WO2012144120A1 - 吸引チャック、及びそれを備えたワークの移載装置 - Google Patents

吸引チャック、及びそれを備えたワークの移載装置 Download PDF

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WO2012144120A1
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suction chuck
workpiece
plate
suction
facing surface
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PCT/JP2012/001221
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English (en)
French (fr)
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弘樹 高嶌
秀明 中西
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村田機械株式会社
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    • Y10T279/11—Vacuum

Definitions

  • the present invention mainly relates to a suction chuck that sucks and holds a thin flat plate-like workpiece in a non-contact state.
  • a transfer device that employs a Bernoulli chuck that uses the Bernoulli effect as an end effector to transfer thin plate-like workpieces (thin plate workpieces) such as solar cell wafers, fuel cells, or secondary battery electrodes or separators.
  • thin plate workpieces such as solar cell wafers, fuel cells, or secondary battery electrodes or separators.
  • the applicant of the present application proposes, for example, a parallel mechanism robot as disclosed in Patent Document 2 as a transfer mechanism of a transfer device, and proposes a Bernoulli chuck as disclosed in Patent Document 3 as a suction chuck. ing.
  • the Bernoulli chuck Due to the structure of the Bernoulli chuck, it is inevitable that the sucked thin workpiece will vibrate up and down, but if the Bernoulli chuck is smaller than the workpiece during suction or release of the thin workpiece, the vibrating thin plate The workpiece may come into contact with the outer edge (edge) of the Bernoulli chuck, causing damage to the workpiece or deterioration of performance.
  • the parallel mechanism described above is configured to move the end effector at high speed using three arms, and in order to take advantage of its features, the Bernoulli chuck employed as the end effector must be lightweight. Is done.
  • Various structures such as Patent Documents 4 to 6 have been proposed as Bernoulli chuck structures for realizing such weight reduction.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and its main object is to provide a suction chuck that is lightweight and does not allow the thin plate workpiece to contact the edge of the chuck during suction and release. .
  • a suction chuck having the following configuration. That is, this suction chuck sucks and holds a thin flat plate-like workpiece in a non-contact state.
  • This suction chuck includes a flat plate-like main body and an opposing surface. A compressed gas flow path is formed inside the main body.
  • the opposing surface is a surface provided in the main body on the side facing the workpiece, and a plurality of concave portions as suction elements that generate negative pressure by ejecting the compressed gas are formed.
  • the opposing surface When viewed in a direction perpendicular to the opposing surface, the opposing surface is configured to have a shape similar to the workpiece or a shape offset from the workpiece outward so that the shape of the workpiece can be completely included. . When viewed in a direction perpendicular to the facing surface, all the recesses are arranged so as to be included in the shape of the workpiece.
  • the suction action by the concave portion can be made to work efficiently and the workpiece can be stably held. Furthermore, since the suction action is performed by the concave portions formed on the opposing surface, it is easy to reduce the weight and size.
  • the shape of the facing surface and the shape of the workpiece are quadrangular when viewed in a direction perpendicular to the facing surface.
  • the suction chuck preferably has the following configuration. That is, a hole for exhausting the compressed gas ejected from the recess is formed in the facing surface around the recess. When viewed in a direction perpendicular to the facing surface, all the punched holes are arranged so as to be included in the shape of the workpiece.
  • the suction action by the concave portion can be efficiently exhibited.
  • the same suction force can be realized with a smaller flow rate, it is also suitable for operation in a clean room environment where the flow rate must be suppressed. Furthermore, it is possible to satisfactorily prevent the workpiece from being damaged by hitting the edge of the punched hole.
  • the plurality of recesses are preferably aligned and aligned so as to be parallel to a side of the facing surface.
  • the suction chuck preferably has the following configuration. That is, the recess is formed in a cylindrical shape.
  • the main body includes an ejection channel that ejects compressed gas in a direction along the inner wall of the recess.
  • the ejection channel is preferably formed in a direction parallel to the facing surface.
  • a plurality of the ejection channels are formed with respect to one of the recesses.
  • the suction chuck preferably has the following configuration. That is, the main body is formed by joining a plurality of plates in the thickness direction, including a first plate on which the facing surface is formed and a second plate connected to a compressed gas source that is a supply source of the compressed gas. Composed. In the first plate, an opening hole forming at least a part of the recess is opened in the facing surface. The ejection flow path is disposed at a position between the facing surface and the second plate.
  • the second plate has a connection port for the compressed gas source disposed on the side opposite to the first plate, and a supply channel for guiding the compressed gas introduced into the connection port to the ejection channel.
  • the supply groove which comprises is formed in the surface which faces the said 1st plate side.
  • the suction chuck preferably has the following configuration. That is, an intermediate plate is disposed between the first plate and the second plate.
  • the intermediate plate is formed with a slit constituting the ejection flow path penetrating in the thickness direction.
  • the suction chuck preferably has the following configuration. That is, a third plate is disposed between the first plate and the second plate. A connection hole for connecting the ejection flow path and the supply groove is formed in the third plate. The surface on one side in the thickness direction of the third plate constitutes a part of the inner wall of the ejection flow path. The surface on the other side in the thickness direction of the third plate closes the open side of the supply groove, thereby configuring the supply flow path.
  • the suction chuck preferably has at least one supply channel connected to the plurality of ejection channels.
  • the compressed gas can be supplied from the supply flow path to the plurality of ejection flow paths, so that the flow path from the compressed gas source to the connection port can be simplified.
  • the suction chuck preferably has the following configuration.
  • the suction chuck includes a plurality of the supply channels.
  • a combination of the connection port and the ejection channel connected by each of the supply channels is independent of each other.
  • connection port for supplying the compressed gas By changing the connection port for supplying the compressed gas, it is possible to easily control which concave portion causes the suction action.
  • the plurality of plates are all made of metal, and the main body is configured by diffusion bonding in a state where all of the plurality of plates are stacked.
  • the plurality of plates are preferably formed of a material selected from stainless steel, aluminum alloy, or titanium alloy.
  • the plurality of plates are all formed of the same metal material.
  • At least one of the recess and the ejection channel can be formed by etching.
  • the flow channel structure can be easily manufactured.
  • At least one of the concave portion and the ejection flow path can be formed by machining.
  • the degree of freedom of the shape of the channel structure can be improved.
  • connection port and the supply groove is formed by machining.
  • a workpiece transfer device having the following configuration. That is, the transfer device includes the suction chuck and a compressed gas source.
  • the compressed gas source is a supply source of the compressed gas to the suction chuck.
  • the amount of the compressed gas ejected from the concave portion located at the central portion of the opposing surface is larger than the amount of the compressed gas ejected from the concave portion located at the end of the opposing surface.
  • a workpiece transfer device having the following configuration. That is, the transfer device includes the suction chuck and a compressed gas source.
  • the compressed gas source is a supply source of the compressed gas to the suction chuck.
  • This transfer apparatus is configured to separate one of the uppermost layers from a workpiece bundle in which a plurality of the workpieces are stacked and hold them on the suction chuck.
  • the transfer device supplies the compressed gas to a recess located at an end of the opposing surface among the plurality of recesses arranged in the suction chuck, and then, a recess positioned in a central portion of the opposing surface.
  • the compressed gas is supplied to the workpiece to hold the workpiece positioned in the uppermost layer of the workpiece bundle.
  • the workpiece transfer device preferably includes a spraying device that blows compressed gas toward the side surface of the workpiece bundle.
  • the workpiece transfer device preferably includes a parallel mechanism for moving the workpiece held by the suction chuck.
  • the workpiece transfer device preferably includes a scalar arm for moving the workpiece held by the suction chuck.
  • FIG. 1 It is a perspective view showing a transfer robot as a transfer device concerning one embodiment of the present invention. It is a perspective view which shows the workpiece
  • a suction chuck holds a work
  • FIG. 1 is a perspective view showing a transfer robot 1 as a transfer apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the workpiece supply device 5 provided in the transfer robot 1.
  • the transfer robot (transfer apparatus) 1 of this embodiment includes a parallel mechanism 2 equipped with a suction chuck (Bernoulli chuck) 10 as shown in FIG.
  • the parallel mechanism 2 includes a base member 101, a support member 103, an electric motor 104, an arm support member 105, an arm main body 106, and an end plate 114 as main components.
  • the transfer robot 1 includes a workpiece supply device 5 that can supply a flat workpiece 90 to be transferred to the parallel mechanism 2 as shown in FIG.
  • the suction chuck 10 removed from the parallel mechanism 2 is shown for easy understanding of the positional relationship of the members.
  • the workpiece 90 handled by the transfer robot 1 of the present embodiment is a thin flat plate.
  • the workpiece 90 include, but are not limited to, a solar battery wafer, a fuel cell, a secondary battery electrode, a separator, and a silicon wafer.
  • the parallel mechanism 2 shown in FIG. 1 can move an end plate 114 as an output member arranged below the base member 101 within a predetermined work area with the base member 101 as a reference.
  • the suction chuck 10 is a device that can suck and hold the workpiece 90 in a non-contact manner by supplying compressed air (compressed gas), and is rotatably attached to the end plate 114. .
  • the base member 101 is a member for supporting the parallel mechanism 2 and is arranged at substantially the center of the movement range of the end plate 114 in a plan view.
  • a horizontal mounting surface 102 is formed on the base member 101.
  • a horizontal mounting surface P1 is formed on a frame (not shown) provided in the transfer robot 1.
  • the parallel mechanism 2 can be installed in a suspended manner by fixing the base member 101 to the mounted surface P1 via the mounting surface 102.
  • Three support members 103 are fixed to the lower surface side of the base member 101. Three of these support members 103 are attached side by side so as to be equidistant in the circumferential direction with the center portion of the base member 101 in plan view as the center.
  • the support member 103 supports an electric motor 104 with a speed reducer. These electric motors 104 are arranged such that the axis C1 of the output shaft (that is, the output shaft of the speed reducer) is horizontal. Further, the axes C1 of the three electric motors 104 included in the parallel mechanism 2 are arranged so as to form a regular triangle centered on the central portion of the base member 101 in plan view.
  • An arm support member 105 is fixed to the output shaft of each electric motor 104.
  • the arm support member 105 is arranged so that the output shaft of the electric motor 104 and the axis coincide with each other, and rotates about the axis C1 when the electric motor 104 is driven.
  • a bendable arm body 106 is fixed to the arm support member 105.
  • the arm body 106 includes a first arm 107 and a second arm 108.
  • the first arm 107 is configured as an elongated member, and one end in the longitudinal direction thereof is fixed to the arm support member 105.
  • the first arm 107 has a longitudinal direction perpendicular to the axis of the arm support member 105 (axis C1 of the electric motor 104) and extends outward from the connecting portion with the arm support member 105 in a plan view. Placed in.
  • the second arm 108 includes a pair of elongated rods 109 arranged in parallel to each other. One end of the second arm 108 (that is, one end of each of the rods 109) is supported by the end of the first arm 107.
  • each of the pair of rods 109 constituting the second arm 108 is connected to the first arm 107 via the ball joint 110, the pair of rods 109 can rotate in any direction.
  • a line connecting the pair of ball joints 110 (axis C2 serving as a reference for bending and extending the arm main body 106) is arranged to be parallel to the axis C1 of the electric motor 104.
  • the 1st arm 107 and the 2nd arm 108 what was comprised by the hollow cylinder shape, for example with carbon fiber reinforced plastics can be used.
  • a pair of rods 109 are connected to each other by a connecting member 111 at one end of the second arm 108, and similarly, a pair of rods 109 are connected to each other by a connecting member 112 at the other end.
  • these connecting members 111 and 112 include a biasing member such as a spring, and bias the pair of rods 109 so as to attract each other.
  • These connecting members 111 and 112 prevent the rod 109 from rotating about the central axis.
