WO2015122449A1 - 部品実装装置、及び検知装置 - Google Patents

部品実装装置、及び検知装置 Download PDF

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WO2015122449A1
WO2015122449A1 PCT/JP2015/053800 JP2015053800W WO2015122449A1 WO 2015122449 A1 WO2015122449 A1 WO 2015122449A1 JP 2015053800 W JP2015053800 W JP 2015053800W WO 2015122449 A1 WO2015122449 A1 WO 2015122449A1
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WO
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suction nozzle
component mounting
detection device
piezoelectric film
mounting apparatus
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/053800
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
小出　晃
義徳 岡本
Original Assignee
ヤマハ発動機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ヤマハ発動機株式会社 filed Critical ヤマハ発動機株式会社
Priority to EP15748479.1A priority Critical patent/EP3082390B1/en
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or adjusting assemblages of electric components
    • H05K13/04—Mounting of components, e.g. of leadless components
    • H05K13/0404—Pick-and-place heads or apparatus, e.g. with jaws
    • H05K13/0408—Incorporating a pick-up tool
    • H05K13/0409—Sucking devices
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or adjusting assemblages of electric components
    • H05K13/08—Monitoring manufacture of assemblages
    • H05K13/082—Integration of non-optical monitoring devices, i.e. using non-optical inspection means, e.g. electrical means, mechanical means or X-rays

Definitions

  • the present invention relates to a system for conveying parts and a detection device.
  • the present invention relates to a detection device for detecting force and a component mounting device for mounting a component on a board.
  • the component mounting apparatus of Patent Document 1 includes a servo motor that positions the height of a nozzle that sucks an electronic component, and a pressure control head that can control a load that presses the component sucked by the nozzle against a substrate.
  • the servo motor is also used as a pressurizing source that pressurizes the nozzle so that the component is pressed against the substrate by the nozzle.
  • the pressure of the pressurization is variable depending on the generated output torque of the servo motor generated by the difference between the servo motor command level logical coordinates and the actual coordinates. This prevents mistakes such as breakage of components and loss of attachment.
  • a strain gauge is used as a sensor for detecting the pressure of a component.
  • a strain gauge is generally too large in size and weight to be mounted on a nozzle operating at high speed. For this reason, the strain gauge is attached to a beam portion that connects the servo motor and the movable portion on which the nozzle is mounted.
  • JP 2012-174751 A Japanese Patent Laid-Open No. 5-288618 Japanese Patent Laid-Open No. 5-304395
  • An object of the present invention is to provide a detection device that can accurately detect the landing of a component on a land of a board, and a component mounting device using the detection device.
  • a component mounting apparatus includes a nozzle for conveying a component, a detection device that outputs a pulsed first signal indicating landing of the component, and a processing unit.
  • the detection device has a piezoelectric body.
  • the processing unit acquires at least one of information on the deceleration of the nozzle or information on a stop position based on the first signal output from the detection device.
  • a detection device includes a piezoelectric body, a first plate, and a second plate having higher rigidity than the first plate.
  • the piezoelectric body, the first plate, and the second plate have a laminated structure. From the piezoelectric body, a pulse-shaped first signal indicating the landing of a component is output.
  • the present invention has focused on the fact that the impact force when a component lands on a land of a board is a force applied in a short time.
  • the piezoelectric film is used as a pressure sensor that detects a minute impact force that is relaxed by a buffer spring attached to the suction nozzle.
  • the piezoelectric film has a small size and light mass that can be incorporated into the tip of a suction nozzle with a buffer spring, which is a consumable, or a drive shaft on which it is mounted, and generates an electric charge proportional to the differential of the applied force.
  • FIGS. 1A to 1E are views for explaining a process of mounting an electronic component on a land on a substrate.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example in which the electronic component is mounted in a state of being pushed too much into the land.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating an example in which an electronic component is mounted in a state where the electronic component is not sufficiently pressed into the land, and
  • FIG. 3B is a diagram illustrating a defect due to the insufficient pressing.
  • 4A is a top view of the pressure sensor of Example 1
  • FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line IVB-IVB in FIG. 4A.
  • 5A is a top view of the pressure sensor according to the second embodiment, and FIG.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line VB-VB in FIG. 5A.
  • 6A is a top view of the pressure sensor of Example 3
  • FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line VIB-VIB in FIG. 6A.
  • 7A and 7B are diagrams for explaining the effect of the pressing portion.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the effect of the pressing jig.
  • FIG. 9A is a top view of the pressure sensor of Example 4, and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line IXB-IXB of FIG. 9A.
  • FIGS. 10A and 10B are diagrams illustrating the effect of the pressing relief portion.
  • FIG. 11 is a diagram schematically illustrating a component mounting apparatus according to the fifth embodiment.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating details of the suction conveyance device.
  • FIG. 13 is an exploded cross-sectional view illustrating details of the suction nozzle attaching / detaching portion.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a method of assembling the suction nozzle attaching / detaching portion.
  • FIG. 15 is a block diagram showing an outline of a peripheral device for operating the suction conveyance device.
  • FIG. 16 is a flowchart of component mounting.
  • FIG. 17 is a time chart showing the relationship between the speed of the suction nozzle and the output from the pressure sensor with respect to time.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating H 1 , H 2 , ⁇ H, N h1 , N 0 , and N h2 .
  • FIG. 19 is a flowchart for explaining the sixth embodiment.
  • FIG. 20 is a side view of the suction conveyance device according to the seventh embodiment.
  • the horizontal direction is referred to as the XY direction
  • the vertical direction is referred to as the Z direction.
  • FIG. 1 shows the process of attaching the electronic component 1605 to solder called a land 1606 on the substrate from time (a) to time (e).
  • the electronic component 1605 is sucked to the suction nozzle 1601 by the negative pressure supplied through the vacuum suction flow path 1604.
  • the electronic component 1605 is conveyed onto the land 1606 on the substrate as the suction nozzle 1601 moves.
  • the suction nozzle 1601 is lowered by the linear actuator in the Z direction, and the electronic component 1605 is landed on the land 1606.
  • a buffer spring 1602 is connected to the suction nozzle 1601.
  • the buffer spring 1602 is for preventing the electronic component 1605 from being damaged by the impact force when it is landed on the land 1606 when the lowering speed of the suction nozzle 1601 is increased.
  • a combination of the suction nozzle 1601 and the buffer spring 1602 can be expressed as a suction nozzle 1603 with a buffer spring.
  • the electronic component 1605 is pressed against the land 1606 by the suction nozzle 1601.
  • the buffer spring 1602 is designed to have a small rigidity so as to reduce the impact force of the suction nozzle 1601 to the extent that the electronic component 1605 is not damaged. Until the buffer spring 1602 is fully retracted, the electronic component 1605 is hardly pushed into the land 1606 and maintains the landing position. Until the buffer spring 1602 is fully contracted, the linear actuator decelerates the descending speed of the suction nozzle 1601.
  • the suction nozzle 1601 pushes the electronic component 1605 into the land 1606 by a predetermined amount.
  • the pushing amount at this time is controlled using a method called deemed control.
  • the deemed control first, the warpage amount of the board fixed to the stage of the component mounting apparatus is measured at several places to estimate the warpage amount distribution of the entire board, and the height of each land on the board is calculated. Thereafter, the electronic component 1605 is landed on the land 1606 at an appropriate lowering speed, and when the electronic component 1605 is pushed into the land 1606 by a predetermined amount, the linear actuator in the Z direction is stopped.
  • the above-described deemed control and suction nozzle 1603 with a buffer spring solves problems such as breakage of the electronic component 1605 in a general component mounting apparatus, thereby increasing the speed.
  • problems such as breakage of the electronic component 1605 in a general component mounting apparatus, thereby increasing the speed.
  • an error between the estimated land height and the actual land height increases, and an undesirable phenomenon occurs.
  • One undesirable phenomenon is a failure due to the electronic component 1605 being pushed too much into the land 1606, and the other is a failure due to the electronic component 1605 being pushed too little into the land 1606.
  • Examples 1 to 4 a detection device that detects some force will be described.
  • Embodiments 5 to 7 an example in which the detection device described in Embodiments 1 to 4 is applied to at least one of a component mounting device and a transfer device will be described.
  • FIG. 4A is a top view of the pressure sensor 100 according to the first embodiment, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line IVB-IVB in FIG. 4A.
  • the pressure sensor 100 is an example of a detection device according to the present invention.
  • the press sensor 100 is provided with a high-rigidity plate 108 that supports the force received by the press sensor 100.
  • Two low-rigidity plates 103 and 107 having lower rigidity than the high-rigidity plate 108 are disposed on the high-rigidity plate 108.
  • a laminated structure is formed in which a piezoelectric film 105, which is an example of a piezoelectric body, is disposed between a low-rigidity plate 103 and a low-rigidity plate 107.
  • the low-rigidity plate 107 is an example of the first plate
  • the high-rigidity plate 108 is an example of the second plate
  • the low-rigidity plate 103 is an example of the first plate, respectively.
