JP2013166234A - 高脆性部材の自動配列装置及び配列方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水晶素板などの脆性の高い部材を密着して配列するための配列装置及び配列方法を提供する。
【解決手段】高脆性部材の配列装置において、ワークを非接触状態にて懸垂保持している非接触チャックは、水平移動機構と垂直移動機構を用いてワークの端面と台座の端面の高さをほぼ揃える位置に移動し、その後、水平移動機構を用いて台座の端面上部を移動することによりワークの端面と台座の端面が接触し、その接触力により非接触チャックからワークを分離し、自動的に台座の端面近隣に配列する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高脆性部材の配列装置及び配列方法に係り、特に水晶発振子を構成する水晶素板を高精度に配列する自動配列装置に関するものである。

水晶発振子は、時計、コンピュータ、携帯用電話機、電子楽器などの様々なアナログ及びデジタル回路の発振素子として使用されており、近年のＩＣ回路の発展に伴い、小型、薄型化した水晶発振子がＩＣ回路に組み込まれ、その需要は、更に増加する見込みにある。

このような水晶発振子を構成する水晶の素板は、厚さが数十μｍの非常に薄い透明板からなる。素板は天然水晶及び人工水晶の双方を採用し得るが、何れの場合においても、一定の寸法、例えば３ｍｍ×５ｍｍのほぼ長方形の形状に加工された後に洗浄工程、乾燥工程、エッチング工程、電極形成工程などが実施される。

水晶素板は、寸法が小さいばかりでなく上述の如く非常に薄いため、目視では見難く、しかも把持するピンセットによって欠けたり割れたりする事故が発生し易く、このために各工程におけるハンドリングには高度な熟練を要した。しかもこのように扱い難いワークを割れや欠けがないように、トレイ状キャリアの各区画への収納や台座上に配列する必要があった。このような作業を自動化しようとしても、水晶素板の脆性が高いため従来のロボット制御による扱いは難しく、結局は人手による作業に委ねざるを得なかった。

従って、見づらいものを扱うために、目が疲労し易く、しかもこのような作業を反復継続して行わなければならないために、身体にとってかなり過酷な作業となっていた。このように水晶素板を人手によって収集し、且つ配列する作業は極めて煩雑で非効率的であり、生産工程の効率化を阻む要因の一つとなっていた。

特開２００２−８６０８２号公報で公開された先行技術は、（１）．水晶素板を、縦方向及び横方向において複数の線状によって区分され、水晶素板の対角線方向を含む全ての方向における最大幅よりも更に大きい幅による区画を配列している区画板の両面側から、各区画ごとに水晶素板の全ての方向における最小幅よりも更に小さい幅による隙間を有している隙間板を固着することによって、配置状態を維持しているトレイを単位として、エッチング、水洗及び遠心分離を含む乾燥による各工程を経ることに基づく水晶素板の洗浄システム、（２）．各水晶素板を個別に配列するために、縦方向及び横方向において複数の直線状の枠によって区分けされ、水晶素板の対角線方向を含む全ての方向における最大幅の更に大きい幅による区画を配列している区画板の両面側から、各区画ごとに水晶素板の全ての方向における最小幅よりも小さい幅による隙間を有している隙間板を固着することができる水晶素板の洗浄システムに使用するトレイ、（３）．気流によって薄型片を吸引し、その吸引を中止することによって、薄型片を排出することができる作動器具をロボットシステムの制御を用いて、トレイの各区画に配置されている水晶素板を吸引し、水晶素板を配列するためのマスクの各区画の位置にその作動器具を移動させ、当各区画の位置において、かつ各水晶素板をマスクの各区画ごとに配列することに基づく水晶素板のマスク配列装置としている。

特開２０００−３２６２７３号公報で公開された先行技術は、複数個のワークを搬送する搬送手段と、その搬送手段によって、搬送されたワークを一時的に保持する第１の保持手段と、第１の保持手段を振動させる振動手段と、第１の保持手段上の状態を画像取り込みする画像取り込み手段と、第１の保持手段から前記ワークを所定の位置に移動させる移動手段と、前記各手段を一括制御する制御手段とを備えた水晶素板の配列装置としている。

特開平６−１５６７０７号公報で公開された先行技術は、パ−ツフィ−ダ、案内溝、ストッパ、チャックから構成されている。案内溝は、横方向に直線状に設けてパ−ツの厚みと同じ深さに形成し、その溝面をパ−ツが重なったとき落下する角度に傾斜して設ける。その先端には、案内溝を塞ぐ案内溝と直交する面を有するストッパを設ける。そして、案内溝におけるストッパの手前の位置をチャック位置とし、そのチャック位置で案内溝に切欠きを設ける。切欠きに向けて進退するチャックをホルダで支持して案内溝の裏面に配置する。そして、チャックでパ−ツを１つずつ吸着してホルダを移動し、チャック位置から所定位置へと運ぶこととしている。

