JP2000091798A - 部品位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 位置決め対象部品のある程度の形状変更に容
易に対応することの可能な精密位置決め装置を提供す
る。 【解決手段】 ステージ２上に粗位置決めで吸着固定さ
れた部品１を、斜め４５度方向の空圧シリンダ９によっ
て駆動される位置決め用爪３によって精密位置決めす
る。位置決め用爪３は１軸ステージ５に案内されてお
り、１軸ステージ５と空圧シリンダ９は２軸ＸＹステー
ジ１２に搭載されている。部品形状の変更に対しては、
２軸ＸＹステージ１２に付属する２つのマイクロメータ
１３、１４の目盛を管理することにより柔軟な対応が可
能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、部品の組立装置や
製造装置や処理装置において半導体チップその他の電子
部品のような比較的小さな部品を精密に位置決めするた
めの位置決め装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】実開昭６２−６００７２号には、フラッ
トパッケージＩＣ用の位置決め治具が記載されている。
この位置決め治具は、ＩＣ仮位置決め用の突起物と、パ
ッケージ・リード間隙を利用して位置決めするためのテ
ーパ板を設けることにより、パッケージの精密位置決め
を行おうとするもので、構造が簡単で、多くの工数を必
要としないことを特徴とする。実開平４−９６８４６号
には、半導体ＩＣの位置決め治具が記載されている。こ
の装置には、ＩＣの互いに隣接する２辺を押すことので
きる４つのツメが設けてある。まず、第１組の２つのツ
メで、ＩＣの隣接する２辺を押し、所定位置決め箇所よ
りオーバーランする位置まで押す。次に、第１組のツメ
と対抗位置にある第２組の２つのツメでＩＣの残りの２
辺を押し、所定位置決め箇所まで押し戻す形でＩＣを位
置決めする。この装置は、ＩＣに過剰な力や加速度が加
わらず、ＩＣに損傷（カケや割れ）を生じさせることな
く、精密に位置決めできることを特徴とする。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】実開昭６２−６００７
２号の装置の問題点は、パッケージＩＣのリード形状を
利用して位置決めするので、位置決め用部品の形状が位
置決め対象部品の形状に大きく左右される、つまり、対
象部品形状への依存度が高いということである。即ち、
パッケージＩＣのリード間は比較的精度の出ている箇所
であるが、この方法の場合、リードを狭ピッチ化するに
つれて位置決め用部品の製作が段々と困難になる。ま
た、リードの無いパッケージ（リードレス・パッケー
ジ）などに適用する場合、リード間を利用した位置決め
は不可能である。実開平４−９６８４６号の装置の問題
点は、部品点数が多いこと及び調整工数が多いことにあ
る。何故ならば、この装置においては、ＩＣのオーバー
ランと、押し戻しによる最終位置決めという２つの動作
が必要になり、また合計４つのツメが必要になることか
ら、構成部品数の増加、複雑化が避けられないからであ
る。

【０００４】従来技術の他の重要な問題点は、位置決め
対象部品の形状が変わった場合に、形状変化に応じて位
置決め位置を微調整することができないことである。こ
のため、変更度合いの限度はあるが、位置決め用部品の
寸法変更など改造に大きな手数がかかる。即ち、例え
ば、（１）パッケージＩＣのリード間隔に合わせて（特
に狭ピッチ化した場合）位置決め用部品の形状を変える
（形状を細くする等）こと、（２）位置決め対象部品の
形状に応じて、オーバーラン量と押戻し量を調整するこ
と、などが必要となるからである。

【０００５】本発明の目的は、位置決め対象部品の或る
程度の形状変更にも簡単な操作で対応することの可能な
操作性の良い部品位置決め装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の部品位置決め装
置は２軸ＸＹステージを備え、この２軸ＸＹステージの
可動プレートはマイクロメータのような微調整手段によ
りＸＹ方向に微調整できるようになっている。２軸ＸＹ
ステージの可動プレートには１軸ステージが搭載してあ
り、この１軸ステージは、その可動部材が２軸ＸＹステ
ージの座標軸に関して例えば４５゜傾斜した軸線に沿っ
て移動するように配置してある。１軸ステージの可動部
材には、位置決めすべき部品に係合する９０゜鈎型の作
用部を有する位置決め用爪が支持してある。この位置決
め用爪は空圧シリンダのような駆動手段によって駆動さ
れ、部品搭載ステージ上の部品に対して斜め４５゜の向
きで前進するようになっている。１軸ステージを斜め４
５゜に配置したのは、位置決め用爪に設けた９０゜鈎型
の作用部の２辺が半導体チップのような部品の２辺を同
時に押せるようにするためである。好ましくは、吸着手
段により部品を部品搭載ステージに対して吸着させる。

