(57)【要約】【課題】位置決め装置の爪がワークを挟み込む際のバッファ効果を単純な構成で複数の爪へ同時に、同程度に与えて、正確な位置決めを行う。また、挟み込み時の作動に衝撃の少ない装置の提供を課題とする。【解決手段】対向して配置したフィンガ２２を、カム溝１９を有するカム板１４で変位させるものとし、カム板１４を駆動するモータヘッド９とカム板１４の間に、モーターヘッド９が閉じ方向に回転するときのみ係合してカム板１４に動力を伝達するねじりばね２０を介在させる。モータ６はねじりばね２０を通じてカム板１４を回転し、カム板１４の回転が阻止されてもねじりばね２０を変形させて回転を続け、所定量の回転を達成することができる。フィンガ２２に取付けた爪２８が位置決めのためにワークを挟み込んだとき、カム板１４は停止するが、モータ６は所定量まで回転して、脱調することなく、しかも、ワークに所定の押圧力を付与する。【選択図】　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機体に、複数のカム溝を有するカム板と、各カム溝に案内させたカムフォロア及びそれぞれのカムフォロアと一体に移動するフィンガを備え、カム溝は、カム板の回転によってカムフォロアを回転の半径方向へ移動させる形状であり、カム板とこれを駆動するモータのモータヘッドとの間に、フィンガを閉じる方向へカム板を駆動回転するときだけ、カム板とモータとの間に介在して動力を伝達するねじりばねをカム板の回転軸にはめ込んで配置してあることを特徴としたワークの位置決め装置。
【請求項２】
カム板とモータヘッドは同じ軸線上に回転中心を配置し、カム板の下面に突出させた第１のピンとモーターヘッドの上面に突出させた第２のピンとの間にねじりばねを、一端を第１のピンに、他端を第２のピンに係合させて前記の軸線と同軸に配置してあると共に、カム板の下面にモータヘッドが開き方向への回転時に第２のピンと係合する係合面を有していることを特徴とした請求項１に記載のワークの位置決め装置。
【請求項３】
モータがステッピングモータであって、ステッピングモータへのパルス送り量を、正回転、逆回転でフィンガが開き端から閉じ端まで移動するのに要する量よりわずかに多く設定してあることを特徴とした請求項１、又は２に記載のワークの位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体チップなどのワークを、設定位置に正しい姿勢で位置決めする装置に関する。なお、この装置は一種のチャック機構であって、ここに開示する発明は、動力を大きくしたり、構造を強化することによって搬送等のためにワークを把持するチャックとしても利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体製造工程の組立て機では、部品としての半導体チップをテープに取付けて利用する。このような部品配置テープを作るテーピング機械では、ワーク位置決め装置（アライメントユニット）を用いて半導体チップを事前にテープに対して正しい位置と姿勢にしている。あるいは、半導体チップの検査機では、半導体を常に正しい位置に配置する必要があるので、実際の検査段階の前に、ワーク位置決め装置を用いて半導体チップを正しい位置と姿勢に配置している。
【０００３】
この場合、ワークは搬送装置の吸盤などにほぼ正しい位置と姿勢で吸着されてワークの位置決め装置に運ばれ、ここでさらに正確に位置決めされる。このときワークの移動、すなわち、位置や姿勢の修正には、ワークを吸着している力に打ち勝って移動させる必要がある。そして、位置決めには、対向して配置した爪を衝突する方向に移動させ、ワークを挟むことで位置決めする機構が多い。この場合、爪はフィンガに取付けられていて、爪の移動はフィンガを移動させることであるが、その機構としてエア圧やソレノイドを動力源としたアクチュエータあるいはモータを動力源としたカムによる変位が利用されている。
【０００４】
エア圧やソレノイドによるアクチュエータでフィンガを直接移動させるものは動作が単純なため始動時や停止時のショックを小さくするのが困難な面があり、フィンガの移動にはカム溝を有するカム板をモータで駆動する機構が多く利用される。この機構では、モータによるカム板の回転量が通常一定で、扱うワークの大きさが変わると、ワークを挟む爪の大きさや爪の初期間隔を変更してワークに無理な力が掛らないようにしている。
【０００５】
