JP2004282009A - ピック・アンド・プレイス式スピンドル・アセンブリ用一体型空気流制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 部品のピック・アンド・プレイス機械用スピンドル・アセンブリを提供すること。
【解決手段】 スピンドルが収容されているハウジングを有し、スピンドルは当該スピンドル軸線方向に沿ってハウジング内を移動し、ハウジングはスピンドルの内部ボアへの空気流を制御する弁を収容しており、スピンドルの内部ボアは、部品をピック・アンド・プレイスするために用いる空気流を通すために、一端に開口を備えており、弁からスピンドルの内部ボアへの空気流が、通路を介してハウジングの内部に形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スピンドル駆動アセンブリに関し、さらに詳細には、ピック・アンド・プレイス機械のスピンドル駆動アセンブリで使用される高速システムに関する。

本発明は、限定的ではないが、主に、電子部品組み立て業界ではピック・アンド・プレイス機械として知られている機械に関する。ピック・アンド・プレイス機械では、スピンドル・アセンブリに取り付けたスピンドルを、ダイまたは他の電子部品と接触状態にして、ダイまたは部品をピックアップする。次いで、スピンドル・アセンブリを別の位置に移動させ、スピンドルによってピックアップしたダイまたは部品を組み立てに適した位置に配置する。

従来のピック・アンド・プレイス機械において、スピンドル・アセンブリの一つの形式では真空スピンドルを利用している。真空スピンドルは、スピンドルの下方端部の先端にノズルを備えている。スピンドルの先端のノズルを真空にして、スピンドルがダイまたは部品をピックアップできるようにする。次いで、スピンドルをダイまたは部品を配置するのに適した位置に移動させる。ダイまたは部品をスピンドルから引き離すには、しばしばエアキスと呼ばれる空気脈動をノズルに与えて、ダイまたは部品をスピンドルの先端から吹き飛ばすようにしている。

従来のピック・アンド・プレイス機械では、ベンチュリに圧縮空気を加え、ベンチュリが真空を生成することによって、真空をもたらす。次いで、部品をピックアップするためにスピンドルに真空を供給する。さらに、ダイまたは部品を離すために、圧縮空気もノズルの先端に直接加えられていた。

従来のピック・アンド・プレイス機械は、組み立て時間を最大にするために、複数のスピンドル・アセンブリを備えたピック・アンド・プレイス・ヘッドを有することができる。しかし、各スピンドル・アセンブリと共に使用される従来の弁アセンブリは比較的大きい。したがって、ピック・アンド・プレイス・ヘッドの関連部分に可能な限り多くのスピンドル・アセンブリを嵌めるために、弁アセンブリはスピンドル・アセンブリから離して配置されていた。弁アセンブリをスピンドル・アセンブリから離して配置する欠点は、ベンチュリに加えられた真空がノズル先端に到達するのに要する時間が、ピック・アンド・プレイス機械の処理時間に付加されてしまうことである。

ピック・アンド・プレイス・ヘッドで使用されるいくつかの従来の弁アセンブリは、起動時間が約４．５ミリ秒かかる。したがって、従来のピック・アンド・プレイス機械では、この起動時間を、弁アセンブリが配置されているスピンドル・アセンブリからの距離と共に考慮する場合、真空が所望のレベル、通常約２０水銀柱インチに達するのに要する時間は約４０ミリ秒である。

他の従来のアセンブリでは、弁がスピンドル・ヘッド・フレームに取り付けられているが、管を用いてスピンドルに接続されている。このような構成は組み立てが困難である。

したがって、本発明の目的は、起動時間を短縮できるピック・アンド・プレイス装置用ピック・アンド・プレイス・ヘッドを提供することである。

本発明の他の目的は、スピンドルに隣接して配置して、ノズル先端に加えるべき空気圧である真空を形成するために要する時間を最小にできるように、弁アセンブリが充分に小さい、ピック・アンド・プレイス装置用スピンドル・アセンブリを提供することである。

本発明の他の目的は、弁の起動時間を短縮して処理時間を最小にすることができる、ピック・アンド・プレイス装置用弁アセンブリを提供することである。

本発明の一実施形態によれば、部品のピック・アンド・プレイス装置用スピンドル・アセンブリは、スピンドルが収容されているハウジングを有し、前記スピンドルは当該スピンドル軸線方向に沿って前記ハウジング内を移動し、前記ハウジングは前記スピンドルの内部ボアへの空気流を制御する弁を収容しており、前記スピンドルの前記内部ボアは、部品をピック・アンド・プレイスするために用いる空気流を通すために、一端に開口を備えており、前記弁から前記スピンドルの前記内部ボアへの空気流が、通路を介して前記ハウジングの内部に形成されるようになっている。

