JP6518323B2

JP6518323B2 - 作業機

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Publication number: JP6518323B2
Application number: JP2017515305A
Authority: JP
Inventors: 覚大坪; 和也出蔵
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-04-27
Filing date: 2015-04-27
Publication date: 2019-05-22
Anticipated expiration: 2035-04-27
Also published as: US20180116080A1; EP3291658A1; US10470350B2; EP3291658A4; CN107535054B; WO2016174715A1; JPWO2016174715A1; EP3291658B1; CN107535054A

Description

本発明は、リード線を有する電子部品のリード線を、回路基材に形成された貫通穴に挿入するとともに、そのリード線をはんだ付けする作業機に関するものである。

リード線を有する電子部品が回路基材に実装される際には、リード線が回路基材に形成された貫通穴に挿入されるとともに、そのリード線がはんだ付けされる。下記特許文献には、貫通穴に挿入されたリード線に向かって、溶融はんだが噴流されることで、リード線のはんだ付けを行う作業機の一例が記載されている。

特開２００１−３６２２８号公報特開平１０−２０９６２２号公報

上記特許文献に記載の作業機では、溶融はんだを噴流する噴流装置が、回路基材の下方に配設されており、その噴流装置が、回路基材の下方において任意の位置に移動可能とされている。そして、噴流装置から噴流される溶融はんだによって、貫通穴に挿入されたリード線のはんだ付けが行われる。ただし、リード線の先端部は、貫通穴からの抜け防止形状となっており、リード線を貫通穴に挿入する際に、リード線を貫通穴に圧入する必要がある場合があり、そのような場合には、回路基材が撓む虞がある。このため、リード線の貫通穴への挿入時に、回路基材を下方から支持具等により支持することが望ましい。しかしながら、支持具を回路基材の下方に配設すると、噴流装置を任意の位置に移動させることが困難となる。このように、リード線を有する電子部品を回路基材に実装する作業機には、改良の余地が多分に残されており、種々の改良を施すことで、作業機の実用性は向上すると考えられる。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、実用性の高い作業機を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明に記載の作業機は、リード線を有する電子部品を保持するとともに、回路基材に形成された貫通穴に前記リード線を挿入させる保持装置と、前記貫通穴に挿入された前記リード線に向かって、前記回路基材の下方から溶融はんだを噴流する噴流装置と、前記噴流装置を前記回路基材の下方において任意の位置に移動させる第１移動装置と、前記リード線が前記貫通穴に挿入される際に、前記回路基材を下方から支持する支持具と、前記支持具を前記回路基材の下方において任意の位置に移動させる第２移動装置と、前記保持装置と前記噴流装置と前記第１移動装置と前記第２移動装置との各々の作動を制御する制御装置とを備え、前記制御装置が、前記支持具により前記回路基材を下方から支持した状態で、前記リード線を前記貫通穴に挿入させた後に、前記貫通穴に挿入された前記リード線に向かって、前記噴流装置により溶融はんだを噴流することで、電子部品を回路基材に実装する第１の実装作業と、前記支持具により前記回路基材を下方から支持することなく、前記リード線を前記貫通穴に挿入させた後に、前記貫通穴に挿入された前記リード線に向かって、前記噴流装置により溶融はんだを噴流することで、電子部品を回路基材に実装する第２の実装作業とを選択的に実行する作動制御部を有することを特徴とする。

本発明に記載の作業機では、噴流装置と支持具とが個別に、回路基材の下方において移動される。このため、支持具を用いる必要がある場合には、支持具を任意の位置に移動させ、噴流装置を用いる必要がある場合には、支持具を、噴流装置の作動に邪魔にならない位置に移動させることが可能となる。これにより、噴流装置の作動を担保するとともに、必要に応じて、回路基材を支持具により支持することが可能となり、作業機の実用性が向上する。

