JP4868221B2 - Component mounting head and component mounting machine - Google Patents
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Description
本発明は、電子部品などの部品を回路基板などの回路基材に実装する部品実装ヘッドおよび部品実装機に関する。 The present invention relates to a component mounting head and a component mounting machine for mounting a component such as an electronic component on a circuit substrate such as a circuit board.
近年電子部品実装の分野においては部品の小型化や、回路基板上の部品配置の狭隣接化が進んでおり、それにつれて実装機に対する部品装着精度への要求も高いものとなってきている。その高い装着精度を確保する上では、部品実装ヘッドにおける、ノズルとノズルを昇降可能に支持するノズルホルダとの間のがたつきは無いことが好ましく、両者の間にがたつきがあると装着位置がばらつき、装着精度が悪化してしまう。 In recent years, in the field of electronic component mounting, miniaturization of components and narrowing of the arrangement of components on a circuit board have progressed, and accordingly, the demand for component mounting accuracy with respect to a mounting machine has also increased. In order to ensure the high mounting accuracy, it is preferable that there is no rattling between the nozzle and the nozzle holder that supports the nozzle so that it can be moved up and down in the component mounting head. The position varies and the mounting accuracy deteriorates.
特に、ノズルの昇降をガイドするノズルホルダの穴部に対してノズルを摺動させる構造の部品実装ヘッドにおいては、ノズルを円滑に昇降させるために、ノズルとノズルホルダの穴部との間に10μm程度の隙間が必須であり、ノズルホルダに対しノズルががたつき、装着精度の向上が困難となる。 In particular, in a component mounting head having a structure in which the nozzle is slid with respect to the hole of the nozzle holder that guides the raising and lowering of the nozzle, in order to raise and lower the nozzle smoothly, 10 μm is provided between the nozzle and the hole of the nozzle holder. A gap of a certain degree is essential, and the nozzle rattles against the nozzle holder, which makes it difficult to improve the mounting accuracy.
そこで高精度の装着精度が要求される場合には、一般には、特許文献1(特開2003−174290号公報)に記載の部品実装ヘッドのように、ノズルの昇降をボールスプラインなどの転がり軸受によってガイドし、ノズルホルダとノズルとの間に隙間を設ける必要が無いような構造とされている。
しかし、ノズルをガイドする部分に転がり軸受を使用する場合には、ノズルホルダとノズルとの間に隙間を設ける必要が無いが、この隙間をゼロにするためには、軸受と嵌合するノズルのシャフト部分の精度を厳しく管理する必要があり技術的に難しくコスト的にも非常に高価なものとなっている。また、ノズルだけでなく、転がり軸受や、ノズルホルダにおける転がり軸受が嵌め込まれる部分についても厳しい精度管理が必要となってくる。 However, when a rolling bearing is used for the part that guides the nozzle, there is no need to provide a gap between the nozzle holder and the nozzle. It is necessary to strictly control the accuracy of the shaft portion, which is technically difficult and very expensive in terms of cost. In addition, not only the nozzle but also a rolling bearing and a portion in which the rolling bearing in the nozzle holder is fitted must be subjected to strict accuracy control.
本発明はこのような問題を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、ノズルのシャフト部分や軸受などの部品精度をそれほど必要としなくてもノズルホルダに対するノズルのがたつきを解消し得る部品実装ヘッドおよび部品実装機を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of such problems, and therefore the object of the present invention is to eliminate the rattling of the nozzle with respect to the nozzle holder even if the accuracy of parts such as the shaft portion of the nozzle and the bearing is not so required. An object is to provide a component mounting head and a component mounting machine.
