JP2010064159A - 吸引保持ハンド - Google Patents

Abstract

【課題】被吸引保持面が平坦ではないワークであっても、非接触で吸引保持することができる吸引保持ハンドを提供すること。
【解決手段】レンズＬを非接触で吸引保持するベルヌーイチャック、およびベルヌーイチャックを下向きに保持するチャック垂設部７１から成る複数のチャックユニット２と、複数のチャックユニット２を下向きの状態でそれぞれ首振り自在に保持するユニットヘッドと、下流端が複数のベルヌーイチャックに接続されると共に上流端が気体供給源に接続され、複数のベルヌーイチャックに気体を供給する気体供給流路６２，８７，８８と、を備えたものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数のベルヌーイチャックを有し、ワークを非接触状態で吸引保持する吸引保持ハンドに関するものである。

従来、この種の非接触搬送装置（吸引保持ハンド）として、ウェハ（ワーク）を非接触で吸引保持する４個の旋回流形成体（ベルヌーイチャック）と、各旋回流形成体を支持する支持体と、を有するものが知られている（特許文献１参照）。
この非接触搬送装置では、各旋回流形成体の平坦状端面が、互いに同一平面上に位置するように支持体の基底面に着設されており、薄い円板状のウェハを表面から非接触で吸引保持できるようになっている。
特開２００５−５１２６０号公報

しかしながら、このような従来の非接触搬送装置では、複数の旋回流形成体が、それぞれの平坦状端面を同一平面内に位置させて固定的に設けられているため、被吸引保持面が平坦なワークしか吸引保持することができなかった。したがって、被吸引保持面が曲面で構成されているワークを吸引保持する場合には、支持体に対する旋回流形成体の設置角度や、設置位置をワークの被吸引保持面に合わせた専用の非接触搬送装置を用意する必要があった。

そこで本発明は、被吸引保持面が平坦ではないワークであっても、非接触で吸引保持することができる吸引保持ハンドを提供することをその課題としている。

本発明の吸引保持ハンドは、ワークを非接触で吸引保持するベルヌーイチャックおよびベルヌーイチャックを下向きに保持するチャック垂設部から成る複数のチャックユニットと、複数のチャックユニットを下向き状態でそれぞれ首振り自在に保持するユニットヘッドと、下流端が複数のベルヌーイチャックに接続されると共に上流端が気体供給源に接続され、複数のベルヌーイチャックに作動気体を供給する気体供給流路と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、ベルヌーイチャックを下向きに保持したチャックユニットの複数個が、ユニットヘッドに対し首振り自在に保持されているため、チャックユニットをワークに近づけてゆくと、複数のユニットヘッドは、ワークの被吸引保持面に倣って姿勢変更（傾く）する。すなわち、ベルヌーイチャックの下端が、ワークを保持する位置までワークに近づくと、ベルヌーイチャックから一様に流出する気体が、ワークの被吸引保持面との間で圧力バランスをとるように働く。このため、ベルヌーイチャックの下端の各部と、被吸引保持面との間隙が均一になったところで、ベルヌーイチャックの姿勢が落ち着く。結果、各ベルヌーイチャック（各チャックユニット）は、被吸引保持面に倣うように姿勢制御された状態で、ワークを非接触で吸引保持する。したがって、被吸引保持面が平坦でないワークを非接触状態で適切に吸引保持することができる。なお、被吸引保持面が平坦であった場合には、各ベルヌーイチャックが傾くことなく、ワークを非接触で吸引保持する。

この場合、各チャック垂設部は、ベルヌーイチャックを保持する垂設部本体と、垂設部本体の上端部に設けた首振りコマと、を有し、ユニットヘッドは、各首振りコマを受容する複数の首振りガイド部を窪入形成した支持ブロックを有し、各首振りコマには、各首振りガイド部に摺接する冠球面状の下向き摺接面が形成され、各首振りガイド部には、下向き摺接面が摺接し、下向き摺接面と相補的形状に形成された上向き摺接面が形成されていることが、好ましい。

この構成によれば、首振りコマの下向き摺接面および首振りガイド部の上向き摺接面が相補的形状に構成されているため、この下向き摺接面と上向き摺接面とが、自在継手（球形自在継手）の形態で係合することになる。したがって、チャックユニットの姿勢変更（姿勢制御）を円滑に行わせることができる。

この場合、気体供給流路は、各チャック垂設部の軸心に形成され、下流端が各ベルヌーイチャックに接続された複数の内部気体流路と、各内部気体流路の上流端に連通し、各首振りガイド部内に構成した複数の気体室と、ユニットヘッド内に形成され、複数の気体室と気体供給源とを連通する気体分配流路と、を有していることが、好ましい。

