JP5329308B2 - Electronic component mounting head - Google Patents

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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。   The present invention relates to an electronic component mounting head, and more particularly to an electronic component mounting head that is suitable for load control when an electronic component is sucked and held by lifting and lowering a suction nozzle or mounted on a mounting target such as a wiring board. .

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、吸着ノズルで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。   In general, in an electronic component mounting head (hereinafter, also simply referred to as a mounting head), a nozzle is used when an electronic component is sucked and held from a component supply device by a suction nozzle or a held electronic component is mounted on a wiring board. Load control for pressing the electronic component downward with a predetermined load is performed by the tip portion.

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。   As a mounting head applied to such electronic component load control, for example, Patent Document 1 discloses the one shown in FIG.

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、ノズル軸の下端部を構成するノズルホルダ１１３と、ベース部１１１に対して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を構成するＺ軸モータ１２１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を構成するボイルコイルモータ（ＶＣＭ）１３４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の先端部にかかる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。   This conventional mounting head has a suction nozzle 112 that sucks and holds the electronic component C at the tip, a nozzle holder 113 that holds the suction nozzle 112 and constitutes the lower end portion of the nozzle shaft, and a vertical position relative to the base 111. A movable body 114 that is movably supported, a Z-axis motor 121 that constitutes a first vertical movement means 120 that drives the movable body 114 in the vertical direction, and the movable body 114 that is mounted on the movable body 114. Load compensation that cancels the weight of the suction nozzle 112 and the nozzle holder 113, and the boil coil motor (VCM) 134 constituting the second vertical movement means 130 for driving the suction nozzle 112 along the vertical direction Compression spring 116, load cell 115 for detecting the pressure applied to the tip of the suction nozzle 112, the load cell 115 and the nozzle holder side It is interposed between, and a compression spring 117 that transmits a load in the vertical direction.

この搭載ヘッドで吸着ノズル１１２に吸着されている電子部品Ｃを基板上に搭載する場合、ノズル軸の下端部に装着されている該吸着ノズル１１２を、前記Ｚ軸モータ１２１により移動体１１４と一体で基板近傍まで下降させた後、前記ＶＣＭ１３４によりノズル軸を下降させることにより該電子部品Ｃを基板上に加圧搭載している。   When the electronic component C sucked by the suction nozzle 112 by this mounting head is mounted on the substrate, the suction nozzle 112 attached to the lower end portion of the nozzle shaft is integrated with the moving body 114 by the Z-axis motor 121. Then, the electronic component C is pressure-mounted on the substrate by lowering the nozzle shaft by the VCM 134 after being lowered to the vicinity of the substrate.

又、この搭載ヘッドでは、吸着ノズル１１２が下端部に装着されているノズル軸に、ベース部１１１や移動体１１４に対する上下動と軸中心の回転とを可能とするために、スプラインシャフトが採用されている。   Further, in this mounting head, a spline shaft is adopted for the nozzle shaft on which the suction nozzle 112 is mounted at the lower end portion in order to enable vertical movement with respect to the base portion 111 and the moving body 114 and rotation of the shaft center. ing.

このように、Ｚ軸モータ１２１により吸着ノズル１１２を上下動作させると共に、上下動作を妨げずにθ軸モータ１５４による回転をノズル軸に伝えるためのスプラインシャフトとしては、ボール循環式が用いられている。   As described above, the ball circulation type is used as the spline shaft for moving the suction nozzle 112 up and down by the Z-axis motor 121 and transmitting the rotation by the θ-axis motor 154 to the nozzle shaft without hindering the vertical movement. .

ところが、ボール循環式のスプラインシャフトは、ボールが循環する際の摺動抵抗が大きいために、摩擦や振動によりノズル軸の下部１４１に抵抗が発生し、吸着ノズル１１２の先端が接触していないにも拘わらず、あたかも接触したかのように荷重を検出してしまうという問題もあった。   However, since the ball circulation type spline shaft has a large sliding resistance when the ball circulates, resistance is generated in the lower portion 141 of the nozzle shaft due to friction and vibration, and the tip of the suction nozzle 112 is not in contact. Nevertheless, there is also a problem that the load is detected as if it were in contact.

また、このような問題を解決するために、ボール間が非接触の構造となるように、ナットとシャフトの間にボールを保持するリテーナを設けたリテーナ式スプラインシャフトを採用し、微小荷重に対応できるようにした搭載ヘッドが特許文献２に開示されている。   In order to solve such problems, a retainer-type spline shaft with a retainer that holds the ball between the nut and the shaft is adopted so that the ball is in a non-contact structure, and it can handle minute loads. A mounting head that can be used is disclosed in Patent Document 2.

特開２００５−３２８６０号公報JP-A-2005-32860 特許第３９６１０８３号公報Japanese Patent No. 3961083

しかしながら、前記特許文献２に開示されている搭載ヘッドには、リテーナ式スプラインシャフトは、高精度の搭載荷重制御には有効であるものの、それ自体に高い加工精度が要求される等の制約から、ボール循環式のような長いストロークを有するスプラインシャフトを製作することが難しく、それ故にＺ軸モータによる長ストローク動作が要求される搭載ヘッドには採用することができないという問題があった。   However, in the mounting head disclosed in Patent Document 2, the retainer-type spline shaft is effective for high-accuracy mounting load control, but due to restrictions such as high processing accuracy required for itself, There is a problem that it is difficult to manufacture a spline shaft having a long stroke such as a ball circulation type, and therefore cannot be used for a mounting head that requires a long stroke operation by a Z-axis motor.

