JP2013041466A - 小形押圧レギュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】 小形で、出力ロッドを押し出す出力圧力を応答性良く制御できる小形押圧レギュレータを提供すること。
【解決手段】 内部空間１７を有するシリンダブロック１４と、前記内部空間１７に配置されて圧力制御室１７ａを形成するダイアフラム１８と、前記シリンダブロック１４に往復直線運動可能に保持され、前記ダイアフラム１８に連結される出力ロッド１５と、を有するエアシリンダ部１０と、前記エアシリンダ部１０に連結されるものであって、前記圧力制御室１７ａの圧力を制御する圧力制御部３０と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、出力ロッドを押し出す出力圧力を制御する小形押圧レギュレータに関する。

例えば、半導体製造工程では、図３に示すように、基板に電子部品を実装するマウンタ１１０が使用されている。マウンタ１１０は、図示しない駆動部により可動部１１１を、基板と電子部品をストックするストッカーとの間で移動させる。可動部１１１は、電子部品を吸着する複数の吸着ノズル１１２や、吸着ノズル１１２が出力ロッド１１４の先端に取り付けられたエアシリンダ１１３等を備える。吸着ノズル１１２が電子部品を基板に押し付けて実装する押圧力は、エアシリンダ１１３がシリンダ圧力により出力ロッド１１４を押し出す出力圧力を制御することにより、所定圧力に調整される。

エアシリンダ１１３のシリンダ圧力は、図４に示すような電空レギュレータ１３１により制御される。電空レギュレータ１３１は、エアシリンダ１１３に供給するエアの圧力を設定圧力に制御するように駆動する駆動部１３２と、駆動部１３２の駆動を制御する制御部１３３を備える。駆動部１３２は、入力ポート１３４に入力したエアを設定圧力に制御して出力ポート１３５から出力する主弁部１３６と、主弁部１３６を駆動させるパイロット弁部１３７を備える。

近年、半導体製造装置の小型化に伴い、可動部１１１が小さくなっている。そのため、電空レギュレータ１３１をエアシリンダ１１３と共に可動部１１１に搭載することができない。そこで、電空レギュレータ１３１は、可動部１１１の外部に設置され、図４に示すように、配管１２１を介して可動部１１１上のエアシリンダ１１３に接続されている（特許文献１参照）。

特開２００２−２６６８０２号公報

しかしながら、従来のマウンタ１１０の可動部１１１は、電子部品の小形化に対応して更にコンパクトにされなければならないが、電空レギュレータ１３１が大きいため、大型になっていた。
また、従来のマウンタ１１０の可動部１１１は、電空レギュレータ１３１により圧力を制御される容積が、エアシリンダ１１３の内部容積と配管１２１の容積にわたり、制御する負荷容積が大きかった。よって、従来の可動部１１１の構造では、出力ロッド１１４の出力圧力を応答性良く制御することができなかった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、小形で、出力ロッドを押し出す出力圧力を応答性良く制御できる小形押圧レギュレータを提供することを目的とする。

本発明は、次のような構成を有している。
（１）内部空間を有するシリンダブロックと、前記内部空間に配置されて圧力制御室を形成するダイアフラムと、前記シリンダブロックに往復直線運動可能に保持され、前記ダイアフラムに連結される出力ロッドと、を有するエアシリンダ部と、前記エアシリンダ部に連結されるものであって、前記圧力制御室の圧力を制御する圧力制御部と、を有する。

（２）（１）に記載の発明において、前記圧力制御部は、給気弁と、排気弁と、圧力センサと、前記圧力センサが測定する圧力測定値が圧力設定値に一致するように前記給気弁と前記排気弁の動作を制御するメイン制御基板と、を有し、前記エアシリンダ部は、前記圧力制御室を前記給気弁に導通させる供給通路と、前記圧力制御室を前記排気弁に導通させる排気通路と、前記圧力制御室を前記圧力センサに導通させるセンサ通路を備える。

（３）（２）に記載の発明において、前記圧力制御部は、前記シリンダブロックに連結される流路ブロックを有し、前記流路ブロックに、操作エアを前記給気弁に入力させる入力流路と、前記給気弁を前記供給通路に連通させる供給流路と、前記排気通路を前記排気弁に連通させる排気流路と、前記排気弁を外気に連通させる出力流路と、前記圧力センサを前記センサ通路に導通させるセンサ流路が形成されている。

