JPWO2017081775A1 - 実装シャフト装置、実装ヘッド、表面実装機 - Google Patents

Abstract

実装シャフト装置（１２０）は、支持部材（１７１）の軸孔（１７３）を貫通し、内部に空気圧の供給通路を有するスプラインシャフト（１２１）と、バルブ（９０）と連通し、前記バルブから供給される空気圧を前記スプラインシャフトの前記供給通路（１３１）へ導入する導入部材（１６１）と、前記スプラインシャフトの軸端に位置し、前記スプラインシャフトの前記供給通路を通じて前記空気圧の供給を受けて、電子部品を保持する部品保持部（２５０）と、前記スプラインシャフトとスプライン結合するスプラインナット（１５１）と、前記支持部材の前記軸孔内において、軸方向への直動動作と軸回りの回転動作の双方が可能な状態で前記スプラインシャフトを軸受けする軸受部材（１８１）と、を含み、前記スプラインシャフトの軸上において、前記部品保持部から近い順に、前記軸受部材、前記導入部材、前記スプラインナットが位置する。

Description

本明細書で開示される技術は、例えば表面実装機の実装ヘッド等に搭載される実装シャフト装置の構造に関する。

従来から、スプライン結合を利用して、シャフトに軸方向への直動運動と軸回りの回転運動を行わせる技術が知られている。こうした技術は例えば、電子部品をプリント基板上に実装する表面実装機の実装ヘッド等に利用されている。具体的には、吸着ノズルを昇降及び回転させるシャフトに利用されている。

下記特許文献１には、吸着ヘッドを、下部ノズルシャフトと、この下部ノズルシャフトの上端部に軸継手によって着脱自在に取り付けられた上部ノズルシャフトとによって分割構成している。このような構成にすることで、例えば、吸着ノズルや下部ノズルシャフトなど必要な部品の交換を可能として、部品交換作業の短縮化を図っている。

また、下記特許文献１では、下部ノズルシャフトと上部ノズルシャフトの軸心部に空気通路を設けている。空気通路は、下部ノズルシャフトと上部ノズルシャフトを軸方向に貫通している。そして、上部ノズルシャフトの上端部には空気パイプが接続されており、空気パイプ、シャフト内の空気通路を通って、吸着ノズルに空気圧を供給する構成となっている。

特開２００５−３２７７７４号

ところで、近年では、プリント基板上に実装する電子部品の小型化されており、電子部品の実装精度を高精度化することが求められている。また、実装タクトの短縮化を図るには、吸着ノズルに供給する空気圧を切り換えた時の応答時間を、短縮することも重要であることから、電子部品の実装精度を高精度化しつつ、空気圧を切り換えた時の応答時間を短縮化することが課題となっていた。

本明細書で開示される技術は、上記の課題に鑑みて創作されたものであって、電子部品の実装精度を高精度化しつつ、空気圧の切換時の応答時間を短縮化することを目的とする。

本明細書で開示される実装シャフト装置は、支持部材の軸孔を貫通し、内部に空気圧の供給通路を有するスプラインシャフトと、バルブと連通し、前記バルブから供給される空気圧を前記スプラインシャフトの前記供給通路へ導入する導入部材と、前記スプラインシャフトの軸端に位置し、前記スプラインシャフトの前記供給通路を通じて前記空気圧の供給を受けて、電子部品を保持する部品保持部と、前記スプラインシャフトとスプライン結合するスプラインナットと、前記支持部材の前記軸孔内において、軸方向への直動動作と軸回りの回転動作の双方が可能な状態で前記スプラインシャフトを軸受けする軸受部材と、を含み、前記スプラインシャフトの軸上において、前記部品保持部から近い順に、前記軸受部材、前記導入部材、前記スプラインナットが位置する。

本構成では、スプラインシャフトの軸上において、部品保持部から近い順に、軸受部材、導入部材、スプラインナットが位置する。そのため、電子部品の実装精度を高精度化しつつ、空気圧の切り換え時間を短縮することが出来る。

また、本明細書で開示される実装シャフト装置の一実施態様として以下の構成が好ましい。

前記導入部材は、前記スプラインシャフトとの間に前記供給通路と連通する空気室を有する筒状であり、前記空気室の周壁部分に、前記バルブと連通する連通孔を有する。この構成では、バルブからの空気圧を連通孔、空気室を通じてスプラインシャフトの供給通路に導入することが出来る。

前記スプラインシャフトは、前記スプラインシャフトの軸方向に延び、前記スプラインシャフトと前記スプラインナットをスプライン結合するボールが嵌合するボール溝と、前記ボール溝の溝端部に位置する不完全溝部に対して、前記ボールが嵌り込むことを規制する規制部と、を有する。尚、「不完全溝部」とは、ボール溝の正規溝形状と比較して、溝幅が狭い場合や溝深さが浅い場合など溝形状が不完全な溝部を意味する。この構成では、ボールが不完全溝部に対して嵌り込むことを規制することが出来る。従って、軸方向への直動動作について、スプラインシャフトの動作不良を抑制することが出来る。

前記ボールスプラインシャフトは、前記不完全溝部と前記ボール溝の境界部分に環状の環状溝を有し、前記規制部は、前記不完全溝部と前記ボール溝との境界部分に設けられた前記環状溝内に位置して、前記ボールが前記ボール溝側から前記不完全溝部側に移動するのを規制するボールストッパである。この構成では、ボールがボール溝側から不完全溝部側に移動することをボールストッパが規制するので、ボールが不完全溝部に嵌り込むことを規制することが出来る。

前記規制部は、前記不完全溝部と前記ボール溝の境界部分に設けられた段差である。この構成では、ボールがボール溝側から不完全溝部側に移動することを段差が規制するので、ボールが不完全溝部に嵌り込むことを規制することが出来る。

