JP2010135551A

JP2010135551A - 吸着ヘッドおよび球状粒体移送装置

Info

Publication number: JP2010135551A
Application number: JP2008309711A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamazaki; 浩山嵜; Toshihiko Kanai; 敏彦金井
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2008-12-04
Filing date: 2008-12-04
Publication date: 2010-06-17
Anticipated expiration: 2028-12-04
Also published as: JP5280171B2

Abstract

【課題】簡単に構造でき、しかも吸着の解除動作だけで球状粒体を確実に離し得るようにする。
【解決手段】内部に空隙１１が形成されたヘッド本体２にこのヘッド本体２の外面（吸着面）１２ａに開口すると共に空隙１１と連通する吸気孔１３が形成されて、空隙１１が負圧にされることによって外面１２ａにおける吸気孔１３の開口部分に半田ボール４を吸着する吸着ヘッド１であって、吸気孔１３の内周面における外面１２ａの近傍に、吸着された半田ボール４によって押動されて吸気孔１３の内側に弾性変形するバネ３が配設されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内部に形成された空隙を負圧にすることによって吸着面に開口する吸着孔に球状粒体を吸着する吸着ヘッド、およびこの吸着ヘッドを備えた球状粒体移送装置に関するものである。

この種の吸着ヘッドとして、下記特許文献１に開示された吸着ヘッドが知られている。この吸着ヘッドは、下面に半田ボール（球状粒体）を真空吸着するための透孔が形成された本体と、真空吸着される半田ボールが嵌合する透孔を有すると共に本体の下面に沿って摺動自在にこの下面に取り付けられた半田ボールマスクと、本体の下面に沿って半田ボールマスクを移動せしめる手段とを備えて構成されている。この吸着ヘッドでは、本体の下面に形成された透孔と半田ボールマスクに形成された透孔とが連通する状態で、半田ボールを半田ボールマスクに形成された透孔に吸着する。一方、吸着している半田ボールを離すときには真空吸着を解除すると共に、半田ボールマスクを本体の下面に沿って摺動させる。これにより、真空吸着の解除だけでは離れない半田ボールについても確実に吸着ヘッドから落下させることができる。
特開平５−１２９３７４号公報（第３−５頁、第１図）

ところが、上記の吸着ヘッドには、以下の問題点がある。すなわち、この吸着ヘッドでは、真空吸着した半田ボール（球状粒体）を確実に離すために、半田ボールマスクと、この半田ボールマスクを移動させる手段とが必要となる。このため、この吸着ヘッドには、構造が複雑であるという問題点が存在すると共に、真空吸着の解除以外に半田ボールマスクを移動させる手段を作動させる動作も必要になるため、半田ボールを離すための処理が煩雑であるという問題点も存在している。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、簡易に構成でき、しかも吸着の解除動作だけで球状粒体を確実に離し得る吸着ヘッドおよび球状粒体移送装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の吸着ヘッドは、内部に空隙が形成されたヘッド本体に当該ヘッド本体の吸着面に開口すると共に前記空隙と連通する吸気孔が形成されて、当該空隙が負圧にされることによって前記吸着面における前記吸気孔の開口部分に球状粒体を吸着する吸着ヘッドであって、前記吸気孔の内周面における前記吸着面の近傍に、前記吸着された前記球状粒体によって押動されて当該吸気孔の内側に弾性変形するバネが配設されている。

また、請求項２記載の吸着ヘッドは、請求項１記載の吸着ヘッドにおいて、前記バネは、平板状のスパイラルコイルで構成されて、外周側が前記吸気孔の前記内周面に固定されている。

また、請求項３記載の球状粒体移送装置は、請求項１または２記載の吸着ヘッドと、当該吸着ヘッドを移動させる移動機構と、前記吸着ヘッドの前記空隙を負圧にする負圧機構と、前記移動機構を制御して前記吸着ヘッドを前記球状粒体の吸着位置に移動させる処理、前記負圧機構を制御して前記空隙を負圧にさせる処理、当該空隙が負圧にされることによって前記吸着面における前記吸着孔の前記開口部分に前記球状粒体が吸着された前記吸着ヘッドを前記移動機構を制御して目標位置まで移動させる処理、および当該目標位置において前記負圧機構を制御して前記空隙の負圧を解除することによって前記吸着ヘッドによる前記球状粒体の吸着を解除する処理を実行する制御部とを備えている。

