JPH079269A - 板状体の保持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 厚さが薄くその厚さに比べて面積の大きい剛
性の低い板状体を、その周辺部以外の面に接触すること
なくほぼ水平状態に保持し、しかも板状体を該保持状態
で移送可能なハンドを有する板状体の保持装置を提供す
る。 【構成】 板状体の周辺部の任意の１個所を吸着して該
板状体を固定支持する固定用の吸着チャックと、前記周
辺部の他の複数位置を吸着保持するとともに、前記固定
支持位置に対して該複数の吸着保持位置より該各位置と
前記固定支持位置とを結ぶ線上に張力を付加可能な複数
の吸着チャックと、前記板状体の周辺部以外の部分の面
を、該面に対し所定のギャップを介して垂直方向に非接
触状態で保持する複数の非接触チャックと、からなるハ
ンドを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリント基板、シート
類などのように、厚さが薄く剛性の低い板状体をほぼ水
平状態に保持する保持装置に係わり、特に、その厚さに
比べて面積が大きく、しかも周辺部以外の面を、非接触
で保持するのに好適な板状体の保持装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】これまで薄い板状体、例えば半導体ウエ
ハを、その表面に対して非接触で保持する方法として、
ベルヌーイチャックを用いるもの（例えば、特開昭51ー
37575，特開昭51ー91458）が提案されている。

【０００３】上記ベルヌーイチャックによる保持対象部
品は、ウエハの様にベルヌーイチャックのチャック面の
大きさに対してほぼ数倍程度の面積を持ち、かつ剛性が
高く平坦な板状部品であった。この様な部品をベルヌー
イチャックにより保持する場合は、保持する対象部品の
表面に気体を吹き付け、その表面に負圧を発生させ、対
象部品を吸引して非接触的に保持するようになってい
る。そして、保持した対象部品は、その外周をピン等で
囲まれ、水平方向の移動を規制されながらハンドリング
されていた。

【０００４】また、テーブル上の位置決め用ブロックに
押し付けて位置決めする薄物板金を、複数の吸着パッド
を使用して吸着搬送するロボット用吸着ハンド（例え
ば、実開平3-36785）が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】広い面積の平板でも、
ある程度剛性の高い対象部品を上記従来技術で述べたベ
ルヌーイチャックを使用して保持する場合は、その保持
対象部品の重量に応じた数の複数のベルヌーイチャック
を配置し、かつ対象部品が水平方向に自由に移動しない
ように外周をピン等で規制することにより、従来と同様
な保持方法で保持することが可能である。しかし、例え
ば、プリント基板等のように、板状体の表面に接触する
ことにより傷、塵が付着することが問題となるような部
分を有し、剛性が低く、しかも大面積の平板を、複数の
ベルヌーイチャックによって水平状態に保持した場合
は、各ベルヌーイチャックに水平方向の拘束力がないこ
とから次のような現象が起こる。外周部をピン等で規制
しながら、複数のベルヌーイチャックにより剛性の低い
平板を保持すると、非接触で保持しているため横方向の
拘束力が働かず、ベルヌーイチャックの間で平板にたわ
みが生じる。一旦たわみが生ずると、この部分に基板重
量がかたよりアンバランスが生じる。さらに、このアン
バランスによりたわみが大きくなり、遂には平板を落下
させてしまう。このように複数のベルヌーイチャックを
用いるだけでは、薄材で剛性が低く、柔軟性の高い大面
積の板状体を、水平状態に保持すること自体が困難であ
り、該板状体を移送して高精度に組み付けることは不可
能な問題であった。

【０００６】また、剛性の高い板状体であっても、大面
積で、しかも該板状体の周辺部以外の部分に、前述の如
く板状体の表面に接触することにより傷、塵が付着する
ことが問題となるような部分を有するような場合は、前
記ロボット用吸着ハンドの複数の吸着パッドにより板状
体の周辺部を保持することになるが、板状体の自重によ
りその面積に応じて中央部がたわんでしまう。このよう
に中央部がたわんでも単なる移送のみの場合はさほど問
題はないが、所定の場所に高精度に位置決めすることが
必要な場合は、前記たわみによる水平方向の位置誤差が
発生し、高精度な位置合わせは困難となる問題点を有し
ていた。

