JP3995617B2

JP3995617B2 - 空気浮上装置

Info

Publication number: JP3995617B2
Application number: JP2003055361A
Authority: JP
Inventors: 山本　　茂
Original assignee: オルボテックリミテッド
Priority date: 2003-03-03
Filing date: 2003-03-03
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2023-03-03
Also published as: WO2004079496A3; JP2004262608A; WO2004079496A2; TW200505780A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置用ガラス基板やプリント基板などの平面状の対象物を圧縮空気の噴出によって空中に浮上させる空気圧式の浮上装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
クリーンルーム内において表示装置用ガラス基板などを搬送する場合、従来より、ベルトやローラを用いたコンベア装置が使用されている。あるいは、真空吸着パッドを使用したロボットのアームにて装置間を搬送する手段も広く用いられている。
【０００３】
一方、ガラス基板の裏面に対する傷つけや汚染の発生を抑止する目的で、基板の裏面に配置したエアベアリング機構やセラミックス多孔体などの表面から気体を噴出させることによって基板を浮上させて搬送する技術が刊行物に開示されている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０６−１２７７３８号公報
【特許文献２】
特開２０００−６２９５１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
現在、液晶ガラス基板のサイズは１ｍ×１ｍを超え、２ｍ×２ｍに達するサイズも検討されている。また、ＰＤＰ（plasma display panel）においても、２ｍ角以上のガラスサイズが用いられている。ところが、基板を空気で浮上させるためには低圧で大量の圧縮空気を必要とし、且つ、浮上に必要な空気の供給量は基板の面積に比例するため、基板が大型化するにつれて圧縮空気の消費量も増大することになり、問題となっている。典型的な浮上装置の設計においては基板面積１平方メートルあたり毎分５００リットルの空気の供給が必要であり、２ｍ×２ｍのサイズにおいては、基板一枚あたり毎分２０００リットルの圧縮空気が必要である。
【０００６】
このような空気による基板浮上をクリーンルーム内の多数個所に応用した場合、低圧で大量の圧縮空気を用意し、分配することが必要となる。このときに必要な圧縮空気の圧力は１０キロパスカル前後であり、このような低圧の発生には比較的強力なブロワ式のポンプが利用される。また、配管には、元の圧力が低圧であるので、分配中の圧力損失を最小とするため、直径５０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の太いパイプが必要である。工場内には、この配管のための空間を確保しておく必要があり、装置の設置における配置の自由度にも制限が出るという問題が発生している。そのうえ、この圧縮空気はクリーンルーム内へ直接吹き込まれ、また基板の直下へ噴出されて基板裏面へ衝突させるので、きわめて清浄である必要がある。そのためには、ポンプによる圧力発生直後にフィルター装置を設置し、微小な異物を除去する方法が採用される。この圧縮空気は低圧で大量であるので、前記フィルター装置は大型となり、また、フィルターの周期的なメンテナンスも必要である。
【０００７】
