JPWO2019146682A1 - 真空吸引アーム及びコレット - Google Patents

Abstract

内周面に互いに平行に設けられた第１内周面溝（１５）及び第２内周面溝（１７）を有する中空筒状のアームシャフト（１１）と、第１内周面溝（１５）及び第２内周面溝（１７）にそれぞれ嵌合し、一部を内周面からアームシャフト（１１）の中心軸に向かって侵入させて配置したリング状の第１オーリング（２１）及び第２オーリング（２３）と、外周面に互いに平行に設けられたリング状の第１外周面溝及び第２外周面溝を有する中空筒状のコレット（３１）とを備える。コレット（３１）の上部の挿入部がアームシャフト（１１）の下部に挿入された際には、第１オーリング（２１）及び第２オーリング（２３）が第１外周面溝及び第２外周面溝にそれぞれ保持される。

Description

本発明は、電子部品等の微細部材を真空吸引して操作する精密加工装置の構成部材である真空吸引アーム及び真空吸引アームの先端に設けるコレットに関する。

電子部品組立てのための実装機等の精密加工装置は、その精密加工装置の先端に被操作対象物を真空吸引するための真空ピンセット等の真空チャック機構（真空吸引アーム）を備え、真空吸引アームの内部の空洞部分を負圧にすることで被操作対象物を真空吸引し、正圧にすることで被操作対象物を脱着し、任意の箇所に装着する操作を実行することができる。真空吸引アームの先端に設けられるノズルヘッド（コレット）の先端形状は被操作対象物に適合するように精密に設計され、使用を重ねる毎に摩耗や破損が生じる消耗品である。又、扱う被操作対象物の種類によってコレット又はコレットの先端のノズルチップは適宜交換しなければならない。従って、真空吸引アームとコレットの少なくとも一方に、コレットを真空吸引アームに一時的に固定し、適宜交換するための機構を有するのが一般的である。

このため、真空吸引アームをなすアーム部の先端に設けられたコレット挿入孔の下部には、コレット３４の上部が挿入され、このコレットの上部は、コレット取付部の側部よりねじ込まれた固定ねじによってねじ止めされる構造が提案されている（特許文献１参照。）。即ち、特許文献１に記載されたコレットは、コレット挿入孔に挿入される上部である挿入部と、この挿入部より大径の大径部と、この大径部より下方へ延出した先細りのノズルチップとにより形成されており、コレットには、上下に貫通するとともにコレット挿入孔に連通する吸着穴としての真空スルーホールが形成されている。

コレット挿入孔への挿入部に中心軸方向を深さ方向とするスリットを設けて弾性を付与したコレットも提案されている。このスリットは、挿入部の上端から下方に向かってＵ字型に切り込まれ、挿入部の形状を二股に分けたバネ状の構造を呈している。コレットの挿入部の径はコレット挿入孔の径よりわずかに大きく設計されており、コレットの挿入部がコレット挿入孔へ挿入される際に、スリットで分かれた部分がスリット側かつ中心軸側にわずかに寄ることにより径が小さくなるため、コレットがコレット挿入孔へ挿入可能となるのである。挿入後は、スリットで分かれた部分が元の形状に戻ろうとする弾性による反発力が外側に働き、コレットがコレット挿入孔へ密着して固定される。コレットの挿抜は、一定の力を加えることでワンタッチで可能という利点がある。

しかし、この従来技術では、微少形状をなすコレットの中心軸方向を貫通する貫通孔と、更に微少形状をなす挿入部のスリットの両方を高精度に加工しなければならない。挿入部に設けられるスリットは、被操作対象物の吸脱着機能に関与する貫通孔と一部連続したものであるため、スリットの幅又はスリットの中心軸方向の長さの如何によっては、被操作対象物の吸着機能に影響を及ぼしかねない。また、精密加工装置本体への固定力の面でも問題が生じうる。よって、貫通孔とスリットの加工には繊細な精密加工技術を要し、交換部品であるコレット自体が高価となってしまう問題があった。

特開２０００−１１４２８２号公報

本発明は上記の問題に着目してなされたものであって、先端のコレットをワンタッチで挿抜可能で、且つオーリングの圧縮割れを生じさせずにコレットの保持力を強化できる真空吸引アーム及びこの真空吸引アームの構成部材であるコレットを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様は、(a)真空吸引孔を囲む第１の筒状をなし、第１及び第２内周面溝を第１の筒状の内周面に互いに平行に離間して設けたアームシャフトと、(b)第１及び第２内周面溝にそれぞれの一部を嵌合し、それぞれの残余の一部を内周面から真空吸引孔の中心軸に向かって突出させた、第１及び第２オーリング（Ｏリング）と、(c)内周面の径よりも小径の外径を有する保持面によって外周面が定義された保持用凸部を先端に有し、保持用凸部に連続し、保持用凸部より小径の幅広溝を有する凹凸形状の第２の筒状をなし、幅広溝の底部に互いに平行に設けられた第１及び第２外周面溝を有するコレットを備える真空吸引アームであることを要旨とする。第１の態様に係る真空吸引アームでは、コレットの上部がアームシャフトの下部に挿入された際に、第１及び第２オーリングが第１及び第２外周面溝にそれぞれ保持される。

