KR101646946B1 - 흡인 척 및 이송 장치 - Google Patents

Abstract

[과제] 배기공의 위치에 관계없이 공기를 부드럽게 흘려보내서 반발력의 편향을 해소한 흡인 척을 제공한다.
[해결 수단] 흡인 척(10)은 평판 형상의 본체(11)와, 대향면(31)과, 복수의 공기 분출구(41)와, 복수의 배기공(42)을 구비한다. 본체(11)의 내부에는 압축 공기의 유로가 형성된다. 대향면(31)은 본체(11)의 공작물에 대향하는 측의 면이다. 공기 분출구(41)는 유로로부터 공급되는 압축 공기를 분출하기 위해 대향 면(31)에 개구된다. 배기공(42)은 공기 분출구(41)의 주위에 있어서 대향면(31)에 개구됨과 아울러 본체(11)를 두께방향으로 관통하도록 형성된다. 각 공기 분출구(41)는 원기둥 형상의 공간으로서 형성됨과 아울러 상기 공간의 내부를 향해서 개구되는 노즐 유로(44)를 3개 구비하고, 각 노즐 유로(44)는 상기 원기둥 형상의 공간의 내벽을 따르는 방향으로 압축 기체를 분출한다.

Description

흡인 척 및 이송 장치{SUCTION CHUCK AND TRANSFERRING APPARATUS}

본 발명은 주로 공작물을 비접촉으로 흡인 유지해서 반송하기 위한 흡인 척의 구성에 관한 것이다.

태양전지 웨이퍼나 연료전지 셀, 또는 이차전지의 전극 또는 세퍼레이터 등의 얇은 평판 형상의 공작물(박판 공작물)을 이송하기 위해 베르누이 효과를 이용하는 베르누이 척을 채용한 비접촉 반송 장치가 종래부터 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1을 참조).

특허문헌 1에 기재된 비접촉 반송 장치는 중공 원기둥 형상으로 형성된 선회류 형성체(흡인 요소)의 내부에 공기를 분출하고, 상기 선회류 형성체의 내부에 선회류를 형성하도록 구성되어 있다. 선회류는 선회류 형성체로부터 고속류가 되어서 유출되므로 상기 선회류 형성체의 단면과 피반송물(웨이퍼) 사이는 부압이 된다. 이에 따라, 피반송물을 비접촉으로 흡인 유지하는 구성이다. 특허문헌 1은 선회류 형성체의 내부에 취입된 공기는 그대로 내주면을 따라 정류되어 선회류가 되므로 통로 저항을 거의 받지 않고 부드럽게 선회류가 될 수 있어 에너지 효율을 향상시켜 에너지 절약화를 실현할 수 있도록 하고 있다.

그런데, 박판 형상의 공작물(피반송물)을 흡인해서 유지하는 이송 장치에 있어서는 공작물에 대하여 가능한 한 균일하게 흡인력(부압)을 작용시키는 것이 바람직하다. 공작물에 작용하는 흡인력에 불균일이 있을 경우 상기 공작물에 진동, 변형이 발생할 수 있기 때문이다. 이 관점으로부터 보면, 흡인력을 발생시키기 위한 흡인 요소를 가능한 한 소형화하고 단위 면적당 배치되는 흡인 요소의 수를 늘리는 것이 바람직하다고 생각된다.

이 점, 특허문헌 1에 기재된 비접촉 반송 장치는 중공 원기둥 형상으로 형성된 선회류 형성체(흡인 요소)에 유체 도입구, 유체 통로, 분출구 등을 형성하는 구성이기 때문에 상기 선회류 형성체를 소형화하는 것은 곤란하다고 생각된다. 따라서, 단위 면적당 배치되는 선회류 형성체의 수를 늘리는 것도 곤란하다. 또한, 특허문헌 1은 판형상으로 얇게 구성된 비접촉 반송 장치의 기체에 복수의 오목부와 유체 통로를 형성하고, 오목부의 내부 공간에 선회류를 발생시키는 구성도 개시하고 있다. 그러나, 이것은 2개의 팔부에 오목부를 배치하는 구성이기 때문에 공작물에 대하여 작용하는 흡인력은 2개의 팔부의 부분에만 발생한다. 따라서, 이 구성에서는 공작물의 전체면에 균일하게 흡인력을 작용시킬 수는 없다.

그래서 본원 출원인은 일본 특허출원 2011-94215로서 도 11 및 도 12에 나타내는 바와 같은 흡인 척(9)을 제안하고 있다. 이것은 금속제의 플레이트를 적층해서 구성된 평판 형상의 흡인 척 본체에 공작물에 직접 대향하는 대향면(31)을 형성함과 아울러 상기 대향면(31)에 개구되는 복수의 공기 분출구[흡인 요소 (41)]를 어레이상으로 배열되어 형성한 것이다. 흡인 척(9)의 본체의 내부에는 공기 분출구(41)의 내부에 압축 공기를 분출되는 노즐 유로(44)가 형성되어 있다. 도 11 및 도 12에 나타내는 바와 같이 노즐 유로(44)는 1개의 공기 분출구(41)에 대하여 2개 형성되어 있다. 2개의 노즐 유로(44)는 서로 위상을 180°차이나게 해서 상기 공기 분출구(41)의 내벽에 개구되어 형성되어 있다. 이 노즐 유로(44)로부터 공기를 분출함으로써 공기 분출구(41)의 내벽면에 따라 공기를 흘려보낼 수 있다. 공기 분출구(41)의 내벽면에 따라 흐르는 공기는 상기 공기 분출구(41)로부터 고속으로 유출되고, 이것에 의해 흡인력을 발생시킨다.

공기 분출구(41), 노즐 유로(44) 등은 상기 금속제의 플레이트에 대한 에칭 또는 천공 등의 방법에 의해 형성할 수 있어 소형화, 밀집화가 용이하다. 예를 들면 도 11의 흡인 척(9)에서는 공기 분출구(41)의 직경을 예를 들면 3mm로 하고 있다. 이와 같이 공기 분출구(41)를 매우 작게 형성할 수 있으므로 단위 면적당 배치되는 흡인 요소[공기 분출구(41)]의 수를 많게 할 수 있다. 그리고 도 11에 나타내는 바와 같이 상기 공기 분출구(41)를 다수 배열되어 어레이상으로 형성함으로써 공작물의 전체면에 대하여 흡인력을 균일하게 작용시킬 수 있어 상기 공작물의 진동 및 변형을 방지할 수 있다.

또한, 도 11에 나타내는 흡인 척(9)에는 공기를 배출하기 위한 복수의 배기 공(42)이 대향면(31)에 개구되어 형성되어 있다. 이 배기공(42)은 흡인 척(9)의 본체를 두께방향으로 관통하도록 형성되어 있다. 공기 분출구(41)로부터 분출된 공기는 배기공(42)을 통해서 배출된다.

일본 특허 제3981241호 공보

그런데 특허문헌 1이 개시하는 비접촉 반송 장치에서는 흡인 요소(선회류 형성체)의 주위는 공간으로 되어 있다. 이 구성에서는 흡인 요소로부터 분출된 공기는 상기 공간을 향해서 신속하게 배출된다. 따라서, 특허문헌 1의 구성에서는 흡인 요소로부터 분출된 공기의 흐름이 정체되는 것은 그다지 고려되지 않는다.

한편, 도 11에 도시된 비교예의 흡인 척(9)에 있어서 각 공기 분출구(41)로부터 분출된 공기는 배기공(42)까지 흘러서 상기 배기공(42)으로부터 배출된다. 여기에서, 만약 공기 분출구(41)로부터 배기공(42)까지 공기가 부드럽게 흐르지 않을 경우 유속이 저하되어 흡인력의 저하가 발생할 수 있다. 따라서, 도 11의 구성의 흡인 척(9)에서는 공기 분출구(41)로부터 배기공(42)까지 공기를 부드럽게 흘려보내는 것이 중요해진다.