【０００７】本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、プ
リント基板、シート類などのように、厚さが薄くその厚
さに比べて面積の大きい剛性の低い板状体を、その周辺
部以外の面に接触することなくほぼ水平状態に保持し、
しかも板状体を該保持状態で移送可能なハンドを有する
板状体の保持装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、厚さに比して面積の大きい薄材の板状体
を、ほぼ水平状態に保持する板状体の保持装置におい
て、前記板状体の周辺部の任意の１個所を吸着して該板
状体を固定支持する固定用の吸着チャックと、前記周辺
部の他の複数位置を吸着保持するとともに、前記固定支
持位置に対して該複数の吸着保持位置より該各位置と前
記固定支持位置とを結ぶ線上に張力を付加可能な複数の
吸着チャックと、前記板状体の周辺部以外の部分の面
を、該面に対し所定のギャップを介して垂直方向に非接
触状態で保持する複数の非接触チャックと、からなるハ
ンドを備える構成にしたものであるそして、前記吸着チ
ャックを、該吸着チャックのチャックベースに対して吸
着パッドの位置をセンタリングするセンタリング機構
と、該センタリング状態を解除された吸着パッドを、所
定の方向に水平移動させる移動機構とを備える構成にす
るとよい。

【０００９】また、前記板状体を保持する際に該板状体
面までの距離を計測する計測手段と、前記非接触チャッ
クのチャック面の位置を可変にして、前記板状体面との
間のギャップ量を調整する可変手段とを備える構成にす
ることが好ましく、さらに、前記非接触チャックを、複
数のベルヌーイチャックとし、該ベルヌーイチャックの
保持力を増減可能な制御手段を備える構成にするとよ
い。

【００１０】

【作用】上記構成としたことにより、ハンドと対抗する
位置にほぼ平坦に載置されている板状体に対して、該ハ
ンドを下降させると、該ハンドのうち板状体の周辺部を
吸着保持する複数の吸着チャックが、板状体に接触して
吸着可能状態になった位置でハンドの下降を停止する。
該位置で板状体を吸着するとともに、複数の非接触チャ
ックにより板状体の周辺部以外の部分、すなわち板状体
の中央部の面を所定のギャップを介して非接触状態で保
持する。この場合、板状体の吸着面と非接触チャックに
より保持される板状体の上面とは、ほぼ同一高さになる
ように調整されている。

【００１１】上記状態でハンドを所定の高さまで上昇さ
せるが、この場合の板状体の姿勢は、板状体の周辺部を
複数の吸着チャックにより吸着保持され、かつ板状体の
中央部の面を複数の非接触チャックにより非接触保持さ
れることにより、板状体の各部、すなわち、板状体の周
辺部は勿論、中央部においてもたわみをほとんど発生す
ることなく、ほぼ水平状態に保たれる。この上昇位置で
板状体の周辺部の任意の１個所、例えば長方形の板状体
の場合には４つのコーナーのうち１個所を、吸着チャッ
クにより位置不動に固定支持する。そして同時に、該固
定支持位置に対して他の複数の吸着チャックにより吸着
している残りの３コーナーを含む板状体の周辺部より、
前記固定支持位置を結ぶ線上に張力を付加する。この場
合、付加する張力は、板状体の中央部に発生する自重に
よるたわみが、すでに非接触チャックにより引上げられ
てほぼ水平状態に保たれているため、従来のように板状
体の中央部に発生する自重によるたわみを減らして平坦
化するような大きい力は必要なく、吸着チャックと板状
体間に吸着により発生している摩擦力を超えない程度の
小さい力でよい。

【００１２】上記張力を加えることにより、前記ハンド
の上昇位置においてすでにほぼ水平状態に保持されてい
る板状体は、さらに平坦化されることになり、また、板
状体にしわが発生しないように小さな力で水平方向に引
っ張ることになるため、厚さが薄く、その厚さに比べて
面積の大きい柔軟性の高い板状体であっても、前記保持
状態をそのまま維持してハンドリングが可能になり、一
方、板状体の重ね合わせ、あるいは組立て等における位
置合わせを高精度に行うことが可能になる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の１実施例を図１ないし図５を
参照して説明する。図１は本発明のハンド８を示す。図
２は図１に示す吸着チャックの構成説明図、図３は図１
に示す非接触チャックの構成説明図、図４は図１に示す
ハンドの動作説明図、図５は板状体の保持状態説明図で
ある。

