(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1では、弁は、ノズルの流路に直交する回転軸回りに回転可能に一端が支持された平板状(いわゆるスイングチャッキバルブに類似した弁)とされている。しかし、このような弁は、構成が複雑であり、吸着ノズルのコスト増大を招く。特に、吸着ノズルが精密部品を吸着保持するための比較的微小なものである場合(例えばノズル内径が1mmオーダーの場合)、そのような構成が複雑な弁を吸着ノズル内に設けることは困難であり、コスト増大を招く。
【0005】
従って、流路を開閉できる、簡素な構成の吸着ノズル、当該吸着ノズルを有する吸着装置及び当該吸着ノズルを利用した機器製造方法が提供されることが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様に係るノズル本体と、前記ノズル本体内に設けられた弁体と、を有し、前記ノズル本体の内面は、当該ノズル本体の先端側ほど縮径するテーパー面を含み、前記弁体は、前記ノズル本体の先端側ほど縮径する円錐面を有し、前記円錐面が前記テーパー面と隙間を挟んで対向する開位置と、前記円錐面が前記テーパー面に当接する閉位置との間で移動可能である。
【0007】
好適には、前記吸着ノズルは、前記ノズル本体に対して当該ノズル本体の根元側から挿入された筒状のノズルシャフトを更に有し、前記ノズルシャフトの先端は、前記テーパー面に対して前記ノズル本体の根元側に位置し、前記弁体は、開位置において前記ノズルシャフトの先端に当接することにより前記ノズル本体の根元側への移動が規制される。
【0008】
好適には、前記弁体の、前記ノズル本体の根元側の端面には、前記弁体が前記開位置にあるときに、前記円錐面と前記テーパー面との間の隙間と、前記ノズルシャフトの内部とを連通する溝が形成されており、前記溝は、前記端面の平面視において十字に延びている。
【0009】
好適には、前記テーパー面のテーパー角と前記円錐面のテーパー角とが同一である。
【0010】
好適には、前記弁体は、前記ノズル本体の材料と同一材料により形成されている。
【0011】
本発明の一態様に係る吸着装置は、吸着ノズルと、気体を吸引する吸引装置と、気体を送出する送出装置と、前記吸着ノズルに対して前記吸引装置又は前記送出装置を選択的に接続する切換装置と、を有し、前記吸着ノズルは、ノズル本体と、前記ノズル本体内に設けられた弁体と、を有し、前記ノズル本体の内面は、当該ノズル本体の先端側ほど縮径するテーパー面を含み、前記弁体は、前記ノズル本体の先端側ほど縮径する円錐面を有し、前記吸引装置により前記ノズル本体から気体を吸引することにより、前記弁体は、前記円錐面が前記テーパー面と隙間を挟んで対向する開位置へ移動し、前記送出装置により前記ノズル本体へ気体を送出することにより、前記弁体は、前記円錐面を前記テーパー面に当接させる閉位置へ移動する。
【0012】
本発明の一態様に係る機器製造方法は、吸着ノズルを介して気体を吸引することにより第1の部品を前記吸着ノズルに吸着させる吸着工程と、前記第1の部品を吸着している前記吸着ノズルを移動させて前記第1の部品を第2の部品に対して位置決めする搬送工程と、前記第1の部品を前記第2の部品に対して位置決めしている前記吸着ノズルを介して気体を送出することにより前記第1の部品を前記吸着ノズルから離脱させる離脱工程と、を有し、前記吸着ノズルは、ノズル本体と、前記ノズル本体内に設けられた弁体と、を有し、前記ノズル本体の内面は、当該ノズル本体の先端側ほど縮径するテーパー面を含み、前記弁体は、前記ノズル本体の先端側ほど縮径する円錐面を有し、前記吸着工程では、前記ノズル本体から気体を吸引することにより、前記円錐面が前記テーパー面と隙間を挟んで対向する開位置へ前記弁体を移動させ、前記離脱工程では、前記ノズル本体へ気体を送出することにより、前記円錐面が前記テーパー面に当接する閉位置へ前記弁体を移動させる。
【発明の効果】
【0013】
上記の構成及び手順によれば、簡素な構成で吸着ノズルの流路を開閉できる。
【発明を実施するための形態】
【0015】
図1は、本発明の実施形態に係る部品実装装置1の要部を示す模式図である。
【0016】
部品実装装置1は、例えば、水晶発振器101(若しくは水晶振動子)を組み立てる装置として構成されている。
【0017】
水晶発振器101は、例えば、容器103と、容器103の段差部に配置される導電性接着剤105と、導電性接着剤105により容器103に接合される水晶片107と、容器103に被せられる不図示の蓋部等を有している。部品実装装置1は、少なくとも、水晶片107を搬送して容器103に対して位置決めする役割を担う。水晶片107の重さは、例えば、0.03g以下である。
