JP2020009832A

JP2020009832A - 部品装着機

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Publication number: JP2020009832A
Application number: JP2018127631A
Authority: JP
Inventors: 浩二河口; Koji Kawaguchi
Original assignee: Fuji Corp
Current assignee: Fuji Corp
Priority date: 2018-07-04
Filing date: 2018-07-04
Publication date: 2020-01-16
Anticipated expiration: 2038-07-04
Also published as: JP7083712B2

Abstract

【課題】部品の装着位置精度を高めつつ、マシンサイズを小型化できる部品装着機を提供する。【解決手段】部品装着機１は、部品供給装置３から供給される部品Ａをそれぞれ採取して、装着エリア２３の範囲内に位置決めされた基板Ｋに前記部品Ａを装着する複数の部品装着具と、複数の前記部品装着具を中心軸の周りに有するロータリヘッド４６と、前記中心軸の周りに前記ロータリヘッド４６を自転させて複数の前記部品装着具を公転させる回転駆動部と、前記ロータリヘッド４６を水平方向に駆動する水平駆動部と、任意の公転位置にある前記部品装着具を昇降させる昇降駆動部と、前記部品Ａが供給されるときの供給角度および装着されるときの装着角度に基づいて、前記部品装着具の採取時および装着時の前記公転位置の組み合わせを決定する公転位置決定部と、を備える。【選択図】図４

Description

本明細書は、基板に部品を装着する装着作業を行う部品装着機に関する。

プリント配線が施された基板に部品を装着するための対基板作業を実施して、回路基板を量産する技術が普及している。対基板作業を実施する対基板作業機の代表例として、部品装着機がある。部品装着機は、一般的に、基板搬送装置、部品供給装置、および部品移載装置を備え、基板に部品を装着する装着作業を行う。部品移載装置は、複数の吸着ノズルを中心軸の周りに有して自転するロータリヘッドを備える場合が多い。この種のロータリヘッドを備える部品装着機の一技術例が特許文献１に開示されている。

特許文献１に開示された部品装着機は、ロータリヘッドを回転させることで複数の吸着ノズルを円周方向に旋回させるＲ軸駆動機構と、吸着ノズルを自転させて吸着した部品の向きを修正するＱ軸駆動機構と、吸着ノズルの旋回軌道の２箇所以上の停止位置で吸着ノズルを個別に下降させるＺ軸駆動機構と、を備える。これによれば、ロータリヘッドの最大回転角度を従来よりも小さくすることができ、部品の吸着動作および装着動作に要する時間を短縮して生産性を向上できる、とされている。

国際公開第２０１３／１９０６０８号

ところで、特許文献１の部品装着機では、ロータリヘッドが回転し、さらに吸着ノズルが自転する。このように複数の回転可動部が組み込まれていると、部品の装着位置の位置精度が低下しがちである。部品の装着位置精度を高める対策として、吸着ノズルが自転しない構成を採用することは可能である。しかしながら、吸着ノズルが自転しない構成では、部品の装着角度（向き）を調整するために、ロータリヘッドの全体を回転させることになる。このため、基板の端部寄りに装着する部品の装着角度によっては、ロータリヘッドが機幅方向に大きく移動する必要が生じて、マシンサイズが長大化する。

本明細書では、部品の装着位置精度を高めつつ、マシンサイズを小型化できる部品装着機を提供することを解決すべき課題とする。

本明細書は、部品供給装置から供給される部品をそれぞれ採取して、装着エリアの範囲内に位置決めされた基板に前記部品を装着する複数の部品装着具と、複数の前記部品装着具を中心軸の周りに有するロータリヘッドと、前記中心軸の周りに前記ロータリヘッドを自転させて複数の前記部品装着具を公転させる回転駆動部と、前記ロータリヘッドを水平方向に駆動する水平駆動部と、任意の公転位置にある前記部品装着具を昇降させる昇降駆動部と、前記部品が供給されるときの供給角度および装着されるときの装着角度に基づいて、前記部品装着具の採取時および装着時の前記公転位置の組み合わせを決定する公転位置決定部と、を備える部品装着機を開示する。

