JP3528617B2 - 微小ボールの吸着方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導電性ボールなど
の微小ボールを真空吸着する微小ボールの吸着方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】微小な金属のボールである導電性ボール
を電子部品などのワークに移載する方法として、真空吸
着による方法が知られている。この方法は、下面に複数
の吸着孔が設けられた吸着ヘッドを、多数の導電性ボー
ルがランダムに収納された容器に対して下降させ、吸着
孔に導電性ボールを真空吸着させるものである。この真
空吸着を速やかに行わせるため、従来は吸着ヘッドが下
降して導電性ボールを吸着する際に、吸着ヘッドを容器
に対して相対的に水平往復動させることが行われてい
た。これは、導電性ボールが吸着孔に嵌入して吸着され
る確率を向上させる効果を目的としたものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、１つの電子
部品に搭載される導電性ボールの数量増加に伴い、導電
性ボールのサイズが微小化するとともに、狭い範囲内に
数百〜数千個の導電性ボールを格子状に密集して配列す
るフルグリッドパターンが採用されるようになった。と
ころが、このフルグリッドパターンに対応して狭い範囲
に密集して吸着孔が配置された吸着ヘッドを用いる場合
には、以下に説明するような、導電性ボールのぶどう状
吸着が発生しやすい。このぶどう状吸着は、導電性ボー
ルが各吸着孔に１個づつ対応して吸着されず、吸着ヘッ
ドの下面全体に大量の導電性ボールがぶどうの房状に吸
着されるものである。

【０００４】この現象は、前述のように吸着孔が導電性
ボールによって完全に塞がれずに真空吸引力がリーク
し、吸着ヘッド下面付近の多数の導電性ボールにリーク
した真空吸引力が及ぶ結果生じる。ところが、従来は単
に導電性ボールと吸着孔との接近の確率を向上させるこ
とのみを狙って、いわば不充分な認識に基づいて吸着ヘ
ッドの動作を設定していたため、すなわち吸着ヘッドを
導電性ボールに対して水平往復働させるようにしていた
ため、却って各吸着孔への導電性ボールの安定した吸着
を妨げる結果となり、上述のようなフルグリッドパター
ンを対象とした場合にはぶどう状吸着のような吸着不具
合を生じるという問題点があった。

【０００５】そこで本発明は、吸着不具合を改善するこ
とができる微小ボールの吸着方法を提供することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の微小ボー
ルの吸着方法は、下面に複数の吸着孔が形成された吸着
ヘッドによって容器に収納された微小ボールを吸着する
微小ボールの吸着方法であって、前記吸着孔から真空吸
引しながら前記吸着ヘッドを容器内の微小ボールの表層
に向って高速下降させ、前記表層よりも高い位置に予め
設定された高低速切換え高さｈ１に到達したら下降速度
を低速に切換える工程と、吸着ヘッドが低速で下降し、
吸着ヘッドの下面が導電性ボールの表層よりも下方に沈
入して導電性ボールが吸着孔の吸引力に捕捉される吸着
ヘッド内の圧力降下開始タイミングに対応した吸着ヘッ
ドの高さｈ２より下方に設定された下降限高さｈ３まで
前記吸着ヘッドを下降させた後所定時間経過後に、前記
吸着ヘッドを前記容器に対して水平方向に相対的に複数
回往復動させる工程と、前記吸着ヘッドを容器から上昇
させる工程とを含む。

【０００７】請求項２記載の微小ボールの吸着方法は、
請求項１記載の微小ボールの吸着方法であって、前記吸
着ヘッドを前記表層に向って下降させる際の吸着ヘッド
の低速下降速度が、１ｍｍ／ｓｅｃ．〜５ｍｍ／ｓｅ
ｃ．の範囲内である。

【０００８】各請求項記載の発明によれば、吸着ヘッド
の下面を導電性ボールの表層よりも下方に没入させた後
に所定時間経過後に、吸着ヘッドを容器に対して水平方
向に相対的に複数回往復動させることにより、導電性ボ
ールを安定して吸着することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の導電
性ボールの移載装置の正面図、図２は同導電性ボールの
移載装置の制御の構成を示すブロック図、図３（ａ）は
同導電性ボールの吸着時の吸着ヘッドの高さを示すグラ
フ、図３（ｂ）は同ボール供給部への振動付与のタイミ
ングチャート、図３（ｃ）は同吸着ヘッド内の圧力レベ
ルを示すグラフ、図４（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）
は同導電性ボールの移載装置のボール供給部の断面図で
ある。

