JP2019209405A - フレキシブル回路接続方法、電子機器の生産方法、フレキシブル回路の移動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 曲げコシの強いフレキシブル回路をコネクタへ歩留まり良く移動および挿入する方法および装置を提供する。【解決手段】 吸着部材にてフレキシブル回路を吸着しコネクタへ仮挿入する仮挿入工程と、仮挿入状態の前記フレキシブル回路に対し前記吸着部材とは別の押付部材を前記フレキシブル回路に当接させ摩擦力にてコネクタへ挿入する挿入工程を有するフレキシブル回路接続方法を提供する。【選択図】 図１

Description

本発明は、フレキシブル回路接続装置に関するものであり、特にフレキシブル回路をコネクタへ接続する作業を自動化する方法および装置に関するものである。

物品の生産、とりわけ電子機器の生産には様々な工程があり、各工程の作業を自動化するために種々の装置やロボットが用いられている。それらの工程の中には部品同士を電気的に接続するという工程がある。

電子機器は様々な部品から構成されており、複数の電気基板が組付けられていることが多い。それらの電気基板をつなぐ回路として、配線を施した絶縁性の柔軟素材からなる長尺なフィルムに、端部が電気的に接続可能に構成されたフレキシブル回路が広く使われている。

以下ではフレキシブルプリント基板、フレキシブル回路、フレキ、フレキシブルケーブル等の用語をフレキシブル回路（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｃｉｒｃｕｉｔ）に統一して説明する。

フレキシブル回路を用いた具体的な生産工程の例を挙げると、まずフレキシブル回路を備えた一方の基板において、フレキシブル回路の他端は未接続な状態であるものを準備する。他方の基板においてはコネクタが実装されている。次に、フレキシブル回路の自由端を保持して、保持した状態で移動させ、フレキシブル回路を曲げながら、自由端とコネクタの位置を合わせる。フレキシブル回路の自由端とコネクタの位置を合わせた後に、自由端をコネクタへ挿入して接続することで電気基板を互いに電気的に接続する。このような工程が一般的なものである。

このような工程を自動化するにあたり、特許文献１には、各々にカメラを備えた第１および第２のロボットハンドを備えた装置によるフレキシブル回路の接続方法が開示されている。

具体的には、まずフレキシブル回路の中途部位を第１のロボットハンドで把持する一方で、第２のロボットハンドに設けられたカメラでフレキシブル回路を撮影し、位置情報を得る。その後、緩く把持したままフレキシブル回路の先端へ第１のロボットハンドをすべり移動させて位置決めする。このように第１のロボットハンドにてフレキシブル回路の先端を位置決めしたあと、第１のロボットハンドに備えられたカメラによるフレキシブル回路の位置情報に基づき、第２のロボットハンドによって先端部を把持し、フレキシブル回路の接続工程を実行する。

このように、特許文献１に記載のフレキシブル回路の接続方法は、各々にカメラを備えた第１のロボットハンドと第２のロボットハンドが必要であり、装置の構成が複雑である。また、フレキシブル回路長が短くなるとフレキシブル回路の中途部位を把持することが困難となり、またフレキシブル回路が設けられた電子基板とロボットハンドとの接触リスクが高くなる。上記のような工程の複雑性に加え、特に曲げコシの強いフレキシブル回路においては、曲げコシによる反発力によりすべりが生じることで把持の信頼性が下がり、フレキシブル回路の長短にかかわらず接続工程が不安定となる傾向がある。
そのため、従来の技術においては自動化されたフレキシブル回路の接続工程は、歩留まりが不十分であった。

特開２００５−１１５８０

本発明は簡素な構成で、歩留まり良くコネクタへ移動および挿入することができる方法および装置を提供する。

上記課題を解決するにあたり、
吸着部材にてフレキシブル回路を吸着しコネクタへ仮挿入する仮挿入工程と、
仮挿入状態の前記フレキシブル回路に対し前記吸着部材とは別の押付部材を前記フレキシブル回路に当接させ摩擦力にてコネクタへ挿入する挿入工程を有するフレキシブル回路接続方法を提供する。

