WO2019146681A1 - 真空吸引アーム、コレットホルダ及びノズルコレット - Google Patents

Abstract

コレット挿入孔３５から上方に連続する真空吸引孔３１を有した第１の筒状をなし第１の筒状の外周から真空吸引孔３１まで貫通する案内孔が設けられたコレットシャフト１１と、コレットシャフト１１に接する摺動内周面及びこの摺動内周面から拡がるテーパ状の押圧内周面を有する筒状の球押さえ部１７と、案内孔内に配置され押圧内周面から対称方向に押圧される押圧球２１ａ，２１ｂと、上部形状がコレット挿入孔３５の内径形状に整合した第２の筒状をなし第２の筒状の外周面にリング状の保持溝４１が設けられたノズルコレット２３を備える。ノズルコレット２３がコレット挿入孔３５に挿入された際に、保持溝４１に嵌合した押圧球２１ａ，２１ｂを保持溝４１に向けて互いに対称方向に押圧する。

Description

真空吸引アーム、コレットホルダ及びノズルコレット

　本発明は、電子部品等の微細部材をハンドリングする精密加工装置に用いられる真空吸引アーム及びこの真空吸引アームを構成するコレットホルダに係り、特にコレットホルダの先端に挿入されるノズルコレットを高速に自動交換するシステムに好適なコレットホルダ及びノズルコレットに関する。

　ノズルヘッドを有する従来の真空吸引型精密加工装置として、ノズルヘッド側に設けられたリング状の弾性体の押圧がノズルヘッドの穴に埋設されたピンローラに伝えられ、そのピンローラが装置本体のパイプ側面に設けられた保持溝に固定されるという仕組みが提案されている（特許文献1参照。）。装置本体のパイプ側に設けられた弾性体の押圧がパイプの穴に設置された球体に伝えられ、その球体がノズルヘッドの側面に設けられた凹部に嵌まり込むという仕組みも提案されている（特許文献2参照。）。特許文献1及び2に記載された発明は、一方の部材に設けられた弾性体の押圧を受けた部品が他方の部材の溝に嵌まり込んで固定される点で共通しており、ノズルヘッドの着脱は、弾性体の押圧力より大きい力を加えることで、いずれもワンタッチで可能である。

　また、特許文献１及び２に記載された発明においては、ノズルヘッドを装置本体に固定する際の水平方向の位置ずれがある場合、人が位置ずれの程度を目視で確認し、手動で正しい位置に調整しなければならないので、ノズルヘッドの高精度高速自動交換システムへの使用には適しない。あるいは、カメラやセンサで位置ずれを認識して自動調整する装置を別途用意しなければならない。手動の場合は手間や時間がかかり、カメラやセンサの場合は装置導入のためのコストがかかってしまうという問題が生じる。

　シャフト回転に伴い、ノズルの装着位置がずれないように非対称構造によって、ノズルの回転を防止するノズル回転防止機構も提供されている（特許文献３参照。）。特許文献３に記載された発明においては、二つの硬球が、ノズルの溝部の周方向に沿って互いの間隔が不均等になるように非対称に設けられ、二つの硬球がノズルの溝部の溝に嵌合することにより、ノズルの回転が防止される。特許文献３の図１（ｂ）に記載されたような二つの硬球が非対称に配置された構造では、静的な状態ではノズルの回転が防止できる。

　しかしながら、特許文献３に記載された発明では、非対称に配置された二つの硬球からの力が一方向にしか印加されないので、ノズル交換のような動的な動作においては、ノズルの高速上下運動の際に縦ぶれが発生し、ノズル交換時のノズルの位置が安定しない。したがって、特許文献３に記載された発明では、縦ぶれがノズルの高速な吸脱着の際に悪影響を及ぼし、高精度高速自動交換システムに使用される高速上下運動でのノズルの吸脱着の精度を高く保つことができない。更に、特許文献３に記載された非対称な二つの硬球の配置では、ノズルの磨耗に偏りが生じるので、高精度高速自動交換システムに使用されるような高速上下運動の場合にはノズルの寿命が短くなり、不適当である。

特許第３０８７５４０号公報 特許第３０６４３６８号公報 特開２００３－２４３８９２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、ノズルコレットの高精度高速自動交換システムに使用可能で、高速上下運動でも縦ぶれしないでノズルコレットの吸脱着の精度を高く保つことができる真空吸引アーム、この真空吸引アームを構成する保持力の高い高精度なコレットホルダ、このコレットホルダの先端に挿入されるノズルコレッを提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、(a)下端のコレット挿入孔から上方に連続する真空吸引孔を中心軸側に有した第１の筒状をなし、この第１の筒状の外周から真空吸引孔まで貫通する、中心軸を通る鏡像面に関して鏡像関係で、鏡像面に垂直で中心軸を通る中心線上で互いに対向する第１及び第２案内孔が設けられたコレットシャフトと、(b)コレットシャフトの外周面に接する摺動内周面及びこの摺動内周面から下方かつ中心軸から遠心方向に拡がるテーパ状の押圧内周面、この押圧内周面から下方に連続する保護内周面を有し、中心軸方向に摺動可能な筒状の球押さえ部と、(c)第１及び第２案内孔内にそれぞれ配置され、押圧内周面から対称方向に押圧されることが可能な第１及び第２押圧球と、(d)下端部に設けられたノズルチップ挿入孔から中心軸方向の上方に連続する貫通孔を内部に有し、上部の外径形状がコレット挿入孔の内径形状に整合した第２の筒状をなし、この第２の筒状の外周面にリング状の保持溝が設けられたノズル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において、ノズルコレットの上部がコレット挿入孔に挿入された際に、保持溝に嵌合した第１及び第２押圧球を保持溝に向けて互いに対称方向に押圧する。

