JP2010052051A - Bernoulli chuck, and suck-to-hold hand - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、旋回流の中心部に生ずる負圧を利用してワークを非接触で吸引保持するベルヌーイチャックおよび吸引保持ハンドに関するものである。 The present invention relates to a Bernoulli chuck and a suction holding hand that suck and hold a workpiece in a non-contact manner by utilizing a negative pressure generated at the center of a swirling flow.
従来、この種の非接触搬送装置（ベルヌーイチャック）として、空気流によって生じるベルヌーイ効果を利用したものが知られている（特許文献１参照）。この非接触搬送装置は、内周面が円周状の凹部円筒室が形成された本体と、本体の開口側に形成された平坦状端面と、凹部円筒室の内周面に臨み、エアーを凹部円筒室に噴出させるためのショートオフセットノズルと、ショートオフセットノズルに連なり滑らかな曲面を有するベルマウス状流体通路と、ベルマウス状流体通路の上流端に連なるジョイント流路と、を有している。
気体供給源から供給された流体は、ジョイント流路からベルマウス状流体通路の滑らかな曲面に沿って流れ、ここで圧縮され流速を増してショートオフセットノズルから凹部円筒室に噴出され、凹部円筒室に旋回流を発生させる。
この場合、ベルマウス状流体通路の上流端は、ジョイント流路と同径に形成され、また下流端はショートオフセットノズルと同径に形成されており、ロート状に形成されたベルマウス状流体通路の部分で、流れるエアーが圧縮され流速を増す（加速させる）ようになっている。
The fluid supplied from the gas supply source flows along the smooth curved surface of the bell mouth fluid passage from the joint flow path, where it is compressed and increased in flow velocity, and is ejected from the short offset nozzle to the concave cylindrical chamber. A swirling flow is generated.
In this case, the upstream end of the bellmouth fluid passage is formed with the same diameter as the joint flow path, and the downstream end is formed with the same diameter as the short offset nozzle, and the bellmouth fluid passage formed in a funnel shape. In this part, the flowing air is compressed to increase (accelerate) the flow velocity.
ところで、ワークを吸引するための負圧は、凹部円筒室に生じる旋回流の流速に比例する。しかしながら、従来の非接触搬送装置では、ベルマウス状流体通路の上流端とジョイント流路との径が同一であり、且つベルマウス状流体通路がロート状に形成されているため、流路全体として圧力損失が大きく、加える圧力（気体供給源の圧力）に対して、ショートオフセットノズルから噴出するエアーに十分な流速が得られない問題があった。 By the way, the negative pressure for sucking the workpiece is proportional to the flow velocity of the swirling flow generated in the concave cylindrical chamber. However, in the conventional non-contact conveyance device, the upstream end of the bell mouth fluid passage and the diameter of the joint passage are the same, and the bell mouth fluid passage is formed in a funnel shape. The pressure loss is large, and there is a problem that a sufficient flow velocity cannot be obtained for the air ejected from the short offset nozzle with respect to the applied pressure (pressure of the gas supply source).
本発明は、気体供給源側の圧力に対し、旋回流発生室に噴出させる噴出流を効率よく加速することができるベルヌーイチャックおよび吸引保持ハンドを提供することをその課題としている。 An object of the present invention is to provide a Bernoulli chuck and a suction holding hand capable of efficiently accelerating the jet flow jetted into the swirl flow generation chamber with respect to the pressure on the gas supply source side.
本発明のベルヌーイチャックは、旋回流発生室に発生させた気体の旋回流の中心部に生じた負圧と、旋回流発生室の端から側方に流出する気体とにより、ワークを非接触で吸引保持するベルヌーイチャックであって、円柱状に形成された旋回流発生室と、旋回流発生室の内周面に沿って気体を噴出させて、旋回流発生室に旋回流を発生させる気体噴出流路と、気体噴出流路の上流端に連通すると共に、上流側が気体の供給源となる気体供給源に連なるチャンバ流路と、を備え、気体噴出流路は、チャンバ流路側にベルマウス形状の先細ノズル部を有し、チャンバ流路と先細ノズル部との界面において、チャンバ流路の断面積が先細ノズル部の断面積より十分に大きく形成されていることを特徴とする。 The Bernoulli chuck of the present invention is configured so that the workpiece is brought into non-contact by the negative pressure generated in the center of the swirling flow of the gas generated in the swirling flow generating chamber and the gas flowing out from the end of the swirling flow generating chamber to the side. A Bernoulli chuck for sucking and holding, and a gas jet that generates a swirling flow in the swirling flow generating chamber by jetting a gas along a swirling flow generating chamber formed in a cylindrical shape and an inner peripheral surface of the swirling flow generating chamber A flow path and a chamber flow path that communicates with the upstream end of the gas ejection flow path, and the upstream side is connected to a gas supply source that serves as a gas supply source. And the cross-sectional area of the chamber flow path is sufficiently larger than the cross-sectional area of the tapered nozzle section at the interface between the chamber flow path and the tapered nozzle section.
