JP6570550B2 - 部品実装装置用ヘッドユニット - Google Patents

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Description

本発明は、部品実装装置に用いられるヘッドユニットに関する。
従来より、ヘッドユニットを備えた部品実装装置が知られている。ヘッドユニットは、ヘッド本体や、ヘッド本体に設けられたノズル、ノズルに動力を伝えてノズルを上下方向に動かすモータ、ノズルに吸着された部品を側方から撮像する側方カメラ等を備えている。例えば、特許文献1に開示された部品実装装置では、ノズルを上下方向に動かすモータとして、リニアモータを使用している。
特開2009−171665号公報
ところで、こうした部品実装装置において、モータや側方カメラ等を保護するために大きなカバーで覆うことがある。
しかしながら、モータは駆動に伴って発熱するため、カバーで覆われた内部に熱がこもるという問題が生じる。特にリニアモータは発熱量が大きいため、こうした問題が顕著になる。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、部品実装装置用ヘッドユニットにおいて、カバーで覆われた内側の熱を効率よく放出することを主目的とする。
本発明の部品実装装置用ヘッドユニットは、
ヘッド本体と、
前記ヘッド本体に設けられ、部品を吸着可能なノズルと、
前記ヘッド本体及び前記ノズルの少なくとも一方に動力を伝えて動かす駆動源と、
前記駆動源を覆うカバーと、
前記カバーと前記駆動源又は該駆動源のフレームとの間を連結し、前記駆動源から発生した熱を前記カバーへ逃がす伝熱部材と、
を備えたものである。
この部品実装装置用ヘッドユニットでは、伝熱部材を介して、駆動源から発生した熱を比較的表面積の大きなカバーへ逃がす。これにより、カバーで覆われた内側の熱を効率よく放出することができる。
本発明の部品実装装置用ヘッドユニットにおいて、前記駆動源は、前記ノズルに動力を伝えて該ノズルを上下方向に動かすリニアモータとしてもよい。リニアモータは発熱量が比較的大きいため、本発明を適用する意義が高い。
本発明の部品実装装置用ヘッドユニットにおいて、前記カバーは、複数の開口を有していてもよい。こうすれば、ヘッドユニットが移動する際に開口を介してカバーに覆われた内側と外側とを空気が流通するため、カバーの内側の熱をより効率よく放出することができる。なお、カバーは、複数の開口に代えて又は加えて、溝を有していてもよい。この場合、溝はヘッドユニットの移動する方向に沿って形成されていることが好ましい。
本発明の部品実装装置用ヘッドユニットにおいて、前記伝熱部材は、複数の金属柱状部材又は複数のヒートパイプとしてもよい。こうすれば、伝熱部材の熱伝導率が高くなるため、カバーに覆われた内側の熱をより効率よく放出することができる。金属柱状部材の金属としては、例えば金、銀、銅、アルミなどが挙げられるが、コストや比重を考慮するとアルミが好ましい。ヒートパイプとは、パイプ内に少量の液体を真空密封し、内壁にウイックと呼ばれる毛細管構造を備えたものをいう。
本発明の部品実装装置用ヘッドユニットは、前記カバーに覆われた箇所に、前記ノズルに吸着された部品を撮影するカメラを備え、前記伝熱部材は、前記カバーのうち前記カメラに対向する面以外の面と前記駆動源又は該駆動源のフレームとの間を連結するようにしてもよい。こうすれば、カバーのうちカメラに対向する面は高温になりにくいため、比較的熱の影響を受けやすいカメラを熱から保護することができる。
部品実装装置10の斜視図。 ヘッドユニット34の斜視図。 アウタカバー40を外した状態のヘッドユニット34の斜視図。 アウタカバー40を外した状態のヘッドユニット34の右側面図。 ロータリーヘッド42をメインフレーム36に取り付ける様子を示す斜視図。
本発明の好適な実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図1は部品実装装置10の斜視図、図2はヘッドユニット34の斜視図、図3はアウタカバー40を外した状態のヘッドユニット34の斜視図、図4は同じく右側面図である。なお、本実施形態において、左右方向(X軸)、前後方向(Y軸)及び上下方向(Z軸)は、図1に示した通りとする。また、図2では、取っ手35は引っ張ると引き出されるようになっている。