本明細書で開示する部品装着機では、部品が供給されるときの供給角度および装着されるときの装着角度に基づいて、部品装着具の採取時および装着時の公転位置の組み合わせを決定する。ここで、部品の供給角度と装着角度の角度差から、ロータリヘッドに必要な自転角度は自動的に定まる。それでも、部品装着具の採取時および装着時の公転位置の組み合わせには自由度があり、ロータリヘッドの移動方向や移動距離も変化し得る。そして、基板を搬入出する機幅方向において、ロータリヘッドに必要とされる移動範囲はマシンサイズに直接的に影響する。したがって、ロータリヘッドの機幅方向の移動範囲を小さくするように部品装着具の公転位置の組み合わせを決定することで、マシンサイズを小型化できる。また、部品の装着位置精度に影響する回転可動部は、ロータリヘッドだけであるので、部品の装着位置精度を高めることができる。

実施形態の部品装着機の構成を模式的に示す平面図である。ロータリヘッドを模式的に説明する正面図である。ロータリヘッドを模式的に説明する平面図である。第１具体例における吸着ノズルの装着時の公転位置を模式的に示す平面図である。第１具体例における吸着ノズルの吸着時の公転位置を模式的に示す平面図である。第２具体例における吸着ノズルの吸着時および装着時の公転位置が適正でない組み合わせを模式的に示す平面図である。第２具体例における吸着ノズルの吸着時および装着時の公転位置が適正である組み合わせを模式的に示す平面図である。比較例の部品装着機における吸着ノズルの吸着時の公転位置を模式的に示す平面図である。比較例の部品装着機における吸着ノズルの装着時の公転位置を模式的に示す平面図である。

１．実施形態の部品装着機１の構成
実施形態の部品装着機１について、図１〜図７を参考にして説明する。図１は、実施形態の部品装着機１の構成を模式的に示す平面図である。図１の紙面左側から右側に向かう方向が基板Ｋを装着エリア２３に搬入出する機幅方向（Ｘ軸方向）、紙面下側（前側）から紙面上側（後側）に向かう方向が長手方向（Ｙ軸方向）となる。部品装着機１は、基板搬送装置２、部品供給装置３、部品移載装置４、部品カメラ５、および制御部６などが機台１０に組み付けられて構成される。

基板搬送装置２は、一対のガイドレール２１、２２、一対のコンベアベルト、および基板クランプ機構などで構成される。一対のガイドレール２１、２２の間の機幅方向の中央に、装着エリア２３（破線で示される）が設けられる。コンベアベルトは、基板Ｋを載置した状態でガイドレール２１、２２に沿って輪転することにより、基板Ｋを装着エリア２３まで搬入する。基板クランプ機構は、装着エリア２３内の基板Ｋを押し上げてクランプし、位置決めする。部品の装着作業が終了すると、基板クランプ機構は、基板Ｋを解放し、コンベアベルトは、基板Ｋを搬出する。

部品供給装置３は、複数のテープフィーダ３０により構成される。複数のテープフィーダ３０は、機台１０上のパレット部材１１に刻設された複数のスロットに取り付けられて機幅方向に配列される。各テープフィーダ３０は、各種類の部品をそれぞれ供給する部品供給ユニットに相当する。テープフィーダ３０は、本体部３１の前側にテープリール３９を保持する。テープリール３９には、多数のキャビティにそれぞれ部品を収容したキャリアテープが巻回されている。一方、本体部３１の後側寄りの上部に、部品を供給する供給位置３２が設定される。テープフィーダ３０は、図略のテープ送り機構によりキャリアテープを供給位置３２まで送り、順次キャビティから部品を供給する。

部品移載装置４は、基板搬送装置２や部品供給装置３よりも上方に配設される。部品移載装置４は、部品供給装置３から部品を採取して基板Ｋに移載する装着動作を行う。部品移載装置４は、水平駆動部４０、移動体４４、ヘッド支持部４５、ロータリヘッド４６、およびマークカメラ４Ａなどで構成される。

水平駆動部４０は、一対のＹ軸レール４１、４２、Ｙ軸スライダ４３、および図略の駆動モータを含んで構成される。Ｙ軸レール４１、４２は、Ｙ軸方向に延び、相互に離隔して平行配置される。Ｘ軸方向に長いＹ軸スライダ４３は、両方のＹ軸レール４１、４２にまたがって装架され、Ｙ軸方向に移動する。移動体４４は、Ｙ軸スライダ４３に装架され、Ｘ軸方向に移動する。水平駆動部４０は、Ｙ軸スライダ４３をＹ軸方向に駆動するとともに、Ｙ軸スライダ４３上の移動体４４をＸ軸方向に駆動する。

