JP7586840B2 - 反ったワークピースのための吸着グリッパ - Google Patents

Description

本発明は、ウェハ処理に関する。より詳細には、本発明は、反ったワークピースを把持するように適合された吸着グリッパに関する。

多くの用途では、平らで薄いワークピースの把持および操作が必要である。例えば、集積回路や他の電子部品などの半導体デバイスの製造では、典型的にウェハの形をした半導体基板を、基板に処理工程を適用するために、または基板を検査するために、操作しなければならない。基板を把持するアームは、基板を処理または検査のために必要な位置に搬送するように操作され得る。

半導体基板を把持するための典型的なアームは、その基板をアームに保持するために吸着を行い得る。典型的に、吸着は、基板の移動、回転、または傾斜などの操作中に、アームが基板をしっかりと安定して把持し得るために、平らな基板の表面上の３つの異なる点で行われる必要がある。

従って、本発明の実施形態によれば、ワークピースを把持するグリッパが提供され、グリッパは、平らなグリッパ表面を有する本体と、少なくとも１つの流量制限器と、を含み、グリッパ表面は、グリッパ表面上に分配された複数の開口部を含み、開口部のそれぞれは、吸着源に接続可能であり、少なくとも１つの流量制限器は、複数の開口部と、吸着源へのグリッパのコネクタと、の間に配置され、複数の開口部のそれぞれの開口部を通じた流入を制限し、吸着が複数の開口部に行われ、、ワークピース表面の一部が、複数の開口部のうちの少なくとも１つの開口部を覆い、別の開口部が覆われていないままであるとき、覆われた開口部での吸着力が、ワークピース表面を把持するのに十分な強さであるようになっている。

さらに、本発明の一実施形態によれば、本体は、単一の基部から延びる複数のアームを含む。

さらに、本発明の実施形態によれば、コネクタから複数の開口部の開口部への導管は、複数のアームのアームに沿って延びる。

さらに、本発明の実施形態によれば、グリッパ表面は連続している。

さらに、本発明の実施形態によれば、少なくとも１つの流量制限器は、複数の開口部の開口部と、その開口部とコネクタとの間の流体接続を形成する導管と、の間に配置される。

さらに、本発明の実施形態によれば、流量制限器は、複数のバッフルを含む。

さらに、本発明の実施形態によれば、流量制限器は、内部に取り付けられた千鳥状の対向フィンを有する自己適応型セグメント化オリフィス（ＳＡＳＯ）を含む。

さらに、本発明の実施形態によれば、流量制限器は、狭窄部を含む。

さらに、本発明の実施形態によれば、流量制限器は、ニードル弁を含む。

さらに、本発明の実施形態によれば、複数の開口部の開口部は、弾性シール構造を含み、弾性シール構造は、ワークピース表面が弾性シール構造と接触しているときに、吸着がその開口部に行われたときに、その開口部とワークピース表面との間にシールを形成するように構成される。

さらに、本発明の実施形態によれば、弾性シール構造は、弾性カップを含む。

さらに、本発明の実施形態によれば、弾性シール構造は、パッドまたはガスケットを含む。

さらに、本発明の実施形態によれば、弾性シール構造は、ポリマーを含む。

さらに、本発明の実施形態によれば、ポリマーは、シリコーンを含む。

さらに、本発明の実施形態によれば、弾性シール構造は、複数の開口部の開口部に挿入可能なステムを介して、グリッパ表面に接続可能である。

さらに、本発明の実施形態によれば、ステムは、平らな側面を形成するように横方向に切り落とされたシリンダの形である。

さらに、本発明の実施形態によれば、少なくとも１つの流量制限器は、側面と、ステムを取り囲む円筒面と、の間の空間に配置される。

さらに、本発明の実施形態によれば、複数の開口部の開口部は、その開口部をグリッパ表面からワークピース表面に向かって外側に伸長する伸長機構を含む。

さらに、本発明の実施形態によれば、伸長機構は、開口部がワークピース表面と接触していないときに、開口部を外側に延ばすように構成される。

さらに、本発明の実施形態によれば、伸長機構は、吸着が開口部に行われ、開口部がワークピースの表面と接触しているときに、吸着力が開口部をグリッパ表面の方へ引き寄せることを可能にするように構成される。

本発明をより良く理解し、その実用的用途を理解するために、以下の図が、提供および以下で参照される。図は、例としてのみ与えられ、決して本発明の範囲を限定するものではないことに留意すべきである。同様の構成要素は、同様の符号で示されている。

本発明の一実施形態による、反ったワークピースを把持するように構成されたアームを有するワークピースグリッパの概略上面図である。 連続したグリッパ表面を有する図１に示すワークピースグリッパの変形例の概略上面図である。 図１に示すワークピースグリッパの吸着グリッパを通る概略断面図である。 図３に示す吸着グリッパの変形例を概略的に示す。 図４Ａに示す吸着グリッパの概略断面図である。 吸着グリッパがワークピースグリッパから伸長可能である吸着グリッパの変形例の概略側面図である。

以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供するために、多くの具体的な詳細が記載されている。しかしながら、これらの具体的な詳細なしに本発明が実施され得ることが、当業者によって理解されるであろう。他の例では、周知の方法、手順、構成要素、モジュール、ユニット、および/または回路は、本発明を不明瞭にしないように詳細に記載されていない。

