(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体あるいは液体などの流体源に接続する流入口を形成した本体と、この本体に形成した負圧生成室と、この負圧生成室に上記流入口からの流体を噴出するための噴出口とを備え、上記噴出口から噴出した流体の流れによって、上記負圧生成室に負圧を生成し、この生成された負圧を利用して被保持体を保持する保持具において、
上記噴出口を、上記流体源から噴出口へ流れる流体の流れに対して直列に複数配置するとともに、上記複数の噴出口のうち、上記流体源から噴出口へ流れる流体の流れに対して上流側に位置する噴出口と、この上流側の噴出口から噴出される流体を下流側の噴出口へ導く導入口との間に隙間を設け、上記上流側の噴出口、上記導入口及び上記隙間によってエジェクタ機構を構成し、
上記エジェクタ機構によって負圧が生成される減圧エリアと、上記負圧生成室とを連通させる連通路を本体に形成し、上記連通路の吸入口と上記下流側の噴出口との間には所定の間隔を保つとともに、上記本体には、減圧エリアと被保持体との間を遮断する遮断部を備え、
上記減圧エリアで生成した負圧と、上記負圧生成室に生成した負圧とが相まって、被保持体を保持する構成にした保持具。
【請求項２】
上記減圧エリアあるいは上記負圧生成室と本体外部とを連通させる負圧調整用の調整孔を上記本体に形成した請求項１に記載の保持具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、流体のベルヌーイ効果によって発生させた負圧を利用して、半導体ウエハなどの被保持体を非接触状態で保持する保持具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、流体のベルヌーイの効果を利用して被保持体を被接触状態で保持する保持具が知られている。
例えば、図６に示す保持具は、円盤状のベース部材１の一方の面に凹部２を形成するとともに、この凹部２の底面に流体の噴出部材３を設けている。
この噴出部材３は、その中央に流体室４を設けるとともに、この流体室４側の導入口５ａから外周の噴出口５ｂに向かう複数の通路５を放射状に備えた円筒状の部材である。
【０００３】
また、ベース部材１には上記流体室４に流体を供給する流体源Ｐを接続するための流入口６を設け、上記流体源Ｐから供給された流体は、流体室４から上記通路５の噴出口５ｂから噴出するようにしている。
そして、上記複数の流路５の噴出口５ｂの合計開口面積を上記流入口６の開口よりも小さくして、噴出口５ｂから高速流体が噴出するようにしている。
【０００４】
一方、上記凹部２内であって、噴出部材３の外周には、テーパー状にしたガイド面７を形成し、上記噴出口５ｂから噴出された流体をベース部材１の表面に沿って外方へ導くようにしている。
このように構成した保持具に、流体源Ｐから流体を供給し、その流体を上記噴出口５ｂから高速で噴出させるとその流体によって、噴出部材３の外周に形成した負圧生成室８に負圧が生成される。このように、流体を噴出させた状態で上記流入口６と反対側の保持面９側に被保持部材となる平板状のワークＷを対向させ近づけると、ワークＷは、上記負圧生成室８に生成した負圧による吸引力で引き付けられ、この吸引力と、流体の噴出による正圧と、ワークＷの重量に基づく重力とがバランスする位置で保持されることになる。
【０００５】
なお、図６中符号１０は、図示のように保持されたワークＷの外周を囲むように設けられたストッパ部材であり、保持状態において、保持具が水平方向に移動したとき、ワークＷが保持面９から外れてしまわないように機能するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４７６６８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したように、従来の保持具は、ベース部材１に形成した負圧生成室８に生成される負圧によってワークＷを吸引するようにしているが、上記負圧生成室８に生成される負圧は、上記噴出口５ｂから噴出される流体速度が大きいほど大きくなる。
