JP2023183897A - 部品搭載装置 - Google Patents

Abstract

【課題】搭載ヘッドを小型化できる部品搭載装置を提供することを目的とする。【解決手段】搭載ヘッド２３が、下端に吸着ノズル３３を備えた昇降シャフト３２と、昇降シャフト３２を回転させる回転機構と、吸着ノズル３３を介して部品を基板に押し付ける荷重をエアによって加える荷重機構を備える。回転機構は中空シャフト４２を回転軸とする中空モータ３１であり、昇降シャフト３２は中空シャフト４２の内部空間４２Ｓを上下方向に延び、内部空間４２Ｓに設けられたスプラインガイド４２Ｇによって中空シャフト４２と一体に回転するとともに中空シャフト４２に対して昇降自在となるようにガイドされる。荷重機構は、加圧エアを送給する加圧エア送給管３４と、内部空間４２Ｓに設けられ、加圧エア送給管３４を通じて送給される加圧エアを受けて昇降シャフト３２の上端を下方に押し付けるダイアフラム８１から成る。【選択図】図３

Description

本発明は、昇降シャフトの下端に装着された部品保持具により部品を基板に搭載する部品搭載装置に関する。

従来、部品供給部と基板との間で搭載ヘッドを移動させて基板に部品を搭載する部品搭載装置が知られている。搭載ヘッドは上下方向に延びた昇降シャフトの下端に部品保持具を備えており、搭載ヘッドに設けられた回転機構によって昇降シャフトとともにノズルを回転させることができるようになっている。また、部品搭載装置の種類によっては、部品を基板に搭載する際に部品保持具を介して加圧エア（空圧）により部品を基板に押し付ける機構を備えたものがある（例えば、下記の特許文献１）。

特開２００２－３０１６７７号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された搭載ヘッドのように、昇降シャフトを回転させる機構に加えて加圧エアによって部品を押し付ける機構を備えるものでは、これら２つの機構は搭載ヘッドの上下方向に並べられた配置となる。このため搭載ヘッドは上下方向の寸法が大きくならざるを得ず、小型化が難しいという問題点があった。

そこで本発明は、搭載ヘッドを小型化できる部品搭載装置を提供することを目的とする。

本発明の部品搭載装置は、部品を基板に搭載する搭載ヘッドが、上下方向に延びて下端に部品を保持する部品保持具を備えた昇降シャフトと、前記昇降シャフトを回転させる回転機構と、前記部品保持具で部品を基板に搭載する際に前記部品保持具を介して部品を基板に押し付ける荷重を加圧エアによって加える荷重機構と、を備える部品搭載装置であって、前記回転機構は中空シャフトを回転軸とする中空モータであり、前記昇降シャフトは前記中空シャフトの内部空間を上下方向に延び、前記内部空間に設けられたスプラインガイドによって前記中空シャフトと一体に回転するとともに前記中空シャフトに対して昇降自在となるようにガイドされており、前記荷重機構は、加圧エアを送給する加圧エア送給管と、前記内部空間に設けられ、前記加圧エア送給管を通じて送給される加圧エアを受けて前記昇降シャフトの上端を下方に押し付ける加圧部から成る。

本発明によれば、搭載ヘッドを小型化できる。

本発明の一実施の形態における部品搭載装置の要部平面図 本発明の一実施の形態における部品搭載装置が備えるヘッド部の正面図 本発明の一実施の形態における部品搭載装置が備えるヘッド部を構成するひとつの搭載ヘッドを昇降部とともに示す一部断面側面図 本発明の一実施の形態における部品搭載装置が備える搭載ヘッドの一部断面側面図 （ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態における部品搭載装置が備える搭載ヘッドの一部を拡大した側断面図 本発明の一実施の形態における部品搭載装置の制御系統を示すブロック図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施の形態における部品搭載装置１を示している。部品搭載装置１は、上流側から送られてきた基板ＫＢに部品ＢＨを搭載して下流側に搬出する装置である。ここでは説明の便宜上、部品搭載装置１における基板ＫＢの搬送方向をＸ方向、Ｘ方向と直交する水平方向をＹ方向、上下方向をＺ方向とする。

