(57)【要約】【課題】  ワークを水平方向に保持するためにチャックの外周部に設けられる止め用具の適用を廃止できる非接触チャックを得る。【解決手段】  非接触チャック１０では、ワークは、真空ポンプ２４の吸引力によってチャック本体１２のワーク保持面１８に吸引される。このチャック本体１２は、超音波振動子２６が発生する超音波によって超音波振動するので、ワーク保持面１８には、所謂「超音波スクイーズ効果」によってワーク支持力（所謂「スクイーズ空気膜圧力」）が発生する。ここで、この非接触チャック１０では、上記ワーク支持力とワークの重量との和と、真空ポンプ２４によるワークの吸引力とがバランスするようになっている。これにより、ワークは、ワーク保持面１８に対して非接触状態で保持される。しかも、ワークは、「超音波スクイーズ効果」による保持力によって、ワーク保持面１８に対して水平方向にも保持される。【選択図】  図１
2006073654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを保持するワーク保持面が先端に形成されると共に、一端が前記ワーク保持面に開口した吸引通路が穿設されたチャック本体と、
超音波を発生させて前記チャック本体を超音波振動させる超音波発生手段と、
前記ワークの重量と超音波振動によって前記チャック本体に発生するワーク支持力との和と吸引力とがバランスするように前記吸引通路を介して吸引する吸引手段と、
を含む非接触チャック。
【請求項２】
前記吸引手段は、前記吸引通路の他端に接続された真空ポンプである請求項１記載の非接触チャック。
【請求項３】
前記ワーク保持面の形状を、前記ワークの外形に対応させて形成した請求項１記載又は請求項２記載の非接触チャック。
【請求項４】
前記ワーク保持面の形状を、前記ワークの外形と相似形に形成した請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の非接触チャック。
【請求項５】
前記ワーク保持面の形状を、四角形、円形、または凹面状に形成した請求項１乃至請求項４の何れか１項記載の非接触チャック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触状態でワークを保持する非接触チャックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＩＣチップや小型レンズ、半導体ウェハなどのワークを取り扱う際には、空気の吹き出しに伴うベルヌーイ効果を利用した非接触チャックが利用されている（例えば、特許文献１参照）。このような非接触チャックでは、ワークに直接触れることなく搬送・据え付けなどを行うことができるため、ワークに塵埃などが付着することを防止できる。
【０００３】
しかしながら、このような非接触チャックの場合、ワークに対する水平方向の保持力はないので、チャックの外周部に止め用具を設けてワークがチャックから脱落することを防止している。このため、上記止め用具に付着した塵埃などがワークに付着する可能性があり、更なる改良が求められていた。
【特許文献１】特開平５−２８５８７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記事実を考慮し、ワークを水平方向に保持するためにチャックの外周部に設けられる止め用具の適用を廃止できる非接触チャックを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明の非接触チャックは、ワークを保持するワーク保持面が先端に形成されると共に、一端が前記ワーク保持面に開口した吸引通路が穿設されたチャック本体と、超音波を発生させて前記チャック本体を超音波振動させる超音波発生手段と、前記ワークの重量と超音波振動によって前記チャック本体に発生するワーク支持力との和と吸引力とがバランスするように前記吸引通路を介して吸引する吸引手段と、を含んでいる。
【０００６】
請求項１記載の非接触チャックでは、チャック本体の先端には、ワークを保持するワーク保持面が形成されている。このワーク保持面には、チャック本体に穿設された吸引通路の一端が開口しており、吸引手段は、この吸引通路を介してワークを吸引する。また、チャック本体は、超音波発生手段により発生される超音波によって超音波振動し、チャック本体には、所謂「超音波スクイーズ効果」によるワーク支持力（所謂「スクイーズ空気膜圧力」）が発生する。ここで、吸引手段は、このワーク支持力とワークの重量との和と、自らが発生させる吸引力とがバランスするようにワークを吸引する。これにより、ワークは、チャック本体のワーク保持面に非接触状態で保持される。
【０００７】
