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WO2007111296A1 - ノズル機構、実装ヘッド、および電子部品実装装置 - Google Patents

ノズル機構、実装ヘッド、および電子部品実装装置 Download PDF

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WO2007111296A1
WO2007111296A1 PCT/JP2007/056202 JP2007056202W WO2007111296A1 WO 2007111296 A1 WO2007111296 A1 WO 2007111296A1 JP 2007056202 W JP2007056202 W JP 2007056202W WO 2007111296 A1 WO2007111296 A1 WO 2007111296A1
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WO
WIPO (PCT)
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frame
nozzle
electronic component
mounting
type linear
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2007/056202
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English (en)
French (fr)
Inventor
Kazunori Kanai
Hidehiro Saho
Chikara Takata
Satoshi Kawaguchi
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP2008506874A priority patent/JP4208155B2/ja
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Priority to CN2007800106108A priority patent/CN101411256B/zh
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    • B65G47/91Devices for picking-up and depositing articles or materials incorporating pneumatic, e.g. suction, grippers
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    • Y10T29/53191Means to apply vacuum directly to position or hold work part

Definitions

  • the present invention relates to a nozzle mechanism, a mounting head, and an electronic component mounting apparatus used for mounting electronic components.
  • the nozzle provided in the mounting head is configured to move up and down relative to the substrate and to rotate the shaft, and the rotational drive of the motor provided in the upper part of the nozzle is driven by ball screws and nuts.
  • the mechanism is converted into the vertical movement of the nose (see Patent Document 1).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-9491
  • the nozzle mechanism including a drive transmission mechanism that transmits the rotational motion of the servo motor and the servo motor to the vertical motion of the nozzle.
  • the nozzle mechanism also serves as a load mechanism that presses the electronic components attracted and held by the nozzle against the board, and moves up and down so as not to reduce the productivity in mounting electronic components. Slimming is limited because it is necessary to secure speed.
  • an object of the present invention is to solve the above-described problem, and includes a slim nozzle mechanism corresponding to a narrow pitch of a mounting pitch of an electronic component, a mounting head having a narrow nozzle pitch,
  • An object of the present invention is to provide an electronic component mounting apparatus having a mounting head with a narrow nozzle pitch.
  • the present invention is configured as follows.
  • a frame According to a first aspect of the present invention, a frame
  • a nozzle that holds and holds electronic components in a releasable manner
  • the nose unit is rotatably mounted at the lower end thereof, and the nose unit is provided so as to be movable up and down with respect to the frame.
  • a shaft type linear motor fixed to the frame and moving the nozzle unit up and down relative to the frame;
  • a linear encoder for detecting the vertical position of the nose unit with respect to the frame
  • a nozzle mechanism in which the shaft type linear motor is disposed vertically above the nozzle unit, and the linear encoder is disposed vertically above the shaft type linear motor.
  • a mounting head for mounting electronic components attracted and held by a plurality of nozzles at a plurality of mounting locations on a substrate
  • a plurality of nozzle units that are rotatably mounted at the lower end thereof and that are movable up and down with respect to the frame;
  • a plurality of shaft-type linear motors fixed to the frame and individually moving up and down the respective nose units individually with respect to the frame;
  • a plurality of linear encoders for detecting the vertical position of each nozzle unit with respect to the frame
  • each shaft type linear motor is disposed vertically above each nozzle unit, and each linear encoder is disposed vertically above each shaft type linear motor.
  • the electronic component supply device and the substrate holding device are provided so as to be horizontally movable, and the plurality of electronic components housed in the electronic component supply device are provided with a plurality of nozzles.
  • the electronic component is equipped with a mounting head for holding each of the electronic components at a plurality of mounting locations on the substrate held by the substrate holding device.
  • the mounting head is
  • a plurality of nozzle units that are rotatably mounted at the lower end thereof and that are movable up and down with respect to the frame;
  • a plurality of shaft-type linear motors fixed to the frame and individually moving the nozzle units up and down relative to the frame;
  • a plurality of linear encoders for detecting the vertical position of each of the above-mentioned nose units with respect to the frame;
  • each shaft type linear motor is disposed vertically above each nose unit, and each linear encoder is disposed vertically above each shaft type linear motor.
  • each of the nozzle units is installed in the frame at the same arrangement interval as the arrangement intervals of the plurality of electronic component supply feeders provided in the electronic component supply device.
  • An electronic component mounting apparatus according to the third aspect is provided.
  • the present invention it becomes possible to arrange the nozzles at a narrow pitch. Therefore, a nozzle mechanism suitable for mounting electronic components on a substrate that is narrowed by downsizing and high integration, and a mounting head. And an electronic component mounting apparatus can be realized.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of an electronic component mounting apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of the mounting head of the above embodiment
  • FIG. 3 is a side view of the nozzle mechanism of the above embodiment and a configuration diagram of a control system.
  • FIG. 1 shows an overall configuration diagram of the electronic component mounting apparatus of the present embodiment.
  • a substrate transfer device 3 for transferring a substrate 2 is placed in the X direction on a base 1 serving as a base of the electronic component mounting device. It is extended and arranged.
  • the substrate transfer device 3 has a function of clamping and holding the substrate 2 and functions as a substrate holding device that holds the substrate 2 transferred in the X direction at a predetermined position.
  • the transport direction of the substrate 2 is the X direction
  • the direction orthogonal to the horizontal plane in the horizontal plane is the Y direction
  • the vertical direction orthogonal to the X direction and the Y direction is the Z direction.
  • the parts feeder 4 functions as an electronic component supply device, and sequentially supplies a plurality of electronic components housed in the supply port 5.
  • a pair of Y tables 6 are disposed at both ends of the base 1 in the X direction, and an X table 7 is installed on the pair of Y tables 6.
  • a mounting head 8 is mounted on the X table 7.
