WO2012014467A1

WO2012014467A1 - 部品実装装置および部品実装方法

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Publication number: WO2012014467A1
Application number: PCT/JP2011/004248
Authority: WO
Inventors: 実木谷; 慧常政
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2011-07-27
Publication date: 2012-02-02

Abstract

　真空立上時間および真空破壊時間の短縮を図り、部品の吸着および装着の安定性を向上させる。部品供給部（１８）から供給される部品をノズル（１０５）で吸着し、ノズル（１０５）を上下移動させて吸着した部品を基板（１５）に装着する部品実装装置（１０）であって、ノズル（１０５）を着脱可能に保持して上下動作可能なノズルブロック（１００）と、ノズルブロック（１００）に取り付けられる第１切替弁（１１０）と、ノズル（１０５）に圧縮空気を供給するための正圧源（１９２）と第１切替弁（１１０）とを連通させるか否かを切り替える第２切替弁（１２０）とを備え、第１切替弁（１１０）は、ノズル（１０５）から空気を吸引するための真空源（１９１）および第２切替弁（１２０）のいずれか一方をノズル（１０５）に連通させる。

Description

部品実装装置および部品実装方法

　本発明は、部品供給部から供給される部品をノズルで吸着して基板に装着する部品実装装置および部品実装方法に関する。

　従来、部品供給部から供給される部品をノズルにより吸着し、吸着した部品を基板まで搬送し、搬送した部品を基板に装着する部品実装装置が存在する。

　このような部品実装装置は、ノズルに形成された、部品を吸着する吸着孔に連通する通気路内の空気を真空ポンプなどで吸引し、通気路内の圧力を真空圧まで低下させること（以下、「真空立上げ」という）により、部品供給部から部品を吸着する。また、部品が吸着保持された状態（通気路内が減圧された状態）のときに、ブロー装置などが通気路内に空気を供給し、通気路内の圧力を大気圧以上まで上昇させること（以下、「真空破壊」という）により、部品を基板へ装着する。

　そこで、このような真空立上げに要する時間（以下、「真空立上時間」という）、および真空破壊に要する時間（以下、「真空破壊時間」という）が、部品実装時間に与える影響を抑制するための各種方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

　特許文献１に記載の方法によれば、部品供給部から部品を吸着する際には、ノズルが下死点に到達する前から真空立上げを開始するので、ノズルが下死点に到達してから部品を吸着するまでの時間が短縮される。また、部品を基板に装着する際には、ノズルが下死点に到達する前から真空破壊を開始するので、ノズルが下死点に到達してから部品を基板に装着するまでの時間が短縮される。

特開平８－２９８３９５号公報

　しかしながら、特許文献１に記載の方法では、ノズルが下死点に到達する前から真空立上げを開始するため、真空立上時間のばらつき、あるいはノズルのストロークの変化などの影響により、真空立上げが完了するタイミングとノズルが下死点に到達するタイミングとにずれが発生する場合がある。このような場合、部品供給部から部品を吸着できないなどの問題が発生していた。

　また、特許文献１に記載の方法では、ノズルが下死点に到達する前から真空破壊を開始するため、真空破壊時間のばらつき、あるいはノズルのストロークの変化などの影響により、真空破壊が完了するタイミングとノズルが下死点に到達するタイミングとにずれが発生する場合がある。このような場合、ノズルが下死点に到達する前に部品を落下させる、あるいはノズルが部品を保持したまま上昇するなどの問題が発生していた。

　そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、真空立上時間および真空破壊時間の短縮を図り、部品の吸着および装着の安定性を向上させることができる部品実装装置および部品実装方法を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る部品実装装置は、部品供給部から供給される部品をノズルで吸着し、前記ノズルを上下移動させて吸着した前記部品を基板に装着する部品実装装置であって、前記ノズルを着脱可能に保持して上下動作可能なノズルブロックと、前記ノズルブロックに取り付けられる第１切替弁と、前記ノズルに圧縮空気を供給するための正圧源と前記第１切替弁とを連通させるか否かを切り替える第２切替弁とを備え、前記第１切替弁は、前記ノズルから空気を吸引するための真空源および前記第２切替弁のいずれか一方を前記ノズルに連通させる。

　この構成によれば、正圧源と接続された第２切替弁および真空源のいずれか一方にノズルを連通させる第１切替弁が、ノズルを着脱可能に保持して上下動作可能なノズルブロックに取り付けられる。したがって、第１切替弁からノズルまでの通気路の長さを短縮することができるので、第１切替弁からノズルまでの通気路内の体積を減少させることができる。つまり、通気路内の圧力を低下または上昇させるために吸引または供給しなければならない空気の量が減少するので、真空立上時間および真空破壊時間を短縮することができ、部品の吸着および装着の安定性を向上させることが可能となる。

　また、前記第１切替弁は、前記ノズルブロックの外側面に取り付けられることが好ましい。

　この構成によれば、第１切替弁を容易にノズルブロックに取り付けることができる。

　また、前記第１切替弁は、長手方向が上下方向と一致するように設置されることが好ましい。

　また、前記ノズルブロックは、装着ヘッドに少なくとも１つの配列方向に複数配列されており、前記第１切替弁は、長手方向が、上下方向と直交する方向に設置され、かつ、隣りに配列される前記ノズルブロックの側と異なる側の前記外側面に設置されることが好ましい。

　これらの構成によれば、複数のノズルブロックが装着ヘッドに備えられている場合であっても、当該複数のノズルブロックを互いに近接して設置することができ、装着ヘッドの小型化を図ることが可能となる。

