JP5372423B2 - 電子部品搭載ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、電子部品搭載ヘッド、特に吸着ノズルを昇降させて電子部品を吸着保持したり、配線基板等の実装対象に搭載したりする際の荷重制御に適用して好適な電子部品搭載ヘッドに関する。

一般に、電子部品搭載ヘッド（以下、単に搭載ヘッドともいう）においては、電子部品を部品供給装置から吸着保持したり、保持した電子部品を配線基板上に搭載したりする場合に、ノズル先端部により電子部品を所定荷重で下方に押し付ける荷重制御が行なわれている。

このような電子部品の荷重制御に適用される搭載ヘッドとしては、例えば特許文献１には図１に示すものが開示されている。

この従来の搭載ヘッドは、先端部で電子部品Ｃを吸着保持する吸着ノズル１１２と、該吸着ノズル１１２を保持するノズルホルダ１１３と、上下動可能に支持された移動体１１４と、該移動体１１４を上下方向に駆動する第１の上下動手段１２０と、前記移動体１１４に装備されるとともに該移動体１１４から前記吸着ノズル１１２を上下方向に沿って駆動する第２の上下動手段１３０と、前記吸着ノズル１１２と前記ノズルホルダ１１３との重さを相殺する荷重補償用圧縮ばね１１６と、前記吸着ノズル１１２の先端部の加圧力を検出するロードセル１１５と、該ロードセル１１５とノズルホルダ側との間に介在され、上下方向へ荷重を伝達する圧縮ばね１１７とを備えている。

特開２００５−３２８６０号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示されている搭載ヘッドでは、下端部に装着された吸着ノズル１１２を上下方向への案内動作を行なう１軸構成であるノズル軸１４１と、ノズル先端の荷重を検出するためのロードセル１１５と、搭載時等に電子部品に荷重を加えるためのボイスコイルモータ１３４に連結された加圧軸１３３とが同軸上に存在するため、θ軸モータ１５４によりノズル軸１４１を回転させるときには、ロードセル１１５も一緒に回転することになる。その結果、ノズル軸１４１を回転させる度にロードセル１１５に接続されているケーブルが引きずられることになるため、切断されることが起こるという構造的な問題があった。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、電子部品の吸着時や搭載時に吸着ノズルの回転動作を繰り返したとしても、ロードセルに接続されているケーブルが切断されることのない搭載ヘッドを提供することを課題とする。

本発明は、Ｚ軸により上下方向に移動される可動部と、該可動部に軸回転と上下動が可能に支持され、下端部に部品を吸着する吸着ノズルが装着可能なノズル軸と、該ノズル軸を前記可動部に対して下方に押圧する加圧軸と、該加圧軸による押圧時にノズル軸に掛かる荷重を検出する、検出軸に支持された荷重センサとを備えた電子部品搭載ヘッドにおいて、前記検出軸は、前記荷重センサを下端部に支持し、且つ前記ノズル軸に対してオフセットして配設されていると共に、前記加圧軸の下部に連続形成され、前記ノズル軸に軸受を介して荷重アームが直交方向に連結されていると共に、該荷重アームの先端部に前記荷重センサが係合され、前記加圧軸が、該荷重センサを介して該荷重アームを押し下げ前記ノズル軸を下方へ押圧することで前記吸着ノズルにより前記部品に加圧する構成であり、更に、前記荷重アームの先端部は、前記ロードセルが上端に固定されているロードセルケース内に収納されている与圧ばねの下端部と自重キャンセルばねの上端部とに連結され、該ケース内で上下方向に移動可能に支持されていることにより、前記課題を解決したものである。