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、ノズルホルダに設けられた穴部に通されて前記ノズルホルダに対し昇降可能に支持されたノズルと、前記ノズルを昇降させる昇降装置とを備え、前記ノズルによって部品を保持し、前記ノズルを昇降させることにより前記ノズルに保持された前記部品を回路基材に実装する部品実装ヘッドにおいて、前記ノズルの外周部の少なくとも一部に接触して前記ノズルを軸方向に移動可能に支持するとともに前記ノズルの外周部に対して弾性力を付勢することによって前記ノズルホルダに対する前記ノズルのがたつきを防止する弾性力付勢手段を有することを特徴とする部品実装ヘッドである。In order to achieve the above object, the invention according to
このようにすれば、ノズルのシャフト部を高精度としなくても、ノズルを軸方向に移動可能に支持しつつノズルホルダに対するノズルのがたつきを解消することができる。By doing so, it is possible to eliminate the rattling of the nozzle with respect to the nozzle holder while supporting the nozzle so as to be movable in the axial direction without making the shaft portion of the nozzle highly accurate.
請求項2に係る発明は、前記弾性力付勢手段がリング状の弾性部材であり、該リング状の弾性部材が前記ノズルホルダの装着部に装着される前の状態では、該リング状の弾性部材の外径寸法が前記装着部の内径寸法よりも大きくされるとともに該リング状の弾性部材の内径寸法が前記ノズルの外径寸法よりも小さくされ、該リング状の弾性部材が前記ノズルホルダの装着部に装着された状態では、該リング状の弾性部材が前記装着部と前記ノズルの外周部に接触して押しつぶされることにより前記ノズルの外周部に対して弾性力を付勢することを特徴とする請求項1に記載の部品実装ヘッドである。The invention according to
このようにすれば、単純な形状の部材で容易にノズルホルダに対するノズルのがたつきを解消することができる。 If it does in this way, the shakiness of the nozzle with respect to a nozzle holder can be easily eliminated with a simple-shaped member.
請求項3に係る発明は、前記弾性力付勢手段がリング状の弾性部材であり、該リング状の弾性部材の穴中心と前記ノズルホルダの穴中心とが偏心した状態で該リング状の弾性部材が前記ノズルホルダの装着部に装着されるとともに、前記リング状の弾性部材が前記ノズルの外周部を前記ノズルホルダの穴部の内壁に押し付けることを特徴とする請求項1に記載の部品実装ヘッドである。According to a third aspect of the present invention, the elastic force biasing means is a ring-shaped elastic member, and the ring-shaped elastic member is in a state where the hole center of the ring-shaped elastic member and the hole center of the nozzle holder are eccentric. 2. The component mounting according to
このようにすれば、ノズルをノズルホルダの穴部の内壁に押し付けることでノズルホルダに対するノズルのがたつきを確実に解消することができる。 If it does in this way, the shakiness of the nozzle with respect to a nozzle holder can be eliminated reliably by pressing a nozzle against the inner wall of the hole of a nozzle holder.
請求項4に係る発明は、前記弾性力付勢手段の少なくとも前記ノズルの外周部と接触する部分が低摩擦特性を有することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の部品実装ヘッドである。 The invention according to
このようにすれば、弾性力付勢手段をシャフト部の外周部に接触させてもノズルを円滑に昇降させることができる。 If it does in this way, even if it makes an elastic-force bias means contact the outer peripheral part of a shaft part, a nozzle can be raised / lowered smoothly.
請求項5に係る発明は、前記弾性力付勢手段が、弾性発泡部材であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の部品実装ヘッドである。 The invention according to
このようにすれば、ノズルホルダに対するノズルのがたつきを解消するだけでなく、弾性発泡部材にグリスやオイルなどの潤滑剤を含浸させることにより摺動部への潤滑剤供給機能を併せ持つことができる。また、弾性発泡部材であれば型を用いて一体成型が可能であり、弾性力付勢手段を安価に実現できる。 In this way, not only does the rattling of the nozzle with respect to the nozzle holder be eliminated, but it also has a function of supplying a lubricant to the sliding portion by impregnating the elastic foam member with a lubricant such as grease or oil. it can. Moreover, if it is an elastic foam member, it can be integrally molded using a mold, and the elastic force biasing means can be realized at low cost.
