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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine kontaktfreie Transportvorrichtung,
mit welcher ein Werkstück
durch ein Druckfluid in einem kontaktfreien Zustand gehalten und
transportiert werden kann.
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Kontaktfreie
Transportvorrichtungen sind für den
Transport von Halbleiterwafern bekannt und in der Lage, Werkstücke, die
als blattförmige
Elemente ausgebildet sind und zur Herstellung von Flüssigkristallen
und Plasmabildschirmen vorgesehen sind, in kontaktfreier Weise zu
transportieren, indem der Bernoulli-Effekt genutzt wird, der durch
die Strömung eines
Gases erzeugt wird.
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Eine
solche kontaktfreie Transportvorrichtung, wie sie bspw. in der japanischen
Patentoffenlegungsschrift Nr.
JP 2002-64130 A beschrieben ist, umfasst eine
Aussparung, in welcher eine innere Umfangsfläche eine zylindrische Form
aufweist. An einer Öffnungsseite
der Aussparung, die dem Werkstück zugewandt
ist, sind eine flache Oberfläche
sowie ein Fluiddurchgang zum Ausstrahlen eines zugeführten Fluides
in das Innere der Aussparung aus Strahlöffnungen, die der inneren Umfangsfläche der
Aussparung zugewandt sind, vorgesehen. Indem mit Hilfe von Luft,
die von einem Fluidzufuhranschluss zugeführt wird, zwischen der flachen
Oberfläche
und dem Werkstück
ein Luftstrom mit hoher Geschwindigkeit erzeugt wird, wird außerdem durch
den Bernoulli-Effekt ein Unterdruck erzeugt, und das Werkstück angehoben,
wodurch das Werkstück
mit Hilfe von Überdruckluftströmungen,
die zwischen der flachen Oberfläche
und dem Werkstück
fließen,
transportiert werden kann, wobei ein kontaktfreier Zustand zwischen den
Elementen beibehalten wird.
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Bei
dieser Art von kontaktfreier Transportvorrichtung ist außerdem die
Zufuhrmenge (Druck) der Luft konstant, wenn Werkstücke mit
unterschiedlichen Gewichten oder Größen transportiert werden. Dementsprechend
besteht das Bedürfnis,
auch größere und
schwerere Werkstücke
zu halten und transportieren zu können, indem die Kraft, mit
welcher die Werkstücke
gehalten werden können,
erhöht
wird. Gleichzeitig besteht das Bedürfnis, dünne, leichtgewichtige Werkstücke stabil
zu halten und zu transportieren. Insbesondere wird eine kontaktfreie
Transportvorrichtung angestrebt, die noch stärker unterschiedliche Typen
von Werkstücken
halten und transportieren kann, wobei der Bereich, in dem die Werkstücke gehalten
werden können,
mit Bezug auf eine feste Zufuhrmenge (Druck) der Luft vergrößert werden
kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kontaktfreie Transportvorrichtung
vorzuschlagen, mit welcher Werkstücke zuverlässig und stabil gehalten und
transportiert werden können,
wobei der Bereich, in dem solche Werkstücke gehalten werden können, mit
Bezug auf eine zugeführte
Luftmenge vergrößert werden
kann.
