JP5104378B2 - 部品ハンドリング装置および部品実装装置 - Google Patents

Description

本発明は、部品実装のための部品ハンドリング装置および部品実装装置に関する。

装置の組み立て工程では、部品を真空吸着ヘッドによりハンドリングして、基板の所定の個所に搭載することが多い。部品を搭載するにあたって、アライメントすなわち位置合せの精度が要求される場合がある。位置合せのためには、部品の姿勢すなわち位置と角度を修正することが必要となる。一般に、部品は、吸着保持されている拘束状態から開放されてアライメントされ、アライメントされた部品は、再度吸着保持されて基板に搭載される。アライメントされた部品が真空吸着されるとき、位置合せの精度が損なわれる可能性があり、従来のアライメントでは信頼性にかけるところがあった。

なお、部品吸着技術に関しては、電子部品の傾斜によるエアーリークを防止し円滑に吸着することができる部品吸着ヘッドが公知である（特許文献１参照）。また、待機時にはパッドより下方に突き出したロッドを備え、パッドが真空吸着対象物に接した状態ではロッドが上方に押し上げられ真空配管接続口を開く吸着パッドが公知である（特許文献２参照）。
特開平１１−７７５７６号公報 特開平１１−１３０２７８号公報

上述の問題に鑑み、部品をハンドリングした状態で位置合せを容易に行うことができるハンドリング装置および部品実装装置を提供することを目的とする。

本ハンドリング装置では、前記部品を真空吸着して保持する真空吸着部と、前記真空吸着部の内部を真空状態にするための真空発生部と、前記真空吸着部の中央部に配設され、前記真空吸着部の吸着面から突出している突起部であり、前記部品と前記真空吸着部の吸着面との間にクリアランスを形成し、前記部品を保持する真空吸着力を減少させる吸着力調整部材と、前記突起部を移動して、前記突起部の前記吸着面からの突出量を調整する突起部駆動部と、を備え、前記吸着力調整部材により真空吸着力を減少させた状態で前記部品を保持する。
本部品実装装置では、ハンドリング部は、前記部品を真空吸着して保持する真空吸着部と、前記真空吸着部の内部を真空状態にするための真空発生部と、前記真空吸着部の中央部に配設され、前記真空吸着部の吸着面から突出している突起部であり、前記部品と前記真空吸着部の吸着面との間にクリアランスを形成し、前記部品を保持する真空吸着力を減少させる吸着力調整部材と、前記突起部を移動して、前記突起部の前記吸着面からの突出量を調整する突起部駆動部と、を有し、前記ハンドリング部は、前記真空吸着力を減少させた状態で前記部品を保持して前記部品の実装を行なうものである。

開示の装置では、部品をハンドリングした状態で位置合せを容易に行うことができる。

以下、図面を参照して、実施形態の説明を行う。
図１、２は、本実施形態の部品実装装置を説明する説明図である。部品実装装置はハンドリング装置であるロボットアーム１を用いて、ワーク３の円形開口に円形状のパーツ２を挿入する。ロボットアーム１は、部品を吸着する吸着面１２を有する吸着ハンド１１を備えている。吸着ハンド１１の吸着面に連接する吸着凹部１３は、チューブ１４を介して真空発生部４に連結される。パーツ２は、吸着凹部１３の開口端面である吸着面１２により吸着保持される。また、ロボットアーム１は、駆動部（図示せず）により空間内の適宜の方向に移動することができる。

本実施形態では、吸着ハンド１１の中央部に、吸着面１２からわずかに突出する吸着力調整部材１５を備えている。吸着力調整部材１５は吸着面１２から突出しているので、パーツ２が吸着面１２に密接することを妨げるように働く。すなわち、吸着ハンド１１とパーツ２間に微小隙間すなわちクリアランスが作られるので、吸着ハンド１１の把持力をコントロールすることができる。また、パーツ２に当接する吸着力調整部材１５の端部の直径は、ごく小さく作られている。したがって、パーツ２に力を加えることにより、パーツ２は、吸着ハンドに把持された状態で、容易に移動することができる。換言すれば、パーツ２の位置および方向は、パーツ２が吸着ハンドに把持された状態で、容易に変更することができる。なお、吸着力調整部材１５の配置位置は、吸着ハンド１１の中央部に限定されず、吸着ハンド１１とパーツ２間にクリアランスを形成してパーツを吸着保持することができればどの場所に設けてもよい。

吸着力調整部材１５の吸着面１２からの突出長は、吸着力調整部材１５に連結されたリニアアクチュエータ１７により調整することができる。なお、吸着力調整部材１５の突出長を固定として、調整が必要ではない場合は、リニアアクチュエータ１７を省略することもできる。図では、説明のために、吸着力調整部材１５のみがパーツ２に接しているように示しているが、パーツ２は、吸着力調整部材１５と吸着面１２の周囲の吸着ハンドの一部とに当接していてもよい。

