JP2017163076A

JP2017163076A - 電子部品実装装置および電子部品の実装方法

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Publication number: JP2017163076A
Application number: JP2016048099A
Authority: JP
Inventors: 和範平田; Kazunori Hirata; 友希男岩▲崎▼; Yukio Iwasaki
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2016-03-11
Filing date: 2016-03-11
Publication date: 2017-09-14
Anticipated expiration: 2036-03-11
Also published as: CN108781528B; TWI647982B; US20190373781A1; JP6738621B2; KR20180118779A; WO2017155094A1; EP3429328A4; CN108781528A; TW201811159A; EP3429328A1

Abstract

【課題】電子回路基板の挿入孔にリード線をより簡単かつより確実に挿入することができる電子部品実装装置を提供する。
【解決手段】電子部品実装装置１０は、リード線３１を有する電子部品３０の把持する把持部２９と、前記把持部２９により把持された前記電子部品３０を、挿入孔４１が設けられた基板４０上に搬送する搬送部と、前記基板４０上で前記把持部２９による把持が解除された前記電子部品３０と、前記基板４０とを相対的に揺動する揺動部と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品のリード線を電子回路基板の挿入孔に挿入して、電子部品を電子回路基板に実装する電子部品実装装置および電子部品の実装方法に関する。

従来、電子部品のリード線を電子回路基板の挿入孔に挿入して、電子部品を電子回路基板に実装している。このリード線が曲がっている場合などにリード線を挿入孔に挿入できない不具合がある。

これに対し、たとえば、特許文献１の電子部品の実装装置では、リード端子を有する電子部品のパッケージを、弾性材の保持手段により保持している。そして、保持手段をバネ材で支持しながらリード端子の配列方向へ揺動せしめつつ、プリント基板の方向へ進出せしめて、リード端子をプリント基板のスルーホールへ挿入している。

また、特許文献２の部品挿入装置では、挿入部品をチャックで保持し、そのリ−ド端子をプリント基板の挿入穴に挿入する。このとき、リ−ド端子の挿入穴への挿入不良が検知されると、チャックを振動させながら、リード端子を挿入穴に挿入する。

特開平７−１０６７９７号公報特開平５−２９１７９６号公報

特許文献１および２のいずれにおいても、リード端子を有する電子部品または挿入部品を保持して、揺動または振動しながら、リード端子をスルーホールまたは挿入穴へ挿入している。このため、リード端子を揺動または振動すると共に、リード端子を下方へ付勢している。この際、リード端子がスルーホールまたは挿入穴からずれていると、リード端子が変形してしまう。

このため、特許文献１の電子部品の実装装置では、保持手段が弾性材で構成されたり、保持手段をバネ材で支持したりしている。これにより、保持手段を弾性変形させているが、保持手段が斜めに傾き、リード端子の挿入が困難になることがある。また、特許文献２の部品挿入装置では、挿入不良を検知しながら、チャックを振動させており、制御が煩雑である。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、電子回路基板の挿入孔にリード線をより簡単かつより確実に挿入することができる電子部品実装装置および電子部品の実装方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明のある形態に係る電子部品実装装置は、リード線を有する電子部品の把持する把持部と、前記把持部により把持された前記電子部品を、挿入孔が設けられた基板上に搬送する搬送部と、前記基板上で前記把持部による把持が解除された前記電子部品と、前記基板とを相対的に揺動する揺動部と、を備えている。

この構成によれば、把持部による電子部品の把持を解除して、電子部品を基板上で自立した状態で、電子部品と基板とを相対的に揺動する。これにより、電子部品のリード線が電子回路基板の挿入孔に位置すれば、電子部品の自重によりリード線は挿入孔に挿入される。よって、電子回路基板の挿入孔にリード線をより簡単かつより確実に挿入することができる。

この電子部品実装装置は、前記電子部品の高さを検出する位置センサをさらに備えていてもよい。これによれば、電子部品の高さによりリード線が挿入孔に挿入されたか否かを判定することができる。

