真空吸着盤
【課題】種々の寸法・形状を有する多品種の被吸着物について加工および搬送が効率的に実施できる真空吸着盤を提供すること。
【解決手段】真空引きにより吸着面に被吸着物を固定する真空吸着盤であって、被吸着物が吸着する吸着面を構成し、かつ多数の吸着穴が設けられた吸着面部材と、前記吸着面部材の吸着面と平行な面に接合し、かつ前記吸着穴と連通し、前記吸着穴の直径より小さい直径を有する多数の小径真空吸着穴が設けられた小径真空吸着穴部材と、前記小径真空吸着穴部材と接合し、真空経路形成のための通気路及び吸引路が設けられた支持部材とを含み、前記小径真空吸着穴部材の厚みが、前記吸着面部材の厚みより厚く、５ｍｍ〜２５ｍｍであり、前記小径真空吸着穴の直径が、０．０６４ｍｍ〜０．２５ｍｍであり、前記吸着穴の総面積が、前記吸着面の面積に対して、３０％〜７０％であることを特徴とする前記真空吸着盤。
【解決手段】真空引きにより吸着面に被吸着物を固定する真空吸着盤であって、被吸着物が吸着する吸着面を構成し、かつ多数の吸着穴が設けられた吸着面部材と、前記吸着面部材の吸着面と平行な面に接合し、かつ前記吸着穴と連通し、前記吸着穴の直径より小さい直径を有する多数の小径真空吸着穴が設けられた小径真空吸着穴部材と、前記小径真空吸着穴部材と接合し、真空経路形成のための通気路及び吸引路が設けられた支持部材とを含み、前記小径真空吸着穴部材の厚みが、前記吸着面部材の厚みより厚く、５ｍｍ〜２５ｍｍであり、前記小径真空吸着穴の直径が、０．０６４ｍｍ〜０．２５ｍｍであり、前記吸着穴の総面積が、前記吸着面の面積に対して、３０％〜７０％であることを特徴とする前記真空吸着盤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研削、研磨、切断などを行う時の被加工物を保持するための真空吸着盤、又は、搬送する時被搬送物を保持するための真空吸着盤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁力により固定が不可能な非金属部材や磁性を嫌う部材については、真空吸着で固定する真空吸着盤が使用されている。これらの部材は、真空吸着盤により固定され、研削、研磨、又は切断等の処理がなされ、更にその他の加工が施されて製品として市場に流通する。また、非金属部材又は磁性を嫌う部材を搬送する際にも真空吸着で固定する真空吸着盤が使用されている。
【０００３】
従来の典型的な真空吸着盤の構造を図１−１に示す。真空吸着盤は、セラミック多孔質体で形成される吸着部材（１０１）と、吸着部材（１０１）に接合して固定する支持部材（１０２）とから構成され、支持部材（１０２）に設けられた空洞（１０３）を通じて吸引穴（１０４）から図中の矢印（１０６）で示す流れ方向に真空ポンプにより吸引して被吸着物（１０５）を吸着部材（１０１）上に吸着する。このとき、被吸着物（１０５）は吸着部材（１０１）を完全に覆う。このような構造をもつ真空吸着盤は、例えば、特開平６−８０８６号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００４】
最近のものづくりにおいては少量多品種の製品を取扱う場合が多く、寸法・形状が異なったものを多種類生産することが求められている。それら多様な製品の製造工程において研削、研磨、切断等の加工および搬送を行う時に、上記の従来の構造をもつ真空吸着盤を使用すると、図１−２に示すように、被吸着物の寸法・形状によっては吸着部材の吸着面に被吸着物が吸着されない箇所が発生する場合がある。この場合、被吸着物（１０１）の寸法が吸着部材（１０１）の吸着面より小さいために被吸着物が吸着されない箇所が発生し、支持部材（１０２）に設けられた空洞（１０３）を通じて吸引穴（１０４）から図中の矢印（１０６）で示す流れ方向に真空ポンプにより吸引しても被吸着物（１０７）で覆われていない吸着部材（１０１）の部分から矢印（１０８）の方向に空気が流れてリークするため、被吸着物（１０７）は適正に固定されない。このように従来の真空吸着盤の構造では多様な寸法・形状をもつ被吸着物に対して汎用性に乏しい。
【０００５】
そこで、特開２００８−１８７０９８号公報（特許文献２）には、吸着部材の吸着面に複数の吸着用の通気孔を形成した真空吸着盤において、被吸着物の面積が吸着面の面積より小さい場合に、被吸着物が載置されていない吸着面の非載置領域に対応する吸着部材の裏面（内部）を目張り部材で被覆し、空気のリークを防止する技術が公開されている。
【０００６】
また、実開平４−１２５５３７号公報（特許文献３）には、吸着面に多数の吸引孔を設けた吸着部材と真空室との間に、各吸引穴に対応する位置に孔を持つゴム板とこの孔からずれた位置に透孔を持つ弁座板とを、それらの間に肉薄のスペーサを介在して配置したことを特徴とする真空吸着盤が開示されている。真空吸着時には、空気吸引圧力によりゴム板の孔部分が弁座板にくっつき空気の流れを遮断し、被吸着物が吸着していない吸着面の非吸着部からの空気のリークを防止するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−８０８６号公報
【特許文献２】特開２００８−１８７０９８号公報
【特許文献３】実開平４−１２５５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
最近、被加工物の寸法・形状が小型化されたものもあり、これらの加工を効率的に取扱うことができる真空吸着盤が求められている。
しかし、特開平６−８０８６号公報（特許文献１）に開示された技術では、被吸着物の面積が吸着面の面積より小さい場合、非吸着部から空気がリークして吸着できないという問題がある。
【０００９】
また、特開２００８−１８７０９８号公報（特許文献２）に開示された技術は、非吸着部に目張り部材で被覆するものであるが、種々の寸法・形状を有する多品種の被吸着物を取り扱う場合、それぞれの被吸着物の寸法・形状に適合した目張り部材が必要となり、その作成および取り付けには手間がかかる。特に、目張り部材は真空吸着盤内部に装着する必要があるのでなおのこと手間がかかる。そのようにしても、位置がずれると空気のリークが発生し吸着できなくなるために、被吸着物と目張り部材との位置合わせを精密に行う必要がある。また、被吸着物と目張り部材との境界部はどうしても空隙が存在し、空気のリークが発生してしまう。
【００１０】
また、実開平４−１２５５３７号公報（特許文献３）に開示された技術は、ゴムの動きで空気のリークを防止するものであるが、空気の流れが弱いと、ゴム板の孔部分が弁座板にくっつかない場合もある。また、ゴム材の劣化により同様なことが起こる場合もある。企図される動作を実現するためには吸着面に設ける多数の孔の径をある程度大きくする必要があり、そうすると吸着面積の小さい、または特殊・複雑な形状をもった被吸着物の場合、被吸着物が吸着できなくなる場合もある。
【００１１】
一般的に、研削、研磨、切断用の真空吸着盤に使用される真空ポンプの出力は０．２〜１．５ｋｗ（０．２６〜２．０馬力）である。一方、搬送用に使用される真空ポンプの出力は、一般的に０．１ｋｗ以下（０．１３馬力以下）である。研削、研磨、切断作業においては、被吸着物を例えば砥石などで研削、研磨、切断の作業を行うので被吸着物に外力が加わる。その際、真空ポンプの出力が不足すると吸引力が不足し被吸着物の固定ができなくなるため、研削、研磨、切断時には、搬送時より高い真空ポンプの出力が要求される。本願発明においては、搬送用は勿論、研削、研磨、切断作業においても被吸着物を十分に固定し、研削、研磨、切断作業が支障なく行えるようにしなければならない。
【００１２】
したがって、本発明の課題は、これらの従来技術の欠点を克服し、種々の寸法・形状を有する多品種の被吸着物について加工および搬送が効率的に実施できる真空吸着盤を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、真空引きにより吸着面に被吸着物を固定する真空吸着盤であって、
被吸着物が吸着する吸着面を構成し、かつ多数の吸着穴が設けられた吸着面部材と、
前記吸着面部材の吸着面と平行な面に接合し、かつ前記吸着穴と連通し、前記吸着穴の直径より小さい直径を有する多数の小径真空吸着穴が設けられた小径真空吸着穴部材と、
前記小径真空吸着穴部材と接合し、真空経路形成のための通気路及び吸引路が設けられた支持部材とを含み、
前記小径真空吸着穴部材の厚みが、前記吸着面部材の厚みより厚く、５ｍｍ〜２５ｍｍであり、
前記小径真空吸着穴の直径が、０．０６４ｍｍ〜０．２５ｍｍであり、
前記吸着穴の総面積が、前記吸着面の面積に対して、３０％〜７０％である
ことを特徴とする前記真空吸着盤を提供する。
【００１４】
