WO2020179059A1

WO2020179059A1 - 実装機

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Publication number: WO2020179059A1
Application number: PCT/JP2019/009096
Authority: WO
Inventors: 雅吉永; 将一三浦
Original assignee: 株式会社Ｆｕｊｉ
Priority date: 2019-03-07
Filing date: 2019-03-07
Publication date: 2020-09-10
Also published as: JPWO2020179059A1

Abstract

多軸における動作制御によって電子部品を回路基板に実装する多軸制御機構を備え、多軸は、互いに直交し、回生エネルギーが発生するＸ軸及びＹ軸と、Ｘ軸及びＹ軸と直交する上下方向へ延び、回生エネルギーを駆動源とする動作制御が多軸制御機構によって行われるＺ軸とで構成される実装機。

Description

実装機

　本開示は、多軸の動作で電子部品を回路基板に実装する実装機において、多軸の動作に基づいて発生した回生エネルギーを利用する技術に関するものである。

　従来、多軸の動作に基づいて発生した回生エネルギーを利用することに関し、種々の技術が提案されている。例えば、下記特許文献１に記載の技術は、ワークと工具とが同期して数値制御される機械の停電時の制御を行う停電時制御方法において、停電検出に応答して工具用モータ、ワーク用モータ及び工具軸送り用モータを駆動するアンプと入力電源との間に設置されている電源回生パワー回路の電源回生動作を停止させ、前記アンプと前記電源回生パワー回路との間に接続されたＤＣリンク部に抵抗放電ユニットを接続可能にし、無停電電源装置によって電源バックアップされた数値制御装置により、前記工具用モータ及びワーク用モータに対して互いに所定の同期を保ちながら減速する指令を出し、前記工具用モータ及びワーク用モータの減速動作によって発生される回生パワーを基に、前記数値制御装置により前記工具軸送り用モータを駆動して、工具をワークと干渉しない領域まで退避させる、ことからなることを特徴とする。

特開平８－５４９１４号公報

　これにより、上記特許文献１に記載の技術は、数値制御装置に対して工具用モータ及びワーク用モータが互いに所定の同期を保ちながら減速するようにし、これらモータの減速運転によって発生される回生パワーで工具軸送り用モータを制御することで工具を安全な領域まで退避させるようにしているが、多軸の動作で電子部品を回路基板に実装する実装機においても、回生パワーの好適な利用が望まれていた。

　本開示は、上述した点を鑑みてなされたものであり、電子部品を回路基板に実装する多軸の動作制御に対し、回生エネルギーを好適に利用することが可能な実装機を提供することを課題とする。

　本明細書は、多軸における動作制御によって電子部品を回路基板に実装する多軸制御機構を備え、多軸は、互いに直交し、回生エネルギーが発生するＸ軸及びＹ軸と、Ｘ軸及びＹ軸と直交する上下方向へ延び、回生エネルギーを駆動源とする動作制御が多軸制御機構によって行われるＺ軸とで構成される実装機を開示する。

　本開示によれば、実装機は、電子部品を回路基板に実装する多軸の動作制御に対し、回生エネルギーを好適に利用することが可能である。

本実施形態の実装機が表された斜視図である。同実装機の制御構成を説明するための図である。同実装機の電源遮断時における動作制御を説明するための図である。同実装機の電源遮断時における動作制御を説明するための図である。

　以下、本開示の好適な実施形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。但し、図面では、構成の一部が省略されて描かれており、描かれた各部の寸法比等は必ずしも正確ではない。更に、図面において、符号Ｄ１は、左右方向であるＸ軸方向を示している。符号Ｄ２は、前後方向であるＹ軸方向を示している。符号Ｄ３は、上下方向であるＺ軸方向を示している。

　図１に表されるように、本実施形態では、２個の実装機１６ａ，１６ｂが、共通ベース１４上に隣接して並んだ状態で設置されている。Ｘ軸方向Ｄ１は、実装機１６が隣接して並んだ方向である。Ｙ軸方向Ｄ２は、Ｘ軸方向Ｄ１と直交する水平方向である。Ｚ軸方向Ｄ３は、Ｘ軸方向Ｄ１、及びＹ軸方向Ｄ２の両方、つまり水平面に対して直交する方向である。従って、Ｘ軸方向Ｄ１、Ｙ軸方向Ｄ２、及びＺ軸方向Ｄ３は、互いに直交している。

　各実装機１６ａ，１６ｂは、同じ構成である。以下、各実装機１６ａ，１６ｂを、区別せず総称する場合には、実装機１６と表記する。実装機１６は、実装機本体２０、搬送装置２２、移動装置２４、供給装置２６、及び実装ヘッド２８等を備えている。実装機１６は、搬送装置２２により搬送される例えばプリント基板等の回路基板４４（図３，図４）に対し、電子部品５８（図３，図４）を実装する作業を実施するものである。

