JP2015095575A

JP2015095575A - 電子部品実装装置及び電子部品実装方法

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Publication number: JP2015095575A
Application number: JP2013234698A
Authority: JP
Inventors: 渡邊　英明; Hideaki Watanabe; 英明渡邊; 今福　茂樹; Shigeki Imafuku; 茂樹今福; 小山　利幸; Toshiyuki Koyama; 利幸小山
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-11-13
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2015-05-18
Anticipated expiration: 2033-11-13
Also published as: US9867320B2; JP6019410B2; US20150128411A1; CN104640433B; CN104640433A

Abstract

【課題】電子部品のサイズや形状に対する汎用性を高めて運用コストの面で改善された電子部品実装装置及び電子部品実装方法を提供することを目的とする。
【解決手段】電子部品３が有する複数のリード３ａのうちの１本をチャックする第１チャック３２Ａ、他の１本のリード３ａをチャックする第２チャック３２Ｂ及び第１チャック３２Ａと第２チャック３２Ｂの相対的な位置を変更する位置調整機構３１Ｃを有して電子部品３を保持する搭載ヘッド２１と、搭載ヘッド２１を移動させて搭載ヘッド２１により保持された電子部品３のリード３ａをそれぞれ基板２に設けられたリード挿入孔２ａに挿入させる搭載ヘッド移動機構２２を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の基板挿入型のリードを有する電子部品を基板に搭載する電子部品実装装置及び電子部品実装方法に関するものである。

複数の基板挿入型のリードを有する電子部品を基板に搭載する電子部品実装装置は、従来、チャック部材により電子部品の本体部（ボディ部）を把持した搭載ヘッドを移動させ、電子部品が備えるリードをそれぞれ基板に設けられたリード挿入孔に挿入するようになっている（例えば、特許文献１）。

特開２０００−２６１１９４号公報

しかしながら、従来の電子部品実装装置のチャック手段は部品のサイズや形状の違いに対する汎用性が極めて低いので単一のチャック手段で対応できる電子部品の種類が限られる。特に異形部品と呼ばれる電子部品はサイズや形状が規格化されていないので、これらを対象とする電子部品実装装置では電子部品ごとに専用のチャック手段を準備する必要があった。このため、異形部品を取り扱う実装ラインでは運用コストの面で異形部品専用の電子部品実装装置の導入が進まず、未だ人手による作業に依存しているという問題点があった。

そこで本発明は、電子部品のサイズや形状に対する汎用性を高めて運用コストの面で改善された電子部品実装装置及び電子部品実装方法を提供することを目的とする。

本発明の電子部品実装装置は、複数の基板挿入型のリードを有する電子部品を基板に搭載する電子部品実装装置であって、前記電子部品が有する前記複数のリードのうちの１本をチャックする第１のチャック手段、他の１本のリードをチャックする第２のチャック手段及び前記第１のチャック手段と前記第２のチャック手段の相対的な位置を変更する位置調整手段を有して前記電子部品を保持する搭載ヘッドと、前記搭載ヘッドを移動させて前記搭載ヘッドにより保持された前記電子部品の前記リードをそれぞれ前記基板に設けられたリード挿入孔に挿入する搭載ヘッド移動手段とを備えた。

本発明の電子部品実装方法は、複数の基板挿入型のリードを有する電子部品を基板に搭載する電子部品実装方法であって、前記電子部品が有する前記複数のリードのうちの１本を第１のチャック手段によりチャックするとともに他の１本を第２のチャック手段によりチャックして前記電子部品を保持する保持工程と、前記保持工程で保持した前記電子部品の前記リードをそれぞれ前記基板に設けられたリード挿入孔に挿入する挿入工程とを含む。

