(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレート面を備えた本体と、この本体のプレート面に形成した凹部と、この凹部壁面に形成したテーパ面と、この凹部内に設けるとともに、ガスなどの流体を噴出する噴出口とを備え、上記噴出口からの流体をテーパ面に向かって直接噴出させ、この噴出した流体をテーパ面からプレート面に沿って導くことにより、ベルヌーイの原理によってプレート面に負圧を生じさせ、この負圧を利用して被保持体を非接触状態で保持する保持具において、流体を上記凹部内に供給するための供給穴を形成するとともに、この供給穴に連続する上記噴出口に絞りを設け絞り噴出口とし、この絞り噴出口の流路面積を上記供給穴の流路面積よりも小さくすることによって流体を加速させるとともに、この噴出した流体の噴出方向を、上記テーパ面に対して交差させ、かつ、この流体の噴出方向と上記テーパ面とのなす角度を９０度より大きく１８０度未満にする一方、上記テーパ面とプレート面とが交わる角度を、９０度以上１８０度未満にしたことを特徴とする保持具。
【請求項２】
絞り噴出口と凹部底面との間に空間を設け、この空間によって噴出流体のコアンダ付着を促進する構成にしたことを特徴とする請求項１に記載の保持具
【請求項３】
絞り噴出口の開口部形状を、プレート面と平行に伸ばして、スリット状にしたことを特徴とする請求項１または２に記載の保持具。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、流体のベルヌーイ効果によって負圧を発生させて、半導体ウエハなどの被保持体を非接触状態に保ちながら保持する保持具に関する。
背景技術
従来から、流体のベルヌーイ効果を利用して、プレート表面と被保持体との隙間に負圧を発生させて、この負圧によって被保持体を非接触状態に保ちながら保持する保持具が知られている。
しかし、上記保持具は、被保持体を保持していないときに、噴出流体がプレート面の法線方向に拡散しやすく、保持体をプレート表面に近づけていく際、保持体を吹き飛ばしてしまうという不都合があった。また、吸引力が、プレート表面と保持体との隙間を流れる流体の流速に依存するため、プレート表面と保持体との隙間が変化すると、吸引力もばらついてしまうという問題があった。
そこで、これらの問題を解決する手段として、例えば、特開平１０−１６７４７０号公報に示すものがある。
この従来例は、図１１に示すように、円形のプレート表面１を有するプレート本体ａに、流体を吸引する吸引口２と、この吸引口２を中心とする同心円上に複数配置した噴出口３とを備えている。
上記吸引口２の開口部２ａには曲面を形成し、吸引口２とプレート表面１とを滑らかに連続させている。
また、上記吐出口３の開口部３ａにも曲面を形成し、吐出口３とプレート表面１とを滑らかに連続させている。
そして、上記噴出口３からガスなどを流体を噴出すると、その流体がコアンダ効果によって開口部３ａの曲面に沿ってプレート表面１に導かれるとともに、内側に向かって流れる噴出流体の一部が、吸引口２から吸い込まれるようにしている。
このように噴出口３から噴出した流体を、プレート表面１に沿って流すと、流体のベルヌーイ効果によってプレート表面１付近に負圧が発生する。この負圧を利用して、被保持体４を、非接触の状態を保ちながら保持するようにしている。
上記従来例では、プレート本体内ａに、流体を噴出させる通路や、吸引した流体を吸い込む通路などを形成しなければならないので、構造が複雑になり、実際にこのような通路を備えたプレート本体ａを形成するのが非常に難しかった。
また、ベルヌーイ効果によって生じる負圧というのは、プレート表面を通過する流体の流速によって変化するが、この流速は、噴出口３から吐出される流体の吐出量だけでなく、吸引口１から吸い込む流体の吸引量とのバランスによっても変化するので、非常に不安定な状態になっている。このようにプレート表面１を通過する流速が不安定になっているので、それによって生じる負圧、すなわち吸引力の制御が難しいという問題もあった。
