JP4514321B2

JP4514321B2 - 部品実装装置

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Publication number: JP4514321B2
Application number: JP2000374427A
Authority: JP
Inventors: 智之中野; 毅栗林; 智則佐野; 幸治小寺; 洋美木下
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-12-08
Filing date: 2000-12-08
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2020-12-08
Also published as: JP2002176291A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品などの部品を電子回路基板などの回路形成体に実装する部品実装装置、並びに部品実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術における部品実装装置につき、図面を参照して説明する。図１３は、従来の技術による部品実装装置５０の概要を示す。図において、部品実装装置５０は、電子部品などの実装すべき部品を供給するパーツカセット方式の部品供給装置からなる部品供給部２、及びトレイ方式の部品供給装置からなるトレイ供給部３と、両供給部２、３から部品を取り出して回路形成体に実装する複数のノズルを備えた部品実装ヘッド４と、部品実装ヘッド４を所定位置に搬送するＸＹロボット５と、部品実装ヘッド４に保持された部品の保持状態を撮像して認識する部品認識装置６と、部品実装装置５０に回路形成体を搬入して保持する回路形成体保持装置７と、多種類の部品に応じた部品吸着用のノズルを用意するノズルステーション８と、部品実装装置全体の動作を制御する制御装置９とを主な構成要素としている。
【０００３】
図１３において、部品供給部２には、多数の部品をテープ状に巻き取ったリールを備えるパーツカセット方式の部品供給装置１９がセットされている。部品実装ヘッド４には、負圧を利用して部品１３を吸着して取り出すノズル１２を備えた複数のノズルヘッド１１が取り付けられている。図示の部品実装装置５０は、複数のノズルヘッド１１が装着された部品実装ヘッド４を備えており、図示の例では４つノズルヘッド１１を装着している。各ノズル１２は、図示のＺ軸を中心とした回転による角度補正（θ回転）が可能である。ＸＹロボット５は、部品実装ヘッド４を図のＸ方向及びＹ方向に平面状に搬送する。回路形成体保持装置７は、電子回路基板などの回路形成体１４を搬入して保持する。回路形成体１４には、前記の電子回路基板の他にも、昨今では部品の上に更に別の部品を実装するケースや、電子機器の筐体に直接部品を実装するケースなどがある。部品認識装置６は、各ノズル１２に吸着された部品１３の保持状態を下から撮像して認識する。
【０００４】
以上の構成にかかる部品実装装置５０の動作時は、部品供給装置１９により部品供給部２に供給された部品１３の真上に移動した部品実装ヘッド４が、各ノズル１２を下降させて部品１３に当接させ、負圧によって部品１３を吸着して部品供給部２から取り出す。次に、部品実装ヘッド４は、各ノズル１２に部品１３を吸着保持したまま、ＸＹロボット５によって部品認識装置６に対向する位置に向けて搬送される。部品認識装置６は、部品実装ヘッド４が部品認識装置６に対向する位置を所定速度で通過する際に、部品実装ヘッド４の各ノズル１２に吸着して保持された部品１３を撮像して認識する。前記認識結果に基づいて、部品１３の所定吸着状態に対する位置、および角度のずれが計測される。
【０００５】
実装すべき回路形成体１４へ向けて移動中の部品実装ヘッド４は、制御装置９からの指令に基づいて前記計測結果による必要な移動量と角度のずれを補正しつつ、まず１つのノズル１２に吸着された部品１３を回路形成体１４の所定位置に位置合わせして停止し、当該ノズル１２を下降させて吸着された部品１３を実装する。以下、同様に、他の各ノズル１２に吸着された部品１３に対しても位置合わせし、ノズル１２を下降させて各吸着された部品１３を回路形成体１４上に順次実装する。
【０００６】
図１３に示す部品実装装置５０のＹ方向奥側には、トレイパレットに多数の部品を収納して供給するトレイ供給部３が設けられている。このトレイ供給部３からは、主として大型の部品が部品実装装置に供給される。トレイパレットにより供給される部品１３は、その上方に位置する移載ノズル５１に吸着され、図のＸ方向の横側に設けられた吸着パット５２に移し変えられる。図１４は、このトレイ供給部３の詳細を示している。図において、トレイパレット３１には部品１３が収納されてトレイ本体部３２にセットされている。移載ノズル５１は、部品１３を吸着可能であり、移載軸５３に図のＸ方向に往復可能に取り付けられている。移載ノズル５１は、移載軸５３内に取り付けられたサーボモータにより駆動される。トレイパレット３１のＸ方向右側には、部品実装ヘッド４に装着されたノズル１２の数（図１に示す例では４つ）と同数の吸着パット５２が、ノズル１２の間隙ピッチと同一ピッチで、部品実装装置本体に固定されている。
【０００７】
以上のように構成されたトレイ供給部３においては、部品実装に先行して予め移載ノズル５１がトレイパレット３１により供給された部品１３を吸着し、この部品１３をＸ方向に搬送して各吸着パット５２に順次セットする。図１４に示す例においては、すでに２つの部品１３が吸着パット５２にセットされており、あとこれを２回繰り返すことによって、４つの吸着パット５２の全てに部品１３がセットされる。図１３に戻って、これらセットされた部品１３を回路形成体１４に実装する際には、部品実装ヘッド４が吸着パット５２上に移動し、部品実装ヘッド４に装着された４つのノズル１２が同時に下降し、同一ピッチに配列されている部品１３を同時に吸着する。以下、部品認識装置６による認識と、位置補正後の実装に関しては、先のパーツカセット方式の部品供給装置１９から供給する場合と同様である。
