JP2008227480A

JP2008227480A - 非接触保持装置および非接触搬送装置

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Publication number: JP2008227480A
Application number: JP2008033729A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Isobe; 浩已磯部; Masami Otsuka; 雅美大塚
Original assignee: PRODUCE KK; Institute of National Colleges of Technologies Japan; Produce Co Ltd
Current assignee: PRODUCE KK; Institute of National Colleges of Technologies Japan; Produce Co Ltd
Priority date: 2007-02-14
Filing date: 2008-02-14
Publication date: 2008-09-25
Anticipated expiration: 2028-02-14
Also published as: JP4877658B2

Abstract

【課題】被保持体が所望の位置から脱落しない復元力を、非接触且つ容易に作用させることが可能な非接触保持装置および非接触搬送装置を提供する。
【解決手段】浮揚手段３による流体の圧力によって、搬送品Ｓが非接触で反重力方向に浮揚される。また、励振アクチュエータ１３が弾性振動体１２に撓み定在波を励起するような振動を与えると、この弾性振動体１２と搬送品Ｓとの間に生じる流体の音響粘性流によって、搬送品Ｓを中立位置に戻そうとする復元力が発生し、搬送品Ｓは中立位置の周辺で非接触に保持される。さらに、非接触搬送装置として搬送ユニット２１を組み込むと、保持ユニット１１により搬送路１から脱落しないように非接触に案内しながら、搬送品Ｓを所定方向に搬送できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、工業製品などの被保持体を非接触で保持する非接触保持装置と、被保持体を非接触で保持搬送する非接触搬送装置とに関する。

プラズマディスプレイや液晶モニタに代表されるフラットパネルディスプレイに用いられるマザーガラス基板や半導体ウェハは、年々大型化が進んでいる。こうした大型且つ大重量でありながら、高精度で高純度な工業製品を搬送する汎用的な方法として、ローラやフォークリフトによる搬送が知られている。すなわちこれは、多数のローラや、昇降するフォークによって搬送品を支持すると同時に、ローラの回転に伴う摩擦力を搬送品に伝達したり、或いはフォーク全体を移動させたりして、搬送を行なうものである。しかし、搬送品が大型化するにしたがって、搬送品に作用する応力を緩和するために、ローラの個数やフォークの本数を増やす必要があり、全てのローラやフォークの高さを厳密にそろえるための調整操作や、メンテナンスや、保守管理などの様々な要求が高まる。

このような問題に対して、搬送品である基板をエアーの吹き上げ圧力で浮上させつつ、基板の両端を送りローラで支持して搬送力を伝達する方式（特許文献１）や、可動部上に起立させた基板を、静電吸引力によって非接触状態を保ちつつ搬送する方式（特許文献２）や、やや傾いた縦置き状の基板の下縁を支持ローラ上で支承すると共に、この基盤の上部側を気体膜を介して非接触状態で搬送台に支持させて搬送する方式（特許文献３）などが提案されている。

しかし、エアー圧で浮上させて送りローラによる搬送を行なう方式では、送りローラとの接触による基板の汚損が避けられない。また静電吸引力や気体膜を利用して非接触状態に保つ搬送方式では、基体の盤面は非接触であっても、周縁下部が可動部や支持ローラによって支承されているから、その支承部分の接触による汚染粒子発生の問題を根本的には解決できない。

一方、こうした問題を解決する手法として、例えば特許文献４には、流体圧浮揚手段による下方から放出する流体の圧力で、搬送路上の搬送品を浮上させ、撓み進行波を励起している弾性振動板と搬送品表面との間に発生する音響粘性流によって、この搬送品を搬送路に沿って非接触で搬送させるものが提案されている。こうした搬送装置は、機構的にローラやフォークなどの可動部がなく、また搬送品を浮上させる流体を圧縮性流体（一般的に気体）とすれば、外部から流体を導入する必要もないので、搬送路全体を非常にクリーンな環境に維持できる、という利点がある。
特開２００３−３００６１８号公報特開平１０−２７１８６２号公報特開２００２−３０８４２２号公報特開２００６−７６６９０号公報

しかし、上述した特許文献４における方法では、次のような問題がある。

例えば何らかの原因で、搬送品に対向する搬送路の上面が傾いたり、この搬送路の上面に形成した複数の放出孔から、流体であるエアーが均一に放出しなくなると、浮揚した搬送品が所望位置である搬送路内に沿って搬送されず、搬送路の側部から脱落する。こうした搬送品の脱落を設けるには、搬送路の両側部に接触式のガイドを設ける必要がある。

