JP2008260071A - 真空吸着盤 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、部分吸引、すなわち、被吸着物の寸法・形状に合わせて、吸着部材表面のうち必要な領域のみの吸引を可能とする真空吸着盤を提供することを課題とする。
【解決手段】 被吸着物と接触する吸着面に多数の吸着穴を設けた真空吸着盤であって、通気穴を有する第一の永久磁石を前記吸着穴の各々の内部の底部に固定し、第二の永久磁石を、前記吸着穴内部において可動であるように前記第一の永久磁石の上部に配置し、前記第一の永久磁石と前記第二の永久磁石の対向面が互いに反発する磁極を有することを特徴とする、前記真空吸着盤。
【選択図】 図３

Description

本発明は、研削、研磨、切断などの加工を行うとき、または搬送するときに、対象物を保持するための真空吸着盤に関するものである。

磁気による吸引力が作用しない非金属部材や磁性を嫌う部材について、研削、研磨、切断などの加工を行うとき、または搬送するときには、真空を利用して対象物を吸着保持する真空吸着盤が使用されている。従来の真空吸着盤の典型的な構造としては、図１に示すようなものが挙げられる（特許文献１図４参照）。図１において、真空吸着盤１は、多孔質セラミックから形成される吸着部材２を支持部材３により接合固定した構造を有する。支持部材３の下部中央には、真空ポンプにより吸引するための吸引穴４が設けられる。この吸引穴４を通じて真空ポンプにより吸引し（空気吸引７）、吸着部材２と支持部材３の間の空洞部５を減圧状態とすることにより、被吸着物６が吸着部材２上に吸着保持される。

上記のような従来の真空吸着盤においては、吸着部材（すなわち真空吸着盤）の寸法・形状は、被吸着物の寸法・形状に適合したものであることを要する。例えば、図２に示すように、被吸着物６が吸着部材２（真空吸着盤１）に比べて小さい場合、吸着部材２の吸着面２ａには被吸着物６と接触していない領域が生ずることとなり、真空ポンプにより吸引穴４を通じて吸引しても、非接触領域から空気を吸い込んでしまうため（空気の流れ８）、被吸着物６の吸着力は弱くなるか、あるいは吸着されなくなってしまう（図２）。

最近のものづくりにおいては少量多品種を取扱う場合が多く、寸法・形状が異なるものを多種類生産することが求められている。個々の被吸着物の寸法・形状に合わせて真空吸着盤を変更して使用すると、真空吸着盤の製作にかかる設備コストが高くなり、また被吸着物が変わるたびに真空吸着盤を変更する手間がかかるという不都合がある。

そこで、部分吸引、すなわち、被吸着物の寸法・形状に合わせて、吸着部材表面のうち必要な領域のみの吸引を可能とする真空吸着盤の例が開示されている。
第一の例としては、真空吸着盤の吸着面に多数の吸入孔が設けられたものが開示されている（特許文献２参照）。被吸着物を吸着保持するときには、被吸着物と接触しない吸入孔の上に磁性球を載置して閉塞することにより、空気のリークを防止することができる。真空吸着盤の使用後には、磁石を用いて磁性球を取り除くことにより吸入孔を開放することにより、再び使用される。

別の例としては、被吸着物を吸着するための吸着面を有するテーブル本体と、その吸着面において開口する複数の真空引き用連通路と、前記連通路のうちの少なくとも一部のものを閉塞する閉塞体とを備えた真空吸着テーブルであって、前記閉塞体を磁石に対して吸着される材料または反発する材料からなるものとし、同閉塞体を前記各連通路上に設けられた移動空間内に閉塞位置と開放位置との間を移動可能に収容したことを特徴とする真空吸着テーブルが開示されている（特許文献３請求項１参照）。
特開平６−８０８６号公報 特開昭６３−１０９９３４号公報 特開平１０−２４９６６３号公報

