JP2012138438A - 部品実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術では、ヘッドにベルトドライブ機構を用いることは開示している。しかし、ベルト，ロータ等の部品の性能劣化や、それに伴うメンテナンスの容易性については、何ら開示も示唆も動機付けもなされていない。
【解決手段】本発明は、基板に部品を実装する部品実装装置において、前記基板に部品を実装する部品実装部と、前記部品実装部を支えるビームと、を有し、さらに前記部品実装部は、前記部品実装部に固定されたベースユニットと、前記ベースユニットと取り外し可能に接続された換装ユニットと、を有し、前記換装ユニットは、ベルトドライブ機構と、前記部品を吸着する吸着部と、を有し、前記吸着部は前記ベルトドライブ機構によって駆動されることを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、部品実装装置に関する。例えば、電子部品を吸着し、基板に電子部品を搭載する部品実装装置に関する。

現在、様々な電気製品の基板に電子部品を実装する作業は自動化されており、その際に使用されるのが部品実装装置である。

部品実装装置の従来技術としては、特許文献１、及び特許文献２が挙げられる。

特許文献１では、吸着ノズル軸と共に回転駆動される、吸着ノズルは、複数個並列に配置されていることを開示している。また、θ軸モータが、タイミングベルトを介して、隣接する２つの吸着ノズルの回転動作を行い、θ軸の位置決めを行うことを開示している。

特許文献２では、１つのモータで、複数の軸の装着ノズルを回転させることを開示している。

特開２００７−１０３４５８号公報 特開２００６−２０２９８２号公報

特許文献１、及び特許文献２では、ヘッドにベルトドライブ機構を用いることは開示している。

しかし、ベルト，ロータ等の部品の性能劣化や、それに伴うメンテナンスの容易性については、何ら開示も示唆も動機付けもなされていない。

本発明は以下の特徴を有する。本発明は以下の特徴を、それぞれ独立して備える場合もあれば、同時に複合して備える場合もある。

本発明は、基板に部品を実装する部品実装装置において、前記基板に部品を実装する部品実装部と、前記部品実装部を支えるビームと、を有し、さらに前記部品実装部は、前記部品実装部に固定されたベースユニットと、前記ベースユニットと取り外し可能に接続された換装ユニットと、を有し、前記換装ユニットは、ベルトドライブ機構と、前記部品を保持する保持部と、を有し、前記保持部は前記ベルトドライブ機構によって駆動されることを特徴とする。

本発明は、前記ベルトドライブ機構は、第１のロータと、第２のロータと、前記第１のロータと前記第２のロータとを接続するベルトと、を有することを特徴とする。

本発明は、前記ベースユニットは、前記ベルトドライブ機構を駆動させるモータを有することを特徴とする。

本発明は、前記第１のロータの直径と、前記第２のロータの直径とは同じであることを特徴とする。

本発明は、前記第１のロータの直径は、前記第２のロータの直径より大きいことを特徴とする。

本発明は、前記ベルトドライブ機構を支えるフレームを有し、前記吸着部の先端は前記フレームより下にあることを特徴とする。

本発明は、カメラと、前記ベルトドライブ機構に形成されたノッチと、前記ベルトドライブ機構のずれを前記カメラによる前記ノッチの撮像結果に基づいて修正する制御部と、を有することを特徴とする。

本発明は以下の効果を奏する。本発明は、以下の効果を独立して奏する場合もあれば、同時に複合して奏する場合もある。
（１）生産性の高い部品実装装置を提供することができる。
（２）ベルトドライブ機構のメンテナンスを容易に行うことができる。

実施例１に係る部品搭載装置全体の上面図。 図１の部品搭載装置の矢視図。 ヘッドアクチュエータ１１３の側面図。 ヘッドアクチュエータ１１３の正面図。 センタースプライン３０６，ノズル選択用ベルト３０７，ノズル移動部３１０，ノズルシャフト３１１，ノズル台座３２０付近の詳細を説明する図。 ベースユニット５１０、及び換装ユニット５２０を説明する図。 第２の接続箇所５４０付近を説明する図。 換装ユニット５２０の詳細を説明する図。 実施例２を説明する図。

