JP5402542B2 - Non-contact holding device and transfer device - Google Patents

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Description

本発明は、ワークを非接触で保持する非接触保持装置、及び、該非接触保持装置を備えた移載装置に関する。   The present invention relates to a non-contact holding device that holds a workpiece in a non-contact manner, and a transfer device including the non-contact holding device.

近年、例えば太陽電池ウェハー、半導体ウェハーなどのワークを取り扱う際に、ワークに直接触れることなくワークを保持することができる非接触保持装置が利用されている。このような非接触保持装置として、チャック本体を超音波振動させる超音波振動子と、チャック本体に穿設された吸引通路を介して真空ポンプでワークを吸引する吸引手段とを備えた非接触チャックが、特許文献1に開示されている。この非接触チャックでは、ワークは、真空ポンプの吸引力によってチャック本体のワーク保持面に吸引される。一方、超音波振動子が発生する超音波によってチャック本体が超音波振動することにより、ワーク保持面には、所謂超音波スクイーズ効果によるワーク支持力(超音波浮揚力)が発生する。この非接触チャックでは、ワーク支持力とワーク重量との和と、ワーク吸引力とをバランスさせることにより、ワークを、ワーク保持面に対して非接触状態で保持している。   In recent years, for example, when handling a workpiece such as a solar cell wafer or a semiconductor wafer, a non-contact holding device that can hold the workpiece without directly touching the workpiece has been used. As such a non-contact holding device, a non-contact chuck including an ultrasonic vibrator that ultrasonically vibrates the chuck main body and a suction unit that sucks a workpiece with a vacuum pump through a suction passage formed in the chuck main body. However, this is disclosed in Patent Document 1. In this non-contact chuck, the work is sucked to the work holding surface of the chuck body by the suction force of the vacuum pump. On the other hand, when the chuck body is ultrasonically vibrated by the ultrasonic waves generated by the ultrasonic vibrator, a work supporting force (ultrasonic levitation force) due to a so-called ultrasonic squeeze effect is generated on the work holding surface. In this non-contact chuck, the work is held in a non-contact state with respect to the work holding surface by balancing the sum of the work support force and the work weight and the work suction force.

特開2006−73654号公報JP 2006-73654 A

上述した非接触チャックでは、ワーク支持力とワーク重量との和と、ワーク吸引力とをバランスさせているが、非接触チャックの姿勢が変化した場合、すなわちチャック本体のワーク保持面の傾きが変化した場合、ワークに作用する重力の方向が変化することにより、力のバランスが崩れる。また、ワーク保持面の傾きが変化した場合、ワーク保持面とワークとの成す角度が変化し、外部から流入するエアの流量が変化することにより、ワーク保持面とワークとの間の空気の振動状態が変化し、ワーク支持力が変動するおそれがある。その際に、真空ポンプによる吸引力は、ワークとの距離にかかわらず、常にワークを吸い付ける方向に作用するため、ワーク保持面の傾きに応じて真空ポンプの吸引力を適切に調節できないと、ワークと接触するおそれがある。   In the non-contact chuck described above, the sum of the work support force and the work weight and the work suction force are balanced, but when the posture of the non-contact chuck changes, that is, the tilt of the work holding surface of the chuck body changes. In this case, the balance of force is lost by changing the direction of gravity acting on the workpiece. In addition, when the tilt of the workpiece holding surface changes, the angle between the workpiece holding surface and the workpiece changes, and the flow rate of air flowing from the outside changes. There is a possibility that the state changes and the workpiece support force fluctuates. At that time, the suction force by the vacuum pump always acts in the direction of sucking the workpiece regardless of the distance to the workpiece, so if the suction force of the vacuum pump cannot be adjusted appropriately according to the tilt of the workpiece holding surface, There is a risk of contact with the workpiece.

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、ワーク保持面の傾きにかかわらず、ワークとの非接触性を確実に保つことが可能な非接触保持装置、及び該非接触保持装置を備えた移載装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and a non-contact holding device capable of reliably maintaining non-contact with a workpiece regardless of the tilt of the workpiece holding surface, and the non-contact holding An object of the present invention is to provide a transfer device including the device.

本発明に係る非接触保持装置は、超音波振動を発生する振動子と、その一端が振動子に取り付けられ、振動子が発生した超音波振動を増幅して伝達する増幅伝達手段と、増幅伝達手段の他端に取り付けられ、増幅伝達手段と連動して振動する振動板とを有する超音波浮揚ユニットと、凹部及び該凹部内に流体を噴出するための噴出孔が形成された本体を有する非接触保持ユニットとを備え、超音波浮揚ユニットを構成する振動板の振動面、及び、非接触保持ユニットを構成する本体に形成された凹部の開口端面それぞれが、ワークが保持される際に、該ワークと対向するように配置されていることを特徴とする。   A non-contact holding apparatus according to the present invention includes an oscillator that generates ultrasonic vibrations, an amplification transmission unit that has one end attached to the vibrator, amplifies and transmits the ultrasonic vibrations generated by the vibrator, and amplified transmission. An ultrasonic levitation unit having a diaphragm attached to the other end of the means and oscillating in conjunction with the amplification transmission means, and a body having a recess and a body formed with a jet hole for ejecting fluid into the recess. Each of the vibration surface of the diaphragm constituting the ultrasonic levitation unit and the opening end face of the recess formed in the main body constituting the non-contact holding unit, when the workpiece is held, It is arranged to face the workpiece.

本発明に係る非接触保持装置によれば、超音波スクイーズ効果によって浮揚力(ワーク支持力)を発生する超音波浮揚ユニットの振動板、及びエアなどの流体を噴出させて吸引力を発生させる非接触保持ユニットの開口端面それぞれがワークと対向するように、超音波ユニットと非接触保持ユニットとが組み合わされる。非接触保持ユニットでは、開口端面からワークまでの距離が所定の範囲では吸引力が働くが、距離が該範囲以下になると反発力が働く。一方、超音波浮揚ユニットでは振動板とワークとの間隔が略同じ程度のときに浮揚力のみが働く。そのため、非接触保持ユニットと超音波浮揚ユニットを適切に組み合わせることにより、ワークとの間隔が所定の範囲にあるときには、ワークに作用する吸引力と浮揚力と重力とがバランスする位置でワークを非接触保持することができる。一方、装置の姿勢(すなわちワーク保持面の傾き)が変化するなどして、ワークとの間隔が所定値以下になるとワークに対して反発力及び浮揚力(ワーク支持力)が作用し、ワークとの間隔が所定の範囲に復元される。その結果、ワーク保持面の傾きにかかわらず確実にワークとの非接触性を保つことが可能となる。   According to the non-contact holding device according to the present invention, a diaphragm of an ultrasonic levitation unit that generates a levitation force (work support force) by an ultrasonic squeeze effect, and a non-contact that generates a suction force by ejecting a fluid such as air. The ultrasonic unit and the non-contact holding unit are combined so that each open end surface of the contact holding unit faces the workpiece. In the non-contact holding unit, a suction force works when the distance from the opening end surface to the workpiece is within a predetermined range, but a repulsive force works when the distance is less than the range. On the other hand, in the ultrasonic levitation unit, only the levitation force works when the distance between the diaphragm and the workpiece is approximately the same. For this reason, by appropriately combining the non-contact holding unit and the ultrasonic levitation unit, when the distance between the workpiece is within a predetermined range, the workpiece can be removed at a position where the suction force, levitation force and gravity acting on the workpiece are balanced. Can be held in contact. On the other hand, when the posture of the device (that is, the inclination of the workpiece holding surface) changes, the repulsive force and the levitation force (work supporting force) act on the workpiece when the distance from the workpiece becomes a predetermined value or less. Is restored to a predetermined range. As a result, it is possible to reliably maintain non-contact with the workpiece regardless of the tilt of the workpiece holding surface.

本発明に係る非接触保持装置では、振動板の振動面と、凹部の開口端面とが、平行かつ略同一平面内に配置されることが好ましい。このように配置すれば、ワークに対して、非接触保持ユニットによる吸引力と、超音波浮揚ユニットによる浮揚力とを合わせて作用させることができる。そのため、双方の力によりワークを安定して非接触保持することが可能となる。   In the non-contact holding device according to the present invention, it is preferable that the vibration surface of the diaphragm and the opening end surface of the recess are arranged in parallel and substantially in the same plane. If it arrange | positions in this way, the attraction | suction force by a non-contact holding | maintenance unit and the levitation | floating force by an ultrasonic levitation | floating unit can be made to act on a workpiece | work together. Therefore, it is possible to stably hold the workpiece in a non-contact manner by both forces.

本発明に係る非接触保持装置では、振動板の振動面が、凹部の開口端面から、0〜0.6mm、当該凹部の底面側に配置されていることが好ましい。このように配置すれば、非接触保持ユニットによる吸引力が大きくなる位置と、超音波浮揚ユニットによる浮揚力が大きくなる位置とを略一致させることができる。そのため、ワークをより安定して非接触保持することができ、非接触性をより向上させることが可能となる。   In the non-contact holding device according to the present invention, it is preferable that the vibration surface of the diaphragm is disposed on the bottom surface side of the recess from 0 to 0.6 mm from the opening end surface of the recess. If it arrange | positions in this way, the position where the suction | attraction force by a non-contact holding | maintenance unit becomes large and the position where the levitation | floating force by an ultrasonic levitation | floating unit becomes large can be made to correspond substantially. Therefore, the workpiece can be held in a non-contact manner more stably, and the non-contact property can be further improved.

本発明に係る非接触保持装置では、平面視したときに、振動板が凹部内に配置され、噴出孔が振動板の外縁よりも外側の位置に形成されていることが好ましい。このようにすれば、振動板の外縁と凹部の内周面との間を通して流体が噴出されることによってベルヌーイ効果が発揮される。そのため、ワークとの間隔が所定の範囲にあるときに吸引力を発生させることができる。また、ワークとの間隔が所定の範囲以下になったときに反発力を付与することが可能となる。   In the non-contact holding device according to the present invention, it is preferable that the diaphragm is disposed in the recess and the ejection hole is formed at a position outside the outer edge of the diaphragm when viewed in plan. In this way, the Bernoulli effect is exhibited by ejecting the fluid between the outer edge of the diaphragm and the inner peripheral surface of the recess. Therefore, it is possible to generate a suction force when the distance from the workpiece is within a predetermined range. In addition, a repulsive force can be applied when the distance from the workpiece falls below a predetermined range.

本発明に係る非接触保持装置では、非接触保持ユニットを構成する本体が、超音波浮揚ユニットを構成する増幅伝達手段の超音波振動の節の位置において、増幅伝達手段と接合されていることが好ましい。この場合、超音波振動が略ゼロになる節の位置で、非接触保持ユニットの本体が超音波浮揚ユニットの増幅伝達手段に結合される。これにより、増幅伝達手段の超音波振動が非接触保持ユニットに伝わることを防止することができる。また、非接触保持ユニットが結合されることによって増幅伝達手段の振動が抑制されることを防止することができる。   In the non-contact holding device according to the present invention, the main body constituting the non-contact holding unit may be joined to the amplification transmission means at the position of the ultrasonic vibration node of the amplification transmission means constituting the ultrasonic levitation unit. preferable. In this case, the main body of the non-contact holding unit is coupled to the amplification transmission means of the ultrasonic levitation unit at a node position where the ultrasonic vibration is substantially zero. Thereby, it is possible to prevent the ultrasonic vibration of the amplification transmission means from being transmitted to the non-contact holding unit. Further, the vibration of the amplification transmission means can be prevented from being suppressed by coupling the non-contact holding unit.

本発明に係る非接触保持装置では、振動子には、周波数が20〜30kHzの高周波電圧が供給されることが好ましい。このようにすれば、超音波浮揚ユニットによる浮揚力がワークに作用する範囲(ワーク間距離)を非接触保持ユニットの吸引力が作用する範囲と略一致させることが可能となる。   In the non-contact holding apparatus according to the present invention, the vibrator is preferably supplied with a high frequency voltage having a frequency of 20 to 30 kHz. If it does in this way, it becomes possible to make the range (distance between workpieces) where the levitation force by the ultrasonic levitation unit acts on the workpiece substantially coincide with the range where the suction force of the non-contact holding unit acts.

