JP3585538B2 - Electronic component mounting method and apparatus - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、多様な電子部品をプリント基板等の基板上に高速で実装するための電子部品の実装方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリント基板に対する相対位置を変えることができる装着ヘッドに吸着ノズルを昇降自在に設け、電子部品を吸着ノズルで保持し、それをプリント基板上に搭載する電子部品の実装装置が従来より知られている。
【０００３】
この種の電子部品の実装装置を用いて、その吸着ノズルで保持された電子部品をプリント基板上に搭載する際、電子部品の種類によってその厚さが異なるため、多様な電子部品を最適条件でプリント基板面に実装しようとしても、吸着ノズルの上下動作パターンが１つだけでは最適条件を満足する部品実装は実現できない。
【０００４】
このため、従来は主に次の２つの方法で実装時の吸着ノズルの上下動作を変化させている。
【０００５】
（１） 吸着ノズルの上下ストロークはカム動作等で一定のまま、吸着ノズルの高さを任意にシフトする（この方法を開示するものとしては特公平３−２４０７９号や特開昭６３−１６０４００号がある。）。
【０００６】
（２） 吸着ノズルを昇降駆動する駆動レバーの長さ、支点位置関係を任意に変化させることで吸着ノズルの上下ストローク量を調整する（この方法を開示するものとしては特公平４−４７４８０号や特開平１−２６１８９８号がある。）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電子部品の実装装置において、電動機駆動による上下用カムの動作で吸着ノズルを上下させることは、高速動作のために必要不可欠である。単純に吸着ノズルの高さやストローク調整のみを考えれば、ボール螺子等を用いた直動機構、或はリニアモータを使用すれば可能であるが、高速で往復運動させるには不利であるし、また機構が大型化しコスト高になり易い。吸着ノズルの高速動作のためにカム動作とした場合には、上述した（１），（２）の方法では高さやストロークの調節機構が途中に入るため、吸着ノズル上下動作用のモータ（電動機）の他に、調節のための任意角度で位置決めできるモータが別に必要となり、機構も複雑でコスト高となる嫌いがある。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、上下用カムを１回転させて所定ストロークで吸着ノズルを高速で昇降させる場合と、同じ又は異なる上下用カムを用いて電子部品厚さに合わせた高さまで吸着ノズルを下降させて当該上下用カムを停止し、そこから逆転することで吸着ノズルを上昇させて任意ストロークで上下動作させる場合とを使い分けることを可能とし、多様な電子部品の基板への装着を適正に実行可能な電子部品の実装方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願第１発明に係る電子部品の実装方法は、吸着ノズルを下部に有する昇降軸を上下用カムにより昇降駆動する装着ヘッドを用いて基板に電子部品を実装する場合において、前記上下用カムを１回転させて前記吸着ノズルを昇降駆動する既定ストローク動作と、前記上下用カムを任意角度回転させ前記吸着ノズルの下降動作途中で停止させてから逆転させて前記吸着ノズルを上昇させる可変ストローク動作とを選択可能としたことを特徴としている。
【００１０】
また、本願の第２発明に係る電子部品の実装方法は、吸着ノズルを下部に有する昇降軸を上下用カムにより昇降駆動する装着ヘッドを用いて基板に電子部品を実装する場合において、前記昇降軸を昇降駆動する上下用カムを複数種設け、それらの複数種の上下用カムの中から選択された上下用カムを１回転させて前記吸着ノズルを昇降駆動する既定ストローク動作と、前記複数種の上下用カムの中から選択された同じ又は別の上下用カムを任意角度回転させ前記吸着ノズルの下降動作途中で停止させてから逆転させて前記吸着ノズルを上昇させる可変ストローク動作とを選択可能としたことを特徴としている。
【００１１】
本願第３発明に係る電子部品の実装装置は、吸着ノズルを下部に有する昇降軸を昇降自在に設けて、該昇降軸を上下用カムにより昇降駆動する装着ヘッドを備えた構成において、正回転及び逆回転が可能な駆動源を設けて、前記上下用カムを回転駆動し、前記上下用カムを１回転させて前記吸着ノズルを昇降駆動する既定ストローク動作と、前記上下用カムを任意角度回転させ前記吸着ノズルの下降動作途中で停止させてから逆転させて前記吸着ノズルを上昇させる可変ストローク動作とを、選択的に実行可能としている。
【００１２】
本願第４発明に係る電子部品の実装装置は、吸着ノズルを下部に有する昇降軸を昇降自在に設けて、該昇降軸を上下用カムにより昇降駆動する装着ヘッドを備えた構成において、上下用カムを複数種設けるとともに、それらの上下用カムのうちの１つを選択する選択手段を設け、正回転及び逆回転が可能な駆動源を設けて、それらの複数種の上下用カムを回転駆動し、前記選択手段で選択された上下用カムを１回転させて前記吸着ノズルを昇降駆動する既定ストローク動作と、前記選択手段で選択された同じ又は別の上下用カムを任意角度回転させ前記吸着ノズルの下降動作途中で停止させてから逆転させて前記吸着ノズルを上昇させる可変ストローク動作とを、選択的に実行可能としている。
【００１３】
上記第３又は第４発明に係る電子部品の実装装置において、前記装着ヘッドの移動方向に平行にスプライン軸を配設し、該スプライン軸に嵌合するスプラインナットを前記装着ヘッドの本体にて回転自在に保持し、該スプラインナットに前記上下用カムを設けるとともに、前記装着ヘッドの本体に前記上下用カムに従動するカムフォロアを設けて、前記スプライン軸に連動して回転する前記上下用カムで前記カムフォロアを駆動し、該カムフォロアで前記昇降軸を昇降駆動する構成としてもよい。
【００１４】
【作用】
本発明の電子部品の実装方法及び装置においては、装着ヘッドに対して昇降自在に設けられている吸着ノズルを昇降駆動する場合に、上下用カムを１回転させて前記吸着ノズルを昇降駆動する既定ストローク動作（一定ストローク動作）と、上下用カムを前記吸着ノズルの下降動作途中で停止してから逆転して前記吸着ノズルを上昇させる可変ストローク動作（任意ストローク動作）とを選択できるため、厚さの異なる多様な電子部品をプリント基板等の基板面に最適条件で（電子部品に加わる衝撃を最少となるように）実装でき、実装後の電子部品の品質を適正に維持することができる。
【００１５】
また、複数種の上下用カムを設ける構成とした場合には、実装する電子部品に応じて適切な上下用カムを選択することができ、最適条件で実装可能な電子部品の種類を広げることができる。
【００１６】
さらに、前記装着ヘッドの移動方向に平行にスプライン軸を配設し、該スプライン軸に嵌合するスプラインナットを前記装着ヘッドの本体にて回転自在に保持し、該スプラインナットに前記上下用カムを設けるとともに、前記装着ヘッドの本体に前記上下用カムに従動するカムフォロアを設けて、前記スプライン軸に連動して回転する前記上下用カムで前記カムフォロアを駆動し、該カムフォロアで前記昇降軸を昇降駆動する機構とすれば、前記上下用カムの回転駆動源を前記スプライン軸の端部側に設ければよく、前記装着ヘッド自体に設ける必要が無くなり、装着ヘッドの軽量化が可能になり、装着ヘッドを高速で移動させ得る。従って、電子部品の実装装置における装着ヘッドの移動時間まで考慮したときの電子部品の装着速度を向上させることができる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明に係る電子部品の実装方法及び装置の実施例を図面に従って説明する。
【００１８】
図１乃至図５は本発明の実施例の主要構成部分である装着ヘッド部分を示すものであり、図６乃至図８は実施例の全体構成を示す。まず、本発明の実施例の全体構成について説明する。これらの図において、１は装着ヘッドであり、該装着ヘッド１の本体２を相互に平行なガイド軸３、ボール螺子軸４及びボールスプライン軸５が貫通している。これらのガイド軸３、ボール螺子軸４及びボールスプライン軸５はＸ方向に配列支持されるものであり、図１のように装着ヘッド１の本体２にはガイド軸３に対し摺動自在に嵌合するスライド軸受６が固定されるとともに、前記ボール螺子軸４に螺合するナット部材７が固定されている。ガイド軸３は装着ヘッド１をＸ方向に摺動自在に支持するもので、ボール螺子軸４はその回転により装着ヘッド１をＸ方向に駆動するためのものである。ボールスプライン軸５は、図１乃至図３の如く吸着ノズル８を下部に有する昇降軸９を昇降駆動するためのものである。昇降駆動に関する機構については後述する。
【００１９】
図６乃至図８の全体構成から明らかなように、前記装着ヘッド１は、基台１５上に設けられたＹ軸駆動系１１とＹ軸駆動系１１によってＹ方向に駆動されるＹ方向スライダ１２Ａ，１２Ｂに設けられたＸ軸駆動系１３とからなるＸ−Ｙ駆動機構１０でＸ−Ｙ方向に駆動されるようになっている。
【００２０】
