JP4722587B2

JP4722587B2 - 多孔質ユニット

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Publication number: JP4722587B2
Application number: JP2005191017A
Authority: JP
Inventors: 雅伊藤; 昭市北川
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2025-06-30
Also published as: JP2007007971A

Description

本発明は、非接触式の搬送装置などに使用される多孔質ユニットに関する。

例えば、液晶パネルや半導体デバイス等の製造工程では、これら液晶パネルや半導体デバイス等のワークを搬送するために搬送装置が用いられる。かかる場合、多孔質体を有してなる多孔質ユニットを用い、該多孔質ユニットから気体を噴出させてワークを浮上搬送させる技術や、多孔質ユニットにより気体を吸引してワークを吸着搬送する技術などが実用化されている。

多孔質ユニットは、気体を通過させるための気体通路を有するベース体と、気体通路を塞ぐように設けられた多孔質板とから構成されており、既存の技術では、例えば、ベース体と多孔質板とが接着剤により接合されている。しかしながら、接着剤によりベース体と多孔質板とを接合させる場合には、以下のような問題が確認されている。すなわち、接着層にムラ（不均一部分）が生じ、それが原因で製品強度にばらつきが生じる。接着剤は元来デリケートな性質を有しているため、使用期限、使用温度、保管温度などを細かく管理する必要が生じ、使い勝手が悪い。また、１液タイプの接着剤はフィラと呼ばれる固形成分が混入されているため、多孔質材の接着に際し固化しない場合があり、２液タイプの場合には混練後の可使時間が短く、作業効率が悪いといった不都合が生じる。

また、ベース体と多孔質板とを熱溶着により接合させるようにした技術も知られている（例えば特許文献１参照）。しかしながら、熱溶着の場合には、ベース体や多孔質板が融点近くの温度雰囲気にさらされるため、これら各部材の熱変形が生じるおそれがあった。また、加熱のための設備が大がかりなものとなり、コストや作業性の観点において問題があった。

さらに多孔質材料の接合技術として、特許文献２では、木、プレスボード、多孔性コンクリートなどの多孔質基材に対して、接合部材（だぼ）を押圧してその先端を貫入させるとともに、接合部材に機械的な振動を付加するようにしている。そしてこれにより、あらかじめ穴ぐりを設けることなく、単一の作業工程で接合部材の接合固定が可能になる等の効果を得るものとしていた。しかしながら、上記特許文献２の接合手法では接合部材が強固に接合できるものの、多孔質材の通気性などを考慮したものでないため、当該技術をそのまま多孔質ユニットに適用した場合には以下の問題が生じる。すなわち、上記技術では、多孔質基材内部に接合部材（だぼ）が貫入され、その貫入部分の周りにおいて広範囲で多孔質基材が溶融される。そのため、多孔質ユニットに適用した場合には、多孔質体の溶融により気孔（微細孔）が広範囲で塞がれてしまうおそれが生じる。故に、多孔質ユニットの気孔率が変化してしまい、気体の噴出や吸引が望みとおりに実現できなくという問題が生じる。
特開２００４−２９８９７０号公報特表２００３−５０２６０２号公報

本発明は、多孔質体の接合を好適に行わせ、しかも所望とする品質を確保することができる多孔質ユニットを提供することを目的とする。

以下、上記課題を解決するのに有効な手段等につき、必要に応じて効果等を示しつつ説明する。なお以下では、理解を容易にするため、発明の実施の形態において対応する構成例を括弧書き等で適宜示すが、この括弧書き等で示した具体的構成に限定されるものではない。

手段１．熱可塑性樹脂により緻密質に成形され、気体を通過させるための気体通路（連通孔部１４，３４）を有するベース体（ベース体１１，３１）と、該ベース体と同じ熱可塑性樹脂により成形され、前記ベース体の気体通路を塞ぐように設けられた多孔質体（多孔質板１２，３２）とを備え、前記多孔質体の微細孔を通じて気体を流通させる多孔質ユニットであって、
前記ベース体において前記気体通路を囲む端面（平坦面１５，３５）に前記多孔質体が当接され、その当接部が超音波溶着により接合されていることを特徴とする多孔質ユニット。

