JP4693539B2 - プローブ駆動ユニット - Google Patents

Description

本発明は、プローブを駆動するプローブ駆動ユニットに関するものである。

この種のプローブ駆動ユニットとして、出願人は、検査プローブが取り付けられた第１の移動体をＺ軸移動機構によってＺ軸方向に移動させる構成を有する回路基板検査装置を特開２００３−９８２１６号公報に開示している。この回路基板検査装置では、このＺ軸移動機構が第２の移動体に取り付けられると共に、この第２の移動体が送りねじおよびリニアガイドを用いたＸ−Ｙ移動機構に取り付けられている。この場合、Ｚ軸移動機構と第２の移動体とは、所定の遊びがある状態でリニアガイドによって保持されると共に送りねじに螺合されている。このため、送りねじを回動させることにより、Ｚ軸移動機構がリニアガイドの延在方向に円滑に移動させられる。したがって、この回路基板検査装置では、検査対象の基板に対して接離する方向であるＺ軸方向、およびその基板が載置された載置台上のＸ−Ｙ座標平面上において、検査プローブを円滑に移動させることが可能となっている。
特開２００３−９８２１６号公報（第５−６頁、第１，２図）

ところが、上記の回路基板検査装置には、以下の解決すべき課題がある。すなわち、この回路基板検査装置では、検査プローブが取り付けられた第１の移動体がＺ軸方向において高速に移動させられる。このため、例えば検査プローブを基板に対して所定の位置まで急速に接近させた後に急停止させたときには、検査プローブおよび第１の移動体には基板に接近する方向への慣性力が作用する。この場合、Ｘ−Ｙ移動機構のリニアガイドによるＺ軸移動機構の保持箇所には所定の遊びがあるため、この慣性力に起因して、検査プローブが第１の移動体と共に振動するおそれがある。したがって、この回路基板検査装置では、検査プローブが振動したときには、検査プローブの位置決め精度の低下を招く可能性がある。また、検査プローブが振動したときには、その先端が基板に接触して基板に傷を付けてしまう可能性もある。したがって、この回路基板検査装置では、検査プローブの振動による位置決め精度の低下や、基板への損傷などの問題を回避するために検査プローブの移動速度を低下させなければならず、逆にそれを避けるためには、正確かつ高速に検査プローブの位置を制御することが困難となるおそれがある。

本発明は、かかる改善すべき課題に鑑みてなされたものであり、正確かつ高速にプローブの位置を制御し得るプローブ駆動ユニットを提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載のプローブ駆動ユニットは、プローブを取り付け可能に構成された取付部と、動力を発生する動力源と、前記動力源の動力によって前記取付部の往復動が可能に当該取付部および前記動力源を相互に連結する連結機構と、前記取付部を所定のプロービング方向に案内する案内部とを備えたプローブ駆動ユニットであって、所定の質量を有すると共に前記取付部が往復動させられる線分上に配置されたバランサを備え、前記連結機構は、前記動力源からの動力によって前記取付部とは相反する方向への前記バランサの往復動が可能に当該バランサおよび当該動力源を相互に連結する。なお、前記連結機構には、ベルト機構、チェーン機構、リンク機構、ラックアンドピニオン機構、ボールねじ機構およびウォーム機構などを採用することができる。

請求項２記載のプローブ駆動ユニットは、請求項１記載のプローブ駆動ユニットにおいて、前記バランサが、前記プローブの質量と前記取付部の質量との和と同等の質量となるように構成されている。なお、本明細書における「プローブの質量と取付部の質量との和と同等の質量」とは、「プローブの質量と取付部の質量との和と同一またはほぼ同一の質量」を意味する。

