JP2014090044A - 部品吸着用の吸着ノズルの交換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】部品交換用の吸着ノズルを少ないパワーで容易に交換できる交換方法、及びその部品交換用の吸着ノズルの交換方法を使用した基板製造装置を提供する。
【解決手段】部品収納部から部品を吸着供給する吸着ノズルをその装着部から取り外し交換する方法を、前記取り外しする吸着ノズルを吸着ノズルのストック部のストック位置に収納する工程（Ａ）と、工程（Ａ）の後に前記取り外しする吸着ノズルを固定する工程（Ｂ）と、工程（Ｂ）の後に前記取り外しする吸着ノズルの装着部を回転させる工程（Ｃ）、及び工程（Ｃ）の後に前記装着部を上昇させる工程（Ｄ）とを備えた方法とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板製造装置内の基板等に部品を実装する際の部品吸着用の吸着ノズルの交換方法及びその吸着ノズルの交換方法を使用した基板製造装置に関する。

基板製造装置は、通常、装置内に配設された基板に、所要の部品を、種々の収納手段にて収納された部品を把持供給手段により基板の所定の位置に把持実装する。電子部品等の小物部品は、収納手段に収納された部品を真空吸着し基板の所定の位置に搬送移動させて載置し組み付けされる。

このような小物部品を真空吸着により吸着し実装する部品は、部品を収納するポケットを複数個形成したテープ状体又はベルト状体のポケットに部品を収納し、真空吸着等の手段により部品を把持し、基板等の所定位置に載置する。

基板製造装置で電子部品等の部品を実装したプリント基板を製造する場合、部品を収納している収納手段から部品を吸着手段としての吸着ノズルで吸着し、プリント基板の所定位置に供給し、プリント基板を製造する。一つの基板製造装置で種々のプリント基板を製造することが多々ある。その際に吸着手段で種々の部品を吸着しプリント基板上に供給する必要がある。したがって吸着手段の吸着ノズルを吸着する部品に応じて交換する必要がある。このような吸着ノズルは、自動交換する。

プリント基板への部品の供給は高速度で行う必要があり、吸着ノズルはその装着部に強固に装着されている。したがって従来の吸着ノズルの自動交換方法は、その際の交換動作を行うためにパワーの大きなアクチュエーターを必要としていた。このため基板製造装置のコストを高価なものとし、また吸着ノズルの交換を非効率なものとしていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、部品交換用の吸着ノズルを少ないパワーで容易に交換できる交換方法、及びその部品交換用の吸着ノズルの交換方法を使用した基板製造装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために第１発明の吸着ノズルの交換方法は、部品収納部から部品を吸着供給する吸着ノズルをその装着部から取り外し交換する方法であって、前記吸着ノズルを吸着ノズルのストック部のストック位置に収納する工程（Ａ）と、工程（Ａ）の後に前記吸着ノズルを固定する工程（Ｂ）と、工程（Ｂ）の後に前記吸着ノズルの前記装着部を回転させる工程（Ｃ）と、工程（Ｃ）の後に前記装着部を上昇させる工程（Ｄ）とを備えたことを特徴としている。

第１発明によれば、基板製造装置において、基板を製造する場合の供給部品が変更された場合の吸着ノズルの交換する機構や手段が簡素化される。特に吸着ノズルを交換する際の交換動作を行うアクチュエーターの容量を小型化することができる。このため基板製造装置の吸着ノズルの交換部分の構成を簡素化し安価とすることができる。

第２発明の吸着ノズルの交換方法は、部品収納部から部品を吸着供給する吸着ノズルをその装着部から取り外し交換する方法であって、前記吸着ノズルを吸着ノズルのストック部のストック位置に収納する工程（Ａ）と、工程（Ａ）の後に前記吸着ノズルを固定する工程（Ｂ）と、工程（Ｂ）の後に前記吸着ノズルの前記装着部を回転させ、同時に前記装着部を上昇させる工程（Ｅ）とを備えたことを特徴とする吸着ノズルの交換方法。

