JP6713086B2 - 部品保持装置 - Google Patents

Description

本明細書には、着脱可能な部品保持デバイスを有して部品を保持する部品保持装置を開示する。

下記特許文献１，２には、部品を基板に装着させる部品装着機が記載され、それら部品装着機は、部品を保持する部品保持デバイスとしての吸着ノズルを交換可能な部品保持装置を備えたものとなっている。そして、それら特許文献１，２に記載の部品保持装置は、吸着ノズルが適切に装着されているか否かが判定されるように構成されている。下記特許文献１に記載の部品保持装置においては、吸着ノズルの交換過程において真空吸引を行い、その時の真空度に基づいて、吸着ノズルが適切に装着されているか否かが判定されるようになっている。また、下記特許文献２に記載の部品保持装置においては、カメラによって撮像された画像に基づいて、吸着ノズルが適切に装着されているか否かが判定されるようになっている。

特開２００３−１４２８８６号公報 特開２００６−１１４５３４号公報

解決しようとする課題

しかしながら、上記特許文献１に記載の判定手法では、部品保持デバイスが吸着ノズルの場合のみしか対応できず、特許文献２に記載の判定手法では、カメラを搭載できるようなスペースがない場合には、対応できない等の問題がある。そのような実情に鑑みて、部品保持デバイスが適切に装着されているか否かの判定を行う他の手法を提案することにより、着脱可能な部品保持デバイスを有する部品保持装置の実用性を向上させ得ると考えられる。つまり、本出願は、実用性の高い部品保持装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本明細書には、
(A)部品を保持する部品保持デバイスと、
(B)自身の軸線方向における先端において部品保持デバイスを着脱可能に保持するホルダと、
(C)そのホルダを軸線方向に移動させることで部品保持デバイスを前進・後退させる保持デバイス移動装置と、
(D)部品保持デバイスのホルダに対する軸線方向における相対位置を検出し、その検出結果に基づいて、部品保持デバイスがホルダに適切に装着されているか否かを判定するデバイス装着状態判定装置と
を含んで構成される部品保持装置であって、
前記ホルダが、前記軸線方向に延びて前記部品保持デバイスの一部を内部に嵌合させる嵌合穴が形成された筒部を有し、
前記部品保持デバイスが、前記筒部に嵌合する部分の外周面に凹部が形成されたものとされ、
前記ホルダが、前記軸線方向に交差する方向に延びて前記嵌合穴に開口が形成されたものとされ、
前記部品保持装置が、
前記ホルダに保持され、前記嵌合穴の内部に突出して前記凹部に係合可能な係合体を有し、その係合体を付勢力によって前記凹部に係合させることで前記部品保持デバイスの前記ホルダに対する前記軸線方向の移動を禁止するロック機構を備え、
前記デバイス装着状態判定装置が、
検出された前記部品保持デバイスの前記ホルダに対する前記軸線方向における相対位置が、前記凹部と前記係合体との前記軸線方向における位置関係に基づいて設定された閾範囲外となった場合に、前記部品保持デバイスが前記ホルダに適切に装着されていないと判定するように構成された部品保持装置を開示する。

効果

本明細書に開示された部品保持装置は、部品保持デバイスのホルダに対する軸線方向における相対位置を検出し、例えば、相対位置のずれが比較的大きくなった場合に、部品保持デバイスがホルダに適切に装着されていないと判定するように構成することができる。本明細書に開示された部品保持装置によれば、単純な構成でかつ簡便な手法によって、部品保持デバイスがホルダに適切に装着されているか否かを判定することが可能である。

なお、部品保持装置は、部品の保持を保持する場合や部品を離脱させる際に、部品保持デバイスのホルダに対する相対位置が重要であり、その装置位置のズレを補正すべく、保持デバイス移動装置を制御する目的で、部品保持デバイスのホルダに対する相対位置を検出されるような構成とされる場合がある。そのような部品保持装置においては、その構成を用いて、部品保持デバイスがホルダに適切に装着されているか否かの判定を行うことが可能である。

本実施形態の部品保持装置を搭載するダイ供給機を示す全体斜視図である。 本実施形態の部品保持装置を構成するピックアップヘッドを示す斜視図である。 ホルダに部品保持デバイスが装着された状態を示す正面断面図である。 部品保持デバイスとホルダとの係合部を拡大して示す概略図であり、図４Ａは、部品保持デバイスがホルダに対して適切に装着された状態を示す図であり、図４Ｂは、部品保持デバイスがホルダに対して適切に装着されていない状態を示す図である。