本発明の実施形態は、この点に関して限定されないが、例えば、「処理する」、「計算する」、「算出する」、「決定する」、「確立する」、「分析する」、「チェックする」などの用語を利用する議論は、コンピュータ、コンピューティングプラットフォーム、コンピューティングシステム、または、コンピュータのレジスタおよび／またはメモリ内の物理（例えば、電子）量として表されるデータを、コンピュータのレジスタおよび／またはメモリ内のまたは動作および／またはプロセスを実行するための命令を記憶することができる他の情報非一時記憶媒体（例えば、メモリ）内の物理量として同様に表される他のデータに、操作および／または変換する他の電子コンピューティングデバイス、の動作および／またはプロセスを指し得る。本発明の実施形態はこの点に関して限定されないが、本明細書で使用される「複数（ｐｌｕｒａｌｉｔｙ）および（ａ ｐｌｕｒａｌｉｔｙ）」という用語は、例えば、「複数」または「２つ以上」を含み得る。「複数（ｐｌｕｒａｌｉｔｙ）および（ａ ｐｌｕｒａｌｉｔｙ）」という用語は、本明細書全体を通して、２つ以上の構成要素、デバイス、要素、ユニット、パラメータなどを記載するために使用され得る。明示的に述べられていない限り、本明細書に記載される方法の実施形態は、特定の順序または順番に制約されない。さらに、記載された方法の実施形態またはその要素のいくつかは、同時に、同じ時点で、または同時進行で発生または実行され得る。別段の指示がない限り、本明細書で使用される「または」という接続詞は、包括的（記載されたオプションのいずれかまたは全て）であると理解されるべきである。

本発明の実施形態によれば、ワークピースを把持するためのグリッパは、複数の吸着開口部が分配された平らなグリッパ表面を有するグリッパ本体を含む。いくつかの例では、グリッパ本体は、１つ以上の別個のアームに分割されてよく、それは、例えば、単一の基部から分岐するかまたは延びる、またはその他である。

吸着開口部のそれぞれは、導管を介して吸着源に接続可能である。例えば、吸着源は、ブロワー、真空ポンプ、または他の吸着源を含んでよい。それぞれの吸着開口部は、１つ以上のコネクタを介して吸着源に接続されてよい。ワークピースの表面に接触する吸着開口部に吸着が提供されると、吸着力は、ワークピースをその吸着開口部に保持し得る。

１つ以上の流量制限器は、吸着開口部のそれぞれと吸着源との間の流体経路に配置される。流量制限器は、それぞれの開口部を通じた流入速度を、例えば、その吸着開口部がワークピースの表面に接触していないときに、制限するように構成される。流量制限器の作用により、ワークピース表面と接触している把持面上の吸着開口部は、開口部のいくつかがワークピース表面と接触していないときであっても（例えば、ワークピース表面の反りや傾きのため）、反ったワークピースの非平面表面をしっかりと把持し得る。典型的なワークピースは、薄くて名目上平坦な半導体基板またはウェハ、窓ガラス、または、理想的には平坦であるが、例えば１つ以上の処理ステップ中に、反りが生じ得る別の種類のワークピースを、含み得る。

いくつかの例では、十分な数の開口部は、平らな把持面上に分配されてよく、開口部のうちの少なくとも２つ（好ましくは少なくとも３つ）が、ワークピース表面の一部を開口部に引き寄せることができる可能性が高いようになっており、ワークピース表面の一部を開口部でアームに保持するようになっている（例えば、ワークピース表面とアームの把持面との間で生じた摩擦および吸引の結果として）。代替的にまたは追加的に、１つ以上の吸着開口部は、吸着開口部をグリッパ表面からワークピース表面の方へ延長するように構成された伸長機構を備えてよい。この延長は、十分な数の開口部が反ったワークピース表面に接触し、従ってそれを把持することを確実にし得る。

ワークピース表面が反っている場合、吸着開口部の少なくともいくつかは、ワークピース表面によって覆われないままであり得る。それぞれの吸着開口部の流量制限器は、覆われていない吸着開口部を通じた空気の流入が、覆われた表面によって行われる吸着を壊さないように、吸着を制限し得る。例えば、吸着は、ワークピースを確実に把持するのに十分な深さの真空を作り出し得る。それ故に、グリッパアームは、ワークピース表面をしっかりと把持し続け得る。従って、例えば、アームを移動させたり、回転させたり、傾斜させたりする、グリッパの操作は、把持されたワークピースを確実に操作し得る。例えば、全ての吸着開口部がワークピースによってシールされている場合、真空は、８００ｍｂａｒのゲージ圧に達し得る。吸着開口部の全てがワークピースによって覆われていない場合、真空は、１００ｍｂａｒのゲージ圧に達し得る。他の例では、他の真空レベルが達成されてよい。

流量制限器がない場合、覆われていない開口部を通じた制限されていない流入は、覆われていない開口部から吸着コネクタへの直接流となり、ほとんどまたは全く圧力損失がないことに、留意されたい。従って、ワークピース表面がいくつかの吸着開口部に接触する箇所では、吸着が行われないであろう。

