JP6811206B2

JP6811206B2 - 真空チャック及び真空チャック用オートバルブ

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Publication number: JP6811206B2
Application number: JP2018088118A
Authority: JP
Inventors: 兼史植田; 境　久嘉; 久嘉境
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2018-05-01
Filing date: 2018-05-01
Publication date: 2021-01-13
Anticipated expiration: 2038-05-01
Also published as: JP2019193958A

Description

本発明は、吸着面に載置した対象物を吸引して固定する真空チャック及び真空チャック用オートバルブに関する。

従来、吸着面に載置した対象物を真空圧となる流路に連通する開口で吸引して固定する真空チャックが知られている。真空チャックは、複数の開口を備えることで様々な大きさの対象物に対応する汎用性を提供しているが、複数の開口のうち対象物で塞がれていない開口については空気の漏れを防ぐため開口にマスキングテープを貼って塞ぐ必要があった。この場合、対象物に応じてマスキングテープを貼ったり剥がしたりするため処理が煩雑であるという問題があった。

これに対し、特許文献１に記載の真空吸着装置では、複数の吸着部を備え、複数の吸着部のうち対象物で塞がれていない吸着部は、内部の球体を吸い上げて流路を塞ぐことでマスキングテープを不要とした構造を開示している。

また、特許文献２に記載の真空チャックテーブルでは、バルブの吸着面における開口に位置するポペット頭部上面にかかる大気圧と、空気を吸引して低下したバキューム室の気圧との気圧差により、ポペットをスプリングによる付勢力に抗って押し下げ、ポペットに設けたガスケットで流路を塞ぐことでマスキングテープを不要とした構造を開示している。

特許第４８９２０３５号公報実開昭５２−１５０８２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の真空吸着装置では、流路を塞ぐ構成が複雑であるし、吸引していないときに球体が自重で落下して流路を開放する構成であるため、真空吸着装置の向きによっては球体の位置が安定せず、流路を開放すべきであるのに塞いだままの状態になってしまうことがあるという問題があった。

また、特許文献２に記載の真空チャックテーブルでは、吸着面におけるバルブ１７の開口の径を、ポペット１８の頭部上面の径よりも大きくし、バキューム室の空気を吸引したときにバキューム室の気圧が大気圧よりも小さくなるように構成している。このように、吸着面におけるバルブの開口の径が大きいと、薄い対象物を固定する場合では、対象物が開口の中央に向けて凹むように変形してしまい、固定した対象物に対する加工を正確に行うことができないという問題があった。

さらに、特許文献２に記載の真空チャックテーブルでは、対象物（加工物２５）をバルブプレート１４の上に載置した状態でバキューム室１５内の空気を吸引すると、一旦は、対象物をバルブプレート１４に吸引した吸着状態になるが、その後、対象物とバルブプレート１４との間に隙間があると、隙間の大きさにもよるが、その隙間から空気が入り込み、徐々に対象物とポペット１８の頭部との間の空間に空気が溜まりポペット１８を押し下げ、最終的にはガスケット１９と吸引孔１６の段部との隙間が閉じて吸着状態が解除されてしまうという不具合が発生する問題があった。対象物の平面度は必ずしも高くないので、対象物とバルブプレート１４との間に隙間がある場合は少なくなく、このような不具合は屡発生していた。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、固定した対象物を変形させることなく、且つ、設置姿勢にかかわらず対象物の安定した固定を行うことができる真空チャック及び真空チャック用オートバルブを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、真空チャック用オートバルブであって、対象物を吸着する吸着面を有する吸着ベースと、前記吸着ベースの内部に設けられたシリンダと、前記シリンダの円筒空間を円筒軸方向で第一の空間と第二の空間とに仕切り、前記円筒空間内を円筒軸に沿って摺動可能なピストンと、前記ピストンの外周面に設けられ、前記ピストンと前記シリンダとの間の気密を保つリングシールと、真空圧発生装置に連通する第三の空間と、前記吸着面における開口から前記第一の空間まで前記吸着ベースを貫通する第一の貫通孔と、前記ピストンに設けられ、前記第一の空間と前記第二の空間との間を貫通し、前記第一の空間と前記第二の空間との気圧差を維持可能な第二の貫通孔と、前記第二の空間と前記第三の空間との間を貫通する第三の貫通孔と、前記ピストンに設けられ、前記第一の空間と前記第二の空間との気圧差によって前記ピストンが摺動することで前記第三の貫通孔を閉じる弁体と、前記第三の貫通孔を開く方向に前記弁体を付勢する付勢部材と、前記第一の貫通孔に連通し、前記吸着面に沿って延びる開口を有する溝部と、を備え、前記第二の貫通孔は、前記第一の貫通孔の径よりも小さな径の絞り部を有し、前記絞り部は、前記ピストンの前記第一の空間側の面から前記第二の空間に向けて延び、又は前記ピストンの前記第二の空間側の面から前記第一の空間に向けて延びて配置され、前記第一の貫通孔及び前記溝部の前記吸着面における開口を対象物が塞ぐと、前記第一の空間と前記第二の空間と前記第三の空間とで閉じた空間を形成し、前記真空圧発生装置によって前記第三の空間から空気を吸引することで対象物を前記吸着面に吸着し、前記第一の貫通孔及び前記溝部の前記吸着面における開口が開放されていると、前記真空圧発生装置によって前記第三の空間から空気を吸引することによる前記第一の空間と前記第二の空間との気圧差で前記ピストンが摺動し、前記弁体が前記付勢部材による付勢力に抗って前記第三の貫通孔を閉じる、ことを特徴とする。
本発明によれば、固定した対象物を変形させることなく、且つ、設置姿勢にかかわらず対象物の安定した固定を行うことができる真空チャック用オートバルブを提供することができる。
本発明によれば、第一の貫通孔及び溝部の開口によって吸着面に載置された対象物を吸着するので、対象物を変形させることなく、且つ、第一の貫通孔だけで吸着する場合よりも強い吸着力で安定して吸着することができる。

