JP2017119575A - 物品供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微小な物品を搬送し、高速で供給可能な物品供給装置を提供する。【解決手段】物品供給装置１０は、搬送物６０を搬送する搬送部２０と、前記搬送部の下流端に設けられた回転体３０とを有する。そして、前記回転体は、回転軸の周りに水平面内で回転可能であり、外周の少なくとも一部が前記回転軸を中心とする円弧状に形成され、前記円弧状に形成された外周の縁部にあって、ある回転角度において前記搬送部の下流端と連通する受入位置に移動して前記搬送物の１個を受け入れ可能な収容部を備える。そして、前記物品供給装置は、前記回転による前記収容部の軌道の少なくとも一部分において、当該部分の上方が開放されているか、または当該部分の上方に開閉可能な取出口５０が設けられていることにより、前記収容部から前記搬送物を取出可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、微小な物品を搬送して供給する装置に関する。

ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）型半導体パッケージなどの電子部品と実装基板とを電気的に接続するために半田ボールが用いられる。半田ボールの整列には、従来より、半田ボールを１個ずつ収容する穴が多数配列された整列板が用いられている。例えば、整列板上に多数の半田ボールを投下し、ゴム製のスキージを整列板上に擦り付けることによって、半田ボールを穴に入り込ませるとともに余分の半田ボールを除去することで、半田ボールを整列させることができる。

特開平１０−２９４５９７号公報

しかしながら、整列板を用いた従来の方法では、半田ボールがスキージと穴のエッジに噛み込まれて、欠けや割れが発生することがあった。その場合、半田ボールの体積が減少することによって、電気の導通特性が変わるという問題があった。

この問題に対して、バルクフィーダー等を用いて半田ボールを１個ずつ供給することが考えられる。バルクフィーダーは、例えば、対象となる搬送物をホッパーに投入し、ホッパー下部からトンネル状等の搬送路に導き、１列に整列させて、気流によって搬送・供給する装置である。搬送路末端の取出口に到達した搬送物は、ピックアップノズルに吸着されて順次取り出される。例えば、特許文献１には、カセットにランダムに収納された角形のチップをトンネル内に送り込み、トンネルの先端部側（下流側）を真空吸引することによりチップを搬送するバルクフィーダーが記載されている。

しかしながら、本発明者らの研究によって、従来のバルクフィーダーには供給速度の向上に課題があることが明らかになった。ピックアップノズルによる取り出しの時間間隔（ピッチ）を短くすると、搬送物の取り出しに失敗する確率が高くなったのである。この原因は、搬送自体の速度が遅いことではなく、搬送路の下流端から取り出そうとする搬送物が後続の搬送物と干渉することであった。すなわち、搬送路を整列して搬送されてきた搬送物が、次々と下流端に到達して隙間なく列を成しており、先頭の１個を取り出す際に、次の搬送物が引っ掛って取り出しの邪魔をすることが分かった。

本発明は、上記を考慮してなされたものであり、微小な物品を搬送し、高速で供給可能な物品供給装置を提供することを目的とする。

上記目的のために、本発明の物品供給装置は、搬送路等の下流端で、回転体により先頭の搬送物だけを分離して取出位置に移動させる。

本発明の物品供給装置は、搬送物を搬送する搬送部と、前記搬送部の下流端に設けられた回転体とを有する。そして、前記回転体は、回転軸の周りに水平面内で回転可能であり、 外周の少なくとも一部が前記回転軸を中心とする円弧状に形成され、前記円弧状に形成された外周の縁部にあって、ある回転角度において前記搬送部の下流端と連通する受入位置に移動して前記搬送物の１個を受け入れ可能な収容部を備える。そして、前記物品供給装置は、前記回転による前記収容部の軌道の少なくとも一部分において、当該部分の上方が開放されているか、または当該部分の上方に開閉可能な取出口が設けられていることにより、前記収容部から前記搬送物を取出可能である。