　本発明の第２の態様は、(a)下端のコレット挿入孔から上方に連続する真空吸引孔を中心軸側に有した第１の筒状をなし、この第１の筒状の外周から真空吸引孔まで貫通する、中心軸を通る鏡像面に関して鏡像関係で、鏡像面に垂直で中心軸を通る中心線上で互いに対向する第１及び第２案内孔が設けられたコレットシャフトと、(b)コレットシャフトの外周面に接する摺動内周面及びこの摺動内周面から下方かつ中心軸から遠心方向に拡がるテーパ状の押圧内周面、この押圧内周面から下方に連続する保護内周面を有し、中心軸方向に摺動可能な筒状の球押さえ部と、(c)第１及び第２案内孔内にそれぞれ配置され、押圧内周面から対称方向に押圧されることが可能な第１及び第２押圧球を備えるコレットホルダであることを要旨とする。第２の態様に係るコレットホルダにおいて、下端部に設けられたノズルチップ挿入孔から中心軸方向の上方に連続する貫通孔を内部に有し、上部の外径形状がコレット挿入孔の内径形状に整合した第２の筒状をなし、この第２の筒状の外周面にリング状の保持溝が設けられたノズルコレットの上部がコレット挿入孔に挿入された際に、保持溝に嵌合した第１及び第２押圧球を保持溝に向けて互いに対称方向に押圧する。

　本発明の第３の態様は、下端部に設けられたノズルチップ挿入孔から中心軸方向の上方に連続する貫通孔を内部に有し、上部の外径形状がコレットホルダの下端のコレット挿入孔の内径形状に整合した第２の筒状をなし、この第２の筒状の外周面にリング状の保持溝が設けられたノズルコレットに関する。第３の態様に係るノズルコレットにおいて、コレットホルダが、コレット挿入孔から上方に連続する真空吸引孔を中心軸側に有した第１の筒状をなしこの第１の筒状の外周から真空吸引孔まで貫通する、中心軸を通る鏡像面に関して鏡像関係で、鏡像面に垂直で中心軸を通る中心線上で互いに対向する第１及び第２案内孔が設けられたコレットシャフトと、コレットシャフトの外周面に接する摺動内周面及びこの摺動内周面から下方かつ中心軸から遠心方向に拡がるテーパ状の押圧内周面、この押圧内周面から下方に連続する保護内周面を有し中心軸方向に摺動可能な筒状の球押さえ部と、第１及び第２案内孔内にそれぞれ配置され、押圧内周面から対称方向に押圧されることが可能な第１及び第２押圧球とを備える。そして、第３の態様に係るノズルコレットにおいて、ノズルコレットの上部がコレット挿入孔に挿入された際に、保持溝に嵌合した第１及び第２押圧球を保持溝に向けて互いに対称方向に押圧する。

　本発明によれば、ノズルコレットの高精度高速自動交換システムに使用可能で、高速上下運動でも縦ぶれしないでノズルコレットの吸脱着の精度を高く保つことができる真空吸引アーム、この真空吸引アームを構成する保持力の高い高精度なコレットホルダ、このコレットホルダの先端に挿入されるノズル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Ａ部分の拡大図である。 図２（ａ）は本発明の実施形態に係る真空吸引アームにノズルチップを挿入した場合の正面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ－Ａ方向から見た断面図である。 図３（ａ）は図２（ｂ）のノズルチップの断面斜視図であり、図３（ｂ）はノズルチップを下方から見た斜視図である。 図２（ｂ）の状態から、ノズルコレット及びノズルチップが本発明の実施形態に係る真空吸引アームのコレットホルダから抜去された断面図である。 図５（ａ）は図１（ａ）の状態から球押さえ部が上方に摺動した場合の正面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ－Ａ方向から見た断面図であり、図５（ｃ）は図５（ｂ）のＡ部分の拡大図である。 図６（ａ）（ｂ）（ｃ）はいずれも図１（ｂ）のＡ部分の拡大図に相当する図であり、図６（ａ）はノズルコレットの抜去前の図であり、図６（ｂ）はノズルコレットを抜去途中の遷移図であり、図６（ｃ）はノズルコレットの抜去後の図である。 図７（ａ）は図１（ａ）のＢ－Ｂ方向から見た拡大断面図であり、図７（ｂ）は押圧球が４個である場合の図７（ａ）相当の図である。 図８（ａ）は本発明の実施形態に係る真空吸引アームが備えられた精密加工装置全体の正面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）の状態からノズルコレット及びノズルチップが抜去された状態の断面図である。 図８（ａ）の斜視図である。 図７に対応する、比較例に係る真空吸引アームの拡大断面図であり、図１０（ａ）は押圧球が３個である場合、図１０（ｂ）は押圧球が１個である場合の図である。

　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。

（真空吸引アームの構造）
　本発明の実施形態に係る真空吸引アームは、図８及び図９に示すような、被操作対象物としての電子部品等の組立て実装用の真空吸引型精密加工装置の一部を構成する。実施形態に係る真空吸引アームは、図１に示すように、筒状のコレットシャフト１１と、コレットシャフト１１に固定されたバネ押さえ部１３と、バネ押さえ部１３に上端部を接し、コレットシャフト１１の筒軸方向に伸縮可能なバネ１５と、コレットシャフト１１に接し、バネ１５を伸縮させながらコレットシャフト１１の筒軸方向に摺動可能な筒状の球押さえ部１７と、コレットシャフト１１の案内孔内に配置された第１押圧球２１ａと第２押圧球２１ｂを備えてコレットホルダ（１１，１３，１５，１７，２１ａ，２１ｂ）を構成している。図１（ｂ）及び図７（ａ）の断面図等に示すように、実施形態に係る真空吸引アームにおいては、第１押圧球２１ａと第２押圧球２１ｂが、コレットシャフト１１の筒軸を通る鏡像面に関して鏡像関係となるように、コレットシャフト１１の筒軸を通る線上で互いに対向して配置されている。後述するように、コレットシャフト１１の筒軸（中心軸）を通る面に関して鏡像関係を達成するためには、押圧球の個数は偶数個が望ましい。図７（ａ）に示す配置では、第１押圧球２１ａと第２押圧球２１ｂはコレットシャフト１１の筒軸を通る鏡像面に垂直な中心線上に並んでいる。

