(57)【要約】【課題】ワークの浮上量を所望の値に設定するための部材点数を抑えることができる非接触保持装置を提供する。【解決手段】非接触保持装置１０は、ワークＷに対向する保持面３１を有して内部に圧縮空気が導入される保持体１２と、保持面３１に開口を有して保持体１２に導入された圧縮空気を開口から流出する旋回流発生室３４を備え、旋回流発生室３４に流入した圧縮空気の旋回流によって負圧を形成し、保持面３１に設けられた開口から流出する圧縮空気によって保持面３１とワークＷとの間に正圧を形成することによって、保持面３１に接触しない位置にワークＷを保持する。そして、保持体１２には、旋回流発生室３４と保持体１２の外側の領域である外側領域Ｓとを連通させることによって、旋回流発生室３４内に流入した圧縮空気を保持体１２の外側領域Ｓへ漏出させる連通路３６を備える。【選択図】図２
2011161529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークに対向する保持面を有して内部に気体が導入される保持体と、
前記保持面に開口を有するように前記保持体に設けられるとともに、前記保持体に導入された気体を前記開口から流出する凹状の旋回流発生室とを備え、
前記旋回流発生室に流入した気体の旋回流によって前記開口に負圧を形成し、前記保持面に設けられた前記開口から該保持面の外側へ流出する前記気体によって該保持面と前記ワークとの間に正圧を形成することによって、前記保持面に接触しない位置に前記ワークを保持する非接触保持装置であって、
前記保持体は、
前記旋回流発生室と前記保持体の外側とを連通するとともに、前記旋回流発生室内に流入した気体を前記保持体の外側へ漏出する連通路を備える
ことを特徴とする非接触保持装置。
【請求項２】
前記連通路の出口は、
前記保持面とは異なる前記保持体の側面に設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の非接触保持装置。
【請求項３】
前記連通路の入口は、
前記旋回流発生室の底面に設けられている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の非接触保持装置。
【請求項４】
前記保持体は、開口端と閉塞端とを有した円筒部材であり、
前記保持面は、前記円筒部材の開口端を構成する端面であり、
前記連通路は、前記円筒部材の閉塞端を貫通する貫通孔である
ことを特徴とする請求項３に記載の非接触保持装置。
【請求項５】
前記保持体は、
両端が開口した円筒部材と、
前記円筒部材の一端を閉塞する閉塞部材とから構成され、
前記保持面は、前記円筒部材の両端のうち、前記閉塞部材側とは反対側の開口端を構成する端面であり、
前記連通路は、前記閉塞部材を貫通する貫通孔である
ことを特徴とする請求項３に記載の非接触保持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークに負圧を作用させることによってワークを保持する非接触保持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、特許文献１に記載のように、液晶基板や半導体ウェハ等のワークを保持するための保持面と該ワークとが接触しない状態で、ワークを保持する非接触保持装置が知られている。図８は、特許文献１に記載の非接触保持装置の内部構造を模式的に示した断面図である。
【０００３】
図８に示されるように、非接触保持装置８０は、ベース板８１と、ベース板８１に対して気密に固定された搬送ヘッド８２とを有している。またベース板８１には、圧縮空気を供給するための配管が連結されるねじ孔８３と、該ねじ孔８３に連通する連通部８４とが形成されている。搬送ヘッド８２には、ベース板８１側とは反対側の面である保持面８２ａに開口を有した凹部８５と、該凹部８５と連通部８４とを連通させる気体供給孔８６とが形成されている。そして、ねじ孔８３に連結された配管から圧縮空気が供給されると、ベース板８１の連通部８４と搬送ヘッド８２の気体供給孔８６とを通じて凹部８５内に圧縮空気が流入する。
【０００４】
搬送ヘッド８２には、気体供給孔８６から凹部８５に流入する圧縮空気の流量を調整する流量設定機構９０が設けられている。流量設定機構９０には、気体供給孔８６の開口を覆うような円板部９１ａを有したノズル９１が備えられている。搬送ヘッド８２に固定された支持部９２には、ねじ部材９４によって上記ノズル９１が連結されるとともに、これらノズル９１と支持部９２との間には、ノズル９１を保持面８２ａ側に付勢する付勢部材９３が挟まれている。そして、支持部９２に対するねじ部材９４のねじ込み量が変えられると、ノズル９１の円板部９１ａと凹部８５の底面との隙間であるスリット９５の幅が変わる結果、凹部８５に流入する圧縮空気の流量が変わることになる。
【０００５】
ところで、上述した構成からなる非接触保持装置８０によれば、凹部８５の内部で気体の旋回流が発生して凹部８５とワークとの間に旋回流による負圧が形成される。また凹部８５の外側である保持面８２ａとワークとの間に気体が流れることによって保持面８２ａとワークとの間に気体による正圧が形成される。そのため、搬送ヘッド８２と相対向するワークには、ワークにおける搬送ヘッド８２側（ワークの上側）と、該搬送ヘッド８２側とは反対側（ワークの下側）とに、以下の力が作用する。そしてワークに作用する下記（ａ）〜（ｄ）の力が釣り合うような位置でワークが保持される。