この構成によれば、気体供給源からの作動気体を、首振りガイド部内に構成した気体室および内部気体流路を介してベルヌーイチャックに供給することができ、チャックユニットの首振り動作に影響を与えることなく、ベルヌーイチャックに吸引保持のための気体を円滑に供給することができる。

この場合、支持ブロックは、多孔質材料で形成され、支持ブロックを介して、複数の首振りガイド部に対し複数の各首振りコマを浮上させるための浮上気体を供給する浮上気体供給手段を、更に備えたことが、好ましい。

この構成によれば、浮上気体供給手段から供給された浮上気体により、首振りコマを支持ブロックに対して浮上させることができる。すなわち、首振りガイド部の上向き摺接面に対し、首振りコマの下向き摺接面を僅かに浮上させることができる。このため、チャックユニットの首振り動作に摩擦力が作用することが無く、被吸引保持面に倣うチャックユニットの姿勢変更を円滑に行わせることができる。

この場合、複数のチャックユニットは、ベルヌーイチャックにおける旋回流の旋回方向が正逆異なる少なくとも一組のもので構成されていることが、好ましい。

この構成によれば、吸引保持されたワークにθ方向の力が作用することが無く、平面内においてワークを安定に吸引保持することができる。

以下に添付した図面を参照して、本発明に係る吸引保持ハンドについて説明する。この吸引保持ハンドは、気体の流れにより生じるベルヌーイ効果を利用した複数のベルヌーイチャックを用いて、例えばレンズのような被吸引保持面が平坦でないワークを非接触で吸引・保持するものであり、眼鏡レンズ製造装置等に備える搬送ロボットに取付けて使用する。

図１に示すように、吸引保持ハンド１は、レンズＬを吸引保持する複数（図示のものは、４個）のベルヌーイチャック３１およびベルヌーイチャック３１を下向きに保持するチャック垂設部７１からなる複数（４個）のチャックユニット２と、チャックユニット２を首振り自在に保持するユニットヘッド３と、ユニットヘッド３を支持すると共に気体供給源２９に連なる第１チューブ３０が接続されたジョイント部材４と、ジョイント部材４を支持する装置取付部５と、から構成されている。チャックユニット２およびユニットヘッド３は、ユニット化されており、レンズＬの径に応じた大きさを有している。

ジョイント部材４には、気体供給源２９に連なる第１チューブ３０が接続される一方、ユニットヘッド３には、第１チューブ３０から継手３３を介して分岐した第２チューブ４６が接続されている。また、第１チューブ３０は各ベルヌーイチャック３１にエアー（作動気体）を供給するものであり、第１チューブ３０には、供給するエアーを圧力調整する第１レギュレータ３２が介設されている。同様に、第２チューブ４６はチャック垂設部７１にエアー（浮上気体）を供給するものであり、第２チューブ４６には、供給するエアーを圧力調整する第２レギュレータ４５が介設されている。

装置取付部５は、略円筒状に形成され、上半部の内部には太径の取付孔１１が、下半部の内部には細径の装着孔１２が、それぞれ形成されている。取付孔１１および装着孔１２は同軸上に配設されており、取付孔１１は、吸引保持ハンド１を搬送ロボットのロボットアーム（共に図示省略）に取付けるための部位として機能し、装着孔１２にはジョイント部材４が差込み装着されている。なお、図１中の符号１３は、吸引保持ハンド１をロボットアームに取付けるための止めネジ用の上ネジ孔であり、符号１４は、ジョイント部材４を固定する止めネジ用の下ネジ孔である。

ジョイント部材４は、細径に形成された上半部の装着部２１および太径に形成された下半部の垂設部２２で構成されている。装着部２１には、上記の止めネジが突き当てられる弦状の平坦部２３が形成されており、この装着部２１を装置取付部５の装着孔１２に嵌合し、止めネジを上記の下ネジ孔１４から螺合することにより、ジョイント部材４が装置取付部５に装着されるようになっている。

垂設部２２には、その軸心に下面から穿孔した縦流路２４と、外周面から縦流路２４の上端部に向って穿孔した横流路２５と、から成る「Ｌ」字状のジョイント部流路２６が形成されており、その下面には、円柱状に形成された装着穴２７が窪入形成されている。横流路２５の上流端は、第１チューブ３０が接続され、下流端は、ユニットヘッド３の内部に形成されているエアー流路（気体供給流路）８４に連通している。第１チューブ３０からジョイント部流路２６に流入したエアーは、ジョイント部流路２６からユニットヘッド３に導かれ、ユニットヘッド３から各ベルヌーイチャック３１に供給される。

