JP4891251B2 - Suction head device - Google Patents
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Description
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体関連の電子部品あるいは機械部品等のワークを吸着して移載する吸着ヘッド装置に関し、特に、ワークを収容位置から吸着して取り出すと共に位置決めして所定位置に移載する吸着ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体あるいはその他の小さな電子部品等の製造ラインにおいて、対象となるワーク(電子部品)は、コンベアにより各種の処理工程に搬送され、又、移載装置によりコンベアから取り出されて処理部の所定位置に移載され所定の処理が施されている。
一方、このようなワーク(電子部品)については、適用される製品のライフサイクルが短いため、それに対応するべく頻繁に機種の変更が行われている。したがって、この機種変更に対応するには、多種の部品を安価に製造することができるように、製造ラインにおいて、品質を確保しつつ高速に処理する必要があり、ワークをコンベアから処理部に移載する移載装置としては、特に、多様なサイズのワークを容易に保持(吸着)できると共に、高精度に位置決めしつつ処理部に移載できる吸着ヘッド装置を備えたものが望まれている。
【0003】
従来の吸着ヘッド装置としては、例えば、中央に貫通孔をもつベースプレート、ベースプレートの貫通孔を通って上下動可能な吸引管、吸引管の先端に設けられた吸着パッド、ベースプレートに対して径方向にお互いに近接及び離隔するように配置されてアームを挟持し得る二対のチャック爪、二対のチャック爪をそれぞれ駆動するリンク機構及びカム機構等を備え、吸引管が下降すると二対のチャック爪がそれぞれ離隔し、吸着パッドがワークを吸着した状態で吸引管が上昇すると、二対のチャック爪がワークを挟持するように形成されたものが知られている(例えば、特許文献1)。
しかしながら、この吸着ヘッド装置においては、吸着パッドがワークを吸着した状態で二対のチャック爪がワークを挟持するため、ワークの中心が吸着パッドの中心からずれた状態でワークが吸着されると、二対のチャック爪はワークを吸着パッドの中心に位置付けるように吸着パッドを弾性変形させた状態で挟持することになる。
したがって、チャック爪によりワークを位置決めしたとしても、ワークを所定の処理部に移載する際に、チャック爪の挟持による位置決めを解放すると、吸着パッドが弾性復帰してワークがずれた位置に戻ってしまい、ワークを所定の位置に正確に移載することが困難である。
【0004】
また、他の吸着ヘッド装置としては、吸着ノズルを先端にもつノズルシャフト、水平方向に回転軸を有しモータにより回転駆動されるカム部材、カム部材に連動するフォロワーをもつロッド、ロッド及びノズルシャフトに連結されたリンク部材、吸着ノズルの周りに配置されたチャック、停電時のときにノズルシャフトが自重により下降してワーク等に衝突するのを防止するべくノズルシャフトを上昇させる上昇機構等を備え、カム部材の回転により、ロッド及びリンク部材を介して、ノズルシャフトが昇降すると共に吸着ノズルに吸着されたワークをチャックで挟持するように形成し、又、停電時に上昇機構が作動してノズルシャフトを所定位置まで上昇させるように形成したものが知られている(例えば、特許文献2)。
しかしながら、この吸着ヘッド装置においては、ノズルシャフトを昇降させる機構が、水平方向に回転軸をもつカム部材、ロッド及びリンク部材等を含む構造であり、又、ノズルシャフトの自重による下降を防止する上昇機構を別に設けているため、全体としての構造が複雑であり、対象となるワークに比べて装置が必要以上に大きくなり、省スペース化、集約化、小型化等の要求に対応するのは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献1】
実開平6−24882号公報
【特許文献2】
特開平5−21997号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、構造の簡略化、各機構の集約化、装置全体として小型化、設置面積の省スペース化、ワークの移送に要する時間の短縮化等を図りつつ、半導体チップ、基板等の電子部品あるいは機械部品等のワークを吸着して所定の処理部に高精度に移載することができ、生産性を向上させることができる吸着ヘッド装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記の目的を達成する本発明の吸着ヘッド装置は、上下方向に伸長すると共に上下動するシャフトと、シャフトの下端に結合されると共に弾性変形可能でワークを吸着する吸着パッドと、吸着パッドに吸引力を生じさせる吸引発生機構と、シャフトを昇降させる昇降機構と、吸着パッドに吸着されたワークを水平方向から挟持して所定位置に位置決めする挟持機構と、吸引発生機構、昇降機構、及び挟持機構を駆動制御する制御手段と、を備えた吸着ヘッド装置であって、制御手段は、挟持機構によりワークを挟持しつつ所定位置に位置決めした後に、吸引発生機構の吸引動作を停止させた後に昇降機構を駆動してシャフトを一旦上昇させることにより吸着パッドによる吸着を一旦解除して吸着パッドを元の形状に弾性復帰させ、その後、再び吸着パッドによりワークを吸着させるように挟持機構及び吸引発生機構を駆動制御する、ことを特徴としている。
この構成によれば、昇降機構の作動によりシャフトがワークを吸着する位置まで下降すると、吸引発生機構の吸引動作により吸着パッドがワークを吸着する。そして、昇降機構の動作によりシャフトが所定位置まで上昇すると、挟持機構が作動してワークを水平方向から挟持する。その後、挟持機構により挟持されたワークに対して、吸引発生機構による吸引動作が一旦停止されて、吸着パッドは一旦上昇してワークから離れて吸着を解除し、その後再び、ワークを吸着する。
