JP2013086241A - チャック装置およびチャック方法 - Google Patents

Abstract

【課題】可撓性を有するワークを非接触で安定的にチャックすることができるチャック装置およびチャック方法を提供する。
【解決手段】可撓性を有するワークＷを保持するチャック装置であって、ワークＷの鉛直上方に位置して当該ワークＷを非接触状態で吸引するベルヌーイチャック機構４と、当該ベルヌーイチャック機構４を挟んで水平面上に対向配置され、当該ベルヌーイチャック機構４による吸引力で浮上するとともに自重で撓んだワークＷの側縁Ｗ_２を挟持し、当該側縁Ｗ_２よりも中央部Ｗ_１が鉛直上方に位置する湾曲姿勢にワークＷを保持する一対の保持手段１０と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、フィルムや薄板ガラス等の可撓性を有するワークを保持するチャック装置およびチャック方法に関する。

従来、加工工程においてワークを一定の姿勢に保持する場合や、加工処理が施されたワークを次の工程に搬送する場合等に用いられるチャック装置が広く普及している。こうしたチャック装置がチャック（保持）するワークの形状や材質はさまざまであるが、中でもフィルム、薄板ガラス、半導体基板等の可撓性を有するワークをチャックする場合には、当該ワークの撓みによってチャックが不安定になるおそれがある。

例えば、液晶ディスプレイに用いられるガラス板は、その板厚が０．５ｍｍ〜０．７ｍｍ程度であり、可撓性を有してはいるものの、ある程度の剛性が確保されているため、安定的なチャックが可能となっている。しかしながら、近年、液晶ディスプレイの薄型化、軽量化等の要請から、ガラス板の薄型化が進展しており、それに伴ってガラス板の剛性が低下する傾向にある。その結果、現状のチャック装置を、より薄型化されたガラス板のチャックにそのまま利用した場合には、チャックが不安定になるおそれがある。

そこで、例えば、特許文献１に示されるチャック装置のように、ワーク表面にピンを押し当てることにより、意図的にワークを湾曲姿勢に変位させるとともに、この湾曲姿勢を維持するようにワークの側縁を挟持してチャックすることが考えられる。このように、ワークが湾曲姿勢に維持されれば、ワーク全体の剛性が上がることから、ワークのチャック時における安定性を向上することができる。

特開２０１１−３５１４６号公報

しかしながら、上記のチャック装置によれば、湾曲姿勢を作り出すためにワーク表面にピンを押し当てなければならず、ワーク表面に接触部位が生じてしまう。そのため、ワーク表面に対する一切の接触を嫌う場合には適用することができず、用途が限定されてしまったり、また、ワーク表面への接触が許容される場合であっても、ワーク表面に損傷を与えてしまったりする可能性がある。

本発明の目的は、上記の課題に鑑み、可撓性を有するワークを非接触で安定的にチャックすることができるチャック装置およびチャック方法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、可撓性を有するワークを保持するチャック装置であって、ワークの鉛直上方に位置して当該ワークを非接触状態で吸引するワーク吸引手段と、前記ワーク吸引手段を挟んで水平面上に対向配置され、前記ワーク吸引手段による吸引力で浮上するとともに自重で撓んだワークの側縁を挟持し、当該側縁よりも中央が鉛直上方に位置する湾曲姿勢にワークを保持する一対の保持手段と、を備えたことを特徴とする。

