JP4243766B2 - 非接触搬送装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ワークを圧力流体によって非接触状態で保持して搬送することが可能な非接触搬送装置に関する。
従来、半導体ウェハの搬送や、液晶、プラズマディスプレイ等の表示装置を構成するシート状部品からなるワークを、気体の流れによって生じるベルヌーイ効果を利用して非接触で搬送することが可能な非接触搬送装置が知られている。
例えば、この非接触搬送装置は、内周面が円周状の凹部と、該凹部の開口側に形成されワークと対向する平坦面と、凹部の内周面に臨む噴出孔から凹部内へ供給流体を吐出させる流体通路を有し、流体導入口から供給されるエアによって平坦面とワークとの間に気流を流通させることにより、ベルヌーイ効果により負圧を発生させて前記ワークをリフトすると共に、前記平坦面とワークとの間を流通する高速の正圧の気流により両者を非接触で保持して移送する(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−64130号公報
このような非接触搬送装置では、エアの供給量(圧力)を一定とし、様々な重量及び大きさのワークを搬送している。そのため、ワークの保持力をさらに増大させてより重量の大きいワークを保持して搬送させたいという要請があると共に、同時に、薄くて軽量のワークを安定的に保持して搬送させたいという要請がある。すなわち、一定のエアの供給量(圧力)に対するワークの保持範囲を拡大させ、より様々なワークに対応させて保持・搬送可能な非接触搬送装置が望まれている。
本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、エア供給量に対するワークの保持範囲を拡大させ、前記ワークを確実且つ安定的に保持して移送することが可能な非接触搬送装置を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明は、ボディと、
前記ボディの内部に形成され、エア供給部から供給されたエアが流通する通路と、
前記ボディの端部に設けられ、ワークに臨む保持面と、
前記保持面の半径内方向に設けられ、前記ワークに臨んで開口すると共に前記ワーク側に向かって徐々に拡径した第1傾斜面を有する環状の旋回室と、
前記旋回室の第1傾斜面に接続され、該旋回室と通路とを連通して前記エアを前記旋回室へと導出する導出孔と、
前記旋回室の略中央部に設けられ、前記ワーク側に向かって徐々に縮径するように膨出し、外周側に前記第1傾斜面に臨んだ第2傾斜面を有する突部と、
を備え、
前記導出孔が、前記保持面と略平行に延在し、前記第1傾斜面に対して前記旋回室接線方向に接続されることを特徴とする。
本発明によれば、ボディのエア供給部から通路へと導入されたエアを、ワークに臨んで開口した旋回室に接続された導出孔から導出させる。この導出孔は、環状の旋回室において外周側に設けられた第1傾斜面に対して接線方向に接続され、且つ、保持面と略平行に延在しているため、導出されたエアが前記旋回室内を旋回するように流通し、前記保持面側に向かって徐々に拡径した第1傾斜面に沿って前記保持面へと流通する。
従って、旋回室に導入されたエアを、テーパ状に形成された第1及び第2傾斜面を介して保持面へと円滑に導くことができるため、高速に流れるエアが前記第1及び第2傾斜面から剥離するように流通することがなく、スムーズに大気側へと導出させることができる。これにより、従来の鉛直な周面を有する円筒状の旋回室と比較し、高速で流れるエアが傾斜面から離間することがないため、非接触搬送装置とワークとの間により低い負圧(圧力分布)が得られることとなる。その結果、同一のエア供給量に対するワークの保持力を増大させることが可能となる。
また、旋回室の内部にワーク側に向かって徐々に縮径する突部を設けることにより、前記旋回室の容積を小さくすることができる。そのため、ワークが保持面に対して接近・離間する際に、前記旋回室内のエアが前記ワークに対する空気ばねとして機能するために、前記旋回室の容積が小さくなるにつれて前記空気ばねの影響が小さくなる。すなわち、突部を設けて旋回室の容積をより小さくすることにより、該旋回室とワークとの間に生じる連成振動が好適に抑制されるため、薄くて軽いワークを保持面を介して安定的に保持することができる。
