JP2001315084A - 微小部品移載装置およびこれに用いられる移載ツールおよび微小部品移載方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】微小部品を一個ずつ部品供給装置から加工や組
立の作業領域内の所望の位置へ精度良く移載することの
できる微小部品移載装置を提供する。 【解決手段】微小部品移載装置に用いられる移載ツール
１２は、微小部品を吸着するための先端部４２と、これ
に振動を与えるための振動発生器４４を備え、先端部４
２と振動発生器４４を貫通する吸着孔５０を有してい
る。吸着孔５０は、先端部４２を直線的に貫通してい
る。振動発生器４４は、吸着孔５０の軸上に位置してお
り、例えば、互いに連結された複数の圧電素子を含んで
いる。振動発生器４４は、電極５２への駆動信号の供給
に従って、吸着孔５０の軸方向の超音波振動を発生す
る。先端部４２は、振動発生器４４で発生される吸着孔
５０の軸方向の超音波振動を共振作用により増幅し、吸
着孔５０の軸方向の変位が先端で最大となる定常波振動
が発生する形状を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微小部品の加工や
組立の際に、微小部品を部品供給装置から加工や組立の
作業領域へ移載する微小部品移載装置およびこれに用い
られる移載ツールさらには微小部品の移載方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】０.５ｍｍ以下の微小部品の加工や組立
においては、微小部品を１個ずつ部品供給装置から加工
や組立の作業領域内の更に限られた１ｍｍ以下の領域へ
精度良く移載する移載工程が必要である。この様な微小
部品の精度良い移載は、人手で扱うのは困難であり、移
載装置を使用する必要がある微小部品は、静電気や空気
中の水分などの影響を受けて、接触した他の部材に貼り
付いたままになり易い。このため、移載装置の使用にお
いても、移載装置と微小部品の着脱には困難を伴う。

【０００３】特開平８−１０７１２１は、微小部品の移
載装置として、半田ボールの搭載装置を開示している。

【０００４】この半田ボールの搭載装置は、半田ボール
を貯溜する容器と、半田ボールを真空吸着するヘッド
と、ヘッドに取り付けられた振動器とを備えている。ヘ
ッドは、一度に容器内の複数の半田ボールを吸着する。
半田ボールを基板に搭載する際は、ヘッドの振動器を超
音波振動させることにより、半田ボールがヘッドの吸着
孔から確実に脱落され、基板に搭載される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特開平８−１０７１２
１号に開示される半田ボールの搭載装置では、振動器は
ヘッドに非対称に取り付けられている。このため、振動
器がいずれの方向に振動しても、ヘッドには吸着孔の軸
に直交する方向の振動が発生し、その振動は吸着孔の軸
に直交する各放射方向でアンバランスである。

【０００６】このため、微小部品は、吸着孔の軸を横切
る方向に振り払われるようにヘッドから離脱される。そ
の離脱状況(離脱される方向や離脱後に移動する距離な
ど)は一様ではなく、これを制御することは不可能であ
る。従って、微小部品を所望の位置に精度良く載置する
ことは難しい。

【０００７】本発明は、このような実状を考慮して成さ
れたものであり、その目的は、微小部品を一個ずつ部品
供給装置から加工や組立の作業領域内の所望の領域へ精
度良く移載することの可能な微小部品移載装置を提供す
ることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は一面において
は、微小部品を微小部品供給装置から加工や組立の作業
領域へ移載する微小部品移載装置に用いられる移載ツー
ルであり、この移載ツールは、微小部品を吸着するため
の先端部と、先端部に振動を与えるための振動発生器と
を備えており、先端部は、実質的に直線的に貫通してい
る吸着孔を有し、吸着孔は、一端が先端部の先端に位置
し、他端は微小部品移載装置に連絡され、微小部品移載
装置によって吸着孔が負圧に引かれることにより微小部
品が先端部の先端の開口に吸着され、振動発生器は、先
端部を吸着孔の軸に対称的に振動させ、これにより微小
部品が吸着孔の軸方向に離脱される。