さらに、この従来例では、流体を噴出する機構以外に、流体を吸引する機構も必要となるので、その分、装置全体が大がかりになるという問題があった。
この発明は、構造が簡単で、吸引力も安定的に制御することができ、しかも、低コストの保持具を提供することを目的にする。
発明の開示
第１の発明は、プレート面を備えた本体と、この本体のプレート面に形成した凹部と、この凹部壁面に形成したテーパ面と、この凹部内に設けるとともに、ガスなどの流体を噴出する噴出口とを備え、上記噴出口からの流体をテーパ面に向かって直接噴出させ、この噴出した流体をテーパ面からプレート面に沿って導くことにより、ベルヌーイの原理によってプレート面に負圧を生じさせ、この負圧を利用して被保持体を非接触状態で保持する保持具において、流体を上記凹部内に供給するための供給穴を形成するとともに、この供給穴に連続する上記噴出口に絞りを設け絞り噴出口とし、この絞り噴出口の流路面積を上記供給穴の流路面積よりも小さくすることによって流体を加速させるとともに、この噴出した流体の噴出方向を、上記テーパ面に対して交差させ、かつ、この流体の噴出方向と上記テーパ面とのなす角度を９０度より大きく１８０度未満にする一方、上記テーパ面とプレート面とが交わる角度を、９０度以上１８０度未満にしたことを特徴とする。
第２の発明は、上記第１の発明において、絞り噴出口と凹部底面との間に空間を設け、この空間によって噴出流体のコアンダ付着を促進する構成にしたことを特徴とする。
第３の発明は、上記第１の発明または上記第２の発明において、絞り噴出口の開口部形状を、プレート面と平行に伸ばして、スリット状にしたことを特徴とする。
発明を実施するための最良の形態
図１、２に示す第１実施例は、円形のプレート面５を備えた本体Ａの中央に、凹部６を形成するとともに、この凹部６の壁面上部をテーパ状にして、このテーパ面６ａをプレート面５になめらかに連続させている。
また、上記凹部６には、ノズル部材７を組み込んでいる。
このノズル部材７は、その上面７ａをプレート面５と同レベルにするとともに、その内部に供給穴８を形成している。そして、この供給穴８に連続する複数の絞り噴出口９を放射状に形成している。
上記絞り噴出口９は、プレート面５と平行に形成するとともに、その直径を供給穴８よりも小さくしている。このように流路を絞ることによって、これら複数の絞り噴出口９の合計流路面積を、供給穴８の流路面積よりも小さくしている。
なお、絞り噴出口９の開口部形状は、円形にしている。
上記供給穴８には、図示していないが、エアなどの流体を導く配管を接続するようにしている。この配管を介して供給穴８にエアを導くと、そのエアが複数の絞り噴出口９に導かれる。このとき、複数の絞り噴出口９の合計流路面積、すなわち、流路の有効断面積を供給穴８の流路の有効断面積よりも小さくしているので、供給穴８から絞り噴出口９を通過する過程で、流速が数倍から十数倍に加速する。このようにして十分に加速させた流体を、図２に示すように、テーパ面６ａに向かって直接噴出させ、その流体を角度αで上記テーパ面６ａに吹き付けるようにしている。
角度αで凹部６ａに吹き付けられたエアは、コアンダ効果によってこの凹部６ａに沿って導かれた後、この凹部６ａからプレート面５に導かれることになる。
また、上記プレート面５に沿って導かれた流体は、図１に示すように、プレート面の外縁のコーナー部１５に沿って側面１６に導かれて、図面下方に放出される。
上記のように加速されて高速になった流体がプレート面５に沿って流れると、流体のベルヌーイ効果によって、このプレート面５上に十分な負圧が発生する。この負圧を利用すれば、プレート面５から所定の距離に置いた図示していない被保持体を、非接触状態を保ちながら保持することができる。
なお、被保持体が、非接触状態に保たれるのは、噴出した流体が被保持体にぶつかることによって推力が与えられるためである。つまり、被保持体は、噴出流体によって与えられる推力と、プレート面５上に生じる負圧による吸引力とのバランスによって、非接触状態を保ちながら保持されることになる。
