JP4982875B2 - シート状物品のための非接触パッド - Google Patents

Description

本発明は、非接触パッドに関し、一層詳細には、シート状のワークを圧力流体によって生じる負圧作用下に非接触状態で保持して搬送することが可能なシート状物品のための非接触パッドに関する。

従来、半導体ウェハの搬送や、液晶、プラズマディスプレイ等の表示装置を構成するシート状部品からなるワークを、気体の流れによって生じるベルヌーイ効果を利用して非接触で搬送することが可能な非接触パッドが知られている。

本出願人も、この種の非接触パッドについて特許文献１で新たな構造のものを提案している。この非接触パッドは、概略、ボディの内部にエア供給部を有するインナ部材が装着され、このインナ部材のエア供給部からエアが供給され、前記エアが環状通路へと導入された後、該環状通路に連通した複数の導出孔からワークＷに臨む環状凹部に対して旋回方向に導出される。そして、断面略台形状に形成された環状凹部に沿って高速の気流を流通させることにより、ベルヌーイ効果により負圧を発生させてワークを吸引すると共に、前記インナ部材の保持面とワークとの間を流通する高速の正圧の気流により両者を非接触で保持して移送する。

特開２００８−８７９１０号公報

本発明は前記の非接触パッドに関連してなされたものであって、薄板状のワーク表面に僅かな起伏を有していても、パッド本体に接触することなく、あるいは、ワークに変形を生じさせることなく、このためワークを損傷させることなく安定して搬送することが可能なシート状物品のための非接触パッドを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係るシート状物品のための非接触パッドは、
円形状のフランジ部を備えたハウジングと、
前記ハウジングの内部に装着されるインナ部材とからなり、
前記ハウジングとインナ部材との間で環状の通路が形成され、
前記ハウジングのフランジ部には前記環状の通路に連通するエア供給ポートが形成されるとともに、該ハウジングの略中央部に大気を吸引する第１の開口部が形成され、
前記インナ部材はベース部とプレート部とを有し、
前記ベース部の略中央部に前記第１の開口部と同軸の第２の開口部が形成され、且つ前記第２の開口部の終端部分から前記プレート部に向かって拡径するテーパ面が形成されるとともに前記テーパ面の終端部位に環状の膨出部を設け、しかも前記膨出部の外側に該膨出部と同軸の環状凹部を設け、前記環状凹部と環状の通路とを連通する複数のエア導出孔を有することを特徴とする。

以上の構成において、エア供給部から供給されたエアより形成された旋回流の作用で大気が吸込まれる。吸込まれた大気の流量が前記エアの流量に加わり、非接触パッドとワークとの間の隙間から大量の空気が排出される。これによって、非接触パッドの保持面とワークとの間に流れる大気の流量は、大気の吸込みがない場合と比較して、大気の吸込みがある場合の方が大きくなり、非接触パッドとワーク間の平衡状態を維持するための隙間は大きくなる。ここで、平衡状態とは、非接触パッドに対し、ワークが中空状に保持された状態をいう。そこで、ワークの表面に僅かな起伏があったとしても、該ワークの起伏部分が非接触パッドの保持面に接触することなく搬送することができ、また、ボディの中央部に発生する負圧を小さくすることができるため、ワークに変形を生じさせることなく、搬送することが可能となる。

本発明によれば、ワークと非接触パッドとの間の離間距離を大きくすることにより、ワーク表面に僅かな起伏を有していても、該ワーク表面の起伏が非接触パッドに接触することなく、該ワークを搬送することができる。

また、非接触パッドの中央部に外部に連通する開口部が設けられていることにより、非接触パッドの中央部に発生する負圧を小さくすることができるため、ワークに変形を生じさせることなく、該ワークを搬送することができる。

以下、シート状物品のための非接触パッドにつき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

本実施の形態に係るシート状物品のための非接触パッド１０の構成を図１に示す。

図１に示すように、非接触パッド１０は、断面略Ｕ字状に形成された円形状のハウジング１２と、前記ハウジング１２の内部に装着されるインナ部材１４とを備え、前記ハウジング１２及びインナ部材１４は複数の連結ボルト１６で連結されることによって略円盤状に形成される。前記円形状のハウジング１２とインナ部材１４とで非接触パッド１０のボディが形成される。前記ハウジング１２とインナ部材１４とは、アルミニウム等の金属や樹脂材で構成することができる。

図２及び図３に示すように、ハウジング１２は、略中央部に第１開口部（開口部）１８が形成されると共に、その外周端部から、インナ部材１４側を囲繞するように延在する環状のフランジ部２０とを有し、フランジ部２０の内周側には、前記第１開口部１８と連通する空間部２２が設けられる。