しかし、この場合は搬送品がガイドに接触しながら搬送されることになるので、搬送品の破損や汚損などが避けられない。また、非接触のロボットハンドによる移送技術も知られているが、搬送路からの脱落防止に関しては接触式のピンを用いており、これも完全な非接触搬送を実現できない。以上のように、従来技術では、浮揚している搬送品である被保持体に搬送路からの脱落を防ぐ力、すなわち復元力を非接触且つ容易に作用させることは困難であった。

そこで本発明は、被保持体が所望の位置から脱落しない復元力を、非接触且つ容易に作用させることが可能な非接触保持装置および非接触搬送装置を提供することを、その目的とする。

本発明の請求項１における非接触保持装置は、被保持体を流体の圧力により反重力方向に浮揚させる浮揚手段と、前記被保持体と間隔を有して配置される第１弾性ステータ，および前記第１弾性ステータに振動を与えて撓み定在波を励起させる第１アクチュエータからなり、中立位置から偏位しようとする前記被保持体に対し復元力を非接触に付与する保持手段と、を備えて構成される。

本発明の請求項２における非接触保持装置は、前記保持手段を、板状の前記被保持体の端縁に対向して複数配設している。

本発明の請求項３における非接触搬送装置は、被保持体を流体の圧力により反重力方向に浮揚させる浮揚手段を備えた搬送路と、前記搬送路上で浮揚した前記被保持体を非接触で所定方向に搬送する搬送手段と、前記被保持体と間隔を有して配置される第１弾性ステータ，および前記第１弾性ステータに振動を与えて撓み定在波を励起させる第１アクチュエータからなり、中立位置から偏位しようとする前記被保持体に対し復元力を非接触に付与する保持手段と、を備えている。

本発明の請求項４における非接触搬送装置は、前記保持手段を前記被保持体の搬送方向に沿って複数配設している。

本発明の請求項５における非接触搬送装置は、前記搬送手段が、前記被保持体と間隔を有して配置される第２弾性ステータと、前記第２弾性ステータに振動を与えて撓み進行波を励起させる第２アクチュエータとからなり、前記第１弾性ステータと前記第２弾性ステータを共通の弾性振動体で構成している。

本発明の請求項６における非接触搬送装置は、前記第１アクチュエータと前記第２アクチュエータを共通の振動発生源で構成している。

本発明の請求項７における非接触搬送装置は、前記保持手段が、浮揚した前記被保持体の中立位置に対して、当該被保持体の一側と他側に振動エネルギーが均等に与えられるバランス位置を保つように、前記被保持体に対して前記第１弾性ステータを配置すると共に、前記第１弾性ステータに振動を与えるものであることを特徴とする。

請求項１における非接触保持装置では、浮揚手段による流体の圧力によって、被保持体が非接触で反重力方向に浮揚されると共に、第１アクチュエータが第１弾性ステータに撓み定在波を励起するような振動を与えると、この第１弾性ステータと被保持体との間に生じる流体の音響粘性流によって、被保持体を中立位置に戻そうとする復元力が発生し、被保持体は中立位置の周辺で非接触に且つ安定に保持される。そのため、被保持体が所望の位置から脱落しない復元力を、上記第１アクチュエータと第１弾性ステータからなる保持手段によって、非接触に且つ容易に作用させることが可能になる。

請求項２における非接触保持装置では、第１弾性ステータの表面よりも、それに対向する被保持体の表面が大きな場合でも、その被保持体の端縁に対向して複数の保持手段を配置すれば、各保持手段において被保持体を中立位置に戻そうとする復元力が発生し、被保持体を非接触で所望の位置に保持することができる。したがって、この場合は大きな板状の被保持体の保持に適した非接触保持装置を提供できる。

請求項３における非接触搬送装置では、浮揚手段による流体の圧力によって、被保持体が非接触で反重力方向に浮揚されると共に、第１アクチュエータが第１弾性ステータに撓み定在波を励起するような振動を与えると、この第１弾性ステータと被保持体との間に生じる流体の音響粘性流によって、被保持体を中立位置に戻そうとする復元力が発生し、被保持体は中立位置の周辺で非接触に且つ安定に保持される。そのため、被保持体が所望の位置から脱落しない復元力を、上記第１アクチュエータと第１弾性ステータからなる保持手段によって、非接触に且つ容易に作用させることが可能になる。

