JP4183888B2

JP4183888B2 - 電子部品の実装装置

Info

Publication number: JP4183888B2
Application number: JP2000185847A
Authority: JP
Inventors: 渡秀瀬
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2020-06-21
Also published as: JP2002009491A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を基板に実装する電子部品の実装装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品を基板に実装する実装装置には、電子部品を収納するテープフィーダなどのパーツフィーダが多数並設された供給部が設けられており、これらのパーツフィーダから移載ヘッドによって電子部品をピックアップして基板上に移載する実装動作が繰り返し行われる。この実装動作の効率向上を図るため、移載ヘッドに電子部品保持用の吸着ノズルを複数本配列した複数ノズル型の移載ヘッドが用いられる場合が多い。従来複数ノズル型の移載ヘッドにおける吸着ノズルの配列方式としては、複数の吸着ノズルを１直線上に直列に配列した多連ノズルや、複数の吸着ノズルが円周上に配置したロータリ方式などが採用されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上記従来の移載ヘッドには、実装装置の構成上また実装動作の効率化を図る上で、以下のような問題点があった。まず、多連ノズルではノズル数が多くなるに従って配列長さが増大して、移載ヘッドを実装装置内で移動させる水平移動ストロークが大きくなり、結果として装置スペースの増大・コストアップを招くこととなっていた。また、ノズル数が多くなるにつれて各吸着ノズル間のピッチ誤差が不可避的に累積する。そしてこのピッチ誤差が大きくなると、供給部の複数のパーツフィーダから複数部品を同時に吸着する際の吸着ミスが生じやすくなり、結果として同時ピックアップが実現されず実装効率を低下させる要因となっていた。そしてこの同時ピックアップ可能確率の低さは、ロータリ方式の移載ヘッドにも共通した問題点となっていた。
【０００４】
そこで本発明は、省スペース・コンパクトであり、複数部品の同時ピックアップの確率が高く実装効率を向上させることができる電子部品の実装装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電子部品の実装装置は、電子部品の供給部に複数台並設されたパーツフィーダから移載ヘッドによって電子部品をピックアップして基板に実装する電子部品の実装装置であって、前記移載ヘッドに、電子部品を吸着して保持する複数の吸着ノズルを所定の基本ピッチで前記パーツフィーダの並設方向に直列に配列して成るノズル列を前記並設方向と直交する方向に複数列設け、且つＸ軸駆動モータによってＸ方向へ水平移動するベース部を設け、このベース部に固設されたフレームにノズル昇降モータを垂直に配設し、またこのノズル昇降モータの下方にノズル昇降モータの回転運動を昇降軸部材の上下動
に変換する昇降機構を設け、且つノズル昇降モータと昇降機構と昇降軸部材と吸着ノズルを上から順に同一鉛直線上に配設して、各ノズル昇降モータを制御部によって個別に制御することにより前記各吸着ノズルを個別にストローク可変に昇降させるようにし、また各吸着ノズルの軸回転部に無端ベルトを調帯し、単一のノズル回転モータによって各吸着ノズルをその軸廻りにθ回転させるようにした。
請求項２記載の電子部品の実装装置は、請求項１記載の電子部品の実装装置において、前記ノズル列は前記直交する方向に第１ノズル列及び第２ノズル列として２列設けられており、また上記無端ベルトは上下２段調帯されており、この上下２段の無端ベルトはそれぞれ第１ノズル列の吸着ノズルと第２ノズル列の吸着ノズルをθ回転させるようにした。