【０００９】本発明は別の一面においては、微小部品を
微小部品供給装置から加工や組立の作業領域へ移載する
微小部品移載装置であり、この微小部品移載装置は、微
小部品を供給する微小部品供給装置と、微小部品を適宜
吸着するための移載ツールと、移載ツールの位置と向き
を変えるための移載ロボットと、微小部品を移載ツール
に吸着させるための吸着装置とを備えており、移載ツー
ルは、微小部品を吸着するための先端部と、先端部に振
動を与えるための振動発生器とを備えており、先端部
は、実質的に直線的に貫通している吸着孔を有し、吸着
孔は、一端が先端部の先端に位置し、他端は吸着装置に
連絡され、吸着装置は、移載ツールの吸着孔を適宜負圧
に引き、これにより微小部品が移載ツールに吸着され、
振動発生器は、先端部を吸着孔の軸に対称的に振動さ
せ、これにより微小部品が吸着孔の軸方向に離脱され
る。

【００１０】本発明は他の一面においては、微小部品を
微小部品供給装置から加工や組立の作業領域へ移載する
微小部品移載方法であり、この微小部品移載方法は、実
質的に貫通している吸着孔を有する移載ツールで微小部
品を吸着する工程と、移載ツールを作業領域へ移動する
移動工程と、移載ツールによる微小部品の吸着を停止す
る吸着停止工程と、移載ツールの少なくとも一部を吸着
孔の軸に対称的に振動させる振動工程とを有しており、
振動工程により微小部品は移載ツールから所定の方向に
離脱されて所定の位置に移載される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。

【００１２】まず、第一の実施の形態の微小部品移載装
置１０について図１と図２を用いて説明する。

【００１３】微小部品移載装置１０は、パーツフィーダ
３０より供給される微小部品３２を吸着により適宜保持
するための移載ツール１２と、移載ツール１２の位置と
向きを変更するための移載ロボット(多関節ロボット)１
４と、微小部品を移載ツールに吸着させるための吸着装
置(真空装置)２４と、移載ツール１２と移載ロボット１
４と吸着装置２４を制御するための制御装置２６とを備
えている。

【００１４】移載ロボット１４は、移載ツール１２を保
持するツール保持部１６と、ツール保持部１６を姿勢変
更可能に支持する第一のアーム１８と、第一のアーム１
８を姿勢変更可能に支持する第二のアーム２０と、第二
のアーム２０を姿勢変更可能に支持する固定部２２とを
備えている。移載ロボット１４は、固定部２２に対して
ツール保持部１６を三次元的に移動可能であるととも
に、その向きを変更可能である。

【００１５】移載ロボット１４は、パーツフィーダ３０
と作業治具３４と共に、ベース２８に設置されている。
パーツフィーダ３０は、微小部品移載装置１０へ供給す
るために、微小部品３２を振動により搬送し、搬送の過
程で微小部品３２の姿勢を一定に整列させる。

【００１６】また、作業治具３４は、微小部品移載装置
１０によって載置された微小部品を一定の姿勢に保つ案
内溝３６を有しており、この作業治具３４に載置された
微小部品３２に対して加工や組立などの作業が行われ
る。

【００１７】図２に示されるように、移載ツール１２
は、微小部品３２を吸着するための先端部４２と、先端
部４２に振動を与えるための振動発生器４４と、ツール
保持部１６内に収容される継手部４６とを備えている。
移載ツール１２は、さらに、ツール保持部１６への取り
付けのためのフランジ４８を備えており、フランジ４８
がツール保持部１６に固定されることにより、移載ツー
ル１２がツール保持部１６に適切な姿勢で取り付けられ
る。

【００１８】移載ツール１２は、先端部４２と振動発生
器４４と継手部４６を貫通する吸着孔５０を有してい
る。吸着孔５０は、先端部４２を実質的に直線的に貫通
しており、その一端は先端部４２の先端に位置してい
る。吸着孔５０の他端は継手部４６の後端に位置し、こ
れはチューブ(図示せず)を介して吸着装置２４(図１参
照)に連絡されている。

【００１９】振動発生器４４は、吸着孔５０の軸上に位
置しており、例えば、互いに連結された複数の圧電素子
を含んでいる。振動発生器４４は、電極５２への駆動信
号の供給に従って、吸着孔５０の軸方向の超音波振動を
発生する。

