重力補償装置
重力補償装置は、基本質量（１０）によって回転軸線（１３）から第１の距離を置いたところで平衡装置（１２）に及ぼされた力を、回転軸線から第２の距離を置いたところで平衡装置に反力を及ぼす力発生装置、例えばばね（１４）によって、部分的に又は全体的に補償する。第１の距離、第２の距離又はこれら両方は、所望の重力補償具合を提供するよう選択可能である。角度可変半径を有する１つ又は２つ以上の滑車を使用するのがよい。重力補償装置は、基本質量にそれほど質量を追加することはなく、設計が単純である。
【発明の詳細な説明】
【開示の内容】
【０００１】
本発明は、重力補償装置に関する。
【０００２】
種々の装置において、質量を共通の重力場で運動させる場合、質量に作用する重力を補償するのが有利である。この重力を打ち消す方向に働く力により重力を少なくとも部分的に補償することにより、質量を運動させる比較的小さな力を利用することが可能になり、しかも重力の補償が存在しない状況と比較した場合、エネルギーの節約が得られる場合がある。さらに、質量の運動の安全性を重力補償により高めることができ、即ち、少なくとも部分的に重力補償された質量に作用する外力が無くなることによっては、質量の望ましくないほど高い加速度が生じることはなく、かといって加速度が全くゼロになるというわけではない。
【０００３】
先行技術において、重力補償の第１のタイプとしては、質量釣合いシステムがある。本質的には、かかるシステムでは、重力が補償される基本質量は、釣合いシステムの釣合い質量に連結される。釣合いシステムは、例えば、ワイヤ、ケーブル、チェーン、ベルト等を備えた滑車（場合によっては多数の滑車）、又は回動可能な若しくは動くことができるアーム、或いは複数個の相互に連結されたアーム要素等を有する場合がある。質量釣合いシステムの一例は、従来型のエレベータに見ることができ、この場合、エレベータの箱は、エレベータ箱の基本（平均）質量を補償するためにケーブルによって滑車機構体を介して釣合い質量に連結されている。
【０００４】
質量釣合いシステムの第１の欠点は、移動されるべき質量が増大することにあり、即ち、基本質量を運動させる場合、重力が補償されるべき基本質量だけでなく、釣合いシステムの釣合い質量及び追加の質量を加速したり減速しなければならず、これにはエネルギー量の増大が必要である。
【０００５】
質量釣合いシステムの第２の欠点は、システムの機械的複雑さが増し、その結果、とりわけ、システムの動的な機械的挙動の低下が生じることにある。一例として、大きな質量を高性能アクチュエータ、例えばサーボ機構を用いて高い精度で短時間で動かそうとする場合、アクチュエータ用の制御システムは、寄生振動数及び劣悪な整定挙動に直面する場合があり、従って、必要な動的性能を発揮することができないようになる。
【０００６】
先行技術において、重力補償の第２のタイプとしては、ばね釣合いシステムがある。基本的に、基本質量に作用する重力は、釣合いシステムのばね力により反作用を受ける。釣合いシステムは、例えば、ワイヤ、ケーブル、チェーン、ベルト等を備えた滑車（場合によっては多数の滑車）、又は回動可能な若しくは動くことができるアーム、或いは複数個の相互に連結されたアーム要素等を有する場合がある。
【０００７】
ばね釣合いシステムの第１の欠点は、重力の補償が基本質量の或る１つの位置（平衡位置）でしか完全ではないということにある。というのは、生じたばね力は、ばねの有効長さ及び（又は）捩れに従って変化するからであり、この場合、ばねの有効長さ又は捩れとばねにより生じた力の関係は、線形又は非線形の場合がある。かくして、基本質量を移動させるアクチュエータは、平衡位置以外の位置であればどのような位置であっても追加の負又は正の力を生じさせなければならないであろう。一般に、ばね釣合いシステムは、質量を移動させ、質量を或る特定の位置に保つには一方向における追加の力が常に必要であるように付勢されることになる。追加の力を発生させるには、一般に、たとえ基本質量が静止状態にあっても、アクチュエータの電力消費量が増大することになる。
【０００８】
ばね釣合いシステムの第２の欠点は、アクチュエータの故障の場合に深刻な危害が発生することであり、この場合、基本質量がばねによって飛び出す場合がある。
【０００９】
本発明の目的は、設計が簡単であり、しかも、重力補償機能が極めて効果的であり、この場合重力補償システム全体にそれほど質量を追加しない重力補償装置を提供することにある。
【００１０】
本発明によれば、少なくともこの目的は、基本質量に作用する重力の少なくとも一部を補償する重力補償装置であって、釣合いシステムを有し、釣合いシステムは、回転軸線と、回転軸線回りに回転可能であり、回転軸線から第１の所定の距離を置いたところで基本質量に連結され、回転軸線に対して第１の回転方向に第１のモーメントを発生させるよう構成された釣合い装置と、回転軸線から第２の所定の距離を置いたところで釣合い装置に連結され、回転軸線に対し第１の方向とは逆の第２の回転方向に第２のモーメントを発生させるよう構成された第１の末端部を備える力発生装置とを有し、力発生装置は、基準位置に連結されるよう構成された第２の末端部を備え、釣合い装置の種々の角度位置に関し、第１の所定の距離及び第２の所定の距離は、第１のモーメント及び第２のモーメントが所定の関係を有するよう選択されていることを特徴とする重力補償装置によって達成される。
【００１１】
本発明の装置では、第１の所定の距離及び第２の所定の距離は原理的には、基本質量及び力発生装置によりそれぞれ及ぼされる力の作用線（場合によっては、想像上の作用線）と回転軸線との間の最短距離である。第１の所定の距離及び第２の所定の距離は、釣合い装置の角度位置の関数として、基本質量が動作範囲又は動作距離にわたり力発生装置により完全平衡状態に保たれ、重力以外の力が存在しない場合には運動せず、力発生装置により生じた力が働くように選択されるのがよい。当然のことながら、基本質量に作用する重力を完全には補償しないようにすることも可能であり、その結果、基本質量は、重力及び力発生装置により生じる力以外の力が存在していない場合、制御された仕方で所定の位置まで運動するようになる。
【００１２】
基本質量を鉛直線に沿って又は任意他の非水平方向に、即ち、鉛直線に対して０°〜９０°の角度をなして運動させることができる。基本質量を非鉛直線に沿って運動させる場合、少なくとも１つのガイド、例えば案内レールを用いるのがよい。
【００１３】
力発生装置は、種々の仕方で具体化できる。力発生装置は、受動式であってもよく、能動式であってもよい。一般に、質量が小さく力が大きい装置が好ましい。力発生装置は、その作動中に変化する距離及び（又は）向き及び（又は）その第１の末端部と第２の末端部との間の回転角度を有するのがよい。力発生装置は、その作動中、一定の力又は漸変力をもたらすことができる。
【００１４】
好ましい実施形態では、力発生装置は、ばねであり、特に、線形特性ばね又は渦巻ばね、例えば、可撓性且つ弾性材料で例えば巻き形態で作られたばねである。渦巻ばねの場合、渦巻ばねにより生じる第２のモーメントは、第２の距離のところで及ぼされた力により生じるものと考えることができる。ばねは又、ガススプリング、例えば、ガス、例えば不活性ガス、空気等の密閉容積を有するピストン−シリンダユニットであってもよい。力発生装置は又、アクチュエータ、例えば、電気アクチュエータ、圧電アクチュエータ、磁気アクチュエータ、磁気抵抗アクチュエータ、電磁アクチュエータ、電気機械アクチュエータ、空気圧アクチュエータ又は油圧アクチュエータ、或いは、かかる原理の任意の組合せを利用し、場合によっては、釣合い装置の角度位置、基本質量の位置及び（又は）力発生装置の第１の末端部の位置に基づいて生じる制御信号によって制御されるアクチュエータであってもよい。
【００１５】
力発生装置の第２の末端部に連結される基準位置は、例えば、釣合い装置の回転軸線も又位置するフレームに固定されるのがよい。しかしながら、基準位置は又、受動的か能動的かのいずれかにより且つ（或いは）制御された仕方で、例えば、力発生装置に対して直角に動くことができてもよい。
【００１６】
本発明の重力補償装置の一特徴では、第１の所定の距離は、釣合い装置の種々の角度位置に関し一定に保たれ、第２の所定の距離は、力発生装置により生じる力が釣合い装置の回転により増大すると、減少し、これに対し、第２の所定の距離は、力発生装置により生じる力が釣合い装置の逆回転により減少すると、増加する。この実施形態の利点は、第１の回転方向における釣合い装置の回転軸線に対する第１のモーメントを一定に保つことができ、基本質量の経路をこれが基本質量をガイドに沿って案内しないで鉛直線に沿って延びるように作ることができるということにある。
【００１７】
本発明の重力補償装置の別の特徴では、第２の所定の距離は、釣合い装置の種々の角度位置に関し一定に保たれ、第１の所定の距離は、力発生装置により生じる力が釣合い装置の回転により増大すると、増加し、これに対し、第１の所定の距離は、力発生装置により生じる力が釣合い装置の逆回転により減少すると、減少する。この実施形態の利点は、力発生装置の第１の末端部及び第２の末端部を力発生装置の動作範囲全体にわたって同一線上に位置させることができるということにある。
【００１８】
本発明の重力補償装置の好ましい実施形態では、釣合い装置は、少なくとも部分的に角度可変半径を備えた滑車を有する。この形態の幾つかの利点としては、設計が単純であること、特に滑車が低密度材料、例えば合成材料で作られている場合、そのコストが安く且つその質量が小さいことが挙げられる。力発生装置の性状及び設計に応じて、滑車の半径は、滑車のあらゆる向きに関し、基本質量の所定の重力補償、例えば完全重力補償が得られるように設定されるのがよい。より詳細に説明すると、釣合い装置は好ましくは、本質的に円形の第１の滑車と、少なくとも部分的に角度可変半径を備えた第２の滑車とを有する。第１の滑車は、標準サイズのホイールであるのがよく、この滑車は、第２の滑車に固定され、両方の滑車は、同一の回転軸線を有する。
【００１９】
本発明の重力補償装置の好ましい実施形態では、基本質量と釣合い装置の連結と力発生装置の第１の末端部と釣合い装置の連結のいずれも、フレキシブルワイヤによって行われる。かかる実施形態の利点は、ワイヤのコストが安いこと及びワイヤの質量が小さいことであり、この場合、重力補償装置には事実上余分の質量が追加されず、しかも、簡単で信頼性の高い連結手段が得られる。「ワイヤ」という用語は、ロープ、ケーブル、スネア、紐、ベルト、チェーン等のような類似した連結手段を含むことは明らかであろう。
【００２０】
上述のことを念頭に置いて、本発明の重力補償装置の好ましい実施形態では、釣合い装置は、角度可変半径を備えた滑車を有し、基本質量と釣合い装置の連結及び力発生装置の第１の末端部と釣合い装置の連結は、フレキシブルワイヤによって行われ、ワイヤは、滑車の外周部に沿って案内される。本発明の重力補償装置の別の好ましい実施形態では、釣合い装置は、本質的に円形の第１の滑車と、角度可変半径を備えた第２の滑車とを有し、基本質量と釣合い装置の連結は、第１のフレキシブルワイヤにより行われ、力発生装置の第１の末端部と釣合い装置の連結は、第２のフレキシブルワイヤによって行われ、第１のワイヤ及び第２のワイヤのうち一方は、第１の滑車及び第２の滑車のうちの一方の外周部に沿って案内され、第１のワイヤ及び第２のワイヤのうちの他方は、第１の滑車及び第２の滑車のうちの他方の外周部に沿って案内される。
