JP2009290038A - Chuck opening/closing mechanism using magnetic force - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁石及び電磁石を用いて極めて簡単な機構により、ワーク、またはワークを搬送するキャリア等の位置決め及び固定を同時に行うチャック開閉機構に関する。 The present invention relates to a chuck opening / closing mechanism that simultaneously positions and fixes a work or a carrier that transports the work by a very simple mechanism using a magnet and an electromagnet.
従来、水晶振動子、ウェハー等のワークあるいはこれらワークを多数搬送するキャリア等を、加工装置の所定位置に位置決めし、固定する機構の動力源として、電動モーター、エアシリンダー等が使用されていた。 Conventionally, an electric motor, an air cylinder, or the like has been used as a power source for a mechanism for positioning and fixing a workpiece such as a crystal resonator or a wafer or a carrier for conveying a large number of these workpieces at a predetermined position of a processing apparatus.
例えば、図3(a)に示すように(特許文献1)、この種の基板チャッキング装置では、チャック14は、水平腕部16と、この水平腕部16から立上った垂直腕部17とからなる略L字形をしていて、この垂直腕部17の上端には、基板(ワーク)Wを保持する基板保持部15が設けられている。そして、チャック14は、基部(図示なし)から植設された2本のサポート部材18に設けられているガイド用透孔9に、その水平腕部16が水平方向にスライドできるように挿通されている。
For example, as shown in FIG. 3A (Patent Document 1), in this type of substrate chucking apparatus, the
さらに、チャック開閉ガイド部材10の上部には、上端部が中央寄りに、また下端部が外側寄りに位置するように、傾斜したガイド長孔11が形成され、このガイド長孔11にチャック14の水平腕部16の末端に穿設されたガイドピン12が滑動自在に係合されている。そして、このチャック開閉部材10の下端に、電動モーターやエアシリンダー等の駆動手段13が接続され、チャック開閉ガイド10を上下方向にスライドさせて、任意位置で停止させることができるようになっている。
Further, an inclined guide
したがって、電動モーターやエアシリンダー等の駆動手段13によってチャック開閉ガイド10を任意の位置で停止させることにより、任意のサイズの基板Wを基板保持部15で保持できるとともに、チャック14が左右方向にのみ移動するので、基板Wのチャック作業の際の基板Wの位置決めをスムースかつ容易に行なえるようになっている。
Accordingly, by stopping the chuck opening /
しかしながら、従来のこの種のチャッキング装置では、チャック開閉ガイド10の移動のための駆動手段13として、電動モーターやエアシリンダーを用いるので、それら駆動手段の取り付けスペース等を確保するために、チャック機構自体が構造上大きなものとなってしまうとともに、これらの駆動手段を真空チャンバー内に直接設置して使用できないと、する問題点があった。
However, in the conventional chucking device of this type, an electric motor or an air cylinder is used as the driving means 13 for moving the chuck opening /
また、ワーク等の位置決め及び固定を垂直方向及び水平方向の別々の方向に同時に行なおうとすると、高価な動力源(駆動手段)が2個必要となり、チャック機構が複雑化し、高価なものになってしまう、問題点もあった。
本発明が解決しようとする課題は、チャック機構自体の構造が大きく、かつ、複雑化する点と、チャックの駆動手段を真空チャンバー内に直接設置できない点である。 The problems to be solved by the present invention are that the structure of the chuck mechanism itself is large and complicated, and that the chuck driving means cannot be directly installed in the vacuum chamber.
前記課題を解決するため、本発明は、基台に鉛直に設けられたボールスプラインシャフトと、該ボールスプラインシャフトに螺合したボールスプライン部と、該ボールスプライン部に水平に設けられた一対の水平腕部と、該水平腕部にそれぞれ一対ずつ、かつ揺動自在に設けられた垂直腕部と、前記ボールスプラインシャフトの上端部に固定された位置決めステージと、該位置決めステージの下部分の両側に設けられた少なくとも一対の磁石と、該磁石に対向した位置の前記水平腕部に設けられた電磁石と、前記電磁石に対向した位置の前記垂直腕部に設けられた前記磁石と同じ極性の磁石と、前記垂直腕部に前記磁石に対向して設けられた前記磁石と異なる極性の磁石と、からなり、前記電磁石に通電する電流の流れる方向を切換えて前記水平腕部を昇降及び前記垂直腕部を前記水平腕部に設けた関節部を中心に揺動させて、前記垂直腕部を閉じてワークあるいはキャリアを位置決め及び固定することを特徴とする磁力を利用したチャック開閉機構に関する。 In order to solve the above problems, the present invention provides a ball spline shaft that is vertically provided on a base, a ball spline portion that is screwed to the ball spline shaft, and a pair of horizontal splines that are horizontally provided on the ball spline portion. A pair of arm portions, a pair of vertical arm portions that are swingably provided on the horizontal arm portion, a positioning stage fixed to the upper end portion of the ball spline shaft, and both sides of the lower portion of the positioning stage. At least a pair of provided magnets, an electromagnet provided in the horizontal arm portion at a position facing the magnet, and a magnet having the same polarity as the magnet provided in the vertical arm portion at a position facing the electromagnet A magnet having a polarity different from that of the magnet provided on the vertical arm portion so as to face the magnet, and switching a flow direction of a current flowing through the electromagnet. Magnetic force characterized by raising and lowering a flat arm part and swinging the vertical arm part around a joint part provided on the horizontal arm part to position and fix a workpiece or a carrier by closing the vertical arm part. The present invention relates to a utilized chuck opening / closing mechanism.