そのため、ワークＷを確実に保持するためには、上記噴出口５ｂから噴出する流体速度を大きくして、大きな負圧を生成する必要がある。
特に、半導体ウエハなどのワークＷが大型化すれば、ワークＷの重量が大きくなり、それを保持するための吸引力も大きくしなければならない。
【０００８】
そのために、上記従来の保持具では、負圧生成室８の負圧を大きくするために、流体源Ｐからの流体供給量を大きくして、噴出口５ｂから噴出される流体の速度を大きくしなければならなかった。
または、上記噴出口５ｂの数を多くしなければならなかった。
その結果、流体源Ｐの流体消費量が多く、エネルギー効率が悪いという問題があった。
この発明の目的は、流体消費量を抑えながら、安定した保持力を維持できる保持具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、気体あるいは液体などの流体源に接続する流入口を形成した本体と、この本体に形成した負圧生成室と、この負圧生成室に上記流入口からの流体を噴出するための噴出口とを備え、上記噴出口から噴出した流体の流れによって、上記負圧生成室に負圧を生成し、この生成された負圧を利用して被保持体を保持する保持具を前提とする。
【００１０】
第１の発明は、上記保持具を前提とし、上記噴出口を、上記流体源から噴出口へ流れる流体の流れに対して直列に複数配置するとともに、上記複数の噴出口のうち、上記流体源から噴出口へ流れる流体の流れに対して上流側に位置する噴出口と、この上流側の噴出口から噴出される流体を下流側の噴出口へ導く導入口との間に隙間を設け、上記上流側の噴出口、上記導入口及び上記隙間によってエジェクタ機構を構成し、上記エジェクタ機構によって負圧が生成される減圧エリアと、上記負圧生成室とを連通させる連通路を本体に形成し、上記連通路の吸入口と上記下流側の噴出口との間には所定の間隔を保つとともに、上記本体には、減圧エリアと被保持体との間を遮断する遮断部を備え、上記減圧エリアで生成した負圧と、上記負圧生成室に生成した負圧とが相まって、被保持体を保持する構成にしたことを特徴とする。
なお、上記流体源から供給される流体は、気体及び液体を含む。
【００１１】
第２の発明は、上記減圧エリアあるいは上記負圧生成室と本体外部とを連通させる負圧調整用の調整孔を上記本体に形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第１から第３の発明は、エジェクタ機構を備えたので、負圧生成室に生成した負圧だけでなく、エジェクタ機構で生成される負圧も利用して、被保持体に対するより大きな吸引力を発揮させることができる。
しかも、エジェクタ機構によって外部の流体を吸い込み、その流体が流体源から供給された流体と合流して、最下流側の噴出口から負圧生成室に噴出するので、負圧生成室に噴出させる流体量を流体源からの供給量よりもエジェクタ機構で吸い込んだ分だけ多くすることができる。
言い換えれば、負圧生成室に噴出させる流体量が同じなら、エジェクタ機構で吸い込む流体分だけ流体源からの供給流量を少なくでき、消費流量を節約できる。
【００１４】
また、流体源からの流体がエジェクタ機構を通過する過程で負圧を生成し、外気を吸い込みながら、最下流の噴出口から噴出して負圧生成室にも負圧を生成させるので、流体源からの供給流量が従来と同じであっても、エジェクタ機構による負圧と、負圧生成室に生成される負圧とが相まって、大きな吸引力を発揮し、被保持体をより安定的に保持することができる。
【００１５】
また、第１の発明によれば、エジェクタ機構によって形成される減圧エリアと被保持体との間に遮断部材を備えることによって、被保持体が減圧エリアと直接対向することがない。被保持体が柔軟性を有するものであったとしても、エジェクタ機構によって形成される減圧エリアの負圧によって、被保持体が変形してしまうことを防止できる。
【００１６】