また、電子部品実装装置では、前記把持部は、前記リード線が延びる方向に平行であって互いに対向する一対の面と、前記一対の面に対して互いに直交する別の一対の面を有し前記一対の面および前記別の一対の面が、前記把持部による把持が解除された前記電子部品を取り囲んだ状態で、前記揺動部は前記把持部を揺動してもよい。このとき、前記把持部による把持が解除された前記電子部品の外面と前記一対の面および前記別の一対の面との間に間隔が設けられてもよい。これにより、電子部品の把持を解除した把持部により電子部品を揺動することができる。そして、挿入孔に対してリード線を移動させ、リード線を挿入孔に挿入することができる。

さらに、電子部品実装装置は、前記基板を載置する載置部をさらに備え、前記揺動部は前記載置部を揺動してもよい。これにより、リード線に対して挿入孔を移動させ、リード線を挿入孔に挿入することができる。

また、ある形態に係る電子部品の実装方法では、リード線を有する電子部品を把持し、前記電子部品を挿入孔が設けられた基板上に搬送し、前記基板上で前記電子部品の把持を解除し、前記電子部品と前記基板とを相対的に揺動する。

本発明は、以上に説明した構成を有し、電子回路基板の挿入孔にリード線をより簡単かつより確実に挿入することができるという効果を奏する。

図１は、実施形態１に係る電子部品実装装置を適用したロボットの一例の全体的な構成を概略的に示す平面図である。図２は、図１のロボットを示す斜視図である。図３は、図１のロボットの制御装置の構成を概略的に示す機能ブロック図である。図４Ａは、把持部により電子部品を把持した状態を概略的に示す断面図であり、図４Ｂは、把持部による電子部品の把持を解除した状態を概略的に示す断面図であり、図４Ｃは、電子部品のリード線が電子回路基板の挿入孔に挿入された状態を概略的に示す断面図である。図５は、実施形態２に係る電子部品実装装置の把持部を概略的に示す断面図である。図６Ａは、把持部の別の例を示す断面図であり、図６Ｂは、把持部のさらに別の例を示す斜視図である。

以下、好ましい実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一または相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状および寸法比等については正確な表示ではない場合がある。さらに、一対のアームを広げた方向を左右方向と称し、基軸の軸心に平行な方向を上下方向と称し、左右方向および上下方向に直交する方向を前後方向と称する。

（実施形態１）
本実施形態に係る電子部品実装装置１０は、電子部品のリード線を電子回路基板（以下、「基板」と称する。）の挿入孔に挿入し、電子部品を基板に実装する装置である。図１〜図３に示すロボット１１に本発明に係る電子部品実装装置１０を適用した場合について説明する。ただし、電子部品実装装置１０はロボット１１に適用される場合に限定されない。また、このロボット１１について、水平多関節型双腕ロボットを説明するが、水平多関節型・垂直多関節型などのロボットを採用することができる。

ロボット１１は、図１に示すように、台車１２と、台車１２に支持された一対のロボットアーム（以下、単に「アーム」と記載する場合がある）１３、１３と、台車１２内に収納された制御装置１４とを備えている。各アーム１３は、水平多関節型ロボットアームであって、アーム部１５とリスト部１７とハンド部１８、１９とを備えている。

アーム部１５は、電子部品を基板上に搬送する搬送部、および、電子部品を揺動する揺動部でとして機能する。本例では、アーム部１５が第１リンク１５ａおよび第２リンク１５ｂとで構成されている。なお、左右のアーム１３、１３は、ハンド部１８、１９を除いて実質的に同じ構造であり、左右のハンド部１８、１９は、同じ構成のものでもよいし異なる構成のものでもよい。また、左右のアーム１３、１３は、独立して動作したり、互いに関連して動作したりすることができる。

アーム部１５の第１リンク１５ａは、台車１２の上面に固定された基軸１６と回転関節により連結され、基軸１６の軸心を通る回転軸線Ｌ１まわりに回動可能である。第２リンク１５ｂは、第１リンク１５ａの先端と回転関節により連結され、第１リンク１５ａの先端に規定された回転軸線Ｌ２まわりに回動可能である。リスト部１７は、第２リンク１５ｂの先端と直動関節により連結され、第２リンク１５ｂに対し昇降移動可能である。ハンド部１８、１９は、リスト部１７と回転関節により連結され、回転軸線まわりに回動可能である。

