JPWO2017037895A1

JPWO2017037895A1 - 電子部品挿入組立機

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Publication number: JPWO2017037895A1
Application number: JP2017537142A
Authority: JP
Inventors: 拓也永石
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Priority date: 2015-09-02
Filing date: 2015-09-02
Publication date: 2018-06-14
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Abstract

Ｚ軸駆動装置（２４）によってカットアンドクリンチヘッド（２１）を回路基板（１４）の下面から下方に離れた待機位置からカットアンドクリンチ動作を行う動作位置まで上昇させる際に、回路基板の下面から下方に離れた待機位置から減速開始位置までの区間はカットアンドクリンチヘッドを最高速で高速上昇させて、該減速開始位置からカットアンドクリンチヘッドの上昇速度を減速させて、動作位置でカットアンドクリンチヘッドを停止させてカットアンドクリンチ動作を行う。この際、回路基板の下方への反り量又はそれに相関する情報に応じて減速開始位置の高さを変更する。例えば、回路基板の下方への反り量が大きくなるほど、減速開始位置の高さを低くするように制御する。これにより、回路基板の下方への反り量の大小を問わず、減速開始位置と回路基板の下面との間の減速距離を過不足なく安定して確保することが可能となる。

Description

本発明は、回路基板のスルーホールに上方から電子部品のリードを挿入して、そのスルーホールから下方に突出したリードを折曲するクリンチ動作又は該リードを切断及び折曲するカットアンドクリンチ動作を行う機能を備えた電子部品挿入組立機に関する発明である。

特許文献１（特許第２７６５１６５号公報）に記載された電子部品挿入組立機は、回路基板の下方に、クリンチ動作を行うクリンチヘッドをエアシリンダにより上下動可能に配置し、クリンチヘッドの上昇動作時にクリンチヘッドの上端が回路基板の下面に到達する前に、クリンチヘッドの上限規制部材がショックアブゾーバのロッドに当接することで、クリンチヘッドの上端が回路基板の下面に勢い良く衝突することを防止するようにしている。

特許第２７６５１６５号公報

電子部品挿入組立機では、回路基板の両側縁をクランプ機構でクランプした状態でクリンチヘッドを上昇させてクリンチ動作やカットアンドクリンチ動作を行うようにしているが、近年の部品実装基板の薄型化の要求により、回路基板も薄型化され、回路基板が反りやすくなっている。このため、回路基板の下方への反り量が大きくなる場合もあるが、上記特許文献１の構成では、クリンチヘッドの上昇動作時の減速開始位置（クリンチヘッドの上限規制部材がショックアブゾーバのロッドに当接する位置）が常に同じ高さであるため、回路基板の下方への反り量が大きくなると、クリンチヘッドの減速開始位置と回路基板の下面との間の減速距離が小さくなって、ショックアブゾーバによる緩衝効果が十分に得られなくなったり、極端な場合には、回路基板の下面が反りによりクリンチヘッドの減速開始位置よりも低くなって、クリンチヘッドの上限規制部材がショックアブゾーバのロッドに当接する前（ショックアブゾーバによる緩衝効果が発生する前）にクリンチヘッドの上端が回路基板の下面に勢い良く衝突してしまう可能性がある。従って、特許文献１の構成では、回路基板の下方への反り量によっては、ショックアブゾーバの緩衝効果が安定して得られず、クリンチヘッドの上端が回路基板の下面に勢い良く衝突することを安定して防止できない。クリンチヘッドの上端が回路基板の下面に勢い良く衝突すると、その衝撃で、回路基板が損傷したり、回路基板に装着（載置）した部品が散乱する等の問題が発生する可能性がある。