また、フレキシブル回路を吸着する吸着手段と、
前記フレキシブル回路に当接する前記吸着手段とは別の押付部材と、
前記吸着手段を移動させる移動手段と、
を有するフレキシブル回路の移動装置を提供する。

上述の特徴的な方法を用いることで、フレキシブル回路をコネクタへ歩留まり良く移動および挿入する方法および装置を提供することができる。

本発明に係る実施例１のフレキシブル回路の移動装置を示す図である。 本発明に係る実施例１のフレキシブル回路の移動装置の動きを示す図である。 本発明に係る実施例２のフレキシブル回路の移動装置を示す図である。 本発明に係る実施例２のフレキシブル回路の移動装置の動きを示す図である。

［実施例１］
以下、図面を参照して詳しく説明する。

図１は実施例１のフレキシブル回路の移動装置を示すものであり、本発明にかかるフレキシブル回路の移動装置の一例を示す。図１において、１０１は不図示のＸＹＺ移動ステージに連結されたＸＹＺ移動ステージ連結部材である。Ｘ方向は図１の左右水平方向、Ｙ方向は図１紙面垂直方向、およびＺ方向は図１の上下鉛直方向とする。ＸＹＺ移動ステージ連結部材１０１にロードセル１０２が連結されている。ロードセル１０２にはロードセル連結部材１０３が連結されており、そのロードセル連結部材１０３にモータ１０４が備わっている。

このモータ１０４の回転により、図中のモータ１０４の回転部に連結されたモータ連結部材１０５、およびこのモータ連結部材１０５に連結された吸着パッド１０６（吸着部材）とカメラ１０７が回転する。これらの各要素がＹ軸を基軸としてＸＺ平面内を一体的に回転するように構成されている。１０８はエアシリンダでありロードセル連結部材１０３に連結されている。エアシリンダの可動部にはシリコン素材のゴム部材１０９（押付部材）が連結されている。

このような構成のフレキシブル回路の移動装置１００を用いて工業製品が有するフレキシブル回路をコネクタに接続する。

図１において、１１１は生産途中の工業製品であり下面基板１１２および上面基板１１３を備えている。

フレキシブル回路１１４の一端は、下面基板１１２に対してフレキシブル回路圧着部１１５にて圧着している。このフレキシブル回路１１４の他端はフレキシブル回路接続部１１６である。またフレキシブル回路１１４は固定部材１１９によって工業製品１１１の側面に固定されている。

上面基板１１３上にはコネクタ接続部１１８を備えたコネクタ１１７が実装されており、フレキシブル回路接続部１１６が接続可能に構成されている。

ロードセル１０２は荷重を測る力覚センサであり、後述するように、フレキシブル回路１１４が上面基板１１３に突き当たるときのＺ方向の荷重（圧縮力）を測ることができる。吸着パッド１０６は不図示の真空発生装置に接続されており、エアシリンダ１０８は不図示の圧縮空気送入装置に接続されていて、フレキシブル回路を真空吸着によって保持することができる。フレキシブル回路１１４は柔軟なため自由姿勢をとる。

図２はフレキシブル回路の移動装置の動きを示す図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）の順に動作する。図２を用いてフレキシブル回路接続部１１６とコネクタ接続部１１８を接続する際のフレキシブル回路の移動装置の動きを以下に説明する。

（ａ）フレキシブル回路の移動装置は、不図示のＸＹＺ移動ステージに設けられたＸＹＺ移動ステージ連結部材１０１の移動によって、フレキシブル回路１１４に対して近接しつつも接触しない位置へ移動する。

（ｂ）モータ１０４の回転によって、吸着パッド１０６はフレキシブル回路１１４と接近する位置へ移動し、あわせてＸＹＺ移動ステージ連結部材１０１のさらなる移動によって吸着パッド１０６とフレキシブル回路１１４は互いに接する。吸着パッド１０６は不図示の真空発生装置により真空を発生させてフレキシブル回路１１４を吸着する。

