CN101365547B - 单球区分装置以及单球区分方法 - Google Patents

Abstract

一种单球区分装置以及区分方法，可解决从单球、连球和异常球的混合物中，利用斜面滚动而将单球进行分离回收时，产生在倾斜面上的附着问题，还具有从单球、连球和异常球的混合物中，精确地区分出单球的特性。该单球区分装置使供给装置、倾斜面和回收部设置在气密室内，且在前述气密室中具有对前述气密室内进行减压而维持在1000Pa以下的减压装置，其中，供给装置用于供给球体，倾斜面用于使前述球体滚动落下，回收部用于回收从前述倾斜面飞出的球体。而且，该单球区分方法是在减压至1000Pa以下的气密室内，将球体从供给装置向倾斜面进行供给，并在前述倾斜面上滚动落下，且利用球体的速度差及/或方向差进行分离，并利用回收部进行回收。

Description

单球区分装置以及单球区分方法

技术领域

本发明是关于一种用于区分焊球等球体的单球区分装置以及区分方法。

背景技术

在焊球等金属球的制造中，除了具有规定真球度的单一球体(以下称作单球)以外，还形成多个球连结在一起的球体(以下称作连球)或椭圆球体等异常形状的球体(以下称作异常球)。该金属球所要求的品质专案之一就是金属球的形状。通常，连球和异常球为不合格品，所以要进行筛选并去除。

从单球、连球和异常球的混合物中，分离出连球和异常球的技术，专利文献1揭示有一种这样的装置(以下称作斜面滚动)，从具有一方向的仰角的倾斜面的上方，使单球、连球和异常球的集合体沿着倾斜面滚动落下，并利用球体的速度差或方向差而进行分离，且将单球回收到倾斜面下端所设置的回收容器中。这是利用了单球是沿着倾斜面落下，而连球或异常球是像树木的落叶那样，左右大幅晃动落下的现象。亦即，因为采取了这样的落下动作，所以可藉由调整所落下的斜面宽度和从斜面下端到单球回收容器的距离，而使连球和异常球落到倾斜面的左右或回收容器前面，将应回收的单球以回收容器进行回收。

而且，在专利文献1中，还提出对球体的落下方向进行倾斜，或对球体的落下方向也沿着直角方向进行倾斜的方法。

另一方面，在专利文献2中提出一种这样的方案，用于供给单球、连球和异常球这些混合物的供给装置，和使混合物落下的倾斜面之间，设置沟构造部，并利用沟构造部所形成的楔子效果使连球和异常球在沟构造部停止，从而改善区分精度。该提案的优点在于可将φ300μm左右的单球进行精确的分离。

[专利文献1]日本专利早期公开的特开平11-319728号公报

[专利文献2]日本专利早期公开的特开平11-319722号公报

经过本发明者的研究发现，在从单球、连球和异常球的混合物中，利用专利文献1或2那样的斜面滚动而将单球进行分离回收时，有时在使单球、连球或异常球的混合物落下的倾斜面或沟构造部上，会附着单球、连球和异常球的混合物。因此，倾斜面或沟构造部上的滚动动作形成阻碍的问题。进行区分的单球、连球和异常球的粒径越小，该问题越是显著，当粒径小于等于200μm，且在φ100μm以下时，几乎不能滚动落下，无法进行区分。

发明内容

本发明的目的是提供一种单球区分装置以及区分方法，可解决从单球、连球和异常球的混合物中，利用斜面滚动而将单球进行分离回收时所产生的、在倾斜面上的附着问题，还具有从单球、连球和异常球的混合物中，有效区分出单球的特性。

本发明者发现，藉由在经过排气后的气密室内利用斜面滚动进行单球的区分回收，可大幅改善在倾斜面上的球体滚动性，能够使单球、连球和异常球在倾斜面上的动作差别显著化，而达成本发明的目的。

亦即，本发明为一种单球区分装置，使供给装置、倾斜面和回收部设置在气密室内，且在前述气密室中具有对前述气密室内进行减压而维持在1000Pa以下的减压装置，其中，该供给装置用于供给球体，该倾斜面用于使前述球体滚动落下，该回收部用于回收从前述倾斜面飞出的球体。另外，本发明中所示的压力值是以绝对真空作为0Pa的绝对压力来表示。

