JP4845903B2

JP4845903B2 - ワークハンドリング装置及び部品搭載装置

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Publication number: JP4845903B2
Application number: JP2008024818A
Authority: JP
Inventors: 淳斧城; 紘一郎三浦; 秀喜守屋; 真二杉崎; 国夫油田; 庵図師
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2008-02-05
Filing date: 2008-02-05
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2028-02-05
Also published as: JP2009188078A

Description

本発明は、ワークを水平状態に載置し、下方から真空吸着されて、所定のステージで処理乃至加工を行うために、このワークを位置決めしたり、ワークをステージ間で移載したりするためのワークハンドリング装置に関するものであり、さらにこのワークハンドリング装置を用いて電子回路部品を搭載する部品搭載装置、さらにはこの部品搭載装置によって電子回路部品を搭載したフラットディスプレイパネルに関するものである。

例えば、フラットディスプレイパネルの製造工程においては、パネルを構成する薄い平板のガラス基板からなるワークに電子回路部品を搭載する等といった様々な処理が行われる。このときに、ライン状に複数の処理ステージを並べて設け、ワークを順次各処理ステージ間を移載し、また各処理ステージにおいて所定の位置に位置決めされる。このために、各処理ステージにはワークを支持するワーク支持部材を有するワークハンドリング装置が設けられ、このワークハンドリング装置は位置調整機構を含むものである。ワーク支持部材は、ワークを水平状態に載置して、真空吸着するワーク載置台から構成され、このワーク載置台を少なくとも水平方向における直交２軸、つまりＸ軸及びＹ軸方向と、水平回転方向、つまりθ軸との３軸からなる位置調整機構を備えるものである。

ワーク載置台へのワークの着脱は、通常、ピックアンドプレイス手段により行われる。即ち、水平状態に保持したワークを吸着ヘッドにより吸着して持ち上げて、ワーク載置台上に移動させた後、下降させることによりワークはワーク載置台に載置される。この場合、ワークをワーク載置台に当接させる前にその位置をある程度調整することによって、ワーク載置台にワークを載置したときには、粗位置決めがなされた状態となる。このために、位置調整機構を構成する３軸の位置調整手段はいずれもワーク載置台を微小動作させることになり、これによって極めて高い精度で位置決めされる。

ワークが薄板で、しかも大判のガラス板等である場合には、このワークを吸着して持ち上げるピックアンドプレイス手段で移載するように構成すると、ワークが変形する等により、大きなダメージを与えるおそれがある。ワークが多数のステージ間での順次移載されるような場合には、ピックアンドプレイス手段では安全かつ円滑に移載できない場合がある。

以上のことから、複数のアームを櫛歯状に配列したワークホルダを設けたワークハンドリング装置を用いて、処理ステージ間でのワークの移載と、各処理ステージにおけるワークの位置決めとを行うようにしたものが、特許文献１に開示されている。この特許文献１においては、ワークの前ステージから次ステージに移載するために、一方のワークハンドリング装置のワークホルダにおける複数設けたアーム間に相手方のワークハンドリング装置のワークホルダのアームを進入させて、両ワークホルダのアームを入り組ませることができる構成としている。従って、ワークホルダを少なくともＸ，Ｙ，θの各方向への駆動手段を備える構成としている。そして、これらの駆動手段を大きく動かすこともでき、また微小動も可能とすることによって、駆動手段が位置調整手段を兼ねるようになる。ここで、ホルダのＸ軸及びＹ軸方向の位置調整は、ワークハンドリング装置の本体部分を駆動することになる。θ方向の位置調整は本体部分に装着したワークホルダを水平方向に回転駆動する機構となる。しかも、ワークの移載のためには、少なくとも９０度、好ましくは３６０度旋回できるように構成される。
特開２００７−９９４６６号公報

ところで、ワークハンドリング装置のワークホルダに設けた櫛歯状のアームには、ワークを安定的に保持するために、その表面に吸着パッドが形成されており、ワークの裏面側を真空吸着するようにする。従って、吸着パッドには空気配管が接続されるが、アームが装着されているワークホルダは装置の本体部に対して旋回することから、空気配管は可撓性のあるチューブ材で形成されることになる。このために、ワークハンドリング装置を繰り返し頻繁に作動させると、空気配管を構成するチューブが損傷する等、その耐久性に問題がある。また、一方のワークホルダのアームと他方のワークホルダのアームとが相互に入り組むことによりワークを移載するものであるから、ワークホルダの回転中心の位置からワークが大きく突出することになる。その結果、ワークホルダの回転中心からワークのエッジまでの距離が長くなり、大判のワークを取り扱う際には、ワークの旋回半径は大きくなってしまう。このために、ワークホルダの旋回角度が僅かでもずれると、各処理ステージにおいて、ワークを処理すべき辺が大きく位置ずれしてしまうという問題点も生じることになる。

以上のことから、櫛歯式のアームを有するワークホルダを用いたワークハンドリング装置は、フラットディスプレイ用のガラス基板等のように、薄板からなるワークにダメージを与えることなく移載できる点で極めて有利であるが、空気配管の耐久性やワークの位置決め精度等の点でなお改善すべき余地がある。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、簡単な構成によって、空気配管の耐久性やワークの位置決め精度を向上させることにある。

