JP6153294B2 - 基板用作業装置 - Google Patents

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本発明は、多数の部品が実装された基板を生産するために所定作業を行う部品装着装置や基板検査装置などの基板用作業装置に関し、より詳細には、所定作業を行う作業ユニットを交換できる基板用作業装置に関する。
多数の部品が実装された基板を生産する基板用作業装置として、はんだ印刷装置、部品装着装置、リフロー装置、基板検査装置などがあり、これらを基板搬送装置で連結して基板生産ラインを構築する場合が多い。このうち基板検査装置には、基板のはんだ印刷パターンを検査するはんだ印刷検査装置や、基板の部品実装状態を検査する基板外観検査装置などが有る。これらの基板検査装置は、作業ユニットとして検査カメラを備え、検査対象基板を撮像して画像処理を行い良否判定するのが一般的である。検査対象基板の大きさや判定基準の管理精度などに依存して必要とされる撮像範囲や分解能などが異なるので、基板検査装置は専用機とされ、必要に応じ入れ替えて使用されることがある。
また、部品装着装置は、基板を搬入出する基板搬送装置と、部品を供給する部品供給装置と、部品を装着する装着ヘッドおよびヘッド駆動機構を有する部品移載装置とを備えるのが一般的である。装着ヘッドは、負圧を利用して部品を吸着採取および装着する吸着ノズルを有したノズルホルダを備えている。吸着ノズルは、対象となる部品の大きさや形状に応じて複数の種類が有り、ノズルホルダも複数準備され、各ノズルホルダが有する吸着ノズルの種類や数量も一定ではない。ノズルホルダの取り換えは、人手で行われる場合もあれば、負圧を利用して自動で行われる場合もある。
この種の基板用作業装置の技術例が特許文献1〜4に開示されている。特許文献1のはんだ印刷システムは、はんだを印刷する印刷ユニットと、はんだを吐出して塗布する複数のディスペンサユニットとを備え、はんだを吸引除去する吸引機構を少なくとも一つのディスペンサユニットに設けている。さらに、請求項3では、印刷ユニットと複数のディスペンサユニットとの間に検査ユニット(はんだ印刷検査装置)を配置している。これにより、複数種類のはんだを塗布する基板に柔軟に対応でき、印刷歩留りを向上できるとされており、各ユニットの種々の組合せが可能になっている。
特許文献2の部品実装関連作業機は、基台と、移動ステージと、移動ステージに着脱自在に交換取り付けされる作業ヘッドと、ステージ動作制御手段と、基台に着脱自在に取り付けられる作業設備とを備えている。さらに、作業ヘッドの種類および作業設備の種類を記憶した手段と、作業ヘッドの種類を検出する手段と、作業設備の種類を検出する手段と、記憶した種類と検出した種類との合致を判断する手段と、非合致時に移動ステージの移動動作を規制する手段とを備えている。これにより、作業ヘッドと作業設備の組み合わせのミスに起因する動作不良やエラー停止を防止できる、と記載されている。
また、本願出願人が出願した特許文献3の対基板作業システムは、基板搬送方向に並んで配置された複数の対基板作業機のそれぞれに、作業ヘッドとして塗布ヘッド、実装ヘッド、および検査ヘッドのうち一つを交換可能に装着できるようになっている。これにより、作業の種類が互いに異なる作業ヘッドを交換できて、作業に多様性を持たせることが可能となり、汎用性が向上する。
さらに、本願出願人が出願した特許文献4の電子部品保持装置は、複数の吸着ノズルを保持する複ノズルヘッド(作業ユニット)と、複ノズルヘッドを択一的に保持するヘッド保持部材(作業ヘッド)とを含み、両者の間にヘッド吸着用負圧室を形成することを特徴としている。これにより、部品装着装置において、複ノズルヘッドが負圧によりヘッド保持部材に吸着保持されるので、複ノズルヘッドの取り付けおよび取り外しを自動で行うことができる。
特開2006−108200号公報 特開2010−16028号公報 特開2010−4059号公報 特開2006−261325号公報
ところで、特許文献1のはんだ印刷システムにおいて、生産する基板の種類が切り替わり、検査ユニットで必要とされる撮像範囲や分解能などが変更になる場合には、それぞれの検査ニーズに対応する検査ユニット(はんだ印刷検査装置)が必要になって設備経費がかさんでいた。さらに、多品種生産の基板生産ラインでは、検査ユニットの入れ替えが頻繁に起こりがちであり、入れ替え作業に多大な費用と工数(段取り替え時間)が発生する。なお、はんだ印刷パターンを検査する検査ユニットは、部品装着状態を検査する用途に用いることはできず、それぞれの用途で別の検査ユニットが必要とされていた。
また、特許文献2や特許文献3の装置では、複数の作業ヘッドのうち一つを交換可能に装着できるようになっており、汎用性が向上している。近年では、特許文献3の塗布ヘッド、装着ヘッド、および検査ヘッドに例示されるように、作業ニーズの異なる作業ヘッドを交換可能とした複合作業型の基板用作業装置も実用化されている。しかしながら、作業ヘッドの交換は人手に頼るため、多くの段取り替え時間が発生していた。
