JP2005044660A - 基板の支持装置及び電子源基板の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 少ない構成部品で基板の支持を行い、コストを安くする。
【解決手段】 ホットプレート２００の一主面を支持するとともに、ホットプレート２００の一主面に対して垂直な方向に該基板を移動させる複数のエアーシリンダー２０１と、ホットプレート２００の収縮又は膨張による、エアーシリンダー２０１に対するホットプレート２００の一主面と平行な方向の移動を可能とする、ホットプレート２００の一主面と複数のエアーシリンダー２０１との間に配置された自由継ぎ手（鋼球）２０２と、ホットプレート２００の一部を一主面に平行な方向に対して所定の位置に固定するための一軸ガイド２０４と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基板の支持装置及び電子源基板の製造装置に係わり、特に基板の一主面に対して垂直な方向に該基板を移動可能な基板の支持装置及び電子源基板の製造装置に関するものである。

従来のホットプレートの支持装置の構成例を図１１に示す。

ホットプレート２００の中央に断熱材２５２を介し支柱２５１が固定され、ホットプレート２００の中央を支持している。このためホットプレート２００は中央を中心に熱膨張する。

２５４a, ２５４b, ２５４c, ２５４dはホットプレート２００の４隅にある脚で、それぞれ断熱材２５３a, ２５３b, ２５３c, ２５３dを介しホットプレート２００に固定されている。２５５a, ２５５b, ２５５c, ２５５dはガイドであり、ホットプレート２００の熱膨張を逃がしている。

ホットプレート２００、断熱材２５３a〜２５３d、脚２５４ａ〜２５４ｄ、ガイド２５５a〜２５５d、断熱材２５２、支柱２５１はホットプレートユニットを構成する。２５０はプレートで、ホットプレートユニットが取り付けられている。

このホットプレートの支持方法は、特許文献１に開示されている。２５７a, ２５７b, ２５７c, ２５７dは直線ガイドでホットプレートユニットを上下動可能にしている。２５６はエアーシリンダーでプレート２５０（上方のホットプレートユニットとともに）を上下移動している。

ホットプレート２００上には、ガラスプレート１が真空吸着されて載置されている。２１０は真空容器で空間２１０ｂが真空となる。

真空容器２１０の開口部を、例えば８００ｍｍ×５００ｍｍ程度の大きさとし、空間２１０ｂが真空となると、ホットプレート２００には、約４０００ｋｇの大気圧の力がかかる。従ってホットプレート２００は、中央が凸となるように変形する（変形する力が働く）。支柱（中央支持脚）２５１、脚（周辺脚）２５４、自在ガイド２５５はこの４０００ｋｇの力を支えなければならず、太く、頑丈にする必要がある。または、脚の数を多数にする必要がある。
特開２００１−１４６４３５号公報

先に述べた図１１の構成は、ホットプレートユニットでホットプレートの熱膨張を逃がし、ホットプレートユニットをプレート２５０に載せ、このプレートをエアーシリンダーで上下移動させており、さらに上下動ガイド２５７を設けており、構成部材が多く、コスト高である。

またホットプレート２００にかかる大気圧を支える脚が、頑丈であるか、多数必要であり、これもコスト高の要因となる。

本発明は、ホットプレートのように自身がの伸び縮みするようなプレート（基板）を、その伸縮を逃がす支持機構があり、しかも水平位置は位置決めされており、その物を上下動する機構を簡単な機構にて実現することを目的としている。
また、ホットプレートにかかる大気圧の力、あるいは大気圧による変形を、支持するホットプレートの脚の構成を簡単にすることを目的とする。

本発明は、基板の一主面を支持するとともに、該基板の該一主面に対して垂直な方向に該基板を移動させる複数の移動手段と、
前記基板の収縮又は膨張による、前記移動手段に対する前記基板の前記一主面と平行な方向の移動を可能とする、前記基板の一主面と前記移動手段との間に配置された可動手段と、
前記基板の一部を前記一主面に平行な方向に対して所定の位置に固定するための固定手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明では、少ない構成部品で基板の支持を行い、装置のコストを安くすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

（第１の実施形態）
ホットプレート上下機構の説明を図１の構造図及び図６の斜視図を用いて行う。図１において、２００はホットプレートでアルミニウムとセラミックスの複合材料である。ここでは、加熱温度は１００℃程度である。ホットプレートの熱膨張係数は８０×１０^-7程度なので、室温（２５℃）状態から１００℃に温度上昇すると、ホットプレート２００は０．５mm程度膨張する。

