JPH10117099A

JPH10117099A - 光学測定用物体保持装置

Info

Publication number: JPH10117099A
Application number: JP8270595A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Ishioka; 克進石岡
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1996-10-14
Filing date: 1996-10-14
Publication date: 1998-05-06

Abstract

(57)【要約】【課題】長期使用においても被測定物を吸着保持する吸
着面の摩耗が少なく、かつ吸着ノズルでの光の反射を抑
えて被測定物を確実に画像認識することができる光学測
定用物体保持装置を提供する。【解決手段】先端に被測定物を吸着保持する平坦な吸着
面を有するとともに、該吸着面にまで連通する吸引孔を
備えた吸着ノズルの少なくとも先端部を、４００〜１０
００ｎｍの波長光に対する反射率が４０％以下であるセ
ラミックスで形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定物を吸着保
持してその外形状や一部分を光学的に測定するために使
用する光学測定用物体保持装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
例えばチップコンデンサーやチップ抵抗器などの電子部
品を基板に実装する工程では、被測定物である電子部品
を吸着保持してその電極位置を光学的に測定するため
に、図４に示すような先端に吸着ノズル２を備えてなる
光学測定用物体保持装置１（以下、物体保持装置と略称
する）が使用されており、上記吸着ノズル２の吸着面３
に被測定物１０である電子部品を吸着保持し、下方から
ライト１３の光を照射することで電子部品の電極での反
射光をＣＣＤカメラ１２で受光し、画像解析装置１４で
もって電子部品の電極位置を測定するようになってい
た。

【０００３】また、チップコンデンサーやチップ抵抗器
などの電子部品の中には吸着ノズル２の吸着面３より小
さなものもあり、この吸着面３での光の反射が大きいと
被測定物１０での反射光との濃淡が得られず、認識エラ
ーを生じることになる。

【０００４】その為、吸着ノズル２は、その表面、特に
先端部における光の反射を防ぐために、黒色を呈する樹
脂で形成したものや、炭素鋼、ステンレス、アルミニウ
ム等の金属により形成し、その表面にＴｉＣ膜やＴｉＮ
膜などの黒色系を呈するセラミック膜を被着したものが
あった。

【０００５】ところが、近年、実装の高速化に伴い１秒
間に約４〜５個の電子部品を基板に実装しなければなら
ず、そのために、吸着ノズル２を樹脂で形成したもので
は吸着面３が短期間で摩耗して寿命となり、頻繁に吸着
ノズル２を交換しなければならず、その度に装置全体を
停止しなければならないことから生産効率が悪いといっ
た課題があった。

【０００６】また、吸着ノズル２を金属で形成し、その
表面に黒色のセラミック膜を被着したものでは、吸着ノ
ズル２の吸着面３に被着したセラミック膜が比較的短い
期間で摩耗したり剥離して金属表面が露出し、この吸着
面３にライト１３の光が照射されると殆どの光が反射さ
れ、電子部品の電極での反射光が相殺されて光の濃淡が
得られなくなることから認識エラーとなり、電子部品の
電極位置を測定することができなくなるといった課題が
あった。

【０００７】しかも、この種の実装工程では基本的に自
動化されていることから、認識エラーが発生したとして
も装置が稼働し続けるため、大量の電子部品が実装不良
となってしまう恐れがあった。

【０００８】また、吸着ノズル２の吸着面３におけるセ
ラミック膜が部分的に剥離すると、電子部品が傾いた状
態で吸着保持されることになるため、前述と同様に認識
エラーとなって実装不良を引き起こす恐れがあった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題に鑑み、先端に被測定物を吸着保持する平坦な吸着面
を有するとともに、該吸着面にまで連通する吸引孔を備
えた吸着ノズルを具備してなり、該吸着ノズルの吸引孔
より真空吸引して吸着面に被測定物を吸着保持するよう
にしてなる光学測定用物体保持装置において、上記吸着
ノズルの少なくとも先端部を、４００〜１０００ｎｍの
波長光に対する反射率が４０％以下であるセラミックス
で形成したことを特徴とするものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。