【０００７】本発明の部品位置決め装置は、次の２通り
の方法で使用することができる。第１の方法では、先ず
位置決め用爪を部品搭載ステージ上まで移動させておい
て、後からオペレータが部品をステージ上に供給する。
その際、オペレータは位置決め用爪の９０゜鈎型の作用
部に押し当てるようにして部品を載置する。このやり方
は、治工具、手動装置などに用いるのに適している。第
２の方法はより一般的なもので、部品を先に部品搭載ス
テージ上に載せて置き、後から位置決め用爪をステージ
上の部品に向かって斜めに駆動する。

【０００８】この第２の使用方法では、ステージ上に粗
位置決めで吸着固定された電子部品は、斜め４５度方向
から空圧シリンダによって駆動される位置決め用爪によ
って最終的に精密位置決めされる。部品の最終位置決め
箇所を設定するに際しては、先ず、空圧シリンダに空気
を送ってその出力軸を伸ばし、位置決め用爪を部品搭載
ステージ上に持ち来す。そして、位置決め対象部品を部
品搭載ステージ上に置き、部品形状に合わせてＸＹステ
ージのマイクロメータを調整する。マイクロメータの可
動範囲内において、部品形状に合わせて自由に位置決め
用爪の最終位置を設定できる。こうしてマイクロメータ
の目盛を一旦設定すれば、その後は空圧シリンダのＯＮ
／ＯＦＦのみで、簡単に位置決め操作ができる。マイク
ロメータは、通常１０μｍレベルの目盛設定が可能なの
で、精密な位置決めを行うことができる。

【０００９】部品形状の変更に対しては、 ２軸ＸＹス
テージの２つのマイクロメータを操作して２軸ＸＹステ
ージの可動プレートを微調整するだけで、位置決め用爪
の最終位置、ひいては部品の最終位置決め位置を簡単に
修正することができるので、柔軟な対応が可能になる。

【００１０】本発明の好ましい実施態様においては、空
圧シリンダはシリンダ内部に供給する空気の圧力および
流量を調整するスピードコントローラのような調整手段
を備え、供給空気の圧力及び又は流量を調整することに
より位置決めすべき部品に対する位置決め用爪の負荷及
び又は衝撃を調整できるようになっている。このように
すれば、位置決め用爪が部品と接触する時の負荷や速さ
（衝撃）を自由に調整することができ、部品の損傷（カ
ケや割れ）を防止することができる。

【００１１】他の好ましい実施態様においては、部品搭
載ステージ上にはあらかじめ仮位置決め用の緩衝用ユニ
ットを直角方向に配置させておく。この緩衝用ユニット
と移動してきた位置決め用爪とにより自動的に位置決め
が行われる。前述したようにステージ上の部品を真空吸
着するようにしておけば、部品がはじかれたりすること
も防止できる。この構成は自動装置などに用いるのに適
している。

【００１２】好ましい実施態様においては、位置決め用
爪は複数の作用部を備え、複数の部品の位置決めを一括
して行うようになっている。本発明の上記特徴や効果並
びに他の特徴や効果は以下の実施例の記載につれて更に
明らかにする。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１から図３を参照するに、本発
明の部品位置決め装置１００は装置全体の土台としての
メインプレート１５を備え、このメインプレート１５に
は２軸ＸＹステージ１２が搭載してある。２軸ＸＹステ
ージ１２はベースプレート１２ａと可動プレート１２ｂ
を備え、ベースプレート１２ａはネジ止め等によりメイ
ンプレート１５に固定されている。可動プレート１２ｂ
は図示しないころがり軸受け装置によってベースプレー
ト１２ａに対して水平方向に移動するようになってい
る。ベースプレート１２ａには、 ＸＹステージ１２の
可動プレート１２ｂを横方向（Ｘ軸方向）に駆動するた
めのＸ軸マイクロメータ１３と、可動プレート１２ｂを
奥行方向（Ｙ軸方向）に駆動するためのＹ軸マイクロメ
ータ１４が固定してある。