一例では、吸着導管は、グリッパアームの内部に沿って、吸着コネクタから吸着開口部のそれぞれの位置まで延びる。吸着導管とそれぞれの吸着開口部との間の開口導管は、流量制限器を含む。例えば、流量制限器は、バッフル、フィン、狭窄部、または、その吸着開口部を通る流入の速度を制限する他の構造を、含んでよい。場合によっては、流量制限器は、自己適応型セグメント化オリフィス（ＳＡＳＯ）を含んでよく、それは、内部に取り付けられた千鳥状の対向フィンを含み、このフィンは、流れにおける渦の生成を促進することによって流れ抵抗を増加させるように構成される。流量制限器は、他の種類の流量制限構造を含んでよく、吸着開口部と吸着源への接続部との間の他の場所に配置されてよい。

それぞれの吸着開口部には、グリッパアームとワークピースとの間の摩擦力を高める構造が設けられてよい。例えば、それぞれの吸着開口部は、弾性材料で作られた、カップ、パッド、ガスケット、またはニップルの形の弾性シール構造によって取り囲まれてよい。吸着によってワークピース表面が吸着開口部の方へ引き寄せられると、内側に引っ張る力によって、弾性シール構造がグリッパアームの表面に対して平らになり得る。弾性シール構造がアームの表面に対して平らになることで、ワークピース表面とアーム表面との間の接触面積が増加し、従ってワークピースがアーム表面上を摺動するのに抵抗する摩擦力が増加し得る。弾性シール構造が作られる材料は、必要な摩擦を提供する一方で、ワークピース表面への弾性シール構造の材料の付着によるワークピース表面の汚染のリスクを最小限に抑えるように、選択されてよい。例えば、適切な材料は、シリコーン、または別のポリマーまたは他の適切な材料を含んでよい。

流量制限器を備えた吸着開口部は、反ったワークピースの取り扱いにおいて有利なトレードオフを提供し得る。一方で、グリップアームまたは表面が限られた数の吸着開口部を有する場合、反ったワークピースと吸着開口部との間の接触による吸着開口部の封止は、ウェハが、吸着開口部が存在しないグリッパアームの部分にのみ接触し得るため、確実に行うことができない。吸着開口部からの流入量を増やすと、ワークピースの一部を吸着開口部に引き込んでシールを作ることがある。他方で、グリッパアームが、ワークピースの確実かつ正確な操作を可能にするのに十分な強度でワークピースを把持し得るために、ワークピースが吸着開口部を封止する箇所での真空度が、必要な摩擦力を提供するために十分に深くなければならない。吸着源が、全ての吸着開口部に必要な深さの真空を提供できるようにするために、封止されていない吸着開口部を通じた流入を制限する必要がある。従って、それぞれの吸着開口部に流量制限器を設けて吸着開口部を通じた流入を制限することにより、反ったワークピースとの接触により封止された吸着開口部が、ワークピースをグリッパアームに保持するのに十分な摩擦力を提供することを可能にし得る。従って、ワークピースが吸着開口部のいくつかを封止していない場合に、ワークピースは、グリッパアームによって確実かつ信頼性が高く操縦され得る。

図１は、本発明の一実施形態による、反ったワークピースを把持するように構成されたワークピースグリッパの概略上面図である。

ワークピースグリッパ１０は、少なくとも１つの平らなグリッパ表面１３を含むグリッパ本体を含む。複数の吸着グリッパ１４が、グリッパ表面１３に分配されている。

図示の例では、グリッパ本体１１は、グリッパ基部２０から外側に延びる２つのグリッパアーム１２を含む。複数の吸着グリッパ１４は、それぞれのグリッパアーム１２の長さに沿って分配される。それぞれの吸着グリッパ１４は、吸着開口部１６を含む。ワークピース１５が、ワークピースグリッパ１０のグリッパアーム１２によって把持されるときに、ワークピース１５は、吸着グリッパ１４のいくつかで覆うように配置されてよい。ワークピース１５の表面の領域がその吸着グリッパ１４に近接しているときに吸着グリッパ１４の吸着開口部１６に行われる吸着は、吸着グリッパ１４によって把持されるように、その領域を吸着開口部１６およびグリッパ表面１３に向かって引き寄せ得る。

他の例では、２つより多いグリッパアーム１２があってよい、または、グリッパ表面１３が、別々のアームの代わりに連続した面を含んでよい。吸着グリッパ１４の数は、図示された数よりも多くても少なくてもよく、それぞれのグリッパアーム１２上の分布は、図示されたパターンとは異なってよい。吸着グリッパは、図示された例とは異なる形状、例えば、対称または非対称のいずれか、を有してよい。他の例では、それぞれの吸着グリッパの吸着開口部は、吸着グリッパの中心になくてよい。別の例では、グリッパ本体１１は、例えば、グリッパ本体１１の両側に、２つのグリッパ表面１３を含んでよい。

