JP7071187B2

JP7071187B2 - 部品保持ヘッド

Info

Publication number: JP7071187B2
Application number: JP2018058571A
Authority: JP
Inventors: 敏朗平川; 秀行小畑; 南海基
Original assignee: ハンファ精密機械株式会社
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2022-05-18
Anticipated expiration: 2038-03-26
Also published as: CN108697045A; JP2018174319A; CN108697045B; KR101783993B1

Description

本発明は、ＩＣ（integrated circuit）チップなどの部品（電子部品）を基板に実装する部品実装機に使用される部品保持ヘッドに関する。

一般的に、部品実装機は、部品保持ヘッドを部品供給部の上方に移動させ、そこから、部品保持ヘッドに具備されたスピンドルとノズルとを下降させ、ノズルの下端部に部品を真空吸着させてピックアップし、その後、部品保持ヘッドを基板上方に移動させた後、基板上方からノズルを下降させ、基板の所定座標位置に部品を実装するように構成されている。

このように部品をノズルに吸着させたり、ノズルに吸着された部品を基板に実装したりするためには、ノズルに負圧または正圧を付与することが必要である。そのために、部品実装機のノズルに作用する空圧を調節することが必要であり、部品実装機は、そのような調節に必要な正圧管路、負圧管路、スプール弁などのさまざまな装置及び設備を含んでいる。例えば、特許文献１には、ノズル軸に連通された弁が、チューブを介して真空タンクに接続された電子部品実装装置が開示されている。

日本特許第３７１８９９５号

本発明の一側面によれば、スプール弁部の精密な制御が可能な部品保持ヘッドを具現することを主な課題にする。

本発明の一側面によれば、ヘッド本体部と、前記ヘッド本体部に設けられ、複数個のスピンドル部が上下動自在に設けられるヘッド凸部と、前記複数個のスピンドル部それぞれの下端に設けられたノズル部と、前記ヘッド凸部に設けられ、前記ノズル部に空圧を付与するスプール弁部と、前記スプール弁部を作動させるスプール弁作動部と、前記スプール弁作動部を動かす少なくとも１つの駆動部材部と、前記駆動部材部の動きをガイドし、前記ヘッド本体部に設けられるガイド部と、前記駆動部材部に設けられるカム従動部と、前記カム従動部を動かす円筒カム部と、前記ヘッド本体部に設けられ、前記円筒カム部を回転させる動力を発生させるスプール弁駆動モータ部と、前記スプール弁作動部と前記ガイド部との間に配置される弾性部材と、を含む部品保持ヘッドを提供する。
本発明の他の側面によれば、ヘッド本体部と、前記ヘッド本体部に設けられ、複数個のスピンドル部が上下動自在に設けられるヘッド凸部と、前記複数個のスピンドル部それぞれの下端に設けられたノズル部と、前記ヘッド凸部に設けられ、前記ノズル部に空圧を付与するスプール弁部と、前記スプール弁部を作動させるスプール弁作動部と、前記スプール弁作動部を動かす少なくとも１つの駆動部材部と、前記駆動部材部の動きをガイドし、前記ヘッド本体部に設けられるガイド部と、前記駆動部材部に設けられるカム従動部と、前記カム従動部を動かす円筒カム部と、前記ヘッド本体部に設けられ、前記円筒カム部を回転させる動力を発生させるスプール弁駆動モータ部と、を含み、前記ヘッド本体部には、動き制限部材が設けられ、前記円筒カム部には、前記動き制限部材に当接し、前記円筒カム部の回転動作を制限する引っ掛かり部が設けられている部品保持ヘッドを提供する。

ここで、前記スプール弁部は、前記ヘッド凸部に設けられたスプール弁設置孔と、前記スプール弁設置孔に設けられたスプール弁と、前記スプール弁の上端部に設けられた作用部と、を含んでもよい。

ここで、前記スプール弁部の駆動時、前記作用部は、前記スプール弁作動部から力を受けて動くことができる。

ここで、前記カム従動部は、回動自在に設けられたローラ部材を含んでもよく、前記円筒カム部には、前記ローラ部材が接触して回転することができるトラックが円周方向に設けられてもよい。