部品実装装置10は、図1に示すように、実装装置本体14と、リールユニット96と、コントローラ100とを備えている。
実装装置本体14は、基板16を搬送する基板搬送装置18と、XY平面を移動可能なヘッドユニット34とを備えている。
基板搬送装置18は、図1の前後に間隔を開けて設けられ左右方向に延びる支持板20,20と、両支持板20,20の互いに対向する面に設けられたコンベアベルト22,22(図1では片方のみ図示)とを備えている。コンベアベルト22,22は、支持板20,20の左右に設けられた駆動輪及び従動輪に無端状となるように架け渡されている。基板16は、一対のコンベアベルト22,22の上面に乗せられて左から右へと搬送される。この基板16は、裏面側に多数立設された支持ピン23によって支持される。
ヘッドユニット34は、X軸スライダ26の前面に着脱可能に取り付けられている。このヘッドユニット34は、交換作業時に作業者が掴むための取っ手35を前面に有している。X軸スライダ26は、Y軸スライダ30の前面に設けられた左右方向に延びる上下一対のガイドレール28,28にスライド可能に取り付けられている。Y軸スライダ30は、前後方向に延びる左右一対のガイドレール32,32にスライド可能に取り付けられている。ヘッドユニット34は、X軸スライダ26が左右方向に移動するのに伴って左右方向に移動し、Y軸スライダ30が前後方向に移動するのに伴って前後方向に移動する。なお、各スライダ26,30は、それぞれ駆動モータ(図示せず)により駆動される。
リールユニット96は、複数のリール97を備え、実装装置本体14の前側に着脱可能に取り付けられている。各リール97には、テープが巻き付けられ、テープの表面には、部品が長手方向に沿って保持されている。これらの部品は、テープの表面を覆うフィルムによって保護されている。こうしたテープは、リールから後方に向かって巻きほどかれ、フィーダ部98においてフィルムが剥がされて部品が露出した状態で、吸着ノズル48により吸着される吸着位置に送り出される。
コントローラ100は、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶するROM、作業領域として用いられるRAM、各種データを記憶するHDDなどを備えている。このコントローラ100は、基板搬送装置18、X軸スライダ26の駆動モータ、Y軸スライダ30の駆動モータ、ヘッドユニット34に設けられた各種モータなどへ駆動信号を出力し、ヘッドユニット34に設けられた側方カメラ80からの画像信号を入力する。また、コントローラ100は、リールユニット96と双方向通信可能に接続されている。
次に、ヘッドユニット34の詳細について、図2〜図5を参照しながら以下に説明する。図2は取っ手35を外した状態のヘッドユニット34の斜視図、図3及び図4はアウタカバー40を外した状態のヘッドユニット34の斜視図及び右側面図、図5はロータリーヘッド42をメインフレーム36に取り付ける様子を示す斜視図である。
ヘッドユニット34は、メインフレーム36と、サブフレーム38と、アウタカバー40と、ロータリーヘッド42と、リニアモータアクチュエータ62と、側方カメラ80とを備えている。
メインフレーム36は、X軸スライダ26(図1参照)に着脱自在に取り付けられるフレームであり、ロータリーヘッド42のほかR軸モータ58やθ軸モータ60などを備えている。
サブフレーム38は、図3及び図4に示すようにメインフレーム36の前方に固着されたフレームであり、リニアモータアクチュエータ62や側方カメラ80、ステッピングモータ61などを備えている。なお、サブフレーム38は、図4に示すリニアモータアクチュエータ62を左右両側から挟み込むように配置されている。そのため、サブフレーム38は、リニアモータアクチュエータ62のフレームと見ることもできる。