本発明の真空吸着盤は、一実施形態において、内径が０．０６４ｍｍ〜０．２５ｍｍで、長さが５ｍｍ〜２５ｍｍであるチューブ体を小径真空吸着穴部材に挿入して、小径真空吸着穴が形成されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の真空吸着盤は、一実施形態において、吸着穴に多孔質体を挿入したことを特徴とする。
また、本発明の真空吸着盤は、一実施形態において、小径真空吸着穴にピアノ線を挿入したことを特徴とする。
【００１６】
更に、本発明の真空吸着盤は、一実施形態において、被吸着物の吸着力が２０Ｎ以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、種々の寸法・形状を有する多品種の被吸着物について、研削、研磨、切断作業が支障なく行うことができ、また、加えて搬送が効率的に実施できる真空吸着盤を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１−１】図１−１は、従来の真空吸着盤を示す断面図である。
【図１−２】図１−２は、従来の真空吸着盤の使用形態を示す図である。
【図２】図２は、本発明の真空吸着盤の一実施形態を示す上面図である
【図３−１】図３−１は、本発明の真空吸着盤の一実施形態を示す断面図である。
【図３−２】図３−２は、本発明の真空吸着盤の一実施形態を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の真空吸着盤の一実施形態を示す上面図である。
【図５】図５は、本発明の真空吸着盤の一実施形態を示す拡大図である。
【図６−１】図６−１は、本発明の真空吸着盤の別の実施形態を示す断面図である。
【図６−２】図６−２は、本発明の真空吸着盤の別の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１ 吸着面
２ 吸着穴
３ 吸着面部材
４ 多孔質部材
５ 小径真空吸着穴
６ 小径真空吸着穴部材
７ 通気路
８ 吸引路
９ 支持部材
１０ 被吸着物
１１−１ 空気の流れ（大気圧）
１１−２ 吸着穴２を通過し小径真空吸着穴５に流入する空気の流れ（圧力は大気圧より減少）
１１−３ 小径真空吸着穴５を通過する空気の流れ（圧力は更に減少する）
１２ チューブ体
１０１ 吸着部材
１０２ 支持部材
１０３ 空洞
１０４ 吸引穴
１０５ 被吸着物
１０６ 吸引穴における空気の流れ（真空ポンプにつながる）
１０７ 被吸着物（吸着部より面積が小さい）
１０８ 吸着部材上部における空気の流れ
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の真空吸着盤を以下に図を参照しながら説明する。
図２は、本発明の真空吸着盤の一実施形態を示す上面図である。
本発明の真空吸着盤には、被吸着物が吸着する吸着面１に多数の吸着穴２が設けられている。吸着穴２は、種々の寸法・形状を有する多品種の被吸着物の加工および輸送が効率的に実施できるよう、その径を小さくする必要がある。本発明の一実施形態として具体的には、吸着穴２の最大直径はφ１６ｍｍ以下であり、作製コストの観点と本発明の効果をより発揮させるためには、吸着穴２の最小直径はφ３ｍｍである。吸着穴２の直径がφ１６ｍｍを越えると、種々の寸法・形状を有する多品種の被吸着物、特に吸着面積が小さい被吸着物の加工および搬送を効率的に実施することができず、吸着穴２の直径がφ３ｍｍより小さいと、製作コストが増大し経済的に好ましくない。望ましくは、吸着穴２の直径は、φ３ｍｍ〜φ１４ｍｍ、好ましくはφ３ｍｍ〜φ１２ｍｍ、より好ましくはφ３ｍｍ〜φ１０ｍｍ、更により好ましくはφ４ｍｍ〜φ１０ｍｍ、最も好ましくはφ４ｍｍ〜φ８ｍｍである。
【００２１】
吸着穴２の直径は、必ずしも単一である必要はなく、上述の範囲であれば複数の吸着穴で異なる直径を有していてもよい。
吸着穴２の総面積は、吸着面の面積に対して、３０％〜７０％であることができる。
【００２２】
３０％より少ないと種々の寸法・形状を有する多品種の被吸着物の加工に対応することができない。７０％より多いと空気のリークが多くなり、被吸着物の吸着力が低下するからである。
【００２３】
他の実施形態として、吸着穴２の総面積は、吸着面の面積に対して、３０％〜７０％の範囲内であることを条件に、多数の吸着穴２の一部において直径がφ１６ｍｍを越えてもよい。その場合他の吸着穴２の直径はφ１６ｍｍ以下で調整することが望ましい。
【００２４】
本発明の真空吸着盤において、吸着面１の形状は、四角形状または円形状であることができ、また他の形状、例えば多角形状であってもよい。吸着面の寸法は、四角形状においては一辺の長さが最小５０ｍｍ、最大３５０ｍｍであることができ、円形状においては直径が最小φ５０ｍｍ、最大３５０ｍｍであることができる。
【００２５】
図３−１は、本発明の真空吸着盤の一実施形態を示す断面図である。
本発明の真空吸着盤は、被吸着物が吸着する吸着面１を構成し、かつ多数の吸着穴２が設けられた吸着面部材３と、吸着面部材３の吸着面１と平行な面に接合し、かつ吸着穴２と連通し、吸着穴２の直径より小さい直径を有する多数の小径真空吸着穴５が設けられた小径真空吸着穴部材６と、小径真空吸着穴部材６と接合し、真空経路形成のための通気路７及び吸引路８が設けられた支持部材９とから構成される。
【００２６】
吸着面部材３の材質は、ピンホール等による空気リークが起こらないこと及び作業中の外力で破壊しない強度を有することを条件として、有機質材料、金属材料、無機質材料等を使用することができる。
【００２７】
吸着面部材３の吸着穴２と小径真空吸着穴部材６の小径真空吸着穴５とは、それぞれ支持部材９の通気路７と連通するような位置に配置される。これにより、支持部材９の吸引路８から真空ポンプで吸引することにより、吸引路８、通気路７、小径真空吸着穴５、吸着穴２を通して空気流動が可能である。
【００２８】
小径真空吸着穴部材６の材質は、吸着面部材３と同様に、ピンホール等による空気リークが起こらないこと及び作業中の外力で破壊しない強度を有することを条件として、有機質材料、金属材料、無機質材料等を使用することができる。
【００２９】
吸着穴２の内部には、図３−１に示すように、任意の構成要素として多孔質部材４が設置されていてもよい。この多孔質部材４は、厚みが薄い平板状の被吸着物に対して本発明の真空吸着盤を使用する場合に、吸着面１と接する被吸着物の接触面に、真空吸着の圧力で吸着穴２による変形を生じることを防止するために役立つ。そのような心配がない被吸着物の場合は多孔質部材４を設置する必要はない。
【００３０】
多孔質部材４の材質は、特に限定されないが、有機系、無機系、金属系の材料等を使用することができる。多孔質部材４の材質は、経時的な劣化、吸着時の変形、通気性部材吸着面部材３からの材料の転写による被吸着物の品質低下などがなく、製造しやすいという理由から、好ましくは無機材料であり、より好ましくは多孔質のセラミック材料である。セラミックとしては、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素などの種々のセラミックが挙げられる。これらのセラミックを多孔質とするには、さまざまな方法があるが、本発明において用いるためには、空気が流通できるように各々の気孔を連通させる必要がある。そのためには、例えば、セラミックを所定の大きさの粒子状にし、この粒子をガラスなどで固めて焼成すればよい。そのようなセラミック多孔質体としては、例えば、粒度Ｆ２２０〜♯８００（ＪＩＳ Ｒ６００１による。Ｆ２２０は表４の最小粒度、＃８００は表７及び表８による。）のアルミナ粉末又は炭化珪素粉末を主成分とし連続気孔を形成したセラミック多孔質体で、その気孔径が２μｍ〜５０μｍで、気孔体積率が３０％〜５０％の周知の材料を使用することができる。具体的には、ビトリファイドの研削砥石を流用することができる。この方法によれば、確実に各々の気孔を連通させられるとともに、粒子径を調整することで、容易に気孔径を調整することができる。
最終的に空気の流動が阻害されることがなければよい。
【００３１】
多孔質部材４は、少なくともその表面が吸着面部材３の吸着面１と同一平面を形成するように配置すればよく、吸着穴２の深さ方向に対する制限はない。したがって、多孔質部材４は、一の態様においては、図３−１に示すように吸着穴２の深さ全体を充填するように配置することができ、別の態様においては、図３−２に示すように吸着穴２の深さ方向の一部を充填するように配置することができる。
【００３２】
図４は、本発明の真空吸着盤の一実施形態を示す上面図であり、図５は、本発明の真空吸着盤の一実施形態を示す拡大図である。
