(57)【要約】【課題】チップ部品の静電破壊や部品の持ち帰りといったノズルの静電気に起因するトラブルを回避すると共に、ジルコニア本来の優れた機械的強度を兼備する、とりわけ微小部品の実装に好適なノズルの提供を課題とする。【解決手段】部分安定化ジルコニアと導電性付与材とからなり、先端に被吸着物を吸着保持するための吸着面を備えた電子部品実装用ノズルにおいて、該ノズルの前記吸着面以外の外周面におけるジルコニア結晶相の９０％以上が正方晶ジルコニアで構成されていることを特徴とする電子部品実装用ノズル。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
部分安定化ジルコニアと導電性付与材とからなり、先端に被吸着物を吸着保持するための吸着面を備えた電子部品実装用ノズルにおいて、該ノズルの前記吸着面以外の外周面におけるジルコニア結晶相の９０％以上が正方晶ジルコニアで構成されていることを特徴とする電子部品実装用ノズル。
【請求項２】
部分安定化ジルコニアの平均結晶粒子径が０．５〜２．０μｍである請求項１記載の電子部品実装用ノズル。
【請求項３】
導電性付与材が酸素欠損酸化チタンであって、且つノズルの先端と後端との間の電気抵抗値が１０２〜１０１０Ωである請求項１記載の電子部品実装用ノズル。
【考案の詳細な説明】
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本考案は、コンデンサーチップや抵抗器チップなどの電子チップ部品を回路基板に実装するための電子部品装着機等に好適に用いられる部分安定化ジルコニア製の電子部品実装用ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、回路基板の実装分野では、基板の高集積化と高精度化に伴い、微細なチップ部品を高速且つ高精度に実装できる電子部品装着機の開発が進んでいる。この電子部品装着機は、外気を吸引する真空吸引ヘッドの先端部にチップ部品を吸着保持するノズルが取り付けられており、ヘッド部はフィーダー部と回路基板との間を往復移動する。この時、ノズルによって真空吸着されたチップ部品は、ヘッド部がフィーダー部と回路基板との間を移動する途中において画像解析によりチップ部品の吸着状態や部品装着の位置を判定した後に回路基板に装着されるもので、この画像解析は、ノズルの前方からチップ部品および吸着面の方向に光を照射し、反射光量の差からチップ部品の形状や電極位置などを解析することによって行われている。【０００３】  図２は、この電子部品装着機を用いたチップ部品の回路基板への実装工程の一例を示す概略図である。【０００４】  図２に示す電子部品装着機１０は、そのヘッド部先端に装着された部品を吸着・保持するための実装用ノズル１と、チップ部品１１を並べたフィーダー部のトレイ１２と、当該実装用ノズル１に吸着・保持されたチップ部品１１に向けて光を照射するライト１３と、チップ部品１１からの反射光を受光するためのＣＣＤカメラ１４と、ＣＣＤカメラ１４で受光した反射光を画像処理するための画像解析装置１５とで構成されている。ここで実装用ノズル１は、図１に例示するように真空吸引することによって電子部品を吸着・保持するための吸着面２を先端に有し、後端から該吸着面にまで連通する吸引孔３をノズル軸心部に有すると共に、ノズル後端から先靖に向けて円筒部４、円筒部４の先端側に逆円錐形の円錐部５からなる部位で構成され、該吸引孔３の先端部から後端部の方向に外気の吸引が行われることにより吸着面２にチップ部品１１を吸着・保持するものである。【０００５】  そして、この電子部品装着機１０は、実装用ノズル１がトレイ１２まで移動し、トレイ１２上に並べられたチップ部品１１を吸着すると、ライト１３がノズル１に吸着されたチップ部品１１へ向けて光を照射し、この光がチップ部品１１の本体等に当たって反射する反射光をＣＣＤカメラ１４で受光し、ＣＣＤカメラ１４で受光した画像を基に画像解析装置１５によってチップ部品１１のずれや位置を測定して、そのデータを基に回路基板（図示せず）の所定の位置にチップ部品１１を吸着したノズル１を移動させて、回路基板上にチップ部品１１を実装する仕組みとなっている。