請求項１記載の吸着ヘッドでは、吸着ヘッドの各吸気孔の内周面における開口部（吸着面の開口部）の近傍に、吸着された球状粒体によって押動されて吸気孔の内側に弾性変形するバネが配設されている。このため、吸着ヘッドに吸着された球状粒体には、吸着面から離反する方向の付勢力がバネから常時加わった状態となる。したがって、この吸着ヘッドおよびこの吸着ヘッドを備えた球状粒体移送装置によれば、簡易に構成できると共に、球状粒体の吸着動作を解除（停止）するだけで、弾性変形したバネからの付勢力によって球状粒体を吸着ヘッドにおける吸着面から確実に離反させることができる。

また、請求項２記載の吸着ヘッドでは、バネとして平板状のスパイラルコイルを使用したことにより、バネを吸気孔の内周面から径方向に沿って（径方向に対して平行に）延出させる構成と比較して、バネの長さを広い範囲に亘って自由に設定可能となる。したがって、この吸着ヘッドおよびこの吸着ヘッドを備えた球状粒体移送装置によれば、バネの付勢力を極めて弱い状態（バネが細く長い状態）から強い状態（バネが太く短い状態）まで広い範囲に亘って調整することができるため、吸着する球状粒体の重さに適した付勢力に規定することができる。これによって、球状粒体の吸着および吸着解除を一層確実に実行することができるため、吸着ミスや離反ミスを大幅に低減することができる。

以下、本発明に係る吸着ヘッドおよび球状粒体移送装置の最良の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、以下、球状粒体の一例として、半田ボール（マイクロボール）を挙げて説明する。

最初に、吸着ヘッド１の構成について図１，２を参照して説明する。

吸着ヘッド１は、図１に示すように、ヘッド本体２およびバネ３を備え、半田ボール４を吸着可能に構成されている。具体的には、ヘッド本体２は、一例として、内部に空隙１１が形成された箱体（本例では直方体）として構成されている。また、ヘッド本体２における底壁１２には、底壁１２の外面（本発明における吸着面として機能する面）１２ａに開口すると共に空隙１１と連通する吸気孔１３が、底壁１２の厚み方向に沿って１つ以上（本例では複数（一例として図２に示すように９個））形成されている。また、吸気孔１３は、一例として図１に示すように、外面１２ａ寄りの内周面がテーパ面（内径が外面１２ａに向かうに従って次第に大径となるテーパ面）に形成されると共に、このテーパ面に形成された内周面を除く内周面（テーパ面との境界部分から空隙１１に至るまでの内周面）の内径が全域に亘って一定（半田ボールの直径よりも小径な状態で）に形成されている。この吸着ヘッド１では、上記のように吸気孔１３における外面１２ａ側の内周面をテーパ面に形成したことにより、吸気孔１３に半田ボール４を安定した状態で吸着可能となっている。また、ヘッド本体２には、空隙１１内の空気を排気するための排気孔１４が形成されている。

バネ３は、図２に示すように、１つの平板状のスパイラルコイル（つまり、同一平面内で巻回されたスパイラルコイル）で構成されている。また、バネ３は、図１に示すように、各吸気孔１３の内周面における外面１２ａ寄りの部位（吸気孔１３の開口部の近傍の一例）に、吸気孔１３の軸線方向（底壁１２の厚み方向）と直交する状態で、かつその外周側の部位（基部）が吸気孔１３の内周面に固定（一例として接着剤で固定）された状態で配設されている。具体的には、バネ３は、各吸気孔１３の内周面における内径が一定な領域とテーパ面に形成された領域との境界部分に配設されている。また、バネ３は、その先端（内周側の端部）が、吸気孔１３の中心近傍に位置するように形成されている。このように吸気孔１３の内周面における外面１２ａ寄りに配設されることにより、バネ３は、半田ボール４が吸気孔１３に吸着された際には、半田ボール４における吸気孔１３内に嵌り込んだ部位の外面（外周面）と当接可能となっている。また、バネ３として平板状のスパイラルコイルを使用したことにより、吸気孔１３の内周面に固定されたバネ３の基部から先端までの長さを広い範囲に亘って自由に設定することができる。このため、バネ３の付勢力も、極めて弱い状態から強い状態まで広い範囲に亘って調整することができ、吸着する球状粒体の重さに適した大きさに規定することができる。

