JP2001025988A - 部材の離脱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 粘着性のワークを真空吸着でピックアンドプ
レースを行う時、簡単な吸着ヘッド周辺の構造でもっ
て、ワークをスムーズに載置する。 【解決手段】 ピックアンドプレースユニットのアーム
部１に、吸着ヘッド２に近接してプッシャー２０を設け
る。吸着ヘッド２のエアー回路を分岐して、それと並列
にエアー継手４ｂに接続し、エアー回路が陽圧から負圧
に、また負圧から陽圧に変化するに伴い、プッシャー２
０は上下動する。ワークを載置する際は、吸着回路を真
空破壊すると同時に、プッシャー２０の先端の凸部２６
が下降することでワークを吸着ヘッド２の吸着面５から
スムーズに引き離す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、小さな電子部品等
のワークをピックアンドプレースするもので、中でも真
空吸着にてハンドリングした後真空を破壊することでワ
ークを離脱する方法に係り、特にワークの吸着面に樹脂
もしくははんだのフラックス等の粘着性物質が付着して
いる場合の離脱方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ある位置から他の位置へワークをピック
アンドプレースする場合、そのハンドリングには種々の
方法がある。ワークが金属製で形状が直方体等単純なも
のであれば、エアーシリンダーやモーターを駆動源とし
たグリップ方式がとられるであろうし、時によっては電
磁吸着によるハンドリングが採用されるかもしれない。
それら各種ある方法の中で、一般的に、小さな電子部品
等のワークをハンドリングするものとして、真空吸着が
あげられる。これは、例えば先に述べたグリップ方式が
有する駆動源は一切不要であり、真空発生装置とエアー
配管だけがあれば機能を発揮できるため、ハンドリング
部を大変安価にかつ省スペースで製作することができ
る。

【０００３】まず、一般的な真空吸着によるワークのハ
ンドリング方法を説明する。図３は、ピックアンドプレ
ースユニットの先端部分と、それにつながるエアー回路
を表わす。まず、上下動作及び平行もしくは旋回動作が
可能なアーム部１に吸着ヘッド２が取り付けられてい
る。吸着ヘッド２は、その内部に貫通する穴３が設けら
れ、穴３の上端にはエアー継手４が接続されており、吸
着ヘッド２の下端まで延びた穴３は下端で開口して、そ
の開口部がワークの吸着面５となる。また、図示はしな
いが、エアー継手４にはエアーチューブ等エアー配管を
介して真空バルブ６及び真空発生装置７が接続され、ピ
ックアップ時はアーム部１がワーク１３の上に下降し、
真空発生装置７を駆動させ真空バルブ６を開いて、エア
ー回路を負圧にすることで吸着ヘッド２でワークを吸着
する。一方載置時は、アーム部１が所定の位置にワーク
１３を吸着したまま下降し、所定の位置で真空バルブ６
を閉じて、エアー回路を大気圧に戻すことでワーク１３
を離脱する。

【０００４】なお、ワーク１３を離脱する際は上述した
ように、真空バルブ６を閉じてエアー回路を大気圧に戻
す訳だが、大気圧に戻る前にアーム部１を上昇させる
と、ワーク１３は、まだ吸着ヘッド２から完全に離れき
っていないために、吸着ヘッド２に吸着したまま上昇
し、その後まもなく離れて、本来載置する位置の周囲に
落下することになる。図４にこの様子を示す。ワーク１
３はトレー１１の載置凹部に載置されずに、飛び出して
しまっている。それを防ぐために、ワーク離脱の際は、
真空バルブ６を閉じた状態で、アーム部１を載置位置で
一定時間停止した後に、移動を開始しなければならな
い。しかし、このことは、ピックアンドプレース装置の
サイクルタイムを伸ばしてしまう。そこで、一般的には
次の方法がとられている。

【０００５】図３に戻るが、ワーク１３を離脱するは、
真空バルブ６を閉じると同時に、吸着ヘッド２に対し
て、負圧であったエアー回路を強制的に陽圧にする
（「真空を破壊する」と同じ意味）ことで、強制的にワ
ーク１３を吸着ヘッド２から離している。具体的には、
真空バルブ６を閉じた状態で破壊バルブ９を開けると、
レギュレータ８で大気圧より幾分高目に設定された高圧
エアーが流入して、強制的に真空を破壊する。ただ流入
量が多すぎると、ワーク１３を静かに離さずに、吹き飛
ばしてしまうことがあるので、流入量は適切に設定しな
ければならない。

