KR0165513B1 - 직선 왕복 동부재의 방진구동장치 - Google Patents

Abstract

직선 왕복 동부재의 방진구동장치를 개시한다. 이 장치는 베이스에 서로 평행하게 부설된 가이드 레일과, 상기 각각의 가이드 레일에 대해 직각 방향으로 연장됨과 동시에, 상기 각각의 가이드 레일에 단부가 섭동가능하게 지지된 직선 왕복 동부재와, 상기 직선 왕복 동부재의 일단부에 나사 결합되어 상기 직선 왕복 동부재를 상기 가이드 레일을 구동하는 나사 부재와, 상기 직선 왕복 동부재에 회전가능하게 설치된 연동 샤프트와, 이 연동 샤프트의 회전을 상기 직선 왕복 동부재의 양단부에 전달하는 전달 수단과, 상기 연동 샤프트는 2개의 샤프트 부재로 이루어지며, 이들의 샤프트 부재를 감쇠 연결부를 개재하여 연결하도록 한 것에 그 특징이 있으며, 이는 구동계의 제어가 용이한 이점을 가진다.

Description

직선 왕복 동부재의 방진구동장치

제1도는 본 발명의 일 실시예인 전자부품 탑재장치의 개략 구조를 보이는 평면도이다.

제2도는 제1도의 정면도이다.

제3도는 제1도에 도시된 연동 샤프트를 나타내는 사시도이다.

제4도의 (a)는 제3도에 도시된 감쇠 연결부를 보이는 단면도이고, (b)는 다른 실시예인 감쇠 연결부를 보이는 단면도이며, (c)는 또 다른 실시예인 감쇠 연결부이다.

제5도는 크로스 바의 진동 특성을 보이는 도면이다.

제6도는 개발 대상이 된 직선 왕복 동부재의 방진구동장치의 개략 구조를 보이는 사시도이다.

제7도는 개발 대상이 된 다른 타입의 직선 왕복 동부재의 방진구동장치의 개략 구조를 보이는 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,2 : 수평지지부재(베이스) 3,4 : 가이드 레일

5 : 크로스 바(직선 왕복 동부재) 6 : 헤드 유니트

7 : 모터 8 : 볼 나사

10 : 연동 샤프트 10a,10b : 샤프트 부재

11,12 : 피니언 기어 13,14 : 래크 기어

15 : 볼 나사 16 : 모터

20 : 프린트 기판 21,22 : 가이드 부재

23 : 부품 스테이지 24 : 탑재 헤드

25 : 흡착 비트 26 : 중공 구멍

27 : 진공 펌프 28 : 압력 센서

31 : 돌출부 32,33 : 플랜지부

34 : 탄성 원통 부재(감쇠 연결부) 35 : 원통 부재

36 : 영구 자석 37 : 통

W : 전자부품

본 발명은 전자부품을 프린트 기판 등의 기판에 자동적으로 탑재하는 전자부품 탑재장치 등에 사용되며, 직선 왕복 동부재를 그 진동 발생을 방지하면서 구동하는 직선 왕복 동부재의 방진구동장치에 관한 것이다.

프린트 기판에 대해 IC나 LSI 등의 반도체 장치, 다이오드, 콘덴서, 또 저항 등의 전자부품을 자동적으로 탑재하기 위해 전자부품 탑재장치가 사용된다. 이 전자부품 탑재장치는, 프린트 기판을 안내하여 소정의 위치로 위치를 결정하여 기판지지 스테이지를 구성하는 가이드 레일과, 프린트 기판에 탑재되는 여러종류의 부품을 각각 지지하는 부품 스테이지를 갖고 있으며, 부품 스테이지에 있어서의 전자부품을 프린트 기판에까지 반송하여 탑재하기 위해 탑재 헤드가 XY 두축방향으로 수평 이동되도록 되어 있다.

이 탑재 헤드에는 전자부품을 부압에 의해 흡착하기 위한 흡착 비트 즉 흡착 노즐이 장착되어 있으며, 이 흡착 비트는 기판지지 스테이지와 부품 스테이지에 있어서 각각 상하로 움직이도록 탑재 헤드에 설치되어 있다.

