JP2013086240A - チャック装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの板厚が薄く形成されたとしても、簡易な構成で、ワークの利用部位を非接触状態に維持したまま安定してチャックできる。
【解決手段】チャック装置１は、ワークＷと対向する本体２と、本体に配され、ワークと接触する突出部３と、本体と突出部とワークとで囲繞される囲繞空間Ｎから気体を吸引する吸引手段５と、ワークまでの相対距離ｄを測定する測定センサ６と、相対距離に基づいて、相対距離が所定の目標値で安定化するように吸引手段の吸引力を制御する吸引制御部７と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、比較的薄い板ガラス等をチャックするチャック装置に関する。

液晶ディスプレイ等に用いられるガラス板は、その表面を傷付けたり汚したりしないようにするため、ワークを非接触でチャック可能なベルヌーイチャックを用いて搬送されている（例えば、特許文献１、２）。

このようなガラス板の板厚は、例えば、０．５ｍｍ〜０．７ｍｍ程度であったため、薄板であるものの、ある程度の剛性があり、ベルヌーイチャックでも比較的容易にチャック可能であった。しかし、近年、液晶ディスプレイの薄板化、軽量化等の要望から、ガラス板に対しても板厚をより薄くしたいという要請がある。

特許第３８５９４８１号 特開平７−９２６９号公報

ガラス板は、板厚が薄くなると紙やフィルムのように撓み易くなる。このようにガラス板が撓むと、単にベルヌーイチャックを用いただけでは、撓んだガラス板がベルヌーイチャックの吸引部分の穴の内部に吸い込まれて接触してしまうおそれがあった。この場合、ベルヌーイチャックを小型化すれば、吸引部分の穴の径が小さくなって板ガラスが入り込み難くなるため、このような接触を回避可能である。しかし、十分な吸引力を確保するため、ベルヌーイチャックを多数配置しなければならず、構成が複雑になってしまう。

また、ガラス板の外周近傍は、当該搬送工程の後工程において、不要な部位として廃棄されることから、チャック時に接触しても問題がない場合がある。そのため、接触式の吸着パッド等で、ガラス板の外周近傍を吸着することで、ガラス板をチャックする機構も考えられる。しかし、ガラス板が撓み易いと、外周近傍のみのチャックではその撓みを防止することが困難である。

本発明の目的は、ワークの板厚が薄く形成されたとしても、簡易な構成で、ワークの利用部位を非接触状態に維持したまま安定してチャック可能なチャック装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のチャック装置は、ワークと対向する本体と、本体からワーク側に突出して、本体およびワーク間に囲繞空間を形成する突出部と、囲繞空間から気体を吸引する吸引手段と、本体に配され、ワークまでの相対距離を測定する測定センサと、相対距離が所定の目標値で安定化するように吸引手段の吸引力を制御する吸引制御部と、を備えることを特徴とする。

吸引手段は、本体に配されてもよい。

吸引手段および測定センサは、複数設けられ、吸引制御部は、複数の測定センサが測定した相対距離に基づいて、複数の吸引手段の吸引力を独立して制御してもよい。

ワークを把持した状態から解放する際、吸引手段は、囲繞空間に気体を噴出可能であってもよい。

本発明によれば、ワークの板厚が薄く形成されたとしても、簡易な構成で、ワークの利用部位を非接触状態に維持したまま安定してチャックできる。

チャック装置の構造を説明するための説明図である。 相対距離を説明するための説明図である。 チャック装置の制御を説明するためのブロック図である。 チャック装置の制御処理の流れを説明するためのフローチャートである。 チャック装置の使用例を説明するための説明図である。 チャック状態を説明するための説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

本実施形態におけるチャック装置は、ロボットアーム等に接続され、例えば、コンベア等で搬送された薄い板ガラス等のワークをチャックする。そして、ロボットアームは、チャック装置がチャックしたワークを次工程へ移行させる。以下、かかるチャック装置について詳述する。

図１は、チャック装置１を説明するための説明図である。特に、図１（ａ）は、チャック装置１の上面図を、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩ（ｂ）‐Ｉ（ｂ）線断面図を示す。