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、吸着ノズルを長ストロークで上下動可能であると共に、電子部品を搭載する際には高精度の荷重制御が実現できる搭載ヘッドを提供することを課題とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described conventional problems, and has a mounting head that can move the suction nozzle up and down with a long stroke and can realize high-precision load control when mounting electronic components. The issue is to provide.

本発明は、垂直方向移動軸の動作によりベース部に対して上下方向に移動される可動部と、該ベース部及び可動部に、それぞれ軸回転と上下動が可能に支持され、下端部に吸着ノズルが装着可能なノズル軸と、該ノズル軸を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荷重センサと、該荷重センサを支持する検出軸とを備えた、部品搭載時に荷重制御を行なう電子部品搭載ヘッドにおいて、前記ノズル軸には、前記可動部に対する軸回転と摺動抵抗の低い上下動とを可能とする低抵抗スプラインシャフトを含む、複数のスプラインシャフトが配設されており、且つ、荷重センサを下に向けた前記検出軸が、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連結されていると共に、該荷重アームに前記荷重センサが係合され、前記加圧軸により押し下げられる荷重センサを介して該荷重アームが押し下げられ、前記ノズル軸が下方へ押圧されるようにしたことにより、前記課題を解決したものである。 The present invention is supported by a movable portion that is moved up and down with respect to a base portion by an operation of a vertical movement shaft, and is supported by the base portion and the movable portion so as to be capable of rotating and moving up and down, and attracted to a lower end portion. nozzles and capable nozzle shaft mounting, the pressing axis for pressing said nozzle shaft downward, and a load sensor for detecting a load applied to the nozzle axis during pressing by the pressing axis, the detection axis that supports the該荷heavy sensor In the electronic component mounting head that performs load control at the time of component mounting, the nozzle shaft includes a low resistance spline shaft that enables shaft rotation with respect to the movable portion and vertical movement with low sliding resistance. the spline shaft is disposed, and the detection axis of the load sensor facing downward, together are arranged offset relative to the nozzle axis, it is continuously formed under the pressure application shaft A load arm is connected to the nozzle shaft via a bearing, the load sensor is engaged with the load arm, and the load arm is pushed down via a load sensor pushed down by the pressure shaft, and the nozzle by axes was so that is pressed downward, it is obtained by solving the above problems.

本発明は、又、前記複数のスプラインシャフトは、それぞれ形式が異なっているようにしてもよい。その際、形式が異なるスプラインシャフトに、ボール循環式のスプラインシャフトと、低抵抗スプラインシャフトである有限ストローク式のスプラインシャフトとが含まれるようにしても良く、又、前記有限ストロークのスプラインシャフトが、前記可動部に軸回転のみ可能なリジッドカップリングに固定されている同スプラインナットに、摺動可能に支持されているようにしてもよい。   In the present invention, the plurality of spline shafts may have different types. At this time, the spline shafts of different types may include a ball circulation type spline shaft and a finite stroke type spline shaft which is a low resistance spline shaft. The movable part may be slidably supported by the same spline nut fixed to a rigid coupling capable of only axial rotation.

本発明によれば、ノズル軸に、可動部に対する軸回転と摺動抵抗の低い上下動とを可能とする低抵抗スプラインシャフトを含む、複数のスプラインシャフトを配設したので、例えば長ストローク移動時にはボール循環式のスプラインシャフトを採用し、電子部品の搭載時には摺動抵抗の低い有限ストロークのスプラインシャフトを採用することにより、ノズルの迅速な上下動作と、電子部品の高精度の荷重搭載が同時に実現することができる。   According to the present invention, since the nozzle shaft is provided with a plurality of spline shafts including a low resistance spline shaft that enables shaft rotation with respect to the movable portion and vertical movement with low sliding resistance, By adopting a ball circulation spline shaft and a finite stroke spline shaft with low sliding resistance when mounting electronic components, it is possible to simultaneously move the nozzle up and down and load electronic components with high accuracy. can do.

従来の搭載ヘッドの一例を示す縦断面図A longitudinal sectional view showing an example of a conventional mounting head 本発明に適用可能な部品実装装置の全体を示す斜視図The perspective view which shows the whole component mounting apparatus applicable to this invention 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Sectional drawing which shows typically the characteristic of the mounting head of 1st Embodiment which concerns on this invention. 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要部断面の斜視図The perspective view of the principal part section which shows typically the feature of the mounting head of a 2nd embodiment concerning the present invention.

まず、本発明に係る第１実施形態の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。   First, an outline of an electronic component mounting apparatus to which the mounting head according to the first embodiment of the present invention is applied will be described.