탑재 헤드를 XY 두축방향으로 이동시키기 위해 서로 평행한 상태로 배치된 수평지지부재에 대해 횡방향으로 크로스 바를 섭동가능하게 장착하는 일이 있다. 따라서, 크로스 바와 같이 장척의 부품을 그 횡방향으로 왕복으로 움직이는 경우에는, 양단부가 동일한 위상이 되도록 하여 구동하는 것이 필요하게 된다.

제6도는 각각 본 출원의 발명자가 연구한 장척의 부재를 직선 방향으로 왕복으로 움직이기 위한 구동장치를 보이는 도면이며, 서로 평행하게 된 수평지지부재(41),(42)에는, 크로스 바(43)가 횡방향으로 섭동가능하게 설치되어 있다. 이 클로스 바(43)을 구동하기 위해, 각각의 수평지지부재(41),(42)에 설치된 모터(44),(45)에 의해 구동되는 볼나사(46),(47)를 크로스 바(43)의 양단부와 나사 결합하게 한다.

이와 같이 두 개의 모터(44),(45)를 이용하여 크로스 바(43)를 횡방향으로 왕복으로 움직이는 경우에는, 양방의 모터(44),(45)의 동기를 고정도로 확보하는 것이 중요하게 되며, 구동 제어계가 비싸고 복잡하게 된다. 제6도와 유사한 타입의 양단 구동식으로는, 타이밍 벨트를 이용하는 것을 생각할 수 있다.

한편, 제7도는 한 개의 모터(44)에 의해 크로스 바(43)를 수평지지부재(41),(42)상에서 이것을 따라 직선 방향으로 왕복으로 움직이도록 하고 있다. 즉 일방구동으로 되어 있다. 이 경우에는, 크로스바(43)가 그 한쪽편 단부에서 볼 나사(46)에 의해 구동되도록 하고 있기 때문에, 타단부측이 늦어지는 방향으로 크로스 바(43)는 기울어지게 된다. 그래서, 양측의 수평지지부재(41),(42)에 래크 기어(51),(52)를 설치하고, 각각에 맞물리는 피니언 기어(53),(54)를 연동 샤프트(55)의 양단부에 부착하고, 이 연동 샤프트(55)를 크로스 바(43)에 회전가능하게 장착되도록 하고 있다.

이 경우에는, 한 개의 모터(44)에 의해 크로스 바(43)를 구동할 수 있으므로, 구동 제어계의 구성은 간단하게 할 수 있지만, 크로스 바(43)의 고속 이동을 꾀하고, 빠른 속도로 왕복운동하게 되면, 크로스 바(43)중 볼 나사(46)가 결합되어 있지 않은 쪽의 단부, 즉 종동측(從動側)의 단부가 정지시에 진동되는 것을 알 수 있었다.

이 정지시의 크로스 바(43)의 종동측 단부의 진동발생을 방지하려면, 크로스 바(43)의 강성(剛性)을 높게 하면 가능한데, 강성을 높게 하면 할수록, 크로스 바(43)를 고속으로 이동시키는 것이 어려워진다. 그러나, 경량화되면 크로스 바(43)가 정지된 때에 진동이 발생되는 것을 피할 수 없다는 것이 판명되었다.

본 발명의 목적은, 장척의 부재를 횡방향으로 이것의 일단부에 설치된 구동수단에 의해 횡방향으로 직선왕복이동을 하는 경우에, 장척인 부재의 경량화를 달성하면서 고정도로 위치를 결정할 수 있도록 하는 데 있다.

본 발명의 상기 및 그외의 목적과 새로운 특징은, 본 명세서의 기술 및 첨부된 도면으로 명확하게 될 것이다.

본 출원에서 개시되는 발명중, 대표적인 것의 개요를 설명하면 다음과 같다.

