JP6918309B2 - 駆動装置および圧電アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、チップ状の電子部品を処理する電子部品処理装置において電子部品の処理に用いる作用子を駆動する駆動装置、および駆動装置の駆動源として用いられる圧電アクチュエータに関する。

チップ状の電子部品は、テーピング装置によりテーピングされ、テープから基板上に実装されるが、テーピング装置においては、テーピング前の電子部品の特性が測定され、その後、電子部品のテーピングが行われる。

テーピング装置において用いられる、電気部品の特性を測定する測定装置としては、測定プローブを駆動装置により駆動させて、ターンテーブルにより順次に搬送されてくるチップ状の電子部品に接触させることにより電気特性を測定するものが用いられている。測定プローブを駆動させる駆動装置としては、揺動可能に設けられた揺動アームに測定プローブを保持し、電磁コイルを有する駆動機構により揺動アームを揺動させて、測定プローブを測定位置と退避位置との間で移動させるものが知られている（例えば特許文献１、２）。

また、測定装置として、他に、測定プローブを固定し、吸着ノズルに電子部品を吸着させ、電子部品を吸着した吸着ノズルを、電磁コイルを有する駆動装置で駆動して電子部品の電極を測定プローブに接触させるタイプのものも用いられている（例えば特許文献３）。

さらに、テーピング装置において、電子部品をテーピングする際に、吸着ノズルに電子部品を吸着させ、電磁コイルを有する駆動装置で吸着ノズルを駆動して電子部品をテープに挿入する装置も知られている（例えば特許文献４）。

このように、テーピング装置においては、電磁コイルにより作用子を駆動する駆動装置が多用されているが、このような駆動装置は高速化が要求されており、従来の電磁コイルを用いた駆動装置では、高速化も限界に達している。

このような高速化に対応した駆動装置として、積層型の圧電素子を用いた圧電アクチュエータを用いて作用子としてのプローブを圧電素子の変位方向に進退移動させるものが提案されている（例えば、特許文献５）。

特開２００１−２４９１６７号公報 特開２００１−２７２４１７号公報 特開２００２−２８６７９６号公報 特開平９−２９８３９８号公報 特開２００９−２２９２４９号公報

しかしながら、圧電素子は、発生する変位が数μｍから数十μｍと極めて小さい。このため、上記特許文献５に示されたように圧電素子の駆動方向に作用子を移動させる場合には、必要なストロークを得るために圧電素子として極めて長いものが必要となり、実用的ではない。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、高速動作が可能な圧電素子を用いて電子部品の処理に用いる作用子を駆動させる実用的な駆動装置、およびそれに用いる圧電アクチュエータを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、以下の（１）〜（１９）を提供する。

（１）チップ状の電子部品を処理する電子部品処理装置において電子部品の処理に用いる作用子を駆動する駆動装置であって、
印加電圧に応じて所定方向に伸縮変位する圧電素子を有する圧電素子部と、
前記圧電素子の伸縮変位が伝達され、その伸縮変位を拡大された角度変位として出力する変位拡大機構と、
基端部が前記変位拡大機構に取り付けられるとともに、先端部に前記作用子が取り付けられ、前記変位拡大機構の角度変位にともなって揺動し、前記作用子を揺動させる揺動アームと
を備え、
前記変位拡大機構は、
前記圧電素子部の一方の端部を固定する第１部材と、
前記圧電素子部の他方の端部を固定する第２部材と、
前記圧電素子部の他方の端部側において、前記第１部材および前記第２部材に、それぞれ可撓性を有する第１のヒンジ部および第２のヒンジ部を介して結合され、前記揺動アームが取り付けられる第３部材とを有し、
前記第１部材および前記第２部材は、前記圧電素子の伸縮変位により相対的な変位を生じ、その相対的な変位が前記第１のヒンジ部および第２のヒンジ部を介して前記第３部材に拡大された角度変位として伝達され、その拡大された角度変位が前記揺動アームに伝達されることを特徴とする駆動装置。

（２）前記変位拡大機構は、前記電子部品処理装置のベース部材に接触するように設けられ、前記圧電素子から前記変位拡大機構を介して前記ベース部材に至る放熱経路が形成されていることを特徴とする（１）に記載の駆動装置。

（３）前記変位拡大機構の前記第１部材は、前記圧電素子部の側面を覆うように設けられた側面部を有し、前記側面部が前記ベース部材に接触するように設けられていることを特徴とする（２）に記載の駆動装置。

（４）前記側面部は、前記圧電素子部の一方の側面を覆うように設けられていることを特徴とする（３）に記載の駆動装置。

（５）前記側面部は、前記圧電素子部の両側面を覆うように設けられていることを特徴とする（３）に記載の駆動装置。

（６）前記圧電素子部からの熱が熱伝導により前記側面部に伝熱されるように構成されていることを特徴とする（３）から（５）のいずれかに記載の駆動装置。

（７）前記圧電素子部と前記側面部との間に高熱伝導材料が介装されていることを特徴とする（６）に記載の駆動装置。

（８）前記圧電素子部は、前記圧電素子と、前記圧電素子に予め圧縮力を付与する与圧機構とを有することを特徴とする、（１）から（７）のいずれかに記載の駆動装置。

（９）前記電子部品処理装置は、電子部品の特性の測定を行うための測定装置であり、前記作用子は、前記電子部品に接触されて特性を測定するための測定プローブであることを特徴とする（１）から（８）のいずれかに記載の駆動装置。