【０００７】
本発明によれば、電子部品を吸着して保持する複数の吸着ノズルを所定の基本ピッチで前記パーツフィーダの並設方向に直列に配列して成るノズル列が前記配列方向と直交する方向に複数列設けられた移載ヘッドを用いることにより、実装装置の省スペース・コンパクト化を図ることができると共に、複数部品の同時ピックアップの確率を向上させて電子部品の実装を効率よく行うことができる。
【０００８】
【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の実装装置の平面図、図２は本発明の一実施の形態の電子部品の実装装置の移載ヘッドの斜視図、図３（ａ）は本発明の一実施の形態の電子部品の実装装置の移載ヘッドの正面図、図３（ｂ）は本発明の一実施の形態の電子部品の実装装置の移載ヘッドの側面図、図４は本発明の一実施の形態の電子部品の実装装置の吸着ノズルユニットの断面図、図５は本発明の一実施の形態の電子部品の実装装置の吸着ノズルユニットの部分詳細図、図６は本発明の一実施の形態の電子部品の実装装置の移載ヘッドの部分断面図、図７は本発明の一実施の形態の電子部品の実装装置の移載ヘッドの部分斜視図である。
【０００９】
まず図１を参照して電子部品の実装装置の全体構造について説明する。図１において、電子部品の実装装置１には搬送路２が配設されており、搬送路２は電子部品が実装される基板３を搬送し位置決めする。搬送路２の側方には電子部品の供給部４が配設されており、供給部４には多数のパーツフィーダであるテープフィーダ５が並設されている。
【００１０】
供給部４と搬送路２の上方にはＸ軸テーブル６、Ｙ軸テーブル７が配設されている。Ｘ軸テーブル６、Ｙ軸テーブル７はそれぞれ送りねじ８Ｘ，８Ｙ、駆動モータＭＸ，ＭＹを備えており、Ｙ軸駆動モータＭＹを駆動することにより、Ｘ軸テーブル６がＹ方向へ移動する。Ｘ軸テーブル６には移載ヘッド９が装着されており、移載ヘッド９は供給部４のテープフィーダ５から電子部品をピックアップし、搬送路２に位置決めされた基板３上へ移送搭載する。Ｘ軸テーブル６、Ｙ軸テーブル７は、移載ヘッド９を水平移動させる移動手段となっている。本発明では、搬送路２における基板３の搬送方向やパーツフィーダ５の並設方向をＸ方向とし、これに直交する方向をＹ方向とする。
【００１１】
搬送路２と供給部４の間には電子部品認識用のラインカメラ１０が配設されており、供給部４から電子部品をピックアップした移載ヘッド９がラインカメラ１０上を通過する際に、ラインカメラ１０は電子部品を下方から撮像する。そして得られた撮像データを画像処理することにより、電子部品の認識が行われる。すなわちラインカメラ１０は、移載ヘッド９の吸着ノズルに保持された状態の電子部品を下方から認識する認識手段となっている。
【００１２】
次に図２、図３を参照して移載ヘッド９について説明する。図２、図３に示すように、移載ヘッド９は複数の吸着ノズルが一体的に移動する多連型ヘッドであり、共通の垂直なベース部１１に吸着ノズルを昇降機構および吸引機構とともに一体化した吸着ノズルユニット１２を複数並設した構造となっている。本実施の形態に示す例では、４個の吸着ノズルユニット１２をＸ方向（テープフィーダ５の並設方向）に直列に配列して成るノズル列を、Ｙ方向に２列並設した配置となっている。
【００１３】
このような吸着ノズルユニット１２の配置を採用することにより、単一列に複数の吸着ノズルを直列配置する従来の多連ノズル型の移載ヘッドと比較して、移載ヘッドのＸ方向の長さ寸法を大幅に短縮することができる。したがって、移載ヘッドのＸ方向のストロークを短縮して装置スペースを縮小することができる。また、直列に配置されるノズル数が減少することから、各ノズル間のピッチ誤差の累積を抑制することができ、後述するように複数部品の同時ピックアップを行う際の位置ずれに起因する不具合を減少させることができる。
【００１４】
