JP2012134347A - 電子部品実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに連動する回転軸を有する電子部品実装装置において、電子部品の安定した装着、当該装置の高速化、及び外力や経時変化による装着位置の変動の抑制を図る。
【解決手段】ノズルヘッド２０が、電子部品を保持するノズル１８を備えたスピンドル３６と、スピンドル３６を自転させるＴ軸モーター３１と、スピンドル３６と平行かつ別軸の回転軸線Ｃ１を有すると共にスピンドル３６と連動してこれを回転軸線Ｃ１回りに公転させるヘッド本体３４と、ヘッド本体３４を回転させるＲ軸モーター３２とを有し、Ｔ軸モーター３１からスピンドル３６までの間の伝動機構に回転制動手段（アンギュラ玉軸受け４７）が設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、互いに連動する回転軸を有する電子部品実装装置に関する。

従来から、ロータリ式（回転式）ヘッドを有する電子部品実装装置において、ヘッドの中心部にモーターと連係する駆動ギヤを支持し、この駆動ギヤに噛み合う従動ギヤを各ノズルに設け、前記モータの駆動により駆動ギヤ及び各従動ギヤを介して各ノズルを自転させることで、各ノズルに保持した電子部品の向きを調整可能としたものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００８−０５３７５０号公報

ところで、上記従来の構成において、前記ヘッド自体を回転させるモーターをさらに設け、各ノズルを自転及び公転可能とすることも考えられる。一方、各ノズルは、これらを自転可能に支持する軸受けに予圧を与えて隙間を無くすことで、電子部品の位置精度を確保可能であるが、この場合、前記軸受けに摺動抵抗が存在するため、特に各モーターにより作動する回転軸が互いに連動する場合、電子部品の位置決め完了時間が前記摺動抵抗の影響により遅れるという課題がある。

そこで本発明は、互いに連動する回転軸を有する電子部品実装装置において、電子部品の安定した装着、当該装置の高速化、及び外力や経時変化による装着位置の変動の抑制を図ることを目的とする。

上記課題の解決手段として、請求項１に記載した発明は、電子部品を保持、移送して所定箇所に装着するヘッドを備えた電子部品実装装置において、前記ヘッドが、前記電子部品を保持するノズルを備えた第一回転軸と、前記第一回転軸を自転させる第一駆動手段と、前記第一回転軸と平行かつ別軸の回転軸線を有すると共に前記第一回転軸と連動してこれを前記回転軸線回りに公転させる第二回転軸と、前記第二回転軸を回転させる第二駆動手段とを有し、前記第一駆動手段から前記第一回転軸までの間の伝動機構に回転制動手段が設けられることを特徴とする。
請求項２に記載した発明は、前記回転制動手段が前記第一駆動手段の駆動軸に設けられることを特徴とする。
請求項３に記載した発明は、前記回転制動手段が前記伝動機構に与えるトルクが、前記第一駆動手段の駆動に影響が及ばない程度に、前記回転制動手段の組み付け条件が設定されることを特徴とする。
請求項４に記載した発明は、前記回転制動手段が予圧を受けた複数の軸受けであり、当該各軸受けを前記第一回転軸の少なくとも二箇所以上に組み付けるようにしたことを特徴とする。
請求項５に記載した発明は、前記回転制動手段が予圧を受けたアンギュラ軸受けであることを特徴とする。
請求項６に記載した発明は、前記第二駆動手段から前記第二回転軸までの間の伝動機構に第二回転制動手段が設けられることを特徴とする。
請求項７に記載した発明は、前記第二回転制動手段が予圧を受けたアンギュラ軸受けであることを特徴とする。