（１０）前記電子部品処理装置は、電子部品の特性の測定を行うための測定装置であり、前記作用子は、前記電子部品を吸着するための吸着ノズルであり、前記吸着ノズルに吸着された電子部品が特性を測定するための測定プローブに接触されることを特徴とする（１）から（８）のいずれかに記載の駆動装置。

（１１）前記電子部品処理装置は、電子部品をテーピングする際に電子部品をキャリアテープに挿入する挿入装置であり、前記作用子は、前記電子部品を吸着するための吸着ノズルであり、前記吸着ノズルに吸着された電子部品が前記キャリアテープに挿入されることを特徴とする（１）〜（８）のいずれかに記載の駆動装置。

（１２）チップ状の電子部品を処理する電子部品処理装置において電子部品の処理に用いる作用子を駆動するための圧電アクチュエータであって、
印加電圧に応じて所定方向に伸縮変位する圧電素子を有する圧電素子部と、
前記圧電素子の伸縮変位が伝達され、その伸縮変位を拡大された角度変位として出力する変位拡大機構とを備え、
前記変位拡大機構には、先端部に前記作用子が取り付けられた揺動アームの基端部が取り付けられ、前記揺動アームは、前記変位拡大機構の角度変位にともなって揺動し、前記作用子を揺動させ、
前記変位拡大機構は、
前記圧電素子部の一方の端部を固定する第１部材と、
前記圧電素子部の他方の端部を固定する第２部材と、
前記圧電素子部の他方の端部側において、前記第１部材および前記第２部材に、それぞれ可撓性を有する第１のヒンジ部および第２のヒンジ部を介して結合され、前記揺動アームが取り付けられる第３部材とを有し、
前記第１部材および前記第２部材は、前記圧電素子の伸縮変位により相対的な変位を生じ、その相対的な変位が前記第１のヒンジ部および第２のヒンジ部を介して前記第３部材に拡大された角度変位として伝達され、その拡大された角度変位が前記揺動アームに伝達されることを特徴とする圧電アクチュエータ。

（１３）前記変位拡大機構は、前記電子部品処理装置のベース部材に接触するように設けられ、前記圧電素子から前記変位拡大機構を介して前記ベース部材に至る放熱経路が形成されていることを特徴とする（１２）に記載の圧電アクチュエータ。

（１４）前記変位拡大機構の前記第１部材は、前記圧電素子部の側面を覆うように設けられた側面部を有し、前記側面部が前記ベース部材に接触するように設けられていることを特徴とする（１３）に記載の圧電アクチュエータ。

（１５）前記側面部は、前記圧電素子部の一方の側面を覆うように設けられていることを特徴とする（１４）に記載の圧電アクチュエータ。

（１６）前記側面部は、前記圧電素子部の両側面を覆うように設けられていることを特徴とする（１４）に記載の圧電アクチュエータ。

（１７）前記圧電素子部からの熱が熱伝導により前記側面部に伝熱されるように構成されていることを特徴とする（１４）から（１６）のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ。

（１８）前記圧電素子部と前記側面部との間に高熱伝導材料が介装されていることを特徴とする（１７）に記載の圧電アクチュエータ。

（１９）前記圧電素子部は、前記圧電素子と、前記圧電素子に予め圧縮力を付与する与圧機構と、を有することを特徴とする（１２）から（１８）のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。

本発明によれば、圧電素子の変位を変位拡大機構により拡大された角度変位として出力し、その拡大された角度変位にともなって、先端部に作用子が取り付けられた揺動アームを揺動させるので、圧電素子として極めて長いものを用いることなく、所望のストロークで作用子を駆動させることができる。また、揺動アームの長さおよび取り付け方向等を変更することにより、作用子の移動距離および移動方向を自在に調整することができる。また、揺動アームの材料も適宜選択することができる。このため、圧電素子を用いた実用的な駆動装置を得ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る駆動装置の一例を示す側面図である。 図１の測定プローブ駆動装置を斜め上方から見た斜視図である。 図１の測定プローブ駆動装置を斜め下方から見た斜視図である。 圧電素子部を示す側面図である。 本発明の第１の実施形態に係る駆動装置により駆動された測定プローブにより電子部品の電気特性を測定している状態を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る駆動装置の他の例を示す側面図である。 図６の駆動装置を測定装置に適用した状態を示す模式図である。 図６の駆動装置をキャリアテープに挿入する挿入装置に適用した状態を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る駆動装置を示す側面図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
まず、第１の実施形態について説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係る駆動装置の一例を示す側面図、図２は図１の駆動装置を斜め上方から見た斜視図、図３は図１の駆動装置を斜め下方から見た斜視図、図４は圧電素子部２を示す側面図である。

本実施形態の駆動装置１は、ターンテーブル（図１〜３では図示せず）上を搬送されるチップ状の電子部品の電気特性等を測定するための測定装置において、作用子としての測定プローブ４０を駆動させるものであり、測定装置のベース部材５０に取り付けられている。

