工件飘浮装置 【技术领域】
本发明涉及一种工件飘浮装置，用于保持和传送薄板形式的工件，同时使工件保持在空中。
背景技术
为了传送薄板形式的工件(例如用于液晶显示单元的液晶玻璃基板、半导体晶片等)，已经在本领域使用了飘浮装置，用于通过流体来使工件飘浮和保持工件。在通过飘浮装置使工件飘浮之后，使工件运动，同时保持不与其它物体接触。
一种飘浮装置使用具有多个孔的多孔体来使得薄板形式的工件(例如液晶玻璃基板、半导体晶片等)飘浮，同时传送该工件。具体地说，空气从多孔体中的孔朝着工件喷出，以便使工件在所喷射的空气的力的作用下飘浮在空中一定距离处。通过飘浮装置而飘浮的工件被传送至合适位置，同时保持不与其它物体接触，还保持没有灰尘。详细情况例如见日本公开专利No.2000-62950。
在清洁屋中传送这样的工件，以便防止灰尘颗粒粘附在工件表面上。在清洁屋中，从在工件上操作的工作者(worker)上面产生向下的气流，以便防止由工作者产生的灰尘颗粒施加在工件上，该工件通常为玻璃基板、半导体晶片等。
通过在日本公开专利No.2000-62950中公开的飘浮装置，根据要飘浮和保持在空中的工件的形状和重量，需要采用更多多孔体来以更高速率朝着工件喷射空气。因此，由飘浮装置喷射以便使工件飘浮的消耗空气量增加，从而导致增加运行成本。
更大量的空气从多孔体朝着工件喷射将扰乱在清洁屋中产生的向下的气流。因此，来自工作者的灰尘颗粒可能施加给工件。
因为工件通常为薄板形式，因此，当工件向上飘浮和保持在空中时，要求飘浮装置不使工件变形或弯曲。所喷射的空气地力只在各多孔体上面的区域或附近区域施加在工件上，因此，当通过所喷射的气流而飘浮的工件的表面面积较大时，多孔体彼此间隔开较大距离，且工件有在多孔体之间的较大区域，所喷射的空气的力并不施加在该区域上。因此，工件的、并不施加所喷射的空气的力的这些区域将由于重力而变形或弯曲。
【发明内容】
本发明的总目的是提供一种工件飘浮装置，它能够使工件飘浮并保持稳定状态，同时控制或减小为了使工件飘浮而喷射的消耗空气量。
通过下面结合附图的说明，可以更清楚本发明的上述和其它目的、特征和优点，附图中，通过所示实例表示了本发明的优选实施例。
【附图说明】
图1是包括本发明实施例的工件飘浮装置的工件传送系统的透视图；
图2是图1中所示的工件传送系统的侧视图；
图3是图1中所示的工件传送系统的一个单元的平面图；
图4是沿图3中的线IV-IV的垂直剖视图；
图5是表示在图4所示的工件保持表面中的环形槽部分以及工件的放大垂直剖视图；
图6是根据对比实例的工件飘浮装置的放大垂直剖视图，在该对比实例中，在工件保持表面中没有提供环形槽；
图7是工件飘浮装置的放大垂直剖视图，其中，工件保持表面变粗糙，而不是形成环形槽；
图8是工件飘浮装置的一个单元的透视图，作为工件的半导体晶片通过该工件飘浮装置而飘浮且被保持；
图9是第一变型例的工件飘浮装置的透视图，该工件飘浮装置有多个流体喷射部件，这些流体喷射部件在细长板上安装成直行；
图10是第二变型例的工件飘浮装置的透视图，该工件飘浮装置有基本平行的两直行流体喷射部件，这些流体喷射部件等间距地安装在板上；
图11是第三变型例的工件飘浮装置的透视图，该工件飘浮装置类似于图10中所示的工件飘浮装置，但是它有基本平行的两直行流体喷射部件，且这两行流体喷射部件沿板的纵向方向交错；
图12是第四变型例的工件飘浮装置的透视图，该工件飘浮装置有多个流体喷射部件，这些流体喷射部件等间距地布置在基本矩形的板上；以及
图13是第五变型例的工件飘浮装置的透视图，该工件飘浮装置类似于图12中所示的工件飘浮装置，但是它有多个流体喷射部件，且这些流体喷射部件沿板的纵向方向交错；
【具体实施方式】
在图1中，参考标号10表示包括本发明一实施例的工件飘浮装置12(下文中称为“飘浮装置12”)的工件传送系统。
工件传送系统10有：一对直导轨14a、14b，该对直导轨14a、14b基本彼此平行地延伸；滑动机构16，该滑动机构可沿轴向方向沿导轨14a、14b滑动；以及多个飘浮装置12，用于飘浮并保持薄板形式的工件18(例如液晶玻璃基板)。