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。   As shown in FIG. 2, the electronic component mounting apparatus 1 normally transports electronic components that are transported by the substrate transport path 2 extending in the left-right direction and supplied to the component supply unit 3 onto the positioned substrate S. A mounting head 10 to be mounted, and an X-axis moving mechanism 12 and a Y-axis moving mechanism 14 for moving the mounting head 10 in the X direction and the Y direction, respectively, are provided.

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が装着可能な搭載ヘッド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。   The X-axis moving mechanism 12 moves the mounting head 10 to which one or more suction nozzles 10 </ b> A for sucking parts can be mounted in the X-axis direction, and the Y-axis moving mechanism 14 is integrated with the X-axis moving mechanism 12. The mounting head 10 is moved in the Y-axis direction. In addition, the mounting head 10 includes a Z-axis moving mechanism that moves the suction nozzle 10A up and down in the Z-axis direction, and a θ-axis rotation mechanism that rotates the suction nozzle 10A around the nozzle axis (suction axis). I have. A substrate recognition camera 16 that captures an image of a substrate mark formed on the substrate S is attached to the mounting head 10 via a support member. In addition, a component recognition camera 18 that images a component sucked by the suction nozzle 10 </ b> A from below is disposed on the side of the component supply unit 3.

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。   In the electronic component mounting apparatus 1 as described above, an electronic component such as a chip is sucked and held by the suction nozzle 10A of the mounting head 10 and then mounted on a substrate S such as a printed circuit board that is positioned. ing.

本実施形態の搭載ヘッド１０は、図３にノズル軸２０の軸中心を通る断面図を模式的に示すように、前記Ｘ軸移動機構１２に固定され、Ｘ軸方向に移動されるベース部７０がヘッドプレート２２とこれに固定されたブラケット２４により構成されている。   The mounting head 10 of the present embodiment is fixed to the X-axis moving mechanism 12 and moved in the X-axis direction, as schematically shown in a sectional view passing through the center of the nozzle shaft 20 in FIG. Is composed of a head plate 22 and a bracket 24 fixed thereto.

このブラケット２４には、Ｚ軸モータ２６が取付けられており、該Ｚ軸モータ２６にＺ軸２８を構成するボールねじ２８Ａが、Ｚ軸カップリング２６Ａを介して回転可能に連結され、該ボールねじ２８Ａの回転により、ボールねじナット２８Ｂが固定されているＺスライダ（可動部）３０が、前記ヘッドプレート２２に対してリニアガイド３０Ａを介して上下動可能になっている。即ち、Ｚ軸モータ２６に連動するこれらの各要素によりＺ軸移動機構が構成されている。   A Z-axis motor 26 is attached to the bracket 24, and a ball screw 28A constituting the Z-axis 28 is rotatably connected to the Z-axis motor 26 via a Z-axis coupling 26A. The Z slider (movable part) 30 to which the ball screw nut 28B is fixed is movable up and down with respect to the head plate 22 through a linear guide 30A by the rotation of 28A. That is, the Z-axis moving mechanism is constituted by these elements interlocked with the Z-axis motor 26.

また、このブラケット２４には、θ軸モータ３２が取付けられ、該θ軸モータ３２にはθカップリング３２Ａを介して円筒状のθハウジング３４が連結され、該θハウジング３４がθ軸ベアリング３４Ａを介して軸中心に回転可能に該ブラケット２４に支持されている。   A θ-axis motor 32 is attached to the bracket 24. A cylindrical θ-housing 34 is connected to the θ-axis motor 32 via a θ coupling 32A. The θ housing 34 supports a θ-axis bearing 34A. And is supported by the bracket 24 so as to be rotatable about the axis.

また、このθハウジング３４の下端部にはボール循環式のスプラインナット３６が固定され、該スプラインナット３６には、下端部がリジッドカップリング３８に固定されたスプラインシャフト３６Ａが上下方向にのみ摺動可能に挿通されている。このスプラインシャフト３６Ａは、ボール循環式であるために長ストロークの上下動が可能になっている。   Further, a ball circulation type spline nut 36 is fixed to the lower end portion of the θ housing 34, and a spline shaft 36A having a lower end portion fixed to a rigid coupling 38 is slid only in the vertical direction. It is inserted as possible. Since the spline shaft 36A is a ball circulation type, it can move up and down with a long stroke.

また、このリジッドカップリング３８は、カップリング用ベアリング３８Ａを介して、前記Ｚスライダ３０に対して軸回転のみ可能に固定されていると共に、該リジッドカップリング３８の下方内部には、有限ストロークのスプラインナット４０が固定されている。   The rigid coupling 38 is fixed to the Z slider 30 via a coupling bearing 38A so as to be capable of rotating only in the axial direction. A spline nut 40 is fixed.

また、この有限ストロークのスプラインナット４０には、スプラインシャフト４０Ａが挿通されており、このスプラインシャフト４０Ａは、ボール循環式のスプラインシャフト３６Ａと同軸上に支持され、その外周にスプラインナット４０が設けられており、前記特許文献２に開示されているリテーナ式と同一のものであり、短ストロークではあるが摺動抵抗が小さいという特徴がある。即ち、θ軸モータ３２に連動するこれらの各要素によりθ軸回転機構が構成されている。   Further, a spline shaft 40A is inserted through the finite stroke spline nut 40. The spline shaft 40A is supported coaxially with the ball circulation type spline shaft 36A, and the spline nut 40 is provided on the outer periphery thereof. It is the same as the retainer type disclosed in Patent Document 2 and has a feature that the sliding resistance is small although it is a short stroke. That is, a θ-axis rotating mechanism is configured by these elements interlocked with the θ-axis motor 32.