【００２０】移載ツール１２の先端部４２は、先端に近
いほど細い径を有しており、その形状は、振動発生器４
４で発生される吸着孔５０の軸方向の超音波振動を共振
作用により増幅し、吸着孔５０の軸方向の変位が先端で
最大となる定常波振動が発生するように設計されてい
る。

【００２１】好適な移載ツール１２の一つの具体例で
は、先端部４２はステンレス製、継手部４６は樹脂製
で、振動発生器４４への入力電圧は１４０Ｖ_p-p、入力
周波数は５５.５ｋＨｚであり、これに対して、先端部
４２は３８ｍｍの全長を有し、その根元部分は径が一定
で、８ｍｍの直径を有し、中程部分は径が漸近的に減少
し、その外周面と吸着孔５０の軸を通る平面との交線は
１００ｍｍの曲率半径を有している。

【００２２】上述した構成において、微小部品３２は、
パーツフィーダ３０によって、一定の姿勢に整列されて
供給される。

【００２３】移載ツール１２は、移載ロボット１４によ
って、パーツフィーダ３０に近づけられ、その先端がパ
ーツフィーダ３０内の所望の微小部品３２に向けられ
る。吸着装置２４が駆動され、これに連絡されている移
載ツール１２の吸着孔５０が負圧に引かれ、これにより
微小部品３２が移載ツール１２に一定の姿勢で吸着され
る。

【００２４】移載ツール１２は、移載ロボット１４によ
って、作業治具３４に近づけられ、その先端に吸着され
ている微小部品３２が作業治具３４の案内溝３６に向け
られる。

【００２５】吸着装置２４が停止される。さらに、振動
発生器４４の電極５２に正弦波形の駆動信号が入力さ
れ、これに応じて振動発生器４４は吸着孔５０の軸方向
の超音波振動を発生する。この振動は先端部４２の共振
作用により増幅され、吸着孔５０の軸方向の変位が先端
部４２の先端で最大となる定常波振動を発生させる。こ
れにより先端部４２は吸着孔５０の軸に対称的に振動さ
れる。

【００２６】微小部品３２は、振動発生器４４による吸
着孔５０の軸方向の超音波振動の発生によって、移載ツ
ール１２の先端から、吸着孔５０の軸方向に離脱する。
その結果、微小部品３２は作業治具３４の案内溝３６に
載置される。

【００２７】以上の説明から分かるように、本実施形態
の微小部品移載装置１０は、微小部品３２を一個ずつ、
パーツフィーダ３０から作業治具３４に精度良く移載す
ることができる。また、微小部品３２の離脱に定常波振
動を利用しているため、振動を与える時間を容易に変更
することができる。従って、微小部品の形状や質量等に
応じた最適な時間のあいだ、移載ツール１２に振動を与
えることができるので、様々な微小部品に対しても確実
な移載ツールからの離脱を行うことができる。

【００２８】本実施の形態の各構成は、当然、様々な変
形や変更が可能である。例えば、振動発生器４４は、圧
電素子の代わりに、ボイスコイルを備えていてもよい。

【００２９】次に、第二の実施の形態による移載ツール
について図３を用いて説明する。本実施の形態におい
て、移載ツールを除く構成は第一の実施の形態と同じで
あり、その説明は省略する。

【００３０】図３に示されるように、本実施の形態の移
載ツール６０は、微小部品３２を吸着するための先端部
６２と、先端部６２に振動を与えるための振動発生器６
４と、ツール保持部１６内に収容される継手部６６とを
備えている。移載ツール６０は、さらに、先端部６２と
振動発生器６４と継手部６６の中心を貫通する吸着孔６
８を有している。

【００３１】先端部６２は金属製で、円錐形状を有して
いる。振動発生器６４は、薄い多数の圧電素子が積層さ
れた積層型圧電素子を含んでおり、パルス波形の駆動電
圧の入力により駆動される。積層型圧電素子６４は、パ
ルス波形の駆動電圧の入力に対して、吸着孔６８の軸方
向に急速に縮んだ後に急速に伸びる。この伸縮は、先端
部６２に吸着孔６８の軸方向の大きな加速度を与える。
この結果、微小部品３２は吸着孔６８の軸方向に瞬時に
先端部６２から引き離され、作業治具３４に載置され
る。