导轨14a、14b彼此间隔开预定距离，且滑动机构16可滑动地与导轨14a、14b的上部接合。滑动机构16包括：两对引导块20a、20b，这两对引导块20a、20b分别与导轨14a、14b可滑动地接合；以及基本水平的板状台板22，该台板22与引导块20a、20b相互连接。
引导块20a、20b具有基本U形的截面，并分别有给定深度的向下开口凹口24，该凹口24套装在导轨14a、14b的上部。当与滑动机构16连接的供给器(未示出)被驱动时，与引导块20a、20b相互连接的台板22与引导块20a、20b一起沿导轨14a、14b移动。
多个(例如六个)飘浮装置12安装在台板22的上表面上，这些飘浮装置12布置成彼此间隔开特定距离的、基本平行的两行。
如图3和4所示，各飘浮装置12包括：本体28，该本体28通过供给口26而被供以处于压力下的流体，例如处于正压的压缩空气；流体喷射部件32，该流体喷射部件32装入本体28中的开口30内；以及板34，该板34将流体喷射部件32夹靠在本体28上。本体28和板34相互连接成一体，以便起到装置本体的作用。
本体28为有底的空心柱体形状。如图4所示，供给口26确定于本体28的侧壁中，并与确定于本体28中的连通腔室36连通。与压力流体供给源(未示出)连接的管38通过接头管塞40而与供给口26连接。由压力流体供给源供给的压力流体流过管38，并从供给口26被引入本体28中的连通腔室36中。
本体28有从它的上部向上凸出的环形凸缘42，板34安装在该环形凸缘42上，该环形凸缘42的外周表面从本体28的下部外周表面沿径向向内减小。开口30确定于环形凸缘42的端部，并与连通腔室36连通。环形密封件44安装在环形槽中，该环形槽确定于环形凸缘42的、从开口30沿径向向外的端表面中。
螺栓孔46沿轴向穿过本体28的底部，并处在相对于连通腔室36沿径向向外间隔开的位置。本体28的底表面安装在台板22上(见图2)。
流体喷射部件32包括由多孔材料(例如空气可透过的陶瓷、烧结材料等)制成的基本圆形的薄板，并布置在本体28的环形凸缘42的端表面上。流体喷射部件32的上部插入确定于板34内的孔50(后面将介绍)中。流体喷射部件32还有在它的下部沿径向向外凸出的环形凸缘48。
流体喷射部件32有多个孔，各孔的内径约为100μm或更大。流体喷射部件32可由任何多孔材料制成，只要它具有多个孔，且各孔的内径约为100μm或更大。
板34为面圈(doughnut)形，有确定于中心的孔50。当流体喷射部件32的上部插入孔50中时，凸缘48与板34的接合台阶52接合，该接合台阶52的外径大于孔50。这时，作为板34的上表面的工件保持表面(保持表面)53和插入孔50中的流体喷射部件32的上表面(该上表面对着工件18)处于基本彼此平齐的位置。
板34的工件保持表面53中确定有多个环形槽55a、55b，这些环形槽55a、55b从板34中的孔50沿径向向外间隔开。环形地环绕孔50延伸的环形槽55a、55b的数目没有限制。
如图7所示，板34的工件保持表面53可以有较小的表面凹凸(unevenness)57，以代替环形槽55a、55b。较小表面凹凸57可以通过例如在喷丸处理中用钢球喷射工件保持表面53而形成。
环形槽55a、55b或表面凹凸57起到在工件保持表面53上的流速减小器的作用。当压力流体从流体喷射部件32朝着工件18的底部表面喷射时，压力流体在工件18和板34之间从板34的中心区域沿径向向外流动。沿径向向外流动的压力流体将被部分地引入环形槽55a、55b中或较小表面凹凸57的凹坑中。
环形槽55a、55b或表面凹凸57减小在工件18和工件保持表面53之间流动并排入大气中的压力流体流速。因此，从工件18和板34之间排入大气中的压力流体流速降低。
布置在工件保持表面53上用于降低压力流体流速的流速减小器并不局限于环形槽55a、55b或表面凹凸57。而且，流速减小器可以为任何结构，例如从工件保持表面53朝着工件18凸出的凸起，它对于在工件18和板34之间流动的压力流体提供了流阻，并有抑制功能，以便抑制从工件18和板34之间排入大气的压力流体流速。
板34有确定于它的底部的环形凹口54，该环形凹口54的直径大于接合台阶52。