次に、この吸着ヘッド１を備えた球状粒体移送装置（半田ボール移送装置）の構成について図３を参照して説明する。

半田ボール移送装置２１は、上記の吸着ヘッド１、移動機構２２、負圧機構２３および制御部２４を備え、吸着位置に配設された半田ボール４を吸着ヘッド１で吸着して、目標位置まで移送すると共にその目標位置に載置（搭載）可能に構成されている。なお、以下では、半田ボール移送装置２１が、吸着位置に配置されたトレイ３１から半田ボール４を吸着して、目標位置に配置された基板３２の表面（具体的には、この表面に塗布された半田フラックス３３）に半田ボール４を載置する半田ボール搭載装置として機能する例を挙げて説明する。

移動機構２２は、一例として、不図示の一次元移動機構（移動対象体をＺ軸方向に沿って移動させる移動機構）と、一次元移動機構をＸ−Ｙ座標平面（同図中のＸ軸とＹ軸とで規定される二次元座標平面）内で二次元的に独立して移動させる不図示の二次元移動機構とを備えて構成されている。また、この一次元移動機構には、吸着ヘッド１が移動対象体として取り付けられている。この構成により、移動機構２２は、制御部２４によって制御されて、吸着ヘッド１をトレイ３１と基板３２との間で移動させる。負圧機構２３は、例えば真空ポンプ（不図示）を備え、不図示の配管を介して吸着ヘッド１の排気孔１４と連結されている。また、負圧機構２３は、制御部２４によって制御されて、吸着ヘッド１内の空隙１１を負圧状態および負圧解除状態のうちの一方の状態に移行させる。

制御部２４は、ＣＰＵおよびメモリ（いずれも図示せず）を備えて構成されて、移動機構２２および負圧機構２３に対する制御を行って、半田ボール４の基板３２への搭載処理（移送処理の一例）を実行する。

続いて、半田ボール移送装置２１の動作について、吸着ヘッド１の動作と併せて説明する。

この半田ボール移送装置２１の作動状態において、制御部２４が搭載処理を開始したときには、まず、制御部２４は、移動機構２２を制御することにより、吸着ヘッド１をトレイ３１に移動させる処理を実行する。次いで、制御部２４は、負圧機構２３を作動させて半田ボール４を吸着ヘッド１に吸着させる処理を実行する。具体的には、この処理では、制御部２４は負圧機構２３を作動させて、吸着ヘッド１の排気孔１４から空気を排気することにより、空隙１１内を負圧状態に移行させる。これにより、図４に示すようにトレイ３１内における各吸気孔１３（同図では発明の理解を容易にするために１つの吸気孔１３のみを示している）の下方に配設されていた半田ボール４が、図５に示すように各吸気孔１３の開口部分（本例ではテーパ面）に吸着される。この半田ボール４の吸着状態においては、各半田ボール４は、各吸気孔１３の開口部分に密着した状態となると共に、その上部が吸気孔１３内に嵌り込んだ状態となる。したがって、各吸気孔１３に配設されたバネ３は、同図に示すように、各半田ボール４における吸気孔１３内に嵌り込んだ部位の外面（外周面）と当接すると共に、弾性変形して、吸気孔１３の内側に押動された状態となっている。この状態では、各半田ボール４には、弾性変形したバネ３によって吸気孔１３の開口部分から離反する方向の付勢力が常時加わっているが、吸着ヘッド１による吸着力が上回っているため、各半田ボール４は吸着ヘッド１に吸着された状態に維持される。

