非接触搬送装置

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板状部材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板状部材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板状部材を吸引する一方、当該円等室から流出する流体によって当該装置と板状部材との間に一定の距離を保つことで、板状部材の非接触での搬送を可能としている。

本発明は、板状部材を非接触で搬送する際に発生する当該板状部材の回転を抑制することを目的とする。

本発明は、板状部材を非接触で搬送する非接触搬送装置であって、板状の基体と、前記基体に設けられる複数の旋回流形成体とを備え、前記複数の旋回流形成体は、それぞれ、柱状の本体と、前記本体の内部に形成され、その一端が開口している円筒室と、前記本体の、前記円筒室が開口する側の面に形成される平坦状の端面と、前記円筒室の内周面に設けられる噴出口と、前記本体の外面に設けられる流体導入口と、前記噴出口と前記流体導入口とを連結する流体通路とを備え、前記流体通路は、前記円筒室から前記端面に沿って流出する流体の方向が、前記搬送される板状部材の重心から外周に向かって延びる線と略平行になるように配置され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、旋回流形成体の円筒室から端面に沿って流出する流体の方向が、搬送される板状部材の重心から外周に向かって延びる線と略平行になるように流体通路が配置されない場合と比較して、板状部材を非接触で搬送する際に発生する当該板状部材の回転を抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る非接触搬送装置１の構成を示す斜視図である。

非接触搬送装置１の上面図及び側面図である。

非接触搬送装置１が備えるセンタリング機構１３について説明する図である。

第１実施形態に係る旋回流形成体２の構成を示す斜視図である。

図４のＡ−Ａ線断面図である。

図４のＢ−Ｂ線断面図である。

旋回流形成体２から流出する流体の方向を示す図である。

図７のＥ部の拡大図である。

旋回流形成体２から流出する流体の方向を示す図である。

図９のＦ部の拡大図である。

本発明の第２実施形態に係る非接触搬送装置３の構成を示す斜視図である。

非接触搬送装置３の上面図、側面図及び下面図である。

非接触搬送装置３が備えるセンタリング機構３２について説明する図である。

第２実施形態に係る旋回流形成体２ａの構成を示す斜視図である。

図１４のＨ−Ｈ線断面図である。

図１４のＩ−Ｉ線断面図である。

旋回流形成体２ａから流出する流体の方向を示す図である。

図１７のＪ部の拡大図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
（１）第１実施形態 図１は、本発明の第１実施形態に係る非接触搬送装置１の構成を示す斜視図である。 また、図２（ａ）は、非接触搬送装置１の上面図であり、図２（ｂ）は、非接触搬送装置１の側面図である。 また、図３は、非接触搬送装置１が備えるセンタリング機構１３について説明する図である。 非接触搬送装置１は、半導体ウェーハやガラス基板等の板状部材Ｗを非接触で保持して搬送するための装置である。

非接触搬送装置１は、板状の基体１１と、基体１１に固定された６個の円柱形状の旋回流形成体２と、基体１１を移動させるために把持される把持部１２と、板状部材Ｗの位置決めを行うセンタリング機構１３とを備えている。 基体１１は、矩形状の基部１１１と、基部１１１から二股状に分岐する２つの腕部１１２とから構成されている。 各腕部１１２の突端には、円柱形状のセンタリングガイド１１３が固定されている。

図４は、旋回流形成体２の構成を示す斜視図である。 また、図５は、図４のＡ−Ａ線断面図であり、図６は、図４のＢ−Ｂ線断面図である。 旋回流形成体２の内部には、円柱形状の空間を有し、その一端が開口している円筒室２１が形成されている。 円筒室２１が開口している面には、平坦状の端面２２が形成されている。 円筒室２１の内周面には、２つの噴出口２３設けられ、旋回流形成体２の外周面には、２つの流体導入口２４が設けられている。 この噴出口２３と流体導入口２４とは、流体通路２５により連結されている。 ２本の流体通路２５は、互いに平行になるように配置される。 円筒室２１の開口部には、傾斜面２６が形成されている。
旋回流形成体２は、その端面２２と反対側の面が基部１１１及び腕部１１２に固定されている。 また、各旋回流形成体２の端面２２は、基部１１１又は腕部１１２の表面からの高さが同じになっている。

把持部１２の側面には、流体供給口１２１が設けられている。 そして、基体１１の内部には、この流体供給口１２１と各旋回流形成体２の流体導入口２４とを連結する流体通路（図示略）が形成されている。

