JP6914176B2

JP6914176B2 - 吸着ノズル

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Publication number: JP6914176B2
Application number: JP2017228003A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　秀俊; 秀俊伊藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2021-08-04
Anticipated expiration: 2037-11-28
Also published as: JP2019102478A

Description

本発明は、電子部品装着機に設けられた装着ヘッドに取り付けられ、吸着保持した部品を基板に対して搭載するための吸着ノズルに関する。

電子部品装着機は、回路基板に対して電子部品を装着するための吸着ノズルを備えた装着ヘッドを有し、その吸着ノズルによって吸着保持された電子部品が部品供給部から取り出されて回路基板へと装着される。電子部品には大きさや形の異なる様々なものがあるため、電子部品装着機には複数の吸着ノズルが用意され、必要に応じて吸着ノズルの取り換えが行われるようになっている。吸着ノズルが取り扱う部品には、例えば部品テープに収められたものがある。そうした部品テープは、取り出し時にトップテープが剥がされるため、ボトムテープの紙繊維などの塵や埃が装着機内に舞い上がり、部品を吸引保持する吸着ノズルが吸い込んでしまうことがある。そこで、電子部品装着機にはフィルタをノズルホルダ側に取り付けるものや、下記特許文献１，２に開示されるように、吸着ノズル内にフィルタが取り付けられたものがある。

特開２００９−２５２９２７号公報特開２００２−３０１６７７号公報

前記特許文献１に記載の吸着ノズルは、部品を吸着する吸引口を設けたノズル先端部材に、複数の貫通孔が形成された仕切り部分が一体に形成され、その仕切り部分がフィルタとして機能するように構成されている。しかし、吸着ノズルのノズル先端部材は、例えば内径が１〜２ｍｍ或はそれ以下の極めて細い孔であり、その内部にフィルタ機能を有する仕切り部分を形成することは極めて困難である。また、仮にそのような吸着ノズルが存在したとしても、細孔内にフィルタを設けたのでは目詰まりを生じさせ易く、安定した部品保持力が得られない。一方、前記特許文献２では、フィルタを保持体に固定したフィルタ部材を組み込む構成が開示されているが、この構成を極めて小さい吸着ノズルに採用するのは困難である。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、取り扱いが容易な金属フィルタを備えた吸着ノズルを提供することを目的とする。

本発明に係る吸着ノズルは、先端に吸着口を持ったノズル先端部および当該ノズル先端部と一体に形成されたシャフト部を備えるパイプ部材と、前記パイプ部材を移動可能に保持する筒形状のスリーブと、前記パイプ部材および前記スリーブを貫通するピンと、前記パイプ部材に対し前記ピンを介して前記ノズル先端部の反対側に設けられた金属フィルタと、前記ノズル先端部と前記金属フィルタとの間に、流路方向に沿って前記ピンをガイドするように前記パイプ部材に形成された一対の長孔とを含み、前記ノズル先端部が前記スリーブ内に入る方向の前記パイプ部材の移動により、前記長孔の一部が前記スリーブの外に開放されるよう構成されたものである。

前記構成によれば、ノズル先端部と金属フィルタとの間に流路方向に沿ってピンをガイドするようにパイプ部材に一対の長孔が形成され、パイプ部材がスリーブ内をノズル先端部が当該スリーブ内に入る方向に移動した場合、その長孔の一部がスリーブの外に開放された排出口となるため、ノズル先端部から水や圧縮空気を送り込むことにより、その排出口から噴出する流れによって金属フィルタなどに付着した吸着ノズル内の塵埃を外に排出することができる。

装着ヘッドの一例を示した内部構造図である。吸着ノズルの一実施形態を示した斜視図である。吸着ノズルの一実施形態を示した断面図である。吸着ノズルの一実施形態を示した断面図である。吸着ノズルの一実施形態を示した断面図である。吸着ノズルの他の実施形態を示した断面図である。

次に、本発明に係る吸着ノズルの一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態では、回路基板に電子部品を装着する電子部品装着機に使用される吸着ノズルを例に挙げて説明する。電子部品装着機では、順番に搬送されてくる基板が装着機内で位置決めされ、電子部品を供給する部品供給装置から所定の電子部品が取り出されて基板へと装着される。電子部品装着機は、移動可能な装着ヘッドに電子部品を吸着保持することが可能な吸着ノズルが設けられている。その吸着ノズルは、電子部品に対して吸着口を押し当てた状態で真空引きすることにより、その電子部品の吸着保持を可能にしたものである。