  • the Y table 6 and the X table 7 are respectively provided with a Y axis drive mechanism 6a and an X axis drive mechanism 7a (see FIG. 3), and the mounting head 8 is moved horizontally relative to the base 1.
  • FIG. 2 shows a perspective view of the mounting head of the present embodiment.
  • the mounting head 8 is attached to the X table 7 by a bracket 8a.
  • the bracket 8a is provided with a frame 20 for holding a plurality of nozzle mechanisms 9 at a predetermined interval (in this embodiment, a total of 12 nozzle mechanisms including six rows in the X direction and two rows in the Y direction). Installed).
  • a nozzle 10 is attached to the lower end of each nozzle mechanism 9 for attracting and holding the electronic component in a releasable manner.
  • Each nozzle mechanism 9 is provided with a ⁇ rotation mechanism 30 for rotating the nozzle 10 in the ⁇ direction (around the Z axis).
  • the ⁇ rotation mechanism 30 is configured by a mechanism that transmits the drive of the motor 31 to the rotation of each nozzle 10 by the pulley 32 that is directly connected to the motor 31 and the timing belt 34 that is engaged with the pulley 33 that is directly connected to each nozzle 10. ing.
  • the ⁇ rotation mechanism is configured as a set of six rows of nozzle mechanisms 9 arranged in the X direction. In this embodiment, two sets of ⁇ rotation mechanisms are provided. ing.
  • Each nozzle mechanism 9 is provided with a Z-axis drive mechanism 40 for moving the nozzle 10 up and down.
  • each nozzle mechanism 9 is provided with an intake / exhaust mechanism 50, which sucks and holds the electronic components by sucking the inside of the nozzle 10 by driving a vacuum generation source (not shown) and exhausting the inside of the nozzle 10. By doing so, the so-called vacuum break that releases the electronic components is performed.
  • the Y-axis drive mechanism 6a and the X-axis drive mechanism 7a, the ⁇ rotation mechanism 30, the Z-axis drive mechanism 40, and the intake / exhaust mechanism 50 are electrically and controlably connected to the control unit 11. Drive based on a control command transmitted from the control unit 11.
  • a camera 12 is disposed on the side of the mounting head 8.
  • the camera 12 is integrated with the mounting head 8 and moves horizontally in the XY direction relative to the base 1 and functions as an imaging means for imaging the recognition target.
  • a camera 13 is disposed between the substrate transfer device 3 and the parts feeder 4. The camera 13 functions as an image pickup means for scanning the electronic component picked up by the supply port 5 force nozzle 10 of the parts feeder 4 from below.
  • FIG. 3 shows a side view of the nozzle mechanism of the present embodiment and a configuration diagram of the control system.
  • the image of the recognition target captured by the camera 12 is image-processed by the image processing area 11c included in the control unit 11, and the recognition target center and the recognition origin of the camera 12 are calculated by the calculation area l ib. Is calculated.
  • the storage area 11a distance data between the recognition origin of the camera 12 and the axis center of each nozzle 10 is stored in advance, and is mounted by the calculation area l ib The axis center of any nozzle 10 of the head 8 and the center of the recognition target Is calculated.
  • the control unit 11 controls the driving of the Y-axis drive mechanism 6a and the X-axis drive mechanism 7b based on the calculation result of the calculation area 1 lb, and thereby the axis center of the arbitrary Noznore 10 and the center of the recognition target Is aligned.
  • the recognition target by the camera 12 is an electronic component supplied to the supply port 5 of the parts feeder 4 at the time of pick-up, and recognition for alignment provided at a predetermined position on the board 2 at the time of mounting. Mark.
  • the image of the recognition target imaged by the camera 13 is subjected to image processing by the image processing area 11c, and the horizontal positional relationship between the center of the recognition target and the recognition origin of the camera 13 is calculated by the calculation area 1 lb.
  • the recognition target by the camera 13 is an electronic component sucked by the nozzle 10, and the axis center of the nozzle 10 sucking the electronic component to be recognized is taken as the recognition origin of the camera 13.
  • the mounting head 8 is positioned so as to overlap on the image. Therefore, the horizontal positional relationship between the center of the electronic component calculated by the calculation region l ib and the recognition origin of the camera 13 is the shift between the axis center of the nose 10 and the center of the electronic component.
  • the control unit 11 controls the drive of the Y-axis drive mechanism 6a and the X-axis drive mechanism 7b based on the calculation result in the calculation area l ib. As a result, the electronic component sucked by the nozzle 10 is accurately aligned and corrected at the mounting location.
  • the image processing area 11c the pattern recognition of the image of the electronic component is performed, and the posture recognition of the electronic component attracted by the nozzle 10 is performed.
  • the calculation area l ib calculates the deviation between the posture of the electronic component attracted to the nozzle 10 and the normal mounting posture.
  • the control unit 11 controls the driving of the ⁇ rotation mechanism 30 based on the calculation result in the calculation area l ib. As a result, the posture of the electronic component attracted by the nozzle 10 is corrected to a normal mounting posture.
  • the control unit 11 is connected to an input unit 15 composed of a keyboard, a driver, or the like, and inputs various data to be stored in advance in the storage area 1 la, or inputs commands directly to the control unit 11. To do. Further, an output unit 16 is connected to the control unit 11.
  • the output unit 16 includes visual display means such as a CRT and a liquid crystal panel, and visually displays the operation status of the electronic component mounting apparatus. Furthermore, the output unit 16 is provided with a warning means to notify error information to the operator when a malfunction occurs during operation of the device.
  • the calculation area l ib performs various calculation processes in the electronic component mounting apparatus. Data necessary for the arithmetic processing is stored in the storage area 11a in advance. Furthermore, a control program is stored in the storage area 11a, and the control unit 11 controls the mounting operation in the electronic component mounting apparatus according to the control program.