図３に示すように、Ｘ軸テーブル６のフレーム６ａの側面には、ガイドレール１３ａが水平方向に配設されており、ガイドレール１３ａとスライド自在に嵌合するスライダ１３ｂはベース部１１に固着されている。また送りねじ８Ｘに螺合するナット１４はベース部１１に固着されており、Ｘ軸駆動モータＭＸによって送りねじ８Ｘを回転駆動することにより、ベース部１１はＸ方向に水平移動する。これにより、複数の吸着ノズルユニット１２は一体的に移動する。
【００１５】
移載ヘッド９の構造について説明する。ベース部１１の側面には箱形状の上部フレーム１５および変断面形状の下部フレーム１６が固設されている。上部フレーム１５の上面には、吸着ノズルユニット１２を構成するノズル昇降モータ２０が垂直に配設されている。ノズル昇降モータ２０の回転は上部フレーム１５の下方に設けられた昇降機構２５に伝達され、ここでノズル昇降モータ２０の回転運動が昇降軸部材３０の上下動に変換される。図４に示すように、ノズル昇降モータ２０、送りねじ２３（後述）、昇降機構２５、昇降軸部材３０、吸着ノズル３８は同一鉛直線Ｎ上に上から順に配設されている。したがって、これらのノズル昇降モータ２０を制御部３９によって個別に制御することにより、移載ヘッド９の複数の吸着ノズル３８を、個別にストローク可変に昇降させることができるようになっている。
【００１６】
このように複数の吸着ノズルを備えた移載ヘッド９において、吸着ノズルをストローク可変に個別に昇降させることにより、移載ヘッド９全体に昇降動作を行わせる必要がない。したがって、従来の移載ヘッド９全体を昇降させる機構と比較して、昇降機構の駆動負荷を軽減できると共に、実装動作における吸着ノズルの昇降動作を１つの駆動系のみの単一動作にして、全体の実装タクトタイムを短縮することができる。
【００１７】
昇降軸部材３０には軸回転部３２が設けられており、下部フレーム１６に固設されたノズル回転モータ５０によって、無端ベルト５１ａ，５１ｂを介して軸回転部３２に回転が伝達される。これにより、昇降軸部材３０は軸廻りに回転する。昇降軸部材３０の下端部は、スイベル部３６を挿通してノズルヘッド３７と結合されており、ノズルヘッド３７には反射板３８ａおよび吸着部３８ｂを備えた吸着ノズル３８が着脱自在に装着される。すなわち、昇降軸部材３０の下端部には、吸着ノズル３８が装着される。
【００１８】
スイベル部３６は真空吸引装置に接続されており、スイベル部３６から真空吸引することにより、吸着ノズル３８の軸廻りの回転を許容しながら、吸着部３８ｂの下端部から真空吸引する。そして下端部に電子部品が当接した状態で真空吸引することにより、吸着ノズル３８は電子部品を吸着保持する。反射板３８ａは、ラインカメラ１０による撮像時に、下方から照射される照明光を反射して、吸着部３８ｂに保持された電子部品を透過照明する。
【００１９】
次に図４、図５を参照して吸着ノズルユニット１２の構造を説明する。図４において上部フレーム１５の頂板１５ａにはノズル昇降モータ２０の軸孔１５ｃが設けられており、軸孔１５ｃ内にはカップリング部材２１が装着された回転軸２０ａが挿入されている。また軸孔１５ｃと上部フレーム１５の底板１５ｂに設けられた軸孔１５ｄには、昇降機構２５のハウジング部材２２が、それぞれベアリング２４ａ，２４ｂを介して軸支されている。ハウジング部材２２の上端部には、図５（ａ）に示すようにスリット２２ａが設けられており、スリット２２ａにはカップリング部材２１の平歯部２１ａが嵌合する。したがって、回転軸２１ａが回転するとハウジング部材２２も共に回転する。
【００２０】
ハウジング部材２２には上下に貫通する内孔２２ｂが設けられており、図５（ｂ）に示すように内孔２２ｂの下方は、ナット部材２６が嵌着される装着孔２２ｃと連通している。装着孔２２ｃ内にナット部材２６を嵌合させ、カラープレート４３を弾性材より成るリング４２を介して押さえ部材４１で押さえ込むことにより、ナット部材２６は図５（ｂ）に矢印にて示す段差部分を挟み込まれ、ハウジング部材２２に固定される。
【００２１】
