(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上冶具のピックアップ位置と圧入位置との間の作業範囲をもったピックアップ部と、該上冶具をジャッキ部によって前記圧入位置で押圧することによって基板に仮挿入された圧入型コネクタを前記基板に圧入する圧入装置において、
前記ピックアップ部を前記作業範囲内において移動させる移動手段を備えた保持プレートと、
前記圧入位置で前記ジャッキ部の押圧の際の反力を受けるジャッキ部の上方に設けられた天板と、
前記保持プレートに固着され、前記ジャッキ部を垂直方向に上下動させるための第一のガイドと、
前記ジャッキ部の上部と前記天板の下部とを圧接させることにより、前記ジャッキ部を圧入位置に固定させる為の押し上げシリンダとを備え、
前記ジャッキ部が前記天板に圧接固定され前記ピックアップ部を押圧することにより前記上冶具を押圧し前記コネクタを前記基板に圧入する際、その圧入反力を前記天板によって支持されるように構成されていることを特徴とするコネクタ圧入装置。
【請求項２】
前記ジャッキ部は上下動する可動部と、
前記可動部の上下動に伴って上下動する上下動フランジと、
前記上下動フランジ下端部に装着されたジャッキ部の押圧力を測定する押圧力測定手段と、
前記押圧力測定部を介して前記押圧力をピックアップ部に伝えるピックアップ部用押圧板と、
前記ピックアップ部用押圧板を前記上下動フランジ下端部に装着された前記押圧力測定手段に常時圧着させるための圧着スプリングと、
を更に備えたことを特徴とする請求項1に記載のコネクタ圧入装置。
【請求項３】
前記ジャッキ部は前記ピックアップ部の圧入方向の移動距離を測定するストローク測定部と、
前記ジャッキ部の押圧開始の際に前記押圧力測定手段の測定値をリセットする演算リセット部と、
前記押圧力測定部と前記ストローク測定部によって測定された押圧力とストローク量に基づいて、前記ジャッキ部の押圧力を制御する押圧力制御部を備えたことを特徴とする請求項1または2記載のコネクタ圧入装置。
【請求項４】
前記ストローク測定部が測定した前記ストローク量が増大すると共に上昇した前記押圧力が一旦下降して再び前記押圧力が上昇して設定された設定押圧値に達したときに、
前記ピックアップ部の圧入作業を停止して終了するように制御したことを特徴とする請求項3記載のコネクタ圧入装置。
【請求項５】
前記ストローク測定部が測定した前記ストローク量が増大すると共に上昇した前記押圧力が一旦下降して再び前記押圧力が上昇した時の圧力変化に関する直線近似式を求め、該直線近似式の上昇角度が設定された角度に達したときに、
前記ピックアップ部の圧入作業を停止して終了するように制御したことを特徴とする請求項3記載のコネクタ圧入装置。
【請求項６】
前記ストローク測定部が測定した前記ストローク量が増大すると共に上昇した前記押圧力が一旦下降した際の指定ストローク内の平均値を算出し、再び前記押圧力が上昇して前記指定ストローク内の平均値に達したときに、
前記ピックアップ部の圧入作業を停止して終了するように制御したことを特徴とする請求項3記載のコネクタ圧入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品に多用される印刷配線を施された基板にコネクタを圧入する装置で、特に「プレスフィットコネクタ」と呼ばれる無はんだ方式のコネクタを該基板に圧入する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、基板を用いた装置の組立工程では、無はんだ方式の圧入型のコネクタ「プレスフィットコネクタ」を採用するケースが増加している。従来のコネクタは基板への搭載時にはんだ付で接続しているのに対してプレスフィットコネクタ方式では圧入による簡便な方法で搭載することができ工程の簡素化を図ることができる。
また、社会的に有害物質及び環境負荷物質を低減する動きが活発となり、分野を問わず製造業はこれらの物質を含まない製品を作ることが要求されており、更には基板なども分別して廃棄することが望まれており、プレスフィットコネクタは時代に適合した製造方法である。
【０００３】
プレスフィットコネクタは複数の端子(プレスフィット部)が、プリント基板(以下基板という)にあけられたスルーホール部に挿入され互いに接触することによって通電する。したがって端子のプレスフィット部分とプリント基板のスルーホールとのはめあい関係がしまりばめとなるように設計され、締めしろによって発生する復元力によって接触通電するようになっている。
【０００４】
そのためにプレスフィットコネクタ圧入装置は挿入するための充分な圧力が必要である。通常プレスフィットコネクタは基板に仮挿入された状態でコネクタ圧入装置にセッティングされ、コネクタ圧入装置で本挿入されて搭載される。そして、プレスフィットコネクタをプリント基板に搭載するには専用の圧力冶具が必要である。
初期のプレスフィットコネクタ圧入装置は基板に仮挿入されたプレスフィットコネクタを手作業で一つ一つ位置決めし圧入していた。
【０００５】
一般に上記圧入冶具は上冶具と下冶具が用いられ、上冶具はプレスフィットコネクタの形状と方向により、圧入しやすい形状をしている。下冶具はプレスフィットコネクタ圧入時の圧力によって基板がゆがんで変形しないように考慮されて作られていると共に、プレスフィットコネクタの端子が基板のスルーホールを突き抜けて貫通した際に、基板の下側に飛び出したプレスフィットコネクタの端子の先端部を痛めないように保護するようになっている。
