JP2020527862A

JP2020527862A - 非接触ハンドラ及びこれを用いたワークピースの取扱い方法

Info

Publication number: JP2020527862A
Application number: JP2020502102A
Authority: JP
Inventors: キム，ジェイ; プラシンダ，ポール
Original assignee: エレクトロサイエンティフィックインダストリーズインコーポレーテッド
Priority date: 2017-07-21
Filing date: 2018-07-20
Publication date: 2020-09-10
Anticipated expiration: 2038-07-20
Also published as: KR102523381B1; KR20200022425A; TW201909325A; TWI791561B; US20200156264A1; US11254014B2; EP3655352A1; CN110869299A; EP3655352A4; JP7374075B2; WO2019018786A1

Abstract

非接触ハンドラは、上側本体部と、前記上側本体部に対して移動可能に連結された下側本体部とを含む。前記下側本体部は、対象物を持ち上げるように構成された非接触パックと、前記パックから下方に延びる複数の収容フェンスとを含む。前記複数の収容フェンスは、持ち上げられる前記対象物の周囲に配置されている。

Description

関連出願

本願は2017年７月21日に提出された米国仮出願番号62/535,427の利益を主張し、この仮出願は参照によりその全体が組み入れられる。

背景

対象物との機械的接触を排除し又は抑えながら対象物を扱うことが望ましい状況が多くある。これは、対象物の上面の物理的状態が製品の動作又は品質の成功において重大な要因である場合に特に妥当する。そのような状況は商業印刷、プリント基板製造、マイクロリソグラフィなどの業界において多く見られ、これらの業界では往々にして繊細かつ機械的に敏感な表面に対して非常に正確な加工を施すことを追求している。

対象物を扱うための自動又は半自動システムでは、多くのアプローチが一般的に使用されている。あるアプローチは、機械的な方法を用いて対象物を搬送する。機械的な取扱いによって引き起こされる可能性のある損傷を最小限に抑えるため、このタイプの典型的な方法は、対象物の上面と接触する量を減らし又はかかる接触による機械的衝撃を減らす機構に依存してきた。

別のアプローチは、真空を用いて対象物の移動と保持を行う。このアプローチが採用されている理由は、真空方式では一般に移動する対象物の広範な機械的取り扱いが不要だからであり、また、真空カップ（吸引カップとも呼ばれる。）が、表面と共に形成するシールを強化するために比較的柔らかい弾力性のある材料で作られることが多いからである。しかしながら、真空を利用して対象物をピックアップするには、対象物の上面に対して必要なシールを確立するために機械的な接触が尚も必要であり、また、真空カップの物理的な衝突は、不注意な手や機械的グリッパの衝撃と全く同じくらいに、イメージング表面を傷つける作用がある。

別のアプローチは、例えばベルヌーイ型又はサイクロン型の、非接触（「無接触」としても知られている）ハンドラを使用する。ベルヌーイ型ハンドラとサイクロン型ハンドラは具体的な動作モードの点で異なるが、一般に、流体（通常は空気）の流れを放出して対象物の表面と周囲の流体媒体（通常は空気）との間に圧力差を生成する。このような非接触ハンドラは、比較的小さく、壊れやすく、薄い（さらには穴の開いた）対象物の取扱いに適している。

便利ではあるが、ベルヌーイ型のハンドラは対象物をハンドラから横方向に投げ飛ばしてしまう場合があり、サイクロン型のハンドラは対象物を回転させながら手放してしまう場合がある。また、ベルヌーイ型又はサイクロン型のハンドラが対象物をピックアップする場合、対象物の上面が、ハンドラから投げ飛ばされ又は回転放出される前に、ハンドラに接触してしまうことがある（たとえば、対象物が持ち上げられたときの上向きの勢いにより）。