ホットプレート２００上にはガラスプレート１が設置される。ホットプレート２００にはガラスプレート１を真空吸着するための、ガラスプレート１より一回り小さい掘り込み２００ａが設けられている。２００bはガラスプレート１を真空吸着した時、ガラスプレート１がたわむのを支える支柱である。２００cは不図示の真空源に接続する開口部であり、掘り込み２００ａと繋がっている。

２０１a、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄはエアーシリンダーで、架台３００に設置され、ホットプレート２００の４隅に位置している。エアーシリンダー２０１a〜２０１ｄのロッド先端には、２０２a、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄの回転可能な鋼球が取り付けられ自在継ぎ手を構成している。

ここでは、図９に示すように、プレート２５９の４隅にエアーシリンダー２５８を取り付け4本のエアーシリンダーを速度を同期させプレート２５９を上下動する機構を利用している。ただし、この機構では4本のエアーシリンダーで上下動はできるが、ホットプレートのように、熱膨張するものに関しては、エアーシリンダーのロッドに熱膨張による圧力がかかることになる。そこで、本実施形態ではエアーシリンダー２０１a〜２０１ｄのロッド先端にそれぞれ鋼球２０２a〜２０２ｄを取り付けて、ホットプレートの一主面と平行な方向の移動を可能とすべく自在継ぎ手を設けている。図７は図６のＡ部の拡大図であり、エアーシリンダーロッド２０１上の鋼球受けに鋼球２０２が置かれた状態を示している。

２０３a、２０３ｂ、２０３ｃ、２０３ｄは断熱材でセラミックス等の材料でできている。２０４は上下動ガイドで上下方向に動くが、水平方向には、動かない構造となっている。図８は上下動ガイドの一例を示す斜視図であり、上下動ガイドはＴ字型の突き出し部とそれを受けるＴ字側の溝部とで構成され、上下動のみが可能な一軸ガイドを示している。

ガイド支柱２０５が架台３００に設置され、ガイド２０４を介しガイド支柱２０６が上下動可能であり、ガイド支柱２０６は断熱材２０７を介しホットプレート２００の中央に固定されている。

真空容器２１０は箱型でガラスプレート１上に配置されており、真空容器２１０にはＯリング２１０aが取り付けられている。このＯリング２１０ａにより、真空容器２１０がガラスプレート１上に置かれたときに、外部に対する気密性が保持される。

２０９は真空ポンプ２０８とのジャバラ接続管である。真空ポンプ２０９は架台上部３００aに設置されている。真空容器２１０にはチャンバー支え枝２１１a,２１１bが取り付けられ、支え枝２１１a,２１１bには、位置決めピン２１２a,２１２bが取り付けられている。２１３a,２１３bは、位置決めピン２１２a,２１２bが嵌合する穴があり、架台３００の支柱に取り付いている。

図３にエアーシリンダーを駆動するためのエアー接続図を示す。エアーシリンダー２０１ａ〜２０１ｄの２カ所のエアー接続口にそれぞれスピードコントローラー２２０を接続し、ロッド押し側のエアー接続口にエアー配管を接続しそのエアー配管が同じ長さとなるようにソレノイドバルブ２２１のポートに４本集合し接続する。ロッド引き側も同様にエアー配管の長さを同じにし、ソレノイドバルブ２２１のエアーポートに接続する。

次にホットプレート上下機構動作の説明をする。

ホットプレート２００は、あらかじめ所定の温度（１００℃程度）になっている。ガラスプレート１は、人手又は搬入装置によりホットプレート２００に載せられ真空吸着する。先述のように、ホットプレート２００は、１００℃程度とした場合、室温時より０．５mm程度熱膨張するが、自在継ぎ手２０２により、ころがりすべるので、エアーシリンダー２０１およびホットプレート２００に余分な力はかからない。

なお自在継ぎ手２０２の支持だけでは、ホットプレート２００は水平方向に自由に動いてしまうので水平方向の位置決めができない。そこで、中央に設置されたガイド２０４により、上下方向には移動可能とし、水平方向は動かない構造となっている。

また４本のエアーシリンダー２０１ａ〜２０１ｄはあらかじめ、同じスピードになるように、スピードコントローラーにて調整されている。

ソレノイドバルブより４本のエアーシリンダー２０１ａ〜２０１ｄにエアーが供給されると、４本のエアーシリンダー２０１ａ〜２０１ｄが同じ速度で上昇、下降する。その際、ホットプレート２００は、上下移動はするが、ガイド２０４により水平移動はしない。