請求項6に係る発明は、前記弾性力付勢手段が、弾性繊維部材であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の部品実装ヘッドである。 The invention according to
このようにすれば、ノズルホルダに対するノズルのがたつきを解消するだけでなく、弾性繊維部材にグリスやオイルなどの潤滑剤を含浸させることにより摺動部への潤滑剤供給機能を併せ持つことができる。また、弾性力付勢手段を安価に実現できる。 In this way, not only the nozzle shakiness with respect to the nozzle holder can be eliminated, but also the lubricant can be supplied to the sliding portion by impregnating the elastic fiber member with a lubricant such as grease or oil. it can. Further, the elastic force urging means can be realized at low cost.
請求項7に係る発明は、請求項1ないし6のいずれか1つに記載の部品実装ヘッドを備えたことを特徴とする部品実装機である。 A seventh aspect of the present invention is a component mounter comprising the component mounting head according to any one of the first to sixth aspects.
このようにすれば、ノズルのシャフト部を高精度としなくても、ノズルホルダに対するノズルのがたつきを解消することができる。 In this way, the rattling of the nozzle relative to the nozzle holder can be eliminated without making the shaft portion of the nozzle highly accurate.
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した第1の実施形態を説明する。まず、図1に基づいて部品実装機1の構成を説明する。部品実装機1は、電子部品を供給する部品供給手段2(例えばテープフィーダ)、回路基材たる回路基板3を搬送するための基板搬送装置4、部品実装ヘッド10、部品実装ヘッド10を水平面内でXY方向に移動させるXY移動装置5、ノズルに保持された電子部品の保持状態を撮像する撮像手段6、これら各種装置の駆動を制御する制御手段(図示せず)等から概略構成されている。 The first embodiment embodying the best mode for carrying out the present invention will be described below. First, the structure of the
次に、部品実装ヘッド10の構成を図2および図3を用いて説明する。部品実装ヘッド10は、ノズル12、ノズルホルダ60、昇降装置20、旋回装置30、自転装置40等から概略構成されている。 Next, the configuration of the
部品実装ヘッド10には回転軸52が支持部材54によって軸周りの回転のみ可能に支持されており、旋回軸モータ32によって回転軸52が回転させられる。また、回転軸52の下部にはノズルホルダ60が回転軸52に固定されており、回転軸52と共に回転する。ノズルホルダ60には8本のノズル12が円周上に等ピッチで配置されており、ノズル12はノズルホルダ60に設けられた穴部62に通され軸方向に移動可能および軸周りに回転可能に支持されている。これらノズル12は昇降装置20によって昇降させられ、自転装置40によって回転させられる。 A rotating shaft 52 is supported on the
昇降装置20は、Z軸モータ22、ボールねじ機構24およびプッシャ26等から構成され、Z軸モータ22によりボールねじ機構24を介してプッシャ26を昇降させる。 The
自転装置40は、自転軸モータ42、駆動ギヤ44、大ギヤ46等から構成されており、大ギヤ46は回転軸52に対して軸周りの回転のみ可能に支持されている。したがって、自転軸モータの回転は駆動ギヤ44及び大ギヤ46を介し、ノズル12上部に固定された小ギヤ48に伝達されることとなり、その結果ノズル12は自転装置40によって自転させられることとなる。 The