前記規制部は、前記不完全溝部を埋める充填材である。この構成では、充填材が不完全溝部を埋めるので、ボールが不完全溝部に嵌り込むことを規制することが出来る。

本明細書で開示される実装ヘッドは、上記実装シャフト装置と、孔内に前記導入部材と前記支持部材とが上下に位置し、内部を前記スプラインシャフトが軸方向に貫通する貫通孔を有するベースと、前記ベースに設けられた取付孔内に位置し前記導入部材と連通する前記バルブと、前記スプラインシャフトを前記軸方向に移動させる軸方向駆動装置と、前記スプラインナットにトルクを伝達することで前記スプラインシャフトを軸回りに回転させる回転駆動装置と、を含む。

本明細書で開示される技術によれば、電子部品の実装精度を高精度化しつつ、空気圧の切り換え時の応答時間を短縮することが出来る。

実施形態に適用された表面実装機の平面図 実装ヘッドの斜視図 実装ヘッドの一部を拡大した斜視図 回転体の構造を示す斜視図 図４のＡ部を拡大した図 実装ヘッドの要部断面図 図６の一部（下半分）を拡大した図 実装シャフト装置の斜視図 実装シャフト装置の分解図 図９のＢ−Ｂ線断面図 実装シャフト装置の断面図 ボールケージの斜視図 図１０の一部を拡大した図 回転体の垂直断面図 図１４のＥ−Ｅ線断面図（実装ヘッド装置と切換装置の位置関係を示す） ボール溝の加工方法を示す図 図９のＣ部を拡大した図 図１０のＤ部を拡大した図 スプラインシャフトの他の実施形態を示す断面図 スプラインシャフトの他の実施形態を示す断面図

（表面実装機の全体構成）
図面を参照して実施形態を説明する。本実施形態では、図１に示す表面実装機１について例示する。表面実装機１は、基台１０と、プリント基板（基板の一例）Ｂ１を搬送するための搬送コンベア２０と、プリント基板Ｂ１上に電子部品（部品の一例）Ｅ１を実装するための部品実装装置３０と、部品供給部４０等とを備えている。

基台１０は、平面視長方形状をなすとともに上面が平坦とされる。また、基台１０における搬送コンベア２０の下方には、プリント基板Ｂ１上に電子部品Ｅ１を実装する際にそのプリント基板Ｂ１をバックアップするバックアップ装置が設けられている。以下の説明では、基台１０の長辺方向（図１の左右方向）及び搬送コンベア２０の搬送方向をＸ方向とし、基台１０の短辺方向（図１の上下方向）をＹ方向とし、基台１０の上下方向（図２の上下方向）をＺ方向とする。

搬送コンベア２０は、Ｙ方向における基台１０の略中央位置に配置され、プリント基板Ｂ１を搬送方向（Ｘ方向）に沿って搬送する。搬送コンベア２０は、搬送方向に循環駆動する一対のコンベアベルト２２を備えている。プリント基板Ｂ１は、両コンベアベルト２２に架設する形でセットされる。プリント基板Ｂ１は、搬送方向の一方側（図１で示す右側）からコンベアベルト２２に沿って基台１０上の作業位置（図１の二点鎖線で囲まれる位置）に搬入され、作業位置で停止して電子部品Ｅ１の実装作業がされた後、コンベアベルト２２に沿って他方側（図１で示す左側）に搬出される。

部品供給部４０は、搬送コンベア２０の両側（図１の上下両側）においてＸ方向に並んで２箇所ずつ、計４箇所に設けられている。これらの部品供給部４０には、部品供給装置である、複数のフィーダ４２が横並び状に整列して取り付けられている。各フィーダ４２は、複数の電子部品Ｅ１が収容された部品供給テープ（不図示）が巻回されたリール（不図示）、及びリールから部品供給テープを引き出す電動式の送出装置（不図示）等を備えており、搬送コンベア側に位置する端部に設けられた部品供給位置から電子部品Ｅ１が一つずつ供給されるようになっている。

部品実装装置３０は、一対の支持フレーム３２と、ロータリー型の実装ヘッド５０と、実装ヘッド５０を駆動する実装ヘッド駆動機構とから構成される。一対の支持フレーム３２は、それぞれＸ方向における基台１０の両側に位置しており、Ｙ方向に延びている。

Ｙ軸サーボ機構は、Ｙ軸ガイドレール３３Ｙと、図示しないボールナットが螺合されたＹ軸ボールねじ３４Ｙと、Ｙ軸サーボモータ３５Ｙとを有している。各Ｙ軸ガイドレール３３Ｙには、ボールナットに固定されたヘッド支持体３６が取り付けられている。Ｙ軸サーボモータ３５Ｙが通電制御されると、Ｙ軸ボールねじ３４Ｙに沿ってボールナットが進退し、その結果、ボールナットに固定されたヘッド支持体３６、及び後述する実装ヘッド５０がＹ軸ガイドレール３３Ｙに沿ってＹ方向に移動する。

Ｘ軸サーボ機構は、Ｘ軸ガイドレール（不図示）と、図示しないボールナットが螺合されたＸ軸ボールねじ３４Ｘと、Ｘ軸サーボモータ３５Ｘとを有している。Ｘ軸ガイドレールには、その軸方向に沿って実装ヘッド５０が移動自在に取り付けられている。Ｘ軸サーボモータ３５Ｘが通電制御されると、Ｘ軸ボールねじ３４Ｘに沿ってボールナットが進退し、その結果、ボールナットに固定された実装ヘッド５０が、Ｘ軸ガイドレールに沿ってＸ方向に移動する。