以下、実施例を図面を用いて説明する。

図１は実施例１に係る部品搭載装置全体の上面図である。

基板１２３は紙面左側からガイドによって電子部品搭載位置に搬送される。

基板の搬送方向に直交する方向でかつ、基板の上側に第１のＹビーム１０１，第２のＹビーム１０２が配置されている。

第１のＹビーム１０１，第２のＹビーム１０２にはそれぞれ、Ｘビーム１０３，１０４，１０５，１０６が配置されている。

Ｘビーム１０３，１０４，１０５，１０６は、それぞれ、Ｙビーム１０１，１０２それぞれに配置されたリニアモータ等のアクチュエータ１０７，１０８によって基板の搬送方向に対して直交方向に移動する。

Ｘビーム１０３，１０４，１０５，１０６には、それぞれリニアモータ等のアクチュエータ１０９，１１０，１１１，１１２が配置されている。

そして、アクチュエータ１０９，１１０，１１１，１１２にはそれぞれ、電子部品を基板１２３に搭載するヘッドアクチュエータ１１３，１１４，１１５，１１６がそれぞれ配置されている。

ここでアクチュエータ１０９，１１０，１１１，１１２は、リニアモータではなく、ボールネジ等の機構を用いれば安価かつ軽量な構成とすることができる。

そして、ヘッドアクチュエータ１１３，１１４，１１５，１１６は、それぞれアクチュエータ１０９，１１０，１１１，１１２によってＹビーム１０１，１０２に対して直交方向（基板搬送方向に対して水平方向）に駆動される。

電子部品をヘッドアクチュエータ１１３，１１４，１１５，１１６に供給する部品供給装置１２１，１２２は第１のＹビーム１０１，第２のＹビーム１０２の両端に配置されている。

そして、搭載する電子部品が無くなった場合等は、アクチュエータ１０７，１０８によってＸビーム１０３，１０４，１０５，１０６が部品供給装置１２１，１２２の手前（又は上方）に移動し、さらに、アクチュエータ１０９，１１０，１１１，１１２によって、ヘッドアクチュエータ１１３，１１４，１１５，１１６が、任意の方向に移動し電子部品を補給する。

そして、部品搭載装置には、電子部品の姿勢を確認するカメラ１１７，１１８，１１９，１２０が、第１のＹビーム１０１，第２のＹビーム１０２の間に配置されており、補給された電子部品の姿勢はこのカメラ１１７，１１８，１１９，１２０によってそれぞれ確認される。

もし、姿勢に傾きが検出された場合は、ヘッドアクチュエータ１１３，１１４，１１５，１１６が電子部品の傾きを調整する。

なお、このカメラ位置であれば、基板１２３の中央付近に部品を搭載する場合、ヘッドアクチュエータ１１３，１１４，１１５，１１６の移動距離が最短となるので、好適である。

また、制御部１２４は、上述した様々な動作の処理，制御、及び後述する様々な動作の処理，制御を行う。

図２は、図１の部品搭載装置を図１の矢印１３０から観察した場合の矢視図である。

ここでは、第１のＹビーム１０１周辺の部分について詳細に説明するが、第２のＹビーム１０２についても同様である。

第１のＹビーム１０１の下方にはアクチュエータ１０７が配置され、アクチュエータ１０７にはＸビーム１０３が荷台２０１上の基板１２３の搬送方向に対して直交方向に移動自在に接続されている。

Ｘビーム１０３の紙面垂直方向にはアクチュエータ１０９が配置され、このアクチュエータ１０９にヘッドアクチュエータ１１３が基板搬送方向に対して平行方向に移動自在に接続されている。

図１，図２に示す通り実施例では、基板搬送方向に対して直交方向、及び平行方向にそれぞれ独立に移動自在な構成を取ることによって、従来よりも高速な部品搭載装置を構成することができる。

なお、図１では、Ｘビームが４つの場合を説明したが、Ｘビームは４つ出なくても良い。

また、Ｘビーム１０３，１０４，１０５，１０６はそれぞれ取り外し可能にしても良い。その場合は、異なる種類のヘッドアクチュエータを接続することもでき、より多彩な部品の搭載を実現することもできる。