  • the piezoelectric film 105 As a material of the piezoelectric film 105, at least one of polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, and vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer is used, and the shear elastic modulus G is 0.3 to 2 GPa. Any degree of piezoelectric material can be employed.
  • An upper electrode 104 is formed on the upper surface of the piezoelectric film 105, and a lower electrode 106 is formed on the lower surface.
  • the upper electrode 104 and the lower electrode 106 can be formed on both surfaces of the piezoelectric film 105 by using a film forming technique such as sputtering or vapor deposition.
  • a desired method such as a method of applying (printing) a conductive paste or a method of laminating a metal foil can be employed.
  • the lower surface of the upper electrode 104 and the upper surface of the piezoelectric film 105 are in contact with each other, and the upper surface of the lower electrode 106 and the lower surface of the piezoelectric film 105 are in contact with each other. Furthermore, the upper surface of the upper electrode 104 and the lower surface of the low-rigidity plate 103 are in contact with each other, and the lower surface of the lower electrode 106 is in contact with the upper surface of the low-rigidity plate 107. The lower surface of the low-rigidity plate 107 and the upper surface of the high-rigidity plate 108 are in contact.
  • Such a structure can be expressed as a substantially laminated structure.
  • the laminated structure is substantially a thin film of several tens of microns and is a very compact structure.
  • a hole 102 is provided at the center of the pressure sensor pressure receiving portion 101.
  • the hole 102 is for passing a flow path for generating a suction force by evacuation through a suction nozzle to which the pressure sensor 100 is attached.
  • FIG. 4B When the piezoelectric film 105 is deformed by some force, it generates a charge proportional to the deformation speed. If the electric force is taken out through the upper electrode 104 and the lower electrode 106 so that the force that causes the deformation is applied only in the thickness direction of the piezoelectric film 105 (z direction in FIG. 4B), FIG.
  • the laminated structure shown can be used as a pressure sensor that detects only the force in the thickness direction of the piezoelectric film 105.
  • the piezoelectric film 105 can be handled as an incompressible material (a material having general characteristics in a material having rubber elasticity), and hardly changes in volume even when deformed by force. Therefore, if the lateral deformation is completely restrained by the high-rigidity plate 108 or the like, the piezoelectric film 105 cannot be deformed in the thickness direction. Therefore, in this embodiment, low-rigidity plates 103 and 107 having lower rigidity than the high-rigidity plate 108 are disposed on both sides of the piezoelectric film 105 so that the piezoelectric film 105 can be deformed in the lateral direction.
  • the piezoelectric film 105, the low-rigidity plates 103 and 107, and the high-rigidity plate 108 may be laminated without bonding, or may be bonded and laminated.
  • the piezoelectric film 105, the low-rigidity plates 103 and 107, and the high-rigidity plate 108 need only be substantially laminated. In the case of only laminating without bonding, it is desirable that the surface pressure is always applied and there is no gap between the layers.
  • the piezoelectric film 105 generates electric charges in proportion to the deformation speed due to external force. This electric charge is taken out by the upper electrode 104 and the lower electrode 106 disposed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric film 105. Then, based on the signal (first signal) generated by the charge, the pressure sensor 100 detects a minute impact force generated when the electronic component lands on the land.
  • the sensor output using the piezoelectric film 105 depends on the rate of change of force at the moment when the electronic component lands on the land, and has a characteristic that hardly depends on the pressure receiving area of the piezoelectric film 105 to be detected. Therefore, it is suitable for downsizing.
  • the piezoelectric film 105 as a sensing element is a thin resin, it is lightweight, and even when incorporated in the suction nozzle, the mass of the movable part hardly changes, and does not hinder the speeding up of the operation of the suction nozzle.
  • a power source is unnecessary, and even if sensors are incorporated in all of the plurality of suction nozzles provided in the electronic component mounting machine, a load on the power source is not required. Does not increase.
  • disturbance is controlled by controlling at least one of the lowering speed of the suction nozzle and the stop position based on the pulsed output generated by the pressure sensor 100 with respect to the impact force.
  • a robust control system can be configured.
  • the pressure sensor 100 of the present embodiment By applying the pressure sensor 100 of the present embodiment to the component mounting apparatus, it becomes possible to optimize the amount of pushing the electronic component into the land without impairing the high speed operation of the suction nozzle. It is possible to provide a highly productive system that avoids defects due to shortage. Further, if the integration circuit is used, it is possible to measure the pressing force of the electronic component on the land, and it is possible to mount the electronic component with the optimal pressing force.
  • Example 2 will be described with reference to FIG. 5A is a top view of the pressure sensor according to the second embodiment, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line VB-VB in FIG. 5A.
  • FIG. 5A is a top view of the pressure sensor according to the second embodiment
  • FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line VB-VB in FIG. 5A.
  • the structures shown in Embodiments 2 to 4 can also be expressed as substantial stacked structures.
  • Example 1 The difference from Example 1 is that the low-rigidity plate 103 on the upper electrode 104 side of the piezoelectric film 105 does not exist.
  • the upper surface of the piezoelectric film 105 is a free surface. For this reason, when the lateral restraint by the pressing jig that transmits the force from the suction nozzle to the piezoelectric film 105 is weak, the output can be made larger than when the low-rigidity plate 103 exists.
  • the material constituting the upper electrode 104 in the second embodiment it is preferable to use a material having better durability than the material constituting the upper electrode 104 of the first embodiment.
  • Example 3 will be described with reference to FIG. 6A is a top view of the pressure sensor of Example 3, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line VIB-VIB in FIG. 6A.
  • the present embodiment is an embodiment in which the output of the press sensor can be increased as compared with the case where the entire surface of the piezoelectric film 105 on the upper electrode 104 side is pressed.
  • the volume of the piezoelectric film 105 hardly changes during deformation. Therefore, when the area of the free deformation surface is small with respect to the pressure receiving surface that receives the force from the suction nozzle, the apparent Young's modulus E of the piezoelectric film 105 increases.
  • the piezoelectric film 105 is attached to the suction nozzle portion from this approximate expression, and the force from the suction nozzle is transmitted to the entire surface of the piezoelectric film 105 through a flat surface.
  • the width of the laminated structure is ⁇ 5 mm
  • the thickness is 0.08 mm
  • the center hole size is ⁇ 3 mm
  • S is 6.25
  • the deformation amount that is, the sensor output
  • the sensor output can be obtained only 2% less than the value calculated from the original Young's modulus of the piezoelectric film 105. Therefore, it is desirable that the apparent Young's modulus is small.
  • the pressure sensor of Example 3 includes a pressing jig 301 disposed on the upper electrode 104 and a pressing portion 302 provided on the lower surface of the pressing jig 301.
  • the pressing portion 302 is provided to reduce the shape factor S so that the apparent Young's modulus is reduced.
  • This pressing portion 302 presses a part of the piezoelectric film 105. That is, the force from the suction nozzle is transmitted to the piezoelectric film 105 via the pressing portion 302.
  • the piezoelectric film 105 receives a force applied to the suction nozzle from the upper electrode 104 side.
  • the piezoelectric film 105 is handled as an incompressible material as described above. Therefore, when the upper and lower surfaces are constrained, the piezoelectric film 105 cannot be deformed except for the outer peripheral portion expanding. For this reason, the output becomes 1/65 of the value calculated from the original Young's modulus of the piezoelectric film 105 as described above.
  • the pressing portion 302 of the pressing jig 301 presses a part of the piezoelectric film 105 as shown in FIG.
  • the piezoelectric film 105 can be deformed.
  • the press-deformed portion of the piezoelectric film 105 moves to the deformation flow portion 408, thereby preventing an increase in the apparent Young's modulus of the piezoelectric film 105.
  • the pressing part 302 is a protrusion for pressing the piezoelectric film 105.
  • the effect of this pressing jig 301 is shown in FIG.
  • the horizontal axis represents the diameter of the pressing portion 302
  • the vertical axis represents the sensor output value ratio.
  • the sensor output value ratio indicates the ratio of the sensor output when the piezoelectric film 105 is partially pressed using the pressing jig 301 to the sensor output when the entire surface of the piezoelectric film 105 is pressed.
  • the diameter of the pressing portion 302 is 0.1 mm
  • the sensor output is about 56 times. Therefore, it can be understood that by decreasing the diameter of the pressing portion 302, the output of the sensor approaches the output value when the shape of the piezoelectric film 105 is not taken into consideration.
  • the output of the piezoelectric film 105 increases as the amount of deformation increases.
  • a method of increasing the amount of deformation in addition to the method of preventing the apparent increase in Young's modulus due to the shape as described above, a method of reducing the original Young's modulus can be considered.
  • the piezoelectric film 105 is made of a material having a shear elastic modulus G of 0, such as polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer, or the like.
  • a material of about 3 to 2 GPa is used.
  • a rubber sheet softer than the piezoelectric film 105 can be adopted as the low-rigidity plate in this embodiment.