第２の発明では、調整孔の開度を調整することによって減圧エリアあるいは負圧生成室と本体外部とを連通させ、負圧生成室よりも高い外部の圧力を減圧エリアあるいは負圧生成室に導いて、減圧エリアあるいは負圧生成室内の負圧を弱く調整することができる。これにより、被保持体に対する吸引力を小さく調整できる。例えば、被保持体が柔軟性を有するものの場合、減圧エリアや負圧生成室の負圧による吸引力が大きすぎると、被保持体における減圧エリアあるいは負圧生成室に対向する部分が減圧エリアあるいは負圧生成室側に引き付けられて、被保持体が変形してしまう可能性があるが、この発明のように、減圧エリアあるいは負圧生成室内の圧力を調整できれば、吸引力を最適に保って被保持体の変形を防止することができる。
【００１７】
なお、上記流体源からの流体供給量を調整して、噴出口から噴出する流体流量や速度を調整すれば、減圧エリアあるいは負圧生成室内の負圧を調整することも可能である。しかし、流体ポンプなどの流体源からの気体の吐出量を微妙に制御することは難しい場合がある。これに対し、上記調整孔に流量調整バルブなどを設け、その開度を調整して減圧エリアあるいは負圧生成室と外部との連通を調整することはそれほど難しくなく、減圧エリアあるいは負圧生成室内の圧力調整が容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は本願発明が基礎とした実施形態の保持具の断面図である。
【図２】図２は第１実施形態の保持具の断面図である。
【図３】図３は図２のIII-III線断面図である。
【図４】図４は第２実施形態の保持具の断面図である。
【図５】図５は第３実施形態の保持具の断面図である。
【図６】図６は従来例の保持具の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本願発明が基礎とした図１に示す実施形態は、ベース部材１に形成した凹部２内に、複数の流体通路１２を形成し、保持面９側を解放した筒状の第１噴出部材１１と、この第１噴出部材１１内に配置し、保持面９側を閉鎖した第２噴出部材１３を設け、上記第１噴出部材１１の外側に、ガイド面７と第１噴出部材１１とで囲まれた負圧生成室８を形成している。
なお、この基礎とした施形態において、図６に示す従来例と同様の構成要素には、図６と同じ符号を用いることにする。
また、この基礎とした実施形態では、ベース部材１と、第１、第２噴出部材１１，１３とによって、この発明の本体を構成し、これら各部材におけるワークＷ側端面をほぼ面一の保持面９とする。
【００２０】
上記第１噴出部材１１は、その側面に放射状に設けた複数の流体通路１２を備え、各流体通路１２の導入口１２ａから導入された流体が噴出口１２ｂから上記負圧生成室８へ噴出され、ガイド面７に沿ってベース部材１の外周側へ流れる過程で、負圧生成室８内に負圧を生成する構成にしている。
【００２１】
また、上記第２噴出部材１３は、流体源Ｐに接続する流入口６に接続され、導入口１４ａ及び噴出口１４ｂを有するノズル部材１４を複数支持している。
この第２噴出部材１３で支持された各ノズル部材１４は、その噴出口１４ｂが上記第１噴出部材１１に設けた流体通路１２の各導入口１２ａに対応し、流体の流れに対して直列に配置され、上記流入口６から供給された流体が、図示の矢印のようにノズル部材１４の噴出口１４ｂから流体通路１２の導入口１２ａに導入され、上記各噴出口１２ｂから負圧生成室８へ噴出される構成にしている。
【００２２】
さらに、上記ノズル部材１４の噴出口１４ｂと流体通路１２の導入口１２ａとの間には隙間を確保し、上記噴出口１４ｂから導入口１２ａへ向かう流体の流れが、上記隙間を介して外部の流体を吸い込むこの発明のエジェクタ機構を構成するようにしている。このように、エジェクタ機構によって減圧され、負圧が生成されるエリアを減圧エリア１５とする。
この基礎とした実施形態では、上記ノズル部材１４の噴出口１４ｂと、流体通路１２の噴出口１２ｂが、この発明の流体の流れに対して直列に配置した複数の噴出口であり、上記噴出口１４ｂが上流側に位置する噴出口、上記噴出口１２ｂが下流側の噴出口である。また、上記導入口１２ａが、上流側の噴出口１４ｂから噴出される流体を下流側の噴出口１２ｂへ導く導入口である。
【００２３】
このような保持具は、上記流入口６に流体源Ｐからの流体を供給し、その保持面９側を被保持体であるワークＷに近づけると、ノズル部材１４、流体通路１２、負圧生成室８、及び保持面９とワークＷとの間隙を介して本体の外方へ流れ、負圧生成室８への噴出流によって負圧生成室８に負圧を生成し、上記エジェクタ機構によって減圧エリア１５に負圧を生成する。
