JP6019406B2

JP6019406B2 - 電子部品実装装置および電子部品実装方法

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Publication number: JP6019406B2
Application number: JP2013104717A
Authority: JP
Inventors: 士郎山下; 遠藤　忠士; 忠士遠藤; 幸児木下
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2033-05-17
Also published as: JP2014225594A

Description

本発明は、下受けピンによって下受けされた基板に電子部品を実装する電子部品実装装置および電子部品実装方法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工程では、基板は下面側を下受け部によって支持された状態で位置決め保持される。この基板の下受け方式として、複数の下受けピンを基板の下面に当接させて支持する下受けピン方式が広く用いられる。この下受けピン方式におけるピンの配置方法として、ピン装着孔が格子状に形成された従来方式の下受けベースを用いる方法に代えて、複数の自立型の下受けピンをマグネットの磁力によって下受けベースに固定する方法が用いられるようになっている（例えば特許文献１参照）。

これにより、ピン装着孔の配列位置に制約されることなく、基板において下受けが必要とされる部位に合わせて下受けピンを位置可変に配置することができるという利点がある。そして下受けピンの配置変更作業を電子部品実装装置に備えられている実装ヘッドの移載機能を用いて行うことにより、基板種の切替に伴う下受けピンの配置替え作業を自動化して、段取り替え作業を省力・高効率化することが可能となる。

特開２０１３−３８２０５号公報

上述の特許文献例を含め、磁力によって固定される下受けピンを実装ヘッドによる移載機能を用いて行う基板下受け方式には、下受けピンの配置替え作業を安定して高効率で行う上で、以下に述べるような不具合が生じている。すなわちピン配置替え作業においては、磁力によって下受けベースに固定された下受けピンを磁力による固定力に抗して下受けベースから離隔させる必要がある。ところが、実装ヘッドによって下受けピンを移載する際に用いられる吸着ノズルの保持力には限界がある。

このため、下受けベースに下受けピンの横滑り防止用の樹脂層が形成されて、下受けピンが下受けベースに貼着されているような場合には、吸着ノズルによって下受けピンを下受けベースから持ち上げることができない事態が生じ得る。そしてこのような現象が頻発すると、下受けピンの配置替え作業を安定して自動的に行うことができず、段取り替え作業の省力・高効率化を妨げる要因となっていた。

そこで本発明は、下受けピンの配置替え作業を安定して自動的に行い、段取り替え作業の省力・高効率化を可能とする電子部品実装装置および電子部品実装方法を提供することを目的とする。

本発明の電子部品実装装置は、実装ヘッドに装着された部品吸着ノズルよって電子部品を保持して基板に実装する電子部品実装装置であって、少なくとも上面側の一部が磁性体で設けられた下受けベース部と、前記下受けベース部の任意の位置に基部を当接させて立設され、前記基部に内蔵されたマグネットの引磁力により前記磁性体に位置固定される複数の下受けピンと、前記下受けベース部を昇降させることにより前記下受けピンの先端部を前記基板の下面に当接させて下受けする下受け昇降機構と、前記下受けベース部の上面に形成され表面に前記基部が載置される樹脂層と、前記実装ヘッドに前記部品吸着ノズルと交換自在に装着され、前記下受けピンの配置替えに際して下受けピンの先端部を吸着保持して移動させるピン吸着ノズルと、前記実装ヘッドの移動動作を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記基部が前記樹脂層に貼着した状態において前記先端部をピン吸着ノズルによって吸着保持した状態の前記実装ヘッドを、少なくとも水平方向への移動動作を含む所定の動作パターンで動作させることにより、前記基部を支点として前記先端部を水平往復動させ、前記貼着した状態の下受けピンを剥離させる。

本発明の電子部品実装方法は、実装ヘッドに装着された部品吸着ノズルよって電子部品を保持して基板に実装する電子部品実装方法であって、少なくとも上面側の一部が磁性体で設けられた下受けベース部と、前記下受けベース部の任意の位置に基部を当接させて立設され、前記基部に内蔵されたマグネットの引磁力により前記磁性体に位置固定される複数の下受けピンと、前記下受けベース部の上面に形成され表面に前記基部が載置される樹脂層とを備えた基板下受け装置において、前記下受けベース部を昇降させることにより前記下受けピンの先端部を前記基板の下面に当接させて下受けし、前記下受けピンの配置替えに際して、下受けピンの先端部を吸着保持して移動させるピン吸着ノズルを前記実装ヘッドに前記部品吸着ノズルと交換自在に装着し、前記基部が前記樹脂層に貼着した状態において前記先端部をピン吸着ノズルによって吸着保持した状態の前記実装ヘッドを、少なくとも水平方向への移動動作を含む所定の動作パターンで動作させることにより、前記基部を支点として前記先端部を水平往復動させ、前記貼着した状態の下受けピンを剥離させる。

