JP3213127U

JP3213127U - 真空吸着パッド

Info

Publication number: JP3213127U
Application number: JP2017003672U
Authority: JP
Inventors: 慎司高根
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2017-08-09
Filing date: 2017-08-09
Publication date: 2017-10-19
Anticipated expiration: 2024-01-22

Abstract

【課題】ワークを確実に均一吸着することが可能な真空吸着パッドを提供する。【解決手段】排気される内空間を有し一面が開放面になった真空箱３と、開放面をカバーする吸着板とを有する真空吸着パット２。吸着板は、一体板状の焼結組織を有する多孔質焼結板１であって、中央に、板厚方向に気体透過性を有する焼結組織領域である吸着作用部１ａ、外周に気体非透過性の焼結組織領域である非吸着作用部１ｂを配し、真空箱３と吸着板とは、非吸着作用部１ｂで接続固定されている。【選択図】図２

Description

本考案は、多孔質焼結板を吸着板に用いた真空吸着パッドに関する。

ワークの固定用あるいは搬送用として、多孔質材料を吸着板に用いた真空吸着パッドが提案されている。このような真空吸着パッドでは、吸着面に、多孔質材料と多孔質材料を支持する支持部との段差が生じて、ワークが均一に吸着出来なくなり、ワークが破損したり、ワークの吸着が不十分になることがある。

このような問題に対しては、以下のような提案がなされている。
例えば、特許文献１には、開気孔を備えた多孔質材料（特許文献１では多孔質体と記載）からなる載置部と、緻密質体からなる支持部とを具備し、該載置部と該支持部とが実質的に隙間なく直接に接合されており、かつ、該支持部の上面内周部位に載置部側へ張り出した庇状薄肉部を形成した真空吸着パッド（特許文献１では真空吸着装置と記載）が開示されている。そして、かかる真空吸着パッドにすることにより、載置部と支持部の上面である吸着面に段差が生じることを抑制することが出来、ワークを均一に吸着出来るとしている。

また、特許文献２には、緻密質セラミックスからなる支持部と、支持部と実質的に隙間なく一体的に接合されたセラミックス／ガラス複合多孔質材料（特許文献２では多孔質体と記載）からなる載置部と、該載置部の外周縁部表面に設けられた気孔率３〜１０％の溶射セラミックスからなる環状被覆部から構成され、環状被覆部の溶射セラミックスがアンカー効果を発揮するように載置部の気孔に進入している真空吸着パッド（特許文献２では真空吸着装置と記載）が開示されている。そして、かかる真空吸着パッドにすることにより、環状被覆部の剛性および加工性が載置部の特性と近似され、吸着面に段差が生じるのを抑制することが出来、ワークを均一に吸着出来るとしている。

特開２００５−２１２０００号公報特開２００８−２１１０９８号公報

特許文献１及び特許文献２の真空吸着パッドによれば、吸着面に段差が生じるのを抑制出来るものの、吸着面を異なる部材で形成するので、吸着面に明確な境界が生じ、厳密に段差の無い吸着面とするのは困難である。すなわち、ワークを確実に均一吸着するのは困難である。また、吸着板を複数の部材で作製するので、真空吸着パッドの製造プロセスが複雑になる。

そこで本考案では、ワークを確実に均一吸着可能にする、真空吸着パッドを提供する。

本考案の真空吸着パッドは、排気される内空間を有し一面が開放面になった真空箱と、前記開放面をカバーする吸着板とを有する真空吸着パットであって、前記吸着板は、一体板状の焼結組織を有する多孔質焼結板であって、中央に、板厚方向に気体透過性を有する焼結組織領域である吸着作用部、外周に、気体非透過性の焼結組織領域である非吸着作用部を配し、前記真空箱と前記吸着板とは、非吸着作用部で接続固定されている。

