JP5129681B2

JP5129681B2 - 基板固定機構およびこれによる基板固定方法

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Publication number: JP5129681B2
Application number: JP2008195890A
Authority: JP
Inventors: 誠清水
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2008-07-30
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2028-07-30
Also published as: JP2010032405A

Description

本発明は、基板の検査装置や基板の移動装置などにおいて、基板を挟持固定するための基板固定機構およびこの機構による基板固定方法に関するものである。

プリント配線された基板やこれに部品実装された基板を検査する基板検査装置では、基板をあらかじめ位置固定する必要がある。このような基板固定機構が、例えば特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された被検査基板の位置固定機構には、基台上に一側チャック部と他側チャック部とが相互に近接方向に付勢されて配設され、被検査基板を挟み込んで固定している。

この両チャック部には、基板の対向２角を密着支持するコーナー支持片が各々配設されている。この各コーナー支持片には、基板の２辺を下支えする幅狭な庇状に突出した受け部が形成されている。

このように構成することで、基板のサイズが変更されても固定可能で、しかもサイズによらず基板の中心位置を一定に固定可能にしている。

このような基板固定機構で基板を固定する固定方法としては、一例として、両チャック部の間に、基台の下方から補助台を迫り上げる。そこに基板を真空吸着した基板吸着装置が上方から基板を下降させて、真空を大気開放して基板を載置する。この補助台上の基板を、両チャックのコーナー支持片が挟み込んで固定する。

ところが、コーナー支持片には、基板を下支えする庇状の受け部が形成されていることから、この受け部と基板との衝突を防止するため、補助台をこの受け部よりも若干高く迫り上げる必要がある。そのため、受け部によって基板は下支えされていない状態でコーナー支持片によって挟持される。

受け部によって基板が下支えされるために、つまり、受け部に基板が密着するために、一例として、基板吸着装置などで上方から基板を押すことで、受け部まで押し下げることが行われている。

特開２００６−３００４９号公報

このように、従来の基板固定機構を用いるためには、基板の補助台が必要である。また、補助台を上下動させるための工程や、基板を受け部まで押し下げる工程が必要になる。さらに、基板を受け部まで押し下げることから、基板との摩擦で固定機構が摩耗するといった課題もある。

本発明はこれらの課題を解決するためになされたもので、サイズの異なる基板に対応可能でありながら、基板の補助台が不要であるため、装置価格を低減できると共に基板の固定に要する時間を短縮し得る基板固定機構を提供することを目的とする。また、この基板固定機構を用いて、基板の固定に要する時間を短縮化でき、さらに、使用耐用期間を長期化し得る基板固定方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項１に記載された基板固定機構は、平板状の基板の隣接２辺に当接する当接壁および該隣接２辺を下支えする支持爪を有する一方のチャックと、該基板の他の隣接２辺を下支えする載置爪を有する他方のチャックと、該他方のチャック上に該基板方向に進退自在に配置されると共に駆動手段によってその進退を駆動され、該他の隣接２辺に当接して該基板を押圧固定するクランプ片と、該両チャックの各々に孔開け形成された雌ねじに螺合挿通されると共に、該両チャックの各々に螺合する部分の雄ねじの螺旋方向が互いに逆方向に形成されて該雄ねじの回転で該両チャックを移動させるねじロッドと、を備えることを特徴とする。

請求項２に記載された基板固定方法は、平板状の基板の隣接２辺に当接する当接壁および該隣接２辺を下支えする支持爪を有する一方のチャック、および、該基板の他の隣接２辺を下支えする載置爪を有する他方のチャック、の該両爪の上空で、該基板の下面が該当接壁の上端よりも低く、該当接壁の下端よりも高い位置まで、基板吸着装置で吸着した該基板を下降し、該他方のチャック上に該基板方向に進退自在に配置されたクランプ片で該他の隣接２辺を押圧して該クランプ片と該当接壁との間で該両爪から浮いた状態で該基板を挟持し、該基板吸着装置が該基板を解放し、該クランプ片を該当接壁の逆方向に移動させて、該基板を該支持爪および該載置爪上に落下させ、該クランプ片で他の隣接２辺を押圧して、該当接壁との間で該基板を固定することを特徴とする。