図１において、部品搭載装置１は、基台１１、搬送コンベア１２、テープフィーダ１３、ヘッド部１４およびヘッド部移動機構１５を備えている。搬送コンベア１２は基台１１上に設けられており、基板ＫＢの両端部を下方から支持してＸ軸方向に搬送する。

テープフィーダ１３は基台１１のＹ方向の端部に設置されたフィーダベース１１Ｂに着脱自在に取り付けられている。フィーダベース１１Ｂには複数のテープフィーダ１３をＸ方向に並べて取り付けることができる。各テープフィーダ１３はリールＲＬからキャリアテープ（図示せず）を引き出して搬送し、前方（搬送コンベア１２に向かう側）の端部に設けられた部品供給口１３Ｋに部品ＢＨを供給する。なお、テープフィーダ１３は部品供給装置の一例であるが、その他にもテーピングされたラジアル部品やアキシャル部品を供給するテープフィーダや、トレイに収納された部品を供給するトレイフィーダ等の部品供給装置が使用可能である。

図２および図３において、ヘッド部１４は、ＸＺ面に沿って広がった形状のヘッドベース２１と、ヘッドベース２１に昇降機構２２を介して取り付けられた搭載ヘッド２３を備えている。搭載ヘッド２３は本実施の形態ではＸ方向に３つ並んで設けられており、昇降機構２２も３つの搭載ヘッド２３に対応してＸ方向に３つ並んで設けられている。

図１において、ヘッド部移動機構１５はヘッド部１４を水平面（ＸＹ面）で移動させる機構であり、基台１１上に設けられてＹ方向に延びた固定ビーム１５ａと、固定ビーム１５ａに支持されてＸ方向に延びた可動ビーム１５ｂを備えている。可動ビーム１５ｂは固定ビーム１５ａに沿ってＹ方向に移動自在であり、ヘッドベース２１は（すなわちヘッド部１４は）可動ビーム１５ｂに沿ってＸ方向に移動自在に取り付けられている。

図３において、昇降機構２２はヘッドベース２１に設けられた昇降部２２ａと、昇降部２２ａの上部に設けられて駆動軸である送り螺子２２ｂを下方に向け昇降モータ２２ｃと、送り螺子２２ｂに螺合するナット２２ｄを備えて昇降部２２ａから水平に延びて設けられたヘッド連結部材２２ｅとを備えている。ヘッド連結部材２２ｅは昇降部２２ａに設けられた図示しないガイド部によって、送り螺子２２ｂの中心軸まわりの回転が規制されている。このため昇降モータ２２ｃが作動して送り螺子２２ｂが回転すると、ナット２２ｄを介してヘッド連結部材２２ｅが昇降部２２ａに対して昇降する。

図３において、各搭載ヘッド２３は、回転機構としての中空モータ３１、昇降シャフト３２、吸着ノズル３３、加圧エアを送給する加圧エア送給管３４、加圧部としてのダイアフラム部３５を備えている。中空モータ３１はハウジング４１、中空シャフト４２、ステータ４３およびロータ４４を備えている。

図３において、ハウジング４１は、Ｚ方向に延びた部材である昇降ベース４１Ｂを介してヘッド連結部材２２ｅに連結されており、中空シャフト４２はハウジング４１の中央部を上下方向に貫通して延びている。中空シャフト４２は、ハウジング４１の中央部の上下に設けられたベアリング４５によってＺ軸（Ｚ方向に延びた軸線）まわりに回転自在に支持されている。

