無觸碰抓持工具的製作方法

2023-04-30 07:30:36 4

專利名稱：無觸碰抓持工具的製作方法
技術領域：
本發明涉及生產製造技術領域，尤其是一種適用於避免接觸的情況下將工件進 行抓持或抓持運送的工具。
背景技術：
在半導體和玻璃基板的製造過程中，有許多專門用來抓持這些工件的工具和設 備。以前的工具和設備在抓持操作的過程中會和工件發生觸碰，從而導致工件的劃傷和靜 電的產生，進而產生次品。因此，近年，很多無觸碰式的抓持工具和設備被開發並利用於生 產當中。如中國專利申請的「旋流式非接觸吸盤」(專利申請公開號CN101264844，
公開日
2008年9月17日)，該吸盤包括杯體、內腔繞流體和噴嘴，其中杯體內部為圓柱狀孔體，內 腔繞流體設於杯體的底部，杯體與內腔繞流體之間留有圓柱環狀間隙，杯體近底部的側面 設有噴嘴。另一項現有技術方案是中國專利申請的「非接觸式運送裝置」(專利申請公開 號CN101172M0，
公開日2008年5月7日)，這種非接觸式運送裝置具有供給埠的內部 構件被安裝到殼體的內部，殼體與內部構件通過連接螺栓連接到一起。空氣被輸送到內部 構件的供給埠，並經連通通道被引流到環形通道中。而後，空氣被從與環形通道)連通的 多個引出孔沿旋流方向向外引流到面對著工件(W)的環形凹槽中。此外，通過使空氣沿環 形凹槽流動，可將工件保持在相對於內部構件的支持表面不接觸的狀態下，其中，環形凹槽 的橫截面被製成大體上為梯形。這些現有的技術方案都是通過在圓筒中產生空氣渦流，從 而在中心部產生負壓，並利用這個負壓，將物體懸浮吸起來。現有技術方案中還有日本的專利申請文獻 (特許文獻ι )特開2005 - 51260號公報；
(特許文獻2 )特開2007 - 324382號公報。以上的現有技術文獻中，在裝置內部，有圓形筒狀的空間(圓筒室)，圓筒室的上面 設置有切線方向的噴流口。壓縮空氣從噴流口噴射入圓筒室內後，就會沿著圓形壁面旋轉， 形成渦流。空氣的旋轉會產生離心力，使圓筒室的中心部的壓力降至負壓，從而能夠產生把 工件吸起的吸力。這種方式中，從噴流口噴出的空氣沿著圓筒室內壁旋轉，空氣的粘性會產 生剪切力，理想狀態下，該剪切力會把空氣的旋轉傳遞到圓筒室的中心部，帶動整個圓筒室 內的空氣旋轉。但是，在圓筒室內高速旋轉的空氣會伴隨著紊流的產生，由於紊流的影響， 剪切力會大幅衰減。因此，存在著圓筒室的中心部分的空氣很難實現高速旋轉的問題，並 且，圓筒室的直徑越大，這個問題就變得越顯著，從而致使該裝置很難向大型化方向發展。此外，空氣和固體表面之間存在著粘性摩擦，所以，在壓縮空氣在通過噴流口的時 候和從噴流口高速噴出的空氣與圓筒室的壁面發生劇烈接觸的時候，粘性摩擦會導致很大 的能量損失。此外，現有的發明裝置需要通過切線噴流口高速噴出空氣來產生旋迴氣流，這樣 的構造就一定需要壓縮空氣供給源，壓縮空氣供給源在很多情況下需要包括空氣的調質， 壓縮，輸送等一系列處理過程，在這一系列的處理過程中也會產生很大的能量損失，同時還需要很多相關設備，如空氣壓縮機，空氣調質機，配管，電磁閥，減壓閥等。而且，在沒有這些 設備的地方，現有的這些裝置無法使用，其使用受到很大限制。

發明內容
