JPWO2012091066A1 - 非接触搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非接触搬送装置によって非接触で搬送される対象物に対して作用する浮揚力を調整する。【解決手段】対象物（２）を非接触で搬送する非接触搬送装置（１）は、凹部（１５）と、吸気口（１６）と、対象物（２）と対向する開口縁（１１３）とを有するカップ状部材（１１）と、カップ状部材（１１）の凹部（１５）内に設けられ、その回転によって凹部（１５）内に吸気口（１６）から空気を吸い込み、凹部（１５）内に旋回流を発生せしめるファン（１２）と、カップ状部材（１１）に設けられ、吸気口（１６）から吸い込まれる空気の量を調整する調整部材とを備える。

Description

本発明は、非接触搬送装置に関する。

近年、半導体ウェーハやガラス基板等の対象物を非接触で搬送するための装置が開発されている。例えば、特許文献１では、ベルヌーイの定理を用いて対象物を非接触で搬送する装置が提案されている。この装置では、装置下面に開口する円筒室内に旋回流を発生させ、当該旋回流の中心部の負圧によって対象物を吸引する一方、当該円等室から流出する流体によって当該装置と対象物との間に一定の距離を保つことで、対象物の非接触での搬送を可能としている。

特開２００５−５１２６０号公報

本発明は、非接触搬送装置によって非接触で搬送される対象物に対して作用する浮揚力を調整することを目的とする。

本発明は、対象物を非接触で搬送する非接触搬送装置であって、凹部と、吸気口と、前記対象物と対向する開口縁とを有するカップ状部材と、前記カップ状部材の前記凹部内に設けられ、その回転によって前記凹部内に前記吸気口から空気を吸い込み、前記凹部内に旋回流を発生せしめるファンと、前記カップ状部材に設けられ、前記吸気口から吸い込まれる空気の量を調整する調整部材とを備えることを特徴とする非接触搬送装置を提供する。

本発明によれば、非接触搬送装置の吸気口から吸い込まれる空気の量を調整する調整部材を設けない場合と比較して、非接触搬送装置によって非接触で搬送される対象物に対して作用する浮揚力を調整することができる。

本発明の一実施形態に係る非接触搬送装置１の部分断面図である。 非接触搬送装置１の断面図及び平面図である。 非接触搬送装置１が備えるファン１２の別の構成例を示す図である。 非接触搬送装置１が発生させる圧力の分布図である。 非接触搬送装置１と対象物２との間隔と浮揚力との関係を示す図である。 非接触搬送装置３の部分断面図である。 非接触搬送装置３の底面図である。 変形例に係るカップの断面図である。 変形例に係る非接触搬送装置１ｅの部分断面図である。 変形例に係る非接触搬送装置１ｆの部分断面図である。 変形例に係る非接触搬送装置１ｇの部分断面図である。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ…非接触搬送装置、２…対象物、３…非接触搬送装置、１１，１１ａ，１１ｂ…カップ、１２…ファン、１３，２１…モータ、１４…シャッタ、１５，１５ａ，１５ｂ…凹部、１６…吸気口、１７…留め具、１８，２２…回転軸、１９，２３…回転軸用穴、２０…ニードルバルブ、センサ…２４、制御部…２５、１１１…底部、１１２…周壁、１１３…開口縁、１１４…支持台、１２１…円筒部材、１２２…羽根

（１）実施形態
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、本実施の形態に係る非接触搬送装置１の構成を示す部分断面図である。非接触搬送装置１は、カップ状部材（以下、単にカップという）１１、ファン１２、モータ１３、シャッタ１４を備える。非接触搬送装置１は、半導体ウェーハやガラス基板等の対象物２を非接触で搬送するための装置である。図２（ａ）は、図１の非接触搬送装置１のＡ−Ａ線断面図を、図２（ｂ）は図１の非接触搬送装置１の平面図を示す。

カップ１１は、円板状の底部１１１と、当該底部１１１の周縁部から垂直方向に延びる周壁１１２とを有する。カップ１１は、底部１１１と周壁１１２とに囲まれた凹部１５を有する。凹部１５の、底部１１１に対して平行な断面の形状は、後述する旋回流に対する抵抗が小さくなるように円形となっている。しかし、この断面の形状は、円形に限らず、楕円形や多角形であってもよい。カップ１１の外観形状は図１及び図２に示す円柱体に限定されず、その内部に凹部１５が存在すれば、例えば角柱等のいかなる形状であってもよい。