しかもこの場合は、浮揚手段によって搬送路上に浮揚された被保持体を、保持手段により搬送路から脱落しないように非接触に案内しながら、当該被保持体を所定方向に搬送できる。そのため、従来のようなガイドを搬送路の両側部に設けることなく、搬送路内に被保持体を完全な非接触で搬送できる。

請求項４における非接触搬送装置では、被保持体の搬送方向に沿って保持手段が複数配設されているので、搬送路が長く形成された場合でも、被保持体は搬送路中を脱落することなく非接触で移動することができる。

請求項５における非接触搬送装置では、第２アクチュエータが第２弾性ステータに撓み進行波を励起するような振動を与えると、この第２弾性ステータと被保持体との間に生じる音響粘性流によって、被保持体を非接触で所定方向に搬送する推進力が発生する。また、ある物体における固有振動モードは互いに独立であることが知られている。したがって、第１弾性ステータの振動形態の固有振動周波数と、第２弾性ステータの振動形態の固有振動周波数が一致するような弾性ステータでは、両者の振動形態が重ね合わさった合成振動が得られる。そのため、第１弾性ステータと第２弾性ステータを共通の弾性振動体で構成すれば、１つの弾性振動体で性能を損なうことなく被保持体の搬送と保持を可能にしつつ、小型の装置構成を実現できる。

請求項６における非接触搬送装置では、第１弾性ステータと第２弾性ステータのみならず、第１アクチュエータと前記第２アクチュエータも共通の一部品で構成することで、さらに小型の装置構成を実現できる。

請求項７における非接触搬送装置では、被保持体に外力が加わった場合でも、当該被保持体を元のバランス位置に戻そうとする復元力が生じ、被保持体を非接触の状態で確実に保持することが可能になる。

以下、添付図面に基づき、本発明における好ましい非接触搬送装置の各実施例を詳細に説明する。図１は、本発明に係わる非接触搬送装置の作動原理を示すものである。同図において、Ｓはフラットパネルディスプレイ用のマザーガラス基板や半導体ウェハなどの平板状の搬送品であり、水平方向に沿う搬送路１に設けた多数の放出口２から上方へ放出されるエアー等の流体Ｆの圧力により、当該搬送路１上で浮揚される。すなわち、ここでは搬送路１と放出口２とにより、被保持体である搬送品Ｓを流体の静圧により重力方向に浮上させる浮揚手段３が構成される。また、ここには図示しないが、搬送品Ｓを例えば図１の紙面の表側から裏側の方向に搬送させる搬送手段が配設される。

一方、１１は搬送路１の上方に配置した保持ユニットであり、これは弾性振動板１２と励振アクチュエータ１３とで構成され、励振アクチュエータ１３にて弾性振動板１２に超音波振動を与えて撓みモードの定在波Ｗ１を励起させるようになっている。保持ユニット１１は搬送品Ｓに面して配設されるが、特にここでは、それぞれの弾性振動板１２の放射面１２Ａが、搬送品Ｓの左側または右側の端縁に対向するように、複数の保持ユニット１１が搬送品Ｓの搬送方向に沿って配設される。

図２は、各保持ユニット１１の構成を示したものである。同図において、励振アクチュエータ１３は、アルミ丸棒からなる振動拡大用のホーン１５の基端に、ボルト締めランジュバン振動子（ＢＬＴ）１６を配設すると共に、前記ホーン１５の先端を弾性振動板１２の上表面に接合固着したものであり、ＢＬＴ１６への電圧印加に伴う超音波振動がホーン１５を介して拡大し、弾性振動板１２に伝わるようになっている。

再び図１に戻り説明すると、各保持ユニット１１の弾性振動板１２は、その振動モードと励振アクチュエータ１３の位置を適切に設定することで、定在波振動するようになっている。このとき、搬送品Ｓと弾性振動板１２との間に存在する流体Ｆに音響粘性流が生起し、この音響粘性流によって、外力により搬送品Ｓの重心が中立位置から矢印ＡまたはＡ’の方向に偏位しようとしても、当該搬送品Ｓを中立位置に戻すような非接触の復元力が発生する。