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Diese
Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Weiterbildungen,
Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich
dargestellten Merkmale für
sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfin dung,
unabhängig
von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer kontaktfreien Transportvorrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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2 ist
eine perspektivische Explosionsdarstellung der kontaktfreien Transportvorrichtung gemäß 1,
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3 ist
eine perspektivische Explosionsdarstellung der kontaktfreien Transportvorrichtung gemäß 2,
gesehen aus einer anderen Richtung,
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4 ist
ein Schnitt durch die kontaktfreie Transportvorrichtung gemäß 1,
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5 ist
ein vergrößerter Schnitt,
der die Umgebung einer ringförmigen
Aussparung in der kontaktfreien Transportvorrichtung gemäß 4 zeigt,
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6 ist
ein Schnitt entlang der Linie VI-VI in 4,
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7 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Kraft, mit welcher
ein Werkstück
gehalten werden kann, und einem Freiraum zwischen dem Werkstück und einer
Haltefläche
mit Bezug auf die Gestaltung einer Wirbelkammer in der kontaktfreien Transportvorrichtung
gemäß 1 darstellt,
und
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8 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Kraft, mit welcher
ein Werkstück
gehalten werden kann, und einem Freiraum zwischen dem Werkstück und einer
Haltefläche
mit Bezug darauf darstellt, ob die kontaktfreie Transportvorrichtung
gemäß 1 eine
vorgewölbten
Abschnitt aufweist oder nicht.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Das
Bezugszeichen 10 in 1 bezeichnet eine
kontaktfreie Transportvorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Die
kontaktfreie Transportvorrichtung 10, wie sie in den 1 bis 4 gezeigt
ist, umfasst ein Gehäuse
(Körper) 12 mit
einem im Wesentlichen U-förmigen
Querschnitt und ein inneres Element (Körper) 14, das in dem
Gehäuse 12 angebracht
ist, wobei durch Verbindung des Gehäuses 12 mit dem inneren
Element 14 über
eine Vielzahl von Verbindungsbolzen 12 ein scheibenförmiger Aufbau
erzeugt wird.
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Das
Gehäuse 12 umfasst
eine Öffnung 18, die
im Wesentlichen in dessen Mitte ausgebildet ist und in welche ein
Teil des inneren Elementes 14 eingesetzt ist, und einen
ringförmigen
Flansch 20, der an seinem äußeren Umfangsbereich angeordnet
ist und sich in einer vertikalen Richtung zu dem inneren Element 14 erstreckt.
Ein Raum 22, der mit der Öffnung 18 in Verbindung
steht, ist an einer inneren Umfangsseite des Flansches 20 vorgesehen.
Der Flansch 20 ist im Wesentlichen parallel zu einer Achse
des Gehäuses 12 ausgebildet.
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Die Öffnung 18 hat
einen im Wesentlichen konstanten Durchmesser. Eine Vielzahl von
Bolzenöffnungen 24,
durch welche Verbindungsbolzen 16 eingesetzt sind, ist
an einer äußeren Umfangsseite der Öffnung 18 vorgesehen.
Eine Viel zahl von Befestigungslöchern 26 ist
radial weiter außen
als die Bolzenöffnungen 24 angeordnet.
Die Bolzenöffnungen 24 und
die Befestigungslöcher 26 sind
auf jeweils den gleichen Durchmessern angeordnet und voneinander
mit gleichen Abständen
beabstandet, wobei die Öffnung 18 als
Mittelpunkt dient. Die Befestigungslöcher 26 werden bspw.
dann verwendet, wenn die kontaktfreie Transportvorrichtung 10 an
einem Ausrüstungselement,
bspw. einem Roboterarm oder dgl., angebracht wird.
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Außerdem ist
an der inneren Wandfläche des
Gehäuses 12,
die dem inneren Element 14 zugewandt ist, ein erstes Dichtelement 28 in
einer Ringnut angebracht, die zwischen den Bolzenöffnungen 24 und
den Befestigungslöchern 26 liegt.
In ähnlicher Weise
ist ein zweites Dichtelement 30 über eine Ringnut an einer unteren
Endfläche
des Flansches 20 angebracht. Wenn das Gehäuse 12 und
das innere Element 14 verbunden sind, verhindern die ersten und
zweiten Dichtelemente 28, 30 eine Leckage von Luft,
die zwischen dem Gehäuse 12 und
dem inneren Element 14 durchtritt, nach außen.
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Die äußere Umfangsfläche des
Flansches 20 hat einen im Wesentlichen konstanten Durchmesser,
während
die innere Umfangsfläche 34 des
Flansches 20 einen abgestuften Bereich 34 aufweist,
dessen Durchmesser sich schrittweise zu der unteren Endfläche des
Gehäuses 12 hin
erweitert.
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Das
innere Element 14 hat einen im Wesentlichen T-förmigen Querschnitt
und umfasst einen zylindrisch geformten Vorsprung 36, der
im Wesentlichen zentral daran ausgebildet ist, eine Basis 38,
die an einem Ende des Vorsprungs 36 ausgebildet ist und
deren Durchmesser sich in radialer Richtung um eine festgelegte
Länge erweitert,
eine Platte 42, die relativ zu der Basis 38 radial
außen
angeordnet ist und eine Haltefläche 40 zum
Halten des Werkstücks W
bereitstellt (vgl. 4), sowie einen Verbindungsabschnitt 44,
der die Basis 38 und die Platte 42 verbindet.
