비접촉 반송 장치

비접촉 반송 장치{NONCONTACT CONVEYANCE DEVICE}

본 발명은, 비접촉 반송 장치에 관한 것이다.

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

본 발명은, 판상 부재를 비접촉으로 반송할 때에 발생하는 상기 판상 부재의 회전을 억제하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 판상 부재를 비접촉으로 반송하는 비접촉 반송 장치로서, 판상의 기체(基體)와, 상기 기체에 설치되는 복수의 선회류 형성체를 구비하고, 상기 복수의 선회류 형성체는, 각각, 기둥형의 본체와, 상기 본체의 내부에 형성되고, 그 일단이 개구하고 있는 원통실과, 상기 본체의, 상기 원통실이 개구하는 측의 면에 형성되는 평탄형의 단면과, 상기 원통실의 내주면에 설치되는 분출구와, 상기 본체의 외면에 설치되는 유체 도입구와, 상기 분출구와 상기 유체 도입구를 연결하는 유체 통로를 구비하고, 상기 유체 통로는, 상기 원통실로부터 상기 단면을 따라서 유출되는 유체의 방향이, 상기 반송되는 판상 부재의 무게 중심으로부터 외주를 향해 연장되는 선과 대략 평행하게 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 비접촉 반송 장치를 제공한다.

본 발명에 의하면, 선회류 형성체의 원통실에서부터 단면을 따라서 유출되는 유체의 방향이, 반송되는 판상 부재의 무게 중심으로부터 외주를 향해 연장되는 선과 대략 평행하게 되도록 유체 통로가 배치되지 않은 경우에 비해, 판상 부재를 비접촉으로 반송할 때에 발생하는 상기 판상 부재의 회전을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 비접촉 반송 장치(1)의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 비접촉 반송 장치(1)의 상면도 및 측면도이다.
도 3은 비접촉 반송 장치(1)가 구비하는 센터링 기구(13)에 대해서 설명하는 도면이다.
도 4는 제1 실시형태에 따른 선회류 형성체(2)의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4의 AA선 단면도이다.
도 6은 도 4의 BB선 단면도이다.
도 7은 선회류 형성체(2)로부터 유출되는 유체의 방향을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7의 E부의 확대도이다.
도 9는 선회류 형성체(2)로부터 유출되는 유체의 방향을 나타내는 도면이다.
도 10은 도 9의 F부의 확대도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 비접촉 반송 장치(3)의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 12는 비접촉 반송 장치(3)의 상면도, 측면도 및 하면도이다.
도 13은 비접촉 반송 장치(3)가 구비하는 센터링 기구(32)에 대해서 설명하는 도면이다.
도 14는 제2 실시형태에 따른 선회류 형성체(2a)의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 15는 도 14의 HH선 단면도이다.
도 16은 도 14의 II선 단면도이다.
도 17은 선회류 형성체(2a)로부터 유출되는 유체의 방향을 나타내는 도면이다.
도 18은 도 17의 J부의 확대도이다.

이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

(1) 제1 실시형태

도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 비접촉 반송 장치(1)의 구성을 나타내는 사시도이다. 또, 도 2(a)는, 비접촉 반송 장치(1)의 상면도이며, 도 2(b)는, 비접촉 반송 장치(1)의 측면도이다. 또, 도 3은, 비접촉 반송 장치(1)가 구비하는 센터링 기구(13)에 대해서 설명하는 도면이다. 비접촉 반송 장치(1)는, 반도체 웨이퍼나 유리 기판 등의 판상 부재(W)를 비접촉으로 유지하여 반송하기 위한 장치이다.

비접촉 반송 장치(1)는, 판상의 기체(11)와, 기체(11)에 고정된 6개의 원주 형상의 선회류 형성체(2)와, 기체(11)를 이동시키기 위해서 파지되는 파지부(12)와, 판상 부재(W)의 위치 결정을 행하는 센터링 기구(13)를 구비하고 있다. 기체(11)는, 직사각형상의 기부(基部)(111)와, 기부(111)로부터 두 갈래로 분기하는 2개의 팔부(112)로 구성되어 있다. 각 팔부(112)의 돌출단에는, 원주 형상의 센터링 가이드(113)가 고정되어 있다.