場合によっては、グリッパアーム１２または吸着グリッパ14は、ワークピースグリッパ１０が様々なサイズのワークピース１５を把持できるように配置されてよい。例えば、吸着グリッパ１４の１セットは、より小さいワークピースのサイズであるまたはそれよりも小さい、領域に配置されてよい。吸着グリッパ１４の１つ以上の他のセットは、第１セットの外側であって、１つ以上のより大きなサイズのワークピースに対応する領域内に配置されてよい。例えば、図示されている２つのグリッパアーム１２間の距離よりも小さい直径または他の寸法を有するワークピースのグリッパを可能にするために、それぞれが吸着グリッパ１４を有する１つ以上の追加のグリッパアーム１２が、図示の例の２つのグリッパアーム１２間に配置されてよい。

例えば、ワークピースグリッパは、異なるサイズのワークピース１５を取り扱うように構成されてよい。この場合、いくつかの吸着グリッパ１４は、より小さいワークピース１５の端部を超えているより大きいワークピース１５の外側領域を把持するように、グリッパ表面１３に配置されてよい。小さいワークピース１５を把持するときに、これらの外側の吸着グリッパ１４は覆われないままでよい。しかしながら、これらの外側の吸着グリッパ１４（他の吸着グリッパ１４も同様）には、流量制限器が設けられているので、より小さいワークピース１５によって覆われている内側の吸着グリッパ１４は、覆われている内側の吸着グリッパ１４によって把持されてよい。

ワークピースグリッパ１０は、グリッパ基部２０を介して操作機構に接続されてよい。例えば、操作機構は、その機構に接続されたワークピースグリッパ１０を、移動、回転、または傾斜させるように動作され得る機構を含んでよい。吸着コネクタ１８は、吸着源に接続されてよい。例えば、吸着源は、真空ポンプ、ブロワー、または他の吸着機構を含んでよい。吸着コネクタ１８は、図示されているように、グリッパ基部２０に配置されてよい、またはワークピースグリッパ１０の他の場所に配置されてよい。

いくつかの例では、ワークピースグリッパ１０は、２つ以上の吸着コネクタ１８を含んでよい。例えば、ワークピースグリッパ１０のそれぞれのグリッパアーム１２は、別個の吸着コネクタ１８を介して単一または別個の吸着源に接続されてよい。他の配置も可能である。

典型的に、それぞれの吸着開口部１６は、例えば、グリッパ本体１１の内部にある、導管を介して吸着コネクタ１８に接続される。１つ以上の流量制限器が、それぞれの吸着開口部１６と、吸着コネクタ１８に接続される吸着源と、の間に配置される。

別の例では、グリッパ表面１３は、単一の連続した、分岐していない表面を形成してよく、グリッパ本体１１は、単一の分岐していない本体を含んでよい。

図２は、連続したグリッパ表面を有する図１に示すワークピースグリッパの変形例の概略上面図である。

ワークピースグリッパ４０のグリッパ本体１１は、分岐していないアームを有する連続した本体の形である。同等に、ワークピースグリッパ４０のグリッパ本体１１は、単一のアームから構成されていると考えられ得る。同様に、グリッパ表面１３は、連続した表面の形である（グリッパ表面１３上の任意の２つの吸着グリッパ１４が、その全長が介在する空間を横切ることなくグリッパ表面１３に沿って延びる線分によって接続され得るように）。いくつかの例では、グリッパ本体１１は、グリッパ本体１１の対向する面に、２つの同様のまたは異なるグリッパ表面１３を有してよい。

図示の例では、吸着グリッパ１４は、２列に配置され、例えば、それぞれの列が内部吸着チャネルに沿った位置に対応する。他の例では、吸着グリッパ１４は、グリッパ表面１３に他の方法で配置されてよい。

連続したグリッパ表面１３に沿った吸着グリッパ１４の配置は、例えば、小さいワークピース１５の実質的な部分または全体が、グリッパ表面１３の異なるアーム間の空間に位置する可能性を排除することによって、異なるサイズのワークピース１５を把持する際の柔軟性を高めることを可能にし得る。上述したように、それぞれの吸着グリッパ１４を通る流入を制限する流量制限器は、ワークピース１５によって覆われていない任意の吸着グリッパ１４ａを通る、またはワークピース１５によって部分的に覆われている吸着グリッパ１４ｂを通る、流入を制限し得る。

図３は、図１に示すワークピースグリッパの吸着グリッパを通る概略断面図である。

図示の例では、吸着グリッパ１４は、単一の吸着開口部１６を含む。他の例では、吸着グリッパは、複数の吸着開口部を含んでよい。

吸着は、例えば、吸着グリッパ14が配置されるグリッパアーム１２に沿って、グリッパ本体１１の内部に延び得る吸着チャネル２６を介して、吸着開口部１６に行われてよい。例えば、吸着チャネル２６の近位端は、ワークピースグリッパ１０の吸着コネクタ１８と流体的に接続されてよい。典型的に、単一の吸着チャネル２６は、１つ以上の吸着開口部１６に接続されてよい。例えば、単一のグリッパアーム１２に沿った全ての吸着開口部１６は、単一の吸着チャネル２６に開口してよい。

