(57)【要約】グリッパユニット（５）が、基板（３）に載着される電気的な構成素子（１０）のための回転可能なホルダ（９）を備えている。ホルダ（９）は、軸方向で連結解除可能な連結エレメント（１２，１３）を備えた分離クラッチを介して、グリッパユニットの回転駆動装置（７）と結合されている。基板（３）に構成素子（１０）を載着する際に、連結装置は、完全に分離されるので、ホルダ（９）は、完全に回転駆動装置（７）から分離される。ホルダ（９）は、回転駆動装置（７）に対して、調節可能な圧力装置によって軸方向で構成素子（１０）に向かってプレロードをかけられ、この場合連結面（１８）は、ホルダ（９）に作用する、軸方向のプレロードを超える軸方向の載着力によって互いに分離される。これによって載着力は、種々異なる構成素子でも、個別的に極めて精確に調節することができる。
2006514444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（３）に電気的な構成素子（１０）を装着するためのグリッパユニット（５）であって、
基板に対して垂直に移動可能なグリッパユニット（５）が、ケーシング（６）と、該ケーシング（６）内で回転可能に支承された、構成素子（１０）のためのホルダ（９）と、ケーシング（６）内で支承された、ホルダ（９）のための回転駆動装置（７）とを備えており、該ホルダ（９）が、軸方向でフレキシブルな連結装置を介して少なくとも一時的に回転駆動装置（７）と相対回動不能に結合されている形式のものにおいて、
連結装置が、軸方向で連結解除可能な連結エレメント（１２，１３）を備えた分離クラッチとして形成されており、ホルダ（９）が、調節可能な圧力装置によって、軸方向で構成素子（１０）に向かって回転駆動装置（７）に対してプレロードをかけられており、連結エレメント（１２，１３）の各連結面（１８）が、ホルダ（９）のための軸方向のストッパを成しており、連結面（１８）が、ホルダ（９）に作用する、軸方向のプレロードを超える軸方向の載着力によって互いに離間されるようになっていることを特徴とする、基板に電気的な構成素子を装着するためのグリッパユニット。
【請求項２】
連結装置が、連結エレメント（１２，１３）の、回転軸線に対して垂直に延びる連結面（１８）を備えた摩擦クラッチとして形成されている、請求項１記載のグリッパユニット。
【請求項３】
連結装置が、迅速に分離可能に形成されており、ホルダ（９）が、交換可能に形成されている、請求項１または２記載のグリッパユニット。
【請求項４】
ホルダ（９）が、ケーシング（６）内で軸方向移動可能に支承されていて、かつバヨネット締結式に回転駆動装置（７）の駆動軸（８）と結合されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のグリッパユニット。
【請求項５】
ホルダ（９）が、構成素子（１０）のための吸込ピペット（２４）を着脱可能に取り付けるためのアダプタ（２３）を備えている、請求項１から４までのいずれか１項記載のグリッパユニット。
【請求項６】
ホルダ（９）が、角度スケール（２５）を備えており、ケーシング（６）に、角度スケール（２５）のための検出装置（２６）が設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載のグリッパユニット。
【請求項７】
個別的に作動可能で互いに平行な複数のグリッパユニット（５）が、可動の１つの装着ヘッド（２）にまとめて形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のグリッパユニット。
【請求項８】
実質的に中空円筒形のホルダ（９）が、外套面で、薄く形成されており、自由なホルダ端部に向かう真空管路（２２）が、ホルダ（９）の中空円筒形の内室（２１）からニューマチック的に分離されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のグリッパユニット。
【請求項９】
基板（３）に構成素子（１０）を装着するための、電気的な構成素子用のグリッパユニット（５）であって、
グリッパユニット（５）が、ケーシング（６）と、該ケーシング（６）内で回転可能に支承された、構成素子（１０）のためのホルダ（９）と、ケーシング（６）内で支承された、ホルダ（９）のための回転駆動装置（７）とを備えており、
該ホルダ（９）が、軸方向でフレキシブルな連結装置を介して回転駆動装置（７）と相対回動不能に結合されている形式の、特に請求項１から８までのいずれか１項記載のグリッパユニットにおいて、
ピボット支承部が、円筒形の空気支承部（１１）として形成されており、該空気支承部（１１）内で、ホルダ（９）が、軸方向移動可能であり、