本実施形態においては、ノズル軸２０が、前記θハウジング３４、ボール循環式のスプラインナット３６、同スプラインシャフト３６Ａ、リジッドカップリング３８、有限ストロークスプラインナット４０、同スプラインシャフト４０Ａを含んだ構成になっており、前記ブラケット２４及びＺスライダ３０に軸回転と上下動とが可能に支持され、その下部２０Ａの下端部には吸着ノズル１０Ａが装着可能になっている。   In this embodiment, the nozzle shaft 20 includes the θ housing 34, a ball circulation type spline nut 36, the spline shaft 36A, a rigid coupling 38, a finite stroke spline nut 40, and the spline shaft 40A. The bracket 24 and the Z slider 30 are supported so as to be able to rotate and move up and down, and a suction nozzle 10A can be attached to the lower end of the lower part 20A.

又、前記Ｚスライダ３０には、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）４６が固定され、該ＶＣＭ４６により該Ｚスライダ３０に固定されているＶＣＭスプラインナット４６Ａを介して、ノズル軸２０からはオフセットされ、且つ平行に支持されているＶＣＭ軸（加圧軸）４８を下方に押圧可能になっているとともに、該ＶＣＭ軸４８の下部にはロードセル（荷重センサ）５０を下端部に支持する検出軸５０Ａが一体的に連続形成されている。   A VCM (voice coil motor) 46 is fixed to the Z slider 30 and is offset from the nozzle shaft 20 via a VCM spline nut 46 A fixed to the Z slider 30 by the VCM 46 and parallel. The VCM shaft (pressurizing shaft) 48 supported on the bottom can be pressed downward, and a detection shaft 50A for supporting a load cell (load sensor) 50 at the lower end is integrally formed below the VCM shaft 48. Is formed continuously.

一方、前記ノズル軸２０の途中には、ベアリングユニット（軸受）５２を介して直交するＹ方向に延びる荷重アーム５４が連結されている。このベアリングユニット５２では、ノズル軸２０の回転力がＶＣＭ軸４８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。   On the other hand, a load arm 54 extending in the orthogonal Y direction is connected to the nozzle shaft 20 through a bearing unit (bearing) 52. This bearing unit 52 has a mechanism that allows the rotational force of the nozzle shaft 20 to escape via a built-in bearing so that the rotational force of the nozzle shaft 20 is not transmitted to the VCM shaft 48.

又、この荷重アーム５４は、ロードセルケース５６内に収納されている、上端部がロードセル５０に固定された与圧ばね５６Ａの下端部と、自重キャンセルばね５６Ｂの上端部とに連結され、該ケース５６内で上下方向に移動可能に支持されている。   The load arm 54 is connected to a lower end portion of a pressurizing spring 56A, the upper end portion of which is accommodated in the load cell case 56, and the upper end portion of the load cell 50 is fixed to the load cell 50. 56 is supported so as to be movable in the vertical direction.

従って、ＶＣＭ４６を駆動すると、ロードセル５０が与圧ばね５６Ａを介して荷重アーム５４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５６Ａを介してロードセル５０に伝達され、検出されるようになっている。   Accordingly, when the VCM 46 is driven, the load cell 50 pushes down the load arm 54 via the pressurizing spring 56A, and the suction nozzle 10A can be pressed downward, and the load at that time passes through the pressurizing spring 56A. Then, it is transmitted to the load cell 50 and detected.

以上の構成からなる本実施形態の搭載ヘッド１０においては、Ｚ軸２８が、Ｚ軸モータ２６からの力を、直接該Ｚ軸２８を構成するボールねじ２８ＡによってＺスライダ３０及びリニアガイド３０Ａ等からなるスライダー部へ伝達している。   In the mounting head 10 of the present embodiment having the above-described configuration, the Z-axis 28 causes the force from the Z-axis motor 26 to be directly applied from the Z slider 30 and the linear guide 30A by the ball screw 28A constituting the Z-axis 28. Is transmitted to the slider part.

このＺスライダ３０に取付けられている前記ＶＣＭ４６、エアベアリング４４等はボールねじ２８Ａによって一体的に上下駆動され、搭載ヘッド１０のヘッドプレート２２に取付けられているレール２２Ａに従ってリニアガイド３０Ａによって上下に案内される。   The VCM 46, the air bearing 44 and the like attached to the Z slider 30 are integrally driven up and down by a ball screw 28A, and guided up and down by a linear guide 30A according to a rail 22A attached to the head plate 22 of the mounting head 10. Is done.

