KR20040063756A

KR20040063756A - 흡착 패드

Info

Publication number: KR20040063756A
Application number: KR1020030060694A
Authority: KR
Inventors: 후쿠시마아키라; 간다도시로; 오다니요시히코
Original assignee: 에스펙 가부시키가이샤
Priority date: 2003-01-07
Filing date: 2003-09-01
Publication date: 2004-07-14
Also published as: TWI309226B; TW200412319A; CN1329263C; JP3917528B2; CN1517286A; JP2004209612A; KR100730241B1

Abstract

유리기판을 진공흡착하여 지지하는 흡착 패드의 진공파괴를 방지한다.

흡착 패드(1)는, 기판(W)의 하면(W₁)을 진공에 의해 흡착할 수 있는 지지면(22)과 지지되는 통형상부(23)를 구비한 패드(2), 통형상부(23)를 지지하는 지지 케이스(3), 패킹(4) 등을 구비하고 있다. 통형상부(23)는, 그 곡면형상의 하단부(23a)가 지지 케이스(3)의 평면부(31)에서 횡(X)방향으로 이동 가능하게 지지되는 동시에 내륜부(32)로 큰 변위가 규제된다. 또, 패드의 링면(24)과 상단면부(33)의 간격에 의해 패드의 경사가 규제된다. 패킹(4)은 패드의 움직임을 방해하지 않도록 진공측(34b)을 외기측(34a)으로부터 실링한다.

기판이 열수축하여 패드의 흡착 지지면이 기판으로 잡아 당겨졌을 때에 패드가 그 방향으로 이동하고, 지지면과 기판 사이가 이격되지 않아, 확실하게 진공파괴를 방지할 수 있다.

Description

흡착 패드{ADSORPTION PAD}

본 발명은, 지지되는 면이 평면으로 되어 있는 대상물의 상기 지지되는 면을 상기 대상물에 의한 하중을 지지하는 지지력보다 큰 흡착력을 발생시키는 진공에 의해 흡착할 수 있는 지지면과 지지되는 피지지부를 구비한 패드부와 상기 피지지부를 지지할 수 있는 지지부를 구비한 흡착 패드에 관한 것으로서, 특히 액정 유리기판의 열처리에 있어서의 반송시의 진공 흡착면의 박리방지 기술에 관한 것이다.

액정 모니터용 유리기판(이하 단지 「유리기판」이라고 함) 등의 평면 형상의 피지지부를 구비한 대상물을 열처리나 그 전후의 공정에서 반송할 때에는, 통상 로봇 핸드에 장착한 복수의 흡착 패드가 사용된다. 즉, 유리기판을 어느 정도 고속으로 안전하게 이동·반송하기 위해서, 이것을 단지 로봇 핸드의 위에 올려놓을 뿐만 아니라, 흡착 패드를 개재시켜서 강고하게 유리기판을 진공 흡착하도록 하고 있다.

이와 같은 기판 반송부분의 구조는, 통상, 예를 들면 도 5에 도시하는 바와 같이, 유리기판(W), 이것을 올려놓고 있는 4개의 흡착 패드(1')의 패드(2'), 이것을 장착하고 있는 로봇 핸드(10)에 부착된 지지체(3'), 패드(2') 중에 형성되어 지지체(3')측에 도통되어 있는 진공빼기용의 통로(25), 패드(2')의 하부와 지지체(3') 사이에 형성된 구면형상 지지면(24' 및 33'), 등으로 구성되어 있다. 그리고, 구면형상 지지면에서의 패드의 회전에 의해, 유리기판의 휨이나 4개의 패드의 지지면의 경사각의 불균일한 격차에 대응할 수 있도록 하고 있다.(예를 들면 특허문헌 1 참조.).

(특허문헌 1)

일본 특개평 07-237765호 공보(도 1, 2 및 관련 설명)

그런데, 상기와 같은 종래의 흡착 패드에 의해 1m 정사각 정도의 대형의 유리기판을 280℃ 정도의 열처리실에 넣어서 열처리한 후 꺼내어 반송할 때에, 유리기판(W)과 흡착 패드(1')의 흡착 지지면(22) 사이의 진공도가 저하한다는 문제가 발생했다.

이 문제는, 유리기판의 대형화에 의해 복수의 흡착 패드사이의 최대간격인 도시된 Cm가 길어져, 고온으로 된 유리기판을 꺼냈을 때에 그 온도가 급속히 내려가서 열수축하는 양이 많아지고, 유리기판과 로봇 핸드 사이의 상대 변위에 의해 그들의 양방으로부터 그 사이에 개재하는 흡착 패드에 외력이 걸리고, 종래의 구조의 것에서는 그것에 대응할 수 없어, 진공파괴를 발생하도록 동작하는 것이라고 생각된다. 또, 유리기판의 대형화에 의한 중량증가에 의해, 반송시에 유리기판에 생기는 진행 방향의 관성력의 영향 등도 관계되어 있을 가능성이 있다.

즉, 도 6에 도시하는 바와 같이, 종래의 구면 지지 구조의 흡착 패드에서는, 유리기판이 화살표로 나타내는 방향으로 수축하여 흡착 패드의 접촉면이 그 방향으로 힘 F로 잡아 당겨지면, 흡착 패드의 구면형상 지지면에는 그 전체에서 그것에 저항하는 힘 -F가 힘의 작용면의 중심위치에 작용하여, 인장력(F)과 저항력(-F)이 그들의 간격(h)에 대응하여 M=Fh인 모멘트를 흡착 패드에 작용시켜, 이것을 화살표와 같이 도면에서는 시계방향으로 회전시키려고 한다.