（ａ）ワークの上側に作用する上記負圧によってワークを凹部８５に近づける力。
（ｂ）ワークの下側に作用する大気圧によってワークを凹部８５に近づける力。
（ｃ）ワークの上側に作用する上記正圧によってワークを保持面８２ａから遠ざける力。（ｄ）ワークの自重によってワークを保持面８２ａから遠ざける力。
【０００６】
この際、ねじ部材９４のねじ込み量が変えられてスリット９５の幅が変わると、旋回流を形成する気体の流量が変わる結果、上記（ａ）の負圧に基づく力が同気体の流量の変化量に応じて変わるとともに、上記（ｃ）の正圧に基づく力も同気体の流量の変化量に応じて変わる。つまり、ねじ部材９４のねじ込み量が変わると、ワークと保持面８２ａとの間の距離であるワークの浮上量が変わることとなる。そこで、ワークの浮上量が所望の値となるようにスリット９５の幅が予め設定されることによって、ワークと保持面８２ａとの接触が回避されつつ、ワークを保持面８２ａに保持することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２１９９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の流量設定機構９０では、ワークの浮上量が所望の値となるように凹部８５に流入する圧縮空気の流量を設定することが可能ではあるものの、ノズル９１、支持部９２、付勢部材９３、ねじ部材９４が必要とされる分、その部材点数が多くなってしまう。
【０００９】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、ワークの浮上量を所望の値に設定するための部材点数を抑えることができる非接触保持装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の非接触保持装置は、ワークに対向する保持面を有して内部に気体が導入される保持体と、前記保持面に開口を有するように前記保持体に設けられるとともに、前記保持体に導入された気体を前記開口から流出する凹状の旋回流発生室とを備え、前記旋回流発生室に流入した気体の旋回流によって前記開口に負圧を形成し、前記保持面に設けられた前記開口から該保持面の外側へ流出する前記気体によって該保持面と前記ワークとの間に正圧を形成することによって、前記保持面に接触しない位置に前記ワークを保持する非接触保持装置であって、前記保持体は、前記旋回流発生室と前記保持体の外側とを連通するとともに、前記旋回流発生室内に流入した気体を前記保持体の外側へ漏出する連通路を備える。
【００１１】
この非接触保持装置によれば、旋回流発生室に導入される気体が連通路を通じて保持体の外側へ漏出する。旋回流発生室からの漏出量は、連通路における流路抵抗、つまり連通路の流路断面積や表面粗さなどに基づいた量となる。そして旋回流発生室の開口から流出する気体の流量は、連通路から漏出する気体の漏出量を旋回流発生室に導入される気体の流量から減算したものとなる。言い換えれば、ワークの浮上量に寄与する気体の流量は、連通路から漏出する気体の漏出量を旋回流発生室に導入される気体の流量から減算したものとなる。それゆえに、ワークの浮上量を所望の値に設定するための部材を保持体そのもので構成することが可能であるため、ワークの浮上量を所望の値に設定するための部材点数を最小限に抑えることが可能である。
【００１２】
この非接触保持装置は、前記連通路の出口が、前記保持面とは異なる前記保持体の側面に設けられていることを要旨とする。
この非接触保持装置によれば、保持面とは異なる他の側面で保持体の外側と連通路とが連通している。つまり、ワークと対向しない側面で、連通路が保持体の外側と連通している。こうした構成によれば、旋回流発生室から漏出した気体がワークとは対向しない領域に漏出するため、保持体の外側へと漏出した気体が保持面に保持されているワークに吹き付けられることがない。それゆえに、旋回流発生室から漏出した気体そのものが、保持されているワークの浮上量に対して何ら影響を与えることがない。その結果、保持面に対するワークの浮上量を、所望の値でより安定させることが可能である。
【００１３】
この非接触保持装置は、前記連通路の入口が、前記旋回流発生室の底面に設けられていることを要旨とする。
旋回流発生室に形成される旋回流は、保持面の開口に近づくほど、その流れが整流化さ
れる。そのため、例えば旋回流発生室を構成する側面の保持面側に連通路の入口が設けられているとなれば、整流化された気体の一部が連通路を通じて漏出することで旋回流の流れが乱れる結果、旋回流発生室で発生している負圧が不安定になる虞がある。その点、この非接触保持装置によれば、旋回流発生室の底面に連通路の入口が設けられている。こうした構成であれば、整流化された旋回流となる前の気体が旋回流発生室から漏出することになる。その結果、旋回流発生室からの気体の漏出に起因する旋回流の乱れを抑えることができるため、旋回流発生室で発生する負圧を安定させることができる。ひいては、保持面に対するワークの浮上量を、所望の値でより安定させることが可能である。
【００１４】