図４及び図５において、被吸着物１０は吸着面部材３に吸着されており、被吸着物１０の面積は吸着面部材３の吸着面１の面積より小さい。
【００３３】
図５において、被吸着物１０により覆われた吸着穴２においては、吸着作業時に空気の流れ１１−１（大気圧）が負荷されるが、被吸着物１０により空気の流れが遮断され、真空吸着盤内部の真空度と大気圧の圧力差により被吸着物１０が吸着面部材３の吸着面上に保持される。
【００３４】
一方、被吸着物１０により覆われていない吸着穴２においては、吸着作業時に空気の流れ１１−１（大気圧）により空気が吸着穴２に流入する。そして、空気は吸着穴２を通過し、小径真空吸着穴５に流入するが、このとき空気の流れ１１−２の圧力は大気圧より減少し、空気流入量も減少する。そして、小径真空吸着穴５を通過する間に、空気の流れ１１−３の圧力は更に減少し、空気流入量も減少する。
【００３５】
本発明では、被吸着物１０の面積が吸着面部材３の吸着面１の面積より小さい場合、非吸着部の吸着穴２より空気が流入するが、上記の作用により空気流入量は最小限にとどめられる結果、被吸着物１０の吸着面１上への固定が維持される。理論に縛られることを意図するものではないが、これは以下の機構により達成されるものと考える。
【００３６】
まず、形状による損失がある。形状の損失には、流入口の形状、管内径の変化、急激な曲がり、弁類、流入出口の形状などによる損失があり、本発明の真空吸着盤においては、径の大きい吸着穴２から径の小さい小径真空吸着穴５に流入する管内径の変化により空気の流入量が減少する（図５の１１−２）。吸着穴２と小径真空吸着穴５のそれぞれの径の差が大きいほど効果的である。
【００３７】
更に、管路摩擦がある。管路摩擦は、管路内面の粗さや流体の粘性などにより生じる。径の小さい小径真空吸着穴５を空気が通過するとき、小径真空吸着穴５の管路内面の粗さなどによる管路摩擦により空気流入量が減少する（図５の１１−３）。管路摩擦による空気流入量の減少は小径真空吸着穴５の空気の流れ方向における寸法が長いほど、言い換えれば小径真空吸着穴部材６の厚みが厚いほど効果的である。
【００３８】
その結果、図５の１１−２と１１−３に示す空気流入量減少の相乗作用により、真空吸着盤内への空気の流入が抑制され、被吸着物１０が吸着面部材の３の吸着面１上に保持されるに十分な真空度が確保でき、被吸着物の加工および搬送が効率的に実施でき本発明の効果を達成することができる。
【００３９】
小径真空吸着穴部材６の小径真空吸着穴５の直径は、φ０．２５ｍｍ〜φ０．０６４ｍｍであることができる。最大直径がφ０．２５ｍｍを超えると、空気の流量が多くなるため本発明の効果を発揮することができず、最小直径がφ０．０６４ｍｍより小さい場合、製作コストが増大し経済的に好ましくない。また場合によれば被吸着物を固定する力が不足する場合がある。
【００４０】
本発明実施品が使用される機械・設備等において本発明実施品のスペースはある程度の制限があることを考慮し、かつ、本発明の効果を十分に発揮させるために、本発明の真空吸着盤は、吸着面部材３より小径真空吸着穴部材６の厚みを厚くする必要がある。
【００４１】
小径真空吸着穴部材６の厚みは、すなわち、小径真空吸着穴５の厚み（空気の流れ方向の寸法）であり、本発明の効果を発揮させるために重要な要素である。小径真空吸着穴部材６（小径真空吸着穴５）の最小厚みは５ｍｍであり、最大厚みは２５ｍｍである。本発明の効果を発揮するためには、小径真空吸着穴部材６（小径真空吸着穴５）の厚みは少なくとも５ｍｍ必要である。小径真空吸着穴部材６（小径真空吸着穴５）の厚みが２５ｍｍより厚くなると、設置機械・設備への負担が増大し、場合によっては設置スペースが確保できなくなる可能性がある。
【００４２】
吸着面部材３の最小厚みは１ｍｍであり、最大厚みは５ｍｍであるが、小径真空吸着穴部材６の厚みより厚くなることはない。吸着面部材３の厚みが５ｍｍを超えると、設置機械・設備への負担が増大し、場合によっては設置スペースが確保できなくなる可能性がある。本発明の作用・効果に影響を与える小径真空吸着穴部材６の十分な厚みを確保するため、吸着面部材３の厚みは最大５ｍｍまでである。
【００４３】
図６−１及び図６−２は、本発明の真空吸着盤の別の実施形態を示す断面図である。
図６−１及び図６−２に示すように、小径真空吸着穴５は、内径がφ０．２５ｍｍ〜φ０．０６４ｍｍであるチューブ体１２を小径真空吸着穴部材６に挿入することにより、所定の穴径とすることができる。図６−１は、図３−１に示す態様と同様に吸着穴の深さ全体を充填するように多孔質部材４を配置したものであり、図６−２は、図３−２に示す態様と同様に吸着穴の深さ方向の一部を充填するように多孔質部材４を配置したものである。
【００４４】
チューブ体とチューブ体を挿入する穴との間には、リークを防止するために、例えば、接着剤で固定するか、あるいは、ゴム製のＯリングを挟み込むことが好ましい。
図６−１及び図６−２に示すチューブ体により小径真空吸着穴を形成する利点は、小径真空吸着穴部材６に所望の正確な径を有する多数の穴を開けることは手間がかかり、製作費用が増大する点にある。一方、チューブ体を使用すれば、挿入に支障ない穴を開ければよいので手間も省け製作費用も増大しない。
【００４５】
チューブ体１２の挿入においては、小径真空吸着穴部材６が例えば５ｍｍより薄いと挿入に手間がかかり実用的でない。この点からも小径真空吸着穴部材６の厚みは、少なくとも５ｍｍは必要である。
【００４６】
その他、小径真空吸着穴５の径を調整する方法として、所望の断面積をもった線材（例えばピアノ線）を小径真空吸着穴５又はチューブ体１２の内径部に挿入して空間を充填することにより、小径真空吸着穴を所望の内径としてもよい。これにより、内径がφ０．２５ｍｍ〜φ０．０６４ｍｍの小径真空吸着穴５を配置したのと同様な効果を得ることができる。加えて、線材（例えば、ピアノ線）を挿入することにより壁抵抗が増し、本発明の更なる効果を発揮することが見込まれる。
【００４７】
本発明の真空吸着盤に関して使用される機械・設備を考慮し、支持部材９の厚みは、少なくとも１０ｍｍ必要である。吸着面部材３、小径真空吸着穴部材６、及び支持部材９の合計厚みが４０ｍｍ以上となると、製作コストが増大し、更に重量が重くなることによる設置機械・設備への負担が増大する。場合によっては設置スペースが確保できなくなる可能性がある。前述の吸着面部材及び小径真空吸着穴部材の厚みは、このような制約と本発明の効果発現を考慮して定められた。
【００４８】
被吸着物１０の面積が吸着面の面積より小さい時、吸着穴２は被吸着物１０に覆われることがない箇所が発生するが、本発明の真空吸着盤は、吸着面積が２０％以上であることが必要である。ここで、吸着面積は、吸着穴２の合計の面積に対して、被吸着物１０により覆われる吸着穴２の割合をいうものとする。
【００４９】
前述のように、本発明の真空吸着盤においては、構造上、被吸着物１０に覆われない吸着穴２から真空吸引により空気が侵入するが、その空気侵入を最小限に留めることが重要である。吸着面積が２０％より小さい、すなわち、被吸着物１０に覆われない吸着穴２が吸着穴全体の８０％を超えると、空気の侵入が多くなり、吸着盤内の真空度が減少し、被吸着物１０を十分に吸着できない。
【００５０】
尚、吸着面積が２０％より小さい場合は、特開２００８−１８７０９８号公報（特許文献２）に記載された方法でも吸着できない可能性が高いと考えられる。そもそも吸着面積が小さいので被吸着物の吸着力が相対的に小さいからである。
【００５１】
吸着面積は、望ましくは、２５％以上、３０％以上、３５％以上、４０％以上、４５％以上、５０％以上、５５％以上、６０％以上、６５％以上、７０％以上、７５％以上、８０％以上、８５％以上、９０％以上、９５％以上である。
【００５２】
吸着面積が１００％の場合は、本発明の真空吸着盤はもちろんのこと、従来の真空吸着盤も使用することができる。しかし、その場合、本発明の真空吸着盤を使用すると、吸着面積１００％の被吸着物１０での作業を行った後（前でもよい）、それより吸着面積の小さい（２０％以上）被吸着物１０を用いて作業を行う際に、機械設備の変更、真空吸着盤の取替えを行う必要がなく、作業が効率化する点で有利である。
【００５３】
本発明の真空吸着盤の効果は吸着力により特徴付けることができる。吸着力が２０Ｎより小さい場合は、被吸着物を吸着する力は不足し、研削中被吸着物の固定ができない。
吸着力が２０Ｎ以上の場合の真空吸着盤内部の気圧は、大気圧１０１．３２５×１０３ｋＰａに対し、６３．８×１０３〜５．３×１０３ｋＰａとなり、被吸着物１０が固定され被吸着物１０の加工および搬送が支障なく実施できる。
【００５４】
