JP2009202294A - フローティングチャック装置及びフローティングチャックユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構成でもってチャックのフローティングを可能としコンパクト化を図ることができるフローティングチャック装置及びフローティングチャックユニットを提供する。
【解決手段】 上下方向に延びる軸部２１を有し、その先端の吸着部にワークを吸着させて該ワークＷを保持するチャック２０が、該チャック２０を移動させる移動基板３に対してフローティング可能に支持されるフローティングチャック装置１０又はこれが複数並設されたフローティングチャックユニット１において、チャック２０にフランジ部２２を設け、軸部２１を挿通させるチャック挿通孔１１ｃを有しフランジ部２２を支持する第一ガイドブロック１１と、該第一ガイドブロック１１と対をなしフランジ部２２を上方から挟み込む第二ガイドブロック１２とを設け、第一ガイドブロック１１とフランジ２２との間、及びチャック挿通孔１１ｃと軸部２１との間にクリアランスｎ１、ｎ２を形成する
【選択図】 図３

Description

本発明は、ワークを吸着によって保持するチャックを移動機構に対してフローティング可能に支持するフローティングチャック装置及びこれが複数並設されてなるフローティングチャックユニットに関する。

例えば精密機器等を製造する場合には微小部品を組み立てることになるため、これら微小部品を保持する小型のチャックが必要となる。このようなチャックとして、従来、例えば特許文献１に示されているように、バキュームによりワーク（微小部品）を吸着する構造のものが知られている。このチャックは、チャック先端部に多孔質の吸着部が配設され、この吸着部の先端面にワークを当接されるとともに、吸着部の基端面側からバキュームによってエア吸引し、吸着部の先端面にワークを吸着させるものである。

このようなチャックにおいては、ワークとして例えば光学素子等の超精密部品を扱う際は、当該チャックとワークが設置されるトレーとの位置決め精度を高くすることが求められ、場合によってはチャックの移動機構の精度以上の位置決めが要求される。
この場合には、チャックの水平方向位置を最終的にトレー側でガイドすることによって両者のセンターを一致させることが有効であり、このためにはチャックを移動機構に対してフローティング可能に支持するフローティング機構を備える必要がある。

フローティング機構としては、リニアガイドをＸ軸、Ｙ軸に重ねてＸＹ平面上を滑らせる手法（例えば特許文献２参照）、バネの力によって不動的に支持する手法(例えば特許文献３参照)、マグネット上を滑らせる手法等が一般的に知られている。
特開２００１−８８０７５号公報 特開平８−８５０８９号公報 実公平６−４４５８８号公報

ところで、チャックを用いた組立て工程においては、生産性を向上させるために当該チャックを複数並設させて複数のワークを同時に保持運搬するのが望ましい。しかしながら上記のフローティング機構としてリニアガイド重ねて使用する手法を採用した場合、機構自体の大型化は避けられないため、チャックを並設することはできず生産性が低下してしまうという問題があった。また、リニアガイドには、その動作を円滑にするため潤滑油等が用いられているため、これがワークを汚染してしまうおそれがあった。
また、バネを用いた場合には、その弾性により振動が生じる等してチャックの軸が傾いてしまうことがあり、高い位置決め精度を確保するのが困難であった。さらに、マグネットを用いる手法は場合には、ワークが磁化するおそれがあるため、精密部品を扱うには適切ではなかった。

この発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、チャックのフローティング機構のコンパクト化及び位置決め精度の向上を図ることができるとともに、ワークを適切な環境下で保持・運搬可能なフローティングチャック装置及びフローティングチャックユニットを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、この発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係るフローティングチャック装置は、上下方向に延びる軸部を有し、その先端の吸着部にワークを吸着させて該ワークを保持するチャックが、該チャックを移動させる移動機構に対してフローティング可能に支持されるフローティングチャック装置であって、前記チャックは前記軸部から径方向外側に張り出すフランジ部を有し、前記軸部を上下方向に挿通させる挿通孔を備え、前記フランジ部を下方から支持する第一ガイドブロックと、該第一ガイドブロックと対をなし、前記フランジ部を上方から挟み込む第二ガイドブロックとが設けられ、前記第二ガイドブロックと前記フランジとの間、及び前記挿通孔と前記軸部との間にクリアランスが形成されていることを特徴としている。

