WO2017072829A1 - 部品保持具および部品実装装置 - Google Patents
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Abstract
部品保持具は、負圧又は正圧が供給される第1通路を備えた移動可能なヘッド本体に装着されて、このヘッド本体と共に部品実装用のヘッドを構成するものである。この部品保持具は、部品の当接面を備えた保持具本体と、前記当接面と直交する第1方向に変位可能な状態で前記保持具本体の内部に収容された磁石と、前記磁石を前記当接面から離反する方向に付勢する付勢部材と、前記第1通路に連通するように前記保持具本体に設けられて、第1通路に供給される前記負圧又は前記正圧を、前記付勢部材の付勢力に抗して前記磁石を前記当接面に接近させる作動圧力として前記磁石に導く第2通路とを備える。
Description
本発明は、部品実装用のヘッドに適用される部品保持具および部品実装装置に関するものである。
部品実装装置に搭載される部品実装用のヘッドは、モータ等により昇降および回転駆動される軸状のヘッド本体と、このヘッド本体に着脱可能に装着されるノズル部材とで構成されており、ヘッド本体の内部を通じてノズル部材の先端に負圧が供給されることによって部品を吸着するものが一般的である。
しかし、実装部品が多様化した今日では、ノズル部材による吸引面積を十分に確保できないために、安定的に吸着することが難しい部品も多くなっている。この種の部品については、例えば特許文献1に記載されるような、磁力で部品を吸着するヘッドを用いることが考えられる。このヘッドは、上下方向に延びる一対の吸着部を有しかつ全体が磁性材料で形成された逆U字形のヘッド本体と、前記一対の吸着部の間に介設された永久磁石と、この永久磁石に連結されて当該永久磁石をヘッド本体に対して上下動させる駆動ロッドとを備えている。つまり、部品の吸着時には、各吸着部の下端面(吸着面)近傍に永久磁石を配置し、これにより両吸着面間に生じる磁気強度を増加させることで部品を吸着し、基板上への部品搭載時には、吸着面から上方に永久磁石を引き離し、これにより両吸着面間に生じる磁気強度を減少させることで部品の吸着状態を解除する。
特許文献1に記載のヘッドによれば、上記のように負圧吸着することが難しい部品であっても、磁力を利用することで安定的に部品を吸着することが可能となる。
しかし、このようなヘッドは、上記の通り、部品を負圧吸着する通常のヘッドとは基本構造が異なるため、負圧で部品を吸着する通常のヘッドを設けた上で、さらに磁力で部品を吸着するヘッドを設けようとすると、部品実装装置の大型化や著しいコスト高を伴うこととなる。さらに、このヘッドを既存の部品実装装置に後付けすることは、ハード面およびソフト面において大幅な改良が必要となるため困難である。
本発明は、部品実装装置において、より簡単かつ安価な構成で部品を磁力によって吸着し、基板上に搭載できるようにする技術を提供することを目的としている。
そして、本発明は、所定の負圧又は正圧が供給される第1通路を備えた移動可能なヘッド本体に装着されて、このヘッド本体と共に部品実装用のヘッドを構成する部品保持具であって、部品の当接面を備えた保持具本体と、前記当接面と直交する第1方向に変位可能な状態で前記保持具本体の内部に収容された磁石と、前記磁石を前記当接面から離反する方向に付勢する付勢部材と、前記第1通路に連通するように前記保持具本体に設けられて、第1通路に供給される前記負圧又は前記正圧を、前記付勢部材の付勢力に抗して前記磁石を前記当接面に接近させる作動圧力として前記磁石に導く第2通路と、を備えているものである。
以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。
[部品実装装置の構成]
図1及び図2は、本発明に係る部品実装装置1を示しており、図1は平面図で、図2は正面図で、それぞれ部品実装装置1を示している。なお、図面中には、各図の方向関係を明確にするために、XYZ直角座標軸を示している。X方向は水平面と平行な方向であり、Y方向は水平面上でX方向と直交する方向であり、Z方向はX、Y両方向に直交する方向である。なお、Z方向は、適宜上下方向ともいう。
図1及び図2は、本発明に係る部品実装装置1を示しており、図1は平面図で、図2は正面図で、それぞれ部品実装装置1を示している。なお、図面中には、各図の方向関係を明確にするために、XYZ直角座標軸を示している。X方向は水平面と平行な方向であり、Y方向は水平面上でX方向と直交する方向であり、Z方向はX、Y両方向に直交する方向である。なお、Z方向は、適宜上下方向ともいう。
部品実装装置1は、基台2と、この基台2上でプリント配線板等の基板Pを搬送する基板搬送機構3と、部品供給部5と、ヘッドユニット6と、このヘッドユニット6を駆動するヘッドユニット駆動機構と、部品認識カメラ7と、ツールストッカー8と、当該部品実装装置1の動作を統括的に制御するコントローラ9(図3に示す)とを備えている。
基板搬送機構3は、基板PをX方向に搬送する一対のベルトコンベア4を備えており、図1の右側(X1方向側)から基板Pを受け入れて所定の実装作業位置(同図に示す位置)に搬送し、実装作業後、この基板Pを同図の左側(X2方向側)に搬出する。
部品供給部5は、基板搬送機構3の両側(Y方向の両側)に配置されている。各部品供給部5には、ベルトコンベア4に沿って複数のテープフィーダ5aが配置されている。各テープフィーダ5aは、テープを担体(キャリア)として、IC、トランジスタ、コンデンサ等の小片状の電子部品(チップ部品)を供給するものである。また、装置前側(Y2側)の部品供給部5には、さらにトレイフィーダ5bが配置されている。このトレイフィーダ5bは、バスバーやメッシュプレート等の金属部品を載置した状態で供給するものである。
