JP7102188B2 - フィーダー型ノズル交換ユニット - Google Patents

Description

本明細書によって開示される技術は、フィーダー型ノズル交換ユニットに関する。

従来、部品実装機のノズル交換を行うノズルステーションをカセット式にしてフィーダセット部にフィーダと並べてセットできるようにしたカセット式ノズル交換ユニットとして国際公開第２０１４／１８８５２０号（下記特許文献１）に記載のものが知られている。カセット式ノズル交換ユニットは、複数のノズルを周回経路に沿って配列して保持する周回型ノズルステーションと、周回型ノズルステーションを内蔵したカセットケースとを備えている。カセットケースの上端面にノズル交換口が形成され、ノズル交換口を通して周回型ノズルステーションと部品実装機の実装ヘッドとの間でノズル交換を行うようになっている。カセット式ノズル交換ユニットは、部品実装機のフィーダセット部にフィーダと並べてセットできるように構成されている。

国際公開第２０１４／１８８５２０号

しかしながら、上記のカセット式ノズル交換ユニットは、タイプの異なる複数のノズルが周回型ノズルステーションにクランプされているため、どのタイプのノズルがどの位置にクランプされているかを関連付けてメモリに記憶させておく必要がある。また、クランプできるノズルの数が限られているため、カセット式交換ユニットの交換頻度が高くなる。

本明細書によって開示されるフィーダー型ノズル交換ユニットは、ノズルと前記ノズルの種類毎に分けて用意されたリールとを含んで構成され、前記リールに前記ノズルが収容される収容穴が連続して複数設けられ、同じ種類の前記ノズルが同一の前記リールの前記収容穴に収容されたノズル収容リールと、前記ノズル収容リールを搬送する搬送手段を有し、部品実装機を構成する部品供給部において部品供給フィーダーが装着される装着部に装着可能とされたノズル供給フィーダーと、を備える構成とした。

このような構成によると、ノズルの種類毎にリールが分けられた状態でノズル収容リールが用意されているから、ノズル収容リールを部品供給部の装着部に装着した際に、ノズルの種類と装着部の位置とを関連付けすればよく、全てのノズルについて関連付けを行う必要はない。また、ノズル収容リールによってノズルを供給することができるため、収容穴に収容できるノズルの数が多くなり、ノズル収容リールの交換頻度が低くなる。したがって、ノズル収容リールを利用してノズルの交換を行うことにより、ノズル交換時間を削減することができる。

本明細書によって開示されるフィーダー型ノズル交換ユニットは、以下の構成としてもよい。
前記部品実装機の実装ヘッドを構成するシャフトの先端に取り付けられた前記ノズルを前記シャフトの先端から取り外して前記収容穴に収容することで前記ノズルの入れ替えを行う入替手段を備える構成とした。
このような構成によると、ノズルの入れ替えを入替手段によって自動で行うことができる。

前記ノズルは、使用後に廃棄される樹脂製の使い捨てノズルである構成としてもよい。
このような構成によると、使い捨てノズルとしたことでノズルの点検、清掃を不要にし、樹脂製のノズルとしたことで安価にノズルを製造することができる。また、部品を基板に搭載する際の衝撃荷重を低くすることができる。

前記入替手段によって前記シャフトの先端から取り外した使用済みの前記ノズルを空きの前記収容穴に収容した後、前記ノズル収容リールを前記搬送手段により前記収容穴１個分だけ搬送し、使用前の前記ノズルを前記シャフトの先端に取り付けて前記収容穴から取り出すことで前記収容穴を空けた状態にする構成としてもよい。
このようにすると、シャフトの先端に使用前のノズルを取り付けることで空きの収容穴ができるから、その収容穴に使用済みのノズルを入れることができる。したがって、全実装ヘッドのノズルの入れ替え作業を連続的に行うことができ、ノズル入れ替え時間を大幅に短縮することができる。

本明細書によって開示されるフィーダー型ノズル交換ユニットによれば、ノズル収容リールを利用してノズルの交換を行うことにより、ノズル交換時間を削減することができる。

部品実装機の平面図 フィーダー型ノズル交換ユニットの側面図 カバーテープを切断刃で切断してポケットを外部に臨ませた状態を示した斜視図 ノズルをポケットに収容する様子を示した平面図 ノズルをシャフトの先端に取り付ける様子を示した断面図 ノズルをシャフトの先端から取り外す様子を示した断面図 ノズル入れ替えフローを示したフローチャート 旧ノズルから新ノズルに入れ替えるフローを示したフローチャート