（ｃ）モータ１０４とＸＹＺ移動ステージ連結部材１０１の移動によって、吸着パッド１０６はフレキシブル回路１１４の表面と上面基板１１３の表面が概ね平行となるように移動する。

（ｄ）ＸＹＺ移動ステージ連結部材１０１の移動によって、吸着パッド１０６はフレキシブル回路１１４の表面と上面基板１１３の表面が接触する方向へ移動する。フレキシブル回路１１４の表面と上面基板１１３の表面が接触すると接触力を生じる。この接触力をロードセル１０２で検出する。その検出値に応じて、ＸＹＺ移動ステージ連結部材１０１の移動は停止する。例えば一定の閾値を設け、その値を超える場合に停止するように構成することができる。

（ｅ）吸着パッド１０６はロードセル１０２の検出した接触力に応じて、ＸＹＺ移動ステージ連結部材１０１の移動によって変位する。すなわち、吸着パッド１０６はフレキシブル回路１１４の表面と上面基板１１３の表面が離れる方向へ移動し、フレキシブル回路接続部１１６とコネクタ接続部１１８の位置を合わせることができる。

ちいさな変形であれば弾性体は力と変形量が比例するため、ロードセルで検知した接触力に基づいて変形量を求めることができ、この変形量と既知の寸法に基づいて位置合わせすることができる。具体的には弾性変形領域では弾性体は、圧縮力（接触力）と圧縮量は比例関係にあり、次の圧縮量の計算式が成り立つ。
δ＝Ｆ＊Ｌ／（Ｅ＊Ａ） δ：圧縮量、Ｆ：圧縮力、Ｌ：部材長さ、Ｅ：縦弾性係数、Ａ：断面積

ここで、事前に本装置を用いて、δ（圧縮量）とＦ（圧縮力）の関係を求める測定を行い、Ｌ／（Ｅ＊Ａ）を弾性定数として求めることができる。フレキシブル回路１１４の厚さの寸法は既知であるため、検出した接触力に基づき、その時点での位置を割り出し、当接されたフレキシブル回路１１４の表面と上面基板１１３の表面との間の距離を算出できる。

この距離とレキシブル回路１１４の厚み、およびコネクタの寸法に基づき、Ｚ方向の正の方向にＸＹＺ移動ステージ連結部材１０１を移動させ、コネクタ接続部１１８のＺ方向高さと位置合わせすることができる。

他方、ＸＹ平面における位置合わせは、カメラ１０７の検出した画像情報に基づいて行うことができる。ＸＹＺ移動ステージ連結部材１０１のＸＹ平面における移動によって、フレキシブル回路接続部１１６とコネクタ接続部１１８の接続幅の位置を合わせる。

（ｆ）ＸＹＺ移動ステージ連結部材１０１の移動によって、吸着パッド１０６はフレキシブル回路接続部１１６とコネクタ接続部１１８の接続方向へ移動し、フレキシブル回路接続部１１６をコネクタ接続部１１８へ仮挿入する。この際の移動量はコネクタ１１７のサイズの規格値より設定する。仮挿入後に、吸着パッド１０６は不図示の真空発生装置により真空を解放させてフレキシブル回路１１４を解放する。

（ｇ）ＸＹＺ移動ステージ連結部材１０１とエアシリンダ１０８の移動によって、ゴム部材１０９が吸着パッド１０６の位置と入れ替わる。

（ｈ）ＸＹＺ移動ステージ連結部材１０１のＺ方向の移動によって、ゴム部材１０９は仮挿入状態にあるフレキシブル回路接続部を押圧する。

ロードセル１０２はゴム部材１０９がフレキシブル回路１１４の表面を押付ける接触力を検出し、所定の検出値を超えたところでＸＹＺ移動ステージ連結部材１０１の移動を停止する。この所定の検出値はゴム部材１０９がフレキシブル回路１１４の間に十分な摩擦力が生じる値となるように設定される。