【０００６】  ところで、近年、前述したように回路基板の高集積化と高精度化に伴いチップ部品の微小化が進んでいるが、このチップ部品の微小化は、それを吸着保持するノズルの微小化や材質強化、更には寸法精度の高度化等を余儀なくするばかりか、実装時にチップ部品を静電破壊したり、ノズルに吸着保持されたチップ部品が吸着を解除されても離反しないでそのまま持ち帰えるといったノズルの静電気に起因する新たな課題を生んでいる。その対策として、ノズルを静電除去するために半導電性としたり、ノズルの材質強化や高精度化、更には耐熱性等の観点から、材質をセラミックス、中でも曲げ強度や破壊靱性に優れるジルコニア製のノズルに変更する動きが活��となっているほか、電子部品装着機にノズルを組み付ける際にも、部品に対する衝撃を緩和させる目的で、図３に示すように金属製のフランジ又はスリーブ部品１６等と組み立てた形で組み付けられるが、その組み立て精度を上げるために吸着面以外のノズルの側面や、フランジと接触するノズル後端部を研磨（以降、本考案では研磨や研削等の二次加工を、単に「研磨」と称す）して組み立てるのが一般的となっている。【０００７】  こうした技術背景に応えるべく、半導電性のセラミックス焼結体の製法事例として、ジルコニアに酸化鉄や酸化クロム等の金属酸化物からなる導電性付与材を添加したもの（特許文献１）、またノズル組み立て体の事例としてノズル後端部等の一部を研磨してフランジと組み立てたもの（特許文献２）、などが報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２９７９６８号公報
【特許文献２】特開２００９−２０６５０９号公報
【０００９】  ところが上記先行の技術事例では、導電性付与材の多量の添加やノズル外周面の必要以上の研磨によって、ジルコニア特有の優れた曲げ強度や破壊靱性等の機械的強度が大きく損なわれ、耐久性の観点からノズルの微小化に応え切れなくなっているのが現状である。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【００１０】  本考案は、上記実情に鑑み、チップ部品の静電破壊や部品の持ち帰りといったノズルの静電気に起因するトラブルを回避すると共に、ジルコニア本来の曲げ強度や破壊靱性等の優れた機械的強度を兼備する、とりわけ微小部品の実装に好適なノズルの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  本考案者等は、上記課題を解決すべく、ジルコニアの材料特性、中でもノズルの研磨時の熱履歴によるジルコニア結晶相の変化が機械的強度に及ぼす影響について鋭意検討した結果、ノズルの表面研磨が、その結晶相のうちの正方晶ジルコニアの割合を大きく低下させ、ジルコニア特有の高い機械的強度を生み出す根源となっている応力誘起相変態機能を損なわせていることを見出し本考案を完成させるに至ったものである。【００１２】  即ち、本考案のうちの第１の考案は、部分安定化ジルコニアと導電性付与材とからなり、先端に被吸着物を吸着保持するための吸着面を備えた電子部品実装用ノズルにおいて、該ノズルの前記吸着面以外の外周面におけるジルコニア結晶相の９０％以上が正方晶ジルコニアで構成されていることを特徴とする電子部品実装用ノズルであり、第２の考案は上記第１考案記載のノズルにおいて部分安定化ジルコニアの平均結晶粒子径が０．５〜２．０μｍである電子部品実装用ノズルであり、また第３の考案は上記第１考案記載のノズルにおいて導電性付与材が酸素欠損酸化チタンであって、且つノズルの先端と後端との間の電気抵抗値が１０２〜１０１０Ωである電子部品実装用ノズルである。
【考案の効果】
