JP2005230944A - 基板吸着装置 - Google Patents

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Abstract

吸着口を上向きにした場合でも、吸着力を失うことがなく、基板を確実に吸着し続けることができる基板吸着装置を提供する。
【解決手段】
負圧発生装置12に吸気管13を介して連結され、内部にエア吸引路20および弁機構を有する縦型シリンダ状の吸着ヘッド15を備える。吸着ヘッド15は、エア吸引路20の上端側に吸気孔21を有するとともに、下端側に吸着口22を有し、弁機構は、吸着ヘッド15の上端側に設けられた弁座部24と、エア吸引路20に内装され上下方向に移動可能な弁体27を有する。エア吸引20路内に、弁体27を弁座部24側から吸着口22側に向って離間する方向に付勢するスプリング28を設ける。
【選択図】 図1

Description

本発明は、プリント基板、セラミック基板等、多数の孔を有する基板を姿勢変化または移送する基板吸着装置に係り、特に積層された基板を順次1枚ずつ吸着することができる構成のものにおいて、吸着している基板を天地逆にしたり傾斜させる場合でも、吸着状態で、保持することができる基板吸着装置に関するものである。
例えばプリント基板、セラミック基板等のような多数の孔を有する基板の製造ラインにおいては、基板を姿勢変化または移送する手段として、負圧吸引力を利用した基板吸着装置が多用されている。
そして、この種の基板吸着装置として、従来では、負圧発生装置に吸気管を介して連結された吸着ヘッドを有し、その内部にエア吸引路および弁機構を有する構成のものが提案されている(例えば、特許文献1参照。)
図9は、この基板吸着装置の従来例を示したものである。
図9に示すように、この基板吸着装置1は、図示しない負圧発生装置に吸気管を介して連結された吸着ヘッド2を備えている。
この吸着ヘッド2はブロック状のもので、吸気口3およびヘッダ4を有している。ヘッダ4の下方には、それぞれシリンダ孔からなる複数のエア吸引路5が並列に設けられている。
エア吸引路5の上端部は、吸気孔6を介してヘッダ4に連通している。また、エア吸引路5の下端側には、基板を吸着するための吸着口7としてパッドが設けられている。
エア吸引路5の内部には、上下方向に移動可能な弁体8としてのボールが内装されている。
この弁体8は、吸気孔6の径よりも大径であり、この吸気孔6の下端部を弁座部として、エア吸引時に気流により上昇して受け止められ、吸気孔6を塞ぐように構成されている。
また、吸着物としての基板9は、多数の孔10を有しており、図9に示すように、複数枚積層されている。
基板9の吸着時には、吸着ヘッド2を下降させ、吸着口7を基板9の表面に当てる。
この時、吸着口7が基板9の孔10部位ではなく平坦面に当るエア吸引路5では、内部空気が最初しか流入しないため、弁体8は最初に上昇して吸引孔6を塞いだ後、自重で下方に移動し、気流により弁体8が上昇し、以後は吸盤状態による吸着状態が持続する。
一方、吸着口7が基板9の孔10の部位に当るエア吸引路5では、基板9の孔10から下方の空気が吸引されるため、気流により弁体8が上昇する。そして、弁体8により吸引孔6を塞ぎ続ける状態となる。
これにより、最上部から2枚目の基板9は吸着されず、積層された基板9が2枚同時に吸着されることなく、最上部の1枚の基板9のみが常時吸着されるため、1枚ずつ順次に吸着して持上げることができる。
また、基板9の孔10の部位に当るエア吸引路5では、エア吸引が行われないため、基板9の平坦部に当るエア吸引路では、能率よく負圧吸引が行われる。
特開平11−42583号公報
しかしながら、従来のものでは、基板9の吸着に寄与しているエア吸引路5の弁体8が、エア吸引路5内で自重により自由に上下方向に移動できる状態となっている。
