JPWO2017009932A1

JPWO2017009932A1 - 部品実装機のヘッドユニット

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Publication number: JPWO2017009932A1
Application number: JP2017528036A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　秀俊; 秀俊伊藤
Original assignee: Fuji Machine Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Fuji Corp
Priority date: 2015-07-13
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2018-04-26
Anticipated expiration: 2035-07-13
Also published as: JP6615886B2; EP3324720B1; EP3324720A1; EP3324720A4; WO2017009932A1

Abstract

部品実装機において、回転ヘッド（１４）をＲ軸（１３）を中心にして回転させるＲ軸駆動機構（４６）は、Ｒ軸を中心にして回転ヘッドと一体に回転するＲ軸ギア（４２）と、このＲ軸ギアと噛み合った駆動ギア（４７）を回転駆動するＲ軸モータ（４８）とから構成され、Ｒ軸ギアが回転ヘッドの下面側に配置されている。Ｒ軸は、ヘッドユニット（１１）の本体フレーム（１２）に固定されて、回転ヘッドがＲ軸に軸受（１５）を介して回転可能に支持されている。ヘッドユニット（１１）の本体フレーム（１２）には、回転ヘッドの外周部を軸受（４０）を介して回転可能に支持するヘッド回転支持部（４１）が設けられている。Ｒ軸モータは、回転ヘッドよりも高い位置にＲ軸側に寄せて配置されている。

Description

本発明は、回転ヘッド（ロータリヘッド）にその円周方向に所定間隔で複数のノズルホルダを下降可能に設けた部品実装機のヘッドユニットに関する発明である。

回転ヘッド（ロータリヘッド）型の部品実装機は、例えば特許文献１（国際公開第２０１５／００８３２９号公報）、特許文献２（特開２０１４−１８３１６８号公報）に記載されているように、回転ヘッドにその円周方向に複数のノズルホルダを所定間隔で下降可能に設けると共に、各ノズルホルダにそれぞれ吸着ノズルを下向きに保持させ、更に、Ｒ軸駆動機構により回転ヘッドをＲ軸（鉛直軸）を中心にして回転させることで、複数のノズルホルダをそれらに保持した複数の吸着ノズルと一体的に該回転ヘッドの円周方向に旋回させると共に、その旋回軌道の所定の停止位置で、その位置に停止しているノズルホルダをＺ軸駆動機構により下降させることで部品の吸着・実装を行い、Ｑ軸駆動機構により各ノズルホルダをその軸心線の回りを回転させることで、各ノズルホルダに保持した各吸着ノズルに吸着した各部品の向き（角度）を修正するようにしたものがある。

この場合、Ｒ軸の下端部に回転ヘッドが固定されて、両者が一体に回転するように構成され、更に、Ｒ軸の上端部にＲ軸ギアが固定され、このＲ軸ギアに、Ｒ軸モータの回転軸に固定された駆動ギアを噛み合わせて、Ｒ軸モータによりＲ軸を回転させることで、このＲ軸と一体に回転ヘッドを回転させるようになっている。

国際公開第２０１５／００８３２９号公報特開２０１４−１８３１６８号公報

近年、生産性向上のために部品実装速度を高速化する必要があり、そのために、回転ヘッドを高速回転させる必要があるが、上記従来構成では、Ｒ軸の上端側をＲ軸モータで高速回転させて、Ｒ軸の下端側の回転ヘッドを高速回転させることになるため、Ｒ軸モータの駆動力が作用するＲ軸の上端部のＲ軸ギアから位置決め対象となるＲ軸の下端部の回転ヘッドまでの距離が長くなって、回転系の慣性モーメントが大きくなり、回転ヘッドの高速回転化により回転ヘッド外周の吸着ノズルの停止位置のオーバーシュートやＲ軸の捩れが発生しやすくなり、回転ヘッド外周の吸着ノズルの位置決め精度が低下して、部品実装精度が低下するという欠点があった。