この第１開口部１８は、所定の比較的大きな直径を有し、該第１開口部１８の外周側には連結ボルト１６が挿通される複数のボルト孔２４が設けられると共に、前記ボルト孔２４と同一半径上に複数の取付孔２６が設けられる。前記ボルト孔２４と取付孔２６は、交互に第１開口部１８を中心とした同一半径上に等間隔離間して配置される。前記取付孔２６は、例えば、非接触パッド１０がロボットアーム等の搬送用装置に対して連結される際に用いられる。なお、前記ボルト孔２４と取付孔２６とは、同一半径上に設けることなく、適当な配置が選択されてもよい。

一方、図４に示すように、ハウジング１２の内壁縁近傍には、ボルト孔２４の外周側に環状溝２７が設けられ、該環状溝２７に第１シール部材２８が装着されると共に、前記フランジ部２０の下端面にも同様に環状溝２９が設けられ、該環状溝２９に第２シール部材３０が装着される。この第１シール部材２８と第２シール部材３０とは、ハウジング１２とインナ部材１４とが連結された際に、該ハウジング１２とインナ部材１４との間を通じたエアの外部への漏出を防止する。

図２、３に示すように、フランジ部２０には、外周面から内周面に連通する少なくとも１以上の螺孔３６、ここでは４つの螺孔が等間隔離間して形成されている。

前記螺孔３６は、エアが供給される供給ポート（エア供給部）３８に連通する。前記螺孔３６には、図示しないチューブに接続された継手が螺合され、前記チューブを通じてエア供給源（図示せず）から前記供給ポート３８へと圧縮されて高圧となったエアが供給される。

インナ部材１４は、肉厚な環状のベース部４０と、該ベース部４０と一体的でありその外周縁から半径外方向に延在し、ワークＷ（図４参照）を保持する保持面４２を有する環状のプレート部４４とを有する。前記ベース部４０の略中央部に第２開口部（開口部）４８が、前記ハウジング１２の第１開口部１８の同一軸上に形成される。なお、前記第２開口部４８は、第１開口部１８と同一直径の円形状である。

ベース部４０は、ハウジング１２の空間部２２に配設され、ベース部４０の外周面５０が前記ハウジング１２の空間部２２を形成する内周面に臨む。そして、前記内周面と前記外周面５０との間には、エアの流通する環状通路（通路）５２が画成される（図４参照）。前記環状通路５２は、内周側に配設された第１シール部材２８と、外周側に配設された第２シール部材３０によって気密が保持された空間となる。すなわち、ベース部４０には、ハウジング１２の内壁面に装着された第１シール部材２８が当接するため、前記ベース部４０とハウジング１２との間を通じたエアの漏出が防止される。

また、ベース部４０には、ハウジング１２のボルト孔２４と対向する位置にそれぞれねじ穴５４が設けられ、前記ボルト孔２４に挿通された連結ボルト１６が前記ねじ穴５４に螺合されることにより、前記ハウジング１２とインナ部材１４とが一体的に連結される。なお、該ハウジング１２とインナ部材１４とは、溶接、接着、一体成形等で一体化されてもよい。

一方、ベース部４０の下端部には、第２開口部４８の終端部分から離間する方向に向かって徐々に拡径した第１テーパ面５６が形成される。第１テーパ面５６の外周部に、断面台形状に膨出した膨出部（突部）５８が、環状に形成される。すなわち、第１開口部１８と第２開口部４８とを流通する大気圧のエアが第１テーパ面５６に沿って、膨出部５８側へと流通するように構成されている。該第１テーパ面５６が徐々に拡径するように形成されているため、前記エアを徐々に膨出部５８へと滑らかに導くことができる。前記膨出部５８の底面は、図４から容易に諒解されるように、平坦に形成されている。

この膨出部５８の外周部には、ベース部４０から離間する方向に向かって徐々に拡径した第２テーパ面６０が形成され、前記第２テーパ面６０の外周側にベース部４０の頂壁面６２が設けられる（図５参照）。なお、前記頂壁面６２は、後述するプレート部４４の保持面４２と略平行である。

次いで、前記頂壁面６２の外周縁には、傾斜して拡径する第３テーパ面６４（第１傾斜面）が形成される。すなわち、図５に示すように、ベース部４０の頂壁面６２と、膨出部５８の第２テーパ面６０と、第３テーパ面６４とによって環状凹部６６が画成される。前記環状凹部６６は、ベース部４０から離間する方向に向かって徐々に幅広となる断面台形状である。