前記ヘッドユニット6は、各部品供給部5から部品を取り出して基板P上に実装するものであり、ヘッドユニット駆動機構により一定の領域内でX方向およびY方向に移動可能に設けられている。具体的には、ヘッドユニット駆動機構は、高架のフレーム上に各々固定されてY方向に延びる一対の固定レール10と、これら固定レール10に移動可能に支持されたX方向に延びるユニット支持部材11と、このユニット支持部材11に螺合挿入されてY軸サーボモータ13により駆動されるボールねじ軸12とを含む。また、ヘッドユニット駆動機構は、ユニット支持部材11に固定され、ヘッドユニット6をX方向に移動可能に支持する固定レール14と、ヘッドユニット6に螺合挿入されてX軸サーボモータ16を駆動源として駆動されるボールねじ軸15とを含む。つまり、ヘッドユニット駆動機構は、X軸サーボモータ16によりボールねじ軸15を介してヘッドユニット6をX方向に駆動し、また、Y軸サーボモータ13によりボールねじ軸12を介してユニット支持部材11をY方向に駆動する。その結果、ヘッドユニット6が一定の領域内でX方向およびY方向に移動する。
ヘッドユニット6は、複数本の軸状のヘッド20と、これらヘッド20を駆動するヘッド駆動機構とを備えている。当例では、ヘッドユニット6は、X方向に一列に並ぶ合計5本のヘッド20を備えている。
ヘッド駆動機構は、各ヘッド20にそれぞれ対応して設けられたZ軸サーボモータ24により各ヘッド20を個別に昇降(Z方向に移動)させる昇降駆動機構と、各ヘッド20に共通する一つのR軸サーボモータ(図示省略)により各ヘッド20を同期してヘッド中心軸回り(R方向)に回転させる回転駆動機構とを含む。
ヘッド20は、ヘッドユニット6のフレームに回転および昇降可能に支持されて、前記昇降駆動機構および前記回転駆動機構によって駆動される軸状のヘッド本体21と、このヘッド本体21の先端(下端)に着脱可能に装着(連結)される部品吸着用ツール22とによって構成されている。部品吸着用ツール22は、部品を吸着して保持するものであり、当例では、負圧により部品を吸着するノズル部材22Aと、磁力により部品を吸着する部品保持具22Bとの2種類が、部品の種類に応じて選択的にヘッド本体21に装着される。
各ヘッド20(ヘッド本体21)は、それぞれ、図3に示す圧力供給ユニット26(本発明の圧力供給装置に相当する)に接続されている。圧力供給ユニット26は、ノズル部材22Aにより部品を吸装着する際に、当該ノズル部材22Aに負圧および正圧を供給するものであり、次のような構成を有する。
ヘッド本体21には、負圧および正圧を供給する圧力供給管28が接続されている。圧力供給管28は、同図に示すように、第1、第2の2つの分岐管29a,29bに分岐している。第1分岐管29aの末端は、サイレンサ32aを具備するエジェクタ32に接続されており、当該第1分岐管29aの途中には、電磁バルブ等かなる負圧発生バルブ30aが介設されている。一方、第2分岐管29bの末端は、圧縮エア供給源34とエジェクタ32とを繋ぐエア供給管35の途中に接続されており、第1分岐管29aの途中には、電磁バルブ等かなる正圧発生バルブ30bおよび可変絞り弁33が介設されている。そして、エア供給管35のうち、第2分岐管29bの接続位置とエジェクタ32との間にフィルター36及び逆止弁37が介設されている。つまり、負圧発生バルブ30aがオン(開)、正圧発生バルブ30bがオフ(閉)のときには(図3の状態)、圧縮エア供給源34で生成された圧縮エアがエジェクタ32に導入され、その際のエジェクタ効果によりヘッド本体21内の後記内部通路21a内のエアが第1分岐管29aおよび圧力供給管28を通じて吸引される。すなわち、圧力供給ユニット26は、ヘッド本体21(内部通路21a)に負圧を供給する。一方、負圧発生バルブ30aがオフ(閉)、正圧発生バルブ30bがオン(開)の時には、圧縮エア供給源34で生成された圧縮エアが、第2分岐管29bおよび圧力供給管28を通じて前記内部通路21aに供給される。すなわち、圧力供給ユニット26は、ヘッド本体21(内部通路21a)に正圧を供給する。なお、圧縮エア供給源34は、各ヘッド20の圧力供給ユニット26について共通である。
ヘッドユニット6は、さらに基板認識カメラ25を備えている。基板認識カメラ25は、基板Pの識別のために、当該基板Pに記された各種マークを撮像するとともに、後記ツールストッカー8に収納された部品吸着用ツール22(22A,22B)の有無や識別のために、当該部品吸着用ツール22に付された各種コードを撮像するものである。
前記部品認識カメラ7は、各ヘッド20により部品供給部5から取り出された部品の吸着状態を認識するために、当該部品を下側から撮像するものである。部品認識カメラ7は、図1に示すように、基台2上の各部品供給部5と基板搬送機構3との間の位置にそれぞれ配設されている。
前記ツールストッカー8は、ヘッド20に装着される部品吸着用ツール22(22A,22B)を保管するものであり、図1に示すように、装置前側(Y2側)の部品供給部5と基板搬送機構3との間に配設されている。詳細図を省略するが、ツールストッカー8は、上向きに開口する複数個のツール収納孔を備えており、部品吸着用ツール22、つまり、ノズル部材22Aや部品保持具22Bは、これらツール収納孔に挿入された状態で保管される。ツールストッカー8には、ノズル形状の異なる複数のノズル部材22Aと部品保持具22Bとが保管されており、必要に応じてこれらが選択的にヘッド20に装着される。
前記コントローラ9は、周知のマイクロコンピュータをベースとするもので、プログラムを実行する中央演算処理装置(CPU)と、例えばRAMやROMにより構成されたメモリと、電気信号の入出力を行う入出力(I/O)バスとを備えている。そして、本発明に関連する機能構成として、コントローラ9は、図3に示すように、駆動制御部42(本発明の制御装置に相当する)および記憶部43を備えている。