【0018】
部品実装装置1は、例えば、水晶片107を真空吸着により保持する吸着ノズル3と、吸着ノズル3から気体(例えば空気)を吸引する吸引装置5と、吸着ノズル3へ気体を送出する送出装置7と、吸着ノズル3に対して吸引装置5又は送出装置7を選択的に接続する切換装置9と、吸着ノズル3を搬送する搬送装置11と、これらの装置の制御を行う制御装置13とを有している。
【0019】
吸引装置5は、例えば、真空ポンプを含んで構成されている。吸引装置5は、真空ポンプにより減圧され、吸着ノズル3に接続される真空タンクを含んでいてもよい。送出装置7は、例えば、ポンプ若しくはファンを含んで構成されている。送出装置7は、ポンプ等により送出される圧縮気体を収容するアキュムレータを含んでいてもよい。切換装置9は、例えば、適宜な制御弁を含んで構成されている。搬送装置11は、例えば、直交ロボット等のロボットにより構成されている。制御装置13は、例えば、CPU、ROM、RAM及び外部記憶装置を有するコンピュータにより構成されている。
【0020】
部品実装装置1の水晶片107の容器103への位置決め動作の概要は、以下のとおりである。
【0021】
まず、部品実装装置1は、搬送装置11により吸着ノズル3を適宜な供給部に載置された水晶片107上へ移動させる。次に、部品実装装置1は、切換装置9により吸着ノズル3と吸引装置5とを接続し、吸引装置5により吸着ノズル3から気体を吸引する。これにより、吸着ノズル3と水晶片107との間に負圧が生じ、水晶片107は、吸着ノズル3に吸着される。なお、吸着圧は、例えば、50kPa〜80kPaである。
【0022】
次に、部品実装装置1は、吸引装置5による吸引(吸着ノズル3による水晶片107の保持)を継続しつつ、搬送装置11により水晶片107を容器103に対して位置決めする。
【0023】
そして、部品実装装置1は、切換装置9により吸着ノズル3と送出装置7とを接続し、送出装置7により吸着ノズル3へ気体を送出する。これにより、単に吸引装置5による吸着ノズル3からの吸引を停止する場合に比較して、吸着ノズル3と水晶片107との間の負圧が迅速且つ確実に解消され、水晶片107は、吸着ノズル3から離脱する。
【0024】
図2(a)及び
図2(b)は吸着ノズル3を示す断面図である。
図2(a)は、水晶片107を吸着しているときの状態を示し、
図2(b)は、水晶片107を吸着していないときの状態を示している。
【0025】
吸着ノズル3は、吸着ノズル3の根元側部分を構成するノズルシャフト21と、吸着ノズル3の先端側部分を構成するノズル本体23と、吸着ノズル3の流路を開閉する弁体25とを有している。
【0026】
吸着ノズル3が、一の筒状部材ではなく、2つの筒状部材(ノズルシャフト21及びノズル本体23)を有しているのは、吸着ノズル3の先端を交換可能とするためである。例えば、吸着ノズル3の先端が水晶片107との接触により摩耗したときには、ノズル本体23は交換される。ノズルシャフト21とノズル本体23とは、例えば、不図示のビスにより互いに固定されている。
【0027】
ノズルシャフト21の形状は、例えば、円筒状である。ノズルシャフト21の外径D1は、例えば、6mm程度であり、内径D2は、例えば、2mm程度である。ノズルシャフト21の材料は、例えば、ステンレス鋼等の金属である。
【0028】
ノズル本体23は、例えば、根元側に位置する大径部23aと、先端側に位置する小径部23cと、これらの間に位置する縮径部23bとを有している。大径部23a、縮径部23b及び小径部23cは、例えば、ステンレス鋼等の金属により一体的に形成されている。
【0029】
大径部23aは、ノズルシャフト21が挿入(嵌合)される部分である。従って、大径部23aの内周面の形状は、ノズルシャフト21の外周面の形状と同様とされており、その内径はノズルシャフト21の外径D1と概ね同一とされている(以下、ノズルシャフト21の外径D1を「大径部23aの内径D1」ということがある。)。
【0030】
小径部23cは、水晶片107に当接する部分である。従って、その形状及び大きさは、水晶片107の吸着に好適なものとされている。例えば、小径部23cは、概ね円筒状に形成されており、その内径D3は、2mm程度である。
【0031】
小径部23cの内径D3は、大径部23aの内径D1(ノズルシャフト21の外径D1)よりも小さく設定されている。従って、例えば、小径部23cの内径D3をノズルシャフト21の内径D2と同等若しくはそれ未満として、ノズルシャフト21と小径部23cとの間の流れを好適化できる。ただし、内径D3は、内径D2よりも大きくてもよい。
