JP4913712B2 - 電子部品装着ヘッド及び電子部品装着ヘッドを備えた電子部品装着装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の吸着ノズルが設けられ、電子部品を吸着保持する電子部品装着ヘッド及び、この電子部品吸着ヘッド備えて、部品供給装置から前記吸着ノズルにより吸着して取出した電子部品をプリント基板上に装着する電子部品装着装置に関する。

この種の電子部品装着ヘッドは、特許文献１などで広く知られている。そして、装着ヘッドの回転中心である中心部に例えば配線の通路、真空経路及びエア供給経路をまとめて設ける。
特開２００７−３６１６３号公報

中心部に例えば配線の通路、真空経路及びエア供給経路をまとめて設けると、電子部品装着ヘッドの真空経路の断面積が狭くなり、真空経路の流量が制限され、吸着ノズルによる電子部品の吸着保持力を向上することができないという問題が発生する。

そこで本発明は、電子部品装着ヘッドの真空経路の断面積を極力広くし、真空経路での流量の増加を図り、吸着ノズルによる電子部品の吸着保持力を向上することを目的とする。

このため第１の発明は、部品供給装置から電子部品を取り出してプリント基板上に装着する複数の吸着ノズルが並設された電子部品装着ヘッドにおいて、前記複数の吸着ノズルをその中心から偏心した位置にて円周上に所定間隔を存して上下動可能に保持するノズル支持体と、このノズル支持体を前記中心を回転軸として回転駆動するモータと、前記複数の吸着ノズル毎に設けられた複数のエア切替弁を介して前記複数の吸着ノズルに連通するエア供給経路と真空経路とを備え、前記エア供給経路はノズル支持体の側面からエア供給源に連通し、前記真空経路はノズル支持体の中心部に設けられた流路を介して真空源に連通したことを特徴する。

第２の発明は、第１の発明において、前記ノズル支持体の中心部に前記真空経路と、当該装着ヘッドに係る配線の通路とを設けたことを特徴する．
第３の発明は、第２の発明において、前記吸着ノズルに保持された電子部品の状態を検出するセンサを備え、ノズル支持体の中心部に前記真空経路と、前記センサに接続された配線の通路とを設けたことを特徴する。

第４の発明は、第２の発明において、前記エア供給経路は前記ノズル支持体に形成され、前記エア供給経路と前記エア供給源からのエア供給路との接続部をノズル支持体の側面と極僅かな間隔を存して設けたことを特徴する。

第５の発明は、ＸＹ方向に移動し複数の吸着ノズルが並設された電子部品装着ヘッドを備え、真空源に前記吸着ノズルを連通して部品供給装置から電子部品を前記吸着ノズルにより吸着取出し、電子部品をプリント基板上に装着するときにはエア供給源からエアを前記吸着ノズルに供給する電子部品装着装置において、 前記電子部品装着ヘッドは、前記複数の吸着ノズルをその中心から偏心した位置にて円周上に所定間隔を存して上下動可能に保持するノズル支持体と、このノズル支持体を前記中心を回転軸として回転駆動するモータと、前記複数の吸着ノズル毎に設けられた複数のエア切替弁を介して前記複数の吸着ノズルに連通するエア供給経路と真空経路とを備え、前記エア供給経路はノズル支持体の側面からエア供給源に連通し、前記真空経路はノズル支持体の中心部に設けられた流路を介して真空源に連通したことを特徴する。

第６の発明は、第５の発明において、前記ノズル支持体の中心部に前記真空経路と、当該装着ヘッドに係る配線の通路とを設けたことを特徴する。

第７の発明は、第６の発明において、前記吸着ノズルに保持された電子部品の状態を検出するセンサを備え、ノズル支持体の中心部に前記真空経路と、前記センサに接続された配線の通路とを設けたことを特徴する。

第８の発明は、第６の発明において、前記エア供給経路は前記ノズル支持体に形成され、前記エア供給経路と前記エア供給源からのエア供給路との接続部をノズル支持体の側面と極僅かな間隔を存して設けたことを特徴する。

