特許 7313551 部品実装機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-13

(45)【発行日】2023-07-24

(54)【発明の名称】部品実装機

(51)【国際特許分類】

   H05K 13/00 20060101AFI20230714BHJP

   H05K 13/08 20060101ALI20230714BHJP

【ＦＩ】

H05K13/00 Z

H05K13/08 B

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022518473

(86)(22)【出願日】2020-04-28

(86)【国際出願番号】 JP2020018066

(87)【国際公開番号】W WO2021220385

(87)【国際公開日】2021-11-04

【審査請求日】2022-03-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000237271

【氏名又は名称】株式会社ＦＵＪＩ

(74)【代理人】

【識別番号】110000992

【氏名又は名称】弁理士法人ネクスト

(74)【代理人】

【識別番号】100162237

【弁理士】

【氏名又は名称】深津 泰隆

(74)【代理人】

【識別番号】100191433

【弁理士】

【氏名又は名称】片岡 友希

(72)【発明者】

【氏名】志摩 翔太

【審査官】板澤 敏明

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－１０８３２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／２０２６５５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／０２９７５０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－１３５４３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１１０３４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｋ １３／００－１３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子部品を基板に実装する部品実装機であって、
前記電子部品を保持するノズルと、
前記ノズルに形成され、前記電子部品の実装状態を検知するセンサーが設けられる回路と、
前記ノズルが前記部品実装機で用いられる際に前記回路に電力を供給する給電部と、
前記センサーで生成される信号を受け取る受信部と、
前記回路に設けられ、前記信号を記憶する記憶部と、
前記ノズルを移動させて、前記電子部品を前記基板に装着するヘッドと、
前記ノズルを収納するノズルステーションと、を備え、
前記ヘッドは、前記給電部を備え、
前記ノズルステーションは、前記給電部及び前記受信部のうち、少なくとも前記受信部を備え、
前記受信部は、前記記憶部に記憶されている前記信号を、前記ノズルが前記ヘッドで前記ノズルステーションに収納されるときに受け取る部品実装機。

【請求項2】

前記ノズルを移動させて、前記電子部品を前記基板に装着するヘッドを備え、
前記ヘッドは、前記給電部及び前記受信部を備える請求項１に記載の部品実装機。

【請求項3】

前記センサーは、前記電子部品の装着時に前記ノズルが受ける衝撃を検知する請求項２に記載の部品実装機。

【請求項4】

前記センサーは、前記電子部品の装着時における前記ノズルの周辺の温度又は湿度の少なくとも一方を検知する請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の部品実装機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、基板に実装される電子部品を保持するノズルから情報を取得する部品実装機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、上記部品実装機に関し、種々の技術が提案されている。例えば、下記特許文献１に記載の技術は、部品保持部材を用いて部品を保持して、基板上に前記部品を実装する部品実装機であって、前記部品を保持する部品保持部材に取り付けられた記憶部から、前記部品保持部材に関する内容を読み出す読み込み手段と、前記読み出された内容に基づいて、装着ヘッド部に取り付けられた複数の前記部品保持部材の配列を特定し、特定した配列と正しい配列とを照合する照合手段とを備えることを特徴とする。

【0003】

下記特許文献１の記載によれば、上記部品実装機は、記憶部として、例えば、ＩＣタグを用いることにより、装着ヘッド部に取り付けられるノズル等の部品保持部材の配列照合を適切に行うことができ、ノズルの装着誤りによる立ち吸着や未吸着などの実装エラーの発生や装着時の部品の位置ずれを未然に防止することができるようになり、生産される基板の品質を確保することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００６－１０８１３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、装着ヘッド部に取り付けられるノズル等の部品保持部材の配列が正しくても、実装エラーが発生することがある。そのような場合、実装エラー発生時における部品保持部材に関する情報を取得できれば、実装エラーの対応策に有用である。

【0006】

本開示は、上述した点を鑑みてなされたものであり、基板に実装される電子部品を保持するノズルにおいて検知される実装状態に関する情報を、当該ノズルから取得することが可能な部品実装機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】

