JP4788644B2 - 実装ヘッド - Google Patents
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Description
本発明は、部品の吸装着を行うノズルを備えた実装ヘッドに関する。
部品を吸装着するノズルを備えた実装ヘッドには、ノズルの先端部に吸着した部品に所定の押圧荷重を印加しながら基板に実装する機能を備えたものがある。このような実装ヘッドでは、部品を吸着したノズルを基板に向けて下降させ、部品が基板に接触した後も一定時間下降動作を継続することで部品に所定の押圧荷重を印加している。近年、電子機器等の小型化、軽量化の流れを受け、これに搭載される半導体チップ等の部品の微小軽薄化が進展している。特に薄化した部品は軽微な振動や衝撃が加えられただけでも破壊してしまうという脆弱性を有しているため、実装時には細心の荷重管理が要求される。
従来、部品に作用する外力を緩和することを目的として、ノズルを下方に付勢するバネが緩衝手段として用いられている。さらに、バネ下荷重を軽減することで緩衝効果を高めた実装ヘッドが提案されている（特許文献１参照）。
特開平２−１７４２９９号公報
ところで、部品を基板に実装する際に誤って既に実装された部品の上に実装するような場合、バネがさらに縮むことで部品やノズル自体に作用する衝撃を緩和することが要求されるため、バネは通常の実装時の緩衝手段としての機能のほか、非常時における緩衝手段としての機能も果たす必要がある。そのため、通常の実装時の緩衝手段として必要な縮み代より大きな縮み代を確保するためバネ長を大きくする必要が生じ、ノズルが特に上下方向に大型化していた。
そこで本発明はノズルの小型化を可能にした実装ヘッドを提供することを目的とする。
本発明の実装ヘッドは、ヘッド本体部と、ヘッド本体部の内部で上下移動可能なシャフトと、シャフトの下端に設けられたノズル保持部と、ノズル保持部の下端に着脱自在に保持されるノズルと備え、前記ノズルは前記ノズル保持部の中空部に装着されるノズル本体部と、このノズル本体部の下方でこのノズル本体部に対して上下動可能であって前記シャフトの上端まで連通する吸引孔が形成された先端部を有し、また前記ノズル保持部を前記ヘッド本体部に対して下方に付勢する第１付勢手段と、前記先端部を前記ノズル本体部に対して下方に付勢する第２付勢手段を設け、前記第１付勢手段は前記第２付勢手段よりも高レートのバネ定数を有することにより非常時における緩衝手段とし、また第２付勢手段は通常の部品実装時における緩衝手段とし、誤動作が生じて既に基板に装着された部品に向けて下降した場合、前記先端部が前記第２付勢手段の付勢力に抗して上方に最大行程移動した後に前記ノズル保持部が上方に移動する。
本発明によれば、実装ヘッドに第１付勢手段と第２付勢手段を設け、第１付勢手段に非常時における緩衝手段としての役割を担わせ、第２付勢手段には通常の部品実装時における緩衝手段としての役割のみを担わせることで、第１付勢手段を備えるノズルの小型化を実現することができる。
本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態の実装ヘッドの構造を示す断面図である。実装ヘッド１は、ヘッド本体部２と、ヘッド本体部２の内部で上下移動可能なシャフト３と、シャフト３の下端に設けられたノズル保持部４と、ノズル保持部４の下端に着脱自在に保持されるノズル５と、ノズル保持部４をヘッド本体部２に対して下方に付勢する付勢手段である第１バネ６で構成されている。
