JP6784821B2 - 部品装着ヘッドおよびそれに用いることができる吸着ノズルアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、部品を基板等に装着する際に使用される部品装着ヘッド、および、それに用いることができる吸着ノズルアセンブリに関する。

部品装着ヘッドとして、例えば、下記特許文献に記載されているような部品装着ヘッドが検討されている。その部品装着ヘッドは、(a) ヘッド本体と、(b) そのヘッド本体に昇降可能に保持されたノズル保持具と、(c) そのノズル保持具の下端部において、そのノズル保持具に対して上下方向に移動可能に嵌め合わされ、自身の下端部において部品を吸着保持する吸着ノズルと、(d) ノズル保持具をヘッド本体に対して昇降させる第１昇降装置と、(e) 吸着ノズルをノズル保持具に対して昇降させる第２昇降装置と、(f) 吸着ノズルに作用する上下方向の作用力を検出する作用力検出器と、(g) 部品の装着の際に、作用力検出器によって検出されている作用力に基づいて、第２昇降装置の動作を制御する制御装置とを含んで構成されている。

国際公開第ＷＯ２０１４／０８０４７２Ａ１号パンフレット

発明の解決しようとする課題

上記特許文献に記載の部品装着ヘッドでは、作用力検出器によって検出されている作用力に基づいて、第２昇降装置の動作が制御されるため、部品の装着におけるその部品の押付荷重を適切なものとすることが可能である。しかしながら、そのような部品装着ヘッドでも、改良の余地が多分に残されており、改良を施すことにより、そのような部品装着ヘッドの実用性を向上させることが可能である。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、より実用性の高い部品装着ヘッドを提供することを課題とする。また、そのような部品装着ヘッドに用いることができる吸着ノズルアセンブリを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の部品装着ヘッドは、
部品を装着するための部品装着ヘッドであって、
ヘッド本体と、
そのヘッド本体に昇降可能に保持されたノズル保持具と、
そのノズル保持具の下端部において、そのノズル保持具に対して上下方向に移動可能に嵌め合わされ、自身の下端部において部品を吸着保持する吸着ノズルと、
前記ノズル保持具を前記ヘッド本体に対して昇降させる第１昇降装置と、
前記吸着ノズルを前記ノズル保持具に対して昇降させる第２昇降装置と、
前記吸着ノズルに作用する上下方向の作用力を検出する作用力検出器と、
部品の装着の際に、前記作用力検出器によって検出されている作用力に基づいて、前記第２昇降装置の動作を制御する制御装置と
を備え、
前記ノズル保持具が、前記ヘッド本体に対して昇降可能とされた軸と、その軸の下端部に着脱可能に取付られて前記吸着ノズルが嵌め合わされたアタッチメントとを含んで構成されており、
そのアタッチメントと前記吸着ノズルとの間に、前記アタッチメントに対する前記吸着ノズルの上下方向の移動に対しての抵抗を軽減させるためのベアリングが配設され、それらアタッチメントと吸着ノズルとが、一体的に、前記軸に対して交換可能とされ、
前記吸着ノズルが、前記アタッチメントの外周部を囲うように設けられたばね保持筒を有するとともに、前記アタッチメントと前記ばね保持筒との間に設けられた付勢スプリングにより前記アタッチメントに対し上方に付勢されることを特徴とする。
また、本発明の第２の部品装着ヘッドは、
部品を装着するための部品装着ヘッドであって、
ヘッド本体と、
そのヘッド本体に昇降可能に保持されたノズル保持具と、
そのノズル保持具の下端部において、そのノズル保持具に対して上下方向に移動可能に嵌め合わされ、自身の下端部において部品を吸着保持する吸着ノズルと、
前記ノズル保持具を前記ヘッド本体に対して昇降させる第１昇降装置と、
前記吸着ノズルを前記ノズル保持具に対して昇降させる第２昇降装置と、
前記吸着ノズルに作用する上下方向の作用力を検出する作用力検出器と、
部品の装着の際に、前記作用力検出器によって検出されている作用力に基づいて、前記第２昇降装置の動作を制御する制御装置と
を備え、
前記ノズル保持具が、前記ヘッド本体に対して昇降可能とされた軸と、その軸の下端部に着脱可能に取付られて前記吸着ノズルが嵌め合わされたアタッチメントとを含んで構成されており、
そのアタッチメントと前記吸着ノズルとの間に、前記アタッチメントに対する前記吸着ノズルの上下方向の移動に対しての抵抗を軽減させるためのベアリングが配設され、それらアタッチメントと吸着ノズルとが、一体的に、前記軸に対して、前記部品装着ヘッドによる部品の装着作業中において、前記吸着ノズルが装着する部品に応じて自動的に交換可能とされたことを特徴とする。
さらに、本発明の第１の吸着ノズルアセンブリは、
部品を装着するための部品装着ヘッドに対して交換可能に着脱される吸着ノズルアセンブリであって、
(a) 前記部品装着ヘッドにおいて昇降させられる軸の下端部に着脱可能に取り付けられるアタッチメントと、(b) そのアタッチメントが前記軸に取り付けられた状態における上下方向に移動可能にそのアタッチメントに嵌め合わされ、自身の下端部において部品を吸着保持する吸着ノズルとを含んで構成され、
前記吸着ノズルが、前記アタッチメントに対する上下方向の移動に対しての抵抗を軽減させるためのベアリングを介して、前記アタッチメントに嵌め合わされ、
前記吸着ノズルが、前記アタッチメントの外周部を囲うように設けられたばね保持筒を有するとともに、前記アタッチメントと前記ばね保持筒との間に設けられた付勢スプリングにより前記アタッチメントに対し上方に付勢されることを特徴とする。
さらにまた、本発明の第２の吸着ノズルアセンブリは、
部品を装着するための部品装着ヘッドに対して、その部品装着ヘッドによる部品の装着作業中において、装着する部品に応じて自動的に交換可能に着脱される吸着ノズルアセンブリであって、
(a) 前記部品装着ヘッドにおいて昇降させられる軸の下端部に着脱可能に取り付けられるアタッチメントと、(b) そのアタッチメントが前記軸に取り付けられた状態における上下方向に移動可能にそのアタッチメントに嵌め合わされ、自身の下端部において部品を吸着保持する吸着ノズルとを含んで構成され、
前記吸着ノズルが、前記アタッチメントに対する上下方向の移動に対しての抵抗を軽減させるためのベアリングを介して、前記アタッチメントに嵌め合わされたことを特徴とする。