概要

一実施形態において、非接触ハンドラは、上側本体部と、前記上側本体部に対して移動可能に連結された下側本体部とを含む。前記下側本体部は、対象物を持ち上げるように構成された非接触パックと、前記パックから下方に延びる複数の収容フェンスとを含む。前記複数の収容フェンスは、持ち上げられる前記対象物の周囲に配置されている。

図１は、本発明の一実施形態による、非接触ハンドラの側面図を示す。図２は、図１の非接触ハンドラにおける下側本体部の一部断面図を示す。図３及び図５から図７は図１の非接触ハンドラによって取り扱われる対象物に対する収容フェンスの配置を示す底面図であり、それはいくつかの実施形態により実現することができる。図４及び図８から図10は、図１の非接触ハンドラによって取り扱われる対象物に対するワークピース支持部を示す底面図であり、それはいくつかの実施形態により実現することができる。図３及び図５から図７は図１の非接触ハンドラによって取り扱われる対象物に対する収容フェンスの配置を示す底面図であり、それはいくつかの実施形態により実現することができる。図３及び図５から図７は図１の非接触ハンドラによって取り扱われる対象物に対する収容フェンスの配置を示す底面図であり、それはいくつかの実施形態により実現することができる。図３及び図５から図７は図１の非接触ハンドラによって取り扱われる対象物に対する収容フェンスの配置を示す底面図であり、それはいくつかの実施形態により実現することができる。図４及び図８から図10は、図１の非接触ハンドラによって取り扱われる対象物に対するワークピース支持部を示す底面図であり、それはいくつかの実施形態により実現することができる。図４及び図８から図10は、図１の非接触ハンドラによって取り扱われる対象物に対するワークピース支持部を示す底面図であり、それはいくつかの実施形態により実現することができる。図４及び図８から図10は、図１の非接触ハンドラによって取り扱われる対象物に対するワークピース支持部を示す底面図であり、それはいくつかの実施形態により実現することができる。

詳細な説明

ここで、実施形態の例を添付した図面を参照しつつ述べる。明示的に述べている場合を除き、図面においては、コンポーネント、特徴部、要素などのサイズや位置などやそれらの間の距離は、必ずしも縮尺通りではなく、また理解しやすいように誇張されている。図面を通して同様の数字は同様の要素を意味している。このため、同一又は類似の数字は、対応する図面で言及又は説明されていない場合であっても、他の図面を参照して述べられることがある。また、参照番号の付されていない要素であっても、他の図面を参照して述べられることがある。

明細書において使用される用語は、特定の例示的な実施形態を説明するためだけのものであり、限定を意図しているものではない。特に定義されている場合を除き、本明細書において使用される（技術的用語及び科学的用語を含む）すべての用語は、当業者により一般的に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書で使用される場合には、内容が明確にそうではないことを示している場合を除き、単数形は複数形を含むことを意図している。さらに、「備える」及び／又は「備えている」という用語は、本明細書で使用されている場合には、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を特定するものであるが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／又はそのグループの存在又は追加を排除するものではないことを理解すべきである。特に示している場合を除き、値の範囲が記載されているときは、その範囲は、その範囲の上限と下限の間にあるサブレンジだけではなく、その上限及び下限を含むものである。特に示している場合を除き、「第１」や「第２」などの用語は、要素を互いに区別するために使用されているだけである。例えば、あるノードを「第１のノード」と呼ぶことができ、同様に別のノードを「第２のノード」と呼ぶことができ、あるいはこれと逆にすることもできる。