本発明によれば、上面に樹脂層が形成された下受けベース部に基部を当接させて立設されマグネットの引磁力により位置固定される複数の下受けピンによって基板３の下面下受けする基板の下受け方式において、下受けピンの配置替えに際してピン吸着ノズルを実装ヘッドに交換自在に装着し、基部が樹脂層に貼着した状態において下受けピンの先端部をピン吸着ノズルよって吸着保持した状態の実装ヘッドを、水平方向への移動動作を含む所定の動作パターンで動作させて、基部を支点として下受けピンの先端部を水平往復動させ、基部が樹脂層に貼着した状態の下受けピンを剥離させる方法を用いることにより、下受けピンの配置替え作業を安定して自動的に行い、段取り替え作業の省力・高効率化が可能となる。

本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の構成を示す平面図本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における基板搬送機構および基板下受け機構の構成説明図本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の基板下受け機構に用いられる下受けピンモジュールの構成説明図本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の基板下受け機構に用いられる下受けピンモジュールの機能説明図本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の基板下受け機構における下受けベース部および下受けピンモジュールの機能説明図本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における実装ヘッドおよび吸着ノズルの構成説明図本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の実装ヘッドに装着される吸着ノズルの機能説明図本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図本発明の一実施の形態の電子部品実装方法におけるピン配置替えの動作説明図本発明の一実施の形態の電子部品実装方法におけるピン配置替えの動作説明図

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，図２を参照して、電子部品実装装置１の全体構成を説明する。電子部品実装装置１は実装ヘッドに装着された部品吸着ノズルによって電子部品を保持して基板に実装する機能を有している。図１において、基台１ａの中央部には、Ｘ方向（基板搬送方向）に基板搬送機構２が配設されている。基板搬送機構２は上流側から搬入された基板３を搬送し、以下に説明する部品実装機構による実装作業位置に位置決めする機能を備えるものであり、並行に配設された２条の搬送レール２ａを有している。基板搬送機構２の中央部には、搬入された基板３を下受けするための基板下受け機構２ｃおよび基板下受け機構２ｃによって持ち上げられた基板３の相対向する２辺の側端部を上方から押さえてクランプする押さえ部材２ｂを備えている。

基板搬送機構２の両側には、実装対象の電子部品を供給する部品供給部４が配置されている。部品供給部４には複数のテープフィーダ５が並列に配置されており、テープフィーダ５はキャリアテープに保持された部品を以下に説明する部品実装機構による取出位置までピッチ送りする機能を有している。基台１ａ上面のＸ方向の１端部上にはＹ軸移動テーブル６が配設されており、Ｙ軸移動テーブル６には２台のＸ軸移動テーブル７がＹ方向にスライド自在に結合されている。Ｘ軸移動テーブル７には、それぞれ実装ヘッド８がＸ方向にスライド自在に装着されている。

実装ヘッド８は複数の単位保持ヘッド９より成る多連型ヘッドであり、単位保持ヘッド９の下端部に設けられたノズルホルダ９ａに装着された部品保持用の部品吸着ノズル３４Ａ（図７参照）によってテープフィーダ５から実装対象の電子部品Ｐを真空吸着によって保持する。Ｙ軸移動テーブル６およびＸ軸移動テーブル７は実装ヘッド８を移動させるヘッド移動機構を構成する。ヘッド移動機構を駆動することにより、実装ヘッド８は部品供給部４と基板搬送機構２に位置決めされた基板３との間で移動し、基板３において実装ヘッド８が昇降することにより，保持した電子部品Ｐ（図７参照）を基板３に実装する。実装ヘッド８および実装ヘッド８を移動させるヘッド移動機構は、部品供給部４から部品を取り出して基板３に実装する部品実装機構４３（図８）を構成する。

Ｘ軸移動テーブル７の下面には、それぞれ実装ヘッド８と一体的に移動する基板認識カメラ１０が装着されている。ヘッド移動機構を駆動して基板認識カメラ１０を基板搬送機構２に保持された基板３の上方へ移動させることにより、基板認識カメラ１０は基板３に形成された認識マークを撮像する。部品供給部４と基板搬送機構２との間の実装ヘッド８の移動経路には、部品認識カメラ１１，第１のノズル収納部１２，第２のノズル収納部１３が配設されている。部品供給部４から部品を取り出した実装ヘッド８が部品認識カメラ１１の上方を所定方向に通過する走査動作を行うことにより、部品認識カメラ１１は実装ヘッド８に保持された状態の部品を撮像する。

第１のノズル収納部１２には，単位保持ヘッド９のノズルホルダ９ａに装着される部品吸着ノズル３４Ａが部品種に対応して複数収納保持されており、第２のノズル収納部１３には単位保持ヘッド９のノズルホルダ９ａに装着されるピン吸着ノズル３４Ｂが収納保持されている。実装ヘッド８が第１のノズル収納部１２，第２のノズル収納部１３にアクセスしてノズル交換動作を行うことにより、単位保持ヘッド９に装着される吸着ノズルを目的および対象とする部品種に応じて交換することができる。