本発明の第２の態様は、真空吸引孔を囲む第１の筒状をなし、第１及び第２内周面溝を第１の筒状の内周面に互いに平行に離間して設けたアームシャフトに挿入される、内周面の径よりも小径の外径を有する保持面によって外周面が定義された保持用凸部を先端に有し、保持用凸部に連続し、保持用凸部より小径の幅広溝を有する凹凸形状の第２の筒状をなすコレットに関する。第２の態様に係るコレットは、幅広溝の底部に互いに平行に設けられた第１及び第２外周面溝を備えることを要旨とする。第１の態様に係る真空吸引アームと同様に、第１及び第２内周面溝に、第１及び第２オーリングのそれぞれの一部を嵌合し、それぞれの残余の一部を内周面から真空吸引孔の中心軸に向かって突出させた状態において、アームシャフトの下部にコレットの上部が挿入された際に、第１及び第２オーリングが第１及び第２外周面溝にそれぞれ保持される。

本発明の態様によれば、先端のコレットをワンタッチで挿抜可能で、且つオーリングの圧縮割れを生じさせずにコレットの保持力を強化できる真空吸引アーム及びこの真空吸引アームの構成部材であるコレットを提供することができる。

図１（ａ）は本発明の実施形態に係る真空吸引アームの正面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ方向から見た断面図であり、図１（ｃ）は図１（ｂ）のB部分の拡大図である。 図１（ｃ）に示したコレットの一部を拡大して示す断面図である。 図２に対応する、本発明の参考例に係る真空吸引アームのコレットの一部を拡大して示す断面図である。 図１（ｃ）のアームシャフト１１を抜粋した拡大断面図である。 図３に対応する参考例に係る真空吸引アームのコレットの一部を、より広範囲に示す断面図である。 比較例に係るアームシャフトの下部を拡大した断面図である。 比較例に係るノズルチップの上部を拡大した断面図である。 図１（ａ）の鳥瞰図である。 オーリングのつぶし率を変化した場合の課題や効果を説明する図である。 比較例に係る真空吸引アームのコレットの一部を拡大して示す断面図である。

以下において、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各部材の大きさの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚み、寸法、大きさ等は以下の説明から理解できる技術的思想の趣旨を参酌してより多様に判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

又、以下に示す本発明の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、本発明の実施形態で記載された内容に限定されず、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

（実施形態）
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように。本発明の実施形態に係る真空吸引アームは、第１の筒状をなすアームシャフト１１と、アームシャフト１１の筒軸方向を貫通する真空吸引孔１３の下部に、上部の挿入部を挿入したコレット３１を備える。図１（ｃ）に示すようにアームシャフト１１の内壁の下部には、リング状の第１内周面溝（外径側リング溝）１５及び第２内周面溝（外径側リング溝）１７が円筒溝が互いに平行に刻まれている。第１内周面溝１５及び第２内周面溝１７のそれぞれには、弾性体からなる第１オーリング（Ｏリング）２１及び第２オーリング２３が配置されている。図１（ｃ）では第１内周面溝１５及び第２内周面溝１７は角溝として例示されているが、第１オーリング２１及び第２オーリング２３の飛び出し防止の効果のあるアリ溝で、第１内周面溝１５及び第２内周面溝１７を構成してもよい。又図１（ｃ）では図示を省略しているが、第１内周面溝１５及び第２内周面溝１７の角部にはＲ面取り加工（彎曲面加工）がされてよいことは勿論である。

図１（ｃ）に示すように、コレット３１は中心軸方向を貫通する貫通孔３３を有する中空筒状である。図１（ｃ）に示すように、コレット３１には上部の挿入部の外周面を囲むように幅広溝３５が設けられている。幅広溝３５の幅については、アームシャフト１１にコレット３１の挿入部が挿入されている状態において、幅広溝３５内に第１オーリング２１及び第２オーリング２３が収まる程度であればよい。幅広溝３５より下部の挿入部の外周面にはストッパー３７が設けられている。ストッパー３７はリング状の保持用凸部であり、コレット３１の挿入部より大径の大径部を構成している。大径部であるストッパー３７は、アームシャフト１１へのコレット３１の挿入部の挿入の際に、アームシャフト１１の下端の開口部の内縁部分に設けられたストッパー受け部１９に緩衝され、保持される。ストッパー３７は挿入の際のコレット３１の挿入部の挿入深度を決める機能を有する。図１（ｃ）においては、ストッパー３７及びストッパー受け部１９は連続した一様のリング状であるが、回転位置を決める機能をさらに持たせるために、コレット３１及びアームシャフト１１の円周上の一部に断続的に設けることも可能である。