手段１の多孔質ユニットによれば、ベース体は緻密質（無孔質）、多孔質体は多孔質であり、ベース体の気体通路を介して気体が流れることにより、多孔質体の微細孔を通じて気体が流通される。例えば、ベース体の気体通路を介して気体が供給されることにより、該気体が多孔質体の表面から噴出される。これにより、多孔質体に対向して配されるワークの浮上等が行われる。また、ベース体の気体通路を介して吸引が行われることにより、多孔質体の表面で吸引力が生じ、多孔質体の表面にワーク等が吸着される。

特に本手段では、ベース体と多孔質体とが同じ熱可塑性樹脂により構成されており、その両者が超音波溶着により接合されている。この場合、超音波溶着によれば、環境条件等に左右されることなく多孔質体の接合を行うことができ、接着や熱溶着による従来の接合手法に比して作業性の改善や品質ばらつきの解消が可能となる。また、超音波溶着による接合範囲を、ベース体において気体通路を囲む領域としたため、多孔質体で実際に気体が流通される部位において、超音波溶着により多くの微細孔が塞がれてしまうといった不都合を抑制することができる。以上により、多孔質体の接合を好適に行わせ、しかも所望とする品質を確保することができる。

手段２．前記ベース体において前記気体通路を囲む端面を、前記多孔質体の外周形状に合わせて凹状に形成し、該凹状部分（円形凹部１３，３３）に前記多孔質体を接合したことを特徴とする手段１に記載の多孔質ユニット。

手段２によれば、ベース体において気体通路を囲む端面が凹状に形成され、その凹状部分に多孔質体が接合されている。この場合、超音波溶着時における多孔質体の位置ズレ等が生じることはなく、多孔質ユニットの品質が向上する。

手段３．前記ベース体において前記気体通路を囲む端面に突起部（ジョイントリブ１７）を設け、その突起部を前記多孔質体に食い込ませるようにして該多孔質体と前記ベース体とを接合したことを特徴とする手段１又は２に記載の多孔質ユニット。

手段３によれば、多孔質体とベース体との接合部においてベース体に設けた突起部が多孔質体に食い込む構成となっている。したがって、突起部のアンカー効果により、ベース体に対して多孔質体を安定状態で保持することができる。このとき、緻密質よりなるベース体側に突起部を設けたため、無理なく、すなわち過剰な負荷をかけることなく突起部を多孔質体に食い込ませることができる。また、多孔質体に作用する応力負担を比較的小さなものとすることができる。その他、溶融されてバリとして流出する樹脂量を少なくすることができる。なお、突起部は、前記気体通路を囲む端面において当該気体通路を囲むように連続的に設けられると良い。本手段の接合構造は、一般にエネルギダイレクタ（ＥＤ）と称される構造となっている。

手段４．前記ベース体において前記気体通路を囲む端面を、前記多孔質体の外周形状に合わせて凹状に形成するとともに、その凹状部分（円形凹部３３）の隅部にテーパ部（テーパ部３６）を形成し、該テーパ部に相当する部位の前記多孔質体を溶融させて該多孔質体と前記ベース体とを接合したことを特徴とする手段１に記載の多孔質ユニット。

手段４によれば、多孔質体とベース体とが十分な強度で接合できるのはもちろんのこと、他に接合部分おけるシール性（気密性）を高めることができる。本手段の接合構造は、一般にシェアジョイント（ＳＪ）と称される構造となっている。

手段５．前記ベース体において前記気体通路を囲む端面に、溶融した樹脂材料を回収するための回収凹部（環状溝３７）を設けたことを特徴とする手段１乃至４のいずれかに記載の多孔質ユニット。