ここで、Ｙ軸駆動系１１は、基台１５上に水平でかつＹ方向に軸支された一対のＹ方向のボール螺子軸２０Ａ，２０Ｂと、該ボール螺子軸２０Ａ，２０Ｂの一端部にそれぞれ固着されたプーリー２１と、支持部材２２を介して基台１５に固定されたＹ軸駆動モータ２３と、該モータ２３の回転力をプーリー２４及びプーリー２１を介して前記ボール螺子軸２０Ａ，２０Ｂに伝達するタイミングベルト２５と、ボール螺子軸２０Ａ，２０Ｂにそれぞれ螺合しているＹ方向スライダ１２Ａ，１２Ｂとを具備し、ボール螺子軸２０Ａ，２０Ｂを等しい角度回転させることで各Ｙ方向スライダ１２Ａ，１２Ｂを等量移動させる機能を持っている。
【００２１】
前記Ｘ軸駆動系１３は、装着ヘッド１をＸ方向に摺動自在に支持する前記ガイド軸３、装着ヘッド１をＸ方向に駆動する前記ボール螺子軸４及び装着ヘッド１が有する吸着ノズル８を昇降させるための前記ボールスプライン軸５を前記Ｙ方向スライダ１２Ａ，１２Ｂ間に架設した構造を持ち、各軸３，４，５は水平面内で前記Ｙ方向に直交するＸ方向に配列されている。前記ガイド軸３はＹ方向スライダ１２Ａ，１２Ｂに固着され、ボール螺子軸４及びボールスプライン軸５はＹ方向スライダ１２Ａ，１２Ｂに回転自在に支持され、一端部に固着されたプーリー３３，３４及びタイミングベルトを介しそれぞれＸ軸駆動モータ３０及び昇降駆動モータ３１の回転力を受けるようになっている。各モータ３０，３１はＹ方向スライダ１２Ａ上に搭載されている。ここで、スプライン軸５を回転駆動する昇降駆動モータ３１には、任意の加速度及び位置で停止でき、かつ正回転及び逆回転が可能な回転駆動源として機能するように ＡＣサーボモータを用いている。
【００２２】
前記基台１５の台座４１上にはチップ部品等の電子部品を供給するための部品供給部４０が多数配列されている。また、プリント基板４５の搬送及び位置決め保持を行う搬送部５０が装着ヘッド１の下方位置にＸ方向に配設されている。
【００２３】
図１乃至図５は装着ヘッド部分の機構を示す。これらの図において、装着ヘッド１の本体２には、図２及び図３に示す外筒体６０が固定され、この外筒体６０の内側には軸受部６１を介し回転内筒体６２が回転自在に支持されている。この回転内筒体６２の下部には回転力を受けるためのベルト車（プーリー）６３が固着されている。回転内筒体６２には前記昇降軸９が上下方向に摺動自在に嵌入、貫通しており、かつ回転内筒体６２と一体に回転するようになっている。
【００２４】
前記昇降軸９は空気吸引のための空気吸引用貫通穴６４を有しており、昇降軸９の上端には負圧源（真空ポンプ等）へのホースを接続するための接続具６５が螺着されている。昇降軸９の下端には吸着ノズル８を着脱自在に連結するための連結筒６６が固着されており、該連結筒６６の下部に吸着ノズル８が交換自在（但し昇降軸９と一体的に回転する如く着脱自在）に装着されている。ここで、連結筒６６による吸着ノズル８の保持は、連結筒６６の外周に設けられたばね部材６７で連結筒６６の内周より突出するように付勢された係止部材６８が吸着ノズル８の上部嵌合部６９の凹部７１に係合することによって行われる。連結筒６６の内周に吸着ノズル８の上部嵌合部６９を嵌合した吸着ノズル８の装着状態では、吸着ノズル８の空気吸引穴７２、連結筒６６の内側、昇降軸９の空気吸引用貫通穴６４の経路で真空吸引でき、吸着ノズル８の下端面にて電子部品７０を真空吸着にて保持可能である。
【００２５】
前記昇降軸９の上部の外周には、一対のフランジ８１により係合用凹部８２を形成したフランジ付部品８０が上下方向に摺動自在に嵌合されており、前記接続具６５の取り付けと同時に昇降軸９の上端面に固定されたワッシャ状ストッパ８３で上方位置が規制されるようになっている。また、昇降軸９の上端寄り位置には止めリング８４が固定されており、フランジ付部品８０の溝８５の底面と止めリング８４との間に圧縮ばね８６が配設されている。この圧縮ばね８６は昇降軸９の下降動作にクッション効果を持たせるためのものであり、吸着ノズル８の下端が部品供給部４０の電子部品の上面に当たるとき、あるいは吸着ノズル８の保持している電子部品が基板面に当たるときに圧縮ばね８６が縮むことで衝撃を緩和する。吸着ノズル８の下端がフリーのときは、フランジ付部品８０は圧縮ばね８６の弾性でワッシャ状ストッパ８３に当接した状態を維持し、フランジ付部品８０と昇降軸９とは一体的に昇降する。
【００２６】
図３の如く、装着ヘッド１の本体２には、方向転換用モータ９０が取り付けられている。このモータ９０の回転軸に固定されたベルト車（プーリー）９１と前記回転内筒体６２に取り付けられたベルト車６３との間にタイミングベルト９２が巻掛けられており、これによりモータ９０の回転駆動力を回転内筒体６２を介し昇降軸９及び吸着ノズル８に伝え、吸着ノズル８の下端面で吸着保持された電子部品７０の回転方向の姿勢を変更するようになっている。
【００２７】
図１及び図４のように、前記ボールスプライン軸５に嵌合しているスプラインナット１００は装着ヘッド１の本体２に固定された軸受１０１にて回転自在に保持されており、該スプラインナット１００にノズル上下用カム１０２Ａ，１０２Ｂ及び供給部駆動カム１０３が固着されている。２種類のノズル上下用カム１０２Ａ，１０２Ｂは、それぞれ異なるカム曲線を有しており、ノズル上下用カム１０２Ａは、１回転することによりそのカム曲線で定まる既定ストローク（一定ストローク）で昇降軸９及び吸着ノズル８を昇降駆動するためのものであり、もう１つのノズル上下用カム１０２Ｂは、１回転未満の回転角で逆転させて可変ストロークで昇降軸９及び吸着ノズル８を昇降駆動するためのものである。
【００２８】
カム曲線の異なる２種類のノズル上下用カム１０２Ａ，１０２Ｂのいずれかに従動するカムフォロアとしてのノズル上下移動用レバー１０４は、図５のように、揺動支点Ｐとなる支点軸１０５に対し軸受１０６で回転自在に取り付けられており、該レバー１０４の中間突部に枢着されたローラー１１０が上下用カム１０２Ａに当接するようになっている。図３のように、レバー１０４の先端部に枢着されたローラー１１１は前記昇降軸９に装着されたフランジ付部品６８の係合用凹部６７に対し上下駆動可能な如く係合しており、レバー１０４先端部と本体２との間に、前記ローラー１１０を前記上下用カム１０２Ａに圧接させる向きに付勢するエアーシリンダ１１２が配設されている。すなわち、エアーシリンダ１１２の本体部は装着ヘッド１の本体２にピン１１３で枢着され、エアーシリンダ１１２のピストンロッド先端部にレバー１０４の先端が連結（枢着）されている。このエアーシリンダ１１２は内部に圧縮空気を供給したときに引っ張りばねと同様に機能する。
【００２９】
図５のように、前記支点軸１０５には切り換えレバー１１５が固着されるとともにピニオン１１６が固着されている。図１に示すように、切り換えレバー１１５の下端部に枢着されたローラー１１７は上下用カム１０２Ｂに当接可能であり、上端部に枢着されたローラー１１８はノズル上下移動用レバー１０４の中間部のローラー当接部（庇状に折り曲げられた部分）１０４ａの下面に当接可能である。図２に示すように、装着ヘッド１の本体２内には切換用エアーシリンダ１２０が配設されており、図２及び図５に示すピニオン１１６は、エアーシリンダ１２０のピストン１２１に固着された切り換え用ラック１２２と噛み合っている。なお、ラック１２２は装着ヘッド１の本体２に一端が固定の圧縮ばね１２３で押し下げ力を受けるようになっている（エアーシリンダ１２０が縮動状態に戻されるようになっている。）。
【００３０】
前記切換用エアーシリンダ１２０が縮動状態にあるときは、支点軸１０５は図１の左回り（反時計回り）に回動した状態となり、切り換えレバー１１５は上下用カム１０２Ｂから離れるとともにノズル上下移動用レバー１０４のローラー当接部１０４ａからも離間し、上下用カム１０２Ｂの動きはノズル上下移動用レバー１０４に関係せず、ノズル上下移動用レバー１０４は上下用カム１０２Ａのカム曲線に従って動作することになる。
【００３１】
逆に、前記切換用エアーシリンダ１２０に圧縮空気を供給して伸動状態とするときは、支点軸１０５は図１の右回り（時計回り）に回動し、図１のように、切り換えレバー１１５下端部のローラー１１７は上下用カム１０２Ｂに当接（エアーシリンダ１２０の力で圧接）するとともに切り換えレバー１１５の上端部のローラー１１８はノズル上下移動用レバー１０４のローラー当接部１０４ａに当接することになり、上下用カム１０２Ｂの動きがノズル上下移動用レバー１０４に伝達されることになり、ノズル上下移動用レバー１０４は上下用カム１０２Ｂのカム曲線に従って動作することになる。但し、ノズル上下移動用レバー１０４のローラー当接部１０４ａからローラー１１８が離れないためには、上下用カム１０２Ａで規定される昇降軸９の下降変位量よりも上下用カム１０２Ｂで規定される下降変位量の方が少ないという条件を満足する必要がある。なお、切り換えレバー１１５を作動させるときは、エアーシリンダ１１２を減圧しておき、上下用カム１０２Ｂに従動する切り換えレバー１１５の動きにノズル上下移動用レバー１０４か連動するように設定する。
【００３２】