도 4는, 선회류 형성체(2)의 구성을 나타내는 사시도이다. 또, 도 5는, 도 4의 AA선 단면도이며, 도 6은, 도 4의 BB선 단면도이다. 선회류 형성체(2)의 내부에는, 원주 형상의 공간을 갖고, 그 일단이 개구하고 있는 원통실(21)이 형성되어 있다. 원통실(21)이 개구하고 있는 면에는, 평탄형의 단면(22)이 형성되어 있다. 원통실(21)의 내주면에는, 2개의 분출구(23)가 설치되고, 선회류 형성체(2)의 외주면에는, 2개의 유체 도입구(24)가 설치되어 있다. 이 분출구(23)와 유체 도입구(24)는, 유체 통로(25)에 의해 연결되어 있다. 2개의 유체 통로(25)는, 서로 평행하게 되도록 배치된다. 원통실(21)의 개구부에는, 경사면(26)이 형성되어 있다.

선회류 형성체(2)는, 그 단면(22)과 반대측의 면이 기부(111) 및 팔부(112)에 고정되어 있다. 또, 각 선회류 형성체(2)의 단면(22)은, 기부(111) 또는 팔부(112)의 표면으로부터의 높이가 동일하게 되어 있다.

파지부(12)의 측면에는, 유체 공급구(121)가 설치되어 있다. 그리고, 기체(11)의 내부에는, 이 유체 공급구(121)와 각 선회류 형성체(2)의 유체 도입구(24)를 연결하는 유체 통로(도시 생략)가 형성되어 있다.

센터링 기구(13)는, 기체(11)의 하측에 설치되고, 비접촉으로 유지하는 판상 부재(W)의 위치 결정을 행함과 더불어, 판상 부재(W)의 비접촉 반송 장치(1)로부터의 이탈을 방지한다. 센터링 기구(13)는, 도 3에 나타난 바와 같이, 파지부(12) 내에 설치된 실린더(131)와, 실린더(131)에 그 일단이 연결되고, 타단에 2개의 원주 형상의 센터링 가이드(132)가 고정된 링크 플레이트(133)를 구비하고 있다. 실린더(131)가, 도시하지 않는 유체 공급 장치로부터 공급되는 유체에 의해서 가압되면, 센터링 가이드(132)가 도 3의 화살표 C방향으로 이동한다. 또, 실린더(131) 내가 감압되면, 센터링 가이드(132)가 도 3의 화살표 D방향으로 이동한다.

이상 설명한 비접촉 반송 장치(1)에 있어서, 도시하지 않는 유체 공급 장치로부터 유체 공급구(121)를 통해 유체(예를 들면, 공기)가 공급되면, 그 유체는, 기체(11) 내의 도시하지 않는 유체 통로를 통과하여 각 선회류 형성체(2)의 유체 도입구(24)로 보내진다. 그리고, 그 유체 도입구(24)로 보내진 유체는, 유체 통로(25)를 통과하여 분출구(23)로부터 원통실(21) 내로 토출된다. 원통실(21) 내로 토출된 유체는, 원통실(21) 내에서 선회류가 되어 정류되고, 그 후 원통실(21)의 개구부로부터 유출된다.

