JP2013146834A - 吸着ノズル及び部品実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸着対象とする部品と吸着ノズルとの接触面積が小さい場合であってもリークによる部品の吸着ミスを生じにくい構成の吸着ノズル及び部品実装装置を提供することを目的とする。
【解決手段】部品実装装置１の装着ヘッド１４に取り付けられるノズル基部４１と、ノズル基部４１に着脱自在に取り付けられ、下端に吸着孔６４を有したノズル先端部４２とから吸着ノズル２２を構成する。ノズル先端部４２は、ノズル基部４１から下方に突出して設けられた複数の位置決めピン７１がノズル基部４１との接触面４２ｓに開口して設けられた複数のノズル先端部側ピン挿入孔４２ｊに挿入されることによってノズル基部４１に対する位置決めがなされる。
【選択図】図４

Description

本発明は、部品実装装置が備える装着ヘッドに取り付けられ、下端の吸着孔から真空吸引することによって部品を吸着する吸着ノズル及びこの吸着ノズルを備えた部品実装装置に関するものである。

部品実装装置は所定の位置に位置決めした基板に対して電子部品等の部品を装着する装置であり、部品の装着には基板に対して移動自在に設けられた装着ヘッドが用いられる。装着ヘッドには下端に吸着孔を備えた吸着ノズルが取り付けられており、吸着ノズルの吸着孔から真空吸引を行うことによって部品を吸着するようになっている。

このような部品実装装置では、部品のサイズや形状等に応じた吸着ノズルを装着ヘッドに選択的に取り付けることができるようにするため、吸着ノズルを、装着ヘッドに取り付けられるノズル基部と、下端に吸着孔を有して部品のサイズや形状等に応じた形状に形成されたノズル先端部とから構成し、ノズル先端部をノズル基部に対して着脱自在に取り付けることができるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１）。

特開２０００−１４１２６３号公報

しかしながら、上記従来の吸着ノズルでは、ノズル先端部の上端の嵌合端部をノズル基部に設けられた取り付け孔に嵌合させることによってノズル先端部をノズル基部に取り付けるようになっており、嵌合端部と取り付け孔との間には若干の遊びがあることからノズル基部に対するノズル先端部の位置は厳密には一定しない。特に、吸着対象とする部品が微小部品であったり、枠状に形成された枠状部品（シールド部品など）であったりした場合のように、吸着対象とする部品と吸着ノズルとの接触面積が小さいときには、吸着ノズルの吸着孔を部品との接触面に正確に位置させることができずにリーク（空気漏れ）が発生し、部品の吸着ミスを生じるおそれがあるという問題点があった。

そこで本発明は、吸着対象とする部品と吸着ノズルとの接触面積が小さい場合であってもリークによる部品の吸着ミスを生じにくい構成の吸着ノズル及び部品実装装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の吸着ノズルは、部品実装装置が備える装着ヘッドに取り付けられ、下端の吸着孔から真空吸引することによって部品を吸着する吸着ノズルであって、装着ヘッドに取り付けられるノズル基部と、ノズル基部に着脱自在に取り付けられ、下端に前記吸着孔を有したノズル先端部とを有し、ノズル先端部は、ノズル基部から下方に突出して設けられた複数のピンがノズル基部との接触面に開口して設けられた複数のピン挿入孔に挿入されることによってノズル基部に対する位置決めがなされる。

請求項２に記載の吸着ノズルは、請求項１に記載の吸着ノズルであって、ノズル先端部は螺子によりノズル基部に取り付けられる。

請求項３に記載の吸着ノズルは、請求項１又は２に記載の吸着ノズルであって、ノズル先端部は、ノズル基部側の前記複数のピンがノズル先端部側の前記複数のピン挿入孔に正規の組み合わせで挿入された場合にのみノズル基部に取り付けることができるようになっている。