手段５によれば、溶融した樹脂材料は回収凹部に回収されるため、接合部分以外の領域に樹脂材料が溶け出し、バリが生じるといった不都合を抑制することができる。この場合、バリ取りの作業を簡略化できる。

手段６．熱可塑性樹脂により緻密質に成形され、気体を通過させるための気体通路（連通孔部１４，３４）を有するベース体（ベース体１１，３１）と、該ベース体と同じ熱可塑性樹脂により成形された多孔質体（多孔質板１２，３２）とからなる多孔質ユニットの製造方法において、
前記ベース体の気体通路を塞ぐようにして、該気体通路を囲む端面（平坦面１５，３５）に前記多孔質体を対向配置するとともに、前記ベース体との間に前記多孔質体を挟んだ状態で超音波振動用のホーン（ホーンＨ）を前記多孔質体に当接させ、その後、前記ホーンを超音波振動させることにより前記ベース体と前記多孔質体との当接部分を溶融させてそれら両者を接合させることを特徴とする多孔質ユニットの製造方法。

手段６によれば、ベース体と多孔質体とを超音波溶着により接合することで、環境条件等に左右されることなく多孔質体の接合を行うことができ、接着や熱溶着による従来の接合手法に比して作業性の改善や品質ばらつきの解消が可能となる。また、超音波溶着による接合範囲を、ベース体において気体通路を囲む領域としたため、多孔質体で実際に気体が流通される部位において、超音波溶着により多くの微細孔が塞がれてしまうといった不都合を抑制することができる。以上により、多孔質体の接合を好適に行わせ、しかも所望とする品質を確保することができる。

手段７．前記多孔質体に当接する当接面（振動面Ｈａ）が、前記ベース体の気体通路を囲む端面の接合部分形状に合わせて環状に形成された前記ホーンを用い、該ホーンの超音波振動により前記ベース体と前記多孔質体とを接合させることを特徴とする手段６に記載の多孔質ユニットの製造方法。

手段７によれば、ホーンの振動に伴う超音波溶着時において高効率でエネルギを集中させ、多孔質体における超音波発散の抑制を図ることができる。これにより、多孔質体において所望とする部位を局所的に溶融させることができる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。図１は、本実施の形態における多孔質ユニット１０の外観構成を示す斜視図であり、図２は多孔質ユニット１０の断面構造を示す図面である。この多孔質ユニット１０は、例えば、液晶パネルや半導体デバイス等のワークを搬送するための搬送装置に用いられるものであり、多孔質面を通じて圧縮空気等の加圧気体を噴出又は吸引することでワークが非接触支持又は吸着保持される。この種の搬送装置については従来から多数の技術が開示されているため、その図示及び詳細な説明を省略するが、略述すれば、例えば浮上搬送装置（非接触式搬送装置）の場合、上面が平面状をなす浮上テーブルに多数の多孔質ユニットが配設され、各多孔質ユニットには浮上テーブル内部に設けられた気体供給通路を通じて気体（加圧エア等）が供給される。そして、多孔質ユニットの表面から気体が噴出されることにより、浮上テーブル上に載置されたワークが浮上し、その浮上状態でワークの搬送が行われる。

図１及び図２に示すように、多孔質ユニット１０は、大別してベース体１１と多孔質板１２とを備えている。ベース体１１は外周が二段に形成された中空柱状をなしており、その上面（ワーク対向面側）には、平面視において円形状をなす円形凹部１３が形成されている。また、ベース体１１には、円形凹部１３の内径よりも小径であって、ベース体１１の上下方向に貫通する連通孔部１４が形成されている。円形凹部１３の底部は、連通孔部１４の開口を囲む環状の平坦面１５となっており、その平坦面１５に当接した状態で多孔質板１２が固着されている。