図３において、ステータ４３はハウジング４１内に設けられており、ロータ４４は中空シャフト４２の外周面側に設けられている。ステータ４３にはコイルが巻き付けられており、ロータ４４は永久磁石から成っている。ステータ４３のコイルに通電がなされると磁界が生じ、その磁界とロータ４４（永久磁石）に生じている磁界との間に発生した電磁力によって、ロータ４４が中空シャフト４２とともにＺ軸回りに回転する。このように中空シャフト４２は中空モータ３１の回転軸（駆動軸）となっている。

図３において、昇降ベース４１Ｂの側面にはＺ方向に並んで設けられた２つのスライド部４１Ｓが配置されている。これら２つのスライド部４１Ｓは昇降部２２ａにＺ方向に延びて設けられた搭載ヘッド昇降ガイド２２Ｇにスライド自在に係合している。このため昇降モータ２２ｃを作動させて送り螺子２２ｂをＺ軸回りに回転させると、ハウジング４１は（すなわち搭載ヘッド２３は）ヘッドベース２１に対して昇降する。昇降モータ２２ｃによる送り螺子２２ｂの回転方向を切り替えることで、ヘッド連結部材２２ｅを上方または下方に移動させることができる。

図３において、昇降シャフト３２は中空シャフト４２内を上下方向に延びて設けられている。昇降シャフト３２は上端が中空シャフト４２内の中間部に位置しており、下端は中空シャフト４２の下方に突出している。図２および図３に示すように、昇降シャフト３２の下端にはノズルホルダ３２Ｈが設けられており、吸着ノズル３３はノズルホルダ３２Ｈに着脱自在に取り付けられている。

図３および図４において、昇降シャフト３２は中空シャフト４２の内部空間４２Ｓの下側の領域に設けられたスプラインガイド４２Ｇによってガイドされておいる。このため昇降シャフト３２は中空シャフト４２と一体に回転し得るとともに、中空シャフト４２に対して昇降自在となっている。

すなわち本実施の形態において昇降シャフト３２は、中空シャフト４２の内部空間４２Ｓを上下方向に延び、その内部空間４２Ｓに設けられたスプラインガイド４２Ｇによって中空シャフト４２と一体に回転するとともに中空シャフト４２に対して昇降自在となるようにガイドされた構成となっている。

図３において、昇降シャフト３２の下端部近傍には昇降シャフト内エア通路５１が形成されている。昇降シャフト内エア通路５１は、ノズルホルダ３２Ｈに設けられたノズルホルダ内エア通路５２と連通している。吸着ノズル３３にはノズル内エア通路５３が設けられており、ノズルホルダ３２Ｈに吸着ノズル３３が取り付けられると、ノズル内エア通路５３はノズルホルダ内エア通路５２を介して昇降シャフト内エア通路５１と連通する。

図３において、昇降シャフト内エア通路５１は、昇降シャフト３２の下部から回転ジョイント部（下側回転ジョイント部６１）を通じて搭載ヘッド２３の外部を延びる外部真空圧供給路６２に繋がっている。下側回転ジョイント部６１は昇降ベース４１Ｂから下方に延びた回り止めガイド４１ＤによってＺ軸まわりの回転が規制されている。下側回転ジョイント部６１は昇降シャフト３２の回転位置によらず、昇降シャフト内エア通路５１と外部真空圧供給路６２とを連通させる機能を有する。

図３において、外部真空圧供給路６２は搭載ヘッド２３の外部に設けられたバルブ機構６３を介して正圧源６４と負圧源６５に繋がっている。バルブ機構６３を通じて昇降シャフト内エア通路５１に正圧源６４からの正圧または負圧源６５からの負圧が供給されると、その正圧または負圧は昇降シャフト内エア通路５１、ノズルホルダ内エア通路５２を経てノズル内エア通路５３に達し、吸着ノズル３３の下端に正圧（ブロー圧）または負圧（真空吸着圧）が発生する。