この構成によれば、チャンバ流路から先細ノズル部に流入した気体は、この先細ノズル部により圧縮され加速される。この場合、相互の界面において、チャンバ流路の断面積が先細ノズル部の断面積より十分に大きく形成されているため、先細ノズル部において気体の流速が極端に速くなっても、チャンバ流路の流速はゼロに近い値となる。このため、チャンバ流路における圧力損失（エネルギー損失）を略ゼロに抑えることができる。さらに、先細ノズル部がベルマウス形状に形成されているため、気体の流速が増しても、最大限その圧力損失を抑えることができる。したがって、気体供給源側の圧力に対し気体が効率よく圧縮することができ、旋回流発生室に噴出させる噴出流を十分に高速化することができる。これにより、旋回流発生室に高速の旋回流が発生し、旋回流の中心部に強い負圧状態を発生させることができ、ワークに作用する吸引力を格段に高めることができる。なお、ここでいう気体とは、エアーに限定されるものではなく、窒素などの不活性ガスでもよい。 According to this configuration, the gas flowing into the tapered nozzle portion from the chamber flow path is compressed and accelerated by the tapered nozzle portion. In this case, since the cross-sectional area of the chamber flow path is formed sufficiently larger than the cross-sectional area of the tapered nozzle portion at the mutual interface, even if the gas flow velocity becomes extremely high in the tapered nozzle portion, The flow velocity is close to zero. For this reason, the pressure loss (energy loss) in the chamber flow path can be suppressed to substantially zero. Furthermore, since the tapered nozzle portion is formed in a bell mouth shape, even if the gas flow rate increases, the pressure loss can be suppressed to the maximum. Therefore, the gas can be efficiently compressed with respect to the pressure on the gas supply source side, and the jet flow jetted into the swirl flow generation chamber can be sufficiently speeded up. Thereby, a high-speed swirl flow is generated in the swirl flow generation chamber, a strong negative pressure state can be generated at the center of the swirl flow, and the suction force acting on the workpiece can be significantly increased. The gas here is not limited to air, and may be an inert gas such as nitrogen.
この場合、先細ノズル部は、旋回流発生室に噴出させる気体の流速が音速に達するように、チャンバ流路から流入した気体を圧縮することが、好ましい。 In this case, it is preferable that the tapered nozzle portion compresses the gas flowing in from the chamber flow path so that the flow velocity of the gas ejected into the swirl flow generation chamber reaches the sound velocity.
この構成によれば、噴出流を、この種の先細ノズル部で可能な最大の流速（音速）まで高速化することで、旋回流の中心部に、より強い負圧状態を発生させることができる。 According to this structure, a stronger negative pressure state can be generated in the central portion of the swirling flow by increasing the jet flow to the maximum flow velocity (sound velocity) possible with this type of tapered nozzle portion. .
この場合、気体噴出流路は、チャンバ流路側の先細ノズル部と、先細ノズル部の下流端に連なる旋回流発生室側のストレートノズル部と、から成ることが、好ましい。 In this case, it is preferable that the gas ejection flow path includes a tapered nozzle part on the chamber flow path side and a straight nozzle part on the swirl flow generation chamber side connected to the downstream end of the tapered nozzle part.
この構成によれば、加速した流速を維持したまま、気体を旋回流発生室に導くことができる。また、ストレートノズル部により、気体噴出流路の下流端を旋回流発生室の任意の位置に接続することができる。 According to this configuration, the gas can be guided to the swirl flow generation chamber while maintaining the accelerated flow velocity. Further, the downstream end of the gas ejection flow path can be connected to an arbitrary position of the swirl flow generation chamber by the straight nozzle portion.
本発明の他のベルヌーイチャックは、旋回流発生室に発生させた気体の旋回流の中心部に生じた負圧と、旋回流発生室の端から側方に流出する気体とにより、ワークを非接触で吸引保持するベルヌーイチャックであって、円柱状に形成された旋回流発生室と、旋回流発生室の内周面に沿って気体を噴出させて、旋回流発生室に旋回流を発生させる気体噴出流路と、気体噴出流路の上流端に連通すると共に、上流側が気体の供給源となる気体供給源に連なるチャンバ流路と、を備え、気体噴出流路は、ラバールノズルで構成されていることを特徴とする。 In another Bernoulli chuck of the present invention, the workpiece is non-destructed by the negative pressure generated in the center of the swirling flow of the gas generated in the swirling flow generating chamber and the gas flowing out from the end of the swirling flow generating chamber. A Bernoulli chuck that sucks and holds by contact, and generates a swirling flow in the swirling flow generation chamber by ejecting gas along the swirling flow generating chamber formed in a cylindrical shape and the inner peripheral surface of the swirling flow generating chamber. A gas ejection channel, and a chamber channel that communicates with an upstream end of the gas ejection channel, and an upstream side that communicates with a gas supply source that serves as a gas supply source, and the gas ejection channel includes a Laval nozzle. It is characterized by being.