しかも、ワークには、前述した「超音波スクイーズ効果」によって、チャック本体のワーク保持面に留まろうとする保持力が作用する。この保持力は、ワークのワーク保持面に対する水平方向への移動にも抗力を奏するので、ワークのワーク保持面に対する水平方向への脱落が防止される。すなわち、この非接触チャックでは、ワークをワーク保持面に対して鉛直方向及び水平方向の両方に保持することができる。したがって、この非接触チャックでは、従来の非接触チャックにおいてワークを水平方向に保持するためにチャックの外周部に設けられる止め用具の適用を廃止できる。
【０００８】
請求項２に係る発明の非接触チャックは、請求項１記載の非接触チャックにおいて、前記吸引手段を、前記吸引通路の他端に接続された真空ポンプとしたことを特徴としている。
【０００９】
請求項２記載の非接触チャックでは、吸引通路の他端に接続された真空ポンプが作動されると、吸引通路の一端すなわちチャック本体のワーク保持面には吸引力が発生し、この吸引力によってワークがワーク保持面に吸引される。
【００１０】
請求項３に係る発明の非接触チャックは、請求項１記載又は請求項２記載の非接触チャックにおいて、前記ワーク保持面の形状を、前記ワークの外形に対応させて形成したことを特徴としている。
【００１１】
請求項３記載の非接触チャックでは、チャック本体のワーク保持面の形状は、ワークの外形に対応して形成されている。したがって、前述した「超音波スクイーズ効果」によって、ワークは、チャック本体のワーク保持面に対して水平方向に位置ズレすることなく保持される。
【００１２】
請求項４に係る発明の非接触チャックは、請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の非接触チャックにおいて、前記ワーク保持面の形状を、前記ワークの外形と相似形に形成したことを特徴としている。
【００１３】
請求項４記載の非接触チャックでは、チャック本体のワーク保持面の形状は、ワークの外形と相似形に形成されている。したがって、前述した「超音波スクイーズ効果」によって、ワークのワーク保持面に対する水平方向の位置ズレを好適に抑制できる。
【００１４】
請求項５に係る発明の非接触チャックは、請求項１乃至請求項４の何れか１項記載の非接触チャックにおいて、前記ワーク保持面の形状を、四角形、円形、または凹面状に形成したことを特徴としている。
【００１５】
請求項５記載の非接触チャックでは、チャック本体のワーク保持面の形状は、四角形、円形、または凹面状に形成されている。したがって、四角形に形成した場合には、外形が四角形のワーク（例えば、ＩＣチップ等）を良好に保持できる。また、円形に形成した場合には、外形が円形のワーク（例えば、半導体ウエハ等）を良好に保持できる。また、凹面状に形成した場合には、外形が凸形状のワーク（例えば、凸レンズ等）を良好に保持できる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明した如く、本発明に係る非接触チャックでは、ワークを水平方向に保持するためにチャックの外周部に設けられる止め用具の適用を廃止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１には、本発明の実施の形態に係る非接触チャック１０の構成が概略的な側面図にて示されている。
【００１８】
図１に示す如く、非接触チャック１０は、アルミニウムによって形成されたチャック本体１２を備えている。チャック本体１２の先端側（図１では下側）には、円錐形に形成された中実状のホーン１４が突設されている。このホーン１４の先端には、ワーク１６（図２参照）を保持するワーク保持面１８が形成されている。ここで、本実施の形態では、ワーク１６は円形形状のステンレスの平板（例えば、直径が４ミリで、厚さ寸法が３０μｍの平板）とされており、図３に示す如く、ワーク保持面１８の形状は、ワーク１６の形状に対応する円形に形成されている。
【００１９】
また、ワーク保持面１８の中央部分には、チャック本体１２に穿設された断面円形の吸引通路２０の一端が開口している。この吸引通路２０は、ホーン１４の軸心部をその軸線方向に沿って貫通すると共に、他端がチャック本体１２の側面に開口しており、この他端に連結された配管部材２２を介して真空ポンプ２４に接続されている。このため、真空ポンプ２４が作動されると、吸引通路２０の一端（すなわちワーク保持面１８）には、ワーク１６を吸引する吸引力が発生するようになっている。
【００２０】
一方、チャック本体１２の基端側（図１では上側）には、超音波発生手段としてのボルト締めランジュバンタイプの超音波振動子２６が一体的に設けられている。この超音波振動子２６は、配線２８を介して交流電源３０に接続された一対の圧電素子３２、３４を備えている。
【００２１】
