WO2015052832A1

WO2015052832A1 - 吸着ノズル及び部品装着機

Info

Publication number: WO2015052832A1
Application number: PCT/JP2013/077744
Authority: WO
Inventors: 太志松田
Original assignee: 富士機械製造株式会社
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2013-10-11
Publication date: 2015-04-16
Also published as: EP3057392B1; CN109952017A; CN105612827B; JPWO2015052832A1; US10568248B2; JP6290912B2; EP3697190A1; EP3057392A4; CN109952017B; US20160227682A1; EP3697190B1; EP3057392A1; CN105612827A

Abstract

　部品装着機の装着ヘッドに保持される吸着ノズル４０のノズルホルダ部４１に、部品を吸着するノズル部４３を回動可能に設けて、該ノズル部４３の回動により該ノズル部４３の向きを下向きと横向きとに９０°方向転換可能に構成する。部品吸着動作時には、吸着ノズル４０のノズル部４３の向きを下向きにした状態で該ノズル部５３に部品を上方から吸着し、部品装着動作時には、ノズル部４３の回動により該ノズル部４３の向きを横向きに９０°方向転換させて該ノズル部４３に吸着されている部品の向きを横向きにした状態で該部品を回路基板等の対象物に装着する。

Description

吸着ノズル及び部品装着機

　本発明は、部品供給装置から供給される部品の姿勢（向き）を横向きに９０°方向転換した状態で該部品を対象物に装着する吸着ノズル及び部品装着機に関する発明である。

　従来の部品装着機は、部品供給装置（トレイフィーダ、テープフィーダ、スティックフィーダ等）から供給される部品を吸着ノズルに吸着して回路基板等に装着するようにしている（特許文献１参照）。

特開２００９－２９５９４６号公報

　従来の部品装着機は、吸着ノズルに吸着した部品をそのままの姿勢（向き）で回路基板に装着するようにしているが、部品の種類によっては、製造・販売元から入手した市販のトレイ上の部品の姿勢が装着時の部品の姿勢と９０°異なる場合がある。このような場合は、作業者が市販のトレイ上の部品を専用トレイに移し替えて部品の向きを９０°変えた上で、その専用トレイを部品供給装置にセットするようにしている。このため、部品補給時に作業者が市販のトレイ上の部品を専用トレイに移し替えるという手間のかかる作業を行わなければならず、部品補給作業が面倒であるばかりか、専用トレイを準備しなければならず、その分、生産コストが増加するという欠点があった。

　尚、特許文献１には、スティックフィーダにより供給される部品をシュート上で傾斜姿勢のまま吸着ノズルに吸着できるようにするために、吸着ノズルのノズル部を傾動可能に構成し、シュート上の部品の傾斜角度に応じてノズル部を傾動させて、該ノズル部の下端にシュート上の傾斜姿勢の部品の上面を吸着してピックアップした後、該ノズル部の向きを真っ直ぐ下向きに戻して、該ノズル部に吸着されている部品を下向きの姿勢に直して回路基板に装着することが記載されている。しかし、この構成では、吸着時の部品の下面を装着時もそのまま下向きにして回路基板に装着することには変わりなく、前述した課題には対応できない。

　上記課題を解決するために、本発明は、供給される部品を吸着して対象物に装着する部品装着機の装着ヘッドに保持される吸着ノズルにおいて、前記装着ヘッドに保持されるノズルホルダ部に、部品を吸着するノズル部を回動可能に設けて、該ノズル部の回動により前記ノズル部の向きを下向きと横向きとに９０°方向転換可能に構成し、部品吸着動作時には前記ノズル部の向きを下向きにした状態で該ノズル部に部品を上方から吸着し、部品装着動作時には前記ノズル部の回動により該ノズル部の向きを横向きに９０°方向転換させて該ノズル部に吸着されている部品の向き（姿勢）を横向きにした状態で該部品を対象物に装着するように構成されていることを特徴とするものである。

　このように構成した吸着ノズルを使用すれば、吸着時の部品の向き（姿勢）を横向きに９０°方向転換させた状態で回路基板等の対象物に装着することができるため、製造・販売元から入手した市販のトレイ上の部品の姿勢が装着時の部品の姿勢と９０°異なる場合でも、作業者が市販のトレイ上の部品を専用トレイに移し替える作業を行う必要がなく、市販のトレイをそのまま使用することができ、部品補給作業が容易である。尚、市販のトレイ上の部品の姿勢が装着時の部品の姿勢と同じ場合には、部品吸着後にノズル部の向きを方向転換せずに下向きにしたまま部品を回路基板等の対象物に装着すれば良い。

　本発明は、ノズル部を下向きにした状態と横向きにした状態にそれぞれ係合手段により係合保持させるようにしても良いが、ノズル部を下向きにした状態と横向きにした状態にそれぞれ磁力で保持する少なくとも１個の磁石を備えた構成としても良い。ノズル部の下向きと横向きの状態を磁石で保持する構成は、係合手段で保持する構成と比較して、構成が簡単で、摩耗等の経時劣化が少なく、耐久性に優れる利点がある。しかも、９０°方向転換動作時にノズル部を９０°回動できなくても、ノズル部の回動により磁石を相手側の磁性部材に近付けることができるため、磁石の磁気吸引力により磁石を磁性部材に吸着させることができて、ノズル部を確実に９０°回動できる。

　また、ノズル部の下向きと横向きの状態を磁石で保持する場合は、磁石を、ノズル部の回動範囲を９０°に規制するストッパとしても機能させるようにすると良い。このようにすれば、ノズル部の下向きと横向きの状態を正確に保持できると共に、専用のストッパを設ける必要がない。

　本発明は、ノズル部を回動させる駆動源（モータ、ソレノイド、エアシリンダ等のアクチュエータ）を吸着ノズルに設けた構成としても良いが、この構成では、吸着ノズルの構成が複雑化する欠点がある。