【０００６】
従来は下冶具の上に基板を乗せ、位置決めをした後上冶具を手作業で圧入して組み立てていた。しかしながら、油圧シリンダやクランク機構を用いたこれらのプレスフィットコネクタ圧入装置では、圧力や挿入距離(ストローク量)などの圧力精度を高くすることができず、圧入条件が限られていた。
また、特許文献1に提示されているように、モータ駆動等でスイッチを入れると自動的に設定された諸条件を設定し圧入する方法も提案されている。しかし該方法では、図11に示すようにテーブル90に基板を乗せて位置決めした後、上冶具91をモータ等によって下降させプレスフィットコネクタを圧入する方法であり、上冶具91はプレスフィットコネクタに合わせて手作業で交換しなければならなかった。
つまり圧入部92は、圧入時のたわみによって圧入位置や方向が変化しないようにした。その代わりテーブル90を移動させることで押圧位置を変化させるようになっていた。
【０００７】
しかしながら、図7に示すようにプレスフィットコネクタ20の形状はさまざまであり、一つの基板80に複数のプレスフィットコネクタ201、202を組み立てることも必要とされている。このような場合、下冶具に取り付けられた基板80に対し、プレスフィットコネクタ201、202に対応する上冶具91を取り替えねばならなかった。
【０００８】
そこで、圧入部92が移動して上冶具91をピックアップして、所定のプレスフィットコネクタ201.202に対応する位置に移動して押圧するようにしなければならない。圧入時のたわみによって圧入位置や方向が変化しないように圧入部92と本体922を堅牢に作ることと、高速で上冶具91をピックアップしてプレスフィットコネクタ201.202上に移動して正確に停止するには相当な駆動力を必要とする矛盾する課題である。
【０００９】
プレスフィットコネクタ20は、端子21の数によってプレスする圧入力が変化する。形状が大きく端子21の数が多いプレスフィットコネクタ20を圧入する場合は1000ｋｇ以上の押圧力を必要とする。プレスフィットコネクタ20は精密部品のため圧入時に圧入部92がぶれずに正確に押圧する必要がある。従ってプレスフィットコネクタ20の圧入部92は堅牢に製作し、1トン程度の押圧力では歪が生じないようにしなければならない。
【００１０】
そのために圧入部92の保持部が決してゆがんだり、ひずんだりさせないためには、圧入部92及びそれらを保持する部分が大きく、重くなり、上冶具91を取替えに往復する移動速度が、遅くならざるを得なかった。そうすると、圧入部92を作業範囲内で停止させたり、移動のため加速させる場合にも、大きな出力を必要とし、結果として大形な装置になっていた。また、高速作業ができないので作業速度が遅く効率が良くなかった。
【００１１】
そこで特許文献2（特願2007-142697）に提示されているような、出願が本願出願人からなされている。この方法は、図10に示すように天板70にギャケース94が圧接することによってねじ95が発生する押圧力の反力を受けるようになっている。
この構成によって圧入部92及び従来例本体922は圧入部100及び保持部97等で構成され、軽量小型に製作し、高速で移動することを可能とし、作業効率を大幅に向上した。そして、圧入時は天板70にギャケース94を圧接することにより圧入時の反力を逃がすように構成した。
つまり移動する圧入部100と圧入時の反力を受ける天板70のように移動部と反力受け部を別々に構成することにより、高速性と堅牢製の相矛盾する問題を解決したものである。
【００１２】
これによって圧入部100全体は堅牢でなくてもよく、1トン以上の押圧力がかかっても天板70に反力を逃がすことができる。従って、軽量小型の圧入部100は高速で移動することができ、作業能率を大幅に上昇することができるようになった。以上の構成によって前述した、矛盾する問題を解決することができたものである。
【００１３】
しかし、図10の方法ではねじ95の発生する下方への押圧力によって、ギャケース94を上昇させ、天板70に当接させる方法なので、保持部97とスライド部96のがたつき等により、保持部97が正確に位置決めされていても、圧入部100が圧入時に微動し正確に位置決めされた圧入部100の位置がずれてしまうことがあり、プレスフィットコネクタ20の端子21に曲がり等を発生させる原因になってしまうことがあった。
【００１４】
また、プレスフィットコネクタ20は図7及び図8に示すように、プレスフィットコネクタ20に備えられた複数の端子21を基板80に開けられたスルーホール81に挿入し、端子21とスルーホール81の壁面鍍金層811が互いに接触することによって、通電するようになっている。
【００１５】
図8のスルーホール81の一般的な内径は0.6ｍｍ程度であり、スルーホール81の間隔は1ｍｍ程度である。そして基板80は何層にも配線が印刷されたものが重なっており、プリント配線のピッチは一般に0.1〜0.2ｍｍ程度である。
【００１６】
プレスフィットコネクタ20の端子21とスルーホール81の接続過程は、図8の（1）〜（3）の順に行われる。端子21の挿入される部分の中央部には貫通穴23が開けられており端子21は両方向に広げられた膨出部22が形成されている。
【００１７】
