JP5062130B2 - 部品実装機 - Google Patents

Description

本発明は、シャフト部材に着脱自在に取り付けられた部品吸着体のノズル部に部品を吸着させてその部品を基板に搭載する部品実装機に関するものである。

部品実装機は、搭載ヘッドが備えるシャフト部材に取り付けた部品吸着体（部品吸着ノズル）に部品を吸着させ、搭載ヘッドを移動させてその部品を基板に搭載する。ここで、部品吸着体はシャフト部材に着脱自在に取り付けられるベース部と、ベース部と一体に形成された１つのノズル部から成り、１つの部品吸着体に１つの部品を吸着させることができるようになっている。また、このような部品実装機では、１つの搭載ヘッド当たりの部品吸着体の数を増やすことにより、搭載ヘッドの１回の部品の吸着・搭載動作でより多くの部品実装を行うことができるようにして基板の生産効率を向上させるようにしている（特許文献１）。
特開２００５−１６６８７９号公報

しかしながら、部品吸着体の数を増やす場合にはこれを取り付けるシャフト部材の数を増大させる必要があり、搭載ヘッドが（ひいては部品実装機が）大型化するおそれがあった。

そこで本発明では、シャフト部材の数を増やすことなく（したがって搭載ヘッドを大型化することなく）、１回の部品の吸着・搭載動作でより多くの部品を基板に実装できるようにした部品実装機を提供することを目的とする。

請求項１に記載の部品実装機は、搭載ヘッドのヘッド本体と、ヘッド本体に対して昇降自在に設けられたシャフト部材を備え、シャフト部材にホルダを介して取り付けられた部品吸着体のノズル部に部品を吸着させてその部品を基板に搭載する部品実装機であって、部品吸着体は、シャフト部材に着脱自在に取り付けられるベース部及びベース部に保持された複数のノズル部を備えて成り、各ノズル部は、シャフト部材内に設けられた複数のシャフト部材内吸着用管路に別々に繋がって互いに独立して部品を吸着することができるようになっている。

請求項２に記載の部品実装機は、請求項１に記載の部品実装機であって、各ノズル部をそれぞれ独立してベース部に対して昇降させるノズル部昇降機構と、第１の搭載モード及び第２の搭載モードのいずれか一方の選択を行う搭載モード選択手段と、搭載モード選択手段により第１の搭載モードが選択されているときには、部品吸着体が備える複数のノズル部の１つをベース部に対して下降させてその下降させたノズル部に１つの部品を吸着させてその部品を基板に搭載し、搭載モード選択手段により第２の搭載モードが選択されているときには、部品吸着体が備える複数のノズル部のうちの複数をベース部に対して下降させてその下降させた複数のノズル部に１つの部品を吸着させてその部品を基板に搭載する吸着搭載制御手段とを備えた。

請求項３に記載の部品実装機は、請求項２に記載の部品実装機であって、ノズル部昇降機構は複数のノズル部のそれぞれに対応して設けられた複数の空圧シリンダから成る。

本発明では、部品吸着体が、シャフト部材に着脱自在に取り付けられるベース部及びベ
ース部に保持された複数のノズル部を備えており、複数のノズル部のそれぞれがシャフト部材内に設けられた複数のシャフト部材内吸着用管路に別々に繋がって互いに独立して部品を吸着することができるようになっている。このため、シャフト部材の数を増やすことなく（したがって搭載ヘッドを大型化することなく）、吸着できる部品の数を増大することができ、これにより搭載ヘッドの１回の部品の吸着・搭載動作でより多くの部品を基板に実装することができるので、基板の生産効率を向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施の形態における部品実装機の平面図、図２は本発明の一実施の形態における部品実装機が備える搭載ヘッドの正面図、図３（ａ），（ｂ）は本発明の一実施の形態における部品実装機の搭載ヘッドの部分拡大図、図４は本発明の一実施の形態における部品実装機の制御系統を示すブロック図、図５は本発明の一実施の形態における吸着用管路及び昇降制御用管路の配管図、図６（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）及び図７（ａ），（ｂ）は本発明の一実施の形態における部品実装機による部品の吸着手順を示す図、図８（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）及び図９（ａ），（ｂ）は本発明の一実施の形態における部品実装機による部品の搭載手順を示す図である。