ここで、交流電源３０によってこれら一対の圧電素子３２、３４に所定のバイアス電圧を印加した後にある一定の交番電圧を印加すると、超音波振動子２６は、超音波を発生させてチャック本体１２を超音波振動させるようになっている。しかも、チャック本体１２の超音波振動は、ホーン１４によって増幅されてワーク保持面１８に伝達される。このようにワーク保持面１８に超音波振動が発生すると、ワーク保持面１８には、所謂「超音波スクイーズ効果」によって、ワーク１６に対する支持力（ワーク１６をワーク保持面１８から離間させる力、所謂「スクイーズ空気膜圧力」）が発生するようになっている。
【００２２】
しかもこの場合、本実施の形態に係る非接触チャック１０では、上記ワーク１６支持力（スクイーズ空気膜圧力）とワーク１６の重量との和と、前述した真空ポンプ２４によるワーク１６の吸引力とがバランスするように、真空ポンプ２４の吸引力が設定されている。
【００２３】
なお、本実施の形態では、超音波振動子２６の共振周波数は２８ｋＨｚに設定されており、この場合のワーク保持面１８の加振周波数は４８．２５ｋＨｚである。
【００２４】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００２５】
上記構成の非接触チャック１０では、真空ポンプ２４が作動されると、吸引通路２０の一端（すなわちチャック本体１２のワーク保持面１８）には吸引力が発生し、この吸引力によってワーク１６がワーク保持面１８へ向けて吸引される。また、交流電源３０によって、超音波振動子２６の一対の圧電素子３２、３４に所定のバイアス電圧が印加された後にある一定の交番電圧が印加されると、超音波振動子２６は、超音波を発生させてチャック本体１２を超音波振動させ、ホーン１４によって増幅された超音波振動がワーク保持面１８に伝達される。このため、ワーク保持面１８には、所謂「超音波スクイーズ効果」によって、ワーク１６に対する支持力（所謂「スクイーズ空気膜圧力」）が生じる。そして、このワーク１６支持力とワーク１６の重量との和と、真空ポンプ２４によるワーク１６の吸引力とがバランスすることで、ワーク１６は、ワーク保持面１８に対して非接触状態で保持される。
【００２６】
しかも、上述の如くワーク保持面１８に非接触状態で保持されているワーク１６が、図４（Ａ）に示す如く水平方向（ワーク保持面１８の径方向）に移動された場合には、ワーク１６には、前述した「超音波スクイーズ効果」によって、ワーク保持面１８に留まろうとする保持力Ｆ１が作用する。この保持力Ｆ１によって、ワーク１６は、図４（Ｂ）に示す如くワーク保持面１８に対応する位置に戻されるので、ワーク１６のワーク保持面１８に対する水平方向への位置ズレ及び脱落が防止される。すなわち、この非接触チャック１０では、ワーク１６をワーク保持面１８に対して鉛直方向及び水平方向の両方に保持することができる。したがって、この非接触チャック１０では、従来の非接触チャックにおいてワークを水平方向に保持するためにチャックの外周部に設けられていた止め用具の適用を廃止できる。
【００２７】
また、この非接触チャックでは、上述の如く、真空ポンプ２４の吸引力によってワーク１６のワーク保持面１８に対する鉛直方向の保持力を発生させる構成であるため、従来の非接触チャックにおける負圧発生用の圧縮空気の供給が不要になる。
【００２８】
なお、図５には、本非接触チャック１０におけるワーク１６のワーク保持面１８に対する水平方向の保持力（保持剛性）と、超音波振動子２６の一対の圧電素子３２、３４に印加される電圧との関係が線図にて示されている。この場合、前記水平方向の保持力は、ワーク保持面１８を上向きにした状態でワーク保持面１８に超音波振動を発生させてワーク１６を浮揚させると共に、当該浮揚しているワーク１６を、水平方向に僅かに移動させて振動させた場合の振動周波数から求めたものである。図５から明らかなように、超音波で振動するワーク保持面１８上に置かれたワーク１６（浮上物体）には、水平方向に保持力が働くことが分かる。
【００２９】
以上説明したように、本実施の形態に係る非接触チャック１０では、ワーク１６を水平方向に保持するためにチャックの外周部に設けられる止め用具の適用を廃止できる。
【００３０】
次に、本発明の実施の形態に係る非接触チャック１０の変形例について説明する。なお、上記実施の形態と同一の構成・作用については、上記実施の形態と同符号を付してその説明を省略する。
（第１の変形例）
図６には、本発明の実施の形態の第１の変形例に係る非接触チャック５０のワーク保持面５２の構成が端面図にて示されている。
【００３１】
この非接触チャック５０は、前述した非接触チャック１０と基本的に同様の構成とされているが、ワーク保持面５２の形状は、四角形の板状に形成されたワーク５４（図７（Ａ）参照、例えばＩＣチップ等）に対応して四角形に形成されている。
【００３２】
この非接触チャック５０では、前述した非接触チャック１０と基本的に同様の作用効果を奏する。しかも、ワーク保持面５２に非接触状態で保持されているワーク５４が、例えば、図７（Ａ）に示す如くワーク保持面５２に対して垂直軸周りに回転された場合でも、ワーク５４には、前述した「超音波スクイーズ効果」によって、ワーク保持面５２に留まろうとする保持力Ｆ２が作用する。この保持力Ｆ２によって、ワーク５４は、図７（Ｂ）に示す如くワーク保持面５２に対応する位置に戻されるので、ワーク５４のワーク保持面５２に対する垂直軸周りの位置ズレが防止される。