　そこで、本発明は、ノズル部の向きを９０°方向転換させるときに該ノズル部を部品装着機に設けられたノズル方向転換部材に当接させて水平方向又は下方に移動させることで該ノズル部の向きを９０°方向転換させるように構成すると良い。部品装着機には、吸着ノズルをＸＹＺ方向（水平方向及び上下方向）に移動させる移動機構が設けられているため、この移動機構により吸着ノズルのノズル部を部品装着機に設けられたノズル方向転換部材に当接させて水平方向又は下方に移動させることで該ノズル部の向きを９０°方向転換させることが可能となる。これにより、ノズル部を回動させる駆動源を吸着ノズルに設ける必要がなく、吸着ノズルの構成を簡単化できる。

　この場合、ノズル部のうちのノズル方向転換部材が当接する部分には、弾性変形可能な緩衝部材を設けると良い。このようにすれば、方向転換動作時のノズル部とノズル方向転換部材との衝突を緩衝部材で緩衝することができ、方向転換動作による吸着ノズルの経時劣化を抑えることができる。

　また、ノズルホルダ部にノズル部を上下動可能に支持させるように構成し、該ノズル部を下方に付勢する付勢手段を設けた構成とすると良い。このようにすれば、部品吸着時や装着時にノズル部と部品に作用する衝撃力を付勢手段により緩和することができ、ノズル部や部品の損傷を防止できる。

　ところで、吸着ノズルに吸着した部品を回路基板等に確実に装着するために、部品を回路基板等に押さえ付ける必要があるが、本発明の吸着ノズルは、部品を側方からノズル部に吸着した状態で回路基板等に装着するため、ノズル部の先端で部品を上から回路基板等に押さえ付けることができず、ノズル部の吸引力のみで部品を回路基板等に押さえ付ける必要がある。このため、ノズル部の吸引力が弱いと、部品装着動作時にノズル部から部品が不用意に外れやすく、部品装着動作が不安定となる。

　そこで、ノズルホルダ部に複数のノズル部を設け、複数のノズル部で１個の部品を吸着するように構成しても良い。このようにすれば、複数のノズル部で１個の部品を安定して吸着できるため、１個の部品に対する吸引力を増大させることができて、部品装着動作時にノズル部から部品が不用意に外れることを防止できると共に、部品を回路基板等に押さえ付ける力を増大でき、部品装着動作を安定させることができる。

　本発明の吸着ノズルを装着ヘッドに保持させた部品装着機においては、ノズル方向転換部材を移動させる移動手段を設け、吸着ノズルのノズル部の向きを９０°方向転換させるときに前記移動手段により前記ノズル方向転換部材を前記ノズル部が当接可能な位置へ移動させて、前記装着ヘッドにより前記ノズル部を前記ノズル方向転換部材に当接させて水平方向又は下方に移動させることで該ノズル部の向きを９０°方向転換させ、方向転換完了後に前記移動手段により前記ノズル方向転換部材を前記吸着ノズルと干渉しない位置に退避させるようにすれば良い。このようにすれば、ノズル部の方向転換完了後の生産中に吸着ノズルがノズル方向転換部材と干渉することを確実に防止できる。

　この場合、部品装着機の装着ヘッドには、複数の吸着ノズルを保持させ、前記装着ヘッドにより前記複数の吸着ノズルのノズル部を前記ノズル方向転換部材に当接させて水平方向又は下方に移動させることで前記複数の吸着ノズルのノズル部の向きを９０°方向転換させるようにしても良い。このようにすれば、１つの装着ヘッドで複数の吸着ノズルのノズル部の方向転換動作を同時に行うことができ、複数の吸着ノズルのノズル部の方向転換動作を、吸着ノズル１個分のノズル部方向転換動作時間で能率良く行うことができる。

　また、ノズル部に吸着した部品を下方から撮像するカメラと、前記カメラで撮像した画像を処理して前記部品を認識する画像処理手段とを備え、前記ノズル部の向きを横向きに９０°方向転換させて該ノズル部に吸着されている部品の向きを横向きにした状態で該部品を下方から前記カメラで撮像し、その画像を前記画像処理手段で処理して該ノズル部の部品吸着位置の水平方向のずれ量を演算し、該部品の装着位置の指令値を前記部品吸着位置の水平方向のずれ量に応じて補正するようにしても良い。このようにすれば、ノズル部の部品吸着位置がずれていても、その部品吸着位置のずれ量に応じて部品の装着位置の指令値を自動的に補正して、部品を目標とする装着位置に精度良く装着することができる。

　また、部品の寸法データが含まれた部品データをデータベースに登録し、前記ノズル部に吸着する部品の寸法データを前記データベースから取得して、その部品の寸法データに基づいて、部品吸着動作時の吸着ノズルの下降量と部品装着動作時の吸着ノズルの下降量を演算するようにしても良い。このようにすれば、部品吸着動作時と部品装着動作時の吸着ノズルの下降量を自動的に精度良く設定できる。

図１は本発明の一実施例を示す部品装着機の斜視図である。図２は装着ヘッドの斜視図である。図３は吸着ノズルのノズル部が下向きの状態を斜め正面側から見た斜視図である。図４は吸着ノズルのノズル部が下向きの状態を斜め背面側から見た斜視図である。図５は吸着ノズルのノズル部が下向きの状態を示す正面図である。図６は吸着ノズルのノズル部が下向きの状態を示す右側面図である。図７は吸着ノズルのノズル部が下向きの状態を示す縦断右側面図である。図８は吸着ノズルのノズル部が横向きの状態を斜め正面側から見た斜視図である。図９は吸着ノズルのノズル部が横向きの状態を斜め背面側から見た斜視図である。図１０は吸着ノズルのノズル部が横向きの状態を示す正面図である。図１１（ａ）はノズル部を下向きの状態に保持する構成を示す正面図、同図（ｂ）はノズル部を横向きの状態に保持する構成を示す正面図である。図１２（ａ）及び（ｂ）はノズル部を下向きから横向きの状態に９０°方向転換させる動作を説明する正面図である。図１３（ａ）及び（ｂ）はノズル部を横向きから下向きの状態に９０°方向転換させる動作を説明する正面図である。図１４はノズル方向転換ユニットと吸着ノズルとその周辺部分の構成を示す斜視図である。図１５はノズル方向転換ユニットの構成を示す斜視図である。図１６は部品装着機の制御系の構成を示すブロック図である。図１７は生産制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。