アウタカバー40は、図2に示すようにメインフレーム36やサブフレーム38の前面、両側面及び上面を覆うように被せられたカバーであり、各面に多数の開口40aを有している。メインフレーム36、サブフレーム38及びアウタカバー40は、比較的軽量で熱伝導のよい材料、例えばアルミニウムやアルミニウム合金などで作製されている。
ロータリーヘッド42は、円筒形状の部品であり、図3〜図5に示すように、ノズルホルダ46と、吸着ノズル48と、バルブレバー50とを備えている。ロータリーヘッド42は、図5に示すように、メインフレーム36に軸回転可能に取り付けられた円柱形状で上下に延びるR軸52に差し込まれた状態で係合されたり、R軸52との係合を解除して抜去されたりすることが可能となっている。R軸52は、R軸モータ58の回転に伴って回転するようにR軸モータ58と図示しないギア機構により連結されている。ロータリーヘッド42は、R軸52に係合された状態ではR軸モータ58の回転に伴ってR軸52と一体となって軸回転する。ノズルホルダ46は、ロータリーヘッド42の外周に沿って上下方向に摺動可能に複数本(ここでは12本)装着されている。このノズルホルダ46は、上端付近にノズル操作レバー54を有し、スプリング56によって上方へ付勢されて所定の定位置(上方位置)に位置決めされている。ノズル操作レバー54が押下されると、スプリング56の弾性力に抗してノズルホルダ46及び吸着ノズル48が下降し、ノズル操作レバー54の押下が解除されると、ノズルホルダ46及び吸着ノズル48はスプリング56の弾性力によって定位置に戻る。ノズルホルダ46の上部外周には、小ギア57が設けられている。各小ギア57は、θ軸モータ60の回転に伴って回転するようにθ軸モータ60と図示しないギア機構により連結されている。吸着ノズル48は、ノズルホルダ46の下端に着脱可能に取り付けられている。図3及び図4には、便宜上、1本のノズルホルダ46のみに吸着ノズル48を装着した様子を示したが、実際には図5に示すようにすべてのノズルホルダ46に吸着ノズル48が装着される。この吸着ノズル48は、部品の種類や大きさなどに応じて適宜交換される。また、吸着ノズル48は、θ軸モータ60の回転に伴って小ギア57を備えたノズルホルダ46と一体となって軸回転する。バルブレバー50は、吸着ノズル48ごとに設けられている。このバルブレバー50は、ノズル先端に負圧を供給するか大気圧を供給するかを切り替えるレバーである。バルブレバー50は、ステッピングモータ61により操作される。
リニアモータアクチュエータ62は、図4に示すように、スライダ64と、リニアガイド68とを備えている。スライダ64は、電磁石となるコイルを内蔵しており、レバー係合部66を有している。レバー係合部66は、断面がC字状となっており、ノズル操作レバー54を上下から挟むようにしてノズル操作レバー54と係合する。複数のノズル操作レバー54は、ロータリーヘッド42が所定角度(ここでは30°)軸回転するごとに順次レバー係合部66と係合可能な位置に配置される。リニアガイド68は、スライダ64を直線方向にガイドするものであり、直線方向にN極とS極とが交互に多数配置されている。スライダ64のレバー係合部66がノズル操作レバー54を上下から挟み込んだ状態でスライダ64に内蔵されたコイルに電流を流すと、コイルに発生する磁束とリニアガイド68の磁石との吸引・反発作用によりスライダ64がリニアガイド68に沿って上下に移動する。すると、ノズル操作レバー54もノズルホルダ46及び吸着ノズル48と共に上下に移動する。リニアモータアクチュエータ62を囲うサブフレーム38は、複数のヒートパイプ70を介してアウタカバー40に接続されている。ヒートパイプ70は、パイプ内に少量の液体を真空密封し、内壁にウイックと呼ばれる毛細管構造を備えた公知の部材である。ここでは、ヒートパイプ70は、アウタカバー40のうち側方カメラ80に対向する面以外の面(本実施形態ではリニアモータアクチュエータ62に対向する面)と、リニアモータアクチュエータ62のうち最も発熱する箇所との間を連結している。
