(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品供給部と部品装着部とにわたって移動可能なヘッドユニットに、電子部品を吸着するノズル部材と、このノズル部材を昇降駆動するエアシリンダとを備えた表面実装機において、
前記ヘッドユニットに、モータにより昇降駆動されるハウジングが設けられるとともにこのハウジングに前記ノズル部材およびエアシリンダが搭載され、前記モータによるハウジングの昇降動作とエアシリンダによるノズル部材の昇降動作とが併用されることにより前記ノズル部材が昇降するように構成され、
前記エアシリンダは、上記ノズル部材に連結されるピストンと、このピストンの上下に一対の圧力室を有し、各圧力室にそれぞれエア給排口を備えるシリンダとから構成され、上記シリンダの少なくとも一方の圧力室には、ピストンの移動端側に細筒部が形成され、この細筒部に上記エア給排口が開口される一方、上記ピストンには、その軸方向端部にシリンダの上記細筒部に挿入可能な小径部が設けられ、シリンダの細筒部とピストンの小径部のいずれかには、上記細筒部への上記小径部の挿入状態において細筒部と小径部の間をシールするシール手段が設けられるとともに、このシール手段が、上記ピストンの移動端位置への到達前に上記シールを達成するように構成され、
さらに前記エアシリンダに対するエア給排系に、ノズル部材の昇降駆動速度を低速と高速とに切換可能とする動作速度切換弁が設けられる一方、
前記モータとエアシリンダとの作動順序およびノズル昇降駆動速度を前記ノズル部材により吸着する電子部品の種類に応じて切換えるべく前記モータおよび動作速度切換弁を駆動制御する制御手段が設けられ、
この制御手段は、前記ハウジングを下降させた後に、このハウジングに対してノズル部材を高速で昇降させることにより電子部品を吸装着する第１昇降モードと、前記ハウジングを下降させた後、このハウジングに対してノズル部材を低速で昇降させることにより電子部品を吸装着する第２昇降モードと、前記ハウジングに対してノズル部材を低速で下降させた後、ハウジングを下降させることにより電子部品を吸装着し、その後ハウジングを上昇させるとともにこのハウジングに対してノズル部材を低速で上昇させる第３昇降モードのうち何れかのモードを選択的に実行するように構成されている
ことを特徴とする表面実装機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部品供給部と部品装着部とにわたって移動可能なヘッドユニットに、エアシリンダにより駆動されて昇降する部品吸着用のノズル部材を備えた表面実装機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、部品供給部と所定の作業位置に位置決めされたプリント基板とにわたって移動可能とされたヘッドユニットに、部品吸着用のノズル部材を昇降かつ回転可能に装備し、上記ノズル部材に供給される負圧により電子部品を吸着するようにし、部品供給部から部品を吸着した後にヘッドユニットをプリント基板上に移動させて部品を装着するようにした表面実装機は一般に知られている。この実装機において、上記ヘッドユニットに装備されるノズル部材は、部品吸着時及び部品装着時に昇降駆動手段により昇降される。
【０００３】
上記昇降駆動手段としては、サーボモータによりボールねじ等を介してノズル部材を昇降させるようにしたものと、エアシリンダによりノズル部材を昇降させるようにしたものとがあるが、ヘッドユニットのコンパクト化といった観点から、エアシリンダを用いてノズル部材昇降用の駆動系統を構成する実装機が多い。
【０００４】
とくに実装効率を高める観点からヘッドユニットに多数のノズル部材を装備する実装機では、各ノズル部材に対してそれぞれサーボモータを設けることはスペース等の面で困難であることから、各ノズル部材を個別に駆動する駆動手段としてはエアシリンダが有効となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のようにエアシリンダを用いてノズル部材を昇降させるようにした実装機では、エアシリンダによるノズル部材の昇降速度が昇降ストローク全体にわたって略一定であるため、サイクルタイムの短縮を図るべくノズル部材の昇降速度を高めようとすると、これに伴いノズル部材が下降端位置、あるいは上昇端位置に達したときの衝撃力が増大する。そのため、吸着時等に部品に加わる衝撃力が大きくなり、また、部品吸着後にノズル部材が上昇端位置に達したときの衝撃でノズル部材に対して部品がずれたり、あるいは部品が脱落するおそれがあり、従って、単にノズル部材の昇降速度を高めてサイクルタイムの短縮化を図るのみでは実装精度を損なうおそれがある。
【０００６】