特開平９−２６２７８４号公報で公開された先行技術は、ワークを黒色で艶があるワーク供給トレイ上に配し、リングライトによって斜め方向から光を照射し、ワークのエッジの部分を乱反射させて光らせ、その画像をＣＣＤカメラによって取込むとともに、コンピュータによって画像処理し、画像処理されたデータに基づいてロボットによってマスクトレイ上に正しく配列することとしている。

特開２００２−８６０８２号公報 特開２０００−３２６２７３号公報 特開平６−１５６７０７号公報 特開平９−２６２７８４号公報

本発明が解決しようとする課題は、水晶素板などの脆性の高い部材を自動的に密着して配列するようにした配列装置及び配列方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、請求項１の発明は、空気を噴出することにより第１のワークを吸引し非接触状態にて懸垂保持する非接触チャックと、前記ワークの厚さと略同じ厚さの端面を有する台座と、前記非接触チャックを水平方向に移動させる水平移動機構と、該非接触チャックを垂直方向に移動させる垂直移動機構とを有することを特徴とする高脆性部材の自動配列装置である。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載の自動配列装置において、前記非接触チャックに空気を供給し噴出することにより前記ワークをベルヌーイ効果とエゼクタ効果により吸引し非接触状態にて懸垂保持しながら、該ワークの端面を前記水平移動機構と前記垂直移動機構により、前記台座の端面に突き当てることを特徴とする高脆性部材の自動配列方法である。

上記構成において、第１のワークを非接触状態にて懸垂保持している非接触チャックは、水平移動機構と垂直移動機構を用いてワークの端面と台座の端面の高さをほぼ揃える位置に移動し、その後、水平移動機構を用いて台座の端面上部を移動することによりワークの端面と台座の端面が突き当たり、その接触力によりワークは非接触チャックから分離し、自動的に台座の端面近隣に配列され位置決めすることができる高脆性部材の配列装置となる。

また、請求項３の発明は、請求項１に記載の自動配列装置において、前記ワークの厚さと同等厚さの端面を有する台座の配列面上に、隙間を設けて前記ワーク載り上がり防止板を設置したことを特徴とする高脆性部材の自動配列装置である。

また、請求項４の発明は、請求項３に記載の自動配列装置において、毛体を介して、前記ワークを、前記台座の端面に突き当てることを特徴とする高脆性部材の自動配列方法である。

本発明では、非接触チャックは懸垂保持方向に吸引力と反発力を発生しワークを非接触状態にて保持しており、水平方向に対する拘束力は弱いため、ワークは突き当て時に水平方向に作用する接触力によって非接触チャックから分離し、破損することなく、突き当てた台座の端面近隣に配列することができる。また、ワークの厚さと略同じ厚さの端面を有する台座の配列面上に、隙間を設けてワーク載り上がり防止板を設置し、ブラシなどの毛体を介して、ワークを台座の端面に確実に突き当てることにより、ワークが台座の端面に載り上がることが確実に防止できるようになった。

これを受けて、今まで人手に委ねていた高脆性部材の配列作業を自動化でき効率化できる。また、水平移動機構に高精度なアクチュエータを備える必要がないことから装置を簡素化でき、低廉化を図ることができる。

本発明の第１の実施例に係る高脆性部材の自動配列装置及び方法を示す概略図 非接触チャックの内部構造を示す断面図 非接触チャックの下面図 本発明の第２の実施例に係る高脆性部材の自動配列装置及び方法を示す概略図 本発明の第３の実施例に係る高脆性部材の自動配列装置及び方法を示す概略図 本発明の第４の実施例に係る高脆性部材の自動配列装置及び方法を示す概略図

非接触チャック１は第１のワーク２を非接触状態にて懸垂保持する。第１のワーク２を配列する台座３は、第１のワーク２の厚さとほぼ同程度の厚さの台座の端面４とその台座の端面４に対して直交する配列面８を有している。非接触チャック１は、空気を供給する供給口５、供給口５を介して供給された空気が流れる通気室６、通気室６周辺部の動作面７を有している。以下本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。