【０００６】ここで次に、本発明のピックアンドプレー
スに係り、話の中心に据える微小電子部品に説明を移す
が、図５にその製造過程を示す。これは温度ヒューズ１
４である。構成材料は大きく分けて３種類から成る。セ
ラミック基板１５、可溶体１６それにリード１７であ
る。まずセラミック基板１５であるが、中に電極１８を
２個有している。長方形で平板状のセラミック板の上に
電極２個を印刷し、その後その上から、窓部及び切り欠
き部を持ったセラミック板をかぶせて焼成されて、図５
（ａ）に示すごとく部品となる。次に、可溶体１６は錫
を主成分とし、その融点によって鉛やビスマス等の材料
が色々な割合で合金化された部品であり、これがヒュー
ズの役目を果たす。また、リード１７は銅板やニッケル
板を素材とするプレス成型品であって、温度ヒューズ１
４が各種電気製品の中に組み込まれる際、その電気回路
への接続端子となる。

【０００７】図５（ａ）〜（ｂ）に示すごとく、上述し
た可溶体１６とリード１７がセラミック基板１５の電極
１８に接合される。それらは、通常レーザー溶接でスポ
ット接合される（溶接点を図（ｂ）中、「×」印で表
示）。またレーザー溶接する前には、電極１８にクリー
ムはんだが塗布される。これは、可溶体１６及びリード
１７を溶接する両方の場合で実施される。

【０００８】ここで、レーザー溶接の際は、部分的に温
度が急激に上昇するために、はんだやフラックスが煮沸
状態となり、多くのはんだの粒やフラックスが飛散し、
それらがセラミック基板１５の上面に付着してしまう。
レーザー溶接された後の状態を表わしたものが、図５
（ｂ）である。

【０００９】最後に、可溶体１６とリード１７がセラミ
ック基板１５の電極１８に接合された温度ヒューズは、
セラミック基板１５の上面に樹脂１９がモールドされ
て、図５（ｃ）に示すような製品となる。

【００１０】ところで、温度ヒューズ１４の大きさは、
セラミック基板は長辺が１０ｍｍにも満たず、厚さも１
ｍｍにも満たない小さなもので、また重量も１ｇ未満の
軽量部品である。従って、製造の各工程間の搬送におい
て、その形状や大きさの点から、初めに述べた真空吸着
が最適なピックアンドプレースの方法であり、その方法
が従来からしばしば採用されてきた。上に述べた、可溶
体１６とリード１７をセラミック基板１５の電極１８に
接合した状態でも、勿論真空吸着によるピックアンドプ
レースが行われてきた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法では以下のような問題点があった。これまで述べた
ように、真空吸着によるピックアンドプレースを行う場
合、エアー回路を真空破壊することで、ワークを迅速に
かつスムーズに離脱する訳だが、対象物が上に述べた温
度ヒューズの場合は、それが容易ではない。

【００１２】なぜならば、可溶体とリードがセラミック
基板の電極にレーザー溶接された温度ヒューズは、セラ
ミック基板の上面に多くのはんだの粒やフラックスが飛
散し、付着している。また、それら付着物は、俗に言う
ねばねばしており粘着性がある。

【００１３】従って、ワークを離脱する時にエアー回路
を単純に真空破壊しても、それだけでは吸着ヘッドから
ワークが容易に離れない。そこで真空破壊時のエアー圧
力を高めたり、エアーの流量を増やすよう調整が行われ
るが、エアーの圧力が高すぎたり流量が多すぎると、ワ
ークはスムーズに載置されることなく、その周囲に吹き
飛んだり飛散したりする。これは丁度、以前図４で説明
したのと同じ状態となり、所定の位置にワークを載置で
きないこととなる。

【００１４】また、はんだの粒やフラックスがセラミッ
ク基板の表面に付着している量も一律同量ではなく、ワ
ークによりまちまちである。また、セラミック基板表面
の付着物が次第に吸着ヘッドの吸着面に付着もしてい
く。そのために、真空破壊時のエアー圧力やエアー流量
を或る一定の設定値に止めておいては、全てのワークを
スムーズに離脱することはできない。逆に個々のワーク
に対する最適な設定値が事前に分かるはずもなく、また
よしんば分かったとしても、ピックアンドプレースの度
に逐一設定値を変えることも不可能である。

【００１５】そこで、次なる手段として、真空破壊のみ
に頼らず、吸着ヘッドとは別に設けたアクチュエータを
動作させて、外部から強制的にワークを離脱する方法が
考えられる。アクチュエータには、エアーシリンダーや
カムもしくはモーターを駆動源に用いたものが一般的に
あげられる。