＜実施形態＞
実施形態を図１から図８の図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る部品実装機１０は、基台１１と、プリント基板（以下「基板」という）Ｐを搬送する搬送コンベア２０と、ヘッドユニット６０と、ヘッドユニット６０を基台１１上にて平面方向（ＸＹ方向）に移動させる駆動装置３０とを備えている。なお、以下の説明において、基台１１の長手方向（図１の左右方向であって、基板Ｐの搬送方向）をＸ方向と呼ぶものとし、基台１１の奥行方向（図１の上下方向であって、Ｘ方向に直交する方向）をＹ方向、図１の紙面と直交する方向をＺ方向とする。

搬送コンベア２０は、基台１１の中央に配置されている。搬送コンベア２０はＸ方向に循環駆動する一対の搬送ベルト２１を備えており、搬送ベルト２１上の基板ＰをＸ方向に搬送する。

本実施形態では、図１に示す左側が入口となっており、基板Ｐは、図１に示す左側より搬送コンベア２０を通じて機内へと搬入される。搬入された基板Ｐは、搬送コンベア２０により基台１１上の作業位置まで運ばれ、そこで停止される。

一方、基台１１上には、作業位置の周囲を囲むようにして、部品供給部１３が４箇所設けられている。これらの部品供給部１３には、電子部品（以下「部品」という）Ｅを供給する部品供給フィーダー１５が横並び状に多数設置されている。

そして作業位置では、上記部品供給フィーダー１５を通じて供給された部品Ｅを、基板Ｐ上に実装する実装処理が、ヘッドユニット６０により行われるとともに、その後、実装処理を終えた基板Ｐは搬送コンベア２０を通じて図１における右方向に運ばれ、機外に搬出される構成になっている。

駆動装置３０は、大まかには一対の支持脚４１、ヘッド支持体５１、Ｙ軸ボールねじ４５、Ｘ軸ボールねじ５５、Ｘ軸モータ５７等から構成される。具体的に説明すると、図１に示すように、基台１１上には一対の支持脚４１が設置されている。両支持脚４１は作業位置の両側に位置しており、Ｙ方向にまっすぐに延びている。

両支持脚４１の上面にはＹ方向に延びる一対のガイドレール４２が設置されており、これらのガイドレール４２に長手方向の両端部を嵌合させつつヘッド支持体５１が取り付けられている。

また、右側の支持脚４１にはＹ方向に延びるＹ軸ボールねじ４５が装着され、Ｙ軸ボールねじ４５にはボールナット（不図示）が螺合されている。さらに、Ｙ軸ボールねじ４５にはＹ軸モータ４７が付設されている。

Ｙ軸モータ４７を通電操作すると、Ｙ軸ボールねじ４５に沿ってボールナットが進退する結果、ボールナットに固定されたヘッド支持体５１、ひいては次述するヘッドユニット６０がガイドレール４２に沿ってＹ方向に移動する（Ｙ軸サーボ機構）。

ヘッド支持体５１は、Ｘ方向に長い形状である。ヘッド支持体５１には、ヘッドユニット６０が、Ｘ方向に沿って移動自在に取り付けられている。このヘッド支持体５１には、Ｘ方向に延びるＸ軸ボールねじ５５が内蔵されており、さらにＸ軸ボールねじ５５にはボールナット（不図示）が螺合されている。

そして、Ｘ軸ボールねじ５５にはＸ軸モータ５７が付設されており、同モータ５７を通電操作すると、Ｘ軸ボールねじ５５に沿ってボールナットが進退する結果、ボールナットに固定されたヘッドユニット６０がヘッド支持体５１に沿ってＸ方向に移動する（Ｘ軸サーボ機構）。

したがって、Ｘ軸モータ５７、Ｙ軸モータ４７を複合的に制御することで、基台１１上においてヘッドユニット６０を平面方向（ＸＹ方向）に移動操作できる構成となっている。

ヘッドユニット６０は複数の実装ヘッド６１を備えており、実装ヘッド６１を構成するシャフト６６の先端には負圧により部品Ｅを吸着する複数の吸着ノズル６２が取り付けられている（図５参照）。各実装ヘッド６１には図示しない負圧手段から負圧が供給されるように構成されており、各吸着ノズル６２の先端に吸引力を生じさせるようになっている。これにより、各吸着ノズル６２の先端に部品Ｅがそれぞれ吸着されるようになっている。

各実装ヘッド６１の上部には、複数のＺ軸モータ（不図示）が設けられており、各実装ヘッド６１を個別に昇降させる構造になっている。また、ヘッドユニット６０には、複数のＲ軸モータ（不図示）が設けられており、各Ｒ軸モータを回転させると、各実装ヘッド６１がベルト駆動により軸回りに回転する構造になっている。

