JP6649075B2 - 吸着ノズル及び表面実装機 - Google Patents

Description

本発明は、吸着ノズル及び表面実装機に関する。

従来のこの種の吸着ノズルとしては、たとえば特許文献１に記載されているものがある。特許文献１に開示された吸着ノズルは、空気圧制御システムに取付けられるノズルホルダと、ノズルホルダの嵌合孔に摺動自在に嵌合するノズル本体とを備えている。

ノズルホルダは、ノズル本体とともに空気通路を形成する中空体であり、その下部の開口部分が嵌合孔を構成している。

一方、ノズル本体は、中空の筒体であり、その外周面の基端部がノズルホルダの嵌合孔に嵌合し、例えばピン等の連結部材によって連結されている。

ノズル本体は、ノズルホルダから突出する突出動作とノズルホルダに縮退する縮退動作とを繰り返して電子部品の実装作業を実行する。このノズル本体の動作精度を確保し、高い搭載精度を維持するためには、ノズルホルダの嵌合孔に対し、ノズル本体の基端部が可能な限り密に接合していることが好ましい。そのため、ノズル本体の基端部は、きわめて小さな公差で嵌合孔内に嵌合している。

特開２００８−３００５９８号公報

上述のように、ノズルホルダの嵌合孔は、ノズル本体の基端部に対し、非常に狭く設定されている。そのため、嵌合孔の中に僅かな塵埃等が混入しただけでも、ノズル本体の摺動性が影響され、動作後のノズル本体が正規の位置に戻らなくなるという動作不良（摺動不良）が生じるおそれがある。

一方、使用を継続するにつれて、ノズルホルダとノズル本体との間の摺接部分には、摩耗が生じやすくなり、摩耗屑や摩耗垢等の異物が残留しやすくなる。そのような異物が嵌合孔の隙間に混入すると、上述のような動作不良が生じやすくなる。

かかる動作不良を回避するために、従来は、定期的な洗浄や給油などのメンテナンスが必要となっていた。しかしながら、そのようなメンテナンス作業は、手間がかかり、稼働率低下やコスト高の原因となる。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、長期間にわたって可及的にメンテナンスフリーとなる高精度の吸着ノズル、表面実装機、及びノズル本体の製造方法を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、空気圧制御システムに取付けられ、嵌合孔を有するノズルホルダと、前記嵌合孔に摺動可能に嵌合する基端部と、電子部品を吸着する部品吸着面４２ａが形成されている先端部とを含むノズル本体とを備えた吸着ノズルにおいて、前記ノズル本体の前記基端部には、前記嵌合孔の周方向に沿って連続する環状溝が形成されていることを特徴とする吸着ノズルである。この態様では、嵌合孔の周方向に沿って連続する環状溝が形成されることによって、嵌合孔とノズル本体の基端部との間に生じ得る異物が環状溝に捕集されやすくなる。そのため、ノズル本体の基端部をきわめて小さな公差で嵌合孔内に嵌合し、長期にわたって使用していても、経時的に生じた摩耗屑や摩耗垢等の異物がノズル本体と嵌合孔との間の摺接面に影響しにくくなり、ノズル本体の摺動動作を円滑に保つことが可能になる。この結果、メンテナンス性が格段に向上するばかりでなく、摺動不良もきわめて発生しにくくなる。

好ましい態様の吸着ノズルにおいて、前記嵌合孔の中心線方向に対して直角方向に沿って配置されるピンをさらに備え、前記基端部の外周面には、前記ピンが中心線方向に摺動する平らな係合面が形成されており、前記環状溝は、前記係合面と連通する位置に形成されている。この態様では、ピンと係合面とが中心線方向に摺動するように連結されることにより、ノズル本体は、嵌合孔の中心線方向に沿ってノズルホルダと相対的に移動することが許容される。しかもノズル本体は、ノズルホルダに対し中心線回りに相対的に回動することが規制されるように、ノズルホルダに連結され、突出動作と縮退動作とを行う。この動作に伴ってピンと係合面との間に生じた摩耗屑や摩耗垢等の異物は、環状溝と係合面との連通部分から環状溝に効率的に捕集される。しかも、環状溝が係合面と連通する位置に形成されることによって、環状溝を形成した後、係合面を加工した場合に生じるバリを環状溝内に逃がすことができる。そのため、バリ取り等の後工程を施すことなく、摺動性の良好な嵌合構造を得ることが可能となる。

好ましい態様の吸着ノズルにおいて、前記係合面と連通する環状溝は、少なくとも前記ノズル本体の最下端を規定する前記係合面の部位と連通する第１の環状溝を含む。この態様では、特に、寸法公差の厳しいノズル本体の最下端に直接影響する部位のバリの影響を排除することができる。

好ましい態様の吸着ノズルにおいて、前記係合面と連通する環状溝は、前記ノズル本体の最上端を規定する前記係合面の部位と連通する第２の環状溝をさらに含む。この態様では、ノズル本体の最上端を規定する前記係合面の部位が係合面に形成されている場合にも、当該部位に生じ得るバリの影響を排除することができる。

好ましい態様の吸着ノズルにおいて、前記第２の環状溝は、前記係合面と連通する他の環状溝よりも溝幅が大きく設定されている。この態様では、ノズル本体の進退動作に比較的影響の低い部分に形成された第２の環状溝については、ピンとの関係で生じるノズル本体のがたつきが生じにくいため、可及的に溝幅が大きく設定される。これにより、ノズル本体と嵌合孔との接触面積を低減して摩擦等による影響を抑制することが可能となる。

好ましい態様の吸着ノズルにおいて、前記環状溝は、前記係合面から外れた位置に形成された第３の環状溝をさらに含み、前記係合面と連通する環状溝のうち、少なくとも第１の環状溝を含むものは、前記第３の環状溝よりも溝深さが浅く設定されている。この態様では、環状溝を係合面と連通させるに当たり、ピンと係合面との線接触長が短くなることを可及的に抑制し、ガタの少ない連結構造を得ることが可能になる。

また、本発明の別の態様は、上述のような吸着ノズルと、前記吸着ノズルのノズルホルダを保持する吸着ヘッドとを備え、前記吸着ノズルによって吸着した電子部品をプリント基板に実装するように構成されていることを特徴とする表面実装機である。

