JP5974368B2

JP5974368B2 - 表面実装機の部品保持ヘッド

Info

Publication number: JP5974368B2
Application number: JP2012207372A
Authority: JP
Inventors: 昌裕谷崎
Original assignee: Hanwha Techwin Co Ltd
Current assignee: Hanwha Vision Co Ltd
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2016-08-23
Anticipated expiration: 2032-09-20
Also published as: JP2014063837A; KR20140038277A; KR101736471B1

Description

本発明は、ＩＣチップ等の部品を基板上に実装する表面実装機において、部品を保持する保持具を有する部品保持ヘッドに関する。

表面実装機は、ノズル等の保持具を有する部品保持ヘッドにより、部品を部品供給部からピックアップし保持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。

かかる部品保持ヘッドとしては、そのヘッド本体に複数のスピンドルがそれぞれ軸線周りのＴ方向に回転可能かつ軸線方向に沿ったＺ方向に移動可能に装着され、スピンドルの下端にノズル等の保持具が装着された構成を有するものが知られている（例えば特許文献１）。また、スピンドルをＺ方向に移動させるＺ方向移動機構としては、サーボモータとボールねじを利用した機構のほかに、スピンドルの上端面を押圧する押圧具を利用した機構が知られている。

図７は、押圧具を利用した従来のＺ方向移動機構を有する部品保持ヘッドを示す概念図である。図７に示す部品保持ヘッドはロータリー式の部品保持ヘッドで、そのヘッド本体に複数のスピンドル３００を有し、各スピンドル３００はヘッド本体の垂直中心軸周りのＲ方向に回転可能に取り付けられている。押圧具３０１が１箇所に配置され、この押圧具３０１をＺ方向に移動させることで、スピンドル３００をＺ方向に移動させる。押圧具３０１は、スピンドルの上端面３００ａに接触する回転押圧部材（ローラ）３０１ａを有する。

上述のようにスピンドル３００は、Ｒ方向、Ｚ方向及びＴ方向に回転又は移動する。これらの回転又は移動の動作は、従来、単独（シリアル）で行うことが多かったが、近年、実装効率の向上のため、上記各方向の回転又は移動を同時並行（パラレル）で行うことが求められている。例えば、スピンドルをＴ方向に回転させながらＺ方向に移動（下降）させるということである。しかしこの場合、図８に示すように、押圧具３０１の回転押圧部材３０１ａには、スピンドルの上端面３００ａのＴ方向回転中心を挟む一端と他端において逆方向の回転力が作用し、回転押圧部材３０１ａの回転を妨げる。その結果、大きな摩擦力が発生し、回転押圧部材３０１ａが摩耗したり損傷したりするという問題が生じる。

特開２００９−１６４３９４号公報

本発明が解決しようとする課題は、スピンドルの上端面を押圧具で押圧して当該スピンドルをＺ方向に移動させる表面実装機の部品保持ヘッドにおいて、押圧具による押圧時に大きな摩擦力が発生することを防止することにある。

本発明は、ヘッド本体にスピンドルがその軸線周りのＴ方向に回転可能かつ軸線方向に沿ったＺ方向に移動可能に装着され、前記スピンドルの下端に部品を保持する保持具が装着され、前記スピンドルの上端面を押圧具で押圧して当該スピンドルをＺ方向に移動させる表面実装機の部品保持ヘッドにおいて、前記押圧具は、前記スピンドルの上端面を押圧するときに、当該上端面のＴ方向回転中心を挟むように配置される、複数の回転押圧部材を有することを特徴とする。

本発明において、前記複数の回転押圧部材のうち少なくとも２つの回転押圧部材は、前記上端面のＴ方向回転中心に対して対称となるように配置されていることが好ましい。

本発明によれば、スピンドルの上端面を押圧して当該スピンドルをＺ方向に移動させる押圧具が複数の回転押圧部材を有し、この複数の回転押圧部材が、前記スピンドルの上端面のＴ方向回転中心を挟むように配置されるので、スピンドルをＴ方向に回転させながらＺ方向に移動（下降）させる動作を行ったとしても、前記複数の回転押圧部材がそれぞれＴ方向の回転に追従する。したがって、大きな摩擦力が発生することはなく、押圧具の摩耗や損傷を防止できる。

