JPH0582998A

JPH0582998A - 部品取付装置

Info

Publication number: JPH0582998A
Application number: JP3113475A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Uchiumi; 典之内海
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 1991-05-17
Filing date: 1991-05-17
Publication date: 1993-04-02

Abstract

(57)【要約】【目的】電子部品を吸着するノズルが設けられたノズ
ルヘッドを有し、このノズルを回転かつ上下動させ、ま
た、ノズルヘッドを水平移動させることにより、基板上
に半導体チップ等の電子部品を位置決めて取付ける部品
取付装置において、前記ノズルの回転と上下動を駆動す
るための駆動伝達系の剛性を向上して高速化を図るとと
もに、この伝達系の伝達誤差を低減し搭載精度を向上さ
せる。【構成】前記ノズルの回転と上下動を駆動する回転形
モータと円筒形リニアモータとを前記ノズルヘッドにお
ける前記ノズルと同軸上に設け、これらモータの可動子
と前記ノズルとが一体となって回転あるいは上下動する
構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子回路基板の製造工
程において、半導体チップ等の電子部品を基板に取付け
るのに用いられる部品取付装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電子回路基板の製造工程におい
て、基板上に半導体チップ等の電子部品を位置決めて取
付ける装置として、部品を真空吸着するノズルと、この
ノズルヘッドを回転自在かつ上下動自在に支持するノズ
ルヘッドとを有し、前記ノズルを上下させかつ回転さ
せ、また、前記ノズルヘッドを前後左右に移動させるこ
とにより、部品を位置決めて取付ける部品取付装置が知
られている。

【０００３】そして、従来、この種の部品取付装置にあ
っては、ノズル回転用のモータとノズル上下動用のモー
タとをノズル軸とは平行であるが同軸上にない位置に配
していた。また、ノズル回転用モータの出力軸はタイミ
ングベルト等でノズル軸に連結されてこれにより駆動力
が伝達される構成とされ、一方、ノズル上下動用モータ
の出力軸の回転はボールねじ等で直線運動に変換されて
ノズル軸に伝えられてノズル軸が上下動する構成とされ
ていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このため、各モータか
らノズル軸までの動力の伝達系は、多数の伝達要素によ
り構成されることになり、しかも、剛性が比較的低くか
つバックラッシが大きいタイミングベルトやボールねじ
が使用されるため、前記伝達系の固有振動数が低く応答
性に限界があるという問題があった。また、これら各伝
達要素の伝達誤差（ピッチ誤差，バックラッシュ）が集
積してノズルの位置決め誤差となって現れるので、位置
決め精度の向上にも限界があった。

【０００５】さらに、モータをノズル軸と平行にずらし
た位置に配しているため、ノズルヘッドの設置面積（水
平方向の大きさ）が大きくかつ高重量となり、特にノズ
ルを複数個持つ多ヘッド方式にすると、ノズルヘッドの
前後左右の移動応答性が下がるとともに、ノズルヘッド
の有効な動作範囲が減少するという問題があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の部品取付装置
は、部品を着脱自在に保持するノズルを回転自在かつ上
下動自在に支持するノズルヘッドを有し、該ノズルヘッ
ドを水平方向に移動させることにより、部品を位置決め
して取付ける部品取付装置において、前記ノズルの回転
と上下動を駆動する回転形モータと円筒形リニアモータ
とを前記ノズルヘッドにおける前記ノズルと同軸上に設
け、これらモータの可動子と前記ノズルとが一体となっ
て回転あるいは上下動する構成としたことを特徴として
いる。

