(57)【要約】【課題】アブソリュートエンコーダの適用に伴うデータバックアップを必要とすることなく原点位置を調整可能な表面実装機のロータリー式の吸着ヘッドユニット及びその原点位置調整方法を提供すること。【解決手段】表面実装機の吸着ヘッドユニット１００において、ロータリーヘッド１２０をＲ方向に回転させるＲサーボモータのエンコーダのゼロカウント位置にて、回転部材１２３が、センサ１１７が反応する位置にあり、かつ、各スピンドル１２２のうち基準となるＮｏ．１のスピンドル１２１−１が押圧部材１１３の直下にあり、各スピンドルをＴ方向に回転させるＴサーボモータ１１４のエンコーダのゼロカウント位置にて、各スピンドルのＴ方向の位置が全て基準となる０度の位置にあり、押圧部材１１３をＺ方向に移動させるＺサーボモータのエンコーダのゼロカウント位置にて、押圧部材がＮｏ．１のスピンドルの上端と接触する位置にあるように構成する。【選択図】図３
2013143396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッド本体にロータリーヘッドが垂直軸周りのＲ方向に回転可能に取り付けられ、前記ロータリーヘッドには複数のスピンドルがそれぞれ軸線周りのＴ方向に回転可能に装着され、各スピンドルの先端には電子部品を吸着する吸着ノズルが装着され、スピンドルの上端を押圧して当該スピンドルを軸線方向に沿ったＺ方向に移動させる押圧部材が前記ヘッド本体の１箇所に配置され、前記ロータリーヘッドをＲ方向に回転させるＲサーボモータと、前記各スピンドルをＴ方向に回転させるＴサーボモータと、前記押圧部材をＺ方向に移動させるＺサーボモータとを有する表面実装機の吸着ヘッドユニットにおいて、
前記ロータリーヘッドとともにＲ方向に回転する回転部材と、この回転部材の回転経路上に配置され、前記回転部材の到来により反応するセンサとを設け、
前記Ｒサーボモータのエンコーダのゼロカウント位置にて、前記回転部材が、前記センサが反応する位置にあり、かつ、各スピンドルのうち基準となるＮｏ．１のスピンドルが前記押圧部材の直下にあり、
前記Ｔサーボモータのエンコーダのゼロカウント位置にて、各スピンドルのＴ方向の位置が全て基準となる０度の位置にあり、
前記Ｚサーボモータのエンコーダのゼロカウント位置にて、前記押圧部材が前記Ｎｏ．１のスピンドルの上端と接触する位置にあることを特徴とする表面実装機の吸着ヘッドユニット。
【請求項２】
前記センサが光センサであり、前記回転部材が、前記光センサを遮光する遮光部材である、請求項１に記載の表面実装機の吸着ヘッドユニット。
【請求項３】
前記押圧部材の上限位置を規定する上限ストッパーを有する、請求項１又は２に記載の表面実装機の吸着ヘッドユニット。
【請求項４】
前記Ｚサーボモータのトルク値を検出するトルクセンサを有し、前記トルクセンサで検出したトルク値が所定値以上となったことにより、前記押圧部材が上限位置に到達したことを検知する、請求項３に記載の表面実装機の吸着ヘッドユニット。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の表面実装機の吸着ヘッドユニットにおいて前記ロータリーヘッドのＲ方向の原点位置を調整する方法であって、
前記ロータリーヘッドとともに前記回転部材をＲ方向に回転させ、前記回転部材の到来により前記センサが反応した時点から、前記Ｒサーボモータを、そのエンコーダのパルス単位でＲ方向にピッチ送りし、ロータリーヘッドのＲ方向の原点位置を調整することを特徴とする表面実装機の吸着ヘッドユニットの原点位置調整方法。
【請求項６】
請求項３又は４に記載の表面実装機の吸着ヘッドユニットにおいて前記押圧部材のＺ方向の原点位置を調整する方法であって、
前記押圧部材を上限位置に到達させた後に前記押圧部材を下降させ、その下降過程で前記Ｚサーボモータのエンコーダのカウントが最初にゼロになった位置をゼロカウント位置として、そのゼロカウント位置にて前記押圧部材が前記Ｎｏ．１のスピンドルの上端と接触するようにすることを特徴とする表面実装機の吸着ヘッドユニットの原点位置調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣチップ等の電子部品をプリント基板上に実装する表面実装機において、電子部品を吸着する吸着ヘッドユニット及びその原点位置調整方法に関する。なお、本明細書では、電子部品のことを単に部品ともいう。