上記小形押圧レギュレータは、ダイアフラムがシリンダブロックの内部空間に配置されて圧力制御室を形成する。出力ロッドは、シリンダブロックに直線往復運動可能に保持され、ダイアフラムに連結されている。ダイアフラムは、圧力制御部により制御される圧力制御室の内圧に応じて変形し、出力ロッドを往復直線運動させる。ダイアフラムと出力ロッドが直結されているので、出力ロッドをシリンダブロックから押し出す出力圧力は、圧力制御室の圧力に一致し、圧力制御部によりダイレクトに制御することが可能である。よって、上記小形押圧レギュレータは、圧力制御部により出力ロッドの出力圧力を応答性良く制御できる。また、上記小形押圧レギュレータは、エアシリンダの機能を備えるため、外付けされるエアシリンダに供給するエアの圧力を設定圧力に制御するための主弁部を備えず、小形にできる。

上記小形押圧レギュレータは、圧力制御室が、供給通路を介して給気弁に導通され、排気通路を介して排気弁に導通され、給気弁と排気弁により圧力制御室の圧力を制御できるようにされている。圧力制御室は、センサ通路を介して圧力センサに導通し、圧力が測定されるようになっている。メイン制御基板は、圧力センサの圧力測定値を圧力設定値に一致させるように給気弁と排気弁の動作を制御し、圧力制御室の圧力を制御する。このような小形押圧レギュレータは、圧力制御室と給気弁との間の容積、圧力制御室と排気弁との間の容積、圧力制御室と圧力センサとの間の容積が、電空レギュレータを外付けのエアシリンダに配管で接続する場合より小さくなるので、圧力制御室の圧力制御を応答性良く行える。よって、上記小形押圧レギュレータによれば、圧力制御部により出力ロッドの出力圧力をより一層応答性良く制御できる。

上記小形押圧レギュレータは、シリンダブロックに連結される流路ブロックに、操作エアを給気弁に入力させる入力流路と、給気弁を供給通路に連通させる供給流路と、排気通路を排気弁に連通させる排気流路と、排気弁を外気に連通させる出力流路と、圧力センサをセンサ通路に導通させるセンサ流路が形成されている。そのため、上記小形押圧レギュレータは、給気弁と排気弁と圧力センサを圧力制御室に導通させる容積が、電空レギュレータを外付けのエアシリンダに配管で接続する場合と比べ小さい。よって、上記小形押圧レギュレータは、圧力制御室の圧力を圧力センサで測定する精度が高く、給気弁と排気弁が短い流路で圧力制御室の圧力を制御することができるので、圧力制御部により出力ロッドを押し出す出力圧力を応答性良く制御することができる。

本発明の実施形態に係る小形押圧レギュレータの断面図であって、ロッド中立状態を示す。 図１に示す小形押圧レギュレータの断面図であって、ロッド下降状態を示す。 マウンタの一例を示す図である。 エアシリンダに接続される電空レギュレータを示す図である。

以下に、本発明に係る好ましい実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明することにする。
図１及び図２は、本発明の実施形態に係る小形押圧レギュレータ１の断面図である。そして、図１は、ロッド中立状態を示し、図２は、ロッド下降状態を示す。

図１及び図２に示す小形押圧レギュレータ１は、従来技術と同様、半導体製造工程で使用されるマウンタ１１０の可動部１１１に取り付けられる。小形押圧レギュレータ１は、図中上下方向へ直線往復運動可能に出力ロッド１５を保持している。小形押圧レギュレータ１は、出力ロッド１５の先端に図３に示すような吸着ノズル１１２が取り付けられ、吸着ノズル１１２が保持した電子部品を基板に実装する際の押圧力を 制御するのに使用される。

小形押圧レギュレータ１は、エアシリンダ部１０と圧力制御部３０とが一体に設けられている。小形押圧レギュレータ１は、圧力制御部３０によって、エアシリンダ部１０のダイアフラム１８を変位させる変位量を制御することにより、出力ロッド１５をエアシリンダ部１０から押し出す出力圧力をダイレクトに制御できるように構成されている。