【０００７】

【作用】上記構成であると、ノズルの回転又は上下動を
駆動する各モータからノズルまでの動力の伝達系は、少
数の伝達要素により構成することができ、しかも剛性が
比較的低くかつバックラッシが大きいタイミングベルト
やボールねじは不要となる。このため、前記伝達系の固
有振動数を高めてノズルの回転又は上下動の応答性を従
来の限界を越えて向上させることができるとともに、前
記伝達要素の伝達誤差を低減して位置決め精度も向上さ
せることができる。また、各モータをノズルと同軸上に
配置する構成であるため、ノズルヘッドの大きさが特に
水平方向に小型になりかつ軽量になる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を図１，図２に基
づいて説明する。図１は本発明を適用した部品取付装置
の斜視図であり、図中符号１は基台、符号２は各部の動
作を制御するコントローラ、符号３は部品を着脱自在に
保持して鉛直軸（θ軸）回りに回転させるとともに上下
方向（Ｚ軸方向）に移動させるノズルヘッド（本例では
２ヶ設置）、符号４はノズルヘッド３をＸＹ方向（水平
方向）に移動させるＸＹロボット、符号５は操作盤を示
している。

【０００９】図２は、ノズルヘッド３の縦断面図であ
る。このノズルヘッド３は、部品を吸着するためのノズ
ル１９を有し、このノズル１９と同軸上に回転形モータ
６と円筒形リニアモータ１１とが配設されたもので、こ
れらモータ６，１１により前記ノズルの回転あるいは上
下動が駆動される構成とされたものである。

【００１０】この場合、回転形モータ６は、永久磁石同
期形サーボモータであり、これは、永久磁石（可動子）
７，コイル（固定子）８，回転軸９，回転角センサ１
０，ケース６ａよりなる。永久磁石７は回転軸９に固定
され、回転軸９はモータ６の外枠を構成するケース６ａ
に軸受６ｂ，６ｂにより軸支されている。この回転形モ
ータ６は、回転角センサ１０より出力される回転軸９の
θ軸回りの回転角に応じた信号に基づき、コントローラ
２内のサーボコントローラによって制御されて、任意の
角度に回転軸９を回転させるものである。なお、回転軸
９は、中空軸とされ、ケース６ａからそれぞれ上下に突
出するその両端のうち、先端（下端）が円筒型リニアモ
ータ１１内に伸びている。

【００１１】また、円筒形リニアモータ１１は、コイル
可動形リニアサーボモータであり、これは、ヨーク（固
定子）１２，永久磁石１３，コイル（可動子）１４，変
位センサ１５，直動軸１６（ノズル軸），リニアブッシ
ュ１７，ケース１１ａよりなり、回転形モータ６の下側
に配置されているものである。この円筒形リニアモータ
１１の外枠であるケース１１ａは、前記回転形モータ６
のケース６ａの下端に固定されたもので、これらケース
６ａと１１ａは一体に形成されていてもよい。

【００１２】ここで、直動軸１６は、前記回転軸９の下
端側に連なるように配されて、リニアブッシュ１７を介
してケース１１ａに回転かつ上下動自在に支持されてい
るものである。この直動軸１６は、中空状に形成された
もので、その基端（上端）はボールスプライン１８によ
り前記回転軸９の先端に連結され、その先端には前記ノ
ズル１９が設けられている。また、直動軸１６の軸方向
の略中央部の外周には、永久磁石１３の内側に伸びる冠
状部１６ａが形成され、この冠状部１６ａの先端にコイ
ル１４が固定されている。さらに、直動軸１６内には、
前記回転軸９の先端が嵌合する中径部１６ｂが形成さ
れ、この中径部１６ｂの内面に取付けられたＯリング２
０によりこの嵌合部が密封される構成となっている。

【００１３】また、変位センサ１５は、前記冠状部１６
ａを介してコイル１４の上下方向の変位のみを検出し、
コイル１４の鉛直軸回りの回転に対しては出力値が変化
しないものである。なお、円筒形リニアモータ１１も、
この変位センサ１５の出力信号をフィードバック信号と
してコントローラ２内のサーボコントローラによって制
御され、直動軸１６を上下方向の任意の位置に移動させ
るものである。