図１に示すように、装着ヘッド１の本体２に支点軸１３０が枢支され、該支点軸１３０に供給部駆動用レバー１３１が固着されている。該レバー１３１の短尺アーム部１３２の先端部にはローラー１３３が枢着されており、該ローラー１３３が前記供給部駆動カム１０３に当接するようになっている。また、レバー１３１の長尺アーム部１３４の先端部にはローラー１３５が枢着されており、該ローラー１３５で図６の供給部４０（例えばテープ上に電子部品を等間隔で配列したテープフィーダ等）を操作するようになっている。すなわち、供給部４０を操作して新規の電子部品７０が供給部４０の電子部品供給位置（吸着ノズル８による電子部品吸着位置）に送られるようにする。なお、図２に示すように、装着ヘッド１の本体２内に設けられたエアーシリンダ１４０のピストン１４１には、ラック１４２が固着されており、該ラック１４２に前記支点軸１３０に固着されたピニオン１４３が噛み合っている。このエアーシリンダ１４０は内部に圧縮空気を供給することで短尺アーム部１３２の先端部のローラー１３３が前記供給部駆動カム１０３に圧接する向きに付勢できる。
【００３３】
ここで、前述した２種類のノズル上下用カム１０２Ａ，１０２Ｂについて詳述する。
【００３４】
ノズル上下用カム１０２Ａは、１回転することによりそのカム曲線で定まる既定ストローク（一定ストローク）で昇降軸９及び吸着ノズル８を昇降駆動するためのものであり、部品厚が薄く、抵抗やコンデンサのような標準チップ部品を高速で実装する場合に、昇降駆動モータ３１を一定方向に一定速度で１回転したときに、最適な加速度条件で一定ストロークの上下運動を昇降軸９がするように、変形台形曲線等のカム曲線が使用されている。衝撃緩和やプリント基板４５への実装後の品質よりも実装速度を重視する場合に使用する。電子部品の厚さの差異は、ノズルクッション機構（フランジ付部品８０と昇降軸９との間に介在するばね８６）で吸収する。図９の曲線Ａで示される昇降変位曲線は、ノズル上下用カム１０２Ａの場合における回転角と吸着ノズル８の昇降変位との関係を表している。
【００３５】
もう１つのノズル上下用カム１０２Ｂは、部品厚が厚く、重量もあり、プリント基板面への着地の衝撃を抑えたい場合や、ファインピッチ（微細なピッチ）のリード付き部品（ＩＣ部品）等を正確に高品質で（リード変形を発生させずに）プリント基板のパターン上に実装したい場合に使用するためのものであり、可変ストローク動作を実行するようになっている。このノズル上下用カム１０２Ｂの使用の際は、当該カムを１回転未満の任意角度回転させて吸着ノズル８を部品厚さに適した高さまで下降させてモータ３１を停止し、電子部品をプリント基板上に実装後、そこからカムを逆転させて吸着ノズル８の上昇動作に入る。ノズル上下用カム１０２Ｂの回転角を制御することでストローク量が変化する。また、カム曲線は、等速度とし、起動、停止時の加速度条件の設定は、モータの加減速制御のみで行う。このようにすることで、吸着ノズル８が途中のどの高さで停止しても加速度の条件はモータの設定条件と同じになり、部品別の制御が容易になる。図９の曲線Ｂで示される昇降変位曲線は、ノズル上下用カム１０２Ｂの場合における回転角と吸着ノズル８の昇降変位との関係を表しており、ほぼ半回転するまでの間は吸着ノズル８の下降量がカムの回転角に正比例する領域となっている。
【００３６】
以上の実施例の構成において、装着ヘッド１のＸ方向の移動はＸ方向のボール螺子軸４をＸ軸駆動モータ３０で回転させることにより行うことができ、装着ヘッド１のＹ方向の移動は、Ｙ軸駆動モータ２３によりＹ方向のボール螺子軸２０Ａ，２０Ｂを等角度回転させ、Ｘ軸駆動系１３が搭載されたＹ方向ヘッド１２Ａ，１２Ｂを等量移動させることにより行うことができる。このとき、装着ヘッド１のＸ方向の移動は、装着ヘッド１に昇降軸９の昇降のためのモータが搭載されておらず、軽量化されているため、高速で実行でき、充分応答の良い装着ヘッド動作が可能となる。また、ノズル上下用カム１０２Ａ，１０２Ｂの回転駆動は、スプライン軸５を昇降駆動モータ（ＡＣサーボモータ）３１で回転させることにより行うことができる。２種のノズル上下用カム１０２Ａ，１０２Ｂのいずれか一方の選択は、図２の切換用エアーシリンダ１２０で行うことができ、切換用エアーシリンダ１２０に圧縮空気が供給されていない状態（縮動状態）では既定ストローク動作用のノズル上下用カム１０２Ａが選択され、切換用エアーシリンダ１２０に圧縮空気が供給されている状態（伸動状態）では可変ストローク動作用のノズル上下用カム１０２Ｂが選択される。
【００３７】
なお、それらのモータやエアーシリンダの制御はＮＣ制御装置で実行することができる。
【００３８】
図６の部品供給部４０の電子部品供給位置に供給された電子部品をプリント基板４５に実装する動作は以下の順に実行することができる。
【００３９】
（１） Ｘ−Ｙ駆動機構１０により装着ヘッド１を部品供給部４０の電子部品供給位置上に移動し、吸着ノズル８の下降、上昇動作で該電子部品供給位置上の電子部品７０を吸着保持する。このときの吸着ノズル８及び昇降軸９の昇降駆動は、ノズル上下用カム１０２Ａを選択して（切換用エアーシリンダ１２０を縮動状態として）、その原点位置（図９のカム回転角０°の位置であって吸着ノズル８の最上点に対応する位置）から１回転させることによって行う。このようにノズル上下用カム１０２Ａによる既定ストローク動作とするのは、電子部品の厚みにかかわらず、電子部品の上面を部品供給部４０側にて一定高さに揃えておくことができるからである。
【００４０】
（２） 吸着ノズル８で電子部品７０を吸着、保持した後、Ｘ−Ｙ駆動機構１０で装着ヘッド１をＮＣ制御装置で指定された電子部品の装着座標位置に移動させる。
【００４１】
（３） 装着ヘッド１の装着座標位置への移動動作とともに、２種のノズル上下用カム１０２Ａ，１０２Ｂのいずれか一方を選択する動作を行う。すなわち、切換用エアーシリンダ１２０に圧縮空気を供給せずにノズル上下用カム１０２Ａを選択するか、切換用エアーシリンダ１２０に圧縮空気を供給してノズル上下用カム１０２Ｂを選択する。ＮＣ制御装置には、プリント基板に実装する各種電子部品の外形寸法と厚さと重量と耐衝撃値とが予め記憶されており、上下用カム１０２Ａ，１０２Ｂのいずれか一方の選択は、ＮＣ制御装置側において吸着ノズル８で吸着している電子部品の種類の認識結果に基づいて実行することができる。なお、ノズル上下用カム１０２Ｂを選択したときは、図１のノズル上下移動用レバー１０４が切り換えレバー１１５の動きに連動するようにエアーシリンダ１１２を幾分減圧する。
【００４２】
（４） 基板面に装着すべき電子部品が標準チップ部品等のノズル上下用カム１０２Ａを使用するものであれば、ノズル上下用カム１０２Ａを選択した後、昇降駆動モータ３１でスプライン軸５を一定方向に一定速度で１回転させる。すなわち、ノズル上下用カム１０２Ａを原点位置（吸着ノズルの最上点に対応する位置）から１回転し、原点位置にて停止する。この結果、カムフォロアとしてのノズル上下移動用レバー１０４が揺動支点Ｐを中心にして揺動し、カムの回転の前半で昇降軸９に嵌合しているフランジ付部品８０が下降し、これとともに昇降軸９及び吸着ノズル８も下降して基板面に電子部品を装着し、回転の後半で電子部品を解放して吸着ノズル８を上昇させてその最上点位置に復帰させる。なお、基板面に電子部品が当たるときの衝撃の吸収は、図２及び図３のように昇降軸９とフランジ付部品８０との間に設けられた圧縮ばね８６が縮むことによるクッション効果で行う。
【００４３】
（５） 基板面に装着すべき電子部品が、部品厚及び重量の大きな非標準チップ部品、リード付き部品等であれば、上下用カム１０２Ｂを選択した後、ＮＣ制御装置に予め記憶されている当該電子部品の外形寸法と厚さと重量と耐衝撃値の記憶データを用いて、スプライン軸５を介して上下用カム１０２Ａ，１０２Ｂを回転駆動する昇降駆動モータ３１の回転角度と回転速度と加減速時間と加速度の変化とをＮＣ制御装置にて制御する。すなわち、ノズル上下用カム１０２Ｂをその原点位置から１回転未満の所定角度回転させ、これに従動する切り換えレバー１１５を介しノズル上下移動用レバー１０４をノズル上下用カム１０２Ｂに従って揺動させ、昇降軸９及び吸着ノズル８を部品厚さに適した高さまで下降させてモータ３１を減速、停止し、電子部品をプリント基板上に実装後、電子部品を解放するとともにそこからカムを逆転させて吸着ノズル８を上昇させ原点位置に戻る（吸着ノズル８を最上点とする）。この場合、ノズル上下用カム１０２Ｂの回転角を制御することでストローク量を変化させ、可変ストローク動作が可能となる。また、ノズル上下用カム１０２Ｂのカム曲線は、等速度とし、起動、停止時の加速度条件の設定は、モータ３１の加減速制御のみで行う。
【００４４】
この実施例によれば、以下の効果を奏することができる。
【００４５】
（１） 吸着ノズル８の昇降動作を、従来装置の如く上下用カムと駆動レバーとの動作伝達系の途中に昇降駆動モータと別個に調節用モータを設けて複雑な調整動作を行うことを不要にでき、１個の昇降駆動モータ３１と、複数のノズル上下用カム１０２Ａ，１０２Ｂ、及び切換用エアーシリンダ１２０及びこれで作動される切り換えレバー１１５からなる単純な切換機構（カムの選択手段として機能する）だけて各種電子部品に対して最適なプリント基板への実装動作を実現できる。すなわち、標準チップ部品のように実装後の品質があまり問題とならない電子部品では、ノズル上下用カム１０２Ａを１回転させて吸着ノズル８を高速で昇降駆動する既定ストローク動作を実行して、実装動作の高速化を図ることができ、ＩＣ部品等の実装品質が問題となる電子部品については、上下用カム１０２Ｂを所望角度だけ回転させ吸着ノズル８の下降動作途中で停止させてから逆転させて前記吸着ノズル８を上昇させる可変ストローク動作を実行し、その際、吸着ノズル８の下降変位量だけでなく部品下端が基板上面に達しノズルクッション機能が働く直前の加速度制御までを含むきめ細かい設定を行ってプリント基板に対する実装時の衝撃を可能な限り小さくすることができる。この結果、ＩＣ部品等を対象とした可変ストローク動作においては、吸着ノズル８の下降変位量、下降速度や、部品下端が基板上面に達し、ノズルクッション機能が働く直前の加速度をそれぞれ制御することで、電子部品に加わる衝撃を最小にし、実装後の品質を最適にすることができ、例えば、ファインピッチ（微細なピッチ）のリード付き部品（ＩＣ部品）等を正確に高品質で（リード変形を発生させずに）プリント基板のパターン上に実装できる。