好ましくは、前記収容部が一定の割出ピッチで複数形成されている。さらに好ましくは、前記複数の収容部のうち２以上の収容部から同時に前記搬送物を取出可能である。

前記回転体は、外周の全体が前記回転の軸を中心とする円周状に形成されていてもよい。

また、前記回転体は一方向に回転可能であってもよい。あるいは、前記回転体は、前記収容部が前記受入位置と前記取出位置の間を往復するように双方向に回転可能であってもよい。

好ましくは、前記収容部が、当該収容部内に収容した前記搬送物を位置決めする位置決め機構を備える。前記位置決め機構が減圧部と連通する固定用通気部であり、前記収容部の底面に開口を有していてもよい。あるいは、前記位置決め機構が減圧部と連通する固定用通気部であり、前記収容部の回転軸側の壁面に開口を有していてもよい。

本発明の物品供給装置によれば、搬送部の下流端に到達した搬送物の列から、回転体により、先頭の１個だけを高速で分離することができる。このように分離した搬送物は、後続する搬送物の干渉を受けないでピックアップノズル等で取り出すことができる。さらに、搬送物を収容部に収容して移動させることにより、回転体の作動中に搬送物が何らかの部材間に噛み込まれて破損することがない。

本発明の第１の実施形態である物品供給装置の使用状態を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態である物品供給装置の使用状態を示す側面図である。 本発明の第１の実施形態である物品供給装置の搬送路に沿った垂直断面図である。 図３のＡＡ断面を示す図である。 図３のＢＢ断面を示す図である。 図５のＤＤ断面図である。 図３のＣＣ断面図でありベース部材の上面を示す図である。 本発明の第２の実施形態である物品供給装置の回転体を含む部分の平面図である。 本発明の第３の実施形態である物品供給装置の回転体を含む部分の平面図である。 本発明の第４の実施形態である物品供給装置の回転体を含む部分の水平断面図である。 固定用通気部の開口の断面形状を例示する図である。 固定用通気部の開口を収容部の壁面に設けた変形例を示す図である。

本発明の第１の実施形態である物品供給装置を図１〜図７に基づいて説明する。なお、各図は、説明を容易にするために、縮尺が正確ではなく、部材間の隙間等が誇張して描かれている。

図１および図２において、本実施形態の物品供給装置１０は、ホッパー７０と組み合わされて、搬送物である半田ボール６０を搬送、供給する。半田ボールは、ホッパーに投入され、ホッパー下部から供給装置の搬送部である搬送路２０に導かれる。半田ボールは、一列に整列して、搬送路内を気流によって下流へと搬送される。半田ボールは、搬送路の下流端に設けられた回転体３０によって、搬送路下流端の側方に設けられた取出口５０に移動し、ピックアップノズル８０に吸着されて取り出される。

搬送物である半田ボール６０は、球形状を有する。搬送物の大きさは特に限定されない。しかし、搬送物が大きい場合は、搬送物同士の干渉の影響が相対的に小さくなり、本実施形態の供給装置を利用する意義が小さくなる。このことから、搬送物の大きさは、径が５ｍｍ以下であることが好ましく、２ｍｍ以下であることがより好ましく、１ｍｍ未満であることが特に好ましい。一方、搬送物が小さすぎると装置の加工や製作が難しくなるので、搬送物の大きさは、径が１０μｍ以上であることが好ましい。半田ボールの径は、１００μｍ〜８００μｍのものが多く用いられている。本実施形態の供給装置はこのような大きさの半田ボールの搬送・供給に特に適している。

図３および図４において、搬送路２０は、ベース部材２３に形成された溝と、その溝の上面を覆うカバー部材２２によって、トンネル状に形成されている。トンネルの断面形状は円形であってもよいし、図４に示したように矩形であってもよい。トンネルの断面の大きさは半田ボール６０よりわずかに大きい。微小な物品を高速で搬送するためには、このように側面および上下面が規制された閉鎖系の搬送路を構成することが好ましい。搬送路の上流には送気部（図示せず）が設けられており、搬送路内を上流から下流に向かう気流を発生させる。

