JP3981834B2

JP3981834B2 - 部品実装装置

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Inventors: 敦斉藤; 明木村
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Priority date: 2003-11-19
Filing date: 2003-11-19
Publication date: 2007-09-26
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Description

本発明は部品実装装置に係り、とくに複数の吸着ノズルをマウントヘッドに支軸を中心として公転可能に取付け、公転方向の所定の位置に設けたアクチュエータによって作動される位置へ吸着ノズルを移動させてアクチュエータによって吸着ノズルを往動させて部品の吸着および／または実装を行なうようにした部品実装装置に関する。

回路基板上に部品を実装して電子回路を製作するために、実装機が広く用いられている。実装機は吸着ノズルを備え、この吸着ノズルによって部品を吸着し、吸着ノズルを回路基板に対して相対的にＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させることによって、回路基板上の所定の装着位置の上部まで吸着ノズルを移動させる。そしてこの後に吸着ノズルを回路基板に対して下降させることによって、吸着した部品を回路基板上の所定の位置に実装する。

従来はロータリ機と呼ばれる大型の高速機が主流をなしていたが、近年はロータリ機の大型さと高価さとが敬遠され、小型でマウントヘッドが移動するタイプの機械が主流になっている。小型でヘッドが移動するタイプの実装機で、チップ部品等の小型部品を対象とする機械については、装着のタクトタイムを短くして生産能力を上げるために、１つのツールヘッドに例えば４本〜１２本程度の複数のノズルを持つようにしている。このような実装機はセル型実装機と称される。

ツールヘッドに複数のノズルを有する実装機はさらに２種類に大別される。第１のタイプは、吸着ノズルを上下するアクチュエータがツールヘッドの公転方向の１点に１個だけ設けられ、ノズルがこのアクチュエータの下に公転移動して吸着および装着動作をするタイプである。別のタイプは、ツールヘッドの中でノズルが円周方向に公転移動することがなく、ノズルはツールヘッドに対して固定されており、ノズルを上下方向に作動させるアクチュエータを各ノズルにそれぞれ装備するものである。

上記第１のタイプは、１つのカセットからの連続取出しや，狭いピッチで隣接するチップの装着等の場合において、ヘッドの移動量が少なくて済み、しかもノズルを上下するアクチュエータが単一であるために、十分にパワフルなアクチュエータを使用できる。従ってノズルの上下のストローク時間をも短縮できるために、１つのツールヘッド当りの能力が高くなる。このようなタイプの実装機をセル型中速機と称している。このような実装機は、例えば特開平９−１８１４８８号公報や、特開２００１−２２３４９８号公報に開示されている。

複数の吸着ノズルを円周方向に沿って配した公転可能なツールヘッドの場合には、林立するノズルが高速で公転軸を中心として円周方向に移動し、アクチュエータの下にきた段階で上記アクチュエータのレバーがノズルを押下げることによってノズルが下降動作する。なおレバーは押下げるだけでよく、ノズルの上昇動作はレバーが上昇するとこれに伴ってばねの復元力が働いて上昇する。このようなツールヘッド内におけるノズルの円周方向の公転移動と、ノズルの上下方向の移動の時間をそれぞれＴ_１、Ｔ_２としたときに、この実装機のタクトタイムのベースになる数値は、Ｔ_１＋Ｔ_２である。ここでＴ_１およびＴ_２はそれぞれいろいろな制約条件の中で極力短縮しようとしている結果の数字なので、それぞれの短縮はあり得るとしても、Ｔ_１＋Ｔ_２がタクトタイムのベースになってしまうのが従来の実装機の限界であった。

ところが公転運動を行なうツールヘッドの場合には、ノズルの上下方向の移動に例えば１４ｍｍのストロークを有しているが、部品の高さが２ｍｍ程度のチップ部品を吸着して装着する場合には、ノズルが完全に位置決めされて動作しなくてはいけないのは、上下動の下端の３ｍｍ程度の場合が多い。すなわち原理的には１４−３＝１１ｍｍのストロークの間については、ノズルの移動動作と同時にノズルの昇降動作を行なっても問題がない。従ってＴ_１＋Ｔ_２−（同時に動作している時間）をタクトタイムのベースにすることができる筈である。しかるに現実には、摩擦や機械的な干渉が起るために、同時に動作している時間をほぼゼロに設定しており、このために従来の実装機においてはタクトタイムの短縮化に限界があった。

特開平９−１８１４８８号公報特開２００１−２２３４９８号公報特開２０００−１１４７８８号公報特開平２−９９０００号公報特開平２−１９４７００号公報

本願発明の課題は、タクトタイムを短縮するようにした部品実装装置を提供することである。

本願発明の別の課題は、アクチュエータによって作動される位置まで移動するための吸着ノズルの移動時間と、吸着または実装のためのストロークを行なう時間との和によってタクトタイムが拘束されないようにした部品実装装置を提供することである。

本願発明の別の課題は、ノズル移動軸とノズル上下軸の動作時間の大幅なオーバーラップを可能にする機構を備えた部品実装装置を提供することである。

本願発明のさらに別の課題は、非常停止時等における機構的干渉の回避機構を設け、これによって非常停止時においてもノズルの折損事故等を防止できるようにした部品実装装置を提供することである。