多孔質板１２は円盤状をなしており、その外径寸法は円形凹部１３の内径寸法と同寸法となっている。多孔質板１２の厚さ寸法は円形凹部１３の深さ寸法よりも大きくなっており、多孔質板１２が円形凹部１３に収容された状態では多孔質板１２の一部がベース体１１の上面より突出している。ベース体１１と多孔質板１２とは超音波溶着により接合されており、図中の符号１７は超音波溶着のためのジョイントリブである。ただしその詳細は後述する。

ベース体１１は、熱可塑性樹脂材料（熱可塑性エンジニアリングプラスチック）によりなり、より具体的には、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）により成形されている。また、多孔質板１２はベース体１１と同じ熱可塑性樹脂材料よりなる。これらベース体１１と多孔質板１２とは同材料であるが、多孔質板１２は文字通り多孔質であるのに対し、ベース体１１は緻密質（無孔質）となっている。もちろん、ＰＰＳ以外の熱可塑性樹脂材料を用いることも可能である。なお、ベース体１１の材料として、形状安定性や機械強度を増大させることを目的としてＧＦ（ガラス繊維）入り材料を用いることも可能である。

ベース体１１と多孔質板１２との超音波溶着の工程を図３に基づいて説明する。図３は、超音波溶着の過程を説明するための工程図である。本実施の形態の超音波溶着は、一般にＥＤ（エネルギダイレクタ）と称される手法を用いており、ベース体１１においてジョイントリブ１７にエネルギを集中的に付加することにより溶着の不均一性を解消するようにしている。

図３の（ａ）に示すように、超音波溶着機のテーブル治具Ｊにベース体１１をセットするとともに、多孔質板１２を用意する。ここで、ベース体１１において円形凹部１３の底部である平坦面１５には、断面三角形状をなす環状のジョイントリブ１７があらかじめ形成されている。ホーンＨには、ベース体１１及び多孔質板１２の接合部分（ジョイントリブ１７部分）に局所的に振動エネルギを集中させるべくその下面に環状の振動面Ｈａが設けられている。

そして、図３の（ｂ）に示すように、ベース体１１の連通孔部１４を塞ぐようにして円形凹部１３に多孔質板１２を組み付けるとともに、多孔質板１２の上面にホーンＨの振動面Ｈａを当接させる。このとき、多孔質板１２の下面にジョイントリブ１７の先端部が接触する。

その後、図３の（ｃ）に示すように、ホーンＨに所定の荷重を付加した状態で当該ホーンＨを超音波振動させる。このとき、超音波振動がジョイントリブ１７に集中的に伝わり、多孔質板１２とジョイントリブ１７との接触部分において部分摩擦が生じる。これにより、多孔質板１２においてジョイントリブ１７との接触部分が溶融される。そして、多孔質板１２側にジョイントリブ１７が食い込みつつ、その両者が接合される。このとき、多孔質板１２において溶融が生じる範囲は、ベース体１１と多孔質板１２とが当接する部分に限られる。

上記構成の多孔質ユニット１０によれば、ベース体１１の連通孔部１４を介して気体（加圧エア等）が流れることにより、多孔質板１２の微細孔を通じて気体が流通される。例えば、連通孔部１４を介して気体が供給されることにより、該気体が多孔質板１２の表面から噴出される。これにより、多孔質板１２に対向して配されるワークの浮上等が行われる。また、連通孔部１４を介して吸引が行われることにより、多孔質板１２の表面で吸引力が生じ、多孔質板１２の表面にワーク等が吸着される。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

ベース体１１と多孔質板１２とを超音波溶着により接合する構成としたため、環境条件等に左右されることなく多孔質板１２の接合を行うことができ、接着や熱溶着による従来の接合手法に比して作業性の改善や品質ばらつきの解消が可能となる。また、超音波溶着による接合範囲を、ベース体１１において連通孔部１４を囲む領域としたため、多孔質板１２で実際に気体が流通される部位において、超音波溶着により多くの微細孔が塞がれてしまい、それにより多孔質ユニット１０の性能が悪化するといった不都合を抑制することができる。以上により、多孔質板１２の接合を好適に行わせ、しかも所望とする多孔質ユニットの品質を確保することができる。