図１は、本発明によるピック・アンド・プレイス機械のためのスピンドル・アセンブリ１０の好ましい例の実施形態の断面図である。この断面図は、図２の線Ｉ−Ｉに沿って切り取られたものである。スピンドル・アセンブリ１０は、アセンブリ動作中に、電子部品をピックアップし、それらを目的の位置に装着するためのピック・アンド・プレイス・ヘッドで使用される。

次に図１に注目すると、スピンドル・アセンブリ１０は、スピンドル１２をその中で支持する垂直のキャビティを備えたフレームまたはハウジング１６を有している。ノズル１４はスピンドル１２の下方端部にある。ノズル１４は、スピンドル１２の一部であり、スピンドル１２によってピックアップすべきダイおよび部品と接触する。

図１において分かるように、スピンドル１２の少なくとも一部は中空であり、したがって真空または空気圧を通すことのできる通路１５を形成している。ノズル１４の下方最端部は開放されており、真空または空気圧を加えて、ダイまたは部品がノズル１４によってピックアップされ、引き離されることができるようになっている。

少なくとも図１、３、および４において分かるように、２つの弁１８、２０がスピンドル・アセンブリ・フレーム１６に搭載されている。各弁１８、２０は、通路２２を介して圧縮空気源に連結されている。電気的接点２４が各弁の一端に設けられて、電流を与えて弁を作動できるようになっている。排気口５０が各弁体の側部に設けられて、圧縮空気が弁を通過できるようになっている。

本発明の好ましい一実施形態によれば、非常に短時間だけ電流を加えて弁を作動することができる。具体的には、電流を約２．５から１０アンペアで、約０．５から１ミリ秒間流すことで、弁を作動させて弁を開けるのに十分である。弁を作動させた場合、空気は吸気口５６から弁体を介して流れ、排気口５０から出ることができる。

弁を閉じるには、最初の駆動電流の極性とは逆極性の駆動停止用電流を弁に流す。この駆動停止用電流は駆動電流よりも小さな値である。駆動停止用電流を、約０．３アンペアで約０．１から０．５ミリ秒間、好ましくは０．１２ミリ秒間流すことができる。あるいは、駆動停止用電流は、一連の交流消磁（デガウシング）電流でもよい。弁に対する好ましい電圧は１２ボルトである。しかし、本発明は、上記の電圧、アンペア、および時間値に限定されるものではない。

本発明は、弁の特定の詳細に限定されるものではない。当業者は、本発明に他のタイプの弁を使用することもできることを考慮されたい。しかし、使用される弁は、小さいサイズで高速度のものが好ましい。

次に、図３および４に注目すると、本発明の一実施形態の空気流回路が示されている。本発明の好ましい実施形態の様々な構成要素が、概略的な形で示されているが、必ずしも原寸に比例して描かれたものではない。吸気口２２は圧縮空気源に連結され、圧縮空気を２つの弁１８、２０に送出するために使用される。

ベンチュリ３６もスピンドル・アセンブリ１０のフレーム１６に取り付けられている。空気通路２８は、弁２０の出口をベンチュリ３６の第１の端部に接続する。ベンチュリ３６は、空気圧がベンチュリ３６の第１の端部に供給された時に、ベンチュリ３６の出口３９に真空状態が生じるように構成されている。別の空気通路３８は、ベンチュリ３６の出口３９をスピンドル１２に接続している。したがって、弁２０が弁を開けるように作動する場合、圧縮空気源２２からの圧縮空気が空気通路２６を介して弁２０内に、空気通路２８を介してベンチュリ３６内に通る。ベンチュリ３６によって生成された真空は、次いで空気通路３８を介してスピンドル１２に供給される。

排気通路３４は、ベンチュリ３６の第２の端部から膨張室３２を介して延び、ピック・アンド・プレイス・ヘッドを駆動するモータを冷却するために使用される空気システムに至る。ただし、排気通路３４からの空気を用いてモータを冷却する必要はない。

膨張室３２は、最も単純な形態では、弁１８からスピンドル１２へ移動する空気脈動が膨張できるようにして、その圧力を調整する。好ましい実施形態では、膨張室３２はベンチュリ３６の第２の端部の周囲に固定された取囲み空間を含む。好ましい実施形態では、この膨張室は、膨張室の側部に開口２５を備え、その開口を介して空気が逃げることができる。図３において分かるように、通路３４はこの開口を介して延びている。別の空気通路３０が弁１８の出力側を膨張室３２に相互連通している。空気通路３０は、空気通路３０がベンチュリ３６の第２の端部から短かい距離で終わるように構築されている。この短い距離ということが、通路３０からベンチュリ３６に通過する空気脈動を調整する手段となる。しかし、代替の構成を用いて空気圧を調整することもできることを理解されたい。