このような復元力を、別な図３で説明すると、例えば搬送路１を含む浮揚手段３が傾くなどして、搬送品Ｓの重心が中立位置から偏位した場合には、図３の矢印ＦとＦ’のように力のアンバランス（矢印Ｆ’よりも矢印Ｆに向かう引力が大きい）が生じるが、搬送品Ｓの両端に対向して配置した各保持ユニット１１によって、この力のアンバランスに伴う搬送品Ｓの偏位をなくそうとする復元力が発生する。この結果、搬送路１と非接触の状態で、当該搬送路１の両側から脱落することなく、搬送品Ｓを中立位置の周辺で静止させることができる。

なお、図１に示す装置では、搬送品Ｓを所定方向に搬送する搬送手段を有しない非接触保持装置としての構成であってもよい。この場合、被保持体である搬送品Ｓに与えられる外力が、保持ユニット１１により発生する復元力を超えない限り、その搬送品Ｓを中立位置の周辺に非接触で保持することができる。また、搬送品Ｓの表面の大きさが、弾性振動板１２の放射面１２Ａの大きさとほぼ同等程度である場合には、弾性振動板１２の放射面１２Ａに搬送品Ｓの表面を対向させることにより、単独の保持手段１１で搬送品Ｓを保持することができる。

図４は、前記図１に示す動作原理を、搬送路１中を移動する搬送品Ｓに適用させた非接触搬送装置の一実施形態を示している。この図では、搬送品Ｓを矢印Ｐの方向に非接触で搬送する搬送手段として、搬送ユニット２１が配設される。搬送ユニット２１の詳細な構成や動作原理は、前述した特許文献４に記載されているので、ここでは詳しく説明しないが、図４では、図示しない励振アクチュエータによって、撓み進行波を励起した環状の弾性振動板２２が、搬送ユニット２１の一部として示されている。そして、この弾性振動板２２に撓み進行波が励起されると、これに対向する搬送品Ｓの表面との間に存在する流体Ｆに撓み進行波と同じ方向の音響粘性流が生起し、この音響粘性流によって搬送品Ｓに対して無接触でスラスト力が伝達され、もって搬送品Ｓは搬送路１の表面との間で無接触な状態を保って搬送方向Ｐへ搬送される。

図４に示すように、弾性振動板２２が環状である場合、その一部の弧状部が搬送路１上で搬送品Ｓの表面と対向し得るように配置しておけば、撓み進行波の励起状態では該弧状部における該撓み進行波の伝搬方向つまり音響粘性流の向きにより、搬送中の搬送品Ｓに対して加速作用と減速作用のいずれかを及ぼせることができる。この場合、表面に多数のエアー放出口（図示せず）が配列された搬送路１の両側に沿って、水平姿勢にした弾性振動板２２を有する多数の搬送ユニット２１が、当該搬送路１上を搬送される平板状の搬送品Ｐの両側部に対し、弾性振動板２２の約半周弱の弧状領域が被さり得る位置に配置される。

しかして、搬送品Ｓは、搬送路１の多数の放出口２から上方へ放出されるエアー等の流体Ｆの圧力によって浮揚した状態で、各搬送ユニット２１の弾性振動板２２に励起された撓み進行波に伴う音響粘性流により、当該搬送路１上を無接触で搬送できる。なお、搬送品Ｓの浮揚手段としては、例えば振動によって搬送品Ｓを浮揚させるものも知られているが、搬送品Ｓにクラックを生じたり、安定して搬送品Ｓを浮揚できなかったり、重い搬送品Ｓを浮揚できない懸念を生じる。その点、本実施例の浮揚手段３は、搬送品Ｓを静圧で下方から浮揚させているので、振動により搬送品Ｓを浮揚させるものよりも安定性があり、クラックなどが生ぜず、しかも搬送品Ｓがある程度の重量を有していても、流体Ｆの圧力を増加させることで、これに対応することができる。

一方、前記保持ユニット１１は、搬送品Ｓの搬送方向に沿って、左右の搬送ユニット２１の前後両側にそれぞれ設けられる。ここでは、２個の搬送ユニット２１と、４個の保持ユニット１１が示されているが、搬送路１中を搬送する搬送品Ｓがどの位置にあっても、所望の搬送力や保持力を搬送品Ｓに与えることができるように、搬送品Ｓの搬送距離がより長い場合には、保持ユニット１１や搬送ユニット２１の個数を、図４に示すものよりも増加させるのが好ましい。各々の保持ユニット１１は、その弾性振動板１２の放射面１２Ａが、搬送品Ｓの左側または右側の端縁に対向するように、保持ユニット１１と同様に搬送品Ｓの搬送方向に沿って整列される。