（ｉ）ＸＹＺ移動ステージ連結部材１０１のＸ方向の移動によって、フレキシブル回路接続部１１６とコネクタ接続部１１８の挿入が進行する方向へ移動し、ゴム部材１０９の摩擦力にてフレキシブル回路接続部１１６をコネクタ接続部１１８へ挿入する。この際の移動量はコネクタ１１７のサイズの規格値より設定する。ゴム部材１０９はゴム素材であるので、挿入が完了している状態で移動が続いたとしても弾性変形してフレキシブル回路１１６とコネクタ１１７を保護できるという効果も期待できる。挿入後にはゴム部材１０９を退避し、接続動作は完了となる。

このように実施例１に記載のフレキシブル回路の移動方法によると、吸着部材とは別の押付部材（ゴム部材１０９）にて挿入工程を実行する。そのため、挿入工程の際にフレキシブル回路が脱落したり、不十分な押圧力で挿入したりする可能性を低減し、コネクタへ歩留まり良く移動および挿入することができる。

なお、本実施例１の構成や各部材などは記載内容に限定されるものではなく、機能を満足すれば、様々な改変を行ってよい。例えば、不図示のＸＹＺ移動ステージはマニピュレータを用いても良い。これによりフレキシブル回路の移動装置の使用環境に合わせて構成を選択できる。エアシリンダ１０８は電動シリンダを用いても良い。カメラ１０７の配置はフレキシブル回路接続部１１６とコネクタ接続部１１８の画像情報を取得できるのであれば他の部位に配置しても良い。また、ロードセル１０２は、ケーブル接続部１１６の高さを検出できるのであれば、光学式の高さセンサを用いても良い。

つまり画像センサ、力センサ、あるいは測距センサを有する構成を用途に応じて選択することができる。

この場合、図２（ｄ）の状態を経ないで、図２（ｅ）の状態に進むことができる。また、光学式の高さセンサでは、基板高さは測定せずに、コネクタ自身を直接測定して、位置関係を取得しても良い。これにより、接続時の高さ合わせを非接触で行うことができる。また、停止位置までの距離が既知の場合は移動距離に応じて停止するように構成してもよい。

上述してきたような構成、動作をすることにより、本発明のフレキシブル回路の移動装置では簡素な構成で自由姿勢なフレキシブル回路を安定してコネクタへ接続することができる。その結果、フレキシブル回路をコネクタへ歩留まり良く移動および挿入することができ、自動化に好適である。

［実施例２］
図３は実施例２にかかるフレキシブル回路の移動装置を示す図である。実施例１と同様の構成については同じ番号を付し説明を省略する。本実施例においては、突き当て板移動用エアシリンダおよび突き当て板をさらに備える点が実施例１と異なる。図３において、３１０はロードセル連結部材１０３に連結された突き当て板移動用エアシリンダである。３１１は突き当て板移動用エアシリンダの可動部に連結された突き当て板（突当部）である。突き当て板移動用エアシリンダ３１０は不図示の圧縮空気送入装置に接続されている。フレキシブル回路１１４は上述の状態であるので自由姿勢であり、自重によるたおれがある場合がある。

図４はフレキシブル回路の移動装置の動きを示す図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）の順に動作する。図中ではフレキシブル回路１１４のたおれを大きく描いている。

（ａ）フレキシブル回路の移動装置は、不図示のＸＹＺ移動ステージが移動することにより、ＸＹＺ移動ステージ連結部材１０１がフレキシブル回路１１４と接触しないものの近接した位置へ移動する。

（ｂ）モータ１０４の回転によって、突き当て板３１１と対向する位置に吸着パッド１０６が配される。

（ｃ）ＸＹＺ移動ステージ連結部材１０１の移動によって、突き当て板３１１と吸着パッド１０６はフレキシブル回路１１４の自由端を挟むように配される。

（ｄ）突き当て板３１１は突き当て板移動用エアシリンダ３１０の移動によって、フレキシブル回路１１４を挟む方向へ移動する。そして、突き当て板３１１はフレキシブル回路１１４を吸着パッド１０６で吸着する際の突き当てとなる。これにより、フレキシブル回路１１４にたおれがあったとしても、フレキシブル回路の姿勢が規制され吸着が安定するという効果がある。吸着パッド１０６は不図示の真空発生装置により真空を発生させてフレキシブル回路１１４を吸着する。