部品実装機を示す斜視図である部品実装機の部品装着装置を示す斜視図である。部品実装機の備えるはんだ付け装置および、基材支持装置を示す斜視図である。部品実装機の備える制御装置を示すブロック図である。バックアップピンに支持された回路基材の貫通穴にリードが挿入される状態を示す概略図である。回路基材の貫通穴に挿入されているリードに向かって溶融はんだが噴流されている状態を示す概略図である。バックアップピンに支持されていない回路基材の貫通穴にリードが挿入される状態を示す概略図である。回路基材の貫通穴に挿入されているリードに向かって溶融はんだが噴流されている状態を示す概略図である。

以下、本発明を実施するための形態として、本発明の実施例を、図を参照しつつ詳しく説明する。

＜部品実装機の構成＞
図１に、部品実装機１０を示す。部品実装機１０は、回路基材１２に対する部品の実装作業を実行するための装置である。部品実装機１０は、装置本体２０、基材搬送保持装置２２、部品装着装置２４、マークカメラ２６、パーツカメラ２８、部品供給装置３０、ばら部品供給装置３２、はんだ付け装置（図３参照）３４、基材支持装置（図３参照）３６、制御装置（図４参照）３８を備えている。なお、回路基材１２として、回路基板、三次元構造の基材等が挙げられ、回路基板として、プリント配線板、プリント回路板等が挙げられる。

装置本体２０は、フレーム部４０と、そのフレーム部４０に上架されたビーム部４２とによって構成されている。基材搬送保持装置２２は、フレーム部４０の前後方向の中央に配設されており、搬送装置５０とクランプ装置５２とを有している。搬送装置５０は、回路基材１２を搬送する装置であり、クランプ装置５２は、回路基材１２を保持する装置である。これにより、基材搬送保持装置２２は、回路基材１２を搬送するとともに、所定の位置において、回路基材１２を固定的に保持する。なお、以下の説明において、回路基材１２の搬送方向をＸ方向と称し、その方向に直角な水平の方向をＹ方向と称し、鉛直方向をＺ方向と称する。つまり、部品実装機１０の幅方向は、Ｘ方向であり、前後方向は、Ｙ方向である。

部品装着装置２４は、ビーム部４２に配設されており、２台の作業ヘッド６０，６２と作業ヘッド移動装置６４とを有している。各作業ヘッド６０，６２の下端面には、図２に示すように、吸着ノズル６６が設けられており、その吸着ノズル６６によって部品を吸着保持する。また、作業ヘッド移動装置６４は、Ｘ方向移動装置６８とＹ方向移動装置７０とＺ方向移動装置７２とを有している。そして、Ｘ方向移動装置６８とＹ方向移動装置７０とによって、２台の作業ヘッド６０，６２は、一体的にフレーム部４０上の任意の位置に移動させられる。また、各作業ヘッド６０，６２は、スライダ７４，７６に着脱可能に装着されており、Ｚ方向移動装置７２は、スライダ７４，７６を個別に上下方向に移動させる。つまり、作業ヘッド６０，６２は、Ｚ方向移動装置７２によって、個別に上下方向に移動させられる。

マークカメラ２６は、下方を向いた状態でスライダ７４に取り付けられており、作業ヘッド６０とともに、Ｘ方向，Ｙ方向およびＺ方向に移動させられる。これにより、マークカメラ２６は、フレーム部４０上の任意の位置を撮像する。パーツカメラ２８は、図１に示すように、フレーム部４０上の基材搬送保持装置２２と部品供給装置３０との間に、上を向いた状態で配設されている。これにより、パーツカメラ２８は、作業ヘッド６０，６２の吸着ノズル６６に把持された部品を撮像する。

部品供給装置３０は、フレーム部４０の前後方向での一方側の端部に配設されている。部品供給装置３０は、トレイ型部品供給装置７８とフィーダ型部品供給装置（図４参照）８０とを有している。トレイ型部品供給装置７８は、トレイ上に載置された状態の部品を供給する装置である。フィーダ型部品供給装置８０は、テープフィーダ、スティックフィーダ（図示省略）によって部品を供給する装置である。