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Der
Vorsprung 36 ist durch die Öffnung 18 des Gehäuses 12 eingesetzt.
Eine Zufuhröffnung 46 (Luftzufuhrbereich),
durch welche Luft zugeführt wird,
ist im Wesentlichen zentral entlang der Axialrichtung in dem Vorsprung 36 ausgebildet.
Eine Kupplung, die mit einer nicht dargestellten Leitung verbunden
ist, wird mit dem Zufuhranschluss 46 verschraubt, wobei
Luft durch die Leitung von einer Luftzufuhrquelle (nicht dargestellt)
dem Zufuhranschluss 46 zugeführt wird.
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Die
Basis 38 ist in einem Raum 22 des Gehäuses 12 so
angeordnet, dass eine äußere Umfangsfläche der
Basis 38 der inneren Umfangsfläche 32 des Flansches 20 zugewandt
ist. Außerdem
ist ein ringförmiger
Durchgang 48, durch welchen Luft fließt, zwischen der inneren Umfangsfläche 32 des
Flansches 20 einschließlich
dessen abgestuften Bereichs 34 und der äußeren Umfangsfläche der
Basis 38 ausgebildet. Im Einzelnen definiert der ringförmige Durchgang 48 einen
Raum, in dem mit Hilfe des ersten Dichtelementes 28, das
an der inneren Umfangsseite angeordnet ist, und des zweiten Dichtelements 30,
das an der äußeren Umfangsseite
angeordnet ist, ein luftdichter Zustand hergestellt wird.
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Außerdem sind
im Inneren der Basis 38 mehrere (bspw. zwei) Verbindungsdurchgänge (Durchgänge) 50 ausgebildet,
die mit dem Zufuhranschluss 46 verbunden sind und die sich
radial nach außen
erstrecken. Die Verbindungsdurchgänge 50 sind mit gleichen
Abständen
in der Umfangsrichtung um die Mitte des Zufuhranschlusses 46 angeordnet und
beabstandet und durchtreten eine äußere Umfangsfläche der
Basis 38, die dem Flansch 20 des Gehäuses 12 zugewandt
ist. Außerdem
stehen die Verbindungsdurchgänge 50 sowohl
mit dem Zufuhranschluss 46 als auch dem ringförmigen Durchgang 48,
der an einer äußeren Umfangsseite
des inneren Elementes 14 ausgebildet ist, in Verbindung.
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Gewindelöcher 52,
die jeweils so positioniert sind, dass sie den Bolzenöffnungen 24 des
Gehäuses 12 gegenüberliegen,
sind in der Basis 38 ausgebildet. Durch Einschrauben der
Verbindungsbolzen 16, die durch die Gewindeöffnungen 24 eingesetzt werden,
in die jeweiligen Gewindelöcher 52 werden das
Gehäuse 12 und
das innere Element 14 miteinander verbunden. Die Gewindelöcher 52 sind
an Positionen ausgebildet, die zwischen den Verbindungsdurchgängen 50 liegen.
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Da
die erste Dichtung 28, die in der inneren Wandfläche des
Gehäuses 12 angebracht
ist, an der Basis 38 anliegt, wird außerdem eine Leckage von Luft,
die zwischen der Basis 38 und dem Gehäuse 12 durchtritt,
verhindert.
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Andererseits
ist ein nach außen
gewölbter Bereich
(Vorsprung) 54, der sich mit einer im Querschnitt im Wesentlichen
trapezförmigen
Gestalt nach außen
in einer Richtung weg von dem Vorsprung 36 (d.h. in der
Richtung des Pfeils X) wölbt,
an dem unteren Ende der Basis 38 ausgebildet. Der gewölbte Bereich 55 ist
zentral an der Basis 38 angeordnet und weist eine erste
konische Fläche
(zweite schräge
Fläche) 56,
die an seinem äußeren Umfang
ausgebildet ist und deren Durchmesser sich in einer Richtung weg
von der Basis 38 (d.h. in der Richtung des Pfeils X) allmählich verringert,
auf. Der Neigungswinkel θ1 der
ersten sich verjüngenden
Fläche 56 ist
bspw. so gewählt,
dass er größer oder
gleich 30° und
kleiner als 90° (30° ≤ θ1 < 90°) relativ
zu einer Bodenwandfläche
(Wandfläche) 58 der
Basis 38 ist, die einen Ursprungspunkt der ersten konischen
Fläche 56 definiert.
