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発明の名称 実装機のノズル駆動機構
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平8−316698
公開日 平成8年(1996)11月29日
出願番号 特願平7−124095
出願日 平成7年(1995)5月23日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小谷 悦司 (外3名)
発明者 野末 智之
要約 目的
多数のノズル部材を1つのモータで効率良く同一方向に回転させるとともに、各ノズル回転のための機構部分のメンテナンス性を高める。

構成
ヘッドユニット5にノズルガイド24を介して複数のノズル部材20を回転可能に保持し、サーボモータ40の回転力を動力伝達手段を介して各ノズル部材20に伝達するようにした。動力伝達手段は、上記モータ40により回転させられるプーリ45と、各ノズル部材20にハウジング22を介して装着される伝動プーリ47及びアイドルプーリ48と、これらの各プーリ47,48を介して上記プーリ45と各ノズル部材20とに亘って装着される回転伝達用ベルト46a,46bとから構成した。そして、各プーリ47,48を、隣合うノズルガイド24同士で上下逆に装着し、各ベルト46a,46bを各ノズル部材20の上下のプーリ37,48に対して上下相反転した千鳥掛け状に装着した。
特許請求の範囲
【請求項1】 部品供給側と装着側とにわたって移動可能なヘッドユニットのフレームにノズル部材が複数本並列に、かつ回転自在に保持されるとともに、各ノズル部材が動力伝達手段を介して一つのモータに連結される構造であって、上記動力伝達手段は、上記モータにより同時に回転駆動される上下一対の伝動ベルトと、各ノズル部材に設けたプーリとを備えて、上下各伝動ベルトにより各々1つおきの半数ずつのノズル部材に回転力が伝達されるように上記伝動ベルト及びプーリが配設されるとともに、この動力伝達手段が上記ヘッドユニットの下端部位に配置されてなることを特徴とする実装機のノズル駆動機構。
【請求項2】 上記各ノズル部材のシャフトにそれぞれ伝動プーリ及びアイドルプーリが装着され、かつ、この各プーリが隣合うノズル部材で上下逆に配置されるとともに、上記伝動プーリを上記シャフトと一体回転する結合状態と結合解除状態とに変更可能とする締結手段が設けられてなることを特徴とする請求項1記載の実装機のノズル駆動機構。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ヘッドユニットに部品吸着用のノズル部材が複数本設けられている実装機において各ノズル部材を駆動させる実装機のノズル駆動機構に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、部品吸着用のノズル部材を備えたヘッドユニットにより、IC等の小片状のチップ部品を部品供給部から吸着して、位置決めされているプリント基板上に移送し、プリント基板の所定位置に装着するようにした実装機が知られている。
【0003】このよう実装機において、上記ノズル部材は、ヘッドユニットのフレームに対して上下方向の移動及びノズル中心軸回りの回転が可能となっており、例えば、エアシリンダを駆動源とする昇降機構及モータを駆動源とする回転機構に連結されて作動させられるようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述のような実装機の構成において、部品の吸着、装着の作業能率を追及する場合、その一例として、ヘッドユニットに多数のノズル部材を装備して一度に多数の部品を部品供給側から吸着してプリント基板に装着することが考えられる。
【0005】このような実装機では、各ノズル部材で順次部品を装着させるようにする必要があるので、例えば、各ノズル部材毎にエアシリンダやモータを設けて各ノズル部材を作動させることが要求される。