ばら部品供給装置３２は、フレーム部４０の前後方向での他方側の端部に配設されている。ばら部品供給装置３２は、ばらばらに散在された状態の複数の部品を整列させて、整列させた状態で部品を供給する装置である。つまり、任意の姿勢の複数の部品を、所定の姿勢に整列させて、所定の姿勢の部品を供給する装置である。なお、部品供給装置３０および、ばら部品供給装置３２によって供給される部品として、電子回路部品，太陽電池の構成部品，パワーモジュールの構成部品等が挙げられる。また、電子回路部品には、リードを有する部品，リードを有さない部品等が有る。

はんだ付け装置３４は、搬送装置５０の下方に配設されており、図３に示すように、噴流装置１００と噴流装置移動装置１０２とを有している。噴流装置１００は、はんだ漕１０６と、噴流ノズル１０８と、ノズルカバー１１０とを含む。はんだ漕１０６は、概して直方体形状をなし、内部に溶融はんだが貯留されている。噴流ノズル１０８は、はんだ漕１０６の上面に立設されている。そして、ポンプ（図示省略）の作動により、はんだ漕１０６から溶融はんだが汲み上げられ、噴流ノズル１０８の上端部から上方に向かって、溶融はんだが噴流する。また、ノズルカバー１１０は、概して、円筒状をなし、噴流ノズル１０８を囲うように、はんだ漕１０６の上面に配設されている。そして、噴流ノズル１０８の上端部から噴流された溶融はんだが、噴流ノズル１０８の外周面とノズルカバー１１０の内周面との間を通って、はんだ漕１０６の内部に還流する。

噴流装置移動装置１０２は、スライダ１１２と、Ｘ方向移動装置１１４と、Ｙ方向移動装置１１６と、Ｚ方向移動装置（図示省略）とを有している。スライダ１１２は、概して板状をなし、スライダ１１２の上面には、噴流装置１００が配設されている。また、Ｘ方向移動装置１１４は、搬送装置５０による回路基材１２の搬送方向、つまり、Ｘ方向に、スライダ１１２を移動させ、Ｙ方向移動装置１１６は、スライダ１１２をＹ方向に移動させる。さらに、Ｚ方向移動装置は、スライダ１１２を、Ｚ方向、つまり、上下方向に移動させる。これにより、噴流装置１００は、搬送装置５０の下方において、噴流装置移動装置１０２の作動により、任意の位置に移動する。

基材支持装置３６は、噴流装置１００に隣接した状態で、噴流装置移動装置１０２のスライダ１１２の上面に配設されている。基材支持装置３６は、昇降装置１２０と、取付部材１２２と、バックアップピン１２４とを有している。昇降装置１２０は、本体部１２６と、スライダ１２８と、エアシリンダ１３０とを含む。本体部１２６は、スライダ１１２の上面に、噴流装置１００のはんだ漕１０６に隣接した状態で配設されている。なお、本体部１２６の高さ寸法は、はんだ漕１０６の高さ寸法より長く、本体部１２６の上端は、はんだ漕１０６の上面より高い位置に延び出している。また、スライダ１２８は、本体部１２６により上下方向にスライド可能に保持されている。そして、スライダ１２８には、エアシリンダ１３０のピストンロッド（図示省略）が接続されており、エアシリンダ１３０の作動により、スライダ１２８は、上下方向にスライドする。なお、スライダ１２８は、本体部１２６の上端部において、スライド可能に保持されており、スライダ１２８の上端面は、はんだ漕１０６の上面より高い位置において、上下方向にスライドする。

取付部材１２２は、概して棒状をなし、基端部において、スライダ１２８の上端面にローレットネジ１３２により固定されており、先端部がはんだ漕１０６の上方に向かって延び出している。なお、スライダ１２８の上端面は、はんだ漕１０６の上面より高い位置において、上下方向にスライドするため、取付部材１２２は、スライダ１２８の上下方向へのスライドに伴って、はんだ漕１０６の上方において、昇降するが、はんだ漕１０６に接触しない。

