JP4381866B2

JP4381866B2 - 電子部品搭載ヘッド

Info

Publication number: JP4381866B2
Application number: JP2004105887A
Authority: JP
Inventors: 広行風晴; 国章高村
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2003-09-16
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP2005117003A

Description

本発明は、電子部品搭載装置に備えられ、真空吸着した電子部品を上下方向に移動させる電子部品搭載ヘッドに関する。

従来、電子部品搭載装置は、電子部品を基板上の所定の位置に搭載するために、水平方向に移動自在のヘッドユニットと、このヘッドユニットに支持され、電子部品を真空吸着して上下方向に移動させる電子部品搭載ヘッドと、を有している。

例えば、図８に示される電子部品搭載装置のヘッドユニット１００には、電子部品搭載ヘッド１０２が複数配設されている（例えば、特許文献１参照。）。

この電子部品搭載ヘッド１０２は、図９に拡大して示されるように、上下方向に沿って平行に設けられた２本の直動ガイド１０４と、電子部品を真空吸着するための吸着ノズル１０６を保持し、且つ、直動ガイド１０４に案内されて上下動自在とされたスライドシャフト１０８と、このスライドシャフト１０８を直動ガイド１０４に沿って上下方向に駆動する直動モータ１１０と、を備えている。直動モータ１１０は、駆動アーム１１２を介してスライドシャフト１０８に連結された可動磁石１１４と、これに近接して配置された４つの固定コイル１１６と、を有して構成されている。電子部品搭載ヘッド１０２は、直動モータ１１０でスライドシャフト１０８を上下方向に駆動することによって、吸着ノズル１０６を直動ガイド１０４に沿って上下動させるようになっている。

ところで、このような電子部品搭載ヘッドにおいては、吸着ノズルを高速且つ高頻度で上下動する必要があり、コイルからの発熱量が大きくなるため、部材の熱変形によって電子部品の搭載精度が低下してしまうといった問題がある。そこで、この電子部品搭載ヘッド１０２では、熱の発生源である直動モータ１１０がスライドシャフト１０８等の部材に対して離れた位置に配設されている。

一方、図１０に示されるようなヘッドユニット２００に適用された電子部品搭載ヘッド２０２では、直動モータ２０４の周囲に、図１１（Ａ）、（Ｂ）に示されるような伝熱材２０６を配設すると共に、伝熱材２０６の一方側端部に強制冷却を行うためのファン２０８を取り付け、直動モータ２０４の温度上昇の低減が図られている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００２−３５３６９４号公報特開平１１−３０７９９３号公報

しかしながら、従来の電子部品搭載ヘッド１０２では、固定コイル１１６の熱が直動ガイド１０４に伝わりやすく、直動ガイド１０４に変形が生じ、電子部品の搭載精度が低下してしまうといった問題点があった。

又、従来の電子部品搭載ヘッド２０２では、ファン２０８の取付場所によって直動モータ２０４の放熱効果にばらつきが生じやすく、直動モータ２０４の発熱に伴う温度上昇の低減には限界があった。しかも、伝熱材２０６が特殊な形状である上に、ファン２０８を取り付けているため、装置のコンパクト化が困難で、コストが高くなってしまうといった問題点もあった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、装置のコンパクト化及び低コスト化が容易で、且つ、コイルの発熱に伴う温度上昇を低減し、電子部品を精度良く搭載することができる電子部品搭載ヘッドを提供することを目的とする。

本発明は、上下方向に沿って設けられた直動ガイドと、電子部品を真空吸着するための吸着ノズルを保持し、且つ、前記直動ガイドに案内されて上下動自在とされた可動部と、該可動部に取り付けられた可動磁石及びこれに近接して配置された固定コイルを有してなり、前記可動部を前記直動ガイドに沿って上下方向に駆動するための直動モータと、を備え、真空吸着した前記電子部品を上下方向に移動させる電子部品搭載ヘッドにおいて、前記固定コイルに対して前記可動部の反対側で接触して該固定コイルの放熱を行うための放熱部材を備えるとともに、前記可動部をその基端近傍において前記直動ガイドに片持ち状態で取り付けて案内し、且つ、前記可動部の先端近傍に前記可動磁石を取り付けて、前記可動部における前記直動ガイドの反対側に前記固定コイルを配設し、前記可動部は、この可動部における前記先端と前記基端との間の位置で、且つ、該基端近くで、シャフトを支持し、このシャフトの下端に、前記吸着ノズルを支持することによって、上記課題を解決したものである。