본원 발명자들은 이상의 관점에 의거하여 실험과 컴퓨터 시뮬레이션에 의한 해석을 되풀이한 결과 이하와 같은 과제를 발견했다.

우선, 도 11에 도시된 비교예의 흡인 척(9)의 공기 분출구(41)로부터 분출되는 공기의 유적(流跡)을 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 구한 결과를 도 13에 나타낸다. 이 컴퓨터 시뮬레이션은 공기 분출구(41)의 직경을 3mm로 설정해서 구한 것이다. 또한, 도 13 중에 있어서의 △Z는 흡인 척(9)의 대향면(31)과 공작물의 간격을 나타내고 있다. 공작물에 대하여 흡인 척(9)이 근접함에 따라 공기의 흐름이 변화되고 있는 것을 알 수 있다. △Z=0.1mm가 된 상태가 가장 안정한 상태이며 이 상태로 공작물이 흡인 척(9)에 흡인 유지된다.

특허문헌 1이 개시하는 것에 의하면 상기 특허문헌 1의 구성이 구비하는 선회류 형성체의 내부에 취입된 공기는 그대로 내주면을 따라 정류되어 선회류를 발생시킨다. 그런데, 도 13의 컴퓨터 시뮬레이션의 결과로부터 명확해진 바와 같이 비교예의 흡인 척(9)에서는 노즐 유로(44)로부터 분출된 공기가 공기 분출구(41) 내에서 거의 선회하지 않고 외부로 분출되고 있다. 이것은 비교예의 흡인 척(9)(도 11)은 공기 분출구(41)를 매우 작게 형성(직경 3mm)하고 있기 때문에 상기 공기 분출구(41)의 내부에서 공기류의 선회 성분이 매우 적고 공기류가 충분히 선회하지 않기 때문인 것으로 생각된다. 공기 분출구(41)의 내부에서 공기가 충분히 선회하지 않을 경우 노즐 유로(44)로부터 분출된 공기는 거의 분산되지 않고 공기 분출구(41)로부터 유출된다. 이 결과, 공기 분출구(41)로부터의 공기의 분출 방향은 특정한 방향으로 집중하게 된다. 도 13에 도시된 비교예의 흡인 척의 경우는 각 공기 분출구(41)에 2개의 노즐 유로(44)가 설치되어 있으므로 상기 공기 분출구(41)로부터 유출되는 공기의 방향은 2방향으로 집중하고 있다.

도 13의 비교예(a)에 나타내는 바와 같이 공기 분출구(41)로부터 2방향으로 분출된 공기는 크게 우회하는 유적을 그려 배기공(42)까지 흐르고 있다. 도 13의 비교예(a)의 경우는 특히 △Z=0.3mm, 및 △Z=0.2mm인 경우에 공기가 크게 우회해서 흐르고 있는 것을 알 수 있다. 또한, △Z=0.2mm, 및 △Z=0.1mm의 경우에는 큰 루프 형상의 흐름이 발생하고 있어 공기의 흐름이 정체하고 있는 것을 알 수 있다.

이와 같이 본원 발명자들이 행한 시뮬레이션에 의해 도 11의 비교예의 흡인 척(9)에서는 공기가 부드럽게 흐르지 않는 것이 명백하게 되었다. 공기가 부드럽게 흐르지 않음으로써 흡인력의 저하가 우려된다. 그래서 본원 발명자들은 도 13의 비교예(a)에 나타내는 공기 분출구(41) 주변의 압력 분포를 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 구했다. 이 결과를 도 14의 비교예(a)에 나타낸다. 도 14에 나타내는 것은 △Z=0.1mm의 상태[흡인 척(9)에 대하여 공작물이 흡인 유지된 상태]의 압력 분포이다. 도 14의 색의 농담은 흡인력의 크기를 나타내고 있고 색이 짙은 부분일수록 반발력(척력)이 강하다. 또한, 색이 엷은(흰) 부분은 흡인력을 나타내고 있고 중간의 회색은 대기압(=흡인력 제로)을 나타내고 있다. 또한, 노즐 유로(44)의 근방은 유속이 가장 빠른 부분이며 공기 분출구(41) 내에는 분사류가 원통면을 따라 선회함으로써 부압이 발생하므로 이 부근은 반드시 흡인력이 된다. 또한, 배기공(42)은 대기압에 연통하고 있으므로 이 부분에 발생하는 힘은 거의 제로이다. 따라서, 공기 분출구(41) 및 배기공(42) 이외의 영역[공기 분출구(41)의 주위의 영역]의 반발력의 분포가 문제가 된다.

도 14의 시뮬레이션 결과로부터 공기 분출구(41) 주변의 반발력은 불균일하게 되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 이 비교예의 흡인 척(9)은 공기 분출구(41) 자체가 매우 작고 이 공기 분출구(41)를 어레이상으로 배열되어 형성한 것이기 때문에 특허문헌 1의 구성과 비교해서 흡인력과 반발력을 미세한 피치로 분포시켜 작용시킬 수 있다. 따라서, 상기 공기 분출구(41)의 주변에서 반발력이 불균일했더라도 흡인 척(9)의 전체로서 보면 특허문헌 1의 구성에 비해서 균일한 반발력을 공작물에 작용시킬 수 있다고 말할 수 있다. 그러나, 얇은 웨이퍼 형상의 공작물을 취급할 경우에는 공기 분출구(41)의 주변에 있어서 편향된 반발력의 분포가 공작물의 변형 또는 진동 등을 발생시킬 우려가 있다. 따라서, 이러한 미세한 반발력이 불균일하여도 개선될 여지가 있다.

본원 발명자들은 상기와 같이 반발력이 편향되는 요인은 공기 분출구(41)로부터 배기공(42)까지 공기가 부드럽게 흐르지 않고 상기 공기가 정체하고 있기 때문이라고 생각했다. 이러한 공기의 정체는 배기공(42)의 위치를 최적화함으로써 개선할 수 있다고 생각된다. 배기공(42)의 위치를 최적화했을 때의 컴퓨터 시뮬레이션의 결과를 도 13에 비교예(b) 및 도 14에 비교예(b)로서 나타낸다.

컴퓨터 시뮬레이션의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이 배기공(42)의 위치를 최적화함으로써[비교예(b)] 최적화 전[비교예(a)]과 비교해서 공기의 흐름이 약간 부드러워짐과 아울러 반발력의 편향도 약간 개선되어 있다. 그러나, 도 13의 비교예(b)로부터 알 수 있는 바와 같이 배기공의 위치를 최적화했더라도 공기의 루프 형상의 흐름은 남아 있어 공기의 정체를 완전히 해소할 수는 없었다. 또한, 도 14의 비교예(b)로부터도 알 수 있는 바와 같이 반발력의 편향을 완전히 해소하는 것도 가능하지 않다.

또한, 실제의 흡인 척(9)에 있어서는 반드시 배기공(42)을 최적의 위치에 형성할 수 있다고는 할 수 없는 문제도 있다. 흡인 척(9)의 내부에는 공기 분출구(41)에 압축 공기를 공급하기 위한 유로를 형성할 필요가 있고 이 유로를 피해서 배기공(42)을 형성해야만 하기 때문이다. 또한, 배기공(42)을 최적의 위치에 형성하려고 했을 경우 흡인 척(9)의 설계 자유도가 저하되므로 예를 들면 임의의 위치에 센서를 배치하는 등의 자유로운 설계가 어려워진다.

이와 같이 배기공(42)의 위치를 최적화한다는 발상에서는 공기 분출구(41) 주변의 반발력의 편향을 해소하는 것이 불충분하거나 또는 불가능하다. 따라서, 공기 분출구(41) 주변의 반발력을 효과적으로 균일화하는 구성이 요구된다.

본 발명은 이상의 사정을 감안하여 이루어진 그 주요한 목적은 배기공의 위치에 관계없이 공기를 부드럽게 흘려보내서 반발력의 편향을 해소한 흡인 척을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 해결하려고 하는 과제는 이상과 같고, 이어서 이 과제를 해결하기 위한 수단과 그 효과를 설명한다.