【００１３】  本考案によれば、部分安定化ジルコニアと導電性付与材とからなり、その先端にチップ部品を吸着保持するための吸着面を備えた電子部品実装用ノズルにおいて、前記吸着面以外の外周面におけるジルコニア結晶相の９０％以上が正方晶ジルコニアで構成されているため、実装時に繰り返し負荷される圧縮や曲げ応力に対して、ジルコニア特有の応力誘起相変態機能が働き曲げ強度や破壊靱性等の強度低下が抑えられることから、ノズルの高い耐久性が保たれるという効果を奏するもので、引いてはノズルの微小化を可能とするばかりか、電子部品の実装精度の向上にも貢献するものである。【００１４】  また、本考案の電子部品実装用ノズルは、前記部分安定化ジルコニアの平均結晶粒子径を０．５〜２．０μｍとすることにより、ジルコニアの熱的経時劣化が抑えられるほか、前記導電性付与材を酸素欠損酸化チタンとすることで、少量の添加で高い導電性を安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（Ａ）は、本考案の電子部品実装用ノズルの一実施形態を示す斜視図であり、（Ｂ）はその側面断面図である。
【図２】は、本考案の電子部品実装用ノズルを具備した電子部品装着機を用いてチップ部品を回路基板に実装する電子部品装着装置の構成例を示す概略図である。
【図３】は、本考案の電子部品実装用ノズルの後端にフランジ又はスリーブ部品を組み付ける際の一例を模式的に示す断面図である。
【考案を実施するための形態】
【００１６】  以下、本考案について詳しく説明する。
【００１７】  本考案の電子部品実装用ノズルは、部分安定化ジルコニアと導電性付与材とからなる混合物に、バインダーや成形助剤等を加えて混練し、スプレードライヤー等の公知の方法で乾燥して粉末又は顆粒状の原料を作製した後、これを射出成形してノズル形状となし、更に脱媒、焼成工程を経て作製された部分安定化ジルコニアを主材とする焼結成形体であって、且つ電子部品装着装置への組み付けに際し、吸着面以外の外周面における結晶相の９０％以上が正方晶ジルコニアで構成されているものである。
【００１８】  本考案において、ジルコニアの部分安定化剤としては、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化セリウム等の一種が好ましく、中でも酸化イットリウムが好ましい。酸化イットリウムの添加量は１〜５モル％、好ましくは２〜４モル％であり、１モル％未満では単斜晶ジルコニア量が増加して焼結体内部にクラックが多発し機械的強度が低下する一方、酸化イットリウムの添加量が５モル％を超えると焼結体中に立方晶ジルコニアが多く生成してこの場合も高い機械的強度が期待できなくなるなど、上記１〜５モル％の範囲外ではジルコニア特有の応力誘起相変態機能を生み出す正方晶ジルコニアの生成が少なくなるといった不都合が生じる。
【００１９】  また、本考案で使用する部分安定化ジルコニアの平均結晶粒子径は０．５〜２．０μｍのものが好ましく、平均結晶粒子径が０．５μｍ未満では応力誘起相変態機能が十分発揮されないことから優れた曲げ強度や破壊靱性等の機械的強度が得られないのに対し、平均結晶粒子径が２．０μｍより大きいと、１００〜３００℃程度の比較的低温下での経時劣化が進行しやすくなったり、耐摩耗性や耐衝撃性等が低下する。
【００２０】  一方、本考案で使用する導電性付与材としては、酸化チタンや酸化鉄、酸化ニッケル、酸化クロム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等の金属酸化物や炭化物、窒化物から選ばれる少なくとも一種が使用可能であるが、中でも酸素欠損酸化チタンが少ない添加量で高い導電性を付与できる点で好ましい。これら導電性付与材の添加量は、電子部品実装時の部品の静電破壊や持ち帰り、更には部品の吹き飛び、汚染等のノズルの静電気や帯電に起因するトラブル回避に必要とされるノズルの先端と後端との間の電気抵抗値が１０２〜１０１０Ωになるよう導電性付与材の種類に応じて適宜決めればよく、例えば酸化鉄や酸化ニッケル等の金属酸化物の場合は部分安定化ジルコニアに対して２０〜４０重量％が、また酸素欠損酸化チタンの場合は部分安定化ジルコニアに対し１０〜２０重量％の添加量が好ましい。
【００２１】  ここで酸素欠損酸化チタンとは、部分安定化ジルコニアに二酸化チタン等を添加した成形体を、１３００〜１５００℃の条件下でアルゴンや窒素等の雰囲気中で還元焼成することで二酸化チタン中の酸素の一部を欠損させたもので、化学式ＴｉＯｘ（１．５０≦Ｘ≦１．９５）で表される、平均結晶粒子径０．０３〜０．３０μｍ程度のものが好ましい。即ち、二酸化チタンは、常温では白色で絶縁体であるが、高温で還元焼成すると酸素欠損が起こって色味が灰色、青黒色を経て真黒色に着色すると共に、電気伝導性が高くなるもので、上記酸素欠損酸化チタンの化学式ＴｉＯｘにおいてＸ値が１．５０未満の場合は、その結晶がＮａＣｌ型構造に変化しやすく、体積収縮を起こして強度が低下する一方、Ｘ値が１．９５を超えると黒色度や導電性が不足して目的とする実装用ノズルが得られない。
