JP2013153058A - 実装ヘッドおよびそれを備える部品実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルの長尺の昇降ストロークを実現しつつ、実装ヘッドを軽量化およびコンパクト化する。
【解決手段】実装ヘッド１０であって、フレーム部１４と、ノズルユニット２０とを備える。ノズルユニット２０は、フレーム部１４に固定されたガイドブロック３２ａ、３２ｂと、鉛直方向に移動可能にガイドブロック３２ａ、３２ｂに係合されたガイドレール３０とを有するスライド機構２４と、ガイドレール３０に固定され、鉛直方向に延びる回転軸Ｒ中心に回転可能にノズル２２を保持するノズルホルダ３４と、フレーム部１４に固定され、スプラインシャフト４４ａを介してノズル２２を回転させるモータ４６と、ガイドレール３０に接続された直動体３８を鉛直方向に延びる直動軸Ｌに沿って移動させてガイドレール３０を鉛直方向に移動させる直動機構２６とを備える。ガイドレール３０を挟んで、ノズル２２の回転軸Ｒと直動体３８の直動軸Ｌとが対向配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、部品を吸着して搬送する実装ヘッドおよびそれを備える部品実装装置に関する。

従来より、部品を吸着して保持するノズルを備える実装ヘッドを有する部品実装装置が知られている。ノズルが部品を保持した状態の実装ヘッドが移動することにより、部品が搬送され基板に装着される。

例えば、特許文献１に記載された部品実装装置は、複数のノズルを備えた実装ヘッドと、実装ヘッドを水平方向に移動させる水平移動機構と、実装ヘッドに対して複数のノズルそれぞれを鉛直方向に移動させる、実装ヘッドに搭載された昇降機構とを有する。昇降機構は、ノズルを昇降可能に支持するスライド機構と、スライド機構に昇降可能に支持されたノズルを昇降させる直動機構とから構成されている。スライド機構は、実装ヘッドの本体に取り付けられた鉛直方向に延びるガイドレールと、鉛直方向に移動可能にガイドレールに係合するとともに、ノズルを保持する昇降部材が固定されたガイドブロックとを有する。直動機構は、実装ヘッド本体に固定されたモータと、モータによって回転される鉛直方向に延びるボールねじシャフトと、昇降部材に固定されてボールねじシャフトと係合するボールねじナットとから構成されている。このような機構を備えることにより、実装ヘッドを備える部品実装装置は、様々な位置に配置された部品を吸着保持できるとともに、吸着保持した部品を様々な位置に搬送することができる。

特開２００７−１２３６６８号公報

ところで、近年、部品実装の高速化を実現するために、ノズルの長尺の昇降ストローク（実装ヘッドに対するノズルの昇降可能量の増加）と、実装ヘッドの軽量化およびコンパクト化とが望まれている。しかしながら、特許文献１に記載された部品実装装置の場合、ノズルの長尺の昇降ストロークを実現するために昇降機構のスライド機構を長尺化すると、スライド機構が備えられる実装ヘッド本体が大型化する。その結果、実装ヘッドの高速移動が制限される。

そこで、本発明は、部品を吸着保持するノズルを備える実装ヘッドにおいて、ノズルの長尺の昇降ストロークを実現しつつ、実装ヘッドをコンパクト化することを課題とする。

上述の課題を解決するために、本発明の第１の態様によれば、
部品を吸着保持するノズルを備える実装ヘッドであって、
フレーム部と、
フレーム部に支持されたノズルユニットとを備え、
ノズルユニットが、
フレーム部に固定されたガイドブロックと、鉛直方向に延在し、鉛直方向に移動可能にガイドブロックに係合されたガイドレールとを有するスライド機構と、
スライド機構のガイドレールに固定され、鉛直方向に延びる回転軸を中心として回転可能にノズルを保持するノズルホルダと、
フレーム部に固定され、スプラインシャフトを介してノズルを回転軸を中心として回転させるモータと、
ガイドレールに接続される直動体を有し、鉛直方向に延びる直動軸に沿って直動体を移動させることによってガイドレールを鉛直方向に移動させる直動機構とを備え、
スライド機構のガイドレールを挟んで、ノズルの回転軸と直動体の直動軸とが対向配置されている、実装ヘッドが提供される。

