(57)【要約】【課題】部品実装装置の小型化等に寄与し得るエアベアリングシリンダを得る。【解決手段】エアベアリングシリンダ４のロッド７には、その軸線方向に貫通する中空孔２７を形成し、その中空孔２７の延長上にロッド７の駆動により半導体チップに対して各種作業を行うチップ治具３１を設けた。このエアベアリングシリンダ４を利用すれば、ロッド７の駆動によってチップに対し作業を行う作業領域を、中空孔２７を介して観察等することが可能となり、部品実装装置を小型化できる。【選択図】　　　図３
2004103650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ本体に対しロッドを加圧エアによって非接触支持するとともに当該ロッドをその軸線方向にスライドし得るように構成したエアベアリングシリンダと、前記ロッドに設けられて被実装部品を相手部品に実装する作業を行う作業部材とを備え、
前記エアベアリングシリンダには前記ロッドの軸線方向に沿って貫通する空間領域を設け、その空間領域の前記軸線方向延長上に前記作業部材を配置した部品実装装置。
【請求項２】
シリンダ本体に対しロッドを加圧エアによって非接触支持するとともに当該ロッドをその軸線方向にスライドし得るように構成したエアベアリングシリンダと、前記ロッドに設けられて被実装部品を相手部品に実装する作業を行う作業部材とを備え、
前記エアベアリングシリンダには前記ロッドの軸線方向に沿って貫通する空間領域を設け、その空間領域の前記軸線方向延長上に前記作業部材を配置し、その作業部材による作業状況を撮像する撮像手段を設け、その撮像手段を前記エアベアリングシリンダを挟んで前記作業部材とは反対側となる前記軸線方向延長上に配置した部品実装装置。
【請求項３】
前記空間領域を、前記エアベアリングシリンダのほぼ中央位置に形成した請求項１又は２記載の部品実装装置。
【請求項４】
前記作業部材は、被実装部品を保持する治具であり、前記ロッドの駆動により相手部品上に前記被実装部品が押圧されて当該被実装部品を相手部品上に実装する作業を行うものである請求項１乃至３のいずれかに記載の部品実装装置。
【請求項５】
前記エアベアリングシリンダは、加圧エアが供給されて前記ロッドに駆動力を発生させる一対の推力室を有し、その両推力室を、前記シリンダを平面視した場合において、前記治具による荷重作用点を中心として対称に配置した請求項４に記載の部品実装装置。
【請求項６】
シリンダ本体に対しロッドを加圧エアによって非接触支持するとともに当該ロッドをその軸線方向にスライドし得るように構成し、さらに、前記ロッドの軸線方向に沿って貫通する空間領域を、少なくともシリンダ本体またはロッドのいずれか一方に形成したエアベアリングシリンダ。
【請求項７】
シリンダ本体には同本体を貫通するロッド挿通孔を形成し、そのロッド挿通孔にはロッドを挿通し、そのロッドを加圧エアによって非接触支持するとともに当該ロッドをその軸線方向にスライドし得るように構成し、さらに、前記ロッドにはその軸線方向に貫通する中空孔からなる空間領域を形成したエアベアリングシリンダ。
【請求項８】
前記ロッドを断面非円形状に形成した請求項７記載のエアベアリングシリンダ。
【請求項９】
シリンダ本体に対しロッドを加圧エアによって非接触支持するとともに当該ロッドをその軸線方向にスライドし得るように構成し、さらに、前記シリンダ本体をロッドの軸線方向端部からみて略コ字状となるように前記軸線方向に貫通する凹溝を設け、その凹溝によって空間領域を形成したエアベアリングシリンダ。
【請求項１０】
シリンダ本体に対しロッドを加圧エアによって非接触支持するとともに当該ロッドをその軸線方向にスライドし得るように構成したエアベアリングシリンダ部を一対備え、それら両エアベアリングシリンダ部を前記ロッドの軸線方向が平行となるように所定の間隔をおいて一体的に連結することによって、両エアベアリングシリンダ部間には前記軸線方向に貫通する空間領域を形成し、前記両ロッドの先端部同士を連結部材によって連結したエアベアリングシリンダ。
【請求項１１】
前記空間領域をほぼ中央位置に形成した請求項６乃至１０のいずれかに記載のエアベアリングシリンダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部品実装装置及びその装置に適したエアベアリングシリンダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
被実装部品、例えば半導体チップを相手部品たるプリント基板にチップ実装するためのチップボンディング装置６１が一般に知られている。このチップボンディング装置６１は、図９に示すように、チップ６２を実装・圧着する際の駆動源となるエアベアリングシリンダ６３と、チップ６２の実装状況を確認する確認カメラ６４とを備えている。チップ６２の状況確認はチップ６２の上方から行われるため、従来、エアベアリングシリンダ６３は状況確認の邪魔にならないようプリント基板６５の上方を避け、オフセット状態で配置されている。そして、同シリンダ６３のロッド６６の先端にはチップ６２を保持するとともに基板上へ押圧するチップ治具６７が設けられている。このチップ治具６７はエアベアリングシリンダ６３の配置状態に合わせて、ロッド６６の先端からプリント基板６５の上方へ向けてほぼ水平に延びるように形成され、その先端にはチップ保持・押圧部６８が設けられている。
【０００３】