この点に関して、特許文献4の装置によれば、複ノズルヘッド(作業ユニット)が負圧によりヘッド保持部材(作業ヘッド)に吸着保持されるので、複ノズルヘッドの取り付けおよび取り外しを自動で行うことができ、人手による交換の手間が不要になる。反面、吸着保持による取り付けでは電源線や信号線の接続が難しく、従来、複ノズルヘッド(作業ユニット)にセンサやカメラなどの電装品を設けることができなかった。具体例として、部品装着ヘッドに交換可能に保持される部品装着ユニットでは、ノズルカメラやノズルセンサは設けられていなかった。そのことにより、装着ノズルの先端部の状況や部品の吸着状況、基板との離隔状況などをリアルタイムで監視することができなかった。
本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたもので、生産する基板の大きさや種類の差異、行うべき作業内容の差異などに依存する多様な生産ニーズに適合したフレキシブルな対応を可能とし、段取り替え時間を大幅に削減し、設備経費を削減する基板用作業装置を提供することを解決すべき課題とする。
上記課題を解決する請求項1に係る基板用作業装置の発明は、基台上に位置決めされた基板に対向して所定作業を行うための電装品をそれぞれ有する複数の作業ユニットと、複数の前記作業ユニットの一つを自動で取り付けおよび取り外し可能に保持する作業ヘッドと、前記基板に平行する上方の水平面内で前記作業ヘッドを駆動するヘッド駆動機構と、前記作業ヘッドに保持された前記作業ユニットに対して、前記作業ヘッドから非接触方式で給電する非接触給電機構とを備え、前記作業ヘッドは、複数の前記作業ユニットの一つを負圧により吸着保持する2つの負圧室を底面に有し、前記非接触給電機構は、前記作業ヘッドの2つの前記負圧室の間に配設された非接触給電用素子と、前記作業ユニットに配設されて前記非接触給電用素子に対向配置される非接触受電用素子と、を含み、供給された部品を吸着して前記基板に装着する装着ノズル、ならびに、前記装着ノズルの状況、前記部品の吸着状況、および前記装着ノズルと前記基板との離隔状況の少なくとも一つを撮像するノズルカメラまたは前記少なくとも一つを確認するノズルセンサを前記電装品として有する部品装着ユニットを複数の前記作業ユニットに含み、前記非接触給電用素子は、前記装着ノズルに負圧および正圧を供給する2つのユニット連通路の間に配設され、前記非接触受電用素子は、前記装着ノズルに前記負圧および前記正圧を供給する2つノズル連通路の間に配設された。
請求項2に係る発明は、請求項1において、前記部品装着ユニットは、2つの前記負圧室の間に2つの前記ユニット連通路を有する。
請求項3に係る発明は、請求項1または2において、前記基板のはんだ印刷パターンを撮像する印刷検査カメラを前記電装品として有する印刷検査ユニット、あるいは、前記基板の部品装着状態を撮像する外観検査カメラを前記電装品として有する外観検査ユニットを前記複数の前記作業ユニットに含む。
請求項4に係る発明は、請求項3において、前記印刷検査ユニットまたは前記外観検査ユニットが前記作業ヘッドに保持された直後に、前記ヘッド駆動機構により前記印刷検査カメラまたは前記外観検査カメラを前記基台の上の所定位置に設けられた基準マーカの上方に移動し、前記印刷検査カメラまたは前記外観検査カメラで前記基準マーカを撮像して位置較正を行う位置較正手段をさらに備えた。
請求項5に係る発明は、請求項3または4において、前記印刷検査ユニットは撮像性能が異なる複数種類の前記印刷検査カメラを有し、あるいは、前記外観検査ユニットは撮像性能が異なる複数種類の前記外観検査カメラを有する。
請求項6に係る発明は、請求項5において、複数種類の前記印刷検査カメラまたは複数種類の前記外観検査カメラの前記撮像性能の差異は、撮像範囲の差異および分解能の差異の少なくとも一方を含む。
請求項7に係る発明は、請求項1〜6のいずれか一項において、前記電装品は、前記基台に設けられた制御部との間で、前記所定作業を行うために必要な情報を非接触で伝送する非接触伝送部を有する。
請求項1に係る基板用作業装置の発明では、作業ヘッドは複数の作業ユニットの一つを自動で取り付けおよび取り外し可能に保持するとともに、作業ヘッドから作業ユニットに対して、例えば電磁誘導による非接触方式で給電できる。したがって、生産する基板の大きさや種類の差異、行うべき作業内容の差異などに依存する多様な生産ニーズに適合したフレキシブルな対応が可能になる。また、作業ユニットの交換を自動で行うので、人手による段取り替え時間を大幅に削減できる。さらに、多様な生産ニーズに対して作業ユニットのみを複数個準備すればよいので、専用の基板用作業装置を多数保有する必要が無くなり、設備経費を削減できる。
さらに、作業ヘッドは複数の作業ユニットの一つを負圧により吸着保持するので、簡易な構成で作業ユニットの確実な自動交換を実現できる。特に、部品装着装置では、部品を吸着採取するために従来から設けられている負圧発生機構を兼用できるので、簡易な構成の効果が顕著になる。
また、請求項1および請求項2に係る発明では、装着ノズルと、ノズルカメラまたはノズルセンサとを有する部品装着ユニットを複数の作業ユニットに含んでいる。つまり、部品装着装置において、装着する部品の大きさや種類、個数に合わせて部品装着ユニットを自動交換できるとともに、ノズルカメラまたはノズルセンサに非接触方式で給電できる。これにより、装着ノズルの先端部の状況や部品の吸着状況、基板との離隔状況などをリアルタイムで監視できる。リアルタイムの監視は自動交換される部品装着ユニットでは従来困難とされており、本発明により作業の信頼性が向上する。また、部品装着ユニットの交換に要する段取り替え時間を大幅に削減できるとともに、専用の部品装着装置を複数台保有する必要が無くなって設備経費を削減できる。さらには、部品装着ユニットとはんだ印刷検査ユニットとの自動交換や、部品装着ユニットと基板外観検査ユニットとの自動交換も可能になり、複合作業型の基板用作業装置でも顕著な効果が生じる。