側方カメラ80は、図3及び図4に示すように、光学系モジュール82と、カメラ本体86とを備えている。光学系モジュール82は、吸着ノズル48に吸着された部品の前方に配置された入射口84から入射された光を図示しないプリズムやミラーを介して上方に配置されたカメラ本体86へ導くように構成されている。入射口84の両側には、図示しない発光体が配置されている。発光体は、ロータリーヘッド42の下面中央に設けられた円筒形状の反射体88に向かって紫外線を照射する光源である。反射体88は、紫外線が照射されると蛍光発光する。そのため、吸着ノズル48に吸着された部品はその蛍光発光によって後方から照らし出される。カメラ本体86は、図示しないレンズと、撮像素子と、画像処理部とを有している。レンズは、光学系モジュール82によって導かれた光を撮像素子へ送り出す。撮像素子は、レンズを通じて受光すると電荷を発生する。画像処理部は、撮像素子で発生した電荷を入力して、この電荷に基づく画像データ(画像信号)を生成する。
次に、部品実装装置10の動作について説明する。以下には、コントローラ100が、生産ジョブデータに基づいてヘッドユニット34を利用して基板16へ部品を実装する動作について説明する。
まず、コントローラ100は、X軸スライダ26及びY軸スライダ30を制御して、フィーダ部98においてフィルムが剥がされて露出した部品の上方に吸着ノズル48が来るようにヘッドユニット34を移動する。次に、コントローラ100は、リニアモータアクチュエータ62を制御して、吸着ノズル48を下方へ移動させて部品と接触する直前の位置に来るようにする。具体的には、コントローラ100は、リニアモータアクチュエータ62のレバー係合部66をノズル操作レバー54に係合させた状態でスライダ64を下方へ所定量移動させる。これにより、ノズル操作レバー54と共に吸着ノズル48も下方へ所定量移動する。その状態で、コントローラ100は、ステッピングモータ61を制御して、吸着ノズル48の先端に負圧が供給されるようにバルブレバー50を操作する。これにより、吸着ノズル48の先端に部品が吸着される。次に、コントローラ100は、リニアモータアクチュエータ62を制御して、吸着された部品と共に吸着ノズル48を上方の定位置へ移動させる。次に、コントローラ100は、吸着ノズル48に吸着された部品の画像データを側方カメラ80から入力し、部品が吸着されていることをパターン認識などにより確認した後、R軸モータ58を制御してロータリーヘッド42を中心軸周りに所定角度(ここでは30°)軸回転させる。これにより、リニアモータアクチュエータ62のレバー係合部66は、先ほどのノズル操作レバー54の隣のノズル操作レバー54に係合する。その後、コントローラ100は、先ほどと同様の手順で、ノズル操作レバー54がレバー係合部66と係合したノズルホルダ46の吸着ノズル48に部品を吸着する。コントローラ100は、この手順を繰り返し行い、すべての(ここでは12個の)吸着ノズル48に部品を吸着させる。なお、コントローラ100は、吸着ノズル48に吸着された部品の向きが正規の向きからずれていた場合には、θ軸モータ60を制御してノズルホルダ46を軸回転させることにより部品の向きを正規の向きになるように調整する。
続いて、コントローラ100は、X軸スライダ26及びY軸スライダ30を制御して、最初に吸着された部品が基板16の所定位置の上方に来るようにヘッドユニット34を移動する。次に、コントローラ100は、リニアモータアクチュエータ62を制御して、吸着ノズル48の先端に吸着された部品が基板16の所定位置の直前の位置に来るようにする。その状態で、コントローラ100は、ステッピングモータ61を制御して、吸着ノズル48の先端に正圧が供給されるようにバルブレバー50を操作する。これにより、吸着ノズル48の先端から部品が離れて基板16の所定位置に実装される。次に、コントローラ100は、リニアモータアクチュエータ62を制御して、吸着ノズル48を上方の定位置へ移動させる。次に、コントローラ100は、吸着ノズル48の画像データを側方カメラ80から入力し、吸着ノズル48から部品がなくなっていることをパターン認識などにより確認した後、R軸モータ58を制御してロータリーヘッド42を中心軸周りに所定角度(ここでは30°)軸回転させる。これにより、リニアモータアクチュエータ62のレバー係合部66は、先ほどのノズル操作レバー54の隣のノズル操作レバー54に係合する。その後、コントローラ100は、先ほどと同様の手順で、ノズル操作レバー54がレバー係合部66と係合したノズルホルダ46の吸着ノズル48に吸着されている部品を基板16に実装する。コントローラ100は、この手順を繰り返し行い、吸着ノズル48に吸着されていた部品をすべて基板16に実装する。