ベース体１１において連通孔部１４を囲む部位（平坦面１５）にジョイントリブ１７を設け、そのジョイントリブ１７を多孔質板１２に食い込ませる構成としたため、ジョイントリブ１７のアンカー効果により、ベース体１１に対して多孔質板１２を安定状態で保持することができる。このとき、緻密質よりなるベース体１１側にジョイントリブ１７を設けたため、無理なく、すなわち過剰な負荷をかけることなくジョイントリブ１７を多孔質板１２に食い込ませることができる。また、多孔質板１２に作用する応力負担を比較的小さなものとすることができる。その他、溶融されてバリとして流出する樹脂量を少なくすることができる。

また、多孔質ユニット１０の製造に関して、接着や熱溶着による接合工程に比して短時間にベース体１１と多孔質板１２との接合を行うことができる。また、作業性が改善されることから、その作業コストの低減が可能となる。

（第２の実施の形態）
上記第１の実施の形態ではいわゆるＥＤ手法を用いたが、本実施の形態ではシェアジョイント（ＳＪ）と称される接合手法を採用する。

図４は、本実施の形態における多孔質ユニット３０の断面構造を示す図であり、以下前記図１の多孔質ユニット１０との相違点を中心に説明する。図４において、多孔質ユニット３０は、ベース体３１と多孔質板３２とを備えている。ベース体３１の上面（ワーク対向面側）には平面視において円形状をなす円形凹部３３が形成され、その奥側には円形凹部３３の外径よりも小径であって、ベース体３１の上下方向に貫通する連通孔部３４が形成されている。円形凹部３３の底部は、連通孔部３４の開口を囲む環状の平坦面３５となっており、その平坦面３５に当接した状態で多孔質板３２が固着されている。また、平坦面３５の隅部にはテーパ部３６が形成されるとともに、その内側に環状溝３７が形成されている。

多孔質板３２は円盤状をなしており、超音波溶着によりベース体３１に接合されている。ベース体３１は、熱可塑性樹脂材料（熱可塑性エンジニアリングプラスチック）によりなり、より具体的には、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）により成形されている。また、多孔質板３２はベース体３１と同じ熱可塑性樹脂材料よりなる。これらベース体３１と多孔質板３２とは同材料であるが、多孔質板３２は文字通り多孔質であるのに対し、ベース体３１は緻密質（無孔質）となっている。

次に、本実施の形態における多孔質ユニット３０の超音波溶着の工程を図５に基づいて説明する。

図５の（ａ）に示すように、超音波溶着機のテーブル治具Ｊにベース体３１をセットするとともに、多孔質板３２を用意する。ホーンＨには、ベース体３１及び多孔質板３２の接合部分（ベース体３１の円形凹部３３に設けたテーパ部分）に振動エネルギを集中させるべくその下面に環状の振動面Ｈａが設けられている。

そして、図５の（ｂ）に示すように、ベース体３１の円形凹部３３に多孔質板３２を組み付けるとともに、多孔質板３２の上面にホーンＨの振動面Ｈａを当接させる。このとき、多孔質板３２の下面側の隅角部がテーパ部３６に接触する。

その後、図５の（ｃ）に示すように、ホーンＨに所定の荷重を付加した状態で当該ホーンＨを超音波振動させる。このとき、超音波振動が多孔質板３２の下面側の隅角部とテーパ部３６との接触部分に集中的に伝わり、その接触部分において部分摩擦が生じる。これにより、多孔質板３２においてテーパ部３６との接触部分が溶融され、両部材が接合される。溶融した樹脂材料は環状溝３７に回収される。

