JP5997292B2

JP5997292B2 - 電子回路部品装着ヘッド

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Publication number: JP5997292B2
Application number: JP2014548371A
Authority: JP
Inventors: 浩二河口
Original assignee: Fuji Machine Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Fuji Corp
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2032-11-21
Also published as: CN104798454A; CN104798454B; US9769969B2; EP2925109B1; EP2925109A1; EP2925109A4; US20150296668A1; WO2014080473A1; JPWO2014080473A1

Description

本発明は、吸着ノズル等の部品保持具によって電子回路部品(以下、特に必要がない限り部品と略称する）を保持し、回路基材に装着する電子回路部品装着装置（以下、特に必要がない限り、装着装置と略称する）の電子回路部品装着ヘッド（以下、特に必要がない限り、装着ヘッドと略称する）に関するものであり、特に、部品が脆弱なものであるために、部品保持具との当接時や回路基材との当接時における衝撃(以下、特に必要がない限り当接衝撃と略称する）により破損し易い場合に、当接衝撃を小さく抑えながら能率良く装着することが可能な装着ヘッドに関するものである。

下記の特許文献１には、部品を回路基材に、当接衝撃を緩和しつつ、しかも能率良く装着することができる装着装置が記載されている。この装着装置の装着ヘッドは、ヘッド本体に昇降可能かつ回転可能に保持され、第1昇降駆動装置により昇降させられる回転昇降軸に、吸着ノズルを着脱可能に保持するノズル保持部を、相対的に昇降可能かつ相対回転不能に保持させるとともに、それら回転昇降軸とノズル保持部との間に第２昇降駆動装置を配設したものである。第２昇降駆動装置は、ボイスコイルモータ形式のリニアモータであって、コイルが外周に巻かれた筒状体が回転昇降軸に固定される一方、コイルを外側から包み込みむとともに中央部に永久磁石が固定されたヨーク体がノズル保持部に固定されており、回転昇降軸に対してノズル保持部を昇降させる。

また、下記特許文献２にも部品を回路基材に当接衝撃を緩和しつつ高速で搭載することができる搭載ヘッドが記載されている。この搭載ヘッドにおいては、回転モータと送りねじとにより昇降させられる昇降体に、シャフトが限られた距離だけ相対的に昇降可能に保持されており、このシャフトの下部に加圧検知部を介して吸着ノズルが取り付けられている。シャフトがボイスコイルモータにより昇降させられ、加圧検知部は、吸着ノズルが部品に、あるいは吸着ノズルに保持された部品が回路基材に押し付けられる力をロードセルにより検出するものであり、その検出結果に基づいてボイスコイルモータが制御されるのであるが、ロードセルとシャフトとの間には与圧ばねが設けられている。また、シャフトがθモータにより回転させられることにより、吸着ノズルも回転させられるようになっている。

また、下記特許文献３には、正確な荷重で部品の搭載を行い得る吸着ノズルの昇降装置が記載されている。この昇降装置も、回転モータと送りねじとにより昇降させられる昇降体に対して、吸着ノズルを保持したシャフトをボイスコイルモータによって昇降させるものであり、吸着ノズルの押付荷重がシャフトを介してロードセルによって検出され、その検出結果に基づいてボイスコイルモータが制御されるのであるが、シャフトとボイスコイルモータとの間にばねが設けられている。また、吸着ノズルを保持するシャフトがθモータにより回転させられることにより、吸着ノズルも回転させられるようになっている。

さらに、下記特許文献４には、吸着ノズルと部品との接触、あるいは、吸着ノズルに保持された部品の回路基材との接触によって、吸着ノズルを移動位置決めする手段に印加される外乱が変化する位置、あるいは吸着ノズルの移動加速度が変化する位置を検出することにより、上記接触の位置を検出することが記載されている。また、吸着ノズルを移動位置決めする手段をサーボモータとそれの回転を直線運動に変化するラックとピニオンとにより構成し、サーボモータに対する負荷トルクの変化する位置を上記接触の位置として検出することも記載されている。吸着ノズルをリニアモータにより駆動してもよいとも記載されている。ただし、本特許文献４においては、吸着ノズルを軸線まわりに回転させるＲ軸回転機構も記載されて、吸着ノズルとノズル保持軸とが一体のものとして記載されており、吸着ノズルとノズル保持軸とをそれぞれ別の駆動装置により駆動し、吸着ノズルをノズル保持軸に対して相対的に昇降させることについては全く記載されていない。

特開２００４−９５７１８号公報特開２００７−８０９７０号公報特開２０１１−４０５５１号公報特開２０００−２２３９６号公報

上記各先行技術文献に記載された発明には未だ改良すべき点がある。例えば、吸着ノズルを保持して昇降するノズル保持軸等が第２昇降装置により昇降させられるのであるため、昇降させられるものの質量が大きくなることと、ロードセルと吸着ノズルとの間に弾性体が介在させられているため、吸着ノズルの対象物への当接を鋭敏に検知することができないこととの少なくとも一方により、第２昇降装置の制御を鋭敏なものとし、当接衝撃を十分に小さくすることが難しい問題があるのである。また、第１昇降装置により昇降させられる昇降部材に対して吸着ノズルを昇降させるために、吸着ノズルを保持するノズル保持軸が第２昇降装置によって昇降させられるのであるが、この第２昇降装置を複数組のノズル保持軸および吸着ノズルに兼用することができないため、装着ヘッドに複数組のノズル保持軸および吸着ノズルが設けられる場合に装置コストが高くなる問題があるのである。
本願発明はこれらの問題の少なくとも１つを解決することを課題として為されたものである。