【0007】

本明細書は、電子部品を基板に実装する部品実装機であって、電子部品を保持するノズルと、ノズルに形成され、電子部品の実装状態を検知するセンサーが設けられる回路と、ノズルが部品実装機で用いられる際に回路に電力を供給する給電部と、センサーで生成される信号を受け取る受信部と、回路に設けられ、信号を記憶する記憶部と、ノズルを移動させて、電子部品を前記基板に装着するヘッドと、ノズルを収納するノズルステーションと、を備え、ヘッドは、給電部を備え、ノズルステーションは、給電部及び受信部のうち、少なくとも受信部を備え、受信部は、記憶部に記憶されている信号を、ノズルがヘッドでノズルステーションに収納されるときに受け取る部品実装機を開示する。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、部品実装機は、基板に実装される電子部品を保持するノズルにおいて検知される実装状態に関する情報を、当該ノズルから取得することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】部品実装機を示す斜視図である。

【図2】吸着ノズルを示す斜視図である。

【図3】制御装置を示すブロック図である。

【図4】装着ヘッドと吸着ノズルを示す側面図である。

【図5】装着ヘッドと吸着ノズルとノズルステーションを示すブロック図である。

【図6】装着ヘッドと吸着ノズル等を示す側面図である。

【図7】第２センサーの出力信号の経時変化を示すグラフである。

【図8】第１センサーの出力信号の記憶形式を示す模式図である。

【図9】吸着ノズルとノズルステーションを示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示を実施するための形態として、本開示の実施例を、図を参照しつつ詳しく説明する。

【0011】

図１には、システムベース１２の上に隣接された２台の部品実装機１４が示されている。なお、部品実装機１４の並ぶ方向をＸ軸方向と称し、その方向に直角な水平の方向をＹ軸方向と称し、それらの方向に直角な鉛直方向（上下方向）をＺ方向と称する。

【0012】

各部品実装機１４は、主に、実装機本体２０、搬送装置２２、装着ヘッド移動装置（以下、移動装置と略す場合がある）２４、装着ヘッド２６、供給装置２７、マークカメラ（図３参照）２８、パーツカメラ２９、ノズルステーション３０、制御装置（図３参照）３１を備えている。実装機本体２０は、フレーム３２と、そのフレーム３２に上架されたビーム３４とによって構成されている。

【0013】

搬送装置２２は、２つのコンベア装置４０，４２を備えている。それら２つのコンベア装置４０，４２は、互いに平行、かつ、Ｘ軸方向に延びるようにフレーム３２に配設されている。２つのコンベア装置４０，４２の各々は、電磁モータ（図３参照）４６によって各コンベア装置４０，４２に支持される回路基板（図６参照）１１０をＸ軸方向に搬送する。また、回路基板１１０は、所定の位置において、基板保持装置（図３参照）４８によって固定的に保持される。

【0014】

移動装置２４は、ＸＹロボット型の移動装置である。移動装置２４は、スライダ５０をＸ軸方向にスライドさせる電磁モータ（図３参照）５２と、Ｙ軸方向にスライドさせる電磁モータ（図３参照）５４とを備えている。スライダ５０には、装着ヘッド２６が取り付けられており、その装着ヘッド２６は、２つの電磁モータ５２，５４の作動によって、フレーム３２上の任意の位置に移動させられる。

