JP4100152B2

JP4100152B2 - 電子部品吸着用ノズル

Info

Publication number: JP4100152B2
Application number: JP2002351052A
Authority: JP
Inventors: 敏浩松木
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-12-03
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2022-12-03
Also published as: JP2004186383A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を真空吸着してピックアップする電子部品吸着用ノズルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品の移載や実装などにおけるハンドリングの方法として、真空吸着による方法が広く用いられている。この方法は吸着孔が設けられた吸着ノズルを電子部品に当接させ、吸着孔から真空吸引することにより発生する負圧を利用して電子部品を吸着保持するものである。この吸着保持動作の制御は、吸着孔からの真空吸引をオン・オフすることによって行われ、真空吸引をオンすることによって電子部品を吸着保持し、また真空吸引をオフすることによって吸着保持状態を解除する。
【０００３】
一般に真空吸引系における動作応答性は鋭敏ではなく、真空吸引のオン・オフと吸着ノズルの吸着面における実際の部品吸着動作との間にはタイムラグが存在する。このため、電子部品実装装置などに電子部品の吸着ノズルの動作制御においては、このようなタイムラグに起因する吸着ノズルの部品移載動作のタクトタイム上の無駄を極力省くことを目的として、真空吸引のオン・オフのためのバルブ作動のタイミングを、これらのタイムラグを予め見込んだ上で設定している（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平３−１６６０８７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記タイミングを最適に設定することは必ずしも容易ではなく、また一旦適切に設定された場合においても、使用時間の経過による真空吸引系の状態劣化、例えばバルブや配管内の目詰まりなどによって、真空吸引状態は変動する。このため、吸着ノズルによる電子部品の吸着保持や保持解除を安定して行うことができず、動作ミスを発生する場合がある。
【０００６】
例えば、吸着ノズルによって電子部品を保持するピックアップ動作において、吸着ノズルの下降途中における真空吸引のオンのタイミングが早すぎた場合には、吸着ノズルが電子部品に当接する前から真空吸引力が電子部品に作用し、電子部品の位置や姿勢を乱す不具合が生じる場合がある。
【０００７】
また、電子部品を吸着保持した吸着ノズルを基板に対して下降させて電子部品を基板上に着地させる部品搭載動作において、吸着ノズルの下降途中における真空吸引のオフのタイミングが早すぎた場合には、電子部品が基板に着地する前に吸着保持が解除され、部品落下によって同様に電子部品の位置や姿勢を乱す不具合が生じる場合がある。
【０００８】
このような不具合を防止しようとすれば、上述オン・オフのタイミングを遅めに設定せざるを得ず、結果としてタクトタイムの遅延を招く結果となっていた。このように、このように、従来の電子部品吸着用の吸着ノズルには、タクトタイムを短縮しつつ安定した真空吸着動作を実現することが困難であるという課題があった。
【０００９】