吸着力調整部材１５の突出長は、真空発生装置４の吸着力、吸着凹部１３の径、パーツ２の大きさ、重さによって異ならせることができる。以下に説明する例では、例えば突起の突出長は５μｍであり、突起先端の直径は３ｍｍである。突起先端が尖っていると吸着するパーツに傷がつくおそれがあるので、平坦にするのが望ましい。

図２に示すように、パーツ２をワーク３に挿入するように、ロボットアーム１を下方に移動させると、パーツ２は、ワークの倣い面３１に当接する。パーツ２は、吸着ハンド１１に密接しているのではないから、容易に移動することができる。したがって、パーツ２は、倣い面３１に沿ってスムースに案内され、所定の個所に挿入される。

図３は、図１、２に示すロボットアームを用いて、位置合せ部材３５でパーツ２の位置合せをしてから、基板４５にパーツ２を搭載する例を示す図である。

図３に示すように、パーツ２は、吸着ハンド１１に吸着されて把持された状態で、位置合せ部材３５の倣い面３６に沿って位置合せ凹部３７に嵌着して位置合せされる。位置合せ工程では、パーツ２と吸着面１２との間のクリアランスによりパーツ２の吸着力は減少しているので、パーツ２の移動あるいは回転は円滑に実行される。そして、位置合せが終了すると、パーツ２は、吸着ハンド１１に吸着されて把持された状態で上昇し、基板４５の所定の位置に搭載される。本実施形態では、吸着ハンド１１による拘束が解除されることがないので、再ハンドリングにより位置合せの精度が損なわれるということがない。

なお、位置合せ部材は、図示のものに限定されるものではない。パーツを移動させてパーツの位置あるいは方向を変化させることができるものであれば、どのようなものでも使用することができる。

さらに、上述の例では、吸着ハンドはパーツを下向きに保持して位置合せが行われている。しかし、吸着ハンドがパーツを上向きに保持し、上方に配置された位置合せ部材により位置合せすることもできる。

図４は、本実施形態の吸着力調整部材を吸着ハンド内に収納して使用する例を示す図である。上述のように、本実施形態では、吸着力調整部材１５の突出長さを調整することができるリニアアクチュエータ１７を備えている。図４のものは、リニアアクチュエータ１７により吸着力調整部材１５を図面上方に移動させて吸着凹部１３内に収納し、吸着面１２より吸着力調整部材１５が突出しないようにしている。吸着力調整部材１５を吸着面１２から突出しないようにすると、パーツ２が重く、パーツ２と吸着面１２との間に間隙があれば吸着できないような場合に対処することができる。本実施形態では、多様なパーツに応じて吸着力調整部材１５の吸着面からの突出長さを０μｍ、すなわち吸着ハンド内に収容され突出させない場合、を含めて調整可能である。したがって、本実施形態の吸着ハンドは、多様なパーツをハンドリングすることができ、汎用的な吸着ハンドとして使用することができる。

図５、６は、本実施形態と比較するための比較例である部品実装装置を示す図である。比較例では、ロボットアーム５は、アーム本体と吸着ハンド５１とをバネ５３を有する倣い機構５２で連結している。したがって、バネ５３は、アーム本体に対して吸着ハンド５１を移動可能に支持する。吸着ハンド５１には吸着面に連接する凹部を有し、凹部はチューブ５４を介して真空発生装置（図示せず）に連結されている。

図６は、ロボットアーム５を下方向に移動させて、吸着ハンド５１により保持されたパーツ２をワーク３に挿入した時点を示す。図４に示すように、この場合吸着ハンド５１は吸着保持しているパーツ２とともに変位する。したがって、吸着ハンド５１に連結されている真空用チューブ５４も変位し、チューブ５４のテンションが変化して倣いが安定しないということがある。

さらに、比較例で、パーツ２を位置合せ部材で位置合せした後、さらに他の基板上にパーツ２を載置するような場合を考えると、いったん吸着ハンド５１によるパーツ２の拘束を解いて、改めて吸着ハンド５１によりパーツ２を再吸着する必要がある。この再吸着時に位置合せの精度が損なわれる可能性がある。

本実施形態のロボットアーム１は、図１〜３を参照して説明したように、パーツ２を吸着把持したままパーツ２のみを移動および方向変換させることができるので、パーツ２の位置合せを容易に行うことができるとともに、位置合せ精度を損なうおそれがない。