したがって、ワークが吸着されるべき中心位置からずれた状態で吸着パッドに吸着され、そのずれた状態で挟持機構により位置決めされて吸着パッドが弾性変形した状態にあっても、挟持機構により挟持された状態でワークが吸着パッドから一旦解放されるため、吸着パッドは弾性復帰してずれが解消され、ワークは所定位置に位置決めされた状態で再び吸着されることになる。これにより、挟持機構による挟持状態及び吸着パッドによる吸着状態を順次に解除しても、ワークは高精度に位置決めされた状態で所定位置(例えば、所定の処理部)に確実に移載される。
【0007】
上記構成において、シャフトは、その下端においてフランジをもつ拡径部と、拡径部のフランジに対して鉛直方向に垂下して形成され吸着パッドに吸着されたワークの上方への移動を規制する規制片を含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、吸着パッドがワークを吸着する際に、規制片により、吸着パッドが必要以上にワークに密着するのを規制することができ、それ故に、ワークの吸着時における姿勢を所定方向に規制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1は、本発明に係る吸着ヘッド装置の制御システムの一実施形態を示すブロック図である。
図2は、本発明に係る吸着ヘッド装置の一実施形態を示す正面図である。
図3は、図2に示す吸着ヘッド装置の部分拡大断面図である。
図4Aは、吸着ヘッド装置の一部なす円板カムを示す平面図であり、図4Bは、図4A中のE1−E1における断面図である。
図5は、吸着ヘッド装置の一部をなす挟持機構の動作を説明する平面図及び側面図である。
図6は、吸着ヘッド装置の一部をなす挟持機構の動作を説明する平面図及び側面図である。
図7A,図7B,図7Cは、吸着ヘッド装置の一連の動作の一部を説明する動作図である。
図8A,図8B,図8Cは、吸着ヘッド装置の一連の動作の一部を説明する動作図である。
図9A,図9B,図9Cは、吸着ヘッド装置の一連の動作の一部を説明する動作図である。
図10は、本発明に係る吸着ヘッド装置の他の実施形態を示す部分拡大断面図である。
図11は、図10に示す吸着ヘッド装置の一部をなす挟持機構がワークを挟持する状態を示す部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の最良の実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。
この吸着ヘッド装置は、図1ないし図3に示すように、構造の基本となるフレーム10、ワークWを吸着する吸着パッド20、吸着パッド20を下端に保持して上下動するシャフト30、シャフト30を昇降させる昇降機構40、吸着パッド20に吸着されたワークWを略水平方向から挟持する挟持機構としての二対の挟持アーム50及び駆動機構60、吸着パッド20に吸引力を生じさせる吸引発生機構としての圧力調整機70、装置全体の駆動制御を司る制御手段としての制御ユニット80等を備えている。
そして、この吸着ヘッド装置は、例えば半導体関連の各種部品等を製造する製造ラインにおいて、コンベア等により搬送されてきたワークWを吸着して所定の処理部に移載するワーク移載装置の一部として組み込まれており、ワーク移載装置に含まれる上下駆動機構及び水平駆動機構により、3次元的に移動させられるようになっている。
【0016】
フレーム10は、金属材料等を用いて形成されており、図2及び図3に示すように、平板状のベースフレーム11、ベースフレーム11の中央に設けられた円筒状のガイドフレーム12、ベースフレーム11を吊り下げるように移送装置の一部に取り付けられる取付フレーム13、ベースフレーム11の下方に突出するように設けられたベアリングフレーム14、ベースフレーム11と所定間隔をおいて連結された平板状の支持フレーム15等を備えている。
【0017】
吸着パッド20は、弾性変形可能な樹脂材料等を用いて、図1ないし図3に示すように、下端がラッパ状に開口すると共に途中に変形を容易にする蛇腹をもつように空洞に形成されて、その上側がシャフト30の下端に結合されている。
そして、吸着パッド20は、その下端面がワークWに当接した状態で、後述する圧力調整機70及びシャフト30を介してエアーが吸引されるとワークWを吸着し、又、吸引の停止及び圧力調整あるいはワークWに対してブローされる(エアーあるいはエアー以外のガスを噴き出す)とワークWを解放するようになっている。
【0018】
シャフト30は、図2及び図3に示すように、上下方向(鉛直方向)Zに伸長すると共に内部が空洞をなす円筒状のパイプとして形成されており、その下端に水平方向に平板状に広がるフランジ31aをもつ拡径部31、その上端に圧力調整機70に連通するフレキシブルパイプに連結される連結部32、連結部32より下方において後述するフォロワー43を回転自在に支持する略L字状の保持ブラケット33等を備えている。ここで、拡径部31のフランジ31aには、鉛直下方に垂下して形成され吸着パッド20に吸着されたワークWの上方への移動を規制する規制片34が設けられている。
そして、シャフト30は、ベースフレーム11の略中央に設けられたガイドフレーム12に対して上下方向Zに昇降自在に支持されている。
【0019】
昇降機構40は、図2及び図3に示すように、上下方向(鉛直方向)Zに伸長する回転軸41aをもつようにベースフレーム11に固定されたステッピングモータ41、回転軸41aに直結されると共に上下方向Zにカム作用をなすカム面42aをもつ回転カム42、シャフト30の保持ブラケット33に回転自在に支持されて回転カム42(カム面42a)と係合するフォロワー43、シャフト30の拡径部31と支持フレーム15との間に圧縮した状態で配置されてシャフト30を常時下向きに付勢するコイルスプリング44等を備えている。
すなわち、ステッピングモータ41が回転すると、回転カム42が回転してフォロワー43に対して上下方向Zにカム作用を及ぼすため、シャフト30は、コイルスプリング44の付勢力に抗しつつ昇降する。
【0020】
ここで、昇降機構として、上下方向Zに伸長する軸線回りに回転して上下方向Zにカム作用を及ぼす回転カム42、シャフト30に連結されると共に回転カム42に係合するフォロワー43に直線部分(シャフト30の自重により回転カム42が動作しないようにするための構造)を採用することにより、仮に停電等が生じても、シャフト30の自重等により回転カム42が回転することはなく、シャフト30が勝手に下降して吸着パッド20がワークWに衝突するのを防止することができ、又、構造を簡素化及び集約化でき、装置を小型化することができる。さらに、保持中のワークに不要な圧力を及ぼすことが無いので、ワークの品質を維持することができる。