その一方、液晶やＰＤＰの工場においては、プロセス装置における機構部駆動力や重量のある空気浮上ステージのパッドへ供給される目的で、通常７００キロパスカル以上の高圧の圧縮空気が用意され、工場の各所に分配、配管されている。この配管は、圧縮空気が高圧少量利用であるので、直径１０ｍｍ程度である。この高圧圧縮空気も、基板の近辺で使われることを前提としているのでフィルターを通して清浄化されている。ここで、上記の高圧圧縮空気を利用して、レギュレータで圧力を落とすことによって空気浮上装置へ圧縮空気を供給すれば、低圧発生用のポンプやフィルターや太いパイプ配管が不要となり、都合がよい。しかしながら、高圧の圧縮空気を大量に消費することになるので、エネルギーの消費が膨大になり、大きな問題となっている。
【０００８】
本発明は上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、工場の用力に準備される高圧少量の圧縮空気を利用することが可能で、なおかつ圧縮空気の消費量を減少させつつ、大型の基板を浮上させることが可能な空気浮上装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、平面状の対象物を圧縮空気で浮上させる装置に関するものであり、本発明の上記目的は、供給される圧縮空気と装置近辺の大気中の空気とを混合する空気混合手段を備え、前記大気中の空気を混合することによって前記圧縮空気を減圧すると同時に空気流量を増量し前記対象物に噴射して浮上させることによって達成される。
【００１０】
更に、前記空気混合手段の大気取入口が前記対象物の上方に設けられており、前記大気取入口から対象物上部の清浄空気を取り入れて前記圧縮空気と混合するように構成されていること；前記空気混合手段による混合後の空気を加熱する加熱手段を有すること；前記空気混合手段に取り入れる１次側供給圧縮空気の圧力を調整する圧力調整手段と、前記空気混合手段による混合後の空気の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段により検出された圧力を前記１次側供給圧縮空気の圧力調整にフィードバックするフィードバック制御手段とを有すること；前記空気混合手段に取り入れる１次側供給圧縮空気の圧力を調整する圧力調整手段と、前記対象物の浮上量を検出する浮上量検出手段と、前記浮上量検出手段により検出された浮上量を前記１次側供給圧縮空気の圧力調整にフィードバックするフィードバック制御手段とを有すること；によってそれぞれ一層効果的に達成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明に係る第１の実施形態の浮上装置の構成例を示す斜視図であり、図２は図１のＡ−Ａ線における一部断面図である。本実施形態においては、空気浮上装置の本体は圧力拡散板１と、それを支える筐体２とからなる。圧力拡散板１は、例えば多孔質セラミックスのような材質でできており、拡散板の下方から与えられる圧力を、材質内部で減圧しながら上面全域に一様に伝える性質を持っている。圧力拡散板１の表面においては、一様な圧力で空気が噴出する。また、圧力拡散板１は、金属板に１００ミクロン程度の微小な孔を一定間隔で配置したような部材で構成することもできる。
【００１３】
筐体２は、圧力拡散板１を機械的に支えることと共に、圧力拡散板１へ均等な圧力を与えるための圧縮空気の分配路と、供給される空気の変動を抑えるためのリザーバ−タンクの役目も兼ねる。
【００１４】
筐体２へは、空気混合器３を通して外部から圧縮空気が供給される。図１においては、空気混合器３は筐体２の一方の壁面に横向きに取り付けられているが、空気混合器３は筐体２の下部底板の中央付近に接続する構成としても良いし、筐体２の内部の圧力分布を均一にするために、筐体の壁面に複数個取り付ける構成としても良い。
【００１５】
このような構成において、工場からの高圧の供給圧縮空気５は、１次側圧縮空気配管４にて浮上装置の空気混合器３へ導かれる。空気混合器３は、図２に示されるように１次側圧縮空気を噴出するノズル７と、ノズル周辺の空気を混合するミキシング室にて構成されており、エゼクタ効果によって空気混合器３の大気取入口（以下、大気吸入口と言う）に負圧を生じ、外部大気６の吸入を発生する。
【００１６】
混合器３の内部にて混合された供給圧縮空気５と吸入された大気６は、双方の体積の和となって筐体２の内部で低圧圧縮空気の流れ９となり、圧力拡散板１まで伝達される。
【００１７】
