JP6280808B2

JP6280808B2 - 部品実装装置、及び検知装置

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Publication number: JP6280808B2
Application number: JP2014099205A
Authority: JP
Inventors: 小出　晃; 晃小出; 義徳岡本
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2014-05-13
Filing date: 2014-05-13
Publication date: 2018-02-14
Anticipated expiration: 2034-05-13
Also published as: JP2015216286A

Description

本発明は、部品を搬送するためのシステム、及び検知装置に関する。特に本発明は、力を検出する検知装置、及び基板へ部品を実装するための部品実装装置に関する。

生産現場では、小さな電子部品などをハンドリングするための吸着搬送装置およびそれを搭載したさまざまな形態の生産設備が利用されている。部品実装装置は、それらの生産設備の一例であり、基板へ部品を搭載するための装置である。先行技術文献としては、以下の特許文献１乃至３が挙げられる。

特開２０１２−１７４７５１号公報特許第３０４８７１１号明細書特許第３０７５８２７号明細書

以降の説明では本発明の課題について説明するが、以降の説明は当業者に分かりやすく説明するためのものであり、本発明を特に限定するために意図されたものではない。なお、以降では、水平方向をＸＹ方向、垂直方向をＺ方向と呼称する。

部品実装装置では、生産性の向上が要求されている。生産性の向上の１つのアプローチは部品実装装置の動作の高速化である。

図１は、電子部品１０４を基板上のランド１０５と呼ばれる半田に装着する工程を(a)から(d)へと時間を追って示したものである。まず、最初の工程(a)は、電子部品１０４は真空吸着用流路１０３を介して供給した負圧によって吸着ノズル１０１に吸着される。電子部品１０４は吸着ノズル１０１が移動することで、基板上のランド１０５上に搬送される。

続く工程(b)では、吸着ノズル１０１をＺ方向のリニアアクチュエータで下降させて、電子部品１０４をランド１０５に着地させる。吸着ノズル１０１には緩衝バネ１０２が接続される。緩衝バネ１０２は吸着ノズル１０１の下降速度を高速化した際に、電子部品１０４がランド１０５に着地した時の衝撃力で破損することを防止するためのものである。吸着ノズル１０１と緩衝バネ１０２との組み合わせは緩衝バネ付き吸着ノズル１００と表現できる。

続く工程(c)では、緩衝バネ１０２は、電子部品１０４が破損しない大きさまで吸着ノズル１０１の衝撃力を緩和するようにその剛性を小さく設計されている。緩衝バネ１０２が縮みきるまでは電子部品１０４はランド１０５に殆ど押込まれることなく着地位置を維持する。緩衝バネ１０２が縮みきるまでの間に、リニアアクチュエータは吸着ノズル１０１の下降速度を減速させる。

最後の工程(d)で吸着ノズル１０１はランド１０５へ電子部品１０４を所定量押込む。この際の押込み量は、みなし制御という方法を用いて制御している。具体的には、みなし制御では、まず、部品実装装置のステージに固定した基板の反り量を数か所で測定して基板全体の反り量分布を推定し、基板上の各ランドの高さを算出する。その後、ランド１０５に電子部品１０４を適切な下降速度で着地させ、ランド１０５へ電子部品１０４を所定量押込んだところでＺ方向のリニアアクチュエータを停止させる。

以上のように、みなし制御と緩衝バネ付き吸着ノズル１００により、部品実装装置では電子部品１０４の破損などの課題を解決し、高速化を図っている。

しかし、実装速度を上げるために基板サイズを大きくするほどランド高さの推定値と実際のランド高さの誤差が大きくなり、望ましくない現象が発生する。望ましくない現象の１つは電子部品のランドへの押込み過ぎであり、もう１つは押込み不足による不良である。

まず、図２を使用して押込み過ぎについて説明する。図２に示すように、吸着ノズル２０１の押込み過ぎが発生すると、押込まれた電子部品２０２によりランド２０３を構成する半田がはみ出す。その結果、隣接する電子部品との短絡が発生する場合がある。さらに、ランド２０３の厚みが薄い場合、電子部品２０２に大きな力が加わることにより電子部品２０２が破損する場合もある。

次に、図３を使用して押込み不足による不良について説明する。図３（a）に示すようにノズル３０１の押込み不足が発生すると、ランド３０３と電子部品３０２との密着性不足が発生する。その結果、図３（b）に示すように電子部品３０２がランド３０３から脱落する場合もある。

