JP5126177B2 - 部品実装装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板に電子部品を実装する部品実装装置に関するものである。

基板に電子部品を実装する部品実装装置は、部品供給部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を備えている。この搭載ヘッドの形態として、電子部品を吸着保持する吸着ノズルを複数備えて１回の実装ターンにおいて複数の電子部品を搭載することにより実装効率を向上させるマルチノズル型の搭載ヘッドが広く用いられている。

このようなマルチノズル型の搭載ヘッドとして、インデックス回転する回転体に複数の吸着ノズルを同心円上に等配配置したロータリ形式のマルチノズル型ヘッドが知られている（例えば特許文献１参照）。このようなロータリ形式を採用することにより、複数の吸着ノズルを直列方向に配列した構成のマルチノズル型ヘッドと比較して、従来よりも多数の吸着ノズルを装備した場合においても搭載ヘッドのサイズをコンパクト化することができるという利点がある。

特開平１０−１６３６７７号公報

しかしながら上述の特許文献を含め従来の先行技術例には、吸着ノズルから真空吸引する真空吸引系のレイアウトに関連して、以下のような不都合があった。すなわち吸着ノズルによって部品を吸着することにより部品のピックアップや基板への搭載動作を行うためには、吸着ノズルから真空吸引するための真空吸引経路をオンオフする切り換え弁を必要とする。しかしながら、従来装置においては、搭載ヘッドと外部に設けられた真空吸引源と吸着ノズルとを接続する真空吸引配管の途中に切り換え弁を配置する構成となっていたため、切り換え弁から吸着ノズルの先端部までの管路長が長くなり、真空吸引オンオフ時の応答時間が長くなるという課題があった。

また切り換え弁や配管系に異物が吸引されることに起因する動作不具合を防止するため、真空配管系において吸着ノズルと切り換え弁との間に異物除去用のフィルタを配置する必要がある。しかしながら従来装置においては、ロータリ形式のマルチノズル型ヘッドにおいてフィルタを適正に配置する方策は示されておらず、搭載ヘッド全体のサイズをコンパクト化することが困難であった。

そこで本発明は、ロータリ形式のマルチノズル型の搭載ヘッドにおいて、真空吸引の応答時間を短縮するとともに、搭載ヘッド全体のサイズをコンパクト化することができる部品実装装置を提供することを目的とする。

本発明の部品実装装置は、基板保持部に保持された基板に部品供給部から取り出した部品を実装する部品実装装置であって、前記部品を前記部品供給部からピックアップして保持する搭載ヘッドと、前記搭載ヘッドを前記基板の部品実装面と平行な方向に移動させるヘッド移動機構とを有し、前記搭載ヘッドは、回転軸の廻りにインデックス駆動機構によりインデックス回転する回転体と、前記回転体において前記回転軸を中心とした円周位置に前記回転体に対して昇降可能に配設され、下端部に開孔した吸着孔から真空吸引することにより前記部品を吸着保持する複数の吸着ノズルと、前記回転体において前記回転軸の内部を軸方向に挿通して設けられ真空吸引源と接続された第１のエア経路と、前記回転体内において前記回転軸を中心として前記複数の吸着ノズルの間を放射状に配設され、前記第１のエア経路と一方側の端部が連通し、前記吸着ノズルよりも外側に配置され前記吸着孔からの真空吸引を断接する空圧切り換え手段と他方側の端部が連通する第２のエア経路と、前記空圧切り換え手段と一方側の端部が連通し、前記吸着孔から吸引された異物を捕集し前記吸着ノズルよりも外側に配置されたフィルタと他方側の端部が連通する第３のエア経路と、前記フィルタと一方側の端部が連通し、前記吸着ノズルと他方側の端部が連通する第４のエア経路とを備えた。

