JP2006269793A - 電子部品のクランプヘッド及び部品実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大小幅寸法の異なる電子部品にクランプ爪を面接触させて確実に把持することができる電子部品のクランプヘッドの提供する。
【解決手段】部品実装装置の搭載ヘッドに装着され、部品供給装置から電子部品Ｃを把持して基板上に搭載する電子部品Ｃのクランプヘッド２であって、支軸３１ｂを中心に回動可能に設けられ、駆動手段により開閉動作する一対のアーム３１Ａ，３１Ｂと、各アーム３１Ａ，３１Ｂの先端部に回動可能にそれぞれ取り付けられたサブアーム３２Ａ，３２Ｂと、各サブアーム３２Ａ，３２Ｂの先端部にそれぞれ回動可能に取り付けられた一対のクランプ爪３３Ａ，３３Ｂとを備えた構成としてある。
【選択図】図４

Description

本発明は、開閉式のクランプ爪によって電子部品を把持する電子部品のクランプヘッド、及びこれを備えた部品実装装置に関し、特に、大小幅寸法の異なる電子部品にクランプ爪を面接触させて確実に把持することができる電子部品のクランプヘッド及び部品実装装置に関する。

図７は従来の部品実装装置（チップマウンタ）の主要部を示す斜視図である。同図において、部品実装装置１００は、図示しないプリント基板の搬送手段１１０の両側に部品供給ステージ１２０を配設するとともに、該部品供給ステージ１２０に図示しない多数の部品供給装置を配設し、作業塔１３０の搭載ヘッド１３１によって、これら部品供給装置の電子部品を、前記プリント基板上の所定位置に搭載する構成となっていた。

作業塔１３０は、移動レール１４１と固定レール１４２，１４３に沿ってＸＹ方向に移動可能となっており、搭載ヘッド１３１の先端に、部品供給ステージ１２０の電子部品を真空吸着するための吸着ノズルを備えている。

また、プリント基板に搭載される電子部品は、小さなものから大きなものまで、その寸法が多様である。したがって、大きさの異なる電子部品を吸着するために、口径の異なる（吸着力が異なる）複数種類の交換用ノズルを保持したノズルストッカー１５０が部品実装装置１００内に配設してある。

ここで、電子部品のピックアップの方法としては、吸着ノズルによる真空吸着が一般的であるが、電子部品の形状によっては真空吸着に適さない種類の電子部品もある。このような場合は、吸着ノズルに換えて、電子部品を機械的にクランプするクランプヘッドが用いられる。クランプヘッドは、開閉式のクランプ爪によって電子部品を挟み込むものである。

従来のクランプヘッドとして、例えば、特開２０００−２６１１９４号では、図８に示すようなものが提案されている。図８は特開２０００−２６１１９４号のクランプヘッドを示す断面図である。

同図において、従来のクランプヘッド２００は、主としてテーパシャンク部２２０とクランプ機構部２１０により構成してある。テーパシャンク部２２０のテーパ面２２０ａは、図示しない搭載ヘッドの装着ブロック２０７に設けた装着孔に嵌合する。また、テーパシャンク部２２０には、吸引孔２２０ｂが設けてあり、前記搭載ヘッドに装着した状態で、装着ブロック２０７に設けた吸引孔２０７ａと連通する。

吸引孔２２０ｂの下部は、テーパシャンク部２２０に設けた内孔２２０ｃと連結してあり、内孔２２０ｃは、クランプ機構部２１０のブロック２１２に設けた内孔２１２ｄとともに、ピストン２３０の動作室を形成している。ピストン２３０の下部には、ロッド２３０ａが結合されており、ロッド２３０ａには、２つのクランプ部材２６０，２６０がピン２４０によって回動自在に結合してある。