　さらに、図４に示すように、実施形態に係る真空吸引アームのコレットホルダ（１１，１３，１５，１７，２１ａ，２１ｂ）のコレットシャフト１１の下端部側の内部には、上部がコレットシャフト１１の下端部へ挿抜可能なノズルコレット２３と、ノズルコレット２３の外周面に固定された回り止めピン２５と、ノズルコレット２３の下端側から挿入されたノズルチップ５１を備えるノズルヘッドユニット（２３，２５，５１）が挿入される。

　即ち、図２及び図８に示すように、実施形態に係るコレットホルダ（１１，１３，１５，１７，２１ａ，２１ｂ）の下端部には、ノズルヘッドユニット（２３，２５，５１）の円錐状の上部が挿入可能である。図１，図２，図４等に示す態様（方向）では、実施形態に係る真空吸引アームのコレットホルダ（１１，１３，１５，１７，２１ａ，２１ｂ）は、鉛直方向を長手方向とするようにコレットシャフト１１を備える。コレットシャフト１１は、図４に示すように、第１外周面を定義する第１の筒状をなし、長手方向の下端のコレット挿入孔３５及びコレット挿入孔３５から第１の筒状の筒軸方向（第１方向）の上方に連続する真空吸引孔３１を有する。

　図８に示すように、真空吸引孔３１の上端は真空配管用継手（アダプタ）７１に接続される。ノズルヘッドユニット（２３，２５，５１）がコレットシャフト１１の下端部に挿入された状態において、図８及び図９に示した真空配管用継手（アダプタ）７１を通して真空ポンプで空気を吸引されることで、コレットシャフト１１及びノズルコレット２３、ノズルチップ５１の内側の空洞部が負圧となり、ノズルチップ５１の先端部分で被操作対象物が真空吸引（減圧吸引）される真空吸引チャックが構成される。被操作対象物が真空吸引された状態で、コレットシャフト１１及びノズルコレット２３、ノズルチップ５１の内側の空洞部を正圧にすると、真空吸引されていた被操作対象物はノズルチップ５１の先端部分から脱着する。

　図１（ｃ），図５（ｃ）及び図６（ａ）等の拡大図に示すように、コレットシャフト１１の下端部の外縁部には切り欠き状の回り止め溝４５が設けられ、回り止め溝４５の上方において、コレットシャフト１１の第１外周面から求心方向に貫通する案内孔（第１案内孔）４３ａが設けられている。「第１外周面」とは、コレットシャフト１１の第１の筒状の外側の側面全体を指す。コレット挿入孔３５及び真空吸引孔３１は長手方向となる第１方向に沿って連続し、コレットシャフト１１のほぼ全体を第１方向に沿って貫通する。図１（ｂ）においては、コレット挿入孔３５の直径は真空吸引孔３１の直径より大きいが、ノズルコレット２３の上部が挿抜できるのであれば、コレット挿入孔３５の直径は真空吸引孔３１の直径より小さくても構わない。図４に示すように、ノズルコレット２３の上部は段差部を有するが段差の角部を結んだ包絡面としては概ね円錐形状となる外径面を有する。図１（ｂ）に示すコレット挿入孔３５と真空吸引孔３１の境界部には、空気漏れ防止のため、又は、ノズルコレット２３挿入時の衝撃を緩衝するために、Ｏリング等の弾性体を設けてもよいし、設けなくてもよい。

　さらに、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、実施形態に係るコレットホルダ（１１，１３，１５，１７，２１ａ，２１ｂ）は、コレットシャフト１１の第１外周面に固定されたバネ押さえ部１３を備える。バネ押さえ部１３のコレットシャフト１１への固定方法については、溶接、蝋付け等の金属接合、焼き嵌め、カシメ等の加圧変形を利用した接合、圧入、ネジ等による機械的な接合でもよいし、接着剤等による化学的な接合でもよい。バネ押さえ部１３はバネ１５の上端部に接し、バネ１５の押圧によっては動かない部材であるので、バネ１５の押圧に耐える固定方法であればいずれでもよい。図１（ｂ）ではバネ押さえ部１３はコレットシャフト１１とは別の部材であるが、バネ押さえ部１３はコレットシャフト１１と一体となった構造でも構わない。さらに図１（ｂ）では、断面形状がＬ字型となるように、バネ押さえ部１３は下部側に円筒状に突出した鞘部を有した段差形状である。バネ押さえ部１３の鞘部がバネ１５とコレットシャフト１１の間に円筒状に挟まることにより、バネ１５が直接コレットシャフト１１へ接触することを防いでいる。バネ１５のコレットシャフト１１への接地面積を減らすことで、摩擦を減らし、部材の劣化を防ぐなどの効果があるために、バネ押さえ部１３の鞘部は好ましい構造である。しかしバネ１５は、バネ押さえ部１３と球押さえ部１７との間にあって、第１方向に摺動可能な球押さえ部１７を摺動させる役割を果たすことができればよいので、バネ押さえ部１３の下部側に突出した鞘部はあってもなくてもよい。

　バネ１５には、中心軸が真空吸引孔３１の中心軸と一致するコイルバネや輪バネ、側面部分をバネ押さえ部１３に接するコイルバネの集合体など、バネとしての機能を有するものであればいずれでも用いることができる。バネ１５の上端部はバネ押さえ部１３に接しているが、バネ１５のバネとしての機能が失われないのであれば、上端部でバネ押さえ部１３に固定されていても構わない。