本願発明は、上記の課題を解決するために、吸着ノズル等の部品保持具によって電子回路部品を保持し、回路基材に装着する電子回路部品装着装置の電子回路部品装着ヘッドを、(a)ヘッド本体と、(b)そのヘッド本体に、軸線まわりの回転および軸線に平行な方向の昇降が可能に保持された回転昇降軸と、(c)その回転昇降軸を前記ヘッド本体に対して回転させる昇降軸回転装置と、(d)前記回転昇降軸を前記ヘッド本体に対して昇降させる第１昇降駆動装置と、(e)前記回転昇降軸によりその回転昇降軸に対して相対的に昇降可能かつ回転不能に保持され、電子回路部品を保持する部品保持具と、(f)前記回転昇降軸および前記部品保持具の外部に設けられ、前記第１昇降駆動装置により回転昇降軸と共に昇降させられる第２昇降駆動装置であって、弾性部材を介することなくかつ部品保持具の回転を許容する状態で部品保持具に係合する保持具係合部を備え、その保持具係合部により部品保持具を回転昇降軸に対して相対的に昇降させることにより、電子回路部品を回路基材に装着させるものとを含む構成としたことを特徴とする。

本願発明の効果

上記構成の電子回路部品装着ヘッドにおいては、第１昇降駆動装置により回転昇降軸および第２昇降駆動装置がヘッド本体に対して昇降させられ、さらに第２昇降駆動装置により部品保持具が回転昇降軸に対して昇降させられる。そのため、第２昇降駆動装置による部品保持具の昇降距離ならびに第２昇降駆動装置に対する負荷が小さくて済み、その結果、部品保持具の電子回路部品に対する当接時あるいは部品保持具に保持された電子回路部品の回路基材に対する当接時の当接衝撃を十分に抑制することが容易となる。
また、部品保持具は回転昇降軸と共に回転し、第２昇降駆動装置は部品保持具の回転を許容するため、昇降軸回転装置が回転昇降軸を回転させることにより部品保持具を回転させることができ、それによって、部品保持具に保持された電子回路部品の回転姿勢を変更することができる。その際、第２昇降駆動装置は回転しない。前記特許文献１に記載のもののように、回転昇降軸に第２昇降駆動装置が保持されている場合には、回転昇降軸の回転に伴う第２昇降駆動装置の回転を許容するために、第２昇降駆動装置への電力供給や信号取出しのための配線の途中に摺動部を設けることが必要であり、その摺動部の摺動に伴って電気ノイズが発生し、第２昇降駆動装置を精度よく制御する上での障害になるのであるが、上記の構成によればこの障害を回避することができる。
しかも、第２昇降駆動装置の保持具係合部は弾性部材を介することなく部品保持具に係合した状態で部品保持具とともに下降するため、前記特許文献２や特許文献３に記載のもののように第２昇降駆動装置が弾性部材を介して吸着ノズルを下降させるものに比較して、当接衝撃を鋭敏に検知することができ、上記電気ノイズの発生回避および負荷軽減と相俟って、第２昇降駆動装置の制御精度を一層高めることができ、当接衝撃を一層良好に抑制することができる。
さらに、第２昇降駆動装置は、第１昇降駆動装置により回転昇降軸と共に昇降させられるが、回転昇降軸自体に保持されているわけではなく、回転昇降軸および部品保持具の外部に設けられ、保持具係合部により部品保持具に係合してそれを回転昇降軸に対して相対的に昇降させるものとされているため、後述の「発明の態様」における(4)項ないし(7)項の各々に記載の構成を採用することが容易である利点がある。

発明の態様

以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。「請求可能発明」は、特許請求の範囲に記載の発明である「本願発明」のみならず、それの下位概念発明あるいは上位概念発明を含み得、別概念の発明を含むこともある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施形態の記載，従来技術，技術常識等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。

