JP2019140384A - 押さえ機能を備える部品実装機 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性の高い部品実装機を提供する。【解決手段】部品実装機は、回路基板２を搬送してその回路基板を所定位置で保持するように構成された搬送装置と、部品４を供給するように構成された供給装置と、それぞれがツール回転装置と部品ハンドリングツール２６を有する２台の装着ユニットを含む。部品ハンドリングツールは、基部および基部から下方に延びる突出部位２６４で、その突出部位の第１先端２６６がツール取り付け位置で基部に取り付けられ、またその突出部位の第２先端２６８が、ツール取り付け位置に対して下方向と直交する方向に対してずらして配置された突出部位２６４を含む。部品実装機は、部品ハンドリングツールを部品を回路基板上に挿入するために２箇所の押さえ位置で部品を同時に押すための部品ハンドリングツールを使用する。【選択図】図７

Description

本出願は、部品実装機、より具体的には、回路基板上に部品を装着した後、回路基板上で部品を下方に押すための押さえ機能を備える部品実装機に関するものである。

部品（例えば電気コネクタ、チップ等）を吸着して移送し、さらに回路基板上に装着する部品実装機は、生産性を向上させるためによく用いられる。

特開２０１１−２５３８６９号公報

しかしながら、底面から接続リードが突出するコネクターおよび／または寸法が大きいコネクターなどの特定の種類の部品の場合、部品実装機はコネクターを回路基板に十分に固定できない時が多い。特開２０１１−２５３８６９号公報（“ＪＰ‘８６９”）は、押さえ機能動作中に部品が確実に回路基板に装着されることを保証することを目的とするいくつかの特徴について説明するが、その公開は部品実装機の限定的な機能、とりわけさまざまな種類の部品装着での使用について特定する。

例えば、ＪＰ‘８６９は、それぞれがハンドリングツールを有する２台の装着ユニットで、そのハンドリングツールが例えば大きな部品の２箇所を同時に押したり、または別の方法では一つの部品ハンドリングツールを使って大きな部品を２箇所で交互に押す、装着ユニットついて説明する。

ＪＰ‘８６９に示されるように、従来の部品実装機では、１組の部品ハンドリングツール間の距離（ピッチ）は固定されている。従って、部品を同時に押せる箇所は限定され、その結果として扱うことができる部品の種類は限定される。さらに、２箇所間の距離を変えて同時に２箇所を押すためには、装着ユニットまたは部品ハンドリングツールの取り付け位置を調整する必要があり、これにより装着ユニットの複雑性と設置時間が増加する。

本発明は、回路基板を搬送し、その回路基板を所定位置で保持する搬送装置と、
部品を供給する供給装置と、
２つの装着ユニットを備え、
前記装着ユニットの各々が、ツール回転装置と部品ハンドリングツールとを有し、前記部品ハンドリングツールが基部および基部から下方に延びる突出部位を含み、前記突出部位がツール取り付け位置で基部に取り付けられた第１先端とツール取り付け位置に対して下方向と直交する方向に対してずらして配置された第２先端を含む、部品実装機。

このような構成の結果として、部品ハンドリングツールの第２先端の間の距離（ピッチ）を変えることが可能となる。従って、部品実装機の複雑性を増すことなく２点間の距離（ピッチ）を変えることが可能となる２箇所において同時に押さえ動作を実行することが可能となる。

