JP7444428B2 - パッドユニット、真空チャック装置及び工作機械 - Google Patents
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Description
また、例えば、特許文献2に記載のクランプ装置は、工作機械のテーブルの溝に挿入され、ワークを機械的に挟持する。
本発明に係るパッドユニット、真空チャック装置及び工作機械の第1の実施形態について図1及び図2を参照して説明する。
なお、以下の説明では、ワークWが設置されるワーク設置面12cに沿う互いに直交する方向をX方向及びY方向と規定し、ワーク設置面12cに直交する方向をZ方向と規定する。
ワークWは、磁性体及び非磁性体の何れであってもよく、例えば、太陽電池パネル、半導体パネル、液晶パネル、プリント基板、有機EL(Electro-Luminescence)パネル、積層セラミックコンデンサー、ガラス板又はポリマー等のフィルム等である。
パッドユニット11は、作業者により持ち運び可能に板状に形成される。パッドユニット11は、ポンプ32を通じて後述する第2圧力調整室Sp2が負圧とされることによりテーブル60に固定された状態で、ポンプ31を通じて後述する第1圧力調整室Sp1が負圧とされることによりワークWを固定する。
詳しくは、パッドユニット11は、第1多孔質板12及び第2多孔質板13と、ケース14と、第1圧力調整室Sp1及び第2圧力調整室Sp2と、を備える。
ケース14内には、区画壁部14bよりも上方向に第1圧力調整室Sp1が形成され、区画壁部14bよりも下方向に第2圧力調整室Sp2が形成される。側壁部14aは、第1多孔質板12及び第2多孔質板13の側周面から空気等の流体が漏れることを抑制する。区画壁部14bは、第1圧力調整室Sp1と第2圧力調整室Sp2の間で流体が出入りすることを抑制する。よって、第1圧力調整室Sp1と第2圧力調整室Sp2は互いに異なる圧力状態に設定可能となる。
第2多孔質板13は、第2圧力調整室Sp2を閉じるようにケース14の下部に位置する。第2多孔質板13の下面はテーブル60に吸着するテーブル接触面13cである。
また、ポンプ31は、第1圧力調整室Sp1に空気を吐出することにより第1圧力調整室Sp1の圧力を正圧とする。これにより、第1圧力調整室Sp1内の空気が第1多孔質板12を通過して上方向に流れる。この状態で、ワークWがワーク設置面12cに設置されれば、ワークWはワーク設置面12cに対して浮上する。
また、ポンプ32は、第2圧力調整室Sp2に空気を吐出することにより第2圧力調整室Sp2の圧力を正圧とする。これにより、第2圧力調整室Sp2内の空気が第2多孔質板13を通過してテーブル60に向けて流れる。
そして、時刻t1において、ポンプ32はオンして第2圧力調整室Sp2の圧力を大気圧から負圧とする。これにより、テーブル接触面13cはテーブル60に吸着され、パッドユニット11はテーブル60に固定される。
次に、時刻t2において、ポンプ31はオンして第1圧力調整室Sp1の圧力を大気圧から正圧とする。これにより、ワーク設置面12cから正の空気圧が吐出される。なお、ポンプ31が第1圧力調整室Sp1の圧力を正圧とするタイミングは、時刻t1と同時であってもよい。
次に、時刻t3において、ワークWが作業者又は図示しないワーク搬送装置によりワーク設置面12cの所定の加工位置に設置される。このとき、ワークWはワーク設置面12cから正の空気圧を受けてワーク設置面12cに対して浮上する。これにより、ワークWがワーク設置面12cに接触して傷つくことが抑制される。
そして、全てのワークWの加工が完了したとき、ポンプ31,32がオフされる。これにより、パッドユニット11はテーブル60から取り外し可能となる。
以上で、工作機械1の動作の説明を終了する。
以上、説明した第1の実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(1)パッドユニット11は、上面に対象物設置面の一例であるワーク設置面12cを有し、流体を通過させる第1流体通過板の一例である第1多孔質板12と、第1多孔質板12の下側に位置し、第1ポンプの一例であるポンプ31により室内の圧力が負圧とされることにより対象物の一例であるワークWをワーク設置面12cに吸着させる第1圧力調整室Sp1と、下面にテーブル接触面13cを有し、流体を通過させる第2流体通過板の一例である第2多孔質板13と、第2多孔質板13の上側に位置し、第2ポンプの一例であるポンプ32により室内の圧力が負圧とされることによりテーブル接触面13cにテーブル60を吸着させる第2圧力調整室Sp2と、を備える。
