JP5547052B2 - 部品吸着ノズル装置 - Google Patents

Description

本発明は、部品を吸着するノズルニードルがノズル本体に対して上下動可能に支持された部品吸着ノズル装置に関する発明である。

例えば、図４に示すように、従来の吸着ノズル１０は、部品実装機の装着ヘッドに保持されるノズル本体１１と、このノズル本体１１に上下動可能に支持されたノズルニードル１２と、このノズルニードル１２を下方に付勢するスプリング１３とを備え、部品実装機の稼働中にノズル本体１１を通してノズルニードル１２に負圧を供給し、部品実装機のフィーダによって供給される部品１４を、ノズルニードル１２に吸着して回路基板上へ移送して実装すると共に、部品１４の吸着動作時や実装動作時に下降するノズルニードル１２の下端が部品１４に突き当たったときや、ノズルニードル１２に吸着した部品１４が回路基板に突き当たったときに、その衝撃をスプリング１３で緩衝することで、部品１４や回路基板の損傷を防止するようにしたものがある。

この場合、ノズルニードル１２の下端に部品１４を吸着すると、ノズルニードル１２の下端開口が部品１４で塞がれた密閉状態になるため、図４（ｂ）に示すように、負圧による吸引力によってノズルニードル１２がスプリング１３を上方に圧縮して吸い上げられた状態となる。この状態で、ノズルニードル１２に吸着した部品１４を回路基板に実装して負圧を解除して部品１４を解放してから、吸着ノズル１０全体を上昇させることになるが、負圧を解除した瞬間に、スプリング１３の反発力によってノズルニードル１２が下方に飛び出して、その下端が回路基板上の部品１４に押し付けられた状態となり、当該部品１４が損傷したり、或は、当該部品１４が実装された回路基板が損傷する可能性がある。

そこで、特許文献１（特開２００２−１７６２９３号公報）では、ノズル本体内に、スプリングに代えて、電磁力でノズルニードルを支持する２個の電磁石を上下の位置関係で設け、部品の吸着動作時や実装動作時に２個の電磁石の電流を個別に制御して、ノズルニードルを支持する電磁力を制御することで、部品の吸着動作時や実装動作時にノズルニードルから部品や回路基板に加わる衝撃を電磁力で緩衝するようにしている。

また、特許文献２（特開平９−２３２７９５号公報）では、ノズル本体内に３つのピストン部を設けて、負圧により各ピストン部に作用する力が互いに打ち消し合うように構成することで、負圧によるノズルニードルの移動を防止するようにしている。

特開２００２−１７６２９３号公報 特開平９−２３２７９５号公報

しかし、上記特許文献１，２の構成では、いずれも構成が複雑で、大型化・高コスト化する欠点がある。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、構成を簡単化して、小型化・低コスト化の要求に対応できる部品吸着ノズル装置を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、部品実装機に保持されるノズル本体と、このノズル本体に上下動可能に支持されるノズルニードルと、このノズルニードルを下方に付勢する弾性部材とを備え、前記ノズルニードルに前記負圧で吸着した部品を基板に実装した後に該負圧を解除して該ノズルニードルから該部品を解放する部品吸着ノズル装置において、前記ノズル本体に対する前記ノズルニードルの高さ位置を部品吸着時に前記弾性部材を上方に圧縮した位置で保持するノズル保持状態と保持しないノズル可動状態とに切り換え可能な保持手段と、前記ノズル可動状態で前記ノズルニードルに吸着した部品を前記基板に実装してから前記負圧を解除する前に前記保持手段を前記ノズル保持状態に切り換え、該負圧を解除して該部品を解放した後に、次の部品を吸着する前の所定のタイミングで該保持手段を前記ノズル可動状態に切り換える制御手段とを備えた構成としたものである。

この場合、保持手段をノズル可動状態に切り換えれば、ノズルニードルが弾性部材により下方に付勢されるため、ノズル可動状態で部品の吸着動作や実装動作を行うことで、ノズルニードルから部品や基板に加わる衝撃を弾性部材で緩衝することができ、部品や基板の損傷を防止することができる。そして、ノズルニードルに吸着した部品を基板に実装してから負圧を解除する前に保持手段をノズル保持状態に切り換えるため、負圧を解除しても、ノズル本体に対するノズルニードルの高さ位置（弾性部材の圧縮量）を保持することができて、負圧解除時の部品や基板の損傷を防止することができる。しかも、保持手段をノズル保持状態とノズル可動状態とに切り換えるだけであるため、前述した特許文献１，２のものと比べて、構成が簡単であり、小型化・低コスト化の要求に対応できる。