かかる構成において、エアベアリングシリンダ６３が駆動され、同シリンダ６３のロッド６６がプリント基板側６５へ移動すると、チップ６２を保持したチップ治具６７により基板６５上の所定位置へチップ６２が配置される。それとともに、シリンダ６３がさらに駆動され、チップ治具６７によってチップ６２が押圧されプリント基板６５に圧着される。このチップ治具６７による作業の間、チップ６２の実装状況が真上に配置された確認カメラ６４によって確認されている。これにより、チップ実装が完了する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のチップボンディング装置６１では、エアベアリングシリンダ６３がチップ６２の実装状況確認の邪魔にならないようオフセット状態で配置されているため、確認カメラ６４によるチップ６２の実装状況を確認するための領域、エアベアリングシリンダ６３を配置するための領域をそれぞれ別々に設けなければならない。このため、装置６１が大型化してしまうという問題があった。
【０００５】
また、これとは別の問題もある。即ち、前述したエアベアリングシリンダ６３の配置に伴い、チップ治具６７がロッド６６の先端からプリント基板６５の上方へ向けほぼ水平に長く延びるように形成されている。このため、シリンダロッド６６とチップ保持・押圧部６８との間が大きく離されている。これはチップ治具６７によりチップ６２を押圧する際に生じるチップ６２の位置ずれ（プリント基板６５上に当初配置された位置からのずれ）の原因となるという問題がある。なお、このチップ６２の位置ずれは、シリンダロッド６６にモーメント荷重が作用することにより生じるもので、ロッド６６とチップ保持・押圧部６８と間の距離（オフセット距離Ｌ）が長くなるほど比例的に大きくなる。
【０００６】
以上の各問題は、チップボンディング装置６１以外の部品実装装置、例えば光デバイス等の光学部品を実装するための装置においても、同一箇所で２つの作業を行おうとする場合において同様に存在し得る。
【０００７】
そこで、本発明は、以上の問題を解消し得る部品実装装置及びその装置に最適なエアベアリングシリンダを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
以下に、上記課題を解決し得る手段等について項を分けて列挙する。なお、必要に応じてその作用、効果、具体的手段等についても付記する。
【０００９】
手段１．シリンダ本体に対しロッドを加圧エアによって非接触支持するとともに当該ロッドをその軸線方向にスライドし得るように構成したエアベアリングシリンダと、前記ロッドに設けられて被実装部品を相手部品に実装する作業を行う作業部材とを備え、
前記エアベアリングシリンダには前記ロッドの軸線方向に沿って貫通する空間領域を設け、その空間領域の前記軸線方向延長上に前記作業部材を配置した部品実装装置。
【００１０】
手段１によれば、エアベアリングシリンダのロッドが駆動されると、作業部材により空間領域の延長上で被実装部品を相手部品に実装する作業が行われる。この作業を行っている間、空間領域を介して当該作業を観察する等の処置が可能となる。このため、エアベアリングシリンダを上記処置のためにオフセット配置する必要がない。従って、部品実装装置では作業部材による作業領域と他の処置手段との間にエアベアリングシリンダを配置することができる。
【００１１】
その結果、部品実装装置を小型化することができる。また、エアベアリングシリンダによる作業中に他の処置手段を用いた処置の邪魔にならないようシリンダをオフセット配置するという設計上の負荷がなくなり、装置を設計する際の自由度を広げることができる。また、エアベアリングシリンダを作業部材の作業位置からオフセット配置する必要がないことから被実装部品を相手部品に実装する作業上の精度を向上させることができる。
【００１２】
手段２．シリンダ本体に対しロッドを加圧エアによって非接触支持するとともに当該ロッドをその軸線方向にスライドし得るように構成したエアベアリングシリンダと、前記ロッドに設けられて被実装部品を相手部品に実装する作業を行う作業部材とを備え、
前記エアベアリングシリンダには前記ロッドの軸線方向に沿って貫通する空間領域を設け、その空間領域の前記軸線方向延長上に前記作業部材を配置し、その作業部材による作業状況を撮像する撮像手段を設け、その撮像手段を前記エアベアリングシリンダを挟んで前記作業部材とは反対側となる前記軸線方向延長上に配置した部品実装装置。
【００１３】
手段２によれば、エアベアリングシリンダのロッドが駆動されると、作業部材により空間領域の延長上で被実装部品を相手部品に実装する作業が行われる。この作業を行っている間、空間領域を介して当該作業状況が撮像手段によって撮像される。このため、エアベアリングシリンダを上記撮像処理のためにオフセット配置する必要がない。従って、部品実装装置では作業部材による作業領域と撮像手段との間にエアベアリングシリンダを配置することができる。すなわち、作業領域、エアベアリング及び撮像手段を、空間領域の貫通方向に一列に配置することができる。
【００１４】
その結果、部品実装装置を小型化することができる。また、エアベアリングシリンダによる作業中に撮像手段による撮像処理の邪魔にならないようシリンダをオフセット配置するという設計上の負荷がなくなり、装置を設計する際の自由度を広げることができる。また、エアベアリングシリンダを作業部材の作業位置からオフセット配置する必要がないことから被実装部品を相手部品に実装する作業上の精度を向上させることができる。
【００１５】
手段３．前記空間領域を、前記エアベアリングシリンダのほぼ中央位置に形成した上記手段１又は２記載の部品実装装置。
【００１６】
手段３によれば、空間領域がエアベアリングシリンダのほぼ中央に形成されることから、装置全体のコンパクトさを一層高めることができる。
【００１７】
手段４．前記作業部材は、被実装部品を保持する治具であり、前記ロッドの駆動により相手部品上に前記被実装部品が押圧されて当該被実装部品を相手部品上に実装する作業を行うものである上記手段１乃至３のいずれかに記載の部品実装装置。
【００１８】
手段４によれば、チップボンディング等の実装作業を行う部品実装装置においては被実装部品の実装状況をカメラ等の撮像手段によって撮像して観察する必要があるが、本装置によれば、その観察を確実に行いつつ上記手段１又は２に示した効果が得られる。
【００１９】
