JP2008256715A - 薄板の表面形状測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】垂直に保持した薄板の表面形状の測定において、装置構成を簡素化かつ低コストとすると共に、操作を容易にする。
【解決手段】被測定物である薄板ｇの表面形状測定装置において、基台１０上に薄板を垂直に保持する垂直保持機構２０と、薄板ｇを挟んで平行に配置された一対の固定レール４１と、該一対の固定レール間に架設され薄板ｇを挟み薄板表面に対して一定の間隔をもって平行に配置された一対のスライド軸５１、及び該スライド軸を該固定レールに沿って移動させる駆動装置４５と、変位センサ３２ａ〜ｂが装着され該スライド軸に沿って夫々移動可能に配置された一対の測定台３１、及び該測定台の駆動装置と、該スライド軸の両端部に架設され該スライド軸を連結し該スライド軸間の間隔を位置決めする連結部材５２とからなり、該スライド軸と該連結部材とによって略矩形形状とし、薄板ｇの両面の形状を同時に測定可能に構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示用ガラス基板等の薄板の表面形状を測定するための装置に関し、被測定物である薄板を垂直に保持することにより、被測定物の自重の影響を少なくした測定装置である。

液晶基板等の大型薄板において、その厚さおよび表面形状（例えば、平坦度）等を測定するような場合、従来、例えば、特許文献１（特開平９−１２６７４５号公報）に開示されているように、測定するガラス基板を水平に置いて、自重の影響を無くす工夫がされている。この従来技術においては、ガラス基板の下方から、該ガラス基板の単位面積あたりの重量に等しい空気圧力を付与して、ガラス基板を水平に保持しようというものであるが、装置が大掛かりとなり、制御が面倒であり且つ高価となる等、デメリットも多かった。

特開平９−１２６７４５号公報（段落０００５、図１）

前述のように、特許文献１に開示された装置は、装置が大掛かりとなり、制御が面倒であり且つ高価となる等、の問題があった。

そこで、本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、前記問題点を解消して、装置構成を簡素化かつ低コストとすると共に、操作を容易にすることを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明の薄板の表面形状測定装置は、
基台上に薄板を垂直に保持する垂直保持機構と、
薄板の左右両端外側に互いに平行に配置された一対の固定レールと、
該一対の固定レール間に架設され薄板を挟み薄板の表裏両側で薄板表面に対して平行に配置された一対のスライド軸、及び該一対のスライド軸を該固定レールに沿って移動させる駆動装置と、
変位センサが装着され該一対のスライド軸に沿って夫々移動可能に配置された一対の測定台、及び該一対の測定台を夫々該スライド軸に沿って移動させる駆動装置と、
該一対のスライド軸の両端部に架設され該一対のスライド軸を連結すると共に、該スライド軸間の間隔を位置決めする連結部材と、からなり、
該一対のスライド軸と該連結部材とによって略矩形形状に構成された測定機構を備え、該測定機構によって薄板の両面の形状を同時に測定可能に構成したものである。

本発明装置によれば、垂直保持機構により薄板を垂直に保持することで、薄板の自重の影響を低減できると共に、垂直保持機構の構成も簡素化できる。
また、前記構成の測定機構によって、垂直に保持された薄板の表裏両面を同時に計測することができるので、計測操作を容易にかつ短時間で行なうことができる。

本発明装置において、垂直に保持された薄板の表裏両面を同時に計測するために、前記一対の測定台を夫々スライド軸上を移動させる駆動装置を備えたものとするとよい。

また、本発明装置において、前記スライド軸又は測定台の駆動装置をリニアモータで構成するとよい。これによって、該駆動装置の構成を簡素化かつ低コストとすると共に、操作を容易にすることができる。

また、本発明装置において、スライド軸又は測定台の駆動装置が、前記固定レール又はスライド軸の近傍に固定レール又はスライド軸に平行に並設された送りねじ棒と、スライド軸又は測定台に一体に取り付けられ、該送りねじ棒に係合し該送りねじ棒の回動で該送りねじ棒上を移動する送りナットと、該送りネジ棒を回動させる回動装置と、からなり、該回動装置により、ネジ棒を回動させて送りナットを移動させるように構成するとよい。これによって、該駆動装置の構成を簡素化かつ低コストとすると共に、操作を容易にすることができる。

また、本発明装置において、固定レールとスライド軸間又はスライド軸と測定台間に圧縮空気を供給するようにしたエア軸受構造を備えるようにするとよい。これによって、固定レール又はスライド軸にスライド軸又は測定台の重量および測定台の重量によるモーメント荷重が加わっても、スライド軸又は測定台の移動を安定化させることができる。

