JP6472812B2

JP6472812B2 - 吸着ノズル

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Publication number: JP6472812B2
Application number: JP2016552779A
Authority: JP
Inventors: 淳市山室
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Priority date: 2014-10-10
Filing date: 2014-10-10
Publication date: 2019-02-20
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Description

本発明は、吸着面において負圧エアを利用して部品を吸着保持し、吸着保持した部品を吸着面から正圧エアを利用して離脱させる吸着ノズルに関するものである。

吸着ノズルは、通常、負圧によって部品を吸着保持し、正圧によって部品を離脱することで、回路基材に対する部品の装着作業を行うことが可能とされている。部品には、粘着性の高い部品、例えば、ゴム材等を使用したものがあり、粘着性の高い部品を吸着ノズルによって吸着保持した場合には、その粘着性の高い部品が吸着ノズルに張り付いて、吸着ノズルから離脱し難い場合がある。また、粘着性の高い部品以外の部品であっても、静電気等により、部品が吸着ノズルに張り付いて、吸着ノズルから離脱し難い場合がある。そこで、下記特許文献に記載された吸着ノズルでは、吸着ノズルの側方に、上下方向に移動するプッシャーが配設されており、吸着ノズルによって吸着保持された部品が、プッシャーによって強制的に離脱させられる。

特開２００１−２５９８８号公報

上記特許文献に記載の吸着ノズルによれば、確実に部品を吸着ノズルから離脱させることが可能となる。しかしながら、上記特許文献に記載の吸着ノズルでは、プッシャーを移動させるための機構と、吸着ノズルによって部品を吸着保持するための機構とが個別に配設されているため、装置全体が大型化，複雑化する虞がある。このように、部品を確実に離脱可能な吸着ノズルには、改良の余地が多分に残されており、種々の改良を施すことで、実用性を向上させることが可能となる。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、実用性の高い吸着ノズルを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明に記載の吸着ノズルは、吸着面において負圧エアを利用して部品を吸着保持し、吸着保持した部品を前記吸着面から正圧エアを利用して離脱させる吸着ノズルであって、当該吸着ノズルが、正圧エアと負圧エアとが選択的に流されるエア流路と、前記吸着ノズルの内部において、前記吸着面に向かって進退可能に保持される可動部材と、弾性変形可能な素材により成形され、前記吸着面を有する吸着パッドと、前記吸着パッドの部品吸着時に弾性変形する前記吸着面の縁部を、前記吸着面の反対側から支持する支持部材とを備え、前記可動部材が、前記エア流路を流れる正圧エアによって前記吸着面から突出し、前記エア流路に負圧が流されている際に、当該吸着ノズルの内部に退避していることを特徴とする。

本発明に記載の吸着ノズルでは、部品の保持・離脱の際に利用される正圧エアと負圧エアとが、エア流路に選択的に流される。また、可動部材が、吸着ノズルの内部において、吸着面に向かって進退可能に保持されている。そして、その可動部材が、エア流路を流れる正圧エアによって吸着面から突出し、エア流路に負圧が流されている際に、吸着ノズルの内部に退避する。つまり、本発明に記載の吸着ノズルでは、エア流路が、可動部材を移動させるための機構と、吸着ノズルによって部品を吸着保持するための機構として、共有されている。これにより、装置のコンパクト化、シンプル化等を図ることが可能となり、吸着ノズルの実用性を向上させることが可能となる。

部品実装装置を示す斜視図である部品実装装置の部品装着装置を示す斜視図である。吸着ノズルを示す断面図である。部品を吸着保持した状態の吸着ノズルを示す断面図である。部品を離脱した状態の吸着ノズルを示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態として、本発明の実施例を、図を参照しつつ詳しく説明する。

＜部品実装装置の構成＞
図１に、部品実装装置１０を示す。部品実装装置１０は、回路基材１２に対する部品の実装作業を実行するための装置である。部品実装装置１０は、装置本体２０、基材搬送保持装置２２、部品装着装置２４、撮像装置２６，２８、部品供給装置３０、ばら部品供給装置３２を備えている。なお、回路基材１２として、回路基板、三次元構造の基材等が挙げられ、回路基板として、プリント配線板、プリント回路板等が挙げられる。

