专利名称：元件安装头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种其管嘴件可以自由拆装的元件安装头，用于完成诸如向线路板上安装电子元器件之类的元件安装操作。
我们首先参照附图介绍传统的元件安装头。
图8所示的是一种安装装置总体透视图。管嘴件2安装在元件安装头1的前端，用于吸附将向线路板上安装的电子元器件。管嘴件2可以仅通过一次操作安装在元件安装头1上或从其上拆下。管嘴平台3向管嘴件2提供与之相吻合的所要安装的元件。
如上所述，管嘴件2可以在元件安装头1上自由拆装。为实现这一目的，元件安装头1可以设计成如下(1)～(3)三种典型结构。
首先，我们结合图4和图5介绍上述第一种元件安装头及其管嘴件的结构。
图4中，管嘴件4的装配部分4a是一个圆柱体，中间开有空气道11。装配部分4a沿真空棒5的轴线方向可拆卸地安装在真空棒5中的前端部分。图中，真空棒5中沿其轴线方向安装的压缩弹簧17通过压块10向下压真空棒5中的管嘴件4。如图4所示，压块10的接触面10a和装配部分4a的接触面4b都是平面，因此压块10和装配部分4a之间保持面接触。在真空棒5和装配部分4a中形成的空气道11可以使空气产生负压。塞子407压装在接触面4b上以封闭在加工装配部分4a中空气道11时形成的孔。
如图所示，被向下压的管嘴件4能够保持在真空棒5中是由于下述结构。管嘴件4的装配部分4a的外圆表面上沿轴线方向开有一定长度的凹槽401a、401b。凹槽大致成180°分布在装配部分4a的外圆周表面上。压缩弹簧13a、13b沿着与管嘴件4的轴线相垂直的方向将钢珠12a、12b压入到凹槽401a、401b中。如图5所示，一旦压缩弹簧13a将钢珠12a压入凹槽401a并与401a的侧壁403相抵，就会产生一个逆时针方向旋转的力作用于管嘴件4。同时，一旦压缩弹簧13b将钢珠12b压到凹槽401b的底面402上，由于上述旋转力而导致的管嘴件4的转动便受到限制。通过这种结构，防止了管嘴件4绕圆周方向的有害转动。而且，如图所示，由于钢珠12a、12b抵住了凹槽401a、401b的轴端面404，还防止了管嘴件4向下运动并保持在真空棒5中。
下面，我们参照图6讨论前述第二种结构的元件安装头及其管嘴件。
管嘴件14的装配部分14a呈圆柱体，中间开有空气道11。装配部分14a在真空棒15中沿轴线方向可拆卸地安装在其前端。扭簧19沿轴线安装在真空棒15中，以便在管嘴件14圆周方向上压管嘴件14。圆柱体支柱18在真空棒15中沿轴线方向安装在扭簧19和管嘴件14之间。由扭簧19产生的圆周方向旋转力通过支柱18传递给管嘴件14。在管嘴件14和支柱18的接触部分，管嘴件14的形状呈圆锥体而支柱18呈钵状凹槽形，如图所示。管嘴件14和支柱18因而呈面接触。
支柱18的外圆周表面沿轴线方向开有一预定长度的凹槽40。销钉20从真空棒15的外表面插入凹槽40并与之接合，从而限制了支柱18沿圆周方向的转动。装配部分14a的外圆柱表面的一处在整个圆周上开有凹槽405。同时，钢珠16安装在真空棒15上的通孔406中，弹性体17沿与管嘴件14的轴线相垂直的方向向钢珠16施加压力。一旦钢珠16嵌入凹槽405，装配部分14a便不能相对于真空棒15沿轴线方向运动。例如，日本专利特许公报No.7-24357和日本待审专利特许公报No.4-133400已经公开了上述第二种安装头的结构。
