JP6578005B2 - 部品実装装置 - Google Patents

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Description

本発明は、部品実装装置に関する。
従来より、部品供給装置から供給される部品をノズルに吸着して基板の所定位置へ運んで実装する部品実装装置が知られている。例えば、特許文献1には、この種の部品実装装置として、Y軸スライダと、そのY軸スライダの前面に取り付けられたX軸スライダと、そのX軸スライダに搭載されたロータリーヘッドと、そのロータリーヘッドにZ軸方向へ移動可能に取り付けられた複数のノズルとを備えたものが開示されている。こうした部品実装装置において、ノズルのZ軸方向のストロークが長いと、スループットが悪化する要因となる。そのため、X軸スライダにZ軸スライダを取り付け、そのZ軸スライダにロータリーヘッドを搭載し、ロータリーヘッドを通常よりも下方に位置決めした状態でノズルをZ軸方向に移動させることにより、ノズルのZ軸方向へのストロークを通常より短くすることが考えられる。
国際公開第2015/045033号パンフレット
しかしながら、X軸スライダにZ軸スライダを取り付けた場合、Z軸スライダに接続されたZ軸配線を新たに引き回す必要があり、部品実装装置の構造をコンパクトに収められなくなったり、操作性が悪化したりすることが懸念される。この点は、配線だけでなく配管についても同様である。
本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、XYロボットの一方のスライダにZ軸方向への移動が可能なように取り付けられたZ軸スライダにヘッドを搭載した部品実装装置において、スループットの向上と配線配管の省スペース化を実現することを主目的とする。
本発明の部品実装装置は、
XYロボットと、該XYロボットの一方のスライダにZ軸方向への移動が可能なように取り付けられたZ軸スライダと、前記Z軸スライダに搭載されたヘッドと、前記ヘッドにZ軸方向への移動が可能なように取り付けられたノズルと、を備え、部品供給装置から供給される部品を前記ノズルに吸着して基板の所定位置へ運んで実装する部品実装装置であって、
前記XYロボットの一方のスライダに搭載された機器に接続され該スライダの動作に追従する第1の配線配管と、
前記Z軸スライダに搭載された機器に接続され該Z軸スライダの動作に追従する第2の配線配管と、
前記第1の配線配管の少なくとも一部と前記第2の配線配管の少なくとも一部とがひとまとめにされ、前記XYロボットの一方のスライダの移動方向及び前記Z軸スライダの移動方向に伸縮可能な可撓部と、
を備えたものである。
この部品実装装置では、XYロボットの一方のスライダにZ軸スライダを取り付け、そのZ軸スライダにヘッドを搭載している。そのため、ヘッドを通常よりも下方に位置決めすることができる。この状態でノズルによる部品の吸着・実装を行うと、ノズルのZ軸方向へのストロークはヘッドを下げた分だけ短くなる。その結果、スループットが向上する。また、第1の配線配管(XYロボットの一方のスライダの配線配管)の少なくとも一部と第2の配線(Z軸スライダの配線配管)の少なくとも一部とをひとまとめにして可撓部にしている。そのため、第1及び第2の配線配管を全く別々に引き回す場合に比べて、配線配管の省スペース化を図ることができる。
本発明の部品実装装置において、前記可撓部は、その可撓部の一端の真下に他端が位置している状態では中間部分がU字状(見方を変えればC字状)又はS字状になっていてもよい。こうした可撓部は、U字状又はS字状の中間部分が変形して伸縮可能なため、比較的シンプルな構造でありながらXYロボットの一方のスライダやZ軸スライダの移動に良好に追従することができる。
