JP5055491B2 - 部品の吸着ノズル、固定ヘッド及び部品の固定方法 - Google Patents

Description

本発明は、部品の製造工程等で用いられる、部品の吸着ノズル、固定ヘッド及び部品の固定方法に関する。

水晶発振子や半導体素子等の電子部品パッケージは、セラミック容器と、そのセラミック容器の上縁に設置される環状の溶接リング（ろう材）と、この溶接リングに溶接されてセラミック容器に蓋をするリッド（蓋）を備えている。溶接リングとリッドは金属素材で構成されており、両者がシーム溶接されることで、電子部品パッケージが密閉状態となる。

例えば、電子部品を製造する際には、図１に示されるように、セラミック容器２０がマトリクス状に連続形成されているセラミック基板１８に、溶接リング３０を配置する。この際、配置していく溶接リング３０が動かないように、セラミック基板１８の上には予め糊材８０を塗布しておく。その後、溶接リング３０が全て配置されたセラミック基板１８を、加熱炉に投入して加熱し、糊材８０を揮発させると同時に、セラミック基板１８と溶接リング３０を高温ろう付けする。その後、セラミック基板１８を分割することで、溶接リング３０が固定されたセラミック容器２０を得ることができる。

その後、セラミック容器２０内に、所定の部品を収容した後、図２に示されるように、溶接リング３０の上にリッド５０を配置して、シーム溶接装置５００によって両者を溶接する。このシーム溶接装置５００は、電圧発生装置６０に接続された一対の溶接ローラ７０を備えており、これをリッド５０の縁に押しつける。一対の溶接ローラ７０にパルス状の電圧を印加すると、溶接リング３０とリッド７０間に電流が流れるので、接点が加熱される。この状態で、溶接ローラ７０をリッド５０の上から押しつけながらリッド５０の縁に沿って動かすことで、溶接リング３０とリッド７０がシーム溶接され、電子部品パッケージが完成する。

しかし、セラミック基板１８の上に塗布される糊材８０は、溶接リング３０を一時的に固定するものであり、本来は不要なものである。また、この糊材８０は、加熱炉で揮発させることから、加熱炉の周囲の環境を悪化させやすいという問題もあった。

また、近年の電子部品の超小型化に伴い、溶接リング３０やリッド５０等の部品のハンドリングが困難となるという問題もあった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、セラミック容器等の相手側部材に、ろう材やリッド等の部品を搬送したり、仮付けや溶接を行ったりするための部品の吸着ノズル、固定ヘッド及び部品の固定方法を提供することを目的とする。

本発明者の鋭意研究によって、上記目的は下記の手段によって達成される。

（１）上記目的を達成する本発明は、相互に重ね合わせて固定される２枚のノズル構成板を備え、前記２枚のノズル構成板には、それぞれ、他のノズル構成板に当接する面側に、互いを対向させることにより負圧発生孔となる負圧発生溝が設けられ、前記２枚のノズル構成板の前記負圧発生溝は、それぞれ、吸着方向の先端である前記ノズル構成板の下端に連通して設けられ、互いを対向させることにより、負圧で部品を吸着する吸着側孔となる複数の吸着側溝と、前記複数の吸着側溝のそれぞれに連通して設けられ、互いを対向させることにより、前記複数の吸着側孔に負圧を導入する導入側孔となる導入側溝と、から形成され、前記導入側溝の溝幅が、前記複数の吸着側溝の溝幅と、隣り合う前記吸着側溝同士の間隔と、の総計よりも広くなるように形成されることを特徴とする部品の吸着ノズルである。

（２）上記目的を達成する部品の吸着ノズルは、上記発明において、前記吸着側溝における溝長さは、溝幅の５倍以下であることを特徴とする、（１）に記載の部品の吸着ノズルである。

（３）上記目的を達成する部品の吸着ノズルは、上記発明において、前記吸着側溝における溝幅は、前記導入側溝の溝幅の１／２以下であることを特徴とする、（１）又は（２）に記載の部品の吸着ノズルである。

（４）上記目的を達成する部品の吸着ノズルは、上記発明において、前記負圧発生孔の開口面積は、前記部品の被吸着面の面積以下であることを特徴とする、（１）乃至（３）のいずれかに記載の部品の吸着ノズルである。

（５）上記目的を達成する部品の本発明は、上記発明のいずれかに記載の部品の吸着ノズルと、前記吸着ノズルの周囲に配設された部品固定機構と、を更に備え、前記部品固定機構は、前記吸着ノズルに保持されて相手側部材に載置された前記部品を、前記相手側部材に固定することを特徴とする部品の固定ヘッドである。

（６）上記目的を達成する部品の固定ヘッドは、上記発明において、前記部品固定機構は、溶接電極、及び前記溶接電極に電気的に接続された電圧発生装置を備えた溶接装置であり、前記部品に電圧を印加することで、前記部品を前記相手側部材に溶接することを特徴とする、（５）に記載の部品の固定ヘッドである。

（７）上記目的を達成する部品の固定ヘッドは、上記発明において、前記溶接電極は、前記吸着ノズルの両外側に回転自在に配置される一対の円形電極板であり、前記円形電極板を回転させることで、新たな電極面を形成できることを特徴とする、（６）に記載の部品の固定ヘッドである。