【０００８】
図１３において、部品実装装置５０のやはりＹ方向奥側で上述のトレイ供給部３に隣接した位置には、ノズルステーション８が設けられている。部品１３を吸着すべきノズル１２は、部品１３のサイズやスペックに合わせた適切なノズルを使用することが好ましい。このために、異なるサイズや仕様のノズル１２がこのノズルステーション８に準備されている。図１５は、ノズルステーション８に配列して準備された各ノズル１２を模式的に示している。各ノズル１２には図の上方に示す部品実装ヘッド４に装備されたノズルヘッド１１がアクセス可能である。図１５に示す例においては、４つのノズルヘッド１１に対応して、４列に配列されたノズル１２が４行分用意されている。図では、Ｙ方向奥側から各行毎に、微小サイズ（ＳＳ）、小サイズ（Ｓ）、中サイズ（Ｍ）、大サイズ（Ｌ）の各ノズルがそれぞれ４つずつ４列に配置された状態を示している。但し、この配列は一例を示したものであり、生産目的に応じて任意に変更が可能である。なお、本明細書における配列に関しては、Ｘ方向（図の左右方向）の並びを「列」、Ｙ方向（図の前後方向）の並びを「行」と呼ぶものとし、以下、部品、回路形成体の配列に関しても同様に呼ぶものとする。ノズルステーション８に配置された各ノズル１２の列間のピッチは、ノズルヘッド１１の間隙ピッチと一致している。
【０００９】
ノズル交換に際しては、部品実装ヘッド４の４つのノズルヘッド１１に取り付けられたノズル１２が、同時に交換される。すなわち、ノズルステーション８に移動した部品実装ヘッド４の４つのノズルヘッド１１がノズルパレット５６に向けて下降し、現在取り付けられているノズル１２を元の行（例えば、図のＳＳの行）に同時に戻す。その後、次に装着すべきノズル１２の行（例えば、図のＭの行）まで移動して、各ノズルヘッド１１がその行にある４列のノズル１２に下降して同時にこれを取り付ける。このため、ノズルステーション８には、４列、４行の計１６個のノズルが配置されているものの、一行ごとのノズル同時交換となるため、４種類（４行）のノズル組み合わせのバリエーションしか持てないことになる。あるいは、これを各ノズルヘッド１１毎の任意の組み合わせにかかるノズル１２を取り付けようとした場合には、１つのノズルヘッド１１ごとに部品実装ヘッド４が移動して位置合わせをする必要があり、ノズル交換に多くの時間を費やすこととなる。
【００１０】
【発明が解決しようとする諜題】
以上のように、従来技術による部品実装装置５０には幾つかの問題があった。部品実装ヘッドに装着された複数のノズルヘッドは固定されたままであり、したがってノズルヘッドの間隙ピッチも固定されていた。このため、部品を吸着する際に、各ノズルヘッドの間隙ピッチが部品供給部における各部品間の間隙ピッチとたまたま一致している場合は良いが、僅かでも両ピッチ間に相違があった場合には各ヘッドによる部品の同時吸着ができなかった。同時吸着ができない場合、部品実装ヘッドに装着された各ノズルヘッド毎に位置決めをして部品吸着をする必要があり、多くの時間を費やすこととなる。このため、折角の複数ヘッドを備えていても、生産性を改善する効果が損なわれていた。
【００１１】
同様に、複数の各ノズルの間隙ピッチが、回路形成体における部品の実装ピッチと僅かでも一致していない場合には、各ノズルごとに、部品実装ヘッドが移動して回路形成体の所定の実装位置にノズルを位置合わせする必要があり、これも多くの時間を必要とし、複数ノズルを備えることの効果が損なわれていた。多面取り回路形成体へ部品実装する場合においても、この面取りのパターンピッチが先の各ノズルヘッドの間隙ピッチと一致していない場合にも、同様な問題があった。
【００１２】
次に、ノズル交換に際しては、部品実装ヘッド４に各ノズルヘッド１１が固定されているため、ノズルステーション８のノズルパレット５６に設けられた一行ごとの同時取替えしかできず、ノズルの組み合わせバリエーションには極端な制約があった。あるいは、各ノズルヘッド１１に対して個別のノズル１２を任意に選択させようとした場合には、部品実装ヘッド４が各ノズルヘッド１１ごとに、旧ノズル１２の返却と、新ノズル１２の取り出しのため、ノズルパレット５６上を移動する必要があり、多くの工数を要し、生産効率の低下を招いていた。
【００１３】
さらに、従来では、部品実装ヘッドの複数のノズルヘッドの数や間隙ピッチに対し、部品供給部（トレイ供給部を含む）における部品の配列数と部品の配列ピッチ、多面取り回路形成体の面取り数や面取りのパターンピッチなどがうまく整合された設計となっておらず、部品実装システム全体として見た場合、複数ノズルを装着することによる生産効率の改善メリットを十分有効に生かし切る部品実装方法とはなっていなかった。
【００１４】
したがって、本発明は、以上のような従来技術による問題点を解消し、複数ノズルを装着する部品実装装置の利点を生かして複数部品の同時吸着、複数部品の同時実装、多様な組み合わせにかかるノズルの同時変換を可能とし、タクトロスとなる要因を極力排除して生産効率を高めることができる部品実装装置、並びに部品実装方法を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記のような課題を、複数のノズルヘッドが前記部品実装ヘッドに対して、回路形成体の部品実装面に略平行な平面上を各々独立して移動可能に保持する機構を備えていることなどの対応により解決しようとするものであり、具体的には以下の内容を含む。