本発明の部品実装装置において、前記Z軸スライダは、該Z軸スライダの下部から前記XYロボットの他方のスライダの下方空間を通過して前記Z軸スライダが取り付けられた側とは反対側の空間へ達するケースを備え、前記可撓部は、前記反対側の空間において前記ケースから前記他方のスライダの上部までの区間に設けられていてもよい。こうすれば、可撓部はXYロボットの他方のスライダのうちZ軸スライダやヘッドが取り付けられた側とは反対側の空間に配置されるため、例えばZ軸スライダに取り付けられたヘッドを交換する際に可撓部が邪魔になることがない。
この場合、前記可撓部は、前記反対側の空間の所定領域からはみ出すことなく撓むように構成されていてもよい。こうすれば、部品実装装置が作動するのに必要な空間をコンパクトにすることができる。前記所定領域の少なくとも一部は、前記XYロボットの他方のスライダによって囲まれた空間と重複するようにしてもよい。
部品実装装置10の概略を示す斜視図。 ヘッド30の斜視図。 部品実装装置10の主要部分の側面図。 部品実装装置10の主要部分の側面図。 部品実装装置10の主要部分を後方からみた斜視図。
本発明を実施するための形態を図面を用いて以下に説明する。図1は部品実装装置10の概略を示す斜視図、図2はヘッド30の斜視図、図3は部品実装装置10の主要部分の側面図である。なお、図1の左右方向がX軸方向であり、前後方向がY軸方向であり、上下方向がZ軸方向である。
部品実装装置10は、図1に示すように、基板搬送ユニット12と、XYロボット20と、ヘッド30と、パーツカメラ66と、部品供給ユニット70と、コントローラ76とを備えている。
基板搬送ユニット12は、前後それぞれに設けられたコンベアユニット14により基板Sを左から右へと搬送する。また、基板搬送ユニット12は、搬送されてきた基板Sの下方から支持ピン16を突き上げることによりコンベアユニット14から基板Sを持ち上げて支持し、基板Sを支持している支持ピン16を下降させることにより基板Sをコンベアユニット14に戻す。
XYロボット20は、Y軸スライダ22と、X軸スライダ26とを備えている。Y軸スライダ22は、本体枠11の上段部に前後方向(Y軸方向)に沿って設けられた左右一対のY軸ガイドレール24に架け渡された状態で、Y軸ガイドレール24に沿って移動可能となっている。X軸スライダ26は、Y軸スライダ22の前面に左右方向(X軸方向)に沿って設けられたX軸ガイドレール28に取り付けられ、X軸ガイドレール28に沿って移動可能となっている。X軸ガイドレール28は、Y軸スライダ22の左右幅とほぼ同じ長さである。このXYロボット20は、コントローラ76によって制御され、XY平面上の任意の位置にヘッド30を移動させることができる。
ヘッド30は、X軸スライダ26の前面にZ軸方向への移動が可能なように取り付けられたZ軸スライダ29に着脱可能に搭載されている。このヘッド30は、図2に示すように、フレーム38を備え、そのフレーム38にオートツール33やR軸モータ34、θ軸モータ35、Z軸モータ36などを備える。オートツール33は、円筒形状であり、ノズル31が着脱可能なノズルホルダ32を円周方向に沿って複数本備えている。R軸モータ34は、オートツール33をその軸心線(R軸)周りで回転させることで各ノズルホルダ32に装着されたノズル31をオートツール33の円周方向に旋回させる。θ軸モータ35は、オートツール33に装着された各ノズルホルダ32をその軸心線(θ軸)周りで回転(自転)させる。Z軸モータ36は、ノズル昇降機構37を構成する部材であり、ノズル31の旋回軌道上の所定位置でノズルホルダ32をノズル31と共に下降させる。ノズルホルダ32に装着されたノズル31は、エア配管を通じてその吸引口に負圧を作用させて部品を吸着(保持)したり、吸引口に正圧を作用させて部品の吸着を解除(保持を解除)したりすることができる。なお、オートツール33は、ヘッド30に着脱可能に取り付けられており、ノズル31の数の異なるオートツールに交換することも可能である。
