JP2019217555A - コネクタ接続用ハンドおよびハンドシステム - Google Patents

Abstract

【課題】フレキシブル基板によって接続されたコネクタと本体部品とを備える部品を簡易に保持し、コネクタを基板に設けられたコネクタに確実に接続する。
【解決手段】本体部品４と、本体部品４から延びるフレキシブル基板５と、フレキシブル基板５に配置された第１コネクタ６とを備える部品Ｗを把持して、被装着基板７の第２コネクタ１０に第１コネクタ６を接続するコネクタ接続用ハンドであって、本体部品４を把持する第１把持部と、第１コネクタ６を把持する第２把持部とを備え、第２把持部が、第１コネクタ６の背面に密着させられる密着面と、密着面よりも突出した位置において第１コネクタ６の背面の吸着を開始し、吸着状態において密着面と面一に配置される位置まで収縮させられる吸着パッドとを備えるコネクタ接続用ハンドである。
【選択図】図２

Description

本発明は、コネクタ接続用ハンドおよびハンドシステムに関するものである。

従来、本体部品と、該本体部品から延びるフレキシブル基板と、該フレキシブル基板に固定された超小型のコネクタとを備える部品を基板に装着する作業は、フレキシブル基板に固定されたコネクタを基板に備えられたコネクタに接続した後に、本体部品の位置決めを行う作業が手作業で行われていた。

なし

しかしながら、上記部品をロボットに装着したハンドによって把持することにより、コネクタの接続作業を自動化する場合に、ハンドによって本体部品およびコネクタの側面を把持する場合には、部品の外形の誤差によってフレキシブル基板に過大な外力が作用する虞がある。一方、ハンドに設けられた吸着パッドによってコネクタを吸着する場合には、弾性体からなる吸着パッドを介してコネクタが把持されるため、力センサによってコネクタに加わる力を精度よく検出することができず、接続作業が困難であるという不都合がある。

本発明は、フレキシブル基板によって接続されたコネクタと本体部品とを備える部品を簡易に保持し、コネクタを基板に設けられたコネクタに確実に接続することができるコネクタ接続用ハンドおよびハンドシステムを提供することを目的としている。

本発明の一態様は、本体部品と、該本体部品から延びるフレキシブル基板と、該フレキシブル基板に配置された第１コネクタとを備える部品を把持して、被装着基板の第２コネクタに前記第１コネクタを接続するコネクタ接続用ハンドであって、前記本体部品を把持する第１把持部と、前記第１コネクタを把持する第２把持部とを備え、該第２把持部が、前記第１コネクタの背面に密着させられる密着面と、該密着面よりも突出した位置において前記第１コネクタの背面の吸着を開始し、吸着状態において前記密着面と面一に配置される位置まで収縮させられる吸着パッドとを備えるコネクタ接続用ハンドである。

本態様によれば、第１把持部により本体部品を把持し、第２把持部により第１コネクタを把持して、被装着基板の第２コネクタに第１コネクタを押し付けて接続する。この場合において、第２把持部が、第１コネクタの背面に吸着パッドを接触させて第１コネクタの背面の吸着を開始すると、吸着パッドが吸引力によって収縮し、第１コネクタの背面を第２把持部に設けられた密着面に引き寄せて密着させる。

第２把持部が、第１コネクタの側面を把持するのではなく、吸着により把持することによって、外形の形状誤差に関わらず、第１コネクタを精度よく把持することができる。また、第２把持部は、第１コネクタを吸着パッドではなく密着面によって支持するので、第１コネクタを第２コネクタに接続する際に第１コネクタに加わる力を力センサによって検出し易くすることができる。これにより、フレキシブル基板によって接続された第１コネクタと本体部品とを備える部品を簡易に保持し、第１コネクタを被装着基板の第２コネクタに確実に接続することができる。