而且，前述倾斜面的表面粗糙度为Rz  1μm较佳。

而且，前述减压装置对前述气密室内的压力进行减压，并具有用于保持规定压力的调整机构较佳。

而且，前述球体的直径小于等于200μm较佳，且前述倾斜面具备加热机能更佳。

而且，本发明为一种单球区分方法，其在减压至1000Pa以下的气密室内，将球体从供给装置向倾斜面进行供给，并在前述倾斜面上滚动落下，且利用球体的速度差及/或方向差进行分离，并利用回收部进行回收。

而且，前述倾斜面的表面粗糙度为Rz  1μm较佳。

而且，对前述气密室内的压力进行减压，并保持规定的压力较佳。

而且，前述球体的直径小于等于200μm较佳，且对前述倾斜面进行加热更佳。

如利用本发明，则可大幅改善在倾斜面上的球体滚动性，并可飞跃式地改善利用斜面滚动而区分回收单球时所产生的、在倾斜面上的附着问题，对微小球体的单球区分装置的实用化而言，形成一种不可或缺的技术。

附图说明

图1为本发明的单球区分装置的一个实施例。

图2为本发明的倾斜面和回收部的配置图。

图3为气密室的压力在100Pa的情况下，直径φ80μm焊球的单球、连球和异常球的飞出距离分布图。

图4为气密室的压力在1500Pa的情况下，直径φ80μm焊球的单球、连球和异常球的飞出距离分布图。

图5为直径φ80μm和直径φ110μm焊球中的，单球的飞出距离和气密室内压力的关系图。

图6为本发明的单球区分装置的另一实施例。

图7为未对倾斜面进行加热的情况下，直径φ80μm焊球的单球、连球和异常球的飞出距离分布图。

图8为对倾斜面进行加热的情况下，直径φ80μm焊球的单球、连球和异常球的飞出距离分布图。

1：供给装置

2：倾斜面

3：回收部

4：气密室

5：减压装置

101：供给装置

102：倾斜面

102a/102b/102c：玻璃

103：回收部

104：气密室

105：减压装置

106：NG接收用细沟

具体实施方式

本发明的形成是因为发明者发现，藉由在经过排气后的气密室内使球体进行斜面滚动，可在倾斜面上使单球、连球和异常球显著地进行分离。其理由虽然并不明确，但被认为是因为与大气中不同，可降低空气对摩擦所造成的影响或大气中所包含的水分的影响。

以下，列举实现本发明的装置例子而详细进行说明。

本发明的单球区分装置例如图1所示，由供给装置1、倾斜面2、回收部3、气密室4和减压装置5构成。

图1所示为用于在经过排气后的环境下，验证单球区分的有效性的装置的概略图。

以下，根据图1的装置的构成要素对本发明进行说明。

供给装置1

是供给作为区分物件的球体的一种装置。图1所示的供给装置是使全体设置在气密室4内，但也可为从外部连续供给作为区分物件的球体的供给装置。当然，在该情况下，需要在供给时确保气密性的气密。

而且，作为供给球体的供给装置1，也可利用送料器，连续地供给规定量，并可利用来自气密室外部的操作，自如地进行球体的供给·停止动作。在这里，所说的送料器是指可对搭载供给对象的治具施加振动，使其每次依据规定量移动的装置。在图1中，具有未图示的振动产生装置的细沟状的治具为送料器，可将作为供给对象的球体，每次一定量地供给到倾斜面2。此时，最好是能够监控所供给的重量并供给一定重量的供给装置。

倾斜面2

倾斜面2是一种相对于水平面而具有仰角的面，用于使作为区分对象的球体滚动落下。当倾斜面2为水平时，作为区分对象的球体当然不会滚动，因此无法进行区分，另一方面，当倾斜面2为垂直时，作为区分对象的球体垂直落下，无法对单球、连球及异常球进行区分。因此，倾斜面2应酌情对仰角进行调整而加以利用，以使作为区分物件的球体可滚动落下为佳。

而且，在作为区分物件的球体为200μm左右的大粒径的情况下，不会轻易受到倾斜面2的表面粗糙度的影响。另一方面，在作为区分对象的球体为小于等于100μm的小粒径的情况下，如倾斜面2的表面粗糙度高，则作为区分对象的球体的滚动动作不稳定，有可能使区分精度下降。因此，倾斜面2依据作为区分物件的球体的粒径，应酌情调整倾斜面2的表面粗糙度而加以利用较佳。