図１は、装着ヘッドの一例を示した内部構造図である。先ず、装着ヘッドについて簡単に説明する。装着ヘッド１は、Ｘ軸スライド２に取り付けられ、そのＸ軸スライド２がＹ軸スライド３に搭載されている。Ｘ軸スライド２及びＹ軸スライド３は、ともにボールネジ機構をサーボモータ又はリニアモータで駆動させることにより、装着ヘッド１をＸＹ平面上で移動可能にするものである。装着ヘッド１には、旋回用モータ４と昇降用モータ５が出力軸を鉛直下向きにして取り付けられている。旋回用モータ４には下方に延びた回転軸１１が連結され、その回転軸１１にノズルホルダ６が固定されている。ノズルホルダ６には、回転軸１１の軸心を中心とする円周上に複数の吸着ノズル７が取り付けられている。

吸着ノズル７は、ノズルホルダ６を上下方向に摺動可能なシリンジ１２に対して、着脱可能な状態で一体になっている。シリンジ１２は、ノズルギヤ１３とノズルホルダ６との間のスプリング１９によって上方へ付勢され、吸着ノズル７は通常図示する高さに配置されている。そして、ノズルギヤ１３にはギヤ１４，１５，１６を介してサーボモータ１７の回転が伝達され、全ての吸着ノズル７が一斉に自転するよう構成されている。

昇降用モータ５には下方に延びたネジ軸２１が連結されている。ネジ軸２１は、上下のフレーム２２，２３に対して軸受によって回動自在に支持され、そのネジ軸２１と平行な鉛直のガイドロッド２４にノズルレバー２５が摺動自在に取り付けられている。ノズルレバー２５は、ネジ軸４２と螺合したナット２６と一体に形成され、昇降用モータ２８の駆動によって上下動することにより、ハンド部２５１を介して吸着ノズル７を上下動させる構成となっている。

次に、図２は、吸着ノズル７を示した斜視図であり、図３乃至図５は、吸着ノズル７を示した断面図である。吸着ノズル７は、先端に電子部品に接する吸着口３５をもったパイプ部材３０を備え、そのパイプ部材３０がスリーブ４０によって保持されている。パイプ部材３０は、円筒状のシャフト部材３１に対し、その一端部にノズル先端部材３２が圧入などにより嵌め込まれて一体になっている。パイプ部材３０には、シャフト部材３１およびノズル先端部材３２の内部を貫通する一連の流路３３，３４が形成され、シャフト部材３１の流路３３よりもノズル先端部材３２の流路３４の内径が小さくなっている。

パイプ部材３０を内側に保持するスリーブ４０は、円筒部４１の一端部に径方向に広がった円形のフランジ部４２が形成されている。このフランジ部４２は、ノズル先端部材３２の吸着口３５で吸着保持した電子井部品を撮像する際の背景を形成するものとして構成されている。また、フランジ部４２には吸着ノズル７がノズルストッカーに収納された際の回転防止のための切欠き４３が形成されている。吸着ノズル７は、ノズルストッカーに設けられた保持穴にノズル先端部材３２側が入れられて収納されるが、切欠き４３が保持穴の近傍に設けられた突起に嵌り合うことで回転防止になっている。

吸着ノズル７は、スリーブ４０内にパイプ部材３０が摺動可能に挿入され、ピン５１が両者を径方向に貫通している。スリーブ４０には、ピン５１を圧入させるように径寸法を合わせた一対の丸孔４５が形成され、パイプ部材３０にはシャフト部材３１に流路方向に沿うように長孔３６，３７が形成されている。吸着ノズル７は、スリーブ４０に対してパイプ部材３０が流路方向（図面の上下方向）に移動するが、その際、ピン５１が長孔３６，３７内を相対的に移動する範囲がパイプ部材３０の可動域となっている。長孔３６，３７は長さが異なっているが、これは加工時の公差を考慮して予め短い寸法の長孔３７を基準にした設計がなされているからである。

ところで、吸着ノズル７は、エア吸引によって電子部品を吸着保持するため、電子部品装着機内に浮遊する塵や埃を吸い込んでしまう。そして、その吸い込んだ塵埃が装着ヘッド１のエア回路内で堆積してしまうと、吸着ノズル７による電子部品の保持力が低下するなどの影響が生じる。そのため、塵埃除去などのメンテナンスが必要であるが、エア回路内のフィルタ交換などは手間がかかるほか、ライン停止や予備の装着ヘッドが必要になる。そこで、本実施形態の吸着ノズル７には金属フィルタ５２が内蔵されている。

金属フィルタ５２は、円形プレートにエッチング工法によって微小な孔５２１が複数形成されている。この金属フィルタ５２は、ピン５１を挟んでノズル先端部材３２とは反対側に設けられている。つまり、吸着ノズル７における装着ヘッド１への取付け側に位置している。従って、この吸着ノズル７は、構造的にノズル先端部材３１と金属フィルタ５２との間に、ピン５１の相対的な移動をガイドする長孔３６，３７が位置することとなる。