本発明の部品装着ヘッドでは、上記ベアリングにより、ノズル保持具に対して、吸着ノズルの上下方向の移動がスムーズであるため、作用力検出器によって検出される上記作用力がより適切なものとなり、部品の装着の際に、吸着ノズルをノズル保持具に対してより適切に動作させることが可能となる。その結果、部品の装着の際における部品の押付荷重をより適切なものとすることができるのである。そのような利点を有することで、本発明の部品装着ヘッドの実用性は、大きく向上させられるのである。また、そのような部品装着ヘッドに用いることのできる本発明の吸着ノズルアセンブリは、その部品装着ヘッドの実用性の向上に寄与するものとなる。

実施例の部品装着ヘッドの正面図である。 上記部品装着ヘッドの吸着ノズル周辺を示す一部断面正面図である。 上記部品装着ヘッドの吸着ノズル周辺を示す一部断面側面図である。 上記吸着ノズルおよびそれを保持するスリーブの平面図である。 吸着ノズルへの作用力の部品装着の際の経時的変化を示すグラフである。 変形例の部品装着ヘッドの吸着ノズル周辺を示す一部断面正面図である。 変形例の部品装着ヘッドの吸着ノズル周辺を示す一部断面側面図である。 変形例の部品装着ヘッドの吸着ノズル周辺を示す一部断面図であって、上記一部断面正面図および上記一部断面側面図とは異なる角度から示す一部断面図である。

以下、本発明の代表的な実施形態を、実施例として、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、本発明は、下記実施例の他、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できる。

［１］部品装着ヘッドの構成
図１に示すように、実施例の部品装着ヘッド１０（以下、単に「装着ヘッド１０」という場合がある）は、ヘッド本体１２を備え、ヘッド本体１２は、回転昇降軸１４をそれの軸線に平行な方向の移動（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軸保持部１６と、第１リニアモータ１８を固定的に保持するモータ保持部２０とを有している。本装着ヘッド１０では、軸保持部１６とモータ保持部２０とは互いに固定されている。回転昇降軸１４は、下端部において、部品保持具としての吸着ノズル２２を保持しており、ノズル保持具として機能する。

回転昇降軸１４は、図２，図３に拡大して示すように、下端部に装着穴２３が設けられた軸本体２４と、それに着脱可能な筒状のスリーブ２６とを有している。スリーブ２６は、吸着ノズル２２を軸方向に相対移動可能かつ相対回転不能に保持した状態で、装着穴２３に着脱される。つまり、吸着ノズル２２は、スリーブ２６を介して軸本体２４に装着され、スリーブ２６は、装着された後は回転昇降軸１４の一部として機能する。見方を変えて説明すれば、ノズル保持具である回転昇降軸１４は、ヘッド本体１２に対して昇降可能とされた軸である軸本体２４と、その軸本体２４の下端部に取り付けられて吸着ノズル２２が嵌め合わされて、アタッチメントとして機能するスリーブ２６とを含んで構成されており、吸着ノズル２２と、アタッチメントであるスリーブ２６とが、一体的に、軸本体２４に対して交換可能とされているのである。ちなみに、吸着ノズル２２とスリーブ２６とが一体化されたものは、装着ヘッド１０による部品の装着作業中において、装着される部品に応じて自動的に交換することも可能とされている。なお、吸着ノズル２２と、アタッチメントであるスリーブ２６とが嵌め合わされたものは、吸着ノズルアセンブリと呼ぶことができる。

さらに、図４をも参照しつつ説明すれば、吸着ノズル２２は、軸部２８とフランジ部３０とを有するノズル本体３２と、軸部２８の下端に固定されたノズルチップ３４と、軸部２８を囲うようにしてフランジ部３０に固定的に付設されたばね保持筒３６とを含んで構成されている。軸部２８のフランジ部３０より上方の部分が、ベアリング３７を介してスリーブ２６に嵌め合わされている。ちなみに、ベアリング３７は、吸着ノズル２２のスリーブ２６に対する上下方向の移動に対しての抵抗を軽減させる機能を有している。なお、本実施例の装着ヘッド１０における上記吸着ノズルアセンブリは、吸着ノズル２２と、アタッチメントであるスリーブ２６とが、ベアリング３７を介して嵌め合わされており、実施例の吸着ノズルアセンブリとなる。