本発明によれば、電子部品のサイズや形状に対する汎用性を高めて運用コストを大幅に改善することができる。

本発明の一実施の形態における電子部品実装装置の斜視図本発明の一実施の形態における電子部品実装装置が備える搭載ヘッドを電子部品及び基板とともに示す斜視図本発明の一実施の形態における搭載ヘッドの斜視図本発明の一実施の形態における搭載ヘッドの部分拡大正面図本発明の一実施の形態における搭載ヘッドの部分拡大斜視図本発明の一実施の形態における電子部品実装装置の制御系統を示すブロック図（ａ）〜（ｈ）本発明の一実施の形態における搭載ヘッドによる基板への電子部品の搭載作業の実行手順を示す図本発明の一実施の形態における搭載ヘッドを電子部品及び基板とともに示す正面図本発明の一実施の形態における搭載ヘッドを電子部品及び基板とともに示す正面図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示す電子部品実装装置１は、基板２に電子部品３を搭載する装置であり、基板２を搬送して所定の作業位置に位置決めする基板搬送コンベア１１と、各種の電子部品３を供給する部品供給部１２と、基板搬送コンベア１１の上方に設けられた部品搭載機構１３と、撮像視野を上方に向けて設置された認識カメラ１４を備えて成る。図２に示すように、電子部品３は下方に延びた複数の基板挿入型のリード３ａを有しており、基板２には各電子部品３が有するリード３ａの配置に応じた複数のリード挿入孔２ａが設けられている。

図１において、部品搭載機構１３は搭載ヘッド２１とこの搭載ヘッド２１を移動させる搭載ヘッド移動機構２２から成る。搭載ヘッド移動機構２２は、図示しない固定物に取り付けられたリンクロッド駆動機構２２ａと、リンクロッド駆動機構２２ａによって駆動される複数のリンクロッド２２ｂと、これら複数のリンクロッド２２ｂによって支持された板状のエンドエフェクタ２２ｃを有して成り、搭載ヘッド２１はエンドエフェクタ２２ｃの下面に取り付けられている。

搭載ヘッド移動機構２２、すなわちリンクロッド駆動機構２２ａ、リンクロッド２２ｂ、エンドエフェクタ２２ｃはいわゆるパラレルリンクロボットを構成しており、リンクロッド駆動機構２２ａによりリンクロッド２２ｂを駆動することにより、エンドエフェクタ２２ｃに取り付けられた搭載ヘッド２１のＸＹＺ方向への移動並びにＸＹＺの各軸を中心とした回転方向の向きを自在にコントロールすることができる。本実施の形態では、リンクロッド駆動機構２２ａ、リンクロッド２２ｂ及びエンドエフェクタ２２ｃで構成される搭載ヘッド移動機構２２（パラレルリンクロボット）が搭載ヘッド移動手段を構成する。

図２、図３及び図４において、搭載ヘッド２１は、エンドエフェクタ２２ｃの下面に固定されたベース体３１、ベース体３１から下方に延びるとともに横方向に並んで設けられた２つのチャック３２（第１チャック３２Ａと第２チャック３２Ｂ）及びベース体３１に設けられたプッシャー３３を備えて成る。各チャック３２は２つのチャック３２が並んで設けられた方向と同じ横方向に並んで設けられた固定チャック部材４１と可動チャック部材４２から成る。プッシャー３３はピストンロッド３３Ｒの下端に押圧パッド３３Ｐが取り付けられた空圧シリンダ３３ａから成り、空圧シリンダ３３ａが作動することでピストンロッド３３Ｒを下方へ進出させる動作（進出動作）とピストンロッド３３Ｒを上方に退入させる動作（退入動作）を行う。以下、説明の便宜上、固定チャック部材４１と可動チャック部材４２が並んでいる方向を搭載ヘッド２１におけるＸ軸方向とする。また、Ｘ軸方向と直交する水平面内方向をＹ軸方向とし、上下方向をＺ軸方向とする。

