特許 6675460 計量器具の位置決め用装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6675460

(24)【登録日】2020年3月12日

(45)【発行日】2020年4月1日

(54)【発明の名称】計量器具の位置決め用装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 19/00 20060101AFI20200323BHJP

【ＦＩ】

   B25J19/00 D

【請求項の数】7

【外国語出願】

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2018-176738(P2018-176738)

(22)【出願日】2018年9月21日

(65)【公開番号】特開2019-72836(P2019-72836A)

(43)【公開日】2019年5月16日

【審査請求日】2018年9月21日

(31)【優先権主張番号】10 2017 009 542.6

(32)【優先日】2017年10月13日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】514297888

【氏名又は名称】マルコ システマナリセ ウント エントヴィックルング ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(72)【発明者】

【氏名】マルティン ロイター

【審査官】 松井 裕典

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１７２２２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２２１４０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１３２９０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３１２２０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２６４０５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２６６５１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−１０４８５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０１４１２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１３４４３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２５Ｊ １／００ − ２１／０２

Ｂ２３Ｑ １／００ − １／７６

Ｂ２３Ｑ ９／００ − ９／０２

Ｆ１６Ｆ １５／００ − １５／３６

Ｆ１６Ｈ １９／００ − ３７／１６

Ｆ１６Ｈ ４９／００

Ｆ１６Ｈ ５７／００ − ５７／１２

Ｇ０１Ｎ １／００ − １／４４

Ｇ０２Ｂ １９／００ − ２１／００

Ｇ０２Ｂ ２１／０６ − ２１／３６

Ｈ０１Ｌ ２１／６７

Ｈ０１Ｌ ４１／０８

Ｈ０１Ｌ ４１／０９

Ｈ０２Ｎ ２／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

計量器具の位置決め用装置であって、ロボットへの固定のために設けられたベース要素（１２）と、ベース要素（１２）に移動可能に支持された基部（１４）と、基部（１４）をベース要素（１２）に対して第１の方向（Ｘ）に移動可能とする第１のピエゾアクチュエータ（１６）と、同時に第１の釣合いおもりを第１の方向とは逆の方向（−Ｘ）に移動可能とする第２のピエゾアクチュエータ（１８）と、第１のピエゾアクチュエータ（１６）の移動を基部（１４）に伝達する第１の連結ロッド（４０）と、基部（１４）をベース要素（１２）に対して第２の方向（Ｙ）に移動可能とする第３のピエゾアクチュエータ（２２）と、同時に第２の釣合いおもり（２４）を第２の方向とは逆の方向に移動可能とする第４のピエゾアクチュエータ（２６）と、第３のピエゾアクチュエータ（２２）の移動を基部（１４）に伝達する第２の連結ロッド（４２）と、基部（１４）をベース要素（１２）に対して第３の方向（Ｚ）に移動可能とする少なくとも１つの第５のピエゾアクチュエータ（２８，３０）と、同時に第３の釣合いおもり（３６）を第３の方向（Ｚ）とは逆の方向に移動可能とする少なくとも１つの第６のピエゾアクチュエータ（３２，３４）と、第５のピエゾアクチュエータ（２８，３０）の移動を基部（１４）に伝達する少なくとも１つの第３の連結ロッド（４４，４６）と、を備え、第３の方向（Ｚ）は、第１の方向（Ｘ）および第２の方向（Ｙ）に対して直角に延在していることを特徴とする計量器具の位置決め用装置。

【請求項2】

基部（１４）は、ベース要素（１２）にピボット可能に設けられており、互いに垂直な２つの軸（Ａ１，Ａ２）を中心にピボット可能であることを特徴とする請求項１に記載の計量器具の位置決め用装置（１０）。

【請求項3】

少なくとも２つのピエゾアクチュエータは、同じ構造であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の計量器具の位置決め用装置（１０）。

【請求項4】

少なくとも２つのピエゾアクチュエータは、制御装置の同じ１つの制御出力に逆の極性で接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の計量器具の位置決め用装置（１０）。

