JP6163199B2 - 電子回路部品実装システム - Google Patents

Description

本発明は、電子回路部品（以下、特に必要がない限り部品と略称する。）を部品保持具により保持し、対象材保持装置により保持した実装対象材に実装する部品実装システムに関するものである。部品実装システムの中には、実装のために、吸着ノズル等の部品保持具が保持具昇降装置によって下降させられることにより、部品供給装置から供給される部品に当接させられ、あるいは部品保持具に保持された部品が実装対象材に当接させられるものがあるが、この種の部品実装システムにおいては、上記当接時に部品が破損することがある。本発明は、この部品の破損の検知および破損の防止に関するものである。

近年、電子回路の一層の小型化が求められるようになり、その要求に応えるために、例えば、下記特許文献１に記載されているように、複数層の回路基板の内部に部品を内蔵させた部品内蔵基板が製造されるようになった。この部品内蔵基板においては、全体を薄型化するために、回路基板ならび部品を薄くする努力が払われているが、薄型化はしても電気的特性は確保する必要があるため、素材としてウェハのように硬いものが使用されることが多い。また一層の小型化を図るために、抵抗，コンデンサ等の受動部品ばかりではなく、ＩＣ等の能動部品を薄型化する努力も行われており、薄い部品（それぞれを電子回路と称すべきもの）を積層した積層基板の製造も行われるようになっている。現在製造されている積層基板は、積層された基板同士をワイヤボンディングにより接続するものであるが、ＣＰＵとメモリとを積層し、その積層基板の内部においてスルーシリコンビア（ＴＳＶ）により接続する積層ＣＰＵの研究も進んでいる。

特開２０１１−１８７８３１号公報

しかし、硬くて薄い素材は脆く、部品保持具が部品に当接させられる際や、部品保持具に保持された部品が回路基板や他の部品等の実装対象材に当接させられる際に、部品が破損することがある。破損は一重の回路基板に部品が実装される平面実装基板の製造時にも起こり得、破損の検知技術や防止技術は有用であるが、部品内蔵基板や多層基板においては一層重要である。平面実装基板の製造時に部品が破損した場合には、その部品を他の部品と付け替える等のリペアが可能であるが、部品内蔵基板や多層基板においては殆どの場合リペアは不可能であり、しかも部品がＩＣ等の高価なものである場合が多く、損失が大きいため一層重要なのである。しかし、上記特許文献１をはじめ他の特許文献にも、部品実装システムを部品の破損を検知し得るものとすることは記載されていない。

一方、部品メーカからは、部品の破損を回避するために、実装に当たって部品に加えられる当接力の上限の推奨値が公表されているが、この推奨値に従って実装動作のパラメータを決定しておいても、なお破損する場合がある。部品メーカにおいて推奨値が決定される際の条件と、実際に実装対象材に実装される際の条件とが異なるためと推定される。また、実装システムの構造等の影響もあると推測され、実装システムの構造が異なれば、実装動作のパラメータを変更した方がよいと推測される。さらに、部品メーカにおいて当接力の推奨値が決定される際には一定の余裕が付加されるであろうが、部品ユーザにおいて動作パラメータが決定される場合にもある程度の余裕が付加されると推測され、結果として付加される余裕が過大となることが多く、その結果、電子回路の生産能率が必要以上に低く抑えられてしまうこととなる可能性もある。実装に当たって部品に加えられる当接力の上限を小さく抑えるためには、クッションとして機能する圧縮コイルスプリングのセット荷重や弾性係数を小さくする等の手段もあるが、最終的には部品保持具の下降速度を小さくすることが必要になるからである。

本発明は、以上の不都合を解消することを課題として為されたものである。

上記課題は、(a)電子回路部品を供給する部品供給装置と、(b)電子回路部品を実装すべき実装対象材を保持する対象材保持装置と、(c)電子回路部品を保持する部品保持具およびその部品保持具を昇降させる昇降装置を備え、部品保持具により部品供給装置から電子回路部品を受け取り、対象材保持装置に保持された実装対象材に実装する実装装置とを含む電子回路部品実装システムに、(d)昇降装置により部品保持具が下降させられることにより、その部品保持具が電子回路部品に当接させられる際と、その部品保持具に保持された電子回路部品が実装対象材に当接させられる際との少なくとも一方において、電子回路部品が破損したことを検知する破損検知装置を設け、その破損検知装置を、(A)部品保持具が電子回路部品に当接させられる際と、部品保持具に保持された電子回路部品が実装対象材に当接させられる際との少なくとも一方における部品保持具に対する反力を検出する反力検出部と、(B)その反力検出部により検出された反力の変化状態に基づいて電子回路部品の破損の有無を判定する破損判定部とを含むように構成することにより解決される。
上記課題はまた、上記(a)部品供給装置，(b)対象材保持装置，(c)実装装置および(d)破損検知装置を含む電子回路部品実装システムに、さらに、(e)対象材保持装置，電子回路部品および実装対象材の１組に対し、部品保持具に保持された電子回路部品を対象材保持装置に保持された実装対象材に当接させる動作を、その動作のパラメータである動作パラメータを予め定められた規則に従って変化させつつ繰り返し行わせ、破損検知装置により電子回路部品の破損が検知された場合の動作パラメータを破損時動作パラメータとして取得する破損時動作パラメータ取得部を設けることにより解決される。
上記課題はまた、上記(a)部品供給装置，(b)対象材保持装置，(c)実装装置および(d)破損検知装置を含む電子回路部品実装システムに、さらに、(e)部品供給装置と電子回路部品との１組に対し、部品保持具を部品供給装置に保持された電子回路部品に当接させる動作を、その動作のパラメータである動作パラメータを予め定められた規則に従って変化させつつ繰り返し行わせ、破損検知装置により電子回路部品の破損が検知された場合の動作パラメータを取得する破損時動作パラメータ取得部を設けることにより解決される。
上記動作パラメータを変化させる規則は、電子回路部品が破損し難い側から破損し易い側へ変化させるものであっても、逆の側へ変化させるものであってもよいが、前者の方が破損させられる電子回路部品を少なくできる点で望ましい。
破損時動作パラメータが得られれば、それに基づいて、破損が検知された場合と破損が検知されない場合との境界の動作パラメータである境界動作パラメータを取得することができる。この境界動作パラメータの取得も自動で行われるようにすることが望ましいが、不可欠ではなく、人によって行われるようにすることも可能である。