図３および図５において、搬送路２０の下流端２６には、回転体３０が配置されている。回転体は回転軸Ｚを中心として水平面内で、図５において反時計回りに、回転可能である。回転体は略円板状の形状を有し、その外周の全体が回転軸を中心とする円周状に形成されている。回転体は、外周縁部の上面に、半田ボール１個を収容可能な収容部３１を有する。収容部は、回転体の外周側と上面が開いた溝状に形成されている。収容部は一定の割出ピッチＰで、周方向に等間隔に形成されており、図５では全周で１２個形成されている。

収容部３１は、回転体のある回転角度で、搬送路２０の延長となって、搬送路下流端２６に到達した半田ボールの１個を受け入れることができる。この状態を「収容部が受入位置にある」という。図５では、収容部３１ａが受入位置にある。

収容部３１の搬送物受入方向に対して垂直な断面形状は、トンネル状に形成された搬送路２０の断面形状と略同じであることが好ましい。これにより受け入れ時に搬送物の詰まりや引っかかりを防止できる。

収容部３１は、回転体の他の回転角度で、取出口５０の下に移動する。取出口は、図５の矢印で指した３か所に、収容部と同じ割出ピッチＰで設けられている。図６に、回転体の回転軸Ｚと１つの取出口５０を通る断面図を示す。図６において、カバー部材２２に設けられた開口が取出口５０である。収容部３１ｊに収容された半田ボールは、取出口５０を通して、ピックアップノズル等により取り出すことができる。この状態を「収容部が取出位置にある」という。図５では収容部３１ｊ、３１ｋおよび３１ｌが取出位置にある。

取出口５０の数は特に限定されない。取出口の位置は、回転体の回転に伴う収容部３１の円周軌道の一部であって受入位置と異なる部分の上方に設けられる。取出口が複数ある場合は、複数の取出口から同時に半田ボールを取出可能となるように取出口を配置する。例えば、図５では、収容部と同じ割出ピッチＰで取出口を配置することによって、３か所の取出口から同時に半田ボールが取出可能である。なお、取出口には開閉可能なシャッターを設けて、半田ボールを取り出す都度、シャッターを開けるようにしてもよい。

収容部３１が受入位置以外の回転角度にあるとき、収容部３１の外周側がベース部材２３によって閉鎖されることにより、搬送物は側面および下面が規制された空間内に収容される。このように収容部の上面以外を規制することで、回転体を高速に作動させた場合でも収容部内の搬送物を安定的に保持し、収容部からの飛び出し等を防止することができる。

図６および図７において、回転体３０は、半田ボールの位置決め機構として、固定用通気部３３を有する。以下において「固定用通気部」を単に「通気部」ということがある。通気部３３は、収容部の底面に開口３８を有し、その開口から回転体内を下方に延びる垂直部分３４と、底面部材２４の上面に形成された円弧状の溝３５と、溝３５から底面部材内を下方に延びる垂直部分３６を通って、減圧部３７に連通している。図７は底面部材の上面を示しており、理解を助けるために図５と同じ収容部の割出線を破線で示した。この構造により、収容部が受入位置から取出位置に至る間、収容部内の半田ボールを開口３８に吸い付けて固定（位置決め）できる。減圧部としては、負圧タンクや、真空ポンプなどを用いることができる。

固定用通気部３３は、開口３８から下方へ進むにしたがって、すなわち回転体の内部に向かって進むにしたがって、径が小さくなっていてもよい。図１１に、通気部の開口近傍における断面形状の例を示す。図１１Ａ〜Ｃにおいて、通気部の内壁面３９はすり鉢状に形成されており、通気部は開口３８から下方へ向かって径が小さくなっている。このように開口部をすり鉢状等に形成することによって、収容部に受け入れられたボールが開口に誘引され、より短時間で開口に固定される。