センタリング機構１３は、基体１１の下側に設けられ、非接触で保持する板状部材Ｗの位置決めを行うとともに、板状部材Ｗの非接触搬送装置１からの離脱を防止する。 センタリング機構１３は、図３に示されるように、把持部１２内に設けられたシリンダ１３１と、シリンダ１３１にその一端が連結され、他端に２つの円柱形状のセンタリングガイド１３２が固定されたリンクプレート１３３とを備えている。 シリンダ１３１が、図示せぬ流体供給装置から供給される流体によって加圧されると、センタリングガイド１３２が図３の矢印Ｃ方向に移動する。 また、シリンダ１３１内が減圧されると、センタリングガイド１３２が図３の矢印Ｄ方向に移動する。

以上説明した非接触搬送装置１において、図示せぬ流体供給装置から流体供給口１２１を介して流体（例えば、空気）が供給されると、その流体は、基体１１内の図示せぬ流体通路を通って各旋回流形成体２の流体導入口２４に送られる。 そして、その流体導入口２４に送られた流体は、流体通路２５を通って噴出口２３から円筒室２１内に吐出される。 円筒室２１内に吐出された流体は、円筒室２１内において旋回流となって整流され、その後円筒室２１の開口部から流出する。

その際、端面２２に対向する位置に板状部材Ｗが存在する場合には、円筒室２１内への外部空気の流入が制限され、旋回流の遠心力とエントレインメント効果により、旋回流中心部の単位体積あたりの流体分子の密度が小さくなり、負圧が発生する。 この結果、板状部材Ｗは周囲の空気によって押圧されて端面２２側に引き寄せられる。 その一方で、端面２２と板状部材Ｗとの距離が近づくにつれて、円筒室２１内から流出する空気の量が制限され、噴出口２３から円筒室２１内へ吐出される流体の速度が遅くなり、旋回流中止部の圧力が上昇する。 この結果、板状部材Ｗは端面２２とは接触せず、板状部材Ｗと端面２２との間には一定の距離が保たれる。

非接触搬送装置１によって板状部材Ｗが保持されている状態において、センタリング機構１３のシリンダ１３１内が加圧されると、センタリングガイド１３２が図３の矢印Ｃ方向に移動する。 その結果、板状部材Ｗはセンタリングガイド１３２によって図３の矢印Ｃ方向に移動させられ、センタリングガイド１１３とセンタリングガイド１３２とによって外周部分を規制されることによって位置決めがなされる。 他方、シリンダ１３１内が減圧されると、センタリングガイド１３２が図３の矢印Ｄ方向に移動し、板状部材Ｗに対する規制が解除される。

図７は、非接触搬送装置１の各旋回流形成体２から流出する流体の方向を示す図である。 具体的には、各旋回流形成体２の円筒室２１の開口部から流出する流体の方向を示す図である。 また、図８は、図７のＥ部の拡大図である。 各図において、各矢印は、旋回流形成体２の円筒室２１の開口部から流出する流体の方向を示している。 また、一点鎖線は流体通路２５を示し、二点鎖線Ｌは板状部材Ｗの重心Ｇから半径方向に延びる線であって、旋回流形成体２の中心軸（又は、円筒室２１内に形成される旋回流の中心軸）と交差する線である。 各図に示されるように、本実施形態に係る非接触搬送装置１では、二点鎖線Ｌと平行な方向に流体が流出するように、流体通路２５が配置されている。

なお、円筒室２１から流出する流体の方向は、円筒室２１の直径や深さ及び流体の流速によって決定される。 また、ここで流体の方向とは、例えば流体の合成ベクトルのことである。

以上の図７の例に対し、図９は、二点鎖線Ｌと平行ではない方向に流体が流出する場合の例を示す図である。 同図に示されるように、この例では、各旋回流形成体２から流出する流体の方向が二点鎖線Ｌと平行になっておらず、二点鎖線Ｌに対して約４５°の角度をなしている。

図１０は、図９のＦ部を拡大した図である。 同図において、円筒室２１から流出する流体の方向を示す一方の矢印をベクトルＶａ１とし、このベクトルＶａ１を板状部材Ｗの半径方向と接線方向とに分解すると、ベクトルＶｂ１とベクトルＶｃ１とに分解される。 また、もう一方の矢印をベクトルＶａ２とし、このベクトルＶａ２を板状部材Ｗの半径方向と接線方向とに分解すると、ベクトルＶｂ２とベクトルＶｃ２とに分解される。 以上のことから、図９の例では、円筒室２１から流出する流体によって板状部材Ｗに対して接線方向に回転させる力が働いていることがわかる。

