特許 7633648 ピックアップ機構

(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】

(24)【登録日】2025-02-12

(45)【発行日】2025-02-20

(54)【発明の名称】ピックアップ機構

(51)【国際特許分類】

   B25J 15/06 20060101AFI20250213BHJP

   H05K 13/04 20060101ALI20250213BHJP

   B25J 13/08 20060101ALI20250213BHJP

【ＦＩ】

B25J15/06 D

H05K13/04 A

B25J13/08 A

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020194104

(22)【出願日】2020-11-24

(65)【公開番号】P2022082927

(43)【公開日】2022-06-03

【審査請求日】2023-11-14

(73)【特許権者】

【識別番号】522087154

【氏名又は名称】合同会社ポーラス・コーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】110003155

【氏名又は名称】弁理士法人バリュープラス

(72)【発明者】

【氏名】蒲田 喜彦

【審査官】神山 貴行

(56)【参考文献】

【文献】特開平０７－２０５０７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０５５８３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－１５２４１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０５２６２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１１３１５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１５２１１５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】独国実用新案第２０２０１７１０６８５９（ＤＥ，Ｕ１）

【文献】中国特許出願公開第１０６９６５２０２（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００－２１／０２

Ｈ０２Ｋ １３／００－１３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

極小かつ極薄のワークをピックアップする機構であって、内部中空で負圧装置と接続された負圧チャンバーと、この負圧チャンバーの一端面と他端面に亘って貫通して設けられ、その一部に吸引孔と大気流入孔が形成されると共にワークに臨む先端の開口部にポーラス性材料からなるパッドを設けたシリンダ部と、このシリンダ部内に挿入され、前記吸引孔と前記大気流入孔の開閉を行う開閉部と、前記シリンダ部の後端に介装された弾性体と、前記シリンダ部を先端方向へ押圧する押圧機構と、前記開閉部を作動させる開閉作動機構と、を備え、前記開閉作動機構による前記開閉部の動作により前記吸引孔の開閉と連動して前記大気流入孔が閉開されるピックアップ機構。

【請求項2】

搬送元にあるワークを撮像する撮像手段と、前記撮像手段によるワークの載置状態に基づいて前記シリンダ部を回動させる回動機構を備えた請求項１記載のピップアップ機構。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、極めて小さく薄い物体を確実かつ安定してピックアップして他へ移載するピックアップ機構に関する。

【背景技術】

【0002】

電子部品などの極小物体（以下、ワークという）を移載・搬送する機構として、従来例えば特許文献１（特表２００２－５０５６２４号公報）が提案されている。

【0003】

特許文献１では、ワークの大きさにかかわらず使用可能なノズルを提供することを目的として、吸気によるワークを吸着把持するノズルの開口部に、動作時に異なる大きさの部品を吸引し、かつ保持するための通気性を有するカバーを設けた構成を提案している。

【0004】

近年では、ワークは、大きさは１００μｍ（０．１ｍｍ）より小さく、厚みも５０μｍ（０．０５ｍｍ）と薄くなっており、ワークが極めて小さくかつ薄くなる傾向はさらに続くことが予想される。

【0005】

このワークの極小化傾向に照らすと、特許文献１は、ワークの大きさによらず、吸着把持が可能であるが、吸気により吸着し、搬送した先で、吸着を停止した場合は落下することになるが、ワークが薄く軽いので、舞い落ちて目的とする位置に落下しない可能性があり、また、吸気を止めただけではワークの大きさによっては内部の残留負圧によってカバーに貼り付いたまま落下しない可能性もある。

【0006】

そこで、ワークの落下させることに代えて機構全体を上下動させる、つまりワーク搬送先で機構を下降させて載置する構成にしようとすると、機構全体を極めて小さいストロークで上下動させる必要があり、このストローク設定が適切ではないと、例えば搬送先の載置面に対して過剰にワークを押し付けてしまう可能性があり、逆に例えば搬送先の載置面に対して上方位置で下降が停止するとワークを落下させることとなり、機構全体を上下度させる意味がない。