この構成によれば、ラバールノズルの先細ノズル部で音速に達した気体は、末広部により減圧することでさらに加速され、超音速に達する。すなわち、チャンバ流路に流入した気体を、簡単に亜音速から超音速にまで加速することができる。これにより、旋回流発生室に音速に近い高速の旋回流が発生し、旋回流の中心部に強い負圧状態を発生させることができ、ワークに作用する吸引力を格段に高めることができる。 According to this configuration, the gas that has reached the speed of sound at the tapered nozzle portion of the Laval nozzle is further accelerated by reducing the pressure at the divergent portion, and reaches a supersonic speed. That is, the gas flowing into the chamber flow path can be easily accelerated from subsonic speed to supersonic speed. Thereby, a high-speed swirling flow close to the sonic speed is generated in the swirling flow generating chamber, a strong negative pressure state can be generated at the center of the swirling flow, and the suction force acting on the workpiece can be significantly increased.
この場合、チャンバ流路とラバールノズルとの界面において、チャンバ流路の断面積がラバールノズルの断面積より十分に大きく形成されていることが、好ましい。 In this case, it is preferable that the cross-sectional area of the chamber flow path is formed sufficiently larger than the cross-sectional area of the Laval nozzle at the interface between the chamber flow path and the Laval nozzle.
この構成によれば、ラバールノズルにおいて気体が超音速になっても、チャンバ流路の流速はゼロに近い値となり、チャンバ流路における圧力損失を略ゼロに抑えることができる。したがって、気体供給源側の圧力に対し、旋回流発生室に噴出させる噴出流を極端に高速化することができる。 According to this configuration, even if the gas becomes supersonic in the Laval nozzle, the flow velocity of the chamber flow path becomes a value close to zero, and the pressure loss in the chamber flow path can be suppressed to substantially zero. Therefore, it is possible to extremely speed up the jet flow jetted into the swirl flow generation chamber with respect to the pressure on the gas supply source side.
この場合、ラバールノズルは、上流側の先細ノズル部と下流側の末広部とからなり、末広部の軸方向における各部の広がり角度が、５°以内に形成されていることが、好ましい。 In this case, the Laval nozzle is preferably composed of an upstream tapered nozzle portion and a downstream divergent portion, and the spread angle of each portion in the axial direction of the divergent portion is preferably within 5 °.
この構成によれば、先細ノズル部で加速した気体が末広部を流れる際に、末広部の側面に向って渦を巻くように流れることがなく、圧力損失を抑えつつ噴出流を超音速まで円滑に加速することができる。 According to this configuration, when the gas accelerated by the tapered nozzle part flows through the divergent part, it does not flow in a vortex toward the side surface of the divergent part, and the jet flow is smoothed to supersonic speed while suppressing pressure loss. Can be accelerated.
この場合、気体噴出流路は、その下流側周面の一部が旋回流発生室の接線と重なるように形成されていることが、好ましい。 In this case, it is preferable that the gas ejection flow path is formed so that a part of the downstream peripheral surface thereof overlaps with the tangent line of the swirl flow generation chamber.
この構成によれば、噴出流が気体噴出流路から旋回流発生室に層流状態を維持したまま流入するため、直線的に流れる噴出流が旋回流に移行するときの圧力損失を十分に抑えることができる。 According to this configuration, since the jet flow flows from the gas jet flow path into the swirl flow generation chamber while maintaining the laminar flow state, the pressure loss when the linearly flowing jet flow transitions to the swirl flow is sufficiently suppressed. be able to.
この場合、気体噴出流路およびチャンバ流路は、旋回流発生室の中心に対し１８０°点対称位置に設けた一対のものでそれぞれ構成されていることが、好ましい。 In this case, it is preferable that the gas ejection flow path and the chamber flow path are each configured by a pair provided at a 180 ° point symmetrical position with respect to the center of the swirl flow generation chamber.
この構成によれば、形状的に歪みのない旋回流を効率よく発生させることができ、安定した旋回流を、すなわち安定した（圧力変動の少ない）負圧を発生させることができる。 According to this configuration, it is possible to efficiently generate a swirling flow having no distortion in shape, and to generate a stable swirling flow, that is, a stable negative pressure (with little pressure fluctuation).
本発明の吸引保持ハンドは、旋回流の旋回方向が正逆異なる上記のベルヌーイチャックの少なくとも１組から成る偶数個と、偶数個のベルヌーイチャックをそれぞれの旋回流発生室の端が同一平面内に位置するように保持すると共に、チャンバ流路に連通する内部流路を形成したチャックホルダと、チャックホルダを支持する装置取付部と、を備えたことを特徴とする。 The suction holding hand of the present invention has an even number of Bernoulli chucks of at least one set of the above-mentioned Bernoulli chucks whose swirling directions are different in forward and reverse directions, and an even number of Bernoulli chucks in the same plane at the ends of the swirl flow generating chambers. The chuck holder is formed so as to be held in position and formed with an internal flow path communicating with the chamber flow path, and an apparatus mounting portion for supporting the chuck holder.