本願発明の上記の課題および別の課題は、以下に述べる本願発明の要旨およびその実施の形態によって明らかにされよう。

本願の主要な発明は、複数の吸着ノズルをマウントヘッドに主軸を中心として公転可能に取付け、公転方向の所定の位置にアクチュエータを設けるとともに、前記吸着ノズルを前記所定の位置に移動させ、前記アクチュエータによって前記吸着ノズルの被作動部を作動させて該吸着ノズルを往動させて部品の吸着および／または実装を行なうようにした部品実装装置であって、
前記吸着ノズルの前記アクチュエータによって作動される前記被作動部に該吸着ノズルの移動方向であって前記公転方向に所定の寸法を有する被押圧板を前記吸着ノズルの軸線を中心として回転自在に取付けるとともに、前記アクチュエータの作動部を前記公転方向に回転可能なローラから構成したことを特徴とする部品実装装置に関するものである。
本願の別の発明は、複数の吸着ノズルをマウントヘッドに主軸を中心として公転可能に取付け、公転方向の所定の位置にアクチュエータを設けるとともに、前記吸着ノズルを前記所定の位置に移動させ、前記アクチュエータによって前記吸着ノズルの被作動部を作動させて該吸着ノズルを往動させて部品の吸着および／または実装を行なうようにした部品実装装置であって、
前記吸着ノズルの前記アクチュエータによって作動される前記被作動部に該吸着ノズルの移動方向であって前記公転方向に所定の寸法を有する被押圧板を前記吸着ノズルの軸線を中心として回転自在に取付けるとともに、前記アクチュエータの作動部を前記吸着ノズルの移動方向であって公転方向に搖動可能に支持したことを特徴とする部品実装装置に関するものである。
本願のさらに別の発明は、複数の吸着ノズルをマウントヘッドに主軸を中心として公転可能に取付け、公転方向の所定の位置にアクチュエータを設けるとともに、前記吸着ノズルを前記所定の位置に移動させ、前記アクチュエータによって前記吸着ノズルの被作動部を作動させて該吸着ノズルを往動させて部品の吸着および／または実装を行なうようにした部品実装装置であって、
前記吸着ノズルの前記アクチュエータによって作動される前記被作動部に該吸着ノズルの移動方向であって前記公転方向に所定の寸法を有する被押圧板を前記吸着ノズルの軸線を中心として回転自在に取付けるとともに、前記アクチュエータの作動部を前記吸着ノズルの前記公転による移動方向に搖動自在な支持体によって前記吸着ノズルの軸線と直交する軸線を中心として回転可能に支持されたローラから構成したことを特徴とする部品実装装置に関するものである。

これらの発明において、前記被押圧板が円形のディスクであることが好ましい。

本願のさらに別の発明は、複数の吸着ノズルをマウントヘッドに主軸を中心として公転可能に取付け、公転方向の所定の位置にアクチュエータを設けるとともに、前記吸着ノズルを前記所定の位置に移動させ、前記アクチュエータによって前記吸着ノズルの被作動部を作動させて該吸着ノズルを往動させて部品の吸着および／または実装を行なうようにした部品実装装置であって、
前記吸着ノズルの前記被作動部に該吸着ノズルの移動方向であって前記公転方向に所定の寸法を有する被押圧板を設け、前記アクチュエータの作動部を回転体とし、しかも前記アクチュエータの作動部を前記公転方向に回転可能なローラから構成し、
前記吸着ノズルを公転方向に前記アクチュエータによって作動される位置へ移動する過程において、前記アクチュエータが隣接する吸着ノズルに干渉しない位置まで移動したら、前記アクチュエータによって前記吸着ノズルを往動させて、前記吸着ノズルの前記公転方向の移動と前記吸着ノズルの前記往動との間に時間的なオーバラップを設けるように制御する制御手段を設けたことを特徴とする部品実装装置に関するものである。
本願のさらに別の発明は、複数の吸着ノズルをマウントヘッドに主軸を中心として公転可能に取付け、公転方向の所定の位置にアクチュエータを設けるとともに、前記吸着ノズルを前記所定の位置に移動させ、前記アクチュエータによって前記吸着ノズルの被作動部を作動させて該吸着ノズルを往動させて部品の吸着および／または実装を行なうようにした部品実装装置であって、
前記吸着ノズルの前記被作動部に該吸着ノズルの移動方向であって前記公転方向に所定の寸法を有する被押圧板を設け、前記アクチュエータの作動部を回転体とし、しかも前記アクチュエータの作動部を前記吸着ノズルの移動方向であって公転方向に搖動可能に支持し、
前記吸着ノズルを公転方向に前記アクチュエータによって作動される位置へ移動する過程において、前記アクチュエータが隣接する吸着ノズルに干渉しない位置まで移動したら、前記アクチュエータによって前記吸着ノズルを往動させて、前記吸着ノズルの前記公転方向の移動と前記吸着ノズルの前記往動との間に時間的なオーバラップを設けるように制御する制御手段を設けたことを特徴とする部品実装装置に関するものである。
ここで前記吸着ノズルが往動して部品を吸着するか、吸着した部品を実装するものであってよい。

本願のさらに別の発明は、複数の吸着ノズルをマウントヘッドに主軸を中心として公転可能に取付け、公転方向の所定の位置にアクチュエータを設けるとともに、前記吸着ノズルを前記所定の位置に移動させ、前記アクチュエータによって前記吸着ノズルの被作動部を作動させて該吸着ノズルを往動させて部品の吸着および／または実装を行なうようにした部品実装装置であって、
前記吸着ノズルの前記被作動部に該吸着ノズルの移動方向であって前記公転方向に所定の寸法を有する被押圧板を設け、前記アクチュエータの作動部を回転体とし、しかも前記アクチュエータの作動部を前記公転方向に回転可能なローラから構成し、
前記吸着ノズルが復動する過程において、前記アクチュエータが隣接する吸着ノズルに干渉しない位置まで復動したら、前記マウントヘッドを主軸を中心として公転させて、前記吸着ノズルの前記公転方向の移動と前記吸着ノズルの前記復動との間に時間的なオーバラップを設けるように制御する制御手段を設けたことを特徴とする部品実装装置に関するものである。
本願のさらに別の発明は、複数の吸着ノズルをマウントヘッドに主軸を中心として公転可能に取付け、公転方向の所定の位置にアクチュエータを設けるとともに、前記吸着ノズルを前記所定の位置に移動させ、前記アクチュエータによって前記吸着ノズルの被作動部を作動させて該吸着ノズルを往動させて部品の吸着および／または実装を行なうようにした部品実装装置であって、
前記吸着ノズルの前記被作動部に該吸着ノズルの移動方向であって前記公転方向に所定の寸法を有する被押圧板を設け、前記アクチュエータの作動部を回転体とし、しかも前記アクチュエータの作動部を前記吸着ノズルの移動方向であって公転方向に搖動可能に支持し、
前記吸着ノズルが復動する過程において、前記アクチュエータが隣接する吸着ノズルに干渉しない位置まで復動したら、前記マウントヘッドを主軸を中心として公転させて、前記吸着ノズルの前記公転方向の移動と前記吸着ノズルの前記復動との間に時間的なオーバラップを設けるように制御する制御手段を設けたことを特徴とする部品実装装置に関するものである。