請求項3に係る発明では、はんだ印刷検査装置および基板外観検査装置において、検査対象となる基板の大きさや種類、行うべき検査内容に合わせてはんだ印刷検査ユニットまたは基板外観検査ユニットを自動交換できるとともに、印刷検査カメラまたは外観検査カメラに非接触方式で給電できる。したがって、検査ユニットの交換に要する段取り替え時間を大幅に削減でき、また、専用の基板検査装置を複数台保有する必要が無くなり、設備経費を削減できる。
請求項4に係る発明では、はんだ印刷検査ユニットまたは基板外観検査ユニットが交換されて作業ヘッドに保持された直後に位置較正を行うことができる。したがって、はんだ印刷検査ユニットまたは基板外観検査ユニットの交換時に仮に取り付け誤差が発生していても、ヘッド駆動機構は取り付け誤差をキャンセルして位置制御性能を高く維持できる。
請求項5に係る発明では、印刷検査ユニットは撮像性能が異なる複数種類の印刷検査カメラを有し、あるいは、外観検査ユニットは撮像性能が異なる複数種類の外観検査カメラを有している。そして、請求項6に係る発明では、複数種類の印刷検査カメラまたは外観検査カメラの撮像性能の差異は、撮像範囲の差異および分解能の差異の少なくとも一方を含んでいる。つまり、一つの検査ユニットが少なくとも撮像範囲または分解能の異なる複数の検査カメラを有している。したがって、検査ユニットを交換することなくいずれかの検査カメラを選択使用することで、検査対象となる基板の大きさや種類、行うべき検査内容などが異なる多様な検査ニーズに適合できる。さらに、検査カメラの選択使用と検査ユニットの自動交換とを併用することで、一層フレキシブルな対応が可能になる。
請求項7に係る発明では、電装品は、制御部との間で所定作業を行うために必要な情報を非接触で伝送する非接触伝送部を有する。したがって、電源供給だけでなく情報伝送も非接触化でき、簡易な構成で作業ユニットの確実な自動交換を実現できる。
第1実施形態のはんだ印刷検査装置を模式的に説明する図である。 第1実施形態において、印刷検査ヘッドが第1の印刷検査ユニットを保持した状態を模式的に示す部分断面図である。 第2実施形態の部品装着装置を模式的に説明する図である。 第2実施形態において、部品装着ヘッドが第1の部品装着ユニットを保持した状態を模式的に示す部分断面図である。 第3実施形態において、印刷検査ヘッドが印刷検査ユニットを保持した状態を模式的に示す部分断面図である。 第4実施形態において、部品装着ヘッドが部品装着ユニットを保持した状態を模式的に示す部分断面図である。 第5実施形態のはんだ印刷検査装置を模式的に説明する図である。 第5実施形態において、印刷検査ヘッドが第2の印刷検査ユニットを保持した状態を模式的に示す部分断面図である。 応用形態のはんだ印刷検査装置において、印刷検査ヘッドが二種類の印刷検査カメラを有した状態を模式的に示す部分断面図である。
本発明の第1実施形態の基板用作業装置であるはんだ印刷検査装置1について、図1および図2を参考にして説明する。図1は、第1実施形態のはんだ印刷検査装置1を模式的に説明する図である。はんだ印刷検査装置1は、基板K上のペースト状はんだの印刷パターンを検査する装置である。はんだ印刷検査装置1は、基台2、ヘッド駆動機構3、印刷検査ヘッド4、4個の印刷検査ユニット51〜54、および非接触給電機構6などで構成されている。
基台2は、各部を配設するための筐体であり、堅牢に形成されている。基台2上の所定位置には、位置較正を行うときに基準となる基準マーカMが設けられている。基台2には印刷検査ユニット51〜54を保管するための保管位置が4箇所設けられ、そのうちの3箇所に印刷検査ユニット52〜54が載置されている。基台2の上面には、基板搬送装置21が配設されている。基板搬送装置21は、基板Kを基台2の一側方から搬入し、所定の印刷検査位置に位置決めし、検査終了後には他側方に搬出する。基板搬送装置21には、例えば、本願出願人が特許文献3に記載したコンベヤ装置や、特許文献4に記載した基板搬送装置を応用でき、これら以外の公知の装置とすることもできるので、詳細な説明は省略する。
ヘッド駆動機構3は、基台2の上面に立設され、基板搬送装置21の上方に延在している。ヘッド駆動機構3は、基板Kに平行する上方の水平面内で印刷検査ヘッド4を駆動し、さらに印刷検査ヘッド4を上下方向にも駆動するようになっている。ヘッド駆動機構3には、例えば、特許文献3に記載したヘッド移動装置や、特許文献4に記載した電子部品保持装置移動装置を応用でき、これら以外の公知の装置とすることもできるので、詳細な説明は省略する。
また、基台2には制御部22が配設されている(図2参照)。制御部22は、制御演算用のマイコンおよび入出力用のインターフェースを備え、ソフトウェアで動作する電子制御装置である。制御部22は、検査対象となる基板Kの種類や大きさ、基板K上のはんだ印刷パターンの配置や検査手順に関する情報、合否判定の方法および判定基準、基準マーカMの座標値など、検査に必要な情報を予め保持している。制御部22は、基板搬送装置21やヘッド駆動機構3の動作、後述する印刷検査ユニット51〜54の自動交換およびその直後の位置較正の動作、印刷検査カメラ55の撮像動作などを制御する。さらに、制御部22は、印刷検査カメラ55から受け取った撮像データを画像処理して判定基準と比較照合し、基板Kのはんだ印刷パターンの合否を判定する。
