JP2010025686A - 基板固定機構およびこれを備えた基板固定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な構造でありながら、基板の固定の有無を常に検出することのできる基板固定機構および基板固定装置を提供する。
【解決手段】基板固定機構は、空気圧シリンダ４と、空気圧シリンダ４によって駆動されて基板５０を押圧固定する移動チャック３とを備え、空気圧シリンダ４には、シリンダ部１１の内空と外部とを連通する空気孔１５が形成され、空気孔１５は、移動チャック３が基板５０を固定状態としたときにピストンリング１３によって空気室１４の機密性が保持される位置で、かつ、移動チャック３が基板５０を固定状態とする位置よりもさらに駆動されて移動したときにピストンリング１３が空気孔１５の少なくとも一部を通り越して空気室１５の機密性が解放される位置に形成されることを特徴とする。また基板固定装置は基板検出部と圧縮空気の漏れを検出するセンサとを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板の検査装置や基板の移動装置において、基板を固定するための基板固定機構およびこの機構を備えた基板固定装置に関するものである。

プリント配線された基板やこれに部品実装された基板を検査する基板検査装置では、基板をあらかじめ位置固定する必要がある。このような基板を位置固定する基板固定機構が、例えば特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された被検査基板の位置固定機構では、基台上に一側チャック部と他側チャック部とが相互に近接方向に付勢されて配設されていて、この両チャック部で被検査基板を挟み込むことで固定している。

大量の基板を自動検査する検査装置では、基板セットステージで特許文献１に記載されたような基板固定機構（基板固定装置）に基板載置装置が基板を載置する。基板が載置されると固定され、基板検査ステージまで基台が移動する。基板検査が終了すると基台は基板取出ステージまで移動して、基板が取り出される。

このような検査装置では、例えば基板載置装置の不調等により、基板が載置されなかったり、基板が落下したりする場合がある。また、基板固定機構が移動している間に、基板が落下してしまう場合もある。そのため、基板固定装置に基板が固定されているか否かを検出する必要がある。

特許文献２には、光センサを備えて基板の保持部の位置ずれを検出する基板の搬出装置が記載されている。

例えば基板セットステージの基台下となる位置に、特許文献２に記載されたような光センサを配置することで、位置固定機構のチャック部等の位置ずれ検知して基板の固定の有無を検出することができる。

特開２００６−３００４９号公報 特開２００４−２４１４８４号公報

しかしながら、特許文献２に記載されたような光センサを設置しても、その光センサを設置した場所でしか基板の有無を検出することができない。このため、基板固定機構が順次移動していく装置では、光センサの設置場所よりも後で基板が落下した場合には、この落下を検出することができないという課題がある。また、光センサを備えることで、構造が複雑になるといった課題もある。

本発明はこれらの課題を解決するためになされたもので、簡便な構造でありながら、基板の固定の有無を常に検出することのできる基板固定機構および基板固定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なされた、特許請求の範囲の請求項１に記載された基板固定機構は、シリンダ部にピストンリング付きのピストンが嵌め込まれた空気圧シリンダの該シリンダ部の内空に圧縮空気が供給されることで該ピストンで駆動されて基板を押圧固定する移動チャックを備え、該シリンダ部の内空と外部とを連通する空気孔が形成され、該空気孔は、該移動チャックが該基板を固定状態としたときに該ピストンリングによって該内空の機密性が保持される位置で、かつ、該移動チャックが該基板を固定状態とする位置よりもさらに駆動されて移動したときに該ピストンリングが該空気孔の少なくとも一部を通り越して該内空の機密性が解放される位置に形成されることを特徴とする。

請求項２に記載された基板固定装置は、前記請求項１に記載の基板固定機構と、前記空気孔からの前記圧縮空気の漏れを検出するためのセンサと、該センサの検出値に基づいて該空気孔からの圧縮空気の漏れを検出したときに前記基板が固定されていないと判別する基板検出部と、を備えることを特徴とする。