この非接触保持装置は、前記保持体が、開口端と閉塞端とを有した円筒部材であり、前記保持面は、前記円筒部材の開口端を構成する端面であり、前記連通路は、前記円筒部材の閉塞端を貫通する貫通孔であることを要旨とする。
【００１５】
この非接触保持装置によれば、連通路が、円筒部材の閉塞端を貫通する貫通孔によって構成されている。こうした構成であれば、所定の浮上量になるように流路抵抗が調整された貫通孔を円筒部材に設けるという簡便な構成によって、ワークの浮上量を予め設定することができる。
【００１６】
この非接触保持装置は、前記保持体が、両端が開口した円筒部材と、前記円筒部材の一端を閉塞する閉塞部材とから構成され、前記保持面は、前記円筒部材の両端のうち、前記閉塞部材側とは反対側の開口端を構成する端面であり、前記連通路は、前記閉塞部材を貫通する貫通孔であることを要旨とする。
【００１７】
この非接触保持装置によれば、両端が開口した円筒部材と、円筒部材の一端を閉塞する閉塞部材とによって保持体が構成されるとともに、閉塞部材を貫通する貫通孔によって連通路が構成される。こうした構成であれば、所定の浮上量になるように流路抵抗が調整された貫通孔を別途閉塞部材に設けるという簡便な構成によってワークの浮上量を予め設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる非接触保持装置の分解斜視図。
【図２】非接触保持装置の内部構造を示す断面図。
【図３】図２における３−３線に沿った断面図。
【図４】保持面を示す平面図。
【図５】旋回流発生室に流入する圧縮空気の流量と吸着力との関係を示すグラフ。
【図６】旋回流発生室に流入する圧縮空気の流量とワークの浮上量との関係を示すグラフ。
【図７】変形例にかかる非接触保持装置の断面構造を示す断面図。
【図８】従来例にかかる非接触保持装置の断面構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態にかかる非接触保持装置について図１〜図６を参照して説明する。図１は、非接触保持装置の分解斜視図である。図１に示されるように、非接触保持装置１０は、ケース部１１と、保持体１２と、所定圧力の圧縮空気を供給する圧縮空気供給源１３とを有している。
【００２０】
ケース部１１は、下部ケース１４と該下部ケース１４に固定される上部ケース１５とによって構成される。ケース部１１は、保持体１２が配設されるホルダ部１６と、該ホルダ部１６に連なって直線状に延びるアーム部１７とを有している。このアーム部１７は、非接触保持装置１０を手持ちとする場合にはグリップ部として機能し、装置に取り付ける場
合には取付け部として機能する。
【００２１】
下部ケース１４には、ホルダ部１６及びアーム部１７に連なる段差１８を有する多段状の凹部１９が形成されている。下部ケース１４のホルダ部１６には、凹部１９の底面に開口する、断面円状の４つの嵌入孔２０がマトリクス状に配置されている。また、アーム部１７の延出方向を挟むように対向する２つの嵌入孔２０の間には、段差１８と同じ高さを有するスペーサー部２１が凹部１９の底面から立設されている。
【００２２】
平板状をなす上部ケース１５の一端には、チューブ２５を介して圧縮空気供給源１３に接続されるチューブ接続口２６が設けられている。上部ケース１５は、凹部１９の段差１８及びスペーサー部２１の上面に接触するかたちで該凹部１９に挿入された後、下部ケース１４に対して気密に固定される。また上部ケース１５には、下部ケース１４に固定されると該下部ケース１４の各嵌入孔２０に相対向する断面円状の嵌入孔２２が設けられている（図２参照）。そして下部ケース１４の嵌入孔２０及び上部ケース１５の嵌入孔２２には、保持体１２が嵌入されている。
【００２３】
次に、保持体１２について図２〜図４を参照して説明する。
図２は、非接触保持装置の断面構造を示す断面図であって、ワークが保持されている状態を示している。図３は、図２における３−３線に沿った断面図であって、圧縮空気の流れを示した図である。図４は、保持面を示す平面図であって、旋回流発生室から流出した圧縮空気の流れを示した図である。なお、図２では、非接触保持装置１０の内部構造を説明する便宜上、スペーサー部２１を省略して示している。
【００２４】
図２に示されるように、保持体１２は、開口端と閉塞端とを有して軸３０を中心軸とする多段状の円筒部材である。保持体１２は、開口端の端面を保持面３１とする円環状の係止部３２と、係止部３２よりも縮径されるかたちで該係止部３２に連なるとともに下部ケース１４の嵌入孔２０及び上部ケース１５の嵌入孔２２に嵌入される嵌入部３３とを有している。保持体１２の嵌入部３３は、係止部３２と下部ケース１４とが当接する位置まで嵌入されている。嵌入部３３は、係止部３２と下部ケース１４とが当接する状態で、端面３３ａが上部ケース１５の上面１５ａと同一平面になるように形成されている。保持体１２は、下部ケース１４の嵌入孔２０及び上部ケース１５の嵌入孔２２に対して嵌入部３３が気密に固定されることによって、ケース部１１に装着されている。そして、保持体１２がケース部１１に装着されることによって、ケース部１１の内部には、段差１８及びスペーサー部２１の高さに応じた空間であって、圧縮空気供給源１３からの圧縮空気がチューブ接続口２６を介して供給される気体室２８が形成されている。
【００２５】
