JP6204997B2 - 電子部品装着用吸着ノズル - Google Patents

Description

本発明は、先端に電子部品を吸着する電子部品装着用吸着ノズルに関する。

従来より、先端に電子部品を吸着する電子部品装着用吸着ノズルが知られている。例えば、図７に示す特許文献１の吸着ノズル２００は、吸気通路２１０を囲う壁を含んでなるノズル本体２０２と、吸気通路２１０の延びる方向に沿ってノズル本体２０２を摺動可能に収納するスリーブ２０４と、吸気通路２１０の延びる方向に沿ってノズル本体２０２に設けられた一対の長穴２０６と、吸気通路２１０を横切ると共に一対の長穴２０６を貫通するピン２０８とを備えている。ピン２０８は、スリーブ２０４に固定されており、両端がスリーブ２０４の外部に突出している。この突出した両端は、ノズルホルダと一体化する際に利用される。この吸着ノズル２００では、スリーブ２０４に対してノズル本体２０２が吸気通路２１０の延びる方向に沿って摺動する際に、ノズル本体２０２はピン２０８が挿通された一対の長穴２０６によってガイドされて摺動する。

特開２０１３−４９０９７号公報

こうした吸着ノズル２００のサイズは、近年、先端に吸着する電子部品の小型化に伴って小さくなっている。例えば、吸気通路２１０の内径やピン２０８の直径が１ｍｍ前後のものが知られている。このようにサイズが小さくなるにつれ、吸気通路２１０の断面積（吸気通路を通路の延びる方向と直交する方向で切断した切断面の面積）に占める、吸気通路２１０を横切るピン２０８の断面積の割合が大きくなり（図８参照）、吸気通路２１０に付与する負圧が十分確保できないことがあった。例えば、吸着ノズル２００の先端に吸着される面が曲面になっている大容量コンデンサのような部品は、リークが発生しやすいため、吸気通路２１０に付与する負圧が十分確保できない場合には吸着後に姿勢がずれてしまい、基板上に精度よく搭載できないことがあった。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、吸気通路と該吸気通路を横切るピンとを備えた電子部品装着用吸着ノズルにおいて、吸気通路に十分な大きさの負圧を付与できるようにすることを主目的とする。

本発明の電子部品装着用吸着ノズルは、
吸気通路と、該吸気通路を横切るピンと、を備え、前記吸気通路に付与される負圧によって先端に部品を吸着する吸着ノズルであって、
前記吸気通路を囲う壁に設けられ、前記吸気通路のうち前記ピンよりも上流側と下流側とを繋ぐ吸気補助部
を備えたものである。

この電子部品装着用吸着ノズルでは、吸気補助部が吸気通路のうちピンよりも上流側と下流側とを繋ぐように設けられている。吸気通路は、断面積（吸気通路を通路の延びる方向と直交する方向で切断した切断面の面積）がピンによって狭められている。しかし、気体は、このピンを迂回して吸気補助部を通過することができる。そのため、吸気通路のうちピンが横切っている部分でも、十分な流量を確保することができる。その結果、吸気通路に十分な大きさの負圧を付与することができる。

本発明の電子部品装着用吸着ノズルにおいて、前記ピンは、前記吸気通路を囲う壁を貫通して端部が外部に突出しており、その突出した端部は、ノズルホルダと一体化する際に利用されるものであってもよい。この場合、ピンの端部には比較的大きな力が加わることがあるが、このピンは吸気通路を囲う壁を貫通しているため、ピンを壁の外面に接合した場合に比べて、強度が高く、折損するおそれが小さい。なお、ピンは両方の端部が外部に突出していてもよいし、片方の端部だけが外部に突出していてもよい。

本発明の電子部品装着用吸着ノズルは、前記吸気通路を囲う前記壁を含んでなるノズル本体と、前記吸気通路の延びる方向に沿って前記ノズル本体を摺動可能に収納するスリーブと、前記吸気通路の延びる方向に沿って前記ノズル本体に設けられた一対の長穴と、を備え、前記ピンは、前記スリーブに固定され、前記吸気通路を横切ると共に前記一対の長穴を貫通していてもよい。こうすれば、スリーブに対してノズル本体が吸気通路の延びる方向に沿って摺動する際に、ノズル本体はピンが挿通された一対の長穴によってガイドされて摺動するため、摺動方向がぶれることがない。