さらに、突部がワークに向かって徐々に縮径しているため、前記突部を縮径させない場合に比べて旋回するエアに対する前記突部の影響を小さくすることができる。その結果、旋回室の内部にワーク側に向かって徐々に縮径する突部を設けることにより、前記旋回室とワークとの間に生じる連成振動が好適に抑制される。
さらにまた、第2傾斜面の傾斜角度を、該第2傾斜面の起点となる旋回室の壁面に対して30度以上且つ90度未満に設定することにより、前記旋回室内に導入されたエアを旋回させながら第2傾斜面に沿って流通させることができるため、前記エアを前記旋回室から外部へと円滑に流通させることができる。そのため、ワークを確実且つ安定的に保持することができる。
またさらに、第1傾斜面の傾斜角度を、該第1傾斜面の起点となる前記旋回室の壁面に対して30度以上且つ90度未満に設定することにより、前記旋回室内に導入されたエアを旋回させながら第1傾斜面に沿って流通させ、該第1傾斜面から保持面へと円滑に導くことができる。そのため、エアを円滑に流通させることにより常に安定したワークの保持力を得ることが可能となる。
本発明によれば、以下の効果が得られる。
すなわち、旋回室に導入されたエアを、テーパ状に形成された第1及び第2傾斜面を介して保持面へと円滑に導くことができるため、旋回室内を高速で流れるエアが第1及び第2傾斜面から剥離するように流通することがなく、スムーズに大気側へと導出させることができる。その結果、従来の鉛直な周面を有する円筒状の旋回室と比較し、高速で流れるエアが傾斜面から離間することがないため、非接触搬送装置とワークとの間により低い負圧が得られ、同一のエア供給量に対するワークの保持力を増大させることができる。
また、旋回室の内部にワーク側に向かって徐々に縮径する突部を設けることにより、前記旋回室の容積を小さくすることができるため、該旋回室とワークとの間に生じる連成振動が好適に抑制され、薄くて軽いワークを保持面を介して安定的に保持することができる。すなわち、ワークに対する保持力の範囲を拡大し、様々なワークを確実且つ安定的に保持することが可能となる。
本発明に係る非接触搬送装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
図1において、参照符号10は、本発明の実施の形態に係る非接触搬送装置を示す。
この非接触搬送装置10は、図1〜図4に示されるように、断面略U字状に形成されたハウジング(ボディ)12と、前記ハウジング12の内部に装着されるインナ部材(ボディ)14とを備え、前記ハウジング12及びインナ部材14が複数の連結ボルト16で連結されることによって略円盤状に形成される。
ハウジング12は、略中央部に形成されインナ部材14の一部が挿通される孔部18と、外周部位に設けられ、インナ部材14側に向かって略鉛直方向に延在する環状のフランジ部20とを含み、前記フランジ部20の内周側には前記孔部18と連通する空間部22が設けられる。なお、フランジ部20は、ハウジング12の軸線と略平行に形成される。
この孔部18は、略一定直径で形成され、該孔部18の外周側には連結ボルト16が挿通される複数のボルト孔24が設けられると共に、前記ボルト孔24に対してさらに半径外側に複数の取付穴26が設けられる。なお、ボルト孔24及び取付穴26は、それぞれ孔部18を中心とした同一直径上に等間隔離間して配置される。この取付穴26は、例えば、非接触搬送装置10がロボットアーム等の装置に対して連結される際に用いられる。
また、インナ部材14に臨むハウジング12の内壁面には、ボルト孔24と取付穴26との間となるように第1シール部材28が環状溝を介して装着されると共に、前記フランジ部20の下端面にも同様に環状溝を介して第2シール部材30が装着される。この第1及び第2シール部材28、30は、ハウジング12とインナ部材14が連結された際に、該ハウジング12とインナ部材14との間を通じたエアの外部への漏出を防止する。
フランジ部20の外周面は略一定直径から形成され、一方、その内周面32は下端面側に向かって段階的に拡径した段付部34を有する。