請求項４に記載の吸着ノズルは、請求項１乃至３の何れかに記載の吸着ノズルであって、吸着対象とする部品が枠状に形成された枠状部品から成る。

請求項５に記載の部品実装装置は、請求項１乃至４の何れかに記載の吸着ノズルを備えた装着ヘッドを用いて基板に部品を装着する。

本発明では、ノズル基部から突出して延びた複数のピンの端部がノズル先端部に設けられた複数のピン挿入孔に挿入されることによってノズル基部に対するノズル先端部の位置決めがなされようになっており、ノズル先端部はノズル基部にしっかりと位置決めされた状態でノズル基部に取り付けられるので、ノズル基部に対するノズル先端部の位置は常に一定し、吸着の対象とする部品と吸着ノズルとの接触面積が小さい場合であってもリークによる部品の吸着ミスを生じにくい。

本発明の一実施の形態における部品実装装置の構成図 本発明の一実施の形態における吸着ノズルを枠状部品とともに示す上方斜視図 （ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態における吸着ノズルを枠状部品とともに示す下方斜視図 本発明の一実施の形態における吸着ノズルの（ａ）上方斜視図（ｂ）上方分解斜視図 （ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態における吸着ノズルの側断面図 （ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態における吸着ノズルにより基板に枠状部品を装着する手順を示す図 本発明の一実施の形態における部品実装装置が備える部品カメラにより枠状部品の撮像を行っている状態を示す図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示す部品実装装置１は、基板２上の電極３に装着された電子部品４の周囲を取り囲む枠形状に形成された枠状部品（例えばシールド部品）５を基板２に装着する装置であり、図示しない基台上に設けられて基板２の搬送と位置決めを行う基板搬送コンベア１１、枠状部品５の供給を行う部品供給部としてのトレイ１２、基台上に設けられた直交軸ロボットから成る装着ヘッド移動機構１３によって基板搬送コンベア１１の上方を移動自在な装着ヘッド１４、装着ヘッド１４の側方に取り付けられた基板カメラ１５、基台上に設けられた部品カメラ１６及びこれら各部の作動制御を行う制御装置１７を備えている。

装着ヘッド１４には昇降自在及び上下軸回りに回転自在な複数のシャフト部材２１が設けられており、これら複数のシャフト部材２１のうちの一部の下端には枠状部品５を吸着するための吸着ノズル２２が取り付けられている。

基板カメラ１５は撮像視野を下方に向けており、装着ヘッド１４とともに移動して基板２上に設けられた基板マーク２ｍ（図１）の撮像を行う。部品カメラ１６は撮像視野を上方に向けており、装着ヘッド１４が吸着ノズル２２を介して吸着した枠状部品５を下方から撮像する。

基板搬送コンベア１１は制御装置１７に制御されて作動し（図１）、基板２の搬送及び所定の作業位置への位置決めを行う。

装着ヘッド移動機構１３は制御装置１７に制御されて作動し（図１）、装着ヘッド１４を水平面内で移動させる。装着ヘッド１４が備えるシャフト部材２１の昇降動作及び回転動作は制御装置１７が図示しないアクチュエータ等から成るシャフト部材駆動機構３１の作動制御を行うことによってなされ（図１）、吸着ノズル２２を介した枠状部品５の吸着動作は制御装置１７が図示しないアクチュエータ等から成る吸着機構３２の作動制御を行うことによってなされる（図１）。

図１において、基板カメラ１５による撮像動作の制御と部品カメラ１６による撮像動作の制御は制御装置１７によってなされる。基板カメラ１５の撮像動作によって得られた画像データと部品カメラ１６の撮像動作によって得られた画像データはそれぞれ制御装置１７に送信され、制御装置１７の画像認識部１７ａにおいて画像認識処理がなされる。

図２及び図３（ａ），（ｂ）に示すように、吸着ノズル２２は、シャフト部材２１の下端に取り付けられるノズル基部４１及びノズル基部４１に着脱自在に取り付けられるノズル先端部４２から成る。