  • each nose and nose mechanism 9 is held on a frame 20 at a predetermined interval.
  • Each nozzle mechanism 9 has a nose unit 21 with a nozzle 10 attached to the lower end, a Z-axis drive mechanism 40 that moves the nozzle 10 up and down relative to the frame 20, and a nozzle 10 in the ⁇ direction (around the Z axis).
  • linear encoder 60 for detecting the vertical position of nozzle unit 21 with respect to frame 20 You're being.
  • the nose unit 21 is composed mainly of a ball spline 23, and the ball spline 23 Is supported by the bearing 24 so as to be rotatable in the ⁇ direction (around the Z axis).
  • Nozzle 10 is attached to the lower end of the spline shaft 23a, moves in conjunction with sliding of the spline shaft 23a in the Z direction, and is displaced up and down with respect to the frame 20.
  • a coil spring 25 is mounted around the spline shaft 23a, and the upper end of the coil spring 25 is locked by a locking portion 26 formed at the upper end of the spline shaft 23a.
  • the lower end of the coil spring 25 is fixed to the frame 20 by being engaged with a pulley 33, for example.
  • the spline shaft 23a and the nozzle 10 attached thereto are urged upward by the elastic force of the coil spring 25.
  • a force that presses the spline shaft 23a downward acts as in the right nozzle mechanism shown in FIG. 3
  • the spline shaft 23a and the nozzle 10 move downward against the elastic force of the coil spring 25.
  • the coil spring 25 functions as a biasing unit that biases the nozzle 10 upward with respect to the frame 20.
  • the pulley 33 has a reduced thickness.
  • a pulley is structured to be fixed to the spline shaft by being fastened from the outer peripheral side.
  • the pulley 33 is fixed to the spline shaft 23a by sandwiching the pulley 33 from the vertical direction of the pulley 33.
  • the coil spring 25 is divided into two stages in the Z direction by the spacer 29, and the spring length is secured without increasing the winding diameter. Thereby, when the adjacent nozzle mechanisms 9 are arranged close to each other, it is possible to prevent the buckled coil springs 25 from interfering with each other.
  • a shaft type linear motor constituting the Z-axis drive mechanism 40 is disposed vertically above the nose unit 21.
  • the shaft type linear motor 40 includes a stator 41 fixed to the frame 20 and a movable element 42 slidable in the vertical direction with respect to the stator 41. It is. Permanent magnet S poles and N poles are alternately arranged on the mover 42 at a predetermined interval. When the coil built in the stator 41 is energized, the thrust to move the mover 42 in the Z direction. Will occur.
  • a ball spline 27 is disposed as a transmission means for transmitting the thrust of the movable element 42 to the spline shaft 23a, and the lower end of the movable element 42 is the ball spline.
  • the upper ends of 27 spline shafts 27a are connected.
  • the control unit 11 includes a thrust adjustment area l id, and adjusts the current applied to the coil to adjust the thrust of the mover 42 to adjust the upper and lower positions of the nozzle 10 with respect to the frame 20.
  • the connector 28 abuts the bearing 24 that supports the upper end of the spline shaft 23a and presses the nozzle unit 21 downward, so that it is not affected by the rotation of the ball spline 23.
  • a linear encoder 60 is disposed vertically above the shaft type linear motor 40.
  • the linear encoder 60 includes a movable part 61 and a fixed part 62.
  • the movable part 61 is inserted into a bearing 63 provided in the frame 20 so as to be movable up and down in the Z direction and connected to the upper end of the movable element 42, and can move up and down in conjunction with the vertical movement of the movable element 42.
  • the fixed portion 62 is fixed to the frame 20, and the vertical position relative to the movable portion 61 that can move up and down is changed in conjunction with the vertical movement of the mover 42.
  • the amount of change in the vertical position is processed in the position detection area l ie included in the control unit 11 by detecting the electrical signal detected by the detection head 62a provided in the fixed part 62 from the detected part 61a provided in the movable part 61. Is detected. Thereby, the vertical position of the movable part 61 with respect to the frame 20, that is, the vertical position of the nozzle 10 with respect to the frame 20 is detected.
  • the mover 42 Since the mover 42 is restricted in displacement in the ⁇ direction by the ball spline 27, the movable part 61 connected to the mover 42 is also restricted in displacement in the ⁇ direction and changed in the Z direction. Only place is allowed. Therefore, regardless of where the movable part 61 moves up and down in the Z direction, the detected part 61a provided on the movable part 61 is always kept facing the detection head 62a provided on the fixed part 62. Thus, the vertical position of the nozzle 10 with respect to the frame 20 can be detected.
  • the control unit 11 adjusts the thrust of the mover 42 based on the vertical position of the nozzle 10 with respect to the frame 20. That is, in order to improve throughput, that is, to improve productivity, it is required to increase the vertical movement speed of the nozzle 10.
  • the mover 42 Decrease the thrust and decrease the descent speed of Noznore 10.
  • the shaft type linear motor 40 is disposed vertically above the nozzle unit 21, and the linear encoder 60 is disposed vertically above the shaft type linear motor 40.
  • the configuration is adopted to achieve a slim shape. By adopting such a configuration, the occupied area in the XY direction (horizontal direction) can be reduced.
  • the linear encoder that detects the change in the relative position in the vertical direction is significantly larger than the rotary encoder that detects the rotation angle of the servo motor in a nozzle mechanism that combines a conventional servo motor and a transmission mechanism such as a ball screw.
  • the pitch PI of each nozzle 10 in the X direction and the pitch P2 in the Y direction can be significantly narrower than the conventional one.
  • the pitch P1 in the X direction of each nozzle in the conventional mounting head is 21 mm, whereas in this embodiment, the pitch P1 is 10.5 mm, which is about half the conventional pitch. can do.