図３および図４において、加圧エア送給管３４は、中空シャフト４２の内部空間４２Ｓの上側の領域に上下方向に延びて設けられている。加圧エア送給管３４には、中空シャフト４２の外部（上方）から供給された加圧エアを中空シャフト４２の内部空間４２Ｓに送給する加圧エア送給路３４Ｌが形成されている。

図３および図４において、中空シャフト４２の上端はキャップ７１によって塞がれている。キャップ７１には厚さ方向（Ｚ方向）に貫通した貫通孔７１Ｈが設けられている。加圧エア送給路３４Ｌは、キャップ７１の貫通孔７１Ｈを通じて、キャップ７１の上方に設けられたジョイント管７２に繋がっている。ジョイント管７２は回転ジョイント部（上側回転ジョイント部７３）を介して外部エア配管７４に繋がっており、外部エア配管７４はエア供給バルブ７５を介して加圧エア供給源７６に繋がっている。上側回転ジョイント部７３は、中空シャフト４２と一体となってＺ軸まわりに回転するジョイント管７２の回転位置によらず、ジョイント管７２内のエア通路７２Ｌ（図４）と外部エア配管７４とを連通させる機能を有する。

図４および図５（ａ），（ｂ）において、ダイアフラム部３５は、中空シャフト４２の内部空間４２ＳのＺ方向の中間部に設けられている。ダイアフラム部３５は、昇降シャフト３２の上端に形成された鍔状の突起部３２Ｔの上面に接触するダイアフラム８１と、ダイアフラム８１の外縁８１Ｅを保持するとともにダイアフラム８１を上方から覆う覆い体８２を備えている。

図４および図５（ａ），（ｂ）において、覆い体８２には加圧エア送給路３４Ｌと連通する連通孔８２Ｈが設けられている。加圧エア送給管３４の下端はダイアフラム部３５の覆い体８２の上面に接続されており、加圧エア送給路３４Ｌは覆い体８２の連通孔８２Ｈを通じてダイアフラム部３５の内部空間（ダイアフラム部内空間３５Ｓ）に繋がっている。このため加圧エア供給源７６から加圧エアが供給されると、その加圧エアは、エア供給バルブ７５、外部エア配管７４、上側回転ジョイント部７３、ジョイント管７２内のエア通路７２Ｌ、加圧エア送給路３４Ｌおよびダイアフラム部３５の連通孔８２Ｈを通じてダイアフラム部内空間３５Ｓに送給される。

各搭載ヘッド２３において、昇降シャフト３２と中空シャフト４２との間には、昇降シャフト３２を中空シャフト４２に対して上方に付勢するスプリング（図示せず）が設けられている。加圧エア供給源７６から加圧エアが供給されておらず、ダイアフラム部内空間３５Ｓが加圧されていない状態（非加圧状態）では、昇降シャフト３２はスプリングの付勢力によって、上端の突起部３２Ｔをダイアフラム部内空間３５Ｓの中間部（Ｚ方向の中間部）に位置させる位置（「準備位置」と称する）に位置している（図５（ａ））。

昇降シャフト３２が準備位置に位置した状態からダイアフラム部内空間３５Ｓに加圧エアが送給され、ダイアフラム部内空間３５Ｓが加圧された状態（加圧状態）になると、ダイアフラム部内空間３５Ｓは膨張し、ダイアフラム８１はスプリングの付勢力に抗して昇降シャフト３２の上端を下方に押し下げる。これにより昇降シャフト３２はスプラインガイド４２Ｇによってガイドされて中空シャフト４２の内部空間４２Ｓを下降し、突起部３２Ｔがスプラインガイド４２Ｇの上面に当接する位置まで押し下げられる（図５（ａ）→図５（ｂ））。このように昇降シャフト３２の突起部３２Ｔがスプラインガイド４２Ｇの上面に当接する位置まで押し下げられた状態では、昇降シャフト３２は準備位置よりも若干量ΔＨ（図５（ｂ）。突起部３２Ｔの下降分）だけ下降した位置（「下降位置」と称する）に位置する（図４）。