　また、前記ノズルブロックは、装着ヘッドに対して前記ノズルをθ軸方向に回転させる回転部と、前記装着ヘッドに対して前記ノズルをθ軸方向に回転させない固定部とを備え、前記第１切替弁は、前記固定部の外側面に設置されることが好ましい。

　この構成によれば、装着ヘッドに対してノズルをθ軸方向に回転しない固定部に第１切替弁が設置されるので、第１切替弁に対する電力供給のための配線および通気路を確保するための配管などが煩雑となることを抑制することができる。

　また、前記第１切替弁は、前記ノズルブロックに内蔵されることが好ましい。

　この構成によれば、第１切替弁がノズルブロックに内蔵されるので、さらに、第１切替弁からノズルまでの通気路の長さを短縮することができる。したがって、真空立上時間および真空破壊時間をさらに短縮することができ、部品の吸着および装着の安定性を向上させることが可能となる。

　また、前記第１切替弁は、プランジャを備える電磁弁であり、前記プランジャの長手方向が上下方向と一致するように設けられることが好ましい。

　この構成によれば、第１切替弁が内蔵されたノズルブロックを小型化することが可能となる。

　また、さらに、前記ノズルと前記第１切替弁とを接続する第１通気路に設けられ、前記第１通気路内を流れる固体物を捕捉するための第１フィルタと、前記第１切替弁と前記真空源とを接続する第２通気路に設けられ、前記第２通気路内を流れる、前記第１フィルタを通過した固体物を捕捉するための第２フィルタとを備えることが好ましい。

　この構成によれば、正圧源とノズルとの間には、第１フィルタを通過した固体物を捕捉するための第２フィルタを設置する必要がない。したがって、正圧源とノズルとの間に第２フィルタが設置される場合よりも、空気抵抗が低い状態でノズルに空気を供給することができるので、真空破壊時間を短縮することが可能となる。

　また、前記第１切替弁は、前記ノズルの先端に設けられる、前記部品を吸着する吸着孔からの通気経路の長さが８０ｍｍ以下となる位置に設置されることが好ましい。

　この構成によれば、真空立上時間および真空破壊時間を効果的に短縮することができる。

　また、本発明の一態様に係る部品実装方法は、部品供給部から供給される部品をノズルで吸着し、吸着した前記部品を基板に装着する部品実装方法であって、前記ノズルを前記部品供給部から供給される部品の高さまで下降させるとともに、前記ノズルから空気を吸引するための真空源および第２切替弁のいずれか一方を前記ノズルに連通させることができる、前記ノズルと一体的に上下動作する第１切替弁を介して、前記ノズルを前記真空源に連通させることにより、前記ノズルに前記部品を吸着させる吸着ステップと、前記部品を吸着保持している前記ノズルを上昇させて前記基板の上方へ移動させるとともに、前記ノズルに圧縮空気を供給するための正圧源と前記第１切替弁とを連通させるか否かを切り替えることができる第２切替弁を介して、前記正圧源と前記第１切替弁とを連通させる吸着保持ステップと、前記部品を吸着保持しているノズルを前記基板の位置まで下降させるとともに、前記第１切替弁を介して前記第２切替弁を前記ノズルに連通させることにより、前記部品を前記基板に装着する装着ステップとを含む。

　これによれば、上記部品実装装置と同様の効果を奏することができる。

　以上の説明から明らかなように、本発明によれば、正圧源と接続された第２切替弁および真空源のいずれか一方にノズルを連通させる第１切替弁がノズルブロックに取り付けられる。したがって、第１切替弁からノズルまでの通気路の長さを短縮することができるので、真空立上時間および真空破壊時間を短縮することができ、部品の吸着および装着の安定性を向上させることが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態に係る部品実装装置の主要な構成を示す斜視図である。図２は、本発明の実施の形態に係る部品実装装置のヘッド部分を拡大した斜視図である。図３は、本発明の実施の形態に係る部品実装装置のノズルブロック周辺の断面図である。図４は、本発明の実施の形態に係る部品実装装置の主要な構成を示す図（空圧回路図）である。図５は、本発明の実施の形態に係る部品実装装置の動作を示すフローチャートである。図６は、本発明の実施の形態の比較例に係る部品実装装置のノズルブロック周辺の断面図である。図７は、本発明の実施の形態の比較例に係る部品実装装置の主要な構成を示す図（空圧回路図）である。図８は、本発明の実施の形態の比較例に係る部品実装装置における動作の詳細を説明するための図である。図９は、本発明の実施の形態に係る部品実装装置における動作の詳細を説明するための図である。図１０は、本発明の実施の形態の一変形例に係る部品実装装置の主要な構成を示す図（空圧回路図）である。図１１は、本発明の実施の形態の一変形例に係る部品実装装置のノズルブロック周辺の断面図である。図１２は、本発明の実施の形態の一変形例に係る部品実装装置のヘッド部分を拡大した斜視図である。

　以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示す。つまり、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、本発明の一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、請求の範囲の記載によって限定される。したがって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素は、本発明の課題を達成するために必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成する構成要素として説明される。

　（実施の形態）
　まず、部品実装装置１０の全体概要について説明する。

　図１は、本発明の実施の形態に係る部品実装装置の主要な構成を示す斜視図である。図１に示すように、部品実装装置１０は、ヘッド１３をＸ軸方向に案内するＸビーム１１と、Ｘビーム１１をＹ軸方向に案内するＹビーム１２と、当該装置の基礎となる基台１４とを備える。さらに、部品実装装置１０は、ヘッド１３と、搬送レール１７と、部品供給部１８とを備える。