そこで、このようなノズル部材昇降時の衝撃を緩和してサイクルタイムの短縮化を図るべく、例えば、ノズル部材の上昇端位置にダンパー部材を設けて衝撃力を緩和すること等も考えられるが、この場合には別途ダンパー部材を設ける必要がありヘッドユニットの大型化や重量増大を招くおそれがあり必ずしも得策とはいえない。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、エアシリンダを用いたノズル部材の昇降駆動手段において、コンパクトな構成でノズル部材昇降時の衝撃を効果的に緩和することができる表面実装機を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、部品供給部と部品装着部とにわたって移動可能なヘッドユニットに、電子部品を吸着するノズル部材と、このノズル部材を昇降駆動するエアシリンダとを備えた表面実装機において、前記ヘッドユニットに、モータにより昇降駆動されるハウジングが設けられるとともにこのハウジングに前記ノズル部材およびエアシリンダが搭載され、前記モータによるハウジングの昇降動作とエアシリンダによるノズル部材の昇降動作とが併用されることにより前記ノズル部材が昇降するように構成され、前記エアシリンダは、上記ノズル部材に連結されるピストンと、このピストンの上下に一対の圧力室を有し、各圧力室にそれぞれエア給排口を備えるシリンダとから構成され、上記シリンダの少なくとも一方の圧力室には、ピストンの移動端側に細筒部が形成され、この細筒部に上記エア給排口が開口される一方、上記ピストンには、その軸方向端部にシリンダの上記細筒部に挿入可能な小径部が設けられ、シリンダの細筒部とピストンの小径部のいずれかには、上記細筒部への上記小径部の挿入状態において細筒部と小径部の間をシールするシール手段が設けられるとともに、このシール手段が、上記ピストンの移動端位置への到達前に上記シールを達成するように構成され、さらに前記エアシリンダに対するエア給排系に、ノズル部材の昇降駆動速度を低速と高速とに切換可能とする動作速度切換弁が設けられる一方、前記モータとエアシリンダとの作動順序およびノズル昇降駆動速度を前記ノズル部材により吸着する電子部品の種類に応じて切換えるべく前記モータおよび動作速度切換弁を駆動制御する制御手段が設けられ、この制御手段は、前記ハウジングを下降させた後に、このハウジングに対してノズル部材を高速で昇降させることにより電子部品を吸装着する第１昇降モードと、前記ハウジングを下降させた後、このハウジングに対してノズル部材を低速で昇降させることにより電子部品を吸装着する第２昇降モードと、前記ハウジングに対してノズル部材を低速で下降させた後、ハウジングを下降させることにより電子部品を吸装着し、その後ハウジングを上昇させるとともにこのハウジングに対してノズル部材を低速で上昇させる第３昇降モードのうち何れかのモードを選択的に実行するように構成されているものである。
【０００９】
この表面実装機によれば、エアシリンダの片方の圧力室にエアが供給される一方、他方の圧力室からエアの排出が行われることによりピストンが上下動させられ、これによってノズル部材が昇降駆動される。このようなノズル部材の昇降駆動中、ピストンが移動端位置近傍に達すると、ピストンの小径部がシリンダの細筒部に挿入されて細筒部と小径部との間がシール部材によってシールされ、この状態でピストンの小径部とシリンダ内壁との間にエアが封入される。そのため、ピストンがこの位置から移動端位置に達するまでは、ピストンの小径部とシリンダ内壁との間に封入されたエアが圧縮されることによるクッション作用でもってピストンの移動が減速され、これによりノズル部材の上昇端位置、あるいは下降端位置での衝撃が緩和される。そして、前記モータとエアシリンダとの作動順序およびノズル昇降駆動速度がノズル部材により吸着される電子部品の種類に応じて切換えることにより、適切に部品を実装することが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は本発明の実施の形態に係る表面実装機（以下、実装機と略す）の全体を概略的に示している。この図において、基台１上には、搬送ラインを構成するコンベア２が配置され、プリント基板３が上記コンベア２上を搬送されて所定の装着作業用位置で停止されるようになっている。コンベア２は、平行に配置される一対の単位コンベア２ａ，２ｂから構成され、図外の幅調整機構により片方（図１では上側）の単位コンベア２ｂが他方（図１では下側）の単位コンベア２ａに接近、あるいは離間させられるようになっている。これによってプリント基板３のサイズの変更に対応し得るように構成されている。
【００１２】
上記コンベア２の側方には、部品供給部４が配置されている。この部品供給部４は、多数列のテープフィーダ４ａを備えており、各テープフィーダ４ａはそれぞれ、ＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等の小片状のチップ部品を所定間隔おきに収納、保持したテープがリールから導出されるようにするとともに、テープ繰り出し端にはラチェット式の送り機構を具備し、後述のヘッドユニット５により部品がピックアップされるにつれてテープが間欠的に繰り出されるようになっている。
【００１３】
また、上記基台１の上方には、部品装着用のヘッドユニット５が装備され、このヘッドユニット５がＸ軸方向（コンベア２の方向）およびＹ軸方向（水平面上でＸ軸と直交する方向）に移動することができるようになっている。
【００１４】