エアシリンダ部１０は、第１ブロック１１と第２ブロック１３とを積層してシリンダブロック１４が構成されている。第１ブロック１１と第２ブロック１３の間には、内部空間１７が形成されている。ダイアフラム１８は、ゴム材料により、弾性変形可能に形成されている。ダイアフラム１８は、第１ブロック１１と第２ブロック１３との間で外縁部を狭持され、内部空間１７を圧力制御室１７ａと作動室１７ｂに区画している。

第１ブロック１１には、作動室１７ｂを大気に開放するための呼吸穴１１ｂが形成されている。そのため、作動室１７ｂは、常時大気圧にされている。第１ブロック１１は、出力ロッド１５が軸受１６を介してロッド挿通穴１１ａに直進往復運動可能に挿入されている。出力ロッド１５の図中上端部は、内部空間１７内に突出している。出力ロッド１５は、上側ディスク１９と下側ディスク２０に挟まれたダイアフラム１８に挿通されている。出力ロッド１５は、係止部材２２に下側ディスク２０を突き当てるようにダイアフラム１８に挿通され、取付ネジ２１を用いてダイアフラム１８を固定されている。そのため、出力ロッド１５は、ダイアフラム１８の変位に応じて移動する。

第２ブロック１３は、圧力制御室１７ａに操作エアを供給する供給通路１３ａと、圧力制御室１７ａから操作エアを排気する排気通路１３ｂが、図中上面から圧力制御室１７ａに連通するように形成されている。また、第２ブロック１３は、センサ通路１３ｃが図中上面から圧力制御室１７ａに連通するように形成されている。

圧力制御部３０は、流路ブロック３１の図中上面に、ノーマルクローズタイプの給気弁３２と排気弁３３が固定されている。流路ブロック３１には、圧力制御室１７ａの内圧を調整するための流路が形成されている。すなわち、流路ブロック３１は、入力流路３１ａが給気弁３２を介して供給流路３１ｂに連通している。供給流路３１ｂは、エアシリンダ部１０の供給通路１３ａに接続するように形成されている。また、流路ブロック３１は、エアシリンダ部１０の排気通路１３ｂに接続するように、排気流路３１ｃが形成されている。排気流路３１ｃは、排気弁３３を介して出力流路３１ｄに連通している。出力流路３１ｄは、外気に導通している。流路ブロック３１は、入力流路３１ａの開口部に取り付けられた継手３９を介して、操作エア供給源に接続される。

また、流路ブロック３１には、圧力制御室１７ａの内圧を測定するための流路が形成されている。すなわち、流路ブロック３１の図中上面には、圧力センサ３４を配設されるセンサ室３１ｆが開設されている。そして、センサ室３１ｆは、センサ流路３１ｅを介してセンサ通路１３ｃに接続され、圧力制御室１７ａと導通されている。

給気弁３２と排気弁３３と圧力センサ３４は、流路ブロック３１に取り付けられたカバー３５により覆われている。カバー３５内には、センサ基板３６とメイン制御基板３７が収納されている。センサ基板３６は、圧力センサ３４が測定した圧力測定値を電気信号に変換する。メイン制御基板３７は、給気弁３２と排気弁３３とセンサ基板３６に接続されている。また、メイン制御基板３７は、カバー３５に設けられたコネクタ３８を介して外部装置に電気的に接続され、駆動電力や制御信号などが供給される。メイン制御基板３７は、コネクタ３８から供給される駆動電力を用いて駆動する。そして、メイン制御基板３７は、圧力センサ３４が測定した圧力測定値をセンサ基板３６を介して入力し、圧力測定値が圧力設定値に一致するように給気弁３２と排気弁３３の動作を制御する。

次に、上記構成の小形押圧レギュレータ１の動作について説明する。
小形押圧レギュレータ１は、給気弁３２と排気弁３３に動作信号を供給していない場合、圧力制御室１７ａの内圧を大気圧に保つ。このとき、小形押圧レギュレータ１は、圧力制御室１７ａと作動室１７ｂの内圧が大気圧で等しくなるため、出力ロッド１５が図１に示すロッド中立位置に配置される。

