JP3707837B2 - チップマウンタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロチップ等の電子部品を基板上に搬送し装着するためのチップマウンタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、抵抗、コンデンサ、ＬＳＩ、等の電子部品を回路基板に実装するための装置として、テ−プ、バルク、などのパッケ−ジ上に等間隔に並べられて送られてくる電子部品を、部品供給位置で順次吸着して回路基板上に移載するチップマウタが知られている。
【０００３】
このチップマウンタは、水平方向に移動可能な移動ユニットと、この移動ユニットに上下方向に移動可能に設けられた吸着ノズルとを備えている。そして、パッケ−ジ上に等間隔に並べられると共に、部品供給位置に供給された電子部品を吸着ノズルで吸着保持する。次に、吸着ノズルを上昇させて電子部品を持ち上げる。その後、移動ユニットを水平方向に移動させて、回路基板上の移載位置上方に移動させる。そして、その位置で吸着ノズルを下降させて、電子部品を回路基板上の所定位置に載せる。
【０００４】
この時の吸着ノズル下降量は、初期位置での吸着ノズル端面高さや、部品供給位置の高さや、供給部品の厚さや、回路基板の高さが、わかれば容易に計算することができる。
しかし、供給部品毎の厚さのばらつきや、回路基板の水平度の誤差等を考慮する必要があるので、吸着ノズル下降量は、計算値よりも大きくする必要が生ずる。このため、吸着ノズルは、吸着機能に加えてダンパ−機能（供給部品毎の厚さのばらつき等を吸収する上下動機能）を備える必要があった。
【０００５】
また、小型電子部品の搭載時の破損を防ぐために、電子部品の吸着時や搭載時に電子部品にかかる荷重を小さくすることが要求されていた。したがって、吸着ノズルは小型化、軽量化する必要があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、吸着ノズルを小型化すると、吸着ノズルの搭載繰り返し精度は悪くなった。すなわち、吸着ノズル自体にダンパ−機能（上下動機能）を有する場合、その上下動繰り返し精度は、吸着ノズル本体２６とノズルスライダ−２８の嵌合長さに左右される（図４参照）。そして、図４に示すように、嵌合長さ２６ｂは、吸着ノズルが小型化されるほど短くなる。このため、吸着ノズルを小型化すると、機械的ガタが発生し、吸着ノズルの搭載繰り返し精度は低下した。
【０００７】
そして、この搭載精度が低下した吸着ノズルを用いて、大型で、かつ搭載精度が必要な電子部品（例えば、ピッチの細かいＱＦＰ等）を、回路基板に搭載すると、目的とした回路基板の所定位置に正確に搭載されない、搭載不良が発生した。 本願発明は上記問題点を解消するためにされたものである。
すなわち、本願発明は、例えば、回路基板に種類の異なる複数の電子部品を搭載する時、小型で破損しやすくかつ搭載精度が必要のない電子部品と、大型で強度がありかつ搭載精度が必要な電子部品が混在している場合、部品の強度と搭載精度とに適した、チップマウンタの吸着ノズルを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載のチップマウンタは、
電子部品を吸脱着可能な複数の吸着ノズル（２３、２５）と、
この吸着ノズルを保持可能で、かつ上下方向に延出する上下軸（１３）と、
この上下軸を保持すると共に、上下軸を上下方向に移動させる移動ユニット（６）と、を備え、
部品供給位置に供給された電子部品を吸着ノズルで順次吸着して持ち上げ、移動ユニットを水平方向に移動させた後、吸着ノズルを下降させて回路基板上の所定位置に電子部品を移載するチップマウンタにおいて、