【0015】

装着ヘッド２６は、回路基板１１０に対して電子部品（図６参照）１１２を装着するものである。装着ヘッド２６は、１つの装着ユニット（図示省略）を備えており、装着ユニットの先端部に、吸着ノズル６０が装着される。吸着ノズル６０は、図２に示すように、胴体筒６２とフランジ部６４と吸着管６６とによって構成されている。胴体筒６２は、円筒状をなし、フランジ部６４は、胴体筒６２の外周面に張り出すようにして固定されている。また、吸着管６６は、細いパイプ状をなし、胴体筒６２の下端部から下方に向かって延び出した状態で胴体筒６２に連結されている。一方、装着ヘッド２６の装着ユニットには、フランジ部６４に応じた形状の装着面が形成されており、その装着面にエアを吸引するための吸引口が開口している。そして、吸着ノズル６０のフランジ部６４が、装着ユニットの装着面に密着した状態において、吸引口からエアが吸引されることで、吸着ノズル６０が、フランジ部６４において、装着ユニットの装着面に工具を用いることなくワンタッチで着脱可能に装着される。この際、装着ユニットに装着された吸着ノズル６０は、負圧エア、正圧エア通路を介して、正負圧供給装置（図３参照）７０に連通する。これにより、吸着ノズル６０は、負圧によって電子部品１１２を吸着管６６の先端で吸着保持し、保持した電子部品１１２を正圧によって吸着管６６の先端から離脱する。また、装着ユニットは、ユニット昇降装置（図３参照）７１によって昇降する。これにより、吸着ノズル６０に吸着保持された電子部品１１２の上下方向（Ｚ方向）の位置が変更される。

【0016】

供給装置２７は、フィーダ型の供給装置であり、図１に示すように、複数のテープフィーダ７２を有している。テープフィーダ７２は、テープ化部品を巻回させた状態で収容している。テープ化部品は、電子部品１１２がテーピング化されたものである。そして、テープフィーダ７２は、送り装置（図３参照）７４によって、テープ化部品を送り出す。これにより、フィーダ型の供給装置２７は、テープ化部品の送り出しによって、電子部品１１２を供給位置において供給する。

【0017】

マークカメラ（図３参照）２８は、移動装置２４のスライダ５０に下を向いた状態で固定されており、移動装置２４の作動により任意の位置に移動する。これにより、マークカメラ２８は、フレーム３２の任意の位置を撮像する。また、パーツカメラ２９は、フレーム３２の上面において、搬送装置２２と供給装置２７との間に、上を向いた状態で配設されている。これにより、パーツカメラ２９は、吸着ノズル６０に保持された電子部品１１２などを撮像する。

【0018】

ノズルステーション３０は、ノズルトレイ７６を有している。ノズルトレイ７６には、吸着ノズルを収容するための収容部７８が複数、形成されている。このノズルステーション３０では、装着ヘッド２６の装着ユニットに装着されている吸着ノズル６０と、ノズルトレイ７６の収容部７８に収容されている吸着ノズルとの交換等が、自動的にワンタッチで行われる。なお、ワンタッチでの吸着ノズルの交換とは、工具等が用いられることなく行われる吸着ノズルの交換を意味する。

【0019】

制御装置３１は、図３に示すように、コントローラ１００と、複数の駆動回路１０２とを備えている。複数の駆動回路１０２は、上記電磁モータ４６，５２，５４、基板保持装置４８、正負圧供給装置７０、ユニット昇降装置７１、送り装置７４に接続されている。コントローラ１００は、ＣＰＵ１００Ａ、ＲＯＭ１００Ｂ、ＲＡＭ１００Ｃ等を備え、コンピュータを主体とするものであり、複数の駆動回路１０２に接続されている。これにより、搬送装置２２、移動装置２４等の作動が、コントローラ１００によって制御される。また、コントローラ１００は、画像処理装置１０６にも接続されている。画像処理装置１０６は、マークカメラ２８及びパーツカメラ２９により撮像された撮像データを処理するための装置である。これにより、コントローラ１００は、撮像データから各種情報を取得する。

【0020】

なお、装着ヘッド２６には、給電回路８２及び受信回路８４が設けられている。給電回路８２は、制御装置３１の電源（図示省略）等と接続されており、制御装置３１の電源等から電力を供給する。受信回路８４は、コントローラ１００と接続されており、外部からの情報を受け取り、その情報をコントローラ１００に入力する。同様にして、ノズルステーション３０には、給電回路８６及び受信回路８８が設けられている。

