JP3769254B2 - 真空吸着装置及びその駆動方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に電子チップ部品等の小型・軽量なワークを吸着して搬送するのに適した真空吸着装置及びその駆動方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
主に半導体後工程のテスターや実装機などにおいては、電子チップ部品を搬送するために真空吸着装置が多く用いられているが、昨今、電子チップ部品の小型・軽量化が進むにつれ、その応答時間の短縮や精度の向上に対する要求が高まってきている。
【0003】
図2はこのような電子チップ部品を吸着して搬送するための真空吸着装置1を示しており、該真空吸着装置1は、負圧の作用により電子チップ部品Wを吸着するための吸着ヘッド2と、真空ポンプ等の負圧供給手段からなる負圧源3と、加圧ポンプ等の正圧供給手段6a及び減圧弁6bからなる正圧源6と、これら負圧源3及び加圧源6を該吸着ヘッド2に対して選択的に連通させる3位置クローズドセンタタイプのダブルソレノイド形電磁弁7とを備えている。そして、上記正圧源6と電磁弁7との間の流路8は絞り弁等からなる絞り回路9を備えており、上記電磁弁7と吸着ヘッド2との間の流路10は、負圧によって吸引されるエアから塵埃を除去するためのサンクションフィルタ10aを備えている。
【0004】
このような真空吸着装置1で電子チップ部品Wを搬送するにあたっては、まず、電磁弁7を負圧源3と吸着ヘッド2とを連通させる位置に切り換え、電子チップ部品Wを吸着ヘッド2に吸着させる。そして、電子チップ部品Wを目的の位置へ搬送した後、電子チップ部品Wを吸着ヘッド2から離脱させるために、電磁弁7を正圧源6と吸着ヘッド2とを連通させる位置に切り換える。
【0005】
しかしそのまま吸着ヘッド2に対して正圧源6から正圧を供給すると、例えそれが低圧であっても、小型・軽量化された電子チップ部品Wが吸着ヘッド2から吹き飛ばされてしまうため、電子チップ部品Wを正確な位置に供給することができない。そのような事態を防ぐため、絞り回路9で正圧エアの流量を充分に絞ったり、正圧源6に代えて大気を導入したりすることも考えられるが、吸着ヘッド2に作用する圧力が上昇して大気圧に達するまで時間がかかるため、電磁弁7が切り換えられてから電子チップ部品Wが吸着ヘッド2から離脱するまでの応答時間に遅れを生じてしまう。
【0006】
そこで、図2に示す真空吸着装置1においては、吸着ヘッド2に作用する圧力が大気圧付近に達する直前に上記電磁弁7をセンタ位置に切り換えることにより、吸着ヘッド2に対して供給される正圧及び負圧を完全に遮断している。
ところが、このような従来の真空吸着装置1においては、3位置クローズドセンタタイプの電磁弁7を必要とし、しかもそれを切り換えるためには2つのソレノイドを必要とするため、コスト高になり、更に電磁弁7をセンタ位置に切り換えタイミングや絞り回路9等を、電子チップ部品Wが応答時間の遅れを生じることなく正確に吸着ヘッド2から離脱するように、うまくバランスさせて調整することは非常に困難であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、その課題は、構造及び制御を簡略化してコストを低く抑えることができ、しかも、小型・軽量化されたワークであっても応答時間の遅れを生じることなく、正確に吸着ヘッドから離脱させることが可能な真空吸着装置及びその駆動方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る真空吸着装置は、負圧の作用によりワークを吸着する吸着ヘッドと、切換弁の操作により該吸着ヘッドに対して選択的に連通される負圧源及び正圧源と、該正圧源と切換弁との間の流路に設けられた絞り回路とを備えた真空吸着装置において、上記切換弁が、負圧源からの流路を遮断して吸着ヘッドを正圧源に連通させる位置と、正圧源からの流路を遮断して吸着ヘッドを負圧源に連通させる位置とに切り換え可能な2位置弁であって、上記負圧源によって供給される負圧をP1、上記正圧源によって供給される正圧をP2、上記切換弁から吸着ヘッドまでの第1の流路の容積をV1、上記絞り回路から切換弁までの第2の流路の容積をV2上記吸着ヘッドがワークを吸着している状態で上記切換弁を切り換えて、上記第1の流路と第2の流路とを連通させた直後の該第1及び第2の流路内の圧力をPsとしたとき、上記Psが、大気圧に略等しい負圧であって、しかも上記吸着ヘッドからワークをその自重にて離脱させることができる大きさの負圧になるように、上記P1,P2,V1,V2,Psとの間に、P1×V1+P2×V2=Ps×(V1+V2)なる関係を持たせたことを特徴とするものである。
