JP2015076529A - 表面実装機の部品保持ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】部品を保持する保持具を複数備えた部品保持ヘッドにおいて、各保持具の着地を一つの検知手段によって検知できるようにすること。【解決手段】複数本のスピンドル３１と、これらのスピンドル３１を軸線方向に沿ったＺ方向に下降させる１個の押圧具２５と備え、複数本のスピンドル３１の下端には部品を保持する保持具３２が弾性体３４を介して装着され、押圧具２５に対して複数本のスピンドル３１を相対的に移動させることにより下降させるスピンドル３１ａを選択し、押圧具２５を下降させることにより当該スピンドルを下降させる表面実装機の部品保持ヘッドにおいて、スピンドル３１ａの下降によりその下端の保持具３２が着地し弾性体３４が圧縮されて当該保持具の当該スピンドルに対する上下方向の位置が変化したことを非接触式で検知して着地検知信号を発する非接触センサ４０を、押圧具２５と一体的に設けた。【選択図】図２

Description

本発明は、ＩＣチップ等の部品（電子部品）を基板上に実装する表面実装機において、部品を保持する保持具を有する部品保持ヘッドに関する。

一般的に表面実装機は、部品保持ヘッドを部品供給部の上方に移動させ、そこで部品保持ヘッドに備えられた保持具としてのノズルに下降・上昇動作を行わせて、ノズルの下端部に部品を真空吸着してピックアップし、次に部品保持ヘッドを基板の上方へ移動させ、そこで再度ノズルに下降・上昇動作を行わせて、部品を基板の所定の座標位置に実装するように構成されている。

上述のように、ノズルに下降・上昇動作を行わせて部品をピックアップする場合、ノズルの下降ストロークが大きすぎるとノズルの下端部が部品の上面を強く押圧して部品を破壊する。下降ストロークが小さすぎると、ノズルは部品の上面に着地できず、部品をピックアップミスする。部品を基板に実装する場合も同様であり、ノズルの下降ストロークが大きすぎるとノズルの下端部に吸着された部品が基板に強く押圧されて破壊する。下降ストロークが小さすぎると、部品は基板の上面に着地できず、部品を実装ミスする。したがってノズルの下降ストロークは適切に制御しなければならない。

ノズルの下降ストロークを適切に制御するための方法として、ノズルの着地を検知する検知手段を利用した方法が特許文献１に提案されている。しかし、特許文献１の方法では、ノズルの着地を検知する検知手段をノズル毎に設置する必要がある。すなわち、ノズルを複数備えた部品保持ヘッドにおいては、ノズルの着地を検知する検知手段をノズル毎に対応させて複数設置する必要があり、設置スペース上の問題が生じ、またコストアップの要因にもなる。

特許第３５４３０４４号公報

本発明が解決しようとする課題は、部品を保持する保持具を複数備えた部品保持ヘッドにおいて、各保持具の着地を一つの検知手段によって検知できるようにすることにある。

本発明は、複数本のスピンドルと、これらのスピンドルを軸線方向に沿ったＺ方向に下降させる１個の押圧具と備え、前記複数本のスピンドルの下端には部品を保持する保持具が弾性体を介して装着され、前記押圧具に対して前記複数本のスピンドルを相対的に移動させることにより下降させるスピンドルを選択し、その押圧具を下降させることにより当該スピンドルを下降させる表面実装機の部品保持ヘッドにおいて、前記スピンドルの下降によりその下端の保持具が着地し前記弾性体が圧縮されて当該保持具の当該スピンドルに対する上下方向の位置が変化したことを非接触式で検知して着地検知信号を発する非接触センサを、前記押圧具と一体的に設けたことを特徴とするものである。

このように、複数本のスピンドルに対して押圧具は１個とし、押圧具に対して複数本のスピンドルを相対的に移動させることにより下降させるスピンドルを選択し、押圧具を下降させることにより当該スピンドルを下降させるようにした上で、スピンドルの下端に装着した保持具の着地を検知する非接触センサを押圧具と一体的に設けたことで、各保持具の着地を一つの非接触センサで検知することができる。

