(57)【要約】      （修正有）【課題】吸着パッドを部品に押し当てる際の傷を低減することができ、加えて、部品を安定して保持しうるエアーピンセットを提供する。【解決手段】支持部と、この支持部に設けられ、外力により体積が変化する空間を備え、負圧を発生し得るグリップ２と、このグリップに隣接して設けられた弾性体収納部４と、この弾性体収納部を貫き、前記グリップの端部に褶動可能かつ気密に保持されるとともに、前記空間に開口する貫通孔を有し、その略中間位置にストッパー８が設けられたノズル５と、このノズルの端部に設けられた吸着パッド６と、前記弾性体収納部のグリップ側の壁と前記ストッパーの間に圧縮された状態で収容された第１弾性体９と、前記弾性体収納部の吸着パッド側の壁と前記ストッパーの間に圧縮された状態で収容された第２弾性体７とを備え、前記第２弾性体は第１弾性体が伸張しようとする復元動作を緩衝する。【選択図】図２
0003159811.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
支持部と、
この支持部に設けられ、外力により体積が変化する空間を備え、負圧を発生し得るグリップと、
このグリップに隣接して設けられた弾性体収納部と、
この弾性体収納部を貫き、前記グリップの端部に褶動可能かつ気密に保持されるとともに、前記空間に開口する貫通孔を有し、その略中間位置にストッパーが設けられたノズルと、
このノズルの端部に設けられた吸着パッドと、
前記弾性体収納部のグリップ側の壁と前記ストッパーの間に圧縮された状態で収容された第１弾性体と、
前記弾性体収納部の吸着パッド側の壁と前記ストッパーの間に圧縮された状態で収容された第２弾性体と、を備え、
前記第２弾性体は第１弾性体が伸張しようとする復元動作を緩衝することを特徴とするエアーピンセット。
【請求項２】
前記吸着パッドに部品を押し当て、前記第１弾性体が力を受けて縮みきったとき、前記第２弾性体の長さがその自然長より短いことを特徴とする請求項１記載のエアーピンセット。
【請求項３】
未使用時において、前記第１弾性体と第２弾性体は互いに及ぼす力はつり合っており、第１弾性体が第２弾性体から力を受けてその自然長から縮む長さが、第２弾性体が第１弾性体から力を受けてその自然長から縮む長さよりも短いことを特徴とする請求項１記載のエアーピンセット。
【請求項４】
前記第１弾性体の伸びにくさを表す定数が、前記第２弾性体の伸びにくさを表す定数よりも大きいことを特徴とする請求項１記載のエアーピンセット。
【請求項５】
前記グリップにおいて発生する負圧により前記ノズルを引き上げる力が、前記第１弾性体が縮みきって元に戻ろうとする力、および、第１弾性体が縮みきった時に前記第２弾性体がさらにばねを押す力よりも小さいことを特徴とする請求項１記載のエアーピンセット。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、半導体チップ等の精密部品のハンドリングに使用するエアーピンセットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エアーピンセットは、半導体チップ等の精密部品を保持するための携帯型（ペン型）の道具である。手動式のエアーピンセットには、スポイト型と注射器型がある。スポイト型は、ピンセットの一部を指で変形させた後、その復元力を利用して真空を作るものである。注射器型は、シリンジ内に圧縮バネを備え、ピストンを指で押し込むことによりバネを圧縮した後、そのバネの復元力により、ピストンが押し上げられて真空を作るものである（特許文献１参照。）。
【０００３】
スポイト型のエアーピンセットとして、作業者が手で持つ柄とその先端に円形状の吸着パッドを備えるものが知られている。内部に空間を有する可撓性のグリップを柄の一部に備え、これを指で変形、押すことにより空間の体積を変化させて真空を作り出し、吸着パッドで部品を吸着するものである。吸着パッドはノズルを介して柄に固定されており、グリップ内部の空間と吸着パッドはノズル内の孔を通じて連通している。
【０００４】