特に示されている場合を除き、「約」や「およそ」、「ほぼ」などは、量、サイズ、配合、パラメータ、及び他の数量及び特徴が、正確ではなく、また正確である必要がなく、必要に応じて、あるいは許容誤差、換算係数、端数計算、測定誤差など、及び当業者に知られている他のファクターを反映して、概数であってもよく、さらに／あるいは大きくても小さくてもよいことを意味している。本明細書において、「下方」、「下」、「下側」、「上方」、及び「上側」などの空間的に相対的な用語は、図に示されるような、ある要素又は特徴の他の要素又は特徴に対する関係を述べる際に説明を容易にするために使用され得るものである。空間的に相対的な用語は、図において示されている方向に加えて異なる方向を含むことを意図するものであることは理解すべきである。例えば、他の要素又は特徴の「下方」又は「下」にあるとして説明される要素は、図中の対象物が反転した場合には、他の要素又は特徴の「上方」を向くことになる。このように、「下方」という例示的な用語は、上方及び下方の方向の双方を含み得るものである。対象物又は物が他の方向を向く場合（例えば90度回転される場合や他の方向にある場合）には、本明細書において使用される空間的に相対的な記述子はこれに応じて解釈され得る。

図１は、一実施形態による非接触ハンドラの側面図を示す。図２は、図１の下側本体部の一部断面図を示す。

図１及び図２を参照し、非接触ハンドラ100は、上側本体部102と、複数のバネ荷重ピン106によって上側本体部に連結された下側本体部104と、を含みうる。図示はされていないが、非接触ハンドラ100は、上側本体部102に対して（例えば軸Ａに沿って）下側本体部104を移動するように構成されたアクチュエータを含むこともできる。

上側本体部102は、典型的には、非接触ハンドラ100を動かすように構成されたロボット運動システム（例えば、デカルトロボット、スカラロボット、多関節ロボットなど）（不図示）に連結されている。例えば、非接触ハンドラ100は、複数の対象物を保持する（例えば、個別に持ち上げられる）カセット又はマガジンと、複数の対象物のうちの１つを処理するように構成されたシステムとの間で移動可能である。そのようなシステムの例には、ELECTRO SCIENTIFIC INDUSTRIES社によって製造されたLT3100とLT3110が含まれる。非接触ハンドラ100の前述のアクチュエータは上側本体部102に対して下側本体部104を上昇させ又は下降させるように駆動され、対象物のピックアップ、又は非接触ハンドラ100からの対象物のリリースを容易にすることができる。

複数のバネ荷重ピン106は、（例えば、ロボット運動システムによって与えられる）高減速又は高加速の運動中に、下側本体部104が振動や望ましくない動作をするのを防ぐように構成される。

下側本体部104は、支持板108と、複数のフェンス支持体110と、複数の収容フェンス112と、オプションとして複数のワークピース支持体114と、を含む（すなわち、複数のワークピース支持体114は除去可能である。）。代替的実施形態では、しかしながら、非接触ハンドラ100がワークピース支持体114を複数含んでいる場合には、複数の収容フェンス112は取り除かれてもよい。支持板108はバネ荷重ピン106に固定され、複数のフェンス支持体110は支持板108に固定されている。複数の収容フェンス112及びワークピース支持体114は、各フェンス支持体110に固定されている。例えば、少なくとも１つの収容フェンス112及び少なくとも１つのワークピース支持体114を、共通のフェンス支持体110に固定することができる。

下側本体部104は、複数のフェンス支持体110の間に配置された、（破線の長方形で示された）パック116のような非接触パックも含む。図２に良く示されているように、パック116は、本体通路202が形成されているパック本体200と、パック本体200に取り付けられたエンドエフェクタ板204とを含む。