膨出部22は基板80に開けられたスルーホール81の直径より幅広で形成されている。プレスフィットコネクタ20圧入時に膨出部22は貫通穴23方向に縮められる様に変形してスルーホール81に挿入される。従ってスルーホール81の壁面鍍金層811と膨出部22が締まり嵌め状態となり、膨出部22と壁面鍍金層811が接触し締まり嵌めの状態になることで、確実に接触し通電するようになっている。
【００１８】
そのために、プレスフィットコネクタ20の圧入時の荷重は、挿入距離(ストローク量)が進行するにしたがって最初に圧入力が上昇する。次に膨出部22が縮められて塑性変形することにより、挿入距離(ストローク量)が進行するにもかかわらず圧入力が低下する。その後図8の（3）の様にプレスフィットコネクタ20の本体の凸部211が基板80と当接することにより再度圧入力が上昇する。通常プレスフィットコネクタ20には基板80と当接する凸部211が作られておりこれ以上端子21がスルーホール81内に挿入されないようになっている。これらの挿入距離(ストローク量)と圧入力の関係は図9の(1)のaのグラフのような曲線で表すことができる。
【００１９】
しかし挿入距離(ストローク量)と圧入力の相関関係には誤差があり、図9の(1)のb、cのグラフのように、いくつかのパターンが存在する。ａのような曲線で表される場合であれば一定の値で挿入距離(ストローク量)を設定し(例えばＺ位置のように)圧入作業を中止するようにすればよい。ｂのような曲線で挿入されるプレスフィットコネクタ20は完全に挿入されていない状態で圧入作業が中止される。また、ｃのような曲線で挿入されるプレスフィットコネクタ20の場合は、設定された挿入距離(ストローク量)では基板80に損傷を与えてしまう可能性があった。
【特許文献１】特開2006-73808
【特許文献２】特願2007-142697
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
上述したように、コネクタ圧入装置はプレスフィットコネクタ20の形状に合わせて上冶具11を取り替えなくてはならない。図6に示すように圧入部10は上冶具11（113.114）をピックアップして、下冶具12上に設置された基板80に仮挿入されたプレスフィットコネクタ20（203.204）真上に正確に停止し、仮挿入されたプレスフィットコネクタ203.204をそれぞれ圧入しなくてはならない。
また、圧入部10はできるだけ高速で上冶具11とプレスフィットコネクタ20の間を移動しなくてはならない。
【００２１】
そこで作業速度を速めるようにすると、圧入部10は小型軽量化せざるを得ない。また、圧入部10を保持する部分も軽量化して慣性を小さくする必要がある。しかし圧入時に1トン以上の圧入力を発生させてたわみが発生しないようにしなくてはならない。そこで特願2007−142697のように圧入部10を小型軽量にし、高速移動できるようにすると共に、圧入時の反力を受けるようにした天板70を圧入位置に固定させておき、圧入時にのみ圧入部10と天板70を当接させ、移動時には天板70と圧入部10を離し、圧入部のみで移動できるようにしたことで、相反する問題を解決することができるようにした。
しかし図10のような従来の圧入部100の構造では、上冶具98が仮挿入されたプレスフィットコネクタ203.204に当接した反力で圧入部100全体がスライド部96を介して上昇する。
【００２２】
プレスフィットコネクタ203.204がもしも傾いて仮挿入されていた場合、保持部97に斜め方向の力が発生して圧入部100が微動したり、スライド部96のがたつきや変形によって天板70とギャケース94の当接位置が微動することにより、圧入方向に誤差を生じてしまうことがあった。
【００２３】
また、図10のような従来の圧入部100の場合、上冶具98を取り付けるとロードセル(押圧力測定手段)99に荷重がかかるので、ロードセル99には引っ張り荷重が発生する。上冶具98が仮挿入したプレスフィットコネクタ203.204に当接して始めて圧縮荷重となるため圧入力の測定が充分でなく、圧入力の測定結果に誤差を生じていた。
なぜならば上冶具98が仮挿入したプレスフィットコネクタ203.204に当接した直後は、上冶具98の重量そのものがプレスフィットコネクタ203.204に加重され当初の実際の圧入力が測定できなかったからである。
【００２４】
なお、ロードセルとは物の重さすなわち荷重を電気信号に変換する荷重変換器のことである。重さが電圧の変化として出力されるには、起歪体が変形し、歪が起き起歪体に貼り付けられた歪ゲージにより歪を電気抵抗の変化に置き換え、これを電圧変化にブリッジ回路で置き換えて測定するものである。本願請求項で押圧力測定手段と記述しているものである。
【００２５】
ロードセルで伸びから縮みに変化する範囲で測定するには誤差が多く大型化するので、できれば伸びだけ若しくは縮みだけで測定するのが望ましい。本願装置の場合、挿入距離(ストローク量)を正確に測定するためにロードセルの縮み方向で測定するのが良い。なぜならば、起歪体は縮み方向の方が歪量が小さく、挿入距離(ストローク量)を正確に測定するのに適している。
【００２６】
また、上冶具11はプレスフィットコネクタ20の種類ごとに変更が必要なため、上冶具の大きさによって重さが変わり、引っ張り荷重となって圧入力の初期設定荷重が変化し、正確な圧入力が測定されずに挿入作業が行われていた。
【００２７】
正確な圧入力が測定されていないので、設定圧力に達したときに圧入を中止するように設定していたとしても、プレスフィットコネクタ20が充分に挿入されていない状態で圧入作業を中止してしまうことや、基板80に損傷を与えるまで圧入してしまうことがあり、正確な挿入距離(ストローク量)と圧入力の関連を測定する必要があった。