なお、真空容器２１０のＯリングとガラスプレート１の位置は、０．５ｍｍ程度のズレ以内になっていることが望ましい。それ以上ズレると、Ｏリングの当たる部分でのシールが保たれにくくなるからである。従って、ホットプレート２００、真空容器２１０は、Ｏリングとガラスプレート１の位置が上記のずれに収まるように、水平方向に正確に位置決めされることが望まれる。

図２はホットプレート２００がエアーシリンダー２０１にて上昇した状態を示す図である。

真空容器２１０は、位置決めピン２１２により、所定の位置に位置決めされて、置かれている。ホットプレート２００の上昇により、ガラスプレート１の上面にＯリング２１０aが当接する。

先述のようにＯリングがガラスプレートに当接する位置は、０．５ｍｍ程度の位置ズレ量であることが望ましい。上昇端位置は、真空容器２１０を１ｍｍ程度持ち上げた位置である。このとき、ジャバラ接続管２０９が縮む。

その後、真空ポンプ２０８により、真空容器２１０内を真空にする。この時、ホットプレート２００の上側が真空になるので、ホットプレート２００の下側には、大気圧がかかる、先述のように４０００ｋｇの力がかかり、ホットプレート２００は、中央部が凸になるように変形する。この時４隅にあるエアーシリンダー２０１の高さは、変化しないからの中央ガイド２０６、２０４部分が凸の変形分移動する。

所定の工程が終了後、真空容器２１０を大気圧にもどし、ホットプレート２００を下降する。この時、位置決めピン２１２が再び嵌合孔２１３に入り、真空容器が位置決めされる。

ホットプレート２００のガラスプレート１真空吸着を大気圧にもどし、ガラスプレート１取り出す。

ホットプレート２００の４隅に４本エアーシリンダーを配置したが、周辺部３箇所に、３本のエアーシリンダーを配置しても良い。あるいは、４本以上多数のエアーシリンダーを配置しても良い。

本実施形態では、ホットプレートの支持脚が簡単な構成で、数も少なく、支持脚自体が上下動するので構成機構が少なくコストダウンに効果がある。ホットプレートの大気圧による変形をなんら構成機構を用いることなく吸収できコストダウンに効果がある。すなわち、基板中央に一軸ガイドを設けることで、大気圧等の圧力によって、基板の中央部分が凸になっても、そのガイドにより吸収することができる。

（第２の実施形態）
図４、図５に本発明の第２の実施形態を示す。図５は側面図、図６は平面図である。先述のようにホットプレート２００は、真空容器との位置があっていればよいので、中央を固定し周辺が放射状に伸びる方法の他、図５に示すように、ホットプレート２００の辺２００ｄ、２００eを基準としてその対辺側が伸びるようにしても、ホットプレートの水平方向の位置を位置決めすることができる。

ホットプレート２００の受け２１４、２１５、２１６、２１７は、断熱材２０３を介し４本のエアーシリンダー２０１のロッドにそれぞれ取り付けられている。２１８は鋼球でホットプレート２００の熱膨張による伸びでころがりすべる。

ホットプレート２００の辺２００ｄ、２００eが、受け２１４に突き当たっており、ホットプレートの水平方向の位置が規定される。２１９は弾性部材となる圧縮コイルバネ（板バネ等を用いてもよい）で、受け２１５、２１６、２１７とホットプレート２００の辺に当たっており、ホットプレート２００を受け２１４に押圧している。すなわち、辺２００ｄ、２００eの辺は、突き当てになっていて、その対辺の、圧縮コイルバネ２１９により押し付けられている。

ここでホットプレート２００が熱膨張すれば、辺２００ｄ、２００eを基準として、（この辺は動かない）その対辺が伸びることになる。したがって、実施形態１のような中央のガイドは不要である。そして中央のガイドが不要なため、更にコストダウンに効果がある。
本発明は熱膨張する基板の支持だけでなく、化学反応や、光照射等の他のエネルギーで膨張、収縮する基板の支持装置や支持方法に適用することができる。