【0006】ところが、各ノズル部材毎に昇降や回転のための駆動源を設けるのではヘッドユニットの大型化や重量の増大を招き好ましくない。特に、ノズル回転用のモータには、さらにエンコーダ等の位置検出装置を設ける必要があるため、占有スペース、あるいは重量面等で不利である。そのため、上述のようにヘッドユニットに多数のノズル部材を装備する実装機においては、単一のモータによって効率良く各ノズル部材を回転させる構造が望まれ、例えば、ベルト伝動機構により各ノズル部材を同時に回転させる構造が考えられる。
【0007】このような構造とする場合、回転のための機構部分に損傷が生じると、全てのノズル部材の回転動作に支障をきたしたり、また、経時的に各ノズル部材間に回転方向の位相ずれが発生する等の事態が予想されるので、このような事態にも適切に対応し得るように回転機構部分のメンテナンス性を高める必要がある。
【0008】本発明は、上記課題に鑑み、多数のノズル部材を1つのモータで効率良く同一方向に回転させるとともに、各ノズル回転のための機構部分のメンテナンス性を高めることができる実装機のノズル駆動機構を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の実装機のノズル駆動機構は、部品供給側と装着側とにわたって移動可能なヘッドユニットのフレームにノズル部材が複数本並列に、かつ回転自在に保持されるとともに、各ノズル部材が動力伝達手段を介して一つのモータに連結される構造であって、上記動力伝達手段は、上記モータにより同時に回転駆動される上下一対の伝動ベルトと、各ノズル部材に設けたプーリとを備えて、上下各伝動ベルトにより各々1つおきの半数ずつのノズル部材に回転力が伝達されるように上記伝動ベルト及びプーリが配設されるとともに、この動力伝達手段が上記ヘッドユニットの下端部位に配置されてなるものである。
【0010】請求項2記載の実装機のノズル駆動機構は、上記請求1記載のノズル駆動機構において、上記各ノズル部材のシャフトにそれぞれ伝動プーリ及びアイドルプーリが装着され、かつ、この各プーリが隣合うノズル部材で上下逆に配置されるとともに、上記伝動プーリを上記シャフトと一体回転する結合状態と結合解除状態とに変更可能とする締結手段が設けられてなるものである。
【0011】
【作用】上記請求項1記載の実装機のノズル駆動機構によれば、モータ駆動による各伝動ベルトの回転に応じて上下いずれかの伝動ベルトを介してノズル部材に回転力が伝達され、これにより各ノズル部材が同時に一方向に回転させられる。そのため、各ノズル部材を回転させる機構が、1つのモータを駆動源とした比較的簡単な構造で達成される。しかも、動力伝達手段がヘッドユニットの下端部位に配置されているため、動力伝達手段の構成部分を外部に露出させ易くメンテナンス作業が行い易い。
【0012】上記請求項2記載の実装機のノズル駆動機構によれば、上下一方の伝動ベルトによって各ノズル部材に同一方向の回転力を伝達する機構を簡単な構成で達成することが可能となる。また、伝動プーリを結合解除状態としてシャフトに対して相対回転させることで、ノズル部材の回転方向の位相ずれを容易に修正することが可能となる。
【0013】
【実施例】本発明の実施例について図面に基づいて説明する。
【0014】図1は本発明の実施例に係る実装機の全体を概略的に示している。この図において、基台1上には、搬送ラインを構成するコンベア2が配置され、プリント基板3が上記コンベア2上を搬送され、所定の装着作業用位置で停止されるようになっている。
【0015】上記コンベア2の側方には、部品供給部4が配置されている。この部品供給部4は、多数列のテープフィーダ4aを備えており、各テープフィーダ4aはそれぞれ、IC、トランジスタ、コンデンサ等の小片状のチップ部品を所定間隔おきに収納、保持したテープがリールから導出されるようにするとともに、テープ繰り出し端にはラチェット式の送り機構を具備し、後述のヘッドユニット5により部品がピックアップされるにつれてテープが間欠的に繰り出されるようになっている。
【0016】また、上記基台1の上方には、部品装着用のヘッドユニット5が装備され、このヘッドユニット5がX軸方向(コンベア2の方向)およびY軸方向(水平面上でX軸と直交する方向)に移動することができるようになっている。