【0021】

部品実装機１４では、上述した構成によって、搬送装置２２に保持された回路基板１１０に対して、装着ヘッド２６によって装着作業を行うことが可能である。具体的には、コントローラ１００の指令により、回路基板１１０が作業位置まで搬送され、その位置において、回路基板１１０が、基板保持装置４８によって固定的に保持される。次に、マークカメラ２８が、コントローラ１００の指令により、回路基板１１０の上方に移動し、回路基板１１０を撮像する。これにより、回路基板１１０の保持位置等に関する情報が得られる。また、テープフィーダ７２は、コントローラ１００の指令により、テープ化部品を送り出し、電子部品１１２を供給位置において供給する。

【0022】

そして、装着ヘッド２６が、コントローラ１００の指令により、電子部品１１２の供給位置の上方に移動し、吸着ノズル６０によって電子部品１１２を吸着保持する。続いて、装着ヘッド２６が、パーツカメラ２９の上方に移動し、吸着ノズル６０によって保持された電子部品１１２が、パーツカメラ２９によって撮像される。これにより、電子部品１１２の保持姿勢等に関する情報が得られる。そして、装着ヘッド２６が、回路基板１１０の上方に移動し、回路基板１１０の保持位置、電子部品１１２の保持姿勢等に基づいて、電子部品１１２を回路基板１１０に装着する（図６参照）。

【0023】

なお、回路基板１１０に装着される電子部品のサイズ、形状等に応じて、装着ヘッド２６の装着ユニットに装着されている吸着ノズル６０が、ノズルステーション３０のノズルトレイ７６の収容部７８に収容されている吸着ノズルと交換される。

【0024】

図４及び図５に示すように、吸着ノズル６０には、絶縁皮膜でコーティングされた表面上において、電子回路９０が設けられている。電子回路９０は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）９１、第１センサー９２、第２センサー９３、受電回路９４、及び送信回路９５等を備えている。ＭＣＵ９１、第１センサー９２、及び第２センサー９３は、吸着管６６に設けられている。ＭＣＵ９１は、フラッシュメモリ９６を搭載し、第１センサー９２と接続している。第１センサー９２は、吸着管６６の周辺の温度と湿度を同時に又は続いて検知してそれぞれ信号に置き換え、それらの信号をＭＣＵ９１に出力する。第２センサー９３は、吸着管６６に対して外から加わる衝撃を検知して信号に置き換え、その信号を出力する。

【0025】

受電回路９４及び送信回路９５は、インクジェット等で設けられた金属膜の配線であって、胴体筒６２、フランジ部６４、及び吸着管６６に亘って、それらの表面上に連続して形成されている。胴体筒６２の外周面において、受電回路９４及び送信回路９５は、胴体筒６２の周方向で所定間隔を置いて対向し、胴体筒６２の軸方向に沿って延びている。フランジ部６４の上下面及び側面において、受電回路９４及び送信回路９５は、フランジ部６４の周方向で上記所定間隔を置いて対向し、フランジ部６４の径方向及び軸方向に沿って延びている。吸着管６６の外周面において、受電回路９４は、ＭＣＵ９１、第１センサー９２、及び第２センサー９３と接続し、送信回路９５は、ＭＣＵ９１及び第２センサー９３と接続している。

【0026】

これに対して、装着ヘッド２６の装着ユニットの内面には、上記した給電回路８２及び受信回路８４が設けられている。給電回路８２及び受信回路８４は、線状の導体であって、装着ユニットの内周面の周方向で上記所定間隔を置いて対向し、装着ユニットの軸方向に沿って延びている。なお、以下からは、装着ヘッド２６の装着ユニットを、装着ヘッド２６と略記する。

【0027】

従って、図６に示すように、回路基板１１０に電子部品１１２が装着される装着作業の実行のために、装着ヘッド２６に吸着ノズル６０が装着されると、装着ヘッド２６の給電回路８２と吸着ノズル６０の胴体筒６２の受電回路９４とが重なり合って接続されると共に、装着ヘッド２６の受信回路８４と吸着ノズル６０の胴体筒６２の送信回路９５とが重なり合って接続される（上記図５参照）。