本発明に係る移載装置は、上記いずれかの非接触保持装置と、該非接触保持装置を空間内で移動させる移動機構とを備えることを特徴とする。本発明に係る移載装置によれば、ワークを保持する保持機構(エンドエフェクタ)として上記いずれかの非接触保持装置を用いることによって、ワークとの非接触性を確保しつつワークを移載することが可能となる。   A transfer device according to the present invention includes any one of the above non-contact holding devices and a moving mechanism that moves the non-contact holding device in a space. According to the transfer device of the present invention, by using any one of the non-contact holding devices as a holding mechanism (end effector) for holding the workpiece, the workpiece is transferred while ensuring non-contact with the workpiece. It becomes possible.

本発明に係る移載装置では、移動機構が、複数のリンクを介して、ベース部と、前記非接触保持装置が取り付けられるブラケットとが並列に連結されたパラレルメカニズムであることが好ましい。パラレルメカニズムは、可動部にアクチュエータがなく、軽量化が可能で、高速、高精度に駆動できるという特徴を有するため、非接触保持装置を非常に高速で動かすことができる。この場合、移動機構としてパラレルメカニズムを用いることにより、ワークとの非接触性を確保しつつ、ワークを高速に移載することが可能となる。   In the transfer device according to the present invention, the moving mechanism is preferably a parallel mechanism in which a base portion and a bracket to which the non-contact holding device is attached are connected in parallel via a plurality of links. The parallel mechanism has a feature that there is no actuator in the movable part, can be reduced in weight, and can be driven with high speed and high accuracy, and thus the non-contact holding device can be moved at a very high speed. In this case, by using a parallel mechanism as the moving mechanism, it is possible to transfer the workpiece at high speed while ensuring non-contact with the workpiece.

本発明によれば、ワーク保持面の傾きにかかわらず、ワークとの非接触性を確実に保つことが可能となる。   According to the present invention, it is possible to reliably maintain non-contact with the workpiece regardless of the tilt of the workpiece holding surface.

第1実施形態に係る非接触保持装置の構成を示す縦断面図及び底面図である。It is the longitudinal cross-sectional view and bottom view which show the structure of the non-contact holding | maintenance apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第2実施形態に係る非接触保持装置の構成を示す縦断面図及び底面図である。It is the longitudinal cross-sectional view and bottom view which show the structure of the non-contact holding | maintenance apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る非接触保持装置の構成を示す縦断面図及び底面図である。It is the longitudinal cross-sectional view and bottom view which show the structure of the non-contact holding | maintenance apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 非接触保持装置を備えるパラレルメカニズムの全体構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the whole structure of a parallel mechanism provided with a non-contact holding | maintenance apparatus. 図4中の矢印A1方向から見たパラレルメカニズムを示す図である。It is a figure which shows the parallel mechanism seen from the arrow A1 direction in FIG. 太陽電池のパレタイジング工程の概要を説明するための鳥瞰図である。It is a bird's-eye view for demonstrating the outline | summary of the palletizing process of a solar cell.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the same element and the overlapping description is abbreviate | omitted.

(第1実施形態)
まず、図1を用いて、第1実施形態に係る非接触保持装置1の全体構成について説明する。図1は、非接触保持装置1の構成を示す縦断面図(上側)及び底面図(下側)である。
(First embodiment)
First, the whole structure of the non-contact holding | maintenance apparatus 1 which concerns on 1st Embodiment is demonstrated using FIG. FIG. 1 is a longitudinal sectional view (upper side) and a bottom view (lower side) showing the configuration of the non-contact holding device 1.

非接触保持装置1は、超音波振動による超音波スクイーズ効果によって浮揚力(ワーク支持力)を発生する超音波浮揚ユニット10と、高圧エアを噴出して吸引力/反発力を発生させるベルヌーイチャック20とを備えている。   The non-contact holding device 1 includes an ultrasonic levitation unit 10 that generates a levitation force (work support force) by an ultrasonic squeeze effect by ultrasonic vibration, and a Bernoulli chuck 20 that generates a suction force / repulsive force by ejecting high-pressure air. And.

超音波浮揚ユニット10は、積層された複数(本実施形態では3枚)のリング状の圧電素子11と、該圧電素子11の両側からボルト締めされた円筒状の金属製のブロック12とを有して構成される、所謂ボルト締めランジュバンタイプの超音波振動子13を有している。圧電素子11としてはピエゾ素子などが好適に用いられる。また、各圧電素子11には、高周波電源が接続されており、該高周波電源から高周波電圧が印加されることにより、圧電素子11が、超音波振動を発生する。すなわち、超音波振動子13は、特許請求の範囲に記載の振動子として機能する。圧電素子11に印加される高周波電圧の周波数は、20〜30kHz程度が好ましい。なお、本実施形態では約25kHzとした。   The ultrasonic levitation unit 10 has a plurality of (three in this embodiment) ring-shaped piezoelectric elements 11 stacked and a cylindrical metal block 12 bolted from both sides of the piezoelectric elements 11. The so-called bolted Langevin type ultrasonic transducer 13 is configured. A piezoelectric element or the like is preferably used as the piezoelectric element 11. Each piezoelectric element 11 is connected to a high-frequency power source, and the piezoelectric element 11 generates ultrasonic vibration when a high-frequency voltage is applied from the high-frequency power source. That is, the ultrasonic transducer 13 functions as a transducer described in the claims. The frequency of the high frequency voltage applied to the piezoelectric element 11 is preferably about 20 to 30 kHz. In this embodiment, the frequency is about 25 kHz.

超音波振動子13の一端には、該超音波振動子13が発生した超音波振動を増幅して伝達する金属性の部材である段付複合ホーン(以下、単に「ホーン」という)16が接続されている。ホーン16は、特許請求の範囲に記載の増幅伝達手段として機能する。ホーン16は、その一端が超音波振動子13と接合される円柱部14と、該円柱部14と一体的に形成され、超音波振動を増幅する中実の略円錐状(指数形)の増幅部15とを含んで構成されている。ホーン16の増幅部15の先端には、ホーン16と連動して振動する金属性の円盤状の振動板17が溶接あるいは螺子などで連結されている。なお、超音波振動子13、ホーン16、及び振動板17は、それぞれの中心軸が一致するように接続されている。   Connected to one end of the ultrasonic transducer 13 is a stepped composite horn (hereinafter simply referred to as “horn”) 16 which is a metallic member that amplifies and transmits ultrasonic vibration generated by the ultrasonic transducer 13. Has been. The horn 16 functions as an amplification transmission means described in the claims. The horn 16 has a cylindrical portion 14 whose one end is joined to the ultrasonic transducer 13 and a solid substantially conical (exponential) amplification formed integrally with the cylindrical portion 14 and amplifying ultrasonic vibration. Part 15. A metallic disk-like diaphragm 17 that vibrates in conjunction with the horn 16 is connected to the tip of the amplifying unit 15 of the horn 16 by welding or a screw. In addition, the ultrasonic transducer | vibrator 13, the horn 16, and the diaphragm 17 are connected so that each center axis may correspond.

一方、ベルヌーイチャック20は、凹部21が形成されたフランジ部22と、該フランジ部22と一体的に形成された有底円筒部23とを有するハット形をした本体24を有している。ベルヌーイチャック20は、特許請求の範囲に記載の非接触保持ユニットとして機能する。本体24(円筒部23)の頂面の中心部分には、ホーン16の円柱部14の直径と同一径の円形の開口部が形成されている。そして、ベルヌーイチャック20では、当該円形開口部が、ホーン16の超音波振動の節の位置(本実施形態では円柱部14の下端)において、ホーン16と接合されている。ここで、ホーン16の円柱部14の軸方向の長さは、超音波振動子13によって発生されホーン16内を伝播する超音波振動の波長(ホーン内音波長)λの略1/4(本実施形態では51.2mm)に設定されている。なお、ホーン内音波長λは次式(1)により定まる。
ホーン内音波長λ=c/f ・・・(1)
ここで、fは共振周波数、cはホーン内音速である。
よって、円柱部14の下端は、超音波振動の節位置となる。一方、円柱部14の上端、及び増幅部15の下端(先端)は、超音波振動の腹位置となる。
On the other hand, the Bernoulli chuck 20 has a hat-shaped main body 24 having a flange portion 22 formed with a recess 21 and a bottomed cylindrical portion 23 formed integrally with the flange portion 22. The Bernoulli chuck 20 functions as a non-contact holding unit described in the claims. A circular opening having the same diameter as that of the columnar portion 14 of the horn 16 is formed at the central portion of the top surface of the main body 24 (cylindrical portion 23). In the Bernoulli chuck 20, the circular opening is joined to the horn 16 at the position of the ultrasonic vibration node of the horn 16 (the lower end of the cylindrical portion 14 in the present embodiment). Here, the axial length of the cylindrical portion 14 of the horn 16 is approximately 1/4 of the wavelength (wave length in the horn) λ of the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic transducer 13 and propagating through the horn 16 (the book). In the embodiment, it is set to 51.2 mm). The in-horn acoustic wave length λ is determined by the following equation (1).
In-horn acoustic wave length λ = c / f 0 (1)
Here, f 0 is the resonance frequency, and c is the sound velocity in the horn.
Therefore, the lower end of the cylindrical portion 14 is a node position of ultrasonic vibration. On the other hand, the upper end of the cylindrical portion 14 and the lower end (tip) of the amplifying portion 15 are antinode positions of ultrasonic vibration.

ベルヌーイチャック20の本体24が超音波浮揚ユニット10と接合されることにより、本体24の円筒部23内にホーン16が収納される。また、フランジ部22に形成された凹部21の内側に、超音波浮揚ユニット10の振動板17が納められる。その際、振動板17の振動面と、凹部21の開口端面とが、平行かつ略同一平面内に配置される。すなわち、超音波浮揚ユニット10を構成する振動板17の振動面、及び、本体24のフランジ部22に形成された凹部21の開口端面それぞれが、保持されるワーク80と対向するように配置される。よって、ベルヌーイチャック20の本体24を構成するフランジ部22の開口端面は、超音波浮揚ユニット10の振動板17とともに、ワーク80を非接触で保持するワーク保持面29を形成する。ただし、より厳密には、振動板17の振動面が、凹部21の開口端面から、0.〜0.6mm後退した位置、すなわち凹部21の底面側に配置されることが好ましく、本実施形態では、約0.5mm底面側に配置した。
When the main body 24 of the Bernoulli chuck 20 is joined to the ultrasonic levitation unit 10, the horn 16 is accommodated in the cylindrical portion 23 of the main body 24. Further, the diaphragm 17 of the ultrasonic levitation unit 10 is housed inside the recess 21 formed in the flange portion 22. At that time, the vibration surface of the diaphragm 17 and the opening end surface of the recess 21 are arranged in parallel and substantially in the same plane. That is, the vibration surface of the diaphragm 17 constituting the ultrasonic levitation unit 10 and the opening end surface of the recess 21 formed in the flange portion 22 of the main body 24 are arranged so as to face the workpiece 80 to be held. . Therefore, the opening end surface of the flange portion 22 constituting the main body 24 of the Bernoulli chuck 20 forms a workpiece holding surface 29 that holds the workpiece 80 in a non-contact manner together with the diaphragm 17 of the ultrasonic levitation unit 10. However, more strictly, the vibration surface of the diaphragm 17 is 0. It is preferable to arrange at a position retracted from 0 to 0.6 mm, that is, on the bottom surface side of the recess 21, and in the present embodiment, it is disposed on the bottom surface side of about 0.5 mm.