【0007】

また、ノズルのカバーに貼り付く問題を解決しようとしてノズル内を積極的に排気すると極小のワークは吹き飛んでしまう場合がある。つまり、特許文献１では、ワークが極小化、極薄化すれば、ワークのピックアップと搬送先での載置が一層困難となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特表２００２－５０５６２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明が解決しようとする問題は、上記特許文献１を含めた従来のものは、ワークが極小化、極薄化すれば、ピックアップと搬送先での載置が一層困難となる点である。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、本発明は、内部中空で負圧装置と接続された負圧チャンバーと、この負圧チャンバーの一端面と他端面に亘って貫通して設けられ、その一部に吸引孔と大気流入孔が形成されると共にワークに臨む先端の開口部にポーラス性材料からなるパッドを設けたシリンダ部と、このシリンダ部内に挿入され、前記吸引孔と前記大気流入孔の開閉を行う開閉部と、前記シリンダ部の後端に介装された弾性体と、前記シリンダ部を先端方向へ押圧する押圧機構と、前記開閉部を作動させる開閉作動機構と、を備え、前記開閉作動機構による前記開閉部の動作により前記吸引孔の開閉と連動して前記大気流入孔が閉開される構成とした。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、シリンダ部の先端の開口部にポーラス性材料からなるパッドを設けているから将来的にさらに極小で極薄のワークとなってもシリンダ部内にワークが吸引されることがなく、また、シリンダ部が、搬送元のワークを迎えに行くように移動し、かつ、搬送先のワークを移載場所に置きに行くように移動するから、ワークを落下させることなくかつ姿勢を崩すことなく確実で安定した移載ができる。

【0012】

そして、本発明によれば、ワークを迎えに行くようにシリンダ部が移動し、かつ、ワークを移載場所に置きに行くようにシリンダ部が移動する際、シリンダ部の後端に弾性体が介装されているので、搬送先の載置面にワークが接触するようにストローク調整しておけば、該弾性体が例えば過剰にワークを搬送先の載置面に押し付けるような状況にあってもこれを緩衝・吸収することができ、結果、ワークを搬送先の載置面上方から落下させたり、その逆でワークを搬送先の載置面に過剰に押し付けて破損させたりすることがない。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明のピックアップ機構の概略構成を示す部分断面図である。

【図2】本発明のピックアップ機構の概略構成を示す分解斜視図である。

【図3】（ａ）～（ｄ）は本発明のピックアップ機構によるワークをピックアップする動作状況を説明するための図である。

【図4】（ａ）～（ｃ）は本発明のピックアップ機構によるワークを搬送先に載置する動作状況を説明するための図である。

【図5】（ａ）（ｂ）は、本発明のピックアップ機構における開閉部の動作状況を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明は、ワークが極小化、極薄化すれば、ピックアップと搬送先での載置が一層困難となる点を、内部中空で負圧装置と接続された負圧チャンバーと、この負圧チャンバーの一端面と他端面に亘って貫通して設けられ、その一部に吸引孔と大気流入孔が形成されると共にワークに臨む先端の開口部にポーラス性材料からなるパッドを設けたシリンダ部と、このシリンダ部内に挿入され、前記吸引孔と前記大気流入孔の開閉を行う開閉部と、前記シリンダ部の後端に介装された弾性体と、前記シリンダ部を先端方向へ押圧する押圧機構と、前記開閉部を作動させる開閉作動機構と、を備え、前記開閉作動機構による前記開閉部の動作により前記吸引孔の開閉と連動して前記大気流入孔が閉開される構成とすることで改善した。

【0015】

ワークをピックアップする際には、内部が負圧状態とされた負圧チャンバーと、開閉作動機構によって開閉部が開状態としたシリンダ部の吸引孔とが連通しており、シリンダ部内もまた負圧状態とされ、該シリンダ部の先端の開口部から吸気状態となっている。

【0016】

上記状態から、シリンダ部は、押圧機構により押圧されて負圧チャンバーに対してその先端が突出する。シリンダ部の先端が負圧チャンバーに対して突出すると、弾性体は該シリンダ部の後端により押圧されて自然状態から圧縮される。

【0017】

そして、シリンダ部の先端を負圧チャンバーに対して突出させ、シリンダ部の先端におけるポーラス性材料からなるパッドを搬送元の載置面に近づける。なお、このとき該パッドがワーク及びワークを介して搬送元の載置面に接触しても構わない。この理由は、シリンダ部の先端が過度に搬送元の載置面に接触しても、接触圧力が弾性体で緩衝されるからである。