移動体４４は、ヘッド支持部４５およびマークカメラ４Ａを保持する。ヘッド支持部４５は、下側にロータリヘッド４６を支持する。図２は、ロータリヘッド４６を模式的に説明する正面図であり、図３は、ロータリヘッド４６を模式的に説明する平面図である。図示されるように、ロータリヘッド４６は、部品装着具に相当する１２本の吸着ノズル４７を中心軸Ｃの周りに有する。吸着ノズル４７の本数は、１２本に限定されず、例えば４本や２４本であってもよい。

ロータリヘッド４６には、回転駆動部４８が付設されている。回転駆動部４８は、中心軸Ｃの周りにロータリヘッド４６を自転させる。これにより、１２本の吸着ノズル４７は、図３の矢印Ｒ１に示されるように公転する。ここで、ロータリヘッド４６の前側が公転位置０°で、時計回りに公転位置の角度が増加するものと定める（図中の０°、９０°、１８０°、２７０°参照）。

さらに、ロータリヘッド４６には、昇降駆動部４９が付設されている。昇降駆動部４９は、回転台４９１、昇降部材４９２、回転駆動源４９４、および昇降駆動源４９５などで構成される。回転台４９１は、円形板状の部材であり、ロータリヘッド４６の上方に支承されて中心軸Ｃの周りに回転可能となっている。昇降部材４９２は、回転台４９１の周縁の一箇所に、昇降可能に支承される。昇降部材４９２の下側の外側には、吸着ノズル４７の拡径された上端を挟持する挟持部４９３が設けられている。

回転駆動源４９４は、図２の矢印Ｒ２および図３の矢印Ｒ３に示されるように、回転台４９１を中心軸Ｃの周りに回転駆動する。これにより、昇降部材４９２の挟持部４９３は、任意の公転位置にある吸着ノズル４７を挟持する。また、昇降駆動源４９５は、図２の矢印Ｍ１に示されるように、昇降部材４９２を昇降駆動する。これにより、挟持された吸着ノズル４７は、下降して部品の吸着および装着を行う。

なお、本実施形態において、吸着ノズル４７は自転しない。したがって、基板Ｋに部品が装着されるときの装着角度は、ロータリヘッド４６の自転角度により定まる吸着ノズル４７の公転位置によって調整される。また、吸着ノズル４７が自転する構成であっても、その自転が禁止されるときには、本実施形態を応用することができる。例えば、吸着ノズル４７が長尺の部品を吸着していて、自転により他の吸着ノズル４７の部品に干渉するおそれがある場合に、その自転が禁止される。

図１に戻り、マークカメラ４Ａは、位置決めされた基板Ｋに付設された位置マークを撮像して、基板Ｋの正確な位置を検出する。部品カメラ５は、基板搬送装置２と部品供給装置３の間の機台１０の上面に、上向きに設けられる。部品カメラ５は、移動体４４が部品供給装置３から基板Ｋに移動する途中で、吸着ノズル４７が吸着している部品を撮像する。さらに、取得された画像データが画像処理されて部品の吸着姿勢が求められ、装着動作に反映される。

制御部６は、機台１０に組み付けられており、その配設位置は特に限定されない。制御部６は、ＣＰＵを有してソフトウェアで動作するコンピュータ装置により構成される。制御部６は、予め記憶した装着シーケンスにしたがって部品の装着作業を制御する。制御部６は、次に説明する公転位置決定部７および部品配列調整部８を含む。

公転位置決定部７は、部品供給装置３から供給されるときの部品の供給角度、および基板Ｋに装着されるときの部品の装着角度に基づいて、吸着ノズル４７の吸着時および装着時の公転位置の組み合わせを決定する。ここで、部品の供給角度は、キャリアテープに収納されている部品の方向で定まるため、１本のキャリアテープ内では変化しない。さらに、同一種類の部品では、通常、キャリアテープが相違しても部品の供給角度は変化しない。

一方、部品の装着角度は、各基板の回路設計にしたがって変化する。また、部品の供給角度および装着角度の角度差から、ロータリヘッド４６に必要な自転角度は自動的に定まる。それでも、吸着ノズル４７の吸着時および装着時の公転位置の組み合わせには自由度がある。