【００１１】図１は本発明に係る光学測定用物体保持装
置の一例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は縦
断面図である。

【００１２】図１に示す光学測定用物体保持装置１は、
先端に平坦な吸着面３を有し、該吸着面３に向かって先
細り状に形成した略円錐状の吸着ノズル２と、該吸着ノ
ズル２が嵌合する凹部７を有する保持部材６とからな
り、上記吸着ノズル２は黒色系のセラミックスで形成す
るとともに、保持部材６はステンレス、アルミニウム、
合金工具鋼鋼材等の金属で形成してある。

【００１３】また、上記吸着ノズル２には吸着面３にま
で連通する吸引孔４を穿設してあり、該吸引孔４を介し
て真空ポンプ（不図示）により真空吸引することで吸着
ノズル２の吸着面３に被測定物（不図示）を吸着保持す
るようにしてある。

【００１４】その為、図４に示すように、吸着ノズル２
の吸着面３に被測定物１０を保持し、下方よりライト１
３の光を照射しても吸着ノズル２が黒色系セラミックス
からなるため、その表面での光の反射を防ぎ、被測定物
１０の表面あるいはその一部分のみにおいて光を反射さ
せることができるため、その反射光をＣＣＤカメラ１２
で受光して画像認識装置１４で解析することで被測定物
１０の外形状やその一部分を良好に認識することができ
る。

【００１５】しかも、吸着ノズル２の吸着面３は高硬度
でかつ高強度を有し、さらには優れた表面精度に仕上げ
ることができるセラミックスで形成してあることから、
被測定物１０の脱着を繰り返したとしても吸着面３の摩
耗が少なく、長期間にわたり使用することができる。

【００１６】ところで、吸着ノズル２を構成する黒色系
のセラミックスとしては、４００〜１０００ｎｍの波長
光に対する反射率が４０％以下であるセラミックスで形
成することが必要がある。

【００１７】即ち、この種の測定装置に使用されるライ
ト１３には、可視光域の光を照射するライト１３が使用
されているため、吸着ノズル２を４００〜１０００ｎｍ
の波長光に対する反射率が４０％より大きいセラミック
スで形成すると、吸着ノズル２での光の反射が大きく、
被測定物１０での反射光が吸着ノズル２での反射光によ
って相殺されるために濃淡差が得られず、認識エラーと
なってしまうからである。

【００１８】このような黒色系のセラミックスとして
は、着色顔料を添加したアルミナ、ジルコニア、フォル
ステライト、あるいは炭化珪素や窒化珪素等を使用する
ことができる。

【００１９】例えば、黒色系のアルミナ質セラミックス
として、アルミナ６０〜８０重量％に対し、着色顔料で
ある酸化チタンを４０〜２０重量％含有したものは、濃
青色を呈し、４００〜１０００ｎｍの波長光に対して２
０％程度の反射率を有するとともに、ビッカース硬度で
１８５０〜２１００ｋｇ／ｍｍ²、３点曲げ強度で６０
〜８０ｋｇ／ｍｍ²の機械的特性を有している。

【００２０】また、黒色系のジルコニア質セラミックス
として、Ｙ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＣｅＯ₂等の安定
化剤を添加して安定化あるいは部分安定化したジルコニ
ア８５〜９５重量％に対し、着色顔料であるＣｒ
₂Ｏ₃、ＦｅＯ、Ｆｅ₃Ｏ₄、ＣｏＯ、ＮｉＯ等を０．
１〜１５重量％、助剤成分としてＡｌ₂Ｏ₃、ＴｉＣを
重量％以下の範囲で含有したものは、黒緑色、濃青色
の黒色系を呈し、４００〜１０００ｎｍの波長光に対し
１６〜３８％の反射率を有するとともに、ビッカース硬
度で１０００〜１２００ｋｇ／ｍｍ²、３点曲げ強度で
８０〜１００ｋｇ／ｍｍ²の機械的特性を有している。