이 경우, 패드(2')는 지지체(3')에 의해 F가 작용하는 방향에는 직접 움직이지 않도록 지지되어 있기 때문에, F, -F는 이것들이 관계되는 부분의 지지상태를 바꾸어버릴때까지 커지는 성질의 힘이다. 그리고, 일방측의 흡착 지지면(22a)을 타방측의 지지면(22b)을 지지점으로 하여 유리기판(W)의 하면(W₁)으로부터 박리하려는 박리력이 생기고, 동 도(a)와 같이, 유리기판과의 접촉면이 열려서 외기를 흡입하여, 속의 진공이 파괴될 가능성이 있다.

또, 동 도(b)와 같이, F와 -F의 평행 우력(偶力)에 의해 유리기판(W)의 수축방향으로 유리기판과 함께 잡아 당겨져서 패드(2')가 부상하고, 구면형상 지지면((24')과 (33)) 사이가 열리고, 이 부분으로부터 진공으로 되어 있는 통로(25)에 외기가 침입하여, 진공파괴가 생길 가능성이 있었다.

그리고, 상기와 같은 원인에 의해 실제로 진공파괴하는 문제가 발생했다. 그래서 본 발명은, 종래 기술에서의 상기 문제를 해결하고, 대상물의 열변위 등이 큰 경우라도, 진공파괴가 확실하게 방지되는 흡착 패드를 제공하는 것을 과제로 한다.

도 1은 (a)는 본 발명을 적용한 흡착 패드의 단면상태의 1예를 도시하는 설명도이며, (b)는 이 흡착 패드를 로봇 핸드에 장착한 상태를 도시하는 평면도이다.

도 2의 (a) 및 (b)는 본 발명을 적용한 흡착 패드의 다른 예의 단면상태를 도시하는 설명도이다.

도 3은 도 1의 흡착 패드의 작용의 설명도다.

도 4는 본 발명을 적용한 흡착 패드의 더욱 다른 예를 도시하는 설명도이며 (a) 및 (b)는 각각 (b) 및 (a)의 a-a선 및 b-b선 화살표 방향으로 본 도면이다.

도 5는 (a)는 종래의 흡착 패드의 단면상태의 1예를 도시하는 설명도이며, (b)는 이 흡착 패드를 로봇 핸드에 장착한 상태를 도시하는 평면도이다.

도 6은 (a) 및 (b)는 상기 종래의 흡착 패드의 작용의 설명도다.

(부호의 설명)

1: 흡착 패드 2: 패드(패드부)

3: 지지 케이스(지지부) 4: 패킹(실링 부재)

22: 지지면 23: 통형상부(피지지부)

23a: 하단부(피지지부) 23b: 원통 외면(이동규제 구조부)

24: 링면(경사규제 구조부) 25: 통로

25a: 개구 31: 평면부(지지부)

32: 내륜부(이동규제 구조부)

33: 상단면부(경사규제 구조부)

34: 공간부 34a, 34b: 외기측, 진공측(칸막이된 양측)

c₁: 좁은 간격(이동규제 구조부)

c₂: 좁은 간격(경사규제 구조부)

Ft: 평면

g: 기판의 자중 분담분(대상물에 의한 하중을 지지하는 지지력)

V: 흡착력 W: 유리기판, 기판(대상물)

W₁: 하면(지지되는 면)

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 1의 발명은, 지지되는 면이 평면으로 되어 있는 대상물의 상기 지지되는 면을 상기 대상물에 의한 하중을 지지하는 지지력보다 큰 흡착력을 발생시키는 진공에 의해 흡착할 수 있는 지지면과 지지되는 피지지부를 구비한 패드부와 상기 피지지부를 지지할 수 있는 지지부를 구비한 흡착 패드에 있어서,

상기 피지지부와 상기 지지부는 상기 패드부가 상기 평면에 평행한 방향으로 이동할 수 있는 동시에 상기 지지면이 경사질 수 있는 지지 관계로 되어 있고, 상기 이동의 양이 작은 이동의 범위로 되도록 규제하는 이동규제 구조부와 상기 경사의 양이 작은 경사의 범위로 되도록 규제하는 경사규제 구조부를 갖는 것을 특징으로 한다.

청구항 2의 발명은, 상기에 덧붙여, 상기 지지부는 상기 피지지부가 넣어져있는 공간부를 구비하고 있고, 상기 패드부는 상기 진공을 형성할 수 있도록 상기 지지면과 도통하고 상기 피지지부의 속에 형성되어 상기 공간부에 개구를 갖는 통로를 구비하고 있고, 상기 공간부에서 상기 개구의 위치로부터 상기 지지면쪽에서 상기 공간부를 칸막이하여 칸막이된 양측의 통기성을 차단하는 동시에 상기 이동과 상기 경사에 대응하여 변형할 수 있도록 형성된 실링 부재를 갖는 것을 특징으로 한다.

(발명의 실시형태)

도 1(a)는 본 발명을 적용한 흡착 패드의 전체구성의 1예를 도시한다.