前述した目的を達成するために、本発明は、吸着パッドが設けられ、水平方向にインデックス回転するワーク支持部材を備えたワークハンドリング装置であって、回転駆動手段が装着され、外周面に前記ワーク支持部材を固定して設けた回転体が外側軸受により回転可能に連結された駆動部ケーシングと、前記駆動部ケーシング内に配置され、前記回転駆動手段の出力軸に連結して設けた駆動側部材と、この駆動側部材を囲繞するように設けられ、内側軸受により前記駆動部ケーシングの内周面に回転可能に支持され、前記回転体に連結して設けた従動側リング部材とからなる回転伝達手段と、前記駆動部ケーシングと前記従動側リング部材またはこの従動側リング部材に連結した回転側の部材との間にシール部材を介装すると共に、この回転側の部材に蓋体を装着することにより形成され、内部に前記回転伝達手段を収容させた負圧チャンバと、前記駆動部ケーシングに形成され、前記負圧チャンバと連通する負圧通路と、前記蓋体に接続され、他端を前記吸着パッドに接続させた接続配管とから構成したことをその特徴とするものである。

ワークハンドリング装置は、ワークの製造や検査等を行うためのラインに設けられる複数の処理ステージ間を移載し、かつ各処理ステージで所定の位置に位置決めするために設けられるものである。従って、各々の処理ステージにワークハンドリング装置が設けられる。そして、ワークハンドリング装置は、ワークを保持して、所定の処理ステージに搬入し、この処理ステージにおいて、処理や加工、各種の部品や部材の搭載等の作業が行われ、次いで当該の処理ステージからワークを搬出して、次の処理ステージに設けたワークハンドリング装置にワークの移載を行うことになる。これによって、各処理ステージでの処理をオーバーラップして行うことができ、効率向上を図ることができる。

このために、駆動部ケーシングに回転可能に装着した回転体に装着されるワーク支持部材は、この回転体に複数本のアームを固定して設けることによりワークホルダとなし、このワークホルダを回転体の回転中心より水平方向の一方側に向けて平行にして所定の長さ突出させるようにする。ワークは複数本のアームに当接させて、真空吸着させるようにして支持させる。前後の処理ステージ間でワークを移載するために、相隣接するアームの間隔をアームの幅寸法より広くする。

これによって、一方のワークハンドリング装置におけるワークホルダは、他方のワークハンドリング装置におけるワークホルダに対して、相互にアームを入り組ませることができる。受け取る側のワークホルダを受け渡す側のワークホルダより下方に位置させて、相対的に上下動させる。このときに、両ワークホルダが同じ高さ位置となると、受け渡す側のワークホルダの吸着を解除し、受け取る側のワークホルダに吸着力を作用させる。その後、ワークホルダを上下に交差させると、ワークの移載が完了する。この動作時において、ワークは常に下方から支持されるので、ダメージの発生を防止することができる。

駆動部ケーシング及び回転駆動手段と、回転伝達手段を構成する駆動側部材は固定側であり、ワーク支持部材及び回転体、さらには回転伝達手段を構成する従動側リング部材は、駆動側部材により回転駆動される回転側である。負圧チャンバは固定側と回転側との間に設けられており、負圧チャンバを施蓋する蓋体は回転側の部材である。吸着パッドは回転側であるアームに設けられ、この吸着パッドに接続した接続配管はこの蓋体に接続される。従って、回転体の回転時には、接続配管の一端が接続されている蓋体と、他端が接続されているワーク支持部材とは一体回転することから、たとえ接続配管を可撓性のあるチューブ材で構成しても、この接続配管に無理な曲げ力が作用して損傷する等のおそれはない。接続配管の蓋体への接続位置は格別制約されないが、回転中心位置とするのが最も望ましい。また、負圧チャンバの内部には、回転伝達手段が設けられており、この回転伝達手段によって負圧チャンバは上下に区画されている場合には、その間に連通路を設けるようにする。

ワーク支持部材により支持された状態で行われるワークに対する処理、例えば電子回路部品の搭載を正確に行うためには、各ステージにおいて、ワークを正確に位置決めする必要がある。このために、この回転駆動手段から回転伝達手段を介してワーク支持部材を駆動するに当っては、回転の伝達を正確に行い、かつその回転停止精度を高くする必要がある。特に、大判のワークの場合には、回転中心位置からワークの端部までの距離は長くなり、その結果回転駆動手段の角度が僅かにずれただけでも、ワークの処理位置や部品や部材が搭載位置に大きなずれを生じることになる。以上の点から、回転駆動の精度を高くする必要があり、また停止精度も高くしなければならない。さらに、角度分解能も高くすることが望ましい。

まず、回転駆動手段としては、通常、電動モータが用いられるが、望ましくはステッピングモータを用いるようにする。そして、回転伝達手段による回転の伝達は、歯車伝達手段やタイミングベルト等から構成されるが、好ましくは減速機構を有するものとする。例えば、遊星歯車を用いた伝達手段を用いることができる。即ち、回転駆動手段の出力軸に太陽歯車を連結して設けて駆動側部材となし、従動側リング部材としては、リングギアとする。そして、太陽歯車とリングギアとの間に１乃至複数の遊星歯車が噛合させて設けられる。この場合、歯車伝達機構を構成する各部について、バックラッシュがないか、または最小限のものとする。