このように、Ｘ軸サーボ機構及びＹ軸サーボ機構によって、実装ヘッド５０は、一定の可動領域内でＸ方向及びＹ方向に移動可能とされている。

（実装ヘッドの構成）
続いて実装ヘッド５０の構成について詳しく説明する。実装ヘッド５０は、フィーダ４２によって供給される電子部品Ｅ１を吸着してプリント基板Ｂ１上に実装する機能を果たす。本実施形態の実装ヘッド５０は、図２〜図４に示すように、ヘッド本体６０と、ヘッド本体６０を支持するヘッド支持部材５２と、カバー５３、５４とを有している。

ヘッド本体６０は、ロータリー型であり、図４、図６に示すように、Ｚ方向に沿った軸状をなす軸部６２と、回転体（本発明の「ベース」に相当）６４と、１８本の実装シャフト装置１２０と、Ｎ軸駆動装置４５と、を含む。

軸部６２は二重構造となっており、外側軸部６２Ｂと、外側軸部６２Ｂの内側に位置する内側軸部６２Ａと、を含む。内側軸部６２Ａは、ヘッド支持部材５２によって、当該軸部６２Ａの軸回りに回転可能に支持されている。

回転体６４は、軸部６２より大径な略円柱状をなす。回転体６４は、内側軸部６２Ａの下部に固定されている。また、回転体６４は、１８個の貫通孔６５を有している。１８個の貫通孔６５は周方向に等間隔で形成されており、実装シャフト装置１２０が取り付けられている。

軸部６２の上部寄りの位置には、Ｎ軸被駆動ギヤ６２Ｎと、Ｒ軸被駆動ギヤ６２Ｒが上下に配置されている（図４参照）。Ｎ軸被駆動ギヤ６２Ｎは内側軸部６２Ａと結合し、Ｒ軸被駆動ギヤ６２Ｒは、外側軸部６２Ｂと結合している。

Ｎ軸駆動装置４５は、Ｎ軸サーボモータ３５Ｎと、Ｎ軸サーボモータ３５Ｎの出力軸に設けられたＮ軸駆動ギヤ（不図示）と、を有している。Ｎ軸駆動ギヤはＮ軸被駆動ギヤ６２Ｎと噛み合わされている。そのため、Ｎ軸サーボモータ３５Ｎを通電制御すると、モータ３５Ｎの動力が、Ｎ軸駆動ギヤ及びＮ軸被駆動ギヤ６２Ｎを介して内側軸部６２Ａに伝わる。そのため、内側軸部６２Ａと共に回転体６４が回転し、回転体６４に支持された１８本の実装シャフト装置１２０が回転体６４と一体的に回転する構造になっている。

また、外側軸部６２Ｂは、軸方向の両端部を、ベアリングを介して内側軸部６２Ａと回転体６４に対してそれぞれ軸受けしており、内側軸部６２Ａや回転体６４に対して相対的に回転可能となっている。

（実装シャフト装置の説明）
実装シャフト装置１２０は図８〜図１１に示すように、スプラインシャフト１２１と、ボールリテーナ１４１と、外筒であるスプラインナット１５１と、第１軸筒（本発明の「導入部材」に相当）１６１と、第２軸筒（本発明の「支持部材」）１７１と、ボールケージ（本発明の「軸受部材」）１８１と、コイルばね２３０と、を含む。

第１軸筒１６１は、Ｚ方向（上下方向）に貫通する筒型である。第１軸筒１６１は、段付き形状であり、小径の軸本体１６２と、大径のハウジング部１６４を有している。

第１軸筒１６１の軸本体１６２は、図７に示すように、回転体６４の貫通孔６５内の上部側に位置しており、第１軸筒１６１は、貫通孔６５に対して回転不能な状態で固定されている。

第２軸筒１７１は、Ｚ方向（上下方向）に貫通する筒型である。第２軸筒１７１は、図７に示すように、回転体６４の貫通孔６５内の下部側に位置しており、貫通孔６５に対して回転不能な状態で取り付けられている。第２軸筒１７１の先端部（下端部）は、回転体６４の下面から突出している。

スプラインシャフト１２１は、図８〜図１０に示すように、Ｚ方向（上下方向）に長い形状であり、Ｚ方向に分割されていない単一軸である。スプラインシャフト１２１は、図１１に示すように、軸心にＺ方向に沿った供給通路１３１を有している。供給通路１３１は、スプラインシャフト１２１のうち、Ｚ方向の中央部よりもやや下側の範囲に位置している。

供給通路１３１は、スプラインシャフト１２１を下方に貫通しており、軸端の吸着ノズル２５０と連通する。このように、供給通路１３１は、スプラインシャフト１２１の下部側にだけ形成されており、上部側は非形成となっている。

また、スプラインシャフト１２１は貫通孔１３３と、ボール溝１２３を有している。貫通孔１３３は、図１１に示すように、供給通路１３１の上端部分に設けられている。貫通孔１３３は、スプラインシャフト１２１の軸心部を水平に貫通（径方向に貫通）しており、軸心に位置する供給通路１３１と連通する。

ボール溝１２３は、図１０に示すように、スプラインシャフト１２１の上部側に設けられており、Ｚ方向（上下方向）に延びている。ボール溝１２３は、供給通路１３１とは、Ｚ方向で位置が重ならない関係になっている。

スプラインシャフト１２１は、図７、図１１に示すように、第１軸筒１６１の軸孔１６３、第２軸筒１７１の軸孔１７３を上から順に貫通しており、第１軸筒１６１と第２軸筒１７１の内側に位置する。

