JP2007045618A - 静電吸着板を用いた搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
高速な搬送が可能であり、静電吸着板とハンドリング対象物との接触状態が一定であるので、微小欠陥を発生させることのない静電吸着搬送装置を安価に提供する。
【解決手段】
内部に電極部を有する静電吸着板よりなるチャックと、前記電極部に電圧を印加する電圧印加部を備え、前記電極部に前記電圧印加部によって電圧を印加することによって生ずる静電気力を利用して、ハンドリング対象物を吸着搬送する搬送装置であって、前記静電吸着板とハンドリング対象物との間に、開口部を有する剥離板を備え、前記剥離板は前記静電吸着板に対し密着、乖離が可能な機構を有し、且つ前記チャックが、ハンドリング対象物の表面に対し傾斜して配されていることを特徴とする静電吸着搬送装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、厚みが概ね１ｍｍ以下程度である比較的薄肉のハンドリング対象物を、静電気力を利用して吸着搬送する搬送装置に関する。

従来、比較的薄肉のフィルム等の吸着装置としては、平板上の構造体に複数本の真空チャックが取り付けられ、ハンドリング対象物を真空チャックで吸着して搬送する、真空チャック搬送方式が知られている。しかしながら、この方式では、ハンドリング対象物がフィルム状で薄いために、その表面を傷付けてしまう虞があった。また、多数の空孔を有するスクリーン状のフィルムについては、空孔から空気が漏れてしまい、吸着が困難であるという問題があった。

一方、特許文献１で知られているように、絶縁体層の上に複数個の電極を配し、その上に半導電性の吸着層を重ね合わせ、この電極群に直流電圧を印加し、静電気を吸着層上に発現させ、吸着物を静電的吸引力により吸着保持する静電保持装置がある。この静電保持装置を搬送に応用すれば、ハンドリング対象物にダメージを与えることなく吸着搬送が可能であり、半導体ウェハー、光学ガラスまたはフィルムなど、微小欠陥が製品の歩留まりに大きく影響を及ぼす分野で広く利用されている。

静電吸着搬送方式における吸着方法に関して、特許文献２や特許文献３には、一対または複数対の電極を細かいピッチで隣接させ、互いに逆極性の電圧を印加、制御を行い、複数枚積層されているハンドリング対象物の最上枚のみを、効率よく浮上あるいは吸着させる方法が示されている。

また、静電吸着搬送方式におけるハンドリング対象物の剥離方法に関して、特許文献４では印加電圧に直流および交流電源を用い、電源切断後ハンドリング対象物の残留帯電を速やかに減少させ、ハンドリング対象物を吸着板より速やかに離脱させる方法が示されている。更に、特許文献５では、可撓性を有し、底部表面に凹凸が形成された絶縁部材上に電極を配し、吸着時あるいは剥離時にハンドリング対象物の位置精度の向上を狙った方法が示されている。

実公昭５４−４１８９２号公報 特開２００３−２８２６７１号公報 特開２００４−１２０９２１号公報 特公平６−７１９４４号公報 特開２００３−２８５２８９号公報

しかしながら、特許文献２や特許文献３に示される方法では、印加電圧を随時最適に制御するための制御部が必要であり、その結果、一定印加電圧方式の静電吸着装置と比較して、装置が高価なものとなってしまう。また、前記特許文献４で示される実施例によれば、ハンドリング対象物の吸着板からの離脱時間には数秒かかっており、高速にハンドリング搬送が要求される利用分野においては、搬送効率に問題が残る。更に、特許文献５に示される方法では、可撓性の吸着板ゆえ、吸着板とハンドリング対象物との接触状態が一定でなく、吸着・剥離をする際、ハンドリング対象物に対する吸着板の接圧に差が出てしまい、微小欠陥が歩留まりに大きく影響を及ぼす製品に対しては、すれ傷、あたり傷、目よれなどを発生させてしまう傾向がある。

上記課題を解決するために、本発明の搬送装置は、内部に電極部を有する静電吸着板よりなるチャックと、前記電極部に電圧を印加する電圧印加部を備え、前記電極部に前記電圧印加部によって電圧を印加することによって生ずる静電気力を利用して、ハンドリング対象物を吸着搬送する搬送装置であって、前記静電吸着板とハンドリング対象物との間に、開口部を有する剥離板を備え、前記剥離板は前記静電吸着板に対し密着、乖離が可能な機構を有し、且つ前記チャックが、ハンドリング対象物の表面に対し傾斜して配されていることを特徴とする。