ここで前記吸着ノズルが実装する部品を吸着するか、部品を実装した後に復動することが好適である。

本願のさらに別の発明は、前記吸着ノズルが部品を吸着するとともに、吸着した該部品を回路基板上の所定の位置に実装するものである。

本願発明の好ましい態様は、ディスク状の上端側の受け面を持つノズルに関するものであって、吸着ノズルの移動時間と昇降の時間とのオーバーラップを実現するために、吸着ノズル間にアクチュエータのレバーが落ちないようにするために、上記の時間のオーバーラップ量に対して十分な大きさの半径を持つディスクをノズルの上端に取付けるようにしたものである。

別の好ましい態様は、ローラ化されたノズル接触部を持つ上下動用アクチュエータのレバーである。吸着ノズルの移動時間とストローク時間とのオーバーラップを実現するためには、このレバーがノズルを押しながらノズルが移動できなくてはならない。このためにレバーのノズル接触部をノズルの移動方向に回転するローラにし、摩擦やノズルの移動の際の阻害要因をなくして、スムーズにオーバラップできるようにする。

本願発明の別の態様は、ノズル自転軸への外乱抑制とディスクとローラの滑り抑制である。

上記の態様によって、動作時間のオーバーラップが現実的で実現可能になる。しかるに吸着ノズルは移動するだけでなく、部品の装着の向きを調整するために自転動作をも行なう。レバーのローラがノズルを押しているときにもノズルは公転を行なう。そしてツールヘッドの公転だけではなく吸着ノズルの自転動作も同様に、上記の上下軸動作と時間的にオーバーラップするために、ディスクとローラの接触はノズルの自転の阻害要因になる。そこでノズルの上端にディスクの上面をノズルに対して自由に回転できるようにすることによって、ノズルの自転に対する阻害要因を排除する。

このような回転自在なディスクは、吸着ノズル上端の公転半径が小さいときに、吸着ノズルの移動時間とストローク時間とのオーバーラップによってディスクとローラとが接触した場合に、ローラの回転で摩擦を逃げる方向と、実際にノズルの移動方向とがずれてしまって摩擦を生ずる現象か発生する。ところが上述のようにディスクを自由に回転できるようにすることによって、上記の摩擦量を大きく軽減できるようになる。

本願の別の態様は、ダメージの回避対策である。上記のような構成によって、吸着ノズルの移動時間とストローク時間のオーバーラップが十分に現実的になるものの、それは正常動作の場合である。各軸をサーボモータで駆動し、ソフトウエアによってオーバーラップを実現する場合には、非常停止時やモータの動きにに何等かの原因で遅れが生じた場合、すなわちモータが非常停止する可能性が大きい場合には、機構的な干渉が起る可能性を否定できない。具体的な干渉パターンは上下軸のレバーが上昇しきらないところで停止し、ノズルの公転軸が止まりきらずにノズルを破損してしまう可能性があることである。そこでこのような事故を防止するために、レバーを干渉方向に対して揺動可能にし、これによって干渉を逃げるようにするものである。

本願の主要な発明は、複数の吸着ノズルをマウントヘッドに主軸を中心として公転可能に取付け、公転方向の所定の位置にアクチュエータを設けるとともに、吸着ノズルを所定の位置に移動させ、アクチュエータによって吸着ノズルの被作動部を作動させて該吸着ノズルを往動させて部品の吸着および／または実装を行なうようにした部品実装装置であって、吸着ノズルのアクチュエータによって作動される被作動部に該吸着ノズルの移動方向であって公転方向に所定の寸法を有する被押圧板を吸着ノズルの軸線を中心として回転自在に取付けるとともに、アクチュエータの作動部を公転方向に回転可能なローラから構成したものである。

従ってこのような部品実装装置によれば、マウントヘッドの公転動作に伴う吸着ノズルの移動と、アクチュエータによる吸着ノズルの昇降動作との時間的なオーバーラップを図ることが可能になり、これによってタクトタイムの短縮化が可能になる。

本願の別の主要な発明は、吸着ノズルを公転方向にアクチュエータによって作動される位置へ移動する過程において、アクチュエータが隣接する吸着ノズルに干渉しない位置まで移動したら、アクチュエータによって吸着ノズルを往動させて吸着ノズルの公転方向の移動と吸着ノズルの往動との間に時間的なオーバラップを設けるように制御する制御手段を設けたものである。

従ってこのような部品実装装置によれば、アクチュエータと吸着ノズルの干渉を防止しながらしかも吸着ノズルの移動と吸着ノズルの往動動作とのオーバーラップを達成することが可能になる。

本願のさらに別の主要な発明は、吸着ノズルが復動する過程において、アクチュエータが隣接する吸着ノズルに干渉しない位置まで復動したら、マウントヘッドを支軸を中心として公転させて吸着ノズルの公転方向の移動と吸着ノズルの往動との間に時間的なオーバラップを設けるように制御する制御手段を設けたものである。

従ってこのような部品実装装置によれば、吸着ノズルとアクチュエータとの干渉を防止しながらしかもアクチュエータのストロークの復動動作とマウントヘッドの公転動作とをオーバーラップさせることが可能になる。

図１〜図３は本実施の形態の部品実装装置の全体を示すものであって、この部品実装装置は、ベース部１２と、該ベース部１２を支持した機台１３と、該機台１３の前後方向を受ける両端部の左右両端寄りの位置に立設された４本の支柱１４と、前後方向に離間した２つの支柱１４の上端間に機台１３の長手方向に沿って架け渡し状に支持された梁１５と、梁１５間に垂下状に架け渡すように設けられたヘッド搭載桁１６と、ヘッド搭載桁１６に垂設されたツールヘッド１７と、このツールヘッド１７に配設された複数の吸着ノズル１８とを有する。なお図１および図２において矢印Ｘで示す方向を前後方向またはＸ軸方向といい、図２および図３において矢印Ｙで示す方向を左右方向またはＹ軸方向という。

上記ベース部１２の上面の内、左右方向における中央の領域が基板１９等のワークが配置されるワーク配置部とされ、該ワーク配置部には回路基板１９を固定する固定手段２０が配設されており、該固定手段２０によって基板１９の位置決めとその位置の保持とがなされる。またワーク配置部には２枚の基板１９が前後方向に所定の間隔で離間して配置される。