破損検知装置を備えた電子回路部品実装システムにおいては、実装作業中に部品が破損すればそれが直ちに検知される。したがって、部品内蔵基板や積層基板の製造中に破損が検知された場合は、その時点で直ちに実装作業を停止させることができる。従来は、部品内蔵基板や積層基板の完成後に電気的検査によりはじめて部品の破損が判明するに過ぎなかったため、破損が判明した時点では既にリペアが不可能であり、かつ、多数の部品が一体化されてしまっているため、損失が大きかった。それに対し、破損が直ちに検知されれば、可能である場合にはリペアを実施し、リペアが不可能である場合でもそれ以後の実装作業を中止することによって部品や時間の無駄を最小限に抑えることができる。この効果は部品内蔵基板や積層基板の製造時に特に大きいが、平面実装基板の製造時にもやはり有益である。
また、破損検知装置に加えて破損時動作パラメータ取得部を備えた電子回路部品実装システムによれば、実際の回路基板製造時と同じ条件で破損時動作パラメータを取得することができる。その破損時動作パラメータに基づけば破損が検知された場合と破損が検知されない場合との境界の動作パラメータである境界動作パラメータを取得することができ、それに適切な余裕を付加した適正動作パラメータで回路基板を能率良く製造することができる。その上、実際の回路基板製造中も破損検知装置を機能させておくこともでき、その場合には、万一破損が生じた場合にそれを検知できるため、上記余裕を比較的小さく設定することができ、一層能率良く回路基板の製造を行うことができる。

本発明の一実施形態である電子回路部品実装システムの主要部である電子回路部品実装機を示す平面図である。 上記電子回路部品実装機の実装ヘッドの一例を示す正面図である。 上記実装ヘッドの吸着ノズルおよびその周辺を示す図であり、(a)は一部断面正面図、(b)は(a)におけるＡ矢視図である。 上記電子回路部品実装システムにおける電子回路部品実装機の制御系を示すブロック図である。 第２リニアモータに対する反力の変化を示すグラフであり、実線は高周波制御が行われる場合を示し、二点鎖線は高周波制御ではない通常の制御が行われる場合を示す。 図５に示した高周波制御が行われる場合に前記制御系の反力検出部により検出された検出反力の一例を、要部を拡大して示す示すグラフであり、実線は非破損時の検出反力の変化を示し、二点鎖線は破損時の検出反力の変化を示すグラフである。 実装対象材への当接時に部品が破損する状態を概念的に示す図である。 前記制御系のコントローラにより実行される適正動作パラメータ決定ルーチンを示すフローチャートである。 前記電子回路部品実装機の実装ヘッドの別の一例を示す図３に相当する図である。 本発明のさらに別の実施形態における実装ヘッドの別の一例を示す正面図である。

以下、本発明の実施形態を、図を参照しつつ説明する。なお、本発明は、下記実施形態の他、当業者の知識に基づいて種々の変更を施した態様で実施することができる。

図１に電子回路部品実装システムの主要部である電子回路部品実装機１０を示す。以下それぞれ実装システム，実装機１０と略称する。実装機１０は、実装機本体１２と、その実装機本体１２に支持された部品供給装置としてのテープフィーダ１４およびトレイフィーダ１６とを含む。テープフィーダ１４は、それぞれ１種類ずつの部品を取り出し可能に保持した保持テープをリールから引き出して１ピッチずつ送り、所定の供給位置において供給するものであり、支持台１８にＸ軸方向に並べて設置される。トレイフィーダ１６は、トレイに部品を平面状に並べて位置決め支持するものであり、支持台２０にやはりＸ軸方向に並べて設置される。

実装機本体１２上には、さらに、回路基板，電子回路等の実装対象材２２をＸ軸方向に搬送する対象材コンベヤ２４と、その搬送された実装対象材２２を位置決めして保持する対象材保持装置２６と、テープフィーダ１４あるいはトレイフィーダ１６から部品を受け取り、対象材保持装置２６に保持された実装対象材２２に実装する実装装置２８とが設けられている。実装装置２８は、実装ヘッド３０およびそれをＸ軸およびＹ軸により規定される水平面内の任意の位置へ移動させ得るヘッド移動装置３２を備えている。ヘッド移動装置３２は、Ｘ軸駆動装置３４により実装機本体１２上をＸ軸軸方向に移動させられるＸスライド３６と、そのＸスライド３６上においてＹ軸駆動装置３８によりＹ軸方向に移動させられるＹスライド４０とを含んでおり、実装ヘッド３０はそのＹスライド４０に着脱可能とされている。

実装ヘッド３０の一例を図２に示す。実装ヘッド３０は、Ｙスライド４０に着脱されるヘッド本体５０を備え、そのヘッド本体５０が、回転昇降軸５２を、その回転昇降軸５２の軸線に平行な方向の昇降とその軸線まわりの回転とを許容する状態で保持する第１部５４と、第１リニアモータ５８を固定的に保持する第２部６０とを備えている。本実施形態においては、第１部５４と第２部６０とは互いに固定されている。回転昇降軸５２は下端部に部品保持具としての吸着ノズル６２を保持している。回転昇降軸５２は、図３(a)に拡大して示すように、昇降軸本体６６およびそれに着脱可能なノズル保持部６８を備えており、ノズル保持部６８は吸着ノズル６２を軸方向に相対移動可能かつ相対回転不能に保持して昇降軸本体６６に着脱される。ノズル保持部６８は昇降軸本体６６に装着された後は回転昇降軸５２の一部として機能する。