固定用通気部の開口３８は、大きすぎると、半田ボールが嵌り込んで、ピックアップ時の抵抗が大きくなる。このことから、開口の径は半田ボールの径の好ましくは０．８倍以下、より好ましくは０．７倍以下である。一方、開口が小さすぎると、半田ボールを固定する力が弱く、回転体の回転の際に、半田ボールが開口から外れることがある。このことから、開口の径は半田ボールの径の好ましくは０．２倍以上であり、より好ましくは０．５倍以上である。開口の入口が図１１Ａ〜Ｃに示すようにすり鉢状等に形成されていて、半田ボールが収容部底面より低い位置で固定用通気部の内壁面３９と接する場合には、半田ボールと内壁面３９との接円の径が半田ボールの径の好ましくは０．８倍以下、より好ましくは０．７倍以下であり、好ましくは０．２倍以上、より好ましくは０．５倍以上である。

次に本実施形態の回転体の動作を図３、図５および図６に基づいて説明する。

回転体３０が図５の状態の回転角度にあるときに、収容部３１ａが受入位置にある。収容部３１ａは受入位置で、搬送路２０の下流端２６から半田ボール６０を１個受け入れる。半田ボールは固定用通気部３３の開口３８に位置決めされる。

次いで、回転体を収容部の割出ピッチＰだけ、反時計回りに回転させる。これにより、収容部３１ｂが受入位置に移動し、搬送路から半田ボールを１個受け入れる。

さらに回転体を割出ピッチＰだけ反時計回りに回転させて、収容部３１ｃを受入位置に移動させて、半田ボールを１個導入する。

さらに回転体を割出ピッチＰだけ反時計回りに回転させて、収容部３１ｄを受入位置に移動させて、半田ボールを１個導入する。このとき、収容部３１ａ、３１ｂ、３１ｃは取出位置に移動しており、収容部内の半田ボールをピックアップノズルにより取り出す。収容部が受入位置から取出位置まで移動する間、収容部に収容された半田ボールは、開口３８に吸い付けられて位置決めされている。

このように、回転体３０を収容部の割出ピッチＰずつ間欠回転させ、搬送路の下流端に到達した半田ボールの列から先頭の１個だけを次々に分離（１個切り）して取出口に移動させることで、ピックアップノズルに半田ボールを１個ずつ供給することができる。回転体が１回転すると、図５の状態に戻る。

本実施形態の効果を以下に説明する。

本実施形態の物品供給装置１０では、搬送路下流端で列をなした半田ボールのうち、先頭の１個の半田ボールを回転体によって分離して取出口に移動させるため、取り出しに際して後続の半田ボールとの干渉がない。その結果、取り出しのピッチを短くしても失敗が起こりにくく、単位時間あたりの半田ボールの供給数を多くすることができる。

また、半田ボールが収容部に収容されて移動するので、半田ボールが何らかの部材間に噛み込まれて破損することがない。

また、収容部の大きさは半田ボールの大きさに対して僅かにクリアランスを設けてあるが、固定用通気部３３の作用により収容部内での半田ボールの位置精度が向上するので、ピックアップの成功率が高まる。このことは、半田ボールのサイズが小さい場合に特に有益である。また、本実施形態のように、空気の吸引によって搬送物を位置決めすると、搬送物にダメージを与えにくい点でも好ましい。

また、本実施形態の物品供給装置では収容部３１と同じ割出ピッチＰで取出口５０が形成されており、複数のピックアップノズルを取出口と同じ配置で並べておけば、３か所の取出口から同時に３個の半田ボールを取り出すことができる。これにより、ピックアップノズルの動作が全体を律速する場合に、半田ボールの供給速度をさらに向上させることができる。