  • parts feeders the use of double feeders (feeders in which two supply ports are arranged in the width direction of one part feeder) is used to increase the number of products installed. Even if a simple double feeder is used, there is a limit to the combinations of feeders that can be sucked simultaneously because the pitch of the mounting head cannot be reduced. In other words, there is a problem that electronic components cannot be picked up and taken out simultaneously from each supply port in one double feeder.
  • the nozzle pitch can be reduced in this embodiment, for example, the nozzle pitch can be matched to the pitch of the double feeder. In such a case, it becomes possible to simultaneously suck and take out the supply parts of each double feeder feeder, thereby improving the productivity in mounting the electronic parts.
  • the parts feeder 4 (see Fig. 1) is a double feeder capable of supplying two electronic components at the same time
  • the pitch P2 in each Nozure 10Y direction is set to the supply port 5 of the parts feeder 4. It is possible to correspond to the pitch in the Y direction of the two electronic components supplied to (see Fig. 1), and the two can be picked up at the same time to improve the throughput.
  • the vertical movement amount of the nozzle 10 can be directly adjusted as compared with the conventional method of transmitting the rotational movement to the linear movement. This enables direct load control when mounting electronic components.
  • a ball screw mechanism is used as a drive transmission mechanism as in the conventional mounting head, it is necessary to adjust the accuracy of the vertical movement of the nozzle in consideration of the screw groove pitch error. is there.
  • the accuracy of the vertical movement is determined by the accuracy of the linear encoder 60.
  • the nozzle mechanism 9 Weight reduction and size reduction can be achieved.
  • the nozzles at a narrow pitch, which is useful in the field of mounting electronic components at a narrow pitch on a substrate that is downsized and highly integrated.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Supply And Installment Of Electrical Components (AREA)

Abstract

 電子部品実装装置において、ノズル機構をノズルユニットの鉛直上方にシャフト型リニアモータを配設し、シャフト型リニアモータの鉛直上方にリニアエンコーダを配設して構成することでスリムな形状とする。これにより、各ノズル機構のXY方向(水平方向)における占有面積を小さくすることが可能になり、隣接するノズル間のピッチを狭ピッチ化することができ、小型化、高集積化する基板における電子部品の実装ピッチの狭ピッチ化に対応できる。

Description

明 細 書
ノズル機構、実装ヘッド、および電子部品実装装置
技術分野
[0001] 本発明は、電子部品の実装に用いられるノズル機構、実装ヘッド、および電子部品 実装装置に関する。
背景技術
[0002] 電子機器の小型軽量化、高機能化の進展に伴い、これに搭載される基板において もさらなる小型化、高集積化が求められている。このように小型化、高集積化する基 板においては、電子部品が実装される実装箇所が狭ピッチ化しているため、実装へ ッドにおいてもノズノレピッチを狭ピッチ化することが要求される。
[0003] 従来、実装ヘッドに備えられたノズルは、基板に対して上下動および軸回転可能に 構成されており、ノズノレの上部に備えられたモータの回転駆動がボールねじやナット 等の駆動伝達機構によりノズノレの上下動に変換されている(特許文献 1参照)。
[0004] 特許文献 1 :特開 2002— 9491号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] ところで、ノズルピッチを狭ピッチ化するためには、サーボモータおよびサーボモー タの回転運動をノズルの上下運動に伝達する駆動伝達機構を備えたノズル機構をス リム化する必要がある。し力 ながら、ノズル機構は、ノズノレに吸着保持された電子部 品を基板に対して押圧する荷重機構を兼務しており、また、電子部品の実装におけ る生産性を低下させないように上下移動速度を確保する必要があるためスリム化には 限界がある。