【請求項5】

少なくとも２つの釣合いおもり（２０，２４，３６）は、異なる大きさの質量を有することを特徴とする請求項１に記載の計量器具の位置決め用装置（１０）。

【請求項6】

基部（１４）は、計量駆動装置（５４）によって移動可能なプランジャ（５２）によって作動する流量調整弁（５０）を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の計量器具の位置決め用装置（１０）。

【請求項7】

計量駆動装置（５４）は、基部（１４）と共に第３の方向（Ｚ）に移動可能であることを特徴とする請求項６に記載の計量器具の位置決め用装置（１０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は位置決め装置に関し、特に、計量器具用でかつロボットに固定可能な位置決め装置に関する。

【背景技術】

【0002】

計量器具は一般的に知られており、例えば、半導体産業で所定量のはんだペーストを塗布し、特に、基板に滴状のはんだ付け箇所を形成するために使用されている。計量器具をロボットに取り付けることにより、所定の時間内に複数の滴状のはんだ付け箇所を全自動で実現することができ、ロボットは、１つのはんだ付け箇所から次のはんだ付け箇所まで計量器具を移動させて滴を正確に配置するために停止する。周知の計量器具では、特にロボットの加減速時に生じる慣性質量は、特定の状況でロボットの望ましくない振動につながり得るとともに、媒体の正確な計量を損なうおそれがあり、少なくともはんだ付け箇所を配置する速度を制限するために問題があることがわかっている。

【0003】

さらに、伝統的なロボットは、素早い動きが要求されたり、方向転換や急発進／急停止のときに必ず問題を有する。方向が変化する加速は、ロボットの振動を引き起こす。リニアガイドは、滑らかな走行を得るためには予荷重を大きくすることはできず、つまり、小さい動きを阻止できない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の目的は、正確な位置まで高速で移動可能な位置決め装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記の目的は、請求項１の特徴部を備える装置によって達成される。

【0006】

流量調整弁の位置決め装置の使用に関する本発明の概念は、一方では、ロボットのみによって滴の配置に要求される流量調整弁の動きを実現せずに、この目的のためにピエゾアクチュエータを追加で設けるということである。従って、ロボットの動きには、いわば、ロボットの動きに比べて実質的に速くかつより正確に制御可能なピエゾ式移動が重ね合わされている。これにより、計量器具は、例えば、基板上を一定速度で移動することができ、ピエゾアクチュエータによって滴の実際の配置が行われるときに少なくとも大きく加減速される必要がない。この結果、正確に計量された滴、特に１００μｍ〜２００μｍの直径を有するはんだペーストの滴等をより速くかつ経済的に基板に塗布することができる。

【0007】

他方では、本発明は、計量ヘッドにおいて、同じ軸上でかつ反対方向に第２の質量が釣合いおもりとして動かされる場合に、ロボットにおいて荷重の変化は生じないという概念に基づいている。

【0008】

本発明の有利な実施例は、従属項、詳細な説明及び図面に記載されている。

【0009】

釣合いおもりの駆動装置が、上記軸上で基部の駆動装置と同じ構成要素に固定されていれば有利であり得る。釣合いおもりは、必ずしも同じ軸上で移動されなくてもよい。基部が左右に移動する際に、対応する質量の半分が逆に移動する場合でも移動は補償される。

【0010】

基部の駆動装置及び補償用質量の駆動装置を同一の設計とすることが有利であり得、これらの２つの移動は逆の極性で制御装置によって実行可能である。

【0011】

また、移動される基部ができる限り小さい質量を有していれば有利である。

【0012】

一実施例によれば、流量調整弁が移動する平面にわたる２つの異なるピエゾ動作が提供される。ピエゾアクチュエータのストロークは、１００μｍ〜５００μｍの範囲とすることができる。

【0013】

ここで、第１及び第２の方向は、少なくとも互いに対してほぼ直角であることが好ましい。第１及び第２の方向の一方は、ロボットの移動方向と一致してもよく、すなわち、ピエゾ移動の１つはロボットの移動と一致する。第１の方向は、例えば、垂直方向に方向づけられ、特にＺ方向を定め、第２及び第３の方向は、水平に方向付けられ、特にロボットも移動可能なＸ方向及びＹ方向を定めることができる。