そこで本発明は、タクトタイムを短縮しつつ安定した真空吸着動作を実現することができる電子部品吸着用ノズルを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電子部品吸着用ノズルは、吸着ヘッドに装着されこの吸着ヘッドと連通した吸引孔から真空吸引することにより下端部に電子部品を吸着保持する電子部品吸着用ノズルであって、前記吸着ヘッドに装着されこの吸着ヘッドと連通する吸引孔が設けられた本体部と、この本体部の下端面に開孔し前記吸引孔と連通した吸着孔と、前記本体部に吸着孔の近傍に位置して設けられ前記吸引孔を本体部の外部と連通させる側面開口部と、吸着孔が閉塞された状態においてこの側面開口部を閉塞し、吸着孔が非閉塞状態において側面開口部を開放する開閉手段とを備えた。
【００１１】
本発明によれば、吸着ヘッドと連通する吸引孔が設けられた本体部の下端面に開孔した吸着孔の近傍に、吸引孔を本体部の外部と連通させる側面開口部を設け、吸着孔が閉塞された状態においてこの側面開口部を閉塞し、吸着孔が非閉塞状態において側面開口部を開放する開閉手段を備えることにより、真空吸引状態を継続しながら真空吸着動作を自動的に制御することができ、タクトタイムを短縮しつつ安定した真空吸着動作を実現することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図、図２は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の移載ヘッドの構成を示す図、図３は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の真空吸引系および電子部品吸着用ノズルの説明図、図４は本発明の一実施の形態の電子部品吸着用ノズルの動作説明図、図５（ａ）、図６（ａ）、図７（ａ）、図８（ａ）は本発明の一実施の形態の電子部品吸着用ノズルの吸着部の斜視図、図５（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）、図８（ｂ）は本発明の一実施の形態の電子部品吸着用ノズル動作説明図である。
【００１３】
まず図１を参照して電子部品実装装置の構造を説明する。図１において基台１の中央にはＸ方向に搬送路２が配設されている。搬送路２は基板３を搬送し電子部品の実装位置に位置決めする。搬送路２の両側方には、部品供給部４が配置されており、それぞれの部品供給部４には多数のテープフィーダ５が並設されている。テープフィーダ５はテープに保持された電子部品を収納し、このテープをピッチ送りすることにより電子部品を供給する。
【００１４】
基台１上面の両端部上にはＹ軸テーブル６Ａ，６Ｂが配設されており、Ｙ軸テーブル６Ａ、６Ｂ上には２台のＸ軸テーブル７Ａ，７Ｂが架設されている。Ｙ軸テーブル６Ａを駆動することにより、Ｘ軸テーブル７ＡがＹ方向に水平移動し、Ｙ軸テーブル６Ｂを駆動することにより、Ｘ軸テーブル７ＢがＹ方向に水平移動する。Ｘ軸テーブル７Ａ，７Ｂには、それぞれ移載ヘッド８および移載ヘッド８と一体的に移動するカメラ９が装着されている。
【００１５】
Ｙ軸テーブル６Ａ，Ｘ軸テーブル７Ａ，Ｙ軸テーブル６Ｂ，Ｘ軸テーブル７Ｂをそれぞれ組み合わせて駆動することにより移載ヘッド８は水平移動し、それぞれの部品供給部４から電子部品を電子部品吸着用ノズル（以下、単に「吸着ノズル」と略記する。）によってピックアップし、搬送路２に位置決めされた基板３上に実装する。基板３上に移動したカメラ９は、基板３を撮像して認識する。
【００１６】
また基板３上部品供給部４から搬送路２に至る経路には、ラインカメラ１１およびノズルストッカ１２が配設されている。ラインカメラ１１は、それぞれの移載ヘッド８に保持された状態の電子部品を下方から撮像する。ノズルストッカ１２は、吸着対象の電子部品に応じた各種の吸着ノズルを収納しており、移載ヘッド８がノズルストッカ１２にアクセスすることにより、吸着ノズルの交換が出来るようになっている。
【００１７】