（８）上記目的を達成する部品の固定ヘッドは、上記発明において、前記溶接電極は、前記吸着ノズルの両外側に回転自在に配置され、前記部品をシーム溶接するための一対のローラ電極であることを特徴とする、（６）に記載の部品の固定ヘッドである。

（９）上記目的を達成する部品の固定ヘッドは、上記発明において、前記吸着ノズル及び前記部品固定機構を、吸着方向に相対移動させる可動装置をさらに備えることを特徴とする、（５）乃至（８）のいずれかに記載の部品の固定ヘッドである。

（１０）上記目的を達成する部品の固定ヘッドは、上記発明において、前記吸着ノズルが前記部品を吸着する場合、前記可動装置は、前記吸着ノズルを前記前記部品固定機構よりも前記部品に近接させるようにし、前記部品固定機構が前記部品を相手側部材に固定する場合、前記可動装置は、前記部品固定機構を前記吸着ノズルと同等以上に前記部品に近接させることを特徴とする、（９）に記載の部品の固定ヘッドである。

（１１）上記目的を達成する部品の固定ヘッドは、上記発明において、負圧を発生する負圧発生装置と、前記負圧発生装置と前記吸着ノズルの間に配設された大気開放ポートと、を更に備え、前記吸着ノズルが前記部品を搬送する際は、負圧を一定にするように前記大気開放ポートを閉じて前記負圧発生装置を駆動し、前記吸着ノズルが前記部品を離反する際は、前記負圧を大気圧まで減圧するように前記負圧発生装置を停止し、前記大気開放ポートを開放することを特徴とする、（５）乃至（１０）のいずれかに記載の部品の固定ヘッドである。

（１２）上記目的を達成する本発明は、窒素環境を生成する窒素環境生成装置を更に備え、前記溶接装置は、前記窒素環境生成装置により生成された窒素環境中で、前記部品を相手側部材に溶接することを特徴とする、（６）乃至（８）のいずれかに記載の部品の固定ヘッドである。

（１３）上記目的を達成する本発明は、前記窒素環境生成装置は、窒素供給装置と該窒素供給装置から供給された窒素を、前記部品及び相手側部材を入れたチャンバー内に充満させることで窒素環境を生成するチャンバー装置と、を有することを特徴とする、（１２）に記載の部品の固定ヘッドである。

（１４）上記目的を達成する本発明は、前記窒素環境生成装置は、窒素供給装置と該窒素供給装置から供給された窒素を、前記部品と相手側部材の溶接部を覆うように吹きかけるブロー装置と、を有することを特徴とする、（１２）に記載の部品の固定ヘッドである。

（１５）上記目的を達成する本発明は、部品を固定する部品の固定方法であって、上記（１）乃至（４）のいずれか１つに記載の部品の吸着ノズルを吸着方向に移動させて、部品固定機構よりも部品近傍に近づけるノズル前出工程と、前記吸着ノズルにより前記部品を吸着保持する吸着保持工程と、前記部品を吸着保持したまま、前記部品を相手側部材の真上まで搬送する搬送工程と、前記部品固定機構が前記部品と当接するように、前記吸着ノズルを吸着方向と反対側に相対移動させるノズル収納工程と、前記部品固定機構により、前記部品と前記相手側部材とを固定する固定工程と、を備えることを特徴とする部品の固定方法である。

（１６）上記目的を達成する部品の固定方法は、上記発明において、前記固定工程は、前記部品と前記相手側部材を溶着させる溶接工程であることを特徴とする、（１５）に記載の部品の固定方法である。

本発明によれば、セラミック容器等の相手側部材に対して、溶接リングやリッド等の部材を容易に固定できるという優れた効果を奏し得る。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

まず、図３を用いて、第１実施形態に係る吸着ノズルについて説明する。同図（ａ）は、吸着ノズル１００を吸着方向側から見た概略斜視図であり、同図（ｂ）は、吸着ノズル１００を吸着方向と反対側（同図（ａ）の矢印Ａ方向）から見た概略斜視図である。

吸着ノズル１００は、第１ノズル構成板１０１と、第２ノズル構成板１０２の２枚の板部材から構成される。第１ノズル構成板１０１と第２ノズル構成板１０２は、相互に対向した状態で固定される。従って、吸着ノズル１００全体も平板形状となっており、その板厚の略真ん中で、第１ノズル構成板１０１と第２ノズル構成板１０２に分離可能とされる。

この第１ノズル構成板１０１は、先端面１１０と連続するようにして負圧発生溝１１３ａが形成される。第２ノズル構成板１０２にも同様に、負圧発生溝１１３ｂが形成される。この負圧発生溝１１３ａと負圧発生溝１１３ｂは、対向する位置に配置されている。第１ノズル構成板１０１と、第２ノズル構成板１０２を当接させて一体化することで、負圧発生溝１１３ａと負圧発生溝１１３ｂが対向し、両者により負圧発生孔１１３が形成される。吸着ノズル１００は、この負圧発生孔１１３により、部品を吸着保持することができる。