スプラインシャフト１２１の下部は、回転体６４の下面から下方に突出し、上部は、回転体６４の上面から上方に突出している。

ボールケージ１８１は、第２軸筒１７１の内側に位置する。ボールケージ１８１は、図１３に示すように、複数のボール１８３と、筒型の保持体１８５と、を有している。保持器１８５は、複数のボール１８３を転動自在に保持する。具体的には、周方向に等間隔で配置され、Ｚ方向に所定ピッチで多段に配置された複数のボール１８３を転動自在に保持している。

保持器１８５により保持された複数のボール１８３は、第２軸筒１７１の内周面とスプラインシャフト１２１の外周面に対してそれぞれ接触しており、スプラインシャフト１２１を軸受けする。すなわち、スプラインシャフト１２１の回転に伴って、周方向に等間隔で配列された複数のボール１８３が、第２軸筒１７１の内周面とスプラインシャフト１２１の外周面に接触しながら転動することにより、第２軸筒１７１に対してスプラインシャフト１２１を回転可能な状態で支持することが出来る。

また、スプラインシャフト１２１のＺ方向（軸方向）への直動に伴って、Ｚ方向に配列された複数のボール１８３が第２軸筒１７１の内周面とスプラインシャフト１２１の外周面に接触しながら転動することにより、第２軸筒１７１に対してスプラインシャフト１２１をＺ方向へ直動可能な状態で支持することが出来る。

このように、ボールケージ１８１は、第２軸筒１７１に対して、スプラインシャフト１２１を、スプラインシャフト１２１の軸線Ｌを中心とした軸回りの回転動作と、Ｚ方向（軸方向）への直動動作の双方が可能な状態で支持する。

また、第１軸筒１６１の軸本体１６２は、空気圧を切り換える切換装置（本発明の「バルブ」に相当）９０と連通し、切換装置９０から供給される空気圧をスプラインシャフト１２１の供給通路１３１へ導入する機能を果たす。

具体的に説明すると、軸本体１６２は、図１３に示すように、スプラインシャフト１２１との間に空気室１６５を設けている。空気室１６５は、スプラインシャフト１２１の全周を囲っている。空気室１６５の上下には、スプラインシャフト１２１の外周面と隙間なく接するシール壁１６６が位置しており、空気室１６５から外部へはエアが漏れない構造になっている。

そして、空気室１６５の内部には、図１３に示すように、スプラインシャフト１２１の貫通孔１３３が位置しており、空気室１６５は、貫通孔１３３を介して、スプラインシャフト１２１の供給通路１３１と繋がっている。

また、軸本体１６２は、空気室１６５の周壁部分に連通孔１６７を有している（図９参照）。連通孔１６７は、回転体６４の内部に形成された内部通路６８（図１４参照）を介して、切換装置９０の出力ポート９４Ｃと連通しており、切換装置９０から供給される空気圧は、内部通路６８、連通孔１６７を通じて、空気室１６５に取り込まれる。そのため、切換装置９０から供給される空気圧を、空気室１６５を経由してスプラインシャフト１２１の供給通路１３１内に導入することが出来る。

尚、空気室１６５は、図１３に示すように、Ｚ方向について所定幅（図１３にてＦ寸法で示す）を有しており、スプラインシャフト１２１が予め設定された可動範囲内でＺ方向に移動しても、貫通孔１３３が空気室１６５内に位置する関係になっている。このようにすることで、スプラインシャフト１２１が予め設定された可動範囲内でＺ方向に移動しても、切換装置９０からスプラインシャフト１２１の供給通路１３１に対して空気圧を常時供給することが出来る。

また、空気室１６５は、スプラインシャフト１２１の全周を囲っていることから、スプラインシャフト１２１が軸回りに回転しても、切換装置９０からスプラインシャフト１２１の供給通路１３１に対して空気圧を常時供給することが出来る。

一方、スプラインシャフト１２１側の供給通路１３１は、空気室１６５との関係で、その上端位置が決められている。すなわち、スプラインシャフト１２１が図６、図１３に示す上昇端位置にある時に、供給通路１３１の上端位置が、空気室１６５の上端位置と一致する関係となっている。

また、第１軸筒１６１のハウジング部１６４は、貫通孔６５内に位置しておらず、回転体６４の上面に突出している。ハウジング部１６４は、スプランナット１５１を保持する機能を果たしている。

スプラインナット１５１は、図８〜図１０に示すようにＺ方向に貫通する筒型（いわゆる外筒）であり、内周面には上下方向に延びるボール溝（図略）が形成されている。また、スプラインナット１５１の外周には、ギヤ１５５が設けられている。

スプラインナット１５１は、第１軸筒１６１から上方に突出したスプラインシャフト１２１の軸上に位置している。そして、スプラインナット１５１の下部１５７は、第１軸筒１６１のハウジング部１６４に対して嵌合しており、スプラインナット１５１は軸受け部２００を介して第１軸筒１６１のハウジング部１６４に回転可能に支持されている。また、スプラインナット１５１は、ハウジング部１６４に対して、ピン１５９により抜け止めされている。

ボールリテーナ１４１は、スプラインシャフト１２１と、スプラインナット１５１の間に位置している。ボールリテーナ１４１は、複数のボール１４３と、複数のボール１４３を所定の配列で転動可能に保持する円筒型の保持体１４５とを有している。

ボール１４３は、保持体１４５に予め設定された角度ごとにＺ方向（上下方向）に一列状に間隔を存して形成された複数の孔１４５Ａ内に対して、一部が転動可能に収まり、一列状に並んで配列されている。保持体１４５の複数の孔１４５Ａの内側の円形の開口１４５Ｂの直径は、ボール１４３の直径より僅かに小さい。このため、各ボール１４３は保持体１４５に支持され、ボールリテーナ１４１単体でも各ボール１４３が保持体１４５から脱落することを回避できる。一列状に並んで配列された各ボール１４３は、スプラインシャフト１２１側のボール溝１２３とスプラインナット１５１側のボール溝（図略）に対して、それぞれ嵌合している。