【0014】

ロボットの水平移動に、同じ方向の第１のピエゾ移動とこれに垂直な方向の第２のピエゾ移動が重ね合わされている場合、流量調整弁、特に流量調整弁の計量ニードルがサイクロイドを描くことができ、このサイクロイドは基板に滴を配置するのに特に適している。

【0015】

さらに他の実施例によれば、流量調整弁のプランジャは、ピエゾアクチュエータによって駆動することができる。流量調整弁にピエゾ式駆動装置を使用することで、速くかつ正確な制御の利点が流量調整弁自体の動作、すなわち実際の計量にも有効になる。ここで、第３のピエゾアクチュエータの動作方向は、流量調整弁を移動するピエゾアクチュエータの動作方向と一致してもよく、例えば、垂直に方向付けることができる。

【0016】

少なくとも１つのセンサが、少なくとも１つのピエゾアクチュエータの振れを検出するために有利に設けられる。このようなセンサによって、ピエゾアクチュエータの所望の振れが印加された電圧により実際に達成されたかを確認することができ、任意に電圧を適切に適合させることができる。換言すると、センサはピエゾアクチュエータの調整を可能にする。対応するセンサが、それぞれのピエゾアクチュエータに関連づけられていることが好ましい。しかし、一般に、対応する１つのセンサによってピエゾアクチュエータの１つのみまたは選択されたピエゾアクチュエータを監視することもできる。

【0017】

１つまたは各々のピエゾアクチュエータは、電圧を印加したときに変形、特にひずむピエゾ要素と、ピエゾ要素に取り付けられたアーム延長部と、を含み得る。ピエゾアクチュエータのストロークは、ピエゾアクチュエータによって延長することができる。

【0018】

本発明の他の主題は、ロボットを有する計量システムとこれに固定された上述の位置決め装置である。計量システムによって、上述した利点が同様に得られる。

【0019】

本発明は、さらに、ロボットと、位置決め装置を有するロボットに移動可能に支持された流量調整弁と、を備える計量システムによって媒体を計量する方法に関し、流量調整弁は、流量調整弁の計量ニードルが第１及び第２の方向にわたる平面内でサイクロイドを描くように、ロボットによって第１の方向に移動され、同時にロボットに対して少なくとも１つのピエゾアクチュエータによって第１の方向に移動されるとともに、少なくとも１つの第２のピエゾアクチュエータによって第１の方向に実質的に垂直な第２の方向に移動される。この方法によれば、例えば、はんだペーストの正確に計量された滴、特に１００μｍ〜２００μｍの直径を有する滴を特に速くかつ経済的に塗布することができる。

【0020】

本発明は、有利な実施例及び添付図面を参照して、以下で単に例示的に説明される。図面は、以下のものを示す。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の位置決め装置の透視図である。

【図2】図１の位置決め装置の断面図である。

【図3】図１の詳細説明図である。

【図4】図１の計量器具の流量調整弁の詳細説明図である。

【図5】釣合いおもりの別の実施例の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

図１〜図４は、器具を位置決めする装置を示している。図面では器具の例として、計量すべき滴状の媒体であるはんだペーストを基板に配置する計量器具１０を示している。しかし、光学式器具や電気試験用器具等の他の器具も考えられる。

【0023】

位置決め装置は、ロボット（図示省略）への固定のために設けられたベース要素１２と、ベース要素１２に固定された基部１４と、を有する。図示の実施例では、基部１４は、計量器具１０として形成される。

【0024】

基部１４は移動可能であり、特にベース要素１２に対して第１の方向Ｘ、第２の方向Ｙ及び第３の方向Ｚでピボット可能となっている。この目的で、基部１４は軸Ａ１及び軸Ａ２（図３参照）の両方を中心としてピボット可能となるように関節式結合点１５にジンバルを備えている。