【００２２】  尚、本考案において、酸素欠損酸化チタン中の酸素量、すなわちＴｉＯｘのＸ値は、通常、酸素欠損酸化チタンは大気中５００〜６００℃の温度で酸化されて二酸化チタンになり、黒色から白色に変化することから、還元焼成後の実装用ノズルを、大気中で昇温速度２０℃／分とし、常温〜１０００℃で熱分析（ＴＧ−ＤＴＡ）し、その間の重量増加分を酸化に伴う酸素の増加量としてＸ値を求めることで算出できる。
【００２３】  また、本考案の酸素欠損酸化チタンは、例えばＴｉ２Ｏ３、Ｔｉ３Ｏ５、Ｔｉ４Ｏ７、Ｔｉ５Ｏ９等の低次酸化チタンを含むものであって、酸化チタン全体をこれら酸素欠損酸化チタンで構成したもの、あるいは酸素欠損酸化チタンと二酸化チタンが混在したもの、粒子内部と、粒子表面又はその近傍で酸素欠損度が異なるよう低次化したもの、などが使用可能であるが、それらの成分組成を一般式ＴｉＯｘで表した時、Ｘ値が１．５０〜１．９５であることが重要である。
【００２４】  本考案の実装用ノズルはまた、電子部品装着装置への組み付けに際し、吸着面以外の外周面における全ジルコニア結晶相の９０％以上が正方晶ジルコニアで構成されてなるものである。
【００２５】  即ち、実装用ノズル製造におけるこれまでの一般的な考え方は、電子部品を吸着する吸着面はもとより、その他の外周面も、部品を確実に吸着保持して回路基板の所定の位置まで正確に搬送し装着しなければならない関係上、フランジやスリーブ部品等の他の部品との組み付け精度を上げるべく、高い寸法精度や表面精度に仕上げるための研磨加工を不可欠とするのが慣例であった。
【００２６】  ところが、ジルコニアの場合は、その結晶相の状態、すなわちＸ線回折から求められる全ジルコニア結晶相のうちの正方晶ジルコニアの割合によって曲げ強度や破壊靱性等の機械的強度が大きく影響されるという特有の応力誘起相変態機能を有するため、焼結後のノズルに研磨加工を施すと、研磨時の摩擦熱等によって結晶相の一部が正方晶から単斜晶に相変態してしまい、応力誘起相変態機能が働かなくなって高い機械的強度が得られず、ノズル微小化の大きな障害となっていたのである。
【００２７】  本考案の実装用ノズルにおいて、吸着面以外の外周面におけるジルコニア結晶相の９０％以上を正方晶ジルコニアで構成する理由は、ノズルの微小化に耐え得る高い機械的強度を保持させるには吸着面以外の外周面のジルコニア結晶相の多くを応力誘起相変態機能が有効に働く正方晶の形で留めておくのが最善との結論に基づくもので、吸着面以外の外周面におけるジルコニア結晶相中の正方晶ジルコニアの割合が９０％未満になると、応力誘起相変態による高い機械的強度が得られず、ノズルの微小化に耐えられなくなるものである。
【００２８】  ここで部分安定化ジルコニアの応力誘起相変態機能とは、ジルコニア焼結体の結晶状態には立方晶、正方晶、単斜晶の３種類の状態があるが、このうちの正方晶ジルコニアが外部応力によって応力誘起相変態し、単斜晶ジルコニアに相変態する性質を言うもので、この時の正方晶から単斜晶への相変態に伴う体積膨張によってジルコニアの周囲に微小なマイクロクラックが発生し、外部応力の進行が阻止されるため、ジルコニアの曲げ強度や破壊靭性が高くなるのである。
【００２９】  本考案の実装用ノズルにおいて、吸着面以外の外周面の結晶相の９０％以上を正方晶ジルコニアで構成させるには、吸着面以外を非研磨、所謂加工レスとするのが確実に高い割合で正方晶の形で残すことができ、しかも加工コストが不要となる点で好ましいが、吸着面以外の外周面を軽微な研磨に留めるか、あるいは冷却下での研磨によって正方晶ジルコニアの割合を９０％以上としたものでも差支えないことは言うまでもない。
