JP3939119B2 - 部品装着装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電子部品等の部品を例えば回路基板等の装着対象物へ装着する部品装着装置、及び該部品装着装置にて実行される部品装着方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の電子部品装着機について、図4〜図7を参照して以下に説明する。
図4に示す電子部品装着機70には、水平に配置された回路基板1を水平状態にて搬送する搬送レール10と、該搬送レール10にて搬入された回路基板1を保持し、互いに直交するX、Y方向に移動するXYテーブル50と、上記回路基板1に装着する電子部品8を供給する部品供給装置40と、該部品供給装置40から電子部品8を保持して回路基板1へ装着する部品保持装置30とが備わる。
【0003】
上記部品供給装置40は、例えば図4に示すように、X方向に沿って移動可能な部品供給装置40a、40bの2組から構成され、それぞれの部品供給装置40a、40bは、図6に示す部品供給カセット41を複数台、並列に配列した構造を有する。それぞれの部品供給カセット41にはリール42が装着されており、リール42には、図7に示すように、テープ基材47aの長手方向に所定ピッチで設けられた部品収納部47bに電子部品8を収納しかつ部品収納部47bを被覆テープ47cにて覆った部品収納テープ47が巻回されている。よって、部品供給カセット41は、リール42から部品収納テープ47を間欠的に送り出して搬送し、該搬送途中にてテープ基材47aから被覆テープ47cを剥離して電子部品8を露出させ、部品供給を行う。
【0004】
上記部品保持装置30は、例えば図5に示すように、駆動部32にてシャフト33の軸周り方向へ回転する回転テーブル31と、該回転テーブル31に昇降可能に取り付けられ、上記部品収納テープ47にて露出した電子部品8を部品収納部47bから吸着して回路基板1へ装着する吸着ノズル34とを備える。上記吸着ノズル34は、上記回転動作により、上記部品供給装置40から電子部品8を吸着する部品保持位置と、吸着している電子部品8を回路基板1上へ装着する部品装着位置との間を循環する。
又、上記XYテーブル50は、図5に示すように、回路基板1を水平に保持する基板保持部51と、該基板保持部51が取り付けられ基板保持部51をX方向へ移動させるX−駆動部52と、該X−駆動部52が取り付けられX−駆動部52をY方向へ移動させるY−駆動部53とを備える。上記回転テーブル31は、X、Y方向には移動できない構造であるので、X−駆動部52及びY−駆動部53が動作することで、上記吸着ノズル34に保持されている電子部品8を回路基板1上の装着位置に対応させる。
【0005】
以上のような構成を有する従来の電子部品装着機70では以下のように動作する。
上記部品保持位置に配置された吸着ノズル34に、回路基板1に装着させる電子部品8が位置するように、部品供給カセット41つまり部品供給装置40a、40bをX方向に移動させる。所望の電子部品8が配置された後、上記吸着ノズル34が降下し、真空吸引により部品8を吸着する。吸着後、吸着ノズル34は上昇し、上記回転動作により認識位置までへ移動し、認識装置にて部品認識が行われ、吸着ノズル34に対する電子部品8の吸着姿勢が検出される。該検出後、上記回転動作により吸着ノズル34は上記部品装着位置まで移動する。
一方、上記XYテーブル50では、X−駆動部52及びY−駆動部53を動作させ、基板保持部51に保持されている回路基板1上の装着場所と、上記部品装着位置とを一致させる。このとき、上記吸着姿勢に基づいて得られた部品ずれ量にて回路基板1の移動が補正される。
そして吸着ノズル34が上記部品装着位置まで移動しかつ回路基板1の上述の位置決めが終わった後、電子部品8を保持している吸着ノズル34が下降し、回路基板1上の上記装着場所へ上記部品8が装着される。装着後、吸着ノズル34は上昇し、上記回転動作により、再び上記部品保持位置へ配置される。この一連の動作を繰り返して順次電子部品8を回路基板1上に装着し、回路基板1の電気回路が形成される。
【0006】
