JPH0810796B2 - チップ部品装着装置の吸着ヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、部品供給部に配列され
たチップ電子部品を自動的にプリント基板に装着するチ
ップ部品装着装置の吸着ヘッドに関するもので、チップ
部品の外、これと同様に小さな部品を供給部から所定の
他の位置に移動させる搬送装置の吸着ヘッドに適用して
有効なものである。

【０００２】

【従来の技術】プリント基板を間欠的に搬送するコンベ
ア上に、このコンベアと平行な水平面内をＸ軸、Ｙ軸方
向に高速で移動するヘッド支持部を設け、部品供給部に
配列されたチップ部品を吸着してプリント基板上の所定
位置に、所定の方向に向けて移し換える吸着ヘッドを上
記ヘッド支持部に設けたチップ部品装着装置が知られて
いる。この吸着ヘッドは、チップ部品を吸着する吸着ノ
ズルと、この吸着ノズルに吸着されたチップ部品を挾み
込んで吸着ノズルに対するチップ部品の位置決めを行う
複数本の修正アームとを備え、さらに、修正アームを互
いに連動して開閉させるためのリンク式の開閉機構が付
加されている。また、吸着ノズルの昇降動作と修正アー
ムの開閉動作とは所定の手順に従ったシーケンス動作で
あるが、この従来技術においては吸着ノズルを昇降させ
る駆動部と修正アームを開閉させる駆動部とをそれぞれ
設け、これらをマイコンのプログラム制御によって制御
して、上記のシーケンス動作を行わせている。以上の従
来技術においては、上記開閉機構がリンク式であるた
め、リンク機構が吸着ヘッドの半径方向外方に張り出す
ので、吸着ヘッドを複数個並べるについては吸着ヘッド
相互の干渉を避けるために吸着ヘッドの間隔を大きくせ
ざるを得ず、その分ヘッド支持部が大型化し、軽量化が
困難である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ヘッド支持
部はガイドレールに沿って、Ｘ軸、Ｙ軸方向に高速で移
動して吸着ヘッドをプリント基板上の所定の位置に移動
させるものであるが、その作動速度を速め、停止位置の
精度を向上させるためには、ヘッド支持部の慣性を小さ
くすること、即ち、ヘッド支持部の軽量化が必要であ
る。吸着ヘッドの軽量化を図ることによってヘッド支持
部が著しく軽量化されるので、上記の要請に応えるため
には、吸着ヘッド駆動機構、修正アーム駆動機構を単純
化して軽量化することが効果的である。さらに、吸着ヘ
ッド駆動部と修正アーム駆動部とのシーケンス制御をよ
り単純にすることが吸着ノズルの昇降動作と修正アーム
の開閉動作とのシーケンス動作の高速化、円滑化のた
め、および両駆動部制御装置のコスト低減のために必要
である。この要請に応えるためには、吸着ヘッドの駆動
と修正アームの駆動とを単一の駆動部によって駆動でき
るようにすることが効果的である。本発明は、上記の両
要請に応えるために、吸着ヘッド駆動機構、修正アーム
駆動機構を単純化して軽量化すると共に、吸着ヘッドの
駆動と修正アームの駆動とを単一の駆動部によって駆動
できるようにすることをその課題とするものである。

【０００４】

【課題を解決するために講じた手段】上記課題を解決す
るために講じた手段は次の要素（イ）〜（ニ）によって
構成されるものである。 （イ）下端に吸着ノズルを有する内側シャフトと修正ア
ームを開閉操作するカム面を下端に有する外側シャフト
とを同心状にし、両シャフトを互いに上下動自在かつ吸
着ヘッド本体に対して上下動自在に吸着ヘッド本体の支
持孔に嵌合保持させたこと、 （ロ）外側シャフトに固定された駆動ピストンを吸着ヘ
ッド本体のシリンダに上下動自在に嵌合させたこと、 （ハ）外側シャフトの内側シャフトに対する下降動を規
制する第１ストッパを内側シャフト下端に設け、内側シ
ャフトの上下ストロークを規制する第２ストッパを吸着
ヘッド本体と内側シャフト上端間に設けたこと、 （ニ）内側シャフトを上方に付勢するリターンばねを外
側シャフト上端と内側シャフト上端間に設けたこと。

