JP6412357B2 - ノズル交換装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば部品実装機の移載ヘッドとして使用される部品保持ヘッドに取り付けられるノズルを、当該部品保持ヘッドに着脱させるノズル交換装置に関する。

部品実装機は移載ヘッドに取り付けられたノズルに部品を吸着させ、移載ヘッドを移動させて基台上に位置決めした基板に搭載させる。移載ヘッドに取り付けられるノズルは基板の種類等によって交換する必要があり、このため基台上にはノズルを移載ヘッドに着脱させるノズル交換装置が備えられる。

このノズル交換装置は、例えば特許文献１に開示されているように、ノズルを上方から保持させる複数のノズル保持部を有するノズル保持部材、及びノズル保持部材に対して水平方向にスライド自在なスライドプレートを備えてなり、スライドプレートはノズル保持部に保持されたノズルをノズル保持部材に固定する固定位置とノズルをノズル保持部材に非固定にする非固定位置との間で位置の切り換えを行うことができるようになっている。

ところで、このようなノズル交換装置においてスライドプレートは、高精度でスライドできるようにガイドする必要がある。例えば、上記特許文献１では、高精度なガイドピンとスライドプレートに開けた高精度の孔を精密に組み合わせることで、スライドプレートが高精度でスライドできるようにしている。しかし、このような構成では、ガイドピン及びガイドプレートの孔を精密加工する必要があり、また、狭いスペースに多数のガイドピンを配置する必要があることから、製造コスト及び組立コストが高いという問題があった。

また、スライドプレートが載置されるノズル保持部材は、複雑形状のノズル保持部を形成する必要があることから、一般的にアルミニウムで形成されている。しかし、アルミニウムは軟質であることから、スライドプレートのスライドによる摩耗を抑制するためにアルマイト処理等の表面処理を施す必要があり、これもコストアップの要因となっていた。

特開２００９−１１７５８０号公報

本発明が解決しようとする課題は、スライドプレートのスライドによって部品保持ヘッドへのノズルの着脱を可能とするノズル交換装置において、簡単な構成でスライドプレートのスライドを円滑にガイドできるようにすることにある。

本発明によれば次のノズル交換装置が提供される。
部品保持ヘッドに取り付けられるノズルを当該部品保持ヘッドに着脱させるノズル交換装置であって、
ノズルを保持するノズル保持部を上面側に有するノズル保持部材と、
前記ノズル保持部材の上面側に、一定間隔をもって対向配置された一対のガイドプレートと、
前記一対のガイドプレート間に配置されると共に前記ノズル保持部材に対してスライド自在に設けられ、前記ノズル保持部に保持されたノズルをノズル保持部材に固定する固定位置とノズルをノズル保持部材に非固定にする非固定位置との間で位置の切り換えを行うスライドプレートと、
ノズルが挿通するノズル挿通孔を有し、前記スライドプレートを所定の隙間をもって覆うように前記一対のガイドプレートの上面に載置されたカバープレートと、
を備え、
前記一対のガイドプレートの厚みが前記スライドプレートの厚みより大きく、この厚みの差により前記所定の隙間が形成されており、
前記一対のガイドプレート間の間隔が調整可能であり、
前記ノズル保持部材の上面と前記スライドプレートの下面との間に、ノズルが挿通するノズル挿通孔を有する固定プレートが介在しており、
更に、前記スライドプレートを前記固定位置に付勢する圧縮スプリングを備えるノズル交換装置。

本発明のノズル交換装置においては、スライドプレートのスライドをガイドするために、一対のガイドプレートとカバープレートを使用する。すなわち、スライドプレートのスライド方向においてはスライドプレートの側面と一対のガイドプレートの側面との間の隙間を管理し、スライドプレートの高さ方向においてはスライドプレートの上面とカバープレートの下面との間の隙間を管理することで、スライドプレートのスライドをガイドする。

ここで、スライドプレート、ガイドプレート及びカバープレートはいずれもプレート（板材）であるため、もともと板厚の寸法公差が小さく、側面の直線加工等も容易であり、低コストで製作可能である。したがって本発明によれば、上記特許文献１のようにガイドピンを使用することなく、簡単な構成でスライドプレートのスライドを円滑にガイドでき、これにより、ノズル交換装置の低コスト化を実現できる。