　さらに、図１に示すように、実施形態に係るコレットホルダ（１１，１３，１５，１７，２１ａ，２１ｂ）は、バネ１５の下端部に接した筒状の球押さえ部１７をコレットシャフト１１の第１外周面側に備える。球押さえ部１７は、内周面として、バネ押さえ部１３と第１案内孔４３ａとの間の第１外周面に接する摺動内周面及び摺動内周面から下方かつ真空吸引孔３１の中心軸から遠心方向に連続するテーパ状の押圧内周面１９、押圧内周面１９から下方に連続する保護内周面を有する。摺動内周面は第１外周面に接しているが、固定はされておらず、回転も摺動も可能である。押圧内周面１９は、摺動内周面の下方に末広がりの形状で連続する円錐面状の内周面である。保護内周面は、押圧内周面１９に連続し、母線の方向が第１方向と平行の円筒面として設けられている。保護内周面で囲まれた円柱空間の直径は、摺動内周面で囲まれた円柱空間の直径より大きい。

　さらに球押さえ部１７は、摺動内周面を共通面として、長手方向の上部の断面形状がほぼＬ字型となるように中央の肉厚が厚い鍔部からの段差部を外周面側に有する円筒形状である。球押さえ部１７は、中央の鍔部から長手方向の上方向に伸びる円筒状の鞘部を有し、この鞘部の外周面がバネの下端部の内周側と接する。この鞘部は、バネ押さえ部１３の場合と同様、バネ１５が直接コレットシャフト１１へ接触することを防いでいる。バネ１５のコレットシャフト１１への接地面積を減らすことで、摩擦を減らし、部材の劣化を防ぐなどの効果があるために好ましい構造である。しかしバネ１５は、バネ押さえ部１３と球押さえ部１７との間にあって、第１方向に摺動可能な球押さえ部１７を摺動させる役割を果たすことができればよいので、この鞘部はあってもなくてもよい。バネ押さえ部１３の場合と同様、バネ１５のバネとしての機能が失われないのであれば、バネ１５の下端部は球押さえ部１７に固定されていても構わない。図１（ｂ）においては、バネ押さえ部１３と球押さえ部１７との間には間隙３３が存在し、間隙３３は球押さえ部１７の上方への摺動可能領域となっている。また間隙３３は、バネ１５の接地面積を減らし、バネ１５の伸縮時の摩擦を減らす効果も有する。球押さえ部１７はバネ１５の伸縮とともに、コレットシャフト１１の第１外周面上を第１方向に摺動可能である。

　さらに、図１（ｂ）及び（ｃ）に示すように、実施形態に係るコレットホルダ（１１，１３，１５，１７，２１ａ，２１ｂ）は、第１案内孔４３ａ内に配置され、押圧内周面１９を介してバネ１５による押圧を受けて、第１方向と略垂直方向に移動することが可能な押圧球（第１押圧球）２１ａを備える。第１押圧球２１ａは第１案内孔４３ａに直接固定はされていない。図１（ｂ）の第２押圧球２１ｂについても第１押圧球２１ａと同様であり、第２押圧球２１ｂは第１押圧球２１ａとコレットシャフト１１の筒軸（中心軸）を通る面に関して鏡像関係となるように配置されている。第２押圧球２１ｂはコレットシャフト１１に設けられた第２案内孔内に配置され、押圧内周面１９を介してバネ１５による押圧を受けて、第１方向と略垂直方向に移動することができる。

　さらに、図１（ｂ），図２（ｂ），図４に示すように、実施形態に係る真空吸引アームは、コレットホルダ（１１，１３，１５，１７，２１ａ，２１ｂ）のコレット挿入孔３５へ挿抜可能なノズルコレット２３を備える。ノズルコレット２３の上部となる先端部分は、概ね上底が小さな円錐状であり、コレット挿入孔３５の内径形状に整合した外径寸法を有している。ノズルコレット２３の先端部分は、ノズルコレット２３の上部がコレット挿入孔３５に挿入された際に、第１押圧球２１ａ及び第２押圧球２１ｂを介して、バネ１５による対称方向の押圧をコレットシャフト１１の筒軸（中心軸）方向に受ける。

　図１（ｂ）に示すように、ノズルコレット２３の下部は、その下端部にノズルチップ挿入孔３９を設けたコレット形状（円筒型のクランプ形状）をなしている。ノズルチップ挿入孔３９から第１方向の上方に連続する貫通孔３７が設けられ、先端部分を円錐台状とするように、第２外周面によって定義された第２の筒状をなしている。ノズルチップ挿入孔３９はノズルチップを挿入してクランプすることができれば大きさや形状は問わない。ノズルチップは、被操作対象物により形状が異なるため、ノズルチップ挿入孔３９はノズルチップの形状に合わせる必要がある。