このような特徴のフローティングチャック装置によれば、チャックのフランジ部を第一及び第二ガイドブロックによって挟み込むといった簡易な構成でもってフローティング機構を得ることができる。即ち、チャックのフランジ部が第一ガイドブロックとの間に形成されたクリアランスの範囲内を移動可能であるとともに、チャックの軸部は当該軸部が挿通する挿通孔との間に形成されたクリアランスの範囲内を移動可能であるため、チャック全体として第一及び第二ガイドブロックに支持されながらも水平面上をフローティングすることが可能となる。

また、本発明に係るフローティングチャック装置は、前記チャックに、前記ワークが設置されるトレーとのセンター合わせを行う調芯機構が設けられたことを特徴としている。
上述のように、チャックがフローティング可能に支持されているため、最終的なトレーとの間でのセンター合わせを行うことが可能であり、これによりチャックの水平方向の位置をトレーに対して確実に合わせ、両者の軸線を一致させることが可能となる。

さらに、本発明に係るフローティングチャック装置においては、前記調芯機構は、前記軸部に対し上下方向に摺動可能に外嵌され、その先端に、前記トレーに形成されたテーパ部に嵌合可能なテーパ凹部が形成されていることを特徴としている。

チャックがワークをトレーに載置する際又はトレーから搬出する際に、当該チャックがトレーに向けて降下すると、調芯機構のテーパ凹部がトレーのテーパ部に嵌合することによって、両者のセンター合わせを行うことができるため、チャックをトレーに対して一定位置に確実に位置決めすることが可能となる。
また、当該調芯機構はチャックに対して上下方向に摺動可能であるため、チャックによるワークの載置又は搬出の妨げになることはなく、チャックによる円滑な作業を確保することが可能となる。

また、本発明に係るフローティングチャック装置は、前記チャックを前記第二のガイドブロックに対して位置決めするチャック固定手段が設けられたことを特徴としている。

上記のようにトレーにワークを載置又は搬出する際には、トレーとの間でセンター合わせを行う必要があるためチャックがフローティング可能であることが要求されるが、トレー以外の例えば平坦面等にワークを載置又は搬出する際には、当該チャック固定手段によってチャックを第二ガイドブロックに対して位置決めすることで安定した載置又は搬出を行うことができる。

本発明に係るフローティングユニットは、上記いずれかのフローティングチャック装置が複数並設されてなることを特徴としている。
上述のように簡易な構成でもってチャックのフローティングを可能とするため、装置自体のコンパクト化を図ることができ、複数並設することが可能となる。これによって、同時に複数のワークを搬送することができるため、生産性の向上を図ることが可能となる。

本発明に係るフローティングチャック装置及びフローティングチャックユニットによれば、チャックのフランジ部を第一及び第二ガイドブロックによって挟み込むといった簡易な構成でもってチャックのフローティングを実現することができ、位置決め精度の向上を図ることが可能であるとともに、装置自体のコンパクト化を図ることができる。
また、ワークに潤滑油や磁力が及ぶことがないため、ワークにとってクリーンな環境での搬送を行うことができる。
さらに、このコンパクト化に伴い装置の並設が可能となるため、組立て工程における生産性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本発明に係るフローティングチャック装置の実施形態については、これが組み込まれた本発明に係るフローティングチャックユニットとともに説明する。
図１は本実施形態に係るフローティングチャックユニットを示す側面図、図２は本実施形態に係るフローティングチャックユニットを示す側断面図、図３はフローティングチャックユニットを構成するフローティングチャック装置の側断面図、図４は図３の部分拡大図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態のフローティングチャックユニット１は、複数（本実施形態では５つ）のフローティングチャック装置１０が並設されて構成されており、当該各フローティングチャック装置１０がアングル２を介して移動基板３に取り付けられている。また、フローティングチャックユニット１の直上には、移動基板３に接続・固定されたシリンダ４が配設されている。
なお、本実施形態のフローティングチャックユニット１に搬送されるワークＷとしては、光学素子や時計部品等の精密備品が対象となる。また、このようなワークＷが載置されるトレー４０は、図１から図３に示すように、上下方向に延びる円柱状をなし、その上端面にワークＷが載置される窪部４１（図３参照）が形成され、さらに、外周側面の上端側が上方に向かって縮径するテーパ部４２とされている