上記梁１５の下面には案内レール２１がＸ軸方向に延びるように固定されており、ヘッド搭載桁１６の両端部の上面には固定された被ガイド体２２が上記案内レール２１に摺動自在に係合され、これによってヘッド搭載桁１６は上記梁１５にＸ軸に移動可能に支持される。なおヘッド搭載桁１６は梁１５との間に図示しない駆動手段が設けられ、これによってヘッド搭載桁１６が梁１５に対して自走するようになっている。

ツールヘッド１７は上記ヘッド搭載桁１６に垂下状に設けられるとともに、このツールヘッド１７はヘッド搭載桁１６に対してＹ軸方向に移動自在に支持される。なおツールヘッド１７はヘッド搭載桁１６の内部に設けられたボールねじの回転によってＹ軸方向に移動されるようになっている。

上記ツールヘッド１７はヘッド搭載桁１６の梁１５に対するＸ軸方向の移動とツールヘッド１７のヘッド搭載桁１６に対するＹ軸方向の移動によって、Ｘ−Ｙ方向にそれぞれ移動自在になっている。

ツールヘッド１７の回転主軸は、鉛直方向に対して傾斜した状態で設けられ、ツールヘッド１７はその下端が前方に偏倚するようになっている。またツールヘッド１７は正逆回転自在になっている。

ツールヘッド１７には１２個の吸着ノズル１８がその外周寄りの部分に周方向に等間隔に配置され、これらの吸着ノズル１８の軸心はツールヘッド１７の回転軸に対してそれぞれ傾斜して止着され、その傾斜は吸着ノズル１８の上端がツールヘッド１７の回転軸に近づいていく向きになっており、全体として１２本の吸着ノズル１８はツールヘッド１７に対して末広がり状になるように配設される。

吸着ノズル１８はツールヘッド１７に対してそれぞれ軸線方向に移動自在に支持されており、吸着ノズル１８が後述する操作位置に位置されたときに後述する押圧手段によって上方から押圧されて下降する。

これらの吸着ノズル１８の内の、ツールヘッド１７の後端側であって図１において右端に位置した吸着ノズル１８の軸心は、鉛直方向を向くようになっており、その後端側の位置が上記操作位置に相当する。そして操作位置に位置されかつ鉛直方向を向いた吸着ノズル１８によってチップ部品２３の吸着あるいは離脱が行なわれるようになっている。

また１枚の回路基板１９に実装されるチップ部品２３の種類は複数種類あり、このような異なったチップ部品２３を単一の種類の吸着ノズル１８によって吸着と実装を行なうことはできず、複数種類の吸着ノズル１８を設けておき、それぞれ最適な吸着ノズルで対応する部品の吸着と実装を行なうようにしている。

吸着ノズル１８は図示しないエアコンプレッサに接続されており、操作位置に位置された吸着ノズル１８の先端部が所定のタイミングで負圧または正圧に切換えられ、これによってその先端部においてチップ部品２３の吸着または離脱を行なうようにしている。

固定手段２０によって位置決めと保持が行なわれた回路基板１９がチップ部品２３を実装する領域が部品実装領域Ｍを構成する。

また上記部品実装領域Ｍの左右両側にはそれぞれ４０個の部品供給装置２４が配設され、各部品供給装置２４には同種の多数のチップ部品２３が収納されており、これらのチップ部品２３を必要に応じて上記吸着ノズル１８に供給している。なおここでは部品供給装置２４が部品実装領域Ｍの左右両側に配置されたものについて説明しているが、本発明は部品実装装置２４が部品実装領域Ｍの左右の一方のみに配置されている場合にも適用することができる。

部品供給装置２４には部品供給装置２４毎に種類の異なったチップ部品２３が収納され、回路基板１９上のどの位置に実装するチップ部品２３かによって吸着ノズル１８および部品供給装置２４が選択され、そのチップ部品２３が吸着される。

各部品供給装置２４の部品供給口２５には上記固定手段２０の左右両側にこれと平行になるように配置され、これらの部品供給口２５に配置されたチップ部品２３が上記吸着ノズル１８によって吸着される。従って多数の部品供給口２５が配列された領域がチップ部品２３を吸着する領域である。

ツールヘッド１７はその動作位置にきた吸着ノズル１８が部品供給領域Ｓと部品実装領域Ｍとこれらの領域Ｓ、Ｍを結ぶ領域の範囲内を移動するようになっている。

ツールヘッド１７はまず部品供給領域Ｓの上に移動し、この後にツールヘッド１７に設けられている１２個の吸着ノズル１８によって順次所定のチップ部品２３を吸着する。この後にツールヘッド１７が部品実装領域Ｍに移動し、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動調整しながら回路基板１９上の所定の位置に吸着ノズル１８によって吸着された部品を順次実装していく。この動作を繰返すことによって、回路基板１９上にチップ部品２３が実装される。

次に上記ヘッド搭載桁１６の下端に取付けられるツールヘッド１７について説明する。ツールヘッド１７は図４に示すようにキャリッジフレーム３０に取付けられる。キャリッジフレーム３０には軸受３１が設けられ、この軸受３１によって主軸３２が回転自在に支持される。なお支軸３２は垂直方向に対して傾いた角度で支持される。そして支軸３２の先端側の部分にツールヘッド１７が固着されるとともに、このツールヘッド１７にはその円周方向に沿って１２本の吸着ノズル１８が回転自在に取付けられる。

主軸３２の上端にはプーリ３５が固着される。一方キャリッジフレーム３０にはヘッド公転用モータ３６が取付けられ、その出力軸にプーリ３７が固着される。そしてプーリ３７と上記主軸３２のプーリ３５とがタイミングベルト３８によって掛渡される。

上記キャリッジフレーム３０にはさらにノズル自転用モータ４２が取付けられる。このノズル自転用モータ４２の出力軸にはプーリ４３が固着される。そして上記主軸３２の外周側に設けられる筒状をなすスリーブ４４にはプーリ４５が固着される。そして上記プーリ４３とプーリ４５との間にタイミングベルト４８が掛渡され、ノズル自転用モータ４２によってスリーブ４４の下端側のノズル自転用大ギヤ４６が回転駆動される。このノズル自転用大ギヤ４６にはノズル側小ギヤ４７が噛合うようになっており、これによって吸着ノズル１８はそれぞれ回転駆動される。これがノズル１８の自転である。