この構成によれば、正方向に旋回しながら側方に流れる渦流によりワークが受ける回転力と、逆方向に旋回しながら側方に流れる渦流によりワークが受ける回転力と、が互いに打ち消し合うため、ワークを安定に吸引保持することができる。但し、ベルヌーイチャックに対しワークは非接触であるため、保持状態のワークを面内方向に動かすことは容易である。なお、装置取付部は、搬送装置（例えば搬送ロボット）等に吸引保持ハンドを取り付けるための部位である。 According to this configuration, the rotational force received by the work due to the vortex flow flowing sideways while turning in the forward direction and the rotational force received by the work caused by the vortex flow flowing sideways while turning in the opposite direction cancel each other. The workpiece can be sucked and held stably. However, since the workpiece is not in contact with the Bernoulli chuck, it is easy to move the held workpiece in the in-plane direction. The device attachment portion is a part for attaching the suction holding hand to a transfer device (for example, a transfer robot).
以下、添付した図面を参照して、本発明の第１実施形態に係るベルヌーイチャックを適用した吸引保持ハンドについて説明する。この吸引保持ハンドは、気体の流れにより生じるベルヌーイ効果を利用した複数のベルヌーイチャックを用い、例えばＩＣチップをＳＯＰパッケージにパッケージングした電子部品（ワーク）を非接触で吸引・保持するものであり、検査装置やマウンタ等に備える搬送ロボットの先端に取付けて使用する。 Hereinafter, a suction holding hand to which a Bernoulli chuck according to a first embodiment of the present invention is applied will be described with reference to the accompanying drawings. This suction holding hand uses a plurality of Bernoulli chucks utilizing the Bernoulli effect generated by the flow of gas, and sucks and holds an electronic component (workpiece) in which an IC chip is packaged in an SOP package, for example, It is used by attaching it to the tip of a transfer robot equipped in an inspection device or mounter.
図１に示すように、吸引保持ハンド１は、ワークを吸引保持する複数（図示のものは、４個）のベルヌーイチャック２と、ベルヌーイチャック２を保持するチャックホルダ３と、チャックホルダ３を支持する装置取付部４と、から構成されている。チャックホルダ３は、４個のベルヌーイチャック２を下向きに直接保持するホルダ本体１１と、ホルダ本体１１を垂設支持するワークガイド１２と、ホルダ本体１１およびワークガイド１２を垂設支持すると共に気体供給源５に連なるチューブ６を接続するためのジョイント部材１３と、を同軸上に重ねるようにして構成されている。この場合、４個のベルヌーイチャック２およびホルダ本体１１は、ユニット化されており、これにワークの大きさに応じたワークガイド１２を組み合わせるようになっている。
As shown in FIG. 1, the suction holding hand 1 supports a plurality of (four shown) Bernoulli chucks 2 for holding a workpiece, a chuck holder 3 for holding the Bernoulli
装置取付部４は、略円筒状に形成され、上半部の内部には太径の取付孔１４が、下半部の内部には細径の装着孔１５がそれぞれ形成されている。取付孔１４および装着孔１５は同軸上に配設されており、取付孔１４は、吸引保持ハンド１を搬送ロボットのロボットアーム（共に図示省略）に取付けるための部位として機能し、装着孔１５にはジョイント部材１３が差込み装着されている。なお、図１中の符号１６は、吸引保持ハンド１をロボットアームに取付けるための止めネジ用の上ネジ孔であり、符号１７は、ジョイント部材１３を固定する止めネジ用の下ネジ孔である。
The device mounting portion 4 is formed in a substantially cylindrical shape, and a large-
ジョイント部材１３は、細径に形成された上半部の装着部２１および太径に形成された下半部の垂設部２２で構成されている。装着部２１には、上記の止めネジが突き当てられる弦状の平坦部２３が形成されており、この装着部２１を装置取付部４の装着孔１５に嵌合し、止めネジを上記の下ネジ孔１７から螺合することにより、ジョイント部材１３が装置取付部４に装着されるようになっている。
The
垂設部２２には、その軸心に下面から穿孔した縦流路２４と、外周面から縦流路２４の上端部に向って穿孔した横流路２５と、から成る「Ｌ」字状のジョイント部流路２６が形成されている。横流路２５の上流端は、継手７を介して気体供給源５に連なるチューブ６に接続され、縦流路２４の下流端は、ワークガイド１２を介してホルダ本体１１に連通している。気体供給源５から供給される圧縮気体は、チューブ６およびジョイント部流路２６を通ってホルダ本体１１に導かれ、ホルダ本体１１から各ベルヌーイチャック２に供給される。