また、本発明において、スライドプレートの上面とカバープレートの下面との間の隙間の管理は、カバープレートが載置される一対のスライドプレートとガイドプレートの厚み（板厚）の調整によって簡単に行うことができる。すなわち、一対のガイドプレートの厚みがスライドプレートの厚みより大きい、その厚みの差により所定の隙間が形成される。

更に本発明では、一対のガイドプレート間の間隔が調整可能であるので、スライドプレートの幅方向の寸法等に応じて、スライドプレートの側面と一対のガイドプレートの側面との間の隙間を適切に調整することができる。

加えて本発明では、ノズル保持部材の上面とスライドプレートの下面との間に固定プレートを介在させていることから、スライドプレートがノズル保持部材と直接接触しないので、スライドプレートのスライドによる摩耗を抑制するためにノズル保持部材に表面処理等を施す必要がなくなり、低コスト化に寄与できる。

本発明の一実施例に係るノズル交換装置を適用した部品実装機の平面図である。 図１の部品実装機に使用されている移載ヘッドの概略構成を示す断面図である。 本発明の一実施例に係るノズル交換装置の主要部品を示す分解斜視図である。 スライドプレートをスライドさせる機構を示す概略断面図で、（ａ）はスライドプレートが固定位置にある状態、（ｂ）はスライドプレートが非固定位置にある状態を示す。 本発明の一実施例に係るノズル交換装置の作用を示す平面図で、（ａ）はスライドプレートが非固定位置にある状態、（ｂ）はスライドプレートが固定位置にある状態を示す。 本発明の一実施例に係るノズル交換装置の作用を示す断面図で、（ａ）はスライドプレートが非固定位置にある状態、（ｂ）はスライドプレートが固定位置にある状態を示す。

以下、図面に示す実施例に参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施例に係るノズル交換装置を適用した部品実装機の平面図である。同図において、部品実装機１０は基台２０上に水平面内の一の方向（Ｘ方向）に延びた基板搬送コンベア３０を有しており、基板搬送コンベア３０の上方にはＸ方向と直交する水平面内の方向（Ｙ方向）に延びたＹ軸ガイド４０が設けられている。Ｙ軸ガイド４０にはＹ軸ガイド４０に一端が支持された２つのＸ軸ガイド５０がＸ方向に延びて設けられており、各Ｘ軸ガイド５０にはＸ軸ガイド５０に沿ってＸ方向に移動自在な移動ステージ６０が設けられている。各移動ステージ６０には移載ヘッド７０が取り付けられており、基板搬送コンベア３０の側方領域には複数のテープフィーダ８０がＸ方向に並設されている。各テープフィーダ８０は移載ヘッド７０の基台２０に対する移動可能領域内に部品供給口を位置させている。

図２は、移載ヘッド７０の概略構成を示す断面図である。移載ヘッド７０は、いわゆるロータリー式の移載ヘッドであり、中央の回転軸７１周りに回転する円筒状の回転ヘッド７２を有する。回転ヘッド７２には、その周方向に沿って等間隔で複数本（本実施例では８本）のノズルシャフト７３が設けられており、各ノズルシャフト７３の下端にノズル９０が着脱自在に取り付けられている。各ノズルシャフト７３はその軸心周りに回転可能であり、基準位置Ｐに位置するノズルシャフト７３は、押圧具７４を下降させることで下降し、押圧具７４を元の位置に戻すことで、図２の初期位置に復帰する。すなわち、各ノズルシャフト７３は回転ヘッド７２の回転より、順次、基準位置Ｐに到来し、この基準位置ＰにおいてＺ方向に昇降可能となっている。

以上の構成において部品実装機１０は、基板搬送コンベア３０による基板（図示省略）の搬送と基台２０に対する所定位置への位置決め制御を行う。また、部品実装機１０は、Ｘ軸ガイド５０及びＹ軸ガイド４０を作動させて移載ヘッド７０の移動制御を行うことで、移載ヘッド７０に取り付けられたノズル９０によってテープフィーダ８０の部品供給口から部品をピックアップし、続いて、基台２０に位置決めされた基板上の所定位置に部品を実装する。

ところで、移載ヘッド７０に取り付けられるノズル９０は基板の種類等によって交換する必要がある。このため、基台２０上には移載ヘッド７０に取り付けられるノズル９０を移載ヘッド７０の各ノズルシャフト７３の先端に着脱させるノズル交換装置１００（図１参照）が備えられている。

