(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空吸引装置と接続されたノズル本体と、
上記ノズル本体から下方へ垂設され、下端部に部品を直接真空吸着する吸引穴を有する吸着ノズルと、
上記吸着ノズルが摺動自在に挿通される貫通穴を持ち、かつ吸着ノズルに対して上下方向に相対移動自在に設けられたブレーキ板と、
上記ブレーキ板の下面が吸着ノズルの下端面より下方になるようにブレーキ板の下方向のストロークを規制し、ブレーキ板の下面が吸着ノズルの下端面と一致する高さまでブレーキ板の上昇を可能とし、かつブレーキ板の下面が吸着ノズルによる部品吸着力より低い力で部品の上面に接触するようにブレーキ板を支持するストローク規制手段と、を備えたことを特徴とする部品吸着装置。
【請求項２】
上記ノズル本体を第１の位置と第２の位置との間で移動させる作動手段が設けられ、
第１の位置に配置された部品を吸着して第２の位置へリリースするよう真空吸引装置および作動手段を制御する制御手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の部品吸着装置。
【請求項３】
上記ノズル本体には複数本の吸着ノズルが平行に垂設され、
上記ブレーキ板には各吸着ノズルが摺動自在に挿通される複数の貫通穴が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の部品吸着装置。
【請求項４】
上記ストローク規制手段は吊り下げボルトで構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の部品吸着装置。
【請求項５】
上記ストローク規制手段は引張スプリングで構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の部品吸着装置。
【請求項６】
上記ブレーキ板を下方へ付勢する圧縮スプリングが設けられ、
上記ブレーキ板は、その重量による力とスプリングの圧縮力との和に応じた力で部品の上面に接することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の部品吸着装置。
【請求項７】
真空吸引装置と接続されたノズル本体と、
上記ノズル本体から下方へ垂設され、下端部に部品を直接真空吸着する吸引穴を有する吸着ノズルと、
上記吸着ノズルが摺動自在に挿通される貫通穴を持ち、かつ吸着ノズルに対して上下方向に相対移動自在に設けられたブレーキ板と、
上記ブレーキ板の下面が吸着ノズルの下端面より下方になるようにブレーキ板の下方向のストロークを規制し、ブレーキ板の下面が吸着ノズルの下端面と一致する高さまでブレーキ板の上昇を可能とし、かつブレーキ板の下面が吸着ノズルによる部品吸着力より低い力で部品の上面に接触するようにブレーキ板を支持するストローク規制手段と、
上記ノズル本体を第１の位置と第２の位置との間で移動させる作動手段とを備えた部品吸着装置を用い、
第１の位置に配置された部品を吸着ノズルで吸着するとともに、ブレーキ板を部品の上面に接触させる工程と、
吸着ノズルにより部品を吸着し、かつ部品の上面にブレーキ板を所定の力で接触させた状態で、ノズル本体を第１の位置から第２の位置に移動させる工程と、
第２の位置で吸着ノズルの吸引を停止することにより、ブレーキ板の押し付け力により部品を吸着ノズルから引き離し、部品を第２の位置にリリースする工程と、を有することを特徴とする部品の移載方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は微小部品の移載や実装、組立などに適した部品吸着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、小型の電子部品を回路基板に自動実装する場合や、電子部品をパレットとフィーダとの間で移載する場合などに、部品吸着装置が広く用いられている。部品吸着装置は、部品を真空吸着するノズルと、このノズルを上下方向および水平方向に作動させる作動手段とを備えており、作動手段はノズルを上下方向に移動させるボイスコイルモータ、シリンダ、カム機構などの昇降機構と、ノズルを含む昇降機構全体を水平方向へ移動させるＸＹロボットなどの移動機構とで構成されている。上記作動手段によってノズルを上下方向および水平方向に移動させることで、部品の吸着，実装，移載などの作業を行うことができる。
