(57)【要約】【課題】簡単な構成でありながら、低荷重から高荷重までの広範囲に亘る加圧力の下で高精度な部品搭載を１台の搭載ヘッドで実現できるようにする。【解決手段】Ｘ軸駆動手段及びＹ軸駆動手段により平面方向に移動可能な搭載ヘッド１３が、部品を吸着保持する吸着ノズル１３ａと、該吸着ノズルをＺ軸方向に進退動させる加圧駆動手段１１０と、該加圧駆動手段を固定し支持する支持フレーム１０９と、該支持フレームをＺ軸方向に進退動させ、前記加圧駆動手段と一体で前記吸着ノズルを同方向に移動させるＺ軸駆動手段２３と、前記吸着ノズルに加わる接触荷重を検出するロードセル１１６とを備えた部品実装装置において、前記支持フレームに、前記ロードセルの検出荷重範囲を超える範囲の接触荷重を検出可能な歪ゲージ１２３を付設した。【選択図】図３
2009212138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ軸駆動手段及びＹ軸駆動手段により平面方向に移動可能な搭載ヘッドが、部品を吸着保持する吸着ノズルと、該吸着ノズルをＺ軸方向に進退動させる加圧駆動手段と、該加圧駆動手段を固定し支持する支持フレームと、該支持フレームをＺ軸方向に進退動させ、前記加圧駆動手段と一体で前記吸着ノズルを同方向に移動させるＺ軸駆動手段と、前記吸着ノズルに加わる接触荷重を検出するロードセルとを備えた部品実装装置において、
前記支持フレームに、前記ロードセルの検出荷重範囲を超える範囲の接触荷重を検出可能な歪ゲージを付設したことを特徴とする部品実装装置。
【請求項２】
Ｘ軸駆動手段及びＹ軸駆動手段により平面方向に移動可能な搭載ヘッドが、部品を吸着保持する吸着ノズルと、該吸着ノズルをＺ軸方向に進退動させる加圧駆動手段と、該加圧駆動手段を固定し支持する支持フレームと、該支持フレームをＺ軸方向に進退動させ、前記加圧駆動手段と一体で前記吸着ノズルを同方向に移動させるＺ軸駆動手段と、前記吸着ノズルに加わる接触荷重を検出するロードセルとを備えた部品実装装置において、
前記吸着ノズルの軸方向途中に、前記ロードセルの検出荷重範囲を超える範囲の接触荷重を検出可能な圧電素子を介設したことを特徴とする部品実装装置。
【請求項３】
Ｘ軸駆動手段及びＹ軸駆動手段により平面方向に移動可能な搭載ヘッドが、部品を吸着保持する吸着ノズルと、該吸着ノズルをＺ軸方向に進退動させる加圧駆動手段と、該加圧駆動手段を固定し支持する支持フレームと、該支持フレームをＺ軸方向に進退動させ、前記加圧駆動手段と一体で前記吸着ノズルを同方向に移動させるＺ軸駆動手段と、前記吸着ノズルに加わる接触荷重を検出するロードセルとを備えた部品実装装置において、
前記吸着ノズルが下端部に装着されるノズルシャフトの途中に、前記ロードセルの検出荷重範囲を超える範囲の接触荷重を検出可能な超磁歪素子を介設すると共に、該超磁歪素子の周囲に透磁率の変化を検出するコイルを配設したことを特徴とする部品実装装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品をプリント基板または液晶のディスプレイパネル基板などに加圧を行ないながら自動的に実装する部品実装装置に関し、特に荷重検出器にて加圧量を検出しながら加圧を行なう搭載ヘッドを備えた部品実装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品をプリント基板等に加圧を行ないながら自動的に実装する部品実装装置としては、図１７に示す搭載ヘッドを備えたものが特許文献１に開示されている。
【０００３】
この搭載ヘッド２００では、部品吸着時の下降動作を、図１８のフローチャートに従い以下のように行なう。
【０００４】
まず、ロードセル２１５で検出された無負荷時の初期荷重を記憶し（ステップ５１）、図示しない動作制御手段の制御に従いＺ軸モータ（第１の上下動手段）２２１によりリニアガイド２１７に沿って可動ブラケット２１４を下降目標位置に向けて下降駆動する（ステップ５２）。
【０００５】
又、このとき、動作制御手段の制御に従いボイスコイルモータ（第２の上下動手段）２３４により、下部フランジ２３５がスラスト軸受２３６に加圧当接するまで下降駆動し（ステップ５３）、回転ケース２３１の上下振動を防止する。
【０００６】
可動ブラケット２１４の下降動作中において、動作制御手段はロードセル２１５の出力に基づく加圧力の検出値が初期荷重と下降時閾値との合計値を超えるか否かを判定し（ステップ５４）、超えない場合にはエンコーダ２２２の出力から下降目標位置に到達したか否かを判定する（ステップ５５）。到達していない場合は、再びステップ５４の処理に戻る。