移動基板３は、フローティングチャックユニット１をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向へ三次元的に移動させるものであって、鉛直面に沿って配置される略板状をなし、その後方側（図１における左側）が図示しない駆動機構に接続されている。駆動機構としては、三次元方向に移動可能である限り、ロボットの主軸の他、ＸＹＺ方向の各方向に３本のリニアガイド重ねたもの等、使用する状況に応じて種々のものを採用することができる。

アングル２は、側面視Ｌ字状をなし、ある程度の厚みを有する板状の部材であって、その後方側が移動基板３に接合され、前方側（図１における右側）に延設された部分が複数のフローティングチャック装置１０が取り付けられるブラケット部５とされている。
このブラケット部５は、その上方又は下方を向く面はそれぞれ後述する第一及び第二のガイドブロック１１、１２が取り付けられる被取付面６、７とされており、当該二つの被取付面６、７に直交して配された前方側を向く面は、平坦状をなすブラケット前面８とされている。

以下、フローティングチャックユニット１を構成する各フローティングチャック装置１０について、図３及び図４を用いて説明する。このフローティングチャック装置１０は、第一ガイドブロック１１と、第二ガイドブロック１２と、チャック２０と、チャック固定手段３０とから概略構成されている。

第一ガイドブロック１１は、アングル２に固定されてチャック２０におけるフランジ部２２を下方から支持する部材であり、前後方向（図３の左右方向）を長手方向とする四角柱形状をなしている。

そして、この第一ガイドブロック１１の上方を向く面のうち後方側に位置する面が、アングル２の被取付面６と当接してボルト１３によって固定される固定面１１ａとされている。これにより、第一ガイドブロック１１の前方側はアングル２のブラケット前面８よりも前方側に突出された状態となる。

また、第一ガイドブロック１１の上方を向く面のうち、固定面１１ａの前方側に位置する面は、後述するチャック２０のフランジ部２２が当接するフランジ当接面１１ｂとされており、このフランジ当接面１１ｂには、鉛直方向に略円形に貫通するチャック挿通孔１１ｃが穿設されている。このチャック挿通孔１１ｃには後述するチャック２０の軸部が挿通されるようになっている。

第二ガイドブロック１２は、第一ガイドブロック１１と対をなすようにブラケットぶ５の上側に配置される部材であって、第一ガイドブロック１１と同様に前後方向を長手方向とする四角柱形状をなしている。

そして、この第二ガイドブロック１２の下方を向く面のうち後方側に位置する面は、アングル２の被取付面７と当接してボルト１４によって固定される固定面１２ａとされている。これにより、第二ガイドブロックの前方側はアングル２のブラケット前面８よりも前方側に突出された状態となり、第一ガイドブロック１１と第二ガイドブロック１２とがアングル２のブラケット部５を介して上下に対向配置された構成となる。

また、第二ガイドブロック１２の下方を向く面のうち、固定面１２ａの前方側に位置する面は、後述するチャック２０のフランジ部２２と対向されるフランジ対向面１２ｂとされている。さらに、該フランジ対向面１２ｂには、鉛直方向に略円形に貫通するロッド挿通孔１２ｃが穿設されており、後述するチャック固定手段３０のロッド３１が挿通されるようになっている。

そして、チャック２０は、ワークＷを吸着によって保持するものであり、鉛直方向に延びる軸線Ｏに沿って上下に延設された略円柱状の軸部２１と、該軸部２１の上部において軸線Ｏ径方向外側に向けて平面視略四角形状に張り出すフランジ部２２とを備え、全体として側断面視Ｔ字状をなしている。

