JP5616829B2 - アクチュエータ及びアクチュエータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、往復運動と回転運動とを行なう作動ロッドを駆動するアクチュエータに関し、特に空気圧で作動ロッドが支持されているエアベアリングシリンダに関する。

半導体チップ等の部品を所定の搭載位置まで搬送して被搭載部材に取り付けるための部品搭載装置が提案されている（特許文献１，２）。部品搭載装置は、部品を保持する保持具を有するマウンタヘッドを移動させることによって部品を搬送させる。マウンタヘッドは、たとえば部品を保持する吸着ノズルを使用し、部品を吸着することによって保持し、被搭載部材に取り付ける際に部品を所定の荷重で押し付ける。たとえば部品の吸着の際には、予め設定されている比較的小さな荷重で部品に当接（ソフトタッチ）することが要求される一方、部品の搭載（ボンディング）の際には、比較的大きな荷重で被搭載部材に押し付けることが要請される（荷重コントロール）。一方、マウンタヘッドには、部品の方向の調整のために部品を回転させる機能も要請される。

特開２００４−１３８１２７号公報 特開２００４−１８６３１７号公報

しかし、従来の部品搭載装置は、極めて複雑な機構を必要とする一方、荷重コントロールと回転駆動とを同時に実行することができないという運用制限を有していることを本発明者は見出した。

本発明は、上述の従来の課題を解決するために創作されたものであり、部品搭載装置の運用の自由度を拡大して運用性を改善する技術の提供を目的とする。

以下、上記課題を解決するのに有効な手段等につき、必要に応じて効果等を示しつつ説明する。

手段１．円柱状の第１ピストンと、円柱状の第２ピストンと、前記第１ピストンと前記第２ピストンとを連結する円柱状の連結軸部と、を有するプランジャと、前記第１ピストンを格納する空間である第１連通孔部と、前記第２ピストンを格納する空間である第２連通孔部と、前記第１連通孔部と前記第２連通孔部とを連通している空間である挿通孔部と、を有するシリンダブロックと、を備え、前記シリンダブロックは、さらに、前記第１連通孔部の内部で前記第１ピストンを摺動可能に支持する第１エアベアリングと、前記第２連通孔部の内部で前記第２ピストンを摺動可能に支持する第２エアベアリングと、前記第１エアベアリングと前記第２エアベアリングとに支持流体を供給する支持圧流路と、前記挿通孔の内部において、前記第１連通孔部と前記第２連通孔部との間を封止している封止部と、前記第１連通孔部と前記第１ピストンと前記封止部とによって囲まれている空間である第１シリンダ室に駆動流体を供給する推力流路と、前記第２連通孔部と前記第２ピストンと前記封止部とによって囲まれている空間である第２シリンダ室に連通している給排気流路と、前記第２連通孔部に配置され、前記駆動流体によって印加される前記プランジャの駆動力を受ける一方、前記駆動力の方向と反対側の方向への前記プランジャの移動を許容する転がり軸受と、を備えるアクチュエータ。

手段１のアクチュエータは、駆動流体によって印加されるプランジャの駆動力を受ける一方、その駆動力の方向と反対側の方向へのプランジャの移動を許容する転がり軸受を有している。転がり軸受は、駆動流体によって印加されるプランジャの駆動力を受けることができるので、押し圧荷重をプランジャに印加した状態で円滑に回転させることができる。さらに、転がり軸受は、その駆動力の方向と反対側の方向へのプランジャの移動を許容するので、プランジャの回転と荷重コントロールを同時に機能させることもできる。

手段２．前記支持圧流路は、前記封止部に支持流体を供給する流路を含み、前記封止部は、多孔質材料で形成され、前記連結軸部を摺動可能に支持する手段１記載のアクチュエータ。

手段２のアクチュエータは、第１シリンダ室と第２シリンダ室との間を封止する封止部をエアベアリングとしても機能させているので、第１エアベアリングと第２エアベアリングの負担を軽減して全体として小型化を実現することができる。

手段３．前記アクチュエータは、所定の部品を吸着して前記所定の部品の被装着部品に実装するための吸着ノズルを有するマウンタヘッドに使用されるものであり、前記第１ピストンに形成されている前記吸着ノズルを装着するためのノズル装着部と、前記ノズル装着部に負圧を供給する負圧流路と、を備え、前記負圧流路は、前記第１ピストンに形成され、前記ノズル装着部に連通し、前記第１ピストンの外周面に開口しているピストン側開口面を有する第１の負圧流路と、前記シリンダブロックに形成され、前記第１連通孔部の内周面に開口しているシリンダブロック側開口面を有する第２の負圧流路と、前記第１連通孔部に装着され、前記シリンダブロック側開口面に連通する連結部内流路と、前記連結部内流路に連通する連結部側凹部とを有する流路連結部と、を有し、前記連結部側凹部は、前記第１ピストンの作動範囲において前記ピストン側開口面に連通する範囲において、前記第１ピストンの外周に渡って形成されている手段１又は２に記載のアクチュエータ。

手段３のアクチュエータは、吸着ノズルに負圧を供給するための負圧流路を内蔵している。負圧流路は、プランジャとシリンダブロックとの間の相対的な動きに関わらず、シリンダブロックからプランジャに装着されている吸着ノズルに負圧を供給することができる流路連結部を有している。これにより、プランジャとシリンダブロックとの間の相対的な動きに関わらず、吸着ノズルを安定して作動させることができる一方、吸着ノズルへの負圧流の長さを短くすることができる。これにより、真空経路を短くして応答特性を向上させることができる。

