JP6227120B2 - ロータリヘッドおよび部品装着装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロータリヘッドおよび部品装着装置に関する。

従来より、吸着した部品を基板に装着する部品装着装置をクリーンルームに設置することにより、部品や基板への塵や埃の付着を防止することが行われている。また、部品装着装置の作動によっても塵や埃が発生するため、それらの対策も行われている。例えば、特許文献１の部品装着装置では、基板の上面に沿ってエアを吹き出すエアカーテンを設けることで、基板に向かって落下する塵や埃が基板に付着するのを防止している。

特開２００８−１４７３８６号公報

ところで、このような部品装着装置としては、部品を吸着する吸着ノズルが周方向に複数配置されたロータリヘッドを備え、部品の吸着位置上や部品の装着位置上に各吸着ノズルが順次移動するようロータリヘッドを間欠回転させるものがある。このロータリヘッドの間欠回転により複数の吸着ノズルが回転移動すると、複数の吸着ノズルよりも内周側の圧力が低下して上昇気流が生じる場合がある。その場合、ロータリヘッドが部品装着装置内の塵や埃を巻き上げることがあり、巻き上げられた塵や埃が、装置の各部に飛散して、部品や基板に付着するおそれがある。

本発明のロータリヘッドおよび部品装着装置は、ロータリヘッドの回転により塵や埃を巻き上げるのを抑制することを主目的とする。

本発明のロータリヘッドは、
先端で部品を吸着する吸着ノズルが周方向に複数配置された回転体を備え、前記回転体の回転により前記複数の吸着ノズルを回転移動させるロータリヘッドであって、
前記回転体の下面に、壁面が前記回転体の回転軸の軸方向に沿った壁部が設けられ、
前記壁部は、前記回転移動に伴う前記複数の吸着ノズルよりも内周側の圧力低下を抑制するよう該複数の吸着ノズルの内周側の近傍に設けられる
ことを要旨とする。

この本発明のロータリヘッドは、回転体の回転に伴う複数の吸着ノズルの内周側の圧力低下を抑制するよう複数の吸着ノズルの内周側の近傍に壁部が設けられている。このため、複数の吸着ノズルよりも内周側の圧力が低下することによって、回転体に向かう上昇気流が生じるのを抑制することができる。したがって、ロータリヘッドの回転により塵や埃を巻き上げるのを抑制することができる。

こうした本発明のロータリヘッドにおいて、前記壁部は、前記回転体の下面からの高さが前記吸着ノズルの先端を超えない高さに形成されるものとすることもできる。こうすれば、吸着ノズルの先端に吸着される部品に壁部が干渉するのを防止することができる。また、壁部を吸着ノズルにできるだけ近付けることができるから、上昇気流が生じるのをより抑制することができる。

また、本発明のロータリヘッドにおいて、前記壁部は、前記回転体の下面に、前記回転体の回転軸と同軸に取り付けられる円筒状部材であるものとすることもできる。こうすれば、回転体の下面に壁部を容易に設けることができる。また、壁部を比較的軽量とすることができるから、壁部を設けた場合にロータリヘッドの動作に影響が及ぶのを抑制することができる。

また、本発明のロータリヘッドにおいて、前記回転体の下面に、前記吸着ノズルの先端が側方から撮像される際に用いられる円筒状の背景部材が取り付けられ、前記壁部は、前記背景部材の外径よりも大きな径で、且つ、前記回転体の下面からの高さが前記背景部材の高さよりも低く形成されるものとすることもできる。こうすれば、壁部を設けた場合に、吸着ノズルの先端の撮像に影響が及ぶのを防止することができる。

本発明の部品装着装置は、上述したいずれかのロータリヘッドと、部品供給装置から前記部品が供給される供給位置と、前記部品を装着対象に装着する装着位置とに前記ロータリヘッドを移動させる移動手段と、を備えることを要旨とする。

この本発明の部品装着装置では、上述したいずれかのロータリヘッドを備えるから、ロータリヘッドの回転により塵や埃を巻き上げるのを抑制することができる。このため、巻き上げられた塵や埃がロータリヘッドの移動に伴って部品装着装置内に飛散するのを防止することができる。