なお、本発明において「保持具の着地」とは、部品のピックアップ工程において保持具の下端部が部品の上面に着地すること、及び部品の実装工程において保持具の下端部に保持された部品が基板の上面に着地することの両方を含む概念である。

本発明は、前記押圧具を下降させる下降手段を制御する制御部を更に備えたものとし、前記制御部は前記着地検知信号を受信したときに前記下降手段を停止させるようにすることができる。これにより、保持具の下降ストロークを適切に制御することができる。

また、前記制御部は、前記保持具が第１の高さ位置から着地前の第２の高さ位置に至るまでは下降速度が漸次低下し、前記保持具が前記第２の高さ位置に達したら下降速度が一定となるように、前記下降手段を制御するようにすることもできる。これにより、基板のたわみ等により保持具が着地するまでの下降ストロークが変わったとしても、保持具が着地するときの衝撃を低いレベルで一定にすることができる。

本発明において前記非接触センサは、前記保持具の外周の反射面に向けて光を発する発光部と、前記反射面で反射された反射光を受ける受光部と、前記反射光の受光量を計測してその受光量が所定量減少したときに前記着地検知信号を発するセンサ部とを有するものとすることができる。そして前記センサ部は、前記反射光の受光量を連続的に計測するとともにその受光量の時間変化率を求め、前記受光量が閾値Ａ以下、かつ前記時間変化率の絶対値が閾値Ｂ以上であるときに、前記着地検知信号を発するようにすることができる。これにより、受光量のゆらぎによって誤って着地検知信号が発せられることを防止できる。

また、前記発光部から発せられる光の向きは、斜め下向きとすることができる。これにより、非接触センサを保持具の真横ではなく上方に配置することができるので、非接触センサが保持具の着地動作に悪影響を及ぼすことがなくなる。

上述のような光学式の非接触センサとしては、発光部及び受光部が光ファイバとともに組み込まれた光ファイバセンサを用いることができる。

また、本発明は、典型的にはロータリー式の部品保持ヘッドに適用できる。この場合、前記複数本のスピンドルは、ヘッド本体に垂直軸周りのＲ方向に回転可能に取り付けられたロータリーヘッドの周方向に沿って配置され、前記押圧具は、前記ヘッド本体に配置される。

本発明によれば、部品を保持する保持具を複数備えた部品保持ヘッドにおいて、各保持具の着地を一つの検知手段によって検知できる。したがって、部品保持ヘッドの大型化及び高コスト化を招くことなく、保持具の下降ストロークを適切に制御することができるようになる。

本発明の部品保持ヘッドの全体構成を示す斜視図である。である。 図１の部品保持ヘッドにおいてスピンドルをＺ方向に下降させる機構を示す説明図である。 図２のスピンドルをＺ方向に下降させる機構において押圧具周りの構成を示す説明図である。 図２に示す押圧具によりスピンドルを下降させるときの様子を示し（ａ）はスピンドルが初期位置にある状態を示し、（ｂ）はスピンドルを下降させた状態を示す。 スピンドルの下端に装着されたノズル部分の断面を拡大して示す斜視図である。 ノズルが着地したときの光ファイバセンサの受光量の変化を模式的に示す図である。 制御部によるＺサーボモータの制御例を示す。

以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例に基づき説明する。

図１は、本発明の部品保持ヘッドの全体構成を示す斜視図である。

同図に示す部品保持ヘッド１０はロータリーヘッド式の部品保持ヘッドであり、固定的に配置されたヘッド本体２０に、ロータリーヘッド３０が垂直軸周りのＲ方向に回転可能に取り付けられている。このロータリーヘッド３０には、その周方向に沿って等間隔で複数本のスピンドル３１が配置され、各スピンドル３１の下端に部品を吸着保持する保持具としてノズル３２が装着されている。