The hanging
ワークガイド１２は、方形の厚板状に形成された本体ベース３１と、本体ベース３１の下面周縁部に下向きに突設した複数（図示のものは、４個）のガイド突起３２と、で一体に形成されている。本体ベース３１は、同軸上においてジョイント部材（垂設部２２）１３の下端面に接着固定されており、その中心位置には、上記の縦流路２４に連通する貫通流路３３が形成されている。本体ベース３１の下面には、１の対角に位置するように各辺１個、計４個のガイド突起３２が、それぞれのガイド斜面を内向きとした状態で設けられている。そして、この４個のガイド斜面を結んだ方形の領域がワークの外形と略合致しており、この４個のガイド突起３２により、ワークの平面姿勢を矯正しつつ所定の位置に吸引するようになっている。
The
ホルダ本体１１は、本体ケース４１およびこれに気密に接合した平板状の蓋ケース４２から構成されており、内部には、各ベルヌーイチャック２に連なるエアー室４６が形成されている。蓋ケース４２は、本体ケース４１の周縁部に設けた突設枠部４７（図２参照）に嵌合するようにして接着され、その中心位置（軸心位置）には、上記の貫通流路３３に連通する導入孔４３が形成されている。一方、本体ケース４１には、蓋ケース４２との間にエアー室４６を構成するための圧空溝４６ａ（図２参照）が形成されている。
The holder
本体ケース４１は、４個のベルヌーイチャック２を下方に突出させ、且つそれぞれの旋回流発生室６１の端が同一平面内に位置するように保持している。具体的には、本体ケース４１には、略長円形の４個の固定装着穴がマトリクス状に形成されており、各ベルヌーイチャック２は、その上半部を固定装着穴に下側から嵌合するようにして接着固定されている。そして、４個のベルヌーイチャック２のうちの対角に位置する２つのベルヌーイチャック２が正回転方向の旋回流を発生し、他方の対角に位置する２つのベルヌーイチャック２が逆回転方向の旋回流を発生するようになっている。
The
図２に示すように、本体ケース４１に形成した圧空溝４６ａは、４個のベルヌーイチャック２を二分する位置に配設した幅広の主圧空溝４４と、主圧空溝４４から各ベルヌーイチャック２に向って垂直に分岐した各ベルヌーイチャック２宛て１組、計４組の幅狭の副圧空溝４５と、から形成されている。各副圧空溝４５は、長い長尺副圧空溝４５ａと短い短尺副圧空溝４５ｂとから成り、取り付けたベルヌーイチャック２を挟み込むように配設され、且つ長尺副圧空溝４５ａおよび短尺副圧空溝４５ｂの位置関係により旋回流の回転方向が規定されている。この場合、長尺副圧空溝４５ａおよび短尺副圧空溝４５ｂの下流側は、後述の一対のチャンバ流路６４とそれぞれ連通している。蓋ケース４２の導入孔４３から流入した気体は、主圧空溝４４および各副圧空溝４５を介して、各ベルヌーイチャック２に流入する。すなわち、主圧空溝４４、４組の副圧空溝４５および蓋ケース４２によりエアー室４６が構成されている。なお、請求項にいう内部流路は、ジョイント部流路２６、貫通流路３３およびエアー室４６から構成されている。
As shown in FIG. 2, the
図３に示すように、ベルヌーイチャック２は、円柱状に形成された旋回流発生室６１と、旋回流発生室６１の開口側端に連なり、ワークを吸引保持する円形の吸引保持面６２と、旋回流発生室６１の内周面６５に沿って気体を噴出させて、旋回流発生室６１に旋回流を発生させる一対の気体噴出流路６３と、各気体噴出流路６３の上流端に連通すると共に、上流端がエアー室４６を介して気体供給源５に連なる一対のチャンバ流路６４と、から構成されている。また、ベルヌーイチャック２は、全体として一端面を塞いだ略円筒状に形成されており、略上半部の外周面には、本体ケース４１への嵌合部分となる弦状の一対の切欠き部６６が相互に平行に形成されている。そして、各切欠き部６６の端部位置には、気体噴出流路６３を介して旋回流発生室６１に連通するチャンバ流路６４が開口している。すなわち、各チャンバ流路６４は、長尺副圧空溝４５ａおよび短尺副圧空溝４５ｂの深さ方向の中間部に連通している。気体供給源５からエアー室４６に流入した圧縮気体は、長尺副圧空溝４５ａおよび短尺副圧空溝４５ｂの部分から一対のチャンバ流路６４に同時に流入し、それぞれ気体噴出流路６３を通って旋回流発生室６１に供給される。
As shown in FIG. 3, the
旋回流発生室６１は、その内周面６５の一端が閉塞された円柱状に形成されており、旋回流発生室６１の天面となる閉塞側には、供給された気体を旋回流発生室６１の内周面６５に沿うように導く一対の気体噴出流路６３が形成されている。また、旋回流発生室６１の開口側端には、旋回流発生室６１と連なりワークを吸引保持する吸引保持面６２が形成されている。気体噴出流路６３から旋回流発生室６１に流入した気体は、旋回流発生室６１の内周面６５に沿うように流れ、強い旋回流となってやがて開放端から外方に流出する。そして、旋回流の中心部には、ベルヌーイの定理に従って負圧が生じ、この負圧によりワークを吸引するようになっている。
The swirl flow
吸引保持面６２は、旋回流発生室６１の開口側端に連なり、旋回流の旋回軸に対して直交するように形成されている。旋回流発生室６１で発生した旋回流は、旋回流発生室６１の開放端に達した次の瞬間、その遠心力により吸引保持面６２に沿って内周側から外周側に向って渦流となって流れ出す。そして、吸引保持面６２上を流れ出す気体により、ワークと吸引保持面６２との間隙が維持される。すなわち、上記の負圧による吸引力と、吸引保持面６２に沿って流れ出す気体と、が拮抗することで、ワークが吸引保持面６２に非接触状態で吸引保持される。なお、旋回流発生室６１の開口端を徐々に広がるようにベルマウス形状としてもよいし、吸引保持面６２に渦流を維持する渦形の溝を形成するようにしてもよい。
The