印刷検査ヘッド4は、4個の印刷検査ユニット51〜54のうちの一つを自動で取り付けおよび取り外し可能に保持する。図2は、第1実施形態において、印刷検査ヘッド4が第1の印刷検査ユニット51を保持した状態を模式的に示す部分断面図である。図示されるように、印刷検査ヘッド4は、印刷検査ユニットの一つ(51〜54のいずれか)を負圧により吸着保持するために、負圧室41、負圧発生部42、連通路43、および図略の正圧発生部を有している。
負圧室41は、印刷検査ヘッド4の底面に、下向きに開口するように形成されている。図2には負圧室41が2室例示されており、その室数は限定されず、環状の1室や、3室以上であってもよい。負圧発生部42および正圧発生部は、例えば、図略の電動エアポンプを用いて構成されている。つまり、電動エアポンプの吸込側および吐出側にそれぞれ閉鎖室を設けてエアを圧送し、吸込側の閉鎖室を負圧発生部41とし、吐出側の閉鎖室を正圧発生部とすることができる。つくられた負圧および正圧は、図略の開閉弁により選択され、連通路43を経由して負圧室41に供給されるようになっている。
4個の印刷検査ユニット51〜54の上面は平らな被吸着面57とされており、印刷検査ヘッド4の負圧室41が接近して負圧になると、自動的に吸着保持されるようになっている。印刷検査ユニット51〜54はそれぞれ、底面に下向きに配置された印刷検査カメラ55を電装品として有している。印刷検査カメラ55は、基板Kのはんだ印刷パターンの全体または検査対象領域を1回で撮像し、あるいは、検査対象領域を分割し複数回に分けて撮像する。
印刷検査カメラ55は、非接触伝送部としての無線通信部56を有している。一方、基台2に配設されている制御部22は、図略の無線通信部を有している。これにより、制御部22と印刷検査カメラ55との間で、双方向の無線通信による非接触伝送が行われる。具体的に、制御部22から印刷検査カメラ55へと、各種の撮像条件や撮像タイミングなどの指令情報が非接触伝送される。逆に、印刷検査カメラ55から制御部22へと、撮像データや撮像の進行状況を示す各種フラグ情報などが非接触伝送される。
非接触給電機構6は、印刷検査ヘッド4に吸着保持された印刷検査ユニット51に対して、印刷検査ヘッド4から電磁誘導による非接触方式で給電するものである。非接触給電機構6は、印刷検査ヘッド4に設けられた非接触給電用素子61、基台2に設けられた高周波電源回路62、各印刷検査ユニット51〜54に設けられた非接触受電用素子65および受電回路66などで構成されている。
非接触給電用素子61は、導体が巻回されて形成されたコイルであり、印刷検査ヘッド4の中央の下方寄りに配設されている。高周波電源回路62は、基台2に配設されており、非接触給電用素子61に高周波電圧を出力する。高周波電源回路62の出力周波数は100kHz〜MHz帯を例示でき、出力電圧波形として正弦波や矩形波などを例示できる。基台2に対して印刷検査ヘッド4が移動しても支障が生じないように、高周波電源回路62と非接触給電用素子61との間は可撓性を有して変形可能な給電線63により電気接続されている。
非接触受電用素子65は、導体が巻回されて形成されたコイルであり、印刷検査ユニット51の中央の上方寄りに配設されている。図2に示されるように、印刷検査ユニット51が印刷検査ヘッド4に吸着保持された状態で、非接触給電用素子61と非接触受電用素子65とは、わずかな離隔距離を有して対向配置される。これにより、両者61、65の間は、大きな相互誘導係数で電磁的に結合される。
受電回路66は、印刷検査ユニット51の内部に配設され、受電線67で非接触受電用素子65に電気接続されている。受電回路66は、非接触受電用素子65から入力された高周波電力を変成する。受電回路66には、例えばインバータを用いることができ、入力された高周波電力を、印刷検査カメラ55に必要とされる電源電圧、例えば直流電圧または商用周波交流電圧に変換して出力する。受電回路66の出力は、出力線68により印刷検査カメラ55に給電される。
4個の印刷検査ユニット51〜54で、被吸着面57、非接触受電用素子65、および受電回路66には共通の構造が採用されている。一方、印刷検査カメラ55の撮像範囲や分解能はユニット51〜54相互間で異なっているため、検査対象となる基板Kの大きさや判定基準の管理精度などに依存して、印刷検査ユニット51〜54は適宜交換して用いられる。なお、印刷検査カメラ55の違いは、白黒撮影とカラー撮影との違いや、撮像速度の違いなどであってもよい。
上述した非接触給電機構6によれば、高周波電源回路62が高周波電圧を出力すると、非接触給電用素子61に高周波電流が流れて高周波磁界が形成される。高周波磁界は非接触受電用素子65に鎖交して高周波電圧を誘起し、非接触受電用素子65から受電回路66に高周波電力が入力される。これにより、受電回路66は、直流電圧または商用周波交流電圧を出力して、印刷検査カメラ55を駆動できる。