昇降軸本体６６は、下端部に断面形状が円形の嵌合穴７０を備え、ノズル保持部６８は円筒状のノズル保持部材７４を備え、そのノズル保持部材７４が外周面において嵌合穴７０に相対回転可能かつ軸方向に相対移動可能に嵌合される一方、内周面において吸着ノズル６２の軸部７６と軸方向に相対移動可能に嵌合されている。ノズル保持部材７４にはそれを直径方向に貫通するピン７８が固定されている。ピン７８は中央部において、吸着ノズル６２の軸部７６にそれの軸方向に長く形成された長穴８０を摺動可能に貫通する一方、両端部がノズル保持部材７４の外周面から突出し、昇降軸本体６６の下端部に形成された２つの切欠８２を摺動可能に貫通して、昇降軸本体６６の外周面から突出している。各切欠８２は、図３(b)に示すように、昇降軸本体６６の下端面から上向きに延びた後、直角に曲がって周方向に延び、さらにその先端から下方へ短く垂下した形状を有し、ノズル保持部材７４が嵌合穴７０の下端開口から昇降軸本体６６に嵌合され、一定角度回転させられた後、下降させられるのに伴って、ピン７８の両端部が切欠８２と係合し、最終的には、切欠８２の短く垂下したピン受け部８４に受けられる。この状態では、ピン７８が昇降軸本体６６，ノズル保持部材７４および吸着ノズル６２の軸部７６を貫通して、それら三者の相対回転を防止する状態となる。したがって、回転昇降軸５２が回転させられれば、吸着ノズル６２も共に回転させられる。

昇降軸本体６６の中心部に負圧通路９０が形成され、嵌合穴７０と連通している。吸着ノズル６２の軸部７６がノズル保持部材７４を貫通させられた後、圧縮コイルスプリング９２が嵌合されるとともに、軸部７６の上端にはフランジ部材９４が固着されている。上記のように、ノズル保持部材７４が嵌合穴７０に嵌合され、ピン７８がピン受け部８４に受けられた状態では、フランジ部材９４が、嵌合穴７０と負圧通路９０との境界に形成された段付面９６から離間する一方、吸着ノズル６２の段付面９８がノズル保持部材７４の下端面１００に押付けられた状態に保たれる。この下端面１００が、吸着ノズル６２の昇降軸本体６６に対する相対的な上昇限度を規定するストッパを構成しているのである。上記のように、負圧通路９０が嵌合穴７０と連通しているため、負圧通路９０に負圧が供給されれば、吸着ノズル６２およびノズル保持部材７４にそれらを上方に引き上げる力が作用するが、この力に基づくピン７８のピン受け部８４からの浮き上がりを防止するために、ロック機構が設けられている。昇降軸本体６６の外周面にロックスリーブ１０２が摺動可能に嵌合され、圧縮コイルスプリング１０４により下方に付勢されてピン７８をピン受け部８４に押し付けているのである。回転昇降軸５２内の負圧通路９０は吸着ノズル６２内の負圧通路１０６に連通している。吸着ノズル６２は、図３(a)に示すように、軸方向の中間部に大径部１１０を備えるとともに、その大径部１１０から前記軸部７６とは反対向きに延び出す小径部１１２を備え、その小径部１１２にノズルスリーブ１１４が摺動可能に嵌合されている。ノズルスリーブ１１４は圧縮コイルスプリング１１６によって吸着ノズル６２の基端側へ付勢され、常には段付面１１８に当接させられている。

図２に示すように、前記第１リニアモータ５８は、第１昇降部材としての回転昇降軸５２と第２昇降駆動装置としての第２リニアモータ１２０とを共に昇降させる第１昇降駆動装置として機能する。そのために、第１リニアモータ５８には第２昇降部材としての昇降駆動部材１２２が取り付けられている。昇降駆動部材１２２は、ヘッド本体５０の第１部５４の外側を、回転昇降軸５２に沿って上下方向に延びており、中間部に第１係合部１２４を有し、下端部に第２リニアモータ１２０を保持している。その第２リニアモータ１２０が第２係合部１２６(水平軸線まわりに回転可能なローラにより構成されている）を有している。第１係合部１２４は回転昇降軸５２の上端近傍に設けられたフランジ１２８に、第２係合部１２６はノズルスリーブ１１４のフランジ１３０に、それぞれ回転昇降軸５２および吸着ノズル６２の回転を許容する状態で係合している。ヘッド本体５０の第２部６０にはガイド１３２が取り付けられ、昇降駆動部材１２２を案内している。

回転昇降軸５２のフランジ１２８の上方にはギヤ１４０が設けられ、ヘッド本体５０に取り付けられた回転駆動源たる電動モータ１４２の回転軸に固定のギヤ１４４と噛み合わされている。ギヤ１４０，１４４は回転昇降軸５２の昇降を許容するとともに、電動モータ１４２の回転を回転昇降軸５２に伝達する。電動モータ１４２，ギヤ１４０，１４４によって回転昇降軸５２の回転駆動装置が構成されているのであり、回転昇降軸５２の回転はピン受け部８４とピン７８との係合によりノズル保持部材７４に伝達されるとともに、ピン７８と長穴８０との係合により吸着ノズル６２に伝達される。