　ノズルコレット２３の「第２外周面」は第２の筒状の外側の側面全体を指し、図１（ｂ）及び図４等に示すように、凹凸を複数有するが、包絡面としては概ね円錐状の面である。ノズルコレット２３には、第２外周面にリング状の保持溝４１が設けられ、ノズルコレット２３の上部がコレット挿入孔３５に挿入された際に、第１押圧球２１ａの移動及び第１押圧球２１ａの保持溝４１への嵌合を介して、バネ１５による押圧を保持溝４１で受ける。第１押圧球２１ａとコレットシャフト１１の筒軸（中心軸）を通る面に関して鏡像関係となるように配置された第２押圧球２１ｂに関しても、第２押圧球２１ｂの移動及第２押圧球２１ｂの保持溝４１への嵌合を介して、バネ１５による押圧を保持溝４１で、第１押圧球２１ａと鏡像関係となる対称方向に受ける。保持溝４１は第２外周面の上部を囲むリング状の溝であり、ノズルコレット２３をコレット挿入孔３５へ挿入した際にコレット挿入孔３５に収まる位置であればよい。また、保持溝４１の形状は、図１（ｂ）及び（ｃ）の断面図においてはＶ字型であるが、Ｖ字型の断面形状に限定されるものではない。第１方向に沿って長手方向に切った保持溝４１の断面形状は、ノズルコレット２３をコレット挿入孔３５へ挿入した際に、バネ１５の押圧により押圧内周面１９を介して第１の筒状の求心方向に押された第１押圧球２１ａ及び第２押圧球２１ｂが嵌合することができれば、Ｕ字型でもコの字型等でもいずれでもよい。

　さらに、図１（ｂ），（ｃ）及び図４に示すように、実施形態に係るノズルコレット２３の第２外周面に回り止めピン２５が固定されている。回り止めピン２５は、ノズルコレット２３の上部がコレット挿入孔３５に挿入された際に、真空吸引アームの回り止め溝４５に嵌合する。回り止めピン２５は第２外周面からノズルコレット２３の貫通孔３７の中心軸から遠心方向に突き出すように固定されているピンである。ノズルコレット２３がコレット挿入孔３５に挿入される際に、切り欠き状の回り止め溝４５に嵌合することで、貫通孔３７の中心軸に関するノズルチップの回転方向の位置（回転角）と挿入深度を決める機能を有する。同機能を有するのであれば、回り止めピン２５はノズルコレット２３と一体となった構造でもよい。図１（ｂ）及び（ｃ）においては、回り止め溝４５は第１案内孔４３ａの下方に位置しているが、貫通孔３７の中心軸に関するノズルコレット２３の回転方向の位置と挿入深度を決める機能を持たせられるのであれば、回り止め溝４５の位置は任意である。

　図３に示すように、実施形態に係る真空吸引アームに使用するノズルコレット２３に挿入されるノズルチップ５１は、吸着窓４９を有する下端部の形状が、一辺の長さが例えば０．１ｍｍ程度以下、或いは０．０５ｍｍ程度以下等の微細な矩形である。この矩形部分の各辺の向きが０．１ｍｍ程度以下、或いは０．０５ｍｍ程度以下等の微少寸法を有する被操作対象物の真空吸引には重要である。図４に示す状態においてノズルコレット２３に対するノズルチップ５１の回転方向の位置を適切に調整できていれば、ノズルコレット２３がコレット挿入孔３５に挿入された図２に示す状態となった際に、ノズルチップ５１の先端である矩形部分の向きを貫通孔３７の中心軸に関する正しい位置（角度）に配置することができる。

（ワンタッチ動作）
　図１及び図５を用いて、ノズルコレット２３がコレットホルダ（１１，１３，１５，１７，２１ａ，２１ｂ）のコレット挿入孔３５に挿入された状態における、バネ１５を用いたワンタッチの押圧の作用を詳細に説明する。

　図１（ａ）及び（ｂ）においては、伸縮可能なバネ１５による対称方向の押圧は、第１方向に摺動可能な球押さえ部１７を下方に摺動させる方向に印加されている。図１（ｃ）において、球押さえ部１７にかけられた押圧は、押圧内周面１９に接している第１押圧球２１ａ及び第２押圧球２１ｂに伝わっている。第１押圧球２１ａは第１案内孔４３ａに固定されずに配置されているので、第１方向に直交する方向（求心方向）に押圧を伝えることになる。図示を省略しているが第２押圧球２１ｂも、コレットシャフト１１の筒軸（中心軸）を通る面に関して第１案内孔４３ａと鏡像関係となるように配置された第２案内孔に固定されずに配置されており、第１方向に直交する方向（求心方向）で、第１押圧球２１ａと鏡像関係となる方向に押圧を伝えることになる。図１（ｃ）のようにノズルコレット２３がコレット挿入孔３５に挿入されている状態においては、第１押圧球２１ａ及び第２押圧球２１ｂに対称に伝わった押圧は、ノズルコレット２３の保持溝４１にかけられる。バネ１５の下方への押圧が、押圧内周面１９が介在することにより、水平方向に近い方向（第１の筒状の中心に向かう求心方向）への対称的な押圧に変換され、ノズルコレット２３がコレットシャフト１１に一時的に保持（固定）されることになる。

　上記の鏡像関係をなす対称的な押圧によるノズルコレット２３のコレットシャフト１１への固定を実現するには、第１案内孔４３ａの形状は、第１外周面から第１の筒状の中心に向かう求心方向にかけて窄まった形状が好ましい。第１案内孔４３ａの下面が水平で、上面でテーパがかかった形状でもよい。第１案内孔４３ａの上面及び下面が共に水平で、図７のように上方からの断面図で見た際に第１案内孔４３ａの両側面にテーパがかかった形状でもよい。いずれにしても、図１（ｃ）に示すように、第１押圧球２１ａ及び第２押圧球２１ｂが、押圧内周面１９からかけられた対称的な押圧を保持溝４１に伝えられる形状であればよい。第１案内孔４３ａ及び押圧内周面１９は、図１（ｃ）の断面図においては直線状であるが、断面図で見た時に曲線を成す形状であってもよい。図示を省略しているが、第１押圧球２１ａと鏡像関係をなす第２押圧球２１ｂに関しても、第２案内孔及び押圧内周面１９は、断面図で見た時に曲線を成す形状であってもよいが、第１案内孔４３ａとは鏡像関係をなすような対称性が要せられる。