【0018】

ワークはシリンダ部の内径より小さくてもポーラス性材料からなるパッドが設けられているから、シリンダ部の内部へ吸引されてしまうことなく、該パッドに吸引されてワークがピックアップされる。

【0019】

シリンダ部の先端のポーラス性材料からなるパッドがワークを介して搬送先の載置面に接触させて該ワークを載置する。このとき、ワーク載置時の過剰な接触圧力は弾性体により緩衝されるから、ワークが損傷を防止することができる。

【0020】

ワークを搬送先の載置面に載置するには、上記のとおりシリンダ部の先端を搬送先の載置面に接触させ、その後、開閉作動機構により開閉部が吸引孔を閉状態とする。これによりシリンダ部の吸引孔を介した負圧チャンバーからの吸気が遮断され、該シリンダ部の負圧が解除され、ポーラス性材料からなるパッドからワークが離間する（剥がれる）。

【0021】

また、本発明は、上記構成において、前記シリンダ部に大気流入孔が形成され、前記開閉作動機構による前記開閉部の動作により前記吸引孔の開閉と連動して前記大気流入孔が閉開される構成としているので、例えばシリンダ部の先端のポーラス性材料からなるパッドを介した開口部の全域を塞ぐ大きさのワークであっても負圧解除が確実に行える。

【0022】

さらに、本発明は、上記構成において、搬送元にあるワークを撮像する撮像手段と、前記撮像手段によるワークの載置状態に基づいて前記シリンダ部を回動させる回動機構を備えた構成であってもよい。こうすることで、搬送元にあるワークの姿勢を搬送先に至るまでに適正な姿勢にすることができる。

【実施例】

【0023】

以下、本発明のピックアップ機構について図面を参照して説明する。本発明のピップアップ機構１は、次の構成とされている。２は、内部中空で不図示の負圧装置と接続された負圧チャンバーである。負圧チャンバー２には、内部と負圧装置とを接続した接続管２ａと、本例では、後述するシリンダ部３の大気流入孔３ｂと接続して負圧チャンバー外に連通した外部接続管２ｂとが設けられている。また、負圧チャンバー２の一端面と他端面には孔２Ａ（一端面），２Ｂ（他端面）が形成され、ここにそれぞれシール部材２Ａａ，２Ｂａが設けられている。

【0024】

３は、負圧チャンバー２の一端面と他端面に亘って孔２Ａａ，２Ｂａを貫通して設けられたシリンダ部である。このシリンダ部３の周面の直径対向位置に負圧チャンバー２と連通した吸引孔３ａと、大気流入孔３ｂが形成されている。大気流入孔３ｂと負圧チャンバー２の外部接続管２ｂは接続されている。

【0025】

また、シリンダ部３におけるワークＷに臨む先端の開口部３ｃには、ポーラス性材料からなるポーラスパッド３Ａが設けられている。さらに、シリンダ部３における後端には後述の弾性体５の抜け止めのためのフランジ部３Ｂが設けられている。

【0026】

シリンダ部３は、負圧チャンバー２の一端面の孔２Ａ、他端面の孔２Ｂを貫通して先端と後端が相対して出退動する。つまり、シリンダ部３は、先端が負圧チャンバー２から突出した際には後端が負圧チャンバー２に退入し、先端が負圧チャンバー２に退入した際には後端が負圧チャンバー２から突出する。なお、シリンダ部３の先端と後端は負圧チャンバー２内に完全に没入することはない。

【0027】

４は、シリンダ部３内に挿入されて該シリンダ部３と共に移動する開閉部である。開閉部４は、本例では、シリンダ部３に挿入可能な円柱状の回転体４Ａと、この回転体４Ａの周面に設けた腕部４ａを介してシリンダ部３の吸引孔３ａと大気流入孔３ｂに対応して設けたシャッタ４Ｂ（吸引孔３ａ用）、シャッタ４Ｃ（大気流入孔３ｂ用）と、シリンダ３の後端内面の中心に設けられて回転体４Ａを軸回転させる開閉作動機構としてのモータ４Ｄとからなる。