また、印刷検査ユニット51〜54が交換された直後には、位置較正手段によって位置較正が行われる。第1実施形態において、位置較正手段は、制御部22のソフトウェアにより実現されている。印刷検査ユニット51〜54が作業ヘッド4に保持された直後に、制御部22は、ヘッド駆動機構3に指令を発して、印刷検査カメラ55を基準マーカMの座標値まで移動させる。印刷検査カメラ55が基準マーカMの真上に移動すると、制御部22は、印刷検査カメラ55に指令を発し、基準マーカMを撮像して撮像データを転送させる。制御部22は、撮像データから読み取った基準マーカMの位置が本来の座標値から偏移していれば、その偏移量を取り付け誤差として保持し、以降のヘッド駆動機構3の位置制御に反映する。
上述のように構成された第1実施形態のはんだ印刷検査装置1によれば、検査対象となる基板Kの大きさや種類、行うべき検査内容に合わせてはんだ印刷検査ユニット51〜54を自動交換できるとともに、印刷検査カメラ55に電磁誘導を用いた非接触方式で給電できる。したがって、多様な検査ニーズにフレキシブルに対応できるとともに、はんだ印刷検査ユニット51〜54の交換に要する段取り替え時間を大幅に削減できる。また、専用のはんだ印刷検査装置を複数台保有する必要が無くなり、設備経費を削減できる。
また、印刷検査ヘッド5は複数の印刷検査ユニット51〜54の一つを負圧により吸着保持するので、簡易な構成で印刷検査ユニッ51〜54の確実な自動交換を実現できる。さらに、印刷検査ユニット51〜54の印刷検査カメラ55は、制御部22との間で所定の検査を行うために必要な情報を非接触で伝送する無線通信部56を有する。したがって、電源供給だけでなく情報伝送も非接触化でき、簡易な構成で印刷検査ユニッ51〜54の確実な自動交換を実現できる。また、印刷検査ユニット51〜54が作業ヘッド4に保持された直後に位置較正を行うので、仮に取り付け誤差が発生していても、ヘッド駆動機構3は取り付け誤差をキャンセルして位置制御性能を高く維持できる。
なお、第1実施形態を応用して基板外観検査装置を構成することができる。すなわち、第1実施形態の印刷検査ヘッド4に代えて外観検査ヘッドを用い、4個の印刷検査ユニット51〜54に代えて複数の外観検査ユニットを用いることで、本発明を実施した基板外観検査装置を構成できる。
次に、第2実施形態の基板用作業装置である部品装着装置7について、図3および図4を参考にして、第1実施形態と異なる点を主に説明する。図3は、第2実施形態の部品装着装置7を模式的に説明する図である。部品装着装置7は、図略の部品供給装置から供給された部品を吸着して基板Kに装着する装置である。部品装着装置7は、基台2、ヘッド駆動機構3、部品装着ヘッド8、4個の部品装着ユニット91〜94および非接触給電機構6などで構成されている。
基台2は、各部を配設するための筐体であり、堅牢に形成されている。基台2には保管位置が4箇所設けられ、そのうちの3箇所に部品装着ユニット92〜94が載置されている。基台2の上面には、基板搬送装置21が設けられている。ヘッド駆動機構3は、基台2の上面に立設され、基板搬送装置21の上方に延在している。ヘッド駆動機構3は、基板Kに平行する上方の水平面内で部品装着ヘッド8を駆動する。また、基台2には制御部22が配設されている(図4参照)。制御部22は、生産する基板Kの種類や大きさ、装着する部品の種類、大きさ、形状や基板K上の装着座標値、装着順序など、部品の装着に必要な情報を予め保持している。制御部22は、基板搬送装置21やヘッド駆動機構3の動作、後述する部品装着ユニット91〜94の自動交換などを制御し、さらに、後述するノズルセンサ97から非接触伝送された部品吸着状況を参照しながら部品装着動作を進める。
部品装着ヘッド8は、4個の部品装着ユニット91〜94のうちの一つを自動で取り付けおよび取り外し可能に保持する。図4は、第2実施形態において、部品装着ヘッド8が第1の部品装着ユニット91を保持した状態を模式的に示す部分断面図である。図示されるように、部品装着ヘッド8は、部品を負圧により吸着保持するために負圧発生部82、ユニット連通路85、および図略の正圧発生部を有している。さらに、部品装着ヘッド8は、部品装着ユニットの一つ(91〜94のいずれか)を負圧により吸着保持するために、負圧室81および連通路83を有し、負圧発生部82および正圧発生部を兼用で用いるようになっている。
負圧室81は、部品装着ヘッド8の底面に、下向きに開口するように形成されている。負圧発生部82および正圧発生部は、例えば、図略の電動エアポンプを用いて構成することができる。つくられた負圧および正圧は、図略の開閉弁により選択制御され、ユニット連通路85を経由して部品装着ユニット91に供給されるとともに、連通路83を経由して負圧室81に供給されるようになっている。
4個の部品装着ユニット91〜94はそれぞれ、基板Kに部品を装着するための装着ノズル95を下向きに有している。図4には、第1の部品装着ユニット91に装着ノズル95が2個設けられた構成が例示されている。各装着ノズル95にはノズル連通路96の一端が連通しており、ノズル連通路96の他端は、部品装着ユニット91の上面に開口している。各部品装着ユニット91〜94の上面は平らな被吸着面99とされており、印刷検査ヘッド8の負圧室81が接近して負圧になると、自動的に吸着保持されるようになっている。このとき、部品装着ユニット91のノズル連通路96と部品装着ヘッド8のユニット連通路85とが連通して、装着ノズル95に負圧および正圧が供給される。
