JP2012000706A - 保持具 - Google Patents

Abstract

【課題】 様々な大きさのワークに適応可能な保持具を、低コストで提供することである。
【解決手段】 ベルヌーイの原理を利用して本体に設けた保持面１ａにワークＷを保持する保持具を前提とし、上記保持面１ａの外形より突出する風よけ部材８を備え、この風よけ部材８の全部あるいは一部が、保持面１ａに保持されたワークＷと対向する位置関係を保つ構成にし、ワークＷを保持搬送する際に、ワークＷが脱落する方向ｘ２の風圧を風よけ部材８がさえぎるようにした。
【選択図】 図３

Description

この発明は、流体のベルヌーイの原理を利用して物体を保持する保持具に関する。

従来から、流体に関するベルヌーイの原理によって発生する負圧を利用してワークを保持する保持具が知られている。
例えば、特許文献１に示すものは、図７に示すように、円形の保持面１ａを備えたプレート部材１の中央に、円形の凹部２を形成するとともに、この凹部２に連続する面をテーパー状にして、このテーパー面２ａを保持面１ａになめらかに連続させている。
また、上記凹部２には、ノズル部材３を組み込んでいる。
このノズル部材３は、その一方の面３ａを保持面１ａと同一レベルにするとともに、その内部に圧力流体を供給する中継室４を形成している。そして、この中継室４に連続する複数の絞り噴出口５を放射状に形成している。

上記絞り噴出口５は、流体の噴出方向を保持面１ａと平行になるように形成するとともに、その直径を中継室４よりも小さくしている。このように流路を絞ることによって、これら複数の絞り噴出口５の合計流路面積を、中継室４の流路面積よりも小さくしている。
上記中継室４には、プレート部材１に形成した供給通路６を連通させ、この供給通路６にはエアなどの流体を導く配管を接続するようにしている。この配管を介して中継室４にエアを導くと、そのエアが複数の絞り噴出口５に導かれる。このとき、複数の絞り噴出口５の合計流路面積、すなわち、流路の有効断面積を中継室４の流路の有効断面積よりも小さくしているので、中継室４から絞り噴出口５を通過する過程で、流速が数倍から十数倍に加速する。このようにして十分に加速した流体を、上記テーパー面２ａに吹き付けるようにしている。

テーパー面２ａに吹き付けられたエアは、コアンダ効果によってこのテーパー面２ａに誘導された後、このテーパー面２ａから保持面１ａに導かれることになる。
また、上記保持面１ａに沿って導かれた流体は、さらに保持面１ａに沿って流れ、プレート部材１の外縁に沿って放出される。

上記のように加速されて高速になった流体が保持面１ａに沿って流れると、流体のベルヌーイ効果によって、この保持面１ａ上に十分な負圧が発生する。この負圧を利用すれば、保持面１ａから所定の距離に置いた被保持体となるワークＷを非接触状態で保持して、搬送することができる。

なお、ワークが、非接触状態に保たれるのは以下の原理による。
上記保持面１ａを下に向けて、ワークＷを上から保持する場合には、重力と上記負圧による吸引力とがバランスする位置にワークＷが保持されることになる。
さらに、上記保持面１ａを上に向けて、ワークＷを下から保持する場合には、噴出流体がワークにぶつかることによってワークを押し上げる推力と、ワークＷに作用する重力とのバランスによって、ワークＷが保持されることになる。

また、図７のように上記保持面１ａから突出するパッド７を設けて、ワークＷの外周近傍をこのパッド７に接触させて保持することもできる。
上記パッド７を設ける場合、ワークＷに接触するパッド７の先端位置を、上記負圧によって形成される吸引力が作用する領域に設けるようにする。これにより、ワークＷを吸引力によって保持できるようにしている。

