JP2008095777A

JP2008095777A - 真空搬送装置

Info

Publication number: JP2008095777A
Application number: JP2006276712A
Authority: JP
Inventors: Masaru Konno; 大金野; Takeshi Saito; 剛齋藤; Takeshi Nakai; 毅中井
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2006-10-10
Filing date: 2006-10-10
Publication date: 2008-04-24

Abstract

【課題】転がり軸受により軸に対して回転自在に支持され、搬送部の被案内面に外周面を接触させて回転することにより前記搬送部を案内する搬送ローラを備え、この搬送ローラの少なくとも外周面を含む部分がセラミックス材料で形成された真空搬送装置において、搬送ローラの発塵性と耐久性を向上する。
【解決手段】搬送レール２のローラ軌道溝２２に接触する搬送ローラ３の外周面のスキューネス（Ｓｋ値）が０以下となるように、平均粒子サイズ０．８ｍｍ以下の微粒子からなるブラスト材を用いて搬送ローラ３の外周面を含む部分をブラスト処理する。
【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受により軸に対して回転自在に支持され、搬送部の被案内面に外周面を接触させて回転することにより前記搬送部を案内する搬送ローラを備えた真空搬送装置に関する。

液晶ディスプレイパネル、半導体装置、太陽電池パネル、ハードディスク装置等を製造する設備の一部として、スパッタリング装置、プラズマＣＶＤ装置、イオン注入装置等の真空処理装置がある。そして、これらの真空処理装置は、基板等の被処理品を真空状態で搬送する真空搬送装置を備えている。
真空処理装置の一例として、基板が設置された搬送部をガスプラズマの放電領域を通過させて基板に膜を形成するインライン真空成膜装置がある。この装置は、前記搬送部の被案内面を搬送ローラで案内する真空搬送装置を備えている。

この真空搬送装置の搬送ローラとしては、従来、ステンレス鋼（主にＳＵＳ４４０Ｃ）製で、焼き入れ・焼き戻し処理が施されたものが使用されている。また、この搬送ローラを回転自在に支持する転がり軸受としては、ステンレス鋼（主にＳＵＳ４４０Ｃ）製でフッ素系グリースで潤滑されたものが使用されている。
ところで、液晶ディスプレイパネル、半導体装置、太陽電池パネル、ハードディスク装置等は、表面に微細な粒子（異物）が付着することで機能が損なわれる。そのため、近年、これらの装置の小型化および集積化が進むにつれて、製品としての歩留まりを向上させるために、清浄度の高い環境で製造することが求められている。

また、これらの製品を製造する設備のメンテナンスに係る費用を低減すること（メンテナンスフリーにするか、メンテナンス周期を長くすること）が、製品の製造コストの低減に繋がる。そのため、液晶ディスプレイパネル、半導体装置、太陽電池パネル、ハードディスク装置等の製造コストを低減することを目的として、前述の真空処理装置および真空搬送装置の耐久性を向上することが要求されている。

本発明と技術分野および解決課題が近い従来技術としては、下記の特許文献１〜５に記載されたものが挙げられ、特許文献１には、特殊環境（真空高温、ガス雰囲気、清浄環境等）下で使用するのに好適な転がり軸受を提供するために、転がり軸受の少なくとも外輪をポリイミド材で形成したものが記載されている。
また、特許文献２には、真空装置の真空領域用搬送ローラにおいて、転がり軸受の外輪が搬送用ローラであり、少なくとも搬送ローラの外周面に硬質膜を備え、且つ、少なくとも転がり軸受の軌道面に潤滑皮膜を具備した記載され、特許文献３及び４には、搬送ローラの表面（搬送部を案内する面）または転がり軸受の外輪外周面（搬送部を案内する面）に、塩浴処理法によりバナジウムカーバイド膜を形成し、かつ転がり軸受の軌道面に、フッ素油からなる潤滑膜を形成したものが記載されている。そして、特許文献５には、セラミックス製品の表面を強靱化する技術として、セラミックス製品に、ビッカース硬度（ＨＶ）５００以上でセラミックス製品の硬度＋５０（ＨＶ）以下の平均粒子サイズ０．１μｍ〜２００μｍの表面が凸曲面の微粒子からなる投射材を用いて、セラミックス製品に均一に分布した直線状の転位の転位密度を形成させる技術が記載されている。
特開平７−２７９９７３号公報特開２００５−２３９６５号公報特開２００６−９３６０５号公報特開２００６−１５３１８７号公報特開２００４−１３６３７２号公報

本発明が解決しようとする課題は、転がり軸受により軸に対して回転自在に支持され、搬送部の被案内面に外周面を接触させて回転することにより前記搬送部を案内する搬送ローラを備えた真空搬送装置の低発塵性と耐久性を、既に提案した方法とは別の方法で向上させることにある。