尚、ボール１８３は図９に示すスプラインシャフト１２１の正面側だけでなく、裏面側にも配置されており、実際は２列の構成となっている。従って、スプラインシャフト１２１の外周面とスプラインナット１５１の内周面にも、実際は、ボール溝がそれぞれ２つ設けられている。

スプラインシャフト１２１とスプラインナット１５１は、ボールリテーナ１４１によってボールスプライン結合しており、スプラインナット１５１を介して回転方向のトルクをスプラインシャフト１２１に伝達することが出来、更に、スプラインナット１５１に対してスプラインシャフト１２１をＺ方向に滑らせる（直動させる）ことができる構造になっている。

また、各スプラインシャフト１２１のうち回転体６４から下方に突出する下端部には、図７及び図１１に示すように、ノズルホルダ２４０を介して、電子部品Ｅ１を吸着する吸着ノズル（本発明の「部品保持部」に相当）２５０がそれぞれ設けられている。

各吸着ノズル２５０には、供給通路１３１を通じて、負圧又は正圧が供給されるようになっている。各吸着ノズル２５０は、負圧によってその先端部に電子部品Ｅ１を吸着して保持するとともに、正圧によってその先端部に保持した電子部品Ｅ１を解放する。

コイルばね２３０は、図８〜図１０に示すように、スプラインシャフト１２１の上部側に取り付けられている。このコイルばね２３０は、図１１に示すように、スプラインシャフト１２１の上端に取り付けられたばね止めナット２３５と、スプラインナット１５１の上部内周に設けられた円盤状のばね止め板１５８との間に配置されている。

ばね止め板１５８からばね止めナット２３５までのＺ方向の距離は、スプラインシャフト１２１が図６に示す上昇端位置に移動した時に最大となる。コイルばね２３０は、その場合でも、圧縮された状態を維持しており、スプラインシャフト１２１を常に上方向に付勢する。

上記の実装シャフト装置１２０は、図１１に示すように、スプラインシャフト１２１の軸上において、部品保持部である吸着ノズル２５０から近い順（すなわち、図１１において下から順番）に、ボールケージ１８１、第１軸筒１６１、スプラインナット１５１が位置する。すなわち、電子部品を吸着する吸着ノズル２５０から見て最も近い位置に、スプラインシャフト１２１を軸受けするボールケージ１８１を配置している。このようにすることで、電子部品の実装精度を高精度化しつつ、空気圧を切り換えた時の応答時間（切換装置側で空気圧を切り換えてから吸着ノズル２５０に対して空気圧が加わるまでの時間）を短縮することが出来る。

具体的に説明すると、スプラインシャフト１２１の傾きに伴う、吸着ノズル２５０の位置のズレは、スプラインシャフト１２１の支持点から吸着ノズル２５０まで距離に概ね比例する。そのため、スプラインシャフト１２１を支持するボールケージ１８１が、吸着ノズル２５０から見て近い位置にあるほど、吸着ノズル２５０の位置ズレが小さくなるので、電子部品の実装精度を高精度化することが出来る。

また、切換装置９０により空気圧を切り換えた時の応答時間は、切換装置９０の二次側容積が大きい程、長くなる。本例では、スプラインシャフト１２１の軸上において、吸着ノズル２５０から近い順に、ボールケージ１８１、第１軸筒１６１、スプラインナット１５１を配置しており、第１軸筒１６１はスプラインナット１５１よりも吸着ノズル２５０に近い位置に配置されている。

このような配置にすることで、第１軸筒１６１とスプラインナット１５１の配置を逆にした場合に比べて、スプラインシャフト１２１に形成された供給通路１３１の長さが、短くなる。そのため、切換装置９０の二次側容積が小さくなることから、切換装置９０の切り換えに伴う空気圧の応答時間を短縮化することが出来る。

（Ｒ軸駆動装置、Ｚ軸駆動装置の説明）
実装ヘッド５０は、図２、図６に示すように、Ｒ軸駆動装置７０と、２つのＺ軸駆動装置８０を備えている。Ｒ軸駆動装置（本発明の「回転駆動装置」に相当）７０は、各スプラインシャフト１２１を、軸線Ｌを中心とする軸回りに一斉に同時回転させる装置である。

Ｒ軸駆動装置７０は、Ｒ軸サーボモータ３５Ｒ（図２参照）と、Ｒ軸サーボモータ３５Ｒの出力軸に設けられ、Ｒ軸被駆動ギヤ６２Ｒと噛み合わされたＲ軸駆動ギヤ７２Ｒ（図３参照）と、共通ギヤ５５を有している。

共通ギヤ５５は、外側軸部６２Ｂの下部に設けられている。共通ギヤ５５は、図５に示すように、各スプラインナット１５１のギヤ１５５と噛み合わされている。Ｒ軸サーボモータ３５Ｒを通電制御すると、モータ３５Ｒの動力が、Ｒ軸駆動ギヤ７２Ｒ及びＲ軸被駆動ギヤ６２Ｒを介して、外側軸部６２Ｂ、共通ギヤ５５に伝わり、外側軸部６２Ｂと共通ギヤ５５が回転する。

共通ギヤ５５が回転すると、ギヤ１５５との噛み合いにより、各スプラインナット１５１が回転する。そして、各スプラインナット１５１と各スプラインシャフト１２１は、ボールスプライン結合していることから、共通ギヤ５５の回転に伴って、１８本のスプラインシャフト１２１が、その軸回りにおいて、同方向及び同角度に一斉に回転する。