本発明によれば、電子部品の位置精度を確保するために、第一回転軸が予圧を受けた軸受けに支持される場合であっても、第一駆動手段から第一回転軸までの間の伝動機構に回転制動手段を設けることで、前記軸受けの摺動抵抗の影響による電子部品の位置決め完了時間の遅れを抑制することができる。また、前記回転制動手段をアンギュラ軸受けとすることで、前記伝動機構に作用する各種の荷重を良好に支持することもできる。以上により、電子部品の安定した装着、当該装置の高速化、及び外力や経時変化による部品装着位置の変動の抑制を図ることができる。
また、回転制動手段を第一駆動手段の駆動軸に設けることで、回転制動手段が伝動機構の減速比の影響により大型化してしまうことを抑止できる。
さらに、回転制動手段が伝動機構に与えるトルクを考慮して回転制動手段の組み付け条件を設定することで、摩擦ブレーキを強過ぎず弱過ぎず最適な状態で発生させることができる。
しかも、第二駆動手段から第二回転軸までの間の第二伝動機構に第二回転制動手段を設けることで、各回転制動手段により各伝動機構の隙間を無くして位置決めを良好にできる。

本発明の実施形態における電子部品実装装置の斜視図である。 上記電子部品実装装置のノズルヘッドの軸線に沿う断面図である。 上記ノズルヘッドの要部の断面を含む斜視図である。 上記ノズルヘッドの従来構成を示す図２に相当する断面図である。 （ａ）は本実施形態のノズルヘッドの制御データを示すグラフ、（ｂ）は従来構成のノズルヘッドの制御データを示すグラフである。

以下、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に示すように、電子部品実装装置１の装置本体１ａは、基台２の幅方向（Ｘ方向）の両側部に奥行き方向（Ｙ方向）に延びるＹテーブル３を備えている。各Ｙテーブル３には、その上部に設けたテーブル台４にサーボモーター５によって回転するボールネジ６が設けられている。

各Ｙテーブル３のうち、図１左側のＹテーブル３のサーボモーター５は手前側に、図１右側のＹテーブル３のサーボモーター５は奥側にそれぞれ設けられている。各Ｙテーブル３のボールネジ６には、Ｘ方向に延びるＸテーブル７の両側部がそれぞれ螺合されている。

Ｘテーブル７は、そのテーブル本体８が各Ｙテーブル３のボールネジ６に螺合し、各Ｙテーブル３のボールネジ６の回転によりＹ方向に沿って移動する。Ｘテーブル７には、図１右側に設けたサーボモーター９によって駆動するボールネジ１０が設けられている。ボールネジ１０には、ジョイントブロック１１が螺合しており、このジョイントブロック１１には、負圧により電子部品を吸着し、正圧で解放する八本のノズル１８を備えたノズルヘッド２０が支持されている。

各Ｙテーブル３には、Ｙ方向に沿って開口部１３が形成され、各開口部１３に掛け渡すようにして、基台２の前側（手前側）にてＸ方向に延びる基板搬送装置１４が設けられている。基板搬送装置１４は一対のレール１５を備え、これら各レール１５上を、電子部品が実装される基板１６がＸ方向に沿って搬送される。そして、基板搬送装置１４上の部品装着位置に配置された基板１６に、各ノズル１８が吸着した電子部品が装着される。

基台２の上部の前側には、図１左側から順に、廃棄部品を投入する電子部品廃棄箱１７、複数のノズル１８を収容するノズルステーション１９、及びノズルヘッド２０を下方から照明した状態で撮影するカメラ２１が配置されている。

カメラ２１の図１右側には、装置本体１ａに対して基板１６に実装する電子部品を供給する復数（図１では一対のみ示す）のテープフィーダー２２を有する。各テープフィーダー２２はＸ方向に沿って配列され、自身が保持するテープリールから繰り出したキャリアテープ上の電子部品（何れも不図示）をノズルヘッド２０による部品吸着位置に配置する。

この電子部品が、ノズルヘッド２０の各ノズル１８により吸着され、基板搬送装置１４上の基板１６への実装位置に搬送され実装される。
図２を併せて参照し、ノズルヘッド２０は、Ｔ軸モーター３１の作動により各ノズル１８をＺ方向に沿うノズル中心軸線Ｃ１回りに回転（自転）させると共に、Ｒ軸モーター３２の作動により各ノズル１８をＺ方向に沿うヘッド中心軸線Ｃ２回りに回転（公転）させる。このノズルヘッド２０と各テーブル３，７との協働により、各ノズル１８の何れかが前記部品吸着位置又は部品装着位置の上方に配置されると共に、このノズル１８が前記軸線Ｃ１中心又は軸線Ｃ２中心で各々任意の角度に位置決めされる。