本発明の一側面による部品保持ヘッドは、スプール弁作動部、駆動部材部、カム従動部、円筒カム部を利用し、スプール弁部を作動させることにより、スプール弁部に対する迅速であって精密な制御を具現することができる。

本発明の一実施形態に係わる部品保持ヘッドの全体構成を図示した概略的な図面である。本発明の一実施形態に係わる駆動部材部、カム従動部、円筒カム部が組み立てられて作動する様子を図示した斜視図である。図２の駆動部材部、カム従動部、円筒カム部の組立体について説明するために、その組立体を分解して図示した分解斜視図である。

以下、添付された図面を参照し、望ましい実施形態による本発明について詳細に説明する。また、本明細書及び本図面において、実質的に同一構成を有する構成要素については、同一符号を使用することにより、重複説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係わる部品保持ヘッドの全体構成を図示した概略的な図面であり、図２は、本発明の一実施形態に係わる駆動部材部、カム従動部、円筒カム部が組み立てられて作動する様子を図示した斜視図であり、図３は、図２の駆動部材部、カム従動部、円筒カム部の組立体について説明するために、その組立体を分解して図示した分解斜視図である。

図１ないし図３に図示されているように、本実施形態による部品保持ヘッド１００は、ヘッド本体部１１０、ヘッド凸部１２０、ノズル部１３０、スプール弁部１４０、スプール弁作動部１５０、駆動部材部１６０、ガイド部１７０、カム従動部１８０、円筒カム部１９０、スプール弁駆動モータ部１９５、弾性部材１９７、スピンドル加圧部ＳＰを含む。

本実施形態の部品保持ヘッド１００は、ロータリヘッド形式の部品保持ヘッドであり、ヘッド本体部１１０に、ヘッド凸部１２０が垂直軸周囲のＲ方向に回転自在に装着されている。

本実施形態による部品保持ヘッド１００は、回転するロータリヘッド形式を有しているが、本発明は、それに限定されるものではない。すなわち、本発明による部品保持ヘッドは、回転しない形式であってもよい。

ヘッド本体部１１０は、部品保持ヘッド１００のフレームとしての機能を有し、ヘッド本体部１１０には、各種装置が設けられる。例えば、ヘッド本体部１１０には、ヘッド凸部１２０、Ｒモータ部ＲＭ、Ｔモータ部ＴＭ、Ｚモータ部ＺＭ、スプール弁駆動モータ部１９５、動き制限部材１１１などが設けられる。

本実施形態によれば、ヘッド本体部１１０の一側には、円筒カム部１９０の回転動作角度を制限する動き制限部材１１１が設けられているが、本発明は、それに限定されるものではない。すなわち、本発明によるヘッド本体部には、動き制限部材１１１が設けられないこともある。

ヘッド凸部１２０は、ヘッド本体部１１０に設けられたＲモータ部ＲＭの駆動により、Ｒ方向に回転することができる。すなわち、Ｒモータ部ＲＭが駆動されれば、連結ギアＣＧにより、ヘッド凸部１２０の支持軸ＭＳに動力が伝達され、ヘッド凸部１２０が回転することになる。Ｒモータ部ＲＭは、サーボモータ、ステップモータ、一般直流モータ、一般交流モータなど多様な種類及び形式のモータが適用される。

ヘッド凸部１２０の内部には、第１空圧ライン１２１及び第２空圧ライン１２２が形成されている。第１空圧ライン１２１は、ブロータンク部ＢＴに連結されており、第２空圧ライン１２２は、負圧管路（図示せず）に連結されている。

一方、ヘッド凸部１２０には、その周方向に沿って、複数個のスピンドル部１２３が配置される。スピンドル部１２３は、ヘッド凸部１２０に上下動自在に設けられるが、スピンドル部１２３の内部には、スプール弁部１４０と連結されるエア通路１２３ａが形成される。また、スピンドル部１２３は、スプリング部材ＴＳにより、ヘッド凸部１２０に弾性的に支持される。