本体24のフランジ部22の上面の外周付近には、凹部21内に高圧エアを噴出するための噴出孔25が複数(本実施形態では90度間隔で4つ)形成されている。噴出孔25は、フランジ部22の上面から凹部21の底面にかけて、凹部21の内周面と略平行に、フランジ部22を斜め下方向に貫通するように形成されている。すなわち、非接触保持装置1を底面側から見たときに、各噴出孔25は、振動板17の外縁よりも外側の位置に形成されている。各噴出孔25にはエア配管26が取り付けられている。このエア配管26は、高圧エアを供給するエアポンプ(図示省略)に接続されている。エアポンプからエア配管26を通して高圧エアが供給されると、噴出孔25を通して凹部21内へ高圧エアが噴出される。その際、高圧エアは、凹部21の内周面に沿って斜め下方向へ噴出される。噴出されたエアは、振動板17の外縁と凹部21の内周面との間を通り、凹部21の開口端面とワーク80との隙間から排出される。   Near the outer periphery of the upper surface of the flange portion 22 of the main body 24, a plurality of ejection holes 25 (four in this embodiment at intervals of 90 degrees) for ejecting high-pressure air into the recess 21 are formed. The ejection hole 25 is formed from the upper surface of the flange portion 22 to the bottom surface of the concave portion 21 so as to penetrate the flange portion 22 obliquely downward in substantially parallel to the inner peripheral surface of the concave portion 21. That is, when the non-contact holding device 1 is viewed from the bottom side, each ejection hole 25 is formed at a position outside the outer edge of the diaphragm 17. An air pipe 26 is attached to each ejection hole 25. The air pipe 26 is connected to an air pump (not shown) that supplies high-pressure air. When high-pressure air is supplied from the air pump through the air pipe 26, high-pressure air is ejected into the recess 21 through the ejection holes 25. At that time, the high-pressure air is ejected obliquely downward along the inner peripheral surface of the recess 21. The ejected air passes between the outer edge of the diaphragm 17 and the inner peripheral surface of the recess 21 and is discharged from the gap between the opening end surface of the recess 21 and the workpiece 80.

上述した構成の非接触保持装置1において、超音波振動子13を構成する圧電素子11に高周波電圧が印加されると、印加電圧の周波数に応じた周波数の超音波振動が発生する。この超音波振動は、ホーン16に入力されてホーン16中を軸方向に伝播されるとともに、増幅部15で増幅される。増幅された超音波振動は、振動板17に入力され、振動板17に超音波振動を生じさせる。振動板17が超音波振動することにより、ワーク80との間にスクイーズ空気膜が生成される。その結果、超音波スクイーズ効果が生じ、ワーク80に対する浮揚力(ワーク80をワーク保持面29から離間させる力、所謂「スクイーズ空気膜圧力」)が発生する。   In the non-contact holding apparatus 1 having the above-described configuration, when a high frequency voltage is applied to the piezoelectric element 11 constituting the ultrasonic transducer 13, ultrasonic vibration having a frequency corresponding to the frequency of the applied voltage is generated. The ultrasonic vibration is input to the horn 16 and propagates in the horn 16 in the axial direction and is amplified by the amplifying unit 15. The amplified ultrasonic vibration is input to the vibration plate 17 and causes the vibration plate 17 to generate ultrasonic vibration. When the diaphragm 17 is ultrasonically vibrated, a squeezed air film is generated between the diaphragm 17 and the workpiece 80. As a result, an ultrasonic squeeze effect is generated, and a levitation force (a force for separating the work 80 from the work holding surface 29, so-called “squeeze air film pressure”) is generated.

一方、エアポンプからエア配管26を通して噴出孔25に高圧エアが供給されると、噴出孔25を通してフランジ部22の凹部21内に高圧エアが噴出される。噴射された高圧エアは、凹部21の内周面に沿って斜め下方向に進み、振動板17の外縁と凹部21の内周面との間を通り、開口端面とワーク80との隙間から排出される。これによって、高圧エアが凹部21の内周面から開口端面に突入する際に流速が上がり、凹部21の内部圧力が下降する。この負圧によって、ワーク80に対して吸引力が発生する。   On the other hand, when high pressure air is supplied from the air pump to the ejection hole 25 through the air pipe 26, the high pressure air is ejected into the recess 21 of the flange portion 22 through the ejection hole 25. The jetted high-pressure air travels obliquely downward along the inner peripheral surface of the recess 21, passes between the outer edge of the diaphragm 17 and the inner peripheral surface of the recess 21, and is discharged from the gap between the opening end surface and the workpiece 80. Is done. As a result, when the high-pressure air enters the opening end surface from the inner peripheral surface of the recess 21, the flow velocity increases and the internal pressure of the recess 21 decreases. This negative pressure generates a suction force for the workpiece 80.

ここで、振動板17の振動面が、凹部21の開口端面から、約0.5mm後退した位置に配置されているため、超音波浮揚ユニット10が発生する浮揚力と、ベルヌーイチャック20が発生する吸引力と、ワーク80の重量とがつりあう位置でワーク80が非接触保持される。   Here, since the vibration surface of the diaphragm 17 is disposed at a position retracted about 0.5 mm from the opening end surface of the recess 21, the levitation force generated by the ultrasonic levitation unit 10 and the Bernoulli chuck 20 are generated. The workpiece 80 is held in a non-contact manner at a position where the suction force and the weight of the workpiece 80 are balanced.

ところで、ベルヌーイチャック20は、超音波浮上ユニット10が駆動せず、単独で使用した場合でもワーク80を非接触で保持することが可能である。すなわち、ワーク保持面29とワーク80との間隔が平行を保ったまま所定間隔(本実施形態の場合約0.05mm)以下に減少しようとすると、高圧エアは、凹部21内部から非接触保持装置1外部に抜ける経路を確保する必要があるため、反発力として作用し、ワーク80との接触が回避される。逆に、間隔が10mm程度離れていても、軽量なワークであれば十分吸着可能な吸着力を有しており、ワーク80とワーク保持面29とは、ワーク80に作用する重力と、ベルヌーイチャック20の吸着力とが釣り合う距離(本実施形態では0.1〜0.2mm程度。ワーク重量による)で非接触状態が保持される。   By the way, the Bernoulli chuck 20 does not drive the ultrasonic levitation unit 10 and can hold the workpiece 80 in a non-contact manner even when used alone. In other words, if the distance between the work holding surface 29 and the work 80 is to be reduced to a predetermined distance (about 0.05 mm in the case of the present embodiment) while keeping parallel, the high pressure air is not contacted from the inside of the recess 21. 1 Since it is necessary to secure a route to the outside, it acts as a repulsive force and avoids contact with the workpiece 80. On the other hand, even if the distance is about 10 mm, the workpiece 80 and the workpiece holding surface 29 have a gravitational force acting on the workpiece 80 and Bernoulli chuck. The non-contact state is maintained at a distance (about 0.1 to 0.2 mm in the present embodiment, depending on the workpiece weight) that balances the adsorption force of 20.

しかしながら、ベルヌーイチャック20単独では、ワーク80が剛性の低い材料であったり、ワーク保持面29に対して傾いて近付いた場合などは、部分的に接触してしまうことがある。これに対し、超音波スクイーズ効果による超音波浮揚ユニット10の浮揚力(ワーク支持力)は極めて大きいため(本実施形態の場合、振動板17の振動振幅により、10〜1kPa)、0.1〜0.6mm程度の距離(振動板17の振動振幅により変化)を確保して非接触を保つことが可能である。一方で、吸着力は殆ど発生しない。したがって、超音波浮揚ユニット10とベルヌーイチャック20の発生力と、ワーク80にかかる重力とがバランスをとる位置を考慮し、振動板17の振動面とベルヌーイチャック20のワーク保持面29とを適切な相対位置に配置すれば、双方の発生力を有効に利用してワーク80を安定に浮揚させることができる。本実施形態では、振動板17の振動面を、凹部21の開口端面から約0.5mm後退した位置に配置するとともに、ワーク80との距離が0.6mm程度になるような振動振幅に設定する。そうすれば、ワーク80とワーク保持面29とが0.1mm程度離れた位置でバランスを取って非接触状態を維持することができる。その際、ワーク80が軟物質であったり、傾こうとした場合であっても、ワーク保持面29と非接触性を確実に保ったまま、吸着することが可能である。振動板17の振動振幅を小さくしたり、凹部21開口端面からの相対距離を適宜変えることにより、ワーク80とワーク保持面29との間隔を0.1mmから増加あるいは減少させることができる。なお、本実施形態においては、ワーク80の水平面内での移動を抑止する力は発生させることができない。したがって、ワーク80の横移動が問題になる場合は、横移動を防止する部材を別途設置する必要がある。たとえば、フランジ部22の外周面に、ワーク80の下面よりも下方まで突出した突起部材を90度おきに4箇所設けておけば、ワーク80が横移動しようとした場合であっても、突起部材のいずれかがワーク80の外周面に接触して、横移動を防止することができる。   However, the Bernoulli chuck 20 alone may make partial contact when the workpiece 80 is made of a material having low rigidity, or when the workpiece 80 is inclined with respect to the workpiece holding surface 29. On the other hand, the levitation force (work support force) of the ultrasonic levitation unit 10 due to the ultrasonic squeeze effect is extremely large (in the case of this embodiment, 10 to 1 kPa depending on the vibration amplitude of the diaphragm 17). It is possible to maintain a non-contact by securing a distance of about 0.6 mm (varied by the vibration amplitude of the diaphragm 17). On the other hand, almost no adsorption force is generated. Therefore, considering the position where the generated force of the ultrasonic levitation unit 10 and the Bernoulli chuck 20 and the gravity applied to the work 80 are balanced, the vibration surface of the diaphragm 17 and the work holding surface 29 of the Bernoulli chuck 20 are appropriately connected. If it arrange | positions in a relative position, the workpiece | work 80 can be floated stably using the generated force of both effectively. In the present embodiment, the vibration surface of the diaphragm 17 is arranged at a position retracted by about 0.5 mm from the opening end surface of the recess 21 and set to a vibration amplitude such that the distance from the workpiece 80 is about 0.6 mm. . If it does so, the workpiece | work 80 and the workpiece | work holding surface 29 can be balanced at the position about 0.1 mm away, and a non-contact state can be maintained. At that time, even if the workpiece 80 is a soft substance or is about to tilt, it can be adsorbed while reliably maintaining non-contact with the workpiece holding surface 29. The distance between the workpiece 80 and the workpiece holding surface 29 can be increased or decreased from 0.1 mm by reducing the vibration amplitude of the diaphragm 17 or appropriately changing the relative distance from the opening end surface of the recess 21. In the present embodiment, a force that prevents the workpiece 80 from moving in the horizontal plane cannot be generated. Therefore, when the lateral movement of the workpiece 80 becomes a problem, it is necessary to separately install a member for preventing the lateral movement. For example, if four protrusion members are provided on the outer peripheral surface of the flange portion 22 so as to protrude below the lower surface of the workpiece 80 every 90 degrees, even if the workpiece 80 tries to move laterally, the protrusion member Any one of these can contact the outer peripheral surface of the workpiece 80, and the lateral movement can be prevented.

本実施形態によれば、ワーク80に対して、ベルヌーイチャック20による吸引力と、超音波浮揚ユニット10による浮揚力とを合わせて作用させることができる。そのため、双方の力によりワーク80を安定して非接触保持することが可能となる。特に、本実施形態によれば、ベルヌーイチャック20による吸引力が大きくなる位置と、超音波浮揚ユニット10による浮揚力が大きくなる位置とを略一致させることができる。そのため、ワーク80をより安定して非接触保持することができ、非接触性をより向上させることが可能となる。   According to the present embodiment, the suction force by the Bernoulli chuck 20 and the levitation force by the ultrasonic levitation unit 10 can be applied to the work 80 together. Therefore, the work 80 can be stably held in a non-contact manner by both forces. In particular, according to the present embodiment, the position where the suction force by the Bernoulli chuck 20 becomes large and the position where the levitation force by the ultrasonic levitation unit 10 becomes large can be substantially matched. Therefore, the workpiece 80 can be held in a non-contact manner more stably, and the non-contact property can be further improved.

本実施形態によれば、振動板17の外縁と凹部21の内周面との間を通して高圧エアが噴出されることによってベルヌーイ効果が発揮される。そのため、ワーク80との間隔が所定の範囲(約0.1〜10mm)にあるときに吸引力を発生させることができる。また、ワーク80との間隔が所定の範囲以下(約0.05mm以下)になったときに反発力を付与することが可能となる。   According to the present embodiment, the Bernoulli effect is exhibited by ejecting high-pressure air through the space between the outer edge of the diaphragm 17 and the inner peripheral surface of the recess 21. Therefore, a suction force can be generated when the distance from the workpiece 80 is within a predetermined range (about 0.1 to 10 mm). In addition, a repulsive force can be applied when the distance from the workpiece 80 is less than or equal to a predetermined range (about 0.05 mm or less).