【００４６】
（２） 従来装置のような調節用モータが不要であるため、吸着ノズル８の昇降動作の駆動系が簡単であり、かつスプライン軸５を介して装着ヘッド１の外部から昇降駆動モータ３１の回転を装着ヘッド１に伝達するようにしており、装着ヘッド１を小型、軽量に構成でき、装着ヘッド１を高速移動できる。従って、１個の電子部品を部品供給部４０から取り出して、プリント基板上の装着座標位置に装着するまでの時間を短縮できる。
【００４７】
（３） ノズル上下用カム１０２Ｂを用いた可変ストローク動作の場合、吸着ノズル８下降時の加速度を含めた動作条件を、昇降駆動モータ３１の制御で細かく行えるので、プリント基板に対する仮接合の条件（接着剤を使用するか、クリームはんだを使用するか等）が変わった場合も対処し易い。
【００４８】
（４） 上下用カム１０２Ａ，１０２Ｂの切り換えは、切り換えレバー１１５とエアーシリンダ１２０等を用いた簡単な機構であり、装着ヘッド１を小型、軽量化できる。
【００４９】
なお、上記実施例では２種類のノズル上下用カムを使用しているが、例えば、（１）同じ高速装着でも吸着ノズル８の昇降ストロークが異なる、（２）同じストロークでも途中の加速度条件が異なる、（３）部品の基板への実装時と部品供給部からの取り込み時とで変位曲線が異なる等の理由で、２種以上のカムの切り換えを行うようにしてもよい。
【００５０】
また、切り換えレバー１１５と切換用エアーシリンダ１２０とによるカムの切換機構を例示したが、（１）カムとこれに対応するカムフォロアとの組を複数組設け、それらの中から適当な組を選択する、（２）昇降軸９を昇降駆動するノズル上下移動用レバー１０４に相当する駆動レバーとカムとを連結する副レバーがカムの数だけ設けられており、その副レバーで選択動作を行う、（３）カムフォロアとしての駆動レバーは１つとし、これに対し複数のカムを軸方向に移動させて選択する等の機構としてもよい。
【００５１】
なお、同一のノズル上下用カムを用いて、１回転による既定ストローク動作と、任意角度回転による可変ストローク動作とを切り換えて実行してもよい。
【００５２】
また、本発明は、装着ヘッドがＸ−Ｙ駆動機構で動く構成であるが、装着ヘッドを固定としてプリント基板をＸ−Ｙテーブルにて任意位置で位置決めする場合にも適用できる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電子部品の実装方法及び装置によれば、装着ヘッドに対して昇降自在に設けられている吸着ノズルを昇降駆動する場合に、上下用カムを１回転させて前記吸着ノズルを昇降駆動する既定ストローク動作（一定ストローク動作）と、上下用カムを前記吸着ノズルの下降動作途中で停止してから逆転して前記吸着ノズルを上昇させる可変ストローク動作（任意ストローク動作）とを選択できるため、厚さの異なる多様な電子部品をプリント基板等の基板面に最適条件で（電子部品に加わる衝撃を最少となるように）実装でき、実装後の電子部品の品質を適正に維持することができ、とくにファインピッチのリード付き部品等を正確にリード変形を発生させずにプリント基板のパターン上に実装する場合等に多大な効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子部品の実装方法及び装置の実施例における装着ヘッド部分を示す右側断面図である。
【図２】装着ヘッド部分の一部を省略した左側断面図である。
【図３】装着ヘッド部分の正断面図である。
【図４】装着ヘッド部分の一部を断面とした平面図である。
【図５】装着ヘッド内のノズル上下移動用レバー、切り換えレバー及び支点軸部分を示す部分平断面図である。
【図６】実施例の全体構成を示す平面図である。
【図７】同じく一部を断面とした右側面図である。
【図８】同じく一部を断面とした左側面図である。
【図９】２種のノズル上下用カムの吸着ノズルの昇降変位曲線を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 装着ヘッド
２ 本体
３ ガイド軸
４，２０Ａ，２０Ｂ ボール螺子軸
５ ボールスプライン軸
８ 吸着ノズル
９ 昇降軸
１０ Ｘ−Ｙ駆動機構
１１ Ｙ軸駆動系
１３ Ｘ軸駆動系
１５ 基台
２３ Ｙ軸駆動モータ
３０ Ｘ軸駆動モータ
３１ 昇降駆動モータ
４０ 部品供給部
４５ プリント基板
５０ 搬送部
７０ 電子部品
８０ フランジ付部品
８６ 圧縮ばね
９０ 方向転換用モータ
１００ スプラインナット
１０２Ａ，１０２Ｂ ノズル上下用カム
１０４ ノズル上下移動用レバー
１０５，１３０ 支点軸
１１２，１２０，１４０ エアーシリンダ
１１５ 切り換えレバー[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an electronic component mounting method and apparatus for mounting various electronic components on a substrate such as a printed circuit board at high speed.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A mounting device for an electronic component in which a suction nozzle is provided on a mounting head capable of changing a relative position with respect to a printed board so as to be movable up and down, an electronic component is held by the suction nozzle, and the electronic component is mounted on the printed board has been known. .
[0003]
When mounting electronic components held by the suction nozzle on a printed circuit board using this type of electronic component mounting device, the thickness of the electronic components varies depending on the type of electronic components. Even if it is attempted to mount on a printed circuit board surface, component mounting that satisfies the optimum conditions cannot be realized with only one vertical operation pattern of the suction nozzle.
[0004]
For this reason, conventionally, the vertical movement of the suction nozzle at the time of mounting is changed mainly by the following two methods.
[0005]
(1) The height of the suction nozzle is arbitrarily shifted while the vertical stroke of the suction nozzle is kept constant by cam operation or the like (Japanese Patent Publication No. 3-24079 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-160400 disclose this method). There is.).
[0006]
(2) The vertical stroke amount of the suction nozzle is adjusted by arbitrarily changing the length of the drive lever for driving the suction nozzle up and down and the fulcrum position (for example, Japanese Patent Publication No. 4-47480 and There is JP-A 1-261898).