詳しく説明すれば、ベアリング３７は、複数のベアリングボール３８と、図示を省略する薄板円筒状リテーナとによって構成され、それら複数のベアリングボール３８は、それぞれが軸線方向に沿った複数の列に配列されている。それら複数の列は、一円周上において等間隔に位置している。一方で、吸着ノズル２２の軸部２８の外周、および、スリーブ２６の内周には、それら複数の列に対応して、それぞれが軸線方向、つまり、上下方向に延びる複数の溝３９，複数の溝４０が形成されており、複数の列の各々のベアリングボール３８は、それら複数の溝３９の１つ，複数の溝４０の１つを転動するようにされている。このベアリングボール３８の転動によって、吸着ノズル２２のスリーブ２６に対する上下方向の移動に対しての抵抗が、軽減されるのである。

さらに言えば、複数の列の各々のベアリングボール３８は、複数の溝３９の１つ，複数の溝４０の１つを転動するようにされていることで、吸着ノズル２２とスリーブ２６との相対回転が禁止される。つまり、ベアリング３７によって、つまり、ベアリングボール３８，溝３９，溝４０によって、スプライン機構、詳しくは、ボールスプライン機構が構成されているのである。ちなみに、ベアリング３７が介在させられていない箇所においては、吸着ノズル２２の軸部２８の外周面と、スリーブ２６の内周面との間に、ほんの僅かなクリアランスが設けられている。

なお、リテーナが吸着ノズル２２に対して固定されているような場合には、複数の溝３９を設けずに複数の溝４０だけを設けることによっても、また、リテーナがスリーブ２６に対して固定されているような場合には、複数の溝４０を設けずに複数の溝３９だけを設けることによっても、吸着ノズル２２とスリーブ２６との相対回転を禁止することが可能である。また、後に説明するように、スプライン機構を構成するベアリング３７によらずに、別の箇所において、吸着ノズル２２とスリーブ２６との相対回転を禁止するための機構を設けてもよい。

軸部２８の上部には、横方向に貫通する上下方向において長い長穴４２が設けられている。一方、スリーブ２６には、その長穴４２と向かい合う位置に１対の穴４４が設けられている。それら１対の穴４４と長穴４２を挿通するようにして、係止ピン４６が、スリーブ２６に固定されている。この係止ピン４６のスリーブ２６から延びだす両端の部分は、回転昇降軸１４の軸本体２４の下端部に設けられた１対のＪスロット４８と係合するようにされており（図１参照）、吸着ノズル２２は、スリーブ２６とともに、１対のＪスロット４８を介して、軸本体２４に着脱可能とされているのである。スリーブ２６は、スプリング５０および係止環５２を含んで構成されるロック機構によって、係止ピン４６が１対のＪスロット４８と係合した状態において、軸本体２４に固定される。そのような固定によって、スリーブ２６は、軸本体２４に対して、上下方向に移動不能とされ、かつ、回転が禁止される。なお、係止ピン４６の外径は、長穴４２の幅に対してある程度小さくされているが、僅かにだけ小さくすることで、上述のベアリング３７を含んで構成されるスプライン機構によってではなく、それら係止ピン４６，長穴４２によって、吸着ノズル２２のスリーブ２６に対する回転を禁止するように構成してもよい。

一方で、吸着ノズル２２は、軸部２８に設けられた長穴４２により、その長穴４２の長さに応じた分だけ、スリーブ２６に対して、つまり、回転昇降軸１４に対して、上下方向に移動可能とされている。吸着ノズル２２のばね保持筒３６の上端には内鍔５４が設けられる一方で、スリーブ２６の下端には、外鍔５６が設けられており、それら内鍔５４と外鍔５６とに両端を支持される状態で、圧縮コイルスプリングである付勢スプリング５８が、スリーブ２６とばね保持筒３６との間に配設されている。付勢スプリング５８は、吸着ノズル２２を、回転昇降軸１４に対して上方に付勢する弾性体として機能し、図２，３に示す状態では、その付勢スプリング５８によって、吸着ノズル２２は、長穴４２と係止ピン４６とによって規制される可動範囲における上昇端に位置させられている。なお、スリーブ２６の上端には、蓋６０が付設されている。

回転昇降軸１４には、エアの給排のためのエア通路が設けられている。具体的には、軸本体２４には、それの内部において装着穴２３まで延びる主通路６２が設けられており、スリーブ２６には、それの壁面に、周方向における互いに反対側に位置するようにして１対の分岐通路６４が設けられている。１対の分岐通路６４の各々は、上端が装着穴２３に開口しており、下端が軸部２８の上下方向における中間の位置において、スリーブ２６の内周面に開口している。それら主通路６２，装着穴２３とスリーブ２６の上端とによって区画されるエア室６６，１対の分岐通路６４を含んで、回転昇降軸１４側の、つまり、ノズル保持具側のエア通路である第１エア通路が構成されているのである。なお、主通路６２は、上方側において、エア制御弁６７に接続されており、そのエア制御弁６７は、図示を省略する正負圧供給源に接続されている。

