JP6378054B2 - 部品実装機のツール保持装置および部品実装機のノズルツール - Google Patents

Description

本発明は、部品を回路基板に実装する部品実装機に関し、より詳細には複数種のノズルツールを自動交換可能に保持する部品実装機のツール保持装置、および自動交換されるノズルツールに関する。

回路基板の実装ラインでは、市場における需要の変化に柔軟に対応できる生産システムが要求されるとともに、段取り替え時間の削減を始めとする生産効率の向上が要求されている。これらの要求に応えるために、本願出願人は、複数種のノズルツールを自動交換しながら生産を行う部品実装機を特許文献１に開示している。この部品実装機は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動する移動台に設けられる装着ヘッドと、装着ヘッドに交換可能に設けられるとともに吸着ノズルを保持するノズルツールと、を備える。ノズルツールには、例えば、１個の吸着ノズルを保持する大型シングルノズルツール、４個の吸着ノズルを保持する汎用４マルチノズルツール、１２個の吸着ノズルを保持する高速１２マルチノズルツールなどがある。そして、実装する部品の種類に応じて複数種のノズルツールが自動交換され、部品実装動作が進められてゆく。

国際公開第２０１３／１０８３９４号

ところで、特許文献１の部品実装機は、装着ヘッド側のＬ字状の係合部材の先端の爪部がノズルツール側のピン形状の被係合部材と係合する機構を用いて、ノズルツールを自動的に着脱する。しかしながら、この機構は、製作時の加工難易度が高く、かつ小さな爪部で多数回の着脱動作を行うと摩耗によりノズルツールの保持位置が徐々に変化してしまいがちであり、長期的に保持位置の精度を維持することが難しかった。また、爪部とピン形状との係合による位置決め機構は、外力の作用する方向の差異により位置誤差が生じがちであった。ノズルツールの位置誤差の増加は、部品を回路基板に実装する際の実装精度に波及するので、大きな問題となる。

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あり、長期的に使用を継続してもノズルツールの位置誤差の増加を抑制して、回路基板上の実装精度の維持および向上に貢献できる部品実装機のツール保持装置およびノズルツール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本発明に係る部品実装機のツール保持装置は、部品を吸着して回路基板に装着する吸着ノズルをそれぞれ有する複数種のノズルツールを、移動可能な装着ヘッドに自動交換可能に保持する部品実装機のツール保持装置であって、前記ノズルツールは、２つのテーパ溝側面により下方に広く開口するツール側テーパ溝を複数有する取付部材と、各前記ツール側テーパ溝に移動可能にかつ脱落不能に収容された複数の球体部材と、を備え、前記装着ヘッドは、前記ノズルツールの各前記ツール側テーパ溝の下側にそれぞれ昇降可能に配置されるとともに２つのテーパ溝側面により上方に広く開口するヘッド側テーパ溝を有する複数の保持部材と、各前記保持部材を昇降駆動する保持駆動部と、を備え、前記保持駆動部により前記保持部材が上昇駆動されたときに、前記球体部材が前記ツール側テーパ溝の前記２つのテーパ溝側面および前記ヘッド側テーパ溝の前記２つのテーパ溝側面に圧接され、前記ノズルツールが前記装着ヘッドに位置決めされて保持される。

また、本発明に係る部品実装機のノズルツールは、部品を吸着して回路基板に装着する吸着ノズルを有し、移動可能な装着ヘッドに自動交換可能に保持される部品実装機のノズルツールであって、２つのテーパ溝側面により下方に広く開口するツール側テーパ溝を複数有する取付部材と、各前記ツール側テーパ溝に移動可能にかつ脱落不能に収容された複数の球体部材と、を備える一方で、前記装着ヘッドは、前記ノズルツールの各前記ツール側テーパ溝の下側にそれぞれ昇降可能に配置されるとともに２つのテーパ溝側面により上方に広く開口するヘッド側テーパ溝を有する複数の保持部材と、各前記保持部材を昇降駆動する保持駆動部と、を備え、前記保持駆動部により前記保持部材が上昇駆動されたときに、前記球体部材が前記ツール側テーパ溝の前記２つのテーパ溝側面および前記ヘッド側テーパ溝の前記２つのテーパ溝側面に圧接されることにより、前記装着ヘッドに位置決めされて保持される。

本発明に係る部品実装機のツール保持装置では、複数の球体部材がそれぞれ、ツール側テーパ溝の２つのテーパ溝側面およびヘッド側テーパ溝の２つのテーパ溝側面に圧接されることにより、ノズルツールが装着ヘッドに位置決めされて保持される。このため、複数箇所で球体部材と合計４つのテーパ溝側面との圧接により安定した位置決めが行われる。かつ、小さな爪部でなくテーパ溝側面を位置決めに用いるので繰り返し精度が維持され、さらには外力の作用する方向の差異に対しても安定性が高い。したがって、ノズルツールの位置誤差の増加を抑制でき、回路基板上の実装精度の維持および向上に貢献できる。

