JP5850425B2 - 表面実装機の吸着ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、ＩＣチップ等の電子部品をプリント基板上に実装する表面実装機において、電子部品を吸着する吸着ヘッドに関する。なお、本明細書では、電子部品のことを単に部品ともいう。

表面実装機は、吸着ノズルを有する吸着ヘッドにより、電子部品を部品供給部から吸着してプリント基板上に移送し、プリント基板上の所定位置に実装するように構成されている。

また、表面実装機の吸着ヘッドは、一般的に、吸着ヘッド本体にシャフトが昇降可能かつ軸周りに回転可能に装着され、このシャフトの先端に電子部品を吸着する吸着ノズルが装着された構成を有する（例えば特許文献１）。そして、シャフトの内部には吸着ノズルに通じるエア通路が形成され、吸着ノズルが部品を吸着するときには前記エア通路を介して負圧が供給され、部品を実装するときには微正圧が供給される。

このような吸着ヘッドにおいて、シャフトを昇降可能かつ軸周りに回転可能とする機構としては、一般的にボールスプライン機構が使用されている（例えば特許文献２）。

図６は、ポールスプライン機構を使用した従来の吸着ヘッドの要部を示す断面図である。

表面実装機の吸着ヘッドの吸着ヘッド本体４０に、シャフト４１が、その軸方向に沿って昇降可能かつ軸周りに回転可能に装着され、シャフト４１の先端（下端）に吸着ノズル４２が装着されている。そして、ボールスプライン機構として、シャフト４１にはスプラインナット４３が装着されるとともに、ボール溝４４が形成されている。このボール溝４４は、シャフト４１の昇降ストロークを確保するため、上方に延びるように形成される。

一方、シャフト４１の内部には、吸着ノズル４２に通じるエア通路４５が形成されている。このエア通路４５にエアを供給するエア供給口は、ボールスプライン機構部分、すなわち、スプラインナット４３及びボール溝４４が設けられている部分に設けることはできない。したがって、図６の例では、ボールスプライン機構部分の上方にエア供給口４６を設けている。その結果、エア通路４５が必要以上に長くなり、エア通路４５を介して供給される負圧又は微正圧に対する吸着ノズル４２の応答性が悪くなり、また、エア通路４５に塵などが溜まりやすくなるという問題が生じる。また、エア通路４５が長くなると、シャフト４１も長くなり、シャフト４１の短尺化及び省スペース化が困難である。

エア通路４５を短くするために、エア供給口をボールスプライン機構部分の下方に設けることも考えられるが、この場合も、エア供給口を設けるスペース（長さ）が必要となり、シャフト４１の短尺化及び省スペース化は困難である。

このようにボールスプライン機構を利用した従来の吸着ヘッドには種々の問題がある。

特開２０１０−１５７６３５号公報 特開２００２−３７０１８６号公報

本発明が解決しようとする課題は、吸着ヘッド本体にシャフトが組み込まれた表面実装機の吸着ヘッドにおいて、シャフトを吸着ヘッド本体に対して昇降可能かつ軸周りに回転可能とするための、ボールスプライン機構に代わる新たな機構を提供することにある。

本発明は、吸着ヘッド本体にシャフトが組み込まれ、前記シャフトには、その先端に電子部品を吸着する吸着ノズルが装着されるとともに、その内部に前記吸着ノズルに通じるエア通路が形成されている、表面実装機の吸着ヘッドにおいて、前記シャフトは、中空状のシャフトハウジングを貫通し、前記シャフトハウジングに対して昇降可能で軸周りに回転不可となるように装着され、前記シャフトハウジングは、前記吸着ヘッド本体に対して昇降不可で軸周りに回転可能となるように装着され、前記シャフトにベアリングが固定され、前記ベアリングが前記シャフトハウジングに形成された軸方向に延びるガイド溝に嵌め込まれていることを特徴とする。

本発明において、エア通路にエアを供給するエア供給口はシャフトハウジングに設けることができる。

本発明では、従来のポールスプライン機構に代えて、シャフトハウジングを使用してシャフトを昇降可能かつ軸周りに回転可能としている。したがって、ポールスプライン機構が抱えていた問題を解消することができる。例えば、本発明では、シャフトハウジングにエア供給口を設けることができるので、新たにエア供給口を設けるスペースが不要となり、シャフトの短尺化及び省スペース化を実現できる。

本発明の一実施例による吸着ヘッドの要部を示す断面図である。 図１の吸着ヘッドにおけるシャフト構造体を示す斜視図である。 図２に示すシャフト構造体の内部構造を示す、一部透視による斜視図である。 図３において上部シャフトと下部シャフトを分離した状態を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面の拡大図である。 ポールスプライン機構を使用した従来の吸着ヘッドの要部を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例に基づき説明する。

図１は、本発明の一実施例による吸着ヘッドの要部を示す断面図である。

表面実装機の吸着ヘッドの吸着ヘッド本体１０に、上部シャフト２１と下部シャフト２２とからなるシャフト２０が、シャフト２０の軸方向に沿って昇降可能かつシャフト２０の軸周りに回転可能に装着されている。そして、下部シャフト２２の先端（下端）に、電子部品を吸着する吸着ノズル３０が装着されている。