スピンドル部１２３外周の少なくとも一部には、スプライン（図示せず）が形成されており、スピンドル部１２３は、ボール・スプライン構造でヘッド凸部１２０に設けられる。すなわち、スピンドル部１２３は、外筒１２４に嵌め込まれ、ヘッド凸部１２０に設けられるが、外筒１２４の下部には、駆動ギア１２５が設けられる。駆動ギア１２５は、ＴモータＴＭから動力を伝達され、外筒１２４及びスピンドル部１２３をＴ方向に回転させることになる。

すなわち、各スピンドル部１２３は、ヘッド本体部１１０に設けられたＴモータ部ＴＭの駆動により、各スピンドル部１２３の軸線周りのＴ方向に回転することができるが、Ｔモータ部ＴＭが駆動されれば、ヘッド凸部１２０を垂直方向に貫通する回転軸ＶＳが回転し、次に、回転軸ＶＳに設けられたギアＶＧと駆動ギア１２５とにより、動力が順次に伝達され、各スピンドル部１２３の回転が行われる。Ｔモータ部ＴＭは、サーボモータ、ステップモータ、一般直流モータ、一般交流モータなど多様な種類及び形式のモータが適用される。

本実施形態によるスピンドル部１２３は、ボール・スプライン構造でもってヘッド凸部１２０に設けられるが、本発明は、それに限定されるものではない。すなわち、本発明によれば、スピンドル部１２３は、Ｚ軸方向に移動することができ、かつＴ方向に回転するように設けられればよく、それ以外の特別な制限はない。

一方、ノズル部１３０は、複数個のスピンドル部１２３それぞれの下端に設けられ、内部に、ノズル通路１３１が形成されている。

すなわち、ノズル通路１３１を介して、負圧または正圧が付与されれば、ノズル部１３０が、部品を吸着したり、部品を下ろしたりするが、ノズル通路１３１は、スピンドル部１２３のエア通路１２３ａに連通される。

スプール弁部１４０は、ヘッド凸部１２０に設けられるが、ノズル部１３０に空圧を付与する。

スプール弁部１４０は、スプール弁１４１、スプール弁設置孔１４２、作用部１４３を含む。

スプール弁設置孔１４２は、ヘッド凸部１２０に設けられるが、スプール弁設置孔１４２には、スプール弁１４１が設けられ、スプール弁設置孔１４２は、第１空圧ライン１２１及び第２空圧ライン１２２とエア通路１２３ａとに連通されている。スプール弁１４１がスプール弁作動部１５０によって力を受けて動けば、スプール弁１４１の位置により、エア通路１２３ａとノズル通路１３１との空圧が負圧または正圧に変化することになる。

作用部１４３は、スプール弁１４１の上端部に設けられるが、スプール弁部１４０の駆動時、スプール弁作動部１５０から力を受けて動き、スプール弁１４１の位置を変化させる。

一方、スプール弁作動部１５０は、スプール弁部１４０を作動させるが、駆動部材部１６０に連結されて設けられる。

スプール弁作動部１５０は、その断面が「Ｕ」字形である部分を有しており、この「Ｕ」字形の真ん中に、作用部１４３が嵌め込まれて設けられるので、スプール弁作動部１５０が上下に動けば、作用部１４３も上下に動くことになる。

本実施形態によるスプール弁作動部１５０は、その断面が「Ｕ」字形である部分を有しているが、本発明は、それに限定されるものではない。すなわち、本発明によるスプール弁作動部１５０の形状には、特別な制限がない。例えば、本発明によるスプール弁作動部１５０の形状は、環形状を有することができ、その場合、環形状の中央に、作用部１４３が位置するように設けることもできる。

一方、駆動部材部１６０は、スプール弁作動部１５０に連結され、スプール弁作動部１５０を動かすことになる。

駆動部材部１６０は、バー形状を有しており、その上部端部には、カム従動部設置部１６１が設けられる。カム従動部設置部１６１には、カム従動部１８０が設けられる。

本実施形態による駆動部材部１６０は、単一個数によって構成されているが、本発明は、それに限定されるものではない。本発明による駆動部材部の個数は、特別に制限がない。すなわち、本発明による駆動部材部は、複数個によっても構成され、その場合、複数個の駆動部材部は、それぞれガイド部１７０により、その動きがガイドされる。