【0021】
二対の挟持アーム50は、図2及び図3に示すように、水平面内のX方向においてお互いに近接及び離隔する挟持アーム、水平面内のY方向においてお互いに近接及び離隔する挟持アーム(説明の便宜上不図示)により形成されており、それぞれ、ワークWと係合する挟持片51、支持フレーム15に往復動自在に案合される被ガイド部52、被ガイド部52の上方に突出して形成され後述する円板カム65のカム溝65aに係合するピン53等を備えている。
【0022】
そして、二対の挟持アーム50は、それぞれ水平方向において近接してワークWを挟持し、又、それぞれ水平方向において離隔してワークWから離脱(ワークWを解放)する。また、二対の挟持アーム50は、それらの移動範囲の中心と吸着パッド20の中心とがヘッド(装置)の中心HCで一致するように配置され、この吸着ヘッド装置はこの中心HCが所定位置(例えば、処理部の処理位置)に対して位置決めされるようになっている。
したがって、二対の挟持アーム50がワークWを挟持すると、この吸着ヘッド装置においてワークWを位置決めすることになる。仮に、二対の挟持アーム50が、吸着パッド20の中心HCからずれた状態で吸着されたワークWを挟持すると、ワークWをずれた量だけ水平方向に移動させて中心合わせを行った(すなわち、ワークWの中心WCをヘッドの中心HCに合わせるように吸着パッド20を弾性変形させた)状態で挟持することになる。
上記のように、二対の挟持アーム50は、ワークWに対して水平方向(X方向及びY方向)から近づいてワークWを挟持しつつ位置決めし、又、ワークWから水平方向(X方向及びY方向)に遠ざかってワークWから離脱するため、挟持アーム50がワークWに係合する上下方向Zの位置(挟持位置)を高精度に設定することができ、バラツキの無い安定した挟持動作を得ることができる。
【0023】
駆動機構60は、図2及び図3に示すように、上下方向(鉛直方向)Zに伸長する回転軸61aをもつようにベースフレーム11に固定されたステッピングモータ61、回転軸61aに直結された駆動プーリ62、ベアリングフレーム14に回動自在に支持された従動プーリ63、駆動プーリ62と従動プーリ63とに巻回された動力伝達用の無端ベルト64、従動プーリ63と一体的に回転するように結合されると共に挟持アーム50のピン53を受け入れてカム作用を及ぼすカム溝65aをもつ円板カム65等を備えている。
【0024】
円板カム65は、図4A及び図4Bに示すように、二対すなわち4つの挟持アーム50のそれぞれのピン53を係合させる4つのカム溝65a、その径方向内側において従動プーリ63に結合される環状のフランジ65bを有する。4つのカム溝65aは、一端65a´が径方向の外側寄りにかつ他端65a´´が径方向の内側寄りに位置するよう湾曲して形成されている。したがって、円板カム65が所定の角度範囲で回動することにより、4つの挟持アーム50のピン53は、カム溝65aの一端65a´と他端65a´´の間を往復動するようになっている。
【0025】
すなわち、ステッピングモータ61の起動により、駆動プーリ62、無端ベルト64、従動プーリ63を介して、円板カム65が一方向に回転すると、図5に示すように、4つのピン53は、それぞれのカム溝65aに案内されて、水平方向の径方向外側にすなわちX方向及びY方向においてそれぞれお互いに離れる向きに移動し、ワークWから離脱する。
一方、ステッピングモータ61の逆起動により、駆動プーリ62、無端ベルト64、従動プーリ63を介して、円板カム65が他方向に回転すると、図6に示すように、4つのピン53は、それぞれのカム溝65aに案内されて、水平方向の径方向内側にすなわちX方向及びY方向においてそれぞれお互いに近づく向きに移動し、ワークWを挟持しつつ位置決めする。
【0026】
上記のように、駆動機構60がカム溝65aを有する円板カム65を含むため、二対の挟持アーム50を確実に連動させて近接及び離隔させることができ、ワークWの挟持及び解放を高精度に行うことができ、又、上下方向Zにおいて装置を薄型化、小型化することができる。さらに、駆動機構60の駆動源として、ステッピングモータ61等の数値制御可能なモータを使用することにより、円板カム65を任意に回転駆動させて挟持アーム50を任意の位置に停止させることが可能になり、サイズの異なる種々のワークをそれぞれ最適な位置で挟持して保持するように制御することができる。
【0027】
吸引発生機構としての圧力調整機70は、図1及び図2に示すように、シャフト30の連結部32よりも上流に配置されており、シャフト30の内部通路を経て吸着パッド20に連通するエアー通路を通して、エアーの吸い込み及びエアーないしはエアー以外のガスの噴き出しを行うようになっている。
【0028】
制御ユニット80は、図1に示すように、主として全体の制御を司る、すなわち、装置の状態を各種のセンサ(不図示)から得られる信号により判断して種々の制御信号を発する制御回路81、制御回路81から発せられる指令信号に基づいて駆動機構40のステッピングモータ41を駆動制御する駆動回路82、制御回路81から発せられる指令信号に基づいて駆動機構60のステッピングモータ61を駆動制御する駆動回路83、制御回路81から発せられる指令信号に基づいて圧力調整機70を駆動制御する駆動回路84等を備えている。
【0029】
そして、この制御ユニット80は、挟持アーム50によりワークWが挟持された後に、吸着パッド20による吸着を一旦解除して再び吸着させるように圧力調整機70を駆動制御するように設定されている。
したがって、ワークWが吸着されるべき中心位置からずれて吸着パッド20に吸着された状態で挟持アーム50に挟持されても、ワークWが吸着パッド20から一旦解放されるため、吸着パッド20の弾性変形が復帰してずれが解消され、ワークWは所定位置に位置決めされた状態で再び吸着されることになる。これにより、ワークWは高精度に位置決めされた状態で所定の処理部に確実に移載される。
【0030】