　ヘッド１３は、例えば複数の部品をそれぞれ吸着保持する複数のノズルを有するマルチ装着ヘッドと呼ばれる装着ヘッドである。ヘッド１３は、Ｘビーム１１に対してスライド自在に取り付けられている。したがって、ヘッド１３は、例えばモータなどの駆動手段により、Ｘビーム１１に沿って移動させられる。

　なお、本実施の形態では、部品実装装置１０は、ヘッド１３を１つしか備えていないが、複数のヘッド１３を備えてもよい。この場合、複数のヘッド１３は、基板１５をＹ軸方向に挟んで対向する位置に配置され、互いに協調して基板１５に部品を実装すればよい。または、複数のヘッド１３のそれぞれは、互いに異なる基板１５に部品を実装してもよい。

　搬送レール１７は、基板１５を搬送するためにＸ軸方向に平行に配置された一対のレールである。一対のレールの一方は、搬送される基板１５のＹ軸方向の長さに応じてＹ軸方向に移動可能である。部品実装装置１０の搬入口から搬入された基板１５は、この搬送レール１７に沿って搬送され、部品を実装するための位置に停止される。

　なお、本実施の形態では、搬送レール１７は一対であるが、二対以上であってもよい。つまり、部品実装装置１０は、２枚以上の基板を並行してＸ軸方向に搬送してもよい。

　部品供給部１８には、キャリアテープを収納する複数のテープフィーダがＸ軸方向に多数並んで配置されている。なお、キャリアテープとは、例えば、同一部品種の複数の部品が収納されるテープであり、リール等に巻かれている。また、キャリアテープに収納される部品は、例えばチップ部品であって、具体的には０４０２チップ部品、１００５チップ部品、あるいは１６０８チップ部品などである。

　次に、ヘッド１３の詳細について図２および図３を用いて説明する。

　図２は、本発明の実施の形態に係る部品実装装置のヘッド部分を拡大した斜視図である。また、図３は、本発明の実施の形態に係る部品実装装置のノズルブロック周辺の断面図である。

　図２に示すように、ヘッド１３には、各々が、部品を吸着保持する吸着ノズル（以下、単に「ノズル」という）を着脱可能に保持する複数のノズルブロック１００が取り付けられている。ノズルブロック１００は、ヘッド１３に対してＺ軸回りのθ軸方向にノズルを自転させるように保持し、ノズルとともに回転する回転部１０１と、ヘッド１３に対してＺ軸回りのθ軸方向に回転部１０１を回転（θ軸方向に自転）するように保持する固定部（非自転部）１０２とを備える。

　なお、ノズルは、ツールと呼ばれる場合もあり、ノズルブロックは、ノズルホルダ、ノズル部、ツールホルダ、ツール部、またはツールブロックと呼ばれる場合もある。

　回転部１０１は、ノズルブロック１００の内部に設けられたシャフト１０３とともにθ軸方向に回転するように設けられている。また、固定部１０２は、内部に設けられたシャフト１０３が回転しても、θ軸方向に回転しない（非自転）ように設けられている。

　シャフト１０３は、図示しないモータなどの駆動手段によって、Ｚ軸方向に上下移動され、かつ、Ｚ軸回りに回転される。なお、回転部１０１および固定部１０２は、シャフト１０３とともにＺ軸方向に上下移動する。

　シャフト１０３の内部には、ノズル１０５の、部品を吸着保持する吸着孔１０６と、第１切替弁１１０とを連通する第１通気路１３１が形成されている。シャフト１０３に形成された第１通気路１３１とノズル１０５に形成された通気路１０５ａとの接続部分には一次フィルタ１４１が設置されている。

　複数のノズル１０５は、ノズルブロック１００の回転部１０１に着脱可能に保持されている。したがって、ノズル１０５は、シャフト１０３とともにＺ軸回りのθ軸方向に回転し、シャフト１０３とともにＺ軸方向に移動する。つまり、ノズル１０５は、ノズルブロック１００とともに上下方向に移動する。

　また、ノズル１０５の内部には、通気路１０５ａが形成されており、当該通気路１０５ａの一端に吸着孔１０６が形成されている。ノズル１０５は、この吸着孔１０６を介して部品を吸着し保持する。

　第１切替弁１１０は、ノズル１０５とともに上下動作可能なそれぞれのノズルブロック１００に取り付けられる。つまり、第１切替弁１１０は、ノズル１０５の近傍に位置するノズルブロック１００の外側または内側に設置される。また、第１切替弁１１０は、真空ポンプ、真空エジェクタあるいは工場真空等からなる真空源１９１および第２切替弁１２０のいずれか一方をそれぞれのノズル１０５の近傍にてノズル１０５に連通させる。つまり、第１切替弁１１０は、ノズル１０５と真空源１９１とが接続される状態と、ノズル１０５と第２切替弁１２０とが接続される状態とを切り替える。

　具体的には、第１切替弁１１０は、電磁コイル１１２によって生じる磁力を用いてプランジャ１１１を動かすことにより弁の開閉を切り替える電磁バルブである。なお、第１切替弁１１０は、必ずしも電磁バルブである必要はなく、電気信号などに応じて自動で弁の開閉を切り替えることができるバルブであればよい。