装置本体２０は、フレーム部４０と、そのフレーム部４０に上架されたビーム部４２とによって構成されている。基材搬送保持装置２２は、フレーム部４０の前後方向の中央に配設されており、搬送装置５０とクランプ装置５２とを有している。搬送装置５０は、回路基材１２を搬送する装置であり、クランプ装置５２は、回路基材１２を保持する装置である。これにより、基材搬送保持装置２２は、回路基材１２を搬送するとともに、所定に位置において、回路基材１２を固定的に保持する。なお、以下の説明において、回路基材１２の搬送方向をＸ方向と称し、その方向に直角な水平の方向をＹ方向と称し、鉛直方向をＺ方向と称する。つまり、部品実装装置１０の幅方向は、Ｘ方向であり、前後方向は、Ｙ方向である。

部品装着装置２４は、ビーム部４２に配設されており、２台の作業ヘッド６０，６２と作業ヘッド移動装置６４とを有している。各作業ヘッド６０，６２の下端面には、吸着ノズル（図２参照）６６が着脱可能に設けられている。吸着ノズル６６は、エア流路を介して正負圧供給装置（図示省略）に通じている。吸着ノズル６６は、負圧によって部品を吸着保持し、保持した部品を正圧によって離脱する。また、作業ヘッド移動装置６４は、Ｘ方向移動装置６８とＹ方向移動装置７０とＺ方向移動装置７２とを有している。そして、Ｘ方向移動装置６８とＹ方向移動装置７０とによって、２台の作業ヘッド６０，６２は、一体的にフレーム部４０上の任意の位置に移動させられる。また、各作業ヘッド６０，６２は、図２に示すように、スライダ７４，７６に着脱可能に装着されており、Ｚ方向移動装置７２は、スライダ７４，７６を個別に上下方向に移動させる。つまり、作業ヘッド６０，６２は、Ｚ方向移動装置７２によって、個別に上下方向に移動させられる。

撮像装置２６は、下方を向いた状態でスライダ７４に取り付けられており、作業ヘッド６０とともに、Ｘ方向，Ｙ方向およびＺ方向に移動させられる。これにより、撮像装置２６は、フレーム部４０上の任意の位置を撮像する。撮像装置２８は、図１に示すように、フレーム部４０上の基材搬送保持装置２２と部品供給装置３０との間に、上を向いた状態で配設されている。これにより、撮像装置２８は、作業ヘッド６０，６２の吸着ノズル６６に保持された部品を撮像する。

部品供給装置３０は、フレーム部４０の前後方向での一方側の端部に配設されている。部品供給装置３０は、トレイ型部品供給装置７８とフィーダ型部品供給装置（図示省略）とを有している。トレイ型部品供給装置７８は、トレイ上に載置された状態の部品を供給する装置である。フィーダ型部品供給装置は、テープフィーダ（図示省略）によって部品を供給する装置である。

ばら部品供給装置３２は、フレーム部４０の前後方向での他方側の端部に配設されている。ばら部品供給装置３２は、ばらばらに散在された状態の複数の部品を整列させて、整列させた状態で部品を供給する装置である。つまり、任意の姿勢の複数の部品を、所定の姿勢に整列させて、所定の姿勢の部品を供給する装置である。なお、部品供給装置３０および、ばら部品供給装置３２によって供給される部品として、電子回路部品，太陽電池の構成部品，パワーモジュールの構成部品等が挙げられる。また、電子回路部品には、リードを有する部品，リードを有さない部品等が有る。

＜部品実装装置の作動＞
部品実装装置１０では、上述した構成によって、基材搬送保持装置２２に保持された回路基材１２に対して部品の装着作業が行われる。具体的には、回路基材１２が、作業位置まで搬送され、その位置において、クランプ装置５２によって固定的に保持される。次に、撮像装置２６が、回路基材１２の上方に移動し、回路基材１２を撮像する。これにより、回路基材１２の保持位置の誤差に関する情報が得られる。また、部品供給装置３０若しくは、ばら部品供給装置３２は、所定の供給位置において、部品を供給する。そして、作業ヘッド６０，６２の何れかが、部品の供給位置の上方に移動し、吸着ノズル６６によって負圧を利用して部品を保持する。続いて、部品を保持した作業ヘッド６０，６２が、撮像装置２８の上方に移動し、撮像装置２８によって、吸着ノズル６６に保持された部品が撮像される。これにより、部品の保持位置の誤差に関する情報が得られる。続いて、部品を保持した作業ヘッド６０，６２が、回路基材１２の上方に移動し、保持している部品を、回路基材１２の保持位置の誤差，部品の保持位置の誤差等を補正する。そして、吸着ノズル６６が、正圧を利用して部品を離脱することで、回路基材１２に部品が装着される。