軸部２１の下端部は、他の部分よりも一段小径とされ、その端面にワークＷを吸着するための吸着部２３が設けられている。また、チャック２０内には吸着部２３からエアを吸引するためのエア通路２４が形成されており、該エア通路２４は、吸着部２３から軸部２１内を軸線Ｏに沿って上方に延びる縦路２４ａと、軸部２１の上部のフランジ部２２まで至った縦路２４ａから水平方向に屈折して延びてフランジ部２２のフランジ前面２２ａに開口する横路２４ｂとから構成されている。このようにして縦路２４ａと横路２４ｂは連通状態にあり、横路２４ｂの開口部に設けられた接続部２５に、図示しないエアホースが接続されて吸引を行うことによって、軸部の下端面の吸着部２３がワークＷを吸着できるように構成されている。

また、詳しくは図４に示すように、軸部２１におけるフランジ部２２との境界となる基端部２１ａは、他の部分よりも大径に形成されており、その直径は前述の第一ガイドブロック１１のチャック挿入孔１１ｃの径よりも僅かに小さくなるように設定されている。

フランジ部２２は平面視矩形状にて上下方向に一定の厚さを有する角柱状をなしており、図４に示すように、その上下方向の厚さｄ１は、前述のアングル２におけるブラケット部５の上下方向の厚さｄ２よりも僅かに小さくなるように設定されている。また、フランジ部２２における軸部２２の基端部２１ａが接続された下方を向く面は、平坦状をなすフランジ下面２２ｂとされており、該フランジ部２２の上方を向く面はフランジ上面２２ｃと、後方を向く面はフランジ背面２２ｄとされている。
なお、フランジ上面２２ｃには、後述するチャック固定手段３０におけるロッド３１の嵌合部３２が嵌まり込む嵌合孔２２ｅが形成されている。

このような軸部２１及びフランジ部２２とを備えるチャック２０は、その軸部２２が第一ガイドブロックのチャック挿入孔１１ｃを上方から下方に向かって挿通するように配され、これにより、フランジ部２２のフランジ面２２ｂが第一ガイドブロックのフランジ当接面１１ｂと当接している。そして、フランジ部２２のすぐ上方には第二ガイドブロック１２が位置しており、これによりフランジ部２２はその上下から第一及び第二のガイドブロック１１、１２によって挟み込まれるように配置されることになる。

そして、上述のようにブラケット部５の厚さｄ２に比べてフランジ部２２の厚さｄ１が僅かに小さく設定されていることから、図４に示すように、フランジ部２２のフランジ上面２２ｃと第二ガイドブロック１２のフランジ対向面１２ｂとの間にはクリアランスｎ１が形成される。
また、チャック２０における軸部２１の基端部２１ａの直径が、第一ガイドブロック１１のチャック挿通孔１１ｃの直径よりも僅かに小さく設定されているため、当該基端部２１ａとチャック挿通孔１１ｃとの間にもクリアランスｎ２が形成される。なお、本実施形態においては、フランジ背面２２ｄとブランケット前面８との間にもクリアランスｎ３が設けられている。
したがって、軸部２１及びフランジ２２はこれらクリアランスｎ１、ｎ２、ｎ３の範囲内で僅かに移動することができるようになっている。

上記のような構成のチャック２０の軸部２１には、図１から図３に示すようにチャック２０とワークＷを載置するトレー４０とのセンター合わせを行う調芯機構２６が設けられている。この調芯機構２６は筒状をなしており、軸部２２と同軸にその外周面に摺動可能に外嵌されている。
また、この調芯機構２６においては、図３に示すように、軸部２１の外周面に上下方向に沿って形成されたキー溝２１ｂに向かって、外周側からキー部材２８が挿入されており、これによって調芯機構２６の軸線Ｏ回りの回転が防止されるとともに、上下方向の移動がキー溝２１ｂの上下の範囲内で制限されている。なお、このキー部材２７の頭部２７ａは調芯機構２６の外周面から径方向外側に突出している。
さらに、軸部２１の外周には基端部２１ａから調芯機構２６の上端部に至るバネ部材２９が圧縮状態で配設されており、これにより調芯機構２６は、下方に向かって付勢されることで通常はキー溝２１ｂの範囲での最下方に位置している。