【０００７】
一方、可動ブラケット２１４の下降により、吸着ノズル２１２の先端部が電子部品Ｃに当接すると、ロードセル２１５の検出圧力が増加し、初期荷重と加圧時閾値との合計値を超えることになる。これにより、動作制御手段はボイスコイルモータ２３４を上昇駆動させる動作制御を行ない（ステップ５７）、ステップ５４に戻る。動作制御手段はロードセル２１５の検出圧力を、初期荷重と下降時閾値との合計値と比較し、検出圧力が上回っている場合には更にボイスコイルモータ２３４による回転ケース２３１の上昇駆動制御を行なう（ステップ５７）。
【０００８】
そして、ステップ５４で検出圧力が下回る（ＮＯ）の場合にはステップ５５に移り、エンコーダ２２２の出力から可動ブラケット２１４の現在位置を確認する。
【０００９】
可動ブラケット２１４が下降目標位置に到達したと判断されると（ステップ５５でＹＥＳ）、動作制御手段はＺ軸モータ２２１の駆動を停止する（ステップ５６）。これにより、吸着ノズル２１２の下降動作制御は終了する。なお、この下降動作終了後は、吸着ノズル２１２の先端部は電子部品Ｃに目標とする加圧力で当接した状態にあり、制御手段は負圧供給手段（図示せず）の駆動を開始する動作制御を行ない、吸着ノズル２１２内を負圧として先端部に電子部品Ｃの吸着を行なう。
【００１０】
このように、電子部品Ｃの吸着が完了すると、Ｚ軸モータ２２１を駆動し、ブラケット２１４を上昇させて吸着ノズル２１２を引き上げた後、搭載ヘッド２００を基板上方へ移動させ、前記フローチャートと実質的に同一の手順に従って基板上の目標位置に部品を目標とする加圧力の下で搭載する搭載制御を行なう。
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−１５８７４３号公報
【特許文献２】特開２００５−３２８６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前記特許文献１、２に開示されている部品実装装置には、以下のような問題があった。
【００１３】
近年、利用者から１台の搭載ヘッドで大部品から小部品まで搭載できるようにしたいという要望があり、これに応えて、広範囲の荷重を検出できるようにするために、高容量のロードセルを使用すると、ロードセル出力をＡ／Ｄ変換してデータを取込む際に分解能が悪くなったり、高分解能のＡ／Ｄ変換器が必要になったり、Ｓ／Ｎ比が悪くなりノイズなどの影響で精度が悪化する。
【００１４】
また、この問題を回避するために高荷重用にロードセルをもう一台組み込むことも考えられるが、この場合は圧力を検出する為にヘッド内の加圧検出部の内部に更にロードセルやばねなどを追加して設けることになるため、構造が複雑になる上にヘッドが高さ方向に長くなってしまい、重量増加やメンテナンス性の悪化、ひいてはコストアップを来すことになる。
【００１５】
本発明は、前記従来の問題点を解決するために、簡単な構成でありながら、低荷重から高荷重までの広範囲に亘る加圧力の下で高精度な部品搭載を１台の搭載ヘッドで実現できる部品実装装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、Ｘ軸駆動手段及びＹ軸駆動手段により平面方向に移動可能な搭載ヘッドが、部品を吸着保持する吸着ノズルと、該吸着ノズルをＺ軸方向に進退動させる加圧駆動手段と、該加圧駆動手段を固定し支持する支持フレームと、該支持フレームをＺ軸方向に進退動させ、前記加圧駆動手段と一体で前記吸着ノズルを同方向に移動させるＺ軸駆動手段と、前記吸着ノズルに加わる接触荷重を検出するロードセルとを備えた部品実装装置において、前記支持フレームに、前記ロードセルの検出荷重範囲を超える範囲の接触荷重を検出可能な歪ゲージを付設したことにより、前記課題を解決したものである。
【００１７】
本発明は、又、Ｘ軸駆動手段及びＹ軸駆動手段により平面方向に移動可能な搭載ヘッドが、部品を吸着保持する吸着ノズルと、該吸着ノズルをＺ軸方向に進退動させる加圧駆動手段と、該加圧駆動手段を固定し支持する支持フレームと、該支持フレームをＺ軸方向に進退動させ、前記加圧駆動手段と一体で前記吸着ノズルを同方向に移動させるＺ軸駆動手段と、前記吸着ノズルに加わる接触荷重を検出するロードセルとを備えた部品実装装置において、前記吸着ノズルの軸方向途中に、前記ロードセルの検出荷重範囲を超える範囲の接触荷重を検出可能な圧電素子を介設したことにより、同様に前記課題を解決したものである。
【００１８】