【0009】
このような真空吸着装置によれば、吸着ヘッドが切換弁により負圧源側に連通されワークを吸着している間に、絞り回路と切換弁との間の流路に対して、切換弁を正圧源側に切り換えたとき絞り回路と吸着ヘッドとの間の流路内圧力を、ワークが吸着ヘッドから自重にて離脱可能な圧力Psにまで上昇させることができる正圧P2のエアが、正圧源から供給されるため、切換弁が正圧源側に切り換えられた際、上記正圧P2のエアが絞り回路を介さずに切換弁と吸着ヘッドとの間の流路に供給されて、切り換えとほぼ同時にワークを吸着ヘッドから離脱させることができる。しかもその際、吸着ヘッドの圧力が、ワークを自重にて離脱させるのに必要な圧力Ps、すなわち大気圧P0に略等しい圧力までにしか達しないので、小型・軽量のワークであっても吹き飛ばされることなく正確に吸着ヘッドから離脱させることができる。
【0010】
ところで、本発明においては、切換弁が正圧源側に切り換えられた後も負圧源側に切り換えられるまでは、正圧源側の流路が遮断されずに正圧源から正圧P2のエアが吸着ヘッドに供給され続けるが、絞り回路を、吸着ヘッドが切換弁により負圧源側に連通されワークを吸着している間に、絞り回路と切換弁との間の流路内圧力を正圧P2に上昇させることができる程度の微少な絞りにすることができるため、小型・軽量のワークであっても吸着ヘッドから吹き飛ばされることはない。しかも、切換弁として2位置弁を1つ用いれば足り、更に切換弁が2位置電磁弁である場合には、1つのソレノイドでその切り換えをすることができるので、コストをも抑えることができる。その際、従来のように、絞り回路等との兼ね合いで、切換弁を正圧源側からセンタ位置(遮断位置)に切り換えるタイミングを正確に制御する必要性もなくなり、制御系をも簡略化して低コスト化することができる。
【0011】
また、上記真空吸着装置においては、吸着ヘッドが負圧源と連通されている間に上記正圧源から供給される正圧エアを充填しておくためのタンクを、上記絞り回路と切換弁との間の流路に配設することにより、上記絞り回路から切換弁までの流路の長さを短くすることも可能である。
更に、吸着ヘッドと切換弁との間にサンクションフィルタが設けられている場合、上記従来の真空吸着装置1においては、吸着ヘッド2に作用する圧力が大気圧付近に達する直前に上記電磁弁7がセンタ位置に切り換えられ、吸着ヘッド2に対して供給される正圧が完全に遮断されてしまうため、サンクションフィルタのクリーニング作用が働かず、目詰まりを起こしやすいが、本発明に係る真空吸着装置によれば、正圧が遮断されないため目詰まりを起こしにくいという利点もある。
【0012】
なお、上記課題は、負圧の作用によりワークを吸着する吸着ヘッドと、切換弁の操作により該吸着ヘッドに対して選択的に連通される負圧源及び正圧源と、該正圧源と切換弁との間の流路に設けられた絞り回路とを備え、上記切換弁、負圧源からの流路を遮断して吸着ヘッドを正圧源に連通させる位置と、正圧源からの流路を遮断して吸着ヘッドを負圧源に連通させる位置とに切り換え可能な2位置弁である真空吸着装置を駆動する方法であって、上記切換弁から吸着ヘッドまでの第1の流路の容積をV1、上記絞り回路から切換弁までの第2の流路の容積をV2、上記吸着ヘッドがワークを吸着している状態で上記切換弁を切り換えて、上記第1の流路と第2の流路とを連通させた直後の該第1及び第2の流路内の圧力をPsとしたとき、上記Psが、大気圧に略等しい負圧であって、しかも上記吸着ヘッドからワークをその自重にて離脱させることができる大きさの負圧になるように、P1×V1+P2×V2=Ps×(V1+V2)なる関係を満たす負圧P1及び正圧P2を、上記負圧源及び正圧源からそれぞれ供給することにより、切換弁を上記吸着ヘッドを負圧源に連通させる位置に切り換えて、ワークを吸着ヘッドで吸着し、切換弁を上記吸着ヘッドを正圧源に連通させる位置に切り換えて、ワークを吸着ヘッドから自重にて離脱させることを特徴とする真空吸着装置の駆動方法によっても、解決することが可能である。