図６は、部品搭載装置１の制御系統を示している。部品搭載装置１が備える制御装置９０は、図６に示すように、搬送コンベア１２、テープフィーダ１３、ヘッド部１４およびヘッド部移動機構１５の各動作を制御する。制御装置９０は、搬送コンベア１２を制御して基板ＫＢの搬送と所定の作業位置への位置決めを行い、テープフィーダ１３を制御してそのテープフィーダ１３の部品供給口１３Ｋに部品ＢＨを供給させる。

制御装置９０はまた、ヘッド部１４を構成する各昇降機構２２による搭載ヘッド２３の昇降動作と、各搭載ヘッド２３において昇降シャフト３２を（すなわち吸着ノズル３３を）回転させる中空モータ３１の動作を行う。また制御装置９０は、エア供給バルブ７５を作動させることによって、加圧エア供給源７６からダイアフラム部３５への加圧エアの供給動作を制御する。

部品搭載装置１が基板ＫＢに部品ＢＨを搭載する作業（部品搭載作業）を行う場合には、先ず、制御装置９０に制御された搬送コンベア１２が作動し、上流工程側から送られてきた基板ＫＢを受け取って搬入する。搬送コンベア１２は基板ＫＢを搬入したら所定の作業位置に位置決めし、ヘッド部移動機構１５とヘッド部１４は協働して動作することによって、３つの搭載ヘッド２３それぞれに搭載ターンを繰り返し実行させる。

搭載ヘッド２３が搭載ターンを繰り返し実行することによって、基板ＫＢには部品ＢＨが搭載されていく。各搭載ヘッド２３はひとつの搭載ターンにおいて、テープフィーダ１３が供給する部品ＢＨを吸着ノズル３３により保持（吸着）する動作と、吸着ノズル３３により保持した部品ＢＨを基板ＫＢ上の目標搭載位置に搭載する動作とを実行する。

制御装置９０は、搭載ヘッド２３が吸着ノズル３３により保持した部品ＢＨを基板ＫＢに搭載する際には、その搭載ヘッド２３に対応する昇降機構２２の昇降モータ２２ｃを作動させて搭載ヘッド２３の全体を下降させるが、その前に、中空モータ３１の中空シャフト４２とともに吸着ノズル３３をＺ軸まわりに回転させることによって、吸着ノズル３３により吸着した部品ＢＨの基板ＫＢへの搭載時における姿勢（角度）を調整しておく。

また、制御装置９０は、昇降モータ２２ｃを作動させて搭載ヘッド２３の全体を下降させる前に、エア供給バルブ７５を通じて加圧エア供給源７６からダイアフラム部３５に加圧エアを供給しておくことで、昇降シャフト３２を準備位置から押し下げて下降位置に位置させておく（図５（ｂ）および図４）。これによりダイアフラム部３５は昇降シャフト３２が部品ＢＨを基板ＫＢに押し付ける際にエアスプリングとして機能するようになり、部品ＢＨには大きな負荷をかけることなく、適度な押し付け力で部品ＢＨを基板ＫＢに押し付けることができる。

ヘッド部１４（３つの搭載ヘッド２３）が搭載ターンを繰り返して基板ＫＢに搭載すべき部品ＢＨを全て搭載したら、搬送コンベア１２が作動して、基板ＫＢを部品搭載装置１の下流工程側に搬出する。これにより基板ＫＢの１枚当たりの部品搭載作業が終了する。