本体通路202は、加圧流体源の出口端（例えば、空気などの加圧ガスの貯蔵部に接続されたホース又はチューブ）を受け入れるように構成されている。エンドエフェクタ板204は、それを通って延びる１又は２以上のエフェクタ通路を含む。少なくとも１つのエフェクタ通路は本体通路と流体連通しており、加圧流体（例えば、空気などの気体）が、加圧流体源の出口端から、本体通路202を通って、エンドエフェクタ板204に形成されたエフェクタ通路内に運ばれるようになっている。図示された実施形態では、エンドエフェクタ板204は、第１の部分206a及び第２の部分206bを含んだ単一のエフェクタ通路を含む。エフェクタ通路の第１の部分206aは本体通路202と位置が揃えられ、本体通路202を通って運ばれる加圧流体を直接受け取るようになっている。図示はされていないが、第２の部分206bは、当技術分野で知られているように、（例えば、図２に示された断面図の平面外で）第１の部分206aと流体連通している。一般に、当技術分野で知られているように、第２の部分206bは、エンドエフェクタ板204のエフェクタ表面208まで延びており、また、対象物210の表面と、エンドエフェクタ板204及び対象物210に対して外部の周囲の流体媒体（典型的には空気）との間に圧力差を生成するように、エンドエフェクタ板204から流体（典型的には空気）の流れを放出するように構成されている。したがって、エフェクタ通路は、従来のベルヌーイ型又はサイクロン型のハンドラと同じ方法で流体の流れを放出するように構成されていてもよい。

対象物210は、セラミック基板や、表面実装デバイス（SMD：Surface-Mount Device）回路基板などとして提供することができ、これらは穿孔されていてもよいし、穿孔されていなくてもよい。セラミック基板、表面実装デバイス（SMD）回路基板などとして提供される場合、（例えば図２に示すような）対象物210の上側面は、薄膜抵抗器、厚膜抵抗器、SMD抵抗器など、又はこれらの任意の組合せを支持する。

対象物210が非接触ハンドラ100の動作可能な近接領域（例えば、エンドエフェクタ板204の近く）に来ると、エンドエフェクタ板204によって放出される流体の流れによって生じる圧力差は、対象物210をエンドエフェクタ板204に向かって持ち上げられるのに十分となる。

上述したように、従来のベルヌーイ型及びサイクロン型のハンドラは、ハンドラから対象物を放り投げたり、回転させたりする場合がある。しかしながら、非接触ハンドラ100では、複数の収容フェンス112が、下方に向かってエフェクタ表面208の下まで延び、対象物210が持ち上げられたときにその周囲を囲むように配置される。非接触ハンドラ100は、対象物210が持ち上げられたときに、その周囲を囲むように配置された少なくとも２つ（例えば、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、７つ、８つなど）の収容フェンス112（例えば、図３に例示的に示されたように配置された４つのフェンス112）を含んでよい。したがって、対象物210がエンドエフェクタ板204に向かって持ち上げられると、対象物210（例えば、４つの収容フェンス112）は、複数の収容フェンス112の下側部分よりも上に持ち上げられので、非接触ハンドラ100から投げ出されたり、回転放出されたりすることが防止される。図１及び図２に示されるように、複数の収容フェンス112の各々は、非接触ハンドラ100が、対象物210が持ち上げられる前にこれと完全に位置が揃っていない場合に、対象物210が持ち上げられる時にその１つ又は２つ以上の端部と係合するように構成された傾斜ガイド面112aを含む。

また上述したように、従来のベルヌーイ型又はサイクロン型のハンドラは、対象物の上向きの勢いが対象物の上面をハンドラに接触させるのに十分となるように、対象物を拾い上げる場合がある。しかしながら、非接触ハンドラ100では、複数のワークピース支持体114は、エフェクタ表面208の下で、下向きに延び、持ち上げられた対象物210の上側面の端部に接するように（且つその上側面に接しないように）構成された傾斜面114aを有する。したがって、対象物210がエンドエフェクタ板204に向かって持ち上げられたときに、対象物210の上側面が非接触ハンドラ100の任意の部分に接触することが防止される。非接触ハンドラ100は、少なくとも３つ（例えば、３、４、５、６、７、８など）のワークピース支持体114（例えば、図４に例示的に示されたように配置された、４つのワークピース支持体114）を含むことができる。各ワークピース支持体114の傾斜面114aは、長さが0.5?３mm（例えば、1.5mm程度）の範囲の接触線に沿って、持ち上げられた対象物210の上側面の端部に接する。図示の実施形態では、各ワークピース支持体114は、パック本体200に（例えば、ねじ、ピンなどによって）固定可能なワークピース支持体本体部114bを含む。一般に、ワークピース支持体114が、持ち上げられた対象物210の上側面の端部に、持ち上げられた対象物210の横方向の動きを最小化又は防止するのに十分な摩擦で接触できる材料が用いられる。したがって、非接触ハンドラ100が複数のワークピース支持体114を含む場合には、複数の収容フェンス112は無くてもよい。