【０００５】

【作 用】駆動ピストンによって外側シャフトが下降す
るとき、その初期動作によってその下端のカム面で修正
アームが拡開され、その後外側シャフトの下端面が内側
シャフト下端の第１ストッパに当接して内側シャフトを
降下させる。この内側シャフトは、吸着ヘッド本体と内
側シャフト上端間に設けた第２ストッパによる規制位置
まで下降するが、この降下によってその先端の吸着ノズ
ルがチップ部品に当接し、チップ部品が吸着ノズルに吸
着される。チップ部品を吸着ノズルに吸着させて後、駆
動ピストンが上昇され、外側シャフトが上昇を開始す
る。この上昇動作の前半において、内側シャフトは上記
リターンばねによって上方に付勢されているので、吸着
ヘッド本体と内側シャフト上端間に設けた第２ストッパ
による規制位置まで外側シャフトと共に上昇する。その
後は、外側シャフトのみが上記リターンばねを圧縮しな
がら上昇し続け、その下端のカム面が修正アームから外
れる。これによって、修正アームが閉じて吸着ノズルに
吸着されたチップ部品をノズル中心に移動させ、その位
置においてしっかりと把持する。ヘッド支持部を所定の
位置に移動させてから、再び上記駆動ピストンを下降さ
せる。この場合に動作は前記の場合と同様である。即
ち、外側シャフトの下降動作の初期において、外側シャ
フトのみが下降して修正アームによるチップ部品に対す
る把持を解放し、外側シャフトの先端によって内側シャ
フト下端の第１ストッパを介して内側シャフトを下降さ
せてその先端の吸着ノズルに吸着されたチップ部品をプ
リント基板上に載せ、その後ノズルからチップ部品を解
放する。以上のとおり、吸着ヘッド本体内に組み込まれ
た単一のピストンによって、外側シャフトと内側シャフ
トとを機械的に連動させて順次作動させることができる
ので、駆動ピストンの運動を外側シャフト、内側シャフ
トに伝達するための伝達機構が一切不要であり、駆動ピ
ストンも一つですむ。したがって、吸着ノズルを昇降さ
せるための駆動機構、修正アームを開閉させるための駆
動機構が極めて単純化、コンパクト化、軽量化され、上
記の一連の動作を制御する制御が一つのピストンの上下
動を制御するだけの極めて単純なものであるので、その
制御装置の製作コストは著しく低減される。