본 발명의 관점에 의하면 얇은 평판 형상의 공작물을 흡인해서 비접촉 상태로 유지하는 흡인 척의 이하의 구성이 제공된다. 즉, 이 흡인 척은 평판 형상의 본체와, 대향면과, 복수의 분출구와, 복수의 배기공을 구비한다. 상기 본체의 내부에는 압축 기체의 유로가 형성된다. 상기 대향면은 상기 본체의 상기 공작물에 대향하는 측의 면이다. 상기 분출구는 상기 유로로부터 공급되는 압축 기체를 분출하기 위해 상기 대향면에 개구된다. 상기 배기공은 상기 분출구의 주위에 있어서 상기 대향면에 개구됨과 아울러 상기 본체를 두께방향으로 관통하도록 형성된다. 각 분출구는 원기둥 형상의 공간으로서 형성됨과 아울러 상기 공간의 내부를 향해서 개구되는 노즐 유로를 3개 구비하고, 각 노즐 유로는 상기 원기둥 형상의 공간의 내벽을 따르는 방향으로 압축 기체를 분출한다.

이와 같이 3개의 노즐 유로로부터 분출구 내로 압축 기체를 공급함으로써 상기 분출구로부터 분출되는 압축 기체의 흐름은 3방향으로 분산된다. 압축 기체의 흐름이 3방향으로 분산되어 있기 때문에 배기공의 위치가 압축 공기의 흐름에 미치는 영향이 작아져 결과적으로 배기공을 자유롭게 배치할 수 있게 되어 설계 자유도가 향상된다. 또한 압축 공기의 흐름이 분산되기 때문에 압력 분포가 균일화되므로 공작물의 진동 및 변형을 방지할 수 있다. 또한, 노즐 유로의 수를 늘림으로써 노즐 유로 1개당 압축 기체의 유량이 감소하므로 공기의 분출에 의해 공작물이 받는 충격을 감소시킬 수 있다.

상기 흡인 척에 있어서 상기 3개의 노즐 유로의 상기 개구는 상기 분출구의 둘레방향으로 균등 간격으로 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 등간격으로 개구되는 노즐 유로로부터 분출구 내로 압축 기체를 공급함으로써 상기 분출구로부터 분출되는 압축 기체를 3방향으로 균일하게 분산시킬 수 있다.

상기 흡인 척에 있어서 상기 노즐 유로의 길이 방향은 상기 대향면에 대하여 평행하게 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 분출구로부터 분출되는 압축 기체를 대향면을 따라 부드럽게 흘려보낼 수 있다.

상기 흡인 척에 있어서 상기 분출구의 최근방의 배기공은 상기 분출구를 중심으로 한 동심원 상에 적어도 3개 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 분출구로부터 3방향으로 분산되어 분출되는 압축 기체를 배기공으로부터 부드럽게 배기할 수 있다.

상기 흡인 척에 있어서 상기 분출구의 최근방의 배기공은 상기 동심원 상에서 균등 간격으로 형성되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 압축 기체를 균등하게 분산시켜 배기공까지 흐르게 할 수 있으므로 분출구 주위의 압력 분포를 보다 균등화할 수 있다.

상기 흡인 척에 있어서는 임의의 분출구의 내부 공간에 있어서의 상기 분출구의 축선 주위에서의 압축 기체의 흐름 방향이 상기 분출구의 최근방에 형성된 다른 분출구와는 역방향이 되도록 상기 노즐 유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 흡인 척이다.

이에 따라, 분출구 내에서 선회하도록 압축 기체가 흐름으로써 발생하는 토크를 제거하고 흡인 척에 흡인 유지된 공작물의 회전을 억제할 수 있다. 또한 흐름 방향이 시계방향인 분출구의 개수와 흐름 방향이 반시계 방향(역방향)인 분출구의 개수가 동일하면 공작물의 회전 중심에 대한 각 흡인 요소가 발생하는 회전 모멘트의 총합이 제로가 되어 보다 효과적으로 흡인 척에 흡인 유지된 공작물의 회전을 억제할 수 있다. 또한 흡인 척에 흡인 유지된 공작물의 측면에 접촉해서 회전을 저지하는 1개 이상의 규제 부재를 흡인 척의 주위에 설치해도 상관없다.

또한, 본 발명의 다른 관점에 의하면 상기 흡인 척과, 상기 흡인 척을 소정 범위 내에서 3차원적으로 이동시키는 것이 가능한 패러렐 메커니즘(parallel mechanism)을 구비하는 이송 장치가 제공된다.

즉, 패러렐 메커니즘에 의해 흡인 척으로 흡인 유지한 공작물을 삼차원적으로 자유롭게 이동시킬 수 있다. 본원 발명의 흡인 척에 의하면 얇은 평판 형상의 공작물을 진동이나 변형을 억제해서 흡인 유지할 수 있으므로 상기 이송 장치는 공작물의 변형이나 파손 등을 방지하면서 상기 공작물을 임의의 위치까지 이동시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시형태에 관련된 흡인 척을 구비한 이송 로봇의 사시도이다.
도 2는 흡인 척의 하면측(대향면)을 주로 나타내는 사시도이다.
도 3은 흡인 척의 모식적인 단면도이다.
도 4는 노즐 유로의 형태를 투과적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는 흡인 척의 대향면을 나타내는 사시도이다.
도 6은 공기 분출구로부터 공기가 분출되는 형태를 나타내는 평면도이다.
도 7(a)는 실시형태의 흡인 척에 있어서의 공기의 유적을 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 구한 결과를 나타내는 도면이다. 도 7(b)는 배기공의 위치를 변경해서 동일한 시뮬레이션을 행한 결과를 나타내는 도면이다.
도 8(a)는 실시형태의 흡인 척에 있어서의 압력 분포를 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 구한 결과를 나타내는 도면이다. 도 8(b)는 배기공의 위치를 변경해서 동일한 시뮬레이션을 행한 결과를 나타내는 도면이다.
도 9는 흡인 척의 공기 유량 및 흡인력의 관계를 실험에 의해 측정한 결과를 나타낸다.
도 10은 흡인 척에 흡인된 공작물의 변형량을 실험에 의해 측정한 결과를 나타내는 도면이다.
도 11은 비교예의 흡인 척의 평면도이다.
도 12는 비교예의 흡인 척의 노즐 유로의 형태를 투과적으로 나타내는 사시도이다.
도 13(a)는 비교예의 흡인 척에 있어서의 공기의 유적을 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 구한 결과를 나타내는 도면이다. 도 13(b)는 배기공의 위치를 변경해서 동일한 시뮬레이션을 행한 결과를 나타내는 도면이다.
도 14(a)는 비교예의 흡인 척에 있어서의 압력 분포를 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 구한 결과를 나타내는 도면이다. 도 14(b)는 배기공의 위치를 변경해서 동일한 시뮬레이션을 행한 결과를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 흡인 척의 변형예를 나타내는 평면도이다.

이어서, 도면을 참조해서 본 발명의 실시형태를 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시형태에 의한 흡인 척(10)을 구비한 이송 로봇[이송 장치(1)]을 나타내는 사시도이다.

이 이송 로봇(1)은 이른바 페러렐 메커니즘 로봇으로서 구성되어 있다. 구체적으로는 이 이송 로봇은 베이스부(101)와, 3개의 암(106)과, 3개의 전동 모터(104)와, 1개의 엔드 플레이트(114)를 구비하고 있다.

베이스부(101)의 하면에는 피설치면(P1)이 형성되어 있다. 한편, 이송 로봇(1)을 설치하기 위한 도시생략의 프레임 하면은 수평한 상향의 설치면으로 된다. 이 구성으로 베이스부(101)의 피설치면(P1)을 상기 프레임의 설치면에 고정함으로써 이송 로봇(1)을 매달림 형상으로 설치할 수 있도록 되어 있다.