また、本発明に係る部品実装機のノズルツールによれば、前記したツール保持装置と同様に位置誤差の増加を抑制して、回路基板上の実装精度の維持および向上に貢献できる。

実施形態に用いられる部品実装機の全体構成を示す斜視図である。 装着ヘッドの下部がノズルツールを保持する途中の状態を側面方向のやや下側から見た外観図である。 図２の状態を側面方向から見た部分断面図である。 装着ヘッドの下部を下から見上げた底面図である。 ツール側テーパ溝およびヘッド側テーパ溝の構造例を説明する側面図である。 ツール側テーパ溝およびヘッド側テーパ溝の溝相互間の配置例を説明する平面図である。 図６と同じ形状のツール側テーパ溝および異なる形状のヘッド側テーパ溝の溝相互間の配置例を説明する平面図である。

（１．部品実装機９の全体構成）
まず、本発明の実施形態に用いられる部品実装機９の全体構成について、図１参考にして説明する。図１は、実施形態に用いられる部品実装機９の全体構成を示す斜視図である。図１の左奥から右手前に向かう方向が回路基板Ｋを搬入出するＸ軸方向、右奥から左手前に向かう方向がＹ軸方向、上下に向かう方向がＺ軸方向である。部品実装機９は、基板搬送装置９２、複数のフィーダ装置９３、部品移載装置９４、部品カメラ９５、ツール載置台９６、および図略の制御装置などが機台９１に組み付けられて構成されている。基板搬送装置９２、フィーダ装置９３、部品移載装置９４、および部品カメラ９５は、制御装置から制御され、それぞれが所定の作業を行うようになっている。

基板搬送装置９２は、回路基板Ｋを装着実施位置に搬入し位置決めし搬出する。基板搬送装置９２は、第１および第２ガイドレール９２１、９２２、一対のコンベアベルト、およびクランプ装置などで構成されている。第１および第２ガイドレール９２１、９２２は、機台９１の上部中央を横断して搬送方向（Ｘ軸方向）に延在し、かつ互いに平行するように機台９１に組み付けられている。第１および第２ガイドレール９２１、９２２の向かい合う内側に、図略の無端環状の一対のコンベアベルトが並設されている。一対のコンベアベルトは、コンベア搬送面に回路基板Ｋの両縁をそれぞれ戴置した状態で輪転して、回路基板Ｋを機台９１の中央部に設定された装着実施位置に搬入および搬出する。装着実施位置のコンベアベルトの下方には、図略のクランプ装置が設けられている。クランプ装置は、回路基板Ｋを押し上げて水平姿勢でクランプし、装着実施位置に位置決めする。これにより、部品移載装置９４が装着実施位置で装着動作を行えるようになる。

複数のフィーダ装置９３は、それぞれ部品を順次供給する。フィーダ装置９３は、上下方向（Ｚ軸方向）および前後方向（Ｙ軸方向）に広がり、幅方向（Ｘ軸方向）が薄い扁平形状である。複数のフィーダ装置９３は、パレット部材９３１の上面の幅方向（Ｘ軸方向）に並べて搭載される。各フィーダ装置９３は、本体部９３２と、本体部９３２の後部に設けられた供給リール９３３と、本体部９３２の前端に設けられた部品取出部９３４とを有している。供給リール９３３には多数の部品が所定ピッチで収納された図略の細長いテープが巻回保持されている。このテープが所定ピッチずつ繰り出され、部品が収納状態を解除されて部品取出部９３４に順次供給されるようになっている。なお、複数のフィーダ装置９３の一部または全部を別方式の部品供給装置、例えば、トレー式部品供給装置に置き換えてもよい。

部品移載装置９４は、複数のフィーダ装置９３の各部品取出部９３４から部品を吸着採取し、位置決めされた回路基板Ｋまで搬送して装着する。部品移載装置９４は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に水平移動可能なＸＹロボットタイプの装置である。部品移載装置９４は、一対のＹ軸レール９４１、９４２、Ｙ軸スライダ９４３、装着ヘッド２、およびノズルツール３などで構成されている。一対のＹ軸レール９４１、９４２は、機台９１の前後方向（Ｙ軸方向）に延在して、基板搬送装置９２およびフィーダ装置９３の上方に配設されている。Ｙ軸レール９４１、９４２上に、Ｙ軸スライダ９４３がＹ軸方向に移動可能に装架されている。