【0017】すなわち、上記基台1上には、Y軸方向に延びる一対の固定レール7と、Y軸サーボモータ9により回転駆動されるボールねじ軸8とが配設され、上記固定レール7上にヘッドユニット支持部材11が配置されて、この支持部材11に設けられたナット部分12が上記ボールねじ軸8に螺合している。また、上記支持部材11には、X軸方向に延びるガイド部材13と、X軸サーボモータ15により駆動されるボールねじ軸14とが配設され、上記ガイド部材13にヘッドユニット5が移動可能に保持され、このヘッドユニット5に設けられたナット部分16(図3に示す)が上記ボールねじ軸14に螺合している。そして、Y軸サーボモータ9の作動によりボールねじ軸8が回転して上記支持部材11がY軸方向に移動するとともに、X軸サーボモータ15の作動によりボールねじ軸14が回転して、ヘッドユニット5が支持部材11に対してX軸方向に移動するようになっている。
【0018】なお、17は上記基台1上の所定個所に設置された部品認識用カメラであり、このカメラ17により、ヘッドユニット5の後記ノズル部材20により吸着された部品を撮像し、それに基づく部品認識処理により部品吸着状態の判別等を行うようになっている。
【0019】図2〜図5は、上記ヘッドユニット5の構造を示している。これらの図において、上記ヘッドユニット5には、部品を吸着するためのノズル部材20が具備され、当実施例では8本のノズル部材20がX軸方向に整列する状態に配設されている。さらにヘッドユニット5には、上記各ノズル部材20を昇降させる昇降駆動機構と、各ノズル部材を回転させる回転駆動機構と、各ノズル部材20に部品吸着用の負圧を供給する負圧供給系統等が具備されている。
【0020】上記昇降駆動機構は、各ノズル部材20を同時に上下動させる1個の全体上下動用サーボモータ21と、各ノズル部材20を個別に一定ストロークだけ昇降させる所定数(8個)のエアシリンダ25とを有し、上記サーボモータ21とエアシリンダ25とを併用することにより各ノズル部材20を所定の上昇位置と下降位置とにわたって昇降させるように構成されている。また、回転駆動機構は、1個の回転用サーボモータ40を有し、このサーボモータ40により動力伝達手段を介して各ノズル部材20を回転させるように構成されている。
【0021】上記ヘッドユニット5の構造をより具体的に説明すると、ヘッドユニット本体5aには、上記ノズル部材20及びエアシリンダ25等を保持するハウジング22が上下動可能に取付けられているとともに、その上方に上下動用サーボモータ21が取付けられ、このサーボモータ21によりボールねじ23を介してハウジング22が上下動されるようになっている。
【0022】また、上記各ノズル部材20は、中空のノズルシャフト20aと、その下端に着脱自在に取付けられたノズル20bとからなり、各ノズル部材20がノズルガイド24を介して上記ハウジング22に上下動及び回転可能に取付けられている。つまり、ハウジング22にノズルガイド24が回転可能に取付けられ、このノズルガイド24に上記ノズルシャフト20aが上下動可能に嵌合されている。
【0023】上記ノズル20bは、装着すべき部品の種類等に応じて複数種類準備されており、実装時にはこれらのノズルが選択的にノズルシャフト20aの先端に装着されるようになっている。例えば、円形孔が開口した一般的なノズル、十字状の孔が開口したノズル、あるいは小型部品の装着に適した方形状の孔が開口したノズル等、開口部形状や開口径が異なる複数種のノズルが予め準備されて、図外のノズル交換部に保管され、このノズル交換部とヘッドユニット5との間でノズルの装着、交換が行われることにより部品の種類等に応じたノズルが選択的に装着されるようになっている。
【0024】上記ノズルシャフト20aには、その略中間部分にベアリング33が固定されるとともに、その下方部分にスプリング32が装着されており、このスプリング32によりベアリング33を介してノズルシャフト20aを上方に付勢している。上記ベアリング33の外輪部は上記ハウジング22に形成されたガイド部22aに当接しており、ノズルシャフト20aの上下動に際には、このベアリング33の外輪部が上記ガイド部22aに摺接することで上下動に伴うノズルシャフト20aの振れを防止するようになっている。