【００１４】以上のように構成された部品取付装置にお
いて、回転形モータ６が作動して回転軸９が回転する
と、この回転はボールスプライン１８により直動軸１６
に伝えられるので、この直動軸１６，コイル１４及びノ
ズル１９が回転軸９とともに鉛直軸回りに回転すること
になる。一方、円筒形リニアモータ１１が作動すると、
前記鉛直軸回りに回転しているといないとにかかわら
ず、直動軸１６は、その中径部１６ｂの嵌合部あるいは
ボールスプライン１８を介した連結部において回転軸９
に対して摺動しつつ上下動する。そして、このように直
動軸１６が回転軸９に対して摺動しても、これら直動軸
１６と回転軸９の内部はＯリング２０によって気密を維
持して連通した状態にあるので、回転軸９の基端部を吸
引装置あるいは加圧装置のいずれかに択一的に接続して
やれば、ノズル１９の先端に部品を吸着し、あるいは吸
着した部品を離脱させることができる。

【００１５】したがって、上記の如く構成された部品取
付装置によれば、以下のようにして従来同様部品を位置
決めして電子回路基板等への搭載が行える。まず、ＸＹ
ロボット４でノズルヘッド３を水平方向における吸着位
置へ移動させ、ノズル１９を部品の吸着角度（鉛直軸回
りの角度）に合うよう回転形モータ６で回転させ、さら
に吸着高さになるよう円筒形リニアモータ１１で上下動
させる。その後回転軸９の内部を減圧しノズル１９で部
品を吸着する。そして、ノズル１９を上方に上げ、搭載
時の部品角度にノズル１９を回転させ、ＸＹロボット４
でノズル３を搭載位置へ移動させて、ノズル３を搭載高
さに下ろし回転軸９内部の圧力を上げ部品をノズル１９
から離せば、部品を搭載することができる。

【００１６】そして、この部品取付装置であると、回転
形モータ６からノズル１９（直動軸１６）への駆動力の
伝達系を構成する伝達要素は、ボールスプライン１８の
みであり、また、円筒形リニアモータ１１からノズル１
９（直動軸１６）への駆動力の伝達は、直結により行わ
れている。このため、これら伝達系における伝達誤差が
極めて小さく、上記部品搭載時においては、ノズル１９
の回転あるいは上下動の位置決めは極めて精度高く行う
ことができるという効果が奏される。

【００１７】以上説明した第１実施例は、ノズルヘッド
３において、各モータ６，１１自体（すなわち、ケース
６ａ，１１ａ等）が回転せず、回転軸９が上下動しない
という特徴を有するものであるが、本発明はこれに限ら
れず各種の態様があり得る。以下、ノズルヘッドの構成
の他の例を説明する。なお、ノズルヘッド以外の構成は
上記第１実施例と同様でよい。

【００１８】図３は、本発明の第２実施例のノズルヘッ
ド３Ａの構成を示している。このノズルヘッド３Ａは、
やはり、前記回転形モータ６あるいは円筒形リニアモー
タ１１とそれぞれ同様な構成の回転形モータ２１あるい
は円筒形リニアモータ２２をノズル軸２４と同軸上に配
設してなるもので、第１実施例と同様にノズル軸２４の
基端に回転軸２３の先端をＯリング２６で密封して嵌合
させたものであるが、以下の特徴を有する。

【００１９】すなわち、各モータ２１，２２のケース２
１ａ，２２ａは互いに分離して独立しており、回転軸２
３の先端側外周がキー２４ａによりケース２２ａに相対
回転を拘束された状態で連結されているとともに、ノズ
ル軸２４がボールスプライン２５を介して摺動のみ可能
な状態でケース２２ａに支持された構成とされて、ノズ
ル回転時には円筒形リニアモータ２２全体が回転軸２３
又はノズル軸２４とともに回転する点に特徴を有する。

【００２０】この第２実施例の構成であると、前述した
第１実施例と同様の効果に加え、ノズル軸２４が円筒形
リニアモータ２２の固定子である永久磁石や変位センサ
に対して回転しないので、回転することにより発生する
軸力や変位センサの出力が変化するような種類のモータ
も円筒形リニアモータ２２として使用できるという利点
がある。

【００２１】図４は、本発明の第３実施例のノズルヘッ
ド３Ｂの構成を示している。この、ノズルヘッド３Ｂ
は、やはり、前記回転形モータ６，円筒形リニアモータ
１１と同様な構成の回転形モータ２７，円筒形リニアモ
ータ２８をノズル軸３０と同軸上に配設してなるもの
で、第２実施例と同様に円筒形リニアモータ２８全体が
ノズル軸３０とともに回転するものであるが、以下の特
徴を有する。

