JP2019102721A - 基板用位置決め装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基材の位置や姿勢を調整する際に、軽い力で基板を動かして目標位置に移動させることができ、規制を解除しても基板が動き難い構造の基板用位置決め装置を提供する。【解決手段】基板用位置決め装置１は、ガラス基板５０の下面を小面積で支持する複数の下部支持部材２０、２１と、ガラス基板５０に力を加えて位置を調整する外力付与手段５を有する。下部支持部材には、フリーボールベアリング２０と固定支持部材２１が混在している。【選択図】図４

Description

本発明は、薄板状の基板の水平方向の位置を調整する基板用位置決め装置に関するものである。

フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ：Flat Panel display）等の様に、ガラス等の基板を有する電子機器がある。
フラットパネルディスプレイを製造する際には、ガラス基板に成膜処理を行ったり、熱処理を行う場合がある。ガラス基板に対する成膜処理や熱処理は、所定の成膜処理装置や熱処理装置を使用して行われる。

フラットパネルディスプレイを製造する製造ラインの一例として、複数の成膜処理装置や熱処理装置が並べられ、例えばコンベアでガラス基板が搬送され、例えばロボットでガラス基板を処理装置に搬入し、処理後のガラス基板をロボットで取り出して後工程に送り出す構成のものがある。
この様な製造ラインでは、処理装置内の定められた位置に、ガラス基板を正確に搬入することが大切である。そのため処理装置の手前に基板用位置決め装置を配置し、処理装置に搬入する前にガラス基板の位置や姿勢等を微調整し、ロボットハンドでガラス基板を保持して処理装置内に搬入する場合がある。

この様な用途に使用される基板用位置決め装置が特許文献１、２に開示されている。
特許文献１、２に開示された基板用位置決め装置は、いずれもフリーボールベアリングだけでガラス基板を保持するものである。
そして特許文献１に開示された基板用位置決め装置では、押し当て部材を基板の縁部に押し当てて基板を動かし、基板を目標位置に移動させる。

特許文献１に開示された基板用位置決め装置では、ガラス基板がフリーボールベアリングのみで保持されているから、押し当てガラス部材を基板の縁部に押し当てると、ガラス基板は軽い力で円滑に動く。そのためガラス部材は速やかに許容範囲内の位置に移動する。また特許文献１に開示された基板用位置決め装置によると、ガラス部材を傷つけにくい。

特開２０１３−８０８５１号公報 特開２００５−３２２８９４号公報

特許文献１に開示された基板用位置決め装置では、押し当て部材によってガラス基板の動きが規制される。
しかしながら、ロボットを使用してガラス基板を処理装置内に搬入する場合には、押し当て部材等による規制を一旦解除する必要がある。
ここで特許文献１に開示された基板用位置決め装置は、前記した様にフリーボールベアリングのみで保持されているから、ガラス基板を移動させる際の抵抗が小さい。そのため押し当て部材をガラス基板から離すと、そのはずみでガラス基板がわずかに動いてしまう場合がある。
その結果、ガラス基板の位置が許容される領域を外れてしまう場合がある。

仮に、フリーボールベアリングに代わって固定ピンを使用し、複数の固定ピンのみでガラス基板を保持する構成とすれば、押し当て部材をガラス基板から離してもガラス基板は動かないであろうと予想される。

本発明は、従来技術の上記した問題点に注目し、基板の位置や姿勢を調整する際に、軽い力で基板を動かして目標位置や目標姿勢に移動させることができ、規制を解除しても基板が動き難い構造の基板用位置決め装置を提供することを課題とするものである。

上記した課題を解決するための態様は、基板の下面を支持する複数の下部支持部材と、基板に力を加えて位置を調整する外力付与手段を有する基板用位置決め装置において、前記下部支持部材には、基板に対する摩擦抵抗が異なるものが混在して含まれていることを特徴とする基板用位置決め装置である。

「下部支持部材には、基板に対する摩擦抵抗が異なるものが混在している」とは、例えば基板との関係が滑り摩擦となる下部支持部材と、転がり摩擦となる下部支持部材が混在している場合が想定される。
下部支持部材の全てが転がり摩擦を発生させるものであったり、全てが滑り摩擦を発生させるものであったとしても、材質や接触面積等が相違していて摩擦抵抗が相違するものが混在している場合も「下部支持部材には、基板に対する摩擦抵抗が異なるものが混在している」場合に含まれる。

上記した課題を解決するためのもう一つの態様は、基板の下面を支持する複数の下部支持部材と、基板に力を加えて位置を調整する外力付与手段を有する基板用位置決め装置において、前記下部支持部材には、フリーボールベアリングと固定支持部材が混在して含まれていることを特徴とする基板用位置決め装置である。