実施形態

以下、一実施形態である部品保持装置を、図を参照しつつ説明する。なお、下記実施形態の他、当業者の知識に基づいて種々の変更を施した態様で実施することができる。

図１には、一実施形態である部品保持装置を搭載したダイ供給機１０を示す。ダイ供給機１０は、当該ダイ供給機１０の基体として機能するメインフレーム１２と、そのメインフレーム１２に併設されて複数のダイ集合体ＤＳ（「ウェハ」と呼ばれることもある）を収容するダイ集合体スタッカ１４と、メインフレーム１２上に配設されて１つのダイ集合体ＤＳを固定的に保持するダイ集合体固定装置１６と、そのダイ集合体固定装置１６によって固定保持されたダイ集合体ＤＳからダイＤ（「チップ」と呼ばれることもある）をピックアップするピックアップヘッド１８と、そのピックアップヘッド１８を固定保持されたダイ集合体ＤＳに沿って移動させるヘッド移動装置２０とを含んで構成されている。

次に、部品であるダイＤを保持するピックアップヘッド１８について、図２および図３を参照しつつ詳しく説明する。ピックアップヘッド１８は、図２に示すように、基体３０と、４つのロッド３２と、基体３０に支持されて４つのロッド３２をそれらの各々に軸線方向に移動可能に保持するロッド保持体３４と、４つのロッド３２を昇降させるロッド昇降装置３６とを含んで構成されている。４つのロッド３２の各々は、下端部にアダプタ３８を有しており、そのアダプタ３８に、部品保持デバイスとしての吸着ノズル４０を装着可能とされている。つまり、４つのロッド３２の各々がホルダとして機能し、ピックアップヘッド２６には、最大４つの吸着ノズル４０を装着可能とされている。

吸着ノズル４０は、図３に示すように、内筒４２および外筒４４と、内筒４２の下端に嵌め入れられて先端がノズル口として機能する先端筒４６とを含んで構成されている。吸着ノズル４０は、内筒４２の内部に、図示しない負圧源に接続されるとともにノズル口に至る負圧路が形成されており、その負圧路を介して、ノズル口に負圧が供給される。そして、吸着ノズル４０は、その負圧の作用によって、先端部において、ダイＤを吸着保持する。なお、吸着ノズル４０には、係合ピン４８が、外筒４４の外周面から内筒４２を貫通して挿入され、一端が外向きに突出する状態で設けられている。

次に、吸着ノズル４０のアダプタ３８への装着に関して説明する。アダプタ３８は、自身の軸線方向（上下方向）に延びて下端に開口する嵌合穴５０が形成された嵌合筒５２を主体として構成される。その嵌合筒５２は、内径が吸着ノズル４０の外筒４４の外径より僅かに大きくされており、吸着ノズル４０は、嵌合筒５２に嵌め入れられようにして装着される。嵌合筒５２には、軸線方向に延びるスロット５４が形成されており、吸着ノズル４０に設けられた係合ピン４８の一端側が、そのスロット５４に進入させられることで、吸着ノズル４０の嵌合筒５２に対する回転、つまり、吸着ノズル４０のロッド３２に対する軸線周りの回転が禁止される。

嵌合筒５２には、径方向に貫通する貫通穴６０が、同じ高さで、周方向に等角度間隔に隔たった３箇所（図３には、１箇所のみ示されている）に形成されている。それら３つの貫通穴６０の各々には、貫通穴６０内を移動可能なボール６２が保持されている。そのボール６２は、貫通穴６０の長さより大きな直径のものとされている。なお、貫通穴６０は、嵌合穴５０への開口がボールの直径よりも小さくされており、ボール６２の嵌合穴５０への脱落が防止されるようになっている。

アダプタ３８は、嵌合筒５２の外周に、概して円筒状をなして軸線方向に摺動可能に嵌合されたスリーブ６４を含んで構成される。そのスリーブ６４は、それの上面と嵌合筒５２の外周面に固定された環状のリテーナ６６との間に配設された圧縮コイルスプリング６８（単に、「スプリング６８」と呼ぶ場合がある）によって、下方に付勢されている。リテーナ６６には、３つのボール６２の各々に対応する位置に、軸線方向に延びる３本の切欠７０が形成されている。それら３本の切欠７０は、上側ほど深さが減少させられた形状とされている。

スリーブ６４は、スプリング６８によって下方に付勢されており、図３に示すように、通常、内周面の上端側において貫通穴６０の外側の開口を塞ぐようになっている。したがって、ボール６２は、貫通穴６０内で外側への移動が禁止され、貫通穴６０の内側の開口から突出した状態、つまり、嵌合穴５０内に突出した状態となる。一方、スリーブ６４が、上方へ移動させられて、切欠７０が貫通穴６０の外側の開口に対向する位置にある状態となると、ボール６２は、切欠７０内に進入し、貫通穴６０から外側に突出することになる。換言すれば、ボール６２は、嵌合穴５０に突出していない状態となるのである。