吸引孔２０７ａから真空吸引すると、ピストン２３０が負圧によって上方に移動し、一対のピン支点２５０，２５０を中心に、各クランプ部材２６０の下端部のクランプ爪２６０ａは相互に接近する方向に水平移動する閉動作を行う。また、吸引孔２０７ａからの真空吸引を解除すると、ピストン２３０が下降して各クランプ部材２６０のクランプ爪２６０ａが開動作を行う。したがって、各クランプ部材２６０のクランプ爪２６０ａの間に電子部品を位置させて、吸引孔２０７ａから真空吸引することにより、各クランプ爪２６０ａにより電子部品を機械的にクランプすることができる。
特開２０００−２６１１９４号公報

ところが、上述した従来のクランプヘッド２００では、把持する電子部品の幅寸法によっては、該電子部品の側面に一対のクランプ爪２６０ａを垂直に面接触させることができず、安定的に把持することができないという問題があった。すなわち、従来のクランプヘッド２００は、一対のクランプ部材２６０のそれぞれに一定角度のクランプ爪２６０ａを一体的に設け、両クランプ部材２６０を閉じたときに一対のクランプ爪２６０ａの把持面が垂直になって対向する構成となっていた。

このため、把持する電子部品の幅寸法が、垂直になって対向する各クランプ爪２６０ａの把持面の間隔よりも大きい又は小さい場合は、各クランプ爪２６０ａが「ハ」の字又は逆「ハ」の字の如く、電子部品の側面に対して傾斜をもって接触することとなり、電子部品の側面に各クランプ爪２６０ａを面接触させて確実に把持することができなかった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、大小幅寸法の異なる電子部品にクランプ爪を面接触させて確実に把持することができる電子部品のクランプヘッド、及びこれを備えた部品実装装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電子部品のクランプヘッドは、部品実装装置の搭載ヘッドに装着され、部品供給装置から電子部品を把持して基板上に搭載する電子部品のクランプヘッドであって、支軸を中心に回動可能に設けられ、駆動手段により開閉動作する一対のアームと、各アームの先端部に回動可能に取り付けられ、各アームを閉じた状態としたときに、前記電子部品に面接触する把持面を有する一対のクランプ爪とを備えた構成としてある。

好ましくは、前記一対のアームの先端部に、それぞれサブアームを回動可能に設けるとともに、各サブアームの先端部に、それぞれ前記一対のクランプ爪を回動可能に取り付けた構成とする。

好ましくは、前記一対のクランプ爪を、各アーム又は各サブアームの先端部に交換可能に取り付けた構成、又は、前記一対のサブアームを、各アームの先端部に交換可能に取り付けた構成とする。

好ましくは、前記一対のクランプ爪によって前記電子部品を把持するときに、該電子部品の上面に当接して各クランプ爪の把持位置を規制する突起部を、前記一対のアームの間に垂下するように突設した構成とする。

好ましくは、前記搭載ヘッドの吸引孔に連通する中空状の動作室を内部に有するハウジングと、該ハウジングの動作室内に上下動可能に収納されたピストンと、該ピストンの前記吸引孔と反対側の面に突設されたピストンロッドとを備え、前記ピストンロッドの進退運動を駆動源にして、前記一対のアームを開閉動作させる構成とする。

また、上記目的を達成するために、本発明の部品実装装置は、上記構成からなるいずれかの本クランプヘッドをその搭載ヘッドに備えた構成としてあり、好ましくは、前記搭載ヘッドに装着された吸着ノズルと前記クランプヘッドとの交換可能とした構成とする。

本発明の電子部品のクランプヘッド及び部品実装装置によれば、開閉動作する一対のアームと、電子部品を把持する一対のクランプ爪とを別個の部材とし、各アームの先端部に各クランプ爪を回動自在に取り付けたことにより、把持する電子部品の幅寸法に応じて各クランプ爪が独自に回動する。これによって、大小幅寸法の異なる電子部品に各クランプ爪を面接触させて確実に把持することができる。