【０００６】

【実 施 例】以下本発明を、図面に示す一実施例にも
とづいて説明する。図１１は装置の側面を示し、そのキ
ャビネット１の上面には、搬送路としてのコンベア２が
水平に設置されている。コンベア２上にはその一方側か
らプリント基板３が搬送され、このコンベア２の送りは
プリント基板３がチップ部品装着ポジションＰ_１に至っ
た時点で一時的に停止される。コンベア２の上方にはフ
レーム４が配置されており、このフレーム４はコンベア
２と直交するガイドレール５、５に案内されて、コンベ
ア２と平行な水平面内をコンベア２と直交する方向、つ
まりＹ方向に往復動される。そして、このフレーム４の
一端部には、ガイドレール５、５と平行な親ねじ６が噛
み合っており、この親ねじ６をモータ７で回転させるこ
とにより、フレーム４にＹ方向への送りが与えられる。
また、フレーム４にはヘッド支持部８が支持されてお
り、このヘッド支持部８はコンベア２に沿うガイドレー
ル９に案内されて、コンベア２の送り方向に沿うＸ方向
に往復動される。このヘッド支持部８にはガイドレール
９と平行な親ねじ１０が噛み合っており、この親ねじ１
０をモータ１１で回転させることにより、ヘッド支持部
８にＸ方向への送りが与えられる。従って、ヘッド支持
部８は上記フレーム４のＹ方向への送りと相まって、コ
ンベア２と平行な水平面内を任意な位置に移動される。
一方、上記キャビネット１上には、コンベア２を挾んだ
両側に位置して、部品供給部１２が設けられている。本
実施例の部品供給部１２は、リールに巻回された粘着テ
ープ１３に例えば直方体形状をなすチップ部品１４・・
・を等間隔に配置したもので、この粘着テープ１３の繰
り出し端には、図２に示すように粘着テープ１３を間欠
的に送り出すラチェット式の送り機構１６が組み込まれ
ている。送り機構１６はつめ車１７及びこのつめ車１７
に引掛かるつめ１８を有した入力車１９を備え、上記つ
め車１７は粘着テープ１３の送り孔に噛み合う送り車
（図示せず）と一体に回転される。そして、入力車１９
は押圧ロッド２０が下方に押し込まれることによって矢
印Ａ方向に一定角度回転されると共に、その後、ばね２
１によって引き戻され、この際、つめ１８がつめ車１７
を矢印Ｂ方向に一定角度回転させる。このつめ車１７の
回転により、粘着テープ１３が一定のピッチで繰り出さ
れ、その先端部のチップ部品１４が吸着ポジションＰ_２
に位置されるようになっている。ところで、上記ヘッド
支持部８には、３個の吸着ヘッド２２・・が並設されて
いる。この吸着ヘッド２２は上記吸着ポジションＰ_２に
位置されたチップ部品１４を、チップ部品装着ポジショ
ンＰ_１にあるプリント基板３の所定位置に移し換えるも
のであり、以下この吸着ヘッド２２の詳細について、図
１ないし図６を参照しつつ説明する。即ち、図中符号２
３はヘッド本体であり、上記ヘッド支持部８に支持され
ている。ヘッド本体２３内にはシリンダ２４及びこのシ
リンダ２４よりも大径な装着孔２５が上下方向に沿って
同軸的に形成されており、ヘッド本体２３の上面にはシ
リンダ２４の上端開口部を閉塞する蓋部材２６が被着さ
れていると共に、装着孔２５内にはシリンダ２４の下端
開口部を塞ぐ中間部材２７が嵌合されている。装着孔２
５の内側にはスリーブ２８及び軸受２９を介して円筒状
のガイド３０が同軸状に軸支されており、このガイド３
０の下端部は装着孔２５の下方に導出されている。そし
て、シリンダ２４及びガイド３０内には中空のシャフト
部品３１が同軸状に挿通されている。このシャフト部品
３１は、外側シャフト３２と内側シャフト３３とを軸方
向に摺動可能に嵌合した二重構造をなし、内側シャフト
３３の内部には軸方向に沿って真空通路３４が形成され
ている。このシャフト部品３１の上端部は端部材２６を
貫通して上方に導出されていると共に、内側シャフト３
３の上端部は外側シャフト３２よりも上方に突出されて
おり、この内側シャフト３３の上端部には軸受３５を介
して端部キャップ３６が嵌合されている。そして、内側
シャフト３３内の真空通路３４は、端部キャップ３６に
連なるホース３７及びヘッド本体２３内の連通路３８を
介して真空ポンプ３９に連なっている。また、内側シャ
