吸着ノズルの駆動制御方法
【課題】電子部品や基板の損傷を防止する。
【解決手段】吸着ノズル１２を下降ストッパに当接させた状態からボイスコイルモータ３１により吸着ノズル１２を上昇させ、ロードセル１５で検出される荷重に基づいて、吸着ノズル１２が下降ストッパから離間するときのボイスコイルモータ３１の上昇駆動力を予め確認し、確認された上昇駆動力をボイスコイルモータ３１から付与させた状態で、上下動モータ２１により可動ブラケット１４を下降させて吸着ノズル１２の先端部を電子部品Ｃ又は基板に当接させる。
【解決手段】吸着ノズル１２を下降ストッパに当接させた状態からボイスコイルモータ３１により吸着ノズル１２を上昇させ、ロードセル１５で検出される荷重に基づいて、吸着ノズル１２が下降ストッパから離間するときのボイスコイルモータ３１の上昇駆動力を予め確認し、確認された上昇駆動力をボイスコイルモータ３１から付与させた状態で、上下動モータ２１により可動ブラケット１４を下降させて吸着ノズル１２の先端部を電子部品Ｃ又は基板に当接させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着ノズルの駆動制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子部品実装装置は、吸着ノズルを搭載してＸ−Ｙ平面を自在に移動可能なヘッドを備えており、電子部品のフィーダーから吸着により電子部品を受け取り、基板の部品実装箇所までヘッドが移動して、吸着ノズルから電子部品を解放することで電子部品の搭載を行っている。
【０００３】
かかるヘッドには、当該ヘッドの移動時には吸着ノズルを上昇させ、電子部品の受け取り時及び搭載時には吸着ノズルを下降させる機構が設けられている。具体的には、ヘッドは、昇降可能に支持された可動ブラケットを上下動させる上下動モータと、可動ブラケットに対して回転可能且つ上下動可能に支持されると共に吸着ノズルを上下動可能に支持する回転ケースと、可動ブラケットに搭載され、回転ケースを介して吸着ノズルを上下動させるボイスコイルモータと、回転ケースに設けられ、吸着ノズルの先端部に生じる荷重を検出するロードセルとを備えている。
【０００４】
かかるヘッドでは、基板への電子部品の搭載時において、回転ケースが上下に振動しないようボイスコイルモータにより当該回転ケースを下方へ移動させて可動ブラケットに当接させた状態で、上下動モータにより可動ブラケットを下降させる。そして、ロードセルにより吸着ノズルの先端部が電子部品を介して基板に接触したことが検出されると、検出荷重が所定の目標荷重となるようにボイスコイルモータを上昇方向に駆動させて、部品搭載時の荷重の調節を行っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、吸着ノズルと可動部分との間に弾性体を設け、この弾性体のばね定数を、可動部分の質量や、弾性体のばね粘性、衝突直後の電子部品と吸着ノズルとの歪み速度の初期値から算出したものとすることにより、電子部品や基板への衝撃荷重を軽減する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１５８７４３号公報
【特許文献２】特許第３６５９１３２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、吸着ノズルが電子部品を介して基板に接触した際に、ボイスコイルモータによる押圧荷重が電子部品や基板に瞬間的に加わり、これら電子部品や基板を損傷させてしまう恐れがある。電子部品や基板に過大な荷重が加わらないようロードセルで監視していても、ロードセルやボイスコイルモータには反応の遅れがあるため、瞬間的な荷重まで抑制することは困難である。
【０００８】
また、上記特許文献２に記載の技術では、摺動部の摩擦や経時劣化の影響が加味されていないために弾性体のばね定数が低めに算出されてしまう。その結果、衝撃荷重を十分に軽減することができず、電子部品や基板を損傷させてしまう恐れがある。加えて、摺動部の摩擦の影響は、その組立状態に依存して変化するため、単純に一定値を用いて数式内で考慮することが難しい。
【０００９】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、電子部品や基板の損傷を防止することができる吸着ノズルの駆動制御方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
昇降可能な移動体と、前記移動体に昇降動作を付与する第一の昇降駆動源と、前記移動体に対して昇降動作可能であると共に先端部で電子部品を吸着する吸着ノズルと、前記吸着ノズルに昇降動作を付与する第二の昇降駆動源と、前記第二の昇降駆動源から前記吸着ノズルに付与される荷重を検出する荷重検出手段と、前記移動体に設けられ前記吸着ノズルの下降を所定の高さで制止する下降ストッパとを備え、前記吸着ノズルに吸着させた前記電子部品を基板に搭載させるヘッドにおける吸着ノズルの駆動制御方法において、
前記吸着ノズルを前記下降ストッパに当接させた状態から前記第二の昇降駆動源により前記吸着ノズルを上昇させ、前記荷重検出手段で検出される荷重に基づいて、前記吸着ノズルが前記下降ストッパから離間するときの前記第二の昇降駆動源の上昇駆動力を予め確認する駆動力確認工程を備え、
前記駆動力確認工程で確認された前記上昇駆動力を前記第二の昇降駆動源から付与させた状態で、前記第一の昇降駆動源により前記移動体を下降させて前記吸着ノズルの先端部を前記電子部品又は前記基板に当接させることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の吸着ノズルの駆動制御方法において、
前記荷重検出手段として、前記吸着ノズルが前記下降ストッパから離間したときに、検出される荷重の変化が所定範囲内となるものを用い、
前記駆動力確認工程では、前記第二の昇降駆動源の上昇駆動力を所定時間又は所定回数だけ変化させたときであって、前記荷重検出手段で検出された荷重の変化が前記所定範囲内であった場合に、前記所定時間又は前記所定回数だけ変化させる前の前記第二の昇降駆動源の上昇駆動力を、前記吸着ノズルが前記下降ストッパから離間するときの前記第二の昇降駆動源の上昇駆動力とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、吸着ノズルが下降ストッパから離間するときの上昇駆動力を第二の昇降駆動源（例えば、ボイスコイルモータ）に付与させた状態で、吸着ノズルを下降させて当該吸着ノズルの先端部を電子部品又は基板に当接させるので、従来と異なり、吸着ノズルと電子部品又は基板との当接時に第二の昇降軸の自重やボイスコイルモータによる下方への押圧荷重が電子部品又は基板に加わることがない。したがって、吸着ノズルの下降速度を低下させる必要なく、電子部品や基板の損傷を防止することができる。
【００１３】
また、荷重検出手段で検出される荷重に基づいて、吸着ノズルが下降ストッパから離間するときの第二の昇降駆動源の上昇駆動力を予め確認するので、摺動部の摩擦や経時劣化の影響等をも含む適切な上昇駆動力を求めることができる。したがって、電子部品や基板の損傷をより確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】電子部品実装装置の斜視図である。
【図２】吸着ノズルが下降ストッパから離間した状態の昇降装置の側断面図である。
【図３】吸着ノズルが下降ストッパに当接した状態の昇降装置の側断面図である。
【図４】昇降装置の制御構成を示すブロック図である。
【図５】吸着ノズルの駆動制御方法のフローチャートである。
【図６】吸着ノズルの駆動制御方法のタイミングチャートである。
【図７】駆動力確認工程のフローチャートである。