図１の非接触搬送装置１においてカップ１１は、その底部１１１において吸気口１６を有する。図２（ｂ）に示される例では、カップ１１は、同一円周上に等間隔に設けられた４個の吸気口１６を有する。しかし、カップ１１に設けられる吸気口１６の個数は４に限定されず、その個数は任意であるが、２〜８個が好適である。また、吸気口１６は、カップ１１の周壁１１２に設けられてもよい。

カップ１１の底部１１１には、図２（ｂ）に示されるようにシャッタ１４が設けられる。シャッタ１４は円形の板状部材であり、吸気口１６ごとに設けられる。シャッタ１４は、留め具１７により、当該留め具１７を中心として回動可能なように底部１１１に固定される。非接触搬送装置１のユーザは、シャッタ１４の位置を変化させることにより、シャッタ１４が吸気口１６を覆う面積を変化させることができる。なお、図２（ｂ）に示される例では、シャッタ１４は底部１１１の、モータ１３が設けられている側に配置されているが、モータ１３が設けられていない側（すなわち、凹部１５に面する側）に配置するようにしてもよい。また、吸気口１６がカップ１１の周壁１１２に設けられた場合には、シャッタ１４も周壁１１２に設けられてもよい。また、図２（ｂ）に示される例では、すべての吸気口１６において、シャッタ１４により覆われる面積が同一となっているが、この面積は吸気口１６ごとに異ならせてもよい。

図２（ａ）に示すように、ファン１２は、円筒部材１２１と、当該円筒部材１２１の周面からその中心軸に対して垂直な方向に延びる複数の羽根１２２とを有する。各羽根１２２は、矩形状の板を、その上端側（カップ１１の底部１１１に近い側）において回転方向に湾曲させてなる。羽根１２２の湾曲角度θ（図１参照）は、０．５°〜２°の値をとる。羽根１２２は湾曲させられることにより、吸気口１６から空気を吸い込み易くなる。なお、羽根１２２は、径方向に湾曲させてもよい。また、羽根１２２の形状も矩形に限定されず、その他の形状であってもよい。

図３（ａ）、（ｂ）は、ファンの別の構成例を示す図である。図１では、羽根１２２が緩やかに曲げられているのに対し、図３（ａ）では羽根１２２ａがある高さにおいて折り曲げられている。図３（ｂ）では羽根１２２ｂは湾曲しておらず、平らな板であり、円筒部材１２１の中心軸に対して回転方向に傾斜して取り付けられている。なお、ファンは、プロペラファンに限らず、シロッコファンであってもよい。ここでシロッコファンとは、円筒状のファンであって、より具体的には、円筒体の周壁がその軸方向に延びる複数の羽根によって構成されるファンである。

図２（ａ）に示すように、羽根１２２とカップ１１の内壁の間には、ファン１２の回転が空気抵抗によって妨げられないように所定のクリアランスΔｒを設けることが望ましい。また、羽根１２２の枚数は、少なくとも４枚あれば足りるが、旋回流を効率的に発生させるためには、６〜２０枚の範囲であることが好ましい。

モータ１３はカップ１１の外部に設けられ、その回転軸１８は、回転軸用穴１９を介してファン１２の円筒部材１２１と連結される。ファン１２は、モータ１３の回転に応じて、矢印Ｂの方向に回転する。ファン１２が回転することにより、吸気口１６から凹部１５内に空気が吸い込まれ、矢印Ｃに示されるように旋回流が発生する。カップ１１の開口縁１１３は、凹部１５から排出される空気に対する抵抗を低減するために、面取りされてもよい。

以上が非接触搬送装置１の構成である。続いてその動作について説明する。対象物２は、カップ１１の開口縁１１３と対向するように配置される。この状態でモータ１３を例えば１０００〜３０００ｒｐｍ程度の回転数で回転させると、ファン１２が回転し、吸気口１６を介して凹部１５内に空気が吸い込まれ、凹部１５内に旋回流が発生する。旋回流が発生すると、遠心力によって凹部１５内の空気が外側へと引っ張られ、空気の密度が低くなり、凹部１５内の圧力は大気圧よりも低くなる（すなわち、負圧になる）。図４は、図１の非接触搬送装置１が発生する圧力の分布図である。横軸は対象物２の径方向の位置ｒを、縦軸は圧力を示す。