また、各アームにサブアームを回動自在に設けた場合は、全体としての回動箇所が増大し、各クランプ爪が電子部品の幅寸法に応じて、より柔軟に接触角度の調整を行うことができるようになる。

以下、本発明の一実施形態に係る電子部品のクランプヘッド及び部品実装装置について、図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の一実施形態に係る電子部品のクランプヘッドを備えた部品実装装置の主要部を示す平面視概念図である。図２は本発明の一実施形態に係る電子部品のクランプヘッドを示す側面図である。図３及び図４は上記クランプヘッドの構成及び開閉動作を示す断面図である。なお、図１に示す本部品実装装置において、上述した従来技術と同様の箇所については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図１において、本実施形態の部品実装装置（チップマウンタ）１は、固定レール１４２，１４３上に２本の移動レール１４１Ａ，１４１Ｂを備え、各移動レール１４１Ａ，１４１Ｂにそれぞれ作業塔１３０Ａ，１３０Ｂを備えた構成となっている。各作業塔１３０Ａ，１３０Ｂの図示しない搭載ヘッドには、図２に示す本クランプヘッド２，２がそれぞれ装着してある。固定レール１４２，１４３上には、それぞれ移動レール１４１Ａ，１４１Ｂを移動させるためのボールねじが設けてあり、これ同様に移動レール１４１Ａ，１４１Ｂ内にも、各作業塔１３０Ａ，１３０Ｂを移動させるためのボールねじが設けてある。

部品実装装置１のその他の構成は、図７に示す従来の部品実装装置１００と同様となっており、プリント基板１０１の搬送手段１１０の両側に部品供給ステージ１２０を配設するとともに、該部品供給ステージ１２０に多数の部品供給装置１２１（図１では１台ずつ図示している）を配設し、各作業塔１３０Ａ，１３０Ｂの各搭載ヘッドによって、これら部品供給装置１２１の電子部品を、プリント基板１０１上の所定位置に搭載する。

図２において、本実施形態のクランプヘッド２は、主として、ハウジング１０内に開閉自在な一対のアーム３１Ａ，３１Ｂを収納し、これらアーム３１Ａ，３１Ｂの先端部にそれぞれサブアーム３２Ａ，３２Ｂ，クランプ爪３３Ａ，３３Ｂを回動自在に取り付けた構成としてある。

図３及び図４に示すように、ハウジング１０は、その上面に前記搭載ヘッドとの連結部１１が突設してあり、該連結部１１には吸引孔１１ａが穿設してある。該吸引孔１１ａは略円柱形中空状の動作室１２に連通しており、該動作室１２の下側中央には、一対のアーム挿通孔１３Ａ，１３Ｂが連続して開設してある。

該ハウジング１０の動作室１２内には、該動作室１２とほぼ同じ直径の円盤状のシリンダ２１が上下動自在に収納してある。該シリンダ２１の下面には、短い円柱状のピストンロッド２２が突設してあり、該ピストンロッド２２には、アーム挿通孔１３Ａ，１３Ｂに挿通された一対のアーム３１Ａ，３１Ｂの後端部が、駆動伝達ピン３１ａを介して回動自在に取り付けてある。

各アーム３１Ａ，３１Ｂは、ともに板状部材を水平方向と垂下方向に略９０°曲折した構成としてあり、ほぼ中間点に位置する曲折部分を、それぞれ支軸３１ｂ，３１ｂを介してハウジング１０内に回動自在に取り付けてある。各アーム３１Ａ，３１Ｂの先端には、回動軸３２ａ，３２ａを介してサブアーム３２Ａ，３２Ｂがそれぞれ回動自在に取り付けてある。さらに、これらサブアーム３２Ａ，３２Ｂの先端には、回動軸３３ａ，３３ａを介してクランプ爪３３Ａ，３３Ｂがそれぞれ回動自在に取り付けてある。