  • the end plate 114 is a flat plate member having a substantially triangular shape in plan view, and the suction chuck 10 can be rotatably attached.
  • the end plates 114 are attached to the tips of the three arm bodies 106, and are held in such a posture that the lower surfaces of the end plates 114 are horizontal.
  • the triangular end plate 114 has three side portions connected to respective end portions of the three second arms 108 (three pairs of rods 109) via ball joints 116. Since the pair of rods 109 constituting the second arm 108 are equal in length, the axis C3 connecting the pair of ball joints 116 is always parallel to the axis C2 in the corresponding arm body 106. Therefore, the axis C3 on the distal end side of the arm body 106 is also parallel to the axis C1 of the electric motor 104.
  • An electric motor 121 with a speed reducer is fixed to the center of the base member 101 in plan view.
  • the output shaft of the electric motor 121 (that is, the output shaft of the speed reducer) is directed vertically downward.
  • the upper end of the swiveling rod 120 arranged in the vertical direction is connected via the universal joint 122. Are connected.
  • a turning output shaft 117 is rotatably supported at the center of the end plate 114.
  • the rotation axis of the turning output shaft 117 is arranged perpendicular to the end plate 114. Further, the lower end of the turning shaft rod 120 is connected to the turning output shaft 117 through a universal joint 123.
  • the swivel rod 120 is provided with a spline mechanism (not shown) and can be expanded and contracted according to the movement of the end plate 114, while the rotation of the electric motor 121 can be transmitted to the swivel output shaft 117. Therefore, the suction chuck 10 can be rotated with respect to the end plate 114 by driving the electric motor 121.
  • FIG. 3 is a perspective view of the suction chuck 10 as viewed from above.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view showing the four plates 25 to 28 constituting the suction chuck 10 as viewed from below.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a flow path of compressed air formed inside the main body 11 of the suction chuck 10.
  • FIG. 6 is an enlarged perspective view showing a flow path of compressed air formed inside the main body 11 of the suction chuck 10.
  • FIG. 7A is a bottom view of the suction chuck, and
  • FIG. 7B is a side view of the suction chuck.
  • FIG. 8 is an enlarged bottom view showing the direction of the swirling flow ejected from the recess 41 of the suction chuck 10.
  • the suction chuck 10 includes a flat plate-like main body 11, and the main body 11 is composed of a plate laminated body 12 joined in a state where a plurality of plates are stacked.
  • the plate laminate 12 includes a surface plate (first plate) 25, a nozzle plate (intermediate plate) 26, a connection plate (third plate) 27, and a distribution plate in order from the side closer to the workpiece 90 (lower side). (Second plate) 28.
  • a mounting shaft 13 is fixed to the upper surface of the main body 11 (plate laminate 12).
  • the suction chuck 10 can be attached to the parallel mechanism 2 by connecting the mounting shaft 13 to the turning output shaft 117.
  • a facing surface 31 capable of directly facing the workpiece 90 is formed on the lower surface of the surface plate 25.
  • the opposing surface 31 is configured as a rectangular (perpendicular quadrilateral) flat surface perpendicular to the thickness direction of the main body 11.
  • a circular hole (opening hole) 32 for ejecting a swirling flow is formed in the surface plate 25 so as to penetrate in the thickness direction.
  • the nozzle plate 26 has a circular hole 33 having the same position and size as the circular hole 32 of the surface plate 25, and an elongated straight line formed in the tangential direction of the circular hole 33.
  • a slit 34 and a circular inflow hole 35 for supplying compressed air to the slit 34 are formed so as to penetrate in the thickness direction.
  • two slits 34 and two inflow holes 35 are provided for one circular hole 33.
  • One end in the longitudinal direction of the slit 34 is connected to the circular hole 33, while the other end is connected to the inflow hole 35.
  • connection hole 36 is formed in the connection plate 27 so as to penetrate in the thickness direction.
  • the connection hole 36 is disposed at a position corresponding to the inflow hole 35 formed in the nozzle plate 26.
  • a plurality of circular connection ports 37 are opened in the distribution plate 28 on the surface facing the surface plate 25 (the surface facing the opposite surface 31).
  • An appropriate compressed air source for example, a compressor
  • the connection port 37 via a joint member 71, a pipe 72, and an electromagnetic valve (not shown).
  • the distribution plate 28 has a plurality of distribution grooves (supply grooves) 38 formed on the surface on the surface plate 25 side (surface on the facing surface 31 side).
  • the compressed air source can be appropriately changed to another compressed gas source according to the type of the workpiece 90 to be transported, and can be replaced with, for example, a liquefied nitrogen tank.
  • the surface plate 25, the nozzle plate 26, the connection plate 27, and the distribution plate 28 are each formed with a discharge hole 39 in a penetrating manner. These discharge holes 39 are arranged so that their positions correspond to each other.
  • a distribution flow path (supply flow path) 43 that connects the connection port 37 and the connection hole 36 is formed in the distribution groove 38.
  • a nozzle flow path (spout flow path) 44 for jetting into 41 is formed.
  • the nozzle flow path 44 is disposed at a position between the surface plate 25 and the distribution plate 28 (between the opposed surface 31 and the distribution plate 28) and is disposed so as to be parallel to the opposed surface 31 of the main body 11.
  • the recess 41 is connected to the connection port 37 formed in the distribution plate 28 via the distribution flow path 43 (distribution groove 38), the connection hole 36, the inflow hole 35, and the nozzle flow path 44 (slit 34). Connected.
  • a through hole 42 penetrating the entire plate laminate 12 in the thickness direction is formed.
  • the vent hole 42 is used to allow the air jetted downward from the recess 41 to escape upward.
  • the plate laminate 12 (main body 11) is formed by diffusion bonding in a state where all of the four plates 25 to 28 are overlapped, and a flow path for compressed air is formed therein.
  • the suction chuck 10 In order to provide the suction chuck 10 with small distortion and good dimensional accuracy, it is preferable to use the same materials for the four plates 25 to 28. This is because, when different types of metals are diffusion bonded, deformation such as deflection may occur due to residual strain after bonding.
  • stainless steel is used as the material for the four plates 25 to 28.
  • the circular holes 32, the circular holes 33, the slits 34, the inflow holes 35, the connection holes 36, the connection ports 37, the distribution grooves 38, and the discharge holes 39 formed in the four plates 25 to 28 are formed by, for example, etching. Alternatively, it may be formed by machining such as punching and drilling. As described above, as a processing method of the flow path, a method suitable for manufacturing a desired shape can be appropriately selected in consideration of quality, cost, and the like.
  • the nozzle when compressed air is supplied to the connection port 37 in a state where the facing surface 31 is close to the workpiece 90 of the uppermost layer of the workpiece bundle 91, the nozzle is oriented in the direction along the inner wall of the cylindrical recess 41. Air is jetted from the flow path 44 (slit 34). The jetted air advances while turning along the inner wall surface of the circular recess 41 and is discharged from the opening end of the recess 41.
  • the air flow ejected into the space between the facing surface 31 and the workpiece 90 is exhausted upward through the hole 42 as shown in FIG.
  • the air flow traveling along the inner wall surface of the recess 41 is discharged to the facing surface 31, the flow velocity increases, so that the internal pressure of the recess 41 decreases.
  • the workpiece 90 is held in a non-contact manner with respect to the suction chuck 10 by the suction force generated by the negative pressure formed at this time and the presence of the air layer discharged from the recess 41.
  • the recess 41 acts as a suction element in the suction chuck 10.
  • the opposing surface 31 provided in the main body 11 of the suction chuck 10 has a rectangular (right-angled quadrilateral) shape, more specifically, a square outline.
  • the shape of the facing surface 31 is similar to the workpiece 90 (a chain line in FIG. 7) that is a transfer target. Further, when viewed in a direction perpendicular to the facing surface 31, the facing surface 31 is formed slightly larger than the workpiece 90, and as a result, the facing surface 31 can completely include the shape of the workpiece 90. It has become. In other words, the facing surface 31 has a shape that is offset from the workpiece 90 outward by a predetermined distance.
  • the concave portions 41 are arranged on the opposing surface 31 in a regular manner at regular intervals in the vertical direction and the horizontal direction (that is, the direction parallel to each side of the right-angled quadrilateral that is the outline of the opposing surface 31).
  • positioned at the opposing surface 31 are arrange
  • the suction force and the repulsive force by the concave portion 41 can be efficiently applied to the workpiece 90, and the workpiece 90 can be stably held in a non-contact manner with a strong force. Further, since the suction action is performed by the recess 41 formed in the facing surface 31, the suction chuck 10 can be easily reduced in weight and size. Furthermore, even if the workpiece 90 comes into contact with the facing surface 31, it is possible to prevent the peripheral portion of the workpiece 90 from contacting the peripheral portion of the opening of the concave portion 41.
  • the punch hole 42 is disposed between the recess 41 and the recess 41 so as to be adjacent to the recess 41 in the longitudinal direction of FIG.
  • the hole 42 By arranging the hole 42 around the recess 41 in this way, air blown from the recess 41 between the suction chuck 10 and the workpiece 90 can be smoothly extracted via the hole 42, and stable. Can be achieved.
  • all the punch holes 42 are arranged in a region that can be included in the shape of the workpiece 90. Therefore, similarly to the concave portion 41, it is possible to prevent the peripheral portion of the work 90 from coming into contact with the peripheral portion of the opening of the punch hole 42.
  • FIG. 8 is a partially enlarged view of the suction chuck 10 as viewed from the bottom surface side.
  • each recess 41 has a circular inner wall, and the nozzle flow path 44 (the aforementioned slit 34) is formed so as to connect to the inner wall in a tangential direction.
  • Two nozzle channels 44 are formed for each recess 41, and the end portions of the nozzle channels 44 open in the inner wall of the recess 41 so that the phases thereof are different from each other by 180 °. In this way, a stable swirling flow can be formed in the recess 41 by simultaneously ejecting air from the plurality of nozzle channels 44 to one recess 41.
  • the directions in which the nozzle flow paths 44 are connected to the recessed parts 41 are configured to be opposite to each other. . More specifically, in the recess 41 arranged in the upper left corner of FIG. 8, the nozzle flow path 44 is connected to the recess 41 so that a clockwise swirl flow can be formed in the recess 41. On the other hand, in the concave portion 41 adjacent to the right or below, the nozzle flow path 44 is connected to the concave portion 41 so that a counterclockwise swirl flow can be formed in the concave portion 41.
  • the concave portions 41 in which the direction of the swirling flow to be formed are alternately arranged, so that a configuration that does not hinder each other's flow is realized, and the suction force Can be reduced.
  • each swirl flow generates a force to rotate the workpiece 90 in a horizontal plane.
  • each distribution channel 43 connects one connection port 37 and connection holes 36 (16 in total) to the eight recesses 41 opened in the region.
  • compressed air when holding the workpiece 90, compressed air is not supplied to all the connection ports 37 at the same time, but compressed air is first supplied to the connection ports 37 on one end side of the facing surface 31. The compressed air is then supplied to the connection port 37 on the center side.
  • Such a time difference of suction can be realized by appropriately controlling the timing of supplying compressed air to each connection port 37 using the electromagnetic valve.
  • FIG. 9 is a side view showing a case where compressed air is supplied to all the connection ports 37 simultaneously. As shown in FIG. 9, if the entire surface of the workpiece 90 is sucked and pulled up at a time, the pressure between the stacked workpiece 90 and the workpiece 90 tends to be negative, so the lower workpiece 90 is entangled. Lifting, causing resistance to suction, or disturbing the position of the workpiece 90.
  • connection port 37 by appropriately controlling the opening and closing of the electromagnetic valves respectively connected to the connection port 37, compressed air is first supplied to the connection port 37 on one end side as shown in FIG. Compressed air is supplied to the connection port 37, and the compressed air is supplied with a time difference.