第２発明によれば、第1発明と同様の効果を発現することができる。更に第１発明の工程（Ｃ）と工程（Ｄ）を同時に行っているので、吸着ノズルの交換時間を短縮することができる。したがって、基板製造装置で基板を製造する際の効率を向上させることができる。

第３発明の吸着ノズルの交換方法は、第１発明または第２発明において、前記吸着ノズルは、前記装着部との固定部分に、吸着ノズルの抜き取り方向の側面に窪み部を形成し、前記窪み部の底部に装着部側面から押圧力を加えて固定されていることを特徴としている。

第３発明によれば、第１発明及び第２発明と同様な効果を発現することができる。同時に吸着ノズルの固定部は窪み部となっており、その形状は単純であり、吸着ノズルの製作が容易であり、しかも吸着ノズルの装着部の側面からの押圧力の加え方も簡素化することができる。したがって吸着ノズルの交換部分の構造を簡素化し安価とすることができる。またこの窪み部に装着部の側面から押圧力を加えているので、交換した後の吸着ノズルは正規の位置に確実に固定することができる。

第４発明の吸着ノズルの交換方法は、第３発明において、前記窪み部に円筒形状の部材を介して前記押圧力を加えることを特徴としている。

第４発明によれば、吸着ノズルの窪み部に円筒形状の部材を介して押圧力を加えることができる。したがって固定部が単純な形状であり、第１発明及び第２発明と同様な効果を発現することができる。しかも吸着ノズルの窪み部に円筒形状の部材を介して装着部の側面からの押圧力を加えているので、交換した後の吸着ノズルを正規の位置に確実に固定することができる。

第５発明の吸着ノズルの交換方法は、第３発明において、前記窪み部にボール状の部材を介して前記押圧力を加えることを特徴としている。

第５発明によれば、第４発明と同様の効果を発現することができる。

第６発明の吸着ノズルの交換方法は、第４発明または第５発明において、前記押圧力は、前記装着部の側面に設けた板バネ等のスプリング力であることを特徴としている。

第６発明によれば、交換した吸着ノズルを装着部に設けたスプリングにより固定しているので、固定部の構造を簡素化し安価にすることができる。

第７発明の吸着ノズルの交換方法は、第４発明または第５発明において、前記押圧力は、前記装着部の側面に設けたアクチュエーターにより加えることを特徴としている。

第７発明によれば、押圧力をアクチュエーターにより加えているので、吸着ノズルを確実に固定することができる。

このような目的を達成するための第８発明の基板製造装置は、第１発明から第７発明のいずれかに記載の吸着ノズルの交換方法を使用していることを特徴としている。

第８発明によれば、基板製造装置に、第１発明から第７発明までの吸着ノズルの交換方法を使用しているので、基板を製造する際に供給部品が変更された場合の吸着ノズルの交換が容易となり、基板の生産効率を向上することができる。

本発明の吸着ノズルの交換方法を使用した基板製造装置の一例の概略図。 本発明の吸着ノズルの交換方法を使用した基板製造装置の一例の概略図。 吸着ノズル及びその固定部の説明図。 吸着ノズル及びその固定部の説明図。 装着部の押圧手段を板バネと円筒状部材で構成した形態の説明図。 装着部の押圧手段を板バネとボール状部材で構成した形態の説明図。 装着部の押圧手段を板バネとブロック状部材で構成した形態の説明図。 装着部の押圧手段をエアーシリンダーとした形態の説明図。 吸着ノズルのストック部の説明図。 吸着ノズルの交換手段の説明図。

以下、本発明について図面を参照しつつ説明する。

＜１＞基板製造装置の一例
図１は、本発明の部品吸着用の吸着ノズルの交換方法を使用した基板製造装置の一例を示す正面図である。また図２は、基板製造装置の基板の流れ方向（図１のＸ方向）から見た図である。