このように生成された上記負圧生成室８の負圧と、減圧エリア１５の負圧が吸引力となり、この吸引力と、流体噴出による正圧と、ワーク重量とのバランスした位置で、ワークＷが保持される。
【００２４】
この基礎とした実施形態では、負圧生成室８の負圧と、減圧エリア１５の負圧とが相まって、ワークＷを保持するようにしている。従来のように、負圧生成室８に生成された負圧のみによる吸引力でワークＷを保持する場合と比べて大きな保持力を実現でき安定した保持ができる。
【００２５】
また、この基礎とした実施形態では、エジェクタ機構によって減圧エリア１５に負圧が生成されると、ワークＷと保持面９との間隙から本体外部の流体が吸い込まれるので、上記第１噴出部材１１の流体通路１２には、流体源Ｐから供給された流体に外部の流体が合流して供給されることになる。
そのため、流体通路１２の噴出口１２ｂからは、上記流体源Ｐからの供給量よりも多くの流体が噴出され、負圧生成室８内により大きな負圧を生成することができる。
その結果、安定した保持力を得ることができ、より大きなワークにも対応できる。
【００２６】
さらに、上記負圧生成室８への噴出流には、上記エジェクタ機構によって減圧エリア１５を介して吸い込まれた流体が合流するので、負圧生成室８に噴出させる流体量が同じなら、エジェクタ機構で吸い込む流体分だけ流体源Ｐからの供給流量を少なくでき、消費流量を節約することもできる。
【００２７】
図２，３に示す第１実施形態は、ベース部材１の凹部２に、上記基礎とした施形態の第１、第２噴出部材１１，１３に替えて噴出部材１６を設け、この噴出部材１６とベース部材１とによって本体を構成した保持具である。なお、上記基礎とした実施形態と同じ構成要素には、図１と同じ符号を用い、個々の構成要素の詳細な説明は省略する。
上記噴出部材１６は、ワークＷに対向する保持面９側を底面１６ａとした円筒状部材である。上記底面１６ａにはその外周に沿って起立した円筒側面状の第１支持部１６ｂと、この第１支持部１６ｂの内側に起立した第２支持部１６ｃとを備えている。
【００２８】
上記第１支持部１６ｂは、複数、この第２実施形態では４個の第１ノズル部材１７を支持し、第２支持部１６ｃは、上記第１ノズル部材１７と同数の第２ノズル部材１８を支持している。
また、上記第１ノズル部材１７の噴出口１７ｂと、第２ノズル部材１８の噴出口１８ｂとを流体の流れに対して直列に配置し、流体流れに対して上流側の第２ノズル部材の噴出口１８ｂと下流側の第１ノズル部材１７の導入口１７ａとの間に隙間を維持し、エジェクタ機構を構成するとともに、その周囲を減圧エリア１５としている。
【００２９】
そして、第２ノズル部材１８の導入口１８ａが図示しない流体源に接続する流入口６に接続するとともに、上記導入口１８ａ側空間と、噴出口１８ｂ側の減圧エリア１５とを上記第２支持部１６ｃで区画している。
また、上記減圧エリア１５と上記負圧生成室８とを、上記第１支持部１６ｂで区画している。
但し、第１支持部１６ｂには、図３に示すように複数の連通路１９を形成している。
【００３０】
上記連通路１９は、上記減圧エリア１５と本体外部とを、上記負圧生成室８を経由して連通させるための通路であり、上記エジェクタ機構が減圧エリア１５の流体を吸い込む際に、この連通路１９及び負圧生成室８を介して減圧エリア１５に外部の流体が供給される。
なお、上記連通路１９は、上記第１ノズル部材１７の噴出口１７ｂから負圧生成室８内に噴出した流体を直接吸い込むことがないように、その吸入口１９ａと上記噴出口１７ｂとの間には所定の距離を保つようにしている。
これにより、上記エジェクタ機構によって減圧室１５には負圧が生成されるとともに、本体外部の流体が負圧生成室８及び減圧エリア１５を経由し、第１ノズル部材１８の噴出口１８ｂから噴出した流体と合流して第１ノズル部材１７へ導入されることになる。
【００３１】
この第１実施形態の保持具も、流入口６に接続した流体源から流体を供給し、第１ノズル部材１７の噴出口１７ｂから流体を噴出することによって、負圧生成室８に負圧を生成し、この負圧によって保持面９側にワークＷを保持することがでる。
