CN1137336C - 自动调芯按压装置 - Google Patents

Abstract

一种自动调芯按压装置，在装置主体1中，相对于空气轴承3的部分呈凹球面状的轴承面32，可调芯地支撑调芯部件4的凸球面状的被支承面42，相对于空气轴承3，设置为使调芯部件4浮动而供给压缩空气的空气供给通路19。锁紧调芯部件4的锁紧机构的由气缸驱动部2驱动的活塞杆前端的止动部25与上述调芯部件4的被支承面42处于相反、相对的侧面上时，具有相互接触的接触面24，44，这些接触面形成与上述被支承面42同心的部分球面状。

Description

自动调芯按压装置

本发明涉及用均等的力按压例如倾斜放置的工件的针对(对象、目标)部位的按压装置，更详细地说，本发明涉及一种通过使按压用的压力头自动调芯，可均等地按压放置在倾斜的平面上的半导体芯片等工件的针对部位的自动调芯按压装置。

通过使按压用的压力头自动调芯，用均等的力按压放置在倾斜的平面上的工件的针对部位的自动调芯按压装置已经广为人知了。

一般的，这种按压装置包括带有部分呈凹球面状的轴承面的空气轴承；以及带有嵌合在前述轴承面中、部分呈凸球面状的被支承面的调芯部件，按压工件用的前述压力头安装在该调芯部件上。通过向前述轴承面和被支承面之间供入空气，使该调芯部件产生浮动，在此状态下，用前述压力头按压工件，使前述调芯部件和压力头与该工件的倾斜度相适应地进行自动调芯，从而可均等地按压工件的针对部位。

这种按压装置带有用于将调芯后的前述调芯部件压紧在空气轴承上，并且锁紧的锁紧机构。现有的锁紧机构是通过在前述轴承面和被支承面之间的间隙中抽真空，而将调芯部件压紧在空气轴承上并锁紧的，但是通过抽真空而锁紧时，前述轴承面和被支承面的表面积会增大，必须确保具有必要的牵引力，因此势必存在装置大型化的问题。

本发明的课题是提供一种空气消耗少的小型调芯按压装置，它在通过使调芯部件浮动从而可自动调芯的同时，可通过机械方法将该调芯部件锁紧在调芯位置上。

为解决前述课题，本发明的自动调芯按压装置包括用于安装在自动机器上的装置主体；安装在该装置主体上且前端带有部分呈凹球面状的轴承面的空气轴承；带有被支承面(被轴受面)和压力头安装面且支撑在前述空气轴承上的调芯部件；将压缩空气供给前述空气轴承的轴承面并且使前述调芯部件从空气轴承上浮动起来的空气供给流路；将前述调芯部件压紧在空气轴承的轴承面上并且锁紧的锁紧机构；用于驱动前述锁紧机构的气缸驱动部，其中所述的被支承面与该空气轴承的轴承面的曲率相同且部分呈凸球面状，所述的压力头安装面用于安装工件用压力头，且前述调芯部件是在前述被支承面嵌合在轴承面中的状态下支撑在前述空气轴承上的，前述锁紧机构在轴承面及被支承面的中心位置上可滑(松)动地贯穿前述空气轴承及调芯部件，它包括被前述气缸驱动部前后推进的活塞杆、形成在该活塞杆前端的法兰状止动部、形成在前述调芯部件上且与该止动部嵌合的凹槽、位于上述止动部和凹槽中的锁紧时相互接触、嵌合的部分呈球面状的接触面，这些接触面与上述被支承面同心地设置。

具有上述构成的自动调芯按压装置中，一旦气缸驱动部推动活塞杆前进，就会在空气轴承的轴承面与调芯部件的被支承面之间产生0.02～0.05mm的间隙，进而从轴承面上的空气吹出孔向该间隙供入压缩空气，该调芯部件介于空气膜之中保持浮动状态。在此状态下，将安装在该调芯部件上的压力头压靠在工件上时，由于该调芯部件的被支承面与接触面同心，因此即使工件有些倾斜，上述调芯部件都可以适应该倾斜地自动调芯，均等地按压工件的针对部位。