そこで、公転位置決定部７は、基板Ｋを装着エリア２３に搬入出する機幅方向（Ｘ軸方向）において、ロータリヘッド４６の移動範囲を小さくするように、吸着ノズル４７の公転位置の組み合わせを決定する。詳細には、公転位置決定部７は、機幅方向において、ロータリヘッド４６の中心軸Ｃが装着エリア２３内に収まるように、吸着ノズル４７の公転位置の組み合わせを決定する。

また、公転位置決定部７は、部品が装着される装着位置も考慮して、吸着ノズル４７の公転位置の組み合わせを決定する。公転位置決定部７の詳細な決定方法については、後の第１具体例および第２具体例で説明する。

一方、部品配列調整部８は、或る種類の部品に対する吸着ノズル４７の吸着時の公転位置が決定されたときに、機幅方向においてロータリヘッド４６の中心軸Ｃが装着エリア２３内に収まるように、或る種類の部品を供給するテープフィーダ３０の配列位置を自動調整する。換言すると、部品配列調整部８は、当該のテープフィーダ３０が機幅方向の端部寄りに配列されたことに起因して、ロータリヘッド４６の中心軸Ｃが装着エリア２３から出てしまうおそれを解消する。

実際には、部品配列調整部８は、複数のテープフィーダ３０の配列位置の順序を適正化するオプティマイズ処理が実行される以前に動作する。部品配列調整部８は、当該のテープフィーダ３０に関して、支障のある端部寄りの配列位置を排除するように設定する。これにより、オプティマイズ処理が行われたとき、当該のテープフィーダ３０は、支障のない配列位置に定められる。部品配列調整部８の調整方法については、後の第１具体例でも説明する。

２．実施形態の部品装着機１の動作
次に、実施形態の部品装着機１の動作について、第１具体例および第２具体例を提示して説明する。第１具体例および第２具体例では、ロータリヘッド４６の機幅方向の移動範囲が最大となるケース、つまり、基板Ｋの大きさが装着エリア２３に一致するケースを想定する。第１具体例において、部品Ａの装着位置は、基板Ｋの機幅方向の端部寄りに位置する。第２具体例において、部品Ａの装着位置は、基板Ｋの機幅方向の中央寄りに位置する。

図４は、第１具体例における吸着ノズル４７の装着時の公転位置を模式的に示す平面図である。図５は、第１具体例における吸着ノズル４７の吸着時の公転位置を模式的に示す平面図である。図６は、第２具体例における吸着ノズル４７の吸着時および装着時の公転位置が適正でない組み合わせを模式的に示す平面図である。図７は、第２具体例における吸着ノズル４７の吸着時および装着時の公転位置が適正である組み合わせを模式的に示す平面図である。図４〜図９の図中に描かれた記号「Ａ」の向きは、部品Ａの供給角度および装着角度を表している。

図４に示される第１具体例で、部品Ａの装着角度は、供給角度に対して９０°だけ反時計回りに回転している。つまり、部品Ａの供給角度と装着角度の間には、９０°の角度差がある。そして、部品Ａの装着位置は、基板Ｋの左側の端部寄りに位置する。このとき、公転位置決定部７は、まず吸着ノズル４７の装着時の公転位置を決定し、次に吸着時の公転位置を決定する。すなわち、公転位置決定部７は、まず、吸着ノズル４７の装着時の公転位置がロータリヘッド４６の中心軸Ｃよりも機幅方向の中央寄りに位置しないように決定する。

具体的には、図４に示されるように、吸着ノズル４７の装着時の公転位置０°が決定される。このとき、ロータリヘッド４６の中心軸Ｃは、機幅方向において公転位置０°の吸着ノズルと同じ位置にあり、換言すると、装着エリア２３内に収まっている。なお、吸着ノズル４７の装着時の公転位置９０°が決定されてもよい。この場合、ロータリヘッド４６の中心軸Ｃは、機幅方向において公転位置９０°の吸着ノズル４７の中央側に位置する。