図２を参照して、基板搬送機構２の構成および機能について説明する。図２に示すように、基板搬送機構２は並行に配設された２条の搬送レール２ａより構成され、搬送レール２ａの内側にはコンベア機構２ｄが搬送方向に沿って設けられている。基板３の両側端部をコンベア機構２ｄの上面に当接させた状態でコンベア機構２ｄを駆動することにより、基板３は基板搬送方向に搬送される。さらに、コンベア機構２ｄの内側には、押さえ部材２ｂにより基板３の側端部を上方から押さえてクランプする際、基板３の側端部を下方から支持するクランプ部２ｅが昇降自在に配設されている。下受けベース部２１が上昇してクランプ部２ｅに当接することにより、クランプ部２ｅもともに上昇して基板３を押さえ部材２ｂに対して押しつける。

基板搬送機構２の中央部には、部品実装機構４３による作業位置に対応して基板下受け機構２ｃが配設されている。基板下受け機構２ｃは、水平な板状の下受けベース部２１を昇降機構２０によって昇降（矢印ａ）させる構成となっており、下受けベース部２１の上面には、基板３を下面側から支持する下受けピンモジュール２２（下受けピン）が立設されている。下受けベース部２１は、アルミニウムなどの非磁性体より成る板部材２１ａの上面において、下受けピンモジュール２２の配置範囲に対応した少なくとも一部に鋼板などの磁性体２１ｂを積層し、さらに磁性体２１ｂの表面に樹脂層２１ｃを被覆した構成となっている。

樹脂層２１ｃは液状のウレタン樹脂などを吹き付けて４０μｍ〜１００μｍの厚みで形成されており、下受けピンモジュール２２を下受けベース部２１に配置する際には、樹脂層２１ｃの表面の任意の位置に下受け対象となる基板３の下受け位置に応じて基部２３を載置する。

この下受け配置状態において、下受けピンモジュール２２の基部２３に内蔵されたマグネット部材２６（図３（ｂ）参照）によって、下受けピンモジュール２２は磁性体２１ｂとの間に作用する引磁力によって下受けベース部２１に位置固定される。なお下受けベース部２１全体を磁性材料によって製作しても差し支えなく、下受けベース部２１としては少なくとも上面側に磁性体が存在する構成であればよい。この状態で、図２（ｂ）に示すように、昇降機構２０を駆動して下受けベース部２１を上昇させる（矢印ｂ）ことにより、下受けピンモジュール２２の上端部及びクランプ部２ｅの上端部が基板３の下面に当接し、基板３は基板下受け機構２ｃによって下受け支持されるとともに、基板３の両端部が押さえ部材２ｂの下面に押し付けられて位置固定される。

次に図３，図４を参照して、電子部品実装装置用に用いられる下受けピンモジュール２２の構成および機能を説明する。下受けピンモジュール２２は、図２に示すように、磁性体２１ｂの上面を樹脂層２１ｃで被覆した下受けベース部２１の任意の位置に立設されて、基板３を下面側から下受けして支持する機能を有する。下受けピンモジュール２２は、図３（ａ）に示すように、下受けベース部２１に当接する基部２３から上方に、上端部に頂部部材２５を有する中空軸部材２４を延出させた構成となっている。

下受けピンモジュール２２の縦断面を示す図３（ｂ）において、基部２３は内部に円筒状の昇降室２３ｄが設けられた基部本体２３ａと、昇降室２３ｄの内面上部に加工された雌ねじ部に雄ねじ部を螺合結合させた蓋部材２３ｂとを有する構成となっている。昇降室２３ｄの内部には、下面側に凹部を有する形状のピストン２７が上下に摺動自在に嵌合しており、ピストン２７の凹部には永久磁性を有するマグネット部材２６が下面を露呈させた姿勢で固着されている。

昇降室２３ｄは下部に底部２３ｅを有する有底形状となっており、通常状態においては、ピストン２７は昇降室２３ｄ内において底部２３ｅに当接した状態にある。ここで底部２３ｅは極力薄く設定されており、基部２３を下受けベース部２１上に載置した状態で、マグネット部材２６と磁性体２１ｂとの間隔が極力小さく、マグネット部材２６による引磁力が磁性体２１ｂに十分作用するような距離となっている。底部２３ｅには昇降室２３ｄの下部と外部とを連通させる通気孔２３ｃが開孔されており、昇降室２３ｄ内におけるピストン２７の昇降動作が、昇降室２３ｄ内のエアの圧力によって妨げられないようになっている。