保持体１２は、保持面３１に開口するとともに、係止部３２と嵌入部３３とに跨るように形成された円孔形状の旋回流発生室３４を有している。保持体１２の嵌入部３３には、該嵌入部３３の外周面と旋回流発生室３４とに開口する導入路３５が設けられている。導入路３５は、旋回流発生室３４と気体室２８とを連通させるとともに、該気体室２８内の圧縮空気を旋回流発生室３４に導入する。図３に示されるように、導入路３５は、旋回流発生室３４の内周面である円周面の接線方向であって、該旋回流発生室３４の内周面で対向する位置から互いに相反する方向に向かって延出形成されている。こうした構成の導入路３５であれば、該導入路３５を通じて気体室２８から旋回流発生室３４に導入された圧縮空気は、該旋回流発生室３４の内周面に沿った流れを有するため、旋回流発生室３４内において旋回流を効率よく発生させることができる。
【００２６】
保持体１２には、旋回流発生室３４の底面３４ａと嵌入部３３の端面３３ａとに開口して、該旋回流発生室３４と保持体１２の外側の領域である外側領域Ｓとを連通させる連通路３６が設けられている。連通路３６は、導入路３５を通じて旋回流発生室３４に導入さ
れた圧縮空気を、該連通路３６を通じて外側領域Ｓへ漏出させる。
【００２７】
ここで、旋回流発生室３４で形成される旋回流は、保持面３１の開口に近づくほどその流れが整流化される。そのため、例えば旋回流発生室３４の内周面であって保持面３１側の位置に連通路が開口しているとなれば、整流化された旋回流を形成している圧縮空気の一部が該連通路３６を通じて漏出することになる。その結果、圧縮空気の漏出によって旋回流の流れが乱れてしまい、旋回流発生室３４で発生している負圧Ｐｎが不安定になる虞がある。これに対して、本実施形態において連通路３６は、保持体１２の閉塞端を貫通するように、旋回流発生室３４の底面３４ａで開口している。こうした構成であれば、整流化された旋回流となる前の圧縮空気が旋回流発生室３４から漏出することになる。その結果、旋回流発生室３４からの圧縮空気の漏出に起因する旋回流の乱れを抑えることができるため、旋回流発生室３４で発生する負圧Ｐｎを安定させることができる。また、保持面３１で保持されるワークＷとは反対側の領域である外側領域Ｓに連通路３６が開口するため、連通路３６を通じて漏出した圧縮空気が、保持されるワークＷに吹き付けられることもない。
【００２８】
ここで、旋回流発生室３４で旋回流を形成する圧縮空気の流量は、導入路３５から旋回流発生室３４に導入される圧縮空気の導入流量Ｑ１から、連通路３６を通じて漏出する圧縮空気の漏出量を差し引いた旋回流量Ｑ２となる。連通路３６を通じて漏出する圧縮空気の漏出量は、旋回流発生室３４に導入される圧縮空気の圧力と外側領域Ｓの圧力（本実施形態では大気圧）との差圧に加え、連通路３６の流路抵抗（連通路３６の流路断面積や表面粗さ等）に基づく量となる。そのため、旋回流発生室３４で旋回流を形成する旋回流量Ｑ２は、連通路３６の流路抵抗によって設定することが可能である。そして、旋回流発生室３４の開口側に形成される負圧Ｐｎが、旋回流発生室３４に形成される旋回流のベルヌーイ効果に基づいて形成される、つまり旋回流の流速ｖに基づいて形成されるため、該負圧Ｐｎの大きさも、連通路３６の流路抵抗によって設定することが可能である。
【００２９】
図４に示されるように、保持体１２の保持面３１には、旋回流発生室３４から流出する圧縮空気を案内する案内溝３７，３８，３９が設けられている。案内溝３７，３８，３９は、保持体１２の内周面に始端を、外周面に終端を有して、旋回流発生室３４で生じる旋回流の旋回方向と同じ方向の渦巻き状に形成されている。案内溝３８は、上記軸３０を中心として１２０°だけ案内溝３７を左回りに回転移動させた形状を有するとともに、案内溝３９は、上記軸３０を中心として１２０°だけ案内溝３８を左回りに回転移動させた形状を有する。すなわち、案内溝３７，３８，３９は、各始端が保持体１２の内周面における周方向に等間隔で設けられているとともに、各終端が保持体１２の外周面における周方向に等間隔で設けられている。このように案内溝３７，３８，３９の始端を内周面における周方向に等間隔で設けることによって、各案内溝３７，３８，３９に流入する圧縮空気量を均一にすることができる。そして、旋回流発生室３４から流出した圧縮空気は、各案内溝３７，３８，３９に案内されて保持面３１の外側へと流出する。
【００３０】
なお、図４では、案内溝３７における圧縮空気の流れを実線、案内溝３８における圧縮空気の流れを一点鎖線、案内溝３９における圧縮空気の流れを破線で示している。この流出過程において案内溝３７，３８，３９を流れる圧縮空気の一部が該案内溝３７，３８，３９の開放部分から保持面３１側へと流れ出すことによって、保持面３１とワークＷとの間に空気層ＡＬが形成される。そして、この空気層ＡＬを形成する圧縮空気の圧力によって、保持面３１とワークＷとの間に正圧Ｐｐが形成される。
【００３１】
なお、各案内溝３７，３８，３９を流れる圧縮空気は、その流れ方向に応じた回転力をワークＷに与える。そのため、マトリクス状に配置される４つの保持体１２が全て同じ旋回方向で構成されるとあっては、上記回転力によってワークＷが保持面３１の面方向に回
