して各吸着穴３９に半田ボールを吸着できない可能性がある。

この対策として、本実施例１では、ボール吸着動作前に、マークカメラ４３によってボール整列板１７のボール穴２１の配列領域（基準位置マーク４５）のＸＹ方向及びθ方向の位置を認識すると共に、パーツカメラ４４によってボール吸着ノズル３８の吸着穴３９の配列領域（基準位置マーク４６）のＸＹ方向及びθ方向の位置を認識して、ボール吸着ノズル３８の吸着穴３９の配列領域のＸＹ方向及びθ方向の位置を、ボール整列板１７のボール穴２１の配列領域のＸＹ方向及びθ方向の位置と一致させるように、装着ヘッド３７をＸＹ方向に駆動し、且つ、ボール吸着ノズル３８を保持するホルダ機構（図示せず）をθ方向に駆動するようにしたので、ボール吸着ノズル３８の位置精度やボール整列板１７の位置精度が悪くても、ボール吸着ノズル３８の各吸着穴３９の位置をボール整列板１７の各ボール穴２１の位置と精度良く一致させることができる。これにより、ボール吸着ノズル３８の各吸着穴３９の空気吸引流量が少なくても、ボール吸着ノズル３８の各吸着穴３９に確実に半田ボールを吸着することができる。

尚、本実施例１では、スキージング動作時に、スキージ２６を固定してボール整列板１７をスライド移動させるようにしたが、これとは反対に、ボール整列板１７を固定して、スキージ２６をスライド移動させるようにしても良い。

次に、図１４及び図１５を用いて本発明の実施例２を説明する。但し、上記実施例１と実質的に同じ部分については説明を省略又は簡略化し、主として異なる部分について説明する。

上記実施例１では、ボール整列板１７の各ボール穴２１の底面部側を大気に連通させることで、ボール吸着ノズル３８に半田ボールを容易に吸着できるようにしたが、本発明の実施例２では、ボール吸着ノズル３８でボール整列板５２の各ボール穴５３に入った半田ボールを吸着する際に、各ボール穴５３内の半田ボールを持ち上げて各半田ボールの上部をボール整列板５３の上面から突出させるボール持ち上げ機構を設けた構成としている。

本実施例２のボール持ち上げ機構は、半田ボールの直径よりも厚み寸法が小さいボール整列板５２の下面側に、該ボール整列板５２の所定数のボール穴５３と同じ配列パターンで半田ボールの半径よりも深さ寸法が小さい所定数のボール穴５４が形成されたボール押上げ用スライド板５５をスライド可能に重ね合わせて構成されている。ボール整列板５２のボール穴５３とボール押上げ用スライド板５５のボール穴５４とを合致させたときのボール穴５３，５４の合計深さ寸法は、半田ボールの直径と同一又はそれよりも若干大きな寸法に設定されている。ボール押上げ用スライド板５５は、スライドベース５６上にスライド可能に設けられ、ボール押上げ用スライド板５５の各ボール穴５４の底面部がスライドベース５６によって閉塞されている。また、図１６に示すように、ボール押上げ用スライド板５５の各ボール穴５４の上縁部には、スライド時に半田ボールをスムーズに持ち上げれるように面取り加工を施すのが望ましい。尚、本実施例２では、各ボール穴５４の底部側を大気に連通させる必要はない。

図１４に示すように、ボール整列板５２のボール穴５３とボール押上げ用スライド板５５のボール穴５４とを合致させた状態でスキージング動作を行い、各ボール穴５３，５４内に半田ボールを１個ずつ入り込ませる。この後、図１５に示すように、ボール吸着ノズル３８で各ボール穴５３，５４内の半田ボールを吸着する際に、ボール整列板５２に対してボール押上げ用スライド板５５をスライドさせることで、ボール押上げ用スライド板５５の各ボール穴５４の周縁部で各ボール穴５４の半田ボールを押し上げて該ボール押上げ用スライド板５５の上面に乗り上げさせて、ボール整列板５２の各ボール穴５３の半田ボールの上部をボール整列板５２の上面から突出させる。

このように、ボール整列板５２の各ボール穴５３内の半田ボールの上部をボール整列板５２の上面から突出させた状態にすれば、図１５に示すように、ボール吸着ノズル３８の下端面をボール整列板５２の上面から少し浮かせた状態（又はボール吸着ノズル３８の下端面がボール整列板５２の上面に当接した場合でもボール吸着ノズル３８の各吸着穴３９のテーパ面が各ボール穴５３内の半田ボールの上部にほぼ接触した状態）で各ボール穴５３内の半田ボールを容易に吸着することができる。このため、各ボール穴５３の底面部側を大気に連通させた構成としなくても、各ボール穴５３の半田ボールをボール吸着ノズル３８で容易に吸着することができる。

これに対し、例えば、ボール整列板の各ボール穴の下方から押上げピンを上昇させて各ボール穴内の半田ボールを持ち上げるように構成しても良いが、微小な半田ボールを収める微小なボール穴の配列パターンに合わせて微小な押上げピンを正確な配列パターンで形成するには、かなり難易度の高い加工を必要とし、加工コストが高くなってしまう。