装着ヘッド２は、Ｙ軸スライダ９４３上にＸ軸方向に移動可能に装架されている。装着ヘッド２は、２つのサーボモータによってＸ軸方向およびＹ軸方向に駆動される。装着ヘッド２は、本体２１および下部２２からなる。下部２２を回転駆動する図略のＲ軸駆動機構、および、下部２２をＺ軸方向に昇降駆動する図略のＺ軸駆動機構が本体２１の内部に設けられている。したがって、下部２２は、垂直方向に延びる軸線ＡＸの回りに旋回駆動され、かつ本体２１に対して昇降駆動される。なお、下部２２が本体２１に対して昇降するのでなく、装着ヘッド２の全体がＹ軸スライダ９４３に対して昇降する構成であってもよい。さらに、装着ヘッド２は、負圧エアおよび正圧エアを吸着ノズル３１および後述するピストン機構２５の加圧室２５３に供給するためのエア圧機構を本体２１の内部に有する。

ノズルツール３は、装着ヘッド２の下部２２の下側に自動交換可能に保持される。ノズルツール３は、部品を吸着して回路基板Ｋに装着する吸着ノズル３１を１本または複数本有する。ノズルツール３は複数種あり、例えば、大型シングルノズルツール、汎用４マルチノズルツール、および高速１２マルチノズルツールの３種類を例示できる。装着ヘッド２に保持されていないノズルツール３は、第２ガイドレール９２２の近傍に配設されたツール載置台９６上に並べて配置される。図１において、ツール載置台９６の上面に穴形状の載置位置９６１が４箇所設けられており、そのうちの２箇所にノズルツール３が載置されている。

部品カメラ９５は、基板搬送装置９２とフィーダ装置９３との間の機台９１の上面に、上向きに設けられている。部品カメラ９５は、装着ヘッド２がフィーダ装置９３から回路基板Ｋ上に移動する途中で、吸着ノズル３１に吸着されている部品の状態を撮像してするものである。部品カメラ９５の撮像データによって部品の吸着姿勢の誤差や回転角のずれなどが判明すると、制御装置は、必要に応じて部品装着動作を微調整し、装着が困難な場合には当該の部品を廃棄する制御を行う。

制御装置は、回路基板Ｋに装着する部品の種類および順序、当該の部品を供給するフィーダ装置９３、ならびに当該の部品の装着動作に用いるノズルツール３を指定した装着シーケンスを保持している。制御装置は、部品カメラ９５の撮像データおよび図略のセンサの検出データなどに基づき、装着シーケンスにしたがって部品装着動作を制御し、加えて、ノズルツール３の自動交換を制御する。また、制御装置は、生産完了した回路基板Ｋの生産数や、部品の装着に要した装着時間、部品の吸着エラーの発生回数などの稼動状況データを逐次収集して更新する。

（２．ツール保持装置１およびノズルツール３の詳細構成）
次に、本発明の実施形態の部品実装機９のツール保持装置１、および実施形態の部品実装機９のノズルツール３の詳細構成について、図２〜図７を参考にして説明する。ツール保持装置１は、装着ヘッド２の下部２２にノズルツール３を保持させるための装置である。図２は、装着ヘッド２の下部２２がノズルツール３を保持する途中の状態を側面方向のやや下側から見た外観図である。図３は、図２の状態を側面方向から見た部分断面図である。図４は、装着ヘッド２の下部２２を下から見上げた底面図である。ノズルツール３および装着ヘッド２の下部２２は、垂直方向に延びる軸線ＡＸの周りに概ね軸対称に形成されている。

装着ヘッド２の下部２２は、４組のフック部材２４およびピストン機構２５、ならびに図略のエア供給路などが略円筒状のハウジング２３に配設されて構成されている。ハウジング２３の底面は、圧接面２３１となっている。圧接面２３１の外周の数ヶ所に、下向きに突出した嵌合凸部２３２が設けられている。ハウジング２３の圧接面２３１の外周よりも少し内側に、フック穴２３３が９０°ピッチで４個形成されている。

フック部材２４は、ハウジング２３の内部空間の外周よりも少し内側に、軸線ＡＸを中心として９０°ピッチで４個設けられている。フック部材２４は、本発明の保持部材に相当し、図３に示されるように側面視で略Ｌ字状に形成されている。詳述すると、フック部材２４は、圧接面２３１のフック穴２３３を突き抜けて上下方向に延在する垂直部２４１と、垂直部２４１の下端から水平方向に屈曲された水平部２４５とからなる。４個のフック部材２４の水平部２４５の屈曲方向は、図４に示されるように、下から見て周方向の反時計回りに統一されている。垂直部２４１の上部寄りに、被駆動部２４２が設けられている。水平部２４５の上面に、ヘッド側テーパ溝４が形成されている。