又、前記直動ガイド、前記可動部及び前記直動モータを複数組備え、且つ、複数の前記直動モータの固定コイルに接触するように１個の共通の前記放熱部材を配設してもよい。

更に、前記放熱部材における前記固定コイルとの接触面と反対側の面に、略板状体の複数の放熱フィンを、その面を鉛直方向に向けて、且つ、鉛直方向に並べて配設してもよい。

又、前記放熱部材に前記固定コイルを接着・固定してもよい。

更に、前記吸着ノズルに負圧を供給するための通気路を、前記可動部における前記固定コイル近傍に形成してもよい。

なお、前記固定コイルを略棒状体として、該略棒状体の固定コイルを挟むように前記可動磁石を対向して、且つ、対向する側の磁極が等しくなるように配置すると共に、断面略Ｕ字形状の凹部を有し、該凹部の開口端近傍において前記可動磁石を収容・支持する磁気ヨークを前記可動部に備えてもよい。

本発明の電子部品搭載ヘッドは、装置のコンパクト化及び低コスト化が容易で、且つ、コイルの発熱に伴う温度上昇を低減し、電子部品を精度良く搭載することができるという優れた効果を有する。

以下、本発明の実施形態の例を図面を参照して説明する。

図１に示されるように、本発明の実施形態の例に係る電子部品搭載ヘッド１０は、鉛直方向に設けられた１本の直動ガイド１２と、この直動ガイド１２に案内されつつ上下動自在とされた可動部１４と、可動磁石１６及び固定コイル１８を有してなり、可動部１４を直動ガイド１２に沿って上下方向に駆動する直動モータ２０と、を備えている。この電子部品搭載ヘッド１０は、図２に示されるように、水平方向に移動自在とされた電子部品搭載装置（図示略）のヘッドユニット２２に並列して複数（この例では４個）備え付られ、複数の電子部品を基板上の所定の位置に搭載するようになっている。

前記可動部１４は、スライドブラケット１５と、このスライドブラケット１５に支持されたシャフト２６と、このシャフト２６の上下に配置されたスプライン軸３４及び吸着ノズル４４によって主に構成されている。又、この可動部１４は、一端が機枠６２に取り付けられたばね６４によって支持されており、電子部品搭載ヘッド１０の電源がＯＦＦにされ、直動モータ２０が機能していない場合でも、可動部１４が上下方向の所定位置に保持され、下方に載置された基板等に吸着ノズル４４が接触しないようになっている。なお、ばね６４の付勢力は、可動部１４の上下動に対して余計な負荷を与えないように適宜設定される。

前記スライドブラケット１５の基端１５Ａには、断面が略コの字形状とされた２つのスライダ２４Ａ、２４Ｂが上下方向に並んで設けられている。このスライダ２４Ａ、２４Ｂは、略棒状体の直動ガイド１２を挟むように該直動ガイド１２に嵌合されており、スライドブラケット１５は直動ガイド１２に片持ち状態で案内されるようになっている。又、スライドブラケット１５の基端１５Ａ側は中空の丸棒状体となっており、その中空部をシャフト２６が同軸的に貫通している。

図３に示されるように、シャフト２６は、スライドブラケット１５の前記中空部の上下に設けられたベアリング２８Ａ、２８Ｂによって回転自在に支持されていると共に、スライドブラケット１５の上方に設けられたスラストカラー３０に係合され、スライドブラケット１５の移動と共に上下動するようにされている。

シャフト２６の上端部は、軸継手３２を介して、外周面に直動案内溝が形成されたスプライン軸３４に連結されている。スプライン軸３４は、その外側に同軸的に配置されたスプライン軸外筒３６とスプライン嵌合され、スプライン軸外筒３６と回転方向に係合、且つ、軸心方向に移動自在とされている。スプライン軸外筒３６の更に外側には、回転モータ３８のモータ軸３８Ａが止ねじ４０で固定されている。又、回転モータ３８の上方には、スプライン軸３４の回転角度を検出するための回転センサ４２が設けられている。