部品装着装置１０の構成の概略を示す構成図である。 ヘッドユニット６０の斜視図である。 ヘッドユニット６０の側面構成の概略を示す構成図である。 ヘッドユニット６０の下面構成の概略を示す構成図である。 シミュレーションの解析モデルを示す説明図である。 シミュレーションにおける圧力変化の結果を示す説明図である。 シミュレーションにおける圧力分布の一例を示す説明図である。

次に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は部品装着装置１０の構成の概略を示す構成図であり、図２はヘッドユニット６０の斜視図であり、図３はヘッドユニット６０の側面構成の概略を示す構成図であり、図４はヘッドユニット６０の下面構成の概略を示す構成図である。

部品装着装置１０は、図１に示すように、部品を収容したリールなどを備える部品供給装置２０と、基板Ｓを搬送する基板搬送装置３０と、搬送された基板Ｓをバックアップするバックアップ装置４０と、部品を吸着して基板Ｓに装着するヘッドユニット６０を移動させる移動機構５０と、装置全体を制御するコントローラ１００とを備える。なお、部品供給装置２０（リール）は、部品をフィルムで覆った状態で収容しており、フィルムが剥がされると部品が露出して吸着可能な状態となる。

移動機構５０は、装置上部にＹ軸方向に沿って設けられたガイドレール５６と、ガイドレール５６に沿って移動が可能なＹ軸スライダ５８と、Ｙ軸スライダ５８の前面にＸ軸方向に沿って設けられたガイドレール５２と、ガイドレール５２に沿って移動が可能でヘッドユニット６０が取り付けられたＸ軸スライダ５４とを備える。

ヘッドユニット６０は、複数の軸状の吸着ノズル７１が周方向（回転軸と同軸の円周上）に所定角度間隔で配置されたロータリヘッド７０と、吸着ノズル７１の先端を側方から撮像する側方カメラ８０とを備える。本実施形態は、図４に示すように、吸着ノズル７１が１５度の間隔で２４個配置されたロータリヘッド７０を例示するが、吸着ノズル７１が複数配置されるものであればよく、吸着ノズル７１が３０度の間隔で１２個配置されるものなどとしてもよい。なお、図２は、側方カメラ８０の図示を省略した。

ロータリヘッド７０は、図３に示すように、複数の吸着ノズル７１をそれぞれ保持する複数（２４個）のノズルホルダ７２と、ノズルホルダ７２が取り付けられ図示しない駆動モータにより回転軸Ｒ回りに回転する回転体７４と、紫外光を受けて発光する蛍光塗料が着色された蛍光部材７６と、複数の吸着ノズル７１が配置された領域（円環状の領域）と複数の吸着ノズル７１よりも内周側の領域（以下、「ノズル内周側」という）とを隔てる環状壁部７８とを備える。回転体７４は、所定角度（１５度）ずつ間欠回転可能に構成されており、この回転体７４の回転により各吸着ノズル７１が周方向に所定角度ずつ回転移動する。また、ロータリヘッド７０は、図示は省略するが、ノズルホルダ７２をＺ軸方向に移動させるＺ軸アクチュエータと、ノズルホルダ７２を軸回りに回転させるθ軸アクチュエータとを備える。このため、複数の吸着ノズル７１は、Ｚ軸方向の移動と軸回りの回転とが可能となる。

蛍光部材７６は、回転体７４の下面７４ａに回転軸Ｒと同軸に取り付けられた円筒状部材である。この蛍光部材７６は、側方カメラ８０が吸着ノズル７１の先端を撮像する際の背景として機能するために、撮像される吸着ノズル７１との位置関係や後述する照射部からの距離、必要な発光量を確保し得るサイズなどを考慮した外径Ｄｒに形成されている。また、蛍光部材７６は、回転体７４の下面７４ａからの高さが、吸着ノズル７１の先端に装着される部品の下面を超える高さ（部品よりも下方となる高さ）に形成されている。ここで、回転体７４の下面７４ａには、基準マーク７４ｂが設けられている。蛍光部材７６は、内径が下面７４ａの中心から基準マーク７４ｂまでの距離よりも大きな径に形成されている。