本発明のさらに別の態様は、ノズルホルダの嵌合孔に摺動可能に嵌合する基端部と、電子部品を吸着する部品吸着面が形成されている先端部とを含み、前記ノズルホルダとともに吸着ノズルを構成するノズル本体の製造方法において、筒状の金属部材を採寸して環状溝を有する軸部材を形成する工程と、前記環状溝の加工後に前記軸部材の先端にノズルチップを固定する工程と、前記ノズルチップが固定された軸部材の基端部近傍に、前記ノズルホルダに固定されたピン摺動する係合面を形成する工程とを備え、前記環状溝は、前記係合面と連通する位置に形成されることを特徴とするノズル本体の製造方法である。この態様では、予めノズルチップを軸部材に固定した後、当該軸部材のストロークを規定する平らな係合面が形成されるので、仕上がり時における係合面の寸法精度が高くなり、製品の歩留まりが向上する。しかも軸部材には、予め環状溝が形成されているとともに、この環状溝が、前記係合面と連通する位置に形成されるので、係合面の形成時に生じるバリを環状溝内に逃がすことができる。この結果、バリ取り作業を省略しても、きわめて良好な摺動特性を有するノズル本体を製造することが可能になる。

以上説明したように本発明によれば、ノズル本体の基端部をきわめて小さな公差で嵌合孔内に嵌合し、長期にわたって使用していても、経時的に生じた摩耗屑や摩耗垢等の異物がノズル本体と嵌合孔との間の摺接面に影響しにくくなり、ノズル本体の摺動動作を円滑に保つことが可能になるので、長期間にわたって可及的にメンテナンスフリーとなる高精度の製品を得ることができるという顕著な効果を奏する。

本発明のさらなる特徴、目的、構成、並びに作用効果は、添付図面と併せて読むべき以下の詳細な説明から容易に理解できるであろう。

本発明の一実施形態を示す表面実装機の平面略図である。 図１の表面実施形態に採用可能な吸着ノズルの第１実施形態の説明図であり、（Ａ）は、正面図、（Ｂ）は縦断面図である。 第１実施形態に係る吸着ノズルの外観を示す斜視図である。 第１実施形態に係る吸着ノズルの要部を拡大して示す縦断面図であり、（Ａ）は、ノズル本体の突出動作時、（Ｂ）はノズル本体の縮退動作時をそれぞれ示す。 第１実施形態に係る吸着ノズルの要部を拡大して示す斜視図である。 第１実施形態に係るノズル本体とノズルホルダの連結構造を示す説明図であり、（Ａ）は、係合面が形成されている部分のうち、環状溝のない部位を示す横断面図、（Ｂ）は係合面が形成されている部分のうち、環状溝が形成されている部位を示す横断面図、（Ｃ）は係合面が形成されていない部分に形成された環状溝の部位を示す横断面図である。 本発明の第１実施形態に係る試験品を示す斜視図であり、（Ａ）は従来例、（Ｂ）は実施例１、（Ｃ）は実施例２を示す。 実施例２の試験前の外観を示す写真であり、（Ａ）は、試験開始前の係合面部分の拡大写真であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＢ部分の拡大写真である。 実施例２の試験後の外観を示す写真であり、（Ａ）（Ｂ）は、１６００万回実施した後の外観を示す写真であり、（Ｃ）（Ｄ）は、図８（Ｂ）の同等部位の写真である。 第２実施形態の斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る吸着ノズルの要部を拡大して示す縦断面図であり、（Ａ）は、正面図、（Ｂ）は縦断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

（表面実装機）
本願発明の各実施形態に係る吸着ノズル１は、例えば図１に示す表面実装機２の吸着ヘッド３に取付けられて使用するものである。そのため、まず、図１の表面実装機２について説明する。なお、以下の説明では、表面実装機２に搬送されるプリント基板Ｗ（図１のみ図示）の搬送方向に沿う水平方向をＸ方向とし、Ｘ方向に直交する水平方向をＹ方向とする。また、表面実装機２を基準に、Ｙ方向のうちの一方を仮に前方とする。

図１に示す表面実装機２は、Ｘ方向に沿う搬送ライン上に設置される平面視略長方形の基台４と、基台４の中央部においてＸ方向沿いに設けられたコンベア５と、このコンベア５を挟んで基台４の前後両端部に設けられた複数の部品供給部６と、これらの部品供給部６から電子部品Ｐ（図３参照）を前記コンベア５上のプリント基板Ｗに移載する部品移載部８とを備えている。

部品移載部８は、基台４上の左右（Ｘ方向両側）に配置され、Ｙ方向に延びる一対のガイドレール９と、これらのガイドレール９、９間に架け渡されてガイドレール９にＹ方向へ移動自在に支持された支持部材１０と、この支持部材１０を駆動するボールねじ式のＹ方向駆動装置１１と、前記支持部材１０にＸ方向に移動自在に支持されたヘッドユニット１２と、このヘッドユニット１２をＸ方向に移動させるＸ方向駆動装置（図示せず）とを備えている。

ヘッドユニット１２は、複数の吸着ヘッド３を備えている。本実施形態に係る吸着ノズル１は、これらの吸着ヘッド３の下端部に取付けられており、前記吸着ヘッド３によって上下方向に移動させられるとともに、上下方向の軸線回りに回動させられる。吸着ヘッド３は、空気圧制御装置６０（図３にのみ、概略的に図示）に接続されている。この空気圧制御装置６０は、部品吸着時に吸着ノズル１内に形成される空気通路から空気を吸引し、部品実装時に前記空気通路内に加圧空気を供給する構成が採られている。前記吸着ヘッド３は、この空気圧制御装置６０とともに、空気圧制御システム７０（図３にのみ、概略的に図示）を構成する。この空気圧制御システム７０によって次に詳述する吸着ノズル１に加圧空気又は負圧空気を供給することにより、表面実装機２は、吸着ノズル１によって吸着した電子部品Ｐをプリント基板Ｗに実装するように構成されている。