【図８】駆動力確認工程のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（電子部品実装装置の全体構成）
本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、電子部品実装装置１００の斜視図である。以下、図示のように、水平面において互いに直交する二方向をそれぞれＸ軸方向（基板搬送方向）とＹ軸方向（基板搬送方向との直交方向）とし、これらに直交する鉛直方向をＺ軸方向というものとする。
電子部品実装装置１００は、基板に各種の電子部品の搭載を行うものであって、図１に示すように、搭載される電子部品を供給する複数の電子部品フィーダー１０１及び電子部品フィーダー１０１を複数並べて保持するフィーダーバンク１０２からなる二組の部品供給部と、Ｘ軸方向に基板を搬送する基板搬送手段１０３と、当該基板搬送手段１０３による基板搬送経路の途中に設けられた基板に対する電子部品搭載作業を行うための基板保持部１０４と、複数（この例では三基）の吸着ノズル１２をそれぞれ昇降可能に保持する昇降装置１０と、各昇降装置１０が固定されて電子部品の保持を行うヘッド１０６と、ヘッド１０６を二組の部品供給部と基板保持部１０４とを含んだ作業エリア内の任意の位置に駆動搬送するヘッド移動機構としてのＸ−Ｙガントリ１０７と、ヘッド１０６に搭載され、吸着ノズル１２に吸着された電子部品の撮像を行う複数（この例では三基）の撮像手段としてのＣＣＤカメラ１０８と、吸着ノズル１２に保持された電子部品の垂直下方からの画像をＣＣＤカメラ１０８により撮像可能とする撮像ミラー１２０と、上記各構成の動作制御を行う動作制御手段１１０とを備えている。
【００１６】
かかる電子部品実装装置１００の動作制御手段１１０は、電子部品フィーダー１０１の電子部品の受け渡し部１０１ａから各吸着ノズル１２に電子部品を吸着させる。また、動作制御手段１１０は、各吸着ノズル１２に吸着された電子部品をそれぞれのＣＣＤカメラ１０８で撮像して得られた撮像画像データから画像処理を行ってノズル先端部に対する電子部品の位置及びノズルの中心線を中心とする角度（向き）を求め、基板に対する吸着ノズル１２の位置決めの補正並びに吸着ノズル１２を回転させて電子部品の角度の補正を行い、電子部品の実装制御を行う。
【００１７】
（吸着ノズルの昇降装置）
図２は、吸着ノズル１２の昇降装置１０の側断面図である。この図に示すように、吸着ノズル１２の昇降装置１０は、ヘッド１０６に固定支持された本体フレーム１１と、ノズルホルダ１３に保持されて電子部品Ｃをその先端部で吸着保持する吸着ノズル１２と、上下動可能に本体フレーム１１に支持された移動体としての可動ブラケット１４と、可動ブラケット１４を上下方向に駆動する第一の上下動手段２０と、可動ブラケット１４に設けられると共に当該可動ブラケット１４からノズルホルダ１３を介して吸着ノズル１２を上下方向に沿って駆動する第二の上下動手段３０と、吸着ノズル１２に負圧を供給する負圧供給手段４０と、吸着ノズル１２に付与される荷重を検出する荷重検出手段としてのロードセル１５と、上下方向に沿った軸を中心に吸着ノズル１２の回転角度調節を行う回転角度調節手段５０と、上記各構成の動作制御を行う動作制御手段６０（図４参照）とを備えている。以下に各部を詳説する。
【００１８】
本体フレーム１１は、前述のようにヘッド１０６に固定支持され、Ｘ−Ｙ平面（水平面）に沿って，例えば電子部品Ｃの受け取り位置や基板の搭載位置に搬送される。
【００１９】
可動ブラケット１４は、本体フレーム１１の下部においてリニアガイド１９を介して上下動可能に支持されている。この可動ブラケット１４は、本体フレーム１１に設けられた第一の上下動手段２０により上下方向に駆動される。
【００２０】
第一の上下動手段２０は、本体フレーム１１の上部において下方に出力軸を向けた状態で配設された回転駆動式の上下動モータ２１（第一の昇降駆動源）と、その回転角度量を検出するエンコーダ２２と、上下動モータ２１の出力軸にカップリングを介して連結され，上下方向に沿った状態で回転自在に本体フレーム１１に支持されたボールネジシャフト２３と、このボールネジシャフト２３により上下動が付与されるボールネジナット２４とを有している。
ボールネジナット２４は、可動ブラケット１４に固定されており、上下動モータ２１の回転駆動により回転角度量に応じて可動ブラケット１４の上下方向の位置決めを行う。また、上記エンコーダ２２は、その検出信号が動作制御手段６０に出力され、動作制御手段６０がこれに基づいて可動ブラケット１４の現在位置を認識して上下動モータ２１の動作制御を行うことを可能としている。
【００２１】
吸着ノズル１２は、下端部が先細に形成された管状体であり、当該先端部を電子部品Ｃに向けた状態で吸着保持が行われる。吸着ノズル１２の上端部はノズルホルダ１３に連結されている。
ノズルホルダ１３は、後述するノズルシャフト４１の下端部に設けられ、下端部に吸着ノズル１２が着脱自在に取り付けられた筒状体である。
【００２２】
負圧供給手段４０は、下端部がノズルホルダ１３に連結されたノズルシャフト４１と、このノズルシャフト４１の上端部に連結されたガスケット４２とを備えている。このうち、ガスケット４２は、吸着ノズル１２が電子部品を吸着するための負圧の供給を行う図示しない負圧源たる吸気ポンプ或いはエジェクター等と接続可能となっている。
【００２３】
上記ノズルシャフト４１は、その上端部が本体フレーム１１の上部近傍まで延出されており、後述するスプライン構造を介して回転角度調節手段５０に連結されており、回転角度調節手段５０から回転動作が付与される構造となっている。つまり、これにより、吸着ノズル１２に鉛直上下方向を軸とする回転動作が付与され、吸着した電子部品の向きを調節することを可能としている。
また、ノズルシャフト４１の下部は、可動ブラケット１４に設けられた空気軸受け４３により鉛直上下方向の軸回りに回転及び上下動可能に支持されている。空気軸受け４３は、ノズルシャフト４１の下部の外径よりわずかに大きな内径のスリーブであって、ノズルシャフト４１との隙間に空気を供給することでノズルシャフト４１をその中心位置に保持することができる。かかる空気軸受け４３は非接触でノズルシャフト４１を支持するので摩擦の発生がなく、ノズルシャフト４１を円滑に回転及び上下動させることが可能である。
【００２４】
回転角度調節手段５０は、本体フレーム１１の上部において下方に出力軸を向けた状態で配設された角度調節モータ５１（回転駆動源）と、その回転角度量を検出するエンコーダ５２と、角度調節モータ５１の出力軸の下端部にカップリングを介して連結されたスプラインナット５３とを備えている。
上記角度調節モータ５１とスプラインナット５３とは、前述したノズルシャフト４１と同心となる位置に配設されており、ノズルシャフト４１の上部の外周面はスプラインナット５３に嵌合するスプライン軸となっている。かかるスプライン軸とスプラインナット５３とによりスプライン構造が構成されている。
これにより、ノズルシャフト４１は、角度調節モータ５１のトルクが付与されると共に、角度調節モータ５１及びスプラインナット５３に対して上下動を行うことが可能となっている。
一方、エンコーダ５２は角度調節モータ５１の出力軸の回転角度量を動作制御手段６０に出力しており、これに基づいて動作制御手段６０は角度調節モータ５１に所定の角度量の回転を生じるように回転駆動制御を行うことを可能としている。その結果、角度調節モータ５１の出力軸からスプラインナット５２，ノズルシャフト４１及びノズルホルダ１３を介して吸着ノズル１２の回転駆動が行われ、吸着ノズル１２の先端部に吸着保持された電子部品Ｃの向きを調節することが可能である。
【００２５】
