JP4743163B2 - 電子部品搭載装置および搭載ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、電子部品を基板に実装する電子部品搭載装置およびこの電子部品搭載装置に用いられる搭載ヘッドに関するものである。

電子部品搭載装置では、電子部品を収納するテープフィーダなどの複数のパーツフィーダが並設された部品供給部から、搭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送搭載する実装動作が繰り返し行われる。近年実装効率向上の要請から、同一動作によって複数の電子部品を同時吸着することができるよう、複数の吸着ノズルを備えた多連型の搭載ヘッドが用いられる場合が多い（特許文献１，２参照）。各吸着ノズルは搭載ヘッドに備えられた昇降機構および軸回転機構によって個別に動作可能となっており、これらの特許文献例に示す先行技術においては、いずれも複数の吸着ノズルを１直線上に配列した構成となっている。そしてここに示す例では、機構の簡略化やコンパクト化を目的として、１つのモータで同一ノズル列上に配置された複数のノズル軸をベルトを介して回転駆動する構成が採用されている。このベルト駆動機構においては、ノズル軸に回転を伝達するための伝動プーリに加えて、ベルトをノズル軸を周回させて掛け廻すためのアイドラを伝動プーリと交互に配置し、１つのベルトを複数のノズル軸に対して千鳥掛け状に調帯するようにしている。そして１つのノズル軸にはそれぞれ伝動プーリとアイドラとがそれぞれ上下位置に対をなして装着されており、複数のノズル軸全体としては、２本のベルトによって回転駆動される。
特開平８−３１６６９８号公報 特開平８−３３０７９１号公報

近年電子機器の微細化が進展するとともに、電子部品の実装分野においても高い実装位置精度が求められるようになってきている。このため電子部品の実装に用いられる搭載ヘッドにおいても、吸着ノズルのノズル先端部の位置精度を確保することが必要となっている。しかしながら、上述構成のベルト駆動機構を備えた搭載ヘッドにおいては、ベルトの張力がノズル軸に及ぼす横方向の力によってノズル軸に僅かな傾斜が発生し、この傾斜によるノズル先端部の位置ずれが無視出来ないようになってきている。

特に同一のノズル軸において伝動プーリとアイドラにベルトの張力によって作用する力が同一方向に重なるような場合にはこの影響はさらに大きくなり、ノズル先端の位置誤差が大きくなる。このように、従来の電子部品実装用の搭載ヘッドにおいては、複数のノズルユニットを同一ノズル列上に配列し、同一のモータによって複数のノズル軸を回転駆動する構成を採用した場合に、ベルトの張力に起因してノズル先端部の位置精度が低下するという課題があった。

そこで本発明は、複数のノズルユニットを同一ノズル列上に配列し、同一のモータによって複数のノズル軸を回転駆動する構成においてもノズル先端部の位置精度を確保することができる電子部品搭載装置および搭載ヘッドを提供することを目的とする。

本発明の電子部品搭載装置は、部品供給部に並設された複数のパーツフィーダから取り出した電子部品を基板に移送搭載する電子部品搭載装置であって、部品供給部から前記電子部品を吸着して取り出す搭載ヘッドと、前記搭載ヘッドを前記部品供給部と基板との間で水平移動させるヘッド移動機構とを備え、前記搭載ヘッドは、垂直な軸部材の下端部に装着された吸着ノズルによって前記電子部品を保持し所定の配列ピッチで前記パーツフィーダの並設方向に直列に配列された複数のノズルユニットと、前記軸部材を垂直姿勢で軸支する軸受け部と、前記軸部材に設定された第１のプーリ位置およびこの第１のプーリ位置よりも下方に設定された第２のプーリ位置にそれぞれ装着され、相隣接する軸部材との関係においては上下位置が逆に配置された伝動プーリおよびアイドラと、第１のプーリ位置に装着された伝動プーリおよびアイドラを千鳥掛け状に周回し第１のモータによって駆動されて前記軸部材に回転駆動力を伝達する第１の駆動ベルトと、第２のプーリ位置に装着された伝動プーリおよびアイドラを千鳥掛け状に周回し第２のモータによって駆動されて前記軸部材に回転駆動力を伝達する第２の駆動ベルトとを備え、それぞれの前記各軸部材において、第１の駆動ベルトの張力によって一の軸部材に作用する第１の外力の作用方向と、第２の駆動ベルトの張力によって当該一の軸部材に作用する第２の外力の作用方向とが相反する方向となるように、前記複数のノズルユニットに対して第１のモータおよび第２のモータを配置し、さらに前記ノズルユニットの配列方向と直交する方向に設定されるヘッド中心線に関して、前記第１の駆動ベルトと第２の駆動ベルトの調帯形態が平面視して線対称となるように、前記第１のモータおよび第２のモータが配置されている。