而且，当作为区分物件的球体滚动落下时，为了不受静电的影响，最好使倾斜面2具有导电性，如进行接地则更佳。

以下，对更佳的倾斜面的形态进行说明。

倾斜面2的表面粗糙度，使JIS B 0601所规定的10点平均粗糙度Rz小于等于1μm较佳。这是因为，如倾斜面的表面粗糙度高，则落下的球体速度容易产生参差不齐，使区分精度劣化。更佳是使Rz小于等于0.3μm。

作为构成倾斜面2的构件，利用形成导电性膜的玻璃和使导电性膜成膜的单结晶Si基板等较佳。作为导电性膜，可使用例如Cr、Ta、Nb、Ti及ITO(铟·锡氧化物)。

而且，在图1中，倾斜面2是采用一层构成，但也可将倾斜面设置多层，而且，也可将各层的仰角调整为各不相同的角度。

回收部3

回收部3是用于回收由倾斜面2所飞出的球体的回收部。在作为区分对象的球体中，单球是沿着倾斜面2飞出，连球或异常球几乎是弯曲，或像树木的落叶那样左右大幅晃动并在倾斜面2上落下。因此，单球与连球或异常球相比，从倾斜面2飞出的速度较快。该飞出速度的差异表现在飞出距离上，所以可利用该特性而进行区分。另外，从倾斜面2所飞出的单球的飞出距离，根据球体的粒径、倾斜面2的仰角或表面粗糙度而有所不同。因此，回收部3可在与从倾斜面2飞出时的单球的飞出距离相对应的位置上，配置回收部。

而且，当落下轨道弯曲时，还产生从倾斜面向侧面方向飞出的球体。亦即，也可藉由方向差而对球体进行区分。

以下，对倾斜面2和回收部3的位置关系进行说明。

图2所示为本发明的单球区分装置的倾斜面2和回收部3配置的一个例子。关于倾斜面2和回收部3的间隔X，如增大间隔X，则可提高区分精度，但单球的回收率下降。另一方面，如减小间隔X，则可提高单球的回收率，但区分精度下降。

而且，如增大落差Y，则从倾斜面2下端飞出的球体到达回收部3的时间增加，到达回收部3的单球7和连球8或异常球9的水平方向飞出距离差增加，使区分精度提高。

因此，倾斜面2和回收部3的配置在进行区分之前，预先利用作为区分对象物的球体而进行间隔X和落差Y的最佳化较佳。

气密室4

气密室4是为了使区分球体的环境维持在减压状态下，而形成具有气密性的空间。气密室4为了能够观察在倾斜面2上滚动落下的球体或回收部3中所回收的球体，而利用例如全体为透明压克力制的真空容器较佳。

在这里，气密室4内的压力需要进行减压并维持在1000Pa以下。这是因为，如气密室4内的压力大于等于1000Pa，则因空气所产生的摩擦的影响，或者球体或倾斜面2上所附着的水分，会使单球7和连球8或异常球9的飞行距离的差变得不明确，无法只将单球7进行区分回收。较佳是在100Pa以下。

减压装置5

减压装置5是用于将气密室4内的压力进行减压并维持在1000Pa以下的装置。气密室4内的压力和作为区分物件的球体的飞出距离关系密切。如气密室4的压力高，则因为空气所造成的摩擦的影响，或者球体或倾斜面2上所附着的水分，而使球体的飞出距离缩短，无法提高区分精度。因此，在本发明的装置中需要减压装置。

而且，在本发明中，最好具有用于使气密室4内保持规定压力的调整机构。藉由使气密室4内稳定地维持规定的压力，可期待能够更加确实地抑制作为区分物件的球体的飞出距离的差异，并能够有效地将单球进行回收的效果。

作为本发明中所使用的减压装置5，最好是利用排气能力优良的油旋转式真空泵，其在短时间内可排气至数Pa。而且，并用可排气至数Pa的排气能力优良的鲁氏(Roots)式真空泵和油旋转式真空泵较佳。