＜吸着ノズルの構造＞
上述したように、部品実装装置１０では、吸着ノズル６６が、負圧によって部品を吸着保持し、正圧によって部品を離脱することで、装着作業が行われている。ただし、回路基材１２に装着される部品には、粘着性の高い部材、例えば、ゴム材等を使用したものがあり、粘着性の高い部材を吸着ノズル６６によって保持した場合には、その部材が吸着ノズル６６に張り付いて、吸着ノズル６６から離脱し難い場合がある。また、粘着性の高い部材を使用していない部品であっても、静電気等により、部品が吸着ノズル６６に張り付いて、吸着ノズル６６から離脱し難い場合がある。このようなことに鑑みて、吸着ノズル６６に正圧のエアが供給された際に、吸着ノズル６６の吸着面から突出する部材が、吸着ノズル６６に設けられており、その部材によって、吸着ノズル６６に吸着保持された部品が強制的に離脱させられる。以下に、吸着ノズル６６の具体的な構造に関して説明する。

吸着ノズル６６は、図３に示すように、アダプタ８０とノズル本体８２とを含む。アダプタ８０は、アダプタ本体部８４とフランジ部８６と伸縮部８８とを含む。アダプタ本体部８４は、概して円筒状をなし、アダプタ本体部８４には、上下方向に貫通する貫通穴９０が形成されている。貫通穴９０は、上方の部分の内径が下方の部分の内径より大きな段付き形状をなし、貫通穴９０の内部には、上方を向いた状態の段差面９２が形成されている。

フランジ部８６は、アダプタ本体部８４の上端面に、アダプタ本体部８４の径方向に延びるように固定されており、フランジ部８６には、アダプタ本体部８４の貫通穴９０と連通する貫通穴９４が形成されている。また、伸縮部８８は、概して円筒状をなし、伸縮部８８には、上下方向に貫通する貫通穴９６が形成されている。伸縮部８８の外径は、貫通穴９０の段差面９２より下方の部分の内径より僅かに小さくされており、伸縮部８８は、貫通穴９０に挿入されている。また、伸縮部８８の上端部は、貫通穴９０の段差面９２の上方の部分に延び出すとともに、伸縮部８８の下端部は、アダプタ本体部８４の下端部から延び出している。これにより、アダプタ本体部８４と伸縮部８８とが相対移動することで、伸縮部８８のアダプタ本体部８４の下端部からの延出量が変化し、アダプタ８０が伸縮する。なお、伸縮部８８の上端部には、径方向に突出する突出部９８が形成されている。これにより、伸縮部８８が下方に移動した際に、突出部９８が貫通穴９０の段差面９２に係合し、伸縮部８８の貫通穴９０からの脱落が防止されている。

また、ノズル本体８２は、サポート部材１００と流路形成部材１０２と吸着パッド１０４とガイド部材１０６とロッド押部材１０８とロッド１１０とを含む。サポート部材１００は、概して有蓋円筒状をなし、蓋部の中央に貫通穴１１２が形成されている。そして、その貫通穴１１２にアダプタ８０の伸縮部８８の下端部が固定的に嵌合されている。なお、サポート部材１００とアダプタ８０のアダプタ本体部８４との間には、コイルスプリング１１４が圧縮された状態で配設されている。これにより、サポート部材１００は、下方に向かって付勢されている。また、サポート部材１００の下端部は、ラッパ状に広がっている。つまり、サポート部材１００の下端部の周壁は、下方に向かうほど外側に向かって広がっている。

