JP3686760B2 - 部品位置決め装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部品の組立装置や製造装置や処理装置において半導体チップその他の電子部品のような比較的小さな部品を精密に位置決めするための位置決め装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
実開昭６２−６００７２号には、フラットパッケージＩＣ用の位置決め治具が記載されている。この位置決め治具は、ＩＣ仮位置決め用の突起物と、パッケージ・リード間隙を利用して位置決めするためのテーパ板を設けることにより、パッケージの精密位置決めを行おうとするもので、構造が簡単で、多くの工数を必要としないことを特徴とする。
実開平４−９６８４６号には、半導体ＩＣの位置決め治具が記載されている。この装置には、ＩＣの互いに隣接する２辺を押すことのできる４つのツメが設けてある。まず、第１組の２つのツメで、ＩＣの隣接する２辺を押し、所定位置決め箇所よりオーバーランする位置まで押す。次に、第１組のツメと対抗位置にある第２組の２つのツメでＩＣの残りの２辺を押し、所定位置決め箇所まで押し戻す形でＩＣを位置決めする。この装置は、ＩＣに過剰な力や加速度が加わらず、ＩＣに損傷（カケや割れ）を生じさせることなく、精密に位置決めできることを特徴とする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
実開昭６２−６００７２号の装置の問題点は、パッケージＩＣのリード形状を利用して位置決めするので、位置決め用部品の形状が位置決め対象部品の形状に大きく左右される、つまり、対象部品形状への依存度が高いということである。即ち、パッケージＩＣのリード間は比較的精度の出ている箇所であるが、この方法の場合、リードを狭ピッチ化するにつれて位置決め用部品の製作が段々と困難になる。また、リードの無いパッケージ（リードレス・パッケージ）などに適用する場合、リード間を利用した位置決めは不可能である。
実開平４−９６８４６号の装置の問題点は、部品点数が多いこと及び調整工数が多いことにある。何故ならば、この装置においては、ＩＣのオーバーランと、押し戻しによる最終位置決めという２つの動作が必要になり、また合計４つのツメが必要になることから、構成部品数の増加、複雑化が避けられないからである。
【０００４】
従来技術の他の重要な問題点は、位置決め対象部品の形状が変わった場合に、形状変化に応じて位置決め位置を微調整することができないことである。このため、変更度合いの限度はあるが、位置決め用部品の寸法変更など改造に大きな手数がかかる。即ち、例えば、（１）パッケージＩＣのリード間隔に合わせて（特に狭ピッチ化した場合）位置決め用部品の形状を変える（形状を細くする等）こと、（２）位置決め対象部品の形状に応じて、オーバーラン量と押戻し量を調整すること、などが必要となるからである。
【０００５】
本発明の目的は、位置決め対象部品の或る程度の形状変更にも簡単な操作で対応することの可能な操作性の良い部品位置決め装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の部品位置決め装置は２軸ＸＹステージを備え、この２軸ＸＹステージの可動プレートはマイクロメータのような微調整手段によりＸＹ方向に微調整できるようになっている。
２軸ＸＹステージの可動プレートには１軸ステージが搭載してあり、この１軸ステージは、その可動部材が２軸ＸＹステージの座標軸に関して例えば４５゜傾斜した軸線に沿って移動するように配置してある。
１軸ステージの可動部材には、位置決めすべき部品に係合する９０゜鈎型の作用部を有する位置決め用爪が支持してある。この位置決め用爪は空圧シリンダのような駆動手段によって駆動され、部品搭載ステージ上の部品に対して斜め４５゜の向きで前進するようになっている。１軸ステージを斜め４５゜に配置したのは、位置決め用爪に設けた９０゜鈎型の作用部の２辺が半導体チップのような部品の２辺を同時に押せるようにするためである。