一方、シャフト２６の下端部には、電子部品（図示略）を真空吸着する吸着ノズル４４が着脱自在に保持されている。

この結果、直動モータ２０によってスライドブラケット１５が上下方向に駆動されると、シャフト２６、スプライン軸３４、吸着ノズル４４が一体的に上下動し、又、回転モータ３８によってモータ軸３８Ａが回転駆動されると、スプライン軸外筒３６、スプライン軸３４、シャフト２６及び吸着ノズル４４が一体的に回転するようになっている。

図４に示されるように、スライドブラケット１５の先端１５Ｂ近傍には、断面略Ｕ字形状の凹部を有する磁性部材からなる磁気ヨーク４６が、凹部の開口端をスライダ２４Ａ、２４Ｂの反対側に向けて配設されている。又、この磁気ヨーク４６の凹部の開口端近傍（凹部における対峙した側面の内側）には、略棒状体の固定コイル１８を挟むように、且つ、対向する側の磁極が等しくなるように配置された可動磁石１６が収容・支持されている。なお、この例では、可動磁石１６が、磁気ヨーク４６の凹部の開口端近傍に上下方向に複数組取り付けられている。

図５に示されるように、固定コイル１８は、コイルを巻回する略長板状体の鉄心４８とこの鉄心４８を固定する略Ｌ字形状の固定部６６Ａを有する固定部材６６とを備えている。コイルは、鉄心４８の両端および中央部を露出するように鉄心４８に巻回されている。また、固定部材６６は、放熱部材５２へと固定される長板状体の上面と、この上面の両端及び中央部において下方に延び略断面Ｌ字形状となる固定部６６Ａとを備え、鉄心４８のコイルが巻回されていない露出部分が固定部６６Ａにネジ止めされている。このように、コイルが鉄心４８の両端および中央部を空けるように設けられ、鉄心４８の両端および中央部の３箇所において固定部材６６にネジ止め固定されるので、鉄心４８の固定部材６６への取り付けを強固にすることができる。

図４に示すように、固定部材６６の上面にはネジ孔６６Ｂが形成されており、このネジ孔６６Ｂを利用して放熱部材５２とネジ止めされている。固定部材６６は熱伝導率が高く非磁性材であるアルミ製とされており、鉄心４８やコイルの熱を高効率で放熱部材５２に伝達することができると共に、軽量化、低コスト化も可能である。また、コイルと固定部材６６の上面が、熱伝導率のよい接着剤で接着されているので、鉄心４８およびコイルと固定部材６６との固定をより強固にすることができ、また、鉄心４８やコイルの熱を、固定部６６Ａを介することなく直接固定部材６６へと伝達することができるので、より高効率で放熱することができる。

図６に示されるように、磁気ヨーク４６の側面に配設される可動磁石１６は、各側面に８個ずつ並んで配設されており、隣合う磁極を反対極性とし、対向する磁極を同一極性としている。固定コイル１８のコイルの構造はＵ，Ｖ，Ｗ相の３相からなり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相１組の幅と、１つの可動磁石１６の幅とが略同一とされ、鉄心４８には１２組のＵ，Ｖ，Ｗ相が中央の露出部を挟んで各６組ずつ配設されている。また、固定コイル１８の露出した鉄心４８の幅は、両端の露出した幅ａが、１つの可動磁石１６の幅と略同一とされ、中央の露出した幅ｂが、２つの可動磁石１６の幅と略同一とされており、これによって、磁気ヨーク４６がどこに位置していてもコイルに対向しない可動磁石１６が片側２箇所存在するようになる。すなわち、磁気ヨーク４６が図６に示されるように左端に移動した場合、磁気ヨーク４６の両端の可動磁石１６がコイルと対向しなくなり、磁気ヨーク４６が鉄心４８の中央に位置した場合、磁気ヨーク４６の中央の２つの可動磁石１６がコイルと対向しなくなる。したがって、常に安定した推力を得ることができる。