上記吸着ノズル１８は図５に示すようにその先端部に吸着部５０を備えるとともに、吸着部５０の根元側には光を吸収する光吸収板５１が取付けられている。これに対して上記吸着部５０と対向するように反射体５２が図４に示すキャリッジフレーム３０のアームの部分に支持されている。そして反射体５２の壁部５３には照明ランプ５４が取付けられる。また反射体５２によって反射されるように保持板５５に照明ランプ５６が取付けられる。そして上記照明ランプ５６によって照明されるチップ部品２３の下面の映像を取込むための部品カメラ５７と、吸着部５０によって吸着されるチップ部品２３の側部の画像を取込む部品カメラ５８とが設けられる。またキャリッジフレーム３０の反対側のアーム５９には基板用カメラ６０が取付けられ、この基板用カメラ６０によって上記回路基板１９の上面の画像を取込むようにしている。

上記キャリッジフレーム３０の側部であって基板用カメラ６０の側部にはブラケット６４を介して昇降用モータ６５が配されている。この昇降用モータ６５は図５および図６に示すように、その出力軸にピニオン６６が固着されている。そしてピニオン６６はスライドガイド６７によって上下方向に摺動自在に案内されるラック６８と噛合っている。そしてラック６８には昇降板６９が取付けられている。

昇降板６９の先端側の部分には、図５に示すように垂直に支軸７０が配され、この支軸７０によって揺動レバー７１が揺動可能に支持されている。そして揺動レバー７１にはその先端側に取付け軸７２を介して押圧ローラ７３が配されており、この押圧ローラ７３が上記吸着ノズル１８の上端を押圧するようになっている。

上記押圧ローラ７３によって押圧される吸着ノズル１８はその上端側の部分が被押圧ロッド７６から構成され、しかもこの被押圧ロッド７６の上端にディスク７７がボール７８を介して回転自在に支持されている。被押圧ロッド７６はリターンスプリング７９によって上方に摺動付勢される。従って昇降用モータ６５によって昇降板６９および揺動レバー７１を介して押圧ローラ７３を下降させると、ディスク７７を介して被押圧ロッド７６が下降される。モータ６５が逆転すると、リターンスプリング７９によって被押圧ロッド７６が上昇するために、吸着ノズル１８も上昇する。

上記ツールヘッド１７上における吸着ノズル１８の配列が図７に示される。すなわち吸着ノズル１８はツールヘッド１７によって主軸３２の周囲に公転自在に配列される。そして上記吸着ノズル１８の上端にディスク７７が互いに円周方向に極めて微小なギャップをもって配されており、このようなディスク７７の上面をツールヘッド１７の円周方向の所定の位置に配された押圧ローラ７３によって押圧し、これによって吸着ノズル１８のストローク動作を行なわせ、その先端部でチップ部品２３の吸着動作や回路基板１９に対する実装動作を行なうようになっている。

次にこの部品実装装置のシステム構成について説明すると、図８に示すように制御ユニット８２を具備し、この制御ユニット８２に対して上記部品カメラ５７、５８および基板カメラ６０が取込んだ画像に関する情報を入力するようになっている。そして制御ユニット８２の後段に駆動回路８３が接続され、この駆動回路８３によって公転用モータ３６、自転用モータ４２、および昇降用モータ６５の駆動を行なうようにしている。これらにモータ３６、４２、６５はそれぞれエンコーダ８５、８６、８７を備え、これらのエンコーダ８５、８６、８７の出力が制御ユニット８２に入力される。

図８に示す制御ユニット８２によって制御されるツールヘッド１７は図２中の部品供給装置２４が配されているＳ領域においてそれぞれの吸着ノズル１８が部品の吸着を行なう。すなわちキャリッジフレーム３０がＹ軸方向のアクチュエータによってツールヘッド１７をＳ領域の上部に移動させ、その状態で昇降用モータ６５が作動されると、ピニオン６６およびラック６８によって昇降板６９が下降する。従ってこの昇降板６９に取付けられている揺動レバー７１が下降し、押圧ローラ７３が吸着ノズル１８の上端の被押圧ロッド７６のディスク７７を押圧する。従って被押圧ロッド７６が下降し、吸着ノズル１８の先端部が部品供給装置２４の部品供給口２５からチップ部品２３を吸着する。この後ヘッド公転用モータ３８によって主軸３２が駆動され、ツールヘッド１７が主軸３２を中心として３０度公転する。そして次の吸着ノズル１８が上記の吸着ノズル１８と同様に部品供給装置２４の部品供給口２５から部品２３を吸着する。この動作がツールヘッド１７に設けられている１２本の吸着ノズル１８について繰返され、総ての吸着ノズル１８が部品の吸着を行なう。

このような吸着のための吸着ノズル１８の昇降動作の際に、この昇降のストロークとツールヘッド１７の公転とが時間的にオーバーラップし、これによってタクトタイムの短縮を行なっている。この動作は図９に示すフローチャートに示され、このフローチャートの動作を制御ユニット８２のＣＰＵによって行なうようにしている。

ツールヘッド１７が公転を行ない、これによって昇降モータ６５の駆動によって作動されるアクチュエータの下に吸着ノズル１８が移動を開始し、この移動の開始後における公転用モータ３６の回転角度をエンコーダ８５の出力パルスによって検出し、このパルス数がＮ_１を超えたならば、ツールヘッド１７が次の吸着位置にいく前に昇降用モータ６５によって吸着ノズル１８を下降させる。そして昇降用モータ６５の回転角度をエンコーダ８７によって検出するとともに、このパルス数が吸着ノズル１８の下降に要するストロークに対応するパルス数Ｎ_２を超えた段階で、吸着ノズル１８の下降を停止し、この吸着ノズル１８によって部品の吸着を行なう。

