JP6645888B2 - 熱変形抑制型クランプトレイ - Google Patents

Description

本発明はワークの把持固定が可能なクランプトレイに関するものである。

例えば、複数個のワークに同時に印刷を行う場合やワークを実装機に供給する場合、半導体ワークにボンディングを行う場合などには、高い精度でワークを位置決め固定することが要求される。

このような要求に対応するため、これまで種々のクランプトレイが提案されている。例えば特許文献１には、底板８、９（下側プレート）、枠板１０（枠状プレート）、および上板１１（上側プレート）といった板状の部材が積層配置されて固定されており、スプリング６や可動板３が枠板１０の内側に配置された治具（クランプトレイ）が開示されている。このクランプトレイでは、可動板が移動することにより、ワークを適切に把持固定することが可能である。

特開２０００−３５７７２９号公報

一般的にクランプトレイは、上側プレート、枠状プレート、および下側プレートがスポット溶接等により固定されて形成される。一方でクランプトレイは、高温環境下で使用されることも多い。この際に上側プレート、枠状プレート、および下側プレートの熱膨張が大きくなり過ぎると、これらのクランプトレイに生じる反り等の変形が顕著となり、クランプトレイの品質維持等が難しくなる。

このような変形を極力抑えるためには、クランプトレイの全体を、熱膨張係数の低い材質で形成すれば良いようにも見える。しかし、熱膨張係数の小さい材料、例えば４２アロイはバネ性が低く、可動プレートなどのバネ性の必要な部材には使用することは難しい。また熱膨張率の低いＮｉ合金材料はＮｉ含有量が多くなるほどエッチングなどの加工性が低下する。このため、本発明者らは、バネ性が必要な可動プレートについてはステンレス鋼などの高硬度材を用い、その他の部材については熱膨張係数の小さい４２アロイなどを用いたところ、クランプトレイの瞬間的な熱変形は抑制できたもののクランプトレイ全体に熱が伝達されると、熱膨張の違いなどによってクランプトレイに新たな変形が生じた。

そこで本発明は、上述した問題点に鑑み、異なる材質の部品を用いた場合でも高温環境下における反り等の変形を抑え得るクランプトレイの提供を目的とする。

本発明に係るクランプトレイは、上側プレートと下側プレートが枠状プレートを挟むように各プレートが積層配置され、可動プレートが、前記枠状プレート内のスペースに配置され、前記上側プレートおよび前記下側プレートの少なくとも一方には、ワークが挿入される孔が形成され、前記可動プレートは、前記孔に挿入されたワークを収容可能とする収容可能位置と、収容されたワークを押さえて固定する固定位置とに可動であるクランプトレイであって、前記上側プレート、前記下側プレート、および前記枠状プレートは、前記可動プレートに比べて熱膨張係数の低い材質により形成された構成とする。

本構成によれば、反り等の変形の問題を抑えながらも、製造コスト等の問題も極力解消し得るクランプトレイとすることが出来る。

また上記構成としてより具体的には、前記可動プレートは、前記枠状プレートに当接して当該可動プレートを前記収容可能位置から前記固定位置へ付勢するバネ部を有するように、一枚の金属板材から形成された構成としてもよい。また当該構成としてより具体的には、前記バネ部は、熱膨張の際に前記付勢が強まるように配置された構成としてもよい。

また上記構成としてより具体的には、前記上側プレート、前記下側プレート、および前記枠状プレートは、４２アロイを材質とする板材から形成された構成としてもよい。また上記構成としてより具体的には、前記可動プレートは、ステンレス鋼を材質とする板材から形成された構成としてもよい。

本発明のクランプトレイによれば、反り等の変形の問題を抑えながらも、製造コスト等の問題も極力解消することが可能となる。

本実施形態に係るクランプトレイの構成図である。 当該クランプトレイの分解斜視図である。 本実施形態に係る上側プレートの構成図である。 本実施形態に係る枠状プレートの構成図である。 本実施形態に係る可動プレートの構成図である。 本実施形態に係る下側プレート（あて板部材が固定された状態）の構成図である。 下側プレートにあて板部材を固定する様子の説明図である。

以下、本発明に係るクランプトレイの実施形態について、各図を参照しながら詳述する。但し、本発明の内容は、これらの実施形態に何ら限定されるものではない。なお、以下の説明において上下、左右および前後の各方向（互いに直交する方向）は、図１および図２などに示す通りである。

図１は、本実施形態に係るクランプトレイ１（以下、「クランプトレイ１」と記すことがある）の概略的な外観図である。また図２は、クランプトレイ１の概略的な分解斜視図である。本図に示すようにクランプトレイ１は、上側プレート１１、枠状プレート１２、および下側プレート１５が上から順に積層配置されて構成されている。