【００１６】
すなわち、請求項１に記載の本発明は、部品供給部から部品を吸着して取り出し、当該部品を回路形成体の所定位置に実装する複数のノズルヘッドを有する部品実装ヘッドを備えた部品実装装置であって、前記複数のノズルヘッドが、前記回路形成体の部品実装面に略平行な平面を、前記部品実装ヘッドに対して各々独立して移動可能に保持する機構を備え、前記複数のノズルヘッドが配列された方向をＸ方向、前記複数のノズルヘッドが移動可能な平面内にて前記Ｘ方向と直交する方向をＹ方向としたとき、前記複数のノズルヘッドの各々を前記部品実装ヘッドに対してＸ方向に独立して移動させる第１の移動手段と、前記第１の移動手段をＹ方向に独立して移動させる第２の移動手段との双方からなる前記複数のノズルヘッドを移動可能に保持する機構を、各ノズルヘッドが個別に備えていることを特徴とする部品実装装置に関する。複数のノズルヘッドが独立移動可能とすることで、部品の同時吸着、同時実装を可能にするものである。
【００１８】
請求項２に記載の本発明にかかる部品実装装置は、前記第１の移動手段と前記第２の移動手段との双方が、サーボモータ及びボールねじにより駆動されるものであることを特徴としている。
【００１９】
請求項３に記載の本発明にかかる部品実装装置は、前記第１の移動手段と前記第２の移動手段とのいずれか一方、もしくは双方が、リニアモータにより駆動されるものであることを特徴としている。
【００２０】
請求項４に記載の本発明にかかる部品実装装置は、前記部品実装装置が、複数のノズルを収納するノズルステーションを更に備え、前記ノズルステーションに収納されたノズルが前記Ｘ方向とＹ方向との碁盤状に配置され、前記複数のノズルヘッドによるノズル交換時には、Ｘ方向に沿っては各ノズルヘッドが各ノズルに対応した位置に位置決めされ、Ｙ方向に沿っては各ノズルヘッドが任意の行のノズルにアクセスし、前記複数のノズルヘッドが同時にノズル交換できることを特徴としている。複数のノズルヘッドに取り付けられるノズルの組み合わせバリエーションの増加を図るものである。
【００２５】
請求項５に記載の本発明にかかる部品実装装置は、複数のノズルヘッドの間隙ピッチを調整することにより、前記部品供給部における部品の同時吸着、又は前記回路形成体への部品の同時実装のいずれか一方、もしくは双方を可能とすることを特徴としている。
【００２６】
請求項６に記載の本発明にかかる部品実装装置は、前記部品供給部における部品の同時吸着が、トレイパレットに部品を配列して供給するトレイ供給部からの直接同時吸着するものであることを特徴としている。従来技術にある部品の移載による無駄を排除するものである。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる第１の実施の形態の部品実装装置につき、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかる部品実装装置１の概観を示している。図において、従来技術で説明したものと同一構成要素にかかるものに対しては同一の符号を付している。本実施の形態にかかる部品実装装置１は、電子部品などの実装すべき部品を供給するパーツカセット方式の部品供給装置１９からなる部品供給部２、及びトレイ方式の部品供給装置からなるトレイ供給部３と、両供給部２、３から部品を取り出して回路形成体１４に実装する複数のノズルヘッド１１を備えた部品実装ヘッド４と、部品実装ヘッド４を所定位置に搬送するＸＹロボット５と、部品実装ヘッド４に保持された部品１３の保持状態を撮像して認識する部品認識装置６と、部品実装装置１に回路形成体１４を搬送して保持する回路形成体保持装置７と、多種類の部品に応じた吸着用のノズル１２を用意するノズルステーション８と、部品実装装置１全体の動作を制御する制御装置９とを主な構成要素としている。以上の構成は、図１３を使用して説明した従来技術による部品実装装置と同様である。
【００３７】
本実施の形態にかかる部品実装装置１においては、部品実装ヘッド４に装着された複数のノズルヘッド１１の各々が、部品実装ヘッド４に対してそれぞれ独立して移動可能に装着されている。図２はその詳細を示している。図において、部品実装ヘッド４には、図示の例では４つのノズルヘッド１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが装着されており、各ノズルヘッドにはそれぞれノズル１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが取り付けられている。そして、各ノズルは、部品１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄをそれぞれ吸着している。ここでは、特定のノズルヘッド、ノズル、部品を説明する場合を除き、総称としては一般にノズルヘッド１１、ノズル１２、部品１３と呼ぶものとする。各ノズルヘッド１１は、矢印で示すように、部品実装ヘッド４に対してそれぞれ図のＸ方向及びＹ方向に独立して移動可能な構造となっている。ここで、Ｘ方向は、ノズルヘッド１１が配列された方向であり、Ｙ方向は、前記Ｘ方向に直交する方向である。
【００３８】
各ノズルヘッドの可動構造につき、図３の拡大図を参照して説明する。図３は、部品実装ヘッド４に装着された１つのノズルヘッド１１のみを取り出して表示した斜視図である。図３において、ノズルヘッド１１には、ノズル１２が取り付けられ、ノズル１２はＶＣＭ（ボイスコイルモータ）１５によって昇降駆動が可能である。このノズル１２は、吸着した部品の傾斜角を補正するため、図示しないサーボモータの駆動により、ベルトを介して図のＺ軸を中心とした回転（θ回転）が可能である。従来技術においては、ノズルヘッド１１は部品実装ヘッド４（図２参照）に固定されていた。本実施の形態においては、図のＸ方向、Ｙ方向にそれぞれ移動可能な構造を介して部品実装ヘッド４に取り付けられている。