ところで、特許文献１の構成では、クリンチヘッドを上下動させる駆動源としてエアシリンダを用いているが、モータを駆動源としてクリンチヘッドを上下動させるようにしたものがある。このものでは、モータの速度制御は、クリンチヘッドの上昇開始から上昇途中の一定の高さ位置に設定された減速開始位置までの区間は高速駆動し、その減速開始位置から減速を開始してクリンチヘッドを目標の動作位置で停止させるように制御するが、この場合も、減速開始位置の高さが常に同じ高さであるため、上述した特許文献１の構成と同様の課題がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、クリンチヘッドの上昇動作時にクリンチヘッドの上端が回路基板の下面に勢い良く衝突することを安定して防止できる電子部品挿入組立機を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は、回路基板のスルーホールに上方から電子部品のリードを挿入するリード挿入装置と、前記回路基板のスルーホールに挿入されて下方に突出したリードを折曲するクリンチ動作又は該リードを切断及び折曲するカットアンドクリンチ動作を行うクリンチヘッド（本発明の「クリンチヘッド」はカットアンドクリンチ動作を行う「カットアンドクリンチヘッド」も含む概念である）と、前記回路基板の下方で前記クリンチヘッドをＸＹＺ方向及びθ方向に駆動する駆動装置とを備えた電子部品挿入組立機において、前記駆動装置を制御して前記クリンチヘッドを下降させた待機位置から前記クリンチ動作又は前記カットアンドクリンチ動作を行う動作位置へ上昇させる際に前記待機位置から減速開始位置までの区間は前記クリンチヘッドを高速上昇させて前記減速開始位置から前記クリンチヘッドの上昇速度を減速させる制御装置を備え、前記制御装置は、前記減速開始位置の高さを変更する手段を含むことを特徴とするものである。

このようにすれば、例えば、回路基板の下方への反り量が大きくなるほど、減速開始位置の高さを低くするように制御することが可能となる。これにより、回路基板の下方への反り量の大小を問わず、クリンチヘッドの減速開始位置と回路基板の下面との間の減速距離を過不足なく安定して確保することが可能となり、クリンチヘッドの上昇動作時にクリンチヘッドの上端が回路基板の下面に勢い良く衝突することを安定して防止できる。しかも、回路基板の下方への反り量が小さければ、それに応じて減速開始位置を高くして待機位置から減速開始位置までの高速駆動区間の距離を増加させることが可能となり、サイクルタイムを短縮して生産性を向上できる。

この場合、回路基板の下方への反り量は、生産開始前に作業者が計測して、その計測値のデータを制御装置に入力するようにしても良いし、反り量を計測する反り計測器を電子部品挿入組立機に設けて、生産開始前に反り計測器で回路基板の下方への反り量を計測して、その計測値に応じて減速開始位置の高さを変更するようにしても良い。

或は、回路基板の種類、板厚、材質、サイズ等に応じて回路基板の下方への反り量が変化することを考慮して、回路基板の種類、板厚、材質、サイズ等の少なくとも１つを、回路基板の下方への反り量に相関する情報として用いて、これらの情報に応じて減速開始位置の高さを変更するようにしても良い。

回路基板の下方への反り量又はそれに相関する情報は、電子部品挿入組立機の動作を制御する生産プログラム（生産ジョブ）等に、使用する回路基板の情報と関連付けて登録するようにしても良いし、或は、制御装置に対して減速開始位置の高さを変更する信号を作業者が入力する入力手段を設けた構成としても良い。

また、回路基板は、下方に湾曲状に反るため、回路基板の下面の高さは、中央部分が最も低くなり、その両側に向けて徐々に高くなる。従って、１枚の回路基板でも、電子部品のリードを挿入するスルーホールの位置によって高さが変わる。

この点を考慮して、本発明は、回路基板のスルーホールの位置に応じて減速開始位置の高さを変更するようにしても良い。このようにすれば、回路基板の各スルーホールの位置による高さの変化に対しても、減速開始位置の高さを変化させることができて、きめ細かな制御が可能となる。