また、吸着パッド20による吸着を一旦解除する駆動制御としては、例えば、圧力調整機70の吸引動作を停止(吸着解除状態)させた後に、昇降機構40を駆動してシャフト30すなわち吸着パッド20を一旦上昇させてワークWから引き離し、再び下降させて吸着パッド20をワークWに密着させた後に再び吸着させる手法がある。
この手法によれば、挟持アーム50により挟持されたワークWに対して、吸着パッド20は吸着を解除した後一旦上昇してワークWから確実に離れるため、吸着パッド20が弾性変形していた場合に、吸着パッド20を元の形状に確実に弾性復帰させることができる。尚、この場合に使用する吸着パッドとしては、蛇腹部を構成しない吸着パッドであってもよい。
【0031】
また、吸着パッド20による吸着を一旦解除する他の駆動制御としては、例えば、ワークWに対してブローするように圧力調整機70を制御して、吸着パッド20をワークWとの密着状態から解除し、その後再び吸引動作を行わせてワークWを吸着パッド20に吸着させるように圧力調整機70を制御する手法がある。
この手法によれば、挟持アーム50により挟持されたワークWに対して、ブローする(エアーないしエアー以外のガスを噴き付ける)だけでワークWと吸着パッド20との間に隙間ができて吸着状態を一旦解除できるため、吸着パッド20(シャフト30)の上昇動作を要することなくすなわち動作時間を短縮しつつ、吸着パッド20を元の形状に確実に弾性復帰させて高精度にワークWを位置決めすることができる。
【0032】
次に、この吸着ヘッド装置の動作について、図7Aないし図9Cに基づき説明する。尚、この動作は、制御ユニット80により適宜駆動制御される。
先ず、図7Aに示すように、この吸着ヘッド装置が、ワークWの取り出し位置に移動したとき、吸着パッド20の中心(ヘッドの中心HC)は、ワークWの中心WCに対して若干ずれた位置に位置決めされた状態にある。
続いて、図7Bに示すように、吸着ヘッド装置全体が下降して、吸着パッド20がワークWに当接する。そして、圧力調整機70が吸引動作を行って、吸着パッド20はワークWを吸着する。このとき、規制片34は、吸着パッド20が必要以上に密着するのを規制すると共に、ワークWの吸着時における姿勢を規制する。
この状態において、ワークWは、その中心WCが吸着パッド20の中心(ヘッドの中心)HCからずれた状態で吸着されている。
【0033】
続いて、図7Cに示すように、吸着ヘッド装置全体が、所定の処理部に向けて移動するために、所定の高さまで上昇する。
続いて、図8Aに示すように、対をなす挟持アーム50は、お互いに近づいてワークWを挟持しつつワークWの中心WCをヘッドの中心HCに合わせる位置決めを行う。この位置合わせを伴う挟持力により、吸着パッド20は、水平方向に弾性変形する。
続いて、圧力調整機70による吸引動作を停止させて吸着を解除した後に、図8Bに示すように、昇降機構40の駆動により、吸着パッド20(及びシャフト30)を所定の高さまで上昇させて、吸着パッド20をワークWから完全に引き離す。これにより、ワークWは挟持アーム50により挟持されて所定位置に位置決めされたまま、吸着パッド20が元の形状に弾性復帰する。尚、ここでは、ワークWに対してブローするように圧力調整機70を駆動させてもよい。
【0034】
続いて、図8Cに示すように、昇降機構40の駆動により、吸着パッド20(及びシャフト30)を下降させてワークWに当接させ、圧力調整機70を吸引作動させて、吸着パッド20でワークWを再び吸着する。このとき、吸着パッド20の中心はワークWの中心WCに一致している。
続いて、図9Aに示すように、対をなす挟持アーム50はお互いに遠ざかってワークWから離脱し、挟持状態を解除する。
【0035】
続いて、図9Bに示すように、吸着ヘッド装置全体が、ワークWを移載すべき所定の処理部の直上に位置決めされると、その処理部に向けて下降し始め、図9Cに示すように、ワークWは処理部に移載され、一連の移載動作が完了する。
その後、図7Aに示すような初期状態に戻り、一連の動作が連続して行われることにより、複数のワークWが所定の処理部に移載されることになる。
ここで、図7Bに示す動作〜図9Aに示す動作は、吸着ヘッド装置全体が移載装置の駆動機構により所定の処理部まで移送される際に行われるため、動作の無駄を省いて動作時間を短縮することができる。
【0036】
上記のように、吸着パッド20が吸着したワークWを一旦解除して再び吸着するように制御されるため、ワークWが吸着されるべき中心位置HCからずれた状態で吸着パッド20に吸着され、そのずれた状態で挟持アーム50により位置決めされて吸着パッド20が弾性変形した状態にあっても、吸着パッド20の弾性変形が解消されて、ワークWは所定位置に位置決めされることになる。これにより、ワークWは高精度に位置決めされて所定の処理部に確実に移載される。
【0037】
図10及び図11は、本発明に係る吸着ヘッド装置の他の実施形態を示すものであり、フレーム10の一部をなす支持フレーム及び挟持機構を変更した以外は前述の実施形態と基本的に同一であるため、同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。
すなわち、この吸着ヘッド装置においては、図10及び図11に示すように、挟持機構として、略水平方向に伸長する軸線回りに揺動してお互いに近接及び離隔する二対の揺動アーム50´、シャフト30が下降するときに離隔及び上昇するときに近接するように二対の揺動アーム50を揺動させる駆動機構60´が採用されている。
【0038】
支持フレーム15´は、ベースフレーム11の下方に結合されて、シャフト30を上下方向Zに案内すると共に揺動機構の一部を保持するだけの簡単な構造に形成されている。
二対の揺動アーム50´は、図10及び図11に示すように、水平面内のY方向に伸長する揺動支軸15a´回りに揺動自在に支持されてお互いに近接及び離隔する揺動アーム50´、水平面内のX方向に伸長する揺動支軸(不図示)回りに揺動自在に支持されてお互いに近接及び離隔する揺動アーム(説明の便宜上不図示)により形成されており、それぞれ、ワークWと係合する挟持片51´、支持フレーム15´に収容されたバネ受け部52´、揺動アーム50´の揺動範囲を規制する規制部材53´等を備えている。