以上のように構成された実装ヘッド３０は、前記ヘッド移動装置３２により、Ｘ−Ｙ平面に沿って前記テープフィーダ１４あるいはトレイフィーダ１６の上方と、前記対象材保持装置２６の上方とへ移動させられるとともに、前記第１リニアモータ５８が昇降駆動部材１２２を下降させ、回転昇降軸５２と第２リニアモータ１２０とを下降させる。また、第２リニアモータ１２０がノズルスリーブ１１４および圧縮コイルスプリング１１６を介して吸着ノズル６２を回転昇降軸５２に対して相対的に下降させる。さらに、それと並行して図示を省略する負圧制御弁により負圧通路９０の負圧が制御され、吸着ノズル６２による部品１４６の保持および解放が制御される。また、必要に応じて電動モータ１４２が作動させられて、吸着ノズル６２に保持された部品の回転姿勢が修正ないし変更される。以上の作動における第１リニアモータ５８，負圧制御弁，電動モータ１４２等の制御は通常の実装ヘッドと同様であるため説明を省略し、以下、特殊である第２リニアモータ１２０の制御を説明する。

第２リニアモータ１２０は、図４に示す制御系１５０によって制御される。制御系１５０は、実装ヘッド３０を含む実装装置２８全体を制御するコントローラ１５２の一部と、駆動回路１５４と、第２リニアモータ１２０に付属するエンコーダ１５６とにより構成されている。コントローラ１５２は第２リニアモータ１２０の位置を指令し、駆動回路１５４はこの指令された位置とエンコーダ１５６の示す位置とを一致させるために必要な電流を第２リニアモータ１２０に供給する。その際、第２リニアモータ１２０が受ける反力は、当初は圧縮コイルスプリング９２の弾性力であるが、吸着ノズル６２が部品供給装置に保持された部品１４６に当接し、あるいは吸着ノズル６２に保持された部品１４６が対象材保持装置２６に保持された実装対象材２２に当接して圧縮コイルスプリング１１６が圧縮されるようになった後は、圧縮コイルスプリング１１６の弾性力を受けるようになる。すなわち、圧縮コイルスプリング１１６のセット荷重が圧縮コイルスプリング９２の弾性力よりは大きくされており、上記当接が発生するまではノズルスリーブ１１４が吸着ノズル６２と一体的に下降し、当接後に圧縮コイルスプリング１１６が弾性変形を開始して当接力を緩和するようにされているのである。この圧縮コイルスプリング１１６のセット荷重は、それ単独では部品１４６を破損させることがなく、かつ、部品１４６の実装対象材２２への押付力が不足することがない大きさとされているが、当接時には、さらに吸着ノズル６２とノズルスリーブ１１４との間の摩擦力とともに、吸着ノズル６２の慣性力が付加的に作用し、この慣性力が過大であると脆弱な部品１４６を破損する恐れがある。換言すれば、第２リニアモータ１２０による吸着ノズル６２の下降速度が十分に低ければ、圧縮コイルスプリング１１６のセット荷重により部品１４６が破損させられることはないが、実装能率を向上させるために吸着ノズル６２の下降速度が高められると、上記当接時における吸着ノズル６２の慣性力が増し、部品１４６を破損させる恐れがあるのである。

破損は一重の回路基板に部品１４６が実装される平面実装基板の製造時にも起こり得るが、特に、製造されるのが部品内蔵基板や積層基板である場合には、部品１４６が抵抗やコンデンサのような受動部品である場合も、ＩＣのような能動部品である場合も薄形とされ、かつ、電気的性能確保のために脆性材料製とされることが多く、破損し易い。なお、部品内蔵基板や積層基板の製造時には、基板が基板上に実装されることとなるため、実装対象材２２と言い、部品１４６と言っても、後者が吸着ノズル６２により保持されて前者上に実装されるということであって、部品１４６と実装対象材２２との間に実質的な違いがない場合が多い。

本実装ヘッド３０は、上記のように薄形で脆性材料製の部品１４６であっても、破損を回避しつつ、しかも能率良く実装作業を行うために工夫されたものである。すなわち、吸着ノズル６２を下降させる際、まず第１リニアモータ５８が作動させられ、昇降駆動部材１２２を下降させて回転昇降軸５２と第２リニアモータ１２０とを下降させる。第１リニアモータ５８は、主として吸着ノズル６２の昇降距離が大きい場合にその要求を満たすために作動させられるものであり、少なくとも部品１４６の吸着ノズル６２あるいは実装対象材２２との当接前には、第１リニアモータ５８の作動が停止させられ、第２リニアモータ１２０の作動により吸着ノズル６２が圧縮コイルスプリング９２の付勢力に抗してストッパたる下端面１００から設定距離離間させられる。図５における巡航期間がこの状態で吸着ノズル６２が下降させられる期間である。

やがて、吸着ノズル６２が部品供給装置に支持された部品１４６に当接し、あるいは吸着ノズル６２に保持された部品１４６が対象材保持装置２６に支持された実装対象材２２に当接する。仮に、第２リニアモータ１２０および制御系１５０が設けられておらず、従来の実装ヘッドにおけるようにクッションとして機能する圧縮コイルスプリング１１６が設けられているのみとすれば、上記当接時に当接力、すなわち吸着ノズル６２に対する反力が急増し、部品１４６が破損する可能性があり、また、制御系１５０の制御が不十分である場合には、第２リニアモータ１２０への反力が図５に二点鎖線で例示するように大きく変動し、やはり部品１４６が破損する可能性があるのであるが、本実施形態においては、駆動回路１５４をはじめとする制御系１５０が高周波制御の可能な系、すなわち、上記当接に起因して反力が急増し、当接力が許容当接力を超えて過大となるまでの間に少なくとも２サイクルの制御サイクルが実行可能である高周波制御系とされており、かつ、駆動回路１５４に反力検出部１５８が設けられていて、上記当接に起因して反力検出部１５８の検出反力が急増しはじめるやいなや、制御系１５０は反力を目標反力に制御するために第２リニアモータ１２０への供給電流の制御を開始する。その結果、反力の変動が実線で示すように小さく抑制されるのであり、上記当接時における当接力が部品１４６を破損させることのない大きさに抑制される。制御系１５０の上記のような電流制御を行う部分が当接衝撃緩和部を構成しているのである。