図示の例では、吸着開口部１６は、流量制限器２４を介して吸着チャネル２６に（例えば、図３に示す断面の平面外にある開口部を介して）接続されている。図示の例では、流量制限器２４は、複数のバッフル２８によって流れが偏向される迷路チャネルの形である。代替的にまたは追加的に、流量制限器２４は、例えば、ＳＡＳＯ構造を含む別の形、または、１つ以上のバッフル、フィン、狭窄部、湾曲部、ねじれ、屈曲部、または、吸着開口部16および流量制限器２４を介した空気または別の流体の流入速度を制限するための他の構造の、別の構成を、有してよい。流量制限器２４は、調整可能または調整不能なニードル弁または他の狭窄部を含んでよい。

図示の例では、流量制限器２４は、吸着開口部１６と吸着チャネル２６との間に配置されている。代替的にまたは追加的に、流量制限器２４は、吸着チャネル２６または吸着コネクタ１８内、吸着チャネル２６と吸着コネクタ１８との間、または吸着開口部１６と吸着コネクタ１８との間の流体経路の他の場所（例えば、吸着チャネル２６が２つ以上の分岐チャネルに分岐し、それぞれが異なる吸着開口部１６に接続する箇所）に配置されてよい。例えば、単一の流量制限器２４は、２つ以上の吸着開口部１６を介した流入を制限する役割を果たし得る。流量制限器２４は、グリッパ基部２０内、または吸着源と吸着コネクタ１８との間の導管内に、配置されてよい。

図示の例では、吸着開口部１６は、弾性カップ２２の形の弾性シール構造によって取り囲まれている。ワークピース１５の表面が吸着開口部１６の近傍に配置され、吸着が吸着開口部１６に行われるときに、ワークピース１５は、吸着開口部１６およびグリッパ表面１３に向かって引き寄せられ得る。ワークピース１５が弾性カップ２２のリム２３に接触するときに、ワークピース１５と弾性カップ２２のリム２３との間の接触が、シールを形成し得る。従って、吸着は、周囲の空気圧がワークピース１５を吸着開口部１６に向かって押すように、弾性カップ２２内に部分的な真空を形成し得る。

吸着開口部１６の方へのワークピース１５のさらなる引き寄せは、弾性カップ２２をグリッパ表面１３の方へ押し付け得る。弾性カップ２２の柔軟性および弾性は、弾性カップ２２がワークピース１５とグリッパ表面１３との間で平坦化することを可能にし得る。弾性カップ２２の平坦化は、弾性カップ２２とワークピース１５との間の接触面積を増加させ得る。接触面積の増加は、ワークピース１５と平坦化された弾性カップ２２との間の摩擦力、従ってワークピース１５と吸着グリッパ１４との間の摩擦力を、増加させ得る。

代替的にまたは追加的に、弾性シール構造は、別の形態を有してよい。例えば、弾性シール構造は、パッド、ガスケット、変形可能なニップル、または、吸着開口部１６とワークピース１５との間にシールを形成し、ワークピース１５と吸着グリッパ１４との間の摩擦力を促進し得る、他の構造、の形態を有してよい。

場合によっては、例えば、ワークピース１５の表面が反っている場合、１つ以上の吸着グリッパ１４は、吸着開口部１６を覆ってワークピース１５とその吸着開口部１６との間に気密シールを形成するのに、ワークピース１５の表面をその吸着グリッパ１４の吸着開口部１６の方へ十分に引き寄せないことがある。吸着開口部１６と吸着コネクタ１８との間の流入経路における流量制限器２４の存在は、覆われていない吸着開口部１６を通る流入速度を制限し得る。全ての覆われていない吸着開口部１６を通る流入速度のため、覆われて密封された吸着開口部１６に加えられる吸着（ワークピース１５表面が、吸着開口部１６の少なくともいくつか、好ましくは少なくとも３つに接触すると仮定）は、ワークピース１５をしっかりと把持してワークピース１５の信頼性の高い正確な操作を可能にするのに十分であり得る。(流量制限器がない場合、吸着コネクタ１８を介して行われる全ての吸着は、覆われていない吸着開口部を通る流入の増加を引き起こし、覆われた吸着開口部を介した吸着の適用を中断または阻止する可能性がある。)

図示の例では、それぞれの吸着グリッパ１４およびその弾性カップ２２（または同様の弾性シール構造）は、ワークピース１５に面するグリッパアーム１２の表面から一定の距離延びている。それぞれのグリッパアーム１２上の吸着グリッパ１４の数および配置、ならびにグリッパアーム２２の数および形状は、最小数量の吸着グリッパ１４が、反ったワークピースであっても（例えば、ワークピース１５を使用不能にしない反りの範囲内で）その表面を把持することができるように設計され得る。例えば、場合によっては、２つ以上の吸着グリッパ１４によるワークピースの把持は、ワークピースグリッパ１０がワークピースをしっかりと把持するのに十分であり得る。場合によっては、３つ以上の吸着グリッパ１４によるワークピースの把持は、ワークピースを安定して確実に把持するのに十分であると考えられ得る。

図４Ａは、図３に示す吸着グリッパの変形例を概略的に示す。図４Ｂは、図４Ａに示す吸着グリッパの概略断面図である。

吸着グリッパ４１は、吸着グリッパ１４（図３）と同様に構成され、弾性カップ２２によって取り囲まれた吸着開口部１６を含む。例えば、弾性カップ２２は、シリコーンなどの可撓性および弾性ポリマー、または別の弾性材料から形成されてよい。