また、本考案の真空吸着パッドでは、前記吸着板の気孔率が、前記吸着作用部と前記非吸着作用部との間において連続的に変化していることが好ましい。

本考案の真空吸着パッドは、吸着板である多孔質焼結板に、別体の支持部を設ける必要がないため、一体板状の吸着板により、ワークを確実に均一吸着可能にする吸着面を形成することが出来る。また、吸着板を３次元プリンタの積層焼結により製造できるため、製造性にも優れた真空吸着パッドにすることが出来る。

本実施形態に用いられる多孔質焼結板の模式図である。本実施形態である真空吸着パッドの断面模式図である。本実施形態に用いられる多孔質焼結板の製造方法を説明する為の模式図である。

本考案の真空吸着パッドでは、吸着板を、一体板状の焼結組織を有する多孔質焼結板とすることが第一の特徴である。これにより、段差と継ぎ目の無い吸着面にすることが可能になり、ワークを均一に吸着することが出来る。

また、本考案の真空吸着パッドでは、上記多孔質焼結板の吸着板が、中央に、板厚方向に気体透過性を有する焼結組織領域である吸着作用部を配し、外周に、気体非透過性の焼結組織領域である非吸着作用部を配することが第二の特徴である。
これにより、吸着面の外周部に特許文献のような別体の支持部を設ける必要が無く、真空吸着パッドの製造プロセスをシンプルにすることが出来る。

また、本考案の真空吸着パッドでは、前記吸着作用部と前記非吸着作用部との間において、気孔率が連続的に変化していることが好ましい。このようにすることで、前記吸着作用部と前記非吸着作用部との境界に応力が集中して多孔質焼結板が破損するのを防止することができる。
なお、ここで言う気孔率とは、多孔質焼結板を板厚方向に貫通する気孔の存在程度（割合）を示すものであり、気孔率は気体透過度との大小関係が一致するものである。

上記多孔質焼結板は、たとえば、高エネルギービームの照射と走査により、粉体を板厚方向に積層焼結して形成することが可能であり、焼結層内の焼結度合いを変化させることにより、吸着面内に、気体透過性の異なる焼結組織領域を有する多孔質焼結板を形成することが出来る。
高エネルギービームの照射と走査により、粉体を板厚方向に積層焼結すると、面方向厚さ方向ともに自在に焼結度合いを変化させることが可能であり、吸着面内に、気体透過性の異なる焼結組織領域を形成することが出来る。

なお、上記焼結度合いは、高エネルギービームの走査速度や照射エネルギーを変えることで調整可能であり、気体透過率を高めたい領域は、高エネルギービームの走査速度を高速にするか、或いは、照射エネルギーを低くすることで形成することが出来る。
また、上記高エネルギービームは、粉体の焼結を進行させるエネルギービームのことであり、具体的には、レーザや電子ビームを用いることが出来る。

以下、本考案の真空吸着パッドの実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、本考案は、以下の実施形態に限定されるものではない。

図１は、本実施形態である真空吸着パッドの吸着板に用いられる多孔質焼結板の模式図であり、図１（ａ）は上面模式図、図１（ｂ）は断面模式図である。
本実施形態に用いられる多孔質焼結板１は、一体板状の焼結組織を有する多孔質焼結板１であり、多孔質焼結板１の中央に吸着作用部１ａを、外周に非吸着作用部１ｂを、一体板状の焼結組織として配している。なお、吸着作用部とは、多孔質焼結板１を真空吸着パッドの吸着板に用いた際、吸着面となる多孔質焼結体１表面の空気を、真空吸着パッド内部に吸引可能な部分、すなわち、板厚方向に気体透過性を有する焼結組織領域のことを指す。

また、非吸着作用部１ｂは、気孔率と気体透過度がほぼゼロになるよう焼結された部分、すなわち、気体非透過性の焼結組織領域のことであり、多孔質焼結板１を真空吸着パッドに用いた際、多孔質焼結板１表面の空気を殆ど吸引しない部分となる。なお、上記気孔率は、吸着面の多孔質焼結板１を板厚方向に貫通する気孔の存在割合であり、上記気体透過度は、真空吸着パッドに用いた際、単位吸着面あたり透過する気体の量である。そして、気孔率が高くなると気体透過度も大きくなる関係となる。