上記態様においては、前記第２把持部の吸着パッドと、該吸着パッドにより背面を吸着された前記第１コネクタとの位置決めを行う第１位置決め部と、該第１位置決め部により位置決めされた前記第１コネクタに対して、前記フレキシブル基板を湾曲させて、前記被装着基板に取り付ける際の前記第１コネクタと前記本体部品との間隔方向の位置決めを行う第２位置決め部とを備え、前記第１把持部および前記第２把持部が、前記第２位置決め部により位置決めされた状態の前記本体部品および前記第１コネクタを把持してもよい。

この構成により、吸着パッドと第１コネクタとの位置決めが第１位置決め部により行われ、第１位置決め部により位置決めされた第１コネクタと本体部品との間隔方向の位置決めが第２位置決め部により行われる。そして、第１把持部および第２把持部が、第２位置決め部により位置決めされた状態の本体部品および第１コネクタを把持することにより、位置決めされた状態の本体部品および第１コネクタを被装着基板にそのまま装着することができる。

また、上記態様においては、前記本体部品が平板状に形成され、前記第２位置決め部が、前記本体部品を厚さ方向に押圧する押圧部と、該押圧部による押圧の進行方向に沿って前記第１コネクタに近接する方向に傾斜し、前記本体部品の端面を接触させる傾斜面とを備えていてもよい。
この構成により、押圧部により、平板状の本体部品を厚さ方向に押圧すると、本体部品の端面が接触する傾斜面によって本体部品が第１コネクタに近接する方向に押圧される。これにより、第２位置決め部により、フレキシブル基板が湾曲して第１コネクタと本体部品とが間隔方向に位置決めされる。

本発明の他の態様は、上記コネクタ接続用ハンドと、位置決め用治具とを備え、該位置決め用治具が、前記第２把持部の吸着パッドと、該吸着パッドにより背面を吸着された前記第１コネクタとの位置決めを行う第１位置決め部と、該第１位置決め部により位置決めされた前記第１コネクタに対して、前記フレキシブル基板を湾曲させて、前記被装着基板に取り付ける際の前記第１コネクタと前記本体部品との間隔方向の位置決めを行う第２位置決め部とを備え、前記第１把持部および前記第２把持部が、前記第２位置決め部により位置決めされた状態の前記本体部品および前記第１コネクタを把持するハンドシステムである。

上記態様においては、前記本体部品が平板状に形成され、前記第２位置決め部が、前記本体部品を厚さ方向に押圧する押圧部と、該押圧部による押圧の進行方向に沿って前記第１コネクタに近接する方向に傾斜し、前記本体部品の端面を接触させる傾斜面とを備えていてもよい。

本発明によれば、フレキシブル基板によって接続されたコネクタと本体部品とを備える部品を簡易に保持し、コネクタを基板に設けられたコネクタに確実に接続することができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係るハンドシステムを示す斜視図である。 図１のハンドシステムにより取り扱うワークと、ワークを装着する被装着基板の一例を示す斜視図である。 図２のワークを被装着基板に装着した状態を示す斜視図である。 図１のハンドシステムのハンド本体の把持部および吸着部を示す斜視図である。 図４の吸着部の動作を説明する縦断面図である。 図１のハンドシステムにおけるハンド本体へのワークの位置決め動作を説明する斜視図である。 図６に後続するハンド本体へのワークの位置決め動作を説明する斜視図である。 図７に後続するハンド本体へのワークの位置決め動作を説明する斜視図である。 図８により位置決めされたワークをハンド本体により被装着基板に向けて移動させる状態を説明する斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係るコネクタ接続用ハンドを示す斜視図である。 図１０のコネクタ接続用ハンドの把持部を示す斜視図である。 図１０のコネクタ接続用ハンドによるワークの位置決め動作を説明する斜視図である。 図１２に後続するコネクタ接続用ハンドへのワークの位置決め動作を説明する斜視図である。

本発明の第１の実施形態に係るコネクタ接続用ハンド２およびハンドシステム１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るハンドシステム１は、図１に示されるように、ロボットの先端に取り付けられるコネクタ接続用ハンド（以下、ハンド本体とも言う。）２と、ロボットの近傍に設置される位置決め用治具３とを備えている。