一例では、吸着グリッパ４１は、グリッパ表面１３上の円形開口部に保持されてよい。円形開口部の下のグリッパ本体１１の領域は、吸着チャネル２６を含んでよい。例えば、円形開口部は、吸着チャネル２６に開口してよい。円形開口部の直径は、リップ４６の直径よりも小さく、リップ４６と弾性カップ２２との間の溝４８の直径よりも大きくてよい。リップ４６も、弾性材料で構成されてよい。例えば、リップ４６と弾性カップ２２は、単一ピースとして製造、例えば、成形されてよい。

例えば、吸着グリッパ４１をグリッパ表面１３の円形開口部に取り付けるために、吸着グリッパ４１のステム４２は、リップ４６が開口部を通過するまで、開口部に挿入されてよい（例えば、挿入中に曲げられたり、他の方法で歪められたりして）。リップ４６が円形開口部を通過すると、リップ４６の弾性は、円形開口部から吸着グリッパ４１が外れるのを防止するように、リップ４６を開き得る。例えば、リップ４６の近位外面は、円形開口部を通じたリップ４６の挿入を可能にするためにリップ４６の曲げまたは折り畳みを容易にするように、弾性カップ２２の方へ外側および遠位方向に先細りになってよい。先細りは、ステム４２の方へ近位方向にリップ４が曲がるのを妨げ、従って円形開口部からのリップ４６の引き抜きを妨げ得る。

図示の例では、ステム４２は、平らな側面４４を形成するように横方向に切り落とされた円柱の形であってよい。流量制限器２４は、吸着グリッパ４１の遠位端の吸着開口部１６を、ステム４２の側面４４と、弾性カップ２２およびリップ４６を含む外側ピースの円筒状内表面５０と、の間の領域に接続する。従って、円筒状内面５０は、ステム４２の長さの少なくとも一部を取り囲む。側面４４と円筒状内面５０との間の領域は、吸着開口部１６とステム４２の近位（例えば、リップ４６へ）の端部との間の流体的な接続を形成する。図示の例では、流量制限器２４のバッフル２８は、側面４２と円筒状内表面５０との間の空間に位置している。

吸着導管２６に開口している円形開口部にステム４２が挿入される場合の例では、側面４４に沿った場合を除くステム４２の円筒状外面と円筒状内面５０との間のぴったりとした境界面によって流入が遮断され得る。側面４４と円筒状内面５０との間の空間は、吸着開口部１６と吸着導管２６との間の流体的な接続を形成する。吸着開口部１６と吸着導管２６との間の流体的な接続は、流量制限器２４を形成するための構造（図示の例ではバッフル２８、または他の構造）を含む。従って、ワークピース１５の表面と接触していない場合でも、吸着グリッパ４１を介した流入が制限され得る。

吸着グリッパの他の構成も可能である。

代替的にまたは追加的に、ワークピースグリッパ１０の１つ以上の吸着グリッパは、調節可能な長さだけグリッパアーム１２からワークピース１５の方へ伸長可能であってよい。反ったワークピースが複数の伸長可能な吸着グリッパによって把持されてグリッパアーム１２の方へ引き寄せられるときに、伸長可能な吸着グリッパのいくつかは、反りを補償しながら把持を維持するように、グリッパアーム１２から外側に延びてよい。

図５は、吸着グリッパがワークピースグリッパから伸長可能である吸着グリッパの変形例の概略側面図である。

伸長可能な吸着グリッパ３０は、伸長可能な吸着グリッパ３０の遠位端（図示の例では、弾性カップ２２が配置されている）をグリッパアーム１２から可変距離だけ伸長するための伸長機構３２を含む。可変距離を変化させるための伸長機構３２の伸長および後退または圧縮は、矢印３４で表される。

図示の例では、伸長可能な吸着グリッパ３０は、図３に示す吸着グリッパ１４と同様に構成されている。例えば、伸長可能な吸着グリッパ３０は、吸着開口部１６（図５の側面図では見えない）を取り囲む弾性シール構造（図示のように弾性カップ２２の形態、またはパッド、ガスケット、ニップル、または他の弾性シール構造）を含む。吸着開口部１６は、１つ以上の流量制限器２４を、吸着開口部１６と、吸着開口部１６および伸長可能な吸着グリッパ３０に吸着を行う吸着源（例えば、吸着コネクタ１８または同様の構造）への接続部と、の間に備える。例えば、流量制限器２４は、伸長可能な吸着グリッパ３０、グリッパアーム１２、グリッパ基部２０の中、またはワークピースグリッパ１０の中の他の場所に配置されてよい。

伸長機構３２の一例では、伸長機構３２は、伸長可能な吸着グリッパ３０がワークピースを把持していないときに、伸長可能な吸着グリッパ３０を完全に伸長するように構成される機構を含む。従って、伸長可能な吸着グリッパ３０がワークピースの表面の一部を把持するまで、伸長可能な吸着グリッパ３０は通常伸長する。