図２および図３に示すように、ユニットヘッド３は、上ハウジング４２および下ハウジング４１から成る略円形のハウジング４０内に、エアー流路８４と、各チャックユニット２を首振り自在に支持する支持ブロック５４とを備えて、構成されている。上ハウジング４２は、主体を為す円板部５１と、円板部５１の中心部から上方に突設された円筒状の装着突起５２と、から構成されている。ユニットヘッド３は、この装着突起５２が垂設部２２の装着穴２７に嵌入固定されることで、ジョイント部材４に固定されている。また、ユニットヘッド３の側面の一部には、弦状の切欠き部４３が形成されており、切欠き部４３には第２チューブ４６が接続されている。

下ハウジング４１は有底の円筒状に形成されており、その内部には、アルミニウム等の多孔質材からなる支持ブロック５４が収容されている。そして、４個のチャックユニット２は、鉛直姿勢の状態でそれぞれのベルヌーイチャック３１の下端が同一平面内に位置するように、支持ブロック５４に支持されている。支持ブロック５４には、４個のチャックユニット２を下向きに首振り自在に支持する４つの首振りガイド部５７が窪入形成され、また第２チューブ４６に連通するエアー導入部６３が形成されている（図３参照）。エアー導入部６３は、支持ブロック５４の中心部に設けた球形の導入エアー室５６と、上記の切欠き部４３から導入エアー室５６まで水平に延びる導入管５５と、で構成されている。詳細は後述するが、第２チューブ４６からは、各チャックユニット２を僅かに浮上させるエアーが導入される。この第２チューブ４６から導入されたエアーは、導入エアー室５６から多孔質材内部を通って各首振りガイド部５７から吹き出すようになっている。このため、支持ブロック５４の導入エアー室５６に接する部分および各首振りガイド部５７を構成する表面部分以外の表面部分は、接着剤の塗布等により微細な孔が閉止されている。なお、請求項に言う浮上気体供給手段は、気体供給源２９と、エアー導入部６３と、第２チューブ４６と、で構成されている。

各首振りガイド部５７は、支持ブロック５４の表面を下向き冠球状に窪入形成した上向き摺接面６１を有し、上向き摺接面６１は、後述するチャックユニット２における首振りコマ７３の下向き摺接面９１（図４参照）と自在継手（球形自在継手）の形態を有して、チャックユニット２を首振り自在に支持している。また、首振りガイド部５７の下側には、首振りガイド部５７に連通するようにして、チャックユニット２の首振り動作を許容する首振り穴５８が形成されている。首振り穴５８は、支持ブロック５４および下ハウジング４１を貫通するように、円錐台形状に拡開形成されており、首振り動作するチャックユニット２が支持ブロック５４や下ハウジング４１に干渉しないようになっている。

一方、エアー流路８４は、上ハウジング４２の中心（装着突起５２の軸心）に形成した導入流路８８と、各首振りガイド部５７に構成した４つのエアー室（気体室）６２と、導入流路８８とエアー室６２とを連通する４つのエアー分配流路（気体分配流路）８７と、で構成されている。この場合、エアー分配流路８７は、上ハウジング４２と支持ブロック５４の間隙により形成されている。導入流路８８から流入したエアーは、エアー分配流路８７を介して各エアー室６２に流れ、各エアー室６２からチャックユニット２に導かれる。

図４に示すように、チャックユニット２は、レンズＬを非接触で保持するベルヌーイチャック３１と、ベルヌーイチャック３１と気密に接合し、ベルヌーイチャック３１を下向きに保持するチャック垂設部７１と、から構成されている。チャック垂設部７１は、円筒状の本体円筒部８１および本体円筒部８１の下端に取り付けられ、ベルヌーイチャック３１を下向きに保持する円形のチャック取付け部８０から成る垂設部本体７２と、垂設部本体（本体円筒部８１）７２の上端部にねじ止め固定された首振りコマ７３と、から構成されている。垂設部本体７２の内部には、上記のエアー室６２に連通する内部エアー流路７４が形成されており、エアー室６２から内部エアー流路７４に供給されたエアーが、ベルヌーイチャック３１に流入するようになっている。