すなわち、上記基台１上には、Ｙ軸方向に延びる一対の固定レール７と、Ｙ軸サーボモータ９により回転駆動されるボールねじ軸８とが配設され、上記固定レール７上にヘッドユニット支持部材１１が配置されて、この支持部材１１に設けられたナット部分１２が上記ボールねじ軸８に螺合している。また、上記支持部材１１には、Ｘ軸方向に延びるガイド部材１３と、Ｘ軸サーボモータ１５により駆動されるボールねじ軸１４（図３に示す）とが配設され、上記ガイド部材１３にヘッドユニット５が移動可能に保持され、このヘッドユニット５に設けられたナット部分１６（図３に示す）が上記ボールねじ軸１４に螺合している。そして、Ｙ軸サーボモータ９の作動によりボールねじ軸８が回転して上記支持部材１１がＹ軸方向に移動するとともに、Ｘ軸サーボモータ１５の作動によりボールねじ軸１４が回転して、ヘッドユニット５が支持部材１１に対してＸ軸方向に移動するようになっている。
【００１５】
また、上記基台１上の所定箇所には部品認識用カメラ１７が配置されている。図示の例では、固定側の単位コンベア２ａとその側方の部品供給部４との間に部品認識用カメラ１７が配置され、ヘッドユニット５の後記ノズル部材２０により吸着された部品をこのカメラ１７で撮像し、それに基づく部品認識処理により部品吸着状態の判別等を行うようになっている。
【００１６】
図２〜図５は、上記ヘッドユニット５の構造を示している。これらの図において、上記ヘッドユニット５には、部品を吸着するためのノズル部材２０が具備され、当実施形態では８本のノズル部材２０がＸ軸方向に整列する状態に配設されている。さらにヘッドユニット５には、上記各ノズル部材２０を昇降させる昇降駆動機構と、各ノズル部材を回転させる回転駆動機構と、各ノズル部材２０に部品吸着用の負圧を供給する負圧供給系統等が具備されている。
【００１７】
上記昇降駆動機構は、各ノズル部材２０を同時に上下動させる１個の全体上下動用サーボモータ２１と、各ノズル部材２０を個別に一定ストロークだけ昇降させる所定数（８個）のエアシリンダ２５とを有し、上記サーボモータ２１とエアシリンダ２５とを併用することにより各ノズル部材２０を所定の上昇位置と下降位置とにわたって昇降させるように構成されている。また、回転駆動機構は、１個の回転用サーボモータ６０を有し、このサーボモータ６０により動力伝達手段を介して各ノズル部材２０を回転させるように構成されている。
【００１８】
上記ヘッドユニット５の構造をより具体的に説明すると、ヘッドユニット本体５ａには、上記ノズル部材２０及びエアシリンダ２５等を保持するハウジング２２が上下動可能に取付けられているとともに、その上方に上下動用サーボモータ２１が取付けられ、このサーボモータ２１によりボールねじ２３を介してハウジング２２が上下動されるようになっている。
【００１９】
上記各ノズル部材２０は、中空のノズルシャフト２０ａと、これに取付けられるノズルホルダ２０ｂと、その下端に着脱自在に装着されるノズル２０ｃとからなり、このノズル部材２０がノズルガイド２６を介して上記ハウジング２２に上下動及び回転可能に取付けられている。つまり、ハウジング２２にノズルガイド２６が回転可能に取付けられ、このノズルガイド２６に上記ノズルシャフト２０ａが上下動可能に嵌合されている。
【００２０】
上記ノズルホルダ２０ｂは、上記ノズルシャフト２０ａに対して軸方向の一定ストロークの移動が可能で、かつスプリング２７により下端に向かって付勢された状態でノズルシャフト２０ａに取付けられている。すなわち、ノズルホルダ２０ｂがノズルシャフト２０ａに対して弾性的に軸方向に移動することができるようにすることで、部品吸装着時のノズル先端と部品との衝突、あるいは部品装着時の吸着部品とプリント基板３との衝突による衝撃を緩和し得るようになっている。
【００２１】
上記ノズルシャフト２０ａには、その略中間部分にベアリング２８が固定されるとともに、その下方部分にスプリング２９が装着されており、このスプリング２９によりベアリング２８を介してノズルシャフト２０ａを上方に付勢している。ベアリング２８とスプリング２９との間には、図６に示すように、ノズル部材２０に対して相対回転可能なワッシャー３０が介装されるとともに、このワッシャー３０とベアリング２８の内輪部との間に鋼球３１が転動自在に保持されている。
【００２２】
上記ベアリング２８の外輪部は、ノズルシャフト２０ａの上下動時に上記ハウジング２２に形成された鉛直に延びるガイド部２２ａに摺接するようになっており、これにより昇降時のノズルシャフト２０ａの振れが防止されるようになっている。
【００２３】
また、各ノズル部材２０のノズルシャフト２０ａに対向する位置には、上記ハウジング２２に下降端センサ３２がそれぞれ取付けられており、ノズルシャフト２０ａの下降に伴い、このセンサ３２が上記ベアリング２８を検知することによってノズルシャフト２０ａが下降端位置に到達したことを検知するようになっている。
【００２４】
上記ハウジング２２の前面側におけるノズル部材配設箇所の上方には、上記各エアシリンダ２５と、各エアシリンダ２５に対するエア給排系統が設けられており、上記各ノズル部材２０のノズルシャフト上端がそれぞれ対応するエアシリンダ２５の内部に突入されている。上記エア給排系統は、後に詳述するように、各エアシリンダ２５に対するエアの給排を切替えるエアシリンダ駆動用ソレノイドバルブ４４を有するとともに、速度制御弁４９，５０等を用いてエア排出速度を調節することによりエアシリンダ２５の昇降速度を変更可能とする昇降駆動速度可変手段を有しており、上記ソレノイドバルブ４４が図外のエア供給源に接続されている。