上記反力検出部１５８の主体部として、例えば、吸着ノズル６２と第２リニアモータ１２０との間に設けたロードセルを採用することが可能であり、本実施形態においては、図２に示すように、第２係合部１２６と第２リニアモータ１２０との間に設けられたロードセル１５９が採用されている。駆動回路１５４には、上記反力検出部１５８と共に破損検知装置としての破損検知部１６０が設けられている。反力検出部１５８により検出される検出反力は、上記のように、吸着ノズル６２の部品１４６への当接、あるいは吸着ノズル６２に保持された部品１４６の実装対象材２２への当接に起因して第２リニアモータ１２０に対する反力が急増するのに応じて急増するのであるが、この急増部を、拡大するとともに、時間軸である横軸を反力軸である縦軸より大きく引き延ばして示せば図６のようになり、やがて目標反力に制御されるのであるが、もしその途中で図７に例示するように部品１４６が破損すれば、図６に二点鎖線で例示するように検出反力が急減する。本実施形態においては、破損検知部１６０がこの検出反力の急減を検知することにより部品１４６の破損を検知するものとされている。検出反力の急減量が設定値より大きくなった場合に、反力の急減が検知されるようになっているのである。なお、図６において、○印で示すのが駆動電流の制御時点を示し、×印で示すのが部品１４６の破損時点を示している。また、図７において符号１６６はクリーム状はんだを示す。

上記反力の「急減量」の取得は、図６に縦軸に平行な複数の細線で示す反力の検出時点の互いに隣接する２時点における検出反力の差（図６にΔＦ₁で示す）を求めることによって行うことや、急減が発生するまでの検出反力の増加傾向に基づいて予測される次時点における予想反力と実際に検出された同時点における検出反力との差（図６にΔＦ₂で示す）を求めることによって行うことができる。前者により取得される急減量が設定値以上の場合に破損が発生したと判定する判定部は、「反力検出部により検出された反力が増加中に設定量以上急減した場合に部品１４６が破損したと判定する反力急減量依拠判定部」の一種と考えることができ、後者により取得された急減量が設定値以上の場合に破損が発生したと判定する判定部は、「反力検出部により検出された反力の変化状態が、予め設定された設定変化状態に対して設定状態以上異なった場合に、部品が破損したと判定する反力変化状態依拠判定部」の一種と考えることができる。なお、上記「急減が発生するまでの検出反力の増加傾向」は、実際に破損が発生した実装時における破損発生前の２時点以上の反力に基づいて取得された増加勾配でも、破損が発生しなかった過去複数回の実装時における検出反力の増加勾配の平均値でもよい。

前記コントローラ１５２には、上記破損検知部１６０により部品の破損が検知された場合にその事実を報知する破損報知部１６２と、実装機１０の実装動作を停止させる実装動作停止部１６４とが設けられている。破損報知部１６２は、図示を省略するディスプレイに破損が生じた旨の表示を行わせる部分である。実装動作停止部１６４は、ヘッド移動装置３２，第１リニアモータ５８，第２リニアモータ１２０等、実装動作を行う部分の作動を停止させるものであり、コントローラ１５２，ディスプレイ等の作動は停止させられない。実装動作を行う部分の作動が停止させられれば、オペレータはなんらかの異常が発生したことを知ることができるため、実装動作停止部１６４を破損報知部として利用することも可能であるが、実装装置２８の異常は部品１４６の破損以外にも種々あるため、作動停止と共にその原因が部品１４６の破損にあることが報知されることが望ましい。

コントローラ１５２には、さらに、反力検出部１５８および破損検知部１６０を利用して、吸着ノズル６２の部品１４６への当接時、あるいは吸着ノズル６２に保持された部品１４６の実装対象材２２への当接時における適正動作パラメータを決定するための適正動作パラメータ決定部１６８が設けられている。この適正動作パラメータ決定部１６８は、各種類の部品供給装置（本実施形態においてはテープフィーダ１４およびトレイフィーダ１６）と各種類の部品１４６との組合せ、ならびに各種類の対象材保持装置２６および実装対象材２２と各種類の部品１４６との組合せについて、図８のフローチャートで表される適正動作パラメータ決定ルーチンの実行により適正動作パラメータを決定する。なお、上記実装対象材２２には、それにクリーム状はんだ１６６や接着剤が塗布されている場合には、それら塗布物も含まれるものとする。塗布物も部品１４６の破損に影響を与えるからである。

適正動作パラメータ決定ルーチンの実行時にはまず、Ｓ１において、適正動作パラメータを決定すべき上記組合せのいずれかが入力され、Ｓ２において、その組合せに含まれる部品１４６についての予想適正当接力Ｆ₀が入力される。この予想適正当接力Ｆ₀としては、実装システムのユーザにおける過去の経験等に基づいて予想される値が使用されるが、それがない場合には部品メーカにより推奨されている推奨当接力の値が使用される。続いて、Ｓ３において予想適正動作パラメータの一種として、吸着ノズル６２の予想適正下降速度Ｖ₀が決定される。当接力は一般に吸着ノズル６２の下降速度が小さいほど小さくなるものであるため、本実施形態においては、Ｓ２において入力された予想適正当接力Ｆ₀が小さいほど予想適正下降速度Ｖ₀が小さい値に決定される。例えば、式Ｖ₀＝ａ・Ｆ₀によって演算されるのである。ここにおいて、ａは比例係数であるが、部品１４６が同じであっても、それを保持している部品供給装置の支持面や、部品１４６が当接させられる実装対象材２２自体の剛性やそれを保持している対象材保持装置２６の支持面の剛性が高いほど小さい下降速度で大きな当接力が発生するため、比例定数ａはそれら剛性に応じて変えられることが望ましい。部品供給装置や対象材保持装置２６は小さいながらも弾性変形能力を有しており、また、実装対象材２２は相当な変形能力(弾性，塑性の少なくとも一方の変形能力）を有していることが多い（クリーム状はんだ１６６や接着剤が塗布されている場合は特に）ため、それら弾性，塑性の変形能力が当接力を低減させるクッションの機能を果たすからである。