　実装機本体２０は、フレーム部３０及びビーム部３２を有している。ビーム部３２は、フレーム部３０の上方に架け渡されている。尚、フレーム部３０の前方側の端部には、テープフィーダ支持台７７が設けられている。

　搬送装置２２は、２個のコンベア装置４０，４２、及び基板保持装置４８（図２）を備えている。各コンベア装置４０，４２は、Ｘ軸方向Ｄ１に延び、互いに平行にフレーム部３０に設けられている。各コンベア装置４０，４２は、コンベア用モータ４６（図２）を駆動部等として、各コンベア装置４０，４２に支持される回路基板４４（図３，図４）をＸ軸方向Ｄ１に搬送する。基板保持装置４８（図２）は、搬送された回路基板４４（図３，図４）を所定の位置において、押し上げて固定する。

　移動装置２４は、不図示の、Ｙ軸方向スライド機構、及びＸ軸方向スライド機構等を備えている。Ｙ軸方向スライド機構は、不図示の、Ｙ軸方向Ｄ２に延びる１対のガイドレール、スライダ、及びＹ軸モータ６２（図２）等を有している。ガイドレールは、ビーム部３２に固定されている。スライダは、Ｙ軸モータ６２（図２）の駆動に応じて、ガイドレールに案内されて、Ｙ軸方向Ｄ２の任意の位置に移動する。同様にして、Ｘ軸方向スライド機構は、不図示の、Ｘ軸方向Ｄ１に延びる１対のガイドレール、スライダ、及びＸ軸モータ６４（図２）等を有している。Ｘ軸方向スライド機構のガイドレールは、Ｙ軸方向スライド機構のスライダに固定されている。Ｘ軸方向スライド機構のスライダは、Ｘ軸モータ６４（図２）の駆動に応じて、ガイドレールに案内されて、Ｘ軸方向Ｄ１の任意の位置に移動する。Ｘ軸方向スライド機構のスライダには、実装ヘッド２８が固定されている。実装ヘッド２８は、電子部品５８（図３，図４）を吸着して回路基板４４（図３，図４）に実装するものである。

　供給装置２６は、フィーダ型の供給装置であり、フレーム部３０の前方側の端部に設けられている。供給装置２６は、複数のテープフィーダ７０を有している。テープフィーダ７０は、テープフィーダ支持台７７に支持されている。テープフィーダ７０は、送出装置７８等の駆動に応じ、リール７２に巻き付けられたテープ化部品を引き出しつつ開封することによって、電子部品をテープフィーダ７０の下流側に送り出して供給する。

　実装ヘッド２８は、４個の吸着ノズル軸（不図示）、正負圧供給装置５２（図２）、ノズル昇降装置５４（図２）、及びノズル回転装置５６等を備えている。各吸着ノズル軸は、ＸＹ平面（水平面）における形状が略円形形状である実装ヘッド２８の軸に対して、ＸＹ平面（水平面）において均等に配置されている。吸着ノズル軸の下方には、吸着ノズルホルダ（不図示）が固定されている。吸着ノズルホルダは、吸着ノズル５０（図３，図４）を着脱可能に保持する。また、実装ヘッド２８には、正負圧供給装置５２から負圧エアと正圧エアとが供給される供給路が形成されている。これにより、実装ヘッド２８は、負圧エアが供給されることによって、吸着ノズル５０（図３，図４）にて電子部品５８（図３，図４）を吸着で保持し、僅かな正圧エアが供給されることによって、保持している電子部品５８（図３，図４）を離脱することができる。

　ノズル昇降装置５４は、上下方向つまりＺ軸方向Ｄ３で、吸着ノズル軸を昇降させる。ノズル回転装置５６は、吸着ノズル軸を、実装ヘッド２８の軸心回りに公転させる。詳しくは、ノズル回転装置５６は、予め決められた停止位置毎に、吸着ノズル軸を間欠回転させる。また、ノズル昇降装置５４は、４個の停止位置の１つである、予め決められた昇降位置にて、吸着ノズル軸を昇降させる。ノズル回転装置５６は、吸着ノズル軸を、その軸心回りに自転させる。これにより、吸着ノズル５０（図３，図４）は、保持する電子部品５８（図３，図４）の上下方向の位置、及び電子部品５８（図３，図４）の保持姿勢を変更することができる。

　尚、ノズル昇降装置５４では、停電等によって電源が遮断されると、ブレーキが作動して、吸着ノズル５０（図３，図４）の上下方向の位置が固定され、電源の遮断が解消されると、ブレーキが解除される。但し、そのようなブレーキは、公知技術で構成されるため、その詳細な説明は省略する。