【００２５】
各エアシリンダ２５は、その内部にピストン３３を備えるとともに、このピストン３３の上方及び下方に圧力室３４，３５を有し、これらの圧力室３４，３５がポート３６，３７を介してエア給排系統の通路に接続されている。そして、上側圧力室３４にエアが供給されつつ下側圧力室３５からエアが排出されるときには上記ピストン３３が下降し、逆に下側圧力室３５にエアが供給されつつ上側圧力室３４からエアが排出されるときにはピストン３３が上昇するようになっている。
【００２６】
上記ピストン３３の下端部には、ピストン３３の昇降ストロークよりも長い筒状のスリーブ３３ａが一体に設けられており、エアシリンダ２５内に突入されたノズル部材２０のノズルシャフト上端部がこのスリーブ３３ａに回転自在に挿入されている。
【００２７】
また、上記エアシリンダ３３には、ピストン３３の昇降時にそれぞれ上昇端直前および下降端直前にピストン３３の移動速度を減速させるクッション機構が設けられている。このクッション機構は、ピストン３３の上下部にそれぞれ設けられる小径部３８ａ，３８ｂと、それらの上方部分及び下方部分にそれぞれ配置されるシール部材３９ａ，３９ｂと、上記各圧力室３４，３５の上端部及び下端部付近にそれぞれ設けられる内枠部（細筒部）４０ａ，４０ｂとを有し、各内枠部４０ａ，４０ｂには、その内壁に上記ポート３６，３７がそれぞれ開口するとともに、各圧力室３４，３５と上記各ポート３６，３７とを連通する極細通路からなるサブポート４１ａ，４１ｂが上側内枠部４０ａの下側端面及び下側内枠部４０ｂの上側端面に開口している。
【００２８】
そして、ノズル部材２０を下降させるべくエアシリンダ２５においてピストン３３が図７（ａ）に示すように上昇端位置にある状態から下降させられ、図７（ｂ）のように下降端近傍に達すると、下側の小径部３８ｂに設けられたシール部材３９ｂが下側の内枠部４０ｂに摺接し、この状態でピストン３３の小径部３８ｂとシリンダ内壁との間にクッション室４２が画成される。そして、ピストン３３がこの位置から図７（ｃ）に示す下端位置に至るまでの間、上記クッション室４２に封じ込められたエアが圧縮されつつサブポート４１ｂを介して徐々に排出されることによるエアクッション作用でピストン３３の下降が減速される。
【００２９】
逆に、ノズル部材２０を上昇させるべくエアシリンダ２５においてピストン３３が図８（ａ）に示す下降端位置にある状態から上昇させられ、図８（ｂ）のように上昇端近傍に達すると、上側の小径部３８ａに設けられたシール部材３９ａが上側の内枠部４０ａに摺接し、これによりピストン３３の小径部３８ａとシリンダ内壁との間にクッション室４３が画成される。そして、ピストン３３が図８（ｃ）に示す上昇端位置に至るまでの間、上記クッション室４２に封じ込められたエアが圧縮されつつサブポート４１ａを介して徐々に排出されることによるエアクッション作用でピストン３３の上昇が減速されるようになっている。
【００３０】
図９は上記エアシリンダ２５に対するエア給排系統を示している。同図に示すように、エアシリンダ駆動用ソレノイドバルブ４４とエアシリンダ２５との間には、エアシリンダ２５の下側圧力室３５に通じる下側圧力室用エア流路４５と、上側圧力室３４に通じる上側圧力室用エア流路４６とが設けられている。上記ソレノイドバルブ４４は、下側圧力室用エア流路４５をエア供給源５１に接続するとともに上側圧力室用エア流路４６を後記エア排気流路４７等を介して大気に開放する上昇駆動状態（図示する状態）と、上側圧力室用エア流路４６をエア供給源５１に接続するとともに下側圧力室用エア流路４５をエア排気流路４７等を介して大気に開放する下降駆動状態とに切替可能となっている。
【００３１】
また、昇降駆動速度可変手段として、上記ソレノイドバルブ４４に接続されるエア排気流路４７と、このエア排気流路４７に動作速度切替弁５２を介して接続されるとともに他端側が大気に開放されている速度制御流路４８とが設けられている。速度制御流路４８は、高速昇降用絞り４９ａを有する高速動作用流路４９と、低速昇降用絞り５０ａを有する低速動作用流路５０とからなり、これらの各流路４９，５０が並列に設けられるとともに、上記高速昇降用絞り４９ａの絞り開度が低速昇降用絞り５０ａの絞り開度よりも比較的大きく設定された構成となっている。
【００３２】
従って、上記ソレノイドバルブ４４が上昇駆動状態から下降駆動状態に切り替わってピストン３３が下降するときに、動作速度切替弁５２がオフ（図示する状態）であれば下側圧力室３５のエアがエア排気流路４７及び高速動作用流路４９を通って排出されることにより高速下降が行われ、上記動作速度切替弁５２がオンであれば下側圧力室３５のエアが低速動作用流路５０を通って排出されることにより低速下降が行われる。また、上記ソレノイドバルブ４４が下降駆動状態から上昇駆動状態に切り替わってピストン３３が上昇するときに、動作速度切替弁５２がオフであれば上側圧力室３４のエアがエア排気流路４７及び高速動作用流路４９を通って排出されることにより高速上昇が行われ、上記動作速度切替弁５２がオンであれば上側圧力室３４のエアが低速動作用流路５０を通って排出されることにより低速上昇が行われる。