図１は本発明の一実施例の電子部品挿入組立機の制御系の構成を示すブロック図である。図２は本発明の一実施例のカットアンドクリンチ装置の構成を示す斜視図である。図３はカットアンドクリンチヘッドの構成を示す斜視図である。図４（ａ）、（ｂ）はカットアンドクリンチヘッドのカットアンドクリンチ動作を説明する図である。図５はカットアンドクリンチヘッドを待機位置から動作位置へ上昇させてカットアンドクリンチ動作を行う工程を説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態を、カットアンドクリンチ装置を搭載した電子部品挿入組立機に適用して具体化した一実施例を説明する。

電子部品挿入組立機には、リード１１付きの電子部品１２（図４、図５参照）を供給する部品供給装置１３が交換可能にセットされる。更に、電子部品挿入組立機には、回路基板１４（図４、図５参照）を搬送する基板搬送装置１５と、この基板搬送装置１５で所定位置に搬入した回路基板１４をクランプする基板クランプ装置１８と、部品供給装置１３によって供給された電子部品１２をピックアップして回路基板１４のスルーホール１６に上方から該電子部品１２のリード１１を挿入するリード挿入装置１７と、回路基板１４のスルーホール１６に挿入されて下方に突出したリード１１を切断及び折曲するカットアンドクリンチ動作を行うカットアンドクリンチ装置２０等が設けられている。カットアンドクリンチ装置２０は、リード１１を折曲するクリンチ動作のみを行うクリンチ装置に、リード１１を切断する機能を追加したものであり、本発明は、カットアンドクリンチ装置２０とクリンチ装置のどちらにも適用可能である。

以下、図２乃至図４を用いてカットアンドクリンチ装置２０の構成を説明する。
カットアンドクリンチ装置２０は、カットアンドクリンチ動作を行うカットアンドクリンチヘッド２１と、該ヘッド２１をＸ方向（回路基板１４の搬送方向）に駆動するＸ軸駆動装置２２と、該ヘッド２１をＸ方向と水平に直交するＹ方向に駆動するＹ軸駆動装置２３と、該ヘッド２１をＺ方向（上下方向）に駆動するＺ軸駆動装置２４と、該ヘッド２１をθ方向（Ｚ軸を中心にして回転する方向）に駆動するθ軸駆動装置２５とから構成されている。

カットアンドクリンチヘッド２１は、基板搬送装置１５により搬入されて基板クランプ装置１８でクランプされた回路基板１４の下方でＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸及びθ軸の各駆動装置２２〜２５によってＸＹＺ方向及びθ方向に駆動される。このカットアンドクリンチヘッド２１は、ヘッド本体２８と、このヘッド本体２８に水平方向に移動可能に保持された一対の第１可動部２９ａ，２９ｂと、一対の第１可動部２９ａ，２９ｂの各々に水平方向に移動可能に保持された一対の第２可動部３０ａ，３０ｂと、一対の第１可動部２９ａ，２９ｂを互いに接近・離間させることで一対の第１可動部２９ａ，２９ｂの間隔を電子部品１２のリード１１の間隔に合わせて調整する第１可動部駆動装置３１と、一対の第２可動部３０ａ，３０ｂを互いに接近・離間させることで一対の第２可動部３０ａ，３０ｂの間隔を変化させる一対の第２可動部駆動装置３２ａ，３２ｂ等を備えている。第１可動部駆動装置３１は、ヘッド本体２８に取り付けられ、一対の第２可動部駆動装置３２ａ，３２ｂは、一対の第１可動部２９ａ，２９ｂに取り付けられている。図４に示すように、一対の第１可動部２９ａ，２９ｂの各々には、電子部品１２のリード１１を上方から挿入するリード挿入孔４９ａ，４９ｂが形成され、一対の第２可動部３０ａ，３０ｂの各々には、電子部品１２のリード１１を上方から挿入するリード挿入孔５０ａ，５０ｂが形成されている。

このカットアンドクリンチヘッド２１をＸ方向に駆動するＸ軸駆動装置２２は、図２に示すように、Ｘ軸モータ（図示せず）を駆動源とするＸ軸ボールねじ機構３３によってＸスライダ３４をＸ軸ガイド３５に沿ってＸ方向に移動させる構成となっており、このＸスライダ３４上にＹ軸駆動装置２３が取り付けられている。