【００２１】
ワイヤは１つ又は複数個の滑車の外周部に対して摺動自在であるのがよいが（１つ又は複数個の滑車を基本質量の位置に応じて場合によっては制御された仕方で回転させる場合）、ワイヤは、釣合い装置にその周囲の近くの箇所で固定されることを特徴とする本発明の重力補償装置の実施形態が好ましい。後者の場合、ワイヤは本質的に、１つ又は複数個の滑車の回転中、かかる滑車の外周部に対して摺動しない。
【００２２】
本発明の重力補償装置は、上述したように１つ又は複数個の滑車を有するのがよいが、釣合い装置に働く第１のモーメント及び第２のモーメントを発生させることができる１つ又は２つ以上の釣合いアーム又は他の手段を更に有してもよい。種々の手段、例えば、滑車に固定された釣合いアームを互いに組み合わせて用いてもよい。好ましい実施形態では、釣合い装置は、第１の連結箇所のところで基本質量に連結された第１のアーム及び第１のアームに固定され且つ第２の連結箇所のところで力発生装置の第１の末端部に連結された第２のアームを有し、第１の連結箇所及び第２の連結箇所は、第１のアーム及び第２のアームに沿ってそれぞれ選択可能である。特に、少なくとも１つの連結箇所は、その関連のアームに沿って動くことができ、より具体的には摺動できるのがよい。
【００２３】
本発明の重力補償装置を種々の用途に用いることができ、かかる用途としては、電子部品用のピックアップ又は取扱い、或いは移送又は配置装置、結合装置、ウェーハテーブル取扱い装置及び種々の他の用途が挙げられる。
【００２４】
本発明の保護範囲及び利点は、添付の図面と関連して例示の非限定的な実施形態についての以下の詳細な説明を参照してよく理解されるようになるにつれ、一層よく理解されよう。
【００２５】
別々の図において、同一の参照符号は、同一又は類似のコンポーネント又は同一又は類似の機能を備えたコンポーネントを示している。
【００２６】
図１ａ及び図１ｂは、質量１０を示し、矢印１１で示された方向に重力がこの質量に作用している。釣合い装置１２は、軸線１３回りに回転可能である。線形特性ばね１４は、基準位置１６、例えば質量１０を相対運動させるべきフレームに連結された末端部１５を有している。軸線１３の位置は、基準位置１６に対して固定されているのがよい。ばね１４の反対側の末端部１７は、ワイヤ１８又は他のフレキシブル又は可撓性連結要素、例えばロープ、ケーブル、スネア、紐、ベルト、チェーン等により釣合い装置１２に連結されているが、恣意的な形状の不撓性物体である任意の不撓性連結要素によってこの連結を行ってもよい。簡潔にするために、本明細書における「ワイヤ」という用語は、適宜フレキシブル又は可撓性であるのがよく（引張力のみを伝達する）又は適宜不撓性であってもよく（引張力と押圧力のいずれも伝達する）あらゆる種類の連結要素を意味するために用いられている。質量１０を釣合い装置１２に連結するのに類似のワイヤ１９が用いられている。
【００２７】
釣合い装置１２は、平らな滑車（プーリ）状の要素であるのがよい。この釣合い装置の周囲は、周囲に沿って変化する半径（軸線１３に対して見た場合）を有する。破線で画定されたＩで示されている領域内では、半径は、一定の所定の値を有する。破線で画定されたＩＩで示されている領域内では、半径は、反時計回りの方向で見て、所定の割合で減少している。釣合い装置１２は、その周囲に沿って設けられていて、ワイヤ１８，１９を受け入れる溝を備えている。ワイヤ１８は、ワイヤ１９と同一であってもよく、かくして、釣合い装置１２の溝を介してばね１４の末端部１７と質量１０を互いに連結する一体形のワイヤが形成されている。釣合い装置１２の溝内で釣合い装置１２に接触するワイヤ１８，１９の部分が溝に対して動かないようにするための措置が施されている。一例として、ワイヤ１８，１９は、溝に沿って設けられた対応の凹部１８ａ，１９ａに嵌まる厚くなった端停止部を備えるのがよい。別の例として、ワイヤ１８，１９をクランプ又はねじ止めにより釣合い装置１２に固定してもよい。別の例として、ワイヤと溝の組合せは、溝に対するワイヤ１８，１９又は一体形ワイヤの摺動を回避するのに十分な摩擦が生じるように設計されたものであってもよい。
【００２８】
好ましくは、釣合い装置１２及びワイヤ１８，１９の質量は、できるだけ小さいのがよい。この目的で、ワイヤを低密度高強度材料、例えばアラミド材料で作るのがよい。また、ワイヤは、金属ケーブルであってもよい。釣合い装置１２を金属又は合成材料で作るのがよい。一段と軽量化するために、釣合い装置１２は、釣合い装置１２の外周部分と釣合い装置１２の軸線１３の近くに位置する内側ハブ部分を互いに連結するスポーク（図示せず）を備える（場合によってはこれと一体である）のがよい。
【００２９】
図１ｂでは、質量１０は、詳細には図示していないアクチュエータにより図１ａに示す位置から図１ｂに示す位置に動かされている。したがって、釣合い装置１２は、９０°の角度反時計回りに回転しており、ばね１４の末端部１５，１７相互間の距離は減少している。釣合い装置１２の回転の際、ばね１４によりワイヤ１８を介して釣合い装置１２に及ぼされた力の作用点と軸線１３との間の距離は、釣合い装置１２の半径が領域Ｉでは一定なので同一のままであった。しかしながら、ばね１４により釣合い装置１２に及ぼされる力は、釣合い装置１２の回転中、減少した。
【００３０】
釣合い装置１２の反時計回りの回転の際、質量１０によりワイヤ１９を介して釣合い装置１２に及ぼされた重力の作用点と軸線１３との間の距離は、釣合い装置１２の半径が領域ＩＩでは減少しているので減少した。しかしながら、質量１０により釣合い装置１２に及ぼされる力は、釣合い装置１２の回転中、一定のままであった。
【００３１】
その結果、図１ａに示す状況と図１ｂに示す状況を比較した場合、図１ａから図１ｂに向かって、ばね１４により反時計回りの方向に釣合い装置１２に及ぼされるモーメントは、減少する。それと同時に、質量１０により時計回りの方向に釣合い装置１２に及ぼされるモーメントも又減少する。領域ＩＩにおける釣合い装置１２の外周部の形状の適当な設計により、図１ａの位置から図１ｂの位置までの範囲における質量１０の任意の位置において、質量１０は、部分的に又は全体的に重力補償可能である。
【００３２】
図１ｃは、図１ａに示す構成において質量１０の位置とばね１４の位置を交換できることを示している。釣合い装置１２を図１ｃに示す位置から９０°反時計回りの方向に回転させると、質量１０により反時計回りの方向に釣合い装置１２に及ぼされるモーメントは、同一のままであり、ばね１４により時計回りの方向に釣合い装置１２に及ぼされるモーメントも又、同一のままである。というのは、ばね力が増大し、釣合い装置１２の半径がそれに応じて減少するようになっているからである。図１ａの形態と図１ｃの形態の選択を、例えば、質量１０がワイヤ１９から自由に吊り下げられている場合に質量１０の所望の運動経路を考慮しながら行うことができ、即ち、図１ａ及び図１ｂによれば、この運動経路は、鉛直線に沿って延び、図１ｃによれば、この運動経路は、鉛直線を辿ることになる。しかしながら、質量１０は、この運動経路が図１ａ、図１ｂ、図１ｃのうちのいずれにおいても、垂直成分を有する限り、任意の真っ直ぐな経路又は湾曲した経路に沿って運動するようになっていることは明らかであろう。
【００３３】
質量１０を或る１つの位置から別のこれよりも低い又は高い位置に移動させるアクチュエータ（詳細には示されていない）は、任意構造のものであってよく、図１ａ〜図１ｃの実施形態では、質量１０、釣合い装置１２、軸線１３、ばね１４、ワイヤ１８又はワイヤ１９に係合するのがよい。アクチュエータは、任意形式のアクチュエータであってよく、例えば、電磁式、圧電式、油圧式、空気圧式又は機械式のアクチュエータであってよい。
【００３４】
さらに、図１ａ、図１ｂ及び図１ｃを参照すると、注目されることとして、ワイヤ１８，１９が全く同一のワイヤの一部である場合、たった１つの停止部が１つの凹部１８ａ，１９ａに嵌まることが必要なだけであり、停止部は、ワイヤに固定される。また、停止部を全く省き、ワイヤを釣合い装置１２の周囲に沿って摺動可能にすることが可能である。この場合、釣合い装置１２の角度位置を、例えば質量１０の位置又はばね１４の末端部１７の位置によって制御されるアクチュエータによって設定するのがよい。その目的は、ワイヤの運動と釣合い装置１２の運動を同期させることにある。
【００３５】
図２ａ及び図２ｂは、図１ａ及び図１ｂと類似した形態を示しており、この差は、図１ａ及び図１ｂの釣合い装置１２に代えて互いに隣接して位置していて、互いに連結され、共通の軸線１３を備えた別々の釣合い装置部分１２ａ，１２ｂを用いていることにある。釣合い装置部分１２ａは、円形であり、凹部１８ａを備えた周方向溝を有している。釣合い装置部分１２ｂは、本質的に半月形であり、その湾曲部分に沿って設けられた周方向溝を有している。ワイヤ１８，１９は、それぞれの釣合い装置部分１２ａ，１２ｂのそれぞれの凹部１８ａ，１９ａに受け入れられる厚くなった端部を有している。
【００３６】
釣合い装置部分１２ａ，１２ｂが互いに連結されているので、図２ａ及び図２ｂに示す重力補償装置の実施形態は、図１ａ及び図１ｂの重力補償装置と実質的に同一に機能する。図１ｃの場合と同様、図２ｃは、質量１０の位置とばね１４の位置が図２ａと比較した場合に交換されているオプションとしての形態を示している。
【００３７】
図３は、螺旋の形をしたばね３０（一点鎖線で示されている）の一方の末端部３１が釣合い装置３２に連結され、別の末端部３３が基準位置３４に連結されている重力補償装置を示している。釣合い装置３２は、軸線３５回りに回転可能である。ワイヤ３８が、質量１０を釣合い装置３２に連結している。釣合い装置３２は、周囲を有し、この周囲は、周囲に沿って変化する（軸線３５に対して見て）半径を備えている。破線で画定されると共にＩで示された領域では、半径は、時計回りの方向に見て、所定の割合で減少している。釣合い装置３２は、その周囲に沿って設けられていて、ワイヤ３６を受け入れる溝を備えている。ワイヤ３６は、溝に沿って設けられた対応の凹部３７に嵌まる厚くなった端部を備えている。
【００３８】
質量１０を図３に示す位置から下降させると、質量１０が釣合い装置３２に及ぼすモーメントは、ワイヤ３６が釣合い装置３２に係合する箇所のところでは半径が増大しているので、増大する。それと同時に、ばね３０により逆方向に釣合い装置３２に及ぼされるモーメントは、増大することになる。釣合い装置３２の曲率について適当な設計が施された状態では、ばね力は増大するが、質量１０に作用する重力はかくして、ばね力により部分的に又は全体的に補償された状態のままであり得ることは明らかであろう。