各サブアーム３２Ａ，３２Ｂは、アーム３１Ａ，３１Ｂとクランプ爪３３Ａ，３３Ｂの間に回動自在に介在して、各クランプ爪３３Ａ，３３Ｂの電子部品Ｃに対する把持動作をより柔軟にするためのものであり、各サブアーム３２Ａ，３２Ｂの長さによって、各クランプ爪３３Ａ，３３Ｂの電子部品Ｃに対する把持位置が決まる。

また、各クランプ爪３３Ａ，３３Ｂ自体も回動自在となっており、把持する電子部品Ｃの幅寸法に応じて、各サブアーム３２Ａ，３２Ｂとともに柔軟に回動動作し、常にその把持面３３ｂ，３３ｂを該電子部品Ｃの側面に面接触させて把持することができる。さらに、各クランプ爪３３Ａ，３３Ｂの把持面３３ｂ，３３ｂの形状，面積は、把持する電子部品Ｃの大きさや高さ等の寸法に応じて決定される。

ここで、本実施形態では、サブアーム３２Ａ，３２Ｂ及びクランプ爪３３Ａ，３３Ｂの各回動軸３２ａ，３３ａを着脱自在とすることにより、寸法の異なる電子部品Ｃに応じた種々のサブアーム３２Ａ，３２Ｂ及びクランプ爪３３Ａ，３３Ｂに交換可能なアタッチメント部品としてある。

例えば、図２に示すサブアーム３２Ａ，３２Ｂ及びクランプ爪３３Ａ，３３Ｂを、図５に示す長尺のサブアーム５１Ａ，５１Ｂ、及び面積の小さいクランプ爪５２Ａ，５２Ｂに変更することができる。これにより、本クランプヘッド２により種々の電子部品Ｃを把持可能となって汎用性が大幅に拡大する。

また、ハウジング１０の下面中央には、所定高さの円柱状の突起部４０が、一対のアーム３１Ａ，３１Ｂの間に垂下するように突設してある。該突起部４０は、一対のクランプ爪３３Ａ，３３Ｂによって電子部品Ｃを把持するときに、該電子部品Ｃの上面に当接して各クランプ爪３３Ａ，３３Ｂの把持位置を規制する。これにより、各クランプ爪３３Ａ，３３Ｂの把持面３３ｂが、常に電子部品Ｃの最適位置を把持するようにしてある。

上記構成からなるクランプヘッド２は、前記搭載ヘッドへの装着前において、図１に示す部品実装装置１のノズルストッカー１５０に収納されており、該ノズルストッカー１５０に収納された図６に示すような種々の吸着ノズル３と交換可能となっている。すなわち、本クランプヘッド２のハウジング１０に突設した連結部１１の外径を、該ノズル３の連結部３ａと同一寸法としてあり、これら吸着ノズル３と同様に、前記搭載ヘッドの装着部に対する互換性をもたせてある。

次に、上記構成からなる本実施形態の部品実装装置１及びクランプヘッド２の動作について、図１、図３及び図４を参照しつつ説明する。
図１において、まず、部品実装装置１の搬送手段１１０により搬送されてきたプリント基板１０１が所定の部品実装位置に位置決めされると、各作業塔１３０Ａ，１３０Ｂが移動して、各ノズルストッカー１５０から搭載する電子部品に応じた吸着ノズル３を前記搭載ヘッドに装着する。次いで、吸着ノズル３により各部品供給装置１２１から電子部品を真空吸着し、カメラ１６０上で位置を確認、補正してプリント基板１０１上に実装する。

吸着ノズル３による真空吸着が困難な電子部品をプリント基板１０１上に実装する場合は、該吸着ノズル３を図３に示すクランプヘッド２に交換する。該クランプヘッド２は、吸着ノズル３と同様に各ノズルストッカー１５０の所定位置に収納してある。