本発明は、部分吸引、すなわち、被吸着物の寸法・形状に合わせて、吸着部材表面のうち必要な領域のみの吸引を可能とする真空吸着盤を提供することを課題とする。
従来技術として特許文献２に開示される技術は、被吸着物が吸着されない（載置されない）吸着穴を磁性球により閉塞するものであるが、かかる前処理を要するため手間がかかる。吸着面には多数の吸着穴が設けられているため、被吸着部の吸着穴すべてを磁性球により閉塞する際、磁性球の載置モレがあると空気がリークして吸着力が弱くなり被吸着物が吸着されない可能性がある。また、吸着作業が完了する度に磁性球を回収するという後処理を要するため手間がかかり、磁性球の回収が不完全であると次の被吸着物が吸着されない可能性もある。

更に、特許文献３に開示される技術は、吸着面に設けられた吸引穴の各々について、磁性材料からなる閉塞体を磁石により移動させることにより吸引穴を閉塞又は開放させるものであるが、多数の吸引穴の各々について上記作業をするのは非常に手間がかかる。また、閉塞体による閉塞・開放の位置を間違えると、空気のリークや被吸着物が吸着保持されないという不具合が発生する可能性もある。

本発明は、これらの従来技術の欠点を解消した真空吸着盤を提供することを課題とする。

本発明は、被吸着物と接触する吸着面に多数の吸着穴を設けた真空吸着盤であって、通気穴を有する第一の永久磁石を前記吸着穴の各々の内部の底部に固定し、第二の永久磁石を、前記吸着穴内部において可動であるように前記第一の永久磁石の上部に配置し、前記第一の永久磁石と前記第二の永久磁石の対向面が互いに反発する磁極を有することを特徴とする、前記真空吸着盤を提供する。

本発明の真空吸着盤は、好ましくは、吸着面において、通気性のある部材を通気穴に配置したことを特徴とする。また、別の態様において、好ましくは、吸着面において、多孔質のセラミック製部材を通気穴に配置したことを特徴とする。

また、本発明の真空吸着盤は、好ましくは、第一の永久磁石と第二の永久磁石の対向面にコーティングを施したことを特徴とする。

本発明によれば、部分吸引、すなわち、被吸着物の寸法・形状に合わせて、吸着部材表面のうち必要な領域のみの吸引を可能とする真空吸着盤が提供される。本発明の真空吸着盤は、被吸着物の寸法・形状に依存することなく、そのまま使用することができるため、加工や搬送を効率的に行うことができる。本発明の真空吸着盤は、従来技術におけるように、吸着作業の度に前処理・後処理を行う手間がなく、被吸着物の寸法・形状に依存することなく良好に部分吸引を行うことが可能となる。特に、被吸着物が少量多品種である場合には、効率的な作業が可能となる。

本発明の真空吸着盤の実施形態を以下に図を参照しながら説明する。
本発明の真空吸着盤は、被吸着物と接触する吸着面に多数の吸着穴を設けた真空吸着盤であって、通気穴を有する第一の永久磁石を前記吸着穴の各々の内部の底部に固定し、前記第一の永久磁石に反発する磁極を有する第二の永久磁石を、前記吸着穴内部において可動であるように、前記第一の永久磁石の上部に配置したことを特徴とするものである。

図３は、本発明の真空吸着盤の一態様を示す断面図である。図３において、真空吸着盤１０１は、多数の吸着穴１０２が設けられた吸着面１０２ａと、吸着面１０２ａを支持する支持部１０３により構成される。支持部１０３には、真空ポンプにより吸引するための吸引穴１０４が設けられる。吸着面１０２ａには、後述する図６（ｃ）の態様と同様に、通気性のある部材１１１が通気穴１０２に配置されている。