実質的にバックラッシュがなく、しかも角度分解能を高くするために、回転伝達手段を構成する駆動側部材は、回転駆動手段、例えばステッピングモータの出力軸に回転楕円部材を連結して設け、この回転楕円部材には軸受を介して可撓環状帯体を嵌合させる。この可撓環状帯体の外周面にスプラインを設けるようになし、また従動側リング部材は、内周面にスプラインを形成した硬質リングから構成する。そして、可撓環状帯体に形成したスプラインの歯数と従動側リング部材に形成したスプラインの歯数とは異なる数とする。特に、可撓環状帯体の方が１個以上歯数を少なくする。これによって、回転楕円部材が１回転する間に、スプラインの歯数の差分に相当する角度だけ従動側リング部材が回転し、もって従動側リング部材及びこれに連結した回転体を減速回転させる機構から構成することもできる。

また、負圧チャンバは固定側と回転側との間に形成されるので、当然、その間に摺動部が形成され、この摺動部にはシール部材が装着されることになる。回転体と駆動部ケーシングとの間は外側軸受により相対回転可能となっており、また従動側リング部材と駆動部ケーシングとの間も内側軸受により相対回転可能となっている。これら外側及び内側の各軸受は回転時における摩擦抵抗が少なく、荷重も有効に受けることができるもの、例えばクロスローラ軸受やアンギュラ玉軸受等により構成することができる。これによって、摺動部における摺動抵抗を最小限に抑制でき、回転側は軽い負荷で円滑に回転する。

しかも、可動なシール部材は従動側リング部材と駆動部ケーシングとの１箇所で良いことになり、回転側の回転時における摺動抵抗による撓みが最小限に抑制できて、その反力が作用した状態で停止することはない。従って、ワーク支持部材が停止する際の停止精度が向上する。つまり、ワークが載置されているワーク支持部材は、常に一定の位置で停止することになり、停止位置がずれるおそれはない。特に、シール部材を従動側リング部材と駆動部ケーシング内面との間における内側軸受の近傍に配置することによって、このシール部材の摺動安定性が高くなるので、円滑な摺動が可能となり、停止精度も極めて良好になる。

固定側である駆動部ケーシングと、回転側であるワーク支持部材，回転体及び従動側リング部材を含む回転側との間において、これら固定側と回転側との間に負圧チャンバを形成して、この負圧チャンバには固定側から負圧通路を導き、回転側で吸着パッドに接続される接続配管を連通させたので、空気配管の耐久性が向上し、また固定側と回転側との間には摺動シール部材を１箇所だけ介装しているので、ワーク支持部材の回転停止時における停止精度が極めて高くなる結果、ワークを高精度に位置決めすることができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。ここで、本発明により取り扱われるワークは、大判かつ薄板からなるものであり、例えば液晶パネル，プラズマディスプレイパネル，有機ＥＬパネル等といったフラットディスプレイ用のパネルである。そして、図１（ａ）に示したように、ワーク１の各長辺１ａ及び短辺１ｂには、同図（ｂ）に示したように、それぞれ複数のＴＣＰ（Tape Carrier Package）からなる半導体回路素子２をＴＡＢ（Tape Automated Bonding）方式で搭載し、また各辺の半導体回路素子２に接続するように印刷回路基板３（Print Circuit Board）を接続することによって、フラットディスプレイパネル４が形成される。ただし、本発明におけるワークハンドリング装置により取り扱うワークは以上のものに限定されるものではないことは言うまでもない。

このように、フラットディスプレイパネル４に部品搭載を行う部品搭載装置５は、図２に示したステージ構成となっている。図中において、１０は搬入ステージであり、この搬入ステージ１０には搬入されたワーク１のＴＡＢ搭載部をクリーニングする機構が設けられている。このワーク１のクリーニングは、例えばテープクリーニングでワーク１の表面を擦動するようにして行う。これによって、ワーク１のＴＡＢ搭載部の汚れを拭き取ることができる。

搬入ステージ１０の下流側に位置するステージはワーク１のＴＡＢ搭載部にＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film）テープを貼り付けるＡＣＦ貼り付けステージ１１である。ＡＣＦの貼り付けは、各半導体回路素子２が搭載される部位に限定して個別的に貼り付けるのが望ましいが、長辺１ａ及び短辺１ｂの全長にわたって貼り付けるようにすることもできる。

次の処理ステージ１２，１３は、半導体回路素子２を搭載するＴＡＢ搭載するためのステージである。処理ステージ１２は半導体回路素子２をＡＣＦに仮圧着する仮圧着ステージであり、また処理ステージ１３は仮圧着された半導体回路素子２を加熱下で加圧することによって、ＡＣＦを介してワーク１に固着させる本圧着ステージである。ここで、半導体回路素子２は、ワーク１の長辺１ａ及び短辺１ｂにそれぞれ複数搭載されることになる。そして、処理ステージ１４はこのようにして圧着させた半導体回路素子２が正規の位置に搭載されているか否かを判定する検査ステージである。

