(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品の供給部から移載ヘッドの装着部に着脱自在に装着された吸着ノズルによって電子部品を真空吸着してピックアップし基板へ搭載する電子部品実装装置であって、前記吸着ノズルの種類には実装荷重が小さい軽実装荷重部品用の軽荷重ノズルを含み、この軽荷重ノズルは、中空形状の保持部と、この中空部の内部に配置されてこの中空部の内部の上限位置と下限位置の間で上下方向に摺動可能な吸着部と、この吸着部の下端面に装着されて電子部品に当接しこの当接面に設けられた吸着孔から真空吸引することにより電子部品を吸着するノズルティップと、この保持部内に設けられ前記吸着部を前記実装荷重に対応した付勢力で下方に押圧する付勢手段と、前記ノズルティップの吸着孔を前記吸着部を貫通して設けられた吸引路を介して移載ヘッドに設けられ真空吸引源と接続された吸引孔に連通させる連通手段とを備え、前記吸着部の下限位置は前記保持部の底面と当接する位置であり、通常状態ではこの底面に押し付けられた状態であることを特徴とする電子部品実装装置。
【請求項２】
前記吸着部の上方への変位を所定位置で規制する高さ規制部と、吸着部の高さ位置が所定位置に規制された状態における吸着ノズルの高さ位置を検出する高さ位置検出手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の電子部品実装装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に電子部品を実装する電子部品実装装置および電子部品実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品を基板に実装する電子部品実装装置では、供給部に収納された電子部品を移載ヘッドによってピックアップし、基板上へ移送して所定の実装点に搭載する。電子部品のピックアップの方法としては、吸着ノズルによって真空吸着する方法が広く用いられている。そしてこの吸着ノズルは、一般に吸着対象の電子部品に応じて種類や大きさが異なっており、吸着対象の電子部品に応じて交換されるようになっている。
【０００３】
ところで、電子部品を基板に実装する際には、電子部品を基板に対して所定の押圧荷重（実装荷重）で押し付ける必要がある。この実装荷重は電子部品によって異なっているため、一般に移載ヘッドは吸着ノズルを固定支持ではなくバネなどで弾性支持してフローティング状態とする場合が多い。そして移載ヘッドの押し下げ量を加減することで弾性力を変化させて、吸着ノズルが電子部品を押圧する実装荷重を調整するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電子部品の小型化が進み実装荷重が小さい軽実装荷重部品の出現に伴って、上記方法による実装荷重の調整が不可能となっている。すなわち、上記構造の移載ヘッドでは、フローティング部分の自重に弾性力を加え合わせた荷重が電子部品に対する押圧荷重として作用することから、フローティング部分の自重より小さい実装荷重は実現できない。このため、軽荷重部品を対象とする場合には、従来構造の移載ヘッドに替えて専用の移載ヘッドを備えた実装装置を用いる必要があり、設備の共用化ができないという問題点があった。
【０００５】
そこで本発明は、軽実装荷重の電子部品を実装対象とすることができる電子部品実装装置および電子部品実装方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電子部品実装装置は、電子部品の供給部から移載ヘッドの装着部に着脱自在に装着された吸着ノズルによって電子部品を真空吸着してピックアップし基板へ搭載する電子部品実装装置であって、前記吸着ノズルの種類には実装荷重が小さい軽実装荷重部品用の軽荷重ノズルを含み、この軽荷重ノズルは、中空形状の保持部と、この中空部の内部に配置されてこの中空部の内部の上限位置と下限位置の間で上下方向に摺動可能な吸着部と、この吸着部の下端面に装着されて電子部品に当接しこの当接面に設けられた吸着孔から真空吸引することにより電子部品を吸着するノズルティップと、この保持部内に設けられ前記吸着部を前記実装荷重に対応した付勢力で下方に押圧する付勢手段と、前記ノズルティップの吸着孔を前記吸着部を貫通して設けられた吸引路を介して移載ヘッドに設けられ真空吸引源と接続された吸引孔に連通させる連通手段とを備え、前記吸着部の下限位置は前記保持部の底面と当接する位置であり、通常状態ではこの底面に押し付けられた状態である。