本発明によれば、インデックス回転し複数の吸着ノズルを備えた回転体において回転軸の内部を上下方向に挿通して設けられ真空吸引源と接続された第１のエア経路と、回転体内において回転軸を中心として複数の吸着ノズルの間を放射状に配設され、第１のエア経路と一方側の端部が連通し吸着ノズルよりも外側に配置され吸着孔からの真空吸引を断接する空圧切り換え手段と他方側の端部が連通する第２のエア経路と、空圧切り換え手段と一方側の端部が連通し吸着孔から吸引された異物を捕集し吸着ノズルよりも外側に配置されたフィルタと他方側の端部が連通する第３のエア経路と、フィルタと一方側の端部が連通し吸着ノズルと他方側の端部が連通する第４のエア経路とを備えた構成とすることにより、ロータリ形式のマルチノズル型の搭載ヘッドにおいて、真空吸引の応答時間を短縮するとともに、搭載ヘッド全体のサイズをコンパクト化することができる。

本発明の一実施の形態の部品実装装置の斜視図 本発明の一実施の形態の部品実装装置に装着される搭載ヘッドの斜視図 本発明の一実施の形態の部品実装装置に装着される搭載ヘッドの正面図 本発明の一実施の形態の部品実装装置に装着される搭載ヘッドの断面図 本発明の一実施の形態の部品実装装置に装着される搭載ヘッドの部分断面図 本発明の一実施の形態の部品実装装置に装着される搭載ヘッドの部分断面図 本発明の一実施の形態の部品実装装置に装着される搭載ヘッドの部分断面図 本発明の一実施の形態の部品実装装置に装着される搭載ヘッドの動作説明図

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１を参照して部品実装装置１の構造を説明する。図１において、基台１ａの上面には、基板搬送方向（Ｘ方向）に基板搬送機構２が配設されている。基板搬送機構２は部品実装対象の基板３を上流側装置から受け取って搬送し、以下に説明する部品搭載機構による実装作業位置に位置決め保持する。したがって、基板搬送機構２は基板保持部として機能する。基台１ａの両側には、部品供給部４が配設されている。部品供給部４はフィーダテーブル４ａ上に複数のテープフィーダ５を並設して構成されており、テープフィーダ５は基板３に実装される部品を収納したキャリアテープをピッチ送りすることにより、部品を部品搭載機構の搭載ヘッド８による取り出し位置に供給する。

部品搭載機構について説明する。基台１ａのＸ方向の端部には、Ｙ軸移動テーブル６がＹ方向に配設されており、Ｙ軸移動テーブル６には２つのＸ軸移動テーブル７がＹ方向の移動自在に装着されている。それぞれのＸ軸移動テーブル７には、搭載ヘッド８が保持フレーム９（図２参照）を介して装着されている。搭載ヘッド８は、基板３に実装される部品を部品供給部４からピックアップして保持する機能を有しており、Ｙ軸移動テーブル６、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Ｘ方向、Ｙ方向へ水平移動
し、部品供給部４から取り出した部品を基板搬送機構２に位置決め保持された基板３に実装する。Ｙ軸移動テーブル６、Ｘ軸移動テーブル７は、搭載ヘッド８を基板３の部品実装面と平行な方向に移動させるヘッド移動機構を構成する。

次に、図２、図３、図４、図５を参照して、搭載ヘッド８の構造を説明する。図２において、保持フレーム９はＸ軸移動テーブル７においてＸ方向に移動する移動部（図示省略）に固着され、保持フレーム９の上部からは水平ベース部９ａが水平方向に延出して設けられている。水平ベース部９ａの上面には、インデックス駆動機構１０が垂直に配設されており、図４に示すように、インデックス駆動機構１０から下方に延出した回転軸１１には、略円柱形状の回転体１２が固着されている。回転体１２は保持フレーム９の中間位置から水平方向に延出した中間ベース部１４によってベアリング３７ａを介して回転自在に保持されている。また回転軸１１の下部は段違いの軸下部１１ａとなっており、軸下部１１ａの下端部は、同様に保持フレーム９の下端部から水平方向に延出した下部ベース部１７によってベアリング３７ｂを介して軸支されている。インデックス駆動機構１０を駆動することにより、回転体１２は回転軸１１とともに所定の間歇パターンでインデックス回転する（矢印ａ）。

回転体１２において、回転軸１１を中心とした円周位置（図５に示す半径Ｒ１の同心円上位置）には、複数（ここでは１６本）の吸着ノズルユニット２０（吸着ノズル）が、回転体１２に対して昇降可能に配設されている。吸着ノズルユニット２０を構成するノズル軸４１の下端部はノズル装着部４１ｂとなっており、ノズル装着部４１ｂにはノズル部品４１ｄが着脱自在に装着される。ノズル部品４１ｄは、下端部に開孔した吸着孔４１ｇ（図６）から真空吸引することにより実装対象の部品（図示省略）を吸着保持する。