Die Bodenwandfläche 58 der
Basis 38 ist im Wesentlichen parallel zu der Haltefläche 40 der
Platte 42 angeordnet, was später im Einzelnen beschrieben
wird (vgl. 5). Außerdem kann der Neigungswinkel θ1 der ersten
konischen Fläche 56 bspw.
auf einen optimalen Wert von 60° relativ
zu der Bodenwandfläche 58 der
Basis 38 eingestellt werden (θ1 = 60°).
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Die
Platte 42 hat im Wesentlichen den gleichen Durchmesser
wie der äußere Umfangsdurchmesser
des Gehäuses 12 und
weist eine gleichmäßige Dicke
auf. Die Platte 42 ist so angeordnet, dass sie die untere
Endfläche
des Flansches 20, der ein Teil des Gehäuses 12 ist, abdeckt.
Im Einzelnen liegt die obere Fläche
der Platte 42, die dem Gehäuse 12 zugewandt ist,
an dem Flansch 20 an, während
seine untere Fläche,
die nach außen
freiliegt, als eine Haltefläche 40 dient,
die in der Lage ist, das Werkstück W
zu halten.
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Außerdem ist
die Haltefläche 40 so
angeordnet, dass sie um eine festgelegte Höhe T über eine Endfläche des
gewölbten
Bereiches 54, der an dem inneren Element 14 vorgesehen
ist, vorsteht. Anders ausgedrückt
ist die Endfläche
des gewölbten
Bereiches 54 so angeordnet, dass sie um die festgelegte Höhe T relativ
zu der Haltefläche 40,
die dem Werkstück
W zugewandt ist, nach innen zurückgesetzt
ist. Wie in 4 gezeigt ist, ist ein Freiraum
(Spalt) C1 zwischen dem Werkstück
W und dem gewölbten
Bereich 54 größer als
ein Freiraum (Abstand) C2 zwischen dem Werkstück W und der Haltefläche 40 (C1 > C2).
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Außerdem wird
durch Anlage des zweiten Dichtelementes 30, das in dem
Flansch 20 angebracht ist, an der Platte 42 eine
Leckage von Luft, die zwischen der Platte 42 und dem Gehäuse 12 durchtritt,
verhindert.
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Der
Verbindungsbereich 44 erstreckt sich radial nach außen von
einem äußeren Umfangsbereich der
Basis 38 und hat eine Ringform, um die Basis 38 mit
einem inneren Umfangsbereich der Platte 42 zu verbinden.
Eine zweite konische Fläche
(erste schräge
Fläche) 60,
deren Durchmesser sich von der Basis 38 zu der Platte 42 (in
der Richtung des Pfeils X) allmählich
erweitert, ist an dem inneren Umfang des Verbindungsabschnitts 44 ausgebildet,
während
der äußere Umfang
des Verbindungsabschnitts 44 einen im Wesentlichen konstanten
Durchmesser parallel zu der Achse des inneren Elementes 14 aufweist.
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Wie
in 5 gezeigt ist, ist der Neigungswinkel θ2 der zweiten
konischen Fläche 60 bspw.
so gewählt,
dass er größer oder
gleich 30° und
kleiner als 90° (30° ≤ θ2 < 90°) relativ
zu der Bodenwandfläche 58 der
Basis 38, die einen Ursprungspunkt der zweiten konischen
Fläche 60 definiert,
ist. Der Neigungswinkel θ2
der zweiten konischen Fläche 60 kann bspw.
auf einen optimalen Wert von 60° relativ
zu der Bodenwandfläche 58 der
Basis 38 eingestellt werden (θ2 = 60°).
