JP3617957B2 - 回転往復運動伝達機構及びこれを用いた処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力軸周りの回転入力を出力軸周りの回転として出力させると共に、入力軸の軸方向入力を出力軸の軸方向出力として出力させることができる回転往復運動伝達機構及び該回転往復運動伝達機構を含む処理装置に関する。特に、本発明は、例えば、ベアチップやＣＳＰ（チップ・サイズ・パッケージ）等の電子部品を基板やパッケージ等に実装する場合に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子部品実装装置においては、ベアチップやＣＳＰ等のフリップチップ実装を行うに際して、チップの面上に設けられた電極と、その相手となる基板やパッケージの面上に配置された電極と、を互いに整列させて接合する。接合の仕方は、接着剤を塗布して加圧しながら固化させる方法や、超音波モータ（或いは超音波ホーン）を用いて融着する方法などがあるが、いずれの場合にもチップと基板の接合面を互いに平行に保持し、正確に加圧する必要がある。
【０００３】
また、実装時には、チップと、基板の電極と、が正しく整列していなければならないので、電子部品実装装置は、基板上の正確な位置にチップを移動させる必要がある。このために、実装装置は一般的にはカメラによりチップおよび実装する基板あるいはパッケージ等を撮像し、得られた画像を画像処理することによりチップと基板との位置ずれ情報を得ている。そして、その位置ずれ情報に基づいて実装ヘッドをプリント基板等の取り付け面（被処理面）に対して相対的に、Ｘ、Ｙ、Ｚおよびθ方向に動かして位置補正する機構を有している。ここでＸ、Ｙ方向は基板平面（被処理面）に平行な２次元座標を表し、Ｚ方向はそれに垂直な方向即ち被処理面に対しチップを上下する方向を表す。またθ方向は被処理面に平行な面内でのチップの回転方向を表す。
【０００４】
なお、チップの基板に対する相対的位置合わせはチップ側を動かして行うこともでき、また基板側を動かして行うこともできるが、実装装置の簡略化、小型化等の観点からは、可動部分を小型・軽量化できる等の理由から、実装装置側のチップを保持するチップ保持ツールを支持する実装ヘッド側に、少なくともθの補正のための回転駆動とＺ軸（上下）方向の加圧若しくは加圧解放のための往復駆動（上下運動）のための機構（以下、回転往復運動伝達機構とも言う。）が備えられることが好ましい。
【０００５】
ここで、例えば、構造系及び制御系の簡略化などの観点からは、θ補正制御のための回転駆動と、加圧・加圧解放のための往復運動駆動と、は、共通のチップ保持ツールに対して別ルートで伝達され、各々独立してその駆動量を制御することが好ましい。
【０００６】
従って、回転往復運動伝達機構としては、該機構に入力される回転力を回転力としてチップ保持ツールに作用させることができ、かつ、これとは別ルートで入力される往復運動力を前記回転力とは独立にチップ保持ツールに作用させることができることが要求される。
【０００７】
また、ベアチップやＣＳＰ等のフリップチップ実装では、チップの面上に配置された電極と、その相手となる基板やパッケージの面上の電極と、を精確に接合する必要があるので、ＸＹ方向での精確な位置決めと、接合時にチップと基板の接合面とを精度良く平行に保持して、精確な加圧力で加圧できることが要求されることから、前記回転往復運動伝達機構には、以下のような特性が要求されることになる。
【０００８】
即ち、
１．ガタがなく、剛性が高い。
２．摺動抵抗ができるだけ小さい。
３．動く部分の質量ができるだけ小さい。
４．回転中心の精度を確保しやすい。
と言った特性が要求される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このようなことから、本願出願人等は、上記１〜４の特性を極力満たしつつ、別ルートで入力される回転力と往復運動力とを、共通のチップ保持ツールに対して、それぞれ独立して作用させることができる回転往復運動伝達機構を、特願２０００−２４５５７１号において提案した。
【００１０】
このものは、図４に示すように、下端部にブラケット１６０、超音波モータ１６２を介してチップ保持ツール１５２を支持するθ軸シャフト（出力軸）１３０の軸方向に略直交する断面形状を多角形形状（図５参照）とする一方、該多角形形状と対応した中央開口部を有し該開口部に前記θ軸シャフト１３０を軸受１４２（リテーナ１４４により保持されるニードルベアリング１４６を含んで構成される。図５参照）を介して往復運動自在に嵌挿保持するスリーブ１４０を備え、該スリーブ１４０の周囲を回転駆動部（回転駆動モータ１１８、プーリ１１４、ベルト１１６、入力プーリ１１２、減速機１２０、減速機出力軸１２４）と回転連結する一方、前記θ軸シャフト１３０の上端部に往復動力源１３２により往復運動力を作用させるように構成している。
【００１１】
かかる構成によれば、回転力が回転駆動部（回転駆動の動力源）からスリーブ１４０へ伝達されると、スリーブ１４０に嵌挿保持されている前記θ軸シャフト１３０は、前記多角形形状を介してスリーブ１４０と連れ回りするため、スリーブ１４０の回転と同期して回転駆動されることになる。一方、往復運動力は、前記θ軸シャフト１３０の上端部に作用するが、該θ軸シャフト１３０は前記スリーブ１４０に往復運動自在に嵌挿保持されているため、θ軸シャフト１３０は前記回転駆動部とは独立に往復運動できることになる。
【００１２】
なお、上記装置によれば、前記θ軸シャフト１３０の基板（被処理対象）に対するＸＹ方向における遊動や回転ぶれを効果的に抑制することができる。
しかしながら、例えば、チップと基板との接触開始点等を検出して所定の加圧パターンをより一層精確に付与できるようにする等の要求もあり、このためには、より一層、摺動抵抗を小さくすることが必要となるなど、上記の１〜４の特性を、より一層高いレベルで実現することが望まれている実情がある。
【００１３】
このため、例えば、θ軸シャフトを空気軸受け等で支持すること等が考慮されるが、既述したようにθ軸シャフトへの回転力の伝達は、θ軸シャフト１３０とスリーブ１４０との間の多角形形状による連れ回り構造を介してなされるため、空気軸受けは、コスト及びθ方向の剛性確保の観点から、その採用は難しいのが実情であった。
【００１４】
また、一方で、図５に示したような多角形形状をニードルベアリングで嵌挿保持する構成は比較的複雑であるため、上記の１〜４の特性を維持しつつ、θ軸シャフトを簡単かつ良好に支持可能な構成とし、構成の簡略化延いては製品コストの低減等を一層促進したいと言う要求もある。
【００１５】
本発明は、上記の実情に鑑みなされたものであり、簡単かつ小型軽量な構成でありながら、摺動抵抗を一層低減できると共に、必要に応じて被処理面内での出力軸の遊動や回転ぶれ等をより一層効果的に抑制することが可能な、別入力される回転力と往復運動力とを共通の出力軸に出力させることができる回転往復運動伝達機構を提供することを目的とする。また、当該回転往復運動伝達機構を含んで構成される処理装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明に係る請求項１に記載の回転往復運動伝達機構は、
回転駆動される入力回転部材と、
該入力回転部材の回転中心軸と同軸的に配設される出力回転部材と、
一端部が前記回転中心軸の半径方向への移動を規制されつつ前記入力回転部材に接続され前記回転中心軸の半径方向に延在される入力側接続部材と、一端部が前記回転中心軸の半径方向への移動を規制されつつ前記出力回転部材に接続され前記回転中心軸の半径方向に延在される出力側接続部材と、を含んで構成され、前記入力側接続部材の他端部と、前記出力側接続部材の他端部と、を、前記回転中心軸の半径方向への前記２つの他端部相互間における移動を規制しつつ接続した、前記回転中心軸廻りに複数配設される回転往復運動伝達部材と、
を含んで構成し、
前記複数の回転往復運動伝達部材を介して前記入力回転部材と前記出力回転部材とを一体的に回転連結して、前記入力回転部材の回転を前記出力回転部材の回転として出力させる一方、