回転体１２の上部は外周方向に延出した外縁部１３となっており、外縁部１３にはバルブユニット２１、フィルタ２２が、吸着ノズルユニット２０が配置された円周位置よりも外側（図５に示す半径Ｒ２の同心円上位置参照）に位置して、個々の吸着ノズルユニット２０に１対１対応で配置されている。バルブユニット２１は、吸着孔４１ｇからの真空吸引を断接するとともに、吸着孔４１ｇから噴射される正圧空気の供給を段接する空圧切り換え手段としての機能を有しており、フィルタ２２は吸着孔４１ｇから吸引された異物を捕集する機能を有している。

回転軸１１の下部には内部を上下方向に挿通して吸引孔１１ｂが設けられており、吸引孔１１ｂは下部ベース部１７に設けられた吸引路１７ａと連通している。吸引路１７ａは吸引配管２７（図３）と接続された接続孔１７ｂと連通しており、吸引配管２７は真空吸引源２８と接続されている。真空吸引源２８を駆動することにより、吸引孔１１ｂの上部に設けられた貫通孔１１ｃから真空吸引し、これにより、回転体１２の内部に回転軸１１を閉囲して設けられた連通隙間１２ａ内が吸引される。吸引孔１１ｂは、回転体１２において回転軸１１の内部を上下方向に挿通して設けられ、真空吸引源２８と接続された第１のエア経路となっている。

連通隙間１２ａからは流路孔１２ｂが吸着ノズルユニット２０の間を通って各バルブユニット２１に向けて放射状に設けられており（図５参照）、バルブユニット２１は、水平ベース部９ａに配設されたバルブ駆動機構２５によって当接駆動ツール２６を昇降（矢印ｂ）させることにより、すなわち縦部材２６ａから分岐した上当接部材２６ｂ、下当接部材２６ｃをバルブユニット２１に当接させてスライドさせることにより操作される。これにより、流路孔１２ｂを介しての真空吸引を開閉して、吸着孔４１ｇによる真空吸着を断接することができる。また上当接部材２６ｂ内に設けられた正圧孔２６ｄには、配管部材３８を介して正圧供給源３９が接続されており、正圧供給源３９を駆動した状態でバルブユニット２１を操作することにより、上当接部材２６ｂからバルブユニット２１を介して
正圧空気を供給して、吸着孔４１ｇから噴出させることが可能となっている。

回転体１２、中間ベース部１４の下面からは、昇降ガイド部１６、円筒カム部１５が、それぞれ下方に延出して設けられている。ノズル装着部４１ｂの上方に装着されたカムフォロア２９は、昇降ガイド部１６に上下方向に形成されたガイド溝１６ａによってガイドされて上下動自在となっている。ノズル軸４１の上部には圧縮スプリング４６が頂部４１ａとギヤ部材３６との間に装着されており（図６）、頂部４１ａを上方に押し上げる圧縮スプリング４６の付勢力により、カムフォロア２９は円筒カム部１５の下面のカム面１５ａに常に当接している。

インデックス駆動機構１０を駆動することにより、回転体１２は回転軸１１とともにインデックス回転し、これにより複数の吸着ノズルユニット２０は半径Ｒ１の円周に沿って間歇移動するとともに、カム面１５ａのカム形状に追従して上下動する。この吸着ノズルユニット２０の間歇移動において、図３に示す下降位置Ｐ１は、ノズル部品４１ｄによって部品の取り出し動作および搭載動作を行う位置となっている。下降位置Ｐ１の上方には水平ベース部９ａに保持されてノズル昇降駆動機構２４が配設されており、ノズル昇降駆動機構２４によって昇降する昇降ブロック２４ａにはカムフォロア２４ｂが結合されている。ノズル昇降駆動機構２４を駆動することにより、カムフォロア２４ｂは昇降し（矢印ｃ）、下降時には下降位置Ｐ１に位置した吸着ノズルユニット２０のノズル軸４１に当接して押し下げる。これにより、ノズル部品４１ｄは下降位置Ｐ１において所定の動作ストロークだけさらに下降し、部品のピックアップ動作および搭載動作を行う。