前記ノズル本体と前記スリーブと前記一対の長穴とを備えた本発明の電子部品装着用吸着ノズルにおいて、前記吸気補助部は、前記一対の長穴とは別に前記吸気通路の延びる方向に沿って前記ノズル本体に設けられた穴であってもよい。こうすれば、吸気補助部を設けるにあたってはノズル本体に穴をあければよいため、吸気補助部をノズル本体に設けた溝とする場合に比べて、容易に作製することができる。

前記ノズル本体と前記スリーブと前記一対の長穴とを備えた本発明の電子部品装着用吸着ノズルにおいて、前記吸気補助部は、前記ノズル本体に一対設けられ、前記吸気通路の延びる方向と直交する方向で前記吸気通路のうち前記ピンが横切っている部分を切断した断面をみたとき、前記一対の長穴は前記吸気通路の中心線を軸とする２回対称の関係にあり、前記一対の吸気補助部は前記吸気通路の中心線を軸として前記一対の長穴を９０度回転した位置に設けられていてもよい。こうすれば、一対の吸気補助部は一対の長穴とバランスよく分散して形成されているため、これらが片寄って形成されている場合に比べて、ノズル本体の強度を高くすることができる。

部品装着装置１００の全体構成を示す説明図。 ヘッドユニット１１０の斜視図。 吸着ノズル１０の正面図。 吸着ノズル１０の縦断面図。 図４のＡ−Ａ断面図。 吸着ノズル１０の取付手順を示す説明図。 従来の吸着ノズル２００の縦断面図。 図７のＸ−Ｘ断面図。

以下に、本発明の好適な一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は部品装着装置１００の全体構成を示す説明図、図２はヘッドユニット１１０の斜視図である。また、図３〜図５は吸着ノズル１０の説明図であり、図３は正面図、図４は縦断面図、図５は図４のＡ−Ａ断面図である。

部品装着装置１００は、図１に示すように、基台１０２に搭載された基板搬送装置１０４と、ＸＹ平面を移動可能なヘッドユニット１１０と、ヘッドユニット１１０に着脱可能に取り付けられたヘッド１２０と、基板１０１を上方から撮影するマークカメラ１３０と、吸着ノズル１０に吸着された電子部品を下方から撮影するパーツカメラ１３２と、基板１０１へ装着する電子部品を供給する部品供給装置１５０とを備えている。

基板搬送装置１０４は、前後一対の支持板１０６，１０６にそれぞれ取り付けられたコンベアベルト１０８，１０８（図１では片方のみ図示）により基板１０１を左から右へと搬送する。

ヘッドユニット１１０は、Ｘ軸スライダ１１２に取り付けられ、Ｘ軸スライダ１１２がガイドレール１１４，１１４に沿って左右方向に移動するのに伴って左右方向に移動し、Ｙ軸スライダ１１６がガイドレール１１８，１１８に沿って前後方向に移動するのに伴って前後方向に移動する。このため、ヘッドユニット１１０は、ＸＹ平面を移動可能である。各スライダ１１２，１１６は、それぞれ図示しないサーボモータによって駆動される。

ヘッド１２０は、ヘッドユニット１１０に着脱可能に取り付けられている。吸着ノズル１０は、圧力を利用して、ノズル先端に部品を吸着したり、ノズル先端に吸着している部品を放したりするものである。このヘッド１２０は、外観が略円柱状の部材であり、下方に複数（ここでは１２本）の吸着ノズル１０を有している。吸着ノズル１０は、上下方向に延びるノズルホルダ３０（図３参照）と一体化されている。ノズルホルダ３０は、ヘッド１２０のカバーによって覆われているため、図２には現れていない。このノズルホルダ３０は、上端付近にレバーを備えており、レバーが押下されるとノズルホルダ３０が吸着ノズル１０と共に下降し、レバーの押下が解除されるとノズルホルダ３０及び吸着ノズル１０は図示しないスプリングの力によって定位置に戻る。また、ノズルホルダ３０は、軸回転可能となっている。更に、各吸着ノズル１０には、ノズル先端に負圧を供給するか大気圧を供給するかを切り替える図示しない圧力切替弁が取り付けられている。