チャンバ流路６４は、旋回流発生室６１の中心に対し１８０°点対称位置に設けた一対のものでそれぞれ構成されている。各チャンバ流路６４は、全体として太径の円柱状に形成されており、上流端がベルヌーイチャック２の外周面、すなわち上記のエアー室４６（副圧空溝４５）に臨んでいる。チャンバ流路６４の下流端は、後述する先細ノズル部７１に連なっており、チャンバ流路６４の下流端と後述する先細ノズル部７１の上流端との界面において、チャンバ流路６４の断面積は、先細ノズル部７１の断面積より十分に大きく形成されている。すなわち、チャンバ流路６４は、先細ノズル部７１より著しく大きく形成されており、先細ノズル部７１に流れる気体が極めて高速であっても、チャンバ流路６４を流れる気体は極めて低速となる（設計上は速度ゼロ）。このため、チャンバ流路６４およびチャンバ流路６４から上流側の流路においては、圧縮気体の圧力損失をゼロに近い値とすることができる。
The
ここで、図４を参照して、気体噴出流路６３について詳細に説明する。一対の気体噴出流路６３は、チャンバ流路６４と同様に、旋回流発生室６１の中心に対し１８０°点対称位置に設けた一対のものでそれぞれ構成されている。各気体噴出流路６３は、チャンバ流路６４の下流端に連なり、旋回流発生室６１に向ってその断面積が徐々に小さくなる先細ノズル部７１と、先細ノズル部７１の下流端に連なり、気体を旋回流発生室６１に導くストレートノズル部７２と、から構成されている。先細ノズル部７１は、内周面の各部が軸方向にアール形状に狭窄するベルマウス形状に形成されており、またストレートノズル部７２は、先細ノズル部７１の最も細い下流端からこれと同径で直線状に旋回流発生室６１まで延びている。
Here, the
気体噴出流路（ストレートノズル部７２の下流端）６３は、旋回流発生室６１における内周面６５の上端部に連通しており、その下流側周面の一部が旋回流発生室６１の接線と重なるように形成されている。すなわち、旋回流発生室６１の中心から最も離れて位置するストレートノズル部７２の内周面部分が、旋回流発生室６１の接線に合致するように、気体噴出流路６３は配設されている。したがって、気体噴出流路６３の軸線は、旋回流発生室６１の接線からストレートノズル部７２の半径分、中心側にずれている。これにより、気体噴出流路６３を直線的に流れてきた圧縮気体は、層流状態を維持したまま（剥離なし）旋回流発生室６１の内周面６５に沿って流れ方向を変化（旋回流）させてゆく。したがって、旋回流発生室６１に流入した気体は、その流速を維持したまま旋回流となる。なお、気体噴出流路６３およびチャンバ流路６４は、それぞれ単一でもよく、３つ以上でもよい。気体噴出流路６３およびチャンバ流路６４がそれぞれ３つ以上の場合、内周面６５の周方向に対して等間隔になるように設けられている（図示省略）。
The gas ejection flow path (downstream end of the straight nozzle portion 72) 63 communicates with the upper end portion of the inner
先細ノズル部７１は、その断面が円形に形成されており、上流端がチャンバ流路６４の下流端の中央部（軸心部）と連通しており、同軸上においてその下流端にはストレートノズル部７２が連通している。上述のように、先細ノズル部７１は、チャンバ流路６４側から旋回流発生室６１側に向って、その断面積が小さくなるベルマウス状（断面アール状）に形成されており、チャンバ流路６４から先細ノズル部７１に流入した気体は、徐々に圧縮されると共にその流速が加速する。本実施形態のものでは、加速した気体が先細ノズル部７１の下流端、すなわち最も細くなる部分に達したときに、音速まで加速されるようになっている。なお、先細ノズル部７１を流れる気体は、その形状により徐々に圧縮されるため、断面変化に基づく圧力損失を最大限に抑えることができる。
The tapered
次に、先細ノズル部７１から流出する気体が、音速となるための条件について説明する。まず、大気圧−（ワークの重さ÷旋回流発生室径）により、ワークを吸引するための吸引圧力Ｐｗを算出する。次に、流出する気体の流速を音速（３４０ｍ／ｓ）と仮定して、先細ノズル部７１に流入する気体の圧力（流入圧力Ｐ０）を算出する（式１）。
Next, the conditions for the gas flowing out from the tapered
ここで、ａ０＝３４０ｍ／ｓ（音速）、κ＝１．４０１（比熱比）である。すなわち、噴出する気体の流速は、流入圧力Ｐ０および噴出圧力（吸引圧力）Ｐｗの比に依存し、噴出圧力Ｐｗ＜流入圧力Ｐ０＜大気圧の場合に、旋回流発生室６１に噴出する気体の流速が音速に達する。本実施形態の先細ノズル部７１は、流入圧力Ｐ０、噴出圧力Ｐｗおよび大気圧が、上記のような圧力関係になるように形成されている。
Here, a0 = 340 m / s (sound speed) and κ = 1.401 (specific heat ratio). That is, the flow velocity of the gas to be ejected depends on the ratio of the inflow pressure P0 and the ejection pressure (suction pressure) Pw, and when the ejection pressure Pw <inflow pressure P0 <atmospheric pressure, The flow velocity reaches the speed of sound. The tapered
次に、図５を参照して、第２実施形態に係るベルヌーイチャック２について説明する。なお、重複記載を避けるべく、異なる部分のみ説明する。このベルヌーイチャック２は、気体噴出流路６３の形態のみが、第１実施形態と異なっている。この実施形態の気体噴出流路６３は、いわゆるラバールノズルの形態を有しており、チャンバ流路６４の下流端の中央部（軸心部）に連なり、旋回流発生室６１に向ってその断面積が徐々に小さくなる先細ノズル部７１と、先細ノズル部７１の下流端に連なり、旋回流発生室６１に向ってその断面積が徐々に大きくなる末広部７３と、から構成されている。
Next, the