さらに、処理ステージ１５は印刷回路基板３を接続するＰＣＢ接続ステージである。ここで、ワーク１の各辺１ａ，１ｂにはそれぞれ複数の半導体回路素子２が搭載されており、印刷回路基板３は、各辺１ａ，１ｂに搭載されている全ての半導体回路素子２と電気的に接続されることになる。そして、処理ステージ１６は、半導体回路素子２と印刷回路基板３との接続部に封止樹脂を塗布する樹脂塗布ステージである。また、この樹脂塗布ステージ１６での処理が終了すると、ワーク１は次の工程に搬出される。従って、この樹脂塗布ステージ１６は搬出ステージを兼ねることになる。以上の構成によって、ワーク１に電子回路部品としての半導体回路素子２及び印刷回路基板３を搭載する部品搭載装置を構成する。なお、半導体回路素子２及び印刷回路基板３はワーク１の複数の辺に接続されることから、前述した各処理ステージ１０〜１６のうち、例えば本圧着ステージ１３やＰＣＢ接続ステージ１５等の処理ステージは２以上のステージ構成としても良い。

以上のように、部品搭載装置における各処理ステージを順次経ることによって、フラットディスプレイパネルへの電子回路部品の搭載が行われる。このために、各処理ステージ１０〜１６には、それぞれワークハンドリング装置２０が設置されている。このワークハンドリング装置２０は、ワーク１を水平状態に保持して、各処理ステージ１０〜１６でそれぞれ必要な処理が行われる。また、ワークハンドリング装置２０は前後の処理ステージ間でワーク１を移載する。なお、処理ステージ１０〜１６には、それぞれ処理を行うための処理機構が設けられているが、これら処理機構の構成及びそれぞれの処理操作についての説明は省略する。

図３乃至図５にワークハンドリング装置２０の構成を示す。まず、図３において、２１はワーク支持部材を構成するワークホルダを示し、このワークホルダ２１は複数本のアーム２２を有し、各アーム２２はアームガイド２３，２３に連結して設けられ、アームガイド２３はサポートベース２４に取り付けられている。ここで、アーム２２アームガイド２３に対して固定的に設けることもできるが、好ましくはその延出方向と直交する方向に向けて位置調整可能とする。各アーム２２には、その表面に開口する複数の吸着パッド２５が装着されており、これらの吸着パッド２５によってワーク１を吸着して保持する構成となっている。

図３から明らかなように、処理ステージ１０〜１６のうち、奇数番目の処理ステージと偶数番目の処理ステージとでワークホルダ２１のアーム２２の間隔が異なっている。例えば、図２において、奇数番目の処理ステージに配置されているワークハンドリング装置を２０Ｏとし、偶数番目の処理ステージに配置されているワークハンドリング装置を２０Ｅとしたときに、例えばワークハンドリング装置２０Ｏにおけるワークホルダ２１のアーム２２の位置に対してワークハンドリング装置２０Ｅにおけるワークホルダ２１の各アーム２２が内側に入り込むようになる。これによって、両ワークハンドリング装置２０Ｏ、２０Ｅのアーム２２を入り組ませることができる。従って、ワークホルダ２１における各アーム２２は、それぞれ平行であって、相隣接するアーム間の間隔はアーム２２の幅以上となっている。また、アーム２２はアームガイド２３に沿って位置調整可能とすることができ、もってワーク１のサイズが異なる場合にも対応できるようになる。

ワークハンドリング装置２０におけるワークホルダ２１は、各処理ステージにワーク１を搬入して、所定の位置に位置決めし、かつこの処理ステージから搬出して、次の処理ステージに設けたワークハンドリング装置２０との間でワーク１を移載するために、装置本体２５に水平面におけるＸＹ直交２軸方向と、高さ方向、つまりＺ軸方向と、水平回転方向、つまりθ方向との４軸方向に位置調整可能に装着されている。

Ｙ軸方向、つまりワークホルダ２１に載置したワーク１を処理ステージに近接・離間する方向の位置調整機構としては、図４から明らかなように、Ｙ軸テーブル２６を備え、このＹ軸テーブル２６は、装置本体２５に設けたＹ軸ガイド２７に沿ってＹ軸方向に往復移動可能となっている。このＹ軸テーブル２７を駆動するために、モータ２８及びこのモータ２８により回転駆動されるボールねじ２９からなるＹ軸駆動手段を構成している。

また、Ｘ軸方向は前後の処理ステージ間にワーク１を往復移動させるためのものであって、図５に示したように、Ｘ軸テーブル３０を有し、このＸ軸テーブル３０はＹ軸テーブル２７に設けたＸ軸ガイド３１に沿って移動可能となっており、このＸ軸テーブル３０の駆動は、Ｙ軸方向の駆動手段と同様、モータ３２とボールねじ３３とからなるボールねじ送り手段からなるＸ軸駆動手段が構成されている。

さらに、ワーク１のＺ軸方向の位置調整機構は、Ｘ軸テーブル３０上に設けたＺ軸ガイド３４に沿ってＸ軸方向に向けて移動可能な傾斜ブロック３５を有し、この傾斜ブロック３５にはＺ軸テーブル３６を設けたスライダ３７が係合している。また、Ｘ軸テーブル３０には垂直ガイドロッド３８が立設されており、Ｚ軸テーブル３６にはこの垂直ガイドロッド３８が挿通されている。そして、モータ３９とボールねじ４０とからなるＺ軸駆動手段が傾斜ブロック３５に連結して設けられており、この傾斜ブロック３５をＺ軸ガイド３５に沿って往復移動させることによって、スライダ３７に装着したＺ軸テーブル３６が垂直ガイドロッド３８にガイドされて、昇降駆動されるようになっている。