そして、前記浮揚手段３の放出口から搬送品Ｓの下面に向けてエアーを放出して、搬送路１から搬送品Ｓを浮揚させた状態で、搬送ユニット２１から非接触で与えられる推進力により、搬送品Ｓを搬送方向Ｐに搬送させながら、中立位置から偏位しようとする搬送品Ｓに対して、これを元の中立位置に戻すような復元力を保持ユニット１１から付与する。保持ユニット１１は前述したように、励振アクチュエータ１３から与えられる超音波振動によって、撓みモードの定在波が弾性振動板１２に励起され、これにより搬送品Ｓと弾性振動板１２との間に存在する流体Ｆに音響粘性流を生起させるもので、この音響粘性流によって、搬送中の搬送品Ｓが搬送方向Ｐに対して左右方向に偏位しようとしても、当該搬送品Ｓを元の中立位置に戻すように非接触の復元力が発生する。

こうして、保持ユニット１１を配設するだけで、搬送路１の左右両側に脱落防止用のガイドを設けなくても、搬送品Ｓは搬送路１から脱落することなく搬送路１中を移動し、完全な非接触搬送を簡単に実現できる。その結果、搬送品Ｓの破損や汚損の可能性をゼロにすることができると共に、搬送路１全体を非常にクリーンな環境に維持できる。

次に、本発明における非接触保持機構の原理について、図８および図９を参照しながら説明する。これらの各図において、４１は前記弾性振動板１２に相当する保持用の振動板であり、４２は振動板４１に対向配置される保持体としての基板である。ここには図示していないが、基板４２は図１に示す浮揚手段３によって非接触に浮揚している。また、ここに搬送ユニット２１を付加すれば、基板４２は前記搬送品Ｓとして搬送路１上を搬送する。

上述のように、保持ユニット１１の振動板４１を高い周波数で定在波振動させると、振幅の大きい振動板４１の腹部４１ａでは、振動エネルギーのポテンシャルが大きくなり、逆に振動していない振動板４１の節部４１ｂでは、振動エネルギーのポテンシャルが小さくなる。このとき、振動板４１と基板４２との間の境界層では、エネルギーポテンシャルが高い部分から低い部分に向けて、基板４２の表面に沿った音響粘性流４３が発生する。そのため図８に示すように、基板４２の中立位置Ｃに対して一側と他側に振動エネルギーが均等に与えられるバランス位置から、図９に示すように、振動板４１に対する基板４２の位置が変化し、基板４２の中立位置Ｃに対して一側若しくは他側に振動エネルギーが偏って与えられるシフト位置に偏位すると、ずれが生じた方向と逆方向に復元力が発生し、元のバランス位置に戻ろうとする。

この原理を利用して、浮揚した基板４２が非接触で上記バランス位置を保つように、基板４２に対して一乃至複数の振動板４１を配置し、且つ振動板４１に振動を与えることができれば、基板４２に外力が加わった場合でも、当該基板４２を元のバランス位置に戻そうとする復元力が生じ、基板４２を非接触の状態で確実に保持することが可能になる。

次に、前記図２における保持ユニット１１を利用した保持力の実験例と測定結果を説明する。実験例では、振動周波数が２８ｋＨｚのＢＬＴ１６を用い、半波長の長さを有する円錐状のホーン１５を介して、矩形の弾性振動板１２を励振する。ホーン１５は、ＢＬＴ１６からの振動振幅を拡大すると同時に、ＢＬＴ（直径２５ｍｍ）１６と弾性振動板（縦３２ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ６ｍｍ）１２を急激な段差なく連結するのに用いられる。弾性振動板１２の振動モードを有限要素解析した結果、周波数２７．４ｋＨｚにおいて、弾性振動板１２の長手方向に１次の曲げ振動が現われた。これにより、弾性振動板１２の中央部をホーン１５に接続して励振すれば、弾性振動板１２の両端が最大振幅となるような羽ばたき運動が得られる。

図１０は、ＢＬＴ１６に対して周波数２７．４ｋＨｚ，電圧振幅３４０Ｖｐ−ｐ（ピーク−ピーク値）の交番電圧を印加したときに、弾性振動板１２の面外振動振幅の長手方向分布を示している。ここでは、４枚の弾性振動板（ユニット１〜ユニット）１２に対して実験を行ない、弾性振動板１２の両端で最大振幅８〜１４μｍが得られた。ユニット間における振幅の差の原因として、ホーン１５と弾性振動板１２をねじ締結する毎に振幅が変化することから、ホーン１５と弾性振動板１２との接触状態に再現性がないためであると考えられる。また、このときの消費電力は９．５Ｗであった。

図１１は、保持力を測定する実験装置の一例を示している。ここでの被保持体である多結晶シリコンウェハ５１は、前述した浮揚手段３としての多孔質空気静圧テーブルで浮揚される。基板たるウェハ５１は、縦および横が何れも１５０ｍｍで、厚さが０．３ｍｍの薄板正方形状で形成され、質量は１６．５ｇ，表面粗さは２．１μｍＲａ（算術平均粗さ）である。このウェハ５１の上面には、１００ｍｍの間隔Ｌで配置された保持ユニット１１がそれぞれ設置され、各保持ユニット１１の弾性振動板１２によってウェハ５１を非接触状態で保持する。

先ず、保持力の働く方向を確かめるために、ウェハ５１の片側に非接触保持機構である保持ユニット１１を設置し、電子天秤５２にてウェハ５１の保持力を測定する。図１２は、保持ユニット１１とウェハ５１との空間的な位置関係を示しているが、ここでは、ウェハ５１の端面と弾性振動板１２の端面との重なり部分の距離ｄを変化させ、保持力を測定する。なお、ｈはウェハ５１と弾性振動板１２との隙間である。

図１３は、前記距離ｄに対する保持力の測定結果を示したものである。この図からも明らかなように、ウェハ５１の保持力は距離ｄによって変化する。しかし、どの距離ｄにおいても、保持力は距離ｄを大きくする方向、すなわちウェハ５１を保持ユニット１１側に引き寄せる方向に作用した。また、その大きさは振動エネルギーの微分値と似た傾向を示した。これは、ウェハ５１の保持力が振動エネルギーの差によって発生する音響流によるためであると考えられる。

次に、ウェハ５１の両側に非接触保持機構である保持ユニット１１を設置した実験結果を説明する。ここでのウェハ５１と弾性振動板１２との相対位置すなわち距離ｄは１６ｍｍとし、ウェハ５１が脱落しない最大の荷重を保持力とする。

図１４は、弾性振動板１２の振幅に対する保持力の変化を測定した結果を示している。ＢＬＴ１６に与える印加電圧の振幅に基づき、弾性振動板１２の振幅を変化させることができる。これにより、弾性振動板１２の振幅が１４μｍのときに、３．４Ｎの保持力を得た。また、弾性振動板１２の振幅が５μｍ以下になると、保持力が大きく低下することも判明した。

以上の結果、実験的に基板を非接触保持できることが確認された。

以上説明したように、本実施例では浮揚手段３により被保持体である搬送品Ｓを流体Ｆの圧力により反重力方向に浮揚させものにおいて、搬送品Ｓと間隔を有して配置される第１弾性ステータとしての弾性振動体１２と、この弾性振動体１２に振動を与えて撓み定在波を励起させる第１アクチュエータとしての励振アクチュエータ１３とからなり、中立位置から偏位しようとする搬送品Ｓに対し、これを元の位置に戻すような復元力を非接触に付与する保持手段としての保持ユニット１１を備えている。

このようにすると、浮揚手段３による流体の圧力によって、搬送品Ｓが非接触で反重力方向に浮揚されると共に、励振アクチュエータ１３が弾性振動体１２に撓み定在波を励起するような振動を与えると、この弾性振動体１２と搬送品Ｓとの間に生じる流体の音響粘性流によって、搬送品Ｓを中立位置に戻そうとする復元力が発生し、搬送品Ｓは中立位置の周辺で非接触に且つ安定に保持される。そのため、搬送品Ｓが所望の位置から脱落しない復元力を、保持ユニット１１によって非接触に且つ容易に作用させることが可能になる。