図５には、真空吸引孔１３の内周面の径よりも小径の第２の筒状をなす参考例に係るコレット３１が示されている。参考例に係るコレット３１の上部の挿入部の外周面には、リング状に第１内径側リング溝（第１外周面溝）ＯＧ_１２及び第２内径側リング溝（第２外周面溝）ＯＧ_１１が互いに平行に設けられている。図２は、図５に示したコレット３１の第１外周面溝ＯＧ_１２に対応する部分の拡大図を示す。一般に、ロッドシールの場合は、アームシャフト１１の内壁に第１内周面溝１５及び第２内周面溝１７のみが円筒溝として設けられ、ピストンシールの場合は、コレット３１の外周面には、第１外周面溝ＯＧ_１２及び第２外周面溝ＯＧ_１１のみが円筒溝として設けられる。しかし実施形態に係る真空吸引アームにおいては、アームシャフト１１の第１内周面溝１５に対向してコレット３１の外周面に第１外周面溝ＯＧ_１２が設けられ、アームシャフト１１の第２内周面溝１７に対向して第２外周面溝ＯＧ_１１が円筒溝として設けられている点が特徴である。

図１（ｃ）においては、第１内周面溝１５には第１オーリング２１が嵌合され、第２リング１７には第２オーリング２３が嵌合されている。第１オーリング２１及び第２オーリング２３は、それぞれ中身の詰まったトーラス(torus) であるトーラス体であり、図１（ｃ）に示した円形の断面を回転した形状である。第１オーリング２１の一部は第１内周面溝１５から突出し、アームシャフト１１の内周面の位置から真空吸引孔１３の中心軸に向かう湾曲した保持用凸部を構成している。同様に、第２オーリング２３の一部は第２内周面溝１７から突出し、アームシャフト１１の内周面の位置から真空吸引孔１３の中心軸に向かう湾曲した保持用凸部を構成している。図１（ｃ）の断面図においては、第１内周面溝１５及び第２内周面溝１７の形状はコの字型であるが、第１オーリング２１及び第２オーリング２３をそれぞれ嵌合できるのであれば、Ｕ字型やＶ字型等の他の形状でも構わない。アームシャフト１１及び第１オーリング２１、第２オーリング２３でコレット保持部（１１，２１，２３）を構成する。

図２において、ｄ_０は、第１外周面溝ＯＧ_２２及び第２外周面溝ＯＧ_２１の最底面におけるコレット３１の最小直径でありｄ_１は幅広溝３５において第１外周面溝ＯＧ_１２がない面におけるコレット３１の直径である。図２において、ガイド部外径ｄ_３は幅広溝３５のない保持面Ｓ₂でのコレット３１の直径を示す。保持面Ｓ₂は、第１外周面溝ＯＧ_１２のＶ溝の斜面を構成し保持面Ｓ₂に連続する保持傾斜面Ｓ₃と、保持傾斜面Ｓ₃とに対向して保持面Ｓ₂に連続する挿入傾斜面Ｓ₁によって囲まれている。

アームシャフト１１の第１内周面溝１５に固定された第１オーリング２１及び第２内周面溝１７に固定された第２オーリング２３に対し、コレット３１を挿入する際の挿入圧力を小さくするためには、挿入傾斜面Ｓ₁と貫通孔３３の内壁面Ｓ₄とがなす挿入角θ_iを２２〜３３°の範囲、特に２４．５〜２５．５°の範囲に選ぶことが好ましい。挿入角θ_iは、アームシャフト１１にコレット３１を挿入する際の、第１オーリング２１及び第２オーリング２３にコレット３１の先端を挿入する案内角に相当する面取り角である。

実施形態に係る真空吸引アームにおいて、第１オーリング２１及び第２オーリング２３は単なる真空シール等の密封性を保つ目的ではなく、アームシャフト１１にコレット３１を保持する保持力を得た上で、挿抜耐久性と挿抜の容易性を目的としているので、コレット３１が挿入されない状態の第１オーリング２１及び第２オーリング２３の内径に対してコレット３１の第１外周面溝ＯＧ_２２及び第２外周面溝ＯＧ_２１の最小直径ｄ_０を大きくし、第１オーリング２１のつぶし率ε_１及び第２オーリング２３のつぶし率ε_２がそれぞれ１７〜１９％に選定されている。

第１オーリング２１及び第２オーリング２３のつぶし率ε_１，ε_２は、第１オーリング２１及び第２オーリング２３の硬さ（硬度）にも依存するが、硬さ（デュロメータ硬さ）が７０〜９０度であれば、１５〜２５％に設定される。なお、第１オーリング２１のつぶし率ε_１は、第１オーリング２１のつぶし代δ_１を第１オーリング２１線径（太さ）Ｄ_１で除した値である：