このような構成とすることで、Ｘ軸モータ５７、Ｙ軸モータ４７、Ｚ軸モータを所定のタイミングで作動させることにより、部品供給フィーダー１５を通じて供給される部品Ｅを吸着ノズル６２により吸着して、基板Ｐ上に実装する処理を実行することができる。

図１に示す符号１７は画像認識装置である。画像認識装置１７は、吸着ノズル６２に吸着された部品Ｅの吸着状態や端子Ｔのコプラナリティ等をチェックするために、部品Ｅの画像を認識する装置である。画像認識装置１７は、図示しない部品認識カメラなどを含んで構成されている。

本実施形態の部品供給部１３において部品供給フィーダー１５が装着される装着部１４には、ノズル供給フィーダー７０が装着可能とされている。図２はフィーダー型ノズル交換ユニット１８を示したものであり、このフィーダー型ノズル交換ユニット１８は、ノズル供給フィーダー７０と、ノズル収容リール８０と、吸着ノズル６２の入れ替え動作を制御する制御部（図示せず）とを備えて構成されている。ノズル供給フィーダー７０は、図２および図３に示すように、ノズル収容リール８０を搬送する搬送モータ７１と、ノズル収容リール８０を載置可能なリール載置部７２とを有している。ノズル収容リール８０は、吸着ノズル６２と、吸着ノズル６２が収容されたポケット８１を有するリール８２と、リール８２の上面に被せられたカバーテープ８３とを有している。ポケット８１はリール８２において所定の間隔を空けて連続して複数設けられている。リール載置部７２は、リール８２のポケット８１を搬送可能な凹部７７を有している。

吸着ノズル６２は、使用後に廃棄される樹脂製の使い捨て吸着ノズル６２とされている。リール８２は吸着ノズル６２の種類毎に分けて用意されており、１つのリール８２には１種類の吸着ノズル６２が複数収容されている。吸着ノズル６２は、詳細には図５に示すように、シャフト６６の先端が内部に装着されるノズル本体６３と、ノズル本体６３の上端から径方向外側に張り出すフランジ６４とを備えて構成されている。ノズル本体６３の先端部には空気を通す空気通路６５が形成されている。ノズル本体６３の先端部には空気通路６５を介して負圧が供給されるようになっており、ノズル本体６３の先端に部品Ｅが吸着される。

図２に示すように、ノズル供給フィーダー７０の上面における前側には、吸着ノズル６２の着脱が行われるノズル着脱部７３が設けられており、ノズル着脱部７３の後方には切断刃７６が設けられている。切断刃７６は、図３に示すように、ノズル収容リール８０のうちカバーテープ８３のみをハーフカットできるように設置されている。切断されたカバーテープ８３は、二手に分かれて両側に広げられ、リール８２のポケット８１に収容された吸着ノズル６２を外部に露出させるようになっている。ノズル着脱部７３には、一対のシャッター７４が設けられている。図４に示すように、シャッター７４の位置では、ポケット８１に収容された吸着ノズル６２が完全に上方に臨むようになっている。また、ノズル着脱部７３の上方に設置されたＦｉｄカメラ７５によってポケット８１の位置が撮像されるようになっている。

図５および図６に示すように、一対のシャッター７４は、例えばエアシリンダによって開閉可能に構成されている。図５は、シャフト６６の先端に使用前の吸着ノズル（新ノズル）６２を取り付ける様子を示しており、図６は、シャフト６６の先端から使用済みの吸着ノズル（旧ノズル）６２を取り外す様子を示している。ポケット８１に収容された吸着ノズル６２のノズル本体６３に対してシャフト６６を差し込むことで吸着ノズル６２の取り付けが完了し、シャフト６６を上方へ引き上げることでシャフト６６とともに吸着ノズル６２がポケット８１の上方へと移動する。

また、シャフト６６の先端に取り付けられた吸着ノズル６２をポケット８１に収容し、一対のシャッター７４を閉じると、フランジ６４の上面に沿って一対のシャッター７４が配される。この状態からシャフト６６を上方へ移動させると、フランジ６４と一対のシャッター７４が係止することで吸着ノズル６２の上方への移動が規制され、シャフト６６のみが上方へと移動する。その結果、吸着ノズル６２がポケット８１に収容された状態となり、その後、一対のシャッター７４が開くことになる。なお、使用済みの吸着ノズル６２がポケット８１に収容された後、二手に分かれたカバーテープ８３が再び閉じられることにより使用済みの吸着ノズル６２がカバーテープ８３によって覆われた状態となる。