【００１０】まず、図１を参照して導電性ボールの移載
装置の全体構造を説明する。図１において、基台４上に
は位置決めテーブル５が設けられている。位置決めテー
ブル５はＸ方向およびＹ水平方向に可動となっており、
位置決めテーブル５上にはホルダ８が設けられており、
ホルダ８はワーク９を保持する。したがって位置決めテ
ーブル５を駆動することにより、ワーク９が所定位置に
位置決めされる。

【００１１】また基台４上の位置決めテーブル５の反対
側の端部には、導電性ボール２のボール供給部１０が配
設されている。ボール供給部１０はボックス１１内にボ
ール容器１３を嵌設して成り、ボール容器１３の底部に
はメッシュプレート１２が水平に展張されている。メッ
シュプレート１２は導電性ボール２が通過できない大き
さの開孔を無数に設けたものである。メッシュプレート
１２上には導電性ボール２が貯溜される。ボール容器１
３の下方にはノズル１４が配設されており、ノズル１４
はガス供給源（図外）に接続されている。ノズル１４に
ガスを供給することにより、ノズル１４から上方に吹き
出されたガスはメッシュプレート１２の開孔を通過して
導電性ボール２の層に吹き込まれ、導電性ボール２を流
動化させる。

【００１２】次に導電性ボール２を移載する吸着ヘッド
３１について説明する。図１に示す２０は、吸着ヘッド
３１をボール供給部１０と位置決めテープル５との間を
移動させる移動手段である。吸着ヘッド３１は、ブロッ
ク３０に保持されており、吸着ヘッド３１の下面には複
数の吸着孔３１ａが設けられている。吸着ヘッド３１の
内部はパイプ４５を介して圧力センサ４２と接続されて
おり、更にバルブ４４を介して図外の真空吸引手段と接
続されている。真空吸引手段を駆動しバルブ４４を開状
態にして、吸着ヘッド３１の内部を真空吸引することに
より、吸着孔３１ａから真空吸引し導電性ボール２を吸
着孔３１ａに吸着する。圧力センサ４２は、真空吸引時
の吸着ヘッド３１内の圧力を検出する。

【００１３】ブロック３０はブラケット２４の前面に設
けられた垂直なガイドレール２５に上下動自在に装着さ
れている。ブロック３０には、ナット２８が一体的に設
けられており、ナット２８には垂直の送りねじ２６が螺
合している。したがってＺ軸モータ２７が正逆駆動して
送りねじ２６が正逆回転すると、吸着ヘッド３１はガイ
ドレール２５に案内されて上下動する。したがって、Ｚ
軸モータ２７および送りねじ２６は吸着ヘッド３１を上
下させる上下動手段となっている。また、Ｚ軸モータ２
７は高さ位置検出手段としてのエンコーダ２９を備えて
おり、Ｚ軸モータ２７の回転数をカウントすることによ
り吸着ヘッド３１の高さを検出できるようになってい
る。

【００１４】ブラケット２４の背面に設けられたナット
（図示せず）は、水平な送りねじ２２に螺合している。
２１は送りねじ２２の保持テーブルである。したがって
Ｘ軸モータ２３が正逆回転すると、送りねじ２２は正逆
回転し、ブラケット２４に保持された吸着ヘッド３１は
位置決めテーブル５とボール供給部１０の間を水平移動
する。

【００１５】ボックス１１の底面には、スライダ３３が
固着されており、スライダ３３は水平に配設されたガイ
ドレール３２に水平方向にスライド自在に嵌合してい
る。またボックス１１の底面には下向きに軸受け３４が
配設されており、軸受け３４にはカムフォロア３６が装
着されている。軸受け３４はスプリング３５によって一
方向に付勢されている。カムフォロア３６は、モータ３
８に結合された偏心カム３７に当接している。モータ３
８を駆動して遍心カム３７を回転させることにより、カ
ムフォロア３６は水平方向に往復動し、したがってボッ
クス１１全体も水平方向に往復動し、ボール容器１３お
よびボール容器１３内の導電性ボール２には振動が付与
される。