このように本発明に係る空気浮上装置は、例えば工場の用力に準備される高圧縮空気を利用して、装置に供給される高圧圧縮空気とエゼクタ効果によって吸入される大気中の空気とを混合し、圧力を低下させつつ供給空気流量を増大させて、対象物直下に噴出させることを主要な特徴としている。上記の混合される大気中の空気は、浮上させる対象物の直近に存在しているものであり、クリーンルーム内など、十分にフィルター処理された清浄な空気である。また、空気を混合させる方法はエゼクタ効果を利用し、駆動機構などによる発塵が発生しない装置構成としていることを特徴としている。
【００１８】
このような構成とすることにより、クリーンルームレベルの環境を悪化させることなく、高圧で少量の圧縮空気供給を低圧で大量の流れに変換することができ、浮上対象物の直下に安定して一様な空気の流れを供給することができる。また、圧縮空気の混合にエゼクタ効果を利用することにより、例えば圧縮空気の工場内配管において供給圧力が６００キロパスカル得られていた場合に、対象物の空気浮上に必要な圧力を１０キロパスカルとすると、混合後の空気流量は一次供給流量の３倍以上得られるので、工場用力の準備においては、浮上に必要な圧縮空気の生成能力を３分の１以下にすることができる。
【００１９】
また、本発明の浮上装置では、浮上装置への圧縮空気供給が高圧で且つ少量であるので、径の小さい配管でも圧力損失の影響を受けにくく、装置内外の圧縮空気配管の場所を取らないので、装置の配置に自由度が大きくなる。その上、高圧少量の圧縮空気の取扱いにおいては、圧力調整装置や切替え弁なども小型で良いので、複雑な調圧システムや切替えシステムも浮上装置の直近にて構成することができ、プロセス装置内に全て組込むことで設計や取扱いを簡便にすることができる。
【００２０】
次に、本発明に係る空気浮上装置の第２の実施形態について説明する。
【００２１】
図３は、第２の実施形態における混合器付近の断面図を図２に対応させて示しており、同一構成箇所は同符号を付して説明を省略する。この実施形態においては、混合器３の大気吸入口を、浮上させる対象物１１の上方にまで延長し、装置近辺の汚染された空気ではなく、クリーンルーム内のダウンフロー１４による清浄な空気６を直接取り込めるようにしている。同図３には、装置近辺の空気を汚染させる一例として、スプレーノズル１２と、そのノズルによって噴霧される物質１３が示されている。この場合、空気混合器３は、もし吸入口を上方に延長していなければ、噴霧された物質１３が浮上対象物の端部から回り込み、汚染された大気を吸い込むことになるが、このように浮上対象物上部まで大気吸入口を延長することによって、噴霧前の清浄な空気を取り込むようにすることができる。
【００２２】
次に、本発明に係る空気浮上装置の第３の実施形態について説明する。
【００２３】
図４に、第３の実施形態における混合器付近の断面図を図２に対応させて示しており、同一構成箇所は同符号を付して説明を省略する。この実施形態においては、混合器３の出口付近に空気加熱用の加熱手段としてヒータ１５を組込んでいる。このヒータ１５には電源１６から電力が供給される。混合器３にて混合された高圧圧縮空気と大気は、ヒータ１５によって過熱され、低圧の圧縮空気９となって圧力拡散板１に到達する。このとき、配管４を通じて供給される圧縮空気５は、混合器３の内部で断熱膨張により温度を下げる。したがって、供給される圧縮空気５が、配管４を流れる間に圧縮された状態で既に工場内の室温になじんでいる場合には、大気６と混合された後の空気流９の温度は、室温よりも低くなる。更に、圧力拡散板１を通って噴出される空気流１０も断熱膨張するので空気流９よりも低温となる。ここで、ヒータ１５に通じる電流を加減することによって、最終的に放出される空気流１０の温度を、室温に対して上下の範囲を持って設定することが可能となり、低温側の設定を実現するための冷却装置が不要となる。
【００２４】
次に、本発明に係る空気浮上装置の第４の実施形態について説明する。
【００２５】