基板製造装置１００は、プリント配線板１２２上に電子素子（以下、「部品」と略称する）１０８を実装し、電子部品１１２を製造する。基板製造装置１００は、ハンダ供給装置１０２、載置装置１０６及びレーザ照射装置１１０を備えている。ハンダ供給装置１０２は、プリント配線板１２２の配線パターン上にハンダ１０４を供給する。載置装置１０６は、このハンダ供給装置１０２により供給されたハンダ１０４上に電子素子（以下、「部品」と略称する）１０８を載置する。載置装置１０６は、特に限定されず、例えばチップマウンターなどの従来公知の載置装置である。レーザ照射装置１１０は、部品１０８を載置したハンダ１０４に向けて、近赤外領域に発光中心波長を有するレーザ光をプリント配線板の裏面側から照射する。照射したレーザ光は、基板１２２中を透過して配線パターンに到達し、配線パターンを加熱し、ハンダ１０４が融解する。このようにして部品１０８はプリント配線板１２２にハンダ付けされる。尚図１は、基板製造装置１００に検査装置１１４を備えた構成としている。この検査装置は、ＬＥＤを部品１０８とした場合の実点燈検査用装置である。本発明の部品吸着用の吸着ノズルの交換方法は、このような基板製造装置の載置装置１０６に使用されるものである。

図２示すように、部品１０８は、装置と近接して設けた、ベルト状体２００に部品を収納している。ベルト状体２００には、ポケットが設けられ、そのポケットに部品１０８が収納されている。ベルト状体のポケットに収納された部品１０８を載置装置１０６により真空吸着して、基板製造装置１００内のプリント基板上の所定位置に供給されたハンダ１０４上に載置する。載置装置１０６により一個の部品１０８の供給が完了すると、ベルト状体は間欠送りされて別の部品１０８が載置装置１０６により吸着されるように待機する。載置装置１０６の先端部には、部品を吸着するための吸着ノズル３００（図３及び図４参照）と吸着ノズルの装着部４００（図５から図８参照）が設けられている。

＜２＞吸着ノズル３００の構成
図３により吸着ノズル３００の構成について説明する。吸着ノズル３００は、その先端部に部品を吸着収納するするポケット３０１、鍔部３１０、装着部４００に挿入される挿入部３２０及び固定部３３０で構成される。固定部の形状は、種々可能である。図３の場合は、吸着ノズルの挿入部３２０の側面に窪み部３３０を設けている。窪み部は、その底部が円形の溝形状である。また吸着ノズルの挿入部の先端部には装着部への挿入を容易にするための面取り部３５０が設けられている。また鍔部３１０には、吸着ノズル３００を交換する場合の回転方向を固定するための回転固定部３６０が設けられている。

吸着ノズルの固定部は、図４のように吸着ノズルの挿入部３２０の側面にテーパ状の平面部３４０とすることもできる。固定部の形状が窪み部であれ、テーパ状の平面部であれ、吸着ノズルは、装着部の側面から押圧力を加えることにより固定される。どのように固定されるかは、＜３＞で説明する。

＜３＞装着部４００の構成
図５により装着部４００について説明する。装着部４００は、吸着ノズル３００の取り付け部分であり、載置装置１０６の先端部分である。装着部４００は、吸着ノズル３００の挿入部３２０が挿入されるガイド孔４１０と、側面に設けられたスプリング（板バネ）４２０及び装着部の上部には吸着ノズルの吸着孔３０４と連通し真空吸着する吸引孔４８０が設けられている。スプリング４２０には、円筒状の部材４３０が取り付けされている。

吸着ノズルが装着部に取り付けされた状態では、スプリング４２０に取り付けされた円筒状部材４３０が吸着ノズルの窪み部３３０に嵌り込み、吸着ノズルは装着部に対して正規の位置に固定される。押圧力は、スプリングにより加えられる。これにより吸着ノズルは、装着部に強固に固定され、高速で部品供給することができる。尚吸着ノズルが装着部に取り付けされた状態では、吸着ノズルの鍔部と装着部の間には、シャッター挿入部４７０が設けられている。吸着ノズルを交換する際にストック部５００に設けられたシャッター５１０がこのシャッター挿入部４７０に挿入される。詳細は、＜４＞で説明する。

また図６に示すようにスプリング４２０にはボール状の部材４４０を取り付けした構成とすることもできる。吸着ノズルが装着部に取り付けされた状態では、スプリング４２０に取り付けされたボール状部材４４０が吸着ノズルの窪み部３３０に嵌り込み、吸着ノズルは装着部に対して正規の位置に固定される。この場合も押圧力は、スプリングにより加えられる。