前記ノズル軸２０では、これを構成するボール循環式のスプラインシャフト３６Ａによって上下方向に自由に動くことにより、Ｚスライダ３０の上下動作を妨げることなく、しかもθ軸モータ３２によるθ方向の回転動作を途中のθカップリング３２Ａ及びスプライン用カップリング４２等を介して連結されているノズル軸下部２０Ａに装着されている吸着ノズル１０Ａを回転させている。   The nozzle shaft 20 freely moves in the vertical direction by a ball circulation type spline shaft 36A constituting the nozzle shaft 20 so that the vertical movement of the Z slider 30 is not hindered, and the θ-axis motor 32 rotates in the θ direction. The suction nozzle 10A mounted on the nozzle shaft lower portion 20A connected via the intermediate θ coupling 32A and the spline coupling 42 is rotated.

そして、このノズル軸２０は、ボールねじ２８Ａ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、前記リテーナ式スプラインシャフト４０Ａを介して、ＶＣＭ軸４８を駆動するＶＣＭ４６により独立して動作するようになっている。   The nozzle shaft 20 is independently moved by the VCM 46 that drives the VCM shaft 48 through the retainer-type spline shaft 40A for the stroke (± 2 mm) for pressurization in addition to the movement by the ball screw 28A. It is supposed to work.

以上のように、本実施形態では上下動のみ可能なθ軸回転を伝達する機構に、ボール循環式と摩擦（摺動）抵抗の小さい有限ストローク（リテーナ式）の２種類の形式の異なるスプラインシャフトを用い、ノズル先端の荷重の誤検出を防止すると共に微小荷重の検出を可能としつつ、吸着ノズル１０Ａの長ストロークを確保するようにしたことに特徴がある。   As described above, in this embodiment, the mechanism for transmitting the θ-axis rotation that can only move in the vertical direction has two different types of spline shafts of the ball circulation type and the finite stroke (retainer type) with low friction (sliding) resistance. This is characterized in that a long stroke of the suction nozzle 10A is secured while preventing erroneous detection of the load at the nozzle tip and enabling detection of a minute load.

以上の構成からな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。   In the present embodiment having the above-described configuration, the following operation is performed when detecting the load applied to the tip of the suction nozzle 10A when the mounted component is sucked or mounted.

吸着ノズル１０Ａで受けた垂直方向の力は、エアベアリング４４を通してベアリングユニット５２と、そこから水平に延びる荷重アーム５４に伝達される。この荷重アーム５４は与圧ばね５６Ａと自重キャンセルばね５６Ｂ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５４に伝達され、更に与圧ばね５６Ａを介してロードセル５０に伝わることにより荷重を検知することができる。   The vertical force received by the suction nozzle 10A is transmitted through the air bearing 44 to the bearing unit 52 and the load arm 54 extending horizontally therefrom. The load arm 54 is balanced by a pressurizing spring 56A and a self-weight canceling spring 56B, and the force from the suction nozzle 10A is transmitted to the load arm 54 and further transmitted to the load cell 50 through the pressurizing spring 56A. Thus, the load can be detected.

また、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。   Further, when a load is applied from the suction nozzle 10A to the mounted component when the component is mounted, the following operation is performed.

ＶＣＭ４６がロードセル５０を押し下げることにより、与圧ばね５６Ａに力が加わる。その力が荷重アーム５４とベアリングユニット５２に伝達され、エアベアリング４４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。   When the VCM 46 pushes down the load cell 50, a force is applied to the pressurizing spring 56A. The force is transmitted to the load arm 54 and the bearing unit 52, and the mounting component can be pressurized by pushing down the suction nozzle 10 </ b> A through the air bearing 44.

また、θ軸を回転させるときは、以下のように動作する。   When the θ axis is rotated, the operation is as follows.

θ軸モータ３２からの回転力は、θカップリング３２Ａを介してθハウジング３４に伝わる。このθハウジング３４は、ブラケット２４にθ軸ベアリング３４Ａによって回転運動を逃がすように、即ち軸回転可能に固定されている。   The rotational force from the θ-axis motor 32 is transmitted to the θ housing 34 via the θ coupling 32A. The θ housing 34 is fixed to the bracket 24 by a θ axis bearing 34A so as to release rotational movement, that is, so as to be rotatable.

このθハウジング３４には、循環式スプラインナット３６が取付けられているため、回転運動は循環式スプラインナット３６を通してそのスプラインシャフト３６Ａ、更にリジッドカップリング３８に伝わり、該リジッドカップリング３８に取付けられている有限ストロークスプラインナット４０に伝達される。この場合、前記θ軸ベアリング３４Ａと同様にして、リジッドカップリング３８はＺスライダ３０にカップリング用ベアリング３８Ａによって回転力を逃がすようにして取付けられている。   Since a circulating spline nut 36 is attached to the θ housing 34, the rotational motion is transmitted to the spline shaft 36A through the circulating spline nut 36 and further to the rigid coupling 38, and is attached to the rigid coupling 38. Is transmitted to the finite stroke spline nut 40. In this case, similarly to the θ-axis bearing 34A, the rigid coupling 38 is attached to the Z slider 30 so that the rotational force is released by the coupling bearing 38A.