베이스부(101)의 하면측에는 상기 베이스부(101)의 평면시에서의 중앙부를 중심으로 해서 둘레방향으로 등간격이 되도록 전동 모터(104) 3개가 나란하게 고정되어 있다. 각 전동 모터(104)는 감속기가 부착된 것이며 그 출력축(즉, 감속기의 출력축)에는 각각 상기 암(106)의 기단부가 고정되어 있다.

각 암(106)의 도중 부분에는 볼 조인트로 이루어진 관절부(110)가 설치되어 있어 이 관절부(110)에 있어서 상기 암(106)이 굴곡 가능하게 되어 있다. 3개의 암(106)의 선단은 1개의 엔드 플레이트(114)에 접속되어 있다. 또한, 베이스부(101)에는 모터축이 하향으로 설치된 모터(32)가 고정되어 있다. 이 모터(32)의 모터축과 엔드 플레이트(114)는 상기 모터축의 회전을 엔드 플레이트(114)까지 전달가능한 선회축(33)에 의해 접속되어 있다.

이상과 같이 페러렐 메커니즘이 구성되어 있어 이송 로봇(1)은 3개의 전동 모터(104)를 적절하게 제어함으로써 암(106)의 스트로크의 범위 내에서 엔드 플레이트(114)를 삼차원적으로 자유롭게 이동시킬 수 있도록 되어 있다.

엔드 플레이트(114)의 하면에는 본 실시형태에 의한 흡인 척[베르누이 척(10)]이 장착되어 있다. 이에 따라, 본 실시형태의 이송 로봇(1)은 흡인 척(10)을 암(106)의 스트로크의 범위 내에서 3차원적으로 이동시킬 수 있다. 나중에 자세하게 설명하지만 흡인 척(10)은 압축 공기(압축 기체)를 공급함으로써 그 하면과 공작물(90)(도 3 참조)의 상기 하면에 대향하는 면 사이에 흡인력을 발생시켜 상기 공작물을 비접촉으로 흡인 유지하는 것이 가능한 장치이다.

본 실시형태의 이송 로봇(1)은 흡인 척(10)에 압축 공기를 공급해서 공작물(90)을 흡인 유지하고, 그 상태로 전동 모터(104)를 적절하게 제어해서 엔드 플레이트(114)[및 공작물(90)을 흡인한 상태의 흡인 척(10)]를 소망의 위치까지 이동시킨다. 또한, 이 이송 로봇(1)은 전기 모터(32)를 적절하게 구동함으로써 흡인 척(10)을 선회시켜 상기 흡인 척(10)에 흡인 유지된 공작물(90)을 거의 수평면 내에서 회전시킬 수 있다. 그 다음에 이송 로봇(1)은 흡인 척(10)에 대한 압축 공기의 공급을 차단해서 공작물(90)의 흡인 유지를 해제함으로써 상기 공작물(90)을 소망의 위치에 탑재한다. 이상과 같이, 본 실시형태의 이송 로봇(1)은 흡인 척(10)에 의해 공작물(90)을 흡인 유지하여 소망의 위치까지 이동시킬 수 있다.

본 실시형태의 이송 로봇(1)이 취급하는 공작물(90)로서는 얇은 평판 형상으로 형성된 특히 직사각형의 것을 상정하고 있다. 공작물(90)의 예로서는 태양전지 웨이퍼, 연료전지의 셀, 이차전지의 전극, 세퍼레이터, 실리콘 웨이퍼 등을 들 수 있지만 이것들에 한정되지 않는다.

이어서, 본 실시형태의 흡인 척(10)의 구성에 대해서 상세하게 설명한다.

도 2에 나타낸 바와 같이 흡인 척(10)은 전체적으로 평판 형상으로 구성된 본체(11)를 구비하고 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이 본체(11)의 하면은 공작물(90)에 직접 대향하는 것이 가능한 대향면(31)이 되어 있다. 이 대향면(31)은 흡인 척(10)의 두께방향에 수직한 직사각형상(직각 4변 형상)의 평탄한 면으로서 구성되어 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이 흡인 척(10)의 대향면(31)에는 공기를 분출되는 공기 분출구(41), 및 공기를 배출하기 위한 배기공(42)이 복수 배열되어 형성되어 있다.

도 3에 나타낸 바와 같이 흡인 척(10)의 본체(11)는 복수의 플레이트가 두께방향으로 적층하여 구성되어 있다. 구체적으로는 본체(11)는 공작물(90)에 근접한 측(하측)으로부터 순서대로 표면 플레이트(25)와, 노즐 플레이트(26)와, 접속 플레이트(27)와, 분배 플레이트(28)를 구비하고 있다. 표면 플레이트(25)의 하면이 상기 대향면(31)을 구성하고 있다.

상기 공기 분출구(41)는 원기둥 형상의 공간이며 표면 플레이트(25) 및 노즐 플레이트(26)를 두께방향으로 관통하는 둥근 구멍으로서 형성되어 있다. 또한, 공기 분출구(41)는 접속 플레이트(27) 및 분배 플레이트(28)에는 형성되어 있지 않다. 즉, 흡인 척(10)의 두께방향으로 공기 분출구(41)의 일측의 단부(상측의 단부)는 접속 플레이트(27)에 의해 밀봉되어 있다. 한편, 공기 분출구(41)의 타측의 단부(하측의 단부)는 표면 플레이트(25)의 하면[대향면(31)]에 개구되어 있다.

도 3에 나타낸 바와 같이 노즐 플레이트(26)에는 공기 분출구(41)에 연통하는 노즐 유로(44)가 형성되어 있다. 이 노즐 유로(44)는 구체적으로 노즐 플레이트(26)에 형성된 가늘고 긴 슬릿으로서 구성되어 있다. 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이 이 노즐 유로(44)는 그 길이방향이 공기 분출구(41)의 접선방향과 거의 일치하도록 형성되어 있음과 아울러 상기 길이방향의 일단측이 공기 분출구(41)의 내측의 공간에 접속하도록 구성되어 있다.

본 실시형태에 있어서는 1개의 공기 분출구(41)에 대하여 3개 노즐 유로(44)가 형성되어 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이 3개의 노즐 유로(44)는 공기 분출구(41)의 중심 축선을 중심으로 해서 서로 120°위상차를 갖도록 형성되어 있다. 따라서, 3개의 노즐 유로(44)는 공기 분출구(41)의 내주벽에 대하여 상기 공기 분출구(41)의 둘레방향으로 등간격으로 개구되어 있다. 또한, 이 노즐 유로(44)의 길이방향은 대향면(31)에 대하여 평행하게 되도록 형성되어 있다. 또한 도시의 형편상 도 3의 단면도에는 동일 단면 내에 2개의 노즐 유로(44)가 대향하고 있도록 도시되어 있지만 이것은 설명을 위한 모식도이며 실제로 이와 같이 노즐 유로(44)가 형성되어 있는 것은 아니다.

도 3~도 5에 나타낸 바와 같이 노즐 유로(44)의 길이방향으로 공기 분출구(41)의 반대측의 단부는 압축 공기 공급 포트(35)에 접속하고 있다. 이에 따라, 공기 분출구(41)와 압축 공기 공급 포트(35)가 노즐 유로(44)를 통해서 연통되어 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이 압축 공기 공급 포트(35)는 노즐 플레이트(26)와 접속 플레이트(27)를 두께방향으로 관통하는 둥근 구멍으로서 형성되어 있다. 압축 공기 공급 포트(35)는 각 노즐 유로(44)에 대응해서 형성되어 있다. 즉, 1개의 공기 분출구(41)에 대하여 3개의 압축 공기 공급 포트(35)가 노즐 플레이트(26) 및 접속 플레이트(27)에 형성되어 있다.

도 3에 나타낸 바와 같이 분배 플레이트(28)에는 상기 3개의 압축 공기 공급 포트(35)에 연통하는 분배로(43)가 형성되어 있다. 이 분배로(43)에는 예를 들면 조인트(71), 배관(72) 및 도시생략된 전자 밸브를 통해서 적절한 압축 공기원(예를 들면 콤프레셔)에 접속되어 있다.