以下、ノズル交換装置１００について説明する。

図３は、ノズル交換装置１００の主要部品を示す分解斜視図である。ノズル交換装置１００は、ノズル保持部材１１０、固定プレート１２０、一対のガイドプレート１３０、スライドプレート１４０、及びカバープレート１５０を備えて構成されている。なお、図３では、スライドプレート１４０をスライドさせるための機構は省略して示している。

ノズル保持部材１１０は直方体形状の厚板平板部材であり、２列に並んだ複数のノズル保持部１１１を有する。本実施例においてノズル保持部１１１は、ノズル保持部材１１０に単純に孔開け加工を施すことで形成されている。このノズル保持部１１１には、後述するようにノズル９０が保持される。なお、ノズル保持部１１１はノズル保持部材１１０の少なくとも上面側に形成されていればよい。

固定プレート１２０は、ノズル保持部材１１０の平面形状とほほ同じ大きさを有する長方形形状の平板部材であり、ノズル保持部材１１０の上面に載置され固定される。また、固定プレート１２０は、ノズル保持部材１１０のノズル保持部１１１と整合する位置にノズル挿通孔１２１を有する。

一対のガイドプレート１３０はそれぞれ長方形形状の平板部材であり、固定プレート１２０の上面（ノズル保持部材１１０の上面側）に一定間隔をもって対向配置され固定される。この一対のガイドプレート１３０の対向する側面が、スライドプレート１４０の長手方向（Ｘ方向）のスライドをガイドするガイド面１３１となる。なお、一対のガイドプレート１３０間の間隔、すなわちガイド面１３１間の間隔は、一対のガイドプレート１３０の固定プレート１２０あるいはノズル保持部材１１０への取り付け位置を変更することで調整可能である。例えば、ガイドプレート１３０に開ける固定用孔１３２を幅方向（Ｙ方向）に伸びる長孔としたり、ノズル保持部材１１０側の受け孔１１２を幅方向（Ｙ方向）に複数設けたりすることで、一対のガイドプレート１３０間の間隔を調整可能とすることができる。具体的には、一対のガイドプレート１３０のガイド面１３１とスライドプレート１４０の側面との間の隙間が、３０〜５０μｍとなるように調整することが好ましい。

スライドプレート１４０は、一対のガイドプレート１３０より板厚の小さい長方形形状の平板部材である。スライドプレート１４０は、一対のガイドプレート１３０間に配置され、ノズル保持部材１１０に対してＸ方向にスライド自在に設けられる。スライドプレート１４０には、ノズル保持部材１１０のノズル保持部１１１の列に合せて２列のシャッター溝１４１が長手方向（Ｘ方向）に延びて設けられており、各シャッター溝１４１には、ノズル保持部１１１の列方向の個数と同数（本実施例では１６個）の円形の逃がし孔１４２が、ノズル保持部１１１の列方向の間隔と同じ間隔で設けられている。後述する図６にも表れているように、各逃がし孔１４２の内径Ｄは、シャッター溝１４１の溝幅Ｗよりも大きい寸法となっている。

カバープレート１５０は、幅方向（Ｙ方向）の寸法がスライドプレート１４０より大きい長方形状の平板部材であり、ノズル保持部材１１０のノズル保持部１１１及び固定プレート１２０のノズル挿通孔１２１と整合する位置にノズル挿通孔１５１を有する。このカバープレート１５０は、スライドプレート１４０を覆うように一対のガイドプレート１３０の上面に載置される。上述のとおり、スライドプレート１４０は一対のガイドプレート１３０より板厚が小さいので、スライドプレート１４０を一対のガイドプレート１３０の上面に載置すると、スライドプレート１４０の下面とカバープレートの間に、上記板厚の差に起因する隙間が形成される。この隙間、すなわち上記板厚の差は１００〜２００μｍ程度であることが好ましい。

次に、スライドプレート１４０をスライドさせる機構を説明する。

図４は、スライドプレート１４０をスライドさせる機構を示す概略断面図で、（ａ）はスライドプレートが固定位置にある状態、（ｂ）はスライドプレートが非固定位置にある状態を示す。固定位置及び非固定位置については、後で詳細に説明する。なお、図４において固定プレート１２０は省略して示している。

図４に示すように、ノズル交換装置１００は、基台２０（図１参照）に固定される支持台２００の支持盤２１０に着脱自在に設置される。ノズル交換装置１００を支持盤２１０に着脱自在に設置する方式としては、ワンタッチ方式とすることが好ましい。