複数の収容フェンス112及び複数のワークピース支持体114は、ポリフェニレンサルファイド（PPS）（例えば、TECHTRONの商標で販売されている。）、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）（例えば、TEFLONの商標で販売されている。）、若しくはこれらに類する物又はこれらの組み合わせにより形成することができる。一般に、収容フェンス112又はワークピース支持体114が作られる材料は、静電荷、化学抵抗などを消散させる適合性に基づいて選択することができる。

図２に示す実施形態では、本体通路202を通ってエフェクタ通路内に運ばれる加圧流体の力がエンドエフェクタ板204から放出される前に第２の部分206bへ分散又は拡散されるように、エフェクタ通路の第１の部分206aはエンドエフェクタ板204の厚さを部分的にのみ延びるように示されている。代替実施形態では、しかしながら、エフェクタ通路の第１の部分206aは、（例えば、エフェクタ表面208と交差するように）エンドエフェクタ板204の厚さを完全に貫通して延びていてもよい。この代替実施形態では、本体通路202を通ってエフェクタ通路に運ばれる加圧流体の一部は、エンドエフェクタ板204を介して第１の部分206aから直接送られ（すなわち、第２の部分206bを避ける。）、本体通路202を通ってエフェクタ通路に運ばれる加圧流体の一部は、エンドエフェクタ板204から放出される前に第２の部分206bへ分散又は拡散される。以下で説明するように、持上げ対象の対象物210が穿孔されている場合、エンドエフェクタ板204を通して第１の部分206aから直接（すなわち、第２の部分206bを避けながら）加圧流体の一部を送ることは有益となり得る。

多くの場合、非接触ハンドラ100によって取り扱われる複数の対象物は、共通のカセット又はマガジン内で、互いに積み重ねられている。時々、エンドエフェクタ板204から放出される流体の流れによって生じる前述の圧力差によって生じる持上げ力は、複数の対象物210が互いに積み重ねられている（又は非常に近接している）場合、複数の有孔対象物210を持ち上げるのに十分である。エフェクタ通路の第１の部分206aが上述したようにエンドエフェクタ板204を完全に貫通する場合、エンドエフェクタ板204を介して（例えば、エフェクタ表面208の中心から）第１の部分206aから直接送られる（すなわち、第２の部分206bを避ける。）加圧流体は、持ち上げられる上側の対象物210の穿孔を通して有益に伝達され、その下の対象物210も同様に持ち上げられることを防止できる。下側本体部104が複数のワークピース支持体114を含まない場合、最も上の有孔対象物210のみを持ち上げる能力が向上することが見い出された。一般的には、しかしながら、発明者らは、複数の有孔対象物210をピックアップするのを避けるためには、対象物210がエンドエフェクタ板204によって生成される揚力の影響下にある間は、対象物210の周りの空気の流れを乱すべきであることを見い出した。有孔対象物の周りの空気流の乱れにより、最も上の有孔対象物210は、下側の対象物210を非接触ハンドラ100から脱落させる傾向があるからである。

また、対象物210が穿孔されている場合、非接触ハンドラ100が有孔対象物210を持ち上げて、この持ち上げられた対象物210が固体表面の上にあると、対象物210が望ましくない振動をすることが見い出された。この場合、放出された流体は、有孔対象物210を通過して、固体表面に当たって、有孔対象物210を介して送り返されて、下側本体部102内のコンポーネントで反射して有孔対象物210に戻って、振動を生じさせる。この振動を防止又は抑制するため、複数のワークピース支持体114を省略してもよい。