【００３３】
ところで、上記ソレノイドバルブ４４及び動作速度切替弁５２は、実装機に設けられた制御ユニット５５により制御されるようになっている。この制御ユニット５５は、部品供給部４からの部品吸着時及びプリント基板３への部品装着時に、上記上下動用サーボモータ２１の制御とエアシリンダ２５とを併用してノズル部材２０を昇降させるべく、サーボモータ２１の制御と、上記ソレノイドバルブ４４及び動作速度切替弁５２を制御することによるエアシリンダ２５の制御とを行う。この際、上記サーボモータ２１とエアシリンダ２５との作動順序及びエアシリンダ２５の昇降駆動速度を、上記ノズル部材２０に吸着されている電子部品の種類に応じて選択するようになっている。つまり、各種電子部品についての情報は予め制御ユニット５５内の記憶手段５６に記憶されており、この記憶手段５６から処理対象部品（ノズル部品に吸着される電子部品）の情報が読み出され、それに応じ、後述のような各種の昇降制御モードの中から処理対象部品に適合した昇降制御モードが選択され、それに従ってサーボモータ２１及びエアシリンダ２５の制御が行われるようになっている。
【００３４】
上記ハウジング２２には、さらに図５に示すように上記回転用サーボモータ６０と、プーリ６１，６２及びベルト６３からなる減速機構を介して上記サーボモータ６０に連動する駆動軸６４とが装備され、この駆動軸６４に設けられたプーリ６５と各ノズル部材２０に設けられたプーリ６６とに回転伝達用ベルト６７が巻き掛けられており、上記サーボモータ６０により減速機構、駆動軸６４、回転伝達用ベルト６７を介して各ノズル部材２０が回転駆動されるようになっている。
【００３５】
また、上記ヘッドユニット５には、上記各ノズル部材２０に対してそれぞれ負圧を供給するための真空発生器７０が設けられ、これが上記ヘッドユニット本体５ａの上方部に配置されている。そして、上記エアシリンダ２５上端の負圧導入部が、図外の可撓製パイプ及びバルブ等を介して上記真空発生器７０に連結されることにより、エアシリンダ２５の上記ピストン３３の内部を介してノズル部材２０に負圧が供給されるように負圧給排系統が構成されている。なお、ピストン３３とノズル部材２０とは、ノズルシャフト２０ａの上端がピストン３３に対して回転可能に連結されているため、負圧供給時におけるこれら部材間のシール性が懸念され、また、この部分のシール性確保のためにＯリングを圧入すると、ノズルシャフト２０ａの回転抵抗が増大することになり都合が悪い。しかし、上述のようにピストン２６の昇降ストロークよりも長いスリーブ３３ａがピストン３３に一体に形成され、このスリーブ３３ａを介してノズルシャフト２０ａがピストン３３に連結されているため、ピストン３３とノズル部材２０との間のシール性が確保され、かつ回転抵抗が軽減されるようになっている。
【００３６】
ところで、上記実装機においては、図４に示すように、エアシリンダ２５の上端部を構成する上部構成部材７１にポート３６、上側の内枠部４０ａ及び真空発生器７０からの負圧導入部等が一体に設けられており、この上部構成部材７１がエアシリンダ２５のシリンダ部分に嵌入されてビス等でハウジング２２に締付け固定されているとともに、上記ノズル部材２０を保持するノズルガイド２６がハウジング２２の下方からその内部に挿入され、ビス等により取付けられるプレート部材７２により抜止めされている。これによりノズル部材２０及びエアシリンダ２５のメンテナンス性が確保されている。
【００３７】
すなわち、上記実装機では、スリーブ３３ａにノズルシャフト２０ａが挿入されただけなので、上部構成部材７１を取外してエアシリンダ２５の上方を開放し、ピストン３３を上方に引抜くことによりピストン３３のみを取出して交換、あるいは修理等を行うことができ、また、上記プレート部材７２を取外すことにより、ノズルガイド２６及びノズル部材２０をハウジング２２から取出して交換等することができる。従って、摩耗や経時変化が比較的生じ易いピストン３３やノズル部材２０を容易に単独で取外して交換等を行うことができるようになっている。
【００３８】
なお、７３は、プリント基板３に設けられたフィデューシャルマークを認識するためのカメラであり、ヘッドユニット本体５ａの一側部に取付けられている。
【００３９】
次に、上記実装機による実装動作について説明する。
【００４０】
実装動作が開始されると、先ず、ヘッドユニット５が部品供給部４の上方に配置され、部品の吸着を行なうべきノズル部材２０に対応するエアシリンダ２５において上側圧力室３４にエアが供給されつつ下側圧力室３５からエアが排出されるとともに、真空発生器７０で生成された負圧が所定のタイミングでノズル部材２０内に供給される。これによりピストン３３が下降させられてスリーブ３３ａが止め輪等を介してベアリング２８を下方に押圧することにより、ピストン３３とノズルシャフト２０ａが一体に下降端位置まで変位させられて部品の吸着が行われる。また、このようなエアシリンダ２５の作動に加えて上下動用サーボモータ２１が作動させれることにより、下降端位置が調整される。
【００４１】
その後、上記エアシリンダ２５へのエアの給排が切換えられて下側の圧力室３５にエアが供給されつつ上側の圧力室３４からエアが排出されることによりピストン３３が上昇させられるとともに、上記スプリング２９の付勢力によりノズルシャフト２０ａがピストン３３に追従して上昇端位置まで上昇させられる。