前記複数の回転往復運動伝達部材を介して、前記出力回転部材に対して前記回転中心軸方向から作用される往復運動駆動源からの往復運動力を前記出力回転部材の回転中心軸上の往復運動として出力可能に構成した。
【００１７】
このように構成すれば、所定精度を維持しつつ、簡単かつ小型軽量な構成とすることができ、かつ、摺動抵抗を従来に対して一層低減することができる。また、必要に応じて被処理面内での出力軸の遊動や回転ぶれ等も効果的に抑制することができる。
【００１８】
そして、簡単かつ小型軽量な構成であるから、可動部分の質量を小さくできるので慣性力を小さくでき、例えば、ＸＹＺ軸方向及びθ軸における位置決め制御の簡略化延いては位置決め精度の高精度化を一層促進することが可能となると共に、出力回転部材による軸方向への加圧処理時等においては、被処理対象に対するスムーズな接触を達成できるため、より高精度な加圧処理などを達成することが可能となる。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、前記入力回転部材と前記入力側接続部材との接続と、前記出力回転部材と前記出力側接続部材との接続と、前記入力側接続部材と前記出力側接続部材との接続が、それぞれ固定的であり、前記入力側接続部材と、前記出力側接続部材と、が板バネであることを特徴とする。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、前記入力回転部材と前記入力側接続部材との接続と、前記出力回転部材と前記出力側接続部材との接続と、前記入力側接続部材と前記出力側接続部材との接続が、それぞれ前記回転中心軸を含む平面内において前記入力側接続部材及び前記出力側接続部材を枢動可能な接続であることを特徴とする。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、前記往復運動伝達部材が、前記回転中心軸周りに偶数個設けられる場合に、前記回転中心軸を挟んで対向する位置にそれぞれ配設されることを特徴とする。
【００２６】
請求項５に記載の発明は、前記出力回転部材が、回転自在かつ往復運動自在に支持する軸受により支持されることを特徴とする
【００２７】
このように、出力回転部材を、軸受を介して回転自在かつ往復運動自在に支持するようにすれば、出力回転部材の遊動や回転ぶれ等をより一層抑制できるため、例えば、ＸＹＺ軸方向及びθ軸における位置決め精度を一層高めることが可能となり、部品の基板への実装精度等をより一層高めることができる。なお、本発明においては、一般的な構造の軸受装置を使用することができるから、構成を複雑化させないと言う利点がある。
【００２８】
請求項６に記載の発明は、前記軸受が、所謂空気軸受であることを特徴とする。
【００２９】
かかる構成とすれば、転がり軸受等に比べると一層摺動抵抗を低減できるから、ＸＹＺ軸方向及びθ軸における位置決め精度を一層高めることが可能となると共に、出力回転部材による軸方向への加圧処理において、被処理対象に対するより一層スムーズな接触を達成できるため、より一層高精度な加圧処理などを実現できることになる。
【００３０】
請求項７に記載の発明に係る処理装置は、請求項１〜請求項６の何れか１つに記載の回転往復運動伝達機構を含んで構成され、前記出力回転部材が、被処理対象に所定処理を施すためのツールに接続されることを特徴とする。
【００３１】
かかる構成とすれば、所定精度を維持しつつ、簡単かつ小型軽量な構成で、摺動抵抗を一層低減できる処理装置を提供でき、更には、必要に応じて被処理面内での出力軸の遊動や回転ぶれ等も効果的に抑制することができる処理装置を提供できることになる。
【００３２】
請求項８に記載の発明は、前記処理が、電子部品の基板への実装処理であることを特徴とする。
【００３３】
請求項９に記載の発明は、前記軸受が備わる場合に、該軸受が、被処理対象を支持する支持体に、一体的に支持されることを特徴とする。
【００３４】
かかる構成とすれば、被処理面内での出力軸の遊動や回転ぶれ等をより一層効果的に抑制することができるため、ＸＹＺ軸方向及びθ軸における位置決め精度等を一層高めることができ、より一層高精度な各種処理を行うこと等が可能となる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。
図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る部品実装装置の実装ヘッドを示す。
【００３６】
図１において、実装ヘッド１を支持するヘッドベース２は、本部品実装装置のベース（図示せず）上に載置されていて、不図示のＸ−Ｙ駆動機構を介して半導体チップなどの部品を実装すべき基板の被処理面に平行なＸ、Ｙ方向に自在に移動可能に構成されている。
【００３７】
実装ヘッド１は、Ｚ軸駆動モータ４とＺ軸ボールねじ機構６からなるＺ軸駆動機構を介して前記ベースプレート２に支持されている。Ｚ軸駆動モータ４により、プーリ及びベルトを介して、Ｚ軸ボールねじ機構６を回転させ、基板被処理面に対する位置調整等のために、上下動ブロック１０を上下動（基板被処理面に略垂直なＺ方向に移動）可能となっている。
【００３８】
上下動ブロック１０には、θ回転機構２０が設けられる。このθ回転機構２０は、チップを保持するチップ保持ツール５２が取り付けられるθ軸シャフト３０をθ方向に回転させるための機構である。
【００３９】
このθ回転機構２０において、上下動ブロック１０上には、図示しないθ駆動モータが固定されている。かかるθ駆動モータの出力回転軸には図示しない出力プーリーが固定されており、該出力プーリーの回転は、ベルト１４を介して、θ回転機構２０の入力プーリー１２に伝達される。
【００４０】
前記入力プーリー１２の下部には、該入力プーリー１２の回転を減速してθ軸シャフト３０に伝える同軸減速機１６（例えば、波動歯車装置：商標「ハーモニックドライブ」など）が設けられている。前記入力プーリー１２は、減速機１６の入力軸２２に同心的に接続される。入力軸２２は、上下動ブロック１０に支持される減速機１６のハウジングに対して、ベアリング２６及び２７を介して回転自在に軸支される。
【００４１】
前記入力軸２２の回転は、該入力軸２２の外周に同軸的に配設されたハーモニックドライブ２３により所定に減速され、その外側においてこれと同軸的に配設されている減速機の出力軸部材２４（本発明に係る、回転往復動伝達機構への入力回転部材に相当する）に伝達される。なお、前記Ｚ軸ボールねじ機構６、θ駆動モータ、減速機１６の波動減速装置（ハーモニックドライブ）２３等は、図示しない制御装置からの駆動制御信号に基づいて、その駆動が制御される。
【００４２】
ここで、出力軸部材２４は、ベアリング２５Ｂ及び２６により減速機１６のハウジングに対して回転自在に軸支されており、ハウジング延いてはこれを支持するベースプレート２及び上下動ブロック１０から独立して回転可能となっている。
【００４３】
当該出力軸部材２４には、本発明に係る回転往復動伝達機構４０を介してθ軸シャフト３０が回転連結されている。従って、入力プーリ１２を介して入力されるθ駆動モータからの回転を減速機１６を介して所定に減速して出力する出力軸部材２４の回転は、前記回転往復動伝達機構４０を介して、θ軸シャフト３０に伝達されることとなる。ここにおいて、前記θ軸シャフト３０が、本発明に係る回転往復動伝達機構の出力回転部材に相当する。
【００４４】
なお、前記入力プーリー１２、入力軸２２及び出力軸部材２４の回転中心部は、中空となっており、その中をθ軸シャフト３０が貫通して、θ軸シャフト３０の上端部３０Ａは、前記入力プーリー１２を越えて図１において上方に突出している。
【００４５】
この一方で、θ軸シャフト３０は、前記出力軸部材２４との連結のための回転往復動伝達機構４０の取付位置から図１において下方に延伸されており、その下端部３０Ｂに、基板の被処理面に作用するチップ保持ツール５２が取り付けられるようになっている。
【００４６】
前記θ軸シャフト３０の上端部３０Ａは、基板に対する加圧処理等のために、θ軸シャフト３０延いてはチップ保持ツール５２を往復動（Ｚ方向移動）させるための往復運動動力源（例えば、ボイスコイルモータ等の加圧アクチュエータ等）６０に接続されている。
【００４７】