Ｙ軸駆動装置２３は、Ｙ軸モータ（図示せず）を駆動源とするＹ軸ボールねじ機構３７によってＹスライダ３８をＹ軸ガイド３９に沿ってＹ方向に移動させる構成となっており、このＹスライダ３８にＺ軸駆動装置２４が取り付けられている。

Ｚ軸駆動装置２４は、Ｚ軸モータ４１（例えばサーボモータ等）を駆動源とするＺ軸ボールねじ機構４２によってＺスライダ４３をＺ軸ガイド４４に沿ってＺ方向に移動させる構成となっており、このＺスライダ４３にθ軸駆動装置２５が取り付けられている。Ｚスライダ４３には、カットアンドクリンチヘッド２１がθ軸駆動装置２５によってθ方向に回転可能に保持されている。

θ軸駆動装置２５は、θ軸モータ４６を駆動源とするθ軸駆動機構４７によってθ軸回転テーブル４８をθ方向に回転させる構成となっており、このθ軸回転テーブル４８上にカットアンドクリンチヘッド２１のヘッド本体２８が取り付けられ、θ軸回転テーブル４８と一体的にカットアンドクリンチヘッド２１がθ方向に回転するようになっている。

以上のように構成した電子部品挿入組立機の動作は、１台又は複数台のコンピュータからなる制御装置５１（図１参照）によって制御される。電子部品挿入組立機の制御装置５１には、図１に示すように、キーボード、マウス、タッチパネル等の入力装置５２（入力手段）と、各種のプログラムやデータ等を記憶するハードディスク、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶装置５３（記憶手段）と、液晶ディスプレイ、ＣＲＴ等の表示装置５４等が接続されている。

電子部品挿入組立機の制御装置５１は、部品供給装置１３、基板搬送装置１５、基板クランプ装置１８、リード挿入装置１７及びカットアンドクリンチ装置２０等の動作を制御して、カットアンドクリンチ動作を次のように実行する。

まず、基板搬送装置１５により電子部品挿入組立機内の所定位置に搬入された回路基板１４の両側縁を基板クランプ装置１８でクランプすると共に、部品供給装置１３によって供給された電子部品１２をリード挿入装置１７でピックアップして該電子部品１２の２本のリード１１を回路基板１４の２つのスルーホール１６の上方で位置決めして下降させることで、該電子部品１２の２本のリード１１を該回路基板１４の２つのスルーホール１６に挿入する。

そして、回路基板１４の下面から下方に離れた待機位置で待機しているカットアンドクリンチヘッド２１をＸ軸駆動装置２２とＹ軸駆動装置２３によってＸＹ方向に移動させて、カットアンドクリンチヘッド２１を電子部品１２の２本のリード１１が挿入された回路基板１４の２つのスルーホール１６の下方に位置決めすると共に、θ軸駆動機構４７によってカットアンドクリンチヘッド２１のθ方向の回転角度を修正して、カットアンドクリンチヘッド２１の一対の第１可動部２９ａ，２９ｂのリード挿入孔４９ａ，４９ｂと一対の第２可動部３０ａ，３０ｂのリード挿入孔５０ａ，５０ｂの位置を回路基板１４の２つのスルーホール１６から下方に突出した２本のリード１１の下方に位置決めする。