この駆動装置１は、印加電圧に応じて長さ方向に伸縮変位する圧電素子を有する圧電素子部２と、圧電素子の伸縮変位が伝達され、その伸縮変位を拡大された角度変位として出力する変位拡大機構３と、基端部が変位拡大機構３に取り付けられるとともに、先端部に測定プローブ４０が取り付けられ、変位拡大機構３の角度変位にともなって揺動し、測定プローブ４０を揺動させる揺動アーム４とを備えている。圧電素子部２と変位拡大機構３とで圧電アクチュエータ１０を構成している。

圧電素子部２は、印加電圧に応じて伸縮する圧電素子１１と、圧電素子１１に予め圧縮力を付与する与圧機構１２とを有する。

圧電素子１１は、例えば、１０ｍｍ×１０ｍｍの板状の圧電体が電極を挟んで複数積層されて例えば４０ｍｍの長さにされた直方体として構成されている。圧電素子１１は、側面に電圧を印加するための電気端子（図示せず）を備えており、電気端子間に電圧が印加されることにより、長さ方向に伸縮するように構成されている。圧電体を構成する圧電材料としては、圧電効果を有するセラミック材料が用いられ、そのような材料として、典型的にはチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３；ＰＺＴ）を挙げることができる。圧電素子２の形状は直方体に限らず、例えば三角柱や六角柱等の多角柱であっても、円柱であってもよい。

与圧機構１２は、圧電素子が引張力に対して弱いセラミック材料からなることに鑑み、圧電素子から生じる力に対して１／５〜１／２程度の圧縮力を与えておくためのものであり、圧電素子１１の伸縮方向（長さ方向）の一端面および他端面に接着により固定された一対のヘッドピース１３と、これら一対のヘッドピース１３間に架け渡されるように設けられた直線状をなす２本の圧縮力付与部１４とを有している。ヘッドピース１３と圧縮力付与部１４は一体となっている。

圧電素子１１を与圧機構１２に装着する際には、与圧機構１２して、圧電素子２の伸縮方向に引張力を作用させて圧縮力付与部１４を伸長させた状態で圧電素子１１を一対のヘッドピース１３間に装着し、その後、引張力を解除する。これにより、圧電素子２に引張力に対応する圧縮力が付与された状態とされる。与圧機構１２の与圧付与部１４をこのように直線状にすることにより、与圧機構１２の構造がシンプルになり、容易に加工することができ、コストを低くすることができる。

与圧機構１２を構成する材料としては、圧縮力付与可能な剛性を有し、比較的強度が高く、さらに耐候性や耐食性に優れ、熱膨張係数が小さいものが好ましい。このような材料としては、インバー合金、スーパーインバー合金、炭素繊維、ステンレス鋼を挙げることができる。

なお、与圧機構１２は必ずしも設ける必要はなく、例えば、変位拡大機構３に予圧機能を持たせること等により、与圧機構１２を設けずに圧電素子１１のみで圧電素子部２を構成してもよい。

変位拡大機構３は、圧電素子部２の一方の端部Ａを固定する第１部材２１と、圧電素子部２の他方の端部Ｂを固定する第２部材２２と、第１部材２１および第２部材２２に、それぞれ可撓性を有する第１のヒンジ部２４および第２のヒンジ部２５を介して結合され、揺動アーム４が取り付けられる第３部材２３とを有している。第１部材２１は、圧電素子部２の他方の端部Ｂに向けて延び、圧電素子１１の一方の側面を覆うように設けられており側面部を構成している。第１部材２１は、圧電素子部２を収容する切り欠き部２６を有している。

第１部材２１および第２部材２２は、圧電素子１１の伸縮変位により相対的な変位を生じ、その相対的な変位が第１のヒンジ部２４および第２のヒンジ部２５を介して第３部材２３に拡大された角度変位として伝達され、その拡大された角度変位が揺動アーム４に伝達される。

すなわち、第１ヒンジ部２４および第２ヒンジ部２５は、圧電素子１１の伸縮により弾性変形され、圧電素子１１が伸縮変位した際に、その伸縮変位により変位する第２部材２２と変位しない第１部材２１との間の相対的な変位により撓み、これらが支点となって、第３部材２３に数倍から数十倍に拡大された角度変位が生じる。このとき、第１ヒンジ部２４と第２ヒンジ部２５との距離が近いほど、第３部材２３の角度変位の拡大率を大きくすることができる。

変位拡大機構３を構成する材料としては、インバー合金、スーパーインバー合金、ステンレス鋼等、熱膨張が小さく、比較的熱伝導性のよい材料を挙げることができる。

揺動アーム４は、基端部が変位拡大機構３の第３部材２３の下面にねじ止めされ、先端部に測定プローブ４０が取り付けられている。測定プローブ４０は、揺動アーム４の先端部から上方に延びるように設けられており、その上端（先端）が測定端となっている。また、測定プローブ４０の下端には測定治具（図示せず）が接続されている。そして、揺動アーム４は、第３部材２３の拡大された角度変位が伝達されて揺動し、先端部の測定プローブ４０を揺動させる。これにより、測定プローブ４０が、上方にあるターンテーブル（図１〜３では図示せず）を搬送されてきた電子部品に接触する位置と、電子部品から退避した位置との間で高速で移動する。これにより、複数の電子部品について電気特性等が高速で測定される。