しかも、Ｒ軸の上端部にＲ軸ギアを固定して、その上方にＲ軸モータを配置した構成となるため、回転ヘッドと各軸駆動機構を含むヘッドユニット全体の上下方向のサイズが大型化して、その分、ヘッドユニットの移動に大きなスペースを必要として、部品実装機が大型化するという欠点もあった。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、回転ヘッドの高速回転化に対応しながら回転ヘッド外周の吸着ノズルの位置決め精度を向上できると共に、ヘッドユニット全体の上下方向のサイズを小型化できるようにすることである。

上記課題を解決するために、本発明は、上下方向に延びるＲ軸を中心にして回転可能に設けられた回転ヘッドと、前記回転ヘッドにその円周方向に所定間隔で下降可能に設けられた複数のノズルホルダと、前記複数のノズルホルダにそれぞれ下向きに保持され、部品を吸着する複数の吸着ノズルと、前記回転ヘッドを前記Ｒ軸を中心にして回転させることで前記複数のノズルホルダを前記複数の吸着ノズルと一体的に該回転ヘッドの円周方向に旋回させるＲ軸駆動機構と、前記複数のノズルホルダをそれぞれ各ノズルホルダの軸心線の回りを回転させることで各ノズルホルダに保持された各吸着ノズルに吸着した各部品の向きを修正するＱ軸駆動機構と、前記ノズルホルダの旋回軌道の所定の停止位置で該ノズルホルダを個別に下降させるＺ軸駆動機構とを備え、前記Ｒ軸駆動機構は、前記Ｒ軸を中心にして前記回転ヘッドと一体に回転するＲ軸ギアと、前記Ｒ軸ギアと噛み合った駆動ギアを回転駆動するＲ軸モータとを備え、前記Ｒ軸ギアは、前記回転ヘッドの下面側に配置されていることを特徴とするものである。

この構成では、回転ヘッドと一体に回転するＲ軸ギアを、回転ヘッドの下面側に配置しているため、従来のＲ軸ギアをＲ軸の上端部に配置した構成と比較して、Ｒ軸モータの駆動力が作用するＲ軸ギアから回転ヘッドまでの距離を大幅に短くすることができて、回転系の慣性モーメントを小さくすることができる。これにより、回転ヘッドの高速回転化に対応しながら、回転ヘッド外周の吸着ノズルの停止位置のオーバーシュートやＲ軸の捩れを抑えることができて、吸着ノズルの位置決め精度を向上することができ、部品実装精度を向上することができる。しかも、Ｒ軸ギアを回転ヘッドの下面側に配置しているため、Ｒ軸モータを従来よりも低い位置に配置することができて、ヘッドユニット全体の上下方向のサイズを小型化することができる。これにより、ヘッドユニットの移動に必要なスペースを小さくすることができて、部品実装機の小型化も可能となる。

本発明は、Ｒ軸を回転ヘッドと一体に回転させるように構成しても良いが、この構成では、Ｒ軸が回転する分、回転慣性モーメントが大きくなる。

そこで、Ｒ軸をヘッドユニットの本体フレームに固定して、回転ヘッドを前記Ｒ軸に回転可能に支持させるように構成すると良い。このようにすれば、Ｒ軸を回転させずに回転ヘッドのみを回転させることができるため、Ｒ軸が回転しない分、回転慣性モーメントを小さくすることができて、吸着ノズルの位置決め精度を更に向上することができる。

また、Ｒ軸ギアは、シザーズギアを用いて構成すると良い。このようにすれば、Ｒ軸ギアと駆動ギアとの間のバックラッシュを防止できて、吸着ノズルの位置決め精度を更に向上することができる。

更に、ヘッドユニットの本体フレームに、回転ヘッドの外周部を回転可能に支持するヘッド回転支持部を設けるようにしても良い。このようにすれば、回転ヘッドの回転時の振れをヘッド回転支持部によって確実に防止できると共に、回転ヘッドの下面側のＲ軸ギアの近くにヘッド回転支持部を配置することができて、回転ヘッドの下面側のＲ軸ギアと駆動ギアとの噛み合い状態を高速回転時でも安定して維持することができる。