ヘッド本体部２の内部には、比較的径の小さい断面円形の中空部２ａと比較的径の大きい断面円形の中空部２ｂが上下に連続して形成されている。シャフト３は中空部２ａに嵌合して摺動可能な円柱体であり、シャフト３の下端に設けられたノズル保持部４は、シャフト３の動作に伴いヘッド本体部２に対して上下移動可能であるとともに上下方向を中心軸ｏとして回転可能になっている（矢印ａ、ｂ参照）。シャフト３の外周には、上端が中空部２ａと中空部２ｂとの境界部に当接し、下端がノズル保持部４の上部に当接する第１バネ６が設けられている。ノズル保持部４は第１バネ６によりヘッド本体部２に対して下方に付勢された状態となっており、第１バネ６による下方への付勢力に抗する力が上方に向けて作用した場合に上方に移動することができる。ノズル保持部４の上下移動行程は、中空部２ｂに上下方向に設けられた溝２ｃと、この溝２ｃに係合するようにノズル保持部４の外周に設けられたストッパ４ａで制限されている。ノズル保持部４には下方に開口した断面円形の中空部４ｂが形成されている。
ノズル５は中空部４ｂと着脱自在に装着されるノズル本体部１０と、ノズル本体部１０の下方でノズル本体部１０に対して上下移動可能な先端部１１と、先端部１１をノズル本体部１０に対して下方に付勢する付勢手段である第２バネ１２で構成されている。
ノズル本体部１０の内部には断面円形の中空部１０ａが形成されている。先端部１１の上部は中空部１０ａに嵌合して摺動可能な円柱体であり、先端部１１はノズル本体部１０に対して上下移動可能になっている（矢印ｃ参照）。先端部１１の外周には、上端がノズル本体部１０の下端に当接し、下端が先端部１１の外周に設けられたストッパ１１ａに当接する第２バネ１２が設けられている。先端部１１は第２バネ１２によりノズル本体部１０に対して下方に付勢された状態となっており、第２バネ１２による下方への付勢力に抗する力が上方に向けて作用した場合に上方に移動することができる。先端部１１の上下移動行程は、先端部１１の外周に上下方向に設けられた溝１１ｂと、この溝１１ｂに係合するようにノズル本体部１０の内側に突出して設けられたピン１０ｂの先端部で制限されている。ノズル本体部１０の下端は先端部１１に吸着された部品を撮像する際の反射部１０ｃとなっており、第２バネ１２は、反射部１０ｃに下方に突出して形成された突出部１０ｄの外周にその上端を周回させた状態で設けられている。
ノズル５をノズル保持部４に装着する動作は、ノズル本体部１０を上方に向けた状態で保管されたノズル５に対してノズル保持部４を下降させ、中空部４ｂにノズル本体部１０を嵌合させることで行われる。ノズル本体部１０の外周には嵌合溝１０ｅが設けられており、ノズル保持部４に中空部４ｂに突出して設けられたストッパ４ｃと嵌合することで容易に抜け落ちることのないように保持される。ストッパ４ｃは弾性部材４ｄにより中空部４ｂに突出する方向に付勢されており、嵌合溝１０ｅを含むノズル本体部１０の外周に形成されたテーパ面に押圧されて突出しない方向に移動するようになっているので、ノズル保持部４の上下動によりストッパ４ｃが中空部４ｂに突出する方向と突出しない方向に移動することでノズル５の着脱が可能になっている。
実装ヘッド１には、ノズル５の先端部１１からシャフト３の上端まで連通する吸引孔１３が形成されており、シャフト３の上方から真空吸引することで先端部１１に部品を吸着することができる。図２（ａ）において、先端部１１に部品Ｐ１を吸着した実装ヘッド１は基板１４に向けて下降し、部品Ｐ１が基板１４に当接した後も一定時間下降動作を継続することで部品Ｐ１を押し込みながら基板１４に装着する。この押し込み時には実装ヘッド１の下降量（押し込み量）が第２バネ１２の収縮量と相殺されるため、基板１４と当接した際に部品Ｐ１に加わる衝撃が第２バネ１２の収縮により緩衝され、部品Ｐ１に作用する荷重は収縮量に第２バネ１２のバネ定数を乗じた数値にまで減少する。部品装着時の押し込み量は比較的大型の部品の場合でも０．３ｍｍ程度であるため、第２バネ１２はこれ