ノズルヘッド２０は、各ノズル１８の何れかを部品吸着位置の上方に配置し、このノズル１８を昇降部材３３の作動により下降させて電子部品を吸着する。その後、ノズルヘッド２０は、電子部品を吸着したノズル１８を昇降部材３３の作動により上昇させ、このノズル１８及び電子部品を部品装着位置の上方に配置する。さらにその後、ノズルヘッド２０は、電子部品を吸着したノズル１８を昇降部材３３の作動により下降させて、基板１６上に電子部品を装着する。

装置本体１ａにおける例えば基台２の前部下側の図１左側には、各テーブル３，７及びノズルヘッド２０を含む電子部品実装装置１全体の作動を制御するコントローラー２４が配置されている。また、基台２の前部下側の図１右側には、複数のテープフィーダー２２を搭載した不図示の部品供給台車を収容する台車収容部２５が凹設される。

図２に示すノズルヘッド２０は、Ｚ方向に沿う円筒状の外形を有するもので、ジョイントブロック１１に前記軸線Ｃ２回りに回転可能に支持される円筒状のヘッド本体３４と、軸線Ｃ２回りの周方向で等間隔に配置される複数のノズル１８とを有する。ヘッド本体３４の下部外周には、Ｚ方向に沿う棒状のスピンドル３６が複数配置され、これら各スピンドル３６の下端部に各ノズル１８がそれぞれ設けられる。ヘッド本体３４の下部外周には、これと一体回転可能な中空状のバレル体３５が設けられ、このバレル体３５の上下壁に各スピンドル３６の上下が前記軸線Ｃ１回りで回転可能かつ軸線Ｃ１に沿って昇降可能に支持される。

また、ノズルヘッド２０は、ヘッド本体３４内を同軸に貫通する駆動軸３７と、駆動軸３７の上端部に同軸かつ一体回転可能に設けられる入力ギヤ３８と、駆動軸３７の下端部に同軸かつ一体回転可能に設けられる出力ギヤ３９と、ジョイントブロック１１の上方にＺ方向に沿う駆動中心軸線ＣＴ，ＣＲを有して配置されるＴ軸モーター３１及びＲ軸モーター３２とを有する。

各モーター３１，３２は、それぞれの駆動軸３１ａ，３２ａを下方に突出させる。Ｔ軸モーター３１の駆動軸３１ａの下方にはこれと同軸の中継軸３１ｂが配置され、この中継軸３１ｂと駆動軸３１ａとが一体回転可能に係合する。中継軸３１ｂの外周にはピニオンギヤ３１ｃが同軸かつ一体回転可能に設けられ、このピニオンギヤ３１ｃが比較的大径の入力ギヤ３８に噛み合う。これらピニオンギヤ３１ｃ及び入力ギヤ３８からなる第一減速ギヤ対を介して、Ｔ軸モーター３１の駆動力が駆動軸３７に伝達され、かつ出力ギヤ３９及び後述の各ノズル駆動ギヤ４１からなる第二減速ギヤ対を介して、前記駆動力が各スピンドル３６（Ｔ軸、第一回転軸）に伝達される。なお、図中符号３１ｄは駆動軸３１ａと中継軸３１ｂの上部とに跨るカラー部材を示す。

また、Ｒ軸モーター３２の駆動軸３２ａの下方にはこれと同軸の中継軸３２ｂが配置され、この中継軸３２ｂと駆動軸３２ａとが一体回転可能に係合する。中継軸３２ｂの外周にはピニオンギヤ３２ｃが同軸かつ一体回転可能に設けられ、このピニオンギヤ３２ｃがヘッド本体３４の上端部外周に同軸かつ一体回転可能に設けられた比較的大径のヘッド駆動ギヤ４２に噛み合う。これらピニオンギヤ３２ｃ及びヘッド駆動ギヤ４２からなる第三減速ギヤ対を介して、Ｒ軸モーター３２の駆動力がヘッド本体３４（Ｒ軸、第二回転軸）に伝達される。