本発明は、Ｒ軸モータを回転ヘッドの側方に配置しても良いが、この配置では、ヘッドユニットの横方向のサイズが大きくなる。

そこで、Ｒ軸モータを回転ヘッドよりも高い位置に配置するようにすると良い。回転ヘッドよりも高い位置には、空きスペースがあり、Ｒ軸モータをＲ軸側に寄せて配置することが可能であり、ヘッドユニットの横方向のサイズも小さくすることができる。

図１は本発明の一実施例における部品実装機のヘッドユニットの構成を示す縦断面図である。図２はヘッドユニットの下面図である。図３はＺ軸駆動機構とノズルホルダとの位置関係を示す斜視図である。図４は部品実装機の制御系の構成を示すブロック図である。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１乃至図３を用いて部品実装機のヘッドユニット１０の構成を説明する。

ヘッドユニット１１の本体フレーム１２には、上下方向に延びるＲ軸１３の上端部が嵌合固定され、このＲ軸１３の下部に回転ヘッド１４が軸受１５を介して回転可能に支持されている。回転ヘッド１４には、その円周方向に所定間隔で複数本のノズルホルダ１６が下降可能に支持され、各ノズルホルダ１６の下端部には、それぞれ部品を吸着する吸着ノズル１７が下向きに交換可能に保持されている。

Ｒ軸１３のうちの回転ヘッド１４の上側には、Ｑ軸駆動機構２０のＱ軸ギア２１が軸受２２を介して回転可能に支持されている。このＱ軸ギア２１には、各ノズルホルダ１６の上端に嵌着されたギア２３が噛み合っている。Ｑ軸ギア２１には、本体フレーム１２側に固定されたＱ軸モータ２４の回転軸２４ａに連結されたギア２５が噛み合い、Ｑ軸モータ２４のギア２５の回転によりＱ軸ギア２１が一体的に回転して、Ｑ軸ギア２１に噛み合う各ギア２３が回転して、各ノズルホルダ１６がそれぞれ各ノズルホルダ１６の軸心線（Ｑ軸）の回りを回転（自転）することで、各ノズルホルダ１６に保持された各吸着ノズル１７に吸着した各部品の向き（角度）を修正するようになっている。尚、Ｑ軸はθ軸とも呼ばれることがある。

更に、ヘッドユニット１１には、ノズルホルダ１６を個別に下降させるＺ軸駆動機構３０が設けられ、該Ｚ軸駆動機構３０により、ノズルホルダ１６の旋回軌道の所定の停止位置で、ノズルホルダ１６を個別に下降させて、該ノズルホルダ１６に保持された吸着ノズル１７を下降させるように構成されている。Ｚ軸駆動機構３０は、回転ヘッド１４の周囲の１箇所のみに配置しても良いし、２箇所以上に配置しても良い。

図３に示すように、Ｚ軸駆動機構３０は、本体フレーム１２側に回転可能に支持されたＺ軸ボールねじ３１をＺ軸モータ３２によって回転させてＺ軸スライド３３を上下方向に移動させることで、ノズルホルダ１６の上端フランジ３４に上方から該Ｚ軸スライド３３の係合片３５を係合（当接）させて該ノズルホルダ１６を上下動させるようになっている。この場合、各ノズルホルダ１６に装着したスプリング３６（付勢手段）により各ノズルホルダ１６が上方に付勢されることで、各ノズルホルダ１６の上端フランジ３４がＺ軸スライド３３の係合片３５に下方から係合（当接）した状態に保持され、該Ｚ軸スライド３３の係合片３５の上昇に伴って、該スプリング３６の押し上げ力により該ノズルホルダ１６が上昇するようになっている。