請求項１記載のプローブ駆動ユニットによれば、取付部に慣性力が発生したときに、これと相反する方向（打ち消し合う方向）への慣性力をバランサに発生させることができる。これにより、取付部の慣性力をバランサの慣性力によって相殺することができるため、慣性力によるプローブの先端の振動の発生を防止することができる。したがって、プローブの先端の振動に起因する基板における損傷の発生や位置決め精度の低下を回避することができる。また、取付部の移動によって発生する慣性力をバランサによって相殺することができるため、プローブを高速で移動させることができる。したがって、正確かつ高速にプローブの位置を制御することができる。また、ベルト機構、チェーン機構、リンク機構、ラックアンドピニオン機構、ボールねじ機構およびウォーム機構などの既存の機構を連結機構に採用することにより、プローブ駆動ユニットを安価に構成することができる。また、取付部が往復動させられる線分上にバランサを配置したことにより、取付部に作用する慣性力をバランサに作用する慣性力によって一層確実に相殺することができる。このため、プローブの振動を一層確実に抑制することができる結果、プローブの位置をさらに正確に制御することができる。

また、請求項２記載のプローブ駆動ユニットによれば、プローブを取り付けた取付部をプロービング方向にスライドさせたときに発生する取付部の慣性力とバランサの慣性力とを同一の線分上に作用させることができる結果、プローブの先端の振動の発生を一層確実に防止することができる。

以下、本発明に係るプローブ駆動ユニットの最良の形態について、添付図面を参照して説明する。

最初に、プローブ駆動ユニット１の構成について、図面を参照して説明する。

プローブ駆動ユニット１は、図１，２に示すように、ベース部２、ベルト機構３、一対の案内部４，６、取付部５、バランサ７、モータ８およびガイド部９を備えて構成されている。また、プローブ駆動ユニット１は、例えば図示しない回路基板検査装置に搭載された状態で用いられ、プローブＰを上下方向（プロービング方向）に往復動させることにより、検査対象の基板１００に対してプローブＰを接離させる。ベース部２は、両図に示すように、所定形状の平板に形成されている。また、ベース部２には、図２に示すように、ベルト機構３、一対の案内部４，６、取付部５およびバランサ７が一方の面に配設されると共に、モータ８およびガイド部９が他方の面に配設されている。さらに、ベース部２には、モータ８のシャフト８ａを他方の面から一方の面に貫通させるための貫通孔（図示せず）が形成されている。

ベルト機構３は、本発明における連結機構に相当し、一対のプーリ３ａ，３ｂ、およびこれらに架け渡されたタイミングベルト３ｃを備えて構成されている。一対のプーリ３ａ，３ｂは、互いに同一の外径を有すると共にタイミングベルト３ｃと噛み合い可能な歯付きプーリであり、ベース部２に回転可能に取り付けられている。この場合、プーリ３ａには、モータ８のシャフト８ａが嵌入されてモータ８の動力が伝達される。これにより、プーリ３ａは、モータ８に回転させられることによってタイミングベルト３ｃを回動させる。プーリ３ｂは、プロービング方向において駆動側のプーリ３ａよりも下流側（図１における下側）に配設されている。一方、タイミングベルト３ｃは、プロービング方向に延在するように一対のプーリ３ａ，３ｂに架け渡されている。また、タイミングベルト３ｃには、所定の位置に取付部５が取り付けられている。これにより、ベルト機構３は、取付部５およびモータ８を相互に連結すると共に、モータ８の動力によって取付部５を往復動させる。また、タイミングベルト３ｃには、その延在方向に対する直交方向において取付部５の取り付け位置とは相反する（反対の）位置にバランサ７が取り付けられている。これにより、ベルト機構３は、バランサ７およびモータ８を相互に連結すると共に、モータ８の動力によって取付部５とは相反する方向にバランサ７を往復動させる。具体的には、ベルト機構３は、プロービング方向における下流側に向かって取付部５を移動させたときには上流側に向かってバランサ７を移動させる共に、プロービング方向における上流側に向かって取付部５を移動させたときには下流側に向かってバランサ７を移動させる。