【００１６】次に図２を参照して制御系の構成を説明す
る。図２において、制御部４１はＣＰＵであり、導電性
ボールの移載装置の全体動作を統括して制御する。圧力
センサ４２は吸着ヘッド３１内の圧力を監視し、圧力検
出結果を制御部４１に伝達する。エンコーダ２９はモー
タ２７の回転数をカウントしてカウント結果を制御部４
１に伝達し、制御部４１はカウント結果に基づいて吸着
ヘッド３１の高さ位置を検出する。記憶部４３は、前記
圧力センサ４２の検出値が所定値に到達することにより
求められた吸着ヘッド３１のボール吸着高さを記憶す
る。また、制御部４１は、Ｘ軸モータ２３、Ｚ軸モータ
２７、ボール供給部１０の振動付与用のモータ３８、お
よび吸着ヘッド３１の真空吸引路開閉用のバルブ４４の
駆動を制御する。

【００１７】この導電性ボールの移載装置は上記のよう
に構成されており、以下微小ボールである導電性ボール
の吸着動作について、図３、図４を参照して説明する。
図３（ａ）のグラフは、ボール供給部１０に対して吸着
ヘッド３１を上下動させて、吸着ヘッド３１の吸着孔３
１ａに導電性ボール２を真空吸着によりピックアップす
る吸着動作時の、吸着ヘッド３１の高さ位置を示すもの
であり、図３（ｂ）は、そのときのボール供給部１０へ
の振動付与のＯＮ−ＯＦＦのタイミングを示している。

【００１８】図３（ａ）に示す高さｈ０は吸着ヘッド３
１の原位置であり、タイミングｔ０にて吸着動作の開始
指令が出されると、吸着ヘッド３１はボール容器１３内
の導電性ボール２の表層に向って高速下降を開始する
（図４（ａ）参照）。そして、予め設定された高低速切
換え高さｈ１に到達したタイミングｔ１にて、吸着ヘッ
ド３１の下降速度は低速に切換えられる。この低速時の
下降速度は、１ｍｍ／ｓｅｃ．〜５ｍｍ／ｓｅｃ．の範
囲に設定される。この時点では既にバルブ４４は開状態
にあり、吸着ヘッド３１の吸着孔３１ａは真空吸引を行
っている。

【００１９】そして吸着ヘッド３１が徐々に下降するに
つれて、図４（ｂ）に示すように吸着ヘッド３１の下面
は、導電性ボール２の表層より下方に沈入して、流動化
状態にある導電性ボール２と接触するようになる。そし
てそのうちの幾つかの導電性ボール２は吸着孔３１ａの
吸引力に捕捉され、真空吸着される。これにより図３
（ｃ）に示すように圧力センサ４２の計測値は、常圧Ｐ
０から降下し始める。

【００２０】そしてこの圧力降下開始のタイミングｔ２
に対応した吸着ヘッド３１の高さｈ２を、エンコーダ２
９のカウント値に基づいて制御部４１によって求め、記
憶部４３に吸着高さとして記憶させる。その後、吸着ヘ
ッド３１は吸着高さｈ２より所定量だけ下方に設定され
た下降限高さｈ３まで下降し、このタイミングｔ３から
タイミングｔ５までの吸着時間の間、昇降動作を停止す
る。このとき、タイミングｔ３から所定時間経過後のタ
イミングｔ４にて、図３（ｂ）に示すようにモータ３８
の駆動を開始して、吸着ヘッド３１をボール容器１３に
対して相対的に複数回往復動させ、ボール容器１３内部
の導電性ボール２への振動付与が開始される（図４
（ｃ）参照）。これにより、吸着ヘッド３１の下面の全
ての吸着孔３１ａに導電性ボール２が真空吸着され、こ
の結果圧力センサ４２の計測値は所定のレベルＰ０まで
降下し、真空吸着が正常に行われたことが確認される。

【００２１】その後、図４（ｄ）に示すようにタイミン
グｔ５にて吸着ヘッド３１は低速上昇を開始し、所定高
さ上昇したタイミングｔ６にて高速上昇に移行する。こ
の間もボール供給部１０への振動付与は継続しており、
この振動によって、吸着ヘッド３１の下面に余分に付着
したエキストラボールが除去され、エキストラボールは
ボール容器１３内に落下する。そして吸着ヘッド３１が
原位置高さｈ０まで上昇して吸着動作を終了する。この
後、吸着ヘッド３１は導電性ボール２を保持してワーク
９の上方に移動し、ここで再度上下動作を行い、真空吸
引を解除することにより、導電性ボール２をワーク９上
に移載する。

