説明

チャック装置およびチャック方法

【課題】可撓性を有するワークを非接触で安定的にチャックすることができるチャック装置およびチャック方法を提供する。
【解決手段】可撓性を有するワークWを保持するチャック装置であって、ワークWの鉛直上方に位置して当該ワークWを非接触状態で吸引するベルヌーイチャック機構4と、当該ベルヌーイチャック機構4を挟んで水平面上に対向配置され、当該ベルヌーイチャック機構4による吸引力で浮上するとともに自重で撓んだワークWの側縁Wを挟持し、当該側縁Wよりも中央部Wが鉛直上方に位置する湾曲姿勢にワークWを保持する一対の保持手段10と、を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、フィルムや薄板ガラス等の可撓性を有するワークを保持するチャック装置およびチャック方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、加工工程においてワークを一定の姿勢に保持する場合や、加工処理が施されたワークを次の工程に搬送する場合等に用いられるチャック装置が広く普及している。こうしたチャック装置がチャック(保持)するワークの形状や材質はさまざまであるが、中でもフィルム、薄板ガラス、半導体基板等の可撓性を有するワークをチャックする場合には、当該ワークの撓みによってチャックが不安定になるおそれがある。
【0003】
例えば、液晶ディスプレイに用いられるガラス板は、その板厚が0.5mm〜0.7mm程度であり、可撓性を有してはいるものの、ある程度の剛性が確保されているため、安定的なチャックが可能となっている。しかしながら、近年、液晶ディスプレイの薄型化、軽量化等の要請から、ガラス板の薄型化が進展しており、それに伴ってガラス板の剛性が低下する傾向にある。その結果、現状のチャック装置を、より薄型化されたガラス板のチャックにそのまま利用した場合には、チャックが不安定になるおそれがある。
【0004】
そこで、例えば、特許文献1に示されるチャック装置のように、ワーク表面にピンを押し当てることにより、意図的にワークを湾曲姿勢に変位させるとともに、この湾曲姿勢を維持するようにワークの側縁を挟持してチャックすることが考えられる。このように、ワークが湾曲姿勢に維持されれば、ワーク全体の剛性が上がることから、ワークのチャック時における安定性を向上することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2011−35146号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上記のチャック装置によれば、湾曲姿勢を作り出すためにワーク表面にピンを押し当てなければならず、ワーク表面に接触部位が生じてしまう。そのため、ワーク表面に対する一切の接触を嫌う場合には適用することができず、用途が限定されてしまったり、また、ワーク表面への接触が許容される場合であっても、ワーク表面に損傷を与えてしまったりする可能性がある。
【0007】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、可撓性を有するワークを非接触で安定的にチャックすることができるチャック装置およびチャック方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、本発明のチャック装置は、可撓性を有するワークを保持するチャック装置であって、ワークの鉛直上方に位置して当該ワークを非接触状態で吸引するワーク吸引手段と、前記ワーク吸引手段を挟んで水平面上に対向配置され、前記ワーク吸引手段による吸引力で浮上するとともに自重で撓んだワークの側縁を挟持し、当該側縁よりも中央が鉛直上方に位置する湾曲姿勢にワークを保持する一対の保持手段と、を備えたことを特徴とする。
【0009】
また、前記ワーク吸引手段および前記保持手段はフレームに一体的に設けられるとよい。
【0010】
また、前記ワーク吸引手段を鉛直方向に移動させる第1アクチュエータをさらに備えるとよい。
【0011】
また、前記一対の保持手段のいずれか一方または双方を、当該一対の保持手段が互いに近接または離間する方向に移動させる第2アクチュエータをさらに備えるとよい。
【0012】
また、前記ワーク吸引手段によって吸引されたワーク表面に向けて、当該ワークと前記ワーク吸引手段との接触を防止するエアを噴出させるエア噴出部をさらに備えるとよい。
【0013】
また、前記エア噴出部は、前記一対の保持手段の対向方向に対して水平面上に位相をずらして設けられるとよい。
【0014】
また、前記ワーク吸引手段は、ワーク表面に気体を噴き付けて当該ワーク表面に負圧を生じさせるベルヌーイチャック機構であるとよい。
【0015】