そしてこの後クロックパルスがＮ_３を超えたかどうかの判断を行ない、Ｎ_３を超えた場合には、所要の停止時間を経過したとして、昇降用モータ６５によって吸着ノズル１８を上昇させる。そしてここでも昇降用モータ６５のエンコーダ８７の出力パルスがＮ_２を超えた段階で、１２本の吸着ノズル１８の全部がそれぞれ部品の吸着を行なったかどうかの判断を行ない、１２個の吸着ノズル１８の吸着が完了していない場合には、吸着ノズル１８が完全に上昇する前に公転用モータ３６によってツールヘッド１７の公転を開始し、次の吸着ノズル１８による吸着動作に移行する。

以上のような動作を１２個の吸着ノズル１８について順次行なう。このようにしてツールヘッド１７の総ての吸着ノズル１８がチップ部品２３を吸着したならば、この後にキャリッジフレーム３０をＸ軸方向およびＹ時方向に移動させ、これによってツールヘッド１７をＭ領域に移動させ、回路基板１９の上部に移動させる。

この後に昇降用モータ６５によって昇降板６９、揺動レバー７１および押圧ローラ７３を介して吸着ノズル１８を下降し、この吸着ノズル１８の先端部に吸着されているチップ部品２３を回路基板１９上にマウントする。１つの吸着ノズル１８によるマウント動作を終ったならば、この後にツールヘッド１７をヘッド公転用モータ３６によって主軸３２を中心として３０度回転させ、再び上記のチップ部品２３の装着動作と同様の動作を繰返す。この動作をツールヘッド１７の１２本の吸着ノズル１８について行なう。

このような実装段階における吸着ノズル１８の昇降動作と、ツールヘッド１７の公転による吸着ノズル１８の移動動作とを図１０に示すように時間的にオーバーラップさせ、これによってタクトタイムの短縮を図っている。

ヘッド公転用モータ３６によってツールヘッド１７を主軸３２を中心として回転させ、対象とする吸着ノズル１８を昇降用モータ６５を有するアクチュエータの下側へ移動させる。そしてこの移動の途中において、ヘッド公転用モータ３６の回転角をそのエンコーダ８５によって検出し、パルス数がＮ_６に達した段階において、昇降用モータ６５によるノズルの下降動作を開始する。そして昇降用モータ６５の回転角をエンコーダ８７によって検出するとともに、このエンコーダ８７のパルス数がＮ_７を超えた段階で、昇降用モータ６５を停止させて下降動作を停止し、部品の吸着を行なう。

そして下降位置における停止時間をクロックパルスによって検出し、そのパルス数がＮ_８を超えた段階で、昇降用モータ６５を逆転させる。するとリターンスプリング７９によって吸着ノズル１８が上昇する。そして上昇動作の途中で昇降用モータ６５の回転数をエンコーダ８７のパルスによって検出し、このパルスがＮ_９を超えた場合には、総ての吸着ノズル１８による実装を完了したかどうかの判別を行ない、完了していない場合には、吸着ノズル１８が完全に復動する前に次の吸着ノズル１８が昇降用モータ６５を有するアクチュエータの下側に移動するように再びヘッド公転用モータ３６によって吸着ノズル１８を移動させる。この動作を１２本の吸着ノズル１８について繰返すことによって、１２個のチップ部品２３が回路基板１９のそれぞれの実装位置に正しく実装される。

図１１はこのような吸着ノズル１８の公転方向の移動動作と昇降のストロークとをオーバーラップさせたときの状態を示しており、これを従来の方式と比較したものである。すなわち従来は吸着ノズルの移動動作とノズルの上下動作とを完全に時間的に分離して行なうようにしていたのを、ここでは吸着ノズル１８が次の位置へ移動する前に昇降モータ６５および押圧ローラ７３によって下降を行ない、また吸着ノズル１８が完全に復動する前にヘッド公転用モータ３６によって次の吸着ノズル１８をアクチュエータの下側に移動させる動作を開始している。

このように本実施の形態の部品実装装置は、その生産性向上のためにツールヘッド１７に１２本の吸着ノズル１８を搭載し、各吸着ノズル１８が昇降用モータ６５から成るアクチュエータの下側に公転によって位置決めされ、揺動レバー７１の先端部の押圧ローラ７３によって吸着ノズル１８を下降させ、電子部品２３の吸着と実装とを行なうようにしている。

ここで選択された吸着ノズル１８がその位置を移動しながらしかも自由に回転できるディスク７７を上端に持つ吸着ノズル１８を揺動レバー７１の押圧ローラ７３で下降させ、チップ状部品２３の吸着または装着を行なう。次に揺動レバー７１の上昇によってリターンスプリング７９で上昇しながらしかもその途中で次に選択された吸着ノズル１８の回転移動を開始し、各動作をオーバーラップさせている。しかも非常停止等の場合でも機構的な干渉を避けるために、吸着ノズル１８を昇降させるための揺動レバー７１に干渉方向に対して逃げるように揺動レバー７１を昇降板６９の先端部に支軸７０を介して揺動自在に設けている。摩擦や機械的干渉を回避するために、吸着ノズル１８の選択動作（公転動作）とその昇降動作（ストローク動作）とをオーバーラップさせることによって、生産性の向上を実現するようにしたことを顕著な特徴としている。

とくにツールヘッド１７の公転による吸着ノズル１８の選択動作と昇降用モータ６５から成るアクチュエータによる吸着ノズル１８の昇降動作のオーバーラップを実現するために、互いに隣接するノズル１８間にノズル昇降用アクチュエータの揺動レバー７１の押圧ローラ７３が落込まないように、各軸のオーバーラップ量に対して十分大きな半径のディスク７７を図７に示すように各吸着ノズル１８の上端に備えている。

また図７に示すように吸着ノズル１８の選択動作と吸着ノズル１８の昇降動作の時間的なオーバーラップを可能にするために、揺動レバー７１の押圧ローラ７３が吸着ノズル１８を押しながらツールヘッド１７の公転によって吸着ノズル１８がその位置を移動できるように、揺動レバー７１の押圧ローラ７３が吸着ノズル１８のノズル接触部に吸着ノズル１８の移動方向に回転できるローラになっている。このような機構によって摩耗や吸着ノズル１８の移動の阻害がなく、円滑に公転動作と昇降動作の時間的なオーバーラップが可能になっている。

