JP4504592B2 - 電子部品のクランプ機構及びクランプ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコンピュータのメイン基板や、家庭で使用する電化製品から工場における製造プラントに至る機器の電子制御に使用される制御基板や、ケーム機のゲーム基板などのいわゆる回路基板を製造する装着機の装着ヘッドに関する。
装着ヘッドは供給ユニット上にあるＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、抵抗、コンデンサ、各種ＩＣなどの電子部品をつかみ、上下方向のＺ軸、水平方向のＸ軸とＹ軸及びＺ軸を中心に回転方向などに移動して、回路基板の上に電子部品を装着する装置であるが、本発明は装着ヘッドのクランプ装置において電子部品をつかむクランプ機構に関する。
特に、高速で電子部品をつかんだり離したりすることを可能とし、底面に足を有する電子部品の足を基板の穴に押し込む機能を有し、さらに基板上に接着剤や溶融半田などの粘性流体が存在する状態においても、高い位置精度で電子部品を基板上に装着することを可能としたクランプ機構及びクランプ装置を提供することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来はクランプ面とあご面とが直角である指で電子部品をつかんでいた。基板上に装着する電子部品には底面に足を有するものがあり、この足を弾性変形させつつ基板に明けた穴にこじ入れるため、あご面で電子部品の上面を押し付ける必要があったからである。
しかし装着速度の高速化の要請は止まるところを知らず、装着位置精度の高精度化の要請は３０μｍｍ以下などと厳しくなり、従来の指を使用したクランプ装置では電子部品を基板上に押し付けた状態で指を開くと、電子部品の上面と指のあご面との間で摩擦力が働き、電子部品が動いてしまうため顧客の求める装着精度が得られなかった。特に基板上に接着剤や溶融半田などの粘性流体が塗布してある場合は電子部品が動きやすく問題であった。
あらかじめ２セットの指を持つクランプ装置として、上面を押す必要がある電子部品の場合はクランプ面とあご面とを有する指を使用し、上面を押す必要のない電子部品の場合はクランプ面だけの指を使用する方法も考えたが、かかる構成とすると装置が高価で複雑な構造となる問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来技術の欠点を除くためなされたものであって、その目的とするところは、同一セットの指で上面を押す必要のある電子部品も上面を押す必要のない電子部品も両方とも装着可能なクランプ機構やクランプ装置を提供することにある。
また他の目的は、電子部品をつかむときにはその上面を押す機能は有するが、離すときにまず上面を押す機能を解除するクランプ機構やクランプ装置とすることにより、基板上に接着剤や溶融半田などの粘性流体が塗布してある場合に高速で作動しても電子部品が動かず、高い位置精度で電子部品を基板上に装着することを可能としたクランプ装置やクランプ機構を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、爪と支持部とベースとで指を構成し、爪はクランプ面とその先端に突起を有するあご面とが互いにほぼ直角に交差する形状を有するものとした。
支持部は、電子部品をつかんでいない状態において垂直面に対しクランプ面を少し傾斜させて取り付け、電子部品をつかんだときには弾性変形してクランプ面がほぼ垂直になるようにした。
そして、クランプ面が電子部品の側面をつかみきったときにあご面の突起が電子部品の上面を押すようにした。
請求項２の発明は、爪と支持部とベースとで指を構成し、爪はクランプ面とあご面との角度が９０度を越える角度で交差する形状を有するものとした。
支持部は、電子部品をつかんでいない状態において垂直面に対しクランプ面を少し傾斜させて取り付け、電子部品をつかんだときには弾性変形してクランプ面がほぼ垂直になるようにした。
そして、クランプ面が電子部品の側面をつかみきったときに電子部品の角部がクランプ面とあご面との交差点に位置するようにした。