揺動アーム４は、第３部材２３の拡大された角度変位にともなって、変位拡大機構３の第３部材２３のねじ止め部分を支点として揺動するので、揺動アーム４の先端の揺動変位はさらに拡大され、そのさらに拡大された揺動変位が測定プローブ４０に与えられる。このため、測定プローブ４０に必要な大きさの変位を容易に得ることができる。また、揺動アーム４の長さおよび取り付け方向を変更することにより、測定プローブ４０の動作位置および移動距離を自在に調整することができる。

揺動アーム４は、測定プローブ４０を高速で揺動させる必要があることから、アルミニウムまたはアルミニウム合金のような軽量な材料で構成されている。

上記変位拡大機構３は、測定装置のベース部材５０に接触するように設けられており、圧電素子１１から変位拡大機構３を介してベース部材５０に至る放熱経路が形成されている。これにより、圧電素子１１で発生した熱が変位拡大機構３を介してベース部材５０に放熱される。

具体的には、圧電素子部２の一方の側面を覆うように設けられた側面部である第１部材２１の上面がベース部材５０の下面に接触するようにベース部材５０にねじ止め固定され、圧電素子１１の熱が第１部材２１を介してベース部材５０に伝達されるように構成される。

圧電素子１１と第１部材２１との間には、圧電素子１１の熱を熱伝導により側面部を構成する第１部材２１に速やかに伝達できるように、良好な熱伝導性を有する熱伝導性材料５が介装されている。熱伝導性材料５としては、良好な熱伝導性を有する充填剤や、シリコンシート等の熱伝導性が高く伸縮可能なシートであることが好ましい。これにより、熱伝導性材料５が圧電素子１１の伸縮に追従することができ、圧電素子１１の熱が第１部材２１に効果的に伝達され、圧電素子１１の熱がベース部材５０により放熱しやすくなる。

次に、測定装置および駆動装置１の動作について説明する。
測定装置のターンテーブル７０は、回転可能に設けられ、図５に示すように、周方向に沿って電子部品６０を収納する複数の収納溝７１を有している。そして、ターンテーブル７０を回転させつつ、圧電素子１１の電気端子間に所定の電圧を印加して、圧電素子１１を伸縮させることにより、変位拡大機構３および揺動アーム４を介して作用子としての測定プローブ４０を揺動させることにより、複数の収納溝７１に収納された電子部品６０の電気特性等を順次測定する。すなわち、ターンテーブル７０を回転させて収納溝７１に収納された電子部品６０が測定プローブ４０の直上の測定位置に達した際に、測定プローブ４０を上方に変位させて測定プローブ４０の先端を電子部品６０の下面に設けられた電極６１に接触させ、電子部品６０の電気特性を測定し、測定後、測定プローブ４０を下方に変位させて退避させる。そして、次の電子部品６０が測定位置に到達した時点で再び同様の動作を行い、これら動作を高速で繰り返す。測定プローブ４０を高速で揺動させるために、圧電素子１１の電気端子間にはパルス状の電圧が与えられる。

このとき、圧電素子１１の電気端子間に所定の電圧を印加することにより、圧電素子１１が長さ方向に伸縮し、その伸縮変位が変位拡大機構３により、拡大された角度変位として出力され、変位拡大機構３の角度変位にともなって揺動アーム４が揺動され、作用子である測定プローブ４０がターンテーブル７０上の電子部品に接触する位置と、電子部品から退避した位置との間で揺動する。

具体的には、圧電素子１１の伸縮変位により変位拡大機構３の第２部材２２が変位し、第１部材２１は変位しないため、第１部材２１と第２部材２２との間に相対的な変位が生じ、その相対的な変位によって第１ヒンジ部２４および第２ヒンジ部２５が撓み、これらが支点となって、第３部材２３に数倍から数十倍に拡大された角度変位が生じる。そして、第３部材２３に取り付けられた揺動アーム４は、第３部材２３の拡大された角度変位が伝達されて揺動し、先端部の測定プローブ４０が揺動される。これにより、測定プローブ４０が、ターンテーブル（図１〜３では図示せず）に搭載された電子部品に接触する位置と、電子部品から退避した位置との間で高速で移動され、複数の電子部品について電気特性等が繰り返し測定される。

圧電素子は、投入される電気エネルギーに対して６０％以上が機械エネルギーに変換されエネルギー効率が極めて高く、特に、数ｋＨｚ以上の高速応答が可能であるという優れた特性を有していることから、このように測定プローブを駆動する駆動装置として圧電素子を用いることにより、電磁コイルを用いた駆動装置と比較して２〜３倍という格段に大きな速度で測定プローブを動作させることができる。

しかし、圧電素子自体の伸縮変位は一般的に小さく、素子の長さが３０〜５０ｍｍ程度で、発生する変位が数μｍ〜数十μｍ程度であり、測定プローブのストロークとしては十分ではない。必要なストロークを得るためには圧電素子として極めて長いものが必要となるが、このような極めて長い圧電素子を用いることは実用的ではない。