前記複数の吸着ノズルは、ダンパー機能を有しない第１吸着ノズル（２３）と、所定の嵌合長によりダンパー機能を有する第２吸着ノズル（２５）とから構成され、
前記上下軸（１３）を、ノズル取り付け軸（１５）とＺ軸（１４）とに分割し、
前記ノズル取り付け軸は、前記第２吸着ノズルの所定の嵌合長より長い嵌合長で、Ｚ軸に上下動可能に支持され、且つ、第１圧縮バネ（１７）により下方に向けて付勢されているとともに、
前記上下軸の一端に、吸着ノズルを着脱可能なノズル着脱手段（１８）と、
機台上に複数の吸着ノズル保持可能で、かつ吸着ノズルを交換可能な交換手段（３０）と、を備え、
電子部品種類ごとの最適吸着ノズルデータに基づいて、前記吸着ノズルを、ダンパー機能を有しない第１吸着ノズル（２３）、または、第２圧縮バネ（２７）によりダンパー機能を有する第２吸着ノズル（２５）に自動的に交換し、且つ、
前記ノズル着脱手段により、前記第１吸着ノズルと前記第２吸着ノズルを交換しても、吸着ノズル先端部までの長さが一致するように構成したことを特徴とする。
【０００９】
上記のように、ダンパ−機能は、ノズル取り付け軸とＺ軸との間に設けられているので、吸着ノズルにダンパ−機能を設けた場合に比べて、ダンパ機能の精度（上下動繰り返し精度）を左右する嵌合部が数倍長い。
このため、メカ的ガタが少ないので、搭載精度が良好で、大型で搭載精度を有する電子部品に適応することができる。
【００１０】
また、小型で破損しやすく、搭載精度を必要としない、電子部品を搭載する場合には、着脱手段により吸着ノズルを交換する。すなわち、吸着ノズル自体にダンパー機能を有するものに交換して搭載を行う。このように、いろいろの種類の電子部品に対応して、最適な吸着ノズルを選択、使用することができる。
【００１１】
この構成により、複数の吸着ノズルから、搭載する電子部品の形状に応じて、最適な吸着ノズルを、速やかに選択することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１はチップマウンタ斜視図で、図２はそのヘッド部斜視図である。そして、図３は上下軸に吸着ノズルが装着された時の部分断面図、。図４は吸着ノズル自体にダンパ−機能を有する、吸着ノズルの半断面図。図５は図１機台上Ｗ部詳細図で、ノズル交換手段の斜視図である。
【００１３】
１は機台（筒体フレ−ム部）で、その上面にチップマウンタの各構成部品、フィ−ダ−３、回路基板４、ヘッド部６、吸着ノズル交換手段Ａ、等を保持する。
３はフィ−ダ−（電子部品供給装置）で、このチップ部品（電子部品）２を制御手段に基づき、部品供給位置に順次供給する。
４は回路基板で、基板搬送部５に載置される。そして、基板搬送部５は図示しない駆動源により移動し、回路基板４をチップ部品搭載位置に送ったり、電子部品の搭載が終わった回路基板４を排出したりする。
【００１４】
６はヘッド部（移動ユニット）でその下方に吸着ノズル９を着脱自在に支持する。そして、このヘッド部６はＸ方向移動部７とＹ方向移動部８により支持されており、機台１の上面の任意の位置に移動することができる。
また、このヘッド部６（移動ユニット）は、図２に示すように、上下軸１３と、この上下軸１３を上下動する回動モ−タ１２と、電子部品２を吸脱着可能な吸着ノズル９と、電子部品２の吸着された状態での角度及び位置を規制する位置決め爪１０と、吸着ノズルを回転するためのモ−タ１１と、により構成される。
【００１５】
図３は上下軸と吸着ノズルとを連結したときの詳細図（部分断面図）である。図３に基づき上下軸１３に付いて説明する。
上下軸１３は、Ｚ軸１４と、ノズル取り付け軸１５と、により構成される。
Ｚ軸１４は回動モ−タ１２に連結され、回動モ−タ１２の回動により、上下動する。そして、このＺ軸１４は図示せぬ吸気源と連通可能な吸気孔１４ａが、その中心部に形成されている。１４ｂはＺ軸の下部に設けられた保持部で、前記吸気孔１４ａと連通する中空孔である。