環状壁部７８は、回転体７４の下面７４ａに回転軸Ｒと同軸に取り付けられた円筒状部材であり、外壁面７８ａが回転軸Ｒの軸方向に沿った方向となる。また、環状壁部７８は、吸着ノズル７１の先端を超えない高さ（先端よりも下方とならない高さ）に形成されているため、回転体７４の下面７４ａからの高さが蛍光部材７６の高さよりも低くなる。また、環状壁部７８の外径Ｄｐは、蛍光部材７６の外径Ｄｒよりも大きく、且つ、吸着ノズル７１や吸着されている部品に干渉しない径となっている。ここで、周方向に配置された吸着ノズル７１の径方向の距離をノズル間距離Ｄｎとすると、環状壁部７８の外径Ｄｐは、ノズル間距離Ｄｎの約７０％以上の径とすることが好ましい。本実施形態の環状壁部７８の外径Ｄｐは、外壁面７８ａが複数の吸着ノズル７１の近傍に位置するように、吸着ノズル７１や吸着されている部品に干渉しない範囲の上限となる径に形成されている。

側方カメラ８０は、ヘッドユニット６０の下部に取り付けられたカメラ本体８２と、カメラ本体８２への光路を形成する光学系ユニット８４とにより構成されている。光学系ユニット８４は、図示しない照射部を備えており、その照射部から蛍光部材７６に向けて紫外光を照射する。その紫外光を受けて蛍光部材７６が発光すると、所定の撮像位置にある吸着ノズル７１や部品で遮られた光を除いた光が、光学系ユニット８０に入光し、光学系ユニット８０の光路を経てカメラ本体８２に導かれる。これにより、カメラ本体８２が、所定の撮像位置にある吸着ノズル７１や部品を撮像可能となる。なお、所定の撮像位置は、部品の装着直前位置や部品の装着直後位置などである。コントローラ１００は、側方カメラ８０で撮像された装着直前位置の画像に基づいて、部品が装着可能な姿勢であるか否かを判定したり、側方カメラ８０で撮像された装着直後位置の画像に基づいて、部品の持ち帰りの有無を判定したりする。

部品装着装置１０は、この他に、吸着ノズル７１に吸着されている部品を下方から撮像するためのパーツカメラ９０などを備える。コントローラ１００は、パーツカメラ９０で撮像された画像に基づいて、各吸着ノズル７１に吸着されている部品の位置ズレ量を検出して、部品を装着する際の装着位置に対する補正量を算出する。なお、パーツカメラ９０は、回転体７４の下面７４ａに設けられた基準マーク７４ｂも撮像可能であり、コントローラ１００は、画像内の基準マーク７４ｂを基準として画像処理を行う。

コントローラ１００は、基板Ｓの生産ジョブを管理する図示しない管理装置からの指令を受けて部品装着装置１０を制御する。生産ジョブは、部品装着装置１０において、どの部品をどういう順番でどの基板Ｓに装着するか、また、何枚の基板Ｓに部品の装着動作を行うかなどを定めたものである。

次に、部品装着装置１０が、生産ジョブに基づいて基板Ｓに部品を装着する装着動作について説明する。まず、コントローラ１００は、部品供給装置２０から部品が供給される供給位置上にヘッドユニット６０が移動するよう移動機構５０を制御し、ロータリヘッド７０の回転体７４を間欠回転させて各吸着ノズル７１を順次回転移動させながら、各吸着ノズル７１をＺ軸方向に供給位置まで移動させて部品を吸着させる。各吸着ノズル７１が部品を吸着すると、コントローラ１００は、ヘッドユニット６０がパーツカメラ９０上を経由して基板Ｓ上に移動するよう移動機構５０を制御する。そして、コントローラ１００は、基板Ｓに部品を装着する装着位置上にヘッドユニット６０が移動するよう移動機構５０を制御し、ロータリヘッド７０の回転体７４を間欠回転させて各吸着ノズル７１を順次回転移動させながら、各吸着ノズル７１をＺ軸方向に装着位置まで移動させて部品を基板Ｓに装着させる。なお、コントローラ１００は、部品を装着する装着位置に対し、パーツカメラ９０の撮像画像から算出した補正量に基づく補正を行う。