【００４２】
このとき、エアシリンダ２５に設けられた上記クッション機構のエアクッション作用によりノズル部材２０の上昇端位置近傍での上昇が減速され、これによりノズル部材２０が上昇端位置に到達するときの衝撃が緩和される。そのため、上昇端位置到達時の衝撃による吸着部品のずれや脱落等が効果的に防止される。
【００４３】
そして、各ノズル部材２０毎に上述のような部品吸着動作が行われることによって、順次各ノズル部材２０によって部品の吸着が行われ、可能な場合は、複数のノズル部材２０により同時に部品の吸着が行われる。
【００４４】
部品供給部からの部品の取出しが完了すると、ヘッドユニット５がプリント基板３の上方に移動させられ、上記部品吸着時と同様、上記上下動用サーボモータ２１及びエアシリンダ２５の作動によりノズル部材２０が昇降させられるとともに、ノズル部材２０が下降端に達するタイミングでノズル部材２０への負圧の供給が遮断され、これによって部品がプリント基板３に装着される。この際、ノズル部材２０の下降前、あるいは下降後に回転用サーボモータ６０が駆動されることによりノズル部材２０が回転させられ、これにより部品の回転方向の位置決めが行われる。
【００４５】
このような部品装着のためのノズル部材２０の下降動作においても、エアシリンダ２５のクッション機構によりノズル部材２０の下降端近傍での下降が減速されてノズル部材２０の下降端位置での衝撃が緩和され、これによって吸着部品のずれや脱落等が防止される。
【００４６】
なお、部品装着時の回転方向の位置決めにおいて、上述のようにノズル部材２０を下降させた状態でノズル部材２０を回転させる場合には、スプリング２９が圧縮されることにより軸方向の付勢力がベアリング２８を介してノズルシャフト２０ａに働いているため、これがノズル部材２０の回転抵抗として作用することが懸念される。しかしながら、上記実装機では上述のように、スプリング２９の上端とベアリング２８との間にワッシャー３０を介して鋼球３１が転動自在に保持され、これによりベアリング２８とスプリング２９との相対回転が容易に行われ得るようになっているので、スプリング２９が圧縮された状態であってもその付勢力がノズル部材２０の回転抵抗として作用することが抑制される。そのため、ノズル部材２０を下降させた状態であってもノズル部材２０の回転がスムーズに行われて回転方向の位置決めが精度良く行われるようになっている。
【００４７】
そして、ヘッドユニット５の各ノズル部材２０によって部品が吸着されている場合には、ヘッドユニット５の移動、ノズル部材２０の回転及びノズル部材２０の昇降が連続的に行われることによって、順次各ノズル部材２０に吸着された部品がプリント基板３に装着される。
【００４８】
ところで、上記のような部品吸装着動作においては、図１０〜図１２に示すような各種昇降制御モードの中から部品の種類に応じて選択されたモードでノズル部材２０の昇降動作が行われる。
【００４９】
すなわち、図１０は、対象部品が標準チップ部品である場合の昇降制御モードを示している。部品吸着時には、同図（ａ）のように、先ず上記サーボモータ２１が駆動されることにより、ノズル先端と対象部品の上面との間の距離がエアシリンダ２５の作動ストロークに対応するようにノズル部材の高さ位置が調整される（ステップＳ１１）。次に、エアシリンダ２５の駆動によるノズル部材２０の下降が高速で行われ、つまり、エアシリンダ駆動用ソレノイドバルブ４４が下降駆動状態に切り替えられるとともに動作速度切替弁５２がオフとされることにより、ピストン３３が下降方向に高速で作動される（ステップＳ１２）。そして、ノズル部材２０が下降端位置に達してノズル先端が対象部品に当接すると、ノズル部材２０に供給される負圧により部品が吸着される（ステップＳ１３）。それから、エアシリンダ２５の駆動によるノズル部材２０の上昇が高速で行われ、つまり、ソレノイドバルブ４４が上昇駆動状態に切り替えられるとともに上記動作速度切替弁５２がオンに保持されることにより、ピストン３３が上昇方向に高速で移動される（ステップＳ１４）。
【００５０】
部品装着時にも、同図（ｂ）のように、先ずサーボモータ２１が駆動されることによりノズル部材２０の高さ位置が調整され（ステップＳ１６）、次に、エアシリンダ２５の駆動によるノズル部材２０の下降が高速で行われる（ステップＳ１７）。そして、ノズル部材２０が下降端位置に達すると負圧供給が停止されて部品がプリント基板３に装着され（ステップＳ１８）、それから、エアシリンダ２５の駆動によるノズル部材２０の上昇が高速で行われる（ステップＳ１９）。
【００５１】
このモードでは、部品吸着時、部品装着時のいずれにおいても、サーボモータ２１の駆動による高さ位置調節後に、エアシリンダ２５によるノズル部材２０の下降が高速で行われ、さらに吸・装着後のエアシリンダ２５によるノズル部材２０の上昇も高速で行われることにより、サイクルタイムが短縮される。この場合、上記標準チップ部品に対してはノズル部材２０の吸着力が充分に作用し、また、上記クッション機構によるエアクッション作用が発揮されることにより、ノズル部材２０の昇降が高速で行われても部品が脱落したりずれたりすることがない。
