JP4210774B2

JP4210774B2 - ピックアンドプレース装置

Info

Publication number: JP4210774B2
Application number: JP2000171728A
Authority: JP
Inventors: 正好宇治
Original assignee: 株式会社マシンエンジニアリング
Priority date: 2000-06-08
Filing date: 2000-06-08
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2020-06-08
Also published as: JP2001347427A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動組立て機に用いられ、パーツをフィーダーから組み立て冶具へ供給する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パーツをフィーダーから取り上げ(ピック)て、搬送し、組み立て冶具へ供給(プレース)する装置、いわゆるピックアンドプレース装置(以下、ＰＰＵという)は、電子機器の組み立て装置などにおいて盛んに用いられている。ＰＰＵは、パーツ供給のための運動を作り出す機構の態様から油圧・空圧式、モーター式、ソレノイド式、カム式があり、また、パーツ搬送の態様からゲートモーションやスイングモーションがある。
いずれの場合も組み立て装置の能率を向上するために高速作動、繰り返し精度の高さ、耐久性が要求される。
これらの中でカム式は純粋な機械的組み合わせだけでゲートモーションやスイングモーションを達成しているので、制御の柔軟さや汎用性に欠ける面があっても前記の高速作動、繰り返し精度の高さ、耐久性において他の形態よりも優れている。
【０００３】
一方、電子部品などはより微細なものとなり、また、組み立て装置の高速化が進んで、ＰＰＵが行う部品供給をより速く、より正確に行うことが要求されている。
しかし、カム式の難点は、カムとカムフォロアの間にわずかであっても必ず間隙が存在し、レバーがカムによる変位を拡大して伝達するようなものであると、この間隙分も拡大されてしまうので、位置決め精度に悪影響を与えてしまう点である。
例えば、図６(イ)に示すＰＰＵでは、固定プレート(１)に設けられたカム溝(２)を案内として駆動レバー(３)を回し、ゲートモーションを行わせるのであるが、Ｘ軸方向にロック機構がないと、ピック位置やプレース位置の精度が悪くなってしまう。
【０００４】
この事態を改善するために、Ｘ軸スライド部材(４)と駆動レバー(３)との間にスプリング(５)を取り付けておいて、移動の終端部で移動側を固定側に押し合わせる手段を採用したり、図６(ロ)のように、マグネット(６)を移動側と固定側に取り付け、Ｘ軸方向移動の終端で反発させたりしている。しかし、これらの方法は強制的なロック手段ではないために、反発による振動が発生して位置決め精度が安定しない恐れがあり、スプリングの場合には、磨耗や衝撃の繰り返しによる金属疲労で寿命が短くなる恐れがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、高速搬送と共に高い位置決め精度のＰＰＵの提供を課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このＰＰＵは、ベースプレートと、Ｘ軸スライド部材、Ｚ軸スライド部材を備え、駆動と位置決めのための機構を有するものとする。なお、Ｘ軸、Ｚ軸及びＹ軸は直交座標を構成するものである。
ベースプレートにはＸ軸スライド部材を、設定したＸ軸に沿って移動可能に設ける。Ｘ軸スライド部材は、平らな板(プレート)状のことが多いが、ブロック状のこともある。そして、Ｘ軸スライド部材にＺ軸を設定してこの軸に沿った長孔を設け、Ｚ軸スライド部材を長孔に沿って移動可能に設ける。Ｚ軸スライド部材は、スライドバーの形態でいわゆるＬＭガイドのレールをそのまま利用することが多い。Ｚ軸スライド部材はＸ軸スライド部材の表面側に配置する。
