JP6946140B2 - 吸着ノズルおよび部品装着機 - Google Patents

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Description

本発明は、吸着ノズルおよび部品装着機に関するものである。
吸着ノズルは、回路基板に部品を装着する部品装着機の装着ヘッドに取り付けられる。吸着ノズルは、負圧エアを供給されて部品を吸着して保持する。吸着ノズルには、対象とする部品の種別に応じて種々の形状や寸法が存在する。特許文献1には、比較的大型の部品であって、部品の幅に対して長手方向の長さがある程度長い細長い部品を、複数の吸着ノズルを用いて保持する構成が開示されている。
特開2003−008293号公報
ところで、基板製品の多品種化や生産ラインの自動化などに伴って部品装着機が装着可能とする部品の多様化が要求される。このような部品には、部品の幅に対して長手方向の長さが長い長尺部品が含まれることがある。長尺部品は、汎用的な部品と比較して弾性変形しやすく、変形した状態で吸着ノズルにより採取され、その状態で回路基板に装着されることがある。そうすると、長尺部品の一部が隣り合う部品と接近し過ぎるなど装着不良を発生させるおそれがある。
本明細書は、対象とする長尺部品を好適に採取できるとともに、本来の形状に復帰した状態で回路基板に装着可能な吸着ノズルおよび部品装着機を提供することを目的とする。
本明細書で開示する吸着ノズルは、長手方向に直交する方向の幅に対して長手方向の長さが長い長尺部品を負圧エアにより吸着して保持する吸着ノズルであって、負圧エアを流通させるエア通路の開口部がそれぞれ形成され、前記長尺部品の上面のうち互いに離間した複数箇所を吸着する複数の吸着部を備え、複数の前記吸着部のそれぞれは、前記長尺部品を吸着した状態において前記長尺部品の弾性復帰を許容する。
本明細書で開示する部品装着機は、上記の前記吸着ノズルと、前記吸着ノズルにより吸着された前記長尺部品を回路基板に装着する装着処理を実行する制御装置と、を備える。
このような吸着ノズルおよび部品装着機の構成によると、長尺部品は、長手方向に互いに離間した複数の吸着部に吸着して保持される。このとき、長尺部品のうち複数の吸着部のいずれにも接触していない部分が吸着等によって規正されておらず、長尺部品を弾性復帰しやすい状態で保持することができる。これにより、吸着ノズルは、仮に長尺部品を弾性変形した状態で採取したとしても、搬送中に長尺部品の弾性復帰を促すことができる。よって、吸着ノズルは、複数の吸着部によって長尺部品を好適に採取できるとともに、本来の形状に復帰した状態で回路基板に装着可能とすることができる。結果として、装着処理の精度を向上できる。
実施形態における吸着ノズルを用いて装着処理を実行する部品装着機の構成を示す平面図である。 図1におけるトレイの一部および長尺部品を示す平面図である。 図2におけるIII−III断面を示す拡大図である。 図1における装着ヘッドおよび吸着ノズルを示す側面図である。 図4におけるV方向視の吸着ノズルであり、長尺部品を透視して示す図である。 吸着ノズルに保持された長尺部品の弾性復帰の前後の状態を実際の変形量を誇張して示す図である。
1.実施形態
1−1.部品装着機の構成
部品装着機1は、図1に示すように、基板搬送装置10、部品供給装置20、部品移載装置30、部品カメラ61、基板カメラ62、および制御装置70を備える。基板搬送装置10は、ベルトコンベアなどにより構成され、回路基板(以下、単に「基板」と称する)90を搬送方向へと順次搬送する。基板搬送装置10は、部品装着機1の機内に基板90を搬入するとともに、機内の所定位置に基板90を位置決めする。基板搬送装置10は、部品装着機1による部品の装着処理が終了した後に、基板90を部品装着機1の機外に搬出する。
部品供給装置20は、基板90に装着される部品を供給する。部品供給装置20は、X軸方向に並んでセットされたフィーダ21を有する。フィーダ21は、多数の部品が収納されたキャリアテープを送り移動させて、フィーダ21の先端側に位置する供給位置において部品を採取可能に供給する。また、部品供給装置20は、例えばジャンパー部品やリード部品などの比較的大型の電子部品を、パレット22に載置されたトレイ25上に並べた状態で供給する。