  • the work 90 By providing a time difference in the suction as described above, the work 90 can be held so as to be turned up from the end portion, so that the lower work 90 can be prevented from being lifted and smooth transfer work can be realized. it can.
  • FIG. 11 is a bottom view schematically showing the order in which compressed air is supplied to the recess 41 during the suction operation for sucking the workpiece 90.
  • FIG. 11A corresponds to the present embodiment (FIG. 10), in which compressed air is sequentially supplied such as a concave portion 41 on one side, a concave portion 41 on the central side, and a concave portion 41 on the other side. is there.
  • compressed air may be sequentially supplied from one of the four corners of the facing surface 31 to the remaining four corners.
  • the compressed air may be supplied simultaneously to the concave portions 41 located at both ends instead of one end of the facing surface 31, and then the compressed air may be supplied to the central concave portion 41.
  • a configuration for restricting movement of the held workpiece 90 will be described.
  • a plurality of guide members 17 arranged at intervals from each other so as to surround the main body 11 are fixed to the edge of the main body 11.
  • Two guide members 17 are arranged on each side of the main body 11 formed in a rectangular shape, and are arranged so as to face each other with the main body 11 interposed therebetween.
  • the guide member 17 is disposed so as to be perpendicular to the thickness direction of the main body 11 formed in a flat plate shape, and a lower end thereof projects downward from a lower surface (opposing surface 31) of the main body 11.
  • These guide members 17 regulate the relative movement of the workpiece 90 in a direction parallel to the lower surface (opposing surface 31) of the main body 11 when the workpiece 90 held by the suction chuck 10 is conveyed.
  • the workpiece supply device 5 includes a support base 81, an elevating stage 82, a linear actuator 83, and an air nozzle (spraying device) 84 as main components.
  • An elevating stage 82 on which a cassette 92 can be placed is supported on the upper portion of the support base 81.
  • a linear actuator 83 attached to a support base 81 is connected to the elevating stage 82.
  • a plurality of linear guides 85 are attached to the lifting stage 82, and the lifting stage 82 can be slid in the vertical direction by the guide of the linear guide 85. With this configuration, the elevating stage 82 can be raised and lowered by driving the linear actuator 83.
  • a cassette 92 that houses a plurality of stacked workpieces 90 is placed on the elevating stage 82 in a state of being positioned by an appropriate positioning mechanism.
  • the workpiece 90 in a state in which a plurality of sheets are stacked in the thickness direction in this way may be particularly referred to as a workpiece bundle 91.
  • a nozzle support member 86 is vertically attached to the side of the support base 81, and an air nozzle 84 is attached to the upper end portion of the nozzle support member 86.
  • the air nozzle 84 has a hollow cylindrical tubular body 87, and a plurality of blowing holes 88 are formed in the tubular body 87 in a penetrating manner.
  • the blowout holes 88 are arranged in a line along the axial direction of the cylindrical body 87 at equal intervals.
  • the cylindrical body 87 of the air nozzle 84 is disposed at substantially the same height as the cassette 92 and is supported by the nozzle support member 86 while being oriented so that its axis is horizontal. Moreover, the longitudinal direction edge part of the cylinder 87 is connected to the compressed air source (compressed gas source) via the piping 89 and the electromagnetic valve which is not shown in figure. With this configuration, by opening the electromagnetic valve and supplying compressed air to the inside of the cylindrical body 87, air is blown out from the blow-out holes 88, and air is blown to the side surfaces of the work bundle 91 placed in the cassette 92. Can do.
  • the cylinder 87 of the air nozzle 84 is supported by the nozzle support member 86 so as to be rotatable about its axis. Therefore, by rotating the cylindrical body 87, the direction of the blowout hole 88 can be adjusted so that the air flow acts favorably on the side surface of the workpiece bundle 91.
  • the air blowout by the blowout holes 88 exhibits a particularly excellent effect when used in combination with suction with a time difference in the suction chuck 10. That is, as shown in FIG. 12, the compressed air is applied only to the concave portion 41 on the side close to the end on the side to which the air flow is applied before and after the air flow is applied to the end of the work bundle 91 from the blowing hole 88. Is first supplied, and then compressed air is sequentially supplied to the recess 41 so as to expand the suction region to the opposite end. As a result, the end portion of the workpiece 90 can be easily turned up and the workpiece 90 can be smoothly held with respect to the suction chuck 10.
  • suction chuck 10 of this embodiment shown in FIG. 7, the suction chuck in which the punch hole 42 is not formed, and the suction chuck of the reference example.
  • the suction chuck of the reference example is a main body having a square opposing surface, in which 4 ⁇ 2 large 2 ⁇ 2 cylindrical Bernoulli elements as disclosed in Patent Document 1 are arranged.
  • the suction chuck of the reference example is approximately the same size as the suction chuck of this embodiment.
  • FIG. 13 shows the above experimental results. As shown in this graph, it has been confirmed that the suction chuck 10 of the present embodiment can exhibit a sufficiently large suction force although it is lower than the suction chuck of the reference example. Further, it has been found that the suction chuck 10 in which the hole 42 is formed can obtain a stronger suction force than the suction chuck in which the hole 42 is not formed.
  • the deformation amount and vibration acceleration of the workpiece 90 when the workpiece 90 is held by the suction chuck 10 of the present embodiment (having the punched hole 42) and the suction chuck of the reference example were examined. Specifically, a suction chuck was disposed above the XY stage, and the workpiece 90 was actually held by the suction chuck, and then the workpiece 90 was measured from below with a laser distance meter attached to the XY stage. This measurement was performed at several locations while moving the laser distance meter on the XY stage in the diagonal direction of the opposing surface of the suction chuck. Further, the flow rate of the compressed air supplied to each suction chuck was adjusted so that the suction force of the suction chuck 10 of the present embodiment and the suction chuck of the reference example were almost the same.
  • FIG. 14 shows the measurement result of the deformation amount of the workpiece 90 as a relative displacement with respect to the center portion of the suction chuck (opposing surface).
  • the central part of the held work 90 tends to be deformed so as to protrude slightly downward.
  • the phenomenon that the central portion of the workpiece 90 protrudes downward is reduced, and it is considered that the workpiece 90 can be held in a more horizontal and flat shape.
  • FIG. 15 shows the measurement result of vibration acceleration, and it can be seen that the suction chuck 10 of this embodiment can suppress vibration (chatter) of the workpiece 90 much better than the chuck of the reference example. .
  • vibration chatter
  • the suction chuck 10 that sucks and holds the thin flat work 90 in a non-contact state includes the flat main body 11 and the facing surface 31.
  • a flow path for compressed air is formed inside the main body 11.
  • the facing surface 31 is a surface provided in the main body 11 on the side facing the workpiece 90, and a plurality of concave portions 41 are formed as suction elements that generate negative pressure by ejecting compressed air.
  • the facing surface 31 has a similar shape to the workpiece 90 (or a shape in which the shape of the workpiece 90 is offset outward so that the shape of the workpiece 90 can be completely included. ).
  • all the concave portions 41 are arranged so as to be included in the shape of the workpiece 90.
  • the shape of the facing surface 31 and the shape of the workpiece 90 are right-angled quadrilaterals.
  • the right-angled quadrilateral work 90 which is a widely used shape, can be smoothly held without being damaged.
  • a hole 42 for exhausting compressed air ejected from the recess 41 is opened in the facing surface 31 around the recess 41.
  • all the holes 42 are arranged so as to be included in the shape of the workpiece 90.
  • the plurality of recesses 41 when viewed in a direction perpendicular to the facing surface 31, are aligned and aligned so as to be parallel to the side of the facing surface 31. It has been.
  • the suction action of the concave portion 41 can be applied to the workpiece 90 without any unevenness, so that the workpiece 90 can be stably held.
  • the recess 41 is formed in a cylindrical shape.
  • the main body 11 includes a nozzle channel 44 that ejects compressed air in a direction along the inner wall of the recess 41.
  • the nozzle channel 44 is formed in a direction parallel to the facing surface 31.
  • two nozzle channels 44 are formed for one recess 41.
  • the main body 11 of the suction chuck 10 of the present embodiment includes four plates including a surface plate 25 having a facing surface 31 and a distribution plate 28 connected to a compressed air source that is a compressed air supply source.
  • the plates 25 to 28 are joined in the thickness direction.
  • a circular hole 32 forming a part of the recess 41 is opened in the facing surface 31 in the surface plate 25.
  • the nozzle channel 44 is disposed at a position between the facing surface 31 and the distribution plate 28.
  • a connection port 37 for the compressed air source is disposed on the side opposite to the surface plate 25, and a distribution channel for guiding the compressed air introduced into the connection port 37 to the nozzle channel 44 is configured.
  • the distribution groove 38 is formed on the surface facing the surface plate 25 side.
  • the nozzle plate 26 is disposed between the surface plate 25 and the distribution plate 28.
  • the nozzle plate 26 is formed with a slit 34 constituting the nozzle channel 44 so as to penetrate in the thickness direction.
  • the nozzle flow path 44 can be formed with a simple configuration.
  • connection plate 27 is disposed between the surface plate 25 and the distribution plate 28.
  • a connection hole 36 for connecting the nozzle channel 44 and the distribution groove 38 is formed in the connection plate 27.
  • a surface on one side in the thickness direction of the connection plate 27 constitutes a part of the inner wall of the nozzle flow path 44.
  • the distribution flow path 43 is configured by the surface on the other side in the thickness direction of the connection plate 27 closing the open side of the distribution groove 38.
  • the suction chuck 10 of this embodiment has eight distribution channels 43 connected to the plurality of nozzle channels 44.
  • the compressed air can be supplied from the distribution flow path 43 to the plurality of nozzle flow paths 44, the flow path from the compressed air source to the connection port 37 can be simplified.
  • the suction chuck 10 of this embodiment includes a plurality of distribution channels 43.
  • the combination of the connection port 37 and the nozzle channel 44 connected by each distribution channel 43 is independent of each other.
  • connection port 37 for supplying the compressed air it is possible to easily control which concave portion 41 causes the suction action.
  • the plurality of plates 25 to 28 are all made of metal, and the main body 11 is configured by diffusion bonding in a state where all of the plurality of plates 25 to 28 are stacked. .
  • the plurality of plates 25 to 28 are formed of a material selected from stainless steel, aluminum alloy, or titanium alloy.
  • the low-cost suction chuck 10 can be provided.
  • the plurality of plates 25 to 28 are all formed of the same metal material.
  • the recess 41 and the nozzle channel 44 are formed by etching.
  • the channel structure can be easily manufactured.
  • the recess 41 and the nozzle channel 44 can be formed by machining.
  • connection port 37 and the distribution groove 38 are formed by machining.
  • the transfer robot 1 disclosed in the present embodiment includes a suction chuck 10 and a compressed air source.
  • the compressed air source is a supply source of compressed air to the suction chuck 10.
  • the amount of compressed air ejected from the concave portion 41 located at the center of the opposing surface 31 is larger than the amount of compressed air ejected from the concave portion 41 located at the end of the opposing surface 31.
  • the transfer robot 1 of the present embodiment is configured to separate one uppermost layer from the workpiece bundle 91 in which a plurality of workpieces 90 are stacked and hold the workpiece 90 on the suction chuck 10.
  • compressed air is supplied to the recess 41 located at the end of the opposing surface 31, and then the compressed air is supplied to the recess 41 located in the central portion of the opposing surface 31.
  • the work 90 positioned at the uppermost layer of the work bundle 91 is held.
  • the workpiece 90 can be sucked and held as if it is turned up from the end, so that a smooth transfer operation can be realized.
  • the transfer robot 1 of the present embodiment includes an air nozzle 84 that blows compressed air toward the side surface of the workpiece bundle 91.