有限ストロークスプラインナット４０まで伝達された回転運動は、そのスプラインシャフト４０Ａを通じてスプライン用カップリング４２によって連結されてエアベアリングシャフト（ノズル軸下部）２０Ａを介して吸着ノズル１０Ａまで回転力として伝達される。なお、荷重アーム５４は、前述した如く図示されていないベアリングが内蔵されているベアリングユニット５２によって回転運動を妨げないようになっている。   The rotational motion transmitted to the finite stroke spline nut 40 is connected by the spline coupling 42 through the spline shaft 40A, and is transmitted as a rotational force to the suction nozzle 10A through the air bearing shaft (nozzle shaft lower portion) 20A. It should be noted that the load arm 54 does not prevent rotational movement by the bearing unit 52 in which a bearing (not shown) is incorporated as described above.

更に、Ｚ軸が動作するときは次のように動作する。   Further, when the Z axis operates, the operation is as follows.

Ｚ軸２８では、Ｚ軸モータ２６からの回転力をＺ軸カップリング２６Ａを介してボールねじ２８Ａに伝達する。このボールねじ２８Ａによって回転運動は直線運動に変換され、Ｚスライダ３０に伝達される。   In the Z-axis 28, the rotational force from the Z-axis motor 26 is transmitted to the ball screw 28A via the Z-axis coupling 26A. The rotational movement is converted into a linear movement by the ball screw 28 </ b> A and transmitted to the Z slider 30.

このＺスライダ３０には、ＶＣＭ４６、エアベアリング４４等が取付けられており、これらがボールねじ２８Ａによって一体で駆動され、ヘッドプレート２２に取付けられているレール２２Ａに従ってリニアガイド３０Ａによって上下に案内される。   A VCM 46, an air bearing 44, and the like are attached to the Z slider 30, and these are integrally driven by a ball screw 28A and guided up and down by a linear guide 30A according to a rail 22A attached to the head plate 22. .

但し、前述した如く、ノズル軸下部２０Ａ、ＶＣＭ軸４８は、ボールねじ２８Ａにより移動されるＺスライダ３０に対して、加圧するためのストローク分（±２ｍｍ）だけＶＣＭ４６によって独立して動作するようになっている。そして、ヘッドプレート２２は、前記Ｘ軸移動機構１２に取付けられた状態で、ＸＹ方向に移動されることにより、電子部品の吸着・搭載が可能となっている。   However, as described above, the nozzle shaft lower portion 20A and the VCM shaft 48 are independently operated by the VCM 46 for the stroke (± 2 mm) for pressurizing the Z slider 30 moved by the ball screw 28A. It has become. The head plate 22 is attached to the X-axis moving mechanism 12 and is moved in the XY directions so that electronic components can be sucked and mounted.

このＺ軸２８の動作時にθ軸モータ３２の回転運動を伝えるためのスプラインシャフトとしては、Ｚ軸モータ２６でＺスライダ３０を駆動したときは、循環式スプラインシャフト３６ＡのみがＺ軸方向に上下し、有限ストロークスプラインシャフト４０Ａは動かない。   As a spline shaft for transmitting the rotational motion of the θ-axis motor 32 during the operation of the Z-axis 28, when the Z-slider 30 is driven by the Z-axis motor 26, only the circulating spline shaft 36A moves up and down in the Z-axis direction. The finite stroke spline shaft 40A does not move.

一方、ＶＣＭ４６でノズル軸下部２０Ａを上下動させるときは、有限ストロークスプラインシャフト４０ＡのみがＺ軸方向に上下し、循環式スプラインシャフト３６Ａが動作しない機構になっている。   On the other hand, when the nozzle shaft lower portion 20A is moved up and down by the VCM 46, only the finite stroke spline shaft 40A moves up and down in the Z-axis direction, and the circulating spline shaft 36A does not operate.

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。   According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.

（１）ノズル軸２０に対してθ軸モータ３２による回転運動を伝えるためのスプラインシャフトを、二重（２段）に使用する構造にしたので、Ｚ軸モータ２６でＺ軸方向（上下方向）に動作しても循環式スプラインシャフト３６Ａのみが動作する。それにより、θ軸モータ３２による回転運動を伝えるために、ストロークが短い有限ストロークスプラインシャフト４０Ａを用いる場合でも、Ｚ軸方向の長いストローク動作を確保した上で、θ軸方向の回転運動を伝達できるようになった。 (1) Since the spline shaft for transmitting the rotational motion by the θ-axis motor 32 to the nozzle shaft 20 is used in a double (two-stage) structure, the Z-axis direction (vertical direction) by the Z-axis motor 26 Even if it operates, only the circulation type spline shaft 36A operates. Accordingly, even when the finite stroke spline shaft 40A having a short stroke is used to transmit the rotational motion by the θ-axis motor 32, the rotational motion in the θ-axis direction can be transmitted while ensuring a long stroke operation in the Z-axis direction. It became so.