ナット部材２６には内孔２２ｂを挿通する送りねじ２３が螺合しており、送りねじ２３の下端部は、ベアリング２８を上下から保持する保持部材２７，２９を介して、昇降軸部材３０と回転自在に結合されている。したがってノズル昇降モータ２０を駆動することにより、ハウジング部材２２に固定されたナット部材２６が回転する。ノズル昇降モータ２０はナット部材２６を回転駆動する駆動手段となっている。これにより送りねじ２３が上下動し、そしてこの上下動は送りねじ２３と結合された昇降軸部材３０に伝達され、送りねじ２３と昇降軸部材３０とは共に昇降する。このとき昇降軸部材３０は、ベアリング２８によって送りねじ２３に対しての相対的な回転が許容される。
【００２２】
昇降軸部材３０の外周には、スプリング部材３１が装着されており、スプリング部材３１は保持部材２９に当接して上方向への付勢力を伝達する。この付勢力はさらに保持部材２７を介して送りねじ２３に伝達される。これにより、ナット部材２６が回転して送りねじ２３を上下動させる際に、送りねじ２３はナット部材２６に対して軸方向に押圧されながら上下動し、送りねじ２３のナット部材２６との連れ廻りが防止される。すなわち、スプリング部材３１は送りねじ２３の連れ廻りを防止する廻り止め手段となっている。
【００２３】
下部フレーム１６に設けられた軸孔１６ａには、図５（ｃ）に示すようにベアリング４５ａ，４５ｂを介してハウジング部材４４が軸支されている。ハウジング部材４４には上下に貫通する内孔４４ａが設けられており、内孔４４ａの下方に設けられた装着孔４４ｂにはスライドガイド３５が嵌着されている。スライドガイド３５には、昇降軸部材３０が回転方向の変位を拘束されて挿通している。すなわち、ハウジング部材４４を回転することにより、昇降軸部材３０も共に回転するようになっている。
【００２４】
ハウジング部材４４の上部は、ノズル回転モータ５０から回転が伝達される軸回転部３２となっている。軸回転部３２には伝動プーリ部３３と、アイドラプーリ部３４が設けられている。伝動プーリ部３３はハウジング部材４４に固着されたプーリ３３ａを備えており、プーリ３３ａに調帯された無端ベルト５１ａによってハウジング部材４４に回転が伝達される。
【００２５】
これに対し、アイドラプーリ部３４に備えられたプーリ３４ｂは、ベアリング３４ａを介してハウジング部材４４に装着されている。このため、アイドラプーリ部３４に調帯された無端ベルト５１ｂからはハウジング部材４４に回転が伝達されず、単に無端ベルト５１ｂをガイドするアイドラとしてのみ機能する。
【００２６】
ここで、移載ヘッド９におけるノズル列と各ノズル列の吸着ノズルを回転させるノズル回転モータ５０の配置について説明する。図６、図７に示すように移載ヘッド９には、Ｘ軸テーブル６側、すなわち供給部４側から順にそれぞれ４個の吸着ノズルより成る第１ノズル列Ｌ１、第２ノズル列Ｌ２が設けられている。そして、供給部４側の第１ノズル列Ｌ１と基板３側の第２ノズル列Ｌ２との中間位置には、ノズル回転モータ５０が配置されている。ノズル回転モータ５０は、これらの各ノズル列の吸着ノズルをノズル軸廻りに回転させる単一のθ回転駆動手段となっている。
【００２７】
ノズル回転モータ５０による各吸着ノズルの回転は、図６、図７に示すように軸回転部３２のプーリ位置に応じて上下２段に調帯された２つの無端ベルト５１ａ，５１ｂのうちの１つの無端ベルトを介して、各ノズル列ごとにノズル回転モータ５０によって回転駆動される。すなわち図６（ａ）に示すように、下段の無端ベルト５１ａは第２ノズル列Ｌ２の４個の吸着ノズルを、また図６（ｂ）に示すように上段の無端ベルト５１ｂは第１ノズル列Ｌ１の４個の吸着ノズルをそれぞれ回転駆動する。上下各段にはテンションプーリ５３が設けられ、ベルト張力を調整できるようになっている。
【００２８】
ここで各吸着ノズルユニット１２の軸回転部３２のタイプについて説明する。図６（ｃ）に示すように、軸回転部３２の伝動プーリ部３３、アイドラプーリ部３４の組み合わせにはタイプＡ〜Ｄの４種類があり、上記各ノズル列Ｌ１，Ｌ２にはこれらの４種類のタイプが組み合わせて配列されている。