フト３３の下端部は、外側シャフト３２よりも下方に導
出されており、この導出部分の外周には、外側シャフト
３２の下端面から軸方向に距離Ｌ_１隔てた位置に、外側
シャフト３２の下端が当接するゴム製のダンパ（第１ス
トッパ）４０が固定されている。内側シャフト３３の下
端面に開口する真空通路３４の下端開口部内には、チッ
プ部品１４を吸着する吸着ノズル４１が装着されてお
り、この吸着ノズル４１はコイルばね４２を介して軸方
向に上下動可能に嵌合されて、チップ部品１４の大きさ
や形状が変わった場合に、その高さ変化分を吸収し得る
ようになっている。上記外側シャフト３２の外周には、
シリンダ２４内を上部室４３と下部室４４とに区画する
ピストン４５が取付けられている。これら上部室４３及
び下部室４４は夫々エアー供給路４７、４７を介してエ
アーポンプ４６、４６に連なっており、この上部室４３
又は下部室４４への空気の供給を切換えることにより、
ピストン４５と共に外側シャフト３２が昇降動される。
また、端部キャップ３６に設けたブラケット５０には、
内側シャフト３３の昇降動をガイドする二本のガイドシ
ャフト５１、５１が連結されている。ガイドシャフト５
１、５１はヘッド本体２３を摺動自在に貫通してシャフ
ト部品３１よりも下方に延びており、その一方の下端部
は、吸着ヘッド２２が吸着ポジションＰ_２に位置された
際に、送り機構１６の押圧ロッド２０と対抗される。な
お、内側シャフト３３及びガイドシャフト５１、５１
は、リターンばね５２を介して上方に付勢されている。
シャフト部品３１が貫通する端部材２６には、ストロー
ク調整用の調整ねじ５３がねじ込まれている。この調整
ねじ５３の上部はブラケット５０を上下方向に貫通して
おり、この調整ねじ５３にはブラケット５０の上面及び
下面に当接して内側シャフト３３とガイドシャフト５
１、５１のストローク量を規制する第２ストッパ５４、
５５が取付けられている。ブラケット５０の下面に当接
する上記ストッパ５５は、この下面から距離Ｌ_２隔てた
位置に設けられている。従って、内側シャフト３３は、
そのダンパ（第１ストッパ）４０に外側シャフト３２の
下端部が当接することで、外側シャフト３２と一体的に
降下を開始し、この外側シャフト３２及びピストン４５
のストローク量Ｌは、Ｌ_１＋Ｌ_２となる。また、外側シ
ャフト３２及び内側シャフト３３の外周面は、ガイド３
０を貫通する部分において、平坦に切欠かれており、こ
れら両シャフト３２、３３の平坦面３２ａ、３３ａは図
６に示すように同一平坦面となっている。そして、ガイ
ド３０には上記平坦面３２ａ、３３ａに転接する回り止
めピン５７が軸支されており、この回り止めピン５７に
よって、ガイド３０、外側シャフト３２及び内側シャフ
ト３３の三者が軸方向に相対的に摺動自在でありなが
ら、軸回り方向には一体的に回動可能に連結されてい
る。このガイド３０の外周部にはジョイント６０を介し
てエアーシリンダ６２のピストンロッド６３が連結され
ており、このピストンロッド６３の突没により、ガイド
３０、外側シャフト３２及び内側シャフト３３が軸回り
方向に例えば９０°の範囲内で一体に回動される。とこ
ろで、上記ガイド３０の下端部には、吸着ノズル４１に
吸着されたチップ部品１４の位置決めを行う四本の修正
アーム６３ａ、６３ｂ及び６４ａ、６４ｂが周方向に等
間隔を存して配置されている。これら修正アーム６３
ａ、６３ｂ及び６４ａ、６４ｂは径方向に対向する二本
を一組としたもので、その上端部はガイド３０の下端部
に形成したスリット６５・・・内に入り込むと共に、枢
軸６６を介してガイド３０の径方向に回動可能に支持さ
れている。そして、修正アーム６３ａ、６３ｂ、６４
ａ、６４ｂの下端部には、チップ部品１４の相対向する
二面を挾み込む挾持片６７が固定されていると共に、上
端部には上記ガイド３０よりも径方向外側に突出するレ
バー部６８が一体に形成されている。このような修正ア
ーム６３ａ、６３ｂ、６４ａ、６４ｂは、シャフト部品
３１の外側を囲んで位置されており、そのシャフト部品
３１を挾んで対向し合う面には、外側シャフト３２が降
下した際に、この外側シャフト３２の下端部外周面に接