ピストン機構２５は、各フック部材２４に対応して４個設けられている。ピストン機構２５は、本発明の保持駆動部に相当し、シリンダ２５１、ピストン２５２、付勢ばね２５５、および結合部材２５６などで構成されている。図３に示されるように、シリンダ２５１は、上下方向に延びる筒状の閉空間をハウジング２３の内部に区画する。ピストン２５２は、シリンダ２５１内の閉空間に昇降可能に収容されている。ピストン２５２は、側面断面視でＨ形に形成されている。ピストン２５２のＨ形の上側の空間は、加圧室２５３になっている。加圧室２５３には、図略のエア供給路から加圧エアおよび負圧エアが給排される。ピストン２５２のＨ形の下側の空間に、ピストン２５２を上方へ付勢する付勢ばね２５５が挿入されている。ピストン２５２の上部寄りに、水平方向に延びる結合部材２５６が固設されている。結合部材２５６は、フック部材２４の被駆動部２４２にも固定されており、ピストン２５２とフック部材２４を一体的に結合している。

エア供給路を経由して加圧室２５３に正圧エアが供給されると、エア圧によってピストン２５２は下降駆動され、フック部材２４も下降駆動される。加圧室２５３の正圧エアが排出されると、付勢ばね２５６の付勢力によってピストン２５２は上昇駆動され、フック部材２４も上昇駆動される。このとき、加圧室２５３に負圧エアを供給することで（エアを抜いて負圧に低下させることで）、上昇駆動が迅速に行われる。４組のピストン機構２５は、同じタイミングに動作してもよく、あるいは別々のタイミングに動作してもよい。図２および図３において、中央手前側に位置するフック部材２４が上昇位置に上昇駆動され、左右に位置するフック部材２４が下降位置に下降駆動された状態が例示されている。

また、図４に示されるように、ハウジング２３の圧接面２３１の軸線ＡＸ上に、正負圧接続部２６が形成されている。正負圧接続部２６は、装着ヘッド２から吸着ノズル３１へと負圧エアおよび正圧エアを切り替えて供給する正負エア供給路の接続部である。正負圧接続部２６の周りに、軸線ＡＸを中心として９０°ピッチで４個の負圧接続部２７が形成されている。負圧接続部２７は、装着ヘッド２から吸着ノズル３１へと負圧エアを供給する負圧エア供給路の接続部である。正負圧接続部２６および負圧接続部２７は、フック部材２４よりも軸線ＡＸに近い軸心側に配置されている。正負圧接続部２６および負圧接続部２７には、オーリングなどのシール部材が適宜用いられて気密が保たれる。ノズルツール３側のエア供給路は、正負圧接続部２６および負圧接続部２７の両方に接続されてもよいし、正負圧接続部２６のみに接続されてもよい。

さらに、ハウジング２３の圧接面２３１の４個の負圧接続部２７にそれぞれ近接して、４個の基準マーク２８が付設されている。４個の基準マーク２８は、軸線ＡＸを中心とする円周上に配置され、かつフック部材２４よりも軸心側に配置されている。４個の基準マーク２８は、例えば部品カメラ９５やその他の撮像装置に撮像されて画像処理が行われることで、軸線ＡＸの正確な位置の検出を可能とする。

実施形態のノズルツール３は、吸着ノズル３１、取付部材３４、および図略のエア供給路などが略円筒状のツール本体部３２に配設されて構成されている。図２および図３において、ツール本体部３２の下方に配設される吸着ノズル３１は省略されている。取付部材３４は、ツール本体部３２よりも大径であって装着ノズル２のハウジング２３と概ね同径の円板状であり、ツール本体部３２の上側に固設されている。取付部材３４の上面は、取付面３４１となっている。取付面３４１の外周の数ヶ所に、窪んだ嵌合凹部３４２が設けられている。装着ヘッド２側の嵌合凸部２３２が嵌合凹部３４２に嵌入することにより、装着ヘッド２とノズルツール３との粗い位置決めが行われる。取付部材３４の外周よりも少し内側に、軸線ＡＸを中心として９０°ピッチで４個のフック穴３４３が形成されている。

取付部材３４の底面の外周よりも少し内側に、軸線ＡＸを中心として９０°ピッチで４個のツール側テーパ溝５が形成されている。４個のツール側テーパ溝５は、４個のフック部材２４のヘッド側テーパ溝４にそれぞれ対向配置可能となっている。図５は、ツール側テーパ溝５およびヘッド側テーパ溝４の構造例を説明する側面図である。図５において、ノズルツール３側の取付面３４１が装着ヘッド２側の圧接面２３１に圧接されており、ノズルツール３が装着ヘッド２に位置決めされた保持状態が示されている。

図５に示されるように、フック部材２４の水平部２４５のヘッド側テーパ溝４は、２つの傾斜したテーパ溝側面４１、４２によって形成されている。２つのテーパ溝側面４１、４２の間の溝幅は、溝底でほぼゼロであり、溝開口に上昇するにつれて徐々に増加している。したがって、ヘッド側テーパ溝４は、断面Ｖ字状で、上方に広く開口する。また、ヘッド側テーパ溝４は、図５の紙面表裏方向に延びている。