固定部を窪み部３３０ではなくテーパ状の平面部３４０とすることもできる。この場合は、スプリングにはテーパ状の平面部を押えることができるブロック状部材４５０が設けられている。この場合は、図７のように、テーパ状の平面部３４０をブロック状部材４５０で固定することになる。この場合も押圧力は、スプリングにより加えられる。

また押圧力は、スプリングだけでなく、図８に示すように、装着部の側面に薄型のエアーシリンダー等のアクチュエーター４６０を設けその発生力により、円筒状部材４３０、ボール状部材４４０又はブロック状部材４５０を窪み部３３０、又はテーパ状の平面部３４０に対して押圧する構成とすることもできる。この場合、部材４２０はバネ力を有する板バネ状のものでもよし、通常の板としても良い。部材４２０を通常の板とする場合は、板４２０と薄型シリンダー４６０のロッドを接続する構成とし、板４２０に設けた円筒状部材４３０、ボール状部材４４０又はブロック状部材４５０を薄型シリンダーにより進退させる。

＜４＞吸着ノズルのストック部５００の構成
次に交換する吸着ノズルのストック部５００について説明する。基板を製造するために基板に種々の部品を供給する。このためにストック部５００には、複数個の種類の異なる吸着ノズルが収納されている。図９(ａ)は、ストック部５００を上方から見た概略図である。図９（ｂ）は、シャッター５１０を上方から見た図である。図９（ｃ）は、ストック部の正面から見た概略図である。本図ストック部５００には、ストック部本体５２０の上にアクチュエーターにより左右に移動するシャッター５１０が設けられている。ストック部本体５２０には、複数個の吸着ノズルを挿入するポケット５３０が設けられている。尚図９（ａ）では、ポケット５３０の形状を示すため、シャッター５１０は、削除し記載している。図９（ｂ）に示すように、このシャッター５１０には、クランプ部とクランプ解放部が設けられ、吸着ノズルを交換する工程に応じてアクチュエーターにより移動する。

ポケット５３０は、段付孔である。段付孔の上部の内側側面には回転固定部５４０（平面部）が設けられている。図３に示すように、吸着ノズルの鍔部３１０には回転固定部３６０が設けられている。このポケットの段付孔の上部は、鍔部３１０と同形状となっていて、吸着ノズルの鍔部の回転固定部３６０とストック部本体の段付孔上部の回転固定部５４０の位置が一致して嵌まり込む構成となっている。このようにして吸着ノズルを交換する際に、吸着ノズルの回転方向が固定される。図面では、一例としてＡ〜Ｄの４箇所にストック位置が設けられている。ストック位置Ａには、吸着ノズルＡを収納し、ストック位置Ｂには、吸着ノズルＢを収納する。以下同様となっている。シャッター５１０は、通常は図９（ｂ）の状態になっている。ノズル交換の際には、この状態で、吸着ノズルの無い空き場所に、装着部４００に装着されている吸着ノズルを挿入する。吸着ノズルの交換の際のシャッター動作は、＜５＞で説明する。

このストック部５００は、載置装置１０６の動作範囲の適宜の場所に設けられている。図２では、基板製造装置１００の側部に設けられている。

基板を製造する場合は、まずこのストック部から必要な吸着ノズルを装着部４００のガイド孔４１０に挿入する。別の部品を供給する場合は、装着部に現在取り付けされている吸着ノズルをストック部の元の場所に戻し、別の吸着ノズルを装着部に取り付けする。

吸着ノズルの交換を従来のように、吸着ノズルの軸方向に単に抜き取ることは非常に大きな抜き取りの力が必要となり自動交換する際の動作を行うアクチュエーターの容量が大きくなるという問題があった。したがって、吸着ノズルを図３及び図４の形状とし、本発明の吸着ノズルの交換方法で吸着ノズルの交換を行う。

＜５＞吸着ノズルの交換方法
本発明の吸着ノズルの交換方法は、このような吸着ノズルの自動交換の動作を行うアクチュエアーターを小型化するためのものでる。以下その方法について図１０により説明する。図１０（ａ）は、吸着ノズルの交換手段６００の構成の説明図である。