本実施形態によれば、超音波振動が略ゼロになる節の位置で、ベルヌーイチャック20の本体24が超音波浮揚ユニット10のホーン16に結合される。これにより、ホーン16の超音波振動がベルヌーイチャック20に伝わることを防止することができる。また、ベルヌーイチャック20が結合されることによって、ホーン16の振動が抑制されることを防止することができる。   According to the present embodiment, the main body 24 of the Bernoulli chuck 20 is coupled to the horn 16 of the ultrasonic levitation unit 10 at a node position where the ultrasonic vibration is substantially zero. Thereby, it is possible to prevent the ultrasonic vibration of the horn 16 from being transmitted to the Bernoulli chuck 20. Moreover, the Bernoulli chuck 20 can be coupled to prevent the vibration of the horn 16 from being suppressed.

本実施形態によれば、超音波振動子13には、周波数が約25kHzの高周波電圧が印加されるため、超音波浮揚ユニット10による浮揚力がワーク80に作用する範囲(ワーク間距離)をベルヌーイチャック20の吸引力が作用する範囲と略一致させることが可能となる。   According to the present embodiment, since a high frequency voltage having a frequency of about 25 kHz is applied to the ultrasonic vibrator 13, the range (interwork distance) in which the levitation force by the ultrasonic levitation unit 10 acts on the workpiece 80 is Bernoulli. It is possible to substantially match the range in which the suction force of the chuck 20 acts.

(第2実施形態)
次に、図2を用いて、第2実施形態に係る非接触保持装置2の構成について説明する。図2は、非接触保持装置2の構成を示す縦断面図(上側)及び底面図(下側)である。なお、図2において第1実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号が付されている。
(Second Embodiment)
Next, the configuration of the non-contact holding device 2 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a longitudinal sectional view (upper side) and a bottom view (lower side) showing the configuration of the non-contact holding device 2. In FIG. 2, the same or equivalent components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

上述した非接触保持装置1では、ハット形の本体24を有するベルヌーイチャック20を備えていたが、非接触保持装置2では、下向きに開口する有底円筒状の本体44を有するベルヌーイチャック40を備えている点で非接触保持装置1と異なっている。その他の構成、特に超音波浮揚ユニット10の構成は、上述した非接触保持装置1と同一であるので、ここでは説明を省略する。   In the non-contact holding apparatus 1 described above, the Bernoulli chuck 20 having the hat-shaped main body 24 is provided. However, the non-contact holding apparatus 2 includes the Bernoulli chuck 40 having a bottomed cylindrical main body 44 that opens downward. It differs from the non-contact holding | maintenance apparatus 1 by the point. Other configurations, in particular, the configuration of the ultrasonic levitation unit 10 are the same as those of the non-contact holding device 1 described above, and thus description thereof is omitted here.

上述したように、ベルヌーイチャック40は、下向きに開口する有底円筒状の本体44、すなわち下面側に凹部41が形成された本体44を有している。本体44の頂面の中心部分には、ホーン16の円柱部14の直径と同一径の円形の開口部が形成されている。そして、ベルヌーイチャック40では、当該円形開口部が、ホーン16の超音波振動の節の位置(本実施形態では円柱部14の下端)において、ホーン16と接合されている。ここで、ホーン16の円柱部14の軸方向の長さは、上述した第1実施形態と同様に、超音波振動子13によって発生されホーン16内を伝播する超音波振動の波長(ホーン内音波長)λの略1/4に設定(本実施形態では51.2mm)されている。よって、円柱部14の下端が、超音波振動の節位置となる。   As described above, the Bernoulli chuck 40 has the bottomed cylindrical main body 44 that opens downward, that is, the main body 44 in which the concave portion 41 is formed on the lower surface side. A circular opening having the same diameter as that of the cylindrical portion 14 of the horn 16 is formed in the central portion of the top surface of the main body 44. In the Bernoulli chuck 40, the circular opening is joined to the horn 16 at the position of the ultrasonic vibration node of the horn 16 (the lower end of the cylindrical portion 14 in the present embodiment). Here, the axial length of the cylindrical portion 14 of the horn 16 is the wavelength of the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic transducer 13 and propagating through the horn 16 (in-horn sound wave), as in the first embodiment. (Length) is set to approximately ¼ of λ (51.2 mm in this embodiment). Therefore, the lower end of the cylindrical portion 14 becomes a node position of ultrasonic vibration.

ベルヌーイチャック40の本体44が、超音波浮揚ユニット10と接合されることにより、有底円筒状の本体44内にホーン16、及び振動板17が収納される。その際、振動板17の振動面と、本体44(凹部41)の開口端面とが、平行かつ略同一平面内に配置される。すなわち、ワーク80が保持される際に、超音波浮揚ユニット10を構成する振動板17の振動面、及び、本体44に形成された凹部41の開口端面それぞれが、該ワーク80と対向するように配置される。よって、ベルヌーイチャック40の本体44の開口端面は、超音波浮揚ユニット10の振動板17とともに、ワーク80を非接触で保持するワーク保持面49を形成する。ただし、より厳密には、振動板17の振動面が、凹部41の開口端面から、0.1〜0.6mm後退した位置、すなわち凹部41の底面側に配置されることが好ましく、本実施形態では、約0.5mm底面側に配置した。   When the main body 44 of the Bernoulli chuck 40 is joined to the ultrasonic levitation unit 10, the horn 16 and the diaphragm 17 are accommodated in the bottomed cylindrical main body 44. At that time, the vibration surface of the diaphragm 17 and the opening end surface of the main body 44 (recess 41) are arranged in parallel and substantially in the same plane. That is, when the workpiece 80 is held, the vibration surface of the diaphragm 17 constituting the ultrasonic levitation unit 10 and the opening end surface of the recess 41 formed in the main body 44 are opposed to the workpiece 80. Be placed. Therefore, the opening end surface of the main body 44 of the Bernoulli chuck 40 forms a workpiece holding surface 49 that holds the workpiece 80 in a non-contact manner together with the diaphragm 17 of the ultrasonic levitation unit 10. However, more strictly speaking, it is preferable that the vibration surface of the diaphragm 17 is disposed at a position that is recessed by 0.1 to 0.6 mm from the opening end surface of the recess 41, that is, on the bottom surface side of the recess 41. Then, it arrange | positioned in about 0.5 mm bottom side.

本体44の頂面付近の側面には、凹部41内に高圧エアを噴出するための噴出孔45が複数(本実施形態では90度間隔で4つ)形成されている。噴出孔45は、本体44の側面から凹部41の内周面にかけて、凹部41の内周面と接する方向、かつ、本体44(凹部41)の開口端面と略平行な方向に、本体44を貫通するように形成されている。すなわち、非接触保持装置1を底面側から見たときに、各噴出孔45は、振動板17の外縁よりも外側の位置に形成されている。各噴出孔45にはエア配管46が取り付けられている。このエア配管46は、高圧エアを供給するエアポンプ(図示省略)に接続されている。エアポンプからエア配管46を通して高圧エアが供給されると、噴出孔45を通して凹部41内へ高圧エアが噴出される。その際、高圧エアは、凹部41の内周面に沿って本体44(凹部41)の開口端面と略平行な方向へ噴出される。噴出された高圧エアは、凹部41の内周面に沿って旋回しつつ、徐々に下側(開口部側)へ移動し、振動板17の外縁と凹部41の内周面との間を通り、開口端面とワーク80との隙間から排出される。   On the side surface near the top surface of the main body 44, a plurality of ejection holes 45 for ejecting high-pressure air into the recess 41 are formed (four in this embodiment at intervals of 90 degrees). The ejection hole 45 penetrates the main body 44 from the side surface of the main body 44 to the inner peripheral surface of the concave portion 41 in a direction in contact with the inner peripheral surface of the concave portion 41 and in a direction substantially parallel to the opening end surface of the main body 44 (the concave portion 41). It is formed to do. That is, when the non-contact holding device 1 is viewed from the bottom side, each ejection hole 45 is formed at a position outside the outer edge of the diaphragm 17. An air pipe 46 is attached to each ejection hole 45. The air pipe 46 is connected to an air pump (not shown) that supplies high-pressure air. When high-pressure air is supplied from the air pump through the air pipe 46, high-pressure air is ejected into the recess 41 through the ejection holes 45. At that time, the high-pressure air is ejected along the inner peripheral surface of the recess 41 in a direction substantially parallel to the opening end surface of the main body 44 (recess 41). The jetted high-pressure air turns along the inner peripheral surface of the recess 41 and gradually moves downward (opening side), and passes between the outer edge of the diaphragm 17 and the inner peripheral surface of the recess 41. Then, it is discharged from the gap between the opening end face and the workpiece 80.

上述した構成の非接触保持装置2において、超音波振動子13を構成する圧電素子11に高周波電圧が印加されると、印加電圧の周波数に応じた周波数の超音波振動が発生する。この超音波振動は、ホーン16に入力されてホーン16中を軸方向に伝播されるとともに、増幅部15で増幅される。増幅された超音波振動は、振動板17に入力され、振動板17に超音波振動を生じさせる。振動板17が超音波振動することにより、ワーク80との間にスクイーズ空気膜が生成される。その結果、超音波スクイーズ効果が生じ、ワーク80に対する浮揚力が発生する。   In the non-contact holding device 2 having the above-described configuration, when a high frequency voltage is applied to the piezoelectric element 11 constituting the ultrasonic vibrator 13, ultrasonic vibration having a frequency corresponding to the frequency of the applied voltage is generated. The ultrasonic vibration is input to the horn 16 and propagates in the horn 16 in the axial direction and is amplified by the amplifying unit 15. The amplified ultrasonic vibration is input to the vibration plate 17 and causes the vibration plate 17 to generate ultrasonic vibration. When the diaphragm 17 is ultrasonically vibrated, a squeezed air film is generated between the diaphragm 17 and the workpiece 80. As a result, an ultrasonic squeeze effect is generated, and a levitation force with respect to the workpiece 80 is generated.

一方、エアポンプからエア配管46を通して噴出孔45に高圧エアが供給されると、噴出孔45を通して本体44の凹部41内に高圧エアが噴出される。噴射された高圧エアは、凹部41の内周面に沿って旋回しつつ徐々に下側(開口部側)に進み、振動板17の外縁と凹部41の内周面との間を通り、開口端面とワーク80との間から排出される。これによって、ベルヌーイ効果が生じ、本体44の開口端面(すなわちワーク保持面49)とワーク80との間に負圧が生まれる。この負圧によって、ワーク80に対して吸引力が発生する。   On the other hand, when high pressure air is supplied from the air pump to the ejection hole 45 through the air pipe 46, the high pressure air is ejected into the recess 41 of the main body 44 through the ejection hole 45. The jetted high-pressure air gradually turns downward (opening side) while turning along the inner peripheral surface of the recess 41, passes between the outer edge of the diaphragm 17 and the inner peripheral surface of the recess 41, and opens. It is discharged from between the end face and the workpiece 80. As a result, a Bernoulli effect is generated, and a negative pressure is generated between the opening end surface of the main body 44 (that is, the workpiece holding surface 49) and the workpiece 80. This negative pressure generates a suction force for the workpiece 80.

ここで、振動板17の振動面が、凹部41の開口端面から、約0.5mm後退した位置に配置されているため、超音波浮揚ユニット10が発生する浮揚力と、ベルヌーイチャック40が発生する吸引力と、ワーク80の重量とがつりあう位置でワーク80が非接触保持される。   Here, since the vibration surface of the diaphragm 17 is disposed at a position retracted about 0.5 mm from the opening end surface of the recess 41, the levitation force generated by the ultrasonic levitation unit 10 and the Bernoulli chuck 40 are generated. The workpiece 80 is held in a non-contact manner at a position where the suction force and the weight of the workpiece 80 are balanced.