本発明は例えば電子放出素子を有する電子源基板の製造装置として好適に用いることができる。電子放出素子としては、熱陰極素子と冷陰極素子の２種類が知られている。このうち冷陰極素子では、たとえば表面伝導型電子放出素子（以下表面伝導型放出素子と記す）や、電界放出型素子（以下ＦＥ型と記す）や、金属／絶縁層／金属型放出素子（以下ＭＩＭ型と記す）、などが知られている。表面伝導型放出素子は、基板上に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことにより電子放出が生ずる現象を利用するものである。表面伝導型放出素子は、冷陰極素子のなかでも特に構造が単純で製造も容易であることから、大面積にわたり多数の素子を形成できる利点がある。そして、表面伝導型放出素子の応用については、たとえば、画像表示装置、画像記録装置などの画像形成装置や、荷電ビーム源、等が研究されている。特に、画像表示装置への応用としては、たとえば本出願人による米国特許第5,066,883号や特開平2-257551号公報や特開平4-28137号公報において開示されているように、表面伝導型放出素子と電子ビームの照射により発光する蛍光体とを組み合わせて用いた画像表示装置が研究されている。

図１０は電子源基板を備えた、平面型の画像表示装置をなす表示パネル部の一例を示す斜視図であり、内部構造を示すためにパネルの一部を切り欠いて示している。

図中、２はリアプレート、３は側壁、７はフェースプレートであり、リアプレート２、側壁３およびフェースプレート７により、表示パネルの内部を真空に維持するための外囲器（気密容器）を形成している。リアプレート２には基板（電子源基板）１３が固定されているが（リアプレートを電子源基板としてもよい）、この基板１３上には表面伝導型電子放出素子１´が、Ｎ×Ｍ個形成されている（Ｎ、Ｍは２以上の正の整数であり、目的とする表示画素数に応じて適宜設定される。）。また、前記Ｎ×Ｍ個の電子放出素子１´は、図１０に示すとおり、Ｍ本の行方向配線９とＮ本の列方向配線１２により配線されている。これら基板１３、電子放出素子１´、行方向配線９および列方向配線１２によって構成される部分をマルチ電子ビーム源と呼ぶ。

フェースプレート７の下面には、蛍光体からなる蛍光膜５が形成されており、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の蛍光体（不図示）が塗り分けられている。また、蛍光膜５上記各色蛍光体の間には黒色体（不図示）が設けてあり、さらに蛍光膜５のリアプレート２側の面には、Ａｌ等からなるメタルバック６が形成されている。

Ｄｘ１〜ＤｘｍおよびＤｙ１〜ＤｙｎおよびＨｖは、当該表示パネルと不図示の電気回路とを電気的に接続するために設けた気密構造の電気接続用端子である。Ｄｘ１〜Ｄｘｍはマルチ電子ビーム源の行方向配線９と、Ｄｙ１〜Ｄｙｎはマルチ電子ビーム源の列方向配線１２と、Ｈｖはメタルバック６と各々電気的に接続している。

また、上記気密容器の内部は真空に保持されており、画像表示装置の表示面積が大きくなるにしたがい、気密容器内部と外部の気圧差によるリアプレート２およびフェースプレート７の変形あるいは破壊を防止する手段が必要となる。そしで、図１０においては、比較的薄いガラス板からなり大気圧を支えるための構造支持体（スペーサーあるいはリブと呼ばれる）１０が設けられている。

以上説明した表示パネルを用いた画像表示装置は、容器外端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ、Ｄｙ１ないしＤｙｎを通じて各電子放出素子１に電圧を印加すると、各電子放出素子１から電子が放出される。それと同時にメタルバック９に容器外端子Ｈｖを通じて数百［Ｖ］ないし数［ｋＶ］の高圧を印加して、上記放出された電子を加速し、フェースプレート７の内面に衝突させる。これにより、蛍光膜５をなす各色の蛍光体が励起されて発光し、画像が表示される。

前述したように表面伝導型放出素子は、基板上に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことにより電子放出が生ずる現象を利用するものであり、このように表面伝導型放出素子を作製する場合、導電性薄膜に通電を行って、その一部を適宜に破壊、変形、もしくは変質せしめ、電子放出を行うのに好適な構造に変化させる通電フォーミング処理と呼ばれる処理を行う。この処理は真空雰囲気下において、たとえばパルスを加えて導電性膜の電気抵抗が大きくなって一定の値になった段階で、フォーミング処理にかかわる通電を終了する。