【００２８】
プレスフィットコネクタ20の挿入作業時の圧入力は、挿入距離(ストローク量)が進むと上昇するが、端子21の膨出部22がスルーホール81内に挿入された後、膨出部22が塑性変形した状態で挿入されるので、一旦下降し、その後再びプレスフィットコネクタ20の凸部211が基板8に当接した後圧入力は上昇に転ずる。しかも各プレスフィットコネクタ20によって誤差が生じるため、押圧を中止するタイミングの制御が困難であった。
【００２９】
基板80は、何層にも重ねられており、内部には細密な配線がプリントされており、必要以上に圧入力をかけると、プレスフィットコネクタ20の凸部211が基板80内部の配線パターンを切断してしまうことがあり、正確に圧入力を測定し基板80をできるだけ圧迫しないタイミングで圧入を中止するように制御して圧入作業する必要があった。 
【課題を解決するための手段】
【００３０】
そこで上冶具のピックアップ位置と圧入位置との間の作業範囲をもったピックアップ部と、該上冶具をジャッキ部によって前記圧入位置で押圧することによって基板に仮挿入された圧入型コネクタを前記基板に圧入する圧入装置において、前記ピックアップ部を前記作業範囲内において移動させる移動手段を備えた保持プレートと、記圧入位置で前記ジャッキ部の押圧の際の反力を受けるジャッキ部の上方に設けられた天板と、前記保持プレートに固着され、前記ジャッキ部を垂直方向に上下動させるための第一のガイドと、前記ジャッキ部の上部と前記天板の下部とを圧接させることにより、前記ジャッキ部を圧入位置に固定させる為の押し上げシリンダとを備え、前記ジャッキ部が前記天板に圧接固定され前記ピックアップ部を押圧することにより前記上冶具を押圧し前記コネクタを前記基板に圧入する際、その圧入反力を前記天板によって支持されるように構成されていることを特徴とするコネクタ圧入装置を提供するものである。
そして前記ジャッキ部は上下動する可動部と、前記可動部の上下動に伴って上下動する上下動フランジと、前記上下動フランジ下端部に装着されたジャッキ部の押圧力を測定する押圧力測定手段と、前記押圧力測定部を介して前記押圧力をピックアップ部に伝えるピックアップ部用押圧板と、前記ピックアップ部用押圧板を前記上下動フランジに常時圧着させるための圧着スプリングと、を更に備えたことを特徴とする請求項1に記載のコネクタ圧入装置を提供するものである。
【００３１】
そして、前記ジャッキ部は前記ピックアップ部の圧入方向の移動距離を測定するストローク測定部と、前記ジャッキ部の押圧開始の際に前記押圧力測定手段の測定値をリセットする演算リセット部と、前記押圧力測定部と前記ストローク測定部によって測定された押圧力とストローク量に基づいて、前記ジャッキ部の押圧力を制御する押圧力制御部を備えたことを特徴とし、かつ、前記ストローク測定部が測定した前記ストローク量が増大すると共に上昇した前記押圧力が一旦下降して再び前記押圧力が上昇して設定された設定押圧値に達したときに、前記ピックアップ部の圧入作業を停止して終了するように制御したことを特徴とするコネクタ圧入装置を提供するものである。
また、前記ストローク測定部が測定した前記ストローク量が増大すると共に上昇した前記押圧力が一旦下降して再び前記押圧力が上昇した時の圧力変化に関する直線近似式を求め、該直線近似式の上昇角度が設定された角度に達したときに、前記ピックアップ部の圧入作業を停止して終了するように制御したことを特徴とするコネクタ圧入装置を提供するものである。
更に、前記ストローク測定部が測定した前記ストローク量が増大すると共に上昇した前記押圧力が一旦下降した際の指定ストローク内の平均値を算出し、再び前記押圧力が上昇して前記指定ストローク内の平均値に達したときに、前記ピックアップ部の圧入作業を停止して終了するように制御したことを特徴とするコネクタ圧入装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００３２】
本発明は、圧入部10が圧入を開始する前に押し上げシリンダ37を伸ばし、押し上げピン38を押し上げて、ジャッキ部50を天板70に押し付けるようにしたことで、Ｘ方向ガイド25と天板70の間に張力を発生させ、圧入部10が微動しないように固定するようにして、より正確な挿入作業ができるようになった。
その後圧入を開始したときの反力をピックアップ部30からジャッキ部50に伝え天板70に逃がすようにし、圧入力で圧入部10の保持プレート36が変形したり歪んだり移動したりしないようにすることができた。
圧入部10が移動するときは押し上げシリンダ37を縮めてジャッキ部50と天板70に隙間を設けるようにした。これによって軽量小型の圧入部10にもかかわらず、高速作業が可能で大きな圧入力を発生させることができるようにした。
【００３３】
ねじ57の回転と可動部533によって上下する上下動フランジ53の下端部の押圧部58にロードセル99を取り付け、上下動フランジ53にピッアップガイド33によってピックアップ部30を吊り下げ、圧着スプリング52によってピックアップ部30が常にロードセル99に圧着するように吊り上げることで、上冶具11の重量が変化してもロードセル99は常に圧縮力が発生するように構成し、ロードセル99は圧縮力のみの計測をすることで、誤差の少ない圧入力の測定値が測れるようにした。