ここでの保持ユニット１１は、板状の搬送品Ｓの端縁に、その弾性振動体１２の放射面１２Ａが対向するように、複数個配設される。こうすると、弾性振動体１２の表面である放射面１２Ａよりも、それに対向する搬送品Ｓの表面が大きな場合であっても、その搬送品Ｓの端縁に対向して複数の保持ユニット１１を配置すれば、各保持ユニット１１において搬送品Ｓを中立位置に戻そうとする復元力が発生し、搬送品Ｓを非接触で所望の位置に保持することができる。したがって、この場合は大きな板状の搬送品Ｓの保持に適した非接触保持装置を提供できる。

また、ここでの非接触搬送装置は、浮揚手段３を備えた搬送路１と、搬送路１上で浮揚した搬送品Ｓを非接触で所定方向に搬送する搬送ユニット２１と、をさらに備えている。このような搬送ユニット２１を組み込むと、浮揚手段３によって搬送路１上に浮揚された搬送品Ｓを、保持ユニット１１により搬送路１から脱落しないように非接触に案内しながら、当該搬送品Ｓを所定方向に搬送できる。そのため、従来のようなガイドを搬送路１の両側部に設けることなく、搬送路１内に搬送品Ｓを完全な非接触で搬送できる。

なお、このような搬送路１や搬送ユニット２１を備えた構造では、保持ユニット１１を搬送品Ｓの搬送方向に沿って複数配設するのが好ましい。こうすると、搬送品Ｓの搬送方向に沿って保持ユニット１１が複数配設されているので、搬送路１が長く形成された場合でも、搬送品Ｓは搬送路１中を脱落することなく非接触で移動できる。

ところで、上記実施形態で示した保持ユニット１１の弾性振動板１２は、図５に示すように単純な矩形板で、その機能を果たすことができる。因みに図５は、弾性振動板１２の中心部１２Ｂに、励振アクチュエータ１３から固有振動を付与したときの、撓みモードでの定在波振動の様子を示したものである。弾性振動板１２は、その中心部１２Ｂから両側部１２Ｃへと振動が伝搬し、両側部１２Ｃが上下に撓み変形する。

しかし、図４に示すように、保持ユニット１１と搬送ユニット２１を別体にして配置した場合には、それぞれのユニットでの作用面積が狭くなる問題がある。こうした問題を解決する好適な変形例を、図６と図７に示す。ここでは、１枚の共通する円板状の弾性振動板３２に、搬送品Ｓに対して搬送のための推進力となる周方向に伝播する撓み進行波を励起させる励振アクチュエータ２３と、搬送品Ｓに対する復元力となる撓み定在波を励起させる励振アクチュエータ１３と、を貼り付ける。ここでは、弾性振動板３２の表面部分で、搬送ユニット２１の励振アクチュエータ２３が円環状に配置され、この励振アクチュエータ２３の内側に、保持ユニット１１の励振アクチュエータ１３が対をなすように２個配置されているが、これ以外の配置であっても構わない。

このような弾性振動板３２の共通化は、ある物体における固有振動モードは互いに独立であることが知られており、前記図４に示すような弾性振動板１２の振動形態の固有振動周波数と、弾性振動板２２の振動形態の固有振動周波数が一致するような弾性ステータでは、両者の振動形態が重ね合わさった合成振動が得られることに基づいている。これにより、単独の弾性振動板３２でありながら、搬送品Ｓに対して推進力と復元力をそれぞれ独自に付与することができ、保持ユニット１１と搬送ユニット２１の一部共通化を図って、それぞれの作用面積の拡大を図ることができる。

つまり、図６や図７の変形例では、搬送品Ｓと間隔を有して配置される第２弾性ステータである弾性振動体２２と、この弾性振動体２２に振動を与えて撓み進行波を励起させる第２アクチュエータとしての励振アクチュエータ２３で、搬送手段である搬送ユニット２１を構成したものにおいて、保持ユニット１１の弾性振動板１２と、搬送ユニット２１の弾性振動体２２とを共通の弾性振動体である弾性振動板３２で構成している。

こうすると、ある物体における固有振動モードは互いに独立であることが知られており、保持ユニット１１の弾性振動板１２における振動形態の固有振動周波数と、搬送ユニット２１の弾性振動板２２における固有振動周波数が一致するような弾性ステータでは、両者の振動形態が重ね合わさった合成振動が得られる。この点に着目して、弾性振動板１２，２２を共通の弾性振動板３２で構成すれば、１つの弾性振動板３２で性能を損なうことなく搬送品Ｓの搬送と保持を可能にしつつ、保持ユニット１１と搬送ユニット２１の一部共通化を図って、小型の装置構成を実現できる。