即ち、本実施形態においては、例えばチップ保持ツール５２に保持されているチップを基板の被処理面に加圧する際には、前記往復動動力源６０を図１において下方に向けて駆動することで、これに接続されているθ軸シャフト３０を、前記回転往復運動伝達機構を介して、図１において下方（Ｚ方向）に移動可能となっている。
【００４８】
この往復運動動力源６０の駆動は、図示しない制御装置からの制御信号（例えば、加圧力、加圧タイミング、加圧期間、加圧時間変化などが設定されたマップ等）に従って、所定の加圧パターンを達成するように制御される。なお、加圧力センサ等を用いて、所定の加圧力が達成されるように、往復運動動力源６０の駆動量をフィードバック制御することも可能である。また、例えば、往復運動動力源６０の駆動を停止しているときなどにθ軸シャフト３０を確実に支持しておく等のために、ロック用ソレノイド７０を設け、これと、θ軸シャフト３０の上端部３０Ａに接続され往復運動動力源６０を上方に貫通するロック用延長部３０Ｃと、を係合可能に構成することもできる。
【００４９】
このように、本実施形態によれば、θ駆動モータからの回転を入力プーリ１２、減速機１６、出力軸部材２４を介してθ軸シャフト３０に伝達可能であると共に、これとは別ルートで入力される往復運動動力源６０からの上下方向（Ｚ方向）駆動力（往復運動力）をθ軸シャフト３０に伝達することができる。
【００５０】
ここで、かかる機能を奏する回転往復動伝達機構４０について説明する。
本実施形態に係る回転往復動伝達機構４０は、図１及び図２に示すように、θ軸シャフト３０に略直交する所定平面内においてθ軸シャフト３０を挟んで対向して配設される一対の板バネ４１が、それぞれθ軸シャフト３０に固定される。一方、θ軸シャフト３０に略直交する所定平面内において出力軸部材２４を挟んで対向して配設される一対の板バネ４２が、それぞれ出力軸部材２４に固定される。前記一対の板バネ４１と、前記一対の板バネ４２と、は、θ軸シャフト３０の軸方向から投影したときに相互に重畳するように配設される。
【００５１】
そして、前記一対の板バネ４１のθ軸シャフト３０に固定されない側の端部（外側端部）４１Ａと、前記一対の板バネ４２の出力軸部材２４に固定されない側の端部（外側端部）４２Ａと、は、例えばボルトなどの締結部材を介して固定される。
【００５２】
ここで、前記板バネ４１が本発明に係る回転往復運動伝達部材の出力側接続部材の一例に相当し、前記板バネ４２が本発明に係る回転往復運動伝達部材の入力側接続部材の一例に相当する。
【００５３】
かかる構成によると、θ駆動モータからの所定角度の回転が入力プーリ１２、減速機１６等を介して出力軸部材２４に伝達されると、該出力軸部材２４に固定された一対の板バネ４２に伝達され、更に当該板バネ４２に連結されている板バネ４１に伝達され、最終的にθ軸シャフト３０に伝達されることになる。
【００５４】
一方、前記回転とは別ルートで、往復運動動力源６０からθ軸シャフト３０の上端部３０Ａを介して入力される上下方向駆動力（往復運動力）は、前記出力軸部材２４延いてはθ回転機構２０とは独立に（これらを上下方向へ移動させることなく）、θ軸シャフト３０に対して小さな摺動抵抗で伝達することができる。
【００５５】
即ち、θ軸シャフト３０は、前記出力軸部材２４とは、前述したような方式で、前記一対の板バネ４１，４２を介して回転連結されているものの、上下方向（Ｚ方向）においては、該一対の板バネ４１，４２の弾性力でθ軸シャフト３０は出力軸部材２４に保持されているだけであるから、θ軸シャフト３０の上端部３０Ａに下方への駆動力を作用させると、前記弾性力に抗してθ軸シャフト３０を出力軸部材２４から離間する方向（図３参照）、即ち図１において下方向に容易にかつ円滑に移動させることができる。
【００５６】
これにより、前記θ軸シャフト３０の下端部３０Ｂに超音波モータブラケット５０を介して支持される超音波モータ５１に固定されるチップ保持ツール５２を介して、チップを、基板の被処理面に容易かつ円滑に加圧することができることとなる。
【００５７】
このように、本実施形態によれば、ベアチップやＣＳＰ等のフリップチップ実装において、図示しないＸ−Ｙ駆動機構及びＺ軸駆動機構により、チップ保持ツール５２に真空吸着等されるチップの面上に配置された電極と、その相手となる基板やパッケージの面上の電極と、を、ＸＹ方向及びＺ軸方向において高精度に位置合わせできると共に、θ回転機構２０のθ軸シャフト３０の回転（θ補正）を介してチップと基板とをθ方向において高精度に位置合わせすることができ、更には、θ軸シャフトの回転機構とは独立した往復運動動力源６０を介してθ軸シャフト３０を上下方向に駆動（往復運動）できるので、簡単な構成でありながら、容易かつ円滑に、精度良くチップを基板の被処理面に加圧できることになる。
【００５８】
ところで、本実施形態においては、より一層高いレベルで、以下の要求、
即ち、
１．ガタがなく、剛性が高い。
２．摺動抵抗ができるだけ小さい。
３．回転中心の精度を確保しやすい。
を満たすなどのために、図１に示されるように、θ軸シャフト３０の前記出力軸部材２４との連結部（回転往復動伝達機構４０）と、θ軸シャフト３０の下端部３０Ｂに取り付けられるチップ保持ツール５２と、の間における上下動ブロック１０に、該θ軸シャフト３０を回転及び往復動自在に支持する空気ベアリング８０を配設することができる。図１中の符号８１は、空気ベアリングに空気を供給するための空気導入口である。
【００５９】
なお、空気ベアリング８０に対してやや摺動抵抗の低減効果は薄れるものの、ボールベアリング等の転がり軸受を採用することもできるものである。このような軸受を配設するときには、θ軸シャフト３０の外周形状は、少なくとも軸受幅（軸受される部分の上下方向長さ）と上下方向のストローク長さ分は円筒形状とされるが、上記のような軸受を必要としなくても所望の精度を確保等できる場合には、θ軸シャフト３０の軸方向に略直角な方向における断面形状は、特に限定されるものではない。
【００６０】
ここで、本実施形態に係る実装ヘッドによりチップの基板への実装がどのように行われるかを説明しておく。
図示しないチップ供給部において実装すべきチップを受け取りチップ吸着ツール５２によりチップを真空吸着して保持する。その後、図示しない制御系による制御に従ってＸ−Ｙ駆動機構を動作させて実装ヘッドを基板上方の所定の位置へ移動させる。また同じく制御系による制御に従ってθ回転機構２０を動作させて、チップを基板に対して正しい取り付け方向に向ける。
【００６１】
この状態で撮像装置によりチップおよび基板の両者を撮像し、得られた画像データを画像処理してチップと基板との位置ずれを算出する。得られた位置ずれデータに基づいて再びＸ−Ｙ駆動機構およびθ回転機構２０を動作させ、基板に対するチップの位置補正を行う。
【００６２】
以上の工程によりチップは基板に対して正しい取り付け位置に位置決めされる。続いて、Ｚ軸駆動モータ４とＺ軸ボールねじ機構６からなるＺ軸駆動機構を動作させてチップを基板に接する手前の位置まで降下させる。その後、接触開始位置として予め設定されている降下量を与えてチップを基板に接触させて後、制御系による制御に従って往復運動動力源６０を動作させ、チップ側の導体（バンプ）と基板上の対応する導体とが接するようにしつつチップを所定の圧力で基板に押しつけ、超音波モータ５１を振動させることで導体同士を融着させて実装処理を終了する。
【００６３】
なお、本実施形態の実装装置におけるチップと基板との接合方法としては、チップの導体部分以外の部分に接着剤を塗布し、往復運動動力源６０を介してチップを基板に対して所定加圧力で押圧しつつ、接着剤を硬化させてチップを基板に接合する方式とすることも可能である。
【００６４】
また、本実施形態に係る回転往復運動伝達機構４０は、被処理体に対して、所定の回転と往復移動が要求される何がしかの処理（プリント、塗膜処理、レーザ加工処理など）を施す装置に適用できるものであり、上記で説明した実装処理に限定されるものではない。
【００６５】
ところで、前記往復運動動力源６０は、ボイスコイルモータに限らず、例えばエアシリンダあるいは電磁アクチュエータなどを用いて構成することもできる。また、上記実施の形態では、往復運動動力源は、前記θ軸シャフト３０の上端部に往復運動力を作用させる構成として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、往復運動力を前記θ軸シャフト（本発明に係る出力回転部材）の軸方向に作用可能なものであれば採用することができるものである。
