专利名称：表面安装机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将元件吸附到设置在头部单元上的元件吸附用吸嘴上并安装到电路板上的表面安装机，尤其涉及一种可以减轻吸嘴在吸附及安装元件时的冲击负荷的表面安装机。
背景技术：
众所周知，以往使用的表面安装机大多采用下述结构将头部单元设置成可在XY平面上移动，在该头部单元上装载由吸嘴轴和设在其下端部的吸嘴等构成的安装用头部，并使其可以升降，利用该头部单元的安装用头部从元件供给部上负压吸附IC等芯片元件后，传送到印制电路板上，并将其安装到印制电路板的规定位置上。
在此类表面安装机中，虽然吸附及安装元件时是通过使安装用头部升降来进行吸附安装的，但是当吸附元件时吸嘴在下降端位置上与元件抵接时，以及当安装元件时吸嘴所吸附的元件在下降端位置上与电路板抵接时，要求缓和作用于元件的冲击力以防止元件受损等。因此，公知的是，通过将包括上述吸嘴以及保持该吸嘴的部件在内的部分安装成可以相对于上述吸嘴轴在上下方向上相对移动来获得缓冲作用。
例如，在特开2000-315894号公报所示的表面安装机中，在装载于头部单元上的安装用头部的吸嘴轴下端部上，安装具有多个吸嘴的吸嘴组装块和保持该吸嘴组装块且使其可围绕横轴转动的保持架，并使上述吸嘴组装块和保持架可以相对于吸嘴轴在上下方向上相对移动，此外还设置有用于阻止保持架及吸嘴组装块相对于吸嘴轴在上下方向上相对移动的锁定机构，吸附安装元件时在头部下降端附近以外使锁定机构工作，而在头部下降端附近则解除锁定机构的锁定，从而允许吸嘴组装块相对于吸嘴轴在上下方向上相对移动，起到缓冲作用。
此外，在特开平8-330790号公报中公开了以下内容在用于将裸芯片元件装载到电路板上的裸芯片安装机中，具有向下按压吸嘴的压缩弹簧、提升用于在上下方向上引导吸嘴部的单轴工作台的可动部的拉伸弹簧、检测将吸嘴部所吸附的元件放置到电路板上时的装载压力的测力传感器、以及根据该测力传感器的检测结果控制单轴工作台的上下移动的控制器，一边利用上述拉伸弹簧抵消上述可动部的自重，一边利用上述控制器对单轴工作台的上下移动进行控制而调整装载压力。
若采用上述特开2000-315894号公报所示的表面安装机，虽然在吸附安装元件时可通过在头部下降端附近解除锁定机构的锁定而起到缓冲作用，但是在该状态下，包括吸嘴和该吸嘴保持部分的可动部的自重仍会作用在元件上。因而，在进行微小元件和脆性元件的吸附与安装时，尽管希望减少施加于元件上的负荷，仍无法充分减少施加于元件上的负荷。
此外，若采用特开平8-330790号公报所示的表面安装机，由于可以通过上述拉伸弹簧抵消可动部的自重，因而可将施加于元件上的负荷减小到很小，还可提高装载压力的调整自由度。然而也存在下述问题除了通过利用控制器控制单轴工作台的上下移动而调整装载压力的机构以外，还需要另行设置用于抵消可动部的自重的拉伸弹簧等，不仅增加了零件数量，还必须保证设置拉伸弹簧的空间，因而导致了设备的大型化。
发明内容
本发明正是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种表面安装机，该表面安装机在吸附安装元件时可在头部下降端位置上发挥缓冲作用，充分减小施加于元件上的负荷，有效地对负荷进行调整，并可简单保持用于调整负荷的结构。
为了解决上述问题，本发明的表面安装机，包括移动可能的头部单元；升降可能地设置在上述头部单元上，沿上下方向延伸的吸嘴轴；安装在该吸嘴轴的下端部，用于吸附元件的吸嘴；含有吸嘴以及保持该吸嘴的部件，安装在上述吸嘴轴上，并相对于该吸嘴轴沿上下方向可相对移动规定量的可动部；设置在上述吸嘴轴与上述可动部之间，用于调整施加在上述可动部上的按压力的压力室；以及用于向上述压力室提供压力的压力供给装置；该压力供给装置可在从正压到负压的范围内调整提供给上述压力室的压力。
若采用该结构，当在吸附元件时吸嘴与元件抵接或在安装元件时吸嘴所吸附的元件与电路板抵接时，可通过使含有吸嘴以及保持该吸嘴的部件的可动部相对于吸嘴轴在上下方向上相对移动，来缓和冲击。
在此情况下，由于可以在从正压到负压的范围内对提供给上述压力室的压力进行调整，所以可以在大范围内调整施加在元件上的负荷(按压力)，尤其是在提供负压时，为了通过该负压使提升上述可动部的方向上的力起作用，可将施加于元件上的负荷调整为小于可动部的重量。
而且，由于不必另行设置用于抵消可动部重量的弹簧等，因而可简化结构。
在本发明的表面安装机中有效的是，上述可动部包括，具有以横轴为中心呈放射状设置的多个吸嘴的吸嘴组装块，和保持该吸嘴组装块使其可围绕横轴转动的保持架；上述压力室设置在上述保持架和上述吸嘴轴之间。
也就是说，如果设置上述吸嘴组装块，则具有可根据所安装的元件选择所使用的吸嘴的优点。相反，虽然增大了含有吸嘴组装块和保持架的可动部的重量，但由于可通过向上述压力室提供负压而抵消可动部的重量，所以在缓冲时可充分减小施加在元件上的负荷。
上述压力供给装置优选为，可以调整提供给上述压力室的负压，使通过该负压而作用在上述可动部上的沿提升方向的力达到抵消上述可动部重量的程度。这样即可在缓冲时将施加于元件上的负荷减小到很小。