　以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
　まず、図１に基づいて部品装着機１１の構成を説明する。

　部品装着機１１には、部品を供給する部品供給装置１２が着脱可能にセットされる。部品装着機１１にセットする部品供給装置１２は、トレイフィーダ、テープフィーダ、バルクフィーダ、スティックフィーダ等のいずれであっても良く、勿論、複数種類のフィーダを混載するようにしても良い。部品装着機１１には、回路基板（図示せず）を搬送するコンベア１３と、部品供給装置１２から供給される部品を回路基板に装着する装着ヘッド１４と、この装着ヘッド１４をＸＹ軸方向（左右前後方向）に移動させるＸＹ軸移動機構１５と、交換用の吸着ノズル４０を載置するノズルステーション１６等が設けられている。

　装着ヘッド１４には、部品供給装置１２から供給される部品を吸着する吸着ノズル４０が交換可能に保持される。部品装着機１１には、吸着ノズル４０に保持した部品を下方から撮像する部品撮像用のカメラ１７が設けられ、装着ヘッド１４には、回路基板の基準位置マーク等を撮像するマーク撮像用のカメラ１８が設けられている。

　装着ヘッド１４には、２個のＺ軸モータ２１，２２で個別に駆動される２個のＺ軸スライド２３，２４が設けられ、各Ｚ軸スライド２３，２４の下側にそれぞれ吸着ノズル４０が１個ずつ着脱可能に負圧等で保持され（図２参照）、各吸着ノズル４０が各Ｚ軸スライド２３，２４によって独立して上下動されるようになっている。図示はしないが、各Ｚ軸スライド２３，２４には、各吸着ノズル４０を回転させるＱ軸（回転軸）が組み付けられている。

　ＸＹ軸移動機構１５は、サーボモータ等からなるＸ軸モータ２５を駆動源とするＸ軸スライド機構２６と、リニアモータ等からなるＹ軸モータ２７を駆動源とするＹ軸スライド機構２８とから構成されている。Ｘ軸スライド機構２６は、Ｘ軸モータ２５でＸ軸ボールねじ２９を回転させて、装着ヘッド１４が取り付けられたＸ軸スライド（図示せず）をＸ軸ガイド３０に沿ってＸ軸方向に移動させる。Ｘ軸ガイド３０は、Ｙ軸スライド機構２８のＹ軸ガイド３１にＹ軸方向にスライド可能に支持され、且つ、Ｙ軸モータ２７が取り付けられたＹ軸スライド３２にＸ軸ガイド３０が連結されている。これにより、Ｙ軸モータ２７によってＸ軸スライド機構２６がＹ軸ガイド３１に沿ってＹ軸方向に移動されるようになっている。

　次に、図３乃至図１５を用いて吸着ノズル４０の構成を説明する。
　吸着ノズル４０は、装着ヘッド１４に保持されるノズルホルダ部４１と、部品を吸着するノズル部４３とから成り、ノズル部４３はノズルホルダ部４１に軸ピン４４（図７、図１１～図１３参照）を介して回動可能に取り付けられている。

　ノズルホルダ部４１の上端には、装着ヘッド１４のＱ軸の下端に負圧等で保持される保持プレート部４５が設けられ、図７に示すように、保持プレート部４５の下面側には、円筒部４６が設けられ、この円筒部４６の内径部には、エアー通路４７を構成するパイプ部４８が上下動可能にスプライン嵌合されている。パイプ部４８の上部外周には、ストッパ鍔部４９が形成され、このストッパ鍔部４９が円筒部４６の上部内周側の段差部５１に当接する位置がパイプ部４８の最下位置となっている。

　パイプ部４８の下部は、円筒部４６から下方に突出し、該パイプ部４８の下端に保持ブロック５２が固定されている。この保持ブロック５２に軸ピン４４を介してノズル部４３の回動ブロック５３が回動可能に組み付けられている。軸ピン４４にはブッシュ５４とＯリング５５が挿通され、軸ピン４４とノズル部４３の回動ブロック５３との間の隙間がＯリング５５でシールされると共に、ブッシュ５４により軸ピン４４に対してノズル部４３の回動ブロック５３が回動可能に支持されている。これにより、軸ピン４４を支点にしてノズル部４３が下向き（鉛直下方）と横向き（水平方向）とに９０°方向転換可能に支持されている。本実施例では、回動ブロック５３に２個のノズル部４３が設けられている。

　円筒部４６の外周囲には、保持ブロック５２を下方に付勢するスプリング５８（付勢手段）が装着され、通常は、スプリング５８のばね力により保持ブロック５２が最下位置（パイプ部４８のストッパ部４９が円筒部４６の段差部５１に当接する位置）に保持されて、該保持ブロック５２に保持されたノズル部４３が最下位置に保持される。

　図７に示すように、吸着ノズル４０の上端の保持プレート部４５の中心部には、エアー圧導入孔５９が形成され、このエアー圧導入孔５９がパイプ部４８内のエアー通路４７に連通している。保持ブロック５２には、パイプ部４８内のエアー通路４７に連通するエアー通路６１が形成されている。軸ピン４４の軸心部には、保持ブロック５２のエアー通路６１と連通するエアー通路６２が形成され、この軸ピン４４の軸方向の中間部に該軸ピン４４内のエアー通路６２を回動ブロック５３のエアー通路６３と連通させる開口部６２ａが形成されている。回動ブロック５３のエアー通路６３はノズル部４３内のエアー通路６４に連通している。これにより、装着ヘッド１４から供給されるエアー圧（負圧、正圧）が吸着ノズル４０のエアー圧導入孔５９を通して該吸着ノズル４０内のエアー通路４７，６１～６３に導入され、ノズル部４３内のエアー通路６４に供給される。

