(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部本体、中部本体、下部本体からなる円筒状のノンコンタクト搬送パッドであって、圧縮気体を搬送パッドの上部本体の中心の導入口に導入し、上記導入口から斜め外方に導入した流路に導き、中部本体を介して、下部本体に続く流路が形成され、下部本体流路から噴出し孔にかけて流路の断面積が小さくなるように狭め、高速の圧縮気体が下部本体の中心部周辺の噴出し孔から外周方向に噴き出され、板状部品を吸着保持するノンコンタクト搬送パッドにおいて、搬送パッドの底面外周部の端面が全周にわたって角度１２度以下に切欠かれたディフューザを設け、さらに、上部本体、中部本体、下部本体のいずれかの外周部から、第二の主流より遅い平行流を導入する第二の導入口が設けられ、第二の流路、第二の流路から第二の噴出し孔にかけて流路の断面積が小さくなるように狭め、第二の噴出し孔を下部本体の外周部であって、前記角度１２度以下に切欠かれたディフューザの直上に設けて、第二の主流より遅い平行流が第二の噴出し孔から外周方向に噴き出されることを特徴とするノンコンタクト搬送パッド。
【請求項２】
下部本体の底面と吸着する板状部品との間の距離ｄと、下部本体底面とディフューザの外周面との高さ△ｈが、ほぼ同一であり、切欠かれたディフューザの角度が８度である請求項１に記載したノンコンタクト搬送パッド。
【請求項３】
第二の噴出し孔の端面に角度１２度以下に切欠かれたディフューザを設けたことを特徴とする請求項１に記載したノンコンタクト搬送パッド。
【請求項４】
上部本体、中部本体、下部本体が、Ｏリングを介して、ボルトで固定された請求項１ないし請求項３のいずれかひとつに記載したノンコンタクト搬送パッド。
【請求項５】
上部本体、中部本体、下部本体が一体成型された請求項１ないし請求項４のいずれかひとつに記載したノンコンタクト搬送パッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、搬出パッドに気体を噴出させることにより、半導体のウエハ、液晶装置等に用いられるガラス基板等の板状部品（ワーク）を搬出パッドに保持し、搬出パッドを固定したロボットアームを用いて移動させ、板状部品（ワーク）を所定位置に載置し、気体の噴出を止めることにより、搬出パッドから板状部品（ワーク）を外すようにした時に用いられる、ノンコンタクト搬送パッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶パネル等の消費量は、拡大する一方であり、また、半導体等のパッドの消費量も依然として根強いものがある。そして、液晶パネル、半導体ウエハを搬送するには、液晶パネル、半導体ウエハ等をキズつけずに、破損させずに、清潔で、強固に、すばやく保持し、ロボット等で、移動し、所望場所に載置する必要がある。そのときに用いられるのが、吸着保持自在な、ノンコンタクト搬送パッドである。
【０００３】
これまで、ノンコンタクト搬送パッドは、１）ベルヌーイ法によるノンコンタクト搬送パッドと、２）ボルテックス法によるノンコンタクト搬送パッドが知られている。
【０００４】
ベルヌーイ法によるノンコンタクト搬送パッドとしては、特許文献１に示すように、正圧を用いて、ワークを非接触で吊上げ搬送するノンコンタクト搬送パッドにおいて、ワークとノンコンタクト搬送パッドの間にできる放射状流れのベルヌーイ効果を用いて、吊上げ搬送を行うノンコンタクト搬送パッドが開示されている。
特に、図３には、絞りで流速が上がると圧力が下がる。この定理を図２にあてはめると放射状流れを、ワークとノンコンタクト搬送パッドボデイの間隙に発生させている。この放射状流れは周辺に流れるに従って、流速が下がり圧力が上がる。従って、中心部に向かって負圧が発生していることになる。特に中心に近いほど負圧の大きさが大きい。
【０００５】
また、ボルテックス法によるノンコンタクト搬送パッドとしては、特許文献２に示すように、吸着対象物を非接触状態で保持する非接触吸着具であって、吸着面に開口する円柱状の凹部と、該凹部に流体を噴射する流体流路とを有し、前記流体流路の幅Ｈと前記凹部の半径Ｒとは、０．１≦Ｈ／Ｒ≦０．５を満たすように設定されており、前記流体流路の軸心ＣＬは前記凹部の径線Ｄと直交するように設けられており、軸心ＣＬ及び径線の交点Ｐに関する、該凹部の中心Ｏを原点とする座標Ｓは、０．２５Ｒ≦Ｓ≦０．８０Ｒを満たすように設定されている、非接触吸着具が開示されている。
【０００６】