本発明は、又、Ｚ軸により上下方向に移動される可動部と、該可動部に軸回転と上下動が可能に支持され、下端部に部品を吸着する吸着ノズルが装着可能なノズル軸と、該ノズル軸を前記可動部に対して下方に押圧する加圧軸と、該加圧軸による押圧時にノズル軸に掛かる荷重を検出する、検出軸に支持された荷重センサとを備えた電子部品搭載ヘッドにおいて、前記検出軸は、前記荷重センサを下端部に支持し、且つ前記ノズル軸に対してオフセットして配設されていると共に、該検出軸に並設された前記加圧軸に連結部材を介して連結され、前記ノズル軸に軸受を介して荷重アームが直交方向に連結されていると共に、該荷重アームの先端部に前記荷重センサが係合され、前記加圧軸が、該荷重センサを介して該荷重アームを押し下げ前記ノズル軸を下方へ押圧することで前記吸着ノズルにより前記部品に加圧する構成であり、更に、前記荷重アームの先端部は、前記ロードセルが上端に固定されているロードセルケース内に収納されている与圧ばねの下端部と自重キャンセルばねの上端部とに連結され、該ケース内で上下方向に移動可能に支持されていることにより、同様に前記課題を解決したものである。

本発明によれば、装着される吸着ノズルを上下動とともに軸回転させるノズル軸と、該ノズル軸の下端に装着される吸着ノズルに加わる荷重を検出する荷重センサ（ロードセル）の検出軸とをオフセットさせたので、吸着ノズルを回転させたとしてもロードセルは回転しないようにできることにより、該ロードセルの回転に起因してケーブルが切断されることを確実に防止できる。また、オフセットに配置することにより全長を短くすることができる。

まず、本発明に係る搭載ヘッドが適用される電子部品実装装置の概要を説明する。

通常、電子部品実装装置１は、図２に示すように、左右方向に延在されている基板搬送路２により搬送され、位置決めされた基板Ｓ上に部品供給部３に供給される電子部品を実装する搭載ヘッド１０と、該搭載ヘッド１０をＸ方向及びＹ方向にそれぞれ移動させるＸ軸移動機構１２及びＹ軸移動機構１４を備えている。

Ｘ軸移動機構１２は、部品を吸着する１又は２以上の吸着ノズル１０Ａを備えた搭載ヘッド１０をＸ軸方向に移動させると共に、Ｙ軸移動機構１４は、Ｘ軸移動機構１２と一体で搭載ヘッド１０をＹ軸方向に移動させる。又、搭載ヘッド１０は、吸着ノズル１０ＡをＺ軸方向に昇降可能に移動させるＺ軸移動機構を備えていると共に、吸着ノズル１０Ａをノズル軸（吸着軸）を中心に回転させるθ軸回転機構を備えている。又、搭載ヘッド１０には、基板Ｓ上に形成された基板マークを撮像する基板認識カメラ１６が、支持部材を介して取付けられている。又、部品供給部３の側部には、吸着ノズル１０Ａに吸着された部品を下方から撮像する部品認識カメラ１８が配置されている。

上記のような電子部品実装装置１においては、チップ等の電子部品を搭載ヘッド１０が有する吸着ノズル１０Ａで吸着保持した後、位置決めされているプリント基板等の基板Ｓ上に搭載することが行われている。

本実施形態の搭載ヘッド１０は、図３にノズル軸３０の軸中心を通る断面図を模式的に示すように、図示しないＺ軸モータにより回転されるＺ軸２０を構成するボールねじ２０Ａにより、ボールねじナット２０Ｂが固定されている可動部２２が、図示しないベース部に対してリニアガイド２４を介して上下動可能になっている。

又、この可動部２２には、ヘッド本体に固定されているスプラインナット２６と、上記リニガイド２４に固定されているエアベアリング２８を介して、ノズル軸３０が軸回転と上下動とが可能に支持され、その下端部には吸着ノズル１０Ａが装着可能になっている。

又、この可動部２２には、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）３２が固定され、該ＶＣＭ３２により可動部２２に固定されているスプラインナット３２Ａを介して、ノズル軸３０からはオフセットされ、平行に支持されているＶＣＭ軸（加圧軸）３４を下方に押圧可能になっているとともに、該ＶＣＭ軸３４の下部にはロードセル（荷重センサ）３６を下端部に支持する検出軸３６Ａが一体的に連続形成されている。