図４（ａ），（ｂ）及び図５（ａ），（ｂ）において、ノズル基部４１は、上面に上方に突出する円錐台形状部５１ａ及びその下端に設けられた円盤形状部５１ｂを備えたノズル基部上半体５１と、ノズル基部上半体５１の円盤形状部５１ｂと上下に合致する大きさの円盤形状部５２ａ及びその下端に設けられた矩形の平板形状部５２ｂを備えたノズル基部下半体５２から成る。

図５（ａ），（ｂ）において、ノズル基部上半体５１の内部には円錐台形状部５１ａを上下方向に貫通して延びたノズル基部上半体内真空路５３が設けられており、ノズル基部下半体５２の内部にはノズル基部上半体内真空路５３と連通して上下方向に貫通して延びたノズル基部下半体内真空路５４が設けられている。

図３（ａ），（ｂ）、図４（ａ），（ｂ）及び図５（ａ），（ｂ）において、ノズル先端部４２は、上面がノズル基部下半体５２の平板形状部５２ｂの下面と接触する直方体形状のノズル先端部ベース部６１及びノズル先端部ベース部６１の下面から下方に突出して延びて吸着対象の枠状部品５と接触するノズル先端部接触部６２を有して成る。

図３（ａ），（ｂ）において、ノズル先端部接触部６２の外形形状は、吸着対象とする枠状部品５の外形形状とほぼ同じ形状に形成されており、ノズル先端部接触部６２の枠状部品５の枠内の部分に相当する領域Ｒ（図５（ａ））には下方に開口する凹形状に肉抜きされた肉抜き部（空洞部）６２ａが設けられている（図５（ａ），（ｂ）も参照）。

図５（ａ），（ｂ）において、ノズル先端部４２の内部には、ノズル基部下半体５２の内部に設けられたノズル基部下半体内真空路５４と連通するノズル先端部内真空路６３が設けられている。このノズル先端部内真空路６３は分岐してノズル先端部接触部６２内を延び、ノズル先端部接触部６２の下面（下端）に開口して複数の吸着孔６４を形成している（図３も参照）。

図４（ａ），（ｂ）及び図５（ａ），（ｂ）において、ノズル先端部４２は、複数の取り付け螺子７０によりノズル基部４１に着脱自在に取り付けられる。すなわち、ノズル基部上半体５１、ノズル基部下半体５２及びノズル先端部４２（ノズル先端部ベース部６１）にはそれぞれ複数の螺子取り付け孔５１ｈ，５２ｈ，４２ｈ（ノズル基部上半体５１に設けられた螺子取り付け孔５１ｈとノズル基部下半体５２に設けられた螺子取り付け孔５２ｈは取り付け螺子７０を挿通させる貫通孔、ノズル先端部４２に設けられた螺子取り付け孔４２ｈは取り付け螺子７０が螺入される螺子孔）が設けられており、ノズル基部上半体５１に設けられた螺子取り付け孔５１ｈ及びノズル基部下半体５２に設けられた螺子取り付け孔５２ｈに挿通させた取り付け螺子７０をノズル先端部４２に設けられた螺子取り付け孔４２ｈに螺入することで、ノズル基部上半体５１、ノズル基部下半体５２及びノズル先端部４２を一体に結合してノズル基部４１（ノズル基部上半体５１、ノズル基部下半体５２）にノズル先端部４２を取り付けることができる。

なお、図４（ａ），（ｂ）及び図５（ａ），（ｂ）に示すように、取り付け螺子７０は頭部の上面が平らな皿螺子であるので、取り付け螺子７０によりノズル先端部４２をノズル基部４１に取り付けた状態において、ノズル基部４１の円盤形状部５１ｂの上面は平らな状態となる。

図４（ａ），（ｂ）及び図５（ａ），（ｂ）において、ノズル基部下半体５２には上下方向に延びた複数（ここでは２つ）の位置決めピン７１が設けられている。各位置決めピン７１はノズル基部下半体５２を厚さ方向に貫通して延びており、その上端部はノズル基部下半体５２の上面（円盤形状部５２ａの上面）から上方に突出し、下端部はノズル基部下半体５２の下面（平板形状部５２ｂの下面）から下方に突出している。一方、ノズル基部上半体５１にはノズル基部下半体５２に設けられた複数の位置決めピン７１それぞれの上端部が挿入される複数のノズル基部上半体側ピン挿入孔５１ｊが下方に開口して設けられており、ノズル先端部４２のノズル基部４１との接触面４２ｓ（ノズル先端部ベース部６１の上面）には、ノズル基部下半体５２に設けられた複数の位置決めピン７１それぞれの下端部が挿入される複数のノズル先端部側ピン挿入孔４２ｊが上方に開口して設けられている。