　図５は、図１における球押さえ部１７を上方に摺動させ、球押さえ部１７の鞘部がバネ押さえ部１３の鞘部に接した状態、すなわち図１における間隙３３がなくなった状態を示す。図５の状態においては、押圧内周面１９は第１押圧球２１ａ及び第２押圧球２１ｂに接しないため、バネ１５の押圧は第１押圧球２１ａ及び第２押圧球２１ｂには伝わらない。図５（ｃ）に示すように第１案内孔４３ａの下面がテーパ状となっていれば、第１押圧球２１ａ及び第２押圧球２１ｂは第１の筒状の中心から遠心方向に移動する。第１押圧球２１ａ及び第２押圧球２１ｂは、たとえ第１外周面から大きくはみ出して移動しても、保護内周面に押さえられることにより、実施形態に係る真空吸引アームからは外れない構造となっている。第１押圧球２１ａ及び第２押圧球２１ｂが移動することで、保持溝４１との嵌合から外れ、ノズルコレット２３は押圧を受けず、ノズルコレット２３がコレットシャフト１１への固定から外れる。第１案内孔４３ａの下面がテーパ状となっていなくとも、第１押圧球２１ａ及び第２押圧球２１ｂは保持溝４１を押圧せず、ノズルコレット２３がコレットシャフト１１への固定から外れることになる。

　図６を用いて、ノズルコレット２３のコレットホルダ（１１，１３，１５，１７，２１ａ，２１ｂ）からの抜去の様子について詳しく説明する。図６（ａ）はノズルコレット２３の抜去前のロック状態のコレットホルダ（１１，１３，１５，１７，２１ａ，２１ｂ）を示し、図１（ｃ）と同様、バネ１５の下方の押圧を受けた球押さえ部１７が、押圧内周面１９を介して第１押圧球２１ａに押圧を伝え、第１押圧球２１ａが保持溝４１に嵌合することでノズルコレット２３が固定されている状態である。図示を省略しているが、第１押圧球２１ａと鏡像関係をなす第２押圧球２１ｂに関しても、球押さえ部１７が、押圧内周面１９を介して第２押圧球２１に鏡像関係の押圧を伝え、第２押圧球２１が保持溝４１に嵌合することでノズルコレット２３が固定される。図６（ａ）の状態から、バネ１５の押圧力より大きな力をかけてノズルコレット２３を下方に移動させようとすると、図６（ａ）における保持溝４１を構成するＶ字の面のうち上側の面で、第１押圧球２１ａ及び第２押圧球２１を第１の筒状の中心から遠心方向に鏡像関係をなして押し返す分力が発生する。

　次に、遠心方向に押し返す分力が印加された第１押圧球２１ａ及び第２押圧球２１は、球押さえ部１７を上方に摺動させ、接しているバネ１５を上方に鏡像関係で押し返す。この結果、ノズルコレット２３はコレットホルダ（１１，１３，１５，１７，２１ａ，２１ｂ）に対し下方に移動可能となり、第２外周面の上部が第１押圧球２１ａ及び第２押圧球２１を対称に押し返す分力を伴いつつ、図６（ｂ）の遷移状態となり、ロック状態が解除される。ロック状態から解除されたアンロック状態になると、図６（ｂ）の状態から、ノズルコレット２３は容易に下方に移動可能となるので、ノズルコレット２３がコレットホルダ（１１，１３，１５，１７，２１ａ，２１ｂ）のコレットシャフト１１から完全に抜去されて、最終的に図６（ｃ）の状態となる。第１押圧球２１ａ及び第２押圧球２１はノズルコレット２３の第２外周面からの分力から解放されるが、バネ１５からの押圧内周面１９を介した押圧を受けて第１の筒状の中心に向かう求心方向に移動する。求心方向への移動の際に、コレット挿入孔３５へ第１押圧球２１ａが落ちずに、第１案内孔４３ａの内部又はコレットシャフト１１の内周面の第１案内孔４３ａの外縁部で第１押圧球２１ａの移動が止まるよう、第１案内孔４３ａの大きさ及び形状を設定しなければならない。図示を省略しているが、第１押圧球２１ａと鏡像関係をなす第２押圧球２１ｂに関しても、コレット挿入孔３５へ第２押圧球２１ｂが落ちずに、第２案内孔の内部又はコレットシャフト１１の内周面の第２案内孔の外縁部で第２押圧球２１ｂの移動が止まるよう、第２案内孔の大きさ等を設定しなければならない。

　図６を用いてノズルコレット２３のコレットホルダ（１１，１３，１５，１７，２１ａ，２１ｂ）からの抜去について説明したが、バネ１５の押圧より大きな力で球押さえ部１７を上方に摺動させることによりアンロック状態となり、ノズルコレット２３をコレットホルダ（１１，１３，１５，１７，２１ａ，２１ｂ）の下方に移動させる動作をワンタッチで完了できることが分かる。ノズルコレット２３のコレットホルダ（１１，１３，１５，１７，２１ａ，２１ｂ）への挿入については、抜去と逆の仕組みでワンタッチで行うことができる。