しかし、同種のワークであっても、製造過程での寸法誤差やバリの付着で、設定した爪間の寸法よりも大きなワークがあり、このようなワークを挟むとワークに大きな負荷がかかり損傷してしまうことがある。また、位置決め装置が精密なものでは、その位置決め機能自体に狂いの生じることがある。
この事態を防止するために、ワークを挟む爪とフィンガーとの間に圧縮ばねや引っ張りばねを取付けてバッファ機構としているものがある（例えば、特許文献１〜４を参照）。
【０００６】
これらのうち、特許文献１〜３に開示される位置決め装置は、個々の爪にバッファ機構として引張りばねや圧縮ばねあるいはいわゆるスプリングを付加してその弾性を利用している。しかし、爪の個々にばねによるバッファ機能を持たせると、ワークを損傷してしまうことはなくても正確な位置決めができない。すなわち、フィンガをカムで同時に対向移動させても、前記のワークを吸着している力の影響で先にワークへ到達した爪が単独で逃げてしまうことがある。また、個々に圧縮ばねや引張りばねを配置するのは、装置を複雑にすると共に、ばね強度を変更するため（ワークに対する押圧力を調整するため）にばねを組替える作業も手間を要する。
【０００７】
これに対して、特許文献４の把持装置は、把持部７（爪）を対向移動させる第２の回転部材５（カム板）を超音波モータ１で駆動するのに、その出力軸２に固定した第１の回転部材３と第２の回転部材５との間に金属球を介して圧縮ばね（付勢手段）を配置し、第１回転部材３の動力を圧縮ばねを介して第２の回転部材５へ伝達する構造を開示している。
この構造では、圧縮ばねがバッファ機能を発揮し、対向移動する把持部７のそれぞれに単独のバッファ機構はない。したがって、一方の把持部が先にワークに当接し、それ以上の移動が不能になると、それはカム板である第２の回転部材５の停止を意味し、他の把持部の移動も停止するから、ワークを挟み、無理な押圧でワークを損傷してしまうことはない。
【０００８】
なお、圧縮ばねの弾性は、当然、ワークを搬送してくる吸盤の吸着力よりも強くしてあるはずだから、通常の場合は、ワークへ先に到達した把持部７はワークを押して移動させ、対向した把持部７との間に挟んで位置決めすることができる。
また、位置決めの間、圧縮ばねは把持部７をワークへ向けて常時押圧して居ることになるので、位置決めした状態でワークと把持部との間に間隙が生じにくいと考えられる。
【０００９】
しかし、特許文献４が開示する構造は、第１と第２の回転部材３，５の間にバッファ機構として配置する付勢手段１３に圧縮ばねを採用しているので、次ぎのような難点がある。
圧縮ばねは基本的に直線方向の伸縮なので、制限された空間に配置するものでは充分なバッファ効果を得にくい。特許文献４のものでは、第１回転部材３の回転角度でわずか１０°〜２０°程度と考えられる。また、圧縮ばねは第１の回転部材３が回転する接線方向にその軸線を一致させて配置するのが好ましいが、この場合も制限された空間では満足な配置とするのが困難なことが多い。
【００１０】
特許文献４のものでは、圧縮ばねを第２の回転部材５に直接設けているために、第２の回転部材へ特殊な加工が必要であり、しかも、第１の回転部材３の押圧で圧縮ばねを滑らかに伸縮させるには、第１の回転部材３と圧縮ばねとの間に金属球を用いるなど、押圧力をばね側へスムーズに伝える細かな機構が必要と考えられ、コストが嵩むことになる。また、第２の回転部材に加工を施すことなく圧縮ばねを配置するにはさらに複数の部品を用いる必要がある。いずれにしても、第２の回転部材上に圧縮ばねを配置すると、これが邪魔になってＸ方向、Ｙ方向それぞれに対向した爪を配置する４方向位置決めの構造とすることがでない。
結局、特許文献４の位置決め装置は汎用性のある構造といえない。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１−１３３３２７号公報（第２図）
【特許文献２】
特開昭６０−１７２４３８号公報（第１図）
【特許文献３】
特公昭６１−４２４２０号公報（第３図）
【特許文献４】
特開平０９−１０９０８１号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、位置決め装置の爪がワークを挟み込む際のバッファ効果（引き続くモータの回転による影響を吸収する効果）を単純な構成で複数の爪へ同時に、同程度に与えて、正確な位置決めを行え、また、その調整範囲が大きいと共に、作動に衝撃の少ない装置の提供を課題とする。なお、この装置はチャックとしても用いることを意図している。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