上記のようにした第１実施例では、プレート面５と平行に噴出させた流体を、テーパ状の凹部６ａに一度当ててから、プレート面５に沿わせているので、流体のコアンダ効果がより発揮される。すなわち、噴出流体が凹部６ａにぶつかる角度αというのは、９０度よりも大きくて１８０度未満の範囲内であれば、大きければ大きいほどコアンダ効果が発揮されやすくなり、凹部６ａに沿った流れを発生させることができる。
また、この凹部６ａに沿った流れは、この凹部６ａとプレート面５とが交わるコーナー部１０によってその向きが変えられるが、このコーナー部１０の角度βも、９０度以上１８０度未満であれば、大きければ大きいほどコアンダ効果が発揮されやすくなる。
すなわち、角度βが１８０度に近づくほど、凹部６ａに沿って導いた流体を、プレート面５に効率良く導くことができる。
なお、噴出流体が凹部６ａにぶつかる角度αを、９０度よりも大きく１８０度未満の範囲にしたのは、この範囲内でなければ、コアンダ効果が薄れて、凹部６ａに効率よく流体を沿わせることができなくなるからである。
また、凹部６ａとプレート面５とが交わるコーナー部１０の角度βを９０度以上にしたのは、９０度未満になると、コアンダ効果が薄れて、凹部６ａに沿って導いた流体を、プレート面５に効率よく沿わせることができなくなるからである。
一方、上記コーナー部１０に、円弧や面取り加工を施しておけば、凹部６ａからプレート面５に流体が移行するときに、流体をより効率よくプレート面５側に沿って導くことができる。
また、プレート５の外縁のコーナー部１５にも、円弧や面取り加工を施しておけば、プレート面５に沿って流れてきた流体を効率よく側面１６に導いて、流体を最終的に下方に放出させることができる。このように流体を下方に放出すれば、ゴミなどが被保持体に付着するのを効果的に防止することができる。つまり、被保持体がゴミなどを嫌う半導体ウェハなどの場合に最適である。
上記第１実施例によれば、加速させた流体を噴出するだけで所定の吸引力を得ることができるので、流体を吸い込むための吸引用通路などが一切いらない。
したがって、構造の簡素化を図ることができる。
また、流体を吸引する必要がないので、吸引機構も不要になり、装置全体のコストダウンを図ることができる。
さらに、加速させた噴出流体を、凹部６ａに一端沿わせてから、プレート面５に導く構成にしたので、流体のコアンダ効果をより発揮させることができ、プレート面５に安定的に流体を導くことができる。そして、このように流体を安定的にプレート面５に導くことができるので、このプレート面５に沿って流れる流速によって決まる負圧、すなわち吸引力を安定させることができる。
一方、プレート面５に対して平行に吹き出した噴出流体を、凹部６ａからプレート面５に導く構成にしたので、噴出流体が被保持体に直接作用したりしない。
もし、噴出流体が被保持体に作用する構成になっていれば、被保持体に作用する噴出流量を変化させたときに、この噴出流体によって生じる推力と、負圧によって生じる吸引力とのバランスが崩れて、被保持体を保持できなくなるおそれがある。
しかし、この第１実施例によれば、絞り噴出口９から噴出した流体が、被保持体に直接作用したりしないので、このような問題を防止できる。
また、この第１実施例によれば、絞り噴出口９から十分に加速させた流体を、効率よくプレート面５にコアンダ付着させているので、ベルヌーイ効果が十分に発揮される。そのため、プレート面５の上方に、被保持体がない状態でも、負圧を発生させることができる。
しかも、噴出流体を効率良く利用しているので、噴出流量も少なくすることができる。このように噴出流量を少なくすれば、装置全体の消費エネルギーも少なくすることができる。
第３、４図に示した第２実施例は、本体Ａ内に、エアなどの流体を導く供給通路１１を形成し、その一端を孔６に開口させ、その他端を側面１６に開口させている。また、この供給通路１１に合わせて、ノズル部材１２に形成した供給穴１３を、側面に開口させている。