転してしまう虞がある。これに対して、本実施形態では、マトリクス状に配置される４つの保持体１２のうち、対角位置に配置された２つの保持体１２は、旋回流の旋回方向が同じであるとともに、スペーサー部２１を挟むかたちに配置された２つの保持体１２は、旋回流の旋回方向が反対になるように配置されている（図１及び図２参照）。こうした構成であれば、案内溝を流れる圧縮空気によってワークＷが受ける回転力を互いに打ち消し合うことができるため、ワークＷの上面の面方向におけるワークＷの回転を抑えることができる。
【００３２】
また、案内溝３７，３８，３９の終端においては、該案内溝３７，３８，３９を流れた圧縮空気が保持面３１の外側へ流出することにともなう急激な圧力の低下が生じる。そのため、上記圧力の低下している部分にワークが引き寄せられてしまう虞がある。これに対して、本実施形態では、案内溝３７，３８，３９の終端は、保持体１２の外周面における周方向に等間隔で配置されている。こうした構成であれば、上述した終端付近における圧力の低下が軸３０を中心にワークに対して均等に作用するため、上記圧力の低下にともなうワークの移動を抑えることができる。
【００３３】
さらに、上述した案内溝３７，３８，３９が形成されていない保持面にあっては、旋回流発生室３４の開口部から流出した圧縮空気の流速が周辺の気体との摩擦などによって急激に低下することがある。こうした急激な流速の低下は、旋回流発生室３４にて形成される旋回流の旋回状態を変化させるため、旋回流によって形成される負圧の変動を招いてしまう。これに対して、上記構成によれば、旋回流発生室３４から流出する圧縮空気は、案内溝３７，３８，３９によって案内されて保持面３１の外側に流出する。そのため、案内溝が形成されていない構成と比べて、旋回流発生室３４から流出する圧縮空気が保持面３１の外側に円滑に排出されることとなる。すなわち、案内溝３７，３８，３９を流れる圧縮空気に急激な減速が生じ難くなるため、旋回流の旋回状態を安定させることができるとともに、ひいては旋回流発生室３４で発生する負圧Ｐｎの変動を抑えることができる。
【００３４】
こうした構成の非接触保持装置１０は、上記負圧Ｐｎと上記正圧ＰｐとをワークＷに作用させることによって、該ワークＷを保持面３１に非接触の状態で保持する。保持されているワークＷには、ワークＷにおける保持面３１側（ワークの上側）と、該保持面３１側とは反対側（ワークの下側）とに、下記（ａ）〜（ｄ）の力が作用する。
（ａ）ワークの上側に作用する負圧Ｐｎによってワークを保持面３１に近づける力Ａ。
（ｂ）ワークの下側に作用する大気圧によってワークを保持面３１に近づける力Ｂ。
（ｃ）ワークの上側に作用する正圧Ｐｐによってワークを保持面３１から遠ざける力Ｃ。（ｄ）ワークの自重によってワークを保持面３１から遠ざける力Ｄ。
【００３５】
そして、非接触保持装置１０は、上述した力Ａ〜Ｄが釣り合う位置、つまり下記の（１）式を満たす位置であって、保持面３１から浮上量ＨＤだけ浮上した位置でワークＷを保持する。
【００３６】
Ａ＋Ｂ＝Ｃ＋Ｄ…（１）
次に、保持体１２に設けられた連通路３６とワークＷの浮上量ＨＤとの関係について実施例を挙げて説明する。
【００３７】
図５は、旋回流発生室に導入される圧縮空気の流量と吸着力との関係を示すグラフである。詳しくは、旋回流発生室３４に導入される圧縮空気の導入流量Ｑ１とその流量において非接触保持装置１０が、浮上量ＨＤに関わらず保持可能なワークＷの重量Ｗｅとの関係を示したグラフである。また図６は、旋回流発生室に導入される圧縮空気の流量とワークの浮上量との関係を示すグラフである。これらのグラフは、旋回流発生室３４と連通路３６とを以下に示す寸法で保持体１２に形成した場合における測定値である。
【００３８】
［旋回流発生室３４］
直径：６ｍｍ
保持面３１から旋回流発生室３４の底面３４ａまでの長さ：５ｍｍ
［連通路３６］
直径：０．５ｍｍ（実施例１）、１．５ｍｍ（実施例２）、２．５ｍｍ（実施例３）
連通路なし（比較例）
なお、旋回流発生室３４の底面３４ａから嵌入部３３の端面３３ａまでの厚さは２ｍｍであるとともに、各連通路３６は全て同じ表面粗さで形成されている。
【００３９】
図５に示されるように、比較例及び実施例１〜３のいずれ場合においても、旋回流発生室３４に導入される圧縮空気の導入流量Ｑ１が大きくなるほど非接触保持装置１０で保持可能なワークＷの重量Ｗｅも大きくなることが認められた。これは、次のような理由によるものと考えられる。旋回流発生室３４に導入される圧縮空気の導入流量Ｑ１が大きくなるほど旋回流量Ｑ２も大きくなる。そして、旋回流発生室３４に導入される圧縮空気の導入流量Ｑ１が大きくなるほど旋回流の流速ｖが大きくなるため、これにより旋回流発生室３４で発生する負圧Ｐｎが大きくなるためであると考えられる。
【００４０】
また、連通路３６の直径が大きくなるほど、保持体１２で保持可能なワークＷの重量Ｗｅが小さくなることが認められた。これは、次のような理由によるものであると考えられる。連通路３６の直径が大きくなるほど圧縮空気の漏出量が大きくなるため、旋回流量Ｑ２が少なくなる。そして、連通路３６の直径が大きくなるほど旋回流の流速ｖが小さくなる結果、旋回流発生室３４で発生する負圧Ｐｎが小さくなるためであると考えられる。
【００４１】