また、前記ワーク吸引手段および前記保持手段はフレームに一体的に設けられるとよい。

また、前記ワーク吸引手段を鉛直方向に移動させる第１アクチュエータをさらに備えるとよい。

また、前記一対の保持手段のいずれか一方または双方を、当該一対の保持手段が互いに近接または離間する方向に移動させる第２アクチュエータをさらに備えるとよい。

また、前記ワーク吸引手段によって吸引されたワーク表面に向けて、当該ワークと前記ワーク吸引手段との接触を防止するエアを噴出させるエア噴出部をさらに備えるとよい。

また、前記エア噴出部は、前記一対の保持手段の対向方向に対して水平面上に位相をずらして設けられるとよい。

また、前記ワーク吸引手段は、ワーク表面に気体を噴き付けて当該ワーク表面に負圧を生じさせるベルヌーイチャック機構であるとよい。

また、本発明のチャック方法は、可撓性を有するワークを保持するチャック方法であって、ワークの鉛直上方から当該ワークを非接触状態で吸引する工程と、吸引力で浮上するとともに自重で撓んだワークの側縁を挟持し、当該側縁よりも中央が鉛直上方に位置する湾曲姿勢にワークを保持する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、可撓性を有するワークを非接触で安定的にチャックすることができる。

本実施形態のチャック装置が設けられる搬送装置を説明する図である。 チャック装置の概念図である。 ベルヌーイチャック機構の概念図である。 チャック装置の動作を説明する図である。 ベルヌーイチャック機構によって浮上したワークとチャック本体との距離関係を説明する図である。

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、本明細書および図面において、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。

本実施形態のチャック装置は、表面に対して非接触状態を維持してワークをチャック（保持）するものであり、例えば、ワークを加工処理する加工工程や、ワークを搬送する搬送工程等、さまざまな場面で用いられる。ここでは、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度の可撓性を有するガラス基板をワークとして搬送する搬送装置に適用されるチャック装置について説明する。

図１は、本実施形態のチャック装置が設けられる搬送装置を説明する図である。この図に示すように、搬送装置１００は、ワークＷを搬送するコロコンベア等からなるコンベア１０１と、このコンベア１０１によって搬送されるワークＷを、当該コンベア１０１に近接して配置された不図示の加工装置まで移動させるロボットアーム１０２と、を備えている。

このロボットアーム１０２の先端にはチャック装置１が設けられており、コンベア１０１によって所定位置までワークＷが搬送されると、チャック装置１が作動してワークＷがチャックされる。そして、ワークＷがチャックされた状態で、ロボットアーム１０２の先端が加工装置まで作動することにより、ワークＷがコンベア１０１から加工装置まで搬送されることとなる。以下に、ロボットアーム１０２の先端に設けられるチャック装置１について、図２〜図６を用いて詳細に説明する。

図２は、チャック装置１の概念図であり、図２（ａ）はチャック装置１の俯瞰図を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）のＩＩ（ｂ）−ＩＩ（ｂ）線断面図を示している。この図に示すように、チャック装置１は、ロボットアーム１０２の先端に設けられる平板状のハンドフレーム（フレーム）２を含んで構成される。ここでは、説明の都合上、鉛直上方（ロボットアーム１０２側）に位置するハンドフレーム２の面を面２ａとし、鉛直下方（コンベア１０１側）に位置してチャック装置１の種々の部品が設けられるハンドフレーム２の面を面２ｂとする。なお、図２（ａ）においては、ハンドフレーム２を破線で示し、ハンドフレーム２に固定される構成部品を実線で示している。また、以下では、図２（ａ）の左右方向をｘ方向、上下方向をｙ方向、紙面に対して垂直方向をｚ方向として説明する。

ハンドフレーム２の面２ｂには、そのｘ方向中央位置に、第１アクチュエータを構成する一対の第１電動シリンダ３が固定されている。これら一対の第１電動シリンダ３は、シリンダロッド３ａを鉛直方向に沿わせて設けられており、したがって、シリンダロッド３ａは、鉛直方向に伸縮することとなる。なお、図２（ｂ）は、シリンダロッド３ａが最も収縮した状態を示している。そして、シリンダロッド３ａの先端には、ワークＷをハンドフレーム２側に吸引する吸引力をもたらすワーク吸引手段を構成するベルヌーイチャック機構４が設けられている。