先細ノズル部７１は、第１実施形態の先細ノズル部７１と全く同一の形態を有している。また、末広部７３は、軸方向に間延びした釣鐘状に形成されており、上記のストレートノズル部７２と同様に、末広部７３の下流側周面の一部が旋回流発生室６１の接線と重なるように形成されている。さらに、末広部７３の軸方向における各部の広がり角度が５°以内になるように形成されている。これにより、末広部７３を通過する気体が、末広部７３の側壁に向って渦を巻かないように、いわゆる剥離が起こらないようになっている。このラバールノズルの形態では、先細ノズル部７１の下流端で音速に達した気体は、末広部７３を通過することにより、気体の圧力が徐々に下がり、最終的には超音速まで加速され、旋回流発生室６１の内周面６５に沿って噴出される。
The tapered
これらの構成によれば、チャンバ流路６４から先細ノズル部７１に流入した気体は、この先細ノズル部７１により圧縮され加速される。この際、チャンバ流路６４の断面積が先細ノズル部７１の断面積より十分に大きく形成されているため、チャンバ流路６４の流速はゼロに近い値となる。このため、チャンバ流路６４における圧力損失を略ゼロに抑えることができる。さらに、先細ノズル部７１がベルマウス形状に形成されているため、最大限その圧力損失を抑えることができる。したがって、気体供給源５側の圧力に対し気体を効率よく圧縮することができ、旋回流発生室６１に噴出させる噴出流を十分に高速化することができる。特に、旋回流発生室６１に対し、音速或いは超音速で気体を噴出させるようにしているため、旋回流を極端に高速化することができる。このため、旋回流発生室６１内において、旋回流の流速が落ち難く、発生する負圧を大きくすることができ、吸引保持面６２との距離を従前と同様に維持したまま、吸引力のみを強くすることができる。
According to these configurations, the gas flowing into the tapered
なお、本実施形態のベルヌーイチャック２では、チャンバ流路６４にテーパねじ（雌ねじ）が形成されており、この部分に直接、チューブ６を接続するようにしてもよい（エアー室４６を省略）。
In the
また、ベルヌーイチャック２を、気体噴出流路６３およびチャンバ流路６４の中心軸で水平切断した２部材で構成するようにしてもよい。これによれば、切断面より上側の部品および下側の部品に、気体噴出流路６３およびチャンバ流路６４を半部ずつ形成して接合する構成となり、特に第２実施形態の気体噴出流路６３を容易に形成することができる。
Further, the
さらに、末広部７３は、その広がり角度が５°以内であれば、テーパ状に形成されていてもよいし、ベルマウス形状に形成されていてもよい。また、本実施形態において、ベルヌーイチャック２を作動させる気体として空気（エアー）を用いるようにしているが、空気を嫌うワークに対しては、窒素ガス等の不活性ガスを用いるようにしてもよい。
Furthermore, the
１…吸引保持ハンド ２…ベルヌーイチャック ３…チャックホルダ ４…装置取付部 ２６…ジョイント部流路 ３３…貫通流路 ４５ａ…長尺副圧空溝 ４５ｂ…短尺副圧空溝 ４６…エアー室 ４６ａ…圧空溝 ６１…旋回流発生室 ６３…気体噴出流路 ６４…チャンバ流路 ７１…先細ノズル部 ７２…ストレートノズル部 ７３…末広部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (9)
円柱状に形成された前記旋回流発生室と、
前記旋回流発生室の内周面に沿って気体を噴出させて、前記旋回流発生室に前記旋回流を発生させる気体噴出流路と、
前記気体噴出流路の上流端に連通すると共に、上流側が気体の供給源となる気体供給源に連なるチャンバ流路と、を備え、
前記気体噴出流路は、前記チャンバ流路側にベルマウス形状の先細ノズル部を有し、
前記チャンバ流路と前記先細ノズル部との界面において、前記チャンバ流路の断面積が前記先細ノズル部の断面積より十分に大きく形成されていることを特徴とするベルヌーイチャック。 A Bernoulli chuck that sucks and holds a workpiece in a non-contact manner by the negative pressure generated at the center of the swirling flow of the gas generated in the swirling flow generating chamber and the gas flowing out from the end of the swirling flow generating chamber to the side. There,
The swirl flow generating chamber formed in a cylindrical shape;
A gas ejection flow path for causing gas to be ejected along an inner peripheral surface of the swirling flow generation chamber and generating the swirling flow in the swirling flow generation chamber;
A chamber flow path that communicates with an upstream end of the gas ejection flow path and that communicates with a gas supply source whose upstream side is a gas supply source;
The gas ejection flow path has a bell mouth shaped tapered nozzle portion on the chamber flow path side,
A Bernoulli chuck characterized in that a cross-sectional area of the chamber flow path is sufficiently larger than a cross-sectional area of the tapered nozzle part at an interface between the chamber flow path and the tapered nozzle part.