前記環状通路５２と環状凹部６６とを連通させるべく、図６に示すように、第３テーパ面６４を形成する壁部に複数のエア導出孔６８が形成される。このエア導出孔６８は、環状凹部６６側となる端部が傾斜した第３テーパ面６４に開口している。エア導出孔６８の先端部は、環状凹部６６に対して接線方向となるように臨んでいる。

プレート部４４の内周部に形成された第４テーパ面７０は環状凹部６６を構成する第３テーパ面６４に連設されている。この第４テーパ面７０は、第３テーパ面６４側よりもその傾斜角度を大きく選択しつつ保持面４２側に向かって拡径している。すなわち、環状凹部６６を流通するエアが第３テーパ面６４及び第４テーパ面７０に沿って保持面４２側へと流通する際、該第３テーパ面６４、第４テーパ面７０と段階的に拡径するように形成されているため、前記エアを保持面４２へと導くことができ、該エアを滑らかに外部へと導出することができる。この観点からすれば、第３テーパ面６４と第４テーパ面７０の間に角度をつけることなく、寧ろ、湾曲させてもよい。

以上のように構成される結果、インナ部材１４の下部には、環状凹部６６と環状の第４テーパ面７０によって、旋回室７２が画成される。

プレート部４４は、ハウジング１２の外周径と略同一直径で形成されると共に、ハウジング１２を構成するフランジ部２０の下端面を覆うように配設される。すなわち、プレート部４４は、ハウジング１２に臨む上面がフランジ部２０に当接し、外部に露呈した下面が、ワークＷを保持可能な保持面４２として機能する。

このプレート部４４には、フランジ部２０の環状溝２９に装着された第２シール部材３０が当接することにより、前記プレート部４４とハウジング１２との間は気密性が確保される。

この場合、プレート部４４の保持面４２は、インナ部材１４における膨出部５８の端面に対して所定高さＴだけ突出するように設けられる。換言すれば、ワークＷに臨む保持面４２に対して膨出部５８の端面が所定高さＴだけ窪んで設けられ、前記ワークＷと膨出部５８との間のクリアランスＣ１が、該ワークＷと保持面４２との間のクリアランス（離間距離）Ｃ２に比べて大きくなる（Ｃ１＞Ｃ２）（図４参照）。

本発明の実施の形態に係るシート状物品のための非接触パッド１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。

図示しないエア供給源からチューブを介して供給ポート３８へとエアが供給され、前記供給ポート３８に供給された圧縮エアが、環状通路５２へと導入される。そして、環状通路５２に連通した複数のエア導出孔６８を介して環状凹部６６へと接線方向から導出される。すなわち、該エア導出孔６８から導出されたエアは旋回室７２へと環状凹部６６に沿って旋回するように導出される。

その際、インナ部材１４の保持面４２と対向する所定の位置にシート状の被搬送体であるワークＷを配置しておけば、該保持面４２との間を旋回室７２で旋回流となったエアが保持面４２に沿って高速で外周側へと導出されることにより、恰もエゼクターの如く前記非接触パッド１０とワークＷとの間が負圧となる。

これにより、インナ部材１４の保持面４２と対向する位置に配置されたワークＷ（例えば、ウェハ等）が旋回室７２において発生する負圧により吸引される。一方、第１開口部１８、第２開口部４８を介して環状凹部６６側に大気が吸引される。すなわち、第１開口部１８、第２開口部４８と環状凹部６６との間に膨出部５８が形成されているため、前記第１開口部１８、第２開口部４８から導入された大気が周回し、膨出部５８により絞られて外方へ導出されるため、前記旋回室７２内を安定した負圧状態とすることができる。従って、保持面４２とワークＷとの間の正圧と前記負圧とのバランスによってワークＷが保持面４２に対し、非接触状態で保持される。その結果、非接触パッド１０の保持面４２においてワークＷは中空状に保持された状態が維持される。

なお、このワークＷに作用する正圧及び負圧は、インナ部材１４の保持面４２とワークＷとの間のクリアランスＣ２により変化する。すなわち、このクリアランスＣ２が平衡時の隙間より小さくなると負圧が減少すると共に正圧が増大し、一方、前記クリアランスＣ２が平衡時の隙間より大きくなると負圧が増大すると共に正圧が減少する。この場合、吸引されるワークＷは、該ワークＷ自体の自重と正圧及び負圧のバランスによって最適なクリアランスＣ２により、中空状に保持される。そのため、例えば、ウェハや可撓性を有するフィルム状のワークＷを歪ませることなく搬送することができる。

図７は、非接触パッド１０におけるワークＷと保持面４２との間のクリアランスＣ２と前記ワークＷを保持可能な保持力Ｆとの関係を示した特性曲線図である。なお、図７中に示される実線Ａは、本実施の形態に係る非接触パッド１０の特性を示し、破線ａは、第１開口部１８と第２開口部４８とを有することなく、このため大気を導入することのない非接触パッドの特性を示している。

