(57)【要約】【課題】可動部材（あるいは可動部材に取り付けた別の部材）が対象物に加圧力ゼロで接触する状態を実現可能な接触装置を提供する。【解決手段】接触装置１が備える接触ヘッド部１１は、接触ロッド２１と、ハウジング２２と、推力エア経路３２と、キャンセルエア経路３３と、を備える。ハウジング２２は、接触ロッド２１を静圧エア軸受によって直線移動可能に支持し、これにより接触ロッド２１は対象物３に接触することができる。推力エア経路３２に圧縮空気を供給すると、対象物３に近づく方向の力が接触ロッド２１に作用し、キャンセルエア経路３３に圧縮空気を供給すると、反対方向の力が接触ロッド２１に作用する。制御部１２は、接触ロッド２１が対象物３に接触した状態で、推力エア経路３２の圧縮空気の圧力と、キャンセルエア経路３３の圧縮空気の圧力と、を制御することで、対象物３に対する加圧力をゼロにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接触ヘッド部と、
制御部と、
を備え、
前記接触ヘッド部は、
対象物に接触可能な可動部材と、
前記可動部材を収容する収容室を形成するとともに、前記可動部材を直線移動可能に支持するハウジングと、
前記ハウジングと前記可動部材との間に静圧気体軸受を形成するために供給される圧縮気体の経路である軸受用気体経路と、
前記可動部材を前記対象物に近づける方向の力を当該可動部材に作用させるために供給される圧縮気体の経路である推力気体経路と、
前記可動部材を前記対象物から離れさせる方向の力を当該可動部材に作用させるために供給される圧縮気体の経路であるキャンセル気体経路と、
を備え、
前記軸受用気体経路、前記推力気体経路、前記キャンセル気体経路は、何れも前記ハウジングの前記収容室に開口しており、
前記制御部は、前記可動部材が前記対象物に接触した状態で、前記推力気体経路に供給する圧縮気体の圧力と、前記キャンセル気体経路に供給する圧縮気体の圧力と、のうち少なくとも何れかを制御することにより、前記可動部材の前記対象物に対する加圧力をゼロにすることが可能であることを特徴とする接触装置。
【請求項２】
請求項１に記載の接触装置であって、
前記可動部材の前記対象物に対する加圧力を所定の範囲内で設定可能な設定部を備え、
前記設定部で設定可能な加圧力の範囲にゼロが含まれることを特徴とする接触装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の接触装置であって、
前記可動部材の荷重を検出する荷重センサを備え、
前記制御部は、前記荷重センサの検出値に基づいて、前記推力気体経路に供給する圧縮気体の圧力と、前記キャンセル気体経路に供給する圧縮気体の圧力と、のうち少なくとも何れかを制御することを特徴とする接触装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動部材を対象物に接触させることが可能な接触装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、可動部材を有するとともに、この可動部材を（あるいは可動部材に取り付けた別の部材を）対象物に接触させることが可能に構成した接触装置が知られている。特許文献１は、このような接触装置の一例として、ボンディング装置に使われるボンディングヘッドを開示する。
【０００３】
特許文献１のボンディングヘッドは、先端に半導体チップ等の電子部品を吸着保持し、この電子部品を基板（対象物）に押圧することが可能なボンディングツール（可動部材）を有している。ボンディングツールへの加圧手段は、分離した２つの手段、即ち、低荷重加圧制御可能な第１加圧手段と、高荷重加圧制御可能な第２加圧手段とでなる。第１加圧手段はボンディングヘッドのヘッド移動手段に設けることで移動可能とする一方、第２加圧手段はボンディングヘッドから切り離した固定のものとしている。特許文献１は、この構成により、高荷重加圧（２０〜３０ｋｇｆ）も低荷重加圧（２〜３ｋｇｆ以下）も精度よく行うことができるとする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、例えば極めてデリケートな部品を取り扱う状況等においては、可動部材と対象物とが、互いに接触しているけれども加圧力はゼロである状態を作りたい場合がある。この点、特許文献１のボンディングヘッドは、ボンディングのために電子部品を基板に十分な力で加圧することを主眼にしているため、上記したようなゼロ荷重を全く想定し得ない。