このため、吸着状態で基板吸着装置1を例えば水平軸上で180°回転させ、吸着口7を基板9の下側に配置する状態にすると、弁体8が吸引孔6を塞いで、吸着力を失ってしまい、基板が落下する場合がある。
したがって、基板の向きや姿勢を変化させる持上げ作用を行う場合に、落下により基板が破損したり、何らかの保持機構を必要とするなどの不都合が生じる。
本発明は、このような事情に鑑み、吸着口を上向きにした場合でも、吸着力を失うことがなく、基板を確実に吸着し続けることができる基板吸着装置を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、請求項1の発明に係る基板吸着装置は、負圧発生装置に吸気管を介して連結され、内部にエア吸引路および弁機構を有する縦型シリンダ状の吸着ヘッドを備えた基板吸着装置であって、前記吸着ヘッドは、前記エア吸引路の上端側に吸気孔を有するとともに、下端側に吸着口を有し、前記弁機構は、前記吸着ヘッドの上端側に設けられた弁座部と、前記エア吸引路に内装され上下方向に移動可能な弁体を有し、前記エア吸引路内に、前記弁体を前記弁座部側から前記吸着口側に向って離間する方向に付勢するスプリングを設けたことを特徴とする。
請求項2の発明に係る基板吸着装置は、前記弁体が一定重量のボールであり、前記スプリングは一端が前記弁座側に固定され他端が前記ボールの表面に接する圧縮コイルばねであることを特徴とする。
請求項3の発明に係る基板吸着装置は、前記弁座部は、前記吸着ヘッドの上端側中心位置に突出し、前記ボールの径よりも小径な先端開口状の筒体により構成されていることを特徴とする。
請求項4の発明に係る基板吸着装置は、前記弁座部が、先端のボール受け部にオリフィスが形成される構成とされていることを特徴とする。
請求項5の発明に係る基板吸着装置は、前記エア吸引路内における吸引力(F1)は、および前記スプリングの弾性力(F2)および前記弁体の重量による力(F3)よりも大に設定されていることを特徴とする。
請求項6の発明に係る基板吸着装置は、前記吸着ヘッドは、前記吸着口の向きが天地逆となる回動または傾動が可能とされていることを特徴とする。
本発明の請求項1に係る発明の基板吸着装置によれば、内部にエア吸引路および弁機構を有する縦型シリンダ状の吸着ヘッド内に、弁体を弁座部側から吸着口側に向って離間する方向に付勢するスプリングを設けたので、基板持上げ時には、スプリングによって弁体が常に弁座部側から吸着口側に向って離間する。
このため、吸着した基板が天地逆さま状態になった場合でも、弁体が自重によって落下して吸気孔を塞ぐようなことがない。したがって、吸着した基板を下から吸着保持した状態で基板を持ち上げるだけでなく、天地逆さまとした状態、または傾斜状態でも確実に保持することができる。
したがって、基板の向きや姿勢を変化させる持上げ作用を行う場合に、落下により基板が破損したり、何らかの保持機構を必要とすることがなく、作業能率の向上、設備の簡素化等の効果が得られる。
また、本発明の請求項2の発明の基板吸着装置では、弁体が一定重量のボールであり、スプリングは一端が弁座側に固定され他端がボールの表面に接する圧縮コイルばねとされている。
これにより、シリンダ状の吸着ヘッド内に容易に内装できるとともに、圧縮コイルばねの輪状の先端にボールからなる弁体の表面がフィットする状態で係合するため、弁体保持機能が高まる。
また、本発明の請求項3の発明の基板吸着装置では、弁座部が、吸着ヘッドの上端側中心位置に突出し、ボールの径よりも小径な先端開口状の筒体により構成されているので、構成が簡素で、しかも確実な弁機能を得ることができる。
また、本発明の請求項4の発明の基板吸着装置では、弁座部は、先端のボール受け部にオリフィスが形成される構成とされているので、弁座部に弁体が一旦接触した後に離間させる機能が増し、吸気孔の閉塞を確実に防止して基板の吸着を一層効果的なものとすることができる。