【００３９】
質量１０を図３に示す位置から上昇させると、質量１０が釣合い装置３２に及ぼすモーメントは、ワイヤ３６が釣合い装置３２に係合する箇所のところでは半径が減少しているので、減少する。それと同時に、ばね３０により逆方向に釣合い装置３２に及ぼされるモーメントは、減少することになる。かくして、かかる運動の場合においても、質量１０の重力補償を保持できる。
【００４０】
図４は、釣合いアーム４１と、釣合いアーム４１に連結された釣合い装置部分４２とを有する釣合い装置４０を示しており、釣合いアーム４１と釣合い装置部分４２の両方は、回転軸線４３に対して回動できる。釣合い装置部分４２の周囲は、軸線４３に対して見て、破線で画定されると共にＩで示された領域内では所定の割合で時計回りの方向に減少する半径を有している。釣合い装置は、その周囲に沿って設けられていて、ばね４５を釣合い装置部分４２に連結するワイヤ４４を受け入れる溝を備えている。ワイヤ４４は、溝に沿って設けられた対応の凹部に嵌まる厚くなった端部４６を備えている。質量１０が、ワイヤ４７によって釣合いアーム４１に連結されている。
【００４１】
質量１０を図４に示す位置から下降させると、質量１０が釣合い装置４０に及ぼすモーメントは、回転軸線４３に対する質量１０により釣合いアーム４１に及ぼされる力の作用線の距離が減少するので、減少する。それと同時に、ばね４５によりワイヤ４４を介して逆方向に釣合い装置４０に及ぼされる力は、増大することになる。
【００４２】
質量１０を図４に示す位置から上昇させると、質量１０が釣合い装置４０に及ぼすモーメントは、回転軸線４３に対する質量１０により釣合いアーム４１に及ぼされる力の作用線の距離が減少するので、この場合も又減少する。それと同時に、ばね４５によりワイヤ４４を介して逆方向に釣合い装置４０に及ぼされる力は、増大することになる。
【００４３】
釣合い装置４２の曲率について適当な設計が施された状態では、質量１０に作用する重力はかくして、ばね４５により生じる力によって部分的に又は全体的に補償された状態のままであり得ることは明らかであろう。
【００４４】
図５は、第１の釣合いアーム５１と、第１の釣合いアーム５１に連結された第２の釣合いアーム５２とを有する釣合い装置５０を示しており、第１の釣合いアームと第２の釣合いアームは両方とも、回転軸線５３に対して回動できる。第１の釣合いアーム５１は、ワイヤ５５を介してばね５４に連結されている。質量１０が、ワイヤ５７を介して連結箇所５６のところで第２の釣合いアーム５２に連結されている。連結箇所５６は、両方向を指し示す矢印により指示された互いに逆の方向のいずれにも第２の釣合いアーム５２に沿って摺動できる。連結箇所５６は、第２の釣合いアーム５２が反時計回りの方向に回動すると、連結箇所５６が回転軸線５３から遠ざかり、かくして、質量１０により反時計回りの方向に釣合い装置５０に及ぼされるモーメントを増大させるようにガイド５８，５９相互間で案内される。それと同時に、第１の釣合いアーム５１も又、反時計回りの方向に回動し、ばね５４により第１の釣合いアーム５１に及ぼされる力を増大させ、かくしてばね５４により時計回りの方向に釣合い装置５０に及ぼされるモーメントを増大させる。
【００４５】
他方、第２の釣合いアーム５２が時計回りの方向に回動すると、連結箇所５６は、回転軸線５３に近づき、かくして、質量１０により反時計回りの方向に釣合い装置５０に及ぼされるモーメントを減少させる。それと同時に、第１の釣合いアーム５１も又、時計回りの方向に回動し、ばね５４により第１の釣合いアーム５１に及ぼされる力を減少させ、かくしてばね５４により時計回りの方向に釣合い装置５０に及ぼされるモーメントを減少させる。
【００４６】
ガイド５８，５９（の曲率）について適当な設計が施された状態では、質量１０に作用する重力はかくして、ばね４５により生じる力によって部分的に又は全体的に補償された状態のままであり得ることは明らかであろう。
【００４７】
図６は、回転可能な移送組立体８２に取り付けられた４つの移送ヘッド９０ａ，９０ｂ，９０ｃ，９０ｄを有するチップ移送装置８０を示している。回転可能な移送組立体８２は、第１のモータ（図６には示さず）によって駆動されて軸線１０ａ回りに回転するようになっている。隣り合う移送ヘッド９０ａ〜９０ｄ相互間の角度は、９０°である。ウェーハ９４の一部であるチップ９２の表面を、ウェーハ９４（より正確に言えば、チップ９２が非永続的にくっつけられているそのキャリヤフィルム）を以下に説明するように、両方向を指し示す矢印９６，９８の方向のうちいずれか一方に移動させることによりチップピックアップ位置で移送ヘッド９０ａ〜９０ｄと対向して位置決めするのがよい。リードフレームストリング又は他のリードフレーム組立体１０２の一部であるリードフレーム１００のボンド面を、リードフレーム組立体１０２をそれ自体公知であり、詳細には示されていない位置決め手段によって両方向を指し示す矢印１０４の方向のうちいずれか一方に移動させることにより、チップボンディング位置で移送ヘッド９０ａ〜９０ｄと対向して位置決めするのがよい。
【００４８】
回転組立体８２は、軸線１０ａ回りに９０°の割出しステップで、時計回り（例えば、移送ヘッド９０ａが、移送ヘッド９０ｂが図６に示されている位置まで動く方向）か、反時計回り（例えば、移送ヘッド９０ｄが、移送ヘッド９０ｃが図６に示されている位置まで動く方向）かのいずれかに割出されるようになっている。時計回りの割出し方向では、移送ヘッド９０ａによって図６に示すその位置においてウェーハ９４からピックアップされたチップ９２を、移送ヘッド９０ａが図６に移送ヘッド９０ｂについて示された位置にあるとき、１回の割出しステップ後にリードフレーム１００にボンディングする。反時計回りの割出し方向では、移送ヘッド９０ａによって図６に示すその位置においてウェーハ９４からピックアップされたチップ９２を、移送ヘッド９０ａが図６に移送ヘッド９０ｂについて示された位置にあるとき、３回の割出しステップ後にリードフレーム１００にボンディングする。割出し方向のいずれが選択されても、連続する全ての割出しステップが、チップ９２をウェーハ９４からリードフレーム組立体１０２に移送する際に有用である場合がある。時計回りの割出し方向と反時計回りの割出し方向の差は、反時計回りの割出し方向では、移送ヘッド９０ｃ，９０ｄの位置にある移送ヘッドがチップ９２を支持し、これに対し、時計回りの割出し方向では、かかる移送ヘッドが、支持しないということにある。かくして、反時計回りの割出し方向では、例えば、移送ヘッドに対するチップ９２の位置の点検又は先にキャリヤフィルムに向いているチップ９２の面の構造の点検、或いはチップ９２の任意他の処理ステップを、図６の移送ヘッド９０ｃ，９０ｄについて示した位置のうちのいずれでも実施することができる。
【００４９】
各移送ヘッド９０ａ〜９０ｄは、本質的に回転組立体８２から見て回転軸線１０ａに垂直に半径方向に延びるアーム６０ａ〜６０ｄをそれぞれ有している。アーム６０ａ〜６０ｄは、これらの重量を減少させるために穴を備えている。アーム６０ａ〜６０ｄの各々の自由端部の近くには、１対の平行な板ばね６２の端部が、固定的に取り付けられており、１対の板ばね６２の反対側の端部は、それぞれブロック６４ａ〜６４ｄを支持している。各ブロック６４ａ〜６４ｄ内には、ピックアップ開口部６７ａ〜６７ｄをそれぞれ備えたコレット６６ａ〜６６ｄが、それぞれ固定的に設けられている。各コレット６６ａ〜６６ｄは、本質的に軸線１０ａに対し直角をなした半径方向で短い距離にわたり前後に動くことができる。各移送ヘッド９０ａ〜９０ｄは、本質的に回転組立体８２から見て軸線１０ａに対し直角に半径方向に延びるアーム６８ａ〜６８ｄをそれぞれ更に有している。押しばね７０ａ〜７０ｄが、アーム６８ａ〜６８ｄの端部とそれぞれのブロック６４ａ〜６４ｄとの間に設けられている。
【００５０】
ブロック６４ａは、ワイヤ７２によりブロック６４ｃに連結され、ブロック６４ｂは、ワイヤ７４によりブロック６４ｄに連結されている。ワイヤ７２は、その中央部分が、レバー７６に固定的に連結され、例えばクランプされており、このレバーは、軸受によって支持された結合部品に固定的に連結されている。結合部品は、モータ７９により駆動される回転可能なシャフトに固定的に連結されている。ワイヤ７４は、その中央部分が、軸受により支持された結合部品に固定的に連結されたレバーに固定的に連結され、例えばクランプされている。結合部品は、第１のモータの内部の中空スペース内に収容された第２のモータにより駆動される回転可能なシャフトに固定的に連結されている。第１のモータ及び第２のモータにそれぞれ連結されたレバー７６及び他のレバーを、互いに別個独立に且つ第１のモータとは独立して軸線１０ａ回りに駆動するのがよい。ワイヤ７２，７４は、それぞれ、ばね７０ａ，７０ｃ及びばね７０ｂ，７０ｄによってあらかじめ張力が加えられている。この予備張力は、少なくとも、図６の移送ヘッド９０ｂの位置にある移送ヘッドのコレットによってリードフレーム１００上のチップ９２に加えられるべきボンディング力よりも高い値に維持されるべきである。
【００５１】
モータ３１による回転組立体８２の回転中、レバー７６及び他のレバーは、これらのそれぞれのモータによって同一の回転速度で駆動されてブロック６４ａ〜６４ｄを軸線１０に対して所定の半径方向位置に保つ。速度及び角度位置の制御のため、それぞれのモータは、それ自体周知であり、図面には示されていない適当なインクリメンタル（歩進型）測定システムを備える。２つの互いに反対側に位置するブロック６４ａ，６４ｃ及びブロック６４ｂ，６４ｄがワイヤ７２，７４によってそれぞれ互いに連結されているので、回転組立体８２の回転中における遠心力が補償され、かかる遠心力をモータによって生じさせる必要はない。ブロック６４ａ〜６４ｄを第１のモータのシャフトと他のモータのシャフトのうちの任意のものとの間の角度位置に差を生じさせることにより、半径方向内方又は半径方向外方に変位させるのがよい。ばね７０ａ〜７０ｄのばね定数を低いものに選択することによって、ブロック６４ａ〜６４ｄのうちの任意のものの変位中、予備張力を比較的一定に保つことができ、この予備張力は、モータによって生じさせられることになっている。ブロック６４ａ〜６４ｄを移動させる駆動装置を回転組立体８２それ自体に取り付ける必要はなく、その結果、移送装置８０の静止環境から回転組立体８２への動力供給は不要であり、それにより構造体が簡単且つ軽量に維持される。
【００５２】
ウェーハ９４は、ウェーハ固定装置１１０に固定され、このウェーハ固定装置は、テーブル１１１に対して両方向を指し示す矢印９６の方向でこのテーブル上に設置された案内レール１１２に沿って動くよう構成されているのがよい。テーブル１１１は、フレーム１１３に対して両方向を指し示す矢印９８の方向にこのフレーム上に設置された案内レール１１４に沿って動くように構成されたものであるのがよい。両方向を指し示す矢印９６の方向におけるウェーハ固定装置１１０の運動は、テーブル１１１に連結されたステータ１１５及びウェーハ固定装置１１０に連結されたロータ１１６を有する線形モータによって制御される。両方向を指し示す矢印９８の方向におけるテーブル１１１の運動は、類似の構成（詳細には示さず）によって制御される。