【０００７】
請求項２記載の電子部品実装装置は、請求項１記載の電子部品実装装置であって、前記吸着部の上方への変位を所定位置で規制する高さ規制部と、吸着部の高さ位置が所定位置に規制された状態における吸着ノズルの高さ位置を検出する高さ位置検出手段とを備えた。
【００１０】
本発明によれば、実装荷重が小さい軽実装荷重部品用の軽荷重ノズルに、電子部品に当接し吸着する吸着部と、この吸着部を上方への変位を許容した状態で保持する保持部と、保持部内に設けられ吸着部を実装荷重に対応した付勢力で下方に押圧する付勢手段を設け、移載ヘッドを下降させて電子部品を基板に対して付勢力に抗して押圧し、吸着部を上方に変位させて電子部品に対して所定の実装荷重を作用させることにより、吸着ノズルの自重よりも小さい実装荷重の電子部品を実装対象とすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の斜視図、図２は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図、図３は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の移載ヘッドの正面図、図４は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の吸着ノズルの断面図、図５は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の動作説明図である。
【００１２】
まず図１、図２を参照して電子部品実装装置について説明する。図１において、基台１の中央部にはＸ方向に搬送路２が配設されている。搬送路２は基板３を搬送し位置決めする位置決め部となっている。搬送路２の両側には電子部品を供給する部品供給部４が配設され、それぞれの部品供給部４には多数個のテープフィーダ５が並設されている。テープフィーダ５はテープに保持された電子部品を収納し、このテープをピッチ送りすることによりピックアップ位置５ａに電子部品を供給する。
【００１３】
Ｘ軸テーブル６には、移載ヘッド７が装着されている。移載ヘッド７は、個別に昇降可能な単位移載ヘッドを備えている。Ｘ軸テーブル６は平行に配置された２つのＹ軸テーブル８Ａ，８Ｂに両端を支持されて架設されている。Ｘ軸テーブル６およびＹ軸テーブル８Ａ，８Ｂを駆動することにより、移載ヘッド７は水平移動する。このとき、単位移載ヘッドのそれぞれの下端部に電子部品吸着用の吸着ノズルを装着することにより、移載ヘッド７はテープフィーダ５のピックアップ位置５ａから電子部品を真空吸着してピックアップし、基板３上に移載する。
【００１４】
搬送路２と部品供給部４の間の移載ヘッドの移動経路には、ノズル保持部９、認識部１０、ペースト供給部１１が配設されている。ノズル保持部９は、移載ヘッド７に装着され電子部品の吸着保持に用いられる吸着ノズルをストックする。ここで、吸着ノズルには対象とする電子部品のサイズや、搭載時に電子部品を基板に対して押圧する荷重（実装荷重）に応じて、重実装荷重用ノズルや軽実装荷重用ノズルなど多数の吸着ノズルが保持されている。そして移載ヘッド７をノズル保持部９にアクセスさせることにより、各単位移載ヘッドに装着された吸着ノズルを交換することができる。
【００１５】
認識部１０はラインカメラを備えており、部品供給部４から電子部品をピックアップした移載ヘッド７が上方を通過する際に、ラインカメラにより吸着ノズルに保持された状態の電子部品を下方から撮像する。そして撮像結果を認識処理することにより電子部品の識別や位置検出を行う。ペースト供給部１１は、電子部品の半田接合に用いられるフラックスや電子部品接着用のペーストなどを回転テーブル状の容器に貯溜し、所定膜圧のペースト塗膜で供給する。このペースト塗膜上に移載ヘッド７に保持された電子部品を下降させることにより、電子部品の下面にペーストが塗布される。
【００１６】
次に図３を参照して移載ヘッド７について説明する。図３は移載ヘッド７を構成する単位の移載ヘッド７Ａを示している。移載ヘッド７Ａは図示しないＺ軸駆動機構により上下動し、下端部に電子部品を吸着する吸着ノズル２０を備えている。移載ヘッド７Ａは、本体部１２の下面に軸部１３を介して装着ブロック１５を結合した構成となっている。装着ブロック１５に設けられた装着孔１５ａには、吸着ノズル２０がスプリングなどの弾性体の保持力を利用した保持機構によって脱着自在に装着されている。
【００１７】