ここで、ベクトルＶｃ１とベクトルＶｃ２とは互いに逆の関係にあることから、互いに打ち消し合って、板状部材Ｗを回転させる力は働かないようにも思われる。 しかし、理論上はそうであっても、実際上は互いの力がつり合わず、板状部材Ｗをどちらかの方向に回転させてしまう場合が多い。 これに対して、上述の図７に示される例では、円筒室２１から流出する流体は、板状部材Ｗの重心Ｇから半径方向に延びる線に対して平行に流出するため、板状部材Ｗに対して接線方向に回転させる力が加わらない。 よって、流出する流体に起因する板状部材Ｗの回転が抑制される。

（２）第２実施形態 図１１は、本発明の第２実施形態に係る非接触搬送装置３の構成を示す斜視図である。 また、図１２（ａ）は、非接触搬送装置３の上面図であり、図１２（ｂ）は、非接触搬送装置３の側面図であり、図１２（ｃ）は、非接触搬送装置３の下面図である。 また、図１３は、非接触搬送装置３が備えるセンタリング機構３２について説明する図である。
なお、以下の説明においては、上述の第１実施形態と同じ構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

非接触搬送装置３は、板状の基底部３１と、基底部３１に固定された６個の円柱形状の旋回流形成体２ａと、板状部材Ｗのセンタリングを行うセンタリング機構３２とを備えている。 基底部３１の外面には流体供給口３１１が設けられている。 この流体供給口３１１は、基底部３１の内部に形成された流体通路（図示略）を介して各旋回流形成体２ａの流体導入口２４ａ（図１５参照）と連結されている。

図１４は、旋回流形成体２ａの構成を示す斜視図である。 また、図１５は、図１４のＨ−Ｈ線断面図であり、図１６は、図１４のＩ−Ｉ線断面図である。 本実施形態に係る旋回流形成体２ａの構成は、上述の第１実施形態に係る旋回流形成体２の構成とほぼ同じである。 相違点は、第１実施形態に係る旋回流形成体２では、流体導入口２４が旋回流形成体２の外周面に設けられ、流体通路２５が直線的に設けられるのに対し、本実施形態に係る旋回流形成体２ａでは、流体導入口２４ａが旋回流形成体２ａの端面２２の逆側の面に設けられ、流体通路２５ａが屈曲している点である。
旋回流形成体２ａは、その端面２２と反対側の面が基底部３１に固定されている。 また、各旋回流形成体２の端面２２は、基底部３１の表面からの高さが同じになっている。

センタリング機構３２は、基底部３１の外面に設けられ、非接触で保持する板状部材Ｗの位置決めを行うとともに、板状部材Ｗの非接触搬送装置３からの離脱を防止する。 センタリング機構３２は、その一端が相互に連通している６本のシリンダ３２１と、各シリンダ３２１にその一端が連結された棒状のリンクアーム３２２と、各リンクアーム３２２のシリンダ３２１が連結されていない方の端部と連結される棒状のセンタリングガイド３２３とから構成されている。 センタリングガイド３２３は、リンクアーム３２２に対して垂直な方向に延びるように連結されている。

６本のシリンダ３２１は、その一端が相互に連通しているため、１系統の流体によってすべてのシリンダ３２１の加圧及び減圧が可能となっている。 シリンダ３２１内が図示せぬ流体供給装置から供給される流体によって減圧されると、６本のリンクアーム３２２が中心方向に向かって移動し、これに伴ってセンタリングガイド３２３も中心方向に向かって移動する。 これに対し、シリンダ３２１内が加圧されると、６本のリンクアーム３２２が中心方向とは反対の方向に向かって移動し、これに伴ってセンタリングガイド３２３も中心方向とは反対の方向に向かって移動する。

以上説明した非接触搬送装置３において、図示せぬ流体供給装置から流体供給口３１１を介して流体（例えば、空気）が供給されると、その流体は、基底部３１内の図示せぬ流体通路を通って各旋回流形成体２ａの流体導入口２４ａに送られる。 そして、その流体導入口２４ａに送られた流体は、流体通路２５ａを通って噴出口２３から円筒室２１内に吐出される。 円筒室２１内に吐出された流体は、円筒室２１内において旋回流となって整流され、その後円筒室２１の開口部から流出する。

その際、端面２２に対向する位置に板状部材Ｗが存在する場合には、円筒室２１内への外部空気の流入が制限され、旋回流の遠心力とエントレインメント効果により、旋回流中心部の単位体積あたりの流体分子の密度が小さくなり、負圧が発生する。 この結果、板状部材Ｗは周囲の空気によって押圧されて端面２２側に引き寄せられる。 その一方で、端面２２と板状部材Ｗとの距離が近づくにつれて、円筒室２１内から流出する空気の量が制限され、噴出口２３から円筒室２１内へ吐出される流体の速度が遅くなり、旋回流中止部の圧力が上昇する。 この結果、板状部材Ｗは端面２２とは接触せず、板状部材Ｗと端面２２との間には一定の距離が保たれる。