フリーボールベアリングとは、先端部に自由回転可能なボールを有する支持部材であり、ボールによって基板を支持する。
ボールは自由回転可能であるから、載置物（基板）のフリーボールベアリングと接している部分は、水平移動させる際に生じる抵抗が小さい。
固定支持部材は、例えば支持用の固定ピンの様なものであり、自由回転したり、姿勢変更することがない部材である。そのため載置物（基板）の固定支持部材によって支持されている部分は、水平移動させる際に抵抗が生じる。
本態様の基板用位置決め装置では、外力付与手段で基板に外力を加えて基板を動かすが、フリーボールベアリングによって支持されている部分は、移動の際の抵抗が少ない。そのため比較的軽い力で基板を動かし、基板を所望の位置に移動させることができる。
また本態様の基板用位置決め装置では、基板の幾つかの部分が固定支持部材によって支持されているので、規制を解除しても基板は移動し難い。
この様に本態様の基板用位置決め装置では、下部支持部材に、フリーボールベアリングと固定支持部材が混在しているので、基板を水平移動させるには適度の抵抗が発生する。そのため規制を解除しても基板は動きにくく、規制されていた場所に止まりやすい。

基板を移動させるコンベア部を有し、当該コンベア部は、基板の底面と接して基板を移動させる複数の搬送部材を有し、前記下部支持部材を昇降させる昇降手段を有し、前記下部支持部材は、前記搬送部材の隙間に配置されていて前記昇降手段によって前記搬送部材の間から突出することが望ましい。

本態様によると、コンベア部によって基板を搬送し、基板が所定の位置に到着したところで下部支持部材を上昇させる。
その結果、基板は下部支持部材ですくい上げられてコンベアを離れる。その後、外力付与手段によって基板の位置が修正されることとなるが、基板はコンベアから離れているので、基板を移動させる際にコンベアとこすれることがない。

外力付与手段は、基板の辺部を押圧するものであることが望ましい。

下部支持部材の少なくともいずれかは、導電性樹脂で作られていることが望ましい。

本態様によると、基板を移動する際の摩擦に起因して発生する静電気が、基板に溜まりにくい。そのため静電気の放電現象が抑制され、製品の歩留りが向上する。

フリーボールベアリングと固定支持部材の個数の割合は、１対３から３対１であることが望ましい。

本発明の基板用位置決め装置によると、基板の位置や姿勢を調整する際に、軽い力で基板を動かして目標位置に移動させることができ、規制を解除しても基板が動き難い。

本発明の実施形態の基板用位置決め装置を採用したフラットパネルディスプレイの製造ラインのレイアウトの一部を示す平面図である。 本発明の実施形態の基板用位置決め装置の平面図である。 基板用位置決め装置の斜視図であり、本実施形態の基板用位置決め装置を概念的に表したものである。 図３の基板用位置決め装置の分解斜視図である。 図３の基板用位置決め装置で採用するフリーボールベアリングを示し、（ａ）はその正面図及び平面図であり、（ｂ）はその拡大正面図及び拡大平面図であり、（ｃ）はその拡大正面断面図である。 図３の基板用位置決め装置で採用する固定支持部材を示し、（ａ）はその正面図及び平面図であり、（ｂ）はその拡大正面図及び拡大平面図であり、（ｃ）はその拡大正面断面図である。 （ａ）（ｂ）は、図３の基板用位置決め装置の機能を説明するものであり、各段階における基板用位置決め装置及びガラス基板の平面図、側面図及び楕円内の拡大図である。 （ａ）（ｂ）は、図３の基板用位置決め装置の機能を説明するものであり、図７に続く各段階における基板用位置決め装置及びガラス基板の平面図、側面図及び楕円内の拡大図である。

以下さらに本発明の実施形態について説明する。
本実施形態の基板用位置決め装置１は、例えば図１に示す様なフラットパネルディスプレイの製造ライン１００の一部に採用されている。
製造ライン１００は、熱処理装置１０１を有し、当該熱処理装置１０１にガラス基板５０を搬入して熱処理し、熱処理が終わったガラス基板５０を取り出して次工程に送り出すものである。
熱処理装置１０１は、公知のそれと同様、断熱壁で囲まれた処理室１０２と、送風機１０３及びヒータ１０５を有し、処理室１０２内にガラス基板５０を入れてガラス基板５０を加熱するものである。