  • the case where a silicone rubber sheet is used as the low-rigidity plate is shown. Since the shear elastic modulus G of the silicone rubber sheet is about 4 to 40 MPa and is two orders of magnitude smaller than that of the piezoelectric film 105, the sensor output can be increased. In this case, if the thickness of each layer is 0.03 mm for the piezoelectric film and 0.07 mm for the silicone rubber sheet, the sensor output is about 1.2 times, and about 5 times if the thickness of the silicone rubber sheet is 0.12 mm. Doubled.
  • the press part 302 in FIG.6 and FIG.7 of a present Example is described as a rounded shape.
  • the pressing part 302 may have a cylindrical shape, may have a shape other than a circle as viewed from above, and may have a convex shape (a projection as another expression).
  • Example 4 will be described with reference to FIG.
  • FIG. 9A is a top view of the pressure sensor of Example 4
  • FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line IXB-IXB of FIG. 9A.
  • the output of the pressure sensor can be increased as compared with the case where the entire surface of the piezoelectric film 105 on the upper electrode 104 side is pressed.
  • the pressure sensor of Example 4 includes a pressing jig 501 disposed on the upper electrode 104, and a pressing relief portion 502 provided on the lower surface of the pressing jig 501.
  • the pressing relief portion 502 is a concave portion that is recessed upward from the lower surface of the pressing jig 501.
  • the difference between the present embodiment and the third embodiment is that the deformation flow portion 408 is formed around the pressing portion 302 as shown in FIG. 7 in the third embodiment, whereas the pressing jig 501 is pressed in this embodiment.
  • the escape portion 502 is provided with the function of the deformation flow portion 408.
  • the present embodiment has an advantage that the processing of the pressing jig 501 is easier than the third embodiment.
  • FIGS. 10A and 10B show a state before the pressing jig 501 presses the piezoelectric film 105
  • FIG. 10B shows a state after pressing.
  • a part of the piezoelectric film 105 (which can be expressed as the deformation moving portion 608 here) moves into the pressing escape portion 502.
  • this operation facilitates deformation of the piezoelectric film 105.
  • the pressing relief portion 502 is a recess for pressing the piezoelectric film 105.
  • the pressing part 302 and the pressing relief part 502 of Example 3 have a shape for pressing (partially pressing) a part of the piezoelectric film 105.
  • Example 5 Next, Example 5 will be described.
  • This embodiment is an example in which the pressure sensor 100 described in the first to fourth embodiments is applied to at least one of a transport device and a component mounting device for holding and transporting components.
  • At least one of the transport device and the component mounting device can be expressed as an example of a system for transporting some component.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing the configuration of the component mounting apparatus of the present embodiment.
  • the component mounting apparatus includes a suction conveyance device 1101 for mounting components on a substrate 2105, an x beam 2102 for moving the suction conveyance device 1101 in the x direction, and a x beam 2102 for moving the x beam 2102 in the y direction.
  • a processing unit 2104 for controlling the y beam 2103, the x beam 2102, the y beam 2103, and the suction conveyance device 1101 is provided.
  • the suction conveyance device 1101 may be referred to as a head actuator.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating details of the suction conveyance device 1101.
  • the suction conveyance device 1101 has a suction nozzle 801 with a buffer spring 2106 at its tip.
  • the buffer spring 2106 is an example of an elastic body that softens the impact force when the electronic component lands on the land.
  • the suction nozzle attaching / detaching portion 802 is a casing in which the pressure sensor 100 is stored.
  • the pressure sensor 100 described in at least one of the first to fourth embodiments is disposed in the suction nozzle attaching / detaching portion 802.
  • a pressure sensor fixture 803 for substantially fixing the pressure sensor 100 fixes the pressure sensor 100 from the side opposite to the side to which the suction nozzle 801 is connected.
  • the pressure sensor 100 is disposed at a substantial nozzle end on the side opposite to the tip for the suction nozzle 801 to hold a component.
  • an opening 2107 is formed so as to penetrate them.
  • the operator inserts the nozzle end portion of the suction nozzle 801 with a buffer spring into the opening 2107 and fixes the suction nozzle 801 with a buffer spring to the suction nozzle attaching / detaching portion 802 with the suction nozzle fixing pin 804.
  • the suction nozzle attaching / detaching portion 802 is composed of eight types of parts shown in FIG. 13, and is assembled and used as shown in FIG. First, the component configuration will be described with reference to FIG.
  • the suction nozzle attaching / detaching unit 802 includes a pressing jig 301, a fixing spring 903 for pressing the pressing jig 301 against the piezoelectric film 105, an upper electrode 104 and a lower electrode 106 for taking out an output from the piezoelectric film 105, and a piezoelectric element.
  • a low-rigidity plate 107 that helps to deform the film 105, a piezoelectric film 105, a high-rigidity plate 108 that is higher in rigidity than the low-rigidity plate 107 that supports the low-rigidity plate 107, and a pressure sensor holder 901 that positions and holds them. And have.
  • the pressure sensor fixture 803 is fixedly attached to the pressure sensor holder 901.
  • the suction nozzle attaching / detaching portion 802 may be substantially integrally formed with the above-described configuration.
  • the operator places the high-rigidity plate 108, the low-rigidity plate 107, the lower electrode 106, the piezoelectric film 105, the upper electrode 104, the pressing jig 301, and the fixing spring 903 in the pressing sensor holder 901. It inserts in order and it fixes with the fixing pin 804 of the suction nozzle with a buffer spring like FIG. Further, as an assembling method, the pressure sensor holder 901 in FIG. 14 can be moved in the vertical direction with respect to the pressure sensor fixture 803, while the pressure sensor holder 901 does not fall from the press sensor fixture 803. A method of assembling by using a groove or a groove is also conceivable.
  • FIG. 15 is a block diagram showing an outline of a peripheral device for operating the suction conveyance device 1101.
  • FIG. 16 is a flowchart of component mounting.
  • FIG. 17 is a time chart showing the relationship between the speed of the suction nozzle 801 and the output from the pressure sensor 100 with respect to time.
  • a lower part 1202 of FIG. 17 shows a time chart of the output of the pressure sensor synchronized with the time chart of the suction nozzle 801. That is, in both the upper and lower drawings in FIG.
  • FIG. 18 is a diagram for explaining H 1 , H 2 , ⁇ H, N h1 , N 0 , and N h2 described later.
  • peripheral devices of the suction conveyance device 1101 include a sensor signal processing unit 1305, a servo controller 1306, a servo amplifier 1307, a fluid control device 1302, a regulator 1303, and a vacuum pump 1304. At least one of the sensor signal processing unit 1305, the servo controller 1306, the servo amplifier 1307, and the fluid control device 1302 may be substantially included in the processing unit 2104 described above.
  • the suction conveyance device 1101 is positioned on the land (step 1401 in FIG. 16).
  • the suction nozzle 801 that sucks an electronic component by the linear actuator of the suction conveyance device 1101 approaches the land with a predetermined speed (first speed V 1 ).
  • the servo controller 1306 passes through the servo amplifier 1307 so as to reduce the first speed of the suction nozzle 801. Command signal to the linear actuator. As a result, to begin the deceleration of the suction nozzle 801, the first speed is changed slow second to speed V 2 than the first speed. (Step 1404 in FIG. 16 and reference numeral 1203 in FIG. 17).
  • Step 1403 in FIG. 16 If the sensor signal processing unit 1305 determines that the suction nozzle 801 has not yet reached the deceleration start position (NO in step 1402), the approach of the suction nozzle to the land at the first speed V1 is maintained. (Step 1403 in FIG. 16).
  • the output of the pressure sensor 100 so far is zero as indicated by reference numeral 1207 in FIG.
  • Suction nozzle 801 approaches to land at a second speed V 2, the electronic component held at the tip comes into contact with the land, the first impact minute occurs.
  • a pulse signal (first signal) is output from the pressure sensor 100 (reference numeral 1208 in FIG. 17).
  • the sensor signal processing unit 1305 detects the landing of the electronic component on the land by determining the presence or absence of the pulse signal (step 1405 in FIG. 16). If the sensor signal processing unit 1305 detects a signal on the pulses from the pressing sensor 100, the sensor signal processing unit 1305 recognizes the height detecting a signal on pulse actual land height H 2. Information on the actual land height H 2 is transmitted to the servo controller 1306. At that time, the sensor signal processing unit 1305 obtains information on the height N 0 of the suction nozzle 801.
  • the servo controller 1306 obtains information on the deceleration for stopping the suction nozzle 801 at the second stop height Nh2 .
  • the deceleration is an acceleration acting in a negative direction when the direction in which the suction nozzle 801 approaches the land is a positive direction.
  • Step 1406 is a step of obtaining at least one (preferably both) of stop height position information and deceleration information of the suction nozzle 801 using a signal on a pulse from the pressure sensor 100.
  • Second impact force may be generated.
  • the second impact force may be output from the pressure sensor 100 as a pulse-like signal (second signal, reference numeral 1210 in FIG. 17) smaller than the first signal.
  • step 1406 servo controller 1306 drives the linear actuator, pushes only push amount L 1 of the electronic component adsorbed on the tip of the suction nozzle 801 to the land (step 1407 in FIG. 16).