また上記の機構は、図５に示すように、吸着ノズル１８がツールヘッド１７の公転によってその位置を変更できるだけでなく、ノズル自転用モータ４２によって、ノズル自転用大ギヤ４６およびノズル側小ギヤ４７によって吸着ノズル１８が自転する。そして揺動レバー７１の押圧ローラ７３が昇降しているときの吸着ノズル１８の自転は、ディスク７７とローラ７３との間に摩耗が発生するために、ティスク７７をロッド７６の上端にボール７８を介して取付けるようにし、これによって吸着ノズル１８に対してその軸線を中心としてディスク７７が自由に回転できるようにし、吸着ノズルの自転に対する阻害要因を排除している。

またこの機構は図７に示すように、吸着ノズル１８の上端の公転半径が小さく、ノズル１８の移動方向と昇降方向のオーバーラップ量が増大すると、ディスク７７と押圧ローラ７３とが接触した場合には、押圧ローラ７３の回転方向と吸着ノズル１８の移動方向がずれてしまって摩擦を発生する。ところが図５に示すディスク７７の回転可能な構造によって、上記の摩耗量を大きく軽減できるようになる。

また各軸をそれぞれ図８に示すサーボモータ３６、４２、６５で駆動し、図９および図１０に示すソフトウエア制御によって吸着ノズル１８の移動と吸着ノズル１８の昇降動作のオーバーラップを実現している。従って非常停止時やモータ３６、４２、６５の動きが何等かの原因で遅れた場合には、機械的な干渉が起る可能性が否定できない。そこでこのような状況に対応して、図５に示すように、昇降板６９の先端側の支軸７０によって揺動レバー７１を揺動可能であって干渉方向に対して逃げられるようにし、異常動作時においては押圧ローラ７３が側方の吸着ノズル１８に押されて横に移動できるようにし、移動動作時においても各機構部の干渉を避けてその損傷を防止するようにしている。

このようなセル型高速実装機は、吸着ノズル１８の移動と上下方向のストロークの動作時間の大幅なオーバーラップを可能にし、これによってタクトタイムの大幅な短縮が実現される。また非常停止時等の場合においても、揺動レバー７１の揺動動作によって、押圧ローラ７３が隣接する吸着ノズル１８との間で干渉を生ずることを回避することが可能になる。

以上本願発明を図示の実施の形態によって説明したが、本願発明は上記実施の形態によって限定されることなく、本願に含まれる発明の技術的思想の範囲内で各種の変更が可能である。例えば上記実施の形態は、ツールヘッド１７に１２本の吸着ノズル１８を備えているが、吸着ノズル１８の数は必ずもこのような数に限定されない。また吸着ノズル１８を昇降動作させるアクチュエータとして、昇降用モータ６５、ピニオン６６、ラック６８、昇降板６９、揺動レバー７１、および押圧ローラ７３を設けているが、本願発明はこのようなアクチュエータに限定されることなく、その他各種のアクチュエータが利用可能である。

本願発明は、ワーク上に各種の部品を実装するための実装装置として広く利用可能である。

実装機の全体の構成を示す正面図である。

同実装機の一部を破断した平面図である。

同実装機の要部側面図である。

ツールヘッドとその駆動機構を示す要部正面図である。

吸着ノズル１８の昇降機構の正面図である。

同昇降機構の要部側面図である。

ツールヘッド上におけるディスクの配列を示す平面図である。

システム構成を示すブロック図である。

部品の吸着動作を示すフローチャートである。

部品の実装動作を示すフローチャートである。

吸着ノズルの移動と昇降動作のオーバーラップを示す展開正面図である。

符号の説明

１２‥‥ベース部、１３‥‥機台、１４‥‥支柱、１５‥‥梁、１６‥‥ヘッド搭載桁、１７‥‥ツールヘッド、１８‥‥吸着ノズル、１９‥‥回路基板（ワーク）、２０‥‥固定手段、２１‥‥案内レール、２２‥‥被ガイド体、２３‥‥チップ部品、２４‥‥部品供給装置、２５‥‥部品供給口、３０‥‥キャリッジフレーム、３１‥‥軸受、３２‥‥主軸、３５‥‥プーリ、３６‥‥ヘッド公転用モータ、３７‥‥プーリ、３８‥‥タイミングベルト、４２‥‥ノズル自転用モータ、４３‥‥プーリ、４４‥‥スリーブ、４５‥‥プーリ、４６‥‥ノズル自転用大ギヤ、４７‥‥ノズル側小ギヤ、４８‥‥タイミングベルト、５０‥‥吸着部、５１‥‥光吸収板、５２‥‥反射体、５３‥‥壁部、５４‥‥照明ランプ、５５‥‥保持板、５６‥‥照明ランプ、５７‥‥部品カメラ（下）、５８‥‥部品カメラ（横）、５９‥‥アーム、６０‥‥基板用カメラ、６４‥‥ブラケット、６５‥‥昇降用モータ、６６‥‥ピニオン、６７‥‥スライドガイド、６８‥‥ラック、６９‥‥昇降板、７０‥‥支軸、７１‥‥揺動レバー、７２‥‥取付け軸、７３‥‥押圧ローラ、７６‥‥被押圧ロッド、７７‥‥ディスク、７８‥‥ボール、７９‥‥リターンスプリング、８２‥‥制御ユニット、８３‥‥駆動回路、８５〜８７‥‥エンコーダ