図５において、各チャック３２を構成する固定チャック部材４１と可動チャック部材４２はそれぞれＬ字状の部材から成り、ベース体３１から下方に延びた垂直部５１と、垂直部５１の下端からＹ軸方向に屈曲して延びて先端に把持部５２ａを有した水平部５２を備えている。図３において、２つのチャック３２（固定チャック部材４１及び可動チャック部材４２）はそれぞれ、ベース体３１の下部に設けられた機構ボックス３１Ｐから延びており、各チャック３２は、機構ボックス３１Ｐに収容されたチャック移動機構３１ＡによってＹ軸方向に移動され（図３中に示す矢印Ａ）、機構ボックス３１Ｐに収容されたチャック開閉機構３１ＢによってＸ軸方向に開閉（可動チャック部材４２が固定チャック部材４１に対してＸ軸方向に移動）される（図３、図４及び図５中に示す矢印Ｂ１，Ｂ２）。本実施の形態では、第１チャック３２Ａ及びそのチャック開閉機構３１Ｂが第１のチャック手段を構成しており、第２チャック３２Ｂ及びそのチャック開閉機構３１Ｂが第２のチャック手段を構成している。

図３及び図４において、プッシャー３３は、ピストンロッド３３Ｒの上下中心軸３３Ｊが搭載ヘッド２１のＸ軸方向の中央付近に位置するように設けられている。２つのチャック３２は、それぞれの固定チャック部材４１がピストンロッド３３Ｒの上下中心軸３３Ｊに対して等間隔となる位置に設けられており、それぞれの可動チャック部材４２は、その把持部５２ａが対応する固定チャック部材４１の把持部５２ａの外側（プッシャー３３のピストンロッド３３Ｒの上下中心軸３３Ｊを基準とした外側）をＸ軸方向に移動するように設けられている。

図３、図４及び図５において、固定チャック部材４１の把持部５２ａと可動チャック部材４２の把持部５２ａとはＸ軸方向に対向しており、可動チャック部材４２の把持部５２ａが固定チャック部材４１の把持部５２ａから離間する方向に移動するとチャック３２は開き（図３、図４及び図５中に示す矢印Ｂ１）、可動チャック部材４２の把持部５２ａが固定チャック部材４１の把持部５２ａに近接する方向に移動するとチャック３２は閉じる（図３、図４及び図５中に示す矢印Ｂ２）。図５に示すように、固定チャック部材４１の把持部５２ａと可動チャック部材４２の把持部５２ａのそれぞれには、Ｖ字型の溝部５２ｍがＺ軸方向に延びて設けられており、これにより電子部品３のリード３ａを確実にチャックできるようになっている。

図３及び図４において、ベース体３１には位置調整機構３１Ｃが収容されている。位置調整機構３１Ｃは、ベース体３１内をＸ軸方向に延びて設けられた駆動軸５４、駆動軸５４の下方を駆動軸５４と平行に設けられたガイド軸５５、伝動ベルト５６を介して駆動軸５４を回転駆動する位置調整モータ５７を備えて成る。駆動軸５４上には互いに逆螺子となる第１の螺子溝５４Ａと第２の螺子溝５４Ｂが並んで形成されている。ガイド軸５５は第１チャック３２Ａの機構ボックス３１Ｐと第２チャック３２Ｂの機構ボックス３１ＰをそれぞれＸ軸方向に貫通しており、第１チャック３２Ａの機構ボックス３１Ｐは第１の螺子溝５４Ａと螺合し、第２チャック３２Ｂは第２の螺子溝５４Ｂと螺合している。このため位置調整モータ５７が作動し、伝動ベルト５６を介して駆動軸５４が回転駆動されると、第１チャック３２Ａの機構ボックス３１Ｐと第２チャック３２Ｂの機構ボックス３１Ｐは互いに離間或いは近接するように駆動軸５４上を移動し、２つのチャック３２の相対的な位置が変更される。すなわち本実施の形態において、位置調整機構３１Ｃは、第１チャック３２Ａと第２チャック３２Ｂの相対的な位置を変更する位置調整手段となっている。

