JP5097959B2 - チャック機構、搬送装置及び周波数調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板を搭載するキャリアを搬送する搬送装置、そこで使用されるチャック機構、及びその搬送装置を用いた周波数調整装置に関する。

図７に圧電素子等の周波数調整装置に用いられる従来の搬送装置を示す。図７において、周波数調整装置は、チャック機構６０及び駆動機構２０からなる搬送装置、及びガイドレール７０に誘導され処理対象基板を搭載するキャリア４０、並びにキャリア４０の下方からイオンビームを照射するイオンガン５０からなる。
なお、本明細書では、キャリア４０の搬送方向をｘ軸、ｘ軸に垂直であって基板面を定義する軸をｙ軸、ｘ軸及びｙ軸に垂直な方向をｚ軸とする。

駆動機構２０はガイドレール７０に平行に（即ち、ｘ軸方向に）配置されたボールネジからなり、このボールネジに沿ってチャック機構６０が移送される。チャック機構６０はアームベース６１及びマグネット部６３からなる。キャリア４０の端面４１は磁性体からなり、マグネット部６３と結合することができる。また、キャリア４０には多数の基板４５を整列保持するための開口部が設けられている（図６参照）。

図６は一般的な周波数調整装置を示す図である。周波数調整装置は、仕込取出し室５１及び処理室５２からなり、基板４５を搭載したキャリア４０は仕込取出し室５１から処理室５２に搬入される。処理室５２は上記の構成に加えて、コンタクト５３、マスク５４、シャッタ５５、制御部５６等からなる測定手段を含む。この測定手段によって各基板４５（圧電素子等）の動作周波数が測定され、その周波数が所望の値となるように、イオンガン５０から基板４５の列にイオンビームが照射される。

図７に示すように、チャック機構６０がキャリア４０を牽引してｘ軸方向に搬送することにより、基板４５の列が順次イオンガン５０によって処理される。

このようなチャック機構ないし搬送装置は周波数調整装置に限らず、例えば特許文献１に示すように、種々の搬送システムにおいて使用され得るものである。

特開平３−１２４６２５号公報

ところで、図７のような搬送装置においては、ガイドレール７０とキャリア４０との摺動性を担保するために、ガイドレール７０を構成する寸法（例えば内幅）とキャリア４０の寸法（例えば外幅）に遊びを持って設計される。

ここで、この遊びの範囲でキャリア４０がガイドレール７０に対して斜めに傾いて進入してきた場合を想定する。図８はこの場合を誇張して示すものである。図示するように、マグネット部６３とキャリア端面４１とは平行となっていないため、両者は実質的に点で接触・結合することになる。そして、この状態でチャック機構６０がキャリア４０を牽引しようとすると、その結合力の弱さからキャリア４０はマグネット部６３から離脱してしまう。
また、離脱しなかったとしても、キャリア４０はガイドレール７０の遊びの範囲で斜めを向いた状態で、即ち、基板４５の列がｙ軸に平行に揃わない状態で牽引されることになる。イオンガン５０はｙ軸方向にイオンビーム照射位置が並ぶように設定されているので、基板４５がｙ軸に対して平行でない場合には正確な周波数調整ができない。

また、上記はキャリア４０がｘ−ｙ平面内で傾く場合を述べたが、ｘ−ｚ平面内又はｙ−ｚ平面内で傾く場合も同様の問題が起こる。
このように、従来の搬送装置では、正しい向きで進入しないキャリアを搬送できない、あるいは、搬送できたとしても正しい角度に規制して搬送することができないという問題があった。

本発明の第１の側面は、キャリア（４０）の端面と磁気結合して駆動機構（２０）によって所定の方向（ｘ軸方向）に移送されるチャック機構（１０）であって、駆動機構に固定されるアームベース（１１）、アームベースの支点に対して回転可能に保持され、上記端面に対向配置されるマグネット部（１３）、及び支点に対するマグネット部の回転を弾性力によって規制する弾性部材（１４）を備えたチャック機構である。

ここで、支点を構成する支点部材（１２、１２１）がアームベース上に固定され、マグネット部（１３）は、磁性体を有するマグネットバー（１３１）、支点部材に取り付けられる軸受（１３２）、及びマグネットバーと軸受を結合するハウジング（１３３）からなる。さらに、軸受を球面軸受とするのが望ましい。

また、弾性部材（１４）が引張り荷重を受ける第１及び第２の弾性体（１４１、１４２）からなり、第１及び第２の弾性体の各一端がハウジングの対称位置に取り付けられ、各他端がアームベースに取り付けられるようにした。
ここで、第１及び第２の弾性体の弾性軸が軸受の回転中心を通るように第１及び第２の弾性体が配置されたることが望ましい。
さらに、マグネットバーを水平に保持する力を加えるための第３の弾性体（１４３）を含んでいてもよい。

本発明の第２の側面は、上記第１の側面のチャック機構（１０）、及び駆動機構（２０）を備えた搬送装置である。
さらに、キャリアの移動をｘ軸方向に規整するためのガイドレール（３１、３２）を備え、チャック機構の一部（例えば、ベアリング１１４）がガイドレールを摺動するように構成してもよい。