ノズル先端部４２をノズル基部４１に取り付けるときには、ノズル基部下半体５２に設けられた複数の位置決めピン７１の上端部がノズル基部上半体５１の複数のノズル基部上半体側ピン挿入孔５１ｊに挿入されるようにし、また、ノズル基部下半体５２に設けられた複数の位置決めピン７１の下端部がノズル先端部ベース部６１の複数のノズル先端部側ピン挿入孔４２ｊに挿入されるようにしたうえで、前述のように、複数の取り付け螺子７０によって、ノズル基部４１にノズル先端部４２を取り付ける（図３（ａ），（ｂ））。

このように、上記ノズル先端部４２のノズル基部４１への取り付けでは、ノズル基部４１から下方に突出して延びた複数の位置決めピン７１の端部（下端部）がノズル先端部４２（ノズル先端部ベース部６１）のノズル基部４１との接触面４２ｓに開口して設けられた複数のノズル先端部側ピン挿入孔４２ｊに挿入されることによってノズル基部４１に対するノズル先端部４２の位置決めがなされようになっているので、ノズル先端部４２はノズル基部４１にしっかりと位置決めされた状態でノズル基部４１に取り付けられる。

ここで、複数の位置決めピン７１、ノズル先端部側ピン挿入孔４２ｊ、螺子取り付け孔５２ｈ及び螺子取り付け孔４２ｈの配置は、複数の位置決めピン７１がノズル先端部側ピン挿入孔４２ｊに正規の組み合わせで挿入された場合にのみ螺子取り付け孔５２ｈと螺子取り付け孔４２ｈが上下に一致するようになっている。すなわち、ノズル先端部４２は、ノズル基部４１側の複数の位置決めピン７１が複数のノズル先端部側ピン挿入孔４２ｊに正規の組み合わせで挿入された場合にのみノズル基部４１に取り付けることができるようになっている。このため、ノズル先端部４２が誤った向きにノズル基部４１に取り付けられるおそれがなく、特に、ノズル先端部接触部６２の外形が非対称に形成される場合には有効である。

また、上記のようにノズル基部４１にノズル先端部４２が取り付けられることによって、ノズル基部上半体内真空路５３、ノズル基部下半体内真空路５４及びノズル先端部内真空路６３が互いに連通した状態となる（図５（ａ））。

ここで、図４（ｂ）から分かるように、ノズル先端部４２のノズル基部４１との接触面４２ｓにおけるノズル先端部内真空路６３の周りの肉厚（ノズル先端部内真空路６３の半径方向の肉厚）は非常に厚くなっていることから、ノズル先端部４２の接触面４２ｓとノズル基部４１の平板形状部５２ｂの下面との密着性は非常に高い。このためノズル先端部４２の接触面４２ｓとノズル基部４１の平板形状部５２ｂの下面との間に、ノズル基部下半体内真空路５４とノズル先端部内真空路６３とを空気漏れさせることなく連通させるためのパッキンは不要である。

図２に示すように、吸着ノズル２２は、ノズル基部上半体５１に設けられた円錐台形状部５１ａがシャフト部材２１の下端に下方から挿入されてシャフト部材２１に取り付けられる。吸着ノズル２２がシャフト部材２１に取り付けられた状態では、吸着ノズル２２のノズル基部上半体内真空路５３がシャフト部材２１内を延びる装着ヘッド側真空圧供給管路１４ａ（図２）と連通するので、吸着機構３２から吸着ノズル２２の下端の複数の吸着孔６４を通じた真空吸引動作が可能となる。