図１に示すように、ヘッドユニット１１の本体フレーム１２には、回転ヘッド１４の外周部を軸受４０を介して回転可能に支持するヘッド回転支持部４１が設けられている。回転ヘッド１４の下面側には、円環状のＲ軸ギア４２がＲ軸１３を中心にして回転ヘッド１４と一体に回転するように取り付けられている。Ｒ軸ギア４２は、メインギア４２ａとサブギア４２ｂとを相対回転可能に重ね合わせると共に、両ギア４２ａ，４２ｂを互いに反対方向にスプリング（図示せず）により回動付勢したシザーズギアを用いて構成されている。

回転ヘッド１４をＲ軸１３を中心にして回転させるＲ軸駆動機構４６は、Ｒ軸１３を中心にして回転ヘッド１４と一体に回転するＲ軸ギア４２と、このＲ軸ギア４２と噛み合った駆動ギア４７を回転駆動するＲ軸モータ４８とから成り、上述したように、Ｒ軸ギア４２は、回転ヘッド１４の下面側に配置されている。図１に示すように、Ｒ軸モータ４８は、回転ヘッド１４よりも高い位置に回転軸４９を下向きにして配置され、継手部材５０によってＲ軸モータ４８の回転軸４９の下端が駆動ギア４７の上向きに延びる軸５１と連結されている。これにより、Ｒ軸モータ４８によって駆動ギア４７を回転駆動してＲ軸ギア４２を回転させることで、これと一体に回転ヘッド１４をＲ軸１３を中心にして回転させて、複数のノズルホルダ１６を複数の吸着ノズル１７と一体的に該回転ヘッド１４の円周方向に旋回させる。駆動ギア４７の軸５１は、本体フレーム１２側にねじ５２（図２参照）により固定された軸支部材５３に軸受５４を介して回転可能に支持されている。

以上のように構成したヘッドユニット１１は、ＸＹ方向（水平方向）に移動するヘッド移動機構５６（図４参照）に取り付けられ、部品吸着動作を行う部品吸着エリアと部品実装動作を行う部品実装エリアとの間をＸＹ方向に移動するようになっている。

部品実装機の制御装置６１（図４参照）は、Ｒ軸駆動機構４６、Ｑ軸駆動機構２０、Ｚ軸駆動機構３０、ヘッド移動機構５６及び回路基板を搬送するコンベア６２の動作を制御して、ヘッドユニット１１を部品吸着エリアへ移動させて、部品供給装置６３から供給される部品を吸着ノズル１７に吸着して、該ヘッドユニット１１を部品実装エリアへ移動させて、該部品を回路基板に実装する。

以上説明した本実施例では、回転ヘッド１４と一体に回転するＲ軸ギア４２を、回転ヘッド１４の下面側に配置しているため、従来のＲ軸ギアをＲ軸の上端部に配置した構成と比較して、Ｒ軸モータ４８の駆動力が作用するＲ軸ギア４２から回転ヘッド１４までの距離を大幅に短くすることができて、回転系の慣性モーメントを小さくすることができる。これにより、回転ヘッド１４の高速回転化に対応しながら、回転ヘッド１４外周の吸着ノズル１７の停止位置のオーバーシュートを抑えることができて、吸着ノズル１７の位置決め精度を向上することができ、部品実装精度を向上することができる。しかも、Ｒ軸ギア４２を回転ヘッド１４の下面側に配置しているため、Ｒ軸モータ４８を従来よりも低い位置に配置することができて、ヘッドユニット１１全体の上下方向のサイズを小型化することができる。これにより、ヘッドユニット１１の移動に必要なスペースを小さくすることができて、部品実装機の小型化も可能となる。また、Ｒ軸モータ４８の負荷（回転系の慣性モーメント）を軽減できるため、Ｒ軸モータ４８を小型化することができ、省エネルギ化も実現することができる。

更に、本実施例では、Ｒ軸１３をヘッドユニット１１の本体フレーム１２に固定して、回転ヘッド１４をＲ軸１３に回転可能に支持させるようにしたので、Ｒ軸１３を回転させずに回転ヘッド１４のみを回転させることができる。これにより、Ｒ軸１３が回転しない分、回転系の慣性モーメントを小さくすることができると共に、Ｒ軸１３の捩れによる回転ヘッド１４の位置決め精度の悪化もなく、回転ヘッド１４外周の吸着ノズル１７の位置決め精度を更に向上することができる。

