JP7539749B1 - 電子部品実装装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品を手作業で回路基板へ実装するのと同様に自動的に実装するための電子部品実装装置を提供する。【解決手段】電子部品実装装置は、複数の電子部品が予め手差しで配置されたパーツパレットと、前記電子部品を把持するための複数のグリッパと、配線基板に実装する前記電子部品のリードを挟持可能な咥え爪を有する前記グリッパに付け替えた上で、前記パーツパレットに配置された前記電子部品を前記グリッパで把持し、前記配線基板へ実装する位置まで移動させて前記電子部品のリードを前記配線基板の基板穴に挿入する産業用ロボットと、を備え、前記パーツパレットは、前記基板穴と同じ間隔及び径で加工穴が空けられており、前記電子部品を前記グリッパで把持するときに、前記基板穴と同じ間隔を維持したまま前記リードを前記咥え爪で挟持させる、ことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品を予め決められた位置まで運んで自動的に配線基板へ実装するための電子部品実装装置に関する。

配線基板は、絶縁体の板材に導体の配線が施されたプリント基板であり、様々な電子部品が取り付けられてることで、電子回路として動作する。電子部品には、抵抗器、コンデンサ、コイル、ダイオード、トランジスタ、集積回路、スイッチ、センサなどがあり、電子部品のリードを配線基板に空けられた基板穴に挿入した後、はんだ付けすることで配線と繋がり回路基板となる。

電子部品の実装は、手作業で行われることもあるが、自動化もされている。特許文献１に記載されているように、挿入部品の電子基板への挿入実装時において、必要に応じて挿入部品のリード位置を検出することにより、挿入実装の生産性を向上させる部品挿入機の発明も開示されている。

ＩＣやＬＳＩなどの集積回路のようにリードが出る位置に部品ごとのばらつきが無ければ、一のリードを基板穴に挿せば、他の全てのリードも基板穴に収まるが、抵抗器やコンデンサなどは、リードの間隔が一定ではないため、基板穴の位置に合わせて全てのリードを挿し込む必要がある。

特許文献１に記載の技術では、部品挿入機のクランプに嵌合可能な溝と突起を形成して電子部品のリードを把持することでリードの間隔を合わせている。同じ部品を繰り返し実装するのであれば問題ないが、異なる部品を実装する場合には対応できない。

そのため、電子部品に合わせて把持用治具を交換するものもある。特許文献２に記載されているように、吸着ノズルの自動段取り替えを可能にした部品実装システムの発明も開示されている。

特許第６４４２０２９号公報 特開２０２３－１４４８６５号公報

特許文献２に記載の技術では、電子部品ごとに部品フィーダを用意し、部品実装機で使用する部品に応じて吸着ノズルを交換している。複雑でないものを大量生産する場合は作業時間が短縮されるが、小規模生産や試作品の製造においては、逆に手間が増えるため、まだ手作業で行われることも多い。

特許文献１に記載の技術でも、電子部品のリードが大きく曲がっていたりしてクランプの溝に収まっていないと、基板穴に挿し込むことができずに不良となり、作業が中断されるおそれもある。手作業であれば、電子部品を確実に配線基板へ取り付けることができ、特殊な部品があったとしても柔軟に対応することができる。

しかしながら、電子部品同士の間隔や重なり方によっては、取り付ける順番を間違えると干渉してしまう場合や、取り付けること自体が困難になる場合もある。配線基板に合わせて柔軟に自動化できると良い。

そこで、本発明は、電子部品を手作業で配線基板へ実装するのと同様に自動的に実装するための電子部品実装装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明である電子部品実装装置は、複数の電子部品が予め手差しで配置されたパーツパレットと、前記電子部品を把持するための複数のグリッパと、配線基板に実装する前記電子部品のリードを挟持可能な咥え爪を有する前記グリッパに付け替えた上で、前記パーツパレットに配置された前記電子部品を前記グリッパで把持し、前記配線基板へ実装する位置まで移動させて前記電子部品のリードを前記配線基板の基板穴に挿入する産業用ロボットと、を備え、前記パーツパレットは、前記基板穴と同じ間隔及び径で加工穴が空けられており、前記電子部品を前記グリッパで把持するときに、前記基板穴と同じ間隔を維持したまま前記リードを前記咥え爪で挟持させる、ことを特徴とする。