請求項３の発明は、２本の指のうち片方の指は、爪と支持部とベースとからなり、爪はクランプ面とその先端に突起を有するあご面とが互いにほぼ直角に交差する形状を有するものとした。
支持部は、電子部品をつかんでいない状態において垂直面に対しクランプ面を少し傾斜させて取り付け、電子部品をつかんだときには弾性変形してクランプ面がほぼ垂直になるようにした。
そして、クランプ面が電子部品の側面をつかみきったときにあご面の突起が電子部品の上面を押すように構成した。
他方の指は、クランプ面とあご面と取付部を有し、クランプ面とあご面との角度が９０度を越える角度で交差する形状とした。
そして、クランプ面が電子部品の側面をつかみきったときに電子部品の角部がクランプ面とあご面との交差点に位置するようにした。
請求項４の発明は上記したクランプ機構のいずれかと直線移動機構と緩衝器とでクランプ装置を構成した。
請求項５の発明は請求項４に記載したクランプ装置において、直線移動機構がリニアモータであることを特徴とするクランプ装置とした。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。本発明にかかるクランプ装置３０はクランプ機構２５、２６、２７、２８のいずれかと、直線移動機構１０と緩衝器としてのバネ１６などで構成する。
そしてクランプ装置３０を、上下方向のＺ軸、水平方向のＸ軸とＹ軸、Ｚ軸を中心に回転方向などに移動させる機能を有する移動装置３１に、バネ１６を介して取り付け全体として装着ヘッドを構成する。
直線移動機構１０はフレーム１１の両面にそれぞれ永久磁石１２とレール１３を取り付け、レール１３により直線方向に移動可能に保持されたガイド１４に可動子１５をそれぞれ取り付けて構成した。
可動子１５はマグネットコイル（図示せず）からなる電機子であって、永久磁石１２からなる界磁に対し電機子を相対運動させるため、マグネットコイルに進行磁界を発生させるように制御して、可動子１５がレール１３上を走行するリニアモータを構成する。そして、可動子１５の下面には指５、６、２１、２２を取り付ける。
【０００６】
請求項１の発明は、爪１と支持部２とベース７とで指２１を構成し、２本の指２１をベース７を介して直線移動機構１０の可動子１５にそれぞれ取り付け、クランプ方向に移動させ電子部品をつかむクランプ機構２５とした。
爪１はクランプ面１ａとその先端に突起１ｃを有するあご面１ｂとが互いにほぼ直角に交差する形状を有するものとした。
支持部２は弾性体としてバネ鋼を使用してなり、電子部品をつかんでいない状態において、垂直面とクランプ面１ａとの角度Ｂが２〜３度となるように、支持部２自体を傾斜させて取り付けた。角度Ｂは１〜４度の範囲とするのが好ましいが、その中でも２〜３度の範囲が最も好ましいからである。
そして、電子部品９をつかむときには支持部２が弾性変形することによりクランプ面１ａがほぼ垂直になり、クランプ面１ａが電子部品の側面９ｂをつかみきったときに、あご面１ｂの突起１ｃが電子部品の上面９ａを押すようにする。
【０００７】
請求項２の発明は、爪３と支持部２とベース７とで指２２を構成し、２本の指２２をベース７を介して直線移動機構１０の可動子１５にそれぞれ取り付け、クランプ方向に移動させ電子部品をつかむクランプ機構２６とした。
爪３はクランプ面３ａとあご面３ｂとの角度Ｃが９２〜９４度となるようにした。角度Ｃは９０度を越え９５度以下となる角度が好ましいが、その中でも９２〜９４度の範囲が最も好ましいからである。
支持部２は弾性体としてバネ鋼を使用してなり、電子部品をつかんでいない状態において、垂直面とクランプ面３ａとの角度Ｂが２〜３度となるように、支持部２自体を傾斜させて取り付けた。角度Ｂは１〜４度の範囲とするのが好ましいが、その中でも２〜３度の範囲が最も好ましいからである。
そして、電子部品９をつかむときには、まず電子部品の角部９ｃが爪のあご面３ｂに接触し、支持部２が弾性変形することによりクランプ面３ａがほぼ垂直になり、電子部品の側面９ｂをつかみきったときには電子部品の角部９ｃが爪のクランプ面３ａとあご面３ｂの交差部３ｃに位置するようにする。