【００５２】
次に、図１１は、対象部品が、ノズル部材２０による吸着力が低下し易い特殊形状部品（例えば上面に凹凸、溝等を有する部品）や、重量の大きい部品である場合の昇降制御モードを示している。部品吸着時には、同図（ａ）のように、先ずサーボモータ２１が駆動されることによりノズル部材２０の高さ位置が調整され（ステップＳ２１）、次に、エアシリンダ２５の駆動によるノズル部材２０の下降が低速で行われ、つまり、ソレノイドバルブ４４が下降駆動状態に切り替えられるとともに動作速度切替弁５２がオンとされることにより、ピストン３３が下降方向に低速で作動される（ステップＳ２２）。そして、ノズル部材２０が下降端位置に達して部品が吸着される（ステップＳ２３）。それから、エアシリンダ２５の駆動によるノズル部材２０の上昇が低速で行われ、つまり、ソレノイドバルブ４４が上昇駆動状態に切り替えられるとともに動作速度切替弁５２がオンに保持されることにより、ピストン３３が上昇方向に低速で作動される（ステップＳ２４）。
【００５３】
一方、部品装着時には、同図（ｂ）のように、先ずサーボモータ２１が駆動されることによりノズル部材２０の高さ位置が調整され（ステップＳ２５）、次に、エアシリンダ２５の駆動によるノズル部材２０の下降が低速で行われ（ステップＳ２６）、下降端位置に達すると部品がプリント基板３に装着され（ステップＳ２７）、それから、エアシリンダ２５の駆動によるノズル部材２０の上昇が低速で行われる（ステップＳ２８）。
【００５４】
さらに、図１２は、対象部品が、例えばＱＦＰのように特に高精度搭載を必要とする部品である場合の昇降制御モードを示している。部品吸着時には、同図（ａ）に示すように、先ず、エアシリンダ２５の駆動によるノズル部材２０の下降が低速で行われ（ステップＳ３１）、これにより対象部品に近接する位置までノズル部材２０が下降してから、サーボモータ２１が駆動されることによりノズル部材２０が部品に当接する位置まで緩やかに下降する（ステップＳ３２）。そして、部品が吸着され（ステップＳ３３）、それから、エアシリンダ２５の駆動によるノズル部材２０の上昇が低速で行われるとともに、サーボモータ２１が上昇方向に駆動される（ステップＳ３４）。
【００５５】
一方、部品装着時には、同図（ｂ）のように、先ず、エアシリンダ２５の駆動によるノズル部材２０の下降が低速で行われ（ステップＳ３６）、これにより対象部品に近接する位置までノズル部材２０が下降してから、サーボモータ２１が駆動されることによりにノズル部材２０がプリント基板３に到達する位置まで緩やかに下降する（ステップＳ３７）。そして、部品が装着され（ステップＳ３８）、それから、エアシリンダ２５の駆動によるノズル部材２０の上昇が低速で行われるとともに、サーボモータ２１が上昇方向に駆動される（ステップＳ３９）。
【００５６】
図１１及び図１２に示すモードでは、部品吸装着の際はノズル部材２０の昇降動作が低速で行われるとともに、上記クッション機構によるエアクッション作用が発揮されることにより、対象部品が特殊形状部品や重量の大きい部品である場合や、高精度搭載を必要とする部品であっても、部品の脱落が効果的に防止される。特に、図１２に示すモードでは、部品吸装着の際には、エアシリンダ２５による下降が行われから、サーボモータ２１の駆動によりノズル部材２０が部品に到達するまで緩やかに下降されるため、ノズル部材２０が部品に当接する際や、部品吸着状態でのノズル部材昇降中に部品がずれ動くことが効果的に抑えられ、これにより実装精度が高められる。
【００５７】
以上説明したように、上記実装機によれば、エアシリンダ２５に設けられた上記クッション機構によるエアクッション作用によってノズル部材２０の昇降動作における上昇端位置近傍及び下降端位置近傍での移動を減速するようにしているので、エアシリンダ２５によるノズル部材２０の昇降速度を比較的高く設定しても、ノズル部材２０の上昇端位置及び下降端位置での衝撃を効果的に緩和して吸着部品のずれや脱落を防止することができる。つまり、換言すればエアシリンダ２５によるノズル部材２０の昇降速度を高く設定してサイクルタイムの短縮化を達成しながら、実装精度を適切に確保することができる。特に、上記実施形態のように、ノズル昇降動作を対象部品の種類に応じて変更設定することで、部品の脱落等の生じない範囲で可及的にサイクルタイムを短縮することができる。
【００５８】
また、上述のクッション機構はエアシリンダ２５に一体に設けられ、しかもエアシリンダ２５におけるピストン及びシリンダに形状的な特徴を持たせ、ピストン３３にシール部材３９ａ，３９ｂを設けた簡素な構成でもって達成されるため、別途ダンパー部材等を設ける構成に比べると極めてコンパクトな構成でもってクッション作用を発揮させることができる。従って、クッション機構を設けるにあたりヘッドユニット５をいたずらに大型化したり、あるいは著しい重量の増大を招くといった弊害を伴うことがない。
【００５９】