また、吸着ノズル４０は、外筒４４の中間部に、断面が円弧形状で周方向に延びる円環状の係合溝７２が形成されている。吸着ノズル４０がアダプタ３８に装着された際には、図３に示すように、嵌合穴５０内に突出したボール６２の各々が吸着ノズル４０の係合溝７２に係合し、吸着ノズル４０の嵌合筒５２に対する上下方向の移動が禁止されるようになっている。つまり、ボール６２が係合体として機能するとともに、係合溝７２が凹部として機能し、アダプタ３８は、部品保持デバイスである吸着ノズル４０のホルダであるロッド３２に対する軸線方向の移動を禁止するロック機構を有していると考えることができる。なお、そのロック機構は、スリーブ６４をスプリング６８の付勢力に抗して、嵌合筒５２に対して上方に移動させることで、ボール６２の外側への移動が許容され、ロックが解除された状態となる。この状態で、吸着ノズル４０にアダプタ３８から抜き出す方向の力を作用させることで、吸着ノズル４０をアダプタ３８から取り外すことができる。

吸着ノズル４０は、ダイＤを吸着保持する際に昇降させられるのであるが、その吸着ノズル４０の昇降は、ロッド昇降装置３６がロッド３２を昇降させることによって行われる。つまり、ロッド昇降装置３６は、部品保持デバイスとしての吸着ノズル４０を前進・後退させる保持デバイス移動装置として機能する。ロッド昇降装置３６は、ボールねじ機構８０と、アクチュエータであるモータ８２とを含んで構成されている。モータ８２は、雄ねじが形成されたねじロッド８４を回転させることで、雌ねじが形成されたナットを有するレバーブロック８６を、昇降させるように構成されている。そのレバーブロック８６は、４つのロッド３２のすべてに係合する状態、あるいは、それら４つのロッド３２のうちの１つのもののみに係合する状態、に変更可能とされている。ロッド昇降装置３６は、レバーブロック８６が係合しているロッド３２を昇降させること、つまり、４つのロッド３２のすべてを同時に昇降させること、４つのロッド３２のうちの任意に選択された１つのもののみを昇降させることが可能とされているのである。

なお、モータ８２には、回転角を検出する回転角センサが設けられている。モータ８２が、その回転角センサの検出結果に基づいて制御されることで、レバーブロック８６の昇降、つまり、ロッド３２の制御が制御されるようになっている。

また、ピックアップヘッド１８は、吸着ノズル４０の上下を逆さまにする機構であるノズル反転機構９０を備えている。図２に示すように、ロッド保持体３８は、左右に延びる姿勢で基体３０に付設された支持軸９２によって、回転可能に支持されており、ロッド保持体３４の側面に付設されたピニオン９４をそれと噛合するラック９６によって回転させることで、反転させられる（図２の太矢印が示す動作を行う）。この反転により、ロッド３２およびそれに装着された吸着ノズル４０が、反転させられるのである。なお、ダイ集合体ＤＳからピックアップされたダイＤは、このノズル反転機構９０によって、吸着ノズル４０のノズル口が上を向くような姿勢で、つまり、ピックアップヘッド１８によって上端に保持された状態で供給されるようになっている。なお、それらダイＤは、例えば、図示を省略する部品装着機と受け渡しが行われ、基板への装着に用いられる。

本ダイ供給機１０は、ダイＤのサイズ等に応じて、吸着ノズル４０を、自動で交換するように構成されている。以下に、吸着ノズル４０の交換時における本ダイ供給機１０の動作について簡単に説明する。本ダイ供給機１０は、ノズルストッカ１００を備えている。本ダイ供給機１０は、吸着ノズル４０を交換する際には、まず、ピックアップヘッド１８をヘッド移動装置２０によりノズルストッカ１００の空の収容筒１０２の上方に移動させ、現時点でロッド３２に装着されている４つの吸着ノズル４０のすべて、あるいは、それらのうちの１つのものに対応するロッド３２をロッド昇降装置３６によって下降させ、空の収容筒１０２において吸着ノズル４０を離脱させる。次に、ロッド３２を上昇させ、ピックアップヘッド１８を、別の吸着ノズル１１０が収容されている収容筒１１２の上方に移動させる。そして、４つのロッド３２、あるいは、それらのうちの１つのものを下降させ、吸着ノズル１１０を装着させるのである。なお、吸着ノズル１１０は、交換前の吸着ノズル４０と先端筒４６を除いて、ほぼ同様の構成のものである。