本実施形態に係るハンドシステム１においては、図２および図３に示されるように、平板状に形成された本体部品４と、本体部品４から延びる帯状のフレキシブル基板５と、フレキシブル基板５に配置された第１コネクタ６とを備えるワーク（部品）Ｗを把持して、外部に固定されている被装着基板７に装着するシステムである。本体部品４は直方体状の形状を有し、厚さ方向の一面（装着面）４ａに被装着基板７に装着するための凸部８が設けられている。

フレキシブル基板５は、本体部品４の一側面に、装着面４ａに平行に配置可能な形態で、一端が固定されている。
第１コネクタ６は、フレキシブル基板５の装着面４ａ側の表面に配置されている。

被装着基板７には、図２に示されるように、本体部品４の凸部８を嵌合させる孔９と、第１コネクタ６を接続する第２コネクタ１０とが並んで配置されている。孔９と第２コネクタ１０との距離は、本体部品４の凸部８と第１コネクタ６との距離よりも短く設定され、フレキシブル基板５を若干湾曲させた状態で、ワークＷを装着させる構造を有している。被装着基板７を、第２コネクタ１０が上向きとなるように設置しておき、第１コネクタ６を下向きにしたワークＷを鉛直下方に押し下げることにより、第１コネクタ６を第２コネクタ１０に接続することができる。

ハンド本体２は、図４に示されるように、ハンドベース１１と、ハンドベース１１に固定された把持部（第１把持部）１２および吸着部（第２把持部）１３とを備えている。把持部１２は、対向配置された２つの爪部１４と、これら爪部１４の間隔を調整可能なシリンダ１５とを備え、本体部品４を幅方向に挟んで把持する。

吸着部１３は、図５に示されるように、第１コネクタ６の背面側のフレキシブル基板５の表面に密着させられる密着面１６と、密着面１６よりも突出した位置において第１コネクタ６の背面側のフレキシブル基板５の表面の吸着を開始し、吸着状態において密着面１６と面一に配置される位置まで収縮させられる吸着パッド１７とを備えている。また、吸着パッド１７は、例えば、ゴム等の弾性体により構成されており、密着面１６は、吸着パッド１７よりも高剛性の例えば、金属材料によって構成されている。

ハンドベース１１には、図１に示されるように、ロボットの先端に取り付けたＡＴＣ（ＡＵＴＯ ＴＯＯＬ ＣＨＡＮＧＥＲ）により着脱可能に装着する装着部１８が固定されている。ロボットに取り付けられたＡＴＣにより装着部１８を装着することにより、ロボット側からシリンダ１５への正圧と、吸着部１３への負圧とが供給される。

位置決め用治具３は、ワークＷの本体部品４と第１コネクタ６との位置関係を、被装着基板７への装着状態の位置関係へと調整した状態でハンド本体２に把持させるための治具である。
位置決め用治具３は、外部に設置される治具ベース１９と、治具ベース１９に取り付けられた押し上げ用シリンダ（第２位置決め部）２０および平行チャック（第２位置決め部）２１とを備えている。

治具ベース１９の上面には、上向きに開口し上方から近接させた第１コネクタ６を嵌合させるコネクタ位置決め凹部（第１位置決め部）２２が設けられている。
押し上げ用シリンダ２０は、コネクタ位置決め凹部２２に第１コネクタ６を嵌合させたワークＷの本体部品４のフレキシブル基板５側の装着面４ａを上方に押し上げる位置に、鉛直上方に進退可能な押圧部２３を備えている。フレキシブル基板５側の装着面４ａを上方に押し上げると、フレキシブル基板５側の側面（前側面）の移動がフレキシブル基板５によって拘束されるため、本体部品４はフレキシブル基板５とは反対側の側面（後側面）が持ち上がる姿勢に傾斜させられる。