そこで、本実施形態では、変位拡大機構３を用いることにより圧電素子１１の長さ方向の伸縮変位を、数倍から数十倍に拡大された角度変位として出力し、変位拡大機構３の第３部材２３に取り付けられた揺動アーム４をその角度変位にともなって揺動させる。これにより、揺動アーム４の先端に取り付けられた測定プローブ４０に対し、さらに拡大された揺動変位が与えられ、圧電素子として特別に長いものを用いることなく、電磁コイルを用いた場合と同程度の必要なストロークを得ることができる。また、揺動アーム４の長さおよび取り付け方向は、適宜変更することが可能であり、これらを変更することにより、測定プローブ４０の動作位置および移動距離を装置の設定等に応じて自在に調整することができる（設計の自由度の向上）。また、揺動アーム４は変位拡大機構３と別個に構成されているため、高速で揺動する揺動アーム４を軽量な別材質で構成して高速駆動により適したものとすることもできる。したがって、作用子である測定プローブを高速で動作させることができるとともに、実用的な駆動装置を得ることができる。

ところで、このように圧電素子１１を高速で伸縮させると、圧電素子１１の発熱が大きくなる。発熱が大きくなって圧電素子１１の温度が上昇すると、圧電素子１１の容量が変化したり、その温度がキュリー温度以上となって圧電特性が得られないといった不都合が生じる。

これに対して、本実施形態では、変位拡大機構３はベース部材５０に接触するように設けられ、圧電素子１１から変位拡大機構３を介してベース部材５０に至る放熱経路が形成されているので、圧電素子１１を高速で動作させても圧電素子１１で発生した熱を速やかにベース部材５０に逃がすことができ、圧電素子１１の温度上昇を抑制することができる。

具体的には、変位拡大機構３は、圧電素子部２の一方の側面を覆うように設けられた側面部である第１部材２１を有し、その第１部材２１の上面がベース部材５０に接触するようにベース部材５０にねじ止め固定され、圧電素子１１の熱が第１部材２１を介してベース部材５０に伝達される。このため、圧電素子１１の熱を有効に逃がすことができ、圧電素子１１の温度が上昇してその容量が変化したり、圧電素子１１の温度がキュリー温度以上となって圧電特性が得られないといった不都合を回避することができる。また、このとき、圧電素子１１と第１部材２１との間に熱伝導材料５が介在されているので、圧電素子１１からの放熱をより促進することができる。熱伝導性材料５として、良好な熱伝導性を有する充填剤や、シリコンシート等の熱伝導性が高く伸縮可能なシートを用いることにより、熱伝導性材料５が圧電素子１１の伸縮に追従することができ、圧電素子１１の熱を第１部材２１に効果的に伝達することができる。

以上は、作用子として測定装置の測定プローブ４０を用いた例について示したが、作用子は測定プローブに限るものではない。

図６は、本発明の第１の実施形態に係る駆動装置の他の例を示す側面図であり、駆動される作用子が電子部品を吸着する吸着ノズルである場合を示す。本例の駆動装置１′は、作用子が測定プローブ４０である駆動装置１例とは、上下逆向きに設けられている他は同じ構成を有している。すなわち、本例では、変位拡大機構３は、側面部を構成する第１部材２１が圧電素子部２の下側の側面を覆うように設けられており、その下面がベース部材５０の上面に接触するように設けられている。そして、揺動アーム４の基端部は第３部材２３の上面にねじ止めされ、揺動アーム４の先端部には吸着ノズル８０が取り付けられている。吸着ノズル８０は、揺動アーム４の先端部から下方に延びるように設けられており、吸着ノズル８０の上端部には、吸着機構（図示せず）が設けられている。そして、吸着機構に設けられた真空ポンプ等の吸引機構により吸引することにより、吸着ノズル８０の下端に電子部品を吸着する。そして、揺動アーム４は、第３部材２３の拡大された角度変位が伝達されて揺動し、先端部の吸着ノズル８０を揺動させる。

本例の駆動装置１′は、上記例の駆動装置１と同様、電子部品の測定を行うための測定装置に用いることができる。その際の測定装置の例を図７に示す。この測定装置は、上記駆動装置１′と、上記吸着機構（図示せず）と、ターンテーブル９０と、基盤１００と、測定治具１１０とを有する。

ターンテーブル９０は、回転可能に設けられ、周方向に沿って電子部品６０を収納する複数の収納溝９１を有している。収納溝９１はターンテーブル９０を貫通するように設けられている。電子部品６０は、電極６１が下面側になるように収納溝９１に収納される。基盤１００は、ターンテーブル９０を回転可能に支持し、その表面が電子部品６０の搬送面となっている。また、基盤１００には貫通孔１０１が形成され、貫通孔１０１の上方位置に作用子としての吸着ノズル８０が設けられ、貫通孔１０１の下方位置に測定治具１１０が設けられている。測定治具１１０は架台１２０に取り付けられており、測定治具１１０の上面には、電子部品６０の電極６１に対応する位置に測定端子１１１が設けられている。