インナ部材14は、断面略T字状に形成され、略中央部に形成される円筒状のボス部36と、前記ボス部36の端部に形成され、所定半径で拡径したベース部38と、該ベース部38に対して半径外方向に配置され、ワークW(図4参照)を保持する保持面40を有するプレート部42と、前記ベース部38とプレート部42とを接続する接合部44とを含む。
ボス部36は、ハウジング12の孔部18に挿通され、その略中央部にはエアが供給される供給ポート(エア供給部)46が軸線方向に沿って形成される。この供給ポート46には、図示しないチューブに接続された継手が螺合され、前記チューブを通じてエア供給源(図示せず)から前記供給ポート46へとエアが供給される。
ベース部38は、ハウジング12の空間部22に配設され、その外周面がフランジ部20の内周面32に臨む。そして、段付部34を含むフランジ部20の内周面32とベース部38の外周面との間には、エアの流通する環状通路(通路)48が画成される。すなわち、この環状通路48は、内周側に配設された第1シール部材28と、外周側に配設された第2シール部材30によって気密が保持された空間となる。
また、ベース部38の内部には、供給ポート46に接続され、半径外方向に向かって延在した複数(例えば、2本)の連通路(通路)50が形成される。この連通路50は、供給ポート46を中心として周方向に等間隔離間するように配置され、前記ハウジング12のフランジ部20に臨むベース部38の外周面まで貫通している。そして、連通路50は、供給ポート46とインナ部材14の外周側に画成された環状通路48とを連通している。
このベース部38には、ハウジング12のボルト孔24と対向する位置にそれぞれねじ穴52が設けられ、前記ボルト孔24に挿通された連結ボルト16がそれぞれねじ穴52に螺合されることにより、前記ハウジング12とインナ部材14とが連結される。なお、複数のねじ穴52は、複数の連通路50の間となるように形成される。
さらに、ベース部38には、ハウジング12の内壁面に装着された第1シール部材28が当接するため、前記ベース部38とハウジング12との間を通じたエアの漏出が防止される。
一方、ベース部38の下端部には、ボス部36から離間する方向に向かって断面略台形状に膨出した膨出部(突部)54が形成される。この膨出部54は、ベース部38の略中央に配置されて略円形状に形成され、その外周部には、ベース部38から離間する方向に向かって徐々に縮径した第1テーパ面(第2傾斜面)56が形成される。この第1テーパ面56の傾斜角度θ1は、該第1テーパ面56の起点となる前記ベース部38の底壁面(壁面)58に対して、例えば、30度以上で90度未満となるように設定される(30°≦θ1<90°)。なお、ベース部38の底壁面58は、後述するプレート部42の保持面40と略平行に設けられる。また、第1テーパ面56の傾斜角度θ1は、例えば、前記ベース部38の底壁面58に対して60°に設定すると最適である。
プレート部42は、ハウジング12の外周径と略同一直径で形成されると共に略一定厚さで形成され、ハウジング12を構成するフランジ部20の下端面を覆うように配設される。すなわち、プレート部42は、ハウジング12に臨む上面がフランジ部20に当接し、外部に露呈した下面が、ワークWを保持可能な保持面40として機能する。
また、この保持面40は、インナ部材14における膨出部54の端面に対して所定高さTだけ突出するように設けられる。換言すれば、ワークWに臨む保持面40に対して膨出部54の端面が所定高さTだけ窪んで設けられ、前記ワークWと膨出部54との間のクリアランスC1が、該ワークWと保持面40との間のクリアランス(離間距離)C2に比べて大きくなる(C1>C2)。
さらに、プレート部42には、フランジ部20に装着された第2シール部材30が当接することにより、前記プレート部42とハウジング12との間を通じたエアの漏出が防止される。