次に図２を参照して移載ヘッド８について説明する。図２に示すように、移載ヘッドはマルチタイプであり、部品保持手段としての吸着ヘッド８ａを複数個備えた構成となっており、これらの吸着ヘッド８ａはカメラ９と一体的に移動する。各吸着ヘッド８ａは、それぞれ電子部品を吸着して保持する吸着部２０（図３参照）が設けられた吸着ノズル１０を備えている。吸着ノズル１０は吸着ヘッド８ａに着脱自在に装着され、電子部品の種類に応じて交換される。各吸着ノズル１０は、吸着ヘッド８ａに備えられたＺ軸モータによって個別単独に昇降動作が可能となっており、また共通のθ軸モータ１３によって軸廻りの回転が可能となっている。
【００１８】
ここで図３を参照して、吸着ヘッド８ａ、吸着ノズル１０およびに吸着ノズル１０から真空吸引する真空吸引系の構成について説明する。図３に示すように、吸着ヘッド８ａは吸着ノズル１０が装着される装着部８ｂを備えており、装着部８ｂに設けられた吸引接続用の接続孔８ｃには、真空バルブ１４が接続されている。真空バルブ１４は真空吸引手段である真空ポンプ１５に接続されており、真空バルブ１４は制御部１６によって制御される。
【００１９】
吸着ノズル１０は、装着部８ｂに嵌合する嵌合係止部（図示省略）の下方に、内部に吸引孔１０ｂが貫通して設けられた軸状の本体部１０ａおよび円板形状の鍔部１０ｃを設けた構造となっている。鍔部１０ｃは、ラインカメラ１１に付設された照明部より照射された照明光を反射する反射板となっている。本体部１０ａの下端部には、吸着対象の電子部品を吸着保持する吸着部２０が設けられている。
【００２０】
装着部８ｂに吸着ノズル１０が装着された状態では、吸着ノズル１０の吸引孔１０ｂは吸着ヘッド８ａと連通し、さらに接続孔８ｃを介して真空吸引系と連通する。この状態で真空ポンプ１５を駆動し、真空バルブ１４を開状態にすることにより吸引孔１０ｂから真空吸引し、吸着部２０によって電子部品を吸着保持することができる。そしてこの吸着保持動作において、真空バルブ１４の開閉状態を制御部１６によって制御することにより、任意のタイミングで吸着部２０からの真空吸引開始・吸引停止のタイミングを制御することが可能となっている。
【００２１】
次に、吸着ノズル１０の下端部に設けられた吸着部２０の構造について説明する。本体部１０ａの下端部は、吸引孔１０ｂと連通する吸着孔１０ｄが開孔した吸着面となっている。吸着孔１０ｄの近傍には、本体部１０ａを水平方向に貫通した側面開口部２１が、吸引孔１０ｂを本体部１０ａの外部と連通させて設けられている。
【００２２】
本体部１０ａの下端部の外周には、筒状部材２２が本体部１０ａに対して上下方向のスライドが許容された状態で装着されている。筒状部材２２は本体部１０ａから抜け落ちないように図３に示す上下位置、すなわち側面開口部２１に重ならない位置で本体部１０ａに係止されるようになっており、さらにバネなどの付勢手段２３によって下方に付勢された状態となっている。
【００２３】
図４は、吸着ノズル１０によって電子部品を吸着保持する際の、吸着部２０の動作を示している。吸着保持動作においては、まず図４（ａ）に示すように、吸着ノズル１０を吸着対象の電子部品２５の上方に位置合わせし、次いで吸着部２０を電子部品２５に対して下降させる。この状態においては、吸引孔１０ａからの真空吸引は既に開始されているが、側面開口部２１が開放されているため吸着孔１０ｄからの吸引量はわずかである。
【００２４】
吸着ノズル１０の下降の過程において、図４（ｂ）に示すように、まず筒状部材２２の下端部が電子部品２５の上面２５ａに当接する。これにより、電子部品２５には筒状部材２２を介して付勢手段２３の付勢力が作用し、位置や姿勢が保たれる。この後筒状部材２２の下降が阻止された状態で、本体部１０ａのみが下降することにより、筒状部材２２は本体部１０ａに対して相対的に上昇し、この結果、筒状部材２２は側面開口部２１を塞ぐ方向に移動する。
【００２５】