ここで、ヘッド30の周辺装置について、図3に基づいて説明する。Y軸ガイドレール24にガイド23を介してY軸方向にスライド可能に取り付けられたY軸スライダ22は、左右方向に延びるフレーム本体に逆直角三角形からなる側面が設けられたY軸フレーム22aと、そのY軸フレーム22aの後方の数カ所に形成された逆直角三角形からなる補強リブ22bとを備えている。X軸スライダ26は、Y軸フレーム22aの前面に左右方向に延びる上下一対のX軸ガイドレール28に、ガイド25を介してX軸方向にスライド可能に取り付けられている。このX軸スライダ26は、Y軸フレーム22aの前面にX方向の駆動源(X軸駆動源)を備えている。このX軸駆動源は、モータとボールネジとの組合せでもよいし、リニアモータでもよい。Z軸スライダ29は、X軸スライダ26の前面に上下方向に延びる左右一対のZ軸ガイドレール50に、ガイド52を介してZ軸方向にスライド可能に取り付けられている。このZ軸スライダ29は、図示しないZ軸ボールネジ機構によってZ軸方向へ移動可能となっている。Z軸スライダ29は、Z軸スライダ29の下部からY軸スライダ22の下方空間を通過してY軸スライダ22の後方空間(ヘッド30を保持したZ軸スライダ29が設けられた側とは反対側の空間)へ達するケース54を備えている。このケース54には、X軸スライダ26に搭載された機器に接続された配線配管(X軸配線配管)の一部又は全部とZ軸スライダ29に搭載された機器に接続された配線配管(Z軸配線配管)の一部又は全部とがひとまとめにされてY軸スライダ22の後方空間へ導かれている。X軸スライダ26に搭載された機器としては、例えばバックアップピン用シリンダ(図示しない)やZ軸ボールネジ機構、X軸駆動源などが挙げられる。Z軸スライダ29に搭載された機器としては、例えば各モータ34,35,36やノズル31へ負圧・正圧を供給するエア配管などが挙げられる。Y軸スライダ22の後方空間へ導かれた配線配管は、下方から上方に向かって形成された可撓部56を経てY軸スライダ22の後方上部に至り、本体枠11のうちY軸方向に延びるY軸枠11aの中をY軸方向に伸縮可能な状態で通され、最終的にコントローラ76や図示しない真空ポンプ、電源などに接続される。可撓部56は、可撓性を有するX軸配線配管の少なくとも一部と可撓性を有するZ軸スライダの配線配管の少なくとも一部とを平型(一段)に並べて樹脂で固めて全体が可撓性を持つようにしたものである。この可撓部56は、可撓部56の上端の真下に下端が位置する状態では、中間部分がC字状(U字状)に屈曲している(図5参照)。また、Z軸スライダ29の保持部29aは、ヘッド30の後面に設けられた被係合部30aを上下から挟み込んで着脱可能に固定する係合部29bを有している。
パーツカメラ66は、部品供給ユニット70と基板搬送ユニット12との間であって左右方向の長さの略中央にて、撮像方向が上向きとなるように設置されている。このパーツカメラ66は、その上方を通過するノズル31に吸着された部品を撮像し、撮像により得られた画像をコントローラ76へ出力する。
部品供給ユニット70は、リール72と、フィーダ74とを備えている。リール72には、部品を収容した凹部が長手方向に沿って並ぶように形成されたテープが巻かれている。フィーダ74は、リール72に巻かれたテープの部品を所定の部品供給位置へ送り出す。リール72に巻かれたテープは部品を覆うフィルムを有しているが、部品供給位置に至るとフィルムが剥がされるようになっている。そのため、部品供給位置に配置された部品はヘッド30に搭載されたオートツール33のノズル31によって吸着可能な状態となる。