また、バックアップピン１２４は、概してＬ字型をなし、Ｌ字型の一辺において、取付部材１２２の先端部に固定されており、Ｌ字型の他辺が、上方に向かって延び出している。なお、バックアップピン１２４の上端には、樹脂製のクッション部１３６が取り付けられている。

制御装置３８は、図４に示すように、コントローラ１５２、複数の駆動回路１５６、画像処理装置１５８を備えている。複数の駆動回路１５６は、上記搬送装置５０、クランプ装置５２、作業ヘッド６０，６２、作業ヘッド移動装置６４、トレイ型部品供給装置７８、フィーダ型部品供給装置８０、ばら部品供給装置３２、噴流装置１００、噴流装置移動装置１０２、昇降装置１２０に接続されている。コントローラ１５２は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備え、コンピュータを主体とするものであり、複数の駆動回路１５６に接続されている。これにより、基材搬送保持装置２２、部品装着装置２４等の作動が、コントローラ１５２によって制御される。さらに、コントローラ１５２は、画像処理装置１５８にも接続されている。画像処理装置１５８は、マークカメラ２６およびパーツカメラ２８によって得られた画像データを処理するものであり、コントローラ１５２は、画像データから各種情報を取得する。

＜部品実装機の作動＞
部品実装機１０では、上述した構成によって、基材搬送保持装置２２に保持された回路基材１２に対して部品の装着作業が行われる。部品実装機１０では、種々の部品を回路基材１２に装着することが可能であるが、リードを有する部品（以下、「リード部品」と略して記載する場合がある）を回路基材１２に装着する場合について、以下に、具体的に説明する。

具体的には、回路基材１２が、作業位置まで搬送され、その位置において、クランプ装置５２によって固定的に保持される。次に、マークカメラ２６が、回路基材１２の上方に移動し、回路基材１２を撮像する。これにより、回路基材１２の保持位置等に関する情報が得られる。また、部品供給装置３０若しくは、ばら部品供給装置３２が、所定の供給位置において、リード部品を供給する。そして、作業ヘッド６０，６２の何れかが、部品の供給位置の上方に移動し、吸着ノズル６６によって部品を保持する。なお、リード部品１６０は、図５に示すように、部品本体部１６２と、部品本体部１６２の底面から延び出す２本のリード１６４とによって構成されている。そして、リード部品１６０は、吸着ノズル６６によって部品本体部１６２の底面と反対側の面において吸着保持される。

続いて、リード部品１６０を保持した作業ヘッド６０，６２が、パーツカメラ２８の上方に移動し、パーツカメラ２８によって、吸着ノズル６６に保持されたリード部品１６０が撮像される。これにより、部品の保持位置等に関する情報が得られる。続いて、リード部品１６０を保持した作業ヘッド６０，６２が、回路基材１２の上方に移動し、回路基材１２の保持位置の誤差，部品の保持位置の誤差等を補正する。そして、吸着ノズル６６により吸着保持されたリード部品１６０のリード１６４が、回路基材１２に形成された貫通穴１６８に挿入される。この際、リード１６４の先端形状に応じて、異なる手法に従って、リード部品１６０の装着作業が行われる。

詳しくは、リード部品１６０には、リード１６４の先端形状が、貫通穴１６８からの抜け防止形状とされているものがある。例えば、図５に示すように、リード１６４の先端部が鋭角に屈曲されたリード部品１６０がある。このようなリード１６４を貫通穴１６８に挿入する場合には、リード１６４を貫通穴１６８に圧入する必要があり、リード１６４と貫通穴１６８との摺動抵抗により、回路基材１２が撓む虞がある。このため、リード１６４が貫通穴１６８に挿入される前に、基材支持装置３６が、その貫通穴１６８の下方に移動され、バックアップピン１２４が、昇降装置１２０の作動により上昇される。これにより、回路基材１２が、バックアップピン１２４によって下方から支持されるため、リード１６４が貫通穴１６８に圧入される場合であっても、回路基材１２の撓みを防止することが可能となる。なお、リード１６４の先端の屈曲部が貫通穴１６８に挿入される際には、その屈曲部が弾性変形し、貫通穴１６８に挿入される。そして、リード１６４の先端の屈曲部が、回路基材１２の下面側に至れば、その弾性変形した屈曲部は復元する。