本ダイ供給機１０では、吸着ノズルの交換が行われた場合、交換された吸着ノズル１１０が適切に装着されているか否かの判定が行われる。その判定は、吸着ノズル１１０のロッド３２に対する軸線方向における相対位置を検出し、その検出結果に基づいて行われる。

ダイ供給機１０は、メインフレーム１０に固定されて上面に物体が当接したことを検出するタッチセンサ１２０を備えている。本ダイ供給機１０では、ヘッド移動装置２０によって吸着ノズル１１０が装着されたロッド３２をタッチセンサ１２０の上方に移動させ、ロッド昇降装置３６によってロッド３２を下降させて、吸着ノズル１１０の先端をタッチセンサ１２０に当接させる。そして、吸着ノズル１１０がタッチセンサ１２０に当接するまでの下降量が検出される。その検出された下降量が、吸着ノズル１１０がロッド３２に適切に装着された場合における基準となる下降量と比較され、吸着ノズル１１０のロッド３２との上下方向の相対位置が検出されるのである。具体的に言えば、吸着ノズル１１０の先端の基準からのズレ量Δｈが検出されるのである。

吸着ノズル１１０がロッド３２に適切に装着されている場合には、図４Ａに示すように、ボール６２が係合溝７２に嵌まり込んだ状態となっている。本ダイ供給機１０において、吸着ノズル１００のロッド３２に対する装着構造によれば、ボール６２の一部が係合溝７２に入り込めば、ボール６２が内側に向かって付勢されていること、および、係合溝７２が円弧形状断面をしていることにより、吸着ノズル１１０は、図４Ａに示した位置まで嵌まり込んでロッド３２に適切に装着されることになる。

しかしながら、図４Ｂに示すように、吸着ノズル１１０の係合溝７２が形成されていない部分にボール６２が当接し、吸着ノズル１１０が保持されてしまいロッド３２に適切に装着されないような場合がある。このような場合には、吸着ノズル１１０は、係合溝７２の幅Ｗの半分の長さ以上、基準となる位置からずれていると考えられる。

したがって、本ダイ供給機１０においては、上述のように検出された吸着ノズル１１０の先端の基準からのズレ量Δｈが、係合溝７２の幅の半分の長さＷ／２を超えた場合に、吸着ノズル１１０がロッド３２に対して適切に装着されていないと判断されるようになっている。つまり、本ダイ供給機１０は、タッチセンサ１２０を含んで構成されるデバイス装着状態判定装置を備えるものとなっており、そのデバイス装着状態判定装置とピックアップヘッド１８とを含んで、実施形態の部品保持装置が構成されている。

なお、吸着ノズルが扱う部品は精密なものが多く、その部品に損傷を与えないようにする必要がある。しかしながら、吸着ノズルには、同じ種類のものであっても、材料や加工精度等によって、その長さに僅かに誤差が存在する。そこで、本ダイ供給機１０においては、部品を保持する場合や、部品装着機等への受け渡しのために部品を離脱させる場合に、その誤差をも考慮して、吸着ノズルの昇降が制御されるようになっている。

具体的には、本ダイ供給機１０においては、ダイＤを供給する作業を行う前に、４つの吸着ノズル４０の高さが検出され、その検出結果に基づいて、ロッド昇降装置３６が制御されることで、吸着ノズル１０の昇降が制御されるようになっている。詳しく言えば、本ダイ供給機１０においては、キャリブレーションとして、４つの吸着ノズル４０の各々が順に下降させられて、それらの先端がタッチセンサ１２０に当接させられ、それぞれのタッチセンサ１２０に当接するまでの下降量が検出される。そして、その下降量に基づいて、４つの吸着ノズル４０の高さが記憶され、それら４つの吸着ノズル４０の各々の高さに基づいて、ロッド昇降装置３６が制御されるのである。

そして、そのキャリブレーション際には、先に述べた手法と同様に、４つの吸着ノズル４０の各々のタッチセンサ１２０に当接するまでの下降量に基づいて、各吸着ノズル４０の先端の基準からのズレ量Δｈが演算され、そのズレ量Δｈが、係合溝７２の幅の半分の長さＷ／２以下であるか否かによって、吸着ノズル１１０がロッド３２に対して適切に装着されているか否かが判断されるようになっている。