チャック取付け部８０の外周面には、雄ねじ１０４が形成され、この雄ねじ１０４にベルヌーイチャック３１が螺合（テーパねじ）するようにして取り付けられている。また、本体円筒部８１の内部には、チャック取付け部８０に至る主内部流路（内部気体流路）８９が形成され、またチャック取付け部８０の内部には、主内部流路８９に連通しチャック取付け部８０の直径方向に延びる一対の分岐流路８５と、一対の分岐流路８５の下流端部に連なりベルヌーイチャック３１のエアー噴出流路１０３に連なる一対の端部流路８６と、が形成されている。すなわち、主内部流路８９、一対の分岐流路８５および一対の端部流路８６により、上記の内部エアー流路７４が形成されている。気体供給源２９から供給されたエアーは、主内部流路８９、一対の分岐流路８５および一対の端部流路８６を介して、ベルヌーイチャック３１に供給される。

首振りコマ７３は、樹脂やアルミニウム等の軽量な素材で下向きの冠球状に形成されており、その中心に貫通形成した雌ねじ部９２により、本体円筒部８１の上端部に螺合している。首振りコマ７３下面は、冠球面状に形成された下向き摺接面９１となっており、首振りガイド部５７の上向き摺接面６１に倣うように接している。すなわち、下向き摺接面９１と上向き摺接面６１とは相補的形状に形成され、チャックユニット２の首振り動作をガイドする。上述したように、首振りガイド部５７の上向き摺接面６１からは、第２チューブ４６から供給されたエアーが吹き出すようになっており、吹き出したエアーは、下向き摺接面９１に当たって首振りコマ７３を首振りガイド部５７から僅かに浮上させる。これにより、チャックユニット２の首振り動作に摩擦力が作用することが無く、被吸引保持面に倣うチャックユニット２の姿勢変更を円滑に行わせることができる。

ベルヌーイチャック３１は、上半部の接合部１０５と下半部のチャック部１０６とから成り、接合部１０５に形成されたこの雄ねじ１０４により、ベルヌーイチャック３１がチャック垂設部７１（チャック取付け部８０）にねじ止め固定されている。チャック部１０６は、チャック取付け部８０の下面を天面として円柱状に形成された旋回流発生室１０１と、旋回流発生室１０１の開口側端に連なり、レンズＬを吸引保持する円形の吸引保持面１０２と、旋回流発生室１０１の内周面１１２に沿ってエアーを噴出させて、旋回流発生室１０１に旋回流を発生させる一対のエアー噴出流路１０３と、から構成されている。そして、各エアー噴出流路１０３には、内部エアー流路７４の端部流路８６が連通している。

エアー噴出流路１０３から旋回流発生室１０１に流入したエアーは、旋回流発生室１０１の内周面１１２に沿うように流れ、強い旋回流となってやがて吸引保持面１０２に沿うようにして側方に流出する。そして、旋回流の中心部には、ベルヌーイの定理に従って負圧が生じ、この負圧によりレンズＬを吸引するようになっている。すなわち、旋回流発生室１０１の中心部に生ずる負圧と、吸引保持面１０２に沿って旋回流発生室１０１から流出するエアーと、が拮抗することにより、レンズＬが吸引保持面１０２に非接触状態で吸引保持される。なお、旋回流発生室１０１の開口端が徐々に広がるようにベルマウス形状としてもよいし、吸引保持面１０２に渦流を維持する渦形の溝を形成するようにしてもよい。

一対のエアー噴出流路１０３は、１８０°点対称位置において、旋回流発生室１０１の接線方向に延在しており、エアーを内周面１１２に沿わせるように噴出させる。この場合、エアー噴出流路１０３は、正回転の旋回流を発生させるベルヌーイチャック３１と逆回転の旋回流を発生させるベルヌーイチャック３１とでは、その形成位置が逆になっている（図示省略）。そして、実施形態の４個のベルヌーイチャック３１のうちの対角に位置する２つのベルヌーイチャック３１が正回転方向の旋回流を発生し、他方の対角に位置する２つのベルヌーイチャック３１が逆回転方向の旋回流を発生するようになっている（図３参照）。

ここで、図５を参照して、吸引保持ハンド１によるレンズＬの保持動作について説明する。気体供給源２９を起動し、第１チューブ３０から４個のベルヌーイチャック３１に作動用のエアーを供給すると共に、第２チューブ４６からチャック垂設部７１に浮上用のエアーを供給する。この状態で、被吸引保持面（凸部）を上に向けたレンズＬを保持すべく、吸引保持ハンド１をレンズＬの真上から近づけてゆく（図５（ａ）参照）。４個のベルヌーイチャック３１がレンズＬを吸引する位置に達すると、各ベルヌーイチャック３１の負圧とエアーの流出がレンズＬの表面に作用する。このとき、各ベルヌーイチャック３１は、自身の吸引保持面１０２の端から一様に流出するエアーが、レンズＬの被吸引保持面との間で圧力バランスをとるように、反力を受ける。この反力により、ベルヌーイチャック３１は、被吸引保持面に倣うように姿勢制御された状態に傾き、ベルヌーイチャック３１の下端および被吸引保持面の間隙が均一になったところでその姿勢が落ち着く（図５（ｂ）参照）。そして、ベルヌーイチャック３１は、姿勢が落ち着くと同時に、レンズＬを非接触状態で吸引保持する。