平行チャック２１は、上下方向に開閉する２つの爪２４，２５を有し、爪２４，２５の間に配置された本体部品４を厚さ方向に挟むことができる位置に配置されている。上側の爪２４の下面には、持ち上げられた後側面に接触する傾斜面２４ａが設けられている。持ち上げられた本体部品４の後側面は傾斜面２４ａに倣って移動させられることにより、フレキシブル基板５を湾曲させて、第１コネクタ６と本体部品４との位置関係を、被装着基板７への装着時の位置関係に位置決めする。

このように構成された本実施形態に係るハンドシステム１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係るハンドシステム１を用いてワークＷを被装着基板７に装着するには、まず、第１コネクタ６を下向きにしたワークＷの位置および姿勢を、図示しないカメラによって取得し、ロボットを動作させることによりワークＷにハンド本体２を近接させて、本体部品４を幅方向に２つの爪部１４によって挟んだ後、吸着部１３により第１コネクタ６の背面を吸着する。

吸着部１３は、フレキシブル基板５の表面に吸着することによって、負圧により吸着パッド１７が収縮させられて、吸着部１３に設けた密着面１６と面一となる位置まで引っ込むので、密着面１６にフレキシブル基板５の表面が密着させられる。

本体部品４および第１コネクタ６の両方を幅方向に把持せず、第１コネクタ６については吸着することにより、本体部品４および第１コネクタ６の外径寸法に誤差が存在していても、当該誤差に基づいてフレキシブル基板５の幅方向に外力が作用することを防止でき、フレキシブル基板５を健全な状態に維持することができる。

この状態で、ロボットを動作させてハンド本体２を位置決め用治具３の上方に移動し、図６に示されるように、吸着部１３により保持している第１コネクタ６を下向きにして位置決め用治具３の治具ベース１９に設けられたコネクタ位置決め凹部２２に嵌合させる。このとき、本体部品４については、平行チャック２１の２つの爪２４，２５の間に配置しておく。

第１コネクタ６がコネクタ位置決め凹部２２に嵌合されると、フレキシブル基板５は治具ベース１９とハンド本体２の吸着部１３の密着面１６との間に挟まれるので、把持部１２による把持状態を解除しても、ワークＷの落下が防止される。
この状態で、図７に示されるように、治具ベース１９に設けられた押し上げ用シリンダ２０を作動させて、押圧部２３によって本体部品４を押し上げると、本体部品４が傾斜して後側面が持ち上がる。

そして、この状態で平行チャック２１を作動させて爪２４，２５の間隔を狭めていくと、上側の爪２４に設けられた傾斜面２４ａに後側面が接触して、平行チャック２１の閉鎖動作に伴って傾斜面２４ａにより本体部品４がフレキシブル基板５側に押圧される。そして、図８に示されるように、平行チャック２１の２つの爪２４，２５が閉じられることにより２つの爪２４，２５間に本体部品４が厚さ方向に挟まれた位置で、第１コネクタ６から後側面までの距離が所定の寸法に設定される。

この状態で、把持部１２のシリンダ１５を作動させて、２つの爪部１４の間に本体部品４を幅方向に挟んだ状態に把持させることにより、フレキシブル基板５を含んだワークＷが、被装着基板７への装着形態でハンド本体２に把持されるので、ロボットを作動させて、図９に示されるように、ワークＷを被装着基板７に搬送し、図２および図３に示されるように、本体部品４の凸部８を被装着基板７の孔９に嵌合させつつ、第１コネクタ６を被装着基板７の第２コネクタ１０に押し付けて接続する。

この場合において、本実施形態に係るハンドシステム１によれば、吸着部１３が、弾性を有する吸着パッド１７によって第１コネクタ６を支持するのではなく、吸着パッド１７を収縮させて、吸着パッド１７よりも高剛性の密着面１６に第１コネクタ６の背面側のフレキシブル基板５を密着させることにより支持するので、ロボットによる第１コネクタ６の第２コネクタ１０への接続時に、第１コネクタ６に作用する押圧力をロボットに内蔵した力センサによって精度よく検出することができる。その結果、ロボットによるコネクタ６，１０の接続作業を容易にして、ワークＷを被装着基板７に容易に接続することができるという利点がある。
なお、本実施形態においては、傾斜面２４ａとして、曲面であるものを用いたが、これに代えて、平面であるものを採用してもよい。