また、他に、特許文献３に示すように、気体を噴出することによりワークを非接触にて保持する非接触吸着具に、気体供給弁を装着したハンドルおよびガイドを設けた手操作非接触ハンドがある。
【特許文献１】特開２００８−２８４６７１号公報
【特許文献２】特開２００６−１１４７４８号公報
【特許文献３】特開２００５−２５１９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願発明は、ベルヌーイ法によるノンコンタクト搬送パッドの改良発明であり、吸着力が従来に比して、より強力で、しかも、従来と同じく吸着、非吸着の操作が容易で、液晶パネル、半導体ウエハ等をキズつけず、清潔に保持することのできる、ノンコンタクト搬送パッドを提供することである。
【０００８】
さらには、従来のベルヌーイ法により、より強力に吸着できると同時に、噴流により引き起される騒音の低減を図ったノンコンタクト搬送パッドを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ベルヌーイの定理によれば、流速が増えると、圧力は下がる、というものである。
この原理を利用すれば、より流速を増やせば、より高い負圧を発生させて、より高い吸着力を得ることができる。
しかしながら、気体の噴出力により、周囲に甚大な騒音がもたらせ、環境上問題点があることが判明した。
【００１０】
そこで、本発明は、板状部品（ワーク）をより強力に吸着できると同時に、噴流により引き起こされる騒音を低減させたノンコンタクト搬送パッドを提供する。
すなわち、本発明は、上部本体、中部本体、下部本体からなる円筒状のノンコンタクト搬送パッドであって、圧縮気体を搬送パッドの上部本体の中心の導入口に導入し、上記導入口から斜め外方に導入した流路に導き、中部本体を介して、下部本体に続く流路が形成され、下部本体流路から噴出し孔にかけて流路の断面積が小さくなるように狭め、高速の圧縮気体が下部本体の中心部周辺の噴出し孔から外周方向に噴き出され、板状部品を吸着保持するノンコンタクト搬送パッドにおいて、搬送パッドの底面外周部の端面が全周にわたって角度１２度以下に切欠かれたディフューザを設け、さらに、上部本体、中部本体、下部本体のいずれかの外周部から、第二の主流より遅い平行流を導入する第二の導入口が設けられ、第二の流路、第二の流路から第二の噴出し孔にかけて流路の断面積が小さくなるように狭め、第二の噴出し孔を下部本体の外周部であって、前記角度１２度以下に切欠かれたディフューザの直上に設けて、第二の主流より遅い平行流が第二の噴出し孔から外周方向に噴き出されることを特徴とするノンコンタクト搬送パッドである。

【００１１】
また、本発明のノンコンタクト搬送パッドにおいては、下部本体の底面と吸着する板状部品との間の距離ｄと、下部本体底面とディフューザの外周面との高さ△ｈが、ほぼ同一であり、切欠かれたディフューザの角度が８度とすることができる。
さらに、本発明のノンコンタクト搬送パッドにおいては、第二の噴出し孔の端面に角度１２度以下に切欠かれたディフューザを設けることができる。
また、本発明のノンコンタクト搬送パッドにおいては、上部本体、中部本体、下部本体が、Ｏリングを介して、ボルトで固定することができる。
さらに、本発明のノンコンタクト搬送パッドにおいては、上部本体、中部本体、下部本体を一体成型することができる。
【発明の効果】
【００１２】
上記のような構成をとったので、本発明によれば、ディフューザ効果により、吸着力の増大を図ると同時に、流体の噴出による騒音を著しく低減させたので、現場における騒音環境の改善、及び吸着力増大による作業効率の向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来品と下面が同じノンコンタクト搬送パッドの断面図
【図２】本発明の実施例１によるノンコンタクト搬送パッドの断面図
【図３】本発明の実施例２によるノンコンタクト搬送パッドの断面図
【図４】本発明の実施例１の実施
【図５】本発明の実施１によるノンコンタクト搬送パッドの吸着力の違い
【図６】本発明の実施例２によるノンコンタクト搬送パッドの圧力分布
【図７】本発明の実施例２によるノンコンタクト搬送パッドの騒音特性（同一圧縮空気圧の場合）
【図８】本発明の実施例２によるノンコンタクト搬送パッドの騒音特性（同一吸着力の場合）