【００１６】
１５はノズル取り付け軸で、その上部は軸状で、Ｚ軸保持部１４ｂに上下動可能に支持される。また、ノズル取り付け軸１５には、係合溝１５ａが形成されている。この係合溝１５ａは長孔形状で、上下方向に長辺を備える。そして、Ｚ軸１４に突設されたダンパ−止めピン１６に摺動可能に支持される。このため、ノズル取り付け軸１５は上下動範囲を規制されるのに加えて、水平方向に回動しない。すなわち、ラジアルガタを無くして、搭載精度を得ている。
【００１７】
１７は圧縮バネで、一端がＺ軸下部に形成された保持部１４ｂに、他端がノズル取り付け軸１５上端に係合する。このため、ノズル取り付け軸１５は下方に向けて付勢される。しかし、係合溝１５ａ上端がダンパ−止めピン１６に係合するので、ノズル取付け軸１５は所定の下降位置に保持される。
１８はノズル着脱手段で、ノズル取り付け軸下部に設けられている。そして、後で詳しくのべるように、吸着ノズル２３、２５を簡単に着脱交換することができる。
【００１８】
このノズル着脱手段１８は、ノズル取り付け軸に固定されたバネ止めリング１９と、バネ２０と、ノズルアウタ−２１と、係合リング２２と、により構成される。
ノズルアウタ−２１は円筒で、その外径は突部２１ｃを有するとともに、その内径はテ−パ形状を有する。そして、ノズルアウタ−２１は、ノズル取り付け軸下側に設けた摺動部１５ｃに摺動可能に支持されると共に、その下方端部２１ａがノズル取り付け軸下端に設けた突部１５ｂに係止される。また、バネ２０は、一端がバネ止めリング１９に、他端がノズルアウタ−突部２１ｃに係合し、ノズルアウタ−２１を下方に付勢する。
【００１９】
２２は係合リングで、切り欠け部を有する弾性材料からなり、径方向に広げたり、縮めたりすることが可能である。そして、この係合リング２２は、ノズル取り付け軸下方に設けた溝１５ｄに嵌合し、伸縮可能に支持されている。
この係合リング２２は、その外径がノズルアウタ−２１の内径に保持され、その内径がノズルアウタ−２１の内径部に係合する。
そして、ノズルアウタ−２１の内径部はテ−パ形状であるので、この係合リング２２を水平方向に伸縮させる。すなわち、ノズルアウタ−２１が下方に付勢されているとき、ノズルアウタ−２１内径テ−パ形状の、小さい径が係合リング２２を保持するので、係合リング２２はノズル取り付け軸内径に向けて押圧される。
【００２０】
一方バネ２０の付勢力に抗してノズルアウタ−２１を上昇させると、ノズルアウタ−２１内径テ−パ形状の、大きい径が係合リング２２を保持するので、係合リング２２はノズルアウタ−２１による押圧を解除され、係合リング２２はノズル取り付け軸外側に向けて拡がる。係合リング２２はノズルアウタ−２１の上下動により縮んだり拡がったりする。
【００２１】
２３は第１の吸着ノズルで、この吸着ノズル２３自体はダンパ−機能（上下動機能）を持たない。この吸着ノズル２３は、中央部にノズル取り付け軸１５と、Ｚ軸吸気孔１４ａを介して、図示せぬ吸気源と連通する吸気孔がある。この吸着ノズル２３は、下端２３ａに弾性体としてのゴムが焼き付けられている。また、吸着ノズル２３の上部には、係合リング２２に当接する溝２３ｂがもうけられている。そして、この溝部２３ｂと先に述べたノズルアウタ−２１の上下動に伴う係合リング２２の伸縮作用により、吸着ノズル２３はノズル取付け軸１５に着脱可能に支持される。
【００２２】
次に図４にもとづき、小型、軽量化され、かつ吸着ノズル自体にダンパ−機能（上下動機能）を持つ、吸着ノズル２５に付いて説明する。
２５は第２の吸着ノズルで、吸着ノズル本体２６と、圧縮バネ２７と、ノズルスライダ−２８と、ノズルインナ−ピン２９と、より構成されている。