그 때, 단면(22)에 대향하는 위치에 판상 부재(W)가 존재하는 경우에는, 원통실(21) 내로의 외부 공기의 유입이 제한되고, 선회류의 원심력과 엔트레인먼트(entrainment) 효과에 의해, 선회류 중심부의 단위체적당 유체 분자의 밀도가 작아져, 부압이 발생한다. 이 결과, 판상 부재(W)는 주위의 공기에 의해서 가압 되어 단면(22)측으로 끌어당겨진다. 반면에, 단면(22)과 판상 부재(W)의 거리가 가까워짐에 따라, 원통실(21) 내로부터 유출되는 공기의 양이 제한되고, 분출구(23)로부터 원통실(21) 내로 토출되는 유체의 속도가 늦어져, 선회류 중지부의 압력이 상승한다. 이 결과, 판상 부재(W)는 단면(22)과는 접촉하지 않고, 판상 부재(W)와 단면(22) 사이에는 일정한 거리가 유지된다.

비접촉 반송 장치(1)에 의해서 판상 부재(W)가 유지되어 있는 상태에서, 센터링 기구(13)의 실린더(131) 내가 가압되면, 센터링 가이드(132)가 도 3의 화살표 C방향으로 이동한다. 그 결과, 판상 부재(W)는 센터링 가이드(132)에 의해서 도 3의 화살표 C방향으로 이동되고, 센터링 가이드(113)과 센터링 가이드(132)에 의해서 외주 부분이 규제됨으로써 위치 결정이 이루어진다. 한편, 실린더(131) 내가 감압되면, 센터링 가이드(132)가 도 3의 화살표 D방향으로 이동하고, 판상 부재(W)에 대한 규제가 해제된다.

도 7은, 비접촉 반송 장치(1)의 각 선회류 형성체(2)로부터 유출되는 유체의 방향을 나타내는 도면이다. 구체적으로는, 각 선회류 형성체(2)의 원통실(21)의 개구부로부터 유출되는 유체의 방향을 나타내는 도면이다. 또, 도 8은, 도 7의 E부의 확대도이다. 각 도면에서, 각 화살표는, 선회류 형성체(2)의 원통실(21)의 개구부로부터 유출되는 유체의 방향을 나타내고 있다. 또, 일점쇄선은 유체 통로(25)를 나타내고, 이점쇄선(L)은 판상 부재(W)의 무게 중심(G)으로부터 반경 방향으로 연장되는 선으로서, 선회류 형성체(2)의 중심축(또는, 원통실(21) 내에 형성되는 선회류의 중심축)과 교차하는 선이다. 각 도면에 나타난 바와 같이, 본 실시형태에 따른 비접촉 반송 장치(1)에서는, 이점쇄선(L)과 평행한 방향으로 유체가 유출되도록, 유체 통로(25)가 배치되어 있다.

또한, 원통실(21)로부터 유출되는 유체의 방향은, 원통실(21)의 직경이나 깊이 및 유체의 유속에 의해서 결정된다. 또, 여기서 유체의 방향이란, 예를 들면 유체의 합성 벡터이다.

이상의 도 7의 예에 대해, 도 9는, 이점쇄선(L)과 평행하지 않은 방향으로 유체가 유출되는 경우의 예를 나타내는 도면이다. 동 도면에 나타난 바와 같이, 이 예에서는, 각 선회류 형성체(2)로부터 유출되는 유체의 방향이 이점쇄선(L)과 평행하게 되어 있지 않고, 이점쇄선(L)에 대해 약 45°의 각도를 이루고 있다.

도 10은, 도 9의 F부를 확대한 도면이다. 동 도면에서, 원통실(21)로부터 유출되는 유체의 방향을 나타내는 한쪽의 화살표를 벡터 Va1로 하고, 이 벡터 Va1을 판상 부재(W)의 반경 방향과 접선 방향으로 분해하면, 벡터 Vb1과 벡터 Vc1로 분해된다. 또, 다른 한쪽의 화살표를 벡터 Va2로 하고, 이 벡터 Va2를 판상 부재(W)의 반경 방향과 접선 방향으로 분해하면, 벡터 Vb2와 벡터 Vc2로 분해된다. 이상으로부터, 도 9의 예에서는, 원통실(21)로부터 유출되는 유체에 의해서 판상 부재(W)에 대해 접선 방향으로 회전시키는 힘이 작용하고 있음을 알 수 있다.