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、従来技術によるノンコンタクト搬送パッド１の概略図を示しており、圧縮気体を噴出して板状部品（ワーク）２０を吸着させる。圧縮気体を、円筒形の搬送パッド１の上部本体１１の中心の導入口２に導入し、上記導入口２から斜め外方に導入した流路３に導き、中部本体１２を介して、下部本体１３に続く流路３が形成され、流路３は流路４付近で、下部本体流路５入口から噴出し孔６にかけて、流路の断面積が小さくなるように狭め、高速の圧縮気体が下部本体１３の中心部周辺の噴出し孔６から外周方向に噴き出される。
【００１５】
流路５は、流路４から噴出し孔６までほぼ滑らかな直線状の壁でできており、その断面積は、流路５から噴出し孔６まで小さくなるように構成されている。
【００１６】
スタッド８は、搬送パッド１と同じ材質、例えば合成樹脂、アルミ、合金等で射出成型、ダイキャスト、鋳物等で一体成型してもよいが、別体として製作し、ボルト１０等で組み立て時に一体になるように組み立てて良い。
【００１７】
また、圧縮気体の導入口２は、図１のように搬送パッド１の上部中央に設けてもよいし、特許文献１の図４のように、搬送パッド１の中間部から横方向に設けてもよい。
【００１８】
噴出し孔６を噴出した気体は、搬送パッド１の底面と板状部品（ワーク）２０の面に沿って搬送パッド１の外周方向に導出される。
このとき、搬送パッド１は、板状部品（ワーク）２０を、距離ｄを介して吸引し、ノンコンタクト搬送パッドで板状部品（ワーク）２０を保持することができる。
【００１９】
本発明では、図２に示すように、本発明のノンコンタクト搬送パッドにおいては、搬送パッドの下部本体底面外周部の端面が全周にわたって角度１２度以下に切欠かれたディフーザを設ける。
切欠かれたディフューザの角度１２度以上にすると、騒音が大きくなり、吸着力も低下する。切欠かれたディフューザの角度が、１度でも効果は少なくなるがディフューザとしては機能する。
さらには、下部本体の底面と吸着する板状部品との間の距離ｄと、下部本体底面とディフューザの外周面との高さ△ｈが、ほぼ同一であり、切欠かれたディフューザの角度が８度とすることが望ましい。
このディフューザ１４を設けることにより、搬送パッド１の吸引力を高め、しかも噴流により引き起される騒音を低減させることができる。
【００２０】
さらに、本発明では、図２で示す本発明のノンコンタクト搬送パッドに、さらに、図３に示すように、上部本体、中部本体、下部本体のいずれかの外周部から、第二の主流より遅い平行流を導入する第二の導入口１３２が設けられ、第二の流路１３３、第二の流路から第二の噴出し孔１３６にかけて流路の断面積が小さくなるように狭め、第二の噴出し孔１３６を下部本体の外周部であって、角度１２度以下に切欠かれたディフューザ１１４の直上に設けて、第二の主流より遅い平行流が第二の噴出し孔１３６から外周方向に噴き出されることを特徴とするノンコンタクト搬送パッドを提供することができる。
第二の主流より遅い平行流の流速は、主流の流速の３０〜７０％、とくに４５〜５５％程度が良く、最も好ましくは５０％が、騒音を低減させることができた。
【００２１】
この構成を取り込むことにより、さらに、噴流により引き起される騒音を低減させることができることが実証された。
次に具体例を挙げて説明する。
【実施例１】
【００２２】
本発明のノンコンタクト搬送パッド１００の一例を図２に示す。
上部本体１１、中部本体１２、下部本体１３からなる直径40mmの円筒状のノンコンタクト搬送パッド１００からなり、中部本体１２は、中央部からスタッド支持部７を垂下して、円錐状のスタッド８を支持しており、搬送パッドの下部本体１３に設けられたほぼ円錐状の内周凹部に、上記円錐状のスタッド８が対抗して配置されている。圧縮気体を、搬送パッドの上部本体の中心の導入口２に導入し、上記導入口２から斜め外方に導入した流路３に導き、中部本体１２を介して、下部本体１３に続く流路３が形成される。下部本体流路４から噴出し孔６にかけて流路３の断面積が小さくなるように狭め、上記圧縮気体は、スタッド支持部７に支持された円錐状のスタッド８と下部本体１３の底面の間から、高速の圧縮気体として下部本体１３の中心部周辺の噴出し孔６から外周方向に噴き出される。搬送パッドの下部本体底面外周部の端面が全周にわたって角度８度にテーパー状に切欠かれたディフューザ１４を設け、板状部品２０を吸着保持するノンコンタクト搬送パッドが得られた。
本発明においては、図４で示す態様のものをスタッド８の径ｄ’の異なるものを用いて次表で示される形態のノンコンタクト搬送パッド4種類を作成し、種々の実験を試みた。
【００２３】
【表１】