　図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、ノズル部４３の回動ブロック５３には、該ノズル部４３を下向きと横向きの状態に保持する手段として２個の磁石６８，６９が取り付けられ、これに対応して、ノズルホルダ部４１の保持ブロック５２には、各磁石６８，６９が吸着される鉄系材料等の磁性部材７０，７１が取り付けられている。図１１（ａ）に示すように、ノズル部４３の向きが下向きのときには、一方の磁石６８が一方の磁性部材７０に吸着されることでノズル部４３が下向きの状態に保持され、図１１（ｂ）に示すように、ノズル部４３の向きが横向きのときには、他方の磁石６９が他方の磁性部材７１に吸着されることでノズル部４３が横向きの状態に保持される。各磁石６８，６９と各磁性部材７０，７１は、ノズル部４３の回動範囲を下向きから横向きまでの９０°に規制するストッパとしても機能する。

　尚、図１１の構成例では、磁石６８，６９と磁性部材７０，７１をそれぞれ２個ずつ設けているが、磁石を１個のみ設けて、１個の磁石でノズル部４３を下向きと横向きの状態に保持するように構成しても良い。また、磁石と磁性部材の取付位置を反対にして、磁石をノズルホルダ部４１の保持ブロック５２に設け、磁性部材をノズル部４３の回動ブロック５３に設けた構成としても良い。

　図４、図１２、図１３に示すように、ノズル部４３の回動ブロック５３のうちの後述するノズル方向転換部材８１が当接（摺動）する部分には、弾性変形可能な緩衝部材７２がねじ８２等により取り付けられている。この緩衝部材７２は、板ばね等によりノズル部４３の軸方向に延びる細長い板状に形成され、その両端部分７２ａ，７２ｂが該ノズル部４３から離れる方向に傾斜するように屈曲されている。

　一方、図１、図１４に示すように、部品装着機１１には、吸着ノズル４０のノズル部４３の向きを９０°方向転換させる手段としてノズル方向転換ユニット８０が設けられている。図１５に示すように、ノズル方向転換ユニット８０は、ノズル方向転換部材８１をエアーシリンダ８２（移動手段）で上下動させるユニットである。ノズル方向転換部材８１は、ベアリング等の摺動抵抗の小さい部材で構成され、水平な支持アーム８３の両端に水平に取り付けられている。２個のノズル方向転換部材８１の間隔は、装着ヘッド１４に保持された２個の吸着ノズル４０のノズル部４３の配置間隔と同一に設定され、２個のノズル方向転換部材８１で２個の吸着ノズル４０のノズル部４３の向きを同時に９０°方向転換できるようになっている。

　ノズル方向転換部材８１の支持アーム８３は、その中央部が上下方向に延びる昇降シャフト８４の上端に固定されている。昇降シャフト８４は、ガイドブッシュ８５によって上下動可能且つ回動可能に支持され、該昇降シャフト８４の下端が下向きに固定されたエアーシリンダ８２のロッド８２ａに連結されている。この構成により、エアーシリンダ８２のロッド８２ａが引き上げられた状態では、昇降シャフト８４が最上位置に上昇してノズル方向転換部材８１がノズル方向転換動作位置（最上位置）に上昇した状態となり、一方、エアーシリンダ８２のロッド８２ａが下方に突出した状態では、昇降シャフト８４が最下位置に下降してノズル方向転換部材８１が退避位置（最下位置）に退避した状態となる。

　ノズル方向転換部材８１をノズル方向転換動作位置から退避位置へ下降させる際に、ノズル方向転換部材８１やその支持アーム８３を真っ直ぐに下降させると、ノズル方向転換部材８１やその支持アーム８３が部品装着機１１内の他の構成部材と干渉するため、ノズル方向転換部材８１を所定角度（例えば９０°）旋回させて、他の構成部材と干渉することを回避する。この旋回動作を行うために、昇降シャフト８４には、カム溝８６が形成され、このカム溝８６に嵌合するカムフォロア８７がユニット取付板８８に固定されている。これにより、昇降シャフト８４を最上位置から最下位置に下降させる過程で、昇降シャフト８４を所定角度（例えば９０°）回動させて、ノズル方向転換部材８１の支持アーム８３を所定角度（例えば９０°）旋回させる。

　図１６に示すように、部品装着機１１の制御装置９１は、コンピュータを主体として構成され、キーボード、マウス、タッチパネル等の入力装置９２と、ＬＣＤ、ＥＬ、ＣＲＴ等の表示装置９３と、部品装着機１１を制御する各種制御プログラムや各種データを記憶する記憶装置９４等が接続されている。更に、制御装置９１には、部品撮像用カメラ２１やマーク撮像用カメラ２５で撮像した画像を処理する画像処理ユニット９５（画像処理手段）が内蔵されている。

　記憶装置９４には、部品装着機１１の吸着ノズル４０に吸着する部品の縦・横・高さの寸法データが含まれた部品データが記憶されている。この部品データの登録方法は、部品装着機１１を含む部品実装ラインの生産を管理する生産管理コンピュータ（図示せず）のデータベースに予め様々な部品の部品データを登録しておき、生産管理コンピュータによって生産ジョブで指定された部品の部品データをデータベースから読み出して部品装着機１１の記憶装置９４へ転送するようにしても良い。

　部品装着機１１の制御装置９１は、吸着ノズル４０に吸着する部品の寸法データをデータベースから取得して、その部品の寸法データに基づいて、部品吸着動作時の吸着ノズル４０の下降量と部品装着動作時の吸着ノズル４０の下降量を演算して、部品吸着動作時と部品装着動作時の吸着ノズル４０の下降動作を制御する。