  • the sensor output while pushing the electronic component is indicated by reference numeral 1211 in FIG.
  • step 1407 the nozzle speed is zero as shown at 1205 in FIG.
  • the servo controller 1306 stops the linear actuator, cuts the negative pressure of the suction nozzle 801 to detach the electronic component, and raises the suction nozzle 801 by the linear actuator (step 1408).
  • the rising speed is indicated by reference numeral 1206 in FIG.
  • the suction nozzle 801 is raised to a predetermined position, the component mounting is finished (step 1409 in FIG. 16).
  • Electronic components are attached and detached by the fluid control device 1302 controlling the vacuum pump 1304 and the regulator 1303 to adjust the pressure.
  • a minute impact force can be detected by the press sensor 100. Therefore, this embodiment can be expressed as having at least one of the following effects. (1) A minute impact force applied to the suction nozzle 801 can be detected, and breakage of a minute part sucked by the suction nozzle 801 can be prevented. (2) Since the detection device can be made compact, it is possible to suppress an increase in size of the device. (3) Since the detection device can be configured to be lightweight, it does not adversely affect the positioning accuracy of the suction nozzle.
  • FIG. 19 is a flowchart for explaining the sixth embodiment.
  • FIG. 19 is a flowchart for explaining the operation from when the suction nozzle 801 is positioned on a predetermined land until the mounting is completed, as in the fifth embodiment.
  • a pulsed signal (second signal, reference numeral 1210 in FIG. 17) generated from the pressure sensor 100 when the buffer spring 2106 is substantially contracted is used.
  • a step 1507 for controlling the amount 1508 of the electronic component pushed into the land more accurately is added.
  • step 1507 the change in speed indicated by reference numeral 1204 is changed to the change in speed indicated by reference numeral 1208 in response to detection of the second signal. That is, this embodiment can be expressed as including a step of changing the deceleration determined in step 1406 of the fifth embodiment. According to this embodiment, the positioning accuracy is determined with higher accuracy.
  • FIG. 20 is a side view of the suction conveyance device 1101 according to the seventh embodiment.
  • the suction conveyance device 1101 includes a linear actuator 1105 in the Z direction, a suction nozzle 1102 with a buffer spring, and a rotary actuator 1106 that adjusts the angle of the sucked electronic component.
  • the trajectory of the suction nozzle 1102 with a buffer spring moving up and down substantially passes through the center of rotation of the suction nozzle 1102 with a buffer spring. That is, the axis for moving the suction nozzle 1102 with a buffer spring up and down substantially coincides with the axis for rotating the suction nozzle 1102 with a buffer spring.
  • the suction conveyance device 1101 moves on the substrate by the x beam 2102 and the y beam 2103 as in the fifth embodiment, positions the electronic component sucked at the tip of the suction nozzle 1102 with a buffer spring on the land, and then linearly moves it. It is lowered by the actuator 1105 and the electronic component is mounted on the land.
  • the pressure sensor 100 described in at least one of the first to fourth embodiments is incorporated in the suction nozzle attaching / detaching portion 1103 at the tip of the shaft 1104 of the suction conveyance device 1101 as shown in FIG.
  • a charge proportional to the derivative of the force applied to 1102 is generated, and a pulse signal is output.
  • the suction conveyance device 1101 of this embodiment also determines the landing of the electronic component on the land based on the pulse signal.
  • the attachment / detachment of the electronic component sucked at the tip of the suction nozzle 1102 with a buffer spring is performed by switching between negative pressure and positive pressure supplied from the vacuum suction flow path 1107 linked to the control of the linear actuator.
  • the axis for moving the suction nozzle 1102 with a buffer spring vertically moves substantially coincides with the axis for the rotation of the suction nozzle 1102 with a buffer spring.
  • the degree of freedom is even higher.
  • Patent Document 2 and Patent Document 3 disclose that a strain sensor is incorporated in the suction nozzle.
  • the strain sensor is relatively heavy, the shake when the suction nozzle stops from the high-speed movement in the horizontal direction increases, and the positioning accuracy decreases.