本発明の薄板の表面形状測定装置によれば、基台上に薄板を垂直に保持する垂直保持機構と、薄板の左右両端外側に互いに平行に配置された一対の固定レールと、該一対の固定レール間に架設され薄板を挟み薄板の表裏両側で薄板表面に対して平行に配置された一対のスライド軸、及び該一対のスライド軸を該固定レールに沿って移動させる駆動装置と、変位センサが装着され該一対のスライド軸に沿って夫々移動可能に配置された一対の測定台、及び該一対の測定台を夫々該スライド軸に沿って移動させる駆動装置と、該一対のスライド軸の両端部に架設され該一対のスライド軸を連結すると共に、該スライド軸間の間隔を位置決めする連結部材と、からなり、該一対のスライド軸と該連結部材とによって略矩形形状にし、薄板の両面の形状を同時に測定可能に構成したことにより、装置構成を簡素化かつ低コスト化できると共に、測定操作を容易にかつ短時間で行なうことができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではない。

参照する図面において、図１は、本発明の一実施形態に係る薄板の表面形状測定装置の全体を示す正面図であり、図２は、図１のＡ矢視図である。また、図３は、図１のＢ部分の拡大図であり、図４は、図３に示される受け板部の拡大図である。また、図５は、本実施形態の重量バランス機構の説明図である。図６は、図３に示されるスライド部の正面拡大図であり、図７は、図６に示されるスライド部に装着されるエアスライド機構の説明図である。

図１に示すように、液晶基板等のガラス基板ｇの表面形状を測定する表面形状測定装置１は、ガラス基板ｇを基台１０の上に垂直に保持する垂直保持機構２０と、ガラス基板ｇの表面形状を連続して非接触で測定する測定機構３０と、該測定機構３０を垂直方向に移動可能にする垂直駆動機構４０と、該測定機構３０を水平方向に移動可能にする水平駆動機構５０と、から構成されている。

垂直保持機構２０は、下部保持部２１と上部保持部２２とから構成されている。下部保持部２１は、基台１０の略中央部に間隔を置いて２箇所設けられた下部保持部材２１１、２１１から構成され、上部保持部２２は、基台１０の略中央部に立設された柱状保持本体２３に設けられている。柱状保持本体２３の内部には、上部保持部用のねじ送り機構２４が内蔵され、そのねじ送り機構２４と連結した上部保持用スライド部２５の下部に上部保持部２２が装着されている。

上部保持部２２は、上部保持部用のねじ送り機構２４によって上下動の移動のみ自由であり、下部保持部２１は、図示しない駆動機構により、下部保持部材２１１、２１１の間隔が横方向に調整可能になっている。そして、上部保持部２２が常に中央に位置するように、下部保持部材２１１、２１１の間隔が調整される。すなわち、下部保持部材２１１、２１１は、互いに近づく方向、あるいは遠ざかる方向へ移動可能に構成されている。

一方、垂直駆動機構４０は、基台１０上の両端側に垂直方向に立設された一対の垂直スライドレール４１，４１と、該垂直スライドレール４１とガラス基板ｇとの間に垂直方向に立設された送りねじ棒４２と、該垂直スライドレール４１に移動可能に装着された垂直スライド部４３と、からなる。送りねじ棒４２は、基台１０上に設けた基台ねじ送り機構４４を介してモータ等の駆動装置４５の出力軸へ連結されている。この駆動装置４５の出力軸の回動によって、左右両側の垂直スライド部４３は同期して上下に移動するように構成されている。

図２において、水平駆動機構５０は、これら垂直駆動機構４０、４０の間に架設され水平方向に向けられた姿勢で垂直方向に移動可能な２本の水平スライドレール５１，５１で構成されている。水平スライドレール５１は、その両端部を垂直スライド部４３，４３に連結して橋状に形成されており、夫々の水平スライドレール５１，５１には、測定機構３０を構成し、図示しないリニアモータにより移動自在な測定台３１、３１が装着され、その各測定台には、変位センサ３２ａ、３２ｂが取り付けられている。変位センサ３２ａ及び３２ｂは、夫々ガラス基板ｇ側に向けられている。

また、２本の水平スライドレール５１，５１の夫々は、両端部で直方体形状の連結部材５２，５２で相互に連結されている。そのため、水平駆動機構５０は、矩形形状に構成されている。垂直駆動機構４０、４０によって２本の水平スライドレール５１，５１が上下動したときには、２本のスライドレール５１，５１の間にガラス基板ｇが位置されるように構成されている。従って、変位センサ３２ａ、３２ｂは、ガラス基板ｇの表面形状を測定する際に、ガラス基板ｇの表裏の両面側に位置し、非接触で両面の形状測定が可能なようになっている。