図１において、部品実装機１は、基台２の上面に水平方向（Ｘ軸方向）に同期して進行される一対のベルトコンベアから成る基板搬送部３を有しており、基板搬送部３は、基板ＰＢをＸ軸方向に搬送し（矢印Ａ）、所定の作業位置に位置決めする。

図１において、基板搬送部３の上方にはＹ軸テーブル４がＸ軸方向と水平に直交する方向（Ｙ軸方向）に延びて設けられている。Ｙ軸テーブル４の側面には２つのＹ軸スライダ５がＹ軸方向に移動自在に設けられている。各Ｙ軸スライダ５にはＸ軸方向に延びたＸ軸テーブル６の一端部が取り付けられており、各Ｘ軸テーブル６にはＸ軸テーブル６に沿って（すなわちＸ軸方向に）移動自在な移動ステージ７が設けられている。各移動ステージ７には搭載ヘッド１０が取り付けられている。

図２において、搭載ヘッド１０は移動ステージ７に固定されるヘッド本体１１と、上下方向（Ｚ軸方向）に延びてヘッド本体１１に対して昇降自在に設けられた複数（ここでは４つ）のシャフト部材１２と、各シャフト部材１２の下端部に設けられた複数（ここでは４つ）のホルダ１３と、ホルダ１３を介してシャフト部材１２に着脱自在に取り付けられる複数（ここでは４つ）の部品吸着体１４から成っている。ホルダ１３は、図３に示すように、シャフト部材１２の下端部に設けられた一対の係止片１３ａ及びこれら一対の係止片１３ａを開閉自在に弾性保持する保持バンド１３ｂから成っている。

図３において、部品吸着体１４は、シャフト部材１２に下方から接続（嵌入）される接続部１５ａを有したベース部１５と、ベース部１５に保持された２つのノズル部１６を備えて成る。接続部１５ａをシャフト部材１２に下方から嵌入させると（図３（ａ）中に示す矢印Ｂ参照）、ホルダ１３の一対の係止片１３ａは、その下端部がベース部１５によって外側に押し広げられた後、ベース部１５の外周に設けられた係止溝１５ｂに引っ掛かる（係止される）ので、部品吸着体１４はホルダ１３を介してシャフト部材１２の下端部に取り付けられた状態となる（図３（ｂ））。

図１において、基板搬送部３のＹ軸方向の側方領域には部品Ｐ（図２）を供給する複数の部品供給装置２１がＸ軸方向に並んで設けられている。各移動ステージ７には撮像面を下方に向けた基板カメラ２２が設けられており、基台２上には撮像面を上方に向けた部品カメラ２３が設けられている。

図４において、部品実装機１の制御装置３０はコンベア作動機構３１の作動制御を介して基板搬送部３を作動させ、基板ＰＢの搬送と所定の作業位置への位置決めを行う。また制御装置３０は、搭載ヘッド移動機構３２の作動制御を介して各Ｙ軸スライダ５のＹ軸方向への移動と各移動ステージ７のＸ軸方向への移動による搭載ヘッド１０の水平面内での移動を行い、シャフト部材昇降回転機構３３（図５も参照）の作動制御を介して各シャフト部材１２の（すなわち部品吸着体１４の）ヘッド本体１１に対する昇降及び上下軸（Ｚ軸）回りの回転を行い、吸着制御バルブ３４及び昇降制御バルブ３５（図５も参照）の作動制御を介して各部品吸着体１４の昇降及び部品Ｐの真空吸着（すなわちピックアップ作動）を行う（詳細は後述）。

制御装置３０はまた、各部品供給装置２１の作動制御を行って、各部品供給装置２１の部品供給部２１ａ（図１）に部品Ｐを供給させる。また、制御装置３０は、基板カメラ２２及び部品カメラ２３に撮像動作を行わせる。基板カメラ２２及び部品カメラ２３の撮像動作によって得られた画像データは制御装置３０に送られる（図４）。