【０００８】
請求項に記載していない発明であるが、２本の指５、６を取付部５ｃ、６ｃを介して直線移動機構１０の可動子１５にそれぞれ取り付け、クランプ方向に移動させ電子部品をつかむクランプ機構２７とした。
指５、６はクランプ面５ａ、６ａとあご面５ｂ、６ｂと取付部５ｃ、６ｃを有し、クランプ面５ａ、６ａとあご面５ｂ、６ｂとの角度Ｄが９２〜９４度となるようにした。角度Ｄは９０度を越え９５度以下となる角度が好ましいが、その中でも９２〜９４度の範囲が最も好ましいからである。
ここで、指５のクランプ面５ａとあご面５ｂは幅を狭く、指６のクランプ面６ａとあご面６ｂは幅の広いものとした。長大な電子部品をつかむときに有利だからである。
そして、電子部品９をつかむときには、まず電子部品の角部９ｃが爪のあご面５ｂ、６ｂに接触し、電子部品の側面９ｂをつかみきったときには電子部品の角部９ｃが爪のクランプ面５ａ、６ａとあご面５ｂ、６ｂの交差部５ｄ、６ｄに位置するようにする。
【０００９】
請求項３の発明はタイプの異なる２本の指２１、６をそれぞれベース７、取付部６ｃを介して直線移動機構１０の可動子１５に取り付け、クランプ方向に移動させ電子部品をつかむクランプ機構２８とした。
片方の指２１は、爪１と支持部２とベース７とからなり、爪１はクランプ面１ａとその先端に突起１ｃを有するあご面１ｂとが互いにほぼ直角に交差する形状を有するものとした。
支持部２は弾性体としてバネ鋼を使用してなり、電子部品をつかんでいない状態において、垂直面とクランプ面１ｂとの角度が２〜３度となるように、支持部２自体を傾斜させて取り付けた。角度Ｂは１〜４度の範囲とするのが好ましいが、その中でも２〜３度の範囲が最も好ましいからである。
そして、電子部品９をつかむときには支持部２が弾性変形することによりクランプ面１ａがほぼ垂直になり、クランプ面１ａが電子部品の側面９ｂをつかみきったときに、あご面１ｂの突起１ｃが電子部品の上面９ａを押すようにした。
他方の指６はクランプ面６ａとあご面６ｂと取付部６ｃを有し、クランプ面６ａとあご面６ｂとの角度が９２〜９４度となるようにした。クランプ面６ａとあご面６ｂの角度は９０度を越え９５度以下となる角度が好ましいが、その中でも９２〜９４度の範囲が最も好ましいからである。
そして、電子部品９をつかむときには、まず電子部品の角部９ｃが爪のあご面６ｂに接触し、つかみきったときには電子部品の角部９ｃが爪のクランプ面６ａとあご面６ｂの交差部６ｄに位置するようにする。
【００１０】
本発明は、上記のように構成されており、以下その作用について説明する。あらかじめ装着ヘッドを装着機の供給ユニットにある電子部品９の真上に移動させて、装着ヘッドのＺ軸下方向に昇降機構を作動させ、電子部品９に対しクランプ機構２５、２６、２７、２８が所定の上下位置関係になるように合わせる。
所定の上下位置関係とは指の種類により異なり、指２１の場合は図４においてｈ１＝ｈ２となるようにする。一方、指２２、５、６の場合は電子部品９をつかむときにその角部９ｃがあご面３ｂ、５ｂ、６ｂに接触する高さ関係にする。
本発明にかかるクランプ装置３０には緩衝器としてバネ１６が取り付けてあるので、指が電子部品の側面９ｂをつかむときに、指２１、２２、５、６と電子部品９との間に、Ｚ軸方向の相対的な位置ずれが発生してもバネ１６が伸縮して緩衝する。
そして、直線移動機構１０の可動子１５のマグネットコイルに進行磁界を発生させ、指２１、２２、５、６をクランプ方向に移動させて電子部品９をつかみ、装着ヘッドのＺ軸上方向に上昇させＸ軸、Ｙ軸方向に移動させる。
回路基板上に搬送する途中において、電子部品９の映像を撮影して本来あるべき位置データと比較して、中心の位置ずれと角度の位置ずれを算出し、基板上に置く位置と角度を修正し修正後の位置と角度に装着ヘッドを停止させる。
その後、装着ヘッドのＺ軸下方向に下降させ電子部品９を基板上に押し付けた後に直線移動装置１０の可動子１５のマグネットコイルに進行磁界を発生させ、指２１、２２、５、６をアンクランプ方向に移動させ電子部品を離す。
【００１１】