즉, 본 발명의 직선 왕복 동부재의 방진구동장치는, 베이스에 서로 평행하게 설치된 가이드 레일과, 상기 각각의 가이드 레일에 대해 직각 방향으로 연장됨과 동시에, 상기 각각의 가이드 레일에 단부가 섭동가능하게 지지된 직선 왕복 동부재와, 상기 직선 왕복 동부재의 일단부에 나사결합되어 상기 직선 왕복 동부재를 상기 가이드 레일에 따라 구동하는 나사 부재와, 상기 직선 왕복 동부재에 회전가능하게 설치된 연동 샤프트와, 이 연동 샤프트의 회전을 상기 직선 왕복 동부재의 양단부로 전달하는 전달 수단을 가지며, 상기 연동 샤프트는 2개의 샤프트 부재로 이루어지고, 이들 샤프트 부재를 감쇠 연결부를 개재하여 연결하도록 한 것을 특징으로 한다.

감쇠 연결부는 고무 등의 탄성체에 의해 형성되도록 해도 되며, 영구 자석에 의해 형성되도록 해도 된다.

상기 구성의 직선 왕복 동부재의 방진구동장치에 있어서는, 연동 샤프트가 구동측과 종동측으로 분할되어 있고, 이들은 감쇠 연결부를 개재하여 연결되어 있기 때문에, 종동측의 샤프트가 이것을 정지한 때에 진동되어도 그 진동은 감쇠되게 되며, 직선 왕복 동부재의 강성을 높이지 않고, 이것을 고정도로 위치 결정 정지할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 근거하여 상세하게 설명한다.

제1도는 본 발명의 일실시예인 직선 왕복 동부재의 방진구동장치를 적용한 전자부품 탑재장치를 보이는 평면도이며, 제2도는 제1도의 정면도이다. 이 장치는, 평행하게 배치된 두 개의 수평지지부재(1),(2)를 가지며, 각각의 수평지지부재(1),(2)에는 제2도에 보이는 바와 같이 가이드 레일(3),(4)이 부착되어 있다. 수평지지부재(1).(2)에 대해 직각 방향으로 연장되는 크로스 바(5)는 그 양단부에서 가이드 레일(3),(4)에 장착되어 있고, 가이드 레일(3),(4)로 안내되어 수평지지부재(1),(2)를 따라 Y 방향으로 이동할 수 있게 되어 있다. 이 크로스 바(5)에는 이것에 안내되어 헤드 유니트(6)가 섭동 자재로 장착되어 있으며, 헤드 유니트(6)는 크로스 바(5)가 연장되는 방향 즉, X 방향으로 이동할 수 있게 되어 있다.

즉, 크로스 바(5)는 직선 왕복 동부재를 구성하며, 수평지지부재(1),(2)는 베이스를 구성하고 있다.

크로스 바(5)를 Y 방향으로 구동하기 위해 한쪽의 수평지지부재(2)에는 모터(7)에 의해 구동되는 볼 나사(8)가 회전할 수 있도록 부착되어 있으며, 이 볼 나사(8)는 크로스 바(5)의 일단부에 나사결합되어 있다. 크로스 바(5)에는 이것과 평행하게 연동 샤프트(10)가 설치되어 있고, 이 연동 샤프트(10)의 양단에 고정된 피니언 기어(11),(12)는 수평지지부재(1),(2)에 고정된 래크기어(13),(14)와 맞물려 있다. 따라서, 모터(7)에 의해 볼 나사(8)를 구동하면, 크로스 바(5)는 Y 방향으로 이동하게 되며, 이 이동에 따라 래크 기어(13),(14)와 맞물리는 피니언 기어(11),(12)가 회전하게 되므로, 크로스 바(5)는 수평지지부재(1).(2)에 대해 소정의 직각도를 유지하면서 Y 방향으로 이동하게 된다. 즉, 래크 기어(13)는 제2도에 도시된 가이드 레일(4)의 상방에 위치하고 있다.

크로스 바(5)에는 헤드 유니트(6)을 X 방향으로 구동하기 위한 볼 나사(15)가 회전할 수 있도록 설치되어 있고, 이 볼 나사(15)는 헤드 유니트(6)에 나사 결합되어 있다. 이 볼 나사(15)는 모터(16)의 주축에 설치된 풀리와 볼 나사(15)에 설치된 풀리에 걸치는 타이밍 벨트를 개재하여 구동되도록 되어 있다.