此外，上述压力供给装置优选为，包括正压供给源；调整该正压供给源所提供的正压的正压调整装置；负压供给源；调整该负压供给源所提供的负压的负压调整装置；以及在正压供给状态与负压供给状态之间对上述压力室进行切换的切换装置。
这样即可通过上述切换装置的正压供给状态与负压供给状态的切换，以及通过正压调整装置、负压调整装置的调整，有效调整提供给上述压力室的压力。
此外，上述压力供给装置优选为，可以在锁定状态和非锁定状态之间变更，其中上述锁定状态是指通过向上述压力室提供规定的正压而限制上述可动部，使其不能相对于上述吸嘴轴进行上下移动的状态，上述非锁定状态是指通过将提供给上述压力室的压力减小到上述规定的正压以下或停止提供压力而允许上述可动部进行上下移动的状态；上述压力供给装置，在上述非锁定状态下，可在小于上述规定正压的正压到负压的范围内调整提供给上述压力室的压力。
这样一来，在不需要缓冲作用时设定为上述锁定状态，而在需要缓冲作用时设定为上述非锁定状态并调整提供给上述压力室的压力，从而可以调整施加在元件上的冲击负荷。
在本发明的表面安装机中优选为，上述可动部包括具有多个吸嘴的吸嘴组装块，该吸嘴组装块安装在吸嘴轴的下端部上，可相对于吸嘴轴沿上下方向相对移动规定量，且可围绕横轴转动；作为使上述吸嘴组装块转动的机构，设置有位于上述吸嘴轴的侧方，沿上下方向延伸并可转动的组装块驱动用轴；使该组装块驱动用轴转动的驱动装置；以及将上述组装块驱动用轴的转动传递给吸嘴组装块的传动机构；上述组装块驱动用轴，通过托架转动可能但不可在上下方向上相对移动地连接在上述吸嘴轴上，上述组装块驱动用轴和上述吸嘴组装块，在沿上下方向可相对移动的状态下经由上述传动机构联动连接。
若采用此种结构，由于组装块驱动用轴不能上下方向相对移动地连接在吸嘴轴上，而该组装块驱动用轴和吸嘴组装块可以上下方向相对移动，因而当在吸附元件时吸嘴与元件抵接、或在安装元件时吸嘴所吸附的元件与电路板抵接时，组装块驱动用轴的重量不会作用在元件上。
因此，与组装块驱动用轴的重量也起作用的现有结构相比，由于冲击负荷减少了组装块驱动用轴的重量部分，因而可提高冲击吸收作用。此外，由于组装块驱动用轴的偏重并不作用于元件，因而可防止因偏重造成的元件吸附位置偏移以及发生吸附错误，可提高吸附稳定性。
在该表面安装机中优选为，上述吸嘴组装块，通过上述横轴转动可能地安装在沿上下方向相对移动地设置在上述吸嘴轴下端部上的保持架上，上述传动机构，包括设置在上述组装块驱动用轴的下端部的驱动侧齿轮；设置在上述保持架上并与上述驱动侧齿轮啮合的从动侧齿轮；以及设置在该从动侧齿轮与吸嘴组装块之间的传动部件；上述驱动侧齿轮，相对于组装块驱动用轴，，以沿上下方向可相对移动的状态一体转动地花键嵌合。
这样一来，通过使组装块驱动用轴和上述传动机构的齿轮可以上下方向相对移动，可以不妨碍组装块驱动用轴和吸嘴组装块的上下方向相对移动地经由上述驱动齿轮、从动齿轮以及传动部件将组装块驱动用轴的转动传递给吸嘴组装块。
此外，优选下述结构上述保持架，设置有定位部件和使该定位部件工作的气缸，上述定位部件可在与上述吸嘴组装块卡合而阻止上述吸嘴组装块转动的组装块转动阻止状态，和与上述吸嘴组装块脱离的组装块转动允许状态之间变位，上述组装块驱动用轴和上述保持架，设置有用于向上述气缸提供操作用气体的气体通路，上述定位部件，在向上述气缸提供操作用气体时处于上述组装块转动允许状态，在不向上述气缸提供操作用气体时处于上述组装块转动阻止状态。
这样一来，当将上述定位部件设定为上述组装块转动阻止状态时，由于未提供操作用气体，所以在组装块驱动用轴和上述保持架之间，气体压力不会作用在用于密封气体通路的密封部分上，因此，当在安装作业过程中进行转动动作时等，可减少密封部分的滑动阻力，可以提高密封部分的耐久性。
图1是简略表示本发明的实施方式涉及的表面安装机的整体结构的俯视图。
图2是图1的表面安装机中的头部单元的局部剖面主视图。
图3表示图1的表面安装机中的头部的关键部位、是对于吸嘴组装块的定位部件处于组装块转动阻止状态时的正面剖视图。
图4表示图1的表面安装机中的头部的关键部位、是对于吸嘴组装块的定位部件处于组装块转动允许状态时的正面剖视图。
图5是表示卸下吸嘴组装块时的头部的分解剖视图。
图6是表示吸嘴组装块的构成的图5的A向视图。
图7是表示对于图1的表面安装机上设置的加压室的压力供给装置的气压回路图。
图8是表示表面安装机的控制系统的框图。
图9是负荷调整控制的一个示例的流程图。
图10是表示另一实施方式涉及的表面安装机的头部的构成的关键部位的正面剖视图。
图11是图10中的B部分的放大图。
具体实施例方式
下面参照
本发明的优选实施方式。
图1简略表示本发明的实施方式涉及的表面安装机的整体结构。在该图中，在基座1上设置构成传送线的传送带2，在上述传送带2上传送印制电路板3，并在规定的作业位置上停止。
在上述传送带2的侧方设置元件供给部4。在该元件供给部4上设置有多列带式送料器4a。各带式送料器4a，从卷轴上导出以规定间隔预先收容及保持有IC、晶体管、电容器等小片状的电子元件的纸带，利用后述的头部单元5间歇性地取出电子元件。