흡착 패드(1)는, 지지되는 면이 단면상태를 도시하고 있는 평면(Ft)로 되어 있는 대상물로서의 유리기판(W)(이하 단지 「기판(W)」이라고 함)의 지지되는 면인 하면(W₁)을 진공에 의해 흡착할 수 있는 지지면으로서 상단의 중앙부분(21)의 주위에 형성된 가장자리 부분을 이루는 지지면(22)과 지지되는 피지지부인 통형상부(23)를 구비한 패드부인 패드(2), 통형상부(23)를 지지할 수 있는 지지부로서의 지지 케이스(3), 실링 부재인 패킹(4), 등을 구비하고 있다.

상기와 같은 본 예의 흡착 패드(1)는, 도 1(b)에 도시하는 바와 같이 로봇 핸드(10)에 장착되어 있다. 즉, 지지 케이스(3)이 로봇 핸드(10)의 도시와 같은 치수를 갖는 위치에 고정하여 부착되어 있다. 치수(Cm)는 본 예에서는 4개 장착되어 있는 패드(1)의 최대간격이다. 또한, 기판(W)의 실제의 지지체는 로봇 핸드이며, 지지 케이스(3)는 직접 로봇 핸드(10)에 형성되어 있어도 좋다. 또, (b)에서는 2장의 로봇 핸드(10)가 분리된 상태로 도시되어 있는데, 도시하지 않은 위치에서 이들은 일체화되어 있다.

패드(2)의 통형상부(23)와 지지 케이스(3)는, 패드(2)가 평면(Ft)에 평행한 방향으로서 도시된 단면상태에서는 횡(X)방향으로 이동할 수 있는 동시에, 지지면(22)이 경사질 수 있는 지지 관계로 되어 있다. 이동 및 경사가 가능한 지지 관계는, 지지 케이스(3)가 통형상부(23)의 X방향의 움직임을 구속하지 않는 동시에, 통형상부(23)를 지지한 상태에서 패드(2)가 회전할 때에 그 회전을 방해하지 않도록 함으로써 달성된다. 예를 들면 종래의 흡착 패드와 같은 구면지지 관계의 것에서는, 패드의 평면방향으로의 움직임이 저지되어 있으므로, 회전가능이라도 이동할 수 있는 지지 관계는 아니다.

그 때문에 본 예에서는, 도시된 바와 같이 통형상부(23)의 하단부(23a)를 곡면형상으로 형성하여 이것을 받는 지지 케이스(3)에서의 하단부(23a)에 접촉하는 면을 단면이 횡(X)방향을 향한 평면부(31)로 하고 있다. 그리고, 그 밖에 이동과 회전을 방해하는 구조부분을 설치하고 있지 않다. 또한, 하단부(23a)와 평면부(31)의 곡면과 평면과의 관계는 이 반대라도 좋다. 또, 일방측이 작은 면적이면 평면끼리의 관계라도 좋지만, 회전이 원활해지도록 어느 면을 곡면으로 하는 것이 바람직하다. 또, 하단부(23a)는 통상 지지면(22)의 중심에 상당하는 위치에 1개소만 설치되어 있지만, 복수의 곡면으로 형성되어도 좋다.

하단부(23a)와 평면부(31)의 관계는, 패드(2)의 이동과 회전을 쉽게 하는 지지 관계인 것이 바람직하다. 그 때문에, 하단부(23a)와 평면부(31) 사이에 큰 마찰력이 생기지 않게 된다. 그 때문에, 이들 부분을 예를 들면 고무와 같은 재료 가 아니라, 어느 정도 경도가 있고 본래 마찰계수가 크지 않은 재료로 하는 동시에, 상호의 접촉면이 어느 정도 원활하게 되도록 가공하여, 상호간의 마찰계수가 너무 커지지 않도록 한다. 이 경우, 흡착 패드는 열처리장치에의 기판(W)의 반입, 반출에도 사용되므로, 재료로서는 내열성이 요구되기 때문에, 이 점이 우선된다. 이와 같은 조건으로부터, 본 예에서는, 패드(2) 및 지지 케이스(3)에 각각 내열수지재 및 스테인리스강을 사용하고 있다. 그리고 이것들을, 통상의 가공 정밀도로 가공하여, 양자간의 마찰계수를 0.3∼0.4 정도로 하고 있다.

이동의 양이 작은 이동의 범위로 되도록 규제하는 이동규제 구조부로서는, 본 예에서는, 피지지부를 통형상부(23)로 하여 그 원통 외면(23b)과, 이것에 좁은 간격(c₁)을 두고 지지 케이스(3)로부터 돌출부로 하여 형성된 내륜부(32)가 설치되어 있다. 도 1(b)과 같이 부착된 흡착 패드(1)는, 그 위치 결정이나 자세유지를 위한 본래 평면방향으로 움직이지 않는 방법이 좋은데, 본 발명에서는, 흡착 지지시에 기판(W)에 열팽창 및 열수축인 열변위가 생겼을 때에 이것에 용이하게 대응 가능하게 하기 위해서, 작은 이동의 범위로서, 상기 열변위를 확실하게 허용할 수 있는 범위로 하고 있다.