吸着ノズル本体２６は円筒状で、内径は段差を有し、またその外径には吸着ノズルを着脱するための溝部２６ａが形成されている。この溝部２６ａには、第１吸着ノズルと同じように、ノズル取付け軸１５に設けた、係合リング２２が当接する。吸着ノズル内径２６ｂは、ノズルスライダ−２８軸部を摺動可能に支持する。この吸着ノズル内側段差部２６ｃは圧縮バネ２７を保持することができる。
【００２３】
そして、圧縮バネ２７（ノズル取付け軸を下方に付勢するバネ１７より付勢力が小さい）は、一端が吸着ノズル本体２６に、他端がノズルスライダ−２８に当接し、ノズルスライダ−２８を下方に向けて付勢している。
しかし、ノズルスライダ−２８はノズル本体２６より突設されたノズルインナ−ピン２９と、このノズルインナ−ピン２９に上下動範囲を規制するようノズルスライダに形成した係合溝２８ａとにより、下降位置に保持される。この係合溝２８ａは長孔形状で、上下方向に長辺を備える。そして、係合溝２８ａは、ズルインナ−ピン２９に摺動可能に支持される。したがって、ノズルスライダ−２８は上下動範囲を規制されるのに加えて、水平方向に回動できない。
【００２４】
上記のように第２の吸着ノズル２５は、図３に示す上下軸１３に着脱可能である。また、吸着ノズル先端から、それぞれの溝部２３ｂ、２６ａまでの長さｈは同じなので、吸着ノズルを交換しても、電子部品吸着時の吸着ノズル下降量を変更する必要はない。しかし、第１の吸着ノズル２３と第２の吸着ノズル２５とを上下軸１３に取り付けた場合その仕様が異なる。
【００２５】
第１の吸着ノズル２３を上下軸１３に取付けた場合、第１の吸着ノズル２３はダンパ−機能を持たないので、ノズル取付け軸１５とＺ軸１４とに設けたダンパ−機能が作用する。このとき、ダンパ機能の精度を左右する嵌合長を大きくすることができるので、電子部品吸脱着時のダンパ−機能（上下動機能）の繰り返し精度は高い。例えば、嵌合長さが３０ｍｍであれば、その繰り返し精度は±０．０５ｍｍである。しかし、この第１の吸着ノズル２３を使用した場合、電子部品吸脱着時、高精度のダンパ−機能により、電子部品には吸着ノズル２３に加えてノズル着脱手段１８、ノズル取り付け軸１５も作用するので、大きな荷重がかかる。
【００２６】
第２の吸着ノズル２５を上下軸１３に取り付けた場合、第２の吸着ノズル２５はダンパ−機能を有する。そして、この吸着ノズルのダンパ−機能付勢力は、ノズル取付け軸１５とＺ軸１４とに設けたダンパ−機能付勢力より小さい。このため、電子部品吸脱着時、電子部品に作用するダンパ−機能は、吸着ノズルのダンパ−機能のみである。そして、小型、軽量化した第２の吸着ノズルのみが電子部品に作用し、その荷重が小さい。したがって、小型電子部品の搭載時の破損を防ぐ効果がある。
【００２７】
しかし、第２の吸着ノズル２５は、その全長が２５ｍｍ程度であるので、ダンパ−機構の嵌合長さは、数ミリである。したがって、ダンパ−機構のガタが生じるので、搭載精度が落ちる。
次に、第５図に基づき、吸着ノズル交換手段について説明する。
図５は図１チップマウンタ機台Ａ部詳細図である。
【００２８】
３０は吸着ノズル交換手段で、機台１上面に載置されており、吸着ノズルの移動軌跡上に２個以上配置されている。
この吸着ノズル交換手段３０は、機台上に形成された吸着ノズルを保持可能な保持孔３１と、この保持孔３１上部に設けた係合部材３２と、エアシリンダ−３３により構成される。
【００２９】
このエアシリンダー３３は、回り止め機能付きで、係合部材３２を上下動させる。さらに、エアシリンダー３３は、３つの停止位置、初期位置、第２位置、第３位置に停止することができる。係合部材３２は、一端に円筒輪３２ａがある。この円筒輪３２ａは、その上端面がノズルアウター下端外径に当接可能で、その中空部は第１、第２のノズル外径より大きい。
【００３０】