此外，在上述基座1的上方配备了用于装载电子元件的头部单元5。该头部单元5可以在元件供给部4与印制电路板3的规定作业位置之间移动，在本实施方式中，可以在X轴方向(传送带2的方向)以及Y轴方向(在水平面上与X轴方向垂直相交的方向)上移动。
也就是说，在上述基座1上设置了在Y轴方向上延伸的一对固定轨道7、以及由Y轴伺服电机9转动驱动的滚珠丝杠轴8，在上述固定轨道7上设置头部单元支撑部件11，设在该支撑部件11上的螺母部分12与上述滚珠丝杠轴8螺合。此外，在上述支撑部件11上设置在X轴方向上延伸的导向部件13、由X轴伺服电机15驱动的滚珠丝杠轴14，头部单元5可移动地保持在上述导向部件13上，设置在该头部单元5上的螺母部分(未图示)与上述滚珠丝杠轴14螺合。而且，通过使Y轴伺服电机9工作使滚珠丝杠轴8转动，使上述支撑部件11在Y轴方向上移动，并通过X轴伺服电机15工作使滚珠丝杠轴14转动，使头部单元5相对于支撑部件11在X轴方向上移动。
并且，在上述基座1上设置有用于识别头部单元5所吸附的电子元件的吸附状态的元件识别摄像机17、18，使头部单元5在吸附元件之后移动到该元件识别摄像机17、18的上方，从而拍摄吸附元件。
图2表示上述头部单元5的具体结构。在该图中，上述头部单元5上装载有下部具有吸附电子元件用的吸嘴的头部20。在本实施方式中，在上述头部单元5上沿X轴方向并列设置了两个头部20。
各头部20具有在纵轴方向(上下方向)上延伸的吸嘴轴21，该吸嘴轴21支撑在头部单元5的框架5a上，可在纵轴方向上升降以及围绕纵轴转动，在该吸嘴轴21的下方设置了吸嘴。尤其是为了在吸附安装元件时具有缓冲功能，含有吸嘴以及保持该吸嘴的部件的部分构成可相对于吸嘴轴21上下方向相对移动规定量的可动部。
在该实施方式中，上述可动部包括保持多个吸嘴31的吸嘴组装块30和支撑该吸嘴组装块30且使其可围绕横轴转动的保持架35。
在上述头部单元5上，还在各个头部20上设置了使上述吸嘴轴21升降的Z轴驱动机构、使吸嘴轴21转动的R轴驱动机构、用于转动驱动吸嘴组装块30的组装块驱动机构、以及调整吸附安装元件时的头部下降端位置上的按压负荷的负荷调整机构等。
上述Z轴驱动机构具有分别固定在上述框架5a左右两侧上部且作为驱动源的Z轴伺服电机23和在上下方向上延伸且可升降地支撑在上述框架5a上的齿条24、该齿条24通过托架25与吸嘴轴21的上端部连接，安装在上述Z轴伺服电机23的输出轴上的小齿轮26与上述齿条24啮合。并且通过上述Z轴伺服电机23的运转使小齿轮26转动时，齿条24、托架25以及吸嘴轴21相对于框架5a一体地进行升降。
上述R轴驱动机构包括分别固定在框架5a的中央部分且作为驱动源的R轴伺服电机27、安装在其输出轴上的驱动齿轮(未图示)、以及安装在上述吸嘴轴21上并与上述驱动齿轮啮合的齿轮28，通过上述R轴伺服电机27的运转而转动驱动吸嘴轴21。而吸嘴轴21和上述齿轮28之间采用花键连接，以使齿轮28可相对于吸嘴轴21相对升降，并使吸嘴轴21与齿轮28一体转动。
图3及图4表示吸嘴轴21的下部的具体结构。在这些图中，上述吸嘴轴21采用在中空的主轴21a的内部设置同样是中空的副轴21b的双层管结构，在主轴21a内的副轴21b内外形成通路22a、22b。副轴21b内侧的通路22a用于向吸嘴31提供吸附元件用的负压，其上端部通过阀78等与图示以外的负压供给源连接。此外，副轴21b外侧的通路22b用于向后述的压力室70提供由气体产生的正压或负压，与后述的压力供给装置80相连。
在位于上述吸嘴轴21下方的吸嘴组装块30上，组装有多个(例如5个)吸嘴31和1个吸嘴保持架32。更详细地说，关于吸嘴31，组装有主要以芯片元件等小型元件为对象的小口径吸嘴、以及主要以QFP等大型元件且需要较高安装精度的元件为对象的大口径吸嘴。而在吸嘴保持架32上安装芯片元件及QFP以外的特殊元件的情况下，可安装与这些元件对应的吸嘴。
这些吸嘴31以及吸嘴保持架32(下面在不需要特别区分的情况下，降吸嘴等称为吸嘴31、32)分别嵌入并固定到在转动方向上等间隔设置的多个吸嘴等组装用的凹部33上，从而呈放射状组装在吸嘴组装块30上。
此外，保持上述吸嘴组装块30的保持架35大体呈倒U字形，位于上述吸嘴轴21的下方，该保持架35和吸嘴轴21通过花键螺母36结合，使得保持架35可以相对于吸嘴轴21在上下方向上相对移动，并且能围绕纵轴一体转动。
在保持架35上设置有一对下垂的脚部35a，在这些脚部35a上横架着可自由转动的横轴37，上述吸嘴组装块30固定在该横轴37上。
通过绕横轴37转动驱动吸嘴组装块30，选择性地将这些吸嘴31、32等中的一个吸嘴或吸嘴保持架设置在规定的使用位置、即头部20的下端。
组装块驱动机构由组装块驱动用轴40、作为使该轴40转动的驱动装置的伺服电机41(参照图2)以及用于将上述轴40的转动传递给上述吸嘴组装块30的传动机构构成。
