JP5271815B2 - 吸着ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、吸着ヘッド、特に負圧により電子部品を吸着保持したシャフトを昇降させ、配線基板等の実装対象に対して、該電子部品を押圧搭載する際に適用して好適な吸着ヘッドに関する。

電子部品を基板上に押圧搭載する際の押圧力制御精度の向上を図ることができる吸着ヘッドとしては、例えば図１にその１つの要部を拡大して示すものが特許文献１に開示されている。

この吸着ヘッド１００は、電子部品である被吸着物１０６を真空吸着するために先端部に形成された吸引口１１０、外周面に形成された排気口１１３及び前記吸引口１１０と前記排気口１１３とを連通させる気体通路１１４を有するロッド（シャフト）１０１と、圧力流体によって前記ロッド１０１を移動可能にかつ非接触的に支承する静圧軸受け部１０２と、前記静圧軸受け部１０２を固定するためのヘッド部１０３とを備えている。

前記静圧軸受け部１０２は、１つのロッド挿通孔１１６を有する静圧軸受け１０２によって構成され、該静圧軸受け１０２は、１つのロッド挿通孔１１６を有するブロック１１５と、軸受け面を有するとともに前記ロッド挿通孔１１６内に設けられた多孔質体製のスリーブ１１７と、前記スリーブ１１７に圧力流体を供給するための加圧ポート１１８と、前記スリーブ１１７の軸受け面から噴出する圧力流体を前記ブロック１１５の外部に排出するための吸引ポート１１９と、前記ロッド挿通孔１１６内においてロッド外周面の前記排気口１１３に対応する位置に形成されるとともにその排気口１１３から排出される気体を前記ブロック１１５側へ導入する吸込口１２６と、真空引き手段に接続される真空引きポート１２０と、前記真空引きポート１２０と前記吸込口１２６とを連通させる気体通路１２７とを備えている。なお、図中、符号１３２と１３４は、前記ロッド１０１を上下動させるためのボイスコイルモータを構成する電磁コイルと永久磁石である。

特開平８−２１３７９６号公報

しかしながら、前述した図１のような構成では、ロッド１０１を非接触で移動可能に支持するための静圧軸受１０２においては、加圧ポート１１８から吸気通路１２１を経て供給された後、スリーブ１１７からロッド１０１の周囲に噴出される加圧空気が、被吸着物１０６を真空吸着するための排気口１１３や吸込口１２６、真空引きポート１２０等の真空連通部に進入してしまい、被吸着物１０６を吸着保持するために要する十分な負圧を発生できないという問題があった。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、静圧軸受によって支承されたシャフトにより、該シャフトの先端に形成された吸引口を介して、十分な負圧で電子部品を吸着保持することができる吸着ヘッドを提供することを課題とする。

本発明は、先端に形成された吸引口から、外周面に貫通形成された排気口まで連通する真空通路が形成されたシャフトと、該シャフトを上下方向の移動と軸中心の回転とを可能に挿通する挿通孔が形成された軸受本体とを備えている吸着ヘッドにおいて、前記軸受本体には、前記シャフトに形成されている前記排気口に対応する位置の挿通孔に、真空供給通路を介して真空源に連通する真空引込口が形成されていると共に、前記挿通孔の軸方向の一部を構成する通気性の多孔質材料からなる静圧軸受部と、該静圧軸受部からシャフトの外周面に噴出される加圧空気を外部へ逃がす逃気通路と、該逃気通路と前記真空引込口との間のシャフト周囲に配設され、前記静圧軸受部から噴出された加圧空気の前記真空引込口への進入を防止する圧力回止部と、該圧力回止部に一端が連通し、他端が前記逃気通路に連通して、該逃気通路を加圧空気が通過する際にベルヌーイの原理に従って発生する負圧を前記圧力回止部へ供給する負圧引込通路と、がそれぞれ形成されているようにしたことにより、前記課題を解決したものである。

本発明においては、前記圧力回止部が、前記挿通孔の軸方向の一部を構成する通気性の多孔質材料からなるようにしてもよい。

更に、本発明においては、前記静圧軸受部、逃気通路、圧力回止部及び負圧引込通路が、前記真空引込口に関して上方と下方の軸受本体にそれぞれ形成されているようにしてもよい。