部品供給装置20は、上下方向に区画された収納棚23に複数のパレット22を収納し、装着処理に応じて所定のパレット22を引き出してジャンパー部品などの電子部品を供給する。本実施形態において、トレイ25は、図2に示すように、ジャンパー部品などの長尺部品80を個々に収納可能な長細い収納部251が並んで形成されている。トレイ25には、収納部251に収納された長尺部品80の水平方向の移動を規制するように、トレイ25の底部から上方に突起する突起部252が形成されている。長尺部品80の詳細については吸着ノズル50の詳細構成において説明する。
部品移載装置30は、ヘッド駆動装置31および移動台32を備える。ヘッド駆動装置31は、直動機構により移動台32を水平方向(X軸方向およびY軸方向)に移動可能に構成されている。移動台32には、図示しないクランプ部材により装着ヘッド40が交換可能に固定される。装着ヘッド40は、部品供給装置20により供給される部品を採取して基板90の所定の装着位置に装着する。
装着ヘッド40には、1または複数の吸着ノズル50が着脱可能に設けられる。本実施形態において、装着ヘッド40は、1つの吸着ノズル50をZ軸方向に移動可能に、且つZ軸に平行なθ軸周りに回転可能に保持する。装着ヘッド40は、図示しないバルブの切り換えによって、負圧エア供給源41に接続された負圧エア通路と吸着ノズル50のエア通路53とを連通させて、吸着ノズル50に負圧エアを供給する。上記の負圧エア供給源41は、例えば装着ヘッド40の内部に設けられた負圧ポンプ等により構成される。吸着ノズル50の詳細構成については後述する。
部品カメラ61、および基板カメラ62は、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の撮像素子を有するデジタル式の撮像装置である。部品カメラ61、および基板カメラ62は、外部入力される制御信号に基づいて撮像を行う。部品カメラ61、および基板カメラ62は、撮像により取得した画像データを送出する。
部品カメラ61は、光軸がZ軸方向の上向きとなるように部品装着機1の基台に固定されている。部品カメラ61は、吸着ノズル50に保持された部品を下方から撮像可能に構成されている。基板カメラ62は、光軸がZ軸方向の下向きとなるように部品移載装置30の移動台32に設けられる。基板カメラ62は、基板90を上方から撮像可能に構成されている。
制御装置70は、主として、CPUや各種メモリ、制御回路により構成される。制御装置70は、基板90に部品を装着する装着処理において、部品装着機1に複数設けられた各種センサから出力される情報、画像処理などによる認識処理の結果を入力する。そして、制御装置70は、制御プログラムや予め設定されている規定の装着条件などに基づいて、部品移載装置30へと制御信号を送出する。これにより、装着ヘッド40に保持された吸着ノズル50の位置および回転角度が制御される。
具体的には、制御装置70は、部品供給装置20により供給された部品を、負圧エアを供給された吸着ノズル50により吸着して、部品カメラ61により撮像する。制御装置70は、部品カメラ61の撮像により取得した画像データに基づいて、吸着ノズル50に対する部品の姿勢を認識する。このとき、制御装置70は、例えば基板90に対する位置決めの基準位置となる部品の部位や、部品の外観で特徴的な部位を画像処理により認識することによって、部品の姿勢を認識する。
そして、制御装置70は、図4に示すように、基板90における所定位置の上方へと装着ヘッド40を移動させる。このとき、制御装置70は、画像処理により認識された部品の姿勢に基づいて吸着ノズル50の位置および角度を補正する。そして、制御装置70は、吸着ノズル50を下降させて基板90に部品を装着する。基板90に装着された部品は、例えば基板90の上面に予め塗布されている接合材(例えば、クリームはんだ)の粘性などによるタック力で保持される。制御装置70は、上記のようなピックアンドプレースサイクルを繰り返すことにより、基板90に部品を装着する装着処理を実行する。