【０００３】
従来の部品吸着装置では、吸着された電子部品の移動中の姿勢を安定化させるために、吸着ノズルの吸引圧を高くしたり、吸引穴を大きくするなどの対策がとられている。
また、吸着された電子部品をリリースする場合には、吸着ノズルから圧縮エアーを吹き出すのが通例である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、吸着ノズルの吸引圧を高くすると、部品が圧電部品のような脆弱な部品である場合、部品の割れや欠けなどを招きやすく、部品の信頼性が低下する。
また、吸引穴の径を大きくすると、微小部品を取り扱う場合には、部品とノズルとの相対位置がずれた時に部品が吸引穴に入り込んでしまうという問題がある。さらに、リリース時にノズルから圧縮エアーを吹き出すと、部品の姿勢が悪化するという問題がある。特に、高精度な位置決めを必要とする実装時には、回路との接続不良を招く可能性がある。
複数のノズルを用いて複数の部品を一括して移載するマルチノズルタイプの部品吸着装置の場合には、個々のノズルで圧縮エアーの吹き出し量にばらつきがあると、部品のリリースタイミングにずれを生じ、能力低下を招く欠点がある。
【０００５】
圧縮エアーの吹き出しに代えて、ノズルに対して横方向から掻き取り部材を作動させることで、ノズルに付着している電子部品を掻き取る方法もあるが、この場合にはノズルの近傍に掻き取り機構を設ける必要があるので、機構が複雑になり、コスト上昇を招く欠点がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、部品を吸着して移動している間、部品姿勢を保ったまま移動でき、かつリリース時に圧縮エアーの吹き出しを必要としない機構の簡単な部品吸着装置および部品の移載方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、請求項１または７に記載の発明によって達成される。
請求項１に係る発明は、真空吸引装置と接続されたノズル本体と、上記ノズル本体から下方へ垂設され、下端部に部品を直接真空吸着する吸引穴を有する吸着ノズルと、上記吸着ノズルが摺動自在に挿通される貫通穴を持ち、かつ吸着ノズルに対して上下方向に相対移動自在に設けられたブレーキ板と、上記ブレーキ板の下面が吸着ノズルの下端面より下方になるようにブレーキ板の下方向のストロークを規制し、ブレーキ板の下面が吸着ノズルの下端面と一致する高さまでブレーキ板の上昇を可能とし、かつブレーキ板の下面が吸着ノズルによる部品吸着力より低い力で部品の上面に接触するようにブレーキ板を支持するストローク規制手段と、を備えたことを特徴とする部品吸着装置である。
【０００８】
また、請求項７に係る発明は、真空吸引装置と接続されたノズル本体と、上記ノズル本体から下方へ垂設され、下端部に部品を直接真空吸着する吸引穴を有する吸着ノズルと、上記吸着ノズルが摺動自在に挿通される貫通穴を持ち、かつ吸着ノズルに対して上下方向に相対移動自在に設けられたブレーキ板と、上記ブレーキ板の下面が吸着ノズルの下端面より下方になるようにブレーキ板の下方向のストロークを規制し、ブレーキ板の下面が吸着ノズルの下端面と一致する高さまでブレーキ板の上昇を可能とし、かつブレーキ板の下面が吸着ノズルによる部品吸着力より低い力で部品の上面に接触するようにブレーキ板を支持するストローク規制手段と、上記ノズル本体を第１の位置と第２の位置との間で移動させる作動手段とを備えた部品吸着装置を用い、第１の位置に配置された部品を吸着ノズルで吸着するとともに、ブレーキ板を部品の上面に接触させる工程と、吸着ノズルにより部品を吸着し、かつ部品の上面にブレーキ板を所定の力で接触させた状態で、ノズル本体を第１の位置から第２の位置に移動させる工程と、第２の位置で吸着ノズルの吸引を停止することにより、ブレーキ板の押し付け力により部品を吸着ノズルから引き離し、部品を第２の位置にリリースする工程と、を有することを特徴とする部品の移載方法を提供する。
【０００９】
本発明の部品吸着装置を用いて部品を第１の位置から第２の位置へ移載する動作を説明する。
まず、第１の位置に配置された部品の上方にノズル本体を移動させると、ブレーキ板が吸着ノズルより下方へ突出しているので、ブレーキ板が部品の上面に先に接触する。この状態で、吸着ノズルにより部品を吸着すると、吸着ノズルの吸着力の方がブレーキ板による部品への押し付け力より大きいので、ブレーキ板が持ち上げられ、ブレーキ板が部品に所定の力で接触する。
この状態でノズル本体を第２の位置の方向へ移動させると、ブレーキ板が部品の上面に接触しているので、ブレーキ板と部品との摩擦力により部品の姿勢が変化することがない。そのため、ノズル本体を高速で移動させることが可能となる。
ノズル本体を第２の位置まで移動させた後、吸着ノズルの吸引を停止すると、ブレーキ板を持ち上げていた吸引力がなくなるので、ブレーキ板の押し付け力により部品は吸着ノズルから引き離される。つまり、圧縮エアーを吹き出さなくても部品は吸着ノズルから簡単に離れる。そして、吸着ノズルから離れた部品は第２の位置へリリースされる。部品を第２の位置へリリースした後もブレーキ板が部品を押えるようにすれば、リリース時の部品の姿勢が一層安定する。
【００１０】
請求項２のように、ノズル本体を第１の位置と第２の位置との間で移動させる作動手段を設け、第１の位置に配置された部品を吸着して第２の位置へリリースするよう真空吸引装置および作動手段を制御する制御手段を設ければ、部品を第１の位置から第２の位置へ自動的に移載できる。
【００１１】
請求項３のように、ノズル本体に複数本の吸着ノズルを平行に垂設し、ブレーキ板に各吸着ノズルが摺動自在に挿通される複数の穴を設けるのが望ましい。
この場合には、複数のノズルを用いて複数の部品を一括して移載するマルチノズルタイプの部品吸着装置を容易に構成できる。ブレーキ板は単一板で構成できるので、構造を簡素化できる。
複数のノズルを備えた従来のマルチノズルタイプの場合には、各ノズルの圧縮エアーの吹き出し量のばらつきのため、部品のリリースタイミングにずれを生じる問題があったが、請求項３ではブレーキ板が単一板で構成できるので、リリースタイミングのずれを解消できる。
【００１２】
請求項４のように、ストローク規制手段を吊り下げボルトで構成してもよい。
この場合には、ブレーキ板は重力によって吸着ノズルに対して下方へ移動しようとするので、吊り下げボルトによって下限位置を規定すれば、ブレーキ板の下限位置を常に正確に設定できる。この場合、ブレーキ板が部品の上面に接する圧力は、ブレーキ板の重量によって決定される。
【００１３】
請求項５のように、ストローク規制手段を引張スプリングで構成してもよい。この場合には、ブレーキ板が部品の上面に接する圧力は、ブレーキ板の重量と引張スプリングのばね力との差によって決定される。そのため、ブレーキ板の部品に対する圧力を小さくすることができ、部品への負荷を軽減できる。
【００１４】