여기서, 벡터 Vc1과 벡터 Vc2는 서로 반대의 관계에 있다는 점에서, 서로 상쇄되어, 판상 부재(W)를 회전시키는 힘은 작용하지 않는다고도 생각된다. 그러나, 이론상은 그렇다 하더라도, 실제상으로는 서로의 힘이 균형을 이루지 않고, 판상 부재(W)를 어느 한 방향으로 회전시켜 버리는 경우가 많다. 이에 대해, 상술한 도 7에 나타난 예에서는, 원통실(21)로부터 유출되는 유체는, 판상 부재(W)의 무게 중심(G)으로부터 반경 방향으로 연장되는 선에 대해 평행하게 유출되므로, 판상 부재(W)에 대해 접선 방향으로 회전시키는 힘이 가해지지 않는다. 따라서, 유출되는 유체에 기인하는 판상 부재(W)의 회전이 억제된다.

(2) 제2 실시형태

도 11은, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 비접촉 반송 장치(3)의 구성을 나타내는 사시도이다. 또, 도 12(a)는, 비접촉 반송 장치(3)의 상면도이며, 도 12(b)는, 비접촉 반송 장치(3)의 측면도이며, 도 12(c)는, 비접촉 반송 장치(3)의 하면도이다. 또, 도 13은, 비접촉 반송 장치(3)가 구비하는 센터링 기구(32)에 대해서 설명하는 도면이다.

또한, 이하의 설명에서는, 상술한 제1 실시형태와 같은 구성요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여해 그 설명을 생략한다.

비접촉 반송 장치(3)는, 판상의 기저부(31)와, 기저부(31)에 고정된 6개의 원주 형상의 선회류 형성체(2a)와, 판상 부재(W)의 센터링을 행하는 센터링 기구(32)를 구비하고 있다. 기저부(31)의 외면에는 유체 공급구(311)가 설치되어 있다. 이 유체 공급구(311)는, 기저부(31)의 내부에 형성된 유체 통로(도시 생략)를 통해 각 선회류 형성체(2a)의 유체 도입구(24a)(도 15 참조)와 연결되어 있다.

도 14는, 선회류 형성체(2a)의 구성을 나타내는 사시도이다. 또, 도 15는, 도 14의 HH선 단면도이며, 도 16은, 도 14의 II선 단면도이다. 본 실시형태에 따른 선회류 형성체(2a)의 구성은, 상술한 제1 실시형태에 따른 선회류 형성체(2)의 구성과 거의 같다. 차이점은, 제1 실시형태에 따른 선회류 형성체(2)에서는, 유체 도입구(24)가 선회류 형성체(2)의 외주면에 설치되고, 유체 통로(25)가 직선적으로 설치되는데 반해, 본 실시형태에 따른 선회류 형성체(2a)에서는, 유체 도입구(24a)가 선회류 형성체(2a)의 단면(22)의 반대측의 면에 설치되고, 유체 통로(25a)가 굴곡하고 있는 점이다.

선회류 형성체(2a)는, 그 단면(22)과 반대측의 면이 기저부(31)에 고정되어 있다. 또, 각 선회류 형성체(2)의 단면(22)은, 기저부(31)의 표면으로부터의 높이가 동일하게 되어 있다.

센터링 기구(32)는, 기저부(31)의 외면에 설치되고, 비접촉으로 유지하는 판상 부재(W)의 위치 결정을 행함과 더불어, 판상 부재(W)의 비접촉 반송 장치(3)로부터의 이탈을 방지한다. 센터링 기구(32)는, 그 일단이 서로 연통하고 있는 6개의 실린더(321)와, 각 실린더(321)에 그 일단이 연결된 봉형상의 링크 암(322)과, 각 링크 암(322)의 실린더(321)가 연결되어 있지 않은 쪽의 단부와 연결되는 봉형상의 센터링 가이드(323)로 구성되어 있다. 센터링 가이드(323)는, 링크 암(322)에 대해 수직인 방향으로 연장되도록 연결되어 있다.