【００２１】さらに、黒色系のフォルステライト質セラ
ミックスとして、フォルステライト４０〜９０重量％に
対し、着色顔料であるＦｅＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｆｅ
₃Ｏ₄、ＴｉＯ、Ｃｒ₂Ｏ₃を１０〜６０重量％の範囲
で添加したものは、黒色を呈し、４００〜１０００ｎｍ
の波長光に対して２０％程度の反射率を有するととも
に、ビッカース硬度で８００〜９００ｋｇ／ｍｍ²、３
点曲げ強度で１４〜１７ｋｇ／ｍｍ²の機械的特性を有
している。

【００２２】また、窒化珪素質セラミックスとして、窒
化珪素９０〜９６重量％に対し、焼結助剤としてＡｌ₂
Ｏ₃とＹ₂Ｏ₃を２〜５重量％の範囲でそれぞれ添加し
たものは、黒色を呈し、４００〜１０００ｎｍの波長光
に対して２２〜２３％の反射率を有するとともに、ビッ
カース硬度で１４５０〜１５００ｋｇ／ｍｍ²、３点曲
げ強度で６０〜１００ｋｇ／ｍｍ²の機械的特性を有し
ている。

【００２３】さらに、炭化珪素質セラミックスとして、
炭化珪素９０〜９６重量％に対し、焼結助剤としてＡｌ
₂Ｏ₃とＹ₂Ｏ₃、あるいはＢとＣとを２〜５重量％の
範囲でそれぞれ添加したものは、黒色を呈し、４００〜
１０００ｎｍの波長光に対して１８〜２３％の反射率を
有するとともに、ビッカース硬度で２３５０〜２４５０
ｋｇ／ｍｍ²、３点曲げ強度で５０〜５５ｋｇ／ｍｍ²
の機械的特性を有している。

【００２４】なお、吸着ノズル２の吸着面３を含む表面
状態としては鏡面に仕上げても使用に問題はないが、吸
着ノズル２での反射光が直接ＣＣＤカメラ１２に入射す
るのを少しでも防ぐためにも面粗さは中心線平均粗さ
（Ｒａ）で０．４〜１．０μｍとしておけば良い。

【００２５】また、図１に示す物体保持装置１では吸着
ノズル２と保持部材６を別体とした例を示したが、物体
保持装置１全体を黒色系のセラミックスで一体的に形成
したものであっても良いことは言うまでもない。

【００２６】次に、本発明に係る光学測定用物体保持装
置１の他の例を図２及び図３に示す。図２は図１に示す
吸着ノズル２を金属により形成するとともに、その吸着
面３に黒色系のセラミックスからなる先端チップ２１を
設けたものである。

【００２７】この先端チップ２１は後端部を上記吸着ノ
ズル２の吸着面３より若干大きく、かつ中央に被測定物
を吸着保持する吸着面２３を備えた突起部２５を有する
断付き状の円筒体２２としてあり、金属からなる吸着ノ
ズル２の吸着面３が露出しないようにしてある。

【００２８】また、先端チップ２１の内部には吸着ノズ
ル２の吸引孔４と連通する貫通孔２４を穿設するととも
に、円筒体２２の断差面２６をテーパ状に形成し、該段
差面２６での反射光がＣＣＤカメラ１３に直接入射する
ことを防止し、被測定物の画像認識性を高めるようにし
てある。

【００２９】なお、上記先端チップ２１の固定は、吸着
ノズル２の先端面３に凹部３ａを設けるとともに、該凹
部３ａに係合する凸部２７を先端チップ２１に形成して
おき、先端チップ２１の凸部２７と吸着ノズル２の凹部
３ａとを係合させるとともに接着剤等で固着すれば良
い。

【００３０】また、図３は図１に示す吸着ノズル２を黒
色系を呈する樹脂により形成するとともに、その吸着面
３に黒色系のセラミックスからなる先端チップ３１を設
けたものである。

【００３１】この先端チップ３１は図２と同様に中央に
被測定物を吸着保持する吸着面３３を備えた突起部３５
を有する断付き状の円筒体３２としてあり、その内部に
は吸着ノズル２の吸引孔４と連通する貫通孔３４を穿設
するとともに、円筒体３２の断差面３６を滑らかな曲面
状として、該段差面３６での反射光がＣＣＤカメラ１３
に直接入射することを防止し、被測定物の画像認識性を
高めるようにしてある。