蓋部材２３ｂには吸引孔２４ａを有する中空軸部材２４が立設されており、吸引孔２４ａは蓋部材２３ｂに設けられた開口部２３ｆを介して昇降室２３ｄと連通している。そして中空軸部材２４の上端部には、上方に突出した細径の当接ピン２５ａおよび横方向に延出した吸着用鍔部２５ｂを有する形状の頂部部材２５が固着されている。当接ピン２５ａの上端部は下受け時において基板３の下面に当接して支持する。当接ピン２５ａには側部に開口した吸引孔２５ｃが設けられており、頂部部材２５を中空軸部材２４に装着した状態では吸引孔２５ｃは吸引孔２４ａと連通する。なおここでは、頂部部材２５を中空軸部材２４の本体とは別部品で設けているが、頂部部材２５と中空軸部材２４とを一体部品として製作するようにしてもよい。すなわち中空軸部材２４および頂部部材２５は、基部２３から上方に延出して設けられ，上端部が基板３の下面に当接して支持する軸状部を構成する。

図４を参照して、下受けピンモジュール２２の機能を説明する。図４（ａ）は、下受けピンモジュール２２を単に下受けベース部２１上に載置した状態を示している。この状態では、ピストン２７は自重によって昇降室２３ｄ内の底部２３ｅ上に位置しており、マグネット部材２６の底面から磁性体２１ｂの上面までの距離Ｄ１は、マグネット部材２６と磁性体２１ｂとの間に十分な大きさの引磁力Ｆ１が作用する距離となっていることから、下受けベース部２１上に載置された基部２３は、引磁力Ｆ１によって下受けベース部２１に位置固定される。

これに対し、図４（ｂ）は、頂部部材２５に設けられた吸引孔２５ｃから真空吸引（矢印ｃ）した状態を示している。これにより、吸引孔２４ａを介して連通する昇降室２３ｄの内部が上方から真空排気され、ピストン２７が昇降室２３ｄ内において上方に摺動する（矢印ｄ）。この結果、マグネット部材２６の下面と磁性体２１ｂの上面との間の距離Ｄ２は図４（ａ）における距離Ｄ１から大きく拡大する。これにより、マグネット部材２６と磁性体２１ｂとの間に作用する引磁力Ｆ２は大幅に減少し、基部２３の下受けベース部２１への位置固定が解除される。

すなわち上述構成の下受けピンモジュール２２は、永久磁性を有するマグネット部材２６を昇降自在に内蔵しマグネット部材２６が下降した状態において下受けベース部２１に引磁力により固定される基部２３と、基部２３から上方に延出して設けられ、上端部が基板３の下面に当接して支持する軸状部とを備えた構成となっている。そして基部２３は、内部に設けられた昇降室２３ｄ内でマグネット部材２６とともに摺動して昇降するピストン２７を備え、ピストン２７とともにマグネット部材２６を下降・上昇させることにより、基部２３の下受けベース部２１への位置固定・固定解除が行われる。本実施の形態においては、実装ヘッド８に装着されたピン吸着ノズル３４Ｂによって頂部部材２５を吸着保持した状態において、軸状部の側面に開口した吸引孔２５ｃと吸引孔２４ａとを連通させて昇降室２３ｄ内を真空吸引することにより、ピストン２７とともにマグネット部材２６を上昇させるようにしている。

次に図５を参照して、下受けベース部２１に配置された下受けピンモジュール２２によって基板３を下受けした状態における樹脂層２１ｃの機能について説明する。ここでは、反り変形状態にある基板３を下受け対象とする場合を示している。この場合には図５（ａ）に示すように、下受けピンモジュール２２によって下受けされる基板３は反り変形の度合いに応じた角度θだけ傾斜した状態にある。このため、当接ピン２５ａは基板３の下面に対して正しく垂直方向から当接せず、当接ピン２５ａには基板３からの下受け支持反力が、角度θだけ傾いた方向に作用する（矢印ｅ）。

これにより、基部２３が載置される樹脂層２１ｃには、上面を垂直上方から押圧する垂直成分（矢印ｆ１）と、樹脂層２１ｃの上面に沿って作用する水平成分（矢印ｆ２）とを有する押圧外力が作用する。そしてこの水平成分は、基部２３を樹脂層２１ｃ上で横滑りさせるように作用する。

このような場合にあっても、本実施の形態では樹脂層２１ｃは樹脂層２１ｃはウレタン樹脂など可撓性を有する樹脂を主成分としていることから、荷重に対応して変形する機械的特性を有しており、図５（ｂ）に示すように、樹脂層２１ｃの表面における押圧部位２１ｄは、基板３より受ける下受け支持反力およびマグネット部材２６の引磁力の大きさに応じた僅かな変形量だけ凹状に変形する。

ここで、水平成分（矢印ｆ２）の存在により、基部２３が樹脂層２１ｃに凹入する変形量は、基部２３の全領域について一様ではなく、矢印ｆ２方向の両端部の変形量ｄ１，ｄ２は異なる大きさとなる。すなわち、基部２３と樹脂層２１ｃとの間に作用する静止摩擦力に抗して水平成分が作用することから、矢印ｆ２方向の終端側の変形量ｄ２の方が、反対側端部における変形量ｄ１よりも大きくなる。これにより、基部２３の下面の矢印ｆ２方向の端部は、変形量ｄ２だけ嵌入した段差によって係止される状態となり、基部２３の横方向（矢印ｇ）への移動が抑制されて横方向の位置が保持される。