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Im
Einzelnen ist an dem inneren Element 14 durch die Bodenwandfläche 58 der
Basis 38, die erste konische Fläche 56 des gewölbten Bereiches 54 und
die zweite konische Fläche
des Verbindungsabschnitts 44 eine ringförmige Aussparung 62 definiert. Die
ringförmige
Aussparung 62 weist im Querschnitt eine Trapezform auf,
deren Breite sich in einer Richtung weg von der Basis 38 (in
der Richtung des Pfeils X) allmählich
erweitert.
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Außerdem sind
mehrere Auslassöffnungen 64,
die die äußere Umfangsfläche des
Verbindungsabschnitts 44 mit der zweiten konischen Fläche 60 an dessen
innerer Umfangsseite verbinden, in dem Verbindungsabschnitt 44 ausgebildet.
Die Auslassöffnungen 64 sind
geradlinig mit einem im Wesentlichen konstanten Durchmesser ausgebildet,
so dass ihre Enden sich an der Seite der ringförmigen Aussparung 62 auf
die zweite konische Fläche 60 öffnen.
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Die
Auslassöffnungen 64 sind
relativ zu der ringförmigen
Aussparung 62, die zwischen dem Verbindungsabschnitt 44 und
dem gewölbten
Abschnitt 54 ausgebildet ist, tangential angeordnet. Dementsprechend
stehen der ringförmige
Durchgang 48 und die ringförmige Aussparung 62 miteinander über die Auslassöffnungen 64 in
Verbindung.
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Außerdem ist
die zweite konische Fläche 60 neben
einer dritten konischen Fläche 66 angeordnet, die
an einer inneren Umfangsseite der Platte 42 ausge bildet
ist. Die dritte konische Fläche 66 ist
so geneigt, dass sich ihr Durchmesser von der zweiten konischen
Fläche 60 zu
der Haltefläche 40 allmählich erweitert.
Der Neigungswinkel θ3
der dritten konischen Fläche 66 wird
so gewählt,
dass er kleiner ist als der Neigungswinkel θ2 der zweiten konischen Fläche 60 relativ
zu der Bodenwandfläche 58 der
Basis 38 (θ3 < θ2).
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Wenn
Luft, die durch die ringförmige
Aussparung 62 strömt,
entlang der zweiten und dritten konischen Flächen 60 und 66 fließt, kann
die Luft allmählich
zu der Haltefläche 40 geführt werden,
weil sich der Durchmesser der zweiten konischen Fläche 60 schrittweise
zu der dritten konischen Fläche 66 erweitert.
Dadurch kann die Luft relativ gleichmäßig fließen.
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Außerdem ist
die Wirbelkammer 68 an einem unteren Bereich des inneren
Elementes 14 ausgebildet und wird durch den gewölbten Bereich 54,
die Bodenwandfläche 58 der
Basis 38, die zweite konische Fläche 60 des Verbindungsabschnitts 44 und
die dritte konische Fläche 66 der
Platte 42 begrenzt. Die Wirbelkammer 68 ist so
geformt, dass sie die ringförmige
Aussparung 62 umfasst, wobei ihre äußere Umfangsfläche konisch
geformt ist und sich ihr Durchmesser allmählich zu der Haltefläche 40 erweitert. Außerdem hat
die innere Umfangsfläche
eine konische Gestalt, deren Durchmesser sich zu einem Mittelpunkt
des inneren Elementes 14 allmählich verringert, und wobei
ihr im Wesentlichen zentraler Bereich um eine festgelegte Länge relativ
zu der Haltefläche 40 nach
innen zurückgesetzt
ist.
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Die
kontaktfreie Transportvorrichtung 10 gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen wie oben beschrieben
aufgebaut. Nachfolgend werden ihre Betriebsweise und Vorteile erläutert.