ロータリーヘッド３０は、ヘッド本体２０に設置されたＲサーボモータ２１の駆動によりＲ方向に回転する。また、各スピンドル３１は、ヘッド本体２０に設置されたＴサーボモータ２２の駆動により、その軸線周りのＴ方向に回転する。更に、ヘッド本体２０には、特定位置にあるスピンドル３１ａを軸線方向に沿ったＺ方向に下降させるためのＺサーボモータ２３が配置されている。Ｒサーボモータ２１の駆動によりロータリーヘッド３０をＲ方向に回転させる機構、及びＴサーボモータ２２の駆動により各スピンドル３１をＴ方向に回転させる機構については周知であるので、その説明は省略する。Ｚサーボモータ２３の駆動によりスピンドル３１ａを下降させる機構については、以下に説明する。

図２は、図１の部品保持ヘッド１０においてスピンドル３１ａをＺ方向に下降させる機構を示す説明図である。ヘッド本体２０に配置されたＺサーボモータ２３のモータ軸は、ボールねじ機構２４のねじ軸２４ａに連結され、このねじ軸２４ａにナット２４ｂが装着されている。そして、このナット２４ｂに押圧具２５が連結されている。したがって、Ｚサーボモータ２３の駆動により、ナット２４ｂとともに押圧具２５がＺ方向に移動する。

押圧具２５はヘッド本体２０側に１個だけ設けられている。スピンドル３１を下降させるときには、押圧具２５に対してスピンドル３１を相対的に移動させることにより下降させるスピンドル３１（前記特定位置にあるスピンドル３１ａ）を選択し、押圧具２５を下降させることにより当該スピンドル３１ａを下降させる。本実施例では図３に示すように、ロータリーヘッド３０をＲ方向に回転させることにより押圧具２５に対してスピンドル３１を移動させ、押圧具２５の直下にあるスピンドル３１ａを下降させる。ただし、特定位置にあるスピンドル３１ａを選択して下降させる構成はこれに限定されず、押圧具を移動させて下降させるスピンドルを選択するようにしてもよい。

図２に戻って、押圧具２５が連結されたナット２４ｂには、連結バー２６、及びヘッド本体２０に固定的に設けたスプラインシャフト２７に装着されたスプラインナット２８を介して、光ファイバセンサ４０が連結されている。すなわち、光ファイバセンサ４０は押圧具２５と一体的に設けられている。したがって、光ファイバセンサ４０は、Ｚサーボモータ２３の駆動により押圧具２５がＺ方向に移動すると、これと連動してＺ方向に移動する。その様子を図４に示す。図４（ａ）はスピンドル３１ａが初期位置にある状態を示し、図４（ｂ）は図２に示す押圧具２５によってスピンドル３１ａを下降させた状態を示す。 なお、スピンドル３１は２つのコイルばねからなる弾発体３３（図２参照））によって常に上方の初期位置に向けて付勢されている。

光ファイバセンサ４０は、発光部及び受光部が光ファイバとともに組み込まれたもので、その構成自体は周知である。本実施例において光ファイバセンサ４０は図２に示すように、スピンドル３１の下端にコイルばね３４（弾性体）を介して装着されたノズル３２の斜め上方に配置されている。そして、光ファイバセンサ４０の発光部は、図５に拡大して示すノズル３２の外周上面の反射面３２ａに向けて斜め下向きに光Ｐを発する。その光Ｐは光ファイバセンサ４０の受光部で受光される。

ここで、ノズル３２は上述のとおり、スピンドル３１の下端にコイルばね３４を介して装着されている。したがって、スピンドル３１の下降によりその下端のノズル３２が着地すると、コイルばね３４が圧縮されてスピンドル３１に対するノズル３２の上下方向の位置が変化する。具体的にはノズル３２がスピンドル３１の下端側に向けて相対的に移動する。