また、本発明の請求項5の発明の基板吸着装置では、エア吸引路内における吸引力(F1)は、および前記スプリングの弾性力(F2)および前記弁体の重量による力(F3)よりも大に設定されているので、上記の各機能を確実に発揮することができる。
さらに、本発明の請求項6の発明の基板吸着装置では、吸着ヘッドは、吸着口の向きが天地逆となる回動または傾動が可能とされているので、基板の操作が各種の姿勢あるいは向きとなり、上記の各機能を確実に発揮することができる。
以下、本発明の最良の実施形態について図面を参照して説明する。
[第1実施形態](図1〜図6)
図1は、本発明の第1実施形態による基板吸着装置の全体構成を示す説明図である。図2は、図1に示した吸着装置のシリンダ部を拡大して示す縦断面図である。図3は、図2のA−A線断面図である。
まず、構成から説明すると、図1〜図3に示すように、本実施形態の基板吸着装置11は、負圧発生装置12に吸気管13および分岐管14を介して連結された縦型シリンダ状の吸着ヘッド15を複数1組として備えている。
この吸着ヘッド15は、例えば水平軸を中心として回動できるように、回転機構16により支持されている。
吸着ヘッド15は、縦長な管体17と、管体17の上端に装着された上キャップ18と、管体17の下端に装着された下キャップ19とによって外郭が形成されている。
吸着ヘッド15の内部空間は、エア吸引路20とされており、上端側に吸気孔21を有している。この吸気孔21が分岐管14に接続されている。
吸着ヘッド15の下端側は基板吸着用の吸着口22とされている。この吸着口22には、例えば吸盤状のパッド23が設けられている。
さらに、エア吸引路20内の上端側には、弁機構として弁座部24が設けられている。この弁座部24は、エア吸引路20内の上端側中心位置に下向きに突出した先端開口状の筒体25により構成されている。この筒体25は、後述の弁体であるボールの径よりも小径である。
弁座部24の下向き先端の周壁には、例えば四角形状の開口からなるオリフィス26が形成されている。
このオリフィス26は、吸着口22に吸着物がなく、弁体27が弁座部24の開口面を塞いだ状態から、吸着物(基板9)が吸着口22のパッド23に当たった時に、弁体27が弁座部24から離れ易くする機能を付与するために形成されている。
また、エア吸引路20内には、一定重量のボールからなる弁体27が内装されている。この弁体27は、エア吸引路20内で上下方向に移動可能とされている。
そして、エア吸引路20内には、弁体27を弁座部24側から吸着口22側に向って離間する方向、即ち下方に付勢するスプリング28が設けられている。
このスプリング28は、圧縮コイルばねとされており、その一端が、弁座部24側に固定され、他端が自由端として、弁体27であるボールの表面に接するようになっている。即ち、圧縮コイルばねの先端は輪状であり、弁体27であるボールにフィットする状態で支持することができる。
なお、エア吸引路20内の下端側、つまり吸着口22側には、上下1対の網状の保持具29,30によりフィルタ31が保持されている。
また、本実施形態では、管体17の内側断面積をS1、弁体27の中央断面積をS2、分岐管14内の断面積をS3、オリフィスの開口面積をS4としたとき、S1>S2>S3>S4の関係に設定されている。
また、S3>S1−S2>S4の関係に設定されている。
これらの断面積の関係と、後述する力学的関係とに基づいて、最適な基板保力を得ることができる。
次に、この第1実施形態の基板吸着装置11の作用について説明する。
図4は、基板吸着装置11によって基板9を吸着した後、天地逆の配置にまで姿勢を変更する場合の様子を、(イ)〜(ホ)までに分けて、順次に示している。
この(イ)は、水平に配置された基板9の上面に対し、基板吸着装置11を垂直姿勢で降下させ、基板9を吸着し始めた状態を示している。吸着口22のパッド23は、基板9の孔10が無い部位と、孔10がある部位とに設置されている。吸着作用が行われるのは、基板9の孔10が無い部位に設置された吸着口22のパッド23による部分である。