図３は、ベルヌーイチャック機構４の概念図である。この図において、図３（ａ）はベルヌーイチャック機構４の平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＩＩＩ（ｂ）−ＩＩＩ（ｂ）線断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＩＩＩ（ｃ）−ＩＩＩ（ｃ）線断面図を示している。これらの図に示すように、ベルヌーイチャック機構４はチャック本体５を備えており、このチャック本体５の面５ａがシリンダロッド３ａの先端に固定され、面５ｂが鉛直下方に臨むように構成されている。

チャック本体５には、水平方向の断面を円形とする吸引穴６が形成されている。この吸引穴６は、面５ａ側に底部６ａを位置させるとともに、面５ｂに開口部６ｂを開口させており、開口部６ｂの近傍には、面５ａ側から面５ｂ側に向かうにしたがって徐々に吸引穴６の径が大きくなるようにテーパが形成されている。また、チャック本体５には、複数のエア供給路７が形成されており、その一端７ａを面５ａに開口させ、その他端７ｂを吸引穴６の底部６ａにおける外周縁近傍に開口させている。エア供給路７の他端７ｂは、底部６ａの外周に沿って等間隔に複数（例えば８個）開口しており、また、エア供給路７の一端７ａには、吸引穴６に向けてエアを噴き出すポンプＰが配管を介して接続されている。

したがって、図３（ｂ）に示すように、チャック本体５の面５ｂをワークＷに対向させた状態でポンプＰを駆動すると、エア供給路７から吸引穴６に導かれたエアが、吸引穴６の周壁に沿って底部６ａ側から開口部６ｂ側へと噴き出す。このようにして、吸引穴６の周縁から外方に向けてエアが噴き出すと、吸引穴６の径方向中央位置では負圧が生じることとなり、この負圧によってワークＷがチャック本体５側に吸引されることとなる。その結果、この吸引力とエアの噴出による押し付け力とが吊り合う距離で、ワークＷを非接触のまま把持することが可能となる。

また、図３（ｃ）に示すように、チャック本体５の径方向外方に位置する側壁５ｃには、一対のエア噴出部８が、水平面上において鉛直軸周りに１８０度位相をずらして設けられている。このエア噴出部８は、鉛直下方すなわちワークＷの表面に向けてエアを噴出するものであり、上記のエア供給路７と同様に、ポンプＰに接続されている。詳しくは後述するが、吸引穴６によって生じる負圧で浮上したワークＷが傾くと、ワークＷの表面がチャック本体５の側壁５ｃの先端縁に接触するおそれがある。このエア噴出部８は、ワークＷに向けて鉛直下方にエアを噴出させることで、ワークＷが傾いた際に当該ワークＷとチャック本体５とが接触するのを回避するものである。なお、チャック本体５は、第１電動シリンダ３のシリンダロッド３ａ先端に固定されるが、このとき、一対のエア噴出部８は、その対向方向がｙ方向に一致するように配置されている。

そして、図２からも明らかなように、ハンドフレーム２の面２ｂには、ベルヌーイチャック機構４を挟んでｘ方向（水平方向）に対向配置された一対の保持手段１０が設けられている。この一対の保持手段１０は、鉛直方向に延在する第１延在部１０ａと、この第１延在部１０ａの下端に連続するとともに、互いに近接する方向（ベルヌーイチャック機構４側）に９０度屈曲する第２延在部１０ｂと、を有する断面Ｌ字形の薄板部材で構成され、第１延在部１０ａと第２延在部１０ｂとが連続する屈曲部分に、ワークＷの側縁を挟持する挟持部Ｋが設けられている。

このとき、第２延在部１０ｂは、第１電動シリンダ３のシリンダロッド３ａが最も収縮した状態、換言すれば、最も鉛直上方に上昇した状態のベルヌーイチャック機構４よりも鉛直下方に位置し、また、第１電動シリンダ３のシリンダロッド３ａが最も伸長した状態、換言すれば、最も鉛直下方に下降した状態のベルヌーイチャック機構４よりも鉛直上方に位置する寸法関係を維持している。また、両保持手段１０は、図２（ａ）に示すように、ｙ方向に位置する両側面部１０ｃが、一対のベルヌーイチャック機構４よりもｙ方向外方に突出する寸法となっている。