  • the installation interval of a plurality of suction nozzles may be increased, and other undesirable phenomena such as an increase in the size of the apparatus may occur.
  • a component mounting machine that supports high speed is required to have a small and lightweight sensor that does not adversely affect the performance of the apparatus even if it is incorporated in the suction nozzle or a part where the suction nozzle is attached or detached.
  • the detection sensor of the present invention is small and lightweight, it can be expressed as having at least one of the following effects. (1) Since the detection device can be configured compactly, it is possible to suppress an increase in size of the device. (2) Since the detection device can be configured lightly, it does not adversely affect the positioning accuracy of the suction nozzle.

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Abstract

　部品実装装置は、部品を搬送するためのノズル（８０１）と、前記部品の着地を意味するパルス状の第１の信号を出力する検知装置（１００）と、処理部（１３０５）とを含む。前記検知装置（１００）は、圧電体（１０５）を有する。前記処理部（１３０５）は、前記ノズル（８０１）の減速度の情報、又は停止位置の情報の少なくとも１つを、前記検知装置（１００）から出力される前記第１の信号に基づいて取得する。

Description

部品実装装置、及び検知装置
　本発明は、部品を搬送するためのシステム、及び検知装置に関する。特に本発明は、力を検出する検知装置、及び基板へ部品を実装するための部品実装装置に関する。
　生産現場では、小さな電子部品などをハンドリングするための吸着搬送装置およびそれを搭載したさまざまな形態の生産設備が利用されている。部品実装装置は、それらの生産設備の一例であり、基板へ部品を搭載するための装置である。先行技術文献としては、以下の特許文献１乃至３が挙げられる。
　特許文献１の部品実装装置は、電子部品を吸着するノズルの高さを位置決めするサーボモータと、ノズルが吸着した部品を基板に押し付ける荷重を制御できる加圧制御ヘッドとを備える。前記サーボモータは、ノズルにより部品が基板に押圧されるよう前記ノズルを加圧する加圧源としても利用される。前記加圧の圧力は、サーボモータの指令レベル論理座標と実際座標との差によって生じるサーボモータの発生出力トルクによって可変とされている。これにより、部品の破損や取り付け損ないなどのミスが防止される。特許文献１では、部品の加圧力を検出するセンサとして歪ゲージが用いられている。歪ゲージは、一般に高速で動作するノズルに装着するにはサイズや重量において大きすぎる。このため、サーボモータとノズルを装着した可動部分とを連結する梁部分に、前記歪ゲージが取り付けられている。
　しかし、電子部品の小型化に伴い、電子部品を破損せずに基板のランドに着地させるための衝撃力（加圧力）の微小化も必要とされている。微小な衝撃力を検出しようとした場合、特許文献１の部品実装装置のように吸着ノズルから離間した前記梁部分に歪みゲージを設置する構造では、前記可動部の慣性力などの外乱により前記微小な衝撃力を検出することは難しい。
特開２０１２－１７４７５１号公報 特開平５－２８８６１８号公報 特開平５－３０４３９５号公報
　本発明の目的は、基板のランドに対する部品の着地を的確に検知できる検知装置、及びこれを用いた部品実装装置を提供することにある。
　本発明の一局面に係る部品実装装置は、部品を搬送するためのノズルと、前記部品の着地を意味するパルス状の第１の信号を出力する検知装置と、処理部とを含む。前記検知装置は、圧電体を有する。前記処理部は、前記ノズルの減速度の情報、又は停止位置の情報の少なくとも１つを、前記検知装置から出力される前記第１の信号に基づいて取得する。
　本発明の他の局面に係る検知装置は、圧電体と、第１のプレートと、前記第１のプレートよりも剛性の高い第２のプレートとを有する。前記圧電体、前記第１のプレート、及び前記第２のプレートは、積層構造を有する。前記圧電体からは、部品の着地を意味するパルス状の第１の信号が出力される。
　本発明は、圧電体（圧電膜）を利用して部品の着地を検出することを１つの特徴とする。本発明は、基板のランドに部品が着地する際の衝撃力が、短時間に加わる力であることに着目した。圧電膜は、吸着ノズルに付設されている緩衝バネによって緩和されている微小な衝撃力を検知する押圧センサとして利用される。前記圧電膜は、消耗品である緩衝バネ付き吸着ノズルや、それを装着する駆動シャフトの先端に組込める小さなサイズと軽い質量を持ち、加わる力の微分に比例した電荷を発生する。
　本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
図１（ａ）～（ｅ）は、電子部品を基板上のランドへ装着する工程を説明する図である。 図２は、電子部品がランドへ押込み過ぎの状態で装着された例を説明する図である。 図３（ａ）は、電子部品がランドへ押込み不足の状態で装着された例を示す図、図３（ｂ）は前記押し込み不足による不良を説明する図である。 図４（Ａ）は実施例１の押圧センサの上面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＩＶＢ－ＩＶＢ線断面図である。 図５（Ａ）は実施例２の押圧センサの上面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＶＢ－ＶＢ線断面図である。 図６（Ａ）は実施例３の押圧センサの上面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＶＩＢ－ＶＩＢ線断面図である。 図７（Ａ）及び（Ｂ）は、押圧部の効果を説明する図である。 図８は、押圧治具の効果を説明する図である。 図９（Ａ）は、実施例４の押圧センサの上面図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）のＩＸＢ－ＩＸＢ線断面図である。 図１０（Ａ）及び（Ｂ）は、押圧逃げ部の効果を説明する図である。 図１１は、実施例５の部品実装装置を模式的に示す図である。 図１２は、吸着搬送装置の詳細を説明する断面図である。 図１３は、吸着ノズル着脱部の詳細を説明する分解断面図である。 図１４は、吸着ノズル着脱部の組立方法を説明する断面図である。 図１５は、吸着搬送装置を動作させるための周辺装置の概略を示したブロック図である。 図１６は、部品実装のフローチャートである。 図１７は、時間に対する吸着ノズルの速度と押圧センサからの出力との関係を示すタイムチャートである。 図１８は、Ｈ１、Ｈ２、ΔＨ、Ｎｈ１、Ｎ０、及びＮｈ２を説明する図である。 図１９は、実施例６を説明するためのフローチャートである。 図２０は、実施例７に係る吸着搬送装置の側面図である。
　以下、本発明の実施形態について説明するが、以降の説明は当業者に分かりやすく説明するためのものであり、本発明を特に限定するために意図されたものではない。なお、以降では、水平方向をＸＹ方向、垂直方向をＺ方向と呼称する。
　先ず、本発明の前段技術について説明する。部品実装装置では、生産性の向上が要求されている。生産性の向上の１つのアプローチは部品実装装置の動作の高速化である。図１は、電子部品１６０５を基板上のランド１６０６と呼ばれる半田に装着する工程を（ａ）から（ｅ）へと時間を追って示したものである。最初の工程（ａ）において、電子部品１６０５は、真空吸着用流路１６０４を介して供給された負圧によって、吸着ノズル１６０１に吸着される。電子部品１６０５は、吸着ノズル１６０１が移動することで、基板上のランド１６０６上に搬送される。
　続く工程（ｂ）では、吸着ノズル１６０１をＺ方向のリニアアクチュエータで下降させて、電子部品１６０５をランド１６０６に着地させる。吸着ノズル１６０１には緩衝バネ１６０２が接続されている。緩衝バネ１６０２は、吸着ノズル１６０１の下降速度を高速化した際に、電子部品１６０５がランド１６０６に着地した時の衝撃力で破損することを防止するためのものである。吸着ノズル１６０１と緩衝バネ１６０２との組み合わせは、緩衝バネ付き吸着ノズル１６０３と表現できる。
　続く工程（ｃ）、（ｄ）では、吸着ノズル１６０１によって電子部品１６０５がランド１６０６に押圧される。緩衝バネ１６０２は、電子部品１６０５が破損しない程度に吸着ノズル１６０１の衝撃力を緩和するように、その剛性が小さく設計されている。緩衝バネ１６０２が縮みきるまでは、電子部品１６０５はランド１６０６に殆ど押込まれることなく着地位置を維持する。緩衝バネ１６０２が縮みきるまでの間に、リニアアクチュエータは吸着ノズル１６０１の下降速度を減速させる。
　最後の工程（ｅ）において、吸着ノズル１６０１はランド１６０６へ電子部品１６０５を所定量押込む。この際の押込み量は、みなし制御という方法を用いて制御される。前記みなし制御では、まず、部品実装装置のステージに固定した基板の反り量を数か所で測定して基板全体の反り量分布を推定し、基板上の各ランドの高さを算出する。その後、ランド１６０６に電子部品１６０５を適切な下降速度で着地させ、ランド１６０６へ電子部品１６０５を所定量押込んだところで、Ｚ方向のリニアアクチュエータを停止させる。