また、本発明のチャック方法は、可撓性を有するワークを保持するチャック方法であって、ワークの鉛直上方から当該ワークを非接触状態で吸引する工程と、吸引力で浮上するとともに自重で撓んだワークの側縁を挟持し、当該側縁よりも中央が鉛直上方に位置する湾曲姿勢にワークを保持する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、可撓性を有するワークを非接触で安定的にチャックすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本実施形態のチャック装置が設けられる搬送装置を説明する図である。
【図2】チャック装置の概念図である。
【図3】ベルヌーイチャック機構の概念図である。
【図4】チャック装置の動作を説明する図である。
【図5】ベルヌーイチャック機構によって浮上したワークとチャック本体との距離関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【0019】
本実施形態のチャック装置は、表面に対して非接触状態を維持してワークをチャック(保持)するものであり、例えば、ワークを加工処理する加工工程や、ワークを搬送する搬送工程等、さまざまな場面で用いられる。ここでは、0.1mm〜0.3mm程度の可撓性を有するガラス基板をワークとして搬送する搬送装置に適用されるチャック装置について説明する。
【0020】
図1は、本実施形態のチャック装置が設けられる搬送装置を説明する図である。この図に示すように、搬送装置100は、ワークWを搬送するコロコンベア等からなるコンベア101と、このコンベア101によって搬送されるワークWを、当該コンベア101に近接して配置された不図示の加工装置まで移動させるロボットアーム102と、を備えている。
【0021】
このロボットアーム102の先端にはチャック装置1が設けられており、コンベア101によって所定位置までワークWが搬送されると、チャック装置1が作動してワークWがチャックされる。そして、ワークWがチャックされた状態で、ロボットアーム102の先端が加工装置まで作動することにより、ワークWがコンベア101から加工装置まで搬送されることとなる。以下に、ロボットアーム102の先端に設けられるチャック装置1について、図2〜図6を用いて詳細に説明する。
【0022】
図2は、チャック装置1の概念図であり、図2(a)はチャック装置1の俯瞰図を示し、図2(b)は図2(a)のII(b)−II(b)線断面図を示している。この図に示すように、チャック装置1は、ロボットアーム102の先端に設けられる平板状のハンドフレーム(フレーム)2を含んで構成される。ここでは、説明の都合上、鉛直上方(ロボットアーム102側)に位置するハンドフレーム2の面を面2aとし、鉛直下方(コンベア101側)に位置してチャック装置1の種々の部品が設けられるハンドフレーム2の面を面2bとする。なお、図2(a)においては、ハンドフレーム2を破線で示し、ハンドフレーム2に固定される構成部品を実線で示している。また、以下では、図2(a)の左右方向をx方向、上下方向をy方向、紙面に対して垂直方向をz方向として説明する。
【0023】
ハンドフレーム2の面2bには、そのx方向中央位置に、第1アクチュエータを構成する一対の第1電動シリンダ3が固定されている。これら一対の第1電動シリンダ3は、シリンダロッド3aを鉛直方向に沿わせて設けられており、したがって、シリンダロッド3aは、鉛直方向に伸縮することとなる。なお、図2(b)は、シリンダロッド3aが最も収縮した状態を示している。そして、シリンダロッド3aの先端には、ワークWをハンドフレーム2側に吸引する吸引力をもたらすワーク吸引手段を構成するベルヌーイチャック機構4が設けられている。
【0024】
図3は、ベルヌーイチャック機構4の概念図である。この図において、図3(a)はベルヌーイチャック機構4の平面図、図3(b)は図3(a)のIII(b)−III(b)線断面図、図3(c)は図3(a)のIII(c)−III(c)線断面図を示している。これらの図に示すように、ベルヌーイチャック機構4はチャック本体5を備えており、このチャック本体5の面5aがシリンダロッド3aの先端に固定され、面5bが鉛直下方に臨むように構成されている。
【0025】
チャック本体5には、水平方向の断面を円形とする吸引穴6が形成されている。この吸引穴6は、面5a側に底部6aを位置させるとともに、面5bに開口部6bを開口させており、開口部6bの近傍には、面5a側から面5b側に向かうにしたがって徐々に吸引穴6の径が大きくなるようにテーパが形成されている。また、チャック本体5には、複数のエア供給路7が形成されており、その一端7aを面5aに開口させ、その他端7bを吸引穴6の底部6aにおける外周縁近傍に開口させている。エア供給路7の他端7bは、底部6aの外周に沿って等間隔に複数(例えば8個)開口しており、また、エア供給路7の一端7aには、吸引穴6に向けてエアを噴き出すポンプPが配管を介して接続されている。
【0026】