本発明の搭載ヘッドは、電子部品搭載装置において部品供給部に並設された複数のパーツフィーダから電子部品を取り出して基板に移送搭載する搭載ヘッドであって、垂直な軸部材の下端部に装着された吸着ノズルによって前記電子部品を保持し所定の配列ピッチで前記パーツフィーダの並設方向に直列に配列された複数のノズルユニットと、前記軸部材を垂直姿勢で軸支する軸受け部と、前記軸部材に設定された第１のプーリ位置およびこの
第１のプーリ位置よりも下方に設定された第２のプーリ位置にそれぞれ装着され、相隣接する軸部材との関係においては上下位置が逆に配置された伝動プーリおよびアイドラと、第１のプーリ位置に装着された伝動プーリおよびアイドラを千鳥掛け状に周回し第１のモータによって駆動されて前記軸部材に回転駆動力を伝達する第１の駆動ベルトと、第２のプーリ位置に装着された伝動プーリおよびアイドラを千鳥掛け状に周回し第２のモータによって駆動されて前記軸部材に回転駆動力を伝達する第２の駆動ベルトとを備え、それぞれの前記各軸部材において、第１の駆動ベルトの張力によって一の軸部材に作用する第１の外力の作用方向と、第２の駆動ベルトの張力によって当該一の軸部材に作用する第２の外力の作用方向とが相反する方向となるように、前記複数のノズルユニットに対して第１のモータおよび第２のモータを配置し、さらに前記ノズルユニットの配列方向と直交する方向に設定されるヘッド中心線に関して、前記第１の駆動ベルトと第２の駆動ベルトの調帯形態が平面視して線対称となるように、前記第１のモータおよび第２のモータが配置されている。

本発明によれば、直列に配列された複数のノズルユニットの各軸部材において、第１の駆動ベルトの張力によって作用する第１の外力の作用方向と、第２の駆動ベルトの張力によって作用する第２の外力の作用方向とが相反する方向となるように、前記複数のノズルユニットに対して第１のモータおよび第２のモータを配置することにより、複数のノズルユニットを同一ノズル列に配列し、同一のモータによって複数のノズル軸を回転駆動する構成においてもノズル先端部の位置精度を確保することができる。

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搭載装置の平面図、図２は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置における搭載ヘッドの正面図、図３は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置における吸着ノズルユニットの構造説明図、図４は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置における搭載ヘッドの軸部材のプーリ配列の説明図、図５、図７は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の搭載ヘッドにおけるベルト調帯形態の説明図、図６は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置における搭載ヘッドの軸部材に作用するベルト張力の作用状態の説明図である。

まず図１を参照して、電子部品搭載装置の構造を説明する。図１において、基台１上に
はＸ方向に搬送路２が配設されている。搬送路２は電子部品が実装される基板３を搬送し、搬送路２上に設定された実装位置において基板３を位置決めする。搬送路２は、基板３を位置決めする基板位置決め部となっている。搬送路２の両側には部品供給部４が設けられており、部品供給部４には複数のパーツフィーダであるテープフィーダ５が所定配列ピッチで並設されている。テープフィーダ５は電子部品を保持したキャリアテープをピッチ送りすることにより、電子部品を以下に説明する搭載ヘッドによる取り出し位置に供給する。