好ましくは、吸着手段により部品を部品搭載ステージに対して吸着させる。
【０００７】
本発明の部品位置決め装置は、次の２通りの方法で使用することができる。
第１の方法では、先ず位置決め用爪を部品搭載ステージ上まで移動させておいて、後からオペレータが部品をステージ上に供給する。その際、オペレータは位置決め用爪の９０゜鈎型の作用部に押し当てるようにして部品を載置する。このやり方は、治工具、手動装置などに用いるのに適している。
第２の方法はより一般的なもので、部品を先に部品搭載ステージ上に載せて置き、後から位置決め用爪をステージ上の部品に向かって斜めに駆動する。
【０００８】
この第２の使用方法では、ステージ上に粗位置決めで吸着固定された電子部品は、斜め４５度方向から空圧シリンダによって駆動される位置決め用爪によって最終的に精密位置決めされる。
部品の最終位置決め箇所を設定するに際しては、先ず、空圧シリンダに空気を送ってその出力軸を伸ばし、位置決め用爪を部品搭載ステージ上に持ち来す。そして、位置決め対象部品を部品搭載ステージ上に置き、部品形状に合わせてＸＹステージのマイクロメータを調整する。マイクロメータの可動範囲内において、部品形状に合わせて自由に位置決め用爪の最終位置を設定できる。
こうしてマイクロメータの目盛を一旦設定すれば、その後は空圧シリンダのＯＮ／ＯＦＦのみで、簡単に位置決め操作ができる。マイクロメータは、通常１０μｍレベルの目盛設定が可能なので、精密な位置決めを行うことができる。
【０００９】
部品形状の変更に対しては、 ２軸ＸＹステージの２つのマイクロメータを操作して２軸ＸＹステージの可動プレートを微調整するだけで、位置決め用爪の最終位置、ひいては部品の最終位置決め位置を簡単に修正することができるので、柔軟な対応が可能になる。
【００１０】
本発明の好ましい実施態様においては、空圧シリンダはシリンダ内部に供給する空気の圧力および流量を調整するスピードコントローラのような調整手段を備え、供給空気の圧力及び又は流量を調整することにより位置決めすべき部品に対する位置決め用爪の負荷及び又は衝撃を調整できるようになっている。
このようにすれば、位置決め用爪が部品と接触する時の負荷や速さ（衝撃）を自由に調整することができ、部品の損傷（カケや割れ）を防止することができる。
【００１１】
他の好ましい実施態様においては、部品搭載ステージ上にはあらかじめ仮位置決め用の緩衝用ユニットを直角方向に配置させておく。この緩衝用ユニットと移動してきた位置決め用爪とにより自動的に位置決めが行われる。前述したようにステージ上の部品を真空吸着するようにしておけば、部品がはじかれたりすることも防止できる。この構成は自動装置などに用いるのに適している。
【００１２】
好ましい実施態様においては、位置決め用爪は複数の作用部を備え、複数の部品の位置決めを一括して行うようになっている。
本発明の上記特徴や効果並びに他の特徴や効果は以下の実施例の記載につれて更に明らかにする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１から図３を参照するに、本発明の部品位置決め装置１００は装置全体の土台としてのメインプレート１５を備え、このメインプレート１５には２軸ＸＹステージ１２が搭載してある。
２軸ＸＹステージ１２はベースプレート１２ａと可動プレート１２ｂを備え、ベースプレート１２ａはネジ止め等によりメインプレート１５に固定されている。可動プレート１２ｂは図示しないころがり軸受け装置によってベースプレート１２ａに対して水平方向に移動するようになっている。
ベースプレート１２ａには、 ＸＹステージ１２の可動プレート１２ｂを横方向（Ｘ軸方向）に駆動するためのＸ軸マイクロメータ１３と、可動プレート１２ｂを奥行方向（Ｙ軸方向）に駆動するためのＹ軸マイクロメータ１４が固定してある。