一方で、吸着ノズル２２には、軸部２８とノズルチップ３４に跨ってノズル側通路６８が形成されている。ノズル側通路６８は、第２エア通路として機能し、吸着ノズル２２の先端に開口するとともに、軸部２８の中間部の周方向における互いに反対の２箇所において、軸部２８の外周面に開口している。つまり、このノズル側通路６８は、吸着ノズル２２の上端部において閉塞された状態となっている。ノズル側通路６８の軸部２８における１対の開口は、スリーブ２６の内周面への上記１対の分岐通路６４の１対の開口と、周方向において向かい合う位置に位置している。ちなみに、軸部２８の外周面には、２つの開口の各々の位置において上下方向に延びる１対の溝７０が設けられており、それら１対の溝７０は、スリーブ２６の内周面への上記１対の分岐通路６４の２つの開口と、周方向において互いに向かい合う位置に形成されている。その１対の溝７０に、ノズル側通路６８の１対の開口が開口しているのである。２つの分岐通路６４の開口と、ノズル側通路６８の２つの開口とが、２つの溝７０を介して連通させられていることで、スリーブ２６に対する上下方向の可動範囲において吸着ノズル２２がいかなる位置に位置させられても、ノズル側通路６８と上記ノズル保持具側のエア通路との連通が担保されることになる。以上のような構成から、ノズル側通路６８と上記ノズル保持具側のエア通路とは、軸部２８とスリーブ２６との径方向において互いに向かい合う面において、互いに連通しているのである。

ノズル側通路６８に負圧が供給されることによって、つまり、ノズル側通路６８が大気圧より低い圧力とされることで、図１に示すように、吸着ノズル２２の先端に、部品Ｐが吸着され、その部品Ｐが、吸着ノズル２２の先端において、装着ヘッド１０に保持される。

上記構成では、スリーブ２６からの吸着ノズル２２への負圧の供給が、スリーブ２６の内周面と吸着ノズル２２の軸部２８の外周面との間における特定の箇所において行われ、その箇所が、上下方向において、ベアリング３７が配設されている箇所とは異なっている。したがって、そのような構成によれば、例えば、負圧の供給によって吸着ノズル２２が異物を吸い込んだような場合であっても、ベアリング３７が設けられている箇所にその異物が入り込むことが効果的に防止されることになる。なお、本装着ヘッド１０では、負圧が供給される上記特定の箇所が、ベアリングの上方であるが、逆に、ベアリングの下方に、負圧が供給される箇所を設けるような構成を採用することも可能である。

また、吸着ノズル２２の軸部２８の上端と、スリーブ２６の上端に付設された蓋６０との間には、もう１つのエア室７２が区画形成されている。このエア室７２は、吸着ノズル２２のスリーブ２６に対する上下移動に伴って容積が変動する。その容積変動によるエア室７２の圧力の変動を防止すべく、軸部２８の外周面には、別の１対の溝７４が、上記１対の溝７０に対して周方向において９０°ずれた位置に、形成されており、この１対の溝７４を介して、エア室７２が大気圧に開放されている。つまり、エア室７２が、１対の溝７４と、スリーブ２６に設けられた１対の穴とを介して、吸着ノズル２２の外部と連通しているのである。

前記第１リニアモータ１８は、ノズル保持具である回転昇降軸１４と第２リニアモータ８０とを共に昇降させる。そのために、第１リニアモータ１８には、昇降駆動部材８２が取り付けられている。昇降駆動部材８２は、ヘッド本体１２の軸保持部１６の外側を、回転昇降軸１４に沿って上下方向に延びており、中間部に第１係合部８４を有し、下端部に第２リニアモータ８０を保持している。その第２リニアモータ８０が、水平軸線まわりに回転可能なローラにより構成された第２係合部８６を有している。第１係合部８４は回転昇降軸１４の上端近傍に設けられたフランジ８８に、第２係合部８６は吸着ノズル２２のフランジ３０に、それぞれ回転昇降軸１４および吸着ノズル２２の回転を許容する状態で係合している。なお、ヘッド本体１２には、１対のガイド９２が取り付けられており、昇降駆動部材８２は、それら１対のガイド７２によって、上下移動が案内される。

なお、回転昇降軸１４のフランジ８８の上方にはギヤ１００が設けられ、ヘッド本体１２に取り付けられた回転駆動源である回転モータ１０２の回転軸に固定されたギヤ１０４と噛み合わされている。ギヤ１００，１０４は、回転昇降軸１４の昇降を許容しつつ、回転モータ１０２の回転を回転昇降軸１４に伝達する。回転モータ１０２，ギヤ１００，１０４によって回転昇降軸１４の回転駆動装置が構成されているのであり、回転昇降軸１４の回転は、Ｊスロット４８と係止ピン４６との係合、および、上述のスプライン機構として機能するベアリング３７によって、スリーブ２６，吸着ノズル２２のそれぞれに伝達される。

以上のような構成から、本装着ヘッド１０では、第１リニアモータ１８および昇降駆動部材８２を含んで、ノズル保持具である回転昇降軸１４をヘッド本体１２に対して昇降させる第１昇降装置が構成されており、また、第２リニアモータ８０および上述の付勢スプリング５８とを含んで、吸着ノズル２２をヘッド本体１２に対して昇降させる第２昇降装置が構成されているのである。なお、第２昇降装置は、吸着ノズル２２を回転昇降軸１４に対して昇降させる装置と考えることも可能である。ちなみに、本装着ヘッド１０の第２昇降装置における付勢スプリング５８は、吸着ノズル２２を、それが上昇する方向に付勢しており、第２リニアモータ８０は、その付勢スプリング５８が吸着ノズル２２に作用する力に抗して、吸着ノズル２２に、それが下降する方向の力を作用させることで、吸着ノズル２２が下降する。なお、第２昇降装置は、吸着ノズル２２をそれが下降する方向に付勢する付勢スプリングと、吸着ノズル２２をそれが上昇する方向に付勢するモータとによって構成されていてもよい。