マークカメラ１３０は、Ｘ軸スライダ１１２の下面に取り付けられている。マークカメラ１３０は、下方が撮影領域であり、基板１０１に付されたマークを読み取るカメラである。このマークは、基板１０１上の基準位置を示すものである。この基準位置は、吸着ノズル１０に吸着した部品を基板１０１上の所望の位置に装着する際に利用される。

パーツカメラ１３２は、基板搬送装置１０４の前側に配置されている。部品を吸着した吸着ノズル１０がパーツカメラ１３２の上方を通過する際、パーツカメラ１３２は吸着ノズル１０に吸着された部品の状態を撮影する。パーツカメラ１３２によって撮影された画像は、部品が正常に吸着ノズル１０に吸着されているか否かを判定するのに用いられる。

部品供給装置１５０は、部品装着装置１００の前方に取り付けられている。この部品供給装置１５０は、複数のスロットを有しており、各スロットにはフィーダ１５２が差し込み可能となっている。フィーダ１５２には、テープが巻き付けられたリール１５４が取り付けられている。テープの表面には、部品がテープの長手方向に沿って並んだ状態で保持されている。これらの部品は、テープの表面を覆うフィルムによって保護されている。こうしたテープは、図示しないスプロケット機構によって後方へ送り出され、フィルムが剥がされて部品が露出した状態で所定位置に配置される。所定位置とは、吸着ノズル１０がその部品を吸着可能な位置である。この所定位置で部品を吸着した吸着ノズル１０は、基板１０１上の定められた位置にその部品を実装することができる。

その他に、部品装着装置１００は、ノズルストッカー１３４などを備えている。ノズルストッカー１３４は、複数種類の吸着ノズル１０をストックするボックスであり、パーツカメラ１３２の隣に配置されている。吸着ノズル１０は、部品を装着する基板の種類や部品の種類に適したものに交換される。

この部品装着装置１００は、コントローラ１６０によって動作が制御される。コントローラ１６０は、基板１０１の生産ジョブを管理する図示しない管理コンピュータからの指令を受けて部品装着装置１００を制御する。生産ジョブは、部品装着装置１００においてどのスロット位置のフィーダからどの部品をどういう順番でどの基板種の基板１０１へ実装するか、また、そのように実装した基板１０１を何枚作製するかなどを定めたものである。

ここで、吸着ノズル１０について、図３〜図５を参照しつつ以下に詳説する。吸着ノズル１０は、ノズル本体１４と、吸気通路１２の延びる方向に沿ってノズル本体１４を摺動可能に収納するスリーブ２０とを備えている。吸気通路１２は、図示しない圧力切替弁を介して真空ポンプに接続されている。

ノズル本体１４は、円筒状のシャフト部材１６にノズル先端部材１８が挿入・固定されたものである。シャフト部材１６は、吸気通路１２を囲う壁の役割を果たす部材であり、一対の長穴１６ａを有している。一対の長穴１６ａは、吸気通路１２の延びる方向に沿って長くなるように形成され、吸気通路１２の中心線を軸とする２回対称となる位置に設けられている。また、シャフト部材１６は、一対の吸気補助部１６ｂを有している。一対の吸気補助部１６ｂは、吸気通路１２の延びる方向に沿って長くなるように形成された穴であり、吸気通路１２の中心線を軸として一対の長穴１６ａを９０度回転した位置に設けられている。

