JP5467435B2 - ピックアンドプレース装置 - Google Patents

Description

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。

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。

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８（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。

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８（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。

この点を解決するために、特許文献１ではベースプレートと、Ｘ軸スライド部材、Ｚ軸スライド部材及び駆動と位置決めのための機構を備えたＰＰＵにおいて、送りホイールは円周部分を備えた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とし、Ｘ軸スライド部材の上辺に２個ずつ、４個の位置決めフォロアを等間隔に配置しておき、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個の位置決めフォロアが送りホイールの円周部ヘ接する構成にして、送りホイールが９０°を超えて移動するときのＸ軸方向変位をロックするようにした。これにより、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、耐久性を向上させることができる。しかし、位置決めに４個の位置決めフォロアを用いるので、これを取り付けているＸ軸スライド部材の横幅が大きく本体の前後方向のスペースが大きくなり、ストロークの大きな製品を作るとストローク対比で本体横寸法が大きくなってしまう難点がある。

特許第４２１０７７４号公報

この発明は、高速搬送と高い位置決め精度を得られると共に本体横方向の寸法が小さなＰＰＵの提供を課題とする。

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２個の位置決めフォロアと駆動フォロア及び駆動フォロアとＸ軸スライド部材との間に形成される弾発機構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。

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１２０°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。円盤形のカムは、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。円盤形のカムすなわち、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。

２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それぞれ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位置決めフォロアが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（戻り方向）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。また、このとき駆動フォロアに弾発しながら接する弾発機構を設ける。弾発機構は駆動フォロアに接してＸ軸スライド部材がＸ軸方向（進行方向）に移動するのを阻止し、Ｘ軸スライド部材のＸ軸方向の位置がロックされる。すなわち、Ｘ軸スライド部材は、前記の送りホイールに接した位置決めフォロアと駆動フォロアに接した弾発機構とで戻り方向、進行方向いずれにも位置決めされる。

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（終期）に上下運動を行う。初期と終期には位置決めフォロアが送りホイールの円周部分に接し、弾発機構が駆動フォロアに接して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３０°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１個の位置決めフォロアが送りホイールの円周部に接し、弾発機構が駆動フォロアに接して行うので、構造が簡素で高速作動を行わせることができる。しかも、位置決めに使用する位置決めフォロアは２個だけなので、本体横方向の寸法が小さくなる。さらに、繰り返し精度が高く、磁石やスプリングを使わないので構造的にも頑丈であり、耐久性がある。

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て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。
加えて、ＰＰＵの本体横方向の寸法を小さくすることができる。例えば、特許文献１の構造に対して７０％程度に小形化することができる。
小形化によるＸ軸スライド部材の質量が軽減されるので、さらなる高速化が可能となる。

概略で機構を示す側面図。 一部を断面にして示す正面図。 駆動ローラーとＸ軸スライド部材及びジョイントブロック位置関係を示した断面図。 Ｘ軸スライド部材の側面図。 送りホィ−ルを説明するための図。 作動の順序を示す側面図。 （１）−（３）は、それぞれ他の実施例における弾発機構を概略で示した側面図。 （４）は、それぞれ他の実施例における弾発機構を概略で示した側面図。 従来例を説明するために概略で示す側面図。

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。

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９（図２）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が固定されている。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４）、全体として突出部１３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。

Ｘ軸スライド部材３（図４）は、垂直部１６と垂直部１６の上部両側の軸支部１７を一体に成形した鋼板であり、垂直部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（図３）。

長孔１８は下部で幅が拡大されており（図４）、この部分に上下方向にスリット２６を入れて弾発部分２５ａ，２５ｂが前後方向において対称に形成される。スリットを入れて形成された弾発部分２５ａ、２５ｂは送りホイール１１が往復回転方向で９０°を越えて回転するときに駆動フォロア１５とガタなく接し、かつ、回転にともなってたわみ、スリットが狭められる寸法とされる。この実施例では、図５のように、送りホイール１１の外径を通常（実線）より大きくして（鎖線）、ガタが解消すると共に、スリットが適度にたわむようにしている。位置決めフォロア２３ａ，２３ｂの径を大きくしてもよい。

Ｘ軸スライド部材３の軸支部１７の裏面側にはそれぞれ１個の位置決めフォロア２３ａ，２３ｂを取り付けてある（図では実線で示している）。それぞれはローラーであって、Ｘ軸スライド部材３における中央の長孔１８を中心として対称に配置してある。位置決めフォロア２３ａ，２３ｂ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６（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１２０°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３０°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３０°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。９０°回転してから後方あるいは前方へさらに回転させる角度は、送りホイール１１における突出部１３が短くなると（ストロークが小さくなると）大きくする必要が出てくるので、前記の角度３０°は、３０°〜３５°程度の範囲で適宜定めた一つ角度となる。