また、吸着ノズル１００は、先端面１１０と反対（負圧発生孔１１３の後端）側に負圧供給開口１１４が設けられている。負圧供給開口１１４は、第１ノズル構成板１０１と、第２ノズル構成板１０２を当接させて一体化することで負圧発生孔１１３の後端側に形成される。詳細は後述するが、この負圧供給開口１１４は、接続部材２５０を介して負圧発生装置２００に接続される。したがって、この負圧供給開口１１４と連通する負圧発生孔１１３は、負圧発生装置２００により発生した負圧を導いて先端面１１０側に負圧を発生させることができ、溶接リング３０などの電子部品を吸引する。

なお、負圧発生孔１１３の断面形状や数量は、本実施形態に限定されるものではなく、例えば、負圧発生孔１１３をスリット状の角孔に形成しても好ましい。

また、ここでは第１ノズル構成板１０１と第２ノズル構成板１０２の双方に負圧発生溝１１３ａ、１１３ｂを形成する場合を示したが、一方だけ有していれば本発明の目的を達成できる。例えば、第２ノズル構成板１０２の当接面には負圧発生溝１１３ｂを形成せずに、平面状態にしておいても好ましい。

図４は、第１ノズル構成板１０１並びに第２ノズル構成板１０２の部品図である。なお、図中の斜線部分は、相手側のノズル構成板と当接する領域を示している。

第１ノズル構成板１０１は、略長方形となる板部材であり、長手方向の一方の端面が先端面１１０となり、その先端面１１０と反対（吸着ノズル１１０の後端）側は、横幅が中心方向に１段細くなった細幅部１０１ｂが形成されている。また相手側のノズル構成板と当接する面側には、負圧発生溝１１３ａが形成されている。

負圧発生溝１１３ａは、吸着側溝１１２ａと導入側溝１１６ａを備えて構成されている。吸着側溝１１２ａは、第１ノズル構成板１０１の先端側に２本並行に配置されており、先端面１１０と連通するようになっている。なお、この２本の吸着側溝１１２ａの間隔は、溶接リング３０の対辺の距離と一致するように設定されている。一方、導入側溝１１６ａは、第１ノズル構成板１０１の中央から後端（細幅部１０１ｂ）側にかけて延在しており、吸着側溝１１２ａに連通して設けられる。吸着側溝１１２ａの溝幅は、極めて細く、後述する溶接リングの直径より小さく設定されている。一方、導入側溝１１６ａの溝幅は、吸着側溝１１２ａよりも大きく設定されており、具体的には、２倍以上、望ましくは５倍以上に設定されている。

負圧発生装置２００（詳細は後述）に接続された負圧供給開口１１４から導入された負圧は、導入側溝１１６ａを介して吸着側溝１１２ａに導入される。したがって、吸着ノズル１００は、吸着側溝１１２ａの先端に設けられている先端面１１０に負圧が発生し、溶接リング３０を吸着することができる。

なお、第２ノズル構成板１０２は、第１ノズル構成板１０１と同様に、負圧発生溝１１３ｂが第１ノズル構成板１０１の負圧発生溝１１３ａと対向する位置に形成されている。負圧発生溝１１３ｂは、吸着側溝１１２ｂと、導入側溝１１６ｂを備えて構成されている。また、第２ノズル構成板１０２の先端には溶接リング３０を所定の面状態で保持する先端面１１０が形成されている。なお、本実施形態では、第２ノズル構成板１０２には、第１ノズル構成板１０１の細幅部１０１ｂに対応する部分はなく、第２ノズル構成板１０２の後端側は、導入側溝１１６ｂが第２ノズル構成板１０２の後方外縁まで設けられている。

したがって、この第１ノズル構成板１０１と第２ノズル構成板１０２を相互に対向させて当接することによって、一対の吸着側溝１１２ａ、１１２ｂによって吸着側孔１１２が、一対の導入側溝１１６ａ、１１６ｂによって導入側孔１１６が形成される（図３（ａ）参照）。また前述したように、この吸着側孔１１２と導入側孔１１６によって、負圧発生孔１１３が構成される。吸着側孔１１２は、負圧の印加面積をできる限り絞り込んで、溶接リング等の線状の部材を吸引する機能を有する。一方、導入側孔１１６は、負圧を導入するための流路を拡張して気流の損失を低減し、素早く負圧を導入する機能を有する。また、導入側孔１１６は、吸着側孔１１２が異物等を誤って吸い込んだ場合に、導入側孔１１６まで吸い込むことで、負圧発生孔１１３が詰まることを防止する。

なお、導入側溝１１６ａ、１１６ｂは、溝部の体積（負圧導入穴１１６の体積）が大きいほど、負圧による真空度を向上することが出来る。つまり、導入側溝１１６ａ、１１６ｂの溝幅Ｌを広げるか、または溝深さを深くすることが望ましい。しかし、特に後述するような溶接ヘッド等に吸着ノズル１００を用いる場合、その板圧は、電子部品の小型化が進むにつれ薄くする必要があり、溝深さを深くするには限界がある。したがって、本実施形態の場合、溝幅Ｌを広くすることが望ましい。

