KR20130110203A

KR20130110203A - 비접촉 반송 장치

Info

Publication number: KR20130110203A
Application number: KR1020137016994A
Authority: KR
Inventors: 신 리; 도시하루 가가와
Original assignee: 신 리; 도시하루 가가와
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2013-10-08
Also published as: EP2660859A1; WO2012091066A1; JPWO2012091066A1; EP2660859A4; TW201304043A

Abstract

[과제] 비접촉 반송 장치에 의해 비접촉으로 반송되는 대상물에 대해 작용하는 부양력을 조정한다.
[해결 수단] 대상물(2)을 비접촉으로 반송하는 비접촉 반송 장치(1)는, 오목부(15)와, 흡기구(16)와, 대상물(2)과 대향하는 개구가장자리(113)를 가지는 컵형상 부재(11)와, 컵형상 부재(11)의 오목부(15) 내에 설치되어, 그 회전에 의해 오목부(15) 내로 흡기구(16)로부터 공기를 흡인하여, 오목부(15) 내에 선회류를 발생시키는 팬(12)과, 컵형상 부재(11)에 설치되어, 흡기구(16)로부터 흡인되는 공기의 양을 조정하는 조정 부재를 구비한다.

Description

비접촉 반송 장치{CONTACTLESS CONVEYANCE APPARATUS}

본 발명은, 비접촉 반송 장치에 관한 것이다.

근년, 반도체 웨이퍼나 유리 기판 등의 대상물을 비접촉으로 반송하기 위한 장치가 개발되고 있다. 예를 들어, 특허 문헌 1에서는, 베르누이의 정리를 이용하여 대상물을 비접촉으로 반송하는 장치가 제안되어 있다. 이 장치에서는, 장치 하면에 개구하는 원통실 내에 선회류를 발생시켜, 상기 선회류의 중심부의 부압에 의해 대상물을 흡인하는 한편, 상기 원통실로부터 유출하는 유체에 의해 상기 장치와 대상물의 사이에 일정한 거리를 유지함으로써, 대상물의 비접촉으로의 반송을 가능하게 하고 있다.

일본국 특허 공개 2005-51260호 공보

본 발명은, 비접촉 반송 장치에 의해 비접촉으로 반송되는 대상물에 대해 작용하는 부양력을 조정하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 대상물을 비접촉으로 반송하는 비접촉 반송 장치로서, 오목부와, 흡기구와, 상기 대상물과 대향하는 개구가장자리를 가지는 컵형상 부재와, 상기 컵형상 부재의 상기 오목부 내에 설치되어, 그 회전에 의해 상기 오목부 내로 상기 흡기구로부터 공기를 흡인하여, 상기 오목부 내에 선회류를 발생시키는 팬과, 상기 컵형상 부재에 설치되어, 상기 흡기구로부터 흡인되는 공기의 양을 조정하는 조정 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 비접촉 반송 장치를 제공한다.

본 발명에 의하면, 비접촉 반송 장치의 흡기구로부터 흡인되는 공기의 양을 조정하는 조정 부재를 설치하지 않는 경우에 비해, 비접촉 반송 장치에 의해 비접촉으로 반송되는 대상물에 대해 작용하는 부양력을 조정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 형태에 따른 비접촉 반송 장치(1)의 부분 단면도이다.
도 2는 비접촉 반송 장치(1)의 단면도 및 평면도이다.
도 3은 비접촉 반송 장치(1)가 구비하는 팬(12)의 다른 구성예를 도시하는 도이다.
도 4는 비접촉 반송 장치(1)가 발생시키는 압력의 분포도이다.
도 5는 비접촉 반송 장치(1)와 대상물(2)의 간격과 부양력의 관계를 도시하는 도이다.
도 6은 비접촉 반송 장치(3)의 부분 단면도이다.
도 7은 비접촉 반송 장치(3)의 바닥면도이다.
도 8은 변형예에 따른 컵의 단면도이다.
도 9는 변형예에 따른 비접촉 반송 장치(1e)의 부분 단면도이다.
도 10은 변형예에 따른 비접촉 반송 장치(1f)의 부분 단면도이다.
도 11은 변형예에 따른 비접촉 반송 장치(1g)의 부분 단면도이다.