流路形成部材１０２は、概して有底円筒状をなし、流路形成部材１０２の外径は、サポート部材１００の内径より僅かに小さくされている。そして、流路形成部材１０２は、サポート部材１００の下方からサポート部材１００の内部に挿入されている。これにより、流路形成部材１０２は、サポート部材１００の内部において上下方向に摺動する。また、流路形成部材１０２の底部とサポート部材１００の蓋部との間には、コイルスプリング１１５が圧縮された状態で配設されている。これにより、流路形成部材１０２は、下方に向かって付勢されている。なお、サポート部材１００の内周面には、ストッパ（図示省略）が設けられており、ストッパにより、流路形成部材１０２の下方への移動が規制される。ちなみに、図３には、ストッパにより下方への移動が規制された状態の流路形成部材１０２が示されている。

また、流路形成部材１０２の周壁部および、底部は肉厚とされており、周壁部および、底部にエア流路１１６が形成されている。詳しくは、流路形成部材１０２の周壁部には、上下方向に延びるように、複数の第１流路（図では、２つの第１流路が示されている）１１８が形成されている。第１流路１１８の上端は、流路形成部材１０２の上端に開口しているが、第１流路１１８の下端は、流路形成部材１０２の下端に開口しておらず、流路形成部材１０２の底部の途中まで延びている。一方、流路形成部材１０２の底部には、複数の第１流路１１８に対応して、複数の第２流路１２０が形成されている。第２流路１２０は傾斜しており、上端において、対応する第１流路１１８の下端に連通している。第２流路１２０の下端は、流路形成部材１０２の底面の中央部に開口している。なお、複数の第２流路１２０の下端は、流路形成部材１０２の底面の同一の部分に開口している。さらに、流路形成部材１０２の底部の中央部には、上下方向に貫通する貫通穴１２１が形成されており、貫通穴１２１の下端は、複数の第２流路１２０の下端と同じ個所に開口している。つまり、複数の第２流路１２０の下端および、貫通穴１２１の下端は、流路形成部材１０２の底面の１箇所において、開口している。

吸着パッド１０４は、弾性変形可能な素材により形成されており、概して短円柱形状をしている。吸着パッド１０４は、流路形成部材１０２の下端面に固定されており、吸着パッド１０４には、上下方向に貫通する貫通穴１２２が形成されている。そして、その貫通穴１２２の上端は、流路形成部材１０２の第２流路１２０の下端と連通している。また、吸着パッド１０４の下端面には、凹部１２４が形成されている。凹部１２４は、吸着パッド１０４の下端面の外縁部１２６が全周に渡って、薄い壁となるように形成されており、外縁部１２６は、下方に向かうほど、外側に向かって広がっている。つまり、外縁部１２６、ラッパ状に広がっている。なお、流路形成部材１０２の上方の部分は、サポート部材１００の内部に位置しているが、流路形成部材１０２の下方の部分、つまり、外縁部１２６は、サポート部材１００の下方から延び出している。また、外縁部１２６の下端の外径は、サポート部材１００の下端の外径より僅かに小さくされており、外縁部１２６とサポート部材１００の下端とは、離間している。

ガイド部材１０６は、概して円筒状をなし、ガイド部材１０６の外径は、流路形成部材１０２の内径より小さくされている。そして、ガイド部材１０６は、流路形成部材１０２の底部に立設した状態で固定されている。

ロッド押部材１０８は、概して有蓋円筒状をなし、ロッド押部材１０８の外径は、ガイド部材１０６の内径より僅かに小さくされている。そして、ロッド押部材１０８の下方の部分が、ガイド部材１０６の上方からガイド部材１０６の内部に挿入されており、ロッド押部材１０８は、挿入された部分において、ガイド部材１０６の内部で上下方向に摺動する。また、ロッド押部材１０８の上端面には、サポート部材１００の貫通穴１１２と向かい合うように、凹部１２８が形成されている。凹部１２８は、ロッド押部材１０８の径方向に延びるように形成されており、ロッド押部材１０８の外周面に至っている。つまり、凹部１２８は、ロッド押部材１０８の上端面と外周面とに開口している。