そして、第４図に示すように、孔６にノズル部材１２を組み込むと、供給通路１１と供給穴１３とが連通するようにしている。
この第２実施例によれば、流体を導く配管を、本体Ａの側面１６に接続することができるので、この本体Ａの全体的な厚みを薄くすることができる。すなわち、上記第１実施例では、本体Ａの下面に流体を導く配管を接続していたため、全体的な厚みをそれ程薄くできなかった。
しかし、この第２実施例によれば、本体Ａの側面１６に配管を接続することによって、全体的な厚みを、この本体Ａの厚み分に抑えることができる。
第５、６図に示した第３実施例は、本体Ａを２つの部材Ａ１，Ａ２によって構成するとともに、これら両部材の合わせ面に供給通路１４を形成したものである。
上記部材Ａ１は、その下面に溝１７を形成し、上記部材Ａ２は、貫通穴１８を形成している。
また、ノズル部材１９には、供給穴８に連通する溝２０を形成している。
そして、第６図に示すように、孔６にノズル部材１３を組み込むとともに、部材Ａ１と部材Ａ２とを張り合わせると、両部材Ａ１，Ａ２間に供給通路１４が形成され、その一方が貫通孔１８に連通し、その他方が溝２０を介して供給穴８に連通する。
この第３実施例によれば、供給通路１４をドリルなどを用いなくても形成することができる。この供給通路１４は、直径が小さいために、上記第２実施例のように、ドリルなどを用いて、後から本体Ａにこの供給通路を加工しようとすると、ドリルが折れたりすることがある。そのために、穴加工に手間がかがり、加工コストが高くなってしまう。
しかし、この第３実施例によれば、ドリルなどを用いて穴加工する必要がないので、加工コストを安く抑えることができる。
第７図に示した第４実施例は、すり鉢状の凹部２１ａの底面に、ノズル部材２２を固定したものである。そして、噴出流体が凹部２１ａにぶつかる角度αを大きくしている。つまり、第７図に示すように、噴出口２３をプレート面５方向に向けて、角度αを大きくするようにしている。
このように噴出流体が凹部２１ａにぶつかる角度αを大きくすれば、コアンダ効果がより発揮されるので、噴出流体を凹部２１ａに効率良く沿わせることができる。
したがって、上記第１実施例と同様に、噴出流体を安定的にプレート面に沿わせることができる。
第８図に示した第５実施例は、凹部６ａの底、すなわちこの発明の凹部底面と絞り噴出口９との間に空間２５を形成したものである。
このように空間２５を設けると、噴出流体がこの空間２５に生じる負圧によって下方に引き寄せられる。そして、この下方に引き寄せられた流体は、凹部６ａに沿ってプレート面５側に導かれる。
この第５実施例によれば、噴出流体を下方に引き寄せることによって、コアンダ付着を促進させるているので、噴出流体を確実に凹部６ａに沿わせることができる。
第９、１０図に示した第６実施例は、プレート面５と反対側であって、ノズル部材７を組み込んだ本体Ａの中央に、エアガン２６のノズル２７の先端を固定している。そして、上記エアガン２６のエア噴出口と、ノズル部材７の供給穴とを連通させている。
また、第１０図に示すように、本体Ａの外周には、外側に向かって広がるガイド部材２８を四カ所に固定している。これらガイド部材２８は、そのガイド面２８ａをプレート面５に対して傾斜させている。
上記のようにした第６実施例は、上記エアガン２６から流体を噴出させると、加速した流体がプレート面５を沿って流れることにより、そこに負圧が発生する。そのため、このプレート面５に発生した負圧を利用して、被保持体３０を吸引して保持することができる。
しかも、本体Ａの外周には、ガイド部材２８を固定しているため、図９に示すように、被保持体３０を吸引するとこの被保持体のコーナー部３０ａがガイド面３０ａに接触する。
このように被保持体のコーナー部３０ａがガイド面２８ａに接触すれば、この被保持体３０の平行移動を規制することができる。つまり、ガイド部材２８がないと、非接触状態にある被保持体３０の平行移動を規制することができないが、この第６実施例によれば、ガイド部材２８によって、被保持体３０の平行移動を規制できる。