次に、吸着ノズル６２の入れ替えフローについて図７のフローチャートを参照しながら説明する。まず、全ての実装ヘッド６１について、現在装着されている吸着ノズル６２を入れ替えノズルタイプの吸着ノズル６２に入れ替える（ステップＳ１０）。リール８２のポケット８１の位置にＦｉｄカメラ７５を移動させる（ステップＳ１１）。Ｆｉｄカメラ７５でポケット８１の位置を撮像し（ステップＳ１２）、ポケット８１に吸着ノズル６２が存在していれば（ステップＳ１３でＮＯ）、吸着ノズル６２を空にするようにメッセージを送信し（ステップＳ２２）、再びリール８２のポケット８１の位置にＦｉｄカメラ７５を移動させ（ステップＳ１１）、再びＦｉｄカメラ７５でポケット８１の位置を撮像する（ステップＳ１２）。ポケット８１に吸着ノズル６２が存在しなければ（ステップＳ１３でＹＥＳ）、シャフト６６の先端に吸着ノズル６２が取り付けられた実装ヘッド６１をポケット８１の直上の位置に移動させてから下降させる（ステップＳ１４）。

次に、旧ノズルから新ノズルに入れ替えるフローを行う（ステップＳ１５）。このフローについては図８のフローチャートを参照しながら説明する。まず、ノズル供給フィーダー７０の一対のシャッター７４を閉じる。この状態で実装ヘッド６１を上昇させると、一対のシャッター７４にフランジ６４が押さえられることで使用済みの吸着ノズル６２がポケット８１に格納され、シャフト６６のみが上方に移動する（ステップＳ１５２）。次に、ノズル供給フィーダー７０の一対のシャッター７４を開けて（ステップＳ１５３）、搬送モータ７１によって隣り合う一対のポケット８１の間隔だけノズル収容リール８０を前方に送る（ステップＳ１５４）。次に、実装ヘッド６１を下降させてシャフト６６の先端に新しい吸着ノズル６２を装着し、実装ヘッド６１を上昇させる（ステップＳ１５５）。これにより、旧ノズルから新ノズルに入れ替えるフローが完了する（ステップＳ１５６）。

次に、吸着ノズル６２の入れ替えを全ての実装ヘッド６１について完了したら（ステップＳ１６）、ノズル入れ替えフローを完了する（ステップＳ１７）。また、全ての実装ヘッド６１について完了していなければ（ステップＳ１６でＮＯ）、次に吸着ノズル６２の入れ替えを行う実装ヘッド６１をノズル着脱部７３に移動させ（ステップＳ１８）、リール８２のポケット８１の位置にＦｉｄカメラ７５を移動させ（ステップＳ１９）、Ｆｉｄカメラ７５でポケット８１の位置を撮像する（ステップＳ２０）。Ｆｉｄカメラ７５による撮像画像に基づいて実装ヘッド６１をポケット８１の直上の位置に移動させてから下降させ（ステップＳ２１）、再びステップＳ１５に戻って旧ノズルから新ノズルに入れ替えるフローを行う（ステップＳ１５）。

以上のように本実施形態では、ノズル（吸着ノズル６２）の種類毎にリール８２が分けられた状態でノズル収容リール８０が用意されているから、ノズル収容リール８０を部品供給部１３の装着部１４に装着した際に、ノズルの種類と装着部１４の位置とを関連付けすればよく、全てのノズルについて関連付けを行う必要はない。また、ノズル収容リール８０によってノズルを供給することができるため、収容穴（ポケット８１）に収容できるノズルの数が多くなり、ノズル収容リール８０の交換頻度が低くなる。したがって、ノズル収容リール８０を利用してノズルの交換を行うことにより、ノズル交換時間を削減することができる。

部品実装機１０の実装ヘッド６１を構成するシャフト６６の先端に取り付けられたノズルをシャフト６６の先端から取り外して収容穴に収容することでノズルの入れ替えを行う入替手段（シャッター７４）を備える構成とした。
このような構成によると、ノズルの入れ替えを入替手段によって自動で行うことができる。

ノズルは、使用後に廃棄される樹脂製の使い捨てノズルである構成としてもよい。
このような構成によると、使い捨てノズルとしたことでノズルの点検、清掃を不要にし、樹脂製のノズルとしたことで安価にノズルを製造することができる。また、部品Ｅを基板Ｐに搭載する際の衝撃荷重を低くすることができる。