このとき、カップ１１の開口縁１１３と対向するように対象物２が配置されていると、対象物２の上表面に作用する圧力は負圧となる。圧力の分布は、図４に示される通りであり、対象物２の上表面のうち、中心部において最も圧力が低くなる。対象物２は、その上下表面の圧力の差によって発生する浮揚力により浮揚する。

図５は、カップ１１の開口縁１１３と対象物２との間の間隔ｈと浮揚力との関係を示す図である。同図に示されるように、間隔ｈは、一定の値に達するまでは、浮揚力が上昇するにつれて大きくなる。同図においてｎ１は、対象物２の重量の一例を示している。この重量を有する対象物２は、同図によれば、間隔ｈ１の地点において安定的に浮揚することになる。

なお、対象物２に対して作用する浮揚力は、シャッタ１４の位置を変化させることによって調整することができる。例えば、図２（ｂ）に示されるように、吸気口１６の一部を覆うようにシャッタ１４が配置された場合には、吸気口１６を全く覆わないように配置された場合と比較して、凹部１５内に流入する空気の流量が少なくなる。その結果、凹部１５内に発生する負圧が大きくなり、対象物２に作用する浮揚力が大きくなる。一般に、対象物２に作用する浮揚力は、吸気口１６がシャッタ１４により覆われる面積が増大するにつれて大きくなり、逆に当該面積が減少するにつれて小さくなる。

なお、対象物２に作用する浮揚力は、図５に示されるように間隔ｈとの間に相関関係を有することから、シャッタ１４の位置を変化させることにより、間隔ｈを調整することもできる。一般に、間隔ｈは、吸気口１６がシャッタ１４により覆われる面積が増大するにつれて小さくなり、逆に当該面積が減少するにつれて大きくなる。
以上が非接触搬送装置１の動作についての説明である。

（２）変形例
以上、実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。以下、変形の一例について説明する。なお、下記の変形例は、互いに組み合わせてもよい。

（２−１）変形例１
図１の非接触搬送装置１を単体で用いる場合、旋回流によって対象物２が回転するおそれがある。これを防止するために、複数の非接触搬送装置を用いることとしてもよい。図６は、複数の非接触搬送装置を備える非接触運搬装置３の構成を示す部分断面図である。図７は、この非接触運搬装置３の底面図である。同図に示される非接触搬送装置３は、４個の非接触搬送装置１ａ〜１ｄを備えている。各非接触搬送装置１ａ〜１ｄのカップ１１は、その周壁１１２同士が連結され、一体として基体３１が構成される。

各非接触搬送装置１ａ〜１ｄが発生させる旋回流の回転方向は、各非接触搬送装置１ａ〜１ｄが対象物２に対して与える回転トルクがキャンセルされるように決定される。図７に示される例では、４個の非接触搬送装置１ａ〜１ｄのうち、非接触搬送装置１ａと１ｂとが、第１の向きの旋回流を発生させ、非接触搬送装置１ｃと１ｄとが、これとは逆の第２の向きの旋回流を発生させる。もちろん、４個の非接触搬送装置１ａ〜１ｄのうち、非接触搬送装置１ａと１ｃとに、第１の向きの旋回流を発生させ、非接触搬送装置１ｂと１ｄとに、これとは逆の第２の向きの旋回流を発生させるようにしてもよい。なお、非接触搬送装置を構成する非接触搬送装置の個数は４個に限定されず、２個、６個、８個など任意の偶数であってもよい。

（２−２）変形例２
非接触搬送装置１の凹部１５の形状は、図１及び図２に示されるような円柱形状に限らず、例えば略半球状や円柱台状であってもよい。図８（ａ）は、略半球状の凹部１５ａを有するカップ１１ａの断面図であり、図８（ｂ）は、円柱台状の凹部１５ｂを有するカップ１１ｂの断面図である。各ケースにおいて、ファン１２の羽根１２２の形状は、凹部に非接触にて嵌合するように定められる。