6개의 실린더(321)는, 그 일단이 서로 연통하고 있으므로, 1계통의 유체에 의해서 모든 실린더(321)의 가압 및 감압이 가능하게 되어 있다. 실린더(321) 내가 도시하지 않는 유체 공급 장치로부터 공급되는 유체에 의해서 감압되면, 6개의 링크 암(322)이 중심 방향을 향해 이동하고, 이에 따라 센터링 가이드(323)도 중심 방향을 향해 이동한다. 이에 반해, 실린더(321) 내가 가압되면, 6개의 링크 암(322)이 중심 방향과는 반대인 방향을 향해 이동하고, 이에 따라 센터링 가이드(323)도 중심 방향과는 반대인 방향을 향해 이동한다.

이상 설명한 비접촉 반송 장치(3)에 있어서, 도시하지 않는 유체 공급 장치로부터 유체 공급구(311)를 통해 유체(예를 들면, 공기)가 공급되면, 그 유체는, 기저부(31) 내의 도시하지 않는 유체 통로를 통과하여 각 선회류 형성체(2a)의 유체 도입구(24a)로 보내진다. 그리고, 그 유체 도입구(24a)로 보내진 유체는, 유체 통로(25a)를 통과하여 분출구(23)로부터 원통실(21) 내로 토출된다. 원통실(21) 내로 토출된 유체는, 원통실(21) 내에서 선회류가 되어 정류되고, 그 후 원통실(21)의 개구부로부터 유출된다.

그 때, 단면(22)에 대향하는 위치에 판상 부재(W)가 존재하는 경우에는, 원통실(21) 내로의 외부 공기의 유입이 제한되고, 선회류의 원심력과 엔트레인먼트 효과에 의해, 선회류 중심부의 단위체적당 유체 분자의 밀도가 작아져, 부압이 발생한다. 이 결과, 판상 부재(W)는 주위의 공기에 의해서 가압되어 단면(22)측으로 끌어당겨진다. 반면에, 단면(22)과 판상 부재(W)의 거리가 가까워짐에 따라, 원통실(21) 내로부터 유출되는 공기의 양이 제한되어, 분출구(23)로부터 원통실(21) 내로 토출되는 유체의 속도가 늦어져, 선회류 중지부의 압력이 상승한다. 이 결과, 판상 부재(W)는 단면(22)과는 접촉하지 않고, 판상 부재(W)와 단면(22) 사이에는 일정한 거리가 유지된다.

비접촉 반송 장치(1)에 의해서 판상 부재(W)가 유지되어 있는 상태에서, 센터링 기구(32)의 실린더(321) 내가 감압되면, 6개의 링크 암(322)이 중심 방향을 향해 이동하고, 이에 따라 센터링 가이드(323)도 중심 방향을 향해 이동한다. 그 결과, 판상 부재(W)는 센터링 가이드(323)에 의해서 그 외주 부분이 규제되고, 위치 결정이 이루어진다. 한편, 실린더(321) 내가 가압되면, 6개의 링크 암(322)이 중심 방향과는 반대인 방향을 향해 이동하고, 이에 따라 센터링 가이드(323)도 중심 방향과는 반대인 방향을 향해 이동한다. 그 결과, 판상 부재(W)에 대한 규제가 해제된다.