　次に、実装機１６の実装作業について説明する。回路基板４４（図３，図４）は、コンベア装置４０，４２により所定の位置まで搬送され、基板保持装置４８により固定される。これに対して、移動装置２４は、実装ヘッド２８を供給装置２６まで移動させる。次に、吸着ノズル５０（図３，図４）は、供給装置２６の供給位置まで下降し、電子部品５８（図３，図４）を吸着して保持する。その後、吸着ノズル５０（図３，図４）は、上昇する。尚、実装ヘッド２８は、４個の吸着ノズル軸を有するため、最大４個の電子部品５８（図３，図４）を保持することができる。実装ヘッド２８が複数の電子部品５８（図３，図４）を吸着で保持する際には、吸着ノズル軸の昇降位置への回転と、昇降位置における昇降が繰り返される。次に、移動装置２４は、実装ヘッド２８を回路基板４４（図３，図４）の実装位置の上方まで移動させる。次に、吸着ノズル５０（図３，図４）が、回路基板４４（図３，図４）の近傍位置まで下降し、電子部品５８（図３，図４）を離脱する。電子部品５８（図３，図４）の吸着の場合と同様にして、実装ヘッド２８が複数の電子部品５８（図３，図４）を実装する際には、吸着ノズル軸の昇降位置への回転と、昇降位置における昇降が繰り返される。更に、実装ヘッド２８による、電子部品５８（図３，図４）の吸着から離脱までの１連の作業が繰り返されることによって、回路基板４４（図３，図４）に複数の電子部品５８（図３，図４）が実装される。

　図２を用いて、実装機１６の制御システム構成について説明する。実装機１６は、上記した構成の他に、制御装置１４０等を備えている。制御装置１４０は、ＣＰＵ１４１、ＲＡＭ１４２、及びＲＯＭ１４３等を有している。ＣＰＵ１４１は、ＲＯＭ１４３に記憶されている各種のプログラムを実行することによって、電気的に接続されている各部を制御する。ここで、各部とは、搬送装置２２、移動装置２４、実装ヘッド２８、及び供給装置２６等である。ＲＡＭ１４２は、ＣＰＵ１４１が各種の処理を実行するための主記憶装置として用いられる。ＲＯＭ１４３には、制御プログラム、及び各種のデータ等が記憶されている。

　搬送装置２２は、上記した構成の他に、コンベア用モータ４６を駆動する駆動回路１３２、及び基板保持装置４８を駆動する駆動回路１３３等を有している。移動装置２４は、上記した構成の他に、Ｘ軸モータ６４を駆動する駆動回路１３４、及びＹ軸モータ６２を駆動する駆動回路１３５等を有している。尚、Ｙ軸モータ６２は、シャフトモータである。

　実装ヘッド２８は、上記した構成の他に、正負圧供給装置５２を駆動する駆動回路１３６、ノズル昇降装置５４を駆動する駆動回路１３７、及びノズル回転装置５６を駆動する駆動回路１３８等を有している。供給装置２６は、上記した構成の他に、送出装置７８を駆動する駆動回路１３１等を有している。

　このような制御システム構成によって、実装機１６では、サーボ制御が行われている。サーボ制御では、制御装置１４０がコントローラとして機能し、各駆動回路１３１，１３２，１３３，１３４，１３５，１３６，１３７，１３８がサーボアンプとして機能する。よって、コンベア用モータ４６、Ｙ軸モータ６２、及びＸ軸モータ６４には、サーボモータが使用されている。更に、基板保持装置４８、正負圧供給装置５２、ノズル昇降装置５４、ノズル回転装置５６、及び送出装置７８では、サーボモータが、サーボ制御の駆動部及び検出部として使用されている。

　従って、実装機１６は、Ｙ軸モータ６２、Ｘ軸モータ６４、及びノズル昇降装置５４の駆動部等で構成される多軸の動作をサーボ制御することによって、電子部品５８の実装を回路基板４４に対して行っている。

　実装機１６は、上記した構成の他に、コンパレータＣを備えている。実装機１６は、コンパレータＣを介して、電源Ｐに接続されている。このようにして、実装機１６は、電源Ｐを駆動源としている。コンパレータＣは、バッテリーＢを有している。

　コンパレータＣは、電源Ｐの電圧が基準値（例えば、商用電源電圧未満の値）よりも小さくなったときに、実装機１６の駆動源を電源ＰからバッテリーＢに切り換える。従って、電源Ｐが停電等で遮断されると、コンパレータＣによって、実装機１６の駆動源が、電源ＰからバッテリーＢに切り換えられる。その際、実装ヘッド２８の惰性動作によって、Ｘ軸モータ６４及びＹ軸モータ６２で発生した回生エネルギーが、バッテリーＢに蓄電される。