また、ロードセル99を圧縮測定のみに限定したことで、起歪体の歪量が微小になり、挿入距離(ストローク量)に反映しない程度の変化となるため、従来より正確な挿入距離(ストローク量)を測定できるようになった。
【００３４】
ジャッキ部50が押圧を開始する前にロードセル99に発生している圧縮力を演算リセット部62でゼロにリセットするようにしたことで、圧入力と挿入距離(ストローク量)の相関関係を演算しやすく表現することができるようになり、制御しやすくなった。
【００３５】
演算モード部61により、挿入距離(ストローク量)が進むと上昇する圧入力と、更に挿入距離(ストローク量)が進むと一旦下降した圧入力を感知し、その後挿入距離(ストローク量)が進むと圧入力が上昇する経過を判断し、押圧力制御部63で必要以上の圧入作業をしないように、いくつかの演算方法によって判断できるようにしたことで、確実にプレスフィットコネクタ20を挿入し、基板80に損傷を与えることなく装着させることができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明のコネクタ圧入装置の全体図を図6に示す。但し天板70は仮想線で表示している。圧入部10のカバーを取り外し上から見た図が図1である。図2と図3は図1の圧入部10の上面図の断面FFと断面EEを描いたものである。
図4は、押し上げシリンダ37が押し上げピン38を上昇させ天板70にジャッキプレート凸部511を当接して、停止位置で固定し、圧入作業を開始する前の状態を示す図である。斜線部分は押し上げシリンダ37によって上方に持ち上げられた箇所を示す。
【００３７】
図5の（1）はねじ57の回転によって圧力を発生する部分を斜線によって示した図で、下端部にはロードセル99が取り付けられている。図5の（2）はねじ57の回転によって下降する部分でありかつ、上下動フランジ53に吊り下げられた部分を斜線によって示した図で、常にロードセル99に圧縮力を与えると共に、ピックアップ部30の下端部でピックアップされた上冶具11によってプレスフィットコネクタ20を圧入するようになっている箇所を示している。
【００３８】
また、図7はプレスフィットコネクタ20を基板80に差し込む様子を示したもので、図8の（1）〜（3）は、端子21がスルーホール81に挿入される状態を段階的に示したものである。図9の(1)〜(4)は演算モード61の判断基準にする閾値の状態をグラフ化して示したものである。 図10は、従来の圧入部を示したものであり、図11は従来のコネクタ圧入装置を示したものである。
【実施例】
【００３９】
本発明の全体の構造を図6を用いて説明する。本体1のカバー内部には全体を制御するための制御部60と、演算モード部61、演算リセット部62、押圧力制御部63が内蔵され、圧入部10に各上冶具113,114をピックアップさせ、所定のプレスフィットコネクタ203,204の真上に移動して圧入するよう制御される。プレスフィットコネクタ203.204は、上流の作業工程ですでに基板80に仮挿入されている。そして、基板80は下冶具12の所定の位置に設置されている。
【００４０】
圧入部10のＹ方向の動きはY方向ガイド14によって移動できるようになっている。同様にＸ方向の動きはＸ方向ガイド25によって移動できるようになっている。これらのガイドによって圧入部10は上冶具11のピックアップ位置と圧入位置との間の作業範囲内を制御部60の制御によって移動することが可能なように設置されている。移動のための動力は本体1及びＸ方向ガイド25に内蔵されているモータないしシリンダ等で移動するようになっている。(動力源は図示しない)  
【００４１】
圧入部10は上冶具11がおいてある場所に移動し、上冶具113ないし114をピックアップする。ピックアップの方法は空気や電磁力による吸着の外に、図3に示されるようなクランプ322による場合もある。本出願ではクランプによるピックアップを採用している。クランプ322による上冶具11のピックアップについては、本願と同一出願人による特願2007-159971に詳細に記述されているので、本願においての説明は省略する。
【００４２】
図6において所定の上冶具11(113,114)をピックアップした圧入部10は、仮挿入されたプレスフィットコネクタ20(203,204)の真上に移動して停止し、上冶具11を下降させ上冶具11(113,114)の適合したプレスフィットコネクタ20(203,204)を圧入する。このとき移動する圧入部10の上方には固定された天板70があり、圧入部10の反力を受けることができるようになっている。これらの作業は制御部60において制御される。
【００４３】
圧入部10は、図1、図2、図3の様に構成されている。図1は図6の圧入部10の部分を上から見た図である。中央左よりの円形はねじギャ571でジャッキ部50のねじ57を回転させて押圧力を発生させる役割をする。ねじギャ571はベルト56によってモータギャ552に連結されており、モータ55の駆動によって押圧力が発生する。上部から見るとねじギャ571とモータギャ552の間に押し上げシリンダ37が設置されている。
【００４４】
図2は図1の断面FＦの状態を示している。モータ55が駆動するとモータギャ552が回転しベルト56によってねじギャ571も回転し、ねじギャ571に固着されたねじシャフト部572を介してねじ57を駆動するようになっている。ねじ57の回転によってボールねじが内蔵された可動部533が上下し、可動部533と一体になっている上下動フランジ53も上昇下降する。