このように、従来のみなし制御と緩衝バネ付き吸着ノズル１００を利用するアプローチは基板サイズの大型化に対して十分なアプローチとは言い難い。

このランド高さの推定値と実際のランド高さとの違いに起因する実装不良に対して、推定値と実際のランド高さとの差を小さくするアプローチが考えられる。

特許文献１では、電子部品を吸着するノズルの高さを位置決めするサーボモータと、ノズルが吸着した部品を基板に押し付ける荷重を制御できる加圧制御ヘッドとを備え、サーボモータをノズルが部品を基板に加圧する加圧源としても利用し、サーボモータの指令レベル論理座標と実際座標との差によって生じるサーボモータの発生出力トルクにより加圧圧力を可変とすることで、部品の破損や取り付け損ないなどのミスを防止することを開示する。特許文献１では、センサとして歪ゲージを用いている。歪ゲージは高速で動作するノズルに装着できる大きさや重量でないため、高さの位置決めをするサーボモータとノズルを装着した可動部分とを連結する梁部分に取り付けている。

しかし、電子部品の小型化に伴い、電子部品を破損せずにランドに着地させるための衝撃力の微小化も必要とされている。微小な衝撃力を検出しようとした場合、吸着ノズル付近にセンサを組込まないと、可動部の慣性力などの外乱によりこの微小な衝撃力を検出することは難しい。この点については特許文献１では配慮がなされていない。

本発明は、圧電体の一例である圧電膜を利用して部品の着地を検出することを１つの特徴とする。

本発明は、衝撃力が短時間に加わる力であることに着目した。そして、消耗品である取り換え可能な緩衝バネ付き吸着ノズルや、それを装着する駆動シャフトの先端に組込める小さなサイズと軽い質量を持ち、加わる力の微分に比例した電位を発生する圧電膜をバネで緩和されている微小な衝撃力を検知する押圧センサとして利用することを１つの特徴とする。

本発明によれば、微小な衝撃力を検出でき、微小な部品の破損を防ぐことができる。

本発明の背景を説明する電子部品の実装工程図である。本発明の背景となっている電子部品実装の高速化で増加している電子部品の破損不良を示した図である。本発明の背景となっている電子部品実装の高速化で増加している電子部品の脱離不良を示した図である。本発明の押圧センサの受圧部分の第一の実施例を示す図である。図４の４０１の説明図である。図４の４０２の説明図である。図４の４０３の説明図である。本発明の押圧センサの感度を向上させる第二の実施例を示す図である。本発明の押圧センサの感度を向上させる第三の実施例を示す図である。本発明の押圧センサの感度を向上させる第四の実施例を示す図である。図１０の４０３の説明図である。本発明の部品実装装置の説明図である。部品を吸着するノズルの説明図である。図１３の押圧センサ実装部の説明図である。押圧センサからのセンサ信号の取出し方法の説明図である。吸着搬送装置を動作させるための周辺装置の概略を示した図である。本発明で電子部品を実装する工程のフロチャートである。本発明で電子部品を実装するタイムチャートを説明する図である。 H₁、H₂、ΔH、N_h1、N₀、及びN_h2を説明する図である。本発明で電子部品を実装する工程のフロチャートである。本発明で電子部品を吸着搬送する装置の説明図である。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。以降、本発明の実施例を説明するが、各実施例は一部構成の削除、相互の置換、組み合わせが可能である。本発明は実施例には限定的に解釈されない。搬送装置、部品実装装置の構造は実施例に記載された以外の構造であっても良い。また、部品とは、電子部品だけでなく食品や生体試料も含む広義の表現である。

以降では、実施例１乃至４にて何らかの力を検出する検知装置について説明し、実施例５乃至７にて実施例１乃至４で説明した検知装置を部品実装装置、及び搬送装置の少なくとも１つに適用した例を説明する。

図４は本実施例の押圧センサ４００を説明する図である。図５から図７は、押圧センサ４００を構成する部品を説明する図である。この押圧センサ４００は検知装置の一例であると表現できる。

本実施例の押圧センサ４００には、押圧センサ４００が受ける力を支える第一の高剛性プレート４０１が配置されている。高剛性プレート４０１の下には接着層４０７を介して圧電膜プレート４０２が配置されている更に、その下には接着層４０８を介して高剛性プレート４０１よりも剛性の低い下部プレート４０３が配置されている。

高剛性プレート４０１内には、低剛性領域４０５と押圧伝達部４０４が形成されている。低剛性領域４０５は高剛性プレート４０１内に形成された窪みであると表現することができる。圧電膜プレート４０２内には、貫通電極４０９が形成されている。下部プレート４０３内には、端部に電極取出し用切欠部４１２、４１３があり、その内部に孔４１１が配置されている。

