(57)【要約】本発明は、ラック機構と、駆動ギヤと、モータと、複数のベアリングとを含んだスピンドル構造体駆動システムであって、ラック機構は、他軸方向で運動又は他軸周囲で回転することなく第１軸方向で横運動することを特徴とする。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピンドル構造体駆動システムであって、
複数の歯を有したラック機構と、
前記ラック機構と係合し、該ラック機構に対して第１接点及び第２接点を提供する駆動ギヤと、
前記駆動ギヤに係合し、該駆動ギヤに回転力を提供するモータと、
前記ラック機構と係合する少なくとも第３接点及び第４接点を有して作動するように設計されている複数のベアリングと、を含んでおり、
前記ラック機構は、第１軸方向で横運動することを特徴とするスピンドル構造体駆動システム。
【請求項２】
モータは、サーボモータであることを特徴とする請求項１記載の駆動システム。
【請求項３】
モータに対応するモータ電流は、設置力測定に利用されることを特徴とする請求項１記載の駆動システム。
【請求項４】
駆動ギヤは、本駆動システムの正確な位置決め運動を提供するように作動可能に配置された複数のローラを、さらに含んでいることを特徴とする請求項１記載の駆動システム。
【請求項５】
ラック機構は、第２軸に沿った該ラック機構の横運動を防止する手段を、さらに含んでいることを特徴とする請求項１記載の駆動システム。
【請求項６】
ローラは、複数のベアリングと調和して作動し、第３軸でのラック機構の横運動を防止することを特徴とする請求項３記載の駆動システム。
【請求項７】
複数のベアリングは、２つのベアリングであり、該２つのベアリングは、さらにラック機構の第２軸周囲での回転を防止することを特徴とする請求項１記載の駆動システム。
【請求項８】
ラック機構の横運動を防止する手段は、ラック機構の第３軸周囲での回転を、さらに防止することを特徴とする請求項４記載の駆動システム。
【請求項９】
ローラの作動式位置決めは、第１軸周囲でのラック機構の回転を防止することを特徴とする請求項１記載の駆動システム。
【請求項１０】
コンポーネント配置装置であって、
本装置によって回路板を移送する手段と、
複数のコンポーネントから選択する手段と、
複数の真空スピンドルと、を含んでおり、
前記真空スピンドルのそれぞれは、請求項１記載の駆動システムを含んだ駆動システムを有することを特徴とするコンポーネント配置装置。
【請求項１１】
複数の歯を有したラック機構を利用するステップと、
駆動ギヤを前記ラック機構と回転式に係合させるステップと、
前記ラック機構と回転式に係合する複数のベアリングを利用するステップと、
回転力を提供するモータを前記ラック機構で作動する駆動ギヤと係合させることで第１軸方向にて前記ラック機構を運動させるステップと、を含んでおり、
前記複数のベアリング及び前記駆動ギヤは、第２軸並びに第３軸の方向での前記ラック機構の運動を防止することを特徴とする方法。
【請求項１２】
複数のベアリングと駆動ギヤは、第１軸、第２軸及び第３軸の少なくとも１つの軸周囲でのラック機構の回転を防止することを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
モータに対応するモータ電流によって真空ノズルの設置力を測定するステップを、さらに含んでいることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
駆動システムであって、
モータと、
前記モータに作動式に取り付けられた駆動ギヤと、
前記駆動ギヤと係合し、第１ローラ表面をさらに含んだラック機構と、
前記第１ローラ表面と回転式に係合する２つのベアリングと、を含んでおり、
前記駆動ギヤ及び前記２つのベアリングは、前記ラック機構に少なくとも４つの支点を提供することを特徴とする駆動システム。
【請求項１５】
駆動ギヤは、ラック機構と係合するように設計された少なくとも１つのローラを、さらに含んでいることを特徴とする請求項１４記載の駆動システム。
【請求項１６】
ラック機構は、少なくとも１つのローラと係合するように設計された第２ローラ表面を、さらに含んでいることを特徴とする請求項１５記載の駆動システム。
【請求項１７】
第１ローラ表面と第２ローラ表面は、ラック機構のそれぞれ反対面に沿って提供されていることを特徴とする請求項１６記載の駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント回路板用のコンポーネント配置装置で使用する真空式スピンドルに垂直（上下）運動を提供する低摩擦テトラヘドロン（四面体）型ラック・ピニオン駆動システム並びにその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連技術）