このように部品実装装置10が動作している間、リニアモータアクチュエータ62は発熱するが、その熱はヒートパイプ70を介してアウタカバー40へ逃がされる。また、アウタカバー40は、ヘッドユニット34がXY方向へ移動する際に空冷される。特に、アウタカバー40は、前面、両側面及び上面に複数の開口40aを有しているため、ヘッドユニット34が移動する際にこれらの開口40aを介してアウタカバー40の内側と外側とを空気が効率よく流通する。
ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態のヘッドユニット34が本発明の部品実装装置用ヘッドユニットに相当し、ロータリーヘッド42がヘッド本体に相当し、吸着ノズル48がノズルに相当し、リニアモータアクチュエータ62が駆動源に相当し、ヒートパイプ70が伝熱部材に相当する。
以上説明した本実施形態のヘッドユニット34によれば、ヒートパイプ70を介して、リニアモータアクチュエータ62から発生した熱を比較的表面積の大きなアウタカバー40へ逃がす。これにより、アウタカバー40で覆われた内側の熱を効率よく放出することができる。
また、アウタカバー40は複数の開口40aを有しているため、ヘッドユニット34がXY方向に移動する際にこれらの開口40aを介してアウタカバー40に覆われた内側と外側とを空気が効率よく流通する。その結果、アウタカバー40で覆われた内側の熱をより効率よく放出することができる。
更に、伝熱部材として熱伝導率が高いヒートパイプ70を採用したため、アウタカバー40に覆われた内側の熱をより効率よく放出することができる。
更にまた、ヒートパイプ70は、アウタカバー40のうち側方カメラ80に対向する面以外の面とリニアモータアクチュエータ62を囲うサブフレーム38との間を連結するように設けられているため、アウタカバー40のうち側方カメラ80に対向する面は高温になりにくい。したがって、比較的熱の影響を受けやすい側方カメラ80を熱から保護することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
例えば、上述した実施形態では、アウタカバー40の前面、両側面及び上面の4つの面に複数の開口40aを設けたが、これらの開口40aを4つの面のうちの1面だけに設けてもよいし、2面だけに設けてもよいし、3面だけに設けてもよい。あるいは、4つの面のいずれにも開口40aを設けなくてもよい。但し、開口40aを設けた方が、アウタカバー40の内側と外側とを空気が流通しやすくなり冷却効率が上がるため好ましい。開口40aの形状は丸穴に限らずどのような形状でもよく、例えば角穴でもよいし、細長いスリット状の穴でもよい。アウタカバー40に設けた複数の開口40aに代えて又は加えて溝(窪み)やフィンを設けてもよい。溝やフィンを設けることで放熱面積が増加するためアウタカバー40を効率よく冷やすことができる。溝やフィンは例えばヘッドユニット34の移動する方向に沿って形成してもよい。
上述した実施形態では、伝熱部材としてヒートパイプ70を採用したが、ヒートパイプ70の代わりに金属柱状部材を採用してもよい。金属柱状部材の金属としては、例えば金、銀、銅、アルミなどが挙げられるが、コストや重量(比重)を考慮するとアルミが好ましい。
上述した実施形態では、リニアモータアクチュエータ62とアウタカバー40とを水平に延びるヒートパイプ70で連結したが、リニアモータアクチュエータ62とアウタカバー40とを屈曲あるいは湾曲したヒートパイプ70で連結してもよい。こうすれば、アウタカバー40のうちリニアモータアクチュエータ62から離れた位置へ熱を逃がすことができる。