また、スピンドルがＲ方向に回転する動作を伴っていたとしても、本発明の押圧具は、上述のとおり複数の回転押圧部材を有するので、図８に示したように一つの回転押圧部材のみを有する場合に比べ、摩擦力を低減できる。

以上のとおり、本発明によれば、押圧具での摩擦力の発生を抑えつつ、Ｒ方向、Ｚ方向及びＴ方向の回転又は移動の動作を同時並行（パラレル）で行う、すなわちオーバーラップさせることができる。これにより、表面実装機の動作時間を短縮でき、実装効率を向上させることができる。

本発明の部品保持ヘッドを有する部品保持ユニットを表面実装機本体に装着するときの状態を示す全体構成図である。図１の部品保持ヘッドの正面図である。図２のＡ−Ａ断面図である。図２のＢ−Ｂ断面図である。本発明による押圧具の一例を示す概念図である。図５の押圧具の動作を示す概念図である。押圧具を利用した従来のＺ方向移動機構を有する部品保持ヘッドを示す概念図である。図７の押圧具の動作を示す概念図である。

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、本発明の部品保持ヘッドを有する部品保持ユニットを表面実装機本体に装着するときの状態を示す全体構成図である。

部品保持ユニット１００は、表面実装機本体２００のヘッドプレート２１０に着脱可能に装着される。

本実施例において本発明の部品保持ヘッドは、部品保持ユニット１００のユニット本体１１０に取り付けられている。具体的には、部品保持ユニット１００のユニット本体１１０に、本発明の部品保持ヘッドのヘッド本体１２０が垂直軸周りのＲ方向に回転可能に取り付けられている。

ユニット本体１１０の上部に、部品保持ユニット１００の電源線及び信号線を集約させたコネクタ１１１が設けられており、このコネクタ１１１を表面実装機本体２００の電源・信号供給部２２０に接続することで、部品保持ユニット１００に電源及び信号が供給される。

ヘッドプレート２１０には、２本の位置決めピン２１１が水平方向に並んで設けられており、また、表面実装機本体２００の上部には、エア供給源に通じるエアカプラ２３０が複数配置されている。このエアカプラ２３０に部品保持ユニット１００のエア配管（図示せず）を接続することで、部品保持ユニット１００にエアが供給される。

部品保持ユニット１００をヘッドプレート２１０に装着するときは、部品保持ユニット１００を２本の位置決めピン２１１に引っ掛けて位置決めした上で、部品保持ユニット１００をヘッドプレート２１０に向けてスライドさせる。そうすると、コネクタ１１１が電源・信号供給部２２０に自動的に接続される。その後、固定用ボルトで部品保持ユニット１００をヘッドプレート２１０に固定し、エアカプラ２３０に部品保持ユニット１００のエア配管を接続する。このエア配管の接続にはフレキシブルチューブを用いると便利である。

一方、部品保持ユニット１００をヘッドプレート２１０から取り外すときは、上記の固定ボルトを取り外す。このとき、その固定ボルトはボルトホルダ１１２により保持され、落下しないでユニット本体１１０側に取り付いた状態を維持する。その後、エアカプラ２３０から部品保持ユニット１００のエア配管を取り外し、部品保持ユニット１００を２本の位置決めピン２１１に引っ掛けた状態で、ヘッドプレート２１０から離れる方向にスライドさせる。これにより、コネクタ１１１は電源・信号供給部２２０から外れる。

このようにして、部品保持ユニット１００は、表面実装機本体２００のヘッドプレート２１０に着脱され、適宜、部品保持ユニット１００の交換が行われる。

次に、部品保持ユニット１００の構成を説明する。図２は部品保持ユニット１００の正面図、図３はそのＡ−Ａ断面図、図４はＢ−Ｂ断面図である。

ユニット本体１１０にロータリー式のヘッド本体１２０が垂直軸周りのＲ方向に回転可能に取り付けられている。このヘッド本体１２０には複数のスピンドル１２１がそれぞれ軸線周りのＴ方向に回転可能かつ軸線方向に沿ったＺ方向に移動可能に装着されている。各スピンドル１２１はヘッド本体１２０の周方向に等間隔で配置され、各スピンドル１２１の下端には部品を吸着保持する保持具としてノズル１２２が装着されている。また、スピンドル１２１の上端面を押圧してそのスピンドル１２１を軸線方向に沿ったＺ方向に移動させる押圧具１１３がユニット本体１１０の１箇所に配置されている。更に、ユニット本体１１０には、ヘッド本体１２０をＲ方向に回転させるＲサーボモータ１１４と、各スピンドル１２１をＴ方向に回転させるＴサーボモータ１１５と、押圧具１１３をＺ方向に移動させるＺサーボモータ１１６とが配置されている。