수평지지부재(1),(2)의 하방에는, 수평지지부재(1),(2)에 대해 직각 방향으로 서로 평행하게 되어 연장되는 두 개의 가이드 부재(21),(22)가 설치되어 있고, 이들 가이드 부재(21),(22)에 안내되어 프린트 기판(20)에 안내되어 프린트 기판(20)이 X 방향으로 반송되도록 되어 있다. 프린트 기판(20)은 가이드 부재(21),(22)에 안내되어 소정 기판지지 스테이지의 위치로 위치결정되도록 되어 있다. 프린트 기판(20)의 크기에 대응하여, 한쪽의 가이드 부재(21)는 다른 쪽 가이드 부재(22)에 대해 접근하고 이격 될 수 있도록 되어 있다.

가이드 부재(21),(22)에 의해 형성되는 콘베이어의 양측에는, 전자부품을 지지하는 복수개의 부품 스테이지(23)가 설치되어 있다. 각각의 스테이지(23)에서 전자부품을 프린트 기판(20)에 탑재하기 위해, 헤드 유니트(6)에는 복수개의 탑재 헤드(24)가 설치되어 있다.

제2도에 보이는 바와 같이, 탑재 헤드(24)는 상하 방향으로 섭동 자재로 된 흡착 비트(25) 즉, 흡착 노즐을 갖고 있다. 이 흡착 비트(25)는, 크로스 바(5)를 수평지지부재(1),(2)에 따라 Y 방향으로 이동함과 동시에, 탑재 헤드(24)를 크로스 바(5)에 따라 X 방향으로 이동함으로써, 임의의 부품 스테이지(23)에 있어서의 전자부품(W)을 흡칙하고, 프린트 기판(20)의 소정 위치로 탑재한다. 전자부품(W)을 흡착하는 때에는, 흡착 비트(25)를 소정 부품 스테이지(23)를 향해 하강이동시키고, 흡착한 후에 흡착 비트(25)를 상승이동시키면서, 흡착 비트(25)를 프린트 기판(20)의 소정 위치로 이동시킨다. 소정 위치까지 이동된 상태에서 흡착 비트(25)를 하강이동시킴으로써, 전자부품(W)은 프린트 기판(20)의 소정 위치로 탑재된다.

흡착 비트(25)는 중공 구멍(26)을 갖고 있으며, 이 중공 구멍(26)은 진공 펌프(27)와 통하며 부압에 의해 전자부품(W)이 흡착 비트(25)의 선단에 흡착되도록 되어 있다. 흡착 비트(25) 중공 구멍(26)내의 압력을 검출하기 위해, 압력 센서(28)가 설치되어 있다. 중공 구멍(26)내의 압력은 흡착 비트(25)의 선단에 전자부품(W)이 흡착되지 않은 상태에서는 대기압에 가까운 압력으로 되어 있으며, 전자부품(W)이 흡착되면, 진공 펌프(27)에 의해 설정되는 소정의 부압 상태, 즉 대기압보다도 낮은 압력이 된다. 즉, 제2도에는, 한 개의 탑재 헤드(24)에만 압력 센서(28)가 설치되도록 도시되어 있는데, 각각의 탑재 헤드(24)에 압력 센서(28)가 설치되어 있다.

제3도는 제1도에 도시된 연동 샤프트(10)의 상세함을 보이는 도면이며, 제4도의 (a)는 제3도의 일부를 보이는 단면도이다. 제3도 및 제4도의 (a)에 보이는 바와 같이, 연동 샤프트(10)는 서로 분리된 두개의 샤프트 부재(10a),(10b)로 형성되어 있다. 한 쪽의 샤프트 부재(10a)는 볼 나사(8)측 즉 구동측으로 되어 있고, 이 일단부에는 피니어 기어(11)가 설치되며, 타단부에는 돌축부(31)와 플랜지부(32)가 설치되어 있다. 다른 쪽의 샤프트 부재(10b)는 수평지지부재(1)에 가깝게 종동측으로 되어 있으며, 이 일단부에는 피니언 기어(12)가 설치되며, 타단부에는 플랜지부(33)가 설치되어 있으며, 돌출부(31)의 외측에는 양단면이 각각의 플랜지부(32),(33)와 맞닿도록 하고 고무 등으로 된 탄성 원통 부재(34)가 설치되어 있다. 이 탄성 원통 부재(34)에 의해 연동 샤프트(10)의 진동 감쇠를 달성하는 기능을 갖는 감쇠 연결부가 구성되어 있다.