本發明所要解決的問題是提供一種無觸碰抓持工具，它能夠解決現有的無觸碰抓 持工具的吸力小，使用能耗大，適用性差和難以大型化應用的問題。為解決上述問題，本發明的技術方案是這種無觸碰抓持工具，包括具有吸氣口和 排氣口的凹形的殼體，所述殼體的吸氣口面積與排氣口面積之比是吸氣口面積排氣口面 積 10 ；在所述殼體的吸氣口上設有調節閥門，可以通過該閥 門調節吸氣口面積與排氣口面積比，從而可以使本工具在相同的渦流扇的轉速下獲得不同 大小的吸力。所述渦流扇的葉片與所述殼體的內壁間隙大小對於本工具所獲得的負壓效果差 別也很大；這個間隙如果太小，渦流扇和殼體的上壁面之間會存在空氣粘性的阻力，會起到 阻礙扇葉的轉動，這個間隙如果太大，會導致殼體的內部空間變大，空氣在裡面產生二次流 動，不僅不利於內部負壓的形成而且會造成內部損耗的增加，當所述殼體的內壁表面具有 一個軸線豎立的圓柱面和連接在該圓柱面上端的平面的結構時，所述渦流扇正對所述殼體 內壁平面一端的直徑為D1，該端與所述殼體內壁平面的距離為A，A :D1 ^ 1/8，所述渦流扇 的葉片與所述內壁圓柱面的距離B= (1/80 1/10)D1 ；所述殼體的吸氣口設在所述內壁平 面上。如果所述殼體的內壁表面是由一個曲面圍成，所述渦流扇的下端直徑為D3，所述 渦流扇的葉片與所述殼體內壁曲面的距離C= (1/80 (1/10) D3 ；如果所述殼體的內壁表 面是由一段上端開口小下端開口大的錐筒面與連接在該錐筒面上端的平面圍成的結構；所 述渦流扇上端直徑為D4，下端直徑為D5，所述渦流扇的葉片與所述殼體內壁平面的距離為 E，E :D4 ≤ 1/8 ；所述渦流扇的葉片與所述內壁的錐筒面距離為F，F= (1/80 1/10) D5。上述各種形式的技術方案中，由所述殼體和所述渦流扇構成的無觸碰抓持工具可 以作為一個單元，並由多個單元組合構成一個較大型的無觸碰抓持工具，此時這種單元最 好是偶數個，其中一半所述單元中的渦流扇的轉向與另一半所述單元中的渦流扇的轉向相 反，以相互抵消旋轉氣流對所吸附工件的旋轉作用力。相鄰兩個所述單元的間距應該大於這兩個單元殼體中最大那個殼體排氣口直徑的20%，因為如果相鄰單元距離太近的話，相鄰 單元的排氣會形成相互幹涉，從而使吸力受到影響。由於採用了上述技術方案，本發明與現有技術相比具有如下有益效果
1.吸力更大，耗能更小把現有技術和本發明相比較的試驗結果可以知道，為了產生 0. 7牛頓的最大吸引力，前者耗能是17瓦，而後者只需要5瓦，大約只有前者的三分之一； 為了產生1. 1牛頓的最大吸引力，前者的耗能是23瓦，而後者只要7瓦；為了產生1. 5牛頓 的最大吸引力，前者的耗能是觀瓦，而後者只要9瓦；
2.適用範圍廣因為本發明的無觸碰抓持工具採用的是設置有旋轉軸來驅動渦流扇旋 轉的結構方式，所以能夠採用電機來驅動，這種結構方式使得本發明不需要像現有技術方 案那樣要有壓縮空氣供給源，也就沒有了空氣的調質，壓縮，輸送和調壓的過程中所產生的 能量損失，也就不需要相關的周邊設備，不僅能夠節省能源、降低使用成本和設備成本，而 且適用範圍廣，只要有電源的地方就能夠使用。3.由於本發明採用渦流扇直接攪拌空氣來實現空氣的旋轉，不存在現有技術中依 靠空氣之間的剪切力來使空氣在圓筒室內產生旋轉而造成其芯部旋轉速度偏低，負壓不足 的問題，因此，本發明的大小可根據需要任意放大，可實現大型化設計製造。


圖1是本發明實施例一的主視圖； 圖2是本發明實施例一的俯視圖3是本發明實施例一的仰視圖； 圖4是本發明實施例一的壓力分布圖5是本發明實施例一排氣口與吸附工件的間距與吸引力的關係圖； 圖6是本發明實施例二的渦流扇的結構示意圖； 圖7是本發明實施例三的渦流扇的結構示意圖； 圖8是本發明實施例四中殼體與渦流扇的相對位置結構示意圖； 圖9是本發明實施例五中殼體與渦流扇的相對位置結構示意圖； 圖10是本發明實施例六中的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖實例對本發明作進一步詳述