而后，一旦前述气缸驱动部牵引活塞杆，该活塞杆前端的止动部的接触面就会与调芯部件的接触面相接触，将该调芯部件压在空气轴承的轴承面上，处于浮动状态的调芯部件在调芯位置平滑地被锁紧在空气轴承上。

这样，用气缸驱动部通过活塞杆机械地锁紧调芯部件，与以前的通过抽真空锁紧的方法相比，在可实现按压装置小型化的同时，还可以减少空气的消耗。

本发明中将前述空气轴承的轴承面、调芯部件的被支承面、及止动部和调芯部件的接触面的曲率中心都设定为安装在前述调芯部件上的压力头中用于按压工件的按压面的中心。这样可使上述浮动状态更加稳定。

本发明中最好前述装置主体的前端面上带有凹陷，在该凹陷内，前述空气轴承固定在装置主体中，与此同时前述调芯部件支撑在该空气轴承上，上述空气轴承及调芯部件的外周面与凹陷的内周面之间设有用于抽吸通向前述轴承面与被支承面之间的间隙中的空气的迷宫，该迷宫与空气回收用的孔连通。这样可回收在调芯部件浮动过程中使用过的压缩空气，在可抑制向周围环境排出粉尘的同时，还可在清洁的房间中使用。

本发明中的前述空气供给用流路从形成在装置主体上的供给孔横穿该装置主体与空气轴承的结合部，通到在前述轴承面开口的吹出孔，前述结合部上设有用于防止空气从该结合部泄漏的密封部件。通过设置这样的密封部件，可减少空气的消耗量，同时还可以增大空气轴承的负荷量。

此时，最好前述密封部件是由氟橡胶构成的耐热环状密封部件，该密封部件插入外周边环状沟及内周边环状沟中，该外周边环状沟及内周边环状沟设置在前述装置主体与空气轴承的结合部中的任意一方的结合面上。这样，即使在高温环境下也可以使用自动调芯按压装置。

此外，本发明还具有浮动时在前述调芯部件上施加使该调芯部件朝向空气轴承侧的作用力的加压机构。该加压机构可以由例如磁铁形成，该磁铁可将由磁性体构成的调芯部件吸引向空气轴承侧。

本发明中最好还带有用于防止调芯部件相对于前述空气轴承旋转的防旋转机构。该防旋转机构带例如可以由固定在空气轴承和调芯部件中任意一个上的销子、及设置在上述两者中另一个上且在该销子周围有间隙的状态下与之嵌合的销子孔、及该销子孔内围绕前述销子的旋转轨迹(周围)设置的的弹性体构成。

图1是表示本发明的自动调芯按压装置的第一实施例的截面图。

图2是图1的俯视图。

图3是图1的侧面图。

图4是沿图1的IV-IV线所作的截面图。

图5是图1的仰视图。

图6是表示本发明的自动调芯按压装置的第二实施例的截面图。

图7是表示本发明的自动调芯按压装置的第三实施例的截面图。

图1-图5表示本发明所述的自动调芯按压装置的第一实施例。该自动调芯按压装置A包括带有气缸驱动部2的矩形块状的装置主体1、固定在该装置主体1上的空气轴承3、可调芯地支撑在该空气轴承3上的调芯部件4，该调芯部件4的前端面上形成有压力头安装面4a，该压力头安装面4a用于可自由拆卸地安装按压工件用的压力头(连接头)5。

而该自动调芯按压装置A的安装在前述调芯部件4上的前述压力头5经过自动调芯，按压放置在倾斜的平面上的半导体芯片等工件(图中未示出)的针对部位，从而可用均等的力将工件按压、安装在所定位置。