図５は、第４の実施形態における浮上装置の構成例を図１に対応させて示しており、同一構成箇所は同符号を付して説明を省略する。この実施形態においては、最終的に圧力拡散板１に与えられる圧縮空気の圧力を圧力検出手段（本例では圧力センサ）１７で検出し、検出信号を増幅器１８にて電力増幅した後に、圧力調整手段である電磁式圧力調整装置１９にて、１次側供給圧縮空気５の圧力を変化させ、圧力センサ１７の検出点における圧力が一定になるようにフィードバック制御を行っている。混合器３の出力する空気流の圧力は供給圧力に比例するので、このような制御が可能となる。この実施形態によっては、最終的に浮上装置に与える低圧大量の圧縮空気に対してフィードバック制御を行う場合に比較して、高圧での圧力制御を行うために、分解能が高く直線性の良い制御を行うことができるので、都合が良い。また、少量の空気流量の部分で圧力制御することができるので、エネルギーの損失が少ないという特徴を有する。
【００２６】
次に、本発明に係る空気浮上装置の第５の実施形態について説明する。
【００２７】
図６は、第５の実施形態における浮上装置の構成例を図５に対応させて示しており、同一構成箇所は同符号を付して説明を省略する。この実施形態においては、第４の実施形態の圧力センサ１７に代わって、浮上対象物１１の浮上量（本例では浮上高さ）を検出するために、浮上量検出手段として距離センサ２０を用いている。この距離センサ２０にて検出された浮上高さ信号を増幅器１８で電力増幅した後、電磁式圧力調整装置１９にて圧縮空気供給圧力をフィードバック制御する。この実施形態においては、対象物１１の浮上高さを一定に保つように圧空（対象物１１に対して噴射する圧縮空気）による浮上高さを制御することができる。この実施形態によれば、第４の実施形態と同じように、エネルギー損失が少なく、且つ、制御分解能が高く直線性の良い制御を行うことができる。
【００２８】
次に、本発明に係る空気浮上装置の第６の実施形態について説明する。
【００２９】
図７は、第６の実施形態における浮上装置及び搬送装置を斜視図で示しており、浮上対象物の移動経路に沿って複数の空気浮上装置を連設して配置した構成の一例を示している。この実施形態において、浮上対象物１１は、例えば液晶のガラス基板であり、複数置かれた浮上装置の上を圧力拡散板１によって噴射させられた圧縮空気の上に浮上した状態で、摩擦抵抗なく図７中の矢印Ｂの方向に移動する。移動のための駆動力は、端部をローラで摩擦駆動することなどにより、この装置の外部より与えられるものとする。ここで、２１〜２３は、各浮上装置の上部にガラス基板が在荷していることを検出するセンサ（以下、基板在荷センサと言う）であり、浮上対象物であるガラス基板１１の水平方向の位置検出手段として使用される。また、２４〜２６は、各浮上装置に与えられる１次供給圧縮空気の開閉を行う開閉手段であり、本例では電磁弁を用いている。２７は、基板在荷センサ２１〜２３の検出信号によって電磁弁２４〜２６の制御を行う制御装置である。この制御装置２７は、例えばガラス基板１１が在荷するときのみ圧空開放するように１次供給圧縮空気の開閉を制御し、開閉された圧縮空気と大気中の空気とを空気混合器３により混合させてガラス基板１１に対して噴射させるようにする。
【００３０】
このような構成において、例えば第（Ｎ）番目の電磁弁２５の制御を、浮上装置の直上に設置された第（Ｎ）番目の基板在荷センサ２２と、その両隣の浮上装置に設置された第（Ｎ−１）番目のセンサ２１と第（Ｎ＋１）番目のセンサ２３の論理和、すなわち基板在荷センサ２１〜２３のいずれかがガラス基板１１を検出したときに圧空開放し、基板在荷センサ２１〜２３の全てが基板を検出していないときに圧空を閉じるように制御する。同様にして、多数配置された浮上装置について、直上にも、両隣にもガラス基板１１が掛かっていないときに圧空を停止するように制御すれば、距離の長い空気浮上コンベアを構成した場合に、無駄な圧縮空気の消費を防止することができる。
【００３１】
この第６の実施形態によれば、圧縮空気の開閉制御を高圧少量の空気流について行うことができるので、開閉による供給元空気圧に対する影響を非常に少なくすることができる。また、開閉制御には工場内で一般的に使われる小型の電磁弁を利用することができるので、使用部品の共通化やコストダウンに有効である。