さらに、連通路３６の直径が大きくなるほど、旋回流発生室３４に導入される圧縮空気の導入流量Ｑ１の増量分ΔＱ１に対して、保持体１２で保持可能なワークＷの重量Ｗｅの増加量ΔＷｅが小さくなることが認められた。つまり、旋回流発生室３４に導入される圧縮空気の導入流量Ｑ１が大きくなるほど、比較例で保持可能なワークＷの重量Ｗｅと実施例で保持可能なワークＷの重量Ｗｅとの差が大きくなることが認められた。これは、次のような理由によるものであると考えられる。すなわち、連通路３６の直径が大きくなるほど圧縮空気の漏出量が大きくなるため、連通路３６の直径が大きくなるほど、圧縮空気の導入流量Ｑ１の増量分ΔＱ１に対する旋回流量Ｑ２の増量分ΔＱ２が少なくなる。そして、連通路３６の直径が大きくなるほど、旋回流発生室３４に導入される圧縮空気の増量分ΔＱ１に対する旋回流の流速ｖの増加分Δｖが小さくなるため、旋回流発生室３４で発生する負圧Ｐｎの増大量ΔＰｎが小さくなるためであると考えられる。
【００４２】
図６は、旋回流発生室に導入される圧縮空気の流量とワークの浮上量との関係を示すグラフであって、詳しくは、実施例３（直径２．５ｍｍ）の連通路３６を保持体１２に設けたときに保持可能な重量、つまり図５に示した基準点６で保持可能なワークＷを用いて、旋回流発生室３４に導入される圧縮空気の導入流量Ｑ１と該ワークＷの浮上量ＨＤとの関係を示したグラフである。
【００４３】
図６に示されるように、比較例及び実施例１〜３のいずれの場合においても、旋回流発生室３４に導入される圧縮空気の導入流量Ｑ１が大きくなるにつれて、ワークＷの浮上量ＨＤが一旦大きくなった後に小さくなるという傾向が認められた。すなわち、導入流量Ｑ１が大きくなるにつれて、保持されているワークＷが保持面３１から一旦遠ざかった後に近づくことが認められた。これは、次のような理由によるものと考えられる。
【００４４】
すなわち、旋回流発生室３４で発生する負圧Ｐｎは、導入流量Ｑ１が大きくなるにつれて、該導入流量Ｑ１の増量分ΔＱ１（流速の増加量Δｖ）に対する負圧の増大量ΔＰｎが
大きくなる。つまり、旋回流発生室３４に導入される圧縮空気の導入流量Ｑ１が大きくなるにつれて、該導入流量Ｑ１の増量分ΔＱ１に対する、負圧Ｐｎに基づく力Ａの増大量ΔＡが大きくなる。
【００４５】
一方、ワークＷの上側に作用する正圧Ｐｐは、保持面３１とワークＷとの間に形成される空気層ＡＬの圧力に応じて変化する。この正圧Ｐｐは、簡易的には、保持面３１における旋回流発生室３４の開口部から流出する圧縮空気の流量、つまり旋回流量Ｑ２に比例するとともに、浮上量ＨＤ（流路断面積）に反比例する。言い換えれば、旋回流量Ｑ２が同じであれば、浮上量ＨＤが大きくなるほど正圧Ｐｐは小さくなり、浮上量ＨＤが小さくなるほど正圧Ｐｐは大きくなる。また浮上量ＨＤが同じであれば、旋回流量Ｑ２が大きくなるほど正圧Ｐｐは大きくなり、旋回流量Ｑ２が小さくなるほど正圧Ｐｐは小さくなる。そのため、導入流量Ｑ１の増量の前後において浮上量ＨＤが同じとするならば、旋回流量Ｑ２の増量分ΔＱ２に対して一定の増大量ΔＰｐの下で正圧Ｐｐは大きくなる。その結果、浮上量ＨＤが同じであれば、旋回流量Ｑ２の増量分ΔＱ２に対する、正圧Ｐｐに基づく力Ｄの増大量ΔＤは、旋回流発生室３４に導入される圧縮空気の導入流量Ｑ１が大きくなっても殆ど変化しない。
【００４６】
つまり、導入流量Ｑ１が大きくなるにつれて、負圧Ｐｎに基づく力Ａの増大量ΔＡは大きくなる一方、導入流量Ｑ１の増量の前後において浮上量が同じであれば、正圧Ｐｐに基づく力Ｄの増大量ΔＤは変化しない。そして、ある導入流量Ｑ１を境界として、負圧Ｐｎに基づく力Ａの増大量ΔＡが正圧Ｐｐに基づく力Ｄの増大量ΔＤよりも大きくなるため、上述したような傾向がワークＷの浮上量ＨＤに認められたと考えられる。
【００４７】
詳述すると、導入流量Ｑ１の増量の前後においてワークＷの浮上量が同じであれば、上述した境界流量よりも少ない流量領域で導入流量Ｑ１が大きくなると、負圧Ｐｎに基づく力Ａの増大量ΔＡよりも、正圧Ｐｐに基づく力Ｄの増大量ΔＤが大きくなる。そのため、（１）式において左辺よりも右辺の方が大きくなるため、同（１）式を満足させるためには、増大量ΔＡと増大量ΔＤとの差分に応じた分だけ、正圧Ｐｐに基づく力Ｄが小さくならざるを得ない。すなわち、正圧Ｐｐを小さくするべく、ワークＷが保持面３１から遠ざかることとなる結果、浮上量ＨＤが増量前の浮上量よりも大きくなる。
【００４８】
一方、導入流量Ｑ１の増量の前後においてワークＷの浮上量が同じであれば、境界流量よりも大きい流量領域で導入流量Ｑ１が大きくなると、負圧Ｐｎに基づく力Ａの増大量ΔＡが、正圧Ｐｐに基づく力Ｄの増大量ΔＤよりも大きくなる。そのため、（１）式において右辺よりも左辺の方が大きくなるため、同（１）式を満足させるためには、増大量ΔＡと増大量ΔＤとの差分を応じた分だけ、正圧Ｐｐに基づく力Ｄが大きくならざるを得ない。すなわち、正圧Ｐｐを大きくするべくワークＷが保持面３１に近づく結果、浮上量ＨＤが増量前の浮上量よりも小さくなる。
【００４９】
また、同図６に示されるように、旋回流発生室３４に導入される圧縮空気の導入流量Ｑ１が同じ範囲であっても、実施例１〜３において設定可能な浮上量ＨＤの範囲は、比較例において設定可能な浮上量ＨＤの範囲よりも拡張されていることが認められた。すなわち、連通路３６を保持体１２に設けるだけで、浮上量ＨＤの設定範囲を拡張可能であることが認められた。
【００５０】