また、各部品装着ユニット91〜94にはそれぞれ、電装品のノズルセンサ97が設けられている。ノズルセンサ97は、検査光97L(図4に破線で示す)を水平方向に発光する発光部97S、および検査光97Lを受光する受光部97Rで構成されている。発光部97Sおよび受光部97Rは、部品装着ユニット91の下面の外周寄りから下向きに立設された一対の棒状のセンサ座98の下方寄りに取り付けられ、装着ノズル95の先端部95Tを挟んで対向配置されている。ノズルセンサ97は、装着ノズル95が先端部95Tで部品を吸着採取すると検査光97Lが遮光され、これを受光部97Rで検出するようになっている。
受光部97Rは、非接触伝送部としての無線光LAN発信部(図略)を有している。一方、基台2に配設された制御部22は、無線光LAN受信部(図略)を有している。これにより、ノズルセンサ97の受光部97Rから制御部22へと光が空中を伝搬して、装着ノズル95の部品吸着状況が非接触伝送される。制御部22は、伝送された部品吸着状況を参照しながら部品装着動作を進める。
非接触給電機構6は、部品装着ヘッド8に吸着保持された部品装着ユニット91に対して、部品装着ヘッド8から電磁誘導による非接触方式で給電するものである。非接触給電機構6を構成する非接触給電用素子61、高周波電源回路62、非接触受電用素子65、および受電回路66などの構造および作用は第1実施形態と概ね同様であり、同じ符号を付して詳細な説明は省略する。第2実施形態において、受電回路66はノズルセンサ97に必要とされる直流電圧または商用周波交流電圧を出力し、出力線68を経由してノズルセンサ97の発光部97Sおよび受光部97Rにそれぞれ給電する。
4個の部品装着ユニット91〜94で、被吸着面99、非接触受電用素子65、および受電回路66には共通の構造が採用されている。一方、装着ノズル95の数量や装着ノズル95の大きさ、ノズルセンサ97などはユニット91〜94相互間で異なっているため、装着する部品の大きさや種類に応じて、部品装着ユニット91〜94は適宜交換して用いられる。
第2実施形態の部品装着装置7によれば、装着する部品の大きさや種類に応じて部品装着ユニット91〜94を自動交換できるとともに、ノズルセンサ97に電磁誘導を用いた非接触方式で給電できる。したがって、多様な装着ニーズにフレキシブルに対応できるとともに、部品装着ユニット91〜94の交換に要する段取り替え時間を大幅に削減できる。また、専用の部品装着装置を複数台保有する必要が無くなり、設備経費を削減できる。
また、部品装着ヘッド8は複数の部品装着ユニット91〜94の一つを負圧により吸着保持する。このとき、負圧発生機構として、装着ノズル95が部品を吸着採取するための負圧発生部82および正圧発生部を兼用するので、簡易な構成で部品装着ユニット91〜94の確実な自動交換を実現できる。さらに、部品装着ユニット91〜94のノズルセンサ97の受光部97Rは、制御部22との間で所定の装着動作を行うために必要な情報を非接触で伝送する無線光LAN発信部を有する。したがって、電源供給だけでなく情報伝送も非接触化でき、簡易な構成で部品装着ユニット91〜94の確実な自動交換を実現できる。
なお、部品装着ユニット91〜94が有する電装品はノズルセンサ97に限定されず、装着ノズル95の先端部95Tを側方から撮像するノズルカメラや、装着ノズル95の先端部95Tと基板Kとの離隔状況を確認するタッチダウンセンサなどであってもよい。
また、部品装着ユニット91〜94のいずれかに代えて、第1実施形態で説明した印刷検査ユニット51を用いたり、外観検査ユニットを用いたりすることもできる。このように、部品装着および検査の二つの作業を行える複合作業型の基板用作業装置として本発明を実施しても、顕著な効果が生じる。
次に、第3実施形態の基板用作業装置であるはんだ印刷検査装置1Aについて、図5を参考にして,第1実施形態と異なる点を主に説明する。図5は、第3実施形態において、印刷検査ヘッド4Aが印刷検査ユニット51Aを保持した状態を模式的に示す部分断面図である。図示されるように、第3実施形態では、印刷検査ヘッド4Aが印刷検査ユニット51Aを保持する構成が第1実施形態と異なり、その他の部分の構成は第1実施形態と同様である。
第3実施形態において、印刷検査ヘッド4Aは、複数の保持フィンガ45を備えている。保持フィンガ45は略棒状の部材であり、上方の基端は内向きに折り曲げられて枢支部46が形成されている。枢支部46は、印刷検査ヘッド4Aの外周の概ね中間高さに揺動可能に枢支されている。保持フィンガ45の下方は、印刷検査ヘッド4Aの底面を越えて下方に延び、その先端には内向きに突出した鋭角断面状の係合爪47が形成されている。係合爪47の上側は概ね水平面であり、係合爪47の下側は丸みを帯びた傾斜底面になっている。
保持フィンガ45は、図略の付勢部材により印刷検査ヘッド4Aの外周面に沿うように内向きに常時付勢され、図略の電動開放機構が動作すると枢支部46を中心にして外向きに揺動し、八の字状に開くようになっている。図5には、保持フィンガ45の付勢された常態が実線で示され、外向きに揺動した状態が破線で示されている。
一方、印刷検査ユニット51Aの外周面の上方寄りには、各保持フィンガ45の係合爪47が係入する鋭角断面状の係合孔59が複数形成されている。係合孔59の孔形状は、係合爪47の外形形状に概ね一致している。
印刷検査ヘッド4Aに印刷検査ユニット51Aを取り付けるときには、保管位置で静止している印刷検査ユニット51Aに対して真上から印刷検査ヘッド4Aを下降させる。すると、印刷検査ユニット51Aの上側の外周が保持フィンガ45に当接し、係合爪47の丸みを帯びた傾斜底面を付勢部材に抗して押し拡げるので、保持フィンガ45は揺動し始める。印刷検査ヘッド4Aがさらに下降すると、保持フィンガ45が八の字状に開き、最終的に係合爪47と係合孔59の高さが揃って係合爪47が係合孔59に係入し、図5に示される保持状態に到達する。
