JP4079511B2 - 部品実装装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品や光学部品等の部品を実装する部品実装設備における部品把持装置を有する部品実装装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
部品把持装置の従来の技術としては、例えば図7に示すような部品把持装置Uが知られている。この部品把持装置Uは、例えば図6に示すような部品実装設備に搭載されており、部品供給部Vより供給される部品を部品把持装置Uによって把持・移動させ、基板W上の目的とする位置に実装するものである。
【0003】
以下、この部品把持装置Uの構成について説明する。
図7において、31は電子部品39を把持する把持爪、32は把持爪31に駆動力を伝達するリンク、33はリンク32を駆動するピストン、34はピストン33を突出方向Xに押しつけて把持爪31を開状態にするためのバネ、35はピストン33を吸引してリンク32を駆動するための真空圧を発生する真空発生装置、36はピストン33に付属しピストン33の運動をリンク32に伝えるピストンピン、37はリンク32の回転中心となる支点ピンである。
【0004】
以上のように構成された部品把持装置Uについて、以下その動作について説明する。
図7は、バネ34によってピストン33が突出方向Xに押され、ピストンピン36を介してリンク32が支点ピン37の周りに外側へと駆動され、以て把持爪31が開いた状態である。
【0005】
次に、電子部品39を把持する場合は、図8に示すように、真空発生装置35によって空気を吸引することにより、バネ34の弾性力に抗して、ピストン33とともにピストンピン36が退入方向Yに移動する。これによって、リンク32が支点ピン37を中心にZ方向に回転するため、図8の実線に示すように、把持爪31が閉じて電子部品39を把持(保持)する。なお図8の仮想線は、電子部品39の把持を解除した状態、あるいは把持する前の状態を示している。
【0006】
また、部品実装装置には、上記のような部品把持装置Uとともに、吸着ノズルを用いて真空圧により部品を吸着し実装するところの、部品吸着装置もある。
近年、多種多様な部品実装を効率良く行うために、部品吸着装置の吸着ノズルと、部品に吸着可能な面がなかったり、重い部品の場合に用いる上記のような部品把持装置Uとを交換することが主流となってきている。よって、吸着ノズルと部品把持装置Uの互換性が必須のものとなっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような部品把持装置Uの構成では、部品吸着装置の吸着ノズルと交換したとき、吸着ノズルで部品を吸着する際に用いる真空発生装置による真空圧では十分な把持力が得られない。なぜならば、部品吸着の対象物は、例えば図9の(a)に示すチップ部品39aのように非常に小さい(10mm×5mm)ものであり、このようなチップ部品39aを破壊せず十分吸着するために、最大でも約500mmHgの真空圧が用いられている。これは圧縮空気の圧力と違い、真空発生装置の構造物制約を受けるため大きな力を発生できない。
【0008】
それに対して、部品把持装置Uによって把持する対象物は、例えば図9の(b)に示すコネクタ39bや図9の(c)に示すQFP39cなどのような、大きくて重く(例えば50mm角、6g)、かつ異形のものである。
【0009】
このために、吸着ノズルの真空圧を用いた現在の部品把持装置Uでは把持力が最大約50gであり、部品を把持する把持爪31の摩擦係数をμ=0.1とすると、把持できる部品重量は最大約5gとなり、コネクタ39bやQFP39cなどは把持できない。しかも部品実装設備が稼働中には、さらに部品に慣性力が働くことから、3g程度の部品を落下させる恐れもあった。
【0010】
本発明は上記問題点を解決し、限られた低い真空圧を利用しながらも大きな把持力を持つ部品把持装置を有する部品実装装置を提供することを目的とする。さらに本発明は、部品吸着装置と、部品吸着装置用の限られた真空圧を利用した部品把持装置との互換性を備えた部品実装装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の部品把持装置は、真空圧により作動するピストンから把持爪への駆動力伝達経路中に、トグルリンク機構を介在した構成を有している。
【0012】
この構成によって、限られた低い真空圧を利用しながらも大きな把持力を持つことができ、部品実装設備が稼働中であっても、部品を落下させることなく把持することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明は、真空発生装置と、前記真空発生装置が空気を吸引して発生する真空圧によりピストンを移動させることで把持爪を開閉動させて部品を把持することが可能であり前記真空発生装置と接続可能な部品把持装置と、を有する部品実装装置において、前記部品把持装置が、前記真空圧の発生時に退入方向へ移動し、前記真空圧の発生していないときにはバネによって突出方向へ押されるピストンと、閉じたときに前記部品を把持し開いたときに前記部品の把持を解除する把持爪へ、前記ピストンから駆動力を伝達するトグルリンク機構を有し、前記トグルリンク機構が、前記ピストンに設けられたピストンピンを介して前記ピストンに一端が連結され他端に自由ピンを有する自由リンクと、前記自由ピンを介して前記自由リンクに一端が連結され、前記部品把持装置本体に設けられた支点ピンを中心として回転する回転リンクと、前記回転リンクの他端に設けられた前記把持爪と、を備え、前記支点ピンが、前記把持爪の部品把持時に、前記自由ピンからちょうど前記ピストンの軸方向またはその外側となるように配されて、前記把持爪が、前記真空圧が発生して前記ピストンが退入方向へ移動するときには閉じ、前記真空圧が発生しておらず前記ピストンが突出方向へ押されているときには開くように動作することを特徴とする部品実装装置としたものであり、トグルリンク機構を採用することにより、従来のノズル吸着に利用していた部品吸着用の真空圧を利用しながらも大きな把持力が得られ、部品実装設備が稼働中でも、従来把持が困難であった10g前後の部品を十分に把持できるという作用を有する。
【0014】
請求項2に記載の発明は、前記真空発生装置が空気を吸引して発生する真空圧により電子部品を吸着する部品吸着装置を、前記真空発生装置と接続可能とし、前記部品把持装置と前記部品吸着装置とを交換可能としたことを特徴とする請求項1記載の部品実装装置としたものであり、部品吸着装置用の真空発生装置を部品把持装置に使用しながらも、この部品把持装置は大きな把持力を持つことになり、部品把持装置と部品吸着装置との互換性により、供給される多種多様な部品を移動し、基板上に実装できるという作用を有する。
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1について、図1〜図4を参照しながら説明する。図1、2は本発明の実施の形態1の部品把持装置Aを示すものである。
【0015】
図1において、1は電子部品(部品)15を把持する把持爪、2は把持爪1と一体に回転して駆動力を伝達する回転リンク、3は回転リンク2に運動を伝える自由リンク、4は自由リンク3を駆動するピストン、5はピストン4を突出方向Bに押しつけて把持爪1を開状態にするためのバネ、6はピストン4を吸引して各リンク3,2を駆動するための真空圧を発生する真空発生装置、7はピストン4と自由リンク3とをつなぐピストンピン、8は自由リンク3と回転リンク2とつなぐ自由ピン、9は回転リンク2の回転中心となる支点ピンである。
【0016】
上記ピストン4は一対のピストンピン7を有し、これらピストンピン7を介して一対の自由リンク3と連結している。また、両自由リンク3は他端にそれぞれ自由ピン8を有しており、これら自由ピン8を介して回転リンク2と連結している。さらに回転リンク2は、装置本体14側のシリンダー本体10に一体状とされた枠体11に、支点ピン9を介して回転可能に設けられており、以て他端に設けた把持爪1とともに、支点ピン9を中心に回転する。
【0017】
上記した回転リンク2、自由リンク3、ピストンピン7、自由ピン8、支点ピン9などにより、ピストン4から把持爪1への駆動力伝達経路中に介在されるトグルリンク機構12の一例が構成される。なお、真空発生装置6からの配管(ホース)13は、シリンダー本体10に離脱可能に接続されている。
【0018】
以下、本実施の形態1の動作を説明する。
図1は、バネ5によってピストン4が突出方向Bに押され、ピストンピン7の移動に伴って自由リンク3がC方向に回転し、これにより自由ピン8がピストン4に接近する方向へ移動することになって、回転リンク2が支点ピン9の周りでD方向に回転することになり、以て把持爪1は開いた状態になっている。
【0019】
次に、図2に示すように電子部品15を把持する場合は、真空発生装置6により、配管13を介してシリンダー本体10内の空気を吸引し、シリンダー本体10内に真空圧Pを発生することにより、バネ5の弾性力に抗して、ピストン4が退入方向Eに移動する。すると、ピストンピン7の退入方向Eへの移動に伴って自由リンク3がF方向に回転する。これにより、自由ピン8がピストン4に対して離間する方向へ移動することになって、回転リンク2が支点ピン9を中心にG方向に回転することになり、以て把持爪1が閉じて電子部品15を把持することになる。
【0020】
この時、トグルリンク機構12の特徴として、自由リンク3がピストン4に対してほぼ垂直となるため、理想的には回転リンク2から自由リンク3に対しては水平方向(自由リンク3の軸方向)の応力のみがかかり、以て自由リンク3は、水平方向力によって自由リンク3が破壊するまでC方向に回転することはない。つまり、電子部品15を把持するときの電子部品15からの反力によって回転リンク2がD方向(図1)に回転しようとしてもできないため、大きな把持力を持つことになる。
【0021】
また把持時に、支点ピン9が自由ピン8に対して内側(ピストン4の軸側)に位置するように配した場合、自由リンク3には軸方向だけでなく、H方向の応力も加わるため、C方向の回転力が発生し、結果として把持力が低下する。逆に外側に位置するように配した場合、自由リンク3が水平よりもF方向に回転可能であれば把持時においてさらにF方向に回転するが、この例の場合、自由リンク3が水平よりもF方向に回転しない構造になっている。
【0022】