そして、ターンテーブル９０を回転させつつ、圧電素子１１の電気端子間に所定の電圧を印加して、変位拡大機構３および揺動アーム４を介して作用子としての吸着ノズル８０を揺動させることにより、複数の収納溝９１に収納された電子部品６０の電気特性等を順次測定する。すなわち、ターンテーブル９０を回転させ、収納溝９１に収納された電子部品６０を基盤１００の搬送面に沿って搬送させて、貫通孔１０１に対応する位置に達した際に、電子部品６０を吸着ノズル８０に吸着させ、この状態で吸着ノズル８０を下方に変位させて電子部品６０の電極６１を測定治具１１０の電極１１１に接触させ、電子部品６０の電気特性を測定し、測定後、吸着ノズル８０を上方に変位させて吸着ノズル８０に吸着された電気部品６０を搬送面に戻し、吸着を解除する。そして、次の電子部品６０が貫通孔１０１に対応する位置に到達した時点で再び同様の動作を行い、これら動作を高速で繰り返す。吸着ノズル８０を高速で揺動させるために、圧電素子１１の電気端子間にはパルス状の電圧が与えられる。

このとき、駆動機構１′は、作用子が測定プローブ４０から吸着ノズル８０に代わった以外は、駆動機構１と同様に構成されているので、駆動装置１と同様の効果を得ることができる。

また、本例の駆動装置１′は、電子部品をキャリアテープに装入する挿入装置に用いることができる。その際の挿入装置の例を図８に示す。この挿入装置は、上記駆動装置１′と、上記吸着機構（図示せず）と、ターンテーブル１３０と、基盤１４０と、磁石１６０とを有する。

ターンテーブル１３０は、回転可能に設けられ、周方向に沿って電子部品６０を収納する複数の収納溝１３１を有している。収納溝１３１はターンテーブル９０を貫通するように設けられている。基盤１４０は、ターンテーブル１３０を回転可能に支持し、その表面が電子部品６０の搬送面となっている。また、基盤１４０の下方には、キャリアテープ１５０が移動可能に配置されている。キャリアテープ１５０には、電子部品６０が収納される複数のキャビティ１５１が等間隔で設けられている。基盤１４０には貫通孔１４１が形成され、貫通孔１４１の上方位置に作用子としての吸着ノズル８０が設けられ、キャリアテープ１５０下方の貫通孔１４１に対応する位置には磁石１６０が設けられている。

そして、ターンテーブル１３０を回転させ、かつキャリアテープ１５０を移動させつつ、圧電素子１１の電気端子間に所定の電圧を印加して、変位拡大機構３および揺動アーム４を介して作用子としての吸着ノズル８０を揺動させることにより、複数の収納溝１３１に収納された電子部品６０をキャリアテープ１５０のキャビティ１５１内に順次挿入させる。すなわち、ターンテーブル１３０を回転させ、収納溝１３１に収納された電子部品６０を基盤１４０の搬送面に沿って搬送させて、貫通孔１４１に対応する位置に達した際に、電子部品６０を吸着ノズル８０に吸着させるとともに、貫通孔１４１に対応する位置にキャビティ１５１を位置させ、その状態で吸着ノズル８０を下方に変位させ、吸着ノズル８０の吸着を解除して電子部品６０をキャビティ１５１内に挿入する。挿入後、吸着ノズル８０を上方に変位させて貫通孔１４１および収納溝１３１を経て図８の位置まで戻す。そして、次の電子部品６０が貫通孔１４１に対応する位置に到達した時点で再び同様の動作を行い、これら動作を高速で繰り返す。吸着ノズル８０を高速で揺動させるために、圧電素子１１の電気端子間にはパルス状の電圧が与えられる。なお、磁石１６０は、キャビティ１５１内の電子部品６０を吸引して電子部品６０の姿勢を安定させるためのものである。

以上のように駆動機構１′を挿入装置に用いた場合にも、駆動装置１と同様の効果を得ることができる。

＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。
図９は本発明の第２の実施形態に係る駆動装置を示す斜視図である。

本実施形態の駆動装置２０１は、第１の実施形態の変位拡大機構３とは異なる構成の変位拡大機構３′を有している。すなわち、本実施形態の変位拡大機構３′は、第１の実施形態の第１部材２１の代わりに、圧電素子部２の両側を覆うように設けられた側面部を構成する第１部材２１′を有している。他の構成は第１の実施形態と同様であるので、図９中、図１と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。

本実施形態の第１部材２１′はＵ字状をなし、その中央に切り欠き部２７を有しており、その切り欠き部２７に圧電素子部２が挿入されている。第１部材２１′は、ベース部材５０に接触し、圧電素子部２の上面を覆う上部２１′ａと、圧電素子部２の下面を覆う下部２１′ｂと、上部２１′ａおよび下部２１′ｂを繋ぐ連結部２１′ｃとを有し、これら上部２１′ａと、下部２１′ｂと、連結部２１′ｃの間に切り欠き部２７が形成されている。なお、上部２１′ａと、連結部２１′ｃとにより、第１の実施形態の駆動装置１における第１部材２１と同様の構造が構成される。第２部材２２は、切り欠き部２７の先端部に挿入された状態となっている。また、下部２１′ｂと第２部材２２′との間は、第３のヒンジ部２８で結合され、下部２１′ｂと第２部材２２′との間の相対移動を許容するようになっている。なお、図示していないが、圧電素子１１と第１部材２１′の上部２１′ａとの間、および圧電素子１１と第１部材２１′の下部２１′ｂとの間には熱伝導性材料が介在されている。この熱伝導性材料は、第１の実施形態における熱伝導性材料５と同様に、良好な熱伝導性を有する充填剤や、シリコンシート等の熱伝導性が高く伸縮可能なシートであることが好ましい。