（１）ヘッド本体と、
そのヘッド本体に昇降可能に案内された昇降部材と、
その昇降部材を前記ヘッド本体に対して昇降させる第１昇降駆動装置と、
前記昇降部材によりその昇降部材に対して相対的に昇降可能に保持され、電子回路部品を保持する部品保持具と、
前記第１昇降装置により前記昇降部材と共に昇降させられ、前記部品保持具を前記昇降部材に対して相対的に昇降させる第２昇降駆動装置と
を含み、回路基材に電子回路部品を装着する電子回路部品装着ヘッド。
本項に記載の装着ヘッドにおいては、第１昇降駆動装置により昇降部材および第２昇降駆動装置がヘッド本体に対して昇降させられ、さらに第２昇降駆動装置により部品保持具が昇降部材に対して昇降させられる。そのため、第２昇降駆動装置による部品保持具の昇降距離ならびに第２昇降駆動装置に対する負荷が小さくて済み、その結果、部品保持具の電子回路部品に対する当接時あるいは部品保持具に保持された電子回路部品の回路基材に対する当接時の当接衝撃を小さく抑制することが容易となる。
（２）前記昇降部材がそれ自身の軸線まわりに自転可能に前記ヘッド本体に保持されるとともに前記部品保持具を相対回転不能に保持する回転昇降軸であり、当該電子回路部品装着ヘッドが、さらに、その回転昇降軸を回転させる昇降軸回転装置を含み、かつ、前記第２昇降駆動装置が、前記回転昇降軸および前記部品保持具の外部に設けられるとともに、弾性部材を介することなくかつ部品保持具の回転を許容する状態で部品保持具に係合する保持具係合部を備え、その保持具係合部により部品保持具を回転昇降軸に対して相対的に昇降させることにより電子回路部品を回路基材に装着させる(1)項に記載の電子回路部品装着ヘッド。
回転昇降軸は、ヘッド本体に昇降可能かつ自転可能に直接保持されてもよく、間接的に保持されてもよい。例えば、ヘッド本体に昇降可能に保持された昇降体に回転可能に保持されてもよいのである。
（３）前記第１昇降駆動装置が前記ヘッド本体に固定されており、前記回転昇降軸にその回転昇降軸の回転を許容する状態で係合する昇降軸係合部を備えた(2)項に記載の電子回路部品装着ヘッド。
（４）前記保持具係合部が、前記部品保持具に、その部品保持具の離脱を許容する状態で係合する(2)項または(3)項に記載の電子回路部品装着ヘッド。
本項に記載の構成によれば、保持具係合部と部品保持具とを互いに離脱させることができ、例えば、部品保持具を交換することが容易となる。
（５）前記保持具係合部が、前記部品保持具に、その部品保持具の昇降方向と交差する方向の離脱を許容する状態で係合する(4)項に記載の電子回路部品装着ヘッド。
本項に記載の構成によれば、少なくとも部品保持具を、その部品保持具の昇降方向と交差する方向の相対移動により、第２駆動装置に係合する状態と第２駆動装置から離脱した状態とにすることができる。例えば、部品保持具を回転昇降軸に対して着脱可能としたり、１つの第２駆動装置を複数の部品保持具に兼用としたりすることができるのである。
（６）前記第１昇降駆動装置が、前記回転昇降軸とその昇降回転軸の昇降方向と交差する方向に離脱可能に係合する昇降軸係合部を備え、前記第２昇降駆動装置が、前記ヘッド本体の外部を通って前記回転昇降軸と共に昇降可能、かつ、ヘッド本体に対して昇降方向と交差する方向に相対移動可能な保持部に保持され、前記保持具係合部が、前記部品保持具に、前記昇降軸係合部の回転昇降軸に対する係合，離脱に伴って、係合，離脱可能に係合する(5)項に記載の電子回路部品装着ヘッド。
本項に記載の構成によれば、第１昇降駆動装置および第２昇降駆動装置と、回転昇降軸および部品保持具とを昇降方向と交差する方向に係合，離脱させることができ、それにより、例えば、１組の第１昇降駆動装置および第２昇降駆動装置を複数組の回転昇降軸および部品保持具に兼用とすることが可能となり、そのようにすれば、電子回路部品装着ヘッドの構成を簡略化することができる。
（７）前記ヘッド本体が、前記回転昇降軸を回転および昇降可能に保持する第１部と、前記第１昇降駆動装置および前記第２昇降駆動装置を保持する第２部とを備え、当該部品装着ヘッドが、さらに、それら第１部と第２部とを前記回転昇降軸の昇降方向と交差する方向に相対移動させる相対移動装置を含み、その相対移動装置の作動により、前記保持具係合部および前記昇降軸係合部と、前記部品保持具および前記回転昇降軸とが係合，離脱させられる(6)項に記載の電子回路部品装着ヘッド。
相対移動装置は、例えば、第１部を一軸線まわりに回転させ、その一軸線を中心とする円周上の複数の位置に昇降可能に保持された回転昇降軸を、前記一軸線に対して相対移動不能に前記第２部に保持された第１昇降駆動装置および第２昇降駆動装置に対して昇降方向と交差する方向に相対移動させる第１部回転装置としたり、第１部を一直線あるいは一曲線に沿って移動させ、それら一直線あるいは一曲線に沿って並んだ複数の位置に昇降可能に保持された複数の回転昇降軸およびその昇降回転軸に保持された部品保持具を、第２部に保持された第１昇降駆動装置および第２昇降駆動装置に対して昇降方向と交差する方向に相対移動させる第１部移動装置としたりすることができ、あるいは回転や移動をさせるものをそれぞれ逆にしたりすることができる。
回転させるものを逆にした態様の代表的な一例は、回転昇降軸を一円周上の複数の位置において昇降および回転可能に保持した第１部に対し、第１昇降駆動装置および第２昇降駆動装置を保持した第２部を前記一円周の中心軸線のまわりに回動させる態様である。
（８）前記ヘッド本体が、一軸線を中心とする円周上の複数の位置に前記回転昇降軸を昇降および回転可能に保持するものであり、かつ、当該電子回路部品装着ヘッドが、さらに、(a)それら複数の回転昇降軸の各々に設けられた複数のピニオンと、(b)それら複数のピニオンに対して共通に設けられたギヤと、(c)そのギヤを回転駆動することにより、前記複数のピニオンを一斉に回転させる回転駆動源とを備え、前記回転昇降軸に相対回転不能に保持された複数の前記部品保持具を一斉に回転させる部品保持具一斉回転駆動装置を含む(2)項ないし(7)項のいずれかに記載の電子回路部品装着ヘッド。