本発明の第２の態様によれば、
スライド機構が複数のガイドブロックを有し、
複数のガイドブロックが、フレーム部の鉛直方向に並んで水平方向に延びる複数のビームそれぞれに固定され、
直動機構の直動体が、複数のガイドブロックの間のガイドレールの部分に接続されている、第１の態様に記載の実装ヘッドが提供される。

本発明の第３の態様によれば、
ノズルホルダ側のガイドレールの表面に、ガイドレールの下部から直動体に対向する部分を越えて延びる補強板が貼り付けられている、第１または第２の態様に記載の実装ヘッドが提供される。

本発明の第４の態様によれば、
実装ヘッドが、複数のノズルユニットを二列に並んだ状態で備え、
フレーム部が、一方の列のノズルユニットを保持する第１のフレーム部と、他方の列のノズルユニットを保持する第２のフレーム部とに分割可能に構成されている、第１から第３の態様のいずれか一に記載の実装ヘッドが提供される。

本発明の第５の態様によれば、
第１から第４の態様のいずれか一に記載の実装ヘッドと、
実装ヘッドを移動させるヘッド移動機構とを有する部品実装装置が提供される。

本発明によれば、部品を吸着保持するノズルを備える実装ヘッドにおいて、ノズルの長尺の昇降ストロークを実現しつつ、実装ヘッドをコンパクト化することができる。

本発明の一実施の形態に係る部品実装装置の実装ヘッドの斜視図 一対のサブアセンブリに分解した状態の実装ヘッドの斜視図 ノズルユニットの一部を取り外した状態の実装ヘッドの一対のサブアセンブリの斜視図 各サブアセンブリそれぞれの１つのノズルユニットを示す斜視図 実装ヘッドの断面図 比較例の実装ヘッドの断面図 本発明の別の実施の形態に係る実装ヘッドのサブアセンブリの斜視図 図７に示す実装ヘッドのサブアセンブリの上面図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る部品実装装置の一部、すなわち部品実装装置が備える実装ヘッド１０を示す斜視図である。

図１に示すように、実装ヘッド１０は、部品実装装置に設けられた、Ｘ軸方向に延びるＸビーム１２にＸ軸方向に移動可能に支持されている。Ｘビーム１２は、図示しないＹビームによってＹ軸方向に移動可能に支持されている。Ｘビーム１２およびＹビームにより、実装ヘッド１０は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動することができる。

実装ヘッド１０はまた、図２に示すように、一対のサブアセンブリ１０ａ、１０ｂに分割可能に構成されている。一対のサブアセンブリ１０ａ、１０ｂそれぞれは、ほぼ同一の構成であって、ノズル２２が内側に位置するように鉛直面（Ｚ−Ｘ平面）対称に配置された状態でＹ軸方向に互いに組み付くように構成されている。これにより、Ｘ−Ｙ平面上に配置される複数のノズル２２のノズル間ピッチをつめて、実装ヘッド１０をコンパクトに構成することができる。なお、一対のサブアセンブリ１０ａ、１０ｂそれぞれは、本発明に関連する構成については実質的に同一であるが、例えば、実装ヘッド１０のヘッドカバーおよび制御基板などを取り付けるための構成などについてはそれぞれ異なる。

一対のサブアセンブリ１０ａ、１０ｂは、フレーム部１４と、部品を上方から吸着して保持する４つのノズルユニット２０とをそれぞれ有する。フレーム部１４は、図２に示すように、Ｘ軸方向に互いに平行に延びる３本のビーム１４ａ〜１４ｃと、３本のビーム１４ａ〜１４ｃの両端が固定される、一対のサイドプレート１４ｄとを有する。サブアセンブリ１０ａ、１０ｂそれぞれにおいて、４つのノズルユニット２０は、一対のサイドプレート１４ｄの間にＸ軸方向に一列状に並んだ状態で配置されるとともに、３つのビーム１４ａ〜１４ｂに固定されている。このノズルユニット２０の詳細について、図１〜図５を参照しながら説明する。