手段５．前記エアベアリングシリンダは、加圧エアが供給されて前記ロッドに駆動力を発生させる一対の推力室を有し、その両推力室を、前記シリンダを平面視した場合において、前記治具による荷重作用点を中心として対称に配置した手段４に記載の部品実装装置。
【００２０】
手段５によれば、ロッドの駆動によりチップ治具で被実装部品を押圧する際にそのロッドの駆動力を発生させる一対の推力室が、治具の荷重作用点を中心として対称に配置されている。これにより、一対の駆動力発生源を有していながら、治具の荷重作用点において被実装部品に対して偏荷重がかかることはほとんどないため、被実装部品を相手部品に実装する作業上の精度を低下させることなく適切な荷重を加えることができる。
【００２１】
手段６．シリンダ本体に対しロッドを加圧エアによって非接触支持するとともに当該ロッドをその軸線方向にスライドし得るように構成し、さらに、前記ロッドの軸線方向に沿って貫通する空間領域を、少なくともシリンダ本体またはロッドのいずれか一方に形成したエアベアリングシリンダ。
【００２２】
手段６によれば、エアベアリングシリンダにおいてロッド軸線方向に沿って貫通する空間領域が形成されることで、当該空間領域を通してエアベアリングシリンダの軸線方向一端側から他端側を観察する等の作業が可能となる。これにより、上記手段１ないし５に記載された部品実装装置に適したエアベアリングシリンダとなり得る。
【００２３】
手段７．シリンダ本体には同本体を貫通するロッド挿通孔を形成し、そのロッド挿通孔にはロッドを挿通し、そのロッドを加圧エアによって非接触支持するとともに当該ロッドをその軸線方向にスライドし得るように構成し、さらに、前記ロッドにはその軸線方向に貫通する中空孔からなる空間領域を形成したエアベアリングシリンダ。
【００２４】
手段７によれば、エアベアリングシリンダにおいてロッドがシリンダ本体を貫通しておりかつロッドに中空孔からなる空間領域が形成されることで、当該空間領域を通してエアベアリングシリンダの軸線方向一端側から他端側を観察する等の作業が可能となる。これにより、上記手段１ないし４に記載された部品実装装置に適したエアベアリングシリンダとなり得る。
【００２５】
手段８．前記ロッドを断面非円形状に形成した上記手段７記載のエアベアリングシリンダ。
【００２６】
手段８によれば、ロッドが断面非円形状、例えば断面が四角形状とか扁平状等に形成されることで、ロッド自身が回り止め機能を有することとなる。
【００２７】
手段９．シリンダ本体に対しロッドを加圧エアによって非接触支持するとともに当該ロッドをその軸線方向にスライドし得るように構成し、さらに、前記シリンダ本体をロッドの軸線方向端部からみて略コ字状となるように前記軸線方向に貫通する凹溝を設け、その凹溝によって空間領域を形成したエアベアリングシリンダ。
【００２８】
手段９によれば、エアベアリングシリンダにおいてシリンダ本体がロッド軸線方向に貫通する凹溝を有していてこれにより空間領域が形成されることで、当該空間領域を通してエアベアリングシリンダの軸線方向一端側から他端側を観察する等の作業が可能となる。これにより、上記手段１ないし５に記載された部品実装装置に適したエアベアリングシリンダとなり得る。さらに、凹溝によって空間領域が形成されることで凹溝の開放側を上記観察等に利用できることから、空間領域を拡大して利用することができ、エアベアリングシリンダの小型化及び軽量化を一層促進し得る。
【００２９】
手段１０．シリンダ本体に対しロッドを加圧エアによって非接触支持するとともに当該ロッドをその軸線方向にスライドし得るように構成したエアベアリングシリンダ部を一対備え、それら両エアベアリングシリンダ部を前記ロッドの軸線方向が平行となるように所定の間隔をおいて一体的に連結することによって、両エアベアリングシリンダ部間には前記軸線方向に貫通する空間領域を形成し、前記両ロッドの先端部同士を連結部材によって連結したエアベアリングシリンダ。
【００３０】
手段１０によれば、一対のエアベアリングシリンダ部の間にロッド軸線方向に沿って貫通するように空間領域が形成されることで、当該空間領域を通してエアベアリングシリンダの軸線方向一端側から他端側を観察する等の作業が可能となる。これにより、上記手段１ないし５に記載された部品実装装置に適したエアベアリングシリンダとなり得る。さらに、一対のエアベアリングシリンダ部を利用することで、それぞれのエアベアリングシリンダ部を小さくしても大きな推力を得ることができる。また、両ロッドを連結部材によって連結していることから、円形ロッドを利用してもロッドの回り止め効果があり、その連結部材も所定の作業を行う場合の作業部材又はその取付部材として機能させることができる。
【００３１】
手段１１．前記空間領域をほぼ中央位置に形成した上記手段６乃至１０のいずれかに記載のエアベアリングシリンダ。
【００３２】
手段１１によれば、空間領域がエアベアリングシリンダのほぼ中央に形成されることから、シリンダ全体のコンパクトさを一層高めることができる。
【００３３】
なお、以上の各手段において、ロッドを非接触支持するためには、エアベアリングシリンダの本体に、前記ロッドに対向する多孔質体を設けるとともに、その多孔質体に加圧エアを供給するベアリングポートを設け、ベアリングポートから加圧エアを多孔質体に供給することによって当該多孔質体からロッドに向けて加圧エアを噴出させることが好ましい。
【００３４】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
以下に、第１の実施形態について図１乃至図４を参照しつつ説明する。なお、図１はエアベアリングシリンダの斜視図であり、図２は同シリンダの底面図であり、図３は同シリンダの断面図、具体的には図２のＡ−Ａ断面図であり、図４は部品実装装置の正面図である。
【００３５】
