JP2005536069A - 保持装置を選択的に運動させるための装置および構成素子を搬送するための実装ヘッド - Google Patents

Abstract

本発明は、中央のｚ方向駆動装置によって、共通の昇降エレメント１３０に選択的に磁気的に連結することによりｚ軸線に沿って個々に運動可能である、少なくとも２つの保持装置１１０の選択的な運動のための装置を提供する。保持装置が昇降エレメント１３０に専ら磁気的に連結することにより、昇降エレメント１３０の相応の衝撃のない運動の際に、連結された保持装置１１０のほぼ衝撃のない運動が保証される。このことは特に、保持装置１１０の衝撃のない運動により構成素子の落下や滑脱が防止されるので、構成素子の搬送の際に有利である。本発明によりさらに、複数の構成素子を搬送するための実装ヘッド２００が提供される。この実装ヘッド２００では、保持装置１１０は直線に沿って、または２次元的な格子の格子点に配置されている。保持装置１１０は共通の昇降エレメント１３０の運動に個別に連結可能である。

Description

本発明は、少なくとも２つの保持装置、特に実装プロセスの範囲で取り出し位置から載置位置へと搬送される複数の構成素子のための保持装置を選択的に運動させるための装置に関する。さらに本発明は、取り出し位置から載置位置へと複数の構成素子を搬送するための実装ヘッドに関する。

基板もしくはプリント配線板への構成素子の自動的な実装は、今日、通常はいわゆる自動実装装置によって行われる。この場合、構成素子は、構成素子供給装置の取り出し位置から実装ヘッドによって載置位置へと搬送される。高い実装効率を得るために、実装ヘッドは複数の保持装置を有している。複数の保持装置により同時に複数の構成素子を、構成素子供給装置と載置位置との間の搬送経路で保持することができる。保持装置としては、特にいわゆるサクションピペットが有効である。このサクションピペットは、搬送したい構成素子を、負圧をかけることによって確実に保持することができる。

特に複数の保持装置を備えた実装ヘッドでは、全実装ヘッドの質量慣性に基づき、個々の構成素子の載置過程で実装ヘッド全体が実装したい基板の方向に動かされるのではなく、相応の構成素子を保持する保持装置だけが動かされると有利である。

米国特許第５７４３００１号によれば、１列または２つの隣接する列に配置されている複数の保持装置を有した実装システムが公知である。各保持装置は、その他の保持装置とは無関係に長手方向軸線を中心として回転可能である。さらに各保持装置は、他の保持装置とは無関係にｚ軸線に沿って運動可能である。このｚ軸線は、構成素子の載置過程が行われる方向である。

ＷＯ９６／１２３９４特許明細書により、１つの共通の駆動装置によってｚ軸線方向で個々に運動可能な複数の保持装置を備えた自動実装装置のための実装ヘッドが公知である。このような運動は、個々の保持装置が必要に応じて共通の駆動装置に機械的に連結可能であって、これにより駆動装置の相応の運動の際に選択的に、そのとき駆動装置に連結されている保持装置がｚ軸線に沿って運動されることにより得られる。この公知のものには、連結もしくは連結解除の際に、保持装置がその都度、衝撃をもって運動するという欠点がある。保持装置のこのような形式の衝撃のもとでは、保持装置によって保持された構成素子が落下もしくは滑脱し、これによりその実装過程のための構成素子は失われる、もしくは欠陥のあるプリント配線板の実装となる恐れがある。

本発明の課題は、ほぼ衝撃のない運動を保証するような、少なくとも２つの保持装置を選択的に動かすための装置を提供することである。さらに本発明の課題は、複数の保持装置が個々に運動可能であって、この運動が同様にほぼ衝撃なく行われるような、複数の構成素子を搬送するための実装ヘッドを提供することである。

本発明の根底を成す第１の課題は、独立請求項である請求項１の特徴を備えた装置によって解決される。本発明の根底にある認識は、いわゆる１つの昇降エレメントをｚ軸線に沿って動かす１つの中央の駆動装置を使用する際に、各保持装置のために、相応の電流のもとでｚ軸線に沿って運動される昇降エレメントに磁気的に引きつけられる電磁石が設けられているならば、個々の保持装置を選択的に、昇降エレメントの所定の運動にほぼ衝撃なく連結することができるということにある。電流を通された電磁石と昇降エレメントとの間の相対運動を必要としない、中央のｚ軸線方向駆動装置への個々の保持装置のもっぱら磁気的な連結は、極めて迅速かつ僅かな摩耗で行われる。本発明の別の利点は、本発明によるもっぱら磁気的な連結ユニットは極めて省スペースに実現できることにある。