また保持フレーム９には、カメラ１９および撮像光学系１９ａが装着されており、下部ベース部１７において撮像光学系１９ａに対向する位置は、カメラ１９によって部品を認識する認識位置Ｐ２となっている。認識位置Ｐ２には、上向き斜め方向の反射面１８ａを有する反射ブロック１８が下部ベース部１７に取り付けられている。下降位置Ｐ１にて部品を吸着保持したノズル部品４１ｄが認識位置Ｐ２に移動することにより、ノズル部品４１ｄに保持した部品を反射面１８ａを介してカメラ１９によって撮像することができる。ノズル部品４１ｄは側方に円板状に延出した反射板４１ｃを備えており、カメラ１９による撮像時には、反射板４１ｃは下方にからの照明光を反射して部品を背後から照明する。

回転軸１１において回転体１２から上方に突出した部分には、ベアリング３４ａ、３４ｂを介してギヤ部材３５が回転自在に装着されており、ギヤ部材３５の上部にはプーリ３３が結合されている。水平ベース部９ａにはノズルθ駆動モータ２３が回転軸２３ａを下方にした姿勢で配設されており、回転軸２３ａにはプーリ３１が結合されている。プーリ３１とプーリ３３にはベルト３２が調帯されており、ノズルθ駆動モータ２３を駆動することにより、ギヤ部材３５が回転する。ギヤ部材３５の下部にはノズル軸４１に装着されたギヤ部材３６と噛合する歯部３５ａが設けられており、ノズルθ駆動モータ２３を駆動することにより、ベルト３２、プーリ３３、ギヤ部材３５、ギヤ部材３６を介してノズル軸４１を回転させることができる。これにより、ノズル部品４１ｄに保持された部品のθ方向（ノズル軸廻り方向）の位置合わせが行われる。

次に図６を参照して、吸着ノズルユニット２０の詳細構造を説明する。図６に示すように、回転体１２において半径Ｒ１の同心円上に上下方向に貫通して形成されたノズル挿通孔１２ｃ（図５参照）には、ノズル軸４１が上下方向に挿通している。ノズル軸４１が上下に挿通するギヤ部材３６はノズル軸４１に回転を伝達するとともに上下方向に相対動自在に設けられている。ギヤ部材３６はボールスプライン４５ａを外周から保持するハウジング４２ａと結合されており、ハウジング４２ａの下方に位置して同心で設けられたハウジング４２ｂには、ボールスプライン４５ａとの間にカラーリング４７を介在させてボールスプライン４５ｂが保持されている。ボールスプライン４５ａ、４５ｂには、ノズル軸
４１がＸ，Ｙ、θ方向の位置をガイドされた状態で上下方向にスライド自在に挿通しており、ハウジング４２ａ、４２ｂは、ベアリング４３を介して回転体１２に対して回転自在に保持されている。

ハウジング４２ａ、４２ｂとノズル挿通孔１２ｃとの間には連通隙間４９が形成されており、連通隙間４９は、ハウジング４２ａ、４２ｂとノズル挿通孔１２ｃの内周面との間に装着された２つのシール部材４４によって密封されている。カラーリング４７とノズル軸４１との間に形成された連通隙間４７ａは、ノズル軸４１内部を上下に挿通して設けられた流路孔４１ｅと貫通孔４１ｆを介して連通しており、さらに流路孔４１ｅはノズル装着部４１ｂ内部を挿通して吸着孔４１ｇと連通している。そして連通隙間４７ａは、ハウジング４２ｂ、カラーリング４７を横方向に貫通して設けられた連通孔４８を介して連通隙間４９と連通しており、さらに連通隙間４９は流路孔１３ｅを介してフィルタ２２のフィルタ孔１３ｄ（図７（ｂ）参照）と連通している。

ノズル軸４１は、ノズル装着部４１ｂの上方において、カムフォロア２９が結合されたブロック３０をベアリング３０ａを介して貫通しており、ブロック３０はノズル軸４１に対して回転自在となっている。これにより、カムフォロア２９がガイド溝１６ａに嵌合して回転方向の位置が固定された状態において、ノズル軸４１を任意位置に回転させることができる。