ε_１＝δ_１／Ｄ_１ ×１００ ……（１）

同様に、第２オーリング２３のつぶし率ε_２は、第２オーリング２３のつぶし代δ_２を第２オーリング２３の線径Ｄ_２で除した値である：

ε_２＝δ_２／Ｄ_２ ×１００ ……（２）

図９に示すように、フッ素系ゴム系のオーリングの場合、つぶし率ε_１，ε_２を３０％以上に設定すると、アームシャフト１１へのコレット３１の挿入が困難になる。

フッ素系ゴム系のオーリングの場合、単に密封性を保つ目的であれば８％程度のつぶし代でよい。本発明者らは、試行錯誤の結果、図９に示すように、オーリングのつぶし率３０％を超えると、アームシャフト１１にコレット３１を挿入する際の組み付け性が悪くなるという知見を得た。更に種々の実験の結果、図１に示したような構成でつぶし率が４１％を超えると、図９に示したようにオーリングの圧縮割を生じオーリングが破損するという知見を得た。よって、本発明者らは図９に示した知見から、オーリングの圧縮永久歪を極力少なくし、アームシャフト１１にコレット３１を挿入する際の組み付け性を確保するために、図１に示したような構造における第１オーリング２１のつぶし率ε_１及び第２オーリング２３のつぶし率ε_２を、それぞれ１７〜１９％に選定した。

一般のロッドシールやピストンシールの設計では挿入角θ_iが１５〜３０°の範囲に選ぶことが推奨されている。実施形態に係る真空吸引アームにおいては、アームシャフト１５に固定された第１オーリング２１及び第２オーリング２３に対し、コレット３１を挿入を容易にするため、コレット３１の先端の最小径は、第１外周面溝ＯＧ_２２等の最小直径ｄ_０よりも小さくしている。上述したとおり、オーリングのつぶし率ε_１＝ε_２を、１７〜１９％に選定しているため、実施形態に係る真空吸引アームにおいては、挿入角θ_iを２４．５〜２５．５°の範囲に選ぶことにより、面取り面である挿入傾斜面Ｓ₁が良好な靴べら（案内面）の役割を果たすことができる。

実施形態に係る真空吸引アームは、アームシャフト１１にコレット３１を挿入する挿抜耐久性と挿抜の容易性を得ることを目的としているので、コレット３１の保持面Ｓ₂の長さである保持長Ｌ_h1は第１オーリング２１の線径Ｄ_１及び第２オーリング２３の線径Ｄ₂のそれぞれの１／３から１／４に選定している。例えば第１オーリング２１の線径Ｄ_１が１ｍｍであれば、保持長Ｌ_h1は０２．２５ｍｍに選定できる。保持長Ｌ_h1がオーリングの線径Ｄ_１，Ｄ₂の１／３より大きくなると、アームシャフト１１にコレット３１を挿入し、抜き取る挿抜が困難になり、オーリングの挿抜耐久性が悪くなる。一方、保持長Ｌ_h1がオーリングの線径Ｄ_１，Ｄ₂の１／４より小さくなると、アームシャフト１１にコレット３１を挿入した際の所望の保持力が実現できなくなる。

オーリングの挿抜耐久性と、アームシャフト１１に対するコレット３１の挿抜容易性を達成し、且つアームシャフト１１にコレット３１を挿入した際の所望の保持力を実現するためには、図２に示した保持傾斜面Ｓ₃と貫通孔３３の内壁面Ｓ₄とがなす保持角θ_hを４２〜４８°の範囲、特に４４〜４６°の範囲に選ぶことが好ましい。保持角θ_hが４２°より小さくなると、アームシャフト１１にコレット３１を挿入した際の所望の保持力が達成できなくなる。一方、保持角θ_hが４８°より大きくなると、アームシャフト１１にコレット３１を挿入し抜き取る挿抜容易性が困難になり、オーリングの挿抜耐久性が悪くなる。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように実施形態に係る真空吸引アームにおいて、コレット３１の下部側には先端の外径形状が円錐状で中空のノズルチップを備えている。ノズルチップの内部には、先端から上方に向かい、コレット３１を貫通する貫通孔３３が真空吸引孔１３に連続するように設けられている。アームシャフト１１の下部が「コレット挿入孔」として機能している。コレット３１の上部の挿入部がアームシャフト１１の下部に挿入された際には、第１オーリング２１及び第２オーリング２３が第１外周面溝ＯＧ_１２及び第２外周面溝ＯＧ_１１にそれぞれ保持され、所望の保持力が達成される。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、アームシャフト１１の上端には、真空吸引孔１３に連続する真空配管用継手（アダプタ）５１が固定されている。アームシャフト１１にコレット３１の上部の挿入部が挿入されている状態で、アダプタ５１を通して真空ポンプで空気を吸引されることで、真空吸引孔１３及び貫通孔３３が負圧となり、コレット３１の先端部分で電子部品が吸着される仕組みである。電子部品が吸着された状態で真空吸引孔１３及び貫通孔３３を正圧にすると、吸着されていた電子部品はコレット３１の先端部分から脱着する。