また、調芯機構２６の下端面における開口部には、軸線Ｏを中心としてテーパ状に凹むテーパ凹孔２８が設けられている。このテーパ凹部２８の径及びテーパ角度は上述のトレー４０におけるテーパ部４２と同一となるように形成されている。
したがって、チャック２０がトレー４０からワークＷを搬出、又はトレー４０に対してワークＷを載置する際には、調芯機構２６のテーパ凹部２８とトレー４０のテーパ部４２がテーパ嵌合しすることで両者の軸線が一致させられ、センター合わせが行われる。

次にチャック固定手段３０について説明する。チャック固定手段３０は、ロッド３１と、該ロッド３１の下端に設けられた嵌合部３２と、ロッド３１を上方に付勢するバネ部材３３とを有している。
ロッド３１は、図３に示すように、第二ガイドブロック１２のロッド挿通孔１２ｃに挿入されており、その際、下端面の嵌合部３２はフランジ部２２の嵌合孔２２ｅ内に収容されている。また、ロッド３１の上部には径方向外側に張り出す縁部３１ａが備えられており、ロッド３１の外周には該縁部３１ａから第二ガイドブロック１２に至るバネ部材３３が圧縮状態で配設され、これによりロッド３１が上方向に付勢されている。また、この際、ロッド３１よりも一段大径に形成された嵌合部３２が、第二ガイドブロック１２のフランジ対向面１２ｂに当接するため、ロッド３１の上方向への動きが制限されている。

また、嵌合部３５は下方に向かって縮径する多段円錐形状をなし、フランジ２２の嵌合孔２２ｅもこれに対応する多段円筒面を有する凹状をなしているが、嵌合部３５の方が僅かに小さく形成されているため、ロッド３１がバネ部材３３によって上方向に付勢されている状態では、図４に示すように、嵌合部３５と嵌合孔２２ｅとの間にはクリアランスｎ４が形成されている。

また、チャック固定手段３０におけるロッド３１の直上には、シリンダ４が配設されており、このシリンダ４のシリンダロッド４ａが下方に突出してロッド３１の上端部に当接した際には、該ロッド３１は下方に向かって押され、嵌合部３５と嵌合孔２２ｅとがそれぞれの頂点を一致させるようにして密着嵌合する。これにより、フランジ２２が第二ガイドブロック１２に対して一定位置に位置決めされることになる。

以下、本実施形態に係るフローティングチャックユニット１の機能について説明する。
フローティングチャックユニット１によって、ワークＷをトレー４０に載置又はトレー４０から搬出にあたっては、フローティングチャックユニット１は、移動基板３のＸＹＺ方向の移動によって、図１から図３に示すような、チャック２０の軸部２１の軸線Ｏがトレー４０と略同軸になる位置まで移動される。この際、移動基板３により位置決めがなされるものの、移動基板３のＸＹＺ座標の精度以上の位置決めをすることはできない。

ここで、本実施形態の各フローティングユニット１の各フローティングチャック装置１０においては、チャック２０とこれを支持する第一ガイドブロック１１、第二ガイドブロック１２及びブラケット部５との関係においては、フランジ部２２のフランジ下面２２ｂが第一ガイドブロック１１のフランジ当接面１１ｂに当接して支持されている他は、図４に示すように、クリアランスｎ１、ｎ２、ｎ３が介されているため接するものはない。したがって、チャック２０はこれらクリアランスｎ１、ｎ２、ｎ３の範囲内で自由に移動することが可能となり、ＸＹ平面上を滑らかにフローティングすることが可能となる。

そして、このようにチャック２０がフローティング可能に支持された状態で、当該チャック２０が移動基板３によりトレー４０に向かって降下させられると、調芯機構２６のテーパ凹部２８がトレー４０のテーパ部に嵌合しようとする。この際、チャック２０がＸＹ平面上をフローティング可能であることから、軸部２１の軸線Ｏをトレー４０側に従って合わせることができる。このようにして、チャック２０をトレー４０による案内に追従させることができるため、容易にチャック２０とトレー４０とのセンター合わせを行うことが可能となる。
また、調芯機構２６は軸部２１に対して上下方向に摺動可能であるため、チャック２０がトレー４０に向かって降下した際に、当該調芯機構２６がチャック２０によるワークＷの載置又は搬出の妨げることはない。