コントローラ76は、CPUを中心とした周知のマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、ROM、HDD、RAMなどを備える。コントローラ76には、X軸スライダ26の位置を検知するX軸位置センサからの位置信号や、Y軸スライダ22の位置を検知するY軸位置センサからの位置信号、Z軸スライダ29の位置を検知するZ軸位置センサからの位置信号、ノズル31の高さを検知するノズルセンサからの位置信号、ノズル31に吸着された部品を撮像可能なパーツカメラ66からの画像信号などが入力される。一方、コントローラ76からは、部品供給ユニット70への制御信号や、基板搬送ユニット12への制御信号、X軸スライダ26を移動させるX軸モータへの駆動信号、Y軸スライダ22を移動させるY軸モータへの駆動信号、Z軸モータ36への駆動信号、Z軸ボールネジ機構のモータへの駆動信号、ヘッド30への駆動信号などが出力される。
次に、部品実装装置10の動作、特に部品供給ユニット70によって供給される部品をノズルに吸着して基板Sの所定位置に実装する動作について説明する。
まず、コントローラ76は、R軸モータ34を制御してオートツール33を自転させることにより、ノズル昇降機構37が設けられている位置へ1番目のノズル31を移動させる。次に、コントローラ76は、XYロボット20を制御して1番目のノズル31が部品供給位置の上方に来るようにヘッド30を移動させる。次に、コントローラ76は、図示しないZ軸ボールネジ機構を制御してZ軸スライダ29を通常位置から所定の下方位置へ移動させる。Z軸スライダ29が通常位置にあるとき、図3に示すように、基準面からヘッド30の下面までの高さはH1となる。一方、保持部29aが一体化されたZ軸スライダ29やヘッド30、ケース54がX軸スライダ26に対して下降して所定の下方位置に至ると、図4に示すように、基準面からヘッド30の下面までの高さがH2(<H1)となる。この状態でノズル31による部品の吸着・実装を行うと、ノズル31のZ軸方向へのストロークはヘッド30を下げた分(=H1−H2)だけ通常より短くなる。次に、コントローラ76は、Z軸モータ36を制御して1番目のノズル31を下降させ、ノズル31に負圧が供給されるようにエア配管の圧力調整弁を制御する。これにより、部品は1番目のノズルに吸着される。コントローラ76は、2番目以降のノズル31についても、同様にして部品を吸着させ、最終的にオートツール33のすべてのノズル31に部品を吸着させる。その後、コントローラ76は、XYロボット20を制御してヘッド30をパーツカメラ66の上方へ移動させた後、R軸モータ34及びパーツカメラ66を制御して、パーツカメラ66にすべてのノズル31に吸着された部品を順次撮像させる。コントローラ76は、この撮像画像を解析することにより部品の姿勢を把握する。次に、コントローラ76は、XYロボット20を制御してヘッド30を基板S上へ移動させ、1番目のノズル31に吸着された部品から順に基板Sへ実装していく。実装手順は、吸着手順のほぼ逆の手順であるが、吸着時にはノズル31に負圧が供給されるようにエア配管の圧力調整弁を制御したのに対して実装時にはノズル31に正圧が供給されるようにする。なお、コントローラ76は、ノズル31に部品を吸着する際やノズル31に吸着された部品を基板Sの所定位置へ実装する際、適宜、θ軸モータ35を制御してノズル31を回転させて部品の姿勢を調整する。
このようにコントローラ76が基板Sへの部品の実装を行っている間、X軸スライダ26がX軸方向へ移動したりZ軸スライダ29がZ軸方向へ移動したりするのに伴い、配線・配管の可撓部56がそれらと同じ方向に伸縮する。このときの様子を図5に示す。図5は部品実装装置10の主要部分を後方からみた斜視図である。図5では、便宜上、X軸スライダ26やZ軸スライダ29、ヘッド30を省略した。ケース54は、X軸スライダ26にZ軸方向へ移動できるように取り付けられたZ軸スライダ29に一体化されている(図3参照)。そのため、このケース54は、XZ軸方向へ移動可能である。このケース54が左側(図5で右側)の最上位に位置しているときには(図5の実線参照)、可撓部56の上端のほぼ真下に下端が配置されており、可撓部56の中間部分の外観形状はC字状となっている。