　本実施の形態では、第１切替弁１１０は、ノズルブロック１００の外側面に取り付けられ、その長手方向が上下方向（Ｚ軸方向）と一致するように設置される。これにより、部品実装装置１０では、第１切替弁１１０を容易にノズルブロック１００に取り付けることができる。また、部品実装装置１０は、複数のノズルブロック１００を互いに近接して設置することができ、装着ヘッドの小型化を図ることができる。

　なお、第１切替弁１１０は、図２および図３に示すように、ノズルブロック１００の固定部１０２の外側面に設置されることが好ましい。これにより、部品実装装置１０は、第１切替弁に対する電力供給のための配線および通気路を確保するための配管などが煩雑となることを抑制することができる。

　第２切替弁１２０は、第１切替弁１１０と圧縮空気を供給する正圧源１９２とを連通させるか否かを切り替える。具体的には、本実施の形態では、第２切替弁１２０は、正圧源１９２および大気のいずれか一方を、部品を着脱可能に吸着保持するノズル１０５とともに上下動作可能でノズル１０５の近傍に位置するノズルブロック１００に備えられる第１切替弁１１０に連通させる。つまり、第２切替弁１２０は、第１切替弁１１０と正圧源１９２とが接続される状態と、第１切替弁１１０と大気とが接続される状態とを切り替える。

　なお、第２切替弁１２０の内部構造は、第１切替弁１１０と同様であるので、図３において図示を簡略化している。

　次に、ノズル１０５と、真空源１９１あるいは正圧源１９２とをつなぐ通気路の詳細について、図４を用いて説明する。

　図４は、本発明の実施の形態に係る部品実装装置の主要な構成を示す図（空圧回路図）である。

　第１通気路１３１は、ノズル１０５と第１切替弁１１０とを接続する通気路である。第１通気路１３１には、ノズル１０５側から順に、本発明の評価のために第１通気路１３１内のノズル１０５の圧力を測定する圧力センサ１５１が設置され、次に一次フィルタ１４１が設置される。

　一次フィルタ１４１は、第１フィルタに相当し、部品を吸着する際にノズル１０５の吸着孔１０６から流入して第１通気路１３１内を流れるはんだ粉などの固体物を捕捉するために設置される。つまり、一次フィルタ１４１は、第１切替弁１１０の内部に比較的大きな固体物が侵入することを防ぐために設置される。

　第２通気路１３２は、第１切替弁１１０と真空源１９１とを接続する通気路である。第２通気路１３２には、第１切替弁１１０側から順に、二次フィルタ１４２と、第１切替弁１１０側から真空源１９１側へ向かって第２通気路１３２を流れる空気（真空）の流量を測定する流量センサ１５２とが設置される。

　二次フィルタ１４２は、第２フィルタに相当し、第２通気路１３２内を流れる、一次フィルタ１４１を通過した固体物を捕捉するために設置される。つまり、二次フィルタ１４２は、一次フィルタ１４１を通過した比較的小さな固体物が、流量センサ１５２および真空ポンプ等の真空源１９１に侵入することを防ぐために設置される。したがって、二次フィルタ１４２は、一次フィルタ１４１よりも空気抵抗が大きい。

　第３通気路１３３は、第１切替弁１１０と第２切替弁１２０とを連通する通気路である。第３通気路１３３には、ノズル１０５に圧縮空気を供給する正圧源１９２側から供給された空気第１切替弁１１０側に向かって第３通気路１３３を流れる空気（圧縮空気）の流量を測定する流量センサ１５３が設置される。この流量センサ１５３によって測定された流量と、第２通気路１３２に設置された流量センサ１５２によって測定された流量とから、ノズル１０５側から第１切替弁１１０側、あるいは第１切替弁１１０側からノズル１０５側に向かって第１通気路１３１を流れる空気の流量が得られる。

　なお、この第３通気路１３３内では、流量センサ１５３側からノズル１０５側に向かう方向に空気が流れるので、流量センサ１５３に固体物が侵入することを防ぐために二次フィルタを第３通気路１３３に設置しなくてもよい。したがって、第３通気路１３３に二次フィルタが設置される場合と比べて、空気抵抗が低い状態で第１通気路１３１に空気を供給することができるので、真空破壊時間を短縮することが可能となる。

　制御部１６０は、プロセッサおよびメモリなどによって構成され、部品実装装置１０の動作を制御する。具体的には、制御部１６０は、第１切替弁１１０、第２切替弁１２０、、ノズル１０５を備えるヘッド１３、およびノズルブロック１００に着脱可能に保持され、ノズル１０５に対してθ軸方向に回転力を伝達するシャフト１０３を駆動する駆動手段などを制御する。

　真空源１９１は、真空源に相当し、第２通気路１３２および第１切替弁１１０を介して、ノズル１０５に接続された第１通気路１３１内の空気を吸引する。なお、真空源１９１は、必ずしも完全な真空状態まで空気を吸引できる必要はなく、例えば、－７０ｋＰａ程度まで第１通気路１３１内を減圧できればよい。

　正圧源１９２は、第３通気路１３３および第１切替弁１１０を介して、第１通気路１３１に圧縮空気を供給する。具体的には、正圧源１９２は、圧縮空気を供給することにより、例えば、第１通気路１３１内を１０ｋＰａ程度まで加圧できることが好ましい。

　次に、以上のように構成された部品実装装置１０の各種動作について、図５を用いて説明する。つまり、本実施の形態に係る部品実装方法について説明する。

　図５は、本発明の実施の形態に係る部品実装装置の動作を示すフローチャートである。

　なお、図５の初期状態として、ノズル１０５に部品が吸着されていない状態であり、かつ第１通気路１３１内および第３通気路１３３内が大気圧状態であると仮定する。

　まず、制御部１６０は、ノズル１０５を部品供給部１８から供給される部品の高さまで下降させるとともに、第１切替弁１１０を介して、真空源１９１をノズル１０５に連通させることにより、ノズル１０５に部品を真空吸着させる（Ｓ１０１）。