1−2.吸着ノズル50の詳細構成
吸着ノズル50は、装着対象の部品に応じて種類を選択され、装着ヘッド40に手動または自動で取り付けられる。装着対象となる部品には、フィーダ21に装填されたキャリアテープに収容された部品や、トレイ25などに並べて載置された状態で供給される比較的大型のジャンパー部品やリード部品が含まれる。なお、部品供給装置20は、上記の他に、長尺部品80をキャリアテープのキャビティに収納してフィーダ21により供給する構成も採用し得る。
本実施形態の吸着ノズル50は、ジャンパー部品などの長尺部品80を対象とした専用の保持部材である。本実施形態において、長尺部品80は、図2に示すように、2つの端子部81,82と、本体部83とを有する。2つの端子部81,82のそれぞれは、長尺部品80の両端部に形成され、装着される基板90の電極91,92(図4を参照)に電気的に接続される部位である。
長尺部品80の本体部83は、2つの端子部81,82を連結する。本実施形態において、本体部83は、図2に示すように、長尺部品80の長手方向に延伸し、上方視で直線状に形成される。また、本実施形態において、本体部83の幅D1は、何れの部位においても等しく形成されており、長尺部品80の最小幅Dmに相当する(Dm=D1)。ここで、本実施形態においては、長尺部品80は、最小幅Dmに対して長手方向の長さLtが40倍以上となっている(Lt≧40*Dm)。
本実施形態において、長尺部品80は、導電性を有する例えば金属材料により形成される。また、長尺部品80は、図2に示すように、部品供給装置20におけるトレイ25の収納部251に載置された状態で供給される。そのため、長尺部品80は、吸着ノズル50により吸着される際に吸着ノズル50から受ける外力によってトレイ25に押圧されて弾性変形し得る弾性を有する。
より詳細には、本実施形態において、長尺部品80は、図3に示すように、長手方向に垂直な断面が矩形状を呈し、厚みが長尺部品80の最小幅Dmよりも小さく形成されている。さらに、トレイ25の突起部252は、長尺部品80の水平方向の移動を規制する側面が傾斜している。そのため、トレイ25の振動などによって長尺部品80の一部が突起部252の側面に僅かに乗り上げた状態で供給されていると(図3の破線で示す長尺部品80を参照)、上方から吸着ノズル50から外力を加えられた際に上方視において弾性変形し得る(図6の破線で示す長尺部品80を参照)。
上記のように、最小幅Dmに対して長さLtが長い長尺部品80は、曲げ剛性が小さく、吸着の際の外力の他に、例えば部品供給装置20のトレイ25における収納状態によっては弾性変形した状態で供給され得る。ここで、上記のような長尺部品80の変形は、一時的な弾性変形であることから、例えば長尺部品80がトレイ25から取り出された後に本来の形状に弾性復帰することが期待される。
しかしながら、汎用的な吸着ノズルを長尺部品80の形状に合わせて構成すると、吸着力に対して長尺部品80の弾性力が小さい。そのため、長尺部品80は、弾性変形した状態で吸着ノズルに採取されると、その状態を吸着力により維持され基板90に装着されることがある。さらに、基板90に装着された後も上記のタック力に対して長尺部品80の弾性力が小さいと、長尺部品80は、弾性変形した状態を維持されることになる。
そこで、本実施形態の吸着ノズル50は、上記のような長尺部品80が採取時に弾性変形していたとしても、長尺部品80を採取してから装着するまでの搬送中に、長尺部品80の弾性力により本来の形状に復帰可能とする構成を採用する。具体的には、吸着ノズル50は、図4に示すように、胴体軸51と、ノズル本体52と、エア通路53と、2つの吸着部54と、2つの支持部55とを備える。
胴体軸51は、筒状に形成され、装着ヘッド40に着脱可能に取り付けられる部位である。ノズル本体52は、全体形状としてはブロック状に形成されている。エア通路53は、上記のように装着ヘッド40のバルブの切り換えにより負圧エア通路と連通する。エア通路53は、胴体軸51の筒状内面により一部を形成され、ノズル本体52の内部にて長手方向(図4の左右方向)に分岐する。