手段４．前記流路連結部は、多孔質材料で形成され、前記連結部側凹部には、通気性を低下させるための目止め処理がなされている手段３記載のアクチュエータ。

手段４の流路連結部は、多孔質材料で形成され、その連結部側凹部が通気性を低下させるための目止め処理がなされているので、簡易に実装することができるとともに負圧流路と他の流路の干渉を効果的に抑制することができる。

手段５．前記流路連結部は、前記第１エアベアリングと前記封止部との間に配置されている手段４記載のアクチュエータ。

手段５の流路連結部は、第１エアベアリングと封止部との間に配置されているので、流路連結部と第１ピストンとの間のクリアランスを高精度に維持することができる。

手段６．前記流路連結部は、前記第１エアベアリングと一体として多孔質材料で形成され、前記連結部側凹部を両側から挟む一対の凸部の少なくとも一方が前記第１ピストンを摺動可能に支持する手段４記載のアクチュエータ。

手段６の流路連結部は、第１エアベアリングと一体として多孔質材料で形成されているので、アクチュエータを小型化することができるとともに、流路連結部と第１ピストンとの間のクリアランスを高精度に維持することができる。

手段７．手段１乃至６のいずれか１項に記載のアクチュエータを製造する製造方法であって、前記連結軸部は、前記第１ピストンと前記第２ピストンとを螺合する螺合部を有し、前記製造方法は、前記第１ピストンと前記第２ピストンとを予め設定されている第１の設定トルクで螺合する第１螺合工程と、前記螺合されている前記第１ピストンの外周面と前記第２ピストンの外周面とを機械加工する機械加工工程と、前記螺合を解いて前記第１ピストンと前記第２ピストンとを分離する分離工程と、前記第１連通孔部に前記第１ピストンを挿入する工程と、前記第２連通孔部に前記第２ピストンを挿入する工程と、予め設定されている第２の設定トルクで螺合する第２螺合工程と、を備え、前記第２の設定トルクは、前記第１の設定トルクに基づいて設定されているアクチュエータの製造方法。

手段７では、第１ピストンと第２ピストンとが所定のトルクで組立てられた状態で機械加工が行なわれ、シリンダブロックに組みつけられた状態において第１の設定トルクに基づいて設定されている第２の設定トルクで螺合されるので、高精度の機械加工状態を再現した状態で組みつけられることになる。これにより、一般的な製造工程によって上述の高精度の嵌め合い公差を実現してアクチュエータを製造することができる。

第１実施形態のマウンタヘッド９０の構成を示す断面図。 マウンタヘッド９０の構成を示す断面図。 マウンタヘッド９０の構成を示す斜視図。 アクチュエータ５０の構成を示す分解断面図。 アクチュエータ５０の構成を示す分解断面図。 アクチュエータ５０の構成を示す分解断面図。 マウンタヘッド９０の動作内容を示す模式図。 マウンタヘッド９０の動作内容を示すフローチャート。 マウンタヘッド９０の動作内容を示すタイムチャート。 比較例のマウンタヘッド９０ａの構成を示す断面図。 アクチュエータ５０の製造工程を示すフローチャート。 第２実施形態のマウンタヘッド９０ｂの構成を示す断面図。

以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に従って説明する。各実施形態は、半導体チップ搭載システムに使用されるアクチュエータについて具体化している。

（第１実施形態）
図１及び図２は、第１実施形態のマウンタヘッド９０の構成を示す断面図である。図３は、マウンタヘッド９０の構成を示す斜視図である。図４乃至図６は、アクチュエータ５０の構成を示す分解断面図である。マウンタヘッド９０は、半導体チップ（後述）を吸引し、基板上に搭載する装置である。マウンタヘッド９０は、図３に示されるように半導体チップを吸引する吸着ノズル９１と、アクチュエータ５０と、モータ９２と、スプライン９３と、カップリング９４と、ベース板９６とを備えている。アクチュエータ５０は、図１及び図２に示されるようにシリンダブロック２０とプランジャ４０とを備えている。プランジャ４０には、ノズル流路９１ｎを有する吸着ノズル９１が装着されている。

ベース板９６には、アクチュエータ５０とモータ９２とが装着されるための基準面Ｓｒが形成されている。アクチュエータ５０とモータ９２とは、本実施形態では、基準面Ｓｒに装着される面を基準面とする寸法公差を設定して設計が行なわれている。これにより、アクチュエータ５０とモータ９２との軸心を高精度で合致させることができる。

図１は、吸着ノズル９１が前進位置（矢印Ａ側に前進した位置）にある状態を示している。図２は、吸着ノズル９１が後退位置（矢印Ｂ側に後退した位置）にある状態を示している。プランジャ４０は回転方向と往復方向とに駆動される。回転方向はモータ９２によって直接的に駆動される。往復方向はアクチュエータ５０によって駆動される。プランジャ４０の往復方向の駆動に起因するプランジャ４０とモータ９２の距離の変化は、スプライン９３によって吸収される。スプライン９３はトルクを伝達する一方、上述の距離の変化を許容する機構である。スプライン９３はカップリング９４によってモータ９２に接続されている。スプライン９３はトルク伝達軸９５によってプランジャ４０に接続されている。