而且，将气密室4内维持规定的压力，可利用对减压装置5进行电气调整的方法等，以监控气密室4的压力，并修正气密室4的漏泄速度和减压装置5所形成的排气速度之差。作为对气密室4内的压力进行监控的机能，可利用巴登(Bourdon)管式真空计或皮冉尼(Pirani)真空计或者电离真空计。

如以上所说明的，当在作为区分对象的球体或倾斜面2上附着有水分时，单球7和连球8或异常球9的飞出距离的差变得不明确，有可能无法有效地只回收单球。因此，为了促进水分的去除，在倾斜面2上具有加热机能较佳。

本发明藉由对气密室4进行排气，可飞跃性地改善在倾斜面2上的单球7的滚动性。即使只是单球7，当真球度高的球和低的球在倾斜面2上进行滚动时，也会因真球度的差而在倾斜面2上产生速度差或方向差，所以也可利用真球度的不同而进行区别回收。因此，本发明适用于像电子栅格型安装构件的终端材料所利用的焊球那样，要求非常高的真球度的粒子的筛选。

在本发明中，如没有对从倾斜面2落下到侧面等除了回收部3以外的位置的球体的动作进行限制的机构，则从倾斜面2的侧面所落下的连球8或异常球9，有可能会在气密室4的底面上不规则地进行跳动而混入到回收部3中。因此，在倾斜面2的长方向侧面上，最好设置一种机构，其对连球8或异常球9等亦即所谓NG球从倾斜面2的侧面落下时的动作进行限制。

作为这种机构，可在倾斜面2的长方向的两侧面上设置细沟而进行采集，也可在气密室4的底面上设置其他的回收容器，其中，该回收容器所具有的深度，应避免在除了回收部3以外的位置所落下的连球8或异常球9产生跳跃而混入到回收部中。

当在作为区分对象物的球体上附着有水分时，形成区分物件的球体的滚动性会恶化。因此，在保管作为区分对象物的球体时，为了防止在作为区分对象物的球体上附着有水分，而在区分作业之前将作为区分物件的球体，于干燥器等能够保持低湿度的环境下进行保管较佳。

[实施例1]

以下，利用图示对本发明的实施例进行说明。

图1所示为本发明的实施例所使用的单球区分装置的一个例子。本发明的单球区分装置是由供给装置1、倾斜面2、回收部3、气密室4和减压装置5构成。

供给装置1为具有未图示的振动产生装置的细沟状的压电式(Piezoelectric)送料器。

倾斜面2是利用在表面上蒸镀有Ti膜的玻璃，其表面粗糙度为Rz＝0.06μm。另外，表面是被电气接地。

回收部3是利用不锈钢制的回收容器。

气密室4是由透明压克力制的板而进行制作。

减压装置5具有油旋转式的真空泵，及利用压力计和泄漏阀而对气密室的压力进行检测维持的调整机构。

而且，作为区分物件的球体，是利用一批制造的焊球，其中，该焊球包括单球、连球和异常球，且单球直径为φ80μm。

图2所示为本实施例的倾斜面2和回收部3的基本位置关系的模式图。在本实施例中，与金属球的行进方向相对，倾斜面2的仰角θ为3度。倾斜面2和回收部3是沿着图2的纵深方向和垂直方向平行设置，其间隔X为5mm。倾斜面2和回收部3的落差Y为15mm。

在本实施例的飞出距离分布的测定中，可取代图1所示的回收部3，而在落差Y＝15mm的位置处设置粘着性片，并要使着地地点可预先确认。

利用该装置，并在供给装置1中填充φ80μm的焊球6。然后，利用减压装置5进行气密室4的排气，直至气密室的压力达到100Pa，并维持压力，使焊球6从供给装置1沿着倾斜面2供给落下。

首先，作为习知例子，在大气中进行使上述直径φ80μm的焊球6沿着倾斜面2滚动落下的测试。此时，作为区分对象物的焊球附着在倾斜面2上，无法进行区分。

接着，将气密室4的压力调整到本发明的范围内，亦即100Pa，并与上述同样地对倾斜面2进行调整，进行使φ80μm的焊球6沿着倾斜面2滚动落下的测试。

图3所示为单球7、连球8和异常球9从倾斜面2的飞出距离分布。

如图3所示，单球7、连球8和异常球9的分布是分隔开的，可得到用于区分回收单球的足够的飞出距离，确认能够从供给的包括连球和异常球在内的φ80μm的焊球6中，只将单球7区分出来。