Claims

複数の吸着ノズルをマウントヘッドに主軸を中心として公転可能に取付け、公転方向の所定の位置にアクチュエータを設けるとともに、前記吸着ノズルを前記所定の位置に移動させ、前記アクチュエータによって前記吸着ノズルの被作動部を作動させて該吸着ノズルを往動させて部品の吸着および／または実装を行なうようにした部品実装装置であって、
前記吸着ノズルの前記アクチュエータによって作動される前記被作動部に該吸着ノズルの移動方向であって前記公転方向に所定の寸法を有する被押圧板を前記吸着ノズルの軸線を中心として回転自在に取付けるとともに、前記アクチュエータの作動部を前記公転方向に回転可能なローラから構成したことを特徴とする部品実装装置。
複数の吸着ノズルをマウントヘッドに主軸を中心として公転可能に取付け、公転方向の所定の位置にアクチュエータを設けるとともに、前記吸着ノズルを前記所定の位置に移動させ、前記アクチュエータによって前記吸着ノズルの被作動部を作動させて該吸着ノズルを往動させて部品の吸着および／または実装を行なうようにした部品実装装置であって、
前記吸着ノズルの前記アクチュエータによって作動される前記被作動部に該吸着ノズルの移動方向であって前記公転方向に所定の寸法を有する被押圧板を前記吸着ノズルの軸線を中心として回転自在に取付けるとともに、前記アクチュエータの作動部を前記吸着ノズルの移動方向であって公転方向に搖動可能に支持したことを特徴とする部品実装装置。
複数の吸着ノズルをマウントヘッドに主軸を中心として公転可能に取付け、公転方向の所定の位置にアクチュエータを設けるとともに、前記吸着ノズルを前記所定の位置に移動させ、前記アクチュエータによって前記吸着ノズルの被作動部を作動させて該吸着ノズルを往動させて部品の吸着および／または実装を行なうようにした部品実装装置であって、
前記吸着ノズルの前記アクチュエータによって作動される前記被作動部に該吸着ノズルの移動方向であって前記公転方向に所定の寸法を有する被押圧板を前記吸着ノズルの軸線を中心として回転自在に取付けるとともに、前記アクチュエータの作動部を前記吸着ノズルの前記公転による移動方向に搖動自在な支持体によって前記吸着ノズルの軸線と直交する軸線を中心として回転可能に支持されたローラから構成したことを特徴とする部品実装装置。
前記被押圧板が円形のディスクであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の部品実装装置。
複数の吸着ノズルをマウントヘッドに主軸を中心として公転可能に取付け、公転方向の所定の位置にアクチュエータを設けるとともに、前記吸着ノズルを前記所定の位置に移動させ、前記アクチュエータによって前記吸着ノズルの被作動部を作動させて該吸着ノズルを往動させて部品の吸着および／または実装を行なうようにした部品実装装置であって、
前記吸着ノズルの前記被作動部に該吸着ノズルの移動方向であって前記公転方向に所定の寸法を有する被押圧板を設け、前記アクチュエータの作動部を回転体とし、しかも前記アクチュエータの作動部を前記公転方向に回転可能なローラから構成し、
前記吸着ノズルを公転方向に前記アクチュエータによって作動される位置へ移動する過程において、前記アクチュエータが隣接する吸着ノズルに干渉しない位置まで移動したら、前記アクチュエータによって前記吸着ノズルを往動させて、前記吸着ノズルの前記公転方向の移動と前記吸着ノズルの前記往動との間に時間的なオーバラップを設けるように制御する制御手段を設けたことを特徴とする部品実装装置。
複数の吸着ノズルをマウントヘッドに主軸を中心として公転可能に取付け、公転方向の所定の位置にアクチュエータを設けるとともに、前記吸着ノズルを前記所定の位置に移動させ、前記アクチュエータによって前記吸着ノズルの被作動部を作動させて該吸着ノズルを往動させて部品の吸着および／または実装を行なうようにした部品実装装置であって、
前記吸着ノズルの前記被作動部に該吸着ノズルの移動方向であって前記公転方向に所定の寸法を有する被押圧板を設け、前記アクチュエータの作動部を回転体とし、しかも前記アクチュエータの作動部を前記吸着ノズルの移動方向であって公転方向に搖動可能に支持し、
前記吸着ノズルを公転方向に前記アクチュエータによって作動される位置へ移動する過程において、前記アクチュエータが隣接する吸着ノズルに干渉しない位置まで移動したら、前記アクチュエータによって前記吸着ノズルを往動させて、前記吸着ノズルの前記公転方向の移動と前記吸着ノズルの前記往動との間に時間的なオーバラップを設けるように制御する制御手段を設けたことを特徴とする部品実装装置。
前記吸着ノズルが往動して部品を吸着するか、吸着した部品を実装することを特徴とする請求項５または６に記載の部品実装装置。
複数の吸着ノズルをマウントヘッドに主軸を中心として公転可能に取付け、公転方向の所定の位置にアクチュエータを設けるとともに、前記吸着ノズルを前記所定の位置に移動させ、前記アクチュエータによって前記吸着ノズルの被作動部を作動させて該吸着ノズルを往動させて部品の吸着および／または実装を行なうようにした部品実装装置であって、
前記吸着ノズルの前記被作動部に該吸着ノズルの移動方向であって前記公転方向に所定の寸法を有する被押圧板を設け、前記アクチュエータの作動部を回転体とし、しかも前記アクチュエータの作動部を前記公転方向に回転可能なローラから構成し、
前記吸着ノズルが復動する過程において、前記アクチュエータが隣接する吸着ノズルに干渉しない位置まで復動したら、前記マウントヘッドを主軸を中心として公転させて、前記吸着ノズルの前記公転方向の移動と前記吸着ノズルの前記復動との間に時間的なオーバラップを設けるように制御する制御手段を設けたことを特徴とする部品実装装置。
複数の吸着ノズルをマウントヘッドに主軸を中心として公転可能に取付け、公転方向の所定の位置にアクチュエータを設けるとともに、前記吸着ノズルを前記所定の位置に移動させ、前記アクチュエータによって前記吸着ノズルの被作動部を作動させて該吸着ノズルを往動させて部品の吸着および／または実装を行なうようにした部品実装装置であって、
前記吸着ノズルの前記被作動部に該吸着ノズルの移動方向であって前記公転方向に所定の寸法を有する被押圧板を設け、前記アクチュエータの作動部を回転体とし、しかも前記アクチュエータの作動部を前記吸着ノズルの移動方向であって公転方向に搖動可能に支持し、
前記吸着ノズルが復動する過程において、前記アクチュエータが隣接する吸着ノズルに干渉しない位置まで復動したら、前記マウントヘッドを主軸を中心として公転させて、前記吸着ノズルの前記公転方向の移動と前記吸着ノズルの前記復動との間に時間的なオーバラップを設けるように制御する制御手段を設けたことを特徴とする部品実装装置。
前記吸着ノズルが実装する部品を吸着するか、部品を実装した後に復動することを特徴とする請求項８または９に記載の部品実装装置。
前記吸着ノズルが部品を吸着するとともに、吸着した該部品を回路基板上の所定の位置に実装することを特徴とする請求項１〜３、５、６、８、９の何れかに記載の部品実装装置。