基台１のＸ方向の一端部にはＹ軸移動テーブル６がＹ方向に水平に配設されており、Ｙ軸移動テーブル６にはＸ軸移動テーブル７が片持ち支持されている。さらにＸ軸移動テーブル７には、電子部品を吸着して保持する搭載ヘッド８が装着されている。Ｙ軸移動テーブル６およびＸ軸移動テーブル７を駆動することにより、搭載ヘッド８はＸＹ方向に移動し、部品供給部４に配列されたテープフィーダ５から取り出した電子部品を基板３に移送搭載する。Ｙ軸移動テーブル６およびＸ軸移動テーブル７は、搭載ヘッド８を部品供給部４と基板３との間で水平移動させるヘッド移動機構を構成する。部品供給部４と搬送路２との間には部品認識装置１０が配設されており、部品供給部４から電子部品を取り出した搭載ヘッド８が部品認識装置１０の上方を移動する際に、部品認識装置１０は搭載ヘッド８に保持された状態の電子部品を撮像して認識する。

次に図２を参照して搭載ヘッド８の構成を説明する。搭載ヘッド８は複数（ここでは４個）のノズルユニット９を、部品供給部４におけるテープフィーダ５の並設ピッチでＸ方向に直列に配列した構成の多連型ヘッドであり、ベースプレート１１を介してＸ軸移動テーブル７に装着される。ベースプレート１１の下端部には軸受ブロック１２が結合されており、軸受ブロック１２には軸受ブロック１２を上下に挿通する軸部材１３Ａ、１３Ｂが垂直姿勢で軸支されている。軸受けブロック１２は、軸部材１３Ａ、１３Ｂを垂直姿勢で軸支する軸受け部となっている。

軸部材１３Ａ、１３Ｂは交互に１つ飛びで配列されており、それぞれ第１のモータ１８Ａ、第２のモータ１８Ｂによって、第１の駆動ベルト１９Ａ、第２の駆動ベルト１９Ｂを介して回転駆動され、これにより電子部品のノズル軸廻りの回転位置決めが行われる。さらに軸部材１３Ａ、１３Ｂの上端部は、各軸毎に個別に設けられた昇降駆動機構１４に結合されており、各昇降駆動機構１４はそれぞれ個別のＺ軸モータ１５によって駆動される。Ｚ軸モータ１５を個別に駆動することにより軸部材１３Ａ、１３Ｂは個別に昇降し、これにより部品移載動作時における昇降動作が行われる。

軸部材１３Ａ、１３Ｂの下端部にはノズル装着部１６が設けられており、ノズル装着部１６には電子部品に当接して吸着保持する吸着ノズル１７が交換自在に装着されている。すなわち、搭載ヘッド８は、垂直な軸部材１３の下端部に装着された吸着ノズル１７によって電子部品を保持し、所定の配列ピッチでテープフィーダ５の並設方向に直列に配列された複数のノズルユニット９を備えた構成となっている。

次に図３を参照して、軸部材１３Ａ、１３Ｂの軸支持構造および回転駆動形態について説明する。図３は軸部材１３Ｂを軸支持する軸受ブロック１２の断面構造および軸部材１３Ｂへの回転伝達機構を示しており、軸部材１３Ａにおいては、伝動プーリ２２およびアイドラ２０の上下位置関係のみが異なる。軸部材１３Ｂは、軸受ブロック１２を垂直に貫通して設けられた軸孔１２ａ内を挿通するスリーブ部材１２ｃを介して、軸受けブロック１２に保持されている。軸部材１３Ｂはスリーブ部材１２ｃに対して上下のスライドが許容されており、この状態でスリーブ部材１２ｃから軸部材１３Ｂへの回転伝達が行えるようになっている。軸孔１２ａの上下両端部には、スリーブ部材１２ｃによって上下位置が保持されながらスリーブ部材１２ｃを軸支するベアリング１２ｂが嵌着されている。すな
わち、スリーブ部材１２ｃを挿通する軸部材１３Ｂは、上下２つのベアリング１２ｂによってスリーブ部材１２ｃを介して回転自在に軸支されている。