上述したように、ワーク保持面49とワーク80との間隔が平行を保ったまま所定間隔(本実施形態の場合約0.05mm)以下に減少しようとすると、高圧エアは、凹部41内部から非接触保持装置2外部に抜ける経路を確保する必要があるため、反発力として作用し、ワーク80との接触が回避される。また、ワーク80が剛性の低い材料であったり、ワーク保持面49に対して傾いて近付いたとしても、超音波スクイーズ効果による超音波浮揚ユニット10の浮揚力(ワーク支持力)は極めて大きいため(本実施形態の場合、振動板17の振動振幅により、10〜1kPa)、0.1〜0.6mm程度の距離(振動板17の振動振幅により変化)を確保して非接触を保つことが可能である。   As described above, if the work holding surface 49 and the work 80 are kept parallel to each other and the pressure is reduced to a predetermined distance (approximately 0.05 mm in this embodiment) or less, the high-pressure air is not discharged from the inside of the recess 41. Since it is necessary to secure a path through the contact holding device 2 to the outside, it acts as a repulsive force and avoids contact with the workpiece 80. Even if the workpiece 80 is made of a material having low rigidity or is inclined with respect to the workpiece holding surface 49, the levitation force (work support force) of the ultrasonic levitation unit 10 due to the ultrasonic squeeze effect is extremely large ( In the case of the present embodiment, it is possible to maintain a non-contact by securing a distance of about 0.1 to 0.6 mm (changed depending on the vibration amplitude of the diaphragm 17) by the vibration amplitude of the diaphragm 17. It is.

本実施形態によれば、ベルヌーイチャック40と超音波浮揚ユニット10とを適切に組み合わせることにより、ワーク80との間隔が所定の範囲(約0.1〜0.2mm)にあるときには、ワーク80に作用する吸引力と浮揚力と重力とがバランスする位置でワーク80を非接触保持することができる。一方、非接触保持装置2の姿勢(すなわちワーク保持面49の傾き)が変化するなどして、ワーク80との間隔が所定値以下(約0.05mm以下)になるとワーク80に対して反発力及び浮揚力(ワーク支持力)が作用する。その結果、上述した第1実施形態と同様に、ワーク保持面49の傾きにかかわらず確実にワーク80との非接触性を保つことが可能となる。   According to this embodiment, when the Bernoulli chuck 40 and the ultrasonic levitation unit 10 are appropriately combined, when the distance from the workpiece 80 is within a predetermined range (about 0.1 to 0.2 mm), The workpiece 80 can be held in a non-contact manner at a position where the acting suction force, levitation force and gravity are balanced. On the other hand, when the posture of the non-contact holding device 2 (that is, the inclination of the work holding surface 49) changes, the repulsive force against the work 80 when the distance from the work 80 becomes a predetermined value or less (about 0.05 mm or less). And levitation force (work supporting force) acts. As a result, similarly to the first embodiment described above, it is possible to reliably maintain non-contact with the workpiece 80 regardless of the inclination of the workpiece holding surface 49.

(第3実施形態)
次に、図3を用いて、第3実施形態に係る非接触保持装置3の構成について説明する。図3は、非接触保持装置3の構成を示す縦断面図(上側)及び底面図(下側)である。なお、図3において第1実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号が付されている。
(Third embodiment)
Next, the configuration of the non-contact holding device 3 according to the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a longitudinal sectional view (upper side) and a bottom view (lower side) showing the configuration of the non-contact holding device 3. In FIG. 3, the same or equivalent components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

非接触保持装置3では、超音波浮揚ユニット30が、複数(本実施形態では4つ)のベルヌーイチャック60が形成された振動板68を備えている点で上述した第1実施形態と異なっている。その他の構成は、上述した非接触保持装置1と同一又は同様であるので、ここでは説明を省略する。   In the non-contact holding device 3, the ultrasonic levitation unit 30 is different from the first embodiment described above in that it includes a diaphragm 68 in which a plurality of (four in this embodiment) Bernoulli chucks 60 are formed. . Other configurations are the same as or similar to those of the non-contact holding device 1 described above, and thus description thereof is omitted here.

超音波浮揚ユニット30の振動板68は、例えば、縦156mm×横156mm×厚み3mmの正方形の薄板であり、その中心部がホーン16の先端部と溶接または螺子などで連結されている。   The diaphragm 68 of the ultrasonic levitation unit 30 is, for example, a square thin plate having a length of 156 mm, a width of 156 mm, and a thickness of 3 mm, and its central portion is connected to the tip of the horn 16 by welding or a screw.

振動板68の下面には4つの凹部61が形成されている。ここで、振動板68の振動面は振動(音圧)分布を持つ。そのため、各凹部61は、振動(音圧)が略ゼロとなる節の位置に形成される。一方、各凹部61と対応する振動板68の上面における位置には、ハット形の本体64が配設されている。そして、振動板68の上面と、ハット形の本体64の内部空間とによってチャンバ67が形成されている。また、チャンバ67と凹部61とを連結し、チャンバ67に導かれた高圧エアを凹部61内に噴出する噴出孔65が、振動板68を板厚方向に貫通するように形成されている。   Four recesses 61 are formed on the lower surface of the diaphragm 68. Here, the vibration surface of the diaphragm 68 has a vibration (sound pressure) distribution. Therefore, each recess 61 is formed at a node position where vibration (sound pressure) is substantially zero. On the other hand, a hat-shaped main body 64 is disposed at a position on the upper surface of the diaphragm 68 corresponding to each recess 61. A chamber 67 is formed by the upper surface of the diaphragm 68 and the internal space of the hat-shaped main body 64. Further, an ejection hole 65 that connects the chamber 67 and the recess 61 and ejects high-pressure air guided to the chamber 67 into the recess 61 is formed so as to penetrate the diaphragm 68 in the plate thickness direction.

各チャンバ67には、エア配管66が取り付けられている。エア配管66は、高圧エアを供給するエアポンプ(図示省略)に接続される。エアポンプからエア配管66、チャンバ67を介して高圧エアが供給されると、噴出孔65を通して凹部61内へ高圧エアが噴出される。噴出された高圧エアは、振動板68とワーク80との隙間から排出される。なお、4つの凹部61およびハット形の本体64は、振動板68から受ける振動を最小にするために、また、振動板68の振動を妨げないようにするために、できるだけ小さく形成することが望ましい。振動板68の節の位置は殆ど振動していないが、腹に近付くにつれて振動は大きくなる。例えば、凹部61の直径は2〜3mm程度で、1N程度の吸着力を得ることが十分可能である。同様の目的で、チャンバ67は必ずしも必要なく、エア配管66から接続部材等を介して直接噴出孔65に接続するようにしてもよい。   An air pipe 66 is attached to each chamber 67. The air pipe 66 is connected to an air pump (not shown) that supplies high-pressure air. When high pressure air is supplied from the air pump through the air pipe 66 and the chamber 67, the high pressure air is ejected into the recess 61 through the ejection hole 65. The jetted high-pressure air is discharged from the gap between the diaphragm 68 and the workpiece 80. The four concave portions 61 and the hat-shaped main body 64 are desirably formed as small as possible in order to minimize vibration received from the diaphragm 68 and not to prevent vibration of the diaphragm 68. . The position of the node of the vibration plate 68 hardly vibrates, but the vibration increases as it approaches the belly. For example, the diameter of the recess 61 is about 2 to 3 mm, and it is sufficiently possible to obtain an adsorption force of about 1N. For the same purpose, the chamber 67 is not necessarily required, and may be directly connected from the air pipe 66 to the ejection hole 65 via a connecting member or the like.

上述した構成の非接触保持装置3において、超音波振動子13を構成する圧電素子11に高周波電圧が印加されると、印加電圧の周波数に応じた周波数の超音波振動が発生する。この超音波振動は、ホーン16に入力されてホーン16中を軸方向に伝播されるとともに、増幅部15で増幅される。増幅された超音波振動は、振動板68に入力され、振動板68に超音波振動を生じさせる。振動板68が超音波振動することにより、ワーク80との間にスクイーズ空気膜が生成される。その結果、超音波スクイーズ効果が生じ、ワーク80に対する浮揚力が発生する。   In the non-contact holding device 3 having the above-described configuration, when a high frequency voltage is applied to the piezoelectric element 11 constituting the ultrasonic vibrator 13, ultrasonic vibration having a frequency corresponding to the frequency of the applied voltage is generated. The ultrasonic vibration is input to the horn 16 and propagates in the horn 16 in the axial direction and is amplified by the amplifying unit 15. The amplified ultrasonic vibration is input to the vibration plate 68 and causes the vibration plate 68 to generate ultrasonic vibration. When the vibration plate 68 vibrates ultrasonically, a squeezed air film is generated between the vibration plate 68 and the workpiece 80. As a result, an ultrasonic squeeze effect is generated, and a levitation force with respect to the workpiece 80 is generated.

一方、エアポンプからエア配管66、チャンバ67を通して噴出孔65に高圧エアが供給されると、噴出孔65を通して凹部61内に高圧エアが噴出される。噴射された高圧エアは、振動板68とワーク80との間から排出される。これによって、ベルヌーイ効果が生じ、振動板68(すなわちワーク保持面69)とワーク80との間に負圧が生まれる。この負圧によって、ワーク80に対して吸引力が発生する。なお、凹部61は、振動板68の振動の節の位置に取付けられるため、スクイーズ空気膜の影響を受けにくく、ベルヌーイ効果による吸引力をより効率的よく発生させることができる。   On the other hand, when high pressure air is supplied from the air pump to the ejection hole 65 through the air pipe 66 and the chamber 67, the high pressure air is ejected into the recess 61 through the ejection hole 65. The injected high-pressure air is discharged from between the diaphragm 68 and the workpiece 80. As a result, a Bernoulli effect is generated, and a negative pressure is generated between the diaphragm 68 (that is, the workpiece holding surface 69) and the workpiece 80. This negative pressure generates a suction force for the workpiece 80. In addition, since the recessed part 61 is attached in the position of the vibration node of the diaphragm 68, it is hard to receive the influence of a squeeze air film, and can generate | occur | produce the suction force by a Bernoulli effect more efficiently.

そして、超音波浮揚ユニット10が発生する浮揚力(ワーク支持力)と、ベルヌーイチャック40が発生する吸引力とがワーク80に作用する。そして、該浮揚力と吸引力とワーク80の重量とがつりあう位置でワーク80が非接触保持される。   The levitation force (work supporting force) generated by the ultrasonic levitation unit 10 and the suction force generated by the Bernoulli chuck 40 act on the work 80. Then, the workpiece 80 is held in a non-contact manner at a position where the levitation force, the suction force, and the weight of the workpiece 80 are balanced.

上述したように、ワーク保持面69とワーク80との間隔が平行を保ったまま所定間隔(本実施形態の場合約0.05mm)以下に減少しようとすると、高圧エアは、凹部61内部から非接触保持装置3外部に抜ける経路を確保する必要があるため、反発力として作用し、ワーク80との接触が回避される。一方、ワーク80が剛性の低い材料であったり、ワーク保持面69に対して傾いて近付いたとしても、超音波スクイーズ効果による超音波浮揚ユニット30の浮揚力(ワーク支持力)は極めて大きいため(本実施形態の場合、振動板68の振動振幅により、10〜1kPa)、0.1〜0.6mm程度の距離(振動板68の振動振幅により変化)を確保して非接触を保つことが可能である。   As described above, if the work holding surface 69 and the work 80 are kept parallel to each other and the pressure is reduced to a predetermined distance (about 0.05 mm in this embodiment) or less, the high-pressure air is not discharged from the inside of the recess 61. Since it is necessary to secure a path through the contact holding device 3 to the outside, it acts as a repulsive force and avoids contact with the workpiece 80. On the other hand, even if the workpiece 80 is made of a material having low rigidity or is inclined with respect to the workpiece holding surface 69, the levitation force (work support force) of the ultrasonic levitation unit 30 due to the ultrasonic squeeze effect is extremely large ( In the case of this embodiment, 10 to 1 kPa) and a distance of about 0.1 to 0.6 mm (changes depending on the vibration amplitude of the vibration plate 68) can be secured by the vibration amplitude of the vibration plate 68, and non-contact can be maintained. It is.