【0032】
縮径部23bは、大径部23aの内周面から小径部23cの内周面へ連続するテーパー面23btを有している。テーパー面23btのテーパー角θ1は、例えば、60°以上90°以下である。
【0033】
テーパー面23btは、一般的なドリルによりノズル本体23の流路(孔)を形成するときに略必然的に形成されるものである。具体的には、以下のとおりである。大径部23aの孔は、その内径D1と概ね同等の直径のドリルにより、ノズル本体23をその根元側から中途まで切削することにより形成される。ここで、一般的なドリルの先端は、所定の先端角で縮径するように形成されている。従って、大径部23aを切削するドリルの先端により、ドリルの先端角と概ね同等のテーパー角θ1のテーパー面23bt(縮径部23bの孔)が形成される。なお、小径部23cの孔は、その内径D3と概ね同等の直径のドリルにより、ノズル本体23をその根元側若しくは先端側から切削することにより形成される。
【0034】
ノズルシャフト21は、ノズル本体23に挿入されているから、ノズルシャフト21の内周面と、ノズル本体23の内周面との間には、ノズルシャフト21の先端により、ノズルシャフト21の厚みで段差が形成されている。ノズルシャフト21の先端は、例えば、大径部23aの内周面とテーパー面23btとの境界に位置している。ただし、ノズルシャフト21の先端は、上記の境界よりも根元側に位置していてもよい。
【0035】
ノズル本体23は、例えば、その先端から根元まで一定の厚みで形成されており、外周面の形状と、内周面の形状とは相似形である。ただし、外周面の形状は、内周面の形状と相似形とされる必要は無く、適宜な形状とされてよい。
【0036】
図2(c)は、弁体25を吸着ノズル3の根元側から見た平面図である。
【0037】
図2(a)〜
図2(c)に示すように、弁体25は、円錐状に形成され、ノズル本体23の内部(より具体的には縮径部23b付近)において、円錐の先端をノズル本体23の先端に向けるよう配置されている。
【0038】
弁体25は、ノズル本体23において縮径部23b付近に形成されている内部空間よりも一回り小さく形成されている。従って、弁体25は、
図2(a)に示す開位置と、
図2(b)に示す閉位置との間で移動可能である。
【0039】
弁体25の端面25cの直径(弁体25の最大幅)は、ノズルシャフト21の外径D1よりも小さく、且つ、ノズルシャフト21の内径D2及び小径部23cの内径D3よりも大きく設定されている。
【0040】
従って、弁体25は、
図2(a)に示すように、その端面25cがノズルシャフト21の先端に当接することにより、吸着ノズル3の根元側への移動が規制される。また、
図2(b)に示すように、その円錐面25aがテーパー面23btに当接することにより、吸着ノズル3の先端側への移動が規制される。
【0041】
弁体25の端面25cには、ノズルシャフト21の内周面よりも内側の位置から端面25cの縁部まで延びる溝25sが形成されている。溝25sは、例えば、端面25cの中心において交差する十字に延びている。溝25sの断面形状、幅及び深さは、適宜に設定されてよい。
【0042】
図2(a)に示すように、弁体25が開位置にあるときは、弁体25の円錐面25aとノズル本体23のテーパー面23btとは隙間S1を挟んで対向している。また、弁体25の端面25cは、ノズルシャフト21の先端に当接しているが、溝25sが、弁体25とノズルシャフト21との間の隙間となっており、ノズルシャフト21の内部と、隙間S1とを連通している。従って、ノズルシャフト21の内部と小径部23cの内部とは、隙間S1及び溝25sにより連通される。すなわち、吸着ノズル3の流路は開かれる。
【0043】
一方、
図2(b)に示すように、弁体25が閉位置にあるときは、弁体25の円錐面25aと、ノズル本体23のテーパー面23btとは当接する。従って、ノズルシャフト21の内部と小径部23cの内部との接続は遮断される。すなわち、吸着ノズル3の流路は閉じられる。
【0044】
なお、開位置において、隙間S1により確保される流路断面積は、小径部23cの流路断面積に対して同等とされ、また、溝25sにより確保される流路断面積は、小径部23cの流路断面積に対して同等以上とされている。従って、開位置にある弁体25により吸着ノズル3の流路断面の縮小は生じず、また、弁体25が開位置から閉位置へ動き始めると同時に、吸着ノズル3の最小断面積は絞られる。
【0045】