また本発明は、真空チャック用オートバルブであって、前記第一の貫通孔及び前記溝部の前記吸着面における開口を対象物が塞ぐと、前記第一の空間と前記第二の空間と前記第三の空間とで閉じた空間を形成し、前記真空圧発生装置によって前記第三の空間から空気を吸引することで対象物を前記吸着面に吸着する、ことを特徴とする。
本発明によれば、真空圧発生装置によって空気を吸引することで、第一の貫通孔及び溝部の開口により、吸着面に載置された対象物を変形させることなく、且つ、第一の貫通孔だけで吸着する場合よりも強い吸着力で安定して吸着することができる。

また本発明は、真空チャック用オートバルブであって、前記第一の貫通孔及び前記溝部の前記吸着面における開口が開放されていると、前記真空圧発生装置によって前記第三の空間から空気を吸引することによる前記第一の空間と前記第二の空間との気圧差で前記ピストンが摺動し、前記弁体が前記付勢部材による付勢力に抗って前記第三の貫通孔を閉じることを特徴とする。
本発明によれば、第一の空間と第二の空間との気圧差により弁体が第三の貫通孔を閉じ、その後、真空圧発生装置によって空気を吸引する吸引力によって弁体が第三の貫通孔を閉じた状態が維持されるので、第三の貫通孔は開放されず、吸着面に対象物が載置されていない場合であっても真空圧発生装置による吸引時の気流の漏れを生じることがない。

また本発明は、真空チャック用オートバルブであって、前記第一の貫通孔の内径は、前記シリンダの内径よりも小さい、ことを特徴とする。
本発明によれば、第一の貫通孔の内径をシリンダ内径よりも小さくすることで、吸着時の対象物の変形を抑えることができる。

また本発明は、真空チャック用オートバルブであって、前記溝部は、前記吸着面における前記第一の貫通孔の開口を囲み連続して繋がる閉じた外側溝部と、前記外側溝部と前記第一の貫通孔とを連通する連通溝部と、を有し、前記吸着面は、前記第一の貫通孔と前記外側溝部との間に、対象物を支持する対象物支持部を有する、ことを特徴とする。
本発明によれば、対象物支持部によって吸着面に載置された対象物を変形させることのないように支持し、且つ、連通溝部及び外側溝部によって第一の貫通孔だけで吸着する場合よりも強い吸着力で安定して吸着することができる。

また本発明は、真空チャック用オートバルブであって、前記外側溝部は、前記シリンダの内径よりも大きい径の円形状である、ことを特徴とする。
本発明によれば、外側溝部をシリンダ内径よりも大きな径の円形状とすることで、吸着面に載置された対象物をより強力に吸着することができる。

また本発明は、真空チャック用オートバルブであって、前記第二の貫通孔の少なくとも一部（絞り部）の径は、前記第一の貫通孔の径よりも小さい、ことを特徴とする。
本発明によれば、絞り部によって第一の空間と第二の空間との気圧差を維持可能とし、この気圧差によって弁体で第三の貫通孔を閉じ、吸着面に対象物が載置されていない場合であっても真空圧発生装置による吸引時の気流の漏れを生じることがない。

また本発明は、真空チャック用オートバルブであって、前記第二の貫通孔は、前記ピストンの外周と前記シリンダの内周との間の隙間である、ことを特徴とする。
本発明によれば、第二の貫通孔の形成を容易に行うことができる。

また本発明は、真空チャック用オートバルブであって、前記第二の貫通孔は、前記ピストンの外周に設けた溝である、ことを特徴とする。
本発明によれば、第二の貫通孔の形成を容易に行うことができる。