各吸着穴１０２の内部には、第一の永久磁石１０５及び第二の永久磁石１０６が配置される。第一の永久磁石１０５は、通気穴１０５ａを有し、吸着穴１０２の底部に固定される。第二の永久磁石１０６は、吸着穴１０２の内部で可動であるように第一の永久磁石１０５の上部に配置される。第一の永久磁石１０５と第二の永久磁石１０６の対向面は、互いに反発する磁極を有するものとする。

第二の永久磁石１０６の寸法は、吸着穴１０２の寸法より小さいが、第一の永久磁石１０５の通気穴１０５ａの寸法より大きいものとする。これにより、真空吸着盤１０１の内部において、吸引穴１０４から第一の永久磁石１０５の通気穴１０５ａを介して各吸着穴１０２まで、通気路が形成される。

第一の永久磁石１０５及び第二の永久磁石の１０６の形状は、特に限定されないが、第二の永久磁石１０６が吸着穴１０２内部で最下部まで移動し第一の永久磁石１０５と接触したときに、通気が完全に遮断されるよう、第一の永久磁石１０５及び第二の永久磁石の１０６の対向する表面が密接する形状であるものとする。

吸引穴１０４を通じて真空ポンプにより吸引し（空気吸引１０８）、真空吸着盤１０１内部の通気路１０７を減圧状態とすることにより、被吸着物１０９が吸着面１０２ａ上に吸着保持される。

このとき、被吸着物１０９は、大気圧１１０により吸着面１０２ａ上に保持される。吸着面１０２ａ上の被吸着物１０９と接触していない領域では、吸着穴１０２において、第二の永久磁石１０６に大気圧１１０がかかり、第二の永久磁石１０６が第一の永久磁石１０５に押し付けられ、第一の永久磁石１０５の通気穴１０５ａが塞がれる。これにより、吸着穴１０２から真空吸着盤１０１内部の通気路１０７に空気が流入することがなく、真空吸着盤１０１内部の通気路１０７は減圧状態に保たれる。一方、吸着面１０２ａ上の被吸着物１０９と接触している領域では、被吸着物１０９に大気圧１１０がかかり、吸着穴１０２においては、被吸着物１０９が介在することにより空気が流入することがなく、第二の永久磁石１０６を第一の永久磁石１０５に押し付ける力は存在しない。第二の永久磁石１０６は、第二の永久磁石１０６と第一の永久磁石１０５との間の磁極の反発により、第一の永久磁石１０５から浮遊した状態が保たれ、真空吸着盤１０１内部の通気路１０７は、空気吸引により減圧状態に保たれる。このように、本発明の真空吸着盤において、第二の永久磁石１０６は自動開閉弁の役割を果たす。

次に、図４は、本発明の真空吸着盤の一態様を示す上面図である。真空吸着盤１０１の吸着面１０２ａには多数の吸着穴１０２が設けられる。被吸着物１０９は吸着面１０２ａ上に配置され、支持部１０３の吸引穴（図示せず）、真空吸着盤内部の通気路（図示せず）、及び各吸着穴１０２を介して、真空ポンプによる空気吸引により、吸着面１０２ａ上に吸着保持される。

次に、図５（ａ）〜（ｄ）は、本発明の真空吸着盤の各吸着穴について、内部構造の種々の態様を示す断面図である。図５（ａ）に示す態様は、吸着面１０２ａにおいて吸着穴１０２が大きく開放された構造を有するものである。図５（ａ）において、吸着穴１０２の内部には、第一の永久磁石１０５及び第二の永久磁石１０６が配置される。第一の永久磁石１０５は、通気穴１０５ａを有し、吸着穴１０２の底部に固定される。第二の永久磁石１０６は、吸着穴１０２の内部で可動であるように第一の永久磁石１０５の上部に配置される。第二の永久磁石１０６の寸法は、吸着穴１０２の寸法より小さいが、第一の永久磁石１０５の通気穴１０５ａの寸法より大きいため、真空ポンプにより吸引したときに、真空吸着盤１０１の内部において、吸引穴１０４から第一の永久磁石１０５の通気穴１０５ａを介して各吸着穴１０２まで、通気路が形成される。