以上の構成によれば、ベルヌーイチャック３１を下向きに保持したチャックユニット２の複数個が、ユニットヘッド３に対し首振り自在に保持されているため、チャックユニット２をレンズＬに近づけてゆくと、複数のユニットヘッド３は、レンズＬの被吸引保持面に倣って傾いた後、これを非接触で吸引保持する。すなわち、各ベルヌーイチャック３１は、被吸引保持面に倣うように姿勢制御された状態で、レンズＬを非接触で吸引保持する。したがって、実施形態の吸引保持ハンド１によれば、被吸引保持面が平坦でないレンズＬ等のワークを非接触状態で適切に吸引保持することができる。

なお、複数のチャックユニット２（ベルヌーイチャック３１）の数は、本実施形態（４個）のものに限定されるものではなく、ベルヌーイチャック３１における旋回流の旋回方向が正逆異なるものを１単位として、複数組み（偶数個）設けられていればよい。３組（６個）以上のチャックユニット２（ベルヌーイチャック３１）を設ける場合には、レンズＬの外縁に沿うように、複数のチャックユニット２をユニットヘッド３に対して環状に配置することが好ましい。また、言うまでもないが、同様の構成で、被吸引保持面が平坦であるＩＣデバイス等のワークも吸引保持することができる。

吸引保持ハンドの分解斜視図である。 ユニットヘッドの断面図である。 ユニットヘッドの外観斜視図である。 チャックユニットの断面図である。 吸引保持ハンドによるレンズの保持動作を説明するための説明図である。

符号の説明

１…吸引保持ハンド ２…チャックユニット ３…ユニットヘッド ２９…気体供給源 ３０…第１チューブ ３１…ベルヌーイチャック ４６…第２チューブ ５４…支持ブロック ５７…首振りガイド部 ６１…上向き摺接面 ６２…エアー室 ７１…チャック垂設部 ７２…垂設部本体 ７３…首振りコマ ７４…内部エアー流路 ８４…エアー流路 ８５…分岐流路 ８６…端部流路 ８７…エアー分配流路 ８８…導入流路 ８９…主内部流路 ９１…下向き摺接面 Ｌ…レンズ

Claims (5)

1. ワークを非接触で吸引保持するベルヌーイチャックおよび前記ベルヌーイチャックを下向きに保持するチャック垂設部から成る複数のチャックユニットと、
   前記複数のチャックユニットを下向き状態でそれぞれ首振り自在に保持するユニットヘッドと、
   下流端が複数の前記ベルヌーイチャックに接続されると共に上流端が気体供給源に接続され、複数の前記ベルヌーイチャックに作動気体を供給する気体供給流路と、を備えたことを特徴とする吸引保持ハンド。
2. 前記各チャック垂設部は、前記ベルヌーイチャックを保持する垂設部本体と、前記垂設部本体の上端部に設けた首振りコマと、を有し、
   前記ユニットヘッドは、前記各首振りコマを受容する複数の首振りガイド部を窪入形成した支持ブロックを有し、
   前記各首振りコマには、前記各首振りガイド部に摺接する冠球面状の下向き摺接面が形成され、
   前記各首振りガイド部には、前記下向き摺接面が摺接し、前記下向き摺接面と相補的形状に形成された上向き摺接面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の吸引保持ハンド。
3. 前記気体供給流路は、前記各チャック垂設部の軸心に形成され、下流端が前記各ベルヌーイチャックに接続された複数の内部気体流路と、
   前記各内部気体流路の上流端に連通し、前記各首振りガイド部内に構成した複数の気体室と、
   前記ユニットヘッド内に形成され、前記複数の気体室と前記気体供給源とを連通する気体分配流路と、を有していることを特徴とする請求項２に記載の吸引保持ハンド。
4. 前記支持ブロックは、多孔質材料で形成され、
   前記支持ブロックを介して、前記複数の首振りガイド部に対し前記複数の前記各首振りコマを浮上させるための浮上気体を供給する浮上気体供給手段を、更に備えたことを特徴とする請求項２または３に記載の吸引保持ハンド。
5. 前記複数のチャックユニットは、前記ベルヌーイチャックにおける旋回流の旋回方向が正逆異なる少なくとも一組のもので構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の吸引保持ハンド。

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