請求項１乃至請求項３及び段落番号０００８に記載したいずれの発明も、突起１ｃやあご面３ｂ、５ｂ、６ｂで電子部品の上面９ａや角部９ｃを押し付けることができるため、底面に足を有する電子部品の場合に足を弾性変形させつつ基板に明けた穴にこじ入れることが可能である。
請求項１と請求項２の発明では電子部品９を基板上に押し付けた状態で指２１、２２を開くと、両方の爪の先端１ｄ、３ｄで電子部品の側面９ｂを押している状態で突起１ｃ又はあご面３ｂが電子部品の上面９ａや角部９ｃから離れるため電子部品の位置ずれは発生しない。
請求項１と２の発明は指を開くときに１軸動作で済むため高速化が容易となり好ましい。また、請求項１の発明は電子部品の上面が平面の場合に適し請求項２の発明は電子部品の上面に凹部がある場合に適している。ただし、請求項１と請求項２の発明共に幅の広い爪の場合には不向きである、幅広い爪の場合はバネの反力を均一に調整することがが困難となるからである。
段落番号０００８に記載した発明では電子部品９を基板上に押し付けた後に指５、６を開くと同時に装着ヘッドをＺ軸上方向に上昇させる。本発明の指５、６はあご面が傾斜しており、指５、６が水平に開いた場合でも電子部品の角部９ｃからあご面５ｂ、６ｂが離れるが、さらにＺ軸方向にも上昇するため電子部品の角部９ｃがあご面５ｂ、６ｂと接触することはなく、電子部品の位置ずれは発生しない。また、剛性が高いので幅広の指６とすることも可能である。
請求項３の発明では電子部品９を基板上に押し付けた状態で指２１だけをアンクランプ方向に移動させる。その後指６をアンクランプ方向に移動させると同時に装着ヘッドをＺ軸上方向に上昇させる。
このようにすると、指２１のみを開いたときには爪の先端１ｄで電子部品の側面を爪のクランプ面６ａに押し付けた状態で離れ、その後指６が斜め方向に離れるため電子部品の角部９ｃがあご面５ｂ、６ｂと接触することはなく、電子部品の位置ずれは発生しない。
【００１２】
上記実施例では直線移動機構１０としてリニアモータを使用したが、ボールネジを回転させナットを移動させる組合せや、ボールネジを固定しナットを回転させつつ直線移動させる組合せや、ジャッキやサーボシリンダなどで押す構成や、ラックアンドピニオンの組合せで直線移動機構を構成することも可能であり上記した実施例に限定されるものではない。
上記実施例ではバネ鋼製の支持部を使用したが、弾性の高いプラスチック製の支持部やその一部にバネや弾性ゴムなど使用した支持部とすることも可能である。また、支持部自体を傾斜させる代わりに支持部は垂直に取り付け、爪のクランプ面を支持部に対し傾斜させる方法もあり、上記した実施例に限定されるものではない。
また、上記実施例では緩衝器としてバネを使用したが、バネ以外に弾性ゴムを使用したり、空圧・液圧クッションなどを使用することも可能であり上記した実施例に限定されるものではない。
また、上記実施例ではクランプ面とあご面の角度を９５度以下と記載したが、この角度はあご面と電子部品の角部との間に滑りが発生する角度であればもっと大きな角度でもよく、上記した実施例にこだわらない。
【００１３】
【発明の効果】
本発明により２セットの指を持つことなく同一の指で、上面を押す必要のある電子部品も上面を押す必要のない電子部品も両方とも装着可能なクランプ機構及びクランプ装置を提供することができた。
また本発明により指を開くときには、まず電子部品の上面や角部を押す機能を解除するクランプ機構とすることができたため、基板上に接着剤や溶融半田などの粘性流体が塗布してある場合に高速で作動させても電子部品が動かず、高い位置精度で電子部品を基板上に装着することを可能としたクランプ装置を提供することができた。
また、直線移動機構にリニアモータを使用したので、余分な機械要素を必要とせず直接直線的な運動力を得ることができ、シンプルでコンパクトなクランプ装置を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にかかるクランプ装置の１実施例の正面図である。
【図２】 本発明にかかるクランプ装置の１実施例の側面図である。
【図３】 図１のＡ矢視図である。
【図４】 請求項１の発明にかかるクランプ機構の１実施例の正面図を、電子部品をつかもうとする途中の状態を左側に、つかんだ状態を右側に示した。