本実施形態では、その他の装置として、搬入コンベア１１０、基板用位置決め装置１、ロボット１１１及び搬出コンベア１１２を備えている。
そして図１の様に、搬入コンベア１１０、基板用位置決め装置１、ロボット１１１及び搬出コンベア１１２が略一列に並べられ、ロボット１１１の側方に前記した熱処理装置１０１が配置されている。

搬入コンベア１１０及び搬出コンベア１１２は、公知のローラコンベアである。ロボット１１１についても公知であり、ガラス基板を保持するハンド部１１５と、複数の自由度を持つアーム部１１６を有し、アーム部１１６の先端にハンド部１１５が設けられている。

次に、特徴的構成部材たる基板用位置決め装置１について説明する。
なお、現実の基板用位置決め装置１は、図２に示すように、多数の搬送部材１２と、下部支持部材２０、２１を有しているが、図３、図４では作図の関係上、これらの個数を大幅に減らしている。

基板用位置決め装置１は、図４の様に、コンベア部２と、昇降支持部３及び複数の外力付与手段５によって構成されている。
コンベア部２は、公知のコロタイプのコンベアである。即ちコンベア部２は、平行に配されたフレーム１０、１０に複数の回転軸１１が挿通されたものである。
そして各回転軸１１には、短尺のコロ状の搬送部材１２が複数個、一体的に固定されている。
回転軸１１には図示しないチェーンが懸架されており、図示しないモータによって同期的に回転する。その結果、コロ状の搬送部材１２が同期的に回転し、搬送部材１２上の搬送物を移動させる。
コンベア部２の搬送方向先端には、壁状のストッパ１６がある。

昇降支持部３は、昇降台１５に下部支持部材２０、２１が複数取り付けられたものである。昇降台１５は、格子状であり、複数のシリンダー２２によって昇降される。
下部支持部材２０、２１として、フリーボールベアリング（下部支持部材）２０と固定支持部材（下部支持部材）２１が混在している。

下部支持部材の一つたるフリーボールベアリング２０は、図５の様に、柱状部３０の先端からボール３１が突出したものである。当該ボール３１は、外力を受けて任意の方向に自由回転する。
フリーボールベアリング２０の内部構造は、図５（ｃ）の様であり、柱状部３０の先端の端面に凹部３６があり、当該凹部３６にボール３１が回転可能にはめ込まれている。
より詳細には柱状部３０の先端に蓋部材３３が装着されており、蓋部材の開口３５からボール３１の一部が突出している。
柱状部３０の凹部３６の内壁と、ボール３１との間には、多数の小球３７があり、ボール３１は、前記小球３７によって回転可能に支持されている。
ガラス基板５０の下面と接するのはボール３１であり、理論的には点接触である。そのためフリーボールベアリング２０は、ガラス基板５０の下面を小面積で支持する。

フリーボールベアリング２０は、いずれも導電性を有する部材で構成されていることが望ましい。
即ち柱状部３０及び小球３７は、ステンレス等の金属で形成されていることが望ましい。
ボール３１は導電性の樹脂で作られていることが望ましい。
ボール３１の素材としては、ベース樹脂に導電性金属フィラーを分散混入したものや、ベース樹脂に帯電防止ポリマーを添加したものなどを採用することが望ましい。

固定支持部材２１は、図６のように先端が細く作られたピン（固定ピン）である。ピンの先端は回転しない。
固定支持部材２１の先端は球面である。固定支持部材２１がガラス基板５０の下面と接するのは球面であり、理論的には点接触である。そのため固定支持部材２１は、ガラス基板５０の下面を小面積で支持する。

フリーボールベアリング２０と固定支持部材２１は、いずれも昇降台１５に垂直に立設されている。
フリーボールベアリング２０と固定支持部材２１の最高点の高さは同じである。
またフリーボールベアリング２０の個数と固定支持部材２１の個数は同数である。
フリーボールベアリング２０と固定支持部材２１は、図２、図３、図４の様に互い違いの位置関係となる様に配列されており、一個のフリーボールベアリング２０の縦方向に隣接する下部支持部材と、横方向に隣接する下部支持部材は、いずれも固定支持部材２１である。
同様に一個の固定支持部材２１の縦方向に隣接する下部支持部材と、横方向に隣接する下部支持部材は、いずれもフリーボールベアリング２０である。