駆動と位置決めのための機構は、送りホイールと４個の位置決めフォロア及び駆動フォロアを有したものとする。フォロアは、実際にはローラー構造となっている。
【０００７】
送りホイールは円盤形のカムであって、円盤の中心からＺ軸方向に原点を設定し、原点から両側へ９０°を超える設定角度の範囲を往復回転させる。実際には片側１２５°程度となる。駆動源としてはステッピングモータやエアー式ロータリーアクチュエーターあるいはサーボモーターなどを利用することができる。カムは、突出部と円周部及び円周部と突出部をつなぐ滑らかな逃げ曲線部を有した、全体として突出部を中心とした対称形をしている。送りホイールはベースプレートとＸ軸スライド部材との間に配置し、Ｙ軸方向の回転軸でベースプレートに軸支してある。
４個の位置決めフォロアは、Ｘ軸スライド部材の裏面側で上辺部に前記のＺ軸方向に設けた長孔を挟んで２個ずつ等間隔に配置してある。これらのローラーは、往復回転する送りホイールの往回転の終期及び復回転の終期に２個ずつが同時に送りホイールのカム面に接する配置としてある。Ｘ軸スライド部材に設けた２個のカムフォロアが同時に送りホイールに接することで、Ｘ軸スライド部材のＸ軸方向の位置がロックされる。
送りホイールの突出部先端には、駆動フォロアを配置する。駆動フォロアは、Ｘ軸スライド部材の長孔に係合させる共に、Ｚ軸スライド部材上端のジョイントブロックへ係合させる。駆動フォロアはジョイントブロックに対してＸ軸方向へ少し移動が可能としてある。これは、駆動フォロアとジョイントブロックとの係合において、送りホイールが両側へ９０°を超えて移動するときにＸ軸方向の変位を吸収させるためである。
【０００８】
送りホイールの回転でＸ軸スライド部材とＺ軸スライド部材が移動し、Ｚ軸スライド部材の先端（通常、この部分にチャック装着用のヘッドを取付ける）が円弧運動と、円弧運動の始まる前（初期）と円弧運動の終わった後に（終期）に上下運動を行う。初期と終期には２個の位置決めフォロアが送りホイールの円周部分に同時に接してＸ軸スライド部材がＸ軸方向に遊動するのを阻止し、その状態で送りホイールがさらに約３５°回転することによりヘッドが上下に移動する。この構造によって、パーツを取り上げるピック作動とパーツを解放するプレース作動の際、Ｘ方向の位置は固定しており、精度の高いパーツ供給を行うことができる。又、Ｘ方向の位置固定は２個の位置決めフォロアが送りホイールの円周部に接して行うので、構造が簡素で高速作動を行わせることができる。しかも、繰り返し精度が高く、また、磁石やスプリングを使わず、構造的にも頑丈であり、耐久性がある
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明によるＰＰＵ１の構造を示すもので、ベースプレート２と、Ｘ軸スライド部材３、Ｚ軸スライド部材４を備え、さらに駆動と位置決めのための機構５を有している。
なお、この実施形態においてＸ軸は前後方向、Ｚ軸は上下方向、Ｙ軸は左右方向である。
【００１０】
ベースプレート２は平らで頑丈な鋼板によって構成してあり、表面側の下辺部に設定したＸ軸に沿ってＸ軸ＬＭガイド６のレール７を固定し、これにブロック８を走行可能に取り付けてある。裏面側にはステッピングモーター９を取り付け、その出力軸１０がベースプレート２をＹ軸方向に、つまり表面側に貫通している。出力軸１０には送りホイール１１が固定してある。送りホイール１１は、一種の板カムであり、円周部１２と突出部１３及び円周部１２と突出部１３をつなぐ滑らかな逃げ曲線部１４を備え（図５）、全体として突出部を中心とした対称形である。突出部１３の先端部で表面側に駆動フォロア１５を取り付けてある。駆動フォロア１５は、ローラーである。円周部１２の範囲と、逃げ曲線部１４については後に説明する。
【００１１】