図６において、基板搬送コンベア１１による基板２の搬送及び位置決め動作の制御、部品供給部１２による電子部品３の供給制御及び搭載ヘッド移動機構２２による搭載ヘッド２１の移動制御は、電子部品実装装置１が備える制御装置６０によってなされる。搭載ヘッド２１が備える２つのチャック３２（第１チャック３２Ａ及び第２チャック３２Ｂ）それぞれのＹ軸方向への移動動作は制御装置６０が各チャック３２に対応するチャック移動機構３１Ａの作動制御を行うことによってなされ、２つのチャック３２それぞれの開閉動作は、制御装置６０が各チャック３２に対応するチャック開閉機構３１Ｂの作動制御を行うことによってなされ、２つのチャック３２の相対的な位置の変更動作は、制御装置６０が位置調整機構３１Ｃ（詳細には位置調整モータ５７）の作動制御を行うことによってなされる。また、プッシャー３３の下方への進出動作と上方への退入動作の制御及び認識カメラ１４による撮像動作制御も制御装置６０によってなされる。更に、制御装置６０は、認識カメラ１４で得られた画像データについてリード３ａの認識を行い、搭載ヘッド２１に保持された電子部品３のリード３ａの位置を検出する。本実施の形態では、認識カメラ１４と制御装置６０のリード３ａの位置を検出する機能が認識手段となっている。

図６において、制御装置６０に繋がるデータ記憶部６１（データ記憶手段）には、基板２に搭載される電子部品３ごとに第１チャック３２Ａと第２チャック３２Ｂの相対的な位置関係を定めた位置関係データが記憶されている。制御装置６０は、第１チャック３２Ａ及び第２チャック３２Ｂにより２本のリード３ａをチャックさせる前に、データ記憶部６１に記憶された位置関係データに基づいて位置調整モータ５７を作動させ、２つのチャック３２（第１チャック３２Ａ及び第２チャック３２Ｂ）の相対的な位置を調整することによって、２つのチャック３２により、電子部品３の中央部からほぼ対称の位置にある２本のリード３ａをチャックできるようにする。

このように本実施の形態において、制御装置６０は、搭載ヘッド２１が第１チャック３２Ａにより１本のリード３ａをチャックするとともに第２チャック３２Ｂにより他の１本のリード３ａをチャックする前に、データ記憶部６１に記憶されたデータ（位置関係データ）に基づいて位置調整機構３１Ｃを作動させることにより、第１チャック３２Ａ及び第２チャック３２Ｂの相対的な位置を調整する位置調整制御手段となっている。

次に、上記構成の電子部品実装装置１による基板２への電子部品３の搭載作業の実行手順（電子部品実装方法）について説明する。制御装置６０は基板搬送コンベア１１、部品供給部１２、搭載ヘッド移動機構２２等の各構成部を作動させて基板２への電子部品３の搭載作業を以下の手順で実行する。

基板２への電子部品３の搭載作業では、基板搬送コンベア１１が作動させて基板２を搬入し、所定の作業位置に位置決めする。そして、部品供給部１２が電子部品３の供給を行い、搭載ヘッド２１が部品供給部１２の上方に移動したうえで、チャック３２により電子部品３を保持する。

搭載ヘッド２１が電子部品３を保持するときは、先ず、電子部品３のリード３ａの並ぶ方向と直交する方向から電子部品３に近接し（図７（ａ）中に示す矢印Ｃ１）、電子部品３の上方にプッシャー３３を位置させる（図７（ａ））。そして、チャック３２を電子部品３に近接する側へ移動させつつ（図７（ｂ）中に示す矢印Ａ１）、電子部品３が有する複数のリード３ａのうちの１本を第１チャック３２Ａによりチャックするとともに、他の１本を第２チャック３２Ｂによりチャックして電子部品３を保持する（図７（ｂ）。保持工程）。