また、吸着側溝１１２ａ、１１２ｂは、溝幅Ｍに対して溝長さＰが所定の値以上になると、空気の流れ抵抗が増大するので、先端面１１０に負圧を印加するのみ要する時間が長くなってしまうという問題がある。したがって、吸着側溝１１２ａ、１１２ｂの溝長さＰは、溝幅Ｍに対して短くしておくことが好ましく、具体的には、Ｐ＜５×Ｍになるように形成されていることが望ましい。

次に、図５を用いて、第２実施形態に係る溶接ヘッド１（本明細書では、固定ヘッドと言うことがある）を説明する。この溶接ヘッド１は吸着ノズル１００を利用したものである。

溶接ヘッド１は、吸着ノズル１００と、一対の溶接電極１２０と、電圧発生装置１４０と、相対可動装置１６０と、負圧発生装置２００と、空気配管用流体継手２１０と、接続部材２５０から構成されている。

吸着ノズル１００、溶接電極１２０、空気配管用流体継手２１０及び接続部材２５０は、相対可動装置１６０に内設されている。吸着ノズル１００は、相対可動装置１６０に対して、吸着方向に相対移動可能な状態で設けられ、一方、一対の溶接電極１２０は相対可動装置１６０に固定されている。なお、吸着ノズル１００はノズル付勢装置１６０Ａによって吸着方向に付勢されている。この構造によって、吸着ノズル１００は、一対の溶接電極１２０に対して吸着方向に相対移動ができるように構成されている（詳細は後述）。また、相対可動装置１６０は、天井等の取付面１６０Ｃに固定された直動モータなどのＺ軸移動装置１６０Ｂに接続され、先端方向（矢印Ｚ１方向）及び後端方向（矢印Ｚ２方向）に移動できるようになっている。なお、吸着ノズル１００は、溶接リング３０を吸着する際は、ノズル付勢装置１６０Ａにより、溶接電極１２０よりも先端側（セラミック容器２０側）に突出する状態に位置する。なお、Ｚ軸移動装置１６０Ｂには、Ｚ方向付勢部材となるＺ軸バネ１６０Ｄを備えている。このＺ方向付勢部材によって、相対可動装置１６０は下方に付勢される。従って、Ｚ軸移動装置１６０Ｂによって相対可動装置１６０を下降させて、吸着ノズル１００や溶接電極１２０を溶接リング３０に当接させる際、その衝撃をＺ軸バネ１６０Ｄが吸収できるようになっている。

なお、セラミック容器２０はキャリア１０に設置されている。吸着ノズル１００は、一対の溶接電極１２０の間に配置されている。従って、この吸着ノズル１００の厚さは、溶接リング３０やセラミック容器２０よりも小さく設定されている。

また、吸着ノズル１００は、接続部材２５０の収容空間２５２に収容され、ボルト２６０により固定されている。なお、この接続部材２５０は、収容空間２５２と連通して接続される空気配管用流体継手２１０を介して負圧発生装置２００と接続されている。

上述したように、吸着ノズル１００を溶接電極１２０よりも先端側に出すことによって、吸着ノズル１００は溶接リング３０と当接することが可能となり、負圧発生装置２００により発生した負圧によって、溶接リング３０を吸着し易くなる。

一方、溶接ヘッド１は、溶接リング３０をセラミック容器２０に仮付けする場合には、溶接リング３０をセラミック容器２０に配置した後、Ｚ軸移動装置１６０Ｂによって相対可動装置１６０を下降させて、吸着ヘッド１００及び溶接電極１２０を吸着方向に押し込む。まず、吸着ノズル１００によって保持されている溶接リング３０が、セラミック容器２０に当接する。この状態で、更に相対可動装置１６０を下降させると、ノズル付勢装置１６０Ａが縮みながら、溶接電極１２０のみが更に下降して電極面が溶接リング３０に当接する。これにより、吸着ノズル１００によって、溶接リング３０をセラミック容器２０に押しつけた状態で、溶接電極１２０によって溶接リング３０を溶接することが可能になる。

なお、この吸着ノズル１００と溶接電極１２０の相対移動は、本実施形態のように、吸着ノズル１００が相手側部材（例えばセラミック容器２０）に当接して移動が規制されることによって実現しても良いが、吸着ノズル１００と溶接電極１２０に個別の独立した駆動装置を設け、別々に駆動制御することで相対移動を実現するようにしても好ましい。

上述したように、吸着ノズル１００を溶接電極１２０の電極面と略同じ高さ、若しくは溶接電極１２０の電極面よりも後端側に移動させることによって、溶接電極１２０は、溶接リング３０の仮付け面３２（図６参照）と当接することが可能となり、この仮付け面３２を、セラミック容器２０の溶接面２２（図６参照）に押しつけることができる。なお、本実施形態では、相対可動装置１６０及びノズル付勢装置１６０Ａの相対移動によって、溶接電極１２０に対して吸着ノズル１００を上下方向に相対移動させる場合を示したが、本発明はこれに限定されず、溶接電極１２０と吸着ノズル１００を相対的に移動させることができれば、その構造は問わない。