このとき、前述のように樹脂層２１ｃの厚みを４０μｍ〜１００μｍの範囲とすることにより、下受けピンモジュール２２を位置固定するのに必要な引磁力を確保しつつ、位置保持に必要十分な変形量ｄ２を確保することが可能となっている。なお、樹脂層２１ｃを構成する樹脂として金属平面との摩擦係数が大きい摩擦特性を有するウレタン樹脂を用いることにより、上述の押圧部位２１ｄの変形による横方向の位置保持とともに押圧部位２１ｄの表面と基部２３との摩擦力によって基部２３の横方向の位置保持力を増大させることができる。

次に図６を参照して、実装ヘッド８の構成および実装ヘッド８に装着される吸着ノズルについて説明する。図６（ａ）に示すように、実装ヘッド８は複数の単位保持ヘッド９を並列した多連型ヘッドであり、それぞれの単位保持ヘッド９の下部には吸着ノズルを着脱自在に保持する機能を有するノズルホルダ９ａが設けられている。図６（ｂ）に示すように、ノズルホルダ９ａは、単位保持ヘッド９の本体部から下方に延出し真空吸引孔３１ａを有する摺動軸３１にホルダ本体部３０を上下に摺動自在に嵌合させ、ホルダ本体部３０の両側面の対称位置に配設された２つのクランプ部材３２を、円環状の引張りバネ部材３３によって内側方向に付勢する構成となっている。

この構成において、２つのクランプ部材３２の下部に外側へ開く方向の外力を作用させることによりクランプ部材３２は、上部を支点として引張りバネ部材３３の付勢力に抗して開方向に回転移動し（矢印ｉ）、これにより吸着ノズルの装着が可能となる。そしてこの状態では２つのクランプ部材３２の下部は、装着された吸着ノズルを引張りバネ部材３３の付勢力によって内側に押し附け、これにより吸着ノズルはノズルホルダ９ａにクランプ固定される。

本実施の形態においては、吸着対象・目的に応じて、２種類の吸着ノズル（部品吸着ノズル３４Ａ，ピン吸着ノズル３４Ｂ）を、単位保持ヘッド９に交換自在に装着して使い分けるようにしている。すなわち、図６（ｂ）に示す部品吸着ノズル３４Ａは、基板３に電子部品を実装する部品実装動作において用いられる吸着ノズルであり、ピン吸着ノズル３４Ｂは基板下受け機構２ｃにおけるピン配置替えに際して、下受けピンモジュール２２の先端部を吸着保持して移動させるために用いられるピン移動用の吸着ノズルである。

ここで部品吸着ノズル３４Ａ，ピン吸着ノズル３４Ｂは共通の単位保持ヘッド９に選択的に装着されて用いられるため、ノズルホルダ９ａに対して装着互換性を有しており、上部の装着部３４ａは部品吸着ノズル３４Ａ，ピン吸着ノズル３４Ｂいずれについても同一構造となっている。装着部３４ａには、ノズルホルダ９ａに設けられたホルダ本体部３０が嵌号する嵌合孔が設けられており、装着部３４ａの下方には側方に延出した鍔状部３４ｂが設けられている。

鍔状部３４ｂから下方には、吸着対象に応じた形状の吸着部３４ｃ、３４ｇが延出して設けられている。すなわち部品吸着ノズル３４Ａに設けられた吸着部３４ｃは吸着対象とする電子部品Ｐに応じた径サイズのノズル軸を有し、内部には下端部の吸着面３４ｄに開孔する吸着孔が上下に貫通して設けられている。またピン吸着ノズル３４Ｂに設けられた吸着部３４ｅは、吸着対象とする下受けピンモジュール２２の頂部部材２５に設けられた吸着用鍔部２５ｂに応じた径サイズで設けられており、下端部の吸着面３４ｆが吸着用鍔部２５ｂの上面に当接する。吸着部３４ｅの内部には、装着状態において真空吸引孔３１ａと連通する吸着孔３４ｇが設けられている。

図７は、ノズルホルダ９ａに部品吸着ノズル３４Ａ、ピン吸着ノズル３４Ｂの装着部３４ａを装着して、それぞれの吸着対象物である電子部品Ｐ、下受けピンモジュール２２をそれぞれ吸着保持した状態を示している。すなわち、図７（ａ）に示すように、ノズルホルダ９ａに部品吸着ノズル３４Ａを装着した状態では、クランプ部材３２が引張りバネ部材３３の付勢力によって部品吸着ノズル３４Ａをクランプする。そしてこの状態で真空吸引孔３１ａから真空吸引することにより（矢印ｊ）、電子部品Ｐを吸着部３４ｃにより吸着保持する。