また、前記電子部品実装装置において、前記グリッパは、前記咥え爪で挟持したときに前記リードの間隔を維持するためのＶ字溝が前記咥え爪に形成される、ことを特徴とする。

また、前記電子部品実装装置において、前記パーツパレットの加工穴は、前記電子部品を手差しする際に、前記リードを挿しやすいように入口の縁が拡がるように丸め部が形成される、ことを特徴とする。

さらに、本発明である電子部品実装方法は、配線基板に実装する電子部品のリードを挟持可能な咥え爪を有するグリッパに付け替えた上で、パーツパレットに予め手差しで配置された前記電子部品を前記グリッパで把持し、前記配線基板へ実装する位置まで移動させて前記電子部品のリードを前記配線基板の基板穴に挿入する電子部品実装方法であって、前記パーツパレットには前記基板穴と同じ間隔及び径で加工穴が空けられており、前記電子部品を前記グリッパで把持するときに、前記基板穴と同じ間隔を維持したまま前記リードを前記咥え爪で挟持させる、ことを特徴とする。

本発明によれば、電子部品を手作業で簡単にセットしておき、電子部品のリード間隔が矯正された状態を維持したまま、電子部品を把持して予め決められた位置まで運び、自動的に基板穴へ挿し込んでいくので、確実に電子部品を配線基板へ実装していくことができる。

本発明である電子部品実装装置を示す正面図である。 本発明である電子部品実装装置を示す平面図である。 本発明である電子部品実装装置のグリッパ交換を示す側面図である。 本発明である電子部品実装装置のグリッパ交換を示す側面図である。 本発明である電子部品実装装置の咥え爪を示す側面図、正面図及び底面図である。 本発明である電子部品実装装置の咥え爪を示す側面図、正面図及び底面図である。 本発明である電子部品実装装置の咥え爪を示す側面図、正面図及び底面図である。 本発明である電子部品実装装置の咥え爪を示す側面図、正面図及び底面図である。 本発明である電子部品実装装置の咥え爪のＶ字溝を示す側面図及び底面図である。 本発明である電子部品実装装置のパーツパレットを示す平面図、正面図及び部分拡大図である。 本発明である電子部品実装装置のパーツパレットに電子部品をセットした状態を示す平面図である。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

まず、本発明である電子部品実装装置について説明する。図１は、電子部品実装装置を示す正面図である。図２は、電子部品実装装置を示す平面図である。なお、電子部品は、抵抗など２本のリード（足）が出ていて、それを折り曲げる等して配線基板に取り付けるものを対象とし、集積回路等のように足（ピン）の形状が整えられた状態で製造されるものは含まないものとする。

図１に示すように、電子部品実装装置１００は、配線基板１３０に電子部品６００を実装する装置であり、制御手段、基板供給手段、実装手段、電子部品供給手段などを備える。

制御手段は、制御装置１１０、操作盤１２０などを有する。操作盤１２０から入力された作業者の指示が制御装置１１０に伝達され、制御装置１１０が、それに基づき、基板供給手段、電子部品供給手段、実装手段などの動作を制御する。また、制御装置１１０から出力された動作状況などの結果は、操作盤１２０に表示される。

基板供給手段は、基板ストックテーブル２００、基板フィーダ２１０、レール２２０、基板搬送モータ２３０、基板位置２４０などを有する。まず、複数の配線基板１３０が基板ストックテーブル２００に積み重ねられる。次に、基板フィーダ２１０が基板ストックテーブル２００から配線基板１３０をレール２２０に送り出す。そして、基板搬送モータ２３０でレール２２０に沿って配線基板１３０を搬送し、予め決められた基板位置２４０まで配線基板１３０を移動させる。なお、配線基板１３０に基準となる箇所を示しておいて、基板位置２４０に合わせても良い。

実装手段は、スカラロボット３００、オートチェンジャ３１０、グリッパ収納部３２０、グリッパ４００などを有する。スカラロボット３００は、アーム３００ａが水平方向に延びており、根元と中間部の関節を回転させることで、先端を可動範囲内の目的位置へ移動させることが可能な水平多関節ロボットである。その他の産業用ロボット、例えば、垂直多関節型の協働ロボットや直交座標型の直動ユニットの組合せなどでも良い。