請求項２記載の装置により得られる利点は、電磁石と昇降エレメントとの間の磁気的連結が、専ら保持装置に結合された電磁石に電流を与え、昇降エレメントに堅固に結合された電磁石には電流を与えないことにより保証されることにある。結果として生じる磁界は、電磁石と昇降エレメントの磁気的な材料との間の磁気的な相互作用を保証する。電流を通される電磁石による磁界の形成は、従って、昇降エレメントの側では必要ない。

請求項４によれば、昇降機構または保持機構を、保持装置を有利には出発位置に保持するために使用することができる。昇降機構はばねまたは昇降シリンダよって形成することができる。この場合、相応の電磁石の作動の際には、保持装置の運動が、昇降機構によって保持装置にかけられた力に抗して行われる。保持機構は、側方のクランプ、例えばピエゾエレメントまたは付着磁石の使用により実現される。この場合、保持機構を解除すると、昇降エレメントと保持装置は一緒に、重力および場合によって存在する摩擦力を度外視するとほぼ外力なしに運動する。

請求項５による別の構成は、共通のｚ軸線方向駆動装置と昇降エレメントとの間に、例えばカルダン軸、変向ローラ、歯車、または伝動装置のような別の機械的な中間部材が配置されていないという利点を有している。共通のｚ軸線方向駆動装置としての直線モータの使用は、この駆動装置がほぼ摩耗なしであって、ひいてはメンテナンス作業に手間がかからないという利点を有している。スピンドル駆動装置、ベルト駆動装置、ピエゾモータ、ニューマチック駆動装置を使用することにより、共通の駆動装置が軽量かつ僅かなスペースで実現できるという利点を有している。

特に衝撃の少ない昇降エレメントの運動経過、ひいては、特に衝撃の少ない磁気的に連結された保持装置の運動経過は、請求項６のように、直線モータの始動過程及び／又は制動過程が、直線モータの正弦（サイン）状の制御により得られることにより得られる。正弦状の制御に対して選択的に、勿論、連続的な運動経過を成す直線モータの別の制御が行われても良い。

請求項７によれば、付加的な緩衝エレメントにより確実に、電磁石が昇降エレメントに連結する過程で保持装置の衝撃がほぼ回避される。

請求項１０によれば、保持装置は有利には、上方の部分に、基体に対して相対的に回動不能に支承されている接続ロッドを有している。

接続ロッドが相対回動不能に支承されていることは、請求項１１に記載のように、各保持装置のために回転装置が設けられており、この回転装置によって、構成素子が保持される保持装置の部分がｚ軸線を中心として回動可能であることを前提としている。構成素子がｚ軸線を中心として回動することにより例えば角度修正を行うことができる。このような形式の角度修正は、構成素子のピックアップ前に、僅かに異なる角度位置を有する個々の構成素子が取り出し位置に位置していて、さらに通常、種々異なる載置位置でプリント配線板に載置されなければならないのでしばしば必要である。このような理由から、実装したい構成素子は、ピックアップ後、載置前に、所定の角度だけｚ軸線を中心として回転される。構成素子接続部と、プリント配線板上に設けられた接触面との確実なコンタクトはこのようにしてのみ保証される。

本発明の根底を成す別の課題は、独立請求項である請求項１３の特徴を有した、複数の構成素子を搬送するための実装ヘッドにより解決される。本発明による実装ヘッドは、それぞれｚ軸線に沿って摺動可能に支承されている複数の保持装置が、中央で制御されるｚ軸線方向駆動装置によってｚ軸線に沿って運動することができ、この場合、磁気的な連結機構により、個々の保持装置が、相応の電磁石に電流を流した場合に選択的に、ｚ軸線方向駆動装置の所定の運動に連動できるという認識に基づいている。本発明の実装ヘッドにより、必要なｚ軸線方向駆動装置の数を、各保持装置のために個々にｚ軸線方向駆動装置を設けた実装ヘッドに比べて著しく減じることができるという利点が得られる。