シャフト部材３１には、金属フィルタ５２が取り付けられる取付け側端部に、中繰り加工によって内径が広がった組付け部３８が形成されている。組付け部３８の内径は金属フィルタ５２よりも大きいため、金属フィルタ５２は引っ掛かることなくシャフト部材３１の内部に入れられるようになっている。金属フィルタ５２は、組付け部３８における内部側端部の段差面３８１に、周縁部分が引っ掛けられて位置決めされる。そして、この組付け部３８には筒形状の止め部材であるカラー５３が圧入され、金属フィルタ５２は、その周縁部が段差面３８１とカラー５３で挟み込まれるように取り付けられる。

組付け部３８に圧入されたカラー５３は、シャフト部材３１の開口端部側に、外径を大きくした締め代が形成されている。これに対して、シャフト部材３１の端部外周側面には、外径を小さくした逃げ部３９が形成されている。すなわち、カラー５３の締め代によってシャフト部材３１の開口側端部が外径方向に膨らんだとしても、逃げ部３９での変形により、スリーブ４０内を摺動するシャフト部材３１の摺動抵抗が高くなることを回避する構成となっている。

スリーブ４０には、フランジ部４２の反対に位置する取付け側端部に、中繰り加工によって内径が広がった開放部４６が形成されている。この開放部４６は、図４に示すように、スリーブ４０に対してパイプ部材３０が図面上方に突き出した際、短い長孔３７の一部と重なるように形成されたものである。吸着ノズル７は、矢印で示すように、ノズル先端部材３２の吸着口３５から水や圧縮空気を送り込むことにより、ノズルクリーニングを可能にしたものである。そのため、長孔３６，３７は、ピン５１の相対的な移動をガイドする機能のほかに、本実施形態ではその一部が排出口としても機能する構成となっている。

特に、吸着ノズル７は、詳しく示すことはしないが、装着ヘッド１側への取付け構造の都合上、パイプ部材３０が下方へ突き出した状態で、そのパイプ部材３０とスリーブ４０の上端が図３に示すように揃っていることが好ましい。また、本実施形態では、パイプ部材３０内に金属フィルタ５２が取り付けられているため、長孔３６，３７を上端側へ延ばすことが制限される。そのため、図２及び図４に示すようにパイプ部材３０がスリーブ４０から上方に突き出すように移動したとしても、その移動量との関係によって短い長孔３７がスリーブ４０の上端を超える位置まで達しない構造となってしまう。そこで、パイプ部材３０内に残る塵埃を効率よく排除するため、開放部４６を介して長孔３７の一部がスリーブ４０の外側に開放された排出口となる構成がとられている。

本実施形態の吸着ノズル７によれば、装着ヘッド１の流路を介して真空ポンプに接続され、弁の切り換えによって所定のタイミングで真空引きが行われる。装着ヘッド１がＸＹ平面上を移動し、所定の位置で上下する吸着ノズル７は、真空引きによって先端の吸着口３５に電子部品を吸着保持する一方、真空引きの解除及び正圧の付与により吸着口３５から電子部品を解放する。吸着ノズル７は、外部に突き出しているピン５１の両端を利用してシリンジ１２の下端側に着脱可能に取り付けられる。このとき、スリーブ４０が位置決めされ、その内部に挿入されたパイプ部材３０は、図示しないスプリングによって下方に付勢されて突き出した状態になっている。そのため、電子部品を吸着保持或いは解放する場合に、スプリングが縮むことによって吸着口３５が当たるときの衝撃が緩和される。

吸着ノズル７ではこうして電子部品の吸着が行われるが、そのための真空引きは電子部品に接する前から行われているため、装着機内を浮遊する塵や埃を吸い込んでしまう。しかし、吸着ノズル７によれば、吸着口３５から入り込んだ塵埃は、ノズル先端部材３２の流路３４およびシャフト部材３１の流路３３へと流れ、金属フィルタ５２によって捕えられる。そのため、装着ヘッド１のエア回路内にまで塵埃が侵入することが防止される。

塵埃を捕らえる金属フィルタ５２は、使用が繰り返されて目詰まりを起こすため、その取り換えや清掃が必要になる。金属フィルタ５２を取り出すにはカラー５３の取り外しが必要であり、それには先端部分にねじ切り部が形成された引き抜き工具を使用する。すなわち、引き抜き工具を回転することにより、ねじ切り部がカラー５３の内壁に食い込むようにしてねじ込められる。そして、軸方向に引き抜き工具を引っ張ることにより、カラー５３がねじ切り部と一体になってパイプ部材３０の組付け部３８から取り外すことができる。カラー５３は、こうした取り出しによって役割を終える使い捨て部品である。