本項に記載の構成によれば、複数組の回転昇降軸および部品保持具を共用の回転駆動源により一斉に回転させることができる。このように複数組の回転昇降軸および部品保持具を一斉回転させる場合には、各組の回転昇降軸および部品保持具を無限角度回転可能とすることが特に望ましいのであるが、その場合に、もし第２昇降駆動装置が回転昇降軸と共に回転させられる形態であれば、第２昇降駆動装置に対する電力供給や信号取出のための配線の途中に摺動部を設けることが必要となり、重大な電気ノイズの発生源となるのであるが、(2)項に記載の構成を作用すれば、上記摺動部の必要がなく、電気ノイズの発生を良好に回避することができる。
なお、本項におけるヘッド本体は、複数の回転昇降軸を保持する部分が回転させられるものであっても、回転させられないものであってもよい。
（９）前記回転昇降軸と前記部品保持具との間に、部品保持具を回転昇降軸に対して相対的に上方と下方とのいずれか一方へ付勢する付勢手段が設けられ、前記第２昇降駆動装置が、前記保持具係合部により前記部品保持具に前記付勢手段の付勢力に対向して係合し、その状態で電子回路部品を回路基材に装着させる(2)項ないし(8)項のいずれかに記載の電子回路部品装着ヘッド。
（１０）さらに、前記回転昇降軸に設けられ、前記付勢手段の付勢力に基づく前記部品保持具の上昇限度または下降限度を規定するストッパを含み、前記第２昇降駆動装置が、前記付勢手段により前記ストッパに当接させられた部品保持具を、その付勢手段の付勢力に抗して前記ストッパから離間させ、その状態で電子回路部品を回路基材に装着させる(9)項に記載の電子回路部品装着ヘッド。
（１１）前記昇降部材と前記部品保持具との間に、部品保持具を昇降部材に対して相対的に上方と下方とのいずれか一方へ付勢する付勢手段が設けられ、前記第２昇降駆動装置が、その付勢手段の付勢力に対向してかつ弾性部材を介することなく前記部品保持具に係合し、その状態で電子回路部品を回路基材に装着させる(1)項に記載の電子回路部品装着ヘッド。
（１２）さらに、前記昇降部材に設けられ、前記付勢手段の付勢力に基づく前記部品保持具の上昇限度または下降限度を規定するストッパを含み、前記第２昇降駆動装置が、前記付勢手段により前記ストッパに当接させられた部品保持具を、その付勢手段の付勢力に抗して前記ストッパから離間させ、その状態で電子回路部品を回路基材に装着させる(11)項に記載の電子回路部品装着ヘッド。
（１３）前記第２昇降駆動装置が、前記昇降部材および前記部品保持具の外部に設けられ、部品保持具に係合する保持具係合部を含み、その保持具係合部を介して部品保持具に前記付勢手段の付勢力に対向する向きに係合した状態でその部品保持具を駆動し、前記ストッパから離間させる(12)項に記載の電子回路部品装着ヘッド。
（１４）前記第２昇降駆動装置が、前記昇降部材および前記部品保持具の外部に設けられるとともに部品保持具に係合する保持具係合部を含み、前記付勢手段により前記部品保持具がストッパに当接させられた状態で、保持具係合部と前記部品保持具との間に隙間が形成される(12)項または(13)項に記載の電子回路部品装着ヘッド。
本項に記載の構成によれば、部品保持具がストッパに当接させられた状態で部品保持具と保持具係合部とを、昇降部材および部品保持具の昇降方向と交差する方向に相対移動させれば、部品保持具と保持具係合部との間に摩擦力が作用せず、前記(3)項ないし(8)項の各々に記載の構成を採用することが容易となる利点がある。
（１５）前記保持具係合部が、(a)前記部品保持具のその保持具自体の軸線まわりの回転と、(b)その軸線と交差する方向の相対移動との少なくとも一方を許容する状態で、部品保持具に係合する(13)項または(14)項に記載の電子回路部品装着ヘッド。
保持具係合部が部品保持具の回転を許容する状態で部品保持具に係合するものである場合には、第２昇降駆動装置自体は回転や回動をさせることなく、部品保持具を回転させることが可能となり、保持具係合部が、部品保持具に、その部品保持具の軸線と交差する方向の相対移動を許容する状態で係合するものである場合には、第２昇降駆動装置と部品保持具とを、昇降方向と交差する方向に相対移動させることが可能となり、例えば、１つの第２昇降駆動装置を複数の部品保持具に共用することが可能となる。
（１６）前記第２昇降駆動装置が、リニアモータを駆動源とし、そのリニアモータに接続された駆動回路を含み、その駆動回路が、前記部品保持具に対する反力を検出する反力検出部を含み、その反力検出部による検出反力に基づいて前記リニアモータに対する供給電流を制御することにより、部品保持具の電子回路部品に対する当接時、あるいは部品保持具に保持された電子回路部品の回路基材に対する当接時における衝撃を緩和する衝撃緩和部とを含む(1)項ないし(15)項のいずれかに記載の電子回路部品装着ヘッド。
反力検出部としては、直接的に反力を検出するロードセルや、間接的に反力を検出する間接的反力検出部、例えば、特開平６−１３１０５０号公報に記載の外乱推定オブザーバを採用することができる。
本項の構成によれば、部品保持具の電子回路部品に対する当接、あるいは部品保持具に保持された電子回路部品の回路基材に対する当接を検知することができ、その検知に基づいてリニアモータに対する供給電流を制御することにより、上記当接時における衝撃を緩和することができる。
特に、本項が(11)項ないし(15)項のいずれかに従属する態様においては、上記当接を鋭敏に検知することができ、当接時における衝撃を一層良好に緩和することができる。
その際、衝撃緩和部は、その衝撃緩和部が作動しない状態において反力が当接前の大きさから当接終了時における大きさまで増大すると仮定した時間内に、複数サイクルの供給電流制御を実行し得る高周波制御部を含むものとするすることが望ましい。この制御サイクル数が大きいほど衝撃を良好に緩和することができる。