本発明は、更に、Ｘ軸駆動手段及びＹ軸駆動手段により平面方向に移動可能な搭載ヘッドが、部品を吸着保持する吸着ノズルと、該吸着ノズルをＺ軸方向に進退動させる加圧駆動手段と、該加圧駆動手段を固定し支持する支持フレームと、該支持フレームをＺ軸方向に進退動させ、前記加圧駆動手段と一体で前記吸着ノズルを同方向に移動させるＺ軸駆動手段と、前記吸着ノズルに加わる接触荷重を検出するロードセルとを備えた部品実装装置において、前記吸着ノズルが下端部に装着されるノズルシャフトの途中に、前記ロードセルの検出荷重範囲を超える範囲の接触荷重を検出可能な超磁歪素子を介設すると共に、該超磁歪素子の周囲に透磁率の変化を検出するコイルを配設したことにより、同様に前記課題を解決したものである。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の本発明によれば、低荷重検出用のロードセルと共に、該ロードセルの検出範囲を超える高荷重検出に対応する歪ゲージを本体フレームに付設するようにしたので、搭載ヘッド自体を大形化することなく、広範囲に亘る加圧力の下で高精度な部品搭載を実現することが可能となる。
【００２０】
請求項２の発明によれば、低荷重検出用のロードセルと共に、該ロードセルの検出範囲を超える高荷重検出に対応する圧電素子を吸着ノズルの軸方向途中に介設するようにしたので、同様に搭載ヘッド自体を大形化することなく、広範囲に亘る加圧力の下で高精度な部品搭載を実現することが可能となる。
【００２１】
請求項３の発明によれば、低荷重検出用のロードセルと共に、該ロードセルの検出範囲を超える高荷重検出に対応する超磁歪素子をノズルシャフトの途中に介設し、その周囲に透磁率の変化を検出するコイルを配設するようにしたので、同様に搭載ヘッド自体を大形化することなく、広範囲に亘る加圧力の下で高精度な部品搭載を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明に係る第１実施形態の電子部品実装装置全体を一部破断して示す概略斜視図である。
【００２４】
本実施形態の電子部品実装装置１は、同図に示すように、中央部から少し後方で左右方向に延在する回路基板搬送路１５と、図示の下側に配設され、回路基板１０に実装される部品を供給する部品供給部１１と、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ配設されたＸ軸移動機構（Ｘ軸ガントリ）１２及びＹ軸移動機構（Ｙ軸ガントリ）１４を備えている。
【００２５】
Ｘ軸移動機構１２は、部品を吸着する吸着ノズル１３ａを備えた搭載ヘッド部１３をＸ軸方向に移動させ、またＹ軸移動機構１４は、Ｘ軸移動機構１２並びに搭載ヘッド部１３をＹ軸方向に移動させる。また搭載ヘッド部１３は、吸着ノズル１３ａを垂直方向（Ｚ軸方向）に昇降可能に移動させるＺ軸移動機構を備えていると共に、吸着ノズル１３ａをノズル軸（吸着軸）を中心に回転させるθ軸回転機構を備えている。また、搭載ヘッド部１３には、回路基板１０上に形成された基板マークを撮像する基板認識カメラ１７が、支持部材に取付けるようにして搭載されている。また、部品供給部１１の側部には、吸着ノズル１３ａに吸着された部品を下方から撮像する部品認識カメラ（撮像手段）１６が配置されている。
【００２６】
図２は、電子部品実装装置１の制御系の構成を示している。符号２０は、装置全体を制御するマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）、並びにＲＡＭ、ＲＯＭなどからなるコントローラ（制御手段）であり、これに接続されている以下に説明する２１〜３１の符号で示す各構成部をそれぞれ制御している。
【００２７】
Ｘ軸モータ２１は、Ｘ軸移動機構１２の駆動源で、搭載ヘッド部１３をＸ軸方向に移動させ、また、Ｙ軸モータ２２は、Ｙ軸移動機構１４の駆動源で、Ｘ軸移動機構１２をＹ軸方向に移動させ、それにより搭載ヘッド部１３はＸ軸方向とＹ軸方向に移動可能となっている。
【００２８】
Ｚ軸モータ２３は、吸着ノズル１３ａを昇降させるＺ軸駆動機構（不図示）の駆動源で、吸着ノズル１３ａをＺ軸方向（高さ方向）に昇降させる．また、θ軸モータ２４は、吸着ノズル１３ａのθ軸回転機構（不図示）の駆動源で、吸着ノズル１３ａをそのノズル中心軸（吸着軸）を中心にして回転させる。
【００２９】