【0025】

基部１４のＸ方向への移動のためにピエゾアクチュエータ１６が設けられ、基部１４にアーム延長部１７を介して連結ロッド４０によって連結されている。ピエゾアクチュエータ１６を駆動することによって、ブーム１７の下端はＸ方向で前後に動かされ、基部１４の前端は軸Ａ２周りで連動する。ピエゾアクチュエータ１６のストロークは、約２００μｍ程度の大きさであり、すなわち振れは非常に小さいことに留意されたい。関節式結合点１５と基部１４の前端の間の長いレバーアームにより、基部１４の前端は実際の振れ領域においてほぼ線形に移動する。

【0026】

ピエゾアクチュエータ１６による基部の移動を補償するために、追加のピエゾアクチュエータ１８がベース要素１２に固定され、同様にアーム延長部１９を有し、アーム延長部１９の下端には釣合いおもり２０が固定されている。２つのピエゾアクチュエータ１８は、逆の極性で制御装置（図示省略）の同じ１つの制御出力に接続されており、連結ロッド４０がＸ方向に移動すると釣合いおもりは−Ｘ方向で同じ動きをする。これにより、計量器具を備える基部１４が頻繁に交互に前後移動する場合でも、ロボットにおいて荷重の変化は生じない。

【0027】

図４に示すように、ピエゾアクチュエータ２２と連結ロッド４２は、基部１４のＹ方向の移動のために設けられ、釣合いおもり２４が固定されたピエゾアクチュエータ２６は、移動を補償するために設けられる。この設計は、上述したものと同様である。

【0028】

基部１４をＺ方向に移動可能とするために、基部１４は２つの連結ロッド４４，４６によってアーム延長部６０に連結され、アーム延長部６０はまた２つのピエゾアクチュエータ２８，３０によって両方向の矢印６１（図３参照）の方向に動かされ、これにより、基部１４は軸Ａ２周りでピボット可能となる。この動きを補償するために、第３の釣合いおもり３６がベース要素１２に設けられ、２つのピエゾアクチュエータ３２，３４によって、ピエゾアクチュエータ２８，３０とは逆にピボット可能となっている。基部１４の動きのためのピエゾアクチュエータと、釣合いおもりの反対運動のためのピエゾアクチュエータとは、同じ構造で鏡面対称で制御されるため、動きの最良の補償が得られる。

【0029】

図２で図示するように、基部１４は計量器具として形成され、プランジャ５２によって開閉可能な流量調整弁（ｍｅｔｅｒｉｎｇ ｖａｌｖｅ）５０が基部１４に配置される。ホース６５が計量される媒体を供給するために設けられる。

【0030】

図５は、プランジャ５２の駆動装置の別の実施例を示しており、この実施例では１つの釣合いおもりではなく、プランジャ５２の両側で対称に移動可能な２つの釣合いおもり７０，７２が設けられている。

【0031】

基部１４は、４つの連結ロッド４０〜４６によって動かされ、連結ロッド４４〜４６は、Ｚ方向の平行移動を実現し、Ｘ及びＹ方向の駆動装置１６，２２は弁のノズル位置をその方向に押す。

【0032】

この設計は、基部１４の前端のＸ、Ｙ及びＺ方向への移動が、遠隔の固定点１５を中心とする僅かな回転によってそれぞれ生じるように構成されている。この設計によれば、基部の質量の一部のみを動かせば、弁をＸ、Ｙ及びＺ方向に移動することができる。固定点１５によって、移動による変形が非常に小さい状態で弁５０用の供給ホース６５をカートリッジに導くことがさらに可能になる。

【0033】

駆動装置と器具を分離して、運動を連結ロッドによって伝達することが有利である。また、Ｘ、Ｙ及びＺ方向の移動を僅かな回転運動によって発生させることも有利である。これにより、質量中心が位置決め（流量調整ノズル）の地点から遠隔に位置するように、器具または基部１４を細長く設計した場合に、移動に必要な仕事量が少なくなる。個々の軸の駆動装置及び釣合いおもりの駆動装置は、それぞれ完全に同一である。これにより、２つの駆動装置を同じ制御出力に逆の極性で接続することによって、非常に単純な制御を行うことができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】