この後、Ｚ軸駆動装置２４によってカットアンドクリンチヘッド２１を待機位置からカットアンドクリンチ動作を行う動作位置（回路基板１４の下面に接触又は接近した高さ位置）まで後述する上昇速度制御により上昇させて、図４（ａ）に示すように、カットアンドクリンチヘッド２１の一対の第１可動部２９ａ，２９ｂのリード挿入孔４９ａ，４９ｂと一対の第２可動部３０ａ，３０ｂのリード挿入孔５０ａ，５０ｂを、回路基板１４の２つのスルーホール１６から下方に突出した２本のリード１１に挿入する。この状態で、図４（ｂ）に示すように、第２可動部駆動装置３２によって一対の第２可動部３０ａ，３０ｂを一対の第１可動部２９ａ，２９ｂに対して相対移動させることで、電子部品１２の２本のリード１１の先端不要部分を切断すると共に、切断後の各リード１１のスルーホール１６から突出した部分を回路基板１４の下面に沿って折り曲げて回路基板１４上に電子部品１２を仮止めする。この際、リード１１を折り曲げる方向（第２可動部３０ａ，３０ｂの移動方向）は、内側、外側のどちらの方向であっても良い。この後、Ｚ軸駆動装置２４によってカットアンドクリンチヘッド２１を待機位置まで下降させて待機させ、以後、リード１１付きの電子部品１２を回路基板１４上に装着する毎に、上述した一連の動作を繰り返してカットアンドクリンチを行う。

ところで、図５に示すように、Ｚ軸駆動装置２４によってカットアンドクリンチヘッド２１を回路基板１４の下面から下方に離れた待機位置からカットアンドクリンチ動作を行う動作位置まで上昇させる際に、待機位置から減速開始位置までの区間はカットアンドクリンチヘッド２１を例えば最高速で高速上昇させて、該減速開始位置からカットアンドクリンチヘッド２１の上昇速度を減速させて、動作位置でカットアンドクリンチヘッド２１を停止させてカットアンドクリンチ動作を行う。この際、減速開始位置の高さが常に同じ高さであると、回路基板１４の下方への反り量が大きい場合には、減速開始位置と回路基板１４の下面との間の減速距離が小さくなって、カットアンドクリンチヘッド２１が十分に減速されないまま回路基板１４の下面に勢い良く衝突してしまう可能性がある。また、極端な場合には、回路基板１４の下面が反りにより減速開始位置よりも低くなって、カットアンドクリンチヘッド２１が全く減速されずに回路基板１４の下面に勢い良く衝突してしまう可能性もある。

そこで、本実施例では、電子部品挿入組立機の制御装置５１は、回路基板１４の下方への反り量又はそれに相関する情報に応じて減速開始位置の高さを変更するようにしている。例えば、回路基板１４の下方への反り量が大きくなるほど、減速開始位置の高さを低くするように制御する。これにより、回路基板１４の下方への反り量の大小を問わず、減速開始位置と回路基板１４の下面との間の減速距離を過不足なく安定して確保することが可能となり、カットアンドクリンチヘッド２１の上昇動作時にカットアンドクリンチヘッド２１の上端が回路基板１４の下面に勢い良く衝突することを安定して防止できる。しかも、回路基板１４の下方への反り量が小さければ、それに応じて減速開始位置を高くして待機位置から減速開始位置までの高速駆動区間の距離を増加させることが可能となり、サイクルタイムを短縮して生産性を向上できる。

この場合、回路基板１４の下方への反り量は、生産開始前に作業者が計測して、その計測値のデータを、作業者が入力装置５２を操作して制御装置５１に入力するようにしても良いし、反り量を計測する反り計測器を電子部品挿入組立機に設けて、生産開始前に反り計測器で回路基板１４の下方への反り量を計測して、その計測値に応じて減速開始位置の高さを変更するようにしても良い。

或は、回路基板１４の種類、板厚、材質、サイズ等に応じて回路基板１４の下方への反り量が変化することを考慮して、回路基板１４の種類、板厚、材質、サイズ等の少なくとも１つを、回路基板１４の下方への反り量に相関する情報として用いて、これらの情報に応じて減速開始位置の高さを変更するようにしても良い。

回路基板１４の下方への反り量又はそれに相関する情報は、電子部品挿入組立機の動作を制御する生産プログラム（生産ジョブ）等に、使用する回路基板１４の情報と関連付けて登録するようにしても良いし、或は、制御装置５１に対して減速開始位置の高さを変更する信号を作業者が入力装置５２を操作して入力するようにしても良い。