【００３０】  尚、本考案において、吸着面以外の外周面の正方晶ジルコニアの算出は、特開２０１０−２５４４９３号公報に記載の方法に従い、Ｘ線回折によって単斜晶ジルコニア（回折角２７〜３４度の範囲で測定）と立方晶ジルコニア（回折角７０〜７７度の範囲で測定）の含有量（容積％）をそれぞれ求めた後、下記式にて正方晶ジルコニアの含有量を求めた。
【式１】
正方晶ジルコニア含有量（容積％）＝１００−単斜晶ジルコニア含有量−立方晶ジルコニア含有量
【００３１】  また、本考案では、実装用ノズルの強度や硬度を上げたり、表面粗度を均一化するために、周知の方法でブラスト処理やケイ酸皮膜処理、ＨＩＰ処理等を施してもよく、更にノズルの性能を損なわない範囲でアルミナや窒化チタン、炭化ケイ素などの添加材を共存させても良い。
【実施例】
【００３２】  以下、本考案を理解しやすくするために実施例に基づき説明するが、本考案はこれら実施例に限定されるものではない。【００３３】（実施例１〜３、比較例１〜３）
酸化イットリウムを３モル％含有する平均結晶粒子径１．０μｍの部分安定化ジルコニアに、平均粒子径０．０７μｍの二酸化チタンを１５重量％加え、これにアクリル系やエチレン酢酸ビニル系のバインダーとワックス類などを加えて混練乾燥することによりコンパウンド原料を作製した。そしてこのコンパウンド原料を金型温度４０℃、押出温度１５０℃の条件で射出成形し、成形品を得た。この成形品を、大気中４５０〜９００℃の条件で脱媒した後、窒素を主成分とする不活性ガス中で温度１１００℃〜１６００℃で１時間焼成して、断面寸法３ｍｍ×４ｍｍ、長さ４０ｍｍの試験片を作製した。得られた試験片について、非研磨面とするか、あるいは更に研磨加工を施して、表面ジルコニア結晶相中の正方晶ジルコニアの含有量のそれぞれ異なるサンプルを得た。【００３４】  得られたサンプルについて、Ｘ線回折法による結晶相、曲げ強度、電気抵抗値を評価し、表１にまとめた。尚、得られたサンプルの表面結晶相は、単斜晶ジルコニアと正方晶ジルコニアのみで構成されており、立方晶ジルコニアの存在は認められなかった。【００３５】  本実施例及び比較例において、曲げ強度と電気抵抗値はそれぞれ次の方法で評価した。【００３６】  曲げ強度は、それぞれのサンプルについてＪＩＳＲ１６０１（２００８）に準ずる４点曲げ強度の方法で測定した。【００３７】  電気抵抗値は、それぞれのサンプルと同一の組成と製造条件で作製した図１に例示のノズルについて、先端の吸着面と後端面にそれぞれ電極を接触させ、これら電極間に表面抵抗測定器を接続して電圧を加え、ノズル先端と後端との間の抵抗値（Ω）を測定した。【００３８】
【表１】
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【００３９】  表１の結果から、研磨加工を施した面は正方晶ジルコニアの割合が少なくなっており、曲げ強度が低く、また導電性も悪くなっている。一方、非研磨面で正方晶ジルコニア含有量が９０％以上のサンプルでは曲げ強度や導電性に優れることが確認され電子部品装着機の部品吸着用ノズルとして好適であることが分かる。尚、表１において、研磨加工を施すことで導電性が悪化しているが、これは導電性付与材としての酸素欠損酸化チタンが大気中での研磨加工によって一部が酸化したことによるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４０】  本考案の実装用ノズルは、チップ部品の小型化と実装速度の高速化が進む中にあって、曲げ強度や破壊靱性等の機械的強度に優れると共に、半導電性であるため部品の静電破壊や吹き飛び等のトラブルの発生が極めて少ないといった数々の利点から、電子部品の実装用、とりわけ微小部品の実装分野で極めて好適に利用できるものである。
【符号の説明】
【００４１】  １；電子部品実装用ノズル
２；吸着面
３；吸引口
４；円筒部
５；円錐部
１０；電子部品装着装置
１１；チップ部品
１２；トレイ
１３；ライト
１４；ＣＣＤカメラ
１５；画像解析装置
１６；フランジ又はスリーブ部品
【図１】
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【図２】
0003203184.tif 000005
【図３】
0003203184.tif 000006