小形押圧レギュレータ１は、給気弁３２を弁開し、排気弁３３を弁閉する場合、継手３９を介して入力流路３１ａに供給された操作エアが、給気弁３２、供給流路３１ｂ、供給通路１３ａを介して圧力制御室１７ａに供給される。これにより、圧力制御室１７ａの圧力が上昇する。ダイアフラム１８は、圧力制御室１７ａの内圧がダイアフラム１８の弾性力より大きくなると、図２に示すように図中下向きに変形する。そして、ダイアフラム１８は、出力ロッド１５をシリンダブロック１４から押し出す。このとき、出力ロッド１５がダイアフラム１８の変形に応じて押し出されるため、出力ロッド１５をシリンダブロック１４から押し出す出力圧力は、圧力制御室１７ａの内圧に等しくなる。しかも、ダイアフラム１８の変形は、下側ディスク２０が第１ブロック１１に当接することにより制限される。そのため、出力ロッド１５は、シリンダブロック１４から過剰に押し出されない。換言すれば、出力圧力が過剰にならない。

その後、小形押圧レギュレータ１は、給気弁３２を弁閉し、排気弁３３を弁開する場合、操作エアが圧力制御室１７ａに供給されなくなる。その一方で、圧力制御室１７ａの操作エアが、排気通路１３ｂ、排気流路３１ｃ、排気弁３３、出力流路３１ｄを介して外気へ放出される。これにより、圧力制御室１７ａの内圧が低下する。圧力制御室１７ａの内圧が低下するにつれて徐々に、ダイアフラム１８は、図１に示すロッド中立位置まで、出力ロッド１５をシリンダブロック１４内へ引き上げる。

このような小形押圧レギュレータ１を用いて電子部品の実装を行う場合、出力ロッド１５が吸着ノズル１１２を介して電子部品を基板に実装する際の押圧力が、圧力制御部３０によりダイレクトに制御される。そのため、小形押圧レギュレータ１を用いたマウンタ１１０は、電子部品を実装するときの押圧力を応答性良く高精度に制御できる。

しかも、小形押圧レギュレータ１は、出力ロッド１５を押し出す出力圧力が過剰にならないので、電子部品に過剰な押圧力を加えて破壊させることがない。

以上説明したように、本実施形態の小形押圧レギュレータ１は、ダイアフラム１８がシリンダブロック１４の内部空間１７に配置されて圧力制御室１７ａを形成する。出力ロッド１５は、シリンダブロック１４に直線往復運動可能に保持され、ダイアフラム１８に連結されている。ダイアフラム１８は、圧力制御部３０により制御される圧力制御室１７ａの内圧に応じて変形し、出力ロッド１５を往復直線運動させる。ダイアフラム１８と出力ロッド１５が直結されているので、出力ロッド１５をシリンダブロック１４から押し出す出力圧力は、圧力制御室１７ａの圧力に一致し、圧力制御部３０によりダイレクトに制御することが可能である。よって、上記小形押圧レギュレータ１は、圧力制御部３０により出力ロッド１５の出力圧力を応答性良く制御できる。また、上記小形押圧レギュレータ１は、エアシリンダの機能を備えるため、従来の電空レギュレータ１３１のように外付けされるエアシリンダ１１３に供給するエアの圧力を設定圧力に制御するための主弁部１３６（図４参照）を備えず、従来の電空レギュレータ１３１より小形にできる。その結果、小形押圧レギュレータ１をマウンタ１１０の可動部１１１に搭載できる。
尚、小形押圧レギュレータ１は、レギュレータとシリンダの機能を１個で実現している。そのため、小形押圧レギュレータ１は、図４に示す従来技術のように電空レギュレータ１３１とエアシリンダ１１３を配管１２１で接続する場合よりも、設置スペースが小さくて済む。この点からも、小形押圧レギュレータ１を可動部１１１に搭載できるようになった。

上記小形押圧レギュレータ１は、圧力制御室１７ａが、供給通路１３ａを介して給気弁３２に導通され、排気通路１３ｂを介して排気弁３３に導通され、給気弁３２と排気弁３３により圧力制御室１７ａの圧力を制御できるようにされている。圧力制御室１７ａは、センサ通路１３ｃを介して圧力センサ３４に導通し、圧力が測定されるようになっている。メイン制御基板３７は、圧力センサ３４の圧力測定値を圧力設定値に一致させるように給気弁３２と排気弁３３の動作を制御し、圧力制御室１７ａの圧力を制御する。このような小形押圧レギュレータ１は、図４の従来技術に示すように電空レギュレータ１３１を外付けのエアシリンダ１１３に配管１２１で接続する場合より小さくなるので、圧力制御室１７ａの圧力制御を応答性良く行える。よって、上記小形押圧レギュレータ１によれば、圧力制御部１７ａにより出力ロッド１５の出力圧力をより一層応答性良く制御できる。
また、小形押圧レギュレータ１は、受圧部がダイアフラム１８でできているため、Ｏリングシール構造のエアシリンダと比べ、圧力制御室１７ａの圧力制御を高精度に行える。