接着，作为比较例，将气密室4的压力调整到本发明的范围外，亦即1500Pa，并与上述同样地对倾斜面2进行调整，进行使φ80μm的焊球6沿着倾斜面2滚动落下的测试。

图4所示为单球7、连球8和异常球9从倾斜面2的飞出距离分布。

在使气密室4的压力为1500Pa的情况下，可改善作为区分对象物的φ80μm焊球的滚动性，解决其在倾斜面2上的附着问题。但是，如图4所示，单球7、连球8和异常球9从倾斜面2的飞出距离分布重合，确认无法精确地将单球7进行区分回收。

[实施例2]

为了确认气密室4的压力与区分性能有关系，接着进行对气密室4内的压力和球体的飞出距离的关系进行更详细的确认测试。在这里，是使气密室4的压力条件进行变化，而使其他的条件与实施例1为相同条件，上述φ80μm和φ110μm的焊球6，沿着倾斜面2滚动落下时，单球从倾斜面2的飞出距离的变化进行测定。测定结果如图5所示。在这里，如气密室4内的压力超过1000Pa，则会使焊球在倾斜面2的途中不进行滚动，或者单球7、连球8和异常球9的飞出距离不产生差异，所以不进行图示。

如图5所示，随着气密室4的压力由1000Pa进行减压，而确认单球7的飞出距离形成延伸。这意味着在倾斜面2上，单球7的滚动速度增加。由于单球7的滚动速度增加，可增加球体向倾斜面2上的供给量，对处理能力的提高也有效果。

而且，如图5所示，在粒径为80μm的情况下，飞行距离在气密室4内的压力达到0.3Pa之前会进行增加。另一方面，在粒径为110μm的情况下，可确认当气密室4的压力较1Pa小时，飞出距离不增加。藉此，而确认气密室4内的压力和单球7的飞出距离的关系是取决于单球7的直径。

藉由该测试可知，气密室4内的压力和球体飞出距离有一种密切的关系，如压力下降则球飞出距离就伸长，可确认使气密室4稳定地保持规定的压力，在使单球7于倾斜面2下端的飞出距离稳定，得到单球区分回收的精度，有着重要的意义。

[实施例3]

图6所示为本发明的单球区分装置的另一个例子。如图6所示，单球区分装置是由供给装置101、倾斜面102、回收部103、气密室104、减压装置105及NG接收用细沟106构成。此时，在作为区分对象的球体中，单球中所包含的连球的浓度为100ppm，是利用φ110μm的焊球。

供给装置101在气密室104内设置有与实施例1同样的压电式送料器。

倾斜面102为3层构成，其构成要素分别为102a、102b、102c三片玻璃，且其倾斜面的仰角分别为3度。各个倾斜面102在玻璃的表面上形成导电性陶瓷膜ITO，且其表面粗糙度为Rz＝0.06μm。另外，表面被电气接地。

回收部103是利用不锈钢制的回收容器，且相距倾斜面102c的位置，如与图2所示的位置关系同样地进行表示，则间隔X为5mm，倾斜面102c和回收103的落差Y为15mm。

气密室104是由透明的压克力板构成。

减压装置105具有油旋转式的真空泵，以及利用压力计和泄漏阀而检测维持气密室的压力的调整机构，压力是调整为100Pa。

NG球的接收用细沟106是利用市场上销售的铝制L状托座。

当利用图7所示的区分装置进行焊球的区分时，可利用一次区分处理而压倒性地降低连球浓度。此时，区分后的单球的成品率为98％，连球浓度为0.015ppm。另外，倾斜面102的构成要素102a、102b、102c在各位置的连球浓度，是越向下越下降，可确认藉由使倾斜面102为多层构成，能够提高单球区分回收的精度。

[实施例4]

接着，准备表1所示的表面粗糙度Rz不同的4种倾斜面2，并使倾斜面2的仰角倾斜5度，其他的条件与实施例1同样地，利用供给装置1将球供给到倾斜面2，并观察球在倾斜面2上的动作，且数出在倾斜面2上停滞的球的数目。测试是使球的粒径为φ70μm和φ90μm两种，并向倾斜面2供给包括单球、连球和异常球在内的100万个球。另外，在供给的球内所包含的连球和异常球的浓度，分别为1000ppm。

