JPWO2018185941A1

JPWO2018185941A1 - ヘッドユニット及び部品実装機

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Publication number: JPWO2018185941A1
Application number: JP2019511045A
Authority: JP
Inventors: 隆史粟田; 覚大坪
Original assignee: 株式会社Ｆｕｊｉ
Priority date: 2017-04-07
Filing date: 2017-04-07
Publication date: 2019-11-21
Anticipated expiration: 2037-04-07
Also published as: WO2018185941A1; JP6731113B2

Abstract

本開示のヘッドユニットは、部品を保持可能な複数の部品保持具が所定の円周に沿って等しい間隔で配置された回転体を有し、前記回転体を回転させることにより前記複数の部品保持具を旋回させるヘッドユニットである。このヘッドユニットは、前記回転体とは独立して設けられ、前記複数の部品保持具のうち前記ヘッドユニットの所定の昇降位置に位置する部品保持具を昇降させる昇降装置と、前記回転体に連動して回転しないように前記円周の内側に設けられ、前記複数の部品保持具のうち前記昇降位置に位置するもの以外の部品保持具を所定の高さ位置で支持可能であり、前記昇降位置に位置する部品保持具の前記昇降装置による昇降動作を許容する部品保持具支持部材と、を備える。

Description

本明細書は、ヘッドユニット及び部品実装機を開示する。

従来より、部品実装機に装備されるヘッドユニットとして、複数のノズルシャフトが所定の円周に沿って等しい間隔で配置された回転体を有し、その回転体を回転させることにより複数のノズルシャフトを旋回させるものが知られている（例えば特許文献１参照）。ノズルシャフトとは、先端にノズルを備えたシャフトである。こうしたヘッドユニットでは、部品が装着された基板の上方をヘッドユニットが通過する場合、ノズルが部品と干渉しないようにする必要がある。そのため、こうしたヘッドユニットでは、ノズルシャフトに挿通された細いノズルシャフトスプリングの弾性力によってノズルシャフトを所定の高さ位置に弾性支持している。

特開２０１１−１００９５５号公報

しかしながら、基板に装着された部品の高さが高い場合、その部品にノズルが干渉しないようにするためにはノズルシャフトの高さ位置をより高くする必要があるが、ノズルシャフトスプリングは細いためノズルシャフトの高さ位置を高くするのに限界があった。また、ノズルシャフトの高さ位置を高くするためにノズルシャフトスプリングを太くすると、装置構成が大型化するという問題があった。

本開示は、上述した課題を解決するためになされたものであり、装置構成を大型化することなく部品保持具の高さ位置を高くすることを主目的とする。

本開示のヘッドユニットは、
部品を保持可能な複数の部品保持具が所定の円周に沿って等しい間隔で配置された回転体を有し、前記回転体を回転させることにより前記複数の部品保持具を旋回させるヘッドユニットであって、
前記回転体とは独立して設けられ、前記複数の部品保持具のうち前記ヘッドユニットの所定の昇降位置に位置する部品保持具を昇降させる昇降装置と、
前記回転体に連動して回転しないように前記円周の内側に設けられ、前記複数の部品保持具のうち前記昇降位置に位置するもの以外の部品保持具を所定の高さ位置で支持可能であり、前記昇降位置に位置する部品保持具の前記昇降装置による昇降動作を許容する部品保持具支持部材と、
を備えたものである。

このヘッドユニットでは、回転体に連動して回転しないように設けられた部品保持具支持部材が、複数の部品保持具のうち昇降位置に位置するもの以外の部品保持具を所定の高さ位置で支持可能となっている。この部品保持具支持部材は、複数の部品保持具が並んだ円周の内側に設けられている。すなわち、部品保持具に挿通された細いスプリングで部品保持具の高さ位置を決めるのではなく、複数の部品保持具に囲まれた部品保持具支持部材で部品保持具の高さ位置を決められるようになっている。したがって、装置構成を大型化することなく部品保持具の高さを高く設定することができる。

部品実装機１０の概略構成を示す斜視図。ノズル昇降板４９が下方位置にあるときのヘッドユニット４０の説明図。ヘッド本体４２の一部を示す斜視図。ノズル昇降板４９が上方位置にあるときのヘッドユニット４０の説明図。制御装置１００の電気的な接続関係を示すブロック図。部品実装処理ルーチンのフローチャート。ノズル昇降板４９が下方位置にあるときのヘッドユニット４０の説明図。

本開示のヘッドユニット及び部品実装機の好適な実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。図１は部品実装機１０の概略構成を示す斜視図、図２はノズル昇降板４９が下方位置にあるときのヘッドユニット４０の説明図（部分断面図）、図３はヘッド本体４２の一部を示す斜視図、図４はノズル昇降板４９が上方位置にあるときのヘッドユニット４０の説明図（部分説明図）、図５は制御装置１００の電気的な接続関係を示すブロック図である。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。

部品実装機１０は、図１に示すように、部品供給装置２０と、基板搬送装置２５と、ＸＹロボット３０と、ヘッドユニット４０と、制御装置１００（図５参照）とを備えている。

部品供給装置２０は、部品が収容されたテープ２１をリール２２から引き出してピッチ送りすることで、部品を部品供給位置２０ｐに供給するテープフィーダとして構成されている。部品供給装置２０は、フィーダ台２３に左右方向（Ｘ軸方向）に並ぶように複数セットされる。