【背景技術】
【０００２】
表面実装機は、吸着ノズルを有する吸着ヘッドユニットにより、電子部品を部品供給部から吸着してプリント基板上に移送し、プリント基板上の所定位置に実装するように構成されている。
【０００３】
吸着ヘッドユニットは、一般的に、そのヘッド本体にロータリーヘッドが垂直軸周りのＲ方向に回転可能に取り付けられ、ロータリーヘッドには複数のスピンドルがそれぞれ軸線周りのＴ方向に回転可能に装着され、各スピンドルの先端には電子部品を吸着する吸着ノズルが装着され、スピンドルの上端を押圧して当該スピンドルを軸線方向に沿ったＺ方向に移動させる押圧部材がヘッド本体の１箇所に配置された構成を有する。更に、吸着ヘッドユニットのヘッド本体には、ロータリーヘッドをＲ方向に回転させるＲサーボモータと、各スピンドルをＴ方向に回転させるＴサーボモータと、押圧部材をＺ方向に移動させるＺサーボモータとが搭載される。以上の構成をユニット化したのが吸着ヘッドユニットであり、吸着ヘッドユニットは、吸着する部品の大きさや種類に応じて複数種準備される。そして、吸着する部品の大きさや種類に適応する吸着ヘッドユニットが選択され、表面実装機本体に装着される。また、吸着する部品の大きさや種類が変わったら、吸着ヘッドユニットを交換する。
【０００４】
このように吸着ヘッドユニットは、表面実装機本体に着脱されることから、新たに吸着ヘッドユニットを装着したら、その機械位置の原点を調整する必要がある。具体的には、吸着ヘッドユニットは上述のとおり、Ｒサーボモータ、Ｔサーボモータ及びＺサーボモータを有するから、Ｒ方向、Ｔ方向及びＺ方向の原点位置を調整する必要がある。原点位置が正確でないと、言うまでもなく部品の実装精度が悪くなる。
【０００５】
従来、サーボモータを使用した機械装置の原点位置を調整する方法としては、アブソリュートエンコーダの出力を利用する方法が知られている（例えば特許文献１）。アブソリュートエンコーダは、回転角の絶対値を出力し、停電時に動作量のデータが消失しないようにバッテリーでバックアップするため、電源投入時の原点復帰動作が不要であるという利点を有する。しかし、バッテリーが消失すると動作量のバックアップデータも消失するので、バッテリー消失後は原点復帰できないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１８５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、アブソリュートエンコーダの適用に伴うデータバックアップを必要とすることなく原点位置を調整可能な表面実装機のロータリー式の吸着ヘッドユニット及びその原点位置調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の表面実装機の吸着ヘッドユニットは、ヘッド本体にロータリーヘッドが垂直軸周りのＲ方向に回転可能に取り付けられ、前記ロータリーヘッドには複数のスピンドルがそれぞれ軸線周りのＴ方向に回転可能に装着され、各スピンドルの先端には電子部品を吸着する吸着ノズルが装着され、スピンドルの上端を押圧して当該スピンドルを軸線方向に沿ったＺ方向に移動させる押圧部材が前記ヘッド本体の１箇所に配置され、前記ロータリーヘッドをＲ方向に回転させるＲサーボモータと、前記各スピンドルをＴ方向に回転させるＴサーボモータと、前記押圧部材をＺ方向に移動させるＺサーボモータとを有する表面実装機の吸着ヘッドユニットにおいて、前記ロータリーヘッドとともにＲ方向に回転する回転部材と、この回転部材の回転経路上に配置され、前記回転部材の到来により反応するセンサとを設け、前記Ｒサーボモータのエンコーダのゼロカウント位置にて、前記回転部材が、前記センサが反応する位置にあり、かつ、各スピンドルのうち基準となるＮｏ．１のスピンドルが前記押圧部材の直下にあり、前記Ｔサーボモータのエンコーダのゼロカウント位置にて、各スピンドルのＴ方向の位置が全て基準となる０度の位置にあり、前記Ｚサーボモータのエンコーダのゼロカウント位置にて、前記押圧部材が前記Ｎｏ．１のスピンドルの上端と接触する位置にあることを特徴とする。
【０００９】
本発明において、前記センサは光センサとし、前記回転部材は前記光センサを遮光する遮光部材とすることができる。
【００１０】
また本発明においては、前記押圧部材の上限位置を規定する上限ストッパーを設けることができる。
【００１１】