を相殺する収縮量が確保できる全長（縮み代）があれば緩衝手段としての機能を奏する。
を相殺する収縮量が確保できる全長（縮み代）があれば緩衝手段としての機能を奏する。
また、第２バネ１２を先端部１１の外周に配置し、内部に配置する場合に比べて先端部１１自体を小型化しているので、バネ下重量の軽量化により、先端部１１の自重によって装着時に部品Ｐ１に作用する衝撃荷重を減少させることが可能になっている。さらに、小型化した先端部１１の慣性マスが減少するので、第２バネ１２に低レートのバネ定数のものを採用しても実装ヘッド１の下降動作への追従性が高まり、第２バネ１２が収縮するという不具合が発生することがない。低レートのバネ定数のものを採用すると装着時に部品Ｐ１に作用する荷重をさらに減少させることができるので、小型半導体チップ等の脆弱な部品を扱う場合に効果的である。
図２（ｂ）において、実装ヘッド１の動作制御の不具合等により誤動作が生じ、既に装着された部品Ｐ２に向けて実装ヘッド１が下降した場合、最初に先端部１１が第２バネ１２の付勢力に抗して上方に最大行程移動し、その後にノズル保持部４が上方に移動することで実装ヘッド１に加わる衝撃を緩衝する。そのため、第１バネ６には第２バネ１２より高レートのバネ定数のものが採用され、その全長（縮み代）も第２バネ１２より大きいものが採用され、第１バネ６は通常の部品装着時には収縮することなく、実装ヘッド１の誤動作等による非常時のみに収縮して衝撃を緩衝する緩衝手段として機能する。
このように実装ヘッド１に第１バネ６と第２バネ１２を配置し、第１バネ６に非常時における緩衝手段としての役割を担わせ、第２バネ１２には通常の部品実装時における緩衝手段としての役割のみを担わせることで、第１バネ６の縮み代を小さくすることができるので、第１バネ６を備えるノズル５の小型化を実現することができる。
本発明によれば、実装ヘッドに第１付勢手段と第２付勢手段を設け、第１付勢手段に非常時における緩衝手段としての役割を担わせ、第２付勢手段には通常の部品実装時における緩衝手段としての役割のみを担わせることで、第１付勢手段を備えるノズルの小型化を実現することができるという利点を有し、小型半導体チップ等の脆弱な部品を扱う実装分野において特に有用である。
１ 実装ヘッド
４ ノズル保持部
５ ノズル
６ 第１バネ
１１ 先端部
１２ 第２バネ
４ ノズル保持部
５ ノズル
６ 第１バネ
１１ 先端部
１２ 第２バネ
Claims (1)
- ヘッド本体部と、ヘッド本体部の内部で上下移動可能なシャフトと、シャフトの下端に設けられたノズル保持部と、ノズル保持部の下端に着脱自在に保持されるノズルと備え、前記ノズルは前記ノズル保持部の中空部に装着されるノズル本体部と、このノズル本体部の下方でこのノズル本体部に対して上下動可能であって前記シャフトの上端まで連通する吸引孔が形成された先端部を有し、
また前記ノズル保持部を前記ヘッド本体部に対して下方に付勢する第１付勢手段と、前記先端部を前記ノズル本体部に対して下方に付勢する第２付勢手段を設け、
前記第１付勢手段は前記第２付勢手段よりも高レートのバネ定数を有することにより非常時における緩衝手段とし、また第２付勢手段は通常の部品実装時における緩衝手段とし、誤動作が生じて既に基板に装着された部品に向けて下降した場合、前記先端部が前記第２付勢手段の付勢力に抗して上方に最大行程移動した後に前記ノズル保持部が上方に移動する実装ヘッド。
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| JP2007113733A JP4788644B2 (ja) | 2007-04-24 | 2007-04-24 | 実装ヘッド |
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