具体而言，如图2～图4所示，上述组装块驱动用轴40与吸嘴轴21平行地延伸，可以相对于头部单元5的框架5a进行升降及围绕纵轴转动。而且，在该轴40上安装皮带轮42，并在上述伺服电机41的输出轴上安装皮带轮43，在这些皮带轮42、43上安装皮带(未图示)。这样，通过上述伺服电机41的运转来驱动轴40转动。在该轴40的外圆面上形成花键。该轴40和皮带轮42通过花键连接，使得轴40可以相对于皮带轮42相对地升降，并使轴40和皮带轮42一体转动。
该轴40的上部连接在上述保持25上，使其可以转动而不能在上下方向上相对移动，另外，轴40的下部通过齿轮可转动地支撑在桥接件44的一端，该桥接件44可相对转动地安装在上述保持架35的上端部分。吸嘴轴21通过上下轴承5b、5b进行支撑，可相对于框架5a上下移动且可转动，轴40通过上下轴承5c、5c进行支撑，可相对于框架5a上下移动且可转动。这样一来，托架25、头部20以及轴40可以一体上下移动，并且轴40、轴21可彼此独立地进行转动。在该轴40的内部形成有气体通路45，该气体通路45通过软管45a以及电磁阀79连接在气体供给源上。
此外，传动机构包括设置在上述轴40下端的驱动侧齿轮46、可相对转动地安装在上述保持架35的上端部分并与上述驱动侧齿轮46啮合的从动侧齿轮47、以及设置在该从动侧齿轮47与吸嘴组装块30之间的传动轴50等传动部件。在该传动轴50的上端设置有齿轮51，该齿轮51与和上述从动侧齿轮47设置成一体的齿轮48彼此啮合。此外，在传动轴50的下端一体设置锥齿轮52，该锥齿轮52与一体组装在吸嘴组装块30上的锥齿轮53啮合。
由此构成下述组装块驱动机构上述伺服电机41运转而使组装块驱动用轴40转动时，该转动经由齿轮46、47、48、51、传动轴50以及锥齿轮52、53变换成围绕横轴的转动，并传递给吸嘴组装块30。
上述驱动侧齿轮46和轴40彼此花键嵌合，以便在可上下方向相对移动的状态下一体转动。这样，组装块驱动用轴40和吸嘴组装块30通过上述传动机构以可上下方向相对移动的状态联动连接。
如图3所示，通过设在上述锥齿轮53上的通孔30a将固定螺钉39螺合插入到该组装块30的螺纹孔30b中，由此将吸嘴组装块30的前端按压在上述横轴37上，而将吸嘴组装块30固定在该横轴37上。因此，如果松开固定螺钉39而使其前端向通孔30a的外侧退避，则可相对于保持架35以及吸嘴组装块30将横轴37拔出，由此如图4所示将吸嘴组装块30从保持架35上卸下。
在上述吸嘴组装块30上形成分别向各吸嘴等31、32提供负压的彼此独立的通路56。通过使上述各个通路56的一端在上述凹部33内开口而与各吸嘴等31、32连通的同时，另一端在吸嘴组装块30的端面(图3中为右侧端面)上以并列状态开口，具体而言，在上述通孔30a的同心圆上，以在圆周上等间距排列的状态开口。而在这些通路56中，与设置在上述使用位置上的各吸嘴等31、32对应的通路56与上述负压供给源连通。也就是说，吸嘴组装块30的上述端面与保持架35的脚部35a内侧面彼此滑动连接，在上述保持架35上设置与上述副轴21b内的通路22a连通的通路57，并且该通路57在上述脚部35a的内侧面上开口。在上述通路56中，只有与设置在上述使用位置上的吸嘴32等对应的通路56，和保持架35的上述通路57一致，这样一来，各通路56中只有与设置在上述使用位置上的吸嘴31、32对应的通路56经由保持架35一侧的通路57与上述负压供给源连通。
在吸嘴组装块30的端面中的各通路56的开口部分上安装用于防止将异物等吸入负压供给源的空气过滤器75。该空气过滤器是一种在圆环形的框架内侧设置了网状过滤面的装置，如图5及图6所示，在上述组装块30的端面上，插状在各通路56的开口部分上形成的凹部56a中。具体而言，空气过滤器75以与凹部56a的内侧端部抵接的状态安装在该凹部56a中，然后在上述凹部56a中依次插装环形按压件76和O型环77，使其与空气过滤器75的外侧重合。由此利用按压件76和O型环77的弹力将空气过滤器75保持在上述凹部56a内，并且在提供吸附元件用的负压时可利用O型环77对吸嘴组装块30与保持架35之间进行密封，其结果是，吸嘴组装块30的上述通路56、57可毫无间隙地连通。
而在上述通路56中，与吸嘴保持架32对应的通路56，由于安装空间方面的原因，如图3所示贯通通孔30a，通过该通孔30a与吸嘴保持架32内间接连通。
在上述吸嘴组装块30上，在用于安装各吸嘴等的凹部33的侧方形成用于对吸嘴等31、32进行定位的卡合孔60，并且在保持架35上设置气缸62，该气缸具有可与该卡合孔60卡合的尖端变窄的定位部件61。
气缸62设置在上述吸嘴组装块30的上方。在气缸62的内部设置与定位部件61形成一体的活塞63，并在该活塞63的下侧形成压力室64，该压力室64经由保持架35以及桥接件44内部形成的气体通路65、66，与组装块驱动用轴40内的气体通路45连通。另外，气缸62内的活塞63的上侧室67对空气开放，并在该室67内设置弹簧68。在停止向压力室64提供气压时，利用弹簧的弹力向下降位置对活塞63施力，从而使定位部件61与卡合孔60卡合，而且，当向压力室64提供空气时，活塞63上升，定位部件61与卡合孔60脱离。