請求可能発明の一実施形態である装着ヘッドの正面図である。上記装着ヘッドの吸着ノズル周辺を示す図であり、(a)は一部断面正面図、(b)は(a)におけるＡ視図である。上記装着ヘッドの第２リニアモータの制御装置を示すブロック図である。上記制御装置により制御される第２リニアモータの電流を示すグラフである。請求可能発明の別の実施形態である装着ヘッドの吸着ノズル周辺を示す一部断面正面図である。請求可能発明の別の実施形態である装着ヘッドの正面図である。請求可能発明のさらに別の実施形態である装着ヘッドの一部断面正面図である。

以下、請求可能発明の実施形態を、図を参照しつつ説明する。なお、請求可能発明は、下記実施形態の他、上記〔発明の態様〕の各項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更を施した態様で実施することができる。

図１に装着ヘッド１０の基本的な構成の一例を示す。本装着ヘッド１０は、装着ヘッド本体１２を備え、この装着ヘッド本体１２が、回転昇降軸１４を、その回転昇降軸１４の軸線に平行な方向の昇降とその軸線まわりの回転とを許容する状態で保持する第１部１６と、第１リニアモータ１８を固定的に保持する第２部２０とを備えている。本実施形態においては、第１部１６と第２部２０とは互いに固定されている。回転昇降軸１４は下端部に部品保持具としての吸着ノズル２２を保持している。回転昇降軸１４は、図２(a)に拡大して示すように、昇降軸本体２４と、それに着脱可能なノズル保持部２６とを備えており、ノズル保持部２６は、吸着ノズル２２を軸方向に相対移動可能かつ相対回転不能に保持して昇降軸本体２４に着脱される。ノズル保持部２６は昇降軸本体２４に装着された後は回転昇降軸１４の一部として機能する。

回転昇降軸１４は、下端部に断面形状が円形の嵌合穴３０を備え、ノズル保持部２６は円筒状のノズル保持部材３２を備え、そのノズル保持部材３２が外周面において嵌合穴３０に相対回転可能かつ軸方向に相対移動可能に嵌合される一方、内周面において吸着ノズル２２の軸部３４と軸方向に相対移動可能に嵌合されている。ノズル保持部材３２にはそれを直径方向に貫通するピン３６が固定されている。ピン３６は中間部において、吸着ノズル２２の軸部３４にそれの軸方向に長く形成された長穴３８を摺動可能に貫通する一方、両端部がノズル保持部材３２の外周面から突出し、昇降軸本体２４の下端部に形成された２つの切欠４０を摺動可能に貫通して、昇降軸本体２４の外周面から突出している。各切欠４０は、図２(b)に示すように、昇降軸本体２４の下端面から上向きに延びた後、直角に曲がって周方向に延び、さらにその先端から下方へ短く垂下した形状を有し、ノズル保持部材３２が嵌合穴３０の下端開口から昇降軸本体２４に嵌合され、一定角度回転させられた後、下降させられるのに伴って、ピン３６の両端部が切欠４０と係合し、最終的には、切欠４０の短く垂下したピン受け部４２に受けられる。この状態では、ピン３６が昇降軸本体２４，ノズル保持部材３２および吸着ノズル２２の軸部３４を貫通して、それら三者の相対回転を防止する状態となる。したがって、回転昇降軸１４が回転させられれば、吸着ノズル２２も共に回転させられる。

昇降軸本体２４の中心部に負圧通路４４が形成され、嵌合穴３０と連通している。吸着ノズル２２の軸部３４がノズル保持部材３２を貫通させられた後、圧縮コイルスプリング４６が嵌合されるとともに、軸部３４の上端にはフランジ部材４８が固着されている。上記のように、ノズル保持部材３２が嵌合穴３０に嵌合され、ピン３６がピン受け部４２に受けられた状態では、フランジ部材４８が、嵌合穴３０と負圧通路４４との境界に形成された段付面５０から離間する一方、吸着ノズル２２の段付面９７がノズル保持部材３２の下端面９８に押付けられた状態に保たれる。この下端面９８が、吸着ノズル２２の回転昇降軸１４に対する相対的な上昇限度を規定するストッパを構成しているのである。上記のように、負圧通路４４が嵌合穴３０と連通しているため、負圧通路４４に負圧が供給されれば、吸着ノズル２２よびノズル保持部材３２にそれらを上方に引き上げる力が作用するが、この力に基づくピン３６のピン受け部４２からの浮き上がりを防止するために、ロック機構が設けられている。昇降軸本体２４の外周面にロックスリーブ５２が摺動可能に嵌合され、圧縮コイルスプリング５４により下方に付勢されてピン３６をピン受け部４２に押し付けているのである。回転昇降軸１４内の負圧通路４４は吸着ノズル２２内の負圧通路５８に連通している

前記第１リニアモータ１８は、第１昇降部材としての回転昇降軸１４と第２昇降駆動装置としての第２リニアモータ６０とを共に昇降させる第１昇降駆動装置として機能する。そのために、第１リニアモータ１８には第２昇降部材としての昇降駆動部材６２が取り付けられている。昇降駆動部材６２は、ヘッド本体１２の第１部１６の外側を、回転昇降軸１４に沿って上下方向に延びており、中間部に第１係合部６４を有し、下端部に第２リニアモータ６０を保持している。その第２リニアモータ６０が第２係合部６６(水平軸線まわりに回転可能なローラにより構成されている）を有している。第１係合部６４は回転昇降軸１４の上端近傍に設けられたフランジ６８に、第２係合部６６は吸着ノズル２２のフランジ７０に、それぞれ回転昇降軸１４および吸着ノズル２２の回転を許容する状態で係合している。ヘッド本体１２の第２部にはガイド７２が取り付けられ、昇降駆動部材６２を案内している。

