(57)【要約】【課題】  配管ケーブルの影響によりロードセルの検出荷重値が影響を受けるのを防止し、荷重制御の精度を向上できる部品装着装置を提供する。【解決手段】  直動型アクチュエータ１で上下方向に駆動されるロードセル２を含む第１可動部２２と、上記ロードセル２に釣り下げられ、実装ヘッド６が取り付けられた第２可動部２３と、上記ロードセル２の検出荷重をフィードバックして実装ヘッド６の押圧力を制御するように構成された部品装着装置２０において、上記第２可動部２３に接続されたケーブル類の途中部分を、上記第１可動部２２に取り付けられたケーブル保持部１２で保持した。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直動型アクチュエータで上下方向に駆動されるロードセルを含む第１可動部と、上記ロードセルに釣り下げられ、実装ヘッドが取り付けられた第２可動部とを備え、上記ロードセルの検出荷重をフィードバックして実装ヘッドの押圧力を制御するように構成された部品装着装置において、上記第２可動部に接続されたケーブル類の途中部分を、上記第１可動部に取り付けられたケーブル保持部で保持したことを特徴とする部品装着装置。
【請求項２】
請求項１において、上記ロードセルの検出荷重をフィードバックして、実装ヘッドの押圧力を制御する際に、上記ロードセルの検出荷重と上記実装ヘッドによる部品への押圧荷重との差異から取得される補正データをもとに、上記ロードセルの検出荷重または上記実装ヘッドによる部品への目標押圧荷重を補正する補正部を備えることを特徴とする部品装着装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記第２可動部に接続されたケーブル類のうち、上記実装ヘッドに流体、又は流体圧力を供給する配管チューブであって、上記実装ヘッドの実装動作中に、内部の流体の状態が変化するものは、上記第１可動部に取り付けられたケーブル保持部から、上記第２可動部に接続されるまでの間に、それぞれ長さに余裕を持たせた少なくとも１つの屈曲部を設けていることを特徴とする部品装着装置。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れかにおいて、上記第２可動部に接続されたケーブル類のうち、上記実装ヘッドに流体、または流体圧力を供給する配管チューブの材質は、ゴムであることを特徴とする部品装着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品装着装置に関し、特にロードセルを含む第１可動部と、実装ヘッドが取り付けられた第２可動部とを備え、上記ロードセルの検出荷重をフィードバックして実装ヘッドの押圧力を制御するようにした場合の荷重制御の精度を改善できるようにしたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来の部品装着装置として、エアシリンダによりボンディングツールに力を予め付加しておき、部品押圧時にロードセルによる荷重検出値が減少していくように構成したもの（例えば特許文献１参照）、ベアチップを基板上に載置したときの搭載圧力をロードセルで検出し、該検出値を基準加圧力と比較してトリガ信号を出力し、吸着ノズル部の上下動作を制御するようにしたもの（例えば特許文献２参照）がある。
【特許文献１】特開平９−０６４１１９号公報
【特許文献２】特開平８−３３０７９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の部品装着装置では、ボンディングツールや吸着ノズルに接続されている配管ケーブルの影響によりロードセルによる検出荷重値が影響を受け、荷重制御の精度を向上させる場合の支障になるといった問題が懸念される。
【０００４】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであり、配管ケーブルの影響によりロードセルの検出荷重値が影響を受けるのを防止し、荷重制御の精度を向上できる部品装着装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明は、直動型アクチュエータで上下方向に駆動されるロードセルを含む第１可動部と、上記ロードセルに釣り下げられ、実装ヘッドが取り付けられた第２可動部とを備え、上記ロードセルの検出荷重をフィードバックして実装ヘッドの押圧力を制御するように構成された部品装着装置において、上記第２可動部に接続されたケーブル類の途中部分を、上記第１可動部に取り付けられたケーブル保持部で保持したことを特徴としている。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１において、上記ロードセルの検出荷重をフィードバックして、実装ヘッドの押圧力を制御する際に、上記ロードセルの検出荷重と上記実装ヘッドによる部品への押圧荷重との差異から取得される補正データをもとに、上記ロードセルの検出荷重または上記実装ヘッドによる部品への目標押圧荷重を補正する補正部を備えることを特徴としている。