図４に示すように、部品実装装置としてのチップボンディング装置１は、相手部品としてのプリント基板２の上方に配置され、被実装部品としての半導体チップ３の保持・押圧を行うエアベアリングシリンダ４と、チップ３の実装状況、本実施形態では特に位置確認を行うための撮像手段としての位置確認カメラＣとを備えている。なお、被実装部品としては半導体チップ３に限らず、例えば光デバイス等の光学部品を用いることもできる。この場合、相手部品もプリント基板２に限られないことはいうまでもない。
【００３６】
そこで、最初にエアベアリングシリンダ４の構成について説明する。
【００３７】
図１に示すように、エアベアリングシリンダ４の本体５は例えば四角柱状をなしている。なお、この本体５の形状は四角柱状に限られず、その他の多角柱状、円柱状などの形状を選択することができる。また、本体５は通常は複数の部品によって構成されるがここではその説明を省略する。
【００３８】
図１乃至図３に示すように、本体５には同本体５を貫通する横断面四角形状のロッド挿通孔６が形成されている。そして、このロッド挿通孔６には同孔６の断面形状に対応した横断面四角形状のロッド７が挿通され、本体５の両端からロッド７の軸線方向の両端部がそれぞれ突出した状態をなしている。なお、このロッド挿通孔６及びロッド７の断面形状は四角形状に限られず、その他の形状を選択することができるが、ロッド７の回り止めのためには非円形状であることが望ましい。
【００３９】
図３に示すように、ロッド７の軸線方向中間部における外周面には、同外周面から突出されかつ環状に形成された圧力作用部８が設けられている。この圧力作用部８に対応して、前記本体５のロッド挿通孔６を形成する内周面には環状のシリンダ溝９が形成されている。シリンダ溝９は圧力作用部８によって同圧力作用部８を挟んだ２部屋に区画され、一方が推力室１０、もう一方がキャンセル室１１となっている。そして、圧力作用部８のロッド外周面と交差する一対の面、すなわち前記両室１０，１１側に向けられた面は、圧力作用面８ａ，８ｂをなしている。なお、この両圧力作用面８ａ，８ｂの受圧面積はそれぞれ同じとしてもよいし、異なるようにしてもよい。
【００４０】
本体５の外周面には推力ポート１２が形成されている。この推力ポート１２は、本体５内に形成された圧力通路１３を介して推力室１０に連通されている。推力ポート１２には図示しない圧力制御弁及び排気弁等からの配管が接続される。なお、推力ポート１２は例えば配管が接続されるための雌ネジが形成された雌ネジ孔として形成したり、ワンタッチ継手を設けたりする等、各種形態が考えられる。本明細書においてこれ以降説明する各ポートについても同様である。
【００４１】
本体５の外周面には、前記推力ポート１２とは異なる位置にキャンセル力ポート１４が形成されている。このキャンセル力ポート１４は、本体５内に形成された圧力通路１５を介してキャンセル室１１に連通されている。キャンセル力ポート１４には図示しない圧力制御弁及び排気弁等からの配管が接続される。
【００４２】
このため、推力ポート１２又はキャンセル力ポート１４に加圧エアが供給されると、加圧エアが各ポート１２，１４、圧力通路１３，１５を介して推力室１０又はキャンセル室１１に供給される。これにより推力室１０又はキャンセル室１１が加圧雰囲気となる。
【００４３】
また、推力ポート１２又はキャンセル力ポート１４が排気弁とつながると、推力室１０又はキャンセル室１１は大気中への開放状態となり、推力室１０又はキャンセル室１１内のエアは圧力通路１３，１５、対応するポート１２，１４を介して大気中へ排出される。
【００４４】
なお、推力室１０とキャンセル室１１のうち、一方が加圧雰囲気となり他方が大気への開放状態となるように、図示しない制御装置により圧力制御弁や排気弁の接続状態が制御される。
【００４５】
前記シリンダ溝９の周壁面には、環状の収容溝１６が形成されている。収容溝１６には、環状のシール用多孔質体１７が同収容溝１６から若干突出して収納された状態で固定されている。また、本体５のロッド挿通孔６内周面における前記シリンダ溝９を挟んだ両端部には、それぞれ環状の収容溝１８，１９が形成されている。各収容溝１８，１９には環状の軸受け用多孔質体２０，２１が各収容溝１８，１９から若干突出して収納された状態で固定されている。これら３つの各多孔質体１７，２０，２１の固定は、例えば接着によって行われるが、多孔質体１７，２０，２１の通気性を確保できれば、他の固定手段を用いてもよい。
【００４６】
多孔質体１７，２０，２１は、例えば焼結アルミニウム、焼結銅、焼結ステンレス等の金属材料によって構成することができるが、それ以外にも、焼結三フッ化樹脂、焼結四フッ化樹脂、焼結ナイロン樹脂、焼結ポリアセタール樹脂等の合成樹脂材料や、焼結カーボン、焼結セラミックスなどによって構成することもできる。なお、ここに説明した多孔質体の固定方法や構成は、本明細書において以降説明する他の多孔質体についても同様である。
【００４７】
各収容溝１６，１８，１９の奥には環状の流通溝１６ａ，１８ａ，１９ａが形成されている。そして、前記本体５の外周面には、前記推力ポート１２及びキャンセル力ポート１４とは異なる位置にベアリングポート２２が形成されている。ベアリングポート２２は各流通溝１６ａ，１８ａ，１９ａと本体５内に形成された通路２３を介して連通されている。ベアリングポート２２には図示しない圧力供給源からの配管が接続される。
【００４８】
そして、ベアリングポート２２に図示しない圧力供給源から加圧エアが供給されると、かかる加圧エアがポート２２、通路２３、各流通溝１６ａ，１８ａ，１９ａを介して各多孔質体１７，２０，２１の外周面に供給され、さらに同多孔質体１７，２０，２１内部を流通した後、その内周面全体から噴出される。
【００４９】
エアベアリングシリンダ本体５の外周面には、前記各ポート１２，１４，２２とは異なる位置に真空引き用のポート２４が形成されている。同ポート２４には図示しない吸引ポンプからの配管が接続される。本体５の一端部において、前記収容溝１９よりも端部側内周面には、当該収容溝１９とは別に環状の吸引用溝２５が形成されている。なお、かかる吸引用溝２５は本体５の他端にも設けることとしてもよいし、省略することも可能である。