機体に、カム板とカムフォロア、フィンガと爪及びカム板を駆動するモータとモータヘッドを配置する。
カム板は通常、複数のカム溝を有する円盤カムであるが、形態は円盤に限らない。各カム溝にはカムフォロアが案内され、それぞれのカムフォロアにはフィンガを固定してある。フィンガは機体において、１点に向かいて直線的に案内される。直線的な案内には部品としてリニアガイドが多く利用される。フィンガには爪を交換可能に取付ける。
【００１４】
カム溝は、カム板の回転によってカムフォロアを回転の半径方向へ移動させる形状である。例えば、カム板の回転中心付近からカム板の回転軌跡周縁に向けて放射状に延び出す全体として円弧状に見える形態であり、複数のカム溝は同じ方向に湾曲して配置する。実際のカム溝は爪移動の初期と周期はいわゆるカム曲線の領域とし、中間部は定ピッチ送りの領域となっていて、爪移動の初期、周期に衝撃が発生せず、一方、中間の定ピッチ送り領域のパルス数を調整することでカム溝の長さに応じたモータの回転量を簡単に割り出すことができる。
【００１５】
カム板とこれを駆動するモータのモータヘッドとの間に、ねじりばねを配置する。ねじりばねは、ばね材を螺旋状に巻いてあり、ばね材の一端に巻き方向（巻の接線方向）ヘの負荷をかけるばねである。なお、カム板とモータヘッドは、通常、共にモータの出力軸の軸線に中心を一致させて配置し、ねじりばねも出力軸の軸線と同軸に配置する。そして、ねじりばねをカム板とモータヘッドとの間に配置し、カム板から下方へ突出させた第１のピンをねじりばねの一端に係合させると共にモータヘッドから上方へ突出させた第２のピンを前記ねじりばねの他端に係合させる。
【００１６】
これらの係合の態様は、モーターヘッド側からねじりばねを押圧するときは、一端及び他端でピンとねじりばねとの係合状態が維持されるが、モーターヘッドが反対方向に駆動回転されるときは、モータヘッド側で係合が解かれ、カム板側ではピン側がばねに係合する状態となる。すなわち、モーターがフィンガを閉じる方向へカム板を駆動回転するときだけ、カム板とモータとの間にねじりばねが介在して動力を伝達する配置としてある。
【００１７】
カム板のもどり回転は、前記とは逆方向に駆動回転されるモータヘッドのピンがカム板の下面に形成した係合面と係合して、カム板を直接に原位置まで逆回転させる。
このように、モーターヘッドとカム板との間にバッファ機構としてのばねを配置する構成は、カム板とモーターヘッドに格別な加工を必要としない。
【００１８】
モータは、非接触型の位置センサーによって、フィンガ等の位置を検出してその正逆方向の回転を停止させるとか、高価なサーボモータを利用することができるが、ステップモータを利用することが好ましい。ステップモータを利用するとき、パルス量を残してフィンガの移動が阻害されると、回転が困難になって脱調を引き起こすが、本件の位置決め装置では、カム板の回転が阻止されても、ステッピングモータは、ねじりばねを変形させて所定のパルス量となるまで、回転を続けることができるので、直ちに脱調を引き起こすということはない。むしろ、ワークを位置決めした後、さらに、ステップモータが回転することでねじりばねによる弾性を利用した確実な位置決めをすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
位置決め装置１（図１）は、ベースブロック２と本体ブロック３及びフィンガカバーブロック４とで機体５を構成し、これにステッピングモータ６が装着されている。ベースブロック２はフランジ７を備えた筒状で、下部にステッピングモータ６が装着され、その出力軸８が内部に突出している。出力軸８にはモータヘッド９が取付けられてベアリング１０により、ベースブロック２内で回転可能に支持されている。モータヘッド９（図２ニ）の周縁部には第１のピン１１を上方に向けて固定してあり、また、中心部には円筒状壁１２が形成されている。符号１３はモータヘッド９を出力軸８へ固定するねじを装着するためのねじ孔である。
【００２０】
本体ブロック３は浅い円筒状で内部に円盤形のカム板１４が、ステッピングモータ６の出力軸８の軸線Ｐに中心を合わせて配置され、ベアリング１５、１６に支持されて回転可能となっている。上方のベアリング１５は本体ブロック３とカム板１４との間に、下方のベアリング１６はモータヘッド９の前記円筒状壁１２とカム板１４との間に配置されている。
【００２１】