プランジャ４０は、第１ピストン２１と第２ピストン２２とを備えている。第１ピストン２１は、吸着ノズル９１を装着するための凹部２３と、凹部２３に連通する吸引流路３１と、円柱状の第１円柱部２４と、円柱状の連結軸部２８と、第２ピストン２２と螺合するための雄ネジ部３８と、ドーナツ状の平面である第１圧力面２５とを備えている。第１ピストン２１には、雄ネジ部３８で第２ピストン２２に螺合されている。凹部２３は、ノズル装着部とも呼ばれる。

第２ピストン２２は、第１ピストン２１の雄ネジ部３８と螺合するための雌ネジ部３９（図４参照）と、トルク伝達軸９５（図３参照）に接続されるための凹部２６と、円柱状の第２円柱部２７と、ドーナツ状の平面である第２圧力面２９とを備えている。第１円柱部２４と第２円柱部２７と連結軸部２８とは軸線を共通にしている。プランジャ４０は、この軸線方向に往復移動することができる。この軸線は駆動軸線とも呼ばれる。

シリンダブロック２０は、金属製の構造部材として、第１ブロック１１と、第２ブロック１２と、第３ブロック１３と、第４ブロック１４と、第５ブロック１５と、第６ブロック１６と、を有している。シリンダブロック２０は、環状の形状を有する多孔質部材として、第１エア軸受部材７１と、第２エア軸受部材７２と、第３エア軸受部材７３と、流路連結部７４と、転がり軸受７５とを備えている。

第５ブロック１５は、図１、図２及び図４に示されるように、第６ブロック１６と第２エア軸受部材７２とともに第２ピストン２２をエアベアリングで支持する構造を構成する。第５ブロック１５には、エア軸受け装着凹部１５ｃ１，１５ｃ２と、環状凹部３２ｒ３と、シリンダ孔部１５ｈと、転がり軸受装着凹部１５ｃ３と、が形成されている。エア軸受け装着凹部１５ｃ１，１５ｃ２は、多孔質部材である第２エア軸受部材７２を適度に圧縮した状態で装着可能な形状の凹部として形成することができる。エア軸受け装着凹部１５ｃ１，１５ｃ２、環状凹部３２ｒ３、シリンダ孔部１５ｈ及び軸受装着凹部１５ｃ３は、第２連通孔部とも呼ばれる。

第２エア軸受部材７２は、エア軸受け装着凹部１５ｃ１，１５ｃ２に挿入された後に第６ブロック１６が取付けられることによって第５ブロック１５に装着される。第２エア軸受部材７２の外周７２ｓは、エア軸受け装着凹部１５ｃ１，１５ｃ２に当接する一方、エア軸受け装着凹部１５ｃ１，１５ｃ２の間の環状凹部３２ｒ３に面している。

環状凹部３２ｒ３は、第２エア軸受部材７２の外周７２ｓの回りに環状の空間を形成している。環状凹部３２ｒ３には、アクチュエータ５０の外部から供給される支持流体（支持エア）を供給するための支持エアポート３２ｐと、支持エアポート３２ｐと環状凹部３２ｒ３との間を接続する流路３２ｃとが連通している。

このような構成は、支持エアポート３２ｐから供給された支持エアを、流路３２ｃを介して環状凹部３２ｒ３に供給することができる。環状凹部３２ｒ３は、第２エア軸受部材７２の外周７２ｓからほぼ均一な圧力を印加することができる。これにより、第２エア軸受部材７２は、その内周面７２ｈから支持流体を噴出させることができる。

第２ピストン２２の第２円柱部２７は、第２エア軸受部材７２の内周面７２ｈに嵌合することによってエアベアリングが実現されることになる。内周面７２ｈは、第２円柱部２７の外表面に対してミクロンオーダの隙間で対向している。エアベアリングは、第２エア軸受部材７２に対して第２ピストン２２を回転運動と往復運動の双方の動きをほぼ摩擦なしで許容することができる。第２エア軸受部材７２は、第２エアベアリングとも呼ばれる。

転がり軸受７５は、第４ブロック１４とともに往復運動の駆動軸線方向の荷重を受ける構造を構成する。転がり軸受７５は、いわゆるスラスト方向（駆動軸方向）の荷重を受けるアンギュラ玉軸受である。転がり軸受７５は、内輪７５ｒ１と外輪７５ｒ２とボール７５ｂとを備えている。内輪７５ｒ１と外輪７５ｒ２とは相互に回転することができる。転がり軸受７５は、軸方向の荷重を受けることができるものであればアンギュラ玉軸受に限らず、他の種類の軸受を使用することもできる。

転がり軸受７５は、図１及び図２に示されるように、以下のように第４ブロック１４と第５ブロック１５との間に装着される。転がり軸受７５の外輪７５ｒ２は、第５ブロック１５の軸受装着凹部１５ｃ３と第４ブロック１４の当接面１４ｔ１との間に装着されている。一方、転がり軸受７５の内輪７５ｒ１は、第４ブロック１４の凹部１４ｃ３によって第４ブロック１４とのクリアランスが確保されている。