このようなエアーピンセットを用いて部品を吸着するには、グリップを握ってグリップ内の空間の体積を減少させ、そのまま吸着パッドを部品に密に押し当てながらグリップを離す。グリップを離すと、グリップは元の形状に戻ろうとして空間の体積が増加し、この空間に連通する吸着パッドと部品の間は負圧となって、吸着パッドに部品が吸着される。そして、もう一度グリップを押すとグリップ内空間の空気圧と大気圧の差がなくなり吸着力が失われ、部品は吸着パッドから離れる。
【０００５】
このようにエアーピンセットは、ポンプや電源等の外部動力を必要とせず、また携帯性に優れるといった利点を有している。
しかし、吸着パッドを部品に押し当てるとき、密に押し当てる必要があるため、その力により部品の表面を傷つけてしまうことがあった。表面の傷は、部品が半導体チップ等の精密部品である場合、不良の原因となり問題であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平３−４３１７９号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本願考案の目的は、吸着パッドを部品に押し当てる際の傷を低減することができ、加えて、部品を安定して保持しうるエアーピンセットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本考案のエアーピンセットは、（Ａ）支持部と、（Ｂ）この支持部に設けられ、外力により体積が変化する空間を備え、負圧を発生し得るグリップと、（Ｃ）このグリップに隣接して設けられた弾性体収納部と、（Ｄ）この弾性体収納部を貫き、前記グリップの端部に褶動可能かつ気密に保持されるとともに、前記空間に開口する貫通孔を有し、その略中間位置にストッパーが設けられたノズルと、（Ｅ）このノズルの端部に設けられた吸着パッドと、（Ｆ）前記弾性体収納部のグリップ側の壁と前記ストッパーの間に圧縮された状態で収容された第１弾性体と、（Ｇ）前記弾性体収納部の吸着パッド側の壁と前記ストッパーの間に圧縮された状態で収容された第２弾性体と、を備え、前記第２弾性体は第１弾性体が伸張しようとする復元動作を緩衝することを特徴とする。
【０００９】
このように、本考案のエアーピンセットでは、その先端にノズルが第１弾性体および第２弾性体により可動式に支持されている。
【考案の効果】
【００１０】
本考案のエアーピンセットによれば、吸着パッドを部品に押し当てるときの力を第１弾性体により緩和するので、部品の表面を傷つけることがなく、さらに、第１弾性体が復元し元の形状に戻ろうとする動作を第２弾性体により緩衝するので、グリップを離してもノズルが勢いよく動くことがなく、部品を安定して保持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本考案の実施例のエアーピンセットを示す模式図である。
【図２】本考案の実施例のエアーピンセットの要部を示す模式断面図である。
【図３】本考案の実施例のエアーピンセットの作動状態を示す要部模式断面図である。
【考案を実施するための形態】
【００１２】
（エアーピンセット構成）
本考案の実施例のエアーピンセットについて、図面を参照しつつ説明する。図１は本考案のエアーピンセット１００の外観を示す模式図であり、図２はエアーピンセット１００の要部を示す模式断面図であり、また、図３はエアーピンセット１００の作動状態を説明する要部模式断面図である。
【００１３】
図１に示すように、本考案のエアーピンセット１００は、全体の支持部となる柄１、作業者が指で把持することができるグリップ２、弾性体を収容する弾性体収納部４、内部に貫通孔を有するノズル５、および部品に当接する吸着パッド６を少なくとも備えている。接続部３は弾性体収納部４を柄１に固定している。
【００１４】
図２を参照して、エアーピンセット１００の要部の構成を説明する。柄１にはゴム等可撓性の材料で形成され、その内部に空間２ａを備えるグリップ２が設けられている。グリップ２の端部には、空間２ａに連なる孔があり、ノズル５がシール１０を介して摺動可能かつ気密に保持されている。ノズル５は全長に渡る貫通孔５ａを有しており、その一端は空間２ａ内に開口し、他端はノズル５の端部に設けられた吸着パッド６の中に開口している。
【００１５】