プリント回路板（ＰＣＢ）製造産業で使用するコンポーネント平面配置機で一般的に利用される真空式スピンドルを運動させるための様々な駆動システムが存在する。それらスピンドルの典型的な“上下”運動によってＰＣＢ上にコンポーネントが配置される。
【０００３】
図１の従来技術で示されているように、スピンドル構造体５０は、典型的にはリードスクリュー（親ネジ）駆動システム１００を介して上下運動する。
【０００４】
リードスクリュー駆動システム１００は、モータ１０２、リードスクリュー１０４、ボールナット１０６及びリニア式ベアリング構造体１０８を含む。リニア式ベアリング構造体１０８は、ボールナット１０６に取り付けられ、スピンドル構造体５０は、ブラケット１１２を介在させてリニア式ベアリング構造体１０８に取り付けられている。
【０００５】
リニア式ベアリング構造体１０８は、リニア式ベアリングキャリッジ１０９とリニア式ベアリングレール１１０をさらに含んでいる。モータ１０２がリードスクリュー１０４を回転させるとボールナット１０６は、Ｚ軸方向で移動し、リニア式ベアリングレール１１０に載せられているリニア式ベアリングキャリッジ１０９をＺ軸方向で移動させる。
【０００６】
モータ１０２等のモータ、リニア式ベアリング構造体１０８等のリニア式ベアリング構造体、モータからリニア式ベアリング構造体に駆動力を移転させるベルト式駆動装置及び/又はラック・ピニオン駆動装置（図示せず）のごとき手段を含んだ他の従来技術による駆動システムも存在する。
【０００７】
リニア式ベアリング構造体１０８は、従来技術の駆動システムをＸ軸やＹ軸である横方向には動かさずに、あるいはＸ軸、Ｙ軸又はＺ軸周囲で回転させないことで種々な従来の駆動装置の正確な位置決めを提供する。
【０００８】
図１で図示する駆動システム１００のごときこれら従来技術の駆動システムは、リニア式ベアリング構造体１０８の大きな摩擦のためにモータ１０２等の大型サーボモータを必要とする。このため、駆動システム１００の全体的なサイズと重量は増加し、ノズルの先端で提供される設置力の制御のために特別な手段を必要とする。
【０００９】
さらにリニア式ベアリング構造体１０８は、高価であり、潤滑状態の定期的な保守点検を必要とする。
【００１０】
低コストであって、前述の保守、重量、サイズ及び摩擦の問題の少なくとも１つに対処する配置機用スピンドルに使用する駆動システム並びに使用方法が求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、保守が容易であり、軽量であって摩擦の問題を軽減しており、しかも安価である駆動システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の包括的な特徴において本発明は、複数の歯を有したラック機構と、そのラック機構と係合し、そのラック機構に対して第１接点及び第２接点を提供する駆動ギヤと、その駆動ギヤに係合し、その駆動ギヤに回転力を提供するモータと、ラック機構と係合する第３接点及び第４接点を有して作動するように設計されている複数のベアリングとを含んだスピンドル構造体駆動システムを提供する。
【００１３】
このラック機構は、第１軸方向で横運動をする。
【００１４】
第２の包括的な特徴において、本発明は、複数の歯を有したラック機構を利用するステップと、駆動ギヤをそのラック機構と回転式に係合させるステップと、そのラック機構と回転式に係合する複数のベアリングを利用するステップと、回転力を提供するモータをラック機構で作動する駆動ギヤと係合させることで第１軸方向にてラック機構を運動させるステップとを含んだ方法を提供する。
【００１５】
それら複数のベアリング及び駆動ギヤは、第２軸並びに第３軸の方向でのラック機構の運動を防止する
第３の包括的な特徴において、本発明は、モータと、そのモータに作動式に取り付けられた駆動ギヤと、その駆動ギヤと係合し、第１ローラ表面を含んだラック機構と、その第１ローラ表面と回転式に係合する２つのベアリングとを含む駆動システムを提供する。
【００１６】
この駆動ギヤ及び２つのベアリングは、ラック機構に少なくとも４つの支点を提供する。
【００１７】
本発明の方法と構造とは、コンポーネント平面配置機用スピンドルのための駆動システムとして利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明のいくつかの実施例を詳細に解説するが、それら実施例には、本発明の範囲を逸脱することなく様々な変更を施すことが可能である。
【００１９】
本発明の範囲は、構成部材の数、それらの材料、形状、互いの配置、等々には限定されない。それらは、本発明の単なる例示として解説されている。本発明の特徴と利点は、添付図面に詳細に図示されており、図面で使用される同一参照番号は、同一部材を表している。