【図５】 請求項２の発明にかかるクランプ機構の１実施例の正面図を、電子部品をつかもうとする途中の状態を左側に、つかんだ状態を右側に示した。
【図６】 段落番号０００８に記載した発明にかかるクランプ機構の１実施例の正面図を、電子部品をつかもうとする途中の状態を左側に、つかんだ状態を右側に示した。
【図７】 請求項３の発明にかかるクランプ機構の１実施例の正面図を、電子部品をつかもうとする途中の状態を左側に、つかんだ状態を右側に示した。
【符号の説明】
１：爪、１ａ：クランプ面、１ｂ：あご面、１ｃ：突起、２：支持部、３：爪３ａ：クランプ面、３ｂ：あご面、３ｃ：交差部、５：指、５ａ：クランプ面、５ｂ：あご面、５ｃ：取付部、５ｄ：交差部、６：指、６ａ：クランプ面、６ｂ：あご面、６ｃ：取付部、６ｄ：交差部、７：ベース、９：電子部品、９ａ：上面、９ｂ：側面、９ｃ：角部、１０：直線移動機構、１１：フレーム、１２：永久磁石、１３：レール、１４：ガイド、１５：可動子、１６：バネ、２１：指、２２：指、２５：クランプ機構、２６：クランプ機構、２７：クランプ機構、２８：クランプ機構、３０：クランプ装置、３１：移動装置

Claims (5)

1. 回路基板に電子部品を装着する装着機におけるクランプ装置のクランプ機構であって、爪と支持部とを有する２本の指をクランプ方向に移動させ電子部品をつかむクランプ機構において、
   前記爪はクランプ面と、突起を有するあご面とを有しており、前記支持部の少なくとも１部は弾性体からなり、電子部品をつかんでいない状態において垂直面に対し前記クランプ面を少し傾斜させて取り付け、
   電子部品をつかんだときには前記支持部が弾性変形することにより、前記クランプ面がほぼ垂直になるようにし、さらに、前記クランプ面が電子部品の側面をつかみきったときに、前記あご面の突起が電子部品の上面を押すように構成したことを特徴とするクランプ機構。
2. 回路基板に電子部品を装着する装着機におけるクランプ装置のクランプ機構であって、爪と支持部とを有する２本の指をクランプ方向に移動させ電子部品をつかむクランプ機構において、
   前記爪はクランプ面とあご面との角度が９０度を越える角度で交差する形状を有しており、前記支持部の少なくとも１部は弾性体からなり、電子部品をつかんでいない状態において垂直面に対し前記クランプ面を少し傾斜させて取り付け、
   電子部品をつかんだときには前記支持部が弾性変形することにより、前記クランプ面がほぼ垂直になるようにし、さらに、前記クランプ面が電子部品の側面をつかみきったときに、電子部品の角部が前記クランプ面と前記あご面との交差部に位置するように構成したことを特徴とするクランプ機構。
3. 回路基板に電子部品を装着する装着機におけるクランプ装置のクランプ機構であって、２本の指をクランプ方向に移動させ電子部品をつかむクランプ機構において、
   片方の指は爪と支持部を有し、前記爪はクランプ面と突起を有するあご面とが互いに交差する形状を有しており、前記支持部の少なくとも１部は弾性体からなり、電子部品をつかんでいない状態において垂直面に対し前記クランプ面を少し傾斜させて取り付け、
   電子部品をつかんだときには前記支持部が弾性変形することにより、前記クランプ面がほぼ垂直になるようにし、前記クランプ面が電子部品の側面をつかみきったときに前記あご面の突起が電子部品の上面を押すように構成し、
   他方の指はクランプ面とあご面を有し、前記クランプ面とあご面との角度が９０度を越える角度で交差する形状であって、前記クランプ面が電子部品の側面をつかみきったときに電子部品の角部が前記クランプ面と前記あご面との交差部に位置するように構成したことを特徴とするクランプ機構。
4. 請求項１乃至請求項３に記載したクランプ機構のいずれかと直線移動機構と緩衝器とからなるクランプ装置。
5. 請求項４に記載したクランプ装置において、直線移動機構がリニアモータであることを特徴とするクランプ装置。

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