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明に係る真空吸着装置20の一実施例を図1を用いて説明すると、該真空吸着装置20は、ワークWを吸着して目的の位置にワークを搬送するもので、ワークWを吸着するための吸着ヘッド21と、負圧を供給する負圧源22及び正圧を供給する正圧源23と、上記吸着ヘッド21に対して負圧源22及び正圧源23を選択的に連通させるための切換弁24とを備えている。
そして、上記吸着ヘッド21は、他の切換弁を介することなく、第1流路25によって上記切換弁24に直接接続されており、上記負圧源22及び正圧源23は、他の切換弁を介することなく、それぞれ第2流路26及び第3流路27によって上記切換弁24に直接接続されている。
また、上記真空吸着装置20においては、吸着ヘッド21によってワークWを目的の位置にまで搬送した際、吸着ヘッド21を下方に向けた状態で該吸着ヘッド21からワークWを離脱させるようになっている。
【0014】
上記切換弁24は、シングルソレノイド形の2位置3ポート電磁弁であって、1つのソレノイドと1つのバネにより、負圧源22からの第2流路26を閉塞して遮断すると共に吸着ヘッド21に対して正圧源23を連通させる位置と、正圧源23からの第3流路27を閉塞して遮断すると共に吸着ヘッド21に対して負圧源22を連通させる位置とに切り換え可能となっている。
上記負圧源22は、真空ポンプ等からなる負圧供給部からなり、負圧を供給することができるようになっている一方で、上記正圧源23は、加圧ポンプ等からなる正圧供給部23a及び調圧用減圧弁23bとから構成され、正圧を微調節して供給することができるようになっている。
【0015】
また、上記切換弁24と正圧源23とを接続する第3流路27は、上記正圧源23からの正圧エアの供給量を調節するための絞り弁等からなる絞り回路28を備えていると共に、該絞り回路28と切換弁24との間に上記正圧エアを充填するためのタンク27aを備えている。また、上記切換弁24と吸着ヘッド21とを接続する第1流路25は、吸着ヘッド21に対して負圧源22が連通され該吸着ヘッド21に負圧が作用している時に、該吸着ヘッド21から吸引されるエアから塵埃を除去するためのサンクションフィルタ25aを備えている。
【0016】
ところで、上記負圧源22によって供給される負圧の絶対圧をP1、上記正圧源23によって供給される正圧の絶対圧をP2、上記切換弁24から吸着ヘッド21までの流路容積をV1、上記絞り回路28から切換弁24までの流路容積をV2、切換弁24を負圧源22側から正圧源23側に切り換えたときにおける絞り回路28と吸着ヘッド21との間の流路内の絶対圧をPaとしたとき、ボイルの法則より、それらはP1×V1+P2×V2=Pa×(V1+V2)なる関係を有している。
【0017】
そこで、本実施例に係る真空吸着装置20においては、上記Paが、ワークWをその自重によって上記吸着ヘッド21から離脱させることができる圧力Ps、すなわち負圧であって大気圧P0とほぼ等しい圧力となるようにし、これらの各パラメータが、P1×V1+P2×V2=Ps×(V1+V2)なる関係を満たすようにしている。
すなわち、吸着ヘッド21が切換弁24により負圧源22側に連通されワークWを吸着している間に、切換弁24を正圧源23側に切り換えて吸着ヘッド21と正圧源23とを連通させたとき切換弁24と吸着ヘッド21との間の流路内圧力を上記圧力Psにまで上昇させることができる正圧P2のエアが、上記絞り回路28と切換弁24との間の流路27に供給されるようになっている。
【0018】
そうすることにより、切換弁24を負圧源22側から正圧源23側に切り換えたとき、上記絞り回路28と切換弁24との間の流路27に充填された正圧P2の圧縮エアが、絞り回路28を介さずに切換弁24と吸着ヘッド21との間の流路25に供給されるため、切り換えとほぼ同時にワークWを吸着ヘッド21から離脱させることができる。しかもその際、吸着ヘッド21の圧力が、ワークWを自重にて離脱させるのに必要な圧力Ps、すなわち負圧であってほぼ大気圧P0に等しい圧力までにしか達しないので、電子チップ部品のような小型・軽量のワークWであっても吹き飛ばされることなく正確に吸着ヘッド21から離脱させることができる。