本発明によれば、電子部品装着ヘッドの真空経路の断面積を極力広くし、真空経路での流量の増加を図り、吸着ノズルによる電子部品の吸着保持力を向上することできる。

以下、本発明による電子部品装着装置の一実施形態を添付の図面に基づいて説明する。図１は電子部品装着装置１の平面図、図２は電子部品装着装置１の下部本体の正面図、図３は電子部品装着装置１の右側面図で、該装置１の基台２上のフィーダベース３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ上には種々の電子部品を夫々その部品取出し位置（部品吸着位置）に１個ずつ供給する部品供給ユニット３が不動の状態で着脱可能に複数並設固定されている。対向する部品供給ユニット３群の間には、供給コンベア４、位置決め部５及び排出コンベア６が設けられている。供給コンベア４は上流より受けたプリント基板Ｐを前記位置決め部５に順次搬送し、位置決め部５で位置決め機構により位置決めされた該基板Ｐ上に電子部品が装着された後、排出コンベア６に搬送される。

８は装着装置１の左右部にそれぞれに設けられるＸ方向に長い前後一対のビームであり、各リニアモータ９の駆動により左右一対のガイド１０に沿って前記各ビーム８に固定されたスライダ１１が摺動して位置決め部５上のプリント基板Ｐや部品供給ユニット３の部品取出し位置上方を個別にＹ方向に移動する。前記リニアモータ９は、基台２に固定された上下一対の固定子９Ａと、前記ビーム８の両端部に設けられた取付板の下部に固定された可動子９Ｂとから構成される。

各ビーム８にはその長手方向（Ｘ方向）にリニアモータ１４によりガイド１３に沿って移動する装着ヘッド体７が夫々設けられている。図３に示すように、前記リニアモータ１４はビーム８に固定された前後一対の固定子１４Ａと、各固定子１４Ａの間に位置して前記装着ヘッド体７に設けられた可動子１４Ｂとから構成される。

以下、装着ヘッド体７は下方へ付勢されている例えば１２本の吸着ノズル１５を有する装着ヘッド１６を備えている。そして、各装着ヘッド体７の各装着ヘッド１６には図示しない基板認識カメラが設けられ、位置決めされているプリント基板Ｐに付された位置決めマークを撮像する。

以下、装着ヘッド１６の機構について、図４に基づいて詳細に説明する。

２０は装着ヘッド１６に所定角度毎に所定間隔を存して吸着ノズル１５を支持するノズル支持体であり、吸着ノズル１５に設けられて内部に流路が形成されたノズル軸２１はノズル支持体２０に円周上に支持筒２２を介して上下動可能に支持されている。そして、ノズル３５がこのノズル支持体２０の下端に着脱自在に接続される。

２３は装着ヘッド１６下部の外筒体（フレーム）、２４は外筒体２０の外側に設けられた吸着ノズル１５（ノズル支持体２０）のθ回転用のノズル回転モータである。このノズル回転モータ２４のロータ２５はノズル支持体２０の外周面に接続され、外筒体２３に設けられたステータ２６の内側でノズル支持体２０と共にθ方向に回転可能に設けられる。

２７はヘッド支持体３１の中心から下方に突出して設けられた部品有無検出及び吸着姿勢（吸着状態）検出の検出手段、電子部品Ｄの下端の高さの検出手段及び吸着ノズル１５の存在の検出手段（有無検出手段、ノズル径の検出手段）としてのラインセンサユニットで、円筒状の発光ユニット取付体２８内上部にＬＥＤ等の発光素子３０を配設すると共にその下方にレンズ３１及びそのレンズ３１の下方に円錐状の反射面を有する反射体３２を配設して構成された発光ユニット３３と、前記外筒体２３の底面に固定されて前記反射体３２を介する前記発光素子３０からの光を受光する複数の受光素子であるＣＣＤ素子を備えた受光ユニット３４とから構成される。

例えば、装着ヘッド１６に設けられ部品の吸着を行うと選択された吸着ノズル１５による電子部品Ｄの吸着動作が終了し、ノズル支持体２０が回転する度に、電子部品Ｄの下端面の高さ位置を各ＣＣＤ素子の受光状態より遮光から受光に変わる境界位置として検出することにより電子部品が正常に吸着されている場合と、吸着すべきでない面が吸着されて所謂立ち状態や斜め吸着状態の場合とが区別して検出される。