ホルダ（９）が、回転駆動装置（７）に向いた側で、圧力プランジャとして、圧力調節可能なガスで負荷されるようになっていることを特徴とする、基板に構成素子を取り付けるための、電気的な構成素子用のグリッパユニット。
【請求項１０】
空気支承部（１１）の空隙と、ホルダ（９）の、ガス負荷される区分との間で、環状に延びる排気溝（２７）が設けられている、請求項９記載のグリッパユニット。
【請求項１１】
ホルダ（９）の、中空円筒形の内室（２１）が、ホルダ（９）の圧力側とニューマチック的に接続されている、請求項９または１０記載のグリッパユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に電気的な構成素子を装着するための、電気的な構成素子用のグリッパユニットであって、グリッパユニットが、ケーシングと、ケーシング内で回転可能に支承された、構成素子のためのホルダと、ケーシング内で支承された、ホルダのための回転駆動装置とを備えており、ホルダが、軸方向でフレキシブルな連結装置を介して回転駆動装置と相対回動不能に結合されている形式のものに関する。
【０００２】
このようなグリッパユニットは、たとえば米国特許第６１７８６２１号明細書によって公知である。このような形式のグリッパユニットは、自動装着装置の一部であり、ここでは電気的な構成素子が供給領域に準備されて、装着領域で電気的なプリント基板に載着される。回転駆動装置と構成素子のためのホルダとの間で、可変の作業圧を有するニューマチック式の緩衝器が設けられている。これによって載着力を構成素子に応じてそれぞれ異なる最大値に調節することができる。
【０００３】
さらに国際公開第０３／００１５７２号パンフレットによって、グリッパユニットが公知であり、ここでは回転駆動装置が、横方向で変位可能でかつ載着方向で圧縮可能な金属ベローズを介して、ホルダと相対回動不能に（つまり一緒に回転するように）結合されている。ホルダは、内側端部で、固定部分を備えており、固定部分は、電磁石によって、前調節可能な磁力で負荷されている。電磁石の通電変化によって、磁力は、種々異なる構成素子の許容最大限界値に適合させることができる。さらにホルダは、空気支承部として形成された半径方向案内支承部内で案内されており、半径方向案内支承部は、静止摩擦力を有していない。載着力を規定する際に、磁力だけでなく、金属ベローズのばね力のみならずホルダの自重も考慮する必要がある。載着力の制限は、特に圧力に敏感な小さな構成素子にとって重要である。
【０００４】
米国特許第５０２９３８３号明細書から公知のグリッパユニットでは、グリッパ尖端部は、中空の球状の空気支承部内で枢着式に、かつほぼ摩擦なくホルダに対して支承されているので、グリッパ尖端部は、載着に際して、収容される構成部材の形状に適合させることができる。この場合構成部材にグリッパ尖端部の重力しか及ぼされない。構成部材を収容するために、空気支承部およびグリッパ尖端部は負圧で負荷され、これによってグリッパ尖端部は、構成部材と共に、ホルダに固定することができる。
【０００５】
特に多数の接続部を備えた構成素子では、全ての接続部がはんだ材料によって湿潤されるのを保証するために、ある程度の最小力が要求される。これの意味するところによれば、許容される力は、狭い範囲に位置する。
【０００６】
したがって本発明の課題は、直接的に構成素子に作用する載着力を、比較的高い精度で維持できるようなものを提供することである。
【０００７】
この課題は、請求項１の特徴部に記載した構成手段を有する装置によって解決される。分離クラッチによって、連結エレメントは、基板に構成素子を装着するのとほぼ同時に、確実に連結解除されるよう保証される。載着時点における、回転駆動装置からのホルダの完全な連結解除によって、回転駆動装置側から力がもはやホルダに及ぼされることはない。このことは、特に一般的な流動性のはんだペーストを使用する場合に、構成素子は、載着したあとでそれ以上回転しない、という思想に基づいている。したがって載着力を調節する際に、連結力またはばね力を考慮する必要はなく、これによって精確で迅速な調節が実現される。特にたとえば増加するばね力を補償するための別の調整装置は必要としない。回転駆動装置は、たとえばモータ軸の直接式駆動装置として、またはたとえば伝動装置を介して駆動モータと結合された、露出した駆動軸として形成することもできる。
【０００８】
本発明の有利な実施形態は、請求項２から１１までに記載した。
【０００９】
正確な組付位置への構成素子の回転は、既に僅かにプレロードのかけられた摩擦クラッチによって確実に伝達することのできる、比較的小さなトルクしか必要としない。これに応じた小さなプレロードによって、回転駆動装置の駆動軸線とホルダの回転軸線とが互いに連結解除されるので、ホルダは、独自のピボット支承部としての回転支承部で、駆動装置による影響を受けずに精確に案内することができる。