当向压力室64提供空气时，为了防止空气从气体通路65、66中泄漏，在保持架35和桥接件44的滑动连接部分上的气体通路65、66的周围设置了密封部69。
此外，如图3所示，上述负荷调整机构具有压力室70，该压力室70在安装于吸嘴轴21下端的上部压力室构件71与安装于保持架35上的下部压力室构件72之间形成。该压力室70与吸嘴轴21内的副轴21b的外侧通路22b连通。在向该压力室70提供规定的气压时，利用气压向下按压保持架35，从而形成锁定状态和非锁定状态，上述锁定状态是指相对于吸嘴轴21将保持架35限制在可上下移动范围内的下降端位置上，上述非锁定状态是指当提供给上述压力室70的压力小于上述规定气压时，在吸附安装元件时允许保持架35随着吸嘴与元件的抵接而相对于吸嘴轴21向上相对变位。
在上部压力室构件71的内部插通用于形成与上述副轴21b内侧的通路22a相通的通路74的通路构件73，该通路构件73的上端连接在副轴21b上，并且通路构件73的下端深入到下部压力室构件72内，从此处与保持架35上形成的通路57连通。通路构件73和下部压力室构件72通过螺纹连接而形成一体。
图7表示对于上述负荷调整机构的压力室70的压力供给装置80。该压力供给装置80具有连接在由空气压缩机构成的正压供给源81上的正压供给管路82和连接在由真空泵或喷射泵构成的负压供给源83上的负压供给管路84。在上述正压供给管路82上，从正压供给源81一侧依次设置有过滤器85、油雾分离器86、减压阀87、气罐88以及电气调节器89(正压调整装置)。另外，在上述负压供给管路84内设置有气罐90以及电气真空调节器91(负压调整装置)。
上述电气调节器89以及电气真空调节器91是根据后述控制器100提供的电信号控制管路82、84内的压力(正压或负压)的装置。
此外，在正压供给管路82上连接着用于检测由电气调节器89调整后的正压的正压传感器92，在负压供给管路84上连接着用于检测由电气真空调节器91调整后的负压的负压传感器93。
在上述管路82、84和与负荷调整机构的压力室70相通的通路22b之间，设置有作为可对上述压力室70在正压供给状态与负压供给状态之间进行切换的切换装置的正负压切换阀95，以及可对压力室70进行压力(正压或负压)导入或排出切换的切换阀96。上述正负压切换阀95是根据下述控制器100提供的信号进行切换操作的电磁阀，可对连接在切换阀96上的通路97进行切换，使其在与正压供给管路82连通的正压供给状态和与负压供给管路84连通的负压供给状态之间进行切换。此外，上述切换阀96是根据下述控制器100提供的信号进行切换操作的电磁阀，可对与上述压力室70相通的通路22b进行切换，使其在与上述通路97连通而导入负压或正压的压力导入状态、和切断上述通路97并使与上述压力室70相通的通路22b与大气侧连通的大气开放状态之间进行切换。
图8表示安装机的控制系统。如该图所示，安装机具有控制器100，在该控制器100上设置有用于统一控制安装机的主控制装置101和用于存储安装操作等的各种相关程序的存储装置102，并且还设置有轴驱动控制装置103、阀控制装置104以及负荷调整用控制装置105。
上述轴驱动控制装置103控制安装机以及头部单元5上所安装的各种伺服电机9、15、23、27、41。此外，上述阀控制装置104控制阀78和阀79的操作，其中上述阀78用于向吸嘴31提供吸附元件用的负压，上述阀79用于对使定位部件61工作的气缸62提供空气。
上述负荷调整用控制装置105，对设置在与负荷调整机构的压力室70对应的压力供给装置80上的切换阀96、正负压切换阀95、电气调节器89以及电气真空调节器91进行控制。并根据吸附元件的种类等，对上述吸嘴轴21在锁定状态与非锁定状态之间进行切换，上述锁定状态是指通过向上述压力室70提供规定正压而限制上述可动部、以使其不能上下移动的锁定状态，上述非锁定状态是指通过将提供给上述压力室70的压力减小到上述规定正压以下或停止提供压力而允许上述可动部上下移动，而且，为了能在该非锁定状态下从小于上述规定正压的正压到负压的范围内调整提供给上述压力室70的压力而控制上述阀95、96以及调节器89、91。在此情况下，作为调节器89、91的控制而根据正压传感器92或负压传感器93提供的检测信号进行反馈控制，以使供给压力达到根据吸附元件的种类等而设定的目标值。
在采用正压供给源81停止时则密闭正压供给管路82的配管系统结构的情况下，由于可维持停止前的压力，因而可以利用电气调节器89实行使气压逸出的控制，直到正压传感器92所检测出的压力达到规定的压力。但也可设定为只有在因吸嘴31的种类不同而必须使压力室70上升到特别的所需压力的情况下才使正压供给源81运转。此外，当采用正压供给管路82未密闭的配管系统结构的情况下，当正压供给源81停止时，则随着时间的推移，压力室70的压力逐渐接近大气压。电气调节器89促进该变化。