第二の上下動手段３０は、ノズルシャフト４１に隣接する配置で可動ブラケット１４の上部に固定装備され、鉛直上下方向に沿って往復動作を行う出力軸を備えたボイスコイルモータ３１と、ボイスコイルモータ３１の出力軸の下端部に垂下支持され、ロードセル１５を保持する支持枠３２と、一端部がノズルシャフト４１に連結され、他端部が支持枠３２に支持された荷重アーム３３と、荷重アーム３３とロードセル１５との間に介在する与圧バネ３４と、荷重アーム３３と支持枠３２との間に介在する支持バネ３５とを備えている。
【００２６】
上記荷重アーム３３の一端部はラジアル軸受け３６を介してノズルシャフト４１の中間位置に連結されており、当該ノズルシャフト４１の鉛直軸回りの回転を許容し、鉛直上下方向についてはノズルシャフト４１（吸着ノズル１２）と荷重アーム３３とが一体的に上下動を行うようになっている。また、この荷重アーム３３は、前述した空気軸受け４３の上側に設けられており、可動ブラケット１４に対して吸着ノズル１２及びノズルシャフト４１を下降させると、空気軸受け４３の上端部に荷重アーム３３が当接し、それより下方への下降動作を規制する構造となっている（図３参照）。即ち、空気軸受け４３は、第二の上下動手段３０による吸着ノズル１２の下降動作を規制する下降ストッパとしての機能も有していることとなる。
【００２７】
支持枠３２は、矩形の枠状であって、互いに対向する天板３２ａと底板３２ｂとを備え、天板３２ａの上面にはボイスコイルモータ３１の出力軸の下端部が固定連結され、天板３２ａの下面にはロードセル１５が下向きに固定設置されている。また、荷重アーム３３の他端部は支持枠３２の天板３２ａと底板３２ｂの間に位置し、当該荷重アーム３３の他端部の上面とロードセル１５の下面（荷重検出面）との間に前述した与圧バネ３４が配設されている。また、荷重アーム３３の他端部の下面と支持枠３２の底板３２ｂの上面との間には前述した支持バネ３５が配設されている。
【００２８】
上記のように荷重アーム３３が上下のバネ３４，３５により挟まれた配置となることで、ボイスコイルモータ３１の出力軸の駆動により荷重アーム３３から空気軸受け４３の上面に対して付与している荷重をロードセル１５により検出させることが可能となっている。また、荷重アーム３３から付与される荷重が、吸着ノズル１２の先端部で電子部品を基板側に加圧するための荷重と一致する場合があり、その場合には、吸着ノズル１２が搭載時の電子部品に付与する荷重を検出することも可能となっている。
【００２９】
動作制御手段６０は、図４に示すように、吸着ノズル１２の昇降装置１０の後述する各種制御を実行させる制御プログラムが書き込まれているＲＯＭ６０ａと、制御プログラムに従って上下動モータ２１，ボイスコイルモータ３１，角度調節モータ５１及び負圧供給手段４０等の各部の動作を集中制御するＣＰＵ６０ｂと、ＣＰＵ６０ｂの処理データをワークエリアに格納するＲＡＭ６０ｃとを備えている。
【００３０】
さらに、動作制御手段６０には、その動作制御に必要となるデータの入力設定や動作の開始の指示入力等を行う設定入力手段６４と、当該動作制御手段６０からの制御信号に従って各モータ２１，３１，５１を駆動する各駆動回路６１，６２，６３と、エンコーダ２２，５２，ロードセル１５の出力を検出信号として当該動作制御手段６０に入力する各入力回路６５，６６，６７が併設されている。
なお、動作制御手段６０は、電子部品実装装置１００の動作制御手段１１０と一体的に構成してもよい。
【００３１】
（吸着ノズルの駆動制御方法）
続いて、電子部品Ｃが基板に搭載される際にＣＰＵ６０ｂが実行する吸着ノズル１２の駆動制御方法について、図５のフローチャート及び図６のタイミングチャートを参照して説明する。これは、ＣＰＵ６０ｂがＲＯＭ６０ａに格納された所定のプログラムを実行することにより行われる処理である。
なお、ここでは、吸着ノズル１２が電子部品Ｃの吸着を行い、角度調節モータ５１により吸着ノズル１２の先端部の電子部品Ｃの向きが既に調節されて、基板の搭載位置にヘッド１０６が搬送された状態にあることを前提とする。
【００３２】
まず、ＣＰＵ６０ｂは、上下動モータ２１を駆動させて、吸着ノズル１２の先端部をヘッド１０６搬送時の高さＺ３から（図６(1)）、高さＺ２まで高速で下降させる（ステップＳ１：図６(2)）。このとき、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）３１は非駆動状態（出力Ｖ０）にあり、吸着ノズル１２は可動ブラケット１４に対して最も下降した位置、つまり、荷重アーム３３が空気軸受け４３の上面に当接した状態にある。なお、高さＺ２は、ボイスコイルモータ３１が非駆動状態で吸着ノズル１２が最も下降した高さであり、吸着ノズル１２の下端部が電子部品Ｃに届くことがない高さに設定されている。また、かかる状態におけるロードセル（ＬＣ）１５の検出荷重はＬ０となっている。
【００３３】
次に、ＣＰＵ６０ｂは、エンコーダ２２の出力に基づいて吸着ノズル１２の先端部が高さＺ２に到達したか否かを判定し（ステップＳ２）、到達していないと判定した場合には（ステップＳ２；Ｎｏ）、ステップＳ１に戻る。
【００３４】
吸着ノズル１２の先端部が高さＺ２に到達していると判定した場合には（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ６０ｂは、吸着ノズル１２の先端部を高さＺ２で停止させると共に、ボイスコイルモータ３１の出力をＶ１まで上げて当該ボイスコイルモータ３１に上昇駆動力を作用させる（ステップＳ３：図６(3)）。このときのボイスコイルモータ３１の出力Ｖ１は、後述する駆動力確認工程によって予め設定されている出力値であり、より詳しくは、荷重アーム３３が空気軸受け４３の上面から丁度離間する出力値である。なお、吸着ノズル１２の先端部を高さＺ２で停止させたときに吸着ノズル１２に対して下方への慣性力が作用するが、荷重アーム３３が空気軸受け４３の上面に当接した状態にあるので吸着ノズル１２がこの慣性力によって下方へ移動することはなく、吸着ノズル１２と電子部品Ｃとが接触する事態は生じない。
【００３５】
次に、ＣＰＵ６０ｂは、上下動モータ２１を駆動させて吸着ノズル１２の低速での下降を開始する（ステップＳ４：図６(4)）。このとき、ボイスコイルモータ３１の出力はＶ１のままである。なお、このステップＳ４における吸着ノズル１２の「低速」での下降とは、ステップＳ１における「高速」での下降に比べて相対的に遅いことを意味している。
【００３６】
次に、ＣＰＵ６０ｂは、ロードセル１５からの出力の変化に基づいて、吸着ノズル１２の先端部が電子部品Ｃを介して基板に接触したか否かを判定する（ステップＳ５）。ここでは、ＣＰＵ６０ｂは、ロードセル１５からの出力の変化がＬ０からＬ１まで変化していない場合には、吸着ノズル１２が基板に接触していないと判定し（ステップＳ５；Ｎｏ）、当該ステップＳ５を繰り返す。
【００３７】
一方、ロードセル１５からの出力の変化がＬ０からＬ１まで変化していた場合には（図６(5)）、ＣＰＵ６０ｂは、吸着ノズル１２が基板に接触していると判定し（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、そのときのＺ軸高さをＺ０としてＲＡＭ６０ｃに記憶させると共に、電子部品Ｃが所定の荷重で基板に当接するようにボイスコイルモータ３１に出力Ｖ２の下降駆動力を作用させる（ステップＳ６）。
【００３８】
次に、ＣＰＵ６０ｂは、エンコーダ２２の出力に基づいて吸着ノズル１２の先端部が高さＺ１に到達したか否かを判定し（ステップＳ７）、到達していないと判定した場合には（ステップＳ７；Ｎｏ）、当該ステップＳ７を繰り返す。なお、本実施形態においては、高さＺ１は、基板の上面よりも１ｍｍ下方の高さとなっている。
【００３９】
吸着ノズル１２の先端部が高さＺ１に到達していると判定した場合には（ステップＳ７；Ｙｅｓ：図６(6)）、ＣＰＵ６０ｂは、上下動モータ２１を停止させて当該高さＺ１を保持すると共に、ロードセル１５の出力がＬ２に保たれるようにボイスコイルモータ３１の出力をＶ２に保持する（ステップＳ８）。なお、吸着ノズル１２の先端部が高さＺ１に到達していなくとも、ステップＳ６からボイスコイルモータ３１の出力をＶ２に保持しておいてもよい。