また図７（ｂ）に示すように、ノズルホルダ９ａにピン吸着ノズル３４Ｂを装着した状態では、クランプ部材３２が引張りバネ部材３３の付勢力によってピン吸着ノズル３４Ｂをクランプする。そしてこの状態で真空吸引孔３１ａから真空吸引することにより（矢印ｊ）、吸着部３４ｅは吸着用鍔部２５ｂを介して下受けピンモジュール２２を吸着孔３４ｇ内の負圧により吸着保持する。ここで、吸着部３４ｅの径サイズは、下受けピンモジュール２２の自重を真空吸引によって吸着保持可能な吸着面積が十分に確保できるサイズに設定されている。

また、この真空吸引により当接ピン２５ａに設けられた吸引孔２５ｃを介して、中空軸部材２４の吸引孔２４ａ内が真空吸引される（矢印ｋ）。これにより吸引孔２４ａを介して基部２３内の昇降室２３ｄもともに真空吸引され、後述するように、昇降室２３ｄ内でピストン２７とともにマグネット部材２６を上昇させて、マグネット部材２６と下受けベース部２１との間に作用する引磁力を低減するようにしている。

次に図８を参照して制御系の構成について説明する。図８において制御部４０は演算装置であり、記憶部４１に記憶された各種のプログラムやデータに基づいて以下に説明する各部を制御する。これにより、電子部品実装装置１による作業動作が実行される。記憶部４１には実装データ４１ａ、下受けピン剥離動作データ４１ｂが記憶されている。実装データ４１ａは基板３に電子部品を実装するための実装座標データや部品データを規定する。下受けピン剥離動作データ４１ｂは、基板下受け機構２ｃにおいて下受けベース部２１上での下受けピンモジュール２２の位置を変更するピン配置替え作業時に参照されるデータである。

すなわち、下受けベース部２１に下受けピンモジュール２２が樹脂層２１ｃを介して配置された状態において、樹脂層２１ｃに基部２３が貼着した状態となりやすく、単位保持ヘッド９に装着されたピン吸着ノズル３４Ｂによる吸着保持力のみでは、下受けピンモジュール２２を下受けベース部２１から持ち上げて移動させることが困難な場合がある。このため本実施の形態では、基部２３が樹脂層２１ｃに貼着した状態において下受けピンモジュール２２の先端部をピン吸着ノズル３４Ｂによって吸着保持した状態の実装ヘッド８を、少なくとも水平方向への移動動作を含む所定の下受けピン剥離用の動作パターンで動作させることにより、基部２３が貼着した状態の下受けピンモジュール２２を樹脂層２１ｃから剥離させるようにしている。すなわち、制御部４０によって単位保持ヘッド９の移動動作を制御する際に、下受けピン剥離動作データ４１ｂを参照することにより、単位保持ヘッド９に下受けピン剥離用の動作を行わせる。

機構駆動部４２は制御部４０によって制御されて、基板搬送機構２，基板下受け機構２ｃ、実装ヘッド８を含む部品実装機構４３を駆動する。認識処理部４４は基板認識カメラ１０，部品認識カメラ１１の撮像結果を認識処理する。これにより、基板３の位置検出、単位保持ヘッド９に保持された状態の電子部品の位置検出が行われる。部品実装動作においては、制御部４０はこれらの認識結果に基づいて、部品実装機構４３を制御する。

本実施の形態に示す電子部品実装装置１は上記のように構成されており、以下電子部品実装装置１による電子部品実装方法において、基板下受け機構２ｃにて実行される下受けピンモジュール２２のピン配置替えについて説明する。電子部品実装装置１による電子部品実装作業では、上流側から搬入された基板３は基板搬送機構２の基板下受け機構２ｃに配置された複数の下受けピンモジュール２２よって下面側から下受け保持される。そして作業対象の基板種が切り替えられる機種変更作業においては、基板下受け機構２ｃにおいて下受けピンモジュール２２の数や位置を新たな基板種に応じて変更するピン配置替えが実行される。

このピン配置替え方法について、図９、図１０を参照して説明する。図９（ａ）は、下受けピンモジュール２２が下受けベース部２１の所定位置に配置された状態を示している。この状態では、基部２３の昇降室２３ｄ内においてマグネット部材２６は下降した状態にあり、磁性体２１ｂとマグネット部材２６との間に作用する引磁力によって基部２３は下受けベース部２１に固定されている。

次に、図９（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、配置されて位置が固定された状態の下受けピンモジュール２２を、実装ヘッド８によって移動させる過程を示している。まず１つの単位保持ヘッド９のノズルホルダ９ａにピン吸着ノズル３４Ｂが装着された実装ヘッド８を、位置変更対象の下受けピンモジュール２２の上方へ移動させて、図９（ｂ）に示すように、ノズルホルダ９ａに装着されたピン吸着ノズル３４Ｂを、当該下受けピンモジュール２２の頂部部材２５に対して下降させ（矢印ｌ）、吸着部３４ｅの下端部の吸着面３４ｆを吸着用鍔部２５ｂの上面に当接させ、吸着面３４ｆをシールして吸着孔３４ｇ内を密閉状態とする。