一方、取付部材３４の底面のツール側テーパ溝５は、２つの傾斜したテーパ溝側面５１、５２、および溝底面５３によって形成されている。２つのテーパ溝側面５１、５２の傾斜度合いは、フック部材２４側のテーパ溝側面４１、４２の傾斜度合いよりも垂直方向に急峻となっている。２つのテーパ溝側面５１、５２の間の溝幅は、溝底面５３から溝開口に下降するにつれて徐々に増加している。したがって、ツール側テーパ溝５は、下方に広く開口する。また、ツール側テーパ溝５は、図５の紙面表裏方向に延びている。

ツール側テーパ溝５の中に、球体部材６が収容されている。球体部材６として、機械的強度が大きく耐摩耗性に優れた鋼球を例示でき、これに限定されない。球体部材６の直径はツール側テーパ溝５の溝開口の幅よりも小さいので、球体部材６の脱落を防止するために薄板状の脱落防止板３５が用いられる。脱落防止板３５は、球体部材６の直径よりもわずかに小さな幅の長孔３５１を有しており、この長孔３５１がツール側テーパ溝５の溝開口に重なるように配置される。脱落防止板３５は、押えリング３６を用いて取付部材３４の下側の外周寄りに固定されている。なお、押えリング３６は、図２では透視されて示されている。

球体部材６の下部は、重力の作用で常時は脱落防止板３５の長孔３５１に嵌まり込んでおり、ツール側テーパ溝５の溝開口や長孔３５１よりも下方に突出している。図５の保持状態に示されるように、球体部材６は、フック部材２４のヘッド側テーパ溝４の２つのテーパ溝側面４１、４２によって押し上げられる。このとき、球体部材６は、ツール側テーパ溝５の内部を上方に移動してテーパ溝側面５１、５２に接触できるが、それ以上は上昇できず溝底面５３には接触しない。また、球体部材６は、ツール側テーパ溝５の溝長さ方向（図５の紙面表裏方向）に転動可能となっている。

図６は、ツール側テーパ溝５およびヘッド側テーパ溝４の溝相互間の配置例を説明する平面図である。図中の軸線ＡＸの位置からわかるように、ツール側テーパ溝５は、半径方向に真っ直ぐに延在している。一方、ヘッド側テーパ溝４は、ツール側テーパ溝５の下方位置にあり、屈曲して延在している。また、図７は、図６と同じ形状のツール側テーパ溝５および異なる形状のヘッド側テーパ溝４の溝相互間の配置例を説明する平面図である。図７の配置例で、ヘッド側テーパ溝４は、ツール側テーパ溝５の下方位置にあり、斜行して延在している。

上記したようにヘッド側テーパ溝４とツール側テーパ溝５とを互いに異形としたのは、旋回方向の自由度を確保するためである。つまり、装着ヘッド２の下部２２とノズルツール３とが接近したときに旋回方向の角度誤差があっても、球体部材６は、ツール側テーパ溝５内を溝長さ方向に転動して、４つのテーパ溝側面４１、４２、５１、５２に接触する位置に移動できる。これにより、角度誤差の影響が補償される。また、各４個のヘッド側テーパ溝４およびツール側テーパ溝５が９０°ピッチから多少ずれた製造上の角度誤差を有していても、同様に角度誤差の影響が補償される。

（３．ツール保持動作）
次に、上述のように構成された実施形態の部品実装機９のツール保持装置１によるツール保持動作について説明する。ツール保持動作は、前述したように制御装置によって制御される。装着ヘッド２がツール載置台９６上のノズルツール３を保持する場合、まず、装着ヘッド２は、当該のノズルツール３の上方まで駆動される。次に、各フック部材２４がノズルツール３の取付部材３４の各フック穴３４３の真上に位置するように、下部２２の旋回方向の回転位相が調整される。

３番目に、ピストン機構２５によりフック部材２４を下降位置に駆動した状態で、下部２２が下降駆動される。これにより、フック部材２４の水平部２４５は、ノズルツール３側のフック穴３４３を下方に突き抜ける。装着ヘッド２側の嵌合凸部２３２はノズルツール３側の取付面３４１に当接し、圧接面２３１と取付面３４１とが嵌合凸部２３２の高さ分の距離を残して接近する。４番目に、下部２２が下からみて反時計回りに旋回駆動されると、嵌合凸部２３２と嵌合凹部３４２の回転位相が一致し、嵌合凸部２３２が嵌合凹部３４２に嵌入する。これにより、下部２２はさらに下降駆動されて、圧接面２３１と取付面３４１とが当接する。このとき、各ヘッド側テーパ溝４は、各ツール側テーパ溝５の概ね真下に位置する。