又、磁気ヨーク４６の開口部一端側には、略板状体の取付部材６７を介して直動スケール５０が配設されていると共に、この直動スケール５０に対向する位置には、直動センサ５６が配設されている。又、取付部材６７は、磁気ヨーク４６と同材質・別部材で形成されており、磁気ヨーク４６の加工・仕上げ後に接着固定可能となされており、加工・仕上げが容易となっている。なお、取付部材６７の取付強度を重視する場合等には、磁気ヨーク４６の開口部一端側を略Ｌ字形状に曲げ加工することによって直動スケール５０の取付部を形成してもよい。

なお、図４に示されるように、固定部材６６は磁気ヨーク４６の左側面上方に向かってＬ字形状に曲がっており、また、取付部材６７は磁気ヨーク４６の右側面上端から磁気ヨーク４６内側に向かって延設されているので、幅（図４における左右方向）をコンパクト化することができる。

更に、放熱部材５２における固定コイル１８との接触面と反対側の面には、略板状体の複数の放熱フィン５４が、その厚さ方向の面を鉛直方向に向けて略鉛直方向に並べて配設されている。

又、図７に示されるように、スライドブラケット１５における固定コイル１８近傍には、エア継手５８及びエアチューブ６０を介して給排気装置（図示略）に連通された通気路１５Ｃが形成されている。この通気路１５Ｃは、更にシャフト２６に形成された中空部を介して吸着ノズル４４に連通され、吸着ノズル４４に負圧を供給するようになっている。

次に、前記電子部品搭載ヘッド１０の作用について説明する。

電子部品搭載ヘッド１０において、吸着ノズル４４を上下動させるときは、直動モータ２０の固定コイル１８に電圧を印加することによって、可動磁石１６が取り付けられたスライドブラケット１５を上下動させる。そして、シャフト２６を介して吸着ノズル４４を上下動させる。

直動モータ２０への電圧の印加は、直動センサ５６による実際の移動量の検出結果を確認しながら、フィードバック制御により行われ、吸着ノズル４４を所定の移動量だけ上下動させる。

一方、吸着ノズル４４を回転させるときは、回転モータ３８の駆動によってモータ軸３８Ａ及びスプライン軸外筒３６を回転させ、このスプライン軸外筒３６にスプライン嵌合されたスプライン軸３４を回転させる。そして、軸継手３２によって連結されたシャフト２６を介して吸着ノズル４４を回転させる。

回転モータ３８への電圧の印加は、回転センサ４２による実際の回転角度の検出結果を確認しながら、フィードバック制御により行われる。

本発明の実施形態における電子部品搭載ヘッド１０によれば、可動部１４のスライドブラケット１５をその基端１５Ａ近傍において直動ガイド１２によって片持ち状態で案内し、且つ、可動部１４のスライドブラケット１５の先端１５Ｂ近傍に可動磁石１６を取り付けて、可動部１４における直動ガイド１２の反対側に固定コイル１８を配設したため、固定コイル１８が発熱しても熱が直動ガイド１２に伝わりにくく、固定コイル１８の発熱に伴う直動ガイド１２の温度上昇を低減することができ、熱による直動ガイド１２の変形を未然に防止できる。従って、吸着ノズル４４を保持する可動部１４を上下方向に高い精度で案内することができ、電子部品を精度良く搭載することができる。しかも、簡易な構造であるため、装置のコンパクト化及び低コスト化が容易である。

又、直動ガイド１２、可動部１４及び直動モータ２０を複数組備え、且つ、複数の直動モータ２０の固定コイル１８は放熱フィン５４を有する１個の共通の放熱部材５２の近傍に配設したため、空気との接触面積の大きな放熱フィン５４により固定コイル１８の放熱効果を高めることができ、固定コイル１８の焼損を防止することができる。更に、熱伝達率の高いアルミ材等の素材を使用した放熱部材５２により複数の固定コイル１８の熱を均等に放熱することができる。

特に、略Ｌ字形状の固定部材６６と固定コイル１８は、鉄心４８をねじ止めしているばかりでなく、固定部材６６と固定コイル１８の近傍６６Ｃを含浸材や樹脂等で固定コイル１８に接着・固定したため、固定コイル１８から固定部材６６及び放熱部材５２までの熱伝達距離を短くできるので熱の伝導性が良く、放熱効果をより一層高めることができる。又、固定コイル１８の絶縁性や取り付け強度を向上できる上に、熱容量の増大によって直動モータ２０のコンパクト化を実現できる。