상기 배기공(42)은 둥근 구멍으로서 구성되고 있고 플레이트(25, 26, 27, 28)를 두께방향으로 관통하도록 형성되어 있다. 즉, 배기공(42)은 흡인 척(10)의 본체(11)를 두께방향에서 관통하도록 형성되어 있다. 따라서, 흡인 척(10)의 두께방향으로 배기공(42)의 일측의 단부는 대향면(31)에 개구되어 있고 타측의 단부는 흡인 척(10)의 본체(11)의 상면에 개구되어 있다.

도 5에 나타낸 바와 같이 본 실시형태에 있어서 각 배기공(42)은 정삼각형의 정점을 구성하는 위치에 등간격으로 형성되어 있다. 또한, 각 공기 분출구(41)는 3개의 배기공(42)에 의해 형성된 정삼각형의 중심에 위치하도록 형성되어 있다. 이에 따라, 각 공기 분출구(41)의 최근방의 3개의 배기공(42)이 상기 공기 분출구(41)를 중심으로 한 동심원 상에 등간격으로 배치되게 된다. 단, 본체(11)의 가장자리부 근방의 공기 분출구(41)에 대해서는 이러한 한정이 아니다. 본체(11)의 가장자리부에는 배기공(42)을 형성할 수 없는 개소가 있기 때문이다(도 5 참조).

상기 4매의 플레이트(25~28)의 재료로서는 비용 등의 관점으로부터 금속을 사용하는 것이 바람직하다. 플레이트(25~28)의 재료의 구체예로서는 스테인레스, 알루미늄 합금, 또는 티타늄 합금으로부터 선택된 것을 들 수 있다. 그리고, 4매의 플레이트(25~28)를 모두 겹친 상태에서 확산 접합함으로써 흡인 척(10)의 본체가 구성된다. 뒤틀림이 작은 치수 정밀도가 양호한 흡인 척(10)을 제공하기 위해서는 4매의 플레이트(25~28)의 재료로서는 모두 동일한 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이것은 만일 이종금속을 확산 접합할 경우 접합 후의 잔류 뒤틀림에 의해 휘어짐 등의 변형이 발생될 우려가 있기 때문이다. 본 실시형태에서는 4매의 플레이트(25~28)의 재료로서 모두 스테인레스를 사용하고 있다.

또한, 4매의 플레이트(25~28)에 형성되는 공기 분출구(41), 노즐 유로(44), 압축 공기 공급 포트(35), 분배로(43), 배기공(42) 등에 대해서는 예를 들면 에칭에 의해 형성해도 좋고, 천공 및 드릴 등의 기계 가공으로 형성해도 좋다. 에칭 등의 가공 방법을 이용할 수 있으므로 공기 분출구(41), 노즐 유로(44) 등을 작은 사이즈로 어레이상으로 배열되어 형성하는 것이 용이하다. 예를 들면 본 실시형태에 있어서는 공기 분출구(41)의 직경을 약 3mm로 하고 있다.

이어서, 상기와 같이 구성된 본 실시형태의 흡인 척(10)의 동작에 대해서 도 3을 참조해서 설명한다.

상기 구성의 흡인 척(10)에 의해 공작물(90)을 흡인 유지하기 위해서는 압축 공기원에 접속된 상기 전자밸브를 개방하고 분배로(43)에 대한 압축 공기의 공급을 개시한다. 이에 따라, 상기 분배로(43)로부터 3개의 압축 공기 공급 포트(35)에 압축 공기가 분배된다. 압축 공기 공급 포트(35)에 공급된 압축 공기는 상기 압축 공기 공급 포트(35)에 연통되는 노즐 유로(44)를 통해서 흐르고, 상기 노즐 유로(44)의 단부로부터 공기 분출구(41)의 내부를 향해서 분출된다.

상술한 바와 같이 각 노즐 유로(44)는 그 길이방향이 공기 분출구(41)의 접선방향을 따르도록 형성되어 있으므로 3개의 노즐 유로(44)로부터 분출된 공기는 공기 분출구(41)의 내주벽을 따라 흐른다(도 6 참조). 이에 따라, 공기 분출구(41) 내를 선회하도록 공기가 흐른다[예를 들면 도 6에서는 공기 분출구(41) 내에 있어서 반시계 방향으로 공기가 흐르고 있음]. 단, 본 실시형태의 흡인 척(10)에 있어서는 공기 분출구(41)는 직경 3mm로 매우 작고 또한 직경에 비해서 얕게 형성되어 있으므로 공기 분출구(41)의 내부에 있어서 공기는 완전히는 선회하지 않는다. 따라서, 노즐 유로(44)로부터 공기 분출구(41) 내로 분출된 공기는 상기 공기 분출구(41) 내에서 약간 방향을 바꾼 정도로(도 6) 상기 공기 분출구(41)로부터 분출된다.

여기에서, 도 3(a)와 같이 공작물(90)이 대향면(31)과 크게 떨어져 있을 경우 흡인 척(10)과 공작물(90) 사이에 흡인력은 발생하지 않는다.

그러나, 도 3(b)와 같이 공작물(90)에 대하여 대향면(31)을 접근해 가면 공기 분출구(41)로부터 분출된 공기에 의한 부압이 공작물(90)에 작용하게 된다. 대향면(31)과 공작물(90)의 거리가 가까워질수록 대향면(31)과 공작물(90) 사이를 흐르는 공기의 유속이 커져서 배기공(42)을 통해서 상방으로 배출된다. 이에 따라, 공기 분출구(41)의 내벽면을 따라 나아가는 공기류가 대향면(31)으로 배출될 때에 유속이 증가하고, 공기 분출구(41)의 내부 압력이 저하된다. 이 때 발생하는 부압에 의해 공작물(90)이 대향면(31)에 빨아당겨진다. 한편, 공작물(90)과 대향면(31) 사이에는 공기 분출구(41)로부터의 분출 공기에 의해 형성된 공기층이 존재하므로 공작물(90)은 대향면(31)로부터 이간되는 방향의 반발력을 받는다. 따라서, 공작물(90)이 대향면(31)에 대하여 완전히 흡착해버릴 일은 없다. 이 흡인력과 반발력의 밸런스에 의해 공작물(90)이 흡인 척(10)에 대하여 비접촉으로 유지된다. 이상과 같이, 공기 분출구(41)는 흡인 척(10)에 있어서 공작물(90)을 피접촉으로 흡인 유지하는 흡인 요소로서 작용한다.

대향면(31)과 공작물(90) 사이를 흐른 공기는 배기공(42)을 통해서 흡인 척(10)의 상방으로 배출된다[도 3(b) 참조]. 이에 따라, 대향면(31)과 공작물(90) 사이에 공기가 체류하지 않으므로 공기를 부드럽게 흘려보낼 수 있어 흡인력을 효율적으로 작용시킬 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 노즐 유로(44)로부터 공기 분출구(41) 내로 분출된 공기는 상기 공기 분출구(41)의 내주벽을 따라 선회하도록 흐르므로 이 때 공작물(90)에 토크가 작용한다. 그래서 본 실시형태의 흡인 척(10)에서는 도 5에 나타낸 바와 같이 각 공기 분출구(41)에 압축 공기를 공급하는 노즐 유로(44)의 방향이 최근방의 다른 공기 분출구(41)와는 반대방향이 되도록 형성되어 있다. 즉, 최근방에 인접하는 공기 분출구(41)들은 그 내부를 공기가 흐르는 방향이 시계 방향, 반시계 방향, 시계 방향… 으로 교대로 배열되도록 각 노즐 유로(44)가 형성되어 있다. 이에 따라, 선회하는 공기에 의해 발생하는 토크를 없애서 흡인 척(10)에 흡인 유지된 공작물(90)이 회전해버리는 것을 막을 수 있다.