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Dem
Zufuhranschluss 46 wird durch eine Leitung von einer nicht
dargestellten Luftzufuhrquelle Luft zugeführt, woraufhin die dem Zufuhranschluss 46 zuge führte Luft
durch die Verbindungsdurchgänge 50 in
den ringförmigen
Durchgang 48 geleitet wird. Außerdem wird die Luft durch
die Auslassöffnungen 64,
die mit dem ringförmigen
Durchgang 48 in Verbindung stehen, in die ringförmige Aussparung 62 geführt. Weil
die Auslasslöcher 64 relativ
zu der ringförmigen
Aussparung 62 tangential angeordnet und orientiert sind,
wird zu dieser Zeit, die von den Auslassöffnungen 64 nach außen geführte Luft
in die Wirbelkammer 68 eingeführt und fließt in wirbelnder
Weise entlang der ringförmigen
Aussparung 62. Als Folge hiervon werden durch die Luft
Wirbelluftströme
in der Wirbelkammer 68 erzeugt, wodurch die Luft durch und
entlang der ringförmigen
Aussparung 62, die mit einer im Querschnitt im Wesentlichen
trapezförmigen Gestalt
nach innen zurückgesetzt
ist, fließt,
wobei die Luftströmungsgeschwindigkeit
zunimmt.
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Da
alle Auslassöffnungen 64,
die sich zu der Seite der Wirbelkammer 68 öffnen, in
einer tangentialen Richtung mit der die Wirbelkammer 68 begrenzenden
ringförmigen
Aussparung 62 verbunden sind, sind in diesem Fall die Strömungsrichtungen
der in die ringförmige
Aussparung 62 geführten
Luft in Umfangsrichtung in der gleichen Richtung orientiert.
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Außerdem strömt zwischen
der Haltefläche 40 und
dem Werkstück
W, das an einer Position angeordnet ist, die der Haltefläche 40 des
inneren Elementes 14 zugewandt ist, Luft, die in wirbelnder
Weise in der Wirbelkammer 68 strömt, mit hohen Geschwindigkeiten
entlang der Haltefläche 40 zu
dem äußeren Umfang,
so dass zwischen der Haltefläche 40 und
dem Werkstück
W ein Unterdruck erzeugt wird. In diesem Fall strömt die Luft
innerhalb der Wirbelkammer 68 von der zweiten konischen
Fläche 60, die
an der äußeren Umfangsseite
der ringförmigen Aussparung 62 ausgebildet
ist, und entlang der dritten konischen Fläche 66, so dass sie
gleichmäßig zu der
Haltefläche 40 fließt.
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Als
Folge hiervon wird ein Werkstück
(bspw. ein Wafer oder dgl.), das an einer Position angeordnet ist,
die der Haltefläche 40 des
inneren Elementes 14 zugewandt ist, durch Ansaugen durch
den in der Wirbelkammer 68 erzeugten Unterdruck angezogen, während andererseits
als Folge der Luft (Überdruck), die
zwischen dem Werkstück
W und der Haltefläche 40 des
inneren Elementes 14 vorliegt, eine repulsive Kraft aufgenommen
wird, wodurch durch Ausgleichen des Unterdruckes und des Überdruckes
das Werkstück
W in einem kontaktfreien Zustand gehalten wird. Als Folge hiervon
wird das Werkstück
auf der Haltefläche 40 der
kontaktfreien Transportvorrichtung 10 zu einer festgelegten
Position transportiert, wobei es in einem gehaltenen Zustand gehalten wird.
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Die Über- und
Unterdrücke,
die auf das Werkstück
W wirken, werden als Folge des Freiraumes C2 zwischen der Haltefläche 40 des
inneren Elementes 14 und dem Werkstück W geändert. Insbesondere wenn der
Freiraum kleiner wird, wird der Unterdruck reduziert und der Überdruck
steigt an. Wenn andererseits der Freiraum C2 größer wird, steigt der Unterdruck
und der Überdruck
verringert sich. In diesem Fall nimmt das angehobene Werkstück W als Folge
des Ausgleichs zwischen dem Eigengewicht des Werkstücks W selbst
und den Über- und Unterdrücken einen
optimalen Freiraum an. Aus diesem Grunde können bspw. Werkstücke W, wie
Wafer oder flexible Filme, transportiert werden, ohne dass sie sich
verkrümmen.
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Die 7 und 8 zeigen
charakteristische Kurven, die die Beziehungen zwischen dem Freiraum
C2, der zwischen dem Werkstück
W und der Haltefläche 40 ausgebildet
ist, und der Haltekraft F, mit welcher das Werkstück W gehalten
werden kann, in der kontaktfreien Transportvorrichtung 10 darstellen.