前述装置主体1的气缸驱动部2包括装置主体1内的活塞室12、可自由滑动地容纳在该活塞室12中的活塞20、从该装置主体1突出且延伸到调芯部件4的下方端部的活塞杆23。该活塞杆23将前述调芯部件4压紧在空气轴承3上，从而构成机械锁紧的锁紧机构，并通过带有密封部件的螺栓21气密地固定在活塞20上，该活塞杆23的前端设有法兰状的止动部25，该止动部25的上面形成有与调芯部件4的接触面44相接触的部分呈凸球面状的接触面24。而设置在前述装置主体1中、供活塞杆23通过的通孔的内壁中设有用于使该活塞杆23气密地穿过的密封部件61及轴承62。

而前述活塞室12被活塞20分为上部活塞室和下部活塞室，装置主体1中设有用于向该上部活塞室及下部活塞室供给/排出压缩空气的通路52、53及空气口54、55。

为了形成前述气缸驱动部2，在装置主体1的上部形成上面侧开口的凹槽11，盖13通过密封部件15气密地安装在该凹槽11的上部，由该盖13划分前述活塞室12。为了固定前述盖13，在前述凹槽11的上方的环状沟16中安装一个可伸缩的C形开口环17，该开口环17将前述盖13压紧在凹槽11的环状部分中。

前述装置主体1上面带有多个螺孔9(参照图2)，旋入该螺孔9中的螺栓将装置主体1可自由拆卸地安装在机械手等自动机器上。

前述装置主体1的下面形成一个具有一定深度的圆形凹陷18，前述空气轴承3及调芯部件4置于该凹陷18内。从而，前述空气轴承3在其平坦的背面3a接触前述凹陷18的平坦的底壁面18a的状态下被置于该凹陷18内，并借助于旋入该底壁面18a上的螺孔14中的螺栓37而固定在装置主体1上。

在前述凹陷18的内侧壁和空气轴承3及调芯部件4的外侧壁之间设置一个用于吸真空的迷宫60，并使该迷宫60通向前述空气轴承3的轴承面32与调芯部件4的被支承面42之间的间隙，该迷宫(ラビリンス)60与形成在装置主体1中凹陷18侧部的空气回收孔57相连。

前述空气轴承3为圆板形，并包括部分呈凹球面状的前端的前述轴承面32、平坦的前述背面3a、前述活塞杆23可滑动地贯穿其中的中央孔31、通向在前述轴承面32上开口的多个空气吹出孔的多个空气通路33a。这些空气通路33a的一端在前述背面3a上开口，并与在前述凹陷18的底壁面18a上开口的装置主体1侧的空气通路33b相连通，由此通向该空气通路33b及空气供给通路19，并从空气供给孔56供给压缩空气(参照图1、图3及图4)。即，从前述空气供给孔56到达轴承面32的空气吹出孔的空气供给流路连通到前述空气吹出孔，其中前述空气通路33a及33b部分横穿装置主体1和空气轴承3的结合部50。

一方面，前述调芯部件4为与前述空气轴承3直径基本相同的圆板形，其后端面带有前述被支承面42，该被支承面42为与空气轴承3的轴承面32曲率半径相同的部分凸球面状，该被支承面42在嵌合在前述轴承面32的状态下被支撑在空气轴承3上。该调芯部件4的中央部分设有供前述活塞杆23在其中滑动贯穿的通孔41，在该孔41的前端部形成经过扩径的凹槽43，前述活塞杆23前端的止动部25就置于该凹槽43内。该凹槽43的底壁面成为与前述活塞杆23的部分呈凸球面状的接触面24相接触的部分呈凹球面状的接触面44，且这些接触面24和44的曲率彼此相同。而且这些接触面24、44的曲率半径R2与调芯部件4中的被支承面42的曲率半径R1的关系如图1所示，它们共有同一个曲率中心O。最好将该曲率中心O设定为前述压力头5的工件按压面上的中心。

前述调芯部件4的下面带有多个螺孔46，利用旋入该螺孔46的螺栓可自由拆卸地安装前述压力头5。

具有上述构成的自动调芯按压装置一旦通过从孔54向上部活塞室供给压缩空气，从而推进活塞20及活塞杆23，就会在空气轴承3的轴承面32和调芯部件4的被支承面42之间产生0.02～0.05mm的间隙，轴承面32上的多个空气吹出孔通过空气通路33b、33a通到该间隙，供给压缩空气时，由于空气膜膨胀，该调芯部件4保持浮动状态。此时，由于该调芯部件4的被支承面42与接触面44的曲率中心相同，因此安装在调芯部件4上的压力头5按压对象物时，即使该对象物有些倾斜，调芯部件4及压力头5都可以适应该倾斜面，在浮动的状态下自动调芯。