回路基板1に装着される電子部品8の数は、回路基板1の表裏を合わせると、多いもので800点程度である。一方、上記部品供給装置40に搭載される部品供給カセット41の数は、回路基板1へ装着する電子部品8の種類により異なるが、一般的には60〜75程度である。よって、電子部品8の種類数が部品供給カセット数を超えるときには、複数の部品装着機70を直列に接続した構成が採られる。
又、部品供給装置40に搭載されているいずれかの部品供給カセット41にて、供給する電子部品8が無くなったとき、つまり部品切れのときには、装着動作が継続不可能になる。よって該状態を防止するため、同種類の電子部品8を供給する部品供給カセット41を、部品供給装置40a、40bのそれぞれに備え、一方の部品供給カセット41にて部品切れが発生したときには、該一方の部品供給カセット41を有する部品供給装置40aを退避させ、他方の部品供給カセット41から部品供給を続行させる。
【0007】
このとき、退避した部品供給装置40aは、上記他方の部品供給カセット41を有する部品供給装置40bのX方向への移動に支障のない所に配置され、部品切れの部品供給カセット41の交換が行われる。このようにして、2つの部品供給装置40a、40bを交互に稼動することにより、部品装着機70を停止することなく回路基板1の生産が可能である。又、このように、従来、回路基板への一連の部品装着工程は、回路基板1を水平状態にして行われる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の部品装着機70では、上記部品供給装置40及び上記XYテーブル50の可動範囲は水平面上であり、又、例えば2台の部品供給装置40a、40bのそれぞれに例えば約75台の部品供給カセット41が備わり、さらに、部品供給装置40a、40bの両方が干渉することなくX方向に移動する必要がある。又、近年、回路基板1の大きさは、最大幅510mm、最大奥行き460mmにもなる。これらの状況から、近年の部品装着機70の大きさは、幅7000mm、奥行き2300mmほどになっている。よって、装着設備を複数配列し回路基板を生産する工場では、部品装着機の大きさが工場建屋の大きさを左右する要因となっており、装着経費を上昇させる主たる原因となっている。よって、設置面積が小さい部品装着機が求められている。尚、部品装着機の設置面積が大きくなるのは、上述のように、電子部品及び回路基板を水平状態にして部品装着工程が行われることに起因している。よって、部品装着機の設置面積の縮小化を図るためには、まず、装着される部品の保持姿勢を水平方向以外の方向に変更することが必要となる。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、装着される部品の保持姿勢を変更可能な部品装着装置を提供するとともに、さらに従来に比べて設置面積の縮小化が図れる部品装着装置、及び該部品装着装置にて実行される部品装着方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の第1態様の部品装着装置によれば、回路基板の部品を装着する面を鉛直方向と平行にした状態で保持する装着対象物保持装置と、
前記回路基板に装着する部品を供給する部品供給装置と、
前記部品の装着面の向きを、前記部品を前記部品供給装置から保持したときと、前記装着対象物へ装着するときと、で直交させる部品保持装置と、を備え、
前記部品保持装置は、前記部品を保持する部品保持部材と、前記部品保持部材を斜面に立設し回転する円錐台形状を有する装着面変更部材とを有し、
前記装着面変更部材の回転軸は、前記円錐台形状の垂線と一致しかつ、前記回路基板の部品を装着する面に対して45度傾斜し配置することを特徴とする。
【0010】
又、前記装着対象物保持装置は、前記回路基板を挟持する挟持部材と、前記回路基板を移動する基板移動装置とを有することもできる。
【0011】
又、前記回路基板は、その両面に上記部品を装着する回路基板であり、
前記部品保持装置は、前記回路基板の両面に対応してそれぞれ設けられることもできる。
【0014】
さらに本発明の第2態様の部品装着方法によれば、部品を保持して装着対象物へ装着する部品装着方法であって、
部品装着時において上記装着対象物に対向する上記部品の装着面の向きを、上記部品を保持したときと、上記装着対象物へ装着するときとで交差させて、上記部品を上記装着対象物へ装着する、
ことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態である部品装着装置、及び該部品装着装置にて実行される部品装着方法について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において同じ構成部分については同じ符号を付している。
又、装着対象物の機能を果たす一例として、本実施形態ではプリント基板のような回路基板を例に採るが、上記装着対象物は回路基板に限定されるものではなく、さらに、部品、筐体、又は、フレーム等をも含む概念である。又、部品の機能を果たす一例として本実施形態ではICや、いわゆるチップ部品等の電子部品を例に採るが、上記部品は、電子部品に限定されるものではない。又、上記部品を供給する部品供給装置の機能を果たす一例として、上述した部品供給カセットを用いた供給装置を例に採るが、部品供給装置は上記部品供給カセットタイプに限定されるものではない。
【0016】
図1に示すように、本実施形態の部品装着装置101は、回路基板1に装着する電子部品8を供給する部品供給装置40と、部品保持装置110とを備える。部品保持装置110は、部品供給装置40から電子部品8を保持して回路基板1へ装着する装置であって、部品装着時において回路基板1に対向する電子部品8の装着面8aの向きを、電子部品8を保持したときと、回路基板1へ装着するときとで交差させて、上記電子部品8を回路基板1へ装着する装置である。
【0017】
上記部品供給装置40は、図4〜図7を参照して既に説明した従来の部品供給装置と同じ構成を有する。よってここでの重複した説明は省略するが、部品供給装置40は、複数の部品供給カセット41をX方向に並設した構成にてなり、リール42から上記部品収納テープ47を間欠的に繰り出して電子部品8の供給を行う。又、部品供給装置40は、図4に示すように例えば2つの部品供給装置40a、40bを備えることができる。又、図1に示すように、部品供給装置40は、図1では紙面に直交する方向であるX方向に延在する移動用レール43に案内されて移動用駆動装置44にて上記X方向に移動する。移動用駆動装置44は、部品装着装置101の全体の動作制御を行う制御装置180にて動作制御され、部品供給カセット41の移動方向及び移動量等の動作制御がなされる。
【0018】
上記部品保持装置110において、電子部品8の上記装着面8aの向きを、部品供給カセット41からの部品保持時と、回路基板1への部品装着時とで交差させるための具体的な構成として、本実施形態では以下のような構成を採る。
即ち、上記部品保持装置110は装着面変更部材111を備える。該装着面変更部材111は、本実施形態では吸着により電子部品8を保持する、ノズル形状の部品保持部材112を有しかつ回転軸115の軸周り方向に回転して上記部品保持部材112に保持した電子部品8の上記装着面8aの向きを変更する部材である。より具体的に説明すると、該装着面変更部材111は、円錐台形状を有し、該円錐台の斜面111aには、該斜面111aに対して垂直に上記部品保持部材112が立設される。又、部品保持部材112は、電子部品8の保持及び装着のため、部品保持装置110に備わる昇降装置にて部品保持部材112の軸方向に昇降する。尚、部品保持部材112の数は1本でもよいが、生産効率を上げるため、本実施形態では上記円錐台の斜面111aに沿って等間隔で8本設けている。各部品保持部材112の種類、大きさ等は、同じでも良いし異ならせても良い。又、円錐台形状の上記斜面111aの傾斜角度は、円錐台形状の平坦な上面又は下面に対して本実施形態では45度である。上記回転軸115は、上記円錐台形状にてなる装着面変更部材111の垂線に一致する。そして、上記円錐台形状にてなる装着面変更部材111は、上記回転軸115を水平方向171に対して下方へ45度傾斜させて設置される。
【0019】
さらに部品保持装置110には、上述の装着面変更部材111に連結され、回転軸115を中心にその軸周り方向へ装着面変更部材111を間欠回転させる回転駆動部113と、本実施形態では部品保持部材112は吸着動作にて電子部品8を保持することから、部品保持部材112における吸着動作を可能とする吸引装置114とが備わる。上記回転駆動部113による装着面変更部材111の間欠回転により、部品保持部材112は、電子部品8を保持する部品保持位置175と、電子部品8を回路基板1上へ装着する部品装着位置176との間を循環する。これらの回転駆動部113及び吸引装置114は、上記制御装置180にて動作制御される。