【００３９】
この内、ノズルヘッド１１のＸ方向の移動は、ノズルヘッド１１をＸ方向に移動可能に固定する固定プレート２１に取り付けられた正逆回転可能なサーボモータ１６の駆動により、ボールねじ１７を介してノズルヘッド１１がリニアガイド１８上を移動するよう構成されている。これに対してノズルヘッド１１のＹ方向の移動は、以下のように構成されている。ノズルヘッド１１を固定する固定プレート２１に取り付けられた４本のスライドシャフト２２が、部品実装ヘッド４に固定される支持プレート２３に設けられた４つの貫通孔２４に、それぞれＹ方向にスライド可能に嵌装されている。支持プレート２３に固定された正逆回転可能なサーボモータ２６によりボールねじ２７を回転することによって固定プレート２１がＹ方向に駆動される。この固定プレート２１の駆動によって、固定プレート２１に取り付けられたノズルヘッド１１もＹ方向に駆動される。
【００４０】
各ノズルヘッド１１には、以上のような移動可能に保持する構造が個別に設けられている。各ノズルヘッド１１が部品実装ヘッド４に対してＸ方向、及びＹ方向に移動可能であることは、各ノズルヘッド１１が、部品実装がされる回路形成体１４（図１参照）の実装面に対して略平行な平面上を移動可能であることを意味する。なお、上述の各ノズルヘッド１１のＸ方向、及びＹ方向の駆動は、ボールねじ１７、２７を介した駆動のものに限定されるものではなく、例えばリニアモータによる駆動であってもよい。また、本実施の形態では各ノズルヘッド１１がＸ方向及びＹ方向共に移動可能な機構を備える好ましい形態となっているが、目的に応じていずれか一方向のみを移動可能とすることも勿論可能である。
【００４１】
図１に戻って、以上の構成にかかる本実施の形態にかかる部品実装装置１の動作を説明する。まず、電子回路基板などの回路形成体１４が回路形成体保持装置７に搬入される。部品実装ヘッド４は、ＸＹロボット５により、部品１３を供給する部品供給部２に位置決めされる。部品実装ヘッド４の各ノズルヘッド１１は、各ノズル１２によって同時に部品１３が吸着できるよう、各ノズル１２の吸着位置調整を行う。吸着位置調整が行われた各ノズル１２は、部品供給部２の部品１３に向かって下降し、４本のノズルで同時に部品１３の吸着動作を行う。
【００４２】
次に、各ノズル１２により同時吸着された部品１３は、ＸＹロボット５による部品実装ヘッド４の移動により、部品認識装置６上に位置決めされる。そして、部品認識装置６の認識結果に応じて、各ノズル１２の基準点と部品１３の基準点とのずれ量が算出される。本実施の形態にかかる部品実装装置１においては、各ノズルヘッド１１が独立してＸ方向、Ｙ方向に移動可能であるため、各ノズルヘッド１１毎に位置補正が可能である。部品実装ヘッド４が回路形成体１４に対向する所定位置まで移動すると、各ノズル１２は、制御装置９の指令に基づいてそれぞれ独立して位置補正が加えられ、各ノズル１２に吸着された部品１３全てが回路形成体１４に同時に実装される。従来技術では、各ノズル１１毎の位置補正を部品実装ヘッド４が移動して個別に行い、順次実装していた動作を、前記独立した位置補正によって同時実装を行うことができ、大幅な生産効率の改善をもたらす。また、各ノズル１２が独立して移動可能であることから、例えば回路形成体１４における多面取りのピッチであるパターンピッチがノズル１２の間隙ピッチと一致していなくとも、ノズル１２が独立して移動できる許容範囲である限り、同時実装が可能である。なお、個々の実装部品１３に対する位置決めに関してのプログラムは、入力操作部１０により行うことができる。
【００４３】
図１において、本実施の形態にかかる部品実装装置１のトレイ供給部３においては、図１４を参照して説明した従来技術による部品実装装置５０に示す移載ノズル５１、及びこれに関連した吸着パレット５２、移載軸５３が除かれている。この概要を、図４を参照して説明する。図において、実装すべき部品１３を収納した所定のトレイパレット３１が、部品実装ヘッド４の各ノズル１２が吸着動作できる位置までトレイ本体部３２から引き出される。次に、部品実装ヘッド４は、トレイパレット３１の吸着位置に位置決めされ、各ノズルヘッド１１からノズル１２が下降して所定の部品１３を同時に吸着する。
【００４４】
本実施の形態においては、上述のように、部品実装ヘッド４に装着された図示の４つのノズルヘッド１１は、単独で移動可能である。したがって、部品実装ヘッド４がトレイパレット３１に対向する位置に到着するまでの間に、各ノズルヘッド１１の間隙ピッチが、トレイパレット３１の同一列に配列された部品１３の間隙ピッチと等しくなるよう調整される。これによって、各ノズル１２による部品１３の同時吸着が可能となり、従来技術による移載ノズル５１を利用した部品の置き換えに要する手間を省くことができ、生産性を大幅に改善することができる。
【００４５】
なお、図４に示すように、トレイパレット３１の一行に配列できる部品１３の数を、ノズルヘッド１１の数の整数倍（図の例では、ノズルヘッド１１の４つに対して、部品はその２倍の８つを配列）となるよう設計することにより、部品実装ヘッド４の数回の部品吸着によって丁度一行分の全ての部品を使い切ることができる。これにより、部品吸着時におけるノズル１２の一部が半端となってあまりが生ずることもなく、生産性を改善することができる。この内容に関しては更に後述する。
【００４６】