또한, 이와 같은 이동규제 구조부로서는, 다른 적당한 구조를 채용할 수 있다. 예를 들면, 내륜부(32) 대신에 통형상부(23)에 링을 부착하고, 이것과 지지 케이스(3)의 내면 사이에 상기 간격(c₁)을 설치하거나, 내륜(32)을 어느 정도 길이의 긴 통형상으로 하는 구조로 해도 좋다. 내륜을 통형상으로 하면, 다음에 기술하는 경사규제 구조부에도 겸용할 수 있다.

경사의 양이 작은 경사의 범위로 되도록 규제하는 경사규제 구조부로서는, 본 예에서는, 패드(2)의 상단의 중앙부분(21) 및 지지면(22) 아래의 링면(24)과, 이것에 좁은 간격(c₂)을 두고 대향시킨 지지 케이스(3)의 상단면부(33)가 설치되어 있다. 도 1(b)와 같이 부착된 흡착 패드(1)는, 본래 로봇 핸드(10)의 면에 평행한 기준면으로 되어 있으면 좋지만, 이미 기술한 바와 같이 기판(W)의 휨이나 각각의 패드의 지지면간의 경사각의 불규칙한 격차 등에 대응할 수 있게 할 필요가 있다. 간격(c₂)은 그 때문에 설치되므로, 예를 들면 지지면(22)이 5°정도의 범위까지 경사질 수 있도록 정해진다.

또한, 이와 같은 경사규제 구조부로서 다른 적당한 구조를 채용할 수 있는 것은 이동규제 구조부와 동일하다. 예를 들면 상기와 같이 내륜(32)을 어느 정도의 길이를 갖는 통형상으로 하면, 흡착 패드(1)가 경사졌을 때에, 그 경사진 원통 외면(23b)을 내륜(32)의 상하단으로 받아 들일 수 있으므로, 이들을 경사규제 구조부로 할 수 있다.

또 본 예의 흡착 패드(1)에서는, 도시된 바와 같이 지지 케이스(3)가 통형상부(23)가 넣어져 있는 공간부(34)를 구비하고 있어서, 패드(2)는 기판(W)을 흡착하기 위한 진공을 형성할 수 있도록 지지면(22)과 도통하고 통형상부(23) 속에 형성되어 공간부(34)에 개구(25a)를 갖는 통로(25)를 구비하고 있다. 그리고,공간부(34)에서 개구(25a)의 위치로부터 지지면(22)쪽에서 공간부(34)를 칸막이 하여 칸막이된 외기측(34a) 및 진공측(34b)으로 이루어지는 양측의 통기성을 차단하는 동시에 패드(2)의 이동과 지지면(22)의 경사에 대응하여 변형할 수 있도록 형성된 실링 부재로서의 상기 패킹(4)이 설치되어 있다. 부호 35는, 진공측 공간부(34b)에 도통하고 도시하지 않는 진공배관에 접속되어 진공될 때의 공기가 통과하는 중간통로이다.

패킹(4)이 공간부(34)을 칸막이하는 구조로서는, 본 예에서는, 통형상부(23)에서의 개구(25a)상의 위치에서 패킹(4)의 내경측(41)을 원통 외면(23b)에 실링 접착하는 동시에, 지지 케이스(3)를 2분할의 상하 케이스(3a, 3b)로 하고, 이들 사이의 홈 부(3c)에 패킹(4)의 외경측(42)을 넣어서 끼우도록 하고 있다. 이와 같은 패킹(4)은, 상기와 같이 패드(2)의 이동과 지지면(22)의 경사에 해당하여 용이하게 변형할 수 있도록, 단면이 곡선형상인 곡면형상으로 형성되어 있는 동시에, 유연성이 있는 재료로서 본 예에서는 실리콘 고무로 되어 있다.

이와 같은 패킹(4)은, 패드(2)의 평면방향 및 회전 방향의 움직임을 허용할 수 있는 동시에 외기측(34a)과 진공측(34b) 사이를 실링할 수 있으면 되므로, 도 1의 형상 이외의 적당한 형상으로 할 수가 있고, 도 2는 그 1예를 도시한다.

그 중 (a)의 것은, 패킹(4)의 내경측(41)을 원통 외면(23b)보다 조금 작은 소직경의 링 단(41a)으로 하고 있다. 부호 23c는 스토퍼이다. 본 예의 것은, 링 단(41a)을 뻗어서 원통 외면(23b)에 끼워 넣어 부착된다. 따라서 부착이 용이하다. 한편, 원통 외면(23b)과 링 단(41a) 사이에서는, 그 수축력에 의해 실링성을얻을 수 있다.

(b)는, 패킹(4)을 단면 U자형의 링 형상으로 한 예를 도시한다. 내외경측(41, 42)은 각각 패드(2)의 통형상부(23) 및 지지 케이스(3)의 홈부(3c)에 끼워 넣어져 있고, 이들에 이어지는 부분은 각각 원통 외면(23b) 및 하부 케이스(3b)의 내면(3b₁)에 접촉하고 있다.