　具体的には、回路基板４４に対する電子部品５８の実装作業中、つまり、実装ヘッド２８が移動装置２４によってＸ軸方向Ｄ１及びＹ軸方向Ｄ２で移動中に、電源Ｐが遮断されると、例えば、図３に表されるように、ビーム部３２と回路基板４４との間において、電子部品５８を吸着ノズル５０で保持した状態の実装ヘッド２８が、矢印Ａ１が示す向きへ惰性で移動しながら停止する。その際、実装ヘッド２８のＸ軸モータ６４及びＹ軸モータ６２がジェネレーターとして機能することによって、回生エネルギーが発生すると共に、その発生した回生エネルギーがバッテリーＢに蓄電される。

　更に、電源Ｐの電圧が基準値（例えば、商用電源電圧未満の値）よりも小さくなったときには、コンパレータＣの出力信号が、例えばハイからロウに切り替わる。そのように切り替わった出力信号を制御装置１４０が受信すると、制御装置１４０は、実装ヘッド２８の移動制御を行わせることはないけれども、駆動回路１３７に命令することによって、ノズル昇降装置５４に対して、吸着ノズル軸を上昇させる動作制御を行わせる。これにより、電源Ｐの遮断時には、図４に表されるように、実装ヘッド２８において電子部品５８を保持した状態の吸着ノズル５０が、Ｚ軸方向Ｄ３において上方へ向かって移動し、矢印Ａ２が示す向きへ退避する。尚、この退避動作は、上述したように、バッテリーＢを駆動源とし、バッテリーＢ内の回生エネルギーが無くなるまで行われる。

　このような点は、実装ヘッド２８が移動装置２４によってＸ軸方向Ｄ１のみに移動中に、又は、実装ヘッド２８が移動装置２４によってＹ軸方向Ｄ２のみに移動中において、電源Ｐが遮断された場合でも、同様である。更に、実装ヘッド２８の吸着ノズル５０が電子部品５８を保持していない状態において、電源Ｐが遮断された場合でも、同様である。

　以上詳細に説明したように、本実施形態の実装機１６は、電子部品５８を回路基板４４に実装する多軸の動作制御に対し、回生エネルギーを好適に利用することが可能である。

　ちなみに、本実施形態において、ノズル昇降装置５４、Ｙ軸モータ６２、Ｘ軸モータ６４、駆動回路１３４、駆動回路１３５、及び駆動回路１３７等で構成される機構は、多軸制御機構の一例である。制御装置１４０は、制御部の一例である。コンパレータＣは、切替部の一例である。

　尚、本開示は、上記実施形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
　例えば、バッテリーＢには、Ｘ軸モータ６４で発生した回生エネルギーのみが蓄電されてもよいし、Ｙ軸モータ６２で発生した回生エネルギーのみが蓄電されてもよい。

　１６　実装機
　４４　回路基板
　５４　ノズル昇降装置
　５８　電子部品
　６２　Ｙ軸モータ
　６４　Ｘ軸モータ
１３４　駆動回路
１３５　駆動回路
１３７　駆動回路
１４０　制御装置
　　Ｂ　バッテリー
　　Ｃ　コンパレータ
　Ｄ１　Ｘ軸方向
　Ｄ２　Ｙ軸方向
　Ｄ３　Ｚ軸方向
　　Ｐ　電源

Claims

　多軸における動作制御によって電子部品を回路基板に実装する多軸制御機構を備え、
　前記多軸は、
　互いに直交し、回生エネルギーが発生するＸ軸及びＹ軸と、
　前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸と直交する上下方向へ延び、前記回生エネルギーを駆動源とする動作制御が前記多軸制御機構によって行われるＺ軸とで構成される実装機。
　前記回生エネルギーは、電源が遮断されたときに前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸の少なくとも一つにおける惰性の動作によって発生する請求項１に記載の実装機。
　前記回生エネルギーが蓄電されるバッテリーを備える請求項２に記載の実装機。
　前記電源の電圧値が基準値よりも小さくなったときに、前記多軸制御機構の駆動源を前記電源から前記バッテリーに切り替えると共に、第１信号から第２信号に出力信号を切り替える切替部と、
　前記切替部の前記出力信号を受信し、前記出力信号が前記第１信号から前記第２信号に切り替わったことに応じ、前記Ｚ軸において上方へ向かう動作制御を前記多軸制御機構に行わせる制御部とを備える請求項３に記載の実装機。