次に、本発明の物品供給装置の第２の実施形態を図８に基づいて説明する。本実施形態の物品供給装置は、取出口の数および配置が第１の実施形態と異なり、その他の各部の構造・機能は第１の実施形態と同様である。

図８において、本実施形態の物品供給装置１１は、収容部３１と同数の１２か所の取出口５０を有する。取出口は、収容部と同じ割出ピッチＰで形成されている。そして、図５では、いくつかの収容部（３１ｊ、３１ｋ、３１ｌ）が取出位置にあるときに他の１つ収容部（３１ａ）が受入位置にあったのに対して、図８では、収容部が取出位置にあるときに、どの収容部も受入位置にない。

図８では、６つの収容部に半田ボールが収容されている。回転体を反時計回りにさらに割出ピッチＰずつ間欠回転させ、すべての収容部に半田ボールを収容した後、回転体をＰ／２だけ回転させるとすべての収容部が取出位置に移動する。その状態で、取出口と同じ配置に並べた１２本のピックアップノズルで、すべての半田ボールを同時に取り出すことができる。

なお、回転体によって各搬送路の先頭から搬送物を１個ずつ分離することによる効果や、固定用通気部によって各収容部内で搬送物を固定することによる効果は第１の実施形態と同じである。

次に、本発明の物品供給装置の第３の実施形態を図９に基づいて説明する。本実施形態の物品供給装置は、回転体の上方が開放されている点で第１の実施形態と異なり、その他の各部の構造・機能は第１の実施形態と同様である。

図９において、本実施形態の物品供給装置１２では、矢印で指した３か所を取出位置５１としている。取出位置５１の数は特に限定されない。取出位置は、回転体の回転に伴う収容部３１の円周軌道の一部であって受入位置と異なる部分に設けられる。取出位置が複数ある場合は、複数の取出位置から同時に半田ボールを取出可能となるように取出位置を配置する。例えば、図８では、収容部を同じ割出ピッチＰで配置した３か所の取出位置の上方がいずれも開放されているので、複数のピックアップノズルを取出位置と同じ配置で並べておくことにより、取出位置にある３つの収容部から同時に半田ボールを取り出すことができる。

なお、回転体によって各搬送路の先頭から搬送物を１個ずつ分離することによる効果や、固定用通気部によって各収容部内で搬送物を固定することによる効果は第１の実施形態と同じである。

次に、本発明の物品供給装置の第４の実施形態を図１０に基づいて説明する。本実施形態の物品供給装置は、回転体の形状が略扇形状であること、および回転体が振り子のように往復運動する点で、第１の実施形態と異なる。

図１０において、物品供給装置１３の回転体４０の外周は略扇形状であり、外周の図左上側の部分が回転軸を中心とする円弧状に形成されている。収容部３１は、この円弧状に形成された外周縁部に、一定の割出ピッチで３つ形成されている。取出口５０は、第１の実施形態と同様に、収容部と同じ割出ピッチで３か所に形成されている。その他の各部の構造・機能は第１の実施形態と同様である。

本実施形態の回転体の動作は次のとおりである。回転体４０を図１０の状態から、収容部の割出ピッチＰずつ反時計回りに間欠回転させながら、収容部に半田ボールを導入する。回転体が点線で示した４０ａの位置まで回転したら、３か所の取出口５０から半田ボールを取り出す。

次いで、回転体３０を時計回りに回転させて図１０の位置に戻す。回転体を戻す際、空の収容部３１に半田ボールが進入しないように、搬送路下流端で、ストッパピン（図示せず）を搬送路内に突き出して半田ボールを堰き止めてもよい。

本実施形態の物品供給装置１３は、第１の実施形態と比べて、回転体の占める面積を小さくできる点でメリットがある。なお、回転体によって各搬送路の先頭から搬送物を１個ずつ分離することによる効果や、固定用通気部によって各収容部内で搬送物を固定することによる効果は第１および第２の実施形態と同じである。