본 예의 패킹(4)은, 단면이 U자 형상이기 때문에, 그 중의 외압인 대기압(Pa)과 통로(25)내가 진공으로 되어서 그것과 동일한 진공으로 되어 있는 U자 형상의 밖의 진공압력(Pv) 사이에 압력차가 생겼을 때에, 패킹(4)의 측면 및 바닥면이 패드(2) 및 지지 케이스(3)로 지지되기 때문에, 진공에 대한 내압성이 좋은 것이다. 한편, U자 형상의 폭이 용이하게 확대 축소되기 때문에, 패드(2)의 횡(X)방향의 움직임은 용이하다. 더욱이, 본 예의 패킹(4)은, 패드(2)의 이동을 허용하면서 그 이동력이 없어지면 패드(2)를 원래의 중심위치로 확실하게 복귀시키는 작용을 하므로, 패드(2)의 위치 유지성을 좋게 하는 것이다. 그 결과, 본 예의 패킹(4)을 이동 및 경사규제 구조부로 할 수 있다.

이상과 같은 본 발명의 흡착 패드(1)는, 통상 도 1(b)에 도시하는 바와 같이 로봇 핸드(10)에 부착되어, 열처리장치에의 반입 및 반출을 포함하는 기판(W)의 제조 공정중에서의 이동에 사용할 수 있어, 이하와 같은 작용 효과를 발휘한다.

열처리장치내에서는, 다수매의 기판(W)이 적재되어서 예를 들면 280℃로 가열되어 있어서, 일정한 가열 시간이 경과하면 1택트에 1장씩 열처리완료의 기판이꺼내어지고 새로운 기판이 반입되어, 순차적으로 열처리되게 되어 있다. 이 때의 기판(W)판의 출납을 위해 본 예의 흡착 패드를 장비한 로봇 핸드가 사용된다.

로봇 핸드(10)가 도시하지 않는 열처리장치내에 삽입되어서 그 위치가 꺼내야 할 기판(W)의 아래에 설정되면, 상승하여 도 1의 예에서는 4개의 흡착 패드(1)의 지지면(22)상에 기판(W)를 올려놓는다. 이 때, 지지면(22)이 형성된 패드(2)는, 그 통형상부(23)가 내륜부(32)속에 있어서 거의 기준위치에 있고, 지지면(22)의 아래의 링면(24)이 지지 케이스(3)의 상단면부(33)에 의해 작은 경사각의 범위내에 유지되어 있어서, 이동 및 회전이 용이하게 되어 있으므로, 패드의 지지면(22)상에 기판(W)이 올려놓이면, 지지면(22)은 거의 기준위치에서 기판(W)의 하면(W₁)을 따라서 이것에 접촉하여, 기판(W)을 지지하게 된다.

또 이 때, 로봇에 장착되어 있어서 로봇 핸드(10)를 구동하는 도시하지 않는 진공장치가 작동하여, 로봇 핸드내에 또는 그 밖에서 이것을 따라서 설치된 도시하지 않는 진공배관을 통하여, 순차적으로, 지지 케이스(3)내에 형성된 중간통로(35), 진공측 공간부(34b), 개구(25a) 및 통형상부(23)내에 형성된 통로(25)를 경유하여, 상단의 중앙부분(21)과 기판의 하면(W₁) 사이의 간극부분으로부터 공기가 흡인된다. 그 결과, 4개의 흡착 패드(1)의 모든 지지면(22)이 기판의 하면(W₁)에 완전히 접촉하여 이것을 흡착 지지한다. 이 흡착력은, 후술하는 바와 같이, 기판(W)의 중량의 분담분인 1개의 흡착 패드(1)의 하중지지력보다도 크게 되어 있다.

이 때에는, 기판(W)은, 열처리되어 있으므로 280℃의 온도로 되어 있다. 한편, 로봇 핸드(10)는 열처리실내에 삽입된 것 뿐이므로, 그것 만큼 온도가 상승해 있지 않다. 이 상태에서 기판(W)을 지지한 로봇 핸드가 열처리실로부터 반출되고, 기판(W)은 다음 처리 공정 라인으로 옮겨진다. 그리고 이 사이에, 기판은 서냉실 또는 밖의 외기온도 환경하에서 급속히 온도를 내리게 된다.

그 결과, 로봇 핸드(10)상의 일정위치에서 지지된 기판(W)이 수축된다. 그 수축량은, 만일 기판온도가 280℃에서 상온까지 내려갔다고 하면, 1m 정사각 정도의 기판(W)에서의 도 1의 패드간 최대거리(Cm) 사이에서는 약 1㎜이다. 이 때, 패드(2)는 기판(W) 및 지지 케이스(3)로부터 외력을 받게 되고, 그 관계를 도 3에 도시한다.

로봇 핸드(10)에서 도 1(b)의 최대간격(Cm)의 위치 관계에 있는 흡착 패드(1)는, 기판(W)이 1㎜ 정도 수축하기 때문에 흡착 지지면(22)을 통하여 기판(W)의 하면(W₁)에 의해서 그 면에 평행한 방향으로 인장력을 받고, 이것에 대해 패드(2)의 하단부(23a)와 지지 케이스(3)의 평면부(31) 사이의 마찰력(R)이 저항한다. 따라서, 인장력을 F라고 하면, 패드(2)가 움직일때 까지는 F = -R이라는 관계가 되어, 마찰력과 동일한 크기이고 방향이 반대인 인장력(F)이 작용하게 된다.

한편 패드(2)에는, 상기의 마찰력(R)을 생기게 하는 근원이되는 하방을 향한 수직력으로서, 기판(W) 자중(G)의 당해 흡착 패드(1)의 분담분(g)과 함께, 진공에 의한 힘이 패킹(4)에 작용할 때에 이것으로부터 통형상부(23)에 하방향으로 걸려오는 진공분담력(v)이 작용한다. 따라서, 상기 마찰력이 작용하는 면간의 마찰계수를 μ라고 하면,

R = μ(g + v)

가 된다.