なお、上記実施形態の実装機は、本発明に係る表面実装機の一例であって、その具体的構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では、エアシリンダ２５の上下の内枠部４０ａ，４０ｂにそれぞれサブポート４１ａ，４１ｂを形成し、これによりクッション室４２，４３に封入されたエアを徐々に排出するようにしているが、このようなサブポート４１ａ，４１ｂを設ける代わりに、例えば、各内枠部４０ａ，４０ｂに軸方向に延びる細溝を形成し、この細溝を介してクッション室４２，４３に封入されたエアを徐々に排出するように構成してもよい。また、サブポート４１ａ，４１ｂや上記細溝等を設ける以外に、シール部材３９ａ，３９ｂに切り込みを設け、これにより小径部３８ａ，３８ｂと内枠部４０ａ，４０ｂとの間を介してクッション室４２，４３内に封入されたエアを排出するように構成してもよい。
【００６０】
また、上記実装機では、部品認識用カメラ１７を固定側の単位コンベア２ａとその側方の部品供給部４との間に配置しているが、必ずしもこのように配置する必要はない。但し、上記実装機のように可動式のコンベア２を備えた装置においては上記実施形態のように配置する方が実装効率を高める上で望ましい。
【００６１】
すなわち、最小サイズのプリント基板３を搬送する場合、通常、実装効率を考慮してプリント基板３に近い部品供給部４、つまり固定側の単位コンベア２ａの側方の部品供給部４から部品を供給することこが行われるため、固定側の単位コンベア２ａとその側方の部品供給部４との間に部品認識用カメラ１７を配置することで部品認識のためのヘッドユニット５の移動量を最小限に抑えることができ、これにより実装効率を高めることが可能となる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の表面実装機によれば、ピストンが移動端位置近傍に達すると、ピストンの小径部がシリンダの細筒部に挿入されて細筒部と小径部との間がシール部材によってシールされ、この状態でピストンの小径部とシリンダ内壁との間にエアが封入されることにより、封入エアによるクッション作用でもってピストンの移動が減速されるので、ノズル部材の移動端位置、つまり上昇端位置、あるいは下降端位置での衝撃を効果的に緩和することができる。
【００６３】
そのため、エアシリンダによるノズル部材の昇降速度を高く設定してサイクルタイムの短縮化を図りながらも、ノズル部材の移動端位置での吸着部品のずれや脱落を好適に防止することができる。
【００６４】
しかもエアシリンダにおけるピストン及びシリンダに形状的な特徴を持たせてシール部材を設けた簡単な構成で上述の作用効果を得ることができるので、実施に際してヘッドユニットをいたずらに大型化したり、あるいは著しい重量の増大を伴うことがない。
【００６５】
また、モータによるハウジングとエアシリンダによるノズル部材の作動順序を電子部品の種類に応じて切換るため、より適切に部品の実装を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による表面実装機全体の概略平面図である。
【図２】上記実装機におけるヘッドユニットの構成を示す正面図である。
【図３】上記ヘッドユニットの側面図である。
【図４】ノズル部材及びその昇降駆動機構を示す要部断面図である。
【図５】上記ヘッドユニットの底面図である。
【図６】ノズル部材の構造を示す部分断面図である。
【図７】（ａ）（ｂ）（ｃ）はノズル部材下降時のエアシリンダの動作を示す断面図である。
【図８】（ａ）（ｂ）（ｃ）はノズル部材上昇時のエアシリンダの動作を示す断面図である。
【図９】エアシリンダに対するエア供給系統の回路図である。
【図１０】（ａ）（ｂ）は標準チップ部品を処理対象とする場合の部品吸着時及び部品装着時の制御を示すフローチャートである。
【図１１】（ａ）（ｂ）は特殊形状部品等を処理対象とする場合の部品吸着時及び部品装着時の制御を示すフローチャートである。
【図１２】（ａ）（ｂ）は高精度搭載が必要な部品を処理対象とする場合の部品吸着時及び部品装着時の制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
５  ヘッドユニット
２０  ノズル部材
２０ａ  ノズルシャフト
２０ｂ  ノズルホルダ
２０ｃ  ノズル
２２  ハウジング
２５  エアシリンダ
２６  ノズルガイド
２７，２９  スプリング
２８  ベアリング
３３  ピストン
３３ａ  スリーブ
３４  上側圧力室
３５  下側圧力室
３６，３７  ポート
３８ａ，３８ｂ  小径部
３９ａ，３９ｂ  シール部材
４０ａ，４０ｂ  内枠部
４１ａ、４１ｂ  サブポート
４２，４３  クッション室
【図１】
0003597630.tif 000002
【図２】
0003597630.tif 000003
【図３】
0003597630.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003597630.tif 000006
【図６】
0003597630.tif 000007
【図７】
0003597630.tif 000008
【図８】
0003597630.tif 000009
【図９】
0003597630.tif 000010
【図１０】
0003597630.tif 000011
【図１１】
0003597630.tif 000012
【図１２】
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