軸部１３には圧縮方向のスプリング１４が装着されており、吸着ノズル２０に対して上方への荷重が作用した場合には、装着ブロック１５はスプリング１４に抗して上方へ変位する。本体部１２から側方へ延出したブラケット１６には光学センサ１７が装着されており、装着ブロック１５には光学センサ１７の位置に対応して検出用ドグ１８が取り付けられている。
【００１８】
装着ブロック１５が上方へ変位することにより、検出用ドグ１８も上方へ移動し、所定位置にて光学センサ１７によって検出される。そしてこの検出タイミングにおいて、Ｚ軸駆動機構のＺ軸モータに備えられたエンコーダのパルスに基づいて上下方向の位置を検出するＺ位置検出手段１９の検出値を読み取ることにより、当該タイミングにおける装着ブロック１５に装着された吸着ノズル２０の高さ方向の位置検出が可能となっている。
【００１９】
次に図４を参照して、吸着ノズル２０について説明する。この吸着ノズル２０は、実装荷重が小さい軽実装荷重部品を対象とする軽荷重ノズルであり、対象部品が当該部品に切り換えられる際には、重実装荷重部品用のノズルなど他の種類の吸着ノズルと交換して装着ブロック１５に装着される。図４において、吸着ノズル２０は、中空形状の保持部２１内に摺動部２２を上下方向に摺動自在に配置し、摺動部２２の下端部にノズルティップ２４を装着した構造となっている。
【００２０】
保持部２１の上部は装着ブロック１５に設けられた装着孔１５ａ（図３）に嵌合するテーパ部２１ａとなっており、テーパ部２１ａには吸引路２１ｃが上下に貫通して設けられている。テーパ部２１ａの下方は円板状に張り出した鍔部２１ｂとなっており、鍔部２１ｂの下面は電子部品の認識時において下方からの照明光を反射する反射面として機能する。
【００２１】
保持部２１の内部に設けられた中空部２１ｆには摺動部２２が嵌合しており、摺動部２２の上下にはそれぞれ突部２２ａ，２２ｃが設けられている。中空部２１ｆの天井面には、突部２２ａが嵌入可能な孔部２１ｄが設けられており、また中空部２１ｆの底面２１ｇは、中心部分が開口し、この開口から摺動部２２の下端部が下方へ突出している。
【００２２】
摺動体２２は、中空部２１ｆの内部において、突部２２ａの上面が孔部２１ｄの上面２１ｅに当接する上限位置と、摺動体２２が底面２１ｇと当接する下限位置の間で上下方向に摺動可能となっている。突部２２ａには圧縮方向のスプリング２３が装着されており、スプリング２３は摺動体２２を下方に付勢する。これにより、摺動体２２は通常状態では底面２１ｇに押し付けられた状態にある。
【００２３】
摺動部２２の下面の突部２２ｃには、吸着孔２４ａが設けられたノズルティップ２４が装着されている。吸着孔２４ａは摺動部２２の中心部を上下に貫通して設けられた吸引路２２ｂを介して吸引路２１ｃと連通している。したがって吸着ノズル２０が単位移載ヘッド７Ａに装着された状態では、吸着孔２４ａは単位移載ヘッド７Ａに設けられた吸引孔と連通する。この吸引孔は図示しない真空吸引源と接続されており、真空吸引源を駆動することにより吸着孔２４ａから真空吸引し、ノズルティップ２４の下面に当接した電子部品を吸着して保持する。
【００２４】
すなわち上記構成において、ノズルティップ２４が装着された摺動部２２は、電子部品に当接し吸着保持する吸着部を構成する。保持部２１は、この吸着部を上下方向の変位を許容した状態で保持する。そして電子部品の実装時において、ノズルティップ２４の下面に保持した電子部品を基板に対して押圧する際には、スプリング２３は実装荷重に対応した付勢力で摺動部２２を下方に押圧する。したがってスプリング２３は付勢手段となっている。また、保持部２１の吸引路２１ｃ及び摺動部２２の吸引路２２ｂは、吸着孔２４ａを単位移載ヘッド７Ａに設けられた吸引孔と連通させる連通手段となっている。
【００２５】
さらに、摺動部２２の突部２２ａおよび孔部２１ｄは、吸着部の上方への変位を前記上限位置に対応した所定位置で規制する高さ規制部となっており、図３に示す光学センサ１７と検出用ドグ１８およびＺ位置検出手段１９は、吸着部の高さ位置が所定位置に規制された状態における吸着ノズル２０の高さ位置を検出する高さ位置検出手段となっている。
【００２６】
この電子部品実装装置は上記のように構成されており、以下動作について説明する。部品供給部４から多品種の電子部品を移載ヘッド７によってピックアップして基板３に実装する実装動作を継続する過程において、実装荷重が小さい軽実装荷重部品を対象とする場合には、移載ヘッド７はノズル保持部９へアクセスし、既装着ノズルを軽荷重用の吸着ノズル２０と交換するツールチェンジを行う。