請求項３に記載された基板固定装置は、請求項２に記載されたもので、前記センサが、前記空気圧シリンダに供給される前記圧縮空気の圧力を検知する圧力センサ、または、該圧縮空気の流量を検知する流量センサであることを特徴とする。

本発明による基板固定機構では、移動チャックが基板を固定状態としたときにピストンリングによってシリンダ部の内空の機密性が保持される位置で、かつ、移動チャックが基板を固定状態とする位置よりもさらに駆動されて移動したときにピストンリングが空気孔を通り越して内空の機密性が解放される位置に空気孔が形成されている。これにより、基板が固定されているときには圧縮空気は漏れず、基板が固定されていないときには、空気孔から圧縮空気が漏れて流れ出る。したがって、この基板固定機構は、この圧縮空気の漏れの有無を検知することで基板の固定の有無を常に検出することができる。また、この機構は、空気孔を形成しただけの簡便な構造である。

本発明による基板固定装置は、基板固定機構と、空気孔からの圧縮空気の漏れを検出するためのセンサと、基板検出部とを備え、基板検出部は、このセンサの検出値に基づいて空気孔からの圧縮空気の漏れを検出したときに基板が固定されていないと判別する。これにより、基板が固定されてないことを確実に検出することができる。

本発明による基板固定装置は、センサが、空気圧シリンダに供給される圧縮空気の圧力を検知する圧力センサ、または、圧縮空気の流量を検知する流量センサであることにより、圧縮空気流路にセンサを配置すればよいので、基板固定機構自体にセンサを配置する必要がなく、センサの配置の自由度が大きくなる。また、基板固定装置では、圧力センサや流量センサを他の機能の為に必要とする場合があり、この場合には、センサを共用できるので、装置コストが増加しない。

発明を実施するための好ましい形態

以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

図１には、本発明の基板固定機構の上面から観察した概要図が示されている。この図１には、図１（ａ）〜図１（ｃ）に、基板固定機構の使用状態での動作の様子が図示されている。同図中に、空気圧シリンダ４が断面で図示されると共に、本発明の理解を容易にするために空気圧シリンダ４の各部の寸法は実際のものよりも誇張して図示されている。

図１（ａ）に示されるように、基板固定機構１には、固定チャック２、移動チャック３、および空気圧シリンダ４が基台５の上に配置されている。固定チャック２は、基台５上にその位置が固定されており、同図に示されるように固定対象となる基板５０の隣接２辺に当接する形状に形成されている。また、固定チャック２には、この当接する隣接２辺に沿って基板５０を下側から支持するＬ字型の支持爪を有している。基台５には、基板５０の固定される位置の下に孔１９が開けられている。この孔１９は、基板５０を載置する際に、下側から載置補助台を上昇させるためのものである。

移動チャック３は、基板５０の残りの隣接２辺に当接する形状に形成されている。また、移動チャック３は、この隣接２辺に沿って基板５０を下側から支持するＬ字型の支持爪を有している。この移動チャック３は、固定チャック２と対向する向きで、基台５上のレール（非図示）に、固定チャック２の方向に進退自在に装着されている。また、移動チャック３には、引っ張りばね１８が基台５との間に架け渡されている。

空気圧シリンダ４は、シリンダ部１１に、ピストンリング１３付きのピストン１２が嵌め込まれて構成されて、シリンダ部１１の内空の空気室１４に圧縮空気が供給されることでピストン１２が作動可能に構成されている。この空気圧シリンダ４は、基台５上に位置が固定されている。

ピストン１２は、一例として大径の胴部および小径のロッド部を有する段付きの円柱形状に形成されている。その胴部側面には、環状に溝が形成されていて、その溝に、ゴム製で環状のピストンリング１３が嵌め込まれている。