次に前記通電フォーミング処理により形成された電子放出部に適宜の条件で通電を行って、その近傍に炭素もしくは炭素化合物を堆積せしめる通電活性化処理と呼ばれる処理を行う。この通電活性化処理を行うことにより、行う前と比較して、同じ印加電圧における放出電流を典型的には１００倍以上に増加させることができる。具体的には、１０^-4ないし１０^-5［ｔｏｒｒ］の範囲内の真空雰囲気中で、電圧パルスを定期的に印加することにより、真空雰囲気中に存在する有機化合物を起源とする炭素もしくは炭素化合物を堆積させる。

上述したような各処理は真空中で行われ、ホットプレートに電子源基板を載せて加熱する工程を含むために、図１、図４，５に示したような装置を電子源基板の製造装置として用いることができる。

本発明は熱膨張する基板の支持に用いることができ、ガラスプレート等の基板を加熱するためのホットプレート、それ自体が加熱されて熱膨張する基板、あるいは化学反応や、光照射等の他のエネルギーで膨張、収縮する基板の支持装置に適用することができる。

本発明の第１の実施形態を示す基板の支持装置の側面図である。 図１の支持装置において、ホットプレートが上昇して真空容器に接した状態を示す側面図である。 図１の支持装置におけるエアー配管図である。 本発明の第２の実施形態を示す基板の支持装置の側面図である。 本発明の第２の実施形態を示す基板の支持装置の平面図である。 本発明の第１の実施形態を示す基板の支持装置の一部の斜視図である。 図６のＡ部の拡大図である。 一軸ガイドの構成を示す斜視図である。 ４本のエアーシリンダーが同時に昇降する例を示す図である。 画像表示装置の構成例を示す、一部を切り欠いた斜視図である。 従来の支持装置を示す側面図である。

符号の説明

１ ガラスプレート
２００ ホットプレート
２００a ホットプレートの真空吸着部
２００ｂ ガラスプレート支持部
２００ｃ 真空源接続孔
２０１、２０１ａ〜２０１ｄ エアーシリンダー
２０２、２０２ａ〜２０２ｄ 自在継ぎ手（鋼球）
２０３ 断熱板
２０４ 上下動ガイド
２０５、２０６ ガイド支柱
２０７ 中央断熱板
２０８ 真空ポンプ
２０９ ジャバラ接続管
２１０ 真空容器
２１０a Ｏリング
２１１ チャンバー支え枝
２１２ 位置決めピン
２１３ ピン嵌合プレート
２１４，２１５，２１６，２１７ 受け
２１８ 鋼球
２１９ 圧縮コイルバネ
２２０ スピードコントローラー
２２１ エアーソレノイドバルブ
２５０ 中間プレート
２５１ ホットプレート中央支持支柱
２５２ 中央断熱板
２５３ 周辺支持断熱板
２５４ 周辺支持脚
２５５ 自在ガイド
２５６ 中央エアーシリンダー
２５７ 周辺上下動ガイド
２５８ エアーシリンダー
２５９ プレート
３００ 架台
３００a 架台上部

Claims (7)

1. 基板の一主面を支持するとともに、該基板の該一主面に対して垂直な方向に該基板を移動させる複数の移動手段と、
   前記基板の収縮又は膨張による、前記移動手段に対する前記基板の前記一主面と平行な方向の移動を可能とする、前記基板の一主面と前記移動手段との間に配置された可動手段と、
   前記基板の一部を前記一主面に平行な方向に対して所定の位置に固定するための固定手段と、を備えた基板の支持装置。
2. 前記基板の一部は前記基板の中央部であって、該中央部に前記固定手段が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の基板の支持装置。
3. 前記固定手段は、前記基板の一主面に対して垂直な方向の移動を可能とし、前記基板の前記一主面と平行な方向の移動を規制する一軸ガイドである請求項１又は２に記載の基板の支持装置。
4. 前記固定手段は、前記基板の端部を受ける受け部材と、前記基板の前記一主面と平行な方向に前記基板を前記受け部材に押圧する弾性部材とからなる請求項１に記載の基板の支持装置。
5. 前記複数の移動手段はエアーシリンダーである請求項１に記載の基板の支持装置。
6. 前記基板はホットプレートであって、該ホットプレートは載置された基板を加熱するものである請求項１から５のいずれか１項に記載の基板の支持装置。
7. 請求項６に記載の基板の支持装置を用いた、電子放出素子を有する電子源基板の製造装置であって、
   前記電子源基板は前記ホットプレートに載置され、
   気体の導入または排気のための開口を有し、前記電子源基板の一部を覆う容器と、
   前記開口を介して気体の導入または排気を行う手段とを有する電子源基板の製造装置。

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