【００２２】すなわち、ノズル軸３０の基端が、回転形
モータ２７の中空な回転軸２９の内部を隙間を有して貫
通させられ、回転形モータ２７の上方に突出して、吸引
装置等に接続される接続部を構成している点である。そ
して、ノズル軸３０は、先端がボールスプライン３１を
介して円筒形リニアモータ２８のケース２８ａに支持さ
れ、基端がリニアブッシュ３２を介して回転形モータ２
７のケース２７ａに支持されて、回転及び上下動するよ
うになっている。

【００２３】この第３実施例の構成であると、前記第１
実施例あるいは第２実施例と異なり、回転軸とノズル軸
との相互間における摺動がないという利点があり、ま
た、上述のようにノズル軸３０は上下両方に突出し、こ
の上下両端がそれぞれ上下動あるいは回転するため、ノ
ズルヘッドを上下を反対にして使用することも可能であ
るという効果がある。

【００２４】図５は、本発明の第４実施例のノズルヘッ
ド３Ｃの構成を示している。このノズルヘッド３Ｃは、
回転形モータ６と同様な回転形モータ３３の内側に、円
筒形リニアモータ１１と同様な円筒形リニアモータ３４
を配置することにより、これらモータ３３，３４をノズ
ル軸３５と同軸上に配設したものである。すなわち、円
筒形リニアモータ３４のケース３４ａが回転形モータ３
３のケース３３ａの内側に軸支され、回転形モータ３３
の回転子である永久磁石はこのケース３４ａの外周に固
定されている。そして、ノズル軸３５は、その先端側が
ボールスプライン３６を介して、また基端側がリニアブ
ッシュ３７を介して、ケース３４ａに支持された構成と
されている。

【００２５】この第４実施例の構成であると、ノズル軸
３５とともに円筒形リニアモータ３４全体が回転し、か
つノズル軸３５が基端側においても回転かつ上下動する
ので、前記第３実施例と同様の効果を奏するとともに、
各モータが同芯円状に配されるからノズルヘッドの上下
方向の長さが短くできるという利点がある。

【００２６】図６は、本発明の第５実施例のノズルヘッ
ド３Ｄの構成を示している。このノズルヘッド３Ｄは、
回転形モータ又は円筒形リニアモータとして永久磁石形
ステップモータを使用し、これら回転形モータ３８と円
筒形リニアモータ３９とを共通のケース３８ａ内の上下
に形成し、かつ、これらモータ３８，３９の出力軸（回
転軸又は直動軸）をノズル軸５２と一体に構成したもの
である。

【００２７】すなわち、基端及び先端がケース３８ａに
リニアブッシュ５３，５４で支持されたノズル軸５２の
外周であって、ケース３８ａ内における上方に、軸方向
の回転子歯４５からなる回転形モータ３８の回転子４４
が形成され、ケース３８ａ内における下方には、周方向
の回転子歯５１からなる円筒形リニアモータ３９の回転
子５０が形成されている。そして、ケース３８ａの内面
であって、回転子４４に対向する位置には、回転形モー
タ３８の固定子を構成する励磁コイル４０，永久磁石４
１，磁極歯４２が設けられ、また、回転子５０に対向す
る位置には、円筒形リニアモータ３９の固定子を構成す
る励磁コイル４６，永久磁石４７，磁極歯４８が設けら
れている。

【００２８】また、ケース３８ａの内面であって、回転
形モータ３８又は円筒形リニアモータ３９の各固定子の
近傍には、各回転子４４，５０にそれぞれ対向する回転
角センサ４３あるいは変位センサ４９が設けられ、各モ
ータ３８，３９はこれらセンサ４３，４９の出力信号を
フィードバッグ信号とし閉ループ制御することにより高
精度なサーボモータとして作動する構成となっている。