次に、本実施の形態にかかる部品実装装置１では、独立して移動可能な複数のノズル１２を備えた部品実装ヘッド４を利用することにより、使用されるノズル１２の組み合わせバリエーション数を大幅に増やしている。図５は、図１に示す部品実装装置１のノズルステーション８におけるノズル交換動作の概要を示している。図５（ａ）は、部品実装ヘッド４に装着された各ノズルヘッド１１がノズルステーション８に移動し、取り付けられている各ノズル１２をノズルパレット５６の元の位置に返却する状況を示している。図示する例においては、図の左から順に、ノズルヘッド１１ａにはＬノズル、ノズルヘッド１１ｂにはＭノズル、ノズルヘッド１１ｃにはＳノズル、ノズルヘッド１１ｄにはＳＳノズルがそれぞれ取り付けられている。各ノズルヘッド１１は、図に示すＹ方向に各個に移動可能であることから、部品実装ヘッド４が個別に移動するまでもなく、各ノズルヘッド１１がそれぞれ矢印で示すようにＹ方向に所定量移動し、取り付けていたノズル１２を所定の場所に同時に返却することができる。
【００４７】
その後、図５ｂに示すように、次に吸着すべき部品に適したノズル１２を取り付けるべく、各ノズルヘッド１１は、同じくＹ方向に所定量移動し、必要なノズル１２にアクセスして、全てのノズルヘッド１１で同時に所定のノズル１２を取り付ける。図示の例では、ノズルヘッド１１ａがｓノズル、ノズルヘッド１１ｂがＬノズル、ノズルヘッド１１ｃがＳＳノズル、そしてノズルヘッド１１ｄがＭノズルを取り付ける様子を示している。この間、部品実装ヘッド４の移動は不要である。
【００４８】
このように、各ノズルヘッド１１におけるノズル１２の選択を任意に行うことができ、かつその取り付けを全ノズル同時に行うことができる。従来技術によるものでは、同時に変更できるのは同一行にあるノズルの組み合わせに限定されていた。したがって、本実施の形態によれば、従来のものに比べて４倍のノズルの組み合わせバリエーションを得ることができる。あるいは、従来技術によるもので任意のノズル１２を選択する場合には、部品実装ヘッド４が各ノズルヘッド１１ごとに、その取り付けるべきノズルの位置まで移動する必要があった。したがって、本実施の形態によれば、従来のものに比べて１／４のノズル交換時間で任意に選択されたノズルの同時取替えが可能となる。
【００４９】
以上、本実施の形態にかかる部品実装装置の特性につき説明してきたが、以上の説明の中に含まれる、ｉ）複数のノズルによる同時部品実装、ii）複数のノズルによるトレイ供給部からの直接の部品同時吸着、iii）複数のノズルによる任意の組み合わせパターンの同時ノズル交換の各々は、ｉ）、ii）、iii）の全てを合わせて同時に実施される必然性はなく、必要に応じていずれか１つもしくは２つの組み合わせを個別に実施することであっても勿論よい。その場合においては、上述の各ノズルを可動させる構造において、上記のii）のみを実施する場合にはノズルヘッド１１のＸ方向のみの可動構造を備えておればよく、また、前記のiii）のみを実施する場合にはＹ方向のみの可動構造を備えておればよい。上記のｉ）を実施する場合には、図１、図２に示すようなＸ、Ｙ両方向への可動機構であることが望ましい。
【００５０】
次に、本発明にかかる第２の実施の形態の部品実装装置につき、図面を参照して説明する。図６は、本実施の形態にかかる部品実装装置の部品実装ヘッド３４、及びノズルヘッド３６を示している。従来技術によれば、上述のように、複数ノズルヘッド１１の間隙ピッチが多面取りの回路形成体１４の面取りのパターンピッチと異なるために、同時実装ができない場合がある。あるいは、複数ノズルヘッド１１の間隙ピッチがトレイ供給部３に配列された部品１３の間隙ピッチと異なるため、直接同時吸着できない場合がある。本実施の形態にかかる部品実装装置では、部品実装ヘッド３４に複数のノズルヘッド３６を複数位置に着脱自在に装着することができる構造とし、ノズル１２の間隙ピッチを変更可能とすることによって前記問題の解決を図っている。
【００５１】
図６（ａ）において、部品実装ヘッド３４には、ノズルヘッド３６が取り付け可能な取り付けステーション３７が等間隔で９つ用意されている。ノズルヘッド３６は、各取り付けステーション３７の任意の位置に、設計上許容できる任意の数を装着することができる。例えば、取り付けステーション３７の各間隙ピッチが１０ｍｍとすると、図６（ａ）に示す例では、ノズル１２の間隙ピッチが２０ｍｍとなる４つのノズルヘッド３６が取り付けられている。この状態で、部品の配列ピッチが２０ｍｍとなるトレイ供給部３から部品を同時吸着し、多面取りのパターンピッチが２０ｍｍとなる回路形成体１４に同時実装するものとすれば、当該部品実装装置の生産効率を高めることができる。
【００５２】
図６（ｂ）に示す例では、ノズル１２の間隙ピッチは１０ｍｍとなり、トレイ供給部３の部品の配列ピッチが１０ｍｍである場合、回路形成体１４の多面取りのパターンピッチが１０ｍｍである場合に、それぞれ同時実装、又は同時吸着が可能となる。更に、回路形成体１４の部品実装におけるパターンに応じて、図７（ａ）に示すような変則的なノズルヘッド３６の配列も可能である。また、図７（ｂ）に示すように、より多くのノズル３６を使用して部品の同時実装、もしくは部品の同時吸着を可能とし、生産効率をより一層高めることもできる。なお、上述の取り付けステーションの間隙ピッチ、あるいは取り付きステーションの数は、それぞれ単なる一例であり、生産ニーズに合わせ、設計の許容範囲においていずれも任意に選択することができる。また、取り付けステーション３７の間隙ピッチを均等とせず、必要に応じて任意に間隙幅に設定するものとしてもよい。この場合、隣接する前記取り付けステーション３７の間隙ピッチを、ノズルヘッド３６の径寸法などによる物理的な最小間隙ピッチよりも更に小さいピッチとすることであってもよい。
【００５３】