又、本実施形態では、部品保持装置110は、X、Y、Z方向のいずれにも移動せず、図示を省略しているが部品装着装置101のフレーム材にて回転駆動部113が支持される。
【0020】
上述したように構成された部品保持装置110によれば、円錐台形状にてなる装着面変更部材111を備え、該装着面変更部材111の回転軸115を水平方向171に対して下方へ45度傾斜させた状態で装着面変更部材111を設置したことから、回転軸115を中心としてその軸周り方向へ装着面変更部材111を回転させるという簡単な操作のみで、部品保持時と部品装着時とで、電子部品8の装着面8aの向きを異ならせ、交差させることができる。即ち、図1又は図2に示すように、部品供給カセット41から部品保持部材112にて電子部品8を保持したとき、電子部品8の上記装着面8aは、鉛直方向172に向いている。そして、回転駆動部113の動作により回転軸115を中心にして装着面変更部材111を180度回転させることで、部品保持部材112に保持されている電子部品8の装着面8aを水平方向171に向けることができる。従って、回路基板1について、その厚み方向173を水平方向171に平行として回路基板1を配置すれば、装着面8aが水平方向171に向いた電子部品8を回路基板1へ装着することができる。
【0021】
尚、本実施形態では、装着面変更部材111を円錐台形状としたが、勿論、該形状に限定されるものではなく、例えば円錐、角錐台、角錐等の形状を採ることができる。又、上述のように上記装着面8aを鉛直方向172から水平方向171に向けるため、本実施形態では装着面変更部材111の斜面111aの傾斜角度、及び回転軸115と水平方向171とのなす角度を規定したが、部品保持時と部品装着時とで上記装着面8aの向きを変えるという目的によれば、各角度、及び装着面変更部材111の形状は任意であることは容易に理解できよう。
【0022】
上述のように、回路基板1を鉛直方向172と平行に配置するため、当該部品装着装置101では、上記回路基板1を鉛直方向172と平行に保持する装着対象物保持装置150を備えることもできる。装着対象物保持装置150は、上記鉛直方向172において回路基板1の上、下端部にて、回路基板1を挟持する一対の挟持部材151と、上記X方向、及び上記鉛直方向172に対応するZ方向に上記挟持部材151を移動させる基板移動装置152と、を備える。該基板移動装置152は、制御装置180にて動作制御される。上述のように、本実施形態では部品保持装置110は、上記X、Y、Zのいずれの方向にも移動しないので、装着面変更部材111の回転動作により部品装着位置176まで搬送された電子部品8を、回路基板1上の所定の装着場所に対応させるため、制御装置180の制御により基板移動装置152が動作して、挟持部材151に保持されている回路基板1の位置決めがなされる。
尚、上記装着対象物保持装置150は、当該部品装着装置101への回路基板1の搬入、及び当該部品装着装置101からの搬出を行う、図示を省略している基板搬送装置に連結可能に構成されている。
【0023】
上述のように装着対象物保持装置150は、回路基板1を上記X方向及びZ方向へ移動させる。したがって、上述した部品保持装置110を設け、さらに、鉛直方向172に平行に回路基板1を保持する装着対象物保持装置150を設けることで、当該部品装着装置101における平面的な広がりを、図4に示す従来の電子部品装着機70に比して格段に抑えることが可能となる。つまり部品装着装置の設置面積の縮小化を図ることができる。又、回路基板1の大きさが現状よりも大きくなったとしても、当該部品装着装置101の設置領域が水平方向171に拡大することはない。
【0024】
尚、本実施形態の部品装着装置101では、部品保持部材112が上記部品保持位置175から上記部品装着位置176へ移動する間の場所には、認識装置160が設けている。該認識装置160は、部品保持部材112に吸着保持されている電子部品8の吸着姿勢を撮像し、該撮像情報を制御装置180へ送出する。
【0025】