现在结合图7，介绍上述第三种元件安装头和管嘴件的结构。图7的结构与图6大致相同，只有一点不同需加以说明。此外，图6与图7中相同零件的标注序号相同。
在图7的结构中，压缩弹簧21取代了图6中的扭簧19。压缩弹簧21向管嘴件14施加一个向下的压力。
下面讨论以上三种结构的缺陷。
具体地说，在图4和图5所示的第一种安装头的结构中，限制管嘴件4绕轴线转动的力取决于压缩弹簧13a、13b的弹性平衡，因而是不稳定的。进而对电子元器件的安装精度产生了不利的影响。另一方面，如果增大压缩弹簧13a、13b的压力以增加限制管嘴件4绕轴线方向转动的强度，则钢珠12a、12b就难以从凹槽401a、401b中退回到真空棒5中，因此管嘴件4就不能仅通过简单的一次操作很容易地安装在元件安装头上或从其上拆下，管嘴件4也很难沿轴线方向滑动。
在图6所示的第二种结构中，扭簧19和支柱18用于对管嘴件施加一个圆周方向的力，以限制其沿圆周方向的有害转动。然而，如果扭簧19的扭矩太小，管嘴件14就可能产生沿圆周方向的转动，从而降低电子元器件的安装精度。反之，如果扭簧19的扭矩太大，支柱18的凹槽40与销钉20之间的摩擦力就会变得过大，管嘴件14就难以沿轴线方向滑动。
此外，在安装支柱18时，很容易产生没有将扭簧19拧紧就装在真空棒15中的错误。
在图7所示上述第三种安装头结构中，由于管嘴件14上没有施加圆周方向的旋转力，支柱18上的凹槽40与销钉20之间不能紧密接触，换句话说，管嘴件14会不时地绕圆周方向转动。
本发明的目的就是为了克服上述缺陷，并提供了一种可以高精度地安装元件的元件安装头。
为了实现上述目的，按照本发明的第一个要点，此处提供了一种元件安装头，包括一个管嘴定位件；一个安装于管嘴定位件上的缓冲件，该缓冲件不能绕其轴线转动并在其一端具有一个第一啮合件；一个通过缓冲件插入并可拆卸地安装在管嘴定位件上的管嘴件，它可以沿轴线运动，用前端吸附元件，其末端带有第二啮合件并与缓冲件上的第一啮合件相互啮合，由此，通过第一和第二啮合件的啮合，防止了管嘴件绕其轴线方向转动。
按照本发明的第二要点，此处提供了一种根据第一要点提出的元件安装头，其中第一啮合件是一个具有线形啮合边且与第二啮合件线性啮合的凸形件，第二啮合件是一个具有啮合面且与啮合边线性啮合的凹形件。
按照本发明的第三要点，此处提供了一种根据第二要点提出的元件安装头，其中作为第一啮合件的凸形件的横截面为矩形，而作为第二啮合件的凹形件的横截面为V形。
按照本发明的第四要点，此处提供了一种根据第一至第三要点中任何一要点提出的元件安装头，其中缓冲件带有一个压力件，通常将第一啮合件压向第二啮合件，而管嘴定位件带有一个行程限位件，以防止在压力件的作用下，管嘴件与管嘴定位件之间脱离。
按照本发明的第五要点，此处提供了一种根据第四要点提出的元件安装头，其中缓冲件还带有一个紧固在管嘴定位件上而不会相对于管嘴定位件绕轴线转动的外圆柱体，外圆柱体中同轴安装着一个可以象管嘴件一样沿轴线运动的花键轴，花键轴被压力件压向管嘴件一侧。
按照本发明的第六要点，此处提供了一种根据第五要点提出的元件安装头，其中在外圆柱体与花键轴相接触的地方，装有一个滑动件以便花键轴可以沿轴线平滑地运动。
下面通过结合附图对最佳实施例的描述，可以清楚地说明本发明的要点和细节。其中图1是本发明一个实施例中的元件安装头的管嘴件及其附近结构的剖视图；图2是本发明另一个实施例中的元件安装头的管嘴件及其附近结构的剖视图；图3是图1中花键轴的啮合件和管嘴件的啮合件的透视简图；图4是一种传统元件安装头的管嘴件及其附近结构的剖视图；图5是图4中元件安装头沿Ⅲ-Ⅲ方向的剖面图；图6是另一种传统元件安装头的管嘴件及其附近结构的剖视图；图7是另一种不同的传统元件安装头的管嘴件及其附近结构的剖视图；图8是一种安装装置的总体透视图。