Ｚ軸駆動装置（本発明の「軸方向駆動装置」に相当）８０は、１８本のスプラインシャフト１２１のうち特定の位置（図６に示す左右両側の位置）にあるスプラインシャフト１２１を、Ｚ方向に昇降させる装置である。

Ｚ軸駆動装置８０は、スプラインシャフト１２１の上方において、軸部６２を挟んでヘッド本体６０の左右両側に対称配置されている（図６参照）。

Ｚ軸駆動装置８０は、図２、図４、図６に示すように、箱状をなす本体部８２と、Ｚ方向（上下方向）に移動するＺ軸可動部８４と、を有している。本体部８２の内部には、Ｚ軸可動部８４をリニアモータ駆動するためのＺ軸リニアモータ（図略）が設けられている。

そして、Ｚ軸可動部８４の下端部には、図４、図６に示すように、Ｚ軸カムフォロア８６が回転可能に取り付けられている。

Ｚ軸可動部８４を、図６に示す初期位置から下降させると、Ｚ軸カムフォロア８６が特定の位置（図６に示す左右両側の位置）にあるスプラインシャフト１２１の上端部に当接し、当該スプラインシャフト１２１がコイルばね２３０の弾性力に抗って下降する。

これにより、吸着ノズル２５０が下降し、吸着ノズル２５０の先端部がフィーダ４２の部品供給位置や作業位置にあるプリント基板Ｂ１に近接する。この状態からＺ軸可動部８４が上昇されると、コイルばね２３０の弾性力復帰力によってスプラインシャフト１２１及び吸着ノズル２５０が上昇する。

尚、図６に示す初期位置において、Ｚ軸カムフォロア８６は、スプラインシャフト１２１の上端部から離間した配置となる。そのため、Ｚ軸可動部８４が図６に示す初期位置にある状態では、Ｚ軸カムフォロア８６と干渉することなく、１８本のスプラインシャフト１２１を含む回転体の全体を、軸部６２を中心として回転させることが出来る。

（切換装置、Ｖ軸駆動装置の説明）
また、実装ヘッド５０は、図４、図６に示すように、各吸着ノズル２５０に供給される圧力を負圧と正圧との間で切り換える切換装置９０と、切換装置９０を作動するためのＶ軸駆動装置１００を備えている。

具体的に説明を行うと、回転体６４には、図１５に示すように取付孔６６が周方向に等間隔で１８個形成されている。取付孔６６は、Ｚ方向に長い形状であり、回転体６４の上面を貫通している。各切換装置９０は、各取付孔６６にそれぞれ取り付けられており、回転体６４に対して周方向に等間隔で１８個搭載されている。

また、各取付孔６６は、図１５に示すように、実装シャフト装置用の貫通孔６５と隣り合うようにして、各貫通孔６５の外側に設けられている。従って、各切換装置９０は、対応する各実装シャフト装置１２０とそれぞれ隣り合うようにして、その外側に近接した状態で位置している。より具体的には、各切換装置９０は、各実装シャフト装置１２０の第１軸筒１６１とそれぞれ隣り合うようにして、その外側に近接した状態で位置している。

各切換装置９０は、図１４に示すように、バルブスプール９２と、筒状のスリーブ９４と、を有している。バルブスプール９２は、その上側部分に、横向きの略Ｕ字状をなす当接部９３を有している。各スリーブ９４には、図１４に示すように、負圧入力ポート９４Ａと、正圧入力ポート９４Ｂと、出力ポート９４Ｃとが設けられている。

出力ポート９４Ｃは、図１５に示すように、回転体６４の内部に形成された内部通路６８を介して、対応する実装シャフト装置１２０の第１軸筒１６１の連通孔１６７と接続されている。そのため、出力ポート９４Ｃは、内部通路６８、連通孔１６７を通じて、第１軸筒１６１の内側に設けられた空気室１６５に連通している。

バルブスプール９２は、スリーブ９４内にて流路を切り換えることで、出力ポート９４Ｃに対する接続先を切り換える機能を果たす。本例では、バルブスプール９２を、上昇端位置（以下、「負圧供給位置」と称する）に位置させると、スリーブ９４の内部で負圧入力ポート９４Ａと出力ポート９４Ｃが繋がった状態となる。

一方、バルブスプール９２を、下降端位置（以下、「正圧供給位置」と称する）に位置させると、正圧入力ポート９４Ｂと出力ポート９４Ｃが繋がった状態となる。以上のことから、バルブスプール９２の位置を切り換えることで、内部通路６８、連通孔１６７、空気室１６５、供給通路１３１を介して吸着ノズル２５０に供給する圧力を、負圧又は正圧に切り換えることが出来る。

尚、各切換装置９０の負圧入力ポート９４Ａには、内側軸部６２Ａの内部に設けられた負圧供給通路６３、回転体６４の内部に設けられた負圧供給通路６９を介して、図外の負圧源から負圧が供給される構成となっている。また、各切換装置９０の正圧入力ポート９４Ｂには、回転体６４の外側を囲む外環部材１１０の内部に設けられた正圧供給通路１１１を介して、図外の正圧源から正圧が供給される構成となっている。なお、回転体６４と外環部材１１０は相対回転可能となっている。

次に、Ｖ軸駆動装置１００について説明する。Ｖ軸駆動装置１００は、バルブスプール９２をＺ方向（軸方向）に沿って、負圧供給位置と正圧供給位置との間で移動させる機能を果たす。Ｖ軸駆動装置１００は、Ｚ軸駆動装置８０と同様に、ヘッド本体６０の軸部６２を挟んで実装ヘッド５０の左右両側に対称配置されている。