【0039】
駆動機構60´は、図10及び図11に示すように、シャフト30に結合されたフランジ61´、フランジ61´に設けられそれぞれの揺動アーム50´のバネ受け部52´(の下面)に係合し得る4つのプランジャ62´、バネ受け部52´と支持フレーム15´との間に圧縮した状態で配置された4つのコイルスプリング63´等を備えている。
【0040】
そして、二対の揺動アーム50´は、図10に示すように、それぞれの支軸15a´を中心として上向きに回転してお互いに遠ざかるようにコイルスプリング63´により回転付勢されており、シャフト30が下降することによりプランジャ62´がバネ受け部52´から離れて、お互いに離隔してワークWから離脱(ワークWを解放)する。
一方、二対の揺動アーム50´は、図11に示すように、シャフト30が上昇することによりプランジャ62´がバネ受け部52´を押し上げ、その押し上げ動作でそれぞれの支軸15a´を中心として下向きに回転することによりお互いに近接してワークWを挟持するようになっている。
また、二対の揺動アーム50´は、それら揺動動作の対称軸と吸着パッド20の中心とがヘッド(装置)の中心HCで一致するように配置され、この吸着ヘッド装置はこの中心HCが所定位置(例えば、処理部の処理位置)に対して位置決めされるようになっている。
【0041】
したがって、二対の揺動アーム50´がワークWを挟持すると、この吸着ヘッド装置においてワークWを位置決めすることになる。仮に、二対の揺動アーム50´が、吸着パッド20の中心WCからずれた状態で吸着されたワークWを挟持すると、ワークWをずれた量だけ水平方向に移動させて中心合わせを行った(すなわち、ワークWの中心WCをヘッドの中心HCに合わせるように吸着パッド20を弾性変形させた)状態で挟持することになる。
この吸着ヘッド装置の動作は、前述の挟持アーム50が揺動アーム50´に変更になる点を除けば、図7Aないし図9Cに示す動作と実質的に同様になり、ワークWを高精度に位置決めして所定の処理部に確実に移載することができる。
また、この吸着ヘッド装置においては、シャフト30の移動に連動する駆動機構60´により、ワークWを挟持する二対の揺動アーム50´を駆動するため、構成部品の個数を減らして、構造の簡素化、装置の小型化を達成することができる。
【0042】
上記実施形態においては、挟持機構として、二対の挟持アーム50、二対の揺動アーム50´を採用した場合を示したが、ワークWの保持及び位置決めが可能であれば、一対の挟持アーム50又は一対の揺動アーム50´を採用してもよく、あるいは、等間隔で配置された3つの挟持アームあるいは揺動アームを採用してもよい。
上記実施形態においては、挟持アーム50を駆動する駆動機構として、ステッピングモータ61により回転駆動される円板カム65を採用した場合を示したが、これに限定されるものではなく、挟持アーム50を水平駆動できるものであればその他の機構を採用してもよい。
【0043】
上記実施形態においては、揺動アーム50´を揺動させる駆動機構として、シャフト30と一体的に移動するプランジャ62´、コイルスプリング63´等を採用した場合を示したが、これに限定されるものではなく、シャフト30の昇降動作に連動して揺動アーム50´を揺動させるものであればその他の機構を採用してもよい。
上記実施形態においては、駆動機構40,60の駆動源として、ステッピングモータ41,61を採用したが、これに限定されるものではなく、その他のモータあるいはアクチュエータを採用してもよい。
【0044】
上記実施形態においては、挟持機構及び吸引発生機構によるワークWと吸着パッドとの位置合わせを、この吸着ヘッド装置が移送装置により移送されている際に行う場合を示したが、これに限定されるものではなく、吸着ヘッド装置を所定の位置に停止させた状態で上記位置合わせを行ってもよい。
以上述べたように、本発明の吸着ヘッド装置によれば、構造の簡略化、各機構の集約化、装置全体として小型化、設置面積の省スペース化、ワークの移送に要する時間の短縮化等を達成しつつ、ワークWを所定の処理部に高精度に移載することができ、又、多種のワークWに対応させることができ、種類の多い電子部品等の生産性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【0045】
以上述べたように、本発明の吸着ヘッド装置は、比較的小さい部品等を所定の位置から他の位置に移載することを必要とする分野であれば、半導体製造の分野は勿論のこと、その他の電子機器等の部品の製造ライン、あるいは、その他の機械あるいは電子部品関連の製造ライン等においても有用である。
【符号の説明】
【0046】
W ワーク、10 フレーム、20 吸着パッド、30 シャフト、31 拡径部、31a フランジ、32 連結部、33 保持ブラケット、34 規制片、40 昇降機構、41 ステッピングモータ、41a 回転軸、42 回転カム、42a カム面、43 フォロワー、44 コイルスプリング、50 挟持アーム(挟持機構)、51 挟持片、52 被ガイド部、53 ピン、60 駆動機構、61 ステッピングモータ、61a 回転軸、62 駆動プーリ、63 従動プーリ、64 無端ベルト、65 円板カム、65a カム溝、65b フランジ、70 圧力調整機(吸引発生機構)、80 制御ユニット(制御手段)、81 制御回路、82,83 駆動回路 【Technical field】
[0001]
The present invention relates to a suction head device that sucks and transfers a workpiece such as a semiconductor-related electronic component or mechanical component, and more particularly, a suction head that sucks and removes a workpiece from a storage position and positions and transfers the workpiece to a predetermined position. Relates to the device.