さらに図６や図７の変形例では、理想的には、保持ユニット１１の励振アクチュエータ１３と、搬送ユニット２１の励振アクチュエータ２３とを、共通の振動発生源である単独のアクチュエータ３３で構成するのが好ましい。こうすると、弾性振動板１２，２２のみならず、励振アクチュエータ１３，２３も共通の一部品で構成することで、さらに小型の装置構成を実現できる。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲において種々の変形実施が可能である。例えば搬送品Ｓとしては、フラットパネルディスプレイ用のマザーガラス基板や半導体ウェハに限らず、平板状のあらゆる物品を適用することが可能である。

本発明の非接触搬送装置の作動原理を示す概略正面図である。図１における保持ユニットの斜視図である。中立位置から偏位した搬送品の状態を示す概略正面図である。本発明の一実施形態を示す非接触搬送装置の要部斜視図である。撓みモードで定在波振動する弾性振動板の状態を示す斜視図である。図４の変形例を示す要部の平面図である。図６のＡ−Ａ線断面図である。基板がバランス位置にある時の状態を示す概略説明図である。基板がシフト位置にある時の状態を示す概略説明図である。本発明の一実験例において、弾性振動板の面外振動振幅の長手方向分布を示すグラフである。弾性振動板の保持力を測定する実験装置の一例を示す全体斜視図である。保持ユニットとウェハとの空間的な位置関係を示す部分正面図である。ウェハと弾性振動板との重なり部分の距離と保持力との相関関係を示すグラフである。弾性振動板の振幅と保持力との相関関係を示すグラフである。

符号の説明

３浮揚手段
１１保持ユニット（保持手段）
１２弾性振動板（第１の弾性ステータ）
１３励振アクチュエータ（第１のアクチュエータ）
２１搬送ユニット（搬送手段）
２２弾性振動板（第２の弾性ステータ）
２３励振アクチュエータ（第２のアクチュエータ）
３２弾性振動板（弾性振動体）
３３アクチュエータ（振動発生源）

Claims

被保持体を流体の圧力により反重力方向に浮揚させる浮揚手段と、
前記被保持体と間隔を有して配置される第１弾性ステータ，および前記第１弾性ステータに振動を与えて撓み定在波を励起させる第１アクチュエータからなり、中立位置から偏位しようとする前記被保持体に対し復元力を非接触に付与する保持手段と、を備えたことを特徴とする非接触保持装置。
前記保持手段を、板状の前記被保持体の端縁に対向して複数配設したことを特徴とする請求項１記載の非接触保持装置。
被保持体を流体の圧力により反重力方向に浮揚させる浮揚手段を備えた搬送路と、
前記搬送路上で浮揚した前記被保持体を非接触で所定方向に搬送する搬送手段と、
前記被保持体と間隔を有して配置される第１弾性ステータ，および前記第１弾性ステータに振動を与えて撓み定在波を励起させる第１アクチュエータからなり、中立位置から偏位しようとする前記被保持体に対し復元力を非接触に付与する保持手段と、を備えたことを特徴とする非接触搬送装置。
前記保持手段を前記被保持体の搬送方向に沿って複数配設したことを特徴とする請求項３記載の非接触搬送装置。
前記搬送手段は、前記被保持体と間隔を有して配置される第２弾性ステータと、前記第２弾性ステータに振動を与えて撓み進行波を励起させる第２アクチュエータとからなり、
前記第１弾性ステータと前記第２弾性ステータを共通の弾性振動体で構成したことを特徴とする請求項３または４記載の非接触搬送装置。
前記第１アクチュエータと前記第２アクチュエータを共通の振動発生源で構成したことを特徴とする請求項５記載の非接触搬送装置。
前記保持手段は、浮揚した前記被保持体の中立位置に対して、当該被保持体の一側と他側に振動エネルギーが均等に与えられるバランス位置を保つように、前記被保持体に対して前記第１弾性ステータを配置すると共に、前記第１弾性ステータに振動を与えるものであることを特徴とする請求項１〜６の何れか一つに記載の非接触搬送装置。