このような保持具は、ワークを挟んで保持する装置とは違い、ワークを非接触あるいは一部のみを軽く接触させた状態で保持することができるので、ワーク表面に保持跡や傷などを付けずに保持することができる。そのため、例えば、半導体ウエハなど、保持跡や傷を嫌うワークを保持して搬送するのに適している。

国際公開第２００２／０４７１５５号

上記のような保持具は、保持対象となる半導体ウエハなどのワークＷのサイズとほぼ同等あるいはそれより大きい保持面１ａを備えていることが好ましい。その理由を以下に説明する。
例えば、ワークＷの方が保持面１ａよりも大きい場合には、絞り噴出口５からの噴出流による負圧に基づいた吸引力で保持されたワークＷが、図８に示すように保持面１ａの外周から外側へはみ出してしまう。

このようにワークＷがはみ出した状態でも、上記負圧による吸引力がワークＷの重力より大きければワークＷを吸引して保持することはできる。しかし、保持したワークＷを搬送するために保持具を矢印ｘ１方向、すなわち図中、上方へ移動させたとき、ワークＷには上記移動方向とは反対方向、すなわち矢印ｘ２方向の風が当たることになる。この矢印ｘ２方向の風はワークＷを保持面１ａから引き離す力として作用し、吸引力をかなり大きくしなければワークＷが保持具から脱落してしまうことがある。
一方、吸引力を大きくするためには、保持面１ａに沿って流れる流体の速度を大きくする必要があり、流体供給手段が大型化してしまったり、騒音が発生したりという問題も発生する。
そのため、ワークＷが上記保持面１ａからはみ出さない寸法関係を保持することが好ましい。

そのため、ワークの大きさごとに、適当な大きさの保持具を準備して用いるのが現実で、様々な大きさの保持具が必要になれば、その分、コストがかさむことは当然である。
しかも、平面性の高い保持面１ａは、例えば削り出し加工によって形成する必要があり、大きな保持面１ａを形成するためには製造コストがかかってしまう。
この発明の目的は、様々な大きさのワークに適応可能な保持具を、低コストで提供することである。

この発明は、ベルヌーイの原理を利用して本体に設けた保持面にワークを保持する保持具を前提とするものである。
上記保持具を前提とし、第１の発明は、上記保持面の外形より突出する風よけ部材を備え、この風よけ部材の全部あるいは一部が、保持面に保持されたワークと対向する位置関係を保つ構成にしたことを特徴とする。

第２の発明は、上記第１の発明を前提とし、上記風よけ部材を本体に直接もしくは間接的に設けるとともに、この本体に対する風よけ部材の取り付け部を、上記保持面を境にしてワークとは反対側に位置させたことを特徴とする。

第３の発明は、上記第１または第２の発明を前提とし、上記風よけ部材の先端を、上記保持面に保持したワーク表面もしくは外周の近傍に位置させ、ワークと風よけ部材との間に風を巻き込むのを防止したことを特徴とする。

第１〜第３の発明によれば、大きな風よけ部材を設けることによって、様々な大きさのワークを保持することができるようになる。風よけ部材は、保持面のような平面精度を要求されないので、削り出し加工などを必要とせず、製造コストを抑えることが出来る。
また、削り出し加工で形成した大きな保持面を有する保持具の本体は重くなって、扱いにくいという問題もあるが、風よけ部材は軽量化もでき、保持具全体の重量が重くなることもない。
特に、第３の発明によれば、保持したワークと風よけ部材との間に風を巻き込みにくくして、より安定した保持状態を維持できる。

第１実施形態の断面図である。 第１実施形態の底面図である。 第１実施形態の保持具がワークを保持搬送するときの状態を示した図である。 第２実施形態の断面図である。 第３実施形態の断面図である。 第４実施形態の断面図である。 従来例の保持具の断面図である。 従来例の保持具がワークを保持搬送するときの状態を示した図である。