本発明において、剥離板は絶縁材料からなるものを用いることが好ましい。
また、剥離板の開口率が５０％以上であることが好ましい。
更に、チャックとハンドリング対象物の表面との傾斜角度が１〜４５度であることが好ましい。

本発明によれば、吸着段階において、静電吸着板がハンドリング対象物に対し角度を保持して吸着するので、一定印加電圧条件であっても、複数枚積層されている対象物の最上部の１枚のみを効率よく吸着することができる。

また、剥離段階において、剥離板が静電吸着板から乖離することで、ハンドリング対象物に及ぶ静電吸着力を低下させるので、速やかにハンドリング対象物を剥離させることができる。加えて、静電吸着力の除去時におけるすれ傷、あたり傷、目よれなどの欠陥の発生を防止することができ、更に位置決め精度が向上する。

以下に発明について詳細に説明する。
本発明のチャックは、従来公知の静電吸着板を、支持台に固定したものである。静電吸着板には、絶縁層にセラミックタイプ、ポリイミドタイプ、その他汎用プラスチック材料（例えば、ポリ塩化ビニル、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリイソブチレンなど）を用いたタイプがあるが、特殊な環境以外での使用を想定する場合、汎用プラスチック材料タイプが好ましい。

本発明の静電吸着板を構成する電極部としては、単極タイプ、双極タイプのどちらを用いても構わない。電極部は電極Ａと電極Ｂとから構成され、この電極Ａおよび電極Ｂは絶縁領域を介して細かいピッチで多数配列され、互いに同じ極性電圧を印加（単極）、または逆極性の電圧を印加（双極）することで生じる静電気力を利用して、ハンドリング対象物を保持する。印加電圧は５００Ｖ〜５，０００Ｖの直流電圧を印加することが好ましい。印加電圧が５００Ｖ未満のときは、十分な静電吸着効果を得ることができない。また、印加電圧が５，０００Ｖを超えると、静電吸着時において、過大な静電気力の作用でハンドリング対象物にしわや傷を発生させてしまう。

本発明のチャックは、概ね水平に静置されたハンドリング対象物に対し、傾斜して配される。この傾斜角度は１度〜４５度の範囲であることが好ましく、より好ましくは、傾斜角度が５〜２０度である。傾斜角度が１度よりも小さい場合、静電気力がハンドリング対象物全体に作用し、例えば複数枚積層されたハンドリング対象物の最上面のみを吸着することができず、次の対象物が位置ずれしてしまう虞がある。また、角度が４５度よりも大きい場合、ハンドリング対象物に作用する静電気力が小さくなり、吸着能力が不足する虞がある。

本発明の開口部を有する剥離板は、ハンドリング対象物に接触する剥離部と、この剥離部を支持する枠部よりなる。剥離部は開口部を有した絶縁材料からなる板、フィルム、シート、スクリーン、紗など比較的厚みの薄い形態のものを用いたり、あるいは絶縁材料からなる細幅のテープやリボンまたは糸条を、枠内に張り巡らせたりすることができる。金属などの導電材料を用いた場合、吸着板に発現した静電気力が遮蔽されるので、より開口率を大きくすることが好ましい。絶縁材料の種類としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリエチレンなどが使用できる。上記材料を用いることで、静電吸着板の静電気力は減衰することなくハンドリング対象物に作用する。また、剥離部を支持する枠部を構成する材料は、使用に適した強度を有するものであれば特に制限されない。

ここで、本発明の剥離板を前記チャックに固定する際、前記剥離板は静電吸着板に対して密着、乖離ができる機構を有する必要がある。その一例として、枠部の１辺を軸として、回転運動をするように構成することができる。その機構は、空気圧や油圧を用いたシリンダーによるものや、モーター等を用いて回転させるものなど、特に制限されない。ハンドリング対象物を吸着、搬送する際には、剥離板は静電吸着板に密着され、十分な静電吸着力でハンドリング対象物を保持し、剥離させる際には軸を中心に回転運動することで、ハンドリング対象物を静電吸着板より剥離させることができる。回転の軸としては、傾斜して配されたチャックの最下方辺とすることが好ましい。