(1) 실시 형태

이하, 본 발명을 적절한 실시 형태를 바탕으로 도면을 참조하면서 설명한다. 각 도면에 도시되는 동일 또는 동등의 구성요소, 부재, 처리에는, 동일한 부호를 붙이는 것으로 하고, 적당히 중복된 설명은 생략한다. 또, 실시 형태는, 발명을 한정하는 것은 아닌 예시로서, 실시 형태에 기술되는 모든 특징이나 그 조합은, 반드시 발명의 본질적인 것이라고는 한정할 수 없다.

도 1은, 본 실시 형태에 따른 비접촉 반송 장치(1)의 구성을 도시하는 부분 단면도이다. 비접촉 반송 장치(1)는, 컵형상 부재(이하, 간단히 컵이라 한다)(11), 팬(12), 모터(13), 셔터(14)를 구비한다. 비접촉 반송 장치(1)는, 반도체 웨이퍼나 유리 기판 등의 대상물(2)을 비접촉으로 반송하기 위한 장치이다. 도 2a는, 도 1의 비접촉 반송 장치(1)의 A－A선 단면도를, 도 2b는 도 1의 비접촉 반송 장치(1)의 평면도를 도시한다.

컵(11)은, 원판형상의 바닥부(111)와, 상기 바닥부(111)의 둘레가장자리부로부터 수직 방향으로 연장되는 둘레벽(112)을 가진다. 컵(11)은, 바닥부(111)와 둘레벽(112)으로 둘러싸인 오목부(15)를 가진다. 오목부(15)의, 바닥부(111)에 대해 평행한 단면의 형상은, 후술하는 선회류에 대한 저항이 작아지도록 원형으로 되어 있다. 그러나 이 단면의 형상은, 원형에 한정하지 않고, 타원형이나 다각형이어도 된다. 컵(11)의 외관 형상은 도 1 및 도 2에 도시하는 원기둥체에 한정되지 않고, 그 내부에 오목부(15)가 존재한다면, 예를 들어 각기둥 등의 어떠한 형상이어도 된다.

도 1의 비접촉 반송 장치(1)에 있어서 컵(11)은, 그 바닥부(111)에 있어서 흡기구(16)를 가진다. 도 2b에 도시되는 예에서는, 컵(11)은, 동일 원주상에 등간격으로 설치된 4개의 흡기구(16)를 가진다. 그러나 컵(11)에 설치되는 흡기구(16)의 개수는 4개로 한정되지 않고, 그 개수는 임의이나, 2~8개가 적절하다. 또, 흡기구(16)는, 컵(11)의 둘레벽(112)에 설치되어도 된다.

컵(11)의 바닥부(111)에는, 도 2b에 도시되는 바와 같이 셔터(14)가 설치된다. 셔터(14)는 원형의 판형상 부재이며, 흡기구(16)마다 설치된다. 셔터(14)는, 고정구(17)에 의해, 상기 고정구(17)를 중심으로 하여 회동 가능하도록 바닥부(111)에 고정된다. 비접촉 반송 장치(1)의 유저는, 셔터(14)의 위치를 변화시킴으로써, 셔터(14)가 흡기구(16)를 덮는 면적을 변화시킬 수 있다. 또한, 도 2b에 도시되는 예에서는, 셔터(14)는 바닥부(111)의, 모터(13)가 설치되어 있는 측에 배치되어 있으나, 모터(13)가 설치되어 있지 않은 측(즉, 오목부(15)에 접하는 측)에 배치되도록 해도 된다. 또, 흡기구(16)가 컵(11)의 둘레벽(112)에 설치되었을 경우에는, 셔터(14)도 둘레벽(112)에 설치되어도 된다. 또, 도 2b에 도시되는 예에서는, 모든 흡기구(16)에 있어서, 셔터(14)에 의해 덮이는 면적이 동일하게 되어 있으나, 이 면적은 흡기구(16)마다 상이하게 해도 된다.