磁力を用いた簡単なチャック機構によりワークあるいはワークを搬送するキャリアを一つの動力源により、垂直方向及び水平方向から、真空雰囲気下においても、同時に所定位置に位置決めし固定することができる。 A workpiece or a carrier for transporting the workpiece can be simultaneously positioned and fixed at a predetermined position from a vertical direction and a horizontal direction in a vacuum atmosphere by a single power source by a simple chuck mechanism using magnetic force.
以下、本発明の磁力を利用したチャック開閉機構(以下、“チヤック開閉機構”という)の実施例について添付した図面に基づいて説明する。 Embodiments of a chuck opening / closing mechanism using magnetic force according to the present invention (hereinafter referred to as “chuck opening / closing mechanism”) will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1に示すように、本発明のチャック開閉機構は、ワーク(例えば、水晶振動子)あるいは複数のワークを収納して搬送するキャリアW(以下、“ワーク”という)を位置決め及び固定する平面視任意形状(例えば方形あるいは円形)の位置決めステージ1と、この位置決めステージ1の左右端に回転自在にブラケットにより取り付けられているローラー1aとからなり、後述する垂直腕部がその閉鎖時に、まず、このローラー1aに当接して、直接ワークWに垂直腕部2が当ってワークにダメージを与えるのが防止される。
As shown in FIG. 1, the chuck opening / closing mechanism of the present invention is a plan view for positioning and fixing a work (for example, a crystal resonator) or a carrier W (hereinafter referred to as “work”) that houses and conveys a plurality of works. It comprises a
さらに、位置決めステージ1に直立して取り付けられ、かつ基台8に支持・固着されたボールネジシャフト5と、このボールネジシャフト5のネジ部に螺合して回転・昇降するボールスプライン部4と、このボールスプライン部4の上面に支承され、ボールスプライン部4と一緒に昇降し、かつ、図1(b)に示すように、平面視十字状に配設された、例えば4個(二対)の水平腕部3と、この水平腕部3に関節部3aを介して水平方向に所定範囲で揺動自在とした二対の垂直腕部2とからなる。
Furthermore, a
各垂直腕部2の先端には、ワークWをその上面から把持して位置決めステージ1に固定するチャック爪2aが取り付けられている。そして、水平腕部3の所定位置には、例えば4個の電極石6dが、また、二対の垂直腕部2の所定位置には、それぞれS極、N極の磁石6a,6bが対向して取り付けられている。さらに、位置決めステージ1の所定位置(内蔵してある)には、二対の垂直腕部2に取り付けられたN極の磁石6cが、電磁石6dに対向して設けられている。
A
なお、垂直腕部2の開閉角度は、垂直腕部2に設けた調節ネジの出入りを調整して、位置決めステージ1の側面との当接具合を調節する。
Note that the opening / closing angle of the
ここで、電磁石6dから発生する磁力の強弱は、これにケーブル7a,7bを介して通電する電流の量を調整することにより制御し、また、磁石(永久磁石)6a〜6cの磁力の強弱は、それらの対向距離を取付けボルト等の位置を調節して、調整することにより、制御するようになっている。
Here, the strength of the magnetic force generated from the
次に、本発明のチャック開閉機構の操作方法について説明する。 Next, an operation method of the chuck opening / closing mechanism of the present invention will be described.