【００５０】
前記ポート２４と吸引用溝２５の周壁とは、本体５内部に形成された通路２６を介して連通されている。そして、図示しない吸引ポンプのエア吸引により吸引用溝２５、通路２６、ポート２４を介してエアが吸引され、吸引用溝２５に沿って本体５の一端側にエア吸引力が作用する。
【００５１】
以上のように構成されたエアベアリングシリンダ４では、圧力供給源が作動すると、加圧エアがベアリングポート２２、通路２３、各流通溝１６ａ，１８ａ，１９ａを介して各多孔質体１７，２０，２１の外周面に供給され、さらにそれら多孔質体１７，２０，２１の内部を介して各多孔質体１７，２０，２１の内周面全体から噴出される。すると、軸受け用多孔質体２０，２１の内周面とロッド７の外周面との間に環状の圧力エア層が形成され、静圧がもたらされる。これにより、ロッド７が本体５の両端部で非接触支持される。
【００５２】
一方、シール用多孔質体１７の内周面と圧力作用部８の外周面との間にも環状の圧力エア層が形成される。この圧力エア層の存在により、圧力作用部８によって区画された推力室１０とキャンセル室１１との間がエアシールされる。
【００５３】
このとき、各多孔質体１７，２０，２１の内周面から噴出し、本体５におけるロッド挿通孔６の一端側に至ったエアが吸引用溝２５、通路２６、真空引き用ポート２４を介して吸引される。これにより、本体５の一端側においてロッド挿通孔６からのエア噴出が防止される。
【００５４】
以上の状態で、制御装置の制御により、圧力供給源と推力ポート１２が連通されるとともに、排気弁とキャンセル力ポート１４とが連通されると、推力室１０が加圧雰囲気となり、キャンセル室１１が大気開放状態となる。これにより、加圧エアが推力室１０側の圧力作用面８ａに作用する。その結果、圧力エア層によって非接触支持されたロッド７が一端側に移動する。
【００５５】
他方、制御装置の制御により、圧力供給源とキャンセル力ポート１４とが連通されるとともに、排気弁と推力ポート１２とが連通されると、推力室１０が大気開放状態となり、キャンセル室１１が加圧雰囲気となる。これにより、加圧エアがキャンセル室１１側の圧力作用面８ｂに作用する。その結果、圧力エア層によって非接触支持されたロッド７が他端側に移動する。
【００５６】
ここで、このエアベアリングシリンダ４のロッド７には、その略中心部において中心軸線方向に貫通する中空孔２７が形成され、これにより空間領域が構成されている。中空孔２７はその横断面形状が略円形状で、前記軸線方向に沿って同一形状及び同一大きさとなるよう形成されている。なお、中空孔２７の横断面形状は多角形状などその他の形状に形成することができる。そして、中空孔２７の存在により、ロッド７の一方の端部側からもう一方の端部側を観察することができる。
【００５７】
かかる構成のエアベアリングシリンダ４を用いたチップボンディング装置１は以下のように構成される。
【００５８】
図２及び図３に示すように、エアベアリングシリンダ４のロッド７には、その一端面、即ち前記吸引用溝２５が形成されている側の一端面において、作業部材としてのチップ治具３１が取り付けられている。チップ治具３１は、その被固定部３２においてロッド７に対して２箇所でネジ止めされている。なお、ネジ止めの数は１箇所でも、３箇所以上でも構わないし、他の固定手段を用いてもよい。被固定部３２には、ロッド７の中心軸線側に向かって延び、かつ半導体チップ３よりも幅が細く形成された突起状の作業部３３が設けられている。チップ治具３１には図示しないチップ保持装置が設けられており、作業部３３の先端側でチップ３が保持されるよう構成されている。この保持装置によってチップ治具３１は、チップ３をその略中心がロッド７の中心軸線上に位置するよう保持する。
【００５９】
エアベアリングシリンダ４はその本体５がチップボンディング装置１の所定位置に固定されている。このとき、前記推力室１０が加圧雰囲気とされた場合にロッド７が下方へ移動するように配置されている。すなわち、ロッド７の中心軸線が上下方向に指向されるように配置されている。そして、図４に示すように、チップ３の実装時には、プリント基板２の上方に、チップ治具３１の作業部３３にチップ３を保持したエアベアリングシリンダ４が配置される。また、ロッド７の中空孔２７に対応してエアベアリングシリンダ４の上方に位置確認カメラＣが配置される。即ち、チップ３の実装時において、ロッド冶具３１に保持されたチップ３の状態を位置確認カメラＣが中空孔２７を介して観察することが可能な位置に、位置確認カメラＣが配置される。
【００６０】
以上のように構成されたチップボンディング装置１では、まず、制御装置の制御により、エアベアリングシリンダ４において推力室１０が加圧雰囲気、キャンセル室１１が大気開放状態とされると、同シリンダ４のロッド７が圧力エア層によって非接触支持されながら下方、即ちプリント基板２側へ移動する。すると、チップ３を保持した作業部３３により基板２上の所定位置へチップ３が配置される。そして、ロッド７の移動がさらに進められ、作業部３３によってチップ３が押圧されてプリント基板２に圧着される。かかるボンディング作業領域では、吸引用溝２５からのエア吸引作用によってエアの急激な流れが抑えられている。
【００６１】
このとき、図４に示すように、チップ３周囲の作業領域はその上方（真上）がロッド７の中空孔２７によって開放されている。即ち、チップ３の上方に位置確認カメラＣが配置され、チップ３の上方から作業部３３によるチップ３の配置・押圧という作業状況について観察可能となっている。このため、位置確認カメラＣによりチップ３が所定位置に配置されているか、ボンディング時に大幅な位置ずれが生じていないか等の作業状況が確認される。
【００６２】