金属フィルタ５２は、別のものに取り換えられるか清掃され、再び新たなカラー５３によってパイプ部材３０の組付け部３８に組み付けられる。一方、本実施形態の吸着ノズル７によれば、装着したままの金属フィルタ５２を清掃することも可能になっている。清掃時の吸着ノズル７は、図４に示すように、パイプ部材３０がスリーブ４０に対して金属フィルタ５２の取付け側端部が突き出した状態になる。このとき長孔３６は、一部がスリーブ４０から外に出た排出口となり、長孔３７についても、その一部が開放部４６の位置に重なって排出口となっている。そこで、吸着口３５から吸着ノズル７内に水や圧縮空気が送り込まれると、開口面積が大きい長孔３６，３７の一部から噴出する流れができる。そのため、流路３３，３４の壁面だけではなく、金属フィルタ５２の表面に付着した塵埃が金属フィルタ５２を通過せずに圧縮空気などに流されて、吸着ノズル７内から排出される。

ところで、本実施形態のように清掃可能な吸着ノズル７であれば、金属フィルタ５２は固定したままであってもよい。図６は、その点について変形を加えた吸着ノズルの断面図である。この吸着ノズル８は、金属フィルタ５５の取付け構造以外は吸着ノズル７と同じであるため、共通の構成については同じ符号が付されている。吸着ノズル８は、パイプ部材３０を構成するシャフト部材３１の端部に、中繰り加工によって内径が広がった組付け部５６が段状に形成されている。具体的には、金属フィルタ５５の外径よりも内径寸法が大きい挿入部５６１と、内径寸法が小さい押込み部５６２が形成され、更にその奥には金属フィルタ５５を嵌め込む溝形状の位置決め部５６３が形成されている。

金属フィルタ５５は、円形プレートにエッチング工法によって微小な孔５５１が複数形成され、周縁部の一部分に小さな切欠き部５５２が形成されている。金属プレート５５が径の小さい押し込み部５６２を通過する際、切欠き部５５２によって金属プレート５５が弾性変形して位置決め部５６３へ組み付け易くなっている。金属フィルタ５５は、一旦位置決め部５６３に嵌め込まれると容易に抜き取ることができないが、本実施形態の吸着ノズル８は、前述したものと同様、吸着口３５から水や圧縮空気が送り込むことにより、流路３３，３４の内部や金属フィルタ５５に付着した塵埃を長孔３６，３７から外に排出することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、図３に示すようにパイプ部材３０とスリーブ４０の上端が揃う構成であるため開放部４６が形成されているが、パイプ部材３０が図面上方に突き出して長孔３７が外に出るような構成であれば開放部４６は無くてもよい。
更に、前記実施形態のノズル先端部材３２は吸着口３５が小さいものであるが、例えばシャフト部材３１の流路３３の断面よりも大きい広がったラッパ形状などであってもよい。

１…装着ヘッド６…ノズルホルダ７…吸着ノズル３０…パイプ部材３１…シャフト部材３２…ノズル先端部材３３，３４…流路３５…吸着口３６，３７…長孔３８…組付け部４０…スリーブ４６…開放部５１…ピン５２…金属フィルタ５３…カラー

Claims

先端に吸着口を持ったノズル先端部および当該ノズル先端部と一体に形成されたシャフト部を備えるパイプ部材と、
前記パイプ部材を移動可能に保持する筒形状のスリーブと、
前記パイプ部材および前記スリーブを貫通するピンと、
前記パイプ部材に対し前記ピンを介して前記ノズル先端部の反対側に設けられた金属フィルタと、
前記ノズル先端部と前記金属フィルタとの間に、流路方向に沿って前記ピンをガイドするように前記パイプ部材に形成された一対の長孔と、
を含み
前記ノズル先端部が前記スリーブ内に入る方向の前記パイプ部材の移動により、前記長孔の一部が前記スリーブの外に開放されるよう構成された吸着ノズル。
前記金属フィルタを配置させるため前記パイプ部材部の内周面に形成された段差形状の座部と、
前記パイプ部材内に嵌め込まれて前記座部に前記金属フィルタを位置決めする筒形状のフィルタ保持部材とを有する請求項１に記載の吸着ノズル。
前記フィルタ保持部材は、前記パイプ部材内に圧入されるとともに、雌ねじ切りによって取外し可能な部品である請求項２に記載の吸着ノズル。
前記金属フィルタは、エッチングにより微小多孔が形成されたものである請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の吸着ノズル。