また本発明は、真空チャックであって、前記吸着ベースは、前記真空チャック用オートバルブを複数備える、ことを特徴とする。
本発明によれば、対象物を変形させることなく、且つ、向きにかかわらず対象物の安定した固定を行うことができる真空チャックを提供することができる。

本発明によれば、固定した対象物を変形させることなく、且つ、向きにかかわらず対象物の安定した固定を行うことができる真空チャック及び真空チャック用オートバルブを提供することができる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例１に係る真空チャックを示す斜視図である。図１に示した真空チャック１の吸着面３に対象物７を載置した状態を示す斜視図である。図１に示したオートバルブ１０を示す図であり、（ａ）は、オートバルブ１０を吸着面３側から見た平面図であり、（ｂ）は、オートバルブ１０の側断面図である。対象物７が載置された位置の下のオートバルブ１０の動作を説明する図であり、オートバルブ１０の側断面図である。対象物７が載置された位置から外れた位置のオートバルブ１０の動作を説明する図であって、（ａ）は、オートバルブ１０の側断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のピストン１２を上から見た平面図である。本発明の実施例２に係るオートバルブの構造を示す側断面図である。本発明の実施例３に係る真空チャックを上から見た平面図である。本発明の実施例４に係るピストンの構造を示す図であって、（ａ）は、ピストンを上から見た平面図であり、（ｂ）はピストンの斜視図である。本発明の実施例５に係るピストンの構造を示す図であって、（ａ）は、ピストンを上から見た平面図であり、（ｂ）はピストンの斜視図である。本発明の実施例６に係るオートバルブを示す図であり、（ａ）は、オートバルブを吸着面側から見た平面図であり、（ｂ）は、オートバルブの側断面図である。

以下、本発明に係る真空チャック及び真空チャック用オートバルブについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の図面においては、各構成をわかり易くするために、実際の構造と各構造における縮尺及び数等を異ならせる場合がある。

（真空チャック１の構造）
図１は、本発明の実施例１に係る真空チャックを示す斜視図である。真空チャック１は、吸着面３に載置された対象物、例えば加工に際して固定する必要があるワークを、吸着して固定する。真空チャック１は、吸着面３を有する吸着ベース２と、吸着ベース２と重ね合わせて配置される圧力配分プレート４と、吸着ベース２の内部に配置される複数のオートバルブ１０と、を有して構成される。オートバルブ１０は、詳しくは後述するように、吸着面３における開口を有する第一の貫通孔８（図３（ａ）参照）を有する。

圧力配分プレート４は、バルブ６を有するとともに、その内部に、バルブ６を介して配管５の一端に接続される第三の空間としての流路２０（図３（ｂ）参照）を有する。配管５の他端は、真空圧発生装置（例えば、真空ポンプ、または、コンプレッサーからの圧縮空気を吹き込んで負圧を発生するエジェクター等）に接続される。この真空圧発生装置で空気を吸引することで、吸着面３に載置された対象物７（図２参照）を吸着し、固定する。流路２０は、真空チャック１に設けられた複数のオートバルブ１０のすべてと連通している。このため、一本の配管５で空気を吸引するだけで、すべてのオートバルブ１０を動作させることができる。

図２は、図１に示した真空チャック１の吸着面３に対象物７を載置した状態を示す斜視図である。図２に示すように、複数のオートバルブ１０は、対象物７の下の位置のものもあれば、対象物７から外れた位置のものもある。以下では、オートバルブ１０の構成及び動作について詳細に説明する。

（オートバルブ１０の構造）
図３は、図１に示したオートバルブ１０を示す図であり、（ａ）は、オートバルブ１０を吸着面３側から見た平面図であり、（ｂ）は、オートバルブ１０の側断面図である。図３（ｂ）に示すように、吸着ベース２は、圧力配分プレート４側から吸着面３側へと延びる円筒中空部２ａを有する。円筒中空部２ａは、圧力配分プレート４側が大径であり、吸着面３側が小径であり、段階的に径が変化して吸着面３と垂直な方向に延びる。また、円筒中空部２ａは、吸着面３と平行な方向での断面の形状が円形状である。

シリンダ１１は、シリンダ１１のフランジ部が円筒中空部２ａの大径位置に嵌め込まれ、ねじ締結される。第一の貫通孔８は、円筒中空部２ａの小径位置の孔であり、円筒中空部２ａの大径位置から吸着面３へと貫通する貫通孔である。シリンダ１１は、円筒形状であり、この円筒内にピストン１２を収容する。ピストン１２は、吸着面３側に配置される大径部１２ａと、圧力配分プレート４側に配置される小径部１２ｂと、を有する。第一の貫通孔８の内径は、シリンダ１１の内径よりも小さい。