なお、前述のように、取り付け螺子７０は頭部の上面が平らな皿螺子であって、取り付け螺子７０によりノズル先端部４２をノズル基部４１に取り付けた状態において、ノズル基部４１の円盤形状部５１ｂの上面は平らな状態となるので、ノズル基部４１をシャフト部材２１に取り付ける際には、シャフト部材２１の下端をノズル基部４１の円盤形状部５１ｂの上面に当接させることができ、吸着ノズル２２を安定した状態でシャフト部材２１に取り付けることができる。

図６（ａ），（ｂ）に示すように、枠状部品５は、基板２の電極３上に既に装着されている電子部品４（電子部品群）の周囲を取り囲むように基板２上に装着される。本実施の形態における枠状部品５では、上面に３つの吸着指定箇所Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が設定されており（図２も参照）、ノズル先端部４２の下端の吸着孔６４は上記３つの吸着指定箇所Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に対応した位置に設けられている（図３（ａ））。

次に、本実施の形態における部品実装装置１による枠状部品５の基板２への装着作業について説明する。

部品実装装置１による枠状部品５の基板２への装着作業では、部品実装装置１の制御装置１７は先ず、基板搬送コンベア１１を作動させ、部品実装装置１の上流工程側の装置から送られてきた電子部品４の装着済みの基板２を受け取って搬送することにより、基板２を所定の作業位置に位置決めする。制御装置１７は、基板２を作業位置に位置決めしたら、装着ヘッド移動機構１３の作動制御を行って装着ヘッド１４を移動させ、基板カメラ１５に基板２上の一対の基板マーク２ｍの撮像を行わせる。制御装置１７は、一対の基板マーク２ｍの画像データが得られたら、その基板マーク２ｍの画像認識を行って基板２の基準位置からの位置ずれを求める。

制御装置１７は、基板２の基準位置からの位置ずれを求めたら、装着ヘッド移動機構１３の作動制御を行って装着ヘッド１４をトレイ１２の上方に位置させるとともに、シャフト部材駆動機構３１及び吸着機構３２の作動制御を行って装着ヘッド１４が備える吸着ノズル２２に枠状部品５を吸着させる。この枠状部品５の吸着では、吸着ノズル２２が備えるノズル先端部接触部６２の外形をトレイ１２上の枠状部品５の外形に合わせるようにして吸着ノズル２２の下端を枠状部品５の上面に接触させたうえで、吸着機構３２を作動させて、吸着ノズル２２の下端の複数の吸着孔６４から真空吸引を行う。これによりトレイ１２内の枠状部品５は吸着ノズル２２を介して装着ヘッド１４に吸着される。

制御装置１７は、吸着ノズル２２を介して装着ヘッド１４に枠状部品５を吸着させたら、装着ヘッド１４を移動させて枠状部品５が部品カメラ１６の上方を通過するように装着ヘッド１４を移動させる。そして、部品カメラ１６に枠状部品５の撮像を行わせ（図７）、得られた画像データに基づく画像認識を行って、吸着ノズル２２に対する枠状部品５の位置ずれを算出する。

この部品カメラ１６による枠状部品５の撮像及び画像認識工程では、吸着ノズル２２の枠状部品５と接触するノズル先端部接触部６２の外形形状が枠状部品５の外形とほぼ等しい形状に形成されるとともに、ノズル先端部接触部６２の枠状部品５の枠内の部分に相当する領域Ｒが下方に開口する凹形状に肉抜きされており、部品カメラ１６による枠状部品５の撮像時の焦点Ｆ（図７）は枠状部品５の下面の高さの位置に設定されていることから、吸着ノズル２２を用いて吸着した枠状部品５を下方から撮像して得られた画像では、ノズル先端部４２の枠状部品５の枠内の部分に相当する領域Ｒの下面４２Ｒは焦点Ｆの位置よりも高くてぼやけることになる。このため、吸着ノズル２２の上記下面４２Ｒに傷や異物が付いていたとしてもその部分が明るく映ずるようなことはなく、枠状部品５の画像認識の際に吸着ノズル２２の一部が枠状部品５の一部であると誤認識されることがない。