次に図７を参照して、バルブユニット２１、フィルタ２２の構造を説明する。図７（ａ）において、外縁部１３を上下に貫通して設けられたスプール孔１３ａにはバルブ軸５０が上下にスライド自在に嵌合している。バルブ軸５０は、上部に設けられて上当接部材２６ｂと当接する頂部５０ａを外縁部１３から上方に突出させ、下当接部材２６ｃと当接する下部５０ｂを外縁部１３から下方に突出させて装着されている。

バルブ軸５０には頂部５０ａに開口する流路孔５０ｃが形成されており、流路孔５０ｃの下端部に設けられた連通孔５０ｄは、スプール孔１３ａと連通して外縁部１３内に設けられた拡径部１３ｂに連通している。バルブ軸５０には、外周面を切り込んだノッチ部５０ｅ、５０ｆ、縮径部５０ｇが設けられており、ノッチ部５０ｅ、５０ｆのいずれかにボールプランジャ５１のボール５１ａが嵌入することにより、バルブ軸５０の上下方向の位置が２位置で固定されるようになっている。また縮径部５０ｇの範囲には、スプール孔１３ａの内面との間に連通隙間５２が形成されており、連通隙間５２は外縁部１３内に水平方向に形成された流路孔１３ｃに連通している（図５も参照）。

図７（ｂ）において、外縁部１３に設けられたフィルタ孔１３ｄには焼結部材など多孔質素材を内孔５４ａを有する中空棒形状に成形した濾過部材５４が挿入されており、濾過部材５４は抑え部材５３によって上面側から固定されている。濾過部材５４の外周とフィルタ孔１３ｄの内周面との間の連通隙間５５は、流路孔１３ｅを介して吸着ノズルユニット２０の連通隙間４９と連通している。またフィルタ孔１３ｄの下方に形成された連通隙間１３ｆは、図７（ａ）に示す流路孔１３ｃと連通している。すなわち、流路孔１３ｃは濾過部材５４、流路孔１３ｅを介して吸着ノズルユニット２０の連通隙間４９と連通している。

図８（ａ）に示すように、当接駆動ツール２６を上昇させて（矢印ｄ）下当接部材２６ｃを下部５０ｂに当接させ、ノッチ部５０ｆをボールプランジャ５１の位置に固定することにより、流路孔１３ｃは連通隙間５２を介して流路孔１２ｂと連通する。これにより流路孔１２ｂが流路孔１３ｃおよびフィルタ２２を介して吸着ノズルユニット２０と連通する。そしてこの状態でそして流路孔１２ｂから真空吸引することにより（矢印ｅ）、吸着孔４１ｇから真空吸引される。

このとき、真空吸引により吸着孔４１ｇから吸引された異物は、濾過部材５４によって捕集される。このようにフィルタ２２を吸着ノズルユニット２０の直近に配置することにより、吸着ノズルユニット２０によって異物を効率よく捕集することができる。さらにフィルタ２２を吸着ノズルユニット２０の外側の作業アクセスが容易な部位に配置することにより、濾過部材５４の交換などの保守作業を容易に行うことができる。

また図８（ｂ）に示すように、当接駆動ツール２６を下降させて（矢印ｆ）上当接部材２６ｂを頂部５０ａに当接させ、ノッチ部５０ｅをボールプランジャ５１の位置に固定した状態では、正圧孔２６ｄが流路孔５０ｃと連通するとともに、流路孔１２ｂがバルブ軸５０によって閉塞され、流路孔１２ｂから真空吸引が遮断される。このとき、バルブユニット２１が吸着ノズルユニット２０の直近に配置されていることにより、バルブユニット２１を操作したときの吸着ノズルユニット２０による真空吸引オンオフ時の応答性が改善される。そしてこの状態で正圧供給源３９を作動させることにより（矢印ｇ）、流路孔５０ｃ内に正圧空気が付与され、この正圧空気は連通隙間５２、流路孔１３ｃ、フィルタ２２、流路孔１３ｅを介して吸着ノズルユニット２０と連通し、吸着孔４１ｇから噴射される。