基板搬送装置２５は、前後に間隔を開けて設けられ左右方向に架け渡された１対のコンベアベルト２６，２６（図１では一方のみ図示）を有している。基板Ｓはこのコンベアベルト２６，２６により搬送されて所定の取込位置に到達すると、裏面側に多数立設された支持ピン２７によって支持される。

ＸＹロボット３０は、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３３，３３と、左右一対のＹ軸ガイドレール３３，３３に架け渡されたＹ軸スライダ３４とを備えている。また、ＸＹロボット３０は、Ｙ軸スライダ３４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３１，３１と、Ｘ軸ガイドレール３１，３１に取り付けられたＸ軸スライダ３２とを備えている。Ｘ軸スライダ３２は、Ｘ軸モータ３６（図５参照）の駆動によってＸ軸方向に移動可能であり、Ｙ軸スライダ３４は、Ｙ軸モータ３８（図５参照）の駆動によってＹ軸方向に移動可能である。なお、Ｘ軸スライダ３２は、Ｘ軸位置センサ３７（図５参照）によりＸ軸方向の位置が検知され、Ｙ軸スライダ３４は、Ｙ軸位置センサ３９（図５参照）によりＹ軸方向の位置が検知される。Ｘ軸スライダ３２にはヘッドユニット４０が取り付けられている。ヘッドユニット４０は、ＸＹロボット３０を駆動制御することにより、ＸＹ平面上の任意の位置に移動される。

ヘッドユニット４０は、図２に示すように、Ｘ軸スライダ３２に固定されたヘッドフレーム３５に取り付けられおり、ヘッド本体４２と、Ｒ軸駆動装置７５と、Ｑ軸駆動装置８０と、Ｚ軸駆動装置９０とを備えている。ヘッドフレーム３５には、上下方向に延びる主軸４１が固定されている。

ヘッド本体４２は、円柱状の回転体であり、主軸４１の周りに回転可能なように主軸４１に支持されている。ヘッド本体４２は、エアシリンダ４３と、フランジパイプ５０と、ノズルシャフト支持スリーブ５６と、ノズルシャフト６１とを備えている。

エアシリンダ４３は、ヘッド本体４２の下面中央に設けられた円筒穴４４に、ピストンロッド４６を備えたピストン４５が気密な状態を維持しつつ上下方向に移動するように取り付けられている。円筒穴４４には、内側に段差４７ａを持つピストンスリーブ４７が挿入され固定されている。ピストンスリーブ４７は、一部が円筒穴４４の内部に入り込み、残りが円筒穴４４から露出した状態で固定されている。ピストンスリーブ４７の段差４７ａとピストン４５の下面との間には、ピストンスプリング４８が設けられている。ピストンロッド４６の下端には、円板状のノズル昇降板４９が取り付けられている。ピストン４５の上面と円筒穴４４の上底との間に主軸４１内の図示しないエア供給路からエアが供給されると、図２に示すように、ピストン４５はピストンスプリング４８の付勢力に抗して下降してピストンスリーブ４７の上端面に当接した状態となり、ノズル昇降板４９は下方位置で維持される。このとき、エアが供給される空間は気密になっている。この状態ではノズル７０の先端は高さ位置Ｈ１にある。一方、ピストン４５の上面と円筒穴４４の上底との間のエアが図示しない排出ポートから排出されると、図４に示すように、ピストン４５はピストンスプリング４８の付勢力によって上昇してピストンスリーブ４７の下端面にノズル昇降板４９が押し当てられた状態となり、ノズル昇降板４９は上方位置で維持される。この状態ではノズル７０の先端は高さ位置Ｈ２（＞Ｈ１）にある。

フランジパイプ５０は、パイプ部５１の下端にフランジ部５２を備えたものである。フランジ部５２は、ヘッド本体４２の上面の外周に沿って立設された複数のボルト５３（図３参照、図３には１本のみ示す）によってヘッド本体４２の上面から持ち上げられた状態で支持されている。フランジ部５２には、各ノズルシャフト６１と干渉しないように半円溝５２ａ（図３参照）が設けられている。フランジパイプ５０は、パイプ部５１が主軸４１に挿通されているため、主軸４１に対して回転可能となっている。フランジパイプ５０のパイプ部５１の外周面下方には、ベアリング５４を介してカラー５５が取り付けられている。

ノズルシャフト支持スリーブ５６は、大径部５７と小径部５８とを有する段付きの円筒部材であり、所定の円周に沿って並んだ複数のノズルシャフト６１の内側に配置されている（図３参照）。大径部５７の側面には、大径部５７の上端から下端にかけて逃がし溝５７ａが設けられている。この逃がし溝５７ａは、所定の昇降位置Ｐ_UDに位置するノズルシャフト６１のツマミ６６が上下方向に移動するのを許容するために設けられている。つまり、逃がし溝５７ａは、昇降位置Ｐ_UDに位置するノズルシャフト６１の昇降動作を許容する。ノズルシャフト支持スリーブ５６は、支持スプリング５９を介してカラー５５に弾性支持されている。ノズルシャフト支持スリーブ５６の段差には、図２に示すように、ヘッドフレーム３５に固定された上下方向に延びるポール６０が挿通されている。ノズルシャフト支持スリーブ５６は、このポール６０によって主軸４１の周りに回転不能となっている。つまり、ノズルシャフト支持スリーブ５６は、ヘッド本体４２に連動して回転しないようになっている。支持スプリング５９もカラー５５も、ノズルシャフト支持スリーブ５６と同様、主軸４１の周りに回転不能となっている。なお、ノズルシャフト支持スリーブ５６は、ポール６０に対して上下方向に移動することは可能である。一方、ヘッド本体４２にボルト５３（図３参照）を介して一体化されたフランジパイプ５０は、ベアリング５４を介してカラー５５に取り付けられているため、主軸４１の周りに回転可能となっている。