図１(a)、(b)、(c)は本発明の第１の実施例に係る概略図であり、図２は非接触チャック１の内部構造を示す断面図であり、図３は非接触チャック１の下面図である。

非接触チャック１において、供給口５より供給された空気は、通気室６を介し、動作面７と第１のワーク２の間隙を通過し外部へ排出する過程を形成し、非接触チャック１には、第１のワーク２と動作面７との距離が大きい場合、ベルヌーイ効果、エゼクタ効果により通気室６に負圧を生じ第１のワーク２を吸引する吸引力を発生するが、第１のワーク２と動作面７との距離が小さい場合には、通気室６の内部が昇圧し第１のワーク２を引き離す反発力を生じるため、第１のワーク２は吸引力と反発力のバランスが取れた位置で非接触状態にて懸垂保持される。非接触チャック１は、図１(a)に示した、第１のワーク２を懸垂保持した状態で、図１(b)に示すように水平移動機構（図示省略）と垂直移動機構（図示省略）を用いて台座の端面４と第１のワーク２の高さがほぼ揃う位置に移動し、その後、水平移動機構を用いて台座の端面４の方向へ移動することにより、第１のワーク２は台座の端面４に突き当てられ、図１(c)に示すように非接触チャック１から分離し破損することなく台座の端面４の近隣に配列することが可能となる。

本発明において、台座の端面４に突き当てる方法を用いたが、台座の端面４に限らず、先に台座３に配列したワーク（図示省略）の端面を用いても良い。また、垂直移動機構、水平移動機構は、直交座標ロボット、円筒座標ロボット、極座標ロボット、シリアルリンクロボット、パラレルリンクロボットから選択し構成しても良い。

次に本発明の第２の実施例を以下、図４(a)、(b)を用いて説明する。図４(a)、(b)は本発明の第２の実施例に係る概略図であり、先の実施例と同一の符号は同一の部材である。第１のワーク２を懸垂保持している非接触チャック１は、台座の端面４近辺に、水平移動機構（図示省略）と垂直移動機構（図示省略）を用いて第１のワーク２を配列面８上に接触配置し、更に垂直移動機構により第１のワーク２に反発力が作用する位置まで非接触チャック１を近づけた図４(a)に示した状態にて、水平移動機構により非接触チャック１を移動し、図４(b)に示すように台座の端面４に突き当てて配列を行い、配列後非接触チャック１への供給空気を電磁弁（図示省略）により遮断する。

非接触チャック１は、水平移動機構と垂直移動機構を用いて第１のワーク２を台座の端面４の近辺に接触配置し、更に配列面８に近接することによって、第１のワーク２と動作面７との距離が小さくなり、通気室６の内部が昇圧し第１のワーク２を引き離す反発力を生じ、第１のワーク２はその反発力により配列面８に押圧された状態で台座の端面４に突き当てるため、突き当て時の接触力により第１のワーク２が弾かれることは無く、第１のワーク２は台座の端面４に密着して、より高精度に配列することが可能となる。

次に本発明の第３の実施例を以下、図５(a)、(b)を用いて説明する。図５(a)、(b)は本発明の第３の実施例に係る概略図であり、先の実施例と同一の符号は同一の部材である。第１のワーク２は、非接触チャック１を用いて配列面８に載置する。水平移動機構と垂直移動機構に接続したアダプタ１１は、載置している第１のワーク２の位置と傾きをコンピュータによる画像処理を用いて測定するためのカメラ１２と、カメラ１２の光軸を中心として、アダプタ１１とカメラ１２に対して回転可能な回転機構１３、配列面８とアダプタ１１の距離を測定するための第１の距離センサ１４を備えている。第１のワーク２と接触し配列面８に押圧しながら水平移動機構を用いて第１のワーク２を移動するブラシなどの毛体１０は回転機構１３に備えている。第１のワーク２の端面を第２のワーク１５の端面に突き当てて配列する際に、第１のワーク２が第２のワーク１５に載り上がること、もしくは第２のワーク１５が第１のワーク２に載り上がることを防止するための第１のワーク載り上がり防止板９を配列面８に対して所望の隙間を設けて設置している。