板34中确定有内螺纹孔56，该内螺纹孔与本体28中的螺栓孔46垂直对齐。当本体28的环形凸缘42插入板34中的环形凹口54内时，连接螺栓58穿过螺栓孔46插入内螺纹孔56中。这时，板34和本体28相互连接成一体，同时流体喷射部件32夹在它们之间。连接螺栓58有头部58a，该头部58a布置在确定于本体28的底表面中的插孔60内。因此，连接螺栓58的头部58a不会从本体28的底表面凸出。
当板34安装在本体28的上部上时，密封件44气密密封住在本体28的上表面、流体喷射部件32以及板34之间的间隙。因此，将防止引入本体28中的压力流体从本体28向外泄漏。
包括本发明实施例的工件飘浮装置12的工件传送系统10的基本结构如上所述。下面将介绍工件传送系统10的操作和优点。假定工件传送系统10传送呈薄板形式且具有较大表面面积的工件18，例如液晶玻璃基板等。
首先，通过与未示出的压力流体供给源连接的管38向在各飘浮装置12的本体28中的连通腔室36供给压力流体。供给飘浮装置12的压力流体流速通过控制器等(未示出)而被控制成均等的。
供给各飘浮装置12的压力流体从对着连通腔室36的第一通过表面62而进入流体喷射部件32中，并从流体喷射部件32的第二通过表面64(与第一通过表面62相对)流向板34的工件保持表面53。这时，从各流体喷射部件32的第二通过表面64流出的压力流体流速被控制为基本彼此相等。
然后，工件18通过机器人机构等(未示出)而基本水平地布置在工件传送系统10上面(见图1)。
从飘浮装置12的流体喷射部件32向上喷射的压力流体施加给工件18。在压力流体施加给工件18之后，它在工件18和板34的工件保持表面53之间沿径向向外流动，然后排入大气中。
这时，一部分压力流体流入环形槽55a、55b中，该环形槽55a、55b提供了对于压力流体的流阻。因此，环形槽55a、55b减小了在工件18和工件保持表面53之间流动的压力流体流速，从而降低了从工件18和工件保持表面53之间排入大气中的压力流体流速。
压力流体从流体喷射部件32连续供给在工件18和板34之间的空间，且供给流速大于在工件18和板34之间流动的压力流体的流速。因此，压力流体被持续压入在工件18和板34之间的空间内，从而增加了在工件18和板34之间的流体压力P1。
特别是，图6表示了对比实例的工件飘浮装置的放大垂直剖视图，其中，板34a的工件保持表面53上没有提供环形槽。在图6所示的工件飘浮装置中，从流体喷射部件32流入在工件18和工件保持表面53之间的空间内的压力流体以未减小的流速流动，并从工件18和工件保持表面53之间排入大气中。
不过，当从流体喷射部件32喷射的压力流体沿径向向板34和工件18外流动时，流体的压力从在流体从流体喷射部件32中喷射时的压力P逐渐降低至压力P2(P＞P2)。因此，压力流体的流速需要增加，以便使工件18飘浮和保持在飘浮装置12上面合适高度处。
根据本发明，如图5所示，一部分压力流体流入确定于工件保持表面53内的环形槽55a、55b中或者流入表面凹凸57的凹坑中(见图7)，这降低了在工件18和工件保持表面53之间流动且然后排入大气中的压力流体流速。因此，在工件18和板34之间的流体压力P1增加至基本与在流体从流体喷射部件32中喷射时的压力P相同(P1≈P)的水平。因此，即使从流体喷射部件32喷射的压力流体的流速减小，工件18也可以飘浮至飘浮装置12上面合适高度处，并保持基本与板34的端表面平行。
这时，工件18保持在空中，并处于这样的位置，即在该位置，承受从第二通过表面64喷射的流体的压力以及由压力流体施加的、将向上推动工件18的按压力的工件18的表面面积和重量将保持均衡。因此，工件18在由飘浮装置12的流体喷射部件32喷射的流体的压力作用下向上离开板34的工件保持表面53一定距离，并保持基本平行于板34的工件保持表面53(见图2)。
通过压力流体保持在空中的工件18离开板34的距离由从流体喷射部件32喷射的流体的压力、工件18的形状和重量、流体喷射部件32的孔的内径以及环形槽55a、55b的位置和形状来设定。