なお、溶接ヘッド１は、セラミック容器２０と溶接リング３０を仮付けする場合、電圧発生装置１４０により溶接電極１２０にパルス状の電圧を印加することで、溶接リング３０とキャリア１０の上に配置したセラミック容器２０の間を急激に昇温させて、両者を溶接する。

なお本実施形態では、溶接電極１２０は、回転自在な環状の電極とすることが好ましく、このようにすることで、電極面が古くなった場合は、この溶接電極１２０を微少回転させることで新たな電極面を容易に形成でき、また、後述するように、リッド５０などを溶接する場合には、溶接電極１２０を回転しながら電子部品に圧接して溶接することも可能となる。

なお、図６に示されるように、吸着ノズル１００は、溶接リング３０のＥ点、Ｆ点の２か所を吸着保持する。従って、吸着ノズル１００の負圧発生孔の開口サイズは、溶接リング３０の線形と同等又はそれ以下に設定される。なお、吸着ノズル１００が溶接リング３０を保持する位置や範囲、また溶接電極１２０が、仮付け溶接する仮付け面３２の場所や範囲は同図の形態に限定されるものではない。

＜電子部品の溶接方法＞

次に、図７を用いて、この溶接ヘッド１を用いた電子部品の溶接方法について説明する。

＜ノズル前出工程＞

本実施形態では、溶接ヘッド１は、図７に示されるように、搬送ロボット８００により保持されている。この結果、溶接ヘッド１全体が、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への移動、又はＺ軸を中心に回転可能となっている。搬送ロボット８００は、溶接ヘッド１を部品トレー３５上に配置されている溶接リング３０の真上まで移動する。この際、ノズル付勢装置１６０Ａにより、吸着ノズル１００は、溶接リング３０方向（矢印Ｚ１方向）に付勢され、溶接電極１２０よりも溶接リング３０側に近づけられる。

溶接ヘッド１は、先端面近傍に第１画像認識カメラ６００を備え、溶接リング３０等の相手側部材の位置情報を取得する。搬送ロボット８００は、取得した溶接リング３０の位置情報と先端面１１０の現在位置とを比較し、先端面１１０と溶接リング３０の位置誤差や、後で説明するセラミック容器２０の所定位置までの誤差を計算する。その後、搬送ロボット８００は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の移動やＺ軸を中心とした回転角度の補正を行いながら目標とする溶接リング３０の位置まで溶接ヘッド１を移動させる。なお、この際、ノズル付勢装置１６０Ａにより、吸着ノズル１００は、溶接電極１２０よりも溶接リング３０に近づくように付勢されている。

＜吸着保持工程＞

溶接ヘッド１は、負圧発生装置２００を制御して所定の負圧を生成し、吸着ノズル１００の負圧導入孔１１６を介して負圧発生孔１１３に負圧を発生させ、先端面１１０により溶接リング３０を吸着保持する。

＜搬送工程＞

溶接ヘッド１は、搬送工程のライン上に配設された第２画像認識カメラ６５０により、吸着ノズル１００に吸着している溶接リング３０の位置情報（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を中心とする回転角度）を取得する。更に溶接ヘッド１は、矢印Ｘ方向に移動して、吸着保持した溶接リング３０を、セラミック容器２０（セラミック基板）の真上まで搬送する。ここで、溶接ヘッド１は、第１画像認識カメラ６００によりセラミック容器２０（セラミック基板）の位置情報を取得し、この情報と、既に第２画像認識カメラ６５０により取得した溶接リング３０の位置情報と比較して、溶接リング３０を位置補正する。

＜ノズル収容工程＞

次に、溶接ヘッド１全体が下降することで、相対移動装置１６０に内設された吸着ノズル１００と溶接電極１２０はセラミック容器２０に近づくように移動する。そして溶接ヘッド１は、セラミック容器２０の開口部近傍に周設された溶接リング載置面（図示省略）に、吸着ノズル１００に吸着された状態の溶接リング３０を載置する。その後、溶接ヘッド１をさらに下降（矢印Ｚ１方向に移動）させると、吸着ノズル１００はそれ以上下降できないため、溶接電極１２０のみが相対移動して更に下降する。この結果、吸着ノズル１００の先端側と溶接電極１２０の電極面が略同じ高さとなり、溶接電極１２０の電極面が溶接リング３０に当接して溶接可能な状態となる。

＜溶接工程＞

溶接ヘッド１は、電圧発生装置１４０によりパルス状の電圧を印加された溶接電極１２０により溶接リング３０を加圧しながら、溶接リング３０をセラミック容器２０に溶接する。なお、溶接リング３０と、セラミック容器２０の溶接は窒素雰囲気中で行うことが好ましい。具体的には、窒素ガスを充満させたチャンバー（室）内などの窒素雰囲気中で溶接を行うことが好ましく、他の方法としては溶接箇所にブロー装置などで窒素ガスを吹き付けて雰囲気を作った中で溶接を行っても良い。