【００１０】
請求項３および請求項４記載の実施形態によって、ホルダは迅速に交換することができる。このような形式のホルダは、直接的に把持しようとする構成素子のための、構成素子に適合されたそれぞれ異なる端面を備えることができる。
【００１１】
さらにまた構成素子を、迅速に交換可能にホルダのアダプタに取り付けることのできる適当な吸着ピペットで把持することもできる。
【００１２】
請求項６記載の実施形態によって、ホルダの回転角度は、構成素子の直ぐ傍で制御することができる。
【００１３】
請求項７記載の実施形態によって、装着装置の能力が著しく高められる。
【００１４】
請求項８記載の実施形態によって、載着力をさらに精確に制御することができる。中空円筒形のホルダは、軽量に形成することができ、ホルダの自重は必要な載着力を大きく下回っており、生じる慣性力はこれに応じて小さく維持されるので、載着力は、実質的に調節可能な圧力装置によって特定される。また通常、基板に構成素子を載着したあとで、真空は短い圧力パルスに切り換えられ、これによって基板に対する構成素子の確実な付着が保証される。さらにまた通常、ニューマチック式の管路は、ホルダの中央孔を通って吸込尖端部に案内される。ホルダ内室の拡張によって、圧力パルスの伝達を遅延して、ひいては装着出力を低減し得る緩衝容積が形成される。本発明による、内室からのニューマチック式の管路の分離によって、管路の容量は、大幅に低減され、ホルダ尖端部の真空は、極めて短時間で所望の圧力パルスに切り換えることができる。
【００１５】
請求項９記載の実施形態でも同様に、載着力がさらに精確に調節できることを意図している。空気支承部は、回転方向でも軸方向の移動方向でも完全に摩擦およびヒステリシスから解放されている。ホルダは、質量を増加し得る別の支承エレメントを必要としない。圧力ガスによる軸方向の圧力動作（これは圧力装置を表す）によって、ホルダに追加的な連結エレメントが必要とされない。ガス圧は、ホルダの横断面全体にわたって均等に分配されるので、力の重心は中央に位置して、傾動モーメントが生じることはない。ガス圧は、載着まえに既に圧力センサによって精確に所定の値に調節することができる。このような組み合わせでは、小さなホルダ質量は、グリッパユニットの調整された降下速度によって容易に克服できる唯一の妨害値である。たとえば前掲米国特許第６１７８６２１号明細書による比較的高い質量の非弾性部分では、載着過程の間、圧力調整が必要であるが、これに対して本発明では省略することができる。
【００１６】
請求項１０記載の排気溝によって、空気支承部は、ニューマチック的にホルダの作動圧力から分離される。
【００１７】
請求項１１記載の実施形態によれば、ホルダの上方の圧力体積は、圧力増加がホルダの弾性作用に際して無視できるようになるまで高められる。
【００１８】
次に図面につき本発明の実施例を詳しく説明する。
【００１９】
図１〜図３に示したように、装着ヘッド２の支持体１は、水平方向に延びる２つの座標方向Ｘ，Ｙで基板３に対して平行に移動可能である。支持体は、鉛直方向のリニアガイド４を備えており、リニアガイド４において、グリッパユニット５が、支持体１の往復駆動装置２８によって、別の座標方向Ｚで移動することができる。グリッパユニット５のケーシング６には、電気式の回転駆動装置７が収容されており、回転駆動装置７は駆動軸８で、これに対して同軸的に下方に配置された、電気素子１０のためのプランジャ状のホルダ９に係合する。ホルダ９は、円筒形の空気支承部１１内で回転可能かつ長手方向移動可能に案内されている。
【００２０】
実質的に中空円筒形のホルダ９は、駆動装置７に向いた側で、端壁１２を備えており、端壁１２を通って駆動軸８が突出している。端壁１２の、駆動装置とは反対側で、駆動軸８にストッパディスク１３が取り付けられており、ストッパディスク１３は、側方で羽根状に突出する脚部で、端壁に後方から係合する。図１に示した機能位置で、端壁１２の下面は、軸方向のプレロード（Vorspannung；予荷重）下で、ストッパディスク１３の、側方で突出する脚部の上面に接触する。摩擦力は、駆動装置７の回転運動がホルダ９に確実に伝達されるような大きさを有しているので、構成素子１０は、要求された回転位置で、基板３に載着することができる。
【００２１】
端壁１２は、貫通孔１５を備えており、貫通孔１５は、輪郭で、ストッパディスク１３に遊びを有して適合されていて、かつストッパディスク１３の長手方向に対して垂直に延びている。これによって駆動軸８の端部は、該端部に取り付けられたストッパディスク１３で、９０°回転した取付位置において、端壁１２を貫通案内することができる。したがって駆動軸８は、ホルダ９に対して回転され、それもストッパディスク１３の側方脚部が、端壁１２の回転ストッパ１４（図１および図３には示していない）に接触するまで回転されるので、ホルダ９は、バヨネット締結式に駆動軸とロックされ、座標方向ｚの降下が防止されている。