而后，使前述调芯部件4浮动的压缩空气从前述轴承面32和被支承面42之间的间隙流出到达迷宫60，再从该迷宫60通过空气回收孔57抽出、回收。由此抑制粉尘向周围环境排出，以便可以在清洁的房间中使用。

在通过将前述压力头5按压在对象物上而使调芯部件4自动调芯的状态下，在从孔55向下部活塞室供给压缩空气的同时，从上部活塞室排出压缩空气，使活塞20及活塞杆23后退，此时前述活塞杆23前端的止动部25的接触面24与调芯部件4的接触面44相接触，将该调芯部件4拉到空气轴承3旁边。由此，前述调芯部件4的被支承面42按压在空气轴承3的轴承面32上，处于浮动状态的该调芯部件4在调芯位置平滑地在空气轴承3上锁紧。此时，调芯部件4的被支承面42在空气轴承3的轴承面32上由介于空气膜之中的状态平滑地锁紧的，因此，锁紧时不会由于这些面32、42互相摩擦、撞击而发生磕碰。

这样，通过用气缸驱动部2机械地锁紧调芯部件4，与以前的通过抽真空锁紧的方法相比，在可实现按压装置小型化的同时，还可以减少空气的消耗。

可通过任意改变活塞杆23与该活塞杆23所贯穿的前述调芯部件4中的所述孔41之间的间隙δ来改变前述调芯部件4的摇动范围(量)。

此时，由于在前述调芯部件4和空气轴承3之间设有防旋转机构63，因此可防止调芯部件4相对于该空气轴承3旋转。该防旋转机构63由以前端突出的状态固定在空气轴承3的轴承面32的多处地方的销子64、和形成在调芯部件4的被支承面42上且与前述销子64在周围有间隙的状态下嵌合的多个销子孔65构成，由于这些销子64和销子孔65之间的间隙设定得比前述间隙δ大得多，因此不会妨碍调芯。

图6表示本发明所述自动调芯按压装置的第二实施例，该第二实施例的按压装置B与前述第一实施例不同之处在于，装置主体1的凹陷18的底壁面18a与空气轴承3的背面3a相互接触的结合部50的外周边位置和内周边位置上设有用于防止空气从该结合部泄漏的密封部件，以及简化了用于向轴承面32供给压缩空气的空气供给流路的构造。

即，与前述第一实施例相同，该第二实施例中的空气轴承3及调芯部件4也收容在装置主体1的凹陷18内，用旋入位于该凹陷18的底壁面18a上的螺孔14中的螺栓37将空气轴承3固定在装置主体1上。而前述空气轴承3包括通过空气膜支撑调芯部件4的部分呈凹球面状的轴承面32、在该轴承面32上开口的多个空气吹出孔、通过空气供给孔及空气供给通路将压缩空气供给至上述空气吹出孔的空气通路33a，该空气通路33a横穿装置主体1的凹陷18的底壁面18a和空气轴承3的背面3a的结合部50，从而与装置主体1中的空气通路33b连通。

与第一实施例不同，该第二实施例中的前述结合部50的外周边部分及内周边部分设有用于防止空气从该结合部50泄漏的密封部件。具体地说，在任意部件的结合面，例如装置主体1中的凹陷18的底壁面18a的外周边部分和空气轴承3的背面3a的外周边部分这两者中的任意一方、及前述底壁面18a的内周边部分和前述背面3a的内周边部分这两者中的任意一方上分别设置环状的沟，将氟橡胶构成的耐热性环状密封部件71、72分别插入该环状沟中。