一方、前記ノズル軸３０の途中には、ベアリングユニット（軸受）３８を介して直交方向に延びる荷重アーム４０が連結されている。このベアリングユニット３８では、ノズル軸３０の回転力がＶＣＭ軸３４に伝達されないように、内蔵されているベアリングを介して逃がすことできる機構になっている。

又、この荷重アーム４０は、先端部がロードセル３６に固定されているロードセルケース４２内に収納されている与圧ばね４２Ａの下端部と自重キャンセルばね４２Ｂの上端部とに連結され、該ケース４２内で上下方向に移動可能に支持されている。

従って、ＶＣＭ３２を駆動すると、ロードセル３６が与圧ばね４２Ａを介して荷重アーム４０を押し下げることになり、吸着ノズル１０Ａを下方に押し付けることができるとともに、そのときの荷重が該与圧ばね４２Ａを介してロードセル３６に伝達され、検出されるようになっている。

以上の構成からなる本実施形態の搭載ヘッドにおいては、Ｚ軸２０が、図示しないＺ軸モータからの力を直接該Ｚ軸２０を構成するボールねじ２０Ａによって可動部２２及びリニアガイド２４等からなるスライダー部へ伝達している。

このスライダー部に取付けられている前記ＶＣＭ３２、エアベアリング２８等はボールねじ２０Ａによって一体的に駆動され、搭載ヘッド１０のベース部に取付けられているレール（図示せず）に従ってリニアガイド２４によって上下に案内される。

前記ノズル軸３０では、これを構成するスプラインシャフト３０Ａによって上下方向に自由に動くことにより、全体の上下動作を妨げることなく、しかも図示しないθ軸モータによるθ方向の回転動作を途中のカップリング３０Ｂを介して連結されているシャフト下部３０Ｃに装着されている吸着ノズル１０Ａを回転させている。

そして、このノズル軸３０は、ボールねじ２０Ａによる移動に加えて、加圧するためのストローク分（±２ｍｍ）だけ、ＶＣＭ軸３４を駆動するＶＣＭ３２により独立して動作するようになっている。

本実施形態において、実装部品の吸着・搭載時に吸着ノズル１０Ａの先端に掛かる荷重を検出するときには、次のように動作する。

吸着ノズル１０Ａで受けた垂直方向の力は、エアベアリング２８を通してベアリングユニット３８と、そこから水平に延びる荷重アーム４０に伝達される。この荷重アーム４０は与圧ばね４２Ａと自重キャンセルばね４２Ｂによってバランスが保たれており、そこに吸着ノズル１０Ａからの力が荷重アーム４０に伝達され、更に与圧ばね４２Ａを介してロードセル３６に伝わることにより荷重を検知することができる。

又、部品搭載時に吸着ノズル１０Ａから実装部品へ荷重を掛けるときは、以下のように動作する。

ＶＣＭ３２がロードセル３６を押し下げることにより、与圧ばね４２Ａに力が加わる。その力が荷重アーム４０とベアリングユニット３８に伝達され、エアベアリング２８を通して吸着ノズル１０Ａを押し下げることで実装部品を加圧することができる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。

（１）ＶＣＭ３２により上下動されるＶＣＭ軸３４に連続形成され、下端部にロードセル３６が連結されている検出軸３６Ａと、ノズル軸３０の位置関係をオフセットさせることにより、該ノズル軸３０を軸回転させたとしても、ロードセル３６は回転しないようにできるため、従来のようにロードセルのケーブル（図示しない）が引きずられ、切断されることを確実に防止できる。

（２）このようにＶＣＭ軸３４に連続形成されている検出軸３６Ａをノズル軸３０からオフセットさせることにより、可動部２２及びリニアガイド２４等からなるスライダー部の全長をコンパクトにまとめることができる。