この(イ)の状態から、吸着後において、水平軸心回りに回転し、(ロ)、(ハ)、(ニ)のように、次第に傾斜角度が増大してゆく。
この(ニ)の状態では、基板9の吸着面が下向きとなり始めている。この状態において、従来例では、弁体が吸気孔を塞ぎ、吸着力を失って基板9の落下が始まっていた。
そして、最終的には、(ホ)のように、天地逆の状態となり、基板9が落下していた。
これに対し、本実施形態では、弁体27によって吸気孔21が塞がれることが無く、吸着状態が維持され、落下が起こらない。
この落下防止機能について、図5および図6を参照して説明する。
図5(A)、(B)、(C)は、基板吸着装置11の作用説明図であり、吸着物である基板の孔が無い部分の表面を吸着する場合を示している。なお、この図5(A)、(B)、(C)では、図4の(ホ)の状態、即ち図1および図2の状態から天地逆とした状態を示している。
図5(A)は、吸着口22のパッド23が基板9に当たり、吸着がまだ行われない状態を示している。この状態では、何らの吸引作用もなされないため、弁体27の全重量がスプリング28で支持されている。この場合には、弁体27がエア吸引路20内の上下方向略中央位置に保持されている。
図5(B)は、吸着開始時の状態を示している。この状態では、吸引作用が開始した直後であり、この図5(B)に矢印aで示すように、パッド23と基板9との間の空間内の空気が吸引され、下向きの吸引力が作用する。
このため、弁体27は、図5(B)に矢印bで示すように、負圧吸引力(F1)と、自重による力(F3)との和(F1+F3)により、下方への移動力が増す。スプリング28の緩んだ状態におけるばね力を(F2)とすると、本実施形態では、(F1>F2+F3)の関係が設定されている。
なお、(F2)と(F3)との関係は、(F2>F3)に設定されている。
これらの力学的関係により、弁体27はエア吸引路20内の下方、すなわち、吸気孔21側に移動する。そして、スプリング28は収縮し、弁体27は弁座部24の先端に当接して停止する。
さらに、図5(C)は、吸引を続行した状態を示している。この場合には、パッド23内の空気は無くなり、エア吸引路20内は真空状態となっているため、負圧吸引力(F1)は作用しない。このため、図5(C)に矢印cで示すように、スプリング28のばね力(F2)により、再び図5(A)と同様に、弁体27がエア吸引路20内の上下方向略中央位置に保持される。即ち、吸気孔21は塞がれず、基板9は常時、吸着ヘッド15に確実に吸着された状態に保持される。したがって、基板9が脱落することはない。
この場合、本実施形態では、上述したように、弁座部24にオリフィス26を設けたことにより、吸着口22に基板9がなく、弁体27が弁座部24の開口面を塞いだ状態から、基板9が吸着口22のパッド23に当たった時に、弁体27が弁座部24から離れ易くなっている。
図6(A)、(B)、(C)は、本発明の第1実施形態による基板吸着装置11の作用説明図であり、基板9の孔10の位置にパッド23が有る場合を示すものである。
なお、この図6(A)、(B)、(C)も、図1および図2の状態から天地逆とした状態を示している。
図6(A)は、吸着口22のパッド23が基板9に当たり、吸着がまだ行われない状態を示している。この状態では、何らの吸引作用もなされないため、弁体27の全重量がスプリング28で支持されている。この場合には、弁体27がエア吸引路20内の上下方向略中央位置に保持されている。
図6(B)は、吸着開始時の状態を示している。この状態では、吸引作用が開始した直後であり、この図6(B)に矢印a1で示すように、基板9の孔10から外気が導入され、下向きの吸引力が作用する。
このため、弁体27は、図6(B)に矢印bで示すように、負圧吸引力(F1)と、自重による力(F3)との和(F1+F3)により、下方への移動力が増す。この場合の力学的関係については、図5(B)の場合と同様であり、ここでは説明を省略する。