【0019】
また、切換弁24が正圧源23側に切り換えられた後も再度負圧源22側に切り換えられるまでは、正圧源23側の流路27が遮断されずに正圧源23から正圧P2の圧縮エアが吸着ヘッド21に供給され続けるが、上述のように、絞り回路28を、吸着ヘッド21が切換弁24により負圧源22側に連通されワークWを吸着している間に、絞り回路28と切換弁24との間の流路内圧力を正圧P2に上昇させることができる程度の微少な絞りにすることができるため、小型・軽量のワークWであっても吸着ヘッド21から吹き飛ばされることはない。
【0020】
このように、本実施例に係る真空吸着装置20によれば、切換弁24として1つの2位置電磁弁を1つ用いて、それを1つのソレノイドで切り換えることができるので、3位置電磁弁を2つのソレノイドで切り換える従来のものよりもコストを抑えることができる。また、従来のように、切換弁を、絞り回路等との兼ね合いで、正圧源側からセンタ位置(遮断位置)に切り換えるタイミングを正確に制御する必要性がないので、制御系を簡略化して低コスト化することもできる。
【0021】
そして、上記絞り回路28と切換弁24との間の流路27にタンク27aを配設したので、吸着ヘッド21が負圧源22と連通されている間に、上記正圧源23から絞り回路28を介して供給される正圧エアの一部を充填しておくことができ、上記絞り回路28から切換弁24までの流路27の長さを短くすることも可能である。
更に、切換弁24が正圧源23側に切り換えられた後も正圧が遮断されずないため、正圧源23から正圧P2の圧縮エアが吸着ヘッド21に供給され続け、サンクションフィルタ25aに付着した塵埃を圧縮エアによって除去することができるため、サンクションフィルタが目詰まりを起こしにくいという利点もある。
【0022】
なお、上記絞り回路28及びタンク27aは、切換弁24の図示しないボディ内に設けられていても良く、また上記タンク27aは必ずしも設ける必要性は無い。
【0023】
上記のような構成を有する真空吸着装置20の駆動方法について説明すると、まず、上記関係式に基づいて、正圧源23から供給すべき正圧P2を決定し、上記調圧用減圧弁23bを調節する。また、上記絞り回路28を、吸着ヘッド21が切換弁24により負圧源22側に連通されてワークWを吸着している間に、絞り回路28と切換弁24との間の流路内圧力を正圧P2にまで上昇させることができる程度の微少な絞りに調節する。
【0024】
そして、ソレノイドをオンにすると、切換弁24が吸着ヘッド21と負圧源22とを連通させる位置に切り換えられ、吸着ヘッド21に負圧P1が作用することにより、ワークWが該吸着ヘッド21に吸着されて目的の位置にまで搬送される。一方、その間に、切換弁24によって遮断・閉塞された上記絞り回路28と切換弁24との間に位置する流路27内の圧力はP2にまで上昇している。なお、ワークWが目的の位置にまで搬送された際、上記吸着ヘッド21は下方に向けられた状態となっている。
【0025】
次に、ソレノイドをオフにすると、バネの付勢力により、切換弁24が吸着ヘッド21と正圧源23とを連通させる位置に切り換えられ、上記絞り回路28と切換弁24との間の流路27に充填された圧力P2の圧縮エアが、切換弁24と吸着ヘッド21との間の流路25に供給されることにより、下方に向けられた吸着ヘッド21の圧力が負圧P1から急速に上述の大気圧P0にほぼ等しい負圧Psにまで上昇し、ワークWが吸着ヘッド21から吹き飛ばされることなくその自重によって離脱されて、目的の位置に正確に載置される。
【0026】
そして、上記ソレノイドのオン・オフ操作を繰り返すことにより、ワークWを目的の位置に正確に供給することができる。なお、本実施例においては、正圧P2を上記関係式を満たすように調節するようにしたが、負圧P1及び正圧P2の両者を調節できるようにしても良い。
【0027】
【発明の効果】