請求項６のように、ブレーキ板を下方へ付勢する圧縮スプリングを設け、ブレーキ板が、その重量による力とスプリングの圧縮力との和に応じた圧力で部品の上面に接するようにしてもよい。すなわち、吸着ノズルの吸引圧が高い場合、リリース時に部品が吸着ノズルの吸引穴に強く付着して離れない可能性があるが、ブレーキ板を下方へ付勢する圧縮スプリングを設けることで、吸着ノズルから部品を強制的に引き離すことができ、圧縮エアーの吹き出しを必要としない。また、圧縮スプリングは移動時におけるブレーキ板の振動を抑制する機能も有する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は本発明にかかる部品吸着装置の第１実施例を示す。
この実施例はマルチノズルタイプの部品吸着装置を示し、複数本（ここでは５本）の吸着ノズル２を有するノズル本体１を備えている。各吸着ノズル２はノズル本体１から下方へ一定ピッチ間隔ｘで垂設されており、ノズル本体１の内部から各吸着ノズル２の下端部に形成された吸引穴２ａへ通じるエアー通路３が設けられている。エアー通路３はエアー配管４を介して真空吸引装置５に接続されている。ノズル本体１はＸＹロボット等よりなる作動機構６によってＸ，Ｙ方向およびＺ方向に作動される。すなわち、ノズル本体１はＺ軸作動機構６ａによってＺ軸方向（上下方向）に作動され、Ｚ軸作動機構６ａはＹ軸作動機構６ｂによってＹ軸方向に作動され、Ｙ軸作動機構６ｂはＸ軸作動機構６ｃによってＸ軸方向に作動される。これら作動機構６ａ，６ｂ，６ｃには、例えばエアーシリンダ、ボイスコイルモータ，モータおよびボールネジ機構などが用いられる。真空吸引装置５および作動機構６は、電子制御回路よりなる制御装置７によって制御される。制御装置７には、図示しない位置センサからノズル２の位置情報や部品Ｗの姿勢情報などが入力される。
なお、作動機構６にノズル本体１の回転位置の補正を行うθ軸機構を設けてもよい。
【００１６】
ノズル本体１の下部には、吸着ノズル２に対して上下方向に相対移動自在なブレーキ板８が設けられている。ブレーキ板８は平板状の板材よりなり、各吸着ノズル２の周囲を取り囲みかつ摺動自在に挿通される複数の穴８ａを備えている。これら穴８ａが吸着ノズル２の外周面に摺接することで、ブレーキ板８は上下方向にのみガイドされている。部品Ｗとの摩擦抵抗を高めるため、ブレーキ板８の下面に微小な凹凸や粗面を形成してもよい。ブレーキ板８は引張スプリング９を介してノズル本体１から吊り下げ支持されており、引張スプリング９によってブレーキ板８の下限位置が吸着ノズル２の下端面より所定高さｈだけ下方になるようにブレーキ板８の上下方向のストロークが規制されている。この高さｈは、ブレーキ板８の厚みｄより小さく設定されている。
【００１７】
図１において、Ｐは第１の位置に配置されたパレットであり、パレットＰには所定ピッチｘ間隔で複数の部品収納穴Ｒが形成され、各穴Ｒには部品Ｗがそれぞれ収納されている。部品収納穴Ｒのピッチｘは、吸着ノズル２のピッチ間隔ｘに等しく設定されている。
また、Ｆは第２の位置に配置されたフィーダであり、フィーダＦには部品搬送溝ｆ１が形成され、この溝ｆ１にそって部品Ｗは矢印方向Ａに搬送される。部品搬送溝ｆ１の溝幅は、ブレーキ板８の幅よりやや広く設定されている。この実施例では、部品搬送溝ｆ１の深さを部品Ｗの高さより深くしたが、部品搬送溝ｆの深さを部品Ｗの高さと同じまたは浅くしてもよい。この場合には、部品搬送溝ｆ１の溝幅がブレーキ板８の幅より狭くても構わない。
【００１８】
ここで、上記構成よりなる部品吸着装置の作動について、図２，図３を参照して説明する。ここでは、第１の位置にあるパレットＰから、第２の位置にあるフィーダＦへ複数の部品Ｗを一括して移載する動作について説明する。
図２は第１の位置に配置されたパレットＰの上方へノズル本体１を移動させた状態を示す。ブレーキ板８は吸着ノズル２の下端面より所定高さｈだけ下方に位置している。
次に、図３の（ａ）のように、作動機構６によってノズル本体１を降下させ、吸着ノズル２の吸引穴２ａからエアー吸引を行い、部品Ｗを吸着する。この時、ブレーキ板８が吸着ノズル２より下方へ突出しているので、吸着ノズル２が部品Ｗに接触する前にブレーキ板８が接触し、部品Ｗの姿勢を安定化させる。ブレーキ板８の部品Ｗに接する圧力は、ブレーキ板８の重量による力と引張スプリング９のばね力との差の力で与えられ、吸着ノズル２による部品吸着力に比べて低く設定されているので、吸着ノズル２が部品Ｗを吸着すると同時に、ブレーキ板８は高さｈ（図２参照）だけ持ち上げられる。