スリーブ部材１２ｃが軸受けブロック１２から上方に延出した部分には、軸受ブロック１２の上方に位置して伝動プーリ２２およびアイドラ２０が装着されている。伝動プーリ２２は第２のモータ１８Ｂの回転を第２の駆動ベルト１９Ｂを介してスリーブ部材１２ｃに伝達し、これにより軸部材１３Ｂはスリーブ部材１２ｃとともに回転する。このとき軸部材１３Ｂの上下動を許容しながら回転伝達が行えるようになっている。アイドラ２０は隣接する軸部材１３Ａに回転を伝達するための第１の駆動ベルト１９Ａを導く機能を有するものであり、ベアリング２１を介してスリーブ部材１２ｃに回転自在に装着されている。

次に図４を参照して、軸部材１３Ａ、１３Ｂにおけるアイドラ２０、伝動プーリ２２の配列について説明する。搭載ヘッド８を構成する４つのノズルユニット９の軸部材うち、２つは軸部材１３Ａ、他の２つは軸部材１３Ｂとなっており、図４に示すように、軸部材１３Ａ、１３Ｂは１つ飛びに配列されている。軸部材１３Ａ、１３Ｂには、軸受けブロック１２の上方に位置して第１のプーリ位置Ｐ１が設定され、さらに第１のプーリ位置Ｐ１よりも下方に第２のプーリ位置Ｐ２が設定されている。

１つの軸部材において第１のプーリ位置Ｐ１、第２のプーリ位置Ｐ２には、アイドラ２０、伝動プーリ２２が１対で装着される。ここでアイドラ２０、伝動プーリ２２の装着位置は、軸部材１３Ａにおいては伝動プーリ２２がアイドラ２０の上方に位置し、軸部材１３Ｂにおいては伝動プーリ２２がアイドラ２０の下方に位置する配置となっている。すなわちアイドラ２０、伝動プーリ２２は、相隣接する軸部材との関係においては、上下位置が逆に配置されている。

図５は、第１のプーリ位置Ｐ１、第２のプーリ位置Ｐ２における第１の駆動ベルト１９Ａ、第２の駆動ベルト１９Ｂの調帯形態を示している。第１の駆動ベルト１９Ａは、第１のプーリ位置Ｐ１に装着された伝動プーリ２２およびアイドラ２０を千鳥掛け状に周回し、さらに第１のモータ１８Ａの駆動プーリ２３Ａに調帯されている。第１の駆動ベルト１９Ａは、第１のモータ１８Ａによって駆動されて軸部材１３Ａに回転駆動力を伝達する。同様に第２の駆動ベルト１９Ｂは、第２のプーリ位置Ｐ２に装着された伝動プーリ２２およびアイドラ２０を千鳥掛け状に周回し、さらに第２のモータ１８Ｂの駆動プーリ２３Ｂに調帯されている。第２の駆動ベルト１９Ｂは、第２のモータ１８Ｂによって駆動されて軸部材１３Ｂに回転駆動力を伝達する。

図５において、各アイドラ２０、伝動プーリ２２に付された矢印は、それぞれに調帯されたベルトの張力によってそれぞれのアイドラ２０もしくは伝動プーリ２２に作用する外力の作用方向を示している。上述構成の搭載ヘッド８において、第１のモータ１８Ａ、第２のモータ１８Ｂの配置を決定するに際しては、それぞれの各軸部材１３Ａ，１３Ｂにおいて、第１の駆動ベルト１９Ａの張力によって一の軸部材に作用する第１の外力の作用方向と、第２の駆動ベルト１９Ｂの張力によって当該一の軸部材に作用する第２の外力の作用方向とが相反する方向となるように、複数のノズルユニット９に対して第１のモータ１８Ａおよび第２のモータ１８Ｂを配置している。

このような構成を採用することにより、図６に示すような効果を得る。図６（ａ）は、本実施の形態に示す搭載ヘッド８におけるベルト張力の作用状態を示している。前述のように各軸部材１３Ａ，１３Ｂにおいて、第１の駆動ベルト１９Ａ、第２の駆動ベルト１９Ｂによってアイドラ２０、伝動プーリ２２に作用する２つの外力は、作用方向が反対となっていることから相互に相殺するように作用する。したがって軸受ブロック１２の上方に
おいて軸部材１３Ａ，１３Ｂに対して水平方向に作用する外力の合力は小さくなる。このためこの外力に起因して各軸部材１３Ａ，１３Ｂに生じる傾きを極力小さくすることができ、吸着ノズル１７のノズル先端部における横方向の位置ずれを抑制して、位置精度を確保することができる。