図５（ｂ）の態様は、図５（ａ）に示す態様と比較して、吸着面１０２ａにおいて吸着穴１０２を小さくした構造を有するものである。このように、本発明において吸着穴の寸法は、真空吸着盤の内部において、吸引穴から第一の永久磁石の通気穴を介して各吸着穴まで通気路が形成されることを条件として、特に限定されない。図５（ａ）のように吸着面１０２ａにおいて吸着穴１０２の寸法が大きい場合、被吸着物１０９の厚さが薄いときに、真空吸着により吸着穴１０２の形状が被吸着物１０９に転写して加工後の被吸着物の品質に悪い影響を与える可能性があるが、吸着穴１０２の寸法を小さくすることによりかかる不具合の発生を防止することができる。

図５（ｃ）の態様は、吸着面１０２ａにおいて、通気性のある部材１１１を通気穴１０２に配置したものである。図５（ａ）及び（ｂ）のように吸着面１０２ａにおいて通気穴１０２が開放している場合は、被吸着物１０９の厚さが薄いときは、真空吸着により吸着穴１０２の形状が被吸着物１０９に転写して加工後の被吸着物の品質に悪い影響を与える可能性があり、さらに吸着穴１０２内部にゴミが流入して第一の永久磁石１０５と第二の永久磁石１０６の密着性に不具合が生じる可能性がある。本態様はかかる不具合の発生を防止することができる。

通気性部材１１１は、多孔質であり、気孔は独立気孔ではなく連続気孔であるものとする。独立気孔では空気が流れることができず、真空吸着盤として被吸着物を吸着できないからである。

通気性部材１１１は、特に限定されないが、有機系、無機系及び金属系の材料を使用することができる。通気性部材１１１の材質は、経時的な劣化、吸着時の変形、通気性部材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、無機材料であることが好ましく、多孔質のセラミック製部材であることがより好ましい。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、本発明において通気性部材として用いるためには、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。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。

更に、この他の方法として、セラミック原料中に、焼成時に消失するような材料を混入しておいて、焼成する方法や、焼成温度あるいは焼成時間を調整して、緻密化せず気孔が残った状態で焼成を終了させる方法などにより、多孔質セラミックを得ることができる。

なお、気孔の寸法は、被吸着物の加工の内容や真空ポンプの動力等を考慮して適宜決められる。
図５（ｄ）の態様は、第一の永久磁石１０５の第二の永久磁石１０６との対向面が円錐状の凹型形状を有し、第二の永久磁石１０６の第一の永久磁石１０５との対向面が円錐状の凸型形状を有するものである。これにより、第一の永久磁石と第二の永久磁石の密着性をさらに高めることができる。

第一の永久磁石及び第二の永久磁石は、真空吸着盤を使用する度にその対向面において互いに衝突を繰り返すため、蓄積疲労により破損する可能性も考えられる。そこで、衝突時の衝撃を緩和し破損を防止するために、好ましくは、図６に示すように、第一の永久磁石及び第二の永久磁石の対向面にコーティング処理１０５ｃ，１０６ｃを施してもよい。コーティング材料は、特に限定されないが、フィルム材や樹脂を塗布することができる。

次に、本発明の真空吸着盤において、第一及び第二の永久磁石の関係について図７を参照しながら説明する。
図７において、第一の永久磁石１０５は、通気穴１０５ａを有する。これにより、支持部の吸引穴（図示せず）を通じて真空ポンプにより空気吸引が可能となる。第二の永久磁石１０６は、吸着穴の内部で可動であるように第一の永久磁石１０５の上部に配置される。本発明において、永久磁石の形状は、前述のとおり特に限定されないが、図７においては説明の便宜のため円柱形状で示す。第一の永久磁石１０５と第二の永久磁石１０６の対向面は、互いに反発する磁極を有する。したがって、第一及び第二の永久磁石の対向面の磁極は、Ｎ極−Ｎ極又はＳ極−Ｓ極である。