図１は、本開示の特定の形態による、部品実装機の斜視図である。 図２は、本開示の特定の形態による、２台の装着ユニットを備えるヘッドの斜視図である。 図３は、本開示の特定の形態による、部品実装機の制御回路を示すブロック図である。 図４は、本開示の特定の形態による、部品ハンドリングツールの側面図である。 図５は、本開示の特定の形態による、部品ハンドリングツールの底面図である。 図６は、本開示の特定の形態による、押さえ位置を備えた部品の斜視図である。 図７は、本開示の特定の形態による、部品を押さえる部品ハンドリングツールの側面図である。 図８Ａは、本開示の特定の形態による、第１距離を定める部品ハンドリングツールの底面図である。 図８Ｂは、本開示の特定の形態による、第２距離を定める部品ハンドリングツールの底面図である。 図８Ｃは、本開示の特定の形態による、第３距離を定める部品ハンドリングツールの底面図である。 図９Ａは、本開示の特定の形態による、別の構成における部品実装機の底面図である。 図９Ｂは、本開示の特定の形態による、別の構成における部品実装機の底面図である。 図１０は、本開示の特定の形態による、１つ目の別構成における、部品ハンドリングツールの底面図である。 図１１Ａは、本開示の特定の形態による、２つ目の別構成における、部品ハンドリングツールの側面図である。 図１１Ｂは、本開示の特定の形態による、３つ目の別構成における、部品ハンドリングツールの側面図である。 図１２は、本開示の特定の形態による、ノズル部を備えた部品ハンドリングツールの側面図である。 図１３は、本開示の特定の形態による、部品実装機を制御するように構成された、制御回路のハードウェア構成の概略図である。

本明細書で言及されたすべての刊行物、特許出願、特許、およびその他の文献は、援用によってその全体が本明細に含まれる。また、本明細書で論じられている資料、方法、および実施例は単に例示的なものであって、限定することを意図するものではない。図面では、複数の図を通して、同一の部品または対応する部品には同一の参照番号を付ける。さらに、本明細書で使用する場合、特に明記しない限り、単数を意味する用語は複数の意味を含む。図面は、特に定めのない限り、または概略構造やフローチャートに示さない限り、一般的には一定の縮尺比に従って描かれていない。

図１は、本開示の特定の形態による、部品実装機１の斜視図である。部品実装機１は、部品を回路基板２上に装着し、また、ＸＹロボット１０、ヘッド２０、コンベア３０、カメラ４０、供給装置５０などを備える。さらに、部品実装機１は、表面実装（ＳＭＴ）機などの装置や、アキシャル部品およびラジアル部品などの部品を挿入する挿入機も含むことができる。

図２は、本開示の特定の形態による、ヘッド２０の斜視図である。ヘッド２０は、ＸＹロボット１０に取り付けられ、ＸＹロボット１０によってＸ方向およびＹ方向（図示する通り）に移動される。図２に示すように、ヘッド２０は、２組の装着ユニット２２、ツール回転装置２４、およびＺ軸モーター２８を備える。各装着ユニット２２は、部品ハンドリングツール２６を有する。ツール回転装置２４は、部品ハンドリングツール２６を回転させ、また、Ｚ軸モーター２８は部品ハンドリングツール２６を垂直方向（図１に示すＺ方向）に移動させる。

図３は、本開示の特定の形態による、部品実装機１の制御回路１００を示すブロック図である。図３に示すように、ＸＹロボット１０は、ＸＹロボット１０を動かすためのＸ軸モーター１２とＹ軸モーター１４を有する。ツール回転装置２４は、部品ハンドリングツール２６を回転させる。部品実装機１は、通常、部品を装着または挿入する前に部品の向きを補正するためのツール回転装置２４を備える。この場合、ツール回転装置２４は、押さえ動作（詳細は以下に説明する）の前に、部品ハンドリングツール２６を回転させるためにも使用される。

供給装置５０は、テープフィーダーとしてここに示されるフィーダー５２を含むが、トレーフィーダー、アキシャルフィーダー、ラジアルフィーダー、スティックフィーダーなど、その他の部品フィーダーも含むことができる。