【００２２】上記説明したように、吸着ヘッド３１の下
面が導電性ボール２の表層より下方に沈下する際に、ボ
ール容器１３に振動を付与せず、吸着ヘッド３１とボー
ル容器１３との相対的な水平往復動がない状態で吸着ヘ
ッド３１を低速で下降させることにより、１つの導電性
ボール２が１つの吸着孔３１ａに対応して安定して捕捉
され、吸着孔３１ａからの真空吸引力のリークが発生し
ない。したがって複数の導電性ボール２が吸着孔３１ａ
に正常に吸着されないまま、リークした真空吸引力によ
って付着するぶどう状吸着の現象の発生を防止すること
ができる。

【００２３】なお、本実施の形態では微小ボールとして
導電性ボールを例にとって説明しているが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、一般に微小なボール状の
物体を真空吸着によりピックアップする場合に対して適
用することができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、吸着孔から真空吸引しながら
吸着ヘッドを容器内の微小ボールの表層に向って高速下
降させ、前記表層よりも高い位置に予め設定された高低
速切換え高さｈ１に到達したら下降速度を低速に切換え
る工程と、吸着ヘッドが低速で下降し、吸着ヘッドの下
面が導電性ボールの表層よりも下方に沈入して導電性ボ
ールが吸着孔の吸引力に捕捉される吸着ヘッド内の圧力
降下開始タイミングに対応した吸着ヘッドの高さｈ２よ
り下方に設定された下降限高さｈ３まで吸着ヘッドを下
降させた後所定時間経過後に、吸着ヘッドを容器に対し
て水平方向に相対的に複数回往復動させる工程と、吸着
ヘッドを容器から上昇させる工程とを含むので、導電性
ボールを安定して吸着することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の導電性ボールの移載装
置の正面図

【図２】本発明の一実施の形態の導電性ボールの移載装
置の制御の構成を示すブロック図

【図３】（ａ）本発明の一実施の形態の導電性ボールの
吸着時の吸着ヘッドの高さを示すグラフ （ｂ）本発明の一実施の形態のボール供給部への振動付
与のタイミングチャート （ｃ）本発明の一実施の形態の吸着ヘッド内の圧力レベ
ルを示すグラフ

【図４】（ａ）本発明の一実施の形態の導電性ボールの
移載装置のボール供給部の断面図 （ｂ）本発明の一実施の形態の導電性ボールの移載装置
のボール供給部の断面図 （ｃ）本発明の一実施の形態の導電性ボールの移載装置
のボール供給部の断面図 （ｄ）本発明の一実施の形態の導電性ボールの移載装置
のボール供給部の断面図

【符号の説明】

２ 導電性ボール ５ 位置決めテーブル ９ ワーク １０ ボール供給部 １３ ボール容器 ２０ 移動手段 ２９ エンコーダ ３１ 吸着ヘッド ３１ａ 吸着孔 ４２ 圧力センサ ４３ 記憶部

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/92 ６０４Ｚ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下面に複数の吸着孔が形成された吸着ヘッ
   ドによって容器に収納された微小ボールを吸着する微小
   ボールの吸着方法であって、前記吸着孔から真空吸引し
   ながら前記吸着ヘッドを容器内の微小ボールの表層に向
   って高速下降させ、前記表層よりも高い位置に予め設定
   された高低速切換え高さｈ１に到達したら下降速度を低
   速に切換える工程と、吸着ヘッドが低速で下降し、吸着
   ヘッドの下面が導電性ボールの表層よりも下方に沈入し
   て導電性ボールが吸着孔の吸引力に捕捉される吸着ヘッ
   ド内の圧力降下開始タイミングに対応した吸着ヘッドの
   高さｈ２より下方に設定された下降限高さｈ３まで前記
   吸着ヘッドを下降させた後所定時間経過後に、前記吸着
   ヘッドを前記容器に対して水平方向に相対的に複数回往
   復動させる工程と、前記吸着ヘッドを容器から上昇させ
   る工程とを含むことを特徴とする微小ボールの吸着方
   法。
2. 【請求項２】前記吸着ヘッドを前記表層に向って下降さ
   せる際の吸着ヘッドの低速下降速度が、１ｍｍ／ｓｅ
   ｃ．〜５ｍｍ／ｓｅｃ．の範囲内であることを特徴とす
   る請求項１記載の微小ボールの吸着方法。