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Hintergrund der Erfindung
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Die 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 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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Die
DE 10 2004 045 957 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Halten und Transportieren eines Werkstückes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Das Halten und Transportieren geschieht unter Ausnutzung einer Druckdifferenz, die durch einen Gasstrom initiiert wird. Das Werkstück liegt zunächst auf einer Auflage auf, von der das Werkstück mit Hilfe der Vorrichtung abgehoben und abtransportiert werden soll. Die Vorrichtung ist derart aufgebaut, dass die Haltevorrichtung eine untere planparallele Haltefläche und einen zentralen Zentrierzapfen aufweist, der in eine Öffnung des Werkstücks greift. Zwischen der Haltefläche, dem Zentrierzapfen und dem darunter angeordneten Werkstück wird ein ringförmiger Raum gebildet, dessen äußere Umfangswand nach außen hin geneigt ist, wobei sich der Umfang schräg zum Werkstück hin erweitert. Um das Werkstück mit Hilfe der Vorrichtung von der Auflage anzuheben, wird Gas durch eine Gaszuführung, die im Wesentlichen parallel zur Basis des Werkstückes in den Raum mündet, eingeleitet, wodurch sich ein Gasstrom in radialer Richtung von der inneren zur äußeren Seite des Werkstückes durch den Raum und den Ringspalt zwischen der Oberfläche des Werkstückes und der Anhebevorrichtung aufbaut, durch einen Unterdruck entsteht lässt, mittels dessen sich das Werkstück anheben lässt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine kontaktfreie Transportvorrichtung vorzuschlagen, mit welcher Werkstücke zuverlässig und stabil gehalten und transportiert werden können, wobei die Kraft zum Halten der Werkstücke gegenüber einer gattungsgemäßen Vorrichtung erhöht wird ohne die hierfür erforderliche Luftmenge zu vergrößern.
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Diese Aufgabe wird mit der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert.
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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 12 mit einem im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt und ein inneres Element 14, das in dem Gehäuse 12 angebracht ist, wobei durch Verbindung des Gehäuses 12 mit dem inneren Element 14 über eine Vielzahl von Verbindungsbolzen 16 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 am äußeren Umfangsbereich des Gehäuses 12 angeordnet ist und mit seiner Unterseite mit dem inneren Element 14 in Kontakt steht. 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 Vielzahl 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 54 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 ausgebildet 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 zugeführte 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 vertikalen 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.
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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 zugewandt 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.