ロッド１１０は、概して棒状をなし、それの外径は、流路形成部材１０２の貫通穴１２１の内径より僅かに小さく、吸着パッド１０４の貫通穴１２２の内径より小さくされている。そして、ロッド１１０は、上方の部分において、ガイド部材１０６とロッド押部材１０８との内部に収納されるとともに、中央部において、流路形成部材１０２の貫通穴１２１に挿通され、下方の部分において、吸着パッド１０４の貫通穴１２２の内部に延び出している。これにより、ロッド１１０は、流路形成部材１０２の貫通穴１２１において摺動し、ロッド１１０の下端部は、吸着パッド１０４の貫通穴１２２の内部において上下方向に移動する。

また、ロッド１１０の上端には、フランジ部１３０が形成されており、そのフランジ部１３０と流路形成部材１０２の底部との間には、コイルスプリング１３２が圧縮された状態で配設されている。これにより、ロッド１１０は、上方に向かって付勢されている。なお、ロッド１１０が上方に向かって付勢されることで、ロッド１１０の上端はロッド押部材１０８の蓋部に接触し、ロッド押部材１０８も、ロッド１１０と共に上方に向かって付勢される。このため、ロッド押部材１０８の蓋部は、サポート部材１００の蓋部に接触し、貫通穴１１２を覆う。ただし、ロッド押部材１０８の蓋部には、上端面および外周面に開口する凹部１２８が形成されているため、ロッド押部材１０８の蓋部が貫通穴１１２を覆っていても、凹部１２８を介して、貫通穴１１２とサポート部材１００の内部とは連通している。

また、流路形成部材１０２がストッパにより下方への移動が規制され、ロッド押部材１０８がサポート部材１００の蓋部に接触した状態において、ロッド１１０の下端は、吸着パッド１０４の貫通穴１２２の下端から所定距離α上方に位置している。なお、所定距離αは、流路形成部材１０２のサポート部材１００内での移動可能な距離、つまり、ストッパにより下方への移動が規制された流路形成部材１０２（図３での流路形成部材１０２）と、コイルスプリング１１５の弾性力に抗して最も上方に移動した流路形成部材１０２（図４での流路形成部材１０２）との間の距離より長い。

上記構造とされた吸着ノズル６６では、吸着パッド１０４が保持対象の部品（図４参照）１５０に押し付けられると、吸着パッド１０４の外縁部１２６が部品１５０に接触し、弾性変形する。これにより、吸着パッド１０４の凹部１２４の内部が密閉された状態となる。その状態において、アダプタ８０の貫通穴９０，９４，９６に負圧エアが供給されると、つまり、アダプタ８０の貫通穴９０，９４，９６からエアが吸引されると、サポート部材１００の貫通穴１１２および、ロッド押部材１０８の凹部１２８を介して、サポート部材１００の内部のエアが吸引される。この際、流路形成部材１０２のエア流路１１６および、吸着パッド１０４の貫通穴１２２と凹部１２４の内部からエアが吸引され、吸着パッド１０４の外縁部１２６において、部品が吸着保持される。

さらに、サポート部材１００の内部からエアが吸引されると、図４に示すように、流路形成部材１０２が、コイルスプリング１１５の弾性力に抗して、上方に向かって移動し、流路形成部材１０２とともに、吸着パッド１０４も上方に向かって移動する。この際、吸着パッド１０４の外縁部１２６の上面が、サポート部材１００の下端に接触し、外縁部１２６が、上面側からサポート部材１００の下端により支持される。これにより、部品１５０の吸着保持により弾性変形している外縁部１２６が、上面側から支えられることにより、外縁部１２６の弾性変形が抑制され、吸着パッド１０４による部品１５０の吸着保持が担保される。

なお、流路形成部材１０２および吸着パッド１０４の上方への移動に伴って、ロッド１１０が、流路形成部材１０２および吸着パッド１０４に対して、相対的に下方に移動するが、上述した所定距離αが流路形成部材１０２の移動量より長いため、ロッド１１０の下端は、吸着パッド１０４の貫通穴１２２の開口の下端より上方に位置している。このため、吸着ノズル６６は、ロッド１１０の相対的な下方への移動に関わらず、部品１５０を適切に吸着保持する。