次に、本発明の真空吸着盤における永久磁石の作用を説明する。図８（ａ）は、吸着面上の被吸着物と接触している領域における吸着穴を示す概念図であり、図８（ｂ）は、吸着面上の被吸着物と接触していない領域における吸着穴を示す概念図である。

図８（ａ）において、吸着面上の被吸着物１０９と接触している領域では、被吸着物１０９の存在により、空気吸引（１０８）により、吸着面１０２ａから吸着穴１０２内部に空気が流入することなく、被吸着物１０９に大気圧１１０がかかり、被吸着物１０９は吸着保持力１１２により吸着面１０２ａ上に固定される。また、これにより、吸着穴１０２内部は減圧状態が保たれる。第二の永久磁石１０６は第一の永久磁石１０５と反発する関係にあるため、浮遊状態に保たれる。これにより、通気穴１０５ａが塞がれることなく、吸着穴１０２内部の減圧状態が保たれ、被吸着物１０９は吸着面１０２ａ上に良好に固定される。

図８（ｂ）において、吸着面上の被吸着物１０９と接触していない領域では、空気吸引（１０８）により、吸着面１０２ａから通気性部材１１１を通じて吸着穴１０２の内部へと流れる空気の流れ１１３が生じ、吸着穴１０２において、第二の永久磁石１０６に大気圧１１０がかかる。第一の永久磁石１０５と第二の永久磁石１０６は、対向面において互いに反発する磁極を有するので、空気吸引（１０８）前は第二の永久磁石１０６が浮遊した状態であるが、第二の永久磁石１０６を第一の永久磁石１０５へと押す力が作用することにより、磁石の反発力より第二の永久磁石を押す力が勝り、第二の永久磁石１０６が第一の永久磁石１０５に押し付けられ、第一の永久磁石１０５の通気穴１０５ａが塞がれる。これにより、空気の流れ１１３が遮断され、吸着穴１０２から真空吸着盤１０１内部の通気路１０７に空気が流入することがなく、真空吸着盤１０１内部の通気路１０７は減圧状態に保たれる。なお、湿式で研削、研磨、切断等の加工を行う場合、第一の永久磁石１０５の通気穴１０５ａが第二の永久磁石１０６により塞がれるために、研削液が吸引穴１０２の内部に流入することがなく、真空ポンプへの研削液の流入が最小限に抑えられ、真空ポンプの損傷を防止できるという利点が提供される。

本発明において、第一及び第二の永久磁石として使用する永久磁石は、真空ポンプの吸引力との関係により選択される。慣用的な真空ポンプは、一般的には減圧力（押付け圧力）−８０ｋＰａ程度までしか下がらないので、永久磁石の反発力はそれ以下であることが望ましい。本発明で使用できる永久磁石は、Ｂａフェライト（等方性）、Ｓｒフェライト（異方性）などのフェライト系、アルニコ系、希土類系としてサマリウム系やネオジム系、などが挙げられるが、用途が広く安価であることから、Ｂａフェライト系の永久磁石を用いるのが好ましい。

本発明の真空吸着盤において、支持部の吸着穴の寸法・形状は、本発明の真空吸着盤が使用される設備や被吸着物の種類を考慮して適宜決定されるが、吸着穴の代表径の適用範囲は５〜１００ｍｍ、好ましくは７〜５０ｍｍ、より好ましくは８〜３０ｍｍである。

本発明の真空吸着盤において、第一の永久磁石の通気穴の代表径は、吸着穴の代表径に対して３０〜７０％である。３０％未満の場合は真空吸引を十分に行うことができず、７０％を超える場合は第二の永久磁石により通気穴を塞ぐことができない。好ましくは、第一の永久磁石の通気穴の代表径は、吸着穴の代表径に対して４０〜６０％である。