ただし、隙間S1及び溝25sの流路断面積は、これ以外に適宜な設定がなされてもよい。例えば、隙間S1により確保される流路断面積が、小径部23cの流路断面積よりも大きく設定されることにより、弁体25による流路を閉じる動作に遊びが設けられてもよい。
【0046】
弁体25のテーパー角θ2は、例えば、テーパー面23btのテーパー角θ1と同一とされている。この場合、弁体25が閉位置にあるとき、円錐面25aは、テーパー面23btに対して面接触する。なお、θ1とθ2との差が、加工精度に起因する誤差の範囲内である場合には、ここでいう同一であるものとする。加工精度は、例えば、±0.5°である。
【0047】
弁体25の材料は、例えば、ノズル本体23の材料と同一の材料とされている。当該材料は、例えば、ステンレス鋼である。ただし、弁体25は、ノズル本体23の材料とは別個の材料により形成されていてもよい。
【0048】
吸着ノズル3の動作は、以下のとおりである。
【0049】
ノズルシャフト21からの気体の吸引及びノズルシャフト21への気体の送出のいずれも行われていない場合においては、弁体25は、重力により閉位置(
図2(b))に位置している。
【0050】
水晶片107を吸着ノズル3に吸着させるために、吸引装置5により、ノズルシャフト21から気体の吸引が行われると、弁体25の端面25c上において負圧が生じる。これにより、弁体25は上昇し、開位置へ至る。そして、溝25s及び隙間S1を介して小径部23c内の気体が吸引される。これにより、既に述べたように、吸着ノズル3と水晶片107との間に負圧が生じ、水晶片107は吸着ノズル3に吸着される。
【0051】
このとき、弁体25の閉位置から開位置への移動に伴って、隙間S1は、徐々にその流路断面積を拡大していく。従って、小径部23cに急激な流れが生じることが抑制される。その結果、吸着時の勢いによって水晶片107が吸着ノズル3に対して位置ずれを生じることが抑制される。
【0052】
水晶片107を吸着ノズル3から離脱させるために、送出装置7により、ノズルシャフト21に気体が送出されると、気体は、溝25s及び隙間S1を介して小径部23cへ流れる。これにより、既に述べたように、吸着ノズル3と水晶片107との間の負圧が解消され、水晶片107は吸着ノズル3から離脱する。
【0053】
これと並行して、弁体25の端面25cの負圧は解消され、さらには、端面25cは、送出された気体によって押される。これにより、弁体25は下降し、閉位置へ至る。従って、必要以上に気体が小径部23cから吹き出されることが抑制される。その結果、吸着ノズル3から離脱した水晶片107がブロー圧によって位置ずれを生じることが抑制される。
【0054】
また、弁体25の開位置から閉位置への移動に伴って、隙間S1は、徐々にその流路断面積を縮小していく。従って、小径部23cの流れが急激に止まることが抑制される。その結果、例えば、小径部23cにおける空気の振動が抑制され、水晶片107が位置ずれを生じることが抑制される。
【0055】
以上のとおり、本実施形態では、吸着ノズル3は、ノズル本体23と、ノズル本体23内に設けられた弁体25と、を有する。ノズル本体23の内面は、当該ノズル本体23の先端側ほど縮径するテーパー面23btを含む。弁体25は、ノズル本体23の先端側ほど縮径する円錐面25aを有し、円錐面25aがテーパー面23btと隙間S1を挟んで対向する開位置と、円錐面25aがテーパー面23btに当接する閉位置との間で移動可能である。
【0056】
上記の構成では、弁体25は、開位置から閉位置への移動に際して、円錐面25aがテーパー面23btによりガイドされる(誘い込み効果が生じる)。従って、スイングチャッキ弁のように、弁体25の移動を規定する特別な機構は不要である。しかも、テーパー面23btは、既に述べたように、略必然的に形成されるものであることから、テーパー面23btに関してノズル本体23において特別な設計変更をする必要は無い。このように、簡素な構成で、吸着ノズル3の開閉が実現される。
【0057】
また、本実施形態では、吸着ノズル3は、ノズル本体23に対して当該ノズル本体23の根元側から挿入された筒状のノズルシャフト21を更に有する。ノズルシャフト21の先端は、テーパー面23btに対してノズル本体23の根元側に位置する。弁体25は、開位置においてノズルシャフト21の先端に当接することによりノズル本体23の根元側への移動が規制される。
【0058】
従って、弁体25の、ノズル本体23の根元側への移動の規制は、吸着ノズル3の先端(ノズル本体23)を着脱可能に構成するためのノズルシャフト21によりなされることになる。すなわち、既にある段差が利用されることになる。その結果、ノズル本体23及びノズルシャフト21の設計変更は不要であり、更なる簡素化が期待される。