圖1至圖3所示的無觸碰抓持工具，有一個上端封頂的凹形筒體形狀的殼體11，在殼 體11的上端以筒體的軸線為中心均勻分布有8個圓孔吸氣口，殼體11下端的筒形開口為 排氣口 ；殼體11的上面裝有閥板13，閥板13通過其上的三個弧形長孔和穿過這三個弧形 長孔固螺釘15固定在殼體11的上面，閥板13上也設有與殼體11上的8個吸氣口對應的 8個通孔，閥板13相對於殼體11的轉動可以調節殼體11吸氣口的大小，使殼體11的8個 吸氣口的面積可以由全開到全閉任意調節，當達到全開位置時，全部吸氣口的面積可達排 氣口面積的1/10。在殼體11內裝有渦流扇12，渦流扇12通過裝在殼體11上端的電動機 14通過電機軸連接、驅動；渦流扇12有8片葉片，這8片葉片以其轉軸為中心呈向外輻射 伸展的狀態，這些葉片在殼體11吸氣口的一側，上端部分朝向旋轉方向彎曲。
殼體11的內壁表面由一個軸線豎立的圓柱面和一個連接在該圓柱面上端的平面 以及連接在該圓柱面下端向下張開錐形面構成，其中渦流扇12上端與殼體11內壁平面的 距離為A，A=4毫米；潤流扇12的葉片與殼體11的內壁圓柱面的距離為B，B=2毫米；潤流 扇12正對殼體11內壁上端平面的直徑為D1，D1=80毫米；潤流扇12朝向排氣口的一端，即 圖中下端的外部直徑為D2，D2=76毫米。本無觸碰抓持工具在電機14的驅動下，渦流扇12沿著箭頭方向旋轉，通過渦流 扇12的旋轉，空氣從吸氣口被吸入到殼體11裡，產生渦流，空氣從圓筒部的底部排氣口被 排出，為了減小空氣排出時的流體抵抗，殼體11圓筒部的底面內側設有倒角，工件16置於 殼體11圓筒部的底部下，這時，若電機14以1 O O O 3 O O O轉/分的速度轉速旋轉的 話，殼體11的內部就會形成以差不多同等的速度旋轉的渦流，並由此在殼體11的中心部形 成負壓的分布。圖4的線2是根據實驗數據得到的本無觸碰抓持工具所形成的壓力的分布 線，橫軸是半徑方向，縱軸是壓力，圖4中的線1是根據實驗數據得到的現有同類技術所產 生的負壓分布線，從線1我們可以發現，現有技術的負壓分布的中心部分幾乎不存在壓力 的變化分布，也就表明中心部的空氣沒有產生旋轉。而本工具所產生的壓力分步曲線表明 殼體內芯部空氣都產生了旋轉，從而能夠形成更低的負壓。在殼體11裡形成渦流時，在離心力的作用下在殼體11的空氣會向外周移動，從而 致使中心部的空氣的密度降低，壓力也會降至大氣壓以下。這時若將工件16置於本無觸碰 抓持工具下面的話，工件16上面的壓力作用在工件的上表面形成如圖4所示沿半徑方向分 布。由於工件下表面受到氣體的壓力大於上表面受到的氣體壓力，這兩面的壓力差就會使 工件受到向上的作用力，當這些作用力大於工件16的重力時，工件16就能被無觸碰抓持工 具所吸引抓持。並且，從吸氣口所吸入的空氣從工件16和無觸碰抓持工具之間的隙縫被排 出，因此，無觸碰抓持工具與工件之間沒有任何觸碰。圖5是殼體11的下端面與工件16之間的間距h與其所受吸引力的關係曲線圖。 這個曲線顯示，隨著間隔的擴大，吸引力存在著上升的部分，圖中的點劃線表示的是工件的 重力。點劃線與吸引力的曲線相交於一點，也就是說在這個位置，重力和吸引力相平衡。在 穩定的狀態下，工件將懸浮於這個位置上。除了圖1 圖3本實施例一所示的渦流扇外，渦流扇還可以採用其它形式，如圖6 所示實施例中的渦流扇，其扇葉在吸氣口一側的部分與在排氣口一側的部分之間是彎折的 形狀，不像圖1 圖3所示實施例中渦流扇葉片在吸氣口一側的部分與在排氣口一側的部 分之間是圓滑過渡地彎曲，它的葉片是由底部的豎直部和上部的傾斜部彎折接合構成。圖 7所示實施例的渦流扇的葉片則沒有彎曲的部分和彎折的部分，它是一塊平板，相對於旋轉 軸7沿旋轉方向傾斜設置。渦流扇的扇葉相對於旋轉軸在旋轉方向上有一定的彎曲或傾斜 即可，彎曲角度在0.5到20度的範圍內較好，因為扇葉有這樣的彎曲，所以旋轉起來後能夠 從吸氣口將空氣吸入；渦流扇的扇葉數量一般至少有4片，但考慮到更高效地產生渦流，數 量在6至20片的範圍裡比較合適。殼體11的截面可以是一些減小渦流流動時的抵抗的一些形狀，如略圓形，圓形或 是橢圓形，或者是與這些形狀相近的多邊形，其下部外觀形狀也不限於圖1所示的圓筒體， 可以是內部存在著空間的任何形狀，吸氣口的個數不限於4個，吸氣口的個數可以任意，2 到8個比較適合。