さらに、Ｚ軸テーブル３６には、ワーク１を水平方向に回転させるθ方向の調整機構が設けられており、ワークホルダ２１を構成するサポートベース２４はこの回転駆動機構４１上に装着されて、θ方向に駆動される。θ方向の駆動は、９０度毎のインデックス回転と、所定の回転位置での位置微調整とを含むものである。

この回転駆動機構４１は、図６及び図７に示したように、回転駆動手段としてのモータ４２を有し、このモータ４２は駆動部ケーシングとしてのモータケーシング４３に固定的に支持されており、モータケーシング４３はＺ軸テーブル３６の上に固定的に保持されている。モータ４２は、例えばステッピングモータのように、角度分解能が高く、回転角度を極めて正確に制御できるもので構成され、モータケーシング４３に固定して設けられている。モータケーシング４３は、少なくとも上部側が円環状に形成したものから構成されており、その外周面には円環状となった回転体４４が外側軸受４５を介して相対回転可能に装着されている。この回転体４４にワークホルダ２１のサポートベース２４が固定して設けられている。

モータ４２の出力軸４２ａには回転伝達手段における駆動側部材が設けられている。この回転伝達手段は、例えばハーモニックドライブ（株式会社ハーモニックドライブシステムズの登録商標）機構から構成することができる。即ち、図７及び図８に示したように構成される。これらの図から明らかなように、出力軸４２ａには回転楕円板４６が一体回転するように連結されており、この回転楕円板４６の外周部には軸受部材４７が設けられている。この軸受部材４７も回転楕円板４６と相似形の楕円形状となっている。そして、軸受部材４７には可撓環状帯体４８が嵌合して設けられている。そして、この可撓環状帯体４８の外周面には、微小なピッチ間隔をもってスプライン４８ａが設けられている。可撓環状帯体４８のスプライン４８ａは従動側リング部材４９の内周面にスプライン４９ａが形成されている。ここで、従動側リング部材４９は金属等の硬質リングから構成されており、その内周面に設けたスプライン４９ａの数は、例えば可撓環状帯体４８の外周面に設けたスプライン４８ａの数より２個多くなっている。

従動側リング部材４９は円環状の部材から構成されており、その外周面はモータケーシング４３の内周面に対して内側軸受５０を介して相対回転可能に装着されている。また、従動側リング部材４９の上端部は回転体４４にも連結されているサポートベース２４に固定的に連結されている。従って、モータ４２を駆動すると、ハーモニックドライブ機構の従動側を構成する従動側リング部材４９が回転し、この従動側リング部材４９の回転と共に回転体４４も回転してワークホルダ２１のサポートベース２４に回転力が伝達されて、ワークホルダ２１がθ方向に変位する。

ここで、図９に基づいてハーモニックドライブ機構の作動について説明する。モータ４２を駆動すると、その出力軸４２ａに連結した回転楕円板４６が回転することになる。回転楕円板４６の外周部を囲繞するように設けた可撓環状帯体４８と回転楕円板４６との間には軸受部材４５が設けられており、また可撓環状帯体４８は従動側リング部材４９とスプライン結合しているので、回転楕円板４６に追従して可撓環状帯体４８が回転することはない。ここで、図９（ａ）に示したように、回転楕円板４６の長軸の両端の２つの部位Ｇ，Ｇで、可撓環状帯体４８のスプライン４８ａが従動側リング部材４９のスプライン４９ａと係合するが、回転楕円板４６が９０度回転すると、図９（ｂ）に示したように、両スプライン４８ａ，４９ａ間の係合部の位置も９０度回転方向に変化して、Ｇ'，Ｇ'となる。例えば、可撓環状帯体４８のスプライン４８ａの歯数を３６０とし、従動側リング部材４９のスプライン４９ａ歯数より２個少なくすると、回転楕円板４６が１回転すると、これらの歯数の差分に相当する角度２度だけ従動側リング部材４９が回転方向の前に向けて相対的に送られる。このように、従動側リング部材４９はモータ４２の回転に対して減速回転することになる。そして、駆動側と従動側とのスプラインの係合により従動側を減速回転させるものであるから、バックラッシュがなく、回転伝達は極めて正確に行われることになり、回転停止時における角度制御は極めて高精度に行われる。

ここで、回転伝達手段としては、前述したハーモニックドライブ機構に代えて、図１０に示したように、遊星歯車機構を用いることができる。即ち、従動側リング部材４９に代えて、リングギア６０となし、また回転楕円板４６に代えて、モータ４２の出力軸４２ａに太陽歯車６１を連結して設けることができる。リングギア６０と太陽歯車６１との間に複数（図示したものにあっては３個）の遊星歯車６２を噛合させる。この場合には、遊星歯車６２と、リングギア６０及び太陽歯車６１との間の噛合部のバックラッシュを最小限に抑制する。

ところで、ワークハンドリング装置２０におけるワークホルダ２１を構成する各アーム２２には、その表面に複数の吸着パッド５１が装着されている。図１１に示したように、吸着パッド５１は弾性部材から構成されて、複数の吸着孔５１ａが設けられている。そして、各アーム２２には各々１または複数の負圧吸引室５２が形成されており、吸着パッド５１の吸着孔５１ａはこの負圧吸引室５２と連通している。そして、各アーム２２に形成した負圧吸引室５２には負圧吸引力を作用させている。このために、各負圧吸引室５２には負圧配管５３が接続されている。この負圧配管５３は接続配管を構成するものであり、その材質としては可撓性を有するチューブ材で構成されている。