上記小形押圧レギュレータ１は、シリンダブロック１４に連結される流路ブロック３１に、操作エアを給気弁３２に入力させる入力流路３１ａと、給気弁３２を供給通路１３ａに連通させる供給流路３１ｂと、排気通路１３ｂを排気弁３３に連通させる排気流路３１ｃと、排気弁３３を外気に連通させる出力流路３１ｄと、圧力センサ３４をセンサ通路１３ｃに導通させるセンサ流路３１ｅが形成されている。そのため、上記小形押圧レギュレータ１は、給気弁３２と排気弁３３と圧力センサ３４を圧力制御室１７ａに導通させる容積が、電空レギュレータ１３１を外付けのエアシリンダ１１３に配管１２１で接続する場合（図４参照）と比べ小さい。よって、上記小形押圧レギュレータ１は、圧力制御室１７ａの圧力を圧力センサ３４で測定する精度が高く、給気弁３２と排気弁３３が短い流路で圧力制御室１７ａの圧力を制御することができるので、圧力制御部３０により出力ロッド１５を押し出す出力圧力を応答性良く制御することができる。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
例えば、上記実施形態では、小形押圧レギュレータ１をマウンタ１１０の可動部１１１に取り付けたが、その他の装置に取り付けるようにしても良い。
例えば、上記実施形態では、軸受１６を用いて出力ロッド１５を低摺動で往復直線運動させるようにしたが、出力ロッド１５のガイドにエアベアリングシリンダ構造を用いても良い。すなわち、操作エアの一部を出力ロッド１５とシリンダブロック１４（挿通孔１１ａの内壁）との間に供給して出力ロッド１５とロッド挿通穴１１ａ内壁との間に空気層を設け、エアベアリングを構成するようにしても良い。

１ 小形押圧レギュレータ
１０ エアシリンダ部
１３ａ 供給通路
１３ｂ 排気通路
１３ｃ センサ通路
１４ シリンダブロック
１７ 内部空間
１７ａ 圧力制御室
１８ ダイアフラム
３０ 圧力制御部
３１ａ 入力流路
３１ｂ 供給流路
３１ｃ 排気流路
３１ｄ 出力流路
３２ 給気弁
３３ 排気弁
３４ 圧力センサ
３７ メイン制御基板

Claims (3)

1. 内部空間を有するシリンダブロックと、
   前記内部空間に配置されて圧力制御室を形成するダイアフラムと、
   前記シリンダブロックに往復直線運動可能に保持され、前記ダイアフラムに連結される出力ロッドと、
   を有するエアシリンダ部と、
   前記エアシリンダ部に連結されるものであって、前記圧力制御室の圧力を制御する圧力制御部と、を有すること、
   を特徴とする小形押圧レギュレータ。
2. 請求項１に記載する小形押圧レギュレータにおいて、
   前記圧力制御部は、
   給気弁と、
   排気弁と、
   圧力センサと、
   前記圧力センサが測定する圧力測定値が圧力設定値に一致するように前記給気弁と前記排気弁の動作を制御するメイン制御基板と、を有し、
   前記エアシリンダ部は、前記圧力制御室を前記給気弁に導通させる供給通路と、前記圧力制御室を前記排気弁に導通させる排気通路と、前記圧力制御室を前記圧力センサに導通させるセンサ通路を備える
   ことを特徴とする小形押圧レギュレータ。
3. 請求項２に記載する小形押圧レギュレータにおいて、
   前記圧力制御部は、前記シリンダブロックに連結される流路ブロックを有し、
   前記流路ブロックに、
   操作エアを前記給気弁に入力させる入力流路と、
   前記給気弁を前記供給通路に連通させる供給流路と、
   前記排気通路を前記排気弁に連通させる排気流路と、
   前記排気弁を外気に連通させる出力流路と、
   前記圧力センサを前記センサ通路に導通させるセンサ流路が形成されている
   ことを特徴とする小形押圧レギュレータ。

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