更に、本発明の真空吸着盤において、真空吸着盤内部への空気流入量は、最小０．８Ｌ／ｍｉｎから最大１０２Ｌ／ｍｉｎである。空気流入量が最大値より高い場合、または最小値未満の場合は被吸着物１０が固定できない。
【実施例】
【００５５】
試験例１ 吸引力テスト
本試験例においては、本発明にしたがった真空吸着盤を作成し、その吸着力を測定した。
【００５６】
真空吸着盤の吸着面は四角形状とし、吸着面の寸法は１１０ｍｍ角とした。
吸着穴の間隔は１ｍｍとし、吸着穴の直径は１６ｍｍ又は５ｍｍとし、φ１６ｍｍでは穴数３６個、φ５ｍｍでは穴数２５６個とした。吸着穴の総面積は、吸着面の面積に対して、φ１６ｍｍで約６０％、φ５ｍｍで約４２％である。吸着穴には、その直径と同径で同体積のセラミック製の多孔質部材を配置した。そして吸着面とセラミック製多孔質部材は同一平面において平坦になるよう加工した。
【００５７】
小径真空吸着穴は所定の位置にΦ３ｍｍの穴を開けた。所望の内径を持つエスエイエス社製の品番ＪＲ−Ｔ−６００１（内径Φ０．２５ｍｍ）、ＪＲ−Ｔ−５９９９（内径Φ０．１３ｍｍ）、ＪＲ−ＴＰ−５９９８（内径Φ０．０６４ｍｍ）（外径は全てΦ１．５９ｍｍ）の商品名ピークチューブを所定長さに加工して、小径真空吸着穴に挿入し、その隙間はＮＯＫ社製のＯリング（ゴム製部材）、型式０３３８７−Ａ００及びＡＳ５６８−００２Ａを２つ挟みリークを防止した。
【００５８】
吸着面部材の厚みは４．５ｍｍとし、小径真空吸着穴部材の厚みは各比較例及び実施例において適宜変更した。
更に、通気路７及び吸引路８を形成した支持部材９を設置して、真空吸着盤を組み立てた。
【００５９】
得られた真空吸着盤について、ULVAC社製：型式ＤＡ−１２１Ｄ、出力０．４ｋｗ（０．５３馬力）の真空ポンプにより真空吸引を行った。被吸着物として厚み１ｍｍ、直径３インチのシリコンウエハーを真空吸着盤の吸着面に載せた。吸着面積（吸着穴の合計の面積に対して被吸着物により覆われる吸着穴の割合）は約４０〜４５％である。
【００６０】
真空度は、KEYENCE社製：型式ＣＵ−２１Ａにより測定し、空気吸引量は、山武（azbil）社製：型式ＣＭＳ００２０の圧力測定器を真空吸着盤と真空ポンプの間の管に装着して測定した。
【００６１】
吸着力は、AIKOH ENGINEERING社製デジタルゲージ：型式ＲＸ−２０で被吸着物の側面を押付け、その押付け力を測定した。
結果を次の表１に示す。
【００６２】
【表１】
【００６３】
試験例２ 研削テスト
本試験例においては、本発明の真空吸着盤を用いて研削テストを行った場合、正常に研削作業ができるかどうかを確認した。
【００６４】
各条件は以下のとおりである。
研削条件
１）砥石
仕様： ＳＤ４００Ｆ１００ＶＤ７（クレトイシ株式会社製）
寸法： φ３５０×２０×φ１５２．４ｍｍ
２）被削材
４インチ アルミナ
３）研削液
なし
４）研削盤
種類： ワシノ製ロータリー平面研削盤
形式： ＳＳ−５０１Ｎ
５）真空ユニット
種類： Fuji Engineering社製 バキューム ユニット マークIII
型式： Type-D（旧V5）
６）ドレス条件
ドレッサ： ＧＣ１００Ｇ８Ｖ（φ３５５×３０×φ７６ｍｍ）
ドレッサ回転数： ８０rev／min
ドレスリード: ２ｍｍ／rev
ドレス切込み： φ２μｍ／pass
ドレス回数： １００回
7）研削条件
研削方式： 乾式トラバース研削
砥石周速度： ２３ｍ／ｓ
被削材周速度： １．５ｍ／ｓ
周速度比： １５．３
研削切込： 粗研削 ２μｍ／pass ７回
仕上げ研削： １μｍ／pass ６回
取り代： ０．０２ｍｍ
スパークアウト： １回
試験例１で作成した比較例１、比較例４、実施例１、実施例５、実施例６、実施例９、実施例１０の構成の真空吸着盤を使用して研削テストを行った。
【００６５】
結果
比較例１、比較例４の真空吸着盤では、研削初期に被吸着物の位置ズレが発生したため、それ以降の研削テストを中止した。この場合、小径真空吸着穴径が大きいため真空吸着盤内に流入する空気流量が多くなる。そのため被吸着物を吸着するに必要な真空度（Ｐa）を確保することができず吸着力が小さい値となった。
【００６６】
一方、実施例１、実施例５、実施例６、実施例９、実施例１０の真空吸着盤では、被吸着物の位置ズレは発生せず良好に固定され研削テストを完了した。
実施例１の真空吸着盤の吸着力は２１．８Ｎであった。一方、比較例４の吸着力は１８．９Ｎであった。したがって、吸着力２０Ｎが研削可能かどうかの境目であることが判明した。
【００６７】
その時、真空度の範囲は１．３ｋＰａから５８．３ｋＰａの範囲であった。空気流量は１．０Ｌ／ｍｉｎ以上７１．６Ｌ／ｍｉｎ以下の範囲であった。
試験例１を考慮すると、小径真空吸着穴径が０．０６４ｍｍ〜０．２５ｍｍで、小径真空吸着穴径の厚みが５ｍｍ〜２５ｍｍの範囲において本発明の効果が発揮された。小径真空吸着穴径φ０．０６４ｍｍ、小径真空吸着穴厚み５ｍｍと９ｍｍは、被吸着物の位置ズレが発生せず研削を行うことができ、良好であるが、小径真空吸着穴厚みが厚くなると吸着力が下がる傾向となった。小径真空吸着穴径が小さくなり、且つ小径真空吸着穴厚みが厚くなると真空吸着盤内へ流入する空気流量が少なくなる傾向にある。その場合、吸着力が低下する不具合が発生する可能性がある。
【００６８】
これに関しては、電気掃除機の吸引力を表す目安として利用されている吸引仕事率を示す。小径真空吸着穴径０．０１３ｍｍより小さくかつ０．０６４ｍｍつまり本発明では小径真空吸着穴径が小さいときに適用される。
【００６９】
吸引仕事率（Ｗ）＝０．０１６６６×真空度（Ｐa）×空気流量（ｍ３／ｍｉｎ）
この数値が大きいほど、吸引力が優れることになる。
本発明においては、小径真空吸着穴径が０．０６４ｍｍで小径真空吸着穴厚みが厚くなるにしたがって本真空吸着盤内への空気の流量が急激に少なくなる（表１）。
【００７０】
上記式によると空気流量（ｍ３／ｍｉｎ）が急激に少なくなるので吸引仕事率（Ｗ）が低下するという結果となる。
小径真空吸着穴径が０．０６４ｍｍで小径真空吸着穴厚み２５ｍｍとなると吸着力が２０Ｎより少し大きい値であるので被吸着物が吸着される限界値下限付近である。
【００７１】
真空吸着盤への空気流量と吸着力の関係は小径真空吸着穴径が小さくなり、且つ小径真空吸着穴厚みが厚くなるとき吸引仕事率が低下する。具体的には空気流量が１〜１．３リットル／ｍｉｎを境に急激に吸引仕事率が低下し、結果吸着力が低下するものと考えられる。
【００７２】
このことより小径真空吸着穴径が小さくなるに従って真空吸着盤内への空気の流量が少ないと吸着力が下がる傾向にあり、小径真空吸着穴の直径がφ０．０６４ｍｍより小さいと本発明の効果が発揮されないと考えられる。
【００７３】
試験例３ 研削テスト
試験例２において被吸着物（被削材）を直径２インチのシリコンウエハー（寸法：約５０．８ｍｍ（直径）×０．５ｍｍ（厚み））に変更し、実施例１と実施例１０の構成の真空吸着盤を使用して、湿式平面トラバース研削を行った。吸着面積は約２０％である。研削液は、クレカットＮＳ２０１（２％）を使用した。
【００７４】
結果
被吸着物の位置ズレは発生せず良好に固定され研削テストが完了した。
これらの条件で試験例１と同様に吸着テストを行った結果を以下に示す。
【００７５】
【表２】
【００７６】
上表から、試験例１及び試験例２の結果は矛盾しないことが確認された。しかし、吸着力、真空度、及び空気流量から見ると、正常に研削作業ができる境目なので、吸着面積が２０％より下回れば被吸着物の位置ズレが発生すると考えられる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研削、研磨、切断などを行う時の被加工物を保持するための真空吸着盤、又は、搬送する時被搬送物を保持するための真空吸着盤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁力により固定が不可能な非金属部材や磁性を嫌う部材については、真空吸着で固定する真空吸着盤が使用されている。これらの部材は、真空吸着盤により固定され、研削、研磨、又は切断等の処理がなされ、更にその他の加工が施されて製品として市場に流通する。また、非金属部材又は磁性を嫌う部材を搬送する際にも真空吸着で固定する真空吸着盤が使用されている。
【０００３】
従来の典型的な真空吸着盤の構造を図１−１に示す。真空吸着盤は、セラミック多孔質体で形成される吸着部材（１０１）と、吸着部材（１０１）に接合して固定する支持部材（１０２）とから構成され、支持部材（１０２）に設けられた空洞（１０３）を通じて吸引穴（１０４）から図中の矢印（１０６）で示す流れ方向に真空ポンプにより吸引して被吸着物（１０５）を吸着部材（１０１）上に吸着する。このとき、被吸着物（１０５）は吸着部材（１０１）を完全に覆う。このような構造をもつ真空吸着盤は、例えば、特開平６−８０８６号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００４】