リード１６４が貫通穴１６８に挿入されると、バックアップピン１２４が、昇降装置１２０の作動により下降される。続いて、図６に示すように、リード１６４が挿入された貫通穴１６８の下方に、噴流装置１００が移動される。そして、貫通穴１６８に挿入されたリード１６４に向かって、溶融はんだが、噴流装置１００によって噴流される。これにより、貫通穴１６８にリード１６４を挿入した状態のリード部品１６０が、回路基材１２にはんだ付けされる。

このように、部品実装機１０では、リード１６４の先端形状が抜け防止形状とされている場合には、バックアップピン１２４によって回路基材１２を支持した状態で、リード１６４が貫通穴１６８に挿入されることで、回路基材１２の撓みが防止される。ただし、リード１６４が貫通穴１６８に挿入される毎に、バックアップピン１２４によって回路基材１２を支持していては、サイクルタイムが遅延する。このため、部品実装機１０では、リード１６４の先端形状が抜け防止形状とされていない場合には、バックアップピン１２４による回路基材１２の支持を行わずに、装着作業が行われる。

具体的には、図７に示すように、先端形状が抜け防止形状とされていないリード１６４が貫通穴１７０に挿入される際には、バックアップピン１２４は、昇降装置１２０の作動により下降しており、バックアップピン１２４による回路基材１２の支持は行われない。そして、バックアップピン１２４によって支持されていない状態の回路基材１２の貫通穴１７０に、吸着ノズル６６に保持されたリード部品１６０のリード１６４が挿入される。なお、リード１６４が貫通穴１７０に挿入される際には、貫通穴１７０の下方に、噴流装置１００が移動されている。そして、リード１６４が貫通穴１７０に挿入された後に、図８に示すように、貫通穴１７０に挿入されたリード１６４に向かって、溶融はんだが、噴流装置１００によって噴流される。このように、バックアップピン１２４による回路基材１２の支持を行わないことで、サイクルタイムの短縮を図ることが可能となる。

このように、部品実装機１０では、バックアップピン１２４が昇降可能とされているため、部品装着時に、回路基材１２が撓む虞がある場合にのみ、回路基材１２をバックアップピン１２４によって支持し、部品装着時に、回路基材１２が撓む虞が低い場合には、バックアップピン１２４を用いることなく、リード１６４が貫通穴１７０に挿入され、溶融はんだの噴流によるはんだ付けが行われる。これにより、部品装着時における回路基材１２の撓みの防止を担保するとともに、サイクルタイムの遅延を防止することが可能となっている。

また、上述した装着作業により、バックアップピン１２４にはんだ等が付着するため、バックアップピン１２４の清掃等を行う必要があるが、部品実装機１０の内部におけるバックアップピン１２４の清掃は困難である。このようなことに鑑みて、バックアップピン１２４が固定されている取付部材１２２は、ローレットネジ１３２によってスライダ１２８に取り付けられている。このため、作業者は、取付部材１２２を工具等を用いることなく、スライダ１２８から取り外し、部品実装機１０の外部において、バックアップピン１２４の清掃を行うことが可能となる。

なお、制御装置３８のコントローラ１５２は、図４に示すように、作動制御部１８０を有している。作動制御部１８０は、バックアップピン１２４を用いて、リード１６４を貫通穴１７０に挿入し、そのリード１６４への溶融はんだの噴流を行う装着作業と、バックアップピン１２４を用いることなく、リード１６４を貫通穴１７０に挿入し、そのリード１６４への溶融はんだの噴流を行う装着作業とを選択的に実行するための機能部である。