上述のような表面実装機には、本発明に係る種々の態様の吸着ノズルを採用することが可能である。以下、吸着ノズルの各実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図２（Ａ）（Ｂ）を参照して、第１実施形態に係る吸着ノズル１は、筒状に形成され、一端側が、空気圧制御システム７０の一部を構成する吸着ヘッド３（図１参照）の下端部に下方へ突出するように取付けられるノズルホルダ２１と、このノズルホルダ２１に保持されたノズル本体２２とを備えている。また、吸着ノズル１は、このノズル本体２２のノズルホルダ２１に対する回転と上下方向への移動量とを規制するためのピン２３（図２（Ｂ）参照）と、このピン２３がノズルホルダ２１から外れるのを阻止するためのクリップ部材２４と、前記ノズル本体２２を下方（ノズルホルダ２１から突出する方向）に付勢するための付勢部材としての圧縮コイルばね２５とを備えている。

前記ノズルホルダ２１は、ステンレス鋼製の筒体であり、上端側に開口する空気通路２６と、この空気通路２６の下部に連続して下端側に開口する嵌合孔２７とを同心に形成している。

前記機能部材は、上端部に位置する頭部３１と、この頭部３１の下面に垂下する上側筒状部３２と、上側筒状部３２の下端に膨出する上側フランジ部３３と、この上側フランジ部３３の下に位置するクリップ取付溝３４と、このクリップ取付溝３４の下に位置する下側フランジ部３５と、この下側フランジ部３５から下方に突出する下側筒状部３６とを含んでいる。

前記頭部３１は、吸着ヘッド３（図１参照）に設けられている図略のクランプ部材に係合するものである。図示の例では、異形の多角形断面に形成された多角柱体を横向きにした外観を呈している。

前記筒状部３２は、頭部３１の長手方向中央部分から直下に垂下する円筒体である。

前記上側フランジ部３３は、筒状部３２と概ね同心に膨出する環状のフランジ体である。前記上側フランジ部３３は、下方に形成される下側フランジ部３５との間で後述するクリップ部材２４が配置されるクリップ取付溝３４を形成している。これら二つのフランジ部３３及び３５により、クリップ部材２４は、上下方向の移動が規制される。

前記クリップ取付溝３４は、ピン２３の抜け止めに用いられるクリップ部材２４の装着位置を提供する。クリップ取付溝３４の高さと幅（ノズルホルダ２１の前後、左右方向の幅）は、クリップ部材２４が嵌合するのに必要充分な寸法に形成されており、前記両フランジ部３３、３５は、クリップ部材２４が上下に移動することを規制している。

前記ピン２３は、このクリップ取付溝３４と連通するピン孔３７を貫通して、ノズルホルダ２１に固定されており、嵌合孔２７の中心線Ｏ方向に対して直角方向に沿って配置される。すなわち、ピン２３は、中心線Ｏに対し、直交するように水平方向に沿って配置されている。

ピン孔３７は、ノズルホルダ２１の横断面における一の弦（chord）方向に沿って形成されており、ピン２３は、嵌合孔２７の中心線Ｏに対し、当該一の弦方向に沿って直交する姿勢に固定されている（図６（Ａ）参照）。その結果、ピン孔３７に挿入されたピン２３は、その長手方向の中央部分においてノズルホルダ２１の前記嵌合孔２７と交差するように形成されている。すなわち、このピン孔３７に挿入されたピン２３は、ノズルホルダ２１の嵌合孔２７を横切るようにノズルホルダ２１に支持されることになる。このようにピン孔３７に挿入されたピン２３の長手方向の中央部は、前記嵌合孔２７内に露出する。

前記クリップ部材２４は、ばね鋼からなる線状体を前記クリップ取付溝３４に嵌合する概ねＣ字形状に成形することによって形成されており、その両端部分を弾性的に拡開してクリップ取付溝３４内に嵌め込むことにより、ピン孔３７に挿入されたピン２３の両端を囲繞した状態でクリップ取付溝３４内に係止する。クリップ取付溝３４に取付けられた状態では、クリップ部材２４は、その弾性によってクリップ取付溝３４（ノズルホルダ２１）を緊縛する。このようにクリップ部材２４をクリップ取付溝３４に取付けることにより、前記ピン孔３７の開口部分がクリップ部材２４によって閉塞されるから、ピン２３がピン孔３７から抜けて脱落するのを防ぐことができる。

また、クリップ部材２４の両端部分を治具等によって拡開することにより、クリップ部材２４をクリップ取付溝３４から取外すことが可能になる。

前記下側フランジ部３５は、この吸着ノズル１に吸着された電子部品Ｐ（図３参照）を下方から前記部品認識用カメラ１３によって撮像する際に電子部品Ｐの背景となるものである。この実施例による下側フランジ部３５は、円板状に形成されている。この下側フランジ部３５によって、遮光用のフランジが構成されている。この実施例においては、この下側フランジ部３５の下面に後述する圧縮コイルばね２５の上端部を接触させている。

ノズルホルダ２１における前記下側フランジ部３５の下に設けられている下側筒状部３６の外周には、付勢部材としての圧縮コイルばね２５の上端部が配置されており、この上端部を保持している。圧縮コイルばね２５は、次に説明するノズル本体２２をノズルホルダ２１から突出させるようにノズル本体２２を下方に付勢する。

次に、図３〜図５を参照して、前記ノズル本体２２について説明する。

同ノズル本体２２は、前記ノズルホルダ２１の他端側に形成された嵌合孔２７内に上下方向に移動自在に嵌合する円筒状に形成された軸部材４１と、この軸部材４１の下端に設けられたノズルチップ４２とを含む。軸部材４１は、ノズルホルダ２１の嵌合孔２７に摺動可能に嵌合する基端部の一例である。また、ノズルチップ４２は、電子部品Ｐを吸着する部品吸着面４２ａが形成されている先端部の一例である。

前記軸部材４１は、全体として内部に空気通路４６を有するステンレス鋼製の円筒体によって形成されている。以下の説明では、軸部材４１の軸方向において、ノズルホルダ２１に連結される側を基端側とし、反対側を先端側とする。軸部材４１は、前記嵌合孔２７に嵌合する円筒形の嵌合用円筒４３と、この嵌合用円筒４３の先端に設けられた円板４４と、この円板４４から先端側に突出するノズルチップ取付用の有底円筒４５とを備えている。