【００３２】なお、上記先端チップ３１の固定は、先端
チップ３１の凸部３７が吸着ノズル２の外形状に合致す
る内形状を有する金型内に突出するように配置し、金型
内に樹脂を充填してモールド成形することで吸着ノズル
２の吸着面３に先端チップ３１を一体的に形成してあ
る。

【００３３】これらのように吸着ノズル２を従来のよう
に金属や樹脂で形成しても、その吸着面３に黒色系のセ
ラミックスからなる先端チップ２１、３１を取着するこ
とで吸着ノズル２における光の反射を防ぎ、先端チップ
２１、３１の吸着面２３、３３に吸着保持した被測定物
の外形状やその一部分を良好に認識することができる。

【００３４】

【実施例】図１に示す本発明の物体保持装置１と従来の
物体保持装置を用いて回路基板へのチップコンデンサー
の実装試験を行った。

【００３５】本発明の物体保持装置１としては、吸着ノ
ズル２を着色顔料としてＣｒ₂Ｏ₃を添加した黒緑色を
呈するジルコニアセラミックス、黒色を呈する炭化珪素
質セラミックス及び窒化珪素質セラミックスで形成した
ものを使用した。

【００３６】上記ジルコニアセラミックスからなる吸着
ノズル２は、３ｍｏｌ％のＹ₂Ｏ_３で安定化したＺｒＯ
_２を９５重量％と、着色顔料であるＣｒ₂Ｏ₃を３重
量％添加混合して造粒体を作製し、該造粒体を金型に充
填して一軸加圧成形法により円筒状の成形体を形成し、
切削加工を施してその外形状を、先端に平坦な吸着面３
を有する略円錐状に形成するとともに、上記吸着面３に
連通する吸引孔４を穿設した。そして、この成形体を酸
化還元雰囲気下にて１４５０℃の温度で２時間焼成する
ことで、黒緑色を呈したジルコニアセラミック製の吸着
ノズル２を製作した。

【００３７】また、この吸着ノズル２を構成するジルコ
ニアセラミックスの試験片を用意し、分光光度計を用い
て４００〜１０００ｎｍの波長光に対する反射率を測定
したところ１６〜３８％であった。

【００３８】炭化珪素質セラミックスからなる吸着ノズ
ル２は、純度９９．５％のＳｉＣを９６重量％に対し、
焼結助剤としてＡｌ₂Ｏ₃とＹ₂Ｏ₃をそれぞれ２重量
％添加して造粒体を作製し、該造粒体を金型に充填して
一軸加圧成形法により円筒状の成形体を形成し、切削加
工を施してその外形状を、先端に平坦な吸着面３を有す
る略円錐状に形成するとともに、上記吸着面３に貫通す
る吸引孔４を穿設した。そして、この成形体を還元雰囲
気下にて２１００℃の温度で２時間焼成することで、黒
色を呈した炭化珪素質セラミック製の吸着ノズル２を製
作した。

【００３９】また、この吸着ノズル２を構成する炭化珪
素質セラミックスの試験片を用意し、分光光度計を用い
て４００〜１０００ｎｍの波長光に対する反射率を測定
したところ１８〜２３％であった。

【００４０】窒化珪素質セラミックスからなる吸着ノズ
ル２は、純度９９．５％のＳｉ₃Ｎ₄を９６重量％に対
し、焼結助剤としてＡｌ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃をそれぞれ２
重量％添加して造粒体を作製し、該造粒体を金型に充填
して一軸加圧成形法により円筒状の成形体を形成し、切
削加工を施してその外形状を、先端に平坦な吸着面３を
有する略円錐状に形成するとともに、上記吸着面３に連
通する吸引孔４を穿設した。そして、この成形体を還元
雰囲気下にて１７５０℃の温度で２時間焼成すること
で、黒色を呈した窒化珪素質セラミック製の吸着ノズル
２を製作した。