또한, 흐름 방향이 시계 방향인 공기 분출구(41)의 개수와 흐름 방향이 반시계 방향(반대방향)인 공기 분출구(41)의 개수를 동일한 수로 하면 각 흡인 요소가 발생시키는 공작물(90)의 회전 중심의 회전 모멘트의 총합이 제로가 되어 보다 효과적으로 흡인 척(10)으로 흡인 유지된 공작물(90)의 회전을 억제할 수 있다.

이상에 의해 본 실시형태의 흡인 척(10)은 공작물(90) 표면을 그 법선 방향으로 비접촉으로 흡인 유지한다. 단, 상기 구성만으로는 공작물(90) 표면에 평행한 방향[대향면(31)에 평행한 방향]으로는 공작물(90)을 유지할 수 없다. 따라서, 페러렐 메커니즘 등의 이송 로봇에 흡인 척(10)을 장착해서 공작물(90)을 반송할 경우에는 공작물(90)의 가로 방향으로의 이동을 규제하는 규재 부재가 필요하게 된다. 그래서 본 실시형태의 흡인 척(10)의 주변부에는 도시생략의 규재 부재가 배치되어 있다. 또한, 이러한 규재 부재(가이드 부재)는 일본 특허 출원 2011-94215의 제0106단락에 기재되어 있다.

예를 들면, 흡인 척(10)의 가장자리부에 흡인 척(10)을 둘러싸도록 서로 간격을 두고 배치된 복수의 가이드 부재를 고정한다. 가이드 부재는 직사각형으로 형성된 흡인 척(10)의 각 변에 2개씩 배치됨과 아울러 흡인 척(10)을 사이에 두고 대향하도록 배치된다. 또한, 가이드 부재는 평판 형상으로 형성된 흡인 척(10)의 두께방향에 수직이 되도록 배치되고 그 하단이 흡인 척(10)의 하면[대향면(31)]보다 하방으로 돌출된다. 이들 가이드 부재는 흡인 척(10)에 유지된 공작물(90)이 반송될 때에 흡인 척(10)의 하면[대향면(31)]에 평행한 방향으로 공작물(90)이 상대 이동하고자 하는 것을 규제한다.

계속해서, 본 실시형태의 흡인 척에 의해 얻어지는 특이한 효과에 대해서 설명한다.

우선, 본원 발명자들은 본 실시형태의 흡인 척(10)의 효과를 검증하기 위해 공기 분출구(41)로부터의 공기의 흐름을 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 구했다. 이 결과를 도 7에 도시한다. 이 시뮬레이션에 대해서는 노즐 유로(44)의 등가 수력 직경×3이 도 13의 시뮬레이션을 행했을 때의 비교예의 흡인 척(9)의 노즐 유로(44)의 등가 수력 직경×2와 동일해지도록 설정하고 있다. 이에 따라, 2개의 노즐 유로(44)를 구비한 비교예의 흡인 척(9)(도 11)에 대한 시뮬레이션 결과(도 13)와 3개의 노즐 유로(44)를 구비한 본 실시형태의 흡인 척(10)에 대한 시뮬레이션 결과(도 7)를 동등한 조건에서 비교할 수 있다. 또한, 이와 같이 노즐 유로(44)의 등가 수력 직경을 비교예의 흡인 척(9)과 동등하게 설정한 본 실시형태의 흡인 척(10)을 타입A로 칭하는 경우가 있다. 또한, 공기 분출구(41)의 직경은 3mm로 하고 있다.

도 7(a)에 나타낸 바와 같이 본 실시형태의 흡인 척(10)에 있어서는 공기 분출구(41)로부터 분출된 공기는 3방향으로 분출하고 있다. 즉, 2방향으로 집중해서 공기가 분출하고 있었던 비교예의 흡인 척(9)(도 13의 시뮬레이션 결과)에 비해서 공기 분출구(41)로부터 분산되어 공기를 분출할 수 있다. 이 결과, 비교예의 흡인 척(9)과 같이 공기가 크게 우회해서 흐르는 것이 없어지고, 도 7(a)에 나타낸 바와 같이 공기 분출구(41)로부터의 공기를 배기공(42)을 향해서 부드럽게 흘려보낼 수 있게 되었다. 또한, 도 13에 도시한 비교예의 흡인 척(9)에 대한 시뮬레이션 결과에 비해서 도 7(a)에 도시한 본 실시형태의 흡인 척에 대한 시뮬레이션 결과에서는 공기의 루프 형상의 유적이 크게 감소하고 있어 공기의 정체가 적어지고 있는 것을 알 수 있다. 특히, 공작물을 흡인 유지한 상태(ΔZ=0.1의 상태)에서는 루프 형상의 흐름이 거의 소멸되어 있다. 즉, 본 실시형태의 흡인 척(10)에 의하면 공기를 정체시키지 않고 부드럽게 흘린 상태로 공작물(90)을 흡인 유지할 수 있는 것이 명백해졌다.

이어서, 본원 발명자들은 본 실시형태의 흡인 척(10)에 의해 발생하는 흡인력의 균일성을 검증하기 위해 공기 분출구(41) 주변의 압력 분포를 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 구했다. 이 결과를 도 8에 나타낸다. 또한, 도 8에 나타내는 것은 도 7에 있어서 ΔZ=0.1mm일 때[공작물(90)을 흡인 유지한 상태]의 압력 분포이다. 도 8(a)에 나타내는 바와 같이 본 실시형태의 흡인 척(10)에서는 공기 분출구(41) 주변의 반발력의 분포는 균일해서 비교예의 흡인 척(9)(도 14의 시뮬레이션 결과)에 비하면 그 차이는 명확하다. 즉, 본 실시형태의 흡인 척(10)에 의하면 공기 분출구(41)로부터 분출되는 공기를 3방향으로 분산되게 할 수 있기 때문에 2방향으로 집중해서 공기가 분출하고 있었던 비교예의 흡인 척(9)에 비해서 공기 분출구 내부와 가장자리부의 매우 근방에서 발생하는 흡인력에 대하여 그 주변부에서 반발력을 균일하게 작용시킬 수 있는 것이다. 이와 같이 본 실시형태의 흡인 척(10)은 공작물(90)에 대하여 공기 분출구마다 흡인력과 그 주변에 대략 균등하게 분포한 반발력을 일정하게 작용시킬 수 있으므로 공작물(90)의 진동 및 변형을 저감하는 효과를 기대할 수 있다.

또한, 상기 도 7(a) 및 도 8(a)의 시뮬레이션 결과는 도 6에 나타내는 바와 같이 공기 분출구(41)로부터 3방향으로 공기가 분출되는 방향 쪽에 각각 배기공(42)을 형성했을 경우를 상정한 것이다. 이와 같이 공기 분출구(41)로부터 공기가 분출되는 방향 쪽에 배기공(42)을 배치함으로써 공기 분출구(41)로부터의 공기를 가장 부드럽게 흘릴 수 있다. 그러나, 항상 이러한 이상적인 배치로 배기공(42)을 형성할 수 있는 것은 아니다. 그래서 본원 발명자들은 굳이 공기 분출구(41)로부터 유출되는 공기가 흐르기 어렵도록 배기공(42)을 배치해서 상기와 동일한 컴퓨터 시뮬레이션을 행하였다. 그 결과를 도 7(b) 및 도 8(b)에 도시한다.

도 7(b)에 나타내는 바와 같이 배기공(42)의 위치를 변경함으로써 공기의 흐름이 약간 변화되고 예를 들면 ΔZ=0.3일 때에는 약간의 루프 형상의 흐름이 발생하고 있다. 그러나, 공작물을 흡인 유지한 상태(ΔZ=0.1의 상태)에서는 루프 형상의 흐름은 거의 소멸되어 있어 공기가 정체되지 않고 부드럽게 흐르고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 8(b)에 나타내는 바와 같이 배기공(42)의 위치를 변경했을 경우에도 공기 분출구(41) 주변의 압력 분포는 균일하게 되어 있어 배기공(42)을 이상적인 위치에 배치했을 경우(도 8a)와 다름없는 결과가 얻어지고 있다. 이와 같이 본 실시형태의 흡인 척(10)에 의하면 배기공(42)의 배치에 관계없이 공기를 부드럽게 흘려서 압력 분포를 균일화할 수 있는 것이 확인되었다.