【００１４】Ｘ軸マイクロメータ１３の先端はＸＹステ
ージ１２の可動プレート１２ｂから突出するＸ軸スライ
ドブロック１６に係合しており、 Ｘ軸マイクロメータ
１３を操作することにより可動プレート１２ｂを横方向
に移動させるようになっている。同様に、 Ｙ軸マイク
ロメータ１４の先端は可動プレート１２ｂから突出する
Ｙ軸スライドブロック１７に係合しており、 Ｙ軸マイ
クロメータ１４を操作することにより可動プレート１２
ｂを奥行方向に移動させるようになっている。ＸＹステ
ージ１２の可動プレート１２ｂは図示しない復帰バネに
よって、夫々、Ｘ軸マイクロメータ１３およびＹ軸マイ
クロメータ１４に向かって付勢されており、マイクロメ
ータ１３およびＹ軸マイクロメータ１４の先端が常にＸ
軸スライドブロック１６およびＹ軸スライドブロック１
７に当接するようになっている。このような構成である
から、Ｘ軸マイクロメータ１３とＹ軸マイクロメータ１
４を操作することにより可動プレート１２ｂをベースプ
レート１２ａに対してＸＹ方向に精密に位置決めするこ
とができる。

【００１５】２軸ＸＹステージ１２としては専門メーカ
ーから市販されているマイクロメータ付きの２軸ＸＹス
テージを使用することができる。市販のマイクロメータ
付き２軸ＸＹステージにおいては、マイクロメータの目
盛調整可能範囲は±１０mmである。これは位置決め対象
部品の外形寸法の変更許容範囲が各軸方向に０mm〜２０
mm程度であることを意味している。

【００１６】２軸ＸＹステージ１２の可動プレート１２
ｂには、付属機器取付け用のサブプレート１１が取付け
てあり、更にこのサブプレート１１に１軸ステージ５が
搭載してある。１軸ステージ５は、サブプレート１１に
固定されたレール５ａと、レール５ａに摺動可能に装着
された可動部材（コマ）５ｂを有する。１軸ステージ５
は、そのレール５ａの軸線が２軸ＸＹステージ１２の座
標軸に関して４５゜傾斜するように配置してある。１軸
ステージ５は、位置決め用爪３を斜め４５゜に平行移動
させるためのもので、ローラガイド方式のものであり、
ズレやぶれなどを生じることなく位置決め用爪３をスム
ースで安定に案内するようになっている。

【００１７】１軸ステージ５の可動部材（コマ）５ｂに
はスライドプレート４がネジ止めしてあり、このスライ
ドプレート４に位置決め用爪３がネジ止めしてある。位
置決め用爪３は切欠き加工された９０゜鈎型の作用部３
ａを備え、後述するステージ２に載置された半導体チッ
プなどの四辺形の電子部品１の２辺に係合するようにな
っている。

【００１８】１軸ステージ５に案内された位置決め用爪
３は空圧シリンダ９によってレール５ａの軸線に平行に
駆動される。このため、サブプレート１１には、１軸ス
テージ５に平行に、空圧シリンダ９が取付けてある。空
圧シリンダ９の出力軸９ｂは連結プレート６によってス
ライドプレート４に連動させてある。このため、空圧シ
リンダ９の出力軸９ｂは一対のロックネジ８によって連
結プレート６の一端に固定してあり、連結プレート６の
他端はスライドプレート４にネジ止めしてある。このよ
うな構成であるから、空圧シリンダ９を作動させると、
図１に矢印２５で示したように、位置決め用爪３はレー
ル５ａの軸線に平行に斜め４５゜に並進移動する。

【００１９】空圧シリンダ９には２つのスピードコント
ローラ１０ａ、１０ｂが装着してあり、空圧シリンダ９
内部に送り込む空気の圧力および流量を調整することに
より出力軸９ｂのスピードと加速度を制御するようにな
っている。右側のスピードコントローラ１０ａは出力軸
９ｂが退却する時に働き、左側のスピードコントローラ
１０ｂは出力軸９ｂが伸び出す時に作動する。