ノズルシャフト６１は、ヘッド本体４２の円周方向に等しい間隔で複数設けられている（図３参照）。ここでは、ノズルシャフト６１は、中心角４５°毎に８個設けられている。ノズルシャフト６１の下部は、ノズル昇降板４９を上下方向に貫通する穴に挿通されている。ノズルシャフト６１の下部には、ノズルシャフトフランジ６２が設けられている。このノズルシャフトフランジ６２は、ノズルシャフト６１がノズル昇降板４９の穴をノズル昇降板４９の下から上へ抜けるのを阻止している。ノズルシャフト６１の下部には、ロックスリーブ６３が上下方向に移動可能に挿入されている。ロックスリーブ６３は、ロックスプリング６４を介してノズルシャフトフランジ６２に支持されている。ノズルシャフト６１の下端には、一対の逆Ｊ字状の誘導溝６５が互いに対向する位置に設けられている。ノズル７０をノズルシャフト６１に取り付ける場合、ノズル７０の上部を直径方向に貫通したノズルピン７１を誘導溝６５に沿って上方向に移動させていく。すると、ノズルピン７１がロックスリーブ６３の下端に当たる。その後、ロックスプリング６４の付勢力に抗してロックスリーブ６３をノズルピン７１で持ち上げながら、誘導溝６５に沿ってノズルピン７１を進入させる。ノズルピン７１は最終的には誘導溝６５を下方向に移動して誘導溝６５の終端に至る。このとき、ノズルピン７１は、ロックスプリング６４によって下向きに付勢されたロックスリーブ６３により誘導溝６５の終端に押しつけられた状態となり、ロックされる。なお、ノズル７０をノズルシャフト６１から外すときには、ロックした手順と逆の手順を行えばよい。ノズル７０は、図示しない圧力調整弁を介して負圧が供給されると部品を吸着し、正圧が供給されると部品を放す。

ノズルシャフト６１の上端には、段付きの円板状のツマミ６６を備える。このツマミ６６は、ノズルシャフト６１の上端に設けられた上下軸６６ａの周りにベアリングを介して回転可能に取り付けられている。所定の昇降位置Ｐ_UDに位置するノズルシャフト６１以外のノズルシャフト６１は、ノズルシャフトフランジ６２がノズル昇降板４９の下面に当接した状態で、ツマミ６６の段差面がノズルシャフト支持スリーブ５６の大径部５７の円周縁５７ｂに引っかかるように設計されている。なお、所定の昇降位置Ｐ_UDに位置するノズルシャフト６１は、そのツマミ６６がＺ軸駆動装置９０のツマミ把持部９５によって把持されるため、ツマミ把持部９５によって高さ位置が決定される。各ノズルシャフト６１は、ノズルシャフトスプリング６７に挿通されている。このノズルシャフトスプリング６７は、第３Ｑ軸ギヤ８３とノズルシャフト６１の上端に設けられたストッパ（図示せず）との間に圧縮された状態で取り付けられている。

なお、図２では、ノズル７０が取り付けられたノズルシャフト６１と、ノズル７０が取り付けられていないノズルシャフト６１を示したが、通常はすべてのノズルシャフト６１の下端にノズル７０が取り付けられている（図４及び図７も同じ）。以下、ノズルシャフト６１はノズル７０が取り付けられているものを指すこととする。

Ｒ軸駆動装置７５は、図２に示すように、Ｒ軸ギヤ７６と、Ｒ軸モータ７７と、Ｒ軸位置センサ７８（図５参照）とを備えている。Ｒ軸ギヤ７６は、ヘッド本体４２の外周面の上部に取り付けられている。Ｒ軸モータ７７は、ヘッドフレーム３５に固定されている。Ｒ軸モータ７７のモータギヤ７７ａは、Ｒ軸ギヤ７６と噛み合っており、Ｒ軸ギヤ７６を介してヘッド本体４２を回転駆動する。Ｒ軸位置センサ７８は、Ｒ軸モータ７７の回転位置を検知する。Ｒ軸駆動装置７５は、Ｒ軸モータ７７によってＲ軸ギヤ７６を介してヘッド本体４２を回転駆動することにより、ヘッド本体４２に支持された複数のノズルシャフト６１、ひいてはノズル７０を円周方向に旋回（公転）させる。また、ノズル７０を所定間隔毎に間欠回転することもできる。本実施形態では、間欠回転する場合、ノズル７０の数が８個であるため、中心角４５°毎に回転する。