本発明では、次の部品を吸着する前の所定のタイミングで保持手段をノズル保持状態からノズル可動状態に切り換えるようにしているが、このとき、弾性部材の反発力によってノズルニードルが押し下げられるため、部品解放後に上昇するノズルニードルと解放した部品との間隔が弾性部材によるノズルニードルの押し下げ量以上になる前に、保持手段をノズル可動状態に切り換えると、弾性部材の反発力によって押し下げられたノズルニードルの下端が部品に衝突して部品や基板が損傷する可能性がある。

この対策として、請求項２のように、部品解放後に上昇するノズルニードルと解放した部品との間隔が弾性部材によるノズルニードルの押し下げ量以上になるまでノズル保持状態を維持し、それ以降に設定した所定のタイミングで該保持手段をノズル可動状態に切り換えるようにすると良い。このようにすれば、保持手段をノズル可動状態に切り換えたときに、弾性部材の反発力によって押し下げられたノズルニードルの下端が部品に衝突して部品や基板が損傷することを防止できる。

この場合、請求項３のように、ノズルニードルを磁性材料で形成し、保持手段は、ノズル本体に対するノズルニードルの高さ位置（弾性部材の圧縮量）を電磁力で保持する電磁石により構成しても良い。これにより、１個の電磁石の通電をオン／オフするだけで、保持手段をノズル保持状態／ノズル可動状態に簡単に切り換えることができる。

また、請求項４のように、保持手段は、ノズル本体に対するノズルニードルの高さ位置を弾性部材の反発力に抗して保持する保持機構と、該保持機構を駆動するアクチュエータとから構成しても良い。この場合も、保持機構を２つの位置に切り換えるだけの簡単な構成で本発明を実現できる。

図１は本発明の実施例１を模式的に示す図で、（ａ）はノズルニードルの下端が部品に当接した時（吸着直前）の断面図、（ｂ）はノズルニードルの下端で部品を吸着した後の状態を示す断面図である。 図２は実施例１のノズル保持状態／ノズル可動状態切り換えプログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 図３は本発明の実施例２を模式的に示す図で、（ａ）はノズルニードルの下端が部品に当接した時（吸着直前）の断面図、（ｂ）はノズルニードルの下端で部品を吸着した後の状態を示す断面図である。 図４は従来の吸着ノズルを模式的に示す図で、（ａ）はノズルニードルの下端が部品に当接した時（吸着直前）の断面図、（ｂ）はノズルニードルの下端で部品を吸着した後の状態を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した２つの実施例１，２を説明する。

本発明の実施例１を図１及び図２に基づいて説明する。
まず、図１に基づいて本実施例１の吸着ノズル２０の構成を説明する。
吸着ノズル２０のノズル本体２１は、筒状に形成され、図示しない部品実装機の装着ヘッドに交換可能に保持される。このノズル本体２１には、負圧で部品２２を吸着するノズルニードル２３が上下動可能に支持され、該ノズルニードル２３の下降限界位置がストッパ（図示せず）で規制されている。このノズルニードル２３は、鉄系材料等の磁性材料で形成されている。ノズル本体２１内には、ノズルニードル２３を下方に付勢するスプリング、ゴム等の弾性部材２４がノズルニードル２３の上方に収納されている。

ノズル本体２１の下部には、電磁石２５がノズルニードル２３の外周を取り巻くように設けられ、この電磁石２５に通電することで、その電磁力によりノズルニードル２３を弾性部材２４の反発力に抗して任意の高さ位置で吸着保持できるように構成され、特許請求の範囲でいう保持手段として機能する。電磁石２５の通電がオフされると、ノズル本体２１に対するノズルニードル２３の高さ位置を保持しないノズル可動状態となり、部品２２の吸着時に所定のタイミングで電磁石２５に通電すると、ノズル本体２１に対するノズルニードル２３の高さ位置を弾性部材２４を上方に圧縮した位置で保持するノズル保持状態となる。