この後図４（ｃ）に示すように、本体部１０ａの下面が電子部品２５の上面２５ａに当接すると、吸着ノズル１０の下降が停止する。この状態においては、筒状部材２２は付勢手段２３（図３）に抗して上昇した位置にあり、側面開口部２１は筒状部材２２によって完全に閉塞されている。したがって、吸引孔１０ｂを介して行われる真空吸引は、下端部の吸着孔１０ｄのみに吸着力を発生させ、電子部品２５は吸着孔１０ｄの吸着保持力によって保持される。そしてこの状態で吸着ノズル１０を上昇させることにより、電子部品２５は吸着孔１０ｄに吸着保持された状態で吸着ノズル１０とともに上昇し、ピックアップされる。
【００２６】
上述の吸着部２０を備えた吸着ノズル１０による電子部品２５のピックアップ動作において、図４（ａ）、（ｂ）に示す状態においては、吸引孔１０ｂから真空吸引している状態にあるにもかかわらず、電子部品２５には吸着孔１０ｄによる真空吸引力は作用していない。したがって吸着ノズル１０が電子部品２５に当接する前から真空吸引力が電子部品に作用することによって電子部品２５の位置や姿勢を乱す不具合が発生しない。
【００２７】
さらに、図４（ｂ）以降の状態においては、電子部品２５の上面２５ａは筒状部材２２によって上方から保持されており、位置や姿勢が確実の保持される。そして図４（ｃ）に示すように、吸着孔１０ｄが電子部品２５に当接して閉塞状態になると、側面開口部２１も閉塞され、吸着孔１０ｄによる吸着力のみが発生する。このとき、側面開口部２１の外面に位置する筒状部材２２が吸引孔１０ｂの真空吸引によって本体部１０ａの外側面に押し付けられ、側面開口部２１の閉塞状態が保たれる。
【００２８】
この後引き続いて行われる電子部品２５の搭載動作においては、吸引孔１０ｂからの真空吸引を停止すると吸着孔１０ｄの吸着保持力が失われ、電子部品２５は吸着ノズル１０から離脱する。これにより、筒状部材２２は付勢手段２３の付勢力によって再び図４（ａ）に示す状態に復帰し、側面開口部２１が開放状態となる。上記構成において、筒状部材２２は、吸着孔１０ｄが閉塞された状態において側面開口部２１を閉塞し、吸着孔１０ｄが非閉塞状態において側面開口部２１を開放する開閉手段となっている。
【００２９】
図５〜図８は、上述構成の吸着ノズル１０、吸着部２０の具体形状例を示している。以下順次説明する。図５において、吸着ノズル１０は軸方向に直交する断面の形状が矩形の本体部１０ａを備えており、本体部１０ａ内には上下に貫通する吸引孔１０ｂが設けられている。本体部１０ａの側面には側面開口部２１が設けられており、本体部１０ａの下端部には矩形断面の筒状部材２２が装着されている。
【００３０】
筒状部材２２に設けられたガイド端部２２ａは、本体部１０ａの側面に上下方向に設けられたガイド溝２４に嵌合しており、これにより筒状部材２２の上下方向のスライド動作がガイドされるとともに、筒状部材２２はガイド溝２４によって係止され、抜け落ちが防止される。
【００３１】
図４（ｂ）は、吸着部２０による電子部品２５の吸着保持動作を示している。（イ）に示すように、筒状部材２２が電子部品２５に対してまだ当接していない状態では、筒状部材２２は側面開口部２１に部分的に重なった状態であり、側面開口部２１は閉塞されていない。そして（ロ）に示すように、筒状部材２２が電子部品２５に当接し、さらに本体部１０ａの吸着面が電子部品２５に当接するまで下降することにより、側面開口部２１が完全に閉塞され、電子部品２５は本体部１０ａに吸着保持される。
【００３２】
図６に示す吸着部２０Ａは、図５と同様の矩形の断面形状を有する本体部１０ａに装着される筒状部材の下面形状を、テープ２７のエンボス部２７ａ内に収容された電子部品２５を吸着保持するのに適した形状に設定した例を示している。図６（ａ）に示すように、筒状部材２６に設けられたガイド端部２６ａは、本体部１０ａの側面に上下方向に設けられたガイド溝２４に嵌合しており、これにより筒状部材２６の上下方向のスライドがガイドされるとともに、筒状部材２２はガイド溝２４によって係止され、抜け落ちが防止される。筒状部材２６の下部には、両側面方向に張り出した張出部２６ｂが設けられている。