이 점, 도 11 및 도 12에 도시된 비교예의 흡인 척(9)에서는 공기 분출구(41)로부터의 공기가 2방향으로 집중해서 분출되기 때문에 배기공(42)의 위치에 의해 공기의 흐름이 크게 변화되어 버린다. 이것 때문에 비교예의 흡인 척(9)에서는 배기공(42)을 자유롭게 배치할 수 없고 설계 자유도가 낮았다. 본 실시형태의 흡인 척(10)은 공기 분출구(41)로부터의 공기가 3방향으로 분산되어서 분출되기 때문에 배기공(42)의 위치가 변경되어도 공기의 흐름이 크게 변화되지 않는다. 즉, 배기공(42)의 위치를 이상적인 위치부터 변경해도 공기의 흐름은 크게 변화되지 않으므로 이상적인 상태와 마찬가지로 공기를 부드럽게 흘려보낼 수 있고 반발력을 균일하게 작용시킬 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 흡인 척(10)의 구성에 의하면, 공기의 흐름을 걱정하지 않고 배기공(42)을 자유롭게 배치할 수 있으므로 상기 흡인 척(10)의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.

계속해서 본원 발명자들은 실제로 도 2에 도시한 바와 같은 흡인 척(10)을 시험 제작하고, 공작물에 대하여 작용하는 흡인력의 크기를 비교예의 흡인 척(9)(도 11)과 비교하는 실험을 행했다. 이 결과를 도 9에 나타낸다. 도 9에 있어서 횡축은 흡인 척에 대하여 공급한 공기의 유량이며, 종축은 흡인 척 전체가 공작물에 대하여 작용시키는 흡인력을 나타내고 있다. 도 9 중에서 2노즐로 표시되어 있는 그래프가 비교예의 흡인 척(9)에 대한 실험결과를 나타내고 있다. 또한, 타입A 및 타입B로 표시되어 있는 그래프가 본 실시형태의 흡인 척(10)(1개의 공기 분출구에 대하여 노즐 유로를 3개 갖는 흡인 척)에 대한 실험 결과를 나타내고 있다.

또한, 상술한 바와 같이 타입A의 흡인 척은 노즐 유로(44)의 등가 수력 직경이 비교예의 흡인 척(9)과 동등해지도록 설정하고 있다. 한편, 도 9 중에서 타입B로 표시된 본 실시형태의 흡인 척은 3개의 노즐 유로(44)의 총 단면적이 비교예의 흡인 척(9)의 2개의 노즐 유로(44)의 총 단면적과 동일해지도록 설정한 것이다. 또한, 이 실험에 있어서는 본 실시형태의 흡인 척과 비교예의 흡인 척에서 될 수 있는 한 조건을 일치시키기 위해서 각각 공기 분출구(41)의 직경과 수, 및 배기공(42)의 총 개구 면적이 대략 동일하도록 설정하고 있다.

도 9에 나타낸 바와 같이 본 실시형태의 흡인 척(10)[타입A 및 타입B]은 비교예의 흡인 척(9)과 비교해서 동일한 공기 유량에 있어서의 흡인력이 향상되어 있다. 본 실시형태의 흡인 척(10)은 공기 분출구(41)로부터 배기공(42)까지 부드럽게 공기를 흘려보낼 수 있게 된 결과 적은 공기 유량으로 효율적으로 흡인력을 발생할 수 있게 되었기 때문이라고 생각된다. 이와 같이 1개의 공기 분출구(41)에 대하여 노즐 유로(44)를 3개 갖는 본 실시형태의 흡인 척(10)은 1개의 공기 분출구(41)에 대하여 노즐 유로(44)를 2개 갖고 있었던 비교예의 흡인 척(9)에 비교해서 흡인 효율이 향상되는 것이 확인되었다.

계속해서 본원 발명자들은 실제로 흡인 척에 박판 형상의 공작물(90)을 흡인 유지시켜 상기 공작물(90)의 변형량을 측정하는 실험을 행했다. 본 실험에서 사용한 공작물은 대변 125mm의 정사각형이고 모서리부 4개소에 8mm정도의 모서리가 떨어진 부분이 형성된 실리콘 웨이퍼이며, 그 대각선 방향의 길이는 165mm정도이고 그 두께는 110㎛이다. 이 실험의 결과를 도 10에 나타낸다. 도 10의 횡축은 공작물(90)의 중심위치로부터 공작물(90)의 대각선 방향(두께방향에 직교하는 방향)으로의 거리를 나타낸다. 또한 종축은 공작물(90)의 두께방향이고 상기 공작물(90)의 각 점의 상대 위치를 나타낸다. 도 10의 종축의 변동이 클수록 공작물(90)이 대각선 방향에 있어서 크게 변형되어 있는 것을 나타낸다. 또한, 이 실험은 각 흡인 척이 공작물(90)에 대하여 작용시키는 흡인력이 동일해지도록 각 흡인 척에 공급하는 공기 유량을 미리 조정한 뒤에 측정한 것이다. 또한, 흡인력으로서는 이송 로봇에 의한 이동시에 발생하는 가속도와 공작물의 자중을 감안해서 공작물을 유지하기 위해 필요 충분한 값으로 설정했다. 이에 따라, 비교예의 흡인 척(9)과 본 실시형태의 흡인 척(10)[타입A 및 타입B]을 동등한 조건에서 비교할 수 있다.

도 10에 나타낸 바와 같이 비교예의 흡인 척(9)에 의해 흡인 유지된 공작물(90)이 0.08mm 이상 변형되어 있는 것에 대해서 본 실시형태의 흡인 척(10)[타입A 및 타입B]에 의해 흡인 유지된 공작물(90)의 변형량은 최대 0.05mm 정도이다. 이와 같이 1개의 공기 분출구(41)에 대하여 노즐 유로(44)를 3개 갖는 본 실시형태의 흡인 척(10)에 의하면 비교예의 흡인 척(9)에 비해서 공작물(90)의 변형량을 저감할 수 있는 것이 확인되었다.

이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 흡인 척(10)은 평판 형상의 본체(11)와, 대향면(31)과, 복수의 공기 분출구(41)와, 복수의 배기공(42)을 구비한다. 본체(11)의 내부에는 압축 공기의 유로가 형성된다. 대향면(31)은 본체(11)의 공작물(90)에 대향하는 측의 면이다. 공기 분출구(41)는 상기 유로로부터 공급되는 압축 공기를 분출하기 위해 대향면(31)에 개구된다. 배기공(42)은 공기 분출구(41)의 주위에 있어서 대향면(31)에 개구됨과 아울러 본체(11)를 두께방향으로 관통하도록 형성된다. 각 공기 분출구(41)는 원기둥 형상의 공간으로서 형성됨과 아울러 상기 공간의 내부를 향해서 개구되는 노즐 유로(44)를 3개 구비하고, 각 노즐 유로(44)는 상기 원기둥 형상의 공간의 내벽을 따르는 방향으로 압축 기체를 분출한다.

이와 같이, 3개의 노즐 유로(44)로부터 공기 분출구(41) 내로 압축 공기를 공급함으로써 상기 공기 분출구(41)로부터 분출되는 압축 공기의 흐름은 3방향으로 분산된다. 압축 공기의 흐름이 3방향으로 분산되어 있기 때문에 배기공(42)의 위치가 압축 공기의 흐름에 미치는 영향이 작아져서 결과적으로 배기공(42)을 자유롭게 배치할 수 있게 되어 설계 자유도가 향상된다. 또한, 압축 공기의 흐름이 분산되기 때문에 압력 분포가 균일화되므로 공작물(90)의 진동 및 변형을 방지할 수 있다. 또한, 노즐 유로(44)의 수를 늘림으로써 노즐 유로(44)의 1개당 압축 기체의 유량이 감소하므로 공기의 분출에 의해 공작물이 받는 충격을 감소시킬 수 있다.