シリンダ部１１は、空気圧シリンダ４の外壁を形成し、その内空は、ピストン１２の胴部よりも略大径で円筒状に形成されている。また、シリンダ部１１の左端（図の左側）には、その内空径よりも小径で圧縮空気流入口が形成されている。また、シリンダ部１１の右端（図の右側）には、ピストンのロッド部よりも略大径に孔開けされている。

このシリンダ部１１にピストン１２が挿入されていて、ピストン１２のロッド部はシリンダ部１１の右端の孔から突出して、移動チャック３に固定されている。ピストンリング１３は、ピストン１２の胴部とシリンダ部１１の内壁との隙間を閉塞する。圧縮空気流入口からピストンリング１３までのシリンダ部１１の内空の空間が空気室１４となる。

さらに、シリンダ部１１には、その内空と外部とを連通する空気孔１５が形成されている。この空気孔１５は、図１（ａ）に示されるように基板５０の固定前状態のときや、図１（ｂ）に示されるように移動チャック３が基板５０を固定状態としたときに、ピストンリング１３によって空気室１４の機密性が保持される位置に形成されている。なおかつ、空気孔１５は、図１（ｃ）に示されるように、移動チャック３が基板５０を固定状態とする位置よりもさらに駆動されて移動したときにピストンリング１３が空気孔１５の少なくとも一部を通り越して空気室１４の機密性が解放される位置に形成されている。

図２（ａ）に、本発明の基板固定装置の制御系ブロック図が示されている。

基板固定装置は、前述した基板固定機構１と、空気孔１５からの圧縮空気の漏れを検出するためのセンサの一例である圧力センサ２０と、基板検出部２１とを備えている。基板検出部２１は、圧力センサ２０の検出値に基づいて空気孔１５からの圧縮空気の漏れを検出したときに基板５０が固定されていないと判別するものである。以下、詳細に説明する。

同図に示されるように、基板固定機構１の空気圧シリンダ４への圧縮空気流路に、圧縮空気の圧力を検知する圧力センサ２０が配置されている。この位置は、圧縮空気流路上であればよいので、配置の自由度が大きい。圧力センサ２０は、基板検出部２１に接続されて検知圧力値（検出値）を出力する。

基板検出部２１は、中央処理装置やメモリなど備えて、基板固定装置全体を作動制御する制御部と兼用されている。この基板検出部２１は、圧力センサ２０によって検知される検知圧力値に基づいて、基板５０の有無を検出する。

具体的には、この基板検出部２１には、あらかじめ、図１（ｂ）に示されるように移動チャック３が基板５０を固定した状態において、圧力センサ２０によって検出されうる圧力の最小値（以下、「圧力閾値」という）が記録されている。基板検出部２１は、圧縮空気が空気圧シリンダ４に供給されている状態のときに、図３（ａ）に示されるフローチャートに従って基板検出処理Ａを実施する。基板検出部２１は、この基板検出処理Ａで、圧力センサ２０によって検知された検知圧力値と圧力閾値との比較を行い（ステップ４０）、検知圧力値が圧力閾値以上の場合には基板５０が有る、つまり正常に固定されていると判別する（ステップ４１）。また、基板検出部２１は、ステップ４０で、検知圧力値が圧力閾値よりも小さい場合には基板５０が無い、つまり固定されていないと判別し（ステップ４２）、後述する基板無・基板落下時の処理（ステップ４３）を実行する。基板検出部２１は、ステップ４０、４１の処理を繰り返しループ処理する。

先ず、基板５０が基板固定機構１に正常に固定される場合の基板固定装置の動作について説明する。

最初に、基板固定機構１は基板セットステージに移動される。この際には、空気圧シリンダ４に圧縮空気が供給されず、図１（ａ）に示されるように、引っ張りばね１８の付勢力によって移動チャック３およびピストン１２が、固定チャック２から遠ざかる方向に移動している。これにより、固定チャック２と移動チャック３との間が大きく開口する。

この状態で、固定チャック２および移動チャック３の間に、基板５０が自動的に載置される。この際には、基板５０を下から支える載置補助台（非図示）が上昇している。

基板５０が載置されると、空気圧シリンダ４に圧縮空気が供給される。これにより、図１（ｂ）に二点鎖線Air で示されるように、空気室１４に圧縮空気が供給されることで圧縮空気の圧力で引っ張りばね１８の付勢に抗しつつ、ピストン１２が作動して、図の右方向に移動する。これにより、移動チャック３が固定チャック２の方向に駆動されて基板５０に当接し、基板５０を押圧固定する。圧縮空気が供給されてから所定タイミングで、載置補助台が下降する。

基板検出部２１は、空気圧シリンダ４に圧縮空気が供給されたときから、前記した基板検出処理Ａを開始する。基板検出部２１は、図３（ａ）に示されるステップ４０で、圧力センサ２０からの検知圧力値と、あらかじめ記録されている圧力閾値とを比較する。

この図１（ｂ）に示される場合には、ピストン１２が作動しても移動チャック３が基板５０に当接して停止することにより、ピストンリング１３は、空気孔１５よりも流入口側の位置で停止する。このため、空気室１４の機密性が保持される。したがって、空気圧シリンダ４に供給される圧縮空気は漏れることなく、その圧力が維持される。これにより、検知圧力値は圧力閾値以上となるため、基板検出部２１は、基板５０が有ると判別する（ステップ４１）。

基板固定機構１は、基板セットステージから、検査ステージ、基板取出ステージへと順次移動する。この間も、基板検出部２１は、基板検出処理Ａを継続する。基板取出ステージで圧縮空気の供給が停止されたときに、基板検出部２１は、その処理を終了する。

次に、基板５０が基板固定機構１に固定されない場合の基板固定装置の動作について説明する。

この場合は、基板５０が、落下したり、固定チャック２や移動チャック３よりも上方に迫り上がったりして、固定されていない場合である。また、基板５０が一度固定されたとしても基板固定機構１が移動する最中に基板固定機構１から落下してしまう場合も想定される。

この場合には、前記とは異なり移動チャック３が基板５０に当接せず、図１（ｂ）のように停止しないため、ピストン１２はさらに図の右側方向に移動する。これにより、図１（ｃ）に示されるように、ピストンリング１３は、空気孔１５を通り越す。

これにより、空気室１４の機密性が解放されて、同図中に二点鎖線Air で示されるように、供給されている圧縮空気が空気孔１５を通って外部に流れ出る。このため、圧縮空気流路内の圧力が低下して、検知圧力値が最低圧力値よりも小さくなる。したがって、基板検出部２１は、基板検出処理Ａで基板が無いと判別する（ステップ４０，４２）。なお、ピストン１２は、その胴部がシリンダ部１１の右端部に当たって停止する。

基板検出部２１は、ステップ４２で基板が無いと判別したときには、例えば、その基板固定装置に対しては基板検査ステージで検査を行わずに通過させたり、または、基板固定装置を含む検査装置全体を停止させたり、といった基板無・基板落下時の処理（ステップ４３）を行う。

基板検出部２１は、圧縮空気が供給されている間、常に基板検出処理Ａを行うため、基板固定機構１に基板５０が一旦固定された後に落下したとしても、それを検出することができる。

このように、本発明の基板固定機構１および基板固定装置によれば、特定の場所に光センサが配置される従来の装置と異なり、基板５０の有無を常に検出することができる。その機構は、空気圧シリンダ４のシリンダ部１１に空気孔１５を形成するだけの簡便な構造である。

なお、上記した説明では、空気圧シリンダ４への圧縮空気の供給路に、圧力センサ２０を配置した例について説明したが、図２（ｂ）に示されるように、本発明のセンサの一例である圧縮空気の流量を検知する流量センサ２０ａを配置することもできる。この流量センサ２０ａは、基板検出部２１ａに接続されて検知流量値（検出値）を出力する。この基板検出部２１ａは、流量センサ２０ａによって検知される検知流量値に基づいて、基板５０の有無を検出する基板検出処理Ｂを実施する。