３６はノズル支持体２０の上に設けられた環状の基板３７に取り付けられ、下部がノズル支持体２０に挿入されたエア切替弁である。エア切替弁３６は各ノズル１５より周方向外側の位置に各ノズル１５に対応して等角度間隔に設けられ、個別にエアの吸引（真空吸引）と吹き出しとの切替が可能である。このエア切替弁３６は、例えばソレノイドバルブから構成され、上部に設けられたと駆動部３８と、ノズル支持体２０内に位置した流路切替部３９とを備えている。流路切替部３９には、破線矢印４０で示したようにエアが流れるエア流路４１と破線矢印４２で示したようにエアが吸引される真空流路４３とが形成されている。

８０はエア切替弁３６に上面に設けられた基板であり、この基板８０の上面には、図６に示したように、駆動部３８への給電用の端子８１、８２が接続され、各端子８１、８２には僅かに窪んだ接触部８３、８４が形成されている。また、８５は各エア切替弁３６に亘り環状に形成された基板であり、この基板８５には、接触部８３、８４に対向し下方に突出した端子８６が設けられ、端子８６の下端が接触部８３、８４に接触している。

４４は基板３７に形成された孔４５を介して上方からノズル支持体２０に着脱自在に挿入されたフィルタユニットであり、このフィルタユニット４４はエア切替弁３６より内側に位置している。フィルタユニット４４の下部には、途中にフィルタ４６が設けられた共通流路４７が形成され、この共通流路４７の上方には、途中にフィルタ４８が設けられたエア流路４９が形成されている。更に、エア流路４９の上方には、エア通過路５０が形成されている。

フィルタ４６はノズル１５から吸引した異物の通過を阻止し、フィルタ４８はエア供給源から接続具７５を介し供給されるエアの中の異物を除去する。又、エア切替弁３６及びフィルタユニット４４は装着ヘッド１６に対して上下方向に着脱できるように配設され、ノズル支持体２０、即ち、吸着ヘッド１６のスペースを効率用よく利用し、しかもメンテナンス性が良いように設けられている。

５１は基板３７の中央部に設けられたエア流路切替板であり、このエア流路切替板５１には、各エア切替弁３６に対応してエア流路５２、５３が対になり周方向に間隔を存して複数形成されている。５４はエア流路切替板５１の上面に沿い摺動自在に設けられた環状の流路選択部材であり、その下面の一部にはエア流路５２、５３に対応して上方に窪んだエア反転部５５（図６参照）が形成されている。そして、流路選択部材５４が図示しない回転駆動部によって回転することによって、電子部品を吸着保持する吸着ノズル１５に対応したエア流路が選択される。また、基板３７には、エア流路５２、５３に対応して複数のエア流路５６、５７が形成されている。

ノズル支持体２０には、各吸着ノズル１５に対応したエア切替弁３６、フィルタユニット４４或いはエア流路５６、５７に連通する支持体エア流路５８、５９、60、６１が略水平に形成され、又、エア切替弁３６とノズル軸２１との間にはフィルタユニット４４の共通流路４７と連通した支持体共通流路６２、６２が略水平に形成されている。支持体エア流路５８は隣り合った流路切替部３９の間に略水平に形成され、支持体エア流路５９は隣り合った支持筒２２の間に略水平に形成されている。更に、ノズル支持体２０には、エア切替弁３６からノズル支持体２０の内壁に至り、隣り合った支持筒２２の間を通過する真空流路６３が形成されている。真空流路６３はノズル支持体２０の内壁から外側に向け放射状に略水平に形成され、各吸着ノズル１５に対応して設けられたエア切替弁３６に接続されている。

６４は、装着ヘッド１６の中心、即ち、ノズル支持体２０の中心に上下方向に設けられた流路形成パイプである。ノズル支持体２０は流路形成パイプ６４に対して回転自在であり、図７に示したように、パイプ６４の内部には仕切り６５が設けられ、配線部６６と真空経路の一部である真空流路６７とに２分割されている。そして、配線部６６には、発光素子３０に接続されたリード線が配線されている。又、真空流路６７はパイプ６４の外壁に形成された環状の凹部６８を介して常に真空流路６３に連通している。また、パイプ６４の配線部６６側の下端は開放されており、真空流路６７側の下端は閉塞されている。