記憶部43は、上記メモリやハードディスクで構成されており、部品実装装置1の動作を制御するために要する各種プログラムやデータを記憶する。例えば、ヘッド20による部品の実装動作やその際のヘッド20に対する負圧および正圧の供給タイミング等の一連の実装動作に必要なプログラムやデータが当該記憶部43に記憶されている。
駆動制御部42は、X軸サーボモータ13およびY軸サーボモータ16を介してヘッドユニット6の移動を制御するとともに、Z軸サーボモータ24およびR軸サーボモータを介して各ヘッド20の昇降や回転を制御する。また、駆動制御部42は、各圧力供給ユニット26の負圧発生バルブ30aおよび正圧発生バルブ30bを介して各ヘッド20に対する負圧および正圧の供給を制御する。これらの駆動制御部42による制御は、記憶部43に記憶された上記プログラムやデータに基づいて行われる。
[ヘッドおよび部品吸着用ツールの詳細構造]
まず、図4及び図5を用いてヘッド20およびノズル部材22Aについて説明した後に、図6~図10を用いて部品保持具22Bの構成について詳細に説明する。
まず、図4及び図5を用いてヘッド20およびノズル部材22Aについて説明した後に、図6~図10を用いて部品保持具22Bの構成について詳細に説明する。
図4は、ヘッド本体21にノズル部材22Aが装着された状態のヘッド20の断面図であり、図5は、ヘッド本体21からノズル部材22Aが取り外された状態のヘッド20およびノズル部材22Aの断面図である。なお、ノズル部材22Aの説明は、特に言及する場合を除き、ヘッド本体21に装着された状態を基準とする。部品保持具22Bの説明についても同様である。
図4および図5に示すように、ヘッド本体21は、上下方向(Z方向)に伸びる円筒状の主軸部50と、この主軸部50に対して軸方向(上下方向)に移動可能に連結された円筒状のツールホルダ52(本発明の連結部に相当する)とにより構成されている。ツールホルダ52は、ノズル部材22A等が着脱可能に連結されるものである。
ツールホルダ52は、その上端(Z2方向側の端部)に主軸嵌合用凹部54を、下端にツール嵌合用凹部56をそれぞれ備えており、主軸嵌合用凹部54に主軸部50の下端部が嵌入されることにより、主軸部50に対して連結されている。なお、主軸嵌合用凹部54の周壁には、上下方向に延びる長孔58が形成されており、この長孔58に、主軸部50に固定された規制ピン53が挿入されている。この構成により、ツールホルダ52が主軸部50に対して抜け止めされるとともに、主軸部50に対するツールホルダ52の上下方向の可動範囲が規制されている。また、主軸部50の内側には段差部が形成されており、この段差部と主軸嵌合用凹部54の内底部との間にコイルスプリング60が介設されることにより、コイルスプリング60の弾発力により、ツールホルダ52が主軸部50に対して下向きに付勢されている。つまり、ヘッド20による部品の吸着および装着時には、ノズル部材22A等とツールホルダ52とが主軸部50に対して弾性的に後退(上昇)することにより、クッション機能が発揮されるようになっている。
ツールホルダ52の内部には、2つの嵌合用凹部54、56を連通する連通孔55が形成されている。主軸部50の内部とツールホルダ52の内部とは連通しており、これにより、ヘッド本体21の内部に、前記圧力供給ユニット26からノズル部材22Aに負圧および正圧を供給するための内部通路21a(本発明の第1通路に相当する)が形成されている。
ツールホルダ52の外周面のうち、ツール嵌合用凹部56に対応する部分には、ノズル部材22Aを係止するための係止片62が固定されている。係止片62は、上端部がツールホルダ52に固定された上下方向に延びる短冊状の板ばね63と、この板ばね63の先端(下端)に固定された円柱状の係止爪64とを備えており、係止爪64を板ばね63の弾発力によりツールホルダ52の中心に向かって付勢する構成となっている。ツール嵌合用凹部56の周壁には開口部56aが形成されており、前記係止爪64は、この開口部56aを通じてツール嵌合用凹部56の内側に突入している。
一方、ノズル部材22Aは、図5に示すように、部品を吸着する部分である部品吸着部70と、鍔部73と、ヘッド本体21に連結される部分である嵌合軸部72とが上下に並んだ筒状の構造を有している。
ノズル部材22Aは、図4に示すように、嵌合軸部72がツールホルダ52の前記ツール嵌合用凹部56に嵌入され、嵌合軸部72が係止片62によりツールホルダ52に係止されることで、ヘッド本体21に対して着脱可能に連結されている。
詳細に説明すると、嵌合軸部72の外周面には、係合凹部72aが形成されている。そして、嵌合軸部72をツール嵌合用凹部56に嵌入すると、これに伴い前記係止片62が外側に撓み変形し、ノズル部材22Aが完全にヘッド本体21(ツールホルダ52)に連結されると、つまり、図4に示すように、嵌合軸部72の端部がツール嵌合用凹部56の内底部に当接する位置まで当該嵌合軸部72が嵌入されると、係止片62が弾性復帰して係止爪64が係合凹部72aに係合する。これにより、図4に示すように、ノズル部材22Aがツールホルダ52に係止(保持)される。一方、この状態から、前記係止片62の弾発力よりも大きい引き抜き力(下向きの力)をノズル部材22Aに与えると、これに伴い係止片62が外側に撓み変形し、係止片62によるノズル部材22Aの係止状態が解除される。これにより、ノズル部材22Aがツールホルダ52から分離される。
なお、図4に示すように、ノズル部材22Aがヘッド本体21に連結された状態では、内部通路21aとノズル部材22Aの内部とが連通し、これにより、ノズル部材22Aの先端への前記負圧および正圧の供給が可能となっている。
次に、部品保持具22Bの構成について説明する。
図6は、部品保持具22Bの斜視図であり、図7は、部品保持具22Bの分解斜視図であり、図8(a)、(b)は、部品保持具22Bの断面図であり、図9は、ヘッド本体21に部品保持具22Bが装着された状態のヘッド20の断面図である。なお、図8(b)は、図8(a)とは異なる位置における部品保持具22Bの断面を示している。