最近のものづくりにおいては少量多品種の製品を取扱う場合が多く、寸法・形状が異なったものを多種類生産することが求められている。それら多様な製品の製造工程において研削、研磨、切断等の加工および搬送を行う時に、上記の従来の構造をもつ真空吸着盤を使用すると、図１−２に示すように、被吸着物の寸法・形状によっては吸着部材の吸着面に被吸着物が吸着されない箇所が発生する場合がある。この場合、被吸着物（１０１）の寸法が吸着部材（１０１）の吸着面より小さいために被吸着物が吸着されない箇所が発生し、支持部材（１０２）に設けられた空洞（１０３）を通じて吸引穴（１０４）から図中の矢印（１０６）で示す流れ方向に真空ポンプにより吸引しても被吸着物（１０７）で覆われていない吸着部材（１０１）の部分から矢印（１０８）の方向に空気が流れてリークするため、被吸着物（１０７）は適正に固定されない。このように従来の真空吸着盤の構造では多様な寸法・形状をもつ被吸着物に対して汎用性に乏しい。
【０００５】
そこで、特開２００８−１８７０９８号公報（特許文献２）には、吸着部材の吸着面に複数の吸着用の通気孔を形成した真空吸着盤において、被吸着物の面積が吸着面の面積より小さい場合に、被吸着物が載置されていない吸着面の非載置領域に対応する吸着部材の裏面（内部）を目張り部材で被覆し、空気のリークを防止する技術が公開されている。
【０００６】
また、実開平４−１２５５３７号公報（特許文献３）には、吸着面に多数の吸引孔を設けた吸着部材と真空室との間に、各吸引穴に対応する位置に孔を持つゴム板とこの孔からずれた位置に透孔を持つ弁座板とを、それらの間に肉薄のスペーサを介在して配置したことを特徴とする真空吸着盤が開示されている。真空吸着時には、空気吸引圧力によりゴム板の孔部分が弁座板にくっつき空気の流れを遮断し、被吸着物が吸着していない吸着面の非吸着部からの空気のリークを防止するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−８０８６号公報
【特許文献２】特開２００８−１８７０９８号公報
【特許文献３】実開平４−１２５５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
最近、被加工物の寸法・形状が小型化されたものもあり、これらの加工を効率的に取扱うことができる真空吸着盤が求められている。
しかし、特開平６−８０８６号公報（特許文献１）に開示された技術では、被吸着物の面積が吸着面の面積より小さい場合、非吸着部から空気がリークして吸着できないという問題がある。
【０００９】
また、特開２００８−１８７０９８号公報（特許文献２）に開示された技術は、非吸着部に目張り部材で被覆するものであるが、種々の寸法・形状を有する多品種の被吸着物を取り扱う場合、それぞれの被吸着物の寸法・形状に適合した目張り部材が必要となり、その作成および取り付けには手間がかかる。特に、目張り部材は真空吸着盤内部に装着する必要があるのでなおのこと手間がかかる。そのようにしても、位置がずれると空気のリークが発生し吸着できなくなるために、被吸着物と目張り部材との位置合わせを精密に行う必要がある。また、被吸着物と目張り部材との境界部はどうしても空隙が存在し、空気のリークが発生してしまう。
【００１０】
また、実開平４−１２５５３７号公報（特許文献３）に開示された技術は、ゴムの動きで空気のリークを防止するものであるが、空気の流れが弱いと、ゴム板の孔部分が弁座板にくっつかない場合もある。また、ゴム材の劣化により同様なことが起こる場合もある。企図される動作を実現するためには吸着面に設ける多数の孔の径をある程度大きくする必要があり、そうすると吸着面積の小さい、または特殊・複雑な形状をもった被吸着物の場合、被吸着物が吸着できなくなる場合もある。
【００１１】
一般的に、研削、研磨、切断用の真空吸着盤に使用される真空ポンプの出力は０．２〜１．５ｋｗ（０．２６〜２．０馬力）である。一方、搬送用に使用される真空ポンプの出力は、一般的に０．１ｋｗ以下（０．１３馬力以下）である。研削、研磨、切断作業においては、被吸着物を例えば砥石などで研削、研磨、切断の作業を行うので被吸着物に外力が加わる。その際、真空ポンプの出力が不足すると吸引力が不足し被吸着物の固定ができなくなるため、研削、研磨、切断時には、搬送時より高い真空ポンプの出力が要求される。本願発明においては、搬送用は勿論、研削、研磨、切断作業においても被吸着物を十分に固定し、研削、研磨、切断作業が支障なく行えるようにしなければならない。
【００１２】
したがって、本発明の課題は、これらの従来技術の欠点を克服し、種々の寸法・形状を有する多品種の被吸着物について加工および搬送が効率的に実施できる真空吸着盤を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、真空引きにより吸着面に被吸着物を固定する真空吸着盤であって、
被吸着物が吸着する吸着面を構成し、かつ多数の吸着穴が設けられた吸着面部材と、
前記吸着面部材の吸着面と平行な面に接合し、かつ前記吸着穴と連通し、前記吸着穴の直径より小さい直径を有する多数の小径真空吸着穴が設けられた小径真空吸着穴部材と、
前記小径真空吸着穴部材と接合し、真空経路形成のための通気路及び吸引路が設けられた支持部材とを含み、
前記小径真空吸着穴部材の厚みが、前記吸着面部材の厚みより厚く、５ｍｍ〜２５ｍｍであり、
前記小径真空吸着穴の直径が、０．０６４ｍｍ〜０．２５ｍｍであり、
前記吸着穴の総面積が、前記吸着面の面積に対して、３０％〜７０％である
ことを特徴とする前記真空吸着盤を提供する。
【００１４】
本発明の真空吸着盤は、一実施形態において、内径が０．０６４ｍｍ〜０．２５ｍｍで、長さが５ｍｍ〜２５ｍｍであるチューブ体を小径真空吸着穴部材に挿入して、小径真空吸着穴が形成されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の真空吸着盤は、一実施形態において、吸着穴に多孔質体を挿入したことを特徴とする。
また、本発明の真空吸着盤は、一実施形態において、小径真空吸着穴にピアノ線を挿入したことを特徴とする。
【００１６】
更に、本発明の真空吸着盤は、一実施形態において、被吸着物の吸着力が２０Ｎ以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、種々の寸法・形状を有する多品種の被吸着物について、研削、研磨、切断作業が支障なく行うことができ、また、加えて搬送が効率的に実施できる真空吸着盤を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１−１】図１−１は、従来の真空吸着盤を示す断面図である。
【図１−２】図１−２は、従来の真空吸着盤の使用形態を示す図である。
【図２】図２は、本発明の真空吸着盤の一実施形態を示す上面図である
【図３−１】図３−１は、本発明の真空吸着盤の一実施形態を示す断面図である。
【図３−２】図３−２は、本発明の真空吸着盤の一実施形態を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の真空吸着盤の一実施形態を示す上面図である。
【図５】図５は、本発明の真空吸着盤の一実施形態を示す拡大図である。
【図６−１】図６−１は、本発明の真空吸着盤の別の実施形態を示す断面図である。
【図６−２】図６−２は、本発明の真空吸着盤の別の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１ 吸着面
２ 吸着穴
３ 吸着面部材
４ 多孔質部材
５ 小径真空吸着穴
６ 小径真空吸着穴部材
７ 通気路
８ 吸引路
９ 支持部材
１０ 被吸着物
１１−１ 空気の流れ（大気圧）
１１−２ 吸着穴２を通過し小径真空吸着穴５に流入する空気の流れ（圧力は大気圧より減少）
１１−３ 小径真空吸着穴５を通過する空気の流れ（圧力は更に減少する）
１２ チューブ体
１０１ 吸着部材
１０２ 支持部材
１０３ 空洞
１０４ 吸引穴
１０５ 被吸着物
１０６ 吸引穴における空気の流れ（真空ポンプにつながる）
１０７ 被吸着物（吸着部より面積が小さい）
１０８ 吸着部材上部における空気の流れ
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の真空吸着盤を以下に図を参照しながら説明する。
図２は、本発明の真空吸着盤の一実施形態を示す上面図である。