在叙述本发明之前，应注意在全部附图中，对应的零件使用对应的序号。
下面结合
本发明的一个实施例中的元件安装头。真空棒23是本发明的要点中管嘴定位件的例子，由花键轴32、外圆柱体33、压缩弹簧24和滑块28组成的部件是缓冲件的例子。而由压缩弹簧25、钢珠26和螺钉27组成的部件是行程限位件的例子。
安装在安装头前端的真空棒23，在图4中对应的是真空棒5，其上面沿轴线方向安装着前面提到的缓冲件501和管嘴件22。下面将参照图1详细说明装在真空棒23中的缓冲件501和装在真空棒23一端部502的管嘴件22。
首先说明缓冲件501。前面提到，缓冲件501是由花键轴32、外圆柱体33、压缩弹簧24、和滑块28组成。
缓冲件的装配孔503沿轴线开在真空棒23中，如图1所示。插入孔220开在真空棒23的一端部502中，位于装配孔503的下面并与之同轴。后面将要提到的管嘴件22滑动插入插入孔220中。
装配孔503中安装的缓冲件501不能相对于真空棒23绕轴线转动(图中的θ指示的是转动方向)。缓冲件501采用所谓的滚动花键，它由花键轴32、外圆柱体33、和带有许多径向排列的钢珠34的滑块28组成，其中花键轴32通过钢珠34沿轴线滑动。应施加预紧力，以防止花键轴32相对于外圆柱体33滑动时产生所谓的游隙。而且键35采用紧配合，以防止外圆柱体33和真空棒23之间产生绕轴线方向的松动(上面的θ方向)。这样，外圆柱体33和花键轴32就不会相对于真空棒23绕轴线转动了(上面的θ方向)。
同时，由于滑块28，花键轴32可以相对于外圆柱体33沿轴线平滑地运动，所以被压缩弹簧24的压力压向管嘴件22。由于花键轴32抵住装配孔503的端面503a，花键轴32不会无限制地压向管嘴件22。
花键轴32上的轴头32a，穿过端面503a上的开口，与管嘴件22相接触。轴头32a的前端部分构成啮合件320。实施例中的啮合件320是一个横截面为矩形的四边形零件，如图3所示。啮合件320上具有线性啮合边321。啮合边321与管嘴件22的啮合件221的啮合面221a之间呈线性啮合，这一点将在后面描述。
下面说明管嘴件22。
上面提到，真空棒23一端部502，沿轴线方向开有一定深度的具有圆形横截面的插入孔220。管嘴件22可滑动地安装在插入孔220中。
管嘴件22呈圆柱体，其中间大致沿轴线开有负压空气道29b。真空棒23中也有一个空气道29a。当管嘴件22安装在插入孔220中，钢珠26如后面所述嵌入凹槽30中时，空气道29a、29b之间就联通了。结果，管嘴件22前端的空气道29b的开口22b就吸起或放下电子元器件。
作为啮合件221与上述花键轴32的啮合件320相啮合的V型槽开在管嘴件22的后端。V型啮合件221具有两个啮合面221a，啮合面221a沿圆柱体管嘴件的径向伸展，如图3所示。啮合面221a与啮合件320的啮合边321线性啮合。
具有特定长度的凹槽30沿轴线方向开在管嘴件22末端的外圆周面上。另一方面，插入孔220的内圆周面220a上开有圆锥孔31，压缩弹簧25沿着与真空棒23的轴线相垂直的方向将钢珠26的一部分球面压入锥孔31。一旦管嘴件22插入并装进插入孔220中，则突出的钢珠26就嵌入到凹槽30之中。从真空棒23外面拧入的螺钉防止压缩弹簧25从真空棒23中滑落出来。