（２）循環式スプラインシャフト３６Ａと有限ストロークスプラインシャフト４０Ａが、ノズル軸２０に上下方向の動きが規制されたリジッドカップリング３８を介して接続され、上下の動きが分離された構造にしたことによって、Ｚ軸２８の駆動時に循環式スプラインシャフト３６Ａが長ストローク動作したとしても、その動作時の摩擦や振動の影響をノズル先端まで伝わらないようにすることが可能となった。 (2) By having a structure in which the circulation type spline shaft 36A and the finite stroke spline shaft 40A are connected to the nozzle shaft 20 via a rigid coupling 38 whose vertical movement is restricted, and the vertical movement is separated. Even when the circulating spline shaft 36A is operated for a long stroke when the Z-axis 28 is driven, it is possible to prevent the influence of friction and vibration during the operation from being transmitted to the tip of the nozzle.

（３）循環式スプラインシャフト３６Ａと有限ストロークスプラインシャフト４０Ａが、ノズル軸２０に上下方向の動きが規制されたリジッドカップリング３８を介して接続され、上下の動きが分離された構造にしたことによって、Ｚ軸２８による長ストローク動作を確保した上で、低摩擦の摺動が可能な有限ストロークスプラインシャフト４０Ａを用いてノズル先端にθ軸モータ３２による回転運動を伝えることが可能となると共に、荷重検出を高精度で実現することが可能となった。 (3) By having a structure in which the circulation type spline shaft 36A and the finite stroke spline shaft 40A are connected to the nozzle shaft 20 via a rigid coupling 38 in which the vertical movement is restricted, and the vertical movement is separated. In addition to ensuring the long stroke operation by the Z-axis 28, it is possible to transmit the rotational motion by the θ-axis motor 32 to the tip of the nozzle using the finite stroke spline shaft 40A capable of sliding with low friction. Detection can be realized with high accuracy.

（４）ＶＣＭ４６により上下動されるＶＣＭ軸４８に連続形成され、下端部にロードセル５０が連結されている検出軸５０Ａと、ノズル軸２０の位置関係をオフセットさせることにより、該ノズル軸２０を軸回転させたとしても、ロードセル５０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。 (4) By offsetting the positional relationship between the nozzle shaft 20 and the detection shaft 50A, which is continuously formed on the VCM shaft 48 moved up and down by the VCM 46 and connected to the load cell 50 at the lower end, the nozzle shaft 20 is Even if the load cell 50 is rotated, the load cell 50 can be prevented from rotating, so that it is possible to reliably prevent the load cell cable (not shown) from being dragged and cut as in the prior art.

次に、θ軸方向の回転運動を伝えると共に、低抵抗の直線運動を可能にする装置として、前記有限ストロークスプラインナット４０・シャフト４０Ａの代わりにエアベアリングを用いることを特徴とする第２実施形態について説明する。   Next, a second embodiment is characterized in that an air bearing is used in place of the finite stroke spline nut 40 and the shaft 40A as a device that transmits a rotational motion in the θ-axis direction and enables a low resistance linear motion. Will be described.

図４は、本実施形態で採用されるエアベアリング６０の軸中心を通る縦方向の要部断面を模式的に示す斜視図である。   FIG. 4 is a perspective view schematically showing a cross section of the main part in the vertical direction passing through the axial center of the air bearing 60 employed in the present embodiment.

このエアベアリング６０は、エアスプラインナット６２とエアスプラインシャフト６２Ａを、それぞれ前記図３に示した有限ストロークスプラインナット４０とそのスプラインシャフト４０Ａに置換えたものである。エアスプラインナット６２はリジッドカップリング３８内に収容された、空気を通しやすい焼結金属等の多孔質材料からなり、エアスプラインシャフト６２Ａは該エアスプラインナット６２に対して僅かに小さく作られている。   The air bearing 60 is obtained by replacing the air spline nut 62 and the air spline shaft 62A with the finite stroke spline nut 40 and the spline shaft 40A shown in FIG. 3, respectively. The air spline nut 62 is made of a porous material such as sintered metal that is accommodated in the rigid coupling 38 and easily allows air to pass therethrough. The air spline shaft 62A is made slightly smaller than the air spline nut 62. .

そのため、エア供給部６４からエアスプラインナット６２に加圧空気が供給されると、多孔質材質を通りエアスプラインナット６２とシャフト６２Ａの間の僅かな隙間には空気圧が発生する。従って、その中でエアスプラインシャフト６２Ａはエアスプラインナット６２に対して非接触状態になるため、低摩擦の摺動により上下動可能となる。また、エアスプラインシャフト６２Ａは四角柱状からなるため、エアスプラインナット６２に嵌合う部分が四角形状（多角形状）になっているので、θ軸方向の回転運動を確実に伝達することができる。なお、同一種類のスプラインシャフトについて、それぞれがストロークなどの条件を異なるように設定したスプラインシャフトを複数設置しても良い。   Therefore, when pressurized air is supplied from the air supply part 64 to the air spline nut 62, air pressure is generated in a slight gap between the air spline nut 62 and the shaft 62A through the porous material. Accordingly, the air spline shaft 62A is in a non-contact state with respect to the air spline nut 62, and can be moved up and down by low friction sliding. Further, since the air spline shaft 62A has a quadrangular prism shape, the portion that fits into the air spline nut 62 has a quadrangular shape (polygonal shape), so that the rotational motion in the θ-axis direction can be reliably transmitted. Note that a plurality of spline shafts, each of which is set to have different conditions such as strokes, may be installed for the same type of spline shaft.