Die durchgezogene Linie A in 7 zeigt die
Eigenschaften der kontaktfreien Transportvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden
Ausführungsform, während die
gestrichelte Linie a Eigenschaften eines Falles zeigt, bei dem die äußere Umfangsfläche der Wirbelkammer
zylindrisch ausgebildet ist und sich in einer verti kalen Richtung
erstreckt. Andererseits zeigt die durchgezogene Linie B in 8 Eigenschaften
der kontaktfreien Transportvorrichtung 10 gemäß der oben
beschriebenen Ausführungsform,
während die
gestrichelte Linie b Eigenschaften einer kontaktfreien Transportvorrichtung
zeigt, die den gewölbten Bereich
nicht aufweist.
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Aus 7 lässt sich
erkennen, dass durch Vorsehen der zweiten und dritten konischen
Flächen 60, 66,
die sich radial zu der Seite der Haltefläche 40 an einer äußeren Umfangsfläche der
Wirbelkammer 68 erstrecken, in welche Luft nach außen zu dem Werkstück W gerichtet
ist, der maximale Wert A1 der Haltekraft F beim Halten des Werkstücks W größer wird
als der maximale Wert a1 der Haltekraft F in dem Fall, wenn die äußere Umfangsfläche der
Wirbelkammer im Wesentlichen zylindrisch und vertikal zu der Haltefläche geformt
ist (A1 > a1).
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Durch
Vorsehen der zweiten und dritten konischen Flächen 60, 66 an
der äußeren Umfangsfläche der
Wirbelkammer 68, deren Durchmesser sich zu der Seite der
Haltefläche 40 erweitert,
fließt
außerdem
die Luft, die in der Wirbelkammer 68 wirbelt, allmählich zu
der zweiten konischen Fläche 60 und
der dritten konischen Fläche 66 und
strömt
gleichmäßig über die
Haltefläche 40.
Auf diese Weise kann die Luft in der Wirbelkammer 68 gleichmäßig entlang
der äußeren Umfangsflächen der
konischen Flächen
zu der Haltefläche 40 geführt werden.
Anders ausgedrückt
löst sich
die Luft, die schnell in der Wirbelkammer 68 fließt, nicht
von den zweiten und dritten konischen Flächen 60 und 66 ab,
sondern wird nach außen
zur Umgebung gerichtet, wobei sie gleichmäßig über die Haltefläche 40 geführt wird.
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Da
die äußere Umfangsfläche der
Wirbelkammer 68 eine konische Form aufweist, deren Durchmesser
sich zu der Haltefläche 40 erweitert, kann
dementsprechend die Haltekraft F, die das Werkstück W hält, vergrößert werden, und es ist möglich, schwerere
Werkstücke
mit einer gegebenen festen Menge an zugeführter Luft zuverlässig und stabil
zu tragen und zu transportieren.
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Aus 8 ist
ersichtlich, dass durch Vorsehen des gewölbten Bereiches 54,
der sich innerhalb der Wirbelkammer 68, durch welche die
Luft strömt, nach
außen
zu dem Werkstück
W vorwölbt,
der minimale Wert B1 der Haltekraft F, wenn das Werkstück W gehalten
wird, im Vergleich zu dem minimalen Wert b1 in dem Fall, in dem
kein gewölbter
Bereich 54 vorgesehen ist, kleiner wird (B1 < b1). Im Allgemeinen
besteht in dem Fall, in dem Werkstücke transportiert werden, die
ein geringeres Gewicht aufweisen als die Werkstücke W, die durch die minimalen
Werte B1, b1 der Haltekraft F gehalten werden können, die Befürchtung,
dass diese Werkstücke
unerwünschten
Vibrationen ausgesetzt werden.
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Da
durch Vorsehen des gewölbten
Bereiches 54 der minimale Wert B1 der Haltekraft F kleiner gemacht
werden kann, können
auch leichtgewichtige Werkstücke
W zuverlässig
und stabil transportiert werden.