請求項３に記載された基板固定方法は、請求項２に記載の基板固定方法であって、前記基板吸着装置で前記基板を下降させる前の準備調整として、前記両チャックの各々に孔開け形成された雌ねじに螺合挿通されると共に、該両チャックの各々に螺合する部分の雄ねじの螺旋方向が互いに逆方向に形成されたねじロッドを、軸周りに回転させ、前記両チャックの間隔を、前記両爪で該基板を支持可能な間隔に調整することを特徴とする。

本発明の基板固定機構によれば、上記のように構成したことにより、サイズの異なる基板に対応可能であり、従来の固定機構を用いるために必要であった下部側から上昇させて基板を支持する補助台が不要になる。このため、補助台およびその駆動機構のコストを削減することができ、装置価格を低減することができる。また、この補助台を上下移動させるための時間が不要であるので、基板を固定するための時間を短縮することができる。

本発明の基板固定方法によれば、従来の固定機構で基板を固定する際のように基板を固定状態で下支えする爪まで押し込む工程が、不要になる。このため、基板を固定するための時間を短縮することができる。さらに、当接壁やクランプ片の摩耗が防止されるため、機器の使用耐用期間を長期化することができる。

また、本発明の基板固定方法によれば、サイズの異なる基板に対応可能であり、同種の多数の基板を順次固定する場合には、サイズに合わせるための予備調整を最初に行うだけでよい。

発明を実施するための好ましい形態

以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

図１には、本発明の基板固定機構の上部から観察した概要図が示されている。図２には、図１のＡ−Ａ断面図が示されている。また、図２では、図２（ａ）〜図２（ｅ）に基板固定機構の使用状態が図示されている。なお、図２では、発明の理解を容易にするために、発明の要部を誇張して図示されている。

図１に示されるように、基板固定機構１は、チャック２、チャック３、クランプ片４、および、ねじロッド５を備え、これらが非図示の基台上に配置されて基板２０を挟持固定する。この固定対象となる基板２０は、一例として、電気部品の実装されるプリント配線基板であって、平板状の正方形状に形成されている。

チャック２は、本発明における一方のチャックの一例であって、基板２０の隣接２辺２０ａに当接する当接壁１１およびこの隣接２辺２０ａを下支えする支持爪１２を有して形成されている。

具体的には、チャック２は、所要に板厚の樹脂で形成されて、その基板２０側（図の左側）は、直角Ｖ字状に開口してその開口端面に、当接壁１１が形成されている。さらにこの開口部のＶ字頂部は、略Ｕ字状に切り欠かれている。したがって、当接壁１１は、Ｖ字開口部のＶ字対辺に分離して形成されて、隣接２辺２０ａの各々の辺の一部に当接可能に形成されている。当接壁１１は、図２に示されるように、基板２０の板厚と略同じ高さで垂直に形成されている。

また、図１，図２（ａ）に示されるように、当接壁１１の下側には、幅狭で庇状に突出すると共にその上面が平端な支持爪１２が形成されている。

チャック３は、本発明における他方のチャックの一例であって、基板２０の他の隣接２辺２０ｂを下支えする載置爪１３を有して形成されている。

具体的には、チャック３は、所要の板厚の樹脂で形成されて、その基板２０側（図１の右側）は、直角Ｖ字状に開口して、この開口部のＶ字頂部は、略Ｕ字状に切り欠かれている。このＶ字開口部のＶ字対辺に分離して、図１，図２（ａ）に示されるように、その上面が平坦な載置爪１３形成されて、隣接２辺２０ｂの各々の辺の一部を下支え可能に形成されている。

図２（ａ）に示されるように、支持爪１２の上面と載置爪１３の上面とは、水平な同一面を構成するように、チャック２，３は非図示の基台上に配置されている。また、図１に示されるように、チャック２，３は、互いの開口部が常に正方形の辺の一部を形成するように、基台上に進退自在に配置されている。

クランプ片４は、図１に示されるように、チャック３の上に基板２０方向に進退自在に配置され、駆動手段の一例である空気圧シリンダ６および引っ張りばね７によってその進退を駆動されて基板２０の隣接２辺２０ｂに当接して基板２０を押圧固定する。

具体的には、クランプ片４は、基板２０の板厚と略同じ厚さの樹脂で形成されて、その基板２０側（図の右側）は、チャック３とほぼ同一の開口部形状に形成されている。このクランプ片４は、その全体形状がチャック３よりも小さく形成されて、チャック３上のレール（非図示）に嵌められて、その開口部形状とチャック３の開口部形状とが常に同一方向に開口して進退可能に配置されている。