１０Ａ…吸着ノズル
２０…ノズル軸
２２…ヘッドプレート
２４…ブラケット
２６…Ｚ軸モータ
２８…Ｚ軸
２８Ａ…ボールねじ
３０…Ｚスライダ（可動部）
３０Ａ…リニアガイド
３２…θ軸モータ
３４…θハウジング
３６…循環式スプラインナット
３６Ａ…循環式スプラインシャフト
３８…リジットカップリング
３８Ａ…カップリング用ベアリング
４０…有限ストロークスプラインナット
４０Ａ…有限ストロークスプラインシャフト
４２…スプライン用カップリング
４４…エアベアリング
４６…ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）
４８…ＶＣＭ軸（加圧軸）
５０…ロードセル（荷重センサ）
５０Ａ…検出軸
５２…ベアリングユニット（軸受）
５４…荷重アーム
５６…ロードセルケース
５６Ａ…与圧ばね
５６Ｂ…自重キャンセルばね
６０…エアベアリング
６２…エアスプラインナット
６２Ａ…エアスプラインシャフト
７０…ベース 10A ... Adsorption nozzle 20 ... Nozzle shaft 22 ... Head plate 24 ... Bracket 26 ... Z-axis motor 28 ... Z-axis 28A ... Ball screw 30 ... Z slider (movable part)
30A ... Linear guide 32 ... θ-axis motor 34 ... θ housing 36 ... Circulating spline nut 36A ... Circulating spline shaft 38 ... Rigid coupling 38A ... Coupling bearing 40 ... Finite stroke spline nut 40A ... Finite stroke spline shaft 42 ... Spline coupling 44 ... Air bearing 46 ... Voice coil motor (VCM)
48 ... VCM axis (Pressure axis)
50 ... Load cell (load sensor)
50A ... Detection shaft 52 ... Bearing unit (bearing)
54 ... Load arm 56 ... Load cell case 56A ... Pressure spring 56B ... Self-weight cancel spring 60 ... Air bearing 62 ... Air spline nut 62A ... Air spline shaft 70 ... Base

Claims (4)

垂直方向移動軸の動作によりベース部に対して上下方向に移動される可動部と、
該ベース部及び可動部に、それぞれ軸回転と上下動が可能に支持され、下端部に吸着ノズルが装着可能なノズル軸と、
該ノズル軸を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荷重センサと、
該荷重センサを支持する検出軸とを備えた、部品搭載時に荷重制御を行なう電子部品搭載ヘッドにおいて、
前記ノズル軸には、前記可動部に対する軸回転と摺動抵抗の低い上下動とを可能とする低抵抗スプラインシャフトを含む、複数のスプラインシャフトが配設されており、且つ、
荷重センサを下に向けた前記検出軸が、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連結されていると共に、該荷重アームに前記荷重センサが係合され、前記加圧軸により押し下げられる荷重センサを介して該荷重アームが押し下げられ、前記ノズル軸が下方へ押圧されることを特徴とする電子部品搭載ヘッド。 A movable part that is moved up and down with respect to the base part by operation of a vertical movement axis;
A nozzle shaft that is supported by the base portion and the movable portion so as to be able to rotate and move up and down, and a suction nozzle can be attached to the lower end portion; and
A pressure shaft for pressing the nozzle shaft downward;
A load sensor for detecting a load applied to the nozzle axis during pressing by said pressing axis,
In an electronic component mounting head that includes a detection shaft that supports the load sensor and performs load control when mounting the component,
The nozzle shaft is provided with a plurality of spline shafts including a low resistance spline shaft that enables shaft rotation with respect to the movable part and low vertical movement with low sliding resistance , and
The detection shaft with the load sensor facing downward is disposed offset with respect to the nozzle shaft, and is continuously formed below the pressure shaft,
A load arm is connected to the nozzle shaft via a bearing, the load sensor is engaged with the load arm, and the load arm is pushed down via a load sensor pushed down by the pressure shaft, and the nozzle electronic component mounting head axis is characterized Rukoto is pressed downward. 前記複数のスプラインシャフトは、それぞれ形式が異なっていることを特徴とする請求項１に記載の電子部品搭載ヘッド。   The electronic component mounting head according to claim 1, wherein the plurality of spline shafts have different types. 形式が異なるスプラインシャフトに、ボール循環式のスプラインシャフトと、低抵抗スプラインシャフトである有限ストローク式のスプラインシャフトとが含まれることを特徴とする請求項２に記載の電子部品搭載ヘッド。   3. The electronic component mounting head according to claim 2, wherein the spline shafts having different formats include a ball circulation type spline shaft and a finite stroke type spline shaft which is a low resistance spline shaft. 前記有限ストロークのスプラインシャフトが、前記可動部に軸回転のみ可能なリジッドカップリングに固定されている同スプラインナットに、摺動可能に支持されていることを特徴とする請求項３に記載の電子部品搭載ヘッド。   4. The electron according to claim 3, wherein the spline shaft having a finite stroke is slidably supported on the spline nut fixed to a rigid coupling that can only rotate on the movable portion. Component mounting head.
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