【０００６】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、可動部材（あるいは可動部材に取り付けた別の部材）が対象物に接触している一方で加圧力がゼロである状態を実現可能な接触装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【０００８】
本発明の観点によれば、以下の構成の接触装置が提供される。即ち、この接触装置は、接触ヘッド部と、制御部と、を備える。前記接触ヘッド部は、可動部材と、ハウジングと、軸受用気体経路と、推力気体経路と、キャンセル気体経路と、を備える。前記可動部材は、対象物に接触可能である。前記ハウジングは、前記可動部材を収容する収容室を形成するとともに、前記可動部材を直線移動可能に支持する。前記軸受用気体経路は、前記ハウジングと前記可動部材との間に静圧気体軸受を形成するために供給される圧縮気体の経路である。前記推力気体経路は、前記可動部材を前記対象物に近づける方向の力を当該可動部材に作用させるために供給される圧縮気体の経路である。前記キャンセル気体経路は、前記可動部材を前記対象物から離れさせる方向の力を当該可動部材に作用させるために供給される圧縮気体の経路である。前記軸受用気体経路、前記推力気体経路、前記キャンセル気体経路は、何れも前記ハウジングの前記収容室に開口している。前記制御部は、前記可動部材が前記対象物に接触した状態で、前記推力気体経路に供給する圧縮気体の圧力と、前記キャンセル気体経路に供給する圧縮気体の圧力と、のうち少なくとも何れかを制御することにより、前記可動部材の前記対象物に対する加圧力をゼロにすることが可能である。
【０００９】
なお、本発明において「可動部材が対象物に接触」とは、可動部材が対象物に直接接触する場合だけでなく、可動部材に取り付けられた部材、あるいは可動部材に保持された部材が対象物に接触する場合も含む。
【００１０】
これにより、接触部材が対象物に加圧力ゼロで接触する状態を作り出すことができるので、対象物に加わる機械的負荷を実質的に無くすことができる。この結果、対象物が極めてデリケートな場合であっても、適切な接触状態を作り出すことができる。
【００１１】
前記の接触装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、この接触装置は、前記可動部材の前記対象物に対する加圧力を所定の範囲内で設定可能な設定部を備える。前記設定部で設定可能な加圧力の範囲にはゼロが含まれる。
【００１２】
これにより、ゼロを含む広い範囲で加圧力を設定できるので、より様々な用途で活用可能な接触装置を提供することができる。
【００１３】
前記の接触装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、この接触装置は、前記可動部材の荷重を検出する荷重センサを備える。前記制御部は、前記荷重センサの検出値に基づいて、前記推力気体経路に供給する圧縮気体の圧力と、前記キャンセル気体経路に供給する圧縮気体の圧力と、のうち少なくとも何れかを制御する。
【００１４】
これにより、加圧力の実際の大きさを確認しながらフィードバック制御を行うことができるので、加圧力が厳密にゼロである状態を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る接触装置の全体的な構成を示す概念図及びブロック図。
【図２】接触装置の変形例を示す概念図及びブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る接触装置１の全体的な構成を示す概念図及びブロック図である。