次に、制御装置の制御により、推力室１０が大気開放状態、キャンセル室１１が加圧雰囲気とされると、ロッド７は非接触支持されながらチップ３から離れて上方へ移動する。これによりチップ実装の一連の作業が終了する。その後、再び別のチップ３がチップ治具３１に保持され、これまでの動作が繰り返される。
【００６３】
従って、本実施形態のチップボンディング装置１では、エアベアリングシリンダ４によるチップ３の実装作業中においても、チップ３の上方（真上）から中空孔２７を介してチップ３の位置確認を行うことが可能なため、シリンダ４を位置確認カメラＣとプリント基板２との間に配置することが可能となる。このため、チップ位置確認の邪魔にならないようエアベアリングシリンダ４をオフセット状態で配置する必要がない。その結果、チップボンディング装置１を小型化することができる。
【００６４】
また、ロッド７とチップ治具３１の作業部３３との間を大きく離す必要がなくなる。その結果、従来技術において問題となっていたロッド７とチップ治具３１のチップ押圧部分との間が大きく離れていたことに起因するチップ３の位置ずれを大幅に低減することができる。その結果、位置精度の高いチップ実装を行うことができる。
【００６５】
なお、本実施形態では、推力室１０及びキャンセル室１１のいずれも加圧雰囲気とし、図示しない制御装置により圧力制御弁を制御してそれぞれの室の圧力を個々に調整し、これによりロッド７を駆動することも可能である。
【００６６】
［第２の実施形態］
以下に第２の実施形態について図５及び図６を参照しつつ説明する。なお、図５はエアベアリングシリンダの平面図であり、図６は図５のＢ−Ｂ断面図である。
【００６７】
図５に示すように、エアベアリングシリンダ３４の本体３５は略コ字状に形成され、それにより生じた凹溝たる第１凹部３６ａが形成されている。第１凹部３６ａには、ロッド３７がその一部側面が第１凹部３６ａの開放部に露出し、かつ両端部が第１凹部３６ａから突出するようにして挿通されている。そして、ロッド３７にはその露出面３７ａに溝３８が軸線方向に沿って形成され、その溝３８と第１凹部３６ａの開放部とにより、ロッド３７の軸線方向に貫通する空間領域が形成されている。この溝３８及び本体３５の第１凹部３６ａを介して位置確認カメラＣによりチップ３の位置が確認可能となっている。
【００６８】
また、本体３５の前記第１凹部３６ａを形成する壁面には、第１凹部３６ａの延びる方向全体にわたって一対の第２凹部３６ｂが形成されている。そして、両第２凹部３６ｂはエアベアリングシリンダ３４を平面視した場合において同一基準線Ｒ１上に設けられている。他方、ロッド３７にもロッド３７の長手方向全体にわたって形成された一対の突出部３７ｂが前記基準線Ｒ１上に設けられており、両突出部３７ｂは前記第２凹部３６ｂに挿通されている。
【００６９】
ロッド３７の両突出部３７ｂには、それぞれ圧力作用部３９が基準線Ｒ１上に設けられている。そして、基準線Ｒ１上で両圧力作用部３９間の中央はチップ治具３１上の荷重作用点Ｐ１、即ちロッド３７の下方への移動によりチップ３を押圧する際に同チップ３への荷重が作用する点となる。この荷重作用点Ｐ１を中心にみれば、一対の第２凹部３６ｂ、ロッド３７の両突出部３７ｂ及び両圧力作用部３９は荷重作用点Ｐ１を中心として対称に配置されている。そして、チップ３はその中心が荷重作用点Ｐ１に合うようにしてチップ治具３１に保持される。
【００７０】
図６に示すように、本体３５の第２凹部３６ｂを形成する内壁面には、両圧力作用部３９をそれぞれ収容するシリンダ溝４０が形成されている。シリンダ溝４０は圧力作用部３９によって同圧力作用部３９を挟んで一方が推力室１０、もう一方がキャンセル室１１に区画されている。前述したように、一対の圧力作用部３９はチップ治具３１の荷重作用点Ｐ１を中心に対称に配置されていることから、ロッド３７に駆動力を発生させる推力室１０も同様に荷重作用点Ｐ１を中心として対称に配置されている。
【００７１】
推力室とキャンセル室との間は、第１実施形態と同様、シリンダ溝４０を形成する壁面に設けられたシール用多孔質体１７によりエアシールされている。また、本体３５の第２凹部３６ｂを形成する内壁面には、シリンダ溝４０を挟んだ両端部において横断面略コ字状の軸受け用多孔質体２０，２１が本体３５の端面及びシリンダ溝４０内に露出するように設けられている。第１実施形態と同様、この軸受け多孔質体２０，２１により、ロッド３７が本体３５に対して非接触支持される。そして、推力室１０又はキャンセル室１１に加圧エアを供給する、あるいは推力室１０及びキャンセル室１１に加圧エアを供給するとロッド３７が駆動する構成も前述した第１実施形態の構成と同じである。
【００７２】
かかる構成によれば、エアベアリングシリンダ３４を本実施形態のものよりも小型化及び軽量化することができる利点がある。また、このように本体３５を略コ字状に形成したりロッド３７の軸線方向の一部を露出させたりすることができるのも、供給する加圧エアを気密に保持する必要のないエアベアリングシリンダ３４を利用したことによる特徴ということができる。
【００７３】
また、ロッド３７の下方への移動によりチップ３を押圧する際にそのロッド３７の推進力を発生させる推力室が荷重作用点Ｐ１に対して対称に配置されている。このため、一対の駆動力発生源を有していながら、荷重作用点Ｐ１においてチップ３に対して偏荷重がかかることはほとんどなく、押圧によるチップ３の位置ずれを大幅に低減することができる。
【００７４】
［第３の実施形態］
以下に、第３の実施形態について図７及び図８を参照しつつ説明する。なお、図７はエアベアリングシリンダの正面図であり、図８は同エアベアリングシリンダの平面図である。
【００７５】
図７及び図８に示すように、このエアベアリングシリンダ４１の本体４２は、同一の構成をなすシリンダ部４３，４４を一対備えている。まず、このシリンダ部４３，４４の構成について説明すると、同シリンダ部４３，４４は本体４２内の一端側に形成されたシリンダ室４５を備えている。また、そのシリンダ室４５から他端側に延び、シリンダ室４５と本体４２外部（図の下方）とを連通させるロッド挿通孔４６を備えている。ロッド挿通孔４６はシリンダ室４５よりも横断面積が小さくなるよう形成されている。