このチップマウタは、前記構成に加えて、周知のＩ／Ｏ装置、メモリ、ＣＰＵ、モ−タドライバ等を備える。
Ｉ／Ｏ装置の入力部には、ヘッド部（移動ユニット）６の位置を検出すべくヘッド駆動機構に設けられたエンコ−ダからのｘ−ｙ位置信号、及び吸着ノズルの高さを検出すべくノズル上下動機構（回動モ−タ１２）に設けられたエンコ−ダからのｚ位置信号が入力され、これらのｘ−ｙ位置信号及びｚ位置信号がＩ／Ｏ装置を経てＣＰＵに入力されるようになっている。
【００３１】
ＣＰＵは、上記ｘ−ｙ位置信号及びｚ位置信号によってヘッド部（移動ユニット）６の位置及び吸着ノズルの高さを確認しつつ、メモリにあらかじめ記憶されている位置デ−タと、電子部品種類ごとの最適吸着ノズルデ−タと、吸着ノズル交換手段が保持する吸着ノズルデ−タと、に基づいて、Ｘ方向移動部７のモ−タドライバ、Ｙ方向移動部８のモ−タドライバ、回動モ−タ１２のモ−タドライバ、エアシリンダ−３３を所定位置に停止させる電磁バルブにそれぞれ駆動信号をあたえる。
【００３２】
そして、各モ−タドライバはＣＰＵからの駆動信号に基づいて、各モ−タ、電磁バルブを駆動する。
次にこの発明の実施形態の動作について説明する。
電子部品を吸脱着して基板上に搭載する動作はすでに述べたので省略し、ここでは、回路基板に種類の異なる電子部品を搭載する時に、自動的に吸着ノズルを交換する動作について述べる。
【００３３】
回路基板に種類の異なる複数の電子部品を搭載する時、大型で強度がありかつ搭載精度が必要な電子部品から、小型で破損しやすくかつ搭載精度が必要のない電子部品に搭載電子部品が変更になると、前記したメモリのデ−タにより、ＣＰＵは各モ−タドライバに駆動信号を発生する。そして、下記の順序で、下軸１３に装着されている吸着ノズルを、第１の吸着ノズル２３から第２の吸着ノズル２５に交換する。あらかじめ、第２の吸着ノズル２５は、所定の吸着ノズル交換手段３０の保持孔３４に保持されている。
【００３４】
最初に、第１の吸着ノズル２３を保持したヘッド部（移動ユニット）６が、吸着ノズルを保持していない空の保持孔３１の対向位置に移動する。
次に、係合部材３１が初期位置から第３位置に移動し、ノズルアウタ−２１に当接する。そして、吸着ノズルと上下軸との保持状態を解除するので、吸着ノズルは保持孔３２に落下して、保持される。
【００３５】
次に、ヘッド部（移動ユニット）６は、第２吸着ノズル２５を保持している保持孔３４の対向位置に移動する。次に、係合部材３２を第２位置に移動する。
次に、上下軸１３を下降して、第２吸着ノズル２５とノズル取付け軸１５とが装着可能な位置に合わせる。この時、ノズルアウタ−２１は係合部材３２に当接する。
【００３６】
次に、エアシンダ−が下降して係合部材３２を初期位置に移動させる。このため、ノズルアウタ−２１は係合部材３２の係止を解除され、ノズル取付け軸突部１５ｂに係止される。したがって、第２吸着ノズルが、係合リング２２によりノズル取付け軸１５に保持され、吸着ノズル交換作業を終了する。
この発明は、上記実施例に限定されず、いろいろ変更することができる。
例えば、上下軸１３にダンパ−機能を設けたが、これに代えて、上下軸１３はダンパ機能を持たず、吸着ノズル自体のダンパ−機能が、大型で強度がありかつ搭載精度が必要な電子部品に適するようなものにして、電子部品の種類に応じて吸着ノズルを交換することも容易にかんがえられる。
【００３７】
また、上下軸１３にダンパ−機能を設けて、ダンパ機能を持たない第１の吸着ノズルと、ダンパ機能を有する第２の吸着ノズルとを、電子部品の種類に応じて交換したが、これに代えて、上下軸ダンパ−機能と、ダンパ機能を有する第２の吸着ノズルと、第２吸着ノズルのダンパ−機能をロック可能が機構を用いることもできる。このダンパ−機能ロック機構は、吸着ノズル本体２６と、ノズルスライダ−２８と、をボルトにより固定したり、一対の開閉可能なチャック部材により固定したりするものである。