以上のようにして、本実施形態のフローティングチャック装置１０においては、チャック２０のフランジ部２２を第一及び第二のガイドブロック１１、１２によって挟み込むといった簡易な構成でもって、チャック２０のフローティング機構を得ることができる。これにより、装置自体をコンパクトにすることができるため、図２に示すように複数のフローティングチャック装置１０を並設してフローティングチャックユニット１を構成することが可能となり、これによって同時に複数のワークＷの搬送を行えるため、組立て工程における生産性を向上させることができる。
また、従来のフローティング機構のように、ワークＷに潤滑油や磁力が及ぶことがないため、ワークＷにとってクリーンな環境での搬送を行うことが可能となる。

なお、本実施形態のフローティングチャックユニット１においては、上記のようにチャック２０をフローティング可能として最終的にトレー４０側に案内されることによりセンター合わせを行っているが、これに限られず、トレー４０のようなテーパ部４２を有しない平坦面にワークを載置又は搬出することも可能である。

その際には、シリンダ４のシリンダロッド４ａを作動させることで、チャック固定手段３０のロッド３１を下方に押圧し、嵌合部３２をフランジ部２０の嵌合孔２２ｅに嵌合させる。これによって、チャック２０を第二ガイドブロック１２に対して一定位置に位置決めすることが可能となるため、チャック２０はフローティングすることなく移動基板３と一体に移動するようになる。
このようにすれば、チャックの位置決め精度は移動基板３のＸＹＺ座標の精度に依存するものの、チャック２０が不用意にぐらつくことはなく、安定してワークＷの載置及び搬出ができるようになる。
なお、このようにトレー４０以外との間でワークの載置及び搬出を行う際には、調芯機構２６が妨げになることを避けるため、チャック２０が降下した際に該調芯機構２６のキー部材２７の頭部２７ａを他の部材に当接させる等して、調芯機構２６をチャック２０の軸部２１に対して上方に摺動させておくことが望ましい。

以上、本発明であるフローティングチャック装置及びフローティングチャックユニットの実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、これらに限定されることはなく、多少の設計変更等も可能である。

本実施形態に係るフローティングチャックユニットを示す側面図である。 本実施形態に係るフローティングチャックユニットを示す側断面図である。 フローティングチャックユニットを構成するフローティングチャック装置の側断面図である。 図３の部分拡大図である。

符号の説明

１ フローティングチャックユニット
３ 移動基板（移動機構）
１０ フローティングチャック装置
１１ 第一ガイドブロック
１１ｃ チャック挿通孔（挿通孔）
１２ 第二ガイドブロック
２０ チャック
２１ 軸部
２１ａ 基端部
２２ フランジ部
２３ 吸着部
２６ 調芯機構
２８ テーパ凹部
３０ チャック固定手段
４０ トレー
３２ テーパ部
ｎ１ クリアランス
ｎ２ クリアランス
Ｗ ワーク

Claims (5)

1. 上下方向に延びる軸部を有し、その先端の吸着部にワークを吸着させて該ワークを保持するチャックが、該チャックを移動させる移動機構に対してフローティング可能に支持されるフローティングチャック装置であって、
   前記チャックは前記軸部から径方向外側に張り出すフランジ部を有し、
   前記軸部を上下方向に挿通させる挿通孔を備え、前記フランジ部を下方から支持する第一ガイドブロックと、
   該第一ガイドブロックと対をなし、前記フランジ部を上方から挟み込む第二ガイドブロックとが設けられ、
   前記第二ガイドブロックと前記フランジとの間、及び前記挿通孔と前記軸部との間にクリアランスが形成されていることを特徴とするフローティングチャック装置。
2. 前記チャックに、前記ワークが設置されるトレーとのセンター合わせを行う調芯機構が設けられたことを特徴とする請求項１に記載のフローティングチャック装置。
3. 前記調芯機構は、前記軸部に対し上下方向に摺動可能に外嵌され、その先端に、前記トレーに形成されたテーパ部に嵌合可能なテーパ凹部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のフローティングチャック装置。
4. 前記チャックを前記第二のガイドブロックに対して位置決めするチャック固定手段が設けられたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のフローティングチャック装置。
5. 請求項１から４のフローティングチャック装置が複数並設されてなることを特徴とすフローティングチャックユニット。

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