  • the transfer robot 1 of the present embodiment includes a parallel mechanism 2 for moving the workpiece 90 held by the suction chuck 10.
  • the suction chuck 10 can be mounted on the parallel mechanism 2 as described above, but can also be applied to a SCARA arm type transfer robot 1x as shown in FIG.
  • FIG. 16 is a plan view showing a modified example in which the suction chuck 10 is attached to the transfer robot 1 x having the SCARA arm 62.
  • the transfer robot 1x includes a robot body 61 and a SCARA arm 62 as main components.
  • the robot body 61 is provided with a base portion of a bendable SCARA arm 62.
  • a motor (not shown)
  • the end portion of the SCARA arm 62 is moved to any position up, down, left and right while maintaining the level. Can be made.
  • the suction chuck 10 is mounted on the lower surface of the tip of the SCARA arm 62, and the work 90 can be held in a non-contact manner. Then, the workpiece 90 can be moved to an appropriate position by driving the scalar arm 62 while the workpiece 90 is held by the suction chuck 10.
  • the transfer robot 1x can make the suction chuck 10 main body thin, for example, even in a cassette in which a plurality of workpieces 90 are separated in the vertical direction and stored in a stacked state, Random access is possible in which the end of the attached SCARA arm 62 is pushed into the cassette, and the workpiece 90 at an arbitrary position is taken out and stored.
  • the transfer robot 1x shown in FIG. 16 includes the SCARA arm 62 for moving the workpiece 90 held by the suction chuck 10.
  • the shape of the workpiece 90 and the facing surface 31 is a square, but it may be configured to be a right-angled quadrilateral with different lengths of adjacent sides.
  • the number and arrangement of the recesses 41 and the punched holes 42 formed in the facing surface 31 can also be appropriately changed according to the weight and size of the workpiece 90.
  • the two nozzle channels 44 are connected to the recess 41, but the number of nozzle channels may be one or three or more.
  • 1,1x transfer robot (transfer equipment) 10 Suction Chuck 11 Body 25 Surface Plate (First Plate) 26 Nozzle plate (intermediate plate) 27 Connection plate (third plate) 28 Distribution plate (second plate) 31 Opposing surface 32 Circular hole (opening hole) 36 Connection hole 37 Connection port 38 Distribution groove (supply groove) 41 Concave part 42 Drain hole 43 Distribution flow path (supply flow path) 44 Nozzle channel (jet channel) 84 Air nozzle (Blowing device) 90 work 91 work bundle

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Abstract

　軽量であるとともに、吸付け時と解放時において薄板ワークがチャックのエッジに接触しない吸引チャックを提供する。本発明の一実施形態に係る吸引チャック（１０）は、平板状の本体（１１）と、対向面（３１）と、を備える。本体（１１）の内部には、圧縮空気の流路が形成される。対向面（３１）は、ワーク（９０）と対向する側に本体（１１）が備える面であって、圧縮空気を噴出することで負圧を生じさせる吸引要素としての凹部（４１）が複数形成される。対向面（３１）と垂直な方向で見たときに、当該対向面（３１）は、ワーク（９０）の形状を完全に包含し得るように、ワーク（９０）と相似形状（若しくは、ワーク（９０）の形状を外側にオフセットした形状）に構成される。対向面（３１）と垂直な方向で見たときに、全ての凹部（４１）はワーク（９０）の形状に包含され得るように配置される。

Description

吸引チャック、及びそれを備えたワークの移載装置
　本発明は、主として、薄い平板状のワークを吸引して非接触の状態で保持する吸引チャックに関する。
　太陽電池ウエハや燃料電池セル、あるいは二次電池の電極又はセパレータ等の薄い平板状のワーク（薄板ワーク）を移載するために、エンドエフェクタとしてベルヌーイ効果を利用したベルヌーイチャックを採用した移載装置が従来から提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
　本願出願人は、移載装置の移載機構として、例えば特許文献２に開示されるようなパラレルメカニズムロボットを提案するとともに、吸引チャックとして、特許文献３に開示されるようなベルヌーイチャックを提案している。
　ベルヌーイチャックでは、その構造上、吸引した薄板ワークが上下振動することは避けられないが、薄板ワークの吸付け動作時又は解放時において、ベルヌーイチャックがワークよりも小サイズであると、振動した薄板ワークがベルヌーイチャックの外縁（エッジ）に接触し、ワークの損傷や性能劣化の原因となることがあった。
　特に、上記したパラレルメカニズムは、３本のアームを用いてエンドエフェクタを高速で移動させる構成になっており、その特徴を活かすために、エンドエフェクタとして採用されるベルヌーイチャックも軽量のものが必要とされる。このような軽量化を実現するためのベルヌーイチャックの構造としては、特許文献４～６をはじめ、多様なものが提案されている。
特許第３９８１２４１号公報 再表２００８－５９６５９号公報 特許第４５３８８４９号公報 特開２００７－３２４４４２号公報 特開２００８－１１９７５８号公報 特開２００５－７４６０６号公報
　本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主な目的は、軽量であるとともに、吸付け時と解放時において薄板ワークがチャックのエッジに接触しない吸引チャックを提供することにある。
課題を解決するための手段及び効果
　本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
　本発明の第１の観点によれば、以下の構成の吸引チャックが提供される。即ち、この吸引チャックは、薄い平板状のワークを吸引して非接触状態で保持する。この吸引チャックは、平板状の本体と、対向面と、を備える。前記本体の内部には、圧縮気体の流路が形成される。前記対向面は、前記ワークと対向する側に前記本体が備える面であって、前記圧縮気体を噴出することで負圧を生じさせる吸引要素としての凹部が複数形成される。前記対向面と垂直な方向で見たときに、当該対向面は前記ワークの形状を完全に包含し得るように、前記ワークと相似形状又は前記ワークの形状を外側にオフセットした形状に構成される。前記対向面と垂直な方向で見たときに、全ての前記凹部は前記ワークの形状に包含され得るように配置される。
　これにより、ワークが対向面の外縁や凹部の縁に当たって破損することを良好に防止できる。また、凹部による吸引作用を効率的に働かせ、ワークを安定的に保持することができる。更に、対向面に形成された凹部によって吸引作用を行うため、軽量化及びコンパクト化が容易になる。
　前記の吸引チャックにおいては、前記対向面と垂直な方向で見たときに、当該対向面の形状及び前記ワークの形状が直角４辺形であることが好ましい。
　これにより、広く採用されている形状である直角４辺形のワークを、破損させずにスムーズに保持することができる。
　前記の吸引チャックにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記凹部の周囲において、当該凹部から噴出された圧縮気体を排気するための抜き孔が前記対向面に開口されている。前記対向面と垂直な方向で見たときに、全ての前記抜き孔は前記ワークの形状に包含され得るように配置される。
　これにより、凹部による吸引作用を効率よく発揮させることができる。また、より少ない流量で同等の吸引力を実現できるので、流量を抑えなければならないクリーンルーム環境での運用にも好適である。更に、ワークが抜き孔の縁に当たって破損することを良好に防止できる。
　前記の吸引チャックにおいては、前記対向面と垂直な方向で見たときに、複数個の前記凹部は、前記対向面の形状が有する辺に平行となるように整列して並べられることが好ましい。
　これにより、ワークに対して凹部の吸引作用をムラなく働かせることができるので、ワークの安定した保持を実現できる。
　前記の吸引チャックにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記凹部は円筒状に形成される。前記本体は、当該凹部の内壁に沿う向きに圧縮気体を噴出させる噴出流路を備える。
　これにより、簡単な構成で、凹部の内部に良好な旋回流を形成することができる。
　前記の吸引チャックにおいては、前記噴出流路は、前記対向面に平行な向きに形成されていることが好ましい。
　これにより、流路構造の簡素化及びコンパクト化を実現できる。
　前記の吸引チャックにおいては、前記噴出流路は、１つの前記凹部に対して複数本形成されていることが好ましい。
　これにより、凹部において、強力で安定した旋回流を形成することができる。
　前記の吸引チャックにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記本体は、前記対向面が形成された第１プレートと、前記圧縮気体の供給源である圧縮気体源に接続される第２プレートと、を含む複数のプレートを厚み方向に接合して構成される。前記第１プレートには、前記凹部の少なくとも一部をなす開口孔が前記対向面に開口される。前記噴出流路は、前記対向面と前記第２プレートとの間の位置に配置される。前記第２プレートには、前記圧縮気体源に対する接続口が前記第１プレートと反対側に配置されるとともに、前記接続口に導入された圧縮気体を前記噴出流路へ導くための供給流路を構成する供給溝が前記第１プレート側を向く面に形成される。