＜負圧開放工程＞

溶接ヘッド１は、負圧発生装置２００の負圧発生を停止し、負圧発生装置２００と負圧供給開口１１４の間の空気経路に接続している大気開放ポート（図示省略）を開放して吸着ノズル１００の負圧を大気圧近傍まで開放して、溶接リング３０の保持状態を解く。その後、溶接ヘッド１全体が上昇して、次の溶接リング３０の溶接を行う。これを繰り返すことで、全てのセラミック容器２０に対して溶接リング３０が仮付け溶接されることになる。このセラミック容器２０を、加熱炉に投入して、溶接リング３０の全周をセラミック容器２０に溶着させることで、溶接リング３０の仮付け工程は完了する。

なお、本実施形態では、吸着ノズル１００を、２枚の板部材（第１ノズル構成板１０１、第２ノズル構成板１０２）で構成したが、板部材は少なくとも２枚以上であればよく、第１ノズル構成板１０１と第２ノズル構成板１０２の間にもう一枚板部材（例えば、第３ノズル構成板）を設ける構造にしてもよい。このように、吸着孔となる溝（詳細は後述）を有する複数の板部材を組み合わせる構造とすることで、厚みが非常に薄い吸着ノズルにすることが出来る。

また、本実施形態では、溶接リング３０を２か所でスポット的に仮付け溶接する溶接電極１２０としたが、溶接電極１２０はこれに限定されるものではない。例えば、溶接中に溶接電極１２０を移動させながら、溶接リング３０の４辺を完全に溶接するようにしても好ましい。これにより、溶接リング３０の仮付けの必要がなく、仮付け後にさらに本付け溶接を行う製造工程を省略することができ、コスト削減とタクトタイムの削減が出来る。

また、本実施形態では、溶接リング３０とセラミック容器２０の仮付け溶接について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図８に示されるように、リッド５０の仮付け溶接に利用しても好ましい。具体的には、セラミック容器２０の上に溶接リング３０が溶着されている。本実施形態に係る溶接ヘッド１は、吸着したリッド５０を溶接リング３０の上に載置するとともに、そのまま吸着方向に押し込まれる。すると溶接電極１２０は、吸着ノズル１００に対して相対的に吸着方向に移動し、リッド５０に当接して溶接可能な状態になる。この状態で電圧発生装置１４０によりパルス電圧を溶接電極１２０に印加することにより、溶接ヘッド１は、溶接電極１２０によりセラミック容器２０とリッド５０を仮付け溶接することができる。

さらに、本溶接ヘッド１は、リッド５０のシーム溶接をする場合に用いても好ましい。リッド５０をシーム溶接をする場合、溶接電極１２０を回転自在な溶接ローラ電極とし、リッド５０を溶接リング３０に押しつけながら溶接リング３０に沿って移動することによりシーム溶接を行う。つまり、溶接電極１２０をリッド５０の縁に押しつけながら、その縁の延在方向に移動していくことで、リッド５０の４辺をセラミック容器２０に確実に溶接することが出来る。これにより、リッド５０が極めて小さくなった場合でも、この吸着ノズル１００を用いることで、一対の溶接ローラ電極１２０間の距離を狭めることが可能となり、リッドの供給と溶接を同時に行うことが可能となる。

また、本実施形態では、溶接ヘッド１により、溶接リング３０（またはリッド５０）をセラミック容器２０に溶接する場合を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、微細なリング状の電子部品の搬送等に適用することが可能である。

また、本実施形態に係る吸着ノズルは、非常に小径の負圧発生孔を形成することができるため、特に小型の電子部品を吸着するのに最適である。

したがって、本実施形態の吸着ノズル１００は、複数のノズル構成板（第１ノズル構成板１０１、第２ノズル構成板１０２）を相互に対向して当接する構造とし、その複数のノズル構成板の中の少なくとも１つのノズル構成板の当接する面に、負圧発生孔となる溝（負圧発生溝１１３ａ、１１３ｂ）を形成している。つまり、吸着ノズル１００は、非常に薄い板の内部に、通常のドリル加工では成形困難な小径の負圧発生孔１１３を形成することができる。

また、本実施形態の吸着ノズル１００は、吸着方向の先端近傍に吸着側溝１１２ａ（または吸着側溝１１２ｂ）が形成され、また、この吸着側溝１１２ａと連通するように導入側溝１１６ａ（または導入側溝１１６ｂ）が形成されている。さらに、この導入側溝１１６ａの溝幅Ｌは、吸着側溝１１２ａの溝幅Ｍよりも広くなるように形成されているので、吸着ノズル１００の先端面１１０に対して短時間で負圧を印加することができる。

また、吸着側溝１１２ａの溝長さＰは、溝幅Ｍの５倍以下の長さに形成されているため、負圧の圧力を低下させることなく電子部品を吸着することができる。

また、負圧発生孔１１３の断面積は、吸着対象である電子部品（溶接リング３０やリッド５０）の吸着面積以下であるので、負圧発生孔１１３の全体で密着した状態で、効率よく電子部品を吸着することができる。

また、固定ヘッド１は、上述した吸着ノズル１００と、部品固定機構（溶接電極１２０）を更に備えた構造としているので、電子部品（溶接リング３０）を吸着ノズル１００で吸着保持し、そのまま部品固定機構で対象物（セラミック容器１２０）に固定することができる。特に、吸着ノズル１００が薄肉構造となっているので、部品固定機構を吸着ノズル１００に接近させることが可能となり、溶接リング３０のような極めて小さな電子部品であっても、吸着保持状態を維持しながら固定することが可能となる。