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Wie
sich aus den 7 und 8 ergibt, kann
durch Vorsehen des gewölbten
Bereiches 54 innerhalb der Wirbelkammer 68 der
minimale Wert W1 der Haltekraft F, mit dem das Werkstück W gehalten werden
kann, kleiner werden. Außerdem
kann durch Vorsehen der zweiten und dritten konische Flächen 60, 66,
deren Durchmesser sich zu der Haltefläche 40 an der äußeren Umfangsfläche der
Wirbelkammer 68 erweitert, der maximale Wert A1 der Haltekraft
F größer werden.
Als Folge hiervon kann der Bereich (B1 bis A1) der Haltekraft F,
mit dem Werkstücke
gehalten werden können,
vergrößert werden,
und Werkstücke
W können
zuverlässiger
und stabiler relativ zu der Haltefläche 40 gehalten werden.
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Wie
oben beschrieben wurde, ist bei der vorliegenden Ausführungsform
ein gewölbter
Bereich 54, der nach außen vorsteht und dem Werkstück W zuge wandt
ist, an dem unteren Bereich des inneren Elementes 14 vorgesehen.
Durch Vorsehen des gewölbten
Bereiches 54 mit einer im Querschnitt im Wesentlichen trapezförmigen Gestalt
kann im Vergleich zu einer herkömmlichen
kontaktfreien Transportvorrichtung, die keinen solchen gewölbten Bereich 54 aufweist,
der Bereich der Haltekraft F, mit welcher das Werkstück W gehalten
werden kann, vergrößert werden.
Dadurch können
Werkstücke
W zuverlässig
und stabil relativ zu der Haltefläche 40 gehalten werden.
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Wenn
das Werkstück
W sich der Haltefläche 40 annähert oder
von dieser trennt, dient außerdem die
Luft in der Wirbelkammer 68 als ein Luftkissen relativ
zu dem Werkstück
W. Durch Vorsehen des gewölbten
Bereiches 54 in der Wirbelkammer 68 kann somit
die volumetrische Kapazität
der Wirbelkammer 68 kleiner gemacht werden. Wenn die volumetrische Kapazität der Wirbelkammer 68 kleiner
wird, werden dementsprechend gekoppelte Vibrationen, die zwischen
der Wirbelkammer 68 und dem Werkstück W erzeugt werden, vermindert.
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Da
der Freiraum C2 zwischen dem Werkstück W und der Haltefläche 40 auf
einen kleinen Wert eingestellt werden kann, kann das Werkstück W außerdem noch
zuverlässiger
und stabiler gehalten werden.
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Die
Wirbelkammer 68, die an der unteren Seite des inneren Elementes 14 ausgebildet
ist und in welcher Luft aus den Auslassöffnungen 64 gerichtet
wird, wird durch den gewölbten
Bereich 54, die Bodenwandfläche 58 der Basis 38,
die zweite konische Fläche 60,
die an der inneren Umfangsseite des Verbindungsabschnitts 44 ausgebildet
ist, und die dritte konische Fläche 66,
die an der inneren Umfangsfläche
der Platte 42 ausgebildet ist, begrenzt. Die zweiten und
dritten konischen Flächen 60 und 66 sind
so geformt, dass sich ihr Durchmesser zu der Seite der Haltefläche 40 allmählich erweitert.
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Als
Folge hiervon löst
sich Luft, die schnell innerhalb der Wirbelkammer 68 strömt, nicht
von der zweiten konischen Fläche 60 und
der dritten konischen Fläche 66 ab
und kann gleichmäßig in die
Umgebung fließen,
wobei sie entlang der Seite der Haltefläche 40 geführt wird.
Somit wird im Vergleich zu einer herkömmlich zylindrisch geformten
Wirbelkammer mit einer vertikal angeordneten Umfangsfläche ein
niedriger Unterdruck (Druckverteilung) zwischen der Haltefläche 40 der
kontaktfreien Transportvorrichtung 10 und dem Werkstück W erreicht,
wodurch es möglich
wird, die Kraft, mit welcher Werkstücke W gehalten werden können, bei
der gleichen Luftzufuhrmenge zu erhöhen. Als Folge hiervon können Werkstücke W mit
der kontaktfreien Transportvorrichtung 10 stabil über der
Haltefläche 40 gehalten
und transportiert werden.