　具体的には、制御部１６０は、例えば、ノズル１０５の先端が部品吸着保持のためのＺ軸下降完了位置より０．０５ｍｍだけ高い位置まで下降した時に第１通気路１３１内の圧力が低下（ノズル１０５内の通気路１０５ａ内の圧力が負圧である真空状態に移行）し始めるように、第１切替弁１１０に対する制御信号をＯＮ状態からＯＦＦ状態に変化させる。

　なお、本実施の形態では、第１切替弁１１０は、制御信号がＯＦＦ状態のときに、真空源１９１をノズル１０５に連通させ、制御信号がＯＮ状態のときに、第２切替弁１２０をノズル１０５に連通させる。

　続いて、制御部１６０は、部品を吸着保持しているノズル１０５を上昇させて基板１５の上方へ移動させるとともに、第２切替弁１２０を介して、第１切替弁１１０と正圧源１９２とを連通させる（Ｓ１０２）。その結果、第１通気路１３１内の圧力が真空状態に維持されたまま、第３通気路１３３内に正圧源１９２からの圧縮空気が充填されたその内部の圧力がブロー圧まで上昇する。

　なお、制御部１６０は、ノズル１０５の先端がＺ軸下降完了位置より例えば０．０５ｍｍだけ高い位置まで上昇した時に第１通気路１３１内の圧力が圧力Ｐ１以下（図９参照）の負圧となるように、ノズルの動きを制御する。圧力Ｐ１の値は、部品によって異なるが、例えば、一般的なチップ部品の場合は－４０～－７０ｋＰａであることが好ましく、１６０８チップ部品などの小さな部品の場合は－３０ｋＰａであることが好ましい。

　次に、制御部１６０は、部品を吸着保持しているノズル１０５を下降させるとともに、第１切替弁１１０を介して、第２切替弁１２０をノズル１０５に連通させることにより、部品を基板１５に装着する（Ｓ１０３）。

　具体的には、制御部１６０は、部品を吸着保持した状態でのノズル１０５の先端がＺ軸下降完了位置より０．３ｍｍだけ高い位置まで下降した時に、ノズル１０５の内圧に相当する第１通気路１３１内の圧力が圧力Ｐ２以上（図９参照）の負圧もしくは正圧になるように、第１切替弁１１０に対する制御信号をＯＦＦ状態からＯＮ状態に変化させて正圧源１９２により圧縮空気が充填されている第三通気路１３３とノズル１０５とを連通させる。圧力Ｐ２の値は、部品によって異なるが、例えば、一般的なチップ部品の場合は－４０～－７０ｋＰａであることが好ましく、１６０８チップ部品などの小さな部品の場合は－２０ｋＰａであることが好ましい。

　なお、制御部１６０は、ノズル１０５の先端がＺ軸下降完了位置より例えば０．１ｍｍだけ高い位置まで上昇した時に第１通気路１３１内の圧力が大気圧以上（図９参照）となるように、ノズルの動きを制御する。

　最後に、制御部１６０は、ノズル１０５を上昇させて部品供給部１８の上方へ移動させるとともに、第２切替弁１２０を介して、第１切替弁１１０と大気とを連通させる（Ｓ１０４）。その結果、第１通気路１３１内および第３通気路１３３内の圧力は、正圧源１９２からの圧縮空気によるブロー圧から大気圧まで低下する。

　このように、ステップＳ１０１～Ｓ１０４の処理を繰り返すことにより、部品実装装置１０は、複数の部品を基板１５に実装することができる。

　なお、ステップＳ１０４の処理は、必ずしも実行される必要はない。つまり、第２切替弁１２０は、真空立上げを開始するときに第１切替弁１１０と正圧源１９２とを連通させたままでもよい。ただし、この場合、ノズル１０５の真空立上げを開始するときの第１通気路１３１の圧力が大気圧よりも高い圧力（ブロー圧）となるので、真空立上時間が少し増加する。したがって、より真空立上時間を短縮するためには、図５に示すように、ステップＳ１０４の処理は実行されることが好ましい。

　次に、本実施の形態に係る部品実装装置１０における動作について、比較例に係る部品実装装置２０と比較しながら、さらに詳細に説明する。そこで、まず比較例に係る部品実装装置２０について、図６および図７を用いて説明する。

　図６は、本発明の実施の形態の比較例に係る部品実装装置のノズルブロック周辺の断面図である。図６に示すように、比較例に係る部品実装装置２０は、本実施の形態に係る部品実装装置１０と、第１切替弁２１０の取り付け位置が異なる。なお、図６において、図３と同様の構成要素については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

　第１切替弁２１０は、ヘッド１３に設置されている。第１切替弁２１０は、ノズルブロック１００に形成された通気路２３１、チューブ２３４、二次フィルタ１４２、および流量センサ１５２などを介してノズル１０５と連通される。

　チューブ２３４は、第１切替弁２１０とノズルブロック１００との間をつなぐ、柔軟性を有する管体である。このチューブ２３４により、ノズルブロック１００がＺ軸方向に移動した場合であっても、当該ノズルブロック１００と、ノズルブロック１００に対してＺ軸方向に移動しないヘッド１３に設置された第１切替弁２１０とが連通した状態を維持することができる。