続いて、Ｓ４において式Ｖ_i＝ｂ×Ｖ₀により当初下降速度Ｖ_iが演算される。ここにおいて、ｂは１より小さい正数に予め定められている係数であり、例えば、当初下降速度Ｖ_iを予想適正下降速度Ｖ₀の１／２としたい場合は０．５に定められる。次に、Ｓ５において、式ΔＶ＝（Ｖ₀−Ｖ_i）／ｓにより、下降速度増分ΔＶが演算される。符号ｓは、当初下降速度Ｖ_iから予想適正下降速度Ｖ₀まで段階的に下降速度Ｖを増加させる際の段階数を表し、予め定められている。Ｓ６において正整数Ｎが１に初期化された後、Ｓ７において１回の試行が行われる。Ｓ１において入力された組合せにテープフィーダ１４またはトレイフィーダ１６が含まれている場合は、それらに支持された部品１４６に吸着ノズル６２を当接させることが、また、上記組合せに実装対象材２２が含まれている場合は、吸着ノズル６２に保持させた部品１４６を対象材保持装置２６に保持された実装対象材２２に当接させることが、それぞれの時点における下降速度Ｖで（最初はＳ4において決定された当初下降速度Ｖ_iで）１回実行されるのである。その試行後にＳ８において破損が検知されたか否かが判定されるが、当初下降速度Ｖ_iは十分小さい値に設定されているため部品１４６が破損することはなく、判定はＮＯであって、Ｓ９において下降速度ＶがΔＶだけ増加させられ、再びＳ７が実行される。以後、Ｓ７〜Ｓ９が繰り返し実行され、やがてＳ８の判定がＹＥＳとなれば、Ｓ１０においてその時点における下降速度が破損検知時動作パラメータの一種たる破損検知時下降速度Ｖ_bとして、破損検知時下降速度メモリに記憶される。この破損検知時下降速度Ｖ_bは、破損検知装置により部品１４６の破損が検知された場合と破損が検知されない場合との境界の動作パラメータとしての境界下降速度の一種であるが、この破損検知時下降速度Ｖ_bとその直前の破損が検知されなかった場合の下降速度との中間値を境界下降速度とすることも可能である。

上記Ｓ１０において破損検知時下降速度メモリに記憶された１つの破損検知時下降速度Ｖ_bに基づいて適正下降速度が決定されるようにすることも可能であるが、本実施形態においては、確実を期すために、Ｓ７ないしＳ９がＮ₀回実行される。Ｓ１１において正整数Ｎが１増加させられ、Ｓ１３において下降速度Ｖが初期下降速度Ｖ_iに戻されて、正整数ＮがＮ₀に達してＳ１２の判定がＹＥＳになるまで、Ｓ７ないしＳ１３が繰り返し実行されるのである。その結果、Ｓ１２の判定がＹＥＳになったときにはＮ₀個の破損検知時下降速度Ｖ_bが破損検知時下降速度メモリに記憶されており、Ｓ１４においてこれらＮ₀涸の破損検知時下降速度に基づいて適正下降速度が決定される。この決定は種々の方法で行うことが可能であるが、本実施形態においては、Ｎ₀涸の破損検知時下降速度Ｖ_bの平均値を安全率ｃで割ることにより適正下降速度が決定される。

上記安全率ｃは勿論１より大きい値であるが、Ｎ₀涸の破損検知時下降速度Ｖ_bのばらつきが大きいほど大きい値に設定されることが望ましい。
また、上記適正下降速度が、上記Ｎ₀涸の破損検知時下降速度Ｖ_bのいずれよりも小さい値に決定されるようにすることも、最も小さい破損検知時下降速度Ｖ_bよりは大きい値に決定されるようにすることも可能である。前者の場合には、後に実際の電子回路の生産中に部品１４６の破損が生じることを良好に回避し得る反面、生産能率が過剰に低下させられてしまう可能性があり、後者の場合は、逆に生産能率の過剰な低下は回避し得る反面、実際の電子回路の生産中に部品１４６の破損が生じる可能性がある。部品１４６が破損した場合の損失の大きさ等に基づき、実際上いずれが望ましいかを考慮して、正整数Ｎ₀（破損検知時下降速度Ｖ_bの取得数）および安全率ｃが決定されるべきである。

以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、第１リニアモータ５８，第２リニアモータ１２０，昇降駆動部材１２２等により、部品保持具たる吸着ノズル６２を昇降させる昇降装置が構成されており、適正動作パラメータ決定ルーチンのＳ７ないしＳ１０を実行する部分、あるいはＳ６ないしＳ１３を実行する部分により、境界動作パラメータとしての境界下降速度を取得する境界下降速度取得部が構成されている。また、Ｓ１４を実行する部分により、境界下降速度取得部により取得された境界下降速度に基づいて適正動作パラメータの一種である適正下降速度を決定する適正下降速度決定部が構成されている。

上記実施形態においては、第２リニアモータ１２０と吸着ノズル６２との間に圧縮コイルスプリング１１６が設けられ、その圧縮コイルスプリング１１６のセット荷重と弾性係数とが適正な大きさとされることにより、第２リニアモータ１２０による吸着ノズル６２の下降速度が適正に設定されれば、部品１４６の破損を防止し得るようにされてたが、図９に例示するように、第２リニアモータ１２０と吸着ノズル６２との間の圧縮コイルスプリングを省略することも可能である。その場合は、第２リニアモータ１２０の第２係合部１２６は吸着ノズル６２に直接、例えば吸着ノズル６２の一部としてのフランジ１３０に係合させられる。