关于负压供给管路84也与此相同，在采用负压供给源83停止时则密闭负压供给管路84的配管系统结构的情况下，由于可维持停止前的压力，所以可以利用电气真空调节器91实行排放负压(从大气一侧导入空气)的控制，直到负压传感器93所检测出的压力达到规定负压。但也可设定为只有在因吸嘴31的种类不同而必须使压力室70下降到特别的所需压力(加大负压)的情况下才使负压供给源83运转。此外，在采用负压供给管路84未密闭的配管系统结构的情况下，当负压供给源83停止时，则随着时间的推移，压力室70的负压逐渐接近0(大气压)。电气真空调节器91促进该变化。
而所需的负压应满足以下条件与通过压力室70的横截面面积乘以负压值求出的向上的负荷相比，可动部的重量大于可动部的负荷。这是因为，如果可动部的重量较小，则可动部会不断上升，从而不得不改变Z轴伺服电机23的控制值，此外，也无法缓和冲击负荷。
此外，为了获得所需的冲击负荷的缓和特性，作为将压力室70的压力控制为0(大气压)的方法有将电气调节器89及电气真空调节器91上的设定压力控制为0的方法、和通过切换阀96将通路22b设定为大气开放状态的方法。也可以在形成在吸嘴组装块30上的凹部33内，设置利用弹力将吸嘴31按压到下方的未图示的制动器上的弹性部件(螺旋弹簧)。可通过弹性部件缓和冲击负荷。在此情况下，可通过从正压到0(大气压)进而到负压之间将压力室70的压力控制到所需压力，从而获得更加恰当的冲击负荷的缓和特性。
此外，与压力室70相比，气罐88、90具有更大的容积，设定为即使可动部发生变位，也不会对正压供给管路82以及负压供给管路84的压力造成影响。
下面，利用图9的流程图举例说明上述控制器100的负荷调整控制装置105的负荷调整。此外，虽然其他的控制例如安装操作等的控制采用其它程序进行，但由于其安装操作等的控制是公知的现有技术，因而省略图示及说明。
图9的流程图所示的处理开始时，首先在步骤S1中判断吸附的元件种类，在步骤S2中根据吸附的元件种类设定用于控制负荷的压力。当在该实施方式的头部单元5上设置两个头部20时，分别针对各头部20进行吸附的元件种类判断并设定相应的负荷控制压力。此外，分别在吸附元件和安装元件时设定负荷控制压力。
负荷控制压力，预先通过实验等得出各种元件的适当值，并将此制表存储到存储装置102中。也就是说，当在吸附元件时吸嘴31在头部下降端位置上与元件抵接、或在安装元件时吸附元件在头部下降端位置上与印制电路板抵接时，预先就各种元件得出适当的按压负荷，以便为了可靠地吸附并安装而以一定程度的按压力作用在元件时，不会因负荷过大导致元件损坏。设定提供给压力室70的压力，使得由可相对于吸嘴轴21上下移动的吸嘴组装块30和保持架35等构成的可动部的重量与提供给压力室70的压力所产生的负荷之和达到上述适当的按压负荷。在此情况下，如果恰当的按压负荷小于上述可动部的重量，则提供给压力室70的压力设定值为负压。
接着，在步骤S3中判断是否处于应进行负荷控制的状况。在此情况下，由于在元件安装操作过程中，除吸附安装元件时头部20处于下降端位置附近时之外，均不必进行负荷控制，而最好相对于吸嘴轴21将上述可动部预先设定为锁定状态，所以在步骤S3中判断为NO(否)。在此情况下，在步骤S4中将上述切换阀96设定为压力导入状态，并在步骤S5中将正负压切换阀95设定为正压供给状态，并且在步骤S6中对电气调节器89进行控制，以使正压传感器92所检测的压力保持在足以设定上述锁定状态的规定压力(例如0.45兆帕)。
另一方面，当吸附元件及安装元件时在头部20处于下降端位置附近时，在上述步骤S3中判断为YES(是)。并且，在此情况下，在步骤S7中根据设定压力对切换阀96以及正负压切换阀95进行操作，并且在步骤S8中根据检测压力和设定压力的比较而控制调节器92、93。
具体说明步骤S7、S8的处理，在设定压力为0的情况下(对元件的恰当的按压负荷与上述可动部的重量相等的情况下)，将切换阀96设定为大气开放状态。在设定压力是低于上述规定压力的正值的情况下(对元件的恰当的按压负荷大于上述可动部的情况下)，将切换阀96设定为压力导入状态，将正负切换阀95设定为正压供给状态，并且对电气调节器89进行控制，以使正压传感器92所检测出的压力达到设定压力。此外，当设定压力为负值时(对元件施加的恰当的按压负荷小于上述可动部的重量时)，将切换阀96设定为压力导入状态，将正负切换阀95设定为负压供给状态，并且对电气真空调节器91进行控制，以使负压传感器93所检测出的负压达到设定压力。
在根据步骤S3中的判断，实行了相应的步骤S4～S6或步骤S7、S8的处理之后，在步骤S9中判断是否已安装完毕，如果判断结果是NO，则重复步骤S3以后的处理。如果步骤S9的判断结果是YES，则结束。
若采用上述该实施方式的装置，作为元件安装操作，首先将头部单元5移动到元件供给部4上，头部20在此处下降，在下降端位置上利用吸嘴31吸附元件之后，头部20上升。这样在吸附元件之后，由摄像机17、18进行摄像并据此进行元件识别等操作，将头部单元5移动到印制电路板3上，头部20在此处下降，将吸嘴31所吸附的元件安装到印制电路板3上。