さらに、実施例２（直径１．５ｍｍ）と実施例３（直径２．５ｍｍ）とでは、実施例２の方が浮上量ＨＤの設定範囲が大きいことが認められた。つまり、上述した寸法の旋回流発生室３４において浮上量ＨＤの設定範囲が最も大きくなるのは、実施例２であることが認められた。
【００５１】
これは、保持体１２の形状、特に旋回流発生室３４の形状に応じて、浮上量ＨＤの設定範囲が最も大きくなる流路抵抗の連通路３６が存在することを示唆している。すなわち、流路抵抗の異なる連通路３６を設けた保持体１２毎に浮上量ＨＤの設定範囲を測定することにより、浮上量ＨＤの設定範囲を大きくする上で連通路３６の最適な流路抵抗（直径や長さ、表面粗さなど）を求めることが可能である。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態の非接触保持装置１０によれば以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態によれば、旋回流発生室３４と該旋回流発生室３４の外側の領域である外側領域Ｓとを連通させる連通路３６を保持体１２に設けるという簡便な構成によって、ワークＷの浮上量ＨＤを設定することができる。それゆえ、ワークＷの浮上量を所望の値に設定するための部材点数を最小限に抑えることができる。
【００５３】
（２）上記実施形態の連通路３６は、旋回流発生室３４の外側の領域であって、かつ保持面３１に対するワークＷの反対側の領域である外側領域Ｓに出口（開口）を有している。こうした構成によれば、旋回流発生室３４から漏出した圧縮空気が、保持面３１に保持されているワークＷに吹き付けられることがない。すなわち、旋回流発生室３４から漏出した圧縮空気そのものが、保持されているワークＷの浮上量ＨＤに対して何ら影響を与えることがない。それゆえ、保持されているワークＷの浮上量ＨＤを安定させることができる。
【００５４】
（３）上記実施形態の連通路３６は、旋回流発生室３４の底面３４ａに入口（開口）を有している。こうした構成によれば、旋回流発生室３４から漏出する圧縮空気が、整流化された旋回流となる前の圧縮空気になる。それゆえに、旋回流発生室３４からの圧縮空気の漏出に起因する旋回流の乱れを抑えることができるため、旋回流発生室３４で発生する負圧Ｐｎを安定させることができる。
【００５５】
（４）上記実施形態の保持面３１には、旋回流発生室３４における旋回流の旋回方向と同じ方向に延びる渦巻き状の案内溝３７，３８，３９が設けられている。こうした構成によれば、案内溝３７，３８，３９内を流れる圧縮空気は、周辺の圧縮空気との摩擦などによる流れの乱れを抑えつつ保持面３１の外側に円滑に流出することとなる。それゆえに、旋回流発生室３４における旋回流の旋回状態が安定するため、該旋回流発生室３４で発生する負圧の変動を抑えることができる。ひいては、保持されているワークＷの浮上量ＨＤを安定させることができる。
【００５６】
（５）上記実施形態の案内溝３７，３８，３９の始端は、保持体１２の内周面における周方向に等間隔に配置されている。また、案内溝３７，３８，３９の終端は、保持体１２の外周面における周方向に等間隔に配置されている。こうした構成によれば、該案内溝３７，３８，３９に圧縮空気を均一に流入させることができるとともに、各案内溝３７，３８，３９の終端付近における急激な圧力の低下をワークＷに対して軸３０を中心に均等に作用させることができる。その結果、ワークＷの姿勢が安定するため、保持されているワークＷの浮上量ＨＤを安定させることができる。
【００５７】
（６）上記実施形態の導入路３５は、旋回流発生室３４の内表面における接線方向であって、該旋回流発生室３４の内表面において対向する位置から互いに相反する方向に向かって延出形成されている。こうした構成によれば、導入路３５を通じて導入された圧縮空気は、旋回流発生室３４の内表面に沿った流れを有するため、旋回流発生室３４内において旋回流を効率よく発生させることができる。
【００５８】
（７）上記実施形態における複数の保持体１２は、ワークＷの上面から見た旋回方向が
互いに異なる同数の保持体１２によって構成されている。こうした構成によれば、案内溝３７，３８，３９を流れる圧縮空気がワークに与える回転力を互いに打ち消すようになる。そのため、ワークＷの上面の面方向においてワークＷの回転を抑えることができる。
【００５９】
（８）上記実施形態の各旋回流発生室３４には、共通する気体室２８内の圧縮空気が各導入路３５を通じて導入される。こうした構成によれば、各旋回流発生室３４に導入される圧縮空気の圧力及び流量が略等しくなるため、各旋回流発生室３４で発生する負圧の均一化を図ることができる。その結果、各保持体１２に保持されているワークＷが保持面３１に対してより平行になるため、ワークＷが保持面３１に対して傾斜している場合に比べて、浮上量ＨＤのばらつきを抑えることもできる。
【００６０】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・非接触保持装置に備えられる保持体は、凹状の旋回流発生室を有するとともに、該旋回流発生室と保持体の外側とを連通させる連通路を有する構成であればよい。図７は、変形例における非接触保持装置の断面構造を示す断面図である。なお、以下では、上記実施形態と同じ部材については同様の符号を付してそれの詳細な説明は省略する。