更に、放熱部材５２における固定コイル１８及び固定部材６６との取付面と反対側の面に、略板状体の複数の放熱フィン５４を、その厚さ方向の面を鉛直方向に向けて、且つ、鉛直方向に並べて配設したため、ヘッドユニット２２が電子部品搭載装置のＸＹ駆動部（図示略）により水平方向へ駆動される際に、放熱部材５２及び放熱フィン５４の表面付近の空気をスムーズに流すことができ、この点でも放熱効果が高められている。なお、放熱フィン５４を複数配設することによって放熱部材５２の強度向上も図られている。

又、吸着ノズル４４に負圧を供給するための通気路１５Ｃを、可動部１４における固定コイル１８近傍に形成したため、通気路１５Ｃを通過する空気によって可動部１４の熱を放熱することができる。特に、通気路１５Ｃを熱の発生源である固定コイル１８近傍に形成しているため、可動部１４の温度上昇を低減する効果が高い。

更に、固定コイル１８を略棒状体として、該略棒状体の固定コイル１８を挟むように可動磁石１６を対向して、且つ、対向する側の磁極が等しくなるように配置すると共に、断面略Ｕ字形状の凹部を有し、該凹部の開口端近傍において可動磁石１６を収容・支持する磁気ヨーク４６を可動部１４に備えたため、コンパクト且つ簡易な構造でありながら、同時に、直動モータ２０によって大きな推力を得ることができ、吸着ノズル４４を高速で駆動することができる。

特に、直動モータ２０は、直動ガイド１２に嵌合され、且つ、この直動ガイド１２に沿って案内されるスライダ２４Ａ（２４Ｂ）と、断面略Ｕ字形状の凹部を有し、且つ、この凹部における対峙した側面の内側には、それぞれ対向し且つ対向する磁極が等しくなるように可動磁石１６が配置され、前記凹部の開口端をスライダ２４Ａ（２４Ｂ）の反対側に向けて配置される磁気ヨーク４６と、この磁気ヨーク４６における可動磁石１６間に配置される固定コイル１８と、を備えており、直動ガイド１２、スライダ２４Ａ（２４Ｂ）、磁気ヨーク４６、固定コイル１８が略同一直線上に、この順で並べて配設されているため、より一層のコンパクト化を実現することができる。

なお、本発明における電子部品搭載ヘッドは、上記実施形態における電子部品搭載ヘッド１０の形状や構造等に限定されるものではなく、可動部をその基端近傍において直動ガイドに片持ち状態で取り付けて案内し、且つ、前記可動部の先端近傍に可動磁石を取り付けて、前記可動部における前記直動ガイドの反対側に固定コイルを配設したものであればよい。

例えば、上記実施形態においては、ヘッドユニット２２に電子部品搭載ヘッド１０を４個配設したが、本発明はこれに限定されず、電子部品搭載ヘッド１０を１個だけ備えたものであってもよく、又、５個以上備えたものであってもよい。

又、吸着ノズル４４に負圧を供給するための通気路１５Ｃを、可動部１４における固定コイル１８近傍に形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、通気路１５Ｃを可動部１４のスライドブラケット１５における他の場所に形成してもよい。

なお、上記実施形態においては、放熱効果を高めるために、放熱部材５２に含浸材や樹脂等で（固定部材６６を介して）固定コイル１８を接着・固定したが、放熱部材５２に固定コイル１８や固定部材６６を接着・固定せず、固定コイル１８や固定部材６６に単に接触するように配設してもよい。

更に、放熱部材５２における固定コイル１８との接触面と反対側の面に、略板状体の複数の放熱フィン５４を、その厚さ方向の面を鉛直方向に向けて、且つ、鉛直方向に並べて配設したが、放熱部材５２だけで充分な放熱効果が得られる場合には、放熱フィン５４を配設しなくてもよい。