また、上記説明では、１個のリード部品１６０が回路基材１２にはんだ付けされる際の装着作業について説明したが、複数のリード部品１６０を、纏めて、回路基材１２にはんだ付けすることも可能である。詳しくは、複数のリード部品１６０の各々のリード１６４を、各リード部品１６０に応じた貫通穴１６８，１７０に挿入する。この際、先端形状が抜け防止形状であるリード１６４を貫通穴１６８に挿入する場合には、バックアップピン１２４による回路基材１２の支持を行う。一方、先端形状が抜け防止形状でないリード１６４を貫通穴１６８に挿入する場合には、バックアップピン１２４による回路基材１２の支持を行わない。そして、複数のリード部品１６０の各々のリード１６４が、各リード部品１６０に応じた貫通穴１６８，１７０に挿入された後に、各貫通穴１６８，１７０に挿入されているリード１６４に対して、順次、噴流装置１００によって溶融はんだを噴流する。なお、噴流装置１００により溶融はんだが噴流される際には、当然、バックアップピン１２４は、昇降装置１２０の作動により、下降されている。これにより、複数のリード部品１６０を、纏めて、回路基材１２にはんだ付けすることが可能となる。

ちなみに、部品実装機１０は、作業機の一例である。制御装置３８は、制御装置の一例である。作業ヘッド６０，６２は、保持装置の一例である。噴流装置１００は、噴流装置の一例である。噴流装置移動装置１０２は、第１移動装置および、第２移動装置の平面方向移動装置の一例である。バックアップピン１２４は、支持具の一例である。昇降装置１２０は、第２移動装置の昇降装置の一例である。作動制御部１８０は、作動制御部の一例である。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することが可能である。具体的には、例えば、上記実施例の部品実装機１０では、噴流装置１００と基材支持装置３６とが、噴流装置移動装置１０２によって任意の位置に移動されているが、噴流装置１００と基材支持装置３６とが、個別の移動装置によって任意の位置に移動されてもよい。つまり、噴流装置１００を移動させるための専用の移動装置と、基材支持装置３６を移動させるための専用の移動装置との両方の移動装置を設けることが可能である。

また、上記実施例では、リード１６４の先端の抜け防止形状として、鋭角に屈曲された形状が採用されているが、リード１６４の先端を太くすることで、リード１６４の抜けを防止する形状としてもよい。

１０：部品実装機（作業機）３８：制御装置６０，６２：作業ヘッド（保持装置）１００：噴流装置１０２：噴流装置移動装置（第１移動装置）（平面方向移動装置）１２４：バックアップピン（支持具）１２０：昇降装置１８０：作動制御部

Claims

リード線を有する電子部品を保持するとともに、回路基材に形成された貫通穴に前記リード線を挿入させる保持装置と、
前記貫通穴に挿入された前記リード線に向かって、前記回路基材の下方から溶融はんだを噴流する噴流装置と、
前記噴流装置を前記回路基材の下方において任意の位置に移動させる第１移動装置と、
前記リード線が前記貫通穴に挿入される際に、前記回路基材を下方から支持する支持具と、
前記支持具を前記回路基材の下方において任意の位置に移動させる第２移動装置と、
前記保持装置と前記噴流装置と前記第１移動装置と前記第２移動装置との各々の作動を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置が、
前記支持具により前記回路基材を下方から支持した状態で、前記リード線を前記貫通穴に挿入させた後に、前記貫通穴に挿入された前記リード線に向かって、前記噴流装置により溶融はんだを噴流することで、電子部品を回路基材に実装する第１の実装作業と、前記支持具により前記回路基材を下方から支持することなく、前記リード線を前記貫通穴に挿入させた後に、前記貫通穴に挿入された前記リード線に向かって、前記噴流装置により溶融はんだを噴流することで、電子部品を回路基材に実装する第２の実装作業とを選択的に実行する作動制御部を有することを特徴とする作業機。
前記第２移動装置が、
前記支持具を前記回路基材の下方において昇降させる昇降装置と、その昇降装置による前記支持具の移動方向と交わる平面上の任意の位置に、前記支持具を移動させる平面方向移動装置とを有し、
前記第１移動装置と前記平面方向移動装置とが、同じ装置であり、
前記第１移動装置が、
前記噴流装置を前記平面上の任意の位置に移動させることを特徴とする請求項１に記載の作業機。