【００６６】
例えば、θ軸シャフト３０の下端部側から作用させるものや、θ軸シャフト３０の途中部分にθ軸シャフト３０の軸方向と交差する方向（即ち、外方）に突出する突出部分（例えば、鍔など）を設け、この突出分部のθ軸シャフトの軸方向を向く面に往復運動力を作用させる構成とすることもできるものである。
【００６７】
更に、上記実施の形態では、板バネ４１，４２を出力軸部材２４（本発明に係る入力回転部材）とθ軸シャフト３０（本発明に係る出力回転部材）に固定すると共に、板バネ４１，４２の外側端部４１Ａ、４２Ａとをボルトなどで結合することとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６８】
例えば、板バネ４１とθ軸シャフト３０との間の連結点、板バネ４２と出力軸部材２４との連結点、板バネ４１の外側端部４１Ａと板バネ４２の外側端部４２Ａとの連結点を、例えばθ軸シャフトを含む平面内において板バネ４１，４２を枢動させることができる枢動支持とすることも可能である。そして、必要に応じて、θ軸シャフト３０を重力に抗して所定に支持可能な弾性部材（コイルバネ、板バネなど）等でθ軸シャフト３０を支持するような構成とすることができるものである。
【００６９】
即ち、回転駆動される入力回転部材と、該入力回転部材の回転中心軸と同軸的に配設される出力回転部材と、を、回転往復運動伝達部材の入力側接続部を前記回転部材に接続すると共に回転往復運動伝達部材の出力側接続部を前記出力回転部材に接続することで一体的に回転連結する一方、
前記回転往復運動伝達部材の入力側接続部と出力側接続部とを前記回転中心軸方向において相対移動可能に構成し、該入力側接続部と出力側接続部との間の相対移動を利用して前記入力回転部材と前記出力回転部材とを前記回転中心軸方向において相対移動可能に構成し、
前記入力回転部材の回転を前記出力回転部材の回転として出力させると共に、前記出力回転部材に対して前記回転中心軸方向から作用される往復運動駆動源からの往復運動力を当該出力回転部材の前記回転中心軸方向における往復運動として出力可能に構成されたものであれば、本発明の範囲に含まれるものである。
【００７０】
また、本実施形態では、板バネ４１，４２を、それぞれθ軸シャフトを挟んで対向する位置に配設される一対のものとして説明したが、本発明は、これに限定されるものでもない。即ち、所望の要求を達成できれば、板バネ４１，４２をθ軸シャフトの周囲に複数備えるようにしても良いものである。
【００７１】
そして、本実施形態では、板バネ４１，４２を、θ軸シャフト３０の外周から外方に向けて延伸する構成として説明したが、これに限らず、例えば、比較的径が大きく内部が中空となっているようなθ軸シャフトが採用される場合などにおいては、板バネ４１，４２、即ち入力側接続部材及び出力側接続部材は、接続部位である入力側接続部及び出力側接続部から回転中心軸方向に向けて延伸する構成であっても良い。即ち、入力側接続部材及び出力側接続部材としては、θ軸シャフト３０の回転中心軸の半径方向に沿って延伸する構成であれば、本発明の範囲に含まれるものである。
【００７２】
また、上記の実施形態に係る実装装置では、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の位置決め等のための移動を実装ヘッド側で行うこととして説明したが、基板側即ち基板ステージ（被処理対象である基板を支持する支持体）を、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向あるいはその一部の方向に関して実装ヘッドに対して移動させる構成をとっても良いものである。
【００７３】
更に、本実施形態において説明した装置の各要素、各機構、各部材などのレイアウトは、例示したものに限定されるものではなく、適宜変更できることは勿論である。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単かつ小型軽量な構成でありながら、所定の要求特性を維持しつつ摺動抵抗を一層低減することが可能であると共に、必要に応じて被処理面内での出力軸の遊動や回転ぶれ等も尚一層抑制することができる。
【００７５】
即ち、所定精度を維持しつつ、構成の簡略化を促進できると共に、摺動抵抗を小さくすることができるので、例えば、往復運動動力源から出力回転部材への動力伝達ロスを低減でき、以って出力回転部材による軸方向への加圧を、より精確に制御すること等が可能となる。
【００７６】
また、簡単かつ小型軽量な構成であるから、可動部分の質量を小さくできるので慣性力を小さくでき、例えば、ＸＹＺ軸方向及びθ軸における位置決め制御の簡略化延いては位置決め精度の高精度化を一層促進することが可能となると共に、出力回転部材による軸方向への加圧処理時等においては、被処理対象に対するスムーズな接触を達成できるため、より高精度な加圧処理などを達成することができる。
【００７７】
なお、出力回転部材を、軸受を介して回転自在かつ往復運動自在に支持することで、出力回転部材の遊動や回転ぶれ等をより一層抑制できるため、例えば、ＸＹＺ軸方向及びθ軸における位置決め精度を一層高めることが可能となり、部品の基板への実装精度等をより一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る部品実装装置の実装ヘッドの正面図である。
【図２】図１の実装ヘッドの往復回転伝達機構の一部を側方から見た図である。
【図３】同上往復回転伝達機構の往復駆動時の状態を示す部分拡大図である。
【図４】従来の部品実装装置の実装ヘッドを示す図である。
【図５】図３の装置の往復回転伝達機構の一部の断面を示す図である。
【符号の説明】
１ 実装ヘッド
２ ベースプレート
４ Ｚ軸駆動モータ
６ Ｚ軸ボールねじ機構
１０ 上下動ブロック
１２ 入力プーリ
１４ ベルト
１６ 減速機
２０ θ回転機構
２２ 入力軸
２３ ハーモニックドライブ
２４ 出力軸部材（回転往復動伝達機構への入力回転部材に相当）
３０ θ軸シャフト（回転往復動伝達機構の出力回転部材に相当）
４０ 回転往復動伝達機構
４１ 板バネ（回転往復運動伝達部材の出力側接続部材に相当）
４２ 板バネ（回転往復運動伝達部材の入力側接続部材に相当）
５０ 超音波ホーンブラケット
５１ 超音波ホーン
５２ チップ保持ツール
６０ 往復運動動力源（ボイスコイルモータ等）
８０ 空気ベアリング
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力軸周りの回転入力を出力軸周りの回転として出力させると共に、入力軸の軸方向入力を出力軸の軸方向出力として出力させることができる回転往復運動伝達機構及び該回転往復運動伝達機構を含む処理装置に関する。特に、本発明は、例えば、ベアチップやＣＳＰ（チップ・サイズ・パッケージ）等の電子部品を基板やパッケージ等に実装する場合に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子部品実装装置においては、ベアチップやＣＳＰ等のフリップチップ実装を行うに際して、チップの面上に設けられた電極と、その相手となる基板やパッケージの面上に配置された電極と、を互いに整列させて接合する。接合の仕方は、接着剤を塗布して加圧しながら固化させる方法や、超音波モータ（或いは超音波ホーン）を用いて融着する方法などがあるが、いずれの場合にもチップと基板の接合面を互いに平行に保持し、正確に加圧する必要がある。
【０００３】
また、実装時には、チップと、基板の電極と、が正しく整列していなければならないので、電子部品実装装置は、基板上の正確な位置にチップを移動させる必要がある。このために、実装装置は一般的にはカメラによりチップおよび実装する基板あるいはパッケージ等を撮像し、得られた画像を画像処理することによりチップと基板との位置ずれ情報を得ている。そして、その位置ずれ情報に基づいて実装ヘッドをプリント基板等の取り付け面（被処理面）に対して相対的に、Ｘ、Ｙ、Ｚおよびθ方向に動かして位置補正する機構を有している。ここでＸ、Ｙ方向は基板平面（被処理面）に平行な２次元座標を表し、Ｚ方向はそれに垂直な方向即ち被処理面に対しチップを上下する方向を表す。またθ方向は被処理面に平行な面内でのチップの回転方向を表す。