【0059】
弁体25の、ノズル本体23の根元側の端面には、弁体25が開位置にあるときに、円錐面25aとテーパー面23btとの間の隙間S1と、ノズルシャフト21の内部とを連通する溝25sが形成されている。溝25sは、端面25cの平面視において十字に延びている。
【0060】
従って、まず、溝25sは、放射状に延びていることから、隙間S1とノズルシャフト21との間の流れは、弁体25の周方向において均等になる。その結果、弁体25の移動は、円滑且つ安定する。また、実施形態の溝25sよりも細い溝が4方向よりも多い方向へ放射状に延びている場合(この場合も本願発明に含まれる。)に比較して、端面25cの中央に広い凹部を確保することができる。これにより、送出装置7によるブロー圧が端面25cに加えられたときに弁体25が回転することが抑制される。なお、溝の形成とは別個に、端面25cの中央に広い凹部を形成することも考えられる。しかし、そのような凹部の形成は、弁体25が小さい場合に困難である。一方、溝25sの交差部により端面25cの中央の凹部を形成する場合は、サイドカッタ若しくはメタルソーにより比較的容易に凹部が形成される。
【0061】
また、本実施形態では、テーパー面23btのテーパー角θ1と円錐面25aのテーパー角θ2とが同一である。従って、これらの面の接触面積を大きくして、確実に吸着ノズル3の流路を閉じることができる。
【0062】
また、本実施形態では、弁体25は、ノズル本体23の材料と同一の材料により形成されている。従って、弁体25がノズル本体23に対して摺動することによる摩耗が抑制される。すなわち、吸着ノズル3及び弁体25の耐久性が向上する。
【0063】
また、本実施形態の吸着ノズル3を用いた製造方法では、水晶片107の容器103に対する位置ずれが抑制される。その結果、歩留まりが向上する。別の観点では、水晶発振器101の品質が向上する。
【0064】
なお、以上の実施形態において、部品実装装置1は、本発明の吸着装置の一例であり、水晶発振器101は、本発明の機器製造方法における機器の一例であり、水晶片107は、その機器を構成する第1の部品の一例であり、容器103は、機器を構成し、水晶片107が位置決めされる第2の部品の一例である。
【0065】
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
【0066】
吸着ノズルによる吸着対象(部品)は、水晶発振器を構成する水晶片に限定されない。例えば、吸着対象は、ICチップ若しくはチップ抵抗であってもよい。また、吸着ノズル及び吸着装置は、機器の製造(部品の組み立て)に利用されるものに限定されない。例えば、単に部品の搬送に利用されるだけであってもよい。
【0067】
吸着ノズルは、ノズル先端を下方に向けて使用されなくてもよく、適宜な方向へ向けて使用されてよい。また、吸着ノズルにおいて、弁体は、好適には、実施形態において示したように、気体(及び重力)のみによって開閉される。ただし、必要に応じて、弁体を開位置へ若しくは閉位置へ付勢するばねが設けられてもよい。
【0068】
ノズル本体は、吸着対象に対して当接するものに限定されない。例えば、ノズル本体の先端に、吸着対象付近における気体の流れをより好適にしたり、及び/又は、吸着対象に対する当接をより好適にしたりするためのブロックが取り付けられてもよい。なお、このようなブロックを含む全体をノズル本体として捉えてもよい。
【0069】
弁体は、円錐面を含んで構成されていれば、その全体が円錐形である必要は無い。例えば、弁体は、その円錐の先端が平面とされていてもよいし(側面視において台形とされていてもよいし)、円板状部分に円錐状部分を重ねたような形状であってもよい。
【0070】
また、弁体において、円錐の端面に形成された溝は必須ではない。例えば、そのような溝に代えて、円錐の端面から円錐面の中途へ弁体を貫通する孔が形成されてもよいし、弁体の側面に円錐の端面から円錐面の中途へ亘る深めの溝が形成されてもよいし、ノズルシャフトの先端縁部に切り欠きが形成されてもよい。
【0071】
ノズル本体に挿入されるノズルシャフトを設け、さらには、そのノズルシャフトを弁体の移動の規制に利用することは必須ではない。例えば、ノズル本体のみにより吸着ノズルの筒状部分全体が構成されてもよいし、ノズルシャフトをノズル本体に挿通せずにこれらを連結してもよいし、ノズル本体の外周面から挿通されてノズル本体の内周面から突出するビスにより弁体の移動を規制してもよい。