[0006] 従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、電子部品の実装ピッ チの狭ピッチ化に対応したスリムなノズル機構およびノズノレピッチを狭ピッチ化した実 装ヘッド、さらにノズルピッチを狭ピッチ化した実装ヘッドを備えた電子部品実装装置 を提供することにある。
課題を解決するための手段 [0007] 上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
[0008] 本発明の第 1態様によれば、フレームと、
電子部品を解除可能に吸着保持するノズルと、
その下端において上記ノズノレが回転可能に装着され、上記フレームに対して上下 移動可能に設けられたノズノレユニットと、
上記フレームに対して固定され、上記ノズルユニットを上記フレームに対して上下 移動させるシャフト型リニアモータと、
上記ノズノレユニットの上記フレームに対する上下位置を検出するためのリニアェン コーダとを備え、
上記シャフト型リニアモータが上記ノズルユニットの鉛直上方に配設されるとともに、 上記リニアエンコーダが上記シャフト型リニアモータの鉛直上方に配設されるノズル 機構を提供する。
[0009] 本発明の第 2態様によれば、複数のノズノレにそれぞれ吸着保持した電子部品を基 板の複数の実装箇所に実装する実装ヘッドであって、
フレームと、
その下端において上記ノズノレが回転可能に装着され、上記フレームに対して上下 移動可能に設けられた複数のノズルュニットと、
上記フレームに対して固定され、上記各々のノズノレユニットを上記フレームに対して 個別に上下移動させる複数のシャフト型リニアモータと、
上記各々のノズルユニットの上記フレームに対する上下位置を検出するための複 数のリニアエンコーダとを備え、
上記各シャフト型リニアモータが上記各ノズルユニットの鉛直上方に配設されるとと もに、上記各リニアエンコーダが上記各シャフト型リニアモータの鉛直上方に配設さ れる実装ヘッドを提供する。
[0010] 本発明の第 3態様によれば、電子部品供給装置および基板保持装置に対して水 平移動可能に備えられ、上記電子部品供給装置に収納された複数の電子部品を複 数のノズルにより吸着保持して、上記基板保持装置に保持された基板における複数 の実装箇所に上記それぞれの電子部品を実装する実装ヘッドを備える電子部品実 装装置において、
上記実装ヘッドが、
フレームと、
その下端において上記ノズノレが回転可能に装着され、上記フレームに対して上 下移動可能に設けられた複数のノズルユニットと、
上記フレームに対して固定され、上記各々のノズルユニットを上記フレームに対 して個別に上下移動させる複数のシャフト型リニアモータと、
上記各々のノズノレユニットの上記フレームに対する上下位置を検出するための 複数のリニアエンコーダとを備え、
上記各シャフト型リニアモータが上記各ノズノレユニットの鉛直上方に配設される とともに、上記各リニアエンコーダが上記各シャフト型リニアモータの鉛直上方に配設 される電子部品実装装置を提供する。
[0011] 本発明の第 4態様によれば、上記電子部品供給装置が備える複数の電子部品供 給用フィーダの配置間隔と、同じ配置間隔にて、上記それぞれのノズノレユニットがフ レームに装備されている、第 3態様に記載の電子部品実装装置を提供する。
発明の効果
[0012] 本発明によれば、狭ピッチでノズルを配列することが可能になるので、小型化、高 集積化により狭ピッチ化する基板への電子部品の実装に適したノズル機構、実装へ ッド、および電子部品実装装置を実現することができる。
図面の簡単な説明
[0013] 本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形 態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
[図 1]図 1は、本発明の実施形態の電子部品実装装置の全体構成図であり、
[図 2]図 2は、上記実施形態の実装ヘッドの斜視図であり、
[図 3]図 3は、上記実施形態のノズル機構の側面図および制御系の構成図である。 発明を実施するための最良の形態
[0014] 本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号 を付している。 [0015] 以下に、本発明に力かる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
[0016] 最初に、本発明の実施の形態の電子部品実装装置の全体構成について説明する 。図 1に本実施形態の電子部品実装装置の全体構成図を示す、図 1において、電子 部品実装装置のベースとなる基台 1上には、基板 2の搬送を行う基板搬送装置 3が X 方向に延伸して配設されている。基板搬送装置 3には基板 2をクランプして保持する 機能が備わっており、 X方向に搬送される基板 2を所定の位置で保持する基板保持 装置として機能する。なお、本実施形態においては、基板 2の搬送方向を X方向とし 、これに水平面内で直交する方向を Y方向とし、 X方向および Y方向に直交する鉛直 方向を Z方向とする。
[0017] 基板搬送装置 3の Y方向における両側方には、電子部品供給用フィーダの一例で ある複数のパーツフィーダ 4が並設されてレ、る。パーツフィーダ 4は電子部品供給装 置として機能し、内部に収納された複数の電子部品を供給口 5に順次供給する。
[0018] 基台 1の X方向における両端部には一対の Yテーブル 6が配設されており、この一 対の Yテーブル 6上に Xテーブル 7が架設されている。 Xテーブル 7には実装ヘッド 8 が装着されている。 Yテーブル 6および Xテーブル 7には、それぞれ Y軸駆動機構 6a および X軸駆動機構 7a (図 3参照)が備えられており、実装ヘッド 8を基台 1に対して 相対的に水平移動させる。
