JP2013065742A - 部品実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術では、部品保持高さを変更することは開示している。しかし、従来技術では、部品保持高さを変えることによる生じる新たな課題については配慮がなされていない。
【解決手段】本発明は、前記複数のノズルのうち少なくとも１つのノズルを保持するための回転可能な第１のノズル保持部と、前記第１のノズル保持部よりも上方に配置された回転可能な第２のノズル保持部と、前記複数のノズルの中から少なくとも１つのノズルを移動させる移動部と、を有し、さらに、前記移動部は、前記第１のノズル保持部に保持された前記複数のノズルの中から特定のノズルを前記第２のノズル保持部へ移動させる動作、及び前記第２のノズル保持部に保持された前記複数のノズルの中から特定のノズルを前記第１のノズル保持部へ移動させる動作のうち少なくとも１つの動作を行うことを特徴とする。
【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・保持し、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が挙げられる。

特許文献１では、吸着ノズル軸に全軸モータを搭載し、吸着ノズルは保持高さの変更ができることを開示している。

特開２０００−８２８９９号公報

特許文献１では、部品保持高さを変更することは開示している。しかし、特許文献１では、部品保持高さを変えることによる生じる新たな課題については配慮がなされていない。

例えば、部品保持高さを変更することによる構成物品の増加や、全軸にモータを搭載し発生する搭載領域の増大、及び、それに伴う重量過多については配慮がなされていない。

本発明は、前記部品を保持して前記基板へ実装する部品実装する部品実装部を有し、前記部品実装部は、前記部品を保持するための複数のノズルと、前記ノズルを保持するための回転可能な第１のノズル保持部と、前記第１のノズル保持部よりも上方に配置された回転可能な第２のノズル保持部と、前記第１のノズル保持部と前記第２のノズル保持部との間で前記ノズルを移動させる移動部と、を有することを特徴とする。

本発明は、部品を保持する高さを変えて複数の部品を保持した場合でも、生産性の高い部品実装装置を提供することができる。

より、具体的には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）比較的大きいサイズの部品を複数保持できる。
（２）部品実装部の重量増加を防ぐことができる。

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の正面図。 ノズルシャフト３１１が同じ高さに保持されている詳細図。 ノズルシャフト３１１の保持高さを変更している途中の図。 ノズルシャフト３１１の保持高さを変更した後の図。 ノズルシャフト３１１の保持高さを変更する上下機構の補足図。 実施例２を説明する図。 実施例３を説明する図。 実施例４が解決しようとする課題を説明する図。 実施例４を説明するための図。

以下、実施例を図面を用いて説明する。

図１−図７を用いて実施例１を説明する。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、任意の方向に移動され、電子部品が補給される。

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で示したように、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ビームの数は限定するものではない。

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、例えば、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の正面図である。ヘッドフレーム３０１は後述する部品実装に関わる様々な構成を一括して保持するものであり、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はヘッドフレーム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（凹部）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、ヘッド回転モータ３９０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の構成を中心にさらに詳細に説明する。

まず、図４を用いてノズルの上下動作について説明する。

図４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，第２のノズル台座３２０付近の詳細を説明する図である。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、第１のノズル台座３８０の切り欠き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、第１のノズル台座３８０に配置されている。そして、ノズル上下モータ３０２によって、凸部３５０が上下に移動すると、それに伴って、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、図４を用いて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が図３に示すノズル選択モータ３０３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、及び第１のノズル台座３８０、及び第２のノズル台座３２０、も同期して、同じ角度だけ回転する。そして、第１のノズル台座３８０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、第２のノズル台座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、第２のノズル台座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、第２のノズル台座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５から図７を用いて複数のノズルの高さを可変とすることについて説明する。

（１）図５は、アーム３５１によって、ノズルシャフト３１１が第２のノズル台座３２０に移動している途中を示している。前述したノズルの選択動作によってノズルシャフト３１１（その先端には基板に装着すべき第１の部品が吸着されている）、アーム３５１の凸部５５０上に移動する。ノズルシャフト３１１が凸部５５０上に移動した後、ノズル上下モータ３０２が駆動し、前述したノズル上下動作によって、ノズルシャフト３１１は、第２のノズル台座３２０の切り欠き３５２へ移動する。

図６は、ノズルシャフト３１１が第２のノズル台座３２０に完全に移動し、ノズル保持高さが変更したことを示した図である。ノズル上下モータ３０２を駆動し、凸部３５０上面が第２のノズル台座３２０上面と同じ高さ、もしくは、近辺に移動することで、ノズルシャフト３１１も第２のノズル台座３２０と同じ高さに移動することができる。そして、この状態で、センタースプライン３０６において、ノズル選択用ベルト３０７が図３に示すノズル選択モータ３０３によって回転することで、第１のノズル台座３８０、及び第２のノズル台座３２０も回転し、第２のノズル台座３２０に完全に移動することとなる。しかも、このような動作では、基板から見たノズルシャフトの相対的な位置は変わることは無い。ここで、アーム３５１によって、ノズルシャフト３１１を第２のノズル台座３２０から第１のノズル台座３８０へ再度移動することも可能である。