更に本発明においては、前記Ｚサーボモータのトルク値を検出するトルクセンサを設け、前記トルクセンサで検出したトルク値が所定値以上となったことにより、前記押圧部材が上限位置に到達したことを検知するようにすることができる。
【００１２】
本発明の表面実装機の吸着ヘッドユニットの原点位置調整方法は、前記本発明の表面実装機の吸着ヘッドユニットにおいて前記ロータリーヘッドのＲ方向の原点位置を調整する方法であって、前記ロータリーヘッドとともに前記回転部材をＲ方向に回転させ、前記回転部材の到来により前記センサが反応した時点から、前記Ｒサーボモータを、そのエンコーダのパルス単位でＲ方向にピッチ送りし、ロータリーヘッドのＲ方向の原点位置を調整することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の表面実装機の吸着ヘッドユニットの原点位置調整方法は、前記上限ストッパーを有する本発明の表面実装機の吸着ヘッドユニットにおいて前記押圧部材のＺ方向の原点位置を調整する方法であって、前記押圧部材を上限位置に到達させた後に前記押圧部材を下降させ、その下降過程で前記Ｚサーボモータのエンコーダのカウントが最初にゼロになった位置をゼロカウント位置として、そのゼロカウント位置にて前記押圧部材が前記Ｎｏ．１のスピンドルの上端と接触するようにすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、各サーボモータのエンコーダのゼロカウント位置を基準として原点位置を調整するので、バッテリーによるデータバックアップを必要とすることなく原点位置を調整可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の表面実装機の吸着ヘッドユニットを表面実装機本体に装着するときの状態を示す全体構成図である。
【図２】図１の吸着ヘッドユニットの正面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例に基づき説明する。
【００１７】
図１は、本発明の表面実装機の吸着ヘッドユニットを表面実装機本体に装着するときの状態を示す全体構成図である。
【００１８】
吸着ヘッドユニット１００は、表面実装機本体２００のヘッドプレート２１０に着脱可能に装着される。
【００１９】
吸着ヘッドユニット１００は、ヘッド本体１１０にロータリーヘッド１２０を垂直軸周りのＲ方向に回転可能に取り付けてなる。
【００２０】
ヘッド本体１１０の上部に、吸着ヘッドユニット１００の電源線及び信号線を集約させたコネクタ１１１が設けられており、このコネクタ１１１を表面実装機本体２００の電源・信号供給部２２０に接続することで、吸着ヘッドユニット１００に電源及び信号が供給される。
【００２１】
ヘッドプレート２１０には、２本の位置決めピン２１１が水平方向に並んで設けられており、また、表面実装機本体２００の上部には、エア供給源に通じるエアカプラ２３０が複数配置さている。このエアカプラ２３０に吸着ヘッドユニット１００のエア配管（図示せず）を接続することで、吸着ヘッドユニット１００にエアが供給される。
【００２２】
吸着ヘッドユニット１００をヘッドプレート２１０に装着するときは、吸着ヘッドユニット１００を２本の位置決めピン２１１に引っ掛けて位置決めした上で、吸着ヘッドユニット１００をヘッドプレート２１０に向けてスライドさせる。そうすると、コネクタ１１１が電源・信号供給部２２０に自動的に接続される。その後、固定用ボルトで吸着ヘッドユニット１００をヘッドプレート２１０に固定し、エアカプラ２３０に吸着ヘッドユニット１００のエア配管を接続する。このエア配管の接続にはフレキシブルチューブを用いると便利である。
【００２３】
一方、吸着ヘッドユニット１００をヘッドプレート２１０から取り外すときは、上記の固定ボルトを取り外す。このとき、その固定ボルトはボルトホルダ１１２により保持され、落下しないでヘッド本体１１０側に取り付いた状態を維持する。その後、エアカプラ２３０から吸着ヘッドユニット１００のエア配管を取り外し、吸着ヘッドユニット１００を２本の位置決めピン２１１に引っ掛けた状態で、ヘッドプレート２１０から離れる方向にスライドさせる。これにより、コネクタ１１１は電源・信号供給部２２０から外れる。
【００２４】
このようにして、吸着ヘッドユニット１００は、表面実装機本体２００のヘッドプレート２１０に着脱され、適宜、吸着ヘッドユニット１００の交換が行われる。