図３を参照すると、Ｒサーボモータ１１４のモータ軸１１４ａに固定されたギア１１４ｂは、ヘッド本体１２０の回転軸となる中空状の垂直軸１２０ａに固定されたギア１２０ｂに噛み合っている。したがって、Ｒサーボモータ１１４の駆動により、ヘッド本体１２０がＲ方向に回転する。一般的に、Ｒサーボモータ１１４側のギア１１４ｂとヘッド本体１２０側のギア１２０ｂとのギア比は、ヘッド本体１２０側が減速されるように設定され、本実施例ではギア比を８としている。

ヘッド本体１２０側のギア１２０ｂの上面に遮光部材１２３が上方に突出するように固定されている。すなわち、遮光部材１２３は、ヘッド本体１２０とともに同じ回転速度で回転する。この遮光部材１２３の回転経路上に光センサ１１７が配置されている。光センサ１１７はユニット本体１１０に固定されている。光センサ１１７は遮光部材１２３が到来すると遮光されて反応する。なお、これらの光センサ１１７及び遮光部材１２３は、説明は省略するが、部品保持ユニット１００のＲ方向の原点位置調整の際に使用する。

一方、Ｔサーボモータ１１５のモータ軸１１５ａに固定されたギア１１５ｂは、各スピンドル１２１に固定されたギア１２１ａの全てに噛み合っている。したがって、Ｔサーボモータ１１５の駆動により、各スピンドル１２１がＴ方向に回転する。一般的に、Ｔサーボモータ１１５側のギア１１５ｂとスピンドル１２１側のギア１２１ａとのギア比は、スピンドル１２１側が増速されるか、等速となるように設定され、本実施例ではギア比（増速比）を４：１としている。

なお、Ｔサーボモータ１１５のモータ軸１１５ａは、上述したヘッド本体１２０の垂直軸１２０ａ内に挿入されている。また、モータ軸１１５ａ内には、ノズル１２２に負圧あるいは微正圧を供給するためのエア通路１１５ｃが設けられている。

図４を参照して、Ｚサーボモータ１１６のモータ軸１１６ａは、ボールねじ機構のねじ軸を構成し、このねじ軸（モータ軸１１６ａ）にナット１１６ｂが装着されている。そして、このナット１１６ｂに押圧具１１３が連結されている。したがって、Ｚサーボモータ１１６の駆動により、ナット１１６ｂとともに押圧具１１３がＺ方向に移動する。また、モータ軸１１６ａの上部にはナット１１６ｂの上限位置を規定する上限ストッパー１１６ｃが設けられている。この上限ストッパー１１６ｃにより、押圧具１１３の上限位置も規定される。

また、Ｚサーボモータ１１６内又はその制御部内にＺサーボモータのトルク値を検出するトルクセンサが設けられており、このトルクセンサで検出したトルク値が所定値以上となったことにより、ナット１１６ｂが上限ストッパー１１６ｃに突き当たり、押圧具１１３が上限位置に到達したことを検知するようにしている。

以上の構成において、部品保持ユニット１００を有する表面実装機は、部品保持ユニット１００のユニット本体１１０に保持されたヘッド本体１２０（部品保持ヘッド）のノズル１２２により、部品を部品供給部からピックアップし保持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。

上記ピックアップ時及び実装時においては、図３に示すように、押圧具１１３がＮｏ．１のスピンドル１２１−１の上端面を押圧して、そのスピンドル１２１−１をＺ方向に移動（下降）させる。

図５は、本発明による押圧具の一例を示す概念図である。図５に示す押圧具１１３は、回転押圧部材として一対のローラ１１３ａ，１１３ｂを有する。これらのローラ１１３ａ，１１３ｂは、押圧具１１３がスピンドル１２１の上端面１２１ａを押圧するときに、当該上端面１２１ａに接触する部材である。本例において、ローラ１１３ａとローラ１１３ｂとは、上端面１２１ａのＴ方向回転中心を挟むように一直線上に配置され、かつ上端面１２１ａのＴ方向回転中心に対して対称となるように配置されている。