下側プレート１５の所定位置には、あて板部材１４が固定されている（図７を参照）。また上側プレート１１と下側プレート１５の間には、枠状プレート１２の内側スペースＳＰおよび開口部ＯＰ（図４を参照）の分だけ隙間が設けられ、この隙間に、可動プレート１３が設けられている。

図１に示すように可動プレート１３には、斜め左後側に伸びた部分αと斜め右前側に伸びた部分βが設けられ、これらの両側（左前側と右後側）の縁が枠状プレート１２と摺動するように、可動プレート１３は移動可能である。これにより可動プレート１３は、枠状プレート１２の内側スペース内において、図１での斜め方向（左後方向および右前方向）へ可動である

なお、図２に示すように、上側プレート１１、枠状プレート１２、あて板部材１４、および下側プレート１５は、材質が４２アロイの薄い板材を用いて形成されている。一方で可動プレート１３は、材質がステンレス鋼の薄い板材を用いて、エッチング加工により形成されている。このように異なる材質を用いた理由については、後述の説明により明らかとなる。

クランプトレイ１は、全体的に見て、上下方向を厚み方向とする平面視矩形状の薄い板状体となっている。クランプトレイ１の全体的な寸法は、例えば、前後と左右の各方向が５cm程度、上下方向（厚み）が０．５mm程度である。

また図１に示すように、クランプトレイ１は、前後と左右方向へ等間隔に配置された複数個（本実施形態の例では３×３＝９個）の収容孔１１ａ、積層された各板部を貼り合せる際に位置決め等に利用される貼り合せ用穴Ｈａ１〜Ｈａ３、および、可動プレート１３の移動操作等に利用される可動用穴Ｈｂ１，Ｈｂ２を有している。

収容孔１１ａは、ワーク（チップ等でも良い）を収容するための孔である。上方から収容孔１１ａに挿入されたワークは、可動プレート１３に設けられた収容スペース１３ｅ（図５を参照）に達し、図１に示すあて板部材１４と各把持部１３ｂ１，１３ｂ２に挟まれることで把持固定（クランプ）が可能である。

可動プレート１３の後側と枠状プレート１２との間には、複数の後側バネ部１３ａ１（左右方向へ４個が並べられている）が設けられており、可動プレート１３の左側と枠状プレート１２との間には、複数の左側バネ部１３ａ２（前後方向へ４個が並べられている）が設けられている。これらのバネ部１３ａ１，１３ａ２が縮むことにより、可動プレート１３を斜め右前方向へ付勢することが可能である。

なお、あて板部材１４は下側プレート１５に固定されており、各把持部１３ｂ１，１３ｂ２は可動プレート１３と一体化されている。そのため上記のように可動プレート１３が付勢されると、各把持部１３ｂ１，１３ｂ２はワークをあて板部材１４へ押付ける格好となり、ワークが把持固定されることになる。

次に、クランプトレイ１の各構成部材（１１〜１５）について、より詳細に説明する。

図３は、上側プレート１１の概略的な構成図である。本図に示すように上側プレート１１は、全体的に見て略矩形状の薄板となっており、９個の収容孔１１ａ、貼り合せ用穴Ｈａ１〜Ｈａ３、および可動用穴Ｈｂ１，Ｈｂ２を有している。

図４は、枠状プレート１２の概略的な構成図である。本図に示すように枠状プレート１２は、薄板状であるとともに、中央領域が内部スペースＳＰとされた枠状の部材である。枠状プレート１２は、貼り合せ用穴Ｈａ１〜Ｈａ３を有しており、また斜め右前側の角部分には、内部スペースＳＰを外部へ連通させる開口部ＯＰが設けられている。

図５は、可動プレート１３の概略的な構成図である。本図に示すように可動プレート１３は、薄板状であるとともに、後側バネ部１３ａ１、左側バネ部１３ａ２、後側把持部１３ｂ１、左側把持部１３ｂ２、後側把持用バネ１３ｃ１、左側把持用バネ１３ｃ２、押しボタン部１３ｄ、収容スペース１３ｅ、および各可動用穴Ｈｂ１，Ｈｂ２を有している。

後側バネ部１３ａ１は、可動プレート１３の後側において、左右方向へ４個が並ぶように配置されている。各後側バネ部１３ａ１は、前側の一端が可動プレート１３の本体と繋がっており、後側の他端は枠状プレート１２の内壁（内部スペースの後側の壁）へ当接させることが可能となっている。

左側バネ部１３ａ２は、可動プレート１３の左側において、前後方向へ４個が並ぶように配置されている。各左側バネ部１３ａ２は、右側の一端が可動プレート１３の本体と繋がっており、左側の他端は枠状プレート１２の内壁（内部スペースの左側の壁）へ当接させることが可能となっている。後側バネ部１３ａ１と左側バネ部１３ａ２の作用により、可動プレート１３を斜め右前方向へ付勢することが可能である。