　図１においては、ノズルコレット２３を固定するための押圧球として、第１押圧球２１ａ及び第２押圧球２１ｂの２つの押圧球を鏡像関係に対抗させた。図７（ａ）の断面図に示すように、第１押圧球２１ａ及び第２押圧球２１ｂは第１の筒状の中心軸を通る鏡像面に関して鏡像関係で、鏡像面に垂直で中心軸を通る中心線上で互いに対向する配置である。図７（ｂ）に、第１押圧球２１ａ、第２押圧球２１ｂ、第３押圧球２１ｃ及び第４押圧球２１ｄの４個の押圧球の配置を示すが、実施形態に係る真空吸引アームの押圧球は偶数個であれば、第１の筒状の中心軸を通る鏡像面に関して鏡像関係で、鏡像面に垂直で中心軸を通る中心線上で互いに対向する配置が実現できる。図７（ｂ）に示す配置では、第１押圧球２１ａと第３押圧球２１ｃがコレットシャフト１１の筒軸を通る第１の鏡像面に垂直な第１中心線上に並び、第２押圧球２１ｂと第４押圧球２１ｄがコレットシャフト１１の筒軸を通る第２の鏡像面に垂直な第２中心線上に並んでいる。第１押圧球２１ａ、第２押圧球２１ｂ、第３押圧球２１ｃ及び第４押圧球２１ｄの名称は便宜上であり、図７（ｂ）の第３押圧球２１ｃを「第２押圧球」と呼び、第２押圧球２１ｂを「第４押圧球」と呼んでも構わない。いずれにせよ、押圧球は偶数個であれよく、図７（ａ）及び（ｂ）は一例であるので、押圧球を６つ以上設けることもできる。図７（ａ）及び（ｂ）に示されるような鏡像関係を基礎とする対称配置の構造を採用することにより、対称に配置された偶数個の押圧球からの力が均等にノズルコレット２３に印加されるので、ノズルコレット２３が高速に上下運動する際にも、縦ぶれの発生を抑制し、固定されたノズルコレット２３の位置を安定させることができ、高精度かつ高速のノズルコレット２３の自動交換が可能になる。

　図１０に、比較例に係る真空吸引アームの拡大断面図を図７に対比して示すが、押圧球が奇数個の場合は、第１の筒状の中心軸を通る鏡像面に関して鏡像関係とすることができない。特に、図１０（ｂ）に示すように、押圧球が第１押圧球２１ａの１つの場合は、バネ１５の押圧が第１押圧球２１ａによりノズルコレット２３の保持溝４１に伝えられるが、力が一方向からしかかからないので、固定されたノズルコレット２３の位置が安定せずに縦ぶれ等が発生し、被操作対象物の吸脱着に影響を及ぼす。又、非対称の配置であるので、部材の磨耗に偏りが生じたりする可能性が高くなり、高精度高速自動交換システムに使用される高速の上下運動に適合できない。図１０（ａ）に示すように、第１押圧球２１ａ、第２押圧球２１ｂ及び第３押圧球２１ｃとして、押圧球が３つの場合も、高速上下運動に伴ってデルタ関数的な衝撃力を印加された場合、力が鏡像関係にある対抗押圧球によって押し戻されないので、固定されたノズルコレット２３の位置が安定せずに被操作対象物の吸脱着に影響を及ぼしたり、部材の磨耗に偏りが生じたりする可能性が高くなる。図７（ａ）及び（ｂ）のように、押圧球を偶数個とすることで対抗押圧球を配置することにより、高速上下運動に伴ってデルタ関数的な衝撃力が印加された場合であっても、固定されたノズルコレット２３の位置を安定させることができる。よって、押圧球を偶数個として鏡像関係を実現することにより、被操作対象物の吸脱着に悪影響を及ぼしたり、部材の磨耗に偏りが生じたりする可能性を低減でき、ノズルコレット２３の高精度高速自動交換システムに使用することができる。

　実施形態に係る真空吸引アームを構成する部材の素材は主に金属を想定しており、例えばノズルコレット２３にはスプラインシャフトが利用できる。しかし、真空吸引アームを構成する部材は、精密加工装置の一部として使用に耐えうる強度と加工性があれば、その他の素材であっても構わない。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。

　図１に示す実施形態に係る真空吸引アームのコレットホルダ（１１，１３，１５，１７，２１ａ，２１ｂ）によれば、バネ１５による下方への対称的な押圧の分力をノズルコレット２３を固定するための押圧となる対称方向の力として利用しているため、ゴム等の弾性体を使用して押圧した場合より、ロック状態における固定力が減衰しない。また、被操作対象物の吸脱着動作中の高速上下運動においても、常にバネ１５による下方への鏡像関係をなす押圧の分力を受けているため、ノズルコレット２３の縦ぶれや横ぶれ、回転方向のぶれを生じにくく、ノズルコレット２３に挿入されたノズルチップによる被操作対象物の吸脱着の精度を高く保つことができる。

　さらに、ノズルヘッドユニット（２３，２５，５１）からノズルチップ５１を自在に分離可能な機構としたことで、主な交換部材をノズルチップ５１のみにすることができ、より安価な精密加工装置にすることができる。また、ノズルチップ５１の仕様変更も容易となる。特に、ノズルコレット２３に回り止めピン２５が真空吸引アームの回り止め溝４５に嵌合する構造となっているので、ノズルチップ５１の先端の微細な矩形の位置や向きを正確に決めることが容易であり、高精度高速自動交換システムを備えた真空吸引型精密加工装置等への適用も容易になる。

　図４の状態から、ノズルコレット２３をコレット挿入孔３５に挿入すると図２の状態となる。挿入の際に互いに水平方向の位置ずれがある場合、位置ずれの幅がノズルコレット２３の先端部分の円錐面２７の横幅以内に収まるのであれば、コレットシャフト１１の下端部に円錐面２７が接触した後、コレットシャフト１１の下端部が円錐面２７を滑りながら、コレットシャフト１１又はノズルコレット２３が水平移動し、適切な水平位置でノズルコレット２３がコレット挿入孔３５に収まることが可能となる。

　図４に示すように、本発明の実施形態に係るノズルコレット２３によれば、ノズルコレット２３の先端形状を円錐面２７を有する形状にするだけで、真空吸引アーム側のコレット挿入孔３５への挿入の際に位置ずれを解消することができる。人の目視による位置ずれ調整の必要がなく、他の装置を用意することのない、より安価で簡易な方法で位置ずれを解消することができる。