【００４０】
次に、ＣＰＵ６０ｂは、吸着ノズル１２の先端部が高さＺ１に到達してから所定の加圧時間Ｔ１が経過したか否かを判定し（ステップＳ９）、経過していない場合には（ステップＳ９；Ｎｏ）、当該ステップＳ９を繰り返す。そして、所定の加圧時間Ｔ１が経過していた場合には（ステップＳ９；Ｙｅｓ：図６(7)）、ＣＰＵ６０ｂは、上下動モータ２１を駆動させて吸着ノズル１２の先端部を高さＺ２まで低速で上昇させた後（図６(8)）、高さＺ３まで高速で上昇させる（ステップＳ１０：図６(9)）。また、このとき同時に、ＣＰＵ６０ｂは、ボイスコイルモータ３１の出力をＶ０まで戻す。
以上により、電子部品Ｃが基板に搭載される際の吸着ノズル１２の駆動制御が終了する。
【００４１】
（駆動力確認工程）
続いて、上述の吸着ノズル１２の駆動制御におけるステップＳ３でのボイスコイルモータ３１の出力Ｖ１を予め確認する駆動力確認工程について、図７のフローチャート及び図８のタイミングチャートを参照して説明する。この工程は、ＣＰＵ６０ｂがＲＯＭ６０ａに格納された所定のプログラムを実行することにより行われる処理である。
【００４２】
まず、吸着ノズル１２の先端部がどこにも触れておらず、且つ、荷重アーム３３が空気軸受け４３の上面に当接した状態、つまり吸着ノズル１２を下降ストッパに当接させた状態とする（ステップＴ１）。
【００４３】
次に、ＣＰＵ６０ｂは、ボイスコイルモータ３１に所定ステップ量の上昇駆動力を作用させて、このときのロードセル１５の出力値を取得する（ステップＴ２）。本実施形態では、５ｇｆを所定ステップ量とする。
【００４４】
次に、ＣＰＵ６０ｂは、ボイスコイルモータ３１に更に所定ステップ量の上昇駆動力を作用させ、このときのロードセル１５の出力値を取得する（ステップＴ３）。
そして、ＣＰＵ６０ｂは、この出力値が前回取得した出力値に対して所定のインポジション範囲内に入っているか否かを判定する（ステップＴ４）。本実施形態では、±４ｇｆを所定のインポジション範囲とする。
【００４５】
ここで、ステップＴ３で取得したロードセル１５の出力値が前回取得した出力値に対して所定のインポジション範囲内に入っていない場合には（ステップＴ４；Ｎｏ）、ステップＴ３に移行する。
そして、ステップＴ３で取得したロードセル１５の出力値が前回取得した出力値に対して所定のインポジション範囲内に入っていた場合には（ステップＴ４；Ｙｅｓ）、連続で所定のインポジション範囲内に入っていた回数が所定回数に達しているか否かを判定する（ステップＴ５）。本実施形態では、２０回を所定回数とする。
【００４６】
ステップＴ５において、連続で所定のインポジション範囲内に入っていた回数が所定回数に満たない場合には（ステップＴ５；Ｎｏ）、ステップＴ３に移行する。
そして、連続で所定のインポジション範囲内に入っていた回数が所定回数に達していた場合には（ステップＴ５；Ｙｅｓ）、所定回数だけ変化させる前のボイスコイルモータ３１の出力値を、上記出力Ｖ１として設定する（ステップＴ６）。つまり、本実施形態では、２０回連続で前回との差が±４ｇｆの範囲内に入っていたときの最後のロードセル１５の出力値Ｖ３から、５ｇｆ×２０回＝１００ｇｆを引いた値が出力Ｖ１となる。
【００４７】
この駆動力確認工程によれば、荷重アーム３３が空気軸受け４３の上面から離間するとロードセル１５の出力値は殆ど変化しなくなるので、このロードセル１５の出力値の変化に基づいて、荷重アーム３３が空気軸受け４３の上面から離間するとき、つまり吸着ノズル１２が下降ストッパから離間するときのボイスコイルモータ３１の出力Ｖ１（上昇駆動力）を求めることができる。
【００４８】
（作用・効果）
以上の吸着ノズル１２の駆動制御方法によれば、つまり吸着ノズル１２が下降ストッパから離間するときの上昇駆動力をボイスコイルモータ３１に付与させた状態で、吸着ノズル１２を下降させて当該吸着ノズル１２の先端部を電子部品Ｃを介して基板に当接させるので、従来と異なり、吸着ノズル１２と基板との当接時にボイスコイルモータ３１による下方への押圧荷重が電子部品Ｃ又は基板に加わることがない。したがって、吸着ノズル１２の下降速度を低下させる必要なく、電子部品Ｃや基板の損傷を防止することができる。
【００４９】
また、ロードセル１５で検出される荷重の出力値に基づいて、吸着ノズル１２が下降ストッパから離間するときのボイスコイルモータ３１の上昇駆動力（出力Ｖ１）を予め確認するので、摺動部の摩擦や経時劣化の影響等をも含む適切な上昇駆動力を求めることができる。したがって、電子部品Ｃや基板の損傷をより確実に防止することができる。
【００５０】
また、吸着ノズル１２が下降ストッパから離間するときの状態を保持できるので、吸着ノズル１２を昇降させたときに吸着ノズル１２が下降ストッパや上昇ストッパに当接する不具合を防止することができる。
【００５１】
（その他）
なお、本発明は上記実施形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。
【００５２】
例えば、上記実施形態では、基板への電子部品Ｃの搭載時に吸着ノズル１２の駆動制御を行うものとしたが、電子部品Ｃの吸着時に同様に行ってもよい。
【００５３】
また、駆動力確認工程では、ステップＴ５において、ＣＰＵ６０ｂはロードセル１５の出力値が前回取得した出力値に対して所定のインポジション範囲内に所定回数入っているか否かを判定するものとしたが、所定回数でなく、所定時間としてもよい。
【００５４】
また、荷重アーム３３は下方に向かって当接し、ロードセル１５は上方への荷重を検出するものとしたが、これらの上下方向が逆であってもよい。この場合には、図６，８に示すボイスコイルモータ３１やロードセル１５の出力値は正負が反転する。
【符号の説明】
【００５５】
１２ 吸着ノズル
１４ 可動ブラケット（移動体）
１５ ロードセル（荷重検出手段）
２１ 上下動モータ（第一の昇降駆動源）
３１ ボイスコイルモータ（第二の昇降駆動源）
４３ 空気軸受け（下降ストッパ）
１０６ ヘッド
Ｃ 電子部品
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着ノズルの駆動制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子部品実装装置は、吸着ノズルを搭載してＸ−Ｙ平面を自在に移動可能なヘッドを備えており、電子部品のフィーダーから吸着により電子部品を受け取り、基板の部品実装箇所までヘッドが移動して、吸着ノズルから電子部品を解放することで電子部品の搭載を行っている。
【０００３】
かかるヘッドには、当該ヘッドの移動時には吸着ノズルを上昇させ、電子部品の受け取り時及び搭載時には吸着ノズルを下降させる機構が設けられている。具体的には、ヘッドは、昇降可能に支持された可動ブラケットを上下動させる上下動モータと、可動ブラケットに対して回転可能且つ上下動可能に支持されると共に吸着ノズルを上下動可能に支持する回転ケースと、可動ブラケットに搭載され、回転ケースを介して吸着ノズルを上下動させるボイスコイルモータと、回転ケースに設けられ、吸着ノズルの先端部に生じる荷重を検出するロードセルとを備えている。
【０００４】
かかるヘッドでは、基板への電子部品の搭載時において、回転ケースが上下に振動しないようボイスコイルモータにより当該回転ケースを下方へ移動させて可動ブラケットに当接させた状態で、上下動モータにより可動ブラケットを下降させる。そして、ロードセルにより吸着ノズルの先端部が電子部品を介して基板に接触したことが検出されると、検出荷重が所定の目標荷重となるようにボイスコイルモータを上昇方向に駆動させて、部品搭載時の荷重の調節を行っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、吸着ノズルと可動部分との間に弾性体を設け、この弾性体のばね定数を、可動部分の質量や、弾性体のばね粘性、衝突直後の電子部品と吸着ノズルとの歪み速度の初期値から算出したものとすることにより、電子部品や基板への衝撃荷重を軽減する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１５８７４３号公報