カム板１４（図２イ）は、周縁部に下方へ突出する第２のピン１７を固定してあり、また、ほぼ１８０°隔てた位置に半径方向の垂直な面を形成して係合面１８としてある。カム板１４は４個のカム溝１９を円周方向に等間隔に有する（図３）。カム溝１９の形態はほぼ円弧状であって、詳しくは両端部をカム曲線領域に、中間部を定ピッチ領域とし、これらを滑らかにつなげてある。そしてこれらのカム溝１９は一端をカム板１４の回転中心に近づけ、他端を周縁に近づけた放射状に、かつ、円弧の方向を揃えて形成してある。
【００２２】
カム板１４はモーターヘッド９の上部に積み重ねる格好で組み付けられるが（図１）、そのときねじりばね２０（図２ロ、ハ）をモーターヘッド９上部の円筒状壁１２の外周側に嵌め込み、ねじりばね２０の両端を第１のピン１１と第２のピン１７に係合させておく。係合の方向は、第１のピン１１がねじりばね２０との係合部を押すと、第２のピン１７がねじりばね２０の係合部によって押される関係とする。
【００２３】
本体ブロック３の上方にはフィンガカバーブロック４が取付けてある。フィンガカバーブロック４は、浅い円筒状で、内部にリニアガイド２１とフィンガ２２が一組となって２個ずつ対向し、それぞれの組の移動方向がＸ方向、Ｙ方向として直交するようにして配置してある（図４）。直交した前記軸線の交点は軸線Ｐの上にある。フィンガ２２は図４，５のように、リニアガイド２１のレール２３に取り付いた形で配置されており、上面が爪取付け部２４となり、下部にカムフォロア２５を取付けてある（図５）。
【００２４】
カムフォロア２５は、前記のカム溝１９の幅に相当する直径を備えたローラーであり、縦方向の軸ピン２６で回転可能にフィンガ２２に取付けてある。フィンガ２２は、フィンガカバーブロック４の内部に位置するが、リニアガイド２１は本体ブロック３に固定してあり、２個ずつ対向して移動方向がＸ方向、Ｙ方向で直交するように配置されている。同時に、下部のカムフォロア２５がカム板１４のカム溝１９ヘ嵌め込まれ案内されている。
【００２５】
爪取付け部２４は、フィンガカバーブロック４の上面に被せるカバープレート２７に設けた４個の窓（図６）からわずかに上方へ突出している。各窓にはフィンガ２２のストローク分の余裕Ｓが半径方向に形成してある。図は、開き端位置で示しており、また、符号２８は爪であり、１例である。
【００２６】
以上の構成であって、爪２８が開いた状態（開き端）からステッピングモータ６が所定のパルス量を与えられて駆動されると、モータヘッド９が駆動回転され、第１のピン１１が図２ハにおいて右方向に回転する。第１のピン１１は、ねじりばね２０の一端とカム板１４下面の係合面１８（図２イ）とに挟まれて、前記ねじりばね２０の一端と係合し、ねじりばね２０、第２のピン１７を介してカム板１４を回転させる。このとき、力の伝達は第１のピン１１からねじりばね２０へ直接、かつ、接線方向に行なわれるので、伝達に無理がなくスムーズであり、伝達をスムーズにするために格別な部材を必要としない。
【００２７】
カム板１４の回転で、各カム溝１９のカムフォロア２５は中心方向に移動し、リニアガイド２１を介してフィンガ２２が半径方向へいっせいに直線移動し、対向した爪２８との間にワークを挟みこみ位置決めする。この実施形態では、爪２８は４方向から同時に中心へ移動しワークを挟み込む。ステッピングモータ６は、爪２８がワークに接触してカム板１４が回転できない状態となった後もねじりばね２０を捲き締めるようにしばらく回転し、その間、その反力でワークをねじりばね２０で押圧しつづける。したがって、ワークと爪２８との間に隙間が残らない。ねじりばね２０は、モータヘッド９の回転角度で５０°〜９０°の捲き締めが可能であり、充分な余裕がある。
【００２８】
そして、ステッピングモータは、所定のパルス量を消費して停止し（閉じ端）、爪２８が閉じた状態を維持する。
ワークを挟み込む力はねじりばね２０の弾性の範囲であり、ほぼ一定である。また、ワークが設定した爪間隔と正確に対応するときは、ワークの各辺に対する押圧力はほぼ一定である。
【００２９】
ワークの一辺にバリが付着しているとか、その方向の寸法が設定よりも大きいなどの理由で、対向して移動してくる爪２８の一組が先にワークを挟み込み、その位置でカム板１４の回転が阻止されることがある。この場合も、ステッピングモータ６はカム板１４の回転停止後、残量パルス分だけ回転を続けるという事態になるが、残量パルス分の回転はねじりばね２０を捲き締める作用となり、ワークに過大な力が作用するのを防止する。そして、ねじりばね２０に蓄積される弾力は、押圧力としてワークを確実に位置決めすることに役立つ。
【００３０】