ピストン１２の大径部１２ａの外周面には、リングシール２３を設けている。このリングシール２３によって、大径部１２ａの外周面とシリンダ１１の内周面との間の気密が保たれる。リングシール２３は、円環状の部材であり、その材料としては、気密性が高く、低摩擦特性のフッ素樹脂などを用いることができる。ピストン１２は、大径部１２ａの吸着面３側の端面１２ｃから、大径部１２ａの圧力配分プレート４側の端面１２ｄへと、貫通する第二の貫通孔２１を有する。第二の貫通孔２１は、その流路内に絞り部２２を有する。第二の貫通孔２１の少なくとも一部（絞り部２２）の径は、第一の貫通孔８の径よりも小さい。絞り部２２を設ける位置は、端面１２ｃと端面１２ｄとの間において端面１２ｄに近い側にしている。なお、ピストン１２を製造する際の加工のしやすさを考慮し、絞り部２２を設ける位置を、端面１２ｃに近い側にしてもよい。

ピストン１２の小径部１２ｂの圧力配分プレート４側の端面２６には、リングパッキン２５を設けている。ピストン１２が摺動し、リングパッキン２５が弁座盤１３の吸着面３側の端面に接すると、弁体としての小径部１２ｂに設けたリングパッキン２５によって、端面２６と弁座盤１３の吸着面３側の端面との間が閉じ、第二の空間１８と第三の貫通孔１９との間の気密が保たれる。リングパッキン２５は、円環状の部材であり、その材料としては、気密性が高いフッ素樹脂などを用いることができる。ピストン１２の小径部１２ｂの外周には、付勢部材としてのコイルスプリング２４を設けている。コイルスプリング２４の吸着面３側の端部は、端面１２ｄに接する。

シリンダ１１の圧力配分プレート４側の端部には、円環形状の弁座盤１３が配置される。弁座盤１３の外周には雄ネジが設けられ、シリンダ１１の内周のうち弁座盤１３が配置される位置には雌ネジが設けられている。弁座盤１３は、この雄ネジと雌ネジとによってネジ止めされてシリンダ１１に固定される。弁座盤１３は、流路２０から第二の空間１８へと貫通する第三の貫通孔１９を有する。コイルスプリング２４の圧力配分プレート４側の端部は、弁座盤１３の吸着面３側の端面に接する。

ピストン１２の大径部１２ａは、シリンダ１１の円筒内の空間を、円筒軸方向で第一の空間１７と第二の空間１８とに仕切る。また、ピストン１２は、シリンダ１１の円筒内の空間を、円筒軸に沿って摺動可能である。第一の空間１７の気圧と第二の空間１８の気圧とが等しい場合には、ピストン１２は、コイルスプリング２４の付勢力で付勢され、リングパッキン２５と弁座盤１３の吸着面３側の端面との間が開放した状態が保たれる。詳しくは後述するように、第二の空間１８の気圧が下がると、第一の空間１７と第二の空間１８との間の気圧差により、ピストン１２はシリンダ１１の円筒内の空間を圧力配分プレート４側へ摺動する。

図３（ａ）に示すように、吸着ベース２は、吸着面３に、吸着面３よりも圧力配分プレート４側に凹んだ溝部である連通溝部１５及び外側溝部１４を有する。連通溝部１５及び外側溝部１４は、吸着面３に沿って延び、吸着面３側に向けて開口している。外側溝部１４は、吸着面３における第一の貫通孔８の開口を囲み連続して繋がり閉じている。連通溝部１５は、外側溝部１４と第一の貫通孔８とを連通する。吸着ベース２は、吸着面３に、吸着面３と面一である対象物支持部１６を有する。すなわち、対象物７と対向する対象物支持部１６の面は、吸着面３と同じ高さであり、吸着面３と同一平面に揃っている（同一平面を構成する）。対象物支持部１６は、連通溝部１５と外側溝部１４との間に位置し、吸着面３に載置された対象物７を支持する。本実施例では、外側溝部１４は円形状である。

ここで、大気圧をＰａとし、真空圧をＰｖとし、第二の空間１８の気圧をＰｖ’とし、コイルスプリング２４のばね定数をｋとし、シリンダ１１の円筒の内径をＤ_１とし、絞り部２２の内径をｄとし、リングパッキン２５の内径をＤ_２とし、外側溝部１４の外径をＤ_３とし、リングパッキン２５と弁座盤１３の吸着面３側の端面との距離をδとしたとき、本実施例は、以下の数１、数２及び数３の関係を満たす。なお、第二の空間１８の気圧Ｐｖ’は、空気が内径ｄの絞り部２２を通過することで減圧された圧力である。

なお、本実施例では、外側溝部１４の外径Ｄ_３は、シリンダ１１の円筒の内径Ｄ_１よりも大きい。このようにすることで、吸着面３に載置された対象物７をより強力に吸着することができる。