ガイド部１７０は、駆動部材部１６０の動きをガイドするが、ヘッド本体部１１０に設けられる。

ガイド部１７０には、駆動部材部１６０を摺動自在に支持するスライディング支持部１７１が設けられる。スライディング支持部１７１は、ボール・スプライン構造を有する。すなわち駆動部材部１６０の外周面、及びスライディング支持部１７１の内周面には、スプライン溝が存在し、このスプライン溝には、ボールが配置されることにより、駆動部材部１６０は、摺動自在に構成されながらも、その長手方向の軸を中心にする回転運動が防止される。

本実施形態によれば、スライディング支持部１７１は、ボール・スプライン構造を有するものの、本発明は、それに限定されるものではない。すなわち、本発明によるスライディング支持部の構造は、ガイド部１７０を摺動自在に支持できる構造であればよく、それ以外に特別な制限はない。しかし、可能な限りスライディング支持部は、駆動部材部１６０がその長手方向に動くとき、駆動部材部１６０の回転が防止される構造を有することが望ましい。

一方、カム従動部１８０は、駆動部材部１６０のカム従動部設置部１６１に設けられる。図２に図示されているように、本実施形態のカム従動部１８０は、ローラ部材１８１を含む。

ローラ部材１８１は、回動軸１８１ａを利用して、カム従動部設置部１６１に回動自在に設けられるが、ローラ部材１８１は、ローリングベアリング、ジャーナルベアリングなどを利用し、カム従動部設置部１６１に回動自在になるようにも設けられる。

本実施形態のカム従動部１８０は、ローラ部材１８１を含むが、本発明は、それに限定されるものではない。すなわち、本発明によるカム従動部は、円筒カム部により、上下動を行えばよく、その形状には、特別な制限がない。例えば、本発明による円筒カム部は、その外周面に溝が形成されており、カム従動部は、その溝に沿って動く突起の形状を有することもできる。

一方、円筒カム部１９０は、全体的に円筒の形状を有し、カム従動部１８０を動かす。円筒カム部１９０には、ローラ部材１８１が接触して回転することができるトラック１９１が円周方向に設けられているが、トラック１９１は、ローラ部材１８１の動きのために、その高さ及び傾斜面が適切に変化するように形成されている。

円筒カム部１９０の中央には、回転軸Ｓが設けられる設置孔１９２が形成されており、一側には、引っ掛かり部１９３が設けられる。

引っ掛かり部１９３は、ヘッド本体部１１０に設けられた動き制限部材１１１に当接し、円筒カム部１９０の回転動作を制限する機能を有する。

本実施形態によれば、円筒カム部１９０の一側には、引っ掛かり部１９３が設けられているが、本発明は、それに限定されるものではない。すなわち、本発明による円筒カム部には、引っ掛かり部が設けられないこともある。

一方、スプール弁駆動モータ部１９５は、円筒カム部１９０を回転させる動力を発生させるが、ヘッド本体部１１０に設けられる。

スプール弁駆動モータ部１９５は、サーボモータを含むが、円筒カム部１９０は、スプール弁駆動モータ部１９５の駆動軸１９５ａ、及びそれと連結された回転軸Ｓから動力を伝達され、回転する。

本実施形態によれば、スプール弁駆動モータ部１９５は、サーボモータを含んで構成されるが、本発明は、それに限定されるものではない。すなわち、本発明によるスプール弁駆動モータ部に適用されるモータの種類は、特別に制限されるものではない。例えば、本発明によるスプール弁駆動モータ部に適用されるモータは、ステップモータ、一般直流モータ、一般交流モータなど多様な種類及び形式のモータが適用される。

一方、弾性部材１９７は、円筒コイルスプリングの形状を有しており、スプール弁作動部１５０とガイド部１７０との間に配置される。

弾性部材１９７は、スプール弁作動部１５０または駆動部材部１６０が、下方に弾性力が作用するように設けられるので、この弾性部材１９７が設けられれば、カム従動部１８０には下方に力が作用し、ローラ部材１８１は、円筒カム部１９０のトラック１９１に常時接触する。それにより、スプール弁作動部１５０の動きを精密に制御することができる。