この構成によれば、パッドユニット11がテーブル60に設置された後、第2圧力調整室Sp2の圧力が負圧とされることにより、パッドユニット11のテーブル接触面13cはテーブル60に吸着される。このため、従来のクランプ装置によりパッドユニットを固定する場合に比べて、簡単に、パッドユニット11をテーブル60に固定できる。また、パッドユニット11を固定する位置の自由度が高まる。さらに、従来のクランプ装置はパッドユニットの側面に接触するため、パッドユニットの側方に余分なスペースが必要であったが、本実施形態のパッドユニット11は、その下面であるテーブル接触面13cがテーブル60に吸着するため、よりコンパクトに構成することができる。また、パッドユニット11は、従来のクランプ装置に比べて、テーブル60に固定される面積を大きくできる。このため、パッドユニット11がテーブル60に対してずれることが抑制される。さらに、従来のクランプ装置では、パッドユニットにボルト等を介した締結力が加えられる。このため、パッドユニットの変形が想定されるが、本実施形態のパッドユニット11では、従来のクランプ装置と異なり締結力が加えられないため、変形が抑制される。よって、ワーク設置面12cの平面精度を保つことができ、ワーク設置面12cによりワークWが撓むことなく吸着される。
また、パッドユニットを電磁チャックによりテーブルに固定する方法も考えられるが、この方法では、電磁チャックに通電するため、特にワークWが熱の影響を受けやすい材質及び形状の場合に発熱が問題となる。本実施形態のパッドユニット11では、第1多孔質板12及び第2多孔質板13とそれらの周辺に通電されないため、発熱を抑制することができる。さらに、ワークWの加工に伴い発生した熱はポンプ31,32を介して吸われる。このため、発熱を抑制することができる。
この構成によれば、ケース14により第1圧力調整室Sp1と第2圧力調整室Sp2は互いに異なる圧力状態とすることが可能となる。このため、例えば、パッドユニット11をテーブル60に固定するため第2圧力調整室Sp2の圧力を負圧に維持しつつ、ワークWをワーク設置面12cに対して浮上させたり吸着させたりするために第1圧力調整室Sp1の圧力を負圧と正圧の間で切り替えることができる。
この構成によれば、パッドユニット11をリバーシブルとして使用することができる。すなわち、作業者は、パッドユニット11をテーブル60に設置する際、パッドユニット11の上下の方向を気にせずに済む。このため、パッドユニット11の利便性を向上させることができる。
この構成によれば、ワーク設置面12cに設置されたワークWはワーク設置面12cに対して浮上する。これにより、ワークWが傷つくことが抑制される。
また、ワークWがワーク設置面12cに設置された後、ワークWはワーク設置面12cに吸着する。これにより、ワークWが固定された状態で、加工部40による加工を行うことができる。
この構成によれば、加工期間Taの前後において、ワークWはワーク設置面12cに対して浮上する。このため、ワークWを傷つけることなく移動させることができる。また、ワークWが浮上しているため、ワークWの移動に要する力が小さくて済む。
本発明に係るパッドユニット、真空チャック装置及び工作機械の第2の実施形態について図3~図6を参照して説明する。本実施形態では、パッドユニット11は、第1多孔質板12、第2多孔質板13及び台座16からなる上下対称の3層構造で形成され、これにより、熱応力によるパッドユニット11の変形が抑制される。本実施形態は、パッドユニット11の構成を除いて、上記第1の実施形態と同様である。以下、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
台座16は、第1多孔質板12と第2多孔質板13の間に位置し、第1多孔質板12と第2多孔質板13に接着される。