５番目に、ピストン機構２５によりフック部材２４が上昇駆動されると、ヘッド側テーパ溝４により球体部材６が押し上げられて、図５に示される保持状態が達成される。このとき、球体部材６が位置している箇所でヘッド側テーパ溝４とツール側テーパ溝５との回転位相がずれていると、球体部材６は、ツール側テーパ溝５の溝長さ方向に転動し、４つのテーパ溝側面４１、４２、５１、５２に接触する位置に落ち着く。なお、４個のフック部材２４の上昇駆動は、同じタイミングに行われてもよいし、別々のタイミングに順番に行われてもよい。

保持状態において、球体部材６は、ヘッド側テーパ溝４から受ける上昇駆動力により、ツール側テーパ溝５の２つのテーパ溝側面５１、５２およびヘッド側テーパ溝４の２つのテーパ溝側面４１、４２に圧接される。これにより、旋回方向の位置決めが行われる。また、上昇駆動力は取付部材３４に伝達され、取付面３４１が圧接面２３１に圧接される。これにより、高さ方向の位置決めが行われる。当該のノズルツール３を使用している間、４個のフック部材２４の上昇位置が維持される。

使用していたノズルツール３をツール載置台９６に戻す場合には、概ね保持動作の逆の動作が行われる。略述すると、まず、装着ヘッド２がツール載置台９６上に駆動され続いて下降駆動される。これにより、装着ヘッド２の下部２２に保持されているノズルツール３は、ツール載置台９６の空いた載置位置９６１に差し込まれる。次に、ピストン機構２５によりフック部材２４が下降駆動され、球体部材６のテーパ溝側面４１、４２、５１、５２への圧接が解除される。これにより、ノズルツール３は重力の作用で下降して、嵌合凸部２３２が嵌合凹部３４２から抜け出る。この後、下部２２が下からみて時計回りに旋回駆動され、続いて上昇駆動される。これにより、フック部材２４がノズルツール３側のフック穴３４３から上方に抜け出して、ノズルツール３が解放される。

（４．実施形態の態様および効果）
実施形態の部品実装機９のツール保持装置１は、部品を吸着して回路基板Ｋに装着する吸着ノズル３１をそれぞれ有する複数種のノズルツール３を、移動可能な装着ヘッド２に自動交換可能に保持するものであって、ノズルツール３は、２つのテーパ溝側面５１、５２により下方に広く開口するツール側テーパ溝５を４個有する取付部材３４と、各ツール側テーパ溝５に移動可能にかつ脱落不能に収容された４個の球体部材６と、を備え、装着ヘッド２は、ノズルツール３の各ツール側テーパ溝５の下側にそれぞれ昇降可能に配置されるとともに２つのテーパ溝側面４１、４２により上方に広く開口するヘッド側テーパ溝４を有する４個のフック部材２４（保持部材）と、各フック部材２４を昇降駆動するピストン駆動部２５（保持駆動部）と、を備え、ピストン駆動部２５によりフック部材２４が上昇駆動されたときに、球体部材６がツール側テーパ溝５の２つのテーパ溝側面５１、５２およびヘッド側テーパ溝４の２つのテーパ溝側面４１、４２に圧接され、ノズルツール３が装着ヘッド２に位置決めされて保持される。

これによれば、４個の球体部材６がそれぞれ、ツール側テーパ溝５の２つのテーパ溝側面５１、５２およびヘッド側テーパ溝４の２つのテーパ溝側面４１、４２に圧接されることにより、ノズルツール３が装着ヘッド２に位置決めされて保持される。このため、４箇所で球体部材６と合計４つのテーパ溝側面４１、４２、５１、５２との圧接により安定した位置決めが行われる。かつ、小さな爪部でなくテーパ溝側面４１、４２、５１、５２を位置決めに用いるので繰り返し精度が維持され、さらには外力の作用する方向の差異に対しても安定性が高い。したがって、ノズルツール３の位置誤差の増加を抑制でき、回路基板Ｋ上の実装精度の維持および向上に貢献できる。

さらに、実施形態の部品実装機９のツール保持装置１において、ノズルツール３の取付部材３４は、上側に取付面３４１を有し、装着ヘッド２は、取付面３４１に対向する圧接面２３１を有し、球体部材６が押し上げられると、取付面３４１が圧接面２３１に圧接されることによってノズルツール３が装着ヘッド２に位置決めされる。これによれば、大径の取付面３４１と圧接面２３１との圧接による高さ方向の位置決めが行われるので、ノズルツール３の高さ位置および水平姿勢が安定する。

さらに、実施形態の部品実装機９のツール保持装置１において、フック部材２４は、取付面３４１および圧接面２３１を突き抜けて上下方向に延在するとともに、その下端から水平方向に屈曲された水平部２４５にヘッド側テーパ溝４が形成されており、取付面３４１を圧接面２３１に当接または接近させた後に、ノズルツール３に対して装着ヘッド２の下部２２が水平方向に相対回転すると、ヘッド側テーパ溝４がツール側テーパ溝５の下側に位置する。これによれば、従来から装着ヘッド２の下部２２に付与されていた旋回機能と、フック部材２４の昇降機能との組み合わせにより、ノズルツール３の自動交換機能が容易に実現される。