外力付与手段５は、円柱状の接触部材４０と、当該接触部材４０を水平方向に移動させるシリンダー等の付勢部材４１によって構成されている。

次に、基板用位置決め装置１を構成するコンベア部２と、昇降支持部３及び複数の外力付与手段５の位置関係を説明する。
本実施形態では、基板用位置決め装置１は、水平に配されたコンベア部２を中心とし、その下部に昇降支持部３があり、コンベア部２の上部に外力付与手段５が配されている。
昇降支持部３のフリーボールベアリング２０及び固定支持部材２１は、いずれもコンベア部２の搬送部材１２を避けた位置にある。より具体的には、横列に並んだフリーボールベアリング２０及び固定支持部材２１の複数の列は、いずれもコンベア部２の回転軸１１と平行であり、回転軸１１同士の隙間部分にフリーボールベアリング２０と固定支持部材２１の列がある。
そのため昇降支持部３の昇降台１５を昇降させると、回転軸１１同士の隙間からフリーボールベアリング２０と固定支持部材２１が出没する。

外力付与手段５は、コンベア部２の両側面に配置されている。外力付与手段５の接触部材４０は、垂直姿勢に保持され、付勢部材４１によってコンベア部２の中心に向かって移動する。
接触部材４０は、付勢部材４１によって退避位置から押出位置に移動する。退避位置は、コンベア部２の実質的な走行路から外側に外れた位置にある。これに対して押出位置は、付勢部材４１によって接触部材４０がコンベア部２の中心に向かって押し出された位置である。
コンベア部２の一方の側面に並べられた外力付与手段５は、付勢部材４１によって接触部材４０がコンベア部２の中心に向かって移動するが、各接触部材４０の押出位置は揃えられている。一方の側面から突出する接触部材４０の最内側の点を結ぶ直線は、ガラス基板５０の一方の辺のあるべき位置の限界である。
他方の側面に並べられた外力付与手段５も同様であり、接触部材４０がコンベア部２の中心に向かって移動するが、各付勢部材４１の押出位置は揃えられている。他方の側面から突出する接触部材４０の最内側の点を結ぶ直線は、ガラス基板５０の一方の辺のあるべき位置の限界である。
対向する側面から突出する接触部材４０同士の間が、ガラス基板５０のあるべき位置である。

次に、基板用位置決め装置１の機能を製造ライン１００の各部の動作を含めて説明する。
最初にガラス基板５０の大まかな流れについて説明する。
ガラス基板５０は、搬入コンベア１１０によって搬入され、基板用位置決め装置１に至る。そして基板用位置決め装置１で位置及び姿勢が修正される。ガラス基板５０は、その後、ロボット１１１で熱処理装置１０１に搬入されて加熱処理される。ガラス基板５０は、その後ロボット１１１で熱処理装置１０１から取り出され、搬出コンベア１１２に載置されて次工程に送られる。

次に、基板用位置決め装置１の動作について説明する。
前記した様に、ガラス基板５０は、搬入コンベア１１０によって基板用位置決め装置１に送られ、コンベア部２に乗り移ってさらに前進する。
なおこのとき、基板用位置決め装置１の昇降支持部３の昇降台１５は降下位置にあり、フリーボールベアリング２０及び固定支持部材２１の最高高さは、いずれもコンベア部２の搬送部材１２の最高高さよりも低い。
そのため、フリーボールベアリング２０及び固定支持部材２１がガラス基板５０の移動を妨げることはない。
外力付与手段５の接触部材４０は退避位置にあり、コンベア部２の側面にあって実質的な走行路上からは外れている。
そのため接触部材４０がガラス基板５０の移動を妨げることはない。

基板用位置決め装置１では、ガラス基板５０は、コンベア部２の搬送部材１２によって前進し、図７（ａ）の様に、先頭のストッパ１６に当接して停止する。ガラス基板５０の位置や姿勢は、図７（ａ）の様にずれている。
ガラス基板５０が、ストッパ１６と接触すると、図示しないリミットスイッチ等が機能してコンベア部２が停止する。
続いて図７（ｂ）の様に、基板用位置決め装置１の昇降支持部３の昇降台１５が上昇し、回転軸１１同士の隙間からフリーボールベアリング２０と固定支持部材２１が突出する。
そしてフリーボールベアリング２０と固定支持部材２１がガラス基板５０を下からすくい上げて上昇させる。
その結果、ガラス基板５０は、コンベア部２の搬送部材１２を離れ、フリーボールベアリング２０と固定支持部材２１だけによって中空に保持される。
この時のガラス基板５０の位置や姿勢は、図７（ｂ）の様にずれている。