【００３３】
図６（ｂ）に示すように、張出部２６ｂの張出幅は、エンボス部２７ａの幅よりも広く設定されており、また、本体部１０ａの幅はエンボス部２７ａの幅よりも狭く設定されている。これにより、このような筒状部材２６を備えた吸着ノズル１０をテープ２７に対して下降させた状態において、筒状部材２６はテープ２７の上面に当接した状態で停止し、本体部１０ａのみがエンボス部２７ａ内に下降して電子部品２５に当接する。側面開口部２１の閉塞・開放については、図５に示す例と同様である。
【００３４】
図７に示す吸着部２０Ｂは、図５と同様の矩形の断面形状を有する本体部１０ａに装着される筒状部材において、当接面のサイズが小さい小型の電子部品に対応可能なように当接ピンを設けた例を示している。図７（ａ）において、図５に示す筒状部材２２と同様の外形形状の筒状部材２８には、左右２つの側面部を連結する連結ピン２９ａが設けられている。連結ピン２９ａは、本体部１０ａへ装着された状態において側面開口部２１を水平方向に貫通し、側面開口部２１内で上下方向に移動可能となっている。
【００３５】
連結ピン２９ａには、下方に延出する当接ピン２９ｂが結合されており、筒状部材２８が本体部１０ａに対して相対的に下降した係止状態において、当接ピン２９ｂの下端部は、筒状部材２８の下端部よりもさらに下方に突出している。
【００３６】
図７（ｂ）は、吸着部２０Ｂによる小型の電子部品２５Ａの吸着保持動作を示している。（イ）に示すように、当接ピン２９ｂが電子部品２５Ａに対してまだ当接していない状態では、筒状部材２８は側面開口部２１に部分的に重なった状態であり、側面開口部２１は閉塞されていない。そして（ロ）に示すように、当接ピン２９ｂが電子部品２５Ａに当接し、さらに本体部１０ａの吸着面が電子部品２５Ａに当接するまで下降することにより、筒状部材２８は当接ピン２９ｂ、連結ピン２９ａによって本体部１０ａに対して相対的に上方に移動し、側面開口部２１が完全に閉塞される。
【００３７】
さらに図８に示す吸着部２０Ｃは、図５と略同様の矩形断面の本体部１０ａの下端部に、図５と同様形状の側面開口部２１を開閉するための回転部材３０を設けた例を示している。回転部材３０は略扇形の板状部材であり、本体部１０ａの下端隅部近傍に設けられたピン３１によって回転自在に軸支されている。回転部材３０は、ピン３１廻りに回転することにより側面開口部２１を閉塞するような形状になっており、本体部１０ａの下端部が電子部品に当接していないフリーな状態で、回転部材３０が常に図８（ａ）の状態にあるよう、回転方向（矢印方向）に付勢されている。
【００３８】
図８（ｂ）は、吸着部２０Ｃによる電子部品２５の吸着保持動作を示している。（イ）に示すように、本体部１０ａが電子部品２５の上方に隔てた位置にある状態では、回転部材３０は本体部１０ａの下端部から下方に突出した状態にあり、側面開口部２１は閉塞されずに開放状態にある。
【００３９】
そして（ロ）に示すように、本体部１０ａが下降して、回転部材３０の端部３０ａが電子部品２５に当接し、さらに本体部１０ａの吸着面が電子部品２５に当接するまで下降することにより、回転部材３０はピン３１廻りに回転する。これにより、側面開口部２１が完全に閉塞され、電子部品２５は本体部１０ａによって吸着保持される。この構成においては、回転部材３０が側面開口部２１を開閉する開平手段となっている。
【００４０】
上記説明したように、本実施の形態に示す電子部品吸着用ノズルでは、吸着孔の近傍に側面開口部を設け、吸着孔が閉塞された状態においてこの側面開口部を閉塞し、吸着孔が非閉塞状態において側面開口部を開放する開閉手段を備えるようにしている。これにより、真空バルブの開閉操作をその都度行うことなく真空吸引状態を継続しながら真空吸着動作を自動的に制御することができる。