したがって、図3(b)に示すように、チャック本体5の面5bをワークWに対向させた状態でポンプPを駆動すると、エア供給路7から吸引穴6に導かれたエアが、吸引穴6の周壁に沿って底部6a側から開口部6b側へと噴き出す。このようにして、吸引穴6の周縁から外方に向けてエアが噴き出すと、吸引穴6の径方向中央位置では負圧が生じることとなり、この負圧によってワークWがチャック本体5側に吸引されることとなる。その結果、この吸引力とエアの噴出による押し付け力とが吊り合う距離で、ワークWを非接触のまま把持することが可能となる。
【0027】
また、図3(c)に示すように、チャック本体5の径方向外方に位置する側壁5cには、一対のエア噴出部8が、水平面上において鉛直軸周りに180度位相をずらして設けられている。このエア噴出部8は、鉛直下方すなわちワークWの表面に向けてエアを噴出するものであり、上記のエア供給路7と同様に、ポンプPに接続されている。詳しくは後述するが、吸引穴6によって生じる負圧で浮上したワークWが傾くと、ワークWの表面がチャック本体5の側壁5cの先端縁に接触するおそれがある。このエア噴出部8は、ワークWに向けて鉛直下方にエアを噴出させることで、ワークWが傾いた際に当該ワークWとチャック本体5とが接触するのを回避するものである。なお、チャック本体5は、第1電動シリンダ3のシリンダロッド3a先端に固定されるが、このとき、一対のエア噴出部8は、その対向方向がy方向に一致するように配置されている。
【0028】
そして、図2からも明らかなように、ハンドフレーム2の面2bには、ベルヌーイチャック機構4を挟んでx方向(水平方向)に対向配置された一対の保持手段10が設けられている。この一対の保持手段10は、鉛直方向に延在する第1延在部10aと、この第1延在部10aの下端に連続するとともに、互いに近接する方向(ベルヌーイチャック機構4側)に90度屈曲する第2延在部10bと、を有する断面L字形の薄板部材で構成され、第1延在部10aと第2延在部10bとが連続する屈曲部分に、ワークWの側縁を挟持する挟持部Kが設けられている。
【0029】
このとき、第2延在部10bは、第1電動シリンダ3のシリンダロッド3aが最も収縮した状態、換言すれば、最も鉛直上方に上昇した状態のベルヌーイチャック機構4よりも鉛直下方に位置し、また、第1電動シリンダ3のシリンダロッド3aが最も伸長した状態、換言すれば、最も鉛直下方に下降した状態のベルヌーイチャック機構4よりも鉛直上方に位置する寸法関係を維持している。また、両保持手段10は、図2(a)に示すように、y方向に位置する両側面部10cが、一対のベルヌーイチャック機構4よりもy方向外方に突出する寸法となっている。
【0030】
そして、ハンドフレーム2の面2bには、複数のガイドロッド11が、その長手方向をx方向に沿わせた状態で固定されており、このガイドロッド11に、一対の保持手段10がベアリング12を介して摺動自在に支持されている。これにより、一対の保持手段10は、それぞれガイドロッド11にガイドされて図中x方向に摺動することとなるが、この一対の保持手段10を互いに近接または離間する方向に移動させるのが第2アクチュエータを構成する一対の第2電動シリンダ13である。
【0031】
この一対の第2電動シリンダ13は、一対の保持手段10をそれぞれ独立してx方向に摺動させるものであり、シリンダロッド13aをx方向に沿わせて伸縮させるように、本体フレーム2の面2bに固定されている。そして、シリンダロッド13aの先端に、保持手段10の第1延在部10aが固定されており、これによって、シリンダロッド13aが伸縮すると、一対の保持手段10がそれぞれガイドロッド11にガイドされて互いに近接または離間する方向に移動することとなる。なお、図2(b)に示す一対の保持手段10における第2延在部10b先端の対向面間の距離L1は、一対の第2電動シリンダ13が最も伸長したときに、ワークWのx方向の幅よりも大きくなり、一対の第2電動シリンダ13が最も収縮したときに、ワークWのx方向の幅よりも小さくなるように設計されている。
【0032】
次に、上記の構成からなる本実施形態のチャック装置1の動作について説明する。図4は、チャック装置1の動作を説明する図である。図4(a)に示すように、いま、コンベア101(図4では不図示)によって所定位置までワークWが搬送されるとともに、ロボットアーム102が作動して、当該ワークWの鉛直上方にハンドフレーム2が対面したとする。このとき、第2電動シリンダ13が最伸長状態となっており、一対の保持手段10における第2延在部10b先端の対向面間の距離L1が最大となっている。また、第1電動シリンダ3も最伸長状態となっており、ベルヌーイチャック機構4が、保持手段10の第2延在部10bよりも鉛直下方に位置している。
【0033】
この状態で、ポンプP(図4では不図示)を駆動すると、ベルヌーイチャック機構4によってワークWの中央側が負圧となり、図4(a)の破線で示すように、ワークWのx方向中央部Wが鉛直上方に吸引される。このとき、ワークWは可撓性を有していることから、その自重によって、x方向両側縁Wが撓むとともに、中央部Wが両側縁Wよりも鉛直上方に位置することとなり、ワークWが鉛直上方に凸状をなす湾曲姿勢に変位する。