図７は、本実施形態の吸着ハンドを適用した一具体例を示す図である。７０は、ワークのアライメントの相対精度を測定するアライメント精度測定装置を示す。アライメント精度測定装置７０は、試料の位置合せを測定するアライメント部７１と、アライメントされた試料を載置するテーブル７２ａを有するアライメント精度測定部７２と、アライメントされた試料を吸着して、アライメント測定部７２のテーブル７２ａに載置するためのハンドリング部７３を備えている。全体の制御は、制御部７６で行われる。

図８は、アライメント精度測定装置７０のハンドリング部７３を抜き出した図である。ハンドリング部７３は、試料を真空吸着して保持する吸着部８５を備えている。吸着部８５は、吸着部支持部材８３に支持されている。吸着部支持部材８３は、第１の支持部材８２に水平移動可能に支持されている。さらに第１の支持部材８２は、第２の支持部材８１に垂直移動可能に支持されている。これにより、吸着部８５は、アライメント部７１でアライメントされた試料を吸着把持して、テーブル７２まで運び、テーブル７２の所定位置に試料を載置することができる。

図９は、吸着部８５の詳細を示す図である。吸着部８５は、試料を真空吸着するための吸着凹部８６を有する。吸着凹部８６の底部の２箇所には継ぎ手９１、チューブ継ぎ手口９２を介して真空発生器（図示せず）に連結される真空吸引穴８７が設けられている。吸着凹部８６の中央部には、突起８９が設けられている。突起８９は、吸着面８８より外方に微小量だけ突出している。

アライメント精度測定装置の試料は、アライメントのための印が付されたガラス板である。ガラス板の厚さは２．５ｍｍ、ガラス板の大きさは２０ｍｍ×２０ｍｍの正方形である。これに対して、ハンドリング部７３の吸着面８８の直径すなわち吸着凹部の外径は１５ｍｍ程度である。突起８９の直径は３ｍｍである。突起８９の先端は吸着面８８から５μｍだけ突出し、先端面は平坦である。

吸着部８５によりこのガラス板の試料を吸着把持したまま、アライメント部７１で試料を所定の部材に当接させてアライメントを行い、アライメントされた試料を吸着把持したまま、テーブル７２ａまで運び、テーブル７２ａの所定位置に試料を載置する。以上のように、試料を吸着保持したままアライメントするので、アライメント精度を損なうおそれがない。

図１０は、突起８９を図面の上下に移動可能にする例を示す図である。突起８９は、リニアアクチュエータ９５により駆動される支持ロッド９６に連結され、支持されている。支持ロッド９６は、リニアアクチュエータ９５に駆動されて支持ロッド９６の長手方向に移動し、突起８９が上下移動する。これにより、突起８９の突出長を調整することができ、吸着保持するパーツに対応して最適な突出長を設定することができる。さらに、突起８９を吸着面８８から突出しないように、吸着凹部８６の内部に収納することもできる。突起８９を吸着面８８から突出しないようにすると、突起８９による間隙がなくなるので、真空吸着力を増加させることができる。

以上説明したすべての実施形態に関し、以下の付記を開示する。
（付記１）
部品をハンドリングするハンドリング装置であって、
前記部品を真空吸着して保持する真空吸着部と、
前記真空吸着部の内部を真空状態にするための真空発生部と、
前記真空吸着部に配設され、前記部品と前記真空吸着部の吸着面との間にクリアランスを形成し、前記部品を保持する真空吸着力を減少させる吸着力調整部材と、
を備え、
前記真空吸着力を減少させた状態で前記部品を保持することを特徴とするハンドリング装置。
（付記２）
前記吸着力調整部材は、真空吸着部の中央部に配設され、前記吸着面から突出している突起部であることを特徴とする付記１に記載のハンドリング装置。
（付記３）
前記突起部を移動する突起部駆動部を備え、前記突起部の前記吸着面からの突出量を調整することを特徴とする付記２に記載のハンドリング装置。
（付記４）
前記部品を真空吸着して保持する真空吸着部と、前記真空吸着部の内部を真空状態にするための真空発生部と、前記真空吸着部に配設され、前記部品と前記真空吸着部の吸着面との間にクリアランスを形成し、前記部品を保持する真空吸着力を減少させる吸着力調整部材と、を有するハンドリング部と、
前記ハンドリング部に保持された前記部品の位置合せを行なう位置合せ部と、
を備え、
前記真空吸着力を減少させた状態で前記部品を前記真空吸着部で保持し、前記位置合せ部により前記部品の位置合せを行なうことを特徴とする部品位置合せ装置。
（付記５）
前記吸着力調整部材は、真空吸着部の中央部に配設され、前記吸着面から突出している突起部であることを特徴とする付記４に記載の部品位置合せ装置。
（付記６）
前記突起部を移動する突起部駆動部を備え、前記突起部の前記吸着面からの突出量を調整することを特徴とすることを特徴とする付記５に記載の部品位置合せ装置。
（付記７）
ハンドリング部により部品を実装する部品実装装置であって、
前記ハンドリング部は、
前記部品を真空吸着して保持する真空吸着部と、
前記真空吸着部の内部を真空状態にするための真空発生部と、
前記真空吸着部に配設され、前記部品と前記真空吸着部の吸着面との間にクリアランスを形成し、前記部品を保持する真空吸着力を減少させる吸着力調整部材と、を有し、
前記ハンドリング部は、前記真空吸着力を減少させた状態で前記部品を保持して前記部品の実装を行なうことを特徴とする部品実装装置。
（付記８）
前記吸着力調整部材は、真空吸着部の中央部に配設され、前記吸着面から突出している突起部であることを特徴とする付記７に記載の部品実装装置。
（付記９）
前記突起部を移動する突起部駆動部を備え、前記突起部の前記吸着面からの突出量を調整することを特徴とする付記８に記載の部品実装装置。
（付記１０）
前記ハンドリング部材に保持された前記部品の位置合せを行なう位置合せ部を備え、前記位置合せ部により前記部品の位置合せを行なった後、前記部品の実装を行なうことを特徴とする付記７〜９に記載の部品実装装置。