図３は、サブアセンブリ１０ａ、１０ｂそれぞれから３つのノズルユニット２０をそれぞれ取り外した状態の実装ヘッド１０の斜視図である。図４は、各サブアセンブリ１０ａ、１０ｂそれぞれの１つのノズルユニット２０の斜視図である、図５は、実装ヘッド１０の断面図である。

図４に示すように、ノズルユニット２０それぞれは、部品を上方から吸着保持するノズル２２と、ノズル２２をＺ軸方向（鉛直方向）に移動可能に支持するスライド機構２４と、スライド機構２４に支持されたノズル２２を昇降させるための直動機構２６と、ノズル２２を鉛直軸を中心として回転させるための回転機構２８とを有する。

図３および図４に示すように、ノズルユニット２０のスライド機構２４は、Ｚ軸方向に延びるガイドレール３０と、ガイドレール３０にＺ軸方向に移動可能に係合する複数のガイドブロック３２ａ、３２ｂとから構成されている。

図５に示すように、スライド機構２４のガイドレール３０の下部には、ノズル２２が取り付けられている。具体的には、ガイドレール３０の背面（ガイドブロック３２ａ、３２ｂ側と反対側の表面）の下部に、ノズル２２をＺ軸方向に延びる回転軸Ｒを中心として回転可能に支持するノズルホルダ３４が固定されている。なお、ガイドレール３０の背面には、補強板３６が貼り付けられている。この補強板３６の役割については後述する。

スライド機構２４の一方のガイドブロック３２ａは、図３および図５に示すように、実装ヘッド１０のフレーム部１４の上方側のビーム１４ａの側面に固定されている。他方のガイドブロック３２ｂは、ビーム１４ｂの側面に固定されている。これに対して、スライド機構２４のガイドレール３０は、フレーム部１４の下方側の実装ヘッド１０のフレーム部１４に固定されていない。そのため、ガイドレール３０は、実装ヘッド１０のフレーム部１４に対してＺ軸方向に相対移動することができる。その結果、ガイドレール３０に取り付けられたノズル２２が、実装ヘッド１０に対してＺ軸方向（鉛直方向）に相対移動することができる。

直動機構２６は、図５に示すように、ノズル２２を下部に設けたスライド機構２４のガイドレール３０をＺ軸方向に移動させるように構成されている。そのために、直動機構２６は、ガイドレール３０に接続された直動体３８と、直動体３８をＺ軸方向に延びる直動軸Ｌに沿って移動させる駆動源としてのモータ４０とを有する。

直動機構２６の直動体３８は、２つのガイドブロック３２ａ、３２ｂの間のガイドレール３０の部分から、ガイドブロック３２ａ、３２ｂ側にＹ軸方向に延びている。

直動機構２６のモータ４０は、フレーム部１４の上方側のビーム１４ａの上面に固定されている。具体的には、図３および図５に示すように、ビーム１４ａにはＺ軸方向に延びる貫通穴１４ｅが形成されており、この貫通穴１４ｅをモータ４０のシャフト４０ａが通過するようにモータ４０がビーム１４ａの上面に固定されている。

直動機構２６の直動体３８とモータ４０とは、ボールねじ機構４２を介して連結されている。ボールねじ機構４２は、Ｚ軸方向に延びるボールねじシャフト４２ａと、ボールねじシャフト４２ａと係合するボールねじナット４２ｂとから構成されている。ボールねじシャフト４２ａは、その一端がモータ４０のシャフト４０ａに連結され、モータ４０によって直動軸Ｌを中心として回転する。ボールねじシャフト４２ａと係合するボールねじナット４２ｂは、直動体３８に取り付けられている。