図６（ｂ）は、上述のような考慮が為されていない従来構成の搭載ヘッド８におけるベルト張力の作用状態を示している。この場合には、第１の駆動ベルト１９Ａ、第２の駆動ベルト１９Ｂによってアイドラ２０、伝動プーリ２２に作用する２つの外力は、同一方向から作用する場合があり得ることから、軸受ブロック１２の上方において軸部材１３Ａ，１３Ｂに対して水平方向に作用する外力は図６（ａ）に示す構成における外力の合力よりも大きくなる。このためこの大きな合力に起因して各軸部材１３Ａ，１３Ｂには傾きが生じ、吸着ノズル１７の下端部における横方向の位置ずれは無視できない程度となる。

また上述の搭載ヘッド８における第１のモータ１８Ａ、第２のモータ１８Ｂの配置は、ノズルユニット９の配列方向（図２における左右方向）と直交する方向に設定されるヘッド中心線ＣＬに関して、第１の駆動ベルト１９Ａと第２の駆動ベルト１９Ｂの調帯形態が、平面視して線対称となるように配置した形態となっている。このような形態とすることにより、複数のノズル回転駆動用のモータを配置する構成において、搭載ヘッド８の駆動機構の構成をコンパクトにすることが可能となっている。

なお図７に示す例は、図６に示す例と同様に第１のモータ１８Ａ、第２のモータ１８Ｂを配置することに加え、複数のノズルユニット９より構成されるノズル列Ｌの両延長端部に、それぞれアイドラ２４を追加して配置した構成例を示している。このような構成を採用することにより、第１のプーリ位置Ｐ１、第２のプーリ位置Ｐ２における第１の駆動ベルト１９Ａ、第２の駆動ベルト１９Ｂの調帯形態を、伝動プーリ２２およびアイドラ２０についてはノズル列Ｌに関して対称な形態の千鳥掛け状とすることができる。

このように第１の駆動ベルト１９Ａ、第２の駆動ベルト１９Ｂの調帯形態が対称な形態となることにより、それぞれの各軸部材１３Ａ，１３Ｂにおいて、第１の駆動ベルト１９Ａの張力によって一の軸部材に作用する第１の外力の作用方向と、第２の駆動ベルト１９Ｂの張力によって当該一の軸部材に作用する第２の外力の作用方向とが相反する方向となるとともに、第１の外力と第２の外力の大きさをほぼ等しくすることができ、第１の外力と第２の外力とはほぼ相殺される。したがって、軸受ブロック１２の上方において各軸部材１３Ａ，１３Ｂに作用する水平方向の外力をほぼゼロにすることができ、図６に示す作用効果をさらに向上させることが可能となる。

また図７に示す構成においても、搭載ヘッド８における第１のモータ１８Ａ、第２のモータ１８Ｂの配置は、ノズルユニット９の配列方向と直交する方向に設定されるヘッド中心線ＣＬに関して、第１の駆動ベルト１９Ａと第２の駆動ベルト１９Ｂの調帯形態が、平面視して線対称となるように配置した形態となっており、前述と同様の効果を得る。

本発明の電子部品搭載装置および搭載ヘッドは、複数のノズルユニットを同一ノズル軸上に配列し、同一のモータによって複数のノズル軸を回転駆動する構成においてもノズル先端部の位置精度を確保することができるという効果を有し、電子部品を吸着保持して基板に実装する分野に利用可能である。

本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の平面図 本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置における搭載ヘッドの正面図 本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置における吸着ノズルユニットの構造説明図 本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置における搭載ヘッドの軸部材のプーリ配列の説明図 本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の搭載ヘッドにおけるベルト調帯形態の説明図 本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置における搭載ヘッドの軸部材に作用するベルト張力の作用状態の説明図 本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の搭載ヘッドにおけるベルト調帯形態の説明図