また、第１ノズル部材１７の噴出口１７ｂから噴出される流体の流量は、上記流体源から供給された流量に上記エジェクタ機構によって外部から吸い込まれた流量との合計になるため、流体源からの供給流量よりも大きな流量を噴出させてより大きな負圧によって大きな保持力を得ることができる。
【００３２】
さらに、上記負圧生成室８への噴出流には、上記エジェクタ機構によって減圧エリア１５を介して吸い込まれた外部流体が合流するので、負圧生成室８に噴出させる流体量が同じなら、エジェクタ機構で吸い込む流体分だけ流体源からの供給流量を少なくでき、消費流量を節約することもできる。
さらにまた、この第１実施形態では、上記減圧エリア１５とワークＷとの間に、噴出部材１６の底面１６ａを介在させて減圧エリア１５を露出させていないため、ワークの中央部分が減圧エリア１５に吸引されて、変形することを防止できる。
【００３３】
この第１実施形態の保持具は、他の実施形態と同様に負圧生成室８で生成された負圧と、エジェクタ機構によって生成された負圧とが相まって保持力となるが、エジェクタ機構によって負圧が生成される減圧エリア１５は、負圧生成室８とは違って流体の噴出がない。そのため、上記減圧エリア１５に生成される負圧が大きくなると、その負圧による吸引力でワークＷが吸引されて、変形するだけでなく、吸着してしまうことがある。
しかし、上記のように、噴出部材１６の底面１６ａが、上記減圧エリア１５とワークＷとの間に介在して、両者の間を遮断していれば、ワークＷが減圧エリア１５の負圧によって変形するようなことはない。この第１実施形態では、上記底面１６ａが、この発明の遮断部材を構成する。
【００３４】
図４に示す第２実施形態は、ベース部材１に、流量制御バルブを接続するための接続孔２０を形成した以外は図２、３に示す第１実施形態と同じである。この実施形態において、第１実施形態と同じ構成要素には、上記第１実施形態と同じ符号を用いる。そして、第１実施形態と同じ構成要素については各要素の詳細な説明は省略し、以下には第１実施形態と異なる構成を中心に説明する。
【００３５】
上記接続孔２０は、第２ノズル部材１８の噴出口１８ｂと第１ノズル部材１７の導入口１７ａとで構成されるエジェクタ機構によって負圧が生成される減圧エリア１５と本体外部とを連通する貫通孔で、この接続孔２０には、図示しない流量制御バルブを直接あるいは配管を介して接続し、この流量制御バルブを介して、上記減圧エリア１５と外部とを連通させるようにする。
このように、上記減圧エリア１５が本体外部と連通すれば、本体外部の圧力が減圧エリア１５に導かれ、減圧エリア１５内の圧力が外部圧力に近づき、すなわち減圧エリア１５に生成される負圧が小さくなる。
【００３６】
このように、減圧エリア１５内の負圧が小さくなれば、負圧生成室８への噴出流体によって生成される負圧と、減圧エリア１５に生成される負圧とが相まって生成される吸引力が小さくなり、保持状態のワークＷのうち、上記減圧生成室８に対向した部分のみが強く吸引されて、ワークＷが変形してしまうことを防止できる。
なお、上記接続孔２０に接続した流量制御バルブの開度を調整することによって吸引力の基となる負圧の大きさを調整し、適度な保持力を得ることができる。
上記接続孔２０とこの接続孔２０に接続した流量制御バルブとによってこの発明の負圧調整用の調整孔を構成しているが、上記バルブはその開度が調整可能なものであれば、どのようなものでも構わない。
【００３７】
なお、この第２実施形態においても、負圧生成室８に噴出する流体によって生成される負圧と、上記エジェクタ機構によって減圧エリア１５に生成される負圧とに基づいて、安定した保持力を得ることができるとともに、流体源から供給される流体にエジェクタ機構によって吸い込まれた流体を合流させて噴出流量を大きくすることができ、その結果負圧を大きくすることができる点は、他の実施形態と同じである。
また、エジェクタ機構によって吸い込む外部流体の分だけ、流体源の消費流量を節約できる点も上記他の実施形態と同じである。
【００３８】