【００３８】
また、この発明は、吸着ノズルのダンパ−機能の有無により、吸着ノズルを交換したが、これに代えて、電子部品吸着条件、例えば、吸着ノズル吸引能力等により、吸着ノズルを変更することも容易に考えられる。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１のチップマウンタによれば、ダンパ−機能は、ノズル取り付け軸とＺ軸との間に設けられているので、吸着ノズルにダンパ−機能を設けた場合に比べて、ダンパ機能の精度（上下動繰り返し精度）を左右する嵌合部が数倍長い。
【００４０】
このため、メカ的ガタが少ないので、搭載精度が良好で、大型で搭載精度を有する電子部品に適応することができる。
また、小型で破損しやすく、搭載精度を必要としない、電子部品を搭載する場合には、着脱手段により吸着ノズルを交換する。すなわち、吸着ノズル自体にダンパ−機能を有するものに交換して搭載を行う。このように、いろいろの種類の電子部品に対応して、最適な吸着ノズルを選択、使用することができる。
【００４１】
このような請求項２におけるチップマウンタによれば、請求項１に加えて、複数の吸着ノズルから、搭載する電子部品の形状に応じて、最適な吸着ノズルを、速やかに選択することができる。したがって、吸着ノズル交換時間を短縮することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明チップマウンタ斜視図
【図２】本発明チップマウンタのヘッド部斜視図
【図３】本発明チップマウンタの上下軸に吸着ノズル装着された時の部分断面図。
【図４】吸着ノズル自体にダンパ−機能を有する、吸着ノズルの半断面図
【図５】チップマウンタ機台Ｗ部詳細図
【符号の説明】
１ 機台
６ 移動ユニット（ヘッド部）
１３ 上下軸
１４ Ｚ軸
１５ ノズル取付け軸
１８ 着脱手段
２３ 第１吸着ノズル
２５ 第２吸着ノズル
３０ 吸着ノズル交換手段

Claims (1)

1. 電子部品を吸脱着可能な複数の吸着ノズル（２３、２５）と、
   この吸着ノズルを保持可能で、かつ上下方向に延出する上下軸（１３）と、
   この上下軸を保持すると共に、上下軸を上下方向に移動させる移動ユニット（６）と、を備え、
   部品供給位置に供給された電子部品を吸着ノズルで順次吸着して持ち上げ、移動ユニットを水平方向に移動させた後、吸着ノズルを下降させて回路基板上の所定位置に電子部品を移載するチップマウンタにおいて、
   前記複数の吸着ノズルは、ダンパー機能を有しない第１吸着ノズル（２３）と、所定の嵌合長によりダンパー機能を有する第２吸着ノズル（２５）とから構成され、
   前記上下軸（１３）を、ノズル取り付け軸（１５）とＺ軸（１４）とに分割し、
   前記ノズル取り付け軸は、前記第２吸着ノズルの所定の嵌合長より長い嵌合長で、Ｚ軸に上下動可能に支持され、且つ、第１圧縮バネ（１７）により下方に向けて付勢されているとともに、
   前記上下軸の一端に、吸着ノズルを着脱可能なノズル着脱手段（１８）と、
   機台上に複数の吸着ノズル保持可能で、かつ吸着ノズルを交換可能な交換手段（３０）と、を備え、
   電子部品種類ごとの最適吸着ノズルデータに基づいて、前記吸着ノズルを、ダンパー機能を有しない第１吸着ノズル（２３）、または、第２圧縮バネ（２７）によりダンパー機能を有する第２吸着ノズル（２５）に自動的に交換し、且つ、
   前記ノズル着脱手段により、前記第１吸着ノズルと前記第２吸着ノズルを交換しても、吸着ノズル先端部までの長さが一致するように構成したことを特徴とするチップマウンタ。

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