【００１４】
Ｘ軸マイクロメータ１３の先端はＸＹステージ１２の可動プレート１２ｂから突出するＸ軸スライドブロック１６に係合しており、 Ｘ軸マイクロメータ１３を操作することにより可動プレート１２ｂを横方向に移動させるようになっている。
同様に、 Ｙ軸マイクロメータ１４の先端は可動プレート１２ｂから突出するＹ軸スライドブロック１７に係合しており、 Ｙ軸マイクロメータ１４を操作することにより可動プレート１２ｂを奥行方向に移動させるようになっている。
ＸＹステージ１２の可動プレート１２ｂは図示しない復帰バネによって、夫々、Ｘ軸マイクロメータ１３およびＹ軸マイクロメータ１４に向かって付勢されており、マイクロメータ１３およびＹ軸マイクロメータ１４の先端が常にＸ軸スライドブロック１６およびＹ軸スライドブロック１７に当接するようになっている。
このような構成であるから、Ｘ軸マイクロメータ１３とＹ軸マイクロメータ１４を操作することにより可動プレート１２ｂをベースプレート１２ａに対してＸＹ方向に精密に位置決めすることができる。
【００１５】
２軸ＸＹステージ１２としては専門メーカーから市販されているマイクロメータ付きの２軸ＸＹステージを使用することができる。市販のマイクロメータ付き２軸ＸＹステージにおいては、マイクロメータの目盛調整可能範囲は±１０mmである。これは位置決め対象部品の外形寸法の変更許容範囲が各軸方向に０mm〜２０mm程度であることを意味している。
【００１６】
２軸ＸＹステージ１２の可動プレート１２ｂには、付属機器取付け用のサブプレート１１が取付けてあり、更にこのサブプレート１１に１軸ステージ５が搭載してある。１軸ステージ５は、サブプレート１１に固定されたレール５ａと、レール５ａに摺動可能に装着された可動部材（コマ）５ｂを有する。
１軸ステージ５は、そのレール５ａの軸線が２軸ＸＹステージ１２の座標軸に関して４５゜傾斜するように配置してある。
１軸ステージ５は、位置決め用爪３を斜め４５゜に平行移動させるためのもので、ローラガイド方式のものであり、ズレやぶれなどを生じることなく位置決め用爪３をスムースで安定に案内するようになっている。
【００１７】
１軸ステージ５の可動部材（コマ）５ｂにはスライドプレート４がネジ止めしてあり、このスライドプレート４に位置決め用爪３がネジ止めしてある。
位置決め用爪３は切欠き加工された９０゜鈎型の作用部３ａを備え、後述するステージ２に載置された半導体チップなどの四辺形の電子部品１の２辺に係合するようになっている。
【００１８】
１軸ステージ５に案内された位置決め用爪３は空圧シリンダ９によってレール５ａの軸線に平行に駆動される。このため、サブプレート１１には、１軸ステージ５に平行に、空圧シリンダ９が取付けてある。
空圧シリンダ９の出力軸９ｂは連結プレート６によってスライドプレート４に連動させてある。このため、空圧シリンダ９の出力軸９ｂは一対のロックネジ８によって連結プレート６の一端に固定してあり、連結プレート６の他端はスライドプレート４にネジ止めしてある。
このような構成であるから、空圧シリンダ９を作動させると、図１に矢印２５で示したように、位置決め用爪３はレール５ａの軸線に平行に斜め４５゜に並進移動する。
【００１９】
空圧シリンダ９には２つのスピードコントローラ１０ａ、１０ｂが装着してあり、空圧シリンダ９内部に送り込む空気の圧力および流量を調整することにより出力軸９ｂのスピードと加速度を制御するようになっている。右側のスピードコントローラ１０ａは出力軸９ｂが退却する時に働き、左側のスピードコントローラ１０ｂは出力軸９ｂが伸び出す時に作動する。
【００２０】
空圧シリンダ９の出力軸９ｂが最大ストロークまで伸長した時に位置決め用爪３が占める領域の下方には、位置決めすべき部品１を載置するための円形のステージ２が配置してあり、このステージ２はサブステージ２１に搭載してある。