画像認識装置２７は、吸着ノズル１３ａに吸着された部品１８の画像認識を行なうもので、Ａ／Ｄ変換器２７ａ、メモリ２７ｂ及びＣＰＵ２７ｃから構成される。そして、吸着された部品１８を撮像した部品認識カメラ１６から出力されるアナログの画像信号をＡ／Ｄ変換器２７ａによりデジタル信号に変換してメモリ２７ｂに格納し、ＣＰＵ２７ｃがその画像データに基づいて吸着された部品の認識を行なう。
【００３０】
即ち、画像認識装置２７は、部品中心と吸着角度を演算し、部品の吸着姿勢を認識する。また、画像認識装置２７は、基板認識カメラ１７で撮像された基板マークの画像を処理して基板マーク位置を演算する。
【００３１】
また、画像認識装置２７は、部品認識カメラ１６で撮像された部品１８の画像データと基板認識カメラ１７で撮像された基板マークデータを処理して、両方の補正データを制御手段２０へ転送する。
【００３２】
キーボード２８とマウス２９は、部品データなどのデータを入力するために用いられる。
【００３３】
記憶装置３０は、フラッシュメモリなどで構成され、キーボード２８とマウス２９により入力された部品データ、及び不図示のホストコンピュータから供給される部品データなどを格納するのに用いられる。
【００３４】
表示装置（モニタ）３１は、部品データ、演算データ、及び部品認識カメラ１６で撮像した部品１８の画像などをその表示画面３１ａに表示する。
【００３５】
実際に、実装基板の生産を開始し、部品を回路基板１０に搭載する段階では、予め基板認識カメラ１７で撮像された基板マークによる回路基板１０の基板補正データ（Δｘ、Δｙ、Δθ）は記憶装置３０に格納されている。
【００３６】
そして、部品供給装置１１から供給される部品１８を吸着ノズル１３ａで吸着し、搭載ヘッド部１３を部品認識カメラ１６上部に移動させて、該部品１８を同カメラ１６で撮像する。撮像された部品１８の画像は、画像認識装置２７で画像処理され補正データを制御手段（コントローラ）２０へ転送する。
【００３７】
制御手段２０は記憶装置３０から基板補正データと当該部品の部品データを読み出して、この部品データと前記転送された画像認識装置２７で演算された部品中心と部品の傾きをもとに、部品の搭載位置と吸着姿勢を認識する。続いて、部品搭載位置と部品中心と吸着中心間に位置ずれがあり、また角度ずれが検出されると、これらの総合位置ずれと角度ずれが、Ｘ軸モータ２１、Ｙ軸モータ２２、θ軸モータ２４を駆動することにより補正され、部品１８が所定の回路基板位置に正しい姿勢（基準角度）で搭載される。
【００３８】
次に、搭載ヘッド１３について図３を使用して説明を行なう。
【００３９】
搭載ヘッド１３はＸ軸移動機構１２とヘッドベース１００を介して連結固定されている。このヘッドベース１００は、リニアガイド１０１と接続され、支持フレーム（垂直Ｚ駆動部）１０９は垂直Ｚ軸方向に移動が可能な構造となっている。
【００４０】
搭載ヘッド１３の上部には、部品を回転動作させる為のθ軸モータ２４と、スプライン軸受とベアリングで構成された垂直回転駆動部軸受１０５と、垂直回転駆動シャフト１０４があり、またθ軸モータ２４の動力を垂直回転駆動シャフト１０４に不図示のプーリを介してベルト１０３で伝えるようになっており、更に支持フレーム１０９を垂直上下動させる為のＺ軸モータ２３がカップリング１０６を介してボールねじのねじ部１０７と接続されて取付けられている。
【００４１】
支持フレーム１０９の上部には、加圧用に上下方向に動作するボイスコイルモータ（以下、ＶＣＭという）１１０が取付けられ、固定されている。ＶＣＭ１１０は、その上部で支持フレーム１０９内の途中に上側ストッパ１１１ａが固定されている垂直回転駆動シャフト１０４を介して、前記θ軸モータ２４により回転可能に接続されている。また、ＶＣＭ１１０の下部は、下側ストッパ１１１ｂと加圧検知部１１３を介して、下端部に吸着ノズル１３ａが装着されているノズルシャフト１１４が接続されており、θモータ２４によりノズルシャフト１１４及び吸着ノズル１３ａを回転させることが出来る構造となっている。
【００４２】
又、支持フレーム１０９の水平方向に延びる腕部には、ボールねじのナット１０８が固定されており、Ｚ軸モータ２３を回転動作させることにより、ボールねじのナット部１０８によって支持フレーム１０９が上下に動作可能な構造となっており、ノズルシャフト１１４及び吸着ノズル１３ａを上下方向に動作出来るような構造になっている。
【００４３】
更に、本実施形態においては、前記ボールねじのナット１０８が固定され、Ｚ軸モータ２３により支持フレーム１０９を上下動可能にしている前記腕部の途中には、歪ゲージ１２３が貼付けてあり、吸着ノズル１３ａを回路基板等に突き当てた状態でＺ軸モータ２３により支持フレーム１０９に下方向の荷重を印加した場合に、該腕部に生じるＺ方向の歪量が検知できるようになっている。