高剛性プレート４０１は、図５のように枠構造５０３の内側に枠構造５０３に対して剛性の低い低剛性領域５０２を持ち、その低剛性領域５０２内に押圧伝達部４０４が形成してある。図５では、一体構造体として記載しているが、これに限定されるものではなく、枠構造５０３や低剛性領域５０２、押圧伝達部４０４が別々に作られ、組み立てられていても良い。

圧電膜プレート４０２は、図６のように３層構造をしている。中央には圧電膜６０１と貫通電極４０９、その上に上部電極６０２、下に下部電極６０３と上部電極引き出し電極６０２′が形成されており、上部電極６０２と上部電極引き出し電極６０２′は貫通電極４０９を介して導通している。下部電極６０３と上部電極引き出し電極６０２′は、分離溝６０５により電気的に絶縁している。上部電極引き出し電極６０２′は圧電膜６０１の第２の側にある上部電極６０２の一部であると表現することができる。この構造により圧電膜６０１の変形に起因する電位差、つまり上部電極６０２と下部電極６０３の間に発生した電位差はある所定の方向から容易に取り出すことができるようになる。

圧電膜６０１の材質としては、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、及びフッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体の少なくとも１つを含み、せん断弾性係数Ｇが０.３〜２ＧＰａ程度の圧電材料を任意に採用できる。

下部プレート４０３は、図７のように四角形の内部に孔４１１があり、角部に電極取出し用切欠き部４１２、４１３を有するが、それらの形状は円形に限定されるものではなく、任意の形状で構わない。

高剛性プレート４０１と下部プレート４０３は圧電膜プレート４０２に対して絶縁された状態となっており、さらに圧電膜プレート４０２を拘束する。

上部電極６０２と下部電極６０３および上部電極引き出し電極６０２′はスパッタや蒸着、めっきといった成膜技術を用いても成膜することができる。その他の成膜方法としては、導電ペーストをスクリーン印刷する方法やインクジェット印刷する方法、金属箔を積層する方法など所望の方法を採用し得る。

いずれの方法を用いても上部電極６０２と下部電極６０３および上部電極引き出し電極６０２′の少なくとも１つは薄膜として形成できる。それらの厚さは任意に設定でき圧電膜６０１よりも薄い場合もあれば、厚い場合もある。

上部電極６０２の面と圧電膜６０１の面は接触しており、その圧電膜６０１の反対の面は、下部電極６０３および上部電極引き出し電極６０２′の面と接触している。さらに、上部電極６０２の他の面と上部プレート４０１の面とは、接着層４０７を介して接触しており、下部電極６０２および上部電極引き出し電極６０２′の他の面は接着層４０８を介して下部プレート４０３と接触している。ここで、接着層４０７および接着層４０８を介さずに上部プレート４０１と圧電膜プレート４０２、下部プレート４０３を積層することも可能であり、このような構造は実質的な積層構造と表現することができる。

このように形成される実質的な積層構造は、各層が実質的には数ミクロンから数百ミクロンの薄いプレートであり、非常にコンパクトな構造である。また、その形状は、四角形である必要はなく、円形や多角形であっても良い。

圧電膜６０１は、何らかの力により変形すると、その変形速度に比例した電位差を分極方向の両端の間に発生する。この変形の元となる圧電膜６０１の厚み方向の力を圧電膜６０１を厚み方向に対して垂直な面内方向に引き伸ばす力とすることで、上部電極６０２と下部電極６０３の間に発生した電位差を下部電極６０３と上部電極引き出し電極６０２′に繋いだ電極から取り出すことで、この積層構造は圧電膜６０１の厚み方向の力のみを検出する押圧センサとして利用可能となる。

ここで、圧電膜６０１は非圧縮性材料（ゴム弾性を有する材料における一般的な特性を備えた材料）として扱うことができ、力により変形する際も体積変化は殆ど生じない。そのため、圧電膜を上部プレート５００に貼り付けて厚み方向に垂直な面内での変形を拘束した状態で圧電膜６０１を変形させる方法として、上部プレート４０１の押圧伝達部４０４を介して圧電膜６０１の厚み方向の力を低剛性領域５０２に与えることで、押圧伝達部４０４を中心に低剛性領域５０２が圧電膜６０１の厚み方向に撓むことにより、その垂直方向に引き伸ばされること利用し、それに密着した圧電膜６０１にも引き伸ばす力が作用させている。ここでの押圧センサ４００の単位力当たりの出力は、低剛性領域５０２の剛性に依存しており、この低剛性領域５０２の剛性を力の計測範囲や感度など用途に応じて変化させることで、押圧センサ４００の特性を調整できる。