本実施形態のチャック装置１は、本体２と、突出部３と、吸着部４と、吸引手段５と、測定センサ６と、吸引制御部７（図３参照）とを備える。

本体２は、本実施形態において板形状の部材（板部材）であって、薄板状のワークＷをチャックした状態（チャック状態）でワークＷと互いの面が対向する。本体２におけるワークＷとの対向面の外周近傍には、外周に沿って溝２ａが形成され、その内側に後述する吸着部４の配管が挿通される吸着孔２ｂ、さらに内側に後述する吸引手段５によって吸引された気体（チャック装置１の雰囲気ガスであって、本実施形態では空気とする）の流路となる吸引孔２ｃが複数設けられている。吸着孔２ｂ、吸引孔２ｃはいずれも貫通孔であり、吸着孔２ｂよりも吸引孔２ｃの方が径が大きい。

突出部３は、樹脂等の弾性材で構成され、例えば、本体２の外周に沿った筒状の形状であり、本体２の溝２ａに一部が埋設される。そして、突出部３は、本体２からワークＷ側に突出して、本体２およびワークＷ間に囲繞空間Ｎを形成する。なお、本実施形態では、本体２に溝２ａが設けられその溝２ａに突出部３の一部が埋設されるとしたが、溝２ａを設けず、突出部３が本体２のワークＷとの対向面より出っ張るように、突出部３を本体２の外周に巻き付ける構成であってもよい。

また、チャック状態において、突出部３は、ワークＷと接触する。このとき、突出部３は、ワークＷと密着することで、囲繞空間Ｎを半密閉状態とする。ここで、半密閉状態は、完全な密閉ではなく、吸引手段５による吸引力によって、ワークＷをチャックできる程度に囲繞空間Ｎを負圧に維持可能な状態である。したがって、突出部３は、必ずしもワークＷに接触しなければならないものではなく、ワークＷとの間に僅かな間隙が維持されるように寸法設計してもよい。

また、突出部３は、必ずしも弾性材である必要はなく、例えば、本体２の一部をワークＷ側に突出させて構成してもよい。いずれにしても、突出部３は、本体２からワークＷ側に突出するとともに、本体２とワークＷとの間に、囲繞空間Ｎを形成するものであれば、本体２と一体であるか別体であるかは限定されず、また、その材質等も限定されるものではない。

吸着部４は、例えば、配管と配管の先端に配された吸盤等とを含んで構成され、囲繞空間Ｎ内の外周側に複数配される。吸着部４の配管は、吸着孔２ｂに埋設されている。吸着部４の配管には、図示しない減圧手段が接続されており、ワークＷと、ワークＷと接触した吸盤との間の空間を負圧にすることでワークＷの外周近傍の平面部分を吸着する。こうして、吸着部４は、ワークＷの外周近傍を補助的にチャックする。ここで、減圧手段は、例えば、真空ポンプ、エゼクタ、ブロア等である。

吸引手段５は、例えば、電動機から伝達された回転力によって気体を送風するファン等で構成される。吸引手段５は複数設けられ、これら複数の吸引手段５は、本体２に形成された吸引孔２ｃに対向する位置であって、囲繞空間Ｎに接する面の背面側にそれぞれ配される。吸引手段５は、吸引孔２ｃを介して囲繞空間Ｎと連通しており、後述する吸引制御部７の制御に応じて、囲繞空間Ｎから気体を吸引し、囲繞空間Ｎ外に排気する。

測定センサ６は、例えば、レーザセンサや超音波センサ等の非接触センサで構成され、複数の測定センサ６が、本体２に設けられた複数の吸引孔２ｃの壁面にそれぞれ配される。測定センサ６は、当該測定センサ６から、ワークＷまでの相対距離ｄを測定する。

図２は、相対距離ｄを説明するための説明図である。図２では、図１（ｂ）の左側の部分拡大図を示す。本実施形態において、相対距離ｄは、図２に示すように、測定センサ６と、ワークＷのうち、測定センサ６のセンサ軸上の最も手前に位置する部分との距離である。なお、ここでは、測定センサ６のセンサ軸の向きは、本体２の対向面に垂直であるものとするが、本体２の対向面に対して傾斜していてもよい。

図３は、チャック装置１の制御を説明するためのブロック図である。図３に示すように、吸引制御部７は、複数の測定センサ６が測定した相対距離ｄに基づいて、相対距離ｄが所定の目標値で安定化するように吸引手段５それぞれの吸引力（ここでは、ファンの回転力）を独立してフィードバック制御する。ここで、目標値は、ワークＷをチャックするための最適な相対距離ｄとして予め設定されている。

具体的に、本実施形態では、吸引制御部７は、例えば、予め設定された相対距離ｄの目標値と、測定センサ６の測定値との差分値を導出し、その差分値を伝達関数に通した後、伝達関数の出力値に応じて、吸引手段５の吸引力を制御する。また、この吸引力の具体的な値を導出するための伝達関数は、ＰＩＤ制御等、既存の様々な制御方式に基づいて任意に設定することができる。