図５において、部品吸着体１４は、ベース部１５の内部に、２つのノズル部１６をそれぞれ独立してベース部１５に対して昇降させるノズル部昇降機構としての２つの空圧シリンダ４０を有している。各空圧シリンダ４０は、ベース部１５内に形成されたピストン部材収容空間４１と、ピストン部材収容空間４１内に設けられたピストン部材４２と、ピストン部材収容空間４１内の、ピストン部材４２の上方に形成されるシリンダ室４１ａ内に縮設されてピストン部材４２を下方に付勢する付勢ばね４３を有して成る。

図５において、各空圧シリンダ４０のシリンダ室４１ａは、ベース部１５内に形成されたベース部内吸着用管路５１に繋がっている。各ベース部内吸着用管路５１は、部品吸着体１４がホルダ１３を介してシャフト部材１２に取り付けられた状態で、シャフト部材１２内に設けられたシャフト部材内吸着用管路５２に接続される。また、各空圧シリンダ４０のシリンダ室４１ａは、ベース部１５内に形成されたベース部内昇降制御用管路５３に繋がっている。各ベース部内昇降制御用管路５３は、部品吸着体１４がシャフト部材１２に取り付けられた状態で、シャフト部材１２内に設けられたシャフト部材内昇降制御用管路５４に接続される。

図５において、各ノズル部１６は対応する空圧シリンダ４０のピストン部材４２に固定されており、各ノズル部１６の下端部（吸着口１６ａ）は、ベース部１５の下方に突出して延びている。各ピストン部材４２は側方に張り出した突起部４２ａを有しており、突起部４２ａをベース部１５に設けられた下方規制部１５ｃに上方から当接させた下動位置（図５の紙面左側のピストン部材４２参照）と、突起部４２ａをベース部１５に設けられた上方規制部１５ｄに下方から当接させた上動位置（図５の紙面右側のピストン部材４２参照）との間で昇降自在となっている。

各シャフト部材内吸着用管路５２はシャフト部材１２の外部に設けられたシャフト部材外吸着用管路５５を介して吸着制御バルブ３４に繋がっており、各シャフト部材内昇降制御用管路５４はシャフト部材１２の外部に設けられたシャフト部材外昇降制御用管路５６を介して昇降制御バルブ３５に繋がっている。吸着制御バルブ３４と昇降制御バルブ３５はそれぞれ部品実装機１の内部又は外部に設けられた真空源５７と真空管路５８によって繋がっている。

制御装置３０は、吸着制御バルブ３４の作動制御を行って、真空源５７から供給される真空圧を吸着用管路（真空管路５８、シャフト部材外吸着用管路５５、シャフト部材内吸着用管路５２及びベース部内吸着用管路５１）を介してノズル部１６内に供給し、またその供給を遮断することによって、ノズル部１６の吸着口１６ａに部品Ｐを吸着させ、ノズ
ル部１６が吸着した部品Ｐを吸着口１６ａから離脱させることができる。

また制御装置３０は、昇降制御バルブ３５の作動制御を行って、真空源５７から供給される真空圧を昇降制御用管路（真空管路５８、シャフト部材外昇降制御用管路５６、シャフト部材内昇降制御用管路５４及びベース部内昇降制御用管路５３）を介して空圧シリンダ４０のシリンダ室４１ａに供給し（これによりピストン部材４２は付勢ばね４３の付勢力に抗してピストン部材収容空間４１内を上動する）、またその供給を遮断することによって（これによりピストン部材４２は付勢ばね４３の付勢力によってピストン部材収容空間４１内を下動する）、ノズル部１６のベース部１５に対する昇降を行わせることができる。

本実施の形態における部品搭載機１では、部品吸着体１４の交換作業を行うことなく、小部品及び大部品の大小２種類の部品Ｐの基板ＰＢへの実装作業を行うことができるようになっている。すなわち、部品実装機１では、２つのノズル部１６のそれぞれに部品（小部品）Ｐを１つずつ吸着して各部品Ｐをそれぞれ基板ＰＢに搭載する「第１の搭載モード」と、２つのノズル部１６に１つの部品（大部品）Ｐを吸着させてその部品Ｐを基板ＰＢに搭載する「第２の搭載モード」のいずれか一方を選択することができ、部品実装機１には、その選択のための搭載モード選択手段６１（例えば、ボタンやスイッチ等）が備えられている（図４）。なお、ここでいう小部品とは、１つのノズル部１６によって吸着することできる大きさの部品Ｐのことであり、大部品とは、１つのノズル部１６によっては吸着することができない、小部品よりも大きい部品Ｐのことである。