또, 이와 같이 마찰에 의해 R과 -R로 이루어지는 우력이 작용하면, 이것들에 의해,

M₁= Rh

인 모멘트가 생긴다. h는 도시된 R의 작용면간의 거리이다. 이 모멘트(M₁)는, 패드의 지지면(22)의 도면에서 우단부분(22a)을 도면에서 하방에 기판의 하면(W₁)으로부터 박리하려는 힘을 발생시키는 박리 모멘트가 된다. 따라서, 이 힘은 진공파괴를 생기게 하는 힘이 된다.

이것에 반해, 기판의 하면(W₁)과 지지면(22) 사이에는, 진공에 의한 흡착력(V)이 작용하고 있으므로, 상기의 박리 모멘트(M₁)가 생기면, 이것에 저항하도록, 도면에서 지지면(22)의 좌단부분(22b)을 중심으로 하여

M₂= VD/2

인 접착 모멘트가 발생한다.

따라서, M₁이 M₂이하이면, 패드의 지지면(22)이 기판 하면(W₁)으로부터 박리되지 않고, 따라서 진공파괴는 생기지 않게 된다. 여기에서 M₁과 M₂를 비교하면 다음과 같게 된다.

진공에 의한 대기압(Pa)과 진공압력(Pv)의 압력차를 △P, 지지면(22) 및 패킹(4)의 압력이 걸리는 부분의 직경을 각각 D 및 d라고 하면, v〈△P(πd²/4)(1/2) 이지만 만일

v = △P(πd²/4)(1/2)

이라고 하고,

V = △PπD²/4 라고 하면,

M₁및 M₂는 각각,

M₁= μ(g + v)h = μgh + μvh

= μgh(자중분) + μ△P(πd²/4)(1/2)h(진공분)---(1)

M₂= VD/2 = △P(πD²/4)(D/2) -----(2)

로 된다.

여기에서, 로봇 핸드(10)는 그 중량경감 때문에 될 수 있는 한 얇게 제작되고, 일방 지지면(22)의 직경은 기판유지에 필요한 흡착력을 얻을 수 있는 크기로서 D≒3h 정도로 된다. 또, 상기와 같이 진공 흡착력(V)은 분담 하중의 지지력(g)보다 크다. 또, M₁에는 예를 들면 0.3 정도의 μ이 개재된다. 더욱이, 패킹(4)은 지지 케이스(3)의 공간부(34)내에 넣어지므로 그 직경(d)은 지지면(22)의 직경(d)보다 충분히 작고, 예를 들면 D=2d정도로 된다. 그 결과, 만일 V가 g의 2배 정도라 해도, M₂는 M₁중 자중분의 10배, 진공분의 40배가 되고, 따라서 M₁의 8배가 된다.

그 결과, 접착 모멘트(M₂)가 박리 모멘트(M₁)보다 충분히 여유를 가져 큰 값으로 되어, 기판(W)에 대한 지지면(22)의 박리, 그것에 의한 진공파괴는 확실하게 방지된다.

한편, 실제로 사용되는 흡착 패드에 관련된 여러 조건의 1예로서, △P = 0.05Mpa, 1m 정사각 정도 크기의 기판일 때의 g=2N, d=14㎜, h=10㎜, D=30㎜, μ=0.3로 하여 v, V, M₁、M₂를 계산하면, v≒3.8N, V≒35N, M₁≒0.0174Nm, M₂=0.525 Nm ≒ 30M₁이 된다. 따라서, 문제가 안될 정도로 큰 안전율로 지지면의 박리에 의한 진공파괴를 방지할 수 있다.

또한, 이와 같은 관계에서, 패드(2)는 지지 케이스(3)와의 사이에서 이동할 수 있는 지지 관계로 되어 있으므로, 기판(W)의 열수축에 의해, 실제로는 -R를 간신히 넘는 인장력(F)으로 패드(2)가 열수축 방향으로 약 1㎜ 정도 움직여지게 된다.

이에 반해, 종래의 구면지지형의 흡착 패드에서는, 패드의 기판지지면 방향의 이동이 허용되지 않기 때문에, 흡착면의 박리 모멘트가 커져서 흡착면이 박리하여, 진공이 파괴될 우려가 있고, 실제로도 그와 같은 불량이 확인되었다. 본 발명을 적용한 흡착 패드에 의하면, 상기와 같이 이 문제가 확실하게 해결된다. 또한, 흡착면이 박리되면, 기판(W)의 반출시에 그 가속도나 진동 등의 기판(W)에 걸리는외력에 의해, 기판(W)이 지지면으로부터 탈락할 위험성 등이 있는 것은 말할 필요도 없다.

도 4는 본 발명을 적용한 흡착 패드의 다른 구성예를 도시한다.

본 예의 흡착 패드(1)는, 도 1의 것에 비해 실링 부재인 패킹(4)이 설치되어 있지 않다. 그리고, 지지면에 진공을 발생시키는 구조부분을, 도 1의 것과 동일하게 피지지부인 통형상부(23)내에 설치된 통로(25), 지지 케이스(3)내에 뚫은 가이드 구멍(36), 통로(25)에 접속되어 가이드 구멍(36)을 관통하여 로봇 핸드(10)의 진공빼기 배관에 접속되는 변형 용이하게 형성된 중간 파이프(5), 등으로 구성되어 있다.