上記保持工程において、搭載ヘッド２１は、制御装置６０が前述のデータ記憶部６１に記憶された位置関係データに基づいて送る制御信号に従って、２つのチャック３２（第１チャック３２Ａ及び第２チャック３２Ｂ）により、電子部品３の中央部（リード３ａの並び方向の中央部）からほぼ対称の位置にある２本のリードをチャックする。前述のように、プッシャー３３のピストンロッド３３Ｒは２つのチャック３２の中間の位置に設けられているので、２つのチャック３２により電子部品３の中央部からほぼ対称の位置にある２本のリード３ａをチャックした状態において、プッシャー３３を電子部品３の中央部の上方に位置させることができる。図８はリード３ａの数が２本である電子部品３を搭載ヘッド２１が保持した状態を示しており、図９はリード３ａの数が３本以上（ここでは５本）である電子部品３を搭載ヘッド２１が保持した状態を示している。

上記電子部品３の保持方法は、電子部品３のサイズや形状が変わっても基板挿入型のリード３ａの形状はあまり変化しないことに着目し、電子部品３が有する複数のリード３ａのうちの２本を２つのチャック３２によりチャックすれば電子部品３を確実に保持できることによっている。なお、図８及び図９に示すように、上記保持工程において、電子部品３の中央部から最も離れた位置にある２本のリード３ａを２つのチャック３２によってチャックするようにすれば、チャック３２を開いた状態の固定チャック部材４１と可動チャック部材４２との間隔が隣接するリード３ａの間隔に比べて大きい場合であってもリード３ａをチャックすることができる。

搭載ヘッド２１は、２つのチャック３２によって電子部品３を保持したら、電子部品３を認識カメラ１４の上方に位置させる（図７（ｃ））。そして、認識カメラ１４は電子部品３のリード３ａを撮像し、その撮像で得た画像データを制御装置６０へ送る。制御装置６０は画像データより保持工程で保持した電子部品３の各リード３ａの認識を行う（認識工程）。ここで制御装置６０は、電子部品３が有する全てのリード３ａの画像認識を行ってその位置を把握するが、チャック３２によりチャックされたリード３ａの位置はそのリード３ａをチャックしたチャック３２の位置から把握できることから、認識工程では、チャック３２によりチャックしたリード３ａ以外の他のリード３ａのみを認識して位置を把握するようにしてもよい。これにより電子部品３が有する各リード３ａの位置の把握に要する処理時間を短縮化することができる。

制御装置６０は、認識工程で把握したリード３ａの位置に基づいて搭載ヘッド移動機構２２を作動させ、電子部品３のリード３ａをリード挿入孔２ａに挿入する動作を実行させる。すなわち、搭載ヘッド２１は電子部品３のリード３ａをそれぞれ基板２に設けられた対応するリード挿入孔２ａの上方に位置決めするとともに（位置決め工程）、基板２側へ移動して、各リード３ａの先端をリード挿入孔２ａへ挿入する（挿入工程。図７（ｄ））。その後、プッシャー３３はピストンロッド３３Ｒを下方に進出させ、押圧パッド３３Ｐにより電子部品３を基板２に向けて押圧する（図７（ｅ）中に示す矢印Ｄ１）。これにより電子部品３のリード３ａはそれぞれリード挿入孔２ａに押し込まれる（押圧工程）。このときリード３ａはチャック３２に設けられた前述の溝部５２ｍに沿って下方にスライドする。

プッシャー３３による押圧工程と並行してチャック３２は電子部品３と基板２の間から退避する。具体的には、チャック３２は、プッシャー３３が電子部品３を押圧したタイミングから少し遅れて開き、その後、電子部品３から離間する方向へ移動する（図７（ｆ）中に示す矢印Ａ２）。チャック３２が退避した後もプッシャー３３はリード３ａの押し込み（図７（ｆ）中に示す矢印Ｄ２）を継続し、所望の深さまでリード３ａをリード挿入孔２ａに押し込む。