部品実装機１は、データ管理部１０２および処理回路１０４を含む、制御回路１００も備える。制御回路１００は、一般的なコンピュータで構成しても良い。

図４と図５は、本開示の特定の形態による、部品ハンドリングツール２６の側面図および底面図である。部品ハンドリングツール２６は、基部２６２、第１先端２６６、および第２先端２６８を有する。部品ハンドリングツール２６は、部品を回路基板上に装着する多目的作業ツールである。その目的は、部品を吸着し、部品を移送し、部品を回路基板上に装着または挿入し、さらに装着または挿入完了後に部品を回路基板に押し込むことも含む。部品ハンドリングツール２６は、例えば、吸引力で部品を吸着して回路基板上に装着する吸着ノズルや、部品を側面から把持することで部品を吸着して回路基板上に装着するクランプツールや、部品が装着または挿入された後、部品を押す押さえツールなどでも良い。

図４と５に示すように、突出部位２６４は、基部２６２から下方に突出している。突出部位２６４の第１先端２６６は、ツール取り付け位置で基部２６２に取り付けられている。突出部位２６４は、第１先端２６６と第２先端２６８に対しそれぞれ略直交となり、突出部位２６４の第２先端２６８がさらに下方に延びるように形を成す中間部位を有する。この構造により、突出部位２６４の第２先端２６８は、ツール取り付け位置に対して下方向に垂直の方向にずらした位置に取り付けられる。このオフセットは、図５に距離ｄ１として示されている。押さえ動作を実行するときのこのオフセットの重要性は、以下に詳細に説明する。部品ハンドリングツール２６が、様々な構成を有することができるが第１先端と第２先端に対して略直交となる形を成す中間部位を有する突出部位２６４を形成することは、部品ハンドリングツール２６を製造する観点からするとより簡単であることに留意されたい。

図６は、本開示の特定の形態による、押さえ位置Ｌ１、L２を備えた一例となる部品４の斜視図である。部品４は、部品の底面から突出する要素（リード）を有する。これらのリードは、回路基板２の穴（図示せず）に挿入される。押さえ位置Ｌ１とＬ２は、部品のそれぞれの端にかなり近い位置で部品４の上面にあり、それぞれの端から測定して部品の全長の１％から２５％の長さとなる。部品４を回路基板２に装着した後、部品４を回路基板２に固定するために、部品４は押さえ位置Ｌ１とＬ２で押さえられる。図７は、本開示の特定の形態による、部品４を押す部品ハンドリングツール２６の側面図である。２つの部品ハンドリングツール２６は、部品４を押さえ位置Ｌ１とＬ２で同時に押すように構成される。

具体的には、各部品ハンドリングツール２６の第２先端２６８は、それぞれ押さえ位置Ｌ１とＬ２を押す。押さえ動作は、Ｚ軸モーター２８（図２参照）によって部品ハンドリングツール２６を下降させることで実行される。

図８Aから図８Cは、本開示の特定の形態による、部品ハンドリングツール２６の底面図で、第２先端２６８間の距離である第１距離ｇ１と、第２距離ｇ２と、第３距離ｇ３をそれぞれ説明する。図８Ａから図８Cは、突出部位２６４の第２先端２６８間の距離（ピッチ）を変えるために部品ハンドリングツール２６が回転することを説明する。この回転により、部品ハンドリングツール２６は部品を２箇所の押さえ位置で同時に部品を押さえることが可能となり、また２箇所の押さえ位置の間の距離を変えることが可能となる。