【特許文献２】特許第３６５９１３２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、吸着ノズルが電子部品を介して基板に接触した際に、ボイスコイルモータによる押圧荷重が電子部品や基板に瞬間的に加わり、これら電子部品や基板を損傷させてしまう恐れがある。電子部品や基板に過大な荷重が加わらないようロードセルで監視していても、ロードセルやボイスコイルモータには反応の遅れがあるため、瞬間的な荷重まで抑制することは困難である。
【０００８】
また、上記特許文献２に記載の技術では、摺動部の摩擦や経時劣化の影響が加味されていないために弾性体のばね定数が低めに算出されてしまう。その結果、衝撃荷重を十分に軽減することができず、電子部品や基板を損傷させてしまう恐れがある。加えて、摺動部の摩擦の影響は、その組立状態に依存して変化するため、単純に一定値を用いて数式内で考慮することが難しい。
【０００９】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、電子部品や基板の損傷を防止することができる吸着ノズルの駆動制御方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
昇降可能な移動体と、前記移動体に昇降動作を付与する第一の昇降駆動源と、前記移動体に対して昇降動作可能であると共に先端部で電子部品を吸着する吸着ノズルと、前記吸着ノズルに昇降動作を付与する第二の昇降駆動源と、前記第二の昇降駆動源から前記吸着ノズルに付与される荷重を検出する荷重検出手段と、前記移動体に設けられ前記吸着ノズルの下降を所定の高さで制止する下降ストッパとを備え、前記吸着ノズルに吸着させた前記電子部品を基板に搭載させるヘッドにおける吸着ノズルの駆動制御方法において、
前記吸着ノズルを前記下降ストッパに当接させた状態から前記第二の昇降駆動源により前記吸着ノズルを上昇させ、前記荷重検出手段で検出される荷重に基づいて、前記吸着ノズルが前記下降ストッパから離間するときの前記第二の昇降駆動源の上昇駆動力を予め確認する駆動力確認工程を備え、
前記駆動力確認工程で確認された前記上昇駆動力を前記第二の昇降駆動源から付与させた状態で、前記第一の昇降駆動源により前記移動体を下降させて前記吸着ノズルの先端部を前記電子部品又は前記基板に当接させることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の吸着ノズルの駆動制御方法において、
前記荷重検出手段として、前記吸着ノズルが前記下降ストッパから離間したときに、検出される荷重の変化が所定範囲内となるものを用い、
前記駆動力確認工程では、前記第二の昇降駆動源の上昇駆動力を所定時間又は所定回数だけ変化させたときであって、前記荷重検出手段で検出された荷重の変化が前記所定範囲内であった場合に、前記所定時間又は前記所定回数だけ変化させる前の前記第二の昇降駆動源の上昇駆動力を、前記吸着ノズルが前記下降ストッパから離間するときの前記第二の昇降駆動源の上昇駆動力とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、吸着ノズルが下降ストッパから離間するときの上昇駆動力を第二の昇降駆動源（例えば、ボイスコイルモータ）に付与させた状態で、吸着ノズルを下降させて当該吸着ノズルの先端部を電子部品又は基板に当接させるので、従来と異なり、吸着ノズルと電子部品又は基板との当接時に第二の昇降軸の自重やボイスコイルモータによる下方への押圧荷重が電子部品又は基板に加わることがない。したがって、吸着ノズルの下降速度を低下させる必要なく、電子部品や基板の損傷を防止することができる。
【００１３】
また、荷重検出手段で検出される荷重に基づいて、吸着ノズルが下降ストッパから離間するときの第二の昇降駆動源の上昇駆動力を予め確認するので、摺動部の摩擦や経時劣化の影響等をも含む適切な上昇駆動力を求めることができる。したがって、電子部品や基板の損傷をより確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】電子部品実装装置の斜視図である。
【図２】吸着ノズルが下降ストッパから離間した状態の昇降装置の側断面図である。
【図３】吸着ノズルが下降ストッパに当接した状態の昇降装置の側断面図である。
【図４】昇降装置の制御構成を示すブロック図である。
【図５】吸着ノズルの駆動制御方法のフローチャートである。
【図６】吸着ノズルの駆動制御方法のタイミングチャートである。
【図７】駆動力確認工程のフローチャートである。
【図８】駆動力確認工程のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（電子部品実装装置の全体構成）
本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、電子部品実装装置１００の斜視図である。以下、図示のように、水平面において互いに直交する二方向をそれぞれＸ軸方向（基板搬送方向）とＹ軸方向（基板搬送方向との直交方向）とし、これらに直交する鉛直方向をＺ軸方向というものとする。
電子部品実装装置１００は、基板に各種の電子部品の搭載を行うものであって、図１に示すように、搭載される電子部品を供給する複数の電子部品フィーダー１０１及び電子部品フィーダー１０１を複数並べて保持するフィーダーバンク１０２からなる二組の部品供給部と、Ｘ軸方向に基板を搬送する基板搬送手段１０３と、当該基板搬送手段１０３による基板搬送経路の途中に設けられた基板に対する電子部品搭載作業を行うための基板保持部１０４と、複数（この例では三基）の吸着ノズル１２をそれぞれ昇降可能に保持する昇降装置１０と、各昇降装置１０が固定されて電子部品の保持を行うヘッド１０６と、ヘッド１０６を二組の部品供給部と基板保持部１０４とを含んだ作業エリア内の任意の位置に駆動搬送するヘッド移動機構としてのＸ−Ｙガントリ１０７と、ヘッド１０６に搭載され、吸着ノズル１２に吸着された電子部品の撮像を行う複数（この例では三基）の撮像手段としてのＣＣＤカメラ１０８と、吸着ノズル１２に保持された電子部品の垂直下方からの画像をＣＣＤカメラ１０８により撮像可能とする撮像ミラー１２０と、上記各構成の動作制御を行う動作制御手段１１０とを備えている。
【００１６】
かかる電子部品実装装置１００の動作制御手段１１０は、電子部品フィーダー１０１の電子部品の受け渡し部１０１ａから各吸着ノズル１２に電子部品を吸着させる。また、動作制御手段１１０は、各吸着ノズル１２に吸着された電子部品をそれぞれのＣＣＤカメラ１０８で撮像して得られた撮像画像データから画像処理を行ってノズル先端部に対する電子部品の位置及びノズルの中心線を中心とする角度（向き）を求め、基板に対する吸着ノズル１２の位置決めの補正並びに吸着ノズル１２を回転させて電子部品の角度の補正を行い、電子部品の実装制御を行う。
【００１７】
（吸着ノズルの昇降装置）