【００２９】
タイプＡは、上段にプーリ３３ａが、下段にベアリング３４ａを介してプーリ３４ｂが装着されたものであり、タイプＢは上段にプーリ３３ａが、下段にベアリング３４ａのみが装着されたものである。またタイプＣ，ＤはそれぞれタイプＢ，Ａの上段と下段とを入れ替えた構成となっている。そして第１ノズル列Ｌ１、第２ノズル列Ｌ２は、図６に示すように、それぞれ上記タイプＡ〜Ｄを（Ａ，Ｂ，Ｂ，Ａ）、（Ｄ，Ｃ，Ｃ，Ｄ）の配列で組み合わせたものとなっている。
【００３０】
このような軸回転部３２の構成および配列を採用することにより、回転駆動対象のノズル列の各軸に装着された伝動用のプーリ３３ａに無端ベルト５１ａ，５１ｂの歯面側を当接させるとともに、他のノズル列の軸回転部３２をガイド用のアイドラとして用いることが可能となっている。ここで、無端ベルト５１ａ，５１ｂの歯面側でガイドする位置にはプーリ３４ｂを、背面側でガイドする位置にはベアリング３４ａのみを用いている。図６から判るように、上段と下段における伝動プーリ部やアイドラプーリ部の配列は対称な関係にあることから、同一長さの無端ベルト５１ａ，５１ｂを上下各段に使用することが可能となっており、保守部品の管理が容易となっている。
【００３１】
このように、同一のノズル列の複数の吸着ノズルのノズル軸を一つの無端ベルトで回転駆動することにより、回転伝達誤差の小さい高精度のθ回転を行うことができるとともに、コンパクトな複数ノズル型の移載ヘッドが実現される。また上記構成において、θ軸回転手段のノズル回転モータ５０を各ノズル列の中間位置に配置することにより、伝動配置における対称性を確保するとともに、Ｘ軸テーブル６からの移載ヘッド９の張り出し部分の質量モーメントを極力小さくすることができ、駆動時の振動発生を抑制して高速駆動を可能としている。
【００３２】
次に移載ヘッド９における基板認識用のカメラ１７の配置について説明する。図６に示すように、移載ヘッド９は一体的に移動するカメラ１７を備えており、カメラ１７は供給部４側のノズル列、すなわち第１ノズル列Ｌ１と同一直線上に配置されている。Ｘ軸テーブル６、Ｙ軸テーブル７を駆動することにより、カメラ１７は移載ヘッド９とともに一体的に水平移動し、搬送路２上に位置決めされた基板３を撮像して基板３の位置を認識する。カメラ１７は基板３を撮像する撮像手段となっている。
【００３３】
この電子部品の実装装置は上記のように構成されており、以下、この実装装置による電子部品の実装について説明する。まず最初に、移載ヘッド９には実装対象の電子部品に応じた吸着ノズル３８が装着される。この装着作業が完了したならば、実装動作が開始される。まず、図１において移載ヘッド９を供給部４に移動させ、各テープフィーダ５から吸着ノズル３８によって電子部品をピックアップする。
【００３４】
このとき、供給部４におけるテープフィーダ５の電子部品ごとの配列が移載ヘッド９における吸着ノズル３８の配列と一致している場合には同時吸着が可能である。この場合には複数の吸着ノズルユニット１２において吸着ノズル３８の下降が同時に行われ、複数の電子部品が同時にピックアップされる。これ以外の場合には、実装シーケンスデータに従って、ピックアップ対象の電子部品を当該部品に対応した個々の吸着ノズル３８によって個別にピックアップする。
【００３５】
上記電子部品のピックアップにおいて、移載ヘッド９のＸ方向の長さ寸法が小さく設定されていることから、ピックアップ動作における移載ヘッド９の移動距離を小さくして実装タクトタイムを短縮することができる。また、移載ヘッド９における複数の吸着ノズル間のピッチ誤差の累積が小さいことから、吸着ノズルと電子部品の位置ずれに起因するピックアップ不具合の発生を最小に抑制し、単一列に複数の吸着ノズルを直列配置する方式の多連ノズル型の移載ヘッドと比較して、同時ピックアップの確率を向上させることが可能となっている。
【００３６】