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the electronic component mounting apparatus, it is indispensable to move the suction nozzle up and down by the operation of the up and down cam driven by the electric motor for high-speed operation. If only the height and stroke of the suction nozzle are simply considered, it is possible to use a linear motion mechanism using a ball screw or the like, or a linear motor, but it is disadvantageous for reciprocating at a high speed. The mechanism is large and the cost is likely to be high. When the cam operation is performed for the high-speed operation of the suction nozzle, in the methods (1) and (2) described above, since the height and stroke adjustment mechanisms are interposed, a motor (electric motor) for vertically operating the suction nozzle is used. In addition, a motor that can be positioned at an arbitrary angle for adjustment is required separately, and the mechanism is complicated and the cost is increased.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and has the same or different vertical cams to adjust the thickness of an electronic component by using the same or different vertical cams by rotating the vertical cam once and rotating the suction nozzle at a high speed at a predetermined stroke. The height of the suction nozzle is lowered to the height of the suction cam, the vertical cam is stopped, and then the suction cam is rotated in the reverse direction. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for mounting an electronic component that can be properly mounted on a component.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a method of mounting an electronic component according to the first invention of the present application is a method of mounting an electronic component on a substrate using a mounting head that drives a vertical shaft having a suction nozzle at a lower portion by a vertical cam. A predetermined stroke operation in which the up / down cam is rotated once to drive the suction nozzle up and down, and a rotation in which the up / down cam is rotated at an arbitrary angle to stop the suction nozzle during the descent operation and then reversely rotate the suction nozzle. And a variable stroke operation that raises the pressure can be selected.
[0010]
Further, the electronic component mounting method according to the second invention of the present application is characterized in that the electronic component is mounted on a substrate using a mounting head that drives a vertical shaft having a suction nozzle at a lower portion by a vertical cam. A plurality of vertical cams for driving the suction nozzle up and down, a predetermined stroke operation of driving the suction nozzle up and down by rotating the vertical cam selected from the plurality of vertical cams once, and A variable stroke operation in which the same or another up and down cam selected from the up and down cams is rotated by an arbitrary angle, stopped during the lowering operation of the suction nozzle, and then reversely rotated to raise the suction nozzle can be selected. It is characterized by doing.
[0011]
An electronic component mounting apparatus according to a third aspect of the present invention has a configuration in which an elevating shaft having a suction nozzle at a lower portion is provided so as to be able to move up and down, and a mounting head that moves the elevating shaft up and down by a vertical cam is provided. By providing a drive source capable of reverse rotation, rotating the cam for up and down, rotating the cam for up and down one turn to drive the suction nozzle up and down, and rotating the cam for up and down at an arbitrary angle. A variable stroke operation in which the suction nozzle is stopped in the middle of the descent operation of the suction nozzle and then reversely rotated to raise the suction nozzle can be selectively executed.
[0012]
An electronic component mounting apparatus according to a fourth aspect of the present invention has a configuration in which an elevating shaft having a suction nozzle at a lower portion is provided so as to be able to move up and down, and a mounting head that drives the elevating shaft up and down by an up and down cam is provided. Are provided, and a selecting means for selecting one of the up and down cams is provided, a drive source capable of normal rotation and reverse rotation is provided, and the plurality of types of up and down cams are rotationally driven. A predetermined stroke operation of rotating the suction nozzle up and down by rotating the up / down cam selected by the selection means by one turn, and rotating the suction nozzle by rotating the same or another up / down cam selected by the selection means by an arbitrary angle. And a variable stroke operation in which the suction nozzle is raised by stopping the rotation in the middle of the lowering operation and then reversely rotating the suction nozzle.
[0013]
In the electronic component mounting apparatus according to the third or fourth aspect of the present invention, a spline shaft is provided in parallel with the moving direction of the mounting head, and a spline nut fitted to the spline shaft is rotated by the main body of the mounting head. The spline nut is provided with a cam follower that is driven by the up / down cam, and the spline nut is provided with a cam follower that is driven by the up / down cam. A configuration may be employed in which a cam follower is driven, and the lift shaft is driven to move up and down by the cam follower.
[0014]
[Action]
In the electronic component mounting method and apparatus according to the present invention, when the suction nozzle provided to be able to move up and down with respect to the mounting head is driven up and down, the up and down cam is rotated once to drive the suction nozzle up and down. The stroke operation (constant stroke operation) and the variable stroke operation (arbitrary stroke operation) in which the up / down cam is stopped in the middle of the lowering operation of the suction nozzle and then reversed to raise the suction nozzle can be selected. Various electronic components different from each other can be mounted on a substrate surface such as a printed circuit board or the like under optimal conditions (to minimize the impact applied to the electronic components), and the quality of the mounted electronic components can be appropriately maintained.
[0015]
When a plurality of types of up / down cams are provided, an appropriate up / down cam can be selected according to the electronic component to be mounted, and the types of electronic components that can be mounted under optimum conditions can be expanded. it can.
[0016]
Further, a spline shaft is arranged in parallel to the moving direction of the mounting head, a spline nut fitted to the spline shaft is rotatably held by the main body of the mounting head, and the vertical cam is mounted on the spline nut. A cam follower is provided on the main body of the mounting head to follow the up / down cam, the up / down cam rotating in conjunction with the spline shaft drives the cam follower, and the cam follower drives the elevating shaft up and down. In this case, the rotation drive source for the up and down cams may be provided at the end of the spline shaft, and it is not necessary to provide the rotation head at the mounting head itself. Can be moved at high speed. Therefore, it is possible to improve the mounting speed of the electronic component when considering the moving time of the mounting head in the electronic component mounting apparatus.
[0017]
【Example】
Hereinafter, embodiments of an electronic component mounting method and apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
1 to 5 show a mounting head portion, which is a main component of the embodiment of the present invention, and FIGS. 6 to 8 show the entire configuration of the embodiment. First, the overall configuration of the embodiment of the present invention will be described. In these figures, reference numeral 1 denotes a mounting head, and a guide shaft 3, a ball screw shaft 4 and a ball spline shaft 5 which are parallel to each other penetrate the main body 2 of the mounting head 1. The guide shaft 3, the ball screw shaft 4 and the ball spline shaft 5 are arranged and supported in the X direction, and are slidably fitted on the main body 2 of the mounting head 1 as shown in FIG. The mating slide bearing 6 is fixed, and the nut member 7 screwed to the ball screw shaft 4 is fixed. The guide shaft 3 supports the mounting head 1 slidably in the X direction, and the ball screw shaft 4 drives the mounting head 1 in the X direction by its rotation. The ball spline shaft 5 is for driving a lifting shaft 9 having a suction nozzle 8 at a lower portion as shown in FIGS. The mechanism related to the lifting drive will be described later.
[0019]
6 to 8, the mounting head 1 includes a Y-axis driving system 11 provided on a base 15 and a Y-direction slider 12A driven by the Y-axis driving system 11 in the Y direction. , 12B are driven in an XY direction by an XY drive mechanism 10 including an X-axis drive system 13 provided in the X-axis direction.
[0020]
Here, the Y-axis drive system 11 has a pair of Y-direction ball screw shafts 20A and 20B that are horizontally supported on the base 15 in the Y-direction, and one end of each of the ball screw shafts 20A and 20B. A fixed pulley 21, a Y-axis drive motor 23 fixed to the base 15 via a support member 22, and a rotational force of the motor 23 to the ball screw shafts 20A and 20B via the pulley 24 and the pulley 21. A timing belt 25 for transmission and Y-direction sliders 12A and 12B screwed to the ball screw shafts 20A and 20B respectively are provided. By rotating the ball screw shafts 20A and 20B by the same angle, each of the Y-direction sliders 12A and 12B is rotated. It has a function to move 12B by the same amount.
[0021]
The X-axis drive system 13 includes the guide shaft 3 that slidably supports the mounting head 1 in the X direction, the ball screw shaft 4 that drives the mounting head 1 in the X direction, and the suction nozzle 8 that the mounting head 1 has. The ball spline shaft 5 for elevating and lowering is provided between the Y-direction sliders 12A and 12B, and the shafts 3, 4, and 5 are arranged in a horizontal plane in the X direction orthogonal to the Y direction. The guide shaft 3 is fixed to the Y-direction sliders 12A and 12B, the ball screw shaft 4 and the ball spline shaft 5 are rotatably supported by the Y-direction sliders 12A and 12B, and pulleys 33 and 34 fixed to one end and a timing. The rotation force of the X-axis drive motor 30 and the lifting drive motor 31 is received via the belt. Each motor 30, 31 is mounted on the Y-direction slider 12A. Here, an AC servomotor is used as the lifting drive motor 31 for rotatingly driving the spline shaft 5 so as to be able to stop at an arbitrary acceleration and position and to function as a rotation drive source capable of normal rotation and reverse rotation. .
[0022]
On the base 41 of the base 15, a large number of component supply units 40 for supplying electronic components such as chip components are arranged. A transport unit 50 for transporting and positioning and holding the printed circuit board 45 is provided below the mounting head 1 in the X direction.
[0023]
1 to 5 show the mechanism of the mounting head portion. In these figures, an outer cylinder 60 shown in FIGS. 2 and 3 is fixed to the main body 2 of the mounting head 1, and a rotating inner cylinder 62 is rotated inside the outer cylinder 60 via a bearing 61. It is freely supported. A belt wheel (pulley) 63 for receiving a rotational force is fixed to a lower portion of the rotary inner cylinder 62. The elevating shaft 9 is slidably fitted in and penetrates the rotating inner cylinder 62 in the vertical direction, and rotates integrally with the rotating inner cylinder 62.