尚、配線部６６には、発光素子３０へのリード線のみならず、エア切替弁３６の制御、駆動等、装着ヘッド１６に係る電気配線もしくは、光ファイバー等を配設してもよい。

７０はノズル支持体２０の上部外周に位置し、支持体エア流路（エア供給経路）とエア供給源から至るエア供給路との接続部であるエア供給板であり、この供給板７０は外側の外筒体２３に支持されている。供給板７０の内壁とノズル支持体２０の外壁との間には極僅かな間隔が形成され、ノズル支持体２０は供給板７０に対して回転自在に構成されている。供給板７０の内壁には環状の窪み７１が形成され、供給板７０内にはこの窪み７１から外壁に至るエア供給路７２が形成されている。又、外筒体２３の上面板７３にはエア供給路７２に連通するエア供給路７４が形成され、このエア供給路７４は、上面板７３に接続された接続具７５及びこの接続具７５に配管接続された図示しないエア供給パイプ、開閉弁などを介して高圧エアを供給するエア供給源に連通している。

以下、エア切替弁３６の動作に基づくノズル１５からの真空吸引動作及びエア供給動作について説明する。

即ち、エア切替弁３６への通電により流路切替部３９に真空流路４３が形成されているときには、ノズル３５からノズル軸２１の流路、支持体共通流路６２、フィルタユニット４４、支持体共通流路６２、流路切替部３９、真空流路６３、凹部６８を介して中心部の真空流路６７に至る真空経路が形成される。更に、真空流路６７は図示しない切替弁を介して図４の吸着ヘッド１６の上方で真空源に連通し、吸着ノズル１５は電子部品の真空吸着を維持する。なお、図示しない切替弁は真空経路を真空源側と大気圧側とに切替える弁である。

このとき、エア切替弁３６を介して吸着ノズル１５に供給されるエアはノズル支持体２０の側壁に位置したエア供給板７０のエア供給路７０を介して供給され、エア供給路は流路形成パイプ６４に形成されていなく、流路形成パイプ６４には、真空流路６７の他には配線部６６が形成されているのみであるので、従来のように流路形成パイプ６４にエア供給流路も形成されていた場合と比較して、真空流路６７の断面積を大幅に増加することができ、この結果、エアの吸引量、即ち、真空引きの流量を大幅に増加させることができる。

このように、真空引きの流量が大幅に増加するので、例えば、真空流路６７が装着ヘッド１６に設けられた多数の吸着ノズル１５の全てに連通して、全ての吸着ノズル１５が電子部品を吸着しているとき、ノズル３５の下端と電子部品との間に隙間が発生しており、隙間からエアが吸い込まれていた場合にも、各電子部品の吸着力を確保することができる。また、例え電子部品がノズル３５から落下してノズル３５から急にエアが吸い込まれた場合にも他の吸着ノズル１５の吸着力の低下を僅かに抑えることができ、他の吸着ノズル１５による電子部品の吸着を維持することができる。

また、エア切替弁３６が非通電であり、流路切替部３９にエア流路４１が形成されているときには、接続具７５からエア供給路７４、エア供給板７０のエア供給路７２、窪み７１を介してノズル支持体２０内に流入し、支持体エア流路５８、フィルタユニット４４、支持体エア流路５９、支持体エア流路５７、エア反転部５５、エア流路５２、支持体エア流路５６、６０、フィルタユニット４４、エア切替弁３６のエア流路４１、支持体共通流路６２、６２、フィルタユニット４４を介してノズル軸２１に至るエア供給経路が形成される。

そして、上述した切替弁がエア供給源側に切替わったときには、真空が破壊され、そして、エア供給源と接続具７５との間に設けられた開閉弁が開き、更に、エア切替弁３６が非通電になり、流路切替部３９にエア流路４１が形成されたときには、エア供給源から吐出された高圧エアは開閉弁、上述したエア供給経路を介して吸着ノズル１５から吹き出る。