【００３２】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態の技術事項を組合せた形態も本発明に含まれることは勿論である。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）工場内の用力として低圧大量の圧縮空気を用意する必要がなくなり、機構駆動用に用意する高圧少量の設備を共用できるので、空気用力に対する二重の投資が避けられる。
（２）低圧大量の圧縮空気を送出するための太い配管を設置する場所が必要なくなる。
（３）装置へ供給する圧縮空気が高圧小容量であるので、他にも圧縮空気による駆動が必要な機構と組み合わせるような応用の場合、圧縮空気の配管が一種類だけになり、装置の構造が単純になると共に、装置の設置自由度が増す。
（４）空気浮上に用いる低圧大量の圧空制御に対して、一般的に市販されている高圧少流量用の圧空制御機材を利用することができ、装置コストの低減を図ることができる。
（５）空気浮上に用いる低圧大量の圧空制御を、高圧少量の圧空制御に変換できるため、分解能が高く、直線性の良い制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の浮上装置の構成例を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】第２の実施形態の浮上装置の空気混合器付近の構造を示す断面図である。
【図４】第３の実施形態の浮上装置の空気混合器付近の構造を示す断面図である。
【図５】第４の実施形態の浮上装置の構成例を示す斜視図である。
【図６】第５の実施形態の浮上装置の構成例を示す斜視図である。
【図７】第６の実施形態の浮上装置の構成例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１圧力拡散板
２筐体
３空気混合器
４１次側圧縮空気配管
５１次側供給圧縮空気
６吸気される大気
７空気混合器内の１次側圧縮空気噴出しノズル
８１次側圧縮空気噴出しノズルから噴出する気流
９圧力拡散板に至る低圧圧縮空気の流れ
１０圧力拡散板から噴出する空気の流れ
１１平面状の浮上対象物
１２スプレーノズル
１３噴霧される物質
１４クリーンルーム内のダウンフロー
１５ヒータ
１６ヒータ用電源
１７圧力センサ
１８増幅器
１９電磁式圧力調整装置
２０距離センサ
２１第（Ｎ−１）番目の基板在荷センサ
２２第（Ｎ）番目の基板在荷センサ
２３第（Ｎ＋１）番目の基板在荷センサ
２４第（Ｎ−１）番目の電磁弁
２５第（Ｎ）番目の電磁弁
２６第（Ｎ＋１）番目の電磁弁
２７制御装置

Claims

平面状の対象物を圧縮空気で浮上させる装置であって、供給される圧縮空気と装置近辺の大気中の空気とを混合する空気混合手段を備え、前記大気中の空気を混合することによって前記圧縮空気を減圧すると同時に空気流量を増量し前記対象物に噴射して浮上させることを特徴とする空気浮上装置。
前記空気混合手段の大気取入口が前記対象物の上方に設けられており、前記大気取入口から対象物上部の清浄空気を取り入れて前記圧縮空気と混合するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の空気浮上装置。
前記空気混合手段による混合後の空気を加熱する加熱手段を有することを特徴とする請求項１に記載の空気浮上装置。
前記空気混合手段に取り入れる１次側供給圧縮空気の圧力を調整する圧力調整手段と、前記空気混合手段による混合後の空気の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段により検出された圧力を前記１次側供給圧縮空気の圧力調整にフィードバックするフィードバック制御手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の空気浮上装置。
前記空気混合手段に取り入れる１次側供給圧縮空気の圧力を調整する圧力調整手段と、前記対象物の浮上量を検出する浮上量検出手段と、前記浮上量検出手段により検出された浮上量を前記１次側供給圧縮空気の圧力調整にフィードバックするフィードバック制御手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の空気浮上装置。