下部シャフト２２の内部にはエア通路２２ａが形成されている。エア通路２２ａは、その一端が、後述するハウジング２３に設けたエア供給口２３ｃを介して吸着ヘッド本体１０に設けられた吸排気口１１に通じ、他端が吸着ノズル３０に通じている。また、吸排気口１１には、自動制御される吸排気系が接続される。これにより、吸着ノズル３０が部品を吸着するときには吸排気口１１からエア供給口２３ｃ及びエア通路２２ａを介して吸着ノズル３０に負圧が供給され、部品を実装するときには微正圧が供給される。

図２は、先に説明したシャフト２０を主体とするシャフト構造体を示す斜視図、図３は、そのシャフト構造体の内部構造を示す、一部透視による斜視図、図４は、図３において上部シャフト２１と下部シャフト２２を分離した状態を示す斜視図である。図１及び図２〜４を参照してシャフト構造体の構成を説明する。

上部シャフト２１と下部シャフト２２とからなるシャフト２０は、シャフトハウジング２３を貫通して装着される。具体的には、上部シャフト２１に一対のベアリング２１ａが固定されており、この一対のベアリング２１ａをシャフトハウジング２３に形成したガイド溝２３ａに嵌め込んでいる。これにより、シャフト２０は、ガイド溝２３ａの範囲内でシャフトハウジング２３に対して摺動可能（昇降可能）となっている。一方、シャフト２０は、シャフトハウジング２３に対して軸線周りには回転できない。すなわち、シャフト２０は、シャフトハウジング２３が軸線周りに回転したときに、シャフトハウジング２３と一体となって軸線周りに回転する。

シャフトハウジング２３は、吸着ヘッド本体１０に対して、上下方向には移動不可（昇降不可）であるが、シャフト２０の軸線周りには回転可能となるように上下２箇所のベアリング２４を介して装着されている。シャフトハウジング２３をシャフト２０の軸線周りに回転させるために、シャフトハウジング２３の外周にギア２５が設けられている。ギア２５は、トーションばねを使用したバックラッシュレスギアであり、シャフト２０（下部シャフト２２）に固定した固定ギア２５ａと、この固定ギア２５ａに重ねられる揺動ギア２５ｂとの間に、トーションばね２５ｃを組み込んだものである。このギア２５に、駆動モータに連結された駆動ギアを噛み合わせ駆動ギアを回転させることで、シャフトハウジング２３は、吸着ヘッド本体１０に対してシャフト２０の軸線周りに回転する。これにより、シャフト２０もシャフトハウジング２３と一体となって軸線周りに回転する。

また、シャフトハウジング２３には、下部シャフト２２に設けたエア通路２２ａにエアを供給するエア供給口２３ｃが設けられている。エア供給口２３ｃは、吸着ヘッド本体１０に設けられた吸排気口１１に通じており、エア供給口２３ｃから供給されるエアは、図４に符号２２ａ−１で示したエア通路の入口を通じてエア通路２２ａに供給される。

なお、シャフトハウジング２３が吸着ヘッド本体１０に対して軸線周りに回転するときの回転摺動面２３ｂは、メカニカルシールされている。また、シャフト２０がシャフトハウジング２３に対して昇降するときの昇降摺動面２０ａもメカニカルシールされている。

シャフト２０の上部シャフト２１の上部外周を囲むようにコイルスプリング２６が配置されている。コイルスプリング２６は、上部シャフト２１の外周に設けられたスプリングベース２１ｂに支持されており、図２に示すシャフト構造体が図１に示すように吸着ヘッド本体１０に装着された状態において、シャフト２０にこれを上方に摺動させる方向の力を作用させる。したがって、シャフト２０は常時はその上限位置に付勢されている。シャフト２０を下降させるときは、上部シャフト２１の上端に固定されたシャフトヘッド２１ｃの上方に位置する押圧部材２７を押し下げる。これにより、シャフト２０がコイルスプリング２６の弾性力に抗して下降する。

次に、上部シャフト２１と下部シャフト２２との接続構造について説明する。本発明において、下部シャフト２２は上部シャフト２１に対して着脱可能に装着される。その具体的な接続構造として、本実施例では図４に明確に現れているように、下部シャフト２２の上端部分に円柱状の挿入部２２ｂを形成し、この挿入部２２ｂの外周面に１８０度間隔で２箇所にジョイントピン２２ｃを突出して設けている。一方、上部シャフト２１の下端部分には、挿入部２２ｂを挿入可能な中空状の受部２１ｄを設け、この受部２１ｄにジョイントピン２２ｃを嵌め込み可能なジョイント溝２１ｅを設けている。ジョイント溝２１ｅの基端は、ジョイントピン２２ｃを嵌め込めるように開放している。