本装着ヘッド１０では、第２リニアモータ８０の本体部と、上述の第２係合部８６との間に、第２リニアモータ８０が吸着ノズル２２から受ける力を検出するために、ロードセル１０６が設けられている。このロードセル１０６は、吸着ノズル２２に作用する上下方向の力を検出するための作用力検出器として機能する。詳しく言えば、本装着ヘッド１０では、吸着ノズル２２に作用する上向きの力であり、その力は、第２リニアモータ８０が発揮させる下向きの力の反力と考えることができる。言い換えれば、概して、弾性反力に依拠して上記付勢スプリング５８が吸着ノズル２２に作用させる上向きの力と、部品を基板に装着する際に部品を介して基板が吸着ノズル２２に作用させる上向きの力との和が、作用力として、ロードセル１０６によって検出される。

本装着ヘッド１０は、図示を省略するＸ−Ｙ移動装置により、Ｘ−Ｙ平面に沿って部品供給装置の上方と、回路基材としての基板を保持する基板保持装置の上方とへ移動させられる。本装着ヘッド１０が部品供給装置の上方に位置するときに、吸着ノズル２２は、Ｘ−Ｙ平面に直角なＺ方向に昇降させられ、部品供給装置から部品を吸着して取り出す。一方、基板保持装置の上方に位置するときに、吸着ノズル２２は、Ｘ−Ｙ平面に直角なＺ方向に昇降させられ、吸着ノズル２２において保持された部品を装着する。この装着の際、簡単に言えば、第１リニアモータ１８が昇降駆動部材８２を下降させて、回転昇降軸１４と第２リニアモータ８０とを下降させ、それとともに第２リニアモータ８０が吸着ノズル２２を回転昇降軸１４に対して相対的に上下方向に動作させる。この装着の際の本装着ヘッド１０の動作については、後に詳しく説明する。なお、吸着ノズル２２の昇降を行う際に、装着ヘッド１０自体をも昇降させてもよい。また、必要に応じて回転モータ１０２が作動させられて、吸着ノズル２２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１８，エア制御弁６７，回転モータ１０２等の制御は通常の装着ヘッドと同様であるため説明を省略する。

装着ヘッド１０の動作の制御は、図１に示す制御装置１１０によって行われる。そのため、第１リニアモータ１８，第２リニアモータ８０，回転モータ１０２，エア制御弁６７が、制御装置１１０に接続されている。なお、後に詳しく説明するが、部品の装着の際の第２リニアモータ８０の制御は、ロードセル１０６によって検出された上記作用力に基づいて行われるため、ロードセル１０６も、制御装置１１０に接続されている。

［２］部品装着の際の部品装着ヘッドの制御
吸着ノズル２２において保持された部品を基板に装着（載置）する際、基板への部品の当接により、部品が衝撃を受ける可能性がある。また、クリームはんだが印刷された基板に部品を装着することに鑑みれば、部品が当接した後においては、設定された力で部品を基板に押し付けることが望まれる。上記部品が受ける衝撃を緩和するため、および、適正な力での部品の基板への押付のために、本装着ヘッド１０では、ロードセル１０６によって検出された上記作用力に基づいて、第２リニアモータ８０の動作が制御される。

図５に、部品の装着の際にロードセル１０６によって検出される作用力の経時変化を示す。部品の装着の際、第１リニアモータ１８によって吸着ノズル２２を下降させるのであるが、部品が基板に当接するまでの期間を巡航期間とよべば、その巡航期間では、付勢スプリング５８を圧縮させつつ吸着ノズル２２をスリーブ２６に対して所定量下降させた状態となるように、第２リニアモータ８０に電流が供給される。詳しくいえば、ロードセル１０６によって検出される作用力が、設定された目標作用力となるように、検出される作用力に基づいて、第２リニアモータ８０に供給される電流がフィードバック制御される。

部品の基板への当接が、ロードセル１０６によって検出される作用力の変化に基づいて検出され、その時に、目標作用力が、部品が設定された力（設定押付力）で基板に押し付けられるような値に変更される。当接の際には、大きな力が部品にかかるが、部品に加わる力を小さくするために、上記フィードバック制御によって、第２リニアモータ８０に供給される電流が減少させられる。つまり、部品の装着の際にその部品に設定された力が加わるようなフィードバック制御が行われるのである。その結果、第２リニアモータ８０が発揮する力が小さくされて、クッション的な効果が得られることになる。

フィードバック制御の応答性が悪いと、図５の２点鎖線で示すように、当接の際に部品にかかる力が大きくなる。本装着ヘッド１０では、当接の際に部品にかかる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、上記当接が検出されるや否や、制御装置１１０は反力が設定押付力と等しくなるように第２リニアモータ８０への供給電流を制御する。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衝撃が部品Ｐに損傷を与えることのない大きさに抑制される。つまり、本装着ヘッド１０では、相当に応答性のよいフィードバック制御が行われるのである。