このように、基板Ｓへの部品装着時には、ロータリヘッド７０の回転体７４が繰り返し間欠回転し、複数の吸着ノズル７１（ノズルホルダ７２）が繰り返し回転移動することになる。ここで、複数の吸着ノズル７１が回転移動すると、吸着ノズル７１の回りに旋回流が生じて、ノズル内周側が負圧となることがある。特に、近年は、部品装着装置１０の装着能率を上げるために、回転体７４の回転速度が向上している。このため、ノズル内周側の圧力が大きく低下して、空気を引き込む作用が強く働き、回転体７４に向かう上昇気流が生じることがある。前述したように、部品供給装置２０は、部品を覆うフィルムが剥がれることで部品を吸着可能とするから、フィルムが剥がれる際などに生じる微小なフィルム片や紙片などの塵や埃が供給位置の周りに存在している。したがって、上昇気流が生じると、ロータリヘッド７０がそのような塵や埃を巻き上げることになる。巻き上げられた塵や埃が吸着ノズル７１に付着すると、パーツカメラ９０で部品を撮像した際に、塵や埃が部品と共に画像に写り込んで、コントローラ１００による部品認識の妨げになる場合がある。また、巻き上げられた塵や埃が、回転体７４の下面７４ａに設けられた基準マーク７４ｂに付着すると、基準マーク７４ｂが汚れて、コントローラ１００が基準マーク７４ｂを誤認識したり、画像処理エラーが生じたりする場合がある。これらの場合、コントローラ１００が、画像に基づく補正量を適切に算出できずに、部品の装着精度が低下することがある。さらに、ヘッドユニット６０が供給位置から装着位置へ移動する際に、巻き上げられた塵や埃が部品装着装置１０内に飛散して、基板Ｓや装着された部品に付着することがある。

これに対して本実施形態のロータリヘッド７０は、環状壁部７８を備えるから、複数の吸着ノズル７１が回転移動しても、ノズル内周側の圧力が低下するのを抑制することができる。このため、ロータリヘッド７０は、上昇気流の発生を防止して、塵や埃を巻き上げるのを防止することができる。特に、ロータリヘッド７０は、外壁面７８ａが複数の吸着ノズル７１の近傍となるよう環状壁部７８を設けたから、ノズル内周側の圧力低下を抑制する効果を高めることができる。なお、本実施形態では、円筒状の蛍光部材７６も備えるが、この蛍光部材７６は、環状壁部７８の外径Ｄｐに比べると外径Ｄｒが小さく、吸着ノズル７１が配置された領域と離れているため、環状壁部７８が奏するような効果を発揮することはできない。また、回転体７４が回転すると、環状壁部７８も回転するが、その回転によってノズル内周側の圧力が大きく低下することはない。その理由は、環状壁部７８は円筒状部材であり、内壁面が凹凸のない滑らかな曲面であるから、環状壁部７８が回転しても旋回流が生じにくいためである。

ここで、環状壁部７８を設けたことによりノズル内周側の圧力低下が抑制される効果を、シミュレーションで確認した結果について説明する。図５はシミュレーションの解析モデルの説明図である。図示するように、シミュレーションの解析モデルは、吸着ノズル７１が配置された領域とノズル内周側の領域とを有する流体領域を抽出し、図示しないメッシュ状の複数の要素に分割することにより作成した。この解析モデルは、蛍光部材７６を省略し、本実施形態のように環状壁部７８があるモデルと、比較例として環状壁部７８がないモデルとを作成した。そして、回転体７４の回転条件に合わせたシミュレーション条件で、各要素を回転や移動などにより変形させながら、計算により圧力を求めた。なお、シミュレーション条件は、回転体７４の角速度を５２．３６ｒａｄ／ｓ、シミュレーション時間を０．７ｓ、計算間隔であるタイムステップを０．００３３ｓとした。