入替手段によってシャフト６６の先端から取り外した使用済みのノズルを空きの収容穴に収容した後、ノズル収容リール８０を搬送手段（搬送モータ７１）により収容穴１個分だけ搬送し、使用前のノズルをシャフト６６の先端に取り付けて収容穴から取り出すことで収容穴を空けた状態にする構成としてもよい。
このようにすると、シャフト６６の先端に使用前のノズルを取り付けることで空きの収容穴ができるから、その収容穴に使用済みのノズルを入れることができる。したがって、全実装ヘッド６１のノズルの入れ替え作業を連続的に行うことができ、ノズル入れ替え時間を大幅に短縮することができる。

＜他の実施形態＞
本明細書によって開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も含まれる。
（１）上記実施形態では一対のシャッター７４が開閉可能とされているものの、一対のシャッターが所定の間隔を空けた状態で配され、開閉動作を行わないものでもよい。この場合、ノズル本体６３の上端部において両側に張り出す一対のフランジを形成しておき、１つのフランジが一対のシャッターの間を通過した後、９０°回転させて一対のフランジが一対のシャッターによって押さえられるようにすればよい。

（２）上記実施形態では樹脂製の使い捨て吸着ノズル６２を用いているものの、使い捨てではない金属製の吸着ノズルを用いてもよい。

（３）上記実施形態では使用済みの吸着ノズル６２を空きのポケット８１に収容しているものの、ポケット８１とは別の場所に収容するようにしてもよい。

１０…部品実装機
１３…部品供給部
１４…装着部
１５…部品供給フィーダー
１８…フィーダー型ノズル交換ユニット
６１…実装ヘッド
６２…吸着ノズル
６６…シャフト
７０…ノズル供給フィーダー
７１…搬送モータ（搬送手段）
７４…シャッター（入替手段）
８０…ノズル収容リール
８１…ポケット（収容穴）
８２…リール

Claims (4)

1. ノズルと前記ノズルの種類毎に分けて用意されたリールとを含んで構成され、前記リールに前記ノズルが収容される収容穴が連続して複数設けられ、同じ種類の前記ノズルが同一の前記リールの前記収容穴に収容されたノズル収容リールと、
   前記ノズル収容リールを搬送する搬送手段を有し、部品実装機を構成する部品供給部において部品供給フィーダーが装着される装着部に装着可能とされたノズル供給フィーダーと、
   前記部品実装機の実装ヘッドを構成するシャフトの先端に取り付けられた前記ノズルを前記シャフトの先端から取り外して前記収容穴に収容することで前記ノズルの入れ替えを行う入替手段と、を備え、
   前記入替手段は、開閉可能な一対のシャッターによって構成され、
   前記ノズルは、前記シャフトの先端が内部に装着されるノズル本体と、前記ノズル本体の上端から径方向外側に張り出すフランジと、を備えて構成され、
   前記シャフトの先端に取り付けられた前記ノズルを前記収容穴に収容して、前記一対のシャッターを閉じると、前記フランジの上面に沿って前記一対のシャッターが配され、この状態から前記シャフトを上方へ移動させると、前記フランジと前記一対のシャッターが係止することで前記ノズルの上方への移動が規制され、前記シャフトのみが上方へと移動し、前記ノズルが前記収容穴に収容された状態となる、フィーダー型ノズル交換ユニット。
2. 前記ノズルは、使用後に廃棄される樹脂製の使い捨てノズルである請求項１に記載のフィーダー型ノズル交換ユニット。
3. ノズルと前記ノズルの種類毎に分けて用意されたリールとを含んで構成され、前記リールに前記ノズルが収容される収容穴が連続して複数設けられ、同じ種類の前記ノズルが同一の前記リールの前記収容穴に収容されたノズル収容リールと、
   前記ノズル収容リールを搬送する搬送手段を有し、部品実装機を構成する部品供給部において部品供給フィーダーが装着される装着部に装着可能とされたノズル供給フィーダーと、を備え、
   前記部品実装機の実装ヘッドを構成するシャフトの先端に取り付けられた前記ノズルを前記シャフトの先端から取り外して前記収容穴に収容することで前記ノズルの入れ替えを行う入替手段を備え、
   前記入替手段によって前記シャフトの先端から取り外した使用済みの前記ノズルを空きの前記収容穴に収容した後、前記ノズル収容リールを前記搬送手段により前記収容穴１個分だけ搬送し、使用前の前記ノズルを前記シャフトの先端に取り付けて前記収容穴から取り出すことで前記収容穴を空けた状態にするフィーダー型ノズル交換ユニット。
4. 前記ノズルは、使用後に廃棄される樹脂製の使い捨てノズルである請求項３に記載のフィーダー型ノズル交換ユニット。

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