在进行上述元件安装操作期间，在进行吸附安装元件而使头部20处于下降端附近时以外，将上述负荷调整机构设定为锁定状态，从而限制由保持架35以及吸嘴组装块30等构成的可动部，使其不能相对于吸嘴轴21在上下方向上相对移动，但是在当头部20处于下降端附近时，将上述负荷调节机构设定为非锁定状态，从而允许上述可动部相对于吸嘴轴21上下相对移动。由此，当吸附元件而使吸嘴31在下降端位置上与元件抵接时、或安装元件时吸嘴31吸附的元件在下降端位置上与电路板抵接时，可以缓和作用于元件的冲击。
如上上述，当设定为非锁定状态而发挥冲击缓和作用时，通过根据设定压力控制切换阀96、正负压切换阀95以及调节器89、91，可以恰当地调整施加在吸嘴前端的元件上的负荷。
也就是说，当将切换阀96设定为大气开放状态时，上述压力室70成为向大气开放的状态，由于压力室70未对上述可动部施加按压力，因而上述可动部的重量成为施加在吸嘴前端的元件上的负荷。此外，当将切换阀96设定为压力导入状态时，则向上述压力室70内供给正压(将正负压切换阀95设定为正压供给状态的情况)或负压(将正负压切换阀95设定为负压供给状态的情况)，该压力和可动部的重量相加的值成为施加在吸嘴前端的元件上的负荷，可通过调节器89、91对该负荷进行调整。
尤其是，若将正负压切换阀95设定为负压供给状态，并将电气真空调节器91调整后的负压提供给压力室70，则由于压力室70产生的提升方向的力作用在上述可动部上，因而可抵消上述可动部的一部分甚至全部重量，可将施加在吸嘴前端的元件上的负荷减小到上述可动部的重量以下，因而可大幅度提高冲击吸收作用。
此外，当设定为上述非锁定状态(尤其是压力室70处于对大气开放的状态)时，吸嘴组装块30和保持架35、桥接件44以及组合在其上的齿轮等虽然可以相对于吸嘴轴21在上下方向上相对移动，但由于组装块驱动用轴40相对于吸嘴轴21在上下方向上固定，因而组装块驱动用轴40的重量并不会施加给元件。因此，与组装块驱动用轴40的重量也作用在元件上的现有结构相比，施加在元件上的重量减少，冲击负荷减轻。
此外，在采用本实施方式的安装机安装元件时，设置在负压供给源与副轴21b内的通路22a之间的阀打开，通过上述副轴21b的内侧通路22a、通路构件73、下部压力室构件72、保持架35的通路57以及吸嘴组装块30的通路56，对处于上述使用位置上的吸嘴31提供吸附元件用的负压，由此利用设置在上述使用位置上的吸嘴31吸附元件。当吸附元件时，虽然有时也会吸附异物或灰尘，但由于这些异物及灰尘可被设置在通路56上的空气过滤器过滤，因而可防止出现异物及灰尘堵塞副轴21b的内侧通路22a而妨碍吸附元件、或异物进入负压供给源而引发故障之类的情况。
可以每隔一定期限或每生产一定数量的电路板对上述空气过滤器75进行维护，该维护可在将吸嘴组装块30从各头部20上卸下的状态下进行。具体而言，可通过拧松上述固定螺钉39，将横轴37从保持架35上拔出，将吸嘴组装块30从保持架35上卸下，然后按顺序拆下安装在组装块端面的各凹部56a中的O型环77、按压件76以及空气过滤器75。并将空气过滤器75清洗干净或更换为新品，然后按照与上述相反的顺序将吸嘴组装块30重新安装到头部20上。如上上述，通过对空气过滤75进行定期维护，可防止因该空气过滤器的网眼阻塞造成的负压降低，从而可以持续地实施恰当的元件吸附操作。
而且，由于在吸嘴组装块端面的各通路56的末端部分上设置了凹部56a，并将空气过滤器75插装在此处，所以只要从头部20上卸下吸嘴组装块30即可进行空气过滤器75的维护，而不必将各吸嘴等31、32从吸嘴组装块30上卸下。此外，在各吸嘴等31、32仍安装在吸嘴组装块30上的状态下，可以通过从凹部56a一侧吹入空气来清洁各个通路，通过从各吸嘴等31、32的前端部一侧吹入空气来清洁各吸嘴等31、32。
图10及图11表示空气过滤器75的安装结构的另一实施方式。在这些附图的示例中，采用将空气过滤器75设置在保持架35一侧的结构。详细地说，在保持架35(脚部35a)上的上述通路57的末端部分形成凹部57a(插装用凹部)，在与该凹部57a的内侧端部抵接的状态下将空气过滤器75插装在该凹部57a上，并以与该空气过滤器75的外侧重合的方式在上述凹部57a内依次插装了圆环形的按压部件76和O型环77。由此利用O形环77的弹力将空气过滤器75保持在上述凹部57a内，并且在提供吸附元件用的负压时，吸嘴组装块30和保持架35之间被O形环77密封，其结果是，吸嘴组装块30的上述通路56、57可毫无间隙地连通。
这样一来，对多个吸嘴31、32采用一个空气过滤器75即可，也就是说，由于对吸嘴组装块30一侧的各通路56采用共用的空气过滤器75，因而具有下述优点构成更加合理，并可以进一步提高空气过滤器75的维护性。
而本发明的表面安装机的具体结构并不局限于上述实施方式，还可进行各种变更。
例如在，在上述实施方式中，虽然具有多个吸嘴31的组装块30通过保持架35安装在吸嘴轴21的下端部上，但是也可以在吸嘴轴的下端部安装一个吸嘴，在此情况下，可将吸嘴和保持该吸嘴的部件作为可相对于吸嘴轴可上下方向相对移动的可动部，并在该可动部与吸嘴轴之间设置用于调整按压力的压力室，如图7所示，对该压力室设置压力供给装置，预先设定为可在从正压到负压的范围内调整提供给压力室的压力即可。
权利要求