【００７６】
シリンダ室４５及びロッド挿通孔４６にはロッド４７が挿通されている。このロッド４７はその径が軸線方向の中間部位で一段小さくなるように形成されている。すなわち、ロッド４７は第１ロッド部４８と、同第１ロッド部４８よりも小径の第２ロッド部４９とから構成され、両ロッド４８，４９の径の違いにより形成される段部５０を有している。そして、第１ロッド部４８はシリンダ室４５内に収容され、第２ロッド部４９はロッド挿通孔４６に挿通されてその先端部が本体４２から下方に突出されている。シリンダ室４５は第１ロッド部４８により２部屋に区画され、第１ロッド部４８の基端側が推力室５１、前記段部５０側がキャンセル室５２とされる。そして、第１ロッド部４８の基端面及び前記段部５０は圧力作用面とされる。
【００７７】
本体４２の外周面には図示しない推力ポートとキャンセル力ポートがそれぞれ異なる位置に形成されている。推力ポートは推力室５１と、キャンセル力ポートはキャンセル室５２と、本体４２内に形成された図示しない圧力通路によってそれぞれ連通されている。そして、推力ポート及びキャンセル力ポートはそれぞれ図示しない圧力制御弁及び排気弁等からの配管が接続される。
【００７８】
このため、推力ポート又はキャンセル力ポートに加圧エアが供給されると、加圧エアが各ポート、圧力通路を介して推力室５１又はキャンセル室５２に供給される。これにより推力室５１又はキャンセル室５２が加圧雰囲気となる。
【００７９】
また、推力ポート又はキャンセル力ポートが排気弁とつながると、推力室５１又はキャンセル室５２は大気中への開放状態となり、室内のエアは圧力通路、対応するポートを介して大気中へ排出される。そして、推力室５１とキャンセル室５２は、一方が加圧雰囲気となり他方が大気への開放状態となるよう図示しない制御装置により制御される。
【００８０】
前記シリンダ室４５の内周面及びロッド挿通孔４６を形成する内周面には、環状の軸受け用多孔質体５３，５４が設けられている。前記本体４２の外周面には、前記推力ポート及びキャンセル力ポートとは異なる位置に図示しないベアリングポートが形成されている。このベアリングポートに図示しない圧力供給源から加圧エアが供給されると、かかる加圧エアが多孔質体５３，５４の内周面全体から噴出される。この構成は、前述した第１の実施形態のおける軸受け用多孔質体２０，２１に関連する構成と同様である。なお、多孔質体５３は軸受け用のみならず、推力室５１とキャンセル室５２との間をエアシールする機能も兼用している。
【００８１】
本体４２の外周面には、前記各ポートとは異なる位置に真空引き用のポートが形成されている。同ポートには図示しない吸引ポンプからの配管が接続される。ロッド挿通孔４６を形成する内周面のうち前記多孔質体５４よりもロッド４７先端側となる位置に図示しない吸引用溝が形成され、この吸引用溝とポートとが通路によって連通されている。そして、吸引ポンプのエア吸引により、吸引用溝にはエア吸引力が作用する。
【００８２】
以上のように構成された一対のシリンダ部４３，４４が、各ロッド４７の軸線が略平行となりかつ平面視した場合に左右対称となるように一定の間隔を隔てて本体４２に設けられている。すなわち、本体４２はシリンダ部４３，４４と、両シリンダ部４３，４４を一側面で片持ち状態で連結する連結部４２ａとにより構成される。このため、本体４２には両シリンダ部４３，４４の間に溝部５５がロッド４７の軸線方向に沿って形成される。溝部５５の横断面は径がシリンダ部４３，４４の横幅と同程度の略円弧状をなし、前記軸線方向に沿って同一形状及び同一大きさをなしている。なお、この横断面形状は角形状など他の形状に形成することもできる。
【００８３】
シリンダ部４３，４４のロッド４７先端部同士は、連結部材５６によって連結されている。連結部材５６には前記溝部５５に対応する個所、即ち溝部５５によって形成された空間の延長上に切欠部５７が形成されている。従って、本体４２の溝部５５と連結部材５６の凹部５７により、エアベアリングシリンダ４１全体として、ロッド４７の軸線方向に沿いかつエアベアリングシリンダ４１の中心軸線を含む空間領域が形成されている。
【００８４】
以上のように構成されたエアベアリングシリンダ４１は、圧力供給源の作動により、加圧エアが各軸受け用多孔質体５３，５４の外周面に供給され、さらにそれら多孔質体５３，５４の内部を介して各多孔質体５３，５４の内周面全体から噴出される。すると、軸受け用多孔質体５３，５４の内周面と第１ロッド部４７及び第２ロッド部４８の外周面との間に環状の圧力エア層が形成され、静圧がもたらされる。これにより、ロッド４７が本体４２の両端部で同本体４２に対し非接触支持される。
【００８５】
このとき、各多孔質体５３，５４の内周面から噴出し、本体４２におけるロッド挿通孔４６の開口部側に至ったエアが吸引用溝、真空引き用ポートを介して吸引される。これにより、ロッド挿通孔４６からのエア噴出が防止される。
【００８６】
以上の状態で、両シリンダ部４３，４４において推力室５１が加圧雰囲気となり、キャンセル室５２が大気開放状態となるよう同時制御されると、圧力供給源から加圧エアが両シリンダ部４３，４４の推力室５１に供給される。これにより、加圧エアが推力室５１側の圧力作用面に作用する。その結果、圧力エア層によって非接触支持された両シリンダ部４３，４４のロッド４７及び連結部材５６がその先端側に移動する。このとき、キャンセル室５２内のエアは大気中へ排出される。
【００８７】