【００３２】本実施の形態の移載ツール６０を用いた微
小部品移載装置では、微小部品３２を一個ずつ作業治具
３４に精度良く移載できるほか、微小部品３２の離脱に
積層型圧電素子の急速変形による加速度を利用するた
め、微小部品３２の移載ツール６０からの離脱を短時間
で行うことができる。

【００３３】本実施の形態の各構成は、当然、様々な変
形や変更が可能である。例えば振動発生器６４は、積層
型圧電素子の代わりに、ソレノイドを備えていてもよ
く、ソレノイドが発生する衝撃振動により先端部に加速
度を与えることで微小部品の離脱を行ってもよい。

【００３４】次に、第三の実施の形態による移載ツール
について図４を用いて説明する。本実施の形態におい
て、移載ツールを除く構成は第一の実施の形態と同じで
あり、その説明は省略する。

【００３５】図４に示されるように、本実施の形態の移
載ツール７０は、それ自体が圧電素子で作られており、
その中心を貫通する吸着孔７８を有している。従って、
移載ツール７０は、微小部品３２を吸着するための先端
部７２と、ツール保持部１６内に収容される継手部７６
を含むと共に、それ自体が先端部７２に振動を与えるた
めの振動発生器７４でもある。

【００３６】移載ツール７０の全長は、振動発生器７４
が発生する吸着孔７８の軸方向の振動が共振作用により
増幅し、吸着孔７８の軸方向の変位が先端において最大
となる定常波振動が発生するように設計されている。

【００３７】振動発生器７４は、正弦波形の駆動電圧の
入力によって駆動されても、パルス波形の駆動電圧の入
力によって駆動されてもよい。

【００３８】正弦波形の駆動電圧の入力に対して、振動
発生器７４すなわち移載ツール７０は、吸着孔７８の軸
方向に変位し、吸着孔７８の軸方向の超音波振動を発生
する。発生した振動は共振作用により増幅され、吸着孔
７８の軸方向の変位が先端において最大となる定常波振
動が発生する。

【００３９】また、パルス波形の駆動電圧の入力に対し
て、振動発生器７４すなわち移載ツール７０は、吸着孔
７８の軸方向に急速に縮んだ後に急速に伸びる。この結
果、先端に吸着孔７８の軸方向の大きな加速度が生じ
る。

【００４０】上記のいずれの駆動電圧の入力に対して
も、微小部品３２は吸着孔７８の軸方向に移載ツール７
０から離脱され、作業治具３４に載置される。

【００４１】本実施の形態の移載ツール７０を用いた微
小部品移載装置では、微小部品３２を一個ずつ作業治具
３４に精度良く移載できるほか、微小部品の離脱に、定
常波振動と急速変形による加速度のいずれをも利用でき
るとともに、これらを組合わせて使用することもできる
ため、微小部品を離脱させる条件の広い設定範囲を得る
ことができる。また、移載ツール７０は、圧電素子で一
体的に成形されているため、非常に小型に作製できる。

【００４２】これまで、いくつかの実施の形態について
図面を参照しながら具体的に説明したが、本発明は、上
述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨
を逸脱しない範囲で行なわれるすべての実施を含む。

【００４３】例えば、微小部品を移載ツールに吸着させ
るための吸着装置として真空装置を用い、負圧により吸
着させるようにしているが、吸着装置はこれに限られる
ものではなく、例えば、電磁力や静電力を用いた吸着装
置を用いることもできる。

【００４４】本明細書には以下の各項に記す発明が含ま
れる。

【００４５】１． 微小部品の加工や組立の際に、微小
部品供給装置から加工や組立の作業領域へ前記微小部品
の移載を行う微小部品移載装置に用いられる移載ツール
であって、前記微小部品を吸着するためにその先端に設
けられた吸着孔と、前記吸着孔の中心軸上に設けられた
振動発生器とを有することを特徴とする移載ツール。