以上の構成において、図３の拡大図に示すように、上部シャフト２１の受部２１ｄに下部シャフト２２の挿入部２２ｂを挿入し、ジョイントピン２２ｃがジョイント溝２１ｅの基端に嵌り込む位置まで下部シャフト２２をＡ方向に押し込み、次いでＢ方向に回転させ、更にＣ方向に引っ張る。これにより、ジョイントピン２２ｃがジョイント溝２１ｅに確実に嵌り込み、上部シャフト２１に下部シャフト２２が装着される。そして、上記と逆の手順により、上部シャフト２１から下部シャフト２２を取り外すことができる。

本実施例では、下部シャフト２２の挿入部２２ｂの下側にコイルスプリング２８を装着している。このコイルスプリング２８は、下部シャフト２２を上部シャフト２１に上述の手順で装着して接続した状態において、下部シャフト２２を上部シャフト２１に対して下方に引っ張る力を作用させる。このコイルスプリング２８の作用により、下部シャフト２２を上部シャフト２１に装着した状態では、図３の拡大図に示すように、ジョイントピン２２ｃがジョイント溝２１ｅの壁に突き当たる位置に付勢される。したがって、上部シャフト２１に対する下部シャフト２２の軸方向（長手方向）の位置が固定され、シャフト２０全体としての長さを一定に保つことができる。

図５は、図１のＡ−Ａ断面の拡大図で、ベアリング２１ａがガイド溝２３ａに嵌め込まれた部分を示す。上述のとおり、本実施例では、上部シャフト２１に固定したベアリング２１ａをシャフトハウジング２３に設けたガイド溝２３ａに嵌め込むことで、シャフト２０をシャフトハウジング２３に装着する。このときベアリング２１ａとガイド溝２３ａとの間に隙間があると、ロストモーションが生じる。そこで、本実施例では、ベアリング２１ａがガイド溝２３ａに対して微予圧状態となるように、以下のとおりに隙間公差と寸法公差を管理している。

１．隙間公差
１−１ ガイド溝２３ａの溝幅の目標公差：＋０．０２ｍｍ
１−２ ベアリングボール２１ａ−１の外径寸法公差：−０．００４ｍｍ
１−３ ベアリング２１ａのラジアル隙間：０．００５〜０．０１ｍｍ
上記累積を最小二乗法で算出すると、０．０２１７ｍｍとなる。
２．寸法公差
２−１ ベアリング２１ａのピン２１ａ−２が装着される穴の対称度：０．０２ｍｍ
２−２ ガイド溝２３ａの対称度：０．０１ｍｍ
２−３ ベアリング２１ａの内輪２１ａ−３の振れ：０．００４ｍｍ
２−４ ベアリング２１ａの外輪２１ａ−４の振れ：０．００５ｍｍ
上記累積を最小二乗法で算出すると、０．０２３３ｍｍとなる。

このように、隙間公差の累積よりも、寸法公差の累積が大きいため、ベアリング２１ａは予圧状態となる（予圧量：０．００１５ｍｍ（径））。これにより、シャフト部分での回転誤差は生じなくなる。

１０ 吸着ヘッド本体
１１ 吸排気口
２０ シャフト
２０ａ 昇降摺動面
２１ 上部シャフト
２１ａ ベアリング
２１ａ−１ ベアリングボール
２１ａ−２ ピン
２１ａ−３ 内輪
２１ａ−４ 外輪
２１ｂ スプリングベース
２１ｃ シャフトヘッド
２１ｄ 受部
２１ｅ ジョイント溝
２２ 下部シャフト
２２ａ エア通路
２２ａ−１ エア通路の入口
２２ｂ 挿入部
２２ｃ ジョイントピン
２３ シャフトハウジング
２３ａ ガイド溝
２３ｂ 回転摺動面
２３ｃ エア供給口
２４ ベアリング
２５ ギア
２５ａ 固定ギア
２５ｂ 揺動ギア
２５ｃ トーションばね
２６ コイルスプリング
２７ 押圧部材
２８ コイルスプリング
３０ 吸着ノズル
４０ 吸着ヘッド本体
４１ シャフト
４２ 吸着ノズル
４３ スプラインナット
４４ ボール溝
４５ エア通路
４６ エア供給口

Claims (2)

1. 吸着ヘッド本体にシャフトが組み込まれ、前記シャフトには、その先端に電子部品を吸着する吸着ノズルが装着されるとともに、その内部に前記吸着ノズルに通じるエア通路が形成されている、表面実装機の吸着ヘッドにおいて、
   前記シャフトは、中空状のシャフトハウジングを貫通し、前記シャフトハウジングに対して昇降可能で軸周りに回転不可となるように装着され、
   前記シャフトハウジングは、前記吸着ヘッド本体に対して昇降不可で軸周りに回転可能となるように装着され、
   前記シャフトにベアリングが固定され、前記ベアリングが前記シャフトハウジングに形成された軸方向に延びるガイド溝に嵌め込まれていることを特徴とする表面実装機の吸着ヘッド。
2. 前記エア通路にエアを供給するエア供給口が前記シャフトハウジングに設けられている、請求項１に記載の吸着ヘッド。

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