図１（ｃ）に示したアームシャフト１１に設けられている第１内周面溝１５及び第２内周面溝１７の溝の深さは、図４に示すようにそれぞれｔ_１２及びｔ_１１であり、溝の幅はそれぞれＷ_１２及びＷ_１１である。図１（ｃ）に示すように、第１内周面溝１５及び第２内周面溝１７にはそれぞれ第１オーリング２１及び第２オーリング２３が嵌合されている。第１オーリング２１が適切に機能を発揮する為には、第１内周面溝１５の溝の深さｔ_１２及び幅Ｗ_１２は、第１オーリング２１のつぶし率ε_１＝１７〜１９％及び挿入圧力を勘案した第１オーリング２１のつぶし代δ_１と、つぶし代δ_１に対する適正な逃げ代が確保された寸法に設計される。同様に、第２オーリング２３が適切に機能を発揮する為には、第２内周面溝１７の溝の深さｔ_１１及び幅Ｗ_１１は、第２オーリング２３のつぶし率ε_２＝１７〜１９％及び挿入圧力を勘案した第２オーリング２３のつぶし代δ_２と、つぶし代δ_２に対する適正な逃げ代が確保された寸法に設計される。更に、第１内周面溝１５に対向するコレット３１の外周面の第１外周面溝ＯＧ_１２、第２内周面溝１７に対向する第２外周面溝ＯＧ_１１の溝の底で測られるコレット３１の最小直径ｄ₀が選定される。アームシャフト１１に設けられている第１内周面溝１５及び第２内周面溝１７の溝の底の深さは、第１オーリング２１及び第２オーリング２３の外径張り率が０〜３％となるように選ばれる。

以上のとおり、実施形態に係る真空吸引アームにおいては、アームシャフト１１へのコレット３１の挿入の際に、コレット３１の挿入動作を妨げず、かつ、第１内周面溝１５及び第２内周面溝１７から第１オーリング２１及び第２オーリング２３が外れないような溝の深さｔ_１２，ｔ_１１及び幅Ｗ_１２，Ｗ_１１に調整されている。

第１オーリング２１及び第２オーリング２３の幅Ｗ_１２，Ｗ_１１は、第１オーリング２１及び第２オーリング２３のデュロメータ硬さが７０〜９０度程度であれば、第１オーリング２１及び第２オーリング２３の充填率ｎ_１，ｎ_２が７０〜８０％になるように設定される。なお、第１オーリング２１のつぶし率ｎ_１は、第１オーリング２１のつぶし代δ_１、線径Ｄ_１を用いて：

ｎ_１＝πＤ_１ ²／（４Ｗ_１２（Ｄ_１−δ_１））×１００ ……（３）

と表される。同様に、第２オーリング２３のつぶし率ｎ_２は、第２オーリング２３のつぶし代δ_２、線径Ｄ_２を用いて：

ｎ_２＝πＤ_２ ²／（４Ｗ_１１（Ｄ_２−δ_２））×１００ ……（４）

となる。

図1（ｃ）において、コレット３１の最小直径ｄ_０は、第１オーリング２１及び第２オーリング２３の内径張り率が１〜５％となるように選ばれるが、この最小直径ｄ_０の値は、第１オーリング２１及び第２オーリング２３の固定時のつぶし代δ_１，δ_２を考慮した内径又は、第１オーリング２１及び第２オーリング２３の固定時のつぶし代δ_１，δ_２を考慮した内径に一定の遊び径Δを付加した値となる。

図３及び図５に示す参考例に係る真空吸引アームにおいては、ｄ_１を幅広溝３５において第１外周面溝ＯＧ_１２及び第２外周面溝ＯＧ_１１がない面におけるコレット３１の直径として、ガイド部外径ｄ_３＝ｄ_１としている。ガイド部外径ｄ_３を幅広溝３５の第１外周面溝ＯＧ_１２及び第２外周面溝ＯＧ_１１がない面の直径と等しくした場合は、挿入が容易になるが、アームシャフト１１にコレット３１を挿入した際の所望の保持力が実現できなくなるので好ましくない。