【０００４】
なお、チップの基板に対する相対的位置合わせはチップ側を動かして行うこともでき、また基板側を動かして行うこともできるが、実装装置の簡略化、小型化等の観点からは、可動部分を小型・軽量化できる等の理由から、実装装置側のチップを保持するチップ保持ツールを支持する実装ヘッド側に、少なくともθの補正のための回転駆動とＺ軸（上下）方向の加圧若しくは加圧解放のための往復駆動（上下運動）のための機構（以下、回転往復運動伝達機構とも言う。）が備えられることが好ましい。
【０００５】
ここで、例えば、構造系及び制御系の簡略化などの観点からは、θ補正制御のための回転駆動と、加圧・加圧解放のための往復運動駆動と、は、共通のチップ保持ツールに対して別ルートで伝達され、各々独立してその駆動量を制御することが好ましい。
【０００６】
従って、回転往復運動伝達機構としては、該機構に入力される回転力を回転力としてチップ保持ツールに作用させることができ、かつ、これとは別ルートで入力される往復運動力を前記回転力とは独立にチップ保持ツールに作用させることができることが要求される。
【０００７】
また、ベアチップやＣＳＰ等のフリップチップ実装では、チップの面上に配置された電極と、その相手となる基板やパッケージの面上の電極と、を精確に接合する必要があるので、ＸＹ方向での精確な位置決めと、接合時にチップと基板の接合面とを精度良く平行に保持して、精確な加圧力で加圧できることが要求されることから、前記回転往復運動伝達機構には、以下のような特性が要求されることになる。
【０００８】
即ち、
１．ガタがなく、剛性が高い。
２．摺動抵抗ができるだけ小さい。
３．動く部分の質量ができるだけ小さい。
４．回転中心の精度を確保しやすい。
と言った特性が要求される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このようなことから、本願出願人等は、上記１〜４の特性を極力満たしつつ、別ルートで入力される回転力と往復運動力とを、共通のチップ保持ツールに対して、それぞれ独立して作用させることができる回転往復運動伝達機構を、特願２０００−２４５５７１号において提案した。
【００１０】
このものは、図４に示すように、下端部にブラケット１６０、超音波モータ１６２を介してチップ保持ツール１５２を支持するθ軸シャフト（出力軸）１３０の軸方向に略直交する断面形状を多角形形状（図５参照）とする一方、該多角形形状と対応した中央開口部を有し該開口部に前記θ軸シャフト１３０を軸受１４２（リテーナ１４４により保持されるニードルベアリング１４６を含んで構成される。図５参照）を介して往復運動自在に嵌挿保持するスリーブ１４０を備え、該スリーブ１４０の周囲を回転駆動部（回転駆動モータ１１８、プーリ１１４、ベルト１１６、入力プーリ１１２、減速機１２０、減速機出力軸１２４）と回転連結する一方、前記θ軸シャフト１３０の上端部に往復動力源１３２により往復運動力を作用させるように構成している。
【００１１】
かかる構成によれば、回転力が回転駆動部（回転駆動の動力源）からスリーブ１４０へ伝達されると、スリーブ１４０に嵌挿保持されている前記θ軸シャフト１３０は、前記多角形形状を介してスリーブ１４０と連れ回りするため、スリーブ１４０の回転と同期して回転駆動されることになる。一方、往復運動力は、前記θ軸シャフト１３０の上端部に作用するが、該θ軸シャフト１３０は前記スリーブ１４０に往復運動自在に嵌挿保持されているため、θ軸シャフト１３０は前記回転駆動部とは独立に往復運動できることになる。
【００１２】
なお、上記装置によれば、前記θ軸シャフト１３０の基板（被処理対象）に対するＸＹ方向における遊動や回転ぶれを効果的に抑制することができる。
しかしながら、例えば、チップと基板との接触開始点等を検出して所定の加圧パターンをより一層精確に付与できるようにする等の要求もあり、このためには、より一層、摺動抵抗を小さくすることが必要となるなど、上記の１〜４の特性を、より一層高いレベルで実現することが望まれている実情がある。
【００１３】
このため、例えば、θ軸シャフトを空気軸受け等で支持すること等が考慮されるが、既述したようにθ軸シャフトへの回転力の伝達は、θ軸シャフト１３０とスリーブ１４０との間の多角形形状による連れ回り構造を介してなされるため、空気軸受けは、コスト及びθ方向の剛性確保の観点から、その採用は難しいのが実情であった。
【００１４】
また、一方で、図５に示したような多角形形状をニードルベアリングで嵌挿保持する構成は比較的複雑であるため、上記の１〜４の特性を維持しつつ、θ軸シャフトを簡単かつ良好に支持可能な構成とし、構成の簡略化延いては製品コストの低減等を一層促進したいと言う要求もある。
【００１５】
本発明は、上記の実情に鑑みなされたものであり、簡単かつ小型軽量な構成でありながら、摺動抵抗を一層低減できると共に、必要に応じて被処理面内での出力軸の遊動や回転ぶれ等をより一層効果的に抑制することが可能な、別入力される回転力と往復運動力とを共通の出力軸に出力させることができる回転往復運動伝達機構を提供することを目的とする。また、当該回転往復運動伝達機構を含んで構成される処理装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明に係る請求項１に記載の回転往復運動伝達機構は、
回転駆動される入力回転部材と、
該入力回転部材の回転中心軸と同軸的に配設される出力回転部材と、
一端部が前記回転中心軸の半径方向への移動を規制されつつ前記入力回転部材に接続され前記回転中心軸の半径方向に延在される入力側接続部材と、一端部が前記回転中心軸の半径方向への移動を規制されつつ前記出力回転部材に接続され前記回転中心軸の半径方向に延在される出力側接続部材と、を含んで構成され、前記入力側接続部材の他端部と、前記出力側接続部材の他端部と、を、前記回転中心軸の半径方向への前記２つの他端部相互間における移動を規制しつつ接続した、前記回転中心軸廻りに複数配設される回転往復運動伝達部材と、
を含んで構成し、
前記複数の回転往復運動伝達部材を介して前記入力回転部材と前記出力回転部材とを一体的に回転連結して、前記入力回転部材の回転を前記出力回転部材の回転として出力させる一方、
前記複数の回転往復運動伝達部材を介して、前記出力回転部材に対して前記回転中心軸方向から作用される往復運動駆動源からの往復運動力を前記出力回転部材の回転中心軸上の往復運動として出力可能に構成した。
【００１７】
このように構成すれば、所定精度を維持しつつ、簡単かつ小型軽量な構成とすることができ、かつ、摺動抵抗を従来に対して一層低減することができる。また、必要に応じて被処理面内での出力軸の遊動や回転ぶれ等も効果的に抑制することができる。
【００１８】
そして、簡単かつ小型軽量な構成であるから、可動部分の質量を小さくできるので慣性力を小さくでき、例えば、ＸＹＺ軸方向及びθ軸における位置決め制御の簡略化延いては位置決め精度の高精度化を一層促進することが可能となると共に、出力回転部材による軸方向への加圧処理時等においては、被処理対象に対するスムーズな接触を達成できるため、より高精度な加圧処理などを達成することが可能となる。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、前記入力回転部材と前記入力側接続部材との接続と、前記出力回転部材と前記出力側接続部材との接続と、前記入力側接続部材と前記出力側接続部材との接続が、それぞれ固定的であり、前記入力側接続部材と、前記出力側接続部材と、が板バネであることを特徴とする。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、前記入力回転部材と前記入力側接続部材との接続と、前記出力回転部材と前記出力側接続部材との接続と、前記入力側接続部材と前記出力側接続部材との接続が、それぞれ前記回転中心軸を含む平面内において前記入力側接続部材及び前記出力側接続部材を枢動可能な接続であることを特徴とする。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、前記往復運動伝達部材が、前記回転中心軸周りに偶数個設けられる場合に、前記回転中心軸を挟んで対向する位置にそれぞれ配設されることを特徴とする。