【００２０】空圧シリンダ９の出力軸９ｂが最大ストロ
ークまで伸長した時に位置決め用爪３が占める領域の下
方には、位置決めすべき部品１を載置するための円形の
ステージ２が配置してあり、このステージ２はサブステ
ージ２１に搭載してある。サブステージ２１には、更
に、位置決め用爪３の作用部３ａとは反対側において、
衝撃吸収用の圧縮バネ１９に支持した２つの緩衝用のコ
マ１８が配置してある。夫々の圧縮バネ１９はサブステ
ージ２１にネジ止めした支持ブロック２０に固定してあ
る。

【００２１】ステージ２の中央には真空吸着用の孔２ａ
が開口しており、この真空吸着孔２ａはチューブ２３を
介して真空エジェクタ２２のような真空源に接続されて
いる。

【００２２】次に、この部品位置決め装置１００の動作
と使用の態様を説明する。最初に、スピードコントロー
ラ１０ａを介して空気が空圧シリンダ９内部に送り込ま
れていることを確認する。これは出力軸９ｂが引っ込ん
だ状態、即ち、位置決め用爪３が位置決め動作に入って
いない状態に対応する。この状態を確認してからステー
ジ２上に部品１（例えば、伝送モジュールなどに使用さ
れるシリコン基板）を載置する。部品１の位置決めは直
角方向に配置された２つのコマ１８に軽く接触する程度
で良く、この時点で正確に位置決めする必要は無い。ス
テージ２上に部品１を置いたら、真空エジェクタ２２の
電源を入れて部品１をステージ２に対して真空吸着させ
る。次に、スピードコントローラ１０ｂを通して空気を
空圧シリンダ９内部に送り込む。なお、出力軸９ｂの伸
縮時の動作スピードは、スピードコントローラ１０ａ、
１０ｂのツマミを回して、あらかじめ調節しておく。空
気を送り込むと、出力軸９ｂが伸長し、位置決め用爪３
がステージ２に向かって前進せられる。位置決め用爪３
は空圧シリンダ９の出力軸９ｂが伸び切ったところで止
まるが、その位置はＸＹステージ１２に付属するマイク
ロメータ１３、１４によって予め調節しておく。空圧シ
リンダ９、１軸ステージ５、位置決め用爪３等の主要可
動部は全てサブプレート１１上に搭載されており、その
サブプレート１１はＸＹステージ１２の可動プレート１
２ｂ上に取り付けられているので、ＸＹステージ１２の
位置を調整することはそのまま位置決め用爪３の最終位
置（突出位置）を調整することになる。

【００２３】位置決め用爪３がその最終位置まで移動す
ると、位置決め用爪３の鈎型作用部３ａの直交する２辺
は部品１の直交する２辺に接触し、部品１は２個のコマ
１８に押し付けられるが、その負荷はバネ１９によって
緩和され、部品１はステージ上の所定の位置に位置決め
される。また、部品１は予めステージ２に吸着固定され
ているので、大きく位置がずれたり、弾き飛ばされるこ
とは無い。位置決め時の位置決め用爪３は、出力軸９ｂ
が伸びきった位置まで移動することになるが、前述した
ように、この終端位置は、マイクロメータ１３、１４に
よって予め調整してある。位置決め動作が完了した後
は、スピードコントローラ１０ａを通して空圧シリンダ
９に空気を送り込み、出力軸９ｂをシリンダ９本体内に
引き込ませる。部品１の位置決め後は、ハンドラ（図示
せず）などによって部品をピックアップするか、或いは
画像認識などの次工程に続ける。

【００２４】以上にはステージ２上に部品１を粗位置決
めして吸着固定しておき、位置決め用爪３によって最終
位置に精密位置決めするやり方について説明したが、先
に位置決め用爪３をステージ２上に移動させておいてか
ら、オペレータが部品１を位置決め用爪３の鈎型作用部
３ａに合わせて置いても良い。この場合には、衝撃吸収
用の圧縮バネ１９やコマ１８や不要であろう。

【００２５】部品１形状が変更された場合には、２軸Ｘ
Ｙステージ１２の２つのマイクロメータ１３、１４を操
作するだけで、位置決め用爪３の最終位置、即ち部品１
の最終位置決め位置を簡単に修正することができる。