【００２７】
この後、移載ヘッド７は部品供給部４へ移動し、テープフィーダ５から電子部品をピックアップする。このピックアップ動作について図５を参照して説明する。図５（ａ）は、移載ヘッド７を部品供給部４へ移動させ、１つの単位移載ヘッド７Ａをテープフィーダ５のピックアップ位置５ａ、すなわちテープフィーダ５に保持された電子部品Ｐの上方に位置合わせした状態を示している。このとき、図４に示す摺動部２２はスプリング２３によって下方に付勢されており、突部２２ａの上面と孔部２１ｄの上面とは所定の隙間ｃを保った状態にある。
【００２８】
次いで単位移載ヘッド７Ａを下降させると、図５（ｂ）に示すように電子部品Ｐの上面にノズルティップ２４が当接する。この状態でさらに単位移載ヘッド７Ａを下降させると、まずスプリング２３（図４）が圧縮され、突部２２ａが孔部２１ｄ内に徐々に嵌入する。そして図５（ａ）に示す隙間ｃがゼロとなった状態から、さらに単位移載ヘッド７Ａを下降させると、スプリング１４が圧縮されるようになる。これにより、光学センサ１７が検出用ドグ１８に対して相対的に接近を開始する。
【００２９】
そして図５（ｃ）に示すように、光学センサ１７が検出用ドグ１８を検出したタイミングにおけるＺ位置検出手段１９（図３）の検出値を読み取ることにより、吸着ノズル２０のノズルティップ２４の下面の高さ位置、すなわち電子部品Ｐの上面の高さ位置を、実装装置に備えられた固有の高さ基準線からの距離Ｈとして検出する。
【００３０】
この後、吸着孔２４ａから真空吸引することにより電子部品Ｐは吸着ノズル２０によって真空吸着される。次いで電子部品Ｐを保持した移載ヘッド７は、認識部１０、ペースト供給部１１へ順次移動して、電子部品Ｐの認識および電子部品Ｐの下面へのペースト塗布を行う。そしてこの後、移載ヘッド７は基板３上へ移動し、ここで基板３に対して下降することにより、吸着ノズル２０に保持した電子部品Ｐを基板３に実装する。
【００３１】
この搭載動作においては、吸着ノズル２０に内蔵されたスプリング２３が所定の圧縮量だけ圧縮されるまで単位移載ヘッド７Ａを下降させて、摺動部２２を吸着ノズル２０内部でスプリング２３の付勢力に抗して上方に変位させる。これにより、電子部品Ｐにはこの圧縮量に対応した押圧力（実装荷重）が作用する。
【００３２】
このようにして、吸着ノズル２０全体の自重よりも小さい実装荷重を設定する必要がある場合においても、スプリング２３を適切に選定することにより、広範囲の実装荷重の設定を行うことができる。したがって、同一構成の移載ヘッド７を用い、単に吸着ノズル２０のツールチェンジを行うのみで、実装荷重が大きく異なる多種類の電子部品を実装対象とすることができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、実装荷重が小さい軽実装荷重部品用の軽荷重ノズルに、電子部品に当接し吸着する吸着部と、この吸着部を上方への変位を許容した状態で保持する保持部と、保持部内に設けられ吸着部を実装荷重に対応した付勢力で下方に押圧する付勢手段を設け、移載ヘッドを下降させて電子部品を基板に対して付勢力に抗して押圧し、吸着部を上方に変位させて電子部品に対して所定の実装荷重を作用させるようにしたので、吸着ノズルの自重よりも小さい実装荷重の電子部品を実装対象とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の斜視図
【図２】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図
【図３】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の移載ヘッドの正面図
【図４】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の吸着ノズルの断面図
【図５】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の動作説明図
【符号の説明】
３  基板
４  部品供給部
７  移載ヘッド
１７  光学センサ
１９  Ｚ位置検出手段
２０  吸着ノズル
２１  保持部
２２  摺動部
２３  スプリング
２４ａ  吸着孔
【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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