　制御装置９１は、部品装着機１１の稼働中に図１７の生産制御プログラムに従って部品供給装置１２から供給される部品を吸着ノズル４０のノズル部４３に吸着して回路基板に実装する動作を制御する。以下、図１７の生産制御プログラムの処理内容を説明する。

　まず、ステップ１０１で、吸着ノズル４０のノズル部４３の向きを下向きの状態に保持しながら、部品供給装置１２から供給される部品の上方で、吸着ノズル４０を下降させてノズル部４３に水平姿勢の部品を吸着した後、吸着ノズル４０を上昇させる。この際、吸着ノズル４０の下降量は、データベースから取得した部品の寸法データに基づいて設定される。

　この後、ステップ１０２に進み、次のようにして、吸着ノズル４０のノズル部４３の向きを下向きから横向きに９０°方向転換して、ノズル部４３に吸着した部品の向きを横向きに切り替える。

　まず、ノズル方向転換ユニット８０のエアーシリンダ８２を作動させて、昇降シャフト８４を最上位置に上昇させてノズル方向転換部材８１をノズル方向転換動作位置（最上位置）に上昇させると共に、吸着ノズル４０をノズル方向転換ユニット８０の上方へ移動させて、図１２（ａ）に示すように、吸着ノズル４０のノズル部４３の緩衝部材７２のうちの軸ピン４４よりも低い部分をノズル方向転換部材８１の側方に近付けた状態にする。この状態で、吸着ノズル４０をノズル方向転換部材８１側に水平移動させて、ノズル部４３の緩衝部材７２の下部をノズル方向転換部材８１に当接させた後も、図１２（ｂ）に示すように、吸着ノズル４０の水平移動を暫く続ける。これにより、ノズル部４３の軸ピン４４よりも低い部分がノズル方向転換部材８１に押されて該ノズル部４３が軸ピン４４を支点にして図１２の時計回り方向に９０°回動して、ノズル部４３の向きが横向きの状態となり、図１１（ｂ）に示すように、ノズル部４３の磁石６９がノズルホルダ部４１の保持ブロック５２の磁性部材７１に当接して吸着されることで、ノズル部４３が横向きの状態に保持される。このようにして、ノズル部４３の向きを下向きから横向きに９０°方向転換させた時点で、吸着ノズル４０の水平移動を停止させる。

　このノズル部４３の方向転換動作時に、ノズル部４３の向きが横向きに近付くと、緩衝部材７２の傾斜部分７２ａがノズル方向転換部材８１に押されて、その傾斜部分７２ａが弾性変形して、ノズル部４３が確実に横向きの状態（磁石６９が磁性部材７１に当接して吸着された状態）になるまで回動される。

　この場合、製造公差や動作時の位置決め誤差等を考慮して、ノズル部４３の軸ピン４４とノズル方向転換部材８１との間の上下方向の間隔を、軸ピン４４とノズル方向転換部材８１との間のノズル部４３の回動ブロック５３と緩衝部材７２との合計厚み寸法より若干大きい寸法に設定することが望ましい。このように設定すれば、吸着ノズル４０の水平移動により緩衝部材７２の傾斜部分７２ａがノズル方向転換部材８１に押されることで、ノズル部４３を磁石６９が磁性部材７１に当接するまで回動できる。また、万一、ノズル方向転換部材８１によりノズル部４３を磁石６９が磁性部材７１に当接するまで回動できなくても、それまでのノズル部４３の回動により磁石６９を磁性部材７１に近付けることができるため、磁石６９の磁気吸引力により磁石６９を磁性部材７１に吸着させることができて、ノズル部４３を横向きの状態に回動できる。

　また、ノズル部４３は、ノズルホルダ部４１に対してスプリング５８のばね力により下方に付勢された状態で上下動可能に支持されているため、ノズル部４３の軸ピン４４とノズル方向転換部材８１との間の上下方向の間隔が両者間の回動ブロック５３と緩衝部材７２との合計厚み寸法より小さい場合でも、吸着ノズル４０の水平移動に応じてノズル部４３がノズル方向転換部材８１によりノズルホルダ部４１側のスプリング５８のばね力に抗して押し上げられながら、ノズル部４３が横向きの状態になるまで回動される。

　以上のようにして、ノズル部４３の向きを下向きから横向きに９０°方向転換させた時点で、吸着ノズル４０の水平移動を停止させると共に、ノズル方向転換ユニット８０のエアーシリンダ８２を作動させて、昇降シャフト８４を最下位置に下降させてノズル方向転換部材８１を退避位置（最下位置）に退避させる。この際、昇降シャフト８４のカム溝８６によって昇降シャフト８４を所定角度（例えば９０°）回動させて、ノズル方向転換部材８１やその支持アーム８３が部品装着機１１の他の構成部材と干渉することを回避する。

　この後、ステップ１０３に進み、吸着ノズル４０を部品撮像用カメラ２１の上方の撮像位置へ移動させて、該吸着ノズル４０のノズル部４３に吸着した横向き姿勢の部品を下方から撮像し、その画像を画像処理ユニット９５で処理して部品を認識することで、ノズル部４３に対する部品の吸着位置の水平方向のずれ量を演算する。この後、ステップ１０４に進み、ノズル部４３に対する部品の吸着位置の水平方向のずれ量に応じて部品装着位置の指令値を補正して、次のステップ１０５で、吸着ノズル４０を回路基板の部品装着位置の上方へ移動させて、吸着ノズル４０を下降させて、ノズル部４３に吸着した横向き姿勢の部品を回路基板の部品装着位置に装着する。この際、吸着ノズル４０の下降量は、データベースから取得した部品の寸法データに基づいて設定される。