以上のように構成される本実施形態の部品装着装置101における動作、つまり部品装着方法について以下に説明する。部品装着装置101における動作は、上記制御装置180にて制御される。又、制御装置180には、各部品供給カセット41が有する電子部品8の種類の情報、部品装着装置40における各部品供給カセット41の配置場所の情報、それぞれの電子部品8が装着される回路基板1上の装着場所の情報、及び装着順の情報等の部品装着動作に関する、いわゆる部品装着情報が予め記憶部181に格納されており、該部品装着情報に基づいて部品装着装置40、部品保持装置110、及び装着対象物保持装置150等が動作制御される。
【0026】
上記基板搬送装置にて回路基板1が当該回路基板1の厚み方向173を水平方向171に平行として当該部品装着装置101に搬入され、装着対象物保持装置150の挟持部材151にて保持される。又、当該部品装着装置101に搬入される回路基板1には、電子部品8の装着部分に、電子部品8と回路基板1とを接合させるための接合材料、例えば加熱、溶融により接合を行うクリーム半田9が予め設けられている。
又、上記部品装着情報に基づいて、装着対象である電子部品8が上記部品保持位置175に対応して配置されるように、部品供給装置40の上記移動用駆動装置44が動作し、所望の部品供給カセット41が配置される。該配置終了後、部品保持部材112が下降して上記装着対象の電子部品8を吸着により保持し、保持後、上昇する。尚、部品吸着時、電子部品8は水平の状態にて保持されている。
【0027】
そして、上記回転駆動部113の間欠回転動作により装着面変更部材111が回転され、部品保持部材112に保持されている電子部品8は、部品装着位置176までの移動経路の途中に存在する認識位置へ移動する。該認識位置では、部品保持部材112に吸着されている電子部品8の保持姿勢が認識装置160にて撮像され、該撮像情報は制御装置180へ送出される。制御装置180では、上記撮像情報に基づいて、正規の保持位置に対する電子部品8のずれ量が求められる。上記認識後、電子部品8は、装着面変更部材111の回転により部品装着位置176まで移動される。
【0028】
一方、挟持部材151に保持されている回路基板1は、上記部品装着情報に基づいて、上記部品装着位置176に回路基板1上の装着場所177が対応するように、基板移動装置152の動作により位置決めされる。該位置決めの際、上記認識装置160による撮像情報に基づき求まった上記ずれ量を考慮して上記位置決めが行われる。
該位置決め後、部品保持部材112が下降し、部品保持装置110は、上記装着場所177に電子部品8を装着する。該装着時、上述のように電子部品8は、垂直の状態、つまり上記装着面8aが水平方向を向いており、同じく垂直状態に配置されている回路基板1への装着が可能である。尚、近年のクリーム半田9による表面装着に用いられる小型の電子部品8の大きさは、幅3.2mm、奥行き1.6mm、高さ1.2mm 程度以下であり、一方、クリーム半田9の部品接着力は5Gの加速度にも容易に耐えられ、回路基板1を垂直にすることによる電子部品8の脱落は起こらない。
【0029】
上記装着後、部品保持部材112は上昇し、回転駆動部113の間欠回転動作により部品保持部材112が再び部品保持位置175に配置される。尚、装着面変更部材111の斜面111aには、等間隔で複数の部品保持部材112が設けられているので、上述した部品吸着、認識、及び部品装着の一連の動作は、装着面変更部材111の間欠回転によってそれぞれの部品保持部材112にて順次、連続的に行われる。
【0030】
上述した実施形態の部品装着装置101は、回路基板1の片面にのみ電子部品8を装着する場合の構成である。一方、回路基板1の両面に電子部品8を装着する場合には、図3に示すように、回路基板1の両面に対応して、部品供給装置40−1、40−2、及び部品保持装置110−1、110−2を設けた部品装着装置102を構成することができる。ここで、上記部品供給装置40−1、40−2は、上述した部品供給装置40と同一構成であり、部品保持装置110−1、110−2は、上述した部品保持装置110と同一構成である。よって、図3では、図1のような詳しい図示は省略し、又、ここでの部品装着装置102の構成及び動作の説明は省略する。
部品装着装置102の構成を採ることで、両面部品装着の回路基板に対しても、部品装着装置における設置面積の縮小化を図ることができる。又、従来、両面部品装着の回路基板に対しては、上記接合材料の塗布、電子部品の装着、及び電子部品と回路基板との接合動作の一連の工程を、片面ずつ合計2回行うが、部品装着装置102の構成によれば一度で済み、上記接合材料にクリーム半田を用いた場合には該接合材料の溶融を行うリフロー炉の熱エネルギーを節約できる他、設備の重複を無くすことができる。