図３に示すように、８９は部品認識カメラで、前記各装着ヘッド１６に対応してそれぞれ１個ずつ計４個基体２の取付板９９に設けられ、電子部品が吸着ノズル１５に対してどれだけ位置ずれして吸着保持されているかＸＹ方向及び回転角度につき、位置認識するために複数の前記吸着ノズル１５に吸着保持された全ての電子部品Ｄを一括して撮像し、吸着ノズル１５に電子部品Ｄが吸着保持しているか否かも確認することができる。

次に、以上のような構成により、以下電子部品装着装置１による電子部品Ｄの吸着及び装着の動作について詳細に説明する。先ず、作業管理者が電子部品装着装置１の図示しないモニタに表示されたタッチパネルスイッチの運転開始スイッチ部を押圧操作すると、プリント基板Ｐを上流装置より供給コンベア４を介して位置決め部５に搬入し、位置決め機構により位置決め動作を開始する。

次に、電子部品装着装置１は、電子部品Ｄの吸着動作を実行する。即ち、プリント基板Ｐの装着すべきＸＹ座標位置、鉛直軸線回りへの回転角度位置及び配置番号等が指定された装着データ等に従い、電子部品の部品種に対応した吸着ノズル１５が装着すべき該電子部品を所定の部品供給ユニット３から吸着して取出す。

このとき、図示しない制御装置によりリニアモータ９及び１４が制御されて、各装着ヘッド体７の各装着ヘッド１６の吸着ノズル１５が装着すべき電子部品を収納する各部品供給ユニット３の先頭の電子部品上方に位置するよう移動するが、Ｙ方向は駆動回路９５によりリニアモータ９が駆動して一対のガイド１０に沿って各ビーム８が移動し、Ｘ方向は同じく駆動回路９５によりリニアモータ１４が駆動してガイド１３に沿って各装着ヘッド体７が移動する。

そして、既に所定の各供給ユニット３は駆動されて部品吸着位置にて部品が取出し可能状態にあるため、装着ヘッド１６が所定の高さまで下降する。次に、初めに電子部品を吸着する吸着ノズル（以下、「１番吸着ノズル」という）１５を吸着位置まで移動させるためノズル回転モータ２４を回転駆動させ、装着ヘッド１６のノズル支持体２０をθ回転させる。

そして、１番吸着ノズル１５は所定の高さ、即ち予め設定されていた供給ユニット３から電子部品を吸着するのに適した高さに向かい下降する。即ち、１番吸着ノズル１５は旋回すると共に下降し、１番吸着ノズル１５は吸着位置に到達すると共に、電子部品を吸着するのに適した高さまで下降し、エア切替弁３６が真空吸引側に切替わり、１番吸着ノズル１５が電子部品を吸着して取出す。

そして、１番吸着ノズル１５による電子部品の吸着動作が終了すると、１番吸着ノズル１５は下降前の高さまで上昇する。

そして、装着ヘッド１６により電子部品を連鎖吸着できる場合には、１番吸着ノズルと同様に、上記のようにノズル支持体３１に設けられた１２本の吸着ノズル１５のうち、即ち２番吸着ノズルから１２番吸着ノズルのうち残りの選択された吸着ノズルについてもマルチ連鎖吸着（可能な限り多くの電子部品Ｄを連続して吸着する）する。即ち、残りの各吸着ノズル１５に部品供給ユニット３から電子部品が供給され、ノズル回転モータ３３の回転によりノズル支持体３１は間欠的に回動し、ノズル支持体３１の停止時に各吸着ノズル１５は昇降し、夫々の吸着ノズル１５に対応するエア切替弁３６が真空吸引側に切替わり、電子部品を吸着保持する。

そして、各吸着ノズル１５による電子部品の吸着動作に伴うラインセンサユニット２７による吸着ノズル１５に吸着保持された電子部品の下端の高さの検出がなされる。

具体的には、発光ユニット３３の発光素子３０から発せられた光が反射体３２で反射されて受光ユニット３４により受光され、電子部品Ｄの下端レベルが検出され、部品の下端の高さの検出が行なわれる。以下同様に、各吸着ノズル１５に吸着保持された電子部品の下端の高さをラインセンサユニット３７により検出する。そして、Ｙ方向はリニアモータ９が駆動して一対のガイド１０に沿って各ビーム８が移動し、Ｘ方向はリニアモータ１４が駆動してガイド１３に沿って各装着ヘッド体７が移動し、ノズル回転用モータ２４、ヘッド昇降用のモータの及びノズル昇降用のモータが制御され、プリント基板Ｐに電子部品を装着する。