本発明の第３の側面は、上記第２の側面の搬送装置（１０、２０）、及びキャリア上の基板にイオンビームを照射するためのイオンガン（５０）を備えた周波数調整装置である。

本発明実施例の周波数調整装置を示す図である。 本発明実施例を説明する図である。 本発明実施例のチャック機構の鳥瞰図である。 本発明実施例のチャック機構の分解図である。 本発明実施例のガイドレールの鳥瞰図である。 一般的な周波数調整装置を説明する図である。 従来の周波数調整装置を示す図である。 従来技術を説明する図である。

図１は本発明実施例の搬送装置を示す図である。搬送装置は、キャリア４０の端面４１と磁気結合するチャック機構１０、及びチャック機構１０をｘ軸方向に移動させる駆動機構２０（例えば、ボールネジ）を備える。図７の従来の搬送装置とは、チャック機構が異なる。またさらに、ガイドレールにも改良が加えられる。なお、チャック機構１０並びにガイドレール以外の構成は図７のものと同様であるのでその説明を省略する。また当然に、図１の搬送装置は図６の周波数調整装置において使用できるものである。

図１に示すように、チャック機構１０は、駆動機構２０に固定されるアームベース１１、アームベース１１に固定された支点部材１２、支点部材１２を支点として（仮に何も干渉するものがなければ）回転可能に保持され、キャリア４０の端面４１に対向して配置されるマグネット部１３、及びマグネット部１３の回転を弾性力によって規制してマグネット部１３の長手方向をｙ軸方向に保持するための弾性部材１４を備える。

ここで、例えば図２のように、キャリア４０がガイドレール３１及び３２に対して斜めに進入してきた場合を想定する。もちろん、図面におけるキャリア４０のｘ軸に対する傾きは、説明の便宜上、実際の傾きよりも誇張して示してある。
まず、（ａ）のように、マグネット部１３とキャリア端面４１の引力により、マグネット部１３が支点部材１２に関して回転し、マグネット部１３とキャリア端面４１が面で結合する。この時、２つの弾性部材１４は通常よりも伸びている。
次に、（ｂ）のように、弾性部材１４の縮む力によりマグネット部１３の長手方向端面は当初の位置、即ち、ｙ軸に平行な位置に戻る。これにより、キャリア４０は当初予定していたようにガイドレール３１及び３２に正しく収容される。

次に、チャック機構１０について詳細を説明する。
図３に本発明のチャック機構１０の鳥瞰図を示す。アームベース１１は第１〜第３のベース１１１〜１１３からなる。なお、各ベースの分割又は結合は適宜定めればよい。支点部材１２はｚ軸方向に伸長するベアリングシャフト１２１からなり、第２のベース１１２に対して固定されている。ベアリング１１４は一方のガイドレール３１に組み込まれて摺動するものとする。これにより、アームベース１１のｚ方向への沈みが抑制される。

マグネット部１３はマグネットバー１３１、ベアリングシャフト１２１に取り付けられる球面軸受１３２（図３には不図示、図４参照）、マグネットバー１３１と球面軸受１３２を結合するハウジング１３３及び取付け部材１３４からなる。この構成により、マグネット部１３は、何も干渉するものがないと仮定すると全方向に回転可能に保持されることになる。

弾性部材１４は引張り荷重を受ける第１及び第２の引張りバネ１４１及び１４２からなり、第１及び第２の引張りバネ１４１及び１４２の各一端がハウジング１３３を挟んでその対称位置に取り付けられ、各他端がアームベース１１（第２のベース１１２）に取り付けられている。ここで、第１及び第２の引張りバネ１４１及び１４２の弾性軸は、球面軸受１３２の回転中心を通るように向けられるのが望ましい。そのような引張りバネの配置により、引張りバネの力を最も効率良く回転の規制に作用させることができる。
なお、最も好適な例として上記を示したが、第１及び第２の引張りバネの取付け位置及び角度は適宜選択可能である。

図４は図３のチャック機構１０の分解図である。マグネットバー１３１はマグネット取付け板１３１ａ、マグネット１３１ｂ、及びマグネット押え１３１ｃからなる。球面軸受１３２はハウジング１３３とベアリングシャフト１２１の間に介在する。ここで球面軸受１３２を軸受として使用することにより、マグネットバー１３１がベアリングシャフト１２１に対して全方向に回転可能となる。
なお、マグネットバー１３１をベアリングシャフト１２１に対して全方向でなくｘ−ｙ平面内のみでの回転としたい場合は、球面軸受の替わりに筒形の軸受を用いればよい。

弾性部材１４の１つとして、マグネットバー１３１を水平に保持する力を加えるための第３の弾性体１４３を含むことが望ましい。第３の弾性体１４３は重力に反発する力を加えることより、マグネットバー１３１がその重力で下を向くのを防止するものである。図４の実施例では、第３の弾性体１４３は圧縮バネである。同実施例では、構成を簡素なものとするために、圧縮バネ１４３がハウジング１３３全体を支持するようにベアリングシャフト１２１の外周部に配置されているが、例えば、ハウジング１３３のマグネットバー１３１寄りの点を支持するような構成としてもよいし、その点を引張りバネによって上部から吊り下げる等してもよい。