（２−３）変形例３
上記の非接触搬送装置１において吸気口１６の形状は、図２（ｂ）に示されるような円形に限らず、楕円形や多角形であってもよい。また、シャッタ１４の形状も、図２（ｂ）に示されるような円形に限らず、楕円形や多角形であってもよい。留め具１７を中心とするシャッタ１４の回転角と、シャッタ１４により覆われる吸気口の面積との関係は、例えばシャッタ１４の回転角が０°のときにその面積が０となる場合において、線形的であっても、指数関数的であっても、対数関数的であってもよい。

（２−４）変形例４
上記の非接触搬送装置１では、シャッタ１４は、留め具１７を中心として回動可能なように固定されているが、このシャッタ１４は、ねじ止めされてもよい。この場合、シャッタ１４の位置を変化させるときは、その都度、止めねじを外すことになる。

（２−５）変形例５
上記の非接触搬送装置１において、シャッタ１４は、円形の板状部材ではなく、カメラのレンズシャッタのように、複数枚のシャッタ羽根を円形に組み合わせた構成としてもよい。
また、上記の非接触搬送装置１において、シャッタ１４に代えてニードルバルブ２０のような弁を設置するようにしてもよい。図９は、シャッタ１４に代えてニードルバルブ２０を設置した非接触搬送装置１ｅの部分断面図を示す図である。この場合、ニードルバルブ２０のハンドルを回転させることにより、カップ１１の凹部１５内に流入する空気の流量を調整する。

（２−６）変形例６
上記の非接触搬送装置１では、シャッタ１４は、手動でその位置を変化させる構成となっているが、モータによりその位置を変化させる構成としてもよい。図１０は、シャッタ１４を回動させるためのモータ２１を備えた非接触搬送装置１ｆの部分断面図を示す図である。同図に示される例では、カップ１１の底部１１１に、支持台１１４が設けられ、この支持台１１４上にモータ２１が設置される。モータ２１から延びる回転軸２２は、回転軸用穴２３を介してシャッタ１４と連結される。シャッタ１４は、モータ２１の回転に応じて、回転軸２２を中心として回動する。なおここで、モータ２１は、例えばステッピングモータである。
なお、図１０に示される例では、シャッタ１４ごとにモータ２１が設けられているが、非接触搬送装置につき１つのモータ２１のみを設け、ギア等を介して、当該１つのモータ２１のみにより、すべてのシャッタ１４を回動させるようにしてもよい。

（２−７）変形例７
上記の変形例６に係る構成において、非接触搬送装置にさらに、当該搬送装置と対象物２との距離を計測するセンサを設け、このセンサの計測結果に基づいて、シャッタ１４の位置を変化させる構成としてもよい。図１１は、当該変形例に係る非接触搬送装置１ｇの部分断面図を示す図である。同図に示される例では、非接触搬送装置１ｇと対象物２との距離を測定する手段として、センサ２４が設けられている。このセンサ２４は、例えば超音波センサである。

このセンサ２４は、制御部２５と接続され、測定した距離を示す信号を制御部２５に出力する。制御部２５は、出力された信号により示される距離と、所定の距離とを比較し、その差に基づいてモータ２１を制御する。具体的には、制御部２５は、信号により示される距離が、その所定の距離よりも長い場合には、シャッタ１４により覆われる吸気口１６の面積が大きくなるようにモータ２１を制御する。その結果、凹部１５内に流入する空気の流量が少なくなり、凹部１５内に発生する負圧が大きくなり、対象物２に作用する浮揚力が大きくなる。

反対に、信号により示される距離が、その所定の距離よりも短い場合には、シャッタ１４により覆われる吸気口１６の面積が小さくなるようにモータ２１を制御する。その結果、凹部１５内に流入する空気の流量が大きくなり、凹部１５内に発生する負圧が小さくなり、対象物２に作用する浮揚力が小さくなる。モータ２１に出力される駆動パルス数は、差の大きさに比例する。なおここで、制御部２５は、例えばマイクロコンピュータである。

Claims (1)

1. 対象物を非接触で搬送する非接触搬送装置であって、
   凹部と、吸気口と、前記対象物と対向する開口縁とを有するカップ状部材と、
   前記カップ状部材の前記凹部内に設けられ、その回転によって前記凹部内に前記吸気口から空気を吸い込み、前記凹部内に旋回流を発生せしめるファンと、
   前記カップ状部材に設けられ、前記吸気口から吸い込まれる空気の量を調整する調整部材と
   を備えることを特徴とする非接触搬送装置。

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