制御装置１７は、枠状部品５の撮像及び画像認識を行って吸着ノズル２２に対する枠状部品５の位置ずれを算出したら、装着ヘッド移動機構１３の作動制御を行って、装着ヘッド１４を基板２の上方に位置させる。そして、制御装置１７はシャフト部材２１を装着ヘッド１４に対して下動させて枠状部品５を下降させ（図６（ａ）中に示す矢印Ａ）、枠状部品５が基板２に接触したところで真空吸着を解除して枠状部品５を基板２上に装着する（図６（ｂ））。

制御装置１７は、枠状部品５の基板２への装着作業が終了したら装着ヘッド１４に対してシャフト部材２１を上動させ、次の枠状部品５の吸着及び基板２への装着を行う。基板２に装着すべき全ての枠状部品５を基板２上に装着したら、制御装置１７が基板搬送コンベア１１を作動させて、基板２を部品実装装置１の下流工程側の装置に搬出する。

以上説明したように、本実施の形態における吸着ノズル２２（及び吸着ノズル２２を備えた部品実装装置１）では、ノズル基部４１から突出して延びた複数のピン（位置決めピン７１）の端部がノズル先端部４２に設けられた複数のピン挿入孔（ノズル先端部側ピン挿入孔４２ｊ）に挿入されることによってノズル基部４１に対するノズル先端部４２の位置決めがなされようになっており、ノズル先端部４２はノズル基部４１にしっかりと位置決めされた状態でノズル基部４１に取り付けられるので、ノズル基部４１に対するノズル先端部４２の位置は常に一定し、吸着の対象とする部品と吸着ノズル２２との接触面積が小さい場合であってもリークによる部品の吸着ミスを生じにくい。

なお、上述の実施の形態では、吸着ノズル２２によって吸着される対象部品が枠状に形成された枠状部品５から成っていたが、吸着ノズル２２の吸着対象となる部品はこのような枠状部品に限られず、他の部品であってもよい。特に、微小部品であれば、部品が枠状部品である場合と同様に、吸着の対象とする部品と吸着ノズル２２との接触面積が小さくなるので、本実施の形態における吸着ノズル２２を用いる効果は大きなものとなる。

吸着対象とする部品と吸着ノズルとの接触面積が小さい場合であってもリークによる部品の吸着ミスを生じにくい構成の吸着ノズル及び部品実装装置を提供する。

１ 部品実装装置
２ 基板
５ 枠状部品（部品）
１４ 装着ヘッド
２２ 吸着ノズル
４１ ノズル基部
４２ ノズル先端部
４２ｓ 接触面
４２ｊ ノズル先端部側ピン挿入穴（ピン挿入孔）
６４ 吸着孔
７０ 取り付け螺子（螺子）
７１ 位置決めピン（ピン）

Claims (5)

1. 部品実装装置が備える装着ヘッドに取り付けられ、下端の吸着孔から真空吸引することによって部品を吸着する吸着ノズルであって、
   装着ヘッドに取り付けられるノズル基部と、
   ノズル基部に着脱自在に取り付けられ、下端に前記吸着孔を有したノズル先端部とを有し、
   ノズル先端部は、ノズル基部から下方に突出して設けられた複数のピンがノズル基部との接触面に開口して設けられた複数のピン挿入孔に挿入されることによってノズル基部に対する位置決めがなされることを特徴とする吸着ノズル。
2. ノズル先端部は螺子によりノズル基部に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の吸着ノズル。
3. ノズル先端部は、ノズル基部側の前記複数のピンがノズル先端部側の前記複数のピン挿入孔に正規の組み合わせで挿入された場合にのみノズル基部に取り付けることができるようになっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の吸着ノズル。
4. 吸着対象とする部品が枠状に形成された枠状部品から成ることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の吸着ノズル。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の吸着ノズルを備えた装着ヘッドを用いて基板に部品を装着することを特徴とする部品実装装置。

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