そして、ハンドフレーム２の面２ｂには、複数のガイドロッド１１が、その長手方向をｘ方向に沿わせた状態で固定されており、このガイドロッド１１に、一対の保持手段１０がベアリング１２を介して摺動自在に支持されている。これにより、一対の保持手段１０は、それぞれガイドロッド１１にガイドされて図中ｘ方向に摺動することとなるが、この一対の保持手段１０を互いに近接または離間する方向に移動させるのが第２アクチュエータを構成する一対の第２電動シリンダ１３である。

この一対の第２電動シリンダ１３は、一対の保持手段１０をそれぞれ独立してｘ方向に摺動させるものであり、シリンダロッド１３ａをｘ方向に沿わせて伸縮させるように、本体フレーム２の面２ｂに固定されている。そして、シリンダロッド１３ａの先端に、保持手段１０の第１延在部１０ａが固定されており、これによって、シリンダロッド１３ａが伸縮すると、一対の保持手段１０がそれぞれガイドロッド１１にガイドされて互いに近接または離間する方向に移動することとなる。なお、図２（ｂ）に示す一対の保持手段１０における第２延在部１０ｂ先端の対向面間の距離Ｌ１は、一対の第２電動シリンダ１３が最も伸長したときに、ワークＷのｘ方向の幅よりも大きくなり、一対の第２電動シリンダ１３が最も収縮したときに、ワークＷのｘ方向の幅よりも小さくなるように設計されている。

次に、上記の構成からなる本実施形態のチャック装置１の動作について説明する。図４は、チャック装置１の動作を説明する図である。図４（ａ）に示すように、いま、コンベア１０１（図４では不図示）によって所定位置までワークＷが搬送されるとともに、ロボットアーム１０２が作動して、当該ワークＷの鉛直上方にハンドフレーム２が対面したとする。このとき、第２電動シリンダ１３が最伸長状態となっており、一対の保持手段１０における第２延在部１０ｂ先端の対向面間の距離Ｌ１が最大となっている。また、第１電動シリンダ３も最伸長状態となっており、ベルヌーイチャック機構４が、保持手段１０の第２延在部１０ｂよりも鉛直下方に位置している。

この状態で、ポンプＰ（図４では不図示）を駆動すると、ベルヌーイチャック機構４によってワークＷの中央側が負圧となり、図４（ａ）の破線で示すように、ワークＷのｘ方向中央部Ｗ_１が鉛直上方に吸引される。このとき、ワークＷは可撓性を有していることから、その自重によって、ｘ方向両側縁Ｗ_２が撓むとともに、中央部Ｗ_１が両側縁Ｗ_２よりも鉛直上方に位置することとなり、ワークＷが鉛直上方に凸状をなす湾曲姿勢に変位する。

この状態で第１電動シリンダ３を収縮させると、ベルヌーイチャック機構４の吸引力によって、図４（ｂ）に示すように、ワークＷが湾曲姿勢を維持したまま鉛直上方に浮上する。そして、第１電動シリンダ３が収縮して、自重で撓んだワークＷの両側縁Ｗ_２が、一対の保持手段１０の第２延在部１０ｂよりも上方に位置したところで、今度は第２電動シリンダ１３を収縮させると、図４（ｃ）に示すように、一対の保持手段１０が互いに近接する方向に移動する。そして、第２電動シリンダ１３が最収縮状態になると、自重で撓んだワークＷの両側縁Ｗ_２が挟持部Ｋによって挟持される。

このようにして、一対の保持手段１０の挟持部Ｋによって両側縁Ｗ_２が挟持されたら、ポンプＰの駆動を停止するとともに、ロボットアーム１０２を移動させて、所望の位置までワークＷを移動させることとなる。このとき、ワークＷは、湾曲姿勢を維持したまま、一対の保持手段１０の挟持部Ｋによって保持されているため、剛性が向上しており、ロボットアーム１０２が移動しても傾いたり落下したりすることなく、安定的に保持されることとなる。