本実施形態においては、部品供給装置に支持された部品１４６への吸着ノズル６２の当接、あるいは吸着ノズル６２に保持された部品１４６の対象材保持装置２６に支持された実装対象材２２への当接が検出されるやいなや、吸着ノズル６２の下降制御から上昇制御への転換が行われる。そして、吸着ノズル６２の下降速度が種々に変更されつつ上記当接が繰り返し試行され、部品１４６の破損が検知された場合と検知されない場合との境界の下降速度である境界下降速度が取得される。本実施形態にいても吸着ノズル６２の下降速度が、部品１４６の破損を回避しつつ能率良く回路基板の製造を行うために制御されるべき動作パラメータとされるのである。
ただし、上記当接が検出されるためには、吸着ノズル６２に対する反力の増分が設定増分を超えたことが検出されることが必要であり、この設定増分は動作パラメータの一種と考えることもでき、そのように考えれば、本実施形態においては吸着ノズル６２の適正下降速度と反力の設定増分との２つが適正動作パラメータであることになる。

以上説明した実施形態においては、第２リニアモータ１２０への反力を検出するためにロードセル１５９が用いられていたが、第２リニアモータ１２０の作動をコントローラ１５２からの指示に従わせる制御が駆動回路１５４により行われている場合に、第２リニアモータ１２０への反力が増大すれば、第２リニアモータ１２０の駆動電流が増大させられるため、この駆動電流に基づいて第２リニアモータ１２０への反力が検出されるようにすることも可能である。そして、この駆動電流の増減は駆動回路１５４によって行われ、その駆動電流の増加も駆動回路１５４自体において検出されるようにすることが可能であるため、第２リニアモータ１２０への反力の急増に基づく部品１４６の吸着ノズル６２あるいは実装対象材２２との当接を遅れ少なく検出し、第２リニアモータ１２０による当接力の制御も遅れ少なく行うことができる利点がある。
本実施形態においては、第２リニアモータ１２０の駆動電流が、部品１４６の破損を回避しつつ能率良く回路基板の製造を行うために制御されるべき動作パラメータの少なくとも１つであり、当接を検出し、吸着ノズル６２の下降制御から上昇制御へ転換すべき駆動電流である適正駆動電流が適正動作パラメータであることとなる。

また、以上説明した実施形態においては、実装ヘッド３０が部品保持具たる吸着ノズル６２を１個備え、ヘッド本体５０の第１部５４と第２部６０とが互いに固定されていたが、吸着ノズル６２を複数個備え、第１部と第２部とが相対移動可能な実装ヘッドとすることも可能である。例えば、実装ヘッド１７８を図１０に示すように、ヘッド本体１８０を、互いに相対移動可能な２部分、すなわち、一軸線まわりに回転可能な第１部たるロータ１８２と、そのロータ１８２を回転可能に保持する第２部たるＹスライド１８４とから成るものとするのである。
回転昇降軸５２はロータ１８２の回転軸線を中心とする一円周上の等角度間隔の複数の位置、図示の例では６つの位置に、それぞれ回転軸線に平行な方向に摺動可能かつ自転可能に設けられている。ロータ１８２はロータ回転駆動モータ１９０により回転させられる。また、ロータ１８２の外周面には、一体のギヤ１９２，１９４がロータ１８２に対して相対回転可能に嵌合されており、ピニオン１９６を介してノズル回転駆動モータ１９８により回転させられ、複数のピニオン２００を介して複数組の回転昇降軸５２および吸着ノズル６２を一斉に回転させる。

上記複数の回転昇降軸５２のうち、ロータ１８２の回転により部品受取・実装位置へ旋回させられたものは、第１昇降駆動装置２０２によって昇降させられる。本実施形態においては、第１昇降駆動装置２０２が、回転モータである昇降駆動モータ２０４と送りねじ２０６とナット２０８とにより構成されている。また、回転昇降軸５２は圧縮コイルスプリング２１０によって上方へ付勢されており、回転昇降軸５２の下端近傍に取り付けられたスナップリング２１２がロータ１８２の下面に当接することにより上昇限度位置に保たれている。したがって、昇降駆動部材２１４の第１係合部１２４は、回転昇降軸５２の上端面に係合して回転昇降軸５２を圧縮コイルスプリング２１０の付勢力に抗して下降させる。なお、昇降駆動部材２１４はガイドロッド２１８とガイド２２０とにより昇降を案内される。

本実施形態においても、回転昇降軸５２と第２リニアモータ１２０とが共に第１昇降駆動装置２０２により昇降させられ、さらに第２昇降駆動装置としての第２リニアモータ１２０が回転昇降軸５２に対して吸着ノズル６２を昇降させ、吸着ノズル６２の部品１４６への当接時、および吸着ノズル６２に保持された部品１４６の実装対象材２２への当接時における当接衝撃が緩和される。また、第１係合部１２４と第２係合部１２６とは回転昇降軸５２および吸着ノズル６２にそれらの回転を許容する状態で係合する点は前記実施形態と同じであるが、本実施形態においてはさらに、ロータ１８２の回転に伴う回転昇降軸５２および吸着ノズル６２の昇降方向と直交する方向の係合，離脱を許容する。
本実施形態においても、第２リニアモータ１２０の制御や、部品１４６の破損検知や、吸着ノズル６２の適性下降速度ならびに吸着ノズル６２の下降制御から上昇制御への転換時期を決める反力の設定増分の決定等が前記実施形態におけるのと同様に行われる。
ただし、図１０に示す実装ヘッド１７８において、吸着ノズル６２およびその周辺を前記図３に示した構成とし、部品１４６の破損を回避しつつ能率良く回路基板の製造を行うために制御されるべき適正動作パラメータの決定が図８に示す適正動作パラメータ決定ルーチンの実行により行われるようにすることも可能である。