上記構成の各アーム１３は、各関節に対応する関節軸Ｊ１〜Ｊ４を有する。そして、アーム１３には、各関節軸Ｊ１〜Ｊ４に対応付けられるように、駆動用のサーボモータ（図示せず）、および、そのサーボモータの回転角を検出するエンコーダ（図示せず）等が設けられている。また、２本のアーム１３、１３の第１リンク１５ａ、１５ａの回転軸線Ｌ１は同一直線上にあり、一方のアーム１３の第１リンク１５ａと他方のアーム１３の第１リンク１５ａとは上下に高低差を設けて配置されている。

右ハンド部１８は、図２に示すように、たとえば、基板を移送する移送部により構成されている。また、左ハンド部１９は、電子部品３０を把持する把持部２０を有しており、把持部２０を上下方向に回転移動させる回転部２１をさらに有していてもよい。なお、左ハンド部１９のみが把持部２０を有しているが、右ハンド部１８および左ハンド部１９の少なくともいずれか一方が把持部２０を有していればよい。右ハンド部１８および左ハンド部１９の両方が把持部２０を有している場合、各把持部２０の形状は異なっていてもよい。

この実施形態では、回転部２１は、３つの角が切断された正三角形状の板体である。回転部２１の中心軸は、リスト部１７の関節軸Ｊ４に対して直交する方向に延びる。回転軸には、駆動用のサーボモータ（図示せず）、および、そのサーボモータの回転角を検出するエンコーダ（図示せず）等が設けられている。これにより、回転部２１は、中心軸を中心に時計回りまたは反時計回りに回転し、３つの辺のいずれかが水平になる度に停止する。

この実施形態では、たとえば、６個の把持部２０が回転部２１に設けられている。これらの把持部２０は同じ形状であってもよいし、電子部品３０の形状に合わせて異なっていてもよい。２つずつの把持部２０が互いに間隔を空け隣接して回転部２１の各辺に配置されている。

把持部２０は、下面が開口した箱形状であり、内部空間を有している。このため、把持部２０の内面は、上側面、前側面、後側面、右側面および左側面により構成されている。前側面、後側面、右側面および左側面は、上下方向に平行であって、上側面に垂直に設けられる。前側面および後側面は対向する一対の面であり、右側面および左側面は対向する別の一対の面である。前側面および後側面から構成される一対の面は、右側面および左側面から構成される別の一対の面と直交している。把持部２０は、回転部２１の中心から離れる方向に開口している。これにより、回転部２１により把持部２０が回転されて、把持部２０が下に位置した際に、開口が下に向く。隣接する２つの把持部２０はその下面が一直線上になるように回転部２１に取り付けられている。

把持部２０の内面は、把持部２０の内部空間が電子部品３０より大きくなるように形成されている。また、把持部２０の内部空間には吸着装置が備えられている。たとえば、把持部２０の上側壁部には貫通孔２０ｈ（図４Ａ）が設けられており、この上側壁部の内面（上側面）には貫通孔２０ｈを囲むように吸着パッド２２（図４Ａ）が設けられている。台車１２などに吸引ポンプ２３が設けられており、貫通孔２０ｈと吸引ポンプ２３とが配管（図示せず）により接続されている。配管には開閉弁（図示せず）が設けられていている。

制御装置１４は、図３に示すように、ＣＰＵ等の演算部１４ａと、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部１４ｂと、サーボ制御部１４ｃと、を備える。制御装置１４は、例えばマイクロコントローラ等のコンピュータを備えたロボットコントローラである。なお、制御装置１４は、集中制御する単独の制御装置１４によって構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御する複数の制御装置１４によって構成されていてもよい。