本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。

例えば、搬送物は半田ボールには限られず、微小ベアリング用の玉や、液晶ディスプレイパネル用のスペーサーなどの他の物品であってもよい。また、搬送物の形状は球状には限られず、直方体等他の形状であってもよい。なお、搬送物が搬送路に沿って長い直方体等の形状である場合は、搬送物の長辺が、好ましくは２０ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下、特に好ましくは２ｍｍ以下であり、好ましくは０．０５ｍｍ以上である。

また、例えば、上記各実施形態では気流によって搬送物を搬送したが、搬送路を傾斜させて重力によって搬送物を搬送してもよい。あるいは、振動フィーダーによって搬送物を搬送し、その下流端の出口から搬送物を１個ずつ排出するようにしてもよい。

また、例えば、固定用通気部の開口を収容部の回転軸側の壁面に設けてもよい。図１２に示すように、球状の搬送物に対して固定用通気部９３の開口９８を壁面に設けると、搬送物６０の大きさに合わせて開口９８の位置（底面からの高さ）を変更する必要がある。したがって、搬送物が球状の場合は固定用通気部の開口を収容部底面に形成するのが好ましい。一方、搬送物が直方体状の場合は、固定用通気部の開口を収容部の壁面に形成するのが好ましく、搬送物をより早く開口に固定するために、収容部の回転軸側の壁面に形成するのがさらに好ましい。

１０〜１３ 物品供給装置
２０ 搬送路（搬送部）
２２ カバー部材
２３ ベース部材
２４ 底部部材
２６ 搬送路下流端
３０、４０ 回転体
３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｊ、３１ｋ、３１ｌ 収容部
３３ 固定用通気部
３４ 固定用通気部の回転体内の垂直部分
３５ 固定用通気部の底面部材上面の溝部分
３６ 固定用通気部の底面部材内の垂直部分
３７ 減圧部
３８ 固定用通気部の開口
３９ 固定用通気部の内壁面
５０ 取出口
５１ 取出位置
６０ 半田ボール（搬送物）
７０ ホッパー
８０ ピックアップノズル
９３ 固定用通気部
９８ 固定用通気部の開口
Ｐ 収容部の割出ピッチ
Ｚ 回転軸

Claims (9)

1. 搬送物を搬送する搬送部と、前記搬送部の下流端に設けられた回転体とを有し、
   前記回転体は、
   回転軸の周りに水平面内で回転可能であり、
   外周の少なくとも一部が前記回転軸を中心とする円弧状に形成され、
   前記円弧状に形成された外周の縁部にあって、ある回転角度において前記搬送部の下流端と連通する受入位置に移動して前記搬送物の１個を受け入れ可能な収容部を備え、
   前記回転による前記収容部の軌道の少なくとも一部分において、当該部分の上方が開放されているか、または当該部分の上方に開閉可能な取出口が設けられていることにより、前記収容部から前記搬送物を取出可能である、
   物品供給装置。
2. 前記収容部が一定の割出ピッチで複数形成されている、
   請求項１に記載の物品供給装置。
3. 前記複数の収容部のうち２以上の収容部から同時に前記搬送物を取出可能である、
   請求項２に記載の物品供給装置。
4. 前記回転体は、外周の全体が前記回転軸を中心とする円周状に形成されている、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の物品供給装置。
5. 前記回転体が一方向に回転可能である、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の物品供給装置。
6. 前記回転体は、前記収容部が前記受入位置と前記取出位置の間を往復するように双方向に回転可能である、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の物品供給装置。
7. 前記収容部が、当該収容部内に収容した前記搬送物を位置決めする位置決め機構を備える、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の物品供給装置。
8. 前記位置決め機構が減圧部と連通する固定用通気部であり、前記収容部の底面に開口を有する、
   請求項７に記載の物品供給装置。
9. 前記位置決め機構が減圧部と連通する固定用通気部であり、前記収容部の回転軸側の壁面に開口を有する、
   請求項７に記載の物品供給装置。

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