負圧配管５３に負圧吸引力を作用させるための経路としては、図７に示されているように、負圧源からの負圧管が接続される接続口７０がモータケーシング４３に接続されており、モータケーシング４３にはこの接続口７０からの負圧流路７１が接続されている。この負圧流路７１の他端はモータケーシング４３の内周面において、従動側リング部材４９の装着位置より下方位置に開口している。そして、この従動側リング部材４９の上端部には蓋体７２が装着されて、モータケーシング４３及びモータ４２、さらに蓋体７２によって密閉された負圧チャンバ７３が形成されており、回転伝達手段を構成する回転楕円板４６，可撓環状帯体４８及び従動側リング部材４９はこの負圧チャンバ７３の内部に配置されている。

ここで、負圧チャンバを構成する壁面のうち、モータケーシング４３及びモータ４２は固定側の部材であり、従動側リング部材４９及び蓋体７２は、この従動側リング部材４９に連結されている回転体４４及びワークホルダ２１と共に回転側の部材である。従って、固定側部材と回転側部材との間の摺動面部に弾性シール部材が介装されている。従動側リング部材４９とモータハウジング４３との間には、内側軸受５０が介装されているが、この内側軸受５０の上部位置にオイルシール等からなる弾性を有するシール部材７４を介装させている。なお、負圧チャンバ７３を密閉するために、シール部材７４以外にも、図示は省略するが、それぞれの部材と部材との間にも他のシール部材が介装されるが、シール部材７４は摺動部においてシール機能を発揮するのに対して、他のシール部材は相互に摺動しないガスケットを構成するものである。

また、回転側の部材である従動側リング部材４９は内側軸受５０により支持されており、回転時に軸がぶれたりすることがなく安定して回転することから、この部位にシール部材７４を設けることによって、安定したシール機能を発揮する。従って、このシール部材７４は１箇所設けるだけで、負圧チャンバ７３の内部が密閉される。また、この負圧チャンバ７３の内部には、回転楕円板４６等からなる回転伝達手段が設けられているが、例えば軸受部材４５の隙間等により上下の空間が連通している。また、必要に応じて回転楕円板４６に上下に貫通する透孔を１乃至複数個所設けることも可能であり、このために負圧チャンバ７３には回転伝達手段が配置されているにも拘らず、全体が１つのチャンバを構成している。

さらに、蓋体７２には、好ましくはその回転中心位置において、負圧チャンバ７３から負圧吸引力を外部に取り出すための引き出し管８０が接続されている。そして、図１２に示したように、この引き出し管８０には開閉弁８１が設けられており、この開閉弁８１の流出側には、左右への分岐路８１ａ，８１ａが接続されている。さらに、これら分岐路８１ａの他端は３方口分配管８２の流入側に接続されており、この３方口分配管８２の流出側である２方口部分には、それぞれコック８３が装着されている。そして、分配された部分における一方は、アーム２２のいずれかの負圧吸引室５２に向かう負圧配管５３が接続され、また他方は連通配管８４が引き出されて、次の３方口分配管８２に接続される。以上のようにして、順次配管が連結されて、全てのアーム２２に設けた全ての負圧吸引室５２が負圧チャンバ７３と接続されることになる。ここで、既に説明したように、接続配管である負圧配管５３はチューブ材で構成されているが、連通配管８４もチューブ材で構成されている。

以上のように構成されるワークハンドリング装置２０を用いることによって、薄板からなるワーク１に対して、実質的にダメージを生じさせることなく、搬入ステージ１０を含む各処理ステージ１０〜１６に順次搬送されて、ワーク１に対してそれぞれ所定の処理が施されて、樹脂塗布ステージ１６を搬出ステージとして、次の工程に送り出される。ワーク１が各処理ステージに移行するに当っては、最下流側の処理ステージから順次ワーク１が搬送される。即ち、搬出ステージとして機能する樹脂塗布ステージ１６から全ての処理が完了したワーク１を搬出した後に、この樹脂塗布ステージ１６にＰＣＢ接続ステージ１５からのワーク１が搬送され、次いで検査ステージ１４にあるワーク１がＰＣＢ接続ステージ１５に移行するというように、順繰りにワーク１の搬送が行われる。

ここで、ワークハンドリング装置２０により、ワーク１の処理ステージ間での移載と、各処理ステージにワーク１を搬入して、所定の位置に位置決めして処理が行われる。ワーク１を移載するに当っては、受け渡し側のワークハンドリング装置２０におけるワークホルダ２１を上部に位置させ、両ワークハンドリング装置２０における各々のアーム２２を入り組ませることができる位置に配置する。次いで、受け渡し側のワークハンドリング装置２０のワークホルダ２１を下降させるか、受け取り側のワークハンドリング装置２０のワークホルダ２１を上昇させて、それらの各アーム２２が同じ高さ位置になったときに、受け取り側を真空吸着させ、受け渡し側では真空吸着を解除する。そして、受け取り側と受け渡し側とで上下に相対移動させることによって、ワーク１が受け渡される。このときには、ワーク１は複数本のアーム２２により常時支持した状態に保持しているので、移載時におけるワーク１を無理に変形させる力が作用することがなく、安全に、しかもダメージを生じることなくワーク１の移載が行われる。