前記先細ノズル部の下流端に連なる前記旋回流発生室側のストレートノズル部と、から成ることを特徴とする請求項１または２に記載のベルヌーイチャック。 The gas ejection channel includes the tapered nozzle portion on the chamber channel side,
The Bernoulli chuck according to claim 1, further comprising: a straight nozzle portion on the swirl flow generation chamber side that is connected to a downstream end of the tapered nozzle portion.
円柱状に形成された前記旋回流発生室と、
前記旋回流発生室の内周面に沿って気体を噴出させて、前記旋回流発生室に前記旋回流を発生させる気体噴出流路と、
前記気体噴出流路の上流端に連通すると共に、上流側が気体の供給源となる気体供給源に連なるチャンバ流路と、を備え、
前記気体噴出流路は、ラバールノズルで構成されていることを特徴とするベルヌーイチャック。 A Bernoulli chuck that sucks and holds a workpiece in a non-contact manner by the negative pressure generated at the center of the swirling flow of the gas generated in the swirling flow generating chamber and the gas flowing out from the end of the swirling flow generating chamber to the side. There,
The swirl flow generating chamber formed in a cylindrical shape;
A gas ejection flow path for causing gas to be ejected along an inner peripheral surface of the swirling flow generation chamber and generating the swirling flow in the swirling flow generation chamber;
A chamber flow path that communicates with an upstream end of the gas ejection flow path and that communicates with a gas supply source whose upstream side is a gas supply source;
The Bernoulli chuck characterized in that the gas ejection flow path is composed of a Laval nozzle.
前記末広部の軸方向における各部の広がり角度が、５°以内に形成されていることを特徴とする請求項４または５に記載のベルヌーイチャック。 The Laval nozzle is composed of an upstream tapered nozzle part and a downstream divergent part,
The Bernoulli chuck according to claim 4 or 5, wherein a spread angle of each portion in the axial direction of the divergent portion is formed within 5 °.
前記偶数個のベルヌーイチャックをそれぞれの前記旋回流発生室の端が同一平面内に位置するように保持すると共に、前記チャンバ流路に連通する内部流路を形成したチャックホルダと、
前記チャックホルダを支持する装置取付部と、を備えたことを特徴とする吸引保持ハンド。 An even number of at least one set of Bernoulli chucks according to any one of claims 1 to 8, wherein the swirling directions of the swirling flows are different from each other in forward and reverse directions.
A chuck holder that holds the even number of Bernoulli chucks so that the ends of the swirl flow generating chambers are positioned in the same plane, and that forms an internal flow path communicating with the chamber flow path;
A suction holding hand comprising: a device mounting portion for supporting the chuck holder.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008216480A JP2010052051A (en) | 2008-08-26 | 2008-08-26 | Bernoulli chuck, and suck-to-hold hand |
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|---|---|
| JP2010052051A true JP2010052051A (en) | 2010-03-11 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2010052051A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013160804A (en) * | 2012-02-01 | 2013-08-19 | Tokyo Electron Ltd | Peripheral exposure device, method for peripheral exposure, and storage medium |
| CN103386689A (en) * | 2012-05-11 | 2013-11-13 | 株式会社妙德 | Conveying clamp and conveying holder |
| US8832924B2 (en) | 2011-07-29 | 2014-09-16 | Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. | Substrate processing apparatus, substrate holding apparatus, and method of holding substrate |
| CN104626174A (en) * | 2013-11-13 | 2015-05-20 | 浙江大学 | Suction cup |
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2008
- 2008-08-26 JP JP2008216480A patent/JP2010052051A/en not_active Withdrawn
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