如上所述，一旦钢珠26嵌入凹槽30，管嘴件22就可以在凹槽30允许的长度范围内沿轴线滑动，以完成元件安装操作。也就是说，由于钢珠26的球面与凹槽30的后端面30a相抵，使得管嘴件22沿箭头方向Ⅰ的运动被限制在一定的范围内；同时，由于钢珠26的球面碰到凹槽30的前端面30b，管嘴件22沿箭头Ⅱ方向的运动也被限制在一定范围内。
由于花键轴32被压缩弹簧24压向管嘴件22一端，嵌入凹槽30的钢珠26使得管嘴件22保持在插入孔220中，花键轴32的啮合件320也就在压力的作用下与管嘴件22的啮合件221保持接触。花键轴32的啮合件320因而与管嘴件22的啮合件221保持啮合。更具体地说，花键轴32的啮合件320的啮合边321与管嘴件22的啮合件221的啮合面221a之间呈线接触啮合，因而如前所述花键轴32绕轴线方向的转动受到了控制。结果，在管嘴件22的啮合件221与花键轴32的啮合件320保持啮合的状态下，防止了管嘴件22绕轴线的转动。因此，管嘴件22在绕轴线方向上受到很好的定位，可以以很高的精度在线路板上安装电子元器件。
尽管图3中的实施例中的啮合件320是方形的，但实际不限于此。例如，可以将啮合件320的横截面做成与啮合件221的V型横截面相适应的形状，如图2所示。也就是说，可以将啮合件320和啮合件221做成任意形状，只要当他们互相啮合时，在绕轴线方向上不会产生间隙即可。
下面将讨论上述带有缓冲件501和管嘴件22结构的元件安装头的操作情况。
与传统元件安装头的操作相似，当向电路板上安装电子元器件时，元件安装头用其管嘴件22前端的开口22b吸起并夹住电子元器件，移动到电路板的相应安装位置上然后放下。由于在花键轴32上的压缩弹簧24和钢珠26的压缩弹簧25的作用，管嘴件22可以伸缩，这样管嘴件22在吸起和放下电子元器件时对元器件产生的冲击得到了缓冲。
当钢珠26嵌入到凹槽30中时，管嘴件22插入到真空棒23的插入孔220中，如图1所示，花键轴32的啮合件320被压缩弹簧24的压力压向管嘴件22的啮合件221，因而与啮合件221保持啮合。如前所述，当啮合件320与啮合件221保持啮合时，就防止了管嘴件22绕轴线的转动。
如上所述，由于管嘴件22绕轴线方向很好定位，也就保证了电子元器件在电路板上安装的高精度。
当管嘴件22插入到插入孔220中后，其沿轴线方向的位置是由将花键轴32压向管嘴件22一端的压缩弹簧24的压力与将钢珠26压向凹槽30端面的压缩弹簧25的压力之间的关系决定的。在图1和图2所示的状态下，管嘴件22所处的位置是由钢珠26与凹槽30的后端面30a相接触所决定的。
以下说明更换管嘴件22的方法。
为了将管嘴件22从真空棒23上拆下，应使钢珠26的球面抵住凹槽30的后端面30a，而管嘴件22沿箭头Ⅰ方向用力拉。结果是钢珠26克服压缩弹簧25的压力退回到真空棒23中，即钢珠26不再嵌入凹槽30。因此，管嘴件22可以方便地从真空棒23上拆下。
为了将另一个管嘴件22-1装入到真空棒23中，应使钢珠26的位置与所要安装的新的管嘴件22-1的凹槽30的位置相吻合，管嘴件22-1插入到插入孔220时产生的力将钢珠压回到真空棒23中。与上面所介绍的管嘴件22的情形相似，一旦钢珠嵌入凹槽30，管嘴件22-1装在真空棒23中，就可以防止管嘴件22-1绕轴线转动。