このため、図１（ｃ）に示す実施形態に係る真空吸引アームのように、ガイド部外径ｄ_３＞ｄ_１として、中心軸から遠心方向の保持用凸部の上面として保持面Ｓ₂を存在させて、アームシャフト１１にコレット３１の挿入部の挿入された状態での固定力を強化する構造が好ましい。第１外周面溝ＯＧ_１２及び第２外周面溝ＯＧ_１１の筒軸方向の位置は、アームシャフトへのコレット３１の挿入部の挿入の際に、アームシャフトの第１及び第２オーリングがそれぞれ保持され固定される位置であればよい。幅広溝３５及び第１外周面溝ＯＧ_１２、第２外周面溝ＯＧ_１１がコレット３１の挿入部の外周面に刻まれていることで、筒軸方向に沿った第１オーリング２１及び第２オーリング２３の相対的位置が精度良く決定される。図５においては第１外周面溝ＯＧ_１２及び第２外周面溝ＯＧ_１１は断面が保持角θ_hを４２〜４８°の範囲となるＶ字型であることが好ましく、第１外周面溝ＯＧ_１２及び第２外周面溝ＯＧ_１１の断面形状が、図７及び図１０に示す比較例のような、保持傾斜面Ｓ_3pと貫通孔３３の内壁面Ｓ₄とがなす保持角θ_hpが９０°となるＵ字型やコの字型の場合は、コレット３１のアームシャフト１１に対する挿抜容易性が困難になり、オーリングの挿抜耐久性が悪くなるので好ましくない。図１０に示す比較例に係るコレット３１の通常の設計では、オーリングのつぶし率ε_１，ε₂を１７〜１９％より小さく設定する。このため、比較例に係るコレット３１では、オーリングの内径が図２に示した場合より大きくでき、コレット３１の挿入傾斜面Ｓ_1pと貫通孔３３の内壁面Ｓ₄とがなす挿入角θ_ipを１５°程度として、図２に示した挿入角θ_iをよりも小さくするのが一般的である。

（コレットの挿入動作）
図１（ｃ）、図２及び図４等を用いてアームシャフト１１へのコレット３１の挿入部の挿入動作を説明する。アームシャフト１１へのコレット３１の挿入部の挿入の際には、まずアームシャフト１１の第２内周面溝１７に嵌合された第２オーリング２３にコレット３１の先端の挿入傾斜面Ｓ₁が接触し、次いでの挿入傾斜面Ｓ₁に連続する保持用凸部上面である保持面Ｓ₂が接触する。ガイド部外径ｄ_３の保持用凸部上面である保持面Ｓ₂が第２オーリング２３からのアームシャフト１１の中心軸に向けた押圧を受け続けながら、コレット３１の挿入部の挿入が進み、コレット３１の保持面Ｓ₂が第２オーリング２３との接触から解放されると、第２オーリング２３はコレット３１の幅広溝３５と接触することになる。

次に、コレット３１の保持用凸部上面である保持面Ｓ₂が第１内周面溝１５に嵌合された第１オーリング２１と接触すると、第２オーリング２３との接触の場合と同様、第１オーリング２１からのアームシャフト１１の中心軸に向けた押圧を保持面Ｓ₂が受けることになる。挿入動作が進み、第１オーリング２１とガイド部外径ｄ_３の保持面Ｓ₂との接触が解放されると、第１オーリング２１は幅広溝３５の保持傾斜面Ｓ₃と接触することになる。コレット３１に設けられたストッパー３７が、アームシャフト１１に設けられたストッパー受け部１９に保持する位置で、以降の挿入は進まなくなる。この位置においては、第１オーリング２１は第１外周面溝ＯＧ_１２に保持し、第１外周面溝ＯＧ_１２は第１オーリング２１からのアームシャフト１１の中心軸に向けた押圧を受けることになる。このとき、第２オーリング２３は第２外周面溝ＯＧ_１１に保持され、第２外周面溝ＯＧ_１１は第２オーリング２３からのアームシャフト１１の中心軸に向けた押圧を受ける。

第１オーリング２１のつぶし率ε_１と第２オーリング２３のつぶし率ε_２を異なるようにし、図４に示した第１内周面溝１５の溝の深ｔ_１２に対する、第２内周面溝１７の溝の深さｔ_１１を、

ｔ_１２ ＜ｔ_１１ ……（５）

とすることにより、コレット３１の挿入部のアームシャフト１１への挿入圧力を小さくすることができる。或いは、図４に示した第１内周面溝１５の溝の幅Ｗ_１２を第２内周面溝１７の溝の幅Ｗ_１１に対し、

Ｗ_１２ ＜ Ｗ_１１ ……（６）

とすることにより、コレット３１の挿入部のアームシャフト１１への挿入圧力を小さくすることができる。

又、第１オーリング２１の充填率ｎ_１を第２オーリング２３の充填率ｎ_２より大きくして、コレット３１の挿入部のアームシャフト１１への挿入圧力を小さくすることも可能である。即ち：

ｎ_１ ＞ ｎ_２ ……（７）

となるように、式（３）、（４）に記載した第１オーリング２１のつぶし代δ_１及び線径Ｄ_１、並びに第２オーリング２３のつぶし代δ_２及び線径Ｄ_２等を調整しても良い。いずれにせよ、コレット３１の挿入部のアームシャフト１１への挿入動作は、以上の説明の通りワンタッチで行うことができる。コレット３１のアームシャフト１１からの抜去動作については、挿入動作と逆の仕組みでワンタッチで行うことができる。