なお、圧電膜プレート４０２、高剛性プレート４０１、下部プレート４０３は、接着はせずに積層させるのみでも良いし、接着し積層させても良い。圧電膜プレート４０２、高剛性プレート４０１、下部プレート４０３は実質的に積層さえしていれば良いということである。接着はせずに積層させるのみの場合は、常に面圧を掛けて層間に隙間がなく接触している状態であることが望ましい。

本実施例の押圧センサ４００は、圧電膜プレート４０２における外力による変形速度に比例して発生する圧電膜６０１の上部電極６０２と下部電極６０３の面の間に発生する電位差を電極より取出し、ランドへの電子部品の着地の際に発生する微小な衝撃力を検知する。

この圧電膜プレート４０２を用いたセンサ出力は、ランドに電子部品が着地した瞬間の力の変化率に依存しており、検出する圧電膜プレート４０２の受圧面積には殆ど依存しない特性を持っている。そのため、小型化に適している。

さらに、センサが薄いプレートの積層体であるため軽量であり、吸着ノズルに込みこんでも可動部の質量は殆ど変化せず、高速化の妨げにならない。また、押圧により発生する電荷を利用するため、電源が不要であり、電子部品実装機を構成する複数の吸着ノズル全てにセンサを組込んでも電源への負荷が増えない。

さらに、詳細は後述するが、制御においても衝撃力に対するパルス状の出力に基づいて吸着ノズルの下降速度、及び停止位置の少なくとも１つを制御することで、外乱に対してロバストな制御系を構成できる。

本実施例の押圧センサを部品実装装置へ適用するなら、高速性を損なわずに電子部品のランドへの押込み量の最適化を図ることが可能となり、押込み過ぎや押込み不足による不良を回避した生産性の高いシステムを提供することができる。また、積分回路を用いれば、押圧の計測も可能であり、最適な押圧での電子部品の実装も可能となる。

次に実施例２について図８を用いて説明する。以降の説明では他の実施例と異なる部分について説明する。なお、実施例２乃至実施例５に示す構造も実質的な積層構造と表現することができる。

実施例１との違いは、本実施例には高剛性プレート４０１と圧電膜プレート４０２の間に接着層４０７がない点、及び低剛性領域４０５がない点である。

本実施例では、圧電膜プレート４０２に吸着ノズルからの力を伝達する押圧伝達部４０４が圧電膜プレート４０２に直接に力を伝達する。これにより、実施例１に対して小さな力で圧電膜プレート４０２が変形でき、同じ寸法の時の感度を高く設計できる。その一方、低剛性な圧電膜６０１に高剛性な押圧伝達部４０４から直接力を伝えるため、押圧伝達部４０４の外周沿いの圧電膜６０１に歪が集中し、その面上にある上部電極６０２の耐久性が落ちる場合もある。よって、本実施例での上部電極６０２を構成する材料としては、実施例１の上部電極６０２を構成する材料よりも耐久性の良い材料を用いることが好ましい。

次に実施例３について図９を用いて説明する。以降の説明では他の実施例と異なる部分について説明する。

本実施例は、実施例２と同様に、圧電膜６０１の上部電極６０２側の高剛性プレート４０１の低剛性領域４０５がなく、センサの出力を大きくする実施例である。

ただし、圧電膜プレート４０２に吸着ノズルからの力を伝達する押圧伝達部４０４が圧電膜プレート４０２に接着層４０７を介して力を伝達する。これにより、実施例１に対して小さな力で圧電膜プレート４０２が変形でき、同じ寸法の時の感度を高く設計できる一方、実施例２に対して低剛性な圧電膜６０１に高剛性な押圧伝達部４０４から接着層を介して力を伝えるため、押圧伝達部４０４の外周沿いの圧電膜６０１に歪が集中するのを分散し、その面上にある上部電極６０２の耐久性を向上させる効果がある。

次に実施例４について図１０を用いて説明する。以降の説明では他の実施例と異なる部分について説明する。

本実施例は、実施例２乃至３と同様に、高剛性プレート４０１の低剛性領域４０５を持たない例で、圧電膜プレート４０２に直接に押圧伝達部４０４を配置してセンサの出力を大きくする実施例である。

本実施例と実施例２との違いは、下部プレート４０３の構造の違いにある。下部プレート４０３の構造を図１１に示す。本実施例では、下部プレート４０３の内部に孔４１１はなく、下部プレート４０３が複数のプレート１１０１、１１０５とそれらを接続する接着層１００４によって構成される積層構造となる。本実施例では、下部プレート４０３の加工が実施例２よりも容易であるという利点がある。プレート１１０１と１１０５との関係は片方の剛性がもう片方の剛性よりも高い場合もあるし、剛性が実質的に同じ場合もある。