図１，図２に示す第１実施形態は、図７に示す従来例の保持具と同様に、ノズル部材３とプレート部材１とによって本体を構成している。そして、この本体の構成は従来例と同じである。従って、従来例と同じ構成要素には同じ符号を用いている。
この第１実施形態の保持具は、上記プレート部材１の保持面１ａと反対側の表面１ｂに風よけ部材８を設けている点が上記従来例と異なる。この風よけ部材８は、保持具の保持対象となるワークＷと同等の直径を有する円盤状の部材で、上記プレート部材１の表面１ｂにビス９によって取り付けている。なお、この風よけ部材８の中央には、円形の開口８ａを設け、供給通路６に図示しないエア配管を接続できるようにしている。

上記のように構成した第１実施形態の保持具も、供給通路６からエアなどの圧縮流体を供給すると、絞り噴出口５からの噴出エアによって負圧が形成され、上記従来例と同様に、ワークＷがパッド７に接触した状態で保持される。
図３は、上記保持具にワークＷを保持した状態を示している。このようにワークＷを保持したとき、保持具本体の外周からはみ出したワークＷの部分は、上記風よけ部材８に対向し、覆われている。
そのため、保持具本体を図３に示す矢印ｘ１方向に移動させても、矢印ｘ２方向の風圧がワークＷに直接作用することがなく、保持したワークＷを風圧によって脱落させてしまうことを防止できる。

そして、上記風よけ部材８は、ワークＷの上面を覆うことができればよいので、本体を構成するプレート部材１のように厳密な平面性は要求されず、加工コストもかさまず、軽量化することができる。従って、この実施形態の保持具によれば、低コストで保持部の本体の外方へ突出するような大きなワークＷを安定的に保持搬送することができる。

図４に示す第２実施形態は、風よけ部材１０の形状が、上記第１実施形態の風よけ部材８と異なるが、その他の構成は第１実施形態と同じである。従って、第１実施形態と同じ構成要素には図１と同じ符号を用い、各構成要素についての説明も省略する。
上記風よけ部材１０は、円盤部１０ａとその外周に連続するテーパーを有するリング部１０ｂとからなる部材であり、上記円盤部１０ａをビス９によって保持具の本体を構成するプレート部材１の表面１ｂに固定している。
なお、上記プレート部１０ａの中央には開口１０ｃを形成している。
また、リング部１０ｂの先端を、保持したワークＷの外周の近傍に位置させるとともに、リング部１０ｂでワークＷの外周を囲うように構成している。

この第２実施形態の保持具においても、上記第１実施形態と同様にしてワークＷを保持面１ａ側で保持したとき、保持具の本体外周からはみ出したワークＷを上記風よけ部材１０が覆うことになる。そのため、保持具本体の矢印ｘ１方向に移動に応じて発生する矢印ｘ２方向の風圧がワークＷに直接作用せず、保持したワークＷを風圧によって脱落させてしまうことを防止できる。

特に、第２実施形態では上記リング部１０ｂの先端を、保持したワークＷの外周の近傍に位置させているため、ワークＷと風よけ部材１０との間に風を巻き込みにくくでき、ワークＷの搬送時により安定した保持状態を維持できる。
しかも、上記風よけ部材１０のリング部１０ｂが上記ワークＷの外周を完全に覆う位置にあるので、ワークＷが図４において左右方向にずれることも防止できる。
但し、この第３実施形態のように上記リング部１０ｂがワークＷの外周を覆う場合、ワークＷの外周との間が狭くなり過ぎると、上記ノズル部材３から噴出された流体が外部へ流れ難くなって、保持面１ａに沿った負圧が形成されにくくなることもある。そのため、上記リング部１０ｂの内壁とワークＷの外周との間には適当な隙間が形成されるようにしている。
あるいは、ノズル部材３から噴出された流体を外方へ導くための通気孔をリング部材１０ｂに形成するようにしもよい。