スリーブ２０は、円筒部２２と、円盤部２４と、ピン２６とを備えている。円筒部２２は、ノズル本体１４のシャフト部材１６を摺動可能に保持している。この円筒部２２も、吸気通路１２を囲う壁の役割を果たす。円盤部２４は、ノズルストッカー１３４に設けられたノズル保持穴１３４ａ（図６参照）よりも径が大きくなるにように形成されている。この円盤部２４は、ノズル保持穴１３４ａに吸着ノズル１０の先端側を挿入したときにノズル保持穴１３４ａの周りに引っかかるようになっている。また、円盤部２４には、図示しない係合穴（縦穴）が設けられている。この係合穴は、吸着ノズル１０がノズル保持穴１３４ａに挿入されたとき、ノズル保持穴１３４ａの周りに設けられた図示しない突起と係合し、吸着ノズル１０がノズル保持穴１３４ａ内で軸回転するのを阻止する役割を果たす。ピン２６は、円筒部２２を軸方向と直交する方向に貫通し、その状態で円筒部２２に固定されている。このピン２６は、吸気通路１２を横切ると共にシャフト部材１６に設けられた一対の長穴１６ａを貫通している。また、ピン２６の両端は、スリーブ２０の外部に突出している。シャフト部材１６に設けられた一対の吸気補助部１６ｂは、吸気通路１２のうちピン２６よりも上流側と下流側とを繋いでいる。

こうした吸着ノズル１０では、スリーブ２０の円筒部２２に対してノズル本体１４のシャフト部材１６が吸気通路１２の延びる方向に沿って摺動する際、ノズル本体１４はピン２６が挿通された一対の長穴１６ａによってガイドされて摺動する。

吸着ノズル１０は、外部に突出しているピン２６の両端を利用してノズルホルダ３０の下端側に着脱可能に取り付けられている。ノズルホルダ３０は、概して筒状に形成されたノズル軸３２を主体とするものである。ノズル軸３２の下端には、Ｌ字形状の一対の切欠３２ａ（図３には片方のみ現れている）が設けられている。ノズル軸３２の内部には、下端側の径が絞られたチューブ３４と、このチューブ３４をノズル先端側に向かって付勢するインナースプリング３６とが配置されている。チューブ３４は、吸気通路１２の中心線を軸とする２回対称となる位置に一対の長穴３４ａを有している。この一対の長穴３４ａには、ノズル軸３２を軸方向と直交する方向に貫通するピン３３が挿通されている。ノズル軸３２には、ピン３３の抜けを防止するためのリング３５が嵌め込まれている。チューブ３４は、インナースプリング３６の付勢力によってノズル本体１４のシャフト部材１６をノズル先端側に押圧している。また、チューブ３４は、ノズル軸３２の内部を吸気通路１２の延びる方向に沿って摺動する際、ピン３３が挿通された一対の長穴３４ａによってガイドされて摺動する。ノズル軸３２の外周には、概して筒状に形成された可動部材３８が吸気通路１２の延びる方向に沿って移動可能となるように装着されている。可動部材３８は、下端にフランジ３８ａが設けられている。ノズル軸３２は、ピン３３が挿通された位置よりもやや下側にばね受け部３２ｂを有している。このばね受け部３２ｂと可動部材３８のフランジ３８ａとの間には、アウタースプリング４０が設けられている。

吸着ノズル１０をノズルホルダ３０に取り付ける方法を、図６を参照しながら以下に説明する。まず、ノズルストッカー１３４（図１参照）のノズル保持穴１３４ａにストックされた所望の吸着ノズル１０の直上に、ノズルホルダ３０を配置する（図６（ａ）参照）。このとき、一対のＬ字形状の切欠３２ａの縦溝部分を、吸着ノズル１０のピン２６の両端と対向させる。次に、ノズルホルダ３０を下降させ、吸着ノズル１０のピン２６の両端をＬ字形状の切欠３２ａの縦溝部分に挿入する（図６（ｂ）参照）。このとき、ピン２６がアウタースプリング４０の付勢力に抗して可動部材３８をばね受け部３２ｂに押圧するようにする。その状態で、ノズル軸３２を軸回転させてピン２６の両端をそれぞれＬ字形状の切欠３２ａの横溝部分に挿入させる（図６（ｃ）参照）。その後、ノズルホルダ３０を上昇させる。これにより、吸着ノズル１０のピン２６は、アウタースプリング４０の付勢力によってＬ字形状の切欠３２ａの横溝部分と可動部材３８のフランジ３８ａとの間に挟み込まれる。なお、吸着ノズル１０をノズルホルダ３０から取り外す動作については、この動作の逆であるため、説明を省略する。