圖8所示的實施例，其殼體41有一個形似蛋殼的形狀，其內壁表面由一個曲面圍 成，裝在殼體41內的渦流扇42的下端直徑為D3，D3=80毫米；渦流扇42的葉片與殼體41 內壁曲面的距離為C，C=2毫米。這種結構的其它實施例中，渦流扇42的葉片與殼體41內 壁曲面的距離可以達到渦流扇42的下端直徑的1/10。圖9所示的實施例中，殼體51的內壁表面由一段上端開口小下端開口大的錐筒 面與連接在該錐筒面上端的平面圍成；渦流扇52上端直徑為D4，下端直徑為D5，渦流扇52 的葉片與所述殼體51內壁平面的距離為E，渦流扇的葉片與所述內壁的錐筒面距離為F，其 中D4=30毫米；D5=40毫米；E=3毫米；F=2毫米。圖10所示實例中的無觸碰抓持工具是有4個小的無觸碰抓持工具60作為一個單 元通過基座61連接構成，每個小的無觸碰抓持工具60是圖1 圖3實施例所描述的無觸 碰抓持工具，這4個小的無觸碰抓持工具60的殼體下端面在一個平面上，其中有兩個小的 無觸碰抓持工具60中的渦流扇轉動方向是順時針，另兩個小的無觸碰抓持工具60中的渦 流扇轉動方向是逆時針。這4個小的無觸碰抓持工具60的殼體排氣口直徑相同，相鄰兩個 小的無觸碰抓持工具60的間距為它們殼體排氣口直徑的60%。本發明與現有技的重要區別在於現有技術是利用空氣的粘性所產生的剪切力來 驅動空氣形成渦流，但是，這個剪切力會受到紊流的影響而大幅衰減，所以在裝置的中心部 很難產生空氣的高速旋轉，從而導致負壓不夠低，吸引力不足；而本發明的實施方案是在圓 筒部裡設置扇葉來攪拌空氣從而形成渦流，扇葉能夠在旋轉方向上直接驅動空氣旋轉，所 以能夠產生很低的負壓，也就是能產生很大的吸引力。在圖4裡顯示的是在相同的耗能的情況下，現有技術利用切線噴流的裝置和圖 1 圖3實施例的本無觸碰抓持工具的壓力分布的比較。從這個結果我們可以確認，圖1 圖3實施例的本無觸碰抓持工具在中心部能夠產生更低的負壓。上述原因可以通過生活中 的一個類似的簡單現象來作出直觀的說明，以我們試圖讓裝在杯子裡的水旋轉為例，現有 技術方案是通過切線方向的噴流來驅動空氣的旋轉，這個做法就類似於我們通過旋轉杯子 讓杯中的水旋轉，這個方法可以說是一個非常低效的方法。一方面，本無觸碰抓持工具利用 扇葉來驅動空氣旋轉，就類似於我們用湯匙來攪拌杯中的水，使水旋轉起來，這個方法則要 高效得多。此外，現有技術方案利用切線噴流的裝置，在空氣通過噴氣口的時候和高速噴出 的空氣與圓筒室的壁面發生激烈接觸的時候，都會因為粘性摩擦而產生很大的能量損失。 而本發明圖1 圖3實施例的無觸碰抓持工具則不存在這樣的能量損失，所以比現有技術 方案要節能。本發明的實施方案用了比較具體實施方式
的結構特徵來對本發明的結構原理作 了描敘。但是，這些實施方式只是本發明保護範圍中的部分具體應用，並不是本發明權利要 求中所規定的全部權利範圍，本發明的權利要求範圍還可以有很多其它不同形式的設置。
權利要求
1.一種無觸碰抓持工具，包括具有吸氣口和排氣口的凹形的殼體(11)，其特徵在於 所述殼體(11)的吸氣口面積與排氣口面積之比是吸氣口面積排氣口面積< 1/10 ；在所述 殼體(11)內裝有將所述殼體(11)吸氣口的氣體吸入並從排氣口排出的渦流扇(12);所述 渦流扇(12)的葉片有多片，這些葉片以其轉軸為中心呈向外輻射伸展的狀態設置，這些葉 片在所述殼體(11)吸氣口的一側具有朝向旋轉方向的部分。