在前述结合部50的内周边部分设置环状沟时，可以在装置主体1中的凹陷18的底壁面18a上设置环状沟，也可以如图6所示，在与凹陷18的底壁面18a相同的面即轴承62的面上设置环状沟。而前述外周边部分的密封部件不限于一定是氟橡胶构成的耐热性环状密封部件71，也可以是耐热性的粘合剂。

这样，通过在装置主体1和空气轴承3的结合部50的外周边部分及内周边部分设置密封部件，可防止空气从该结合部50中泄漏，因此可减少空气的消耗量，同时可增大空气轴承3的负荷量。一旦用前述密封方法制成由氟橡胶构成的耐热性环状密封部件，即使在高温的环境下也可以使用本发明的自动调芯按压装置。

图6所示的第二实施例中，从装置主体1的侧面的孔56朝向中心横向的一条空气供给通路19分支为纵向的多个空气通路33b，各空气通路33b分别连通位于空气轴承3的背面3a上的同心状设置的多个环状沟77，各环状沟77与通向在轴承面32上开口的多个空气吹出孔的前述空气通路33a分别连通。因而与图4所示的第一实施例相比，该第二实施例中的空气供给用流路的构造简化了。

图6中的符号73指氟橡胶制造的耐热活塞密封部件，符号74指氟橡胶制造的耐热O形环。

第二实施例中除前述以外的结构实质上与第一实施例相同，因此与第一实施例共同的主要构成部分用与该第一实施例相同的符号表示，在此不再赘述。且省略了该第二实施例中压力头5的图示。

图7表示本发明的第三实施例，该第三实施例的按压装置C与前述第二实施例不同之处在于，为了提高前述调芯部件4的调芯性能，新增加了浮动时在该调芯部件4上施加使该调芯部件朝向空气轴承3侧的作用力的加压(弹压)机构80，并对用于防止该调芯部件4旋转的防旋转机构63进行了一些改进。

即，该按压装置C中，前述调芯部件4由磁性体形成，装置主体1中设有磁铁81，可将该调芯部件4吸向空气轴承3侧。该磁铁81是圆环状的，围绕活塞杆23的旋转轨迹(周围)成同心状地设置在装置主体1的活塞室12底部的安装槽内，由此利用该磁铁81使吸引力均等地作用在调芯部件4上。

通过设置这样的加压机构80，前述调芯部件4在被一定的力吸向空气轴承3侧的状态下浮动，因此该浮动状态稳定，同时轴承面32和被支承面42之间的空气膜的厚度作为一个整体基本均匀，其结果，相对于作为静压轴承的负荷，其刚性提高，从而提高了前述调芯部件4的调芯性能。

而前述磁铁81的安装位置可以在活塞20上，也可以在空气轴承3上。还可以用弹簧代替用磁铁81构成的前述加压机构80，该弹簧可将前述调芯部件4弹向空气轴承3侧。

一方面，该第三实施例的防旋转机构63带有安装在空气轴承3的轴承面32上的销子64、和设置在调芯部件4的被支承面42上，且在该销子64周围有间隙的状态下与销子嵌合的销子孔65，该销子孔65内设有围绕前述销子64的旋转轨迹(周围)的圆环状的弹性体83。该弹性体83由弹簧和合成树脂等形成。由此，调芯时即使前述调芯部件4相对于空气轴承3其倾斜度较大时，前述弹性体83也可以防止前述销子64直接接触销子孔65的孔壁，由于这些销子64及孔壁之间不会产生摩擦，因此可防止伴随该摩擦出现的调芯性能低下的问题。

与图示的实施例相反，前述销子64设在调芯部件4的被支承面42上，销子孔65也可以设在空气轴承3的轴承面32上。这与第一及第二实施例是一样的。

第三实施例中除前述以外的结构实质上与第二实施例是相同的，因此与第二实施例共同的主要构成部分用与该第二实施例相同的符号表示，在此不再赘述。

如上面详细描述的，本发明提供一种小型自动调芯按压装置，它可使调芯部件在浮动的状态下自动调芯，可在该调芯位置上锁紧及按压，且空气消耗量小。

〖符号的说明〗

A，B，C                     自动调芯按压装置

0                             曲率中心

1                             装置主体

2                             气缸驱动部

3                             空气轴承

4                             调芯部件

4a                            压力头安装面

5                             压力头

18                            凹陷

23                            活塞杆

24，44                        接触面

25                            止动部

32                            轴承面

42                            被支承面

43                            凹槽

50                            结合部

56                            空气供给孔

57                            空气回收孔

60                            迷宫

61，71                        密封部件

63                            防旋转机构

64                            销子

65                            销子孔

80                            加压机构

81                            磁铁

83                            弹性体

Claims (9)