本実施形態の駆動装置２０１は、第１の実施形態の駆動装置１と同様、圧電素子１１の電気端子間に所定の電圧を印加することにより、圧電素子１１が長さ方向に伸縮し、その伸縮変位が変位拡大機構３′により、拡大された角度変位として出力され、変位拡大機構３′の角度変位にともなって揺動アーム４が揺動され、作用子である測定プローブ４０がターンテーブルの収納溝に収納された電子部品に接触する位置と、電子部品から退避した位置との間で揺動する。このとき、圧電素子１１は高速応答可能であることから、測定プローブ４０の高速駆動が可能であり、複数の電子部品について高速で電気特性等を測定することができる。

本実施形態においても、変位拡大機構３′を用いることにより圧電素子１１の長さ方向の伸縮変位を、数倍から数十倍に拡大された角度変位として出力し、変位拡大機構３′の第３部材２３に取り付けられた揺動アーム４をその角度変位にともなって揺動させることができる。これにより、揺動アーム４の先端に取り付けられた測定プローブ４０に対し、さらに拡大された揺動変位が与えられ、圧電素子として特別に長いものを用いることなく、電磁コイルを用いた場合と同程度の必要なストロークを得ることができる。また、第１の実施形態と同様、揺動アーム４の長さおよび取り付け方向は、適宜変更することが可能であり、設計の自由度の向上させることができる。また、高速で揺動する揺動アーム４を軽量な別材質で構成して高速駆動により適したものとすることもできる。したがって、本実施形態においても、作用子である測定プローブを高速で動作させることができるとともに、実用的な駆動装置を得ることができる。

さらに、本実施形態では、変位拡大機構３′の側面部として機能する第１部材２１′は、圧電素子部２を上部２１′ａと、下部２１′ｂと、連結部２１′ｃとで覆った状態となっており、圧電素子１１の熱を第１部材２１′からベース部材５０（図９では図示せず）へ一層逃がしやすくすることができ、圧電素子１１の温度が上昇してその容量が変化したり、圧電素子１１の温度がキュリー温度以上となって圧電特性が得られないといった不都合を一層有効に回避することができる。このとき、圧電素子１１と第１部材２１′との間に熱伝導材料が介在されているので、圧電素子１１からの放熱をより促進することができる。さらにまた、このような構造の変位拡大機構３′を設けることにより、圧電素子部２を密閉しやすく有利であるとともに、強度アップを図ることができる。さらにまた、第２部材２２′が下部２１′ｂに第３のヒンジ部２８を介して結合されているので、構造上、第１のヒンジ部２４と第２のヒンジ部２５の位置の自由度がアップし、これらの間の距離をより小さくして、変位の拡大率をさらに高めることもできる。

なお、第２の実施形態の駆動装置においても、第１の実施形態の駆動装置と同様、作用子として吸着ノズルを用いてもよく、その場合には、測定装置の駆動機構として用いる他、電子部品をキャリアテープのキャビティに収容する挿入装置の駆動機構として用いることもできる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、チップ状の電子部品の電気特性等を測定する測定装置や、キャリアテープに電子部品を挿入する挿入装置に用いる駆動装置について説明したが、適用される装置は測定装置や挿入装置に限らず、電子部品を処理する電子部品処理装置であればよく、また、駆動する作用子として測定プローブおよび吸着ノズルを用いた場合について説明したが、これに限らず他の作用子であってもよい。

また、変位拡大機構についても上記実施形態の構成に限らず、圧電素子の伸縮変位を拡大された角度変位として出力できるものであればどのような構造であってもよい。

１，１′，２０１；駆動装置
２；圧電素子部
３，３′；変位拡大機構
４；揺動アーム
５；熱伝導性材料
１０；圧電アクチュエータ
１１；圧電素子
１２；与圧機構
１３；ヘッドピース
１４；圧縮力付与部
２１，２１′；第１部材
２２，２２′；第２部材
２３；第３部材
２４；第１ヒンジ部
２５；第２ヒンジ部
２６，２７；切り欠き部
２８；第３ヒンジ部
４０；測定プローブ
５０；ベース部材
６０；電子部品
６１；電極
７０，９０，１３０；ターンテーブル
７１，９１，１３１；収納溝
８０；吸着ノズル
１００，１４０；基盤
１０１，１４１；貫通孔
１５０；キャリアテープ
１５１；キャビティ

Claims (19)