このような直動機構２６によれば、モータ４０によってボールねじシャフト４２ａが直動軸Ｌを中心として回転すると、ボールねじナット４２ｂを介して直動体３８が直動軸Ｌに沿って移動する。その結果、ガイドレール３０（すなわちノズル２２）が、Ｚ軸方向に移動する。

また、直動機構２６の直動体３８が、２つのガイドブロック３２ａ、３２ｂの間のガイドレール３０の部分に取り付けられているため、直動機構２６によるガイドレール３０のたわみを抑制することができる。図５を用いて説明すると、モータ４０によってボールねじ４２ａが回転して直動体３８がＺ軸方向に移動すると、ガイドレール３０の下端側がＹ軸方向に変位するようなたわみがガイドレール３０に生じうる。このたわみを抑制するために、２つのガイドブロック３２ａ、３２ｂが、直動体３８が取り付けられているガイドレール３０の部分をＺ軸方向に挟むように配置されている。

直動機構２６によるガイドレール３０のたわみをさらに抑制するために、補強板３６がＹ軸方向のノズルホルダ３４側のガイドレール３０の背面に貼り付けられている。補強板３６は、図５に示すように、ガイドレール３０の下端側から直動体３８と対向するガイドレール３０の背面部分を越えて延びている。なお、補強板３０は、ガイドレール３０の曲げ剛性が高い場合には、省略することが可能である。

さらに、直動機構２６がノズル２２に対してＹ軸方向にガイドレール３０を間に挟んでそのガイドレール３０に隣接して配置されているために、実装ヘッド１０のＺ軸方向寸法を小さくすることができる。

ノズル２２を回転させるための回転機構２８は、図４に示すように、Ｚ軸方向に延びるスプライン継ぎ手４４と、ノズルホルダ３４に回転軸Ｒ中心に回転可能に保持されたノズル２２をスプライン継ぎ手４４を介して回転させるモータ４６とを有する。

回転機構２８のモータ４６は、フレーム部１４のビーム１４ｃの上面に固定されている。具体的には、図３および図５によく示すように、ビーム１４ｃにはＺ軸方向に延びる貫通穴１４ｆが形成されており、この貫通穴１４ｆをモータ４６のシャフト４６ａが通過するようにモータ４６がビーム１４ｄの上面に固定されている。

回転機構２８のスプライン継ぎ手４４は、その一端がモータ４６のシャフト４６ａに連結されるスプラインシャフト４４ａと、スプラインシャフト４４ａとＺ軸方向に移動可能に係合するスプラインナット４４ｂとから構成される。スプラインナット４８は、ノズル２２側に連結されている。これにより、モータ４６によってスプラインシャフト４４ａが回転すると、スプラインナット４４ｂを介してノズル２２が回転する。

以上、このような構成の実装ヘッド１０によれば、複数のノズル２２を個別に実装ヘッド１０に対して相対移動させることができる。また、複数のノズル２２を個別に回転軸Ｒ中心に回転させることができる。

本実施の形態によれば、ノズル２２の長尺（例えば５０〜７０ｍｍ）の昇降ストロークを実現しつつ、実装ヘッド１０をコンパクト化することができる。

この効果について、比較例の実装ヘッドを挙げて説明する。図６は、比較例の実装ヘッドの断面図である。

図５に示すように、本実施の形態の実装ヘッド１０の場合、スライド機構２４のガイドレール３０の下部側にノズル２２が設けられ、ガイドレール３０に係合するガイドブロック３２ａ、３２ｂが実装ヘッド１０のフレーム部１４に固定される構成である。また、ガイドレール３０を挟んでノズル２２の回転軸Ｒと直動体３８の直動軸Ｌとが対向配置される構成である。