弾性部材１９７は、１個の円筒コイルスプリングを含んでなるが、本発明によれば、弾性部材をなすスプリングの個数及び種類には特別な制限がない。例えば、本発明による弾性部材は、複数のコイルスプリングを含んでもよく、スプリングの種類も、円錐状コイルスプリング、ボリュートコイルスプリング、長鼓形コイルスプリングなど多様なスプリングが適用される。

一方、スピンドル加圧部ＳＰは、スピンドル部１２３をＺ方向に下降させる装置である。ヘッド本体部１１０に配置されたＺモータ部ＺＭのモータ軸は、ボールねじ機構のねじ軸（図示せず）に連結され、そのねじ軸に設けられたナットに、スピンドル加圧部ＳＰが連結されている。従って、Ｚモータ部ＺＭの駆動により、スピンドル加圧部ＳＰがＺ方向に下降すれば、スピンドル加圧部ＳＰは、スピンドル部１２３の上端部を押すことにより、スピンドル部１２３が下降する。Ｚモータ部ＺＭは、サーボモータ、ステップモータ、一般直流モータ、一般交流モータなど多様な種類及び形式のモータが適用される。

次に、本実施形態による部品保持ヘッド１００の動作について説明する。

本実施形態による部品保持ヘッド１００を具備した部品実装機は、スピンドル部１２３の下端に装着されたノズル部１３０を利用し、部品供給部（図示せず）から部品をピックアップして保持し、ピックアップされた部品を基板に移送し、基板の所定位置に部品を実装するが、以下、図１及び図２を参照し、ノズル部１３０に空圧を付与するためのスプール弁部１４０の動作について説明する。

部品実装機の制御部（図示せず）は、ノズル部１３０に付与される空圧を変化させる必要がある場合、スプール弁駆動モータ部１９５を駆動させる。

スプール弁駆動モータ部１９５が駆動されれば、円筒カム部１９０は、スプール弁駆動モータ部１９５の駆動軸１９５ａ、及びそれと連結された回転軸Ｓから動力を伝達され、所定角度に回転される。そのとき、円筒カム部１９０の回転角度は、円筒カム部１９０に設けられた引っ掛かり部１９３と、ヘッド本体部１１０に設けられた動き制限部材１１１と、によって制限される。

円筒カム部１９０が回転すれば、円筒カム部１９０のトラック１９１が回転し、それにより、トラック１９１に接触して弾性支持されているローラ部材１８１は、トラック１９１に沿って転がりながら、その高さが変化することになる。

ローラ部材１８１の高さが変化すれば、ローラ部材１８１が設けられたカム従動設置部１６１の高さも変化し、それにより、駆動部材部１６０の高さも変化することになる。駆動部材部１６０の高さが変化しながら動くとき、駆動部材部１６０は、ガイド部１７０によってガイドされながら動くことになる。

駆動部材部１６０が動けば、駆動部材部１６０に連結されたスプール弁作動部１５０も動く。そのとき、弾性部材１９７の弾性力が持続的に作用し、駆動部材部１６０とスプール弁作動部１５０との振動現象、ジャンピング（jumping）現象などが防止されるので、精密な制御が可能になる。

スプール弁作動部１５０が動いて高さが変化すれば、スプール弁部１４０の作用部１４３及びスプール弁１４１も動くことになるので、ノズル部１３０に作用する空圧が変化する。

以上のように、本実施形態による部品保持ヘッド１００によれば、スプール弁作動部１５０、駆動部材部１６０、カム従動部１８０、円筒カム部１９０を利用し、スプール弁駆動モータ部１９５で生じた動力をスプール弁部１４０に伝達し、スプール弁１４１の動きを制御する動力伝達メカニズムを有することになる。それにより、スプール弁部１４０に対する迅速であって精密な制御が可能であるので、ノズル部１３０に付与される空圧を適切に制御するだけではなく、比較的低トルク（torque）のモータでスプール弁駆動モータ部１９５を構成することができるので、スプール弁駆動モータ部１９５の大きさ及び重さを減らすことができる。それにより、部品保持ヘッド１００の全体質量及び慣性モーメントを低減させることができるので、部品保持ヘッド１００の動き制御に有利になる。