上述したとおり、コレット３１の上部の直径ｄ_３＞ｄ_１としてあり、中心軸から遠心方向に保持長Ｌ_h1の保持用凸部を、オーリングの線径Ｄ_１，Ｄ₂の１／３から１／４に選定して存在させているので、コレット３１の挿入部をアームシャフト１１に挿入する際の挿入圧力が、挿入に適度な大きさになる。そして、図１（ｃ）に示すように、コレット３１の挿入部に設けられたガイド部外径ｄ_３の保持用凸部上面である保持面Ｓ₂が第２オーリング２３との接触以降のスムーズな挿入動作を実現するためのガイドとして機能する。そして、保持面Ｓ₂と保持面Ｓ₂に連続する保持面Ｓ₂で段差形状を定義された直径ｄ_１の幅広溝３５は、保持長Ｌ_h1の保持面Ｓ₂が第２オーリング２３とコレット３１の接触以降のスムーズな挿入動作を実現する。直径ｄ_１の幅広溝３５がなければ、コレット３１の挿入動作において、第１外周面溝ＯＧ１２と第２オーリング２３との保持以降、ガイド部外径ｄ_３である外周面が第２オーリング２３に接触し続けることになり、直径がｄ_１の場合と比較し、より大きい押圧を第２オーリング２３から受けることになり、挿入動作がスムーズに進まないためである。幅広溝３５は、同様の理由で、コレット３１のスムーズな抜去動作を実現するために重要である。

（比較例）
図６及び図７を用いて、本発明の実施形態の比較例に係る真空吸引アームを説明する。図６におけるアームシャフト１１の第１内周面溝１５及び第２内周面溝１７の深さはそれぞれｔ_２２及びｔ_２１であり、図４におけるアームシャフト１１より浅い：

ｔ_１２ ＞ ｔ_２２ ……（８）
ｔ_１１ ＞ ｔ_２１ ……（９）

同じ呼び径の第１及び第２オーリングを用いる場合、図４の場合と比較し、真空吸引孔１３の径が大きくなった構造に相当する。図６に示す構造では第１オーリング２１及び第２オーリング２３の内径側が、図１（ｃ）に示した構造に比して、真空吸引孔１３の中心軸方向により大きく突出することになる。

図７に示した比較例に係る真空吸引アームのコレット３１の構造は、保持角θ_hpが９０°となるＵ字型の溝を有しており、更に、図１（ｃ）に例示した実施形態に係る真空吸引アームのコレット３１のように、幅広溝３５を有していない。図７におけるｄ_０は、第１外周面溝ＯＧ_２２及び第２外周面溝ＯＧ_２１の最底面におけるコレット３１の最小直径であり、第１オーリング２１及び第２オーリング２３の固定時のつぶし代δ_１，δ_２を考慮した内径に対応する値であるので、図２に示した最小直径ｄ_０と同一になる。図７における挿入部外径ｄ_２は、コレット３１の挿入部の第１内径側リング溝ＯＧ_２２及び第２内径側リング溝ＯＧ_２１がない外周面における直径であり、図２における幅広溝径（挿入部外径）ｄ_１より大きいが、コレット３１の上部の直径ｄ_３とより小さい：

ｄ_３＞ｄ_２＞ｄ_１ ……（１０）

第１内径側リング溝ＯＧ_２２及び第２内径側リング溝ＯＧ_２１溝の深さｔは：

ｔ_inner＝（ｄ_２−ｄ_０）／２ ……（１１）

で与えられるが、ｔ_innerの値はアームシャフト１１側に設けられる第１内周面溝１５又は第２内周面溝１７の深さｔ_２２，ｔ_２１と、第１オーリング２１又は第２オーリング２３の固定時のつぶし代δ_１，δ_２を考慮して決められる。挿入部外径ｄ_２を有する挿入部の外周面は、コレット３１の挿入部の挿入時において第１オーリング２１及び第２オーリング２３と接する面積が最も広い部分である。図７においては、図２におけるガイド部外径ｄ_３の保持用凸部は存在しない。図２に示したものと同じ第１オーリング２１及び第２オーリング２３を用いる場合、図７においては、図２において第１オーリング２１及び第２オーリング２３と接する面積が最も広い外周面の挿入部外径ｄ_１より挿入部外径ｄ_２が大きいため、第１オーリング２１及び第２オーリング２３が第１内周面溝１５及び第２内周面溝１７からより外れやすいという問題が生じる。また、図２におけるガイド部外径ｄ_３の保持用凸部に相当する部分がないため、たとえコレット３１を挿入できたとしても抜けやすくなるという問題も生じる。