各スピンドル３６の下部には、それぞれ前記ノズル駆動ギヤ４１が同軸かつ一体回転可能に設けられ、これら各ノズル駆動ギヤ４１が前記出力ギヤ３９に噛み合う。これにより、Ｒ軸モーター３２が停止してＴ軸モーター３１のみが駆動すると、各スピンドル３６及び各ノズル１８が軸線Ｃ１中心で回転（自転）する。

一方、Ｔ軸モーター３１が停止してＲ軸モーター３２のみが駆動すると、ヘッド本体３４及びバレル体３５が軸線Ｃ２中心で回転すると共に各スピンドル３６及び各ノズル１８も軸線Ｃ２中心で回転（公転）し、かつ各ノズル駆動ギヤ４１が出力ギヤ３９の外周を転動することで各スピンドル３６及び各ノズル１８がそれぞれの軸線Ｃ１中心で回転（自転）する。

また、ヘッド本体３４（ヘッド駆動ギヤ４２）と駆動軸３７（入力ギヤ３８）とが同一回転速度となるように各モーター３１，３２が同期駆動すると、各ノズル駆動ギヤ４１が出力ギヤ３９の外周を転動することがなく（すなわち各スピンドル３６及び各ノズル１８が自転することがなく）、各スピンドル３６及び各ノズル１８がヘッド本体３４及びバレル体３５と同一回転速度で回転（公転）する。

バレル体３５の上壁には、各スピンドル３６の上部がそれぞれノズル上ラジアル玉軸受け４３を介して支持され、バレル体３５の下壁には、各スピンドル３６の下部がそれぞれノズル下ラジアル玉軸受け４４を介して支持される。
また、ヘッド本体３４の上端部内周には、駆動軸３７の上部がヘッド上ラジアル玉軸受け４５を介して支持され、ヘッド本体３４の下端部内周には、駆動軸３７の下部がヘッド下ラジアル玉軸受け４６を介して支持される。

ここで、前記ノズル上ラジアル玉軸受け４３及びノズル下ラジアル玉軸受け４４並びにヘッド下ラジアル玉軸受け４６は、予圧により隙間を無くしており、軸線Ｃ２中心で回転するヘッド本体３４及びバレル体３５に対して、別個の軸線Ｃ１中心で回転する各スピンドル３６及び各ノズル１８の位置精度を確保している。

反面、前記予圧に伴い、各ラジアル玉軸受け４３，４４，４６には相応の摺動抵抗が存在するため、各スピンドル３６は、ヘッド本体３４及びバレル体３５の回転動作時には前記摺動抵抗によるトルクを受ける。このため、各スピンドル３６（各ノズル１８）の位置決め完了時間は、前記トルクの影響により遅れることとなる。

そこで、本実施形態では、各スピンドル３６（各ノズル１８）の位置精度を確保しながら、ヘッド本体３４（バレル体３５）の回転動作による各スピンドル３６（各ノズル１８）の位置決め完了時間遅延の影響を抑制するために、Ｔ軸モーター３１から各スピンドル３６までの間の駆動系に、Ｔ軸モーター３１の出力を考慮したブラケットＢを追加している。

ブラケットＢは、本実施形態では予圧を与えた複列のアンギュラ玉軸受け４７であり、その摺動抵抗を利用した制動要素として機能する。このブラケットＢを減速機構（ピニオンギヤ３２ｃ及び入力ギヤ３８）より手前（上流側）のＴ軸モーター３１の駆動軸３１ａに配置することで、その小型軽量化をも実現している。