なお、各取り付けステーション３７には、ノズルヘッド３６が固定できるよう位置決めピンが設けられているが、その他にもノズル１２の昇降やθ回転が可能となるよう、エア供給部、電源接続ターミナルなどが設けられており、固定されたノズルヘッド１１は特別な結線、配管などを要することなく必要な機能を果たすことができるものとし、着脱作業の容易化を図っている。
【００５４】
図８は、本実施の形態における代替案を示している。ここでは、ノズルヘッド３６が部品実装ヘッド３４に対して着脱自在であると同時に、スライド可能に装着される構造となっている。図において、部品実装ヘッド３４には、複数のノズルヘッド３６が装着可能な取り付けレール３８が設けられている。これにより、設計の許容範囲において、任意の数のノズルヘッド３６を任意の間隙ピッチで部品実装ヘッド３４に取り付けることができる。取り付けられたノズルヘッド３８はスライド移動が可能であることから、ノズルヘッド間の間隙ピッチの調整が任意となり、機種切替え毎に回路形成体１４のパターンピッチが大きく変動するような生産形態においては特に有利となる。図６、図７に示すような、取り付けステーション３７の位置が予め固定された構造に対して、本代替案のようにピッチが任意に選択できることは、各種の生産ニーズに対応できる点で有利となる。但し、本代替案では、ノズルヘッド３６を所定位置に固定するための調整時間が追加して必要となる。一方、図６、図７に示すような取り付けステーション３７を固定式とした場合には、生産対応の柔軟性に欠ける点はあるものの、構造が簡単となり、コスト的に有利となる。
【００５５】
次に、本発明にかかる第３の実施の形態である部品実装方法につき、図面を参照して説明する。従来技術において、複数ノズルヘッドを備えた部品実装装置で部品実装を行う場合、ノズルヘッドの数と回路形成体の面取りの数との間、あるいはノズルヘッドの数と部品供給部の部品配列数との間に整合性がなければ、複数ノズルヘッドの一部に生産に寄与しないノズルが生じたり、あるいは部品の一部の吸着残りや、多面取り回路形成体の一部の未実装が生じたりする。例えば、４つのノズルヘッドを備えた部品実装装置の部品供給部に５つの部品が配列して供給される場合、始めの４つの部品が同時吸着された後には部品１つがあまりとなり、次の吸着時には１つのノズルヘッドのみが使用されることとなって生産効率を低下させる。本明細書において、これら、ノズル、部品、回路形成体などの一部に生産動作の過程で余剰が生じた場合、これらを「あまり」と称するものとする。上述の例では、部品に１つのあまりが生じており、また、４つのノズルに対して３つの多面取り回路形成体に部品実装する場合には、ノズルに１つのあまりが生じることとなる。
【００５６】
さらに、複数ノズルを備えた部品実装装置で部品実装を行う場合、ノズルの間隙ピッチと回路形成体の面取りのパターンピッチとの間、もしくはノズルの間隙ピッチと部品供給部における部品の配列ピッチとの間に整合性がなければ、同時実装もしくは同時吸着ができず、部品実装ヘッドがその都度移動して各ノズルにおける実装もしくは吸着のために位置合わせする必要があり、生産効率を低下させる。本実施の形態では、ノズルの数及びピッチと、部品実装にかかわる他の要素の数及びピッチとの関連を、部品実装システム全体の観点から改善し、生産性の向上を図ることができる部品実装方法を提供するものである。
【００５７】
まず、図９を参照して、多面取りの回路形成体１４の面取り数と、複数のノズル１２（もしくは、複数のノズルヘッド１１）の数との関係について述べる。図９（ａ）においては、部品実装ヘッド４に装着されたノズル１２の数４に対して、回路形成体１４の面取り数は３である。したがって、各ノズル１２で同時実装を行うときにノズル１２（もしくは、ノズルヘッド１１）にあまりが１つ生ずるものとなり、生産上の無駄が生じている。逆に、回路形成体の１４の面取り数が５であった場合には、４つのノズル１２による同時実装で回路形成体の多面取りの１つがあまりとなり、生産を非効率にする。このような場合には、図９（ｂ）に示すように、回路形成体１４の面取りの数と、ノズル１２の数とを同一の４つとすれば、ノズル１２の側も回路形成体１４の側にもあまりが生ずることなく、効率的な部品実装をすることができる。あるいは、回路形成体１４の面取り数を、ノズル１２の数の整数倍とすることであっても、ノズル１２による複数回の同時実装の後には、ノズル１２にも回路形成体１４にもあまりが生ずることがなく効率的となる。本明細書において、回路形成体の多面取りの数をいう場合には、複数のノズルが配列された方向（図９（ａ）におけるＸ方向）の列数をいうものとする。
【００５８】
図９（ｂ）示す例において、４列の多面取り回路形成体１４ａの各区分毎に、□、△、○に示す部品を４つのノズル１２により順次効率的に同時実装する状況を示している。各部品間のピッチｐ１、ｐ２、ｐ３は、いずれもノズルヘッド１１の間隙ピッチに一致しており、効率的な同時実装が可能となる。
【００５９】
図１０に示す例では、回路形成体１４ｂの面取りのパターンピッチが、ノズルヘッド１１の間隙ピッチの１／２となっている。このような場合には、まず図１０（ａ）に示すように、ノズル１２による実装を１列おきの面を対象に行い、次に、図１０（ｂ）に示すように、回路形成体１４ｂの面取りピッチ（ノズル１２の間隙の１／２ピッチ）分だけずらして残りの面に実装することにより、同時実装が可能となり、効率的な部品実装を実現できる。図示の例では、回路形成体の面取りの数は８であるが、これが８の倍数であっても、ノズル１２及び回路形成体１４にあまりが生ずることなく、効率的な生産ができる。
【００６０】
一般に、多面取り回路形成体の面取りのパターンピッチをノズルヘッド１１の間隙ピッチの１／Ｎとし、回路形成体の多面取りの列の数をノズルの数のＮ倍、もしくはＮの整数倍とすることにより、ノズル１２にも回路形成体１４にもあまりが生ずることなく、効率的な実装動作を実現することができる。ここに、Ｎは、０以外の整数である。