非接触搬送装置１によって板状部材Ｗが保持されている状態において、センタリング機構３２のシリンダ３２１内が減圧されると、６本のリンクアーム３２２が中心方向に向かって移動し、これに伴ってセンタリングガイド３２３も中心方向に向かって移動する。 その結果、板状部材Ｗはセンタリングガイド３２３によってその外周部分が規制され、位置決めがなされる。 他方、シリンダ３２１内が加圧されると、６本のリンクアーム３２２が中心方向とは反対の方向に向かって移動し、これに伴ってセンタリングガイド３２３も中心方向とは反対の方向に向かって移動する。 その結果、板状部材Ｗに対する規制が解除される。

図１７は、非接触搬送装置３の各旋回流形成体２ａから流出する流体の方向を示す図である。 具体的には、各旋回流形成体２ａの円筒室２１の開口部から流出する流体の方向を示す図である。 また、図１８は、図１７のＪ部の拡大図である。 各図において、各矢印は、旋回流形成体２ａの円筒室２１の開口部から流出する流体の方向を示している。 また、一点鎖線は流体通路２５ａを示し、二点鎖線Ｌは板状部材Ｗの重心Ｇから半径方向に延びる線であって、旋回流形成体２ａの中心軸（又は、円筒室２１内に形成される旋回流の中心軸）と交差する線である。 同図に示されるように、本実施形態に係る非接触搬送装置３では、二点鎖線Ｌと平行な方向に流体が流出するように、流体通路２５ａが配置されている。 この結果、板状部材Ｗに対しては、その接線方向に回転させる力が加わらず、よって、流出する流体に起因する板状部材Ｗの回転が抑制される。

（３）変形例 上記の実施形態は、以下のように変形してもよい。 また、以下の変形例は、互いに組み合わせてもよい。
（３−１）変形例１
上記の実施形態では、非接触搬送装置に対して６個の旋回流形成体が設置されているが、設置される旋回流形成体の個数は２以上であれば、６以外であってもよい。 仮に２個の旋回流形成体が設置される場合には、それらの旋回流形成体は、例えば板状部材Ｗの重心を挟んで対向するように配置される。 また、旋回流形成体は、円柱形状ではなく、角柱形状であってもよい。

（３−２）変形例２
上記の実施形態では、非接触搬送装置に対してセンタリング機構が設置されているが、このセンタリング機構を設置しない態様としてもよい。 また、第１実施形態において、センタリングガイド１１３の設置を省略してもよい。

（３−３）変形例３
上記の実施形態では、旋回流形成体に対して２つの噴出口が設けられ、２本の流体通路が形成されているが、この噴出口及び流体通路の数はそれぞれ１であっても、また３以上であってもよい。

（３−４）変形例４
上記の実施形態では、板状部材Ｗが円形の形状を有するものと想定しているが、この形状は多角形状であってもよい。 この場合、各旋回流形成体の流体通路は、多角形状の板状部材Ｗの重心からその外周に向かって延びる線と平行に円筒室２１から流体が流出するように配置される。

（３−５）変形例５
上記の実施形態では、旋回流形成体の円筒室から流出する流体の方向が、板状部材Ｗの重心から半径方向に延びる線に対して完全に平行になるように流体通路を配置することを想定しているが、完全に平行な関係とならなくてもよい。 完全に平行とならなくても、それに近い関係になることにより、板状部材Ｗをその接線方向に回転させる力が弱まり、板状部材Ｗの回転を抑制するという本発明の目的は達成される。

（３−６）変形例６
上記の実施形態において、非接触搬送装置１の基体１１と旋回流形成体２とは、一体に成型されてもよい。 同様に、非接触搬送装置３の基底部３１と旋回流形成体２ａとは、一体に成型されてもよい。

１，３…非接触搬送装置、２，２ａ…旋回流形成体、１１…基体、１２…把持部、１３，３２…センタリング機構、２１…円筒室、２２…端面、２３…噴出口、２４，２４ａ…流体導入口、２５，２５ａ…流体通路、２６…傾斜面、３１…基底部、１１１…基部、１１２…腕部、１１３，１３２，３２３…センタリングガイド、１２１，３１１…流体供給口、１３１，３２１…シリンダ、１３３…リンクプレート、３２２…リンクアーム、Ｗ…板状部材