[Background]
[0002]
In a production line for semiconductors or other small electronic components, the target workpiece (electronic component) is transferred to various processing steps by a conveyor, and is taken out of the conveyor by a transfer device and placed at a predetermined position in the processing section. Transferred and given processing.
On the other hand, for such a workpiece (electronic component), since the life cycle of the applied product is short, the model is frequently changed to cope with it. Therefore, in order to cope with this model change, it is necessary to process at high speed while ensuring quality on the production line so that various parts can be manufactured at low cost, and the workpiece is transferred from the conveyor to the processing unit. As a transfer device to be mounted, in particular, a device provided with a suction head device that can easily hold (suck) various sizes of workpieces and can transfer to a processing unit while positioning with high accuracy is desired.
[0003]
As a conventional suction head device, for example, a base plate having a through hole in the center, a suction pipe movable up and down through the through hole of the base plate, a suction pad provided at the tip of the suction pipe, and a radial direction with respect to the base plate Two pairs of chuck claws that are arranged so as to be close to and away from each other and can hold the arm, a link mechanism that drives the two pairs of chuck claws, a cam mechanism, and the like, and when the suction pipe descends, the two pairs of chuck claws Are separated, and when the suction pipe rises with the suction pad sucking the workpiece, two pairs of chuck claws are known to sandwich the workpiece (for example,Patent Document 1).
However, in this suction head device, since the two pairs of chuck claws hold the workpiece while the suction pad sucks the workpiece, when the workpiece is sucked with the center of the workpiece shifted from the center of the suction pad, The two pairs of chuck claws are held in a state where the suction pad is elastically deformed so that the workpiece is positioned at the center of the suction pad.
Therefore, even if the workpiece is positioned by the chuck claw, when the workpiece is transferred to the predetermined processing section, if the positioning by clamping the chuck claw is released, the suction pad is elastically restored and the workpiece returns to the shifted position. Therefore, it is difficult to accurately transfer the workpiece to a predetermined position.
[0004]
Other suction head devices include a nozzle shaft having a suction nozzle at the tip, a cam member having a rotation shaft in the horizontal direction and driven to rotate by a motor, a rod having a follower linked to the cam member, a rod, and a nozzle shaft. A link member connected to the chuck, a chuck arranged around the suction nozzle, a lifting mechanism that raises the nozzle shaft to prevent the nozzle shaft from falling due to its own weight and colliding with a workpiece, etc. in the event of a power failure By rotating the cam member, the nozzle shaft moves up and down through the rod and link member, and the workpiece adsorbed by the adsorption nozzle is clamped by the chuck. Is known to be raised to a predetermined position (for example,Patent Document 2).
However, in this suction head device, the mechanism for raising and lowering the nozzle shaft has a structure including a cam member, a rod, a link member, and the like having a rotating shaft in the horizontal direction, and a lift that prevents the nozzle shaft from falling due to its own weight. Since the mechanism is provided separately, the overall structure is complex, and the equipment is larger than necessary compared to the target workpiece, making it difficult to meet the demands for space saving, consolidation, miniaturization, etc. It is.
[Prior art documents]
[Patent Literature]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Publication No. 6-24882
[Patent Document 2]
JP-A-5-21997
DISCLOSURE OF THE INVENTION
[Problems to be solved by the invention]
[0005]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to simplify the structure, consolidate each mechanism, downsize the entire apparatus, save installation space, and transfer workpieces. While reducing the time required for processing, it is possible to adsorb workpieces such as semiconductor chips, substrates, etc. or mechanical parts and transfer them to a predetermined processing section with high accuracy, thereby improving productivity. An object of the present invention is to provide a suction head device capable of achieving the above.
[Means for Solving the Problems]
[0006]
The suction head device of the present invention that achieves the above object includes a shaft that extends in the vertical direction and moves up and down, a suction pad that is coupled to the lower end of the shaft and that is elastically deformable and sucks a workpiece, and suction to the suction pad. A suction generating mechanism for generating force, a lifting mechanism for lifting and lowering the shaft, a clamping mechanism for clamping the work sucked by the suction pad from the horizontal direction and positioning it at a predetermined position, a suction generating mechanism, a lifting mechanism, and a clamping mechanism And a control means for controlling the drive of the suction head device, wherein the control means is positioned at a predetermined position while holding the workpiece by the holding mechanism,By stopping the suction operation of the suction generation mechanism and then driving the lifting mechanism to raise the shaft onceIt is characterized in that suction by the suction pad is once released, the suction pad is elastically restored to its original shape, and thereafter, the clamping mechanism and the suction generation mechanism are driven and controlled so that the workpiece is sucked again by the suction pad.