図６はシミュレーションにおける圧力変化の結果を示す説明図である。図示するように、環状壁部７８がないモデルは、環状壁部７８があるモデルに比べて、圧力が大きく低下する結果となった。具体的には、環状壁部７８がないモデルでは、ノズル内周側で大気圧に対し平均で約２．３Ｐａの圧力低下がみられ、環状壁部７８があるモデルでは、ノズル内周側で大気圧に対して平均で約０．９Ｐａの圧力低下がみられた。即ち、環状壁部７８がない比較例では、環状壁部７８がある実施形態に比べて、ノズル内周側で平均で約２．５倍の圧力低下が生じた。また、図７はシミュレーションにおける圧力分布の一例を示す説明図である。この図７は、色の濃い部分ほど圧力が低いことを示す。環状壁部７８がないモデルでは（図７（ａ））、ノズル内周側で一定の方向に沿った複数の気流が生じて、結果的に渦を巻くような気流が生じた。また、ノズル内周側の圧力が全体的に低くなり、圧力が部分的に著しく低くなる箇所も生じた。一方、環状壁部７８があるモデルでは（図７（ｂ））、吸着ノズル７１の回転移動の影響が環状壁部７８により遮られるため、ノズル内周側で一定の方向に沿った気流は生じず、ランダムな方向の気流が生じた。また、圧力が部分的に著しく低くなる箇所も生じることがなく、大気圧から大きく下がることのない略均一な圧力分布となった。これらのシミュレーションの結果から、環状壁部７８を設けることにより、ノズル内周側で圧力の低下を抑制する効果が裏付けられた。

ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態のロータリヘッド７０が本発明のロータリヘッドに相当し、吸着ノズル７１が吸着ノズルに相当し、回転体７４が回転体に相当し、環状壁部７８が壁部に相当する。また、蛍光部材７６が背景部材に相当する。また、部品供給装置２０が部品供給装置に相当し、移動機構５０が移動手段に相当する。

以上説明した本実施形態の部品装着装置１０は、複数の吸着ノズル７１が取り付けられるロータリヘッド７０を備え、回転体７４の下面７４ａに複数の吸着ノズル７１の近傍となるよう環状壁部７８を取り付けるから、複数の吸着ノズル７１が回転移動したときに、ノズル内周側の圧力が低下するのを抑制することができる。このため、ロータリヘッド７０は、回転体７４に向かう上昇気流が生じるのを抑制して、塵や埃を巻き上げるのを防止することができる。また、ロータリヘッド７０が吸着位置から装着位置に移動する際に、巻き上げた塵や埃が部品装着装置１０内に飛散するのを防止することができる。これらの結果、部品装着装置１０は、塵や埃が部品や基板Ｓ、吸着ノズル７１や基準マーク７４ｂに付着するのを防止して、部品の装着を適切に行うことができる。

また、環状壁部７８は、回転体７４の下面７４ａからの高さが吸着ノズル７１の先端を超えない高さに形成されるから、吸着ノズル７１の先端に吸着される部品に干渉するのを防止しつつ、外壁面７８ａをできるだけ吸着ノズル７１に近付けて上昇気流が生じるのをより抑制することができる。さらに、環状壁部７８は、円筒状部材としたから、回転体７４の下面７４ａに容易に取り付けることができると共に、重量を比較的軽量としてロータリヘッド７０の動作に影響が及ぶのを抑制することができる。そして、環状壁部７８は、蛍光部材７６よりも大きな外径で且つ下面７４ａからの高さを低くするから、上昇気流の抑制効果を発揮しつつ吸着ノズル７１の撮像に影響が及ぶのを防止することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、環状壁部７８を円筒状部材として構成したが、これに限られず、吸着ノズル７１よりも内周側に壁部を形成するものであればよい。例えば、分割した円弧状の壁部材を回転体７４の下面７４ａに複数取り付けて環状壁部を構成してもよい。