また、両シリンダ部４３，４４において推力室５１が大気開放状態となり、キャンセル室５２が加圧雰囲気となるよう同時制御されると、圧力供給源からの加圧エアが両シリンダ部４３，４４のキャンセル室５２に供給される。これにより、加圧エアがキャンセル室５２側の圧力作用面に作用する。その結果、圧力エア層によって非接触支持された両シリンダ部４３，４４のロッド４７及び連結部材５６がその基端側に移動する。このとき、推力室５１内のエアは大気中へ排出される。
【００８８】
かかる構成のエアベアリングシリンダ４１をチップボンディング装置に用いた場合、前記連結部材５６には、その切欠部５７及び前記本体４２の溝部５５に対応し、かつ両ロッド４７の中央に位置するよう作業部材としてのチップ治具５８が設けられる。すなわち、チップ治具５８は、溝部５５及び連結部材５６の切欠部５７によって形成された空間領域の延長上に設けられている。チップ治具５８は、その先端が溝部５５を介して観察した場合に溝部５５の開放部から突出しないよう設けられている。
【００８９】
エアベアリングシリンダ４１を平面視した場合において、シリンダ部４３，４４の各中心点Ｐ３，Ｐ４（この中心点Ｐ３，Ｐ４はロッド４７の中心点と一致する）を結ぶ基準線Ｒ２上で、両中心点Ｐ３，Ｐ４間の中央はチップ治具５８の荷重作用点Ｐ２となる。この荷重作用点Ｐ２を中心にみれば、シリンダ部４３，４４は、荷重作用点Ｐ２を中心として対称に配置されている。そして、チップ３はその中心が荷重作用点Ｐ２に合うようにしてチップ治具５８に保持される。
【００９０】
チップ治具５８は上下方向において肉厚に形成され、同方向への押圧力に対し剛性が高められている。さらに、このチップ治具５８には、その先端部下面でチップ３を保持するよう図示しない保持装置が設けられている。図８に示すように、この保持装置によってチップ治具５８がチップ３を保持した場合、チップ３の中心が溝部５５及び連結部材５６の切欠部５７によって形成された空間領域内に配置されるようになっている。
【００９１】
以上説明したチップボンディング装置においても、エアベアリングシリンダ４１によるチップ３の実装作業中に、溝部５５及び切欠部５７を介してチップ３の上方（真上）からチップ３の位置確認を行うことが可能なため、エアベアリングシリンダ４１を位置確認カメラＣとプリント基板２との間に配置することが可能となる。このため、前述した第１の実施形態と同様、チップボンディング装置を小型化することができるし、チップ３の位置ずれを大幅に低減して位置精度の高いチップ実装を行うことができる。
【００９２】
また、本実施形態では、円形軸形状のロッド４７を用いたシリンダ部４３，４４でありながら、一対のシリンダ部４３，４４を設けて両ロッド４７を連結部材５６により連結しその連結部材５６にチップ治具５８を設ける構成としたため、ロッド４７の回転を防止できる。しかも、一対のロッド４７を有しているため、その分大きな推力を得ることもできる利点がある。
【００９３】
さらに、本実施形態では、チップ治具５８を上下方向において肉厚に形成しているため、同方向における剛性を高めることができ、この点でもチップ３の位置ずれを少なくすることができる。
【００９４】
加えて、本実施形態でも、シリンダ部４３，４４がチップ治具５８の荷重作用点Ｐ２を中心として対称に配置されている。このため、ロッド４７の下方への移動によりチップ３を押圧する際にそのロッド４７の推進力を発生させる推力室５１が荷重作用点Ｐ２に対して対称に配置されている。その結果、一対の駆動力発生源を有していながら、荷重作用点Ｐ２においてチップ３に対して偏荷重がかかることはほとんどなく、押圧によるチップ３の位置ずれを大幅に低減することができる。
【００９５】
なお、第１乃至第３の実施形態において、チップ３の位置確認を行う位置確認カメラＣの代わりに、チップ３等の被実装部品に対してレーザー照射を行う装置を配置し、エアベアリングシリンダ４，３４，４１の中心付近に貫通形成された空間領域を介してチップ３にレーザー照射するように構成してもよい。このように、位置確認カメラＣ以外でも、エアベアリングシリンダ４，３４，４１の一端側における作業場所（以上の実施形態ではチップ３の実装場所）に対して他端側から各種作業を行うための装置を配置することができる。
【００９６】
また、第１の実施形態における中空孔２７、第２の実施形態における溝３８及び第３の実施形態における溝部５５は、その横断面積が連続して変化するテーパ状に形成してもよい。要は、エアベアリングシリンダ４，３４，４１の一端側における作業場所に対して他端側から行われる各種作業の邪魔にならない形状であればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態におけるエアベアリングシリンダの斜視図。
【図２】同エアベアリングシリンダの底面図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】部品実装装置の正面図。
【図５】第２実施形態におけるエアベアリングシリンダの平面図。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面図。
【図７】第３実施形態におけるエアベアリングシリンダの正面図。
【図８】同エアベアリングシリンダの平面図。
【図９】従来の部品実装装置の正面図。
【符号の説明】
１…部品実装装置としてのチップボンディング装置、４…エアベアリングシリンダ、５…本体、７…ロッド、２７…空間領域としての中空孔、３１…作業部材としてのチップ治具、Ｃ…撮像手段としての位置確認カメラ。
【図１】
2004103650.tif 000003
【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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【図７】
2004103650.tif 000009
【図８】
2004103650.tif 000010
【図９】
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