（オートバルブ１０の動作）
（オートバルブ１０の上に対象物７がある場合の動作）
図４は、対象物７が載置された位置の下のオートバルブ１０の動作を説明する図であり、オートバルブ１０の側断面図である。図４に示す状態で、バルブ６を開き、真空圧発生装置により配管５を介して空気の吸引を行うと、第一の貫通孔８、外側溝部１４及び連通溝部１５の吸着面３における開口は対象物７で塞がれているため、第一の空間１７の気圧は、大気圧を維持できずに、第二の空間１８の気圧の低下とともに低下する。このように、図４の場合には、第一の空間１７の気圧と第二の空間１８の気圧とが等しいため、ピストン１２は、コイルスプリング２４の付勢力で付勢され、リングパッキン２５と弁座盤１３の吸着面３側の端面との間が開放した状態が保たれる。このため、配管５による空気の吸引により、吸着面３に対象物７が吸引されて固定される。

また、図４の状態では、対象物７は対象物支持部１６に接触し、対象物支持部１６に支持されている。このため、対象物７が薄いものであっても、吸引により撓んで変形してしまうことを防ぐことができる。また、本実施例によれば、第一の貫通孔８、外側溝部１４及び連通溝部１５によって対象物７を吸着するので、第一の貫通孔８だけで吸着する場合と比べて、より強い吸着力で安定して吸着することができる。

すなわち、第一の貫通孔８、外側溝部１４及び連通溝部１５の吸着面３における開口を対象物７が塞ぐと、第一の空間１７と第二の空間１８と流路２０（第三の空間）とで閉じた空間を形成し、配管５を介して流路２０から空気を吸引することで対象物７を吸着面３に吸着する。

ところで、対象物７を吸着面３に載置したとき、対象物７と吸着面３との間に僅かな隙間があるため、完全に空気が遮断されないことが屡発生する。このため、仮に絞り部２２が無い構成の場合には、バルブ６を開き配管５を介して空気の吸引を行うと、一定時間経過後に第一の貫通孔８を通過して第一の空間１７に流入して溜まった空気によりピストン１２が図中の下方に押されて徐々に動いてしまい、最終的には弁が閉じてしまう（リングパッキン２５により端面２６と弁座盤１３との間が閉じてしまう）恐れがある。こうして弁が一旦閉じてしまうと、対象物７の吸着が解除されてしまうという不具合が発生する。そこで、第一の空間１７と第二の空間１８との間に、限定された流量が流れるように絞り部２２を有する第二の貫通孔２１を設けることで、対象物７と吸着面３との間の僅かな隙間から漏れて第一の空間１７に空気が流入したとしても、その空気を配管５へ排気することが可能になり、吸着状態を維持することが可能となる。ただし、対象物７が吸着面３に載置されていないときは、この絞り部２２の穴径は、ピストン１２に下方移動の動作をさせるのに十分な気圧差が第一の空間１７と第二の空間１８との間で生じるように設計しなければならない。

（オートバルブ１０の上に対象物７がない場合の動作）
図３（ｂ）に示すように対象物７がオートバルブ１０の上にない状態で、バルブ６を開き、真空圧発生装置により配管５を介して空気の吸引を行うと、第一の貫通孔８、外側溝部１４及び連通溝部１５の吸着面３における開口は塞がれずに大気に開放されている。このため、第二の貫通孔２１の絞り部２２を通過することで減圧された第二の空間１８の気圧は、第一の空間１７の気圧よりも低くなり、この気圧差によってピストン１２は、コイルスプリング２４による付勢力に抗って、圧力配分プレート４側へと摺動する。上記の数１、数２及び数３の関係から、ピストン１２は距離δを移動し、リングパッキン２５が弁座盤１３の吸着面３側の端面に接する。この状態を図５に示す。

図５は、対象物７が載置された位置から外れた位置のオートバルブ１０の動作を説明する図であって（ａ）は、オートバルブ１０の側断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のピストン１２を上から見た平面図である。図５（ａ）に示すように、リングパッキン２５が弁座盤１３の吸着面３側の端面に接すると、真空圧発生装置による配管５を介した吸引は、小径部１２ｂの端面２６を吸引し続け、図５（ａ）の状態が維持され、空気の流れは生じない。このため、本実施例によれば、対象物７が載置された位置から外れた位置のオートバルブ１０においても空気の流れは生じておらず、気流の漏れがなく、真空状態の維持を小さな吸引力で行うことができ、構成を簡易化するとともにコストを低減することができる。

すなわち、第一の貫通孔８、外側溝部１４及び連通溝部１５の吸着面３における開口が開放されていると、配管５を介して流路２０（第三の空間）から空気を吸引することによる第一の空間１７と第二の空間１８との気圧差でピストン１２が摺動し、小径部１２ｂ（弁体）がコイルスプリング２４（付勢部材）による付勢力に抗って第三の貫通孔１９を閉じる。