１０：電子回路部品実装機（実装機） １４：テープフィーダ １６：トレイフィーダ ２２：実装対象材 ２６：対象材保持装置 ２８：実装装置 ３０：実装ヘッド ５０：ヘッド本体 ５２：回転昇降軸 ５８：第１リニアモータ ６２：吸着ノズル ６８：ノズル保持部 ７４：ノズル保持部材 １２０：第２リニアモータ １５０：制御系 １５２：コントローラ １５４：駆動回路 １５６：エンコーダ １５８：反力検出部 １６０：破損検知部 １６２：破損報知部 １６４：実装動作停止部 １６８：適正動作パラメータ決定部

Claims (8)

1. 電子回路部品を供給する部品供給装置と、
   電子回路部品を実装すべき実装対象材を保持する対象材保持装置と、
   電子回路部品を保持する部品保持具およびその部品保持具を昇降させる昇降装置を備え、前記部品保持具により前記部品供給装置から電子回路部品を受け取り、前記対象材保持装置に保持された実装対象材に実装する実装装置と
   を含む電子回路部品実装システムであって、
   前記昇降装置により前記部品保持具が下降させられることにより、その部品保持具が電子回路部品に当接させられる際と、その部品保持具に保持された電子回路部品が前記実装対象材に当接させられる際との少なくとも一方において、電子回路部品が破損したことを検知する破損検知装置を含み、
   その破損検知装置が、
   前記部品保持具が電子回路部品に当接させられる際と、前記部品保持具に保持された電子回路部品が実装対象材に当接させられる際との少なくとも一方における部品保持具に対する反力を検出する反力検出部と、
   その反力検出部により検出された反力の変化状態に基づいて電子回路部品の破損の有無を判定する破損判定部と
   を含むことを特徴とする電子回路部品実装システム。
2. 前記反力検出部が、前記昇降装置の駆動源の電流を、前記部品保持具に対する反力に対応する量として検出する駆動源電流検出部を有する請求項１に記載の電子回路部品実装システム。
3. 前記反力検出部が、前記昇降装置の駆動源と前記部品保持具との間に設けられ、部品保持具から駆動源に加えられる反力を検出する反力センサを有する請求項１又は２に記載の電子回路部品実装システム。
4. 前記破損判定部が、前記反力検出部により検出された反力の変化状態が、予め設定された設定変化状態に対して設定状態以上異なった場合に、電子回路部品が破損したと判定する反力変化状態依拠判定部を有する請求項１ないし３のいずれかに記載の電子回路部品実装システム。
5. 前記反力変化状態依拠判定部が、反力検出部により検出された反力が増加中に設定量以上急減した場合に電子回路部品が破損したと判定する反力急減依拠判定部を有する請求項４に記載の電子回路部品実装システム。
6. 電子回路部品を供給する部品供給装置と、
   電子回路部品を実装すべき実装対象材を保持する対象材保持装置と、
   電子回路部品を保持する部品保持具およびその部品保持具を昇降させる昇降装置を備え、前記部品保持具により前記部品供給装置から電子回路部品を受け取り、前記対象材保持装置に保持された実装対象材に実装する実装装置と
   を含む電子回路部品実装システムであって、
   前記昇降装置により前記部品保持具が下降させられることにより、その部品保持具が電子回路部品に当接させられる際と、その部品保持具に保持された電子回路部品が前記実装対象材に当接させられる際との少なくとも一方において、電子回路部品が破損したことを検知する破損検知装置を含み、
   さらに、前記対象材保持装置，電子回路部品および実装対象材の１組に対し、前記部品保持具に保持された電子回路部品を前記対象材保持装置に保持された実装対象材に当接させる動作を、その動作のパラメータである動作パラメータを予め定められた規則に従って変化させつつ繰り返し行わせ、破損検知装置により電子回路部品の破損が検知された場合の動作パラメータを取得する破損時動作パラメータ取得部を含むことを特徴とする電子回路部品実装システム。
7. 電子回路部品を供給する部品供給装置と、
   電子回路部品を実装すべき実装対象材を保持する対象材保持装置と、
   電子回路部品を保持する部品保持具およびその部品保持具を昇降させる昇降装置を備え、前記部品保持具により前記部品供給装置から電子回路部品を受け取り、前記対象材保持装置に保持された実装対象材に実装する実装装置と
   を含む電子回路部品実装システムであって、
   前記昇降装置により前記部品保持具が下降させられることにより、その部品保持具が電子回路部品に当接させられる際と、その部品保持具に保持された電子回路部品が前記実装対象材に当接させられる際との少なくとも一方において、電子回路部品が破損したことを検知する破損検知装置を含み、
   さらに、前記部品供給装置と電子回路部品との１組に対し、前記部品保持具を前記部品供給装置に保持された電子回路部品に当接させる動作を、その動作のパラメータである動作パラメータを予め定められた規則に従って変化させつつ繰り返し行わせ、前記破損検知装置により電子回路部品の破損が検知された場合の動作パラメータを取得する破損時動作パラメータ取得部を含むことを特徴とする電子回路部品実装システム。
8. さらに、
   前記破損検知装置により電子回路部品の破損が検知されたことを報知する破損報知部と、
   前記破損検知装置により電子回路部品の破損が検知された場合に、当該電子回路部品実装システムによる電子回路部品の実装動作を停止させる実装動作停止部と
   の少なくとも一方を含む請求項１ないし７のいずれかに記載の電子回路部品実装システム。

Images