このようにして、保持装置の数に応じて、著しい重量の低減、従って、実装効率の向上が得られる。同様に中央のｚ軸線方向駆動装置を有し、個々の保持装置がｚ軸線方向駆動装置に機械的に連結されている公知の実装ヘッドに対して、本発明による実装ヘッドは、保持装置の運動をほぼ衝撃なく行うことができ、これにより構成素子の落下または滑脱を阻止でき、従って、構成素子の確実な搬送を保証できるという利点を有している。複数の保持装置が回転軸線を中心として星形に配置されている従来のいわゆるリボルバヘッドに対して、本発明の実装ヘッドは、唯１つのカメラによって保持装置に位置している全ての構成素子を検出可能であるという利点を有している。従って、リボルバヘッドで必要な、搬送される構成素子の位置と形式を検出するカメラの連行は不要であり、これによりさらに重量の低減が得られ、ひいては実装効率がさらに高まる。リボルバヘッドに対して、本発明の実装ヘッドは、多数の構成素子が前後に収容もしくは配置されていて、このために、回転軸線を中心として複数の保持装置が回転する必要がないという利点を有している。このようにして、構成素子に作用する遠心力は減じられ、これにより本発明の実装ヘッドは、リボルバヘッドに比べてより高い速度で取り出し位置から載置位置へと動かすことができ、この場合、保持された構成素子がなくなることもない。従って、本発明の実装ヘッドにより高い実装効率が得られる。

本発明のさらなる利点および特徴は、以下に記載した現在有利な構成の実施例の説明により明らかである。

図１には、２つの保持装置を選択的に動かすための装置が概略的に示されていて、
図２には、正方形のマトリックスとして４×４の保持装置が配置されている実装ヘッドの横断面図が示されていて、
図３には、図２に示した実装ヘッドの保持装置の拡大図が示されていて、
図４には、図２に示した実装ヘッドを下方から見た図が示されている。

図１には、２つの保持装置１１０を選択的に動かすための装置が示されている。この保持装置１１０は、昇降プレート１３０によってｚ方向に沿って運動することができる。両保持装置１１０のそれぞれは、電磁石１２０ａもしくは１２０ｂに堅固に結合されている。図１の両電磁石１２０ａおよび１２０ｂを示す異なる斜線は、電磁石１２０ａは電流が通されていないもの、電磁石１２０ｂは電流が通されているものであることを示している。これにより、電磁石１２０ｂだけが磁界を形成し、従って、重量低減のために部分的に強磁性の材料から成っている昇降プレート１３０に堅固に結合されることになる。昇降プレート１３０が矢印１４０で示したようにｚ軸に沿って下方に運動すると、電磁石１２０ｂと、この電磁石１２０ｂに結合された保持装置１１０も矢印１４１で示したようにｚ方向で下方に移動する。電磁石１２０ａに結合された保持装置１１０は、図１には示されていない昇降機構によって上方の位置に保持される。

各保持装置１１０は、接続ロッド１１１とピペットホルダ１１５とを有している。ピペットホルダ１１５を介して、図示されていないピペットに負圧がかけられ、これにより、各保持装置１１０にその都度１つの構成素子を保持することができる。接続ロッド１１１とピペットホルダ１１５との間には、各保持装置１１０のために回転装置１１２が設けられており、この回転装置１１２によってピペットホルダ１１５を接続ロッドに対して相対的にｚ軸線を中心として回転させることができる。これにより、保持装置１１０に保持された構成素子を、取り出し位置から基板上の載置位置への搬送中にｚ軸線を中心として回転させることができる。

電磁石１２０ｂを通って流れる電流を流す際に生じる、昇降プレート１３０と電磁石１２０ｂとの間に場合によっては残っている軽い衝撃は、緩衝エレメントの使用により効果的に防止することができる。緩衝エレメントは例えば、昇降エレメントに位置固定されたエラストマプレートであって良い。このエラストマプレートには強磁性の付着プレートが取り付けられていて、この付着プレートに電磁石１２０ｂがエアギャップなしに結合することができる。エアギャップをなくすことにより、保持装置１１０は、電磁石１２０ｂを相応に作動させる際に大きな力作用で昇降プレート１３０に結合されるという利点が得られる。

次いで、本発明の実施例による実装ヘッドを図２、図３、図４につき説明する。この場合、同じ符号は同じ構成部分のために使用されている。図２には、本発明の一実施例による実装ヘッドの横断面が示されている。この実施例では、実装ヘッドには全部で１６の保持装置が４×４マトリックスとして配置されている。図３には拡大図で、図２に示した保持装置が示されている。実装ヘッド２００は基体２０５を有している。この基体２０５に対して相対的に、保持装置がｚ軸線に沿って運動可能に支承されている。各保持装置は、接続ロッド２１１と、回転装置２１２と、ピペットホルダ２１５と、電磁石２２０とを有している。接続ロッド２１１は、基体２０５に対して相対的にｚ軸線に沿って摺動可能に支承されている。この場合、下方への摺動時には、クランプリング２０６と基体２０５との間に緊定されている戻しばね２４０が圧縮される。ベアリングとしては、特に摩耗の少ないエアベアリングまたは直線ボールベアリングが有利である。いずれにせよ接続ロッド２１１のベアリングは、ｚ軸に対して相対的に回動不能でなければならない。本発明のここに記載した実施例によれば、回転装置２１２は基体２０５においてエアベアリング２１３に支承されており、このエアベアリング２１３は、昇降プレート２３０が下降する際に、保持装置の正確なガイドを保証する。