ワークハンドリング装置２０のワークホルダ２１に保持されているワーク１は各処理ステージに搬入して、各種の処理が行われ、若しくは部品や部材の搭載が行われることになる。これらの処理を正確に行うには、ワーク１は正確に位置決めされなければならない。ＸＹ軸方向の位置調整は、モータ２８，３２によりボールねじ２９，３３を回転駆動し、それぞれＹ軸テーブル２６及びＸ軸テーブル３０を駆動することにより行われる。このときには、Ｙ軸テーブル２６はＹ軸ガイド２７に、またＸ軸テーブル３０はＸ軸ガイド３１と摺動するが、それらの摺動部の摩擦抵抗を最小限に抑制することによって、これらＸＹ軸方向の位置調整は高精度に行うことができる。

θ方向の位置調整は回転駆動機構４１を用いて行われる。即ち、モータ４２を回転駆動することによって、回転伝達手段を介して回転体４４を回転駆動するが、この回転駆動はワーク１を受け取る際と、受け渡す際とでは１８０度回転させる。また受け取り位置から処理ステージに搬入する際には、方向転換を含めて、９０度，１８０度または２７０度というようにインデックス回転が行われる。また、ワーク１の移載時及び処理ステージでの位置微調整時にも回転駆動機構４１が駆動される。

ここで、ワーク１は処理ステージにおいては、極めて正確に位置決めされなければならない。また、ワーク１の移載時にも、高精度に位置決めしなければ、処理ステージ１０〜１６まで移載される間にずれが累積することになり、処理ステージが進むに応じて、極めて大きな位置ずれが生じることになり、途中で位置補正を行うのは実質的に不可能である。さらに、各処理ステージ１０〜１６において、ワーク１における処理対象となる部位は、ワークホルダ２１の回転中心から最も遠い辺であり、この辺が曲っていたり、位置ずれが生じていたりすると、処理が正確に行われない。特に、ワーク１のサイズが大型化すると、回転角が極僅かでもずれると、処理の対象となる辺に大きな位置ずれが生じ。

以上のことから、ワークホルダ２１におけるθ方向の位置調整機構は極めて高精度に保つようにしている。回転伝達手段をハーモニックドライブ機構で構成し、スプライン４８ａ，４９ａ間の係合というように、バックラッシュが殆ど生じない機構を用いるか、遊星歯車機構であっても、バックラッシュを最小限に抑制したものを用いることによって、実質的に回転伝達手段による回転角度のずれが生じることはない。

ワークホルダ２１の各アーム２２には吸着パッド５１が設けられており、これら各吸着パッド５１には負圧吸引力を作用させなければならない。このために負圧吸引力が作用する負圧経路が必要となり、この負圧経路の他端は固定側に設けられる。従って、負圧経路における固定側の部材と回転側の部材との間の摺動部にシール部材を介装しなければならない。負圧経路が複雑なものであると、摺動部が複数個所にわたることになり、また高速で回転する部位では、シール部材も大型のものを使用しなければならなくなる。そして、回転側の部材が回転しているときには、シール部材の摺動部に作用する反力で、このシール部材が弾性変形した状態で停止することがあり、このために停止精度が悪くなる。

しかしながら、回転駆動機構４１における回転側の部材と固定側の部材との間に、密閉された負圧チャンバ７３が設けられ、回転伝達手段における減速された側である従動側リング部材４９と固定側のモータケーシング４３との間において、内側軸受５０を設けた部位の直近上部位置において１箇所のみ摺動部シール部材７４が介装されて、負圧チャンバ７３を密閉している。従って、負圧チャンバ７３に高い負圧吸引力を作用させていても、摺動抵抗を最小限に抑制できる。その結果、モータ４２を駆動して、ワークホルダ２１に連結した回転体４４を駆動したとしても、摺動部のシール部材７４に摺動抵抗による弾性変形が最小限に抑制されるので、シール部材７４に反力が作用し、弾性が蓄積された状態で停止することはない。従って、回転体４４の停止時における停止精度は極めて高くなり、ワークホルダ２１が位置ずれすることなく、正確に所定の角度位置で停止する。

しかも、負圧チャンバ７３の一部の壁面を構成する蓋体７２において、モータ４２の回転中心位置に引き出し配管８０を接続して、この引き出し配管８０から３方口分配管８２を経て、連通配管８４及び負圧配管５３により負圧吸引室５２と連通している。これによって、負圧吸引室５２に装着されている吸着パッド５１の吸着孔５１ａにワーク１に対する負圧吸引力が作用することになる。ここで、引き出し配管８０が装着されている蓋体７２からアーム２２までの負圧経路は全て回転側の部材であるから、ワークホルダ２１が回転する際においても、負圧配管５３や連通配管８４をチューブ材で形成しても、それらに曲げ力や捩じり力、さらには引っ張り力等といった外力が作用することがない。従って、これらのチューブ材における耐久性が極めて高くなる。

ところで、各３方口分配管８２にはコック８３が設けられているので、ワークホルダ２１における全アーム２２の全部の吸着パッド５１によりワーク１を吸着させなければならないものではなく、１乃至複数の吸着パッド毎に独立して真空吸着力を作用させることができる。従って、吸着力を作用させる吸着パッド５１の位置を限定することによって、任意の大きさのワークを保持することができる。例えば、図３に点線で示したように、小型のワーク１Ｓを処理する場合には、それが当接するアーム２２のうちの限られた吸着パッド５１だけに負圧吸引力を作用させ、それら以外の吸着パッド５１には負圧を作用させない場合には、負圧を作用させない部位の負圧吸引室５２に接続した負圧配管５３の３方口分岐管８２に設けたコック８３を閉鎖すれば良い。