また、部品固定機構は、溶接電極１２０を備えており、この溶接電極１２０には、パルス状の電圧を発生する電圧発生装置１４０が接続されている。したがって、部品固定機構は、一対の溶接電極１２０間に電流を流すことにより、電子部品（溶接リング３０）とセラミック容器２０を溶接することができる。なお、ここでは部品固定機構として溶接電極を示したが、本発明はそれに限定されず、レーザー溶接装置や、接着剤を塗布する塗布装置、熱によって両者を固定するヒータ装置等、被吸着部材と相手側部材の固着目的に応じた各種固定機構を採用すればよい。

また、固定ヘッド１は、吸着ノズル１００を吸着方向に移動可能な相対可動装置１６０と、吸着ノズル１００を溶接電極１２０よりも電子部品に近接するように付勢するノズル付勢装置１６０Ａを備えている。したがって、固定ヘッド１は、電子部品を吸着する場合は、吸着ノズル１００を溶接電極１２０よりも電子部品に近接するように移動し、電子部品を溶接する場合は、吸着ノズル１００を溶接電極１２０と略同一面に位置するように移動し、電子部品の吸着及び溶接をし易くすることができる。

また、溶接電極１２０は、吸着ノズル１００の周囲で回転自在な一対の環状の電極板としている。したがって、溶接電極１２０は、電極面が古くなった場合は、回転することで新しい電極面を形成することができ、メンテナンス性を向上することができる。

また、固定ヘッド１は、負圧を発生する負圧発生装置２００と、負圧発生装置２００と吸着ノズル１００の間に配管されている大気開放ポートを備えている。したがって、固定ヘッド１は、吸着ノズル１００が電子部品を吸着する場合は、負圧を一定にするように大気開放ポートを閉じて負圧発生装置２００を駆動し、電子部品を離反する場合は、負圧発生装置２００を停止して大気開放ポートを開放することで電子部品の吸着と、離反作業を効率的に行うとこができる。

また、固定ヘッド１は、窒素雰囲気中で溶接リング３０とセラミック容器２０の溶接を行うので、安定した状態で溶接を行うことができる。

また、本実施形態の部品を固定する部品の固定方法は、吸着ノズル１００を吸着方向に移動させて、部品固定機構（溶接電極１２０）よりも部品近傍に近づけるノズル前出工程と、前記吸着ノズル１００により部品を吸着保持する吸着保持工程と、部品を吸着保持したまま、部品をセラミック容器２０の真上まで搬送する搬送工程と、部品固定機構が前記部品と当接するように、吸着ノズル１００を吸着方向と反対側に移動するノズル収納工程と、部品固定機構により部品を加圧しながら、部品とセラミック容器２０とを固定する固定工程と、吸着ノズル１００の負圧を大気圧まで開放する負圧開放工程と、を備えている。したがって、本実施形態の部品の固定方法は、部品を吸着する際は、吸着ノズル１００を部品固定機構よりも吸着方向に突出させて部品を吸着保持し、相手具材のこの部品を固定する場合は、吸着ノズル１００を部品固定機構の下端と略同一面又はそれより引っ込む位置に移動して、部品固定機構を部品に当接させて、そのまま部品を相手部材に固定することができる。

尚、本発明の電子部品の溶接ヘッド及び電子部品の溶接方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明は、電子部品の製造分野で幅広く利用することが出来る。

従来の電子部品溶接装置の概略構成を示す正面図である。 従来の溶接リングの仮付け方法を示す概略斜視図である。 （ａ）本発明の実施形態に係る吸着ノズルを吸着方向側から見た概略斜視図であり、（ｂ）吸着ノズルをＡ方向から見た概略斜視図である。 同吸着ノズルの各部材を示す部品図である。 同吸着ノズルを用いた溶接ヘッドの概略構造を側面から見た断面図である。 溶接ヘッドによる電子部品の吸着点、溶接面の位置を示す正面図である。 電子部品の溶接方法を示す電子部品の製造工程の概略図である。 同吸着ノズルを用いた他の溶接ヘッドの概略構造を側面から見た断面図である。

符号の説明

１ 溶接ヘッド
１０ 電極
２０ 電子部品パッケージ
３０ 溶接リング
５０ リッド
１００ 吸着ノズル
１０１ 第１ノズル構成板
１０２ 第２ノズル構成板
１１０ 先端面
１１３ａ、１１３ｂ 負圧発生溝
１１３ 負圧発生孔
１１２ａ、１１２ｂ 吸着側溝
１１４ 負圧供給開口
１１６ａ、１１６ｂ 導入側溝
１２０ 溶接電極
１４０ 電圧発生装置
１６０ 相対可動装置
１６０Ａ ノズル付勢装置
１６０Ｂ Ｚ軸移動装置
２００ 負圧発生装置

Claims (16)