（２）そして、ノズルシャフト３１１の左右にあるノズルシャフト３１２，３１３の少なくとも１つは、第２の部品を吸着する。

（３）その他のノズルシャフトについても上記（１）（２）を繰り返すことで多数の部品の保持が可能となる。

また、本実施例では図７のように、アーム３５１において凸部を二箇所以上、例えば凸部５５２を追加して、凸部を三箇所設けても良い。そのようにすると、部品を保持する高さを変えることが可能になる。

このように本実施例では、ノズル保持高さを変更することにより、搭載部品の保持数を多くすることを可能となる。しかも、本実施例の場合は、従来よりも重量物が少ない構成でノズルシャフトが部品をする保持高さを変更することができる。

本実施例１に開示される方法は言い換えるなら、図６に示すように基板に対して概略垂直なある１つの回転軸６０１の周囲に概略平行に複数のノズルシャフトを配置して、この回転軸６０１に概略平行にノズルシャフトの上下動作６０２を行い、この回転軸６０１を中心として、この回転軸６０１に概略垂直な面を回転させることによってノズルシャフトの選択動作６０３を行うと表現することができる。

次に主に図８を用いて実施例２を説明する。実施例２では主に実施例１と異なる部分について説明する。

実施例１で、電子部品の姿勢を確認するカメラ１１７，１１８，１１９，１２０の撮像高さが一定である場合、実施例１のようにノズルシャフトによって保持された部品の保持高さが異なると、撮像高さに存在しない部品は認識することができないことも考えられる。

そこで、実施例２は、図１の電子部品の姿勢を確認するカメラ１１７，１１８，１１９，１２０の少なくとも１つの撮像高さを自動で変更する。より具体的には、実施例２では、図１のカメラ１１７，１１８，１１９，１２０の少なくとも１つは、ノズルシャフトが保持した部品の高さに応じて、撮像面を変え、ヘッドアクチュエータは、撮像面が変更された後の撮像結果を用いて保持した部品の姿勢を変更することを特徴とする。

図８は本実施例２を説明する図である。

第１のノズルシャフト８０１が部品８０３を保持する高さと第２のノズルシャフト８０２が部品８０４を保持する高さとは実施例１に開示される方法により、異なっている。本実施例２の場合は、第１のノズルシャフト８０１が部品８０３を保持する高さは、第２のノズルシャフト８０２が部品８０４を保持する高さよりも低くなっている。

本実施例２では、図１に示すカメラ１１７，１１８，１１９，１２０の少なくとも１つは、第１のノズルシャフト８０１、及び第２のノズルシャフト８０２を有するヘッドアクチュエータが通過した場合、撮像高さを図８に示す高さＡから高さＢへ変更する。

より具体的には、本実施例２では、カメラ１１７，１１８，１１９，１２０の少なくとも１つが、複数のノズルシャフトのうちのいずれを撮影しようとしているのか、及び基板表面から電子部品までの距離がどの程度であるかを記憶しておく。そして、ノズルシャフトの種類に応じて撮像高さを変える。そして、その撮像結果を用いて部品８０３，８０４の姿勢は変更されることとなる。

ここで、複数のノズルシャフトのうちのいずれを撮影しようとしているのかは、以下の手順により認識することができる。
（１）図５に示すようにヘッド回転モータ３９０に切り欠き８０５を設けておく。
（２）切り欠き８０５とノズルシャフトとの相対的な位置関係を得ておく。
（３）ヘッド回転モータ３９０が回転した場合は、カメラ１１７，１１８，１１９，１２０の少なくとも１つでヘッド回転モータ３９０を撮像，画像処理して、切り欠き８０５の位置を基準位置として認識する。
（４）（１）で得たヘッド回転モータ３９０が回転する前の切り欠き８０５とノズルシャフトとの相対的な位置関係、及び（３）で得たヘッド回転モータ３９０が回転した後の、切り欠き８０５の位置から、複数のノズルシャフトのうちのいずれを撮影しようとしているのかを認識する。また、切り欠き８０５は切り欠きでなくてもよく、基準位置として認識できる形状であれば良い。

また、基板表面から電子部品までの距離がどの程度であるかは、ノズル上下モータ３０２の回転量から得ることができる。

このようにすることで、保持する部品の高さが変わった場合であってもいわゆるオートフォーカスが可能となる。

次に主に図９を用いて実施例３を説明する。以下、主に実施例１と異なる部分について説明する。

実施例１によって、ヘッドアクチュエータは、比較的外形，質量が大きい部品も複数保持することが可能となる。ここで、外形の大きい部品を大量に保持した場合は、ヘッドアクチュエータが移動した際の空気抵抗が、部品の保持に影響を与える場合も考えられる。
また、質量の大きい部品を大量に保持した場合には、ヘッドアクチュエータが移動した際の慣性が部品の保持に影響を与える場合も考えられる。

そこで、実施例３は、ノズルシャフトが保持する電子部品の種類，大きさ（外形を含む）、及び、質量の少なくとも１つに応じて、ヘッドアクチュエータが移動する際の加速度を特徴とする。