この時、ワークを挟み込んだ爪の組がＸ軸方向のものであったとすると、Ｘ軸方向の爪２８がワークに当ることによってカム板１４は回転が阻止されてしまうので、Ｙ軸方向の爪２８はワークに当接できないまま、隙間ができてしまうことがある。しかし、少なくとも、Ｘ軸方向では位置決めが正確に行なわれる。この事態が不都合な場合は、Ｙ軸方向に押圧力が検出されないことをもってアラームを発するような手段をとることができる。
【００３１】
すなわち、ねじりばね２０は１個なので、その弾力はカム板１４を通じて複数の爪２８へ同時に同じ程度に作用し、ワークのどの辺に寸法的な異常があっても、前記と同じように対応することができる。また、前記のように、カム板１４の回転が停止するので、先に接触した爪２８を含め他の爪２８もその場にとどまり、ワークを損傷することがない。
【００３２】
位置決めが完了すると、外部信号によってステッピングモータ６は逆方向へ、前記と同じパルス量だけ回転する。しかし、モータヘッド９の第１のピン１１が逆回転を始めても、第１のピン１１を基点としたねじりばね２０の弾力に付勢されてカム板１４は回転せず、したがって、当初、爪２８は開かない。ねじりばね２０は、モータヘッド９の第１のピン１１が、カム板１４下面の係合面１８へ当接するまでその弾性でワークを押圧しつづける。ついで、第１のピン１１が前記の係合面１８に当接すると、モータヘッド９の回転にともなって、カム板１４が逆方向へ強制的に回動される。カム板１４の逆回転で各カム溝１９のカムフォロア２５は回転中心から離れる方向に移動し、爪２８が開く。そして、そのまま強制的に開き方向に移動し、もとの開き端位置となって停止する。
【００３３】
以上、４個のフィンガ２２を備えたものについて説明したが、フィンガ２２は対向した２個だけのこともある。また、動力源としてステッピングモータは好ましいが、他の形式のモータやアクチュエータであっても適切な回転停止機構を設けることによって利用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
複数の爪が同時に同じ程度に逃げる機構であるために、ワークを正確に位置決めすることができる。
バッファ機構が１個のねじりばねを用いた単純構成であり、製品が大型化しない。しかも、ねじりばねをカム板の回転軸にはめ込むだけで達成でき、特殊な構造ではないから、汎用性が高い。
【００３５】
ワークを挟み込む押圧力を調整するときは、１個のねじりばねを組替えることにより可能であり、調整作業が簡単である。
位置決め動作（カム板の閉じ作動）が開始するときはカム曲線によりショックレスに起動し、フィンガに加わる衝撃を抑制できるので、位置決め装置のメカ的な耐久性を高くできる。
【００３６】
カム曲線によるスムーズな起動の後、カムフォロアをカム溝の定ピッチ送りの領域におくことができるので、ステッピングモータの１パルス回転分に対応したフィンガの移動量が一定な期間でパルス量を調整して、目的とするワークの位置決めに必要なパルス量を簡単に設定することができる。
ステッピングモータを利用すると、パルス送り量を調整してワークを挟み込んだ後のばね荷重を調整できる。このため、小さなワークには小さな力で、大きなものには大きな力で挟み込むようにするなどの調整ができる。
【００３７】
ステッピングモータを脱調することなく利用することができるので、高価なサーボモータを利用するものに比べ、製品コストを低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】機構を説明するための正面図。
【図２】イは、カム板の断面図、ロは、ねじりばねの正面図、ハは、ねじりばね部分の平面図、ニは、モータヘッドの断面図。
【図３】カム板部分の平面図。
【図４】カバープレートを取り除いて示す平面図。
【図５】フィンガとリニアガイドの部分をフィンガの移動方向から見た正面図。
【図６】平面図。
【符号の説明】
１　位置決め装置
２　ベースブロック
３　本体ブロック
４　フィンガカバーブロック
５　機体
６　ステッピングモータ
７　フランジ
８　出力軸
９　モータヘッド
１０　ベアリング
１１　第１のピン
１２　円筒状壁
１３　ねじ孔
１４　カム板
１５　ベアリング
１６　ベアリング
１７　第２のピン
１８　係合面
１９　カム溝
２０　ねじりばね
２１　リニアガイド
２２　フィンガ
２３　レール
２４　爪取付け部
２５　カムフォロア
２６　軸ピン
２７　カバープレート
２８　爪
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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