転がり軸受７５の内輪７５ｒ１は、第２ピストン２２の第２圧力面２９に対向する当接面７５ｔ１を有している。転がり軸受７５の外輪７５ｒ２は、第４ブロック１４の当接面１４ｔ１に当接する当接面７５ｔ２を有している。これにより、転がり軸受７５は、第２ピストン２２からの駆動軸線方向の荷重を内輪７５ｒ１とボール７５ｂと外輪７５ｒ２とを介して第４ブロック１４に流すことができるので、第２ピストン２２からの荷重を受けつつ第２ピストン２２の回転を許容することができる。さらに、転がり軸受７５は、第２ピストン２２の後退方向の移動（分離）を許容している。

第４ブロック１４は、第５ブロック１５のシリンダ孔部１５ｈと、第３エア軸受部材７３とともに第２シリンダ室３６を形成している。第２シリンダ室３６は、第２ピストン２２の第２円柱部２７の外周面とシリンダ孔部１５ｈの内周面との間のドーナツ状の空間と、このドーナツ状の空間に連通して第２ピストン２２の第２圧力面２９と第４ブロック１４との間に形成されている空間とを有している。第２シリンダ室３６には、流路３４ｃを介してキャンセルポート３４ｐが連通している。キャンセルポート３４ｐ及び流路３４ｃは、給排気流路とも呼ばれる。

第３エア軸受部材７３は、図１、図４及び図５に示されるように、孔部１４ｈに連通するエア軸受け装着凹部１４ｃ１，１４ｃ２に挿入された後に第３ブロック１３が取付けられることによって第４ブロック１４に装着される。第３エア軸受部材７３の外周７３ｓは、エア軸受け装着凹部１４ｃ１，１４ｃ２に当接する一方、エア軸受け装着凹部１４ｃ１，１４ｃ２の間の環状凹部３２ｒ２に面している。エア軸受け装着凹部１４ｃ１，１４ｃ２及び孔部１４ｈは、挿通孔とも呼ばれる。

環状凹部３２ｒ２は、第３エア軸受部材７３の外周７３ｓの回りに環状の空間を形成している。環状凹部３２ｒ２には、アクチュエータ５０の外部から供給される支持流体（支持エア）を供給するための支持エアポート３２ｐと、支持エアポート３２ｐと環状凹部３２ｒ３との間を接続する流路３２ｃ，３２ｃ１，３２ｃ３とが連通している。

このような構成は、支持エアポート３２ｐから供給された支持エアを流路３２ｃ，３２ｃ１，３２ｃ３を介して環状凹部３２ｒ２に供給することができる。環状凹部３２ｒ２は、第３エア軸受部材７３の外周７３ｓからほぼ均一な圧力を印加することができる。これにより、第３エア軸受部材７３は、その内周７３ｈから支持流体を噴出してエアベアリングを形成させることができる。一方、第３エア軸受部材７３は、第２シリンダ室３６を第１シリンダ室３５から封止する役割も果たしている。第３エア軸受部材７３は、封止部とも呼ばれる。

第１シリンダ室３５は、図１、図２、図５及び図６に示されるように、第３ブロック１３と流路連結部７４と第１ピストン２１とによって形成されている空間である。第３ブロック１３には、連結部装着凹部１３ｃと、シリンダ孔部１３ｈ１と、連通孔部１３ｈ２とが形成されている。連結部装着凹部１３ｃには、シリンダブロック側開口面３１ｃ１が形成されている。連結部装着凹部１３ｃは、多孔質部材である流路連結部７４を適度に圧縮した状態で装着可能な形状の凹部として形成することができる。

流路連結部７４は、連結部装着凹部１３ｃに挿入された後に第２ブロック１２が取付けられることによって第３ブロック１３に装着される。流路連結部７４の外周７４ｓは、連結部装着凹部１３ｃに当接している。流路連結部７４は、この当接において、流路連結部７４の連結部内流路３１ｃ３とシリンダブロック側開口面３１ｃ１とが連通する向きに装着されている。流路連結部７４の内周面７４ｈは、第１ピストン２１の第１円柱部２４の外周面にミクロンオーダの隙間で対向している。

第１シリンダ室３５（図１参照）は、第１ピストン２１の第１円柱部２４の外周面とシリンダ孔部１３ｈ１の内周面との間のドーナツ状の空間と、このドーナツ状の空間に連通して第１ピストン２１の第１圧力面２５と第３ブロック１３との間に形成されている空間とを有している。第１シリンダ室３５には、流路３３ｃを介して推力ポート３３ｐが連通している。シリンダ孔部１３ｈ１、連通孔部１３ｈ２、及び連結部装着凹部１３ｃは、第１連通孔部とも呼ばれる。

このような構成は、推力ポート３３ｐに作動エアを印加することによって、プランジャ４０に対して前進荷重を発生させ、キャンセルポート３４ｐに作動エアを印加することによってプランジャ４０に対して後退荷重を発生させることができる。前進荷重は、吸着ノズル９１を前進させる方向（矢印Ａ方向）の荷重である。後退荷重は、吸着ノズル９１を後退させる方向（矢印Ｂ方向）の荷重、換言すれば前進荷重を相殺させる方向の荷重（あるいは後進方向への駆動荷重）である。第１シリンダ室３５に印加される作動エアは、駆動流体とも呼ばれる。なお、キャンセルポート３４ｐは、単にドレイン流路として構成しても良い。