[0024]
The elevating shaft 9 has a through hole 64 for air suction for air suction, and a connection tool 65 for connecting a hose to a negative pressure source (vacuum pump or the like) is screwed on the upper end of the elevating shaft 9. Is being worn. A connecting cylinder 66 for detachably connecting the suction nozzle 8 is fixed to a lower end of the elevating shaft 9, and the suction nozzle 8 is replaceable below the connecting cylinder 66 (however, the suction nozzle 8 rotates integrally with the elevating shaft 9). It is attached so that it can be freely attached and detached. Here, the holding of the suction nozzle 8 by the connecting cylinder 66 is performed by the locking member 68 urged by the spring member 67 provided on the outer periphery of the connecting cylinder 66 so as to protrude from the inner periphery of the connecting cylinder 66. This is performed by engaging with the concave portion 71 of the upper fitting portion 69. When the suction nozzle 8 in which the upper fitting portion 69 of the suction nozzle 8 is fitted to the inner periphery of the connection tube 66 is mounted, the air suction hole 72 of the suction nozzle 8, the inside of the connection tube 66, and the air suction of the elevating shaft 9 Vacuum suction can be performed through the path of the through hole 64, and the electronic component 70 can be held by vacuum suction at the lower end surface of the suction nozzle 8.
[0025]
A flanged component 80 having an engagement recess 82 formed by a pair of flanges 81 is slidably fitted in the vertical direction on the outer periphery of the upper part of the elevating shaft 9. The upper position is regulated by a washer-shaped stopper 83 fixed to the upper end surface of the shaft 9. A stop ring 84 is fixed at a position near the upper end of the elevating shaft 9, and a compression spring 86 is disposed between the bottom surface of the groove 85 of the flanged component 80 and the stop ring 84. This compression spring 86 is for giving a cushion effect to the lowering operation of the elevating shaft 9, and is held when the lower end of the suction nozzle 8 hits the upper surface of the electronic component of the component supply unit 40 or is held by the suction nozzle 8. When the electronic component hits the substrate surface, the compression spring 86 contracts to reduce the impact. When the lower end of the suction nozzle 8 is free, the flanged component 80 maintains the state of being in contact with the washer-shaped stopper 83 due to the elasticity of the compression spring 86, and the flanged component 80 and the elevating shaft 9 move up and down integrally. .
[0026]
As shown in FIG. 3, a direction changing motor 90 is attached to the main body 2 of the mounting head 1. A timing belt 92 is wound between a belt wheel (pulley) 91 fixed to the rotating shaft of the motor 90 and a belt wheel 63 attached to the rotating inner cylinder 62, thereby rotating the motor 90. The driving force is transmitted to the elevating shaft 9 and the suction nozzle 8 via the rotating inner cylinder 62, and the posture of the electronic component 70 suction-held at the lower end surface of the suction nozzle 8 in the rotation direction is changed.
[0027]
As shown in FIGS. 1 and 4, a spline nut 100 fitted to the ball spline shaft 5 is rotatably held by a bearing 101 fixed to the main body 2 of the mounting head 1. The nozzle up / down cams 102A and 102B and the supply unit driving cam 103 are fixed to the nozzle. The two types of nozzle up / down cams 102A and 102B have different cam curves, respectively, and the nozzle up / down cam 102A rotates by one rotation and at a predetermined stroke (constant stroke) determined by the cam curve, the lift shaft 9 and The other nozzle up / down cam 102B is used to drive the suction nozzle 8 up and down, and is used to drive the lifting shaft 9 and the suction nozzle 8 up and down with a variable stroke by reversing the rotation angle of less than one rotation. It is.
[0028]
As shown in FIG. 5, a nozzle vertical movement lever 104 as a cam follower driven by one of two types of nozzle vertical cams 102A and 102B having different cam curves has a bearing 106 with respect to a fulcrum shaft 105 serving as a swing fulcrum P. The roller 110 pivotally attached to the intermediate projection of the lever 104 comes into contact with the up-and-down cam 102A. As shown in FIG. 3, the roller 111 pivotally attached to the tip of the lever 104 engages with the engaging recess 67 of the flanged component 68 mounted on the elevating shaft 9 so as to be able to be driven up and down. An air cylinder 112 for urging the roller 110 in a direction in which the roller 110 is pressed against the up-and-down cam 102A is disposed between the tip end of the body 104 and the main body 2. That is, the main body of the air cylinder 112 is pivotally connected to the main body 2 of the mounting head 1 with the pin 113, and the tip of the lever 104 is connected (pivotally connected) to the tip of the piston rod of the air cylinder 112. The air cylinder 112 functions similarly to a tension spring when compressed air is supplied to the inside.
[0029]
As shown in FIG. 5, a switching lever 115 and a pinion 116 are fixed to the fulcrum shaft 105. As shown in FIG. 1, a roller 117 pivotally attached to the lower end of the switching lever 115 can contact the up-and-down cam 102B, and a roller 118 pivotally attached to the upper end is an intermediate part of the nozzle up-down movement lever 104. It is possible to abut on the lower surface of the roller abutting portion (a portion bent in an eaves shape) 104a of the portion. As shown in FIG. 2, a switching air cylinder 120 is provided in the main body 2 of the mounting head 1, and a pinion 116 shown in FIGS. 2 and 5 is a switching air cylinder fixed to a piston 121 of the air cylinder 120. With the storage rack 122. The rack 122 has a compression spring 123 fixed at one end to the main body 2 of the mounting head 1 so as to receive a pressing force (the air cylinder 120 is returned to a contracted state).
[0030]
When the switching air cylinder 120 is in the contracted state, the fulcrum shaft 105 is rotated counterclockwise (counterclockwise) in FIG. 1, and the switching lever 115 moves away from the up / down cam 102B and moves up and down the nozzle. The vertical lever 102 is also separated from the roller contact portion 104a of the lever 104, and the movement of the vertical cam 102B is not related to the nozzle vertical lever 104, and the nozzle vertical lever 104 operates according to the cam curve of the vertical cam 102A. become.
[0031]
Conversely, when compressed air is supplied to the switching air cylinder 120 to be in the extended state, the fulcrum shaft 105 rotates clockwise (clockwise) in FIG. The roller 117 at the lower end of the roller 115 contacts the vertical cam 102B (presses with the force of the air cylinder 120), and the roller 118 at the upper end of the switching lever 115 contacts the roller contact portion 104a of the lever 104 for nozzle vertical movement. That is, the movement of the up-down cam 102B is transmitted to the nozzle up-down movement lever 104, and the nozzle up-down movement lever 104 operates according to the cam curve of the up-down cam 102B. However, in order that the roller 118 does not separate from the roller contact portion 104a of the nozzle up / down movement lever 104, the lowering amount defined by the up / down cam 102B is smaller than the lowering displacement amount of the elevating shaft 9 defined by the up / down cam 102A. It is necessary to satisfy the condition that the displacement amount is smaller. When operating the switching lever 115, the pressure of the air cylinder 112 is reduced, and the setting is made such that the nozzle vertical movement lever 104 is interlocked with the movement of the switching lever 115 driven by the vertical cam 102B.
[0032]
As shown in FIG. 1, a fulcrum shaft 130 is pivotally supported on the main body 2 of the mounting head 1, and a supply unit driving lever 131 is fixed to the fulcrum shaft 130. A roller 133 is pivotally attached to the distal end of the short arm 132 of the lever 131, and the roller 133 comes into contact with the supply unit driving cam 103. A roller 135 is pivotally attached to the distal end of the long arm 134 of the lever 131. The roller 135 supplies the supply unit 40 (for example, a tape feeder in which electronic components are arranged on a tape at equal intervals). ). That is, the supply unit 40 is operated so that the new electronic component 70 is sent to the electronic component supply position of the supply unit 40 (the electronic component suction position by the suction nozzle 8). As shown in FIG. 2, a rack 142 is fixed to a piston 141 of an air cylinder 140 provided in the main body 2 of the mounting head 1, and a pinion fixed to the fulcrum shaft 130 is fixed to the rack 142. 143 are engaged. By supplying compressed air to the inside of the air cylinder 140, the roller 133 at the tip of the short arm 132 can be urged in a direction in which the roller 133 presses against the supply unit driving cam 103.
[0033]
Here, the two types of nozzle up / down cams 102A and 102B described above will be described in detail.
[0034]
The nozzle up-and-down cam 102A is for driving the elevating shaft 9 and the suction nozzle 8 up and down by a predetermined stroke (constant stroke) determined by the cam curve by one rotation. When such a standard chip component is mounted at a high speed, the elevating shaft 9 is deformed so that the elevating shaft 9 moves up and down with a constant stroke under an optimal acceleration condition when the elevating drive motor 31 makes one rotation in a constant direction at a constant speed. A cam curve such as a trapezoidal curve is used. It is used when mounting speed is more important than impact mitigation or quality after mounting on the printed circuit board 45. The difference in the thickness of the electronic components is absorbed by the nozzle cushion mechanism (the spring 86 interposed between the flanged component 80 and the elevating shaft 9). The vertical displacement curve indicated by the curve A in FIG. 9 represents the relationship between the rotation angle and the vertical displacement of the suction nozzle 8 in the case of the nozzle vertical cam 102A.