また、印刷検査ヘッド4Aが保持している印刷検査ユニット51Aを取り外すときには、印刷検査ユニット51Aの保管位置に移動して電動開放機構を動作させる。すると、保持フィンガ45が八の字状に開いて印刷検査ユニット51Aが解放されるので、電動開放機構を動作させたままで印刷検査ヘッド4を上昇させ、印刷検査ユニット51Aから離脱させる。
第3実施形態において、印刷検査ユニット51Aを保持する構成が第1実施形態と異なるが、第1実施形態と同様の作用および効果が生じる。
次に、第4実施形態の基板用作業装置である部品装着装置7Bについて、図6を参考にして、第2実施形態と異なる点を主に説明する。図6は、第4実施形態において、部品装着ヘッド8Bが部品装着ユニット91Bを保持した状態を模式的に示す部分断面図である。図示されるように、第4実施形態では、非接触給電機構6に代えて接触給電機構10が用いられており、その他の部分の構成は第2実施形態と同様である。接触給電機構10は、基台2に設けられた電源回路11、部品装着ヘッド8Bに設けられた一対の接触給電用端子13、部品装着ユニット91Bに設けられた一対の接触受電用端子16などで構成されている。
電源回路11は、基台2に配設されており、部品装着ユニット91Bのノズルセンサ97に必要とされる直流電圧または商用周波交流電圧を直接に出力する。一対の接触給電用端子13は、部品装着ヘッド8Bの中央の下方寄りに並んで配設され、給電線12により電源回路11に接続されている。また、接触給電用端子13はそれぞれ、螺旋形状の付勢ばね14により下方に付勢され、外力が加えられていないときには部品装着ヘッド8Bの底面よりも下方に突出している。
一方、部品装着ユニット91Bの中央の上面には、一対の接触受電用端子16が並んで配設されている。接触受電用端子16は、受電線17によりノズルセンサ97の発光部97Sおよび受光部97Rにそれぞれ接続されている。
図6に示されるように、部品装着ユニット91Bが部品装着ヘッド8Bに吸着保持された状態で、接触受電用端子16は、付勢ばね14に抗して接触給電用端子13に圧接される。これにより、接触給電用端子13と接触受電用端子16との間が電気的に導通する。上述した接触給電機構10によれば、電源回路11からノズルセンサ97へと直接に給電することができる。なお、付勢ばね14の付勢力は、負圧室81による部品装着ユニット91Bの吸着保持を阻害する程には過大でなく、接触給電用端子13と接触受電用端子16との間の導通を安定させる程度に大きく設定されている。
第4実施形態において、部品装着ユニット91Bへの給電機構が第2実施形態と異なるが、第2実施形態と同様の作用および効果が生じる。
次に、第5実施形態の基板用作業装置であるはんだ印刷検査装置1Cについて、図7および図8を参考にして,第1実施形態と異なる点を主に説明する。図7は、第5実施形態のはんだ印刷検査装置1Cを模式的に説明する図である。また、図8は、第5実施形態において、印刷検査ヘッド4が第2の印刷検査ユニット52Cを保持した状態を模式的に示す部分断面図である。第5実施形態において、第2の印刷検査ユニット52Cが第1実施形態と異なり、他の部位は第1実施形態と同一である。
図7および図8に示される第5実施形態において、第2の印刷検査ユニット52Cは、底面に下向きに並んで配置された種類の異なる二つの印刷検査カメラ55C1、55C2を電装品として有している。二つの印刷検査カメラ55C1、55C2は、互いに撮像性能が異なり、一方の印刷検査カメラ55C1は撮像範囲が狭くて分解能が精細であり、他方の印刷検査カメラ55C2は撮像範囲が相対的に広くて分解能が相対的に粗い。二つの印刷検査カメラ55C1、55C2はそれぞれ、非接触伝送部としての無線通信部56C1、56C2を有し、受電回路66から出力線68C1、68C2を介して給電される。二つの印刷検査カメラ55C1、55C2は、検査ニーズに合わせて選択使用される。
第5実施形態のはんだ印刷検査装置1Cによれば、検査対象となる基板Kの大きさや種類、行うべき検査内容に合わせて、第2のはんだ印刷検査ユニット52Cの二つの印刷検査カメラ55C1、55C2を選択使用でき、多様な検査ニーズに適合できる。さらに、検査カメラ55C1、55C2の選択使用と、検査ユニット51、52C、53、54の自動交換とを併用することで、一層フレキシブルな対応が可能になる。なお、特定の検査ユニットが二つの検査カメラを有する構成は、基板外観検査装置にも応用できる。
また、第5実施形態を応用して、図9に示されるはんだ印刷検査装置1Xを構成することもできる。図9は、応用形態のはんだ印刷検査装置1Xにおいて、印刷検査ヘッド4Xが二種類の印刷検査カメラ55X1、55X2を有した状態を模式的に示す部分断面図である。応用形態の全体構成は図1に示される第1実施形態に類似しており、印刷検査ヘッド4Xに二種類の印刷検査カメラ55X1、55X2C2が直接的に設けられ、着脱可能な印刷検査ユニットを備えない点が異なる。二種類の印刷検査カメラ55X1、55X2C2は、互いに撮像性能が異なり、一方の印刷検査カメラ55X1は撮像範囲が狭くて分解能が精細であり、他方の印刷検査カメラ55X2は撮像範囲が相対的に広くて分解能が相対的に粗い。