最后，如图2所示，当工件18在流体压力的作用下保持在飘浮装置12上面时，支承该飘浮装置12的滑动机构16通过供给器例如促动器而沿箭头A所示方向移动。这时，滑动机构16的台板22沿箭头A所示方向移动，同时引导块20a、20b沿导轨14a、14b运动。这样，工件18在飘浮于空中的同时通过滑动机构16来传送。通过布置在各飘浮装置12上的止动机构(未示出)来防止工件18基本水平移动。因此，当飘浮装置12通过滑动机构16而轴向移动时，将防止工件18从飘浮装置12上面移开。
因此，可以传送工件18，同时不与包括飘浮装置12的工件传送系统10接触，因此，防止灰尘颗粒等粘附在工件18上。
在工件18通过滑动机构16而沿箭头A所示方向供给且工件18的传送结束之后，从工件传送系统10上卸去工件18，然后使滑动机构16通过供给器(未示出)而沿箭头B所示方向移动。这时，在滑动机构16上的飘浮装置12返回它们的初始位置。
在上述实施例中，漂浮装置12以间隔布置在滑动机构16上，并传送具有较大表面面积的工件18(例如液晶玻璃基板等)，同时使工件18保持在空中。不过，如图8所示，工件66例如盘形半导体晶片等可以通过单个漂浮装置12a而漂浮，并通过传送系统(未示出)来传送。
在本实施例中，如上所述，由多孔材料制成的流体喷射部件32插入板34中的孔50内，且板34的、对着工件18、66的工件保持表面53有环形槽55a、55b或较小表面凹凸57。
当从本体28供给并从流体喷射部件32喷射的压力流体在工件18、66和工件保持表面53之间流动然后排入大气中时，压力流体的一部分流入环形槽55a、55b或较小表面凹凸57的凹坑内。环形槽55a、55b或较小表面凹凸57的凹坑对于在工件18、66和工件保持表面53之间流动的压力流体提供了流动阻力，从而抑制了排入大气中的压力流体的流速。
因此，在工件18、66和板34之间的流体压力P1增加，并保持基本等于在流体从流体喷射部件32喷射时的压力P(P1≈P)。
因此，在工件保持表面53上的环形槽55a、55b或较小表面凹凸57有效地在压力流体流速减小时使工件18、66漂浮在空中，从而降低压力流体的消耗量。
工件18、66不仅由在流体喷射部件32上面的压力流体推动，而且由在工件保持表面53上面的压力流体推动，该工件保持表面53基本与流体喷射部件32的第二通过表面64平齐。因此，工件18、66受到施加在较宽区域上的推压力，因此防止由于重力而变形或弯曲。从而能够稳定地保持工件18，66基本与工作保持表面53平行。
在使用超过一定时间时，包含在流过流体喷射部件32的压力流体中的灰尘颗粒可能沉积在流体喷射部件32的孔中。当流体喷射部件32由该灰尘颗粒阻塞时，将流体喷射部件32从漂浮装置12上拆下并进行清洁，以便从孔中除去沉积的灰尘颗粒。因为孔的内径为大约100μm或更大，因此，沉积的灰尘颗粒能够很容易地从流体喷射部件32中除去。
下面将介绍根据第一至第五变化形式的工件漂浮装置100、110、130、140、150，它们各自有安装在单个板上的多个流体喷射部件。工件漂浮装置100、110、130、140、150的、与上述实施例的工件漂浮装置12相同的部件将由相同参考标号表示，并且后面不再进行详细说明。
如图9所示，根据第一变化形式的工件漂浮装置100具有多个(例如5个)流体喷射部件102a至102e，这些流体喷射部件102a至102e在细长板104上安装成一直行，该细长板104安装在本体106的上部上。流体喷射部件102a至102e沿板104的纵向方向间隔开预定距离。
本体106有供给口(未示出)，该供给口确定于该本体的侧壁中，并与本体106中的连通腔室连通，用于将压力流体供给流体喷射部件102a至102e。与压力流体供给源(未示出)连接的管38通过接头管塞40而与供给口连接。
板104有工件保持表面104a，该工件保持表面104a具有环形槽或较小表面凹凸(未示出)，与上述实施例的工件漂浮装置12相同。环形槽或较小表面凹凸对于沿工件保持表面104a流动的压力流体提供了流动阻力。
用于供给压力流体的供给口、管38和接头管塞40可以并不布置在本体106的一个端表面上，而是可以布置在本体106的另一端表面上，如图9中双点划线所示。