より具体的には、本実施例３では、図９に示す曲線９０１−９０３のようにノズルシャフトが保持する電子部品の種類，大きさ（外形を含む）、及び、質量の少なくとも１つが大きい場合には、ヘッドアクチュエータの移動加速度を小さくする。逆に、ノズルシャフトが保持する電子部品の種類，大きさ（外形を含む）、及び、質量の少なくとも１つが小さい場合には、ヘッドアクチュエータの移動加速度を大きくする。これにより、正しく部品を保持することが可能となる。

また、本実施例３では、図９に示すように、加速度曲線９０１−９０３を任意に変更するような制御を行うことも可能である。

なお、ノズルシャフトが保持する電子部品の種類，大きさ（外形を含む）、及び、質量の少なくとも１つとは、大きさの総計，質量の総計を含む表現である。

次に主に図１０，図１１を用いて実施例４を説明する。

実施例１では、図１０（ａ）に示すように回転体３５３は、第２のノズル台座３２０（第１のノズル台座３８０でも良い）を転がり、アーム３５１の凸部５５０上へ移動する。
このとき、図１０（ｂ）に示すように第２のノズル台座３２０と凸部５５０上との間の高さにずれが存在した場合、回転体３５３は凸部５５０に干渉し、ノズルシャフト３１１の位置に影響を与え、ノズルシャフト３１１の先端に取り付けられているノズル３１７、及び、電子部品８００に影響を与えてしまい、実装精度に悪影響を及ぼすことも考えられる。

本実施例４はこれを解決するものである。

実施例４は、第１のノズル台座３８０，第２のノズル台座３２０の切り欠き３５２に面取りを施し、ノズルシャフト３１１に与える衝撃を低減することを特徴とする。

より具体的には、図１１に示すように、第２のノズル台座３２０は、切り欠き３５２に向かって紙面下側へ傾斜する面１１１０を有している。また、アーム３５１の凸部５５０も、その端部に行くに従って紙面下側へ傾斜する面１１１１を有している。

このようにすることで、ノズル台座３２０，３８０とアーム３５１の凸部５５０の高さにずれが存在した場合でも、回転体３５３はアーム３５１に滑らかに接触することが可能となり、ノズルシャフト３１１及び、電子部品８００に与える衝撃を小さくすることができる。

以上、本発明を実施例１，実施例２，実施例３，実施例４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
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
３１０ ノズル移動部
３１１ ノズルシャフト
３１７ ノズル
３１８ ガイド
３２０ 第２のノズル台座
３２１ ネジ穴
３５０ 凸な部分
３５１ アーム
３５２ 切り欠き
３５３ 回転体
３８０ 第１のノズル台座
８００ 電子部品

Claims (7)

1. 基板に部品を実装する部品実装装置において、
   前記部品を保持して前記基板へ実装する部品実装する部品実装部を有し、
   前記部品実装部は、
   前記部品を保持するための複数のノズルと、
   前記複数のノズルのうち少なくとも１つのノズルを保持するための回転可能な第１のノズル保持部と、
   前記第１のノズル保持部よりも上方に配置された回転可能な第２のノズル保持部と、
   前記複数のノズルの中から少なくとも１つのノズルを移動させる移動部と、を有し、
   さらに、
   前記移動部は、
   前記第１のノズル保持部に保持された前記複数のノズルの中から特定のノズルを前記第２のノズル保持部へ移動させる動作、
   及び前記第２のノズル保持部に保持された前記複数のノズルの中から特定のノズルを前記第１のノズル保持部へ移動させる動作のうち少なくとも１つの動作を行う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、
   前記部品実装部は、
   回転軸を有し、
   前記複数のノズルは、前記回転軸の周囲に配置され、
   前記第１のノズル保持部、及び前記第２のノズル保持部は、前記回転軸を中心に回転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、
   さらに前記部品の姿勢を認識するためのカメラを有し、
   前記カメラは前記部品の高さに応じて撮像高さを変えることを特徴とする部品実装装置。
4. 請求項３に記載の部品実装装置において、
   前記部品実装部は前記前記複数のノズルの中から少なくとも１つのノズルの位置を認識するための構造を有し、
   前記カメラは前記構造を撮像し、
   前記構造を撮像した結果を用いて前記ノズルの位置を得ることを特徴とする部品実装装置。
5. 請求項１に記載の部品実装装置において、
   前記部品実装部は、
   前記部品の種類，大きさ，質量のいずれか１つに応じて前記部品実装部が移動する際の加速度を変えることを特徴とする部品実装装置。
6. 請求項１に記載の部品実装装置において、
   前記第１のノズル保持部は、切り欠きを有し、
   前記切り欠きは傾斜面を有し、
   前記移動部は、
   前記ノズルを載置する載置部を有し、
   前記載置部は、傾斜面を有す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、
   前記第２のノズル保持部は、切り欠きを有し、
   前記切り欠きは傾斜面を有し、
   前記移動部は、
   前記ノズルを載置する載置部を有し、
   前記載置部は、傾斜面を有することを特徴とする部品実装装置。