【００４４】
次に、加圧検知部１１３について図３、図４を使用して説明する。
【００４５】
支持フレーム１０９には、円筒状の加圧検知部１１３が内蔵されており、支持フレーム１０９の内周と加圧検知部１１３の外周はボールガイド軸受１１２で支持されており、回転動作と垂直上下動作が可能な構造となっている。
【００４６】
加圧検知部１１３の下部には、ノズルシャフト１１４が下方に伸びており、ノズルシャフト１１４の下方の先端部にはノズルチャック機構１１５があり、これに吸着ノズル１３ａを装着して保持したり、交換したりできる構造となっている。この吸着ノズル１３ａは前記部品１８の吸着保持を行ない、前記回路基板１０に部品を搭載することが出来る。
【００４７】
次に加圧検知部１１３の内部構造について図４を用いて説明を行なう。
【００４８】
加圧検知部１１３の上部にはＶＣＭ１１０が取付けられており、ＶＣＭ１１０の固定子１１０ａには、コイルが巻かれている。また、ＶＣＭ１１０の可動子１１０ｂには、磁石が取付けられており、ＶＣＭ１１０の固定子１１０ａのコイルに通電することによりＶＣＭ１１０を垂直方向に駆動することが出来る。ＶＣＭ１１０の可動子１１０ｂの中心には、前記回転シャフト１０４に連結されたシャフトがあり、その下端部が加圧検知部１１３の上部と結合されている。
【００４９】
ＶＣＭ１１３の上下には、スラスト軸受を使用した前述の上側ストッパ１１１ａと下側ストッパ１１１ｂが取付けられている。
【００５０】
上側ストッパ１１１ａは、支持フレーム１０９の上側ストッパ１０９ａに突き当たるようになっている。又、下側ストッパ１１１ｂは、支持フレーム１０９の下側ストッパ１０９ｂに突き当たるようになっている。
【００５１】
これら上側ストッパ１１１ａと下側ストッパ１１１ｂによってＶＣＭ１１０は垂直方向の移動量が規制されている。又、上側ストッパ１１１ａ或いは下側ストッパ１１１ｂを支持フレーム１０９に当接させることによってＶＣＭ１１０の移動量が規制された状態でも回転動作が可能な構造となっている。
【００５２】
加圧検知部１１３の内部の上部には、ロードセル１１６が下向きに固定されている。ロードセル１１６の下方には、ばねを受ける為の上側支持プレート１１７が取付けられている。上側支持プレート１１７の下方には与圧ばね１１８があり、与圧ばね１１８の下方には、該与圧ばね１１８の下端部方を受けるための下側支持プレート１１９が取付けられている。下側支持プレート１１９には、ノズルシャフト１１４が固定されており、ノズルシャフト１１４はスプライン軸受１２２で回転方向は規制したまま上下動作が可能な構造となっている。
【００５３】
そして、このノズルシャフト１１４の下方には、前述したようにノズルチャック機構１１５が取付けられていてノズル１３ａを交換可能な構成となっている。
【００５４】
加圧検知部１１３の内部の下側支持プレート１１９の下方には、段部１２０が設けてあり、下側支持プレート１１９が突き当たるように下側支持プレート１１９の外形よりも小さく出来ている。
【００５５】
この下側支持プレート１１９の下方には、スプライン軸受１２２との間に自重キャンセルばね１２１が取付けられ、下側支持プレート１１９を押し上げている。自重キャンセルばね１２１のばね力は、与圧ばね１１８のばね力と、下側支部プレート１１９の重さと、ノズルシャフト１１４、ノズルチャック機構１１５及びノズル１３ａを加算した重さを支えるようになっており、しかも自重キャンセルばね１２１のばね力は、これらを支える力（与圧ばね１１８のばね力と、下側支部プレート１１９の重さと、ノズルシャフト１１４、ノズルチャック機構１１５及びノズル１３ａを加算した重さによる力）よりも若干低く設定されており、下側支持プレート１１９は、無負荷状態では段部１２０に突き当たるように構成されている。
【００５６】
従って、通常は下側支持プレート１１９が段部１２０に弱い力で押し付けられており、その弱い力以上の負荷がノズル１３ａの加わると、ロードセル１１６がそれを検知することになる。
【００５７】
ここでは、ロードセル１１６で検出できる荷重の範囲が０．５Ｎから５Ｎの範囲に設定され、ロードセルの出力電圧と荷重値の関係は、この範囲で図８のような関係になるように予め校正をとってコントローラ２０に保存してある。
【００５８】