【００１６】ここで、エアーシリンダーを駆動源とする
ものを例に、その一般的な構成を説明する（図を用いた
詳述はしない）。いま、直進動作のエアーシリンダーを
用い、その動きで吸着ヘッドから離れ難いワークをたた
き落とす方法を採ったとする。構成部品は、エアーシリ
ンダー、エアーシリンダーを駆動させるエアーをＯＮ／
ＯＦＦする電磁弁、およびエアーシリンダーと電磁弁を
結ぶエアー配管の途中にはエアーシリンダーの動作をス
ムーズに行わせるための絞り弁、並びに動作確認を行う
センサが揚げられ、それらに付随して、センサからの信
号を受けて電磁弁を動作させるための制御部のソウフト
ウェアの変更、及びセンサや電磁弁を制御部と結ぶ電気
配線作業が必要になる。

【００１７】またエアーシリンダーは、そのシリンダー
ロッドにたたき落とす板等を付けて、金具等で吸着ヘッ
ドの周囲に取り付けられるであろうし、その場合先に述
べたエアーシリンダーにつながるエアー配管や電気配線
もあいまって、吸着ヘッドは往々にして複雑化また巨大
化して重量も増加してしまい、温度ヒューズ等の微小軽
量物を扱うにはそぐわない形態と化してしまうことが多
かった。吸着ヘッド部が複雑化し巨大化すると、ピック
アンドプレース部全体またひいては装置全体までも、剛
性を上げる必要が生じ、大型化しなくてはならない。同
時に装置の製造コストも上昇することになる。

【００１８】一方、カムもしくはモーターを駆動源に用
いた場合は通常、これまで説明したエアーシリンダーの
場合に比して構造、調整がより困難となる。例えばカム
の場合、まず設計に時間を要し、組立て調整にそれ以上
の時間を要するのが常である。また、カムを駆動させる
駆動源が必要で、それが回転の場合はモーターを組み込
まなくてはならない。必然的に吸着ヘッドは、エアーシ
リンダーを利用した時よりも巨大化してしまう。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
するために、本発明は、部材を吸着する真空吸着回路を
利用して、補助離脱ブロックを動作させるものである。
補助離脱ブロックは吸着回路と並列に繋がれたエアー回
路によって動作し、吸着回路が負圧から陽圧に変わって
部材を吸着ヘッドから離脱する時に、同時に補助離脱ブ
ロックが直進動作をすることを特徴とする。

【００２０】また、吸着回路が陽圧になり直進動作をし
た停止端では、補助離脱ブロックの先端は吸着ヘッドの
吸着面より吸着された部材側に出ており、逆に吸着回路
が負圧に切り替わって直進動作をした停止端では、補助
離脱ブロックの先端は吸着ヘッドの吸着面より先に出な
い。

【００２１】それに加えて、補助離脱ブロックの先端部
分には複数個の凸部が設けられ、それら凸部は頂部が平
坦面であって、それぞれの頂部の平坦面は補助離脱ブロ
ックの直進方向と垂直を成し、かつ同一面上にあること
を特徴とする部材の離脱方法である。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下添付図面にしたがって、本発
明に係る挿入方法の好ましい形態について詳説する。な
お、従来の方法で説明したのと同じ構成部品、部材につ
いては、同符号を用いる。図１は本発明のアーム部１を
示し、中で図１（ａ）は正面図であり、プッシャー２０
が組込まれたアーム部１の内部構造、及び吸着ヘッド２
の内部構造を断面図で表示している。また、図１（ｂ）
は側面図であり、図１（ｃ）は底面から見た平面図であ
る。

【００２３】まず構成、構造から順に説明する。アーム
部１はピックアンドプレースユニットの一部分であり、
上下動作及び平行もしくは旋回動作をし、それには吸着
ヘッド２とプッシャー２０が組み込まれている。

【００２４】吸着ヘッド２は、上端から下端にかけて、
内部に穴３が貫通し、先端（下端）が吸着面５となる。
また上端にはエアー継手４ａが接続される。またエアー
継手４ａにはエアーチューブ等が差し込まれて、その先
のエアー回路が負圧であれば、吸着面５でワークを吸着
し、エアー回路が陽圧になれば吸着したワークを離す訳
である。なお、図では吸着ヘッド２がアーム部１の中に
埋め込まれた形で固定されているが、固定されずに上下
にスライド可能で、常時はコイルばね等で図の位置に吸
着ヘッド２を押し下げる構造でもよい。この構造であれ
ば、ワークを載置する時にワークの下面が載置面に接触
しても、吸着ヘッド２は上方向へ逃げることができ、ワ
ークの破損を防げる。