　以上のように、前記みなし制御及び緩衝バネ付き吸着ノズル１６０３により、一般的な部品実装装置では電子部品１６０５の破損などの課題を解決し、高速化を図っている。しかし、実装速度を上げるために基板サイズを大きくするほどランド高さの推定値と実際のランド高さの誤差が大きくなり、望ましくない現象が発生する。望ましくない現象の１つは、電子部品１６０５のランド１６０６への押込み過ぎによる不良であり、もう１つは電子部品１６０５のランド１６０６への押込み不足による不良である。
　まず、図２を使用して押込み過ぎによる不良ついて説明する。図２に示すように、吸着ノズル１７０１の押込み過ぎが発生すると、押込まれた電子部品１７０２によりランド１７０３を構成する半田がはみ出す。その結果、隣接する電子部品との短絡が発生する場合がある。さらに、ランド１７０３の厚みが薄い場合、電子部品１７０２に大きな力が加わることにより電子部品１７０２が破損する場合もある。
　次に、図３を使用して押込み不足による不良について説明する。図３（ａ）に示すようにノズル１８０１の押込み不足が発生すると、ランド１８０３と電子部品１８０２との密着性不足が発生する。その結果、図３（ｂ）に示すように電子部品１８０２がランド１８０３から脱落する不具合が発生することがある。
　このように、前記みなし制御及び緩衝バネ付き吸着ノズルを利用するアプローチでは、基板サイズの大型化に対して十分なアプローチとは言い難い。このランド高さの推定値と実際のランド高さとの違いに起因する実装不良に対して、推定値と実際のランド高さとの差を小さくするアプローチが考えられる。このアプローチに沿ったものが、先に例示した特許文献１の部品実装装置と言える。しかし、電子部品の小型化が進展している事情に鑑みると、電子部品を破損せずに基板のランドに着地させるための衝撃力（加圧力）の微小化にも対応する必要がある。本発明はこのような要請に応えるものである。
　以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。各実施例は一部構成の削除、相互の置換、組み合わせが可能である。本発明は実施例には限定的に解釈されず、搬送装置、部品実装装置の構造等は実施例に記載された以外の構造であっても良い。また、部品とは、電子部品だけでなく食品や生体試料も含む広義の表現である。
　以降では、実施例１乃至４にて、何らかの力を検出する検知装置について説明する。実施例５乃至７にて、実施例１乃至４で説明した検知装置を、部品実装装置及び搬送装置の少なくとも１つに適用した例を説明する。
　＜実施例１＞
　図４（Ａ）は実施例１の押圧センサ１００の上面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＩＶＢ－ＩＶＢ線断面図である。押圧センサ１００は本発明に係る検知装置の一例である。押圧センサ１００には、押圧センサ１００が受ける力を支える高剛性プレート１０８が配置されている。高剛性プレート１０８の上には、高剛性プレート１０８よりも剛性の低い２枚の低剛性プレート１０３、１０７が配置されている。押圧センサ１００内には、低剛性プレート１０３と低剛性プレート１０７との間に、圧電体の一例である圧電フィルム１０５が配置されてなる積層構造が形成されている。それぞれ、低剛性プレート１０７は本発明に係る第１のプレート、高剛性プレート１０８は第２のプレート、低剛性プレート１０３は第１のプレートの一例である。
　圧電フィルム１０５の材質としては、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン－テトラフルオロエチレン共重合体、及びフッ化ビニリデン－トリフルオロエチレン共重合体の少なくとも１つ等、せん断弾性係数Ｇが０.３～２ＧＰａ程度の圧電材料を任意に採用できる。
　圧電フィルム１０５の上面には上部電極１０４が、下面には下部電極１０６が各々形成されている。上部電極１０４及び下部電極１０６は、圧電フィルム１０５の両面にスパッタや蒸着といった成膜技術を用いて各々成膜することが可能である。その他の成膜方法としては、導電ペーストを塗布（印刷）する方法、金属箔を積層する方法など所望の方法を採用し得る。
　上部電極１０４の下面と圧電フィルム１０５の上面とが接触しており、下部電極１０６の上面と圧電フィルム１０５の下面とが接触している。さらに、上部電極１０４の上面と低剛性プレート１０３の下面とが接触しており、下部電極１０６の下面は低剛性プレート１０７の上面と接触している。低剛性プレート１０７の下面と高剛性プレート１０８の上面とが接触している。このような構造は実質的な積層構造と表現することができる。当該積層構造は、実質的には数十ミクロンの薄膜であり、非常にコンパクトな構造である。
　押圧センサ受圧部１０１の中央には、孔１０２が備えられている。孔１０２は、押圧センサ１００を装着する吸着ノズルに、真空引きによる吸引力を発生させるための流路を通すためのものである。
　圧電フィルム１０５は、何らかの力により変形すると、その変形速度に比例した電荷を発生する。この変形の元となる力を圧電フィルム１０５の厚み方向（図４（Ｂ）のｚ方向）のみに加わるようにして、上部電極１０４と下部電極１０６とを介して電荷を取り出せば、図４に示す積層構造は、圧電フィルム１０５の厚み方向の力のみを検出する押圧センサとして利用可能となる。
　ここで、圧電フィルム１０５は非圧縮性材料（ゴム弾性を有する材料における一般的な特性を備えた材料）として扱うことができ、力により変形する際も体積変化は殆ど生じない。そのため、高剛性プレート１０８などにより横方向の変形を完全拘束してしまうと、圧電フィルム１０５は厚み方向に変形できなくなる。よって、本実施例では、圧電フィルム１０５の両側に高剛性プレート１０８よりも剛性の低い低剛性プレート１０３、１０７を配置し、圧電フィルム１０５の横方向への変形を可能としている。
　なお、圧電フィルム１０５、低剛性プレート１０３、１０７、及び高剛性プレート１０８は、接着はせずに積層させるのみでも良いし、接着し積層させても良い。圧電フィルム１０５、低剛性プレート１０３、１０７、及び高剛性プレート１０８は実質的に積層さえしていれば良いということである。接着はせずに積層させるのみの場合は、常に面圧を掛けて層間に隙間がなく接触している状態であることが望ましい。
　本実施例の押圧センサ１００では、外力による変形速度に比例して圧電フィルム１０５が電荷を発生する。この電荷は、圧電フィルム１０５の上下面に配置された上部電極１０４と下部電極１０６とにより取出される。そして、前記電荷により生成される信号（第１の信号）に基づき、押圧センサ１００はランドへの電子部品の着地の際に発生する微小な衝撃力を検知する。
　この圧電フィルム１０５を用いたセンサ出力は、ランドに電子部品が着地した瞬間の力の変化率に依存しており、検出する圧電フィルム１０５の受圧面積には殆ど依存しない特性を持っている。そのため、小型化に適している。
　さらに、センシング要素としての圧電フィルム１０５が薄い樹脂であるため軽量であり、吸着ノズルに組み込んでも可動部の質量は殆ど変化せず、前記吸着ノズルの動作における高速化の妨げにならない。また、圧電フィルム１０５が押圧されることにより発生する電荷を利用するため、電源が不要であり、電子部品実装機に備えられている複数の吸着ノズル全てにセンサを組込んでも、電源への負荷が増えない。
　さらに、詳細は後述するが、制御面においても、衝撃力に対して押圧センサ１００が発するパルス状の出力に基づいて吸着ノズルの下降速度、及び停止位置の少なくとも１つを制御することで、外乱に対してロバストな制御系を構成できる。
　本実施例の押圧センサ１００を部品実装装置へ適用することにより、吸着ノズルの動作の高速性を損なわずに電子部品のランドへの押込み量の最適化を図ることが可能となり、押込み過ぎや押込み不足による不良を回避した生産性の高いシステムを提供することができる。また、積分回路を用いれば、電子部品のランドへの押圧力の計測も可能であり、最適な押圧力での電子部品の実装も可能となる。
　＜実施例２＞
　次に実施例２について図５を用いて説明する。図５（Ａ）は実施例２の押圧センサの上面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＶＢ－ＶＢ線断面図である。以降の説明では他の実施例と異なる部分について説明する。なお、実施例２乃至実施例４に示す構造も実質的な積層構造と表現することができる。
　実施例１との違いは、圧電フィルム１０５の上部電極１０４側の低剛性プレート１０３が存在しない点である。本実施例では、圧電フィルム１０５の上面が自由表面になる。このため、圧電フィルム１０５に吸着ノズルからの力を伝達する押圧治具による横方向の拘束が弱い場合に、その出力を低剛性プレート１０３が存在する場合よりも大きくすることが可能となる。
　ただし、圧電フィルム１０５の上部電極１０４に力が直に加わるため、電極の耐久性の点で、実施例１に対して不利になる場合もある。よって、実施例２において上部電極１０４を構成する材料としては、実施例１の上部電極１０４を構成する材料よりも耐久性の良い材料を用いることが好ましい。
　＜実施例３＞
　次に実施例３について図６を用いて説明する。図６（Ａ）は実施例３の押圧センサの上面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＶＩＢ－ＶＩＢ線断面図である。本実施例は、圧電フィルム１０５の上部電極１０４側の全面が押圧される場合に比較して、押圧センサの出力を大きくすることができる実施例である。先にも述べた通り、圧電フィルム１０５は変形の際に体積が殆ど変化しない。そのため、吸着ノズルからの力を受ける受圧面に対して自由変形面の面積が小さいと、圧電フィルム１０５の見掛けのヤング率Ｅは大きくなる。
　受圧面が円形だった場合のエネルギー法を用いた近似式（服部・武井式）を下記に示す。近似式は、形状係数Ｓ＜２０以下で実験結果と良い一致をみる。
　Ｅ＝Ｇ×（３＋４.９４×Ｓ2）、
　但し、Ｓ（＝受圧面積/自由表面積）：形状係数、Ｇ：せん断弾性係数　ＧＰａ
　この近似式から吸着ノズル部に圧電フィルム１０５を装着し、吸着ノズルからの力が平坦面を介して圧電フィルム１０５の全面に伝達した場合を考える。圧電フィルム１０５と低剛性プレート１０３の剛性とを同じとし、積層構造の幅をφ５ｍｍ、その厚みを０．０８ｍｍ、中央孔サイズをφ３ｍｍと仮定すると、Ｓは６.２５となり、見掛けのヤング率Ｅは圧電フィルム１０５の本来のヤング率の約６５倍となる。この場合、同じ衝撃力を受けても変形量、すなわちセンサ出力は圧電フィルム１０５の本来のヤング率から算出する値の２％弱しか得られないことになる。よって、見掛けのヤング率は小さい方が望ましい。