【００１７】
図１に示す接触装置１は、例えば検査等を目的として、接触ロッド２１を対象物３に接触させることが可能な装置である。この接触装置１は、接触ヘッド部１１と、制御部１２と、を備えている。
【００１８】
接触ヘッド部１１は、接触ロッド（可動部材、可動子、接触部材）２１と、この接触ロッド２１を収容するハウジング２２と、を備える。接触ヘッド部１１は静圧式のエア軸受アクチュエータ（気体軸受アクチュエータ）として構成されており、接触ロッド２１をエア軸受（気体軸受）によって非接触で支持することができる。ハウジング２２は、電気モータや送りネジ機構等からなる図示しない駆動装置に対し、連結部材としての連結フレーム２３を介して連結されている。この駆動装置は、接触ヘッド部１１全体を上下方向に変位させることができる。
【００１９】
ハウジング２２の内部には、接触ロッド２１を収容することが可能なロッド収容室（収容室）２４が形成されている。接触ロッド２１は上下方向に細長い丸棒状に形成されており、上側の部分はロッド収容室２４に差し込まれるとともに、下端部（先端部）はハウジング２２から突出している。接触ロッド２１は上下方向に変位できるようにハウジング２２に対して支持されている。この構成で、接触ロッド２１を下方に変位させることで、当該接触ロッド２１の下端部を、装置にセットされた対象物３に接触させることができる（図１には接触した状態が示されている）。
【００２０】
前記ロッド収容室２４には、多孔質材で形成された円筒状のブッシュ２５が設けられており、このブッシュ２５の内側に前記接触ロッド２１が挿入された状態で配置されている。ブッシュ２５と接触ロッド２１の間には径方向の小さな隙間が形成されている。また、ハウジング２２には軸受用エア経路（軸受用気体経路）３１が形成されており、この軸受用エア経路３１に供給された圧縮空気（圧縮気体）が、多孔質材のブッシュ２５に形成されている多数の微細な孔を通過して、ブッシュ２５と接触ロッド２１の間の隙間に均等に噴出するように構成されている。こうして形成されるエア軸受により接触ロッド２１が非接触で保持される結果、接触ロッド２１がハウジング２２に対して上下動するときの摺動抵抗を、無視できるほど小さくすることができる。
【００２１】
軸受用エア経路３１の一端は前記ロッド収容室２４に開口を形成し、他端はハウジング２２の外面に開口（軸受ポート３６）を形成している。この軸受ポート３６は、圧空源（圧縮気体の供給源）５に対し、適宜の配管を介して接続される。
【００２２】
接触ヘッド部１１のハウジング２２には、推力エア経路（推力気体経路）３２が形成されている。この推力エア経路３２の一端は前記ロッド収容室２４に開口を形成し、他端はハウジング２２の外面に開口（推力ポート３７）を形成している。この推力ポート３７は、圧空源５から供給される圧縮空気の圧力を調整する電空レギュレータ４２に対し、適宜の配管を介して接続される。
【００２３】
更に、接触ヘッド部１１のハウジング２２には、キャンセルエア経路（キャンセル気体経路）３３が形成されている。このキャンセルエア経路３３の一端は前記ロッド収容室２４に開口を形成し、他端はハウジング２２の外面に開口（キャンセルポート３８）を形成している。このキャンセルポート３８は、圧空源５から供給される圧縮空気の圧力を調整する電空レギュレータ４３に対し、適宜の配管を介して接続される。
【００２４】
なお、図示しないが、ハウジング２２には、軸受用エア経路３１、推力エア経路３２、キャンセルエア経路３３に供給された圧縮空気を外部に逃がすための排気経路が適宜形成されている。
【００２５】
２つの電空レギュレータ（気体圧力調整器）４２，４３のそれぞれは、接触装置１の動作を制御するための制御部１２に対し、電気的に接続されている。制御部１２はマイクロコンピュータとして構成されており、図示しないが、演算手段としてのＣＰＵ、記憶手段としてのＲＯＭ及びＲＡＭ等を備えている。
【００２６】