（フィルタを有する実施例）
図６は、本発明の実施例２に係るオートバルブの構造を示す側断面図である。図６において、図３（ａ）及び（ｂ）に示した実施例１のオートバルブ１０と同様の構成については、同じ符号を付して詳しい説明を省略する。図６に示す実施例２のオートバルブ１００では、実施例１の第一の貫通孔８の代わりに、凹部３０を有する第一の貫通孔１０８を有する。凹部３０にはフィルタ３１を収容する。フィルタ３１は通気性を有する。

真空チャックで吸着、固定した対象物７に対しては切削加工を施す場合があり、この場合、切りくずなどの異物が飛散する環境で真空チャックを使用することもある。本実施例によれば、第一の貫通孔１０８にフィルタ３１を配置することで、シリンダ１１内への異物の侵入を防ぎ、動作不良や破損を防ぐことができる。

（外側溝部の形状が異なる実施例）
図７は、本発明の実施例３に係る真空チャックを上から見た平面図である。本実施例の真空チャック２０１は、複数のオートバルブ２００を有して構成される。真空チャック２０１の構造は、図１及び図２を参照して説明した真空チャック１と同じである。オートバルブ２００の内部構造は、図３（ｂ）を参照して説明したオートバルブ１０と同じである。図３（ａ）に示したように、実施例１のオートバルブ１０では、外側溝部１４は円形状であったが、本実施例では、実施例１の外側溝部１４に代えて矩形状の外側溝部２１４を有する。

また、本実施例では、実施例１の第一の貫通孔８に代えて第一の貫通孔２０８を有し、実施例１の連通溝部１５に代えて連通溝部２１５を有し、実施例１の対象物支持部１６に代えて対象物支持部２１６を有し、実施例１の円筒中空部２ａに代えて貫通孔２０２ａを有する。なお、実施例１の構成に代えて本実施例で有する構成は、ここで説明する点以外は、実施例１の構成と同じである。

外側溝部２１４は、第一の貫通孔２０８の開口を囲み連続して繋がり閉じている。連通溝部２１５は、外側溝部２１４と第一の貫通孔２０８とを連通する。対象物支持部２１６は、連通溝部２１５と外側溝部２１４との間に位置し、吸着面３に載置された対象物７を支持する。

外側溝部の形状は、対象物７の被吸着面形状の有り様に準じて決めてもよい。例えば、取り扱う対象物７が種々多様である場合は、真空チャックに汎用性を持たせるため、円形状や矩形状の同一パターンの外側溝部を有するオートバルブを複数個並べて設けるのが望ましい。これに対して、取り扱う対象物７の形状やサイズが限定される場合における、外側溝部は、シリンダ内径に対する大小といったサイズ限定や、円形状、矩形状といった形状限定の制約を受けず、対象物７の被吸着面形状に倣って、且つ閉じた溝形状であることが望ましい。

（ピストンがＤカットを有する実施例）
図８は、本発明の実施例４に係るピストンの構造を示す図であって、（ａ）は、ピストンを上から見た平面図であり、（ｂ）はピストンの斜視図である。本実施例では、実施例１のピストン１２に代えて、図８（ａ）及び（ｂ）に示すピストン３１２を有する。他の構成は実施例１と同じであるので、他の構成についての説明は省略する。また、ピストン３１２は、ここで説明する点以外は、実施例１のピストン１２と同じである。

ピストン３１２は、吸着面３側に配置される大径部３１２ａと、圧力配分プレート４側に配置される小径部３１２ｂと、を有する。ピストン３１２は、実施例１の第二の貫通孔２１に代えて、シリンダ１１の内周面と大径部３１２ａのカット面３１２ｅとの間の隙間（すなわち、シリンダ１１の内周と大径部３１２ａの外周との間の隙間）を有する。本実施例では、大径部３１２ａの吸着面３側の端面３１２ｃから、大径部３１２ａの圧力配分プレート４側の端面３１２ｄへと、大径部３１２ａの外周の一部を削ぎ落し（Ｄカットし）、カット面３１２ｅを露出させている。

シリンダ１１の内周面とカット面３１２ｅとの間の隙間の流路段面積は、第一の貫通孔８の流路段面積よりも小さい。シリンダ１１の内周面とカット面３１２ｅとの間の隙間に絞り部を設けることで、シリンダ１１の内周面とカット面３１２ｅとの間の隙間の流路段面積を、第一の貫通孔８の流路段面積よりも小さくしてもよい。本実施例によれば、第二の貫通孔としての、シリンダ１１の内周面とカット面３１２ｅとの間の隙間の形成を容易に行うことができる。本実施例によれば、実施例１の第二の貫通孔２１及び絞り部２２に代えてＤカットを有する構成としたので、製造コストを低く抑えることができる。また、ピストン３１２のようにＤカットを有する構成の場合、シリンダ１１内でピストン３１２ががたついたり振動したりして空気の流量を正確にコントロールし難くなる恐れはあるが、その反面、実施例１のリングシール２３に相当する構成は不要であるので、その分のコストを削減することができる。