【００２６】
請求項５に記載の発明は、前記出力回転部材が、回転自在かつ往復運動自在に支持する軸受により支持されることを特徴とする
【００２７】
このように、出力回転部材を、軸受を介して回転自在かつ往復運動自在に支持するようにすれば、出力回転部材の遊動や回転ぶれ等をより一層抑制できるため、例えば、ＸＹＺ軸方向及びθ軸における位置決め精度を一層高めることが可能となり、部品の基板への実装精度等をより一層高めることができる。なお、本発明においては、一般的な構造の軸受装置を使用することができるから、構成を複雑化させないと言う利点がある。
【００２８】
請求項６に記載の発明は、前記軸受が、所謂空気軸受であることを特徴とする。
【００２９】
かかる構成とすれば、転がり軸受等に比べると一層摺動抵抗を低減できるから、ＸＹＺ軸方向及びθ軸における位置決め精度を一層高めることが可能となると共に、出力回転部材による軸方向への加圧処理において、被処理対象に対するより一層スムーズな接触を達成できるため、より一層高精度な加圧処理などを実現できることになる。
【００３０】
請求項７に記載の発明に係る処理装置は、請求項１〜請求項６の何れか１つに記載の回転往復運動伝達機構を含んで構成され、前記出力回転部材が、被処理対象に所定処理を施すためのツールに接続されることを特徴とする。
【００３１】
かかる構成とすれば、所定精度を維持しつつ、簡単かつ小型軽量な構成で、摺動抵抗を一層低減できる処理装置を提供でき、更には、必要に応じて被処理面内での出力軸の遊動や回転ぶれ等も効果的に抑制することができる処理装置を提供できることになる。
【００３２】
請求項８に記載の発明は、前記処理が、電子部品の基板への実装処理であることを特徴とする。
【００３３】
請求項９に記載の発明は、前記軸受が備わる場合に、該軸受が、被処理対象を支持する支持体に、一体的に支持されることを特徴とする。
【００３４】
かかる構成とすれば、被処理面内での出力軸の遊動や回転ぶれ等をより一層効果的に抑制することができるため、ＸＹＺ軸方向及びθ軸における位置決め精度等を一層高めることができ、より一層高精度な各種処理を行うこと等が可能となる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。
図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る部品実装装置の実装ヘッドを示す。
【００３６】
図１において、実装ヘッド１を支持するヘッドベース２は、本部品実装装置のベース（図示せず）上に載置されていて、不図示のＸ−Ｙ駆動機構を介して半導体チップなどの部品を実装すべき基板の被処理面に平行なＸ、Ｙ方向に自在に移動可能に構成されている。
【００３７】
実装ヘッド１は、Ｚ軸駆動モータ４とＺ軸ボールねじ機構６からなるＺ軸駆動機構を介して前記ベースプレート２に支持されている。Ｚ軸駆動モータ４により、プーリ及びベルトを介して、Ｚ軸ボールねじ機構６を回転させ、基板被処理面に対する位置調整等のために、上下動ブロック１０を上下動（基板被処理面に略垂直なＺ方向に移動）可能となっている。
【００３８】
上下動ブロック１０には、θ回転機構２０が設けられる。このθ回転機構２０は、チップを保持するチップ保持ツール５２が取り付けられるθ軸シャフト３０をθ方向に回転させるための機構である。
【００３９】
このθ回転機構２０において、上下動ブロック１０上には、図示しないθ駆動モータが固定されている。かかるθ駆動モータの出力回転軸には図示しない出力プーリーが固定されており、該出力プーリーの回転は、ベルト１４を介して、θ回転機構２０の入力プーリー１２に伝達される。
【００４０】
前記入力プーリー１２の下部には、該入力プーリー１２の回転を減速してθ軸シャフト３０に伝える同軸減速機１６（例えば、波動歯車装置：商標「ハーモニックドライブ」など）が設けられている。前記入力プーリー１２は、減速機１６の入力軸２２に同心的に接続される。入力軸２２は、上下動ブロック１０に支持される減速機１６のハウジングに対して、ベアリング２６及び２７を介して回転自在に軸支される。
【００４１】
前記入力軸２２の回転は、該入力軸２２の外周に同軸的に配設されたハーモニックドライブ２３により所定に減速され、その外側においてこれと同軸的に配設されている減速機の出力軸部材２４（本発明に係る、回転往復動伝達機構への入力回転部材に相当する）に伝達される。なお、前記Ｚ軸ボールねじ機構６、θ駆動モータ、減速機１６の波動減速装置（ハーモニックドライブ）２３等は、図示しない制御装置からの駆動制御信号に基づいて、その駆動が制御される。
【００４２】
ここで、出力軸部材２４は、ベアリング２５Ｂ及び２６により減速機１６のハウジングに対して回転自在に軸支されており、ハウジング延いてはこれを支持するベースプレート２及び上下動ブロック１０から独立して回転可能となっている。
【００４３】
当該出力軸部材２４には、本発明に係る回転往復動伝達機構４０を介してθ軸シャフト３０が回転連結されている。従って、入力プーリ１２を介して入力されるθ駆動モータからの回転を減速機１６を介して所定に減速して出力する出力軸部材２４の回転は、前記回転往復動伝達機構４０を介して、θ軸シャフト３０に伝達されることとなる。ここにおいて、前記θ軸シャフト３０が、本発明に係る回転往復動伝達機構の出力回転部材に相当する。
【００４４】
なお、前記入力プーリー１２、入力軸２２及び出力軸部材２４の回転中心部は、中空となっており、その中をθ軸シャフト３０が貫通して、θ軸シャフト３０の上端部３０Ａは、前記入力プーリー１２を越えて図１において上方に突出している。
【００４５】
この一方で、θ軸シャフト３０は、前記出力軸部材２４との連結のための回転往復動伝達機構４０の取付位置から図１において下方に延伸されており、その下端部３０Ｂに、基板の被処理面に作用するチップ保持ツール５２が取り付けられるようになっている。
【００４６】
前記θ軸シャフト３０の上端部３０Ａは、基板に対する加圧処理等のために、θ軸シャフト３０延いてはチップ保持ツール５２を往復動（Ｚ方向移動）させるための往復運動動力源（例えば、ボイスコイルモータ等の加圧アクチュエータ等）６０に接続されている。
【００４７】
即ち、本実施形態においては、例えばチップ保持ツール５２に保持されているチップを基板の被処理面に加圧する際には、前記往復動動力源６０を図１において下方に向けて駆動することで、これに接続されているθ軸シャフト３０を、前記回転往復運動伝達機構を介して、図１において下方（Ｚ方向）に移動可能となっている。
【００４８】
この往復運動動力源６０の駆動は、図示しない制御装置からの制御信号（例えば、加圧力、加圧タイミング、加圧期間、加圧時間変化などが設定されたマップ等）に従って、所定の加圧パターンを達成するように制御される。なお、加圧力センサ等を用いて、所定の加圧力が達成されるように、往復運動動力源６０の駆動量をフィードバック制御することも可能である。また、例えば、往復運動動力源６０の駆動を停止しているときなどにθ軸シャフト３０を確実に支持しておく等のために、ロック用ソレノイド７０を設け、これと、θ軸シャフト３０の上端部３０Ａに接続され往復運動動力源６０を上方に貫通するロック用延長部３０Ｃと、を係合可能に構成することもできる。
【００４９】
このように、本実施形態によれば、θ駆動モータからの回転を入力プーリ１２、減速機１６、出力軸部材２４を介してθ軸シャフト３０に伝達可能であると共に、これとは別ルートで入力される往復運動動力源６０からの上下方向（Ｚ方向）駆動力（往復運動力）をθ軸シャフト３０に伝達することができる。
【００５０】
ここで、かかる機能を奏する回転往復動伝達機構４０について説明する。