その状態から、ケース54が右側(図5で左側)へ移動すると、ケース54はその高さを保ったまま右側へ移動し、可撓部56のC字状の部分が横に伸びてZ字状になる(図5の1点鎖線参照)。一方、ケース54が左側の最上位に位置している状態(図5の実線参照)から下側へ移動すると、ケース54はXY座標の位置を保ったまま下側へ移動し、可撓部56のC字状の部分が縦に伸びた形状となる。このように、可撓部56は、X軸方向やZ軸方向に伸縮可能なためX軸スライダ26やZ軸スライダ29の動作に追従することができる。
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X軸スライダ26が、本発明のXYロボットの一方のスライダに相当し、Y軸スライダ22が他方のスライダに相当する。また、X軸スライダ26の動作に追従するX軸配線配管が第1の配線配管に相当し、Z軸スライダの動作に追従するZ軸配線配管が第2の配線配管に相当する。
以上詳述した部品実装装置10では、ヘッド30を通常よりも下方に位置決めした状態でノズルによる部品の吸着・実装を行うと、ノズル31のZ軸方向のストロークはヘッド30を下げた分だけ通常より短くなる。その結果、スループットが向上する。また、X軸配線配管とZ軸配線配管とをひとまとめにして可撓部56にしているため、X軸配線配管とZ軸配線配管とを全く別々に引き回す場合に比べて、配線配管の省スペース化を図ることができる。
また、可撓部56は、その可撓部56の一端のほぼ真下に他端が位置している状態では中間部分がC字状(U字状)になっていてこの中間部分が変形してX軸方向やZ軸方向に伸縮可能なため、比較的シンプルな構造でありながらX軸スライダ26やZ軸スライダ29の移動に良好に追従することができる。
更に、可撓部56はY軸スライダ22のうちZ軸スライダ29が取り付けられた側とは反対側の空間に配置されるため、Z軸スライダ29に取り付けられたヘッド30を交換する際に可撓部56が邪魔になることがない。このとき、可撓部56はその反対側の空間の所定領域(左右両側の補強リブ22bの上辺後側の点同士を結んだ線を含む仮想垂直面を後方限界とする領域)からはみ出すことなく撓むように構成されている。そのため、部品実装装置10が作動するのに必要な空間をコンパクトにすることができる。また、所定領域はY軸スライダ22の構成部材である左右両側の補強リブ22bによって囲まれた空間と重複しているため、可撓部56が動く空間をよりコンパクトにすることができる。
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。
上述した実施形態では、Y軸スライダ22にX軸スライダ26をX軸方向への移動が可能なように取り付けた部品実装装置10において、X軸スライダ26にZ軸スライダ29をZ軸方向への移動が可能なように取り付けたが、特にこれに限定されない。例えば、X軸スライダをY軸スライダにY軸方向への移動が可能なように取り付けた部品実装装置において、Y軸スライダにZ軸スライダをZ軸方向ヘの移動が可能なように取り付けてもよい。その場合、Y軸配線配管の少なくとも一部とZ軸配線配管の少なくとも一部とを可撓部にひとまとめにすればよく、可撓部をY軸スライダの移動方向及びZ軸スライダの移動方向に伸縮できるようにすればよい。
上述した実施形態では、X軸配線配管の少なくとも一部とZ軸配線配管の少なくとも一部とを可撓部56にひとまとめにしたが、更に可撓部56にY軸配線配管の少なくとも一部もまとめるようにしてもよい。
上述した実施形態では、可撓性のあるX軸配線配管の少なくとも一部と可撓性のあるZ軸スライダの配線配管の少なくとも一部とを平型(一段)に並べて樹脂で固めたものを可撓部56としたが、特にこれに限定されない。例えば、これらの配線配管を複数段(例えば二段)に積んで樹脂で固めたものを可撓部56としてもよいし、これらの配線配管をフレキシブルチューブに挿入したものを可撓部56としてもよいし、配線配管をひとまとめにして適当な間隔をあけてバンドでクランプしたものを可撓部56としてもよい。