記憶部１４ｂには、ロボットコントローラとしての基本プログラム、各種固定データ等の情報が記憶されている。演算部１４ａは、記憶部１４ｂに記憶された基本プログラム等のソフトウェアを読み出して実行することにより、ロボット１１の各種動作を制御する。すなわち、演算部１４ａは、ロボット１１の制御指令を生成し、これをサーボ制御部１４ｃに出力する。サーボ制御部１４ｃは、演算部１４ａにより生成された制御指令に基づいて、ロボット１１の各アーム１３の関節軸Ｊ１〜Ｊ４に対応するサーボモータの駆動を制御するように構成されている。

次に、上記構成のロボット１１による電子部品３０を基板４０に実装する方法について図２および図４Ａ〜図４Ｃを参照して説明する。この方法は制御装置１４により制御されている。なお、６個の把持部２０のうちの１個の把持部２０について説明する。他の把持部２０についてもこれと同様であるため、その説明を省略する。

図２に示すように、ロボット１１の前には、電子部品３０が配置された作業台３２、および、基板４０が移送されるベルトコンベア３３が設けられている。作業台３２の電子部品３０はリード線３１を下にして配置されている。ベルトコンベア３３は左右方向に延び、前後方向に並べて配置された２つの基板４０がベルトコンベア３３により左から右に運ばれる。

まず、ロボット１１は左ハンド部１９を基板４０の左端に当て右側に移動させ、ベルトコンベア３３の間にある載置部２４に基板４０を載置させる。載置部２４は、ベルトコンベア３３より少し高くなっており、載置部２４に載置された基板４０は、ロボット１１の前で停止する。

ロボット１１は左アーム部１５を前方へ動かし、把持部２０を作業台３２に移動させる。そして、吸引ポンプ２３を動作させ、下に位置している把持部２０の開閉弁を開く。これにより、図４Ａに示すように、作業台３２の電子部品３０が把持部２０の中に吸引される。この際、把持部２０の内部空間が電子部品３０より大きいため、把持部２０の内部空間の中に電子部品３０が嵌められると、把持部２０の内面と電子部品３０の外面との間には間隔が設けられる。これにより、電子部品３０は把持部２０の内部空間にスムーズに挿入されて、電子部品３０の上面が吸着パッド２２に吸着され、把持部２０により電子部品３０が把持される。

続いて、他の把持部２０が下になるように、回転部２１を回転させる。そして、同様に、下に位置している把持部２０の開閉弁を開いて、把持部２０は電子部品３０を吸着して把持する。これを所望の数、繰り返す。

ロボット１１は左アーム部１５を後方へ動かし、把持部２０およびこれにより把持されている電子部品３０を基板４０上へ移動させる。この際、隣接する２つの把持部２０が前後方向に並ぶように左ハンド部１９を関節軸Ｊ４を中心に回転させる。これにより、前後に並ぶ基板４０に対して同時または連続して電子部品３０と取り付けることができる。

図４Ｂに示すように、ロボット１１は、下に位置している把持部２０の開閉弁を閉じる。これにより、把持部２０による吸引（把持）が解除され、電子部品３０が把持部２０の内部空間から基板４０上に配置され自立する。ここで、電子部品３０のリード線３１が傾いていると、リード線３１を基板４０の挿入孔４１上に位置させても、リード線３１が挿入孔４１を通らず、リード線３１は基板４０上に載って自立する。

この電子部品３０の上面の高さが把持部２０の下端の高さより高くなるように、把持部２０を位置させる。これにより、電子部品３０の上部は把持部２０の内部空間にまだ嵌っており、把持部２０の４つの内面に間隔を空けて取り囲まれる。このため、左アーム部１５が把持部２０を左右および前後に繰り返し動かし揺動すると、電子部品３０は各内面に押されて左右および前後に基板４０上を移動する。この結果、図４Ｃに示すように、リード線３１の先が基板４０の挿入孔４１に一致すると、把持部２０による電子部品３０の把持が解除されているため、電子部品３０の自重によりリード線３１が挿入孔４１に挿入される。

そして、回転部２１を回転させながら、全ての電子部品３０を基板４０に取り付けると、右ハンド部１８を基板４０の左端に当て右側に移動させる。これにより、基板４０を載置部２４からベルトコンベア３３へ移動させ、基板４０がベルトコンベア３３による搬送される。