この場合においても、弁体27はエア吸引路20内の下方、すなわち吸気孔21側に移動する。そして、スプリング28は収縮し、弁体27は、弁座部245の先端に当接して停止する。なお、孔10から外気が導入されるため、基板9に対する吸着力は発生しない。
図6(C)は、吸引を続行した状態を示している。この場合には、パッド23は圧縮されているが、このパッド23を介しての吸着力によるものではない。
上述の図5(C)に示した吸着作用によって、基板9が移動するため、パッド23は圧縮されたものである。
なお、この場合、外気が吸引され続けるため、図6(C)に矢印bで示すように、負圧吸引力(F1)と、自重による力(F3)との和(F1+F3)により、下方への移動力が増す状態が継続している。
以上の第1実施形態によれば、内部にエア吸引路20および弁機構を有する吸着ヘッド15内に、弁体27を弁座部24側から吸着口22側に向って離間する方向に付勢するスプリング28を設けたことにより、基板9を持上げる際には、スプリング28によって弁体27が常に弁座部24側から吸着口側に向って離間する。
このため、吸着した基板9が天地逆さま状態になった場合でも、弁体27が自重によって落下して吸気孔を塞ぐようなことがない。
したがって、吸着した基板9を下から吸着保持した状態で基板9を持ち上げるだけでなく、天地逆さまとした状態、または傾斜状態でも確実に保持することができる。
このように、基板9の向きや姿勢を変化させる持上げ作用を行う場合に、落下により基板9が破損したり、何らかの保持機構を必要とすることがなく、作業能率の向上、設備の簡素化等の効果が得られる。
また、弁体27が一定重量のボールであり、スプリング28の一端が弁座部24側に固定され、他端がボールの表面に接する圧縮コイルばねとされている。
これにより、シリンダ状の吸着ヘッド15内に容易にスプリング28を内装できるとともに、圧縮コイルばねの輪状の先端にボールからなる弁体27の表面がフィットする状態で係合するため、弁体保持機能が高まる。
また、弁座部24が、吸着ヘッド15の上端側中心位置に突出し、ボールの径よりも小径な先端開口状の筒体25により構成されているので、構成が簡素で、しかも確実な弁機能を得ることができる。
また、弁座部24は、先端のボール受け部にオリフィス26が形成されている。そして、管体17の内側断面積をS1、弁体27の中央断面積をS2、分岐管14内の断面積をS3、オリフィスの開口面積をS4としたとき、S1>S2>S3>S4の関係に設定されている。
また、S3>S1−S2>S4の関係に設定されている。
これにより、本実施形態では、弁体27が弁座部24の開口面を塞いだ状態から、基板9が吸着口22のパッド23に当たった時に、弁体27が弁座部24から離れ易くなる。
また、エア吸引路内における吸引力(F1)は、スプリングの弾性力(F2)および弁体の重量による力(F3)よりも大に設定されているので、上記の各機能を確実に発揮することができる。
さらに、吸着ヘッド15は、吸着口22の向きが天地逆となる回動または傾動が可能とされているので、基板9の操作が各種の姿勢あるいは向きとなり、上記の各機能を確実に発揮することができる。
[第2実施形態](図7)
図7は、本発明の第2実施形態による基板吸着装置の全体構成を示す説明図である。
まず、構成から説明すると、本実施形態の基板吸着装置11は、第1実施形態における吸盤状のパッド23に変えて、柔軟素材による角型パッド32を適用したものである。
この角型パッド32は長尺な構成とされ、複数の吸着口22が形成されている。角型パッド32に、複数の吸着ヘッド15が一括して連結されている。
次に、この第2実施形態の作用について説明する。
このように構成された第2実施形態の基板吸着装置11によると、第1実施形態のパッド23に変えて、柔軟素材による大型の角型パッド32を適用し、この角型パッド32に複数の吸着ヘッド15が一括して連結されているので、構成部材数の減少、組立て工数の低減等の効果が奏される。