プッシャー３３は、上記のようにしてリード３ａをリード挿入孔２ａに押し込んだら（図７（ｇ））、ピストンロッド３３Ｒを上方に退入させて電子部品３から離間させる（図７（ｈ）中に示す矢印Ｄ３）。これにより基板２に対する電子部品３の搭載が終了する（図７（ｈ））。このように本実施の形態において、プッシャー３３は、リード３ａがリード挿入孔２ａに挿入された電子部品３を基板２側に押圧する押圧手段となっている。

以上説明したように、本実施の形態における電子部品実装装置１（電子部品実装方法）では、電子部品３のサイズや形状が変わっても基板挿入型のリード３ａの形状はあまり変化しないことに着目し、電子部品３が有する複数のリード３ａのうちの２本をチャック３２によりチャックして電子部品３を保持するようにしている。このため、電子部品３をそのサイズや形状によらず保持することができ、電子部品実装装置１の汎用性を高めて運用コストを大幅に改善することができる。

電子部品のサイズや形状に対する汎用性を高めて運用コストの面で改善された電子部品実装装置及び電子部品実装方法を提供する。

１電子部品実装装置
２基板
２ａリード挿入孔
３電子部品
３ａリード
２１搭載ヘッド
２２搭載ヘッド移動機構
３１Ｂチャック開閉機構
３１Ｃ位置調整機構
３２Ａ第１チャック
３２Ｂ第２チャック
３３プッシャー
６０制御装置
６１データ記憶部

Claims

複数の基板挿入型のリードを有する電子部品を基板に搭載する電子部品実装装置であって、
前記電子部品が有する前記複数のリードのうちの１本をチャックする第１のチャック手段、他の１本のリードをチャックする第２のチャック手段及び前記第１のチャック手段と前記第２のチャック手段の相対的な位置を変更する位置調整手段を有して前記電子部品を保持する搭載ヘッドと、
前記搭載ヘッドを移動させて前記搭載ヘッドにより保持された前記電子部品の前記リードをそれぞれ前記基板に設けられたリード挿入孔に挿入する搭載ヘッド移動手段とを備えたことを特徴とする電子部品実装装置。
前記電子部品ごとに前記第１のチャック手段と前記第２のチャック手段の相対的な位置関係を定めたデータを記憶するデータ記憶手段と、前記データ記憶手段に記憶された前記データに基づいて前記位置調整手段を作動させることにより、前記第１のチャック手段及び前記第２のチャック手段の相対的な位置を調整する位置調整制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電子部品実装装置。
前記搭載ヘッドに、前記リードが前記リード挿入孔に挿入された前記電子部品を前記基板側に押圧する押圧手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品実装装置。
複数の基板挿入型のリードを有する電子部品を基板に搭載する電子部品実装方法であって、
前記電子部品が有する前記複数のリードのうちの１本を第１のチャック手段によりチャックするとともに他の１本を第２のチャック手段によりチャックして前記電子部品を保持する保持工程と、
前記保持工程で保持した前記電子部品の前記リードをそれぞれ前記基板に設けられたリード挿入孔に挿入する挿入工程とを含むことを特徴とする電子部品実装方法。
前記電子部品ごとに前記第１のチャック手段と前記第２のチャック手段の相対的な位置関係を定めたデータを記憶し、前記保持工程において、前記第１のチャック手段と前記第２のチャック手段が前記リードをチャックする前に、前記記憶した前記データに基づいて、前記第１のチャック手段及び前記第２のチャック手段の相対的な位置を調整することを特徴とする請求項４に記載の電子部品実装方法。
前記挿入工程で前記リードが前記リード挿入孔に挿入された前記電子部品を前記基板側に押圧する押圧工程を含むことを特徴とする請求項４又は５に記載の電子部品実装方法。