スライドプレート１４０の下面に固定ブロック１６０が固定されている。また、固定ブロック１６０は、ノズル保持部材１１０の一端から長手方向（Ｘ方向）に伸びる支持ロッド１７０に沿ってスライド自在に取り付けられている。更に、支持ロッド１７０の先端とブロック片１６０との間には圧縮スプリング１８０が装着されている。

一方、支持盤２１０の下面にはシリンダ２２０が設置されており、そのシリンダロッド２２１の先端に係止ブロック２２２が固定されている。そして、ノズル交換装置１００を支持盤２１０に設置したときに、この係止ブロック２２２がスライドプレート１４０に固定された固定ブロック１６０と係合するようになっている。

シリンダ２２０が停止してフリーの状態では、図４（ａ）に示すようにスライドプレート１４０は、圧縮スプリング１８０の作用により、固定位置（初期位置）に位置する。そしてシリンダ２２０を稼働してシリンダロッド２２１を伸長させると、シリンダロッド２２１側の係止ブロック２２２がスライドプレート１４０側の固定ブロック１６０を押すことにより、スライドプレート１４０がシリンダロッド２２１の伸長方向（Ｘ方向）にスライドする。これによりスライドプレート１４０は、図４（ｂ）に示すように非固定位置に位置することとなる。その後、シリンダ２２０を停止すれば、スライドプレート１４０は圧縮スプリング１８０の作用により、再び図４（ａ）の固定位置（初期位置）に戻る。

次に、ノズル交換装置１００の作用について説明する。図５はノズル交換装置１００の作用を示す平面図、図６は同作用を示す断面図で、それぞれ（ａ）はスライドプレートが非固定位置にある状態、（ｂ）はスライドプレートが固定位置にある状態を示す。なお、図６（ａ）は図５（ａ）のＡ−Ａ断面図に相当し、図６（ｂ）は図５（ｂ）のＢ−Ｂ断面図に相当する。

ここで、図６中の符号１９０は固定用ピンで、上記特許文献１で使用されているような隙間管理のためのガイドピンではない。固定用ピン１９０は、単に固定プレート１２０、一対のガイドプレート１３０及びカバープレート１５０をノズル保持部材１１０に固定するためのもので、高い精度は必要ない。

図５及び図６において、図５（ａ）及び図６（ａ）に示す非固定位置では、スライド部材１４０に設けられた各逃がし孔１４２の上下中心軸はノズル保持部材１１０に設けられた各ノズル保持部１１１の上下中心軸と一致する。また、図５（ｂ）及び図６（ｂ）に示す固定位置では、各逃がし穴１４２の上下中心軸はＸ方向に隣接するノズル保持部１１１の上下中心軸の中間部に位置し、ノズル保持部１１１の上下中心軸上にはシャッター溝１４１が位置する。

一方、ノズル９０は、ノズルシャフト７３の下端に着脱自在に取り付けられている。本実施例ではノズルシャフト７３の下端に、球状の係止体７３ａを有する係止部７３ｂが設け設けられており、この係止部７３ｂに、ノズル９０の本体部９１の基端側が着脱自在に保持される。また、ノズル９０は円板状の鍔部９２を有する。

ここで、各シャッター溝１４１の溝幅Ｗはノズル９０の本体部９１の外径ｄ１よりも大きく、かつ鍔部９２の外径ｄ２よりも小さい寸法となっている。また、各逃がし孔１４２の内径Ｄはノズル１０の鍔部９２の外径ｄ２よりも大きい寸法となっている。

このような寸法関係から、スライドプレート１４０が非固定位置にあるときは、図６（ａ）に示すように、ノズル９０を上方からノズル保持部１１１に挿入して保持させることができる。すなわち、この非固定位置においてスライドプレート１４０は、ノズル９０をノズル保持部材１１０に非固定にする。

一方、スライドプレート１４０をスライドさせて固定位置にすると、図６（ｂ）に示すように、ノズル９０の鍔部９２の上方にスライドプレート１４０が位置することになる。この状態では、ノズル保持部１１１に保持したノズル９０を上方に引き上げようとしても、鍔部９２がスライドプレート１４０の下面に下方から突き当たるためノズル９０はそのまま上方に引き上げることはできない。すなわち、この固定位置においてスライドプレート１４０は、ノズル保持部１１１に保持されたノズル９０をノズル保持部材１１０に固定する。そして、この固定位置の状態でノズルシャフト７３を上昇させると、ノズル９０はノズルシャフト７３から外れ、ノズル保持部１１１に残る。