【0028】

５は、シリンダ部３の後端に設けられたフランジ部３Ｂと、負圧チャンバー２の他端面と、の間で該シリンダ部３の後端に介装された弾性体である。弾性体５は、本例では、例えば自然長で伸長状態のスプリングを採用している。

【0029】

６は、前記シリンダ部を先端方向へ押圧する押圧機構である。押圧機構６は、シリンダ部３のフランジ部３Ｂにおける該フランジ部３Ｂの後端方向の面に押圧台６ａが設けられている。押圧台６ａの中心にはシリンダ装置６Ａが設けられている。

【0030】

シリンダ装置６Ａにおけるピストンが突出して押圧台６ａを押圧すると、フランジ部３Ｂを介してシリンダ部３の先端が負圧チャンバー２の一端面から突出する。なお、シリンダ装置６Ａのピストンを退入させると、弾性体５の弾性復元力によりシリンダ部３の先端が負圧チャンバー２の一端面に退入する。

【0031】

７は、搬送元にあるワークＷを撮像する撮像手段としての例えばカメラであり、本例では、例えば負圧チャンバー２の一端面で、シリンダ部３の突出、退入ストロークの邪魔にならない位置に設けられている。また、上記シリンダ部３のフランジ部３Ｂのシリンダ装置６Ａ側の面には、シリンダ部３の軸に沿って回転軸を有した回動機構としてのモータ７Ａが設けられている。

【0032】

このカメラ７は、いま、ピップアップしようとするワークＷを撮像し、不図示の制御部において撮像データの画像処理により、例えばθ°だけワークＷが水平面で傾いている場合は、モータ７Ａを駆動して、ワークＷをピックアップした状態でシリンダ部３を－θ°だけ回転させる。

【0033】

なお、本発明のピックアップ機構１は、図示しないが、上記ピックアップ機構１構成全体をＸ－Ｙ移動させる水平移動機構も備えており、搬送元からワークＷをピックアップして搬送先へと移動させることができるようになっている。

【0034】

上記構成のピックアップ機構１は、図３～図５に示すように作動する。なお、図３及び図４において、吸引孔３ａ、大気流入孔３ｂの、開状態は「黒色ハッチング無」、閉状態は「黒色ハッチング有」で示している。

【0035】

図３（ａ）に示すように、上記水平移動機構により搬送元に到達するまでは、シリンダ部３の先端は負圧チャンバー２内に退入し、弾性体５は弾性復元状態つまり自然長となっている。また、開閉部４のモータ４Ｄにより回転体４Ａを図５（ａ）に示すように時計回りに回転させて、吸引孔３ａのシャッタ４Ｂは開、大気流入孔３ｂのシャッタ４Ｃは閉、となっている。

【0036】

図３（ｂ）に示すように、水平移動機構により搬送元に到達した際には、開閉部４により吸引孔３ａのシャッタ４Ｂは閉、大気流入孔３ｂのシャッタ４Ｃは開、として、シリンダ部３を押圧機構６により押圧して該シリンダ部３の先端を負圧チャンバー２から突出させてワークＷを迎えに行く。このとき、弾性体５は圧縮（短縮）状態となる。

【0037】

なお、本例では、シリンダ部３の先端を突出させる前に、カメラ７によりワークＷを撮像しておき、当該ワークＷのθ°の角度ずれを認識しておく。また、本例は、図示のとおり予めポケットにワークＷが装填されている例で説明しているが、ワークＷがポケットに装填されていない場合に、ワークＷとポーラスパッド３Ａが接触しても、弾性体５がこの押圧力を緩衝するから、ワークＷが損傷することがない。

【0038】

図３（ｃ）に示すように、シリンダ部３の先端を突出させてワークＷを迎えに行った際に、開閉部４により吸引孔３ａのシャッタ４Ｂは開、大気流入孔３ｂのシャッタ４Ｃは閉、として、シリンダ部３の先端から吸引が開始されてワークＷはポーラスパッド３Ａに吸着状態となる。

【0039】

このとき、本発明のピックアップ機構１は、ワークＷは極小及び極薄で負圧チャンバー２による負圧能力（＝吸引力）は高いが、上記のとおり、ワークＷを迎えに行って十分な近さ（接触しても良い）で吸引を行うから、ワークＷの吸引時の空中移動で姿勢が崩れることがなく、また、万が一にもこの吸引で損傷することがない。