スカラロボット３００のアーム３００ａの先端下面には、オートチェンジャ３１０を介してグリッパ４００が着脱可能に取り付けられる。グリッパ収納部３２０には複数のグリッパ４００が配置されており、アーム３００ａの先端をそこに移動させて、オートチェンジャ３１０によりグリッパ４００を付け替えることが可能である。

図２に示すように、電子部品供給手段は、複数のパーツパレット５００（５００ａ、５００ｂ、５００ｃ、５００ｄ、５００ｅ、５００ｆ、５００ｇ）が、スカラロボット３００の可動範囲内に配置される。各パーツパレット５００にどの電子部品６００がどの位置（範囲）に配置されるかは、予め制御装置１１０に記憶される。

図３、４は、電子部品実装装置のグリッパ交換を示す側面図である。例えば、制御装置１１０から既にアーム３００ａに取り付けられているグリッパ４００を、別のグリッパ４００ａに交換するように命令があったとする。

図３（ａ）に示すように、まず、スカラロボット３００にアーム３００ａをグリッパ収納部３２０まで移動させる。図３（ｂ）に示すように、グリッパ収納部３２０のうち、グリッパ４００が収納されていない空きを探し、現在のグリッパ４００を下降させてそこに収納させる。なお、グリッパ４００ごとに収納する位置を決めておいても良い。

図４（ａ）に示すように、オートチェンジャ３１０はグリッパ４００を切り離し、一旦上昇して新たに取り付けるグリッパ４００ａがある位置までアーム３００ａの先端を移動させる。図４（ｂ）に示すように、オートチェンジャ３１０を下降させて、グリッパ４００ａを連結させた後、グリッパ４００の付いたオートチェンジャ３１０を上昇させる。

図５～８は、電子部品実装装置の咥え爪を示す側面図、正面図及び底面図である。図９は、電子部品実装装置の咥え爪のＶ字溝を示す側面図及び底面図である。

図５（ａ）に示すように、グリッパ４００には、下方に突き出すように咥え爪４１０、４２０が取り付けられる。前咥え爪４１０と後咥え爪４２０は、下端部同士が当接可能に対向させる。前咥え爪４１０と後咥え爪４２０の間に電子部品６００の本体を収めて、下端部で電子部品６００のリード６１０を挟み込む。

前咥え爪４１０と後咥え爪４２０で電子部品６００を保持したまま、アーム３００ａが位置決めされた配線基板１３０の上方までグリッパ４００を移動させ、配線基板１３０の基板穴１３０ａに合わせて、電子部品６００のリード６１０を挿し込むことから、２つの基板穴１３０ａの間隔と、２本のリード６１０の間隔を合わせておく必要がある。

前咥え爪４１０と後咥え爪４２０にそれぞれ下端部にＶ字溝４３０を空けておき、そこに挟んだリード６１０を収めれば良い。Ｖ字溝４３０は、リード６１０の径（太さ）とピッチ（間隔）に合わせて形成すれば良い。なお、前咥え爪４１０と後咥え爪４２０の一方でも良い。

図５（ｂ）に示すように、電子部品６００の種類が異なっても（例えば、抵抗とコンデンサなど）、挿し込むリード６１０の間隔が同じで、電子部品６００が前咥え爪４１０と後咥え爪４２０の間に収まるサイズの場合は、同じ咥え爪４１０、４２０で挟持させれば良い。なお、電子部品６００としては、例えば、フィルムコンデンサ、バリスタ、タンタルコンデンサ、（塗装絶縁形）金属皮膜抵抗、整流ダイオードなどがある。

図６～８に示すように、電子部品６００によって挿し込むリード６１０の太さや間隔が異なることから、咥え爪４１０、４２０の異なるグリッパ４００を別に用意する。なお、太さの異なるリード６１０を挟めるようにしても良いし、複数の間隔に対応した咥え爪４１０、４２０にしても良い。

また、電子部品６００に厚みがある場合は、前咥え爪４１０と後咥え爪４２０の間を拡げても良いし、電子部品６００が当たらないように、電子部品６００やリード６１０の配置を傾けたり、咥え爪４１０、４２０の一部に切欠きを設けたりしても良い。ただし、配線基板１３０へ実装する際に、既に取付済みの電子部品６００と干渉しないように、咥え爪４１０、４２０のサイズは小さいほうが好ましい。