【００６１】
更に、図１１に示す例では、回路形成体１４ｃの面取りのパターンピッチが、ノズル１２の間隙ピッチの２倍となっている。このような場合には、図に示すように、４つのノズルヘッドの内、ノズルヘッド１１ａとノズルヘッド１１ｃ、及びノズルヘッド１１ｂとノズルヘッド１１ｄとの２つを組み合わせて対処することができる。すなわち、これら両組み合わせにかかるノズルヘッド１１の間隙ピッチに関しては、回路形成体１４ｂの面取りのパターンピッチと一致している。したがって、ノズルヘッド１１ａ、１１ｃでは同一部品の同時実装が可能となり、同様にノズルヘッド１１ｂ、１１ｄにおいても、同一部品の同時実装が可能となる。更には、図１１に示すように、回路形成体の単一面に実装される部品１３ａ、１３ｂが別部品であっても、この両部品間の間隙ピッチのそれぞれ（図のｐ１、ｐ２、ｐ３）をノズルヘッド１１の間隙ピッチに一致させ、更に図のＹ方向の同一レベルに両部品１３ａ、１３ｂほかを配置するような設計とすれば、異なる部品であっても、ノズルヘッド１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄによる同時実装が可能となる。
【００６２】
一般に、多面取り回路形成体の面取りのパターンピッチをノズルヘッド１１の間隙ピッチのＭ倍とすることにより、複数ノズルを効率的に使用することができ、部品実装の生産性を高めることができる。更に、回路形成体１４ｃの多面取りの単一面内においても、複数ノズルが配列されている方向（図１１のＸ方向）と同一方向に、実装部品をノズル間隙ピッチと同一の間隙ピッチで配列する設計とすることにより、複数ノズルを使用した同時実装の可能性を高めることができ、より効率的となる。ここに、Ｍは、０以外の整数とする。また、この際の回路形成体の面取りの数は、ノズルヘッド１１にも回路形成体１４にもあまりが生じない数とすることが生産効率上好ましい。このときの面取り数は、一般に、ノズルヘッドの数をＫ(整数)とした場合、ＫとＭとの最小公倍数をＭで除した値の整数倍となる。例えば、ノズルヘッド数Ｋが４、ピッチ倍数Ｍが２とした場合には、面取り数は２の整数倍、ノズルヘッド数Ｋが６、ピッチ倍数Ｍが４とした場合には、面取り数は３の整数倍とすることが好ましい。
【００６３】
次に、同様な現象をノズルと部品供給部との関係について説明する。例えば図１２（ａ）に示すように、ノズル１２を４つ備えた部品実装装置において、部品供給部２に供給される部品１３の列の数がＺ１からＺ１１までの１１であったとする。４つのノズル１２により、図の左側のＺ１からＺ４までが同時吸着Ａで吸着され、以下、同時吸着Ｂで次のＺ５からＺ８までが吸着されると、最後には部品供給部に３列が残る。このため、次の同時吸着Ｃではノズル１２に１つのあまりが生じ（あるいは、同時吸着Ｂの後に部品供給部２に３つのあまりが生じ）、ノズル１２に遊びが生じて無駄となる。
【００６４】
これを、図１２（ｂ）に示すように、部品供給部２における部品１２の配列数を、ノズル１２の数の整数倍とすることにより、複数回の同時吸着の後にノズル１２にあまりが生ずることなく（あるいは、部品供給部２にあまりが生ずることなく）、効率的な部品吸着を可能にし、生産効率を高めることができる。
【００６５】
部品を供給する列のピッチが、ノズルの間隙のピッチよりも小さい場合においても、同様な考え方の適用ができる。図１２（ｃ）に示すように、例えばノズル１２の間隙ピッチ２０ｍｍに対して、部品１３の配列ピッチを１０ｍｍにセットし、ノズル１２は一旦同時吸着Ａで部品１３を１つおきに（Ｚ１、Ｚ３、Ｚ５、Ｚ７）吸着した後、次の同時吸着Ｂでは部品１３の配列ピッチ（ノズル１２の間隙ピッチの１／２）分だけ移動して残りの部品１３（Ｚ２、Ｚ４、Ｚ６、Ｚ８）を同時吸着することにより、効率的な吸着ができる。この際、部品供給部２の列の数は、ノズル１２の偶数倍とすることで部品供給部２とノズル１２とにあまりを生ずることなくなり、効率的となる。
【００６６】
一般に、部品供給部２の部品１３の配列ピッチを、ノズルヘッド１１の間隙ピッチの１／Ｎとし、部品１３の列数をノズルの数のＮ倍、もしくはＮの整数倍とすることにより、ノズル１２にも部品供給部２にもあまりが生ずることなく、効率的な実装吸着を実現することができる。ここに、Ｎは、０以外の整数である。なお、ここではパーツカセット方式の部品供給部２を例示しているが、トレイ供給部３においても、全く同様の考え方が適用できる。図４に示した例では、ノズル１２の数４つに対して、トレイ供給部３の配列数を８つとしており、ノズルと部品とにあまりが生ずることなく、効率的な同時吸着を可能にしている。なお、逆に部品供給部の部品１３の配列ピッチを、ノズルヘッド１１の間隙ピッチのＮ倍とすることも可能ではあるが、この場合にはノズルヘッド１１が１／Ｎの数しか使用できなくなり、必ずしも効率的とは言えない場合もある。但し、部品１３の配列ピッチとノズルヘッド１１の間隙ピッチとの間に何らの相関関係がない場合に比べては有利となる。
【００６７】
図９から図１１においては、複数のノズルヘッド１１と回路形成体１４との関係について、図１２においては、複数のノズルヘッド１１と部品供給部２、又はトレイ供給部３との関係について示している。部品実装装置においては、ノズルヘッド１１が部品供給部２から部品１３を吸着して回路形成体１４に実装する。すなわち、吸着と実装とが同じ複数のノズルヘッド１１を介して行われていることから、上述の効率化の観点からいえば、回路形成体１４の面取りのパターンピッチと、部品供給部２、又はトレイ供給部３の配列ピッチとの間においても整合が取れていることが合理的である。本実施の形態では、回路形成体１４の面取りのパターンピッチと部品供給部２、又はトレイ供給部３における部品の配列ピッチとを一致させること、もしくは前記パターンピッチと前記配列ピッチの内のいずれか一方がいずれか他方の整数倍とすることにより、効率化を図るものとしている。