2つの吸着部54は、図5に示すように、負圧エアを流通させるエア通路53の開口部541がそれぞれ形成される。2つの吸着部54は、長尺部品80の上面のうち互いに離間した複数箇所(本実施形態において2箇所)を吸着する。ここで、吸着部54における吸着力は、エア通路53の開口面積(開口部541の面積)および吸着ノズル50に供給される負圧エアの空気圧によって定まる。本実施形態においてエア通路53の開口面積、および吸着部54の下面のうち開口部541を除いた接触面における摩擦係数は、吸着部54における吸着力が長尺部品80の弾性復帰を許容するように設定される。これにより、2つの吸着部54のそれぞれは、長尺部品80を吸着した状態において長尺部品80の弾性復帰を許容する。
また、2つの吸着部54は、互いの離間距離Lsが長尺部品80の長手方向の長さLtの80%以上であり、長さLt以下である(Lt≧Ls≧0.8*Lt)。つまり、長尺部品80に専用の吸着ノズル50は、本実施形態において、2箇所の吸着部54のみで長尺部品80を吸着して保持し、それ以外の部位について負圧エアによる吸着力が及ばないようにしている。
ここで、長尺部品80には、装着される基板90に対する位置決めの基準位置Ps1,Ps2が複数設定されている。具体的には、長尺部品80がジャンパー部品として機能するように、長尺部品80の2つの端子部81,82が基準位置Ps1,Ps2にそれぞれ設定されている。2つの吸着部54のそれぞれは、長尺部品80の2つの基準位置Ps1,Ps2に対応して配置される。
上記のような構成によると、2つの吸着部54は、長尺部品80の2つの基準位置Ps1,Ps2である2つの端子部81,82の上面811,821を吸着する。長尺部品80の基準位置Ps1,Ps2は、上述したように、搬送中の画像処理において吸着ノズル50による保持状態を認識するために重要な部位である。そのため、長尺部品80の基準位置Ps1,Ps2を吸着ノズル50に対して変位しづらくなるように、対応する上面811,821を吸着部54にそれぞれ保持させることによって、装着精度の向上を図ることができる。
2つの支持部55のそれぞれは、図5に示すように、2つの吸着部54の間に配置される。2つの支持部55のそれぞれは、主として、長尺部品80の採取時および装着時において、長尺部品80の上面に接触して長尺部品80を支持する。本実施形態において、長尺部品80には、装着される基板90に予め塗布された接合材93により接合される2つの接合位置Pjが設定される(図4および図5を参照)。
つまり、長尺部品80における2つの接合位置Pjは、基板90と電気的に接合されるか否かを問わず、接合材93によって基板90に固定される位置である。2つの支持部55は、長尺部品80の2つの接合位置Pjに対応して配置される。本実施形態において、2つの接合位置Pjは、2つの電極92の間に等間隔で配置される。
上記のように、基板90に装着される長尺部品80は、端子部81,82に加えて接合材93を用いて部分的に基板90に接続される1以上の接合位置Pjが設定されることがある。このような場合に、吸着ノズル50は、長尺部品80を基板90に装着する際に、接合位置Pjの下面を接合材93に圧着させるように外力を上方から付与することが望ましい。そこで、本体部83の上面のうち2つの接合位置Pjに対応する部位を2つの支持部55が支持することによって、長尺部品80の装着時において長尺部品80の変位や変形を抑制しつつ、2つの接合位置Pjの下面を接合材93に圧着できる。これにより、装着動作の確実性を向上できる。
なお、上記の2つの支持部55は、長尺部品80の上面に対する接触のみによって長尺部品80を支持する。換言すると、2つの支持部55には、例えばエア通路53の開口部が補助的に設けられることなく、単に接触のみによって長尺部品を支持する。但し、「接触のみ」との構成は、長尺部品80の弾性力と比較して無視できる程度に小さい力(例えば、僅かな静電気により作用する力)を除外する意味ではない。