部品の基板への当接の後、設定時間経過後に、上記ノズル保持具側のエア通路を介して吸着ノズル２２のノズル側通路６８に供給されていた負圧が解除されて、部品の吸着ノズル２２への吸着が解除される。負圧の解除は、ノズル側通路６８を大気圧に開放することによって行ってもよいが、本装着ヘッド１０では、部品の吸着をより効果的に解除するために、ノズル保持具側のエア通路を介してノズル側通路６８に正圧を供給することによって行われる。この正圧の供給の後、設定時間経過後に、第１リニアモータ１８によって吸着ノズル２２が上昇させられることで、部品が基板に載置された状態で残り、部品の基板への装着が完了する。

本装着ヘッド１０では、ロードセル１０６を用いて、上記作用力を検出している。つまり、ロードセル１０６によって作用力検出器が構成されている。第２リニアモータ８０が吸着ノズル２２を下降させる方向に作用させる力、つまり、第２リニアモータ８０の発生させる力は、付勢スプリング５８から吸着ノズル２２に作用する作用力や、部品を介して基板から吸着ノズル２２に作用する作用力の反力と考えることができ、概して、第２リニアモータ８０に実際に供給されている電流に応じたものとなる。したがって、第２リニアモータ８０への実際の供給電流をモニタすることによって、第２リニアモータ８０が発生させる力、つまり、吸着ノズル２２への作用力をモニタすることが可能である。そのことを利用して、第２リニアモータ８０が吸着ノズル２２に作用する力の目標である上記目標作用力を、第２リニアモータ８０が発生させるように、実際の供給電流に基づくフィードバック制御を行うことで、上述の制御を実行することも可能である。そのような制御を行う場合、実際に供給されている電流を検出する電流検出器が、ロードセル１０６に代わって、作用力検出器として機能することになる。つまり、ロードセル１０６を用いずに、第２リニアモータ８０をフィードバック制御してもよいのである。

なお、上記目標作用力を発生させるべく上記フィードバック制御が行われるのであるが、第２リニアモータ８０は、自身の動作位置の検出のためのエンコーダを装備しており、実際は、目標作用力と、ロードセル１０６によって実際に検出された作用力とに基づいて、目標動作位置が算出され、その目標動作位置に基づいて、上記フィードバック制御が行われる。

［３］吸着ノズルのスリーブに対する上下方向の移動に対しての抵抗
上記実施例の装着ヘッド１０では、吸着ノズル２２はスリーブ２６に上記ベアリング３７を介して嵌め合わされているが、従来の装着ヘッドでは、例えば、上述の特許文献に記載の装着ヘッドでは、ベアリングを介すことなく、吸着ノズルの軸部がスリーブに嵌め合わされている。そのような構成であるが故、吸着ノズルがスリーブに対して上下方向に移動した際、その移動に対する抵抗が比較的ではあるが大きいものとなっている。

上記作用力検出器によって上記作用力を検出し、その検出された作用力に基づいて、部品の装着の際にその部品に設定された力が加わるようなフィードバック制御を行う場合、その作用力を正確に検出することが、その制御にとって重要となる。しかしながら、従来の装着ヘッドのように、ベアリングを介すことなく、吸着ノズルの軸部がスリーブに嵌め合わされた構造のヘッドでは、上記抵抗により、作用力が正確に検出できない可能性がある。詳しく言えば、部品が基板に当接した際、比較的大きな力が部品を介して吸着ノズルに作用するが、上記抵抗が大きい場合には、その抵抗によって、作用力検出器によって検出される作用力は、小さな値となってしまうのである。そのような作用力に基づくことでは、適切な制御、つまり、部品が受ける衝撃を緩和すること、および、適正な力で部品を基板へ押し付けることが、適切に行えない虞があるのである。

また、ベアリングを介すことなく、吸着ノズルの軸部がスリーブに嵌め合わされている場合には、吸着ノズルの軸部の外周面とスリーブの内周面とが互いの摺接面となるのであるが、それら摺接面の間に、微細な異物の侵入の可能性もあり、異物が進入した場合には、上記抵抗は、さらに大きなものになってしまう。さらに、吸着ノズルの軸部の外周面とスリーブの内周面とが摺接面となる場合には、それら外周面，内周面の面粗度のばらつきによる抵抗のばらつき、吸着ノズルとスリーブとの相対位置の変化による抵抗の変動等が大きくなる可能性もあり、作用力検出器，制御装置等の適切な調整を阻害することも懸念されるのである。

上記のような問題を解決するため、上記実施例の装着ヘッド１０では、ベアリング３７、詳しく言えば、ベアリングボール３８が吸着ノズル２２とスリーブ２６との上下方向における相対移動に伴って転動するような構造のベアリングを採用していることで、吸着ノズル２２のスリーブ２６に対する上下方向の移動に対しての抵抗が比較的小さく、また、安定して円滑な吸着ノズル２２の上下方向の移動が担保されることになるのである。その結果、上記実記例の装着ヘッド１０によれば、上記作用力の正確な検出が可能となり、基板への装着時に部品が受ける衝撃の緩和，適正な力での部品の基板への押付けが可能となるのである。