図２は、吸着ノズル１２の昇降装置１０の側断面図である。この図に示すように、吸着ノズル１２の昇降装置１０は、ヘッド１０６に固定支持された本体フレーム１１と、ノズルホルダ１３に保持されて電子部品Ｃをその先端部で吸着保持する吸着ノズル１２と、上下動可能に本体フレーム１１に支持された移動体としての可動ブラケット１４と、可動ブラケット１４を上下方向に駆動する第一の上下動手段２０と、可動ブラケット１４に設けられると共に当該可動ブラケット１４からノズルホルダ１３を介して吸着ノズル１２を上下方向に沿って駆動する第二の上下動手段３０と、吸着ノズル１２に負圧を供給する負圧供給手段４０と、吸着ノズル１２に付与される荷重を検出する荷重検出手段としてのロードセル１５と、上下方向に沿った軸を中心に吸着ノズル１２の回転角度調節を行う回転角度調節手段５０と、上記各構成の動作制御を行う動作制御手段６０（図４参照）とを備えている。以下に各部を詳説する。
【００１８】
本体フレーム１１は、前述のようにヘッド１０６に固定支持され、Ｘ−Ｙ平面（水平面）に沿って，例えば電子部品Ｃの受け取り位置や基板の搭載位置に搬送される。
【００１９】
可動ブラケット１４は、本体フレーム１１の下部においてリニアガイド１９を介して上下動可能に支持されている。この可動ブラケット１４は、本体フレーム１１に設けられた第一の上下動手段２０により上下方向に駆動される。
【００２０】
第一の上下動手段２０は、本体フレーム１１の上部において下方に出力軸を向けた状態で配設された回転駆動式の上下動モータ２１（第一の昇降駆動源）と、その回転角度量を検出するエンコーダ２２と、上下動モータ２１の出力軸にカップリングを介して連結され，上下方向に沿った状態で回転自在に本体フレーム１１に支持されたボールネジシャフト２３と、このボールネジシャフト２３により上下動が付与されるボールネジナット２４とを有している。
ボールネジナット２４は、可動ブラケット１４に固定されており、上下動モータ２１の回転駆動により回転角度量に応じて可動ブラケット１４の上下方向の位置決めを行う。また、上記エンコーダ２２は、その検出信号が動作制御手段６０に出力され、動作制御手段６０がこれに基づいて可動ブラケット１４の現在位置を認識して上下動モータ２１の動作制御を行うことを可能としている。
【００２１】
吸着ノズル１２は、下端部が先細に形成された管状体であり、当該先端部を電子部品Ｃに向けた状態で吸着保持が行われる。吸着ノズル１２の上端部はノズルホルダ１３に連結されている。
ノズルホルダ１３は、後述するノズルシャフト４１の下端部に設けられ、下端部に吸着ノズル１２が着脱自在に取り付けられた筒状体である。
【００２２】
負圧供給手段４０は、下端部がノズルホルダ１３に連結されたノズルシャフト４１と、このノズルシャフト４１の上端部に連結されたガスケット４２とを備えている。このうち、ガスケット４２は、吸着ノズル１２が電子部品を吸着するための負圧の供給を行う図示しない負圧源たる吸気ポンプ或いはエジェクター等と接続可能となっている。
【００２３】
上記ノズルシャフト４１は、その上端部が本体フレーム１１の上部近傍まで延出されており、後述するスプライン構造を介して回転角度調節手段５０に連結されており、回転角度調節手段５０から回転動作が付与される構造となっている。つまり、これにより、吸着ノズル１２に鉛直上下方向を軸とする回転動作が付与され、吸着した電子部品の向きを調節することを可能としている。
また、ノズルシャフト４１の下部は、可動ブラケット１４に設けられた空気軸受け４３により鉛直上下方向の軸回りに回転及び上下動可能に支持されている。空気軸受け４３は、ノズルシャフト４１の下部の外径よりわずかに大きな内径のスリーブであって、ノズルシャフト４１との隙間に空気を供給することでノズルシャフト４１をその中心位置に保持することができる。かかる空気軸受け４３は非接触でノズルシャフト４１を支持するので摩擦の発生がなく、ノズルシャフト４１を円滑に回転及び上下動させることが可能である。
【００２４】
回転角度調節手段５０は、本体フレーム１１の上部において下方に出力軸を向けた状態で配設された角度調節モータ５１（回転駆動源）と、その回転角度量を検出するエンコーダ５２と、角度調節モータ５１の出力軸の下端部にカップリングを介して連結されたスプラインナット５３とを備えている。
上記角度調節モータ５１とスプラインナット５３とは、前述したノズルシャフト４１と同心となる位置に配設されており、ノズルシャフト４１の上部の外周面はスプラインナット５３に嵌合するスプライン軸となっている。かかるスプライン軸とスプラインナット５３とによりスプライン構造が構成されている。
これにより、ノズルシャフト４１は、角度調節モータ５１のトルクが付与されると共に、角度調節モータ５１及びスプラインナット５３に対して上下動を行うことが可能となっている。
一方、エンコーダ５２は角度調節モータ５１の出力軸の回転角度量を動作制御手段６０に出力しており、これに基づいて動作制御手段６０は角度調節モータ５１に所定の角度量の回転を生じるように回転駆動制御を行うことを可能としている。その結果、角度調節モータ５１の出力軸からスプラインナット５２，ノズルシャフト４１及びノズルホルダ１３を介して吸着ノズル１２の回転駆動が行われ、吸着ノズル１２の先端部に吸着保持された電子部品Ｃの向きを調節することが可能である。
【００２５】
第二の上下動手段３０は、ノズルシャフト４１に隣接する配置で可動ブラケット１４の上部に固定装備され、鉛直上下方向に沿って往復動作を行う出力軸を備えたボイスコイルモータ３１と、ボイスコイルモータ３１の出力軸の下端部に垂下支持され、ロードセル１５を保持する支持枠３２と、一端部がノズルシャフト４１に連結され、他端部が支持枠３２に支持された荷重アーム３３と、荷重アーム３３とロードセル１５との間に介在する与圧バネ３４と、荷重アーム３３と支持枠３２との間に介在する支持バネ３５とを備えている。
【００２６】
上記荷重アーム３３の一端部はラジアル軸受け３６を介してノズルシャフト４１の中間位置に連結されており、当該ノズルシャフト４１の鉛直軸回りの回転を許容し、鉛直上下方向についてはノズルシャフト４１（吸着ノズル１２）と荷重アーム３３とが一体的に上下動を行うようになっている。また、この荷重アーム３３は、前述した空気軸受け４３の上側に設けられており、可動ブラケット１４に対して吸着ノズル１２及びノズルシャフト４１を下降させると、空気軸受け４３の上端部に荷重アーム３３が当接し、それより下方への下降動作を規制する構造となっている（図３参照）。即ち、空気軸受け４３は、第二の上下動手段３０による吸着ノズル１２の下降動作を規制する下降ストッパとしての機能も有していることとなる。
【００２７】
支持枠３２は、矩形の枠状であって、互いに対向する天板３２ａと底板３２ｂとを備え、天板３２ａの上面にはボイスコイルモータ３１の出力軸の下端部が固定連結され、天板３２ａの下面にはロードセル１５が下向きに固定設置されている。また、荷重アーム３３の他端部は支持枠３２の天板３２ａと底板３２ｂの間に位置し、当該荷重アーム３３の他端部の上面とロードセル１５の下面（荷重検出面）との間に前述した与圧バネ３４が配設されている。また、荷重アーム３３の他端部の下面と支持枠３２の底板３２ｂの上面との間には前述した支持バネ３５が配設されている。
【００２８】
上記のように荷重アーム３３が上下のバネ３４，３５により挟まれた配置となることで、ボイスコイルモータ３１の出力軸の駆動により荷重アーム３３から空気軸受け４３の上面に対して付与している荷重をロードセル１５により検出させることが可能となっている。また、荷重アーム３３から付与される荷重が、吸着ノズル１２の先端部で電子部品を基板側に加圧するための荷重と一致する場合があり、その場合には、吸着ノズル１２が搭載時の電子部品に付与する荷重を検出することも可能となっている。
【００２９】
動作制御手段６０は、図４に示すように、吸着ノズル１２の昇降装置１０の後述する各種制御を実行させる制御プログラムが書き込まれているＲＯＭ６０ａと、制御プログラムに従って上下動モータ２１，ボイスコイルモータ３１，角度調節モータ５１及び負圧供給手段４０等の各部の動作を集中制御するＣＰＵ６０ｂと、ＣＰＵ６０ｂの処理データをワークエリアに格納するＲＡＭ６０ｃとを備えている。
【００３０】