図１（ｂ）及び（ｃ）における第１オーリング２１及び第２オーリング２３の素材は、フッ素樹脂を部分的にあるいは全体的に原料として使用したフッ素系ゴムが、ＪＩＳ規格（ＪＩＳＫ６２５３）が定めるタイプＡデュロメータの押し込み硬さ（硬度）が７０〜９０度と適度に硬い上、加工性が高く、表面の摩擦係数が小さいという点で特に好ましい。オーリングに用いられる他の材料、例えば天然ゴムでもやポリブタジエン系、ニトリル系、クロロプレン系等の合成ゴムでもよいが、フッ素系ゴム以外の素材の第１オーリング２１及び第２オーリング２３を用いる場合は、挿入角θ_i、保持角θ_h及び保持長Ｌ_h1の等の設定範囲が狭くなる。又、フッ素系ゴム以外の素材を用いる場合は、一般にコレット３１がアームシャフト１１に挿入された状態での固定力が十分に得られない傾向になるので、好ましくない。コレット３１がアームシャフト１１に挿入された状態での固定力の低下を問わない場合であれば、使用や加工に耐えうる強度やゴム弾性があれば、第１オーリング２１及び第２オーリング２３の素材はいずれでも構わない。

図１（ａ）及び（ｂ）、（ｃ）におけるアームシャフト１１及びコレット３１の素材は主に金属であるが、使用や加工に耐えうるような強度があるのであれば、例えばガラス繊維や炭素繊維等を加えた繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）や、内部に金属素材を有し、周りにプラスチックを射出成形した複合素材等でも構わない。

アームシャフト１１にオーリングを用いてコレット３１を保持する場合、保持力を高めることと、コレット３１の挿抜の容易性は二律背反の関係にある。又、コレット３１をアームシャフト１１に保持する保持力とオーリングの挿抜耐久性とは二律背反の関係にある。図１、図２及び図４に示したように、実施形態に係る真空吸引アームはコレット３１の挿抜が低い挿入圧力で実現できるので、コレット３１をワンタッチでアームシャフト１１に挿抜可能で、しかも、コレット３１をアームシャフト１１に保持する保持力を所望の値に高めることができる。その上、真空吸引アームの構成部材であり、交換部材であるコレット３１は外周面を加工するだけでよく、貫通孔１３への影響はほとんどなく、オーリングの挿抜耐久性も高い。よって、コレット３１の加工は旋盤等を用いることで容易であり、そのために安価かつ耐久性の高い真空吸引アームが実現可能である。

（その他の実施形態）
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

又、上記の実施形態で説明した個別の技術的思想の一部を適宜、互いに組み合わせることも可能である。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当と解釈しうる、特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１１…アームシャフト
１３…真空吸引孔１３
１５…第１内周面溝
１７…第２内周面溝
１９…ストッパー受け部
２１…第１オーリング（Ｏリング）
２３…第２オーリング（Ｏリング）
３１…コレット
３３…貫通孔
３５…幅広溝
３７…ストッパー
５１…真空配管用継手（アダプタ）
ＯＧ_１１…第２外周面溝
ＯＧ_１２…第１外周面溝
ＯＧ_２１…第２内径側リング溝
ＯＧ_２２…第１内径側リング溝

Claims (2)

1. 真空吸引孔を囲む第１の筒状をなし、第１及び第２内周面溝を前記第１の筒状の内周面に互いに平行に離間して設けたアームシャフトと、
   前記第１及び第２内周面溝にそれぞれの一部を嵌合し、それぞれの残余の一部を前記内周面から前記真空吸引孔の中心軸に向かって突出させた、第１及び第２オーリングと、
   前記内周面の径よりも小径の外径を有する保持面によって外周面が定義された保持用凸部を先端に有し、前記保持用凸部に連続し、前記保持用凸部より小径の幅広溝を有する凹凸形状の第２の筒状をなし、前記幅広溝の底部に互いに平行に設けられた第１及び第２外周面溝を有するコレットと、
   を備え、前記上部が前記アームシャフトの下部に挿入された際に、前記第１及び第２オーリングが前記第１及び第２外周面溝にそれぞれ保持されることを特徴とする真空吸引アーム。
2. 真空吸引孔を囲む第１の筒状をなし、第１及び第２内周面溝を前記第１の筒状の内周面に互いに平行に離間して設けたアームシャフトに挿入される、前記内周面の径よりも小径の外径を有する保持面によって外周面が定義された保持用凸部を先端に有し、前記保持用凸部に連続し、前記保持用凸部より小径の幅広溝を有する凹凸形状の第２の筒状をなすコレットであって、
   前記幅広溝の底部に互いに平行に設けられた第１及び第２外周面溝を備え、
   前記第１及び第２内周面溝に、第１及び第２オーリングのそれぞれの一部を嵌合し、それぞれの残余の一部を前記内周面から前記真空吸引孔の中心軸に向かって突出させた状態において、前記アームシャフトの下部に前記上部が挿入された際に、前記第１及び第２オーリングが前記第１及び第２外周面溝にそれぞれ保持されることを特徴とするコレット。

Images