本実施形態に係る回転往復動伝達機構４０は、図１及び図２に示すように、θ軸シャフト３０に略直交する所定平面内においてθ軸シャフト３０を挟んで対向して配設される一対の板バネ４１が、それぞれθ軸シャフト３０に固定される。一方、θ軸シャフト３０に略直交する所定平面内において出力軸部材２４を挟んで対向して配設される一対の板バネ４２が、それぞれ出力軸部材２４に固定される。前記一対の板バネ４１と、前記一対の板バネ４２と、は、θ軸シャフト３０の軸方向から投影したときに相互に重畳するように配設される。
【００５１】
そして、前記一対の板バネ４１のθ軸シャフト３０に固定されない側の端部（外側端部）４１Ａと、前記一対の板バネ４２の出力軸部材２４に固定されない側の端部（外側端部）４２Ａと、は、例えばボルトなどの締結部材を介して固定される。
【００５２】
ここで、前記板バネ４１が本発明に係る回転往復運動伝達部材の出力側接続部材の一例に相当し、前記板バネ４２が本発明に係る回転往復運動伝達部材の入力側接続部材の一例に相当する。
【００５３】
かかる構成によると、θ駆動モータからの所定角度の回転が入力プーリ１２、減速機１６等を介して出力軸部材２４に伝達されると、該出力軸部材２４に固定された一対の板バネ４２に伝達され、更に当該板バネ４２に連結されている板バネ４１に伝達され、最終的にθ軸シャフト３０に伝達されることになる。
【００５４】
一方、前記回転とは別ルートで、往復運動動力源６０からθ軸シャフト３０の上端部３０Ａを介して入力される上下方向駆動力（往復運動力）は、前記出力軸部材２４延いてはθ回転機構２０とは独立に（これらを上下方向へ移動させることなく）、θ軸シャフト３０に対して小さな摺動抵抗で伝達することができる。
【００５５】
即ち、θ軸シャフト３０は、前記出力軸部材２４とは、前述したような方式で、前記一対の板バネ４１，４２を介して回転連結されているものの、上下方向（Ｚ方向）においては、該一対の板バネ４１，４２の弾性力でθ軸シャフト３０は出力軸部材２４に保持されているだけであるから、θ軸シャフト３０の上端部３０Ａに下方への駆動力を作用させると、前記弾性力に抗してθ軸シャフト３０を出力軸部材２４から離間する方向（図３参照）、即ち図１において下方向に容易にかつ円滑に移動させることができる。
【００５６】
これにより、前記θ軸シャフト３０の下端部３０Ｂに超音波モータブラケット５０を介して支持される超音波モータ５１に固定されるチップ保持ツール５２を介して、チップを、基板の被処理面に容易かつ円滑に加圧することができることとなる。
【００５７】
このように、本実施形態によれば、ベアチップやＣＳＰ等のフリップチップ実装において、図示しないＸ−Ｙ駆動機構及びＺ軸駆動機構により、チップ保持ツール５２に真空吸着等されるチップの面上に配置された電極と、その相手となる基板やパッケージの面上の電極と、を、ＸＹ方向及びＺ軸方向において高精度に位置合わせできると共に、θ回転機構２０のθ軸シャフト３０の回転（θ補正）を介してチップと基板とをθ方向において高精度に位置合わせすることができ、更には、θ軸シャフトの回転機構とは独立した往復運動動力源６０を介してθ軸シャフト３０を上下方向に駆動（往復運動）できるので、簡単な構成でありながら、容易かつ円滑に、精度良くチップを基板の被処理面に加圧できることになる。
【００５８】
ところで、本実施形態においては、より一層高いレベルで、以下の要求、
即ち、
１．ガタがなく、剛性が高い。
２．摺動抵抗ができるだけ小さい。
３．回転中心の精度を確保しやすい。
を満たすなどのために、図１に示されるように、θ軸シャフト３０の前記出力軸部材２４との連結部（回転往復動伝達機構４０）と、θ軸シャフト３０の下端部３０Ｂに取り付けられるチップ保持ツール５２と、の間における上下動ブロック１０に、該θ軸シャフト３０を回転及び往復動自在に支持する空気ベアリング８０を配設することができる。図１中の符号８１は、空気ベアリングに空気を供給するための空気導入口である。
【００５９】
なお、空気ベアリング８０に対してやや摺動抵抗の低減効果は薄れるものの、ボールベアリング等の転がり軸受を採用することもできるものである。このような軸受を配設するときには、θ軸シャフト３０の外周形状は、少なくとも軸受幅（軸受される部分の上下方向長さ）と上下方向のストローク長さ分は円筒形状とされるが、上記のような軸受を必要としなくても所望の精度を確保等できる場合には、θ軸シャフト３０の軸方向に略直角な方向における断面形状は、特に限定されるものではない。
【００６０】
ここで、本実施形態に係る実装ヘッドによりチップの基板への実装がどのように行われるかを説明しておく。
図示しないチップ供給部において実装すべきチップを受け取りチップ吸着ツール５２によりチップを真空吸着して保持する。その後、図示しない制御系による制御に従ってＸ−Ｙ駆動機構を動作させて実装ヘッドを基板上方の所定の位置へ移動させる。また同じく制御系による制御に従ってθ回転機構２０を動作させて、チップを基板に対して正しい取り付け方向に向ける。
【００６１】
この状態で撮像装置によりチップおよび基板の両者を撮像し、得られた画像データを画像処理してチップと基板との位置ずれを算出する。得られた位置ずれデータに基づいて再びＸ−Ｙ駆動機構およびθ回転機構２０を動作させ、基板に対するチップの位置補正を行う。
【００６２】
以上の工程によりチップは基板に対して正しい取り付け位置に位置決めされる。続いて、Ｚ軸駆動モータ４とＺ軸ボールねじ機構６からなるＺ軸駆動機構を動作させてチップを基板に接する手前の位置まで降下させる。その後、接触開始位置として予め設定されている降下量を与えてチップを基板に接触させて後、制御系による制御に従って往復運動動力源６０を動作させ、チップ側の導体（バンプ）と基板上の対応する導体とが接するようにしつつチップを所定の圧力で基板に押しつけ、超音波モータ５１を振動させることで導体同士を融着させて実装処理を終了する。
【００６３】
なお、本実施形態の実装装置におけるチップと基板との接合方法としては、チップの導体部分以外の部分に接着剤を塗布し、往復運動動力源６０を介してチップを基板に対して所定加圧力で押圧しつつ、接着剤を硬化させてチップを基板に接合する方式とすることも可能である。
【００６４】
また、本実施形態に係る回転往復運動伝達機構４０は、被処理体に対して、所定の回転と往復移動が要求される何がしかの処理（プリント、塗膜処理、レーザ加工処理など）を施す装置に適用できるものであり、上記で説明した実装処理に限定されるものではない。
【００６５】
ところで、前記往復運動動力源６０は、ボイスコイルモータに限らず、例えばエアシリンダあるいは電磁アクチュエータなどを用いて構成することもできる。また、上記実施の形態では、往復運動動力源は、前記θ軸シャフト３０の上端部に往復運動力を作用させる構成として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、往復運動力を前記θ軸シャフト（本発明に係る出力回転部材）の軸方向に作用可能なものであれば採用することができるものである。
【００６６】
例えば、θ軸シャフト３０の下端部側から作用させるものや、θ軸シャフト３０の途中部分にθ軸シャフト３０の軸方向と交差する方向（即ち、外方）に突出する突出部分（例えば、鍔など）を設け、この突出分部のθ軸シャフトの軸方向を向く面に往復運動力を作用させる構成とすることもできるものである。
【００６７】
更に、上記実施の形態では、板バネ４１，４２を出力軸部材２４（本発明に係る入力回転部材）とθ軸シャフト３０（本発明に係る出力回転部材）に固定すると共に、板バネ４１，４２の外側端部４１Ａ、４２Ａとをボルトなどで結合することとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６８】
例えば、板バネ４１とθ軸シャフト３０との間の連結点、板バネ４２と出力軸部材２４との連結点、板バネ４１の外側端部４１Ａと板バネ４２の外側端部４２Ａとの連結点を、例えばθ軸シャフトを含む平面内において板バネ４１，４２を枢動させることができる枢動支持とすることも可能である。そして、必要に応じて、θ軸シャフト３０を重力に抗して所定に支持可能な弾性部材（コイルバネ、板バネなど）等でθ軸シャフト３０を支持するような構成とすることができるものである。
【００６９】