次に、図３の（ｂ）のように、作動機構６によってノズル本体１を上昇させ、第２の位置へ移動させる。移動中、吸着ノズル２による部品吸着力に比べて、部品Ｗに接するブレーキ板８の圧力の方が低く設定されているので、部品Ｗが吸着ノズル２から落下することがない。また、部品Ｗの上面にブレーキ板８が接触することで、接触面積が増加し、部品Ｗの横ずれや回転などの姿勢悪化を防止できる。そのため、ノズル本体１を高速移動させることが可能である。
次に、図３の（ｃ）のように、ノズル本体１が第２の位置へ到達した後、作動機構６によってブレーキ板８がフィーダＦの部品搬送溝ｆ１の中に入る位置までノズル本体１を降下させ、吸着ノズル２のエアー吸引を停止する。吸引停止により、ブレーキ板８を持ち上げていた吸引力がなくなるので、ブレーキ板８の圧力（重量による力−ばね力）により部品Ｗは吸着ノズル２から引き離される。そのため、圧縮エアーを吹き出さなくても部品Ｗは吸着ノズル２から簡単に離れ、部品ＷはフィーダＦ上にリリースされる。
部品ＷをフィーダＦの部品搬送溝ｆ１の底面上にリリースすると、フィーダＦに移載された部品Ｗは、その上面がブレーキ板８によってカバーされるので、部品Ｗの跳ね上がりが防止される。その後、部品Ｗは部品搬送溝ｆ１にそって所定位置へ搬送される。
【００１９】
上記のようにブレーキ板８は、移動中、吸着ノズル２とともに部品Ｗに接触しているので、移動中における部品Ｗの姿勢変化を防止でき、高精度な移載、実装を行うことが可能である。特に、吸着ノズル２の断面積が部品Ｗの表面積に比べてかなり小さい場合でも、ブレーキ板８が部品Ｗの表面に接することで、部品Ｗとの接触面積が増加し、部品Ｗの回転などの姿勢悪化を防止できる。
なお、部品Ｗをリリースする場合には、ノズル本体１の降下位置を次に示す式（１）の関係に設定すると、部品Ｗが吸着ノズル２から離れた後もブレーキ板８が部品Ｗを載置面に押えつけるので、リリース時の部品Ｗの姿勢を一層安定させることができる。
ｋ＜ｓ＜ｈ＋ｋ                          ・・・（１）
但し、ｓ：リリース時の吸着ノズル２と載置面との距離
ｋ：部品の高さ
【００２０】
図４は本発明にかかる部品吸着装置の第２実施例を示す。
この実施例もマルチノズルタイプの部品吸着装置であり、第１実施例と同一部品には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施例では、ノズル本体１の端部に複数本の吊り下げボルト１０が垂設され、これらボルト１０はブレーキ板８の端部に形成された貫通穴８ｂに挿通されている。ブレーキ板８はボルト１０の頭部１０ａによって下方へ抜け止めされるとともに、下限位置が吸着ノズル２の下端面より下方になるように上下方向のストロークが規制されている。
なお、ブレーキ板８の貫通穴８ｂは上方へ屈曲したフランジ部８ｃに形成されているので、ボルト１０の頭部１０ａは吸着ノズル２の下端面より上方に位置している。その理由は、部品Ｗの吸着時やリリース時にボルト１０の頭部１０ａが載置面や部品Ｗと干渉するのを防止するためである。
ボルト１０には圧縮スプリング１１が挿通されており、このスプリング１１のばね力によりブレーキ板８は常時ボルト１０の頭部１０ａに接触している。
【００２１】
この実施例では、吸着ノズル２が部品Ｗを吸着した時、ブレーキ板８が部品Ｗの上面にその重量による力とスプリング１１のばね力との和に相当する圧力で接触することになるが、この圧力は部品吸着力より小さく設定されている。そのため、部品Ｗが吸着ノズル２から脱落することがない。