続いて、外力付与手段５を駆動して接触部材４０をコンベア部２の中心に向かって移動させ、接触部材４０の円柱状の側面で、ガラス基板５０の辺を押す。前記した様に、対向する側面から突出する接触部材４０同士の間が、ガラス基板５０のあるべき位置である。そのため、ガラス基板５０は外力付与手段５の接触部材４０によって押し動かされ、姿勢と位置が微調整される。
ここで本実施形態では、ガラス基板５０は多数の下部支持部材２０、２１によって支持されているが、いずれの下部支持部材２０、２１についても、ガラス基板５０との接触面積が小さい。
加えて、下部支持部材２０、２１の半数は、フリーボールベアリング２０であるから、これとガラス基板５０との間の抵抗は小さく容易に相対移動する。
そのため、ガラス基板５０は、外力付与手段５に押されて容易に姿勢変更し、図８（ａ）の様に正規の位置及び姿勢に揃えられる。

続いて、外力付与手段５の接触部材４０が基の退避位置に復帰する。
このとき、外力付与手段５による規制が解除される。
しかしながら、下部支持部材２０、２１の半数は、固定支持部材２１であり、回転しないから、ガラス基板５０との間の抵抗は比較的大きい。
そのため図８（ｂ）の様に、ガラス基板５０はその場所で止まり、位置と姿勢が維持される。その後、ロボット１１１でガラス基板５０を保持してガラス基板５０を熱処理装置１０１に搬入する。

以上説明した実施形態では、固定支持部材２１の先端は球面である。しかしながら本発明はこの構成に限定されるものてはなく、尖っていてもよい。また固定支持部材２１の先端は平らであってもよい。

フリーボールベアリング２０と固定支持部材２１の個数の割合は任意であるが、１対３から３対１であることが望ましい。

また上記した構造以外の下部支持部材が含まれていてもよい。即ち本発明は、ボールで基板を支持する構造やピンで基板を支持する構造以外の下部支持部材を排除するものではない。
また、ボールベアリングに代わって、固定支持部材２１より抵抗が小さい部材でガラス基板５０を支持するものであってもよい。

本実施態様の基板用位置決め装置１は、複数の下部支持部材を有し、その中にガラス基板５０に対する摩擦抵抗が異なるものが混在して含まれている。本実施態様では、ガラス基板５０に対する摩擦抵抗が小さい下部支持部材の例としてフリーボールベアリング２０を採用し、摩擦抵抗が大きい下部支持部材の例としてピン（固定ピン）を採用している。本発明は、この構成に限定されるものではなく、全ての下部支持部材を転がり摩擦を発生させるものとし、摩擦抵抗の違うものを混在させてもよい。例えばボールで基板を支持するものと、コロで基板を支持するものが混在していてもよい。
あるいは、全ての下部支持部材がコロやボールであるが、転がり易いボール等と、転がりにくいボールを混在させてもよい。
あるいは全ての下部支持部材を固定支持部材とし、その先端形状や素材が異なるものを混在させてもよい。

昇降支持部３を昇降させる手段としてシリンダー２２を開示したが、動力源としてモータを利用してもよい。またクランク機構やカム等の他の機構を採用してもよい。
外力付与手段５を移動させる手段についても同様であり、モータを利用してもよいし、他の公知の機構を採用してもよい。

１ 基板用位置決め装置
２ コンベア部
３ 昇降支持部
５ 外力付与手段
１２ 搬送部材
１５ 昇降台（昇降手段）
２０ フリーボールベアリング（下部支持部材）
２１ 固定支持部材（下部支持部材）
３１ ボール
５０ ガラス基板
１００ 製造ライン

Claims (6)

1. 基板の下面を支持する複数の下部支持部材と、基板に力を加えて位置を調整する外力付与手段を有する基板用位置決め装置において、
   前記下部支持部材には、基板に対する摩擦抵抗が異なるものが混在して含まれていることを特徴とする基板用位置決め装置。
2. 基板の下面を支持する複数の下部支持部材と、基板に力を加えて位置を調整する外力付与手段を有する基板用位置決め装置において、
   前記下部支持部材には、フリーボールベアリングと固定支持部材が混在して含まれていることを特徴とする基板用位置決め装置。
3. 基板を移動させるコンベア部を有し、当該コンベア部は、基板の底面と接して基板を移動させる複数の搬送部材を有し、
   前記下部支持部材を昇降させる昇降手段を有し、前記下部支持部材は、前記搬送部材の隙間に配置されていて当該昇降手段によって前記搬送部材の間から突出することを特徴とする請求項１又は２に記載の基板用位置決め装置。
4. 前記外力付与手段は、基板の辺部を押圧するものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板用位置決め装置。
5. 前記下部支持部材の少なくともいずれかは、導電性樹脂で作られていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の基板用位置決め装置。
6. 前記フリーボールベアリングと前記固定支持部材の個数の割合は、１対３から３対１であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板用位置決め装置。

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