したがって、図６に示すように、スピンドル１２１をＴ方向に回転させながらＺ方向に移動（下降）させる場合であっても、ローラ１１３ａとローラ１１３ｂとが互いに独立に回転し、スピンドル１２１の上端面１２１ａのＴ方向回転に無理なく追従するので、大きな摩擦力が発生することはない。また、スピンドルが更にＲ方向に回転する動作を伴っていたとしても、図８に示したように一つの回転押圧部材のみを有する場合に比べ、摩擦力を低減できる。

このように、図５に示す押圧具１１３によれば、押圧具１１３での摩擦力の発生を抑えつつ、Ｒ方向、Ｚ方向及びＴ方向の回転又は移動の動作をオーバーラップさせることができる。これにより、表面実装機の動作時間を短縮でき、実装効率を向上させることができる。更に、図５の例では、ローラ１１３ａ及びローラ１１３ｂを上端面１２１ａのＴ方向回転中心に対して対称となるように配置しているので、Ｚ方向の押圧力をより安定して付加できる。

なお、図５の例では、回転押圧部材をローラにより構成したが、回転押圧部材は、スピンドル１２１の上端面１２１ａに接触して回転可能なものであれば特に限定されず、例えばボールベアリングにより構成することもできる。

また、図５の例では、回転押圧部材を２つ設けたが、３つ以上設けてもよい。この場合、少なくとも２つの回転押圧部材が、スピンドルの上端面のＴ方向回転中心を挟むように配置されていればよいが、全ての回転押圧部材が、スピンドルの上端面のＴ方向回転中心を挟むように配置されていることが好ましい。また、回転押圧部材を３つ以上設ける場合、少なくとも２つの回転押圧部材が、スピンドルの上端面のＴ方向回転中心に対して対称となるように配置されていることが好ましく、全ての回転押圧部材が上記Ｔ方向回転中心に対して対称に配置されていることがより好ましい。

更に、図１〜４に示した実施例では、ロータリー式の部品保持ヘッドに本発明を適用したが、スピンドルが並列に並んだピアノヘッド式の部品保持ヘッドにも本発明は適用可能である。この場合、スピンドルはＲ方向には回転しないが、Ｔ方向及びＺ方向の動作は伴うので、本発明を有効に適用できる。

１００吸着ヘッドユニット
１１０ヘッド本体
１１１コネクタ
１１２ボルトホルダ
１１３押圧具
１１３ａ，１１３ｂローラ（回転押圧部材）
１１４Ｒサーボモータ
１１４ａモータ軸
１１４ｂギア
１１５Ｔサーボモータ
１１５ａモータ軸
１１５ｂギア
１１５ｃエア通路
１１６Ｚサーボモータ
１１６ａモータ軸（ねじ軸）
１１６ｂナット
１１６ｃ上限ストッパー
１１７光センサ
１２０ロータリーヘッド
１２０ａ垂直軸
１２０ｂギア
１２１スピンドル
１２１−１Ｎｏ．１スピンドル
１２１ａギア
１２２ノズル（保持具）
１２３遮光部材（回転部材）
２００表面実装機本体
２１０ヘッドプレート
２１１位置決めピン
２２０電源・信号供給部
２３０エアカプラ

Claims

ヘッド本体にスピンドルがその軸線周りのＴ方向に回転可能かつ軸線方向に沿ったＺ方向に移動可能に装着され、前記スピンドルの下端に部品を保持する保持具が装着され、前記スピンドルの上端面を押圧具で押圧して当該スピンドルをＺ方向に移動させる表面実装機の部品保持ヘッドにおいて、
前記押圧具は、前記スピンドルの上端面を押圧するときに、当該上端面のＴ方向回転中心を挟むように配置される、複数の回転押圧部材を有することを特徴とする表面実装機の吸着ヘッド。
前記複数の回転押圧部材のうち少なくとも２つの回転押圧部材は、前記上端面のＴ方向回転中心に対して対称となるように配置されている請求項１に記載の表面実装機の吸着ヘッド。