続いて、制御部２４は、負圧機構２３および移動機構２２を制御することにより、空隙１１内を負圧状態に維持しつつ（つまり、各半田ボール４の吸着を維持しつつ）、吸着ヘッド１を目標位置まで移動させる処理を実行する。これにより、吸着ヘッド１によって吸着された各半田ボール４は、基板３２の表面に塗布された半田フラックス３３の上方に正確に移送させられる。次いで、制御部２４は、負圧機構２３を制御して排気孔１４からの空気の排気を停止させることにより、空隙１１内を負圧解除状態に移行させる。これにより、吸着ヘッド１による半田ボール４に対する吸着力がゼロになるため、半田ボール４は、重力、および弾性変形しているバネ３から加わっている付勢力（吸気孔１３の開口部分から離反する方向への付勢力）によって、図６に示すように、吸気孔１３の開口部分から基板３２に向けて落下させられて、図７に示すように、基板３２に塗布された半田フラックス３３上に搭載（移送）される。これにより、半田ボール４の基板３２への搭載処理が完了する。なお、半田ボール４の吸着を終了した状態の吸着ヘッド１の各バネ３は、図７に示すように、底壁１２の外面１２ａとほぼ平行な平板状の状態に復帰する。

このように、この吸着ヘッド１、およびこの吸着ヘッド１を備えた半田ボール移送装置２１では、吸着ヘッド１の各吸気孔１３の内周面における底壁１２の外面１２ａ（吸着面）の近傍に、吸着された半田ボール４によって押動されて吸気孔１３の内側に弾性変形するバネ３が配設されている。このため、吸着ヘッド１に吸着された半田ボール４には、外面１２ａから離反する方向の付勢力がバネ３から常時加わった状態となる。したがって、この吸着ヘッド１および半田ボール移送装置２１によれば、簡易に構成できると共に、吸着ヘッド１による半田ボール４の吸着動作を解除（停止）するだけで、弾性変形したバネ３からの付勢力によって半田ボール４を吸着ヘッド１における底壁１２の外面１２ａから確実に離反させることができる。

また、吸着ヘッド１および半田ボール移送装置２１では、バネ３として平板状のスパイラルコイルを使用したことにより、バネ３を吸気孔１３の内周面から径方向に沿って（径方向に対して平行に）延出させる構成と比較して、バネ３の長さを広い範囲に亘って自由に設定可能となる。したがって、この吸着ヘッド１および半田ボール移送装置２１によれば、バネ３の付勢力を極めて弱い状態（バネ３が細く長い状態）から強い状態（バネ３が太く短い状態）まで広い範囲に亘って調整することができるため、吸着する半田ボール４の重さに適した付勢力に規定することができる。したがって、この吸着ヘッド１および半田ボール移送装置２１によれば、半田ボール４の吸着および吸着解除を一層確実に実行することができ、吸着ミスや離反ミスを大幅に低減することができる。

なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、上記の吸着ヘッド１では、吸気孔１３に配設するバネ３の数を１個としているが、図８に示すように、バネ３として平板状のスパイラルコイルを使用しつつ、その数を２個にすることもできる。この場合、２個のバネ３は、同一平面状に配置するのが好ましいため、同図に示すように、一方のバネ３を他方のバネ３に対して、１８０°回転させた状態で双方を組み合わせて使用する。このように、バネ３の数を２個にすることにより、吸気孔１３の内周面に固定される各バネ３の基部の位置が吸気孔１３の軸線に対して点対称な位置となるため、１個の構成と比較して、吸着される半田ボール４に対してバランスの良く付勢力を印加することができる。

また、バネ３としては、平板状のスパイラルコイルに限定されず、立体形状（ホーン形状）のスパイラルコイルを使用することもできるし、さらには、図９に示すように、舌片状（本例では一例として長方形状の構成を図示するが、三角形など各種の形状に構成することができる）の板バネを使用すると共に、各バネ３を同一平面（外面１２ａと平行な平面）内において、等角度間隔で吸気孔１３の内周面から中心に向けて（吸気孔１３の径方向に沿って内周面から）突出させて配置する構成を採用することもできる。また、球状粒体として半田ボール４を例に挙げて説明したが、半田ボール４以外の球状粒体に吸着ヘッド１および半田ボール移送装置２１を適用してもよいのは勿論である。