　この部品装着動作時に、部品を回路基板に確実に装着するために、ノズル部４３に吸着した横向き姿勢の部品を回路基板に軽く押さえ付ける高さ位置まで吸着ノズル４０を下降させるが、ノズル部４３は、ノズルホルダ部４１に対してスプリング５８のばね力により下方に付勢された状態で上下動可能に支持されているため、ノズル部４３に吸着した横向き姿勢の部品が回路基板に当接した後は、吸着ノズル４０の下降に応じてノズル部４３がスプリング５８のばね力に抗して押し上げられることで、部品吸着動作時の水平姿勢の部品の吸着位置の水平方向のずれによって生じる部品装着動作時の横向き姿勢の部品の高さ位置のずれが吸収される。部品装着動作の完了後は、吸着ノズル４０を上昇させる。

　この後、ステップ１０６に進み、次のようにして、吸着ノズル４０のノズル部４３の向きを横向きから下向きに９０°方向転換する。まず、ノズル方向転換ユニット８０のエアーシリンダ８２を作動させて、昇降シャフト８４を最上位置に上昇させてノズル方向転換部材８１をノズル方向転換動作位置（最上位置）に上昇させると共に、吸着ノズル４０をノズル方向転換ユニット８０の上方へ移動させて、図１３（ａ）に示すように、吸着ノズル４０のノズル部４３の緩衝部材７２のうちの軸ピン４４よりも右側の部分をノズル方向転換部材８１の上方に近付けた状態にする。この状態で、吸着ノズル４０を下降させて、ノズル部４３の緩衝部材７２をノズル方向転換部材８１に当接させた後も、図１３（ｂ）に示すように、吸着ノズル４０の下降動作を暫く続ける。これにより、ノズル部４３の軸ピン４４よりも右側の部分がノズル方向転換部材８１に押し上げられて、該ノズル部４３が軸ピン４４を支点にして図１３の反時計回り方向に９０°回動して、ノズル部４３の向きが下向きの状態となり、図１１（ａ）に示すように、ノズル部４３の磁石６８がノズルホルダ部４１の保持ブロック５２の磁性部材７０に当接して吸着されることで、ノズル部４３が下向きの状態に保持される。このようにして、ノズル部４３の向きを横向きから下向きに９０°方向転換させた時点で、吸着ノズル４０の下降動作を停止させる。

　このノズル部４３の方向転換動作時に、吸着ノズル４０の下降により、緩衝部材７２の傾斜部分７２ｂがノズル方向転換部材８１に押されて、その傾斜部分７２ｂが弾性変形して、ノズル部４３が確実に下向きの状態（磁石６８が磁性部材７０に当接して吸着された状態）になるまで回動される。

　この場合、製造公差や動作時の位置決め誤差等を考慮して、ノズル部４３の軸ピン４４とノズル方向転換部材８１との間の水平方向の間隔を、軸ピン４４とノズル方向転換部材８１との間のノズル部４３の回動ブロック５３と緩衝部材７２との合計厚み寸法より若干大きい寸法に設定することが望ましい。このように設定すれば、吸着ノズル４０の下降動作により緩衝部材７２の傾斜部分７２ｂがノズル方向転換部材８１に当接することで、ノズル部４３を磁石６８が磁性部材７０に当接するまで回動できる。また、万一、ノズル方向転換部材８１によりノズル部４３を磁石６８が磁性部材７０に当接するまで回動できなくても、それまでのノズル部４３の回動により磁石６８が磁性部材７０に近付くため、磁石６８の磁気吸引力により磁石６８が磁性部材７０に吸着され、ノズル部４３が下向きの状態に保持される。

　以上のようにして、ノズル部４３の向きを下向きから横向きに９０°方向転換させた時点で、吸着ノズル４０の下降移動を停止させると共に、ノズル方向転換ユニット８０のエアーシリンダ８２を作動させて、昇降シャフト８４を最下位置に下降させてノズル方向転換部材８１を退避位置（最下位置）に退避させる。以後、上記ステップ１０１～１０６の各動作を繰り返して部品実装基板を生産する。

　ところで、生産開始時にノズル部４３の向きが横向きになっている可能性があるが、生産開始時の吸着ノズル４０のノズル部４３の向きは不明である。生産開始時にノズル部４３の向きが横向きになっている場合は、ノズル部４３の向きを下向きに戻してから部品吸着動作を行う必要がある。

　そこで、本実施例では、生産開始時に、上記ステップ１０６で実行したノズル方向転換動作と同様の動作を実行して、ノズル部４３の向きを下向きに戻してから部品吸着動作を行う。この際、生産開始時に既にノズル部４３の向きが下向きになっている場合は、ノズル方向転換動作により吸着ノズル４０を下降させても、ノズル部４３が回動せず、下向きの状態に保持される。

　以上説明した本実施例の吸着ノズル４０は、装着ヘッド１４に保持されるノズルホルダ部４１に、部品を吸着するノズル部４３を回動可能に設けて、該ノズル部４３の回動によりノズル部４３の向きを下向きと横向きとに９０°方向転換可能に構成したので、部品吸着動作時にはノズル部４３の向きを下向きにした状態で該ノズル部４３に部品を上方から吸着し、部品装着動作時にはノズル部４３の回動により該ノズル部４３の向きを横向きに９０°方向転換させて該ノズル部４３に吸着されている部品の向き（姿勢）を横向きにした状態で該部品を回路基板等の対象物に装着することができる。その結果、製造・販売元から入手した市販のトレイ上の部品の姿勢が装着時の部品の姿勢と９０°異なる場合でも、作業者が市販のトレイ上の部品を専用トレイに移し替える作業を行う必要がなく、市販のトレイをそのまま使用することができ、部品補給作業が容易である。尚、市販のトレイ上の部品の姿勢が装着時の部品の姿勢と同じ場合には、部品吸着後にノズル部４３の向きを方向転換せずに下向きにしたまま部品を回路基板等の対象物に装着すれば良い。

　更に、本実施例では、ノズル部４３を下向きにした状態と横向きにした状態にそれぞれ磁石６８，６９の磁力で保持するようにしたので、係合手段で保持する構成と比較して、構成が簡単で、摩耗等の経時劣化が少なく、耐久性に優れる利点がある。しかも、ノズル部４３の方向転換動作時にノズル部４３を９０°回動できなくても、それまでのノズル部４３の回動により磁石６８又は６９を相手側の磁性部材７０又は７１に近付けることができるため、磁石６８又は６９の磁気吸引力により磁石６８又は６９を磁性部材７０又は７１に吸着させることができて、ノズル部４３を確実に９０°回動できる。