この電磁石２５の通電のオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）は、コントローラ２６によって制御される。このコントローラ２６は、部品実装機の稼働中に後述する図２のノズル保持状態／ノズル可動状態切り換えプログラムを所定周期で実行することで、特許請求の範囲でいう制御手段として機能し、ノズル可動状態でノズルニードル２３に吸着した部品２２を基板に実装してから負圧を解除する前に電磁石２５の通電をオンしてノズル保持状態に切り換え、該負圧を解除して該部品２２を解放した後に、次の部品２２を吸着する前の所定のタイミングで電磁石２５の通電をオフしてノズル可動状態に切り換える。

この際、電磁石２５の通電をオフしてノズル可動状態に切り換えたときに、弾性部材２４の反発力によってノズルニードル２３が押し下げられるため、部品解放後に上昇するノズルニードル２３と解放した部品２２との間隔が弾性部材２４によるノズルニードル２３の押し下げ量以上になる前に、電磁石２５の通電をオフしてノズル可動状態に切り換えると、弾性部材２４の反発力によって押し下げられたノズルニードル２３の下端が部品２２に衝突して部品２２や基板が損傷する可能性がある。

この対策として、本実施例１では、部品２２の解放後に上昇するノズルニードル２３と解放した部品２２との間隔が弾性部材２４によるノズルニードル２３の押し下げ量以上になるまでノズル保持状態（電磁石２５のオン状態）を維持し、それ以降に設定した所定のタイミング（部品２２の解放後のノズル本体２１の上昇量が所定値以上になったタイミング）で電磁石２５の通電をオフしてノズル可動状態に切り換えるようにしている。

以上説明した本実施例１のノズル保持状態／ノズル可動状態の切り換えは、コントローラ２６によって図２のノズル保持状態／ノズル可動状態切り換えプログラムに従って次のようにして実行される。

図２のノズル保持状態／ノズル可動状態切り換えプログラムは、部品実装機の稼働中に所定周期で繰り返し実行される。本プログラムが起動されると、まずステップ１０１で、今回実装すべき部品２２を基板に実装したか否かを判定し、実装前と判定されれば、ステップ１０２に進み、電磁石２５をオフ状態に維持してノズル可動状態に維持する。これにより、ノズル可動状態で部品２２の吸着動作や実装動作が行われる。ノズル可動状態では、ノズルニードル２３が弾性部材２４により下方に付勢されるため、ノズル可動状態で部品２２の吸着動作や実装動作を行うことで、ノズルニードル２３から部品２２や基板に加わる衝撃を弾性部材２４で緩衝することができ、部品２２や基板の損傷を防止することができる。

その後、ノズルニードル２３に吸着した部品２２を基板に実装した時点で、上記ステップ１０１で「Ｙｅｓ」と判定されて、ステップ１０３に進み、負圧を解除する前か否かを判定し、負圧を解除する前と判定されれば、ステップ１０４に進み、電磁石２５の通電をオンしてノズル保持状態に切り換える。これにより、その後、負圧が解除されても、ノズル本体２１に対するノズルニードル２３の高さ位置（弾性部材２４の圧縮量）が保持される。

その後、負圧が解除されて部品２２が解放された時点で、上記ステップ１０３で「Ｙｅｓ」と判定されて、ステップ１０５に進み、部品２２の解放後のノズル本体２１の上昇量が所定値以上になったか否かを判定する。ここで、所定値は、部品２２の解放後の弾性部材２４によるノズルニードル２３の押し下げ量以上の値に設定されている。

このステップ１０５で、部品２２の解放後のノズル本体２１の上昇量が所定値未満と判定されれば、ステップ１０４に進み、電磁石２５の通電をオン状態に維持してノズル保持状態に維持する。

その後、部品２２の解放後のノズル本体２１の上昇量が所定値以上になった時点で、ステップ１０５で「Ｙｅｓ」と判定されて、ステップ１０２に進み、電磁石２５の通電をオフしてノズル可動状態に切り換える。これにより、次の部品吸着動作は、ノズル可動状態で行われる。

以上説明した本実施例１では、電磁石２５の通電をオフしてノズル可動状態に切り換えれば、ノズルニードル２３が弾性部材２４により下方に付勢されるため、ノズル可動状態で部品２２の吸着動作や実装動作を行うことで、ノズルニードル２３から部品２２や基板に加わる衝撃を弾性部材２４で緩衝することができ、部品２２や基板の損傷を防止することができる。そして、ノズルニードル２３に吸着した部品２２を基板に実装してから負圧を解除する前に電磁石２５の通電をオンしてノズル保持状態に切り換えるため、負圧を解除しても、ノズル本体２１に対するノズルニードル２３の高さ位置（弾性部材２４の圧縮量）を保持することができて、負圧解除時の部品２２や基板の損傷を防止することができる。しかも、電磁石２５の通電のオン／オフを切り換えるだけであるため、前述した特許文献１，２のものと比べて、構成が簡単であり、小型化・低コスト化の要求に対応することができる。