次いでこの状態で、図９（ｃ）に示すように、真空吸引孔３１ａから真空吸引することにより（矢印ｎ）、吸着孔３４ｇおよび吸引孔２５ｃを介して吸引孔２４ａ内が真空吸引される（矢印ｍ）。これにより、昇降室２３ｄ内が吸引孔２４ａを介して減圧され、ピストン２７はマグネット部材２６とともに昇降室２３ｄ内で上昇する（矢印ｏ）。この上昇動作によりマグネット部材２６は下受けベース部２１の磁性体２１ｂから離隔し、マグネット部材２６と磁性体２１ｂとの間に作用する引磁力が低減されて基部２３の下受けベース部２１への位置固定が解除される。なお、基部２３の底面が樹脂層２１ｃに貼着してしまい、下受けピンモジュール２２を下受けベース部２１から剥離することが困難な場合は、下受けピン剥離動作データ４１ｂに基づいて下受けピン剥離動作が実行される。

基部２３の下受けベース部２１への固定を解除した状態で、下受けピンモジュール２２の移動が行われる。すなわち、図９（ｄ）に示すように、真空吸引孔３１ａからの真空吸引を継続して（矢印ｐ）吸着孔３４ｇ内を減圧した状態で実装ヘッド８において単位保持ヘッド９のノズルホルダ９ａを上昇させる（矢印ｑ）。このとき、基部２３の下受けベース部２１への固定は解除されていることから、ピン吸着ノズル３４Ｂには下受けピンモジュール２２の自重のみが吸着負荷として作用する。そしてピン吸着ノズル３４Ｂにおいて吸着部３４ｅの径サイズは、下受けピンモジュール２２の自重を真空吸引によって十分に吸着保持可能に設定されていることから、下受けピンモジュール２２は上昇して（矢印ｒ）下受けベース部２１から取り外される。

そしてこのようにして取り外された下受けピンモジュール２２を新たな位置へ配置する際には、ピン吸着ノズル３４Ｂによって下受けピンモジュール２２を吸着保持した単位保持ヘッド９を目標位置に移動させ、ピン吸着ノズル３４Ｂを下降させて吸着保持した下受けピンモジュール２２の基部２３を下受けベース部２１に当接させる。次いで真空吸引孔３１ａからの真空吸引を解除することにより、基部２３の昇降室２３ｄ内においてマグネット部材２６がピストン２７とともに下降する。これにより、マグネット部材２６と磁性体２１ｂとの間に引磁力が作用し、基部２３は下受けベース部２１に位置固定される。

次に図１０を参照して、下受けピンモジュール２２の基部２３が樹脂層２１ｃに貼着してしまった場合における下受けピン剥離動作の例を説明する。図１０（ａ）は、下受けピンモジュール２２の頂部部材２５を実装ヘッド８に装着されたピン吸着ノズル３４Ｂによって吸着保持した状態を示している。本実施の形態においてピン吸着ノズル３４Ｂは、下受けピンモジュール２２の自重を持ち上げるのに十分な吸着保持力を有しているが、基部２３が樹脂層２１ｃに貼着している場合には、ピン吸着ノズル３４Ｂの有する吸着保持力のみでは樹脂層２１ｃから下受けピンモジュール２２を剥離することが困難となっている。すなわち基部２３が樹脂層２１ｃに貼着している場合には、下受けピンモジュール２２を剥離するためには、ピン吸着ノズル３４Ｂは下受けピンモジュール２２の自重と樹脂層２１ｃとの貼着力とを併せた力に抗して下受けピンモジュール２２を持ち上げる必要がある。

しかしながらピン吸着ノズル３４Ｂの吸着保持力は、樹脂層２１ｃと貼着状態にある下受けピンモジュール２２を持ち上げるのに必要とされる剥離力には不十分であり、このまま実装ヘッド８を上昇させるとピン吸着ノズル３４Ｂが頂部部材２５から外れてしまう。このため、本実施の形態では、基部２３と樹脂層２１ｃとの貼着力を低減させて下受けピンモジュール２２の剥離を容易にするため、以下に説明するように、制御部４０が下受けピン剥離動作データ４１ｂを参照して下受けピン剥離動作を実装ヘッド８に実行させるようにしている。

すなわち、先端部の頂部部材２５をピン吸着ノズル３４Ｂによって吸着保持した状態の実装ヘッド８を、水平方向への移動動作（矢印ｓ）を含む所定の動作パターンで移動させる。これにより、下受けピンモジュール２２は基部２３を支点として先端部が水平往復動する形態で揺動し、図１０（ｂ）に示すように、基部２３の下面と樹脂層２１ｃの上面との間には、揺動代に応じた微少隙間Ｓが反復して生じる。そしてこの微少隙間Ｓが反復して生じることにより、基部２３の樹脂層２１ｃへの貼着状態が解消もしくは低減され、下受けピンモジュール２２を容易に下受けベース部２１から持ち上げることができる。