1、一种自动调芯按压装置，包括：用于安装在自动机器上的装置主体；安装在该装置主体上且前端带有部分呈凹球面状的轴承面的空气轴承；带有被支承面和压力头安装面且支撑在前述空气轴承上的调芯部件；将压缩空气供给前述空气轴承的轴承面并且使前述调芯部件从空气轴承上浮动起来的空气供给流路；将前述调芯部件压紧在空气轴承的轴承面上并且锁紧的锁紧机构；用于驱动前述锁紧机构的气缸驱动部，其中所述的被支承面与该空气轴承的轴承面的曲率相同且部分呈凸球面状，所述的压力头安装面用于安装工件用压力头，且前述调芯部件是在被支承面嵌合在轴承面中的状态下支撑在前述空气轴承上的，其特征在于，

前述锁紧机构在轴承面及被支承面的中心位置上可滑动地贯穿前述空气轴承及调芯部件，并包括被前述气缸驱动部前后推进的活塞杆、形成在该活塞杆前端的法兰状止动部、形成在前述调芯部件上且与该止动部嵌合的凹槽、位于上述止动部和凹槽中的锁紧时相互接触、嵌合的部分呈球面状的接触面，这些接触面与上述被支承面同心地设置。

2、一种如权利要求1所述的自动调芯按压装置，其特征在于，将前述空气轴承的轴承面、调芯部件的被支承面、及止动部和调芯部件的接触面的曲率中心都设定为安装在前述调芯部件上的压力头中用于按压工件的按压面的中心。

3、一种如权利要求1所述的自动调芯按压装置，其特征在于，前述装置主体的前端面上带有凹陷，在该凹陷内，前述空气轴承固定在装置主体中，与此同时前述调芯部件支撑在该空气轴承上，上述空气轴承及调芯部件的外侧面与凹陷的内侧面之间设有用于抽吸通向前述轴承面与被支承面之间的间隙中的空气的迷宫，该迷宫与空气回收用的孔连通。

4、一种如权利要求1所述的自动调芯按压装置，其特征在于，用于向前述空气轴承的轴承面供给压缩空气的前述空气供给用流路从形成在装置主体上的供给孔横穿该装置主体与空气轴承的结合部，通到在前述轴承面开口的吹出孔，前述结合部上设有用于防止空气从该结合部泄漏的密封部件。

5、一种如权利要求4所述的自动调芯按压装置，其特征在于，前述密封部件是由氟橡胶构成的耐热环状密封部件，该密封部件插入外周边环状沟及内周边环状沟中，该外周边环状沟及内周边环状沟设置在前述装置主体与空气轴承的结合部中的任意一方的结合面上。

6、一种如权利要求1所述的自动调芯按压装置，其特征在于，该按压装置具有浮动时在前述调芯部件上施加朝向空气轴承侧的作用力的加压机构。

7、一种如权利要求6所述的自动调芯按压装置，其特征在于，前述加压机构是由磁铁形成的，与此同时前述调芯部件由磁性体形成，前述磁铁将该调芯部件吸向空气轴承侧。

8、一种如权利要求1所述的自动调芯按压装置，其特征在于，该按压装置带有用于防止调芯部件相对于前述空气轴承旋转的防旋转机构。

9、一种如权利要求8所述的自动调芯按压装置，其特征在于，前述防旋转机构带有固定在空气轴承和调芯部件中任意一个上的销子、及设置在上述两者中另一个上且在该销子周围有间隙的状态下与之嵌合的销子孔，该销子孔内设有围绕前述销子的周围的弹性体。