このような測定機構３０によれば、測定する際に、駆動装置４５が駆動することで、左右の垂直スライド部４３、４３が同期して作動して、垂直スライド部４３が矢印Ｙ方向（図１参照）に上下動する。さらに、左右の垂直スライド部４３，４３に連結された水平スライドレール５１，５１が作動して変位センサ３２ａ、３２ｂは矢印Ｘ方向（図１参照）に左右に移動する。そして、ガラス基板ｇの表裏両面の全面に亘って変位センサ３２ａ、３２ｂを走査でき、その表面形状を測定することができる。

次に、図３を参照して、水平スライドレール５１の端部と垂直スライド部４３との連結部分について説明する。図３に示すように、送りねじ棒４２は、垂直スライドレール４１の内側（ガラス基板ｇ側）に配置されている。また、垂直スライド部４３に水平スライドレール５１の端部を連結するために受け板部４６が設けられている。この受け板部４６は、一端部が垂直スライド部４３の側面に取り付けられ、他端部が水平スライドレール５１の端部下面に取り付けられ、さらに中央部が送りネジ棒４２の送りナット４７（送り部材）によって支持されている。

図４に示すように、受け板部４６は、上部受け板部４６ａと下部受け板部４６ｂとから構成され、上部受け板部４６ａの一端部は、垂直スライド部４３の側面に取り付けられ、他端部は、下部受け板部４６ｂに連結されている。また、下部受け板部４６ｂの一端部は、垂直スライド部４３の側面に取り付けられ、他端部は、水平スライドレール５１の端部下面に取り付けられている。
上部受け板部４６ａと下部受け板部４６ｂとの間には、フローティング機構６０が装着され、フローティング機構６０は、第１ベアリングガイド６１と第２ベアリングガイド６２とを上下に有して構成されている。

第１ベアリングガイド６１は、上部受け板部４６ａおよび下部受け板部４６ｂに対して、送りナット４７を図４に矢印Ｆで示す方向へ動き得るように支持し、第１ベアリングガイド６１の上方に配置された第２ベアリングガイド６２は、第１ベアリングガイド６１の動きと直交する方向（紙面の前後方向）に動き得るように送りナット４７を支持している。

すなわち、第２ベアリングガイド６２（図４参照）は、インナレース６２１とアウターレース６２２とから構成され、インナレース６２１が上部受け板部４６ａ側に固定され、アウターレース６２２が送りナット４７側に固定され、紙面の前後方向への動きが可能なように送りナット４７が受け板部４６に支持されている。なお、第１ベアリングガイド６１も同様の構成を有し、矢印Ｆで示す方向へ動き得るように支持されている。

従って、送りナット４７に加わる水平方向の動きをこの第１ベアリングガイド６１と第２ベアリングガイド６２とでフローティングしている。その結果、測定台３１が水平方向に移動する際に送りナット４７に加わる水平方向の衝撃力等は、フローティング機構６０によって直接作用しないようになるため、送りナット４７の作動に支障を生じることを抑制して送り動作が確実になる。さらに、送りナット４７は、水平駆動機構５０の重量および測定台３１の重量の垂直方向荷重のみが作用するように連結構成されているため、水平駆動機構５０の重量および測定台３１の重量によるモーメント荷重を効果的に支持することができ、垂直スライド部４３に直接的にモーメント荷重が加わることを防止することができる。

また、本実施形態の表面形状測定装置１では、重量バランス機構７０を備えている。この機構は、上部受け板部４６ａの上部に、固定具７１，７１が取り付けられ、それぞれにワイヤロープ７２、７２が装着されており、その先端は、図５に示すように、装置本体１ａの上部を通って後ろ側に延長されて、バランスウエイト７３が取り付けられている。

これは、前述した水平駆動機構５０の重量および測定台３１の重量に対して、重量バランスを取るためのものである。その作動原理は、一般的に利用されているものであり、図５に示すように、受け板部４６に加わる水平駆動機構５０の重量および測定台３１の重量の合計重量Ｗは、ワイヤロープ７２を介して装置本体１ａの後ろ側に吊り下げられたバランスウエイト７３によって重量バランスがとられている。当然に、このバランスウエイト７３の重量と水平駆動機構５０および測定台３１の重量の合計重量とは、ほぼ等しい関係になっている。