（ｅ）突き当て板３１１は突き当て板移動用エアシリンダ３１０の移動によって、フレキシブル回路１１４より退避する。

（ｆ）のように、吸着パッド１０６はモータ１０４とＸＹＺ移動ステージ連結部材１０１の移動によって、フレキシブル回路１１４の表面と上面基板１１３の表面が平行となるように移動する。この後のフレキシブル回路の移動装置の動きは実施例１と同様のため省略する。

なお、本実施例２の構成や各部材などは記載内容に限定されるものではなく、機能を満足すれば、様々なものが使用可能になる。例えば、ゴム部材移動用エアシリンダ１０８は電動シリンダを用いても良い。突き当て板移動用エアシリンダ３１０は電動シリンダを用いても良い。

上述してきたような構成、動作をすることにより、本発明のフレキシブル回路の移動装置では簡素な構成でたおれのあるフレキシブル回路であっても安定して吸着でき、コネクタへ接続することができる。このような方法をもちいることで生産工程を自動化することも可能となる。

すなわち電子機器の一部を構成するフレキシブル回路を準備し、上記のフレキシブル回路接続方法にてフレキシブル回路をコネクタに接続する工程を実行することで電子機器の生産を自動化することが可能となる。

１０１ ＸＹＺ移動ステージ連結部材
１０２ ロードセル
１０３ ロードセル連結部材
１０４ モータ
１０５ モータ連結部材
１０６ 吸着パッド
１０７ カメラ
１０８ エアシリンダ
１０９ ゴム部材
１１１ 工業製品
１１２ 下面基板
１１３ 上面基板
１１４ フレキシブル回路
１１５ フレキシブル回路圧着部
１１６ フレキシブル回路接続部
１１７ コネクタ
１１８ コネクタ接続部
１１９ 固定部材
３１０ 突き当て板移動用エアシリンダ
３１１ 突き当て板

Claims (9)

1. 吸着部材にてフレキシブル回路を吸着しコネクタへ仮挿入する仮挿入工程と、
   仮挿入状態の前記フレキシブル回路に対し前記吸着部材とは別の押付部材を前記フレキシブル回路に当接させ摩擦力にてコネクタへ挿入する挿入工程を有するフレキシブル回路接続方法。
2. 前記仮挿入状態において前記吸着部材と前記押付部材の位置を入れ替える請求項１に記載のフレキシブル回路接続方法。
3. 前記フレキシブル回路に加わる荷重に基づき、前記フレキシブル回路と前記コネクタの位置を合わせてから前記仮挿入を実行する請求項１または２に記載のフレキシブル回路接続方法。
4. 画像センサあるいは測距センサによる前記フレキシブル回路の位置情報に基づき、前記フレキシブル回路と前記コネクタの位置を合わせてから前記仮挿入を実行する請求項１または２に記載のフレキシブル回路接続方法。
5. 前記フレキシブル回路を突当部に突き当てたあとに前記吸着部材で前記フレキシブル回路を吸着する請求項１乃至４のいずれか１項に記載のフレキシブル回路接続方法。
6. 電子機器の一部を構成するフレキシブル回路を準備する工程と、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載のフレキシブル回路接続方法にて前記フレキシブル回路を前記コネクタに接続する工程と、
   を有する電子機器の生産方法。
7. フレキシブル回路を吸着する吸着手段と、
   前記フレキシブル回路に当接する前記吸着手段とは別の押付部材と、
   前記吸着手段を移動させる移動手段と、
   を有するフレキシブル回路の移動装置。
8. 前記フレキシブル回路が前記吸着手段により吸着される際に前記フレキシブル回路の姿勢を規制する突き当て手段をさらに有する請求項７に記載のフレキシブル回路の移動装置。
9. 画像センサ、力センサ、あるいは測距センサを有する請求項７または８に記載のフレキシブル回路の移動装置。

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