一方、光ファイバセンサ４０の発光部から発せされる光Ｐは、図２に示すレンズ４１によって、ノズル３２が着地していない初期状態のときの反射面３２に焦点が合せられている。したがって、ノズル３２が着地してその上下方向の位置が変化すると、反射面３２で反射される反射光の量が減少し、光ファイバセンサ４０の受光部で受光する受光量が減少する。本実施例では、この受光量の減少を光ファイバセンサ４０のセンサ部４２で検知する。そして、センサ部４２は受光量が所定量減少したときにノズル３２が着地したと判断し、着地検知信号を発する。本実施例では以下の条件を満たしたときに、受光量が所定量減少したと判定し、着地検知信号を発する。

すなわち、受光量は図６に示すようにゆらぎながら推移するが、ノズル３２が着地すると急激に減少する。そこで本実施例では、センサ部４２で受光量を連続的に計測するとともにその受光量（ｆ（ｔ））の時間変化率（ｄｆ（ｔ）／ｄｔ）を求め、受光量（ｆ（ｔ））が閾値Ａ以下、かつ時間変化率（ｄｆ（ｔ）／ｄｔ）の絶対値が閾値Ｂ以上であるときに、着地検知信号を発するようにしている。これにより、受光量のゆらぎによって誤って着地検知信号が発せられることを防止できる。閾値Ａ，Ｂは、実際の受光量のゆらぎの程度に応じて適宜決定される。本実施例では、ノズル３２の反射面３２に梨地加工を施すことで、上述した受光量のゆらぎを抑えるようにしている。

また、本実施例において、光ファイバセンサ４０の発光部から発せされる光Ｐの向きは下向きの４５度に設定している。光Ｐの向きを下向きとすることで、光ファイバセンサ４０をノズル３２の真横ではなく上方に配置することができるので、光ファイバセンサ４０がノズル３２の着地動作に悪影響を及ぼすことがなくなる。

以上の構成において、部品保持ヘッド１０を有する表面実装機は、スピンドル３１の下端に装着されたノズル３２により、部品を部品供給部からピックアップし保持してプリント基板上に移送し、プリント基板上の所定位置に実装する。

上記ピックアップ時及び実装時においては、図２で説明したように、保持具２５の直下に位置させたスピンドル３１ａの上端面を押圧具２５が押圧して、そのスピンドル３１ａをＺ方向に下降させる。その後、スピンドル３１ａ先端のノズル３２が着地すると、上述のとおり、コイルばね３４が圧縮されてスピンドル３１ａに対するノズル３２の上下方向の位置が変化し、光ファイバセンサ４０の受光部で受光する受光量が減少する。そして、光ファイバセンサ４０のセンサ部４２が着地検知信号を発する。この着地検知信号は、図２に示す制御部５０に送信される。制御部５０は着地検知信号を受信すると、押圧具２５を下降させるＺサーボモータ２３を停止させる。これにより、ノズル３２の下降ストロークが適切に制御され、ノズル３２が正確に着地する。

図７は、制御部５０によるＺサーボモータ２３の制御例を示す。図７には、Ｚサーボモータ２３の駆動によるノズル３２の下降速度と下降ストロークの時間変化を示している。下降ストロークの設計値は８ｍｍである。

図７に示すように、制御部５０は、下降初期は下降速度を大きくし、その後、ストロークが３ｍｍ（第１の高さ位置）になったら下降速度を漸次低下させ、更にストロークが６．７ｍｍ（第２の高さ位置）になったら下降速度が一定となるようにＺサーボモータ２３を制御する。そして、ノズル３２が着地して光ファイバセンサ４０から着地検知信号を受信すると、制御部５０はＺサーボモータ２３を停止させる。図７では、ノズル３２が着地するまで実際の下降ストロークが設計値どおりの８ｍｍの場合と、設計値（８ｍｍ）より大きかった場合（９ｍｍ）と小さかった場合（７ｍｍ）の３パターンを示しているが、いずれの場合も下降ストロークは適切に制御され、ノズル３２は正確に着地する。