接合部44は、ベース部38の外周部位から半径外方向に延在し、該ベース部38とプレート部42の内周部位とを接続するように環状に形成される。この接合部44の内周部には、ベース部38からプレート部42側に向かって徐々に拡径した第2テーパ面(第1傾斜面)60が形成されると共に、該接合部44の外周部は、インナ部材14の軸線に対して平行な略一定直径で形成される。この第2テーパ面60の傾斜角度θ2は、該第2テーパ面60の起点となる前記ベース部38の底壁面58に対して、例えば、30度以上で90度未満となるように設定される(30°≦θ2<90°)。この第2テーパ面60の傾斜角度θ2は、例えば、前記ベース部38の底壁面58に対して60°に設定すると最適である。
すなわち、インナ部材14には、ベース部38の底壁面58、膨出部54の第1テーパ面56、接合部44の第2テーパ面60によって環状凹部62が画成される。この環状凹部62は、ベース部38から離間する方向に向かって徐々に幅広となる断面略台形状に形成される。
また、接合部44の内部には、該接合部44の外周面と内周側となる第2テーパ面60とを連通させる複数の導出孔64が形成される。この導出孔64は、略一定直径で一直線状に形成され、環状凹部62側となる端部が傾斜した第2テーパ面60に開口している。
導出孔64は、接合部44と膨出部54との間に形成された環状凹部62に対して接線方向となるように設けられる。これにより、導出孔64を介して環状通路48と環状凹部62とが連通される。
さらに、第2テーパ面60は、プレート部42の内周部に形成された第3テーパ面66に隣接して配置される。この第3テーパ面66は、第2テーパ面60側から保持面40側に向かって徐々に拡径するように傾斜し、前記第3テーパ面66の傾斜角度は、前記ベース部38の底壁面58に対する第2テーパ面60の傾斜角度θ2に対して小さくなるように設定される。すなわち、環状凹部62を流通するエアが第2及び第3テーパ面60、66に沿って保持面40側へと流通する際、該第2テーパ面60、第3テーパ面66と段階的に拡径するように形成されているため、前記エアを徐々に保持面40へと導くことができ、該エアを滑らかに流通させることができる。
そして、インナ部材14の下部には、膨出部54、ベース部38の底壁面58、接合部44の第2テーパ面60及びプレート部42の第3テーパ面66に囲まれた旋回室68が画成される。この旋回室68は、環状凹部62を含むように形成され、その外周面が保持面40側に向かって徐々に拡径するテーパ状に形成され、且つ、内周面がインナ部材14の中心側に向かって徐々に縮径するテーパ状に形成されると共に、その略中央部が前記保持面40に対して所定長だけ窪んで形成される。
本発明の実施の形態に係る非接触搬送装置10は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
図示しないエア供給源からチューブを介して供給ポート46へとエアが供給され、前記供給ポート46に供給されたエアが、複数の連通路50を通じて環状通路48へと導入される。そして、環状通路48に連通した複数の導出孔64を介して環状凹部62へと導出される。この際、導出孔64が環状凹部62に対して接線方向となるように配置されているため、該導出孔64から導出されたエアが旋回室68へと供給されて環状凹部62に沿って旋回するように流通する。これにより、旋回室68においてエアによる旋回流が発生し、該エアは断面略台形状に窪んだ環状凹部62に沿ってその流速を増大させながら流通する。
この場合、旋回室68側に開口した複数の導出孔64は、いずれも前記旋回室68を構成する環状凹部62に対して接線方向となるように接続されているため、前記環状凹部62に導出されるエアの流通方向が周方向に沿った同一方向となる。
そして、インナ部材14の保持面40と対向する位置に配置されたワークWと該保持面40との間を旋回室68で旋回流となったエアが保持面40に沿って高速で外周側へと流通することにより、前記保持面40とワークWとの間が負圧となる。この場合、エアは、旋回室68において環状凹部62の外周側となる第2テーパ面60から第3テーパ面66に沿って流通し、保持面40へと滑らかに流通する。
これにより、インナ部材14の保持面40と対向する位置に配置されたワークW(例えば、ウェハ等)が旋回室68において発生する負圧により吸引され、一方、インナ部材14の保持面40とワークWとの間に介在するエア(正圧)により反発力を受け、前記負圧と正圧とのバランスによってワークWが非接触状態で保持される。その結果、非接触搬送装置10の保持面40においてワークWを保持した状態で所定位置に搬送される。