【００１４】図１において、１はハンドベース、２はハ
ンドベース１に固定された複数の吸着チャックで、吸着
チャック２は、板状体の周辺部の任意の１個所を吸着し
て該板状体を固定支持する固定用の吸着チャックと、前
記周辺部の他の複数位置を吸着保持するとともに、前記
固定支持位置に対して該複数の吸着保持位置より該各位
置と前記固定支持位置とを結ぶ線上に張力を付加可能な
複数の吸着チャックとからなる。３は接続ブラケット４
を介してハンドベース１に固定された複数の非接触チャ
ックである。各吸着チャック２はチューブ６を介して図
示しない負圧源に接続されている。また、各非接触チャ
ック３はチューブ７により図示しない空圧源に接続され
ている。８は上記構成からなるハンドである。ハンド８
は連結柱５によりハンド８を搬送するユニット（図示せ
ず）に接続されている。

【００１５】図２において、１１は吸着パッド、１２は
吸着パッド１１を一端側（下端側）に固定したパイプ
で、他端側はフローティングベース１３に固定されてい
る。フローティングベース１３はボール１４を介してチ
ャックベース１５に水平方向に自由度を持った状態で保
持されている。フローティングベース１３には、自己を
チャックベース１５に対して位置決めするためのセンタ
リングユニット１６が設けられている。センタリングユ
ニット１６は、先端の尖ったピン１８と該ピン１８を移
動させるシリンダ１７とからなっており、フローティン
グベース１３の前記位置決めは、ピン１８に対向させて
チャックベース１５に設けた位置決め基準穴１９に、ピ
ン１８を挿入することにより行われる。チャックベース
１５には、フローティングベース１３を水平の一方向に
押し付けるためのエアシリンダ２０が固定されている。
パイプ１２には、吸着パッド１１の周囲にカップ２１を
設け、対象とする板状体を吸着したときに、該板状体の
吸着面をカップ端面２２で受けさせ、吸着チャック２に
対する板状体の高さ位置を決めるようにしている。

【００１６】図３において、２５は前記接続ブラケット
４の下端に固着された円柱、２６は円柱２５に設けられ
た径が１ｍｍ〜２ｍｍの圧縮空気の通路用の穴、２７は
円柱２５に穴２６の反対側に設けられた継ぎ手部で、前
記チューブ７に接続されている。上記により構成される
非接触チャック３による板状体２９の保持は、チャック
面２８を板状体２９に対して１ｍｍ〜２ｍｍのギャップ
３０となるように近付け、継ぎ手部２７を介して圧縮空
気を送り、ギャップ３０に高速の気体を流すことによっ
てギャップ３０に保持力となる負圧を発生させて行う。

【００１７】つぎに、板状体２９を保持する作用につい
て説明する。まず、図４（ａ）に示すように、保持対象
の板状体２９は平坦な面に、ハンド８と対向した位置に
おかれる。この状態から図示しない上下移動手段により
ハンド８を下降させる。下降させるとまず吸着チャック
２の吸着パッド１１が、図４（ｂ）に示すように板状体
２９に接触した所でハンド８の下降を停止する。次に各
吸着パッド１１により板状体２９を吸着すると共に、各
非接触チャック３より板状体２９とのギャップ３０にエ
アを吹き出し、該吹き出し部で板状体２９を非接触状態
で保持する。この場合、各吸着パッド１１により吸着さ
れる板状体２９の上面は、前記図２に示すカップ端面２
２と接触させ、該接触した位置と一致するように各非接
触チャック３により保持される板状体２９の上面位置を
調整しておく。この状態のまま図４（ｃ）に示すように
ハンド８を上昇させる。