次に、部品装着装置１００のコントローラ１６０が、生産ジョブに基づいて基板１０１へ部品を装着する動作について説明する。まず、コントローラ１６０は、ヘッドユニット１１０の複数の吸着ノズル１０にフィーダ１５２から供給される部品を順次吸着させる。具体的には、コントローラ１６０は、Ｘ軸スライダ１１２及びＹ軸スライダ１１６を制御して１番目の吸着ノズル１０を所望の部品の真上に配置する。次に、コントローラ１６０は、１番目の吸着ノズル１０を下降させると共にその吸着ノズル１０へ負圧が供給されるようにする。これにより、１番目の吸着ノズル１０に所望の部品が吸着される。なお、吸着ノズル１０のノズル本体１０は、ノズルホルダ３０に対して軸方向に移動可能で、且つ、インナースプリング３６により弾性保持されているため、部品を吸着する際の軸方向の衝撃を吸収することができる。その後、コントローラ１６０は、１番目の吸着ノズル１０が下降位置から定位置に戻るように上昇させる。２番目以降の吸着ノズル１０についても、これと同様の動作を繰り返す。これにより、１番目から１２番目の吸着ノズル１０のすべてに部品を吸着させることができる。その後、コントローラ１６０は、Ｘ軸スライダ１１２及びＹ軸スライダ１１６を制御して、ヘッドユニット１１０を基板１０１の上方へ向かって移動させる。その移動中、各吸着ノズル１０に吸着された部品が部品装着装置１００上の構造物や基板１０１に既に装着された部品と干渉しないように、ヘッド保持体２１を上方へ退避しておく。基板１０１の所望の位置で、コントローラ１６０は、１番目の吸着ノズル１０を下降させ、その後、その吸着ノズル１０へ大気圧が供給されるようにする。これにより、１番目の吸着ノズル１０に吸着されていた部品が基板１０１の所望の位置に装着される。２番目以降の吸着ノズル１０に吸着されていた部品についても、同様にして基板１０１上に装着していく。

吸着ノズル１０は、吸気補助部１６ｂが吸気通路１２のうちピン２６よりも上流側と下流側とを繋ぐように設けられている。吸気通路１２は、図５に示すように、断面積（吸気通路１２を通路の延びる方向と直交する方向で切断した切断面の面積）がピン２６によって狭められている。しかし、気体は、このピン２６を迂回して吸気補助部１６ｂを通過することができる。そのため、吸気通路１２のうちピン２６が横切っている部分でも、十分な流量を確保することができる。その結果、吸気通路１２に十分な大きさの負圧を付与することができる。例えば、大容量タイプのコンデンサは比較的重量が大きいうえ吸着される面が曲面（球面状）になっていることが多いため、吸着ノズル１０に吸着させるには十分な流量が必要となるが、本実施形態の吸着ノズル１０であればこうしたコンデンサをしっかり吸着することができる。

以上詳述した吸着ノズル１０によれば、吸気通路１２のうちピン２６が横切っている部分でも、十分な流量を確保することができる。その結果、吸気通路１２に十分な大きさの負圧を付与することができる。

また、ピン２６の両端は、ノズルホルダ３０と一体化する際に利用されるものであり、比較的大きな力が加わることがある。しかし、このピン２６はスリーブ２０の円筒部２２を貫通しているため、ピンを壁の外面に接合した場合に比べて、強度が高く、折損するおそれが小さい。

更に、スリーブ２０の円筒部２２に対してノズル本体１４が吸気通路１２の延びる方向に沿って摺動する際に、ノズル本体１４はピン２６が挿通された一対の長穴１６ａによってガイドされて摺動するため、摺動方向がぶれることがない。

更にまた、吸気補助部１６ｂはノズル本体１４のシャフト部材１６の壁を貫通する長穴としたため、吸気補助部をシャフト部材１６に設けた溝とする場合に比べて、容易に作製することができる。

そしてまた、一対の吸気補助部１６ｂは一対の長穴１６ａとバランスよく分散して形成されているため、これらが片寄って形成されている場合に比べて、ノズル本体１４の強度を高くすることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、吸気補助部１６ｂはノズル本体１４のシャフト部材１６の壁を貫通する長穴としたが、シャフト部材１６の壁を貫通しない長溝としてもよい。