２つのＶ軸駆動装置１００は、２つのＺ軸駆動装置８０とＺ方向において対応する位置にそれぞれ設けられている（図６参照）。これら２つのＶ軸駆動装置１００は、上記特定の位置（図６に示す左右両側の位置）にある実装シャフト装置１２０の吸着ノズル２５０と対応する切換装置９０のバルブスプール９２を、負圧供給位置と正圧供給位置との間で移動させる。

Ｖ軸駆動装置１００は、図３、図４、図６に示すように、箱状をなす本体部１０２と、Ｚ方向（上下方向）に移動するＶ軸可動部１０４と、を有している。本体部１０２の内部には、Ｖ軸リニアモータ（図略）が設けられている。

また、Ｖ軸可動部１０４には、図４、図６に示すように、カムフォロア支持部１０５を介して、カムフォロア１０６（以下、「Ｖ軸カムフォロア１０６」と称する）が回転可能に取り付けられている。

そして、Ｖ軸駆動装置１００を作動させて、Ｖ軸カムフォロア１０６を、中間位置から上方に移動させると、Ｖ軸カムフォロア１０６が当接部を押し上げ、バルブスプール９２は負圧供給位置に移動する。一方、Ｖ軸カムフォロア１０６を中間位置から下方に移動させると、Ｖ軸カムフォロア１０６が当接部を押し下げ、バルブスプール９２は正圧供給位置に移動する。

（ボールの嵌り込み規制構造）
スプラインシャフト１２１には、スプライン結合用のボール溝１２３を設ける必要がある。しかし、ボール溝１２３が第１軸筒１６１の空気室１６５に重なると、空気室１６５内のエアがボール溝１２３を通って外部に漏れてしまう。そのため、空気室１６５に重ならない範囲にボール溝１２３を設ける必要があり、本例では、ボール溝１２３を、図１０に示すＧ範囲に設けている。

また、スプラインシャフト１２１は、ボール溝１２３の溝端部に切り上がり部１２５を有する。切り上がり部１２５は、不完全な溝形状、具体的には、先端（図１８では下端）に向かって次第に溝が浅くなる形状である。この切り上がり部１２５は、ボール溝１２３をスプラインシャフト１２１の全体に形成せず、一部にのみ形成する場合に出来る。

すなわち、図１６に示すように、ボール溝１２３は、回転する円盤状の回転刃３００を有する切削工具を使用して加工することから、ボール溝１２３をシャフト１２１の全長に形成せず途中で止めると、溝端部に加工途中の不完全な溝、すなわち切り上がり部１２５が出来る。尚、図１６の（Ａ）は、スプラインシャフト１２１の全体にボール溝１２３を形成した例（切り上がり部１２５が出来ない例）を示し、図１６の（Ｂ）は、スプラインシャフト１２１の一部にボール溝１２３を形成した例（切り上がり部１２５が出来る例）を示している。

こうした切り上がり部１２５は、溝の深さが次第に浅くなる形状であることから、ボール１４３が入り込むと、嵌り込んで動作不良を起こす懸念がある。尚、切り上がり部１２５が本発明の「不完全溝部」の一例である。

本実施形態では、図１７、図１８に示すように、スプラインシャフト１２１に、環状溝１２７を形成し、この環状溝１２７内にボールストッパ１２８を設けている。環状溝１２７は、スプラインシャフト１２１の軸線Ｌを中心とした環状であり、切り上がり部１２５とボール溝（正規形状の溝部分）１２３との境界部分に位置している。

環状溝１２７は、切り上がり部１２５より深い溝であり、切り上がり部１２５との間に段差を有している。ボールストッパ（本発明の「規制部」の一例）１２８は、周方向の一部が開口する円環状をした樹脂製の部材であり、環状溝１２７内に位置する。尚、ボールストッパ１２８の形状を、周方向の一部が開口する円環状としたのは、側方から挿入することにより、環状溝１２７への組み付けを行うことが出来るためである。

ボール溝１２３を転動するボール１４３が、ボール溝１２３の溝端（図１８では下端）まで移動すると、ボールストッパ１２８に突き当たり、ボール１４３が、ボール溝１２３側から切り上がり部１２５側に移動することを規制することが出来る。そのため、ボール１４３が切り上がり部１２５に嵌り込むことを抑制出来る。従って、Ｚ方向（軸方向）への直動動作について、スプラインシャフト１２１の動作不良を抑制することが出来る。

また、図１８に示すように、ボールストッパ１２８の外径は、スプラインシャフト１２１の外径よりも幾らか小さく設定されている。このようにすることで、ボールストッパ１２８がボールリテーナ１４１の保持体１４５に干渉することを避けることが出来る。

（実施形態の効果）
本実施形態の実装シャフト装置１２０によれば、スプラインシャフト１２１の軸上において、部品保持部である吸着ノズル２５０から近い順（すなわち、図１１の下から順番）に、ボールケージ１８１、第１軸筒１６１、スプラインナット１５１が位置する。そのため、電子部品の実装精度を高精度化しつつ、空気圧を切り換えた時の応答時間を短縮化することが出来る。

＜他の実施形態＞
本明細書で開示される技術は上記既述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も技術的範囲に含まれる。

（１）上記の実施形態では、実装ヘッドの一例として、実装シャフト装置１２０を周方向に複数本搭載したロータリー式の実装ヘッドを例示したが、例えば、実装シャフト装置１２０を一軸方向に直線状に配置したインライン式の実装ヘッドに適用してもよい。また、実装シャフト装置１２０は、必ずしも、複数本である必要はなく、１本だけ搭載するようにしてもよい。

（２）上記の実施形態では、部品保持部の一例として吸着ノズル２５０を例示したが、空圧で開閉するチャック式の部品保持部であってもよい。

（３）上記の実施形態では、ボールストッパ１２８を利用して、スプラインシャフト１２１の切り上がり部１２５にボール１４３が嵌り込むことを規制する構造を例示したが、切り上がり部１２５に、例えば樹脂等の充填材２７０（図１９参照）を充填して埋めることにより、ボール１４３の嵌り込みを規制するようにしてもよい。