本実施形態によれば、凹部61が振動板68の下面に形成されるとともに、振動板68を板厚方向に貫通するように噴出孔65が形成されることにより、超音波浮揚ユニット30の振動板68上にベルヌーイチャック60を形成することができる。また、本実施形態によれば、振動板68の形状をワーク80(例えば、縦156mm×横156mm、厚さ0.1〜0.2mmの半導体ウェハ等)の形状と略同じに形成することが可能となる。振動板68の形状をワーク80の形状と略同じに形成した場合、超音波振動の保持力によって、ワーク80が振動板68に対して平行方向(水平方向)にずれたときに、ワーク80を元の位置に戻そうとする復元力をワーク80に対して作用させることができる。その結果、ワーク80を非接触保持する際に、ワーク80の横ズレを防止でき、横ズレ防止用のガイドを廃止することが可能となる。   According to the present embodiment, the recess 61 is formed on the lower surface of the vibration plate 68 and the ejection hole 65 is formed so as to penetrate the vibration plate 68 in the plate thickness direction, thereby vibrating the ultrasonic levitation unit 30. A Bernoulli chuck 60 can be formed on the plate 68. Further, according to the present embodiment, the shape of the diaphragm 68 can be formed to be substantially the same as the shape of the workpiece 80 (for example, a semiconductor wafer having a length of 156 mm × width of 156 mm and a thickness of 0.1 to 0.2 mm). It becomes possible. When the shape of the diaphragm 68 is formed substantially the same as the shape of the workpiece 80, the workpiece 80 is moved when the workpiece 80 is displaced in the parallel direction (horizontal direction) with respect to the diaphragm 68 by the holding force of the ultrasonic vibration. A restoring force for returning to the original position can be applied to the workpiece 80. As a result, when the workpiece 80 is held in a non-contact manner, the workpiece 80 can be prevented from being displaced laterally, and the guide for preventing the lateral displacement can be eliminated.

本実施形態によれば、凹部61が、振動板68上の振動の節の位置に形成される。振動(音圧)が略ゼロとなる節の部分にベルヌーイチャック60の凹部61が形成されることにより、ベルヌーイチャック60に高圧エアを供給するためのエア配管66などに対して振動を与えることを防止することができる。また、噴出孔65からの高圧エアの噴出が超音波浮揚に与える影響を最小化することが可能となる。   According to the present embodiment, the recess 61 is formed at the position of the vibration node on the diaphragm 68. By forming the recess 61 of the Bernoulli chuck 60 at the node where the vibration (sound pressure) is substantially zero, vibration is applied to the air pipe 66 for supplying high-pressure air to the Bernoulli chuck 60. Can be prevented. In addition, it is possible to minimize the influence of the ejection of high-pressure air from the ejection hole 65 on the ultrasonic levitation.

本実施形態によれば、超音波浮揚ユニット30の振動板68上に複数のベルヌーイチャック60を形成し、配置することができる。ベルヌーイチャック60を複数形成することにより発生力(吸引力又は反発力)を増大させることができる。また、複数のベルヌーイチャック60の配置を工夫することにより、発生力のバランスを取ることができ、ワークをより安定して保持することが可能となる。   According to this embodiment, a plurality of Bernoulli chucks 60 can be formed and arranged on the diaphragm 68 of the ultrasonic levitation unit 30. By forming a plurality of Bernoulli chucks 60, the generated force (suction force or repulsive force) can be increased. Further, by devising the arrangement of the plurality of Bernoulli chucks 60, it is possible to balance the generated force, and it is possible to hold the workpiece more stably.

続いて、図4及び図5を併せて用いて、上述した非接触保持装置1をエンドエフェクタに採用したパラレルメカニズムについて説明する。なお、非接触保持装置1に代えて、上述した非接触保持装置2又は非接触保持装置3を用いてもよい。まず、実施形態に係るパラレルメカニズム100の全体構成について説明する。図4は、実施形態に係るパラレルメカニズム100の全体構成を示す斜視図である。また、図5は、図4中の矢印A1方向から見たパラレルメカニズム100を示す図である。   Next, a parallel mechanism that employs the above-described non-contact holding device 1 as an end effector will be described with reference to FIGS. 4 and 5 together. Instead of the non-contact holding device 1, the above-described non-contact holding device 2 or non-contact holding device 3 may be used. First, the overall configuration of the parallel mechanism 100 according to the embodiment will be described. FIG. 4 is a perspective view showing the overall configuration of the parallel mechanism 100 according to the embodiment. FIG. 5 is a diagram showing the parallel mechanism 100 viewed from the direction of the arrow A1 in FIG.

パラレルメカニズム100は、上部にベース部102を有している。パラレルメカニズム100は、ベース部102の下面側に形成された平らな取付面102aが例えば水平な天井等に固定されることによって支持される。一方、ベース部102の下面側には、3つの支持部材103が設けられている。各支持部材103には、それぞれ電動モータ104が支持されている。電動モータ104は、モータ軸の軸線C2がベース部102の取付面102aに対して平行(すなわち水平)となるように支持されている。それぞれの支持部材103は、ベース部102の鉛直方向軸線C1を中心として等しい角度(120度)を開けて配置されており、各電動モータ104もまた、ベース部102の鉛直方向軸線C1を中心として等しい角度(120度)を開けて配置される(図5参照)。   The parallel mechanism 100 has a base portion 102 at the top. The parallel mechanism 100 is supported by fixing a flat mounting surface 102a formed on the lower surface side of the base portion 102 to, for example, a horizontal ceiling. On the other hand, three support members 103 are provided on the lower surface side of the base portion 102. Each support member 103 supports an electric motor 104. The electric motor 104 is supported such that the axis C2 of the motor shaft is parallel (that is, horizontal) to the mounting surface 102a of the base portion 102. Each support member 103 is arranged at an equal angle (120 degrees) about the vertical axis C1 of the base portion 102, and each electric motor 104 is also centered on the vertical axis C1 of the base portion 102. They are arranged at an equal angle (120 degrees) (see FIG. 5).

各電動モータ104の出力軸には、軸線C2に対して同軸に略六角柱形状のアーム支持部材105が固定されている。アーム支持部材105は、電動モータ104が駆動されることにより軸線C2を中心として回転する。なお、各電動モータ104は、モータドライバを含む電子制御装置130に接続されており、電動モータ104の出力軸の回転がこの電子制御装置130によって制御される。   A substantially hexagonal columnar arm support member 105 is fixed to the output shaft of each electric motor 104 coaxially with the axis C2. The arm support member 105 rotates about the axis C2 when the electric motor 104 is driven. Each electric motor 104 is connected to an electronic control device 130 including a motor driver, and the rotation of the output shaft of the electric motor 104 is controlled by the electronic control device 130.

パラレルメカニズム100は、3本のアーム本体106を有しており、各アーム本体106は、第1アーム107及び第2アーム108を含んで構成される。第1アーム107は、例えばカーボンファイバー等で形成された長尺の中空円筒部材である。第1アーム107の基端部は、アーム支持部材105の側面に取り付けられている。第1アーム107は、その軸線が上述した軸線C2と直交するように固定される。   The parallel mechanism 100 includes three arm bodies 106, and each arm body 106 includes a first arm 107 and a second arm 108. The first arm 107 is a long hollow cylindrical member formed of, for example, carbon fiber. The base end portion of the first arm 107 is attached to the side surface of the arm support member 105. The first arm 107 is fixed so that its axis is perpendicular to the axis C2 described above.

第1アーム107の遊端部には、第2アーム108の基端部が連結され、第2アーム108が、第1アーム107の遊端部を中心として揺動できるように構成されている。第2アーム108は、一対の長尺のロッド109,109を含んで構成されており、一対のロッド109,109は、その長手方向において互いに平行となるように配置されている。ロッド109も、例えばカーボンファイバー等で形成された長尺の中空円筒部材である。各ロッド109の基端部は、第1アーム107の遊端部に、一対のボールジョイント110,110によって連結されている。なお、各ロッド109の基端部における各ボールジョイント110,110間を結ぶ軸線C3は、電動モータ104の軸線C2に対して平行となるよう配置されている。   The free end portion of the first arm 107 is connected to the proximal end portion of the second arm 108 so that the second arm 108 can swing around the free end portion of the first arm 107. The second arm 108 includes a pair of long rods 109 and 109, and the pair of rods 109 and 109 are arranged to be parallel to each other in the longitudinal direction. The rod 109 is also a long hollow cylindrical member formed of, for example, carbon fiber. The base end portion of each rod 109 is connected to the free end portion of the first arm 107 by a pair of ball joints 110 and 110. Note that an axis C3 connecting the ball joints 110 and 110 at the base end portion of each rod 109 is arranged to be parallel to the axis C2 of the electric motor 104.

また、第2アーム108の基端部付近において一方のロッド109と他方のロッド109とが連結部材111で互いに連結されており、第2アーム108の遊端部付近において一方のロッド109と他方のロッド109とが連結部材112で互いに連結されている。連結部材111、及び連結部材112は、例えば、付勢部材としての引張コイルバネを有しており、一対のロッド109,109を互いに引き合う方向に付勢する。なお、連結部材111と連結部材112とは、異なる構造であっても構わないが同一構造であることが低コストの観点から好ましい。いずれの連結部材111,112も、各ロッド109が自身の長手方向に平行な軸線まわりに回転することを防止する機能を有する。   In addition, one rod 109 and the other rod 109 are connected to each other by a connecting member 111 in the vicinity of the base end portion of the second arm 108, and one rod 109 and the other rod 109 are connected to each other in the vicinity of the free end portion of the second arm 108. The rod 109 is connected to each other by a connecting member 112. The connecting member 111 and the connecting member 112 have, for example, a tension coil spring as an urging member, and urge the pair of rods 109 and 109 in a direction in which they are attracted to each other. The connecting member 111 and the connecting member 112 may have different structures, but the same structure is preferable from the viewpoint of low cost. Each of the connecting members 111 and 112 has a function of preventing each rod 109 from rotating around an axis parallel to its longitudinal direction.

また、パラレルメカニズム100は、非接触保持装置1を回動可能に取り付けるためのブラケット114を有している。ブラケット114は、略正三角形状をした板状部材である。このブラケット114は、3本のアーム本体106によって、ブラケット114の非接触保持装置1の取付面114a(図4におけるブラケット114の下面)がベース部102の取付面102aと平行(すなわち水平)になるように保持される。   Moreover, the parallel mechanism 100 has the bracket 114 for attaching the non-contact holding | maintenance apparatus 1 so that rotation is possible. The bracket 114 is a plate-like member having a substantially equilateral triangular shape. In the bracket 114, the mounting surface 114 a (the lower surface of the bracket 114 in FIG. 4) of the non-contact holding device 1 of the bracket 114 is parallel (that is, horizontal) with the mounting surface 102 a of the base portion 102 by the three arm bodies 106. To be held.

すなわち、ブラケット114の各辺には取付片115が形成されており、各取付片115がそれぞれのアーム本体106の遊端部(第2アーム108を構成する一対のロッド109,109の遊端部)に連結されることで、ブラケット114は、各アーム本体106に対して、各アーム本体106の遊端部を中心として揺動する。詳しくは、ブラケット114の各取付片115の各端部が、対応する各ロッド109,109の遊端部に各ボールジョイント116,116によって連結される。一対のボールジョイント116,116を結ぶ軸線C4(図5参照)は、各ロッド109のボールジョイント部110と116との間の距離が全て等しいことにより各アーム本体106に対応する軸線C3と平行になるため、電動モータ4の軸線C2に対しても平行となる。このため、各アーム本体106が駆動される際に、ブラケット114は、水平面に対して平行に移動することにより各アーム本体106に対して揺動する。そして、略正三角形状のブラケット114のすべての辺において、水平面に対して平行に移動できるように、ブラケット114が3本のアーム本体106によって支持されている。   That is, the mounting pieces 115 are formed on each side of the bracket 114, and each mounting piece 115 is a free end portion of each arm body 106 (the free end portions of the pair of rods 109, 109 constituting the second arm 108). ), The bracket 114 swings with respect to each arm body 106 around the free end portion of each arm body 106. Specifically, each end portion of each mounting piece 115 of the bracket 114 is connected to the free end portion of each corresponding rod 109, 109 by each ball joint 116, 116. An axis C4 (see FIG. 5) connecting the pair of ball joints 116 and 116 is parallel to the axis C3 corresponding to each arm body 106 because the distance between the ball joint portions 110 and 116 of each rod 109 is all equal. Therefore, it is also parallel to the axis C2 of the electric motor 4. For this reason, when each arm main body 106 is driven, the bracket 114 swings with respect to each arm main body 106 by moving parallel to the horizontal plane. The brackets 114 are supported by the three arm bodies 106 so that they can move parallel to the horizontal plane on all sides of the substantially equilateral triangular bracket 114.