　実施例３の押圧センサは、上部電極１０４の上に配置される押圧治具３０１と、該押圧治具３０１の下面に設けられた押圧部３０２とを備える。押圧部３０２は、前記見掛けのヤング率が小さくなるよう、形状係数Ｓを小さくするために設けられている。この押圧部３０２が圧電フィルム１０５の一部を押圧する。つまり、押圧部３０２を介して、圧電フィルム１０５に吸着ノズルからの力が伝達される。
　ここでの押圧部３０２の効果を図７（Ａ）及び（Ｂ）に基づき説明する。圧電フィルム１０５は、上部電極１０４側から吸着ノズルに加わった力を受ける。圧電フィルム１０５が力を全面で受ける場合、先に述べたように圧電フィルム１０５は非圧縮性材料として扱われるため、上下面を拘束されると外周部が膨らむ以外は変形することができない。このため、先述のように出力が圧電フィルム１０５の本来のヤング率から算出した値の６５分の１になってしまう。
　そこで、本実施例では、吸着ノズルからの力を圧電フィルム１０５に加えた時に、図７（Ａ）に示すように押圧治具３０１の押圧部３０２が圧電フィルム１０５の一部を押す構成とし、圧電フィルム１０５が変形できるようにしている。そして、図７（Ｂ）に示すように、圧電フィルム１０５の押圧変形した部分が変形流動部４０８に移動することで、圧電フィルム１０５の見掛けのヤング率の増加を防ぐ。押圧部３０２は、圧電フィルム１０５を押すための突起である。
　この押圧治具３０１の効果を図８に示す。図８の横軸は押圧部３０２の直径、縦軸はセンサ出力値比である。センサ出力値比は、圧電フィルム１０５の全面を押した場合のセンサ出力に対する、押圧治具３０１を用いて圧電フィルム１０５を部分的に押圧した場合のセンサ出力の比率を示す。図８から分かるように、押圧部３０２の直径を０．１ｍｍとした時にセンサ出力は約５６倍となる。よって、押圧部３０２の直径を小さくしていくことで、センサの出力は圧電フィルム１０５の形状を考慮しない場合の出力値に近づいていくことが理解できる。
　圧電フィルム１０５の出力は、その変形量が大きくなるにつれ、大きくなる。変形量を大きくする方法としては、上述したように形状起因の見掛けのヤング率増加を防ぐ方法の他にも、元々のヤング率を小さくする方法考えられる。元々のヤング率を小さくする方法では、圧電フィルム１０５の材質は、ポリフッ化ビニリデンやフッ化ビニリデン－テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン－トリフルオロエチレン共重合体など、せん断弾性係数Ｇが０.３～２ＧＰａ程度の材料が用いられる。このように、元々のヤング率が小さい材料は限定されているため、この実施例において低剛性プレートとしては圧電フィルム１０５よりも柔らかいゴムシートを採用し得る。
　一例として、低剛性プレートとしてシリコーンゴムシートを用いる場合を示す。シリコーンゴムシートのせん断弾性係数Ｇは、４～４０ＭＰａ程度であり、圧電フィルム１０５よりも二桁小さいため、センサ出力を大きくすることが可能である。この場合の各層の厚みを圧電フィルムについては０.０３ｍｍ、シリコーンゴムシートについては０.０７ｍｍとすると、センサ出力は約１.２倍になり、シリコーンゴムシートの厚みを０.１２ｍｍとすると約５倍となる。
　なお、本実施例の図６及び図７での押圧部３０２は、丸みを帯びた形状として記載している。押圧部３０２は円柱形状であっても、上面から見て円形以外の他の形状であっても良く、凸形状（他の表現としては突起）でさえあれば良い。
　＜実施例４＞
　次に実施例４について図９を用いて説明する。図９（Ａ）は、実施例４の押圧センサの上面図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）のＩＸＢ－ＩＸＢ線断面図である。本実施例は、実施例２乃至３と同様に、圧電フィルム１０５の上部電極１０４側の全面が押圧される場合に比較して、押圧センサの出力を大きくすることができる実施例である。
　実施例４の押圧センサは、上部電極１０４の上に配置される押圧治具５０１と、該押圧治具５０１の下面に設けられた押圧逃げ部５０２とを備える。押圧逃げ部５０２は、押圧治具５０１の下面から上方に向けて窪んだ凹部である。本実施例と実施例３との違いは、実施例３では変形流動部４０８を図７に示すように押圧部３０２の周囲に形成したのに対して、本実施例では押圧治具５０１の押圧逃げ部５０２に変形流動部４０８の機能を持たせている点にある。本実施例では、押圧治具５０１の加工が実施例３よりも容易であるという利点がある。
　ここでの押圧逃げ部５０２の効果を、押圧逃げ部５０２を拡大した図１０（Ａ）及び（Ｂ）を用いて説明する。図１０（Ａ）は押圧治具５０１が圧電フィルム１０５を押圧する前の状態を、図１０（Ｂ）は押圧後の状態を各々示している。押圧治具５０１により圧電フィルム１０５が押されると、圧電フィルム１０５の一部（ここでは変形移動部６０８と表現できる）が押圧逃げ部５０２内に移動する。本実施例では、この動作により圧電フィルム１０５の変形を容易にしている。押圧逃げ部５０２は圧電フィルム１０５を押すための窪みである。実施例３の押圧部３０２や押圧逃げ部５０２は、圧電フィルム１０５の一部を押す（部分的に押す）ための形状である。
　＜実施例５＞
　次に実施例５について説明する。本実施例は実施例１乃至４にて説明した押圧センサ１００を、部品を保持し搬送するための搬送装置、及び部品実装装置の少なくとも１つへ適用した例である。搬送装置、及び部品実装装置の少なくとも１つは、何らかの部品を搬送するためのシステムの一例であると表現することができる。
　図１１は、本実施例の部品実装装置の構成を模式的に示す図である。本実施例の部品実装装置は、基板２１０５へ部品を実装するための吸着搬送装置１１０１、吸着搬送装置１１０１をｘ方向へ移動させるためのｘビーム２１０２、ｘビーム２１０２をｙ方向に移動させるためのｙビーム２１０３、ｘビーム２１０２、ｙビーム２１０３、吸着搬送装置１１０１を制御するための処理部２１０４を有する。吸着搬送装置１１０１は、ヘッドアクチュエータと称呼される場合もある。
　図１２は、吸着搬送装置１１０１の詳細を説明する断面図である。吸着搬送装置１１０１は、緩衝バネ２１０６付き吸着ノズル８０１をその先端に有する。緩衝バネ２１０６は、電子部品がランドに着地した時の衝撃力を和らげる弾性体の一例である。
　吸着ノズル着脱部８０２は、押圧センサ１００を内部に格納した筐体である。実施例１乃至４の少なくとも１つに記載された押圧センサ１００は、吸着ノズル着脱部８０２内に配置される。押圧センサ１００を実質的に固定するための押圧センサ固定具８０３は、吸着ノズル８０１が接続される側の反対側から押圧センサ１００を固定する。押圧センサ１００は、吸着ノズル８０１が部品を保持するための先端とは反対側の、実質的なノズル端部に配置されている。
　吸着ノズル着脱部８０２、押圧センサ１００、及び押圧センサ固定具８０３には、それらを貫通するよう開口２１０７が形成されている。組立時に作業者は、開口２１０７内に緩衝バネ付き吸着ノズル８０１の前記ノズル端部を差し込み、吸着ノズル固定ピン８０４で、吸着ノズル着脱部８０２に緩衝バネ付き吸着ノズル８０１を固定する。
　吸着ノズル着脱部８０２は、図１３に示す８種類の部品で構成され、図１４のように組み立てて用いる。まず、図１３を用いて部品構成を説明する。吸着ノズル着脱部８０２は、押圧治具３０１と、押圧治具３０１を圧電フィルム１０５に押しつけるための固定バネ９０３と、圧電フィルム１０５からの出力を取り出すための上部電極１０４及び下部電極１０６と、圧電フィルム１０５の変形を助ける低剛性プレート１０７と、圧電フィルム１０５と、低剛性プレート１０７を支える低剛性プレート１０７よりも剛性の高い高剛性プレート１０８と、それらを位置決めして保持する押圧センサ保持具９０１とを有する。押圧センサ固定具８０３は、押圧センサ保持具９０１に固定的に取り付けられている。吸着ノズル着脱部８０２は、上述した構成と実質的に一体成型される場合もある。
　これらを組み立てる際には、作業者は、押圧センサ保持具９０１の中に高剛性プレート１０８、低剛性プレート１０７、下部電極１０６、圧電フィルム１０５、上部電極１０４、押圧治具３０１、固定バネ９０３の順に入れ込み、図１２のように緩衝バネ付き吸着ノズルの固定ピン８０４で固定する。また、組み立て方法としては、図１４の押圧センサ保持具９０１が押圧センサ固定具８０３に対して上下方向に可動できるようにしつつ、押圧センサ保持具９０１が押圧センサ固定具８０３から落ちないようにピンや溝などを利用して組み立てる方法も考えられる。
　次に、図１５乃至図１８を使用して、本実施例での部品実装について説明する。図１５は、吸着搬送装置１１０１を動作させるための周辺装置の概略を示したブロック図である。図１６は、部品実装のフローチャートである。図１７は時間に対する吸着ノズル８０１の速度と押圧センサ１００からの出力との関係を示すタイムチャートである。図１７の下部１２０２には、吸着ノズル８０１のタイムチャートと同期した押圧センサの出力のタイムチャートを示している。すなわち、図１７の上下の図とも横軸は、吸着ノズル８０１がランド推定高さ近くまで下降して減速をはじめた状態から、吸着ノズル８０１がランドに電子部品を置いて水平移動可能な高さに戻る上昇工程までの時間の流れを表している。図１８は後述するＨ１、Ｈ２、ΔＨ、Ｎｈ１、Ｎ０、及びＮｈ２を説明する図である。
　図１５に示すように、吸着搬送装置１１０１の周辺装置は、センサ信号処理部１３０５、サーボコントローラ１３０６、サーボアンプ１３０７、流体制御機器１３０２、レギュレータ１３０３、及び真空ポンプ１３０４を含む。センサ信号処理部１３０５、サーボコントローラ１３０６、サーボアンプ１３０７、及び流体制御機器１３０２の少なくとも１つは、実質的には前述した処理部２１０４に含まれる場合もある。
　まず、吸着搬送装置１１０１がランド上に位置決めされる（図１６のステップ１４０１）。吸着搬送装置１１０１のリニアアクチュエータによって電子部品を吸着した吸着ノズル８０１は、所定の速度（第１の速度Ｖ１）を持ってランドに接近する。センサ信号処理部１３０５は、所定のランド推定高さＨ１を基に、予め設定した減速開始位置まで吸着ノズル８０１が下降したか否かを、リニアアクチュエータのエンコーダーからの出力から判断する（図１６のステップ１４０２）。