【００１８】上記保持された板状体２９を所定の高さま
で上昇させた後、板状体２９を固定支持する固定用の吸
着チャックを除く他の吸着チャックに対して、前記図２
に示すセンタリングユニット１６のピン１８を上昇させ
て位置決め基準穴１９との係合を解き、フローティング
ベース１３をフリー状態にする。さらにフリー状態のフ
ローティングベース１３を、エアシリンダ２０を介して
板状体２９に張力が加えられる方向に押圧する。ここ
で、エアシリンダ２０によりフローティングベース１３
を押圧する力は、吸着パッド１１の吸着によって発生す
る吸着パッド１１と板状体２９との間の摩擦力を越えな
い範囲内とする。

【００１９】図５は板状体２９が長方形の場合の例で、
吸着パッドおよび非接触チャックを各６個ずつ配置した
例を示す。１１ａ〜１１ｆは６個の吸着パッド、２９ａ
は板状体２９の点線の外側の周辺部の領域で、吸着チャ
ック２との接触可能領域である。図の点線の内側は傷、
塵等の付着が問題となる接触不可能領域である。ここで
各吸着パッドのうち、１１ａは、板状体２９の１個所の
コーナー部を吸着したまま位置不動に固定支持する固定
用の吸着パッド、１１ｃ，１１ｄ，１１ｆは、接触可能
領域２９ａの他のコーナー部を吸着保持するとともに、
該各吸着保持位置より吸着パッド１１ａの固定支持位置
に対して、該各位置と前記固定支持位置とを結ぶ図示矢
印方向の線上に張力を付加可能な吸着パッド、１１ｂ，
１１ｅは、板状体２９の対向する辺の中間に相対させて
配置され、板状体２９には張力を加えることなく、吸着
パッド１１ｃ，１１ｄ，１１ｆによる前記張力により発
生する変位に対応可能に、水平方向に自由度を保った状
態に維持されている吸着パッドである。一方、非接触チ
ャック３は、接触不可能領域内に分散して配置され、該
各位置で板状体２９を非接触で保持している。

【００２０】上記の様に、板状体２９の周辺の接触可能
領域２９ａを、吸着式パッド１１ａ〜１１ｆにより張力
を加えながら保持し、かつ板状体２９の周辺部を除く接
触不可能領域を非接触チャック３により保持することに
より、板状体２９のたわみ量を小さくすることが出来
る。この効果の具体例について図６および図７を参照し
て説明する。図６は板状体の保持状態の種類を示す図、
図７は図６に示す保持状態とそのときのたわみによる水
平方向の位置ずれ量との関係を示す図である。使用した
板９は、厚さ０．５ｍｍで、８００ｍｍ×６００ｍｍの
長方形のアルミ板と同じヤング率を有している。実験
は、板９を保持した際に、該板９がたわむことにより発
生する水平方向の最大の位置ずれ、つまり、基準点ａに
対するｂ点におけるずれ量を、図６（ａ）は４コーナー
の支持のみでその他の支持なし、図６（ｂ）は４コーナ
ーの支持のほか板９の中央部の非接触チャックによる支
持２個所、図６（ｃ）は同じく支持４個所、の各々につ
いて行った。図７のグラフより板９の周辺を除く内部を
複数点で支えることによって、水平方向の最大位置ずれ
量を１０μｍ程度に減少させることが可能であることが
わかる。このことから高精度な位置合わせ精度を要する
組付けに対して、十分対応させることが可能である。

【００２１】次に、図８に示すように、前記周辺部のみ
を保持可能な板状体であっても、ハンドリングにより取
り出す前の載置状態においても周辺部のみで支え、内部
は接触保持したくない場合がある。このように周辺部の
みを支持された板状体２９は、単に載置されている状態
でも図に示すように中心部にたわみｄを発生している。
図８において、４０は板状体２９の載置台、４１は板状
体２９の接触不可能領域に対応する載置台４０に設けら
れている空間で、板状体２９はこの部分で自重によりた
わんでいる。