上記は、本発明の実施形態を説明したものであって、これに限定するものとして解釈されるものではない。いくつかの特定の実施形態及び例が図面を参照して述べられたが、当業者は、本発明の新規な教示や利点から大きく逸脱することなく、開示された実施形態及び例と他の実施形態に対して多くの改良が可能であることを容易に認識するであろう。

例えば、各収容フェンス112は、対象物210の周囲に沿って、単一の方向に延びる構造として説明してきた。別の実施形態では、収容フェンス112の１つ又は２つ以上が対象物210の周囲に沿って複数の方向に（例えば、図５又は図６に例示的に示されているように）延びていてもよい。別の実施形態では、非接触ハンドラ100は、（例えば、図７に例示的に示されるように構成された）単一の収容フェンス112を含むものであってもよい。

別の例では、各ワークピース支持体114は、対象物210にそのコーナー領域付近で接するように配置された直線状の構造体として説明をしてきた。別の実施形態では、ワークピース支持体114は、（例えば、図８に例示的に示されるように）その側部領域の近くで対象物210に接するように配置された直線状の構造体として提供されてもよい。他の実施形態では、１つ又は２つ以上のワークピース支持体114は、（例えば、図９又は図10に例示されたように）対象物210にその複数の別個の領域で接触するように配置された構造体として提供されてもよい。

さらに別の例では、ガイド面112aは傾斜しているように示されているが、ガイド面112aは別様に構成されていてもよい（例えば、フィレット加工）ことが理解されるであろう。

したがって、そのような改良はすべて、特許請求の範囲において規定される発明の範囲に含まれることを意図している。例えば、当業者は、そのような組み合わせが互いに排他的になる場合を除いて、いずれかの文や段落、例又は実施形態の主題を他の文や段落、例又は実施形態の一部又は全部の主題と組み合わせることができることを理解するであろう。したがって、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲とこれに含まれるべき請求項の均等物とによって決定されるべきである。

Claims

上側本体部と、
前記上側本体部に対して移動可能に連結された下側本体部と、
を備え、
前記下側本体部は、
対象物を持ち上げるように構成された非接触パックと、
持ち上げられる前記対象物の周囲に配置され、前記パックから下方に延びる複数の収容フェンスとを含む、非接触ハンドラ。
前記非接触パックはベルヌーイ型の非接触パックである、請求項１に記載の非接触ハンドラ。
前記非接触パックはサイクロン型の非接触パックである、請求項１に記載の非接触ハンドラ。
前記複数の収容フェンスの少なくとも１つは、前記対象物が持ち上げられるときに、持ち上げられる前記対象物の端部と係合するように構成されたガイド面を含む、請求項１に記載の非接触ハンドラ。
前記非接触パックに連結されたワークピース支持体をさらに備え、前記ワークピース支持体は、前記対象物が前記非接触パックによって持ち上げられるときに、持ち上げられる前記対象物の端部に接するように構成された、請求項１に記載の非接触ハンドラ。
前記非接触パックは、
本体通路を有し、加圧流体源の出口端を受けるように構成されたパック本体と、
前記パック本体に取り付けられたエンドエフェクタ板であって、前記パック本体から離れる方向を向いたエフェクタ表面を含むエンドエフェクタ板と、
を含む、請求項１に記載の非接触ハンドラ。
前記エンドエフェクタ板は、前記エンドエフェクタ板内を延びるエフェクタ通路を含み、
前記エフェクタ通路は、前記本体通路と流体連通する第１の部分と、前記第１の部分と流体連通し、前記エフェクタ表面と交差する第２の部分とを含む、請求項６に記載の非接触ハンドラ。
前記エフェクタ通路の前記第１の部分は前記エンドエフェクタ板を通って前記エフェクタ表面と交差する、請求項７に記載の非接触ハンドラ。
前記エフェクタ通路の前記第１の部分は前記エフェクタ表面の中心と交差する、請求項８に記載の非接触ハンドラ。