回転昇降軸１４のフランジ６８の上方にはギヤ８０が設けられ、ヘッド本体１２に取り付けられた回転駆動源たる電動モータ８２の回転軸に固定のギヤ８４と噛み合わされている。ギヤ８０，８４は回転昇降軸１４の昇降を許容するとともに、電動モータ８２の回転を回転昇降軸１４に伝達する。電動モータ８２，ギヤ８０，８４によって回転昇降軸１４の回転駆動装置が構成されているのであり、回転昇降軸１４の回転はピン受け部４２とピン３６との係合によりノズル保持部材３２に伝達され、さらにピン３６と長穴３８との係合により吸着ノズル２２に伝達される。

本装着ヘッド１０は、図示を省略するＸ−Ｙ移動装置により、Ｘ−Ｙ平面に沿って部品供給装置の上方と、回路基材としてのプリント基板を保持する基板保持装置の上方とへ移動させられるとともに、Ｘ−Ｙ平面に直角なＺ方向に昇降させられて、部品供給装置から吸着ノズル２２により部品８６を吸着して取り出し、プリント基板に装着する。この際、第１リニアモータ１８が昇降駆動部材６２を下降さて、回転昇降軸１４と第２リニアモータ６０とを下降させ、それとともに第２リニアモータ６０が吸着ノズル２２を回転昇降軸１４に対して相対的に下降させる。したがって、上記本装着ヘッド１０の昇降は省略可能である。また、必要に応じて電動モータ８２が作動させられて、吸着ノズル２２に保持された部品の回転姿勢が修正ないし変更される。以上の作動における第１リニアモータ１８，負圧制御弁５６，電動モータ８２等の制御は通常の装着ヘッドと同様であるため説明を省略し、以下、特殊である第２リニアモータ６０の制御を説明する。

第２リニアモータ６０は、図３に示す制御系９０によって制御される。制御系９０は、装着ヘッド１０を含む装着装置全体を制御するコントローラ９２の一部と、駆動回路９４と、第２リニアモータ６０に付属するエンコーダ９６およびロードセル９９とにより構成されている。コントローラ９２は第２リニアモータ６０の位置を指令し、駆動回路９４はこの指令された位置とエンコーダ９６の示す位置とを一致させるために必要な電流を第２リニアモータ６０に供給する。

部品８６の中には脆弱であって、部品取り出しのために吸着ノズル２２が部品８６に当接させられ、あるいは装着のために吸着ノズル２２に保持された部品８６がプリント基板に当接させられる際に、衝撃で損傷を受けることのあるものがある。本装着ヘッド１０はそのような部品８６であっても、損傷を回避しつつ、しかも能率良く装着作業を行うために工夫されたものである。すなわち、吸着ノズル２２を下降させる際、第１リニアモータ１８が作動させられ、昇降駆動部材６２を下降させて回転昇降軸１４と第２リニアモータ６０とを下降させる。それと並行して第２リニアモータ６０が作動させられ、部品８６の吸着ノズル２２あるいはプリント基板との当接前に、吸着ノズル２２を圧縮コイルスプリング４６の付勢力に抗してストッパたる下端面９８から設定距離離間させる。図４における巡航期間がこの状態で吸着ノズル２２が回転昇降軸１４と共に下降し続ける期間である。

やがて、吸着ノズル２２が部品供給装置に支持された部品８６に当接し、あるいは吸着ノズル２２に保持された部品８６がプリント基板に当接する。仮に、第２リニアモータ６０および制御系９０が設けられておらず、代わりに、従来の装着ヘッドにおけるように吸着ノズル２２と回転昇降軸１４との間にクッションとして機能する圧縮コイルスプリングが設けられているとすれば、上記当接時に当接力が急増し、部品８６が損傷を受ける可能性があり、また、制御系９０の制御が不十分である場合には、第２リニアモータ６０への反力が図４に二点鎖線で例示するように大きく変動し、やはり部品８６が損傷を受ける可能性があるのであるが、本実施形態においては、駆動回路９４をはじめとする制御系９０が高周波制御の可能な系、すなわち、上記当接に起因して反力が急増し、当接力が許容当接力を超えて過大となるまでの間に少なくとも２サイクルの制御サイクルが実行可能である高周波制御系とされており、上記当接がロードセル９９により検出されるやいなや、制御系９０は反力が設定押付力と等しくなるように第２リニアモータ６０への供給電流を制御する。その結果、反力の変動が実線で示すように小さく抑制されるのであり、上記当接時における当接衝撃が部品８６に損傷を与えることのない大きさに抑制される。制御系９０のこのような電流制御を行う部分が衝撃緩和部を構成しているのである。

請求可能発明の別の実施形態を図５に示す。本実施形態は主として吸着ノズルの交換の形態において上記実施形態と異なる。上記実施形態においては、吸着ノズル２２がノズル保持部材３２およびピン３６と共に昇降軸本体２４に対して着脱されるようにされていたのに対し、本実施形態においては、吸着ノズル１００がノズル本体１０２と先端部材１０４とから成るものとされ、先端部材１０４がノズル本体１０２に対して着脱されるのである。この着脱可能にする手段は種々存在するが、図５に示す例では、ボールプランジャ１０６が使用されている。先端部材１０４の装着状態では、ノズル本体１０２に取り付けられたボールプランジャ１０６のボールが、先端部材１０４に形成された凹部に係合しているが、先端部材１０４にそれを外す方向に力を加えられることにより、ノズル本体１０２から取り外すことができるのである。