2.根據權利要求1所述的無觸碰抓持工具，其特徵在於所述渦流扇(12)朝向所述排 氣口一端的外部直徑D2與該端芯部直徑d之比是D2 :d彡10。
3.根據權利要求1所述的無觸碰抓持工具，其特徵在於在所述殼體(11)的吸氣口上 設有調節閥門。
4.根據權利要求1、2或3所述的無觸碰抓持工具，其特徵在於所述殼體(11)的內 壁表面具有一個軸線豎立的圓柱面和連接在該圓柱面上端的平面；所述渦流扇(12)正對 所述殼體(11)內壁平面一端的直徑為D1，該端與所述殼體(11)內壁平面的距離為A，A Dl ( 1/8，所述渦流扇的葉片與所述內壁圓柱面的距離B=(l/80 1/10)D1 ；所述殼體(11) 的吸氣口設在所述內壁平面上。
5.根據權利要求1、2或3所述的無觸碰抓持工具，其特徵在於所述殼體(41)的內壁 表面由一個曲面圍成；所述渦流扇(42)的下端直徑為D3，所述渦流扇(42)的葉片與所述殼 體(41)內壁曲面的距離C= (1/80 1/10) D3。
6.根據權利要求1、2或3所述的無觸碰抓持工具，其特徵在於所述殼體(51)的內壁 表面由一段上端開口小下端開口大的錐筒面與連接在該錐筒面上端的平面圍成；所述渦流 扇(52)上端直徑為D4，下端直徑為D5，所述渦流扇(52)的葉片與所述殼體(51)內壁平面的 距離為E，E :D4 ^ 1/8 ；所述渦流扇的葉片與所述內壁的錐筒面距離為F，F=(l/80 1/10) D5。
7.根據權利要求1、2或3所述的無觸碰抓持工具，其特徵在於由所述殼體和所述渦 流扇構成的單元(60)有偶數個，其中一半所述單元中的渦流扇的轉向與另一半所述單元中 的渦流扇的轉向相反，相鄰兩個所述單元的間距大於這兩個單元殼體中最大那個殼體排氣 口直徑的20%。
8.根據權利要求4所述的無觸碰抓持工具，其特徵在於由所述殼體和所述渦流扇構 成的單元(60)有偶數個，其中一半所述單元中的渦流扇的轉向與另一半所述單元中的渦流 扇的轉向相反，相鄰兩個所述單元的間距大於這兩個單元殼體中最大那個殼體排氣口直徑 的 20%ο
9.根據權利要求5所述的無觸碰抓持工具，其特徵在於由所述殼體和所述渦流扇構 成的單元(60)有偶數個，其中一半所述單元中的渦流扇的轉向與另一半所述單元中的渦流 扇的轉向相反，相鄰兩個所述單元的間距大於這兩個單元殼體中最大那個殼體排氣口直徑 的 20%ο
10.根據權利要求6所述的無觸碰抓持工具，其特徵在於由所述殼體和所述渦流扇構 成的單元(60)有偶數個，其中一半所述單元中的渦流扇的轉向與另一半所述單元中的渦流 扇的轉向相反，相鄰兩個所述單元的間距大於這兩個單元殼體中最大那個殼體排氣口直徑 的 20%ο
全文摘要
本發明公開了一種無觸碰抓持工具，包括具有吸氣口和排氣口的凹形的殼體(11)，所述殼體(11)的吸氣口面積與排氣口面積之比是吸氣口面積排氣口面積≤1/10；在所述殼體(11)內裝有將所述殼體(11)吸氣口的氣體吸入並從排氣口排出的渦流扇(12)；所述渦流扇(12)的葉片有多片，這些葉片以其轉軸為中心呈向外輻射伸展的狀態設置，這些葉片在所述殼體(11)吸氣口的一側具有側邊朝向旋轉方向的部分。本無觸碰抓持工具與現有技術相比，可以解決現有同類產品吸力小，使用能耗大，適用性差和難以大型化應用的問題。
文檔編號B65G49/06GK102107782SQ20101060715
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月27日 優先權日2009年12月28日
發明者香川利春, 黎鑫 申請人:香川利春, 黎鑫