なお、本実施例では、低剛性領域４０５を持たない例を示したが、実施例１の高剛性プレート４０１のように低剛性領域４０５を持つ構造であっても良い。

圧電膜６０１の出力は、変形量が大きくなるにつれ、大きくなる。本実施例において、同じ力に対する変形量を大きくする方法としては、力が加わって変形する領域の剛性を小さくする方法が考えられる。材料のヤング率を小さくすることで剛性を小さくする方法では、圧電膜６０１の材質は、ポリフッ化ビニリデンやフッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体などせん断弾性係数Ｇが０.３〜２ＧＰａ程度の材料と決まっているため、下部プレート４０３としては圧電膜６０１よりも柔らかいゴムシートを採用し得る。

なお、本実施例の図１０及び図１１での構造の外周形状を四角形として記載してあるが、上面から見て四角形以外の他の形状であっても良く、薄い膜状でさえあれば良い。

次に実施例５について説明する。本実施例は実施例１乃至４にて説明した押圧センサ４００を部品を保持し搬送するための搬送装置、及び部品実装装置の少なくとも１つへ適用した例である。搬送装置、及び部品実装装置の少なくとも１つは何らかの部品を搬送するためのシステムの一例であると表現することができる。

図１２は、本実施例の部品実装装置を説明するものである。本実施例の部品実装装置は基板１２０５へ部品を実装するための吸着搬送装置１２０１、吸着搬送装置１２０１をｘ方向へ移動させるためのｘビーム１２０２、ｘビーム１２０２をｙ方向に移動させるためのｙビーム１２０３、ｘビーム１２０２、ｙビーム１２０３、吸着搬送装置１２０１を制御するための処理部１２０４を有する。吸着搬送装置１２０１は、ヘッドアクチュエータと称呼される場合もある。

図１３は、吸着搬送装置１２０１で部品を吸着するノズルの詳細を説明する図である。吸着搬送装置１２０１は、緩衝バネ１３０８付き吸着ノズル１３００をその先端に有する。緩衝バネ１３０８は、電子部品がランドに着地した時の衝撃力を和らげる弾性体の一例である。

実施例１乃至４の少なくとも１つに記載された押圧センサ１３０６は、ノズル１３００の緩衝バネ保持具１３１０のシャフト側端部１３０３側にあるセンサ固定台１３０５に設置してあり、緩衝バネ１３０８の端部に接続した力伝達部１３０７と緩衝バネ１３０８の復元力で接触した状態で保持されている。押圧センサ１３０６を固定するためのセンサ固定台１３０５は、吸着ノズル１３０９に部品を吸着するための負圧を供給する流路１３０４を持っている。押圧センサ１３０６は吸着ノズル１３０９が部品を保持するための先端とは反対側の実質的なノズル端部に配置されると表現することできる。

吸着ノズル着脱部１３０１および１３０２は片持ち梁構造をしており、シャフト側の吸着ノズル着脱部に差し込むことで板バネとして機能して、吸着ノズル１３００をシャフトに押しつけることで固定する。図１４のように、押圧センサ１４０１は、センサ固定台１３０５上に結線した上部電極引き出し配線１４０２および下部電極引き出し配線１４０３にセンサ出力電極を接続しており、電子部品がランドに着地した時の力を緩衝バネ１３０８を介して力伝達部１３０７から受け取り、センサ出力を出す。緩衝バネ１３０８は、組立時に押圧センサ１３０６に対して与圧を与えるようにすることで、押圧センサ１３０６と力伝達部１３０７との間に隙間のない密着状態を作り出し、力の伝達遅れの発生を防止している。

押圧センサ１３０６のセンサ出力は、図１５に示すように、押圧センサ１５０１の下部電極を導電性を有する接着剤１５０２によりセンサ固定台１５０４上の下部電極引き出し配線１５０３に接続し、上部電極を導電性を有する接着剤１５０２′によりセンサ固定台１５０４上の上部電極引き出し配線１５０３′に接続することで取り出す。

次に、図１６乃至図１９を使用して、本実施例での部品実装について説明する。

図１６は、吸着搬送装置１６０１を動作させるための周辺装置の概略を示した図である。図１７は、部品実装のフローチャートを説明する図である。図１８は時間に対する吸着ノズル１３０９の上昇/下降速度と押圧センサ１３０６からの出力との関係を示す図である。図１８下部１８０２には、吸着ノズル１３０９の上昇/下降速度のタイムチャートと同期した押圧センサ１３０６の出力のタイムチャートを示している。すなわち、上下の図とも横軸は、吸着ノズル１３０９がランド推定高さ近くまで下降して減速をはじめた状態から吸着ノズル１３０９がランドに電子部品を置いて水平移動可能な高さに戻る上昇工程までの時間の流れを表している。図１９は後述するH₁、H₂、ΔH、N_h1、N₀、及びN_h2を説明する図である。