【0025】また、各ノズル部材20のノズルシャフト20aに対向する位置には、下降端センサ34がそれぞれ設けられていて、ノズルシャフト20aの下降に伴い、このセンサ34が上記ベアリング33を検知することによってノズルシャフト20aが下降端位置に到達したことを検知するようになっている。
【0026】上記ハウジング22の前面側におけるノズル部材配設個所の上方には、上記各エアシリンダ25と、各エアシリンダ25に対するエア給排系統が設けられており、上記各ノズル部材20のノズルシャフト上端がそれぞれ対応するエアシリンダ25の内部に突入している。
【0027】各エアシリンダ25は、その内部にピストン26を備えるとともに、このピストン26の上方及び下方に圧力室27,28を有し、これらの圧力室27,28が、ポート29,30を介してエア給排系統の通路に接続されている。そして、上側圧力室28にエアが供給されつつ下側圧力室27からエアが排出されるときには上記ピストン26が下降し、逆に下側圧力室27にエアが供給されつつ上側圧力室28からエアが排出されるときにはピストン26が上昇するようになっている。
【0028】上記ピストン26の下端部には、その昇降ストロークよりも長く形成された筒状のスリーブ26aが一体に設けられており、エアシリンダ25内に突入されたノズル部材20のノズルシャフト20aがこのスリーブ26a内を介してピストン26に回転自在に挿入されている。また、圧力室27内の下部にはスプリング31が装着されており、ピストン下降時には、このスプリング31がピストン26と圧力室27の底面構成部分との間で圧縮されることによるクッション作用でもって下降端付近でのピストン26の下降速度を減速し、衝撃を緩和することができるようになっている。
【0029】なお、各エアシリンダ25のエア給排系統についての詳しい説明は省略するが、上記ハウジング22の前方(図3で左側)にエアシリンダ駆動用のソレノイドバルブ35が設けられ、このソレノイドバルブ35が図外のエア供給源に接続され、るとともに、エア給排速度を調整する速度制御弁等が設けられることによってエアシリンダ25の昇降速度を変更可能とするように上記エア給排系統が構成されている。
【0030】上記ハウジング22には、さらに、上記回転用サーボモータ40と、プーリ41,42及びベルト43からなる減速機構を介して上記サーボモータ40に連動する駆動軸44とが設けられるとともに、この駆動軸44と各ノズル部材20との間に動力伝達手段が設けられている。
【0031】動力伝達手段は、上記駆動軸44に装着されるプーリ45と、各ノズル部材20にそれぞれ装着される伝動プーリ47及びアイドルプーリ48と、これらの各プーリ47,48を介して各ノズル部材20に亘って装着される上下2段の回転伝達用ベルト46a,46bとから構成され、上記所定数のノズル部材20のうちで1つおきの半数(第1グループ)のノズル部材20には、駆動軸44の回転が上段の回転伝達用ベルト46aを介して伝達され、残りの半数(第2グループ)のノズル部材20には、駆動軸44の回転が下段の回転伝達用ベルト46bを介して伝達されるようになっている。
【0032】より詳しくは、上記ノズルガイド24の先端が上記ハウジング22の下方に突出されて、この部分に伝動プーリ47とアイドルプーリ48が上下に重ねて装着されている。これらの各プーリ47,48は、図2に示すように、隣合うにノズル部材20同士ではそれぞれ上下反転するように装着されている。また、各回転伝達用ベルト46a,46bはタイミングベルト(歯付きベルト)からなり各ノズルガイド24の上段及び下段の各プーリ39,40に対してそれぞれ図5及び図6(a),(b)に示すように上下相反転した千鳥掛け状に掛けられている。つまり、上段の回転伝達用ベルト46aは上記第1グループのノズル部材20の伝動プーリ47に噛合するとともに第2グループのノズル部材20のアイドルプーリ48に背面側が当接する状態に掛け渡され、また、下段の回転伝達用ベルト46bは上記第2グループのノズル部材20の伝動プーリ47に噛合するとともに第1グループのノズル部材20のアイドルプーリ48に背面側が当接する状態に掛け渡されている。