이 탄성 원통 부재(34)는 크로스 바(5)중, 볼 나사(8)가 나사 결합되어 있지 않은 종동측으로 치우쳐져 있고, 특히 샤프트 부재(10b)의 진동 감쇠를 달성하도록 되어 있다.

크로스 바(5)를 직선 방향으로 왕복이동하는 경우의 이동은, 주로 두 개로 크게 나눌 수 있다. 그 한 개는, 동기 성분이며, 이것은 크로스바(5)가 강체(剛體)로서 이동 방향으로 진동하는 것이다. 다른 하나는 비동기 성분이며, 구동 변위에 동기하지 않는 크로스 바(5)가 갖는 고유 진동이다. 이 고유 진동이 장치의 응답 특성을 결정하는 주요 원인이며, 주파수 영역에서는 제5도와 같이 표현된다.

크로스 바(5)의 고유 진동수가 fr이라고 하면, 장치는 이 고유 진동수가 되지 않도록 크로스 바(5)를 작동시키는 것이 불가피하다. 따라서, 제1도에 보이는 바와 같은 장치에 있어서는, 크로스 바(5)의 고유 진동수를 어떻게 하여 장치의 작동 과정에서 발생이 불가피하게 되는 주파수 영역의 고역에 시프트하는가가 중요한 과제가 된다. 즉, fr점에서의 진동 피크가 0dB를 넘지 않도록 하는 것이 중요하다.

그리고, 제5도에 보이는 특성선의 페루프 코너(fc)에서 직선 왕북 운동시키는 장치의 진동 특성이 결정된다. fc를 고역에 시프트하는 수단은 두가지가 고안되었는데, 그 하나는 크로스 바(5)의 강성을 향상시키는 것이며, 다른 하나는 fr점에서의 진폭을 줄이는 것이다. 그러나, 크로스 바(5)의 강성을 높게 하면, 신속하게 이것을 직선 구동하는 것이 어려워 진다.

본 발명에서는, 크로스 바(5)의 강성을 높이지 않고 진동의 발생을 방지하도록 하고 있다. 크로스 바(5)를 그 일단부를 구동하여 횡방향으로 섭동하면, 타단부가 완전하게 구속되어 있지 않은 경우에는, 그 타단부가 이동방향으로 휘도록 진동하게 되는데, 그 타단부는 피니언 기어(12)에 의해 래크 기어(14)로 구속되어 있기 때문에, 이동방향의 변위는 연동 샤프트(5) 회전방향의 진동으로 변환된다.

변환된 각변위는, 동기성분에 대해서는 상대 각도 변위를 갖지 않는데, 비동기성분에 대해서는 상대 각도 변위를 발생시킨다. 이 상대 각도 변위는, 갑쇠 연결부에 의해 진동의 수속이 이루어진다. 따라서, 크로스 바(5)를 Y 방향으로 고속으로 이동시킨 후에 급하게 정지시켜도 감쇠 연결부에 의해 진동이 감쇠되기 때문에, 크로스 바(5)는 고정도로 소정 위치로 위치결정된다.

제4도의 (b)는 감쇠 연결부의 다른 실시예를 보이는 도면이며, 샤프트 부재(10b)의 플랜지부(33)를 둘러 싸도록하여 원통 부재(35)가 샤프트 부재(10a)에 설치되며, 이 원통 부재(35)에는 영구 자석(36)이 조립되어 있다. 따라서, 이 경우에는 영구 자석(36)의 자력에 의해 감쇠 기능을 얻을 수 있도록 되어 있다. 샤프트 부재(10a),(10b), 플랜지부(33) 및 원통 부재(35)는 자성 부재에 의해 형성되어 있다.