上述したビームの構成により、各ヘッドアクチュエータ１１３，１１４，１１５，１１６を独立して自在に駆動することが可能となる。

次にヘッドアクチュエータ１１３の構成について説明する。

なお、ここではヘッドアクチュエータ１１３の構成について説明するが、他のヘッドアクチュエータ１１４，１１５，１１６の構成についても同様である。

図３はヘッドアクチュエータ１１３の側面図であり、図４は、ヘッドアクチュエータ１１３の正面図である。

第１のフレーム３０１は図２のＸビーム１０３に接続されている。

ノズル上下モータ３０２は第１のフレーム３０１に接続されている。

ノズル上下モータ３０２には、ボールネジ３０８が接続されている。

さらにボールネジ３０８の端部はガイド３１８によって支持されている。

ボールネジ３０８には、アーム３０９が接続されている。

アーム３０９の先端はノズル移動部３１０の少なくとも周囲に形成された凸な部分３５０（凸部）を挟み込む構造（凹型）になっている。

ノズル移動部３１０には、中空構造のノズルシャフト３１１が接続されている。

さらに、ノズルシャフト３１１は、第２のフレーム３１６で支えられた第１のロータ３１３に接続されている。

そしてノズルシャフト３１１の先端には開口を有する電子部品を吸着するためのノズル３１７が取り外し可能に接続されている。

次にノズルの選択動作，上下動作について、ヘッドアクチュエータ１１３の構成をさらに詳細に説明する。

図５は、ヘッドアクチュエータ１１３の、センタースプライン３０６，ノズル選択用ベルト３０７，ノズル移動部３１０，ノズルシャフト３１１，ノズル台座３２０付近の詳細を説明する図である。

まず、ノズルの上下動作について説明する。

ノズル移動部３１０はセンタースプライン３０６に接続されている。

センタースプライン３０６は、ノズル移動部の移動方向を規定するガイドとしての役割を果たす。

ノズル移動部３１０は、前述した少なくとも周囲に凸な部分３５０（凸部）を有しており、その凸部をアーム３０９に把持されている。

さらに、この凸部３５０にはＬ字型のアーム３５１が接続されている。

このアーム３５１の先端は、ノズル台座３２０の切り欠き部３５２（別の表現としては、凹部）に配置されている。

さらに、各ノズルシャフト３１１は、回転体３５３を介して、ノズル台座３２０に配置されている。

そして、アーム３０９がノズル上下モータ３０２によって、上下に移動すると、それに伴って、ノズル移動部３１０、さらにそれに接続されたアーム３５１，アーム３５１の先端上の回転体３５３，回転体３５３に接続されたノズルシャフト３１１が上下することとなる。

次に、ノズルの選択動作について説明する。

センタースプライン３０６において、ノズル選択用ベルト３０７がノズル選択モータ３０３（図５では省略）によって回転すると、センタースプライン３０６も回転し、センタースプライン３０６に接続されたノズル移動部３１０、及びノズル台座３２０も同期して、同じ角度だけ回転する。

そして、ノズル台座３２０の回転に伴って、切り欠き部３５２も回転する。

これによって、ノズル台座上の任意のノズルを選択することができる。

なお、ノズル台座３２０に接触しているのは、前述したローラ等の回転体３５３であるため、ノズル台座３２０が回転する際の摩擦の影響を少なくすることができる。

ここで、発塵の影響を考慮するなら、回転体３５３の硬度と、ノズル台座３２０の硬度は同じであることが望ましい。

このような構成によって、ヘッドアクチュエータ１１３という限られた空間の中で効率的に、ノズルの選択動作，上下動作を行うことが可能となる。

次に図６，図７を用いて、ベースユニット５１０と換装ユニット５２０との着脱について説明する。

図６は、ベースユニット５１０、及び換装ユニット５２０を説明する図である。

実施例１のヘッドアクチュエータ１１３は、ベースユニット５１０、及び換装ユニット５２０によって構成される。

ここで、ヘッドアクチュエータ１１３は、少なくともベースユニット５１０には、換装ユニット５２０側のベルトドライブ機構（後述）を駆動させる機構（モータ等）を有し、換装ユニット５２０には、ベースユニット５１０側のモータ等によって駆動されるベルトドライブ機構を有すると表現することができる。

まず、ベースユニット５１０、及び換装ユニット５２０の概略構成について説明する。

ベースユニット５１０は、比較的耐久性が高く換装の必要性が低い部分によって構成され、例えば、第１のフレーム３０１，ノズル上下モータ３０２，ボールネジ３０８，ガイド３１８，アーム３０９，ノズル移動部３１０等によって構成される。

換装ユニット５２０は、ベースユニット５１０と取り外し可能に構成されており、ベースユニットの構成部品に比べて耐久性が低く換装の必要性が高い部分によって構成される。

ここで、換装ユニット５２０は、例えば、ノズル台座３２０，回転体３５３，ノズルシャフト３１１，第１のロータ３１３，第２のロータ３１５，第１のロータ３１３、及び第２のロータ３１５を連結するベルト３１４、これらを支える第２のフレーム３１６，ロータを介して、第２のフレーム３１６より下に突出したノズル３１７の先端、第１のフレームに設けられたネジ穴に対応する第２のフレーム上の位置に設けられたネジ５０３等によって構成される。