前記嵌合用円筒４３は、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、前記ノズルホルダ２１の嵌合孔２７に移動自在に嵌合するように形成されている。また、この嵌合用円筒４３における前記一端部側の外周部には、図３、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、本発明でいう係合部の一例である平らな切欠面４８が形成されている。第１実施形態では、この切欠面４８が、ピン２３と線接触することにより、ピン２３と協働して軸部材４１のストロークＳを規定する係合面を構成している。

前記ストロークＳにおいて、ノズル本体２２が最も下側に突出する位置（以下、「ストローク最下端Ｓ１」という）は、切欠面４８の上端４８ａ（図５参照）によって規定される。また、前記ストロークＳにおいて、ノズル本体２２が最も上側に退避する位置（以下、「ストローク最上端Ｓ２」という）は、切欠面４８の下端４８ｂ（図５参照）によって規定される。ストローク最下端Ｓ１は、吸着ノズル１の動作精度に直接影響するものであるため、その公差は、比較的厳しく設定される。一方、ストローク最上端Ｓ２は、他の要因によっても規定され得るものであるため、その公差は、比較的緩やかに設定される。

切欠面４８は、一定の深さで前記嵌合用円筒４３の横断面における一の弦に沿う平らな面によって外周部を横切るように形成されている。すなわち、この切欠面４８は、ノズル本体２２内に形成されている空気通路４６の外に形成されている。この切欠面４８の深さは、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、ノズルホルダ２１のピン孔３７に挿入したピン２３が係合可能な深さに形成されている。この実施例では、嵌合孔２７内に露出しているピン２３の径方向の約半分が切欠面４８に係合している。

また、この切欠面４８の溝長Ｌｇ（図３に示す上下方向の長さ）は、ノズル本体２２がノズルホルダ２１に対して所定のストロークＳだけ上下方向に移動することができる寸法に設定されている。すなわち、ノズル本体２２は、切欠面４８の上端４８ａ（図５参照）にピン２３が接触する位置と、切欠面４８の下端４８ｂ（図５参照）にピン２３が接触する位置との間で上下方向に移動することができる。このため、前記ピン２３が前記切欠面４８に係合することにより、ピン２３は、切欠面４８の溝幅Ｗｇ分だけ線接触し（図６（Ａ）参照）、ノズル本体２２が予め設定されたストロークＳで嵌合孔２７の中心線Ｏ方向に沿ってノズルホルダ２１と相対的に移動することを許容し、かつノズルホルダ２１に対し、ノズル本体２２が中心線Ｏ回りに相対的に回動することを規制するように、ノズル本体２２をノズルホルダ２１に連結する。

さらに嵌合用円筒４３の外周には、少なくとも１条（第１実施形態では、５条）の環状溝１０１〜１０５が形成されている。環状溝１０１〜１０５は、いずれも嵌合用円筒４３の外周に沿って（換言すれば、嵌合孔２７の周方向に沿って）連続しており、嵌合用円筒４３の長手方向において、所定の間隔を隔てて形成されている。複数の環状溝１０１〜１０５のうち、一部（環状溝１０１〜１０４）は、切欠面４８と連通している。具体的には、切欠面４８の上端４８ａに連続する第１の環状溝１０１と、下端４８ｂに連続する第２の環状溝１０４とが形成され、これらの環状溝１０１、１０４の間に複数（例えば、２条）の環状溝１０２、１０３が形成されている。このような設定により、切欠面４８の上下両端部分は、それぞれ対応する環状溝１０１、１０４の底部と段差のない状態で滑らかに連続し、バリの影響を受けにくい形態になっている。

さらに本実施形態では、切欠面４８から下方に外れた部位に、第３の環状溝１０５が形成されている。

図５も参照して、上述のように切欠面４８に連通する環状溝１０１〜１０４を形成する利点は、切欠面４８のバリ９０による影響を可及的に低減することができる点である。

本実施形態に係るノズル本体２２は、加工精度の向上を図るため、ノズルチップ４２との接合後に切欠面４８を形成し、ノズル本体２２のストローク長を微調整する、という工程を採用している。そのため、軸部材４１の形成時に旋盤加工によって環状溝１０１〜１０５を先に形成し、その後、ノズルチップ４２を接着してから切欠面４８を砥石等による研磨加工により形成するので、切欠面４８の外縁（特に上端４８ａや下端４８ｂ）には、約５μｍから１０μｍのバリ９０が発生しやすくなる。特に、切欠面４８の上端４８ａは、ノズル本体２２のストローク最下端Ｓ１を規定する部位であり（図４（Ａ）参照）、公差の厳しい部位であるとともに、切欠面４８の下端４８ｂもまた、ノズル本体２２のストローク最下端Ｓ２を規定する部位である（図４（Ｂ）参照）。そのため従来の工程においては、ノズル本体２２の動作精度を所要のレベルに維持するため、これら切欠面４８の上端４８ａや下端４８ｂをルータ等によって研磨していた。

これに対し、本実施形態では、上述のように、切欠面４８の上端４８ａに連通する環状溝１０１と、下端４８ｂに連通する環状溝１０４とが予め形成されていることにより、バリ９０が環状溝１０１、１０４内に落ち込み、バリ取り作業を行わなくても、接触面からバリ９０を逃がすことが可能となる。

次に、各環状溝１０１〜１０５の溝幅（中心線Ｏに沿う各環状溝の断面寸法）Ｗｒ１〜Ｗｒ３は、図示の例では、３種類に設定されている。

まず、第１の環状溝１０１を含む上から３条の環状溝１０１〜１０３は、いずれも切欠面４８と連通していることから、ピン２３と切欠面４８との接触精度に影響を与える恐れがある。そのため、これら環状溝１０１〜１０３の溝幅Ｗｒ１は、ピン２３と切欠面４８との接触精度に影響を与えないように極力狭い寸法（例えば、０．３ｍｍ）に設定されている。

次に、切欠面４８の下端４８ｂと連通する第２の環状溝１０４は、切欠面４８とピン２３との接触精度に影響を与えにくい。そのため、第２の環状溝１０４の溝幅Ｗｒ２は、前記３条の環状溝１０１〜１０３よりも広い寸法（例えば、１．０ｍｍ）に設定されている。

さらに、切欠面４８の下方（切欠面４８から外れた位置）に形成された第３の環状溝１０５は、前記接触精度に全く影響しない。そのため、第３の環状溝１０５の溝幅Ｗｒ３は、切欠面４８の下端４８ｂと連通する環状溝１０４よりもさらに広い寸法（例えば、１．２ｍｍ）に設定されている。