【００６１】
図７に示される非接触保持装置１０においては、嵌入孔２２が設けられていない閉塞部材としての上部ケース１５が下部ケース１４に固定されることによってケース部１１が構成されている。下部ケース１４の嵌入孔２０には、両端が開口した円筒部材である保持部材５１がそれの一端面である保持面３１をワークに対向させるかたちに嵌入されている。この保持部材５１の他端面である端面５２は、上部ケース１５の下面１５ｂに面接触する位置に配置される。また上部ケース１５には、保持部材５１の内部とケース部１１の外側とが連通されるように貫通孔５６が形成されている。
【００６２】
そして保持部材５１は、上部ケース１５の下面１５ｂ（閉塞面）に端面５２を面接触させた状態で該上部ケース１５に固定されるとともに、下部ケース１４の嵌入孔２０に対して気密に固定される。こうした構成によって、保持部材５１の内周面が上部ケース１５の下面１５ｂによって閉塞されるとともに、該上部ケース１５の下面１５ｂを底面とする凹状の旋回流発生室５３が構成されている。すなわち、保持部材５１と上部ケース１５とによって保持体が構成されるとともに、上部ケース１５を貫通する貫通孔５６によって連通路が構成されている。こうした構成であっても、上記（１）〜（３）と同じような効果を得ることができる。
【００６３】
・上記実施形態の連通路３６の入口は、旋回流発生室３４の底面３４ａに設けられているが、これに限られず、連通路の入口は、保持体１２の内周面に設けられてもよい。
・上記実施形態の連通路３６の出口は、圧縮空気が外側領域Ｓに漏出するように、嵌入部３３の端面３３ａに設けられているが、これに限られず、連通路の出口は、例えば係止部３２の外表面に設けられてもよい。
【００６４】
・上記実施形態における各保持体１２の旋回流発生室３４には、共通する気体室２８から圧縮空気が導入される。これを変更して、旋回流発生室３４毎に気体室が設けられるとともに、旋回流発生室３４に対応する気体室から該旋回流発生室３４に向けて圧縮空気が導入される構成であってもよい。
【００６５】
・上記実施形態における複数の保持体１２は、旋回方向が互いに異なる同数の保持体１２によって構成されている。これに限らず、案内溝３７，３８，３９を流れる圧縮空気によってワークＷが回転力を受け難い構成であれば、例えば旋回方向が互いに同じ保持体１２のみによって複数の保持体１２が構成されてもよい。
【００６６】
・上記実施形態においては、凹部としての旋回流発生室３４を円形孔状に形成するとともに、導入路３５を旋回流発生室３４の内周面の接線方向であって、該旋回流発生室３４の内周面で対向する位置から互いに相反する方向に向かって延出形成した。これに限らず、導入路３５は、旋回流発生室３４において圧縮空気の旋回流が形成されるのであれば、例えば、上記した対向する位置から旋回流発生室３４の内表面における接線方向と交差する方向に延出形成されていてもよい。また旋回流発生室３４は、導入路３５を通じて導入された圧縮空気によって旋回流発生室３４に旋回流が形成されるのであれば、その形状は円形孔状に限られない。
【００６７】
・上記実施形態の保持面３１には、始端ならびに終端が保持体１２の内周面ならびに外周面の周方向において等間隔に配置された３つの案内溝３７，３８，３９を形成した。これに限らず、保持面３１に形成される案内溝の個数はこれに限られるものでない。また複数の案内溝が形成されている場合には、それらの始端ならびに終端も、保持体１２の内周面ならびに外周面において周方向に等間隔に配置される構成に限られない。さらには、保持面３１から案内溝３７，３８，３９が割愛された構成であってもよい。
【００６８】
・上記実施形態の非接触保持装置１０では、気体として圧縮空気を用いたが、気体は例えば不活性ガスなどであってもよい。
【符号の説明】
【００６９】
Ｓ…外側領域、Ｗ…ワーク、ＡＬ…空気層、ＨＤ…浮上量、１０…非接触保持装置、１１…ケース部、１２…保持体、１３…圧縮空気供給源、１４…下部ケース、１５…上部ケース、１５ａ…上面、１５ｂ…下面、１６…ホルダ部、１７…アーム部、１８…段差、１９…凹部、２０…嵌入孔、２１…スペーサー部、２２…嵌入孔、２５…チューブ、２６…チューブ接続口、２８…気体室、３０…軸、３１…保持面、３２…係止部、３３…嵌入部、３３ａ…端面、３４…旋回流発生室、３４ａ…底面、３５…導入路、３６…連通路、３７，３８，３９…案内溝、５１…保持部材、５２…端面、５３…旋回流発生室、５６…貫通孔、８０…非接触保持装置、８１…ベース板、８２…搬送ヘッド、８２ａ…保持面、８３…ねじ孔、８４…連通部、８５…凹部、８６…気体供給孔、９０…流量設定機構、９１…ノズル、９１ａ…円板部、９２…支持部、９３…付勢部材、９４…ねじ部材、９５…スリット。
【図１】
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【図２】
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【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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