グリップ２の端部にはさらに弾性体収納部４が図示しない接続部３を介して固定されている。弾性体収納部４は、略有底円筒状のケースであり、第２弾性体７および第１弾性体９を内包している。そして、弾性体収納部４は、ノズル５の長さ方向の略中間位置に固着された円盤状のストッパー８により区分けされており、弾性体収納部４のグリップ２側の壁とストッパー８の間に第１弾性体９を圧縮状態で収容し、吸着パッド６側の壁とストッパー８の間に第２弾性体７を圧縮状態で収容している。エアーピンセット１００を使用していない状態では、第１弾性体９および第２弾性体７の復元力はストッパー８を介してつり合っており、ノズル５は外力により長手方向に可動状態になっている。第２弾性体７は第１弾性体９の急激な動作を緩衝して、部品が吸着ノズル６から離脱するのを防止する。
（エアーピンセットの使用方法）
次にこのエアーピンセット１００の使用方法を説明する。
【００１６】
まずグリップ２を指で押して空間２ａを収縮させながら、例えば半導体チップに吸着パッド６をゆっくり押し付け、密着させる。半導体チップに吸着パッド６を押し付けると、ノズル５が柄１の方向、つまり空間２ａの内部に向かって、シール１０により気密を保ちながら移動する。すると、ノズル５の側面に固定されたストッパー８が第１弾性体９をグリップ２の方向に圧縮し、同時に第２弾性体７は復元力によりストッパー８に当接しながら伸長する。また、グリップ２を握っていた力を緩めると、空間２ａが膨張し、空間２ａから吸着パッド６にわたり周囲の圧力、例えば大気圧に対して負圧が発生する。そして、第１弾性体９の弾性力によりノズル５の移動速度が次第に緩やかになり、第１弾性体９が縮みきったところで第１弾性体９および第２弾性体７の復元力と、外力と、空間２ａ内で発生した負圧がつり合ってノズル５は静止する。このように第１弾性体９等の作用により、吸着パッド６を半導体チップに押し当てても、その表面に傷を付けることがない。
【００１７】
この状態で半導体チップを持ち上げると、復元力により縮みきっていた第１弾性体９は元に戻ろうとするが、ストッパー８をはさんで反対側に設置されている第２弾性体７と空間２ａ内の負圧によりその動きは抑制される。この作用により、第１弾性体９が元に戻る速度は緩やかになり、元に戻る力の影響で半導体チップが吸着パッド６から離脱する問題が解消される。吸着パッド６から半導体チップを離すときは、もう一度グリップ２を握り、内部の空気圧を外部と同じ圧力にすればよい。
（エアーピンセットの機能および動作原理）
次に図３を参照して、エアーピンセット１００の機能および動作原理を説明する。図３（ｂ）〜（ｃ）には説明に必要な構成のみを描いている。
【００１８】
エアーピンセット１００の弾性体収納部４には、ノズル５の動きをコントロールする第１弾性体９として、例えば金属製の圧縮コイルばね９ａと、第１弾性体９の復元力をコントロールする第２弾性体７として、例えばシリコーンゴムや樹脂等で作られた円柱状の弾性部材７ａとが、それぞれ圧縮された状態で収納されている。
【００１９】
図３（ａ）は、弾性部材７ａおよび圧縮コイルばね９ａの形状を示す模式図である。同図に示すように弾性部材７ａの断面積をＳ、自然長をＬｅ、圧縮コイルばね９ａの自然長をＬｓとする。また、弾性部材７ａおよび圧縮コイルばね９ａの伸びにくさを表す定数をそれぞれｋｅ、ｋｓとする。ｋｅは、弾性部材７ａのヤング率をＥとすれば、式（１）で表される。また、ここでｋｓはばね定数である。
【００２０】
【数１】
0003159811.tif 000003
【００２１】
図３（ｂ）は、エアーピンセット１００を使っていない時の弾性体収納部４における弾性部材７ａ、圧縮コイルばね９ａおよびストッパー８の状態を示している。圧縮コイルばね９ａおよび弾性部材７ａの復元力は、大きさが等しく向きが反対でつり合っており、圧縮コイルばね９ａが弾性部材７ａから受ける力の大きさをＦｅ、弾性部材７ａが圧縮コイルばね９ａから受ける力の大きさをＦｓとすると、式（２）の関係が成り立つ。ここで圧縮コイルばね９ａは縮みきっておらず、つり合い位置からさらに圧縮可能な状態である。ストッパー８はノズル５に固定されているので、圧縮コイルばね９ａの伸縮によってストッパー８が移動すると、ノズル５もあわせて移動する。
【００２２】
弾性部材７ａが圧縮コイルばね９ａから力を受けて自然長から縮んだ長さをｘｅとし、また、圧縮コイルばね９ａが弾性部材７ａから力を受けて縮んだ長さをｘｓとする。ヤング率Ｅは力Ｆｅおよび長さｘｅを用いて式（３）のように表されるので、式（１）〜（３）より式（４）の関係式が得られる。
【００２３】
【数２】