回転装置２１２はそれぞれ１つの回転駆動装置２１２ａと角度測定装置２１２ｂとを有している。回転駆動装置２１２ａは、ピペットホルダ２１５を接続ロッド２１１に対して相対的にｚ軸線を中心として回転させるために働く。これにより、ピペット（図示せず）に保持された構成素子は、基体２０５に対して相対的にｚ軸線を中心として回転することができる。角度測定装置２１２ｂは、回転駆動装置２１２ａによって生ぜしめられた構成素子の回転角度を正確に測定するために働く。このようにして、取り出し位置から載置位置へと構成素子を搬送する間に正確な角度修正を行うことができる。

構成素子の保持のために必要な真空は、有利には２つの形式でピペットホルダ２１５へと供給される。

（ａ）真空が、回転装置２１２内に形成されたサクションダクト（図示せず）に供給され、ピペットホルダ２１５へと送られる。この場合、真空はそれぞれ有利には、回転装置２１２と昇降プレート２３０との間の領域で回転装置２１２に導入されるフレキシブルなホースによってサクションダクトへと送られる。真空損失を回避するために、回転駆動装置２１２ａと角度測定装置２１２ｂとの間にシール部材が設けられている。回転装置２１２とピペットホルダ２１５との間には、ほぼ真空密な支持体２１４が配置されている。

（ｂ）構成素子の受容のために必要な真空がホース（図示せず）を介して側方から支持体２１４へと導入され、ピペットホルダ２１５へと送られる。

実装ヘッド２００はさらに昇降プレート２３０を有しており、この昇降プレート２３０は、少なくとも部分的に強磁性の材料から製造されているか、またはこの昇降プレート２３０に強磁性の付着板が間接的に緩衝エレメントを介して固定されている。このようにして、昇降プレート２３０に直接的にまたは間接的に、相応の電流のもとで昇降プレート２３０を電磁石２２０に引きつける磁界を形成する電磁石２２０が堅固に連結され得る。

各保持装置にはさらに戻しばね２４０が設けられており、この戻しばね２４０は出発状態で保持装置を上方の位置に保持している。昇降プレート２３０がｚ軸線に沿って下方に運動し、電流が電磁石２２０に通されると、電磁石２２０に結合された保持装置は、戻しばね２４０のばね力に抗して下方へと動かされる。引き続きｚ方向に沿って上方に昇降プレート２３０の出発位置へと昇降プレート２３０を動かす際には、戻しばね２４０は、電磁石にもはや電流が通されていない状態で、相応の保持装置も上方に動かされるように作用する。

戻しばね２４０は、少なくとも相応の電磁石の作動がない状態で、電磁石に対応する保持装置が上方位置に保持されるように作用する他の昇降機構または保持機構に置き換えることもできる。

図４には、図２および図３に示した実装ヘッド２００を下方から見た図が概略的に示されている。この図では、全部で１６の保持装置が４×４のマトリックスで配置されている基体２０５が見えている。１６の保持装置のうち、図４では、サクションピペット（図示せず）を被せ嵌め可能なピペットホルダ２１５がそれぞれ見えている。

要するに本発明により、中央のｚ方向駆動装置によって、共通の昇降エレメント１３０への選択的な磁気連結により、ｚ軸線に沿って個々に運動可能な少なくとも２つの保持装置１１０を選択的に動かすための装置が形成される。昇降エレメント１３０への保持装置の専ら磁気的な連結により、昇降エレメント１３０のスムーズな相応の運動のもとで、連結された保持装置１１０のほぼ衝撃のない運動が保証される。このことは、特に構成素子の搬送の際に有利である。何故ならば、保持装置１１０の衝撃のない運動により、構成素子の落下または滑脱が回避されるからである。本発明によりさらに、複数の構成素子を搬送するための実装ヘッド２００が得られる。この実装ヘッド２００では、保持装置１１０は直線に沿って、または、２次元的な格子の格子点に配置されている。保持装置１１０は共通の昇降エレメント１３０の運動に個々に連動可能である。