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図４に示すように、圧縮気体を流すとベルヌーイの原理により、搬送パッドは板状部品（ワーク）を下部本体１３の底面の間の間隔ｄを保持して吸引する。供給する圧縮気体の圧力を変えると図５に示す結果を得た。
吸着装置の吸着面が壁面に近接している際の壁面圧力計測には、Scanivalve社製DSA3217/16Px-15psidを用い、壁面には0.5mmの圧力孔を中心より螺旋状に17か所設け、各孔より圧力分布を計測した。圧力センサーの性能は、最大差圧が約±100kPa、精度は±0.05kPaである。圧力孔は半径方向に2.5mm置き、回転方向に22.5度置きに設けられている。計測時には壁面を22.5度置きに一周回転させて壁面全体の圧力分布を取得し、圧力分布を面積で積分することで吸着力を算出した。
供給空気が吸着装置と壁面の間隙から大気に放出されるときの速度計測には、KANOMAX製熱線流速計システム7000に上流形熱線プローブMODEL1212を組み合わせ、トラバース装置により自動計測を行った。また熱線流速計の校正装置としてKANOMAX製プローブキャリブレータMODEL1065を用いて精度を確保した。
【００２４】
ディフューザとスタッドの直径による吸着力の違いを図５に示す。図５は供給圧力Pr = 0.3MPaの場合のタイプ０とタイプ１の弁直径による壁面平均圧力分布の比較を示す。図５よりタイプ０ｄ’０９に比べ、端部をディフューザ形状に加工したタイプ１では吸着力の増加が見られる。このことは図６より負圧領域が半径方向に広がっていることからも理解できる。しかしながらタイプ０ｄ’０９と同じ弁直径d = 9mmであるタイプ１ｄ’０９と弁直径の大きいd = 15mmであるタイプ０ｄ’１５では吸着面中心付近の負圧が小さい。このことはディフューザの有無と弁直径に最適な大きさがあることを示し、本実験条件の範囲では弁直径d = 11mm のタイプ０ｄ’１１の場合に吸着面中心付近の負圧が大きいことがわかる。
【実施例２】
【００２５】
本発明の他の実施例を、図３に示す。
上部本体１１１、中部本体１１２、下部本体１１３からなる円筒状のノンコンタクト搬送パッド１０１からなり、中部本体１１２は、中央部からスタッド支持部１０７を垂下して、円錐状のスタッド１０８を支持しており、搬送パッドの下部本体１１３に設けられたほぼ円錐状の内周凹部に、上記円錐状のスタッド１０８が対抗して配置されている。圧縮気体を搬送パッドの上部本体の中心の導入口１０２に導入し、上記導入口１０２から斜め外方に導入した流路１０３に導き、中部本体１１２を介して、下部本体１１３に続く流路１０３が形成され、下部本体流路１０４から噴出し孔１０６にかけて流路の断面積が小さくなるように狭め、上記圧縮気体は、スタッド支持部１０７に支持された円錐状のスタッド１０８と下部本体１１３の底面の間から、高速の圧縮気体として下部本体の中心部周辺の噴出し孔１０６から外周方向に噴き出される。
板状部品１２０を吸着保持するノンコンタクト搬送パッド１０１においては、搬送パッドの底面外周部の端面が全周にわたって角度８度にテーパー状に切欠かれたディフューザ１１４を設け、さらに、上部本体１１１、中部本体１１２、下部本体１１３のいずれかの外周部から、第二の主流より遅い平行流を導入する第二の導入口１３２が設けられ、第二の流路１３３、第二の流路１３３から第二の噴出し孔１３６にかけて流路の断面積が小さくなるように狭め、第二の噴出し孔１３６を下部本体の外周部であって、角度８度にテーパー状に切欠かれたディフューザ１１４の直上に設けて、第二の主流より遅い平行流が第二の噴出し孔１３６から外周方向に噴き出されることを特徴とするノンコンタクト搬送パッドを上部本体１１１、中部本体１１２、下部本体１１３を、Ｏリングを介して、ボルトで固定して作成した。
【００２６】
パッドの改良は、図３に示すような２種類の対策を講じる。まず、出口付近の速度勾配を緩やかにするディフューザを設ける（タイプ1）。ディフューザは角度８度、距離2.5mmとした。さらに、噴出口の剪断層勾配を緩和するための主流より遅い平行流噴出口（タイプ2）を付加する。また、主流より遅い平行流噴出口１３６（１１４直上）にも角度８度、距離2.5mmのディフューザを設けた（タイプ3）タイプも作ることができる。
吸着パッドの騒音低減実験は半無響室内で行い、Ｂ＆Ｋ製1/2インチマイクロホンが搬送パッドを囲み込むように６０度間隔（パッドとの距離70cm、角度45度）６台で騒音を評価する。また、マイクロホン出力は同時サンプリングしている。コンプレッサが作る供給圧力は容量230Lの圧力タンク２基（主流用と主流より遅い平行流用）に貯められ長時間の計測においても圧力が一定に保てるようにしている。