【0028】

なお、装着ヘッド２６に吸着ノズル６０が装着される際において、装着ヘッド２６と吸着ノズル６０の相対的位置関係は、例えば、装着ヘッド２６と吸着ノズル６０とに設けられる凹凸形状の嵌め合い等によって確保される（図示省略）。また、装着ヘッド２６に吸着ノズル６０が装着された際は、上述したように、装着ヘッド２６に吸着ノズル６０のフランジ部６４が密着するが、図６では、装着ヘッド２６の給電回路８２及び受信回路８４と、吸着ノズル６０の胴体筒６２の受電回路９４及び送信回路９５との相対的位置関係を明示するため、装着ヘッド２６と吸着ノズル６０のフランジ部６４との間に隙間が設けられている。

【0029】

このようにして、装着ヘッド２６の給電回路８２と吸着ノズル６０の胴体筒６２の受電回路９４とが重なり合って接続されると、吸着ノズル６０のＭＣＵ９１、第１センサー９２、及び第２センサー９３には、制御装置３１の電源等から電力が供給される。これにより、回路基板１１０に電子部品１１２が装着される装着作業の実行時には、吸着ノズル６０の吸着管６６の周辺の温度と湿度が、第１センサー９２で同時に又は続いて検知されると共に、吸着ノズル６０の吸着管６６に対して電子部品１１２を介して回路基板１１０から加わる衝撃が、第２センサー９３で検知される。更に、装着ヘッド２６の受信回路８４と吸着ノズル６０の胴体筒６２の送信回路９５とが重なり合って接続されると、第２センサー９３の出力信号が、制御装置３１のコントローラ１００に入力される。

【0030】

具体的に説明すると、回路基板１１０に電子部品１１２が装着されたときには、吸着ノズル６０の吸着管６６に対して衝撃が電子部品１１２を介して回路基板１１０から加わるため、例えば、図７のグラフ１１３に示すように、減衰振動していく信号が第２センサー９３から出力される。これに対して、電子部品１１２が回路基板１１０に装着される前に吸着ノズル６０の吸着管６６から脱落した場合には、電子部品１１２が回路基板１１０に触れることがなく、吸着ノズル６０の吸着管６６に対して衝撃が回路基板１１０から加わらないため、略０の値の信号が第２センサー９３から出力される。そして、第２センサー９３の出力信号は、吸着ノズル６０の送信回路９５及び装着ヘッド２６の受信回路８４を介して、制御装置３１のコントローラ１００に入力され、コントローラ１００等によってデータ処理される。

【0031】

一方、第１センサー９２の出力信号は、ＭＣＵ９１に入力される。ＭＣＵ９１は、第１センサー９２の出力信号から温度と湿度を算出し、その算出した温度と湿度を、例えば、図８に示すデータテーブル１１４のように、その算出した時刻に関連付けて記憶する。データテーブル１１４は、ＭＣＵ９１内のフラッシュメモリ９６に設けられる。時刻は、ＭＣＵ９１のタイマ機能により特定される。なお、図８に示すデータテーブル１１４では、時刻ｔ１と温度Ｔ１と湿度Ｈ１とが関連付けられ、時刻ｔ２と温度Ｔ２と湿度Ｈ２とが関連付けられている。

【0032】

図９に示すように、ノズルステーション３０のノズルトレイ７６の表面上では、収容部７８の周囲において、上記した給電回路８６及び受信回路８８が設けられている。給電回路８６及び受信回路８８は、線状の導体であって、収容部７８の周方向で上記所定間隔を置いて対向し、収容部７８の径方向に沿って延びている。従って、ノズルステーション３０の収容部７８に吸着ノズル６０が収容されると、ノズルステーション３０の給電回路８６と吸着ノズル６０のフランジ部６４及び吸着管６６の受電回路９４とが重なり合って接続されると共に、ノズルステーション３０の受信回路８８と吸着ノズル６０のフランジ部６４及び吸着管６６の送信回路９５とが重なり合って接続される（上記図５参照）。