　センサ信号処理部１３０５が、吸着ノズル８０１が減速開始位置に到達したと判断した場合（ステップ１４０２でＹＥＳ）、サーボコントローラ１３０６は、吸着ノズル８０１の第１の速度を減速させるようサーボアンプ１３０７を介して指令信号をリニアアクチュエータへ送信する。その結果、吸着ノズル８０１の減速が開始し、第１の速度は第１の速度よりも遅い第２の速度Ｖ２へ変更される。（図１６のステップ１４０４、図１７の符号１２０３）。
　なお、センサ信号処理部１３０５が吸着ノズル８０１はまだ減速開始位置に到達していないと判断した場合（ステップ１４０２でＮＯ）、吸着ノズルの第１の速度V1でのランドへの接近は維持される（図１６のステップ１４０３）。
　ここまでの押圧センサ１００の出力は、図１７の符号１２０７に示すようにゼロである。吸着ノズル８０１が第２の速度Ｖ２でランドへ接近し、その先端に保持した電子部品がランドに接触すると、微小な第１の衝撃力が発生する。その場合、押圧センサ１００からはパルス状の信号（第１の信号）が出力される（図１７の符号１２０８）。センサ信号処理部１３０５は、このパルス状の信号の有無を判断することで、電子部品のランドへの着地を検出する（図１６のステップ１４０５）。センサ信号処理部１３０５が押圧センサ１００からのパルス上の信号を検出した場合、センサ信号処理部１３０５はパルス上の信号を検出した高さを実際のランド高さＨ２と認識する。実際のランド高さＨ２の情報は、サーボコントローラ１３０６へ送信される。その際、センサ信号処理部１３０５は吸着ノズル８０１の高さＮ０の情報を得る。
　サーボコントローラ１３０６は、吸着ノズル８０１の事前に設定された第１の停止高さＮｈ１を第２の停止高さＮｈ２へ変更する。より具体的には、緩衝バネ２１０６の縮み量をＬ１、押込み量をＬ２とするなら、Ｎｈ２＝Ｎ０－（Ｌ１＋Ｌ２）として表現できる。
　さらに、サーボコントローラ１３０６は、吸着ノズル８０１を第２の停止高さＮｈ２で停止させるための減速度の情報を得る。減速度は、吸着ノズル８０１がランドに接近する向きを正の向きとした場合に、負の向きに働く加速度である。減速度は、吸着ノズル８０１が高さＮ０から減速を開始し、第２の停止高さＮｈ２で実質的にＶ２＝０となるよう決定される（図１６のステップ１４０６）。ステップ１４０６は、押圧センサ１００からのパルス上の信号を使用して、吸着ノズル８０１の停止高さ位置の情報、及び減速度の情報の少なくとも１つ（望ましくは両方）を得るステップである。
　実際のランド高さＨ２から電子部品を押し込む際の速度は、図１７の符号１２０４で示されている。緩衝バネ２１０６が実質的に縮みきった際には、第２の衝撃力が発生する場合もある。第２の衝撃力は第１の信号よりも小さいパルス状の信号（第２の信号、図１７の符号１２１０）として、押圧センサ１００から出力される場合もある。
　ステップ１４０６の後に、サーボコントローラ１３０６はリニアアクチュエータを駆動し、吸着ノズル８０１の先端に吸着した電子部品をランドへ押込み量Ｌ１だけ押し込む（図１６のステップ１４０７）。電子部品を押し込んでいる間のセンサ出力は、図１７の符号１２１１で示されている。ステップ１４０７の後に、ノズル速度は図１７の符号１２０５に示すようにゼロとなる。
　その後にサーボコントローラ１３０６はリニアアクチュエータを停止させ、吸着ノズル８０１の負圧を切って電子部品を脱離し、リニアアクチュエータにより吸着ノズル８０１を上昇させる（ステップ１４０８）。上昇時の速度は、図１７の符号１２０６示されている。吸着ノズル８０１が所定の位置まで上昇した場合、部品の実装は終了となる（図１６のステップ１４０９）。なお、電子部品の脱着は、流体制御機器１３０２が真空ポンプ１３０４、及びレギュレータ１３０３を制御し、圧力を調整することで行われる。
　本実施例によれば、押圧センサ１００によって微小な衝撃力を検知することが可能となる。よって、本実施例は以下の効果のうち少なくとも１つを奏すると表現することができる。（１）吸着ノズル８０１に加わる微小な衝撃力を検出でき、吸着ノズル８０１が吸着している微小な部品の破損を防ぐことができる。（２）検知装置をコンパクトに構成できるため、装置の大型化を抑制できる。（３）検知装置を軽量に構成できるため、吸着ノズルの位置決め精度に悪影響を与えない。
　＜実施例６＞
　次に図１９を用いて実施例６について説明する。図１９は、実施例６を説明するためのフローチャートである。図１９は、実施例５と同様に所定のランド上に吸着ノズル８０１を位置決めしてから実装が終了するまでの動作を説明するフローチャートである。この実施例６では、より位置決め精度を高めるために、緩衝バネ２１０６が実質的に縮みきった時に押圧センサ１００から発するパルス状の信号（第２の信号、図１７の符号１２１０）を用いて、より正確に電子部品のランドへの押込み量１５０８を制御するステップ１５０７が追加されている。
　より具体的には、ステップ１５０７では、符号１２０４に示した速度の変化は第２の信号の検出をきっかけに、符号１２０８に示す速度の変化へ変更される。つまり、本実施例は、実施例５のステップ１４０６で決定した減速度を変更するステップを含むと表現することもできる。本実施例によれば、位置決め精度はより高い精度で決定される。
　＜実施例７＞
　次に図２０を用いて実施例７について説明する。図２０は、実施例７に係る吸着搬送装置１１０１の側面図である。吸着搬送装置１１０１は、Ｚ方向のリニアアクチュエータ１１０５、緩衝バネ付き吸着ノズル１１０２、及び吸着した電子部品の角度を調整するロータリーアクチュエータ１１０６を有する。
　本実施例では、緩衝バネ付き吸着ノズル１１０２が上下移動する軌跡は、緩衝バネ付き吸着ノズル１１０２の回転中心を実質的に通過する。つまり、緩衝バネ付き吸着ノズル１１０２が上下移動するための軸と、緩衝バネ付き吸着ノズル１１０２が回転するための軸とが実質的に一致するということである。
　吸着搬送装置１１０１は、実施例５と同様にｘビーム２１０２、ｙビーム２１０３によって基板上を移動し、緩衝バネ付き吸着ノズル１１０２の先端に吸着した電子部品を所定にランド上に位置決めした後、リニアアクチュエータ１１０５により下降して、電子部品をランドに装着する。
　実施例１乃至４の少なくとも１つに記載された押圧センサ１００は、吸着搬送装置１１０１のシャフト１１０４先端にある吸着ノズル着脱部１１０３に、図８のように組み込まれており、緩衝バネ付き吸着ノズル１１０２に加わる力の微分に比例した電荷を発生し、パルス状の信号を出力する。本実施例の吸着搬送装置１１０１も、パルス状の信号に基づき電子部品のランドへの着地を判断する。
　また、緩衝バネ付き吸着ノズル１１０２の先端に吸着した電子部品の着脱は、リニアアクチュエータの制御とリンクした真空吸着用流路１１０７から供給される負圧・正圧の切換により行われる。
　本実施例によれば、緩衝バネ付き吸着ノズル１１０２が上下移動するための軸と緩衝バネ付き吸着ノズル１１０２が回転するための軸とが実質的に一致しているため、部品を実装する際の自由度はさらに高くなる。
　以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記の記載に限定されない。本発明の課題、効果は衝撃力の微小化と切り離して議論することもできる。例えば、特許文献２及び特許文献３では、吸着ノズルに歪センサを組込むことを開示する。しかし、歪センサは比較的重いため、吸着ノズルが水平方向の高速移動から停止する際の振れは大きくなり、位置決め精度が低下する。また、センサを取り付けることにより複数搭載する吸着ノズルの設置間隔が拡大し、装置が大型する等、他の望ましくない現象を発生させる場合もある。このため、高速対応の部品実装機では、吸着ノズル内、又は吸着ノズルを着脱する部分に組込んでも装置の性能に悪影響を与えない小型で軽量なセンサが求められている。
　本発明の検知センサは小型、軽量であるため、以下の効果のうち少なくとも１つを奏すると表現することができる。（１）検知装置をコンパクトに構成できるため、装置の大型化を抑制できる。（２）検知装置を軽量に構成できるため、吸着ノズルの位置決め精度に悪影響を与えない。
 

Claims (9)

  1. 　部品を搬送するためのノズルと、
    　前記部品の着地を意味するパルス状の第１の信号を出力する検知装置と、
    　処理部と、を有し
    　前記検知装置は、圧電体を有し、
    　前記処理部は、前記ノズルの減速度の情報、又は停止位置の情報の少なくとも１つを、前記検知装置から出力される前記第１の信号に基づいて取得する、部品実装装置。
  2. 　請求項１に記載の部品実装装置において、
    　前記検知装置は、第１のプレート、及び前記第１のプレートよりも剛性の高い第２のプレートを有し、
    　前記圧電体、前記第１のプレート、及び前記第２のプレートは積層構造を形成する、部品実装装置。
  3. 　請求項２に記載の部品実装装置において、
    　前記圧電体の一部を押圧する押圧部を有する部品実装装置。
  4. 　請求項３に記載の部品実装装置において、
    　前記押圧部は、突起、又は窪みである部品実装装置。
  5. 　請求項４に記載の部品実装装置において、
    　前記部品が着地した時の衝撃力を和らげる弾性体を有し、
    　前記処理部は、前記弾性体が縮みきった時に前記検知装置から出力されるパルス状の第２の信号に基づいて、前記減速度を変更する、部品実装装置。
  6. 　請求項１に記載の部品実装装置において、
    　前記部品が着地した時の衝撃力を和らげる弾性体を有し、
    　前記処理部は、前記弾性体が縮みきった時に前記検知装置から出力されるパルス状の第２の信号に基づいて、前記減速度を変更する、部品実装装置。
  7. 　圧電体と、
    　第１のプレートと、
    　前記第１のプレートよりも剛性の高い第２のプレートと、を有し、
    　前記圧電体、前記第１のプレート、及び前記第２のプレートは積層構造を有し、
    　前記圧電体からは部品の着地を意味するパルス状の第１の信号が出力される検知装置。
  8. 　請求項７に記載の検知装置において、
    　前記圧電体の一部を押圧する押圧部を有する検知装置。
  9. 　請求項８に記載の検知装置において、
    　前記押圧部は、突起、又は窪みである検知装置。
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