【００２９】なお、回転角センサ４３の先端には回転子
歯４５に対応する歯が形成されており、このセンサ４３
は、回転子歯４５間のパーミアンス変化で回転角を検出
するものとされ、回転子歯４５の上下方向の変化に対し
ては不感であり、また、歯間の中間位置も検出できるも
のである。また、変位センサ４９の先端にも可動子歯５
１に対応する歯が形成され、この変位センサ４９も回転
角センサ４３と同様にノズル軸５２の回転には不感で上
下動の変位のみを検出する構成とされている。

【００３０】この第５実施例の構成であると、ノズル軸
５２は、回転形モータ３８が作動するとこの回転形モー
タ３８の出力軸として回転し、円筒形リニアモータ３９
が作動するとこの円筒形リニアモータ３９の出力軸とし
て上下動する。このため、ノズル軸５２の先端のノズル
に吸着された部品は、各モータの出力軸に直結した状態
で回転あるいは上下動させられて極めて高精度に位置決
めされる。すなわち、この例であると、各モータの出力
をノズルの動きとして伝達するための伝達要素は皆無に
なるので、回転についても上下動についても伝達誤差は
ゼロになるのである。なお、この第５実施例であると、
前記第４実施例の場合と同様に、摺動部が無くかつ上下
を逆にして使用することもできるという効果もある。

【００３１】なお、以上五つのノズルヘッドの態様を説
明したが、これらは、同様の思想のもとにさらに変形し
て構成してもよい。まず、ノズルヘッド３，３Ａ，３
Ｂ，３Ｄにあっては、回転形モータを下側に円筒形リニ
アモータを上側に配置することもできる。また、各モー
タの種類は上記各例に限られず、例えば、ノズルヘッド
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃにノズルヘッド３Ｄと同様なステ
ップモータを用いてもよい。また、ノズルヘッド３Ｄに
おいて、外側に円筒形リニアモータを、内側に回転形モ
ータを設けてもよい。

【００３２】

【発明の効果】本発明の部品取付装置であると、ノズル
の回転又は上下動を駆動する各モータからノズルまでの
駆動力の伝達系は、少数の伝達要素により構成すること
ができ、しかも剛性が比較的低くかつバックラッシが大
きいタイミングベルトやボールねじは不要となる。ま
た、各モータをノズルと同軸上に配置する構成であるた
め、ノズルヘッドの大きさが特に水平方向に小型になり
かつ軽量になる。このため、以下のような各種の効果が
奏される。 (1)ノズルの回転及び上下動の駆動系の剛性が高くな
り、従来の限界を越えて部品搭載の高速化が可能にな
る。 (2)部品の位置決め精度が向上する。 (3)ノズルヘッドが小形軽量であるので、ノズルヘッド
を移動させるＸＹロボットの搭載能力が低くても多数の
ノズルヘッドが搭載でき、作業効率が向上する。 (4)複数のノズルヘッドを設けた場合に、各ノズルヘッ
ドの間隔を狭くできるので、小形基板においても同時搭
載が可能となる。 (5)ノズルヘッドにおいて保守点検を必要とする構成部
品が少ないので信頼性が高くメンテナンスも容易であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】部品取付装置全体の斜視図である。

【図２】第１実施例に係わるノズルヘッドの縦断面図で
ある。

【図３】第２実施例に係わるノズルヘッドの縦断面図で
ある。

【図４】第３実施例に係わるノズルヘッドの縦断面図で
ある。

【図５】第４実施例に係わるノズルヘッドの縦断面図で
ある。

【図６】第５実施例に係わるノズルヘッドの縦断面図で
ある。

【符号の説明】

３，３Ａ〜３Ｄノズルヘッド６，２１，２７，３３，３８回転形モータ１１，２２，２８，３４，３９円筒形リニアモータ１９ノズル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】部品を着脱自在に保持するノズルを回転
自在かつ上下動自在に支持するノズルヘッドを有し、該
ノズルヘッドを水平方向に移動させることにより、部品
を位置決めして取付ける部品取付装置において、前記ノ
ズルの回転と上下動を駆動する回転形モータと円筒形リ
ニアモータとを前記ノズルヘッドにおける前記ノズルと
同軸上に設け、これらモータの可動子と前記ノズルとが
一体となって回転あるいは上下動する構成としたことを
特徴とする部品取付装置。