Ｑ軸駆動装置８０は、第１〜第３Ｑ軸ギヤ８１〜８３と、Ｑ軸モータ８４と、Ｑ軸位置センサ８６（図５参照）とを備えている。Ｑ軸モータ８４のモータギヤ８４ａは、主軸４１の周りに回転可能な外歯車である第１Ｑ軸ギヤ８１に噛み合っている。第１Ｑ軸ギヤ８１の下面中央は、フランジパイプ５０のパイプ部５１と主軸４１との間に挿通された中間パイプ８５に連結されている。中間パイプ８５の下端には、外歯車である第２Ｑ軸ギヤ８２が連結されている。第２Ｑ軸ギヤ８２は、各ノズルシャフト６１にスプライン嵌合された第３Ｑ軸ギヤ８３と噛み合っている。そのため、ノズルシャフト６１は、第３Ｑ軸ギヤ８３の回転に伴って回転する一方、第３Ｑ軸ギヤ８３に対して上下方向に移動可能となっている。Ｑ軸位置センサ８６は、Ｑ軸モータ８４の回転位置を検知する。Ｑ軸駆動装置８０は、Ｑ軸モータ８４によって第１〜第３Ｑ軸ギヤ８１〜８３を回転駆動することにより、各ノズルシャフト６１をその中心軸回りに同一回転方向に同一回転量でもって回転させる。これに伴い、ノズル７０も回転（自転）する。

Ｚ軸駆動装置９０は、ヘッド本体４２とは独立してヘッドフレーム３５に設けられている。Ｚ軸駆動装置９０は、ノズルシャフト６１の旋回（公転）軌道上の所定の昇降位置Ｐ_UDに設けられ、その昇降位置Ｐ_UDに位置するノズルシャフト６１を昇降させるように構成されている。Ｚ軸駆動装置９０は、ボールネジ９１と、Ｚ軸モータ９４と、ツマミ把持部９５と、Ｚ軸位置センサ９６（図５参照）とを備えている。ボールネジ９１は、ナット９２とネジ軸９３とで構成され、上下方向に延びるネジ軸９３がＺ軸モータ９４によって回転駆動されるのに伴ってナット９２が昇降する。ナット９２には、ツマミ把持部９５が取り付けられている。ツマミ把持部９５は、ツマミ６６を上下から挟み込む部材である。ツマミ把持部９５のうちツマミ６６の上面と接する部分は、水平軸周りに回転するカムフォロワ９５ａとなっている。Ｚ軸位置センサ９６は、ボールネジ９１のナット９２の高さ位置を検知する。Ｚ軸駆動装置９０は、昇降位置Ｐ_UDに位置するノズルシャフト６１のツマミ６６をツマミ把持部９５で把持した状態で、Ｚ軸モータ９４を駆動してナット９２をネジ軸９３に沿って昇降させることにより、そのノズルシャフト６１をノズル昇降板４９に対して上下方向に移動させる。ノズルシャフト６１がヘッド本体４２と共に回転して昇降位置Ｐ_UDに到達する際、そのノズルシャフト６１のツマミ６６はノズルシャフト支持スリーブ５６の円周縁５７ｂから外れてツマミ把持部９５に把持される。また、昇降位置Ｐ_UDに位置するノズルシャフト６１がヘッド本体４２と共に回転して昇降位置Ｐ_UDから離れると、そのノズルシャフト６１のツマミ６６がツマミ把持部９５から外れてノズルシャフト支持スリーブ５６の円周縁５７ｂによって支持される。

制御装置１００は、図５に示すように、ＣＰＵ１０１を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ１０１の他に、ＲＯＭ１０２やＨＤＤ１０３、ＲＡＭ１０４、入出力インタフェース１０５などを備える。これらはバス１０６を介して接続されている。制御装置１００には、ＸＹロボット３０（Ｘ軸位置センサ３７やＹ軸位置センサ３９）からの検知信号やヘッドユニット４０（Ｒ軸位置センサ７８やＱ軸位置センサ８６、Ｚ軸位置センサ９６）からの検知信号などが入出力インタフェース１０５を介して入力される。また、制御装置１００からは、部品供給装置２０への制御信号や基板搬送装置２５への制御信号、ＸＹロボット３０（Ｘ軸モータ３６やＹ軸モータ３８）への制御信号、ヘッドユニット４０（Ｒ軸モータ７７やＱ軸モータ８４、Ｚ軸モータ９４）への制御信号などが入出力インタフェース１０５を介して出力される。

次に、部品実装機１０が部品実装処理を行うときの動作について説明する。制御装置１００のＣＰＵ１０１は、図示しない管理装置から受信した生産プログラムに基づいて、部品実装機１０の各部を制御して複数の部品が実装された基板Ｓを生産する。具体的には、ＣＰＵ１０１は、部品実装処理ルーチンのプログラムをＨＤＤ１０３から読み出して実行する。図６は、部品実装処理ルーチンのフローチャートである。