ノズル12は上述のようにノズルホルダ60に支持されており、スプリング18により上昇端に付勢されている。そして、ノズル12は図示しない真空発生装置と図示しないバルブ装置を介して連通し、バルブ装置を切り替える事により部品保持部16にて負圧による部品吸着または吸着の解除を行う事ができる。また、ノズル12は、ノズルホルダ60の穴部62に穴部62の内壁64と隙間をもってノズル12のシャフト部14が通されているが、ノズルホルダ60に設けられた弾性力付勢手段たる押さえ部材70によって、ノズルホルダ60に対するノズル12のがたつきが防止されている。 The nozzle 12 is supported by the
押さえ部材70は、断面が矩形のリング状をなし、発泡ウレタンやゴムスポンジ等の発泡素材の弾性体からなる弾性発泡部材である。また、弾性発泡部材はすべり性の良い低摩擦特性を有するものが望ましく、フッ素ゴムスポンジ等素材そのものが低摩擦特性を有するものか、若しくはフッ素コーティング等により表面が低摩擦特性を有するものであって、少なくともシャフト部14の外周部と接触する部分が低摩擦特性を有するものが良い。押さえ部材70は、ノズルホルダ60の各穴部62の上部と下部に、押さえ部材70の穴とノズルホルダ60の穴とがほぼ同心に位置するようにノズルホルダ60の装着部66に装着されている。押さえ部材70はノズルホルダ60に装着される前の状態では、押さえ部材70の外径寸法がノズルホルダ60における押さえ部材70の装着部66の内径寸法よりも大きく、押さえ部材70の内径寸法がシャフト部14の外径寸法よりも小さくなっている。したがって、押さえ部材70は、ノズルホルダ60に装着された状態では、装着部66とシャフト部14の外周部に接触して押さえ部材70が押しつぶされることにより、装着部66とシャフト部14に対してシャフト部14の長手方向に対し垂直方向の弾性力を付勢しノズルホルダ60に対するノズル12のがたつきを防止している。また、押さえ部材70は発泡素材であることから、グリスやオイルなどの潤滑剤を含浸させることができ、その場合、押さえ部材70が摺動部への潤滑剤供給機能を果たす。 The
押さえ部材70は、フェルト等の繊維状の弾性体からなる弾性繊維部材とすることもできる。繊維素材であることから、発泡素材同様グリスやオイルなどの潤滑剤を含浸させることができる。さらに、弾性繊維部材は、すべり性の良い低摩擦特性を有すると良く、例えば、高分子ポリエチレン繊維や高分子ポリエステル繊維等の低摩擦特性を有する繊維素材からなる弾性体等が望ましい。 The pressing
このように構成された部品実装ヘッド10と部品実装機1の動作について説明する。まず、部品実装ヘッド10がXY移動装置5によって部品供給手段2上の部品保持位置に移動させられる。その後、昇降装置20によってプッシャ26が下降させられると、プッシャ26の直下に位置するノズル12はその上部にノズル12の昇降軸方向と平行な押力を受け、スプリング18の付勢力に抗して下降させられる。そしてノズル12が部品に当接する高さまで下降させられると、バルブ装置が切り替えられ負圧によって部品保持部16に部品を吸着する。その後昇降装置20によってプッシャ26が上昇させられそれに伴いノズル12は上昇端位置まで上昇させられる。そして、旋回装置30により、先程部品を保持したノズル12の隣りのノズル12がプッシャ26の直下に位置するように、ノズルホルダ60が回転させられ、先程と同様に部品の吸着を行う。こうして8本のノズル12全てに部品が保持された後、XY移動装置5によって部品実装ヘッド10は撮像手段6の上に移動させられ、撮像手段6によってノズル12に保持された部品の位置が認識される。その後その位置認識結果をもとに、部品実装ヘッド10はXY移動装置5によって回路基板3上の部品実装位置に移動させられる。その際、部品の回転位置も回路パターンに合致するように自転装置40によってノズル12の回転位置が位置決めされる。そして部品の吸着時と同様に昇降装置20によって回路基板3に部品が当接する位置までノズル12が下降させられるが、部品の種類によって部品の厚み寸法が異なる事から、ノズル12の下降位置は部品の厚み寸法によって異なる事となる。そして、部品が回路基板3に当接すると、バルブ装置の切り替えによって負圧が解除され、回路基板3に部品が装着される。 Operations of the
部品実装ヘッド10が回路基板3に部品を装着すると、昇降装置20によってプッシャ26が上昇させられ、それに伴ってノズル12が上昇端まで上昇させられる。そして、先の部品を装着した後、旋回装置30によってその隣りのノズル12がプッシャ26の直下に位置するようにされると共に、XY移動装置5と自転装置40によって部品実装ヘッド10と部品の回転位置の位置決めがされた後、先程と同様に部品の装着が行われる。こうしてノズル12に保持した部品を全て装着した後、上述の部品の吸着動作と装着動作を繰り返し、回路基板3への部品実装を行う。 When the