また、本実施形態による部品保持ヘッド１００によれば、スプール弁部１４０の近くに、スプール弁部１４０を駆動するためのモータを設けず、スプール弁部１４０と離隔されたヘッド本体部１１０に、スプール弁駆動モータ部１９５を設けるので、部品保持ヘッド１００のスプール弁部１４０の近くの空間に、それだけ余裕が生じ、設計者または作業者は、その余裕空間を効率的に利用することができるであろう。

本発明の一側面を、添付された図面に図示された実施形態を参照して説明したが、それらは、例示的なものに過ぎず、当該技術分野で当業者であるならば、それらから多様な変形、及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解することができるであろう。従って、本発明の真の保護範囲は、添付された特許請求の範囲によってのみ決められるものである。

本発明は、部品実装機の部品保持ヘッドの製造及び運用に使用される。

１００部品保持ヘッド
１１０ヘッド本体部
１２０ヘッド凸部
１３０ノズル部
１４０スプール弁部
１５０スプール弁作動部
１６０駆動部材部
１７０ガイド部
１８０カム従動部
１９０円筒カム部
１９５スプール弁駆動モータ部
１９７弾性部材

Claims

ヘッド本体部と、
前記ヘッド本体部に設けられ、複数個のスピンドル部が上下動自在に設けられるヘッド凸部と、
前記複数個のスピンドル部それぞれの下端に設けられたノズル部と、
前記ヘッド凸部に設けられ、前記ノズル部に空圧を付与するスプール弁部と、
前記スプール弁部を作動させるスプール弁作動部と、
前記スプール弁作動部を動かす少なくとも１つの駆動部材部と、
前記駆動部材部の動きをガイドし、前記ヘッド本体部に設けられるガイド部と、
前記駆動部材部に設けられるカム従動部と、
前記カム従動部を動かす円筒カム部と、
前記ヘッド本体部に設けられ、前記円筒カム部を回転させる動力を発生させるスプール弁駆動モータ部と、
前記スプール弁作動部と前記ガイド部との間に配置される弾性部材と、を含む部品保持ヘッド。
ヘッド本体部と、
前記ヘッド本体部に設けられ、複数個のスピンドル部が上下動自在に設けられるヘッド凸部と、
前記複数個のスピンドル部それぞれの下端に設けられたノズル部と、
前記ヘッド凸部に設けられ、前記ノズル部に空圧を付与するスプール弁部と、
前記スプール弁部を作動させるスプール弁作動部と、
前記スプール弁作動部を動かす少なくとも１つの駆動部材部と、
前記駆動部材部の動きをガイドし、前記ヘッド本体部に設けられるガイド部と、
前記駆動部材部に設けられるカム従動部と、
前記カム従動部を動かす円筒カム部と、
前記ヘッド本体部に設けられ、前記円筒カム部を回転させる動力を発生させるスプール弁駆動モータ部と、を含み、
前記ヘッド本体部には、動き制限部材が設けられ、
前記円筒カム部には、前記動き制限部材に当接し、前記円筒カム部の回転動作を制限する引っ掛かり部が設けられている部品保持ヘッド。
前記スプール弁部は、前記ヘッド凸部に設けられたスプール弁設置孔と、前記スプール弁設置孔に設けられたスプール弁と、前記スプール弁の上端部に設けられた作用部と、を含む請求項１又は２に記載の部品保持ヘッド。
前記スプール弁部の駆動時、前記作用部は、前記スプール弁作動部から力を受けて動く請求項３に記載の部品保持ヘッド。
前記カム従動部は、回動自在に設けられたローラ部材を含み、
前記円筒カム部には、前記ローラ部材が接触して回転することができるトラックが円周方向に設けられている請求項１又は２に記載の部品保持ヘッド。