このようにして複数の電子部品を保持した移載ヘッド９は、Ｘ軸テーブル６、Ｙ軸テーブル７によって基板３の上方へ移動する。この移動の経路において移載ヘッド９はラインカメラ１０の上方を所定の移動速度で通過する。これにより、移載ヘッド９に保持された電子部品はラインカメラ１０によって下方から撮像され、この撮像結果を画像処理することにより各電子部品の認識が行われる。
【００３７】
そして位置が認識され位置ずれが検出された電子部品は、位置ずれを補正した上で基板３上の各実装点に搭載される。この搭載動作において、保持した電子部品のピッチ、すなわち吸着ノズルユニット１２の配列ピッチと基板３上の実装点のピッチとが一致している場合には、これらの電子部品を保持した吸着ノズル３８を同時に下降させる。これ以外の場合には、各電子部品を保持した吸着ノズル３８を実装シーケンスデータに基づいて順次下降させ、電子部品を各実装点に搭載する。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、電子部品を吸着して保持する複数の吸着ノズルが所定の基本ピッチでパーツフィーダの並設方向に直列に配列されたノズル列が複数列設けられた移載ヘッドを用いるようにしたので、実装装置のコンパクト化を図ることができると共に、複数部品の同時ピックアップの確率を向上させて電子部品の実装を効率よく行うことができる。
【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の実装装置の平面図
【図２】本発明の一実施の形態の電子部品の実装装置の移載ヘッドの斜視図
【図３】（ａ）本発明の一実施の形態の電子部品の実装装置の移載ヘッドの正面図
（ｂ）本発明の一実施の形態の電子部品の実装装置の移載ヘッドの側面図
【図４】本発明の一実施の形態の電子部品の実装装置の吸着ノズルユニットの断面図
【図５】本発明の一実施の形態の電子部品の実装装置の吸着ノズルユニットの部分詳細図
【図６】本発明の一実施の形態の電子部品の実装装置の移載ヘッドの部分断面図
【図７】本発明の一実施の形態の電子部品の実装装置の移載ヘッドの部分斜視図
【符号の説明】
２搬送路
３基板
４供給部
５テープフィーダ
６Ｘ軸テーブル
７Ｙ軸テーブル
９移載ヘッド
１０ラインカメラ
１２吸着ノズルユニット
１７カメラ
２０ノズル昇降モータ
２３送りねじ
２５昇降機構
３０昇降軸部材
３２軸回転部
３８吸着ノズル
３９制御部
５０ノズル回転モータ
５１ａ、５１ｂ無端ベルト

Claims

電子部品の供給部に複数台並設されたパーツフィーダから移載ヘッドによって電子部品をピックアップして基板に実装する電子部品の実装装置であって、前記移載ヘッドに、電子部品を吸着して保持する複数の吸着ノズルを所定の基本ピッチで前記パーツフィーダの並設方向に直列に配列して成るノズル列を前記並設方向と直交する方向に複数列設け、且つＸ軸駆動モータによってＸ方向へ水平移動するベース部を設け、このベース部に固設されたフレームにノズル昇降モータを垂直に配設し、またこのノズル昇降モータの下方にノズル昇降モータの回転運動を昇降軸部材の上下動に変換する昇降機構を設け、且つノズル昇降モータと昇降機構と昇降軸部材と吸着ノズルを上から順に同一鉛直線上に配設して、各ノズル昇降モータを制御部によって個別に制御することにより前記各吸着ノズルを個別にストローク可変に昇降させるようにし、また各吸着ノズルの軸回転部に無端ベルトを調帯し、単一のノズル回転モータによって各吸着ノズルをその軸廻りにθ回転させるようにしたことを特徴とする電子部品の実装装置。
前記ノズル列は前記直交する方向に第１ノズル列及び第２ノズル列として２列設けられており、また上記無端ベルトは上下２段調帯されており、この上下２段の無端ベルトはそれぞれ第１ノズル列の吸着ノズルと第２ノズル列の吸着ノズルをθ回転させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の電子部品の実装装置。