するカム６９が突設されている。カム６９は下方に進む
にしたがって内側に張出しており、このカム６９の形状
に応じて修正アーム６３ａ、６３ｂ、６４ａ、６４ｂの
下端部が径方向外側に向かって拡開される。また、上記
ガイド３０の下端部外周面には、修正アーム６３ａ、６
３ｂ、６４ａ、６４ｂを閉じ方向に付勢するスリーブ７
０が軸方向に摺動可能に嵌合されている。本実施例のス
リーブ７０は、一方の組の修正アーム６３ａ、６３ｂを
連動させる内側スリーブ７１と、他方の組の修正アーム
６４ａ、６４ｂを連動させる外側スリーブ７２との二重
構造をなし、各スリーブ７１、７２はリターンばね７３
によって下向きに付勢されて、その下端部が上記レバー
部６８に当接されている。この場合、内側スリーブ７１
の下端部には、他方の組の修正アーム６４ａ、６４ｂの
レバー部６８との干渉を避けるための凹部７４が形成さ
れていると共に、外側スリーブ７２の下端部には、一方
の組の修正アーム６３ａ、６３ｂのレバー部６８との干
渉を避けるための凹部７５が形成されており、このた
め、修正アーム６３ａ、６３ｂ及び６４ａ、６４ｂは、
組毎に独立して閉じ方向に付勢されている。なお、各修
正アーム６３ａ、６３ｂ、６４ａ、６４ｂには、これら
が閉じる際に内側シャフト３３の下端部外周に当接する
ダンパ８０が付設されている。このダンパ８０はコイル
ばね８１を介して修正アーム６３ａ、６３ｂ、６４ａ、
６４ｂの開閉方向にスライド可能に装着されており、こ
のダンパ８０によって挾持片６７がチップ部品１４を挾
み込む際の衝撃が吸収緩和される。このような構成にお
いて、ヘッド支持部８のＸＹ方向への移動により、吸着
ヘッド２２が吸着ポジションＰ_２で停止すると、エアー
ポンプ４６を通じて上部室４３に空気が供給され、外側
シャフト３２及びガイドシャフト５１、５１が降下を開
始する。この降下により外側シャフト３２の外周面がカ
ム６９に接触し、図８に示すように修正アーム６３ａ、
６３ｂ、６４ａ、６４ｂがスリーブ７１、７２の付勢力
に抗して開き始める。そして、外側シャフト３２がダン
パ（第１ストッパ）４０に当接すると、内側シャフト３
３も一体に降下を開始し、吸着ノズル４１が挾持片６７
間から下方に突出すると共に、一方のガイドシャフト５
１が押圧ロッド２０を押し込み、ガイドシャフト５１の
上昇に伴ってチップ１４を吸着ポジションＰ_２に送り出
すように送り機構１６を作動する。内側シャフト３３が
最下位にまでストロークされて、吸着ノズル４１がチッ
プ部品１４の上面を吸着すると、上部室４３内の排気が
行われると同時に、下部室４４内にエアーポンプ４６か
ら空気が供給される。このことにより、外側シャフト３
２が上昇を開始すると共に、内側シャフト３３もリター
ンばね５２により上昇し、粘着テープ１３からチップ部
品１４がピックアップされる。そして、この場合、修正
アーム６３ａ、６３ｂ、６４ａ、６４ｂはスリーブ７
１、７２によって常時閉じ方向の付勢力を受けて、その
カム６９が外側シャフト３２に接しているから、外側シ
ャフト３２が上昇すると、修正アーム６３ａ、６３ｂ、
６４ａ、６４ｂはカム６９の形状に応じて徐々に閉じ始
める。挟持片６７がチップ部品１４の側面を互いに直交
する方向から挾み込んだ時点で吸着ノズル４１に対する
チップ部品１４の幅及び長手方向の位置合わせ、つまり
心出しがなされる。次に、上記ヘッド支持部８が再びＸ
Ｙ方向に移動し、チップ部品１４を吸着した吸着ヘッド
２２がチップ部品装着ポジションＰ_１にあるプリント基
板３上の所定位置で停止されると、エアーシリンダ６２
によって吸着ノズル４１と修正アーム６３ａ、６３ｂ、
６４ａ、６４ｂが９０゜の範囲内で一体に回動され、チ
ップ部品１４の装着方向の選択がなされる。引き続いて
下部室４４内の排気と同時に、上部室４３に空気が供給
され、シャフト部品３１が降下を開始すると、修正アー
ム６３ａ、６３ｂ、６４ａ、６４ｂが再び開き始め、図
７に示すように吸着ノズル４１に吸着されたチップ部品
１４がプリント基板３の所定位置に載置される。そし
て、この後、チップ部品１４の吸着が解除され、プリン
ト基板３上への装着が完了する。なお、図７中符号Ｂは
チップ部品１４を固着する接着剤を示す。