このような構成からなる吸着ノズル50により長尺部品80が採取された際に、図6の破線で示すように水平方向に弾性変形していたものとする。なお、図6の破線で示す弾性変形した長尺部品80は、変形量を誇張されており、実際の変形量はこれよりも小さい。弾性変形した長尺部品80は、両端の端子部81,82を吸着部54により吸着されて、吸着ノズル50の上昇に伴ってトレイ25から採取される。
このとき、長尺部品80は、両端以外の部位が吸着ノズル50により規正されていないため、図6の実線で示すように、本来の形状に弾性復帰する。このとき、長尺部品80が弾性復帰する際の2つの端子部81,82は、2つの吸着部54におけるエア通路53の開口面積および接触面の摩擦係数が適宜設定されていることから、2つの吸着部54を中心とする僅かな回転をそれぞれ許容される。吸着ノズル50は、弾性復帰した長尺部品80と吸着部54の接触面との摩擦力、および負圧エアによる吸着力により長尺部品80を保持する。これにより、弾性復帰した長尺部品80は、装着処理における搬送中に吸着部54から位置ずれしないように保持される。
ここで、長尺部品80のうち両端以外の弾性変形した部位に対して、仮に補助的な負圧エアによって吸着力を付与すると、長尺部品80の弾性力が小さいことから本来の形状への復帰が抑制される。これに対して、本実施形態において、長尺部品80に接触し得る2つの支持部55は、長尺部品80の上面に対する接触のみによって長尺部品80を支持するので、長尺部品80の弾性力が小さい場合でも変形した長尺部品80の弾性復帰を抑制しない構成となっている。
また、長尺部品80の弾性復帰は、長尺部品80がトレイ25から取り出された直後に発生し、遅くとも長尺部品80が部品カメラ61の上方まで移動して撮像されるまでの間には完了している。これにより、長尺部品80は、基準位置Ps1,Ps2を吸着部54により吸着された状態で、且つ本来の形状に復帰した状態で部品カメラ61により撮像される。そして、長尺部品80は、その状態を維持して基板90の所定位置に装着される。
このとき、2つの支持部55は、長尺部品80の上面のうち2つの接合位置Pjに対応する部位を支持し、弾性復帰した長尺部品80の変位や変形を抑制する。さらに、2つの支持部55は、2つの接合位置Pjを基板90側に押圧して、2つの接合位置Pjを接合材93に圧着させる。同様に、2つの吸着部54は、長尺部品80の2つの端子部81,82に接触し、端子部81,82を基板90側に押圧して、端子部81,82を接合材93に圧着させる。
なお、2つの支持部55は、装着時の他に採取時においても長尺部品80の上面に接触してトレイ25側に押圧する。これにより、2つの支持部55は、長尺部品80を支持して吸着部54における吸着を安定させることができる。また、長尺部品80が供給状態で弾性変形している場合には、長尺部品80に下方への外力を付与することにより、長尺部品80がトレイ25の底部の形状に倣わせて、本来の形状への復帰を促すことができる。
2.実施形態の変形態様
実施形態において、長尺部品80は、ジャンパー部品であるものとした。これに対して、長尺部品80は、実施形態において定義したもの含まれるのであれば、種々の部品が想定される。また、長尺部品80の材料についても金属に限られず、吸着ノズル50に保持された状態で水平方向に弾性変形し得るものであれば、樹脂などの材料により形成されてもよい。
このような長尺部品80は、トレイ25に載置された状態で供給される他に、上述したようにキャリアテープのキャビティに収納された状態で供給されてもよい。さらに、長尺部品80の基準位置は、長尺部品80の種別に応じて適宜設定され得る。具体的には、長尺部品80の基準位置は、端子部81,82の他に、部品の外観で特徴的な部位であったり、基板90の取付穴に係合される係合部であったりすることが想定される。これに伴い、専用の吸着ノズル50は、設定された基準位置に対応して複数の吸着部54が配置されるようにしてもよい。