本発明の真空吸着盤には、被吸着物が吸着する吸着面１に多数の吸着穴２が設けられている。吸着穴２は、種々の寸法・形状を有する多品種の被吸着物の加工および輸送が効率的に実施できるよう、その径を小さくする必要がある。本発明の一実施形態として具体的には、吸着穴２の最大直径はφ１６ｍｍ以下であり、作製コストの観点と本発明の効果をより発揮させるためには、吸着穴２の最小直径はφ３ｍｍである。吸着穴２の直径がφ１６ｍｍを越えると、種々の寸法・形状を有する多品種の被吸着物、特に吸着面積が小さい被吸着物の加工および搬送を効率的に実施することができず、吸着穴２の直径がφ３ｍｍより小さいと、製作コストが増大し経済的に好ましくない。望ましくは、吸着穴２の直径は、φ３ｍｍ〜φ１４ｍｍ、好ましくはφ３ｍｍ〜φ１２ｍｍ、より好ましくはφ３ｍｍ〜φ１０ｍｍ、更により好ましくはφ４ｍｍ〜φ１０ｍｍ、最も好ましくはφ４ｍｍ〜φ８ｍｍである。
【００２１】
吸着穴２の直径は、必ずしも単一である必要はなく、上述の範囲であれば複数の吸着穴で異なる直径を有していてもよい。
吸着穴２の総面積は、吸着面の面積に対して、３０％〜７０％であることができる。
【００２２】
３０％より少ないと種々の寸法・形状を有する多品種の被吸着物の加工に対応することができない。７０％より多いと空気のリークが多くなり、被吸着物の吸着力が低下するからである。
【００２３】
他の実施形態として、吸着穴２の総面積は、吸着面の面積に対して、３０％〜７０％の範囲内であることを条件に、多数の吸着穴２の一部において直径がφ１６ｍｍを越えてもよい。その場合他の吸着穴２の直径はφ１６ｍｍ以下で調整することが望ましい。
【００２４】
本発明の真空吸着盤において、吸着面１の形状は、四角形状または円形状であることができ、また他の形状、例えば多角形状であってもよい。吸着面の寸法は、四角形状においては一辺の長さが最小５０ｍｍ、最大３５０ｍｍであることができ、円形状においては直径が最小φ５０ｍｍ、最大３５０ｍｍであることができる。
【００２５】
図３−１は、本発明の真空吸着盤の一実施形態を示す断面図である。
本発明の真空吸着盤は、被吸着物が吸着する吸着面１を構成し、かつ多数の吸着穴２が設けられた吸着面部材３と、吸着面部材３の吸着面１と平行な面に接合し、かつ吸着穴２と連通し、吸着穴２の直径より小さい直径を有する多数の小径真空吸着穴５が設けられた小径真空吸着穴部材６と、小径真空吸着穴部材６と接合し、真空経路形成のための通気路７及び吸引路８が設けられた支持部材９とから構成される。
【００２６】
吸着面部材３の材質は、ピンホール等による空気リークが起こらないこと及び作業中の外力で破壊しない強度を有することを条件として、有機質材料、金属材料、無機質材料等を使用することができる。
【００２７】
吸着面部材３の吸着穴２と小径真空吸着穴部材６の小径真空吸着穴５とは、それぞれ支持部材９の通気路７と連通するような位置に配置される。これにより、支持部材９の吸引路８から真空ポンプで吸引することにより、吸引路８、通気路７、小径真空吸着穴５、吸着穴２を通して空気流動が可能である。
【００２８】
小径真空吸着穴部材６の材質は、吸着面部材３と同様に、ピンホール等による空気リークが起こらないこと及び作業中の外力で破壊しない強度を有することを条件として、有機質材料、金属材料、無機質材料等を使用することができる。
【００２９】
吸着穴２の内部には、図３−１に示すように、任意の構成要素として多孔質部材４が設置されていてもよい。この多孔質部材４は、厚みが薄い平板状の被吸着物に対して本発明の真空吸着盤を使用する場合に、吸着面１と接する被吸着物の接触面に、真空吸着の圧力で吸着穴２による変形を生じることを防止するために役立つ。そのような心配がない被吸着物の場合は多孔質部材４を設置する必要はない。
【００３０】
多孔質部材４の材質は、特に限定されないが、有機系、無機系、金属系の材料等を使用することができる。多孔質部材４の材質は、経時的な劣化、吸着時の変形、通気性部材吸着面部材３からの材料の転写による被吸着物の品質低下などがなく、製造しやすいという理由から、好ましくは無機材料であり、より好ましくは多孔質のセラミック材料である。セラミックとしては、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素などの種々のセラミックが挙げられる。これらのセラミックを多孔質とするには、さまざまな方法があるが、本発明において用いるためには、空気が流通できるように各々の気孔を連通させる必要がある。そのためには、例えば、セラミックを所定の大きさの粒子状にし、この粒子をガラスなどで固めて焼成すればよい。そのようなセラミック多孔質体としては、例えば、粒度Ｆ２２０〜♯８００（ＪＩＳ Ｒ６００１による。Ｆ２２０は表４の最小粒度、＃８００は表７及び表８による。）のアルミナ粉末又は炭化珪素粉末を主成分とし連続気孔を形成したセラミック多孔質体で、その気孔径が２μｍ〜５０μｍで、気孔体積率が３０％〜５０％の周知の材料を使用することができる。具体的には、ビトリファイドの研削砥石を流用することができる。この方法によれば、確実に各々の気孔を連通させられるとともに、粒子径を調整することで、容易に気孔径を調整することができる。
最終的に空気の流動が阻害されることがなければよい。
【００３１】
多孔質部材４は、少なくともその表面が吸着面部材３の吸着面１と同一平面を形成するように配置すればよく、吸着穴２の深さ方向に対する制限はない。したがって、多孔質部材４は、一の態様においては、図３−１に示すように吸着穴２の深さ全体を充填するように配置することができ、別の態様においては、図３−２に示すように吸着穴２の深さ方向の一部を充填するように配置することができる。
【００３２】
図４は、本発明の真空吸着盤の一実施形態を示す上面図であり、図５は、本発明の真空吸着盤の一実施形態を示す拡大図である。
図４及び図５において、被吸着物１０は吸着面部材３に吸着されており、被吸着物１０の面積は吸着面部材３の吸着面１の面積より小さい。
【００３３】
図５において、被吸着物１０により覆われた吸着穴２においては、吸着作業時に空気の流れ１１−１（大気圧）が負荷されるが、被吸着物１０により空気の流れが遮断され、真空吸着盤内部の真空度と大気圧の圧力差により被吸着物１０が吸着面部材３の吸着面上に保持される。
【００３４】
一方、被吸着物１０により覆われていない吸着穴２においては、吸着作業時に空気の流れ１１−１（大気圧）により空気が吸着穴２に流入する。そして、空気は吸着穴２を通過し、小径真空吸着穴５に流入するが、このとき空気の流れ１１−２の圧力は大気圧より減少し、空気流入量も減少する。そして、小径真空吸着穴５を通過する間に、空気の流れ１１−３の圧力は更に減少し、空気流入量も減少する。
【００３５】
本発明では、被吸着物１０の面積が吸着面部材３の吸着面１の面積より小さい場合、非吸着部の吸着穴２より空気が流入するが、上記の作用により空気流入量は最小限にとどめられる結果、被吸着物１０の吸着面１上への固定が維持される。理論に縛られることを意図するものではないが、これは以下の機構により達成されるものと考える。
【００３６】
まず、形状による損失がある。形状の損失には、流入口の形状、管内径の変化、急激な曲がり、弁類、流入出口の形状などによる損失があり、本発明の真空吸着盤においては、径の大きい吸着穴２から径の小さい小径真空吸着穴５に流入する管内径の変化により空気の流入量が減少する（図５の１１−２）。吸着穴２と小径真空吸着穴５のそれぞれの径の差が大きいほど効果的である。
【００３７】
更に、管路摩擦がある。管路摩擦は、管路内面の粗さや流体の粘性などにより生じる。径の小さい小径真空吸着穴５を空気が通過するとき、小径真空吸着穴５の管路内面の粗さなどによる管路摩擦により空気流入量が減少する（図５の１１−３）。管路摩擦による空気流入量の減少は小径真空吸着穴５の空気の流れ方向における寸法が長いほど、言い換えれば小径真空吸着穴部材６の厚みが厚いほど効果的である。
【００３８】
その結果、図５の１１−２と１１−３に示す空気流入量減少の相乗作用により、真空吸着盤内への空気の流入が抑制され、被吸着物１０が吸着面部材の３の吸着面１上に保持されるに十分な真空度が確保でき、被吸着物の加工および搬送が効率的に実施でき本発明の効果を達成することができる。
【００３９】
小径真空吸着穴部材６の小径真空吸着穴５の直径は、φ０．２５ｍｍ〜φ０．０６４ｍｍであることができる。最大直径がφ０．２５ｍｍを超えると、空気の流量が多くなるため本発明の効果を発揮することができず、最小直径がφ０．０６４ｍｍより小さい場合、製作コストが増大し経済的に好ましくない。また場合によれば被吸着物を固定する力が不足する場合がある。
【００４０】