上記課題を解決するための手段として、本発明は、転がり軸受により軸に対して回転自在に支持され、搬送部の被案内面に外周面を接触させて回転することにより前記搬送部を案内する搬送ローラを備え、この搬送ローラの少なくとも外周面を含む部分がセラミックス材料で形成された真空搬送装置において、前記搬送ローラの外周面のスキューネス（Ｓｋ値）が０以下となるように、平均粒子サイズ０．８ｍｍ以下の微粒子からなるブラスト材を用いて前記搬送ローラの外周面を含む部分にブラスト処理を施したことを特徴とする。

本発明に係る真空搬送装置において、セラミックス材料としては窒化珪素を好適に用いることができる。また、搬送ローラの外周面に均一に噴射されるブラスト材としては、ビッカース硬度がＨＶ５００未満のものを用いることが好ましい。さらに、搬送ローラの外周面に均一に噴射されるブラスト材としては、セラミックス材料の硬度より大きい硬度を有し、かつ平均粒子サイズが０．１ｍｍ以下のものを用いることが好ましい。

なお、スキューネス（Ｓｓｋ）とは、平均面を中心としたときの高さ分布の対称性を表し、表面凹凸曲面の三次モーメントである。Ｓｓｋ＝０のときは、表面凹凸の高さ分布が平均線に対して対称であることを示す。また、Ｓｓｋ＜０のときは高さ分布が平均面に対して上側に偏っている（平均面に対して窪みがある）ことを表し、Ｓｓｋ＞０のときは平均面に対して下側に偏っている（平均面に対して山がある）ことを表している。

本発明に係る真空搬送装置によれば、搬送部の被案内面に接触する搬送ローラの外周面が剛性の高いセラミックス表面となっており、このセラミックス表面に平均粒子サイズ０．８ｍｍ以下の微粒子からなるブラスト材を噴射することによってセラミックス表面の破壊靭性値が大きくなり、衝撃に強いセラミックス表面を形成できる。さらに、無潤滑で使用する真空搬送装置の搬送ローラとして使用すると、セラミックス表面と被案内面の金属材料との耐摩耗性が向上するため、塵埃の発生量が低減されて耐久性も向上する。

したがって、液晶ディスプレイパネル、半導体装置、太陽電池パネル、ハードディスク装置等の製造に本発明の真空搬送装置を使用することにより、製品に微細な粒子が付着することが防止されて歩留まりが向上する。また、本発明の真空搬送装置は耐久性が高いため、メンテナンスに係る費用が低いものとなる。その結果、本発明の真空搬送装置を使用して、液晶ディスプレイパネル、半導体装置、太陽電池パネル、ハードディスク装置等を製造すれば、これらの製品の製造コストを低減することができる。

本発明に係る真空搬送装置の一実施形態を図１に示す。同図に示される真空搬送装置は、基板がセットされる台車１と、台車１の下に取り付けられた搬送レール（搬送部）２と、搬送レール２の被案内面を外周面で案内する搬送ローラ３とを備えている。
搬送レール２の下部には、搬送ローラ配置部２１が断面略Ｃ字状に形成されている。この搬送ローラ配置部２１のＣ字の内側上部に、断面台形状のローラ軌道溝２２が形成されている。このローラ軌道溝２２の両斜面２２ａが、搬送ローラ３の外周面で案内される被案内面となっている。

搬送ローラ３は、軸方向の中央部分が断面略半円状に突出した形状であり、この突出部３１が搬送レール２のローラ軌道溝２２内に配置される。また、搬送ローラ３は転がり軸受５により、水平に延びる軸６に対して回転自在に支持されている。軸６は図１の紙面と垂直方向に複数個配置され、これら各軸６に転がり軸受５を介して搬送ローラ３が取り付けられている。搬送ローラ３は、突出部３１の外周面が搬送レール２のローラ軌道溝２２の斜面（被案内面）２２ａと接触しながら回転し、上部のラジアル荷重を全て支えている。

搬送ローラ配置部２１の下端部２１ａには、一対の転がり軸受７が配置されている。これらの転がり軸受７の外輪は、台車１が傾かないように搬送レール２をガイドするガイドロールとして機能する。
搬送レール２と搬送ローラ３はＡ点で接触し、真空中であることから潤滑が悪い。このため、台車１が通ると搬送レール２と搬送ローラ３との接触部Ａは徐々に摩耗・荒れを生じ、その結果、台車１に振動が生じてスムーズに進まなくなり、台車１としての機能が果たせなくなる。劣化した搬送レール２と搬送ローラ３は定期的に交換されるが、そのメンテナンス時に生産を一時的に止めなければならない。特に、真空装置内に配置されている搬送ローラ３の交換は極めて大変であり、時間を要する。最終的には、基板の製品コストに効いてくる。