二つの印刷検査カメラ55C1、55C2はそれぞれ、非接触伝送部としての無線通信部56X1、56X2を有し、基台2に配設されている制御部22との間で、双方向の無線通信による非接触伝送が行われる。なお、無線通信に限定されず、通信線を用いた接触伝送を行うようにしてもよい。また、二つの印刷検査カメラ55C1、55C2はそれぞれ、基台2に設けられた直流電源回路62Xから電源線68X1、68X2を介して給電される。二つの印刷検査カメラ55X1、55X2は、検査ニーズに合わせて選択使用される。
応用形態のはんだ印刷検査装置1Xでは、検査ユニットを交換せずとも複数の検査カメラを選択使用でき、無線または有線による情報伝送と有線による給電とが組み合わせられて装置1Xが構成されている。このため、検査対象となる基板Kの大きさや種類、行うべき検査内容に合わせて、二つの印刷検査カメラ55X1、55X2を選択使用でき、多様な検査ニーズに適合できる効果が生じる。
なお、第1〜第3、および第5実施形態において、非接触給電機構6は電磁誘導によるものとしたが、これに限定されず静電結合や磁界共鳴などを用いた非接触給電機構であってもよい。本発明は、その他にも様々な応用や変形が可能である。
1、1A、1C、1X:はんだ印刷検査装置(基板用作業装置)
2:基台 21:基板搬送装置 22:制御部
3:ヘッド駆動機構
4、4A、4X:印刷検査ヘッド 41:負圧室 42:負圧発生部
43:連通路 45:保持フィンガ 46:枢支部 47:係合爪
51〜54、51A、52C:印刷検査ユニット
55、55C1、55C2、55X1、55X2:印刷検査カメラ
56、56C1、56C2、56X1、56X2:無線通信部(非接触伝送部)
57:被吸着面 59:係合孔
6:非接触給電機構 61:非接触給電用素子
62:高周波電源回路 65:非接触受電用素子 66:受電回路
7、7B:部品装着装置(基板用作業装置)
8、8B:部品装着ヘッド 81:負圧室 82:負圧発生部
83:連通路 85:ユニット連通路
91〜94、91B:部品装着ユニット 95:装着ノズル 96:ノズル連通路
97:ノズルセンサ 97S:発光部 97R:受光部 99:被吸着面
10:接触給電機構 11:電源回路
13:接触給電用端子 16:接触受電用端子
K:基板 M:基準マーカ

Claims (7)

  1. 基台上に位置決めされた基板に対向して所定作業を行うための電装品をそれぞれ有する複数の作業ユニットと、
    複数の前記作業ユニットの一つを自動で取り付けおよび取り外し可能に保持する作業ヘッドと、
    前記基板に平行する上方の水平面内で前記作業ヘッドを駆動するヘッド駆動機構と、
    前記作業ヘッドに保持された前記作業ユニットに対して、前記作業ヘッドから非接触方式で給電する非接触給電機構とを備え、
    前記作業ヘッドは、複数の前記作業ユニットの一つを負圧により吸着保持する2つの負圧室を底面に有し、
    前記非接触給電機構は、前記作業ヘッドの2つの前記負圧室の間に配設された非接触給電用素子と、前記作業ユニットに配設されて前記非接触給電用素子に対向配置される非接触受電用素子と、を含み、
    供給された部品を吸着して前記基板に装着する装着ノズル、ならびに、前記装着ノズルの状況、前記部品の吸着状況、および前記装着ノズルと前記基板との離隔状況の少なくとも一つを撮像するノズルカメラまたは前記少なくとも一つを確認するノズルセンサを前記電装品として有する部品装着ユニットを複数の前記作業ユニットに含み、
    前記非接触給電用素子は、前記装着ノズルに負圧および正圧を供給する2つのユニット連通路の間に配設され、
    前記非接触受電用素子は、前記装着ノズルに前記負圧および前記正圧を供給する2つノズル連通路の間に配設された基板用作業装置。
  2. 請求項1において、前記部品装着ユニットは、2つの前記負圧室の間に2つの前記ユニット連通路を有する基板用作業装置。
  3. 請求項1または2において、前記基板のはんだ印刷パターンを撮像する印刷検査カメラを前記電装品として有する印刷検査ユニット、あるいは、前記基板の部品装着状態を撮像する外観検査カメラを前記電装品として有する外観検査ユニットを複数の前記作業ユニットに含む基板用作業装置。
  4. 請求項3において、前記印刷検査ユニットまたは前記外観検査ユニットが前記作業ヘッドに保持された直後に、前記ヘッド駆動機構により前記印刷検査カメラまたは前記外観検査カメラを前記基台上の所定位置に設けられた基準マーカの上方に移動し、前記印刷検査カメラまたは前記外観検査カメラで前記基準マーカを撮像して位置較正を行う位置較正手段をさらに備えた基板用作業装置。
  5. 請求項3または4において、前記印刷検査ユニットは撮像性能が異なる複数種類の前記印刷検査カメラを有し、あるいは、前記外観検査ユニットは撮像性能が異なる複数種類の前記外観検査カメラを有する基板用作業装置。
  6. 請求項5において、複数種類の前記印刷検査カメラまたは複数種類の前記外観検査カメラの前記撮像性能の差異は、撮像範囲の差異および分解能の差異の少なくとも一方を含む基板用作業装置。
  7. 請求項1〜6のいずれか一項において、前記電装品は、前記基台に設けられた制御部との間で、前記所定作業を行うために必要な情報を非接触で伝送する非接触伝送部を有する基板用作業装置。
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