本発明において、ワークハンドリング装置により取り扱われるワークと、このワークに搭載した電子回路部品を示す平面図である。ワークに電子回路部品を搭載する部品搭載装置の各処理ステージを示す構成説明図である。ワークハンドリング装置におけるワークホルダの構成を示す平面図である。ワークハンドリング装置の平面図である。ワークハンドリング装置の側面図である。ワークハンドリング装置の回転駆動機構の正面図である。図６のＡ−Ａ断面図である。図７の回転駆動機構における回転伝達手段としてのハーモニックドライブ機構の平面図である。ハーモニックドライブ機構の作動説明図である。図７の回転駆動機構における回転伝達手段の他の例としての遊星歯車機構を示す平面図である。ワークホルダのアームの部分断面図である。負圧流路の分配機構の構成を示す説明図である。

符号の説明

１ワーク４フラットディスプレイパネル
５部品搭載装置２０ワークハンドリング装置
２１ワークホルダ２２アーム
２６Ｙ軸テーブル３０Ｘ軸テーブル
３６Ｚ軸テーブル４１回転駆動機構
４２モータ４３モータケーシング
４４回転体４６回転楕円板
４７軸受部材４８可撓環状帯体
４８ａスプライン４９従動側リング部材
４９ａスプライン５０内側軸受
５１吸着パッド５２負圧吸引室
５３負圧配管６０リングギア
６１太陽歯車６２遊星歯車
７０接続口７１負圧流路
７２蓋体７３負圧チャンバ
７４シール部材８０引き出し配管
８１開閉弁８２３方口分配管
８３コック８４連通配管

Claims

吸着パッドが設けられ、水平方向にインデックス回転するワーク支持部材を備えたワークハンドリング装置において、
回転駆動手段が装着され、外周面に前記ワーク支持部材を固定して設けた回転体が外側軸受により回転可能に連結された駆動部ケーシングと、
前記駆動部ケーシング内に配置され、前記回転駆動手段の出力軸に連結して設けた駆動側部材と、この駆動側部材を囲繞するように設けられ、内側軸受により前記駆動部ケーシングの内周面に回転可能に支持され、前記回転体に連結して設けた従動側リング部材とからなる回転伝達手段と、
前記駆動部ケーシングと前記従動側リング部材またはこの従動側リング部材に連結した回転側の部材との間にシール部材を介装すると共に、この回転側の部材に蓋体を装着することにより形成され、内部に前記回転伝達手段を収容させた負圧チャンバと、
前記駆動部ケーシングに形成され、前記負圧チャンバと連通する負圧通路と、前記蓋体に接続され、他端を前記吸着パッドに接続させた接続配管と
から構成したことを特徴とするワークハンドリング装置。
前記ワーク支持部材は前記回転体に複数本のアームを、このアームの幅寸法より広い間隔を置いて平行に設けることによりワークホルダを構成し、各アームは前記回転体の回転中心より一方向に向けて突出するように装着させる構成としたことを特徴とする請求項１記載のワークハンドリング装置。
前記接続配管を複数に分岐させて、これらの接続配管を前記各アームに設けた１または複数の吸着パッドが装着された負圧吸引室と接続し、前記各接続配管は流路の開閉が可能な構成としたことを特徴とする請求項２記載のワークハンドリング装置。
前記回転駆動手段はステッピングモータから構成され、また前記回転伝達手段を構成する駆動側部材は、このステッピングモータの出力軸に連結された回転楕円部材と、この回転楕円部材を囲繞するように設けられ、外周面にスプラインを設けた可撓性のある可撓環状帯体とで構成され、前記従動側リング部材は内周面にスプラインを形成した硬質リングからなり、前記可撓環状帯体のスプラインの歯数と前記従動側リング部材のスプラインの歯数とは異なる数となし、このスプラインの歯数の差分だけ前記従動側リング部材を減速回転させる機構から構成したことを特徴とする請求項１記載のワークハンドリング装置。
前記回転駆動手段はステッピングモータから構成され、また前記回転伝達手段の前記駆動側部材は、このステッピングモータの出力軸に連結した駆動歯車から構成し、前記従動側リング部材には、内周面に従動歯車を形成したリングギアから構成され、これら駆動歯車と従動歯車との間に、これらの各歯車と噛合する１または複数の遊星歯車を備える構成としたことを特徴とする請求項１記載のワークハンドリング装置。
前記シール部材は、前記駆動部ケーシングと前記従動側リング部材との間であって、前記内側軸受に隣接する位置に設ける構成としたことを特徴とする請求項１記載のワークハンドリング装置。
請求項１乃至６のうち何れか１項に記載のワークハンドリング装置とワークに処理を行う処理機構とを有する部品搭載装置であって、前記ワークは薄板透明基板からなり、前記ワークハンドリング装置はこのワークを保持し、前記処理機構は前記ワークハンドリング装置に保持された前記ワークの少なくとも１辺に電子回路部品を搭載するものであることを特徴とする部品搭載装置。