弁１８が弁体を開けるように作動する場合、空気源２２からの圧縮空気は、弁１８を通過し、空気通路３０を通って膨張室３２内に入る。ベンチュリ３６の第２の端部は、空気通路３０から間隔を置いて配置されているため、弁１８および空気通路３０からの圧縮空気が膨張室３２に入った場合、空気圧はベンチュリ３６に入る前に調整され、空気の穏やかな脈動がベンチュリ３６を介して空気通路３８内へ入り、スピンドル１２に到る。したがって、空気の脈動を、弁１８を作動させることによってスピンドル１２に供給することができる。空気の脈動は、弁１８、空気通路３０、膨張室３２、ベンチュリ３６、空気通路３８を介してスピンドル１２まで通過する。容積、位置、距離、および排気口を含む、膨張室３２の構成は、弁１８から出る空気の脈動を調整するように選択される。したがって、膨張室３２は、空気の脈動を調整し、不必要な不意の空気の脈動がスピンドル１２に与えられるのを防ぐ。

好ましい一実施形態では、拡張室３２は内容積が約４５０立方ミリメートルである。

本発明の代替実施形態では、ベンチュリ３６の第２の端部を通路３４に直接連結し、膨張室３２を迂回させることができる。このような実施形態では、膨張室３２からの空気通路がスピンドル１２に直接連結される。したがって、空気脈動を、ベンチュリ３６を通過させる必要なく、膨張室３２を介して直接スピンドル１２内に向けることができる。

弁１８、２０は小型で軽量であるため、これらの弁を約０．５から０．８ミリ秒間で作動させることができる。ただし、本発明の代替実施形態では、これらの弁を１または２ミリ秒間、または他の適切な時間で作動させることができる。

本発明の好ましい実施形態では、各弁は重さ約４グラム、長さ約１９ミリメートル、および直径９ミリメートルである。ただし、本発明は、このような弁に限定されるものではなく、本発明に代わりのサイズおよび重さの弁を用いることもできる。好ましい実施形態の弁は、コロラド州、ウッドランド所在のスターマン・インダストリ（Ｓｔｕｒｍａｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ ｏｆ Ｗｏｏｄｌａｎｄ Ｐａｒｋ，Ｃｏｌｏｒａｄｏ）で製造されたものである。

弁のサイズが小さいため、弁をスピンドル・アセンブリ１０のフレーム１６内に配置することができ、したがって弁をスピンドル１２に非常に近接して配置することができる。本発明の好ましい一実施形態では、弁は、スピンドル１２から約２インチのところにある。ただし代替実施形態では、弁は、スピンドル１２から５、４、または３インチ、あるいはこれより近いところでもよい。弁とスピンドルの間の距離が短いため、各動作中に真空にする必要がある連結通路内に存在する空気は比較的少量である。一実施形態では、真空排気すべき通路内の全体の容積は約５００立方ミリメートルである。したがって、弁をスピンドルの近くに配置することによって、作動時間が増加する。小さいサイズの弁、高速切替調整、および弁がスピンドル１２に近接していることが全て、非常に速い切換え速度をもたらす理由である。

本発明の他の態様では、図４で示した好ましい例の実施形態で見ることができるように、通路をフレームまたはハウジング１６内に直接形成することができる。具体的には、空気がシステム中を流れるように管を設ける代わりに、好ましい例の実施形態は、空気がシステム中を流れるように方向付けるため、掘削、穴あけ、成形、または他の方法でハウジング自体に形成された通路を備えている。

一実施形態では、ハウジング１６は、ポリエーテルイミドから成形される。たとえば、ジーイー・プラスチックス（ＧＥ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）による商品名ＵＬＴＥＭ（登録商標）として市販されているプラスチックを使用することができる。こうした実施形態では、通路２２、２６、２８、３０、３４、および３８など、通路のいくつかまたは全てをハウジング１６内に直接成形し、またはハウジングを成形した後にハウジング１６内に掘削する。好ましくは、いくつかの通路をハウジング１６内に直接成形し、他の通路は掘削する。

あるいは、ハウジング１６をプラスチックのブロックから機械加工することができる。または、ハウジング１６を成形し、成形処理後にハウジングのさらに細部を機械加工することができる。