公転位置決定部７は、次に、決定した装着時の公転位置０°に基づいて、吸着時の公転位置を決定する。実際には、公転位置決定部７は、装着時の公転位置０°に前述した角度差９０°を加算して、吸着時の公転位置９０°を求める。つまり、図５に示されるロータリヘッド４６の位置で、吸着ノズル４７が部品Ａを吸着する。なお、吸着ノズル４７の装着時の公転位置９０°の場合には、吸着時の公転位置１８０°となる。

ここで、部品Ａを供給するテープフィーダ３０が図５の配列位置Ｄ１の範囲内にあると、ロータリヘッド４６の中心軸Ｃが装着エリア２３の右側に出てしまい、支障が生じる。そこで、部品配列調整部８は、オプティマイズ処理が実行される以前に、部品Ａを供給するテープフィーダ３０の配列位置として、配列位置Ｄ１の範囲を排除するように設定する。これにより、オプティマイズ処理が行われたとき、部品Ａを供給するテープフィーダ３０は、支障のない配列位置Ｄ２の範囲内に定められる。

次に、図６に示される第２具体例で、部品Ａの供給角度と装着角度の角度差は、第１具体例と同じく９０°である。そして、部品Ａの装着位置は、基板Ｋの中央寄りに位置する。このとき、ロータリヘッド４６は、機幅方向の端部寄りまでは移動しない。したがって、公転位置決定部７は、ロータリヘッド４６の移動範囲を気にする必要がなく、その水平方向の移動距離が小さくなるように、吸着ノズル４７の公転位置の組み合わせを決定する。

具体的に、公転位置決定部７は、吸着ノズル４７の公転位置の組み合わせの候補をリストアップし、それぞれについてロータリヘッド４６の水平方向の移動距離を求める。そして、公転位置決定部７は、ロータリヘッド４６の移動距離が最小となる吸着ノズル４７の公転位置の組み合わせを選択する。例えば、図６は、吸着ノズル４７の吸着時の公転位置９０°と、装着時の公転位置０°の組み合わせを示している。また、図７は、吸着ノズル４７の吸着時の公転位置０°と、装着時の公転位置２７０°の組み合わせを示している。

両図を比較すると、ロータリヘッド４６の移動距離は、図７で小さく、図６で大きい。つまり、吸着ノズル４７の公転位置の組み合わせは、図７で適正であり、図６では適正でない。厳密には、ロータリヘッド４６は、部品供給装置３から部品カメラ５を経由して基板Ｋへと移動し、部品供給装置３へと戻る。つまり、ロータリヘッド４６の往復で移動経路が異なり、移動距離の算出は若干複雑化する。それでも、ロータリヘッド４６の移動距離を小さくすることに、困難は生じない。

３．比較例の部品装着機１Ｘとの対比
次に、実施形態の部品装着機１に生じる効果について、比較例の部品装着機１Ｘと対比して説明する。比較例の部品装着機１Ｘは、機器構造が実施形態と同じであり、公転位置決定部７を備えない。図８は、比較例の部品装着機１Ｘにおける吸着ノズル４７の吸着時の公転位置を模式的に示す平面図である。また、図９は、比較例の部品装着機１Ｘにおける吸着ノズル４７の装着時の公転位置を模式的に示す平面図である。

比較例の部品装着機１Ｘでは、ロータリヘッド４６の長手方向（Ｙ軸方向）の移動距離を小さくするため、図８に示されるように、吸着ノズル４７の吸着時の公転位置０°が固定的に用いられる。すると、部品Ａの装着位置および装着角度によって、図９に示されるロータリヘッド４６の位置が必要となる場合がある。図９において、装着時の公転位置２７０°であり、ロータリヘッド４６の中心軸Ｃが装着エリア２３から右側に出ている。このため、部品装着機１Ｘのマシンサイズのうち機幅方向の幅寸法Ｗ２が大きくなる。

これに対比して、実施形態の部品装着機１は、吸着ノズル４７の吸着時の公転位置を可変としている。これにより、ロータリヘッド４６の機幅方向の移動範囲は、比較例の部品装着機１Ｘよりも狭められる。したがって、部品装着機１のマシンサイズのうち機幅方向の幅寸法Ｗ１（図４参照）は、比較例の幅寸法Ｗ２よりも小さくなる。なお、実施形態の部品装着機１において、ロータリヘッド４６の長手方向の移動範囲は、比較例よりも大きくなる。それでも、マシンサイズの長手方向寸法は、構造上殆ど大きくならない。