図6に示すように、部品保持具22Bは、上述したノズル部材22Aと類似した外観形状を有している。すなわち、部品保持具22Bは、部品を吸着する部分である部品吸着部93と、鍔部92と、ヘッド本体21に連結される部分である嵌合軸部90(本発明の被連結部に相当する)とが上下に並んだ構造を有している。嵌合軸部90の形状は、ノズル部材22Aの嵌合軸部72の形状と同一である。従って、部品保持具22Bは、ノズル部材22Aと同様に、ヘッド本体21に着脱可能に連結される。具体的には、部品保持具22Bは、図9に示すように、嵌合軸部90がツールホルダ52の前記ツール嵌合用凹部56に嵌入され、係合凹部90aを介して嵌合軸部90が係止片62によりツールホルダ52に係止されることによって、ヘッド本体21に着脱可能に連結される。
部品保持具22Bは、図7および図8(a)、(b)に示すように、部品と当接する例えば平面である当接面83を下端に有する上記部品吸着部93、上記鍔部92および上記嵌合軸部90を備えた保持具本体80と、前記当接面83と直交する方向(上下方向/Z方向/本発明の第1方向に相当する)に変位可能な状態で保持具本体80の内部に収容された磁石84と、この磁石84を前記当接面83から離反する方向(上方向/Z2方向)に付勢するコイルスプリング86(本発明の付勢部材の一つ)と、磁石84に作動圧力を導くために保持具本体80の内部に形成された圧力供給通路100(本発明の第2通路に相当する)と、を備えている。
保持具本体80は、互いに組付けられた第1パーツ81と第2パーツ82とで構成されており、両パーツ81、82は、いずれも非磁性材料により形成されている。
第1パーツ81は、上記嵌合軸部90と、上記鍔部92と、くびれ部94と、外周面に雄ねじが形成されたねじ軸部96と、円筒状のスリーブ部98とを備えた略軸状の部品であり、これら嵌合軸部90、鍔部92、くびれ部94、ねじ軸部96およびスリーブ部98が上側から順に並んだ構造を有している。ねじ軸部96の外径は嵌合軸部90よりもやや大きく、スリーブ部98の外径はねじ軸部96よりもやや小さい。そのため、ねじ軸部96の外周面とスリーブ部98の外周面との間には段差が形成されている。
第2パーツ82は、上記当接面83を備えたカップ形の部材である。詳しくは、上方が開口した中空かつ有底の逆円錐台形状のカップ形の部材である。第2パーツ82は、その内側に前記ねじ軸部96および前記スリーブ部98を介在させた状態で、第1パーツ81の鍔部92の下側に組付けられている。具体的には、第2パーツ82の上部内周面には雌ねじが形成されており、第1パーツ81の前記ねじ軸部96の外周面上に第2パーツ82が螺合されることで、当該第2パーツ82が第1パーツ81に組付けられている。これにより、両パーツ81、82により上記保持具本体80が構成されている。
なお、両パーツ81、82を組付けた状態では、図8(a)に示すように、第2パーツ82の上端部が第1パーツ81の鍔部92の下面に当接するとともに、第1パーツ81のスリーブ部98の先端(下端)が第2パーツ82の内底面に当接している。そして、このスリーブ部98の内壁面98aと第2パーツ82の内底面とによって、断面円形でかつ上下方向に亘って一定の内径を有する磁石収容室105が形成され、この磁石収容室105に、前記磁石84および前記コイルスプリング86が収容されている。
前記コイルスプリング86は、上下方向に伸縮可能な状態で磁石収容室105に配置されている。コイルスプリング86の下端部は、磁石収容室105の底面(第2パーツ82の内底面)に形成された凹部82bに嵌め込まれており、これにより、コイルスプリング86が磁石収容室105の中心に位置決めされている。
前記磁石84は、コイルスプリング86と磁石収容室105の天井面との間に介設されており、このコイルスプリング86により当接面83から離反する方向、すなわち上方に向かって付勢されている。磁石84は、コイルスプリング86からの弾発力を受ける球状部85aと、この球状部85aに繋がってコイルスプリング86の一端からその内側に挿入されて下向きに伸びる軸状部85bとを備えている。球状部85aは、硬磁性体(すなわち、永久磁石)から構成され、軸状部85bは、軟磁性体により構成されている。
軸状部85bは端面が平坦は円柱状であり、磁石84は、軸状部85bの端面が磁石収容室105の底面に当接する作動位置と、球状部85aが磁石収容室105の天井面に当接する退避位置(図8(a)に示す位置)とに亘って変位可能となっている。なお、軸状部85bの外径は、当該軸状部85bが磁石収容室105の内周面に沿って摺動し得るように、当該磁石収容室105の内径に近い寸法に設定されている。
前記圧力供給通路100は、ノズル部材22Aによる部品の吸装着時に使用される負圧を磁石84の作動圧力、すなわち、磁石84をコイルスプリング86の弾発力に抗して退避位置から作動位置に移動させるための作動圧力として磁石84に導くための通路である。
圧力供給通路100は、図8(a)に示すように、前記嵌合軸部90に形成された内部通路101と、スリーブ部98の外周面と第2パーツ82の内周面との間に形成された円筒状の空間104と、当該空間104と前記内部通路101とを連結するように前記ねじ軸部96の内部に形成された複数の連絡通路102と、前記スリーブ部98に形成された複数の開口部98bとによって構成されている。スリーブ部98の前記開口部98bは、当該スリーブ部98をその厚み方向に貫通する貫通孔であり、スリーブ部98の先端(下端)部分に形成されている。これにより、圧力供給通路100は、磁石収容室105の下端部(当接面83側の端部)で磁石収容室105に連通している。また、前記内部通路101は、嵌合軸部90の端面に開口しており、これによりヘッド本体21側の内部通路21aに連通可能となっている。