[0019] 図 2に本実施形態の実装ヘッドの斜視図を示す。図 2において、実装ヘッド 8はブラ ケット 8aにより Xテーブル 7に装着されている。ブラケット 8aには複数のノズル機構 9を 所定の間隔で保持するフレーム 20が装着されている(本実施形態においては、 X方 向に 6列、 Y方向に 2列の計 12個のノズル機構が装着されている)。各ノズル機構 9の 下端には電子部品を解除可能に吸着保持するノズル 10が装着されている。各ノズル 機構 9には、ノズノレ 10を Θ方向(Z軸周り)に回転させるための Θ回転機構 30が備え られている。 Θ回転機構 30は、モータ 31に直結するプーリ 32および各ノズル 10に 直結するプーリ 33に係合されたタイミングベルト 34により、モータ 31の駆動を各ノズ ノレ 10の回転に伝達する機構により構成されている。なお、図示はしていないが、 θ 回転機構は、 X方向に配列された 6列のノズル機構 9を一組として構成されており、本 実施形態においては、 2組の Θ回転機構が備えられている。 [0020] また、各ノズル機構 9には、ノズル 10を上下移動させるための Z軸駆動機構 40が備 えられている。さらに、各ノズル機構 9には、吸排気機構 50が備えられており、図示し ない真空発生源の駆動によりノズル 10内を真空吸引することにより電子部品を吸着 保持し、ノズル 10内の排気を行うことにより電子部品をリリースするいわゆる真空破壊 を行う。図 3に示すように、 Y軸駆動機構 6aおよび X軸駆動機構 7a、 Θ回転機構 30、 Z軸駆動機構 40、吸排気機構 50は制御部 11と電気的及び制御的に接続されており 、制御部 11から送信される制御指令に基づレ、て駆動する。
[0021] 図 1および図 2において、実装ヘッド 8の側方にはカメラ 12が配設されている。カメ ラ 12は、実装ヘッド 8と一体となって基台 1に対して相対的に XY方向に水平移動し、 認識対象の撮像を行う撮像手段として機能する。また、基板搬送装置 3とパーツフィ ーダ 4の間にはカメラ 13が配設されている。カメラ 13は、パーツフィーダ 4の供給口 5 力 ノズル 10によりピックアップされた電子部品を下方からスキャニングする撮像手段 として機能する。
[0022] 図 3に、本実施形態のノズル機構の側面図および制御系の構成図を示す。図 3に おいて、カメラ 12により撮像された認識対象の画像は、制御部 11に含まれる画像処 理領域 11cにより画像処理され、演算領域 l ibにより認識対象の中心とカメラ 12の認 識原点との水平位置関係が演算される。記憶領域 11 aにはカメラ 12の認識原点と各 ノズル 10の軸中心との距離データが予め記憶されており、演算領域 l ibにより実装 ヘッド 8の任意のノズル 10の軸中心と認識対象の中心との水平位置関係が演算され る。制御部 11は演算領域 1 lbによる演算結果に基づレ、て Y軸駆動機構 6aおよび X 軸駆動機構 7bの駆動の制御を行い、これにより任意のノズノレ 10の軸中心と認識対 象の中心との位置合わせが行われる。なお、カメラ 12による認識対象は、ピックアツ プの際にはパーツフィーダ 4の供給口 5に供給された電子部品であり、実装の際には 基板 2の所定箇所に設けられた位置合わせ用の認識マーク等である。
[0023] カメラ 13により撮像された認識対象の画像は画像処理領域 11cにより画像処理さ れ、演算領域 1 lbにより認識対象の中心とカメラ 13の認識原点との水平位置関係が 演算される。通常、カメラ 13による認識対象はノズル 10に吸着された電子部品であり 、認識対象となる電子部品を吸着したノズル 10の軸中心がカメラ 13の認識原点と撮 像画像上で重なるように実装ヘッド 8が位置決めされる。したがって、演算領域 l ib により演算された電子部品の中心とカメラ 13の認識原点との水平位置関係がノズノレ 10の軸中心と電子部品の中心のずれとなる。制御部 11は、演算領域 l ibによる演 算結果に基づレ、て Y軸駆動機構 6aおよび X軸駆動機構 7bの駆動の制御を行う。こ れにより、ノズル 10に吸着された電子部品が、実装箇所に正確に位置合わせ補正さ れる。また、画像処理領域 11cでは電子部品の画像のパターン認識を行レ、、ノズノレ 1 0に吸着された電子部品の姿勢認識を行う。演算領域 l ibによりノズル 10に吸着さ れた電子部品の姿勢と正常な実装姿勢とのずれを演算する。制御部 11は、演算領 域 l ibによる演算結果に基づいて Θ回転機構 30の駆動の制御を行う。これにより、ノ ズル 10に吸着された電子部品の姿勢が正常な実装姿勢に補正される。
[0024] 制御部 11には、キーボードやドライバ等からなる入力部 15が接続されており、記憶 領域 1 laに予め記憶させる様々なデータを入力したり、制御部 11に直接指令を入力 したりする。さらに、制御部 11には出力部 16が接続されている。出力部 16は、 CRT や液晶パネル等の可視表示手段を備え、電子部品実装装置における動作状況を可 視表示する。さらに出力部 16は警告手段を備え、装置の稼動中に不具合が生じた 場合等にオペレータにエラー情報を伝える。
[0025] また、演算領域 l ibは、電子部品実装装置における様々な演算処理を行う。演算 処理に必要なデータは予め記憶領域 11aに記憶されている。さらに記憶領域 11aに は制御プログラムが記憶されており、制御部 11は制御プログラムに従って電子部品 実装装置における実装動作の制御を行う。
[0026] 次に、本発明の実施の形態のノズル機構について説明する。図 3において、各ノス、 ノレ機構 9はフレーム 20に所定の間隔をおいて保持されている。各ノズル機構 9には、 下端にノズル 10が装着されたノズノレユニット 21と、ノズル 10をフレーム 20に対して上 下移動させる Z軸駆動機構 40と、ノズル 10を Θ方向(Z軸周り)に回転させる Θ回転 機構 30と、ノズル 10内を吸排気して電子部品のピックアップおよびリリースを行う吸 排気機構 50と、ノズルユニット 21のフレーム 20に対する上下位置を検出するための リニアエンコーダ 60が備えられてレ、る。
[0027] ノズノレユニット 21はボールスプライン 23を主体として構成され、ボールスプライン 23 はベアリング 24により Θ方向(Z軸周り)に回転自在に軸受けされている。ノズノレ 10は スプライン軸 23aの下端に装着され、スプライン軸 23aの Z方向への摺動に連動して 移動し、フレーム 20に対して上下に変位する。スプライン軸 23aの周囲にはコイルば ね 25が装着されており、コイルばね 25の上端はスプライン軸 23aの上端部に形成さ れた係止部 26により係止されている。コイルばね 25の下端は、例えばプーリ 33に係 止されることでフレーム 20に対して固定されている。図 3に示す左側のノズノレ機構 9 のように、スプライン軸 23aに何ら外力が作用しないと、スプライン軸 23aおよびこれ に装着されたノズル 10はコイルばね 25の弾性力により上方に付勢された状態となる 。一方、図 3に示す右側のノズル機構のように、スプライン軸 23aを下方に押圧する力 が作用すると、スプライン軸 23aおよびノズル 10はコイルばね 25の弾性力に抗して 下方に移動する。コイルばね 25は、ノズル 10をフレーム 20に対して上方に付勢する 付勢手段として機能する。