【００６８】
【発明の効果】
部品実装ヘッドに対して独立して平面状に移動可能な複数のノズルヘッドを備えた本発明にかかる部品実装装置によれば、ノズルヘッドの間隙ピッチを部品供給部における部品の配列ピッチに整合させることにより同時吸着が可能となり、またノズルヘッドの平面状の移動制御により多面取りの回路形成体への同時実装が可能となり、効率的な部品実装を実現することができる。更に、ノズルヘッドのノズル交換時には、従来技術に比べてはるかに多くの組み合わせバリエーションを実現することができ、生産性向上に貢献することができる。
【００６９】
また、部品実装ヘッドに対して着脱自在に装着することができる複数のノズルヘッドを備えた本発明にかかる部品実装装置によれば、ノズルヘッドの間隙ピッチを部品供給部における部品の配列ピッチに整合させることにより同時吸着が可能となり、またノズルヘッドの間隙ピッチを回路形成体の多面取りパターンピッチに整合させることにより同時実装が可能となり、効率的な部品実装を実現することができる。
【００７０】
そして、部品供給部の部品の配列、複数のノズルヘッド、及び回路形成体の面取りの各相互間において、それぞれのピッチ、及び数に関して整合のとれた設計を行う本発明にかかる部品実装方法によれば、部品、ノズルヘッド、多面取り回路形成体の各要素において、あまりが生ずることなく、各要素を効率的に使用することができ、部品実装の生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる実施の形態の部品実装装置の概要を示す斜視図である。
【図２】図１に示す部品実装装置の部品実装ヘッドを示す詳細斜視図である。
【図３】図２に示す部品実装ヘッドの部分拡大斜視図である。
【図４】図１に示す部品実装装置のトレイ供給部を示す詳細斜視図である。
【図５】図１に示す部品実装装置のノズル交換の状況を示す説明図である。
【図６】本発明にかかる他の実施の形態の部品実装ヘッドを示す斜視図である。
【図７】本発明にかかる他の実施の形態の部品実装ヘッドを示す斜視図である。
【図８】図６に示す部品実装ヘッドの代替案を示す斜視図である。
【図９】本発明にかかる更に他の実施の形態のノズルヘッドと回路形成体のとの関係を示す説明図である。
【図１０】図９に示す他の適用例を示す説明図である。
【図１１】図９に示す更に他の適用例を示す説明図である。
【図１２】本発明にかかる更に他の実施の形態のノズルヘッドと部品供給部との関係を示す説明図である。
【図１３】従来技術による部品実装装置の概観を示す斜視図である。
【図１４】図１３に示す部品実装装置のトレイ供給部を示す詳細斜視図である。
【図１５】図１３に示す部品実装装置のノズルステーションを示す詳細斜視図である。
【符号の説明】
１．部品実装装置、２．部品供給部、３．トレイ供給部、４．部品実装ヘッド、５．ＸＹロボット、６．部品認識装置、７．回路形成体保持装置、８．ノズルステーション、９．制御装置、１１．ノズルヘッド、１２．ノズル、１３．部品、１４．回路形成体、１６．サーボモータ、１７．ボールねじ、１８．リニアガイド、２１．固定プレート、２２．スライドシャフト、２３．支持プレート、２６．サーボモータ、２７．ボールねじ、３１．トレイパレット、３２．トレイ本体部、３４．部品実装ヘッド、３６．ノズルヘッド、３７．取り付けステーション、３８．取り付けレール。

Claims

部品供給部から部品を吸着して取り出し、当該部品を回路形成体の所定位置に実装する複数のノズルヘッドを有する部品実装ヘッドを備えた部品実装装置において、
前記複数のノズルヘッドが、前記回路形成体の部品実装面に略平行な平面を、前記部品実装ヘッドに対して各々独立して移動可能に保持する機構を備え、
前記複数のノズルヘッドが配列された方向をＸ方向、前記複数のノズルヘッドが移動可能な平面内にて前記Ｘ方向と直交する方向をＹ方向としたとき、前記複数のノズルヘッドの各々を前記部品実装ヘッドに対してＸ方向に独立して移動させる第１の移動手段と、前記第１の移動手段をＹ方向に独立して移動させる第２の移動手段との双方からなる前記複数のノズルヘッドを移動可能に保持する機構を、各ノズルヘッドが個別に備えていることを特徴とする部品実装装置。
前記第１の移動手段と前記第２の移動手段との双方が、サーボモータとボールねじとにより駆動されるものであることを特徴とする、請求項１に記載の部品実装装置。
前記第１の移動手段と前記第２の移動手段とのいずれか一方、もしくは双方が、リニアモータにより駆動されるものであることを特徴とする、請求項１に記載の部品実装装置。
前記部品実装装置が、複数のノズルを収納するノズルステーションを更に備え、前記ノズルステーションに収納されたノズルが前記Ｘ方向とＹ方向との碁盤状に配置され、前記複数のノズルヘッドによるノズル交換時には、Ｘ方向に沿っては各ノズルヘッドが各ノズルに対応した位置に位置決めされ、Ｙ方向に沿っては各ノズルヘッドが任意の行のノズルにアクセスし、前記複数のノズルヘッドが同時にノズル交換できることを特徴とする、請求項１に記載の部品実装装置。
前記複数のノズルヘッド間の間隙ピッチを調整することにより、前記部品供給部における部品の同時吸着と、前記回路形成体への部品の同時実装とのいずれか一方、もしくは双方を可能とすることを特徴とする、請求項１に記載の部品実装装置。
前記部品供給部における部品の同時吸着が、トレイパレットに部品を配列して供給するトレイ供給部からの同時吸着であることを特徴とする、請求項５に記載の部品実装装置。