図１６に示すように、吸着搬送装置１６０１の周辺装置は、センサ信号処理部１６０５、サーボコントローラ１６０６、サーボアンプ１６０７、流体制御部１６０２、レギュレータ１６０３、及び真空ポンプ１６０４を含む。センサ信号処理部１６０５、サーボコントローラ１６０６、サーボアンプ１６０７、及び流体制御部１６０２の少なくとも１つは実質的には前述した処理部１２０４に含まれる場合もある。

まず、吸着搬送装置１６０１がランド上に位置決めされる（図１７のステップ１７０１）。吸着搬送装置１６０１のリニアアクチュエータによって電子部品を吸着した吸着ノズル１３０９は所定の速度（第１の速度V₁）を持ってランドに接近する。センサ信号処理部１６０５は所定のランド推定高さH₁を基に、予め設定した減速開始位置まで吸着ノズル１３０９が下降したか否かをリニアアクチュエータのエンコーダーからの出力から判断する（図１７のステップ１７０２）。

センサ信号処理部１６０５が吸着ノズル１３０９が減速開始位置に到達したと判断した場合、サーボコントローラ１６０６は吸着ノズル１３０９の第１の速度を減速させるようサーボアンプを介して指令信号をアクチュエータへ送信する。その結果、吸着ノズル１３０９の減速が開始し、第１の速度は第１の速度よりも遅い第２の速度V₂へ変更される。（図１７のステップ１７０４、図１８の符号１８０３）。

なお、センサ信号処理部１６０５が、吸着ノズル１３０９は、まだ、減速開始位置に到達していないと判断した場合、吸着ノズルの第１の速度V₁でのランドへの接近は維持される（図１７のステップ１７０３）。

ここまでの押圧センサ１３０６の出力は図１８の符号１８０７に示すようにゼロである。吸着ノズル１３０９が第２の速度V₂でランドへ接近し、その先端に保持した電子部品がランドに接触すると、微小な第１の衝撃力が発生する。その場合、押圧センサ１３０６からはパルス状の信号（第１の信号）が出力される（図１８の符号１８０８）。センサ信号処理部１６０５は、このパルス状の信号の有無を判断することで、電子部品のランドへの着地を検出する（図１７のステップ１７０５）。センサ信号処理部１６０５が押圧センサ１３０６からのパルス状の信号を検出した場合、センサ信号処理部１６０５はパルス状の信号を検出した高さを実際のランド高さH₂と認識し、実際のランド高さH₂はサーボコントローラ１６０６へ送信される。その際、センサ信号処理部１６０５は吸着ノズル１３０９の高さN₀を得る。

サーボコントローラ１６０６は吸着ノズル１３０９の事前に設定された第1の停止高さN_h1を第２の停止高さN_h2へ変更する。より具体的には、緩衝バネ１３０８の縮み量をL₁、押込み量をL₂とするなら、N_h2=N₀-(L₁+L₂)として表現できる。

さらに、サーボコントローラ１６０６は、吸着ノズル１３０９を第２の停止高さN_h2で停止させるための減速度を得る。減速度は、吸着ノズル１３０９がランドに接近する向きを正の向きとした場合に、負の向きに働く加速度であると表現できる。減速度は、吸着ノズル１３０９が高さN₀から減速を開始し、第２の停止高さN_h2で実質的にV₂=0となるよう決定される（図１７のステップ１７０６）。ステップ１７０６は、押圧センサ１３０６からのパルス状の信号を使用して、吸着ノズル１３０９の停止高さ、及び減速度の少なくとも１つ（望ましくは両方）を得るステップであると表現することができる。

実際のランド高さH₂から電子部品を押し込む際の速度は符号１８０４で表現できる。緩衝バネ１３０８が実質的に縮みきった際には第２の衝撃力が発生する場合もある。第２の衝撃力は第１の信号よりも小さいパルス状の信号（第２の信号、図１８の符号１８１０）として押圧センサ１３０６から出力される場合もある。

ステップ１７０６の後に、サーボコントローラ１６０６はリニアアクチュエータを駆動し、吸着ノズル８０１の先端に吸着した電子部品をランドへ押込み量L₁だけ押し込む（図１７のステップ１７０７）。電子部品を押し込んでいる間のセンサ出力は図１８の符号１８１１で表現できる。ステップ１７０７の後に、ノズル速度は図１８の符号１８０５に示すようにゼロとなる。