도 2a에 도시하는 바와 같이, 팬(12)은, 원통 부재(121)와, 상기 원통 부재(121)의 둘레면으로부터 그 중심축에 대해 수직인 방향으로 연장되는 복수의 날개(122)를 가진다. 각 날개(122)는, 직사각형 형상의 판을, 그 상단측(컵(11)의 바닥부(111)에 가까운 측)에 있어서 회전 방향으로 만곡시켜 이루어진다. 날개(122)의 만곡 각도(θ)(도 1 참조)는, 0.5°~2°의 값을 취한다. 날개(122)는 만곡되어짐으로써, 흡기구(16)로부터 공기를 흡인하기 쉬워진다. 또한, 날개(122)는, 직경 방향으로 만곡시켜도 된다. 또, 날개(122)의 형상도 직사각형에 한정되지 않고, 그 외의 형상이어도 된다.

도 3a, b은, 팬의 다른 구성예를 도시하는 도이다. 도 1에서는, 날개(122)가 완만하게 구부러져 있는 것에 비해, 도 3a에서는 날개(122a)가 어느 높이에 있어서 접혀 구부러져 있다. 도 3b에서는 날개(122b)는 만곡되어 있지 않고, 평평한 판이며, 원통 부재(121)의 중심축에 대해 회전 방향으로 경사하여 장착되어 있다. 또한, 팬은, 프로펠러 팬에 한정하지 않고, 시로코 팬이어도 된다. 여기서 시로코 팬이란, 원통형상의 팬으로서, 보다 구체적으로는, 원통체의 둘레벽이 그 축방향으로 연장되는 복수의 날개에 의해 구성되는 팬이다.

도 2a에 도시하는 바와 같이, 날개(122)와 컵(11)의 내벽의 사이에는, 팬(12)의 회전이 공기 저항에 의해 방해받지 않도록 소정의 클리어런스(Δr)를 설치하는 것이 바람직하다. 또, 날개(122)의 매수는, 적어도 4매 있으면 충분하나, 선회류를 효율적으로 발생시키기 위해서는, 6~20매의 범위인 것이 바람직하다.

모터(13)는 컵(11)의 외부에 설치되고, 그 회전축(18)은, 회전축용 구멍(19)을 개재하여 팬(12)의 원통 부재(121)와 연결된다. 팬(12)은, 모터(13)의 회전에 따라, 화살표(B)의 방향으로 회전한다. 팬(12)이 회전함으로써, 흡기구(16)로부터 오목부(15) 내로 공기가 흡인되어, 화살표(C)로 도시되는 바와 같이 선회류가 발생한다. 컵(11)의 개구가장자리(113)는, 오목부(15)로부터 배출되는 공기에 대한 저항을 저감하기 위해, 모따기되어도 된다.

이상이 비접촉 반송 장치(1)의 구성이다. 이어서 그 동작에 대해 설명한다. 대상물(2)은, 컵(11)의 개구가장자리(113)와 대향하도록 배치된다. 이 상태에서 모터(13)를 예를 들어 1000~3000rpm 정도의 회전수로 회전시키면, 팬(12)이 회전하고, 흡기구(16)를 개재하여 오목부(15) 내로 공기가 흡인되어, 오목부(15) 내에 선회류가 발생한다. 선회류가 발생하면, 원심력에 의해 오목부(15) 내의 공기가 외측으로 끌려가, 공기의 밀도가 낮아지고, 오목부(15) 내의 압력은 대기압보다 낮아진다(즉, 부압이 된다). 도 4는, 도 1의 비접촉 반송 장치(1)가 발생하는 압력의 분포도이다. 가로축은 대상물(2)의 직경 방향의 위치(r)를, 세로축은 압력을 나타낸다.