【0034】
この状態で第1電動シリンダ3を収縮させると、ベルヌーイチャック機構4の吸引力によって、図4(b)に示すように、ワークWが湾曲姿勢を維持したまま鉛直上方に浮上する。そして、第1電動シリンダ3が収縮して、自重で撓んだワークWの両側縁Wが、一対の保持手段10の第2延在部10bよりも上方に位置したところで、今度は第2電動シリンダ13を収縮させると、図4(c)に示すように、一対の保持手段10が互いに近接する方向に移動する。そして、第2電動シリンダ13が最収縮状態になると、自重で撓んだワークWの両側縁Wが挟持部Kによって挟持される。
【0035】
このようにして、一対の保持手段10の挟持部Kによって両側縁Wが挟持されたら、ポンプPの駆動を停止するとともに、ロボットアーム102を移動させて、所望の位置までワークWを移動させることとなる。このとき、ワークWは、湾曲姿勢を維持したまま、一対の保持手段10の挟持部Kによって保持されているため、剛性が向上しており、ロボットアーム102が移動しても傾いたり落下したりすることなく、安定的に保持されることとなる。
【0036】
そして、所望の位置までロボットアーム102が移動したら、再びポンプPを駆動してワークWを負圧によって吸引した状態で、第2電動シリンダ13を伸長させるとともに、第1電動シリンダ3を伸長させてワークWを下降させ、最後にポンプPの駆動を停止すればよい。これにより、ワークW表面に対して非接触状態を維持したまま、安定的にワークWを所望の位置まで搬送することが可能となる。
【0037】
なお、ワークWの上昇および下降時には、ベルヌーイチャック機構4によって生じる負圧によってのみワークWが保持されていることから、不安定な状態となっており、ワークWが傾いてチャック本体5に接触するおそれがある。そこで、本実施形態においては、エア噴出部8からワークWに向けてエアを噴出することにより、チャック本体5とワークWとの接触を回避するようにしている。
【0038】
図5は、ベルヌーイチャック機構4によって浮上したワークWとチャック本体5との距離関係を説明する図であり、図5(a)は、浮上中のワークWおよびチャック本体5のx方向の断面を示し、図5(b)は、浮上中のワークWおよびチャック本体5のy方向の断面を示している。図5(a)に示すように、ベルヌーイチャック機構4の吸引力によって吸引されたワークWは、図中x方向に対しては、中央部Wを頂点として、両側縁Wに向かって徐々に鉛直下方に垂下しており、チャック本体5における側壁5cの先端縁とワークWとの間の距離がL2となっている。
【0039】
一方、図5(b)に示すように、ワークWは、図中y方向に対しては、最も鉛直上方に位置するワークWの中央部Wが、y方向の両側縁W間に亘って凸状となっており、チャック本体5における側壁5cの先端とワークWとの間の距離が、L2よりも小さいL3となっている。したがって、ワークWの上昇時もしくは下降時において、ワークWが、図5(b)に破線で示すように傾斜した場合には、図5(a)に破線で示すように傾斜した場合に比べて、ワークWの表面がチャック本体5における側壁5cの先端に接触しやすくなっている。
【0040】
そこで、本実施形態においては、チャック本体5とワークWの表面とが最も接触しやすい位置であるy方向、すなわち、自重によって垂下する両端部Wの対向方向(一対の保持手段10の対向方向)に対して水平面上に90度位相をずらした位置に、エア噴出部8を設けることとしている。これにより、ワークWが上昇もしくは下降の際に傾いたとしても、ワークWがチャック本体5に接触するのを回避することが可能となる。なお、本実施形態においては、エア噴出部8をチャック本体5の側壁5cに一対のみ設けることとしたが、エアを噴出させる方向やエア噴出部8の数等は特に限定されるものではない。したがって、例えば、チャック本体5の全周囲に亘ってエアを噴出させるようにしても構わない。
【0041】
ただし、エア噴出部8から噴出させるエアは、ワークWをチャック本体5から引き離す力となって作用するため、エア噴出部8を多数設けると、ワークWを安定的に吸引するためのより大きな吸引力が必要となる。また、必要以上にエアが噴出することとなれば、当然のこととしてエネルギー損失が大きくなってしまう。したがって、エネルギー損失を最小限に抑えるといった観点からすれば、本実施形態のように、最もワークWが接触しやすい位置にのみエア噴出部8を設けることが望ましい。なお、本実施形態においては、一対の保持手段10の対向方向に対して水平面上に90度位相をずらしてエア噴出部8を設けることとしたが、この角度は必ずしも90度である(直交する)必要はなく、一対の保持手段10の対向方向に対して、水平面上に交差する位置関係を有していれば、接触防止の効果を向上することが可能である。