1.一种表面安装机，其特征在于包括，移动可能的头部单元；升降可能地设置在上述头部单元上，沿上下方向延伸的的吸嘴轴；安装在上述吸嘴轴的下端部，用于吸附元件的吸嘴；含有上述吸嘴以及保持该吸嘴的部件，安装在上述吸嘴轴上，并相对于该吸嘴轴沿上下方向可相对移动规定量的可动部；设置在上述吸嘴轴与上述可动部之间，用于调整施加在上述可动部上的按压力的压力室；以及用于向上述压力室提供压力的压力供给装置；上述压力供给装置，在从正压到负压的范围内调整提供给上述压力室的压力。
2.如权利要求1所述的表面安装机，其特征在于上述可动部，包括，吸嘴组装块，具有以横轴为中心呈放射状设置的多个吸嘴；和保持架，保持该吸嘴组装块使其可围绕横轴转动；上述压力室设置在上述保持架和上述吸嘴轴之间。
3.如权利要求1或2所述的表面安装机，其特征在于上述压力供给装置，调整提供给上述压力室的负压，使通过该负压而作用在上述可动部上的沿提升方向的力达到抵消上述可动部重量的程度。
4.如权利要求1或2所述的表面安装机，其特征在于上述压力供给装置，包括，正压供给源；调整该正压供给源所提供的正压的正压调整装置；负压供给源；调整该负压供给源所提供的负压的负压调整装置；以及在正压供给状态和负压供给状态之间对上述压力室进行切换的切换装置。
5.如权利要求1或2所述的表面安装机，其特征在于上述压力供给装置，可以在锁定状态和非锁定状态之间变更，其中上述锁定状态是指通过向上述压力室提供规定的正压而限制上述可动部，使其不能相对于上述吸嘴轴进行上下移动的状态，上述非锁定状态是指通过将提供给上述压力室的压力减小到上述规定的正压以下或停止提供压力而允许上述可动部进行上下移动的状态；上述压力供给装置，在上述非锁定状态下，可在小于上述规定正压的正压到负压的范围内调整提供给上述压力室的压力。
6.如权利要求1所述的表面安装机，其特征在于上述可动部包括具有多个吸嘴的吸嘴组装块，该吸嘴组装块安装在吸嘴轴的下端部上，可以相对于吸嘴轴沿上下方向相对移动规定量，且可围绕横轴转动；作为使上述吸嘴组装块转动的机构，设置有位于上述吸嘴轴的侧方，沿上下方向延伸并可转动的组装块驱动用轴；使该组装块驱动用轴转动的驱动装置；以及将上述组装块驱动用轴的转动传递给吸嘴组装块的传动机构；上述组装块驱动用轴，通过托架转动可能但不可在上下方向上相对移动地连接在上述吸嘴轴上，上述组装块驱动用轴和上述吸嘴组装块，在沿上下方向可相对移动的状态下经由上述传动机构联动连接。
7.如权利要求6所述的表面安装机，其特征在于上述吸嘴组装块，通过上述横轴转动可能地安装在沿上下方向可相对移动地设置在上述吸嘴轴下端部的保持架上，上述传动机构，包括设置在上述组装块驱动用轴的下端部的驱动侧齿轮；设置在上述保持架上并与上述驱动侧齿轮啮合的从动侧齿轮；以及设置在该从动侧齿轮与吸嘴组装块之间的传动部件；上述驱动侧齿轮，相对于上述组装块驱动用轴，以沿上下方向可相对移动的状态一体转动地予以花键嵌合。
8.如权利要求7所述的表面安装机，其特征在于上述保持架，设置有定位部件和对该定位部件进行操作的气缸，其中上述定位部件可在与上述吸嘴组装块卡合而阻止上述吸嘴组装块转动的组装块转动阻止状态，和与上述吸嘴组装块脱离的组装块转动允许状态之间变位，上述组装块驱动用轴和上述保持架，设置有用于向上述气缸提供操作用气体的气体通路，上述定位部件，在向上述气缸提供操作用气体时处于上述组装块转动允许状态，在不向上述气缸提供操作用气体时处于上述组装块转动阻止状态。
9.一种表面安装机，其特征在于包括，移动可能的头部单元；升降可能地设置在上述头部单元上，沿上下方向延伸的吸嘴轴；围绕横轴转动可能地安装在上述吸嘴轴的下端部，并具有多个吸嘴的吸嘴组装块；作为使上述吸嘴组装块转动的机构，设置有位于上述吸嘴轴的侧方，沿上下方向延伸并可转动的组装块驱动用轴；使该组装块驱动用轴转动的驱动装置；以及将上述组装块驱动用轴的转动传递给吸嘴组装块的传动机构；上述吸嘴组装，安装在上述吸嘴轴上，并相对于该吸嘴轴沿上下方向可移动规定量；上述组装块驱动用轴，通过托架转动可能但不可在上下方向上相对移动地连接在上述吸嘴轴上，上述组装块驱动用轴和上述吸嘴组装块，在沿上下方向可相对移动的状态下经由上述传动机构联动连接。
全文摘要
本发明的表面安装机，在吸附安装元件时，当在头部下降端位置上发挥缓冲作用时，可以将施加给元件的负荷设定在可动部的重量以下，可有效地进行负荷调整，并可简单地保持用于调整负荷的结构。该表面安装机，包括，含有吸嘴(31)以及保持该吸嘴的部件，安装在吸嘴轴(21)上，并相对于该吸嘴轴沿上下方向可相对移动规定量的可动部；设置在上述吸嘴轴(21)与上述可动部之间，用于调整施加在上述可动部上的按压力的压力室(70)；以及用于向上述压力室(70)提供压力的压力供给装置(80)；该压力供给装置(80)可在从正压到负压的范围内调整提供给上述压力室(70)的压力。
文档编号H05K13/04GK1777357SQ20051012533
公开日2006年5月24日 申请日期2005年11月16日 优先权日2004年11月17日
发明者内山真浩 申请人:雅马哈发动机株式会社