図４には、本発明に係る第２実施形態の搭載ヘッドの概要を示す、前記図３に相当する断面図である。

本実施形態の搭載ヘッドは、ＶＣＭ軸３４を、ロードセルに連結されている検出軸３６Ａから更にオフセットさせ、該検出軸３６Ａにはリンク（連結部材）５０を介して荷重を伝達する構造になっている。

このようにＶＣＭ軸３４を検出軸３６Ａから分離させたことにより、更にスライダー部の全長を短くすることが可能となる。

従来の搭載ヘッドの一例を示す縦断面図 本発明に適用可能な部品実装装置の全体を示す斜視図 本発明に係る第１実施形態の搭載ヘッドの特徴を模式的に示す断面図 本発明に係る第２実施形態の搭載ヘッドの特徴を模式的に示す断面図

符号の説明

１０Ａ…吸着ノズル
２０…Ｚ軸
２０Ａ…ボールねじ
２２…可動部
２４…リニアガイド
２６…スプラインナット
２８…エアベアリング
３０…ノズル軸
３０Ａ…スプラインシャフト
３２…ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）
３４…ＶＣＭ軸（加圧軸）
３６…ロードセル（荷重センサ）
３６Ａ…検出軸
３８…ベアリングユニット（軸受）
４０…荷重アーム
４２…ロードセルケース
４２Ａ…与圧ばね
４２Ｂ…自重キャンセルばね
５０…リンク（連結部材）

Claims (2)

1. Ｚ軸により上下方向に移動される可動部と、
   該可動部に軸回転と上下動が可能に支持され、下端部に部品を吸着する吸着ノズルが装着可能なノズル軸と、
   該ノズル軸を前記可動部に対して下方に押圧する加圧軸と、
   該加圧軸による押圧時にノズル軸に掛かる荷重を検出する、検出軸に支持された荷重センサとを備えた電子部品搭載ヘッドにおいて、
   前記検出軸は、前記荷重センサを下端部に支持し、且つ前記ノズル軸に対してオフセットして配設されていると共に、前記加圧軸の下部に連続形成され、
   前記ノズル軸に軸受を介して荷重アームが直交方向に連結されていると共に、該荷重アームの先端部に前記荷重センサが係合され、前記加圧軸が、該荷重センサを介して該荷重アームを押し下げ前記ノズル軸を下方へ押圧することで前記吸着ノズルにより前記部品に加圧する構成であり、
   更に、前記荷重アームの先端部は、前記ロードセルが上端に固定されているロードセルケース内に収納されている与圧ばねの下端部と自重キャンセルばねの上端部とに連結され、該ケース内で上下方向に移動可能に支持されていることを特徴とする電子部品搭載ヘッド。
2. Ｚ軸により上下方向に移動される可動部と、
   該可動部に軸回転と上下動が可能に支持され、下端部に部品を吸着する吸着ノズルが装着可能なノズル軸と、
   該ノズル軸を前記可動部に対して下方に押圧する加圧軸と、
   該加圧軸による押圧時にノズル軸に掛かる荷重を検出する、検出軸に支持された荷重センサとを備えた電子部品搭載ヘッドにおいて、
   前記検出軸は、前記荷重センサを下端部に支持し、且つ前記ノズル軸に対してオフセットして配設されていると共に、該検出軸に並設された前記加圧軸に連結部材を介して連結され、
   前記ノズル軸に軸受を介して荷重アームが直交方向に連結されていると共に、該荷重アームの先端部に前記荷重センサが係合され、前記加圧軸が、該荷重センサを介して該荷重アームを押し下げ前記ノズル軸を下方へ押圧することで前記吸着ノズルにより前記部品に加圧する構成であり、
   更に、前記荷重アームの先端部は、前記ロードセルが上端に固定されているロードセルケース内に収納されている与圧ばねの下端部と自重キャンセルばねの上端部とに連結され、該ケース内で上下方向に移動可能に支持されていることを特徴とする電子部品搭載ヘッド。

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