【0033】こうして、回転伝達用ベルト46a,46bと伝動プーリ47とが確実に噛み合うように回転伝達用ベルト46a,46bが掛け渡されており、回転伝達用ベルト46a,46bの張設状態がテンションプーリ45a〜45cによって維持されている。そして、駆動軸44が回転したとき、各回転伝達用ベルト46a,46bを介して半数ずつのノズル部材20の各伝動プーリ47に回転が伝達されることにより、各ノズル部材20が同時に同一方向に回転されるようになっている。
【0034】なお、上記各伝動プーリ47は、例えば、図4に示すように、外周側からのボルト49の締付けによってノズルガイド24に一体に結合されており、このボルト49を緩めることで伝動プーリ47とノズルガイド24とを相対的に回転させることができるようになっている。
【0035】上記ヘッドユニット5には、さらに、上記各ノズル部材20に対してそれぞれ負圧を供給するための真空発生器50が設けられ、これが上記ヘッドユニット本体5aの上方部に配置されている。そして、上記エアシリンダ25上端の負圧導入部が、図外の可撓製パイプ及びバルブ等を介して上記真空発生器50に連結されることにより、エアシリンダ25のピストン26内部を介してノズル部材20に負圧が供給されるように負圧給排系統が構成されている。なお、ピストン26とノズル部材20とは、ノズルシャフト20a上端がピストン26に対して回転可能に挿入されているため、負圧供給時におけるこれら部材間のシール性が懸念され、また、この部分のシール性確保のためにOリングを圧入すると、ノズルシャフト20aの回転抵抗が増大することになり都合が悪い。しかし、本実施例では、上述のようにピストン26の昇降ストロークよりも長いスリーブ26aがピストン26に一体に形成され、このスリーブ26aを介してノズルシャフト20aがピストン26に連結されているため、これによってピストン26とノズル部材20との間のシール性が確保され、かつ回転抵抗が軽減されるようになっている。
【0036】また、ヘッドユニット本体5aの一側部には、プリント基板3に設けられたフィデューシャルマークを確認するためのカメラ51が設けられている。
【0037】次に、このように構成された実装機の実装動作について説明する。
【0038】実装動作が開始されると、先ず、ヘッドユニット5が部品供給部4の上方に配置され、部品の吸着を行なうべきノズル部材20に対応するエアシリンダ25において上側圧力室28にエアが供給されつつ下側圧力室27からエアが排出されるとともに、真空発生器50で生成された負圧が所定のタイミングでノズル部材20内に供給される。これによりピストン26とノズルシャフト20aが一体に下降端位置まで変位させられて部品の吸着が行われる。また、このようなエアシリンダ25の作動に加え、上下動用サーボモータ21が作動せれることにより、下降端位置が調整される。
【0039】その後、上記エアシリンダ25へのエアの給排が切換えられて下側圧力室27にエアが供給されつつ上側圧力室28からエアが排出されることによりピストン26が上昇させられるとともに、上記スプリング32の付勢力によりノズルシャフト20aがピストン26に追従して上昇端位置まで上昇させられる。これにより部品供給部4からの部品の取出しが完了する。そして、各ノズル部材20毎に上述のような部品吸着動作が行われることによって、順次各ノズル部材20によって部品の吸着が行われ、可能な場合は、複数のノズル部材20により同時に部品の吸着が行われる。
【0040】部品供給部からの部品の取出しが完了すると、ヘッドユニット5がプリント基板3の上方に移動させられ、上記部品吸着時と同様、上記上下動用サーボモータ21及びエアシリンダ25の作動によりノズル部材20が昇降させられるとともに、ノズル部材20が下降端に達するタイミングでノズル部材20への負圧の供給が遮断され、これによって部品がプリント基板3に装着される。この際、ノズル部材20の下降前、あるいは下降後に回転用サーボモータ40が駆動されることによりノズル部材20が回転させられ、これにより部品の回転方向の位置決めが行われるようになっている。
【0041】そして、ヘッドユニット5の各ノズル部材20によって部品が吸着されている場合には、ヘッドユニット5の移動、ノズル部材20の回転及びノズル部材20の昇降が連続的に行われることによって、順次各ノズル部材20に吸着された部品がプリント基板3に装着されることになる。