空気圧シリンダ６は、圧縮空気の供給でピストンが押し出されるものであり、このピストンがクランプ片４に固定されている。また、クランプ片４には、引っ張りばね７がチャック３との間に架け渡されている。

ねじロッド５は、金属性の円柱棒体に雄ねじが形成されて、両チャック２，３の各々に孔開け形成された雌ねじに螺合挿通されると共に、両チャック２，３の各々に螺合する部分の雄ねじの螺旋方向が逆方向に形成されている。つまり、ねじロッド５の螺合挿通される両チャック２，３の雌ねじの螺旋方向も逆方向に形成されている。

具体的には、チャック２，３には、各々雌ねじのねじ孔が貫通形成された腕部２ａ，３ａが形成されている。腕部２ａ，３ａの雌ねじの螺旋方向は互いに逆方向に形成されている。この腕部２ａ，３ａは、ねじロッド５が挿通されても、ねじロッド５が基板２０に干渉しない位置に形成されている。ねじロッド５は、腕部２ａの雌ねじに螺合される螺合部分５ａの雄ねじと、腕部３ａの雌ねじに螺合される螺合部分５ｂの雄ねじとの螺旋方向が互いに逆方向に形成されている。なお、雌ねじ、雄ねじのピッチは全て同じに形成されている。

また、ねじロッド５には、その軸周り方向に正反転可能な回転手段（非図示）が付されている。この回転手段は、手動式の回転ハンドルや回転量制御可能な電気モータを例示できる。

次に、この基板固定機構による本発明の基板固定方法を説明する。

一例として、基板２０を検査装置で検査するために、基板固定機構１で基板２０を固定する場合についての動作を説明する。

先ず、基板検査を行う前の準備調整として、図１に示されるように、ねじロッド５を回転手段によって回転させ、両チャック２，３の間隔を、両爪１２，１３で基板２０を支持可能な所要の間隔に調整する。この所要の間隔とは、基板２０の隣接２辺２０ａがチャック２の当接壁１１に当接した状態で、他の隣接２辺２０ｂの基板下面縁が支持爪１２の幅と同じ狭幅で載置爪１３によって支持される間隔である。

この際に、螺合部分５ａ，５ｂの雄ねじの螺旋方向が互いに逆方向であるため、ねじロッドを一方向に回転させるとチャック２，３が互いに近づき、逆方向に回転させると互いが遠ざかるように移動する。チャック２，３は同距離だけ移動するので、チャック２，３の中間位置は常に一定である。これにより、異なるサイズの基板を、その中心位置を一定に固定することができる。

この準備調整で、両爪１２，１３の間隔が基板２０を支持可能な間隔に予め狭められることにより、従来の固定機構のように基板２０の下側に補助台が不要になる。

通常、基板検査では同種の基板２０を多数連続して検査を行うが、上記したこの準備調整は、基板２０のサイズが変わらない限り、最初に予め１回調整するだけでよい。

基板検査のために基板２０を固定する際には、最初は空気圧シリンダ６に圧縮空気を供給しない。これにより、引っ張りばね７の付勢力で、図２（ａ）に示されるように、クランプ片４が当接壁１１から遠ざかる方向に駆動されて移動している。

そこに、図２（ａ）に示されるように、基板２０を吸着した基板吸着装置５が、両爪１２，１３の上空で、基板２０の下面（図の下側）が当接壁１１の上端よりも低く、当接壁１１の下端よりも高い位置まで、基板２０を下降させる。

次に、空気圧シリンダ６に圧縮空気を供給してクランプ片４を駆動する。クランプ４は、引っ張りばね７の付勢力に抗しつつ基板２０方向に移動して、図２（ｂ）に示されるように、隣接２辺２０ｂを押圧してクランプ片４と当接壁１１との間で基板２０を挟持する。この際に、基板２０は、両爪１２，１３から浮いた状態で挟持されている。

続いて、図２（ｃ）に示されるように、基板吸着装置５が、吸引していた真空を大気開放して、基板２０を解放し、上方に移動する。この際に、基板２０がクランプ片４と当接壁１１との間で挟持されているため、大気解放の衝撃で基板固定機構１外に基板２０が落下することが防止される。

続いて、空気圧シリンダ６への圧縮空気の供給を停止する。これにより、引っ張りばね７の付勢力で、図２（ｄ）に示されるように、クランプ片４を当接壁１１の逆方向に移動させ、基板２０を支持爪１２および載置爪１３上に自重落下させる。