次に、第３の実施例の構成によるワークの配列手順について説明する。

図５(a)は図５(b)の上面図である。配列面８に載置している第１のワーク２の毛体１０に対する位置と傾きを、カメラ１２により第１のワーク２を撮像した画像データと第１の距離センサ１４による測定データに基づいてコンピュータによる画像処理により求め、毛体１０は水平移動機構と垂直移動機構を用いて第１のワーク２と接触する。第１のワーク２と毛体１０は接触した状態であるため、水平移動機構により所望の位置へ移動することが可能となる。次に、水平移動機構を用いてＸ方向へ第１のワーク２を移動し、すでに配列している第２のワーク１５の端面と第１のワーク２の突当て面２aを突き当て、その後、水平移動機構を用いてＹ方向へ第１のワーク２を移動し、すでに配列している第３のワーク１６の端面に第１のワーク２の突当て面２ｂを突き当てることによりワーク間を密着して配列することが可能となる。そのワーク間の突き当て動作時に、±Ｘ方向に移動可能な第１のワーク載り上がり防止板９は、第１のワーク２を位置決めする箇所の上方に、配列面８からワークの厚みの略２倍の隙間を隔てて設置しているため、突き当てる第１のワーク２が突き当てられるワークに載り上がるスペースは無く、載り上がりを防止することが可能となる。

本実施例において、水平移動機構を用いてＹ方向へ第１のワーク２を移動し、すでに配列している第３のワーク１６の端面と第１のワーク２の突当て面２ｂを突き当て、その後、水平移動機構を用いてＸ方向へ第１のワーク２を移動し、すでに配列している第２のワーク１５の端面と第１のワーク２の突当て面２aを突き当てて配列する手順でも良い。

次に本発明の第４の実施例を以下、図６(a)、(b)を用いて説明する。図６(a)、(b)は本発明の第４の実施例に係る概略図であり、図６(a)は上面図、図６(b)は側面図を示しており、先の実施例と同一の符号は同一の部材である。

図６(a)、(b)は、アダプタ１０に対して姿勢と重力方向距離を調整可能とする調整機構２０を介して第２の載り上がり防止板２１を備え、また、アダプタ１０に第２の距離センサ２２と第３の距離センサ２３を備えた構成である。

第１のワーク２を第２のワーク１５に突き当てて配列する際、第１の距離センサ１３、第２の距離センサ２２、第３の距離センサ２３から得た測定データに基づいて、第２の載り上がり防止板２１に対する配列面８の距離と姿勢をコンピュータを用いて算出し、調整機構２０を用いて第２の載り上がり防止板２１と配列面８の隙間を第１のワーク２の厚さの略２倍とする位置と姿勢に第２の載り上がり防止板２１を調整することにより、配列時に突き当てる第１のワーク２が突き当てられるワークに載り上がることを防止する。

上記に述べたように、本発明によって、水晶素板などの脆性の高い部材を自動的に密着して配列するようにした配列装置及び配列方法を提供することが可能となる。

本発明は、水晶素板を対象とした高脆性部材の配列装置及び配列方法に関するものであるが、ウエハ、光学フィルム、光学ガラスなど、ゴミ、汚れ、損傷を嫌う部材を密着して配列する位置決め技術として利用可能である。

１ 非接触チャック
２ 第１のワーク
２a 第１のワーク２の突き当て面
２b 第１のワーク２の突き当て面
３ 台座
４ 台座の端面
５ 供給口
６ 通気室
７ 動作面
８ 配列面
９ 第１のワーク載り上がり防止板
１０ 毛体（ブラシ）
１１ アダプタ
１２ カメラ
１３ 回転機構
１４ 第１の距離センサ
１５ 第２のワーク
１６ 第３のワーク
２０ 姿勢及び高さ調整機構
２１ 第２のワーク載り上がり防止板
２２ 第２の距離センサ
２３ 第３の距離センサ

Claims (4)

1. 空気を噴出することにより第１のワークを吸引し非接触状態にて懸垂保持する非接触チャックと、前記ワークの厚さと略同じ厚さの端面を有する台座と、前記非接触チャックを水平方向に移動させる水平移動機構と、該非接触チャックを垂直方向に移動させる垂直移動機構とを有することを特徴とする高脆性部材の自動配列装置。
2. 請求項１に記載の自動配列装置において、前記非接触チャックに空気を供給し噴出することにより前記ワークをベルヌーイ効果とエゼクタ効果により吸引し非接触状態にて懸垂保持しながら、該ワークの端面を前記水平移動機構と前記垂直移動機構により、前記台座の端面に突き当てることを特徴とする高脆性部材の自動配列方法。
3. 請求項１に記載の自動配列装置において、前記ワークの厚さと同等厚さの端面を有する台座の配列面上に、隙間を設けて前記ワーク載り上がり防止板を設置したことを特徴とする高脆性部材の自動配列装置。
4. 請求項３に記載の自動配列装置において、毛体を介して前記ワークを、前記台座の端面に突き当てることを特徴とする高脆性部材の自動配列方法。