[0028] Θ回転機構 30において、プーリ 33はその肉厚の薄型化が図られている。通常、こ のようなプーリは、その外周側から締結されることによりスプライン軸に固定される構 造が採用される。し力 ながら、本実施形態のノズル機構 9においては、プーリ 33の 薄型化を図っているため、プーリ 33の上下方向からプーリ 33を挟み込む方式にて、 スプライン軸 23aへの固定を行っている。このような固定方法が採用されていることに より、プーリ 33の実質的な外周端の径を小さくすることができ、後述するように、それ ぞれのノズル 10の配置の狭ピッチ化に寄与することができる。
[0029] なお、コイルばねのばね長がばね卷き径に対して大きくなり過ぎると、圧縮された際 に座屈し易くなり、座屈したばね部が他の部位に干渉する不具合が生じることがある 。そのため、コイルばね 25は、スぺーサ 29により Z方向に 2段に分割されており、ば ね卷き径を大きくすることなくばね長を確保している。これにより、隣り合うノズル機構 9を近接して配設した場合に、座屈したコイルばね 25が相互に干渉することを防止す ること力 Sできる。
[0030] ノズノレユニット 21の鉛直上方には、 Z軸駆動機構 40を構成するシャフト型リニアモ ータが配設されている。シャフト型リニアモータ 40は、フレーム 20に対して固定され た固定子 41と、固定子 41に対して上下方向にスライド自在の可動子 42により構成さ れている。可動子 42には永久磁石の S極および N極が所定の間隔で交互に配列さ れており、固定子 41に内蔵されたコイルに通電すると可動子 42を Z方向に移動させ るための推力が発生する。ノズノレユニット 21とシャフト型リニアモータ 40の間には、可 動子 42の推力をスプライン軸 23aに伝達する伝達手段としてのボールスプライン 27 が配設されており、可動子 42の下端がボールスプライン 27のスプライン軸 27aの上 端が接続されている。
[0031] 可動子 42に下向きの推力を発生させると、可動子 42と接続されたスプライン軸 27a が鉛直下方に移動し、コネクタ 28を介してスプライン軸 23aの上端に押圧力を作用 する。この押圧力がコイルばね 25の弾性力を超えると、スプライン軸 23aは下方へ移 動し、スプライン軸 23aの下端に装着されたノズル 10がフレーム 20に対して下方に 移動する。制御部 11には推力調整領域 l idが含まれており、コイルに通電する電流 を調整して可動子 42の推力を調整することによりノズル 10のフレーム 20に対する上 下位置を調整する。なお、コネクタ 28は、スプライン軸 23aの上端を軸受けするべァリ ング 24に当接してノズルユニット 21を下方に押圧するので、ボールスプライン 23の 回転の影響を受けることはなレ、。
[0032] シャフト型リニアモータ 40の鉛直上方には、リニアエンコーダ 60が配設されている。
リニアエンコーダ 60は可動部 61と固定部 62により構成されている。可動部 61はフレ ーム 20に設けられた軸受け 63に Z方向に上下移動自在に挿通されて可動子 42の 上端と接続されており、可動子 42の上下移動に連動して上下に移動可能になって レ、る。固定部 62はフレーム 20に対して固定されており、可動子 42の上下移動に連 動して上下に移動可能な可動部 61との相対的な上下位置が変化するようになって いる。この上下位置の変化量は、可動部 61に設けられた被検出部 61aを固定部 62 に設けられた検出ヘッド 62aにより検出した電気信号を制御部 11に含まれる位置検 出領域 l ieにおいて処理することで検出される。これにより、可動部 61のフレーム 20 に対する上下位置、すなわちノズル 10のフレーム 20に対する上下位置が検出される
[0033] なお、可動子 42は、ボールスプライン 27により Θ方向への変位が規制されている ので、可動子 42に接続された可動部 61も Θ方向への変位が規制され Z方向への変 位のみが許容される。従って、可動部 61が Z方向におけるどの位置に上下移動した 場合であっても、可動部 61に設けられた被検出部 61aは常に固定部 62に設けられ た検出ヘッド 62aと対向した状態が維持され、ノズル 10のフレーム 20に対する上下 位置を検出することができる。
[0034] 制御部 11は、ノズノレ 10のフレーム 20に対する上下位置に基づいて可動子 42の推 力の調整を行う。すなわち、スループットを向上させる、つまり生産性を向上させるた めにはノズル 10の上下移動速度を高くすることが要求される。一方、ノズノレ 10により 電子部品を吸着保持したり実装したりする際には、ノズル 10の下降速度を低下させ て電子部品や基板に与える衝撃を低減させる必要がある。そのため、ノズル 10の下 端が電子部品に対して所定の位置まで近接した時点、およびノズル 10に吸着された 電子部品が基板の実装箇所に対して所定の位置まで近接した時点で可動子 42の 推力を低下させ、ノズノレ 10の下降速度を低下させる。このように、ノズル 10のフレー ム 20に対する上下位置に基づいてノズル 10の上下移動速度を制御することにより、 スループットを低下させることなく実装品質を維持することができる。また、ノズノレ 10は コイルばね 25によりフレーム 20に対して上方に付勢されているため、可動子 42に内 蔵されたコイルへの通電が中断若しくは停止すると、可動子 42に働く推力がゼロに なりコイルばね 25による弾性力のみが作用してノズル 10が急上昇することがある。そ の結果、ノズル 10に吸着された電子部品が落下したり各駆動系に衝撃が加わったり する等の不具合が生じることがある。そのため、可動子 42への通電の遮断を遅延す るための電気回路を制御部 11に設け、通電が遮断した時点から可動子 42の推力が 徐々に低下するように制御を行う。
[0035] このように本実施形態のノズル機構 9は、ノズノレユニット 21の鉛直上方にシャフト型 リニアモータ 40を配設し、シャフト型リニアモータ 40の鉛直上方にリニアエンコーダ 6 0を配設した構成を採用してスリムな形状としている。このような構成を採用することに より、 XY方向(水平方向)における占有面積を小さくすることが可能となる。特に、従 来のサーボモータとボールねじ等の伝達機構の組み合わせによるノズル機構におい てサーボモータの回転角を検出するロータリーエンコーダに比べ、鉛直方向におけ る相対位置の変化を検出するリニアエンコーダは大幅にスリム化することが可能であ る。したがって、各ノズル 10の X方向におけるピッチ PIと Y方向におけるピッチ P2 ( 図 2および図 3参照)を従来に比べ大幅に狭ピッチ化することができる。これにより、 小型化、高集積化する基板の狭ピッチ化する実装箇所に対応したピッチでノズル 10 を配歹 1Jした実装ヘッドを実現することができる。