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３０°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。

このとき、位置決めフォロア２３ａは、送りホイール１１が（ロ）の位置にあって、送りホイール１１の円周部１２に接し、さらに回転して（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、スリットを入れて形成された弾発部分２５ａが駆動フォロア１５に接し弾発状態となる。そして、位置決めフォロア２３ａが送りホイール１１の円周部１２に接することにより、Ｘ軸スライド部材３の戻り方向の移動が阻止され、同時に駆動フォロア１５と弾発部分２５ａとの弾発関係により、Ｘ軸スライド部材３の進行方向の移動が阻止されてＺ軸スライド部材が上下移動する間のＸ軸方向の位置が固定される。この機能はまた駆動フォロア１５と弾発部分２５ａとの弾発による与圧によってガタなく発揮される。

以上の状況は、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２３ｂが接し、スリットを入れて形成された弾発部分２５ｂが駆動フォロア１５と接する。送りホイール１１、位置決めフォロア２３ａ，２３ｂと駆動フォロア１５及び弾発機構２４が駆動と位置決めのための機構を構成している。

円周部１２は、少なくとも、送りホイール１１が、図６において、（ロ）（ハ）の間あるいは（ニ）（ホ）の間を回転する間、位置決めフォロア２３ａ、２３ｂ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２３ａ，２３ｂが接することによる負荷をなくするために円周部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１２をつなぐ線は滑らかな曲線とし、特に円周部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２３ａ，２３ｂが円周部１２へ移行するときに衝撃や音が生じないようにする。

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+Ｒsin30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Ｒsin30の垂線が付属した形態となる。

図７は、弾発機構２４に関する他の実施例を示したものである。送りホイール１１、位置決めフォロア２３ａ，２３ｂと駆動フォロア１５及び弾発機構２４とで駆動と位置決めのための機構を構成する点は同じである。
図７−１（１）は、送りホイール１１の突出部１３に横方向のスリット２６を形成して、突出部１３自体を突出部１３の軸方向へわずかに弾力を持つようにしたものである。Ｘ軸スライド部材３とＺ軸スライド部材４の慣性に打ち勝つだけの剛性は必要であるが、その範囲で弾発機構２４として十分に機能する。

図７−１（２）は、送りホイール１１の円盤部に対する突出部１３の付け根にスリット２７を形成したものであり、突出部１３の軸方向力でこのスリット２７が変形されることで弾力が発揮される。
図７−１（３）は、送りホイール１１の円盤部で位置決めフォロア２３と接する部分の半径をわずかに大きくして円弧状のスリット２８を入れたものであり、位置決めフォロア２３が後方へ押されることで弾力が発揮される。
さらに、図７−２（４）は、Ｘ軸スライド部材３の軸支部１７に弾力を持たせて弾発機構２４としたものであり、軸支部１７の上下位置にスリット２９を入れてある。送りホイール１１の円盤部であって位置決めフォロア２３と接する部分の半径をわずかに大きくしてあり、位置決めフォロア２３が送りホイール１１の円周部と接することにより弾力が発揮される。
以上、実施形態について説明したが、本願の発明はこれら実施例の形態に限定されない。

例えば、小さな電子部品を高速で組み付けていく電子機器の組み立てラインの一部となって電子部品などのパーツをフィーダーから自動組立て機に供給するなどの分野に利用できる。

１ ＰＰＵ
２ ベースプレート
３ Ｘ軸スライド部材
４ Ｚ軸スライド部材
５ 駆動と位置決めのための機構
６ Ｘ軸ＬＭガイド
７ レール
８ ブロック
９ ステッピングモータ
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
１７ 軸支部
１８ 長孔
１９ Ｚ軸ＬＭガイド
２０ ブロック
２１ レール
２２ ジョイントブロック
２３ａ，２３ｂ 位置決めフォロア
２４ 弾発機構
２５ａ、２５ｂ スリットを入れて形成された弾発部分
２６ スリット
２７ スリット
２８ スリット
２９ スリット

Claims (2)

1. 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２個の位置決めフォロアと駆動フォロア及び駆動フォロアとＸ軸スライド部材との間に形成される弾発機構を備え、送りホイールは円周部分を備えた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、かつ、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されており、２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それぞれが送りホイールの円周部ヘ接する位置に配置されており、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とこのとき駆動フォロアに弾発しながら接する弾発機構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。
2. 送りホイールが往復回転する範囲を原点から両側へ約１２０°〜約１２５°の範囲で定めた値として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。

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