なお、本実施形態のノズルヘッド２０は、図４に示すノズルヘッド２０’の如くＴ軸モーター３１を従動側（入力ギヤ３８側）に寄せる配置とした従来構成に対し、Ｔ軸モーター３１を従動側（入力ギヤ３８側）から離間させて配置している（図２，３参照）。これにより、ブラケットＢの配置スペースを確保できると共に、前記トルクを受けた入力ギヤ３８を回転させる際に、Ｔ軸モーター３１の駆動軸３１ａにピニオンギヤ３２ｃと入力ギヤ３８との並び方向と直交する方向でモーメント荷重が作用しても（図３矢印Ｍ参照）、このモーメント荷重をアンギュラ玉軸受け４７で良好に支持できる。

また、Ｔ軸モーター３１の駆動によりＲ軸モーター３２の位置決め完了時間遅延が生じる場合には、Ｒ軸モーター３２の駆動軸３２ａにおいても、軸継ぎ手３２ｄ相当部位を駆動軸３１ａと同様のアンギュラ玉軸受けによる支持機構とする。
また、予圧を受けた複数の軸受けによりアンギュラ玉軸受け４７同様の回転制動手段を構成してもよい。この場合、各軸受けをＴ軸モーター３１から各スピンドル３６までの間の伝動機構の少なくとも二箇所以上に設ければよい。

図５（ａ）は、アンギュラ玉軸受け４７を摩擦ブレーキとして適用した本願構成の場合に、Ｒ軸動作指令完了時からのＴ軸セッティング完了までの間に時間差ｔ１が生じることを示す。なお、図示のグラフの縦軸はモーターエンコーダーのエラーカウント、横軸は時間（ｓｅｃ）をそれぞれ示す。また、図中線ｓ１はＴ軸モーター３１のエンコーダーのエラーカウント、線ｓ２はＲ軸モーター３２の動作指令信号、線ｓ３はＴ軸モーター３１の動作指令信号をそれぞれ示す。

一方、図５（ｂ）は、Ｔ軸モーター３１から各スピンドル３６までの間の駆動系にブラケットＢのない従来構成の場合に、Ｒ軸動作指令完了時からＴ軸セッティング完了までの間に前記時間差ｔ１よりも大きい時間差ｔ２が生じることを示す。
すなわち、Ｔ軸モーター３１から各スピンドル３６までの間の駆動系に摩擦ブレーキとしてアンギュラ玉軸受け４７を設けることで、前記トルクの影響による各ノズル１８の位置決め完了時間の遅れを抑制できるのである。

なお、図５（ａ）のグラフを得るために用いたアンギュラ玉軸受け４７の仕様としては、その単体の起動トルクが実際の組み付け時（中間はめあい）で０．００８〜０．０１３（Ｎｍ）となるものにした。
また、Ｔ軸全体の摺動トルクを０．０２０〜０．０２５（Ｎｍ）とすることで、Ｔ軸セッティング時間を要求値に抑えることが可能であることがわかった。
さらに、アンギュラ玉軸受け４７の摺動トルクは、連動軸（Ｔ軸及びＲ軸）間の摺動トルクと同等に設定することが良い結果を得られることもわかった。

ところで、アンギュラ玉軸受け４７は、連動軸とは関係しない別途固定部（ジョイントブロック１１等）との摺動トルクが得られる場所に取り付ける必要がある。
その取り付け位置としては、Ｔ軸モーター３１の駆動軸３１ａ上の他に、Ｔ軸モーター３１から各スピンドル３６までの間の駆動系の一部たる駆動軸３７上が考えられる。
なお、後者の場合、Ｔ軸モーター３１の駆動軸３１ａに対して、前記第一減速ギヤ対によって減速された軸上となるため、その減速比をＮ：１とすると、前者の場合に比べてＮ倍のトルクが必要となり、アンギュラ玉軸受け４７の大型化によるコスト及び重量の増加が考えられる。

上記実施形態によれば、電子部品の位置精度を確保するために、第一回転軸（各スピンドル３６）が予圧を受けた軸受け４３，４４に支持される場合であっても、その駆動源（Ｔ軸モーター３１）から第一回転軸までの間の伝動機構に回転制動手段（ブラケットＢ）を設けることで、前記軸受けの摺動抵抗の影響による電子部品の位置決め完了時間の遅れを抑制することができる。また、前記回転制動手段をアンギュラ軸受けとすることで、前記伝動機構に作用する各種の荷重を良好に支持することもできる。以上により、電子部品の安定した装着、当該装置の高速化、及び外力や経時変化による部品装着位置の変動の抑制を図ることができる。