２つの保持装置を選択的に動かすための装置を概略的に示す図である 正方形のマトリックスとして４×４の保持装置が配置されている実装ヘッドを示す横断面図である 図２に示した実装ヘッドの保持装置の拡大図である 図２に示した実装ヘッドを下方から見た図である

Claims (15)

1. 少なくとも２つの保持装置（１１０）、特に実装プロセスの範囲で取り出し位置から載置位置へと搬送される複数の構成素子のための保持装置（１１０）を選択的に運動させるための装置であって、
   ・基体（２０５）が設けられており、
   ・第１の保持装置（１１０）が設けられており、該第１の保持装置（１１０）は、前記基体（２０５）に対して相対的に、ｚ軸線に沿って摺動可能に支承されており、第１の機構（２４０）によって有利には出発位置に保持され、前記第１の保持装置（１１０）には第１の電磁石（２２０）が固定されていて、
   ・第２の保持装置（１１０）が設けられており、該第２の保持装置（１１０）は、基体（２０５）に対して相対的に、ｚ軸線に沿って摺動可能に保持されており、第２の機構（２４０）によって有利には出発位置に保持され、前記第２の保持装置（１１０）には第２の電磁石（２２０）が固定されていて、
   ・昇降エレメント（１３０）が設けられており、該昇降エレメント（１３０）が駆動装置によってｚ軸線に沿って運動可能であって、昇降エレメントには、前記両電磁石（２２０）が、相応の作動状態で磁気的に連結可能であって、これにより、電磁石（１２０ｂ）に対応した保持装置（１１０）は昇降エレメント（１３０）と一緒に、ｚ軸線に沿って摺動されることを特徴とする、保持装置を選択的に運動させるための装置。
2. 昇降エレメント（１３０）が、強磁性の材料から成るプレートを有している、請求項１記載の装置。
3. 保持装置（１１０）が、
   ・電磁石（１２０ａ）が作動されていない場合には、前記機構（２４０）によって上方の位置に保持され、
   ・相応の電磁石（１２０ｂ）の作動の際には、昇降エレメント（１３０）の下降の際にｚ軸線に沿って下方に動かされる、請求項１または２記載の装置。
4. 前記機構が、昇降機構およびまたは保持機構である、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 駆動装置が、直線モータ、スピンドル駆動装置、ベルト駆動装置、ピエゾモータ及び／又はニューマチック駆動装置である、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 駆動装置が、昇降エレメント（１３０）の運動経過がもっぱら不変の加速度経過を有しているように形成されている、及び／又は制御される、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
7. 昇降エレメント（１３０）のために付加的に緩衝エレメントが設けられており、該緩衝エレメントによって、連結過程の際の保持装置（１１０）の衝撃が少なくとも減じられる、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
8. 緩衝エレメントが、エラストマプレート及び／又は緩衝されたばねエレメントである、請求項７記載の装置。
9. 保持装置（１１０）が、ｚ軸線に沿って配置されたピペットホルダ（２１５）と、該ピペットホルダ（２１５）に取り付けられたサクションピペットとを有しており、該サクションピペットに、負圧がかけられると、搬送すべき構成素子を吸い付けることができる、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
10. 保持装置（１１０）が付加的に接続ロッド（２１１）を有しており、該接続ロッド（２１１）は基体（２０５）に対して相対的に、接続ロッドがｚ軸線を中心として回動しないように支承されている、請求項９記載の装置。
11. 保持装置（１１０）が付加的に、接続ロッド（２１１）とピペットホルダ（２１５）との間に配置された回転装置（２１２）を有しており、この回転装置（２１２）によってサクションピペットが、基体（２０５）に対して相対的に、ｚ軸線を中心として回転可能である、請求項１０記載の装置。
12. 回転装置（２１２）のための付加的に測定装置（２１２ｂ）が設けられており、該測定装置（２１２）によって、基体（２０５）に対して相対的なサクションピペットの回転角度を検出可能である、請求項１１記載の装置。
13. 取り出し位置から載置位置へと複数の構成素子を搬送するための実装ヘッドであって、請求項１から１２までのいずれか１項記載の装置を有しており、該装置が複数の保持装置を有しており、これらの保持装置が、一列に、または２次元的な格子の格子点に配置されていることを特徴とする実装ヘッド。
14. ２次元的な格子が、方形状のマトリックスである、請求項１３記載の実装ヘッド。
15. 前記マトリックスが２つのまたは複数の行と、２つのまたは複数の列とを有している、請求項１４記載の実装ヘッド。

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