1. チップ状の電子部品を処理する電子部品処理装置において電子部品の処理に用いる作用子を駆動する駆動装置であって、
   印加電圧に応じて所定方向に伸縮変位する圧電素子を有する圧電素子部と、
   前記圧電素子の伸縮変位が伝達され、その伸縮変位を拡大された角度変位として出力する変位拡大機構と、
   基端部が前記変位拡大機構に取り付けられるとともに、先端部に前記作用子が取り付けられ、前記変位拡大機構の角度変位にともなって揺動し、前記作用子を揺動させる揺動アームと
   を備え、
   前記変位拡大機構は、
   前記圧電素子部の一方の端部を固定する第１部材と、
   前記圧電素子部の他方の端部を固定する第２部材と、
   前記圧電素子部の他方の端部側において、前記第１部材および前記第２部材に、それぞれ可撓性を有する第１のヒンジ部および第２のヒンジ部を介して結合され、前記揺動アームが取り付けられる第３部材とを有し、
   前記第１部材および前記第２部材は、前記圧電素子の伸縮変位により相対的な変位を生じ、その相対的な変位が前記第１のヒンジ部および第２のヒンジ部を介して前記第３部材に拡大された角度変位として伝達され、その拡大された角度変位が前記揺動アームに伝達されることを特徴とする駆動装置。
2. 前記変位拡大機構は、前記電子部品処理装置のベース部材に接触するように設けられ、前記圧電素子から前記変位拡大機構を介して前記ベース部材に至る放熱経路が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記変位拡大機構の前記第１部材は、前記圧電素子部の側面を覆うように設けられた側面部を有し、前記側面部が前記ベース部材に接触するように設けられていることを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
4. 前記側面部は、前記圧電素子部の一方の側面を覆うように設けられていることを特徴とする請求項３に記載の駆動装置。
5. 前記側面部は、前記圧電素子部の両側面を覆うように設けられていることを特徴とする請求項３に記載の駆動装置。
6. 前記圧電素子部からの熱が熱伝導により前記側面部に伝熱されるように構成されていることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の駆動装置。
7. 前記圧電素子部と前記側面部との間に高熱伝導材料が介装されていることを特徴とする請求項６に記載の駆動装置。
8. 前記圧電素子部は、前記圧電素子と、前記圧電素子に予め圧縮力を付与する与圧機構と、を有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の駆動装置。
9. 前記電子部品処理装置は、電子部品の特性の測定を行うための測定装置であり、前記作用子は、前記電子部品に接触されて特性を測定するための測定プローブであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の駆動装置。
10. 前記電子部品処理装置は、電子部品の特性の測定を行うための測定装置であり、前記作用子は、前記電子部品を吸着するための吸着ノズルであり、前記吸着ノズルに吸着された電子部品が特性を測定するための測定プローブに接触されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の駆動装置。
11. 前記電子部品処理装置は、電子部品をテーピングする際に電子部品をキャリアテープに挿入する挿入装置であり、前記作用子は、前記電子部品を吸着するための吸着ノズルであり、前記吸着ノズルに吸着された電子部品が前記キャリアテープに挿入されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の駆動装置。
12. チップ状の電子部品を処理する電子部品処理装置において電子部品の処理に用いる作用子を駆動するための圧電アクチュエータであって、
    印加電圧に応じて所定方向に伸縮変位する圧電素子を有する圧電素子部と、
    前記圧電素子の伸縮変位が伝達され、その伸縮変位を拡大された角度変位として出力する変位拡大機構とを備え、
    前記変位拡大機構には、先端部に前記作用子が取り付けられた揺動アームの基端部が取り付けられ、前記揺動アームは、前記変位拡大機構の角度変位にともなって揺動し、前記作用子を揺動させ、
    前記変位拡大機構は、
    前記圧電素子部の一方の端部を固定する第１部材と、
    前記圧電素子部の他方の端部を固定する第２部材と、
    前記圧電素子部の他方の端部側において、前記第１部材および前記第２部材に、それぞれ可撓性を有する第１のヒンジ部および第２のヒンジ部を介して結合され、前記揺動アームが取り付けられる第３部材とを有し、
    前記第１部材および前記第２部材は、前記圧電素子の伸縮変位により相対的な変位を生じ、その相対的な変位が前記第１のヒンジ部および第２のヒンジ部を介して前記第３部材に拡大された角度変位として伝達され、その拡大された角度変位が前記揺動アームに伝達されることを特徴とする圧電アクチュエータ。
13. 前記変位拡大機構は、前記電子部品処理装置のベース部材に接触するように設けられ、前記圧電素子から前記変位拡大機構を介して前記ベース部材に至る放熱経路が形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の圧電アクチュエータ。
14. 前記変位拡大機構の前記第１部材は、前記圧電素子部の側面を覆うように設けられた側面部を有し、前記側面部が前記ベース部材に接触するように設けられていることを特徴とする請求項１３に記載の圧電アクチュエータ。
15. 前記側面部は、前記圧電素子部の一方の側面を覆うように設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の圧電アクチュエータ。
16. 前記側面部は、前記圧電素子部の両側面を覆うように設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の圧電アクチュエータ。
17. 前記圧電素子部からの熱が熱伝導により前記側面部に伝熱されるように構成されていることを特徴とする請求項１４から請求項１６のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ。
18. 前記圧電素子部と前記側面部との間に高熱伝導材料が介装されていることを特徴とする請求項１７に記載の圧電アクチュエータ。
19. 前記圧電素子部は、前記圧電素子と、前記圧電素子に予め圧縮力を付与する与圧機構と、を有することを特徴とする請求項１２から請求項１８のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ。

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