观察结果如表1所示。在倾斜面2上所停滞的球几乎都是连球和异常球。如表1所示，在球的粒径为φ70μm的情况下，当表面粗糙度Rz为1.00μm时，停滞的球的数目为10个，在球的粒径为φ90μm的情况下，当表面粗糙度Rz为1.18μm时，停滞的球的数目为300个，可确认随着球的粒径的变小，会受到倾斜面2的表面粗糙度的影响。因此，如区分回收单球的物件粒径变小，则藉由减小倾斜面2的表面粗糙度Rz，可使球不会停滞而得到稳定的球动作，能够确认在使处理能力的提高上是有效的。

表1为在不同的倾斜面的表面粗糙度的情况下，直径φ70μm和直径φ90μm焊球在倾斜面进行停滞的球的数目(个)的统计表

表面粗糙度Rz(μm)	1.18	1.00	0.30	0.14
					φ70μm	500	10	0	0
φ90μm	300	0	0	0

[实施例5]

接着，对确认藉由加热倾斜面2而使球体的飞出距离变化的情况的结果加以说明。在测试中是利用图1所示的单球区分装置，并利用未图示的面状加热器而对倾斜面2的背面进行加热。此时，利用热电偶和温度调节器而使倾斜面2的表面温度维持在40℃。热电偶的测温部是与倾斜面2相接触，另一端的终端是与温度调节器连接。温度调节器是利用一种能够将热电偶的热电动势换算为温度，并与预先所设定的目标温度进行比较，而调节向面状加热器的输出电流的温度调节器。

在测试中，分别是在不使用面状加热器的情况下，和利用上述面状加热器而使倾斜面2的温度维持于40℃的情况下，对倾斜面2供给球并使其落下，且调查单球、连球及异常球的飞出距离分布。此时，除了有无加热器以外的测试条件是与实施例1相同。评价中所使用的球体是与实施例1同样地为粒径φ80μm，气密室4的压力为100Pa。

图7所示为不使用面状加热器的情况下的飞出距离分布，图8所示为使用了面状加热器的情况。

如图例所示，虽然连球和异常球的飞出距离不因加热器有无而呈现显著的差异，但单球的飞出距离在没有加热器的情况下平均为14.1mm，在使用了加热器的情况下平均为15.2mm，使用了加热器的情况与无加热器的情况相比，伸长了1.1mm。由此可确认，藉由对倾斜面2进行加热，可更加精确地区分回收单球、连球及异常球。

Claims (10)

1.一种单球区分装置，其特征在于包括一气密室，前述气密室内设置有供给装置、倾斜面和回收部，其中，该供给装置用于供给球体，该倾斜面用于使前述球体滚动落下，该回收部用于回收从前述倾斜面飞出的球体，且在前述气密室中具有对前述气密室内进行减压而维持在1000Pa以下的减压装置。

2.如权利要求1所述的单球区分装置，其特征在于，前述倾斜面的表面粗糙度为Rz≤1μm。

3.如权利要求1或2所述的单球区分装置，其特征在于，前述减压装置对前述气密室内的压力进行减压，并具有用于保持规定压力的调整机构。

4.如权利要求1或2所述的单球区分装置，其特征在于，前述倾斜面具备加热机能。

5.如权利要求1或2所述的单球区分装置，其特征在于，前述球体的直径小于等于200μm。

6.一种单球区分方法，其特征在于，在减压至1000Pa以下的气密室内，从供给装置向倾斜面供给球体，使球体在前述倾斜面上滚动落下，且利用球体的速度差及/或方向差进行分离，并利用回收部进行回收。

7.如权利要求6所述的单球区分方法，其特征在于，前述倾斜面的表面粗糙度为Rz≤1μm。

8.如权利要求6或7所述的单球区分方法，其特征在于，对前述气密室内的压力进行减压，并保持规定的压力。

9.如权利要求6或7所述的单球区分方法，其特征在于，对前述倾斜面进行加热。

10.如权利要求6或7所述的单球区分方法，其特征在于，前述球体的直径小于等于200μm。

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