まず、ＣＰＵ１０１は、ＸＹロボット３０を制御してヘッドユニット４０をフィーダ台２３の上方に移動させる（Ｓ１１０）。ヘッドユニット４０をフィーダ台２３の上方に移動させる場合、通常、ＣＰＵ１０１は、エアシリンダ４３のピストン４５の上面と円筒穴４４の上底との間を気密にした状態でエアを供給して、ノズル昇降板４９を下方位置に位置決めする（図２参照）。このとき、昇降位置Ｐ_UDに位置するノズルシャフト６１以外のノズルシャフト６１は、ノズルシャフトフランジ６２がノズル昇降板４９の下面に当接した状態で、ツマミ６６がノズルシャフト支持スリーブ５６の円周縁５７ｂに引っ掛けられる。そのため、ノズルシャフト支持スリーブ５６は、これらのノズルシャフト６１によって支持スプリング５９の付勢力に抗して押圧されて下がった状態で維持される。また、昇降位置Ｐ_UDに位置するノズルシャフト６１も、ノズルシャフトフランジ６２がノズル昇降板４９の下面に当接した状態で、ツマミ６６がツマミ把持部９５に把持される。このとき、各ノズル７０は高さ位置Ｈ１で支持される。

但し、ノズル昇降板４９を下方位置に位置決めした状態でヘッドユニット４０をフィーダ台２３の上方に移動させると、ノズル７０の先端が部品実装機１０の他の部材（例えば基板Ｓに装着された背の高い部品など）と干渉するおそれがある場合には、ＣＰＵ１０１は、ノズル昇降板４９を上方位置に位置決めする。すなわち、ＣＰＵ１０１は、エアシリンダ４３のピストン４５の上面と円筒穴４４の上底との間のエアを排出させて、ノズル昇降板４９を上方位置に位置決めする（図４参照）。図４では、昇降位置Ｐ_UDに位置するノズルシャフト６１以外のノズルシャフト６１は、ノズルシャフトフランジ６２がノズル昇降板４９の下面に当接した状態で、ツマミ６６がノズルシャフト支持スリーブ５６の円周縁５７ｂに引っ掛けられる。このとき、ノズルシャフト支持スリーブ５６は、これらのノズルシャフト６１を、支持スプリング５９の付勢力を利用して支持する。また、昇降位置Ｐ_UDに位置するノズルシャフト６１も、ノズルシャフトフランジ６２がノズル昇降板４９の下面に当接した状態で、ツマミ６６がツマミ把持部９５に把持される。このとき、各ノズル７０は高さ位置Ｈ１よりも高い高さ位置Ｈ２で支持される。図４において、ノズルシャフト支持スリーブ５６が存在しないとすれば、ノズルシャフト６１は自重によって図４よりも下がった位置（ノズルシャフト６１の自重とノズルシャフトスプリング６７の付勢力とが釣り合う位置）まで下がってしまう。

続いて、ＣＰＵ１０１は、８つのノズル７０に、順次、部品を吸着させる（Ｓ１２０）。具体的には、ＣＰＵ１０１は、部品供給装置２０を制御して、テープ２１をリールから引き出してピッチ送りすることにより部品供給位置２０ｐに部品を供給する。また、ＣＰＵ１０１は、Ｚ軸駆動装置９０を制御して、昇降位置Ｐ_UDにあるノズルシャフト６１のツマミ６６を把持しているツマミ把持部９５を下降させ、そのノズルシャフト６１のノズル７０を部品供給装置２０の部品供給位置２０ｐに供給された部品に接近させる。図７は、ノズル昇降板４９が下方位置に位置決めされている状態でノズル７０を下降させたときの様子を示す。そして、ＣＰＵ１０１は、この状態でノズル７０に負圧を供給してノズル７０に部品を吸着させる。ツマミ把持部９５のカムフォロワ９５ａがツマミ６６を押下してノズル７０を下降させると、ノズルシャフトスプリング６７は圧縮されるため、ノズルシャフトスプリング６７の付勢力によってカムフォロワ９５ａとツマミ６６との接触状態が維持される。その後、ＣＰＵ１０１は、Ｚ軸駆動装置９０を制御して、ツマミ把持部９５によりツマミ６６を元の位置まで上昇させ、Ｒ軸駆動装置７５を制御して、ヘッド本体４２を４５°旋回させる。すると、部品を吸着したノズル７０のノズルシャフト６１は昇降位置Ｐ_UDから４５°旋回してノズルシャフト支持スリーブ５６の円周縁５７ｂに支持される。また、次のノズルシャフト６１が昇降位置Ｐ_UDに配置されると共にそのツマミ６６がツマミ把持部９５に把持される。その後、同様にして昇降位置Ｐ_UDにあるノズルシャフト６１のノズル７０に部品を吸着させる。なお、図７はノズル昇降板４９が下方位置に位置決めされている場合の動作説明図であるが、ノズル昇降板４９が上方位置に位置決めされている場合も同様である。

続いて、ＣＰＵ１０１は、ＸＹロボット３０を制御してヘッドユニット４０を基板Ｓの上方に移動させ（Ｓ１３０）、Ｒ軸駆動装置７５やＺ軸駆動装置９０を制御して、順次、ノズル７０に吸着された部品を基板Ｓの所定位置に装着させる（Ｓ１４０）。Ｓ１３０やＳ１４０においても、ＣＰＵ１０１は、Ｓ１１０と同様にして、ノズル昇降板４９を下方位置に位置決めした状態とするか、上方位置に位置決めした状態とするかを決定する。なお、ＣＰＵ１０１は、適時、Ｑ軸駆動装置８０を制御してノズル７０に吸着された部品の向きを変える。その後、ＣＰＵ１０１は、基板Ｓへ実装すべきすべての部品の装着が完了したか否かを判定し（Ｓ１５０）、完了していなければ再びＳ１１０以降の処理を実行し、完了したならば本ルーチンを終了する。