例えば、図８Ａは、押さえ位置が第１距離ｇ１だけ離れている場合を説明する。第２先端２６８（図５参照）のオフセットにより、２つの部品ハンドリングツール２６を示す位置に回転させることで、２つの部品ハンドリングツール２６の第２先端２６８間のギャップはｇ１となる。このことは、第１距離ｇ１だけ離れた２箇所の押さえ位置で、同時に部品が押さえられることが可能となることを意味する。図８Bは、押さえ位置が第２距離ｇ２だけ離れている場合を説明する。上記と同様、図に示すように、２つの部品ハンドリングツール２６を角度θ１だけ回転させることで、２つの部品ハンドリングツール２６の第２先端２６８間のギャップはｇ２となる。このことは、第２距離ｇ２だけ離れた２箇所の押さえ位置で、同時に部品が押さえられることが可能となることを意味する。さらに、図８Cは、押さえ位置が第３距離ｇ３だけ離れている場合を説明する。さらに、図に示すように、２つの部品ハンドリングツール２６を角度θ２だけ回転させることで２つの部品ハンドリングツール２６の第２先端２６８間のギャップはｇ３となる。このことは、第３距離ｇ３だけ離れた２箇所の押さえ位置で、同時に部品が押さえられることが可能となることを意味する。図８Aから８Cから明らかであるように、部品ハンドリングツール２６のそれぞれの回転角度θを変えることで、第２先端２６８間のギャップの長さを、最大距離である第１距離ｇ１から、最小距離であるｇ３の間で変えることが可能となる。従って、部品ハンドリングツール２６で同時に押さえられる２箇所の間の距離を変えることが可能となる。

次に、部品実装機１の動作についてより詳細に説明する。部品実装機１は、部品の装着位置や、XYロボット１０の移動速度や、部品ハンドリングツール２６のツールオフセット量（ツール取り付け位置から突出部位２６４の第２先端２６８の位置までの距離を示す）や、押さえ位置（部品が押されるべきである位置を示す）などの主要データを決定および／または計算することを含む生産タスクに従って装着動作を行う。このデータは、オペレーターによって事前に入力しても良いし、制御回路１００のデータ管理部１０２に保存しても良い。

装着動作中、制御回路１００は、ヘッド２０が供給装置５０の上方にあるように、ＸＹロボット１０を動作させる。次に、制御回路１００は、供給装置５０のフィーダー５２から部品を吸着し、さらに部品を部品カメラ５０の上方へ移動するために部品ハンドリングツール２６を動作させる。

部品カメラ４０は、部品の画像を撮影する。そして、装着中に部品の位置を補正するために、制御回路１００によって実行されるソフトウェア命令を介して、画像は処理される。制御回路１００は、回路基板２上の指定された装着位置に部品を装着するために、部品ハンドリングツール２６を動作させる。さらに、ツールオフセット量とデータ管理部１０２に保存された押さえ位置データを元に、制御回路１００の処理回路１０４は、各部品ハンドリングツール２６の回転量（角度θ）を算出する。続いて、処理回路１０４によって算出された回転量（角度θ）に従って、制御回路１００は、部品ハンドリングツール２６を回転量（角度θ）だけ回転させるために、ツール回転装置２４を動作させ、次に、制御回路１００は、データ管理部１０２に保存された押さえ位置で部品を同時に押すように部品ハンドリングツール２６を下降させるために、Z軸モーター２８を動作させる。これで、１つの部品の装着動作が完了する。

図９Ａと９Ｂは、本開示の特定の形態による、別の構成における部品実装機の底面図である。図９Aと９Bは、それぞれが２台の装着ユニット２２（図２と３を参照）を備える、第１装着ヘッドと第２装着ヘッド２０があり、部品実装機１に固定相対位置で並べて取り付けられている場合を説明する。図９Aと９Bは、それぞれの装着ユニット２２の部品ハンドリングツール２６を下から見たものである。第１ヘッド２０の部品ハンドリングツール２６の第２先端２６８は、ｄ１のオフセットを有する。第２ヘッド２０の部品ハンドリングツール２６の第２先端２６８は、ｄ２のオフセットを有する。図から理解できるとおり、それぞれの部品ハンドリングツール２６を別々に回転することで、装着ユニット２２や部品ハンドリングツール２６の取り付け位置を調整することなく、部品実装機１によって同時に押される位置間の距離（例えば、ギャップ）を、より多く変化させることができる。この場合、上記と同様に、部品ハンドリングツール２６のツールオフセット量などに関するデータはデータ管理部１０２に保存され、また、各部品ハンドリングツール２６の独立制御は、処理回路１０４が行った計算に基づき制御回路１００によって実行される。この構成は、部品を２箇所より多い位置で部品を同時に押すことも可能にする。