　これにより、簡素な構成の流路構造を実現することができる。
　前記の吸引チャックにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記第１プレートと前記第２プレートとの間に中間プレートが配置される。前記中間プレートには、前記噴出流路を構成するスリットが厚み方向に貫通するように形成されている。
　これにより、簡素な構成で噴出流路を形成することができる。
　前記の吸引チャックにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記第１プレートと前記第２プレートの間に第３プレートが配置される。前記第３プレートには、前記噴出流路と前記供給溝とを接続するための接続孔が形成される。前記第３プレートの厚み方向一側の面は、前記噴出流路の内壁の一部を構成する。前記第３プレートの厚み方向他側の面が前記供給溝の開放側を閉鎖することで、前記供給流路が構成される。
　これにより、簡素な構成で圧縮気体の流路を形成することができる。
　前記の吸引チャックにおいては、複数の前記噴出流路と接続される前記供給流路を少なくとも１つ有することが好ましい。
　これにより、供給流路から複数の噴出流路に圧縮気体を供給できるので、圧縮気体源から接続口までの流路の単純化を図ることができる。
　前記の吸引チャックにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、この吸引チャックは、複数の前記供給流路を備える。それぞれの前記供給流路によって接続される前記接続口と前記噴出流路との組合せが互いに独立している。
　これにより、圧縮気体を供給する接続口を変更することで、どこの凹部に吸引作用を生じさせるかを簡単に制御することができる。
　前記の吸引チャックにおいては、前記複数のプレートは何れも金属製であり、当該複数のプレートを全て重ねた状態で拡散接合することにより前記本体が構成されることが好ましい。
　これにより、簡単な工程で、内部に圧縮気体の流路を形成した本体を形成することができる。
　前記の吸引チャックにおいては、前記複数のプレートは、ステンレス、アルミニウム合金、又はチタン合金から選択された材料で形成されていることが好ましい。
　これにより、低コストの吸引チャックを提供できる。
　前記の吸引チャックにおいては、前記複数のプレートは、全て同一の金属材料で形成されていることが好ましい。
　これにより、歪みが小さく寸法精度の良好な吸引チャックを提供することができる。
　前記の吸引チャックにおいては、前記凹部及び前記噴出流路のうち少なくとも何れかはエッチングにより形成することができる。
　この場合、流路構造を容易に作製することができる。
　ただし、前記の吸引チャックにおいては、前記凹部及び前記噴出流路のうち少なくとも何れかは機械加工により形成することもできる。
　この場合、流路構造の形状の自由度を向上させることができる。
　前記の吸引チャックにおいては、前記接続口及び前記供給溝のうち少なくとも何れかは機械加工により形成されることが好ましい。
　これにより、流路構造の形状の自由度を向上させることができる。
　本発明の第２の観点によれば、以下の構成のワークの移載装置が提供される。即ち、この移載装置は、前記の吸引チャックと、圧縮気体源と、を備える。前記圧縮気体源は、前記吸引チャックに対する前記圧縮気体の供給源である。前記対向面の中央部に位置する凹部からの前記圧縮気体の噴出し量は、前記対向面の端部に位置する凹部からの前記圧縮気体の噴出し量よりも大きい。
　これにより、ワークをより平坦に近い形状で保持することができる。
　本発明の第３の観点によれば、以下の構成のワークの移載装置が提供される。即ち、この移載装置は、前記の吸引チャックと、圧縮気体源と、を備える。前記圧縮気体源は、前記吸引チャックに対する前記圧縮気体の供給源である。この移載装置は、前記ワークが複数枚積み重ねられたワーク束から最上層の１枚を分離して前記吸引チャックに保持するように構成されている。移載装置は、前記吸引チャックに配置される複数の前記凹部のうち、前記対向面の端部に位置する凹部に前記圧縮気体を供給し、その後に、前記対向面の中央部に位置する凹部に前記圧縮気体を供給することにより、前記ワーク束の最上層に位置する前記ワークを保持する。
　これにより、ワークを端部からめくり上げるようにして吸引して保持できるので、スムーズな移載作業を実現できる。
　前記のワークの移載装置においては、前記ワーク束の側面に向けて圧縮気体を吹き付ける吹付け装置を備えることが好ましい。
　これにより、ワーク束からのワークの分離が容易になり、スムーズな移載作業を実現できる。
　前記のワークの移載装置においては、前記吸引チャックにより保持したワークを移動させるためのパラレルメカニズムを備えることが好ましい。
　これにより、上記の吸引チャックの構成による効果をパラレルメカニズム式の移載ロボットに適用することができる。
　前記のワークの移載装置においては、前記吸引チャックにより保持したワークを移動させるためのスカラアームを備えることが好ましい。
　これにより、上記の吸引チャックの構成による効果をスカラアーム式の移載ロボットに適用することができる。
本発明の一実施形態に係る移載装置としての移載ロボットを示す斜視図である。 移載ロボットが備えるワーク供給装置を示す斜視図である。 吸引チャックを上側から見た斜視図である。 吸引チャックを構成する４枚のプレートを示す、下側から見た分解斜視図である。 吸引チャックの本体内部に形成される圧縮空気の流路を示す模式断面図である。 吸引チャックの本体内部に形成される圧縮空気の流路を示す拡大斜視図である。 （ａ）は吸引チャックの底面図、（ｂ）は吸引チャックの側面図である。 吸引チャックの凹部から噴出する旋回流の向きを示す拡大底面図である。 吸引チャックがワークを保持する際に、全ての凹部から吸引を同時に開始する様子を示す参考側面図である。 吸引チャックがワークを保持する際に、当該ワークの端部に位置する凹部から吸引を順次開始する様子を示す側面図である。 ワークの端部に位置する凹部から吸引を開始する例を示す底面図である。 ワーク束の側面に空気を吹き付ける様子を示す側面図である。 本実施形態と参考例の吸引チャックにおける、流量と吸引力の関係を示すグラフである。 吸引チャックにワークを保持させた状態で、当該ワークの変形を測定した結果を示すグラフである。 吸引チャックにワークを保持させた状態で、当該ワークの振動加速度を測定した結果を示すグラフである。 スカラアームを有する移載ロボットに吸引チャックを適用した変形例を示す平面図である。
　次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る移載装置としての移載ロボット１を示す斜視図である。図２は、移載ロボット１が備えるワーク供給装置５を示す斜視図である。
　本実施形態の移載ロボット（移載装置）１は、図１に示すように、吸引チャック（ベルヌーイチャック）１０を装着したパラレルメカニズム２を備える。このパラレルメカニズム２は、ベース部材１０１と、支持部材１０３と、電動モータ１０４と、アーム支持部材１０５と、アーム本体１０６と、エンドプレート１１４と、を主要な構成として備えている。また、移載ロボット１は、図２に示すように、移載の対象となる平板状のワーク９０をパラレルメカニズム２に対して供給することが可能なワーク供給装置５を備える。なお、図２においては、部材の位置関係を分かり易く示すために、パラレルメカニズム２から取り外された状態の吸引チャック１０が図示されている。
　本実施形態の移載ロボット１が取り扱うワーク９０としては、薄い平板状に形成されたものを想定している。ワーク９０の例としては、太陽電池ウエハ、燃料電池のセル、二次電池の電極、セパレータ、シリコンウエハ等を挙げることができるが、これらに限られない。
　図１に示す前記パラレルメカニズム２は、ベース部材１０１を基準とする所定の作業領域内で、当該ベース部材１０１の下方に配置された出力部材としてのエンドプレート１１４を移動させることができる。前記吸引チャック１０は、圧縮空気（圧縮気体）を供給することでワーク９０を吸い付けて非接触で保持することが可能な装置であり、前記エンドプレート１１４に対して回転可能に取り付けられている。
　ベース部材１０１は、パラレルメカニズム２を支持するための部材であり、平面視においてエンドプレート１１４の移動範囲のほぼ中央に配置されている。また、このベース部材１０１には水平な取付面１０２が形成されている。
　移載ロボット１が備える図示しないフレームには、水平な被取付面Ｐ１が形成されている。この構成で、ベース部材１０１を被取付面Ｐ１に対して上記取付面１０２を介して固定することで、パラレルメカニズム２を吊下げ状に設置できるようになっている。
　支持部材１０３は、ベース部材１０１の下面側に３つ固定されている。これらの支持部材１０３は、ベース部材１０１の平面視での中央部を中心として、周方向で等間隔となるように３つ並べて取り付けられている。この支持部材１０３には、減速機付きの電動モータ１０４がそれぞれ支持されている。これらの電動モータ１０４は、出力軸（即ち、減速機の出力軸）の軸線Ｃ１が水平となるように配置される。また、パラレルメカニズム２が有する３つの電動モータ１０４の前記軸線Ｃ１は、平面視においてベース部材１０１の中央部を中心とする正３角形をなすように配置される。
　それぞれの電動モータ１０４の出力軸には、アーム支持部材１０５が固定されている。このアーム支持部材１０５は、電動モータ１０４の出力軸と軸線を一致させるように配置されており、電動モータ１０４が駆動されることにより軸線Ｃ１を中心として回転する。
　アーム支持部材１０５には、屈曲可能なアーム本体１０６がそれぞれ固定される。このアーム本体１０６は、第１アーム１０７及び第２アーム１０８を備えている。
　第１アーム１０７は、細長い部材として構成されており、その長手方向一端がアーム支持部材１０５に固定されている。第１アーム１０７は、その長手方向がアーム支持部材１０５の軸線（電動モータ１０４の軸線Ｃ１）と互いに直交するように、かつ、前記アーム支持部材１０５との接続部分から平面視で外側に延びるように配置される。
　第２アーム１０８は、互いに平行に配置された１対の細長いロッド１０９を備える。第２アーム１０８の一端（即ち、それぞれの前記ロッド１０９の一端）は、第１アーム１０７の端部に支持されている。
　第２アーム１０８を構成する１対のロッド１０９のそれぞれは、第１アーム１０７とボールジョイント１１０を介して連結されているので、任意の方向に回転することができる。１対のボールジョイント１１０同士を結ぶ線（アーム本体１０６の曲げ伸ばしの基準となる軸線Ｃ２）は、電動モータ１０４の軸線Ｃ１に対して平行となるように配置されている。
　なお、第１アーム１０７及び第２アーム１０８としては、例えば炭素繊維強化プラスチックにより中空の円筒状に構成されたものを使用することができる。
　第２アーム１０８の一端において、１対のロッド１０９同士が連結部材１１１によって互いに連結されており、他端においても同様に、１対のロッド１０９同士が連結部材１１２によって互いに連結されている。これらの連結部材１１１，１１２は、図示しないが例えばバネ等の付勢部材を備えており、１対のロッド１０９同士を互いに引き合うように付勢する。これらの連結部材１１１，１１２は、それぞれのロッド１０９が、当該ロッド１０９が中心軸を中心に回転することを防止している。
　エンドプレート１１４は平面視で略正３角形状となるような平板状の部材であり、吸引チャック１０を回転可能に取り付けることができる。このエンドプレート１１４は、３つのアーム本体１０６の先端に取り付けられており、当該エンドプレート１１４の下面が水平となるような姿勢で保持される。
　３角形状のエンドプレート１１４は、その３つの辺の部分が、３本の第２アーム１０８（３対のロッド１０９）のそれぞれの端部に対してボールジョイント１１６を介して連結されている。第２アーム１０８を構成する１対のロッド１０９は長さが等しいので、１対のボールジョイント１１６を結ぶ軸線Ｃ３は、常に、対応するアーム本体１０６における前記軸線Ｃ２と平行である。従って、アーム本体１０６の先端側の軸線Ｃ３は、電動モータ１０４の軸線Ｃ１に対しても平行となっている。
　これは、３角形状のエンドプレート１１４が有する３辺が、対応する電動モータ１０４の軸線Ｃ１に対して常に平行であることを意味する。従って、３つの第１アーム１０７のそれぞれが軸線Ｃ１を中心にどのように回動したとしても、エンドプレート１１４は、その下面（吸引チャック１０を取り付ける面）が水平である姿勢を常に維持することができる。