なお、上記実施例の装着ヘッド１０では、アタッチメントであるスリーブ２６と吸着ノズル２２との間に、ベアリング３７が設けられている。例えば、軸本体２４とスリーブ２６との間にベアリングを設けて、軸本体２４に対してスリーブ２６と吸着ノズル２４とを一体的に相対移動させるように構成することも可能である。しかしながら、そのような構成によれば、第２リニアモータ８０によって動作させる部分の重量が大きくなってしまう。アタッチメントであるスリーブ２６と吸着ノズル２２との間に、ベアリング３７を設け、さらに、スリーブ２６側にベアリング３７を保持させるような構成を採用することで、第２リニアモータ８０によって動作させる部分の重量を相当に小さくし、応答性のよい制御が可能となるのである。

［４］変形例
上記実施例の装着ヘッド１０では、吸着ノズル２２が、ベアリングボール３８の転動を利用したベアリング３７をを介して、スリーブ２６に嵌め合わされていたが、変形例の装着ヘッド１０（同じ符号で示すこととする）では、そのベアリング３７に代えて、摺動面に空気層を介在させるベアリング、いわゆる、エアベアリングを採用している。以下に、図６〜８を参照しつつ、変形例の装着ヘッド１０の構造について説明するが、ベアリングに関連した構成のみが異なるため、同じ機能の構成要素に関しては、実施例の装着ヘッド１０と同じ符号を採用し、それらの説明については省略することとする。なお、図６，図７に示す断面は、それぞれ、実施例の装着ヘッド１０についての図２，図３の断面と同じ位置の面であり、図８に示す断面は、図６に示す断面と図７に示す断面との中間の断面、つまり、それらの断面に対して、４５°の角度をなす鉛直断面である。

変形例の装着ヘッド１０で採用されているベアリング１３０は、筒状の多孔質体１３２を含んで構成されており、その多孔質体１３２は、スリーブ２６に、それの内径が大きくされた部分において、保持されている。多孔質体１３２は、それの内部を無数の細孔を通って空気が流れるような構造とされている。吸着ノズル２２の軸部２８は、その多孔質体１３２を介在させるようにして、スリーブ２６に嵌め合わされている。図８から解るように、スリーブ２６には、周方向において互いに反対側に位置して上下方向に延びる１対のエア通路１３４が設けられており、一方で、軸本体２４にも、周方向において１対のエア通路１３４と同じ位置で上下方向に延びる１対のエア通路１３６が設けられている。各エア通路１３４は、対応するエア通路１３６と、軸本体２４の装着穴２３の内周面およびスリーブ２６の外周面において連通している。そして、各エア通路１３４は、上端が蓋６０によって閉塞され、下端が多孔質体１３２の上端面と向かい合うように開口している。多孔質体１３２の外周面および上端面，下端面には、その開口と向かい合う部分を除いて、樹脂性の塗膜１３８が形成されており、その塗膜１３８が形成されている表面における空気の流れが遮断される。

上述のような構造により、エア通路１３６に、ヘッド本体１２側から圧搾空気を供給することで、その圧搾空気は、エア通路１３４を介して多孔質体１３２に導入される。その導入された圧搾空気は、多孔質体１３２の内周面の全面から流出し、その流出した空気は、吸着ノズル２２の軸部２８の外周面と当該多孔質体１３２の内周面１３２との間に空気層を形成する。この空気層の存在によって、吸着ノズル２２とスリーブ２６とが摺接することなく、吸着ノズル２２がスリーブ２６に対して上下方向にスムーズに移動するのである。なお、空気層の空気は、スリーブ２６の下端から当該スリーブ２６の外周面に沿って上方に排出されるようにされており、その空気が、ノズル側通路６８に供給されている負圧に影響を及ぼすことが、防止されているのである。

上記ベアリング１３０の作用からすれば、そのベアリング１３０は、吸着ノズル２２とノズル保持具であるスリーブ２６との互いの対向面に配設され、吸着ノズル２２の対向面との間に空気層を介在させる機能を有するエアベアリングとされているのである。なお、吸着ノズル２２の外周部に多孔質体を保持させ、スリーブ２６の対向面との間に空気層を介在させる構造のエアベアリングを採用することも可能である。

上記ベアリング１３０を採用することによっても、上記実施例の装着ヘッド１０と同様に、吸着ノズル２２のスリーブ２６に対する上下方向の移動に対しての抵抗を比較的小さくすることができ、また、安定して円滑な吸着ノズル２２の上下方向の移動を担保することができるのである。その結果、本変形例の装着ヘッド１０によっても、上述の作用力の正確な検出が可能となり、基板への装着時に部品が受ける衝撃の緩和，適正な力での部品の基板への押付けが可能となるのである。

ちなみに、変形例の装着ヘッド１０において採用されている吸着ノズルアセンブリ、つまり、吸着ノズル２２と、アタッチメントであるスリーブ２６とが、ベアリング１３０を介して嵌め合わされたものは、変形例の吸着ノズルアセンブリとなる。なお、上記実施例の吸着ノズルアセンブリおよび変形例の吸着ノズルアセンブリは、実施例の装着ヘッド１０および変形例の装着ヘッド１０に対して好適なものであるが、それら吸着ノズルアセンブリは、そのような装着ヘッド１０においてばかりでなく、一般的な部品装着ヘッドにおいても用いることが可能である。