　但し、本発明は、ノズル部４３を下向きにした状態と横向きにした状態にそれぞれ係合手段で保持する構成としても良く、この場合でも、本発明の所期の目的を達成することができる。

　また、本実施例では、装着ヘッド１４には、２個の吸着ノズル４０を保持させ、装着ヘッド１４により２個の吸着ノズル４０のノズル部４３をノズル方向転換部材８１に当接させて水平方向又は下方に移動させることで２個の吸着ノズル４０のノズル部４３の向きを９０°方向転換させるようにしたので、１つの装着ヘッド１４で２個の吸着ノズル４０のノズル部４３の方向転換動作を同時に行うことができ、２個の吸着ノズル４０のノズル部４３の方向転換動作を、吸着ノズル４０の１個分のノズル部方向転換動作時間で能率良く行うことができる。

　尚、本発明は、１つの装着ヘッド１４に３個以上の吸着ノズル４０を保持させる構成としても良く、勿論、１つの装着ヘッド１４に吸着ノズル４０を１個のみ保持させる構成としても良い。

　また、本実施例では、ノズル部４３の向きを横向きに９０°方向転換させて該ノズル部４３に吸着されている部品の向きを横向きにした状態で該部品を下方から部品撮像用カメラ２１で撮像し、その画像を画像処理ユニット９５で処理して該ノズル部４３の部品吸着位置の水平方向のずれ量を演算し、該部品の装着位置の指令値を前記部品吸着位置の水平方向のずれ量に応じて補正するようにしたので、ノズル部４３の部品吸着位置がずれていても、その部品吸着位置のずれ量に応じて部品の装着位置の指令値を自動的に補正して、部品を目標とする装着位置に精度良く装着することができる。

　本発明は、ノズル部４３を回動させる駆動源（モータ、ソレノイド、エアシリンダ等のアクチュエータ）を吸着ノズル４０に設けた構成としても良いが、この構成では、吸着ノズル４０の構成が複雑化する欠点がある。

　そこで、本実施例では、ノズル部４３の向きを９０°方向転換させるときに該ノズル部４３を部品装着機１１に設けられたノズル方向転換部材８１に当接させて水平方向又は下方に移動させることで該ノズル部４３の向きを９０°方向転換させるようにしたので、ノズル部４３を回動させる駆動源を吸着ノズル４０に設ける必要がなく、吸着ノズル４０の構成を簡単化できる利点がある。

　しかも、本実施例では、ノズル部４３のうちのノズル方向転換部材８１が当接する部分に、弾性変形可能な緩衝部材７２を設けたので、方向転換動作時のノズル部４３とノズル方向転換部材８１との衝突を緩衝部材７２で緩衝することができ、方向転換動作による吸着ノズル４０の経時劣化を抑えることができる。

　また、ノズルホルダ部４１にノズル部５３を上下動可能に支持させるように構成し、該ノズル部５３をスプリング５８のばね力により下方に付勢するようにしたので、部品吸着時や装着時にノズル部４３と部品に作用する衝撃力をスプリング５８により緩和することができ、ノズル部４３や部品の損傷を防止できる。

　ところで、吸着ノズル４０に吸着した部品を回路基板等に確実に装着するために、部品を回路基板等に押さえ付ける必要があるが、本実施例の吸着ノズル４０は、部品を側方からノズル部４３に吸着した状態で回路基板等に装着するため、ノズル部４３の先端で部品を上から回路基板等に押さえ付けることができず、ノズル部４３の吸引力のみで部品を回路基板等に押さえ付ける必要がある。このため、ノズル部４３の吸引力が弱いと、部品装着動作時にノズル部４３から部品が不用意に外れやすく、部品装着動作が不安定となる。

　そこで、本実施例では、ノズルホルダ部４１に２個のノズル部４３を設け、２個のノズル部４３で１個の部品を吸着するようにしている。これにより、２個のノズル部４３で１個の部品を安定して吸着することができ、１個の部品に対する吸引力を増大させることができて、部品装着動作時にノズル部４３から部品が不用意に外れることを防止できると共に、部品を回路基板等に押さえ付ける力を増大でき、部品装着動作を安定させることができる。

　尚、本発明は、ノズルホルダ部４１に３個以上のノズル部４３を設けた構成としても良く、勿論、ノズルホルダ部４１にノズル部４３を１個のみ設けた構成としても良く、この場合でも、ノズル部４３のパッド形状を大型化したり、ノズル部４３に供給する負圧を増大させて、吸引力を増大させるようにすれば良い。

　また、本実施例では、ノズル方向転換部材８１を移動させるエアーシリンダ８２を設け、吸着ノズル４０のノズル部４３の向きを９０°方向転換させるときにエアーシリンダ８２によりノズル方向転換部材４３をノズル部４３が当接可能な位置へ移動させて、該ノズル部４３の向きを９０°方向転換させ、方向転換完了後にエアーシリンダ８２によりノズル方向転換部材８１を吸着ノズル４０と干渉しない位置に退避させるようにしたので、ノズル部４３の方向転換完了後の生産中に吸着ノズル４０がノズル方向転換部材８１と干渉することを確実に防止できる。

　また、本実施例では、吸着ノズル４０のノズル部４３に吸着する部品の寸法データをデータベースから取得して、その部品の寸法データに基づいて、部品吸着動作時の吸着ノズル４９の下降量と部品装着動作時の吸着ノズル４０の下降量を演算するようにしたので、部品吸着動作時と部品装着動作時の吸着ノズル４０の下降量を自動的に精度良く設定できる。