このように、ピン２３と切欠面４８との接触精度に影響を与える恐れがある環状溝１０１〜１０３の溝幅Ｗｒ１については、極力狭く設定することにより、ピン２３と切欠面４８との接触精度に影響を与えないようにする一方、第２、第３の環状溝１０４、１０５の溝幅Ｗｒ２、Ｗｒ３については、環状溝１０１〜１０３よりも広く設定されており、これによって、ノズル本体２２（の嵌合用円筒４３）と嵌合孔２７との接触面積を低減して摩擦等による影響を抑制している。

次に、図６を参照して、切欠面４８と連通する各環状溝１０１〜１０３の溝深さＤｒ１は、環状溝１０４、１０５の溝深さＤｒ３（図６（Ｂ）参照）よりも浅い寸法（例えば、０．０５ｍｍ）に設定されている。

図６（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、環状溝１０１〜１０４の溝深さＤｒ１を浅くする利点について説明する。

先ず、図６（Ａ）に示すように、切欠面４８が形成されている部位のうち、環状溝１０１が形成されていない部位では、ピン２３は、切欠面４８の溝幅Ｗｇに線接触状態で当接している。このときの接触長は、溝幅Ｗｇと同じ寸法になっている。また、嵌合孔２７とノズル本体２２と間の隙間は小さくなるように隙間が設定されており、ピン２３が切欠面４８に線接触している部位での回動範囲αは、例えば、７°に設定されている。

次に、図６（Ｂ）に示すように、例えば、環状溝１０２の部位においては、環状溝１０２によってピン２３が切欠面４８と接触する長さが短くなる。このように、環状溝１０１〜１０３の溝深さＤｒ１は、ピン２３と切欠面４８とが接触する有効接触長に直接影響するので、本実施形態では、上述のように環状溝１０１〜１０３の断面積を小さく設定することにより、前記有効接触長をできるだけ短く確保し、ノズル本体２２が嵌合孔２７内で軸回りにがたつく回動範囲βを例えば８°以内に抑制することとしているのである。仮に環状溝１０２等の断面積が最下部に形成される環状溝１０５の溝深さＤｒ３のように大きく設定されていた場合（すなわち、図６（Ｂ）の破線で示す位置まで形成されていた場合）、その回動範囲γは、相当大きくなり（例えば、γ＝１２°）、吸着ノズル１が果たすべき精度を充分に維持することができなくなる恐れがある。そこで、本実施形態では、上述のように、切欠面４８と連通する環状溝１０１〜１０４のうち、少なくとも第１の環状溝１０１を含む環状溝１０１〜１０３については、他の環状溝１０４、１０５よりも溝深さＤｒ１を小さく設定しているのである。

一方、切欠面４８の下端４８ｂと連通する位置にある第２の環状溝１０４については、ピン２３との関係で生じるノズル本体２２のがたつきが生じにくい。また、切欠面４８から外れた位置にある第３の環状溝１０５については、前記がたつきについては全く影響しない。そのため、これら第２、第３の環状溝１０４、１０５については、図６（Ｃ）に示すように、可及的に溝深さＤｒ３を大きく設定し、ノズル本体２２（の嵌合用円筒４３）と嵌合孔２７との接触面積を低減して摩擦等による影響を抑制しているのである。

再び図４（Ａ）（Ｂ）を参照して、前記軸部材４１の前記円板４４は、前記圧縮コイルばね２５の下端部を受けるスプリングシートとして機能する。この円板４４の外径は、前記嵌合用円筒４３およびノズルホルダ２１の下側筒状部３６より大きくなるように形成されている。

圧縮コイルばね２５は、前記ノズルホルダ２１の下嵌合孔２７にノズル本体２２の嵌合用円筒４３が挿入された状態で、言い換えれば、ノズルホルダ２１の下側筒状部３６およびノズル本体２２の嵌合用円筒４３の外側に位置する状態で、前記円板４４と前記下側フランジ部３５との間に初期荷重を付与された状態で配置されている。このように圧縮コイルばね２５がノズルホルダ２１とノズル本体２２との間に配置されることにより、ノズル本体２２は、ノズルホルダ２１から下方へ突出する方向に付勢される。

前記ノズルチップ４２は、セラミック材で形成されており、当該セラミック材を前記有底円筒４５の先端部に接着剤で堅固に接合することにより、電子部品Ｐを吸着するノズル本体２２の先端部を構成する。ノズル本体２２は、電子部品Ｐと接合する部品吸着面４２ａ（図２（Ａ）（Ｂ）、図４（Ａ）（Ｂ）参照）を形成している。このノズルチップ４２の内部には、ノズルチップ４２の下端から上端まで貫通して部品吸着面４２ａに開口するように空気通路４７が形成されている。なお、ノズルチップ４２は、工業用ダイヤで形成された超鋼材であってもよい。その場合、当該超鋼材は、前記有底円筒４５の先端部にろう付けされる。

前記空気通路４７は、前記軸部材４１内の空気通路４６と、前記ノズルホルダ２１内の中空部からなる空気通路２６（図２（Ａ）（Ｂ）参照）と、吸着ヘッド３内の空気通路（図示せず）とを介して、空気圧制御システム７０を構成する空気圧制御装置６０に接続されている。

次に、この実施例による吸着ノズル１の分解、組立の手順を説明する。吸着ノズル１を組立てるためには、先ず、ノズル本体２２の軸部材４１の外周に圧縮コイルばね２５を装着し、圧縮コイルばね２５をノズル本体２２の円板４４の上に載せる。なお、このとき、圧縮コイルばね２５は、ノズルホルダ２１の下側筒状部３６に嵌合させてこれに保持させておいてもよい。

そして、このノズル本体２２の軸部材４１をノズルホルダ２１の嵌合孔２７内に嵌合させる。前記圧縮コイルばね２５の上端部は、前記軸部材４１が嵌合孔２７内に挿入されることによって、ノズルホルダ２１の下側筒状部３６に嵌合する。

しかる後、ノズル本体２２の切欠面４８がノズル本体２２のピン孔３７と重なるように、ノズル本体２２をノズルホルダ２１に対して軸線方向に移動させるとともに回転させ、ピン孔３７にピン２３を挿入する。