その後にサーボコントローラ１６０６はリニアアクチュエータを停止させ、吸着ノズル１３０９の負圧を切って電子部品を脱離し、リニアアクチュエータにより吸着ノズル１３０９を上昇させる（ステップ１７０８）。上昇時の速度は図１８の符号１８０６によって表現できる。吸着ノズル１３０９が所定の位置まで上昇した場合、部品の実装は終了となる（図１７のステップ１７０９）。なお、電子部品の脱着は、流体制御機１６０２が真空ポンプ１６０４、及びレギュレータ１６０３を制御し、圧力を調整することで行われる。

本実施例によれば、押圧センサ１３０６によって微小な衝撃力を検知することが可能となる。よって、本実施例は以下の効果のうち少なくとも１つを奏すると表現することができる。（１）微小な衝撃力を検出でき、微小な部品の破損を防ぐことができる。（２）検知装置をコンパクトに構成できるため、装置の大型化を抑制できる（３）検知装置を軽量に構成できるため、吸着ノズルの位置決め精度に悪影響を与えない。

次に図２０を用いて実施例６について説明する。以降の説明では他の実施例と異なる部分について説明する。

図２０は実施例５と同様に所定のランド上に吸着ノズル１３０９を位置決めしてから実装が終了するまでの動作を説明するフローチャートであるが、より位置決め精度を高めるために緩衝バネ１３０８が実質的に縮みきった時に押圧センサ１３０６から発するパルス状の信号（第２の信号、図１８の符号１８１０）を用いて、より正確に電子部品のランドへの押込み量２００８を制御するステップ２００７が追加されている。

より具体的には、ステップ２００７では、符号１８０４に示した速度の変化は第２の信号の検出をきっかけに符号１８０５に示す速度の変化へ変更される。つまり、本実施例は、実施例５のステップ２００６で決定した減速度を変更するステップを含むと表現することもできる。本実施例によれば、位置決め精度はより高い精度で決定される。

次に図２１を用いて実施例７について説明する。以降の説明では他の実施例と異なる部分について説明する。

図２１は本実施例の吸着搬送装置２１０１を説明する図である。吸着搬送装置２１０１は、Ｚ方向のリニアアクチュエータ２１０５、緩衝バネ付き吸着ノズル２１０２、及び吸着した電子部品の角度を調整するロータリーアクチュエータ２１０６を有する。

本実施例では緩衝バネ付き吸着ノズル２１０２が上下移動する軌跡は、緩衝バネ付き吸着ノズル２１０２の回転中心を実質的に通過する。つまり、本実施例では、緩衝バネ付き吸着ノズル２１０２が上下移動するための軸と緩衝バネ付き吸着ノズル２１０２が回転するための軸とは実質的に一致するということである。

吸着搬送装置２１０１は、実施例５と同様にｘビーム１２０２、ｙビーム１２０３によって基板上を移動し、緩衝バネ付き吸着ノズル２１０２の先端に吸着した電子部品を所定にランド上に位置決めした後、リニアアクチュエータ２１０５により下降して、電子部品をランドに設置する。

実施例１乃至４の少なくとも１つに記載された押圧センサ１３０６は、吸着搬送装置２１０１のシャフト２１０４先端にある吸着ノズル２１０２に図１３のように組み込んであり、緩衝バネ付き吸着ノズル２１０２に加わる力の微分に比例した電位差を発生し、パルス状の信号として出力する。本実施例の吸着搬送装置２１０１も、パルス状の信号に基づき電子部品のランドへの着地を判断する。

また、緩衝バネ付き吸着ノズル２１０２の先端に吸着した電子部品の着脱は、リニアアクチュエータの制御とリンクした真空吸着用流路２１０７から供給される負圧・正圧により行われる。

本実施例によれば、緩衝バネ付き吸着ノズル２１０２が上下移動するための軸と緩衝バネ付き吸着ノズル２１０２が回転するための軸とが実質的に一致しているため、部品を実装する際の自由度はさらに高くなる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記の記載に限定されない。本発明の課題、効果は衝撃力の微小化と切り離して議論することもできる。

例えば、特許文献２、及び特許文献３では、吸着ノズルに歪センサを組込むことを開示する。しかし、歪センサは比較的重いため、吸着ノズルが水平方向の高速移動から停止する際の振れは大きくなり、位置決め精度が低下する。また、センサを取り付けることにより複数搭載する吸着ノズルの設置間隔が拡大し、装置が大型する等、他の望ましくない現象を発生させる場合もある。このため、高速対応の部品実装機では、吸着ノズル内、又は吸着ノズルを着脱する部分に組込んでも装置の性能に悪影響を与えない小型で軽量なセンサが求められている。