又、ノズル１５が下降して電子部品を装着する際には、エア切替弁３６がエア吹出側に切替わり、吸着ノズル１５内の真空破壊がされ電子部品が装着される。

以上本発明の実施形態について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の代替例、修正又は変形を包含するものである。

電子部品装着装置の平面図である。 電子部品装着装置の正面図である。 電子部品装着装置の右側面図である。 装着ヘッドの縦断正面図である。 基板の平面図である。 流路選択部材の平面図である。 流路形成パイプの水平断面図である。

符号の説明

１ 部品装着装置
７ 装着ヘッド体
１５ 吸着ノズル
１６ 装着ヘッド
２０ ノズル支持体
２４ ノズル回転モータ
３６ エア切替弁
６４ 流路形成パイプ
６５ 仕切り
６６ 配線部
６７ 真空流路
７０ エア供給板（接続部）

Claims (8)

1. 部品供給装置から電子部品を取り出してプリント基板上に装着する複数の吸着ノズルが並設された電子部品装着ヘッドにおいて、
   前記複数の吸着ノズルをその中心から偏心した位置にて円周上に所定間隔を存して上下動可能に保持するノズル支持体と、このノズル支持体を前記中心を回転軸として回転駆動するモータと、前記複数の吸着ノズル毎に設けられた複数のエア切替弁を介して前記複数の吸着ノズルに連通するエア供給経路と真空経路とを備え、前記エア供給経路はノズル支持体の側面からエア供給源に連通し、前記真空経路はノズル支持体の中心部に設けられた流路を介して真空源に連通したことを特徴する電子部品装着ヘッド。
2. 前記ノズル支持体の中心部に前記真空経路と、当該装着ヘッドに係る配線の通路とを設けたことを特徴する請求項１に記載の電子部品装着ヘッド。
3. 前記吸着ノズルに保持された電子部品の状態を検出するセンサを備え、ノズル支持体の中心部に前記真空経路と、前記センサに接続された配線の通路とを設けたことを特徴する請求項２に記載の電子部品装着ヘッド。
4. 前記エア供給経路は前記ノズル支持体に形成され、前記エア供給経路と前記エア供給源からのエア供給路との接続部をノズル支持体の側面と極僅かな間隔を存して設けたことを特徴する請求項２に記載の電子部品装着ヘッド。
5. ＸＹ方向に移動し複数の吸着ノズルが並設された電子部品装着ヘッドを備え、真空源に前記吸着ノズルを連通して部品供給装置から電子部品を前記吸着ノズルにより吸着取出し、電子部品をプリント基板上に装着するときにはエア供給源からエアを前記吸着ノズルに供給する電子部品装着装置において、
   前記電子部品装着ヘッドは、前記複数の吸着ノズルをその中心から偏心した位置にて円周上に所定間隔を存して上下動可能に保持するノズル支持体と、このノズル支持体を前記中心を回転軸として回転駆動するモータと、前記複数の吸着ノズル毎に設けられた複数のエア切替弁を介して前記複数の吸着ノズルに連通するエア供給経路と真空経路とを備え、前記エア供給経路はノズル支持体の側面からエア供給源に連通し、前記真空経路はノズル支持体の中心部に設けられた流路を介して真空源に連通したことを特徴する電子部品装着装置。
6. 前記ノズル支持体の中心部に前記真空経路と、当該装着ヘッドに係る配線の通路とを設けたことを特徴する請求項５に記載の電子部品装着装置。
7. 前記吸着ノズルに保持された電子部品の状態を検出するセンサを備え、ノズル支持体の中心部に前記真空経路と、前記センサに接続された配線の通路とを設けたことを特徴する請求項６に記載の電子部品装着装置。
8. 前記エア供給経路は前記ノズル支持体に形成され、前記エア供給経路と前記エア供給源からのエア供給路との接続部をノズル支持体の側面と極僅かな間隔を存して設けたことを特徴する請求項６に記載の電子部品装着装置。