そこで、本実施例２のボール持ち上げ機構は、ボール整列板５２の下面側に、該ボール整列板５２の所定数のボール穴５３と同じ配列パターンで所定数のボール穴５４が形成されたボール押上げ用スライド板５５をスライド可能に重ね合わせ、ボール吸着動作時に、ボール整列板５２に対してボール押上げ用スライド板５５をスライドさせることで、ボール整列板５２の各ボール穴５３の半田ボールを押し上げて各半田ボールの上部をボール整列板５２の上面から突出させるように構成している。この構成では、ボール整列板５２とボール押上げ用スライド板５５に単純な貫通孔を加工して、ボール押上げ用スライド板５５をスライドさせる機能を付加すれば良く、ボール持ち上げ機構の製造が容易である。

１１…半田ボール整列供給装置、１２…本体ベース、１３…部品実装機、１４…フィーダ装着台、１５…ガイドレール、１６…スライドベース、１７…ボール整列板、１８…モータ（駆動手段）、２１…ボール穴、２２…多孔質板、２４…大気開放口、２６…スキージ、２７…カメラ、２８…照明光源、３７…装着ヘッド、３８…ボール吸着ノズル、３９…吸着穴、４１…回路基板（実装対象物）、４３…マークカメラ（第１カメラ）、４４…パーツカメラ（第２カメラ）、４５，４６…基準位置マーク、５２…ボール整列板、５３，５４…ボール穴、５５…ボール押上げ用スライド板

Claims (8)

1. 部品実装機のフィーダ装着台に着脱可能に装着される半田ボール整列供給装置であって、
   半田ボールを収容するスペースが形成されたスキージと、
   半田ボールを１個ずつ収める所定数のボール穴が実装対象物の半田ボール実装パターンに合わせて形成されたボール整列板と、
   前記スキージの下端を前記ボール整列板の上面に密着又は近接させた状態で前記ボール整列板又は前記スキージをスライド移動させることで前記スキージ内の半田ボールを前記ボール整列板の各ボール穴内に入り込ませるスキージング動作を実行する駆動手段と
   を備えていることを特徴とする半田ボール整列供給装置。
2. 前記ボール整列板のボール穴の配列領域を撮像するカメラと、スキージング動作後に前記カメラで撮像した画像に基づいて前記全てのボール穴に半田ボールが入っているか否かを判断して半田ボールが入っていない空のボール穴が存在すれば再びスキージング動作を実行して前記空のボール穴に半田ボールを入り込ませる制御手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の半田ボール整列供給装置。
3. 前記ボール整列板の各ボール穴の底面部側が大気に連通するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半田ボール整列供給装置。
4. 前記ボール整列板には、各ボール穴が貫通するように形成され、該ボール整列板の下面側に通気性のある多孔質板を重ね合わせることで、各ボール穴の底面部に通気性を持たせて各ボール穴の底面部側を大気に連通させるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の半田ボール整列供給装置。
5. 前記部品実装機の装着ヘッドに取り付けられたボール吸着ノズルで前記ボール整列板の各ボール穴に入った半田ボールを吸着する際に各ボール穴の半田ボールを持ち上げて各半田ボールの上部を前記ボール整列板の上面から突出させるボール持ち上げ機構を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半田ボール整列供給装置。
6. 前記ボール持ち上げ機構は、半田ボールの直径よりも厚み寸法が小さいボール整列板の下面側に、該ボール整列板の所定数のボール穴と同じ配列パターンで半田ボールの半径よりも深さ寸法が小さい所定数のボール穴が形成されたボール押上げ用スライド板をスライド可能に重ね合わせた構成とし、前記ボール整列板の各ボール穴と前記ボール押上げ用スライド板の各ボール穴とを合致させ状態でスキージング動作を行い、前記ボール吸着ノズルで前記ボール整列板の各ボール穴に入った半田ボールを吸着する際に、前記ボール整列板に対して前記ボール押上げ用スライド板をスライドさせることで、前記ボール押上げ用スライド板の各ボール穴の周縁部で各ボール穴の半田ボールを押し上げて該ボール押上げ用スライド板の上面に乗り上げさせることで、前記ボール整列板の各ボール穴の半田ボールの上部を前記ボール整列板の上面から突出させるように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の半田ボール整列供給装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の半田ボール整列供給装置をフィーダ装着台に着脱可能に装着可能な部品実装機において、
   部品を吸着する部品吸着ノズルと、前記ボール整列板の各ボール穴に入った半田ボールを一括して吸着するボール吸着ノズルを保管するためのノズルステーションを備え、
   該部品実装機の装着ヘッドに保持した部品吸着ノズル又はボール吸着ノズルを、前記ノズルステーションに保管したボール吸着ノズル又は部品吸着ノズルと自動交換可能とするように構成されていることを特徴とする部品実装機。
8. 前記ボール整列板のボール穴の配列又は該ボール整列板の上面に設けられた基準位置マークを撮像する第１カメラと、
   前記ボール吸着ノズルの下面の吸着穴の配列又は該ボール吸着ノズルの下面に設けられた基準位置マークを撮像する第２カメラと、
   前記第１カメラ及び前記第２カメラの撮像動作と前記ボール吸着ノズルによる半田ボール吸着動作を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記ボール吸着ノズルで前記ボール整列板の各ボール穴に入った半田ボールを吸着する際に前記第１カメラ及び前記第２カメラで撮像した画像に基づいて前記ボール整列板の各ボール穴に対する前記ボール吸着ノズルの各吸着穴の相対的な位置を認識して前記ボール整列板の各ボール穴に対する前記ボール吸着ノズルの各吸着穴の位置補正を行うことを特徴とする請求項５に記載の部品実装機。

Images