本発明によれば、前記挿通孔の軸方向の一部を構成する通気性の多孔質材料からなる静圧軸受部と、該静圧軸受部からシャフトの外周面に噴出される加圧空気を外部へ逃がす逃気通路と、該逃気通路と前記真空引込口との間のシャフト周囲に配設され、前記静圧軸受部から噴出された加圧空気の前記真空引込口への進入を防止する圧力回止部と、該圧力回止部に一端が連通し、他端が前記逃気通路に連通して、該逃気通路を加圧空気が通過する際にベルヌーイの原理に従って発生する負圧を前記圧力回止部に供給する負圧引込通路と、がそれぞれ形成されているようにしたので、前記排気口及び真空引込口等の真空連通部へ静圧軸受部から噴出された加圧空気が流入することを防止できるため、シャフト先端の吸引口に対して十分な負圧を供給し、電子部品を吸着保持することが可能となる。

従来の吸着ヘッドの要部を示す縦断面図 本発明に係る一実施形態の吸着ヘッドが適用される電子部品実装装置の概要を示す斜視図 本実施形態の吸着ヘッドの要部を示すシャフト中心を通る縦断面図

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図２には、本発明に係る一実施形態の吸着ヘッドが適用される電子部品実装装置を示す。

この電子部品実装装置１は、左右方向に敷設されている基板搬送路２により搬送され、位置決めされた基板Ｓ上に部品供給部３に供給される電子部品を実装する搭載ヘッド１０と、該搭載ヘッド１０をＸ方向及びＹ方向にそれぞれ移動させるＸ軸移動機構１２及びＹ軸移動機構１４を備えている。

Ｘ軸移動機構１２は、部品を吸着する吸着ノズルをシャフト下端に装着可能な吸着ヘッドが備えられた搭載ヘッド１０をＸ軸方向に移動させると共に、Ｙ軸移動機構１４は、Ｘ軸移動機構１２と一体で搭載ヘッド１０をＹ軸方向に移動させる。又、搭載ヘッド１０に備えられる１又は２以上の吸着ヘッド（図２では１つ）は、吸着ノズルが装着されたシャフトをＺ軸方向に昇降可能に移動させるＺ軸移動機構を備えていると共に、該シャフトを軸中心に回転させるθ軸回転機構を備えている。又、搭載ヘッド１０には、基板Ｓ上に形成された基板マークを撮像する基板認識カメラ１６が、支持部材を介して取付けられている。又、部品供給部３の側部には、吸着ヘッド２０に吸着された部品を下方から撮像する部品認識カメラ１８が配置されている。

上記のような電子部品実装装置においては、チップ等の電子部品を前記吸着ヘッド２０で吸着保持した後、位置決めされているプリント基板等の基板上に搭載することが行われている。

電子部品を吸着して搭載を行うための吸着ヘッド２０では、吸着ノズルを装着可能なシャフトは、θ軸モータにより軸中心に無限回転することが可能であり、後述するように、無限回転しても部品吸着に必要な真空圧を先端に供給するための真空通路は真空圧を維持し続けられる構造になっている。又、このシャフトは、加圧動作時には、前記従来例の場合と同様にボイスコイルモータ等により単独で上下方向にもスムーズに動作することができるようになっている。

本実施形態の吸着ヘッド２０を、図３を用いて具体的に説明する。この吸着ヘッド２０は、先端（下端）に形成された吸引口２２から、後端側の外周面に貫通形成された排気口２４まで連通する真空通路２６が軸方向に形成されたシャフト２８と、該シャフト２８を上下方向の移動と軸中心の回転とを可能に挿通する挿通孔３０Ａが形成された軸受本体３０と、該軸受本体３０の上端部を固定するヘッド部３２とを備えており、該ヘッド部３２を介して、Ｚ軸モータ（図示せず）により全体が上下動されるようになっている。

前記軸受本体３０には、前記シャフト２８に形成されている前記排気口２４に対応する位置の挿通孔３０Ａに、真空供給通路３４を介して、図示しない真空源に連通する真空引込口３６が形成されている。