電空レギュレータ４２は、推力ポート３７に供給される圧縮空気の圧力を、制御部１２からの電気信号に応じた圧力となるように調整する。同様に、電空レギュレータ４３は、キャンセルポート３８に供給される圧縮空気の圧力を、制御部１２からの電気信号に応じた圧力となるように調整する。これにより、接触ロッド２１を対象物３に近づく方向／離れる方向に直線移動させることができる。また、詳細は後述するが、この圧力の制御により、接触ロッド２１の対象物３に対する加圧力を変更することができる。
【００２７】
２つの電空レギュレータ４２，４３は高分解能のものが用いられており、これにより、推力ポート３７及びキャンセルポート３８の圧力をそれぞれキメ細かく制御することができる。
【００２８】
制御部１２には、接触装置１の動作を設定するための操作パネル（設定部）４５が電気的に接続されている。この操作パネル４５は、適宜の操作手段（例えば、キー、ダイヤル、タッチパネル等）を備えており、この操作手段を操作することで、ユーザは接触装置１を稼動させるにあたっての様々なパラメータを設定することができる。設定されたパラメータは、制御部１２が備える上記の記憶手段に記憶される。
【００２９】
操作パネル４５によってユーザが設定できるパラメータの１つに、接触ロッド２１が対象物３を加圧する加圧力の大きさがある。即ち、ユーザは操作パネル４５を操作することで、接触ロッド２１が対象物３に押し付けられる力の強さを、所定の範囲内で入力して設定することができる。
【００３０】
ここで、本実施形態の接触装置１においては、ユーザが設定できる加圧力の範囲がゼロを含んでいる。具体的な加圧力の範囲は、例えば、下限が０ｇｆ、上限が３ｋｇｆとすることができる。加圧力として０ｇｆが設定された場合、制御部１２は、推力ポート３７に供給される圧縮空気によって接触ロッド２１が下向きに押される力と、接触ロッド２１の自重と、キャンセルポート３８に供給される圧縮空気によって接触ロッド２１が上向きに押される力と、が釣り合うように、２つの電空レギュレータ４２，４３を制御する。
【００３１】
ここで、接触ロッド２１は軽量の材料を用いて構成されており、また、前述のエア軸受によって摺動抵抗が実質ゼロになっている。また、接触ロッド２１の自重は、キャンセルポート３８への圧力空気の供給によってキャンセルすることができる。更に言えば、接触ロッド２１において発生する加圧力は、推力ポート３７及びキャンセルポート３８への供給圧力によって言わば差動的に制御され、その圧力を制御する電空レギュレータ４２，４３も高分解能のものが用いられている。以上により、制御部１２は、接触ロッド２１が対象物３に接触しているものの、実質的に接触ロッド２１が対象物３に押し付けられない状態を作り出すことができる。
【００３２】
このように加圧力ゼロで接触している状態は、「究極のソフトタッチ」と表現することができ、従来では考えられなかった様々な場面で活用が可能である。一例としては、対象物３へプローブ等を接触させて特性検査を行いたいが、対象物３に機械的負荷が加わると特性が変化してしまう場合に、本実施形態の接触装置１の構成は極めて有利である。また、本実施形態の接触装置１は、極端にデリケートな素材でできた部品に対する通電検査を行いたいといったニーズを問題なく満たすことができる。
【００３３】
以上に説明したように、本実施形態の接触装置１は、接触ヘッド部１１と、制御部１２と、を備える。接触ヘッド部１１は、接触ロッド２１と、ハウジング２２と、軸受用エア経路３１と、推力エア経路３２と、キャンセルエア経路３３と、を備える。接触ロッド２１は、対象物３に接触可能である。ハウジング２２は、接触ロッド２１を収容するロッド収容室２４を形成するとともに、接触ロッド２１を直線移動可能に支持する。軸受用エア経路３１は、ハウジング２２と接触ロッド２１との間に静圧エア軸受を形成するために供給される圧縮空気の経路である。推力エア経路３２は、接触ロッド２１を対象物３に近づける方向の力を当該接触ロッド２１に作用させるために供給される圧縮空気の経路である。キャンセルエア経路３３は、接触ロッド２１を対象物３から離れさせる方向の力を当該接触ロッド２１に作用させるために供給される圧縮空気の経路である。軸受用エア経路３１、推力エア経路３２、キャンセルエア経路３３は、何れもハウジング２２のロッド収容室２４に開口している。制御部１２は、接触ロッド２１が対象物３に接触した状態で、推力エア経路３２に供給する圧縮空気の圧力と、キャンセルエア経路３３に供給する圧縮空気の圧力と、を制御することにより、対象物３に対する加圧力をゼロにすることが可能である。