上述したように、第1アーム107と第2アーム108との連結部における一対のボールジョイント110,110間の距離と、第2アーム108の各ロッド109とブラケット114との連結部における一対のボールジョイント116,116間の距離とは等しく設定されている。そのため、第2アームを構成する一対のロッド109,109は、必ずその長手方向の全長において互いに平行に配置される。ここで、軸線C2,C3,C4のいずれもが、ベース部102の取付面102aに平行であるから、3つの第1アーム107それぞれが軸線C2を中心にどのように回動したとしても、ブラケット114の非接触保持装置1の取付面114aとベース部102の取付面102aとの平行関係が維持される。   As described above, the distance between the pair of ball joints 110 and 110 at the connecting portion between the first arm 107 and the second arm 108 and the pair of balls at the connecting portion between each rod 109 and the bracket 114 of the second arm 108. The distance between the joints 116 is set equal. Therefore, the pair of rods 109, 109 constituting the second arm are always arranged in parallel with each other over the entire length in the longitudinal direction. Here, since all of the axis lines C2, C3, and C4 are parallel to the mounting surface 102a of the base portion 102, the brackets can be mounted no matter how the three first arms 107 rotate about the axis line C2. The parallel relationship between the mounting surface 114a of the non-contact holding device 114 and the mounting surface 102a of the base portion 102 is maintained.

そして、電子制御装置130からの指令に応じて、各電動モータ104の出力軸に固定されたアーム支持部材105の回転位置が制御されることで、各第1アーム107の遊端部の位置が制御される。この制御された各第1アーム107の遊端部の位置に、各第2アーム108の遊端部の位置が追従し、その結果、ブラケット114の非接触保持装置1の取付面114aの位置が一意に決まる。このとき、上述したように、ブラケット114は、水平姿勢を維持したまま移動する。   Then, in accordance with a command from the electronic control device 130, the rotational position of the arm support member 105 fixed to the output shaft of each electric motor 104 is controlled, so that the position of the free end portion of each first arm 107 is determined. Be controlled. The position of the free end of each second arm 108 follows the position of the controlled free end of each first arm 107. As a result, the position of the mounting surface 114a of the non-contact holding device 1 of the bracket 114 is Determined uniquely. At this time, as described above, the bracket 114 moves while maintaining the horizontal posture.

また、パラレルメカニズム100は、その中央にベース部102から下方に延びる旋回軸ロッド120と、この旋回軸ロッド120を回転するための電動モータ121とを有する。電動モータ121は、その軸出力を鉛直下方に向けた状態でベース部102に固定されている。旋回軸ロッド120の一端部は、自在継手(以下「ユニバーサルジョイント」という)122、及び、複数のギヤの組み合わせにより構成された減速機124を介して電動モータ121の出力軸に連結されている。なお、本実施形態では減速機124の減速比を5とした。一方、旋回軸ロッド120の他端部は、ユニバーサルジョイント123を介して非接触保持装置1に接続されている。さらに、非接触保持装置1及びユニバーサルジョイント123の下方接続部は、その中心軸が鉛直方向となるようにベアリング等を介してブラケット114に回転自在に固定されている。旋回軸ロッド120は、ロッド120aとシリンダ120bとにより実現され、伸縮自在に構成されている。ここで、旋回軸ロッド120はボールスプラインであり、ロッド120aの回転をシリンダ120bに伝達することが可能である。また、旋回軸ロッド120の両端部にユニバーサルジョイント122,123が採用されているため、ブラケット114が3つの電動モータ104の駆動により上下、前後左右の所定の位置に移動したとしても、旋回軸ロッド120は、その所定位置に追従して移動することができる。なお、以下、旋回軸ロッド120、及びユニバーサルジョイント122,123を含む構成を旋回軸125という。   Moreover, the parallel mechanism 100 has the turning axis rod 120 extended in the downward direction from the base part 102 in the center, and the electric motor 121 for rotating this turning axis rod 120. FIG. The electric motor 121 is fixed to the base portion 102 with its shaft output directed vertically downward. One end of the swivel rod 120 is connected to the output shaft of the electric motor 121 via a universal joint (hereinafter referred to as “universal joint”) 122 and a reduction gear 124 configured by a combination of a plurality of gears. In the present embodiment, the reduction ratio of the speed reducer 124 is set to 5. On the other hand, the other end of the pivot rod 120 is connected to the non-contact holding device 1 via the universal joint 123. Further, the lower connection portions of the non-contact holding device 1 and the universal joint 123 are rotatably fixed to the bracket 114 via bearings or the like so that the central axes thereof are in the vertical direction. The pivot shaft rod 120 is realized by a rod 120a and a cylinder 120b, and is configured to be extendable and contractible. Here, the turning shaft rod 120 is a ball spline, and the rotation of the rod 120a can be transmitted to the cylinder 120b. In addition, since the universal joints 122 and 123 are adopted at both ends of the swivel rod 120, even if the bracket 114 is moved up and down, front and rear, left and right by a drive of the three electric motors 104, the swivel rod 120 can move following the predetermined position. Hereinafter, the configuration including the swivel rod 120 and the universal joints 122 and 123 is referred to as a swivel shaft 125.

すなわち、電動モータ121と非接触保持装置1との間では、減速機124、ユニバーサルジョイント122、旋回軸ロッド120(ロッド120a,シリンダ120b)、ユニバーサルジョイント123の機械要素が直列に接続されており、電動モータ121の回転駆動力は、直列に接続されたこれらの機械要素を介して、非接触保持装置1に伝達される。電動モータ121は、電子制御装置130に接続されており、電動モータ121の回転がこの電子制御装置130により制御されることにより、非接触保持装置1の回転角度位置が制御される。   That is, between the electric motor 121 and the non-contact holding device 1, the mechanical elements of the speed reducer 124, the universal joint 122, the turning shaft rod 120 (rod 120a, cylinder 120b), and the universal joint 123 are connected in series. The rotational driving force of the electric motor 121 is transmitted to the non-contact holding device 1 through these mechanical elements connected in series. The electric motor 121 is connected to the electronic control device 130, and the rotation angle position of the non-contact holding device 1 is controlled by the rotation of the electric motor 121 being controlled by the electronic control device 130.

上述したように、電子制御装置130は、3つの電動モータ104を制御することによってアーム本体106を駆動し、非接触保持装置1を目標位置まで動かす。また、電子制御装置130は、電動モータ121を制御することによって旋回軸ロッド120を駆動し、非接触保持装置1を目標回転角度位置まで回転させる。電子制御装置130としては、例えば、プログラマブルロジックコントローラ(PLC)、又は専用の制御用コンピュータ等が好適に用いられる。電子制御装置130は、演算を行うマイクロプロセッサ、マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するROM、演算結果などの各種データを一時的に記憶するRAM等により構成されている。   As described above, the electronic control device 130 drives the arm body 106 by controlling the three electric motors 104 to move the non-contact holding device 1 to the target position. Further, the electronic control device 130 controls the electric motor 121 to drive the turning rod 120 and rotate the non-contact holding device 1 to the target rotation angle position. As the electronic control device 130, for example, a programmable logic controller (PLC) or a dedicated control computer is preferably used. The electronic control unit 130 includes a microprocessor that performs calculations, a ROM that stores programs for causing the microprocessor to execute each process, a RAM that temporarily stores various data such as calculation results, and the like.

また、電子制御装置130には、オペレータによる操作入力を受け付ける設定手段およびパラレルメカニズム100の状態や設定内容を表示する表示手段としての入出力装置131が接続されている。なお、入出力装置131としては、例えば、タッチパネルディスプレイ、又は、液晶ディスプレイとキーボード等が好適に用いられる。オペレータは、入出力装置131を用いて、電動モータ104,121の制御データを設定することができる。電子制御装置130は、設定された制御データを用いてROMに記憶されているプログラムを実行することにより、電動モータ104及び電動モータ121を駆動して、非接触保持装置1の3次元空間における位置(x,y,z)及び回転角度(θ)を制御する。   The electronic control unit 130 is connected to a setting unit that receives an operation input by an operator and an input / output device 131 as a display unit that displays the state and setting contents of the parallel mechanism 100. As the input / output device 131, for example, a touch panel display or a liquid crystal display and a keyboard are preferably used. The operator can set control data of the electric motors 104 and 121 using the input / output device 131. The electronic control device 130 drives the electric motor 104 and the electric motor 121 by executing a program stored in the ROM using the set control data, and the position of the non-contact holding device 1 in the three-dimensional space. (X, y, z) and the rotation angle (θ) are controlled.

次に、図6を用いて、パラレルメカニズム100の動作について説明する。ここでは、太陽電池用ウェハー又は太陽電池セル(ワーク)のパレタイジング工程において、非接触保持装置1が、太陽電池ウェハーを保持した後に、該太陽電池ウェハーの回転角度位置を合わせつつ、所定位置(ケース)まで搬送する場合を例にして説明する。なお、太陽電池ウェハーの搬送後から、次の太陽電池ウェハーの保持までの移動の動作は、以下に説明する動作と動作方向が逆になること以外は同一又は同様であるので、ここでは説明を省略する。なお、図6は、太陽電池のパレタイジング工程の概要を説明するための鳥瞰図である。   Next, the operation of the parallel mechanism 100 will be described with reference to FIG. Here, in the palletizing process of the solar cell wafer or solar cell (work), after the non-contact holding device 1 holds the solar cell wafer, the rotation angle position of the solar cell wafer is adjusted to a predetermined position (case ) Will be described as an example. In addition, since the operation | movement from the conveyance of a solar cell wafer to the holding | maintenance of the next solar cell wafer is the same as that of the operation | movement demonstrated below, or the direction of operation is reverse, it demonstrates here. Omitted. In addition, FIG. 6 is a bird's-eye view for demonstrating the outline | summary of the palletizing process of a solar cell.

まず、図6を参照しつつ、太陽電池ウェハーのパレタイジング工程の概要について説明する。この工程では、第1コンベア200、及び第2コンベア201が互いに並行に配置されるとともに、これら2本のコンベアの上方にパラレルメカニズム100が設置されている。第1コンベア200及び第2コンベア201それぞれは、図面右側から左側へ所定の速度もしくは一時停止を繰り返しながらピッチ送りで移動している。第1コンベア200上には太陽電池ウェハー230が任意の位置・向き・間隔で流れている。ここで、太陽電池ウェハー230は、例えば、縦156×横156×厚さ0.1〜0.2mmの矩形の薄板である。一方、第2コンベア201には太陽電池ウェハー230が揃えて収納されるケース231が乗って流れている。ここで、ケース231は、例えば、その内側が3×6の升目状に仕切られたものであり、パラレルメカニズム100により、第1コンベア200上の太陽電池ウェハー230がケース231の各升目に移載される。なお、図6では、ケース231の升目を簡略化して示した。   First, the outline of the palletizing process of the solar cell wafer will be described with reference to FIG. In this step, the first conveyor 200 and the second conveyor 201 are arranged in parallel to each other, and the parallel mechanism 100 is installed above the two conveyors. Each of the first conveyor 200 and the second conveyor 201 moves at a pitch feed while repeating a predetermined speed or pause from the right side to the left side of the drawing. On the first conveyor 200, the solar cell wafers 230 flow at arbitrary positions, orientations, and intervals. Here, the solar cell wafer 230 is, for example, a rectangular thin plate of length 156 × width 156 × thickness 0.1 to 0.2 mm. On the other hand, a case 231 in which the solar cell wafers 230 are accommodated and stored is flowing on the second conveyor 201. Here, the case 231 is, for example, the inside of which is partitioned in a 3 × 6 grid shape, and the solar cell wafer 230 on the first conveyor 200 is transferred to each grid of the case 231 by the parallel mechanism 100. Is done. In FIG. 6, the cells of the case 231 are shown in a simplified manner.