제4도의 (c)는 감쇠 연결부의 다른 실시예를 보이는 도면이며, 이 경우에는 샤프트 부재(10b)의 플랜지부(33)가 영구 자석에 의해 형성되어 있다. 샤프트 부재(10a)에는 이 영구 자석제의 플랜지부(33)를 둘러싸도록 통(37)이 설치되어 있다. 이와 같은 타입이라도 마찬가지로 감쇠 기능을 얻을 수가 있다.

이와 같이 연동 샤프트(10)에 감쇠 연결부를 설치함으로써, 크로스바(5)의 고유 진동을 줄이는 진동제어효과를 얻을 수 있으므로, 고유 공진점에서의 공진 진동을 줄일 수가 있다. 크로스 바(5)의 이동시 피니온(12)의 진동 성분은 구동계에 대해서는 교란되게 되어 있는데, 그 다음수의 선정이 자유롭기 때문에, 제어 루프의 교란 억제에 의해 그 교란을 줄일 수 있고, 피니언 기어와 래크 기어의 맞물림 정도를 높일 필요가 없게 된다. 감쇠 연결부를 종동측으로 접근시켜 설치함으로써, 크로스 바(5)가 보이는 강성을 향상시킬 수 있고, 공진점을 높게 할 수 있다.

이상, 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 실시예에 근거하여 구체적으로 설명했는데, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 각종 변경이 가능하다고 하는 것은 말할 필요도 없다.

예를 들면, 감쇠 연결부의 구조로는, 파우다 러빙이나 덤퍼 기능을 갖는 오일을 봉입한 커플링 등을 사용해도 된다. 또 도시하는 경우에는 전달 수단이 래크 기어(12),(13)와 이들에 맞물리는 피니언 기어에 의해 형성되어 있는데, 타이밍 벨트와 폴리 등에 의해 형성되도록 해도 된다.

본 출원에서 개시되는 발명중, 대표적인 것에 의해 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 이하와 같다.

(1) 장척의 직선 왕복 동부재를 횡방향으로 구동하기 위해 그 일단부만을 구동하는 일방구동으로 했기 때문에, 양단부를 구동하는 경우에 비해 그 구동계의 제어가 용이하게 된다.

(2) 장척의 직선 왕복 동부재의 양단부를 지지하는 가이드 레일을 따라 래크 기어를 설치하고, 직선 왕복 동부재에 회전가능하게 설치된 연동 샤프트의 양단부에 래크 기어와 맞물리는 피니언 기어를 설치함으로써, 직선 왕복 동부재의 이동을 정지시킨 때에 연동 샤프트의 종동축이 연동 샤프트는 경사지지 않고 고정도로 정지될 수 있다.

(3) 이 각도 변위는 감쇠 연결부에 의해 감소됨으로써, 종동측의 진동 발생이 방지되며, 소정의 위치로 직선 왕복 동부재를 정지시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 베이스에 서로 평행하게 부설된 가이드 레일과, 상기 각각의 가이드 레일에 대해 직각 방향으로 연장됨과 동시에, 상기 각각의 가이드 레일에 단부가 섭동가능하게 지지된 직선 왕복 동부재와, 상기 직선 왕복 동부재의 일단부에 나사 결합되어 상기 직선 왕복 동부재를 상기 가이드 레일을 구동하는 나사 부재와, 상기 직선 왕복 동부재에 회전가능하게 설치된 연동 샤프트와, 이 연동 샤프트의 회전을 상기 직선 왕복 동부재의 양단부에 전달하는 전달 수단과, 상기 연동 샤프트는 2개의 샤프트 부재로 이루어지며, 이들의 샤프트 부재를 감쇠 연결부를 개재하여 연결하도록 한 것을 특징으로하는 직선 왕복 동부재의 방진구동장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 감쇠 연결부는 고무 등의 탄성체로 이루어진 것을 특징으로 하는 직선 왕복 동부재의 방진구동장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 감쇠 연결부는 상기 2개의 샤프트 부재를 자력에 의해 연결하는 영구 자석을 갖는 것을 특징으로 하는 직선 왕복 동부재의 방진구동장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 전달 수단은, 상기 각각의 가이드 레일을 따라 설치된 래크 기어와, 이것에 맞물림과 동시에 상기 연동 샤프트에 부착된 피니언 기어에 의해 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 직선 왕복 동부재의 방진구동장치.