クランプヘッド２への交換は、吸着ノズル３の交換と同様に各作業塔１３０Ａ，１３０Ｂがノズルストッカー１５０に移動して、前記搭載ヘッドが昇降動作することにより行われる。まず、前記搭載ヘッドの装着孔に装着された吸着ヘッド３をノズルストッカー１５０の収納部に保持させて取り外し、該装着孔に別の収納部に収納されたクランプヘッド２の連結部１１を係合させて、該クランプヘッド２を前記搭載ヘッドに装着する。

これにより、該クランプヘッド２が部品実装装置１の真空回路系に接続され、連結部１１の吸引孔１１ａを介して、動作室１２内の空気圧を負圧又は正圧とすることによってシリンダ２１が上下動し、このときのピストンロッド２２の進退運動を駆動源にして、一対のアーム３１Ａ，３１Ｂが開閉動作するようになる。

次いで、クランプヘッド２による電子部品の把持動作について説明すると、図３に示すように、ハウジング１０内の動作室１２に圧縮空気を供給することによって、ピストン２１が押し下げられ、そのピストンロッド２２に取り付けた駆動伝達ピン３１ａの下方への移動とリンクして、一対のアーム３１Ａ，３１Ｂが各支軸３１ｂを支点とした開動作をする。これにより、サブアーム３２Ａ，３２Ｂを介して一対のクランプ爪３３Ａ，３３Ｂが開いた状態となる。

なお、各アーム３１Ａ，３１Ｂを開動作させるための圧縮空気は、開状態を一定期間維持させるために連続的に供給されるもの、又は短時間の開状態を得るために一時的に供給されるもののいずれであってもよい。

このように一対のクランプ爪３３Ａ，３３Ｂを開いた状態にして、前記搭載ヘッドを電子部品Ｃに向かって下降させると、ハウジング１０の下面中央に突設した突起部４０の先端が電子部品Ｃの上面に当接し、該電子部品Ｃに対する各クランプ爪３３Ａ，３３Ｂの把持位置が規制される。

次いで、図４に示すように、ハウジング１０内の動作室１２を真空吸引すると、ピストン２１が吸い上げられ、そのピストンロッド２２に取り付けた駆動伝達ピン３１ａの上方への移動とリンクして、一対のアーム３１Ａ，３１Ｂが各支軸３１ｂを支点とした閉動作をする。

これにより、サブアーム３２Ａ，３２Ｂを介して一対のクランプ爪３３Ａ，３３Ｂが閉じた状態となる。このとき、把持する電子部品Ｃの幅寸法に応じて、各サブアーム３２Ａ，３２Ｂとともに、各クランプ爪３３Ａ，３３Ｂが柔軟に回動動作し、常にその把持面３３ｂ，３３ｂが該電子部品Ｃの側面に面接触する。その後、前記搭載ヘッドが上昇して、クランプヘッド２に把持された電子部品Ｃの位置を図１に示すカメラ１６０上で確認、補正してプリント基板１０１上に実装する。

このような本実施形態に係るクランプヘッド２、及びこれを備えた部品実装装置１によれば、開閉動作する一対のアーム３１Ａ，３１Ｂと、電子部品Ｃを把持する一対のクランプ爪３３Ａ，３３Ｂとを別個の部材とし、各アーム３１Ａ，３１Ｂの先端部に各クランプ爪３３Ａ，３３Ｂを回動自在に取り付けたことにより、把持する電子部品Ｃの幅寸法に応じて各クランプ爪３３Ａ，３３Ｂが独自に回動する。これによって、大小幅寸法の異なる電子部品Ｃに各クランプ爪３３Ａ，３３Ｂを面接触させて確実に把持することができる。

また、各アーム３１Ａ，３１Ｂにサブアーム３２Ａ，３２Ｂを回動自在に設けてあるので、全体としての回動箇所が増大し、各クランプ爪３３Ａ，３３Ｂが電子部品Ｃの幅寸法に応じて、より柔軟に接触角度の調整を行うことができるようになる。