【００４６】(作用効果)振動発生器が吸着孔の中心軸と
同軸上に配置されているので、移載ツールを吸着孔の中
心軸方向と直交方向に小さく構成することができる。

【００４７】移載ツールの直径を小さくすることによ
り、微小部品に対応する小さな作業領域への移載が可能
になることと、部品供給装置で隣接する微小部品を誤っ
て吸着したりすることがなくなることで、一個ずつの移
載が可能となる。

【００４８】また、振動発生器が吸着孔の中心軸と同軸
に設置されていることから、振動発生器の振動により微
小部品に作用する離脱のための力が吸着孔の中心軸に対
して軸対称に作用するので、微小部品を所望の位置に精
度良く載置することができる。

【００４９】２．前記振動発生器の変位方向が前記吸着
孔の中心軸方向であり、前記微小部品がこの変位方向に
離脱されることを特徴とする第１項に記載の移載ツー
ル。

【００５０】(作用効果)振動発生器が吸着孔の中心軸上
に配置され、且つその変位方向がこの軸方向であるた
め、微小部品の離脱方向がこの軸方向となり、微小部品
を所望の位置にさらに精度良く載置することが可能とな
る。

【００５１】３．前記振動発生器による振動変位が、前
記移載ツール先端で最大となるように構成されているこ
とを特徴とする第２項に記載の移載ツール。

【００５２】(作用効果)具体的には、移載ツールは、先
端にいくほど細い形状になっており、また、振動発生器
からツール先端までの長さが、振動の腹の位置に一致す
るように設計されている。これにより、振動変位が先端
の一個所に拡大されて集まる。従って、小さな駆動電圧
でも微小部品を離脱することができ、エネルギー効率を
高めることができる。

【００５３】４．前記振動発生器が超音波振動を発生す
ることを特徴とする第１項〜第３項のいずれかひとつに
記載の移載ツール。

【００５４】(作用効果)超音波振動により、短時間に小
さな振幅の数多くの変位を微小部品に与えることができ
るため、微小部品を確実に移載ツール先端より確実に離
脱することができ、微小部品を所望の位置にさらに精度
良く載置することができる。

【００５５】５．前記振動発生器をパルス波形の駆動電
圧により駆動することを特徴とする第１項〜第４項のい
ずれかひとつに記載の移載ツール。

【００５６】(作用効果)振動発生器をパルス波形の駆動
電圧で駆動すれば、移載ツール先端の吸着孔に保持され
た微小部材には、この吸着孔の中心軸方向の大きな加速
度が印加されるので、微小部品をこの中心軸方向に良好
に離脱させることができる。

【００５７】６．微小部品を供給する微小部品供給装置
と、前記微小部品を吸着するためにその先端に設けられ
た吸着孔と、前記吸着孔の中心軸上に設けられた振動発
生器とを有する移載ツールと、前記微小部品を前記微小
部品移載装置から所望の位置に移動させるために、前記
移載ツールを動かすための多関節ロボットと、前記微小
部品を前記吸着孔に吸着させるための吸着装置とを有す
ることを特徴とする微小部品移載装置。

【００５８】(作用効果)振動発生器が吸着孔の中心軸と
同軸上に配置されているので、移載ツールを吸着孔の中
心軸方向と直交方向に小さく構成することができる。

【００５９】移載ツールの直径を小さくすることによ
り、微小部品に対応する小さな作業領域への移載が可能
になることと、部品供給装置で隣接する微小部品を誤っ
て吸着したりすることがなくなることで、一個ずつの移
載が可能となる。

【００６０】また、振動発生器が吸着孔の中心軸と同軸
に設置されていることから、振動発生器の振動により微
小部品に作用する離脱のための力が吸着孔の中心軸に対
して軸対称に作用するので、微小部品を所望の位置に精
度良く載置することができる。

【００６１】７．前記振動発生器の変位方向が前記吸着
孔の中心軸方向であり、前記微小部品がこの変位方向に
離脱されることを特徴とする第６項に記載の微小部品移
載装置。