交換手段６００について図１０（ａ）を参照し説明する。載置装置１０６の適宜の場所に設けられたプレート６４０上に装着部４００を回転させる回転支持部６６０と電気式モーター６３０が設けられている。吸着ノズル３００を装着する装着部４００の上部の取付部６１０の側面に歯車や、タイミングベルト用プーリーなどの回転駆動部材６２０が装着されている。さらに装着部４００には回転軸部６５０が設けられている。

載置装置１０６の昇降装置により下降した状態で電気式モーター６３０が回転すると回転軸部６５０と装着部４００が一体となって回転する。装着部に吸着ノズルが装着されたていれば吸着ノズルも回転する。

本発明の部品の吸着方法は、工程Ａ、工程Ｂ、工程Ｃ及び工程Ｄを含み構成される。以下各工程について説明する。以下の説明では、ストック部のストック位置Ａに収納されていた吸着ノズル３００Ａが既に装着部４００に装着されているものとして説明する。したがってストック部のストック位置Ａは、吸着ノズルがセットされていない空きの場所となっている。
（１）工程（Ａ）
図１０（ｂ）を参照し説明する。工程（Ａ）は、装着部４００に装着されている吸着ノズル３００Ａをストック部５００のストック位置Ａ（図９参照）のポケット５３０に収納する工程である。この時、シャッター５１０は図９（ｂ）の状態となっている。吸着ノズル３００Ａは、所定の位置まで載置装置１０６により移動する。その後に、載置装置１０６に設けられた昇降機構により、基板上に部品を載置すると同様の下降動作により装着部４００を下降させストック位置Ａに吸着ノズル３００Ａを収納する。尚この際、下降位置は、基板上の部品供給位置と異なるので、載置装置１０６の下降動作には高さ位置を検出する機能を持たせることが必要となる。
（２）工程（Ｂ）
図１０（ｃ）を参照し説明する。工程（Ｂ）は、工程（Ａ）の後に前記吸着ノズル３００Ａをクランプする工程である。ストック部のシャッター５１０は内蔵された図示しないアクチュエーターにより移動し、ストック位置Ａのポケット５３０に挿入された吸着ノズル３００Ａと装着部４００の間のシャッター挿入部４７０にシャッター５１０のクランプ部（図９（ｂ）参照）が挿入される。これによりストック位置Ａに挿入された吸着ノズル３００Ａは回転方向と上下方向にクランプされることになる。
（３）工程（Ｃ）
図１０（ｄ）を参照し説明する。工程（Ｃ）は、工程（Ｂ）の後に前記吸着ノズル３００Ａを装着している装着部４００を回転させる工程である。吸着ノズル３００Ａは、ポケット５３０の段付孔及びシャッター５１０により固定されている。図１０（ａ）に示す交換手段６００により装着部４００の取付部６１０を所定角度回転させる。所定角度とは、吸着ノズル３００の固定部である窪み部３３０から円筒状部材４３０又はボール状部材４４０が外れるまで、さらにテーパ状の平面部３４０からブロック状部材４５０が外れるまで回転させればよい。
（４）工程（Ｄ）
図１０（ｅ）を参照し説明する。工程（Ｄ）は、工程（Ｃ）の後に前記装着部４００を上昇させる工程である。これにより吸着ノズル３００Ａの取り外しが完了し、ストック位置Ａに吸着ノズル３００Ａが収納される。上昇動作は、載置装置１０６の昇降機構により行われる。この時、吸着ノズルのストック部に収納された吸着ノズルのシャッターによるクランプは解放されている。また上昇した装着部は適宜の高さ位置で工程（Ｃ）とは逆方向に同一角度分回転し回転方向位置は元の状態に戻る。
（５）以上の工程（Ａ）から工程（Ｄ）が完了した後、装着部４００には吸着ノズル３００Ａは取り外されて装着されていない。装着部４００は、載置装置の移動機構によりストック部５００に収納された別種の吸着ノズルの位置に移動する。この時、ストック部のシャッター５１０は（４）の工程（Ｄ）の説明のとおり、アクチュエーターの動作により図９（ｂ）の状態に戻っている。載置装置の昇降機構の下降動作により、装着部４００は下降し、装着する吸着ノズルの挿入部３２０が装着部４００のガイド孔４１０に挿入される。この時、吸着ノズルの窪み部に円筒状部材等が嵌り込み回転方向の位置決めがなされ、同時にスプリング４２０の押圧力により押付け固定される。