이때, 컵(11)의 개구가장자리(113)와 대향하도록 대상물(2)이 배치되어 있으면, 대상물(2)의 상(上)표면에 작용하는 압력은 부압이 된다. 압력의 분포는, 도 4에 도시되는 바와 같으며, 대상물(2)의 상표면 중, 중심부에 있어서 가장 압력이 낮아진다. 대상물(2)은, 그 상하표면의 압력의 차에 의해 발생하는 부양력에 의해 부양한다.

도 5는, 컵(11)의 개구가장자리(113)와 대상물(2)의 사이의 간격(h)과 부양력의 관계를 도시하는 도이다. 동 도에 도시하는 바와 같이, 간격(h)은, 일정한 값에 이를 때까지는, 부양력이 상승함에 따라 커진다. 동 도에 있어서 n1은, 대상물(2)의 중량의 일례를 나타내고 있다. 이 중량을 가지는 대상물(2)은, 동 도에 의하면, 간격(h1)의 지점에 있어서 안정적으로 부양하게 된다.

또한, 대상물(2)에 대해 작용하는 부양력은, 셔터(14)의 위치를 변화시킴으로써 조정할 수 있다. 예를 들어, 도 2b에 도시되는 바와 같이, 흡기구(16)의 일부를 덮도록 셔터(14)가 배치되었을 경우에는, 흡기구(16)를 전혀 덮지 않도록 배치되었을 경우에 비해, 오목부(15) 내로 유입되는 공기의 유량이 적어진다. 그 결과, 오목부(15) 내에 발생하는 부압이 커져, 대상물(2)에 작용하는 부양력이 커진다. 일반적으로, 대상물(2)에 작용하는 부양력은, 흡기구(16)가 셔터(14)에 의해 덮이는 면적이 증대함에 따라 커지고, 반대로 상기 면적이 감소함에 따라 작아진다.

또한, 대상물(2)에 작용하는 부양력은, 도 5에 도시되는 바와 같이 간격(h)과의 사이에 상관 관계를 가지기 때문에, 셔터(14)의 위치를 변화시킴으로써, 간격(h)을 조정할 수도 있다. 일반적으로, 간격(h)은, 흡기구(16)가 셔터(14)에 의해 덮이는 면적이 증대함에 따라 작아지고, 반대로 상기 면적이 감소함에 따라 커진다.

이상이 비접촉 반송 장치(1)의 동작에 대한 설명이다.

(2) 변형예

이상, 실시 형태에 의거하여, 구체적인 어구를 이용해 본 발명을 설명했으나, 실시 형태는, 본 발명의 원리, 응용을 개시하고 있는 것에 지나지 않으며, 실시 형태에는, 청구 범위에 규정된 본 발명의 사상을 일탈하지 않는 범위에 있어서, 많은 변형예나 배치의 변경이 인정된다. 이하, 변형의 일례에 대해 설명한다. 또한, 하기의 변형예는, 서로 조합시켜도 된다.

(2－1) 변형예 1

도 1의 비접촉 반송 장치(1)를 단체로 이용하는 경우, 선회류에 의해 대상물(2)이 회전할 우려가 있다. 이를 방지하기 위해, 복수의 비접촉 반송 장치를 이용해도 된다. 도 6은, 복수의 비접촉 반송 장치를 구비하는 비접촉 운반 장치(3)의 구성을 도시하는 부분 단면도이다. 도 7은, 이 비접촉 운반 장치(3)의 바닥면도이다. 동 도에 도시되는 비접촉 반송 장치(3)는, 4개의 비접촉 반송 장치(1a~1d)를 구비하고 있다. 각 비접촉 반송 장치(1a~1d)의 컵(11)은, 그 둘레벽(112)들이 연결되어, 일체로서 기체(31)가 구성된다.