流路連結部７４には、連結部側凹部３１ｒと、連結部側凹部３１ｒに連通する連結部内流路３１ｃ３とが形成されている。連結部側凹部３１ｒには、ピストン側開口面３１ｃ２が連通している。連結部内流路３１ｃ３には、吸引流路３１ｃが連通している。ピストン側開口面３１ｃ２は、吸引流路３１を介して吸着ノズル９１のノズル流路９１ｎに連通している。吸引流路３１ｃは、吸引ポート３１ｐとシリンダブロック側開口面３１ｃ１とに連通している。吸引流路３１は、第１の負圧流路とも呼ばれる。吸引ポート３１ｐ及び吸引流路３１ｃは、第２の負圧流路とも呼ばれる。

連結部側凹部３１ｒは、シリンダブロック側開口面３１ｃ１とピストン側開口面３１ｃ２とを相互に連通させるための環状の空間を形成している。連結部側凹部３１ｒの幅３１ｗは、図１及び図２に示されるように、第２ピストン２２の往復運動の範囲において、シリンダブロック側開口面３１ｃ１とピストン側開口面３１ｃ２とを相互に連通させることができる幅に設定されている。これにより、アクチュエータ５０は、第２ピストン２２の往復運動に関わらず、吸引ポート３１ｐから吸着ノズル９１までの相互の連通を維持させることができる。

なお、２つの吸引流路３１，３１ｃ、シリンダブロック側開口面３１ｃ１、ピストン側開口面３１ｃ２及び連結部側凹部３１ｒは、負圧流路とも呼ばれる。

第１エア軸受部材７１は、第２ブロック１２のエア軸受け装着凹部１２ｃ１，１２ｃ２に挿入された後に第１ブロック１１（図６参照）が取付けられることによって第２ブロック１２に装着される。第１エア軸受部材７１の外周７１ｓは、エア軸受け装着凹部１２ｃ１，１２ｃ２に当接する一方、エア軸受け装着凹部１２ｃ１，１２ｃ２の間の環状凹部３２ｒ１に面している。第１エア軸受部材７１は、第１エアベアリングとも呼ばれる。

環状凹部３２ｒ１は、第１エア軸受部材７１の外周７１ｓの回りに環状の空間を形成している。環状凹部３２ｒ１には、アクチュエータ５０の外部から供給される支持流体（支持エア）を供給するための支持エアポート３２ｐと、支持エアポート３２ｐと環状凹部３２ｒ１との間を接続する流路３２ｃ，３２ｃ１，３２ｃ２とが連通している。

このような構成は、支持エアポート３２ｐから供給された流路３２ｃ，３２ｃ１，３２ｃ２を介して環状凹部３２ｒ１に供給することができる。環状凹部３２ｒ１は、第１エア軸受部材７１の外周７１ｓからほぼ均一な圧力を印加することができる。これにより、第１エア軸受部材７１は、その内周７１ｈから支持流体を噴出させてエアベアリングを形成することができる。なお、流路３２ｃ，３２ｃ１，３２ｃ２，３２ｃ３は、支持圧流路とも呼ばれる。

（マウンタヘッド９０の動作内容）
図７は、マウンタヘッド９０の動作内容を示す模式図である。図８は、マウンタヘッド９０の動作内容を示すフローチャートである。図９は、マウンタヘッド９０の動作内容を示すタイムチャートである。図１０は、比較例のマウンタヘッド９０ａの構成を示す断面図である。マウンタヘッド９０は、半導体チップＴをチップトレーＴやチップリールＲから受け取って基板Ｓに搭載（ボンディング）するために使用される装置である。本動作は、迅速な製造工程の実現のために短時間で実行することが望まれている。

比較例は、図１０に示されるように以下の点で第１実施形態のマウンタヘッド９０と相違する。
（１）比較例のマウンタヘッド９０ａは、転がり軸受７５を装備していない。
（２）比較例のマウンタヘッド９０ａは、吸引ポート３１ｐと流路連結部７４とを装備せず、アクチュエータ５０ａを介することなく吸着ノズル９１ａに直接的に負圧流路が接続されている（図示せず）。
（３）比較例のマウンタヘッド９０ａは、モータ９２に接続するための凹部２６を装備していない。

ステップＳ１１では、マウンタヘッド９０は、ピックアップ行程を実行する。ピックアップ行程とは、半導体チップＴをチップトレーやチップリールＲから受け取る工程である。半導体チップＴの受領は、吸着ノズル９１の先端部を半導体チップＴに当接させ、その状態で吸引することによって行なわれる。吸引は、吸引流路３１、３１ｃと連結部側凹部３１ｒとを介してノズル流路９１ｎに連通している吸引ポート３１ｐから行なわれる。

半導体チップＴへの当接は、いわゆるソフトタッチで行なわれる。ソフトタッチとは、荷重コントロールによって吸着ノズル９１にピックアップ用荷重（０．１Ｎ〜１Ｎ）を印加させた状態においてマウンタヘッド９０を移動させ、半導体チップＴに吸着ノズル９１を押し付けることによって行なわれる。初期荷重は、推力ポート３３ｐあるいはキャンセルポート３４ｐに作動エアを供給することによってプランジャ４０が発生させる。