実施例1で用いたタイプ０ｄ’０９のベルヌーイ型吸着パッドは、供給圧力を上げると騒音、吸着力が上昇していることが図分かる。ディフューザを付けた実施例１のタイプ１ｄ’０９は、出口の噴流速度が低下するため騒音量も低下している。また、ディフューザを付けることで流路抵抗が減少し間隙の流速が増加したため吸着力は増大している。つぎに、噴流と大気（速度０）との間に中間的速度をもつ主流より遅い平行流を付加したタイプ２の場合は、ディフューザほどの騒音低減効果は無いが全周囲の音圧が低下していることがわかった。さらに、主流より遅い平行流出口にもディフューザ（角度は）を付けたタイプ３は、若干吸着力が落ちてはいるがさらに音圧が低下していることがわかった。これは、出口の段差が無くなったためと考える。
【００２７】
スタッドの径は吸着力の観点から考察するとd’=11mm（実施例１タイプｄ’１１）の性能が良くタイプ０（実施例１タイプ０ｄ’０９）と比較すると吸着力は２倍の性能となっている。
スタッドの径９ｍｍの場合の、タイプ１（実施例１タイプ１ｄ’０９）、タイプ２（実施例２タイプ２）について、騒音量をまとめると図８となる。
タイプ１及びタイプ２は、タイプ０に比して格段と騒音が低いことが判明した。
さらに、吸引力一定（約１０Ｎ）にした場合のタイプ０（圧縮気体の供給圧力0.5Mpa）、タイプ１（圧縮気体の供給圧力0.3Mpa）、タイプ３（圧縮気体の供給圧力0.3Mpa）の搬送パッドについて、その騒音を調べた結果を図８に示す。
タイプ１及びタイプ３は、タイプ０に比して圧縮気体の供給圧力を下げることができるうえ、騒音も低いことが判明した。
【００２８】
また、圧縮気体の供給圧力Pr =0.3Mpaではデュフューザ付きのタイプ１ｄ’１１が−３．８dBから−１０．６ｄＢの減音となる。２次流れのノズルを開いたタイプ２ｄ’１１では−４．２ｄＢから−１１ｄＢの減音効果となっている。さらにダブルディフューザとして主流より遅い平行流のノズルを開いたタイプ３ｄ’１１の場合では−７．８ｄＢから−９．１ｄＢの減音となった。全周囲の騒音がディフューザによる減音、主流より遅い平行流による減音が確認できた。
供給圧力Pr =0.3Mpa、90度位置マイクロホン周波数分析結果によれば、各タイプ共に1kHzまでは減音効果が確認できないが、タイプ１では2kHzから7kHzの範疇で減音されている。さらに、タイプ３では8kHz以上の周波数帯域の減音がより顕著となっており、ディフューザと主流より遅い平行流により速度減少、速度勾配が緩和されていることが分かる。ディフューザ、主流より遅い平行流の効果は他の供給圧力でも同様の結果が得られている。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明のノンコンタクト搬送パッドは、非接触で搬送できることから医療品、食料品等の搬送に適している。
【符号の説明】
【００３０】
１    搬送パッド
２    圧縮気体導入口
３    流路
４    流路
５    下部本体流路
６    噴出し孔
７    スタッド支持部
８    スタッド
９    Ｏリング
１０    ボルト
１１    上部本体
１２    中部本体
１３    下部本体
２０    板状部品（ワーク）
１００  搬送パッド
１４    ディフューザ
１０１  搬送パッド
１０２    圧縮気体導入口
１０３    流路
１０４    流路入口
１０５    下部本体流路
１０６    噴出し孔
１０７    スタッド支持部
１０８    スタッド
１０９    Ｏリング
１１０    ボルト
１１１    上部本体
１１２    中部本体
１１３    下部本体
１１４    ディフューザ
１２０    板状部品（ワーク）
１３２    第二の導入口
１３３    第二の流路
１３６    第二の噴出し孔
【図１】
0005817043.tif 000003
【図２】
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【図３】
0005817043.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
0005817043.tif 000008
【図７】
0005817043.tif 000009
【図８】
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