ここで、本実施形態のヘッドユニット４０の構成要素と本開示のヘッドユニットの構成要素との対応関係を明らかにする。ノズルシャフト６１（ノズル７０を備えたもの）が部品保持具に相当し、ヘッド本体４２が回転体に相当し、Ｚ軸駆動装置９０が昇降装置に相当し、ノズルシャフト支持スリーブ５６が部品保持具支持部材に相当し、高さ位置Ｈ２が所定の高さ位置に相当する。また、ノズル昇降板４９が部品保持具昇降板に相当し、支持スプリング５９が大型弾性体に相当する。更に、ノズルシャフトスプリング６７が小型弾性体に相当し、カムフォロワ９５ａが押さえ部材に相当する。更にまた、ＸＹロボット３０が移動装置に相当し、部品供給装置２０が部品供給装置に相当し、制御装置１００が制御装置に相当する。なお、大型弾性体は小型弾性体と比較して大きいという意味である。

以上説明したヘッドユニット４０では、ヘッド本体４２に連動して回転しないように設けられたノズルシャフト支持スリーブ５６が、複数のノズルシャフト６１のうち昇降位置Ｐ_UDに位置するもの以外のノズルシャフト６１を所定の高さ位置で支持可能となっている。このノズルシャフト支持スリーブ５６は、複数のノズルシャフト６１が並んだ円周の内側に設けられている。すなわち、ノズルシャフト６１に挿通された細いノズルシャフトスプリング６７でノズルシャフト６１の高さ位置を決めるのではなく、複数のノズルシャフト６１に囲まれたノズルシャフト支持スリーブ５６でノズルシャフト６１の高さ位置を決められるようになっている。したがって、装置構成を大型化することなくノズルシャフト６１の高さ、ひいてはノズル７０の高さを高く設定することができる。

また、ノズル昇降板４９が上方位置に位置決めされると、ノズルシャフト支持スリーブ５６が複数のノズルシャフト６１のうち昇降位置Ｐ_UDに位置するもの以外のノズルシャフト６１を高さ位置Ｈ２で支持スプリング５９の付勢力を利用して支持する。一方、ノズル昇降板４９が下方位置に位置決めされると、ノズル昇降板４９に係止されたノズルシャフト６１によってノズルシャフト支持スリーブ５６は支持スプリング５９の付勢力に抗して押下される。このように、ノズル昇降板４９が上方位置と下方位置との間で昇降するのに伴ってノズルシャフト６１が昇降する場合でも、ノズル昇降板４９が上方位置に位置決めされたときにはノズル７０の先端を高さ位置Ｈ２で支持することができる。

更に、ノズル昇降板４９が上方位置に位置決めされているときにノズルシャフト６１がノズルシャフト支持スリーブ５６によって支持されていなかったとすると、高さ位置Ｈ２よりも低い位置でノズルシャフト６１の自重とノズルシャフトスプリング６７の付勢力とが釣り合う。そのため、ノズルシャフトスプリング６７のサイズは小さくて構わない。

更にまた、ノズルシャフト６１の上端に設けたツマミ６６をノズルシャフト支持スリーブ５６の円周縁５７ｂに引っ掛けることにより、ノズルシャフト６１をノズルシャフト支持スリーブ５６に支持するようにしたため、比較的構造が簡単である。

そしてまた、ツマミ６６は、ノズルシャフト６１に対して上下軸６６ａの周りに回転可能に取り付けられているため、ヘッド本体４２が回転するのに伴ってノズルシャフト６１が旋回したときに、ノズルシャフト６１のツマミ６６とノズルシャフト支持スリーブ５６の円周縁５７ｂとの間で摩擦による不具合が発生することがない。

そして更に、Ｚ軸駆動装置９０のカムフォロワ９５ａがツマミ６６を押下することによりノズルシャフト６１を下降させるとき、ノズルシャフトスプリング６７の付勢力によってカムフォロワ９５ａとツマミ６６との接触状態が維持されるため、ノズル７０を下降させるときにノズル７０のがたつきをなくすことができる。そのため、ノズル７０による部品保持や部品装着の精度が高まる。

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。

例えば、上述した実施形態では、ノズル昇降板４９をヘッド本体４２の下面に対してエアシリンダ４３によって上方位置か下方位置で位置決めするようにしたが、ノズル昇降板４９の位置を上方位置で固定してもよい。その場合、ノズル昇降板４９を昇降させる機構（エアシリンダ４３など）を省略してもよく、ノズルシャフト支持スリーブ５６をヘッド本体４２の上面に対して昇降させる必要もなくなるため支持スプリング５９をなくしてもよい。

上述した実施形態では、ヘッド本体４２の上面にノズルシャフト支持スリーブ５６を取り付けたが、ヘッドフレーム３５にノズルシャフト支持スリーブ５６を吊り下げるように取り付けてもよい。