なお、実施形態において吸着部54の数量を2としたが、長尺部品80が最小幅Dmに対して長手方向の長さLtが非常に長い場合などは、吸着部54の数量を3以上としてもよい。このような構成によると、隣り合う吸着部54の間において、それぞれ長尺部品80の部位を本来の形状に弾性復帰させることができる。
また、実施形態において、長尺部品80の本体部83は、直線状に形成される構成とした。これに対して、本体部83は、上方視において屈曲する1以上の屈曲部を有してもよい。上記の屈曲部は、例えば基板90の配線や装着される他の部品との位置関係に応じて形成される。上記の屈曲部は、長尺部品80の延伸方向を長手方向に直交する方向(90度方向)に屈曲させる形状、斜め方向に屈曲した形状、円弧状に形成され得る。
また、吸着部54は、2つの支持部55を備える構成とした。これに対して、対象とする長尺部品80における本体部83の形状、例えば屈曲部の数量(または屈曲部同士を接続する延伸部の数量)、および接合位置Pjの数量などに応じて、適宜支持部55を設ける構成としてもよい。また、吸着ノズル50の支持部55は、長尺部品80と接触する下面の形状が平面である他に、円弧凸状としてもよいし、尖端状としてもよい。さらに、吸着ノズル50の支持部55は、長尺部品80の長手方向にある程度の長さを有するように形成されてもよい。このような構成においても、実施形態と同様の効果を奏する。
1:部品装着機、 50:吸着ノズル、 51:胴体軸、 52:ノズル本体、 53:エア通路、 54:吸着部、 541:開口部、 55:支持部、 70:制御装置、 80:長尺部品、 81,82:端子部、 811,821:上面、 83:本体部、 90:基板(回路基板)、 91,92:電極、 93:接合材、 Ps1,Ps2:基準位置、 Pj:接合位置、 D1:(長尺部品の)幅、 Dm:(長尺部品の)最小幅、 Lt:(長尺部品の)長さ、 Ls:(2つの吸着部の)離間距離

Claims (9)

  1. 長手方向に直交する方向の幅よりも長手方向の長さが長い長尺部品を負圧エアにより吸着して保持する吸着ノズルであって、
    負圧エアを流通させるエア通路の開口部がそれぞれ形成され、前記長尺部品の上面のうち互いに離間した複数箇所を吸着する複数の吸着部を備え、
    複数の前記吸着部のそれぞれは、前記長尺部品を吸着した状態において前記長尺部品の弾性復帰を許容する、吸着ノズル。
  2. 前記長尺部品には、装着される回路基板に対する位置決めの基準位置が複数設定され、
    複数の前記吸着部のそれぞれは、前記長尺部品の複数の前記基準位置に対応して配置される、請求項1に記載の吸着ノズル。
  3. 複数の前記吸着部の数量は2であり、互いの離間距離が前記長尺部品の長手方向の長さの80%以上である、請求項1または2に記載の吸着ノズル。
  4. 前記吸着ノズルは、複数の前記吸着部の間に配置され、前記長尺部品の前記上面に接触して前記長尺部品を支持する1以上の支持部をさらに備える、請求項1−3の何れか一項に記載の吸着ノズル。
  5. 前記長尺部品には、装着される回路基板に予め塗布された接合材により接合される接合位置が設定され、
    前記支持部は、前記長尺部品の前記接合位置に対応して配置される、請求項4に記載の吸着ノズル。
  6. 前記支持部は、前記長尺部品の前記上面に対する接触のみによって前記長尺部品を支持する、請求項4または5に記載の吸着ノズル。
  7. 前記長尺部品は、長手方向に直交する方向の最小幅に対して長手方向の長さが40倍以上である、請求項1−6の何れか一項に記載の吸着ノズル。
  8. 前記長尺部品は、載置された状態で供給され、前記吸着ノズルにより吸着される際に前記吸着ノズルから受ける外力によって押圧されて弾性変形し得る弾性を有する、請求項1−7の何れか一項に記載の吸着ノズル。
  9. 請求項1−8の何れか一項に記載の前記吸着ノズルと、
    前記吸着ノズルにより吸着された前記長尺部品を回路基板に装着する装着処理を実行する制御装置と、
    を備える部品装着機。
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