Ｘ軸スライド部材３は、垂直部分１６と水平部分１７を一体に成形したＴ字形の鋼板であり、垂直部分１６には設定したＺ軸に沿って長孔１８を形成してあり、また、これをまたいでＺ軸ＬＭガイド１９(図２)のブロック２０(図１)を固定してある。ブロック２０にはレール２１を嵌挿し、長孔１８に沿って上下移動可能としてある。レール２１は下端にピックアンドプレース用のチャックを装着するヘッド(図示していない)を取り付け、上端にジョイントブロック２２(図２)を取付けてある。ジョイントブロック２２は送りホイール１１の駆動フォロア１５を受け入れて係合状態とするものでＸ軸方向の両側を開放してある。送りホイール１１の駆動フォロア１５は長孔１８とその表面側のジョイントブロック２２とに係合している。
【００１２】
Ｘ軸スライド部材３の水平部分１７の裏面側には４個の位置決めフォロア２３(ａ〜ｄ)を取り付けてある。それぞれはローラーであって、２個ずつを同じ間隔として、４個を中央の長孔１８を中心として対称に配置してある。
位置決めフォロア２３(ａ〜ｄ)の配置と送りホイール１１の形態との関係を、送りホイールが回転することによるＸ軸スライド部材３の動きと共に説明する。
図４(イ〜ホ)に示すように、送りホイール１１が回転するとＸ軸スライド部材３はＸ軸ＬＭガイド６によってベースプレート２上を前後に移動する。送りホイール１１の原点位置は、突出部１３が直立して駆動フォロア１５がＺ軸上にある(イ)の状態であり、この状態から前後へ１２５°ずつ回転する。すなわち、原点位置(イ)から後方へ９０°回転(ロ)し、さらに３５°回転し(ハ)し、同じ経路をたどって原点(イ)に戻り、ついで、今度は前方へ９０°回転(ニ)し、さらに３５°回転し(ホ)、ついで、同じ経路をたどって原点位置に戻り、１サイクルが終了する。
【００１３】
このサイクルにおいて、(イ)から(ロ)の間はＸ軸スライド部材３がＺ軸スライド部材４と共に後方へ移動し、(ロ)から(ハ)、(ハ)から(ロ)において、Ｚ軸スライド部材４だけが上下へ移動する。このとき駆動フォロア１５は送りホイール１１が９０°を越えて３５°回転することによる前方へのわずかなＸ軸方向変位を駆動フォロアがジョイントブロック２２中を前方へ移動することで吸収する。
【００１４】
そして、前記の位置決めフォロア２３ｃ、２３ｄは、送りホイール１１が(ロ)から(ハ)、(ハ)から(ロ)の位置、すなわち、原点から９０°回転の位置を越えた個所にあるとき、送りホイール１１の円周部１２へ同時に接している位置に配置する。位置決めフォロア２３ｃ、２３ｄが送りホイール１１の円周部１２へ同時に接することにより、Ｘ軸スライド部材３はＸ軸方向のどちらにも移動することができず、その位置にロックされる。このロック状態は送りローラー１１が回転しても位置決めフォロア２３ｃ、２３ｄが円周部１２に接している限り、持続する。このため、送りホイール１１が９０°を越えて回転してもＺ軸ＬＭガイド１９におけるレール２１のＸ軸方向位置は変わらず、その位置で直線的に上下移動する。
この状況は、送りホイール１１が前方へ回転し、(イ)から(ニ)、(ニ)から(ホ)及び(ホ)から(ニ)の位置ヘ移行するときも同じである。ただし、このときは送りホイール１１に位置決めフォロア２３ａ、２３ｂが接する。送りホイール１１、位置決めフォロア２３（ａ〜ｄ）及び駆動フォロア１５が駆動と位置決めのための機構を構成している。
【００１５】
すなわち、円周部分１２は、少なくとも、送りホイール１１が、図４において、(ロ)(ハ)の間あるいは(ニ)(ホ)の間を回転する間、２個の位置決めフォロア２３が接する範囲であり、他は送りホイール１１と位置決めフォロア２３（ａ〜ｄ）が接することによる負荷をなくするために円周部分１２を構成する円よりも内側に位置する直線又は曲線とする。ただし、突出部１３と円周部分１２をつなぐ線は滑らかな曲線とし、特に円周部分１２へ変化するつなぎの部分は滑らかにつないで、位置決めフォロア２３(ａ〜ｄ)が円周部分１２へ移行するときに衝撃や音が生じないようにする。