本発明は、電子部品を基板上の所定の位置に搭載する電子部品搭載装置に適用できる。

本発明の実施形態の例に係る電子部品搭載ヘッドの側面を示す概略側面図本発明の実施形態の例に係る電子部品搭載ヘッドを適用した電子部品搭載装置のヘッドユニットを示す概略斜視図図１におけるシャフト周辺の軸方向断面を示す概略断面図図１における電子部品搭載ヘッドの略示平面図図４における固定部材の略示外形図図１における直動モータの略示外形図図１におけるスライドブラケットに形成された通気路の断面を示す概略断面図従来の電子部品搭載ヘッドを適用した電子部品搭載装置のヘッドユニットを示す概略斜視図同電子部品搭載ヘッドの断面を示す概略断面図従来の他の電子部品搭載ヘッドを適用した電子部品搭載装置のヘッドユニットを示す概略斜視図同電子部品搭載ヘッドの伝熱材及びファンを示す概略平面図（Ａ）及び伝熱材の概略側面図（Ｂ）

符号の説明

１０、１０２、２０２…電子部品搭載ヘッド
１２、１０４…直動ガイド
１４…可動部
１５…スライドブラケット
１５Ａ…基端
１５Ｂ…先端
１５Ｃ…通気路
１６、１１４…可動磁石
１８、１１６…固定コイル
２０、１１０、２０４…直動モータ
２２、１００、２００…ヘッドユニット
２４Ａ、２４Ｂ…スライダ
２６…シャフト
２８Ａ、２８Ｂ…ベアリング
３０…スラストカラー
３２…軸継手
３４…スプライン軸
３６…スプライン軸外筒
３８…回転モータ
３８Ａ…モータ軸
４０…止ねじ
４２…回転センサ
４４、１０６…吸着ノズル
４６…磁気ヨーク
４８…鉄心
５０、７０…直動スケール
５２、６８…放熱部材
５４、７２…放熱フィン
５６…直動センサ
５８…エア継手
６０…エアチューブ
６２…機枠
６４…ばね
６６…固定部材
６７…取付部材
１０８…スライドシャフト
１１２…駆動アーム
２０６…伝熱材
２０８…ファン

Claims

上下方向に沿って設けられた直動ガイドと、電子部品を真空吸着するための吸着ノズルを保持し、且つ、前記直動ガイドに案内されて上下動自在とされた可動部と、該可動部に取り付けられた可動磁石及びこれに近接して配置された固定コイルを有してなり、前記可動部を前記直動ガイドに沿って上下方向に駆動するための直動モータと、を備え、真空吸着した前記電子部品を上下方向に移動させる電子部品搭載ヘッドにおいて、
前記固定コイルに対して前記可動部の反対側で接触して該固定コイルの放熱を行うための放熱部材を備えるとともに、前記可動部をその基端近傍において前記直動ガイドに片持ち状態で取り付けて案内し、且つ、前記可動部の先端近傍に前記可動磁石を取り付けて、前記可動部における前記直動ガイドの反対側に前記固定コイルを配設し、前記可動部は、この可動部における前記先端と前記基端との間の位置で、且つ、該基端近くで、シャフトを支持し、このシャフトの下端に、前記吸着ノズルを支持したことを特徴とする電子部品搭載ヘッド。
請求項１において、
前記直動ガイド、前記可動部及び前記直動モータを複数組備え、且つ、複数の前記直動モータの固定コイルに接触するように１個の共通の前記放熱部材を配設したことを特徴とする電子部品搭載ヘッド。
請求項１又は２において、
前記放熱部材における前記固定コイルとの接触面と反対側の面に、略板状体の複数の放熱フィンを、その面を鉛直方向に向けて、且つ、鉛直方向に並べて配設したことを特徴とする電子部品搭載ヘッド。
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記放熱部材に前記固定コイルを接着・固定したことを特徴とする電子部品搭載ヘッド。
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記吸着ノズルに負圧を供給するための通気路を、前記可動部における前記固定コイル近傍に形成したことを特徴とする電子部品搭載ヘッド。
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記固定コイルを略棒状体として、該略棒状体の固定コイルを挟むように前記可動磁石を対向して、且つ、対向する側の磁極が等しくなるように配置すると共に、断面略Ｕ字形状の凹部を有し、該凹部の開口端近傍において前記可動磁石を収容・支持する磁気ヨークを前記可動部に備えたことを特徴とする電子部品搭載ヘッド。