また、ガイド面２８ａに、被保持体３０のコーナー部３０ａを接触させる構成にしているので、被保持体３０の表面がガイド部材３８などにぶつかって傷つくことを防止できる。
さらに、ガイド面２８ａを傾斜させることによって、被保持体の位置をずれやすくしているので、たとえ吸引時に被保持体３０のセンターと本体Ａのセンターとがずれていても、吸引後にそのセンターを自動的に一致させることができる。  このように本体Ａと被保持体とのセンターを一致させることができるので、本体Ａをロボットのアームなどに固定した場合に、組み付け作業の精度を高めることができる。
一方、上記エアガン２６というのは、工場内の設備として一般に備え付けられている。したがって、この第６実施例のように、エアガン２６の先端に本体Ａを取り付ける構成にすれば、非接触タイプの保持具を簡単に得ることができる。
なお、この第６実施例では、ガイド部材２８を本体Ａの４カ所に設けているが、それは３カ所以上であればよく、また、環状のものであってもよい。
上記第１〜６実施例では、絞り噴出口９，２３の開口部形状を、円形にしているが、この形状は円形に限らない。例えば、絞り噴出口９，２３の開口部形状を、プレート面と平行の方向に伸ばして、スリット状にしてもよい。このように絞り噴出口の開口部形状をスリット状にすれば、流体を広範囲に吹き出すことができ、プレート面により均等に流体を導くことができる。このようにプレート面に均等に流体を導けば、プレート面全体に均等な負圧が発生するので、吸引力も安定する。
なお、上記絞り噴出口は、ベンチュリ管のような構造でもよく、また、絞り噴出口の絞りは、チョーク絞りでもオリフィス絞りでもよい。いずれにしても、この絞り噴出口は、流体を加速させる機能を備えていればよい。
産業上の利用可能性
第１の発明によれば、加速した流体を凹部壁面に所定の角度で吹き付けることによって、所定の吸引力を得ることができるので、流体を吸引しなければならない前記従来例よりもその構造を簡素化することができる。
また、凹部壁面に、９０度以上１８０度未満の角度で流体を吹き付けて、この凹部壁面に沿わせてからプレート面に流体を導く構成にしたので、プレート面を通過する流体の流速を安定させることができる。このようにプレート面を通過する流体の流速を安定させることができるので、それによって生じる負圧、すなわち吸引力も安定的に制御することができる。
さらに、加速させた流体を噴出させているだけなので、流体を吸引するタイプの保持具に比べて、装置全体のコストを安くすることができる。
第２の発明によれば、絞り噴出口と凹部底面との間に設けた空間によって、噴出流体のコアンダ付着を促進する構成にしたので、確実に噴出流体を凹部壁面に沿って導くことができる。
第３の発明によれば、絞り噴出口の開口部形状を、プレート面と平行に伸ばして、スリット状にしたので、広範囲に均等に流体を吹き出すことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、第１実施例の断面図であり、第２図は第１図の要部拡大断面図であり、第３図は、第２実施例の組み付け前の状態を示す断面図であり、第４図は、第２実施例の組み付けた状態を示す断面図であり、第５図は、第３実施例の組み付け前の状態を示す断面図であり、第６図は、第３実施例の組み付けた状態を示す断面図であり、第７図は、第４実施例の要部断面図であり、第８図は、第５実施例の要部断面図であり、第９図は、第６実施例の側面図であり、第１０図は、第６実施例の平面図であり、第１１図は、従来例の断面図である。
【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】
0004766824.tif 000009
【図９】
0004766824.tif 000010
【図１０】
0004766824.tif 000011
【図１１】
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