また、図５に示すように、回路基板１４は、下方に湾曲状に反るため、回路基板１４の下面の高さは、中央部分が最も低くなり、その両側に向けて徐々に高くなる。従って、１枚の回路基板１４でも、電子部品１２のリード１１を挿入するスルーホール１６の位置によって高さが変わる。

この点を考慮して、回路基板１４のスルーホール１６の位置（ＸＹ座標）に応じて減速開始位置の高さを変更するようにしても良い。このようにすれば、回路基板１４の各スルーホール１６の位置による高さの変化に対しても、減速開始位置の高さを変化させることができて、きめ細かな制御が可能となる。

また、カットアンドクリンチヘッド２１の上昇停止位置（動作位置）についても、回路基板１４の下方への反り量又はそれに相関する情報に応じて変更するようにしても良い。同様に、カットアンドクリンチヘッド２１の下降停止位置（待機位置）についても、回路基板１４の下方への反り量又はそれに相関する情報に応じて変更するようにしても良い。

尚、本発明は、カットアンドクリンチ動作を行うカットアンドクリンチ装置２０を搭載した電子部品挿入組立機に限定されず、クリンチ動作のみを行うクリンチ装置を搭載した電子部品挿入組立機にも適用可能である。

その他、本発明は、カットアンドクリンチ装置２０の構成を適宜変更しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは言うまでもない。

１１…リード、１２…電子部品、１３…部品供給装置、１４…回路基板、１５…基板搬送装置、１６…スルーホール、１７…リード挿入装置、１８…基板クランプ装置、２０…カットアンドクリンチ装置、２１…カットアンドクリンチヘッド、２２…Ｘ軸駆動装置、２３…Ｙ軸駆動装置、２４…Ｚ軸駆動装置、２５…θ軸駆動装置、２９ａ，２９ｂ…第１可動部、３０ａ，３０ｂ…第２可動部、３１…第１可動部駆動装置、３２…第２可動部駆動装置、４１…Ｚ軸モータ、５０ａ，５０ｂ…リード挿入孔、５１…制御装置、５２…入力装置（入力手段）

Claims

回路基板のスルーホールに上方から電子部品のリードを挿入するリード挿入装置と、前記回路基板のスルーホールに挿入されて下方に突出したリードを折曲するクリンチ動作又は該リードを切断及び折曲するカットアンドクリンチ動作を行うクリンチヘッドと、前記回路基板の下方で前記クリンチヘッドをＸＹＺ方向及びθ方向に駆動する駆動装置とを備えた電子部品挿入組立機において、
前記駆動装置を制御して前記クリンチヘッドを下降させた待機位置から前記クリンチ動作又は前記カットアンドクリンチ動作を行う動作位置へ上昇させる際に前記待機位置から減速開始位置までの区間は前記クリンチヘッドを高速上昇させて前記減速開始位置から前記クリンチヘッドの上昇速度を減速させる制御装置を備え、
前記制御装置は、前記減速開始位置の高さを変更する手段を含むことを特徴とする電子部品挿入組立機。
前記制御装置は、前記回路基板の下方への反り量又はそれに相関する情報に応じて前記減速開始位置の高さを変更する手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の電子部品挿入組立機。
前記制御装置は、前記回路基板の種類、板厚、材質、サイズの少なくとも１つに応じて前記減速開始位置の高さを変更する手段を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品挿入組立機。
前記制御装置は、前記電子部品のリードを挿入する前記回路基板のスルーホールの位置に応じて前記減速開始位置の高さを変更する手段を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子部品挿入組立機。
前記制御装置は、前記回路基板の下方への反り量が大きくなるほど、前記減速開始位置の高さを低くするように制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電子部品挿入組立機。
前記制御装置に対して前記減速開始位置の高さを変更する信号を作業者が入力する入力手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電子部品挿入組立機。