【0033】

このようにして、ノズルステーション３０の給電回路８６と吸着ノズル６０のフランジ部６４及び吸着管６６の受電回路９４とが重なり合って接続されると、少なくとも、吸着ノズル６０のＭＣＵ９１には、制御装置３１の電源等から電力が供給される。更に、ノズルステーション３０の受信回路８８と吸着ノズル６０のフランジ部６４及び吸着管６６の送信回路９５とが重なり合って接続されると、ＭＣＵ９１は、制御装置３１のコントローラ１００の要求等に応じて、フラッシュメモリ９６に記憶されている時刻ｔ、温度Ｔ、及び湿度Ｈの各データを関連させた状態でコントローラ１００に送る。

【0034】

以上詳細に説明したように、本実施形態の部品実装機１４では、回路基板１１０に実装される電子部品１１２を吸着保持する吸着ノズル６０において、第１センサー９２及び第２センサー９３で検知される実装状態に関する情報（つまり、電子部品１１２の装着時に吸着ノズル６０の吸着管６６が受ける衝撃や、吸着ノズル６０の吸着管６６の周辺の温度及び湿度）が、当該吸着ノズル６０から取得される。

【0035】

ちなみに、本実施形態において、装着ヘッド２６は、ヘッドの一例である。吸着ノズル６０は、ノズルの一例である。装着ヘッド２６の給電回路８２は、給電部の一例である。装着ヘッド２６の受信回路８４は、受信部の一例である。ノズルステーション３０の給電回路８６は、給電部の一例である。ノズルステーション３０の受信回路８８は、受信部の一例である。電子回路９０は、回路の一例である。第１センサー９２は、センサーの一例である。第２センサー９３は、センサーの一例である。吸着ノズル６０の受電回路９４は、受電部の一例である。吸着ノズル６０の送信回路９５は、送信部の一例である。フラッシュメモリ９６は、記憶部の一例である。回路基板１１０は、基板の一例である。

【0036】

尚、本開示は上記実施形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、装着ヘッド２６の給電回路８２と吸着ノズル６０の受電回路９４は、それらの間でワイヤレス給電が行われるように構成されてもよい。同様にして、ノズルステーション３０の給電回路８６と吸着ノズル６０の受電回路９４は、それらの間でワイヤレス給電が行われるように構成されてもよい。

【0037】

また、装着ヘッド２６の受信回路８４と吸着ノズル６０の送信回路９５は、それらの間で無線通信が行われるように構成されてもよい。同様にして、ノズルステーション３０の受信回路８８と吸着ノズル６０の送信回路９５は、それらの間で無線通信が行われるように構成されてもよい。

【0038】

また、ＭＣＵ９１は、第１センサー９２の出力信号を、温度や湿度に算出することなく、時刻に関連させた状態でフラッシュメモリ９６に記憶させてもよい。そのような場合、温度や湿度への算出は、第１センサー９２の出力信号の送り先（例えば、制御装置３１のコントローラ１００等）で行われる。

【0039】

また、第１センサー９２は、温度のみを検知するものであってもよいし、湿度のみを検知するものであってもよい。

【0040】

また、ＭＣＵ９１と第１センサー９２は、吸着ノズル６０のフランジ部６４に設けられてもよい。

【0041】

また、ノズルステーション３０の給電回路８６は、省略されてもよい。そのような場合、ノズルステーション３０の収容部７８に吸着ノズル６０が収容されたときに、ＭＣＵ９１がフラッシュメモリ９６内の各データをコントローラ１００に送るための電力は、装着ヘッド２６に吸着ノズル６０が装着された状態を維持することによって確保される。

【0042】

また、吸着ノズル６０の加速度等を検知するためのセンサーを、第２センサー９３と同様にして設けてもよい。

【符号の説明】

【0043】

１４：部品実装機、２６：装着ヘッド、３０：ノズルステーション、６０：吸着ノズル、８２：給電回路、８４：受信回路、８６：給電回路、８８：受信回路、９０：電子回路、９２：第１センサー、９３：第２センサー、９４：受電回路、９５：送信回路、９６：フラッシュメモリ、１１０：回路基板、１１２：電子部品、１１３：グラフ、１１４：データテーブル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】