また、多孔質焼結板１は、非吸着作用部１ｂに複数のネジ孔１ｃが形成されていて、真空吸着パッドを組み立てる際、多孔質焼結板１をネジ止め出来るようにしている。そして、これらネジ孔１ｃは、皿ネジに対応するザグリ形状に形成されていて、ネジ止めをした際、吸着面からネジ頭が突出しないようにしている。

なお、図１の模式図は、多孔質焼結板１が一体板状の焼結組織を有するものであって、吸着面内に、気体透過性の異なる焼結組織領域で形成される吸着作用部１ａと非吸着作用部１ｂとを配していることを例示的に示したものである。実際に真空吸着パッドで用いる多孔質焼結体１では、多孔質焼結板１、吸着作用部１ａ、非吸着作用部１ｂの形状を、吸着するワークの形状、撓みに合わせて適宜設定することが有効である。

図２は、本実施形態である真空吸着パッド２の断面模式図である。真空吸着パッド２は、一面が開放面になった真空箱３と、一端が真空箱３の内空間に接続され、他端が不図示の真空ポンプに接続された真空ポート４を備えていて、多孔質焼結板１が不図示のパッキンを介して真空箱３にネジ止めされている。そして、多孔質焼結板１の非吸着作用部１ｂが真空箱３に接続固定されることで、真空箱３の開放面は多孔質焼結板１によりカバーされている。

そして、真空吸着パッド２は、不図示の真空ポンプにより真空箱３の内部空間を排気することが出来、真空吸着パッド２の内外に圧力差を生じさせることで、真空吸着パッド２の外の空気を、多孔質焼結板１の吸着作用部１ａを通して真空吸着パッド２内に吸引することが出来る。
そして、板状ワークＷが、多孔質焼結板１の吸着面Ｓ上に載置され、且つ、板状ワークＷの外周が非吸着作用部１ｂ上に配されると、板状ワークＷと吸着面Ｓとの間の空気が吸着作用部１ａから吸引され、板状ワークＷを吸着面Ｓに吸着することが出来る。

以上のように、本実施形態の真空吸着パッド２は、一枚の多孔質焼結板１の非吸着作用部１ｂを真空箱３に接続固定するだけの簡単な構造である。

次に、図１の多孔質焼結板１の製造方法について説明する。
図３は、本実施形態に用いられる、多孔質焼結板１の製造方法を説明する為の模式図である。多孔質焼結板１の作製には、例えば、金属粉体に高エネルギービームを照射して積層焼結する３次元プリンタを適用することが出来る。そのため、図３では、３次元プリンタ１０を用いた製造方法について示す。

多孔質焼結板１の作製に用いる３次元プリンタ１０は、図３（ａ）のように、中央に造形チャンバ１１、造形チャンバ１１の右側に粉体供給箱１２、造形チャンバ１１の左側に粉体回収箱１３を配していて、造形チャンバ１１の上方には、高エネルギービームの出力ヘッド１４を備えている。そして、粉体供給箱１２の中には、多孔質焼結板１に積層焼結する金属粉体Ｐが収納されている。

多孔質焼結板の作製には、積層焼結する金属粉体Ｐとして、たとえばステンレス鋼のＳＵＳ３１６Ｌやチタン合金のＴｉ−６Ａｌ−４Ｖの粉体を用いることが出来る。また、金属粉体Ｐの典型的な平均粒計は２０〜５０μｍである。
また、金属粉体Ｐに照射する高エネルギービームとしては、レーザビームや電子ビームを用いることが出来る。このとき、レーザビームを用いる場合には、ガルバノミラーの駆動によりレーザビームを走査することが出来、電子ビームを用いる場合には、偏向コイルの磁界により電子ビームを走査することが出来る。