【００２０】
図２は、本発明の１実施例による低摩擦テトラヘドロン型ラック・ピニオン駆動システム１０に取り付けられたスピンドル構造体５０の前方斜視図である。このラック・ピニオン駆動システム１０は、コンポーネント平面配置機の真空ノズル６０（スピンドル構造体５０の先端部）に動力を与えることができる。
【００２１】
スピンドル構造体５０は、収容部５２に収容されたスピンドル５１を含む。スピンドル５１は、解放式保持部５５を介して駆動システム１０に取り付けられている。収容部５２の先端には、ノズルアダプタ５４が取り付けられており、真空ノズル６０を取り付けている。シータピン５３がシータモータ（図示せず）に取り付けられており、スピンドル構造体５０をＺ軸周囲で回転させて真空ノズル６０をコンポーネントの配置のために正しいシータポジションに方向付ける。
【００２２】
ラック・ピニオン駆動システム１０は、スピンドル構造体５０をＺ軸方向で運動させる。この実施例では、ラック・ピニオン駆動システム１０は、精密な位置決めを提供して駆動システム１０の摩擦を低減させ、駆動システム１０の保守を容易にするために従来では、普通であった図１で図示するリニア式ベアリング構造体１０８のごときリニア式ベアリング構造体を必要としない。摩擦が小さいため駆動システム１０は、小型サーボモータ８０（図４参照）の利用を可能とし、駆動システム１０の全体サイズと重量を減少させることができる。
【００２３】
さらに駆動システム１０は、リニア式ベアリング構造体の潤滑を必要としないため、駆動システム１０の保守費用が低減される。
【００２４】
参考として提供されている図３には、３本の主軸Ｘ、Ｙ及びＺ並びにＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の周囲の回転を表す回転方向θｘ、θｙ及びθｚが図示されている。
【００２５】
本発明の特徴は、最低数の部品を利用してラック・ピニオン駆動システム１０に１軸（例えばＺ軸）方向でラック機構２０と相対的な運動をさせるが、Ｘ軸やＹ軸の方向には、運動させず、どのθ方向（すなわちＸ軸周囲、Ｙ軸周囲あるいはＺ軸周囲）にも回転させない。
【００２６】
駆動システム１０は、モータ８０と、ラック機構２０と、駆動ギヤ４０と、少なくとも１つのベアリング３０とを含む。駆動システム１０の部材は、共同でユニークな特性を有する低摩擦ラック・ピニオン駆動システムを提供する。それら特性には、この駆動システム１０を通じ、要求される作用のために、例えば小型サーボモータ８０（図４参照）で発生される動力を移動させる部品の数を最低とする設計の優位性が含まれる。１実施例においては、駆動システム１０は、コンポーネント平面配置機の各真空スピンドルに垂直（上下）運動を提供するためにプリント回路板製造産業で普通に用いられるコンポーネント平面配置機内での利用が可能である。駆動システム１０の低摩擦性並びに低重量性は、コンポーネントと回路板の真空ノズル６０の先端で発生される設置力の正確で迅速な測定値としてモータ電流の使用を可能にする。
【００２７】
図６は、ギヤホイール４１周囲に配置された複数の歯４２を含む駆動ギヤ４０を示している。ギヤホイール４１及び軸４３と同軸のピニオンギヤ４４は、同様にその周囲に複数の歯４５を有している。軸４３は、１以上のローラ４６を含んでいる。図示の実施例では、ピニオンギヤ４４及びギヤホイール４１の両方と同軸の２つのローラ４６Ａと４６Ｂが示されている。ローラ４６Ａと４６Ｂは、比較的滑らかな外面４７Ａと４７Ｂを有している。
【００２８】
従って、矢印Ｒ１で表わされるように（図３）、駆動ギヤ４０の回転は、ギヤホイール４１、軸４３、ピニオンギヤ４４及び実施例によってはローラ４６を回転させる。ローラ４６Ａと４６Ｂは、軸４３に固定されているか、あるいは軸４３周囲を自由に独立して回転する。同様に、ローラ４６Ａと４６Ｂは、ピニオンギヤ４４と一体形成されているか、又はピニオンギヤ４４とは別々に形成されている。
【００２９】
図４は、駆動システム１０の底部断面図である。本実施例において軸４３は、トラニオン９０Ａと９０Ｂ内を自由に回転できる。モータ８０は、モータピニオン８１に回転力を提供する。モータピニオン８１のギヤ歯８２は、ギヤホイール４１の歯４２と係合する。このように、モータ８０は、モータピニオン８１へ回転力を提供し、軸を回転させる。
【００３０】
図５Ａと図５Ｂに示すラック機構２０は、第１面２３と第２面２７とを有している。第１面２３は、第２面２７の反対側にある。第１面２３に沿ったラック２１は、同様に複数の歯２５を含む。
【００３１】