図５に示す第３実施形態は、図４に示す第２実施形態の接続孔２０に替えて、ベース本体１に直接負圧調整用の調整孔であるオリフィス２１を形成したものである。
その他の構成は、上記第２実施形態と同じである。第２実施形態と同じ構成要素には、図４と同じ符号を用い、それらの詳細な説明は省略する。
この第３実施形態では、上記ベース部材１に形成したオリフィス２１を、第２ノズル部材１８の噴出口１８ｂと第１ノズル部材１７の導入口１７ａとで構成されるエジェクタ機構によって負圧が生成される減圧エリア１５と本体外部とを連通する位置に貫通させている。
【００３９】
このように、上記減圧エリア１５が上記オリフィス２１を介して本体外部と連通すれば、本体外部の圧力が減圧エリア１５に導かれ、減圧エリア１５内の圧力が外部圧力に近づき、すなわち減圧エリア１５に生成される負圧が小さくなる。
その結果、上記第２実施形態と同様に、上記エジェクタ機構によって生成する負圧が大きくなり過ぎないように調整し、ワークＷの吸着を防止できる。
この第４実施形態では、減圧エリア１５内の負圧を調整するためのオリフィス２１をベース部材１に直接形成し、オリフィスの開度を一定にしているが、この開度はワーク重量や供給流体の流量など、保持具の使用条件に応じて最適値を選択する必要がある。
但し、開度の変更が可能な可変オリフィスを別部材として、ベース本体１に組み付け、その開度を変えて、上記減圧エリア１５に生成される負圧を調整するようにしてもよい。
【００４０】
なお、この第３実施形態においても、負圧生成室８に噴出する流体によって生成される負圧と、上記エジェクタ機構によって減圧エリア１５に生成される負圧とに基づいて、安定した保持力を得ることができるとともに、流体源から供給される流体にエジェクタ機構によって吸い込まれた流体を合流させて噴出流量を大きくすることができ、その結果負圧を大きくすることができる点は上記他の実施形態と同じである。
また、エジェクタ機構によって吸い込む外部流体の分だけ、流体源の消費流量を節約できる点も上記他の実施形態と同じである。
【００４１】
また、上記第２、第３実施形態では、この発明の調整孔である接続孔２０あるいはオリフィス２１を、上記減圧エリア１５に開口させているが、これら接続孔２０あるいはオリフィス２１などの調整孔は、減圧エリア１５ではなく、上記負圧生成室８に開口させてもよい。上記調整孔を負圧生成室８に開口させれば、負圧生成室８に本体外部の圧力を直接導いて、負圧生成室８内の負圧を小さく調整することができ、上記第２、第３実施形態と同様の効果を得られる。
【００４２】
さらに、上記第１〜第３実施形態の保持具は、流体源から供給される流れに沿って、二つの噴出口を直列に配置して一つのエジェクタ機構を構成しているが、噴出口の数及びエジェクタ機構の数は上記実施形態に限らず、複数のエジェクタ機構を構成するようにしてもよい。
また、上記保持具は、空気などの気体中だけでなく、液体中で用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
この発明の保持具は、変形しやすい柔軟性を有するワークの保持に適している。
【符号の説明】
【００４４】
１      ベース部材
６      流入口
８      負圧生成室
１１    第１噴出部材
１２    流体通路
１２ａ  導入口
１２ｂ  噴出口
１３    第２噴出部材
１４    ノズル部材
１４ａ  導入口
１４ｂ  噴出口
１５    減圧エリア
１６    噴出部材
１６ａ  （遮断部材である）底面
１７    第１ノズル部材
１７ａ  導入口
１７ｂ  噴出口
１８    第２ノズル部材
１８ａ  導入口
１８ｂ  噴出口
１９    連通路
２０    接続孔
２１    オリフィス
Ｐ      流体源
Ｗ      （被保持体である）ワーク
【図１】
0005875294.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005875294.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0005875294.tif 000007