好ましい開示の実施形態では、２つの弁が使用されている。しかし、１つだけ、または２つ以上の弁を備えた実施形態を使用することもできる。１つの弁は、スピンドルに加えられた真空圧だけを制御する。こうした実施形態では、空気脈動によって、配置動作中にスピンドル先端から部品を取り外すことができない。こうした実施形態は、重力だけによってスピンドルから簡単に取り外しできる比較的大きい部品を移動させることを目的とした装置にとってより有用である。

本明細書では好ましい実施形態だけを具体的に図で示し記載したが、本発明の精神および意図した範囲から逸脱することなく、上記の教示に照らし、頭記の特許請求の範囲内で、本発明の多くの修正および変更が可能であることを理解されたい。

図２の線Ｉ−Ｉに沿って切り取った、本発明の好ましい一実施形態によるスピンドル・アセンブリを示す断面図である。 本発明の好ましい実施形態によるスピンドル・アセンブリを示す側面図である。 本発明の好ましい実施形態によるスピンドル・アセンブリを示す概略図である。 空気流の通路を示す、本発明の好ましい実施形態によるスピンドル・アセンブリを示す概略図である。

符号の説明

１０ スピンドル・アセンブリ
１２ スピンドル
１４ ノズル
１５ 通路
１６ ハウジングまたはフレーム
１８、２０ 弁
２２ 空気供給源
２４ 電気的接点
２５ 開口
２６、２８、３０、３８ 空気通路
３２ 膨張室
３４ 排気通路
３６ ベンチュリ
３９ 出口
５０ 排出口
５６ 吸気口

Claims (12)

1. スピンドルが収容されているハウジングを有し、
   前記スピンドルは当該スピンドル軸線方向に沿って前記ハウジング内を移動し、
   前記ハウジングは前記スピンドルの内部ボアへの空気流を制御する弁を収容しており、
   前記スピンドルの前記内部ボアは、部品をピック・アンド・プレイスするために用いる空気流を通すために、一端に開口を備えており、
   前記弁から前記スピンドルの前記内部ボアへの空気流が、通路を介して前記ハウジングの内部に形成される部品ピック・アンド・プレイス機械用のスピンドル・アセンブリ。
2. 請求項１において、
   前記通路が前記ハウジングの内部に一体的に形成されているスピンドル・アセンブリ。
3. 請求項１において、
   前記弁が前記スピンドルから３インチあるいはそれ未満の距離内にあるスピンドル・アセンブリ。
4. 請求項１において、
   前記弁が、２ミリ秒未満の間で、全開位置から全閉位置、あるいはその逆に切り換わるようになっているスピンドル・アセンブリ。
5. 請求項１において、更に、
   前記スピンドルに真空圧を生成するために、前記空気流の通路内にベンチュリを有しているスピンドル・アセンブリ。
6. 請求項３において、
   前記スピンドルの先端における空気流が、部品を保持するための真空圧、または部品を離すための空気圧となっているスピンドル・アセンブリ。
7. 請求項１において、
   前記弁が、０．８ミリ秒あるいはそれ以下の間で、全開位置から全閉位置に、あるいはその逆に切り換わるようになっているスピンドル・アセンブリ。
8. 請求項１において、更に、
   第２の弁と、ベンチュリと、膨張室とを有し、
   前記通路は、
   前記ベンチュリの第１の端部に供給される空気により前記スピンドルに加えられるべき真空が生成されるように、前記の２つの弁のうちの第１の弁と前記ベンチュリの前記第１の端部を相互に連通している第１の分岐路と、
   前記ベンチュリの第２の端部に供給される空気により前記スピンドルにおいて空気脈動が生成されるように、前記２つの弁のうちの第２の弁と前記ベンチュリの前記第２の端部を相互に連通している第２の分岐路と、
   前記ベンチュリと前記スピンドルを相互に連通している第３の分岐路とを備えており、
   前記膨張室が、前記スピンドルに加えられる空気圧の変化を調整するために、前記第２の弁と前記スピンドルの間に配置されているスピンドル・アセンブリ。
9. 請求項８において、
   前記弁のそれぞれが、２ミリ秒未満の間で、全開位置から全閉位置に、またはその逆に切り換わるようになっているスピンドル・アセンブリ。
10. 請求項１において、
    前記弁が前記ハウジング内に備えられているスピンドル・アセンブリ。
11. 請求項１において、
    前記通路のうちの少なくともいくつかは、前記ハウジング内に穴あけすることにより形成されたものであるスピンドル・アセンブリ。
12. 請求項１において、
    前記通路のうちの少なくともいくつかは、前記ハウジング内に成形されたものであるスピンドル・アセンブリ。

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