【００２５】
次に、吸着ヘッドユニット１００の構成を説明する。図２は吸着ヘッドユニット１００の正面図、図３はそのＡ−Ａ断面図、図４はＢ−Ｂ断面図である。
【００２６】
ヘッド本体１１０にロータリーヘッド１２０が垂直軸周りのＲ方向に回転可能に取り付けられている。このロータリーヘッド１２０には複数のスピンドル１２１がそれぞれ軸線周りのＴ方向に回転可能に装着されている。各スピンドル１２１はロータリーヘッド１２０の周方向に等間隔で配置され、各スピンドル１２１の先端には電子部品を吸着する吸着ノズル１２２が装着されている。また、スピンドル１２１の上端を押圧してそのスピンドル１２１を軸線方向に沿ったＺ方向に移動させる押圧部材１１３がヘッド本体１１０の１箇所に配置されている。更に、ヘッド本体１１０には、ロータリーヘッド１２０をＲ方向に回転させるＲサーボモータ１１４と、各スピンドル１２１をＴ方向に回転させるＴサーボモータ１１５と、押圧部材１１３をＺ方向に移動させるＺサーボモータ１１６とが配置されている。
【００２７】
図２を参照すると、Ｒサーボモータ１１４のモータ軸１１４ａに固定されたギア１１４ｂは、ロータリーヘッド１２０の回転軸となる中空状の垂直軸１２０ａに固定されたギア１２０ｂに噛み合っている。したがって、Ｒサーボモータ１１４の駆動により、ロータリーヘッド１２０がＲ方向に回転する。一般的に、Ｒサーボモータ１１４側のギア１１４ｂとロータリーヘッド１２０側のギア１２０ｂとのギア比は、ロータリーヘッド１２０側が減速されるように設定され、本実施例ではギア比を８としている。
【００２８】
ロータリーヘッド１２０側のギア１２０ｂの上面に遮光部材１２３が上方に突出するように固定されている。すなわち、遮光部材１２３は、ロータリーヘッド１２０とともに同じ回転速度で回転する。この遮光部材１２３の回転経路上に光センサ１１７が配置されている。光センサ１１７はヘッド本体１１０に固定されている。光センサ１１７は遮光部材１２３が到来すると遮光されて反応する。
【００２９】
一方、Ｔサーボモータ１１５のモータ軸１１５ａに固定されたギア１１５ｂは、各スピンドル１２１に固定されたギア１２１ａの全てに噛み合っている。したがって、Ｔサーボモータ１１５の駆動により、各スピンドル１２１がＴ方向に回転する。一般的に、Ｔサーボモータ１１５側のギア１１５ｂとスピンドル１２１側のギア１２１ａとのギア比は、スピンドル１２１側が増速されるか、等速となるように設定され、本実施例ではギア比（増速比）を４：１としている。
【００３０】
なお、Ｔサーボモータ１１５のモータ軸１１５ａは、上述したロータリーヘッド１２０の垂直軸１２０ａ内に挿入されている。また、モータ軸１１５ａ内には、吸着ノズル１２２に負圧あるいは微正圧を供給するためのエア通路１１５ｃが設けられている。
【００３１】
図３を参照して、Ｚサーボモータ１１６のモータ軸１１６ａは、ボールねじ機構のねじ軸を構成し、このねじ軸（モータ軸１１６ａ）にナット１１６ｂが装着されている。そして、このナット１１６ｂに押圧部材１１３が連結されている。したがって、Ｚサーボモータ１１６の駆動により、ナット１１６ｂとともに押圧部材１１３がＺ方向に移動する。また、モータ軸１１６ａの上部にはナット１１６ｂの上限位置を規定する上限ストッパー１１６ｃが設けられている。この上限ストッパー１１６ｃにより、押圧部材１１３の上限位置も規定される。
【００３２】
また、Ｚサーボモータ１１６内又はその制御部内にＺサーボモータのトルク値を検出するトルクセンサが設けられており、このトルクセンサで検出したトルク値が所定値以上となったことにより、ナット１１６ｂが上限ストッパー１１６ｃに突き当たり、押圧部材１１３が上限位置に到達したことを検知するようにしている。
【００３３】
以上の構成において、吸着ヘッドユニット１００のＲ方向、Ｔ方向及びＺ方向の原点位置の調整は、以下の要領で行う。
【００３４】
（１）Ｒ方向の原点位置調整
Ｒ方向の原点位置調整は、Ｒサーボモータ１１４のエンコーダのゼロカウント位置にて、遮光部材１２３が、光センサ１１７が反応する位置（光センサ１１７を遮光する位置）にあり、かつ、各スピンドル１２１のうち基準となるＮｏ．１のスピンドル１２１−１（図３参照）が押圧部材１１３の直下に位置するようにする。言い換えれば、上述の位置関係となるように吸着ヘッドユニット１００を組み立てる。
【００３５】