중간 파이프(5)는, 변형 용이하도록, 본 예에서는, 입구부(51), 이것에 접속되어 통형상부(23)를 한바퀴 정도 나선형상으로 감긴 곡부(52), 가이드 구멍(36)으로부터 도출되는 출구부(53), 이것에 이어지는 관(54), 등으로 구성되어 있다. 이와 같은 중간 파이프(5)는, 유연성이 있는 내열수지재 등으로 제작되고, 통형상부(23)에는 용착 등으로 부착된다. 이와 같은 형상 및 재질의 중간 파이프(5)를 설치함으로써, 진공의 유지성을 좋게 할 수 있다. 그리고, 입구부(51)와 출구부재(53) 사이의 변위의 자재성에 의해, 패드(2)의 이동 및 회전을 용이하게 허용할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 청구항 1의 발명에서는, 흡착 패드가, 지지되는 면이 평면으로 되어 있는 대상물이 지지되는 면을 대상물에 의한 하중을 지지하는 지지력보다 큰 흡착력을 발생시키는 진공에 의해 흡착할 수 있는 지지면과 지지되는 피지지부를 구비한 패드부와, 피지지부를 지지할 수 있는 지지부를 구비하고 있으므로, 대상물을 이동시킬 때에 진공이 유지되면, 열처리되는 기판인 액정 유리기판 등의 대상물을 진공에 의해 흡착 지지하여, 열처리실로의 출납을 포함하여 대상물을 안전하게 이동시킬 수 있다.

그리고, 피지지부와 지지부를 패드부가 평면에 평행한 방향으로 이동할 수 있는 지지 관계로 하고 있으므로, 흡착시부터 이동시 까지의 사이에 기판 등의 대상물에 큰 온도차가 생겨서 대상물이 열에 의해 팽창이나 수축을 하고, 지지부에 부착된 패드부가 대상물과 지지부 사이에서 평면에 평행한 방향의 힘을 받았을 때에, 지지부에 대하여 패드부가 흡착 지지하고 있는 대상물과 함께 그 평면 방향으로 이동하므로, 대상물을 지지하는 지지 하중보다 큰 충분한 흡착력에 의해 대상물과 지지부 사이를 흡착하고 있는 접촉 관계를 확실하게 유지할 수 있다. 그 결과, 흡착부의 진공을 유지하여 대상물을 안전하게 이동시킬 수 있다.

이 경우, 대상물이 지지되는 면과 패드부의 지지면이 흡착하고 있는 접촉면에 작용하는 그 평면방향의 힘인 외력에 대해, 패드부의 피지지부와 이것을 지지하는 지지부 사이인 다른 접촉부에서는, 이동할 수 있는 지지 관계로는 되어 있지만 접촉에 의해 마찰력이 불가피하게 발생하여, 외력이 마찰력보다 커짐으로써 패드부가 외력을 받지 않도록 이동하지만, 그때까지의 사이에 마찰력과 이것과 동일한 크기이고 방향이 반대인 외력이 우력이 되어, 그것에 의해 외력 모멘트가 생기고, 흡착 접촉면을 박리하려고 하는 힘이 발생한다.

그런데, 마찰력은 대상물의 하중을 지지하는 지지력에 의해 발생하고, 마찰계수가 존재하기 때문에 통상 지지력보다 상당히 작다. 이에 반해, 외력 모멘트에 대해 저항 모멘트를 발생시키는 흡착력은, 지지력 그 자체보다도 큼에 따라 마찰력보다 충분히 크다. 또, 외력 모멘트의 크기를 정하는 다른 조건이 되는 흡착 접촉면과 다른 접촉면의 간격은, 특히 크게될 필요성이 없는 동시에, 지지부는 열처리되어 있는 기판의 피치간에 삽입되기 위해서 및 중량경감을 위해서 될 수 있는 한 두께가 얇은 것으로 되는 로봇 핸드 등에 장착되기 때문에, 작은 간격으로 제한되므로, 통상 흡착면의 간격보다도 상당히 작은 값으로 된다. 그 결과, 저항 모멘트는 외력 모멘트보다 충분히 큰 값으로 되고, 패드부는 흡착 접촉면을 박리시키지 않고 평면방향으로 용이하게 이동하여, 확실하게 진공파괴의 발생을 방지할 수 있다.

또, 피지지부와 지지부와는 대상물이 지지되는 면에 접촉되는 패드부의 지지면이 용이하게 경사질 수 있는 지지 관계로 되어 있으므로, 통상 로봇 핸드 등에 복수개 장비되는 흡착 패드사이에서 지지면의 경사 상태에 불규칙한 격차가 있어도, 각각의 지지면이 용이하게 경사져서 대상물이 지지되는 면에 접촉한다. 그 결과, 진공에 의해 흡착 지지할 때의 진공을 확실하게 발생시킬 수 있다.

더욱이, 이동량이 작은 이동의 범위로 되도록 규제하는 이동규제 구조부를 설치하고 있으므로, 패드부의 불필요한 이동을 제한하여, 이것을 기준의 지지 위치의 범위내에 유지하고, 대상물을 목적으로 하는 위치에서 지지한다는 지지 조건을 만족할 수 있다.