部品実装機１の制御装置３０は、部品実装開始の入力がなされると、基板搬送部３を作動させて基板ＰＢを部品実装機１の内部に搬入し、所定の作業位置に位置決めする。制御装置３０は、基板ＰＢを作業位置に位置決めしたら、移動ステージ７を水平面内で移動させて基板ＰＢの上方に位置させ、基板ＰＢに設けられた基板マークＭ（図１）を基板カメラ２２に撮像させて画像認識を行い、基板ＰＢの基準位置からの位置ずれを検出する。

制御装置３０は基板ＰＢの位置ずれを検出したら、移動ステージ７を部品供給装置２１の部品供給部２１ａの上方に移動させ、部品供給部２１ａに供給された部品Ｐを部品吸着体１４が備えるノズル部１６に部品Ｐを吸着させて部品Ｐをピックアップする。

ここで、搭載モード選択手段６１によって第１の搭載モードが選択されている場合には、制御装置３０は、先ず、吸着対象である部品（小部品）Ｐの上方に部品吸着体１４を移動させた後、その部品吸着体１４が取り付けられているシャフト部材１２をヘッド本体１１に対して下降させる。このときシャフト部材１２は、上動位置に位置しているノズル部１６をその後下動位置まで下動させたときに、吸着口１６ａの高さがほぼ部品Ｐの上面の高さになるような位置に停止される。そして、部品Ｐを吸着させようとしている方のノズル部１６を下動位置に下降させて吸着口１６ａを部品Ｐに接触させ（図６（ａ）。図中に示す矢印Ｃ１参照）、ノズル部１６に部品Ｐを吸着させたら、そのノズル部１６を上動位置まで上昇させる（図６（ｂ）。図中に示す矢印Ｃ２参照）。そして、他方のノズル部１６についても同様にして部品Ｐを吸着させる（図６（ｃ）、（ｄ）。図中に示す矢印Ｃ３及びＣ４参照）。これにより２つのノズル部１６のそれぞれに部品Ｐが１つずつ吸着される。

一方、搭載モード選択手段６１によって第２の搭載モードが選択されている場合には、制御装置３０は、先ず、吸着対象である部品（大部品）Ｐの上方に部品吸着体１４を部品Ｐの上方に移動させた後、その部品吸着体１４が取り付けられているシャフト部材１２をヘッド本体１１に対して下降させる。そして、２つのノズル部１６を下動位置に下降させて２つのノズル部１６の吸着口１６ａを部品Ｐに接触させる（図７（ａ）。図中に示す矢
印Ｄ１参照）。そして、２つのノズル部１６に部品Ｐを吸着させたら、２つのノズル部１６を上動位置まで上昇させる（図７（ｂ）。図中に示す矢印Ｄ２参照）。これにより２つのノズル部１６に１つの部品Ｐが吸着される。

このようにして複数の部品吸着体１４の各々に部品Ｐが吸着されたら、吸着された部品Ｐが順次部品カメラ２３の直上に位置するように搭載ヘッド１０を移動させ、部品カメラ２３に部品Ｐの撮像を行わせて画像認識を行い、部品吸着体１４のノズル部１６に対する各部品Ｐの位置ずれ（吸着ずれ）を検出する。

制御装置３０は、ノズル部１６に対する各部品Ｐの位置ずれを検出したら、搭載ヘッド１０を基板ＰＢの上方に移動させ、部品吸着体１４を下降させて、部品Ｐを基板ＰＢ上の目標搭載位置に搭載する。