実施形態の部品装着機１では、部品Ａが供給されるときの供給角度および装着されるときの装着角度に基づいて、吸着ノズル４７の吸着時および装着時の公転位置の組み合わせを決定する。ここで、部品Ａの供給角度と装着角度の角度差から、ロータリヘッド４６に必要な自転角度は自動的に定まる。それでも、吸着ノズル４７の吸着時および装着時の公転位置の組み合わせには自由度があり、ロータリヘッド４６の移動方向や移動距離も変化し得る。そして、基板Ｋを搬入出する機幅方向において、ロータリヘッド４６に必要とされる移動範囲はマシンサイズに直接的に影響する。したがって、ロータリヘッド４６の機幅方向の移動範囲を小さくするように吸着ノズル４７の公転位置の組み合わせを決定することで、マシンサイズを小型化できる。また、部品Ａの装着位置精度に影響する回転可動部は、ロータリヘッド４６だけであるので、部品Ａの装着位置精度を高めることができる。

４．実施形態の応用および変形
なお、部品供給装置３および部品装着具は、テープフィーダ３０と吸着ノズル４７の組み合わせに限定されない。例えば、部品供給装置３にトレー式部品供給装置が用いられ、部品を挟持するチャックの複数個がロータリヘッド４６に設けられてもよい。実施形態は、他にも様々な変形や応用が可能である。

１：部品装着機１Ｘ：比較例の部品装着機２：基板搬送装置３：部品供給装置３０：テープフィーダ４：部品移載装置４０：水平駆動部４６：ロータリヘッド４７：吸着ノズル４８：回転駆動部４９：昇降駆動部５：部品カメラ６：制御部７：公転位置決定部８：部品配列調整部Ｋ：基板Ｃ：中心軸

Claims

部品供給装置から供給される部品をそれぞれ採取して、装着エリアの範囲内に位置決めされた基板に前記部品を装着する複数の部品装着具と、
複数の前記部品装着具を中心軸の周りに有するロータリヘッドと、
前記中心軸の周りに前記ロータリヘッドを自転させて複数の前記部品装着具を公転させる回転駆動部と、
前記ロータリヘッドを水平方向に駆動する水平駆動部と、
任意の公転位置にある前記部品装着具を昇降させる昇降駆動部と、
前記部品が供給されるときの供給角度および装着されるときの装着角度に基づいて、前記部品装着具の採取時および装着時の前記公転位置の組み合わせを決定する公転位置決定部と、
を備える部品装着機。
前記部品装着具は自転せず、または自転が禁止され、
前記部品が装着されるときの前記装着角度は、前記ロータリヘッドの自転角度により定まる前記部品装着具の前記公転位置によって調整される、
請求項１に記載の部品装着機。
前記公転位置決定部は、前記基板を前記装着エリアに搬入出する機幅方向において前記中心軸が前記装着エリア内に収まるように前記公転位置の前記組み合わせを決定する、請求項１または２に記載の部品装着機。
前記公転位置決定部は、前記部品が装着される装着位置を考慮して前記公転位置の前記組み合わせを決定する、請求項３に記載の部品装着機。
前記公転位置決定部は、前記装着位置が前記基板の前記機幅方向の端部寄りに位置する場合に、前記部品装着具の装着時の前記公転位置が前記中心軸よりも前記機幅方向の中央寄りに位置しないように決定し、さらに、決定した装着時の前記公転位置に基づいて採取時の前記公転位置を決定する、請求項４に記載の部品装着機。
前記公転位置決定部は、前記装着位置が前記基板の前記機幅方向の中央寄りに位置する場合に、前記ロータリヘッドの水平方向の移動距離が小さくなるように前記公転位置の前記組み合わせを決定する、請求項４に記載の部品装着機。
前記部品供給装置は、各種類の前記部品をそれぞれ供給する複数の部品供給ユニットが前記基板を前記装着エリアに搬入出する機幅方向に配列されて構成され、
或る種類の前記部品に対する前記部品装着具の採取時の前記公転位置が決定されたときに、前記機幅方向において前記中心軸が前記装着エリア内に収まるように或る種類の前記部品を供給する前記部品供給ユニットの配列位置を自動調整する部品配列調整部をさらに備える、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の部品装着機。