尚上記の工程（Ｃ）と工程（Ｄ）を同時に行い工程（Ｅ）としても良い。これにより基板製造装置の吸着ノズル交換時間が短縮され、基板製造の生産効率を更に向上させることができる。

以上のように本発明の吸着ノズルの交換方法によれば、吸着ノズルの交換を小さな容量のアクチュエーターを使用して容易に行うことができる。したがって基板製造装置等で基板を製造する際の生産効率を向上させることができる。

１００ 電子部品の製造装置
１０２ 供給装置
１０４ ハンダ
１０６ 載置装置
１０８ 部品（電子素子）
１１０ レーザ照射装置
１１２ 電子部品
１１４ 検査装置
１１６ ライン
１１８ リール
１２０ リール
１２２ プリント配線板
３００ 吸着ノズル
３０１ ポケット
３０４ 吸着孔
３１０ 鍔部
３２０ 挿入部
３３０ 窪み部
３４０ テーパ状の平面部
３５０ 面取部
３６０ 回転固定部
４００ 装着部
４１０ ガイド孔
４２０ スプリング（板バネ）
４３０ 円筒形部材
４４０ ボール状部材
４５０ ブロック状部材
４６０ エアーシリンダー
４７０ シャッター挿入部
４８０ 吸引孔
５００ ストック部
５１０ シャッター
５２０ ストック部本体
５３０ ポケット
５４０ 回転固定部
６００ 吸着ノズル交換手段
６１０ 取付部
６２０ 回転駆動部材（歯車・プーリーなど）
６３０ 電気式モーター
６４０ プレート
６５０ 回転軸部
６６０ 回転支持部

Claims (8)

1. 部品収納部から部品を吸着供給する吸着ノズルをその装着部から取り外し交換する方法であって、
   前記吸着ノズルを吸着ノズルのストック部のストック位置に収納する工程（Ａ）と、
   工程（Ａ）の後に前記吸着ノズルを固定する工程（Ｂ）と、
   工程（Ｂ）の後に前記吸着ノズルの前記装着部を回転させる工程（Ｃ）と、
   工程（Ｃ）の後に前記装着部を上昇させる工程（Ｄ）と、
   を備えたことを特徴とする吸着ノズルの交換方法。
2. 部品収納部から部品を吸着供給する吸着ノズルをその装着部から取り外し交換する方法であって、
   前記吸着ノズルを吸着ノズルのストック部のストック位置に収納する工程（Ａ）と、
   工程（Ａ）の後に前記吸着ノズルを固定する工程（Ｂ）と、
   工程（Ｂ）の後に前記吸着ノズルの前記装着部を回転させ、同時に前記装着部を上昇させる工程（Ｅ）と、
   を備えたことを特徴とする吸着ノズルの交換方法。
3. 前記吸着ノズルは、前記装着部との固定部分に、吸着ノズルの抜き取り方向の側面に窪み部を形成し、前記窪み部の底部に装着部側面から押圧力を加えて固定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の吸着ノズルの交換方法。
4. 前記窪み部に円筒形状の部材を介して前記押圧力を加えることを特徴とする請求項３に記載の吸着ノズルの交換方法。
5. 前記窪み部にボール状の部材を介して前記押圧力を加えることを特徴とする請求項３に記載の吸着ノズルの交換方法。
6. 前記押圧力は、前記装着部の側面に設けた板バネ等のスプリング力であるをことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の吸着ノズルの交換方法。
7. 前記押圧力は、前記装着部の側面に設けたアクチュエーターにより加えることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の吸着ノズルの交換方法。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の吸着ノズルの交換方法を使用したことを特徴とする基板製造装置。

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