さらに、動作制御手段６０には、その動作制御に必要となるデータの入力設定や動作の開始の指示入力等を行う設定入力手段６４と、当該動作制御手段６０からの制御信号に従って各モータ２１，３１，５１を駆動する各駆動回路６１，６２，６３と、エンコーダ２２，５２，ロードセル１５の出力を検出信号として当該動作制御手段６０に入力する各入力回路６５，６６，６７が併設されている。
なお、動作制御手段６０は、電子部品実装装置１００の動作制御手段１１０と一体的に構成してもよい。
【００３１】
（吸着ノズルの駆動制御方法）
続いて、電子部品Ｃが基板に搭載される際にＣＰＵ６０ｂが実行する吸着ノズル１２の駆動制御方法について、図５のフローチャート及び図６のタイミングチャートを参照して説明する。これは、ＣＰＵ６０ｂがＲＯＭ６０ａに格納された所定のプログラムを実行することにより行われる処理である。
なお、ここでは、吸着ノズル１２が電子部品Ｃの吸着を行い、角度調節モータ５１により吸着ノズル１２の先端部の電子部品Ｃの向きが既に調節されて、基板の搭載位置にヘッド１０６が搬送された状態にあることを前提とする。
【００３２】
まず、ＣＰＵ６０ｂは、上下動モータ２１を駆動させて、吸着ノズル１２の先端部をヘッド１０６搬送時の高さＺ３から（図６(1)）、高さＺ２まで高速で下降させる（ステップＳ１：図６(2)）。このとき、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）３１は非駆動状態（出力Ｖ０）にあり、吸着ノズル１２は可動ブラケット１４に対して最も下降した位置、つまり、荷重アーム３３が空気軸受け４３の上面に当接した状態にある。なお、高さＺ２は、ボイスコイルモータ３１が非駆動状態で吸着ノズル１２が最も下降した高さであり、吸着ノズル１２の下端部が電子部品Ｃに届くことがない高さに設定されている。また、かかる状態におけるロードセル（ＬＣ）１５の検出荷重はＬ０となっている。
【００３３】
次に、ＣＰＵ６０ｂは、エンコーダ２２の出力に基づいて吸着ノズル１２の先端部が高さＺ２に到達したか否かを判定し（ステップＳ２）、到達していないと判定した場合には（ステップＳ２；Ｎｏ）、ステップＳ１に戻る。
【００３４】
吸着ノズル１２の先端部が高さＺ２に到達していると判定した場合には（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ６０ｂは、吸着ノズル１２の先端部を高さＺ２で停止させると共に、ボイスコイルモータ３１の出力をＶ１まで上げて当該ボイスコイルモータ３１に上昇駆動力を作用させる（ステップＳ３：図６(3)）。このときのボイスコイルモータ３１の出力Ｖ１は、後述する駆動力確認工程によって予め設定されている出力値であり、より詳しくは、荷重アーム３３が空気軸受け４３の上面から丁度離間する出力値である。なお、吸着ノズル１２の先端部を高さＺ２で停止させたときに吸着ノズル１２に対して下方への慣性力が作用するが、荷重アーム３３が空気軸受け４３の上面に当接した状態にあるので吸着ノズル１２がこの慣性力によって下方へ移動することはなく、吸着ノズル１２と電子部品Ｃとが接触する事態は生じない。
【００３５】
次に、ＣＰＵ６０ｂは、上下動モータ２１を駆動させて吸着ノズル１２の低速での下降を開始する（ステップＳ４：図６(4)）。このとき、ボイスコイルモータ３１の出力はＶ１のままである。なお、このステップＳ４における吸着ノズル１２の「低速」での下降とは、ステップＳ１における「高速」での下降に比べて相対的に遅いことを意味している。
【００３６】
次に、ＣＰＵ６０ｂは、ロードセル１５からの出力の変化に基づいて、吸着ノズル１２の先端部が電子部品Ｃを介して基板に接触したか否かを判定する（ステップＳ５）。ここでは、ＣＰＵ６０ｂは、ロードセル１５からの出力の変化がＬ０からＬ１まで変化していない場合には、吸着ノズル１２が基板に接触していないと判定し（ステップＳ５；Ｎｏ）、当該ステップＳ５を繰り返す。
【００３７】
一方、ロードセル１５からの出力の変化がＬ０からＬ１まで変化していた場合には（図６(5)）、ＣＰＵ６０ｂは、吸着ノズル１２が基板に接触していると判定し（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、そのときのＺ軸高さをＺ０としてＲＡＭ６０ｃに記憶させると共に、電子部品Ｃが所定の荷重で基板に当接するようにボイスコイルモータ３１に出力Ｖ２の下降駆動力を作用させる（ステップＳ６）。
【００３８】
次に、ＣＰＵ６０ｂは、エンコーダ２２の出力に基づいて吸着ノズル１２の先端部が高さＺ１に到達したか否かを判定し（ステップＳ７）、到達していないと判定した場合には（ステップＳ７；Ｎｏ）、当該ステップＳ７を繰り返す。なお、本実施形態においては、高さＺ１は、基板の上面よりも１ｍｍ下方の高さとなっている。
【００３９】
吸着ノズル１２の先端部が高さＺ１に到達していると判定した場合には（ステップＳ７；Ｙｅｓ：図６(6)）、ＣＰＵ６０ｂは、上下動モータ２１を停止させて当該高さＺ１を保持すると共に、ロードセル１５の出力がＬ２に保たれるようにボイスコイルモータ３１の出力をＶ２に保持する（ステップＳ８）。なお、吸着ノズル１２の先端部が高さＺ１に到達していなくとも、ステップＳ６からボイスコイルモータ３１の出力をＶ２に保持しておいてもよい。
【００４０】
次に、ＣＰＵ６０ｂは、吸着ノズル１２の先端部が高さＺ１に到達してから所定の加圧時間Ｔ１が経過したか否かを判定し（ステップＳ９）、経過していない場合には（ステップＳ９；Ｎｏ）、当該ステップＳ９を繰り返す。そして、所定の加圧時間Ｔ１が経過していた場合には（ステップＳ９；Ｙｅｓ：図６(7)）、ＣＰＵ６０ｂは、上下動モータ２１を駆動させて吸着ノズル１２の先端部を高さＺ２まで低速で上昇させた後（図６(8)）、高さＺ３まで高速で上昇させる（ステップＳ１０：図６(9)）。また、このとき同時に、ＣＰＵ６０ｂは、ボイスコイルモータ３１の出力をＶ０まで戻す。
以上により、電子部品Ｃが基板に搭載される際の吸着ノズル１２の駆動制御が終了する。
【００４１】
（駆動力確認工程）
続いて、上述の吸着ノズル１２の駆動制御におけるステップＳ３でのボイスコイルモータ３１の出力Ｖ１を予め確認する駆動力確認工程について、図７のフローチャート及び図８のタイミングチャートを参照して説明する。この工程は、ＣＰＵ６０ｂがＲＯＭ６０ａに格納された所定のプログラムを実行することにより行われる処理である。
【００４２】
まず、吸着ノズル１２の先端部がどこにも触れておらず、且つ、荷重アーム３３が空気軸受け４３の上面に当接した状態、つまり吸着ノズル１２を下降ストッパに当接させた状態とする（ステップＴ１）。
【００４３】
次に、ＣＰＵ６０ｂは、ボイスコイルモータ３１に所定ステップ量の上昇駆動力を作用させて、このときのロードセル１５の出力値を取得する（ステップＴ２）。本実施形態では、５ｇｆを所定ステップ量とする。
【００４４】
次に、ＣＰＵ６０ｂは、ボイスコイルモータ３１に更に所定ステップ量の上昇駆動力を作用させ、このときのロードセル１５の出力値を取得する（ステップＴ３）。
そして、ＣＰＵ６０ｂは、この出力値が前回取得した出力値に対して所定のインポジション範囲内に入っているか否かを判定する（ステップＴ４）。本実施形態では、±４ｇｆを所定のインポジション範囲とする。
【００４５】
ここで、ステップＴ３で取得したロードセル１５の出力値が前回取得した出力値に対して所定のインポジション範囲内に入っていない場合には（ステップＴ４；Ｎｏ）、ステップＴ３に移行する。
そして、ステップＴ３で取得したロードセル１５の出力値が前回取得した出力値に対して所定のインポジション範囲内に入っていた場合には（ステップＴ４；Ｙｅｓ）、連続で所定のインポジション範囲内に入っていた回数が所定回数に達しているか否かを判定する（ステップＴ５）。本実施形態では、２０回を所定回数とする。
【００４６】