上述した実施形態では、可撓部56がX軸スライダ26とZ軸スライダ29の動きに追従して動く空間を、Y軸スライダ22の左右両側の補強リブ22bによって囲まれた空間(三角柱状の空間)に重複するようにしたが、例えば補強リブを逆直角三角形ではなく長方形とし、その長方形の補強リブによって囲まれた空間(直方体の空間)に収まるようにしてもよい。
上述した実施形態では、可撓部56の中間部分をC字状(U字状)とすることでX軸方向及びZ軸方向に伸縮可能としたが、X軸方向及びZ軸方向へ伸縮可能な形状であれば特にこの形状に限定されない。例えば、可撓部56の中間部分をS字状としてもよい。また、可撓部56の中間部分がC字状(U字状)又はS字状であればその他の部分はどのような形状であってもよい。
上述した実施形態では、オートツール33は円筒体の円周方向に沿って複数のノズル31を備えたものとしたが、1本のノズルを備えたものであっても構わない。
本発明は、部品実装装置や部品実装装置を組み込んだ部品実装システムなどに利用可能である。
10 部品実装装置、11 本体枠、11a Y軸枠、12 基板搬送ユニット、14 コンベアユニット、16 支持ピン、20 XYロボット、22 Y軸スライダ、22a Y軸フレーム、22b 補強リブ、23 ガイド、24 Y軸ガイドレール、25 ガイド、26 X軸スライダ、28 X軸ガイドレール、29 Z軸スライダ、29a 保持部、29b 係合部、30 ヘッド、30a 被係合部、31 ノズル、32 ノズルホルダ、33 オートツール、34 R軸モータ、35 θ軸モータ、36 Z軸モータ、37 ノズル昇降機構、38 フレーム、50 Z軸ガイドレール、52 ガイド、54 ケース、56 可撓部、66 パーツカメラ、70 部品供給ユニット、72 リール、74 フィーダ、76 コントローラ。

Claims (5)

  1. XYロボットと、該XYロボットの一方のスライダにZ軸方向への移動が可能なように取り付けられたZ軸スライダと、前記Z軸スライダに搭載されたヘッドと、前記ヘッドにZ軸方向への移動が可能なように取り付けられたノズルと、を備え、部品供給装置から供給される部品を前記ノズルに吸着して基板の所定位置へ運んで実装する部品実装装置であって、
    前記XYロボットの一方のスライダに搭載された機器に接続され該スライダの動作に追従する第1の配線配管と、
    前記Z軸スライダに搭載された機器に接続され該Z軸スライダの動作に追従する第2の配線配管と、
    前記第1の配線配管の少なくとも一部と前記第2の配線配管の少なくとも一部とがひとまとめにされ、前記XYロボットの一方のスライダの移動方向及び前記Z軸スライダの移動方向に伸縮可能な可撓部と、
    を備えた部品実装装置。
  2. 前記可撓部は、該可撓部の一端の真下に他端が位置している状態では中間部分がU字状又はS字状になっている、
    請求項1に記載の部品実装装置。
  3. 前記Z軸スライダは、該Z軸スライダの下部から前記XYロボットの他方のスライダの下方空間を通過して前記Z軸スライダが取り付けられた側とは反対側の空間へ達するケースを備え、
    前記可撓部は、前記反対側の空間において前記ケースから前記他方のスライダの上部までの区間に設けられている、
    請求項1又は2に記載の部品実装装置。
  4. 前記可撓部は、前記反対側の空間の所定領域からはみ出すことなく撓むように構成されている、
    請求項3に記載の部品実装装置。
  5. 前記所定領域は、前記XYロボットの他方のスライダの構成部材によって囲まれた空間と重複する、
    請求項4に記載の部品実装装置。
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