ベースユニット５１０と換装ユニット５２０との着脱についてさらに詳細に説明する。

ベースユニット５１０、及び換装ユニット５２０は３箇所（第１の接続箇所５３０，第２の接続箇所５４０，第３の接続箇所５５０）で接続される。

まず第１の接続箇所５３０について説明する。

ノズル移動部３１０のガイドの役割を担うセンタースプライン３０６は中空構造であり、その中空構造の中には、真空をノズル先端に供給するためのセンターシャフト３０４が配置されている。

ロータリージョイント３０５は外部に存在する真空ポンプとセンターシャフトを接続するものである。

さらに、センターシャフト３０４の先端には、第１の接続箇所５３０において、換装ユニット５２０との接続位置を規定する凸部５０１が配置されている。

換装ユニット５２０をベースユニットに接続した際には、この凸部５０１で換装ユニットは止まり、それ以上進まなくなる。

さらに、凸部５０１より下（言い換えるなら、換装ユニット側）には、Ｏリング等の封止部材５０２が凸型に形成されている。

これによって、ノズルシャフト３１１の真空圧の低下を防ぐことができる。

次に第２の接続箇所５４０について説明する。

ノズル回転モータ３１９の回転軸５６０は、第２のロータ３１５の中空構造５８１内に納まる大きさになっており、回転軸５６０と第２のロータ３１５とは、ネジ穴３２１を介してネジによって接続される。

図７は第２の接続箇所５４０付近を説明する図である。

ノズル回転モータ３１９の回転軸５６０と、第２のロータ３１５に形成されて中空構造５８１は、Ｄカットされており、空転，すべりを防止する構造になっている。

次に第３の接続箇所５５０について説明する。

第１のフレームの端部（言い換えるなら、換装ユニット側）には、ネジ穴５７０が形成してあり、換装ユニット５２０には、ネジ穴５７０に対応する場所、言い換えるなら、第２のフレーム３１６の端部にネジ５０３が配置されている。

なお、本実施例１では第１，第２、及び第３の接続箇所の計３箇所にて接続する例を説明したが、接続箇所は３箇所でなくても良く、少なくともベースユニット５１０と換装ユニット５２０とが着脱可能にできれば良い。

次に、図８を用いて換装ユニット５２０の詳細について説明する。

第１のロータ３１３はネジ６０３を介して、ベアリング６０１に接続されている。

さらに、ベアリング６０１はネジ６０４によって第２のフレーム３１６に固定されている。

ここで、第１のロータ３１３はネジで接続されることによる傾きを考慮すると、対向する向きの少なくとも２箇所をネジによって接続されることが望ましい。

第２のロータ３１５も第１のロータと同様にネジ６０５を介して、ベアリング６０２に接続されている。

さらに、ベアリング６０２はネジ６０６によって第２のフレーム３１６に固定されている。

ここで、ベルト３１４による制御の容易さを考慮すると、第１のロータ３１３の直径と第２のロータ３１５の直径とは同じであることが望ましい。

また、第２のフレームの奥行き方向のコンパクトさを考慮するなら、第２のロータ３１５の直径は、第１のロータ３１３の直径より小さい方が良い。

この構造では、ノズル回転モータ３１９（図８では省略）が回転すると、第２のロータ３１５がベアリング６０２と共に回転し、それに伴ってベルト３１４が回転する。

そして、ベルト３１４の回転は、第１のロータ３１３に伝播し、第１のロータ３１３は、ベアリング６０１と共に回転することとなる。

ここで、第２のフレーム３１６の下側にある主要な突出部はノズル３１７であり、他の構成部品は少なくともノズル３１７の先端よりも上にある。このため、他の構成部品が基板に衝突することがない。

実施例１では、例えば以下の効果を奏することができる。
（１）生産性の高い部品実装装置を提供することができる。
（２）ベルトドライブ機構のメンテナンスを容易に行うことができる。

次に図９を用いて実施例２を説明する。実施例２では実施例１と異なる部分のみ説明する。

実施例２の特徴は、例えば、カメラと、ベルトドライブ機構に形成されたノッチ（目印としての切り欠き部）と、を有し、このノッチは前記カメラによって撮像され、ベルトドライブ機構のずれは前記カメラによる撮像結果に基づいて修正されることにあると表現することができる。