（ピストンの外周面の溝を第二の貫通孔とする実施例）
図９は、本発明の実施例５に係るピストンの構造を示す図であって、（ａ）は、ピストンを上から見た平面図であり、（ｂ）はピストンの斜視図である。本実施例では、実施例１のピストン１２に代えて、図９（ａ）及び（ｂ）に示すピストン４１２を有する。他の構成は実施例１と同じであるので、他の構成についての説明は省略する。また、ピストン４１２は、ここで説明する点以外は、実施例１のピストン１２と同じである。

ピストン４１２は、吸着面３側に配置される大径部４１２ａと、圧力配分プレート４側に配置される小径部４１２ｂと、を有する。ピストン４１２は、実施例１の第二の貫通孔２１に代えて、シリンダ１１の内周面と大径部４１２ａの外周面に設けた溝部４１２ｅとの間の隙間（すなわち、シリンダ１１の内周と大径部４１２ａの外周との間の隙間）を有する。本実施例では、大径部４１２ａの吸着面３側の端面４１２ｃから、大径部４１２ａの圧力配分プレート４側の端面４１２ｄへと、大径部４１２ａの外周の一部を削ぎ落して溝部４１２ｅを形成している。溝部４１２ｅの断面形状は、Ｕ字状でもよいし、Ｖ字状でもよい。溝部４１２ｅの断面形状がＵ字状の場合、例えば、ボールエンドミルを用いてフライスで加工することができる。

シリンダ１１の内周面と溝部４１２ｅとの間の隙間の流路段面積は、第一の貫通孔８の流路段面積よりも小さい。シリンダ１１の内周面と溝部４１２ｅとの間の隙間に絞り部を設けることで、シリンダ１１の内周面と溝部４１２ｅとの間の隙間の流路段面積を、第一の貫通孔８の流路段面積よりも小さくしてもよい。本実施例によれば、第二の貫通孔としての、シリンダ１１の内周面と溝部４１２ｅとの間の隙間の形成を容易に行うことができる。本実施例によれば、実施例１の第二の貫通孔２１及び絞り部２２に代えて溝部４１２ｅを有する構成としたので、製造コストを低く抑えることができる。また、ピストン４１２のように溝部４１２ｅを有する構成の場合、シリンダ１１内でピストン４１２ががたついたり振動したりして空気の流量を正確にコントロールし難くなる恐れはあるが、その反面、実施例１のリングシール２３に相当する構成は不要であるので、その分のコストを削減することができる。

（ピストンとシリンダとの間の隙間を第二の貫通孔とする実施例）
図１０は、本発明の実施例６に係るオートバルブを示す図であり、（ａ）は、オートバルブを吸着面３側から見た平面図であり、（ｂ）は、オートバルブの側断面図である。本実施例のオートバルブ５１０は、実施例１のピストン１２に代えて、図１０（ｂ）に示すピストン５１２を有する。他の構成は実施例１と同じであるので、他の構成についての説明は省略する。また、ピストン５１２は、ここで説明する点以外は、実施例１のピストン１２と同じである。

ピストン５１２は、吸着面３側に配置される大径部５１２ａと、圧力配分プレート４側に配置される小径部５１２ｂと、を有する。本実施例では、大径部５１２ａの径は、実施例１の大径部１２ａの径よりも小さい。本実施例では、実施例１の第二の貫通孔２１に代えての第二の貫通孔５２１として、シリンダ１１の内周面と大径部５１２ａの外周面との間の隙間を有する。大径部５１２ａの径であって吸着面３側の端面５１２ｃの径は、大径部５１２ａの径であって圧力配分プレート４側の端面５１２ｄの径と等しい。端面５１２ｃの径は、端面５１２ｄの径と異なってもよい。

ピストン５１２の小径部５１２ｂの圧力配分プレート４側の端面５２６には、リングパッキン２５を設けている。ピストン５１２が摺動し、リングパッキン５２５が弁座盤１３の吸着面３側の端面に接すると、弁体としての小径部５１２ｂに設けたリングパッキン２５によって、端面５２６と弁座盤１３の吸着面３側の端面との間が閉じ、第二の空間１８と第三の貫通孔１９との間の気密が保たれる。

本実施例では、シリンダ１１の円筒の内径をＤ_１とし、大径部５１２ａの径をＤ_４とし、第一の貫通孔８の流路段面積をＳとしたとき、本実施例は、以下の数４の関係を満たす。すなわち、シリンダ１１の内周面と大径部５１２ａの外周面との間の隙間の流路段面積は、第一の貫通孔８の流路段面積Ｓよりも小さい。