　このように、本比較例に係る第１切替弁２１０は、ノズルブロック１００よりもノズル１０５から遠い位置にあるヘッド１３に設置されており、チューブ２３４を介してノズルブロック１００と接続されている。したがって、ノズル１０５の吸着孔１０６から第１切替弁２１０までの経路長は、例えば１５０ｍｍ（＝４０＋６０＋５０）となり、図３に示す吸着孔１０６から第１切替弁１１０までの経路長６０ｍｍ（＝４０＋２０）よりも長くなる。

　図７は、本発明の実施の形態の比較例に係る部品実装装置の主要な構成を示す図（空圧回路図）である。なお、図７において、図４と同様の構成要素については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

　図７に示すように、本比較例に係る部品実装装置２０は、本実施の形態に係る部品実装装置１０と、主として第１切替弁および第２切替弁の接続形態が異なる。

　第１切替弁２１０は、真空源１９１をノズル１０５に連通あるいは非連通の切り替えを行なう。また、第２切替弁２２０は、正圧源１９２および大気のいずれか一方をノズル１０５に連通させる。また、ノズル１０５と接続された第１通気路２３１は、第２通気路２３２および第３通気路２３３に分岐する。第２通気路２３２および第３通気路２３３は、第１切替弁２１０および第２切替弁２２０とそれぞれ接続される。

　第１通気路２３１には、圧力センサ１５１および一次フィルタ１４１に加えて、二次フィルタ１４２および流量センサ１５２が設置される。つまり、ノズル１０５と正圧源１９２との間に、二次フィルタ１４２が設置される。

　次に、このような比較例に係る部品実装装置２０と本実施の形態に係る部品実装装置１０との動作の詳細を説明する。

　図８は、本発明の実施の形態の比較例に係る部品実装装置における動作の詳細を説明するための図である。また、図９は、本発明の実施の形態に係る部品実装装置における動作の詳細を説明するための図である。

　図８および図９の上段には、第１切替弁１１０または２１０に対する切替信号の時間変化が示されている。また、図８および図９の中段には、本発明の評価のために第１通気路１３１内のノズル１０５の圧力を測定する圧力センサ１５１によって測定される第１通気路１３１または２３１内の圧力変化が示されている。また、図８および図９の下段には、ノズル１０５のＺ軸方向の移動軌跡が示されている。

　図８および図９では、ノズル１０５の先端が部品吸着保持のためのＺ軸下降完了位置より０．０５ｍｍだけ高い位置まで下降した時に第１通気路１３１または２３１内の圧力が低下し始めるように、制御部１６０は、第１切替弁１１０または２１０を制御している。

　ここで、第１通気路１３１または２３１内の圧力が低下し始める時刻ｔ０から圧力Ｐ１まで低下する時刻ｔ１までの時間を真空立上時間とする。このとき、比較例における真空立上時間は４ミリ秒（図８参照）であったのに対し、本実施の形態では、真空立上時間は２ミリ秒（図９参照）であった。つまり、本実施の形態に係る部品実装装置１０は、比較例に係る部品実装装置２０よりも、真空立上時間を２ミリ秒だけ短縮することができた。

　これは、部品実装装置１０（図３、４参照）において、第１切替弁１１０と吸着孔１０６との経路長が、部品実装装置２０（図６、７参照）よりも９０ｍｍ短くなったためであると考えられる。つまり、第１通気路内の体積が減少し、第１通気路内の圧力を低下させるために吸引しなければならない空気の量が減少したので、部品実装装置１０は、真空立上時間を短縮することができる。

　このように真空立上時間が短縮された結果、第１通気路内の圧力が圧力Ｐ１まで低下してからノズル１０５がＺ軸下降完了位置から上昇するまでの時間に余裕ができるので、部品実装装置１０は、真空立上時間のばらつき、あるいはノズルのストロークの変化などの影響により、部品供給部１８から部品を吸着できないことを抑制することができる。つまり、部品実装装置１０は、部品の吸着の安定性を向上させることができる。逆に言えば、部品実装装置１０は、Ｚ軸下降完了位置に停止している時間を短縮しても、比較例と同様の安定性を確保することができるので、部品の実装時間の短縮を図ることも可能となる。

　また、図８および図９では、基板１５に部品を装着（実装）した後にノズル１０５の先端がＺ軸下降完了位置より０．１ｍｍだけ高い位置まで上昇した時に第１通気路１３１または２３１内の圧力が大気圧以上となるように、制御部１６０は、第１切替弁１１０または２１０を制御している。

　ここで、第１通気路１３１または２３１内の圧力が基板１５に部品を装着する際に圧力Ｐ２になった時刻ｔ２から大気圧まで上昇した時刻ｔ３までの時間を真空破壊時間とする。このとき、比較例における真空破壊時間は５ミリ秒であったのに対し、本実施の形態では、真空破壊時間は２ミリ秒であった。つまり、本実施の形態に係る部品実装装置１０は、比較例に係る部品実装装置２０よりも、真空破壊時間を３ミリ秒だけ短縮することができた。

　これは、真空立上時間が短縮されたのと同様に、ノズル１０５と一体的に上下動作しノズル近傍に配置される第１切替弁とノズル１０５の吸着孔との経路長が短縮されたためであると考えられる。さらに、ノズル１０５が吸い込む固体物を一次フィルタの後に捕捉する二次フィルタがノズル１０５と圧縮空気を供給する正圧源１９２との間に設置されていないためでもあると考えられる。