サブステージ２１には、更に、位置決め用爪３の作用部３ａとは反対側において、衝撃吸収用の圧縮バネ１９に支持した２つの緩衝用のコマ１８が配置してある。夫々の圧縮バネ１９はサブステージ２１にネジ止めした支持ブロック２０に固定してある。
【００２１】
ステージ２の中央には真空吸着用の孔２ａが開口しており、この真空吸着孔２ａはチューブ２３を介して真空エジェクタ２２のような真空源に接続されている。
【００２２】
次に、この部品位置決め装置１００の動作と使用の態様を説明する。
最初に、スピードコントローラ１０ａを介して空気が空圧シリンダ９内部に送り込まれていることを確認する。これは出力軸９ｂが引っ込んだ状態、即ち、位置決め用爪３が位置決め動作に入っていない状態に対応する。
この状態を確認してからステージ２上に部品１（例えば、伝送モジュールなどに使用されるシリコン基板）を載置する。部品１の位置決めは直角方向に配置された２つのコマ１８に軽く接触する程度で良く、この時点で正確に位置決めする必要は無い。
ステージ２上に部品１を置いたら、真空エジェクタ２２の電源を入れて部品１をステージ２に対して真空吸着させる。
次に、スピードコントローラ１０ｂを通して空気を空圧シリンダ９内部に送り込む。なお、出力軸９ｂの伸縮時の動作スピードは、スピードコントローラ１０ａ、１０ｂのツマミを回して、あらかじめ調節しておく。空気を送り込むと、出力軸９ｂが伸長し、位置決め用爪３がステージ２に向かって前進せられる。
位置決め用爪３は空圧シリンダ９の出力軸９ｂが伸び切ったところで止まるが、その位置はＸＹステージ１２に付属するマイクロメータ１３、１４によって予め調節しておく。空圧シリンダ９、１軸ステージ５、位置決め用爪３等の主要可動部は全てサブプレート１１上に搭載されており、そのサブプレート１１はＸＹステージ１２の可動プレート１２ｂ上に取り付けられているので、ＸＹステージ１２の位置を調整することはそのまま位置決め用爪３の最終位置（突出位置）を調整することになる。
【００２３】
位置決め用爪３がその最終位置まで移動すると、位置決め用爪３の鈎型作用部３ａの直交する２辺は部品１の直交する２辺に接触し、部品１は２個のコマ１８に押し付けられるが、その負荷はバネ１９によって緩和され、部品１はステージ上の所定の位置に位置決めされる。また、部品１は予めステージ２に吸着固定されているので、大きく位置がずれたり、弾き飛ばされることは無い。
位置決め時の位置決め用爪３は、出力軸９ｂが伸びきった位置まで移動することになるが、前述したように、この終端位置は、マイクロメータ１３、１４によって予め調整してある。
位置決め動作が完了した後は、スピードコントローラ１０ａを通して空圧シリンダ９に空気を送り込み、出力軸９ｂをシリンダ９本体内に引き込ませる。
部品１の位置決め後は、ハンドラ（図示せず）などによって部品をピックアップするか、或いは画像認識などの次工程に続ける。
【００２４】
以上にはステージ２上に部品１を粗位置決めして吸着固定しておき、位置決め用爪３によって最終位置に精密位置決めするやり方について説明したが、先に位置決め用爪３をステージ２上に移動させておいてから、オペレータが部品１を位置決め用爪３の鈎型作用部３ａに合わせて置いても良い。この場合には、衝撃吸収用の圧縮バネ１９やコマ１８や不要であろう。
【００２５】
部品１形状が変更された場合には、２軸ＸＹステージ１２の２つのマイクロメータ１３、１４を操作するだけで、位置決め用爪３の最終位置、即ち部品１の最終位置決め位置を簡単に修正することができる。
【００２６】
図４には、前述した位置決め用爪３とステージ２の変化形を示す。図４の変化形においては、スライドプレート４にネジ止めされた位置決め用爪３には例えば３つの鈎型作用部３ａが形成してあり、これに対応してサブステージ２１には３つのステージ２が設けてある。
この変化形では、バッチ処理により生産性向上を図ることができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、位置決め対象部品１の形状変更に対して、マイクロメータ１３、１４の目盛調整だけの非常に簡単な操作で対応することが可能である。