そして、この真空引込口３６より上方の軸受本体３０には、前記挿通孔３０Ａの軸方向の一部を構成する通気性の多孔質材料のスリーブからなる上部静圧軸受部（以下、上部軸受部ともいう）３８と、該静圧軸受部３８からシャフト２８の外周面に噴出された加圧空気を外部へ逃がす上部逃気通路４０と、該逃気通路４０と前記真空引込口３６との間のシャフト周囲に配設され、前記静圧軸受部３８から噴出された加圧空気の前記真空引込口３６への進入を防止する上部圧力回止部４２と、該圧力回止部４２に一端が連通し、他端が前記逃気通路４０に連通して、該逃気通路４０を加圧空気が通過する際にベルヌーイの原理に従って発生する負圧を前記圧力回止部４２に供給する上部負圧引込通路４４と、がそれぞれ形成されている。

又、本実施形態の吸着ヘッド２０では、前記真空引込口３６より下方の軸受本体３０には、下部静圧軸受部３８Ａ、下部逃気通路４０Ａ、下部圧力回止部４２Ａ及び下部負圧引込通路４４Ａが、それぞれ形成されている。これら各部材は、前記真空引込口３６より上方の同一名称を付した各部材と、基本的な機能は同一であり、従って該真空引込口３６に関しては、大きさを除けば実質的に同一の構成を有している。

以下、本実施形態の吸着ヘッドについて更に詳述する。

この吸着ヘッド２０では、前記部品供給部３から電子部品を吸着する際は、シャフト２８の先端部に電子部品Ｐが真空圧(負圧)で引き寄せられることによりその状態が保持される。

この真空圧は、前記真空供給通路３４に連通されたエジェクタや真空ポンプ等の負圧を発生する真空源（図示せず）から供給される。この真空供給通路３４に供給された真空圧は、真空引込口３６まで到達した後、該真空引込口３６に連通する排気口２４に到達することにより、シャフト２８側に供給される。

その真空圧は、真空引込口３６から排気口２４及び真空通路２６を通ってシャフト２８の先端部に伝達され、該先端部において図示されているように電子部品Ｐを吸着保持する。なお、便宜上ここでは電子部品Ｐがシャフト２８の下端部に直接吸着された状態を示してあるが、通常はシャフト下端部に着脱可能に装着される吸着ノズルに吸着される。

前記シャフト２８は、その先端部に装着された吸着ノズル（図示せず）と共に、図示しないモータによって軸中心の回転運動を行う様になっている。

又、前記排気口２４に対応する軸受本体３０の挿通孔３０Ａには、シャフト２８の全周囲に亘って溝部４６が連続形成されている。従って、真空供給通路３４から供給される真空圧は、この溝部４６を介して真空引込口３６から排気口２４へと連通するため、シャフト２８の先端部へ供給される真空圧が途切れること無く、該シャフト２８を無制限に回転することができるようになっている。

又、前記シャフト２８は、上部軸受部３８及び下部軸受部３８Ａによって横方向の位置決め精度及び回転精度を保っている。これら軸受部３８、３８Ａは、通気性の多孔質材料で形成された非接触の静圧軸受（エアベアリング）で構成されている。これにより、シャフト２８は、回転運動並びに上下運動を極めて低摩擦でスムーズな動作として行うことが可能となっている。

又、エアベアリングであるため、上部、下部軸受部３８、３８Ａからは、図示しない加圧空気源から供給される正側の圧力（正圧）の空気が多孔質材料の軸受面側から供給（噴出）され、この空気圧力によりシャフト２８を中心位置に保持している。前記軸受部３８、３８Ａの軸受面側から加圧空気が常時流れ出ているため、その加圧空気は上部逃気通路４０及び下部逃気通路４０Ａからそれぞれ外へ勢いよく流出される。

又、上部逃気通路４０、下部逃気通路４０Ａを通って逃げていく空気の流れは、上部負圧引込通路４４と下部負圧引込通路４４Ａに対して、エジェクタと同様の負圧発生原理、即ちベルヌーイの定理から気体の流速が上昇すると、圧力が下がるという原理によって圧力の低下を引き起こす。

前記逃気通路４０、４０Ａは、多孔質材料のスリーブで形成された上部、下部圧力回止部４２、４２Ａとそれぞれ上部、下部負圧引込通路４４、４４Ａを介して繋がっているため、これら回止部４２、４２Ａの内部圧力も下がることになる。その結果、排気口２４、真空引込口３６及び溝部４６等からなる真空連通部と、上部、下部逃気通路４０、４０Ａの間の圧力勾配が小さくなり、圧力回止部４２、４２Ａから該真空連通部への空気の流れは少なくなる。従って、前記軸受部３８、３８Ａから噴出された加圧空気が、排気口２４、真空引込口３６等の真空連通部へ流入することを防止できるため、シャフト２８の先端部はより高い真空圧を達成することが可能となる。