本実施形態では、搬送レール２をＳＵＳ３０４やＳＵＳ４４０Ｃ等の金属製とし、搬送ローラ３を窒化珪素やジルコニア等のセラミックス製とすることで、両者とも金属製とした場合と比較して、搬送ローラ３の摩耗と搬送レール２の斜面２２ａの損傷が低減されるため、真空中で無潤滑で使用した際の発塵が低減され、耐久性も向上する。
図１に示した真空搬送装置では、搬送ローラ３の全体をセラミックス製としているが、搬送ローラ３の全体がセラミックス製となっている必要はなく、搬送レール２のローラ軌道溝２２と接触する部分のみをセラミックス製としてもよい。

図１に示した搬送ローラの耐久性試験を実施するときに用いられる試験装置の一例を図２に示す。同図に示される試験装置８はアーム８１と、このアーム８１の一端部に水平に設けられた支持軸８２と、この支持軸８２を介してアーム８１を揺動可能に支持する支柱８３とを備えており、支柱８３と反対側のアーム８１の端部には、ＳＵＳ３０４等の金属からなる円板状の相手転がり面用テストピース８４が回転自在に設けられている。また、試験装置８はアーム８１の中央部に垂下された重り８５と、アーム８１に生じる振動加速度を検出する加速度センサ８６とを備えており、テストピース８４の外周面を搬送ローラ３の外周面に接触されて搬送ローラ３の耐久性を試験するように構成されている。

搬送ローラ３は窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、ジルコニアなどのセラミックス材料から形成されており、この搬送ローラ３の表面には、図３に示すショットブラスト装置９によってブラスト処理が施されている。
ショットブラスト装置９はブラスト材収容タンク９１を備えており、このブラスト材収容タンク９１に収容されたブラスト材９２は、ブラスト材圧送管９３の先端に設けられたノズル９４から例えば１００ｍ／ｓｅｃの速度で搬送ローラ３の外周面に投射されるようになっている。

図２に示した試験装置８を用い、試験荷重：３００Ｎ、ローラ回転速度：１０００min−１、ブラスト処理時間：１２０秒−１の試験条件でセラミックス製搬送ローラ３（表面硬さ：ＨＶ１５００）の耐久性について調べた結果を表１に示す。

表１において、試験例１は窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）製搬送ローラの外周面（ビッカース硬さ：ＨＶ１５００）にブラスト処理を施さなかった場合の耐久性試験の試験結果を示し、試験例２〜１０は図２に示したショットブラスト装置により窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）製搬送ローラの外周面にブラスト処理（ブラスト処理時間：約１２０秒）を施した場合の耐久性試験の試験結果を示している。また、試験例２〜６はブラスト材として錫（ビッカース硬さ：ＨＶ１００未満、平均粒子サイズ：０．２ｍｍ）、亜鉛（ビッカース硬さ：ＨＶ１００未満、平均粒子サイズ：０．７ｍｍ）、二硫化モリブデン（ビッカース硬さ：ＨＶ１６０、平均粒子サイズ：０．１ｍｍ）、ＳＵＳ３０４（ビッカース硬さ：ＨＶ２３０、平均粒子サイズ：１．０ｍｍ）、高速度鋼（ビッカース硬さ：ＨＶ８００、平均粒子サイズ：０．６ｍｍ）を用いた場合の試験結果を示している。さらに、試験例７及び８はブラスト材として炭化珪素（ビッカース硬さ：ＨＶ１７００）を用い、その平均粒子サイズを０．０３ｍｍ、０．９ｍｍとした場合の試験結果を示し、試験例９及び１０はブラスト材としてガラスビーズ（ビッカース硬さ：ＨＶ８００）を用い、その平均粒子サイズを０．７ｍｍ、０．９ｍｍとした場合の試験結果を示している。

なお、耐久性の評価は試験装置８のアーム８１に３００Ｎの荷重を負荷した状態で搬送ローラ３を１０００ｍｉｎ^−１の速度で約１００時間回転させたときの相手転がり面用テストピースの摩耗深さと搬送ローラ表面の割れの有無とを検査して判断した。
試験例１と試験例２〜１０とを比較すると、試験例１のものは搬送ローラの破壊靭性値が６．２ＭＰａ・ｍｌ／２となるのに対し、試験例２〜４及び６〜１０のものは搬送ローラの破壊靭性値が６．４ＭＰａ・ｍｌ／２以上となり、試験例１のものより搬送ローラの破壊靭性値が高くなる。