ここで、搭載モード選択手段６１によって第１の搭載モードが選択されている場合には、制御装置３０は、先ず、部品（小部品）Ｐを吸着させた部品吸着体１４を基板ＰＢの上方に移動させた後、その部品吸着体１４が取り付けられているシャフト部材１２をヘッド本体１１に対して下降させる。このときシャフト部材１２は、上動位置に位置しているノズル部１６をその後下動位置まで下動させたときに、部品Ｐが基板ＰＢに接触する高さになるような位置に停止される。そして、基板ＰＢに搭載しようとする部品Ｐを吸着させた方のノズル部１６を下動位置に下降させて部品Ｐを基板ＰＢに接触させ（図８（ａ）。図中に示す矢印Ｅ１参照）、部品Ｐが基板ＰＢに接触したら、そのノズル部１６を上動位置まで上昇させる（図８（ｂ）。図中に示す矢印Ｅ２参照）。そして、他方のノズル部１６についても同様にして部品Ｐを基板ＰＢに搭載する（図８（ｃ）、（ｄ）。図中に示す矢印Ｅ３及びＥ４参照）。これにより２つのノズル部１６のそれぞれに吸着された部品Ｐが１つずつ基板ＰＢに搭載される。そして、このような搭載動作を全ての部品吸着体１４について行う。

一方、搭載モード選択手段６１によって第２の搭載モードが選択されている場合には、制御装置３０は、先ず、部品（大部品）Ｐを吸着させた部品吸着体１４を基板ＰＢの上方に移動させた後、その部品吸着体１４が取り付けられているシャフト部材１２をヘッド本体１１に対して下降させる。そして、２つのノズル部１６を下動位置に下降させて部品Ｐを基板ＰＢに接触させ（図９（ａ）。図中に示す矢印Ｆ１参照）、部品Ｐが基板ＰＢに接触したら、２つのノズル部１６を上動位置まで上昇させる（図９（ｂ）。図中に示す矢印Ｆ２参照）。これにより２つのノズル部１６に吸着させた１つの部品Ｐが基板ＰＢに搭載される。そして、このような搭載動作を全ての部品吸着体１４について行う。

なお、各部品Ｐの基板ＰＢ上への搭載時には、制御装置３０は、既に求めている基板ＰＢの基準位置からの位置ずれと部品Ｐの部品吸着体１４に対する位置ずれが修正されるように、基板ＰＢに対する部品吸着体１４の（ノズル部１６の）相対位置の補正を行う。

制御装置３０は、ピックアップした部品Ｐの基板ＰＢへの搭載が終了したら、基板ＰＢに搭載すべき全ての部品Ｐの基板ＰＢへの搭載が終了したかどうかの判断を行う。その結果、全ての部品Ｐの基板ＰＢへの搭載が終了していなかったときには、まだ基板ＰＢに搭載していない部品Ｐの基板ＰＢへの搭載を行い、全ての部品Ｐの基板ＰＢへの搭載が終了していたときには部品搭載工程を終了し、基板搬送部３を作動させて基板ＰＢを部品実装機１の外部に搬出する。

以上説明したように、本実施の形態における部品実装機１では、シャフト部材１２に取り付けられた部品吸着体１４のノズル部１６に部品Ｐを吸着させてその部品Ｐを基板ＰＢに搭載するものにおいて、部品吸着体１４は、シャフト部材１２に着脱自在に取り付けら
れるベース部１５及びベース部１５に保持された複数のノズル部１６を備えて成り、各ノズル部１６は、シャフト部材１２に設けられた複数のシャフト部材内吸着用管路５２に別々に繋がって互いに独立して部品Ｐを吸着することができるようになっている。このため本発明の実施の形態における部品実装機１では、シャフト部材１２の数（部品吸着体１４の数でもある）を増やすことなく（したがって搭載ヘッド１０を大型化することなく）、吸着できる部品Ｐの数を増大することができ、これにより搭載ヘッド１０の１回の部品Ｐの吸着・搭載動作でより多くの部品実装を行うことができるので、基板ＰＢの生産効率を向上させることができる。

また、本実施の形態における部品実装機１では、各ノズル部１６をそれぞれ独立してベース部１５に対して昇降させるノズル部昇降機構（２つの空圧シリンダ４０）と、第１の搭載モード及び第２の搭載モードのいずれか一方の選択を行う搭載モード選択手段６１と、搭載モード選択手段６１により第１の搭載モードが選択されているときには、部品吸着体１４が備える複数（ここでは２つ）のノズル部１６の１つをベース部１５に対して下降させてその下降させたノズル部１６に１つの部品（小部品）Ｐを吸着させてその部品Ｐを基板ＰＢに搭載し、搭載モード選択手段６１により第２の搭載モードが選択されているときには、部品吸着体１４が備える複数のノズル部１６のうちの複数（ここでは２つ）をベース部１５に対して下降させてその下降させた複数のノズル部１６に１つの部品（大部品）Ｐを吸着させてその部品Ｐを基板ＰＢに搭載する吸着搭載制御手段としての制御装置３０を備えたものとなっている。このため、部品吸着体１４の交換作業を行うことなく、大小２種類の部品Ｐの基板ＰＢへの実装作業を行うことができる。