図９に示すように、前咥え爪４１０と後咥え爪４２０を開いて、電子部品６００を前咥え爪４１０と後咥え爪４２０の間に入れ、前咥え爪４１０と後咥え爪４２０を閉じて、リード６１０を咥え爪４１０、咥え爪４２０のＶ字溝４３０で挟む。なお、Ｖ字溝４３０の角度や深さは、リード６１０に合わせて調整すれば良い。

リード６１０は、電子部品６００の下面や側面から出ている場合があるが、配線基板１３０の基板穴１３０ａに挿し込むには、咥え爪４１０、４２０で挟む前から、側面の場合はリード６１０を下方に折り曲げ、下面の場合はクランク状に折り曲げて、基板穴１３０ａの間隔に合わせておく必要がある。リード６１０の間隔を合わせておくためにパーツパレット５００を用いる。なお、電子部品６００とリード６１０の相対位置がずれていても、咥え爪４１０、４２０でリード６１０を挟むことから、リード６１０の間隔が合っていれば良い。

図１０は、電子部品実装装置のパーツパレットを示す平面図、正面図及び部分拡大図である。図１１は、電子部品実装装置のパーツパレットに電子部品をセットした状態を示す平面図である。

電子部品実装装置１００は、複数の電子部品６００が予め手差しで配置されたパーツパレット５００、電子部品６００を把持するための複数のグリッパ４００、配線基板１３０に実装する電子部品６００のリード６１０を挟持可能な前咥え爪４１０及び後咥え爪４２０を有するグリッパ４００に付け替えた上でパーツパレット５００に配置された電子部品６００をグリッパ４００で把持し配線基板１３０へ実装する位置まで移動させて電子部品６００のリード６１０を配線基板１３０の基板穴１３０ａに挿入するスカラロボット３００等を備える。

図１０（ａ）（ｂ）に示すように、パーツパレット５００は、基板穴１３０ａと同じ間隔及び径で加工穴５１０が空けられており、電子部品６００をグリッパ４００で把持するときに、基板穴１３０ａと同じ間隔を維持したままリード６１０を前咥え爪４１０と後咥え爪４２０で挟持させる。

グリッパ４００には、前咥え爪４１０と後咥え爪４２０で挟持したときに、リード６１０の間隔を維持するためのＶ字溝４３０が前咥え爪４１０及び後咥え爪４２０に形成されているので、電子部品６００を加工穴５１０に挿してリード６１０の間隔を維持しておけば、そのまま咥え爪４１０、４２０で挟持するだけでリード６１０がＶ字溝４３０に収まる。

パーツパレット５００は、配線基板１３０に挿すときにリード６１０を手で折り曲げなければならない場合でも、予めリード６１０を手で折り曲げて加工穴５１０に挿しておくことで、確実にリード６１０の間隔を確保することが可能となる。リード６１０に弾力性がある場合でも、加工穴５１０に挿した状態でリード６１０を咥え爪４１０、４２０で挟持するので、リード６１０の間隔は保持されたままである。

図１０（ｃ）に示すように、パーツパレット５００の加工穴５１０は、電子部品６００を手差しする際に、リード６１０を挿しやすいように入口の縁が拡がるように丸め部５１０ａが形成される。加工穴５１０の入口を大きくしておくことで、挿す前のリード６１０の間隔の誤差を吸収可能で、挿した後は適切なリード６１０の間隔に矯正される。

配線基板１３０のように電子部品６００が密集していると手で電子部品６００を挿し込むのが難しい場合もあるが、パーツパレット５００では電子部品６００が所定の間隔で並ぶように加工穴５１０を空けておけば良いので、実装場所や実装順を気にせずに手差し可能である。

なお、加工穴５１０の深さをパーツパレット５００の表面よりも上にリード６１０が見えるくらいにすることで、また、加工穴５１０の入口を拡げておくことで、咥え爪４１０、４２０でリード６１０を挟みやすくなる。

図１１に示すように、予め手動でパーツパレット５００に電子部品６００を挿しておき、電子部品実装装置１００で電子部品６００を予め決められた位置まで運んで自動的に配線基板１３０へ実装する。

例えば、パーツパレット５００ごとにセットする電子部品６００の種類を決めて加工穴５１０を空けても良いし、パーツパレット５００の範囲を区切ってセットする電子部品６００の種類を決めても良い。配線基板１３０の種類ごとにパーツパレット５００を用意しても良いし、複数のパーツパレット５００を用意しておき、配線基板１３０ごとに必要なパーツパレット５００を組み合わせても良い。