　つまり、部品実装装置１０は、ノズル１０５と正圧源１９２との間に二次フィルタが設置される部品実装装置２０よりも、空気抵抗が低い状態で第１通気路内に空気を供給することができるので、第１通気路内の圧力を速く上昇させることができ、真空破壊時間を短縮することが可能となる。

　このように真空破壊時間が短縮された結果、第１通気路内の圧力が圧力Ｐ２まで上昇してからノズル１０５が基板１５に部品を装着するＺ軸下降完了位置に到達するまでの時間に余裕ができるので、部品実装装置１０は、真空破壊時間のばらつき、あるいはノズルのストロークの変化などの影響により、ノズルがＺ軸下降完了位置に到達する前に部品を落下させることを抑制することができる。つまり、部品実装装置１０は、部品の装着の安定性を向上させることができる。逆に言えば、部品実装装置１０は、Ｚ軸下降完了位置に停止している時間を短縮しても、比較例と同様の安定性を確保することができるので、部品の実装時間の短縮を図ることも可能となる。

　なお、第１切替弁１１０は、それぞれのノズル１０５とともにそれぞれ上下動作するように、例えばノズル１０５をそれぞれ着脱可能に保持するノズルブロック１００に設けられてノズル１０５の近傍に配置されることにより、ノズル１０５の吸着孔１０６からの通気経路の長さが８０ｍｍ以下となる位置に設置されることが好ましい。この場合に、比較例よりも真空立上時間および真空破壊時間を短縮することが可能となる。さらに好ましくは、本実施の形態のように、第１切替弁１１０は、ノズル１０５の吸着孔１０６からの通気経路の長さが６０ｍｍ以下となる位置に設置されればよい。この場合、上記に示したように、比較例よりも真空立上時間および真空破壊時間を半減することが可能となる。

　なお、ノズル１０５の吸着孔１０６からの通気経路の長さは、短ければ短いほどよい。しかし、部品装着時に搬送レール１７などと干渉しない程度のノズル高さが必要であることなどの物理的な制約条件を考慮すれば、ノズル１０５の吸着孔１０６から第１切替弁１１０までの通気経路の長さは、３０ｍｍ以上となることが一般的である。

　また、図９に示すように、本実施の形態に係る部品実装装置１０は、ノズル１０５が真空源１９１に連通されるように第１切替弁１１０の切替信号をＯＮ状態からＯＦＦ状態に変化させてから、ノズル１０５に部品を吸着する真空状態を発生させる第１通気路１３１内の圧力が－７０ｋＰａまで低下するまでの真空立上応答時間も短くすることができる。同様に、部品実装装置１０は、第１切替弁１１０が正圧源１９２の圧縮空気が充填されている第３通気路１３３に連通されるように第１切替弁１１０の切替信号をＯＦＦ状態からＯＮ状態に変化させてから、基板１５にノズル１０５に保持された部品を装着する際に、ノズル１０５に部品を真空吸着保持させている第１通気路内の圧力が大気圧まで上昇するまでの真空破壊応答時間も短くすることができる。

　このように、切替信号が変化してから、第１通気路内の圧力を目的となる圧力まで変化させるまでの時間も短縮されるので、本実施の形態に係る部品実装装置１０は、部品の吸着および装着の安定性を向上させることができる。

　以上、本発明に係る部品実装装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施した形態も、本発明の範囲内に含まれる。

　例えば、上記実施の形態において、図４に示すように、二次フィルタ１４２と流量センサ１５２とが第２通気路１３２に設置されていたが、必ずしもこのように設置される必要はない。例えば、図１０に示すように、二次フィルタ１４２と流量センサ１５２とが第１通気路１３１に設置されてもよい。この場合、ノズル１０５の吸着孔１０６から第１切替弁１１０までの経路長が実施の形態よりも例えば２０ｍｍ程長くなり８０ｍｍとなる。しかし、この場合であっても、上記比較例に対して真空立上時間および真空破壊時間を短縮することが可能となる。また、上記実施の形態よりも流量センサの数を減らすことが可能となり、部品実装装置１０の構成を簡略化できる。

　また、上記実施の形態において、第１切替弁１１０は、ノズルブロック１００の外側面に設置されていたが、必ずしもこのように設置される必要はない。例えば、図１１に示すように、第１切替弁１１０はノズルブロック１００に内部に設置されてもよい。

　図１１は、本発明の実施の形態の一変形例に係る部品実装装置のノズルブロック周辺の断面図である。

　図１１では、第１切替弁１１０は、ノズルブロック１００に内蔵されている。第１切替弁１１０は、プランジャ１１１と電磁コイル１１２とを備える電磁弁であり、プランジャ１１１の長手方向が上下方向と一致するように設けられている。

　これにより、部品実装装置１０は、第１切替弁１１０からノズル１０５までの経路長を上記実施の形態よりもさらに短縮することができる。具体的には例えば、第１切替弁１１０からノズル１０５の先端（吸着孔１０６）までの経路長を６０ｍｍから３０ｍｍに短縮することができる。したがって、部品実装装置１０は、真空立上時間および真空破壊時間を上記実施の形態よりも短縮することができ、部品の吸着および装着の安定性をさらに向上させることが可能となる。また、図１１に示す部品実装装置１０では、プランジャ１１１の長手方向が上下方向と一致するように第１切替弁１１０が設けられているので、第１切替弁１１０が内蔵されたノズルブロック１００を小型化することが可能となる。