台座本体部17は、金属、例えば、アルミニウム、銅又はステンレス鋼等により板状に形成される。台座本体部17は、第1多孔質板12及び第2多孔質板13と平行をなす。台座本体部17の厚さは、第1多孔質板12及び第2多孔質板13の厚さよりも厚く形成されている。例えば、台座本体部17の厚さは、第1多孔質板12及び第2多孔質板13の2倍~5倍の厚さに設定されてもよい。一例として、第1多孔質板12及び第2多孔質板13の厚さは5mmに設定され、台座本体部17の厚さは20mmに設定されている。
台座本体部17には、台座本体部17の側面17sと台座本体部17の上面17aの間を貫く略L字状に延びる第1エア孔17hが形成されている。第1エア孔17hにおける台座本体部17の上面17a側の第1端部は、第1圧力調整室Sp1に露出している。第1エア孔17hにおける台座本体部17の側面17s側の第2端部は、流路を介してポンプ31に接続されている。
また、台座本体部17には、台座本体部17の側面17sと台座本体部17の下面17bの間を貫く略L字状に延びる第2エア孔17iが形成されている。第2エア孔17iにおける台座本体部17の下面17b側の第1端部は、第2圧力調整室Sp2に露出している。第2エア孔17iにおける台座本体部17の側面17s側の第2端部は、流路を介してポンプ32に接続されている。
一方、本実施形態では、図5に示すパッドユニット11は、互いに同一の材質及び形状をなす第1多孔質板12及び第2多孔質板13が台座16を挟み込む3層構造で形成される。これにより、雰囲気温度が上がった場合であっても、第1多孔質板12の熱応力Stと第2多孔質板13の熱応力Stが互いに打ち消し合うため、パッドユニット11が変形することが抑制される。よって、工具によるワークWの加工が精度高く行われる。また、ワークWとワーク設置面の接触面積を確保することができ、ワークWとワーク設置面の間で作用する吸着力を確保することができる。
以上、説明した第2の実施形態によれば、上記第1の実施形態の効果に加え、さらに、以下の効果を奏する。
(1)第1多孔質板12及び第2多孔質板13は、それぞれ、同一の形状及び材質により形成される。パッドユニット11は、第1多孔質板12と第2多孔質板13の間に設けられる台座16を備える。台座16は、第1多孔質板12及び第2多孔質板13に沿って延びる板状の区画壁部の一例である台座本体部17と、台座本体部17の上面に設けられ、第1多孔質板12の下面に接着する複数の第1凸部18と、台座本体部17の下面に設けられ、第2多孔質板13の上面に接着する複数の第2凸部19と、を備える。複数の第1凸部18の間の隙間には第1圧力調整室Sp1が形成される。複数の第2凸部19の間の隙間には第2圧力調整室Sp2が形成される。
この構成によれば、パッドユニット11は、第1多孔質板12、第2多孔質板13及び台座16の3層構造で形成される。このため、第1多孔質板12及び第2多孔質板13と台座16の熱膨張係数差に伴う熱応力によるパッドユニット11の変形が抑制される。
この構成によれば、第1多孔質板12のワーク設置面12cと第2多孔質板13のテーブル接触面13cを平面に加工する平面出しが行われる際に、共通の工具を使用することができる。よって、平面出しが容易となる。
上記各実施形態においては、加工部40は工具41を通じて真空チャック装置10に固定されたワークWを研磨、切削又は切断していたが、これに限らず、ワークWに印刷又は露光等してもよい。
また、上記第2の実施形態においては、第1エア孔17h及び第2エア孔17iは上下対称となるように設けられていなかったが、第1エア孔17h及び第2エア孔17iは上下対称となるように設けられてもよい。
台座本体部17は、金属以外、例えば樹脂により形成されてもよい。
また、上記第2の実施形態においては、台座本体部17の厚さは、第1多孔質板12及び第2多孔質板13の厚さよりも厚く形成されていたが、これに限らず、第1多孔質板12及び第2多孔質板13の厚さよりも薄く形成されてもよい。
10 真空チャック装置
11 パッドユニット
12 第1多孔質板(第1流体通過板の一例)
12c ワーク設置面(対象物設置面の一例)
13 第2多孔質板(第2流体通過板の一例)
13c テーブル接触面
14 ケース