つまり、本ダイ供給機１０においては、タッチセンサ１２０に吸着ノズル１２０の先端を当接させる動作のみで、吸着ノズルの先端の高さを測定するとともに、吸着ノズルのロッド３２への装着状態の判定も、同時に行うことが可能となっているのである。なお、従来から、タッチセンサを用いて吸着ノズルの高さを測定する構成とされていたダイ供給機においては、タッチセンサ１２０の検出結果に基づいて、吸着ノズルがロッド３２に対して適切に装着されているか否かの判定を行う部分を追加するのみで、本実施形態の部品保持装置を実現することができるのである。

なお、本実施形態の部品保持装置は、ダイ供給機に搭載されていたが、ダイ供給機に限定されない。本実施形態の部品保持装置は、例えば、部品装着機など、部品に対する作業を行うためにその部品を保持する必要がある種々の機器に搭載することが可能である。また、本実施形態の部品保持装置は、部品保持デバイスとして吸着ノズルが採用されていたが、それに限定されず、チャック等であってもよい。

１０：ダイ供給機 １８：ピックアップヘッド ３２：ロッド〔ホルダ〕 ３４：ロッド保持体 ３６：ロッド昇降装置〔保持デバイス移動装置〕 ３８：アダプタ ４０：吸着ノズル〔部品保持デバイス〕 ４２：内筒 ４４：外筒 ４６：先端筒 ５０：嵌合穴 ５２：嵌合筒 ６０：貫通穴 ６２：ボール〔係合体〕 ６４：スリーブ ６８：圧縮コイルスプリング ７２：係合溝〔凹部〕 ９０：ノズル反転機構 １００：ノズルストッカ １１０：吸着ノズルル〔部品保持デバイス〕 １２０：タッチセンサ

Claims (5)

1. 部品を保持する部品保持デバイスと、
   自身の軸線方向における先端において前記部品保持デバイスを着脱可能に保持するホルダと、
   そのホルダを軸線方向に移動させることで前記部品保持デバイスを前進・後退させる保持デバイス移動装置と、
   前記部品保持デバイスの前記ホルダに対する軸線方向における相対位置を検出し、その検出結果に基づいて、前記部品保持デバイスが前記ホルダに適切に装着されているか否かを判定するデバイス装着状態判定装置と
   を含んで構成された部品保持装置であって、
   前記ホルダが、前記軸線方向に延びて前記部品保持デバイスの一部を内部に嵌合させる嵌合穴が形成された筒部を有し、
   前記部品保持デバイスが、前記筒部に嵌合する部分の外周面に凹部が形成されたものとされ、
   前記ホルダが、前記軸線方向に交差する方向に延びて前記嵌合穴に開口が形成されたものとされ、
   前記部品保持装置が、
   前記ホルダに保持され、前記嵌合穴の内部に突出して前記凹部に係合可能な係合体を有し、その係合体を付勢力によって前記凹部に係合させることで前記部品保持デバイスの前記ホルダに対する前記軸線方向の移動を禁止するロック機構を備え、
   前記デバイス装着状態判定装置が、
   検出された前記部品保持デバイスの前記ホルダに対する前記軸線方向における相対位置が、前記凹部と前記係合体との前記軸線方向における位置関係に基づいて設定された閾範囲外となった場合に、前記部品保持デバイスが前記ホルダに適切に装着されていないと判定するように構成された部品保持装置。
2. 前記係合体が、球体とされ、
   前記凹部が、周方向に延びて断面が円弧形状の溝とされ、
   前記デバイス装着状態判定装置が、
   検出された前記部品保持デバイスの前記ホルダに対する前記軸線方向における相対位置が、基準とされた相対位置に対して、前記溝の軸線方向の幅の半分の大きさを超えてずれている場合に、前記部品保持デバイスが前記ホルダに適切に装着されていないと判定するように構成された請求項１に記載の部品保持装置。
3. 当該部品保持装置が、
   部品を保持する場合、あるいは、保持した部品を離脱させる場合に、前記デバイス装着状態判定装置によって検出された前記部品保持デバイスの前記ホルダに対する前記軸線方向における相対位置に基づいて、前記保持デバイス移動装置を制御するように構成された請求項１または請求項２に記載の部品保持装置。
4. 前記部品保持デバイスが、部品を吸着して保持する吸着ノズルである請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の部品保持装置。
5. 前記デバイス装着状態判定装置が、
   前記ホルダに対する前記軸線方向における相対移動が不能に設けられて物体が当接したことを検出するタッチセンサを有し、前記保持デバイス移動装置により前記部品保持デバイスを前進させてその部品保持デバイスの特定の部分を前記タッチセンサに当接させることで、前記部品保持デバイスの前記ホルダに対する前記軸線方向における相対位置を検出するように構成された請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の部品保持装置。

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