一方、図６に示すように、比較例の実装ヘッド１１０の場合、ガイドレール１３０は実装ヘッド１１０のフレーム部１１４に固定され、ガイドレール１３０に係合するガイドブロック１３２ａ、１３２ｂ側にノズル１２２が固定される構成である。また、ガイドレール１３０がフレーム部１１４に固定される構成であるために、ノズル１２２を昇降させる直動機構１２６の直動軸Ｌと、ノズル１２２を回転させるための回転機構１２８の回転軸Ｒは、ガイドレール１３０に対して同一側に配置されている。

なお、Ｘ−Ｙ平面における比較例の実装ヘッド１１０のノズル１２２のＸ軸方向ピッチおよびＹ軸方向ピッチは、実施の形態の実装ヘッド１０のノズル２２のＸ軸方向ピッチおよびＹ軸方向ピッチと同一である。また、ノズル１２２の昇降ストロークは、実施の形態のノズル２２の長尺の昇降ストロークと同一である。さらに、直動機構１２６および回転機構１２８は、実施の形態の直動機構２６および回転機構２８と同一である。スライド機構１２４は、ガイドレール１３０の長さが異なる点を除いて、実施の形態のスライド機構２４と同じである。

比較例の実装ヘッド１１０の場合、図６に示すように、スライドレール機構１２４のガイドレール１３０からノズル１２２がより離れているために、ガイドブロック１３２ａ、１３２ｂとノズルホルダ１３４とを連結する長尺でより剛性が高いアーム１５０が必要となる。また、アーム１５０は、ガイドブロック１３２ｂより下方に大きくオーバハングしてノズル１２２（ノズルホルダ１３４）を自由端で保持する片持ち梁状である。そのため、ノズル１２２の位置精度を確保するために、アーム１５０は高剛性を備える必要がある。

加えて、高剛性のアーム１５０をスライド機構１２４のガイドレール１３０が片持ち支持するために、ガイドレール１３０が固定される実装ヘッド１１０のフレーム部１１４を相対的により高剛性に作製する必要がある。

このように、実施の形態の実装ヘッド１０と同一のノズル間ピッチ（Ｘ軸方向およびＹ軸方向ピッチ）およびノズルの昇降ストロークを、比較例のようにスライド機構のガイドレールが実装ヘッドのフレーム部に固定される構成で実現する場合、ノズルの昇降ストロークが長尺な実装ヘッドは大型化する。

したがって、ガイドレール３０に係合する複数のガイドブロック３２ａ、３２ｂを実装ヘッド１０のフレーム部１４に固定し、ガイドレール３０を間に挟んでノズル２２の回転軸Ｒとアーム３８の直動軸Ｌとが対向配置する本実施の形態の実装ヘッド１０であれば、ノズル２２の長尺の昇降ストロークを実現しつつ、実装ヘッド１０をコンパクト化することができる。

また、コンパクト化された実装ヘッド１０を備える部品実装装置は、実装ヘッド１０の高速移動が可能であるため、部品の高速実装が可能になる。

さらに、本実施の形態のように、実装ヘッド１０が複数のノズル２２（ノズルユニット２０）を二列に並んだ状態で備える場合、図２に示すように、一方の列のノズルユニット２０を保持するサブアセンブリ１０ａと他方の列のノズルユニット２０を保持するサブアセンブリ１０ｂとに分割可能に実装ヘッド１０を構成すれば、実装ヘッド１０のメンテナンスを容易に行うことができる。

以上、上述の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されない。

例えば、上述の実施の形態の実装ヘッド１０の場合、複数のノズル２２（ノズルユニット２０）をＹ軸方向に二列に並んだ状態で搭載するように構成されているが、本発明はこれに限らない。本発明は、例えば複数のノズルユニットを一列状に並んだ状態で搭載するものや、少なくとも１つのノズルユニットを搭載する実装ヘッドであればよい。

また、上述の実施の形態の実装ヘッド１０の場合、スライド機構２４のガイドレール３０を鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動させる直動機構２６は、直動体３８と、モータ４０と、ボールねじ機構４２とから構成されている。これに代わって、スライド機構２４のガイドレール３０から延びる直動体と、直動体を鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動させるエアシリンダやリニアモータ等とからリニアアクチュエータによる直動機構を構成してもよい。