一例では、伸長機構３２は、圧縮されていないときに完全に伸長する１つ以上の弾性機械要素または空気圧要素を含んでよい。例えば、弾性要素は、圧縮されていないときに完全に伸長する１つ以上の圧縮可能なばねまたは棒を含んでよい。圧縮可能な要素は、伸長機構３２の遠位端付近の点から近位点、例えばグリッパアーム１２内まで、伸長機構３２内に延びてよい。要素が圧縮されると、伸長機構３２の一部がグリッパアーム１２内に押し込まれ得る、または、伸長機構３２の伸縮または折り畳み可能な壁が短くなり得る。

別の例として、伸長機構３２の外壁は、弾性アコーディオン折り目を含んでよい、または、圧縮力が伸長機構３２の壁をくしゃくしゃにしたり押しつぶしたりすることを可能にする一方で、圧縮力が取り除かれると壁がその圧縮されていない伸長形状を回復することを可能にするように、別の方法で構成される。

空気圧要素は、圧縮力を受けたときに管が短くなることを可能にする２つ以上の伸縮セグメントを有するシール管を含んでよい。例えば、シール管は、伸長機構３２の遠位端付近の点から、例えばグリッパアーム１２内の、近位点まで、伸長機構３２内に延びてよい。代替的にまたは追加的に、伸長機構３２は、加圧空気または別の流体が導入され得るチャンバを含んでよい。例えば、空気は、吸着開口部１６に吸着を行う吸着源の排気機構からチャンバ内に吹き込まれてよい。

通常伸長した伸長可能な吸着グリッパ３０を用いて、ワークピースの表面を（例えば、ロボットまたは他の自動機構によって、または手動制御機構によって、または他の方法で）、１つ以上の伸長した伸長可能な吸着グリッパ３０を含むワークピースグリッパ１０のグリッパアーム１２に接近させてよい。典型的に、ワークピース１５がグリッパアーム１２に近づく際に、ワークピースグリッパ１０のそれぞれの伸長可能な吸着グリッパ３０の吸着開口部１６（同様に伸長可能でない任意の吸着グリッパ１４の吸着開口部１６）に吸着が行われる。

典型的に、ワークピース１５の表面の領域が１つ以上の伸長可能な吸着グリッパ３０の遠位端に十分に近づけられると、ワークピース１５の表面の１つ以上の領域が、伸長した伸長可能な伸長可能な吸着グリッパ３０の遠位端で弾性シール構造の一部（例えば、弾性カップ２２のリム２３の一部）に最初に接触し得る。その伸長可能な吸着グリッパ３０に行われる吸着は、弾性シール構造とワークピース１５の表面とを共に引き寄せ得る。従って、弾性シール構造は、ワークピース１５とその伸長可能な吸着グリッパ３０との間にシールを形成し得る。例えば、弾性カップ２２の形の弾性シール構造のリム全体は、ワークピース１５の表面の方へ引き寄せられ、物理的に接触し得る。従って、弾性カップ２２（または他の弾性シール構造）の内部は、唯一の開口部が吸着開口部１６であるチャンバを形成し得る。

この場合、吸着開口部１６に吸着を継続的に行うことは、ワークピース１５の表面と弾性カップ２２（または他の弾性封止構造）との間に形成されたチャンバから流体を引き出し得る。その結果、吸着力が、伸長機構３２の遠位方向に押す力に打ち勝って、伸長可能な吸着グリッパ３０の遠位端を、ワークピース１５の取り付けられた表面と共に、グリッパアーム１２の方へ近位方向に引き寄せ得る。ワークピース１５の表面の近位内側への動きは、ワークピース１５の表面が、他の伸長可能な吸着グリッパ３０または吸着グリッパ１４によって同様に把持される可能性を高め得る。

流量制限器２４の存在は、ワークピース１５の表面と接触しておらず、従ってワークピース１５の表面によってシールされていない、任意の伸長可能な吸着グリッパ３０または吸着グリッパ１４を通じた流入を制限し得る。制限された流入は、従って、ワークピース１５の表面と接触している任意の伸長可能な吸着グリッパ３０または吸着グリッパ１４によって加えられる吸着力が、接触を維持することができることを保証し得る。

代替的にまたは追加的に、伸長機構３２は、制御可能なモータ（例えば、モータの円運動を伸長機構３２の直線運動に変換するトランスミッションを有する電動モータ）またはアクチュエータ（例えば電動式の、リニアアクチュエータ）を含んでよく、アクチュエータは、例えばワークピースグリッパ１０のコントローラによって、伸長可能な吸着グリッパ３０の遠位端を伸長または後退させるように動作可能である。例えば、グリッパアーム１２、伸長可能な吸着グリッパ３０、またはワークピースグリッパ１０は、伸長可能な吸着グリッパ３０の近くにあるワークピース１５の表面の部分の近接を感知するように構成されたセンサを備えてよい。近接が検知されると、伸長機構３２は、ワークピース１５の方へ伸長可能な吸着グリッパ３０を伸長させるように動作し得る。接触が検知されると（例えば、その伸長可能な吸着グリッパ３０の吸着開口部１６を介した流入量の減少を検出するセンサによって）、伸長機構３２は、ワークピース１５の表面をグリッパアーム１２の方へ引っ張るように動作し得る。