この動作を各ノズルシャフト７３について繰り返すことで、各ノズルシャフト７３からノズル９０を外して、そのノズル９０をノズル保持部１１１に保持させることができる。具体的には、本実施例の移載ヘッド７０は図２で説明したようにロータリー式であり、水平面内でＸ−Ｙ方向に移動自在であるので、回転ヘッド７２を回転させると共にＸ方向に順次移動させることで、各ノズルシャフト７３のノズル９０を順次隣接するノズル保持部１１１に保持させたうえで取り外すことができる。

また、ノズルシャフト７３に新たにノズル９０を取り付けるには、図６（ｂ）の固定位置の状態でノズルシャフト７３を下降させることでノズルシャフト７３の先端にノズル９０を取り付け、図６（ａ）の非固定位置の状態にしてノズルシャフト７３を上昇させればよい。

本実施例においてはノズル保持部１１１が２列に設けられているので、一方の列をノズルの取り外し用、他方の列をノズルの取り付け用に用いることができる。

なお、本実施例において固定プレート１２０は省略することができる。ただし、固定プレート１２０を使用すると、図６からも分かるように、スライドプレート１４０がノズル保持部材１１０と直接接触しないので、スライドプレート１４０のスライドによる摩耗を抑制するためにノズル保持部材１１０に表面処理等を施す必要がなくなり、低コスト化に寄与できる。また、固定プレート１２０を使用すると、ノズル９０の鍔部９２を保持するスペースを固定プレート１２０のノズル挿通孔１２１によって確保することができ、ノズル保持部材１１０を加工することによって上記スペースを確保する必要がなくなり、加工コストを低減できる。これらの点から、固定プレート１２０は使用することが好ましい。

また、本実施例では、ノズル交換装置１００を部品実装機１０に適用したが、本発明のノズル交換装置は部品実装機以外、例えば部品検査機に適用することもできる。すなわち本発明のノズル交換装置は、部品保持ヘッドに取り付けられるノズルを交換する必要のある、あらゆる機械機器に適用可能である。

１０ 部品実装機
２０ 基台
３０ 基板搬送コンベア
４０ Ｙ軸ガイド
５０ Ｘ軸ガイド
６０ 移動ステージ
７０ 移載ヘッド
７１ 回転軸
７２ 回転ヘッド
７３ ノズルシャフト
７３ａ 係止体
７３ｂ 係止部
７４ 押圧具
８０ テープフィーダ
９０ ノズル
９１ 本体部
９２ 鍔部
１００ ノズル交換装置
１１０ ノズル保持部材
１１１ ノズル保持部
１１２ 受け孔
１２０ 固定プレート
１２１ ノズル挿通孔
１３０ ガイドプレート
１３１ ガイド面
１３２ 固定用孔
１４０ スライドプレート
１４１ シャッター溝
１４２ 逃がし孔
１５０ カバープレート
１５１ ノズル挿通孔
１６０ 固定ブロック
１７０ 支持ロッド
１８０ 圧縮スプリング
１９０ 固定用ピン
２００ 支持台
２１０ 支持盤
２２０ シリンダ
２２１ シリンダロッド
２２２ 係止ブロック

Claims (1)

1. 部品保持ヘッドに取り付けられるノズルを当該部品保持ヘッドに着脱させるノズル交換装置であって、
   ノズルを保持するノズル保持部を上面側に有するノズル保持部材と、
   前記ノズル保持部材の上面側に、一定間隔をもって対向配置された一対のガイドプレートと、
   前記一対のガイドプレート間に配置されると共に前記ノズル保持部材に対してスライド自在に設けられ、前記ノズル保持部に保持されたノズルをノズル保持部材に固定する固定位置とノズルをノズル保持部材に非固定にする非固定位置との間で位置の切り換えを行うスライドプレートと、
   ノズルが挿通するノズル挿通孔を有し、前記スライドプレートを所定の隙間をもって覆うように前記一対のガイドプレートの上面に載置されたカバープレートと、
   を備え、
   前記一対のガイドプレートの厚みが前記スライドプレートの厚みより大きく、この厚みの差により前記所定の隙間が形成されており、
   前記一対のガイドプレート間の間隔が調整可能であり、
   前記ノズル保持部材の上面と前記スライドプレートの下面との間に、ノズルが挿通するノズル挿通孔を有する固定プレートが介在しており、
   更に、前記スライドプレートを前記固定位置に付勢する圧縮スプリングを備えるノズル交換装置。

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