また、吸着ノズル６６において、吸着保持された部品１５０が離脱される際には、アダプタ８０の貫通穴９０，９４，９６への負圧エアの供給が停止し、アダプタ８０の貫通穴９０，９４，９６に正圧エアが供給される。アダプタ８０の貫通穴９０，９４，９６への正圧エアの供給により、サポート部材１００の貫通穴１１２および、ロッド押部材１０８の凹部１２８を介して、サポート部材１００の内部にエアが吹き込まれる。この際、流路形成部材１０２のエア流路１１６および、吸着パッド１０４の貫通穴１２２と凹部１２４の内部にエアが吹き込まれる。

また、流路形成部材１０２は、コイルスプリング１１５の弾性力により、図５に示すように、サポート部材１００の内部において、下方に向かって移動し、流路形成部材１０２とともに、吸着パッド１０４も下方に向かって移動する。さらに、サポート部材１００の貫通穴１１２から吹き込まれるエアによって、ロッド押部材１０８が、下方に向かって移動し、ロッド押部材１０８とともに、ロッド１１０が、コイルスプリング１３２の弾性力に抗して、下方に向かって移動する。これにより、ロッド１１０の下端が、吸着パッド１０４の外縁部１２６の下端より下方に移動し、部品１５０に当接する。

このように、吸着ノズルでは、正圧エアが供給されると、吸着パッド１０４の凹部１２４の内部にエアが吹き込まれるとともに、ロッド１１０が下降し、ロッド１１０の下端が部品１５０に当接する。これにより、吸着パッド１０４の外縁部１２６に部品１５０が密着し、部品１５０が吸着パッド１０４から離脱し難い場合であっても、部品１５０を確実に離脱することが可能となる。

ちなみに、上記実施例において、吸着ノズル６６は、吸着ノズルの一例である。貫通穴９０は、エア流路の一例である。貫通穴９４は、エア流路の一例である。貫通穴９６は、エア流路の一例である。サポート部材１００は、支持部材の一例である。吸着パッド１０４は、吸着パッドの一例である。ロッド１１０は、可動部材の一例である。貫通穴１１２は、エア流路の一例である。エア流路１１６は、エア流路の一例である。貫通穴１２２は、エア流路の一例である。凹部１２８は、エア流路の一例である。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することが可能である。具体的には、例えば、上記実施例では、通常時において、サポート部材１００の下端と吸着パッド１０４の外縁部１２６とは離間し、吸着ノズル６６に負圧エアが供給された際に、吸着パッド１０４の外縁部１２６がサポート部材１００により支持されるが、吸着ノズル６６への負圧エアの供給に関わらず、常時、吸着パッド１０４の外縁部１２６がサポート部材１００により支持されてもよい。

６６：吸着ノズル９０：貫通穴（エア流路）９４：貫通穴（エア流路）９６：貫通穴（エア流路）１００：サポート部材（支持部材）１０４：吸着パッド１１０：ロッド（可動部材）１１２：貫通穴（エア流路）１１６：エア流路１２２：貫通穴（エア流路）１２８：凹部（エア流路）

Claims

吸着面において負圧エアを利用して部品を吸着保持し、吸着保持した部品を前記吸着面から正圧エアを利用して離脱させる吸着ノズルにおいて、
当該吸着ノズルが、
正圧エアと負圧エアとが選択的に流されるエア流路と、
前記吸着ノズルの内部において、前記吸着面に向かって進退可能に保持される可動部材と、
弾性変形可能な素材により成形され、前記吸着面を有する吸着パッドと、
前記吸着パッドの部品吸着時に弾性変形する前記吸着面の縁部を、前記吸着面の反対側から支持する支持部材と
を備え、
前記可動部材が、
前記エア流路を流れる正圧エアによって前記吸着面から突出し、前記エア流路に負圧が流されている際に、当該吸着ノズルの内部に退避していることを特徴とする吸着ノズル。
前記支持部材は、
前記吸着パッドに対して相対移動可能であり、前記エア流路に正圧が流されている際に、前記吸着パッドと離間し、前記エア流路に負圧が流されている際に、前記吸着パッドの前記吸着面の縁部を、前記吸着面の反対側から支持することを特徴とする請求項１に記載の吸着ノズル。