また各収容スペース１３ｅは、各収容孔１１ａに対応して設けられている。後側把持部１３ｂ１は、各収容スペース１３ｅの後側に配置されており、後側把持用バネ１３ｃ１を介して可動プレート１３に繋がっている。左側把持部１３ｂ２は、各収容スペース１３ｅの左側に配置されており、左側把持用バネ１３ｃ２を介して可動プレート１３に繋がっている。

これにより後側把持部１３ｂ１は、収容スペース１３ｅ内において前後方向へ弾性的に伸縮可能であり、左側把持部１３ｂ２は、収容スペース１３ｅ内において左右方向へ弾性的に伸縮可能である。後側把持部１３ｂ１は、後方からワークをあて板部材１４へ押付ける役割を果たし、左側把持部１３ｂ２は、左方からワークをあて板部材１４へ押付ける役割を果たす。

押しボタン部１３ｄは、可動プレート１３の斜め右前側において外向き（斜め右前方向）へ突出するように形成されており、開口部ＯＰを介して枠状プレート１２の外側へ延出する。押しボタン部１３ｄは、可動プレート１３の移動操作に利用可能である。

図６は、あて板部材１４を固定した状態の下側プレート１５の概略的な構成図である。なお、あて板部材１４および下側プレート１５は、それぞれ薄板状の部品として別個に用意されるが、図７に示すように各あて板部材１４が下側プレート１５表面へ接着固定されることにより、双方は一体化される。

クランプトレイ１は、上述した各部材（１１〜１５）が図２に示すように積層配置された上で、上側プレート１１と枠状プレート１２、および、枠状プレート１２と下側プレート１５が、それぞれ所定の複数箇所でスポット溶接され形成されている。可動プレート１３については、このようなスポット溶接はなされていないため、枠状プレート１２の内部スペースＳＰにおいて可動である。

ここで、クランプトレイ１がワークを把持固定する動作について説明する。初期状態（外力が加わっていない状態）のクランプトレイ１においては、押しボタン部１３ｄが、枠状プレート１２の外縁よりも斜め右前方向へ延出している。この押しボタン部１３ｄを斜め左後方向へ押圧すると、可動プレート１３は、各バネ部１３ａ１，１３ａ２の付勢に抗して斜め左後方向へ移動する。

これにより各把持部１３ｂ１，１３ｂ２は収容孔１１ａから離れる方向へ移動し、収容孔１１ａを介してワークを収容スペース１３ｅへ収容することが可能となる。このときの可動プレート１３の位置は、収容孔１１ａに挿入されたワークを収容可能とする収容可能位置と見ることが出来る。

この状態でワークを収容スペース１３ｅへ収容し、押しボタン部１３ｄの押圧を解除すると、各バネ部１３ａ１，１３ａ２によって、可動プレート１３が斜め右前方向へ付勢される。これにより、各把持部１３ｂ１，１３ｂ２がワークをあて板部材１４に向けて押す格好となり、ワークは、把持部１３ｂ１，１３ｂ２とあて板部材１４とに挟まれる。このようにしてクランプトレイ１は、ワークを適切に把持固定することが可能である。このときの可動プレート１３の位置は、収容されたワークを押さえて固定する固定位置と見ることが出来る。

ワークの把持固定を解消するためには、押しボタン部１３ｄを再度前方へ押圧すれば良い。これによりワークの押付けが解消され、クランプトレイ１からワークを容易に取り外すことが可能である。なお、可動プレート１３の移動操作は、押しボタン部１３ｄを操作する代わりに、可動用穴Ｈｂ１，Ｈｂ２の少なくとも一方へ棒状の治具を挿入したり引き抜いたりすることによっても可能となっている。

なお、上側プレート１１、枠状プレート１２、および下側プレート１５は、スポット溶接により互いに接着固定されており、高温環境下で使用されて熱膨張が生じると反り等の変形の要因となり易い。そこで本実施形態のクランプトレイ１では、熱膨張による反り等の変形を出来るだけ抑えるため、可動プレート１３を除く各部材（１１、１２、１４、１５）については、全て４２アロイの材質で形成している。

４２アロイは、ステンレス鋼等に比べて熱膨張係数（線熱膨張係数）が十分に低い材質として知られており、４２アロイで形成された部材は、高温環境下で使用されても熱膨張は極力抑えられる。例えば、ＳＵＳ３０４（ステンレス鋼）は線熱膨張係数が１７．６×１０^−６／℃程度であるのに対し、４２アロイの線熱膨張係数は、４．２×１０^−６／℃程度である。

そのため、上側プレート１１、枠状プレート１２、および下側プレート１５に生じる反り等の変形が極力抑えられ、クランプトレイ１の品質維持等が容易となっている。なお、あて板部材１４も下側プレート１５と同じ材質とすることにより、熱膨張に起因してあて板部材１４が下側プレート１５から離れ易くなることは極力回避される。