他の構成、及び作用効果については、前記第1実施形態と同一乃至均等であるので説明を省略する。
[第3実施形態](図8)
図8は、本発明の第3実施形態による基板吸着装置を示す説明図である。
本実施形態では、弁座部24には開口としてのオリフィス26が形成されていない。そして、図8に示すように、ボールからなる弁体127a表面に凹凸が形成されている。この凹凸により、弁体127aが弁座部24に当接した際に、オリフィスが形成される構成とされている。
このような構成によっても、オリフィスを介して、弁座部24に弁体127aが当接後、弁座部24から弁体127aを確実に離間させ、離間し易いものとすることができる。
他の構成、及び作用効果については、前記第1実施形態と同一乃至均等であるので説明を省略する。
本発明の第1実施形態による吸着装置の全体構成を示す説明図である。 図1に示した吸着装置のシリンダ部を拡大して示す縦断面図である。 図2のA−A線断面図である。 本発明の第1実施形態による吸着装置の作用説明図であり、吸着物を天地逆にした場合の落下防止機能を示すものである。 (A)、(B)、(C)は、本発明の第1実施形態による吸着装置の作用説明図であり、吸着物に孔が無い場合を示すものである。 (A)、(B)、(C)は、本発明の第1実施形態による吸着装置の作用説明図であり、吸着物に孔が有る場合を示すものである。 本発明の第2実施形態による吸引装置の全体構成を示す説明図である。 本発明の第3実施形態による吸引装置を示す説明図である。 従来例による吸着装置の構成を示す縦断面図である。
符号の説明
11 基板吸着装置
12 負圧発生装置
13 吸気管
14 分岐管
15 吸着ヘッド
16 回転機構
17 管体
18 上キャップ
19 下キャップ
20 エア吸引路
21 吸気孔
22 吸着口
23 パッド
24 弁座部
25 筒体
26 オリフィス
27,127a 弁体
28 スプリング
29 保持具
30 保持具
31 フィルタ
32 角型パッド

Claims (6)

  1. 負圧発生装置に吸気管を介して連結され、内部にエア吸引路および弁機構を有する縦型シリンダ状の吸着ヘッドを備えた基板吸着装置であって、
    前記吸着ヘッドは、前記エア吸引路の上端側に吸気孔を有するとともに、下端側に吸着口を有し、
    前記弁機構は、前記吸着ヘッドの上端側に設けられた弁座部と、前記エア吸引路に内装され上下方向に移動可能な弁体を有し、
    前記エア吸引路内に、前記弁体を前記弁座部側から前記吸着口側に向って離間する方向に付勢するスプリングを設けたことを特徴とする基板吸着装置。
  2. 前記弁体は、一定重量のボールであり、前記スプリングは、一端が前記弁座側に固定され他端が前記ボールの表面に接する圧縮コイルばねであることを特徴とする請求項1記載の基板吸着装置。
  3. 前記弁座部は、前記吸着ヘッドの上端側中心位置に突出し、前記ボールの径よりも小径な先端開口状の筒体により構成されていることを特徴とする請求項2記載の基板吸着装置。
  4. 前記弁座部は、先端のボール受け部にオリフィスが形成される構成とされていることを特徴とする請求項3記載の基板吸着装置。
  5. 前記エア吸引路内における吸引力(F1)は、および前記スプリングの弾性力(F2)および前記弁体の重量による力(F3)よりも大に設定されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の基板吸着装置。
  6. 前記吸着ヘッドは、前記吸着口の向きが天地逆となる回動または傾動が可能とされていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の基板吸着装置。
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