また、ブレーキ板８がその重量より大きな圧力で部品Ｗに接触するので、部品Ｗを吸着した状態で移動している時、ブレーキ板８と部品Ｗとの間に働く摩擦力が大きくなり、部品Ｗの姿勢が一層安定する。また、リリース時に吸着ノズル２の吸引力を解除した時、ブレーキ板８の圧力は部品Ｗを吸着ノズル２から引き離す力として作用するので、部品Ｗのリリースが容易となる。
さらに、圧縮スプリング１１によってブレーキ板８をボルト１０の頭部１０ａに押し付けることで、部品吸着時以外はブレーキ板８を常に下限位置に保持でき、ブレーキ板８の位置が安定する。
【００２２】
なお、第２実施例において、吊り下げボルト１０にブレーキ板８を下方へ付勢する圧縮スプリング１１を挿通したが、この圧縮スプリング１１を省略することも可能である。
この場合には、部品に接するブレーキ板８の圧力を、ブレーキ板８の重量に応じた圧力とすることができる。
【００２３】
上記実施形態は、本発明のほんの数例を示すに過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。
上記実施例ではノズル本体に複数本の吸着ノズルを設けたマルチノズルタイプについて説明したが、ノズル本体に１本の吸着ノズルを設けたシングルノズルタイプにも同様に適用できる。
上記実施例ではノズル本体に吸着ノズルを一体に設けたが、吸着ノズルが部品に接触した時の衝撃を和らげるため、吸着ノズルをノズル本体に対して上下動自在とし、スプリングなどによって吸着ノズルを下方へ付勢するようにしてもよい。また、作動機構がノズル本体をＸ，ＹおよびＺ方向に移動させる例について説明したが、部品を移載する相手の部材が水平方向（Ｘ，Ｙ方向）に作動される場合には、作動機構としては、ノズル本体を上下方向（ｚ方向）に作動させるだけでもよい。
本発明の部品吸着装置は、上記実施例のようなパレットとフィーダとの間の部品の移載作業だけでなく、部品供給装置から回路基板への実装作業など、あらゆる移載作業に用いることができることは言うまでもない。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１に記載の発明によれば、吸着ノズルに対してブレーキ板を上下方向に相対移動自在に、かつ吸着ノズルによる部品吸着力より低い力で部品の上面に接するように設け、ブレーキ板の下面が吸着ノズルの下端面より下方になる位置と吸着ノズルの下端面と一致する位置との間でブレーキ板の上下方向のストロークを規制したので、部品を吸着して移動している間、ブレーキ板が吸着ノズルとともに部品に接触する。そのため、部品とブレーキ板との接触面積が増加し、部品の回転などの姿勢悪化を防止できる。したがって、高速移動を行っても部品の姿勢変化を防止でき、高精度で高速な移載、実装を行うことができる。
また、吸着ノズルの吸引力を停止すると、ブレーキ板の押し付け力が吸着ノズルから部品を引き離す力として作用するので、リリース時に圧縮エアーの吹き出しを必要とせず、吸着ノズルから部品を容易に引き離すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る部品吸着装置の第１実施例の全体斜視図である。
【図２】図１に示す部品吸着装置の要部構造図である。
【図３】図１に示す部品吸着装置の動作説明図である。
【図４】本発明に係る部品吸着装置の第２実施例の構造図である。
【符号の説明】
Ｗ        部品
１        ノズル本体
２        吸着ノズル
５        真空吸引装置
６        作動機構
７        制御装置
８        ブレーキ板
８ａ      穴
９        引張スプリング（ストローク規制手段）
【図１】
0003797121.tif 000002
【図２】
0003797121.tif 000003
【図３】
0003797121.tif 000004
【図４】
0003797121.tif 000005