通过第一变化形式的工件漂浮装置100，压力流体从未示出的压力流体供给源通过管38和供给口(未示出)而供给本体106中。然后，压力流体再从板104上的流体喷射部件102a至102e朝着板104的工件保持表面104a喷射。这时，分别从流体喷射部件102a至102e中喷射的压力流体流速将在本体106中被控制成基本彼此相等。
工件108通过流体喷射部件102a至102e而保持在板104的工件保持表面104a上面。
因为流体喷射部件102a至102e安装在单个板104上，且工件108通过由单个管38和供给口供给的压力流体而漂浮和保持，因此，具有较大表面面积的工件108能够高效地漂浮且被保持。
如图10所示，第二变化形式的工件漂浮装置110具有：直槽114，该直槽114基本位于中心地确定于板112中，并沿板112的纵向方向延伸；以及多个第一流体喷射部件116a至116e和第二流体喷射部件118a至118e，该第一流体喷射部件116a至116e和第二流体喷射部件118a至118e基本相对于直槽114对称。第一流体喷射部件116a至116e和第二流体喷射部件118a至118e基本彼此平行。
板112安装在本体120的上部上，且与未示出的压力流体供给源连接的管38和接头管塞40与本体120连接。板112有工件保持表面112a，该工件保持表面112a具有环形槽或较小表面凹凸(未示出)，与上述实施例的工件漂浮装置12相同。环形槽或较小表面凹凸对于沿工件保持表面112a流动的压力流体提供了流动阻力。
如上所述，第一流体喷射部件116a至116e和第二流体喷射部件118a至118e安装在单个板112上，并布置成基本彼此平行。因为用于通过工件漂浮装置110来使工件122漂浮的范围沿横向扩展，因此，工件漂浮装置110能够高效地使具有更大表面面积的工件122漂浮并保持。
如图11所示，根据第三变化形式的工件漂浮装置130与图10中所示的第二变化形式的工件漂浮装置110的区别在于：第一流体喷射部件116a至116e和第二流体喷射部件118a至118e沿板112的纵向方向交错预定距离。
如图12所示，根据第四变化形式的工件漂浮装置140具有多个(例如20个)流体喷射部件144a至144t，这些流体喷射部件144a至144t以预定间隔布置，并安装在基本矩形的板142上。
板142安装在本体146的上部上。本体146有供给口(未示出)，该供给口基本位于中心地确定于该本体的侧壁中，并与本体146的内部连通，用于将压力流体供给流体喷射部件144a至144t。板142有工件保持表面142a，该工件保持表面142a具有环形槽或较小表面凹凸(未示出)，与上述实施例的工件漂浮装置12相同。环形槽或较小表面凹凸对于沿工件保持表面142a流动的压力流体提供了流动阻力。
与未示出的压力流体供给源连接的管38通过接头管塞40而与供给口连接。压力流体从未示出的压力流体供给源通过管38和供给口(未示出)而供给本体146内。
压力流体从流体喷射部件144a至144t朝着板142的工件保持表面142a喷射。这时，分别从流体喷射部件144a至144t中喷射的压力流体流速将通过控制器等(未示出)而被控制成相等。
因此，工件148通过流体喷射部件144a至144t而保持在板142的工件保持表面142a上面。
板142的宽度大于第一和第二变化形式的工件漂浮装置100、110的板104、112。当压力流体从安装在板142上的流体喷射部件144a至144t喷射时，工件漂浮装置140能够使具有较大表面面积的工件148漂浮和保持。
如图13所示，第五变化形式的工件漂浮装置150与图12中所示的第四变化形式的工件漂浮装置110的区别在于：安装在板152上的多个流体喷射部件154a至154w中的相邻流体喷射部件彼此交错。板152具有工件保持表面152a，该工件保持表面152a具有环形槽或较小表面凹凸(未示出)，与上述实施例的工件漂浮装置12相同。环形槽或较小表面凹凸对于沿工件保持表面152a流动的压力流体提供了流动阻力。
尽管已经详细表示和介绍了本发明的特定优选实施例，但是应当知道，在不脱离附加权利要求的范围的情况下，可以进行各种变化和改变。