これまで説明したように、本実施の形態における部品搭載装置１では、搭載ヘッド２３において、下端に吸着ノズル３３が装着された昇降シャフト３２を回転させる回転機構が中空シャフト４２を回転軸とする中空モータ３１であり、昇降シャフト３２は中空シャフト４２の内部空間４２Ｓを上下方向に延び、内部空間４２Ｓに設けられたスプラインガイド４２Ｇによって中空シャフト４２と一体に回転するとともに中空シャフト４２に対して昇降自在となるようにガイドされている。そして、吸着ノズル３３を介して部品ＢＨを基板ＫＢに押し付ける荷重をエアによって加える荷重機構が、供給される加圧エアを中空シャフト４２の内部空間４２Ｓに送給する加圧エア送給管３４と、中空シャフト４２の内部空間４２Ｓに設けられ、加圧エア送給管３４を通じて送給される加圧エアを受けて昇降シャフト３２の上端（突起部３２Ｔ）を下方に押し付ける加圧部（ダイアフラム部３５）から成っている。

すなわち本実施の形態における部品搭載装置１では、搭載ヘッド２３の荷重機構が回転機構の内部に設けられた構成となっており、回転機構と荷重機構が上下に並べられた従来の場合よりも上下方向の寸法を小さくできる。このため本実施の形態によれば、回転機構と荷重機構の双方を備えた搭載ヘッド２３を小型化することができる。

以上説明したように、本実施の形態における部品搭載装置１では、搭載ヘッド２３の回転機構（中空モータ３１）と荷重機構（ダイアフラム部３５）が上下に配置されるのではなく、回転機構の内部に荷重機構が配置されるので、上下方向の寸法が小さくなり、搭載ヘッド２３を小型化できる。また、搭載ヘッド２３を小型化できることで搭載ヘッド２３を安定的に高速移動させることができるようになり、部品搭載装置１が行う部品搭載作業のタクトタイムの向上を図ることが可能となる。

これまで本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上述したものに限定されず、種々の変形等が可能である。例えば、上述の実施の形態では、ヘッド部１４が備える搭載ヘッド２３の数は３つであったが、これは一例であり、その数は問わない。また、上述の実施の形態における中空モータ３１が中空シャフト４２を回転させる構成（コイルから成るステータ４３と永久磁石からなるロータ４４の組み合わせ等）は、実施の形態と異なっていてもよい。

昇降シャフトの下端に装着された部品保持具により部品を基板に搭載する部品搭載装置に適用できる。

１ 部品搭載装置
２３ 搭載ヘッド
３１ 中空モータ（回転機構）
３２ 昇降シャフト
３３ 吸着ノズル（部品保持具）
３４ 加圧エア送給管（荷重機構）
３４Ｌ 加圧エア送給路
３５ ダイアフラム部（加圧部）（荷重機構）
４１ ハウジング
４２ 中空シャフト
４２Ｇ スプラインガイド
４２Ｓ 内部空間
４３ ステータ
４４ ロータ
７６ 加圧エア供給源
８１ ダイアフラム
８２ 覆い体
９０ 制御装置
ＢＨ 部品
ＫＢ 基板

Claims (3)

1. 部品を基板に搭載する搭載ヘッドが、上下方向に延びて下端に部品を保持する部品保持具を備えた昇降シャフトと、前記昇降シャフトを回転させる回転機構と、前記部品保持具で部品を基板に搭載する際に前記部品保持具を介して部品を基板に押し付ける荷重を加圧エアによって加える荷重機構と、を備える部品搭載装置であって、
   前記回転機構は中空シャフトを回転軸とする中空モータであり、
   前記昇降シャフトは前記中空シャフトの内部空間を上下方向に延び、前記内部空間に設けられたスプラインガイドによって前記中空シャフトと一体に回転するとともに前記中空シャフトに対して昇降自在となるようにガイドされており、
   前記荷重機構は、加圧エアを送給する加圧エア送給管と、前記内部空間に設けられ、前記加圧エア送給管を通じて送給される加圧エアを受けて前記昇降シャフトの上端を下方に押し付ける加圧部から成る、部品搭載装置。
2. 前記加圧エア送給管は前記内部空間の前記加圧部よりも上側の領域に設けられている、請求項１に記載の部品搭載装置。
3. 前記加圧部はダイアフラムを備える、請求項１に記載の部品搭載装置。

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