　また、上記実施の形態において、図２などに示すように、第１切替弁１１０の長手方向が上下方向と一致するように、第１切替弁１１０はノズルブロック１００の外側面に設置されていたが、必ずしもこのように設置される必要はない。例えば、図１２に示すように、第１切替弁１１０は、長手方向が、上下方向と直交する方向に設置されてもよい。そのとき、第１切替弁１１０は、隣りに配列されるノズルブロック１００の側と異なる側のノズルブロック１００の外側面に設置されればよい。これにより、部品実装装置１０は、複数のノズルブロック１００がヘッド１３に備えられている場合であっても、当該複数のノズルブロック１００を互いに近接して設置することができ、ヘッド１３の小型化を図ることが可能となる。

　また、上記実施の形態では、ヘッド１３に複数のノズルブロック１００が備えられており、かつ、各ノズルブロックには１つのノズルがそれぞれ保持されていたが、部品実装装置１０は、必ずしもこのように構成される必要はない。例えば、１つのノズルブロック１００に複数のノズルが保持されてもよい。

　なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　本発明の一態様に係る部品実装装置および部品実装方法は、真空立上時間および真空破壊時間の短縮を図り、部品の吸着および装着の安定性を向上させることができる部品実装装置および部品実装方法として有用である。

　　１０、２０　　部品実装装置
　　１１　　Ｘビーム
　　１２　　Ｙビーム
　　１３　　ヘッド
　　１４　　基台
　　１５　　基板
　　１７　　搬送レール
　　１８　　部品供給部
　１００　　ノズルブロック
　１０１　　回転部
　１０２　　固定部（非自転部）
　１０３　　シャフト
　１０５　　ノズル
　１０６　　吸着孔
　１１０、２１０　　第１切替弁
　１１１　　プランジャ
　１１２　　電磁コイル
　１２０、２２０　　第２切替弁
　１３１、２３１　　第１通気路
　１３２、２３２　　第２通気路
　１３３、２３３　　第３通気路
　１４１　　一次フィルタ
　１４２　　二次フィルタ
　１５１　　圧力センサ
　１５２、１５３　　流量センサ
　１６０　　制御部
　１９１　　真空源
　１９２　　正圧源
　２３４　　チューブ

Claims

　部品供給部から供給される部品をノズルで吸着し、前記ノズルを上下移動させて吸着した前記部品を基板に装着する部品実装装置であって、
　前記ノズルを着脱可能に保持して上下動作可能なノズルブロックと、
　前記ノズルブロックに取り付けられる第１切替弁と、
　前記ノズルに圧縮空気を供給するための正圧源と前記第１切替弁とを連通させるか否かを切り替える第２切替弁とを備え、
　前記第１切替弁は、前記ノズルから空気を吸引するための真空源および前記第２切替弁のいずれか一方を前記ノズルに連通させる
　部品実装装置。
　前記第１切替弁は、前記ノズルブロックの外側面に取り付けられる
　請求項１に記載の部品実装装置。
　前記第１切替弁は、長手方向が上下方向と一致するように設置される
　請求項２に記載の部品実装装置。
　前記ノズルブロックは、装着ヘッドに少なくとも１つの配列方向に複数配列されており、
　前記第１切替弁は、長手方向が、上下方向と直交する方向に設置され、かつ、隣りに配列される前記ノズルブロックの側と異なる側の前記外側面に設置される
　請求項２に記載の部品実装装置。
　前記ノズルブロックは、装着ヘッドに対して前記ノズルをθ軸方向に回転させる回転部と、前記装着ヘッドに対して前記ノズルをθ軸方向に回転させない固定部とを備え、
　前記第１切替弁は、前記固定部の外側面に設置される
　請求項２に記載の部品実装装置。
　前記第１切替弁は、前記ノズルブロックに内蔵される
　請求項１に記載の部品実装装置。
　前記第１切替弁は、プランジャを備える電磁弁であり、前記プランジャの長手方向が上下方向と一致するように設けられる
　請求項６に記載の部品実装装置。
　さらに、
　前記ノズルと前記第１切替弁とを接続する第１通気路に設けられ、前記第１通気路内を流れる固体物を捕捉するための第１フィルタと、
　前記第１切替弁と前記真空源とを接続する第２通気路に設けられ、前記第２通気路内を流れる、前記第１フィルタを通過した固体物を捕捉するための第２フィルタとを備える
　請求項１に記載の部品実装装置。
　前記第１切替弁は、前記ノズルの先端に設けられる、前記部品を吸着する吸着孔からの通気経路の長さが８０ｍｍ以下となる位置に設置される
　請求項１に記載の部品実装装置。
　部品供給部から供給される部品をノズルで吸着し、吸着した前記部品を基板に装着する部品実装方法であって、
　前記ノズルを前記部品供給部から供給される部品の高さまで下降させるとともに、前記ノズルから空気を吸引するための真空源および第２切替弁のいずれか一方を前記ノズルに連通させることができる、前記ノズルと一体的に上下動作する第１切替弁を介して、前記ノズルを前記真空源に連通させることにより、前記ノズルに前記部品を吸着させる吸着ステップと、
　前記部品を吸着保持している前記ノズルを上昇させて前記基板の上方へ移動させるとともに、前記ノズルに圧縮空気を供給するための正圧源と前記第１切替弁とを連通させるか否かを切り替えることができる第２切替弁を介して、前記正圧源と前記第１切替弁とを連通させる吸着保持ステップと、
　前記部品を吸着保持しているノズルを前記基板の位置まで下降させるとともに、前記第１切替弁を介して前記第２切替弁を前記ノズルに連通させることにより、前記部品を前記基板に装着する装着ステップとを含む
　部品実装方法。