【００６２】(作用効果)振動発生器が吸着孔の中心軸上
に配置され、且つその変位方向がこの軸方向であるた
め、微小部品の離脱方向がこの軸方向となり、微小部品
を所望の位置にさらに精度良く載置することが可能とな
る。

【００６３】８．微小部品の加工や組立の際に、微小部
品供給装置から加工や組立の作業領域へ前記微小部品の
移載を行う微小部品移載方法であって、前記微小部品を
移載ツールの先端吸着孔に吸引保持する工程と、前記移
載ツールを前記作業領域へと移動させる移動工程と、前
記微小部品の前記吸着孔への吸着を停止させる吸着停止
工程と、前記移載ツールの少なくとも一部を振動させ、
前記微小部品を前記吸着孔の中心軸方向と平行な方向に
振動させる振動工程と、この振動により前記微小部材を
前記吸着孔から前記中心軸と平行な方向に離脱させて、
所望の位置に載置する載置工程とを有することを特徴と
する微小部品移載方法。

【００６４】(作用効果)吸着孔に吸着された微小部品を
吸着孔の中心軸方向と平行な方向に振動させて、この中
心軸と平行な方向に離脱することで、所望の位置に精度
良く載置することができる。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、微小部品を一個ずつ部
品供給装置から加工や組立の作業領域内の所望の位置へ
精度良く移載することのできる微小部品移載装置が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態による微小部品移載
装置の斜視図である。

【図２】図１に示される移載ツールの部分側断面図であ
る。

【図３】本発明の第二の実施の形態による移載ツールの
側断面図である。

【図４】本発明の第三の実施の形態による移載ツールの
側断面図である。

【符号の説明】

１２ 移載ツール ４２ 先端部 ４４ 振動発生器 ５０ 吸着孔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微小部品を微小部品供給装置から加工や
   組立の作業領域へ移載する微小部品移載装置に用いられ
   る移載ツールであって、移載ツールは、 微小部品を吸着するための先端部と、 先端部に振動を与えるための振動発生器とを備えてお
   り、 先端部は、実質的に直線的に貫通している吸着孔を有
   し、吸着孔は、一端が先端部の先端に位置し、他端は微
   小部品移載装置に連絡され、微小部品移載装置によって
   吸着孔が負圧に引かれることにより微小部品が先端部の
   先端の開口に吸着され、 振動発生器は、先端部を吸着孔の軸に対称的に振動さ
   せ、これにより微小部品が吸着孔の軸方向に離脱され
   る、移載ツール。
2. 【請求項２】 微小部品を微小部品供給装置から加工や
   組立の作業領域へ移載する微小部品移載装置であって、
   微小部品移載装置は、 微小部品を供給する微小部品供給装置と、 微小部品を適宜吸着するための移載ツールと、 移載ツールの位置と向きを変えるための移載ロボット
   と、 微小部品を移載ツールに吸着させるための吸着装置とを
   備えており、 移載ツールは、微小部品を吸着するための先端部と、先
   端部に振動を与えるための振動発生器とを備えており、
   先端部は、実質的に直線的に貫通している吸着孔を有
   し、吸着孔は、一端が先端部の先端に位置し、他端は吸
   着装置に連絡され、 吸着装置は、移載ツールの吸着孔を適宜負圧に引き、こ
   れにより微小部品が移載ツールに吸着され、 振動発生器は、先端部を吸着孔の軸に対称的に振動さ
   せ、これにより微小部品が吸着孔の軸方向に離脱され
   る、微小部品移載装置。
3. 【請求項３】微小部品を微小部品供給装置から加工や組
   立の作業領域へ移載する微小部品移載方法であって、 実質的に貫通している吸着孔を有する移載ツールで微小
   部品を吸着する工程と、 移載ツールを作業領域へ移動する移動工程と、 移載ツールによる微小部品の吸着を停止する吸着停止工
   程と、 移載ツールの少なくとも一部を吸着孔の軸に対称的に振
   動させる振動工程であって、これにより微小部品が移載
   ツールから所定の方向に離脱されて所定の位置に移載さ
   れる、振動工程とを有している、微小部品移載方法。