一方の案内部４は、本発明における案内部に相当し、ガイドレール４ａおよび一対のスライド片４ｂ，４ｃを備えて構成されている。ガイドレール４ａは、断面矩形に形成されると共にプロービング方向に延在するようにベース部２に固定されている。一対のスライド片４ｂ，４ｃは、ガイドレール４ａと係合可能な断面コ字状に形成され、プロービング方向にスライド可能な状態でガイドレール４ａに取り付けられている。また、一対のスライド片４ｂ，４ｃは、取付部５を取り付け可能に構成されている。この場合、スライド片４ｂ，４ｃは、ガイドレール４ａに沿ってスライドすることによって取付部５をプロービング方向に案内する。取付部５は、例えばアルミニウム合金製であり、本体部５ａ、先端部５ｂおよび係止部５ｃを備えて構成されている。本体部５ａは、プロービング方向に対して長尺に形成され、スライド片４ｂ，４ｃに取り付けられている。先端部５ｂは、プローブＰを取り付け可能に構成されて、本体部５ａの下側の先端に設けられている。係止部５ｃは、本体部５ａの上端付近におけるベルト機構３側の面に設けられている。また、係止部５ｃは、タイミングベルト３ｃを挟み込んだ状態で本体部５ａにねじ止めされることにより、取付部５をタイミングベルト３ｃに連結する。

一方、他方の案内部６は、図１，２に示すように、案内部４と同様な形状を有し、ガイドレール６ａおよびスライド片６ｂを備えて構成されている。ガイドレール６ａは、ベルト機構３を挟んで一方の案内部４とは反対側の位置において、プロービング方向、つまり一方の案内部４による取付部５の案内方向と平行な方向に延在するように固定されている。スライド片６ｂは、ガイドレール６ａと係合してプロービング方向にスライド可能な状態で取り付けられている。また、スライド片６ｂは、バランサ７を取り付け可能に構成され、ガイドレール６ａに沿ってスライドすることによってバランサ７をプロービング方向に案内する。バランサ７は、例えば鋼鉄製であり、本体部７ａおよび係止部７ｂを備えて構成されている。また、バランサ７は、所定の質量を有している。具体的には、バランサ７は、プローブＰの質量と取付部５の質量との和と同等の質量（本例では、ほぼ等しい質量）となるように構成されている。本体部７ａは、プロービング方向に対して長尺に形成されて、スライド片６ｂに取り付けられている。係止部７ｂは、本体部７ａの下端付近におけるベルト機構３側の面に設けられている。また、係止部７ｂは、タイミングベルト３ｃを挟み込んだ状態で本体部７ａにねじ止めされることにより、ベルト機構３を挟んで取付部５とは反対側の位置において、バランサ７をタイミングベルト３ｃに連結する。

モータ８は、本発明における動力源に相当し、動力を発生する。この場合、モータ８は、ベルト機構３を介して、プロービング方向においてバランサ７と取付部５とを相反する方向に駆動する。ガイド部９は、モータ８の下側に設けられて、回路基板検査装置におけるＸ−Ｙ座標平面の例えばＸ軸方向に延在するリニアレール４１によって保持されている。また、ガイド部９は、このリニアレール４１と所定の遊びがある状態で係合可能な形状に形成されている。さらに、ガイド部９は、リニアレール４１の内側に設けられた送りねじ４２に螺合されている。この場合、送りねじ４２を回転させることにより、ガイド部９（つまり、プローブ駆動ユニット１自体）が、Ｘ−Ｙ座標平面上においてリニアレール４１の延在方向に沿って移動させられる。

次に、プローブ駆動ユニット１の全体的な動作について、図面を参照して説明する。

例えば、回路基板検査装置にプローブ駆動ユニット１を搭載した状態で基板１００に対してプローブＰを接近させる際には、まず、モータ８を作動させてシャフト８ａを図１に示す矢印Ａ方向に回転させる。この際に、プーリ３ａは、タイミングベルト３ｃを矢印Ａの方向に回動させる。この場合、取付部５は、係止部５ｃを介してタイミングベルト３ｃに連結されているため、図３の矢印Ｂに示すように、基板１００に接近する方向（つまりプロービング方向における下流側）に向かってスライドさせられる。一方、バランサ７は、係止部７ｂを介してタイミングベルト３ｃに連結されているため、図３の矢印Ｃに示すように、基板１００から離間する方向（つまり上方向）に向かってスライドさせられる。