上部、下部の圧力回止部４２、４２Ａについては、前記軸受部３８、３８Ａと同様にシャフト２８との隙間を厳しく管理して製作される。具体的には、前記軸受部３８、３８Ａと同様の焼結金属やセラミックからなる通気性の多孔質素材に、同様の加工方法を適用して、該軸受部３８、３８Ａとシャフト２８の間と同等の、例えば５μｍ以下の隙間にすることにより対応できる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。

（１）エアベアリングの軸受部３８、３８Ａから噴出される空気の逃気通路４０、４０Ａにベルヌーイの定理（エジェクターによる負圧発生原理）を利用した負圧引込通路４４、４４Ａを作り、圧力の低下を引き起こすと共に、その通路４４、４４Ａを圧力回止部４２、４２Ａを介して真空連通部（３６等）付近まで導くことにより、シャフト先端部へ続く真空連通部（３６等）との圧力勾配を少なくし、真空圧の流出（低下）を防止することができる。

（２）真空連通部（３６等）の付近に圧力回止部４２、４２Ａを設け、その隙間を厳しく管理することにより、静圧軸受部３８、３８Ａから漏れてくる加圧空気が該真空連通部に及ぼす影響を低減することができる。

（３）真空連通部（３６等）の付近に圧力回止部４２、４２Ａを設け、その隙間を厳しく管理することにより、真空圧力それ自体が外気にもれることを低減することができる。

（４）真空連通部（３６等）の付近の圧力回止部４２、４２Ａより上方及び下方の軸方向外側を、静圧軸受部３８、３８Ａからの正圧で覆うことにより、真空連通部（３６等）内に外部から挿通孔３０Ａを通して異物が侵入することを防ぐことができる。

（５）真空連通部（３６等）の付近の圧力回止部４２、４２Ａを、非接触の構成にすることにより、圧力回止めのためにパッキンなどを使用した場合に比べ、劣化や磨耗などが発生することが防止でき、長い寿命を得ることができる。

なお、前記実施形態では、圧力回止部４２、４２Ａを多孔質材料で形成した例を示したが、これに限定されず、例えば周囲に連続した形状の隙間としてもよい。

２０…吸着ヘッド
２２…吸引口
２４…排気口
２６…真空通路
２８…シャフト
３０…軸受本体
３０Ａ…挿通孔
３２…ヘッド部
３４…真空供給通路
３６…真空引込口
３８…静圧軸受部
４０…逃気通路
４２…圧力回止部
４４…負圧引込通路
４６…溝部

Claims (3)

1. 先端に形成された吸引口から、外周面に貫通形成された排気口まで連通する真空通路が形成されたシャフトと、該シャフトを上下方向の移動と軸中心の回転とを可能に挿通する挿通孔が形成された軸受本体とを備えている吸着ヘッドにおいて、
   前記軸受本体には、
   前記シャフトに形成されている前記排気口に対応する位置の挿通孔に、真空供給通路を介して真空源に連通する真空引込口が形成されていると共に、
   前記挿通孔の軸方向の一部を構成する通気性の多孔質材料からなる静圧軸受部と、
   該静圧軸受部からシャフトの外周面に噴出される加圧空気を外部へ逃がす逃気通路と、
   該逃気通路と前記真空引込口との間のシャフト周囲に配設され、前記静圧軸受部から噴出された加圧空気の前記真空引込口への進入を防止する圧力回止部と、
   該圧力回止部に一端が連通し、他端が前記逃気通路に連通して、該逃気通路を加圧空気が通過する際にベルヌーイの原理に従って発生する負圧を前記圧力回止部へ供給する負圧引込通路と、がそれぞれ形成されていることを特徴とする吸着ヘッド。
2. 前記圧力回止部が、前記挿通孔の軸方向の一部を構成する通気性の多孔質材料からなることを特徴とする請求項１に記載の吸着ヘッド。
3. 前記静圧軸受部、逃気通路、圧力回止部及び負圧引込通路が、前記真空引込口に関して上方と下方の軸受本体にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の吸着ヘッド。