他に、剥離板が静電吸着板に対し、密着、乖離する機構の例としては、例えば四角形の静電吸着板（またはチャック）と剥離板の各頂点に、シリンダーやガイドレールなどを配して一方または双方をスライドさせる方法も挙げられる。どのような方法においても、剥離板または静電吸着板のどちらか一方が動作しても良いし、双方が動作するものでも構わない。

剥離板の開口パターンは、円状、格子状、スリット状など特に限定しないが、開口率５０％以上であることが好ましく、更には開口率８０％以上であることがより好ましい。剥離板の開口率が５０％未満のとき、静電吸着板への印加電圧を遮断しても剥離板に静電気力が残留し、ハンドリング対象物を速やかに剥離させることができず、搬送効率が低下してしまう。剥離板に開口部を設ける方法としては、その成型時に任意パターンの開口部を予め形成してもよいし、開口部の無い前記絶縁材料の板やフィルム等に任意の手段で穴を開ける方法でもよい。また、前記絶縁材料からなる細幅のテープやリボンまたは糸条を、間隔を置いて枠部に張り渡す方法を採ることもできる。

本発明の静電吸着搬送装置は、大判で比較的薄肉なフィルム、布帛、紙などの搬送に適する。吸着板および剥離板はハンドリング対象物の寸法に合わせて、いくつかの部分に分かれて配置されてもよく、形状も方形のみならず円形、多角形でもよい。

本発明の静電吸着搬送装置の動作について図１を用いて説明する。図１は本発明の搬送装置の一例を示す。概ね水平面上に複数枚積層されたハンドリング対象物４の上方より、静電吸着板１が剥離板２を介在した状態で接近する。この時、剥離板２は静電吸着板１に密着している状態が好ましい。静電吸着板１がハンドリング対象物４に対して傾斜している為に、両者の間隔はこの傾斜に伴い異なっている。この状態で図示しない電極部に電圧を印加すると、静電吸着板１とハンドリング対象物４との間の静電気力も、両者の間隔に伴い強弱を生ずる。その為、間隔の狭いところから先に、最上面のハンドリング対象物４が静電吸着板１に吸着され、最終的にハンドリング対象物４全体が、剥離板２を介在して静電吸着板１に吸着される。このような吸着手順を踏む為に、積層されたハンドリング対象物を確実に１枚づつ吸着することができ、複数枚を同時に吸着してしまうことや、２枚目以降のハンドリング対象物の位置がずれてしまうのを防ぐことができる。また、吸着の際、ハンドリング対象物にシワが入ることもない。

次に剥離動作を図２のＡ）を用いて説明する。ハンドリング対象物４を吸着搬送した後、静電吸着板１と剥離板２は任意ステージに降下し、図示しない軸を中心として、剥離板２を水平状態に回転させる。静電吸着板１は電圧を印加した状態でも遮断した状態でも構わない。剥離板２が静電吸着板１から離れるため、ハンドリング対象物４に働く静電吸着力は低下し、さらに剥離板２の残留帯電時間は短くなるので、ハンドリング対象物４は速やかに剥離される。また、ハンドリング対象物４への接触ダメージもない。こうして、ハンドリング対象物４は精度よく搬送移動することができる。

静電吸着板には太平化学製品（株）製、「キューロン」（登録商標）（双極タイプ）を使用した。面寸法２２０ｍｍ×２６０ｍｍ（Ａ４サイズ）の静電吸着板を８枚、図３のように配置し、上面には支持部を設け、ロボットアクチュエータと接合させることで静電吸着板を上下左右方向に移動できるようにした。また、図４に示すような剥離板を作成し、静電吸着板の下面（ハンドリング対象物が接触する面）に配置した。剥離板は、リバーシブルモータにより、長辺部を軸とした回転運動をすることができる。

実施例および比較例でハンドリング対象物にはプラズマディスプレイ用電磁波シールドスクリーンを用いた。電磁波シールドスクリーンは線径３０μｍのポリエステル製モノフィラメントを経糸密度１３５本／インチ、緯糸密度１３５本／インチに製織した薄肉メッシュ状織物に導電化処理を施すことにより得ることができる。導電化処理により得られた薄肉メッシュ状織物を縦７００ｍｍ、横１０００ｍｍ、バイアス角度２０度に裁断、５０枚積層して概ね水平であるステージに静置してハンドリング対象物とした。