각 비접촉 반송 장치(1a~1d)가 발생시키는 선회류의 회전 방향은, 각 비접촉 반송 장치(1a~1d)가 대상물(2)에 대해 주는 회전 토크가 캔슬되도록 결정된다. 도 7에 도시되는 예에서는, 4개의 비접촉 반송 장치(1a~1d) 중, 비접촉 반송 장치(1a와 1b)가, 제1의 방향의 선회류를 발생시키고, 비접촉 반송 장치(1c와 1d)가, 이것과는 반대의 제2의 방향의 선회류를 발생시킨다. 물론, 4개의 비접촉 반송 장치(1a~1d) 중, 비접촉 반송 장치(1a와 1c)로, 제1의 방향의 선회류를 발생시키고, 비접촉 반송 장치(1b와 1d)로, 이것과는 반대의 제2의 방향의 선회류를 발생시키도록 해도 된다. 또한, 비접촉 반송 장치를 구성하는 비접촉 반송 장치의 개수는 4개로 한정되지 않고, 2개, 6개, 8개 등 임의의 짝수여도 된다.

(2－2) 변형예 2

비접촉 반송 장치(1)의 오목부(15)의 형상은, 도 1 및 도 2에 도시되는 원기둥형상에 한정하지 않고, 예를 들어 대략 반구형상이나 원기둥대형상이어도 된다. 도 8a은, 대략 반구형상의 오목부(15a)를 가지는 컵(11a)의 단면도이며, 도 8b은, 원기둥대형상의 오목부(15b)를 가지는 컵(11b)의 단면도이다. 각 케이스에 있어서, 팬(12)의 날개(122)의 형상은, 오목부에 비접촉으로 끼워맞추도록 정해진다.

(2－3) 변형예 3

상기의 비접촉 반송 장치(1)에 있어서 흡기구(16)의 형상은, 도 2b에 도시되는 원형에 한정하지 않고, 타원형이나 다각형이어도 된다. 또, 셔터(14)의 형상도, 도 2b에 도시되는 원형에 한정하지 않고, 타원형이나 다각형이어도 된다. 고정구(17)를 중심으로 하는 셔터(14)의 회전각과, 셔터(14)에 의해 덮이는 흡기구의 면적의 관계는, 예를 들어 셔터(14)의 회전각이 0°일 때에 그 면적이 0이 되는 경우에 있어서, 선형적이어도, 지수함수적이어도, 대수관계적이어도 된다.

(2－4) 변형예 4

상기의 비접촉 반송 장치(1)에서는, 셔터(14)는, 고정구(17)를 중심으로하여 회동 가능하도록 고정되어 있으나, 이 셔터(14)는, 나사 고정되어도 된다. 이 경우, 셔터(14)의 위치를 변화시킬 때는, 그때마다, 잠김 나사를 풀면 된다.

(2－5) 변형예 5

상기의 비접촉 반송 장치(1)에 있어서, 셔터(14)는, 원형의 판형상 부재가 아니라, 카메라의 렌즈 셔터와 같이, 복수 매의 셔터 날개를 원형으로 조합시킨 구성으로 해도 된다.

또, 상기의 비접촉 반송 장치(1)에 있어서, 셔터(14)에 대신하여 니들 밸브(20)와 같은 밸브를 설치하도록 해도 된다. 도 9는, 셔터(14)에 대신해 니들 밸브(20)를 설치한 비접촉 반송 장치(1e)의 부분 단면도를 도시하는 도이다. 이 경우, 니들 밸브(20)의 핸들을 회전시킴으로써, 컵(11)의 오목부(15) 내로 유입하는 공기의 유량을 조정한다.

(2－6) 변형예 6

상기의 비접촉 반송 장치(1)에서는, 셔터(14)는, 수동으로 그 위치를 변화시키는 구성으로 되어 있으나, 모터에 의해 그 위치를 변화시키는 구성으로 해도 된다. 도 10은, 셔터(14)를 회동시키기 위한 모터(21)를 구비한 비접촉 반송 장치(1f)의 부분 단면도를 도시하는 도이다. 동 도에 도시되는 예에서는, 컵(11)의 바닥부(111)에, 지지대(114)가 설치되고, 이 지지대(114)상에 모터(21)가 설치된다. 모터(21)로부터 연장되는 회전축(22)은, 회전축용 구멍(23)을 개재하여 셔터(14)와 연결된다. 셔터(14)는, 모터(21)의 회전에 따라, 회전축(22)을 중심으로하여 회동한다. 또한, 여기서, 모터(21)는, 예를 들어 스테핑 모터이다.