【００２５】またアーム部１の側面には気密室２１に至
る貫通穴が設けられ、その貫通穴にはエアー継手４ｂが
接続される。またエアー継手４ｂには、エアーチューブ
等を介して、先に述べた吸着ヘッド２のエアー継手４ａ
に接続されるエアー回路が分岐されて、並列に接続され
る。

【００２６】次にプッシャー２０であるが、アーム部１
の中に丸棒部２２が挿入され、丸棒部２２は上部と下部
で太さが異なり、上部と下部は各々アーム部１内に圧入
されたブッシュ２３の内面を摺動して上下動する。この
時、上下動はスムーズにしながらも、気密室２１は気密
が保たれている。丸棒部２２の下端にはプッシュブロッ
ク２４が接合されている。またプッシュブロック２４に
はガイド棒２５が取り付けられて、そのガイド棒２５は
アーム部１に設けられた案内穴に入り込んでいて、プッ
シャー２０が上下動作する際、プッシュブロック２４が
回転するのを防いでいる。

【００２７】また、プッシュブロック２４の下面には、
その先端の両側に凸部２６が２つあって、それら下端面
どおしは同じ高さで、平らな形状である。

【００２８】丸棒部２２の上端にはストッパー２７が取
り付けられていて、丸棒部２２の下降動作に伴い、スト
ッパー２７の下面がアーム部１に当たることで、プッシ
ャー２０の下降端を決定する。一方上昇端は、プッシュ
ブロック２４の上面がアーム部１に当たることで決定さ
れる。図１はプッシャー２０が上昇端に近い状態を表わ
している。

【００２９】ここで次に、プッシャー２０の動作とエア
ー回路の関係を以下に述べる。まず、エアー継手４ｂに
つながるエアー回路が負圧であると、気密室２１も負圧
になり丸棒部２２は引き上げられ、プッシュブロック２
４の上面がアーム部１に当たるところで上昇は止まる。
また、陽圧になると、丸棒部２２は押し下げられ、スト
ッパー２７の下面がアーム部１に当たるところで下降は
止まる。プッシャー２０の重量が軽量で、気密室２１が
気密であり、なおかつ丸棒部２２がスムーズに上下動で
きるために、エアー回路の変化で、上記の動作が可能と
なる。

【００３０】

【実施例】引き続き実施例として、図２を用いて、上記
プッシャー２０を持った吸着ヘッド２で、はんだやフラ
ックスがセラミック基板の表面に付着した温度ヒューズ
１４（以前述べた、図５（ｂ）に示す状態）をトレー１
１に載置する手順を述べる。なおここで、各図におい
て、エアー継手４ａ，４ｂに接続されるエアー回路が省
略されているが、接続方法は図１に示すものと同様であ
り、以前に述べたとおりである。従って、以下の説明に
おいては、図２と同時に図１も参照して頂きたい。

【００３１】図２（ａ）では、吸着ヘッド２が温度ヒュ
ーズ１４を吸着しながら、トレー１１の載置凹部の直ぐ
上まで下降した状態である。この時エアー回路は、真空
バルブ６が開き破壊バルブ９が閉じていて、負圧の状態
であり、プッシャー２０は上端に位置する。

【００３２】次に、真空バルブ６を閉じ破壊バルブ９を
開いて、エアー回路を陽圧にする。すると、吸着ヘッド
２の吸着回路が陽圧になり温度ヒューズ１４を離そうと
する。しかし、表面に粘着性の高いはんだやフラックス
が付着しており、これだけでは容易に離れない。一方同
時に、気密室２１も陽圧になるため、プッシャー２０が
下降を開始する。その途中でプッシュブロック２４の先
端の凸部２６が温度ヒューズ１４のリード１７に当たっ
て、温度ヒューズ１４を吸着ヘッド２から引き離す。図
２（ｂ）はこの時の状態を表わしている。なお、陽圧の
度合いであるが、これは余り高すぎることなく、しかし
プッシャー２０がスムーズに上下動可能で、かつ温度ヒ
ューズ１４を吸着ヘッド２から引き離すレベルになるよ
う、レギュレータ８で設定するのが望ましい。