図１０は、本開示の特定の形態による、１つ目の別構成における、部品ハンドリングツール２６の底面図である。図１０は、ツールオフセット量（ｄ３）が、基部２６２の半径ｒよりも大きい場合の、1つ目の別構成における部品ハンドリングツール２６を示す。このような構成は、同時に押すことが可能となる位置の組の範囲を拡張する。この構成の唯一の制限は、部品ハンドリングツール２６を回転させたときに、お互いや、部品実装機内にある構成品と干渉するようにオフセット量を設定してはならないことである。

図１１Aと図１１Bは、本開示の特定の形態による、２つ目と３つ目の別構成における部品ハンドリングツール２６の側面図である。図１１Aは、突出部位２６４が中間部位で湾曲している場合を示し、一方、図１１Bは、突出部位２６４があらかじめ定められた角度で下方向に突出している場合を示す。これらの別の実施形態によれば、複数箇所で同時に押さえ動作を実行することがなお可能であり、部品実装機１の複雑性を増すことなく押さえ位置を離す距離を変えることが可能となる。
図１２は、本開示の特定の形態による、ノズル部２７０を備えた部品ハンドリングツール２６の側面図である。図１２は、部品ハンドリングツール２６が吸着ノズルである場合に、突出部位がノズル部２７０に嵌合するノズル部アッタチメント２７２となる部品ハンドリングツール２６を示す。ノズル部アタッチメント２７２は、ノズル部２７０に対して着脱可能である。これは、例えば、連結結合面でクリップ式アッタチメント（図示せず）を用いることで実現できる。この構造によって、標準の吸着ノズルを２箇所で同時に部品４を押す部品ハンドリングツール２６になるように簡単に改造できる。

図１３は、部品実装機１を制御するように構成された、制御回路１００のハードウェア構成の概略図である。図１３に示すように、本開示においては、システム、動作、および処理は、プロセッサー１００２、または少なくとも一つの特定用途向けプロセッサー（ＡＳＰ）を用いて実行しても良い。プロセッサー１００２は、本開示のシステム、動作、および処理を実行および／または制御するプロセッサー１００２を制御するために、データ管理部１０４と接続されているメモリー１００４（例えば、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリー、静的メモリー、ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、およびそれらに同等のもの）などのコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を使っても良い。その他の記憶媒体は、ハードディスクドライブ１００８または光ディスクドライブ１０１０を制御できるディスクコントローラー１００６を介して制御しても良い。

別の実施形態において、プロセッサー１００２またはその様態は、本開示を拡大させるかそれを完全に実行するための論理装置を含んでも良いし、論理装置だけで構成しても良く、かつ／または、処理回路１０４と動作可能なように接続される。そのような論理装置は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ジェネリックアレイロジック（ＧＡＬ）、およびそれらと同等のものを含むがこれらに限定されない。プロセッサー１００２は、別の装置や単一の処理機構でも良い。また、本開示は、マルチコアプロセッサの並列処理能力の恩恵を受けても良い。

さらに、制御回路１００は、センサー１０１８からのセンサーデータを入力するため、さらにＸＹロボット１０、部品カメラ４０、および／または供給装置５０などの作動装置１０２２へ命令を出力するために設けられたＩ／Ｏ（入力／出力）インターフェース１０１６を含んでも良い。センサー１０１８および作動装置１０２２は、本開示におけるいずれかのセンサーおよび作動装置を説明するものである。

さらに、その他の入力装置は、周辺機器として、追加的機能および構成オプションを備えるためや、表示特性を制御するためにＩ／Ｏインターフェース１０１６に接続しても良い。作動装置１０２２は、本開示で説明される装置のいずれかの要素で実行しても良いし、Ｉ／Ｏインターフェース１０１６に接続しても良い。