搬送位置バラツキの評価方法は、静電吸着板がハンドリング対象物を吸着して搬送移動、剥離退避したとき、移動後のハンドリング対象物端辺位置と基準点の間隔をミリオーダで測定し、５０回の搬送移動について、そのバラツキを算出した。位置バラツキ（σ５０）は小さいほど良く、５以下を良好と判断した。

［実施例１］
静電吸着板を水平面に対し１０度の傾斜角度で配置し、３００ｍｍ×６００ｍｍの開口部を有するステンレス製枠部に線径２００μｍのナイロン製モノフィラメント糸を横ストライプ状に配し、開口率を９５％とした剥離板（図４のａ）を作成して取り付けた。静電吸着板に３，０００Ｖの電圧を印加したとき、吸着力は５ｋｇｆであった。この搬送装置を用いて搬送試験を行った結果を表１に示す。

［実施例２］
実施例１と同じ構成の搬送装置を用いて、静電吸着板に１，０００Ｖの電圧を印加したとき、吸着力は３ｋｇｆであった。この条件で搬送試験を実施した結果を表１に示す。

［実施例３］
静電吸着板を水平面に対し５度の傾斜角度で配置し、３００ｍｍ×６００ｍｍの開口部を有するステンレス製枠部に線径２００μｍのポリエステル製モノフィラメント糸を格子状に配し、開口率を９０％とした剥離板（図４のｂ）を作成して取り付けた。静電吸着板に３，０００Ｖの電圧を印加したとき、吸着力は５ｋｇｆであった。この搬送装置を用いて搬送試験を行った結果を表１に示す。

［比較例１］
静電吸着板を水平面に対し平行に（傾斜角度０度）配置し、３００ｍｍ×６００ｍｍの開口部を有するステンレス製枠部に線径２００μｍのナイロン製モノフィラメント糸を横ストライプ状に配し、開口率を９５％とした剥離板（図４のａ）を作成して取り付けた。静電吸着板に３，０００Ｖの電圧を印加したとき、吸着力は５ｋｇｆであった。この搬送装置を用いて搬送試験を行った結果を表１に示す。

［比較例２］
静電吸着板を水平面に対し１０度の傾斜角度で配置し、３００ｍｍ×６００ｍｍの開口部を有するステンレス製枠部に厚さ１ｍｍのアルミ板を取り付けた。このアルミ板には開口部は無い。この搬送装置を用いて、静電吸着板に３，０００Ｖの電圧を印加し、搬送試験を行った結果を表１に示す。

本発明の静電吸着搬送装置の一例を示す上面および側面図でハンドリング対象物を吸着または搬送している状態である。 本発明の静電吸着搬送装置の一例を示す側面図でハンドリング対象物を剥離している状態である。Ａ）は剥離板が回転して静電吸着板と乖離する例であり、Ｂ）は静電吸着板が上方にスライドして、剥離板と乖離する例である。 本発明の静電吸着搬送装置の一例を示す上面および側面図である。 剥離板の形状例を示す図である。ａ）は糸条を横ストライプ状に張り巡らした例であり、ｂ）は糸条を格子状に張り巡らせた例である。

符号の説明

１ 静電吸着板
２ 剥離板
３ 支持台
４ ハンドリング対象物
５ａ，５ｂ 枠部
６ａ，６ｂ 剥離部

Claims (4)

1. 内部に電極部を有する静電吸着板よりなるチャックと、前記電極部に電圧を印加する電圧印加部を備え、前記電極部に前記電圧印加部によって電圧を印加することによって生ずる静電気力を利用して、ハンドリング対象物を吸着搬送する搬送装置であって、前記静電吸着板とハンドリング対象物との間に、開口部を有する剥離板を備え、前記剥離板は前記静電吸着板に対し密着、乖離が可能な機構を有し、且つ前記チャックが、ハンドリング対象物の表面に対し傾斜して配されていることを特徴とする搬送装置。
2. 開口部を有する剥離板が、絶縁材料からなる請求項１に記載の搬送装置。
3. 開口部を有する剥離板の開口率が５０％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の搬送装置。
4. チャックとハンドリング対象物の表面との傾斜の角度が、１〜４５度である請求項１〜３のいずれか一項に記載の搬送装置。
   
   

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