図５に示す実施形態はさらに、圧縮コイルスプリング４６の付勢力による吸着ノズル１００の回転昇降軸１４への接近限度を規定するストッパが設けられておらず、代わりに第２リニアモータ６０の第２係合部６６が吸着ノズル１００のフランジ７０に常時係合させられている点においても前記実施形態と異なっている。回転昇降軸１４が１本のみの場合や、回転昇降軸１４が複数本であっても、各回転昇降軸１４に対して専用の昇降駆動部材６２および第２リニアモータ６０が設けられる場合には、第２係合部６６を吸着ノズル１００のフランジ７０に常時係合させることによりストッパを省略することが可能なのである。
なお、回転昇降軸１４に代えて、回転しない昇降部材を設けることも可能である。例えば、ヘッド本体の、回転しない昇降部材を昇降可能に保持する部分を回転させたり、あるいはプリント基板を保持する装置を回転させたりすることが可能なのであり、部品を回転させる必要がない場合にはそのようなことも必要ないのである。

請求可能発明のさらに別の実施形態を図６に示す。本実施形態においても、前記実施形態におけるのと同一の機能を果たすものには同一の符号を付して説明を省略し、異なる点のみを以下に説明する。本実施形態の装着ヘッド１１０の前記装着ヘッド１０との大きな違いは、ヘッド本体１１２が互いに相対移動可能な２部分、すなわち、一軸線まわりに回転可能な第１部たるロータ１１６と、そのロータ１１６を回転可能に保持する第２部たるＸスライダ１２０とから成る点である。Ｘスライダ１２０はＹスライダ１２２に、Ｘ軸方向に移動可能に保持されており、Ｙスライダ１２２がＸ軸と直交するＹ軸方向に移動可能であるため、装着ヘッド１１０は水平なＸ−Ｙ座標面内の任意の位置へ移動可能である。なお、本装着ヘッド１１０はＸ−Ｙ座標面に直角な上下方向には昇降させられず、代わりに、回転昇降軸１４の昇降ストロークが大きくされている。

上記回転昇降軸１４はロータ１１６の回転軸線を中心とする一円周上の等角度間隔の複数の位置、図示の例では６つの位置に、それぞれ回転軸線に平行な方向に摺動可能かつ自転可能に設けられている。ロータ１１６はロータ回転駆動モータ１３０により回転させられる。また、ロータ１１６の外周面には、ギヤ１３２，１３４が一体的に回転可能に嵌合されており、ピニオン１３６を介してノズル回転駆動モータ１３８により回転させられ、複数のピニオン１３９を介して複数組の回転昇降軸１４および吸着ノズル２２を一斉に回転させる。

上記複数の回転昇降軸１４のうち、ロータ１１６の回転により部品受取・装着位置へ旋回させられたものは、第１昇降駆動装置１４０によって昇降させられる。本実施形態においては、第１昇降駆動装置１４０が、回転モータである昇降駆動モータ１４２と送りねじ１４４とナット１４６とにより構成されている。また、回転昇降軸１４は圧縮コイルスプリング１５０によって上方へ付勢されており、回転昇降軸１４の下端近傍に取り付けられたスナップリング１５４がロータ１１６の下面に当接することにより上昇限度位置に保たれている。したがって、昇降駆動部材６２の第１係合部６４は、回転昇降軸１４の上端面に係合して回転昇降軸１４を圧縮コイルスプリング１５０の付勢力に抗して下降させる。なお、昇降駆動部材６２はガイドロッド１５２とガイド７２とにより昇降を案内される。

本実施形態においても、回転昇降軸１４と第２リニアモータ６０とが共に第１昇降駆動装置１４０により昇降させられ、さらに第２昇降駆動装置としての第２リニアモータ６０が回転昇降軸１４に対して吸着ノズル２２を昇降させ、吸着ノズル２２の部品８６への当接時、および吸着ノズル２２に保持された部品８６のプリント基板への当接時における当接衝撃が緩和される。また、第１係合部６４と第２係合部６６とは回転昇降軸１４および吸着ノズル２２にそれらの回転を許容する状態で係合するが、本実施形態においてはさらに、ロータ１１６の回転に伴う回転昇降軸１４および吸着ノズル２２の昇降方向と直交する方向の係合，離脱を許容する。

請求可能発明のさらに別の実施形態を図７に示す。本実施形態は、上記実施形態において、回転昇降軸１４が昇降ブロック１６０を介して間接的にロータ１１６に保持されたものに相当する。回転昇降軸１４は昇降ブロック１６０に回転可能かつ軸方向に相対移動不能に保持されており、ノズル回転駆動モータ１６２により昇降ブロック１６０に対して回転させられるとともに、昇降駆動部材６２の第１係合部６４により昇降ブロック１６０が昇降させられるのに伴って昇降させられる。なお、図示は省略するが、昇降ブロック１６０は付勢手段により上向きに付勢されるとともに、ストッパにより第１係合部６４に接触寸前の位置に保たれる。その他の点は、吸着ノズル２２が回転昇降軸１４に相対回転不能かつ昇降可能に保持されており、昇降駆動部材６２に取り付けられた第２リニアモータ６０の第２係合部６６により、昇降回転軸１４に対して相対的に昇降させられることをはじめ、上記実施形態と同様であるため、詳細の図示および説明を省略する。