ピックアップ用荷重の荷重制御は、推力ポート３３ｐとキャンセルポート３４ｐとを使用して行われる。具体的には、吸着ノズル９１やプランジャ４０等の自重（たとえば１Ｎ）よりも大きなピックアップ用荷重（たとえば１．１Ｎ）が要求される場合には、推力ポート３３ｐに作動エアを供給することによって不足分の荷重（０．１Ｎ）を印加させることができる。一方、吸着ノズル９１やプランジャ４０等の自重（たとえば１Ｎ）よりも小さなピックアップ用荷重（たとえば０．１Ｎ）が要求される場合には、キャンセルポート３４ｐに作動エアを供給することによって余剰分の荷重（０．９Ｎ）を減殺させることができる。

吸着ノズル９１は、マウンタヘッド９０によって半導体チップＴに押し付けられる際に、半導体チップＴにピックアップ用荷重を印加しつつプランジャ４０とともに後退する。この後退の際には、連結部側凹部３１ｒの幅３１ｗによって連結部側凹部３１ｒと吸引流路３１との連通が維持されることになる。これにより、吸着ノズル９１は、半導体チップＴに過度な荷重を印加させて破損させることなく、半導体チップＴを受領することができる。

ステップＳ１２では、マウンタヘッド９０は、第１搬送工程（搬送１）を実行する。第１搬送工程は、受領状態（吸着ノズル９１に半導体チップＴを吸着した状態）においてカメラ９９の視野内の所定の位置に半導体チップＴをマウンタヘッド９０とともに移動させる工程である。

第１実施形態では、図９に示されるように、第１搬送工程において、搭載用荷重（１０Ｎ〜５０Ｎ）に向けてプランジャ４０に印加される荷重の上昇が開始される。一方、比較例のアクチュエータ５０ａは、第１搬送工程においては、後述する理由によりプランジャ４０に印加される荷重を上昇することはできない。

ステップＳ１３では、マウンタヘッド９０は、アライメント工程を実行する。アライメント工程は、カメラ９９で半導体チップＴの向きを監視しつつ基板Ｓへの搭載に適切な向きに調整する工程である。半導体チップＴの向きの調整は、モータ９２の駆動によってプランジャ４０を回転させることによって行なわれる。

第１実施形態では、図９に示されるように、プランジャ４０に印加される荷重の上昇中において荷重Ｌ１に達した状態でアライメント工程が開始される。一方、比較例では、ピックアップ用荷重のままで、あるいはキャンセルポート３４ｐに作動エアを供給してピックアップ用荷重を無くした状態でアライメント工程が実行される。第１実施形態では、プランジャ４０に印加される荷重が上昇しても、それを転がり軸受７５が受けることによって滑らかな回転を実現することができるからである。

アライメント工程（ステップＳ１３）において、半導体チップＴの向きが許容範囲内であることがカメラ９９によって確認されると、処理がステップＳ１４に進められる。

ステップＳ１４では、マウンタヘッド９０は、第２搬送工程（搬送２）を実行する。第２搬送工程は、半導体チップＴをマウンタヘッド９０とともに基板Ｓに搭載するための適切な位置に移動させる工程である。第２搬送工程は、プランジャ４０に印加される荷重がさらに荷重Ｌ２に上昇した状態において行なわれるので、アライメント調整後の状態を確実に維持しつつ搬送することができる。

ステップＳ１５では、マウンタヘッド９０は、搭載工程を実行する。搭載工程は、基板Ｓに搭載（ボンディング）する工程である。搭載工程は、プランジャ４０に印加される荷重が搭載用荷重Ｌ３に上昇した後に行なわれる。比較例では、プランジャ４０に印加される荷重が搭載用荷重Ｌ３に上昇するまで待機してから行なわれる。これに対して、第１実施形態では、荷重上昇が第１搬送工程（ステップＳ２０）から既に開始されているので、待機することなく直ちに搭載を開始することができる。

このように、本実施形態のアクチュエータ５０を使用すれば、プランジャ４０に印加される荷重が搭載用荷重Ｌ３に上昇するまで待機する必要が無いので製造工程の短縮化を図ることができる。さらに、本実施形態は、アライメント調整後の半導体チップＴの姿勢を確実に維持しつつ第２搬送工程を実行することができるので、半導体チップＴの姿勢の維持と搬送時間の短縮化を両立させることができる。本実施形態では、第２搬送工程の速度や加速度を大きくして搬送時間を短くすることができるからである。

（アクチュエータ５０の製造方法）
図１１は、アクチュエータ５０の製造工程を示すフローチャートである。ステップＳ２１では、作業者は、シリンダブロック組立行程を実行する。シリンダブロック組立行程は、シリンダブロック２０を組立てる工程である。シリンダブロック組立行程は、第５ブロック１５に転がり軸受７５と第２エア軸受部材７２とを順に装着する工程と、第４ブロック１４に第３エア軸受部材７３を装着する工程と、第３ブロック１３に流路連結部７４を装着する工程と、第２ブロック１２に第１エア軸受部材７１を装着する工程と、第１乃至第６ブロック１１〜１６を図示しない締結部材で相互に組み付ける工程とを有している。

ステップＳ２２では、作業者は、多孔質部材研磨行程を実行する。多孔質部材研磨行程は、第２エア軸受部材７２、流路連結部７４及び第１エア軸受部材７１を同軸かつ同一径に研磨する工程と、第３エア軸受部材７３を他の多孔質部材７１，７２，７４と同軸で研磨する行程を含んでいる。このように、シリンダブロック２０が組立てられた状態で研磨が行なわれるので、高精度の軸線精度（オフセットや方向）を実現することができる。