上述した実施形態では、同期型のリニアモータを例示したが、磁界中に置かれた導体に電流を流したときに生じるローレンツ力を利用する誘導型のリニアモータを採用してもよい。
上述した実施形態では、熱を発生する駆動源としてリニアモータアクチュエータ62を例示したが、例えばロータリーヘッド42に動力を伝えるR軸モータ58や吸着ノズル48に動力を伝えるθ軸モータ60などの他の駆動源をヒートパイプ(伝熱部材)を介してアウタカバー40に連結してもよい。リニアモータアクチュエータ62は、スライダ64とリニアガイド68とを囲うモータカバーを有していてもよく、その場合、ヒートパイプ70は、サブフレーム38を貫通してモータカバーとアウタカバー40とを連結するようにしてもよい。
上述した実施形態では、ヘッド本体として12本のノズル48を保持するロータリーヘッド42を例示したが、一つのノズルのみを保持するヘッドを用いてもよいし、4つのノズルを保持するヘッドを用いてもよい。
上述した実施形態では、アウタカバー40とリニアモータアクチュエータ62のフレーム(サブフレーム38)との間をヒートパイプ70で連結したが、リニアモータアクチュエータ62が樹脂等の金属よりも熱伝導率の低い低熱伝導部材を介してサブフレーム38に固定され、リニアモータアクチュエータ62とヒートパイプ70(伝熱部材)とが直接接触するようにしてもよい。こうすれば、アウタカバー40とリニアモータアクチュエータ62そのものとがヒートパイプ70で連結された構造となる。
本発明は、基板に部品を実装する部品実装装置に利用可能である。
10 部品実装装置、14 実装装置本体、16 基板、18 基板搬送装置、20 支持板、22 コンベアベルト、23 支持ピン、26 X軸スライダ、28 ガイドレール、30 Y軸スライダ、32 ガイドレール、34 ヘッドユニット、35 取っ手、36 メインフレーム、38 サブフレーム、40 アウタカバー、40a 開口、42 ロータリーヘッド、46 ノズルホルダ、48 吸着ノズル、50 バルブレバー、52 R軸、54 ノズル操作レバー、56 スプリング、57 小ギア、58 R軸モータ、60 θ軸モータ、61 ステッピングモータ、62 リニアモータアクチュエータ、64 スライダ、66 レバー係合部、68 リニアガイド、70 ヒートパイプ、80 側方カメラ、82 光学系モジュール、84 入射口、86 カメラ本体、88 反射体、96 リールユニット、97 リール、98 フィーダ部、100 コントローラ。

Claims (4)

  1. ヘッド本体と、
    前記ヘッド本体に設けられ、部品を吸着可能なノズルと、
    前記ヘッド本体及び前記ノズルの少なくとも一方に動力を伝えて動かす駆動源と、
    前記駆動源を覆うカバーであって、前記駆動源のコイルを内蔵する部分の側方を覆うように設けられたカバーと、
    前記カバーと前記駆動源又は該駆動源のフレームとの間を連結し、前記駆動源から発生した熱を前記カバーへ逃がす伝熱部材と、
    を備えた部品実装装置用ヘッドユニットであって、
    前記カバーに覆われた箇所に、前記ノズルに吸着された部品を撮影するカメラを備え、
    前記ヘッド本体、前記駆動源及び前記カメラは、前記ヘッド本体、前記駆動源、前記カメラの順に前後方向に並ぶように設けられ、
    前記伝熱部材は、前記カバーのうち前記カメラに対向する面以外の面である前記コイルを内蔵する部分の側方を覆う面と前記駆動源又は該駆動源のフレームとの間を連結している、
    部品実装装置用ヘッドユニット。
  2. 前記駆動源は、前記ノズルに動力を伝えて該ノズルを上下方向に動かすリニアモータである、
    請求項1に記載の部品実装装置用ヘッドユニット。
  3. 前記カバーは、複数の開口を有している、
    請求項1又は2に記載の部品実装装置用ヘッドユニット。
  4. 前記伝熱部材は、複数の金属柱状部材又は複数のヒートパイプである、
    請求項1〜3のいずれか1項に記載の部品実装装置用ヘッドユニット。
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