【0031】
尚、上述の部品装着装置101、102においては、部品保持装置110はX及びZ方向のいずれにも移動せず、その代わりに装着対象物保持装置150の挟持部材151をX、Z方向へ可動な構造とした。しかし、該構造に限定するものではなく、挟持部材を移動させず部品保持装置をX、Z方向へ可動とした構造や、挟持部材及び部品保持装置の両方をX、Z方向へ可動とした構造を採ることもできる。
【0032】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の第1態様の部品装着装置、及び第2態様の部品装着方法によれば、部品供給装置及び部品保持装置を備え、部品装着時において装着対象物に対向する部品の装着面の向きを、上記部品を保持したときと、上記装着対象物へ装着するときとで異ならせて交差させ上記部品を上記装着対象物へ装着するようにしたことから、例えば水平状態で供給される部品について、水平方向以外の方向へ上記装着面を向けて装着動作を行うことが可能となる。よって、部品装着装置の水平方向における設置面積を従来に比べて縮小することが可能となる。
【0033】
例えば上記装着対象物が回路基板であるとき、上記部品保持装置を備えることで、水平状態で供給される部品を、例えば垂直状態にある上記回路基板に装着することが可能となる。よって、部品装着のための上記回路基板の移動は、水平方向に直交する方向に行われることから、部品装着装置の水平方向における設置面積を従来に比べて縮小することが可能となる。又、装着対象物のサイズが現状よりも大型化したとしても部品装着装置の大きさを水平方向に拡大しなくてもよい部品装着装置の構造を提供することができる。
【0034】
又、上記部品を保持する部品保持部材を有し回転軸の軸周り方向に回転する装着面変更部材を水平方向に対して45度にて傾斜して設けることで、部品の装着面の向きの変更を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態である部品装着装置の構成を示す図である。
【図2】 図1に示す部品装着装置の概略構成を示すための斜視図である。
【図3】 図1に示す部品装着装置の変形例における概略構成を示す図である。
【図4】 従来の電子部品装着機を示す斜視図である。
【図5】 図4に示す部品保持装置、部品供給装置、及びXYテーブル部分の斜視図である。
【図6】 図4に示す部品供給装置に備わる部品供給カセットの斜視図である。
【図7】 図6に示す部品供給カセットが供給する部品収納テープの断面図である。
【符号の説明】
1…回路基板、8…電子部品、8a…装着面、40…部品供給装置、
101…部品装着装置、110…部品保持装置、111…装着面変更部材、
111a…斜面、112…部品保持部材、115…回転軸、
150…装着対象物保持装置、171…水平方向、173…厚み方向。
Claims (3)
- 回路基板の部品を装着する面を鉛直方向と平行にした状態で保持する装着対象物保持装置(150)と、
前記回路基板(1)に装着する部品(8)を供給する部品供給装置(40)と、
前記部品の装着面(8a)の向きを、前記部品を前記部品供給装置から保持したときと、前記装着対象物へ装着するときと、で直交させる部品保持装置(110)と、を備え、
前記部品保持装置は、前記部品を保持する部品保持部材(112)と、前記部品保持部材を斜面に立設し回転する円錐台形状を有する装着面変更部材(111)とを有し、
前記装着面変更部材の回転軸は、前記円錐台形状の垂線と一致しかつ、前記回路基板の部品を装着する面に対して45度傾斜し配置することを特徴とする部品装着装置。 - 前記装着対象物保持装置は、前記回路基板を挟持する挟持部材と、前記回路基板を移動する基板移動装置とを有する、請求項1記載の部品装着装置。
- 前記回路基板は、その両面に上記部品を装着する回路基板であり、
前記部品保持装置は、前記回路基板の両面に対応してそれぞれ設けられる、請求項1又は2記載の部品装着装置。
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