なお、このワークWに作用する正圧及び負圧は、インナ部材14の保持面40とワークWとの間のクリアランスC2により変化する。すなわち、このクリアランスが小さくなると負圧が減少すると共に正圧が増大し、一方、前記クリアランスC2が大きくなると負圧が増大すると共に正圧が減少する。この場合、リフトされるワークWは、該ワークW自体の自重と正圧及び負圧のバランスによって最適なクリアランスとなる。そのため、例えば、ウェハや可撓性を有するフィルム状のワークWを歪ませることなく搬送することができる。
図7及び図8は、非接触搬送装置10におけるワークWと保持面40との間のクリアランスC2と前記ワークWを保持可能な保持力Fとの関係を示した特性曲線図である。なお、図7中に示される実線Aは、本実施の形態に係る非接触搬送装置10の特性を示し、破線aは、旋回室の外周面が鉛直方向に延在した円筒状に形成された場合の特性を示している。一方、図8中に示される実線Bは、上述した本実施の形態に係る非接触搬送装置10の特性を示し、破線bは、前記膨出部が設けられていない非接触搬送装置の特性を示している。
図7に示されるように、エアがワークWに向かって導出される旋回室68の外周面に、保持面40側に向かって拡径する第2及び第3テーパ面60、66を設けることにより、前記ワークWを保持する際の保持力Fの最大値A1が、旋回室の外周面が保持面に対して略鉛直な円筒形状とした場合の保持力Fの最大値a1と比較して大きくなっていることが諒解される(A1>a1)
すなわち、旋回室68の外周面に、保持面40側に向かって拡径するテーパ状の第2及び第3テーパ面60、66を設けることにより、前記旋回室68で旋回しているエアが、第2テーパ面60から第3テーパ面66へと徐々に流通して保持面40へと滑らかに流通する。このように、旋回室68のエアを、テーパ状の外周面に沿って円滑に保持面40へと導くことができる。換言すれば、旋回室68で高速に流れるエアが第2及び第3テーパ面60、66から剥がれることなく、円滑に保持面40側へと導かれて大気側へと導出される。
従って、旋回室68の外周面を、保持面40側に向かって拡径するようにテーパ状とすることにより、ワークWを保持する保持力Fを増大させることができるため、より重量の大きなワークWを一定のエア供給量で確実且つ安定的に保持して搬送することが可能となる。
図8に示されるように、エアが流通する旋回室68内にワークWに向かって膨出した膨出部54を設けることにより、前記ワークWを保持する際の保持力Fの最小値B1が、前記膨出部54を設けていない場合の最小値b1と比較して小さくなっていることが諒解される(B1<b1)。なお、一般的に、保持力Fの最小値B1、b1で保持されるワークWより軽いワークを搬送しようとした場合には、前記ワークが発振してしまうことが懸念される。
このように、膨出部54を設けることにより保持力Fの最小値B1を小さくすることができるため、より軽量のワークWを確実且つ安定的に保持して搬送することができる。
すなわち、図7及び図8から諒解されるように、旋回室68内に膨出部54を設けることによってワークWを保持可能な保持力Fの最小値B1をより小さくすることができると共に、前記旋回室68の外周面に、保持面40側に向かって拡径する第2及び第3テーパ面60、66を設けることにより、前記保持力Fの最大値A1をより大きくすることができる。その結果、ワークWを保持可能な保持力Fの範囲(B1〜A1)を拡大させることができ、前記ワークWを保持面40に対してより確実且つ安定的に保持することが可能となる。
以上のように、本実施の形態では、インナ部材14の下部にワークWに臨むように突出した膨出部54を設け、該膨出部54を断面略台形状とすることにより、前記膨出部54を備えていない従来の非接触搬送装置と比較し、ワークWを保持可能な保持力Fの範囲を拡大させることができるため、前記ワークWを保持面40に対してより確実且つ安定的に保持することが可能となる。