또한, 본 실시형태의 흡인 척(10)에 있어서 3개의 노즐 유로(44)의 상기 개구는 공기 분출구(41)의 둘레방향으로 균등 간격으로 형성되어 있다.

이와 같이, 등간격으로 개구되는 노즐 유로(44)로부터 공기 분출구(41) 내로 압축 공기를 공급함으로써 상기 공기 분출구(41)로부터 분출되는 압축 공기를 3방향으로 균일하게 분산시킬 수 있다.

또한, 본 실시형태의 흡인 척(10)에 있어서 노즐 유로(44)의 길이방향은 대향면(31)에 대하여 평행하게 형성되어 있다.

이에 따라, 공기 분출구(41)로부터 분출되는 압축 공기를 대향면(31)을 따라 부드럽게 흘릴 수 있다.

또한, 본 실시형태의 흡인 척(10)에 있어서 공기 분출구(41)의 최근방의 배기공(42)은 상기 공기 분출구(41)를 중심으로 한 동심원 상에 3개 형성되어 있다.

이에 따라, 공기 분출구(41)로부터 3방향으로 분산되어 분출되는 압축 공기를 3개의 배기공(42)으로부터 부드럽게 배기할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 흡인 척(10)에 있어서 공기 분출구(41)의 최근방의 배기공(42)은 상기 동심원 상에서 균등 간격으로 형성되어 있다.

이에 따라, 압축 공기를 균등하게 분산시켜 배기공(42)까지 흘릴 수 있으므로 공기 분출구(41) 주위의 압력 분포를 더욱 균등화할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 흡인 척에 있어서는 임의의 공기 분출구(41)의 내부공간에 있어서의 상기 공기 분출구(41)의 축선 주변에서의 압축 공기의 흐름 방향이 상기 공기 분출구(41)의 최근방에 형성된 다른 공기 분출구(41)와는 역방향이 되도록 노즐 유로(44)가 형성되어 있다.

이에 따라, 공기 분출구(41) 내에서 선회하도록 공기가 흐름으로써 발생하는 토크를 제거하여 흡인 척(10)에 흡인 유지된 공작물(90)가 회전해버리는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 이송 로봇(1)은 상기 흡인 척(10)과, 흡인 척(10)을 소정 범위 내에서 3차원적으로 이동시키는 것이 가능한 페러렐 메커니즘을 구비하고 있다.

즉, 페러렐 메커니즘에 의해 흡인 척(10)으로 흡인 유지한 공작물(90)을 삼차원적으로 자유롭게 이동시킬 수 있다. 본 실시형태의 흡인 척(10)에 의하면 얇은 평판 형상의 공작물(90)을 진동이나 변형을 억제해서 흡인 유지할 수 있으므로 이송 로봇(1)은 공작물(90)의 변형이나 파손 등을 방지하면서 상기 공작물(90)을 임의의 위치까지 이동시킬 수 있다.

이상으로 본 발명의 적합한 실시형태를 설명했지만 상기 구성은 예를 들면 아래와 같이 변경할 수 있다.

흡인 척(10)은 상기와 같은 페러렐 메커니즘식의 이송 로봇(1)에 탑재할 수도 있지만 이것에 한정되지 않고 예를 들면 스칼라 암식의 이송 로봇에 적용할 수도 있다.

상기 실시형태에서는 흡인 척(10)의 대향면(31)의 형상은 직사각형상이지만 이것에 한정되지 않고 적절한 형상으로 할 수 있다. 단, 흡인 척(10)의 대향면(31)의 형상은 취급하는 공작물(90)의 형상과 대략 합동 형상으로 하고, 또한 공작물보다 약간 크게 구성하면 공작물(90)에 대하여 흡인류를 낭비 없이 균일하게 작용시킬 수 있으므로 적합하다.

대향면(31)에 형성되는 공기 분출구(41)의 수 및 배치에 대해서도 공작물(90)의 중량 및 크기 등에 따라서 적절히 변경할 수 있다.

한편, 상기 실시형태에 있어서 분출구에 공급하는 압축 기체는 공기로 했지만 예를 들면 질소 등의 다른 기체를 공급해도 좋은 것은 말할 필요도 없다.

상기 실시형태에서는 1개 공기 분출구(41)의 근방에는 3개의 배기공(42)을 배치하는 구성으로 했지만 이것에 한정되지 않고 예를 들면 도 15와 같이 1개의 공기 분출구(41)의 주위에 4개의 배기공(42)을 형성해도 좋다. 그 외, 배기공(42)의 배치 및 수에 대해서는 자유롭게 변경할 수 있다. 본원 발명의 흡인 척(10)은 배기공(42)을 어떻게 배치했더라도 공기를 부드럽게 흘려보낼 수 있는 특이한 효과가 있기 때문이다. 다만, 본원 발명의 흡인 척(10)에서는 1개 공기 분출구(41)로부터 3방향으로 공기가 분출되므로 1개 공기 분출구(41)의 근방에 3개의 배기공(42)을 배치하는 상기 실시형태의 구성이 공기를 가장 부드럽게 흘릴 수 있음과 아울러 상기 공기의 흐름이 흐트러지기 어렵기 때문에 특히 적합하다.

각 노즐 유로(44)에 공기를 공급하기 위한 구성[압축 공기 공급 포트(35), 분배로(43) 등]은 상기 실시형태의 구성에 한정되지 않고 적절하게 변경할 수 있다. 요컨대, 1개의 공기 분출구(41)의 내부공간에 대하여 3방향으로부터 공기를 불어 넣을 수 있으면 좋고, 그 상세한 구성은 특별히 한정되지 않는다.

1 : 이송 로봇(이송 장치) 10 : 흡인 척
11 : 본체 31 : 대향면
41 : 공기 분출구(분출구) 42 : 관통구
44 : 노즐 유로

Claims (7)

1. 얇은 평판 형상의 공작물을 흡인해서 비접촉 상태로 유지하는 흡인 척으로서:
   압축 기체의 유로가 내부에 형성된 평판 형상의 본체와,
   상기 본체의 상기 공작물에 대향하는 측의 면인 대향면과,
   상기 유로로부터 공급되는 압축 기체를 분출하기 위해 상기 대향면에 개구되는 복수의 분출구와,
   상기 분출구의 주위에 있어서 상기 대향면에 개구됨과 아울러 상기 본체를 두께방향으로 관통하도록 형성된 복수의 배기공을 구비하고,
   각 분출구는 상기 분출구의 직경에 비해서 얕은 원기둥 형상의 공간으로서 형성됨과 아울러 상기 공간의 내부를 향해서 개구되는 노즐 유로를 3개 구비하고, 각 노즐 유로는 상기 원기둥 형상의 공간의 내벽을 따르는 방향으로 압축 기체를 분출하며,
   상기 3개의 노즐 유로의 상기 개구는 상기 분출구의 둘레 방향으로 균등 간격으로 형성되고,
   상기 분출구의 최근방의 배기공은 상기 분출구를 중심으로 한 동심원 상에 적어도 3개 형성되며,
   상기 분출구의 최근방의 배기공은 상기 동심원 상에서 균등 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 흡인 척.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 노즐 유로의 길이방향은 상기 대향면에 대하여 평행하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 흡인 척.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   임의의 분출구의 내부공간에 있어서의 상기 분출구의 축선 주위에서의 압축 기체의 흐름 방향이 상기 분출구의 최근방에 형성된 다른 분출구와는 역방향이 되도록 상기 노즐 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 흡인 척.
4. 제 1 항 또는 제 2 항의 흡인 척과,
   상기 흡인 척을 소정 범위 내에서 3차원적으로 이동시키는 것이 가능한 패러렐 메커니즘을 구비하는 것을 특징으로 하는 이송 장치.
5. 제 3 항의 흡인 척과,
   상기 흡인 척을 소정 범위 내에서 3차원적으로 이동시키는 것이 가능한 패러렐 메커니즘을 구비하는 것을 특징으로 하는 이송 장치.
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