上述した実施形態では、環状壁部７８を円環状（円筒状）としたが、これに限られず、多角形状の環状壁部としてもよい。ただし、環状壁部の内壁面の凹凸が大きいと、環状壁部の回転によって圧力の低下が引き起こされることもあるから、多角形の各頂点の角度（内角）ができるだけ大きな多角形として、内壁面を滑らかにするものが好ましい。

上述した実施形態では、蛍光部材７６と環状壁部７８とを別々の円筒状部材として構成したが、これに限られず、一つの円筒状部材として構成してもよい。この場合、回転体７４の下面７４ａから吸着ノズル７１の先端に近い部分までは環状壁部７８と同じ外径に形成し、そこから先の部分を蛍光部材７６と同じ外径に形成すると共に蛍光塗料を着色した、段付き円筒状部材などとすればよい。こうすれば、部品点数を減らすことができる。

上述した実施形態では、ヘッドユニット６０が側方カメラ８０を備えるものとしたが、これに限られず、ヘッドユニット６０が側方カメラ８０を備えないもの、即ち、吸着ノズル７１を側方から撮像しないものとしてもよい。この場合、蛍光部材７６を省略することができるため、回転体７４の下面７４ａからの環状壁部７８の高さを吸着ノズル７１の先端を超える高さとしつつ、外壁面７８ａが吸着ノズル７１や部品に干渉しないように、環状壁部を設けてもよい。また、この場合、環状壁部７８を、円環状（円筒状）ではなく、円柱状などの底部のある形状に形成し、その底部の下面に基準マーク７４ｂを形成するものなどとしてもよい。

本発明は、部品装着装置の製造産業などに利用可能である。

１０ 部品装着装置、２０ 部品供給装置、３０ 基板搬送装置、４０ バックアップ装置、５０ 移動機構、５２，５６ ガイドレール、５４ Ｘ軸スライダ、５８ Ｙ軸スライダ、６０ ヘッドユニット、７０ ロータリヘッド、７１ 吸着ノズル、７２ ノズルホルダ、７４ 回転体、７４ａ 下面、７４ｂ 基準マーク、７６ 蛍光部材、７８ 環状壁部、７８ａ 外壁面、８０ 側方カメラ、８２ カメラ本体、８４ 光学系ユニット、９０ パーツカメラ、１００ コントローラ、Ｒ 回転軸、Ｓ 基板。

Claims (5)

1. 先端で部品を吸着する吸着ノズルが周方向に複数配置された回転体を備え、前記回転体の回転により前記複数の吸着ノズルを回転移動させるロータリヘッドであって、
   前記回転体の下面に、壁面が前記回転体の回転軸の軸方向に沿った壁部が設けられ、
   前記壁部は、前記回転移動に伴う前記複数の吸着ノズルよりも内周側の圧力低下を抑制するよう該複数の吸着ノズルの内周側の近傍に設けられる
   ロータリヘッド。
2. 請求項１に記載のロータリヘッドであって、
   前記壁部は、前記回転体の下面からの高さが前記吸着ノズルの先端を超えない高さに形成される
   ロータリヘッド。
3. 請求項１または２に記載のロータリヘッドであって、
   前記壁部は、前記回転体の下面に、前記回転体の回転軸と同軸に取り付けられる円筒状部材である
   ロータリヘッド。
4. 請求項１ないし３いずれか１項に記載のロータリヘッドであって、
   前記回転体の下面に、前記吸着ノズルの先端が側方から撮像される際に用いられる円筒状の背景部材が取り付けられ、
   前記壁部は、前記背景部材の外径よりも大きな径で、且つ、前記回転体の下面からの高さが前記背景部材の高さよりも低く形成される
   ロータリヘッド。
5. 請求項１ないし４いずれか１項に記載のロータリヘッドと、
   部品供給装置から前記部品が供給される供給位置と、前記部品を装着対象に装着する装着位置とに前記ロータリヘッドを移動させる移動手段と、
   を備える部品装着装置。