According to this configuration, when the shaft is lowered to the position where the workpiece is sucked by the operation of the lifting mechanism, the suction pad sucks the workpiece by the suction operation of the suction generation mechanism. Then, when the shaft rises to a predetermined position by the operation of the lifting mechanism, the clamping mechanism is activated to clamp the workpiece from the horizontal direction. afterwards,The suction operation by the suction generation mechanism is temporarily stopped for the workpiece clamped by the clamping mechanism, and the suction pad is once lifted away from the workpiece to release the suction.,Thereafter, the workpiece is sucked again.
Therefore, even when the workpiece is attracted to the suction pad in a state of being deviated from the center position to be attracted and is positioned by the sandwiching mechanism in the shifted state and the suction pad is in an elastically deformed state, the workpiece is sandwiched by the sandwiching mechanism. Since the work is once released from the suction pad in this state, the suction pad is elastically restored to eliminate the deviation, and the work is sucked again in a state of being positioned at a predetermined position. Thereby, even if the holding state by the holding mechanism and the suction state by the suction pad are sequentially released, the workpiece is reliably transferred to a predetermined position (for example, a predetermined processing unit) in a state of being positioned with high accuracy.
[0007]
In the above configuration, the shaft has a diameter-enlarged portion having a flange at the lower end thereof, and a restriction that regulates the upward movement of the work formed by hanging vertically in the flange of the diameter-enlarged portion and adsorbed by the suction pad. A configuration including a piece can be employed.
According to this configuration, when the suction pad sucks the work, the restriction piece can restrict the suction pad from adhering to the work more than necessary. Can be regulated.
[Brief description of the drawings]
[0014]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a control system for a suction head device according to the present invention.
FIG. 2 is a front view showing an embodiment of the suction head device according to the present invention.
FIG. 3 is a partially enlarged sectional view of the suction head device shown in FIG.
FIG. 4A is a plan view showing a disc cam that is part of the suction head device, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line E1-E1 in FIG. 4A.
FIGS. 5A and 5B are a plan view and a side view for explaining the operation of the clamping mechanism forming a part of the suction head device.
FIGS. 6A and 6B are a plan view and a side view for explaining the operation of the clamping mechanism forming a part of the suction head device.
7A, 7B, and 7C are operation diagrams for explaining a part of a series of operations of the suction head device.
8A, 8B, and 8C are operation diagrams for explaining a part of a series of operations of the suction head device.
9A, 9B, and 9C are operation diagrams for explaining a part of a series of operations of the suction head device.
FIG. 10 is a partial enlarged cross-sectional view showing another embodiment of the suction head device according to the present invention.
FIG. 11 is a partially enlarged cross-sectional view showing a state in which a clamping mechanism forming a part of the suction head device shown in FIG. 10 clamps a workpiece.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0015]
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
As shown in FIGS. 1 to 3, the suction head device includes a
This suction head device is, for example, a part of a workpiece transfer device that sucks the workpiece W transported by a conveyor or the like and transfers it to a predetermined processing unit in a production line for manufacturing various semiconductor-related parts and the like. And is moved three-dimensionally by a vertical drive mechanism and a horizontal drive mechanism included in the workpiece transfer device.
[0016]
The
[0017]
The
The
[0018]
As shown in FIGS. 2 and 3, the
The
[0019]
2 and 3, the elevating
That is, when the stepping
[0020]
Here, as an elevating mechanism, a linear portion is connected to the
[0021]
As shown in FIGS. 2 and 3, the two pairs of sandwiching
[0022]
The two pairs of sandwiching
Therefore, when the two pairs of holding
As described above, the two pairs of sandwiching
[0023]
As shown in FIGS. 2 and 3, the
[0024]
As shown in FIGS. 4A and 4B, the
[0025]
That is, when the
On the other hand, when the
[0026]
As described above, since the
[0027]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
[0028]
As shown in FIG. 1, the
[0029]
The
Therefore, even if the workpiece W is deviated from the center position where the workpiece W is to be sucked and is pinched by the pinching
[0030]
Further, as drive control for once releasing the suction by the
According to this method, when the
[0031]
Further, as another drive control for temporarily releasing the suction by the
According to this method, the workpiece W sandwiched by the
[0032]
Next, the operation of this suction head device will be described with reference to FIGS. 7A to 9C. This operation is appropriately controlled by the
First, as shown in FIG. 7A, when the suction head device is moved to the workpiece W take-out position, the center of the suction pad 20 (head center HC) is slightly shifted from the center WC of the workpiece W. Is positioned.
Subsequently, as shown in FIG. 7B, the entire suction head device is lowered and the
In this state, the workpiece W is sucked in a state where the center WC is shifted from the center (head center) HC of the
[0033]
Subsequently, as shown in FIG. 7C, the entire suction head device is raised to a predetermined height in order to move toward the predetermined processing unit.
Subsequently, as shown in FIG. 8A, the pair of sandwiching
Subsequently, after the suction operation by the
[0034]
Subsequently, as shown in FIG. 8C, the suction pad 20 (and the shaft 30) is lowered and brought into contact with the work W by driving the elevating
Subsequently, as shown in FIG. 9A, the pair of sandwiching
[0035]
Subsequently, as shown in FIG. 9B, when the entire suction head device is positioned immediately above a predetermined processing unit to which the workpiece W is to be transferred, the suction head device starts to descend toward the processing unit, as shown in FIG. 9C. The workpiece W is transferred to the processing unit, and a series of transfer operations is completed.