そして、所望の位置までロボットアーム１０２が移動したら、再びポンプＰを駆動してワークＷを負圧によって吸引した状態で、第２電動シリンダ１３を伸長させるとともに、第１電動シリンダ３を伸長させてワークＷを下降させ、最後にポンプＰの駆動を停止すればよい。これにより、ワークＷ表面に対して非接触状態を維持したまま、安定的にワークＷを所望の位置まで搬送することが可能となる。

なお、ワークＷの上昇および下降時には、ベルヌーイチャック機構４によって生じる負圧によってのみワークＷが保持されていることから、不安定な状態となっており、ワークＷが傾いてチャック本体５に接触するおそれがある。そこで、本実施形態においては、エア噴出部８からワークＷに向けてエアを噴出することにより、チャック本体５とワークＷとの接触を回避するようにしている。

図５は、ベルヌーイチャック機構４によって浮上したワークＷとチャック本体５との距離関係を説明する図であり、図５（ａ）は、浮上中のワークＷおよびチャック本体５のｘ方向の断面を示し、図５（ｂ）は、浮上中のワークＷおよびチャック本体５のｙ方向の断面を示している。図５（ａ）に示すように、ベルヌーイチャック機構４の吸引力によって吸引されたワークＷは、図中ｘ方向に対しては、中央部Ｗ_１を頂点として、両側縁Ｗ_２に向かって徐々に鉛直下方に垂下しており、チャック本体５における側壁５ｃの先端縁とワークＷとの間の距離がＬ２となっている。

一方、図５（ｂ）に示すように、ワークＷは、図中ｙ方向に対しては、最も鉛直上方に位置するワークＷの中央部Ｗ_１が、ｙ方向の両側縁Ｗ_３間に亘って凸状となっており、チャック本体５における側壁５ｃの先端とワークＷとの間の距離が、Ｌ２よりも小さいＬ３となっている。したがって、ワークＷの上昇時もしくは下降時において、ワークＷが、図５（ｂ）に破線で示すように傾斜した場合には、図５（ａ）に破線で示すように傾斜した場合に比べて、ワークＷの表面がチャック本体５における側壁５ｃの先端に接触しやすくなっている。

そこで、本実施形態においては、チャック本体５とワークＷの表面とが最も接触しやすい位置であるｙ方向、すなわち、自重によって垂下する両端部Ｗ_２の対向方向（一対の保持手段１０の対向方向）に対して水平面上に９０度位相をずらした位置に、エア噴出部８を設けることとしている。これにより、ワークＷが上昇もしくは下降の際に傾いたとしても、ワークＷがチャック本体５に接触するのを回避することが可能となる。なお、本実施形態においては、エア噴出部８をチャック本体５の側壁５ｃに一対のみ設けることとしたが、エアを噴出させる方向やエア噴出部８の数等は特に限定されるものではない。したがって、例えば、チャック本体５の全周囲に亘ってエアを噴出させるようにしても構わない。

ただし、エア噴出部８から噴出させるエアは、ワークＷをチャック本体５から引き離す力となって作用するため、エア噴出部８を多数設けると、ワークＷを安定的に吸引するためのより大きな吸引力が必要となる。また、必要以上にエアが噴出することとなれば、当然のこととしてエネルギー損失が大きくなってしまう。したがって、エネルギー損失を最小限に抑えるといった観点からすれば、本実施形態のように、最もワークＷが接触しやすい位置にのみエア噴出部８を設けることが望ましい。なお、本実施形態においては、一対の保持手段１０の対向方向に対して水平面上に９０度位相をずらしてエア噴出部８を設けることとしたが、この角度は必ずしも９０度である（直交する）必要はなく、一対の保持手段１０の対向方向に対して、水平面上に交差する位置関係を有していれば、接触防止の効果を向上することが可能である。