図１（ｂ）に示されるように移動チャック３が基板５０を固定しているときには圧縮空気は空気孔１５から漏れないのでほとんど流れない。一方、図１（ｃ）に示されるように、基板５０が固定されていないときには圧縮空気が空気孔１５から漏れて流れる。この流量の差を検出するため、基板検出部２１ａには、あらかじめ、図１（ｂ）の状態で測定されうる最大の検知流量値（以下、「流量閾値」という）を記録しておく。

基板検出部２１ａは、図３（ｂ）のフローチャートに示される基板検出処理Ｂを行う。なお、前記した基板検出処理Ａと同様の処理には同じ符号を付す。基板検出部２１ａは、圧縮空気が空気圧シリンダ４に供給されている状態のときに、流量センサ２０ａによって検知された検知流量値と流量閾値との比較を行う（ステップ４０ａ）。検知流量値が流量閾値以下の場合には基板５０が有ると判別する（ステップ４１）。また、基板検出部２１ａは、検知流量値が流量閾値よりも大きい場合には基板５０が無いと判別し（ステップ４２）、基板無・基板落下時の処理（ステップ４３）を実行する。基板検出部２１ａは、このステップ４０ａ、４１をループ処理する。

この流量閾値や前記した圧力閾値の値は、圧縮空気が空気孔１５から流れ出ていることを検知できる値であれば適宜変更して用いることができる。

また、前記した説明では、固定チャック２は移動せず移動チャック３だけが移動する例について説明したが、基板５０の両側に移動チャックを配置して、この一対の移動チャックをリンク機構などで連動して移動可能に接続し、１つの空気圧シリンダ４でこの一対の移動チャックを移動させて基板５０を固定してもよい。この場合であっても、空気圧シリンダ４の空気孔１５からの漏れを検出することにより、基板の固定の有無を検出することができる。

また、空気圧シリンダ４の空気孔１５を、複数形成しても良い。

本発明を適用する基板固定機構の概要図である。 本発明を適用する基板固定装置の制御系ブロック図である。 本発明を適用する基板検出部の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１は基板固定機構、２は固定チャック、３は移動チャック、４は空気圧シリンダ、５は基台、１１はシリンダ部、１２はピストンロッド、１３はピストンリング、１４は空気室、１５は空気孔、１８は引っ張りばね、１９は孔、２０は圧力センサ、２０ａは流量センサ、２１,２１ａは基板検出部、４０〜４３、４０ａはフローチャートにおけるステップ、５０は基板、Ａ，Ｂは基板検出処理、Air は圧縮空気の流れ方向である。

Claims (3)

1. シリンダ部にピストンリング付きのピストンが嵌め込まれた空気圧シリンダの該シリンダ部の内空に圧縮空気が供給されることで該ピストンで駆動されて基板を押圧固定する移動チャックを備え、
   該シリンダ部の内空と外部とを連通する空気孔が形成され、該空気孔は、該移動チャックが該基板を固定状態としたときに該ピストンリングによって該内空の機密性が保持される位置で、かつ、該移動チャックが該基板を固定状態とする位置よりもさらに駆動されて移動したときに該ピストンリングが該空気孔の少なくとも一部を通り越して該内空の機密性が解放される位置に形成されることを特徴とする基板固定機構。
2. 前記請求項１に記載の基板固定機構と、前記空気孔からの前記圧縮空気の漏れを検出するためのセンサと、該センサの検出値に基づいて該空気孔からの圧縮空気の漏れを検出したときに前記基板が固定されていないと判別する基板検出部と、を備えることを特徴とする基板固定装置。
3. 前記センサが、前記空気圧シリンダに供給される前記圧縮空気の圧力を検知する圧力センサ、または、該圧縮空気の流量を検知する流量センサであることを特徴とする請求項２に記載の基板固定装置。

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