最後に、図２（ｅ）に示されるように、空気圧シリンダ６に圧縮空気を供給して、クランプ片４で隣接２辺２０ｂを押圧して、当接壁１１との間で基板２０を固定する。これにより、基板固定機構１は、両爪１２，１３で支持しつつ、基板２０を確実に固定することができる。また、従来の固定機構の使用方法と異なり、基板を挟持した状態で両爪１２，１３まで押し込むことが不要になる。

基板２０の検査の終了後には、空気圧シリンダ６への圧縮空気の供給が停止され、クランプ片４が引っ張りばね７の付勢力で基板２０から遠ざかり、基板２０の固定が解除される。

なお、以上は本発明の一実施形態を図示例に基づいて説明したものであり、実施形態はこれに限定されない。例えば、基板２０が正方形状の場合について説明したが、チャック２，３やクランプ片４の形状をそのままで、または変更して挟持可能な形状であれば、基板の形状は長方形状などの略方形状や多角形状であってもよい。

また、当接壁１１が隣接２辺２０ａの各々の辺の一部に当接する例について説明したが、隣接２辺２０ａ全てに当接可能な長さに形成してもよい。クランプ片４も同様に隣接２辺２０ｂの全部に当接可能な長さで形成してもよい。支持爪１２や載置爪１３の長さも同様に隣接２辺２０ａ，２０ｂの全部を支持可能な長さであってもよい。

当接壁１１の高さやクランプ片４の板厚は、基板２０の板厚よりも厚く（高く）形成してもよい。

また、クランプ片４の駆動手段を空気圧シリンダ６および引っ張りばね７によって構成した例について説明したが、直線往復駆動可能な空気圧シリンダのみで構成してもよい。また、油圧シリンダなど各種アクチュエータも用いることができる。また、引っ張りばねでクランプ片４を基板２０に押圧駆動させ、空気圧シリンダでクランプ片４を当接壁１１から遠ざける方向に駆動する構成としてもよい。

本発明を適用する基板固定機構の概要図である。本発明を適用する基板固定機構の使用方法を示す断面図である。

符号の説明

１は基板固定機構、２，３はチャック、２ａ，３ａは腕部、４はクランプ片、５はねじロッド、５ａ，５ｂは螺合部分、６は空気圧シリンダ、７は引っ張りばね、１１は当接壁、１２は支持爪、１３は載置爪、２０は基板、２０ａは隣接２辺、２０ｂは他の隣接２辺である。

Claims

平板状の基板の隣接２辺に当接する当接壁および該隣接２辺を下支えする支持爪を有する一方のチャックと、該基板の他の隣接２辺を下支えする載置爪を有する他方のチャックと、該他方のチャック上に該基板方向に進退自在に配置されると共に駆動手段によってその進退を駆動され、該他の隣接２辺に当接して該基板を押圧固定するクランプ片と、該両チャックの各々に孔開け形成された雌ねじに螺合挿通されると共に、該両チャックの各々に螺合する部分の雄ねじの螺旋方向が互いに逆方向に形成されて該雄ねじの回転で該両チャックを移動させるねじロッドと、を備えることを特徴とする基板固定機構。
平板状の基板の隣接２辺に当接する当接壁および該隣接２辺を下支えする支持爪を有する一方のチャック、および、該基板の他の隣接２辺を下支えする載置爪を有する他方のチャック、の該両爪の上空で、該基板の下面が該当接壁の上端よりも低く、該当接壁の下端よりも高い位置まで、基板吸着装置で吸着した該基板を下降し、
該他方のチャック上に該基板方向に進退自在に配置されたクランプ片で該他の隣接２辺を押圧して該クランプ片と該当接壁との間で該両爪から浮いた状態で該基板を挟持し、
該基板吸着装置が該基板を解放し、
該クランプ片を該当接壁の逆方向に移動させて、該基板を該支持爪および該載置爪上に落下させ、
該クランプ片で他の隣接２辺を押圧して、該当接壁との間で該基板を固定することを特徴とする基板固定方法。
前記基板吸着装置で前記基板を下降させる前の準備調整として、前記両チャックの各々に孔開け形成された雌ねじに螺合挿通されると共に、該両チャックの各々に螺合する部分の雄ねじの螺旋方向が互いに逆方向に形成されたねじロッドを、軸周りに回転させ、前記両チャックの間隔を、前記両爪で該基板を支持可能な間隔に調整することを特徴とする請求項２に記載の基板固定方法。