【0042】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【0043】
例えば、本実施形態では、第1アクチュエータおよび第2アクチュエータとして、それぞれ第1電動シリンダ3および第2電動シリンダ13を用いることとしたが、第1アクチュエータおよび第2アクチュエータは、例えば、空圧シリンダや油圧シリンダを用いてもよいし、あるいは、シリンダに限らずに、モータの回転力を利用する装置等、動力を付与することができる装置であれば、その具体的な構成は特に限定されるものではない。
【0044】
また、本実施形態では、ワーク吸引手段としてベルヌーイチャック機構4を用いることとしたが、ワーク吸引手段の構成はこれに限らない。例えば、ワーク吸引手段は、ベルヌーイチャック機構と同様に、ワーク表面に負圧を発生させてワークを吸引する装置や、ワーク表面に静電気を発生させてワークを吸引する装置等、ワークを吸引する吸引力を作用させる何らかの吸引手段と、エアフロート等、ワークに反発力を作用させる反発手段と、を有し、吸引力と反発力とのバランスによって非接触でワークを保持可能な装置を広く適用可能である。
【0045】
さらに、本実施形態では、ワークWとしてガラス板をチャックする場合について説明したが、本実施形態のチャック装置1は、ガラス板に限らず、フィルムや半導体基板等、可撓性を有するあらゆるワークに適用可能である。また、本実施形態では、ロボットアーム102にチャック装置1を適用する場合について説明したが、チャック装置1の用途はこれに限定されるものではなく、ワークをチャックするあらゆる場面で適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【0046】
本発明は、フィルムや薄板ガラス等の可撓性を有するワークを保持するチャック装置およびチャック方法に利用することができる。
【符号の説明】
【0047】
1 …チャック装置
2 …ハンドフレーム(フレーム)
3 …第1電動シリンダ(第1アクチュエータ)
4 …ベルヌーイチャック機構(ワーク吸引手段)
8 …エア噴出部
10 …保持手段
13 …第2電動シリンダ(第2アクチュエータ)
W …ワーク

【特許請求の範囲】
【請求項1】
可撓性を有するワークを保持するチャック装置であって、
ワークの鉛直上方に位置して当該ワークを非接触状態で吸引するワーク吸引手段と、
前記ワーク吸引手段を挟んで水平面上に対向配置され、前記ワーク吸引手段による吸引力で浮上するとともに自重で撓んだワークの側縁を挟持し、当該側縁よりも中央が鉛直上方に位置する湾曲姿勢にワークを保持する一対の保持手段と、を備えたことを特徴とするチャック装置。
【請求項2】
前記ワーク吸引手段および前記保持手段はフレームに一体的に設けられていることを特徴とする請求項1記載のチャック装置。
【請求項3】
前記ワーク吸引手段を鉛直方向に移動させる第1アクチュエータをさらに備えたことを特徴とする請求項1または2記載のチャック装置。
【請求項4】
前記一対の保持手段のいずれか一方または双方を、当該一対の保持手段が互いに近接または離間する方向に移動させる第2アクチュエータをさらに備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のチャック装置。
【請求項5】
前記ワーク吸引手段によって吸引されたワーク表面に向けて、当該ワークと前記ワーク吸引手段との接触を防止するエアを噴出させるエア噴出部をさらに備えたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のチャック装置。
【請求項6】
前記エア噴出部は、前記一対の保持手段の対向方向に対して水平面上に位相をずらして設けられていることを特徴とする請求項5記載のチャック装置。
【請求項7】
前記ワーク吸引手段は、ワーク表面に気体を噴き付けて当該ワーク表面に負圧を生じさせるベルヌーイチャック機構であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のチャック装置。
【請求項8】
可撓性を有するワークを保持するチャック方法であって、
ワークの鉛直上方から当該ワークを非接触状態で吸引する工程と、
吸引力で浮上するとともに自重で撓んだワークの側縁を挟持し、当該側縁よりも中央が鉛直上方に位置する湾曲姿勢にワークを保持する工程と、を含むチャック方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2013−86241(P2013−86241A)
【公開日】平成25年5月13日(2013.5.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−231442(P2011−231442)
【出願日】平成23年10月21日(2011.10.21)
【出願人】(000000099)株式会社IHI (5,014)
【Fターム(参考)】