また、ワークWが保持面40に対して接近・離間する際に、前記旋回室68内のエアが前記ワークWに対して空気ばねとして機能している。そのため、膨出部54を旋回室68の内部に設けることにより、前記旋回室68の容積を小さくすることができるため、前記旋回室68の容積が小さくなるにつれて前記空気ばね機能に起因した該旋回室68とワークWとの間に生じる連成振動が好適に抑制される。
さらに、ワークWと保持面40との間のクリアランスC2を小さく設定することができるため、前記ワークWをより一層確実且つ安定的に保持することが可能となる。
さらにまた、インナ部材14下部側に設けられ、複数の導出孔64からエアが導出される旋回室68を、膨出部54、ベース部38の底壁面58、接合部44の内周側に形成された第2テーパ面60及びプレート部42の内周側に形成された第3テーパ面66とから画成し、前記第2及び第3テーパ面60、66を保持面40側に向かって徐々に拡径するように形成している。
これにより、旋回室68内を高速で流れるエアが第2テーパ面60及び第3テーパ面66から剥がれることなくスムーズに保持面40側へと導いて大気側へと流通させることができる。これにより、従来の鉛直な周面を有する円筒状の旋回室と比較し、非接触搬送装置10の保持面40とワークWとの間により低い負圧(圧力分布)が得られ、同一のエア供給量に対するワークWの保持力を増大させることが可能となる。その結果、非接触搬送装置10において保持面40を介してワークWを安定的に保持して搬送することができる。
本発明に係る非接触搬送装置は、上述の本実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
本発明の第1の実施の形態に係る非接触搬送装置を示す全体斜視図である。 図1に示す非接触搬送装置の分解斜視図である。 図2に示す非接触搬送装置を別の方向から見た分解斜視図である。 図1に示す非接触搬送装置の縦断面図である。 図4の非接触搬送装置における環状凹部近傍を示す拡大断面図である。 図4のVI−VI線に沿った断面図である。 図1の非接触搬送装置における旋回室の形状に対するワークの保持力と該ワークと保持面との間のクリアランスとの関係を示す特性曲線図である。 図1の非接触搬送装置における膨出部の有無に対するワークの保持力と該ワークと保持面との間のクリアランスとの関係を示す特性曲線図である。
符号の説明
10…非接触搬送装置 12…ハウジング
14…インナ部材 18…孔部
20…フランジ部 36…ボス部
38…ベース部 40…保持面
42…プレート部 44…接合部
46…供給ポート 48…環状通路
50…連通路 54…膨出部
56…第1テーパ面 60…第2テーパ面
62…環状凹部 64…導出孔
66…第3テーパ面 68…旋回室

Claims (3)

  1. ボディと、
    前記ボディの内部に形成され、エア供給部から供給されたエアが流通する通路と、
    前記ボディの端部に設けられ、ワークに臨む保持面と、
    前記保持面の半径内方向に設けられ、前記ワークに臨んで開口すると共に前記ワーク側に向かって徐々に拡径した第1傾斜面を有する環状の旋回室と、
    前記旋回室の第1傾斜面に接続され、該旋回室と通路とを連通して前記エアを前記旋回室へと導出する導出孔と、
    前記旋回室の略中央部に設けられ、前記ワーク側に向かって徐々に縮径するように膨出し、外周側に前記第1傾斜面に臨んだ第2傾斜面を有する突部と、
    を備え、
    前記導出孔が、前記保持面と略平行に延在し、前記第1傾斜面に対して前記旋回室接線方向に接続されることを特徴とする非接触搬送装置。
  2. 請求項1記載の非接触搬送装置において
    記第2傾斜面の傾斜角度は、該第2傾斜面の起点となる前記旋回室の壁面に対して30度以上且つ90度未満に設定されることを特徴とする非接触搬送装置。
  3. 請求項1又は2記載の非接触搬送装置において、
    前記第1傾斜面の傾斜角度は、該第1傾斜面の起点となる前記旋回室の壁面に対して30度以上且つ90度未満に設定されることを特徴とする非接触搬送装置。
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