また、本実施形態に適用される前記歪ゲージ１２３は、前記図３のように支持フレーム１０９の腕部の途中に貼り付けられ、該腕部は小さい荷重では変化しない（歪が発生しない）ため、比較的大荷重にて変化が出るように設計されている。ここでは、この歪ゲージ１２３による測定は、図９に示すように５Ｎから５０Ｎの範囲で計測するように設計してある。又、この歪ゲージ１２３については、ロードセル１１６の場合と同様に、出力電圧と荷重値との関係が、図８のような関係になるように予め校正し、コントローラ２０に保存してある。
【００５９】
以上の構成において電子部品の加圧搭載動作の流れを図１、図２、図３等を使用して説明する。但し、以下の説明では電子部品の符号を１２４とする。
【００６０】
図１の搭載ヘッド１３をＸ軸ガントリ１２、Ｙ軸ガントリ１４を動作させて電子部品供給装置１１の上方に搭載ヘッド１３を移動し、電子部品１２４を吸着する。
【００６１】
次いで、搭載ヘッド１３を部品認識カメラ１６の上方へ移動し、吸着した電子部品１２４を認識する。部品認識を完了した後、搭載ヘッド１３を回路基板１０上の搭載予定部へ移動し、電子部品１２４を搭載位置に搭載する。
【００６２】
まずは、ロードセルの検出可能範囲での部品搭載動作について、図３〜図７等を用いて説明を行なう。但し、図７以外は電子部品を省略してある。また、その際の動きについては、図１０のフローチャート、図１１のタイムチャート等を参照して説明する。
【００６３】
搭載ヘッド１３を回路基板１０上の部品搭載位置でＺ軸モータ２３を駆動させて支持フレーム１０９及びノズル１３ａを下降させる。
【００６４】
この時、図５に示すようにＶＣＭ１１０に電圧を加えて下方向に力を発生させ、下側ストッパ１１１ｂを支持フレーム１０９の下側ストッパ１０９ｂに突き当てておく。
【００６５】
吸着ノズル１３ａを下降し、搭載する回路基板１０の搭載高さの直前位置（第１高さ：Ｚ１）で吸着ノズル１３ａを急速停止を行なう（ステップ１、２）。このとき、加圧検知部１１３の重さと減速時の加速度により慣性の力が下方向に働くが、ＶＣＭ１１０の下側ストッパ１１１ｂにより位置が規制されている為にＶＣＭ１１０の発生している力以上の慣性力が下方向に働いても吸着ノズル１３ａ先端の位置に変化は見られない。
【００６６】
また、加圧検知部１１３の内部の段部１２０により、与圧ばね１１８の下側支持プレート１１９が突き当てで位置決めされているので減速時の加速度により慣性の力でノズルシャフト１１４及び接続されている下側支持プレート１１９が下に押し下がることを防止している。
【００６７】
吸着ノズル１３ａを停止した後に、第２高さ（Ｚ２）までの低速下降を開始するに当たり、衝突荷重が押さえられるように加圧用ＶＣＭ１１０に上向きの力（Ｖ１）を発生させる（ステップ３、４）。その後、Ｚ軸モータ２３を回路基板１０の搭載高さより０．５ｍｍ下位置までゆっくり動作させて衝突荷重を押さえつつ、吸着ノズル１３ａを下降する。
【００６８】
その途中で吸着ノズル１３ａで吸着した電子部品１２４の先端（下端）が回路基板１０に接触（０）するとロードセル１１６の出力値が変化（Ｌ０→Ｌ１）し、接触がわかるため、そのＺ軸高さを記憶する（ステップ５、６）。
【００６９】
ノズルの位置が目標高さＺ２である基板面より０．５ｍｍ下位置まで到達した後にＺ軸モータ２３を停止させ、下降動作を停止する。
【００７０】
搭載する電子部品１２４が回路基板１０に接触した後は、停止高さを維持し加圧用ＶＣＭ１１０に下向きの力（Ｖ２）を発生させて電子部品１２４に指定加圧量となるようにロードセル１１６の出力（Ｌ２）を保持しつつ加圧を加えながら部品加圧搭載を行なう（ステップ８、９）。
【００７１】
この時、Ｚ軸モータ２３の動きとＶＣＭ１１０の動きは、同期しておらず、平行して同時に独立して動作をしている。
【００７２】
電子部品１２４を所定時間加圧搭載した後に部品吸着の負圧を大気開放し、Ｚ軸モータ２３を動作させて支持フレーム１０９及び吸着ノズル１３ａを第３高さＺ０まで上昇させる（ステップ１０、１１）。
【００７３】
その後に次の電子部品の吸着位置へ移動を行なう。
【００７４】
次に、大荷重を加圧する歪みゲージ１２３の検出可能範囲での部品搭載動作について、前記図１〜図３及び図１２、１３等を参照して説明を行なう。
【００７５】
便宜上、ここに前記図１３に使用されている記号の意味をまとめておく。
【００７６】
Ｚ軸高さグラフ
Ｚ０：ＸＹ移動時のＺ軸高さ
Ｚ１：基板上面より微小位置高い高さ
０  ：基板上面高さ
Ｚ２：基板上面（０）より低く、ＶＣＭが自重キャンセル＋αで上方に動作しても基板に接触する高さより低い高さ
ＶＣＭ出力値
Ｖ１：自重キャンセル＋αの力
０  ：ＶＣＭの出力が０
Ｖ２：目標指定圧力
ＬＣ出力値（ロードセル）、歪出力値（歪ゲージ）