【００５３】
釣合い装置１１７が、フレーム１１３に取り付けられており、この釣合い装置は、回転軸線１１８を有している。釣合い装置１１７は、角度を変化させる半径を備えた滑車の形態をしている釣合い装置部分１１７ａと、釣合い装置部分１１７ａの後に配置されている一定半径を備えた滑車の形態をした釣合い装置部分１１７ｂ（図示せず）とから成る。釣合い装置部分１１７ａは、ワイヤ１９によりテーブル１１１とフレーム１１３との間の位置（図示せず）でテーブル１１１に連結されている。釣合い装置部分１１７ｂは、ワイヤ１８によりばね１４の第１の末端部に連結されている。ばね１４の第２の末端部は、テーブル１１１の後の位置（図示せず）でフレーム１１３に連結されている。釣合い装置１１７及びばね１４により行われる重力補償については、図２ａ及び図２ｂを参照して上述しており、基準位置１６（図２ａ及び図２ｂ）は、フレーム１１３（図６）上に位置し、質量１０（図２ａ及び図２ｂ）は、テーブル１１１と、ウェーハ固定装置１１０と、ウェーハ９４（図６）から成っている。
【００５４】
一例を挙げて説明すると、本発明の重力補償装置における滑車の漸変半径を求める計算方法について図７に示すモデルを参照して説明する。
【００５５】
図７では、ばね定数ｋのばね１２０が回転軸線１２３回りに回転可能な一定半径Ｒ２を備えた第１の滑車１２２に連結されているものとする。漸変半径ｒ（υ）を備えた第２の滑車１２４が、質量ｍを支持している。第２の滑車１２４は、第１の滑車１２２に固定されている。初期平衡状況では、ばね１２０は、長さｕ０まで引き伸ばされている。この状況では、第２の滑車１２４は、半径ｒ（υ０）を有している。以下の条件式（１）が満たされる。
【００５６】
〔数１〕
Ｒ２・ｋ・ｕ０＝ｍ・ｇ・ｒ（υ０） （１）
上式において、ｇは、重力定数を表している。
【００５７】
第１の滑車１２２及び第２の滑車１２４の任意他の角度位置に関し、以下の方程式（２）が有効である。
【００５８】
〔数２〕
ｍ・ｇ・ｒ（υ）＝Ｒ２・ｋ・（ｕ０＋ｄｘ） （２）
上式において、ｄｘは、微小変位を表している。
【００５９】
その理由は、次の通りである。
〔数３〕
ｄｘ＝Ｒ２・ｄυ （３）
及び
〔数４〕
ｒ（υ）＝ｒ（υ０）＋∂ｒ／∂υ・ｄυ＝ｒ（υ０）＋ｒ’（υ）・ｄυ （４）
方程式（１）〜（４）から次式が導かれる。
〔数５〕
ｒ’（υ）＝（ｋ・Ｒ２２）／（ｍ・ｇ）
上式により、第２の滑車１２４の線形に変化する半径ｒ（υ）が次のように求められる。 〔数６〕
ｒ（υ）＝ｒ（υ０）＋υ・（ｋ・Ｒ２２）／（ｍ・ｇ） （５）
【００６０】
当然のことながら、非線形ばね定数ｋを有するばねを用いる場合、半径ｒ（υ）も又、非線形である。一般に、関係式ｒ（υ）は、問題の力発生装置の特性で決まる。
【００６１】
本発明の上述の例示の実施形態では、力発生装置は、ばねの形態で示されている。他の種類の受動式又は能動式力発生装置、例えば、エアスプリング又は任意形式のアクチュエータも又、使用できる。
【００６２】
上述したように、本発明は、簡単であり、費用が安く、質量が小さく、信頼性の高い重力補償装置を提供する。
【００６３】
本発明をその好ましい実施形態について図示すると共に説明したが、本発明の範囲に属するかかる実施形態の変形例を想到でき、本発明は、本明細書において開示した細部には限定されないことは理解されるべきである。さらに、上述の説明及び添付の特許請求の範囲に関する原文又は翻訳文記載において、“comprising”（翻訳文では、「〜を有する」としている場合がある）は、他の要素又はステップを排除しないものと理解されるべきであり、“a ”又は“an”は、複数を排除しないものと理解されるべきである。さらに、請求項に記載された参照符号は、本発明の範囲を限定するものと解釈されてはならない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１ａ】本発明の重力補償装置の実施形態を概略的に示す図である。
【図１ｂ】図１ａの装置を別の動作位置で示す図である。
【図１ｃ】図１ａの装置の変形実施形態を示す図である。
【図２ａ】本発明の重力補償装置の別の実施形態を概略的に示す図である。
【図２ｂ】図２ａの装置を別の動作位置で示す図である。
【図２ｃ】図２ａの装置の変形実施形態を示す図である。
【図３】本発明の重力補償装置の更に別の実施形態を概略的に示す図である。
【図４】本発明の重力補償装置の更に別の実施形態を概略的に示す図である。
【図５】本発明の重力補償装置の別の実施形態を概略的に示す図である。
【図６】チップ移送装置と関連して用いられる重力補償装置の斜視図である。
【図７】本発明の重力補償装置における滑車の漸変半径の計算方法を説明するために用いられる略図である。
【開示の内容】
【０００１】
本発明は、重力補償装置に関する。
【０００２】
種々の装置において、質量を共通の重力場で運動させる場合、質量に作用する重力を補償するのが有利である。この重力を打ち消す方向に働く力により重力を少なくとも部分的に補償することにより、質量を運動させる比較的小さな力を利用することが可能になり、しかも重力の補償が存在しない状況と比較した場合、エネルギーの節約が得られる場合がある。さらに、質量の運動の安全性を重力補償により高めることができ、即ち、少なくとも部分的に重力補償された質量に作用する外力が無くなることによっては、質量の望ましくないほど高い加速度が生じることはなく、かといって加速度が全くゼロになるというわけではない。
【０００３】
先行技術において、重力補償の第１のタイプとしては、質量釣合いシステムがある。本質的には、かかるシステムでは、重力が補償される基本質量は、釣合いシステムの釣合い質量に連結される。釣合いシステムは、例えば、ワイヤ、ケーブル、チェーン、ベルト等を備えた滑車（場合によっては多数の滑車）、又は回動可能な若しくは動くことができるアーム、或いは複数個の相互に連結されたアーム要素等を有する場合がある。質量釣合いシステムの一例は、従来型のエレベータに見ることができ、この場合、エレベータの箱は、エレベータ箱の基本（平均）質量を補償するためにケーブルによって滑車機構体を介して釣合い質量に連結されている。
【０００４】
質量釣合いシステムの第１の欠点は、移動されるべき質量が増大することにあり、即ち、基本質量を運動させる場合、重力が補償されるべき基本質量だけでなく、釣合いシステムの釣合い質量及び追加の質量を加速したり減速しなければならず、これにはエネルギー量の増大が必要である。
【０００５】
質量釣合いシステムの第２の欠点は、システムの機械的複雑さが増し、その結果、とりわけ、システムの動的な機械的挙動の低下が生じることにある。一例として、大きな質量を高性能アクチュエータ、例えばサーボ機構を用いて高い精度で短時間で動かそうとする場合、アクチュエータ用の制御システムは、寄生振動数及び劣悪な整定挙動に直面する場合があり、従って、必要な動的性能を発揮することができないようになる。
【０００６】
先行技術において、重力補償の第２のタイプとしては、ばね釣合いシステムがある。基本的に、基本質量に作用する重力は、釣合いシステムのばね力により反作用を受ける。釣合いシステムは、例えば、ワイヤ、ケーブル、チェーン、ベルト等を備えた滑車（場合によっては多数の滑車）、又は回動可能な若しくは動くことができるアーム、或いは複数個の相互に連結されたアーム要素等を有する場合がある。
【０００７】
ばね釣合いシステムの第１の欠点は、重力の補償が基本質量の或る１つの位置（平衡位置）でしか完全ではないということにある。というのは、生じたばね力は、ばねの有効長さ及び（又は）捩れに従って変化するからであり、この場合、ばねの有効長さ又は捩れとばねにより生じた力の関係は、線形又は非線形の場合がある。かくして、基本質量を移動させるアクチュエータは、平衡位置以外の位置であればどのような位置であっても追加の負又は正の力を生じさせなければならないであろう。一般に、ばね釣合いシステムは、質量を移動させ、質量を或る特定の位置に保つには一方向における追加の力が常に必要であるように付勢されることになる。追加の力を発生させるには、一般に、たとえ基本質量が静止状態にあっても、アクチュエータの電力消費量が増大することになる。
【０００８】
ばね釣合いシステムの第２の欠点は、アクチュエータの故障の場合に深刻な危害が発生することであり、この場合、基本質量がばねによって飛び出す場合がある。
【０００９】
本発明の目的は、設計が簡単であり、しかも、重力補償機能が極めて効果的であり、この場合重力補償システム全体にそれほど質量を追加しない重力補償装置を提供することにある。
【００１０】
本発明によれば、少なくともこの目的は、基本質量に作用する重力の少なくとも一部を補償する重力補償装置であって、釣合いシステムを有し、釣合いシステムは、回転軸線と、回転軸線回りに回転可能であり、回転軸線から第１の所定の距離を置いたところで基本質量に連結され、回転軸線に対して第１の回転方向に第１のモーメントを発生させるよう構成された釣合い装置と、回転軸線から第２の所定の距離を置いたところで釣合い装置に連結され、回転軸線に対し第１の方向とは逆の第２の回転方向に第２のモーメントを発生させるよう構成された第１の末端部を備える力発生装置とを有し、力発生装置は、基準位置に連結されるよう構成された第２の末端部を備え、釣合い装置の種々の角度位置に関し、第１の所定の距離及び第２の所定の距離は、第１のモーメント及び第２のモーメントが所定の関係を有するよう選択されていることを特徴とする重力補償装置によって達成される。
【００１１】
本発明の装置では、第１の所定の距離及び第２の所定の距離は原理的には、基本質量及び力発生装置によりそれぞれ及ぼされる力の作用線（場合によっては、想像上の作用線）と回転軸線との間の最短距離である。第１の所定の距離及び第２の所定の距離は、釣合い装置の角度位置の関数として、基本質量が動作範囲又は動作距離にわたり力発生装置により完全平衡状態に保たれ、重力以外の力が存在しない場合には運動せず、力発生装置により生じた力が働くように選択されるのがよい。当然のことながら、基本質量に作用する重力を完全には補償しないようにすることも可能であり、その結果、基本質量は、重力及び力発生装置により生じる力以外の力が存在していない場合、制御された仕方で所定の位置まで運動するようになる。
【００１２】
基本質量を鉛直線に沿って又は任意他の非水平方向に、即ち、鉛直線に対して０°〜９０°の角度をなして運動させることができる。基本質量を非鉛直線に沿って運動させる場合、少なくとも１つのガイド、例えば案内レールを用いるのがよい。
【００１３】
力発生装置は、種々の仕方で具体化できる。力発生装置は、受動式であってもよく、能動式であってもよい。一般に、質量が小さく力が大きい装置が好ましい。力発生装置は、その作動中に変化する距離及び（又は）向き及び（又は）その第１の末端部と第２の末端部との間の回転角度を有するのがよい。力発生装置は、その作動中、一定の力又は漸変力をもたらすことができる。