本実施形態によるハンドリングを説明する図である。 本実施形態による位置合せを説明する図である。 本実施形態による位置合せ後の実装を説明する図である。 本実施形態による応用例を説明する図である。 本実施形態と対比される比較例のハンドリングを説明する図である。 本実施形態と対比される比較例の位置合せを説明する図である。 本実施形態を適用した位置合せ精度測定装置を示す図である。 位置合せ精度測定装置のハンドリング部を示す図である。 位置合せ精度測定装置のハンドリング部の吸着部を示す図である。 吸着部の移動可能な吸着力調整部材を示す図である。

符号の説明

１ ロボットアーム
１１ 吸着部
１２ 吸着面
１３ 吸着凹部
１４ チューブ
１５ 吸着力調整部材
１７ リニアアクチュエータ
２ パーツ
３ ワーク
３５ 位置合せ部材
３６ 倣い面
３７ 位置合せ凹部
４ 真空発生装置
４５ 基板
５ ロボットアーム（比較例）
５１ 吸着ハンド
５２ 倣い機構
５３ バネ
５４ チューブ
７０ 位置合せ精度測定装置
７１ アライメント部
７２ アライメント精度測定部
７２ａ テーブル
７３ ハンドリング部
７６ 制御部
８５ 吸着部
８３ 吸着部支持部材
８２ 第１の支持部材
８１ 第２の支持部材
８６ 吸着凹部
８７ 真空吸引穴
８８ 吸着面
８９ 突起
９１ 継ぎ手
９２ チューブ継ぎ手口
９５ リニアアクチュエータ
９６ 支持ロッド

Claims (3)

1. 部品をハンドリングするハンドリング装置であって、
   前記部品を真空吸着して保持する真空吸着部と、
   前記真空吸着部の内部を真空状態にするための真空発生部と、
   前記真空吸着部の中央部に配設され、前記真空吸着部の吸着面から突出している突起部であり、前記部品と前記吸着面との間にクリアランスを形成し、前記部品を保持する真空吸着力を減少させる吸着力調整部材と、
   前記突起部を移動して、前記突起部の前記吸着面からの突出量を調整する突起部駆動部と、
   を備え、
   前記吸着力調整部材により真空吸着力を減少させた状態で前記部品を保持することを特徴とするハンドリング装置。
2. ハンドリング部により部品を実装する部品実装装置であって、
   前記ハンドリング部は、
   前記部品を真空吸着して保持する真空吸着部と、
   前記真空吸着部の内部を真空状態にするための真空発生部と、
   前記真空吸着部の中央部に配設され、前記真空吸着部の吸着面から突出している突起部であり、前記部品と前記吸着面との間にクリアランスを形成し、前記部品を保持する真空吸着力を減少させる吸着力調整部材と、
   前記突起部を移動して、前記突起部の前記吸着面からの突出量を調整する突起部駆動部と、を有し、
   前記ハンドリング部は、前記真空吸着力を減少させた状態で前記部品を保持して前記部品の実装を行なうことを特徴とする部品実装装置。
3. 前記ハンドリング部材に保持された前記部品の位置合せを行なう位置合せ部を備え、前記位置合せ部により前記部品の位置合せを行なった後、前記部品の実装を行なうことを特徴とする請求項２に記載の部品実装装置。

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