Thereafter, the initial state as shown in FIG. 7A is restored, and a series of operations are continuously performed, whereby a plurality of workpieces W are transferred to a predetermined processing unit.
Here, since the operation shown in FIG. 7B to the operation shown in FIG. 9A are performed when the entire suction head device is transferred to a predetermined processing unit by the drive mechanism of the transfer device, the operation time is saved. Can be shortened.
[0036]
As described above, since the work W sucked by the
[0037]
10 and 11 show another embodiment of the suction head device according to the present invention. Basically, the suction head device is basically the same as the above-described embodiment except that the support frame and the clamping mechanism forming a part of the
That is, in this suction head device, as shown in FIGS. 10 and 11, as a clamping mechanism, two pairs of
[0038]
The support frame 15 'is coupled to the lower side of the
As shown in FIGS. 10 and 11, the two pairs of
[0039]
As shown in FIGS. 10 and 11, the
[0040]
Then, as shown in FIG. 10, the two pairs of
On the other hand, as shown in FIG. 11, in the two pairs of
The two pairs of swing arms 50 'are arranged so that the axis of symmetry of the swing operation and the center of the
[0041]
Therefore, when the two pairs of
The operation of this suction head device is substantially the same as the operation shown in FIGS. 7A to 9C except that the above-described
Further, in this suction head device, the drive mechanism 60 'interlocked with the movement of the
[0042]
In the above-described embodiment, the case where two pairs of sandwiching
In the above-described embodiment, the case where the
[0043]
In the above-described embodiment, the case where the
In the above embodiment, the stepping
[0044]
In the above-described embodiment, the case where the workpiece W and the suction pad are aligned by the holding mechanism and the suction generation mechanism is shown when the suction head device is transferred by the transfer device. However, the present invention is not limited to this. The alignment may be performed in a state where the suction head device is stopped at a predetermined position.
As described above, according to the suction head device of the present invention, the structure is simplified, the mechanisms are consolidated, the entire device is downsized, the installation area is saved, the time required for transferring the workpiece is shortened, etc. While achieving the above, the workpiece W can be transferred to a predetermined processing section with high accuracy, and can be made compatible with various workpieces W, thereby improving the productivity of many types of electronic components and the like. it can.
[Industrial applicability]
[0045]
As described above, the suction head device of the present invention is a field of semiconductor manufacturing as long as it is a field that requires relatively small parts to be transferred from a predetermined position to another position. It is also useful in production lines for parts such as other electronic devices or production lines related to other machines or electronic parts.
[Explanation of symbols]
[0046]
W Workpiece, 10 frame, 20 suction pad, 30 shaft, 31 expanded part, 31a flange, 32 connecting part, 33 holding bracket, 34 regulating piece, 40 lifting mechanism, 41 stepping motor, 41a rotating shaft, 42 rotating cam, 42a Cam surface, 43 follower, 44 coil spring, 50 clamping arm (clamping mechanism), 51 clamping piece, 52 guided portion, 53 pin, 60 driving mechanism, 61 stepping motor, 61a rotating shaft, 62 driving pulley, 63 driven pulley, 64 endless belt, 65 disc cam, 65a cam groove, 65b flange, 70 pressure regulator (suction generation mechanism), 80 control unit (control means), 81 control circuit, 82, 83 drive circuit
Claims (2)
前記シャフトの下端に結合されると共に弾性変形可能でワークを吸着する吸着パッドと、
前記吸着パッドに吸引力を生じさせる吸引発生機構と、
前記シャフトを昇降させる昇降機構と、
前記吸着パッドに吸着されたワークを水平方向から挟持して所定位置に位置決めする挟持機構と、
前記吸引発生機構、前記昇降機構、及び前記挟持機構を駆動制御する制御手段と、
を備えた吸着ヘッド装置であって、
前記制御手段は、前記挟持機構によりワークを挟持しつつ前記所定位置に位置決めした後に、前記吸引発生機構の吸引動作を停止させた後に前記昇降機構を駆動して前記シャフトを一旦上昇させることにより前記吸着パッドによる吸着を一旦解除して前記吸着パッドを元の形状に弾性復帰させ、その後、再び前記吸着パッドによりワークを吸着させるように前記挟持機構及び吸引発生機構を駆動制御する、
ことを特徴とする吸着ヘッド装置。A shaft extending vertically and moving up and down;
A suction pad that is coupled to the lower end of the shaft and is elastically deformable and sucks the workpiece;
A suction generating mechanism for generating a suction force on the suction pad;
An elevating mechanism for elevating the shaft;
A clamping mechanism for clamping the work sucked by the suction pad from a horizontal direction and positioning the work at a predetermined position;
Control means for driving and controlling the suction generation mechanism, the elevating mechanism, and the clamping mechanism;
A suction head device comprising:
The control means, after positioning the workpiece at the predetermined position while clamping the workpiece by the clamping mechanism, after stopping the suction operation of the suction generating mechanism and driving the lifting mechanism to raise the shaft once. Release the suction by the suction pad to elastically return the suction pad to its original shape, and then drive and control the clamping mechanism and the suction generation mechanism so that the workpiece is sucked again by the suction pad.
A suction head device characterized by that.
ことを特徴とする請求項1に記載の吸着ヘッド装置。The shaft has a diameter-enlarged portion having a flange at a lower end thereof, and a restriction piece that restricts the upward movement of the work formed by hanging vertically from the flange of the diameter-enlarged portion and adsorbed by the suction pad. including,
The suction head device according to claim 1.
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