また、多軸制御を必要とする駆動機構において制動要素を追加する場合、駆動軸の剛性を確保するためのアンギュラベアリングを制動要素としてその摺動トルクにより別軸の動作の影響を抑制することにより、各軸の位置決め時間の短縮が可能となる。
なお、同様の制動要素として、例えば摺動抵抗を利用したクランプ形状のブラケットでは、別途軸受けが必要であり、摺動面の管理と耐久性が危惧される。また、例えばマグネットを用いた非接触ブラケットでは、やはり別途軸受けが必要であり、その機能構成上、微小移動時にトルクが得られない。

そこで、上記実施形態の如く、機械モジュールの制御レギュレーションを重視したアンギュラベアリングを選定して用いることにより、モーメント荷重に耐える軸受けの摺動トルクを利用できるため、駆動軸の剛性確保による位置決め精度の向上を図ることができる。
また、軸受けの予圧量・負荷荷重に対する寿命はＩＳＯ／ＪＩＳに準拠して算出可能であるため、耐久信頼性を的確かつ容易に向上できる。
さらに、モーメント荷重に耐える軸受けの摺動トルクを利用することで、別途制動要素を追加する必要がないため、機構の簡略化（省スペース化及びコスト低減）を図ることができる。
さらにまた、経時変化／移動量によらない一定の制動トルクにより、連動する各軸の動作が相互に与える影響を抑制することで、静定時間を短縮する制御が可能になるため、位置決め時間の短縮を図ることができる。

本発明によれば、電子部品の安定した装着、当該装置の高速化、及び外力や経時変化による部品装着位置の変動の抑制を図ることができる。

１ 電子部品実装装置
１８ ノズル
２０ ノズルヘッド（ヘッド）
３１ Ｔ軸モーター（第一駆動手段）
３１ａ 駆動軸
３２ Ｒ軸モーター（第二駆動手段）
３２ａ 駆動軸
３２ｄ 軸継ぎ手（アンギュラ玉軸受け（回転制動手段））
３４ ヘッド本体（第二回転軸）
３６ スピンドル（第一回転軸）
Ｃ１ ノズル中心軸線（回転軸線）
Ｂ ブラケット（回転制動手段）
４７ アンギュラ玉軸受け（回転制動手段）

Claims (7)

1. 電子部品を保持、移送して所定箇所に装着するヘッドを備えた電子部品実装装置において、
   前記ヘッドが、前記電子部品を保持するノズルを備えた第一回転軸と、前記第一回転軸を自転させる第一駆動手段と、前記第一回転軸と平行かつ別軸の回転軸線を有すると共に前記第一回転軸と連動してこれを前記回転軸線回りに公転させる第二回転軸と、前記第二回転軸を回転させる第二駆動手段とを有し、
   前記第一駆動手段から前記第一回転軸までの間の伝動機構に回転制動手段が設けられることを特徴とする電子部品実装装置。
2. 前記回転制動手段が前記第一駆動手段の駆動軸に設けられることを特徴とする請求項１に記載の電子部品実装装置。
3. 前記回転制動手段が前記伝動機構に与えるトルクが、前記第一駆動手段の駆動に影響が及ばない程度に、前記回転制動手段の組み付け条件が設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品実装装置。
4. 前記回転制動手段が予圧を受けた複数の軸受けであり、当該各軸受けを前記第一回転軸の少なくとも二箇所以上に組み付けるようにしたことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の電子部品実装装置。
5. 前記回転制動手段が予圧を受けたアンギュラ軸受けであることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の電子部品実装装置。
6. 前記第二駆動手段から前記第二回転軸までの間の伝動機構に第二回転制動手段が設けられることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の電子部品実装装置。
7. 前記第二回転制動手段が予圧を受けたアンギュラ軸受けであることを特徴とする請求項６に記載の電子部品実装装置。
   
   

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