１０：部品装着ヘッド １２：ヘッド本体 １４：回転昇降軸〔ノズル保持具〕 １８：第１リニアモータ〔第１昇降装置〕 ２２：吸着ノズル ２４：軸本体〔軸〕 ２６：スリーブ〔アタッチメント〕 ３７：ベアリング ３８：ベアリングボール ３９：溝（吸着ノズル側の） ４０：溝（スリーブ側の） ５８：付勢スプリング〔第２昇降装置〕 ８０：第２リニアモータ〔第２昇降装置〕 ８２：昇降駆動部材〔第１昇降装置〕 １０６：ロードセル〔作用力検出器〕 １１０：制御装置 １３０：ベアリング １３２：多孔質体 １３４：エア通路 １３６：エア通路

Claims (4)

1. 部品を装着するための部品装着ヘッドであって、
   ヘッド本体と、
   そのヘッド本体に昇降可能に保持されたノズル保持具と、
   そのノズル保持具の下端部において、そのノズル保持具に対して上下方向に移動可能に嵌め合わされ、自身の下端部において部品を吸着保持する吸着ノズルと、
   前記ノズル保持具を前記ヘッド本体に対して昇降させる第１昇降装置と、
   前記吸着ノズルを前記ノズル保持具に対して昇降させる第２昇降装置と、
   前記吸着ノズルに作用する上下方向の作用力を検出する作用力検出器と、
   部品の装着の際に、前記作用力検出器によって検出されている作用力に基づいて、前記第２昇降装置の動作を制御する制御装置と
   を備え、
   前記ノズル保持具が、前記ヘッド本体に対して昇降可能とされた軸と、その軸の下端部に着脱可能に取付られて前記吸着ノズルが嵌め合わされたアタッチメントとを含んで構成されており、
   そのアタッチメントと前記吸着ノズルとの間に、前記アタッチメントに対する前記吸着ノズルの上下方向の移動に対しての抵抗を軽減させるためのベアリングが配設され、それらアタッチメントと吸着ノズルとが、一体的に、前記軸に対して交換可能とされ、
   前記吸着ノズルが、前記アタッチメントの外周部を囲うように設けられたばね保持筒を有するとともに、前記アタッチメントと前記ばね保持筒との間に設けられた付勢スプリングにより前記アタッチメントに対し上方に付勢されることを特徴とする部品装着ヘッド。
2. 部品を装着するための部品装着ヘッドであって、
   ヘッド本体と、
   そのヘッド本体に昇降可能に保持されたノズル保持具と、
   そのノズル保持具の下端部において、そのノズル保持具に対して上下方向に移動可能に嵌め合わされ、自身の下端部において部品を吸着保持する吸着ノズルと、
   前記ノズル保持具を前記ヘッド本体に対して昇降させる第１昇降装置と、
   前記吸着ノズルを前記ノズル保持具に対して昇降させる第２昇降装置と、
   前記吸着ノズルに作用する上下方向の作用力を検出する作用力検出器と、
   部品の装着の際に、前記作用力検出器によって検出されている作用力に基づいて、前記第２昇降装置の動作を制御する制御装置と
   を備え、
   前記ノズル保持具が、前記ヘッド本体に対して昇降可能とされた軸と、その軸の下端部に着脱可能に取付られて前記吸着ノズルが嵌め合わされたアタッチメントとを含んで構成されており、
   そのアタッチメントと前記吸着ノズルとの間に、前記アタッチメントに対する前記吸着ノズルの上下方向の移動に対しての抵抗を軽減させるためのベアリングが配設され、それらアタッチメントと吸着ノズルとが、一体的に、前記軸に対して、前記部品装着ヘッドによる部品の装着作業中において、前記吸着ノズルが装着する部品に応じて自動的に交換可能とされたことを特徴とする部品装着ヘッド。
3. 部品を装着するための部品装着ヘッドに対して交換可能に着脱される吸着ノズルアセンブリであって、
   (a) 前記部品装着ヘッドにおいて昇降させられる軸の下端部に着脱可能に取り付けられるアタッチメントと、(b) そのアタッチメントが前記軸に取り付けられた状態における上下方向に移動可能にそのアタッチメントに嵌め合わされ、自身の下端部において部品を吸着保持する吸着ノズルとを含んで構成され、
   前記吸着ノズルが、前記アタッチメントに対する上下方向の移動に対しての抵抗を軽減させるためのベアリングを介して、前記アタッチメントに嵌め合わされ、
   前記吸着ノズルが、前記アタッチメントの外周部を囲うように設けられたばね保持筒を有するとともに、前記アタッチメントと前記ばね保持筒との間に設けられた付勢スプリングにより前記アタッチメントに対し上方に付勢されることを特徴とする吸着ノズルアセンブリ。
4. 部品を装着するための部品装着ヘッドに対して、その部品装着ヘッドによる部品の装着作業中において、装着する部品に応じて自動的に交換可能に着脱される吸着ノズルアセンブリであって、
   (a) 前記部品装着ヘッドにおいて昇降させられる軸の下端部に着脱可能に取り付けられるアタッチメントと、(b) そのアタッチメントが前記軸に取り付けられた状態における上下方向に移動可能にそのアタッチメントに嵌め合わされ、自身の下端部において部品を吸着保持する吸着ノズルとを含んで構成され、
   前記吸着ノズルが、前記アタッチメントに対する上下方向の移動に対しての抵抗を軽減させるためのベアリングを介して、前記アタッチメントに嵌め合わされたことを特徴とする吸着ノズルアセンブリ。

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