【００３４】
これにより、接触ロッド２１が対象物３に加圧力ゼロで接触する状態を作り出すことができるので、対象物３に加わる機械的負荷を実質的に無くすことができる。この結果、対象物３が極めてデリケートな場合であっても、適切な接触状態を作り出すことができる。
【００３５】
また、本実施形態の接触装置１は、接触ロッド２１の対象物３に対する加圧力を所定の範囲内で設定可能な操作パネル４５を備える。そして、操作パネル４５で設定可能な加圧力の範囲にゼロが含まれている。
【００３６】
これにより、ゼロを含む広い範囲で加圧力を設定できるので、より様々な用途で活用可能な接触装置１を提供することができる。
【００３７】
次に、上記実施形態の変形例を説明する。図２は変形例に係る接触装置１ｘを示す概念図及びブロック図である。なお、本変形例の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
【００３８】
本変形例の接触装置１ｘにおいて、接触ロッド２１の上端がハウジング２２から突出するとともに、その先端部には、荷重センサとしてのロードセル４６が取り付けられている。そして、ハウジング２２の上部には被検出片４７が固定され、この被検出片４７に、前記ロードセル４６が接触している。ロードセル４６は、制御部１２に対して電気的に接続されている。
【００３９】
以上の構成で、制御部１２は、ロードセル４６が検出した荷重の大きさに基づいて、推力ポート３７及びキャンセルポート３８に供給する圧力を制御する。これにより、フルクローズ型のフィードバック制御が実現されるので、加圧力ゼロの状態を一層精度良く実現することができる。
【００４０】
以上に示すように、本変形例の接触装置１は、接触ロッド２１の荷重を検出するロードセル４６を備える。制御部１２は、ロードセル４６の検出値に基づいて、推力エア経路３２に供給する圧縮空気の圧力と、キャンセルエア経路３３に供給する圧縮空気の圧力と、を制御する。
【００４１】
これにより、接触ロッド２１の加圧力の大きさを実際に確認しながら圧力のフィードバック制御を行うことができるので、加圧力が厳密にゼロである状態を容易に実現することができる。
【００４２】
以上に本発明の好適な実施の形態及び変形例を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
【００４３】
接触ロッド２１を対象物３に接触させる上記の実施形態に代えて、接触ロッド２１に例えば検査プローブ等の別の部材を固定し、あるいは別の部品を保持し、その部材／部品を対象物３に接触させるように構成しても良い。
【００４４】
上記実施形態では、加圧力ゼロを実現するために、制御部１２は、推力エア経路３２及びキャンセルエア経路３３の両方の圧力を制御することとしている。しかしながらこれに代えて、一方の圧力を一定にして、他方の圧力のみを制御し、これにより加圧力ゼロを実現するように構成しても良い。
【００４５】
接触ヘッド部１１の構成は上記したものに限られない。例えば、単一の部材でなく複数の部材を組み合わせて、接触ロッドやハウジングを構成しても良い。また、アクチュエータの圧力媒体として、圧縮空気以外の気体を用いても良い。
【符号の説明】
【００４６】
１  接触装置
３  対象物
５  圧空源
１１  接触ヘッド部
１２  制御部
２１  接触ロッド（可動部材）
２２  ハウジング
３１  軸受用エア経路（軸受用気体経路）
３２  推力エア経路（推力気体経路）
３３  キャンセルエア経路（キャンセル気体経路）
４２  電空レギュレータ
４３  電空レギュレータ
４５  操作パネル（設定部）
４６  ロードセル（荷重センサ）
【図１】
2015062211.tif 000003
【図２】
2015062211.tif 000004