続いて、当該チャック装置１が、ワークＷをチャック状態とする処理、およびチャック状態（把持した状態）から解放する処理の流れについて説明する。図４は、チャック装置１の制御処理の流れを説明するためのフローチャートであり、図５は、チャック装置１の使用例を説明するための説明図である。

図４のフローチャートを参照すると、図示しないセンサを介して、コンベア１０（図５参照）によってワークＷがチャック装置１の処理位置まで搬送されたことを検出すると（Ｓ２００）、チャック装置１が接続されたロボットアーム１１（図５参照）が、チャック装置１の突出部３および吸着部４がワークＷに触れるまで当該チャック装置１を押し当てる。そして、吸着部４は、減圧手段によってワークＷの外周近傍の平面部分に吸着する（Ｓ２０２）。

そして、吸引手段５による吸引を開始する前の、ワークＷがコンベア１０上で平坦な状態に維持されているとき、測定センサ６は、ワークＷまでの相対距離ｄの初期値を測定する（Ｓ２０４）。

吸引手段５は、吸引制御部７の制御に応じて、囲繞空間Ｎから気体を吸引し、囲繞空間Ｎ外に排気する（Ｓ２０６）。このとき、突出部３がワークＷと接触しているので、囲繞空間Ｎが半密閉状態となっており、囲繞空間Ｎは弱い負圧となる。囲繞空間Ｎと大気圧との差圧は小さいものの、囲繞空間Ｎに接するワークＷの面積は大きいため、十分なチャック力が生じることとなる。

そして、ロボットアーム１１が上昇すると、ワークＷが載置されていた面から持ち上げられているかを確認するため、吸引制御部７は、ロボットアーム１１が上昇した距離（ロボットアーム１１自体の移動距離）と、測定センサ６が測定した相対距離ｄの初期値と現在値の差分とに基づいて、ワークＷが初期位置から上昇した距離を導出する（Ｓ２０８）。

そして、吸引制御部７は、ワークＷが、予め設定された制御開始距離よりも浮き上がったか否かを、上昇距離導出ステップＳ２０８で導出した距離に基づいて判断する（Ｓ２１０）。ここで、制御開始距離は、吸引制御部７がフィードバック制御を開始する距離であり、ワークＷの形状、材質、剛性等に応じて設定される。ワークＷが制御開始距離まで上昇していないと（Ｓ２１０におけるＮＯ）、上昇距離導出ステップＳ２０８に戻る。

制御開始距離よりも浮き上がっていると（Ｓ２１０におけるＹＥＳ）、吸引制御部７は、上述したフィードバック制御を開始する（Ｓ２１２）。

図６は、チャック状態を説明するための説明図である。図６（ａ）、（ｂ）には、チャック装置１の図１（ｂ）と同じ位置の断面図を示す。例えば、ワークＷは、図６（ａ）に示すように、囲繞空間Ｎに対して中央部分が凸となって外周近傍が凹となったり、図６（ｂ）に示すように、囲繞空間Ｎに対して中央部分が凹となって外周近傍が凸となったりする。

吸引制御部７は、相対距離ｄが所定の目標値で安定化するように、すなわち、ワークＷを、本体２に接触させず、また、吸引手段５による吸引力によってワークＷのチャック状態を維持可能な位置範囲に収めるようにする。そのため、チャック装置１は、ワークＷに図６（ａ）、（ｂ）に示すような撓みや反りがあっても、ワークＷを、非接触状態を維持したままチャックし続けることができる。

また、図６（ａ）に示すように、ワークＷの外周近傍が突出部３より上方に向けて反っている場合、ワークＷと突出部３との接触面積が小さくなり易く、囲繞空間Ｎの気密性が低下しかねない。しかし、本実施形態の突出部３の先端であるワークＷとの接触部分３ａは短手方向（図６（ａ）中、左右方向）に丸みを帯びている。

このように、ワークＷとの接触部分３ａが丸みを帯びる構成により、図６（ａ）に示すようにワークＷが反っても、ワークＷが接触部分３ａに沿うようにして接触することで接触面積の低下を抑制できる。そのため、チャック装置１は、囲繞空間Ｎの気密性を向上できる。また、ワークＷにおける、突出部３と接触する部分に傷が付き難くなる。