さらに、実施形態の部品実装機９のツール保持装置１において、ノズルツール３およびノズルツール３を保持する装着ヘッド２の下部２２は、垂直方向に延びる軸線ＡＸの周りに概ね軸対称に形成されており、ツール側テーパ溝５は、半径方向に延在し、ヘッド側テーパ溝４は、ツール側テーパ溝５に対し屈曲して延在し、あるいは、ツール側テーパ溝５に対し斜行して延在する。これによれば、装着ヘッド２の下部２２とノズルツール３との間に動作時の旋回方向の角度誤差や製造上の角度誤差があっても、球体部材６は、ツール側テーパ溝５内を溝長さ方向に転動して、４つのテーパ溝側面４１、４２、５１、５２に接触する位置に移動できる。したがって、角度誤差の影響が補償され、ノズルツール３の旋回方向の回転位相が安定する。

さらに、実施形態の部品実装機９のツール保持装置１において、ノズルツール３およびノズルツール３を保持する装着ヘッド２の下部２２は、垂直方向に延びる軸線ＡＸの周りに概ね軸対称に形成されており、負圧エアおよび正圧エアの少なくとも一方を吸着ノズルに供給可能なエア供給路の正負圧接続部２７および負圧接続部２８を球体部材６およびフック部材２４よりも軸心側に有する。これによれば、軸線ＡＸから離れた外周寄りに球体部材６およびフック部材２４が配置されて旋回方向の位置決めが安定して行われるとともに、空いた軸心側を利用して負圧エアおよび正圧エアが供給されるので、合理的な構造が実現される。

さらに、実施形態の部品実装機９のツール保持装置１において、ノズルツール３を保持する装着ヘッド２の下部２２は、垂直方向に延びる軸線ＡＸの周りに概ね軸対称に形成されており、軸線ＡＸの位置を検出可能とする基準マーク２８をフック部材２４よりも軸心側に有する。これによれば、軸線ＡＸから離れた外周寄りに球体部材６およびフック部材２４が配置されて旋回方向の位置決めが安定して行われるとともに、空いた軸心側に基準マーク２８が配置されて撮像により軸線ＡＸの正確な位置が検出されるので、合理的な構造が実現される。

また、実施形態の部品実装機９のノズルツール３は、部品を吸着して回路基板Ｋに装着する吸着ノズル３１を有し、移動可能な装着ヘッド２に自動交換可能に保持されるものであって、２つのテーパ溝側面５１、５２により下方に広く開口するツール側テーパ溝５を４個有する取付部材３４と、各ツール側テーパ溝５に移動可能にかつ脱落不能に収容された４個の球体部材６と、を備える一方で、装着ヘッド２は、ノズルツール３の各ツール側テーパ溝５の下側にそれぞれ昇降可能に配置されるとともに２つのテーパ溝側面４１、４２により上方に広く開口するヘッド側テーパ溝４を有する４個のフック部材２４（保持部材）と、各フック部材２４を昇降駆動するピストン駆動部２５（保持駆動部）と、を備え、ピストン駆動部２５によりフック部材２４が上昇駆動されたときに、球体部材６がツール側テーパ溝５の２つのテーパ溝側面５１、５２およびヘッド側テーパ溝４の２つのテーパ溝側面４１、４２に圧接されることにより、装着ヘッド２に位置決めされて保持される。

実施形態の部品実装機９のノズルツール３によれば、実施形態の部品実装機９のツール保持装置１と同様に位置誤差の増加を抑制して、回路基板Ｋ上の実装精度の維持および向上に貢献できる。

（５．実施形態の応用および変形）
なお、実施形態において、フック部材２４、ピストン機構２５、ヘッド側テーパ溝４、ツール側テーパ溝５、および球体部材６などは４組設けられているが、これに限定されない。例えば、これらの部位２４、２５、４、５、６は、軸線ＡＸの周りに１２０°ピッチで３組配設されてもよい。また例えば、複数のフック部材２４に対してピストン機構２５を共通化してもよい。さらになお、ヘッド側テーパ溝４およびツール側テーパ溝５の溝形状や溝相互間の配置も、実施形態に限定されない。例えば、装着ヘッド２側のテーパ溝側面４１、４２と、ノズルツール３側のテーパ溝側面５１、５２とで、傾斜度合いを一致させてもよい。本発明は、その他にも様々な応用や変形が可能である。