パラレルメカニズム100は、アーム本体106を駆動して非接触保持装置1を駆動させ、太陽電池ウェハー230に近づいた後、該太陽電池ウェハー230を非接触保持装置1で保持してはケース231まで搬送するといった動作を繰り返し実行する。また、パラレルメカニズム100は、向きが一定ではない状態で流れてくる矩形の太陽電池ウェハー230の向きを、該太陽電池ウェハー230を保持して搬送するときに非接触保持装置1を回転させてケース231の升目の向きに合わせ、ケース231の升目に収納する。   The parallel mechanism 100 drives the arm body 106 to drive the non-contact holding device 1, approaches the solar cell wafer 230, and then holds the solar cell wafer 230 with the non-contact holding device 1 and transports it to the case 231. Repeatedly execute the operation. In addition, the parallel mechanism 100 rotates the non-contact holding device 1 to rotate the non-contact holding device 1 when the rectangular solar cell wafer 230 flowing in a state where the orientation is not constant is held and transported. The case 231 is accommodated in the cell according to the direction of the cell 231.

より詳細に説明すると、第1コンベア200には、第1コンベア200の移動量を検出する第1エンコーダ210が取り付けられている。第1エンコーダ210は、検出された第1コンベア200の移動量を電子制御装置130に出力する。一方、第2コンベア201には、第2コンベア201の移動量を検出する第2エンコーダ211が取り付けられている。第2エンコーダ211は、検出された第2コンベア201の移動量を電子制御装置130に出力する。また、第1コンベア200の上方には、例えばCCDカメラ等の撮像装置220が取り付けられている。撮像装置220は、流れてくる太陽電池ウェハー230を撮像して、太陽電池ウェハー230の重心位置と向き(角度)θ1を求め、電子制御装置130に出力する。さらに、第2コンベア201には、ケース231の先端部を検出する光学センサ221が取り付けられている。光学センサ221は、検出信号を電子制御装置130に出力する。   More specifically, a first encoder 210 that detects the amount of movement of the first conveyor 200 is attached to the first conveyor 200. The first encoder 210 outputs the detected amount of movement of the first conveyor 200 to the electronic control device 130. On the other hand, a second encoder 211 that detects the amount of movement of the second conveyor 201 is attached to the second conveyor 201. The second encoder 211 outputs the detected movement amount of the second conveyor 201 to the electronic control device 130. Further, an imaging device 220 such as a CCD camera is attached above the first conveyor 200. The imaging device 220 images the flowing solar cell wafer 230, obtains the gravity center position and orientation (angle) θ <b> 1 of the solar cell wafer 230, and outputs it to the electronic control device 130. Furthermore, an optical sensor 221 that detects the tip of the case 231 is attached to the second conveyor 201. The optical sensor 221 outputs a detection signal to the electronic control device 130.

電子制御装置130は、太陽電池ウェハー230の重心位置と第1コンベア200の移動量とに基づいて太陽電池ウェハー230の位置を演算する。また、電子制御装置130は、ケース231の先端部の検出信号と第2コンベア201の移動量とに基づいてケース231の位置を演算する。電子制御装置130は、求められた太陽電池ウェハー230の位置とケース231の位置とに基づいて、各電動モータ104を回転してアーム本体106を駆動して太陽電池ウェハー230をケース231に搬送する。また、太陽電池ウェハー230を搬送しているときに、電子制御装置130は、求められた太陽電池ウェハー230の向きθに基づいて、電動モータ121を回転して旋回軸(すなわち非接触保持装置1)を回転し、太陽電池ウェハー230の向きをケース231の升目に合わせる。以上の動作が実時間で繰り返して実行されることにより、第1コンベア200の上を流れる太陽電池ウェハー230が、第2コンベア201の上を流れるケース231に揃えて収納される。   The electronic control device 130 calculates the position of the solar cell wafer 230 based on the position of the center of gravity of the solar cell wafer 230 and the amount of movement of the first conveyor 200. In addition, the electronic control device 130 calculates the position of the case 231 based on the detection signal at the tip of the case 231 and the amount of movement of the second conveyor 201. Based on the obtained position of the solar cell wafer 230 and the position of the case 231, the electronic control unit 130 rotates each electric motor 104 to drive the arm main body 106 to convey the solar cell wafer 230 to the case 231. . Further, when the solar cell wafer 230 is being transported, the electronic control device 130 rotates the electric motor 121 based on the obtained orientation θ of the solar cell wafer 230 to rotate the turning shaft (that is, the non-contact holding device 1). ) To align the orientation of the solar cell wafer 230 with the grid of the case 231. By repeatedly executing the above operation in real time, the solar cell wafer 230 flowing on the first conveyor 200 is stored in alignment with the case 231 flowing on the second conveyor 201.

本実施形態によれば、太陽電池ウェハー230を保持する保持機構(エンドエフェクタ)として非接触保持装置1を用いることによって、太陽電池ウェハー230との非接触性を確実に確保しつつ太陽電池ウェハー230を移載することが可能となる。   According to the present embodiment, by using the non-contact holding device 1 as a holding mechanism (end effector) that holds the solar cell wafer 230, the solar cell wafer 230 can be reliably secured without contact with the solar cell wafer 230. Can be transferred.

パラレルメカニズムは、軽量、高出力、高剛性という特徴を有するため、非接触保持装置1を非常に高速で動かすことができる。よって、本実施形態によれば、移動機構としてパラレルメカニズム100を用いることにより、太陽電池ウェハー230との非接触性を確実の確保しつつ、太陽電池ウェハー230を高速に移載することが可能となる。   Since the parallel mechanism has characteristics of light weight, high output, and high rigidity, the non-contact holding device 1 can be moved at a very high speed. Therefore, according to this embodiment, by using the parallel mechanism 100 as the moving mechanism, it is possible to transfer the solar cell wafer 230 at high speed while reliably ensuring non-contact with the solar cell wafer 230. Become.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、振動板17,68の形状・大きさ、噴出孔25,45,65の数・配置、及び、圧電素子11の数・形状などは上記実施形態に限定されるものではなく、保持するワーク80の形状・大きさ・重量などに応じて任意に設定することができる。   Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, the shape and size of the diaphragms 17 and 68, the number and arrangement of the ejection holes 25, 45, and 65, the number and shape of the piezoelectric elements 11, and the like are not limited to the above embodiment, and the workpiece to be held It can be arbitrarily set according to the shape, size, weight, etc. of 80.

また、上記実施形態では、超音波振動子13が発生した超音波振動を伝達・増幅するホーン16として、指数形のホーンを用いたが、例えば、カテノイダル形、一様断面棒ステップ形などのホーンを用いてもよい。   In the above embodiment, an exponential horn is used as the horn 16 for transmitting and amplifying the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibrator 13. However, for example, a horn having a catenoidal shape, a uniform cross-section bar step shape, etc. May be used.

上記実施形態では、パラレルメカニズム100を太陽電池ウェハー230のパレタイジング工程に適用した場合を例として説明したが、パラレルメカニズム100の適用範囲は、太陽電池ウェハー230のパレタイジング工程には限られない。   In the above embodiment, the case where the parallel mechanism 100 is applied to the palletizing process of the solar cell wafer 230 has been described as an example. However, the application range of the parallel mechanism 100 is not limited to the palletizing process of the solar cell wafer 230.

1,2,3 非接触保持装置
10,30 超音波浮揚ユニット
11 圧電素子
12 ブロック
13 超音波振動子
14 円柱部
15 増幅部
16 ホーン
17,68 振動板
20,40,60 ベルヌーイチャック
21,41,61 凹部
22 フランジ部
23 円筒部
24,44,64 本体
25,45,65 噴出孔
26,46,66 エア配管
29,49,69 ワーク保持面
80 ワーク
100 パラレルメカニズム
1, 2, 3 Non-contact holding device 10, 30 Ultrasonic levitation unit 11 Piezoelectric element 12 Block 13 Ultrasonic vibrator 14 Cylindrical part 15 Amplifying part 16 Horn 17, 68 Diaphragm 20, 40, 60 Bernoulli chuck 21, 41, 61 Concave portion 22 Flange portion 23 Cylindrical portion 24, 44, 64 Body 25, 45, 65 Ejection hole 26, 46, 66 Air piping 29, 49, 69 Work holding surface 80 Work 100 Parallel mechanism

Claims (8)

超音波振動を発生する振動子と、その一端が前記振動子に取り付けられ、前記振動子が発生した超音波振動を増幅して伝達する増幅伝達手段と、前記増幅伝達手段の他端に取り付けられ、前記増幅伝達手段と連動して振動する振動板と、を有する超音波浮揚ユニットと、
凹部及び該凹部内に流体を噴出するための噴出孔が形成された本体を有する非接触保持ユニットと、を備え、
前記超音波浮揚ユニットを構成する前記振動板の振動面、及び、前記非接触保持ユニットを構成する前記本体に形成された前記凹部の開口端面それぞれが、ワークが保持される際に、該ワークと対向するように配置されていることを特徴とする非接触保持装置。
A vibrator that generates ultrasonic vibrations, one end of which is attached to the vibrator, an amplification transmission unit that amplifies and transmits the ultrasonic vibration generated by the vibrator, and a second end that is attached to the other end of the amplification transmission unit. An ultrasonic levitation unit having a diaphragm that vibrates in conjunction with the amplification transmission means,
A non-contact holding unit having a recess and a main body in which an ejection hole for ejecting fluid into the recess is formed,
When each of the vibration surface of the diaphragm constituting the ultrasonic levitation unit and the opening end surface of the recess formed in the main body constituting the non-contact holding unit is held by the workpiece, A non-contact holding device arranged to face each other.
前記振動板の振動面と、前記凹部の開口端面とが、平行かつ略同一平面内に配置されることを特徴とする請求項1に記載の非接触保持装置。   The non-contact holding device according to claim 1, wherein the vibration surface of the diaphragm and the opening end surface of the recess are arranged in parallel and substantially in the same plane. 前記振動板の振動面は、前記凹部の開口端面から、0〜0.6mm、当該凹部の底面側に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の非接触保持装置。   3. The non-contact holding device according to claim 2, wherein the vibration surface of the diaphragm is disposed on the bottom surface side of the concave portion from 0 to 0.6 mm from the opening end surface of the concave portion. 平面視したときに、前記振動板は、前記凹部内に配置され、前記噴出孔は、前記振動板の外縁よりも外側の位置に形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の非接触保持装置。   The planar view of the said diaphragm is arrange | positioned in the said recessed part, and the said ejection hole is formed in the position outside the outer edge of the said diaphragm, The any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. A non-contact holding device according to claim 1. 前記非接触保持ユニットを構成する前記本体は、前記超音波浮揚ユニットを構成する前記増幅伝達手段の超音波振動の節の位置において、前記増幅伝達手段と接合されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の非接触保持装置。   The main body constituting the non-contact holding unit is joined to the amplification transmission means at a position of an ultrasonic vibration node of the amplification transmission means constituting the ultrasonic levitation unit. The non-contact holding | maintenance apparatus of any one of 1-4. 前記振動子には、周波数が20〜30kHzの高周波電圧が供給されることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の非接触保持装置。 Wherein the vibrator, the non-contact holding device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the frequency is supplied a high frequency voltage of 20 to 30 kHz. 請求項1〜のいずれか1項に記載された非接触保持装置と、
前記非接触保持装置を空間内で移動させる移動機構と、を備えることを特徴とする移載装置。
The non-contact holding device according to any one of claims 1 to 6 ,
And a moving mechanism for moving the non-contact holding device in a space.
前記移動機構は、複数のリンクを介して、ベース部と、前記非接触保持装置が取り付けられるブラケットとが並列に連結されたパラレルメカニズムであることを特徴とする請求項に記載の移載装置。 The transfer device according to claim 7 , wherein the moving mechanism is a parallel mechanism in which a base portion and a bracket to which the non-contact holding device is attached are connected in parallel via a plurality of links. .
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