なお、実施例において光ファイバセンサ４０のセンサ部４２は制御部５０と別個に設けたが、センサ部４２の機能を制御部５０に組み込むこともできる。また、実施例では、ノズル３２の着地を検知する非接触センサとして光ファイバセンサ４０を使用したが、磁気センサ等の他の非接触センサを使用することもできる。

また、本発明はロータリーヘッド式以外の部品保持ヘッドにも適用可能である。

１０ 部品保持ヘッド
２０ ヘッド本体
２１ Ｒサーボモータ
２２ Ｔサーボモータ
２３ Ｚサーボモータ（下降手段）
２４ ボールねじ機構
２４ａ ねじ軸
２４ｂ ナット
２５ 押圧具
２６ 連結バー
２７ スプラインシャフト
２８ スプラインナット
３０ ロータリーヘッド
３１，３１ａ スピンドル
３２ ノズル（保持具）
３２ａ 反射面
３３ 弾発体
３４ コイルばね（弾性体）
４０ 光ファイバセンサ
４１ レンズ
４２ センサ部
５０ 制御部

Claims (8)

1. 複数本のスピンドルと、これらのスピンドルを軸線方向に沿ったＺ方向に下降させる１個の押圧具と備え、前記複数本のスピンドルの下端には部品を保持する保持具が弾性体を介して装着され、前記押圧具に対して前記複数本のスピンドルを相対的に移動させることにより下降させるスピンドルを選択し、前記押圧具を下降させることにより当該スピンドルを下降させる表面実装機の部品保持ヘッドにおいて、
   前記スピンドルの下降によりその下端の保持具が着地し前記弾性体が圧縮されて当該保持具の当該スピンドルに対する上下方向の位置が変化したことを非接触式で検知して着地検知信号を発する非接触センサを、前記押圧具と一体的に設けたことを特徴とする表面実装機の部品保持ヘッド。
2. 前記押圧具を下降させる下降手段を制御する制御部を更に備え、前記制御部は前記着地検知信号を受信したときに前記下降手段を停止させる請求項１に記載の表面実装機の部品保持ヘッド。
3. 前記制御部は、前記保持具が第１の高さ位置から着地前の第２の高さ位置に至るまでは下降速度が漸次低下し、前記保持具が前記第２の高さ位置に達したら下降速度が一定となるように、前記下降手段を制御する請求項２に記載の表面実装機の部品保持ヘッド。
4. 前記非接触センサは、前記保持具の外周の反射面に向けて光を発する発光部と、前記反射面で反射された反射光を受ける受光部と、前記反射光の受光量を計測してその受光量が所定量減少したときに前記着地検知信号を発するセンサ部とを有する請求項１〜３のいずれかに記載の表面実装機の部品保持ヘッド。
5. 前記センサ部は、前記反射光の受光量を連続的に計測するとともにその受光量の時間変化率を求め、前記受光量が閾値Ａ以下、かつ前記時間変化率の絶対値が閾値Ｂ以上であるときに、前記着地検知信号を発する請求項４に記載の表面実装機の部品保持ヘッド。
6. 前記発光部から発せられる光の向きが、斜め下向きである請求項４又は５に記載の表面実装機の部品保持ヘッド。
7. 前記非接触センサは、発光部及び受光部が光ファイバとともに組み込まれた光ファイバセンサである請求項４〜６のいずれかに記載の表面実装機の部品保持ヘッド。
8. 前記複数本のスピンドルは、ヘッド本体に垂直軸周りのＲ方向に回転可能に取り付けられたロータリーヘッドの周方向に沿って配置され、前記押圧具は、前記ヘッド本体に配置された請求項１〜７のいずれかに記載の表面実装機の部品保持ヘッド。