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１又は２において、上記第２可動部に接続されたケーブル類のうち、上記実装ヘッドに流体、又は流体圧力を供給する配管チューブであって、上記実装ヘッドの実装動作中に、内部の流体の状態が変化するものは、上記第１可動部に取り付けられたケーブル保持部から、上記第２可動部に接続されるまでの間に、それぞれ長さに余裕を持たせた少なくとも１つの屈曲部を設けていることを特徴としている。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項１ないし３の何れかにおいて、上記第２可動部に接続されたケーブル類のうち、上記実装ヘッドに流体、または流体圧力を供給する配管チューブの材質は、ゴムであることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明によれば、上記第２可動部に接続されたケーブル類の途中部分を、第１可動部に取り付けられたケーブル保持部で保持したので、ワーク（部品）と被装着基板が接触していないときは、第１，第２可動部の位置によってロードセルの静的な検出荷重が変化することはない。従って、ロードセル荷重による接触検出が容易確実であり、また、ワークと被装着基板の接触位置にかかわらず、正確な荷重制御を行なうことができる。
【００１０】
請求項２の発明によれば、上記ロードセルの検出荷重をフィードバックして、実装ヘッドの押圧力を制御する際に、事前に取得した補正データを参酌するようにしたので、正確な荷重制御を行うことができる。例えば荷重制御中のロードセルの変形や、ケーブル保持部を挟んで第２可動部と反対側に位置するケーブル類から受ける力で生じるケーブル保持部の変形によって、ケーブル保持部を挟んで第２可動部側に位置するケーブル類に変形が生じ、ロードセルの検出荷重に変動があった場合でも、これらの影響による荷重変動は原理的にも実験的にも再現性があるため事前に補正データとして取得することが可能であり、この補正データを参酌することにより正確な荷重制御を行うことができる。
【００１１】
請求項３の発明によれば、実装ヘッドに流体、又は流体圧力を供給する配管チューブであって、上記実装ヘッドの実装動作中に、内部の流体の状態が変化するものについては、上記第１可動部に取り付けられたケーブル保持部と第２可動部への接続点との間に屈曲部を設けたので、内部流体の状態が変化することによる第２可動部に伝達される力（以下、相対伝達力と記す）の影響を上記屈曲部により吸収でき、精密位置決めや精密荷重制御を継続できる。
【００１２】
請求項４の発明によれば、上記第２可動部に接続されたケーブル類のうち、上記実装ヘッドに流体、または流体圧力を供給する配管チューブの材質をゴムとしたので、配管チューブを第２可動部に接続することにより該第２可動部が受ける力（以下、絶対伝達力と記す）による影響を吸収でき、精密位置決めや精密荷重制御を継続できる。即ち、シリコーンゴム等からなるチューブの場合は、ある程度屈曲させれば、それ以上曲げても、絶対伝達力は、ほとんど変化しないので、請求項２に記載の補正データを参酌しない場合であっても、高精度で荷重制御を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る部品装着装置を模式的に示す正面図である。図において、本実施形態の部品装着装置２０では、設置面等に固定されたフレーム２１の支持アーム部２１ａにヨーク１Ａとボビン１Ｂからなる直動型アクチュエータとしてボイスコイルモータ１が配設されている。このボイスコイルモータ１のボビン１Ｂに荷重フィードバック用ロードセル２が連結されており、これらは第１可動部２２を構成している。この第１可動部２２はリニアガイド３により上下方向に案内され、引き込みバネ４により、上方に復帰するよう付勢されている。
【００１４】
また上記荷重フィードバック用ロードセル２により、リニアスケール５のスケール５Ｂと実装用ヒータツール６とを備えた第２可動部２３が吊り下げられており、該第２可動部２３は摩擦のない静圧気体軸受７によって案内される。なお、５Ａはフレーム２１側に固定された測定ヘッドである。また上記静圧気体軸受７は、フレーム２１側に固定された軸受パッド７Ｂと、該軸受パッド７Ｂにより上下動可能に支持された可動軸７Ａとを備え、該可動軸７Ａにより上記リニアスケール５のスケール５Ｂと実装用ヒータツール６とが連結されている。
【００１５】
上記第２可動部２３は、上述のように摩擦のない静圧気体軸受７によって案内されるので、これを釣り下げる荷重フィードバック用ロードセル２は、実装用ヒータツール６の先端のアタッチメント８に吸着されたワーク（部品）９が、被装着基板１０から受ける力を正確に検出することができ、従って、ワーク９と被装着基板１０の間で発生している押圧力を正確に検出することができる。