したがって、セラミックス製搬送ローラの耐久性を高めるためには、搬送レール２に形成されたローラ軌道溝２２に接触するセラミックス製搬送ローラ３の外周面にブラスト処理を施すことが好ましい。
試験例５と試験例２〜４及び６〜１０とを比較すると、試験例２〜４及び６〜１０のものは搬送ローラの破壊靭性値が７．８ＭＰａ・ｍｌ／２以上となり、割れの発生が認められなかったのに対し、試験例５のものは搬送ローラの破壊靭性値が６．４ＭＰａ・ｍｌ／２となり、割れの発生が認められた。これは、試験例５のものはブラスト材の平均粒子サイズが１．０ｍｍであるのに対し、試験例２〜４及び６〜１０のものはブラスト材の平均粒子サイズが１．０ｍｍ未満のためである。

また、試験例７及び９と試験例８及び１０とを比較すると、試験例７及び８のものは相手材の摩耗深さが８μｍ以下となるのに対し、試験例８及び１０のものは相手材の摩耗深さが１２μｍ以上となる。これは、試験例８及び１０のものはブラスト材の平均粒子サイズが０．９ｍｍであるのに対し、試験例７及び８のものはブラスト材の平均粒子サイズが０．８ｍｍ以下のためである。

したがって、セラミックス製搬送ローラを有する真空搬送装置の耐久性を高めるためには、セラミックス製搬送ローラ３の外周面に噴射されるブラスト材の平均粒子サイズを０．８ｍｍ以下とすることが好ましい。
試験例２〜４と試験例６とを比較すると、試験例２〜４のものは相手材の摩耗深さが１０μｍ以下となるのに対し、試験例６のものは相手材の摩耗深さが１３μｍとなる。これは、試験例６のものはブラスト材の硬さがＨＶ８００であるのに対し、試験例２〜４のものはブラスト材の硬さがＨＶ５００未満のためである。

したがって、セラミックス製搬送ローラを有する真空搬送装置の耐久性をより高めるためには、セラミックス製搬送ローラ３の外周面に噴射されるブラスト材の硬さをＨＶ５００未満とすることが好ましい。
試験例３と試験例４とを比較すると、試験例３のものは相手材の摩耗深さが６μｍ以下となるのに対し、試験例４のものは相手材の摩耗深さが２μｍ未満となる。これは、試験例３のものはブラスト材の平均粒子サイズが０．７ｍｍであるのに対し、試験例４のものはブラスト材の平均粒子サイズが０．１ｍｍのためである。

したがって、セラミックス製搬送ローラを有する真空搬送装置の耐久性をより高めるためには、ブラスト材のビッカース硬さをＨＶ５００未満とし、かつ平均粒子サイズを０．１ｍｍ以下とすることが好ましい。
平均粒子サイズ０．８ｍｍ以下の微粒子からなるブラスト材を用いて、セラミック製搬送ローラの表面にブラスト処理を施し、搬送ローラ表面の凹部を表すスキューネス（Ｓｋ値）が０以下の値を有する搬送ローラは、相手材を磨耗させ難くローラ自身の割れもないことが表１の試験結果からわかる。このようなローラを得るためには、ビッカース硬度（ＨＶ）５００未満の硬さを有し、平均粒子サイズ０．８ｍｍ以下の大きさからなる微粒子を用いることが望ましい。

また、ブラスト材の硬さがセラミックス材料より硬い場合でもブラスト材の平均粒子サイズを０．３ｍｍ以下とすることで、ローラ表面のスキューネス（Ｓｋ値）が０以下の値を有する搬送ローラを得ることができる。

本発明に係る真空搬送装置の一実施形態を示す図である。図１に示した搬送ローラの耐久性試験を実施するときに用いられる試験装置の一例を示す図である。図１に示した搬送ローラの表面にショットブラスト処理を施すときに用いられるショットブラスト装置の一例を示す図である。

符号の説明

１台車
２搬送レール
２１搬送ローラ配置部
２２ローラ軌道溝
３搬送ローラ
３１突出部
５転がり軸受
６軸

Claims

転がり軸受により軸に対して回転自在に支持され、搬送部の被案内面に外周面を接触させて回転することにより前記搬送部を案内する搬送ローラを備え、この搬送ローラの少なくとも外周面を含む部分がセラミックス材料で形成された真空搬送装置において、
前記搬送ローラの外周面のスキューネス（Ｓｋ値）が０以下となるように、平均粒子サイズ０．８ｍｍ以下の微粒子からなるブラスト材を用いて前記搬送ローラの外周面を含む部分にブラスト処理を施したことを特徴とする真空搬送装置。
前記セラミックス材料が窒化珪素であることを特徴とする請求項１記載の真空搬送装置。
前記ブラスト材のビッカース硬度がＨＶ５００未満であることを特徴とする請求項１または２記載の真空搬送装置。
前記ブラスト材が前記セラミックス材料の硬度より大きい硬度を有し、かつ平均粒子サイズが０．１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の真空搬送装置。