ステップＳ２３では、作業者は、プランジャ仮組立工程を実行する。プランジャ仮組立工程は、第１ピストン２１と第２ピストン２２とを仮に相互に組み付ける工程である。組み付けは、第１ピストン２１の雄ネジ部３８と第２ピストン２２の雌ネジ部３９とを螺合させることによって行なわれる。螺合は、予め設定されている所定のトルクで行なわれる。本トルクは、第１の設定トルクとも呼ばれる。

ステップＳ２４では、作業者は、プランジャ仕上げ工程を実行する。プランジャ仕上げ工程は、切削や研磨といった機械加工によって、第１ピストン２１の第１円柱部２４の外周面と、第２ピストン２２の第２円柱部２７の外周面と連結軸部２８の外周面とを仕上げる工程を含んでいる。これにより、双方の外周面について高精度の軸線精度（オフセットや方向）を実現することができる。プランジャ仕上げ工程は、螺合の切り離しによって第１ピストン２１と第２ピストン２２とを分離する工程を行なって完了する。

ステップＳ２５では、作業者は、アクチュエータ組立工程を実行する。アクチュエータ組立工程は、アクチュエータ５０を完成させる工程である。アクチュエータ組立工程は、撥水シート（図示省略）を転がり軸受７５の当接面７５ｔ１の上に載置する工程と、第１ピストン２１と第２ピストン２２とをそれぞれ第２ブロック１２の側と第５ブロック１５の側から挿入する工程と、第１ピストン２１と第２ピストン２２とを螺合する工程と、第１ブロック１１と第６ブロック１６とを組み付ける工程とを有している。

撥水シート（図示省略）は、転がり軸受７５の潤滑油によって第２圧力面２９が転がり軸受７５に付着しないようにし、転がり軸受７５と第２圧力面２９の当接と分離とを円滑化するために配置される。撥水シート（図示省略）には、たとえばフッ素樹脂のシートが利用可能である。

第１ピストン２１と第２ピストン２２とを螺合する工程は、上述の所定のトルクと同一のトルクで行われる。これにより、プランジャ仕上げ工程における第１円柱部２４と第２円柱部２７の外周面の高精度の仕上げが再現されることになる。高精度の仕上げは、多孔質部材７１〜７４の内面７１ｈ〜７４ｈとプランジャ４０のミクロンオーダの嵌め合い公差を実現し、これによりエアベアリングや封止を実現することができる。

ただし、必ずしも上述の所定のトルクと同一のトルクである必要は無く、第１円柱部２４と第２円柱部２７の外周面の高精度の仕上げが再現されるように上述の所定のトルクに基づいて設定されているトルクであればよい。本トルクは、第２の設定トルクとも呼ばれる。

このように、第１実施形態のアクチュエータ５０は、一般的な工作方法で製造することができる。特に、第１ピストン２１と第２ピストン２２とを組立てることによって、プランジャ４０を製造することは、従来の技術常識を覆すものである。第１ピストン２１と第２ピストン２２には、いずれもミクロンオーダの嵌め合い公差が要請されるからである。

（第２実施形態）
図１２は、第２実施形態のマウンタヘッド９０ｂの構成を示す断面図である。第２実施形態のマウンタヘッド９０ｂは、第１エア軸受部材７１が流路連結部７４に一体化されている点で第１実施形態のマウンタヘッド９０と相違する。この一体化は、第１エア軸受部材７１を構成から削除するとともに、流路３２ｃ２を流路３２ｃ４、３２ｃ５、３２ｃ６に変更して流路連結部７４側に支持用エアを供給することによって実現されている。

このように、流路連結部７４は、エア軸受部材として機能するように構成することもできる。こうすれば、部品点数を削減するとともにアクチュエータ５０のサイズを小さくすることも可能である。なお、流路連結部７４は、エア軸受部材として機能するように幅を大きくするようにしても良い。

以上詳述した各実施形態は以下の利点を有する。
（１）荷重コントロールと回転動作とを同時に実行することができるので、製造工程の待ち時間の排除を実現して製造の効率化を図ることができる。
（２）プランジャは、シリンダブロックに対してエアベアリングで支持されているので、極めて小さな摺動摩擦を回転と往復の双方の自由度を簡易な構成で実現することができる。
（３）プランジャは、モータ９２によって直接駆動されているので、バックラッシュを排除して高精度なアライメントを実現することができる。さらに、プランジャは、３６０度以上の無制限の回転を実現することができる。
（４）プランジャの駆動力は作動エアで実現されているので、高精度の荷重コントロールが可能であり、エアベアリングと動力源を共用することもできる。さらに、長時間使用しても発熱による温度ドリフトの問題も発生しない。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態に限らず、例えば次のように実施されてもよい。

（１）上記実施形態では、アクチュエータ５０、５０ｂは、吸着ノズル９１に負圧を供給する負圧流路を有しているが、必ずしもアクチュエータ５０、５０ｂが負圧流路を装備する必要は無く、アクチュエータ５０、５０ｂの外部に負圧流路を設けるようにしても良い。ただし、吸着ノズルへの負圧流路の接続は、真空経路を短くして応答特性を向上させることができる。さらに、プランジャは、負圧流路を維持しつつ３６０度以上の無制限の回転を実現することができる。