請求可能発明のさらに別の実施形態として、図示は省略するが、図１に示すヘッド本体１２の第１部１６と第２部２０とを互いに別体の部材により構成するとともに、第１部１６を、一軸線を中心とする一円周上の複数の位置に回転昇降軸１４をそれぞれ自転および昇降可能に保持するが回転はしないものとし、代わりに、第２部２０を第１部１６の内周側において上記一軸線を中心に回動するものとすることが可能である。この実施形態においては、昇降駆動部材６２の第１係合部６４と第２昇降駆動装置としての第２リニアモータ６０の第２係合部６６とが、複数組の回転昇降軸１４および吸着ノズル２２のうちの１組ずつに、内周側から選択的に係合して昇降させることとなる。それ以外の点については、図６に示した前記実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。

１０：装着ヘッド（電子回路部品装着ヘッド）１２：ヘッド本体１４：回転昇降軸１６：第１部（ヘッド本体の）１８：第１リニアモータ２０：第２部（ヘッド本体の）２２：吸着ノズル２４：昇降軸本体２６：ノズル保持部３０：嵌合穴３２：ノズル保持部材３４：軸部３６：ピン３８：長穴４０：切欠４２：ピン受け部４６：圧縮コイルスプリング５２：ロックスリーブ５４：圧縮コイルスプリング５８：負圧通路６０：第２リニアモータ６２：昇降駆動部材６４：第１係合部６６：第２係合部８６：部品（電子回路部品）９０：制御系９８：下端面(ノズル保持部材の）（ストッパ）１００：吸着ノズル１０２：ノズル本体１０４：先端部材１０６：ボールプランジャ１１０：装着ヘッド１１２：ヘッド本体１１６：ロータ１２０：Ｘスライダ

Claims

ヘッド本体と、
そのヘッド本体に、軸線まわりの回転および軸線に平行な方向の昇降が可能に保持された回転昇降軸と、
その回転昇降軸を前記ヘッド本体に対して回転させる昇降軸回転装置と、
前記回転昇降軸を前記ヘッド本体に対して昇降させる第１昇降駆動装置と、
前記回転昇降軸によりその回転昇降軸に対して相対的に昇降可能かつ回転不能に保持され、電子回路部品を保持する部品保持具と、
前記回転昇降軸および前記部品保持具の外部に設けられ、前記第１昇降装置により回転昇降軸と共に昇降させられる第２昇降駆動装置であって、弾性部材を介することなくかつ部品保持具の回転を許容する状態で部品保持具に係合する保持具係合部を備え、その保持具係合部により部品保持具を回転昇降軸に対して相対的に昇降させ、電子回路部品を回路基材に装着させるものと
を含む電子回路部品装着ヘッド。
前記第１昇降駆動装置が前記ヘッド本体に固定されており、前記回転昇降軸にその回転昇降軸の回転を許容する状態で係合する昇降軸係合部を備えた請求項１に記載の電子回路部品装着ヘッド。
前記保持具係合部が、前記部品保持具に、その部品保持具の昇降方向と交差する方向の離脱を許容する状態で係合する請求項１または２に記載の電子回路部品装着ヘッド。
前記第１昇降駆動装置が、前記回転昇降軸とその昇降回転軸の昇降方向と交差する方向に離脱可能に係合する昇降軸係合部を備え、前記第２昇降駆動装置が、前記ヘッド本体の外部を通って前記回転昇降軸と共に昇降可能、かつ、ヘッド本体に対して昇降方向と交差する方向に相対移動可能な保持部に保持され、前記保持具係合部が、前記部品保持具に、前記昇降軸係合部の回転昇降軸に対する係合，離脱に伴って、係合，離脱可能に係合する請求項１または２に記載の電子回路部品装着ヘッド。
前記ヘッド本体が、前記回転昇降軸を回転および昇降可能に保持する第１部と、前記第１昇降駆動装置および前記第２昇降駆動装置を保持する第２部とを備え、当該部品装着ヘッドが、さらに、それら第１部と第２部とを前記回転昇降軸の昇降方向と交差する方向に相対移動させる相対移動装置を含み、その相対移動装置の作動により、前記保持具係合部および前記昇降軸係合部と、前記部品保持具および前記回転昇降軸とが係合，離脱させられる請求項４に記載の電子回路部品装着ヘッド。
前記ヘッド本体が、一軸線を中心とする円周上の複数の位置に前記回転昇降軸を昇降および回転可能に保持するものであり、かつ、当該電子回路部品装着ヘッドが、さらに、(a)それら複数の回転昇降軸の各々に設けられた複数のピニオンと、(b)それら複数のピニオンに対して共通に設けられたギヤと、(c)そのギヤを回転駆動することにより、前記複数のピニオンを一斉に回転させる回転駆動源とを備え、前記回転昇降軸に相対回転不能に保持された複数の前記部品保持具を一斉に回転させる部品保持具一斉回転駆動装置を含む請求項１ないし５のいずれかに記載の電子回路部品装着ヘッド。
前記回転昇降軸と前記部品保持具との間に、部品保持具を回転昇降軸に対して相対的に上方と下方とのいずれか一方へ付勢する付勢手段が設けられ、前記第２昇降駆動装置が、前記保持具係合部により前記部品保持具に前記付勢手段の付勢力に対向して係合し、その状態で電子回路部品を回路基材に装着させる請求項１ないし６のいずれかに記載の電子回路部品装着ヘッド。