図７から容易に諒解されるように、ボディに第１開口部１８と第２開口部４８とを形成することにより、任意の重量Ｇの前記ワークＷを保持する際のクリアランスＣ２の平衡値Ｃ_Aが、第１開口部１８と第２開口部４８とが形成されていない非接触パッドのクリアランスＣ２の平衡値Ｃａと比較して大きくなっていることが諒解されよう（Ｃ_A＞Ｃａ）。

このように、クリアランスＣ２の平衡値を大きくすることができるため、ワークＷの表面に僅かな起伏があったとしても、該ワークＷの起伏部分が非接触パッド１０の保持面４２に接触することなく、前記ワークＷは保持面４２に対して所定の間隔をもって、確実且つ安定的に保持することが可能となる。

なお、Ｃ_A＞Ｃａより、ワークＷが非接触パッド１０に吸着される際、例えば、ワークＷがその運動の勢いにより平衡位置を超えても、非接触パッド１０に接近する際の該ワークＷを減速させる区間が広くなったため、該ワークＷが十分に減速され、該ワークＷが該非接触パッド１０の保持面４２に衝突して接触することを防止できる。

図８は、本実施の形態の非接触パッド１０の中央部に外部へ解放した第１開口部１８と第２開口部４８とを設けた場合の非接触パッドとワークＷとの間におけるワークＷの表面近傍の圧力分布Ｂと、前記開口部を設けない場合の非接触パッドとワークＷとの間におけるワークＷの表面近傍の圧力分布ｂの差異を示す特性図である。前記圧力分布ｂと比較して前記圧力分布Ｂがその中央部分で負圧力が小さい状態が容易に諒解される。

すなわち、非接触パッド１０の中央部に発生する負圧が小さいため、ワークＷに与える負荷が小さくなることにより、ワークＷに変形を生じさせることなく、前記ワークＷを保持面４２に対してより確実且つ安定的に保持することが可能となる。

本発明に係るシート状物品のための非接触パッドは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

本実施の形態に係るシート状物品のための非接触パッドを下方から見た状態の全体斜視図である。 図１に示す非接触パッドを下方から見た分解斜視図である。 図１に示す非接触パッドを上方から見た分解斜視図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。 図４の非接触パッドにおける環状凹部近傍を示す拡大断面図である。 図４のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。 図１の非接触パッドにおける第１開口部と第２開口部との有無に対するワークの保持力と該ワークと保持面との間のクリアランスとの関係を示す特性曲線図である。 図１の非接触パッドにおける第１開口部と第２開口部との有無に対するワークに作用する負圧を示す特性曲線図である。

符号の説明

１０…非接触パッド １２…ハウジング
１４…インナ部材 １８…第１開口部
２０…フランジ部 ３６…螺孔
３８…供給ポート ４０…ベース部
４２…保持面 ４４…プレート部
４８…第２開口部 ５２…環状通路
５６…第１テーパ面 ５８…膨出部
６０…第２テーパ面 ６２…頂壁面
６４…第３テーパ面 ６６…環状凹部
６８…エア導出孔 ７０…第４テーパ面
７２…旋回室

Claims (3)

1. 円形状のフランジ部を備えたハウジングと、
   前記ハウジングの内部に装着されるインナ部材とからなり、
   前記ハウジングとインナ部材との間で環状の通路が形成され、
   前記ハウジングのフランジ部には前記環状の通路に連通するエア供給ポートが形成されるとともに、該ハウジングの略中央部に大気を吸引する第１の開口部が形成され、
   前記インナ部材はベース部とプレート部とを有し、
   前記ベース部の略中央部に前記第１の開口部と同軸の第２の開口部が形成され、且つ前記第２の開口部の終端部分から前記プレート部に向かって拡径するテーパ面が形成されるとともに前記テーパ面の終端部位に環状の膨出部を設け、しかも前記膨出部の外側に該膨出部と同軸の環状凹部を設け、前記環状凹部と環状の通路とを連通する複数のエア導出孔を有することを特徴とする非接触パッド。
2. 請求項１記載の非接触パッドにおいて、
   前記環状の膨出部の底面は平坦に形成され、前記プレート部の保持面は前記底面よりも高さＴだけワーク側に突出していることを特徴とする非接触パッド。
3. 請求項２記載の非接触パッドにおいて、
   前記環状凹部を構成して前記エア導出孔が臨む壁面はテーパ形状であり、前記プレート部には前記テーパ形状に連設され且つ該テーパ形状よりも外側に拡径するテーパ面が形成されることを特徴とする非接触パッド。

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