よって、トグルリンク機構12の特徴を得るために、把持時には支点ピン9は自由ピン8からちょうどピストン4の軸方向、あるいはその外側に配する。
例えば、把持力に関して図4のような部品把持装置Aにおいて検討する。自由リンク3のピン7,8の間隔をL1、把持時のピン7,8のピストン軸方向の間隔をd、回転リンク2のピン8,9の間隔をL2、ピン9と把持爪1の作用点1aの間隔をL3とする。また図3において、真空圧によるピストン4の吸引力をP、これにより自由リンク3の運動によって自由ピン8に発生する力をfとすると、以下のように表わされる。
【0023】
f=P×L1/2d
これより作用点1aに働く力Mは、以下のようになる。
よって、従来例ではM=Pとなっていたが、(L1・L2)/(2d・L3)を変えることにより、吸引力と把持力の比率を変化させることができる。
【0024】
実用例としては、P=100gf、L1=5mm、L2=4mm、L3=11mm、d=0.5mmであり、片方の把持爪1に働く力Mは180gf、よって把持力は360gfとなり、摩擦係数をμ=0.1とすると、最大36gの部品を把持することができる。
【0025】
以上のような構成により、部品把持装置Aによって、大型、異形、約10g前後の重い電子部品15を把持して、部品実装設備の稼働中でも落とすことなく基板に実装することができる。
(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2について、図5を参照しながら説明する。図5は本発明の実施の形態2の部品吸着装置Iを示すものである。
【0026】
図5は、装置本体14から部品把持装置Aを外し、そして装置本体14に吸着ノズル18を配置した部品吸着装置Iを示している。その際に吸着ノズル18には、真空発生装置6からの配管13が接続されている。
【0027】
この部品吸着装置Iによると、真空圧Pによる吸着ノズル18の吸引力によって、電子部品15を吸着して実装することができる。
【0028】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、部品把持装置にトグルリンク機構を用いることにより、部品吸着に用いる真空圧を利用して大きな把持力を得ることができないため従来把持できなかった重い部品を、把持して実装することができる。さらに、部品把持装置と部品吸着装置とは互換性を有し、小型の部品把持装置により作業範囲を制限されることなく、多種多様な部品を把持または吸着して実装することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1を示し、部品把持装置の開状態での縦断面図
【図2】同部品把持装置の把持状態での縦断面図
【図3】同把持力検討図
【図4】同部品把持装置の実用例説明図
【図5】本発明の実施の形態2を示し、部品吸着装置の縦断面図
【図6】従来例(本発明の実施の形態も含む)を示し、部品実装設備の全体斜視図
【図7】従来例を示し、部品把持装置の開状態での縦断面図
【図8】同部品把持装置の把持状態での縦断面図
【図9】把持部品の例を示し、(a)はチップ部品の斜視図、(b)はコネクタの斜視図、(c)はQFPの斜視図
【符号の説明】
1 把持爪
1a 作用点
2 回転リンク
3 自由リンク
4 ピストン
5 バネ
6 真空発生装置
7 ピストンピン
8 自由ピン
9 支点ピン
12 トグルリンク機構
13 配管(ホース)
14 装置本体
15 電子部品(部品)
18 吸着ノズル
A 部品把持装置
I 部品吸着装置
P 真空圧
Claims (2)
- 真空発生装置と、前記真空発生装置が空気を吸引して発生する真空圧によりピストンを移動させることで把持爪を開閉動させて部品を把持することが可能であり前記真空発生装置と接続可能な部品把持装置と、を有する部品実装装置において、
前記部品把持装置が、
前記真空圧の発生時に退入方向へ移動し、前記真空圧の発生していないときにはバネによって突出方向へ押されるピストンと、
閉じたときに前記部品を把持し開いたときに前記部品の把持を解除する把持爪へ、前記ピストンから駆動力を伝達するトグルリンク機構
を有し、
前記トグルリンク機構が、
前記ピストンに設けられたピストンピンを介して前記ピストンに一端が連結され他端に自由ピンを有する自由リンクと、
前記自由ピンを介して前記自由リンクに一端が連結され、前記部品把持装置本体に設けられた支点ピンを中心として回転する回転リンクと、
前記回転リンクの他端に設けられた前記把持爪と、
を備え、
前記支点ピンが、
前記把持爪の部品把持時に、前記自由ピンからちょうど前記ピストンの軸方向またはその外側
となるように配されて、
前記把持爪が、
前記真空圧が発生して前記ピストンが退入方向へ移動するときには閉じ、
前記真空圧が発生しておらず前記ピストンが突出方向へ押されているときには開くように動作する
ことを特徴とする部品実装装置。 - 前記真空発生装置が空気を吸引して発生する真空圧により電子部品を吸着する部品吸着装置を、前記真空発生装置と接続可能とし、
前記部品把持装置と前記部品吸着装置とを交換可能とした
ことを特徴とする請求項1記載の部品実装装置。
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