つまり、部品保持具22Bは、ヘッド本体21に連結された状態で、当該ヘッド本体21の内部通路21aから前記圧力供給通路100を通じて磁石収容室105の下端部に負圧を導くことが可能となっており、当該負圧が磁石収容室105に供給されることで、コイルスプリング86の弾発力に抗して磁石84が退避位置から作動位置に移動し、当該負圧の供給が停止されると、コイルスプリング86の弾発力によって磁石84が作動位置から退避位置にリセットされるようになっている。磁石収容室105には、負圧と同様に正圧も供給可能であり、磁石84がリセットされる際には、後述するように、負圧に代えて正圧が磁石収容室105内に供給されることで、当該リセット動作が促進され、リセット動作に要する時間が短縮される。
なお、上記複数の連絡通路102は、それぞれ内部通路101の先端(下端)から下方に伸びてねじ軸部96の下端面に開口しており、各連絡通路102は、周方向に等間隔で設けられている。
図7および図8(b)に示すように、第1パーツ81には、さらに磁石収容室105の上端部から上向きに伸びて、それぞれ上記くびれ部94の外周面に開口する複数のエア抜き通路103が形成され、また、第2パーツ82には、その上端部の周方向の複数の位置に切欠部82aが形成されている。この構成により、磁石収容室105は、当該複数のエア抜き通路103を通じて大気開放されている。つまり、磁石84が磁石収容室105に沿って移動する際には、これら通路103を通じて空気が出入りすることで、磁石84が磁石収容室105に沿ってスムーズに移動し得るようになっている。
[部品実装装置の作用効果]
上記コントローラ9の制御に基づく部品実装装置1の部品実装動作について説明する。なお、各ヘッド20には、当初、ノズル部材22Aが装着されているものとする。
上記コントローラ9の制御に基づく部品実装装置1の部品実装動作について説明する。なお、各ヘッド20には、当初、ノズル部材22Aが装着されているものとする。
当該実装動作では、まず、ヘッドユニット6が部品供給部5上に移動し、順次ヘッド20が昇降することにより、各ヘッド20により部品が部品供給部5から取り出される。具体的には、テープフィーダ5aの上方にヘッド20が配置された後、ヘッド20が下降し、ノズル部材22Aの先端が部品に当接するタイミングで、圧力供給ユニット26から当該ヘッド20に負圧が供給される。これにより、ノズル部材22Aによって部品が負圧吸着される。そしてその後、ヘッド20が上昇することにより、テープフィーダ5aから部品が取り出される。
部品の吸着が完了すると、ヘッドユニット6が部品認識カメラ7の上方に移動し、各部品の吸着状態が画像認識される。その後、ヘッドユニット6が位置決めされている基板P上に移動し、ヘッド20の昇降に伴い吸着部品が基板P上に実装される。具体的には、最初の実装ポイントの上方にヘッド20が配置された後、ヘッド20が下降し、部品が基板P上に当接するタイミングで、圧力供給ユニット26からの当該ヘッド20に対する負圧の供給が停止されるとともに、瞬間的に、圧力供給ユニット26から当該ヘッド20に正圧が供給される。これにより、ノズル部材22Aによる部品の吸着状態が解除されて、当該部品が基板P上に搭載される。そしてその後、当該ヘッド20が上昇する。
このようにして、複数のヘッド20のうち、最初のヘッド20の吸着部品が基板P上に搭載されると、次の部品の搭載動作に移行される。そして、最終的に全てのヘッド20の吸着部品が基板P上に搭載されると、ヘッドユニット6が部品供給部5に移動し、上述した動作と同様の動作で、部品の吸着および基板P上への部品の搭載が行われる。
なお、このような実装動作中、トレイフィーダ5bからバスバー等の金属部品を取り出す際には、ヘッドユニット6がツールストッカー8上に移動し、一部のヘッド20のノズル部材22Aが部品保持具22Bに交換される。具体的には、ヘッド20の下降に伴いノズル部材22Aが空のツール収納孔に挿入され、図外の係止具により当該ノズル部材22Aが係止された後、ヘッド20が上昇する。これにより、ヘッド本体21からノズル部材22Aが引き抜かれてツールストッカー8に収納される。そして、別のツール収納孔に収納されている部品保持具22Bの上方に当該ヘッド本体21が配置された後、当該ヘッド本体21が昇降することにより、当該ヘッド本体21に部品保持具22Bが装着(連結)される。すなわち、図9に示すように、嵌合軸部90がヘッド本体21のツール嵌合用凹部56に嵌入され、当該嵌合軸部90が係止片62によりヘッド本体21に係止されることによって、部品保持具22Bがヘッド本体21に装着される。
部品保持具22Bが装着されたヘッド20により部品を実装する場合のヘッド20の動作や各圧力供給ユニット26の動作は、ノズル部材22Aが装着されたヘッド20により部品を実装する場合の上記動作と同じである。すなわち、トレイフィーダ5bからの部品の取り出しの際には、トレイフィーダ5bの上方にヘッド20が配置された後、図10(a)に示すようにヘッド20が下降し、部品保持具22Bの先端、つまり当接面83が部品Cに当接するタイミングで、圧力供給ユニット26から当該ヘッド20に負圧が供給される。これにより、ノズル部材22Aによって部品が磁気吸着される。つまり、負圧がヘッド20の内部通路21aから部品保持具22Bの圧力供給通路100を通じて磁石収容室105に供給されることで、図10(b)に示すように、磁石84がコイルスプリング86の弾発力に抗して退避位置から作動位置に移動し、このように当接面83に近い作動位置に磁石84が配置されることで、その磁力により部品Cが当接面83に磁気吸着される。そしてその後、ヘッド20が上昇することにより、トレイフィーダ5bから部品Cが取り出される。