[0035]
The other nozzle up / down cam 102B has a large part thickness and a heavy weight, and is required for suppressing impact of landing on a printed circuit board surface, or for a fine pitch (fine pitch) leaded component (IC component). It is intended to be used when it is desired to mount on a pattern of a printed circuit board with high quality (without lead deformation), and performs a variable stroke operation. When using the nozzle up / down cam 102B, the cam is rotated by an arbitrary angle of less than one rotation to lower the suction nozzle 8 to a height suitable for the component thickness, stop the motor 31, and move the electronic component to the printed circuit board. After the mounting, the cam is reversed from there, and the suction nozzle 8 starts to move upward. The stroke amount changes by controlling the rotation angle of the nozzle up / down cam 102B. The cam curve is set to a constant speed, and the setting of the acceleration condition at the time of starting and stopping is performed only by the acceleration / deceleration control of the motor. In this way, even if the suction nozzle 8 stops at any height in the middle, the acceleration condition becomes the same as the motor setting condition, and the control for each component becomes easy. The vertical displacement curve shown by the curve B in FIG. 9 represents the relationship between the rotation angle and the vertical displacement of the suction nozzle 8 in the case of the nozzle up / down cam 102B. This is a region where the descending amount is directly proportional to the rotation angle of the cam.
[0036]
In the configuration of the above embodiment, the mounting head 1 can be moved in the X direction by rotating the ball screw shaft 4 in the X direction by the X-axis drive motor 30, and the mounting head 1 can be moved in the Y direction. The rotation can be performed by rotating the ball screw shafts 20A and 20B in the Y direction by the same angle by the Y-axis drive motor 23 and moving the Y-direction heads 12A and 12B on which the X-axis drive system 13 is mounted by an equal amount. At this time, the mounting head 1 can be moved in the X direction because the mounting head 1 is not equipped with a motor for elevating and lowering the elevating shaft 9 and is light in weight. Head operation becomes possible. The rotation of the nozzle up-down cams 102A and 102B can be performed by rotating the spline shaft 5 with an elevation drive motor (AC servo motor) 31. Either of the two types of nozzle up / down cams 102A and 102B can be selected by the switching air cylinder 120 of FIG. 2, and a state in which compressed air is not supplied to the switching air cylinder 120 (a contracted state). ), The nozzle up / down cam 102A for the predetermined stroke operation is selected, and in the state where compressed air is supplied to the switching air cylinder 120 (extended state), the nozzle up / down cam 102B for the variable stroke operation is selected. .
[0037]
The control of these motors and air cylinders can be executed by the NC control device.
[0038]
The operation of mounting the electronic component supplied to the electronic component supply position of the component supply unit 40 of FIG. 6 on the printed circuit board 45 can be performed in the following order.
[0039]
(1) The mounting head 1 is moved to the electronic component supply position of the component supply unit 40 by the XY drive mechanism 10 and the electronic component 70 at the electronic component supply position is sucked and held by the lowering and raising operations of the suction nozzle 8. I do. At this time, the up-and-down drive of the suction nozzle 8 and the up-and-down shaft 9 is performed by selecting the nozzle up / down cam 102A (with the switching air cylinder 120 in the contracted state) and setting its origin position (the cam rotation angle 0 ° in FIG. 9). (A position corresponding to the uppermost point of the suction nozzle 8). The reason why the predetermined stroke operation is performed by the nozzle up / down cam 102A is that the upper surface of the electronic component can be kept at a constant height on the component supply unit 40 side regardless of the thickness of the electronic component. .
[0040]
(2) After sucking and holding the electronic component 70 by the suction nozzle 8, the mounting head 1 is moved by the XY drive mechanism 10 to the mounting coordinate position of the electronic component specified by the NC control device.
[0041]
(3) In addition to the operation of moving the mounting head 1 to the mounting coordinate position, an operation of selecting one of the two types of nozzle up / down cams 102A and 102B is performed. That is, the nozzle up / down cam 102A is selected without supplying compressed air to the switching air cylinder 120, or the nozzle up / down cam 102B is selected by supplying compressed air to the switching air cylinder 120. The NC control device stores in advance the external dimensions, thickness, weight, and impact resistance of various electronic components mounted on a printed circuit board. One of the upper and lower cams 102A and 102B is selected by the NC control device. The processing can be executed based on the recognition result of the type of the electronic component sucked by the suction nozzle 8 on the side. When the nozzle up / down cam 102B is selected, the air cylinder 112 is slightly depressurized so that the nozzle up / down movement lever 104 in FIG.
[0042]
(4) If the electronic component to be mounted on the substrate surface uses the nozzle up / down cam 102A such as a standard chip component, the nozzle up / down cam 102A is selected, and then the spline shaft 5 is fixed by the elevation drive motor 31. One rotation at a constant speed in the direction. That is, the nozzle up / down cam 102A makes one rotation from the origin position (the position corresponding to the uppermost point of the suction nozzle) and stops at the origin position. As a result, the nozzle up / down movement lever 104 as a cam follower swings about the swing fulcrum P, and the flanged part 80 fitted to the elevating shaft 9 descends in the first half of the rotation of the cam, and this moves down. The elevating shaft 9 and the suction nozzle 8 are also lowered to mount the electronic component on the substrate surface, and in the latter half of the rotation, the electronic component is released and the suction nozzle 8 is raised to return to its uppermost position. In addition, the absorption of the impact when the electronic component hits the substrate surface is performed by the cushion effect by the compression spring 86 provided between the elevating shaft 9 and the flanged component 80 contracting as shown in FIGS. .
[0043]
(5) If the electronic component to be mounted on the board surface is a non-standard chip component or a component with a lead having a large component thickness and weight, after selecting the up / down cam 102B, it is stored in the NC control device in advance. Using the stored data of the external dimensions, thickness, weight, and shock resistance value of the electronic component, the rotation angle, rotation speed, and acceleration / deceleration of the elevation drive motor 31 that rotationally drives the vertical cams 102A, 102B via the spline shaft 5. The time and the change in acceleration are controlled by the NC control device. That is, the nozzle up / down cam 102B is rotated by a predetermined angle of less than one rotation from its original position, and the nozzle up / down movement lever 104 is swung according to the nozzle up / down cam 102B via the switching lever 115 driven by the rotation. Then, the suction nozzle 8 is lowered to a height suitable for the component thickness, the motor 31 is decelerated and stopped, and after mounting the electronic component on the printed circuit board, the electronic component is released and the cam is rotated from there to reverse the suction nozzle 8. To return to the origin position (the suction nozzle 8 is set as the uppermost point). In this case, the stroke amount is changed by controlling the rotation angle of the nozzle up / down cam 102B, and a variable stroke operation can be performed. Further, the cam curve of the nozzle up / down cam 102B is set to a constant speed, and the setting of the acceleration condition at the time of starting and stopping is performed only by the acceleration / deceleration control of the motor 31.
[0044]
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
[0045]
(1) The elevating operation of the suction nozzle 8 does not require a complicated adjusting operation by providing an adjusting motor separately from the elevating drive motor in the operation transmission system between the up-and-down cam and the drive lever as in the conventional device. A simple switching mechanism comprising one elevating drive motor 31, a plurality of nozzle up / down cams 102A and 102B, a switching air cylinder 120, and a switching lever 115 operated by the same (functioning as a cam selecting means) This makes it possible to realize an optimal mounting operation for various electronic components on a printed circuit board. That is, in the case of an electronic component such as a standard chip component in which the quality after mounting is not so problematic, the predetermined stroke operation of rotating the suction nozzle 8 at a high speed by rotating the nozzle up-and-down cam 102A once to execute the mounting operation is performed. For electronic components, such as IC components, for which mounting quality is a problem, the vertical cam 102B is rotated by a desired angle, stopped during the lowering operation of the suction nozzle 8, and then reversely rotated. A variable stroke operation for raising the suction nozzle 8 is performed. At this time, detailed settings including not only the amount of downward displacement of the suction nozzle 8 but also acceleration control immediately before the lower end of the component reaches the upper surface of the board and the nozzle cushion function is activated are performed. The impact during mounting on the printed circuit board can be minimized. As a result, in the variable stroke operation for an IC component or the like, the downward displacement amount and the downward speed of the suction nozzle 8 and the acceleration just before the lower end of the component reaches the upper surface of the substrate and the nozzle cushion function is activated are controlled. In addition, it is possible to minimize the impact applied to the electronic components and optimize the quality after mounting. For example, fine pitch (fine pitch) leaded components (IC components) etc. can be precisely formed with high quality (lead deformation). It can be mounted on printed circuit board patterns (without generating).
[0046]
(2) Since the adjusting motor as in the conventional apparatus is not required, the driving system for the elevating operation of the suction nozzle 8 is simple, and the rotation of the elevating driving motor 31 from the outside of the mounting head 1 via the spline shaft 5. Is transmitted to the mounting head 1, the mounting head 1 can be configured to be small and lightweight, and the mounting head 1 can move at high speed. Therefore, it is possible to reduce the time required to take out one electronic component from the component supply unit 40 and mount it at the mounting coordinate position on the printed circuit board.
[0047]
(3) In the case of the variable stroke operation using the nozzle up-and-down cam 102B, the operating conditions including the acceleration when the suction nozzle 8 descends can be finely controlled by the control of the elevation drive motor 31. It is easy to deal with the case where the adhesive or the cream solder is used.
[0048]
(4) Switching between the upper and lower cams 102A, 102B is a simple mechanism using the switching lever 115, the air cylinder 120, and the like, and the mounting head 1 can be reduced in size and weight.