【0042】このように上記実装機では、ヘッドユニット5に搭載された回転用サーボモータ40の回転力を上記動力伝達手段を介して各ノズル部材20に伝達し、これによって各ノズル部材20を回転させて部品の回転角調整を行うため、ノズル部材20を回転させる機構が1つの回転用サーボモータ40を駆動源とした比較的簡単な構造でノズル部材20を回転させることができる。そのため、多数のノズル部材20をヘッドユニット5に搭載して実装効率の向上を図りながらも、ヘッドユニット5の大型化を抑えて多数のノズル部材20を回転させることができる。
【0043】しかも、各ノズル部材20が上述のように一体に同一方向に回転させられる構造であるため、各ノズル部材20の制御面でも都合が良い。
【0044】ところで、上記実施例のように回転用サーボモータ40の回転力を動力伝達手段を介して各ノズル部材20に伝達する機構では、動力伝達手段を構成する部分、つまり回転伝達用ベルト46a,46b、伝動プーリ47あるいはアイドルプーリ48等に損傷等が生じると全てのノズル部材20を使用することができなくなる。そのため動力伝達手段に対するメンテナンス性が要求されることになるが、上記実装機では、上述のようにノズルガイド24がヘッドユニット5のハウジング22から下方に突出配置されてこの部分に伝動プーリ47、アイドルプーリ48及び回転伝達用ベルト46a,46b等が装着されているので、ベルト交換等のメンテナンス作業を比較的容易に行うことができる。具体的には、テンションプーリ45a〜45cを取外し、あるいは退避させて回転伝達用ベルト46a,46bを緩めることにより、当該回転伝達用ベルト46a,46bや各プーリ47,48の交換等を行うことができる。
【0045】また、何らかの原因で各ノズル部材間に回転方向の位相ずれが発生し、これが部品の吸着性能に影響を及ぼすような場合、例えば、吸着孔の形状によりノズル20bの回転方向に方向性が持たせられているような場合には、各ノズル部材間に回転方向の位相ずれを修正することが要求されるが、上記実装機では、上述のように各伝動プーリ47がボルト49の締付けによってノズルガイド24に結合されているので、ボルト49を緩めてノズルシャフト20aと伝動プーリ47とを相対的に回転させることにより、上述のようなノズル部材間での回転方向の位相ずれを簡単に修正することができる。しかも、このような作業についても、上述のように伝動プーリ47がヘッドユニット5のハウジング22の下方に突出して配置されているため、極めて容易に作業を行うことができる。
【0046】なお、上記実施例の実装機は、本発明に係るノズル駆動機構が適用される実装機の一実施例を示すものであり、その具体的構成は本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、実施例においてノズル部材20は8本設けられているが、その数は8本以上あるいはそれ以下であってもよい。
【0047】
【発明の効果】以上説明したように、本発明においては、モータにより同時に回転駆動される上下一対の伝動ベルトと、各ノズル部材に設けたプーリとを設けるとともに、各伝動ベルトにより各々1つおきの半数ずつのノズル部材に回転力が伝達されるように上記伝動ベルト及びプーリを配設したので、各ノズル部材を回転させる機構を、1つのモータを駆動源とした比較的簡単な構造で達成することができ、しかも、各ノズル部材を同一方向に回転させることができる。また、動力伝達手段がヘッドユニットの下端部位に配置されているため、動力伝達手段の構成部分を外部に露出させ易くメンテナンス作業時の作業性を高めることができる。
【0048】また、上記プーリとして、伝動プーリ及びアイドルプーリをノズル部材のシャフトに装着し、かつ、この各プーリを隣合うノズル部材で上下逆に配置することで、上下一方の伝動ベルトによって各ノズル部材に同一方向の回転力を伝達するための機構を簡単な構成で達成することができる。また、上記伝動プーリを上記シャフトと一体回転する結合状態と結合解除状態とに変更可能とする締結手段を設けることでノズル部材の回転方向の位相ずれを容易に修正することができる。




 

 


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