上記説明したように、本実施の形態に示す搭載ヘッド８は、回転体１２において回転軸１１を中心とした当配位置に回転体１２に対して昇降可能に配設され、下端部に開孔した吸着孔４１ｇから真空吸引することにより部品を吸着保持する複数の吸着ノズルユニット２０と、回転体１２において回転軸１１の内部を上下方向に挿通して設けられ、真空吸引源２８と接続された吸引孔１１ｂ（第１のエア経路）と、回転体１２内において回転軸１１を中心として複数のインデックス駆動機構１０の間を放射状に配設され、吸引孔１１ｂと一方側の端部が連通隙間１２ａを介して連通し、吸着ノズルユニット２０よりも外側に配置され吸着孔４１ｇからの真空吸引を断接するバルブユニット２１（空圧切り換え手段）と他方側の端部が連通する流路孔１２ｂ（第２のエア経路）と、バルブユニット２１と一方側の端部が連通し、吸着孔４１ｇから吸引された異物を捕集し吸着ノズルユニット２０よりも外側に配置されたフィルタ２２と他方側の端部が連通する流路孔１３ｃ（第３のエア経路）と、フィルタ２２と一方側の端部が連通し、吸着ノズルユニット２０と他方側の端部が連通する流路孔１３ｅ（第４のエア経路）とを備えた構成となっている。

このような構成を採用することにより、上述のように真空吸引オンオフ時の応答時間を短縮することができるとともに、複数の吸着ノズルを備えたマルチノズル型の搭載ヘッドにおいて、搭載ヘッドのコンパクト化が実現される。すなわち、吸着ノズルを直列に配置したノズル列を複数列配置する従来のマルチノズル型の搭載ヘッドと比較して、ノズル列の列方向の寸法を短縮して、搭載ヘッド全体のサイズを短縮化することができる。

本発明の部品実装装置は、ロータリ形式のマルチノズル型の搭載ヘッドにおいて、真空吸引の応答時間を短縮するとともに、搭載ヘッド全体のサイズをコンパクト化することができるという効果を有し、基板に電子部品を実装する分野において有用である。

１ 部品実装装置
２ 基板搬送機構
３ 基板
４ 部品供給部
６ Ｙ軸移動テーブル
７ Ｘ軸移動テーブル
８ 搭載ヘッド
１０ インデックス駆動機構
１１ 回転軸
１１ｂ 吸引孔
１２ 回転体
１２ｂ 流路孔
１３ 外縁部
１３ｃ 流路孔
１３ｅ 流路孔
２０ 吸着ノズルユニット
２１ バルブユニット
２２ フィルタ

Claims (2)

1. 基板保持部に保持された基板に部品供給部から取り出した部品を実装する部品実装装置であって、
   前記部品を前記部品供給部からピックアップして保持する搭載ヘッドと、前記搭載ヘッドを前記基板の部品実装面と平行な方向に移動させるヘッド移動機構とを有し、
   前記搭載ヘッドは、回転軸とともにインデックス駆動機構によりインデックス回転する回転体と、前記回転体において前記回転軸を中心とした円周位置に前記回転体に対して昇降可能に配設され、下端部に開孔した吸着孔から真空吸引することにより前記部品を吸着保持する複数の吸着ノズルと、
   前記回転体において前記回転軸の内部を軸方向に挿通して設けられ真空吸引源と接続された第１のエア経路と、
   前記回転体内において前記回転軸を中心として前記複数の吸着ノズルの間を放射状に配設され、前記第１のエア経路と一方側の端部が連通し、前記吸着ノズルよりも外側に配置され前記吸着孔からの真空吸引を断接する空圧切り換え手段と他方側の端部が連通する第２のエア経路と、
   前記空圧切り換え手段と一方側の端部が連通し、前記吸着孔から吸引された異物を捕集し前記吸着ノズルよりも外側に配置されたフィルタと他方側の端部が連通する第３のエア経路と、
   前記フィルタと一方側の端部が連通し、前記吸着ノズルと他方側の端部が連通する第４のエア経路とを備えたことを特徴とする部品実装装置。
2. 前記回転体において、前記空圧切り換え手段と前記フィルタとは、前記回転軸を中心とする同心円上に配置されていることを特徴とする請求項１記載の部品実装装置。

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