一方、基板Pへの部品の搭載の際には、基板P上の実装ポイント上方にヘッド20が配置された後、ヘッド20が下降し、部品が基板P上に当接するタイミングで、圧力供給ユニット26からの当該ヘッド20に対する負圧の供給が停止されるとともに、瞬間的に、当該ヘッド20に対して正圧が供給される。これにより、部品保持具22Bに磁気吸着されている部品Cが基板P上に搭載される。つまり、負圧の供給が停止されることで、磁石84がコイルスプリング86の弾発力により作動位置から退避位置にリセットされ、このように当接面83から離れた退避位置に磁石84が配置されることで、部品Cに作用する磁力が低下し、部品の吸着状態が解除される。この際、上記のように、瞬間的(一時的)に正圧が供給されることで、磁石84のリセット動作が促進され、部品Cの吸着状態が速やかに解除される。そしてその後、図10(c)に示すように、ヘッド20が上昇することで、部品Cが基板P上に搭載されることとなる。
なお、この実施形態では、負圧が本発明の第1圧力に相当し、正圧が本発明の第2圧力に相当する。
以上のように、この部品実装装置1によれば、部品吸着用ツール22として、部品を負圧により吸着するノズル部材22Aと、部品を磁力により吸着する部品保持具22Bを選択的に用いることができるので、吸引面積を十分に確保できないためにノズル部材22Aでは保持できない上記バスバーやメッシュプレート等の部品であっても、部品保持具22Bを用いることで、当該部品を安定的に吸着して基板P上に搭載することが可能となる。そのため、実装部品の自由度を高めることができる。
特に、上記部品保持具22Bは、ノズル部材22Aの嵌合軸部72と同一形状の嵌合軸部90を有しており、ノズル部材22Aと同様にしてヘッド本体21に装着(連結)される。また、上記部品保持具22Bは、部品を負圧吸着するために圧力供給ユニット26から供給される負圧を利用して磁石84を作動させるように構成されている。そのため、部品を負圧吸着して搬送する一般的な部品実装装置の基本構成を保ちながら、部品を磁気吸着することが可能になる。すなわち、部品を負圧吸着するタイプの部品実装装置は、当該部品実装装置1と同様に、ヘッドの内部通路を通じて部品吸着用の負圧や吸着状態解除用の正圧を部品に与えるように構成されるのが一般的であるが、上記部品保持具22Bによれば、その負圧を磁石84の作動圧力として利用しているので、当該負圧を供給するための設備をそのまま利用して磁石84を作動させることが可能となる。
また、上記部品保持具22Bによれば、上述の通り、負圧および正圧の供給動作を含めて、ノズル部材22Aを用いる場合と同じ動作で部品を吸着して基板Pに搭載することができる。つまり、当該部品保持具22Bを用いる場合も、ノズル部材22Aを用いる場合と同じプログラムでヘッド20や圧力供給ユニット26を制御することが可能になる。そのため、ハード面のみならずソフト面についても、前記一般的な部品実装装置の基本構成を保ちながら部品を磁気吸着することが可能になる。
従って、上記の部品保持具22Bによれば、簡単かつ安価な構成で部品を磁力によって吸着し、基板上に搭載することができようになる。また、ハード面やソフト面の改良を伴うことなく、既存の部品実装装置に追加して使用することが可能になるという利点もある。
さらに、上記部品保持具22Bによれば、磁石84が、磁石収容室105の内周面に沿って摺動可能な球状部85aと、この球状部85aに繋がってコイルスプリング86の内側に挿入される軸状部85bとを備えた構成であるため、次のような利点もある。
まず、磁石収容室105の内周面に沿って球状部85aが摺動するので、振れを伴うことなく磁石84を当該磁石収容室105に沿って円滑に移動させることができる。特にこの場合、球状部85aと磁石収容室105の内周面とは線接触となるので、球状ではなく円柱状であり内周面とが面接触の場合に比べて当該内周面と磁石84との摩擦抵抗が低減される。そのため、この点でも磁石84を磁石収容室105に沿って円滑に移動させることができる。しかも、磁石84は、球状部85aに繋がってコイルスプリング86の内側に挿入される軸状部85bを有しているので、コイルスプリング86を用いた比較的簡単な構成で磁石84を付勢しながらも、磁石収容室105への負圧供給時には、磁石84をより部品に近い位置に配置して当該部品を確実に磁気吸着できるという利点がある。つまり、軸状部85bが無い場合には、当該コイルスプリング86が完全に収縮した場合でも、磁石84は、コイルスプリング86の寸法分だけ磁石収容室105の底面から離れた位置に配置されることとなるが、軸状部85bを有する上記磁石84によれば、上記の通り、コイルスプリング86の収縮に伴い軸状部85bを介して磁石84を磁石収容室105の底面に当接させることができるので(図10(b)参照)、磁石84をより部品に近い位置に配置して、その磁力を部品に作用させることができる。従って、より確実に部品を吸着することが可能になる。
また、上記部品実装装置1によれば、部品保持具22Bにより部品を基板P上に搭載する際に、圧力供給ユニット26による負圧の供給を停止した後、瞬間的に正圧を供給して磁石84のリセット動作を促進させるようにしているので、磁石84のリセット動作が滞ることによるトラブル、例えば部品の持ち帰り等が生じることを抑制することができるという利点もある。
[変形例]
(1)上記部品実装装置10では、部品保持具22Bが吸着した部品を基板P上に搭載する際、圧力供給ユニット26からヘッド20(磁石収容室105)への負圧の供給を停止し、その後、瞬間的にヘッド20に正圧を供給することよって、磁石84のリセット動作を促進させるようにしている。しかし、このような正圧の供給動作を省略し、コイルスプリング86の弾発力のみで、磁石84を作動位置から退避位置にリセットさせるようにしてもよい。