上述した実施形態では、支持スプリング５９をヘッド本体４２に連動して回転しないようにしたが、支持スプリング５９をヘッド本体４２に連動して回転するようにしてもよい。例えば、支持スプリング５９の下端をフランジパイプ５０に固定し、支持スプリング５９の上端をベアリングを介してノズルシャフト支持スリーブ５６の小径部５８に取り付けてもよい。

上述した実施形態では、ノズル昇降板４９をヘッド本体４２の下面に対してエアシリンダ４３によって上方位置か下方位置で位置決めするようにしたが、テレスコピック型エアシリンダを用いて上方位置と下方位置との間の１箇所以上の中間位置でも位置決めするようにしてもよい。また、アクチュエータとしてエアシリンダ４３を用いたが、その代わりに油圧シリンダや電磁弁、モータなどを用いてもよい。

上述した実施形態では、ツマミ６６は円板状としたが、リング状にしてもよい。

上述した実施形態では、８個のノズル７０が等しい間隔で同一円周上に並んだヘッド本体４２を例示したが、ノズル７０の数は８個に限定されるものではなく、例えば４個とか１２個とか２０個とか２４個とかであってもよい。

上述した実施形態では、部品保持具としてノズル７０を例示したが、特にノズル７０に限定されるものではなく、部品を保持可能な部材であればよい。例えば、部品を掴んだり放したりするフィンガー形状のチャックを用いてもよい。

上述した実施形態では、ノズル昇降板４９が下方位置に位置決めされているとノズル７０の先端が部品実装機１０の他の部材と干渉する場合に、ノズル昇降板４９を上方位置に位置決めしてノズル７０を高さ位置Ｈ２に上げるようにしたが、ノズル昇降板４９を上方位置に設定するのはこれに限られない。例えば、ノズル７０を交換したりヘッド本体４２を交換したりするときにノズル昇降板４９を上方位置に位置決めするようにしてもよい。

本開示のヘッドユニットは、以下のように構成してもよい。

本開示のヘッドユニットは、前記回転体の下面に対してアクチュエータによって昇降可能に設けられ、前記複数の部品保持具が係止された部品保持具昇降板と、前記部品保持具支持部材を弾性支持する大型弾性体と、を備え、前記部品保持具昇降板が所定の上方位置に位置決めされると、前記部品保持具支持部材が前記複数の部品保持具のうち前記昇降位置に位置するもの以外の部品保持具を前記高さ位置で前記大型弾性体の弾性力を利用して支持し、前記部品保持具昇降板が所定の下方位置に位置決めされると、前記部品保持具昇降板に係止された前記部品保持具によって前記部品保持具支持部材が前記大型弾性体の弾性力に抗して押圧されるようにしてもよい。こうすれば、部品保持具昇降板が上方位置と下方位置との間で昇降するのに伴って部品保持具が昇降する場合でも、部品保持具昇降板が上方位置に位置決めされたときには部品保持具を所定の高さ位置で支持することができる。

本開示のヘッドユニットにおいて、前記部品保持具は、小型弾性体を介して前記回転体に支持されており、前記部品保持具支持部材によって前記所定の高さ位置に支持されていない状態では、前記所定の高さ位置よりも低い位置で前記部品保持具の自重と前記小型弾性体の弾性力とが釣り合うようにしてもよい。こうすれば、小型弾性体のサイズを小さくすることができる。

本開示のヘッドユニットにおいて、前記部品保持具は、上端に円板状又はリング状のツマミを有し、前記部品保持具支持部材は、円周縁を有し、該円周縁に前記部品保持具の前記ツマミを引っ掛けた状態で前記部品保持具を支持するようにしてもよい。こうすれば、比較的簡単な構造で、部品保持具支持部材により部品保持具を支持することができる。また、前記ツマミは、前記部品保持具に対して上下軸周りに回転可能に取り付けられていてもよい。こうすれば、回転体が回転するのに伴って部品保持具が旋回したときに、部品保持具のツマミと部品保持具支持部材の円周縁との間で摩擦による不具合が発生することがない。

本開示のヘッドユニットは、部品実装機に利用されるものである。こうした部品実装機は、上述したヘッドユニットと、前記ヘッドユニットを移動させる移動装置と、前記部品保持具に部品を供給可能な部品供給装置と、前記回転体を回転させる動作と前記ヘッドユニットを移動させる動作を伴いながら、前記昇降位置に位置する部品保持具が前記部品供給装置によって供給された部品を保持し、保持終了後に各部品を基板に装着するよう、前記回転体、前記移動装置、前記昇降装置及び前記部品供給装置を制御する制御装置と、を備えたものとしてもよい。この部品実装機では、回転体を回転させる動作とヘッドユニットを移動させる動作を伴いながら、昇降位置に位置する部品保持具が部品供給装置によって供給された部品を保持し、保持終了後に各部品を基板に装着する。ここで、ヘッドユニットは、回転体に連動して回転しないように設けられた部品保持具支持部材が、複数の部品保持具のうち昇降位置に位置するもの以外の部品保持具を所定の高さ位置で支持可能となっている。この部品保持具支持部材は、複数の部品保持具が並んだ円周の内側に設けられている。すなわち、部品保持具に挿通された細いスプリングで部品保持具の高さ位置を決めるのではなく、複数の部品保持具に囲まれた部品保持具支持部材で部品保持具の高さ位置を決められるようになっている。したがって、装置構成を大型化することなく部品保持具の高さを高く設定することができる。