도 17은, 비접촉 반송 장치(3)의 각 선회류 형성체(2a)로부터 유출되는 유체의 방향을 나타내는 도면이다. 구체적으로는, 각 선회류 형성체(2a)의 원통실(21)의 개구부로부터 유출되는 유체의 방향을 나타내는 도면이다. 또, 도 18은, 도 17의 J부의 확대도이다. 각 도면에서, 각 화살표는, 선회류 형성체(2a)의 원통실(21)의 개구부로부터 유출되는 유체의 방향을 나타내고 있다. 또, 일점쇄선은 유체 통로(25a)를 나타내고, 이점쇄선(L)은 판상 부재(W)의 무게 중심(G)으로부터 반경 방향으로 연장되는 선으로서, 선회류 형성체(2a)의 중심축(또는, 원통실(21) 내에 형성되는 선회류의 중심축)과 교차하는 선이다. 동 도면에 나타난 바와 같이, 본 실시형태에 따른 비접촉 반송 장치(3)에서는, 이점쇄선(L)과 평행한 방향으로 유체가 유출되도록, 유체 통로(25a)가 배치되어 있다. 이 결과, 판상 부재(W)에 대해서는, 그 접선 방향으로 회전시키는 힘이 가해지지 않고, 따라서, 유출되는 유체에 기인하는 판상 부재(W)의 회전이 억제된다.

(3) 변형예

상기 실시형태는, 이하와 같이 변형해도 된다. 또, 이하의 변형예는, 서로 조합해도 된다.

(3-1) 변형예 1

상기 실시형태에서는, 비접촉 반송 장치에 대해 6개의 선회류 형성체가 설치되어 있는데, 설치되는 선회류 형성체의 개수가 2 이상이면, 6 이외여도 된다. 가령 2개의 선회류 형성체가 설치되는 경우에는, 그들 선회류 형성체는, 예를 들면 판상 부재(W)의 무게 중심을 사이에 두고 대향하도록 배치된다. 또, 선회류 형성체는, 원주 형상이 아니라, 각주 형상이어도 된다.

(3-2) 변형예 2

상기 실시형태에서는, 비접촉 반송 장치에 대해 센터링 기구가 설치되어 있는데, 이 센터링 기구를 설치하지 않는 양태로 해도 된다. 또, 제1 실시형태에 있어서, 센터링 가이드(113)의 설치를 생략해도 된다.

(3-3) 변형예 3

상기 실시형태에서는, 선회류 형성체에 대해 2개의 분출구가 설치되고, 2개의 유체 통로가 형성되어 있는데, 이 분출구 및 유체 통로의 수는 각각 1이어도 되고, 또 3 이상이어도 된다.

(3-4) 변형예 4

상기 실시형태에서는, 판상 부재(W)가 원형의 형상을 갖는 것이라고 상정하고 있는데, 이 형상은 다각형상이어도 된다. 이 경우, 각 선회류 형성체의 유체 통로는, 다각형상의 판상 부재(W)의 무게 중심으로부터 그 외주를 향해 연장되는 선과 평행하게 원통실(21)로부터 유체가 유출되도록 배치된다.

(3-5) 변형예 5

상기 실시형태에서는, 선회류 형성체의 원통실로부터 유출되는 유체의 방향이, 판상 부재(W)의 무게 중심으로부터 반경 방향으로 연장되는 선에 대해 완전히 평행하게 되도록 유체 통로를 배치하는 것을 상정하고 있는데, 완전하게 평행한 관계가 되지 않아도 된다. 완전히 평행하게 되지 않더라도, 그에 가까운 관계가 됨으로써, 판상 부재(W)를 그 접선 방향으로 회전시키는 힘이 약해져, 판상 부재(W)의 회전을 억제한다고 하는 본 발명의 목적은 달성된다.

(3-6) 변형예 6

상기 실시형태에 있어서, 비접촉 반송 장치(1)의 기체(11)와 선회류 형성체(2)는, 일체로 성형되어도 된다. 마찬가지로, 비접촉 반송 장치(3)의 기저부(31)와 선회류 형성체(2a)는, 일체로 성형되어도 된다.

1, 3:비접촉 반송 장치
2, 2a:선회류 형성체
11:기체
12:파지부
13, 32:센터링 기구
21:원통실
22:단면
23:분출구
24, 24a:유체 도입구
25, 25a:유체 통로
26:경사면
31:기저부
111:기부
112:팔부
113, 132, 323:센터링 가이드
121, 311:유체 공급구
131, 321:실린더
133:링크 플레이트
322:링크 암
W:판상 부재