【００４５】
モータ55には、ストローク測定部(ロータリエンコーダ)551が内蔵されており、ストローク測定部551から出力されたパルスを測定することにより、モータ55がどちら方向にどれだけ回転したかが測定されることによって、上下動フランジ53のＺ方向の位置が判断できるようになっている。
【００４６】
図3は図1の断面ＥＥの状態を示している。ねじ57の回転によって上下動する可動部533と共に上下動フランジ53は、第一のガイド54にガイドされて垂直に上下動する。上下動フランジ53が下降することで発生する押圧力はフランジピン532によって押圧部58に伝えられ、ロードセル(押圧力測定部)99に伝えられピックアップ部30に発生した押圧力を測定するようになっている。
【００４７】
図2、図3、図4で押し上げシリンダ37の機構を説明する。圧入部10はＸ方向ガイド25上に設置され、Ｘ方向に移動する。Ｘ方向ガイド25と保持プレート36はＸ方向ガイドローラ26を介して取り付けられている。
圧入位置で停止した圧入部10は押圧を開始する前に押し上げシリンダ37を伸ばし押し上げピン38を押し上げる。押し上げピン38はジャッキプレート51を押し上げ、ジャッキプレート凸部511を天板70に圧接することで、保持プレート36が微動しないよう固着する。
【００４８】
図4は、このとき押し上げられた部分全体を斜線にして表したものである。この作用によって圧入部10はＸ方向ガイド25と天板70の間に押し上げシリンダ37の伸長による張力によって固着される。
押し上げシリンダ37の押し上げる距離は天板70とギャプレート凸部511との隙間ｅである。ジャッキプレート51と第一のガイド54の上端部の第一のガイドナット541との隙間はｆであり、ｆはｅより大きく(ｆ>ｅ)構成されており、押し上げシリンダ37の押し上げによってジャッキプレート凸部511は必ず天板70に圧接するように構成されている。
【００４９】
上下動フランジ53に吊り下げられた第二のガイド33は、保持プレートガイド部361の中を貫通してガイドされるようになっており、ピックアップ部30も隙間ｅだけ押し上げられる。第一のガイド54も第二のガイド33も4本で構成されており、押圧時に傾斜しないように構成されている。なお、現実には隙間ｅは0.5〜2ｍｍ程度のごく小さな隙間である。
図4の状態になり、保持プレート36が微動しなくなってから、モータ55が駆動し、圧入作業が開始されるよう制御部60が制御する。
【００５０】
図5の(1)は、上下動フランジ53と一体化されている押圧作用する部分のみ斜線で表した図である。ねじ57の回転によって可動部533が上昇下降する構成になっている。可動部533はボールベアリングが用いられて滑らかにがたつく事無く上下動する。
可動部533に一体化されている上下動フランジ53は、4本の第一のガイド54にガイドされて水平に下降し押圧力を発生する。上下動フランジ53が発生した押圧力はフランジピン532を介して押圧部58に伝えられロードセル99で測定される。
【００５１】
図5の(2)は、上下動フランジ53に吊り下げられた部分のみ斜線で表した図である。ピックアップ部30は、4本の第二のガイド33を介して上下動フランジ53に吊り下げられている。第二のガイド33は、保持プレートガイド部361を貫通して水平に保持される。第二のガイド33の上端部には、圧着スプリング52が取り付けられており、常に上下動フランジ53に対して吊り上げ張力が発生するように吊り下げられている。
【００５２】
圧着スプリング52の張力によって4本の第二のガイド33は、常時上方に引き上げられピックアップ部30を上向きに引き上げる役割をする。ピックアップ部30の引き上げられる上昇力は圧着ボルト59を介してロードセル99に伝えられる。この作用によってロードセル99は常に圧縮力が発生する。
【００５３】
なお、圧着スプリング52は、ピックアップ部30の上冶具11が変更されて重量が増減しても圧着ボルト59をロードセル99に圧着しておける程度に強いもので、上冶具11が交換されても圧着ボルト59とロードセル99は常に圧着するよう構成されている。
【００５４】
以上のような構成によって、圧入部10は圧入位置で停止したときに押し上げシリンダ37によって図4のように保持プレート36と、4本の第一のガイド54以外の部分が上方に押し上げられ、天板10に圧着し微動しないように固着され押圧時のズレが防止される。
なお挿入作業が終了すると、制御部60の制御によりモータ55が逆回転して上下動フランジ53を設定位置に上昇させた後、 押し上げシリンダ37を縮ませることにより天板70とジャッキプレート凸部511間には隙間ｅができる。そして圧入部10は天板70に影響されること無く高速で作業範囲内を移動することができる。
【００５５】
押圧部58の先端に取り付けられたロードセル99には、圧着スプリング52の張力により上冶具11の重量に関わらず圧縮力が働き、ロードセル99は圧縮方向にのみ発生する歪を測定するので、ロードセル99の押圧力測定の誤差を小さくすることができる。
【００５６】
そして、ロードセル99の圧縮力による変形量は微小なので、挿入距離(ストローク量)の誤差を少なくすることができる。したがって、実際のピックアップ部30の挿入距離(ストローク量)を測定しなくても、モータ55に取り付けたストローク測定部（ロータリーエンコーダ）551でピックアップ部30の挿入距離(ストローク量)を測定しても何ら問題なく制御することができる。