その理由は、マイクロメータの調整がそのまま位置決め用爪３の位置調整につながる構造になっているからである。
また、市販のマイクロメータの多くは最小目盛が１０μｍになっているので、１０μｍオーダの位置決めが可能である。
更に、位置決め用爪の案内に１軸ステージ５を採用しているので、位置決め用爪３の動きにブレが無く、安定した動作が可能である。
【００２８】
空圧シリンダに供給する空気の圧力および流量を調整するスピードコントローラを設けた実施態様においては、部品への位置決め用爪の接触時の衝撃を連続的にほぼ自由に調整できるので、小型で耐衝撃性のあまり強くない電子部品などの損傷を防止することができる。
また、位置決め用爪による部品に対する衝撃を緩和するための緩衝手段や真空吸着手段を設けた実施態様にあっては、予め粗位置決めした部品を位置決め用爪によって最終位置決めすることができるので、装置の自動化に適している。
また、位置決め用爪に複数の作用部を設けた実施態様においては、バッチ処理により生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の部品位置決め装置の平面図である。
【図２】図１に示した本発明の部品位置決め装置の正面図である。
【図３】図１の矢印Ａの方向から視た側面図である。
【図４】図１に示した位置決め用爪とステージの変化形を示す平面図である。
【符号の説明】
１００： 部品位置決め装置
１： 位置決めすべき部品
２： 部品搭載ステージ
３： 位置決め用爪
３ａ： 位置決め用爪の鈎型作用部
５： １軸ステージ
９： 空圧シリンダ（駆動手段）
１０： スピードコントローラ（流量調整手段）
１２： ２軸ＸＹステージ
１３： Ｘ軸マイクロメータ（微調整手段）
１４： Ｙ軸マイクロメータ（微調整手段）
２２： 真空エジェクタ

Claims (7)

1. 可動プレートを備えた２軸ＸＹステージと、
   前記２軸ＸＹステージの可動プレートをＸＹ方向に微調整するための手段と、前記２軸ＸＹステージの可動プレートに搭載され、２軸ＸＹステージの座標軸に関して傾斜した軸線に沿って移動可能な可動部材を備えた１軸ステージと、
   前記１軸ステージの可動部材に装着され、位置決めすべき部品に係合する鈎型の作用部を有する位置決め用爪と、
   前記位置決め用爪を前記軸線に平行に駆動する駆動手段と、
   作動位置における位置決め用爪の下方に配置され位置決めすべき部品を搭載するためのステージ、
   とを備えてなる部品位置決め装置。
2. ２軸ＸＹステージの可動プレートをＸＹ方向に微調整するための前記手段はマイクロメータを含むことを特徴とする請求項１に基づく部品位置決め装置。
3. 前記１軸ステージの軸線は２軸ＸＹステージの座標軸に関して約４５゜傾斜していることを特徴とする請求項１又は２に基づく部品位置決め装置。
4. 前記駆動手段は空圧シリンダからなり、前記空圧シリンダはシリンダ内部に供給する空気の圧力および流量を調整する手段を備え、供給空気の圧力及び又は流量を調整することにより位置決めすべき部品に対する位置決め用爪の負荷及び又は衝撃を調整することが可能であることを特徴とする請求項１から３のいづれかに基づく部品位置決め装置。
5. 前記位置決め用爪は複数の作用部を備え、複数の部品の位置決めを一括して行うようにしたことを特徴とする請求項１から４のいづれかに基づく部品位置決め装置。
6. 部品を搭載するための前記ステージに対して部品を吸着するための手段を更に備えていることを特徴とする請求項１から５のいづれかに基づく部品位置決め装置。
7. 位置決め用爪による部品に対する衝撃を緩和するための手段を更に備えていることを特徴とする請求項１から６のいづれかに基づく部品位置決め装置。

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