上述した実施形態では、吸気補助部１６ｂをシャフト部材１６の壁を貫通する長穴としたが、この長穴を気体がよりスムーズに流れるように、気体の流れに沿って内壁を傾斜面にしてもよい。

上述した実施形態では、吸気補助部１６ｂを一対設けたが、１つだけ設けてもよいし、３つ以上設けてもよい。また、一対の吸気補助部１６ｂを吸気通路１２の中心線を軸として一対の長穴１６ａを９０度回転した位置に設けたが、特にこれに限定されるものではなく、任意の位置に吸気補助部１６ｂを設けてもよい。

上述した実施形態では、ピン２６の両端を外部に突出するようにしたが、ピン２６の片方の端部だけを外部に突出するようにしてもよい。この場合、外部に突出した片方の端部を利用してノズルホルダ３０に取り付けるようにしてもよい。

本発明は、電子部品を基板上に装着する際に使用する吸着ノズルに利用可能である。

１０ 吸着ノズル、１２ 吸気通路、１４ ノズル本体、１６ シャフト部材、１６ａ 長穴、１６ｂ 吸気補助部、１８ ノズル先端部材、２０ スリーブ、２１ ヘッド保持体、２２ 円筒部、２４ 円盤部、２６ ピン、３０ ノズルホルダ、３２ ノズル軸、３２ａ 切欠、３２ｂ ばね受け部、３３ ピン、３４ チューブ、３４ａ 長穴、３５ リング、３６ インナースプリング、３８ 可動部材、３８ａ フランジ、４０ アウタースプリング、１００ 部品装着装置、１０１ 基板、１０２ 基台、１０４ 基板搬送装置、１０６ 支持板、１０８ コンベアベルト、１１０ ヘッドユニット、１１２ Ｘ軸スライダ、１１４ ガイドレール、１１６ Ｙ軸スライダ、１１８ ガイドレール、１２０ ヘッド、１３０ マークカメラ、１３２ パーツカメラ、１３４ ノズルストッカー、１３４ａ ノズル保持穴、１５０ 部品供給装置、１５２ フィーダ、１５４ リール、１６０ コントローラ、２００ 吸着ノズル、２０２ ノズル本体、２０４ スリーブ、２０６ 長穴、２０８ ピン、２１０ 吸気通路。

Claims (5)

1. 吸気通路と、該吸気通路を横切るピンと、を備え、前記吸気通路に付与される負圧によって先端に電子部品を吸着する吸着ノズルであって、
   前記吸気通路を囲う壁に設けられ、前記吸気通路のうち前記ピンよりも上流側と下流側とを繋ぐ吸気補助部
   を備えた電子部品装着用吸着ノズル。
2. 前記ピンは、前記吸気通路を囲う壁を貫通して端部が外部に突出しており、その突出した端部は、ノズルホルダと一体化する際に利用される、
   請求項１に記載の電子部品装着用吸着ノズル。
3. 請求項１又は２に記載の電子部品装着用吸着ノズルであって、
   前記吸気通路を囲う前記壁を含んでなるノズル本体と、
   前記吸気通路の延びる方向に沿って前記ノズル本体を摺動可能に収納するスリーブと、
   前記吸気通路の延びる方向に沿って前記ノズル本体に設けられた一対の長穴と、
   を備え、
   前記ピンは、前記スリーブに固定され、前記吸気通路を横切ると共に前記一対の長穴を貫通している、
   電子部品装着用吸着ノズル。
4. 前記吸気補助部は、前記一対の長穴とは別に前記吸気通路の延びる方向に沿って前記ノズル本体に設けられた穴である、
   請求項３に記載の電子部品装着用吸着ノズル。
5. 前記吸気補助部は、前記ノズル本体に一対設けられ、
   前記吸気通路の延びる方向と直交する方向で前記吸気通路のうち前記ピンが横切っている部分を切断した断面をみたとき、前記一対の長穴は前記吸気通路の中心線を軸とする２回対称の関係にあり、前記一対の吸気補助部は前記吸気通路の中心線を軸として前記一対の長穴を９０度回転した位置に設けられている、
   請求項３又は４に記載の電子部品装着用吸着ノズル。