したがって下受けピンモジュール２２の配置替えを実装ヘッド８の機能によって自動的に行わせる自動ピン配置替えにおいて、下受けピンモジュール２２が樹脂層２１ｃに貼着することに起因する不具合を防止することができ、下受けピンモジュール２２の配置替え作業を安定して自動的に行うことが可能となっている。

上記説明したように、本実施の形態に示す電子部品実装装置および電子部品実装方法では、下受けベース部２１に基部２３を当接させて立設されマグネットの引磁力により位置固定される複数の下受けピンモジュール２２を基板３の下面に当接させる基板の下受け方式において、下受けベース部２１の上面に基部２３が載置される樹脂層２１ｃを形成し、下受けピンモジュール２２の先端部が基板３の下面に当接することにより基部２３が樹脂層２１ｃを押圧して押圧部位２１ｄを凹状に変形させ、この凹状の変形によって下受けピンモジュール２２の基部２３の横方向の位置を保持する構成としている。これにより、引磁力によって固定される下受けピンモジュール２２を位置可変に配置する基板下受けにおいて、下受けピンモジュール２２の横方向の位置を安定して保持して位置ずれを防止することができる。

また下受けピンモジュール２２の配置替えに際して下受けピンモジュール２２の先端部を吸着保持して移動させるピン吸着ノズル３４Ｂを実装ヘッド８に部品吸着ノズル３４Ａと交換自在に装着し、基部２３が樹脂層２１ｃに貼着した状態において下受けピンモジュール２２の先端部をピン吸着ノズル３４Ｂによって吸着保持した状態の実装ヘッド８を、水平方向への移動動作を含む所定の動作パターンで動作させて貼着した状態の下受けピンモジュール２２を剥離させるようにしている。これにより、下受けピンモジュール２２の配置替え作業を安定して自動的に行い、段取り替え作業の省力・高効率化が可能となる。

本発明の電子部品実装装置および電子部品実装方法は、引磁力によって固定される下受けピンを位置可変に配置する基板下受けにおいて、下受けピンを安定して位置保持して位置ずれを防止することができるという効果を有し、下受けピンによって下受け支持された基板に電子部品を実装する分野において有用である。

１電子部品実装装置
２基板搬送機構
２ｃ基板下受け機構
３基板
８実装ヘッド
９単位保持ヘッド
９ａノズルホルダ
２１下受けベース部
２１ｂ磁性体
２１ｃ樹脂層
２１ｄ押圧部位
２２下受けピンモジュール
２３基部
２６マグネット部材
３４Ａ部品吸着ノズル
３４Ｂピン吸着ノズル

Claims

実装ヘッドに装着された部品吸着ノズルよって電子部品を保持して基板に実装する電子部品実装装置であって、
少なくとも上面側の一部が磁性体で設けられた下受けベース部と、
前記下受けベース部の任意の位置に基部を当接させて立設され、前記基部に内蔵されたマグネットの引磁力により前記磁性体に位置固定される複数の下受けピンと、
前記下受けベース部を昇降させることにより前記下受けピンの先端部を前記基板の下面に当接させて下受けする下受け昇降機構と、
前記下受けベース部の上面に形成され表面に前記基部が載置される樹脂層と、
前記実装ヘッドに前記部品吸着ノズルと交換自在に装着され、前記下受けピンの配置替えに際して下受けピンの先端部を吸着保持して移動させるピン吸着ノズルと、
前記実装ヘッドの移動動作を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記基部が前記樹脂層に貼着した状態において前記先端部をピン吸着ノズルによって吸着保持した状態の前記実装ヘッドを、少なくとも水平方向への移動動作を含む所定の動作パターンで動作させることにより、前記基部を支点として前記先端部を水平往復動させ、前記貼着した状態の下受けピンを剥離させることを特徴とする電子部品実装装置。
実装ヘッドに装着された部品吸着ノズルよって電子部品を保持して基板に実装する電子部品実装方法であって、
少なくとも上面側の一部が磁性体で設けられた下受けベース部と、前記下受けベース部の任意の位置に基部を当接させて立設され、前記基部に内蔵されたマグネットの引磁力により前記磁性体に位置固定される複数の下受けピンと、前記下受けベース部の上面に形成され表面に前記基部が載置される樹脂層とを備えた基板下受け装置において、前記下受けベース部を昇降させることにより前記下受けピンの先端部を前記基板の下面に当接させて下受けし、
前記下受けピンの配置替えに際して、下受けピンの先端部を吸着保持して移動させるピン吸着ノズルを前記実装ヘッドに前記部品吸着ノズルと交換自在に装着し、
前記基部が前記樹脂層に貼着した状態において前記先端部をピン吸着ノズルによって吸着保持した状態の前記実装ヘッドを、少なくとも水平方向への移動動作を含む所定の動作パターンで動作させることにより、前記基部を支点として前記先端部を水平往復動させ、前記貼着した状態の下受けピンを剥離させることを特徴とする電子部品実装方法。