なお、本発明に係るクランプヘッド及び部品実装装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、各サブアーム３２Ａ，３２Ｂと各クランプ爪３３Ａ，３３Ｂの双方を回動自在としたが、把持する各種電子部品Ｃの幅寸法のばらつきが小さい場合などは、これらサブアーム３２Ａ，３２Ｂ又は各クランプ爪３３Ａ，３３Ｂのいずれか一方のみを回動自在とした構成としてもよい。また、ハウジング１０から垂下する突起部４０は、本発明の必須の構成要件ではなく、特に必要がない場合は省略してもよい。

本発明の一実施形態に係る電子部品のクランプヘッドを備えた部品実装装置の主要部を示す平面視概念図である。 本発明の一実施形態に係る電子部品のクランプヘッドの側面図である。 上記クランプヘッドの開動作状態を示す断面図である。 上記クランプヘッドの閉動作状態を示す断面図である。 上記クランプヘッドのサブアーム及びクランプ爪を、他のサブアーム及びクランプ爪に交換した状態を示す側面図である。 上記クランプヘッドと交換可能に作業ヘッドに装着される吸着ノズルを示す側面図である。 従来の部品実装装置の主要部を示す斜視図である。 特開２０００−２６１１９４号のクランプヘッドを示す断面図である。

符号の説明

１ 部品実装装置（チップマウンタ）
２ クランプヘッド
１０ ハウジング
１１ 連結部
１１ａ 吸引孔
１２ 動作室
１３Ａ，１３Ｂ アーム挿通孔
２１ シリンダ
２２ ピストン
３１Ａ，３１Ｂ アーム
３１ａ 駆動伝達ピン
３１ｂ 支軸
３２Ａ，３２Ｂ，５１Ａ，５１Ｂ サブアーム
３２ａ 回動軸
３３Ａ，３３Ｂ，５２Ａ，５２Ｂ クランプ爪
３３ａ 回動軸
３３ｂ 把持面
４０ 突起部
Ｃ 電子部品

Claims (8)

1. 部品実装装置の搭載ヘッドに装着され、部品供給装置から電子部品を把持して基板上に搭載する電子部品のクランプヘッドであって、
   支軸を中心に回動可能に設けられ、駆動手段により開閉動作する一対のアームと、各アームの先端部に回動可能に取り付けられ、各アームを閉じた状態としたときに、前記電子部品に面接触する把持面を有する一対のクランプ爪とを備えたことを特徴とするクランプヘッド。
2. 前記一対のアームの先端部に、それぞれサブアームを回動可能に設けるとともに、各サブアームの先端部に、それぞれ前記一対のクランプ爪を回動可能に取り付けたことを特徴とする請求項１記載のクランプヘッド。
3. 前記一対のクランプ爪を、各アーム又は各サブアームの先端部に交換可能に取り付けたことを特徴とする請求項１又は２記載のクランプヘッド。
4. 前記一対のサブアームを、各アームの先端部に交換可能に取り付けたことを特徴とする請求項１〜３記載いずれか記載のクランプヘッド。
5. 前記一対のクランプ爪によって前記電子部品を把持するときに、該電子部品の上面に当接して各クランプ爪の把持位置を規制する突起部を、前記一対のアームの間に垂下するように突設したことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載のクランプヘッド。
6. 前記搭載ヘッドの吸引孔に連通する中空状の動作室を内部に有するハウジングと、該ハウジングの動作室内に上下動可能に収納されたピストンと、該ピストンの前記吸引孔と反対側の面に突設されたピストンロッドとを備え、前記ピストンロッドの進退運動を駆動源にして、前記一対のアームを開閉動作させることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載のクランプヘッド。
7. 請求項１〜６いずれか記載の電子部品のクランプヘッドをその搭載ヘッドに備えたことを特徴とする部品実装装置。
8. 前記搭載ヘッドに装着された吸着ノズルと前記クランプヘッドとの交換可能としたことを特徴とする請求項７記載の部品実装装置。

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