【０００７】

【効 果】本発明の前記課題は新規である。したがっ
て、この課題を解決して、吸着ヘッド駆動機構、修正ア
ーム駆動機構を単純化して軽量化すると共に、吸着ヘッ
ドの駆動と修正アームの駆動とを単一の駆動部によって
駆動でき、これによって、ヘッド支持部の起動、停止動
作を迅速、円滑にすることができること、および停止位
置の精度を向上させることができ、さらに吸着ヘッド駆
動部と修正アーム駆動部とのシーケンス制御を、１つの
駆動ピストンの上昇下降制御というプログラム制御を要
しない簡単な制御によって行うことができるので、ヘッ
ド支持部の移動速度を速くしてその稼働能率を著しく向
上できることが、本発明の最大の特有の効果である。ま
た、ヘッド支持部が軽量化されることに伴って、ヘッド
支持部をＸ軸、Ｙ軸方向に駆動する駆動機構、制動機構
を小形化することができ、さらに、吸着ヘッド駆動機
構、修正アーム駆動機構の駆動部を単一の駆動ピストン
とし、これを吸着ヘッド本体に組み込んだことによっ
て、これらの駆動機構が簡略化され、その製作コストが
著しく低減されるという、利点を有する。さらに、吸着
ヘッド駆動機構、修正アーム駆動機構がリンク等の機構
を介することなく、駆動ピストンによって直接駆動され
るものであるので、使用期間中に摩耗してガタを生じる
ことがない。したがって、これらの駆動機構の耐久性が
向上し、作動の正確性、信頼性が長期間保証される。

【図面の簡単な説明】

【図１】吸着ヘッドの断面図である。

【図２】吸着ヘッドの側面図である。

【図３】吸着ノズル及び修正アーム回りを拡大して示す
断面図である。

【図４】図３中Ｕ線方向から見た矢視図である。

【図５】修正アーム回りの斜視図である。

【図６】図２中Ｖ−Ｖ線に沿う断面図である。

【図７】吸着ノズルが最も降下した状態の断面図であ
る。

【図８】チップ部品の位置決め状態を示す断面図であ
る。

【図９】図８中Ｗ線方向から見た矢視図である

【図１０】装置全体の平面図である。

【図１１】装置全体の側面図である。

【符号の説明】

２・・・搬送路（コンベア） ３・・・基板（プリント基板） ８・・・ヘッド支持部 １２・・・部品供給部 １４・・・チップ部品 ２２・・・吸着ヘッド ３０・・・ガイド ３１・・・シャフト部品 ４１・・・吸着ノズル ６３ａ、６３ｂ、６４ａ、６４ｂ・・・修正アーム ６８・・・レバー部 ６９・・・カム ７０・・・スリーブ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下端に吸着ノズルを有する内側シャフトと
   修正アームを開閉操作するカム面を下端に有する外側シ
   ャフトとを同心状にし、両シャフトを互いに上下動自在
   かつ吸着ヘッド本体に対して上下動自在に吸着ヘッド本
   体の支持孔に嵌合保持させ、 外側シャフトに固定された駆動ピストンを吸着ヘッド本
   体のシリンダに上下動自在に嵌合させ、 外側シャフトの内側シャフトに対する下降動を規制する
   第１ストッパを内側シャフト下端に設け、内側シャフト
   の上下ストロークを規制する第２ストッパを吸着ヘッド
   本体と内側シャフト上端間に設け、 内側シャフトを上方に付勢するリターンばねを外側シャ
   フト上端と内側シャフト上端間に設けて、 上記ピストンによって外側シャフトを下降させて修正ア
   ームを拡開させ、修正アームを拡開後外側シャフトによ
   って内側シャフトを下降させてその先端の吸着ノズルに
   チップを吸着させ、チップ吸着後上記ピストンによって
   外側シャフトを内側シャフトと共に所定ストローク上昇
   させ、その後の外側シャフトの上昇によって修正アーム
   を閉じて、チップをノズル中心に対して芯合わせして把
   持させ、プリント基板上の所定位置に移動後、再度上記
   ピストンによって外側シャフトを下降させて修正アーム
   を拡開させ、修正アーム拡開後外側シャフトによって内
   側シャフトを下降させ、その先端の吸着ノズルに吸着さ
   せたチップを解放し、チップ解放後上記ピストンによっ
   て外側シャフトを内側シャフトと共に所定ストローク上
   昇させ、その後の外側シャフトの上昇によって修正アー
   ムを閉じさせる、チップ部品装着装置の吸着ヘッド。