[0036] 例えば、従来の実装ヘッドにおける各ノズノレの X方向におけるピッチ P1は 21mmで あるのに対して、本実施形態ではピッチ P1を 10. 5mmと、従来の 2分の 1程度に狭 ピッチ化することができる。パーツフィーダにおいては、搭載品種数増加の目的でダ ブルフィーダ(1台のパーツフィーダにてその幅方向に 2つの供給口を配置したフィー ダ)を用いることは従来から行われている力 このようなダブルフィーダが用いられても 、実装ヘッドにおけるノズノレピッチを狭くすることができなかったために、同時吸着で きるフィーダの組み合わせに制限が存在している。すなわち、 1台のダブルフィーダ におけるそれぞれの供給口から同時に電子部品を吸着取り出しすることができないと レ、う問題が存在している。し力 ながら、本実施形態ではノズルピッチを狭くすること ができるため、例えばノズルピッチをダブルフィーダのピッチに合わせることが可能と なる。このような場合にあっては、 1台のダブルフィーダのそれぞれの供給ロカ 電子 部品を同時に吸着取り出しすることが可能となり、電子部品の実装における生産性を 向上させることができる。
[0037] また、パーツフィーダ 4 (図 1参照)が 2個の電子部品を同時に供給することが可能 なダブルフィーダである場合に、各ノズノレ 10Y方向におけるピッチ P2をパーツフィー ダ 4の供給口 5 (図 1参照)に供給される 2個の電子部品の Y方向におけるピッチに対 応させることが可能となり、 2個同時にピックアップしてスループットを向上することが できる。
[0038] さらに、ノズル 10の上下移動にリニアモータの推力を直接利用しているので、従来 の回転運動を直線運動に伝達する方法に比較してノズル 10の上下移動量を直接調 整することが可能となり、電子部品の実装の際のダイレクトな荷重制御を行うことがで きる。すなわち、従来の実装ヘッドのように駆動伝達機構としてボールねじ機構が用 レ、られているような構成においては、ねじ溝ピッチの誤差を考慮してノズルの上下移 動における精度を調整する必要がある。これに対して、本実施形態では、従来のよう に駆動伝達機構が介在することなぐリニアモータ 40にて直接的に上下移動量が決 定されるため、リニアエンコーダ 60の精度により上下移動の精度が決定される。
[0039] また、本実施形態においては、従来のように駆動伝達機構を介在させることなぐシ ャフト型リニアモータ 40によりノズル 10の直接的な上下移動を実現しているため、ノ ズル機構 9において軽量化および小型化を図ることができる。
[0040] 本発明によれば、狭ピッチでノズルを配列することが可能になるので、小型化、高 集積化する基板に電子部品を狭ピッチで実装する分野において有用である。
[0041] なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより
、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
[0042] 本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載され ているが、この技術の熟練した人々にとつては種々の変形や修正は明白である。そ のような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限り におレ、て、その中に含まれると理解されるべきである。
[0043] 2006年 3月 27曰に出願された曰本国特許出願 No. 2006— 084601号の明細書
、図面、及び特許請求の範囲の開示内容は、全体として参照されて本明細書の中に 取り入れられるものである。

Claims

請求の範囲
[1] フレームと、
電子部品を解除可能に吸着保持するノズルと、
その下端において上記ノズノレが回転可能に装着され、上記フレームに対して上下 移動可能に設けられたノズノレユニットと、
上記フレームに対して固定され、上記ノズルユニットを上記フレームに対して上下 移動させるシャフト型リニアモータと、
上記ノズノレユニットの上記フレームに対する上下位置を検出するためのリニアェン コーダとを備え、
上記シャフト型リニアモータが上記ノズルユニットの鉛直上方に配設されるとともに、 上記リニアエンコーダが上記シャフト型リニアモータの鉛直上方に配設されるノズル 機構。
[2] 複数のノズルにそれぞれ吸着保持した電子部品を基板の複数の実装箇所に実装 する実装ヘッドであって、
フレームと、
その下端において上記ノズノレが回転可能に装着され、上記フレームに対して上下 移動可能に設けられた複数のノズルュニットと、
上記フレームに対して固定され、上記各々のノズノレユニットを上記フレームに対して 個別に上下移動させる複数のシャフト型リニアモータと、
上記各々のノズノレユニットの上記フレームに対する上下位置を検出するための複 数のリニアエンコーダとを備え、
上記各シャフト型リニアモータが上記各ノズルユニットの鉛直上方に配設されるとと もに、上記各リニアエンコーダが上記各シャフト型リニアモータの鉛直上方に配設さ れる実装ヘッド。
[3] 電子部品供給装置および基板保持装置に対して水平移動可能に備えられ、上記 電子部品供給装置に収納された複数の電子部品を複数のノズノレにより吸着保持し て、上記基板保持装置に保持された基板における複数の実装箇所に上記それぞれ の電子部品を実装する実装ヘッドを備える電子部品実装装置において、 上記実装ヘッドが、
フレームと、
その下端において上記ノズノレが回転可能に装着され、上記フレームに対して上 下移動可能に設けられた複数のノズルユニットと、
上記フレームに対して固定され、上記各々のノズルユニットを上記フレームに対 して個別に上下移動させる複数のシャフト型リニアモータと、
上記各々のノズノレユニットの上記フレームに対する上下位置を検出するための 複数のリニアエンコーダとを備え、
上記各シャフト型リニアモータが上記各ノズノレユニットの鉛直上方に配設される とともに、上記各リニアエンコーダが上記各シャフト型リニアモータの鉛直上方に配設 される電子部品実装装置。
上記電子部品供給装置が備える複数の電子部品供給用フィーダの配置間隔と、 同じ配置間隔にて、上記それぞれのノズルユニットがフレームに装備されている、請 求項 3に記載の電子部品実装装置。
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