このように、バランスウエイト７３を設けることよって、水平駆動機構５０の重量および測定台３１の重量によるモーメント荷重が送りナット４７に加わって、送りねじ棒４２の作動に支障が生じることを抑制できるため、モーメント荷重による負荷の軽減が図れ、作動の安定性、測定精度の向上が図れる。

次に、図６および図７に示すように、エアスライド機構８０の垂直スライド部４３と垂直スライドレール４１との間に介在されるエアスライド機構８０について説明する。垂直スライド部４３は、垂直スライドレール４１を囲って左右から挟むように装着され、エアパッド８１が、垂直スライド部４３と垂直スライドレール４１との摺動部のうち垂直スライド部４３の左右部分における上下の４箇所に設けられている。

このエアパッド８１は、図７に示すように、多孔質材製（例えば、多孔質カーボン材等）よりなり、垂直スライドレール４３に向い合う面にエア噴出穴８２を有している。また、圧力エアａが供給されるようにエア供給口８３を備えている。さらに、エアパッド８１は、エアパッド８１と垂直スライドレール４１との間に微小隙間を有するように垂直スライド部４３に装着されている。

従って、垂直スライド部４３が摺動する際に、圧力エアａがエア供給口８３から４隅部分に位置するエアパッド８１へも供給されて、垂直スライドレール４１に垂直スライド部４３が支持されることとなるため、水平駆動機構５０の重量および測定台３１の重量によるモーメント荷重が加わっても、充分な剛性を保持でき垂直スライド部４１が傾斜するようなことを防止して、装置全体の作動性、測定時の精度に対して安定性を確保できる。

本実施形態によれば、装置構成を簡素化かつ低コスト化できると共に、測定操作を容易にかつ短時間で行なうことができる。また、変位センサ３２ａ及び３２ｂが、ガラス基板ｇの表裏両側でガラス基板ｇの方へ向けて測定台３１に装着されているので、ガラス基板ｇの表裏両面を同時に計測でき、計測時間を短縮することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

本発明の一実施形態に係る薄板の表面形状測定装置の全体正面図である。 図１のＡ矢視図である。 図１のＢ部分の拡大図である。 図３に示される受け板部の拡大図である。 前記実施形態に係る重量バランス機構の説明図である。 図３に示されるスライド部の正面拡大図である。 図６に示されるスライド部に装着されるエアスライド機構の説明図である。

符号の説明

１ 表面形状測定装置
１０ 基台
２０ 垂直保持機構
３０ 測定機構
３１ 測定台
３２ａ、３２ｂ 変位センサ
４０ 垂直駆動機構
４１ 垂直スライドレール（固定レール）
４２ 送りねじ棒
４３ 垂直スライド部
４５ 駆動装置
４７ 送りナット
５０ 水平駆動機構
５１ 水平スライドレール（スライド軸）
６０ フローティング機構
７０ 重量バランス機構
８０ エアスライド機構
８１ エアパッド
ｇ ガラス基板（薄板）

Claims (5)

1. 被測定物である薄板の表面形状を測定する装置において、
   基台上に薄板を垂直に保持する垂直保持機構と、
   薄板の左右両端外側に互いに平行に配置された一対の固定レールと、
   該一対の固定レール間に架設され薄板を挟み薄板の表裏両側で薄板表面に対して平行に配置された一対のスライド軸、及び該一対のスライド軸を該固定レールに沿って移動させる駆動装置と、
   変位センサが装着され該一対のスライド軸に沿って夫々移動可能に配置された一対の測定台、及び該一対の測定台を夫々該スライド軸に沿って移動させる駆動装置と、
   該一対のスライド軸の両端部に架設され該一対のスライド軸を連結すると共に、該スライド軸間の間隔を位置決めする連結部材と、からなり、
   該一対のスライド軸と該連結部材とによって略矩形形状とし、薄板の両面の形状を同時に測定可能に構成したことを特徴とする薄板の表面形状測定装置。
2. 前記一対の測定台の互いに向かい合う側に変位センサを取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の薄板の表面形状測定装置。
3. 前記スライド軸又は測定台の駆動装置がリニアモータであることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄板の表面形状測定装置。
4. 前記スライド軸又は測定台の駆動装置が、前記固定レール又はスライド軸の近傍に固定レール又はスライド軸に平行に並設された送りねじ棒と、スライド軸又は測定台に一体に取り付けられ、該送りねじ棒に係合し該送りねじ棒の回動で該送りねじ棒上を移動する送りナットと、該送りネジ棒を回動させる回動装置と、からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄板の表面形状測定装置。
5. 前記固定レールとスライド軸間又はスライド軸と測定台間に圧縮空気を供給するようにしたエア軸受構造を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の薄板の表面形状測定装置。

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