本発明は、部品を基板上に実装する作業を行う各種産業に利用可能である。

１０部品実装機、２０部品供給装置、２０ｐ部品供給位置、２１テープ、２２リール、２３フィーダ台、２５基板搬送装置、２６コンベアベルト、２７支持ピン、３０ＸＹロボット、３１Ｘ軸ガイドレール、３２Ｘ軸スライダ、３３Ｙ軸ガイドレール、３４Ｙ軸スライダ、３５ヘッドフレーム、３６Ｘ軸モータ、３７Ｘ軸位置センサ、３８Ｙ軸モータ、３９Ｙ軸位置センサ、４０ヘッドユニット、４１主軸、４２ヘッド本体、４３エアシリンダ、４４円筒穴、４５ピストン、４６ピストンロッド、４７ピストンスリーブ、４７ａ段差、４８ピストンスプリング、４９ノズル昇降板、５０フランジパイプ、５１パイプ部、５２フランジ部、５２ａ半円溝、５３ボルト、５４ベアリング、５５カラー、５６ノズルシャフト支持スリーブ、５７大径部、５７ａ逃がし溝、５７ｂ円周縁、５８小径部、５９支持スプリング、６０ポール、６１ノズルシャフト、６２ノズルシャフトフランジ、６３ロックスリーブ、６４ロックスプリング、６５誘導溝、６６ツマミ、６６ａ上下軸、６７ノズルシャフトスプリング、７０ノズル、７１ノズルピン、７５Ｒ軸駆動装置、７６Ｒ軸ギヤ、７７Ｒ軸モータ、７７ａモータギヤ、７８Ｒ軸位置センサ、８０Ｑ軸駆動装置、８１第１Ｑ軸ギヤ、８２第２Ｑ軸ギヤ、８３第３Ｑ軸ギヤ、８４Ｑ軸モータ、８４ａモータギヤ、８５中間パイプ、８６Ｑ軸位置センサ、９０Ｚ軸駆動装置、９１ボールネジ、９２ナット、９３ネジ軸、９４Ｚ軸モータ、９５ツマミ把持部、９５ａカムフォロワ、９６Ｚ軸位置センサ、１００制御装置、１０１ＣＰＵ、１０２ＲＯＭ、１０３ＨＤＤ、１０４ＲＡＭ、１０５入出力インタフェース、１０６バス、Ｈ１，Ｈ２高さ位置、Ｐ_UD 昇降位置。

Claims

部品を保持可能な複数の部品保持具が所定の円周に沿って等しい間隔で配置された回転体を有し、前記回転体を回転させることにより前記複数の部品保持具を旋回させるヘッドユニットであって、
前記回転体とは独立して設けられ、前記複数の部品保持具のうち前記ヘッドユニットの所定の昇降位置に位置する部品保持具を昇降させる昇降装置と、
前記回転体に連動して回転しないように前記円周の内側に設けられ、前記複数の部品保持具のうち前記昇降位置に位置するもの以外の部品保持具を所定の高さ位置で支持可能であり、前記昇降位置に位置する部品保持具の前記昇降装置による昇降動作を許容する部品保持具支持部材と、
を備えたヘッドユニット。
請求項１に記載のヘッドユニットであって、
前記回転体の下面に対してアクチュエータによって昇降可能に設けられ、前記複数の部品保持具が係止された部品保持具昇降板と、
前記部品保持具支持部材を弾性支持する大型弾性体と、
を備え、
前記部品保持具昇降板が所定の上方位置に位置決めされると、前記部品保持具支持部材が前記複数の部品保持具のうち前記昇降位置に位置するもの以外の部品保持具を前記高さ位置で前記大型弾性体の弾性力を利用して支持し、前記部品保持具昇降板が所定の下方位置に位置決めされると、前記部品保持具昇降板に係止された前記部品保持具によって前記部品保持具支持部材が前記大型弾性体の弾性力に抗して押圧される、
ヘッドユニット。
前記部品保持具は、小型弾性体を介して前記回転体に支持されており、前記部品保持具支持部材によって前記所定の高さ位置に支持されていない状態では、前記所定の高さ位置よりも低い位置で前記部品保持具の自重と前記小型弾性体の弾性力とが釣り合う、
請求項１又は２に記載のヘッドユニット。
前記部品保持具は、上端に円板状又はリング状のツマミを有し、
前記部品保持具支持部材は、円周縁を有し、該円周縁に前記部品保持具の前記ツマミを引っ掛けた状態で前記部品保持具を支持する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のヘッドユニット。
前記ツマミは、前記部品保持具に対して上下軸周りに回転可能に取り付けられている、
請求項４に記載のヘッドユニット。
請求項１〜５のいずれか１項に記載のヘッドユニットと、
前記ヘッドユニットを移動させる移動装置と、
前記部品保持具に部品を供給可能な部品供給装置と、
前記回転体を回転させる動作と前記ヘッドユニットを移動させる動作を伴いながら、前記昇降位置に位置する部品保持具が前記部品供給装置によって供給された部品を保持し、保持終了後に各部品を基板に装着するよう、前記回転体、前記移動装置、前記昇降装置及び前記部品供給装置を制御する制御装置と、
を備えた部品実装機。