次いで、プローブＰが基板１００に対して所望の位置まで接近したときには、モータ８を停止させることによって取付部５およびバランサ７のスライドを停止させる。この際に、取付部５には、基板１００に接近する方向への慣性力が作用する。一方、バランサ７には、基板１００から離間する方向への慣性力が作用する。この際に、プローブ駆動ユニット１には、図２に示すように、リニアレール４１付近を支点として、取付部５の慣性力によって同図における時計回りの方向に回転しようとする力と、バランサ７の慣性力によって同図における反時計回りの方向に回転しようとする力とが同時に作用する。この場合、プローブＰを取り付けた取付部５とバランサ７とが同等の質量になるように構成されているため、取付部５の慣性力によってプローブ駆動ユニット１自体が回転しようとする力と、バランサ７の慣性力によってプローブ駆動ユニット１自体が回転しようとする力とが、ほぼ等しくなる。したがって、プローブ駆動ユニット１を基板１００に対して接近および停止させたとしても、取付部５に作用する慣性力がバランサ７の慣性力によって相殺されるため、取付部５の移動に起因するプローブ駆動ユニット１の振動の発生が防止される。

このように、このプローブ駆動ユニット１によれば、ベルト機構３が取付部５の往復動が可能に取付部５およびモータ８を相互に連結し、かつ取付部５とは相反する方向へのバランサ７の往復動が可能にバランサ７およびモータ８を相互に連結することにより、取付部５に慣性力が発生したときに、これと相反する方向（打ち消し合う方向）への慣性力をバランサ７に発生させることができる。これにより、取付部５の慣性力をバランサ７の慣性力によって相殺することができるため、慣性力によるプローブＰの先端の振動の発生を防止することができる。したがって、このプローブ駆動ユニット１によれば、プローブＰの先端の振動に起因する基板１００における損傷の発生や位置決め精度の低下を回避することができる。また、取付部５の移動によって発生する慣性力をバランサ７によって相殺することができるため、プローブＰを高速で移動させることができる。したがって、このプローブ駆動ユニット１によれば、正確かつ高速にプローブＰの位置を制御することができる。

また、このプローブ駆動ユニット１によれば、プローブＰの質量と取付部５の質量との和と同等の質量となるようにバランサ７を構成したことにより、取付部５に作用する慣性力をバランサ７に作用する慣性力によって一層確実に相殺することができる。このため、プローブＰの振動を一層確実に抑制することができる結果、プローブＰの位置をさらに正確に制御することができる。

なお、取付部５に作用する慣性力を相殺するためのバランサ７に代えて取付部５と同一の構成を有する取付部を案内部６に取り付ける構成を採用することもできる。また、図４に示すように、バランサ７に代えて、バランサ１３を取付部５が駆動させられる線分上に配置する構成を採用することもできる。なお、上記した構成と同一の構成については同一の符号を付して重複した説明を省略する。このプローブ駆動ユニット１０では、ガイドレール１２ａおよび３つのスライド片１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを備えた案内部１２と、本体部１３ａおよび係止部１３ｂを備えたバランサ１３とがベース部１１の一方の面に配設されている。この場合、下側に配設された一対のスライド片１２ｂ，１２ｃには取付部５の本体部５ａが取り付けられている。一方、上側のスライド片１２ｄにはバランサ１３の本体部１３ａが取り付けられている。これにより、取付部５およびバランサ１３は、ガイドレール１２ａの延在方向、つまりプロービング方向において同一の線分上を往復動させられる。また、バランサ１３の係止部１３ｂは、タイミングベルト３ｃの延在方向に対する直交方向において取付部５の取り付け位置とは反対の位置に取り付けられている。このため、取付部５およびバランサ１３は、タイミングベルト３ｃを回動することにより、同一の線分上において互いに反対方向にスライドさせられる。したがって、この構成によれば、上記のプローブ駆動ユニット１と同様の作用効果を奏することができると共に、取付部５およびバランサ１３を１つのガイドレール１２ａで案内することができるため、部品点数の低減、ひいては製品コストの低減を図ることができる。