0003159811.tif 000004
【００２４】
なお、吸着パッド６に荷重がない状態では、弾性部材７ａは（Ｌｅ−ｘｅ）、圧縮コイルばね９ａは（Ｌｓ−ｘｓ）の長さで弾性体収納部４に収納されている。このとき弾性体収納部４の収容室のノズル方向の長さは、（Ｌｅ−ｘｅ）、（Ｌｓ−ｘｓ）および（ストッパー８の厚さ）の和となる。
【００２５】
図３（ｃ）は、エアーピンセット１００を用いて部品を保持するときの、弾性体収納部４における弾性部材７ａ、圧縮コイルばね９ａおよびストッパー８の状態を示している。
グリップ２を握りながら部品に吸着パッド６をゆっくり押し当てると、部品が吸着パッド６に当たった瞬間から、ノズル５が柄１の方へ向かってスライドし、吸着パッド６を押し当てる力を緩和する。このとき、弾性体収納部４においてノズル５の側面に設けられているストッパー８が圧縮コイルばね９ａを押し縮める。同時に、圧縮されていた弾性部材７ａは復元力により元の長さに戻ろうとする。ここで、グリップ２を握るのを止めると、空間２ａの体積が大きくなり周囲の圧力、例えば大気圧より小さな負圧Ｐが生じる。負圧Ｐは、吸着パッド６に部品を保持するとともに、わずかではあるがノズル５を空間２ａ内に引き込むはたらきをする。圧縮コイルばね９ａが縮みきってノズル５の移動が止まったときの、この負圧による力をＦｐ、圧縮コイルばね９ａが図３（ｂ）のつり合い位置から縮んだ分の長さをΔｘｓ、手で部品を押さえつける力をＦｈとすると、これらの力のつり合いの関係式として式（５）〜（７）が成り立つ。式（５）の左辺は、ストッパー８を図面右側へ押して圧縮コイルばね９ａを縮めるように作用する力であり、右辺は、ストッパー８を図面左側へ押して弾性部材７ａを縮めるように作用する力である。
【００２６】
【数３】
0003159811.tif 000005
【００２７】
ここで、本考案では式（６）についてｘｅ−Δｘｓ＞０となるよう、すなわち、圧縮コイルばね９ａがつり合い位置から縮んだ長さΔｘｓが、弾性部材７ａが自然長Ｌｅから縮んだ長さｘｅより小さくなるよう、弾性部材７ａの自然長Ｌｅおよび圧縮コイルばね９ａの自然長Ｌｓが選択される。言い換えると、弾性部材７ａの自然長Ｌｅは、弾性体収納部４の長さからストッパー８の厚みおよび圧縮コイルばね９ａの縮みきった長さを引いたものより大きくなるよう選択される。
【００２８】
このような選択によれば、圧縮コイルばね９ａが縮みきったとき弾性部材７ａには伸長しようとする復元力Ｆｅ’が残っており、圧縮コイルばね９ａが伸びようとする復元動作を押し止め、緩衝するようにはたらく。
【００２９】
図３（ｄ）は、エアーピンセット１００を用いて部品を持ち上げたときの、弾性体収納部４における弾性部材７ａ、圧縮コイルばね９ａおよびストッパー８の状態を示している。
【００３０】
吸着パッド６で部品を保持して持ち上げ、手で部品を押さえつけるのを止めると、式（５）においてＦｈが０になり、ストッパー８を図面左側へ押す右辺の力が大きくなって両辺はつり合わなくなり、圧縮コイルばね９ａは復元力Ｆｓ’により元の長さに戻ろうとする。このとき、本考案によれば、ストッパー８を挟んで反対側に設置されている弾性部材７ａの復元力とグリップ２内の負圧Ｐによるノズル５を引き上げる力Ｆｐにより、圧縮コイルばね９ａの復元動作が緩衝される。
【００３１】
ここで、圧縮コイルばね９ａが緩やかに伸びるためには、右辺のＦｓ’が左辺のＦｅ’＋Ｆｐよりわずかに大きくなるようにすればよい。本考案では負圧Ｐがノズルを引き上げる力Ｆｐが、部品を吸着するために十分であり、かつ、弾性部材７ａの復元力Ｆｅ’および圧縮コイルばね９ａの復元力Ｆｓ’に比べて十分に小さいとき、ｋｅ＜ｋｓとなるよう、弾性部材７ａおよび圧縮コイルばね９ａを選択することが好ましい。さらに、ｋｓとｋｅの大きさの差が小さいほど圧縮コイルばね９ａの伸びが緩やかになり好ましい。
【符号の説明】
【００３２】
１    柄
２    グリップ
２ａ  空間
３    接続部
４    弾性体収納部
５    ノズル
５ａ  孔
６    吸着パッド
７    第２弾性体
８    ストッパー
９    第１弾性体
１０    シール
１００  エアーピンセット
【図１】
0003159811.tif 000006
【図２】
0003159811.tif 000007
【図３】
0003159811.tif 000008