そして、ノズルホルダ２１のクリップ取付溝３４に前記クリップ部材２４を取付ける。このようにクリップ部材２４をノズルホルダ２１に取付けることによって、吸着ノズル１の組立作業が終了する。

このように組立てられた吸着ノズル１においては、圧縮コイルばね２５の弾発力に抗してノズル本体２２を上に押すことにより、ノズル本体２２をノズルホルダ２１に対して上に移動させることができる。

このため、この吸着ノズル１によって電子部品Ｐを吸着するときにノズルチップ４２が電子部品Ｐに接触しこれを上方から押すような場合、ノズル本体２２が圧縮コイルばね２５の弾発力に抗してノズルホルダ２１に対して上方に移動することによって衝撃が緩和される。この緩衝作用は、吸着ノズル１が吸着した電子部品Ｐをプリント基板Ｗに実装するときにも同様に作用する。

一方、吸着ノズル１を分解するためには、上述した組立手順とは逆の手順によって行う。すなわち、先ず、クリップ部材２４をノズルホルダ２１から取外し、ピン２３をピン孔３７から抜き出す。ピン２３をピン孔３７から取外すためには、このピン２３を細い棒状のものでピン孔３７の一方の開口へ押し込むことにより他方の開口から突出させ、このピン２３の突出部分を把持して引くことによって行う。

このようにピン２３を取外した後、ノズル本体２２をノズルホルダ２１から引き出すことによって、吸着ノズル１の分解作業が終了する。

また、この吸着ノズル１は、長期間にわたる使用によって内部に異物が付着することがある。このような場合、従来は、吸着ノズル１を分解して個々の部品を洗浄するか、分解することなく清掃用ツール（図示せず）を使用して清掃を行なっていた。

しかしながら、本実施形態においては、ノズル本体２２（の軸部材４１を構成する嵌合用円筒４３）の外周に環状溝１０１〜１０５が形成されている。そのため、摩耗屑や、摩耗垢等の異物は、環状溝１０１〜１０５内に捕集されるので、長期間にわたり、メンテナンスを行うことなく、円滑な進退動作を実現することが可能となる。

次に、本件発明者が第１実施形態について実施した試験の結果について説明する。

（試験結果）
試験対象物として、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示す試験品を用意した。

図７（Ａ）は、ステンレス製の円筒部材２００に係合面２０１を設けた従来の構成に相当する従来例である。

図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）は、円筒部材２００の外周に複数の環状溝を設けた実施例１、２をそれぞれ示している。実施例１では、円筒部材２００の外周に３条の環状溝２１０〜２１２を設け、各環状溝２１０〜２１２の大きさを同じに設定している。一方、実施例２では、円筒部材２００の外周に６条の環状溝２２０〜２１５を設け、係合面２０１と連通する環状溝２２０〜２２３については、比較的溝幅を狭く設定し、係合面２０１から外れた位置にある環状溝２２５については、より溝幅を広く設定した態様となっている。

これら三種類の試験品をそれぞれ１０本ずつ用意し、個々の試験品について、３００万回の動作試験を行った。動作試験では、実際の製品と同等の条件で電子部品Ｐの吸着作業を実行させ、部品を実装してから自由状態に戻ったときに正規の位置までノズル本体相当部分がノズルホルダから突出しているか否かを判定し、摺動不良（突出不良）が生じた場合の回数Ｎをカウントした。

各試験品の試験結果を表１に示す。

従来例（図７（Ａ）の試験品）では、摺動不良の発生回数は、３６４３６回であったため、摺動不良発生率は、０．１２１％となった。この数値はきわめて秀逸なものであるが、実施例１、２（図７（Ｂ）（Ｃ）の各試験品）では、さらに良好な結果が得られた。

まず、実施例１では、摺動不良の発生回数は、２８６８回であったため、摺動不良発生率は、０．０１０％であった。また、実施例２では、摺動不良の発生回数は、１５３回であったため、摺動不良発生率は、０．００１％であった。

従って、従来例で発生した摺動不良の回数を基準値Ｎｓとし、各実施例１、２で発生した摺動不良の回数をＮとした場合に、各実施例１、２によって低減された摺動不良の回数（Ｎｓ−Ｎ）の基準値Ｎｓに対する割合を
改善率＝｛（Ｎｓ−Ｎ）／Ｎｓ｝×１００ ・・・（１）
とすると、各実施例１、２の改善率は、それぞれ、９２．１％、９９．６％となり、従来品で発生していた不良品の９割以上の本数を改善できることが確認できた。

さらにまた、上述の試験を１６００万回実施した時点での実施例２の拡大写真を図８及び図９に示す。

図８（Ａ）（Ｂ）に示すように、係合面２０１のエッジは、研磨時に形成されたバリ９０が存在するが、このバリ９０は、環状溝２２０内に入り込んでいるため、ピンと摺動する位置にはない。そのため、試験結果により、バリ９０による影響を受けることなく、良好な摺動特性を得ることが確認された。

また、図９（Ａ）（Ｂ）に示されるように、試験後においては、各環状溝２２０〜２２３に摺動時に生じた摩耗屑や摩耗垢等の異物が捕集されていることが確認された。このように、使用時に発生した異物が環状溝２２０〜２２３内に捕集されることにより、メンテナンス作業やバリ取り作業が省略された環境においても、きわめて高い改善率で摺動動作を行うことができることが確認された。

（第２実施例）
吸着ノズルは図１０および図１１に示すように形成することができる。

図１０および図１１において、図１〜図６に示した第１実施形態で説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明は適宜省略する。

図１０および図１１に示す吸着ノズル１は、ピン２３が係合するノズル本体２２側の係合部として長孔５１が用いられている。すなわち、第２実施形態によるノズル本体２２の軸部材４１には、当該嵌合用円筒４３の一直径方向に沿って貫通し、かつ長軸が中心線Ｏ方向に沿って延びる長孔５１が形成されている。長孔５１は、空気通路４６を貫通し、ノズルホルダ２１のピン孔３７と対応する位置に形成されている。