ローラ表面延長部２２は、ラック機構２０の第２面２７上に第２表面２８を含んでいる。第２表面２８は、長形であり、形態に応じて長さをラック２１の長さを超えて延長することができる。
【００３２】
ラック２１の第２表面２８とは、第２表面２８に沿ったベアリング表面３１を有する少なくとも１つのベアリング３０（図４）が回転係合する。図示の実施例では、駆動システム１０は、ベアリングを２つ（すなわち３０Ａと３０Ｂ）だけ含んでおり、ベアリング表面３１Ａと３１Ｂをそれぞれ有している。
【００３３】
ベアリング表面３１Ａと３１Ｂは、第２表面２８に沿っている。第２表面２８に隣接し、第２表面２８から延び出る一対の延長部２９Ａと２９Ｂが第２表面２８の両側に提供されている。
【００３４】
延長部２９Ａと２９Ｂは、例えばベアリング３０Ａと３０Ｂのベアリング表面３１Ａと３１Ｂをまたいだ状態で反対側に平行なリップ部として提供されている。
【００３５】
ラック機構２０は、ローラ表面４７を支持する第１表面２４を含むこともできる。第１面２３上の第１表面２４は、共に同様の形状で平行であり、ラック２１の両側に提供された比較的滑らかな表面（例：図４の２４Ａと２４Ｂ）である。第２表面２８に隣接する延長部２９の目的と機能的に同様に、第１表面２４Ａと２４Ｂに隣接して２つの延長部２６Ａと２６Ｂが提供される。延長部２６Ａと２６Ｂは、ローラ面４７Ａと４７Ｂをまたぐように間隔が開いた状態で取り付けられる。
【００３６】
このように、ラック機構２０全体は、運動（例：Ｚ軸方向）の軸から脱落することが防止される。例えば、ローラ４６Ａと４６Ｂは、ベアリング３０Ａと３０Ｂと調和して作動し、ラック機構２０がＹ軸方向に横方向へ移動することを防止する。同様に延長部２６Ａと２６Ｂも延長部２９Ａと２９Ｂと調和して作動し、ラック機構２０がＸ軸方向に横方向へ移動することを防止する。Ｚ軸周囲での回転は、ローラ４６Ａと４６Ｂによって防止することができ、Ｘ軸周囲での回転は、ベアリング３０Ａと３０Ｂによって防止することができ、Ｙ軸周囲での回転は、延長部２９Ａと２９Ｂと調和して作動する延長部２６Ａと２６Ｂによって防止することができる。
【００３７】
図７は、図３に示す低摩擦ラック・ピニオン駆動システム１０の四面体７０を図示している。四面体７０は、４つの交点：Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを有している。点ＡとＢは、それぞれ第２表面２８のベアリング表面３１Ａ及び３１Ｂとの接点である。点Ｃは、ローラ面４７Ａの第１面２４Ａとの接点である。点Ｄは、ローラ表面４７Ｂの第１面２４Ｂとの接点である。Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤ間の接続線は、四面体を形成する。四面体７０の線Ａ━Ｂは、駆動システム１０のＸ軸周囲での回転を防止し、線Ａ━Ｂに沿った延長部２９による横方向の支持は、Ｙ軸周囲での駆動システム１０の回転を防止する。さらに、四面体７０の線Ｃ━Ｄは、駆動システム１０のＺ軸周囲での回転を防止する。このように、四面体７０のごとき最少の接点を有するテトラへデラル形態によって、配置装置のための改良型駆動システムが提供される。
【００３８】
本発明の変形例には、単軸運動、あるいはＹ軸運動又はＸ軸運動が含まれる。
【００３９】
本発明の特定の実施例について説明したが、当業者であればそれら実施例の変形は、可能である。添付の「請求の範囲」には、本発明の範囲内である全ての変形が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、従来技術の駆動システムに取り付けられたスピンドル構造体の前方斜視図である。
【図２】図２は、本発明の実施例による低摩擦テトラヘドロン型ラック・ピニオン駆動システムに取り付けられたスピンドル構造体の前方斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施例による低摩擦テトラヘドロン型ラック・ピニオン駆動システムの拡大前方斜視図である。
【図４】図４は、図３で示す実施例の底部断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の実施例によるラック機構の正面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の実施例によるラック機構の底面図である。
【図６】図６は、本発明の実施例による駆動ギヤの正面図である。
【図７】図７は、図３で示す本発明の実施例の作用を解説するための四面体を図示する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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