그리고 더욱이, 경사의 양이 작은 경사의 범위로 되도록 규제하는 경사규제 구조부를 설치하고 있으므로, 패드부가 그 지지면으로 대상물을 지지하고 있지 않을 때에도, 지지면을 필요한 만큼 가능한 한 작은 경사각으로 유지하고, 대상물을 지지할 때에, 큰 각 변위에 의한 지지 위치의 어긋남을 방지하는 동시에, 대상물에 접촉하기 쉽게 할 수 있다.

청구항 2의 발명에서는, 지지부는 피지지부가 넣어져 있는 공간부를 구비하고 있어서, 패드부는 진공을 형성할 수 있도록 지지면과 도통하고 피지지부속에 형성되어 공간부에 개구를 갖는 통로를 구비하고 있어서, 공간부에서 개구의 위치로부터 지지면쪽에서 공간부를 칸막이하여 칸막이된 양측의 통기성을 차단하는 실링 부재를 설치하고 있으므로, 개구측의 공간부를 진공을 형성할 수 있는 진공공간으로 할 수 있다. 그 결과, 지지부에 진공공간에 개구하는 도통구멍을 설치하고, 패드부와는 접속 관계가 없이 움직이지 않는 지지부에 진공배관을 접속시킬 수 있다. 그 결과, 진공배관의 접속을 용이하게 할 수 있다.

그리고 이 실링 부재는, 패드부의 이동과 그 지지면의 경사에 대응하여 변형할 수 있도록 형성되어 있으므로, 패드부의 이동을 방해하지 않고, 따라서 대상물에 열수축이 있은 때에 그것에 의한 흡착 지지면의 박리와 진공파괴를 조력하는 일이 없다. 또한, 실링 부재는 통상 어느 정도 유연한 재료로 형성되므로, 그러한 재료를 사용하여 통상의 변형할 수 있는 형상으로 함으로써, 이와 같은 패드부의 이동과 경사의 용이성을 방해하지 않는 것으로 할 수 있다.

한편, 이와 같이 실링 부재를 설치하여 공간부를 진공상태에 칸막이하면, 실링 부재에는 공간부를 칸막이하고 있는 안과 밖 사이에서 압력차가 생기고, 실링 부재는 진공에 의한 외압을 받게 되지만, 이 외력에 견디고 상기와 같이 통기성을 차단하여 진공을 유지하게 된다. 이와 같은 실링 부재의 구성은, 실링 부재의 양단을 공간부를 형성함으로써 개구가 있는 패드부와 지지부에 주지의 적당한 수단으로 고정하는 동시에, 상기 외압에 견딜 정도의 재질이나 두께의 것을 적당히 선택 함으로써 용이하게 실현된다.

또, 실링 부재에 외압이 걸리면 그 일단측의 힘이 패드부에 걸리게 되므로, 대상물의 하중에 의한 지지력에 더하여 이 외압력도 피지지부와 지지부 사이에 작용하여, 마찰력을 증가시키게 된다. 그러나, 공간부를 크게 하여 실링 부재를 크게할 필요성이 없는 동시에, 공간부는 지지부의 속에 형성되므로, 공간부의 면적은 대상물의 지지면의 면적보다 상당히 작게 되기 때문에, 외압력은 접촉면의 흡착력보다 상당히 작아진다. 그리고, 지지력의 경우와 동일하게 마찰계수가 개재하여 마찰력이 생기므로, 결국 이 부가되는 외압력에 의한 힘은 흡착면의 접촉력보다 충분히 작은 값으로 된다. 그 결과, 지지면과 대상물의 지지되는 면 사이의 진공흡착에 의한 접촉 상태가 확실하게 유지되게 된다.

Claims

지지되는 면이 평면으로 되어 있는 대상물의 상기 지지되는 면을 상기 대상물에 의한 하중을 지지하는 지지력보다 큰 흡착력을 발생시키는 진공에 의해 흡착할 수 있는 지지면과 지지되는 피지지부를 구비한 패드부와 상기 피지지부를 지지할 수 있는 지지부를 구비한 흡착 패드에 있어서,

상기 피지지부와 상기 지지부는 상기 패드부가 상기 평면에 평행한 방향으로 이동할 수 있는 동시에 상기 지지면이 경사질 수 있는 지지 관계로 되어 있고, 상기 이동의 양이 작은 이동의 범위로 되도록 규제하는 이동규제 구조부와 상기 경사의 양이 작은 경사의 범위가 되도록 규제하는 경사규제 구조부를 갖는 것을 특징으로 하는 흡착 패드.
제 1 항에 있어서, 상기 지지부는 상기 피지지부가 넣어져 있는 공간부를 구비하고 있고, 상기 패드부는 상기 진공을 형성할 수 있도록 상기 지지면과 도통하고 상기 피지지부 속에 형성되어 상기 공간부에 개구를 갖는 통로를 구비하고 있고, 상기 공간부에서 상기 개구의 위치로부터 상기 지지면쪽에서 상기 공간부를 칸막이하여 칸막이된 양측의 통기성을 차단하는 동시에 상기 이동과 상기 경사에 대응하여 변형할 수 있도록 형성된 실링 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 흡착 패드.