さらに、実施の形態の実装ヘッド１０の場合、図４によく示すように、ノズルユニット２０それぞれに、ノズル２２を回転軸Ｒ中心に回転させる駆動源としてモータ４６が設けられている。これに代わって、複数のノズルユニット２２のノズル２２を回転させるための駆動源のアクチュエータを共通化してもよい。

図７は、上述の実施の形態の実装ヘッド１０を改良した形態の実装ヘッドのサブアセンブリ１０ａ’を示している。また、図８は、図７に示すサブアセンブリ１０ａ’の上面図である。なお、上述の実施の形態の実装ヘッド１０と同一の構成要素には、同一の符号が付されている。

図７および図８に示すように、ノズルユニット２０’それぞれのスプライン継ぎ手４４のスプラインシャフト４４ａの上端に、ノズル２２の回転のための駆動用プーリ６０が連結されている。複数の駆動用プーリ６０それぞれは、フレーム部１４のビーム１４ｃ上に配置されており、また駆動ベルト６２が架けられている。

また、１つの駆動用プーリ６０には、モータ４６’が連結されている。さらに、駆動ベルト６２と駆動用プーリ６０との接触を維持するために、駆動ベルト６２にテンションを付与するテンション用プーリ６４が設けられている。

このような構成によれば、例えば１つのモータ４６’によって複数の駆動用プーリ６０が同期回転し、それによりスプライン継ぎ手４４を介して複数のノズル２２が同期回転することができ、よりコンパクトに軽量化された実装ヘッドを構成することができる。

本発明は、部品を吸着保持する少なくとも１つのノズルを搭載する実装ヘッドであれば、適用可能である。

１０ 実装ヘッド
１４ フレーム部
２０ ノズルユニット
２２ ノズル
２４ スライド機構
２６ 直動機構
３０ ガイドレール
３２ａ ガイドブロック
３２ｂ ガイドブロック
３４ ノズルホルダ
３８ 直動体（アーム）
４４ａ スプラインシャフト
４６ モータ
Ｒ 回転軸
Ｌ 直動軸

Claims (5)

1. 部品を吸着保持するノズルを備える実装ヘッドであって、
   フレーム部と、
   フレーム部に支持されたノズルユニットとを備え、
   ノズルユニットが、
   フレーム部に固定されたガイドブロックと、鉛直方向に延在し、鉛直方向に移動可能にガイドブロックに係合されたガイドレールとを有するスライド機構と、
   スライド機構のガイドレールに固定され、鉛直方向に延びる回転軸を中心として回転可能にノズルを保持するノズルホルダと、
   フレーム部に固定され、スプラインシャフトを介してノズルを回転軸を中心として回転させるモータと、
   ガイドレールに接続される直動体を有し、鉛直方向に延びる直動軸に沿って直動体を移動させることによってガイドレールを鉛直方向に移動させる直動機構とを備え、
   スライド機構のガイドレールを挟んで、ノズルの回転軸と直動体の直動軸とが対向配置されている、実装ヘッド。
2. スライド機構が複数のガイドブロックを有し、
   複数のガイドブロックが、フレーム部の鉛直方向に並んで水平方向に延びる複数のビームそれぞれに固定され、
   直動機構の直動体が、複数のガイドブロックの間のガイドレールの部分に接続されている、請求項１に記載の実装ヘッド。
3. ノズルホルダ側のガイドレールの表面に、ガイドレールの下部から直動体に対向する部分を越えて延びる補強板が貼り付けられている、請求項１または２に記載の実装ヘッド。
4. 実装ヘッドが、複数のノズルユニットを二列に並んだ状態で備え、
   フレーム部が、一方の列のノズルユニットを保持する第１のフレーム部と、他方の列のノズルユニットを保持する第２のフレーム部とに分割可能に構成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の実装ヘッド。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の実装ヘッドと、
   実装ヘッドを移動させるヘッド移動機構とを有する部品実装装置。

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