１：ツール保持装置
２：装着ヘッド ２１：本体 ２２：下部 ２３：ハウジング
２３１：圧接面 ２４：フック部材（保持部材） ２４１：垂直部
２４５：水平部 ２５：ピストン機構（保持駆動部） ２６：正負圧接続部
２７：負圧接続部 ２８：基準マーク
３：ノズルツール ３１：吸着ノズル ３２：ツール本体部 ３４：取付部材
３４１：取付面 ３５：脱落防止板 ３６：押えリング
４：ヘッド側テーパ溝 ４１、４２：テーパ溝側面
５：ツール側テーパ溝 ５１、５２：テーパ溝側面 ５３：溝底面
６：球体部材
９：部品実装機 ９１：機台 ９２：基板搬送装置 ９３：フィーダ装置
９４：部品移載装置 ９５：部品カメラ ９６：ツール載置台
Ｋ：回路基板 ＡＸ：軸線

Claims (7)

1. 部品を吸着して回路基板に装着する吸着ノズルをそれぞれ有する複数種のノズルツールを、移動可能な装着ヘッドに自動交換可能に保持する部品実装機のツール保持装置であって、
   前記ノズルツールは、２つのテーパ溝側面により下方に広く開口するツール側テーパ溝を複数有する取付部材と、各前記ツール側テーパ溝に移動可能にかつ脱落不能に収容された複数の球体部材と、を備え、
   前記装着ヘッドは、前記ノズルツールの各前記ツール側テーパ溝の下側にそれぞれ昇降可能に配置されるとともに２つのテーパ溝側面により上方に広く開口するヘッド側テーパ溝を有する複数の保持部材と、各前記保持部材を昇降駆動する保持駆動部と、を備え、
   前記保持駆動部により前記保持部材が上昇駆動されたときに、前記球体部材が前記ツール側テーパ溝の前記２つのテーパ溝側面および前記ヘッド側テーパ溝の前記２つのテーパ溝側面に圧接され、前記ノズルツールが前記装着ヘッドに位置決めされて保持される部品実装機のツール保持装置。
2. 前記ノズルツールの前記取付部材は、上側に取付面を有し、
   前記装着ヘッドは、前記取付面に対向する圧接面を有し、
   前記球体部材が押し上げられると、前記取付面が前記圧接面に圧接されることによって前記ノズルツールが前記装着ヘッドに位置決めされる請求項１に記載の部品実装機のツール保持装置。
3. 前記保持部材は、前記取付面および前記圧接面を突き抜けて上下方向に延在するとともに、その下端から水平方向に屈曲された水平部に前記ヘッド側テーパ溝が形成されており、
   前記取付面を前記圧接面に当接または接近させた後に、前記ノズルツールに対して前記装着ヘッドが水平方向に相対回転すると、前記ヘッド側テーパ溝が前記ツール側テーパ溝の下側に位置する請求項２に記載の部品実装機のツール保持装置。
4. 前記ノズルツールおよび前記ノズルツールを保持する前記装着ヘッドの下部は、垂直方向に延びる軸線の周りに概ね軸対称に形成されており、
   前記ツール側テーパ溝および前記ヘッド側テーパ溝の一方は、半径方向に延在し、
   前記ツール側テーパ溝および前記ヘッド側テーパ溝の他方は、前記一方に対し屈曲して延在し、あるいは、前記一方に対し斜行して延在する請求項１〜３のいずれか一項に記載の部品実装機のツール保持装置。
5. 前記ノズルツールおよび前記ノズルツールを保持する前記装着ヘッドの下部は、垂直方向に延びる軸線の周りに概ね軸対称に形成されており、負圧エアおよび正圧エアの少なくとも一方を前記吸着ノズルに供給可能なエア供給路の接続部を前記球体部材および前記保持部材よりも軸心側に有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の部品実装機のツール保持装置。
6. 前記ノズルツールを保持する前記装着ヘッドの下部は、垂直方向に延びる軸線の周りに概ね軸対称に形成されており、前記軸線の位置を検出可能とする基準マークを前記保持部材よりも軸心側に有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の部品実装機のツール保持装置。
7. 部品を吸着して回路基板に装着する吸着ノズルを有し、移動可能な装着ヘッドに自動交換可能に保持される部品実装機のノズルツールであって、２つのテーパ溝側面により下方に広く開口するツール側テーパ溝を複数有する取付部材と、各前記ツール側テーパ溝に移動可能にかつ脱落不能に収容された複数の球体部材と、を備える一方で、
   前記装着ヘッドは、前記ノズルツールの各前記ツール側テーパ溝の下側にそれぞれ昇降可能に配置されるとともに２つのテーパ溝側面により上方に広く開口するヘッド側テーパ溝を有する複数の保持部材と、各前記保持部材を昇降駆動する保持駆動部と、を備え、
   前記保持駆動部により前記保持部材が上昇駆動されたときに、前記球体部材が前記ツール側テーパ溝の前記２つのテーパ溝側面および前記ヘッド側テーパ溝の前記２つのテーパ溝側面に圧接されることにより、前記装着ヘッドに位置決めされて保持される部品実装機のノズルツール。

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