上記構成によれば、把持部２０による電子部品３０の把持を解除した後に、電子部品３０を揺動している。これにより、把持部２０による下方への力が電子部品３０に作用しないため、電子部品３０のリード線３１の変形が防がれる。また、リード線３１の先と基板４０の挿入孔４１とが一致すれば、電子部品３０の自重でリード線３１が挿入孔４１に挿入することができる。

さらに、把持部２０は、リード線３１が延びる方向に平行であって互いに対向する一対の面（前側面および後側面）、この一対の面に対して互いに直交する別の一対の面（右側面および左側面）を有している。また、これらの面と電子部品３０の外面との間に間隔が設けられている。これにより、把持部２０による把持が解除された電子部品３０をこれらの面が取り囲んだ状態で、把持部２０を揺動する。これにより、電子部品３０は把持部２０の面に支えられながら、把持部２０の内部空間で揺動することができる。

（実施形態２）
実施形態２に係る電子部品実装装置１０は、図５に示すように、電子部品３０の高さを検出する位置センサ２５をさらに備えている。たとえば、位置センサ２５は、測距センサであって、把持部２０の内部空間において吸引パッドの近傍に配置されている。位置センサ２５は、揺動された電子部品３０までの距離を検出し、検出信号をロボット１１の制御装置１４へ出力する。

把持部２０が揺動されているとき、把持部２０は基板４０から所定の高さに配置されている。このため、この基板４０からの把持部２０の所定の高さと、位置センサ２５により検出された把持部２０から電子部品３０までの高さとの差から、基板４０に対する電子部品３０の高さを検出することができる。また、リード線３１が基板４０の挿入孔４１に挿入されたときの電子部品３０の基板４０からの高さは予め求められている。この高さに基づき閾値が設定される。

よって、把持部２０を揺動している間、または、その直後に、位置センサ２５により電子部品３０の位置を検出する。この検出結果から求めた基板４０に対する電子部品３０の高さが閾値より大きいと、リード線３１が挿入孔４１に挿入されていないと判定する。これにより、把持部２０をさらに揺動することにより、リード線３１を挿入孔４１にさらに確実に挿入することができる。一方、基板４０に対する電子部品３０の高さが閾値以下であると、リード線３１が挿入孔４１に挿入されていると判定する。これにより、把持部２０の揺動を停止する。

なお、上記では、基板４０に対する電子部品３０の高さと閾値とを比較して、リード線３１が挿入孔４１に挿入されたか否かを判定した。これに対し、把持部２０に対する電子部品３０の高さと閾値とを比較して、判定してもよい。

（実施形態３）
上記実施形態１および２に係る電子部品実装装置１０では、アーム部１５が揺動部であって、左アーム部１５は把持部２０により電子部品３０を揺動した。これに対し、揺動部は、電子部品３０と基板４０とを相対的に揺動するものであればよい。たとえば、実施形態３に係る電子部品実装装置１０では、揺動部（図示せず）は載置部２４を揺動する。この場合、揺動部は、載置部２４に設けられており、電子部品３０に対して基板４０を前後および左右に繰り返し移動させる。

（その他の実施形態）
上記全ての実施形態では、下面が開口した箱形状であって吸着装置が設けられた把持部２０が用いられていたが、把持部２０の形状および把持方法はこれに限定されない。たとえば、図６Ａに示すように、第１部材２６および第２部材２７から構成される把持部２８であってもよい。

この把持部２８の第１部材２６は、上下方向に直交する面においてＬ字状に形成されており、角から右側に延びる前側壁部２６ａと、角から後側に延びる左側壁部２６ｂとを有している。第２部材２７は、上下方向に直交する面においてＬ字状に形成されており、角から左側に延びる後側壁部２７ａと、角から前側に延びる右側壁部２７ｂとを有している。