図５に示す第３実施形態は、上記第１実施形態の風よけ部材８に複数のガイド部材１１を設けたものであり、このガイド部材１１を用いた以外は、第１実施形態と同じである。従って、第１実施形態と同じ構成要素には図１と同じ符号を用い、各構成要素についての説明も省略する。
上記ガイド部材１１は棒状の部材であり、このガイド部材１１を、上記風よけ部材８の外周に沿って所定の間隔を保って複数起立させて設けている。
そして、上記ガイド部材１１の先端を、保持したワークＷの外周の近傍であって、ワークＷを境に上記保持面１ａとは反対側に位置させ、ガイド部材１１でワークＷの外周を囲うように構成している。
つまり、この第３実施形態の保持具は、上記風よけ部材８よりも小さく、上記複数のガイド部材１１の内側に収まる大きさのワークＷに適用するためのものである。

この第３実施形態の保持具においても、上記第１実施形態と同様にしてワークＷを保持面１ａ側で保持したとき、保持具の本体外周からはみ出したワークＷを上記風よけ部材８が覆うことになる。そのため、保持具本体の矢印ｘ１方向に移動に応じて発生する矢印ｘ２方向の風圧がワークＷに直接作用せず、保持したワークＷを風圧によって脱落させてしまうことを防止できる。
また、上記ガイド部材１１を、保持したワークＷの外周の近傍に位置させてワークＷを覆っているため、ワークＷの搬送時にワークＷが図５において左右方向にずれることも防止できる。

図６に示す第４実施形態は、リング状の風よけ部材１２を、保持具本体を構成するプレート部材１の側面に取り付けた点が上記他の実施形態と異なるが、その他の構成は他の実施形態と同じである。従って、上記実施形態と同じ構成要素には同じ符号を用い、各構成要素についての説明も省略する。
上記風よけ部材１２は、断面形状がＬ字のリング状の取り付け部材１３を介してプレート部材１の側面に取り付けられている。

この実施形態では、風よけ部材１２をビス９によって取り付け部材１３に取り付け、この取り付け部材１３をビス９によってプレート部材１の側面に固定している。
但し、風よけ部材１２の取り付け方法はこれに限らない。例えば、風よけ部材１２を固定した取り付け部材１３の中央に、プレート部材１を圧入して固定するようにしてもよい。また、風よけ部材１２を取り付け部材１３に接着してもよい。あるいは、風よけ部材１２を直接プレート部材１に固定してもよい。

このように構成した第４実施形態の保持具においても、上記第１実施形態と同様にしてワークＷを保持面１ａ側で保持したとき、保持具の本体外周からはみ出したワークＷを上記風よけ部材１２が覆うことになる。そのため、保持具本体の矢印ｘ１方向に移動に応じて発生する矢印ｘ２方向の風圧がワークＷに直接作用せず、保持したワークＷを風圧によって脱落させてしまうことを防止できる。

特に、この第４実施形態では、プレート部材１の側面に上記風よけ部材１２を設けることによって、第１実施形態のようにプレート部材の表面１ｂに風よけ部材を設けた場合と比べて、風よけ部材１２とワークＷとの間隔を小さくできる。
そのため、ワークＷと風よけ部材１２との間に風を巻き込みにくくでき、搬送時により安定した保持状態を維持できる。
なお、この第４実施形態において保持面１ａに設けたパッド７に替えて、上記風よけ部材１２にワークＷとの距離を保つためのパッドを設けてもよい。特に上記風よけ部材１２の外周付近で、ワークＷの外周近傍に対向する位置にパッドを設ければ、そのパッドがワークＷの外周付近に接触するので、例えば、半導体ウエハなど、内側への接触を嫌うワークの保持に適している。

上記第１〜第４実施形態の保持具は、本体に風よけ部材を設けることによって、コストを抑えたまま、保持具本体の外周からはみ出すような大きなワークも、安定して保持、搬送することができるようにしている。
しかも、風よけ部材は板状部材で足りるので、保持具本体を大型化する場合と比べて、保持具の全重量を軽く維持することができる。