このように本発明に係る真空吸着装置及びその駆動方法によれば、従来のものよりも構造及び制御を簡略化してコストを低く抑えることができるばかりでなく、小型・軽量化されたワークであっても応答時間の遅れを生じることなく、正確に吸着ヘッドから離脱させて目的の位置に供給することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る真空吸着装置の一実施例を示す模式図である。
【図2】従来の真空吸着装置を示す模式図である。
【符号の説明】
20 ・・・・・ 真空吸着装置
21 ・・・・・ 吸着ヘッド
22 ・・・・・ 負圧源
23 ・・・・・ 正圧源
24 ・・・・・ 切換弁(2位置電磁弁)
25 ・・・・・ 第1流路
25a・・・・・ サンクションフィルタ
27 ・・・・・ 第3流路
27a・・・・・ タンク
28 ・・・・・ 絞り回路

Claims (6)

  1. 負圧の作用によりワークを吸着する吸着ヘッドと、切換弁の操作により該吸着ヘッドに対して選択的に連通される負圧源及び正圧源と、該正圧源と切換弁との間の流路に設けられた絞り回路とを備えた真空吸着装置において、
    上記切換弁が、負圧源からの流路を遮断して吸着ヘッドを正圧源に連通させる位置と、正圧源からの流路を遮断して吸着ヘッドを負圧源に連通させる位置とに切り換え可能な2位置弁であって、
    上記負圧源によって供給される負圧をP1、上記正圧源によって供給される正圧をP2、上記切換弁から吸着ヘッドまでの第1の流路の容積をV1、上記絞り回路から切換弁までの第2の流路の容積をV2上記吸着ヘッドがワークを吸着している状態で上記切換弁を切り換えて、上記第1の流路と第2の流路とを連通させた直後の該第1及び第2の流路内の圧力をPsとしたとき、上記Psが、大気圧に略等しい負圧であって、しかも上記吸着ヘッドからワークをその自重にて離脱させることができる大きさの負圧になるように、上記P1,P2,V1,V2,Psとの間に、
    P1×V1+P2×V2=Ps×(V1+V2)
    なる関係を持たせたことを特徴とする真空吸着装置。
  2. 吸着ヘッドが負圧源と連通されている間に上記正圧源から供給される正圧エアを充填しておくためのタンクを、上記絞り回路と切換弁との間の流路に配設したことを特徴とする請求項1に記載の真空吸着装置。
  3. 上記切換弁が、シングルソレノイド形の2位置電磁弁であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の真空吸着装置。
  4. 上記吸着ヘッドと切換弁との間の流路に、サンクションフィルタが設けられていることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の真空吸着装置。
  5. 上記負圧源及び正圧源が、上記切換弁に他の切換弁を介することなく接続されていることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の真空吸着装置。
  6. 負圧の作用によりワークを吸着する吸着ヘッドと、切換弁の操作により該吸着ヘッドに対して選択的に連通される負圧源及び正圧源と、該正圧源と切換弁との間の流路に設けられた絞り回路とを備え、上記切換弁が、負圧源からの流路を遮断して吸着ヘッドを正圧源に連通させる位置と、正圧源からの流路を遮断して吸着ヘッドを負圧源に連通させる位置とに切り換え可能な2位置弁である真空吸着装置を駆動する方法であって、
    上記切換弁から吸着ヘッドまでの第1の流路の容積をV1、上記絞り回路から切換弁までの第2の流路の容積をV2、上記吸着ヘッドがワークを吸着している状態で上記切換弁を切り換えて、上記第1の流路と第2の流路とを連通させた直後の該第1及び第2の流路内の圧力をPsとしたとき、上記Psが、大気圧に略等しい負圧であって、しかも上記吸着ヘッドからワークをその自重にて離脱させることができる大きさの負圧になるように、
    P1×V1+P2×V2=Ps×(V1+V2)
    なる関係を満たす負圧P1及び正圧P2を、上記負圧源及び正圧源からそれぞれ供給することにより、切換弁を上記吸着ヘッドを負圧源に連通させる位置に切り換えて、ワークを吸着ヘッドで吸着し、切換弁を上記吸着ヘッドを正圧源に連通させる位置に切り換えて、ワークを吸着ヘッドから自重にて離脱させることを特徴とする真空吸着装置の駆動方法。
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