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、本実施形態では、第１アクチュエータおよび第２アクチュエータとして、それぞれ第１電動シリンダ３および第２電動シリンダ１３を用いることとしたが、第１アクチュエータおよび第２アクチュエータは、例えば、空圧シリンダや油圧シリンダを用いてもよいし、あるいは、シリンダに限らずに、モータの回転力を利用する装置等、動力を付与することができる装置であれば、その具体的な構成は特に限定されるものではない。

また、本実施形態では、ワーク吸引手段としてベルヌーイチャック機構４を用いることとしたが、ワーク吸引手段の構成はこれに限らない。例えば、ワーク吸引手段は、ベルヌーイチャック機構と同様に、ワーク表面に負圧を発生させてワークを吸引する装置や、ワーク表面に静電気を発生させてワークを吸引する装置等、ワークを吸引する吸引力を作用させる何らかの吸引手段と、エアフロート等、ワークに反発力を作用させる反発手段と、を有し、吸引力と反発力とのバランスによって非接触でワークを保持可能な装置を広く適用可能である。

さらに、本実施形態では、ワークＷとしてガラス板をチャックする場合について説明したが、本実施形態のチャック装置１は、ガラス板に限らず、フィルムや半導体基板等、可撓性を有するあらゆるワークに適用可能である。また、本実施形態では、ロボットアーム１０２にチャック装置１を適用する場合について説明したが、チャック装置１の用途はこれに限定されるものではなく、ワークをチャックするあらゆる場面で適用可能である。

本発明は、フィルムや薄板ガラス等の可撓性を有するワークを保持するチャック装置およびチャック方法に利用することができる。

１ …チャック装置
２ …ハンドフレーム（フレーム）
３ …第１電動シリンダ（第１アクチュエータ）
４ …ベルヌーイチャック機構（ワーク吸引手段）
８ …エア噴出部
１０ …保持手段
１３ …第２電動シリンダ（第２アクチュエータ）
Ｗ …ワーク

Claims (8)

1. 可撓性を有するワークを保持するチャック装置であって、
   ワークの鉛直上方に位置して当該ワークを非接触状態で吸引するワーク吸引手段と、
   前記ワーク吸引手段を挟んで水平面上に対向配置され、前記ワーク吸引手段による吸引力で浮上するとともに自重で撓んだワークの側縁を挟持し、当該側縁よりも中央が鉛直上方に位置する湾曲姿勢にワークを保持する一対の保持手段と、を備えたことを特徴とするチャック装置。
2. 前記ワーク吸引手段および前記保持手段はフレームに一体的に設けられていることを特徴とする請求項１記載のチャック装置。
3. 前記ワーク吸引手段を鉛直方向に移動させる第１アクチュエータをさらに備えたことを特徴とする請求項１または２記載のチャック装置。
4. 前記一対の保持手段のいずれか一方または双方を、当該一対の保持手段が互いに近接または離間する方向に移動させる第２アクチュエータをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のチャック装置。
5. 前記ワーク吸引手段によって吸引されたワーク表面に向けて、当該ワークと前記ワーク吸引手段との接触を防止するエアを噴出させるエア噴出部をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のチャック装置。
6. 前記エア噴出部は、前記一対の保持手段の対向方向に対して水平面上に位相をずらして設けられていることを特徴とする請求項５記載のチャック装置。
7. 前記ワーク吸引手段は、ワーク表面に気体を噴き付けて当該ワーク表面に負圧を生じさせるベルヌーイチャック機構であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のチャック装置。
8. 可撓性を有するワークを保持するチャック方法であって、
   ワークの鉛直上方から当該ワークを非接触状態で吸引する工程と、
   吸引力で浮上するとともに自重で撓んだワークの側縁を挟持し、当該側縁よりも中央が鉛直上方に位置する湾曲姿勢にワークを保持する工程と、を含むチャック方法。

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