なお、シリンダ１１の内周面と大径部５１２ａの外周面との間の隙間に絞り部を設けることで、シリンダ１１の内周面と大径部５１２ａの外周面との間の隙間の流路段面積を、第一の貫通孔８の流路段面積よりも小さくしてもよい。本実施例によれば、第二の貫通孔としての、シリンダ１１の内周面と大径部５１２ａの外周面との間の隙間の形成を容易に行うことができる。本実施例によれば、実施例１の第二の貫通孔２１及び絞り部２２に代えて、大径部５１２ａの径を小さくする構成としたので、製造コストを低く抑えることができる。また、ピストン５１２のように大径部５１２ａの径が小さい構成の場合、シリンダ１１内でピストン５１２ががたついたり振動したりして空気の流量を正確にコントロールし難くなる恐れはあるが、その反面、図３の第二の貫通孔２１を開ける加工や溝を付ける加工が不要であり、さらに実施例１のリングシール２３に相当する構成は不要であるので、その分のコストを削減することができる。

なお、例えば真空チャック１に載置する対象物の重量が比較的軽量である場合は、吸着ベース２を、吸着面３及び第一の貫通孔８を備えた板状部材に変更することが可能である。このように変更することで、この板状部材に対して、シリンダ１１における第三の貫通孔と反対側の端部が隙間なく接続されるとともに、シリンダ１１のフランジ部が不要になるので、さらに簡易的な構成となり、製造コストを低減することができる。

また、真空チャック１の吸着ベース２、シリンダ１１及びピストン１２を透明な材料、例えば、ガラスまたはアクリル等で構成して、顕微鏡や画像測定機などの光学機器のステージに本発明を適用することも可能である。この場合、真空チャック１が比較的軽量であるとともに透明であるため、光学機器のバックライト照明を妨げることがないという効果を奏する。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…真空チャック、２…吸着ベース、３…吸着面、４…圧力配分プレート、５…配管、６…バルブ、７…対象物、１０…オートバルブ。

Claims

対象物を吸着する吸着面を有する吸着ベースと、
前記吸着ベースの内部に設けられたシリンダと、
前記シリンダの円筒空間を円筒軸方向で第一の空間と第二の空間とに仕切り、前記円筒空間内を円筒軸に沿って摺動可能なピストンと、
前記ピストンの外周面に設けられ、前記ピストンと前記シリンダとの間の気密を保つリングシールと、
真空圧発生装置に連通する第三の空間と、
前記吸着面における開口から前記第一の空間まで前記吸着ベースを貫通する第一の貫通孔と、
前記ピストンに設けられ、前記第一の空間と前記第二の空間との間を貫通し、前記第一の空間と前記第二の空間との気圧差を維持可能な第二の貫通孔と、
前記第二の空間と前記第三の空間との間を貫通する第三の貫通孔と、
前記ピストンに設けられ、前記第一の空間と前記第二の空間との気圧差によって前記ピストンが摺動することで前記第三の貫通孔を閉じる弁体と、
前記第三の貫通孔を開く方向に前記弁体を付勢する付勢部材と、
前記第一の貫通孔に連通し、前記吸着面に沿って延びる開口を有する溝部と、
を備え、
前記第二の貫通孔は、前記第一の貫通孔の径よりも小さな径の絞り部を有し、
前記絞り部は、前記ピストンの前記第一の空間側の面から前記第二の空間に向けて延び、又は前記ピストンの前記第二の空間側の面から前記第一の空間に向けて延びて配置され、
前記第一の貫通孔及び前記溝部の前記吸着面における開口を対象物が塞ぐと、前記第一の空間と前記第二の空間と前記第三の空間とで閉じた空間を形成し、前記真空圧発生装置によって前記第三の空間から空気を吸引することで対象物を前記吸着面に吸着し、
前記第一の貫通孔及び前記溝部の前記吸着面における開口が開放されていると、前記真空圧発生装置によって前記第三の空間から空気を吸引することによる前記第一の空間と前記第二の空間との気圧差で前記ピストンが摺動し、前記弁体が前記付勢部材による付勢力に抗って前記第三の貫通孔を閉じる、
ことを特徴とする真空チャック用オートバルブ。
請求項１に記載の真空チャック用オートバルブであって、
前記第一の貫通孔の内径は、前記シリンダの内径よりも小さい、
ことを特徴とする真空チャック用オートバルブ。
請求項１又は２に記載の真空チャック用オートバルブであって、
前記溝部は、
前記吸着面における前記第一の貫通孔の開口を囲み連続して繋がる閉じた外側溝部と、
前記外側溝部と前記第一の貫通孔とを連通する連通溝部と、
を有し、
前記吸着面は、前記第一の貫通孔と前記外側溝部との間に、対象物を支持する対象物支持部を有する、
ことを特徴とする真空チャック用オートバルブ。
請求項３に記載の真空チャック用オートバルブであって、
前記外側溝部は、前記シリンダの内径よりも大きい径の円形状である、
ことを特徴とする真空チャック用オートバルブ。
前記吸着ベースは、請求項１から４のいずれか一項に記載の前記真空チャック用オートバルブを複数備える、
ことを特徴とする真空チャック。