(1)上記部品実装装置10では、部品保持具22Bが吸着した部品を基板P上に搭載する際、圧力供給ユニット26からヘッド20(磁石収容室105)への負圧の供給を停止し、その後、瞬間的にヘッド20に正圧を供給することよって、磁石84のリセット動作を促進させるようにしている。しかし、このような正圧の供給動作を省略し、コイルスプリング86の弾発力のみで、磁石84を作動位置から退避位置にリセットさせるようにしてもよい。
(2)上記部品実装装置10では、部品保持具22Bは、ヘッド本体21に対して着脱可能な構成であるが、部品保持具22Bは、ヘッド本体21に対して着脱不能に一体的に組み込まれているものであってもよい。
(3)上記部品保持具22Bは、圧力供給ユニット26から供給される負圧を作動圧力として磁石84を作動させる、すなわち磁石84をコイルスプリング86の付勢力に抗して退避位置から作動位置に移動させる構成であるが、正圧(エア圧)を作動圧力として磁石84を作動させる構成としてもよい。この場合には、上記連絡通路102に代えて、磁石収容室105の上端部と内部通路101とを連絡する連絡通路を設けるとともに、スリーブ部98の外側の上記空間104から上方に伸びて上記くびれ部94の外周面上に開口するように上記エア抜き通路103を設けるようにすればよい。つまり、部品の吸着の際には、内部通路101から磁石収容室105の上端部に正圧を供給し、当該正圧により磁石84を退避位置から作動位置に押し下げ、部品の装着の際には、正圧の供給を停止し、コイルスプリング86の弾発力により磁石84を作動位置から退避位置にリセットするようにする。この場合、正圧の供給後、内部通路101から磁石収容室105の上端部に負圧を瞬間的に供給することにより、磁石84のリセット動作を促進させるようにしてもよい。なお、この場合には、正圧が本発明の第1圧力に相当し、負圧が本発明の第2圧力に相当する。
以上説明した本発明をまとめると以下の通りである。
本発明は、負圧又は正圧が供給される第1通路を備えた移動可能なヘッド本体に装着されて、このヘッド本体と共に部品を磁気吸着するためのヘッドを構成する部品保持具であって、部品の当接面を備えた保持具本体と、前記当接面と直交する第1方向に変位可能な状態で前記保持具本体の内部に収容された磁石と、前記磁石を前記当接面から離反する方向に付勢する付勢部材と、前記第1通路に連通するように前記保持具本体に設けられて、第1通路に供給される前記負圧又は前記正圧を、前記付勢部材の付勢力に抗して前記磁石を前記当接面に接近させる作動圧力として前記磁石に導く第2通路と、を備えているものである。
この部品保持具によれば、ヘッド本体に負圧又は正圧が供給されると、当該負圧がヘッド本体から第1、第2通路を通じて磁石に導かれ、付勢部材の付勢力に抗して磁石が当接面に接近する。これにより部品が磁石の磁力で吸着される。一方、ヘッド本体への前記負圧又は正圧の供給が停止されると、付勢部材の付勢力によって磁石が当接面から離間する位置にリセットされる。これにより、部品に作用する磁力が低下し、部品の吸着状態が解除される。従って、この部品保持部によれば、部品を負圧吸着する一般的な部品実装装置の構成を保ちながら、部品を磁力により吸着して基板上に搭載できるようになる。すなわち、部品を負圧吸着する部品実装装置は、ヘッドの内部通路を通じて部品吸着用の負圧や吸着状態解除用の正圧を部品に与えるように構成されているが、上記部品保持具によれば、ヘッドに負圧又は正圧を供給するための設備を利用して磁石を移動させることが可能となる。従って、より簡単かつ安価な構成で部品を磁力によって吸着し、基板上に搭載できるようになる。
より具体的な構成として、前記保持具本体は、前記第1方向に伸びる磁石収容室を有し、前記磁石および前記付勢部材は、前記磁石収容室に収容され、前記第2通路は、前記第1方向における前記磁石収容室の一端部で当該磁石収容室に連通している。
この構成によれば、負圧又は正圧を作動圧力として、前記磁石を第1方向に円滑に移動させることが可能となる。
この場合、前記磁石は、前記磁石収容室の内周面に沿って摺動可能な形状を有するものであるのが好適である。
この構成によれば、磁石収容室の内周面と磁石との隙間が低減され、作動圧力をより無駄なく磁石に作用させること、つまり、磁石をより確実に移動させることが可能となる。
さらにこの場合、前記磁石収容室は、断面円形でかつ前記第1方向に亘って一定の内径を有しており、前記磁石は、前記磁石収容室の内周面に摺動可能な球状部を有するものであるのが好適である。
この構成によれば、磁石収容室の内周面と磁石とが線接触となり摩擦抵抗が低減されるため、磁石をより円滑に移動させることが可能となる。
なおこの場合、前記付勢部材は、前記第1方向に伸縮可能なコイルスプリングであり、前記磁石は、前記コイルスプリングの一端に当接して当該コイルスプリングから付勢力を受ける前記球状部と、この球状部に繋がって前記一端からコイルスプリングの内側に挿入された柱状部とを有するものであるのが好適である。
この構成によれば、コイルスプリングの内側に柱状部が設けられている分、コイルスプリングの収縮に伴い、磁石をより当接部に接近させることが可能となる。そのため、コイルスプリングを用いた比較的簡単な構成で磁石を付勢しながら、部品をより確実に磁力で吸着することが可能となる。
この場合、前記球状部および柱状部は硬磁性体(すなわち、永久磁石)により一体に形成されていてもよいが、前記球状部は、硬磁性体により形成され、前記柱状部は、軟磁性体により形成されているものであってもよい。
なお、前記ヘッド本体は、部品を負圧吸着するためのノズル部材が着脱可能に連結される連結部を備え、かつ部品吸着用の前記負圧が前記第1通路に供給されるものである場合には、当該部品保持具は、前記連結部に連結可能な被連結部を有し、当該被連結部が前記連結部に連結されることにより前記ヘッドに着脱可能に装着されるものであり、前記第2通路は、前記負圧を前記作動圧力として前記磁石に導くものであるのが好適である。