【００２２】
端壁１２の上方で、グリッパユニット５に、閉鎖された中空室１６が形成されており、中空室１６は圧縮空気管路１７と接続されている。供給される圧縮空気は、端壁１２をストッパディスク１３に押し付ける圧力装置を形成する。端壁１２およびストッパディスク１３は摩擦クラッチの連結エレメントを成し、ここでは互いに向かい合う面が、連結面１８として作用する。端壁１２およびストッパディスク１３は、ニューマチック式の圧力によって、互いに緊締され、それも構成素子１０を備えたホルダ９の回転のために必要な小さなモーメントを確実に伝達する強さで緊締される。
【００２３】
空気支承部１１は、ガイドブシュ１９に形成されており、ガイドブシュ１９は、中空室１６の上方まで延びていて、かつ図示していない細い半径方向孔を備えており、半径方向孔は、別の圧縮空気管路２０と接続されている。この領域とホルダ９の上位端部との間で、ガイドブシュ１９に、環状に延びる排気溝２７が配置されており、排気溝２７は、両方の圧縮空気領域の間の不要な空気の制御されないオーバーフローを防止するので、両方の領域は相互的な圧力作用から解放して維持される。
【００２４】
ホルダ９は、ガイド領域で、薄肉の中空シリンダとして形成されており、中空シリンダは、これに応じた容量の大きな内室２１を有しているので、ホルダ９の質量は極めて小さく維持することができる。内室２１は、閉鎖された床部によって、ホルダ９に構成素子１０を吸着するための真空管路２２からニューマチック的に分離されている。ホルダ９は、下位端部でアダプタ２３を備えており、アダプタ２３に吸込ピペット２４が取り付けられており、吸込ピペット２４は機能的にホルダ９に割り当てられている。ホルダ尖端部自体をある種の吸込ピペットとして形成して、構成素子１０をホルダ尖端部に直接的に吸着することもできる。
【００２５】
アダプタ２３の上位においてホルダ９にディスク状の角度スケール２５が取り付けられており、角度スケール２５は、ケーシング６に取り付けられた定置の検出装置２６によって検出される。これによって駆動装置７によるホルダ９の回転は、構成素子１０の極めて近傍で測定することができるので、場合によっては生じる伝達エラーに影響が及ぼされることはない。
【００２６】
図２では、グリッパユニット２は、往復駆動装置２８によってｚ方向で降下されていて、それも構成素子１０が基板３に載着するまで降下されている。この時点でホルダ９は中空室１６に押し込まれ、この場合作用するガス圧は、最大載着力を特定する。この場合有利には、制御可能なガス圧は、予め精確に調節することができる。種々異なる構成素子は、様々な載着力を必要としており、様々な載着力はそれぞれ異なる圧力負荷によって達成される。ホルダ９に弾性力が及ぼされる時点で、ホルダ９は停止されて、残りのグリッパユニット部分に押し込まれる。この相対運動は、適当なセンサによって検出することができ、センサは往復運動の迅速な制動を及ぼす。載着とほぼ同時に、端壁１２は、ストッパディスク１３から完全に分離されるので、さらなる慣性力および連結力がホルダ９に及ぼされることはない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明によるグリッパユニットを出発位置で示す縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った、グリッパユニットを機能位置で示す部分断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った、グリッパユニットの断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  支持体、  ２  装着ヘッド、  ３  基板、  ４  リニアガイド、  ５  グリッパユニット、  ６  ケーシング、  ７  回転駆動装置、  ８  駆動軸、  ９  ホルダ、  １０  素子、  １１  空気支承部、  １２  端壁、  １３  ストッパディスク、  １４  回転ストッパ、  １５  貫通孔、  １６  中空室、  １７，２０  圧縮空気管路、  １８  連結面、  １９  ガイドブシュ、  ２１  内室、  ２２  真空管路、  ２３  アダプタ、  ２４  吸込ピペット、  ２５  角度スケール、  ２６  検出装置、  ２７  排気溝、  ２８  往復駆動装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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