一方で４２アロイは、ステンレス鋼等に比べて熱膨張の抑制の点では有利であるが、ステンレス鋼ほどのバネ性を有していない。

これらの事情を考慮して本実施形態では、可動プレート１３については、ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４）で形成している。これにより、各バネ部１３ａ１，１３ａ２や各把持用バネ１３ｃ１，１３ｃ２を含む比較的複雑な形状の可動プレート１３を、板材のエッチング加工により容易に形成することが可能である。また、可動プレート１３を４２アロイの材質で形成する場合に比べ、製造コストの点でも有利である。

なお、可動プレート１３については、スポット溶接等により他の部材と接着固定されることはなく、熱膨張による変形はあまり問題とはならない。そのため４２アロイではなく、ステンレス鋼により可動プレート１３を形成しても不具合は殆ど発生せず、むしろバネ性の維持や製造コストの低減が可能となる点で好ましい。

３．その他
以上に説明した通りクランプトレイ１では、上側プレート１１と下側プレート１５が枠状プレート１２を挟むように各プレートが積層配置され、可動プレート１３が、枠状プレート１２の内部スペースＳＰに配置されている。また、上側プレート１１にはワークを通す収容孔１１ａが形成され、可動プレート１３は、収容孔１１ａを介してワークを収容可能とする収容可能位置と、収容されたワークを押さえて固定する固定位置とに可動である。

そして上側プレート１１、下側プレート１５、および枠状プレート１２は、可動プレート１３に比べて熱膨張係数の低い材質により形成されている。そのためクランプトレイ１は、反り等の変形の問題を抑えながらも、製造コストやバネ性の問題も解消し得るようになっている。なお、ワークを通す収容孔は、上側プレート１１の代わりに下側プレート１５に設けられても良く、これら両方のプレートに設けられても構わない。

なお、可動プレート１３は、枠状プレート１２に当接して可動プレート１３を収容可能位置から固定位置へ付勢する各バネ部１３ａ１，１３ａ２を有するように、一枚の金属板材から形成されている。そしてこれらのバネ部１３ａ１，１３ａ２は、熱膨張の際に前記付勢が強まるように配置されている。

つまり、これらのバネ部１３ａ１，１３ａ２は、可動プレート１３の後側と左側に配置されているため、熱膨張によって伸びると、可動プレート１３はこれに応じて斜め右前方向へ移動する。この移動の方向は前記付勢の方向と一致しているため、当該付勢が強まることになる。これにより、高温環境下での使用により熱膨張が生じても、ワークの把持固定が強まる方向に作用するため、ワークの把持力が不足することや把持固定が不安定となること等は極力回避される。

本発明は、各種のワークをクランプするクランプトレイに利用可能である。

１ クランプトレイ
１１ 上側プレート
１１ａ 収容孔
１２ 枠状プレート
１３ 可動プレート
１３ａ１ 後側バネ部
１３ａ２ 左側バネ部
１３ｂ１ 後側把持部
１３ｂ２ 左側把持部
１３ｃ１ 後側把持用バネ
１３ｃ２ 左側把持用バネ
１３ｄ 押しボタン部
１３ｅ 収容スペース
１４ あて板部材
１５ 下側プレート
Ｈａ１〜Ｈａ３ 貼り合せ用穴
Ｈｂ１，Ｈｂ２ 可動用穴
ＯＰ 開口部
ＳＰ 内部スペース

Claims (5)

1. 上側プレートと下側プレートが枠状プレートを挟むように各プレートが積層配置され、
   可動プレートが、前記枠状プレート内のスペースに配置され、
   前記上側プレートおよび前記下側プレートの少なくとも一方には、ワークが挿入される孔が形成され、
   前記可動プレートは、前記孔に挿入されたワークを収容可能とする収容可能位置と、収容されたワークを押さえて固定する固定位置とに可動であるクランプトレイであって、
   前記上側プレート、前記下側プレート、および前記枠状プレートは、前記可動プレートに比べて熱膨張係数の低い材質により形成されたことを特徴とするクランプトレイ。
2. 前記可動プレートは、
   前記枠状プレートに当接して当該可動プレートを前記収容可能位置から前記固定位置へ付勢するバネ部を有するように、一枚の金属板材から形成されたことを特徴とする請求項１に記載のクランプトレイ。
3. 前記バネ部は、熱膨張の際に前記付勢が強まるように配置されたことを特徴とする請求項２に記載のクランプトレイ。
4. 前記上側プレート、前記下側プレート、および前記枠状プレートは、４２アロイを材質とする板材から形成されたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のクランプトレイ。
5. 前記可動プレートは、ステンレス鋼を材質とする板材から形成されたことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載のクランプトレイ。