本発明実施品が使用される機械・設備等において本発明実施品のスペースはある程度の制限があることを考慮し、かつ、本発明の効果を十分に発揮させるために、本発明の真空吸着盤は、吸着面部材３より小径真空吸着穴部材６の厚みを厚くする必要がある。
【００４１】
小径真空吸着穴部材６の厚みは、すなわち、小径真空吸着穴５の厚み（空気の流れ方向の寸法）であり、本発明の効果を発揮させるために重要な要素である。小径真空吸着穴部材６（小径真空吸着穴５）の最小厚みは５ｍｍであり、最大厚みは２５ｍｍである。本発明の効果を発揮するためには、小径真空吸着穴部材６（小径真空吸着穴５）の厚みは少なくとも５ｍｍ必要である。小径真空吸着穴部材６（小径真空吸着穴５）の厚みが２５ｍｍより厚くなると、設置機械・設備への負担が増大し、場合によっては設置スペースが確保できなくなる可能性がある。
【００４２】
吸着面部材３の最小厚みは１ｍｍであり、最大厚みは５ｍｍであるが、小径真空吸着穴部材６の厚みより厚くなることはない。吸着面部材３の厚みが５ｍｍを超えると、設置機械・設備への負担が増大し、場合によっては設置スペースが確保できなくなる可能性がある。本発明の作用・効果に影響を与える小径真空吸着穴部材６の十分な厚みを確保するため、吸着面部材３の厚みは最大５ｍｍまでである。
【００４３】
図６−１及び図６−２は、本発明の真空吸着盤の別の実施形態を示す断面図である。
図６−１及び図６−２に示すように、小径真空吸着穴５は、内径がφ０．２５ｍｍ〜φ０．０６４ｍｍであるチューブ体１２を小径真空吸着穴部材６に挿入することにより、所定の穴径とすることができる。図６−１は、図３−１に示す態様と同様に吸着穴の深さ全体を充填するように多孔質部材４を配置したものであり、図６−２は、図３−２に示す態様と同様に吸着穴の深さ方向の一部を充填するように多孔質部材４を配置したものである。
【００４４】
チューブ体とチューブ体を挿入する穴との間には、リークを防止するために、例えば、接着剤で固定するか、あるいは、ゴム製のＯリングを挟み込むことが好ましい。
図６−１及び図６−２に示すチューブ体により小径真空吸着穴を形成する利点は、小径真空吸着穴部材６に所望の正確な径を有する多数の穴を開けることは手間がかかり、製作費用が増大する点にある。一方、チューブ体を使用すれば、挿入に支障ない穴を開ければよいので手間も省け製作費用も増大しない。
【００４５】
チューブ体１２の挿入においては、小径真空吸着穴部材６が例えば５ｍｍより薄いと挿入に手間がかかり実用的でない。この点からも小径真空吸着穴部材６の厚みは、少なくとも５ｍｍは必要である。
【００４６】
その他、小径真空吸着穴５の径を調整する方法として、所望の断面積をもった線材（例えばピアノ線）を小径真空吸着穴５又はチューブ体１２の内径部に挿入して空間を充填することにより、小径真空吸着穴を所望の内径としてもよい。これにより、内径がφ０．２５ｍｍ〜φ０．０６４ｍｍの小径真空吸着穴５を配置したのと同様な効果を得ることができる。加えて、線材（例えば、ピアノ線）を挿入することにより壁抵抗が増し、本発明の更なる効果を発揮することが見込まれる。
【００４７】
本発明の真空吸着盤に関して使用される機械・設備を考慮し、支持部材９の厚みは、少なくとも１０ｍｍ必要である。吸着面部材３、小径真空吸着穴部材６、及び支持部材９の合計厚みが４０ｍｍ以上となると、製作コストが増大し、更に重量が重くなることによる設置機械・設備への負担が増大する。場合によっては設置スペースが確保できなくなる可能性がある。前述の吸着面部材及び小径真空吸着穴部材の厚みは、このような制約と本発明の効果発現を考慮して定められた。
【００４８】
被吸着物１０の面積が吸着面の面積より小さい時、吸着穴２は被吸着物１０に覆われることがない箇所が発生するが、本発明の真空吸着盤は、吸着面積が２０％以上であることが必要である。ここで、吸着面積は、吸着穴２の合計の面積に対して、被吸着物１０により覆われる吸着穴２の割合をいうものとする。
【００４９】
前述のように、本発明の真空吸着盤においては、構造上、被吸着物１０に覆われない吸着穴２から真空吸引により空気が侵入するが、その空気侵入を最小限に留めることが重要である。吸着面積が２０％より小さい、すなわち、被吸着物１０に覆われない吸着穴２が吸着穴全体の８０％を超えると、空気の侵入が多くなり、吸着盤内の真空度が減少し、被吸着物１０を十分に吸着できない。
【００５０】
尚、吸着面積が２０％より小さい場合は、特開２００８−１８７０９８号公報（特許文献２）に記載された方法でも吸着できない可能性が高いと考えられる。そもそも吸着面積が小さいので被吸着物の吸着力が相対的に小さいからである。
【００５１】
吸着面積は、望ましくは、２５％以上、３０％以上、３５％以上、４０％以上、４５％以上、５０％以上、５５％以上、６０％以上、６５％以上、７０％以上、７５％以上、８０％以上、８５％以上、９０％以上、９５％以上である。
【００５２】
吸着面積が１００％の場合は、本発明の真空吸着盤はもちろんのこと、従来の真空吸着盤も使用することができる。しかし、その場合、本発明の真空吸着盤を使用すると、吸着面積１００％の被吸着物１０での作業を行った後（前でもよい）、それより吸着面積の小さい（２０％以上）被吸着物１０を用いて作業を行う際に、機械設備の変更、真空吸着盤の取替えを行う必要がなく、作業が効率化する点で有利である。
【００５３】
本発明の真空吸着盤の効果は吸着力により特徴付けることができる。吸着力が２０Ｎより小さい場合は、被吸着物を吸着する力は不足し、研削中被吸着物の固定ができない。
吸着力が２０Ｎ以上の場合の真空吸着盤内部の気圧は、大気圧１０１．３２５×１０３ｋＰａに対し、６３．８×１０３〜５．３×１０３ｋＰａとなり、被吸着物１０が固定され被吸着物１０の加工および搬送が支障なく実施できる。
【００５４】
更に、本発明の真空吸着盤において、真空吸着盤内部への空気流入量は、最小０．８Ｌ／ｍｉｎから最大１０２Ｌ／ｍｉｎである。空気流入量が最大値より高い場合、または最小値未満の場合は被吸着物１０が固定できない。
【実施例】
【００５５】
試験例１ 吸引力テスト
本試験例においては、本発明にしたがった真空吸着盤を作成し、その吸着力を測定した。
【００５６】
真空吸着盤の吸着面は四角形状とし、吸着面の寸法は１１０ｍｍ角とした。
吸着穴の間隔は１ｍｍとし、吸着穴の直径は１６ｍｍ又は５ｍｍとし、φ１６ｍｍでは穴数３６個、φ５ｍｍでは穴数２５６個とした。吸着穴の総面積は、吸着面の面積に対して、φ１６ｍｍで約６０％、φ５ｍｍで約４２％である。吸着穴には、その直径と同径で同体積のセラミック製の多孔質部材を配置した。そして吸着面とセラミック製多孔質部材は同一平面において平坦になるよう加工した。
【００５７】
小径真空吸着穴は所定の位置にΦ３ｍｍの穴を開けた。所望の内径を持つエスエイエス社製の品番ＪＲ−Ｔ−６００１（内径Φ０．２５ｍｍ）、ＪＲ−Ｔ−５９９９（内径Φ０．１３ｍｍ）、ＪＲ−ＴＰ−５９９８（内径Φ０．０６４ｍｍ）（外径は全てΦ１．５９ｍｍ）の商品名ピークチューブを所定長さに加工して、小径真空吸着穴に挿入し、その隙間はＮＯＫ社製のＯリング（ゴム製部材）、型式０３３８７−Ａ００及びＡＳ５６８−００２Ａを２つ挟みリークを防止した。
【００５８】
吸着面部材の厚みは４．５ｍｍとし、小径真空吸着穴部材の厚みは各比較例及び実施例において適宜変更した。
更に、通気路７及び吸引路８を形成した支持部材９を設置して、真空吸着盤を組み立てた。
【００５９】
得られた真空吸着盤について、ULVAC社製：型式ＤＡ−１２１Ｄ、出力０．４ｋｗ（０．５３馬力）の真空ポンプにより真空吸引を行った。被吸着物として厚み１ｍｍ、直径３インチのシリコンウエハーを真空吸着盤の吸着面に載せた。吸着面積（吸着穴の合計の面積に対して被吸着物により覆われる吸着穴の割合）は約４０〜４５％である。
【００６０】
真空度は、KEYENCE社製：型式ＣＵ−２１Ａにより測定し、空気吸引量は、山武（azbil）社製：型式ＣＭＳ００２０の圧力測定器を真空吸着盤と真空ポンプの間の管に装着して測定した。
【００６１】
吸着力は、AIKOH ENGINEERING社製デジタルゲージ：型式ＲＸ−２０で被吸着物の側面を押付け、その押付け力を測定した。
結果を次の表１に示す。
【００６２】
【表１】
【００６３】
試験例２ 研削テスト
本試験例においては、本発明の真空吸着盤を用いて研削テストを行った場合、正常に研削作業ができるかどうかを確認した。
【００６４】
各条件は以下のとおりである。
研削条件
１）砥石
仕様： ＳＤ４００Ｆ１００ＶＤ７（クレトイシ株式会社製）
寸法： φ３５０×２０×φ１５２．４ｍｍ
２）被削材
４インチ アルミナ
３）研削液
なし
４）研削盤
種類： ワシノ製ロータリー平面研削盤
形式： ＳＳ−５０１Ｎ