由于管嘴件22是通过钢珠26与凹槽30之间的配合而被限定在插入孔220中的，只要沿插入孔220的轴线方向拉出或插入管嘴件22就可以方便地更换管嘴件。
在前面的实施例中，键35作为定位件，用于将缓冲件501的外圆柱体33固定在真空棒23上。也可以使用定位螺钉或其它类似方法。
换一种方法，还可以将缓冲件501的外圆柱体33和真空棒23作成一体，而不使用键35。
在实施例中，选择了电子元器件作为管嘴件22吸附并向电路板上安装的元件，实际上的元件并不限于电子元器件。同样，承载安装的对象也不限于电路板。
如上所充分描述的，根据本发明，缓冲件安装在管嘴定位件上且不能绕其轴线转动。而且，缓冲件的一端具有啮合件，而管嘴件末端的啮合件又与上面的啮合件相互啮合。通过这种啮合，防止了管嘴件绕轴线的转动，因而管嘴件在绕轴线方向上得到了很好的定位。元件的安装可以达到很高的精度。
这里全面参照并引述了业已完全公开的日本专利申请公告，申请号为No.8-165877，申请日期为1996年6月26日。其内容包括说明书、权利要求书、附图和摘要。
尽管本发明已经结合附图对最佳实施例作了详细的说明，还必须指出，工艺上的各种变化或修改对于那些有经验者而言是轻而易举的。这些变化或修改都要被理解成包含于由附加的权利要求书所限定的本发明的范围之内，除非能够脱离本发明。
权利要求
1.一种元件安装头，其特征在于，包括一个管嘴定位件(23)；一个安装于管嘴定位件上的缓冲件(501)，该缓冲件不能绕其轴线转动并在其一端具有一个第一啮合件(320)；一个通过缓冲件插入并可拆卸地安装在管嘴定位件上的管嘴件(22)，它可以沿轴线运动，用前端吸附元件，其末端具有第二啮合件(221)并与缓冲件上的啮合件相互啮合，由此，通过第一和第二啮合件的啮合，防止了管嘴件绕其轴线方向转动。
2.根据权利要求1所述的元件安装头，其特征在于，第一啮合件(320)是一个具有线形啮合边(321)且与第二啮合件(221)线性啮合的凸形件，第二啮合件(221)是一个具有啮合面(221a)且与啮合边线性啮合的凹形件。
3.根据权利要求2所述的元件安装头，其特征在于，作为第一啮合件的凸形件的横截面为矩形，而作为第二啮合件的凹形件的横截面为V形。
4.根据权利要求1～3中任一权利要求所述的元件安装头，其特征在于，所述缓冲件带有一个压力件(24)，通常将第一啮合件(320)压向第二啮合件(221)，而管嘴定位件带有一个行程限位件(25,26,27)，以防止在压力件的作用下，管嘴件与管嘴定位件之间脱离。
5.根据权利要求4所述的元件安装头，其特征在于，所述缓冲件还带有一个紧固在管嘴定位件上而不会相对于管嘴定位件绕轴线转动的外圆柱体(33)，外圆柱体中同轴安装着一个可以象管嘴件一样沿轴线运动的花键轴(32)，该花键轴被压力件压向管嘴件一侧。
6.根据权利要求5所述的元件安装头，其特征在于，在外圆柱体与花键轴相接触的地方，装有一个滑动件(28)以便花键轴可以沿轴线平滑地运动。
全文摘要
一个安装在真空棒(23)中的缓冲件(501)且不能相对于真空棒绕轴线转动。缓冲件的一端具有啮合件(320),与之相啮合的啮合件(221)处于管嘴件(22)的后端。通过啮合件的啮合,可以防止管嘴件绕轴线方向转动。
文档编号H05K13/04GK1222290SQ97195577
公开日1999年7月7日 申请日期1997年6月24日 优先权日1996年6月26日
发明者古屋浩, 内田完司, 成清和彦, 奥田修 申请人:松下电器产业株式会社