　平面視における前記ベース部材１０１の中央部には、減速機付きの電動モータ１２１が固定されている。電動モータ１２１の出力軸（即ち、減速機の出力軸）は鉛直下方に向けられており、この出力軸の下端には、上下方向に配置された旋回軸ロッド１２０の上端がユニバーサルジョイント１２２を介して連結されている。
　エンドプレート１１４の中心部には、旋回出力軸１１７が回転可能に支持されている。この旋回出力軸１１７の回転軸線は、エンドプレート１１４に対して垂直に配置される。また、旋回軸ロッド１２０の下端は、前記旋回出力軸１１７に対してユニバーサルジョイント１２３を介して連結されている。
　この旋回軸ロッド１２０は図示しないスプライン機構を備えており、エンドプレート１１４の移動に応じて伸縮が可能である一方で、電動モータ１２１の回転を旋回出力軸１１７に伝達することができる。従って、電動モータ１２１の駆動により、エンドプレート１１４に対して吸引チャック１０を回転させることができる。
　次に、吸引チャック１０の詳細な構成を説明する。図３は、吸引チャック１０を上側から見た斜視図である。図４は、吸引チャック１０を構成する４枚のプレート２５～２８を示す、下側から見た分解斜視図である。図５は、吸引チャック１０の本体１１内部に形成される圧縮空気の流路を示す模式断面図である。図６は、吸引チャック１０の本体１１内部に形成される圧縮空気の流路を示す拡大斜視図である。図７（ａ）は吸引チャックの底面図、図７（ｂ）は吸引チャックの側面図である。図８は、吸引チャック１０の凹部４１から噴出する旋回流の向きを示す拡大底面図である。
　図２及び図３に示すように、吸引チャック１０は平板状の本体１１を備えており、この本体１１は、複数のプレートが積み重ねられた状態で接合されたプレート積層体１２から構成されている。このプレート積層体１２は、ワーク９０に近い側（下側）から順に、表面プレート（第１プレート）２５と、ノズルプレート（中間プレート）２６と、接続プレート（第３プレート）２７と、分配プレート（第２プレート）２８と、を備えている。
　前記本体１１（プレート積層体１２）の上面には、取付軸１３が固定されている。この取付軸１３を前記旋回出力軸１１７に連結することで、吸引チャック１０をパラレルメカニズム２に装着することができる。
　図４に示すように、表面プレート２５の下面には、ワーク９０に直接対向することが可能な対向面３１が形成されている。この対向面３１は、本体１１の厚み方向に垂直な矩形状（直角４辺形状）の平坦な面として構成されている。また、表面プレート２５には、旋回流を噴出するための円形孔（開口孔）３２が、厚み方向に貫通するように形成されている。
　ノズルプレート２６には、図４から図６までに示すように、表面プレート２５の円形孔３２と位置及び大きさが一致する円形孔３３と、この円形孔３３の接線方向に形成される細長い直線状のスリット３４と、スリット３４に圧縮空気を供給するための円形の流入孔３５と、が何れも厚み方向に貫通するように形成されている。図６等に示すように、スリット３４及び流入孔３５は、１つの円形孔３３に対して２つ設けられている。スリット３４の長手方向一端は円形孔３３に接続される一方で、他端は流入孔３５に接続されている。
　接続プレート２７には、円形の小さい接続孔３６が、厚み方向に貫通するように形成されている。この接続孔３６は、前記ノズルプレート２６に形成された流入孔３５と対応する位置に配置されている。
　分配プレート２８には、図３に示すように、前記表面プレート２５と反対側を向く面（対向面３１と反対側を向く面）において、円形の接続口３７が複数開口されている。この接続口３７には、継手部材７１、配管７２、及び図示しない電磁バルブを介して、適宜の圧縮空気源（例えば、コンプレッサ）が接続されている。また、分配プレート２８には、図４に示すように、前記表面プレート２５側の面（対向面３１側の面）において、分配溝（供給溝）３８が複数形成されている。なお、圧縮空気源は、搬送されるワーク９０の種類等に応じて他の圧縮気体源に適宜変更することができ、例えば液化窒素タンク等で代替することができる。
　また、表面プレート２５、ノズルプレート２６、接続プレート２７、及び分配プレート２８には、それぞれ排出孔３９が貫通状に形成されている。これらの排出孔３９は、互いに位置を対応させるように配置されている。
　以上の構成で、４枚のプレート２５～２８を積層することにより、表面プレート２５の円形孔３２とノズルプレート２６の円形孔３３とが合わさるとともに、ノズルプレート２６の円形孔３３の一側が接続プレート２７によって閉鎖される結果、前記対向面３１に開口する円形の凹部４１が形成される（図６を参照）。
　また、分配溝３８の開放部分が接続プレート２７によって閉鎖されるので、当該分配溝３８の部分に、接続口３７と接続孔３６とを接続する分配流路（供給流路）４３が形成される。
　更に、ノズルプレート２６に形成されたスリット３４の厚み方向一側は表面プレート２５によって閉鎖され、厚み方向他側は接続プレート２７によって閉鎖されるので、当該スリット３４の部分には、圧縮空気を凹部４１内に噴射するためのノズル流路（噴出流路）４４が形成されることになる。このノズル流路４４は、表面プレート２５と分配プレート２８の間（対向面３１と分配プレート２８の間）の位置に配置されるとともに、本体１１が有する対向面３１に平行となるように配置される。
　以上により、凹部４１は、分配プレート２８に形成された接続口３７に対し、分配流路４３（分配溝３８）、接続孔３６、流入孔３５、及びノズル流路４４（スリット３４）を介して接続される。
　また、４枚のプレート２５～２８の排出孔３９が合わさることにより、図５に示すように、プレート積層体１２の全体を厚み方向に貫通する抜き孔４２が形成される。この抜き孔４２は、前記凹部４１から下方へ噴出した空気を上方へ逃がすために用いられる。
　これら４枚のプレート２５～２８の材料としては、コスト等の観点から、金属を用いることが好ましい。プレート２５～２８の材料の具体例としては、ステンレス、アルミニウム合金、又はチタン合金から選択されたものを挙げることができる。そして、４枚のプレート２５～２８を全て重ねた状態で拡散接合することにより、プレート積層体１２（本体１１）が構成され、この内部に圧縮空気の流路が構成される。
　歪みが小さく寸法精度が良好な吸引チャック１０を提供するためには、４枚のプレート２５～２８の材料としては、全て同一のものを用いることが好ましい。これは、仮に異種金属を拡散接合する場合、接合後の残留歪みにより、たわみ等の変形が発生するおそれがあるためである。本実施形態では、４枚のプレート２５～２８の材料として、何れもステンレスを用いている。
　なお、４枚のプレート２５～２８に形成される円形孔３２、円形孔３３、スリット３４、流入孔３５、接続孔３６、接続口３７、分配溝３８、排出孔３９については、例えばエッチングにより形成しても良いし、打抜き及びドリル等の機械加工で形成しても良い。このように、流路の加工方法としては、品質やコスト等を考慮して、所望の形状を製作するのに適したものを適宜選択することができる。
　上記の構成の本体１１において、ワーク束９１の最上層のワーク９０に対して対向面３１を近づけた状態で接続口３７に圧縮空気を供給すると、円筒状の凹部４１の内壁に沿う向きにノズル流路４４（スリット３４）から空気が噴射される。噴射された空気は、円形の凹部４１の内壁面に沿って旋回しながら進み、凹部４１の開口端から排出される。
　対向面３１とワーク９０との間の空間に噴出された空気流は、図５に示すように、抜き孔４２を通じて上方に排出される。これにより、凹部４１の内壁面に沿って進む空気流が前記対向面３１へ排出される際に流速が増大するので、凹部４１の内部圧力が低下する。このとき形成される負圧で発生するワーク９０に対する吸引力と、凹部４１より排出される空気層の存在と、により、ワーク９０が吸引チャック１０に対して非接触で保持される。このように、凹部４１は、吸引チャック１０における吸引要素として作用する。
　図７（ａ）に示すように、吸引チャック１０の本体１１が備える対向面３１は、矩形（直角４辺形）、もっと言えば正方形の輪郭を有している。この対向面３１の形状は、移載の対象であるワーク９０（図７の鎖線）と相似となっている。また、対向面３１と垂直な方向で見たときに、当該対向面３１はワーク９０より若干大きく形成してあり、この結果、対向面３１はワーク９０の形状を完全に包含することができるようになっている。言い換えれば、対向面３１は、ワーク９０から外側へ所定距離だけオフセットした形状となっている。
　これにより、ワーク９０の損傷を効果的に防止することができる。即ち、ワーク９０を吸引チャック１０に非接触状態で保持してエンドプレート１１４とともに移動させる場合、例えばワーク９０に慣性が作用する等の事情によって、当該ワーク９０が吸引チャック１０の対向面３１に接触してしまう可能性も考えられる。しかしながら、本実施形態ではワーク９０よりも対向面３１が大きく構成されているので、ワーク９０が対向面３１の平坦な部分に接触することはあっても、対向面３１の外縁の部分（尖ったエッジの部分）に接触して傷付くことを防止できるのである。
　本実施形態では、前記凹部４１は、縦方向及び横方向（即ち、対向面３１の輪郭である直角４辺形の各辺に平行な向き）に等間隔で規則的に並べて対向面３１に配置されている。そして、対向面３１に配置されている全ての凹部４１は、ワーク９０の形状に包含され得る領域に（即ち、図７（ａ）の鎖線で示されるワーク９０の形状の内側に）配置されている。
　これにより、凹部４１による吸引力と反発力とをワーク９０に対して効率的に働かせ、当該ワーク９０を強い力で安定して非接触で保持することができる。また、対向面３１に形成された凹部４１によって吸引作用を行うため、吸引チャック１０の軽量化及びコンパクト化が容易である。更に、万一、ワーク９０が対向面３１と接触した場合でも、ワーク９０の周縁部と凹部４１の開口部周縁とが接触することを防止できる。
　前記抜き孔４２は、凹部４１に対して図７（ａ）の縦方向で隣り合うように、凹部４１と凹部４１の間に配置されている。このように抜き孔４２が凹部４１の周囲に配置されることにより、吸引チャック１０とワーク９０との間に前記凹部４１から噴出された空気を抜き孔４２経由でスムーズに抜くことができ、安定した吸引力を実現することができる。更に、全ての抜き孔４２は、ワーク９０の形状に包含され得る領域に配置されている。従って、凹部４１と同様に、ワーク９０の周縁部が抜き孔４２の開口部周縁と接触することを防止できる。
　図８は、吸引チャック１０を底面側から見た様子を一部拡大して示したものである。前述したように、それぞれの凹部４１は円形の内壁を有しており、この内壁に接線方向で接続するように、ノズル流路４４（前述のスリット３４）が形成される。ノズル流路４４は１つの凹部４１につき２本形成されており、それぞれのノズル流路４４の端部は、互いに位相を１８０°異ならせるようにして凹部４１の内壁に開口する。このように、複数のノズル流路４４から１つの凹部４１に対して同時に空気を噴出することで、安定した旋回流を凹部４１内に形成することができる。
　そして、本実施形態では、対向面３１において互いに隣り合って開口される２つの凹部４１を比較したときに、ノズル流路４４が凹部４１に接続する向きが互いに逆となるように構成されている。具体的に説明すると、図８の左上隅に配置される凹部４１においては、ノズル流路４４は、凹部４１内で時計回りの旋回流を形成できるように当該凹部４１に接続している。一方、その右又は下で隣り合う凹部４１においては、ノズル流路４４は、凹部４１内で反時計回りの旋回流を形成できるように当該凹部４１に接続している。このように、本実施形態の吸引チャック１０では、形成する旋回流の向きが逆になる凹部４１を交互に並べて配置しているので、互いの流れを妨げにくい構成が実現されるとともに、吸引力のムラを低減することができる。また、各旋回流は、ワーク９０を水平面内で回転させようとする力を発生させるが、時計回りと反時計回りの旋回流となる凹部４１を同数配置することで、この力を互いに打ち消し合うように作用させることができる。これにより、ワーク９０の不要な回転を防止できる。
　ところで、前記分配溝３８（図４）により構成される分配流路４３は、対向面３１を２×４に分割した領域のそれぞれに対応するように、計８つ形成されている。それぞれの分配流路４３は、１つの接続口３７と、当該領域に開口する８個の凹部４１への接続孔３６（計１６個）と、を接続している。
　そして、本実施形態では、ワーク９０を保持する際には、全ての接続口３７に同時に圧縮空気を供給するのではなく、対向面３１の一端側にある接続口３７に先ず圧縮空気を供給し、それから中央側の接続口３７に圧縮空気を供給するように構成されている。このような吸引の時間差は、前記電磁バルブを用いて、それぞれの接続口３７に圧縮空気を供給するタイミングを適宜制御することにより実現することができる。