次に、図３（ｂ）において、スキージ１５を用い、粉体供給箱１２の上部開口部１２ａから造形チャンバ１１の台板１１ａ上に、金属粉体Ｐを薄く平面状に広げるようにする。その際、余った金属材料Ｐは、同じくスキージ１５を用いて粉体回収箱１３に回収する。

次に、図３（ｃ）において、台板１１ａ上の平面上の金属粉体Ｐに対し、出力ヘッド１４から高エネルギービームを照射しつつ多孔質焼結板１の形状に走査し、金属粉体Ｐの薄い多孔質焼結層Ｂ_１を形成する。
その際、高エネルギービームは、多孔質焼結板１の吸着作用部１ａ、非吸着作用部１ｂに相当する部分ごとに照射エネルギー量を変え、金属粉体Ｐを所望の焼結度に焼結する。
例えば、吸着作用部１ａに相当する部分は、照射するエネルギー量を調整して、所望の気孔率と気体透過度の焼結組織となるよう、金属粉体Ｐを不完全焼結する。そして、非吸着作用部１ｂに相当する部分は、照射するエネルギー量を、吸着作用部１ａより多くし、気孔率と気体透過度がほぼゼロになるよう、金属粉体Ｐを完全焼結する。

なお、高エネルギービームの照射エネルギー量は、出力ヘッド１４の出力を一定に、照射時間の調整により調整することが出来るが、照射時間を調整すると、高エネルギービームの走査速度が下がり、焼結層の形成時間が長くなる可能性がある。従って、効率の良く積層焼結するためには、高エネルギービームの照射エネルギー量を、出力ヘッド１４の出力調整により調整することが好ましい。

そして、焼結層Ｂ_１の形成が終了した後、台板１１ａ上の焼結に係わらなかった金属粉体Ｐを、スキージ１５を用いて粉体回収箱１３に回収し、その後、図３（ｄ）のように、造形チャンバ１１の台板１１ａを下降させる。その後、再度、図３（ｂ）と同様にして、スキージ１５を用い、粉体供給箱１２の上部開口部１２ａから造形チャンバ１１の台板１１ａ上の焼結層Ｂ_１上に、金属粉体Ｐを薄く平面状に広げる、次いで、平面状の金属粉体Ｐに対して、図３（ｃ）と同様にして、焼結層Ｂ_１上に焼結層Ｂ_２（不図示）を形成する。
以上プロセスの繰返しにより、焼結層を積層して所望の厚さの多孔質焼結板を作製し、この焼結板を通常の機械加工で端面加工して、本考案の真空吸着パッドに用いられる多孔質焼結板１を形成する。

以上、本考案の真空吸着パッドの実施形態について説明してきたが、本考案は上記実施形態に限定されるものでは無い。
例えば、本考案の真空吸着パッドに用いられる多孔質焼結体は、金属粉体以外にも、セラミックス粉体を原料に作製することも可能である。

１：多孔質焼結板
１ａ：吸着作用部
１ｂ：非吸着作用部
１ｃ：ネジ孔
２：真空吸着パッド
３：真空箱
１０：３次元プリンタ
１１：造形チャンバ
１１ａ：台板
１２：粉体供給箱
１３：粉体回収箱
１４：出力ヘッド
Ｂ_１：焼結層
Ｓ：吸着面
Ｗ：板状ワーク

Claims

排気される内空間を有し一面が開放面になった真空箱と、前記開放面をカバーする吸着板とを有する真空吸着パットであって、
前記吸着板は、一体板状の焼結組織を有する多孔質焼結板であって、中央に、板厚方向に気体透過性を有する焼結組織領域である吸着作用部、外周に、気体非透過性の焼結組織領域である非吸着作用部を配し、
前記真空箱と前記吸着板とは、非吸着作用部で接続固定されていることを特徴とする真空吸着パッド。
前記吸着板の気孔率が、前記吸着作用部と前記非吸着作用部との間において連続的に変化していることを特徴とする請求項１に記載の真空吸着パッド。