【００４１】また、この吸着ノズル２を構成する窒化珪
素質セラミックスの試験片を用意し、分光光度計を用い
て４００〜１０００ｎｍの波長光に対する反射率を測定
したところ２２〜２３％であった。

【００４２】一方、従来の物体保持装置としては吸着ノ
ズル２を黒色を呈するアクリルニトル・ブタジエン・ス
チレン共重合樹脂（以下、ＡＢＳ樹脂と言う）で形成し
たもの、および吸着ノズル２をステンレス鋼で形成し、
その表面にＴｉＣ膜を被着したものを使用した。

【００４３】そして、これらの吸着ノズル２を用いて荷
重１００ｇｆ、１サイクル０．２ｓｅｃの速度にてチッ
プコンデンサーを回路基板に実装し、画像認識不良とな
るまでの処理回数について測定を行った。

【００４４】各試料の特性およびそれぞれの結果は表１
に示す通りである。

【００４５】

【表１】

【００４６】この結果、ステンレスの表面にＴｉＣ膜を
被着した吸着ノズル２では、１００万回の脱着で吸着面
３のＴｉＣ膜が剥がれ、画像認識不良となってしまっ
た。

【００４７】また、ＡＢＳ樹脂からなる吸着ノズル２で
は、反射率が１６％と小さいことから画像認識性は良好
であるものの、摩耗が激しく吸着面３の平坦度が低下
し、５００万回に達する前に実装不良を生じた。なお、
ＡＢＳ樹脂製の吸着ノズル２では画像認識不良を生じる
ことはなかった。

【００４８】これに対し、本発明のジルコニア、炭化珪
素、窒化珪素からなる吸着ノズル２は、いすれも４００
〜１０００ｎｍの波長光に対し反射率が４０％以下であ
るために、画像認識不良を生じることがなく、また、ビ
ッカース硬度で７００ｋｇ／ｍｍ²以上の硬度を有する
ことから、吸着面３の摩耗も少なく、１０００万回の脱
着を繰り返しても画像認識不良を生じることなく、確実
に実装することができた。

【００４９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、先端に
被測定物を吸着保持する平坦な吸着面を有するととも
に、該吸着面にまで連通する吸引孔を備えた吸着ノズル
を具備してなり、該吸着ノズルの吸引孔より真空吸引し
て吸着面に被測定物を吸着保持するようにしてなる光学
測定用物体保持装置において、上記吸着ノズルの少なく
とも先端部を、４００〜１０００ｎｍの波長光に対する
反射率が４０％以下であるセラミックスで形成したこと
により、吸着ノズルでの光の反射を抑え、被測定物の外
形状やその一部分を確実に認識して所定位置まで搬送す
ることができるとともに、被測定物の脱着を繰り返した
としても吸着面の摩耗が少ないため長期使用が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光学測定用物体保持装置の一例を
示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は縦断面図であ
る。

【図２】本発明に係る光学測定用物体保持装置の他の例
を示す吸着ノズルの先端部のみを示す図であり、（ａ）
は斜視図、（ｂ）は縦断面図である。

【図３】本発明に係る光学測定用物体保持装置の他の例
を示す吸着ノズルの先端部のみを示す図であり、（ａ）
は斜視図、（ｂ）は縦断面図である。

【図４】光学測定用物体保持装置を用いた測定装置の概
略を示す模式図である。

【符号の説明】

１・・・光学測定用物体保持装置、２・・・吸着ノズ
ル、３・・・吸着面、４・・・吸引孔、６・・・保
持部材、７・・・凹部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】先端に被測定物を吸着保持する平坦な吸着
面を有するとともに、該吸着面にまで連通する吸引孔を
備えた吸着ノズルを具備してなり、該吸着ノズルの吸引
孔より真空吸引して吸着面に被測定物を吸着保持するよ
うにしてなる光学測定用物体保持装置において、上記吸
着ノズルの少なくとも先端部を、４００〜１０００ｎｍ
の波長光に対する反射率が４０％以下であるセラミック
スで形成したことを特徴とする光学測定用物体保持装
置。