但し、本発明は、Ｒ軸１３が回転ヘッド１４と一体に回転する構成としても良く、この場合でも、本発明の所期の目的を達成できる。

また、本実施例では、ヘッドユニット１１の本体フレーム１２に、回転ヘッド１４の外周部を回転可能に支持するヘッド回転支持部４１を設けるようにしたので、回転ヘッド１４の回転時の振れをヘッド回転支持部４１によって確実に防止できると共に、回転ヘッド１４の下面側のＲ軸ギア４２の近くにヘッド回転支持部４１を配置することができて、回転ヘッド１４の下面側のＲ軸ギア１３と駆動ギア４７との噛み合い状態を高速回転時でも安定して維持することができ、回転ヘッド１４の高速回転化に貢献できる。

また、Ｒ軸モータ４８を回転ヘッド１４よりも高い位置に配置するようにしたので、回転ヘッド１４の上方の空きスペースを利用してＲ軸モータ４８をＲ軸１３側に寄せて配置することが可能であり、ヘッドユニット１１の横方向のサイズも小さくすることができる。

尚、本発明は、上記実施例に限定されず、例えば、Ｑ軸駆動機構２０やＺ軸駆動機構３０の構成を適宜変更したり、ノズルホルダ１６（吸着ノズル１７）の本数を適宜変更しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは言うまでもない。

１１…ヘッドユニット、１２…本体フレーム、１３…Ｒ軸、１４…回転ヘッド、１５…軸受、１６…ノズルホルダ、１７…吸着ノズル、２０…Ｑ軸駆動機構、２１…Ｑ軸ギア、２２…軸受、２４…Ｑ軸モータ、３０…Ｚ軸駆動機構、４０…軸受、４１…ヘッド回転支持部、４２…Ｒ軸ギア、４７…駆動ギア、４８…Ｒ軸モータ、５６…ヘッド移動機構

Claims

部品実装機のヘッドユニットにおいて、
上下方向に延びるＲ軸を中心にして回転可能に設けられた回転ヘッドと、
前記回転ヘッドにその円周方向に所定間隔で下降可能に設けられた複数のノズルホルダと、
前記複数のノズルホルダにそれぞれ下向きに保持され、部品を吸着する複数の吸着ノズルと、
前記回転ヘッドを前記Ｒ軸を中心にして回転させることで前記複数のノズルホルダを前記複数の吸着ノズルと一体的に該回転ヘッドの円周方向に旋回させるＲ軸駆動機構と、
前記複数のノズルホルダをそれぞれ各ノズルホルダの軸心線の回りを回転させることで各ノズルホルダに保持された各吸着ノズルに吸着した各部品の向きを修正するＱ軸駆動機構と、
前記ノズルホルダの旋回軌道の所定の停止位置で該ノズルホルダを個別に下降させるＺ軸駆動機構とを備え、
前記Ｒ軸駆動機構は、前記Ｒ軸を中心にして前記回転ヘッドと一体に回転するＲ軸ギアと、前記Ｒ軸ギアと噛み合った駆動ギアを回転駆動するＲ軸モータとを備え、
前記Ｒ軸ギアは、前記回転ヘッドの下面側に配置されていることを特徴とする部品実装機のヘッドユニット。
前記Ｒ軸は、前記ヘッドユニットの本体フレームに固定され、
前記回転ヘッドは、前記Ｒ軸に回転可能に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の部品実装機のヘッドユニット。
前記ヘッドユニットの本体フレームに、前記回転ヘッドの外周部を回転可能に支持するヘッド回転支持部が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の部品実装機のヘッドユニット。
前記Ｒ軸ギアは、シザーズギアを用いて構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の部品実装機のヘッドユニット。
前記Ｒ軸モータは、回転軸を下向きにして前記駆動ギアと連結され、前記回転ヘッドよりも高い位置に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の部品実装機のヘッドユニット。