　以下、この効果について説明する。図９は、全ての接続口３７に同時に圧縮空気を供給した場合を示す側面図である。この図９に示すように、一度にワーク９０の全面を吸引して引き上げようとすると、積層されているワーク９０とワーク９０の間が負圧になり易いため、下側のワーク９０もつられて持ち上がり、吸着に対する抵抗が生じたり、ワーク９０の位置が乱れたりする原因になる。
　この点、本実施形態では、接続口３７にそれぞれ接続された電磁バルブの開閉を適宜制御することにより、図１０に示すように一端側の接続口３７に圧縮空気を先ず供給し、次に隣の接続口３７に圧縮空気を供給し、というように、時間差を設けながら圧縮空気の供給を行っている。このように吸引に時間差を設けることにより、ワーク９０を端部からめくり上げるようにして保持することができるので、下側のワーク９０がつられて持ち上がることを防止でき、スムーズな移載作業を実現できる。
　図１１は、ワーク９０を吸引する吸付け動作の際に凹部４１に圧縮空気を供給する順番を概略的に示す底面図である。図１１（ａ）は本実施形態（図１０）に相当しており、一側の凹部４１、中央側の凹部４１、他側の凹部４１、というように圧縮空気を順次供給していくものである。一方、図１１（ｂ）に示すように、対向面３１の４隅の１つから残りの４隅にかけて圧縮空気を順次供給するようにしても良い。また、対向面３１の一端ではなく両端に位置する凹部４１に圧縮空気を同時に供給し、それから中央側の凹部４１に圧縮空気を供給するようにしても良い。
　次に、保持されたワーク９０の移動を規制するための構成について説明する。図３等に示すように、本体１１の縁部には、当該本体１１を取り囲むように互いに間隔をあけて配置された複数のガイド部材１７が固定されている。ガイド部材１７は、矩形に形成された本体１１の各辺に２つずつ配置されるとともに、本体１１を挟んで対向するように配置されている。また、ガイド部材１７は、平板状に形成された本体１１の厚み方向に垂直となるように配置され、その下端が本体１１の下面（対向面３１）より下方に突出している。これらのガイド部材１７は、吸引チャック１０に保持されたワーク９０が搬送される際に、本体１１の下面（対向面３１）に平行な向きにワーク９０が相対移動しようとするのを規制する。
　次に、図２等を参照して、ワーク供給装置５を説明する。このワーク供給装置５は、支持台８１と、昇降ステージ８２と、リニアアクチュエータ８３と、エアノズル（吹付け装置）８４と、を主要な構成として備える。
　支持台８１の上部には、上にカセット９２を載せることが可能な昇降ステージ８２が支持されている。この昇降ステージ８２には、支持台８１に取り付けられたリニアアクチュエータ８３が連結されている。また、昇降ステージ８２には複数のリニアガイド８５が取り付けられており、このリニアガイド８５の案内によって昇降ステージ８２が上下方向にスライド移動可能になっている。この構成で、リニアアクチュエータ８３を駆動することにより、昇降ステージ８２を昇降させることができる。
　昇降ステージ８２には、積層された状態の複数枚のワーク９０を収容するカセット９２が、適宜の位置決め機構により位置決めされた状態で載せられている。なお、以下の説明では、このように厚み方向で複数枚積層された状態のワーク９０を、特にワーク束９１と称することがある。
　支持台８１の側部にはノズル支持部材８６が垂直に取り付けられており、このノズル支持部材８６の上端部にエアノズル８４が取り付けられている。エアノズル８４は中空円筒状の筒体８７を有しており、この筒体８７には複数の吹出し孔８８が貫通状に形成されている。この吹出し孔８８は、筒体８７の軸線方向に沿って、互いに等しい間隔をあけて１列に並べて配置されている。
　エアノズル８４の筒体８７は、カセット９２とほぼ同じ高さに配置され、かつ、その軸線が水平となるように向けられながら、ノズル支持部材８６に支持される。また、筒体８７の長手方向端部は、配管８９及び図示しない電磁バルブを介して圧縮空気源（圧縮気体源）に接続されている。この構成で、電磁バルブを開いて筒体８７の内部に圧縮空気を供給することにより、吹出し孔８８から空気を噴出させて、カセット９２内に置かれたワーク束９１の側面に空気を吹き付けることができる。
　なお、エアノズル８４の筒体８７は、その軸線を中心として回転可能となるように、ノズル支持部材８６に支持されている。従って、筒体８７を回転させることで、ワーク束９１の側面に空気流が良好に作用するように吹出し孔８８の向きを調整することができる。
　この吹出し孔８８による空気の吹出しは、吸引チャック１０における時間差を持たせた吸引と併用することで、特に優れた効果を発揮する。即ち、図１２に示すように、ワーク束９１の端部に吹出し孔８８から空気流を当てるのと前後して、当該空気流が当てられる側の端部に近い側の凹部４１だけに圧縮空気を先ず供給し、その後、吸引領域を反対側の端部に広げるように圧縮空気を凹部４１に順次供給するのである。これにより、ワーク９０の端部を容易にめくり上げて、当該ワーク９０を吸引チャック１０に対して円滑に保持することができる。
　次に、本実施形態の吸引チャック１０を用いた実験について説明する。この実験は、様々な構成の吸引チャックについて、供給した圧縮空気の流量と吸引力の関係を調べたものである。
　本実験では、吸引チャックとして、図７に示す本実施形態の吸引チャック１０と、抜き孔４２が形成されない吸引チャックと、参考例の吸引チャックと、の３種類を用意した。参考例の吸引チャックは、正方形の対向面を有する本体に、前述の特許文献１で開示されるような円筒状の大きなベルヌーイ要素を２×２の４つ並べて配置したものである。参考例の吸引チャックは、本実施形態の吸引チャックとほぼ同じ大きさである。
　図１３には、上記の実験結果が示されている。このグラフに示すように、本実施形態の吸引チャック１０は、参考例の吸引チャックを下回るものの、十分に大きな吸引力を発揮し得ることが確かめられた。また、抜き孔４２を形成しない吸引チャックよりも、抜き孔４２を形成した吸引チャック１０の方が、より強い吸引力を得られることが分かった。
　次の実験では、本実施形態の吸引チャック１０（抜き孔４２を形成したもの）と、参考例の吸引チャックとで、ワーク９０を保持した場合の当該ワーク９０の変形量及び振動加速度を調べた。具体的には、ＸＹステージの上方に吸引チャックを配置し、当該吸引チャックに実際にワーク９０を保持させた上で、ＸＹステージに取り付けたレーザ距離計でワーク９０を下側から測定した。この測定は、吸引チャックが有する対向面の対角線方向にレーザ距離計をＸＹステージで移動させながら、数箇所で行った。また、本実施形態の吸引チャック１０と参考例の吸引チャックとで吸引力がほぼ同じとなるように、各吸引チャックに供給する圧縮空気の流量を調整した。
　図１４には、ワーク９０の変形量の測定結果が、吸引チャック（対向面）の中心部を基準とした相対変位で示されている。このように、参考例の吸引チャックよりも本実施形態の吸引チャック１０の方が、ワーク９０の変形を抑えて保持できていることが分かる。
　ただし、図１４に示すように、本実施形態の吸引チャック１０では、保持されたワーク９０の中央部が若干下に凸となるように変形する傾向を示している。これを是正するためには、対向面３１における中央部分の凹部４１に対し、端部の凹部４１よりも若干多い流量の圧縮空気を供給して、中央側の吸引力を強めれば良い。これにより、ワーク９０の中央部が下に凸となる現象は軽減され、より水平かつ平坦な形状でワーク９０を保持できるものと考えられる。
　また、図１５には振動加速度の測定結果が示されており、本実施形態の吸引チャック１０は、参考例のチャックよりもワーク９０の振動（ビビリ）を極めて良好に抑制できていることが分かる。このようにワーク９０の変形と振動を抑制することにより、ワーク９０と対向面３１とが接触する可能性が極めて低くなり、非接触性が格段に向上している。
　以上に説明したように、本実施形態において薄い平板状のワーク９０を吸引して非接触状態で保持する吸引チャック１０は、平板状の本体１１と、対向面３１と、を備える。本体１１の内部には、圧縮空気の流路が形成される。対向面３１は、ワーク９０と対向する側に本体１１が備える面であって、圧縮空気を噴出することで負圧を生じさせる吸引要素としての凹部４１が複数形成される。対向面３１と垂直な方向で見たときに、当該対向面３１は、ワーク９０の形状を完全に包含し得るように、ワーク９０と相似形状（若しくは、ワーク９０の形状を外側にオフセットした形状）に構成される。対向面３１と垂直な方向で見たときに、全ての凹部４１はワーク９０の形状に包含され得るように配置される。
　これにより、ワーク９０が対向面３１の縁に当たって破損することを良好に防止できる。また、凹部４１による吸引作用を効率的に働かせ、ワーク９０を安定的に保持することができる。
　また、本実施形態の吸引チャック１０においては、対向面３１と垂直な方向で見たときに、当該対向面３１の形状及びワーク９０の形状が直角４辺形となっている。
　これにより、広く用いられる形状である直角４辺形のワーク９０を、破損させずにスムーズに保持することができる。
　また、本実施形態の吸引チャック１０においては、凹部４１の周囲において、当該凹部４１から噴出された圧縮空気を排気するための抜き孔４２が対向面３１に開口されている。対向面３１と垂直な方向で見たときに、全ての抜き孔４２はワーク９０の形状に包含され得るように配置される。
　これにより、凹部４１による吸引作用を効率よく発揮させることができる。また、より少ない流量で同等の吸引力を実現できるので、流量を抑えなければならないクリーンルーム環境での運用にも好適である。更に、ワーク９０が抜き孔４２の開口の縁に当たって破損することを良好に防止できる。
　また、本実施形態の吸引チャック１０においては、対向面３１と垂直な方向で見たときに、複数個の凹部４１は、対向面３１の形状が有する辺に平行となるように整列して並べられている。
　これにより、ワーク９０に対して凹部４１の吸引作用をムラなく働かせることができるので、ワーク９０の安定した保持を実現できる。
　また、本実施形態の吸引チャック１０においては、凹部４１は円筒状に形成される。また、本体１１は、凹部４１の内壁に沿う向きに圧縮空気を噴出させるノズル流路４４を備える。
　これにより、簡単な構成で、凹部４１の内部に良好な旋回流を形成することができる。
　また、本実施形態の吸引チャック１０においては、ノズル流路４４は、対向面３１に平行な向きに形成されている。
　これにより、流路構造の簡素化及びコンパクト化を実現できる。
　また、本実施形態の吸引チャック１０においては、ノズル流路４４は、１つの凹部４１に対して２本形成されている。
　これにより、凹部４１において、強力で安定した旋回流を形成することができる。
　また、本実施形態の吸引チャック１０の本体１１は、対向面３１が形成された表面プレート２５と、圧縮空気の供給源である圧縮空気源に接続される分配プレート２８と、を含む４枚のプレート２５～２８を厚み方向に接合して構成される。表面プレート２５には、凹部４１の一部をなす円形孔３２が対向面３１に開口される。ノズル流路４４は、対向面３１と分配プレート２８との間の位置に配置される。分配プレート２８には、圧縮空気源に対する接続口３７が表面プレート２５と反対側に配置されるとともに、接続口３７に導入された圧縮空気をノズル流路４４へ導くための分配流路を構成する分配溝３８が表面プレート２５側を向く面に形成される。
　これにより、簡素な構成の流路構造を実現することができる。
　また、本実施形態の吸引チャック１０においては、表面プレート２５と分配プレート２８との間にノズルプレート２６が配置される。ノズルプレート２６には、ノズル流路４４を構成するスリット３４が厚み方向に貫通するように形成されている。
　これにより、簡素な構成でノズル流路４４を形成することができる。
　また、本実施形態の吸引チャック１０においては、表面プレート２５と分配プレート２８の間に接続プレート２７が配置される。接続プレート２７には、ノズル流路４４と分配溝３８とを接続するための接続孔３６が形成される。接続プレート２７の厚み方向一側の面は、ノズル流路４４の内壁の一部を構成する。接続プレート２７の厚み方向他側の面が、分配溝３８の開放側を閉鎖することで、分配流路４３が構成される。
　これにより、簡素な構成で圧縮空気の流路を形成することができる。
　また、本実施形態の吸引チャック１０は、複数のノズル流路４４と接続される分配流路４３を８つ有する。
　これにより、分配流路４３から複数のノズル流路４４に圧縮空気を供給できるので、圧縮空気源から接続口３７までの流路の単純化を図ることができる。
　また、本実施形態の吸引チャック１０は、複数の分配流路４３を備える。それぞれの分配流路４３によって接続される接続口３７とノズル流路４４との組合せが互いに独立している。
　これにより、圧縮空気を供給する接続口３７を変更することで、どこの凹部４１に吸引作用を生じさせるかを簡単に制御することができる。