どの電子部品６００がどのパーツパレット５００のどの範囲にセットされているかは、制御装置１１０に記憶させておく。電子部品６００の位置を記憶させても良いし、電子部品６００の範囲を記憶させて走査するようにしても良い。

また、配線基板１３０のどの位置にどの電子部品６００を実装させるかも、制御装置１１０に記憶させておく。制御装置１１０は、実装対象の電子部品６００が決まると、電子部品６００がセットされているパーツパレット５００から掴み出して、実装位置まで運んで配線基板１３０に装着する。これら一連の配線基板１３０へ電子部品６００の実装を繰り返すプログラムを組んで処理を実行すれば良い。

電子部品６００のリード６１０が曲がる等して配線基板１３０に挿し込むことができず、自動処理が途中で止まるということが無くなる。なお、センサ等で電子部品６００の種類が異なっていないか確認する手段を設けても良い。

本発明によれば、電子部品を手作業で簡単にセットしておき、電子部品のリード間隔が矯正された状態を維持したまま、電子部品を把持して予め決められた位置まで運び、自動的に基板穴へ挿し込んでいくので、確実に電子部品を配線基板へ実装していくことができる。

以上、本発明の実施例を述べたが、これらに限定されるものではない。例えば、電子部品実装方法は、配線基板に実装する電子部品のリードを挟持可能な咥え爪を有するグリッパに付け替えた上で、パーツパレットに予め手差しで配置された前記電子部品を前記グリッパで把持し、前記配線基板へ実装する位置まで移動させて前記電子部品のリードを前記配線基板の基板穴に挿入する電子部品実装方法であって、前記パーツパレットには前記基板穴と同じ間隔及び径で加工穴が空けられており、前記電子部品を前記グリッパで把持するときに、前記基板穴と同じ間隔を維持したまま前記リードを前記咥え爪で挟持させる、ことを特徴とする。

１００：電子部品実装装置
１１０：制御装置
１２０：操作盤
１３０：配線基板
１３０ａ：基板穴
２００：基板ストックテーブル
２１０：基板フィーダ
２２０：レール
２３０：基板搬送モータ
２４０：基板位置
３００：スカラロボット
３００ａ：アーム
３１０：オートチェンジャ
３２０：グリッパ収納部
４００：グリッパ
４１０：前咥え爪
４２０：後咥え爪
４３０：Ｖ字溝
５００：パーツパレット
５１０：加工穴
５１０ａ：丸め部
６００：電子部品
６１０：リード

Claims (4)

1. 複数の電子部品が予め手差しで配置されたパーツパレットと、
   前記電子部品を把持するための複数のグリッパと、
   配線基板に実装する前記電子部品のリードを挟持可能な咥え爪を有する前記グリッパに付け替えた上で、前記パーツパレットに配置された前記電子部品を前記グリッパで把持し、前記配線基板へ実装する位置まで移動させて前記電子部品のリードを前記配線基板の基板穴に挿入する産業用ロボットと、を備え、
   前記パーツパレットは、前記基板穴と同じ間隔及び径で加工穴が空けられており、前記電子部品を前記グリッパで把持するときに、前記基板穴と同じ間隔を維持したまま前記リードを前記咥え爪で挟持させる、
   ことを特徴とする電子部品実装装置。
2. 前記グリッパは、前記咥え爪で挟持したときに前記リードの間隔を維持するためのＶ字溝が前記咥え爪に形成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子部品実装装置。
3. 前記パーツパレットの加工穴は、前記電子部品を手差しする際に、前記リードを挿しやすいように入口の縁が拡がるように丸め部が形成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子部品実装装置。
4. 配線基板に実装する電子部品のリードを挟持可能な咥え爪を有するグリッパに付け替えた上で、パーツパレットに予め手差しで配置された前記電子部品を前記グリッパで把持し、前記配線基板へ実装する位置まで移動させて前記電子部品のリードを前記配線基板の基板穴に挿入する電子部品実装方法であって、
   前記パーツパレットには前記基板穴と同じ間隔及び径で加工穴が空けられており、前記電子部品を前記グリッパで把持するときに、前記基板穴と同じ間隔を維持したまま前記リードを前記咥え爪で挟持させる、
   ことを特徴とする電子部品実装方法。