【００２２】この様な場合、前記図１に示すハンド８に
おける非接触チャック３に変えて図９に示す構成の非接
触チャックを用いるとよい。図９において、４３はチャ
ック部、４３ａはチャック部４３のチャック面、４４は
チャック部４３に設けられたエアの吹き出し穴で、ここ
からエアが吹き出される。４５はチャック部４３に埋め
込まれたセンサで、板状体２９との距離が計測される。
４６はチャック部４３に固定されたナットで、ねじ４７
と組み合わされている。ねじ４７はカップリング４８を
介してモータベース５１に固定されたモータ４９のモー
タ軸５０と連結されている。モータベース５１には筒状
のチャックガイド５２が固定されており、チャック部４
３がナット４６，ねじ４７とともにチャックガイド５２
の内周を上下方向に摺動可能になっている。チャック部
４３の上下移動は、モータ４９によって位置をコントロ
ールされるようになっている。４２は上記構成からなる
非接触チャックである。

【００２３】上記非接触チャック４２の保持力は、板状
体２９との距離，エアの流量およびチャック面４３ａの
面積により変わるが、通常、チャック面４３ａが２〜３
ｍｍ程度まで板状体２９に近付かないと保持力はほとん
ど発生しない。例えば図１０に示すように、直径２０ｍ
ｍ、穴径１．６ｍｍの円筒６０に、２気圧の圧縮空気６
１を供給し、板状体２９と円筒６０の端面とのギャップ
６２を変えながら保持力を測定すると、両者の関係は図
１１に示すようなグラフになる。同図からわかるよう
に、ギャップが約２．５ｍｍ付近で保持力はゼロで、ギ
ャップがこれより小さくなるにつれて保持力は次第に大
きくなり、約０．３ｍｍで最大となる。このグラフより
単位面積当たりの質量が大きい材質の板状体２９に対し
ては、その質量に応じて必要個数を選定するとともに、
十分な保持力が得られるまで非接触チャック４２を近付
ける必要があることがわかる。

【００２４】図１２は、前記図９に示す非接触チャック
４２を組込んだ場合のハンド５５を示す。ハンド５５
は、ハンドベース５６に複数の吸着チャック２および非
接触チャック４２が固定されて構成されている。

【００２５】図１３を参照してハンド５５の動作を説明
する。前記図１２の状態から図１３（ａ）の状態までハ
ンド５５を下降させ、吸着チャック２によって板状体２
９を吸着する。この状態では、板状体２９の周辺部以外
は前記図８に示す状態と同様にたわんでおり、非接触チ
ャック４２のチャック面４３ａと離れている。

【００２６】一例として保持対象を、厚さ０．５ｍｍで
６００ｍｍ×８００ｍｍのアルミ板と同じヤング率を有
する板と考えた場合、その周囲４点を張力を加えて保持
しても中央付近では５０ｍｍ程度たわんでしまう。この
ため、このままエアを噴出したのでは保持力は得られず
板状体を押し下げるだけになる。そこで図１３（ｂ）に
示すように、非接触チャック４２を下降させて板状体２
９に近付ける。この時板状体２９のたわみ具合は、板状
体２９の厚さ、重さ、置き方などによってばらつくと考
えられるため、非接触チャック４２に設けられたセンサ
４５により板状体２９とチャック部４３のチャック面４
３ａとの距離を計測しながら下降させ、保持可能なギャ
ップ（約０．５ｍｍ）まで近づいた状態で下降を停止さ
せる。この停止位置で吹き出し穴４４よりエアを噴出さ
せることにより、ギャップを保持したまま板状体２９が
吸引保持される。

【００２７】この後、図１３（ｃ）に示すようにハンド
５５を上昇させ、吸着チャック２によって前記図５にお
いて説明したように板状体２９に張力を加え、さらに、
ハンド５５に取付けられた各非接触チャック４２による
板状体２９の保持面を、吸着式チャック２の吸着面と同
一面になるまで上昇させ、板状体２９の上面を平坦化す
る。この様に、厚さが薄く、その厚さに比べて面積の大
きい剛性の低い板状体２９であっても、その周辺部を除
いた内部を、非接触でしかもほぼ水平状態に平坦化して
ハンドリングすることが容易に可能になる。