図５は、この状態を位置決めフォロア２３ｃを送りホイール１１に対して相対的に移動させることによって図示している。
【００１６】
送りホイール１１の中心からに駆動フォロア１５の中心までの寸法Ｒが、ＰＰＵ１におけるＸ軸方向の半ストロークであり、Ｚ軸方向ストロークはＲ+Ｒsin35である。従って、このＰＰＵ１のストローク軌跡は図１に示すように、直径Ｒの半円の両端にＲsin35の垂線が付属した形態となる。
なお、この実施形態においてＺ軸方向では、ジョイントブロック２２と駆動フォロア１５との間にわずかの隙間があり、上下移動の端部でＺ軸移動方向がロックされないが、ヘッドにはエアチャックやフローティング式のエアパッドが装着されピック作動時やプレース作動時には常に一方へ押されているために位置決め精度は安定している。
以上、一つの実施形態について説明したが、位置決めフォロア２３(ａ〜ｄ)の配置は長孔１８を中心として必然的に対称になるが、図示のように一直線の配置ではなく、また、一対となる２個の位置決めフォロアの間隔は一定の範囲で変更が可能である。
【００１７】
【発明の効果】
カム式のＰＰＵにおいて、Ｘ軸方向の両端部において、ヘッドのＸ軸位置を正確に維持したままヘッドを上下移動させることができ、位置決め精度、繰り返し精度の高いＰＰＵを得ることができる。
また、Ｘ軸方向の位置決めにスプリングやマグネットを用いたときのように、位置決めの際に反発による振動が発生しないので、高速可動が可能であると共に、耐久性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】概略で機構を示す側面図
【図２】一部を断面にして示す正面図
【図３】要部を断面で示す正面図
【図４】作動の順序を示す側面図
【図５】位置関係を説明するための側面図
【図６】従来例を説明するために概略で示す側面図
【符号の説明】
１ＰＰＵ
２ベースプレート
３Ｘ軸スライド部材
４Ｚ軸スライド部材
５駆動と位置決めのための機構
６ＬＭガイド
７レール
８ブロック
９ステッピングモーター
１０出力軸
１１送りホイール
１２円周部
１３突出部
１４逃げ曲線部
１５駆動フォロア
１６垂直部分
１７水平部分
１８長孔
１９Ｚ軸ＬＭガイド
２０ブロック
２１レール
２２ジョイントブロック
２３(ａ〜ｄ) 位置決めフォロア

Claims

ベースプレートと、Ｘ軸スライド部材、Ｚ軸スライド部材及び駆動と位置決めのための機構を備え、
ベースプレートにＸ軸を設定してＸ軸スライド部材をＸ軸に沿って移動可能に設け、Ｘ軸スライド部材にＸ軸と直交するＺ軸を設定してＺ軸に沿った長孔を設けると共にＸ軸スライド部材の表面側にＺ軸スライド部材を前記長孔に沿って移動可能に設けてあり、
駆動と位置決めのための機構は、送りホイールと４個の位置決めフォロア及び駆動フォロアを備え、
送りホイールは円盤形のカムであって、円盤の中心からＺ軸方向に設定した原点から両側へ９０°を超える設定角度の範囲を往復回転するものであって、突出部と円周部及び円周部と突出部をつなぐ滑らかな逃げ曲線部を有した突出部の軸線を中心とした対称形をしており、ベースプレートとＸ軸スライド部材との間に位置してＸ軸、Ｚ軸のいずれにも直交するＹ軸方向の回転軸でベースプレートに軸支してあり、
４個の位置決めフォロアは、Ｘ軸スライド部材の上辺に前記の長孔を挟んで２個ずつ等間隔に、前記送りホイールの往回転の終期及び復回転の終期に２個が送りホイールの円周部ヘ同時に接する位置に配置してあり、
送りホイールの突出部先端に駆動フォロアを配置してこれをＸ軸スライド部材の長孔に係合すると共にＺ軸スライド部材上端のジョイントブロックに係合し、駆動フォロアとジョイントブロックとの係合に、送りホイールが９０°を超えて移動するときのＸ軸方向変位を吸収する余裕を設けてあることを特徴としたピックアンドプレース装置。
送りホイールが往復回転する範囲が原点から両側へ約１２５°であることを特徴とした請求項１に記載のピックアンドプレース装置。