この構成によれば、部品を負圧吸着するためのノズル部材が着脱可能に連結されるヘッド本体に対して、部品保持具を着脱可能に連結することが可能となる。そのため、特別な構造をヘッド本体側に設けることなく、前記部品保持具をヘッド本体に組み付けて使用することが可能となる。また、部品保持具により部品を実装する場合も、ノズル部材により部品を実装する場合と同等の動作に基づいて部品を実装することが可能となる。すなわち、部品吸着時には、部品保持具に負圧を供給して磁石を当接面に接近させ、部品搭載時には、当該負圧の供給を停止させて磁石を当接面から離反させることになるので、ノズル部材による部品の実装時と同等の動作に従って部品を実装することが可能となる。
この場合、前記第2通路は、前記第1方向における前記磁石収容室の一端部であって前記当接面側の一端部で前記磁石収容室に連通している構成とすることができる。
この構成によれば、前記負圧によって、前記磁石を前記付勢部材の付勢力に抗して良好に前記当接面に接近させることが可能となる。
一方、本発明の部品実装装置は、第1通路を備えた移動可能なヘッド本体と、前記第1通路に負圧又は正圧を供給する圧力供給装置と、前記ヘッド本体に装着される上記何れかに記載の部品保持具と、前記負圧又は正圧を、前記作動圧力として前記部品保持具の磁石に付与すべく前記圧力供給装置を制御する制御装置とを備えるものである。
この部品実装装置によれば、上記のような部品保持具を用いた簡単かつ安価な構成で部品を磁力によって吸着し、基板上に搭載できるようになる。
なお、この構成においては、前記圧力供給装置が、負圧および正圧を択一的に前記第1通路に供給するものであり、前記負圧および前記正圧の一方を第1圧力、他方を第2圧力と定義したときに、前記部品保持具は、前記第1圧力を前記作動圧力とするものであり、前記制御装置は、前記圧力供給装置を制御し、前記部品保持具により部品を磁気吸着するときには前記第1圧力を供給し、当該部品を基板上に搭載するときには前記第1圧力の供給を停止した後、一時的に前記第2圧力を供給するものであるのが好適である。
この構成によれば、磁石のリセット動作が促進されるため、部品の持ち帰り等のトラブルを抑制することが可能となる。
Claims (10)
- 負圧又は正圧が供給される第1通路を備えた移動可能なヘッド本体に装着されて、このヘッド本体と共に部品を磁気吸着するためのヘッドを構成する部品保持具であって、
部品の当接面を備えた保持具本体と、前記当接面と直交する第1方向に変位可能な状態で前記保持具本体の内部に収容された磁石と、前記磁石を前記当接面から離反する方向に付勢する付勢部材と、前記第1通路に連通するように前記保持具本体に設けられて、第1通路に供給される前記負圧又は正圧を、前記付勢部材の付勢力に抗して前記磁石を前記当接面に接近させる作動圧力として前記磁石に導く第2通路とを備えている、ことを特徴とする部品保持具。 - 請求項1に記載の部品保持具において、
前記保持具本体は、前記第1方向に伸びる磁石収容室を有し、
前記磁石および前記付勢部材は、前記磁石収容室に収容され、
前記第2通路は、前記第1方向における前記磁石収容室の一端部で当該磁石収容室に連通している、ことを特徴とする部品保持具。 - 請求項2に記載の部品保持具において、
前記磁石は、前記磁石収容室の内周面に沿って摺動可能な形状を有する、ことを特徴とする部品保持具。 - 請求項3に記載の部品保持具において、
前記磁石収容室は、断面円形でかつ前記第1方向に亘って一定の内径を有しており、
前記磁石は、前記磁石収容室の内周面に摺動可能な球状部を有する、ことを特徴とする部品保持具。 - 請求項4に記載の部品保持具において、
前記付勢部材は、前記第1方向に伸縮可能なコイルスプリングであり、
前記磁石は、前記コイルスプリングの一端に当接して当該コイルスプリングから付勢力を受ける前記球状部と、この球状部に繋がって前記一端からコイルスプリングの内側に挿入された柱状部とを有する、ことを特徴とする部品保持具。 - 請求項5に記載の部品保持具において、
前記球状部は、硬磁性体により形成され、前記柱状部は、軟磁性体により形成されている、ことを特徴とする部品保持具。 - 請求項2乃至6に記載の部品保持具において、
前記ヘッド本体は、部品を負圧吸着するためのノズル部材が着脱可能に連結される連結部を備え、かつ部品吸着用の負圧が前記第1通路に供給されるものであって、
当該部品保持具は、前記連結部に連結可能な被連結部を有し、当該被連結部が前記連結部に連結されることにより前記ヘッドに着脱可能に装着されるものであり、
前記第2通路は、前記負圧を前記作動圧力として前記磁石に導くものである、ことを特徴とする部品保持具。 - 請求項7に記載の部品保持具において、
前記第2通路は、前記第1方向における前記磁石収容室の一端部であって前記当接面側の一端部で前記磁石収容室に連通している、ことを特徴とする部品保持具。 - 第1通路を備えた移動可能なヘッド本体と、
前記第1通路に負圧又は正圧を供給する圧力供給装置と、
前記ヘッド本体に装着される請求項1乃至8の何れか一項に記載の部品保持具と、
前記負圧又は正圧を、前記作動圧力として前記部品保持具の磁石に付与すべく前記圧力供給装置を制御する制御装置とを備える、ことを特徴とする部品実装装置。 - 請求項9に記載の部品実装装置において、
前記圧力供給装置は、負圧および正圧を択一的に前記第1通路に供給するものであり、
前記負圧および前記正圧の一方を第1圧力、他方を第2圧力と定義したときに、
前記部品保持具は、前記第1圧力を前記作動圧力とするものであり、
前記制御装置は、前記圧力供給装置を制御し、前記部品保持具により部品を磁気吸着するときには前記第1圧力を供給し、当該部品を基板上に搭載するときには前記第1圧力の供給を停止した後、一時的に前記第2圧力を供給する、ことを特徴とする部品実装装置。
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