Ｌ０：無負荷時のロードセル（歪ゲージ）出力値
Ｌ１：基板に接触した時のロードセル（歪ゲージ）出力値
Ｌ２：目標荷重時のロードセル（歪ゲージ）出力値
【００７７】
以上を前提として、搭載ヘッド１３を回路基板１０上の部品搭載位置でＺ軸モータ２３を駆動させて支持フレーム１０９及び吸着ノズル１３ａを下降させる。
【００７８】
この時のＶＣＭ１１０に電圧を加えて下方向に力を発生させて図５のように下側ストッパ１１１ｂを支持フレーム１０９の下側ストッパ１０９ｂに突き当てておく。
【００７９】
吸着ノズル１３ａを下降し、搭載する回路基板１０の搭載高さの直前位置（第１高さ：Ｚ１）で吸着ノズル１３ａを急速停止を行なう（ステップ２１、２２）。このとき、加圧検知部１１３の重さと減速時の加速度により慣性の力が下方向に働くが、ＶＣＭ１１０の下側ストッパ１１１ｂにより位置が規制されている為にＶＣＭ１１０の発生している力以上の慣性力が下方向に働いても吸着ノズル１３ａ先端の位置に変化は見られない。
【００８０】
また、加圧検知部１１３の内部の段部１２０により、与圧ばね１１８の下側支持プレート１１９が突き当てで位置決めされているので減速時の加速度により慣性の力でノズルシャフト１１４及び接続されている下側支持プレート１１９が下に押し下がることを防止している。
【００８１】
吸着ノズル１３ａを停止した後に、第２高さ（Ｚ２）までの低速下降を開始するに当たり、衝突荷重が押さえられるように加圧用ＶＣＭ１１０に上向きの力（Ｖ１）を発生させる（ステップ２３、２４）。その後、Ｚ軸モータ２３を回路基板１０の搭載高さより１ｍｍ下位置である目標高さ（Ｚ２）までゆっくり動作させて衝突荷重を押さえつつ、吸着ノズル１３ａを下降する。
【００８２】
その途中で、吸着ノズル１３ａで吸着した電子部品の先端が回路基板１０に接触（０）するとロードセル１１６の出力値が変化（Ｌ０→Ｌ１）し、接触がわかる（ステップ２５）。その時のＺ軸高さを記憶する（ステップ２６）。
【００８３】
ノズルの位置が基板面より１ｍｍより下の位置Ｚ２に来た時には、加圧検知部１１３はロードセルの検出範囲以上の力がかかっている為にＶＣＭ１１０の上側ストッパ１１１ａは、図６のように支持フレーム１０９の上側ストッパ１０９ａに当接する。
【００８４】
支持フレーム１０９の上側ストッパ１０９ａに当たった後は、ロードセル１１６により加圧量の検出を維持しながらＺ軸モータ２３の下降を続ける（ステップ２７）。そうすると吸着ノズル１３ａ及びノズルシャフト１１４は、図７のように支持フレーム１０９の上側ストッパ１０９ａで動きが規制されている為に、荷重値はロードセル１１６の上限値を超え（ステップ２８）、支持フレーム１０９のボールねじのナット部１０８が取付けられている腕部がたわむ。
【００８５】
支持フレーム１０９のボールねじのナット部１０８が取付けられている腕がたわむと、支持フレーム１０９に取付けられた歪みゲージ１２３に出力が出てきて荷重値を検出する（ステップ２９）。歪みゲージ１２３の出力が目標荷重値に対応する出力（Ｌ２）となった時にＺ軸モータ２３の動きを止める（ステップ３０）。
【００８６】
この時、Ｚ軸モータ２３の位置は、目標高さＺ２に到達していなくても歪みゲージ１２３に出力（Ｌ２検出）を優先とし停止を行なう。
【００８７】
電子部品１２４を所定時間加圧搭載した後に部品吸着の負圧を大気開放し、Ｚ軸モータ２３を動作させて支持フレーム１０９及び吸着ノズル１３ａを第３高さＺ０まで上昇させる（ステップ３１、３２）。
【００８８】
その後に、次の電子部品の吸着位置へ移動を行なう。
【００８９】
以上詳述したように、本実施形態によれば以下の効果が得られる。
【００９０】
ロードセル１１６とは別に高荷重の荷重値を検出する為に歪みゲージ１２３を取付けているので広範囲の荷重を検出することが可能である。
【００９１】
また、歪みゲージ１２３では微小荷重及び低荷重は検出できないが、ロードセル１１６で微小荷重及び低荷重を検出できるのでセンサの検出範囲に無駄が無い。
【００９２】
しかも、低荷重ではロードセルで高精度に検出を行ない、高荷重で歪みを利用した検出を行なうことで、それぞれの荷重検出機構の荷重検出範囲にダブリを生じさせることがなく効率よく荷重検出機構を使用できる。
【００９３】
更に、高荷重を検出するセンサは、もともとある構造物にセンサ（歪ゲージ）を貼り付けているだけなので装置の大型化や複雑化を避けることができる。
【００９４】