第１のロータ３１３にはノッチ７０１が形成されている。ノッチ７０１は第１のロータ３１３の原点復帰に用いるものである。

より詳細には、ヘッド回転モータ３１９に内蔵されたエンコーダ、及び、動作記録等からチップマウンタで認識しているノッチ７０１の位置と、カメラ１１７，１１８，１１９，１２０で実際に撮像したノッチの位置との差分を求める。

原点復帰では、この差分に基づいてヘッド回転モータ３１９等で第２のロータ３１５の回転量を調整することで原点復帰を行う。

ノッチ７０１を電子部品の姿勢を確認するカメラ１１７，１１８，１１９，１２０で認識し、位置情報を把握することで、例えば、ベルト３１４と第２のロータ３１５においてすべりが発生し、相対位置がずれてしまっても、位置情報を用いることで原点への復帰可能である。

また、換装ユニット５２０を交換したときの原点復帰も容易である。

さらに、実施例２のように、電子部品の姿勢を確認するカメラに、上述した機能を付加することで、新たなカメラを装置に組み込む必要が無く、コスト的にも、装置スペースとしても優れている。

もちろん、新たなカメラを装置に組み込んでも良い。

以上、本発明を実施例１、及び実施例２を用いて説明したが、本発明は実施例に限定されない。

本実施例中のヘッドアクチュエータは実施例１、及び２以外の他の部品実装装置に適用しても良い。

１０１ 第１のＹビーム
１０２ 第２のＹビーム
１０３，１０４，１０５，１０６ 第１のＸビーム
１０７，１０８，１０９，１１０，１１１，１１２ アクチュエータ
１１３，１１４，１１５，１１６ ヘッドアクチュエータ
１１７，１１８，１１９，１２０ カメラ
１２１，１２２ 部品供給装置
１２３ 基板
１２４ 制御部
３０１ 第１のフレーム
３０２ ノズル上下モータ
３０３ ノズル選択モータ
３０４ センターシャフト
３０５ ロータリージョイント
３０６ センタースプライン
３０７ ノズル選択用ベルト
３０８ ボールネジ
３０９，３５１ アーム
３１０ ノズル移動部
３１１ ノズルシャフト
３１３ 第１のロータ
３１４ ベルト
３１５ 第２のロータ
３１６ 第２のフレーム
３１７ ノズル
３１８ ガイド
３２０ ノズル台座
３２１，５７０ ネジ穴
３５０ 凸な部分
３５２ 切り欠き部
３５３ 回転体
５０１ 凸部
５０２ 封止部材
５０３，６０３，６０４，６０５ ネジ
５１０ ベースユニット
５２０ 換装ユニット
５３０ 第１の接続箇所
５４０ 第２の接続箇所
５５０ 第３の接続箇所
５６０ 回転軸
５８１ 中空構造
６０１ ベアリング
７０１ ノッチ

Claims (7)

1. 基板に部品を実装する部品実装装置において、
   前記基板に部品を実装する部品実装部と、
   前記部品実装部を支えるビームと、を有し、
   さらに
   前記部品実装部は、
   前記部品実装部に固定されたベースユニットと、
   前記ベースユニットと取り外し可能に接続された換装ユニットと、を有し、
   前記換装ユニットは、
   ベルトドライブ機構と、
   前記部品を保持する保持部と、を有し、
   前記保持部は前記ベルトドライブ機構によって駆動されることを特徴とする部品実装装置。
2. 請求項１に記載の部品実装装置において、
   前記ベルトドライブ機構は、
   第１のロータと、
   第２のロータと、
   前記第１のロータと前記第２のロータとを接続するベルトと、を有することを特徴とする部品実装装置。
3. 請求項１に記載の部品実装装置において、
   前記ベースユニットは、
   前記ベルトドライブ機構を駆動させるモータを有することを特徴とする部品実装装置。
4. 請求項２に記載の部品実装装置において、
   前記第１のロータの直径と、前記第２のロータの直径とは同じであることを特徴とする部品実装装置。
5. 請求項２に記載の部品実装装置において、
   前記第１のロータの直径は、前記第２のロータの直径より大きいことを特徴とする部品実装装置。
6. 請求項２に記載の部品実装装置において、
   前記ベルトドライブ機構を支えるフレームを有し、
   前記保持部の先端は前記フレームより下にあることを特徴とする部品実装装置。
7. 請求項１に記載の部品実装装置において、
   カメラと、
   前記ベルトドライブ機構に形成されたノッチと、
   前記ベルトドライブ機構のずれを前記カメラによる前記ノッチの撮像結果に基づいて修正する制御部と、を有することを特徴とする部品実装装置。

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