本実施の形態においては、押さえ部材70が弾性体であり、ノズル12の外周部に対して弾性力を付勢することによってノズルホルダ60に対するノズル12のがたつきを防止しているため、ノズル12のシャフト部14を高精度としなくてもノズル12下降時のノズル12の水平方向の位置のばらつきが抑えられ、部品の装着精度を高精度にすることが出来る。また、押さえ部材70を、少なくともノズル12の外周部と接触する部分が低摩擦特性を有するものとしていることから、スティックスリップのような摺動性の問題を起こさず円滑にノズル12を昇降させることが出来る。さらに、押さえ部材70を発泡素材や繊維素材としていることから、押さえ部材70にグリスやオイルなどの潤滑剤を含浸させることができ、押さえ部材70が摺動部への潤滑剤供給機能を果たすことが出来る。また、押さえ部材70がノズルホルダ60の上部と下部に設けられていることから、押さえ部材70の付勢力が小さくても有効にがたつきを防止することが出来、また、押さえ部材70が磨耗した場合等交換が必要となった場合でも交換が容易となる。また、発泡素材であれば型を用いて一体成型が可能であり、押さえ部材70を安価に作製できる。 In the present embodiment, since the pressing
次に本発明の第2の実施形態を説明する。本実施の形態は、ノズルホルダ60に対する押さえ部材70の装着位置が第1の実施形態と異なるが、その他は第1の実施形態と同様である。図4はノズル12がノズルホルダ60の穴部62に通されていない状態で、押さえ部材70の装着部66を上面から見た図であり、図4に示すように押さえ部材70の穴中心Aとノズルホルダ60の穴中心Bとが偏心した状態で位置するようにノズルホルダ60に保持されている。なお、上部の押さえ部材70と下部の押さえ部材70は両者の穴がほぼ同心に位置するようにされている。押さえ部材70がノズルホルダ60に装着された状態では、図4に示す寸法Lは、ノズル12のシャフト部14の外径寸法よりも小さくなっている。したがって、ノズル12が押さえ部材70の穴部とノズルホルダ60の穴部62とに通された状態では、ノズル12のシャフト部14の外周部に接触している押さえ部材70の一部が押しつぶされることになり、それによって発生する押さえ部材70の弾性力でノズル12をノズルホルダ60の穴部62の内壁64に押し付け、その結果ノズルホルダ60に対するノズル12のがたつきが防止される。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. This embodiment is the same as the first embodiment except that the mounting position of the pressing
次に本発明の第3の実施形態を説明する。第1の実施形態においては、弾性力付勢手段たる押さえ部材70がリング状の部材でありノズル12のシャフト部14の外周を一体の部材で取り囲んでいたが、本実施の形態における弾性力付勢手段は、複数の押さえ部材がノズル12のシャフト部14の外周を取り囲むものである。ただし、その他の部分は第1の実施形態と同様である。図5には、3個の押さえ部材80が、シャフト部14の外周を取り囲むように配置されている。そして、望ましくは図5に示すように、複数の押さえ部材80を、隣接するノズル12との間を避けた位置に配置することにより、各ノズル12相互間の配置ピッチを小さくすることが可能となり、装着ヘッドをコンパクトにすることが出来る。なお、ノズル12のシャフト部14の外周を取り囲む押さえ部材80の個数は3個に限られることなく適宜変更しても良い。また、図6に示すようにノズル12のシャフト部14の外周を取り囲む複数の押さえ部材80の弾性力によってノズル12をノズルホルダ60の穴部62の内壁64に押し付け、その結果ノズルホルダ60に対するノズル12のがたつきを防止するようにしても良い。 Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, the pressing
以上本発明に係る部品実装ヘッドおよび部品実装機の各実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、具体的な形状・構造等について適宜変更可能である。例えば、第1及び第2の実施例において、押さえ部材70の形状を、図7に示すように穴部分を円状ではなく複数の凸部72を設けるようにしても良い。また、第1及び第2の実施形態において押さえ部材70は断面矩形であったが、円又は楕円等矩形以外の断面形状としても良い。また、第1及び第2の実施形態において押さえ部材70はリング状であったが管状としても良く、その場合押さえ部材70はノズル12のシャフト部14との軸方向の接触長さを長く取れることから、1本のノズル12に対して1個の押さえ部材70としても良い。 The embodiments of the component mounting head and the component mounting machine according to the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and specific shapes, structures, and the like can be appropriately changed. . For example, in the first and second embodiments, the shape of the pressing