【００１６】
上記検出荷重値が入力された図示しないコントローラは、上記ボイスコイルモータ１に流す電流を制御することで、任意の押圧力を実現することができる。また、上記第２可動部２３は、静圧気体軸受７によって、その位置が保持されているので、上下方向（Ｚ軸方向）に高精度な走り精度で摺動することができ、実装中も、その位置を正確に保持することができる。
【００１７】
ここで上記ヒータツール６には、アタッチメント吸着用エアチューブ、ワーク吸着用エアチューブ、冷却用エアチューブ、窒素パージ用チューブ、電力線、熱電対線等多くのケーブルからなるケーブル類１１が接続されている。これらのケーブル類１１が発生する力により、従来は精密な接触検出や荷重制御は困難であった。
【００１８】
そこで本実施形態では、上記第１可動部２２にケーブル保持部１２を設け、ケーブル類１１をこのケーブル保持部１２で保持したので、上記従来の問題点を解決できる。つまり、第１可動部２２と第２可動部２３とは、実質的には互いの距離を変えずに上下動するので、第１可動部２２のケーブル保持部１２から第２可動部２３のケーブル保持部１４に至るケーブル形状は、該第１，第２可動部２２，２３の上下方向の移動によって実質的には変化しない。従って、ケーブル類１１が荷重フィードバック用ロードセル２に与える荷重は、運転中に実質的には変化しないので、荷重フィードバック用ロードセル２は、ケーブル類１１の力の影響を受けずに、ワーク９と被装着基板１０の間で発生している押圧力をほぼ正確に検出することができる。
【００１９】
従って本実施形態の部品装着装置２０は、位置制御によって第１，第２可動部２２，２３を下降させる時に、ワーク９と、被装着基板１０との接触による荷重変化を正確に検出して、ワーク９と被装着基板１０が接触したことを判断することができる。上記可動部２２，２３は、最初は高速で下降するが、接触位置に近くなると、低速で下降する。低速で接触するので、接触時にワーク９や被装着基板１０に衝撃荷重を加える懸念がなく、また、第２可動部２３の慣性力による荷重変動によって、接触検出が妨げられることもない。接触検出後、荷重制御に切り替えた後も、ケーブル類１１の応力緩和によって検出荷重が影響を受けることはほとんどなく、正確に、任意の押圧力を実現することができる。
【００２０】
このように本実施形態装置２０では、可動部の上下（Ｚ軸）方向の位置によって、ロードセル２の検出荷重は変化しないので、下降開始前のロードセル２の荷重値も接触直前位置でのロードセル２の荷重値も、ほとんど差がない。従って、接触位置付近での接触直前の荷重検出値を記録しておいて、押圧動作中の荷重検出値から差し引くような処理は不要であるし、被装着基板１０を載置したステージ１５の高さや、ワーク９や被装着基板１０の違いによる接触高さの変化による荷重値への影響もない。
【００２１】
ここでより正確に述べれば、実際には、荷重制御中のロードセル２の変形や、ケーブル保持部１２がこれより上側に位置するケーブル類１１′から受ける力で生じる変形などの影響で、荷重フィードバック用ロードセル２の検出荷重は、わずかな影響を受ける。しかしこの検出荷重変動は、原理的にも実験的にも再現性があるため、請求項２で提案しているように、事前の実験で補正データとして取得しておき、この補正データに従って補正を行なうことができる。この補正により、荷重フィードバック用ロードセル２は、ケーブルがある場合でも無い場合と同レベルに、ワーク９と被装着基板１０の間で発生している押圧力を正確に検出することができる。従って部品装着装置２０は、ケーブル類１１が無い場合と同レベルに、正確に任意の押圧力を実現することができる。
【００２２】
上記補正データの取得について説明する。
図１において、ステージ１５の代わりに評価用ロードセルを配置し、実際に部品にかかる荷重を実測する。この実測値と部品装着装置に備えられているロードセル 2の出力値とを比較し、その値に差異があれば、その差異に基づいて補正値を設定する。このとき、ロードセル２の出力値を実際に部品にかかる荷重と等しくなるように補正してもよいし、所望の荷重が部品にかかるように目標とする設定荷重を補正してもよい。なお、複数の点において差異を測定しておけば、差異の関係から、その他の点における補正値を推定することができる。
【００２３】
例えば、目標設定荷重１００ｇｆとしたとき（ロードセル２の出力値は１００ｇｆ）に、評価用ロードセルの出力（実測荷重）が１０２ｇｆになったとすると、補正データは＋２ｇｆとなり、これをロードセル２の出力値に適用して１０２ｇｆとして検出するのが、出力値を補正する場合である。一方、目標設定荷重を補正する場合は、補正データは−２ｇｆとなり、これを目標設定荷重に適用して９８ｇｆとする。いずれの場合も同様の効果が得られる。
【００２４】
なお、請求項２で補正する誤差はごく微小なものであり、請求項１の構成だけでも十分精度のよい荷重制御ができるが、請求項２の構成を備えた場合、さらに精度の高い荷重制御ができる