この長孔５１の内径のうち、短い方の径は、ピン２３が移動自在に嵌合する寸法に形成され、長い方の径は、ノズル本体２２のノズルホルダ２１に対する移動量に相当する長さに形成されている。すなわち、ノズル本体２２は、長孔５１の上端にピン２３が接触する位置（図１１参照）と、長孔５１の下端にピン２３が接触する位置との間で上下方向に移動することができる。そして、第２実施形態では、この長孔５１（具体的には長孔５１の長軸部分の面）が、ピン２３と線接触することにより、ピン２３と協働して軸部材４１のストロークＳ、ストローク最下端Ｓ１、およびストローク最上端Ｓ２を規定する係合面を構成している。

図１０および図１１のノズル本体２２を構成する軸部材４１にも、例えば複数条（少なくとも一条）の環状溝１１０が形成されている。環状溝１１０は、一部が長孔５１と連通する位置に形成されている。

長孔５１もまた、環状溝１１０を有する軸部材４１を製造し、ノズルチップ４２を固着（ここで、「固着」とは、セラミック材で形成されている場合には、接着することをいい、超鋼材で形成されている場合には、ろう付けすることを指す。）した後、穿孔加工により形成される。長孔５１の長手方向両端部分は、それぞれ対応する環状溝１１０と連続し、長孔５１の周縁に形成されるバリを対応する溝１１０に逃がしている。

ノズル本体２２側の係合部をこのように長孔５１によって形成しても第１の実施例と同じ効果を奏する。

以上説明したように、上述した各実施形態によれば、嵌合孔２７の周方向に沿って連続する環状溝１０１〜１０５、１１０が形成されることによって、嵌合孔２７とノズル本体２２の嵌合用円筒４３との間に生じ得る異物が環状溝１０１〜１０５、１１０に捕集されやすくなる。そのため、ノズル本体２２の嵌合用円筒４３をきわめて小さな公差で嵌合孔２７内に嵌合し、長期にわたって使用していても、経時的に生じた摩耗屑や摩耗垢等の異物がノズル本体２２と嵌合孔２７との間の摺接面に影響しにくくなり、ノズル本体２２の摺動動作を円滑に保つことが可能になる。

なお、環状溝１０１〜１０５、１１０の本数は、少なくとも１条あればよいが、複数条形成されていることが好ましい。また、複数の環状溝を形成するに当たり、少なくともいずれかの環状溝（１０１〜１０４）は、切欠面４８と連通していることが好ましい。さらに、切欠面４８と連通するものは、切欠面４８の上端４８ａに連通する第１の環状溝（１０１）と、下端４８ｂに連通する第２の環状溝（１０４）を含んでいることが好ましい。

また、各実施形態において、嵌合孔２７の中心線Ｏ方向に対して直角方向に沿って配置されるピン２３をさらに備え、嵌合用円筒４３の外周面には、ピン２３が中心線Ｏ方向に摺動する平らな係合面としての切欠面４８又は長孔５１が形成されており、環状溝１０１〜１０５、１１０は、切欠面４８又は長孔５１と連通する位置に形成されている。このため上述した各実施形態では、ピン２３と切欠面４８又はピン２３と長孔５とが中心線Ｏ方向に摺動するように連結されることにより、ノズル本体２２は、嵌合孔２７の中心線Ｏ方向に沿ってノズルホルダ２１と相対的に移動することが許容される。特に、各実施形態に示したように、係合面としての切欠面４８や長孔５１がストローク最下端Ｓ１やストローク最上端Ｓ２を規定するものである場合には、ノズル本体２２が摺動する範囲をより正確に位置決めでき、動作の信頼性を向上させることができる。しかもノズル本体２２は、ノズルホルダ２１に対し中心線Ｏ回りに相対的に回動することが規制されるように、ノズルホルダ２１に連結され、突出動作と縮退動作とを行う。この動作に伴ってピン２３と切欠面４８との間に生じた摩耗屑や摩耗垢等の異物は、環状溝１０１〜１０５、１１０と切欠面４８との連通部分から環状溝１０１〜１０５、１１０に効率的に捕集される。しかも、環状溝１０１〜１０５、１１０が切欠面４８と連通する位置に形成されることによって、環状溝１０１〜１０５、１１０を形成した後、切欠面４８を加工した場合に生じるバリ９０を環状溝１０１〜１０５、１１０内に逃がすことができる。そのため、バリ９０取り等の後工程を施すことなく、摺動性の良好な嵌合構造を得ることが可能となる。

また、第１実施形態において、切欠面４８と連通する環状溝１０１〜１０５は、少なくとも切欠面４８の上端４８ａ（切欠面４８がストローク最下端Ｓ１、すなわち当該ノズル本体２２の最下端を規定する前記係合面としての切欠面４８又は長孔５１の部位）と連通する第１の環状溝１０１を含む。このため第１実施形態では、特に、寸法公差の厳しいノズル本体２２のストローク最下端Ｓ１に直接影響する部位のバリ９０の影響を排除することができる。

また、第１実施形態において、切欠面４８と連通する環状溝１０１〜１０４は、切欠面４８の下端４８ｂ（切欠面４８がストローク最上端Ｓ２、すなわちノズル本体２２の最上端を規定する係合面としての切欠面４８又は長孔５１の部位）と連通する第２の環状溝１０４をさらに含む。このため第１実施形態のようにノズル本体２２のストローク最上端Ｓ２を規定する部位が切欠面４８又は長孔５１に形成されている場合にも、当該部位に生じ得るバリ９０の影響を排除することができる。

また、第１実施形態において、第２の環状溝１０４は、切欠面４８と連通する他の環状溝１０１〜１０３よりも溝幅Ｗｒ２が大きく設定されている。このため上述した各実施形態では、ノズル本体２２の進退動作に比較的影響の低い部分に形成された第２の環状溝１０４については、ピン２３との関係で生じるノズル本体２２のがたつきが生じにくいため、可及的に溝幅Ｗｒ２が大きく設定される。これにより、ノズル本体２２と嵌合孔２７との接触面積を低減して摩擦等による影響を抑制することが可能となる。