以上第２の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様に、ベース体３１と多孔質板３２とを超音波溶着により接合する構成としたため、多孔質板３２の接合を好適に行わせ、しかも所望とする多孔質ユニットの品質を確保することができる。また本実施の形態では特に、いわゆるシェアジョイント（ＳＪ）と称される接合手法を採用したため、ベース体３１と多孔質板３２とが十分な強度で接合されるのはもちろんのこと、その他に接合部分おけるシール性（気密性）を高めることができる。したがって、例えば本多孔質ユニット３０を吸着プレートとして用いる場合において、確実に吸着力を生じさせることができる。

また、ベース体３１に環状溝３７を設けておき、超音波溶着により溶融した樹脂材料を環状溝３７に回収する構成としたため、接合部分以外の領域に樹脂材料が溶け出し、バリが生じるといった不都合を抑制することができる。この場合、バリ取りの作業を簡略化できるという効果も得られる。

なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。

上記第１の実施の形態では、ベース体１１の平坦面１５に環状のジョイントリブ１７を形成したが、そのジョイントリブ１７を内外二重に形成する構成としても良い。

同じく第１の実施の形態において、ジョイントリブ１７の内側又は外側の少なくともいずれかの部位に、溶融した樹脂材料を回収するための環状溝を形成することも可能である。

ベース体の形状等や、該ベース体に形成される気体通路（連通孔部）の形状等や、多孔質体の形状等は上記に例示したものに限定されない。例えば、ベース体を角柱状にしたり、気体通路を湾曲させたりしても良い。ベース体の上面に凹状部位（円形凹部等）を形成せず、ベース体の上面にそのまま多孔質体を固着するようにしても良い。また、同一のベース体に複数の気体通路を設け、気体通路ごとに別々の多孔質体を固着する構成としても良い。いずれにしても、ベース体において気体通路を囲む端面に多孔質体を当接させ、その当接部を超音波溶着により接合した構成であれば、上記のとおり優れた効果を得ることができる。

本発明の多孔質ユニットを、液晶パネルや半導体デバイス等のワークを搬送するための搬送装置に用いる以外に、他の装置等に用いることも可能である。例えば、エアフィルタやサイレンサ（消音装置）に本発明の多孔質ユニットを採用しても良い。

第１の実施の形態における多孔質ユニットの斜視図である。第１の実施の形態における多孔質ユニットの縦断面図である。第１の実施の形態における多孔質ユニットの超音波溶着の工程を示す工程説明図である。第２の実施の形態における多孔質ユニットの縦断面図である。第２の実施の形態における多孔質ユニットの超音波溶着の工程を示す工程説明図である。

符号の説明

１０…多孔質ユニット、１１…ベース体、１２…多孔質板、１３…円形凹部、１４…連通孔部、１５…平坦面、１７…ジョイントリブ、３０…多孔質ユニット、３１…ベース体、３２…多孔質板、３３…円形凹部、３４…連通孔部、３５…平坦面、３６…テーパ部、３７…環状溝、Ｈ…ホーン、Ｈａ…振動面。

Claims

熱可塑性樹脂により緻密質に成形され、気体を通過させるための気体通路を有するベース体と、該ベース体と同じ熱可塑性樹脂により成形され、前記気体通路を塞ぐように設けられた板状の多孔質体とを備え、前記気体通路に気体を流すことにより当該気体を前記多孔質体の微細孔を通じて流通させ、前記多孔質体における前記気体通路とは反対側の表面に、該表面に対向して配されるワークに対する浮上力又は吸引力を生じさせる多孔質ユニットであって、
前記ベース体において前記気体通路が開口する端面にその気体通路の開口部を囲むようにして環状の突起部が設けられており、
前記突起部を食い込ませた状態で前記多孔質体が前記端面に当接させて設けられ、その当接部が超音波溶着により接合されていることを特徴とする多孔質ユニット。
前記ベース体において前記端面を、前記多孔質体の外周形状に合わせて凹状に形成し、該凹状部分に前記多孔質体を接合したことを特徴とする請求項１に記載の多孔質ユニット。
前記ベース体において前記端面に、溶融した樹脂材料を回収するための回収凹部を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の多孔質ユニット。