【００１４】
好ましい実施形態では、力発生装置は、ばねであり、特に、線形特性ばね又は渦巻ばね、例えば、可撓性且つ弾性材料で例えば巻き形態で作られたばねである。渦巻ばねの場合、渦巻ばねにより生じる第２のモーメントは、第２の距離のところで及ぼされた力により生じるものと考えることができる。ばねは又、ガススプリング、例えば、ガス、例えば不活性ガス、空気等の密閉容積を有するピストン−シリンダユニットであってもよい。力発生装置は又、アクチュエータ、例えば、電気アクチュエータ、圧電アクチュエータ、磁気アクチュエータ、磁気抵抗アクチュエータ、電磁アクチュエータ、電気機械アクチュエータ、空気圧アクチュエータ又は油圧アクチュエータ、或いは、かかる原理の任意の組合せを利用し、場合によっては、釣合い装置の角度位置、基本質量の位置及び（又は）力発生装置の第１の末端部の位置に基づいて生じる制御信号によって制御されるアクチュエータであってもよい。
【００１５】
力発生装置の第２の末端部に連結される基準位置は、例えば、釣合い装置の回転軸線も又位置するフレームに固定されるのがよい。しかしながら、基準位置は又、受動的か能動的かのいずれかにより且つ（或いは）制御された仕方で、例えば、力発生装置に対して直角に動くことができてもよい。
【００１６】
本発明の重力補償装置の一特徴では、第１の所定の距離は、釣合い装置の種々の角度位置に関し一定に保たれ、第２の所定の距離は、力発生装置により生じる力が釣合い装置の回転により増大すると、減少し、これに対し、第２の所定の距離は、力発生装置により生じる力が釣合い装置の逆回転により減少すると、増加する。この実施形態の利点は、第１の回転方向における釣合い装置の回転軸線に対する第１のモーメントを一定に保つことができ、基本質量の経路をこれが基本質量をガイドに沿って案内しないで鉛直線に沿って延びるように作ることができるということにある。
【００１７】
本発明の重力補償装置の別の特徴では、第２の所定の距離は、釣合い装置の種々の角度位置に関し一定に保たれ、第１の所定の距離は、力発生装置により生じる力が釣合い装置の回転により増大すると、増加し、これに対し、第１の所定の距離は、力発生装置により生じる力が釣合い装置の逆回転により減少すると、減少する。この実施形態の利点は、力発生装置の第１の末端部及び第２の末端部を力発生装置の動作範囲全体にわたって同一線上に位置させることができるということにある。
【００１８】
本発明の重力補償装置の好ましい実施形態では、釣合い装置は、少なくとも部分的に角度可変半径を備えた滑車を有する。この形態の幾つかの利点としては、設計が単純であること、特に滑車が低密度材料、例えば合成材料で作られている場合、そのコストが安く且つその質量が小さいことが挙げられる。力発生装置の性状及び設計に応じて、滑車の半径は、滑車のあらゆる向きに関し、基本質量の所定の重力補償、例えば完全重力補償が得られるように設定されるのがよい。より詳細に説明すると、釣合い装置は好ましくは、本質的に円形の第１の滑車と、少なくとも部分的に角度可変半径を備えた第２の滑車とを有する。第１の滑車は、標準サイズのホイールであるのがよく、この滑車は、第２の滑車に固定され、両方の滑車は、同一の回転軸線を有する。
【００１９】
本発明の重力補償装置の好ましい実施形態では、基本質量と釣合い装置の連結と力発生装置の第１の末端部と釣合い装置の連結のいずれも、フレキシブルワイヤによって行われる。かかる実施形態の利点は、ワイヤのコストが安いこと及びワイヤの質量が小さいことであり、この場合、重力補償装置には事実上余分の質量が追加されず、しかも、簡単で信頼性の高い連結手段が得られる。「ワイヤ」という用語は、ロープ、ケーブル、スネア、紐、ベルト、チェーン等のような類似した連結手段を含むことは明らかであろう。
【００２０】
上述のことを念頭に置いて、本発明の重力補償装置の好ましい実施形態では、釣合い装置は、角度可変半径を備えた滑車を有し、基本質量と釣合い装置の連結及び力発生装置の第１の末端部と釣合い装置の連結は、フレキシブルワイヤによって行われ、ワイヤは、滑車の外周部に沿って案内される。本発明の重力補償装置の別の好ましい実施形態では、釣合い装置は、本質的に円形の第１の滑車と、角度可変半径を備えた第２の滑車とを有し、基本質量と釣合い装置の連結は、第１のフレキシブルワイヤにより行われ、力発生装置の第１の末端部と釣合い装置の連結は、第２のフレキシブルワイヤによって行われ、第１のワイヤ及び第２のワイヤのうち一方は、第１の滑車及び第２の滑車のうちの一方の外周部に沿って案内され、第１のワイヤ及び第２のワイヤのうちの他方は、第１の滑車及び第２の滑車のうちの他方の外周部に沿って案内される。
【００２１】
ワイヤは１つ又は複数個の滑車の外周部に対して摺動自在であるのがよいが（１つ又は複数個の滑車を基本質量の位置に応じて場合によっては制御された仕方で回転させる場合）、ワイヤは、釣合い装置にその周囲の近くの箇所で固定されることを特徴とする本発明の重力補償装置の実施形態が好ましい。後者の場合、ワイヤは本質的に、１つ又は複数個の滑車の回転中、かかる滑車の外周部に対して摺動しない。
【００２２】
本発明の重力補償装置は、上述したように１つ又は複数個の滑車を有するのがよいが、釣合い装置に働く第１のモーメント及び第２のモーメントを発生させることができる１つ又は２つ以上の釣合いアーム又は他の手段を更に有してもよい。種々の手段、例えば、滑車に固定された釣合いアームを互いに組み合わせて用いてもよい。好ましい実施形態では、釣合い装置は、第１の連結箇所のところで基本質量に連結された第１のアーム及び第１のアームに固定され且つ第２の連結箇所のところで力発生装置の第１の末端部に連結された第２のアームを有し、第１の連結箇所及び第２の連結箇所は、第１のアーム及び第２のアームに沿ってそれぞれ選択可能である。特に、少なくとも１つの連結箇所は、その関連のアームに沿って動くことができ、より具体的には摺動できるのがよい。
【００２３】
本発明の重力補償装置を種々の用途に用いることができ、かかる用途としては、電子部品用のピックアップ又は取扱い、或いは移送又は配置装置、結合装置、ウェーハテーブル取扱い装置及び種々の他の用途が挙げられる。
【００２４】
本発明の保護範囲及び利点は、添付の図面と関連して例示の非限定的な実施形態についての以下の詳細な説明を参照してよく理解されるようになるにつれ、一層よく理解されよう。
【００２５】
別々の図において、同一の参照符号は、同一又は類似のコンポーネント又は同一又は類似の機能を備えたコンポーネントを示している。
【００２６】
図１ａ及び図１ｂは、質量１０を示し、矢印１１で示された方向に重力がこの質量に作用している。釣合い装置１２は、軸線１３回りに回転可能である。線形特性ばね１４は、基準位置１６、例えば質量１０を相対運動させるべきフレームに連結された末端部１５を有している。軸線１３の位置は、基準位置１６に対して固定されているのがよい。ばね１４の反対側の末端部１７は、ワイヤ１８又は他のフレキシブル又は可撓性連結要素、例えばロープ、ケーブル、スネア、紐、ベルト、チェーン等により釣合い装置１２に連結されているが、恣意的な形状の不撓性物体である任意の不撓性連結要素によってこの連結を行ってもよい。簡潔にするために、本明細書における「ワイヤ」という用語は、適宜フレキシブル又は可撓性であるのがよく（引張力のみを伝達する）又は適宜不撓性であってもよく（引張力と押圧力のいずれも伝達する）あらゆる種類の連結要素を意味するために用いられている。質量１０を釣合い装置１２に連結するのに類似のワイヤ１９が用いられている。
【００２７】
釣合い装置１２は、平らな滑車（プーリ）状の要素であるのがよい。この釣合い装置の周囲は、周囲に沿って変化する半径（軸線１３に対して見た場合）を有する。破線で画定されたＩで示されている領域内では、半径は、一定の所定の値を有する。破線で画定されたＩＩで示されている領域内では、半径は、反時計回りの方向で見て、所定の割合で減少している。釣合い装置１２は、その周囲に沿って設けられていて、ワイヤ１８，１９を受け入れる溝を備えている。ワイヤ１８は、ワイヤ１９と同一であってもよく、かくして、釣合い装置１２の溝を介してばね１４の末端部１７と質量１０を互いに連結する一体形のワイヤが形成されている。釣合い装置１２の溝内で釣合い装置１２に接触するワイヤ１８，１９の部分が溝に対して動かないようにするための措置が施されている。一例として、ワイヤ１８，１９は、溝に沿って設けられた対応の凹部１８ａ，１９ａに嵌まる厚くなった端停止部を備えるのがよい。別の例として、ワイヤ１８，１９をクランプ又はねじ止めにより釣合い装置１２に固定してもよい。別の例として、ワイヤと溝の組合せは、溝に対するワイヤ１８，１９又は一体形ワイヤの摺動を回避するのに十分な摩擦が生じるように設計されたものであってもよい。
【００２８】
好ましくは、釣合い装置１２及びワイヤ１８，１９の質量は、できるだけ小さいのがよい。この目的で、ワイヤを低密度高強度材料、例えばアラミド材料で作るのがよい。また、ワイヤは、金属ケーブルであってもよい。釣合い装置１２を金属又は合成材料で作るのがよい。一段と軽量化するために、釣合い装置１２は、釣合い装置１２の外周部分と釣合い装置１２の軸線１３の近くに位置する内側ハブ部分を互いに連結するスポーク（図示せず）を備える（場合によってはこれと一体である）のがよい。
【００２９】
図１ｂでは、質量１０は、詳細には図示していないアクチュエータにより図１ａに示す位置から図１ｂに示す位置に動かされている。したがって、釣合い装置１２は、９０°の角度反時計回りに回転しており、ばね１４の末端部１５，１７相互間の距離は減少している。釣合い装置１２の回転の際、ばね１４によりワイヤ１８を介して釣合い装置１２に及ぼされた力の作用点と軸線１３との間の距離は、釣合い装置１２の半径が領域Ｉでは一定なので同一のままであった。しかしながら、ばね１４により釣合い装置１２に及ぼされる力は、釣合い装置１２の回転中、減少した。
【００３０】
釣合い装置１２の反時計回りの回転の際、質量１０によりワイヤ１９を介して釣合い装置１２に及ぼされた重力の作用点と軸線１３との間の距離は、釣合い装置１２の半径が領域ＩＩでは減少しているので減少した。しかしながら、質量１０により釣合い装置１２に及ぼされる力は、釣合い装置１２の回転中、一定のままであった。
【００３１】
その結果、図１ａに示す状況と図１ｂに示す状況を比較した場合、図１ａから図１ｂに向かって、ばね１４により反時計回りの方向に釣合い装置１２に及ぼされるモーメントは、減少する。それと同時に、質量１０により時計回りの方向に釣合い装置１２に及ぼされるモーメントも又減少する。領域ＩＩにおける釣合い装置１２の外周部の形状の適当な設計により、図１ａの位置から図１ｂの位置までの範囲における質量１０の任意の位置において、質量１０は、部分的に又は全体的に重力補償可能である。
【００３２】