なお、加圧量が最大加圧量以上になった場合に歪みゲージ１２３を貼り付けている支持フレーム１０９が塑性変形してしまったり、ボールねじに過負荷がかからないように歪みゲージ１２３の歪み量がある制限値以上になったりした場合には、加圧を中止し、エラー表示を出すようにしても良い。
【００９５】
図１４は、本発明に係る第２実施形態の特徴を示す吸着ノズルを含む拡大図である。
【００９６】
本実施形態は、圧電素子を使用した構造であり、ノズル１３ａの部品と接触する先端部の上部には、負圧を供給して部品吸着が可能なようにワッシャー（リング）状の圧電素子１２５が挟み込んである。ノズル１３ａを部品に押し当てると圧電素子１２５に圧縮方向の応力がかかり、その応力に応じて電荷が発生する。発生した電荷を不図示の増幅回路を通して出力をする。この圧電素子１２５からの出力を前記第１実施形態の歪みゲージ１２３の出力と同様に扱うことにより、荷重を制御することが出来る。
【００９７】
図１５は、本発明に係る第３実施形態の特徴を示す、前記図６に相当する断面図である。
【００９８】
本実施形態は、超磁歪素子を使用した構造であり、ノズルシャフト１１４の途中には、部品吸着が可能なように中空の円柱（円筒）形状の超磁歪素子１２６を挟み込んである。そして、この超磁歪素子１２６の外周部には、接触しないようにコイル１２７が配置されている。
【００９９】
即ち、吸着ノズル１３ａを部品に押し当てると超磁歪素子１２６に圧縮方向の応力がかかり、その応力に応じて透磁率が変化する。このように変化した透磁率を、コイル１２７に交流電流を流した際の、インダクタンスの変化から読み取り出力する。この超磁歪素子１２６からの出力を実施例の歪みゲージ１２３の出力と同様に扱うことにより、荷重を制御することが出来る。
【０１００】
上記超磁歪素子１２６による荷重検出原理を、図１６を参照して以下に説明する。超磁歪素子１２６の圧縮により磁束が変化した場合に生じる、電圧とその際に流れる電流の位相のずれ量から計測を行なう。
【０１０１】
その大きさは、図１６のような周期Ｔの交流電圧の流れが無負荷時の電流Ｖから負荷が加わって電流Ｉに変化したとすると次のようになる。但し、Ｒはコイルの抵抗、Ｌはインダクタンスである。
【０１０２】
【数１】
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【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明に係る第１実施形態の部品実装装置を一部破断して示す概略斜視図
【図２】本実施形態の部品実装装置が備えている制御系の概要を示すブロック図
【図３】本実施形態の部品実装装置が備えている搭載ヘッドを示す概略断面図
【図４】上記搭載ヘッドが有するＶＣＭと加圧検知部を中心に示す部分断面図
【図５】上記搭載ヘッドが有するＶＣＭと加圧検知部を中心に示す他の部分断面図
【図６】上記搭載ヘッドが有するＶＣＭと加圧検知部を中心に示す更に他の部分断面図
【図７】本実施形態の作用を示す前記図３に相当する概略断面図
【図８】センサ出力電圧と荷重値の関係を示す線図
【図９】ロードセルと歪ゲージの検出範囲の関係を示す線図
【図１０】ロードセルを使用する部品搭載時の加圧動作と上昇動作の概要を示すフローチャート
【図１１】ロードセルを使用する部品搭載時の加圧動作と上昇動作の概要を示すタイムチャート
【図１２】歪ゲージを使用する部品搭載時の加圧動作と上昇動作の概要を示すフローチャート
【図１３】歪ゲージを使用する部品搭載時の加圧動作と上昇動作の概要を示すタイムチャート
【図１４】第２実施形態の特徴を示す拡大部分断面図
【図１５】第３実施形態の特徴を示す図６に相当する部分断面図
【図１６】第３実施形態の検出原理を説明するための線図
【図１７】従来の搭載ヘッドの概要を示す断面図
【図１８】従来の搭載ヘッドによる部品搭載後の上昇動作を示すフローチャート
【符号の説明】
【０１０４】
１…部品実装装置
１３…搭載ヘッド
１３ａ…吸着ノズル
１２…Ｘ軸移動機構（ガントリ）
１４…Ｙ軸移動機構（ガントリ）
１８（１２４）…電子部品
２３…Ｚ軸モータ
１０９…支持フレーム
１１０…ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）
１１３…加圧検知部
１１４…ノズルシャフト
１１６…ロードセル
１２３…歪ゲージ
１２５…圧電素子
１２６…超磁歪素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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