即ち、回転駆動される入力回転部材と、該入力回転部材の回転中心軸と同軸的に配設される出力回転部材と、を、回転往復運動伝達部材の入力側接続部を前記回転部材に接続すると共に回転往復運動伝達部材の出力側接続部を前記出力回転部材に接続することで一体的に回転連結する一方、
前記回転往復運動伝達部材の入力側接続部と出力側接続部とを前記回転中心軸方向において相対移動可能に構成し、該入力側接続部と出力側接続部との間の相対移動を利用して前記入力回転部材と前記出力回転部材とを前記回転中心軸方向において相対移動可能に構成し、
前記入力回転部材の回転を前記出力回転部材の回転として出力させると共に、前記出力回転部材に対して前記回転中心軸方向から作用される往復運動駆動源からの往復運動力を当該出力回転部材の前記回転中心軸方向における往復運動として出力可能に構成されたものであれば、本発明の範囲に含まれるものである。
【００７０】
また、本実施形態では、板バネ４１，４２を、それぞれθ軸シャフトを挟んで対向する位置に配設される一対のものとして説明したが、本発明は、これに限定されるものでもない。即ち、所望の要求を達成できれば、板バネ４１，４２をθ軸シャフトの周囲に複数備えるようにしても良いものである。
【００７１】
そして、本実施形態では、板バネ４１，４２を、θ軸シャフト３０の外周から外方に向けて延伸する構成として説明したが、これに限らず、例えば、比較的径が大きく内部が中空となっているようなθ軸シャフトが採用される場合などにおいては、板バネ４１，４２、即ち入力側接続部材及び出力側接続部材は、接続部位である入力側接続部及び出力側接続部から回転中心軸方向に向けて延伸する構成であっても良い。即ち、入力側接続部材及び出力側接続部材としては、θ軸シャフト３０の回転中心軸の半径方向に沿って延伸する構成であれば、本発明の範囲に含まれるものである。
【００７２】
また、上記の実施形態に係る実装装置では、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の位置決め等のための移動を実装ヘッド側で行うこととして説明したが、基板側即ち基板ステージ（被処理対象である基板を支持する支持体）を、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向あるいはその一部の方向に関して実装ヘッドに対して移動させる構成をとっても良いものである。
【００７３】
更に、本実施形態において説明した装置の各要素、各機構、各部材などのレイアウトは、例示したものに限定されるものではなく、適宜変更できることは勿論である。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単かつ小型軽量な構成でありながら、所定の要求特性を維持しつつ摺動抵抗を一層低減することが可能であると共に、必要に応じて被処理面内での出力軸の遊動や回転ぶれ等も尚一層抑制することができる。
【００７５】
即ち、所定精度を維持しつつ、構成の簡略化を促進できると共に、摺動抵抗を小さくすることができるので、例えば、往復運動動力源から出力回転部材への動力伝達ロスを低減でき、以って出力回転部材による軸方向への加圧を、より精確に制御すること等が可能となる。
【００７６】
また、簡単かつ小型軽量な構成であるから、可動部分の質量を小さくできるので慣性力を小さくでき、例えば、ＸＹＺ軸方向及びθ軸における位置決め制御の簡略化延いては位置決め精度の高精度化を一層促進することが可能となると共に、出力回転部材による軸方向への加圧処理時等においては、被処理対象に対するスムーズな接触を達成できるため、より高精度な加圧処理などを達成することができる。
【００７７】
なお、出力回転部材を、軸受を介して回転自在かつ往復運動自在に支持することで、出力回転部材の遊動や回転ぶれ等をより一層抑制できるため、例えば、ＸＹＺ軸方向及びθ軸における位置決め精度を一層高めることが可能となり、部品の基板への実装精度等をより一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る部品実装装置の実装ヘッドの正面図である。
【図２】図１の実装ヘッドの往復回転伝達機構の一部を側方から見た図である。
【図３】同上往復回転伝達機構の往復駆動時の状態を示す部分拡大図である。
【図４】従来の部品実装装置の実装ヘッドを示す図である。
【図５】図３の装置の往復回転伝達機構の一部の断面を示す図である。
【符号の説明】
１ 実装ヘッド
２ ベースプレート
４ Ｚ軸駆動モータ
６ Ｚ軸ボールねじ機構
１０ 上下動ブロック
１２ 入力プーリ
１４ ベルト
１６ 減速機
２０ θ回転機構
２２ 入力軸
２３ ハーモニックドライブ
２４ 出力軸部材（回転往復動伝達機構への入力回転部材に相当）
３０ θ軸シャフト（回転往復動伝達機構の出力回転部材に相当）
４０ 回転往復動伝達機構
４１ 板バネ（回転往復運動伝達部材の出力側接続部材に相当）
４２ 板バネ（回転往復運動伝達部材の入力側接続部材に相当）
５０ 超音波ホーンブラケット
５１ 超音波ホーン
５２ チップ保持ツール
６０ 往復運動動力源（ボイスコイルモータ等）
８０ 空気ベアリング
Claims (9)
- 回転駆動される入力回転部材と、
該入力回転部材の回転中心軸と同軸的に配設される出力回転部材と、
一端部が前記回転中心軸の半径方向への移動を規制されつつ前記入力回転部材に接続され前記回転中心軸の半径方向に延在される入力側接続部材と、一端部が前記回転中心軸の半径方向への移動を規制されつつ前記出力回転部材に接続され前記回転中心軸の半径方向に延在される出力側接続部材と、を含んで構成され、前記入力側接続部材の他端部と、前記出力側接続部材の他端部と、を、前記回転中心軸の半径方向への前記２つの他端部相互間における移動を規制しつつ接続した、前記回転中心軸廻りに複数配設される回転往復運動伝達部材と、
を含んで構成し、
前記複数の回転往復運動伝達部材を介して前記入力回転部材と前記出力回転部材とを一体的に回転連結して、前記入力回転部材の回転を前記出力回転部材の回転として出力させる一方、
前記複数の回転往復運動伝達部材を介して、前記出力回転部材に対して前記回転中心軸方向から作用される往復運動駆動源からの往復運動力を前記出力回転部材の回転中心軸上の往復運動として出力可能に構成したことを特徴とする回転往復運動伝達機構。 - 前記入力回転部材と前記入力側接続部材との接続と、前記出力回転部材と前記出力側接続部材との接続と、前記入力側接続部材と前記出力側接続部材との接続が、それぞれ固定的であり、前記入力側接続部材と、前記出力側接続部材と、が板バネであることを特徴とする請求項１に記載の回転往復運動伝達機構。
- 前記入力回転部材と前記入力側接続部材との接続と、前記出力回転部材と前記出力側接続部材との接続と、前記入力側接続部材と前記出力側接続部材との接続が、それぞれ前記回転中心軸を含む平面内において前記入力側接続部材及び前記出力側接続部材を枢動可能な接続であることを特徴とする請求項１に記載の回転往復運動伝達機構。
- 前記往復運動伝達部材が、前記回転中心軸周りに偶数個設けられる場合に、前記回転中心軸を挟んで対向する位置にそれぞれ配設されることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１つに記載の回転往復運動伝達機構。
- 前記出力回転部材が、回転自在かつ往復運動自在に支持する軸受により支持されることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１つに記載の回転往復運動伝達機構。
- 前記軸受が、所謂空気軸受であることを特徴とする請求項５に記載の回転往復運動伝達機構。
- 請求項１〜請求項６の何れか１つに記載の回転往復運動伝達機構を含んで構成され、前記出力回転部材が、被処理対象に所定処理を施すためのツールに接続されることを特徴とする処理装置。
- 前記処理が、電子部品の基板への実装処理であることを特徴とする請求項７に記載の処理装置。
- 前記軸受が備わる場合に、該軸受が、被処理対象を支持する支持体に、一体的に支持されることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の処理装置。
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