また、上記した例では、吸気孔１３毎に個別にバネ３を取り付ける構成を採用しているが、例えば底壁１２の外面１２ａとほぼ同じ形状の１枚の金属板に対してメッキ処理や打ち抜き処理などを施すことで、各吸気孔１３に対応した位置にバネ３を形成して、図１０に示すように、この金属板４１を底壁１２に取り付ける構成を採用することもできる。この場合、同図に示すように、吸気孔１３の一部を構成する孔１３ａ（一定の内径の孔）が形成された第１層Ａと、吸気孔１３の残りの部分を構成する孔１３ｂ（内周面がテーパ面に形成された孔）が形成された第２層Ｂとで底壁１２を２層に構成し、各バネ３が各孔１３ａに対応するように第１層Ａの表面（底面）に金属板４１を配設し、この金属板４１の表面に第２層Ｂを固定板として取り付けて、各層Ａ，Ｂ間で金属板４１を挟持させる。また、この構成では、固定板として機能する第２層Ｂの表面が底壁１２の外面１２ａとなり、吸着面となる。なお、図１０に示す吸着ヘッド１は、図１に示す吸着ヘッド１と比較して、上記した各バネ３の構造および底壁１２の構造において相違するのみで、他の構成については同一であるため、同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。このようにして、一枚の板に複数のバネ３を形成する構成を採用することにより、バネ３の製造および取付け作業に要する時間を大幅に短縮することが可能となる。

吸着ヘッド１の断面図である。吸着ヘッド１の底面図である。半田ボール移送装置２１の構成を示すブロック図である。半田ボール４を吸着する前のバネ３の状態を示す吸気孔１３近傍の要部拡大図である。半田ボール４の吸着時におけるバネ３の状態を示す吸気孔１３近傍の要部断面図である。半田ボール４の吸着を解除した直後におけるバネ３の状態を示す吸気孔１３近傍の要部断面図である。半田ボール４を基板３２の半田フラックス３３に搭載した状態でのバネ３の状態を示す吸気孔１３近傍の要部断面図である。バネ３としてスパイラルコイルを２個使用した構成を示す吸気孔１３の開口部分の要部底面図である。バネ３として板バネを複数（一例として４個）使用した構成を示す吸気孔１３の開口部分の要部底面図である。他の吸着ヘッド１の断面図である。

符号の説明

１吸着ヘッド
２ヘッド本体
３バネ
４半田ボール
１１空隙
１２底壁
１２ａ外面（吸着面）
１３吸気孔
２１半田ボール移送装置
２２移動機構
２３負圧機構
２４制御部

Claims

内部に空隙が形成されたヘッド本体に当該ヘッド本体の吸着面に開口すると共に前記空隙と連通する吸気孔が形成されて、当該空隙が負圧にされることによって前記吸着面における前記吸気孔の開口部分に球状粒体を吸着する吸着ヘッドであって、
前記吸気孔の内周面における前記吸着面の近傍に、前記吸着された前記球状粒体によって押動されて当該吸気孔の内側に弾性変形するバネが配設されている吸着ヘッド。
前記バネは、平板状のスパイラルコイルで構成されて、外周側が前記吸気孔の前記内周面に固定されている請求項１記載の吸着ヘッド。
請求項１または２記載の吸着ヘッドと、
当該吸着ヘッドを移動させる移動機構と、
前記吸着ヘッドの前記空隙を負圧にする負圧機構と、
前記移動機構を制御して前記吸着ヘッドを前記球状粒体の吸着位置に移動させる処理、前記負圧機構を制御して前記空隙を負圧にさせる処理、当該空隙が負圧にされることによって前記吸着面における前記吸着孔の前記開口部分に前記球状粒体が吸着された前記吸着ヘッドを前記移動機構を制御して目標位置まで移動させる処理、および当該目標位置において前記負圧機構を制御して前記空隙の負圧を解除することによって前記吸着ヘッドによる前記球状粒体の吸着を解除する処理を実行する制御部とを備えている球状粒体移送装置。