（２）上記実施形態では、第１シリンダ室と第２シリンダ室との間を封止する封止部をエアベアリングとしても機能させているが、必ずしも封止部をエアベアリングとしても機能させる必要は無い。ただし、封止部をエアベアリングとしても機能させれば、第１エアベアリングと第２エアベアリングの負担を軽減して全体として小型化を実現することができる。

（３）上記実施形態では、吸引によって部品を保持しているが、他の方法で保持するようにしても良い。

（４）上記実施形態では、マウンタヘッドに搭載するアクチュエータとして具現化されているが、他の用途のアクチュエータとして使用してもよい。

２０…シリンダブロック、２１…第１ピストン、２２…第２ピストン、２９…第２圧力面、３２ｐ…支持エアポート、３３ｐ…推力ポート、３４ｐ…キャンセルポート、３５…第１シリンダ室、３６…第２シリンダ室、４０…プランジャ、５０、５０ａ、５０ｂ…アクチュエータ、７１…第１エア軸受部材、７２…第２エア軸受部材、７３…第３エア軸受部材、７４…吸引路封止部材、７５…転がり軸受、９０、９０ａ、９０ｂ…マウンタヘッド、９１、９１ａ…吸着ノズル、９２…モータ。

Claims (7)

1. 円柱状の第１ピストンと、円柱状の第２ピストンと、前記第１ピストンと前記第２ピストンとを連結する円柱状の連結軸部と、を有するプランジャと、
   前記第１ピストンを格納する空間である第１連通孔部と、前記第２ピストンを格納する空間である第２連通孔部と、前記第１連通孔部と前記第２連通孔部とを連通している空間である挿通孔部と、を有するシリンダブロックと、
   を備え、
   前記シリンダブロックは、さらに、
   前記第１連通孔部の内部で前記第１ピストンを摺動可能に支持する第１エアベアリングと、
   前記第２連通孔部の内部で前記第２ピストンを摺動可能に支持する第２エアベアリングと、
   前記第１エアベアリングと前記第２エアベアリングとに支持流体を供給する支持圧流路と、
   前記挿通孔の内部において、前記第１連通孔部と前記第２連通孔部との間を封止している封止部と、
   前記第１連通孔部と前記第１ピストンと前記封止部とによって囲まれている空間である第１シリンダ室に駆動流体を供給する推力流路と、
   前記第２連通孔部と前記第２ピストンと前記封止部とによって囲まれている空間である第２シリンダ室に連通している給排気流路と、
   前記第２連通孔部に配置され、前記駆動流体によって前記プランジャに印加される駆動力の方向へ前記プランジャが移動する力を受ける一方、前記駆動力の方向と反対側の方向への前記プランジャの移動を許容する転がり軸受と、
   を備えるアクチュエータ。
2. 前記支持圧流路は、前記封止部に支持流体を供給する流路を含み、
   前記封止部は、多孔質材料で形成され、前記連結軸部を摺動可能に支持する請求項１記載のアクチュエータ。
3. 前記アクチュエータは、所定の部品を吸着して前記所定の部品の被装着部品に実装するための吸着ノズルを有するマウンタヘッドに使用されるものであり、
   前記第１ピストンに形成されている前記吸着ノズルを装着するためのノズル装着部と、
   前記ノズル装着部に負圧を供給する負圧流路と、
   を備え、
   前記負圧流路は、
   前記第１ピストンに形成され、前記ノズル装着部に連通し、前記第１ピストンの外周面に開口しているピストン側開口面を有する第１の負圧流路と、
   前記シリンダブロックに形成され、前記第１連通孔部の内周面に開口しているシリンダブロック側開口面を有する第２の負圧流路と、
   前記第１連通孔部に装着され、前記シリンダブロック側開口面に連通する連結部内流路と、前記連結部内流路に連通する連結部側凹部とを有する流路連結部と、
   を有し、
   前記連結部側凹部は、前記第１ピストンの作動範囲において前記ピストン側開口面に連通する範囲において、前記第１ピストンの外周に渡って形成されている請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
4. 前記流路連結部は、多孔質材料で形成され、
   前記連結部側凹部には、通気性を低下させるための目止め処理がなされている請求項３記載のアクチュエータ。
5. 前記流路連結部は、前記第１エアベアリングと前記封止部との間に配置されている請求項４記載のアクチュエータ。
6. 前記流路連結部は、前記第１エアベアリングと一体として多孔質材料で形成され、
   前記連結部側凹部を両側から挟む一対の凸部の少なくとも一方が前記第１ピストンを摺動可能に支持する請求項４記載のアクチュエータ。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のアクチュエータを製造する製造方法であって、
   前記連結軸部は、前記第１ピストンと前記第２ピストンとを螺合する螺合部を有し、
   前記製造方法は、
   前記第１ピストンと前記第２ピストンとを予め設定されている第１の設定トルクで螺合する第１螺合工程と、
   前記螺合されている前記第１ピストンの外周面と前記第２ピストンの外周面とを機械加工する機械加工工程と、
   前記螺合を解いて前記第１ピストンと前記第２ピストンとを分離する分離工程と、
   前記第１連通孔部に前記第１ピストンを挿入する工程と、前記第２連通孔部に前記第２ピストンを挿入する工程と、予め設定されている第２の設定トルクで螺合する第２螺合工程と、
   を備え、
   前記第２の設定トルクは、前記第１の設定トルクに基づいて設定されているアクチュエータの製造方法。

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