また、第１実施形態において、環状溝１０１〜１０５は、切欠面４８から外れた位置に形成された第３の環状溝１０１〜１０５をさらに含み、切欠面４８と連通する環状溝１０１〜１０４のうち、少なくとも第１の環状溝１０１を含むもの（環状溝１０１〜１０３）は、第３の環状溝１０５よりも溝深さＤｒ１が浅く設定されている。このため第１実施形態では、環状溝１０１〜１０４を切欠面４８と連通させるに当たり、少なくともピン２３と切欠面４８との線接触長に与える部位について、当該線接触長が短くなることを可及的に抑制し、ガタの少ない連結構造を得ることが可能になる。

また、第１実施形態において、第３の環状溝１０５は、切欠面４８と連通する環状溝１０１〜１０４よりも溝幅Ｗｒ３が大きく設定されている。このため第１実施形態では、嵌合孔２７と嵌合用円筒４３との接触状態を確保しつつその接触面積を可及的に低減することができる。そのため、ノズル本体２２の摺動精度を高め、長期間にわたって高い信頼性の高い摺動性能を維持することができる。

また、上述した各実施形態に係る吸着ノズル１は、筒状の金属部材を採寸して環状溝１０１〜１０５を有する軸部材４１を形成する工程と、軸部材４１の先端にノズルチップ４２を接着やろう付けによって固定する工程と、ノズルチップ４２が固定された軸部材４１の嵌合用円筒４３近傍に、切欠面４８又は長孔５１を形成する工程とを備え、環状溝１０１〜１０５は、切欠面４８又は長孔５１と連通する位置に形成される製造方法によって製造されている。このため上述した各実施形態では、予めノズルチップを軸部材４１に固定した後、切欠面４８又は長孔５１が形成されるので、仕上がり時における切欠面４８又は長孔５１の寸法精度が高くなり、製品の歩留まりが向上する。しかも軸部材４１には、予め環状溝１０１〜１０５、１１０が形成されているとともに、この環状溝１０１〜１０５、１１０が、切欠面４８又は長孔５１と連通する位置にも形成されるので、切欠面４８又は長孔５１の形成時に生じるバリを環状溝１０１〜１０５、１１０内に逃がすことができる。この結果、バリ取り作業を省略しても、きわめて良好な摺動特性を有するノズル本体２２を製造することが可能になる。

また、上述した実施形態に示したように、製造時に切欠面４８と連通する環状溝１０１〜１０３の溝深さＤｒ１を浅く形成することにより、バリ９０による影響を可及的に排除することができ、バリ取り工程を省略することが可能となる。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることはいうまでもない。

例えば、吸着ノズル１は、表面実装機以外の用途、例えば部品検査装置等、空気圧調整システムによって電子部品Ｐをピックアップする種々の装置に適用することが可能である。

また、ノズルホルダ２１とノズル本体２２との連結構造は、ピン２３と切欠面４８とによる構造に限らず、例えば、キー溝とキーとによる連結構造であってもよい。また、ピン２３は、各実施形態に例示したような円形断面のものに限らず、多角形断面のものであってもよい。ただし、各実施形態に例示したように、円形断面のピン２３を採用した場合には、ピン２３を切欠面４８に転がり接触させることができるので、より好ましい。

さらに、環状溝の溝幅は、ガタが許容される場合には、実施例１（図７（Ｂ）参照）に示したように、係合面と連通するものと係合面から外れたものとが同じ寸法に設定されていてもよい。

また、第２の環状溝１０４の溝幅は、実施例２（図７（Ｃ）参照）に示したように、係合面と連通する他の環状溝１０１〜１０３の溝幅Ｗｒ１と同じ寸法に設定されていてもよい。

また、クリップ部材２４は、線状体のみならず、ばね鋼からなる板材であってもよい。

１ 吸着ノズル
２ 表面実装機
３ 吸着ヘッド
２１ ノズルホルダ
２２ ノズル本体
２３ ピン
２７ 嵌合孔
４１ 軸部材
４２ ノズルチップ（先端部の一例）
４３ 嵌合用円筒（基端部の一例）
４８ 切欠面（係合面の一例）
５１ 長孔
６０ 空気圧制御装置
７０ 空気圧制御システム
９０ バリ
１０１-１０５、１１０ 環状溝
Ｏ 中心線
Ｐ 電子部品
Ｓ ストローク
Ｓ１ ストローク最下端（最下端）
Ｓ２ ストローク最下端（最上端）
Ｄｒ 溝深さ
Ｗ プリント基板
Ｗｒ 溝幅

Claims (6)

1. 空気圧制御システムに取付けられ、嵌合孔を有するノズルホルダと、
   前記嵌合孔に摺動可能に嵌合する基端部と、電子部品を吸着する部品吸着面が形成されている先端部とを含むノズル本体と、を備え、
   前記ノズル本体の前記基端部には、前記嵌合孔の周方向に沿って連続する環状溝が形成されている吸着ノズルにおいて、
   前記嵌合孔の中心線方向に対して直角方向に沿って配置されるピンをさらに備え、
   前記基端部には、前記ピンが中心線方向に摺動する平らな係合面が形成されており、
   前記環状溝は、前記係合面と連通する位置に形成されている
   ことを特徴とする吸着ノズル。
2. 請求項１に記載の吸着ノズルにおいて、
   前記係合面と連通する環状溝は、少なくとも前記ノズル本体の最下端を規定する前記係合面の部位と連通する第１の環状溝を含む
   ことを特徴とする吸着ノズル。
3. 請求項２に記載の吸着ノズルにおいて、
   前記係合面と連通する環状溝は、前記ノズル本体の最上端を規定する前記係合面の部位と連通する第２の環状溝をさらに含む
   ことを特徴とする吸着ノズル。
4. 請求項３に記載の吸着ノズルにおいて、
   前記第２の環状溝は、前記係合面と連通する他の環状溝よりも溝幅が大きく設定されている
   ことを特徴とする吸着ノズル。
5. 請求項２から４のいずれか１項に記載の吸着ノズルにおいて、
   前記環状溝は、前記係合面から外れた位置に形成された第３の環状溝をさらに含み、前記係合面と連通する環状溝のうち、少なくとも第１の環状溝を含むものは、前記第３の環状溝よりも溝深さが浅く設定されている
   ことを特徴とする吸着ノズル。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の吸着ノズルと、
   前記吸着ノズルのノズルホルダを保持する吸着ヘッドと
   を備え、
   前記吸着ノズルによって吸着した電子部品をプリント基板に実装するように構成されていることを特徴とする表面実装機。

Images