　この場合、部品吸着動作時の水平姿勢の部品の吸着位置の水平方向のずれによって部品装着動作時の横向き姿勢の部品の高さ位置のずれが生じるが、部品装着動作時にノズル部４３に吸着した横向き姿勢の部品が回路基板に当接した後は、吸着ノズル４０の下降に応じてノズル部４３がスプリング５８のばね力に抗して押し上げられることで、横向き姿勢の部品の高さ位置のずれが吸収される。

　尚、ノズル部４３に吸着した横向き姿勢の部品の高さ位置を計測する計測手段を設け、この計測手段によって横向き姿勢の部品の高さ位置を計測して、部品装着動作時の吸着ノズル４０の下降量を設定するようにしても良い。ここで、計測手段は、例えば、測長センサ等を用いて横向き姿勢の部品の高さ位置を計測したり、或は、横向き姿勢の部品をその横方向からカメラで撮像して、その画像を処理することで横向き姿勢の部品の高さ位置を計測するようにしても良い。

　その他、本発明は、吸着ノズル４０のノズル部４３の向きを確認する光センサ等を部品装着機１１に設けたり、吸着ノズル４０のノズル部４３の形状や緩衝部材７２の形状を適宜変更しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは言うまでもない。

　１１…部品装着機、１２…部品供給装置、１３…コンベア、１４…装着ヘッド、１５…ＸＹ軸移動機構、１７…部品撮像用のカメラ、１８…マーク撮像用のカメラ、２１，２２…Ｚ軸モータ、２３，２４…Ｚ軸スライド、２５…Ｘ軸モータ、２６…Ｘ軸スライド機構、２７…Ｙ軸モータ、２８…Ｙ軸スライド機構、４０…吸着ノズル、４１…ノズルホルダ部、４３…ノズル部、４４…軸ピン、４５…保持プレート部、４７…エアー通路、５２…保持ブロック、５３…回動ブロック、５８…スプリング（付勢手段）、５９…エアー圧導入孔、６１～６４…エアー通路、６８，６９…磁石、７０，７１…磁性部材、７２…緩衝部材、８０…ノズル方向転換ユニット、８１…ノズル方向転換部材、８２…エアーシリンダ（移動手段）、８４…昇降シャフト、９１…制御装置、９５…画像処理ユニット（画像処理手段）

Claims

　供給される部品を吸着して対象物に装着する部品装着機の装着ヘッドに保持される吸着ノズルにおいて、
　前記装着ヘッドに保持されるノズルホルダ部に、部品を吸着するノズル部を回動可能に設けて、該ノズル部の回動により前記ノズル部の向きを下向きと横向きとに９０°方向転換可能に構成し、
　部品吸着動作時には前記ノズル部の向きを下向きにした状態で該ノズル部に部品を上方から吸着し、部品装着動作時には前記ノズル部の回動により該ノズル部の向きを横向きに９０°方向転換させて該ノズル部に吸着されている部品の向きを横向きにした状態で該部品を対象物に装着するように構成されていることを特徴とする吸着ノズル。
　前記ノズル部を下向きにした状態と横向きにした状態にそれぞれ磁力で保持する少なくとも１個の磁石を備えていることを特徴とする請求項１に記載の吸着ノズル。
　前記磁石は、前記ノズル部の回動範囲を９０°に規制するストッパとしても機能することを特徴とする請求項２に記載の吸着ノズル。
　前記ノズル部の向きを９０°方向転換させるときに該ノズル部を前記部品装着機に設けられたノズル方向転換部材に当接させて水平方向又は下方に移動させることで該ノズル部の向きを９０°方向転換させるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の吸着ノズル。
　前記ノズル部のうちの前記ノズル方向転換部材が当接する部分には、弾性変形可能な緩衝部材が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の吸着ノズル。
　前記ノズルホルダ部は、前記ノズル部を上下動可能に支持するように構成され、該ノズル部を下方に付勢する付勢手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の吸着ノズル。
　前記ノズルホルダ部に前記ノズル部が複数設けられ、
　前記複数のノズル部で１個の部品を吸着するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の吸着ノズル。
　請求項１乃至７のいずれかに記載の吸着ノズルを装着ヘッドに保持させたことを特徴とする部品装着機。
　請求項４又は５に記載の吸着ノズルを装着ヘッドに保持させた部品装着機において、
　前記ノズル方向転換部材を移動させる移動手段を備え、
　前記ノズル部の向きを９０°方向転換させるときに前記移動手段により前記ノズル方向転換部材を前記ノズル部が当接可能な位置へ移動させて、前記装着ヘッドにより前記ノズル部を前記ノズル方向転換部材に当接させて水平方向又は下方に移動させることで該ノズル部の向きを９０°方向転換させ、方向転換完了後に前記移動手段により前記ノズル方向転換部材を前記吸着ノズルと干渉しない位置に退避させることを特徴とする部品装着機。
　前記装着ヘッドには、前記吸着ノズルが複数保持され、
　前記装着ヘッドにより前記複数の吸着ノズルのノズル部を前記ノズル方向転換部材に当接させて水平方向又は下方に移動させることで前記複数の吸着ノズルのノズル部の向きを９０°方向転換させることを特徴とする請求項９に記載の部品装着機。
　前記ノズル部に吸着した部品を下方から撮像するカメラと、
　前記カメラで撮像した画像を処理して前記部品を認識する画像処理手段とを備え、
　前記ノズル部の向きを横向きに９０°方向転換させて該ノズル部に吸着されている部品の向きを横向きにした状態で該部品を下方から前記カメラで撮像し、その画像を前記画像処理手段で処理して該ノズル部の部品吸着位置のずれ量を演算し、該部品の装着位置の指令値を前記部品吸着位置のずれ量に応じて補正することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の部品装着機。
　部品の寸法データを含む部品データがデータベースに登録され、
　前記ノズル部に吸着する部品の寸法データを前記データベースから取得して、その部品の寸法データに基づいて、部品吸着動作時の前記吸着ノズルの下降量と部品装着動作時の前記吸着ノズルの下降量を演算することを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の部品装着機。