【００２８】なお、板状体２９の性状によっては、前記
図１３（ｂ）における非接触チャック４２による保持の
際に、保持に必要なエア流量を最初から供給すると、板
状体２９を上昇させて引き込む時の慣性により、瞬間的
に板状体２９が非接触チャック４２に接触してしまう場
合がある。図１４はこの対策の一例で、非接触チャック
４２への給気回路に圧力を制御するレギュレータ６５、
またはエア流量を制御する流量制御弁を組み込み、非接
触チャック４２への供給圧力、またはエア流量を除々に
上げるように制御する。これにより、非接触チャック４
２による板状体２９の保持をスムーズに行うことが可能
になり、前記両者の接触を防止する事が可能となる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、板
状体の周辺部にのみ接触し、該周辺部を除く内側の接触
不可部分に接触することなく保持可能であるため、広い
面積を有し、かつ板状体に傷、塵等の付着を嫌う種々の
板状体のハンドリングが可能になる。さらに、板状体を
ほぼ水平状態に平坦化させられるため、たわみによる板
状体内部の相対位置誤差を無くすことが出来、板状体の
重ね合わせあるいは組立において、高精度な位置合わせ
が可能となる。そして、これにより広い面積を有し、か
つ傷、塵等の付着を嫌う種々の板状体のハンドリングの
自動化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例のハンドを示す正面図であ
る。

【図２】図１に示すハンドの吸着チャックの構成説明図
である。

【図３】図１に示すハンドの非接触チャックの構成説明
図である。

【図４】図１に示すハンドの動作説明図である。

【図５】板状体の保持状態説明図である。

【図６】板状体の保持状態の種類を示す図である。

【図７】図６に示す保持状態とそのときのたわみによる
水平方向の位置ずれ量との関係を示す図である。

【図８】板状体の周辺部のみを支持した状態を示す図で
ある。

【図９】他の構成の非接触チャックの構成説明図であ
る。

【図１０】非接触チャックのモデル図である。

【図１１】非接触チャックのギャップと保持力との関係
を示すグラフである。

【図１２】図９に示す非接触チャックを組込んだ場合の
ハンドを示す正面図である。

【図１３】図１２に示すハンドの動作説明図である。

【図１４】図９に示す非接触チャックの給気回路に制御
手段を設けた図である。

【符号の説明】

２…吸着チャック、３，４２…非接触チャック、８，５
５…ハンド、１１…吸着パッド、１６…センタリングユ
ニット、２０…シリンダ、２８，４３ａ…チャック面、
２９…板状体、３０…ギャップ、４３…チャック部、４
０…載置台、４５…センサ、６５…レギュレータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 勝久 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 厚さに比して面積の大きい薄材の板状体
   を、ほぼ水平状態に保持する板状体の保持装置におい
   て、前記板状体の周辺部の任意の１個所を吸着して該板
   状体を固定支持する固定用の吸着チャックと、前記周辺
   部の他の複数位置を吸着保持するとともに、前記固定支
   持位置に対して該複数の吸着保持位置より該各位置と前
   記固定支持位置とを結ぶ線上に張力を付加可能な複数の
   吸着チャックと、前記板状体の周辺部以外の部分の面
   を、該面に対し所定のギャップを介して垂直方向に非接
   触状態で保持する複数の非接触チャックと、からなるハ
   ンドを備えたことを特徴とする板状体の保持装置。
2. 【請求項２】 前記吸着チャックが、該吸着チャックの
   チャックベースに対して吸着パッドの位置をセンタリン
   グするセンタリング機構と、該センタリング状態を解除
   された吸着パッドを、所定の方向に水平移動させる移動
   機構とを備えてなる請求項１記載の板状体の保持装置。
3. 【請求項３】 前記非接触チャックが、前記板状体を保
   持する際に該板状体面までの距離を計測する計測手段
   と、前記非接触チャックのチャック面の位置を可変にし
   て、前記板状体面との間のギャップ量を調整する可変手
   段とを備えてなる請求項１記載の板状体の保持装置。
4. 【請求項４】 前記非接触チャックが、複数のベルヌー
   イチャックからなり、該ベルヌーイチャックの保持力を
   増減可能な制御手段を備えてなる請求項１または３記載
   の板状体の保持装置。