５）真空ユニット
種類： Fuji Engineering社製 バキューム ユニット マークIII
型式： Type-D（旧V5）
６）ドレス条件
ドレッサ： ＧＣ１００Ｇ８Ｖ（φ３５５×３０×φ７６ｍｍ）
ドレッサ回転数： ８０rev／min
ドレスリード: ２ｍｍ／rev
ドレス切込み： φ２μｍ／pass
ドレス回数： １００回
7）研削条件
研削方式： 乾式トラバース研削
砥石周速度： ２３ｍ／ｓ
被削材周速度： １．５ｍ／ｓ
周速度比： １５．３
研削切込： 粗研削 ２μｍ／pass ７回
仕上げ研削： １μｍ／pass ６回
取り代： ０．０２ｍｍ
スパークアウト： １回
試験例１で作成した比較例１、比較例４、実施例１、実施例５、実施例６、実施例９、実施例１０の構成の真空吸着盤を使用して研削テストを行った。
【００６５】
結果
比較例１、比較例４の真空吸着盤では、研削初期に被吸着物の位置ズレが発生したため、それ以降の研削テストを中止した。この場合、小径真空吸着穴径が大きいため真空吸着盤内に流入する空気流量が多くなる。そのため被吸着物を吸着するに必要な真空度（Ｐa）を確保することができず吸着力が小さい値となった。
【００６６】
一方、実施例１、実施例５、実施例６、実施例９、実施例１０の真空吸着盤では、被吸着物の位置ズレは発生せず良好に固定され研削テストを完了した。
実施例１の真空吸着盤の吸着力は２１．８Ｎであった。一方、比較例４の吸着力は１８．９Ｎであった。したがって、吸着力２０Ｎが研削可能かどうかの境目であることが判明した。
【００６７】
その時、真空度の範囲は１．３ｋＰａから５８．３ｋＰａの範囲であった。空気流量は１．０Ｌ／ｍｉｎ以上７１．６Ｌ／ｍｉｎ以下の範囲であった。
試験例１を考慮すると、小径真空吸着穴径が０．０６４ｍｍ〜０．２５ｍｍで、小径真空吸着穴径の厚みが５ｍｍ〜２５ｍｍの範囲において本発明の効果が発揮された。小径真空吸着穴径φ０．０６４ｍｍ、小径真空吸着穴厚み５ｍｍと９ｍｍは、被吸着物の位置ズレが発生せず研削を行うことができ、良好であるが、小径真空吸着穴厚みが厚くなると吸着力が下がる傾向となった。小径真空吸着穴径が小さくなり、且つ小径真空吸着穴厚みが厚くなると真空吸着盤内へ流入する空気流量が少なくなる傾向にある。その場合、吸着力が低下する不具合が発生する可能性がある。
【００６８】
これに関しては、電気掃除機の吸引力を表す目安として利用されている吸引仕事率を示す。小径真空吸着穴径０．０１３ｍｍより小さくかつ０．０６４ｍｍつまり本発明では小径真空吸着穴径が小さいときに適用される。
【００６９】
吸引仕事率（Ｗ）＝０．０１６６６×真空度（Ｐa）×空気流量（ｍ３／ｍｉｎ）
この数値が大きいほど、吸引力が優れることになる。
本発明においては、小径真空吸着穴径が０．０６４ｍｍで小径真空吸着穴厚みが厚くなるにしたがって本真空吸着盤内への空気の流量が急激に少なくなる（表１）。
【００７０】
上記式によると空気流量（ｍ３／ｍｉｎ）が急激に少なくなるので吸引仕事率（Ｗ）が低下するという結果となる。
小径真空吸着穴径が０．０６４ｍｍで小径真空吸着穴厚み２５ｍｍとなると吸着力が２０Ｎより少し大きい値であるので被吸着物が吸着される限界値下限付近である。
【００７１】
真空吸着盤への空気流量と吸着力の関係は小径真空吸着穴径が小さくなり、且つ小径真空吸着穴厚みが厚くなるとき吸引仕事率が低下する。具体的には空気流量が１〜１．３リットル／ｍｉｎを境に急激に吸引仕事率が低下し、結果吸着力が低下するものと考えられる。
【００７２】
このことより小径真空吸着穴径が小さくなるに従って真空吸着盤内への空気の流量が少ないと吸着力が下がる傾向にあり、小径真空吸着穴の直径がφ０．０６４ｍｍより小さいと本発明の効果が発揮されないと考えられる。
【００７３】
試験例３ 研削テスト
試験例２において被吸着物（被削材）を直径２インチのシリコンウエハー（寸法：約５０．８ｍｍ（直径）×０．５ｍｍ（厚み））に変更し、実施例１と実施例１０の構成の真空吸着盤を使用して、湿式平面トラバース研削を行った。吸着面積は約２０％である。研削液は、クレカットＮＳ２０１（２％）を使用した。
【００７４】
結果
被吸着物の位置ズレは発生せず良好に固定され研削テストが完了した。
これらの条件で試験例１と同様に吸着テストを行った結果を以下に示す。
【００７５】
【表２】
【００７６】
上表から、試験例１及び試験例２の結果は矛盾しないことが確認された。しかし、吸着力、真空度、及び空気流量から見ると、正常に研削作業ができる境目なので、吸着面積が２０％より下回れば被吸着物の位置ズレが発生すると考えられる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空引きにより吸着面に被吸着物を固定する真空吸着盤であって、
被吸着物が吸着する吸着面を構成し、かつ多数の吸着穴が設けられた吸着面部材と、
前記吸着面部材の吸着面と平行な面に接合し、かつ前記吸着穴と連通し、前記吸着穴の直径より小さい直径を有する多数の小径真空吸着穴が設けられた小径真空吸着穴部材と、
前記小径真空吸着穴部材と接合し、真空経路形成のための通気路及び吸引路が設けられた支持部材とを含み、
前記小径真空吸着穴部材の厚みが、前記吸着面部材の厚みより厚く、５ｍｍ〜２５ｍｍであり、
前記小径真空吸着穴の直径が、０．０６４ｍｍ〜０．２５ｍｍであり、
前記吸着穴の総面積が、前記吸着面の面積に対して、３０％〜７０％である
ことを特徴とする前記真空吸着盤。
【請求項２】
内径が０．０６４ｍｍ〜０．２５ｍｍで、長さが５ｍｍ〜２５ｍｍであるチューブ体を小径真空吸着穴部材に挿入して、小径真空吸着穴が形成されることを特徴とする、請求項１記載の真空吸着盤。
【請求項３】
吸着穴に多孔質体を挿入したことを特徴とする、請求項１又は２記載の真空吸着盤。
【請求項４】
小径真空吸着穴にピアノ線を挿入したことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の真空吸着盤。
【請求項５】
被吸着物の吸着力が２０Ｎ以上であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の真空吸着盤。
【請求項１】
真空引きにより吸着面に被吸着物を固定する真空吸着盤であって、
被吸着物が吸着する吸着面を構成し、かつ多数の吸着穴が設けられた吸着面部材と、
前記吸着面部材の吸着面と平行な面に接合し、かつ前記吸着穴と連通し、前記吸着穴の直径より小さい直径を有する多数の小径真空吸着穴が設けられた小径真空吸着穴部材と、
前記小径真空吸着穴部材と接合し、真空経路形成のための通気路及び吸引路が設けられた支持部材とを含み、
前記小径真空吸着穴部材の厚みが、前記吸着面部材の厚みより厚く、５ｍｍ〜２５ｍｍであり、
前記小径真空吸着穴の直径が、０．０６４ｍｍ〜０．２５ｍｍであり、
前記吸着穴の総面積が、前記吸着面の面積に対して、３０％〜７０％である
ことを特徴とする前記真空吸着盤。
【請求項２】
内径が０．０６４ｍｍ〜０．２５ｍｍで、長さが５ｍｍ〜２５ｍｍであるチューブ体を小径真空吸着穴部材に挿入して、小径真空吸着穴が形成されることを特徴とする、請求項１記載の真空吸着盤。
【請求項３】
吸着穴に多孔質体を挿入したことを特徴とする、請求項１又は２記載の真空吸着盤。
【請求項４】
小径真空吸着穴にピアノ線を挿入したことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の真空吸着盤。
【請求項５】
被吸着物の吸着力が２０Ｎ以上であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の真空吸着盤。
【図１−１】
【図１−２】
【図２】
【図３−１】
【図３−２】
【図４】
【図５】
【図６−１】
【図６−２】
【図１−２】
【図２】
【図３−１】
【図３−２】
【図４】
【図５】
【図６−１】
【図６−２】
【公開番号】特開２０１２−４５６４４（Ｐ２０１２−４５６４４Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８７８４６（Ｐ２０１０−１８７８４６）
【出願日】平成２２年８月２５日（２０１０．８．２５）
【出願人】（３９００３０３５１）クレトイシ株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２５日（２０１０．８．２５）
【出願人】（３９００３０３５１）クレトイシ株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
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