【００５７】
次に、図9に示すように、挿入距離(ストローク量)と圧入力の相関関係を用いて、押圧力を制御する構成を説明する。ロードセル(押圧力測定部)99で測定された押圧力と、ストローク測定部(ロータリーエンコーダ)551の測定した挿入距離(ストローク量)の関係をグラフにすると図9の(1)の様に表される。
【００５８】
ａが標準的なグラフでｂとｃは誤差が生じたときのグラフである。ピックアップ部30が下降する前にロードセル99に圧着スプリング52の吊り上げ力によって生じている圧縮力は演算リセット部62によってリセットされ無負荷状態と設定し、その後測定された圧入力が演算モード部61によって演算され、図9の(1)のaのようなグラフが作成される。
なお、上記グラフは表示部64によって表示することもできる。
【００５９】
aのグラフと図8の(1)〜(3)を用いて挿入時の工程を説明する。図8の(1)の状態はaのグラフの点oに相当する。機械損失によって若干圧入力が発生しているものの、圧入力は挿入距離(ストローク量)が進行しても水平に移行する。
なお、この際の圧入力はロードセル99が測定した圧入力を、端子21の数で割った値を示している。また、実際のデーター取りは0.2秒おきに圧力と挿入距離(ストローク量)を測定し演算モード部61に送信する。
【００６０】
図8の(2)の状態は、aのグラフの点oから点pまでを示している。端子21の膨出部22はスルーホール81よりも幅広に作られているので、膨出部22が貫通穴23方向に圧縮されて塑性変形する。塑性変形するときの膨出部22は大きな力で変形させられるが、塑性変形した後はスプリングバックにより発生する反発力に抵抗しながらスルーホール81の壁面鍍金層811に挿入されるので、挿入距離が増大しているにも関わらず、一旦圧入力が低減する。
この状態がaのグラフの点pから点ｑの状態である。
【００６１】
図8の(3)の状態は、aのグラフの点ｑに相当する。プレスフィットコネクタ凸部211が基板80に当接して、これ以上挿入できない状態である。そのままピッアップ部30が押圧を続けると、再び圧入力が上昇しaのグラフの点ｑから点ｒの状態になる。
【００６２】
挿入距離(ストローク量)が一定であれば、図9の(1)の図の様に挿入距離Ｚの位置に上冶具11の先端部が達したと判断したときに押圧力制御部63の制御によって、押圧を中止し、挿入作業を終了し上下動フランジ53を上昇させる。
しかし、端子21やスルーホール81の製作精度の誤差によって、ｂのグラフになることがある。上述したような理由によって圧入力の変化によるグラフの波形は殆んど相似形である。しかしｂのグラフの状態で挿入されるとき、挿入距離Ｚの位置で押圧を中止するとプレスフィットコネクタ20は完全に装着されていない。
この状態では、通電不良で不具合を生じることが想定される。
【００６３】
同様に、ｃのグラフの状態で挿入距離Ｚの位置まで押圧を続けると、プレスフィットコネクタ凸部211が基板80に当接し、基板80を押圧し何層にも重なって製作されている基板80内部のプリント配線を破損してしまうことがある。
プレスフィットコネクタ20の挿入作業は図8の(3)の状態になったときに、できるだけ早く認識し、押圧を中止し、挿入作業を終了し上下動フランジ53を上昇させることが望ましい。
【００６４】
以上のような不具合を発生させないように考慮されたのが、図9の(2)の制御方法である。あらかじめ設定された挿入距離Ｚ3〜Ｚ4間内で、指定圧力ｖに達したときに、押圧制御部63で制御して押圧力を中止し、挿入作業を終了するものである。設定区間Ｚ3〜Ｚ4内での圧入力誤差が少ない場合に適した制御方法である。
【００６５】
更に考慮されたものが図9の(3)の制御方法である。あらかじめ設定された挿入距離Ｚ5〜Ｚ6間内で、グラフの曲線を微分して、直線近似式(例えばy=ax+bのような)を演算モード部61で求め、直線近似式の角度がθになったとき押圧力制御部63で制御して押圧を中止し、挿入作業を終了するものである。
この方法であれば挿入距離Ｚ5〜Ｚ6間内において、直線近似式が上昇した時を判断できるので、広い範囲での押圧制御が可能である。したがって圧入距離方向にばらつきが多い場合に適している。
【００６６】
更に図9の(4)の制御方法として、あらかじめ設定された挿入距離M1〜M2間内で圧入力が下降するときの平均圧入力wを演算モード部61で求め、その後平均圧力wに圧入力が達したときに、押圧力制御部63で制御して押圧を中止し、圧入作業を終了するものである。
圧入力をそのつど測定して平均圧入力wを設定して制御する方法なので、圧入力方向にグラフのばらつきが多い場合に適している。
【００６７】
以上のような挿入アルゴリズムの制御方法でプレスフィットコネクタ20を基板80に挿入して搭載する方法により、不具合を大幅に減少させることができる。
【００６８】
上述したグラフはプレスフィットコネクタ20の搭載時に端子20が曲がっていたり、 スルーホール81が打穴されていなかった時などには異常な波形になるので、アラーム設定範囲を作成しておけば不測の事態に対処することもできる。
【００６９】