図４に戻って、ロボットアーム１１は、チャック装置１がチャックしたワークＷを次工程へ搬送する（Ｓ２１４）。そして、ロボットアーム１１が、ワークＷを置くための位置まで搬送すると、吸引制御部７はフィードバック制御を終了し（Ｓ２１６）、吸着部４による吸着を解除する（Ｓ２１８）。このワークＷを把持した状態から解放する際、吸引制御部７は、吸引手段５を逆転制御し、囲繞空間Ｎに気体を噴出させる。

このように、チャック状態からの解放時、吸引手段５が気体を囲繞空間Ｎに噴出可能な構成により、チャック装置１は、ワークＷを、なるべく平坦な状態に保ったまま、迅速にチャック状態から開放できる。

以上、上述したように、本実施形態のチャック装置１は、ワークＷを囲繞空間Ｎに生じる負圧によって吸引し、ワークＷのうち、外周近傍以外は非接触でチャックできる。そして、吸引制御部７が、測定センサ６の測定値に基づいて吸引手段５の吸引力を制御するため、ワークＷの撓みや反りを一定の範囲内に収めることができる。そのため、チャック装置１は、撓みや反りによって本体２のワークＷとの対向面とワークＷとが接触することなく、安定してワークＷをチャックすることが可能となる。

また、チャック装置１は、囲繞空間Ｎを半密閉状態とすることで、吸引手段５による弱い吸引力で、ワークＷをチャックできるため、薄板ガラス等、外力によって変形し易いワークＷに対しても、その変形量を抑えて好適にチャックすることが可能となる。

また、吸引手段５が本体２に配されるため、本体２と離間して配される構成に比べ、囲繞空間Ｎからの空気の吸引処理の即応性が高く、吸引制御部７による吸引手段５の吸引力の制御が容易となる。

さらに、複数の測定センサ６がワークＷの複数箇所との相対距離ｄを測定することで、吸引制御部７は、ワークＷの部分的な撓みや反りの有無も把握できる。また、吸引制御部７は、複数の吸引手段５それぞれを独立して制御して、ワークＷの部分的な撓みや反りを細やかに抑制できる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態では、吸引手段５をファンとしたが、例えば、真空ポンプ、エゼクタ、ブロア等であってもよい。また、吸引手段５は本体２に配される場合に限らず、本体２と離間した位置に配されてもよい。

また、突出部３の配置は、本体２の外周近傍に限らず、本体２の中央近傍に配されてもよいし、囲繞空間Ｎを囲繞できれば、本体２のいずれの位置に配されてもよい。

また、上述した実施形態においては、測定センサ６は、吸引手段５の近傍の吸引孔２ｃに吸引手段５毎に１つずつ設けられるが、測定センサ６の配される位置は吸引孔２ｃに限らず、本体２の囲繞空間Ｎ側のいずれかの位置でもよい。また、測定センサ６の数は、吸引手段５と同数でなくてもよい。

また、上述した実施形態においては、吸引手段５は、本体２の囲繞空間Ｎに接する面の背面側に配されるとしたが、囲繞空間Ｎ内の気体を囲繞空間Ｎ外に排気できる配置であれば、例えば、囲繞空間Ｎ内に設けられてもよい。ただし、吸引手段５の配置は、吸引手段５が突出部３よりもワークＷ側に飛び出さない位置とする。

なお、本明細書の制御処理における各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。

本発明は、比較的薄い板ガラス等をチャックするチャック装置に利用することができる。

１ …チャック装置
２ …本体
３ …突出部
４ …吸着部
５ …吸引手段
６ …測定センサ
７ …吸引制御部
ｄ …相対距離
Ｎ …囲繞空間
Ｗ …ワーク

Claims (4)

1. ワークと対向する本体と、
   前記本体からワーク側に突出して、前記本体およびワーク間に囲繞空間を形成する突出部と、
   前記囲繞空間から気体を吸引する吸引手段と、
   前記本体に配され、前記ワークまでの相対距離を測定する測定センサと、
   前記相対距離が所定の目標値で安定化するように前記吸引手段の吸引力を制御する吸引制御部と、
   を備えることを特徴とするチャック装置。
2. 前記吸引手段は、前記本体に配されることを特徴とする請求項１に記載のチャック装置。
3. 前記吸引手段および前記測定センサは複数設けられ、
   前記吸引制御部は、複数の前記測定センサが測定した相対距離に基づいて、複数の前記吸引手段の吸引力を独立して制御することを特徴とする請求項１または２に記載のチャック装置。
4. 前記ワークを把持した状態から解放する際、前記吸引手段は、前記囲繞空間に気体を噴出可能であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のチャック装置。

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