符号の説明

３ 基板
４ 部品供給部
５ テープフィーダ
６ Ｙ軸移動テーブル
７ Ｘ軸移動テーブル
８ 搭載ヘッド
９ ノズルユニット
１２ 軸受ブロック
１３Ａ、１３Ｂ 軸部材
１７ 吸着ノズル
１８Ａ 第１のモータ
１８Ｂ 第２のモータ
１９Ａ 第１の駆動ベルト
１９Ｂ 第２の駆動ベルト
２０、２４ アイドラ
２２ 伝動プーリ

Claims (2)

1. 部品供給部に並設された複数のパーツフィーダから取り出した電子部品を基板に移送搭載する電子部品搭載装置であって、
   部品供給部から前記電子部品を吸着して取り出す搭載ヘッドと、前記搭載ヘッドを前記部品供給部と基板との間で水平移動させるヘッド移動機構とを備え、
   前記搭載ヘッドは、垂直な軸部材の下端部に装着された吸着ノズルによって前記電子部品を保持し所定の配列ピッチで前記パーツフィーダの並設方向に直列に配列された複数のノズルユニットと、前記軸部材を垂直姿勢で軸支する軸受け部と、前記軸部材に設定された第１のプーリ位置およびこの第１のプーリ位置よりも下方に設定された第２のプーリ位置にそれぞれ装着され、相隣接する軸部材との関係においては上下位置が逆に配置された伝動プーリおよびアイドラと、第１のプーリ位置に装着された伝動プーリおよびアイドラを千鳥掛け状に周回し第１のモータによって駆動されて前記軸部材に回転駆動力を伝達する第１の駆動ベルトと、第２のプーリ位置に装着された伝動プーリおよびアイドラを千鳥掛け状に周回し第２のモータによって駆動されて前記軸部材に回転駆動力を伝達する第２の駆動ベルトとを備え、
   それぞれの前記各軸部材において、第１の駆動ベルトの張力によって一の軸部材に作用する第１の外力の作用方向と、第２の駆動ベルトの張力によって当該一の軸部材に作用する第２の外力の作用方向とが相反する方向となるように、前記複数のノズルユニットに対して第１のモータおよび第２のモータを配置し、
   さらに前記ノズルユニットの配列方向と直交する方向に設定されるヘッド中心線に関して、前記第１の駆動ベルトと第２の駆動ベルトの調帯形態が平面視して線対称となるように、前記第１のモータおよび第２のモータが配置されていることを特徴とする電子部品搭載装置。
2. 電子部品搭載装置において部品供給部に並設された複数のパーツフィーダから電子部品を取り出して基板に移送搭載する搭載ヘッドであって、
   垂直な軸部材の下端部に装着された吸着ノズルによって前記電子部品を保持し所定の配列ピッチで前記パーツフィーダの並設方向に直列に配列された複数のノズルユニットと、前記軸部材を垂直姿勢で軸支する軸受け部と、前記軸部材に設定された第１のプーリ位置およびこの第１のプーリ位置よりも下方に設定された第２のプーリ位置にそれぞれ装着さ
   れ、相隣接する軸部材との関係においては上下位置が逆に配置された伝動プーリおよびアイドラと、第１のプーリ位置に装着された伝動プーリおよびアイドラを千鳥掛け状に周回し第１のモータによって駆動されて前記軸部材に回転駆動力を伝達する第１の駆動ベルトと、第２のプーリ位置に装着された伝動プーリおよびアイドラを千鳥掛け状に周回し第２のモータによって駆動されて前記軸部材に回転駆動力を伝達する第２の駆動ベルトとを備え、
   それぞれの前記各軸部材において、第１の駆動ベルトの張力によって一の軸部材に作用する第１の外力の作用方向と、第２の駆動ベルトの張力によって当該一の軸部材に作用する第２の外力の作用方向とが相反する方向となるように、前記複数のノズルユニットに対して第１のモータおよび第２のモータを配置し、
   さらに前記ノズルユニットの配列方向と直交する方向に設定されるヘッド中心線に関して、前記第１の駆動ベルトと第２の駆動ベルトの調帯形態が平面視して線対称となるように、前記第１のモータおよび第２のモータが配置されていることを特徴とする搭載ヘッド。

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