上記実施例によると、キャリア４０がガイドレール３１及び３２に対して斜めに傾いて進入してきた場合であっても、キャリア４０がチャック機構１０から離脱することなく搬送することができる。また、そのような場合であっても、キャリア４０が斜めに向いたまま牽引されることがなく、常にキャリア４０と各軸との直交を担保することができる。
さらに、上記実施例のキャリア搬送速度は常に支点部材１２（ベアリングシャフト１２１）の速度、即ち、ボールネジ２０の駆動速度に一致するので、キャリア搬送速度も正確に制御することができる。

また、本発明においては、一方のガイドレール３１を基準（即ち、ｘ軸を規定するもの）とし、他方のガイドレール３２には図５に示すようにスプリング付きベアリング３３を設けた。このスプリング付きベアリング３３により、キャリア４０がガイドレール３１に押し当てられ、マグネット部１３の長手方向をｙ軸方向に整え、キャリア上の基板をｘ軸及びｙ軸に平行に整列させることができる。また、第３の弾性体１４３と上記ガイドレール構成３１〜３３によってチャック機構１０のｚ方向にかかる力（例えば、重力）を調整することができる。

上記の特徴により、本発明のチャック機構を周波数調整装置に用いた場合、キャリア４０に搭載された基板４５が確実にｘ軸及びｙ軸に直交した状態で所望の速度で搬送されるので、各基板上の素子の正確な周波数調整を行うことができる。

なお、本発明のチャック機構の代表的使用例として圧電素子等の周波数調整装置を示したが、本発明の搬送装置は、ガイドレール上でキャリアを搬送するためのあらゆる装置に適用することができ、上記と同様の効果を期待できる。

上記各実施例においては、最も好適な例として、駆動機構２０にボールネジを用いるものを示したが、チャック機構１０をｘ軸方向に移動させることができれば他のモーション技術を用いてもよい。
また、弾性部材１４として各種バネを用いたが、ゴム等の他の弾性体を用いてもよい。
上記の説明では、マグネットバー１３１を磁石、キャリア端面４１を磁性体金属としたが、両者が磁気結合できればよい。例えば、どちらか一方を磁石、他方を磁石でない金属としてもよく、また両者を磁石としてもよい。

１０．チャック機構
１１．アームベース
１２．支点部材
１３．マグネット部
１４．弾性部材
２０．駆動機構
３１、３２．ガイドレール
３３．スプリング付きベアリング
４０．キャリア
４１．キャリア端面
４５．基板
５０．イオンガン
５１．仕込取出し室
５２．処理室
５３．コンタクト
５４．マスク
５５．シャッタ
５６．制御部
１１１．第１のベース
１１２．第２のベース
１１３．第３のベース
１１４．ベアリング
１２１．ベアリングシャフト
１３１．マグネットバー
１３１ａ．マグネット取付け板
１３１ｂ．マグネット
１３１ｃ．マグネット押え
１３２．球面軸受
１３３．ハウジング
１３４．取付け部材
１４１、１４２．引張りバネ
１４３．圧縮バネ

Claims (9)

1. キャリアの端面と磁気結合して駆動機構によって所定の方向（ｘ軸方向）に移送されるチャック機構であって、
   該駆動機構に固定されるアームベース、
   該アームベース上の支点に対して回転可能に保持され、前記端面に対向配置されるマグネット部、及び
   該支点に対する該マグネット部の回転を弾性力によって規制する弾性部材
   を備えたチャック機構。
2. 請求項１のチャック機構において、
   前記支点を構成する支点部材が前記アームベースに固定され、前記マグネット部が、磁性体を有するマグネットバー、該支点部材に取り付けられる軸受、及び該マグネットバーと該軸受を結合するハウジングからなるチャック機構。
3. 請求項２のチャック機構において、前記軸受が球面軸受であるチャック機構。
4. 請求項２のチャック機構において、
   前記弾性部材が引張り荷重を受ける第１及び第２の弾性体からなり、該第１及び第２の弾性体の各一端が該ハウジングの対称位置に取り付けられ、各他端が前記アームベースに取り付けられたチャック機構。
5. 請求項４のチャック機構において、前記第１及び第２の弾性体の弾性軸が前記軸受の回転中心を通るように該第１及び第２の弾性体が配置されたチャック機構。
6. 請求項４のチャック機構において、さらに、前記マグネットバーを水平に保持する力を加えるための第３の弾性体を含むチャック機構。
7. 請求項１記載のチャック機構、及び前記駆動機構を備えた搬送装置。
8. 請求項７の搬送装置であって、さらに、前記キャリアの移動をｘ軸方向に規整するためのガイドレールを備え、前記チャック機構の一部が該ガイドレールを摺動するように構成された搬送装置。
9. 請求項７の搬送装置、及び該キャリア上の基板にイオンビームを照射するためのイオンガンを備えた周波数調整装置。

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