また、より精密にＲ方向の原点位置を調整するために、ロータリーヘッド１２０とともに遮光部材１２３をＲ方向（時計回り方向）に回転させ、遮光部材１２３の到来により光センサ１１７が反応した時点、すなわち遮光部材１２３が光センサ１１７を遮光した時点から、Ｒサーボモータ１１４を、そのエンコーダのパルス単位でＲ方向にピッチ送りし、正確なＲ方向の原点位置に到達した時点で、その位置をＲ方向の原点位置とする。
【００３６】
なお、Ｒサーボモータ１１４をピッチ送り量はパルス単位で任意に決定される。すなわち、Ｒサーボモータ１１４のエンコーダの分解能（パルス／回転）に応じて、１パルス単位あるいは複数パルス単位でＲサーボモータ１１４をピッチ送りする。
【００３７】
図２で説明したように、Ｒサーボモータ１１４側のギア１１４ｂとロータリーヘッド１２０側のギア１２０ｂは、そのギア比により整数倍の減速機構を構成するので、Ｒサーボモータ１１４のエンコーダのゼロカウント位置にて、必ずしも遮光部材１２３が光センサ１１７を遮光する位置にあるとは限らない。したがって、上述のような原点位置調整方法が有効である。
【００３８】
（２）Ｔ方向の原点位置調整
Ｒ方向の原点位置調整は、Ｔサーボモータ１１５のエンコーダのゼロカウント位置にて、各スピンドル１２１のＴ方向の位置が全て基準となる０度の位置にあるようにする。言い換えれば、このような位置関係となるように吸着ヘッドユニット１００を組み立てる。
【００３９】
なお、図２で説明したように、Ｔサーボモータ１１５側のギア１１５ｂと各スピンドル１２１側のギア１２１ａは、そのギア比により整数倍の増速機構又は等速機構を構成するので、Ｔ方向の原点位置調整は上述で十分である。ただし、より精密なＴ方向の原点位置調整を行うには、上述したＲ方向の原点位置調整と同様に、Ｔサーボモータ１１５を、そのエンコーダのパルス単位でＴ方向にピッチ送りしながらＴ方向の原点位置調整を行うこともできる。
【００４０】
（３）Ｚ方向の原点位置調整
Ｚ方向の原点位置調整は、Ｚサーボモータ１１６のエンコーダのゼロカウント位置にて、押圧部材１１３がＮｏ．１のスピンドル１２１−１の上端と接触する位置に位置するようにする。言い換えれば、このような位置関係となるように吸着ヘッドユニット１００を組み立てる。
【００４１】
ここで、Ｚサーボモータ１１６は、Ｚ方向のストロークを十分に確保するため、そのストローク内でエンコーダのゼロカウント位置が複数（実施例では２箇所）存在することが多い。Ｚ方向の原点位置は、Ｚサーボモータ１１６のストロークの最上位のゼロカウント位置を基準とすることが好ましい。すなわち、押圧部材１１３を上限ストッパー１１６ｃで規定される上限位置に一旦到達させた後に押圧部材１１３を下降させ、その下降過程でＺサーボモータ１１６のエンコーダのカウントが最初にゼロになった位置をゼロカウント位置として、そのゼロカウント位置にて押圧部材１１６がＮｏ．１のスピンドル１２１−１の上端と接触するようにすることが好ましい。
【００４２】
以上のとおり、本発明によれば、サーボモータ１１４，１１５，１１６のエンコーダのゼロカウント位置を基準として原点位置を調整するので、バッテリーによるデータバックアップを必要とすることなく原点位置を調整可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１００  吸着ヘッドユニット
１１０  ヘッド本体
１１１  コネクタ
１１２  ボルトホルダ
１１３  押圧部材
１１４  Ｒサーボモータ
１１４ａ  モータ軸
１１４ｂ  ギア
１１５  Ｔサーボモータ
１１５ａ  モータ軸
１１５ｂ  ギア
１１５ｃ  エア通路
１１６  Ｚサーボモータ
１１６ａ  モータ軸（ねじ軸）
１１６ｂ  ナット
１１６ｃ  上限ストッパー
１１７  光センサ
１２０  ロータリーヘッド
１２０ａ  垂直軸
１２０ｂ  ギア
１２１  スピンドル
１２１−１  Ｎｏ．１スピンドル
１２１ａ  ギア
１２２  吸着ノズル
１２３  遮光部材（回転部材）
２００  表面実装機本体
２１０  ヘッドプレート
２１１  位置決めピン
２２０  電源・信号供給部
２３０  エアカプラ
【図１】
2013143396.tif 000003
【図２】
2013143396.tif 000004
【図３】
2013143396.tif 000005
【図４】
2013143396.tif 000006