　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…コレットシャフト
１３…バネ押さえ部
１５…バネ
１７…球押さえ部
１９…押圧内周面
２１ａ…第１押圧球
２１ｂ…第２押圧球
２１ｃ…第３押圧球
２１ｄ…第４押圧球
２３…ノズルコレット
２５…回り止めピン
２７…円錐面
３１…真空吸引孔
３３…間隙
３５…コレット挿入孔
３７…貫通孔
３９…ノズルチップ挿入孔
４１…保持溝
４３ａ…第１案内孔
４３ｂ…第２案内孔
４３ｃ…第３案内孔
４３ｄ…第４案内孔
４５…回り止め溝
４７…ノズル内側空間
４９…吸着窓
５１…ノズルチップ
７１…真空配管用継手（アダプタ）
 

Claims (6)

1. 　下端のコレット挿入孔から上方に連続する真空吸引孔を中心軸側に有した第１の筒状をなし、該第１の筒状の外周から前記真空吸引孔まで貫通する、前記中心軸を通る鏡像面に関して鏡像関係で、前記鏡像面に垂直で前記中心軸を通る中心線上で互いに対向する第１及び第２案内孔が設けられたコレットシャフトと、
   　前記コレットシャフトの外周面に接する摺動内周面及び該摺動内周面から下方かつ前記中心軸から遠心方向に拡がるテーパ状の押圧内周面、該押圧内周面から下方に連続する保護内周面を有し、前記中心軸方向に摺動可能な筒状の球押さえ部と、
   　前記第１及び第２案内孔内にそれぞれ配置され、前記押圧内周面から対称方向に押圧されることが可能な第１及び第２押圧球と、
   　下端部に設けられたノズルチップ挿入孔から前記中心軸方向の上方に連続する貫通孔を内部に有し、上部の外径形状が前記コレット挿入孔の内径形状に整合した第２の筒状をなし、該第２の筒状の外周面にリング状の保持溝が設けられたノズルコレットと、
   　を備え、前記ノズルコレットの前記上部が前記コレット挿入孔に挿入された際に、前記保持溝に嵌合した前記第１及び第２押圧球を前記保持溝に向けて互いに対称方向に押圧することを特徴とする真空吸引アーム。
2. 　前記第２の筒状の外周面かつ前記保持溝の下方に固定された回り止めピンを更に備え、
   　前記上部が前記コレット挿入孔に挿入された際に、前記コレットシャフトの前記下端部の外縁部かつ前記第１案内孔の下方に切り欠き状に設けられた回り止め溝に前記回り止めピンが嵌合することを特徴とする請求項１に記載の真空吸引アーム。
3. 　前記コレットシャフトの前記外周面の一部に固定されたバネ押さえ部と、
   　前記バネ押さえ部に上端部を接し、前記球押さえ部に下端部を接し、前記中心軸方向に伸縮可能なバネと、
   　を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空吸引アーム。
4. 　下端のコレット挿入孔から上方に連続する真空吸引孔を中心軸側に有した第１の筒状をなし、該第１の筒状の外周から前記真空吸引孔まで貫通する、前記中心軸を通る鏡像面に関して鏡像関係で、前記鏡像面に垂直で前記中心軸を通る中心線上で互いに対向する第１及び第２案内孔が設けられたコレットシャフトと、
   　前記コレットシャフトの外周面に接する摺動内周面及び該摺動内周面から下方かつ前記中心軸から遠心方向に拡がるテーパ状の押圧内周面、該押圧内周面から下方に連続する保護内周面を有し、前記中心軸方向に摺動可能な筒状の球押さえ部と、
   　前記第１及び第２案内孔内にそれぞれ配置され、前記押圧内周面から対称方向に押圧されることが可能な第１及び第２押圧球と、
   　を備え、下端部に設けられたノズルチップ挿入孔から前記中心軸方向の上方に連続する貫通孔を内部に有し、上部の外径形状が前記コレット挿入孔の内径形状に整合した第２の筒状をなし、該第２の筒状の外周面にリング状の保持溝が設けられたノズルコレットの前記上部が前記コレット挿入孔に挿入された際に、前記保持溝に嵌合した前記第１及び第２押圧球を前記保持溝に向けて互いに対称方向に押圧することを特徴とするコレットホルダ。
5. 　下端部に設けられたノズルチップ挿入孔から前記中心軸方向の上方に連続する貫通孔を内部に有し、上部の外径形状がコレットホルダの下端のコレット挿入孔の内径形状に整合した第２の筒状をなし、該第２の筒状の外周面にリング状の保持溝が設けられたノズルコレットであって、
   　前記コレットホルダが、前記コレット挿入孔から上方に連続する真空吸引孔を中心軸側に有した第１の筒状をなし該第１の筒状の外周から前記真空吸引孔まで貫通する、前記中心軸を通る鏡像面に関して鏡像関係で、前記鏡像面に垂直で前記中心軸を通る中心線上で互いに対向する第１及び第２案内孔が設けられたコレットシャフトと、前記コレットシャフトの外周面に接する摺動内周面及び該摺動内周面から下方かつ前記中心軸から遠心方向に拡がるテーパ状の押圧内周面、該押圧内周面から下方に連続する保護内周面を有し前記中心軸方向に摺動可能な筒状の球押さえ部と、前記第１及び第２案内孔内にそれぞれ配置され、前記押圧内周面から対称方向に押圧されることが可能な第１及び第２押圧球とを備え、
   　前記ノズルコレットの前記上部が前記コレット挿入孔に挿入された際に、前記保持溝に嵌合した前記第１及び第２押圧球を前記保持溝に向けて互いに対称方向に押圧することを特徴とするノズルコレット。
6. 　前記ノズルチップ挿入孔に、上部が挿入されたノズルチップを更に備えることを特徴とする請求項５に記載のノズルコレット。

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