なお、上記第１〜第４実施形態では、保持具本体から突出した風よけ部材の全部が、上記本体からはみ出したワークＷの全部と対向するようにしているが、風よけ部材の一部のみがワークＷと対向する構成でもよい。また、ワークＷのはみ出した部分の一部のみが風よけ部材に対向する構成でもよい。
もちろん、ワークＷの表面において風よけ部材からはみ出す部分がなければ、保持具本体の移動時に風圧を受けることをより確実に防ぐことができる。しかし、ワークＷの一部のみが風よけ部材と対向する構成であっても、ワークＷに直接作用する風圧をさえぎって脱落を防止する効果は得られる。

また、上記第１〜第４実施形態では、保持面１ａに複数のパッド７を設け、上記パッド７の先端位置を、エアなどの流体の噴出によって形成される負圧に基づく吸引力が作用する領域に設けるようにしている。
なお、上記吸引力が作用する領域とは、保持具の保持面の近傍であって、保持面と平行、かつワークに対応する大きさの面のうち、その面上における力の総和が負圧となる平面が位置する領域のことである。つまり、パッド７に接触し、この領域に位置するワークＷには、全体として吸引力が作用するようになる。
しかし、上記パッド７は必須のものではなく、パッド７を設けないで、非接触でワークＷを保持するようにしても良い。その場合にも、上記各風よけ部材８，１０，１２によって、ワークＷに作用する風圧をさえぎり、ワークＷの脱落を防止することができる。

また、この発明の保持具における本体の構成は、上記実施形態の構成に限らない。
例えば、プレート部材１とノズル部材３とを別部材にせずに、一体化したものでも良いし、ノズル部材３の構造が異なるものでもよい。さらに、高速流体が噴出する絞り噴出口５に替えてスリットを採用してもよい。
要するに流体のベルヌーイの原理を利用して保持面側でワークＷを保持できる構成ならどのようなものでも、この発明の本体として用いることができる。
さらに、風よけ部材も、保持したワークＷに対し、脱落方向に作用する風圧をよけることができる形状なら上記実施形態のものに限らない。

そして、保持具の本体に対する風よけ部材の取り付け方法も特に限定されない。風よけ部材を、保持具の本体に、直接あるいは間接的に取り付け、その取り付け部を、保持面１ａを境にワークと反対側に位置させれば、どのような方法でもかまわない。
但し、上記風よけ部材を、本体に対し、着脱自在に取り付けるようにすれば、ワークＷに応じて風よけ部材を取り替えることもできる。このように、風よけ部材を簡単に交換できれば、常時、大きな風よけ部材を備えておく必要がなくなる。小さなワークＷを保持する際に、不要な風よけ部材が邪魔になるようなこともない。

この発明の保持具は、直径が大きくなる傾向にある半導体ウエハなどに適用可能である。

１ （本体を構成する）プレート部材
１ａ 保持面
３ （本体を構成する）ノズル部材
８ 風よけ部材
９ ビス
１０ 風よけ部材
１０ａ 円盤部
１０ｂ リング部
１１ ガイド部材
１２ 風よけ部材
１３ 取り付け部材
Ｗ ワーク

Claims (3)

1. ベルヌーイの原理を利用して本体に設けた保持面にワークを保持する保持具において、上記保持面の外形より突出する風よけ部材を備え、この風よけ部材の全部あるいは一部が、保持面に保持されたワークと対向する位置関係を保つ構成にした保持具。
2. 上記風よけ部材を本体に直接もしくは間接的に設けるとともに、この本体に対する風よけ部材の取り付け部を、上記保持面を境にしてワークとは反対側に位置させた請求項１に記載の保持具。
3. 上記風よけ部材の先端を、上記保持面に保持したワーク表面もしくは外周の近傍に位置させ、ワークと風よけ部材との間に風を巻き込むのを防止した請求項１または２に記載の保持具。

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