第二の永久磁石の代表径は、空気吸引時に第二の永久磁石と吸着穴との間に通気路が形成されるように、吸着穴の代表径より小さいことを要する。また、第二の永久磁石が反転して第一の永久磁石と接合しないように、吸着穴の代表径が第二の永久磁石の対角線上の長さより小さいことも必要である。したがって、図９に示すように、吸着穴の代表径をＤ、第二の永久磁石の代表径をＸ、第二の永久磁石の高さをＹとした場合、次の関係を満たすものとする。

吸着穴の代表径と第二の永久磁石の代表径の間のクリアランスは、真空ポンプの仕様、使用する設備及び被吸着物の特性等により適宜決められる。
本発明の真空吸着盤において、支持部１０３の材質は、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、金属材料又は無機質材料を使用することができる。特定の態様においては、図５に示すように、吸着面１０２ａと支持部１０３をそれぞれ独立した部材として構成し、吸着面１０２ａを支持部１０３により接合固定してもよい。

本明細書及び図面において、本発明の真空吸着盤は円形断面を有するものとして説明してきたが、本発明の真空吸着盤の形状は特に限定されない。多角形又は各種の変形形状の断面を有していてもよい。

図１は、従来の真空吸着盤の構造の一例を示す図である。 図２は、従来の真空吸着盤の使用の一例を示す図である。 図３は、本発明の真空吸着盤の一態様を示す断面図である。 図４は、本発明の真空吸着盤の一態様を示す上面図である。 図５（ａ）〜（ｂ）は、本発明の真空吸着盤の各吸着穴について、内部構造の種々の態様を示す断面図である。 図５（ｃ）〜（ｄ）は、本発明の真空吸着盤の各吸着穴について、内部構造の種々の態様を示す断面図である。 図６は、本発明の真空吸着盤の一態様を示す断面図であって、第一及び第二の永久磁石の対向面にコーティング処理を施したものである。 図７は、本発明の真空吸着盤において、第一及び第二の永久磁石の関係を示す概念図である。 図８（ａ）は、吸着面上の被吸着物と接触している領域における吸着穴を示す概念図であり、図８（ｂ）は、吸着面上の被吸着物と接触していない領域における吸着穴を示す概念図である。 図９は、本発明の真空吸着盤において、吸着穴と第二の永久磁石の各部の寸法を示す図である。

符号の説明

１ 真空吸着盤
２ 多孔質セラミック吸着部材
３ 支持部材
４ 吸引穴
５ 空洞部
６ 被吸着物
７ 空気吸引（真空ポンプにつながる）
８ 空気の流れ
１０１ 真空吸着盤
１０２ 吸着穴
１０２ａ 吸着面
１０３ 支持部
１０４ 吸引穴
１０５ 第一の永久磁石
１０５ａ 通気穴
１０５ｃ コーティング処理
１０６ 第二の永久磁石
１０６ｃ コーティング処理
１０７ 通気路
１０８ 空気吸引（真空ポンプにつながる）
１０９ 被吸着物
１１０ 大気圧
１１１ 通気性部材
１１２ 吸着保持力
１１３ 空気の流れ

Claims (4)

1. 被吸着物と接触する吸着面に多数の吸着穴を設けた真空吸着盤であって、通気穴を有する第一の永久磁石を前記吸着穴の各々の内部の底部に固定し、第二の永久磁石を、前記吸着穴内部において可動であるように前記第一の永久磁石の上部に配置し、前記第一の永久磁石と前記第二の永久磁石の対向面が互いに反発する磁極を有することを特徴とする、前記真空吸着盤。
2. 吸着面において、通気性のある部材を通気穴に配置したことを特徴とする、請求項１記載の真空吸着盤。
3. 吸着面において、多孔質のセラミック製部材を通気穴に配置したことを特徴とする、請求項１又は２に記載の真空吸着盤。
4. 第一の永久磁石と第二の永久磁石の対向面にコーティングを施したことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の真空吸着盤。

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