ここで、ヒータツール６に接続される配管ケーブル類の内圧や流量は、部品装着運転中に変化し、これが荷重制御に影響を与える。即ち、例えば冷却エアのＯＮ／ＯＦＦ、窒素パージのＯＮ／ＯＦＦ、ワーク把持の終了に伴う真空吸引のＯＮ／ＯＦＦ動作に伴って、荷重制御が影響を受けることがある。そこで、請求項３で提案しているように、上記ケーブル類１１の、第１可動部２２に取り付けられたケーブル保持部１２と第２可動部２３内に設けられたケーブル保持部１４との間の部分に、例えばケーブル径の５〜６倍以上の撓みＤを有する屈曲部１１ａを設けておくことが好ましい。このようにすることで、エア類のＯＮ／ＯＦＦ動作に伴って、内部流体が第２可動部に与える力の影響を、ケーブル類の構造そのものに発生する力によって相殺することができ、総合すると第２可動部２３にはケーブル類の内部流体による力は働かないのである。
【００２５】
また接続されたケーブル類１１自体の影響で、第２可動部２３は力を受けている。この力を絶対伝達力と定義する。一方、供給流量の変化、あるいは、圧力供給のＯＮ／ＯＦＦなど、内部流体の状態変化にともなって、第２可動部に伝達される力は変化する。この変化分を、相対伝達力と定義する。
【００２６】
内部流体の状態変化にともなって発生する相対伝達力は、荷重制御の障害となる。しかし上述のような配管接続を行うことによって、相対伝達力を排除することができる。従って、第２可動部が精密位置決めや、精密荷重制御を要求される場合であっても、配管内部流体の状態変化に影響されずに、精密位置決めや、精密荷重制御を継続できる。これは、以下の理由による。
【００２７】
供給流量の変化、あるいは、圧力供給のＯＮ／ＯＦＦなど、内部流体の状態変化にともなって、（ａ）『内部流体によって第２可動部に与えられる単位時間あたりの運動量変化（流体圧力によって与えられる力積と、第２可動部に流入する流体の持つ運動量の和）』が変化するが、それと同時にチューブ断面の応力変化が発生し、（ｂ）『チューブ断面の応力によって第２可動部に与えられる力』が変化する。（ａ）の変化と（ｂ）の変化は、大きさがほぼ等しく、向きがほぼ逆向きであるので、互いに相殺する。従って、内部流体の状態変化にともなって、第２可動部に伝達される力は、総合すると変化しない。
【００２８】
内部流体の状態変化にともなうチューブ断面に働く力の変化は、ほとんど軸力の変化として現れ、剪断力変化はほとんど発生しないことと、チューブ自身の運動量保存測から、チューブが曲がっている場合には、（ａ）と（ｂ）が相殺する必要があることを示すことができる。
【００２９】
本発明の実施例のように、第１可動部と第２可動部が実質的には互いの距離を変えずに上下動を行う場合、チューブを撓ませておく必要は、一見すると感じられないが、請求項３に記載のように、あえて、撓ませて屈曲させておくことで、配管内部流体の状態変化に影響されずに、精密位置決めや、精密荷重制御を継続できるという効果が得られる。
【００３０】
また、上記ケーブル類１１のうちの配管チューブについては、その材質をシリコーンゴムなど、柔らかい材質のものにするのがよい。その理由は、剛性の高いチューブを曲げて接続すると、絶対伝達力がきわめて大きくなる。絶対伝達力も、できれば無いほうが望ましいのであって、剛性の高いチューブは用いるべきでない。また、剛性の高いチューブの場合、微小な位置変化に対して、絶対伝達力が大きく変化する。例えば図１で、押圧力の変動に伴うロードセル２のひずみの変化により第１可動部のケーブル保持部１２と第２可動部のケーブル保持部１４の間の距離は、わずかに変化するが、この微小な変化に対して、剛性の高いチューブには、かなり大きな絶対伝達力の変化が生じる。従って、エアのＯＮ／ＯＦＦにともなう相対伝達力は排除できても、変形に対する絶対伝達力の変化が大きくなってしまい、請求項２に記載の方法で補正を行ったとしても、誤差が大きくなってしまう。シリコーンゴム製のチューブの場合は、ある程度屈曲させれば、それ以上曲げても、絶対伝達力は、ほとんど変化しないので、請求項２に記載の方法で補正を行なわない場合であっても、高い精度で荷重制御を行なうことができる。またプラスチックのチューブの場合、粘弾性体に特有の応力緩和などの現象があり、荷重制御を考える場合、扱いにくい。この点からも、柔らかいゴムのチューブを用いたほうが良い。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態による部品装着装置を模式的に示す正面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  ボイスコイルモータ（直動形アクチュエータ）
２  ロードセル
６  実装ヘッド（実装用ヒータツール）
１１  ケーブル類
１２  ケーブル保持部
１１ａ  屈曲部
２０  部品装着装置
２２  第１可動部
２３  第２可動部
【図１】
2005079358.tif 000003