前側壁部２６ａの内面（前側面）と後側壁部２７ａの内面（後側面）とが対向して互いに平行になり、左側壁部２６ｂの内面（左側面）と右側壁部２７ｂの内面（右側面）とが対向して互いに平行になるように、第１部材２６および第２部材２７が配置されている。第１部材２６および第２部材２７ともに、前後方向および左右方向に移動可能である。よって、前側面が電子部品３０の前面に接し、後側面が電子部品３０の後面に接するように、前側壁部２６ａおよび後側壁部２７ａで前後方向に電子部品３０を挟む。また、左側面が電子部品３０の左面に接し、右側面が電子部品３０の右面に接するように、左側壁部２６ｂおよび右側壁部２７ｂで左右方向に電子部品３０を挟む。これにより、把持部２８は電子部品３０を把持することができる。

一方、前側面と後側面との間隔が拡がるように前側壁部２６ａおよび後側壁部２７ａで前後方向に離し、左側面と右側面との間隔が拡がるように左側壁部２６ｂおよび右側壁部２７ｂで左右方向に離す。これにより、把持部２８による電子部品３０の把持が解除される。このとき、電子部品３０の外面と、把持部２８の前側面、後側面、左側面および右側面との間に間隔が設けられる。

また、図６Ｂに示す把持部２９が用いられてもよい。この把持部２９は、十字形状の上側壁部２９ａ、矩形状の前側壁部２９ｂ、後側壁部２９ｃ、左側壁部２９ｄおよび右側壁部２９ｅを有している。前側壁部２９ｂは上側壁部２９ａの前端から下方に延び、後側壁部２９ｃは上側壁部２９ａの後端から下方に延び、左側壁部２９ｄは上側壁部２９ａの左端から下方に延び、右側壁部２９ｅは上側壁部２９ａの右端から下方に延びている。

前側壁部２９ｂの内面（前側面）と後側壁部２９ｃの内面（後側面）とが対向して互いに平行であり、左側壁部２９ｄの内面（左側面）と右側壁部２９ｅの内面（右側面）とが対向して互いに平行である。電子部品３０の外面と、把持部２９の前側面、後側面、左側面および右側面との間に間隔が設けられるように、把持部２９の内部空間が形成されている。

また、上側側面の中央に貫通孔２９ｈが設けられており、この貫通孔２９ｈに吸引ポンプ２３（図１）が配管により接続されている。この配管に設けられた開閉弁を開放することにより電子部品３０が把持部２９に把持され、開閉弁を閉鎖することにより把持部２９による電子部品３０の把持が解除される。

また、上記全ての実施形態では、電子部品３０は３本のリード線３１が設けられていたが、リード線３１の数はこれに限定されず、１本でもよく、それより多くてもよい。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造および／または機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明は、電子回路基板の挿入孔にリード線をより簡単かつより確実に挿入することができる電子部品実装装置および電子部品の実装方法等として有用である。

１０：電子部品実装装置
１１：ロボット
１５：アーム部（搬送部、揺動部）
２０：把持部
２４：載置部
２５：位置センサ

Claims

リード線を有する電子部品の把持する把持部と、
前記把持部により把持された前記電子部品を、挿入孔が設けられた基板上に搬送する搬送部と、
前記基板上で前記把持部による把持が解除された前記電子部品と、前記基板とを相対的に揺動する揺動部と、を備えている、電子部品実装装置。
前記電子部品の高さを検出する位置センサをさらに備えている、請求項１に記載の電子部品実装装置。
前記把持部は、前記リード線が延びる方向に平行であって互いに対向する一対の面と、前記一対の面に対して互いに直交する別の一対の面を有し
前記一対の面および前記別の一対の面が、前記把持部による把持が解除された前記電子部品を取り囲んだ状態で、前記揺動部は前記把持部を揺動する、請求項１または２に記載の電子部品実装装置。
前記把持部による把持が解除された前記電子部品の外面と前記一対の面および前記別の一対の面との間に間隔が設けられている、請求項３に記載の電子部品実装装置。
前記基板を載置する載置部をさらに備え、
前記揺動部は前記載置部を揺動する、請求項１または２に記載の電子部品実装装置。
リード線を有する電子部品を把持し、
前記電子部品を挿入孔が設けられた基板上に搬送し、
前記基板上で前記電子部品の把持を解除し、
前記電子部品と前記基板とを相対的に揺動する、電子部品の実装方法。