【００２６】図４には、前述した位置決め用爪３とステ
ージ２の変化形を示す。図４の変化形においては、スラ
イドプレート４にネジ止めされた位置決め用爪３には例
えば３つの鈎型作用部３ａが形成してあり、これに対応
してサブステージ２１には３つのステージ２が設けてあ
る。この変化形では、バッチ処理により生産性向上を図
ることができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、位置決め対象部品１の
形状変更に対して、マイクロメータ１３、１４の目盛調
整だけの非常に簡単な操作で対応することが可能であ
る。その理由は、マイクロメータの調整がそのまま位置
決め用爪３の位置調整につながる構造になっているから
である。また、市販のマイクロメータの多くは最小目盛
が１０μｍになっているので、１０μｍオーダの位置決
めが可能である。更に、位置決め用爪の案内に１軸ステ
ージ５を採用しているので、位置決め用爪３の動きにブ
レが無く、安定した動作が可能である。

【００２８】空圧シリンダに供給する空気の圧力および
流量を調整するスピードコントローラを設けた実施態様
においては、部品への位置決め用爪の接触時の衝撃を連
続的にほぼ自由に調整できるので、小型で耐衝撃性のあ
まり強くない電子部品などの損傷を防止することができ
る。また、位置決め用爪による部品に対する衝撃を緩和
するための緩衝手段や真空吸着手段を設けた実施態様に
あっては、予め粗位置決めした部品を位置決め用爪によ
って最終位置決めすることができるので、装置の自動化
に適している。また、位置決め用爪に複数の作用部を設
けた実施態様においては、バッチ処理により生産性を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の部品位置決め装置の平面図である。

【図２】図１に示した本発明の部品位置決め装置の正面
図である。

【図３】図１の矢印Ａの方向から視た側面図である。

【図４】図１に示した位置決め用爪とステージの変化形
を示す平面図である。

【符号の説明】

１００： 部品位置決め装置 １： 位置決めすべき部品 ２： 部品搭載ステージ ３： 位置決め用爪 ３ａ： 位置決め用爪の鈎型作用部 ５： １軸ステージ ９： 空圧シリンダ（駆動手段） １０： スピードコントローラ（流量調整手段） １２： ２軸ＸＹステージ １３： Ｘ軸マイクロメータ（微調整手段） １４： Ｙ軸マイクロメータ（微調整手段） ２２： 真空エジェクタ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可動プレートを備えた２軸ＸＹステージ
   と、 前記２軸ＸＹステージの可動プレートをＸＹ方向に微調
   整するための手段と、 前記２軸ＸＹステージの可動プレートに搭載され、２軸
   ＸＹステージの座標軸に関して傾斜した軸線に沿って移
   動可能な可動部材を備えた１軸ステージと、 前記１軸ステージの可動部材に装着され、位置決めすべ
   き部品に係合する鈎型の作用部を有する位置決め用爪
   と、 前記位置決め用爪を前記軸線に平行に駆動する駆動手段
   と、 作動位置における位置決め用爪の下方に配置され位置決
   めすべき部品を搭載するためのステージ、とを備えてな
   る部品位置決め装置。
2. 【請求項２】 ２軸ＸＹステージの可動プレートをＸＹ
   方向に微調整するための前記手段はマイクロメータを含
   むことを特徴とする請求項１に基づく部品位置決め装
   置。
3. 【請求項３】 前記１軸ステージの軸線は２軸ＸＹステ
   ージの座標軸に関して約４５゜傾斜していることを特徴
   とする請求項１又は２に基づく部品位置決め装置。
4. 【請求項４】 前記駆動手段は空圧シリンダからなり、
   前記空圧シリンダはシリンダ内部に供給する空気の圧力
   および流量を調整する手段を備え、供給空気の圧力及び
   又は流量を調整することにより位置決めすべき部品に対
   する位置決め用爪の負荷及び又は衝撃を調整することが
   可能であることを特徴とする請求項１から３のいづれか
   に基づく部品位置決め装置。
5. 【請求項５】 前記位置決め用爪は複数の作用部を備
   え、複数の部品の位置決めを一括して行うようにしたこ
   とを特徴とする請求項１から４のいづれかに基づく部品
   位置決め装置。
6. 【請求項６】 部品を搭載するための前記ステージに対
   して部品を吸着するための手段を更に備えていることを
   特徴とする請求項１から５のいづれかに基づく部品位置
   決め装置。
7. 【請求項７】 位置決め用爪による部品に対する衝撃を
   緩和するための手段を更に備えていることを特徴とする
   請求項１から６のいづれかに基づく部品位置決め装置。