伸長機構３２の動作には、他の種類の機構も可能である。伸長機構３２は、流量制限器２４によって制限されるそれぞれの吸着開口部１６を通じた制限された流入にもかかわらず、ワークピース１５の表面を把持するのに表面に十分に近い伸長可能な吸着グリッパ３０の遠位端の位置決めを可能にすることによって、ワークピースグリッパ１０によるワークピースの把持を容易にし得る。

異なる実施形態が本明細書に開示されている。特定の実施形態の特徴は、他の実施形態の特徴と組み合わせられてよく、従って、特定の実施形態は、複数の実施形態の特徴の組み合わせであってよい。本発明の実施形態の上述の記載は、例示および説明の目的で提示されている。網羅的にすることや、開示された正確な形態に本発明を限定することを意図していない。上記の教示に照らして、多くの修正、変形、置換、変更、および同等が可能であることが、当業者には理解されるであろう。従って、添付の「特許請求の範囲」は、全てのそのような修正および変更を本発明の真の趣旨の範囲内に含まれるとしてカバーすることを意図していることを、理解されたい。

本発明の特定の特徴が本明細書で図示および説明されてきたが、多くの修正、置換、変更、および同等が、当業者には今や思い浮かぶであろう。従って、添付の「特許請求の範囲」は、全てのそのような修正および変更を本発明の真の趣旨の範囲内に含まれるとしてカバーすることを意図していることを、理解されたい。

Claims (16)

1. ワークピースを把持するグリッパであって、前記グリッパは、平らなグリッパ表面を有する本体と、少なくとも１つの流量制限器と、を備え、
   前記グリッパ表面は、前記グリッパ表面上に分配された複数の開口部を含み、前記開口部のそれぞれは、吸着源に接続可能であり、
   前記少なくとも１つの流量制限器は、前記複数の開口部と、前記吸着源への前記グリッパのコネクタと、の間に配置され、前記複数の開口部のそれぞれの開口部を通じた流入を制限し、吸着が前記複数の開口部に行われ、ワークピース表面の一部が、前記複数の開口部のうちの少なくとも１つの開口部を覆い、別の開口部が覆われていないままであるとき、覆われた開口部での吸着力が、前記ワークピース表面を把持するのに十分な強さであり、
   前記複数の開口部の開口部は、弾性シール構造を含み、前記弾性シール構造は、前記ワークピース表面が前記弾性シール構造と接触しているときに、吸着がその開口部に行われたときに、その開口部と前記ワークピース表面との間にシールを形成するように構成され、
   前記弾性シール構造は、前記複数の開口部の前記開口部に挿入可能なステムを介して、前記グリッパ表面に接続可能であり、
   前記ステムは、平らな側面を形成するように横方向に切り落とされたシリンダの形であり、
   前記少なくとも１つの流量制限器は、前記側面と、前記ステムを取り囲む円筒面と、の間の空間に配置される、グリッパ。
2. 請求項１に記載のグリッパであって、前記本体は、単一の基部から延びる複数のアームを備える、グリッパ。
3. 請求項２に記載のグリッパであって、前記コネクタから前記複数の開口部の開口部への導管は、前記複数のアームのアームに沿って延びる、グリッパ。
4. 請求項１に記載のグリッパであって、前記グリッパ表面は連続している、グリッパ。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のグリッパであって、前記少なくとも１つの流量制限器は、前記複数の開口部の開口部と、その開口部と前記コネクタとの間の流体接続を形成する導管と、の間に配置される、グリッパ。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のグリッパであって、前記流量制限器は、複数のバッフルを備える、グリッパ。
7. 請求項６に記載のグリッパであって、前記流量制限器は、内部に取り付けられた千鳥状の対向フィンを有する自己適応型セグメント化オリフィス（ＳＡＳＯ）を備える、グリッパ。
8. 請求項１から５のいずれか１項に記載のグリッパであって、前記流量制限器は、狭窄部を備える、グリッパ。
9. 請求項８に記載のグリッパであって、前記流量制限器は、ニードル弁を備える、グリッパ。
10. 請求項９に記載のグリッパであって、前記弾性シール構造は、弾性カップを備える、グリッパ。
11. 請求項９に記載のグリッパであって、前記弾性シール構造は、パッドまたはガスケットを備える、グリッパ。
12. 請求項９から１１のいずれか１項に記載のグリッパであって、前記弾性シール構造は、ポリマーを備える、グリッパ。
13. 請求項１２に記載のグリッパであって、前記ポリマーは、シリコーンを備える、グリッパ。
14. 請求項１から１３のいずれか１項に記載のグリッパであって、前記複数の開口部の開口部は、その開口部を前記グリッパ表面から前記ワークピース表面に向かって外側に伸長する伸長機構を備える、グリッパ。
15. 請求項１４に記載のグリッパであって、前記伸長機構は、前記開口部が前記ワークピース表面と接触していないときに、前記開口部を外側に延ばすように構成される、グリッパ。
16. 請求項１５に記載のグリッパであって、前記伸長機構は、吸着が前記開口部に行われ、前記開口部が前記ワークピースの表面と接触しているときに、吸着力が前記開口部を前記グリッパ表面の方へ引き寄せることを可能にするように構成される、グリッパ。

Images