ステップＴ５において、連続で所定のインポジション範囲内に入っていた回数が所定回数に満たない場合には（ステップＴ５；Ｎｏ）、ステップＴ３に移行する。
そして、連続で所定のインポジション範囲内に入っていた回数が所定回数に達していた場合には（ステップＴ５；Ｙｅｓ）、所定回数だけ変化させる前のボイスコイルモータ３１の出力値を、上記出力Ｖ１として設定する（ステップＴ６）。つまり、本実施形態では、２０回連続で前回との差が±４ｇｆの範囲内に入っていたときの最後のロードセル１５の出力値Ｖ３から、５ｇｆ×２０回＝１００ｇｆを引いた値が出力Ｖ１となる。
【００４７】
この駆動力確認工程によれば、荷重アーム３３が空気軸受け４３の上面から離間するとロードセル１５の出力値は殆ど変化しなくなるので、このロードセル１５の出力値の変化に基づいて、荷重アーム３３が空気軸受け４３の上面から離間するとき、つまり吸着ノズル１２が下降ストッパから離間するときのボイスコイルモータ３１の出力Ｖ１（上昇駆動力）を求めることができる。
【００４８】
（作用・効果）
以上の吸着ノズル１２の駆動制御方法によれば、つまり吸着ノズル１２が下降ストッパから離間するときの上昇駆動力をボイスコイルモータ３１に付与させた状態で、吸着ノズル１２を下降させて当該吸着ノズル１２の先端部を電子部品Ｃを介して基板に当接させるので、従来と異なり、吸着ノズル１２と基板との当接時にボイスコイルモータ３１による下方への押圧荷重が電子部品Ｃ又は基板に加わることがない。したがって、吸着ノズル１２の下降速度を低下させる必要なく、電子部品Ｃや基板の損傷を防止することができる。
【００４９】
また、ロードセル１５で検出される荷重の出力値に基づいて、吸着ノズル１２が下降ストッパから離間するときのボイスコイルモータ３１の上昇駆動力（出力Ｖ１）を予め確認するので、摺動部の摩擦や経時劣化の影響等をも含む適切な上昇駆動力を求めることができる。したがって、電子部品Ｃや基板の損傷をより確実に防止することができる。
【００５０】
また、吸着ノズル１２が下降ストッパから離間するときの状態を保持できるので、吸着ノズル１２を昇降させたときに吸着ノズル１２が下降ストッパや上昇ストッパに当接する不具合を防止することができる。
【００５１】
（その他）
なお、本発明は上記実施形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。
【００５２】
例えば、上記実施形態では、基板への電子部品Ｃの搭載時に吸着ノズル１２の駆動制御を行うものとしたが、電子部品Ｃの吸着時に同様に行ってもよい。
【００５３】
また、駆動力確認工程では、ステップＴ５において、ＣＰＵ６０ｂはロードセル１５の出力値が前回取得した出力値に対して所定のインポジション範囲内に所定回数入っているか否かを判定するものとしたが、所定回数でなく、所定時間としてもよい。
【００５４】
また、荷重アーム３３は下方に向かって当接し、ロードセル１５は上方への荷重を検出するものとしたが、これらの上下方向が逆であってもよい。この場合には、図６，８に示すボイスコイルモータ３１やロードセル１５の出力値は正負が反転する。
【符号の説明】
【００５５】
１２ 吸着ノズル
１４ 可動ブラケット（移動体）
１５ ロードセル（荷重検出手段）
２１ 上下動モータ（第一の昇降駆動源）
３１ ボイスコイルモータ（第二の昇降駆動源）
４３ 空気軸受け（下降ストッパ）
１０６ ヘッド
Ｃ 電子部品
【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇降可能な移動体と、前記移動体に昇降動作を付与する第一の昇降駆動源と、前記移動体に対して昇降動作可能であると共に先端部で電子部品を吸着する吸着ノズルと、前記吸着ノズルに昇降動作を付与する第二の昇降駆動源と、前記第二の昇降駆動源から前記吸着ノズルに付与される荷重を検出する荷重検出手段と、前記移動体に設けられ前記吸着ノズルの下降を所定の高さで制止する下降ストッパとを備え、前記吸着ノズルに吸着させた前記電子部品を基板に搭載させるヘッドにおける吸着ノズルの駆動制御方法において、
前記吸着ノズルを前記下降ストッパに当接させた状態から前記第二の昇降駆動源により前記吸着ノズルを上昇させ、前記荷重検出手段で検出される荷重に基づいて、前記吸着ノズルが前記下降ストッパから離間するときの前記第二の昇降駆動源の上昇駆動力を予め確認する駆動力確認工程を備え、
前記駆動力確認工程で確認された前記上昇駆動力を前記第二の昇降駆動源から付与させた状態で、前記第一の昇降駆動源により前記移動体を下降させて前記吸着ノズルの先端部を前記電子部品又は前記基板に当接させることを特徴とする吸着ノズルの駆動制御方法。
【請求項２】
前記荷重検出手段として、前記吸着ノズルが前記下降ストッパから離間したときに、検出される荷重の変化が所定範囲内となるものを用い、
前記駆動力確認工程では、前記第二の昇降駆動源の上昇駆動力を所定時間又は所定回数だけ変化させたときであって、前記荷重検出手段で検出された荷重の変化が前記所定範囲内であった場合に、前記所定時間又は前記所定回数だけ変化させる前の前記第二の昇降駆動源の上昇駆動力を、前記吸着ノズルが前記下降ストッパから離間するときの前記第二の昇降駆動源の上昇駆動力とすることを特徴とする請求項１に記載の吸着ノズルの駆動制御方法。
【請求項１】
昇降可能な移動体と、前記移動体に昇降動作を付与する第一の昇降駆動源と、前記移動体に対して昇降動作可能であると共に先端部で電子部品を吸着する吸着ノズルと、前記吸着ノズルに昇降動作を付与する第二の昇降駆動源と、前記第二の昇降駆動源から前記吸着ノズルに付与される荷重を検出する荷重検出手段と、前記移動体に設けられ前記吸着ノズルの下降を所定の高さで制止する下降ストッパとを備え、前記吸着ノズルに吸着させた前記電子部品を基板に搭載させるヘッドにおける吸着ノズルの駆動制御方法において、
前記吸着ノズルを前記下降ストッパに当接させた状態から前記第二の昇降駆動源により前記吸着ノズルを上昇させ、前記荷重検出手段で検出される荷重に基づいて、前記吸着ノズルが前記下降ストッパから離間するときの前記第二の昇降駆動源の上昇駆動力を予め確認する駆動力確認工程を備え、
前記駆動力確認工程で確認された前記上昇駆動力を前記第二の昇降駆動源から付与させた状態で、前記第一の昇降駆動源により前記移動体を下降させて前記吸着ノズルの先端部を前記電子部品又は前記基板に当接させることを特徴とする吸着ノズルの駆動制御方法。
【請求項２】
前記荷重検出手段として、前記吸着ノズルが前記下降ストッパから離間したときに、検出される荷重の変化が所定範囲内となるものを用い、
前記駆動力確認工程では、前記第二の昇降駆動源の上昇駆動力を所定時間又は所定回数だけ変化させたときであって、前記荷重検出手段で検出された荷重の変化が前記所定範囲内であった場合に、前記所定時間又は前記所定回数だけ変化させる前の前記第二の昇降駆動源の上昇駆動力を、前記吸着ノズルが前記下降ストッパから離間するときの前記第二の昇降駆動源の上昇駆動力とすることを特徴とする請求項１に記載の吸着ノズルの駆動制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−５４８５８（Ｐ２０１１−５４８５８Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０４２２２（Ｐ２００９−２０４２２２）
【出願日】平成２１年９月４日（２００９．９．４）
【出願人】（０００００３３９９）ＪＵＫＩ株式会社 (1,557)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月４日（２００９．９．４）
【出願人】（０００００３３９９）ＪＵＫＩ株式会社 (1,557)
【Ｆターム（参考）】
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