本発明は、高速で作業せねばならないのに、圧入力が大きく堅牢に製作せねばならない圧入部10。また、誤差があるにもかかわらず正確に挿入しなければならないプレスフィットコネクタ20、これらの矛盾した問題を解決したものである。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、プレスフィットコネクタの圧入装置だけでなく、数種類の冶具でプレス作業を行うようなプレス装置に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】圧入部の上面図である。
【図２】圧入部を断面FFから見た正面図である。
【図３】圧入部を断面EEから見た側面図である。
【図４】圧入部全体を天板に押し付けたときの断面FFから見た正面図と断面EEから見た側面図であり、特に押し上げシリンダで押し上げられ移動した部分に斜線を施したものである。
【図５】圧入部全体を天板に押し付けたときの断面EEから見た側面図であり、（1）はねじ57によって直接圧入力が伝えられる部分に斜線を施したものであり、（2）は上下動フランジに吊り下げられてロードセルに常時圧縮するように構成した部分に斜線を施したものである。
【図６】本発明のコネクタ圧入装置の全体の斜視図である。
【図７】プレスフィットコネクタと基板の組立の状態を示した図である。
【図８】プレスフィットコネクタの端子がスルーホールに挿入される状態を段階的に示した図である。
【図９】挿入距離(ストローク量)と圧入力を相関するように記載したグラフである。
【図１０】従来の圧入部の図である。
【図１１】従来のコネクタ圧入装置の図である。
【符号の説明】
【００７２】
1                       
本体
10                   
圧入部
11                   
上冶具
113               
上冶具（本体に設置されたもの）
114               
上冶具（本体に設置されたもの）
12                   
下冶具
14          Ｙ方向ガイド
20          プレスフィットコネクタ
201        プレスフィットコネクタ（基板に挿入されたもの）
202        プレスフィットコネクタ（基板に挿入されたもの）
203        プレスフィットコネクタ（基板に仮挿入されたもの）
204        プレスフィットコネクタ（基板に仮挿入されたもの）
21          端子
211        プレスフィットコネクタ凸部
22          膨出部
23          貫通穴
25          Ｘ方向ガイド    
26          Ｘ方向ガイドローラ
30          ピックアップ部
31          ピックアップ部用押圧板
32          クランププレート
322        クランプ
33          第二のガイド
36          保持プレート
37          押し上げシリンダ
38          押し上げピン
50          ジャッキ部
51          ジャッキプレート
511        ジャッキプレート凸部
52          圧着スプリング
53          上下動フランジ
532        フランジピン
533        可動部
54          第一のガイド
541        第一のガイドナット
55          モータ
551        ストローク測定部(ロータリーエンコーダ)
552        モータギャ
56          ベルト
57          ねじ
571        ねじギャ
572        ねじシャフト部
58          押圧部
59          圧着ボルト
60          制御部
61          演算モード部
62          演算リセット部
63          押圧力制御部
64          表示部
70          天板
80          基板
81          スルーホール
811        壁面鍍金部
90          テーブル（従来のコネクタ圧入装置）
91          上冶具（従来式の移動しない圧入部用のもの）
92          圧入部（従来式の移動しないもの）
922        従来例本体
94          ギャケース（従来式）
95          ねじ（従来式）
96          スライド部（従来式）
97          保持部（従来式）
98          上冶具（従来式の移動する圧入部用のもの）
99          ロードセル(押圧力測定部)
100        圧入部（従来式）
【図１】
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【図２】
0004916970.tif 000003
【図３】
0004916970.tif 000004
【図４】
0004916970.tif 000005
【図５】
0004916970.tif 000006
【図６】
0004916970.tif 000007
【図７】
0004916970.tif 000008
【図８】
0004916970.tif 000009
【図９】
0004916970.tif 000010
【図１０】
0004916970.tif 000011
【図１１】
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