前述のハードウェア構成品は、モバイルデバイスに対する制御可能なパラメーターを含むデータを送信または受信するためのネットワークインターフェース１０２６を介して、インターネットやローカルイントラネットなどのネットワーク１０２４に接続しても良い。中央のバス１０２８は、前述のハードウェア構成品を接続するために設けても良いし、また、それらとの間のデジタル通信のために少なくとも一つのパスを設けても良い。

前述の説明は、本開示のひとつの目的の、単なる一例の実施形態を開示かつ説明するものである。本当分野の技術者には理解されるように、本開示の目的は、その精神と本質的特徴から逸脱することなく、その他の特定の形態で実施可能である。従って、本開示は説明することを意図しているものであって、本開示および請求の目的の範囲を限定するためのものではない。

上記の内容を考慮して、本開示においては多数の変更や変化が可能である。すなわち、添付の請求の範囲内で、本開示は明細に記載した通り以外にも実施できるものであると理解される。

１：部品実装機
２：回路基板
４：コネクター
１０：ＸＹロボット
１２：Ｘ軸モーター
１４：Ｙ軸モーター
２０：ヘッド
２２：装着ユニット
２４：ツール回転装置
２６：部品ハンドリングツール
２６２：基部
２６４：突出部位
２６６：第１先端
２６８：第２先端
２７０：ノズル部
２７２：ノズル部アッタチメント（突出部位）
２８：Ｚ軸モーター
３０：コンベア
４０：部品カメラ
５０：供給装置
５２：フィーダー
１００：制御装置
１０２：データ管理部
１０４：処理回路
Ｇ１：ギャップ１
Ｇ２：ギャップ２
Ｇ３：ギャップ３
θ１：角度１
θ２：角度２
Ｌ１：押さえ位置１
Ｌ２：押さえ位置２
ｒ：半径

Claims (8)

1. 回路基板を搬送し、その回路基板を所定位置で保持する搬送装置と、
   部品を供給する供給装置と、
   ２つの装着ユニットを備え、
   前記装着ユニットの各々が、ツール回転装置と部品ハンドリングツールとを有し、前記部品ハンドリングツールが基部および基部から下方に延びる突出部位を含み、前記突出部位がツール取り付け位置で基部に取り付けられた第１先端とツール取り付け位置に対して下方向と直交する方向に対してずらして配置された第２先端を含む、部品実装機。
2. 前記突出部位が前記第１先端と前記第２先端に対しそれぞれ略直交となり、前記突出部位の前記第２先端がさらに下方に延びるように形を成す中間部位を有することを特徴とする請求項１に記載の部品実装機。
3. 前記部品ハンドリングツールが吸着ノズルであることを特徴とする請求項１に記載の部品実装機。
4. 前記突出部位が前記部品ハンドリングツールに嵌合するノズル部アッタチメントを形成することを特徴とする請求項２に記載の部品実装機。
5. 前記部品ハンドリングツールがクランプであることを特徴とする請求項１に記載の部品実装機。
6. 前記部品にはめ込み可能な先端をさらに有することを特徴とする請求項５に記載の部品実装機。
7. 前記ツール取り付け位置から前記突出部位の前記第２先端までの距離と等しいツールオフセット量と部品が押されるべき２箇所の押さえ位置と等しい部品押さえ位置データを決定するように構成されたデータ管理部と、
   前記ツールオフセット量と前記部品押さえ位置データに基づき、部品ハンドリングツールの回転量を決定するように構成された処理回路と、
   前記部品ハンドリングツールを決められた回転量だけ回転させるために前記ツール回転装置作動シグナルを送り、部品が回路基板に装着された後、前記部品ハンドリングツールが部品を決められた押さえ位置で押すように作動シグナルを送るように構成された制御回路と、
   を備えた請求項１に記載の部品実装機。
8. それぞれが２台の前記装着ユニットを備える２台の前記ヘッドで、２台の前記ヘッドが前記部品実装機に並べて取り付けられていることを特徴とする、請求項７に記載の部品実装機。

Images