[0049]
In the above embodiment, two kinds of nozzle up / down cams are used. For example, (1) the lifting stroke of the suction nozzle 8 is different even when the same high-speed mounting is performed, and (2) the acceleration condition in the middle is different even for the same stroke. (3) Two or more cams may be switched because the displacement curve is different between when the component is mounted on the board and when the component is taken in from the component supply unit.
[0050]
Also, the cam switching mechanism using the switching lever 115 and the switching air cylinder 120 has been exemplified. (1) A plurality of pairs of cams and corresponding cam followers are provided, and an appropriate pair is selected from them. (2) The same number of sub-lever as the number of cams are provided to connect the cam and the driving lever corresponding to the nozzle up-and-down movement lever 104 for driving the elevating shaft 9 up and down. 3) A single drive lever as a cam follower may be used, and a plurality of cams may be moved in the axial direction to select the cam.
[0051]
It should be noted that a predetermined stroke operation by one rotation and a variable stroke operation by an arbitrary angle rotation may be switched and executed using the same nozzle up / down cam.
[0052]
Further, the present invention has a configuration in which the mounting head is moved by the XY driving mechanism, but can also be applied to a case where the mounting head is fixed and the printed circuit board is positioned at an arbitrary position on the XY table.
[0053]
【The invention's effect】
As described above, according to the electronic component mounting method and apparatus of the present invention, when the suction nozzle provided so as to be able to move up and down with respect to the mounting head is driven to move up and down, the up and down cam is rotated by one turn. A predetermined stroke operation (constant stroke operation) for driving the suction nozzle up and down, and a variable stroke operation (arbitrary stroke operation) in which the up / down cam is stopped in the middle of the lowering operation of the suction nozzle and then reversed to raise the suction nozzle. Can be mounted on a board surface such as a printed circuit board under optimal conditions (to minimize the impact on the electronic components), and the quality of the mounted electronic components can be properly adjusted. It can be maintained, especially when mounting fine-pitch leaded parts on the pattern of a printed circuit board without causing lead deformation accurately. It can be exhibited.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a right side sectional view showing a mounting head portion in an embodiment of an electronic component mounting method and apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a left side sectional view in which a part of a mounting head is omitted.
FIG. 3 is a front sectional view of a mounting head portion.
FIG. 4 is a plan view showing a cross section of a part of the mounting head.
FIG. 5 is a partial plan sectional view showing a nozzle up / down movement lever, a switching lever, and a fulcrum shaft in the mounting head.
FIG. 6 is a plan view showing the overall configuration of the embodiment.
FIG. 7 is a right side view partially showing the same section.
FIG. 8 is a left side view with a partial cross section.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing vertical displacement curves of suction nozzles of two types of nozzle up / down cams.
[Explanation of symbols]
1 Mounting head
2 body
3 Guide shaft
4,20A, 20B Ball screw shaft
5 Ball spline shaft
8 Suction nozzle
9 Vertical axis
10 XY drive mechanism
11 Y axis drive system
13 X-axis drive system
15 base
23 Y axis drive motor
30 X axis drive motor
31 Vertical drive motor
40 Parts supply unit
45 Printed circuit board
50 transport unit
70 Electronic components
80 Parts with flange
86 compression spring
90 Direction changing motor
100 spline nut
102A, 102B Nozzle up / down cam
104 Nozzle vertical movement lever
105,130 fulcrum axis
112,120,140 Air cylinder
115 Switching lever

Claims (5)

吸着ノズルを下部に有する昇降軸を上下用カムにより昇降駆動する装着ヘッドを用いて基板に電子部品を実装する電子部品の実装方法において、
前記上下用カムを１回転させて前記吸着ノズルを昇降駆動する既定ストローク動作と、前記上下用カムを任意角度回転させ前記吸着ノズルの下降動作途中で停止させてから逆転させて前記吸着ノズルを上昇させる可変ストローク動作とを選択可能としたことを特徴とする電子部品の実装方法。In an electronic component mounting method of mounting an electronic component on a substrate using a mounting head that drives a lifting shaft having a suction nozzle at a lower portion to move up and down by a vertical cam,
The predetermined stroke operation of rotating the suction nozzle up and down by rotating the up / down cam once, and stopping the rotation of the up / down cam at an arbitrary angle during the descent operation of the suction nozzle and then rotating the suction nozzle in reverse to raise the suction nozzle. And a variable stroke operation to be selected. 吸着ノズルを下部に有する昇降軸を上下用カムにより昇降駆動する装着ヘッドを用いて基板に電子部品を実装する電子部品の実装方法において、
前記昇降軸を昇降駆動する上下用カムを複数種設け、それらの複数種の上下用カムの中から選択された上下用カムを１回転させて前記吸着ノズルを昇降駆動する既定ストローク動作と、前記複数種の上下用カムの中から選択された同じ又は別の上下用カムを任意角度回転させ前記吸着ノズルの下降動作途中で停止させてから逆転させて前記吸着ノズルを上昇させる可変ストローク動作とを選択可能としたことを特徴とする電子部品の実装方法。In an electronic component mounting method of mounting an electronic component on a substrate using a mounting head that drives a lifting shaft having a suction nozzle at a lower portion to move up and down by a vertical cam,
A plurality of vertical cams for raising and lowering the vertical shaft, a predetermined stroke operation for vertically rotating the suction nozzle by rotating the vertical cam selected from among the plural types of vertical cams once, and A variable stroke operation of rotating the same or another up and down cam selected from a plurality of types of up and down cams by an arbitrary angle, stopping the suction nozzle in the middle of the lowering operation, and then reversely rotating the suction nozzle to raise the suction nozzle. An electronic component mounting method characterized by being selectable. 吸着ノズルを下部に有する昇降軸を昇降自在に設けて、該昇降軸を上下用カムにより昇降駆動する装着ヘッドを備えた電子部品の実装装置において、
正回転及び逆回転が可能な駆動源を設けて、前記上下用カムを回転駆動し、前記上下用カムを１回転させて前記吸着ノズルを昇降駆動する既定ストローク動作と、前記上下用カムを任意角度回転させ前記吸着ノズルの下降動作途中で停止させてから逆転させて前記吸着ノズルを上昇させる可変ストローク動作とを、選択的に実行可能としたことを特徴とする電子部品の実装装置。An electronic component mounting apparatus having a mounting head for vertically moving a vertical shaft having a suction nozzle at a lower portion and driving the vertical shaft by a vertical cam.
A predetermined stroke operation of providing a drive source capable of normal rotation and reverse rotation, rotating the upper and lower cams, rotating the upper and lower cams once and driving the suction nozzle up and down, and setting the upper and lower cams optionally. A variable stroke operation of rotating the angle and stopping the suction nozzle in the middle of the descent operation, and then rotating the suction nozzle upward to rotate the suction nozzle, thereby selectively performing the variable stroke operation. 吸着ノズルを下部に有する昇降軸を昇降自在に設けて、該昇降軸を上下用カムにより昇降駆動する装着ヘッドを備えた電子部品の実装装置において、
上下用カムを複数種設けるとともに、それらの上下用カムのうちの１つを選択する選択手段を設け、正回転及び逆回転が可能な駆動源を設けて、それらの複数種の上下用カムを回転駆動し、前記選択手段で選択された上下用カムを１回転させて前記吸着ノズルを昇降駆動する既定ストローク動作と、前記選択手段で選択された同じ又は別の上下用カムを任意角度回転させ前記吸着ノズルの下降動作途中で停止させてから逆転させて前記吸着ノズルを上昇させる可変ストローク動作とを、選択的に実行可能としたことを特徴とする電子部品の実装装置。An electronic component mounting apparatus having a mounting head for vertically moving a vertical shaft having a suction nozzle at a lower portion and driving the vertical shaft by a vertical cam.
A plurality of vertical cams are provided, a selecting means for selecting one of the vertical cams is provided, and a drive source capable of normal rotation and reverse rotation is provided. A predetermined stroke operation of rotating the upper and lower cams selected by the selecting means by one rotation to drive the suction nozzle up and down, and rotating the same or another vertical cam selected by the selecting means by an arbitrary angle. A variable stroke operation of stopping the suction nozzle in the middle of the lowering operation and then rotating the suction nozzle to reverse to raise the suction nozzle, wherein the variable stroke operation can be selectively executed. 前記装着ヘッドの移動方向に平行にスプライン軸を配設し、該スプライン軸に嵌合するスプラインナットを前記装着ヘッドの本体にて回転自在に保持し、該スプラインナットに前記上下用カムを設けるとともに、前記装着ヘッドの本体に前記上下用カムに従動するカムフォロアを設けて、前記スプライン軸に連動して回転する前記上下用カムで前記カムフォロアを駆動し、該カムフォロアで前記昇降軸を昇降駆動する請求項３又は４記載の電子部品の実装装置。A spline shaft is provided in parallel with the moving direction of the mounting head, a spline nut fitted to the spline shaft is rotatably held by the main body of the mounting head, and the spline nut is provided with the up / down cam. A cam follower that is driven by the up / down cam in the body of the mounting head, drives the cam follower with the up / down cam rotating in conjunction with the spline shaft, and drives the up / down shaft with the cam follower. Item 5. The electronic component mounting apparatus according to item 3 or 4.

Images