次に、本発明の第２の実施形態に係るコネクタ接続用ハンド３２について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るコネクタ接続用ハンド３２は、上述したハンドシステム１の位置決め用治具３の機能をコネクタ接続用ハンド３２に持たせたものである。

本実施形態に係るコネクタ接続用ハンド３２は、図１０に示されるように、ハンドベース１１にＡＴＣにより装着可能な装着部１８と、ワークＷを把持するワーク把持部３３と、ワークＷを位置決めするワーク位置決め部３４とを備えている。
本実施形態においては、ワーク把持部３３は、図１１に示されるように、第１コネクタ６の背面を吸着する第１吸着部（第２把持部）３５と、本体部品４の背面を吸着する第２吸着部（第１把持部）３６とを備えている。第１吸着部３５の構造は上記ハンドシステム１における吸着部１３と同じである。第２吸着部３６は、弾性材料からなる吸着パッド３７の中央に負圧が供給される吸着孔３８を備えたものでよい。

ワーク位置決め部３４は、第１コネクタ６を嵌合させる第１凹部（第１位置決め部）３９と、本体部品４の凸部８を嵌合させる第２凹部（第２位置決め部）４０とを備える位置決め部材４１と、位置決め部材４１を軸線に沿って移動および軸線回りに回転させるクランプシリンダ（押圧部）４２と、クランプシリンダ４２を軸線に沿う方向に移動させるスライドシリンダ４３とを備えている。第２凹部４０の第１凹部３９から離れた側の内壁に、第２凹部４０の開口に向かって広がる傾斜面４０ａが設けられている。

第１凹部３９に第１コネクタ６を嵌合させ、第２凹部４０内に本体部品４の凸部８を十分に嵌合させた状態で、第１コネクタ６と本体部品４との位置関係が、被装着基板７への装着状態の位置関係となる寸法に設定されている。

このように構成された本実施形態に係るコネクタ接続用ハンド３２によれば、第１吸着部３５により第１コネクタ６の背面を吸着し、第２吸着部３６により本体部品４の背面を吸着することによりワークＷが把持される。この状態において、第１コネクタ６および本体部品４の凸部８が鉛直下方に向かう姿勢でコネクタ接続用ハンド３２により把持されているものとする。

この状態で、スライドシリンダ４３およびクランプシリンダ４２の作動により、位置決め部材４１を最下位まで移動させ、クランプシリンダ４２の作動により、位置決め部材４１を軸線回りに回転させて、図１２に示されるように、ワークＷの鉛直下方に配置する。そして、クランプシリンダ４２の作動により、位置決め部材４１を上昇させることにより、図１３に示されるように、ワークＷの第１コネクタ６を第１凹部３９に、ワークＷの本体部品４の凸部８を第２凹部４０に嵌合させる。

第２凹部４０には傾斜面４０ａが設けられているので、凸部８の第２凹部４０への嵌合が進行するに従って、本体部品４が第１コネクタ６に近接する方向に矯正され、フレキシブル基板５が湾曲する。そして、第２凹部４０への凸部８の嵌合が完全に行われた時点で本体部品４と第１コネクタ６との位置関係が、被装着基板７への装着状態における位置関係となるので、第１吸着部３５および第２吸着部３６による吸着状態を一旦停止した後、再吸着することにより、被装着基板７への装着状態における位置関係となったワークＷをワーク把持部３３によって把持することができる。