さらに、第1ないし第3の各実施形態において、弾性力付勢手段は弾性部材のみによって構成されていたが、図8(a)、(b)に示すように、弾性力付勢手段が、本体部90と、ノズル12のシャフト部14の外周部に接触する接触部92から構成され、本体部90は弾性体からなり、接触部92はフッ素樹脂やポリアセタール樹脂等のすべり性の良い非弾性体からなるようにしても良い。また、接触部92は耐摩耗性を有することが望ましい。このように本体部と接触部を分けることにより、本体部は弾性特性を、接触部は低摩擦特性や耐摩耗性を有するような各々の特性に最適な材料を選定することが可能となる。そして、図8(a)に示す弾性力付勢手段は、リング状若しくは管状の本体部90と、本体部90の内径に設けられた複数の接触部からなる。これにより、図8(b)のように本体部をその周方向に分割する場合と比較して取り付けが容易になる。 Furthermore, in each of the first to third embodiments, the elastic force urging means is constituted only by an elastic member. However, as shown in FIGS. 8A and 8B, the elastic force urging means is It is composed of a
なお、本発明にかかる実装ヘッドにおいてはノズル12の昇降ストロークの全ストロークに渡り押さえ部材70とノズル12のシャフト部14の外周部とが接触している必要は無く、少なくとも部品装着時のノズル12の下降位置において押さえ部材70とノズル12のシャフト部14の外周部とが接触するようにしても良い。この場合でも部品装着時のノズル12の水平方向の位置のばらつきを抑えることができる。 In the mounting head according to the present invention, it is not necessary that the pressing
1…部品実装機、2…部品供給手段、3…回路基板、4…基板搬送装置、5…XY移動装置、10…部品実装ヘッド、6…撮像手段、12…ノズル、14…シャフト部、16…部品保持部、20…昇降装置、60…ノズルホルダ、62…穴部、64…内壁、70、80…押さえ部材、 DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記ノズルの外周部の少なくとも一部に接触して前記ノズルを軸方向に移動可能に支持するとともに前記ノズルの外周部に対して弾性力を付勢することによって前記ノズルホルダに対する前記ノズルのがたつきを防止する弾性力付勢手段を有することを特徴とする部品実装ヘッド。A nozzle that is passed through a hole provided in the nozzle holder and supported so as to be movable up and down with respect to the nozzle holder; and a lifting device that lifts and lowers the nozzle. In the component mounting head for mounting the component held by the nozzle on the circuit substrate by
The nozzle holder is supported against the nozzle holder by contacting at least a part of the outer periphery of the nozzle and supporting the nozzle so as to be movable in the axial direction and urging an elastic force against the outer periphery of the nozzle. A component mounting head comprising elastic force biasing means for preventing sticking.
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