（４）上記の実施形態では、ボールストッパ１２８を、周方向の一部が開口する円環形状とした例を示したが、開口を有さない円環形状としてもよい。この場合、スプラインシャフト１２１の軸端から挿入して環状溝１２７へ組み付けるようにすればよい。また、ボールストッパ１２８の材質は、樹脂に限らず、ゴム等であってもよい。

（５）上記の実施形態では、ボールストッパ１２８を利用して、スプラインシャフト１２１の切り上がり部１２５にボール１４３が嵌り込むことを規制する構造を例示したが、図２０に示すように、切り上がり部１２５とボール溝１２３の境界部分に設けられた段差２８０を利用して、スプラインシャフト１２１の切り上がり部１２５にボール１４３が嵌り込むことを規制するようにしてもよい。

図２０は、段差２８０を利用して、ボール１４３の嵌り込みを規制する例であり、切り上がり部１２５にボール溝１２３から連続して段差２８０を形成している。そして、段差２８０にボール１４３が当たることで、ボール１４３が、ボール溝１２３側から切り上がり部１２５側に移動することを規制出来る。

（６）上記の実施形態では、支持部材の一例として、第２軸筒１７１を例示したが、例えば、回転体６４を支持部材としてもよい。すなわち、第２軸筒１７１を廃止して、回転体６４の貫通孔６５に対して、スプラインシャフト１２１を支持する構造としてもよい。尚、第２軸筒１７１を廃止する場合、回転体６４の貫通孔６５とスプラインシャフト１２１との間に、ボールケージ１８１を配置して、スプラインシャフト１８１を軸受けする構造にすればよい。

１...表面実装機
２０...搬送コンベア（搬送装置）
３０...部品実装装置
４２...フィーダ
５０...実装ヘッド
６０...ヘッド本体
６２...軸部
６４...回転体（ベース）
７０...Ｒ軸駆動装置（回転駆動装置）
８０...Ｚ軸駆動装置（軸方向駆動装置）
９０...切換装置（バルブ）
１２０...実装シャフト装置
１２１...スプラインシャフト
１２３...ボール溝
１２５...切り上がり部（不完全溝部）
１２７...環状溝
１２８...ボールストッパ（規制部）
１５１...スプラインナット
１６１...第１軸筒（導入部材）
１７１...第２軸筒（支持部材）
１８１...ボールケージ（軸受部材）
２３０...コイルばね
２５０...吸着ノズル（部品保持部）

Claims (8)

1. 電子部品の実装動作を行う実装シャフト装置であって、
   支持部材の軸孔を貫通し、内部に空気圧の供給通路を有するスプラインシャフトと、
   バルブと連通し、前記バルブから供給される空気圧を前記スプラインシャフトの前記供給通路へ導入する導入部材と、
   前記スプラインシャフトの軸端に位置し、前記スプラインシャフトの前記供給通路を通じて前記空気圧の供給を受けて、電子部品を保持する部品保持部と、
   前記スプラインシャフトとスプライン結合するスプラインナットと、
   前記支持部材の前記軸孔内において、軸方向への直動動作と軸回りの回転動作の双方が可能な状態で前記スプラインシャフトを軸受けする軸受部材と、を含み、
   前記スプラインシャフトの軸上において、前記部品保持部から近い順に、前記軸受部材、前記導入部材、前記スプラインナットが位置する、実装シャフト装置。
2. 請求項１に記載の実装シャフト装置であって、
   前記導入部材は、
   前記スプラインシャフトとの間に前記供給通路と連通する空気室を有する筒状であり、
   前記空気室の周壁部分に、前記バルブと連通する連通孔を有する、実装シャフト装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の実装シャフト装置であって、
   前記スプラインシャフトは、
   前記スプラインシャフトの軸方向に延び、前記スプラインシャフトと前記スプラインナットをスプライン結合するボールが嵌合するボール溝と、
   前記ボール溝の溝端部に位置し、先端に向かい次第に浅くなる不完全溝部に対して、前記ボールが嵌り込むことを規制する規制部と、を有する、実装シャフト装置。
4. 請求項３に記載の実装シャフト装置であって、
   前記ボールスプラインシャフトは、前記不完全溝部と前記ボール溝の境界部分に環状の環状溝を有し、
   前記規制部は、前記不完全溝部と前記ボール溝との境界部分に設けられた前記環状溝内に位置して、前記ボールが前記ボール溝側から前記不完全溝部側に移動するのを規制するボールストッパである、実装シャフト装置。
5. 請求項３に記載の実装シャフト装置であって、
   前記規制部は、前記不完全溝部と前記ボール溝の境界部分に設けられた段差である、実装シャフト装置。
6. 請求項３に記載の実装シャフト装置であって、
   前記規制部は、前記不完全溝部を埋める充填材である、実装シャフト装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の実装シャフト装置と、
   孔内に前記導入部材と前記支持部材とが上下に位置し、内部を前記スプラインシャフトが軸方向に貫通する貫通孔を有するベースと、
   前記ベースに設けられた取付孔内に位置し、前記導入部材と連通する前記バルブと、
   前記スプラインシャフトを前記軸方向に移動させる軸方向駆動装置と、
   前記スプラインナットにトルクを伝達することで前記スプラインシャフトを軸回りに回転させる回転駆動装置と、を含む、実装ヘッド。
8. 請求項７に記載の実装ヘッドを備え、前記実装ヘッドの前記部品保持部に保持した電子部品を基板上に実装する、表面実装機。

Images