この後に、クランプシリンダ４２の作動により、位置決め部材４１を鉛直下方に下降させた後、クランプシリンダ４２の作動により位置決め部材４１を軸線回りに回転させてワークＷの下方から退避させ、さらに、クランプシリンダ４２およびスライドシリンダ４３の作動により、位置決め部材４１を最上位まで移動させることにより、位置決め部材４１が邪魔になることなく、図９と同様にして、ワーク把持部３３によって把持されたワークＷを被装着基板７に装着することができる。
なお、本実施形態においては、傾斜面４０ａとして、平面であるものを用いたが、これに代えて、曲面であるものを採用してもよい。

１ ハンドシステム
２，３２ コネクタ接続用ハンド（ハンド本体）
３ 位置決め用治具
４ 本体部品
５ フレキシブル基板
６ 第１コネクタ
７ 被装着基板
１０ 第２コネクタ
１２ 把持部（第１把持部）
１３ 吸着部（第２把持部）
１６ 密着面
１７ 吸着パッド
２０ 押し上げ用シリンダ（第２位置決め部）
２１ 平行チャック（第２位置決め部）
２２ コネクタ位置決め凹部（第１位置決め部）
２３ 押圧部
２４ａ，４０ａ 傾斜面
３５ 第１吸着部（第２把持部）
３６ 第２吸着部（第１把持部）
３９ 第１凹部（第１位置決め部）
４０ 第２凹部（第２位置決め部）
４２ クランプシリンダ（押圧部）
Ｗ ワーク（部品）

Claims (5)

1. 本体部品と、該本体部品から延びるフレキシブル基板と、該フレキシブル基板に配置された第１コネクタとを備える部品を把持して、被装着基板の第２コネクタに前記第１コネクタを接続するコネクタ接続用ハンドであって、
   前記本体部品を把持する第１把持部と、前記第１コネクタを把持する第２把持部とを備え、
   該第２把持部が、前記第１コネクタの背面に密着させられる密着面と、該密着面よりも突出した位置において前記第１コネクタの背面の吸着を開始し、吸着状態において前記密着面と面一に配置される位置まで収縮させられる吸着パッドとを備えるコネクタ接続用ハンド。
2. 前記第２把持部の吸着パッドと、該吸着パッドにより背面を吸着された前記第１コネクタとの位置決めを行う第１位置決め部と、
   該第１位置決め部により位置決めされた前記第１コネクタに対して、前記フレキシブル基板を湾曲させて、前記被装着基板に取り付ける際の前記第１コネクタと前記本体部品との間隔方向の位置決めを行う第２位置決め部とを備え、
   前記第１把持部および前記第２把持部が、前記第２位置決め部により位置決めされた状態の前記本体部品および前記第１コネクタを把持する請求項１に記載のコネクタ接続用ハンド。
3. 前記本体部品が平板状に形成され、
   前記第２位置決め部が、前記本体部品を厚さ方向に押圧する押圧部と、該押圧部による押圧の進行方向に沿って前記第１コネクタに近接する方向に傾斜し、前記本体部品の端面を接触させる傾斜面とを備える請求項２に記載のコネクタ接続用ハンド。
4. 請求項１に記載のコネクタ接続用ハンドと、位置決め用治具とを備え、
   該位置決め用治具が、前記第２把持部の吸着パッドと、該吸着パッドにより背面を吸着された前記第１コネクタとの位置決めを行う第１位置決め部と、該第１位置決め部により位置決めされた前記第１コネクタに対して、前記フレキシブル基板を湾曲させて、前記被装着基板に取り付ける際の前記第１コネクタと前記本体部品との間隔方向の位置決めを行う第２位置決め部とを備え、前記第１把持部および前記第２把持部が、前記第２位置決め部により位置決めされた状態の前記本体部品および前記第１コネクタを把持するハンドシステム。
5. 前記本体部品が平板状に形成され、
   前記第２位置決め部が、前記本体部品を厚さ方向に押圧する押圧部と、該押圧部による押圧の進行方向に沿って前記第１コネクタに近接する方向に傾斜し、前記本体部品の端面を接触させる傾斜面とを備える請求項４に記載のハンドシステム。
   
   

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