図１ｃは、図１ａに示す構成において質量１０の位置とばね１４の位置を交換できることを示している。釣合い装置１２を図１ｃに示す位置から９０°反時計回りの方向に回転させると、質量１０により反時計回りの方向に釣合い装置１２に及ぼされるモーメントは、同一のままであり、ばね１４により時計回りの方向に釣合い装置１２に及ぼされるモーメントも又、同一のままである。というのは、ばね力が増大し、釣合い装置１２の半径がそれに応じて減少するようになっているからである。図１ａの形態と図１ｃの形態の選択を、例えば、質量１０がワイヤ１９から自由に吊り下げられている場合に質量１０の所望の運動経路を考慮しながら行うことができ、即ち、図１ａ及び図１ｂによれば、この運動経路は、鉛直線に沿って延び、図１ｃによれば、この運動経路は、鉛直線を辿ることになる。しかしながら、質量１０は、この運動経路が図１ａ、図１ｂ、図１ｃのうちのいずれにおいても、垂直成分を有する限り、任意の真っ直ぐな経路又は湾曲した経路に沿って運動するようになっていることは明らかであろう。
【００３３】
質量１０を或る１つの位置から別のこれよりも低い又は高い位置に移動させるアクチュエータ（詳細には示されていない）は、任意構造のものであってよく、図１ａ〜図１ｃの実施形態では、質量１０、釣合い装置１２、軸線１３、ばね１４、ワイヤ１８又はワイヤ１９に係合するのがよい。アクチュエータは、任意形式のアクチュエータであってよく、例えば、電磁式、圧電式、油圧式、空気圧式又は機械式のアクチュエータであってよい。
【００３４】
さらに、図１ａ、図１ｂ及び図１ｃを参照すると、注目されることとして、ワイヤ１８，１９が全く同一のワイヤの一部である場合、たった１つの停止部が１つの凹部１８ａ，１９ａに嵌まることが必要なだけであり、停止部は、ワイヤに固定される。また、停止部を全く省き、ワイヤを釣合い装置１２の周囲に沿って摺動可能にすることが可能である。この場合、釣合い装置１２の角度位置を、例えば質量１０の位置又はばね１４の末端部１７の位置によって制御されるアクチュエータによって設定するのがよい。その目的は、ワイヤの運動と釣合い装置１２の運動を同期させることにある。
【００３５】
図２ａ及び図２ｂは、図１ａ及び図１ｂと類似した形態を示しており、この差は、図１ａ及び図１ｂの釣合い装置１２に代えて互いに隣接して位置していて、互いに連結され、共通の軸線１３を備えた別々の釣合い装置部分１２ａ，１２ｂを用いていることにある。釣合い装置部分１２ａは、円形であり、凹部１８ａを備えた周方向溝を有している。釣合い装置部分１２ｂは、本質的に半月形であり、その湾曲部分に沿って設けられた周方向溝を有している。ワイヤ１８，１９は、それぞれの釣合い装置部分１２ａ，１２ｂのそれぞれの凹部１８ａ，１９ａに受け入れられる厚くなった端部を有している。
【００３６】
釣合い装置部分１２ａ，１２ｂが互いに連結されているので、図２ａ及び図２ｂに示す重力補償装置の実施形態は、図１ａ及び図１ｂの重力補償装置と実質的に同一に機能する。図１ｃの場合と同様、図２ｃは、質量１０の位置とばね１４の位置が図２ａと比較した場合に交換されているオプションとしての形態を示している。
【００３７】
図３は、螺旋の形をしたばね３０（一点鎖線で示されている）の一方の末端部３１が釣合い装置３２に連結され、別の末端部３３が基準位置３４に連結されている重力補償装置を示している。釣合い装置３２は、軸線３５回りに回転可能である。ワイヤ３８が、質量１０を釣合い装置３２に連結している。釣合い装置３２は、周囲を有し、この周囲は、周囲に沿って変化する（軸線３５に対して見て）半径を備えている。破線で画定されると共にＩで示された領域では、半径は、時計回りの方向に見て、所定の割合で減少している。釣合い装置３２は、その周囲に沿って設けられていて、ワイヤ３６を受け入れる溝を備えている。ワイヤ３６は、溝に沿って設けられた対応の凹部３７に嵌まる厚くなった端部を備えている。
【００３８】
質量１０を図３に示す位置から下降させると、質量１０が釣合い装置３２に及ぼすモーメントは、ワイヤ３６が釣合い装置３２に係合する箇所のところでは半径が増大しているので、増大する。それと同時に、ばね３０により逆方向に釣合い装置３２に及ぼされるモーメントは、増大することになる。釣合い装置３２の曲率について適当な設計が施された状態では、ばね力は増大するが、質量１０に作用する重力はかくして、ばね力により部分的に又は全体的に補償された状態のままであり得ることは明らかであろう。
【００３９】
質量１０を図３に示す位置から上昇させると、質量１０が釣合い装置３２に及ぼすモーメントは、ワイヤ３６が釣合い装置３２に係合する箇所のところでは半径が減少しているので、減少する。それと同時に、ばね３０により逆方向に釣合い装置３２に及ぼされるモーメントは、減少することになる。かくして、かかる運動の場合においても、質量１０の重力補償を保持できる。
【００４０】
図４は、釣合いアーム４１と、釣合いアーム４１に連結された釣合い装置部分４２とを有する釣合い装置４０を示しており、釣合いアーム４１と釣合い装置部分４２の両方は、回転軸線４３に対して回動できる。釣合い装置部分４２の周囲は、軸線４３に対して見て、破線で画定されると共にＩで示された領域内では所定の割合で時計回りの方向に減少する半径を有している。釣合い装置は、その周囲に沿って設けられていて、ばね４５を釣合い装置部分４２に連結するワイヤ４４を受け入れる溝を備えている。ワイヤ４４は、溝に沿って設けられた対応の凹部に嵌まる厚くなった端部４６を備えている。質量１０が、ワイヤ４７によって釣合いアーム４１に連結されている。
【００４１】
質量１０を図４に示す位置から下降させると、質量１０が釣合い装置４０に及ぼすモーメントは、回転軸線４３に対する質量１０により釣合いアーム４１に及ぼされる力の作用線の距離が減少するので、減少する。それと同時に、ばね４５によりワイヤ４４を介して逆方向に釣合い装置４０に及ぼされる力は、増大することになる。
【００４２】
質量１０を図４に示す位置から上昇させると、質量１０が釣合い装置４０に及ぼすモーメントは、回転軸線４３に対する質量１０により釣合いアーム４１に及ぼされる力の作用線の距離が減少するので、この場合も又減少する。それと同時に、ばね４５によりワイヤ４４を介して逆方向に釣合い装置４０に及ぼされる力は、増大することになる。
【００４３】
釣合い装置４２の曲率について適当な設計が施された状態では、質量１０に作用する重力はかくして、ばね４５により生じる力によって部分的に又は全体的に補償された状態のままであり得ることは明らかであろう。
【００４４】
図５は、第１の釣合いアーム５１と、第１の釣合いアーム５１に連結された第２の釣合いアーム５２とを有する釣合い装置５０を示しており、第１の釣合いアームと第２の釣合いアームは両方とも、回転軸線５３に対して回動できる。第１の釣合いアーム５１は、ワイヤ５５を介してばね５４に連結されている。質量１０が、ワイヤ５７を介して連結箇所５６のところで第２の釣合いアーム５２に連結されている。連結箇所５６は、両方向を指し示す矢印により指示された互いに逆の方向のいずれにも第２の釣合いアーム５２に沿って摺動できる。連結箇所５６は、第２の釣合いアーム５２が反時計回りの方向に回動すると、連結箇所５６が回転軸線５３から遠ざかり、かくして、質量１０により反時計回りの方向に釣合い装置５０に及ぼされるモーメントを増大させるようにガイド５８，５９相互間で案内される。それと同時に、第１の釣合いアーム５１も又、反時計回りの方向に回動し、ばね５４により第１の釣合いアーム５１に及ぼされる力を増大させ、かくしてばね５４により時計回りの方向に釣合い装置５０に及ぼされるモーメントを増大させる。
【００４５】
他方、第２の釣合いアーム５２が時計回りの方向に回動すると、連結箇所５６は、回転軸線５３に近づき、かくして、質量１０により反時計回りの方向に釣合い装置５０に及ぼされるモーメントを減少させる。それと同時に、第１の釣合いアーム５１も又、時計回りの方向に回動し、ばね５４により第１の釣合いアーム５１に及ぼされる力を減少させ、かくしてばね５４により時計回りの方向に釣合い装置５０に及ぼされるモーメントを減少させる。
【００４６】
ガイド５８，５９（の曲率）について適当な設計が施された状態では、質量１０に作用する重力はかくして、ばね４５により生じる力によって部分的に又は全体的に補償された状態のままであり得ることは明らかであろう。
【００４７】
図６は、回転可能な移送組立体８２に取り付けられた４つの移送ヘッド９０ａ，９０ｂ，９０ｃ，９０ｄを有するチップ移送装置８０を示している。回転可能な移送組立体８２は、第１のモータ（図６には示さず）によって駆動されて軸線１０ａ回りに回転するようになっている。隣り合う移送ヘッド９０ａ〜９０ｄ相互間の角度は、９０°である。ウェーハ９４の一部であるチップ９２の表面を、ウェーハ９４（より正確に言えば、チップ９２が非永続的にくっつけられているそのキャリヤフィルム）を以下に説明するように、両方向を指し示す矢印９６，９８の方向のうちいずれか一方に移動させることによりチップピックアップ位置で移送ヘッド９０ａ〜９０ｄと対向して位置決めするのがよい。リードフレームストリング又は他のリードフレーム組立体１０２の一部であるリードフレーム１００のボンド面を、リードフレーム組立体１０２をそれ自体公知であり、詳細には示されていない位置決め手段によって両方向を指し示す矢印１０４の方向のうちいずれか一方に移動させることにより、チップボンディング位置で移送ヘッド９０ａ〜９０ｄと対向して位置決めするのがよい。
【００４８】
回転組立体８２は、軸線１０ａ回りに９０°の割出しステップで、時計回り（例えば、移送ヘッド９０ａが、移送ヘッド９０ｂが図６に示されている位置まで動く方向）か、反時計回り（例えば、移送ヘッド９０ｄが、移送ヘッド９０ｃが図６に示されている位置まで動く方向）かのいずれかに割出されるようになっている。時計回りの割出し方向では、移送ヘッド９０ａによって図６に示すその位置においてウェーハ９４からピックアップされたチップ９２を、移送ヘッド９０ａが図６に移送ヘッド９０ｂについて示された位置にあるとき、１回の割出しステップ後にリードフレーム１００にボンディングする。反時計回りの割出し方向では、移送ヘッド９０ａによって図６に示すその位置においてウェーハ９４からピックアップされたチップ９２を、移送ヘッド９０ａが図６に移送ヘッド９０ｂについて示された位置にあるとき、３回の割出しステップ後にリードフレーム１００にボンディングする。割出し方向のいずれが選択されても、連続する全ての割出しステップが、チップ９２をウェーハ９４からリードフレーム組立体１０２に移送する際に有用である場合がある。時計回りの割出し方向と反時計回りの割出し方向の差は、反時計回りの割出し方向では、移送ヘッド９０ｃ，９０ｄの位置にある移送ヘッドがチップ９２を支持し、これに対し、時計回りの割出し方向では、かかる移送ヘッドが、支持しないということにある。かくして、反時計回りの割出し方向では、例えば、移送ヘッドに対するチップ９２の位置の点検又は先にキャリヤフィルムに向いているチップ９２の面の構造の点検、或いはチップ９２の任意他の処理ステップを、図６の移送ヘッド９０ｃ，９０ｄについて示した位置のうちのいずれでも実施することができる。