本発明の検知センサは小型、軽量であるため、以下の効果のうち少なくとも１つを奏すると表現することができる。（１）検知装置をコンパクトに構成できるため、装置の大型化を抑制できる（２）検知装置を軽量に構成できるため、吸着ノズルの位置決め精度に悪影響を与えない。

1００・・・緩衝バネ付き吸着ノズル
１０１・・・吸着ノズル
１０２・・・緩衝バネ
１０３・・・真空吸着用流路
１０４・・・電子部品
１０５・・・ランド

Claims

部品を搬送するためのノズルと、
前記部品の着地を意味するパルス状の第１の信号を出力する検知装置と、
処理部と、を有し
前記検知装置は、
圧電体と、
前記圧電体の第１の側に配置された第１の電極と、
前記圧電体の第２の側に配置された第２の電極と、
前記圧電体、前記第１の電極、及び前記第２の電極を挟み拘束する第１のプレート、及び第２のプレートと、
前記圧電体に対して前記ノズルの押圧力を伝達する押圧伝達部と、を有し、
前記第１のプレート、及び前記第２のプレートは前記第１の電極、及び前記第２の電極に対して絶縁されており、
前記第１の電極の一部は前記第２の電極とは絶縁された状態で前記第２の側にあり、
前記第１のプレートは、枠構造を備え、当該枠構造の内側に低剛性領域若しくは開口部を有し、前記枠構造は前記圧電体の厚み方向に垂直な面内での変形を拘束するものであり、
前記押圧伝達部は、前記低剛性領域若しくは開口部を通して前記圧電体に押圧力を伝達するものであって、
前記第１の信号は前記圧電体の変形に起因して発生し、
前記処理部は、前記ノズルの減速度、及び停止位置の少なくとも１つを前記第１の信号を使用して得る部品実装装置。
請求項１に記載の部品実装装置において、
前記第２のプレートは前記第１のプレートよりも剛性が低い部品実装装置。
請求項２に記載の部品実装装置において、
前記圧電体には貫通孔が形成されており、
前記一部は前記貫通孔を経由することで前記第２の側にある部品実装装置。
請求項３に記載の部品実装装置において、
前記部品が着地した時の衝撃力を和らげる弾性体を有し、
前記部品が着地した時の力は前記弾性体を経由して前記圧電体に伝わる部品実装装置。
請求項４に記載の部品実装装置において、
前記処理部は、前記弾性体が縮みきった時に前記検知装置から出力されるパルス状の第２の信号を用いて前記減速度を変更する部品実装装置。
請求項１に記載の部品実装装置において、
前記圧電体には貫通孔が形成されており、
前記一部は前記貫通孔を経由することで前記第２の側にある部品実装装置。
請求項１に記載の部品実装装置において、
前記部品が着地した時の衝撃力を和らげる弾性体を有し、
前記部品が着地した時の力は前記弾性体を経由して前記圧電体に伝わる部品実装装置。
請求項７に記載の部品実装装置において、
前記処理部は、前記弾性体が縮みきった時に前記検知装置から出力されるパルス状の第２の信号を用いて前記減速度を変更する部品実装装置。
圧電体と、
前記圧電体の第１の側に配置された第１の電極と、
前記圧電体の第２の側に配置された第２の電極と、
前記圧電体、前記第1の電極、及び前記第２の電極を挟み拘束する第１のプレート、及び第２のプレートと、を有し、
前記圧電体に対して押圧力を伝達する押圧伝達部と、
前記第１のプレート、及び前記第２のプレートは前記第１の電極、及び前記第２の電極に対して絶縁されており、
前記第１の電極の一部は前記第２の電極とは絶縁された状態で前記第２の側にあり、
前記第１のプレートは、枠構造を備え、当該枠構造の内側に低剛性領域若しくは開口部を有し、前記枠構造は前記圧電体の厚み方向に垂直な面内での変形を拘束するものであり、
前記押圧伝達部は、前記低剛性領域若しくは開口部を通して前記圧電体に押圧力を伝達するものであって、
前記圧電体の変形に起因して、パルス状の信号を出力する検知装置。
請求項９に記載の検知装置において、
前記第２のプレートは前記第１のプレートよりも剛性が低い検知装置。
請求項１０に記載の検知装置において、
前記圧電体には貫通孔が形成されており、
前記一部は前記貫通孔を経由することで前記第２の側にある検知装置。
請求項９に記載の検知装置において、
前記圧電体には貫通孔が形成されており、
前記一部は前記貫通孔を経由することで前記第２の側にある検知装置。