図３に示す本発明の実施例２では、ノズル本体２１に対するノズルニードル２３の高さ位置を弾性部材２４の反発力に抗して保持する保持機構３１と、該保持機構３１を駆動するアクチュエータ３２とから保持手段が構成されている。

具体的には、保持機構３１は、ノズル本体２１の下部にクランプ部材３１ａをノズルニードル２３の外周面と接離可能に設け、ソレノイド等のアクチュエータ３２の通電をオンすると、クランプ部材３１ａがノズルニードル２３の外周面に圧接して、ノズル本体２１に対するノズルニードル２３の高さ位置を弾性部材２４の反発力に抗して保持するノズル保持状態となり、アクチュエータ３２の通電をオフすると、クランプ部材３１ａがノズルニードル２３の外周面から離れて、ノズル可動状態となる。その他の構成は、前記実施例１と同じである。

本実施例２でも、ノズル可動状態でノズルニードル２３に吸着した部品２２を基板に実装してから負圧を解除する前にアクチュエータ３２の通電をオンしてノズル保持状態に切り換え、該負圧を解除して該部品２２を解放する。部品２２の解放後に上昇するノズルニードル２３と解放した部品２２との間隔が弾性部材２４によるノズルニードル２３の押し下げ量以上になるまでノズル保持状態（アクチュエータ３２のオン状態）を維持し、それ以降に設定した所定のタイミング（部品２２の解放後のノズル本体２１の上昇量が所定値以上になったタイミング）でアクチュエータ３２の通電をオフしてノズル可動状態に切り換える。

以上説明した本実施例２でも、前記実施例１と同様の効果を得ることができる。
尚、アクチュエータ３２は、空気圧のアクチュエータを用いても良い。

２０…吸着ノズル、２１…ノズル本体、２２…部品、２３…ノズルニードル、２４…弾性部材、２５…電磁石（保持手段）、２６…コントローラ（制御手段）、３１…保持機構（保持手段）、３１ａ…クランプ部材、３２…アクチュエータ

Claims (4)

1. 部品実装機に保持され、負圧が導入されるノズル本体と、
   前記ノズル本体に上下動可能に支持され、前記負圧で部品を吸着するノズルニードルと、
   前記ノズル本体に内蔵され、前記ノズルニードルを下方に付勢する弾性部材とを備え、 前記ノズルニードルに前記負圧で吸着した部品を基板に実装した後に該負圧を解除して該ノズルニードルから該部品を解放する部品吸着ノズル装置において、
   前記ノズル本体に対する前記ノズルニードルの高さ位置を部品吸着時に前記弾性部材を上方に圧縮した位置で保持するノズル保持状態と保持しないノズル可動状態とに切り換え可能な保持手段と、
   前記ノズル可動状態で前記ノズルニードルに吸着した部品を前記基板に実装してから前記負圧を解除する前に前記保持手段を前記ノズル保持状態に切り換え、該負圧を解除して該部品を解放した後に、次の部品を吸着する前の所定のタイミングで該保持手段を前記ノズル可動状態に切り換える制御手段とを備えていることを特徴とする部品吸着ノズル装置。
2. 前記制御手段は、部品実装後に前記保持手段を前記ノズル保持状態に切り換えてから前記負圧を解除して前記部品を解放した後に前記ノズル本体と前記ノズルニードルを上昇させて、該ノズルニードルと解放した部品との間隔が前記弾性部材による該ノズルニードルの押し下げ量以上になるまで前記ノズル保持状態を維持し、それ以降に設定した前記所定のタイミングで該保持手段を前記ノズル可動状態に切り換えることを特徴とする請求項１に記載の部品吸着ノズル装置。
3. 前記ノズルニードルは、磁性材料で形成され、
   前記保持手段は、前記ノズル本体に対する前記ノズルニードルの高さ位置を電磁力で保持する電磁石により構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の部品吸着ノズル装置。
4. 前記保持手段は、前記ノズル本体に対する前記ノズルニードルの高さ位置を前記弾性部材の反発力に抗して保持する保持機構と、該保持機構を駆動するアクチュエータとから構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の部品吸着ノズル装置。

Images