【0040】

図３（ｄ）に示すように、ワークＷを吸引した後、開閉部４により吸引孔３ａのシャッタ４Ｂは開、大気流入孔３ｂのシャッタ４Ｃは閉のまま、押圧機構６のシリンダ装置６Ａはピストンを退入させ、これによりそれまで短縮状態にあった弾性体５が弾性復元により初期状態に復帰し、シリンダ部３は負圧チャンバー２内に退入する。

【0041】

なお、このとき、カメラ７で撮像したワークＷにθ°の角度ずれがあった場合には、該カメラ７による撮像データに基づいて、モータ７Ａを駆動して－θ°だけシリンダ部３を回動してワークＷの位置補正を行う。こののち、水平移動機構により、ワークＷを搬送先へ移動させる。

【0042】

図４（ａ）に示すように、搬送先に到着すると、開閉部４により吸引孔３ａのシャッタ４Ｂは開、大気流入孔３ｂのシャッタ４Ｃは閉のまま、シリンダ装置６Ａを作動させてシリンダ部３を負圧チャンバー２から突出させて、いま吸引中のワークＷを搬送先の載置面に置きに行く。

【0043】

なお、本例は、図示のとおりポケットにワークＷを装填する例で説明しているが、ワークＷがポケットを装填しない場合に、ワークＷと搬送先の載置面が接触しても、弾性体５がこの押圧力を緩衝するから、ワークＷが損傷することがない。

【0044】

図４（ｂ）に示すように、シリンダ部３を突出させた後、開閉部４のモータ４Ｄにより回転体４Ａを図５（ｂ）に示すように反時計周りに回転させて、吸引孔３ａのシャッタ４Ｂを閉、大気流入孔３ｂのシャッタ４Ｃを開、としてシリンダ部３内に大気を流入させて、負圧を解除すると、ワークＷは搬送先の載置面に載置される。

【0045】

このとき、シリンダ部３内に若干の残留負圧のある状態で大気流入孔３ｂを開放することで、シリンダ部３内は一気に負圧が解除されるから、ポーラスパッド３ＡにワークＷが貼り付いたままになってしまうことがない。

【0046】

図４（ｃ）に示すように、ワークＷを搬送先の載置位置に載置した後、開閉部４により吸引孔３ａのシャッタ４Ｂは閉、大気流入孔３ｂのシャッタ４Ｃは開、としたまま、押圧機構６のシリンダ装置６Ａにおけるピストンを退入させ、弾性体５を弾性復元により自然長状態に戻し、シリンダ部３の先端を負圧チャンバー２に退入させる。その後、図３（ａ）に戻り、搬送元で次のワークＷをピックアップする。

【0047】

このように、本発明のピックアップ機構１は、シリンダ部３の先端の開口部にポーラスパッド３Ａを設けているから極小で極薄のワークＷとなっても該シリンダ部３内にワークＷが吸引されることがないのはもちろんのこと、シリンダ部３が、ワークＷを搬送元の載置位置に十分に近づいて吸引、かつ、ワークＷを搬送先の載置位置に十分に近づいて吸引解除、するから、ワークＷが空中移動（吸引、落下）させることがなく、つまり姿勢を崩さずに確実に適正で安定した移載が可能となる。

【0048】

また、本発明のピックアップ機構１によれば、シリンダ部３の後端に弾性体５が介装されているので、例えば過剰にワークＷを載置面に押し付けるような状況にあってもこれを緩衝・吸収することができ、結果、ワークＷを搬送先の載置面上方から落下させたり、その逆でワークＷを搬送先の載置面に過剰に押し付けて破損させたりすることがない。

【符号の説明】

【0049】

１ ピックアップ機構
２ 負圧チャンバー
３ シリンダ部
３Ａ ポーラスパッド
３ａ 吸引孔
３ｂ 大気流入孔
４ 開閉部
４Ａ 回転体
４Ｂ，４Ｃ シャッタ
４Ｄ モータ（開閉作動機構）
５ 弾性体
６ 押圧機構
６Ａ シリンダ装置
７ カメラ（撮像手段）
７Ａ モータ（回動機構）
Ｗ ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】