【００３３】引き続いて、真空バルブ６を開き破壊バル
ブ９を閉じて、エアー回路を負圧にして、アーム部１は
上昇する。図２（ｃ）はこの時の状態を表わす。プッシ
ャー２０は既に上端近くまで上昇しており、温度ヒュー
ズ１４ははみ出ることなく、トレー１１の載置凹部の中
に載置されている。

【００３４】このように、表面に粘着性の高い異物が付
着し、吸着ヘッド２の吸着回路を真空破壊するだけでは
容易に離脱しないワークに対しても、スムーズに離脱が
可能になる。また、プッシュブロック２４の先端は、全
面が平坦部でなく、２個所凸部があり、その凸部２６の
先端でワークを引き離す。よって、ワークに接触する部
分が小さく、仮にその先端が異物で汚れても清掃は容易
である。また、図２に示すごとく、凸部２６を吸着ヘッ
ド２から極力離して設けることで、凸部２６の先端への
異物の付着も防ぐことができる。

【００３５】これまで実施例は温度ヒューズを例に説明
したが、勿論本発明はこれに止まらず、吸着面に粘着性
物質が付着してピックアンドプレースが困難な種々雑多
な微少部品への適用が可能であり、その適用範囲は大変
広いものとなる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の離脱方法に
よれば、表面に粘着性の高い異物が付着し、吸着ヘッド
の吸着回路を真空破壊するだけでは容易に離脱せず、真
空破壊時のエアー圧力を高めたり、エアーの流量を増や
して離脱しようとすると、周囲に飛散してしまう、離脱
が困難なワークに対しても、スムーズに離脱が可能にな
る。また、その処理時間も増加することは一切なく、逆
に短縮できる。

【００３７】しかも、プッシャーを補助離脱手段とし、
それは構造が小型かつシンプルであり、また上下動作も
吸着ヘッドのエアー回路を分岐して並列に引き込むだけ
でよいため、ピックアンドプレースユニットが何ら大型
化することなく、安価に製造することが可能である。

【００３８】及び、上述したごとく離脱が困難なワーク
でさえも、所定の場所にスムーズに載置することができ
るため、ワークの破損を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のアーム部を表わす図。 （ａ）アーム部を一部断面で表わした正面図と、エアー
回路図。 （ｂ）アーム部の正面図。 （ｃ）アーム部を底面から見た平面図。

【図２】 本発明のアーム部の動作を表わす側面図と平
面図。

【図３】 従来の吸着ヘッドを一部断面で表わした正面
図と、その側面図。及びエアー回路図。

【図４】 トレーの所定の位置に載置されないワークの
イメージ図。

【図５】 温度ヒューズの製造過程を示す斜視図。 １ アーム部 ２ 吸着ヘッド ３ 穴 ４，４ａ，４ｂ エアー継手 ５ 吸着面 ６ 真空バルブ ７ 真空発生装置 ８ レギュレータ ９ 破壊バルブ １１ トレー １３ ワーク １４ 温度ヒューズ １７ リード ２０ プッシャー ２１ 気密室 ２２ 丸棒部 ２３ ブッシュ ２４ プッシュブロック ２５ ガイド棒 ２６ 凸部 ２７ ストッパー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空吸着された部材を離脱する方法であっ
   て、吸着ヘッドの吸着回路を負圧から陽圧に変えること
   で前記部材を前記吸着ヘッドから離脱するに際し、前記
   吸着回路と並列に繋がれたエアー回路を有し、前記吸着
   回路が負圧から陽圧にまた陽圧から負圧に変化するに伴
   い、前記吸着ヘッドの吸着面の鉛直方向に直進運動をす
   る補助離脱ブロックを、前記吸着ヘッドに近接して配置
   したことを特徴とする部材の離脱方法。
2. 【請求項２】前記吸着回路が陽圧になり前記補助離脱ブ
   ロックが直進移動した停止端において、前記補助離脱ブ
   ロックの先端は前記吸着ヘッドの吸着面より前記吸着さ
   れた部材側に出て、また前記吸着回路が負圧になり前記
   補助離脱ブロックが直進移動した停止端において、前記
   補助離脱ブロックの先端は前記吸着ヘッドの吸着面より
   前記吸着された部材側に出ないことを特徴とする請求項
   １に記載の部材の離脱方法。
3. 【請求項３】前記補助離脱ブロックの先端部分には複数
   個の凸部が設けられ、前記複数個の凸部は頂部に平坦面
   を有し、前記それぞれの頂部の平坦面は前記補助離脱ブ
   ロックの直進方向と垂直を成す同一面上にあることを特
   徴とする請求項２に記載の部材の離脱方法。