또한, 도 10에 도시되는 예에서는, 셔터(14)마다 모터(21)가 설치되어 있으나, 비접촉 반송 장치에 대해 하나의 모터(21)만을 설치하고, 기어 등을 개재하여, 상기 하나의 모터(21)만에 의해, 모든 셔터(14)를 회동시키도록 해도 된다.

(2－7) 변형예 7

상기의 변형예 6에 따른 구성에 있어서, 비접촉 반송 장치에 또한, 상기 반송 장치와 대상물(2)의 거리를 계측하는 센서를 설치하고, 이 센서의 계측 결과에 의거하여, 셔터(14)의 위치를 변화시키는 구성으로 해도 된다. 도 11은, 상기 변형예에 따른 비접촉 반송 장치(1g)의 부분 단면도를 도시하는 도이다. 동 도에 도시되는 예에서는, 비접촉 반송 장치(1g)와 대상물(2)의 거리를 측정하는 수단으로서, 센서(24)가 설치되어 있다. 이 센서(24)는, 예를 들어 초음파 센서이다.

이 센서(24)는, 제어부(25)와 접속되고, 측정한 거리를 도시하는 신호를 제어부(25)에 출력한다. 제어부(25)는, 출력된 신호에 의해 도시되는 거리와, 소정의 거리를 비교하고, 그 차에 의거하여 모터(21)를 제어한다. 구체적으로는, 제어부(25)는, 신호에 의해 도시되는 거리가, 그 소정의 거리보다 긴 경우에는, 셔터(14)에 의해 덮이는 흡기구(16)의 면적이 커지도록 모터(21)를 제어한다. 그 결과, 오목부(15) 내로 유입하는 공기의 유량이 적어져, 오목부(15) 내에 발생하는 부압이 커지고, 대상물(2)에 작용하는 부양력이 커진다.

반대로, 신호에 의해 도시되는 거리가, 그 소정의 거리보다 짧은 경우에는, 셔터(14)에 의해 덮이는 흡기구(16)의 면적이 작아지도록 모터(21)를 제어한다. 그 결과, 오목부(15) 내로 유입하는 공기의 유량이 커지고, 오목부(15) 내에 발생하는 부압이 작아지며, 대상물(2)에 작용하는 부양력이 작아진다. 모터(21)에 출력되는 구동 펄스 수는, 차의 크기에 비례한다. 또한, 여기서, 제어부(25)는, 예를 들어 마이크로 컴퓨터이다.

1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e: 비접촉 반송 장치 2: 대상물
3: 비접촉 반송 장치 11, 11a, 11b: 컵
12: 팬 13, 21: 모터
14: 셔터 15, 15a, 15b: 오목부
16: 흡기구 17: 고정구
18, 22: 회전축 19, 23: 회전축용 구멍
20: 니들 밸브 24: 센서
25: 제어부 111: 바닥부
112: 둘레벽 113: 개구가장자리
114: 지지대 121: 원통 부재
122: 날개

Claims

대상물을 비접촉으로 반송하는 비접촉 반송 장치로서,
오목부와, 흡기구와, 상기 대상물과 대향하는 개구가장자리를 가지는 컵형상 부재와,
상기 컵형상 부재의 상기 오목부 내에 설치되어, 그 회전에 의해 상기 오목부 내로 상기 흡기구로부터 공기를 흡인하여, 상기 오목부 내에 선회류를 발생시키는 팬과,
상기 컵형상 부재에 설치되어, 상기 흡기구로부터 흡인되는 공기의 양을 조정하는 조정 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 비접촉 반송 장치.