また、ベルト機構３に代えて、図５に示すように、ラックアンドピニオン機構２０を用いて取付部２１（図１の取付部５に相当）とバランサ２２（図１のバランサ７に相当）とを反対方向に往復動させる構成を採用することもできる。取付部２１およびバランサ２２は、それぞれガイドレール２３，２４に取り付けられてプロービング方向において往復動させられる。この場合、取付部２１は、ピニオンギヤ２０ａに噛み合わされた一方のラック２０ｂに取り付けられているため、モータ８を作動させてピニオンギヤ２０ａを回動させることにより、プロービング方向における所定の向きに移動させられる。これに対して、バランサ２２は、ラック２０ｂとは反対側においてピニオンギヤ２０ａに噛み合わされた他方のラック２０ｃに取り付けられているため、モータ８を作動させてピニオンギヤ２０ａを回動させることにより、取付部２２とは反対方向に移動させられる。したがって、この構成によれば、上記のプローブ駆動ユニット１と同様の作用効果を奏することができる。

さらに、これらの機構に代えて、図６に示すように、リンク機構３０を用いてバランサ２２と取付部２１とを反対方向に往復動させる構成を採用することもできる。この構成では、取付部２１およびバランサ２２は、同一の線分上において互いに離間した位置に配設されたガイドレール２３，２４に取り付けられて同一の線分上を移動させられる。この場合、取付部２１は、モータ８のシャフト８ａに所定の角度で取り付けられたリンク３０ａと、これに結合されたリンク３０ｂとによってプロービング方向における所定の向きに移動させられる。一方、バランサ２２は、モータ８のシャフト８ａにリンク３０ａとは反対側に取り付けられたリンク３０ｃと、これに結合されたリンク３０ｄとによって取付部２２とは反対方向に移動させられる。この構成によれば、上記のプローブ駆動ユニット１０と同様の作用効果を奏することができる。また、本発明における連結機構として、上記した連結機構に代えて、チェーン機構、ボールねじ機構およびウォーム機構などを採用することもできる。

プローブ駆動ユニット１の正面図である。 プローブ駆動ユニット１の側面図である。 プローブＰを基板１００に接近させた際のプローブ駆動ユニット１の正面図である。 プローブ駆動ユニット１０の正面図である。 本発明における連結機構としてラックアンドピニオン機構２０を採用した構成の要部を示す正面図である。 本発明における連結機構としてリンク機構３０を採用した構成の要部を示す正面図である。

符号の説明

１，１０ プローブ駆動ユニット
２，１１ ベース部
３ ベルト機構
４，６，１２ 案内部
５，２１ 取付部
７，１３，２２ バランサ
８ モータ
２０ ラックアンドピニオン機構
３０ リンク機構
１００ 基板

Claims (2)

1. プローブを取り付け可能に構成された取付部と、動力を発生する動力源と、前記動力源の動力によって前記取付部の往復動が可能に当該取付部および前記動力源を相互に連結する連結機構と、前記取付部を所定のプロービング方向に案内する案内部とを備えたプローブ駆動ユニットであって、
   所定の質量を有すると共に前記取付部が往復動させられる線分上に配置されたバランサを備え、
   前記連結機構は、前記動力源からの動力によって前記取付部とは相反する方向への前記バランサの往復動が可能に当該バランサおよび当該動力源を相互に連結するプローブ駆動ユニット。
2. 前記バランサは、前記プローブの質量と前記取付部の質量との和と同等の質量となるように構成されている請求項１記載のプローブ駆動ユニット。

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