　また、本実施形態の吸引チャック１０において、複数のプレート２５～２８は何れも金属製であり、当該複数のプレート２５～２８を全て重ねた状態で拡散接合することにより本体１１が構成されている。
　これにより、簡単な工程で、内部に圧縮空気の流路を形成した本体１１を形成することができる。
　また、本実施形態の吸引チャック１０において、複数のプレート２５～２８は、ステンレス、アルミニウム合金、又はチタン合金から選択された材料で形成されている。
　これにより、低コストの吸引チャック１０を提供できる。
　また、本実施形態の吸引チャック１０において、複数のプレート２５～２８は、全て同一の金属材料で形成されている。
　これにより、歪みが小さく、寸法精度の良好な吸引チャックを提供することができる。
　また、本実施形態の吸引チャック１０において、凹部４１及びノズル流路４４はエッチングにより形成される。
　これにより、流路構造を容易に作製することができる。
　ただし、本実施形態の吸引チャック１０において、凹部４１及びノズル流路４４は機械加工により形成することもできる。
　これにより、加工形状の自由度が高くなるので、複雑な流路構造であっても容易に作製することができる。
　また、本実施形態の吸引チャック１０において、接続口３７及び分配溝３８は機械加工により形成される。
　これにより、加工形状の自由度が高くなるので、複雑な流路構造であっても容易に作製することができる。
　また、本実施形態に開示される移載ロボット１は、吸引チャック１０と、圧縮空気源と、を備える。圧縮空気源は、吸引チャック１０に対する圧縮空気の供給源である。対向面３１の中央部に位置する凹部４１からの圧縮空気の噴出し量は、対向面３１の端部に位置する凹部４１からの圧縮空気の噴出し量よりも大きい。
　これにより、ワーク９０をより平坦に近い形状で保持することができる。
　また、本実施形態の移載ロボット１は、ワーク９０が複数枚積み重ねられたワーク束９１から最上層の１枚を分離して吸引チャック１０に保持するように構成されている。吸引チャック１０に配置される複数の凹部４１のうち、対向面３１の端部に位置する凹部４１に圧縮空気を供給し、その後に、対向面３１の中央部に位置する凹部４１に圧縮空気を供給することにより、ワーク束９１の最上層に位置するワーク９０を保持する。
　これにより、ワーク９０を端部からめくり上げるようにして吸引して保持できるので、スムーズな移載作業を実現できる。
　また、本実施形態の移載ロボット１は、ワーク束９１の側面に向けて圧縮空気を吹き付けるエアノズル８４を備える。
　これにより、ワーク束９１からのワーク９０の分離が容易になり、スムーズな移載作業を実現できる。
　また、本実施形態の移載ロボット１は、吸引チャック１０により保持したワーク９０を移動させるためのパラレルメカニズム２を備える。
　これにより、上記の吸引チャック１０の構成による効果をパラレルメカニズム式の移載ロボットに適用することができる。
　なお、吸引チャック１０は、上記のようなパラレルメカニズム２に搭載することもできるが、図１６に示すようなスカラアーム式の移載ロボット１ｘに適用することもできる。図１６は、スカラアーム６２を有する移載ロボット１ｘに吸引チャック１０を取り付けた変形例を示す平面図である。
　移載ロボット１ｘは、ロボット本体６１と、スカラアーム６２と、を主要な構成として備えている。ロボット本体６１には屈曲可能なスカラアーム６２の基部が取り付けられており、図示しないモータを駆動することで、スカラアーム６２の先端部を、水平を維持したまま、上下左右の任意の位置に移動させることができる。
　スカラアーム６２の先端部の下面には吸引チャック１０が装着されており、ワーク９０を非接触で保持することができる。そして、吸引チャック１０でワーク９０を保持した状態でスカラアーム６２を駆動することで、ワーク９０を適宜の位置に移動することができる。
　この移載ロボット１ｘは、吸引チャック１０本体を薄型に構成することが可能なため、例えば、ワーク９０を複数枚上下方向に離間させて積層状態で収納するようなカセットにおいても、吸引チャック１０が取り付けられたスカラアーム６２の先端をカセット内に突っ込んで、任意の位置のワーク９０を取り出し、収納するようなランダムアクセスが可能となる。
　以上に示すように、図１６に示す移載ロボット１ｘは、吸引チャック１０により保持したワーク９０を移動させるためのスカラアーム６２を備える。
　これにより、上記の吸引チャック１０の構成による効果をスカラアーム式の移載ロボットに適用することができる。
　以上に本発明の好適な実施の形態及び変形例を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
　上記の実施形態では、ワーク９０及び対向面３１の形状は正方形であるが、隣り合う辺の長さが異なる直角４辺形であるように構成しても良い。
　対向面３１に形成される凹部４１及び抜き孔４２の数及び配置についても、ワーク９０の重量及び大きさ等に応じて適宜変更することができる。
　上記の実施形態では２本のノズル流路４４（スリット３４）が凹部４１に接続する構成であるが、ノズル流路の数は１本でも良いし、３本以上であっても良い。
　１，１ｘ　移載ロボット（移載装置）
　１０　吸引チャック
　１１　本体
　２５　表面プレート（第１プレート）
　２６　ノズルプレート（中間プレート）
　２７　接続プレート（第３プレート）
　２８　分配プレート（第２プレート）
　３１　対向面
　３２　円形孔（開口孔）
　３６　接続孔
　３７　接続口
　３８　分配溝（供給溝）
　４１　凹部
　４２　抜き孔
　４３　分配流路（供給流路）
　４４　ノズル流路（噴出流路）
　８４　エアノズル（吹付け装置）
　９０　ワーク
　９１　ワーク束

Claims (23)

  1. 　薄い平板状のワークを吸引して非接触状態で保持する吸引チャックであって、
    　圧縮気体の流路が内部に形成された平板状の本体と、
    　前記ワークと対向する側に前記本体が備える面であって、前記圧縮気体を噴出することで負圧を生じさせる吸引要素としての凹部が複数形成される対向面と、
    を備え、
    　前記対向面と垂直な方向で見たときに、当該対向面は前記ワークの形状を完全に包含し得るように、前記ワークと相似形状又は前記ワークの形状を外側にオフセットした形状に構成され、
    　前記対向面と垂直な方向で見たときに、全ての前記凹部は前記ワークの形状に包含され得るように配置されることを特徴とする吸引チャック。
  2. 　請求項１に記載の吸引チャックであって、
    　前記対向面と垂直な方向で見たときに、当該対向面の形状及び前記ワークの形状が直角４辺形であることを特徴とする吸引チャック。
  3. 　請求項１に記載の吸引チャックであって、
    　前記凹部の周囲において、当該凹部から噴出された圧縮気体を排気するための抜き孔が前記対向面に開口されており、
    　前記対向面と垂直な方向で見たときに、全ての前記抜き孔は前記ワークの形状に包含され得るように配置されることを特徴とする吸引チャック。
  4. 　請求項１に記載の吸引チャックであって、
    　前記対向面と垂直な方向で見たときに、複数個の前記凹部は、前記対向面の形状が有する辺に平行となるように整列して並べられることを特徴とする吸引チャック。
  5. 　請求項１に記載の吸引チャックであって、
    　前記凹部は円筒状に形成され、
    　前記本体は、当該凹部の内壁に沿う向きに圧縮気体を噴出させる噴出流路を備えることを特徴とする吸引チャック。
  6. 　請求項５に記載の吸引チャックであって、
    　前記噴出流路は、前記対向面に平行な向きに形成されていることを特徴とする吸引チャック。
  7. 　請求項５に記載の吸引チャックであって、
    　前記噴出流路は、１つの前記凹部に対して複数本形成されていることを特徴とする吸引チャック。
  8. 　請求項５に記載の吸引チャックであって、
    　前記本体は、前記対向面が形成された第１プレートと、前記圧縮気体の供給源である圧縮気体源に接続される第２プレートと、を含む複数のプレートを厚み方向に接合して構成され、
    　前記第１プレートには、前記凹部の少なくとも一部をなす開口孔が前記対向面に開口され、
    　前記噴出流路は、前記対向面と前記第２プレートとの間の位置に配置され、
    　前記第２プレートには、前記圧縮気体源に対する接続口が前記第１プレートと反対側に配置されるとともに、前記接続口に導入された圧縮気体を前記噴出流路へ導くための供給流路を構成する供給溝が前記第１プレート側を向く面に形成されることを特徴とする吸引チャック。
  9. 　請求項８に記載の吸引チャックであって、
    　前記第１プレートと前記第２プレートとの間に中間プレートが配置され、
    　前記中間プレートには、前記噴出流路を構成するスリットが厚み方向に貫通するように形成されていることを特徴とする吸引チャック。
  10. 　請求項８に記載の吸引チャックであって、
    　前記第１プレートと前記第２プレートの間に第３プレートが配置され、
    　前記第３プレートには、前記噴出流路と前記供給溝とを接続するための接続孔が形成され、
    　前記第３プレートの厚み方向一側の面は、前記噴出流路の内壁の一部を構成し、
    　前記第３プレートの厚み方向他側の面が前記供給溝の開放側を閉鎖することで、前記供給流路が構成されることを特徴とする吸引チャック。
  11. 　請求項８に記載の吸引チャックであって、
    　複数の前記噴出流路と接続される前記供給流路を少なくとも１つ有することを特徴とする吸引チャック。
  12. 　請求項８に記載の吸引チャックであって、
    　複数の前記供給流路を備え、
    　それぞれの前記供給流路によって接続される前記接続口と前記噴出流路との組合せが互いに独立していることを特徴とする吸引チャック。
  13. 　請求項８に記載の吸引チャックであって、
    　前記複数のプレートは何れも金属製であり、当該複数のプレートを全て重ねた状態で拡散接合することにより前記本体が構成されることを特徴とする吸引チャック。
  14. 　請求項１３に記載の吸引チャックであって、
    　前記複数のプレートは、ステンレス、アルミニウム合金、又はチタン合金から選択された材料で形成されていることを特徴とする吸引チャック。
  15. 　請求項１３に記載の吸引チャックであって、
    　前記複数のプレートは、全て同一の金属材料で形成されていることを特徴とする吸引チャック。
  16. 　請求項１３に記載の吸引チャックであって、
    　前記凹部及び前記噴出流路のうち少なくとも何れかはエッチングにより形成されることを特徴とする吸引チャック。
  17. 　請求項１３に記載の吸引チャックであって、
    　前記凹部及び前記噴出流路のうち少なくとも何れかは機械加工により形成されることを特徴とする吸引チャック。
  18. 　請求項１３に記載の吸引チャックであって、
    　前記接続口及び前記供給溝のうち少なくとも何れかは機械加工により形成されることを特徴とする吸引チャック。
  19. 　請求項１に記載の吸引チャックと、
    　前記吸引チャックに対する前記圧縮気体の供給源である圧縮気体源と、
    を備えるワークの移載装置であって、
    　前記対向面の中央部に位置する凹部からの前記圧縮気体の噴出し量は、前記対向面の端部に位置する凹部からの前記圧縮気体の噴出し量よりも大きいことを特徴とするワークの移載装置。
  20. 　請求項１に記載の吸引チャックと、
    　前記吸引チャックに対する前記圧縮気体の供給源である圧縮気体源と、
    を備え、
    　前記ワークが複数枚積み重ねられたワーク束から最上層の１枚を分離して前記吸引チャックに保持するワークの移載装置であって、
    　前記吸引チャックに配置される複数の前記凹部のうち、前記対向面の端部に位置する凹部に前記圧縮気体を供給し、その後に、前記対向面の中央部に位置する凹部に前記圧縮気体を供給することにより、前記ワーク束の最上層に位置する前記ワークを保持することを特徴とするワークの移載装置。
  21. 　請求項２０に記載のワークの移載装置であって、
    　前記ワーク束の側面に向けて圧縮気体を吹き付ける吹付け装置を備えることを特徴とするワークの移載装置。
  22. 　請求項１９から２１までの何れか一項に記載のワークの移載装置であって、
    　前記吸引チャックにより保持したワークを移動させるためのパラレルメカニズムを備えることを特徴とするワークの移載装置。
  23. 　請求項１９から２１までの何れか一項に記載のワークの移載装置であって、
    　前記吸引チャックにより保持したワークを移動させるためのスカラアームを備えることを特徴とするワークの移載装置。
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