（第２の変形例）
図８には、本発明の実施の形態の第２の変形例に係る非接触チャック６０のワーク保持面６２を含む周辺の構成が側面図にて示されている。
【００３３】
この非接触チャック６０は、前述した非接触チャック１０と基本的に同様の構成とされているが、ワーク保持面６２の形状は、凸レンズであるワーク６４に対応して凹状の球面に形成されている。
【００３４】
この非接触チャック６０においても、前述した非接触チャック１０と基本的に同様の作用効果を奏する。
（第３の変形例）
図９には、本発明の実施の形態の第３の変形例に係る非接触チャック７０のワーク保持面７４を含む周辺の構成が側面図にて示されている。
【００３５】
この非接触チャック７０は、前述した非接触チャック１０と基本的に同様の構成とされているが、ホーン１４の先端には、その径方向に沿って板状の保持部７２が延設されている。保持部７２は、ホーン１４と反対側の面（図９では下側の面）がワーク保持面７４とされており、このワーク保持面７４の形状（保持部７２の形状）は、比較的大きな外径を有する円形形状のワーク７６（例えば、外径の大きな半導体ウエハ等）に対応して、円形形状に形成されている。
【００３６】
この非接触チャック７０においても、前述した非接触チャック１０と基本的に同様の作用効果を奏する。しかも、ホーン１４の先端に板状の保持部７２を備えているため、外形の大きなワーク７６を保持することができる。
【００３７】
なお、上記実施の形態においては、ワーク保持面１８、ワーク保持面５２、ワーク保持面６２、及びワーク保持面７４の形状を、それぞれ円形、四角形、凹面状、及び円形に形成したが、本発明はこれに限るものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態に係る非接触チャックの概略的な構成を示す側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る非接触チャックの先端の構成を示す側面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る非接触チャックのワーク保持面の構成を示す端面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る非接触チャックのワーク保持面にワークが保持された状態を示し、（Ａ）はワークがワーク保持面に対して水平方向に僅かに移動された状態を示す図であり、（Ｂ）はチャック本体の超音波振動による保持力によってワークがワーク保持面に対応した状態を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る非接触チャックにおけるワークのワーク保持面に対する水平方向の保持力と、超音波振動子の一対の圧電素子に印加される電圧との関係を示す線図である。
【図６】本発明の実施の形態の第１の変形例に係る非接触チャックのワーク保持面の構成を示す端面図である。
【図７】本発明の実施の形態の第１の変形例に係る非接触チャックのワーク保持面にワークが保持された状態を示し、（Ａ）はワークがワーク保持面に対して垂直軸周りに回転された状態を示す図であり、（Ｂ）はチャック本体の超音波振動による保持力によってワークがワーク保持面に対応した状態を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態の第２の変形例に係る非接触チャックのワーク保持面を含む周辺の構成を示す側面図である。
【図９】本発明の実施の形態の第３の変形例に係る非接触チャックのワーク保持面を含む周辺の構成を示す側面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０    非接触チャック
１２    チャック本体
１６    ワーク
１８    ワーク保持面
２０    吸引通路
２４    真空ポンプ（吸引手段）
２６    超音波振動子（超音波発生手段）
３０    交流電源（超音波発生手段）
５０    非接触チャック
５２    ワーク保持面
５４    ワーク
６０    非接触チャック
６２    ワーク保持面
６４    ワーク
７０    非接触チャック
７４    ワーク保持面
７６    ワーク
【図１】
2006073654.tif 000003
【図２】
2006073654.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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