【００４９】
各移送ヘッド９０ａ〜９０ｄは、本質的に回転組立体８２から見て回転軸線１０ａに垂直に半径方向に延びるアーム６０ａ〜６０ｄをそれぞれ有している。アーム６０ａ〜６０ｄは、これらの重量を減少させるために穴を備えている。アーム６０ａ〜６０ｄの各々の自由端部の近くには、１対の平行な板ばね６２の端部が、固定的に取り付けられており、１対の板ばね６２の反対側の端部は、それぞれブロック６４ａ〜６４ｄを支持している。各ブロック６４ａ〜６４ｄ内には、ピックアップ開口部６７ａ〜６７ｄをそれぞれ備えたコレット６６ａ〜６６ｄが、それぞれ固定的に設けられている。各コレット６６ａ〜６６ｄは、本質的に軸線１０ａに対し直角をなした半径方向で短い距離にわたり前後に動くことができる。各移送ヘッド９０ａ〜９０ｄは、本質的に回転組立体８２から見て軸線１０ａに対し直角に半径方向に延びるアーム６８ａ〜６８ｄをそれぞれ更に有している。押しばね７０ａ〜７０ｄが、アーム６８ａ〜６８ｄの端部とそれぞれのブロック６４ａ〜６４ｄとの間に設けられている。
【００５０】
ブロック６４ａは、ワイヤ７２によりブロック６４ｃに連結され、ブロック６４ｂは、ワイヤ７４によりブロック６４ｄに連結されている。ワイヤ７２は、その中央部分が、レバー７６に固定的に連結され、例えばクランプされており、このレバーは、軸受によって支持された結合部品に固定的に連結されている。結合部品は、モータ７９により駆動される回転可能なシャフトに固定的に連結されている。ワイヤ７４は、その中央部分が、軸受により支持された結合部品に固定的に連結されたレバーに固定的に連結され、例えばクランプされている。結合部品は、第１のモータの内部の中空スペース内に収容された第２のモータにより駆動される回転可能なシャフトに固定的に連結されている。第１のモータ及び第２のモータにそれぞれ連結されたレバー７６及び他のレバーを、互いに別個独立に且つ第１のモータとは独立して軸線１０ａ回りに駆動するのがよい。ワイヤ７２，７４は、それぞれ、ばね７０ａ，７０ｃ及びばね７０ｂ，７０ｄによってあらかじめ張力が加えられている。この予備張力は、少なくとも、図６の移送ヘッド９０ｂの位置にある移送ヘッドのコレットによってリードフレーム１００上のチップ９２に加えられるべきボンディング力よりも高い値に維持されるべきである。
【００５１】
モータ３１による回転組立体８２の回転中、レバー７６及び他のレバーは、これらのそれぞれのモータによって同一の回転速度で駆動されてブロック６４ａ〜６４ｄを軸線１０に対して所定の半径方向位置に保つ。速度及び角度位置の制御のため、それぞれのモータは、それ自体周知であり、図面には示されていない適当なインクリメンタル（歩進型）測定システムを備える。２つの互いに反対側に位置するブロック６４ａ，６４ｃ及びブロック６４ｂ，６４ｄがワイヤ７２，７４によってそれぞれ互いに連結されているので、回転組立体８２の回転中における遠心力が補償され、かかる遠心力をモータによって生じさせる必要はない。ブロック６４ａ〜６４ｄを第１のモータのシャフトと他のモータのシャフトのうちの任意のものとの間の角度位置に差を生じさせることにより、半径方向内方又は半径方向外方に変位させるのがよい。ばね７０ａ〜７０ｄのばね定数を低いものに選択することによって、ブロック６４ａ〜６４ｄのうちの任意のものの変位中、予備張力を比較的一定に保つことができ、この予備張力は、モータによって生じさせられることになっている。ブロック６４ａ〜６４ｄを移動させる駆動装置を回転組立体８２それ自体に取り付ける必要はなく、その結果、移送装置８０の静止環境から回転組立体８２への動力供給は不要であり、それにより構造体が簡単且つ軽量に維持される。
【００５２】
ウェーハ９４は、ウェーハ固定装置１１０に固定され、このウェーハ固定装置は、テーブル１１１に対して両方向を指し示す矢印９６の方向でこのテーブル上に設置された案内レール１１２に沿って動くよう構成されているのがよい。テーブル１１１は、フレーム１１３に対して両方向を指し示す矢印９８の方向にこのフレーム上に設置された案内レール１１４に沿って動くように構成されたものであるのがよい。両方向を指し示す矢印９６の方向におけるウェーハ固定装置１１０の運動は、テーブル１１１に連結されたステータ１１５及びウェーハ固定装置１１０に連結されたロータ１１６を有する線形モータによって制御される。両方向を指し示す矢印９８の方向におけるテーブル１１１の運動は、類似の構成（詳細には示さず）によって制御される。
【００５３】
釣合い装置１１７が、フレーム１１３に取り付けられており、この釣合い装置は、回転軸線１１８を有している。釣合い装置１１７は、角度を変化させる半径を備えた滑車の形態をしている釣合い装置部分１１７ａと、釣合い装置部分１１７ａの後に配置されている一定半径を備えた滑車の形態をした釣合い装置部分１１７ｂ（図示せず）とから成る。釣合い装置部分１１７ａは、ワイヤ１９によりテーブル１１１とフレーム１１３との間の位置（図示せず）でテーブル１１１に連結されている。釣合い装置部分１１７ｂは、ワイヤ１８によりばね１４の第１の末端部に連結されている。ばね１４の第２の末端部は、テーブル１１１の後の位置（図示せず）でフレーム１１３に連結されている。釣合い装置１１７及びばね１４により行われる重力補償については、図２ａ及び図２ｂを参照して上述しており、基準位置１６（図２ａ及び図２ｂ）は、フレーム１１３（図６）上に位置し、質量１０（図２ａ及び図２ｂ）は、テーブル１１１と、ウェーハ固定装置１１０と、ウェーハ９４（図６）から成っている。
【００５４】
一例を挙げて説明すると、本発明の重力補償装置における滑車の漸変半径を求める計算方法について図７に示すモデルを参照して説明する。
【００５５】
図７では、ばね定数ｋのばね１２０が回転軸線１２３回りに回転可能な一定半径Ｒ２を備えた第１の滑車１２２に連結されているものとする。漸変半径ｒ（υ）を備えた第２の滑車１２４が、質量ｍを支持している。第２の滑車１２４は、第１の滑車１２２に固定されている。初期平衡状況では、ばね１２０は、長さｕ０まで引き伸ばされている。この状況では、第２の滑車１２４は、半径ｒ（υ０）を有している。以下の条件式（１）が満たされる。
【００５６】
〔数１〕
Ｒ２・ｋ・ｕ０＝ｍ・ｇ・ｒ（υ０） （１）
上式において、ｇは、重力定数を表している。
【００５７】
第１の滑車１２２及び第２の滑車１２４の任意他の角度位置に関し、以下の方程式（２）が有効である。
【００５８】
〔数２〕
ｍ・ｇ・ｒ（υ）＝Ｒ２・ｋ・（ｕ０＋ｄｘ） （２）
上式において、ｄｘは、微小変位を表している。
【００５９】
その理由は、次の通りである。
〔数３〕
ｄｘ＝Ｒ２・ｄυ （３）
及び
〔数４〕
ｒ（υ）＝ｒ（υ０）＋∂ｒ／∂υ・ｄυ＝ｒ（υ０）＋ｒ’（υ）・ｄυ （４）
方程式（１）〜（４）から次式が導かれる。
〔数５〕
ｒ’（υ）＝（ｋ・Ｒ２２）／（ｍ・ｇ）
上式により、第２の滑車１２４の線形に変化する半径ｒ（υ）が次のように求められる。 〔数６〕
ｒ（υ）＝ｒ（υ０）＋υ・（ｋ・Ｒ２２）／（ｍ・ｇ） （５）
【００６０】
当然のことながら、非線形ばね定数ｋを有するばねを用いる場合、半径ｒ（υ）も又、非線形である。一般に、関係式ｒ（υ）は、問題の力発生装置の特性で決まる。
【００６１】
本発明の上述の例示の実施形態では、力発生装置は、ばねの形態で示されている。他の種類の受動式又は能動式力発生装置、例えば、エアスプリング又は任意形式のアクチュエータも又、使用できる。
【００６２】
上述したように、本発明は、簡単であり、費用が安く、質量が小さく、信頼性の高い重力補償装置を提供する。
【００６３】
本発明をその好ましい実施形態について図示すると共に説明したが、本発明の範囲に属するかかる実施形態の変形例を想到でき、本発明は、本明細書において開示した細部には限定されないことは理解されるべきである。さらに、上述の説明及び添付の特許請求の範囲に関する原文又は翻訳文記載において、“comprising”（翻訳文では、「〜を有する」としている場合がある）は、他の要素又はステップを排除しないものと理解されるべきであり、“a ”又は“an”は、複数を排除しないものと理解されるべきである。さらに、請求項に記載された参照符号は、本発明の範囲を限定するものと解釈されてはならない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１ａ】本発明の重力補償装置の実施形態を概略的に示す図である。
【図１ｂ】図１ａの装置を別の動作位置で示す図である。
【図１ｃ】図１ａの装置の変形実施形態を示す図である。
【図２ａ】本発明の重力補償装置の別の実施形態を概略的に示す図である。
【図２ｂ】図２ａの装置を別の動作位置で示す図である。
【図２ｃ】図２ａの装置の変形実施形態を示す図である。
【図３】本発明の重力補償装置の更に別の実施形態を概略的に示す図である。
【図４】本発明の重力補償装置の更に別の実施形態を概略的に示す図である。
【図５】本発明の重力補償装置の別の実施形態を概略的に示す図である。
【図６】チップ移送装置と関連して用いられる重力補償装置の斜視図である。
【図７】本発明の重力補償装置における滑車の漸変半径の計算方法を説明するために用いられる略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本質量（１０）に作用する重力の少なくとも一部を補償する重力補償装置であって、釣合いシステムを有し、前記釣合いシステムは、
−回転軸線（１３）と、
−前記回転軸線（１３）回りに回転可能であり、前記回転軸線から第１の所定の距離を置いたところで前記基本質量（１０）に連結され、前記回転軸線に対して第１の回転方向に第１のモーメントを発生させるよう構成された釣合い装置と、
−前記回転軸線から第２の所定の距離を置いたところで前記釣合い装置に連結され、前記回転軸線に対し前記第１の方向とは逆の第２の回転方向に第２のモーメントを発生させるよう構成された第１の末端部（１７）を備える力発生装置（１４）とを有し、前記力発生装置は、基準位置（１６）に連結されるよう構成された第２の末端部（１５）を備え、
前記釣合い装置の種々の角度位置に関し、前記第１の所定の距離及び前記第２の所定の距離は、前記第１のモーメント及び前記第２のモーメントが所定の関係を有するよう選択されている、重力補償装置。
【請求項２】
前記第１の所定の距離は、前記釣合い装置（１２）の種々の角度位置に関し一定に保たれ、前記第２の所定の距離は、前記力発生装置（１４）により生じる力が前記釣合い装置の回転により増大すると、減少し、これに対し、前記第２の所定の距離は、前記力発生装置により生じる前記力が前記釣合い装置の逆回転により減少すると、増加する、請求項１記載の重力補償装置。
【請求項３】
前記第２の所定の距離は、前記釣合い装置（１２）の種々の角度位置に関し一定に保たれ、前記第１の所定の距離は、前記力発生装置（１４）により生じる力が前記釣合い装置の回転により増大すると、増加し、これに対し、前記第１の所定の距離は、前記力発生装置により生じる前記力が前記釣合い装置の逆回転により減少すると、減少する、請求項１記載の重力補償装置。