14a 側壁部
14b 区画壁部
16 台座
17 台座本体部
17a 上面
17b 下面
17s 側面
17h 第1エア孔
17i 第2エア孔
18 第1凸部
19 第2凸部
31 ポンプ(第1ポンプの一例)
32 ポンプ(第2ポンプの一例)
40 加工部
41 工具
60 テーブル
112 多孔質板
Sp1 第1圧力調整室
Sp2 第2圧力調整室
W ワーク(対象物の一例)
X1 第1列
X2 第2列
Claims (5)
- パッドユニットであって、
上面に対象物が設置される対象物設置面を有し、流体を通過させる第1流体通過板と、
前記第1流体通過板の下側に位置し、第1ポンプにより室内の圧力が調整される第1圧力調整室と、
下面にテーブルに接触するテーブル接触面を有し、流体を通過させる第2流体通過板と、
前記第2流体通過板の上側に位置し、第2ポンプにより室内の圧力が調整される第2圧力調整室と、
前記第1流体通過板、前記第1圧力調整室、前記第2流体通過板及び前記第2圧力調整室の側周面を囲む側壁部、並びに前記第1圧力調整室及び前記第2圧力調整室を区切り、前記第1流体通過板及び前記第2流体通過板に沿って延びる板状をなす区画壁部を有するケースと、を備え、
前記第1流体通過板及び前記第2流体通過板は、それぞれ、同一の形状で、かつ同一の材質である多孔質のセラミックにより、前記第1流体通過板及び前記第2流体通過板の全域において流体が通過可能に形成され、
前記パッドユニットは、
前記区画壁部の上面に設けられ、前記第1流体通過板の下面に接着し、円板状をなす複数の第1凸部と、
前記区画壁部の下面に設けられ、前記第2流体通過板の上面に接着し、円板状をなす複数の第2凸部と、を備え、
前記複数の第1凸部の間の隙間には前記第1圧力調整室が形成され、
前記複数の第2凸部の間の隙間には前記第2圧力調整室が形成され、
X方向及びY方向は、前記対象物設置面に沿う互いに直交する方向に規定され、
第1列に並ぶ前記複数の第1凸部は、第2列に並ぶ前記複数の第1凸部に対して前記X方向にずらされており、
前記第1列及び前記第2列は、それぞれ前記X方向に沿って延び、かつ前記Y方向に隣り合う列であり、
前記区画壁部の上面の全面積に占める前記複数の第1凸部の面積は30~40%に設定され、
第3列に並ぶ前記複数の第2凸部は、第4列に並ぶ前記複数の第2凸部に対して前記X方向にずらされており、
前記第3列及び前記第4列は、それぞれ前記X方向に沿って延び、かつ前記Y方向に隣り合う列であり、
前記区画壁部の下面の全面積に占める前記複数の第2凸部の面積は30~40%に設定される、
パッドユニット。 - 前記区画壁部は、前記対象物設置面に沿う1枚の板状をなし、
前記側壁部は、前記対象物設置面と前記テーブル接触面との間に連続して形成される、
請求項1に記載のパッドユニット。 - 前記パッドユニットは上下対称に形成される、
請求項1又は2に記載のパッドユニット。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載のパッドユニットと、
前記第1ポンプと、
前記第2ポンプと、を備え、
前記第1ポンプは、前記対象物を前記対象物設置面に設置する設置前に、前記第1圧力調整室の圧力を正圧とすることにより前記対象物を前記対象物設置面に対して浮上させ、前記対象物を前記対象物設置面に設置した設置後に、前記第1圧力調整室の圧力を負圧とすることにより前記対象物を前記対象物設置面に吸着させ、
前記第2ポンプは、前記設置前から前記設置後にわたって、前記第2圧力調整室の圧力を負圧とすることにより前記テーブル接触面に前記テーブルを吸着させる、
真空チャック装置。 - 請求項4に記載の真空チャック装置と、
前記テーブルと、
前記対象物設置面に吸着された前記対象物を工具により加工する加工部と、を備え、
前記第1ポンプは、前記加工部により加工が行われる加工期間においては、前記第1圧力調整室の圧力を負圧とすることにより前記対象物を前記対象物設置面に吸着させ、前記加工期間の前又は後においては、前記第1圧力調整室の圧力を正圧とすることにより前記対象物を前記対象物設置面に対して浮上させる、
工作機械。
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