また、本実施の形態では、昇降機構は複数のノズル部１６のそれぞれに対応して設けられた複数の空圧シリンダ４０から成っており、ノズル部１６の昇降を空圧によって制御するようになっているので、部品Ｐの吸着のための真空源５７を利用することができる。

これまで本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上述の実施の形態に示したものに限定されない。例えば、上述の実施の形態では、１つの部品吸着体１４が備えるノズル部１６の数は２つであったが、これは一例であり、複数であればその数は限定されない。また、上述の実施の形態では、各ノズル部１６をそれぞれ独立してベース部１５に対して昇降させるノズル部昇降機構は、複数のノズル部１６のそれぞれに対応して設けられた複数の空圧シリンダ４０から成るものであったが、ノズル部昇降機構は必ずしも空圧シリンダ４０から成っていなくてもよく、他のアクチュエータを用いて複数のノズル部１６を昇降させるようにしてもよい。

シャフト部材の数を増やすことなく（したがって搭載ヘッドを大型化することなく）、１回の部品の吸着・搭載動作でより多くの部品を基板に実装できるようにした部品実装機を提供する。

本発明の一実施の形態における部品実装機の平面図 本発明の一実施の形態における部品実装機が備える搭載ヘッドの正面図 （ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態における部品実装機の搭載ヘッドの部分拡大図 本発明の一実施の形態における部品実装機の制御系統を示すブロック図 本発明の一実施の形態における吸着用管路及び昇降制御用管路の配管図 （ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）本発明の一実施の形態における部品実装機による部品の吸着手順を示す図 （ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態における部品実装機による部品の吸着手順を示す図 （ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）本発明の一実施の形態における部品実装機による部品の搭載手順を示す図 （ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態における部品実装機による部品の搭載手順を示す図

符号の説明

１ 部品実装機
１２ シャフト部材
１４ 部品吸着体
１５ ベース部
１６ ノズル部
３０ 制御装置（吸着搭載制御手段）
４０ 空圧シリンダ（ノズル部昇降機構）
５２ シャフト部材内吸着用管路
６１ 搭載モード選択手段
ＰＢ 基板
Ｐ 部品

Claims (3)

1. 搭載ヘッドのヘッド本体と、ヘッド本体に対して昇降自在に設けられたシャフト部材を備え、シャフト部材にホルダを介して取り付けられた部品吸着体のノズル部に部品を吸着させてその部品を基板に搭載する部品実装機であって、部品吸着体は、シャフト部材に着脱自在に取り付けられるベース部及びベース部に保持された複数のノズル部を備えて成り、各ノズル部は、シャフト部材内に設けられた複数のシャフト部材内吸着用管路に別々に繋がって互いに独立して部品を吸着することができるようになっていることを特徴とする部品実装機。
2. 各ノズル部をそれぞれ独立してベース部に対して昇降させるノズル部昇降機構と、第１の搭載モード及び第２の搭載モードのいずれか一方の選択を行う搭載モード選択手段と、搭載モード選択手段により第１の搭載モードが選択されているときには、部品吸着体が備える複数のノズル部の１つをベース部に対して下降させてその下降させたノズル部に１つの部品を吸着させてその部品を基板に搭載し、搭載モード選択手段により第２の搭載モードが選択されているときには、部品吸着体が備える複数のノズル部のうちの複数をベース部に対して下降させてその下降させた複数のノズル部に１つの部品を吸着させてその部品を基板に搭載する吸着搭載制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の部品実装機。
3. ノズル部昇降機構は複数のノズル部のそれぞれに対応して設けられた複数の空圧シリンダから成ることを特徴とする請求項２に記載の部品実装機。

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