【請求項４】
前記釣合い装置は、少なくとも部分的に角度可変半径を備えた滑車（１２；１２ｂ；３２；４２）を有する、請求項１記載の重力補償装置。
【請求項５】
前記釣合い装置は、本質的に円形の第１の滑車（１２ａ）と、少なくとも部分的に角度可変半径を備えた第２の滑車（１２ｂ）とを有する、請求項１記載の重力補償装置。
【請求項６】
前記基本質量（１０）と前記釣合い装置（１２）の連結は、フレキシブルワイヤ（１９）により行われる、請求項１記載の重力補償装置。
【請求項７】
前記力発生装置（１４）の前記第１の末端部（１７）と前記釣合い装置（１２）の連結は、フレキシブルワイヤ（１８）によって行われる、請求項１記載の重力補償装置。
【請求項８】
前記釣合い装置（１２）は、角度可変半径を備えた滑車を有し、前記基本質量（１０）と前記釣合い装置の連結及び前記力発生装置（１４）の前記第１の末端部（１７）と前記釣合い装置の連結は、フレキシブルワイヤ（１８，１９）によって行われ、前記ワイヤは、前記滑車の外周部に沿って案内される、請求項１記載の重力補償装置。
【請求項９】
前記釣合い装置は、本質的に円形の第１の滑車（１２ａ）と、角度可変半径を備えた第２の滑車（１２ｂ）とを有し、前記基本質量（１０）と前記釣合い装置の連結は、第１のフレキシブルワイヤ（１９）により行われ、前記力発生装置（１４）の前記第１の末端部（１７）と前記釣合い装置の連結は、第２のフレキシブルワイヤ（１８）によって行われ、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤのうち一方は、前記第１の滑車及び前記第２の滑車のうちの一方の外周部に沿って案内され、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤのうちの他方は、前記第１の滑車及び前記第２の滑車のうちの他方の外周部に沿って案内される、請求項１記載の重力補償装置。
【請求項１０】
前記ワイヤは、前記釣合い装置に、前記釣合い装置の周囲の近くの箇所（１８ａ，１９ａ）で固定されている、請求項８又は９記載の重力補償装置。
【請求項１１】
前記釣合い装置は、第１の連結箇所（５６）のところで前記基本質量（１０）に連結された第１のアーム（５２）を有し、前記第１の連結箇所は、前記第１のアームに沿って選択可能である、請求項１記載の重力補償装置。
【請求項１２】
前記釣合い装置は、第２の連結箇所のところで前記力発生装置（５４）の前記第１の末端部に連結された第２のアーム（５１）を有し、前記第２の連結箇所は、前記第２のアームに沿って選択可能である、請求項１記載の重力補償装置。
【請求項１３】
前記釣合い装置は、第１の連結箇所（５６）のところで前記基本質量（１０）に連結された第１のアーム（５２）及び前記第１のアームに固定され且つ第２の連結箇所のところで前記力発生装置（５４）の前記第１の末端部に連結された第２のアーム（５１）を有し、前記第１の連結箇所及び前記第２の連結箇所は、前記第１のアーム及び前記第２のアームに沿ってそれぞれ選択可能である、請求項１記載の重力補償装置。
【請求項１４】
前記力発生装置は、線形特性ばね（１４）である、請求項１記載の重力補償装置。
【請求項１５】
前記力発生装置は、渦巻ばね（３０）である、請求項１記載の重力補償装置。
【請求項１６】
前記力発生装置は、ガススプリングである、請求項１記載の重力補償装置。
【請求項１７】
前記力発生装置は、アクチュエータである、請求項１記載の重力補償装置。
【請求項１８】
請求項１〜１７のうちいずれか一に記載の前記重力補償装置を有する、チップ移送装置。
【請求項１９】
素子をウェーハからキャリヤに移送するステップを有する電子デバイスの製造方法であって、請求項１８記載の前記チップ移送装置を用いる、方法。
【請求項１】
基本質量（１０）に作用する重力の少なくとも一部を補償する重力補償装置であって、釣合いシステムを有し、前記釣合いシステムは、
−回転軸線（１３）と、
−前記回転軸線（１３）回りに回転可能であり、前記回転軸線から第１の所定の距離を置いたところで前記基本質量（１０）に連結され、前記回転軸線に対して第１の回転方向に第１のモーメントを発生させるよう構成された釣合い装置と、
−前記回転軸線から第２の所定の距離を置いたところで前記釣合い装置に連結され、前記回転軸線に対し前記第１の方向とは逆の第２の回転方向に第２のモーメントを発生させるよう構成された第１の末端部（１７）を備える力発生装置（１４）とを有し、前記力発生装置は、基準位置（１６）に連結されるよう構成された第２の末端部（１５）を備え、
前記釣合い装置の種々の角度位置に関し、前記第１の所定の距離及び前記第２の所定の距離は、前記第１のモーメント及び前記第２のモーメントが所定の関係を有するよう選択されている、重力補償装置。
【請求項２】
前記第１の所定の距離は、前記釣合い装置（１２）の種々の角度位置に関し一定に保たれ、前記第２の所定の距離は、前記力発生装置（１４）により生じる力が前記釣合い装置の回転により増大すると、減少し、これに対し、前記第２の所定の距離は、前記力発生装置により生じる前記力が前記釣合い装置の逆回転により減少すると、増加する、請求項１記載の重力補償装置。
【請求項３】
前記第２の所定の距離は、前記釣合い装置（１２）の種々の角度位置に関し一定に保たれ、前記第１の所定の距離は、前記力発生装置（１４）により生じる力が前記釣合い装置の回転により増大すると、増加し、これに対し、前記第１の所定の距離は、前記力発生装置により生じる前記力が前記釣合い装置の逆回転により減少すると、減少する、請求項１記載の重力補償装置。
【請求項４】
前記釣合い装置は、少なくとも部分的に角度可変半径を備えた滑車（１２；１２ｂ；３２；４２）を有する、請求項１記載の重力補償装置。
【請求項５】
前記釣合い装置は、本質的に円形の第１の滑車（１２ａ）と、少なくとも部分的に角度可変半径を備えた第２の滑車（１２ｂ）とを有する、請求項１記載の重力補償装置。
【請求項６】
前記基本質量（１０）と前記釣合い装置（１２）の連結は、フレキシブルワイヤ（１９）により行われる、請求項１記載の重力補償装置。
【請求項７】
前記力発生装置（１４）の前記第１の末端部（１７）と前記釣合い装置（１２）の連結は、フレキシブルワイヤ（１８）によって行われる、請求項１記載の重力補償装置。
【請求項８】
前記釣合い装置（１２）は、角度可変半径を備えた滑車を有し、前記基本質量（１０）と前記釣合い装置の連結及び前記力発生装置（１４）の前記第１の末端部（１７）と前記釣合い装置の連結は、フレキシブルワイヤ（１８，１９）によって行われ、前記ワイヤは、前記滑車の外周部に沿って案内される、請求項１記載の重力補償装置。
【請求項９】
前記釣合い装置は、本質的に円形の第１の滑車（１２ａ）と、角度可変半径を備えた第２の滑車（１２ｂ）とを有し、前記基本質量（１０）と前記釣合い装置の連結は、第１のフレキシブルワイヤ（１９）により行われ、前記力発生装置（１４）の前記第１の末端部（１７）と前記釣合い装置の連結は、第２のフレキシブルワイヤ（１８）によって行われ、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤのうち一方は、前記第１の滑車及び前記第２の滑車のうちの一方の外周部に沿って案内され、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤのうちの他方は、前記第１の滑車及び前記第２の滑車のうちの他方の外周部に沿って案内される、請求項１記載の重力補償装置。
【請求項１０】
前記ワイヤは、前記釣合い装置に、前記釣合い装置の周囲の近くの箇所（１８ａ，１９ａ）で固定されている、請求項８又は９記載の重力補償装置。
【請求項１１】
前記釣合い装置は、第１の連結箇所（５６）のところで前記基本質量（１０）に連結された第１のアーム（５２）を有し、前記第１の連結箇所は、前記第１のアームに沿って選択可能である、請求項１記載の重力補償装置。
【請求項１２】
前記釣合い装置は、第２の連結箇所のところで前記力発生装置（５４）の前記第１の末端部に連結された第２のアーム（５１）を有し、前記第２の連結箇所は、前記第２のアームに沿って選択可能である、請求項１記載の重力補償装置。
【請求項１３】
前記釣合い装置は、第１の連結箇所（５６）のところで前記基本質量（１０）に連結された第１のアーム（５２）及び前記第１のアームに固定され且つ第２の連結箇所のところで前記力発生装置（５４）の前記第１の末端部に連結された第２のアーム（５１）を有し、前記第１の連結箇所及び前記第２の連結箇所は、前記第１のアーム及び前記第２のアームに沿ってそれぞれ選択可能である、請求項１記載の重力補償装置。
【請求項１４】
前記力発生装置は、線形特性ばね（１４）である、請求項１記載の重力補償装置。
【請求項１５】
前記力発生装置は、渦巻ばね（３０）である、請求項１記載の重力補償装置。
【請求項１６】
前記力発生装置は、ガススプリングである、請求項１記載の重力補償装置。
【請求項１７】
前記力発生装置は、アクチュエータである、請求項１記載の重力補償装置。
【請求項１８】
請求項１〜１７のうちいずれか一に記載の前記重力補償装置を有する、チップ移送装置。
【請求項１９】
素子をウェーハからキャリヤに移送するステップを有する電子デバイスの製造方法であって、請求項１８記載の前記チップ移送装置を用いる、方法。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図１ｃ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１ｂ】
【図１ｃ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２００８−５０１５９５（Ｐ２００８−５０１５９５Ａ）
【公表日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５１４２５８（Ｐ２００７−５１４２５８）
【出願日】平成１７年５月２３日（２００５．５．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００５／０５１６６６
【国際公開番号】ＷＯ２００５／１１６４８７
【国際公開日】平成１７年１２月８日（２００５．１２．８）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２３日（２００５．５．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００５／０５１６６６
【国際公開番号】ＷＯ２００５／１１６４８７
【国際公開日】平成１７年１２月８日（２００５．１２．８）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
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