【００４１】
したがって、真空バルブの開閉タイミングが適切に設定されていないことによる各種の不具合、すなわち、ピックアップ動作において、吸着ノズルの下降途中における真空吸引のオンのタイミングが早すぎた場合や、電子部品を基板上に着地させる部品搭載動作において、吸着ノズルの下降途中における真空吸引のオフのタイミングが早すぎた場合に生じる電子部品の位置や姿勢の不良などの不具合を防止することができる。
【００４２】
これにより、従来、このような不具合を防止するために必要とされたタイミング設定上での余裕、すなわち上述オン・オフのタイミングを遅めに設定する必要が無く、タクトタイムを短縮しつつ、前述の不具合がない安定した真空吸着動作を実現することができる。
【００４３】
なお上記実施の形態に示す各実施例においては、本体部の断面形状が矩形断面の例を示しているが、円形断面の本体部に、円筒状の筒状部材を組み合わせた構成であってもよい。さらに、上記各実施例では筒状部材を本体部の外側面に装着する例を示したが、筒状部材を本体部の吸引孔内に挿入する構成としてもよい。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、吸着ヘッドと連通する吸引孔が設けられた本体部の下端面に開孔した吸着孔の近傍に、吸引孔を本体部の外部と連通させる側面開口部を設け、吸着孔が閉塞された状態においてこの側面開口部を閉塞し、吸着孔が非閉塞状態において側面開口部を開放する開閉手段を備えるたので、真空吸引状態を継続しながら真空吸着動作を自動的に制御することができ、タクトタイムを短縮しつつ安定した真空吸着動作を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図
【図２】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の移載ヘッドの構成を示す図
【図３】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の真空吸引系および電子部品吸着用ノズルの説明図
【図４】本発明の一実施の形態の電子部品吸着用ノズルの動作説明図
【図５】（ａ）本発明の一実施の形態の電子部品吸着用ノズルの吸着部の斜視図（ｂ）本発明の一実施の形態の電子部品吸着用ノズル動作説明図
【図６】（ａ）本発明の一実施の形態の電子部品吸着用ノズルの吸着部の斜視図（ｂ）本発明の一実施の形態の電子部品吸着用ノズル動作説明図
【図７】（ａ）本発明の一実施の形態の電子部品吸着用ノズルの吸着部の斜視図（ｂ）本発明の一実施の形態の電子部品吸着用ノズル動作説明図
【図８】（ａ）本発明の一実施の形態の電子部品吸着用ノズルの吸着部の斜視図（ｂ）本発明の一実施の形態の電子部品吸着用ノズル動作説明図
【符号の説明】
３基板
８移載ヘッド
８ａ吸着ヘッド
１０吸着ノズル
１０ａ本体部
１０ｂ吸引孔
１０ｄ吸着孔
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ吸着部
２５，２５Ａ電子部品
２２、２６，２８筒状部材
３０回転部材

Claims

吸着ヘッドに装着されこの吸着ヘッドと連通した吸引孔から真空吸引することにより下端部に電子部品を吸着保持する電子部品吸着用ノズルであって、前記吸着ヘッドに装着されこの吸着ヘッドと連通する吸引孔が設けられた本体部と、この本体部の下端面に開孔し前記吸引孔と連通した吸着孔と、前記本体部に吸着孔の近傍に位置して設けられ前記吸引孔を本体部の外部と連通させる側面開口部と、吸着孔が閉塞された状態においてこの側面開口部を閉塞し、吸着孔が非閉塞状態において側面開口部を開放する開閉手段とを備えたことを特徴とする電子部品吸着用ノズル。