1. 相互に重ね合わせて固定される２枚のノズル構成板を備え、
   前記２枚のノズル構成板には、それぞれ、他のノズル構成板に当接する面側に、互いを対向させることにより負圧発生孔となる負圧発生溝が設けられ、
   前記２枚のノズル構成板の前記負圧発生溝は、それぞれ、
   吸着方向の先端である前記ノズル構成板の下端に連通して設けられ、互いを対向させることにより、負圧で部品を吸着する吸着側孔となる複数の吸着側溝と、
   前記複数の吸着側溝のそれぞれに連通して設けられ、互いを対向させることにより、前記複数の吸着側孔に負圧を導入する導入側孔となる導入側溝と、から形成され、
   前記導入側溝の溝幅が、前記複数の吸着側溝の溝幅と、隣り合う前記吸着側溝同士の間隔と、の総計よりも広くなるように形成されることを特徴とする部品の吸着ノズル。
2. 前記吸着側溝における溝長さは、溝幅の５倍以下であることを特徴とする、
   請求項１に記載の部品の吸着ノズル。
3. 前記吸着側溝における溝幅は、前記導入側溝の溝幅の１／２以下であることを特徴とする、
   請求項１又は２に記載の部品の吸着ノズル。
4. 前記吸着側孔の開口面積は、前記部品の被吸着面の面積以下であることを特徴とする、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の部品の吸着ノズル。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の部品の吸着ノズルと、
   前記吸着ノズルの周囲に配設された部品固定機構と、を更に備え、
   前記部品固定機構は、前記吸着ノズルに保持されて相手側部材に載置された前記部品を、前記相手側部材に固定することを特徴とする、
   部品の固定ヘッド。
6. 前記部品固定機構は、溶接電極、及び前記溶接電極に電気的に接続された電圧発生装置を備えた溶接装置であり、前記部品に電圧を印加することで、前記部品を前記相手側部材に溶接することを特徴とする、
   請求項５に記載の部品の固定ヘッド。
7. 前記溶接電極は、前記吸着ノズルの両外側に回転自在に配置される一対の円形電極板であり、
   前記円形電極板を回転させることで、新たな電極面を形成できることを特徴とする、
   請求項６に記載の部品の固定ヘッド。
8. 前記溶接電極は、前記吸着ノズルの両外側に回転自在に配置され、前記部品をシーム溶接するための一対のローラ電極であることを特徴とする、
   請求項６に記載の部品の固定ヘッド。
9. 前記吸着ノズル及び前記部品固定機構を、吸着方向に相対移動させる可動装置をさらに備えることを特徴とする、
   請求項５乃至８のいずれか１項に記載の部品の固定ヘッド。
10. 前記吸着ノズルが前記部品を吸着する場合、前記可動装置は、前記吸着ノズルを前記部品固定機構よりも前記部品に近接させるようにし、
    前記部品固定機構が前記部品を相手側部材に固定する場合、前記可動装置は、前記部品固定機構を前記吸着ノズルと同等以上に前記部品に近接させることを特徴とする、
    請求項９に記載の部品の固定ヘッド。
11. 負圧を発生する負圧発生装置と、
    前記負圧発生装置と前記吸着ノズルの間に配設された大気開放ポートと、
    を更に備え、
    前記吸着ノズルが前記部品を搬送する際は、負圧を一定にするように前記大気開放ポートを閉じて前記負圧発生装置を駆動し、
    前記吸着ノズルが前記部品を離反する際は、前記負圧を大気圧まで減圧するように前記負圧発生装置を停止し、前記大気開放ポートを開放することを特徴とする、
    請求項５乃至１０のいずれか１項に記載の部品の固定ヘッド。
12. 窒素環境を生成する窒素環境生成装置を更に備え、
    前記溶接装置は、前記窒素環境生成装置により生成された窒素環境中で、前記部品を相手側部材に溶接することを特徴とする、
    請求項６乃至８のいずれか１項に記載の部品の固定ヘッド。
13. 前記窒素環境生成装置は、窒素供給装置と該窒素供給装置から供給された窒素を、前記部品及び相手側部材を入れたチャンバー内に充満させることで窒素環境を生成するチャンバー装置と、を有することを特徴とする、
    請求項１２に記載の部品の固定ヘッド。
14. 前記窒素環境生成装置は、窒素供給装置と該窒素供給装置から供給された窒素を、前記部品と相手側部材の溶接部を覆うように吹きかけるブロー装置と、を有することを特徴とする、
    請求項１２に記載の部品の固定ヘッド。
15. 部品を固定する部品の固定方法であって、
    請求項１乃至４のいずれか１項に記載の部品の吸着ノズルを吸着方向に移動させて、部品固定機構よりも部品近傍に近づけるノズル前出工程と、
    前記吸着ノズルにより前記部品を吸着保持する吸着保持工程と、
    前記部品を吸着保持したまま、前記部品を相手側部材の真上まで搬送する搬送工程と、
    前記部品固定機構が前記部品と当接するように、前記吸着ノズルを吸着方向と反対側に相対移動させるノズル収納工程と、
    前記部品固定機構により、前記部品と前記相手側部材とを固定する固定工程と、
    を備えることを特徴とする部品の固定方法。
16. 前記固定工程は、前記部品と前記相手側部材を溶着させる溶接工程であることを特徴とする、
    請求項１５に記載の部品の固定方法。

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