本発明のチャック機構を、例えば、真空チャンバー内に配置し、真空チャンバー内を真空状態に維持し、まず、図1(a)に示すように、例えば、4個の電磁石6dに所定方向に電流を流して、それらの極性をS極とする。これにより、位置決めステージ1に装着されているN極磁石6cと水平腕部3に装着されている電磁石6dとが引き合い、電磁石6dの上面がN極磁石6cの下面に接触するまで、ボールスプライン部4の上面とボールベアリングを介して接続されているので、水平腕部3の下面は回転・上昇するボールスプライン部4とともに上昇して、上下方向(Z軸方向)のチャック爪2aによる固定が解除される。
The chuck mechanism of the present invention is disposed in, for example, a vacuum chamber, and the vacuum chamber is maintained in a vacuum state. First, as shown in FIG. 1A, for example, four
また、同時に、縦横方向(X−Y軸方向)は、垂直腕部2に装着されたN極磁石6bと位置決めステージ1の下部に装着されたN極磁石6cとが互に反発して垂直腕部2が開放方向に関節部3aを中心に揺動して、縦横方向(X−Y軸方向)の位置決めが解除されて、チャック開閉機構は、開放状態となる。
At the same time, in the vertical and horizontal directions (XY axis directions), the N-
この開放状態で、すでに加工・検査等が完了したワークWを位置決めステージ1から取り出し、新たに位置決め、加工するワークWを位置決めステージ1の上面に上方から搬送ロボット等のアームにより搬送して載置する。
In this open state, the workpiece W that has already been processed and inspected is taken out from the
次に、図2(a)に示すように、電磁石6dに、切換スイッチにより先の通電方向と逆方向に電流を流して、これら電磁石6dの極性をS極からN極に変更する。この極性の変更によって、位置決めステージ1の下部に装着されているN極磁石6cとN極に変更された電磁石6dとが互に反発して二対の水平腕部3が降下して二対の垂直腕部2の先端に設けられたチャッキング用爪2aがワークWに接触して上下方向(Z軸方向)の位置決めステージ1への固定が行われる。同時に、位置決めステージ1に装着されたN極磁石6cと垂直腕部2に装着されたS極磁石6bとが引き合い、二対の垂直腕部2が関節部5aを中心として内側へ揺動して閉じワークWの端面に接触して縦横方向(X−Y軸方向)の位置決め・把持が実施される。
Next, as shown in FIG. 2A, a current is passed through the
このように構成された本発明の磁力を利用したチャック開閉機構によれば、動力源として電磁石及び磁石を使用するので、1つの動力源により垂直方向(Z軸方向)及び水平方向(X−Y軸方向)の位置決めと固定(いわゆるチャッキング)を同時に行うができるようになる。 According to the chuck opening / closing mechanism using the magnetic force of the present invention configured as described above, an electromagnet and a magnet are used as a power source. Therefore, the vertical direction (Z-axis direction) and the horizontal direction (XY) are used by one power source. Axial positioning and fixing (so-called chucking) can be performed simultaneously.
ここで、チャッキングするワークWとしては、方形のものの外に円形のもの(例えば半導体ウエハ)を位置決めし、固定できるが、この場合には、チャッキング用爪2aの内側を円弧状にする。また、ワークWの把持をチャッキング用爪2aによらずに、直接、垂直腕部2の上端部内側で把持してもよい。
Here, as the work W to be chucked, a circular object (for example, a semiconductor wafer) can be positioned and fixed in addition to a rectangular object, but in this case, the inside of the
また、本発明のチャック開閉機構では、電動モーター、エアシリンダー等を動力源として使用していないため、電磁石・磁石からなる動力源を直接、真空チャンバー等の真空雰囲気下に配置して使用できる。 In addition, since the chuck opening / closing mechanism of the present invention does not use an electric motor, an air cylinder, or the like as a power source, a power source composed of an electromagnet / magnet can be directly disposed in a vacuum atmosphere such as a vacuum chamber.
さらに、磁力を加減することにより、機械的なチャック開閉機構と比べて、ワーク、キャリア等を適当な圧力で固定できるため、それらの破損を防止できる。この結果、チャッキング機構を用いた生産設備の小型化・省スペース化がさらに促進される。 Furthermore, by adjusting the magnetic force, the workpiece, carrier and the like can be fixed with an appropriate pressure as compared with a mechanical chuck opening / closing mechanism, and therefore, breakage thereof can be prevented. As a result, the production equipment using the chucking mechanism can be further reduced in size and space.
とくに本発明のチャック開閉機構では、同一寸法・形状のワークを把持し、ワークの製品公差を許容して把持できるので、ワークにダメージを与えることがない。 In particular, in the chuck opening / closing mechanism of the present invention, a workpiece having the same size and shape can be gripped and the workpiece tolerance can be allowed, so that the workpiece is not damaged.
本発明の磁力を利用したチャック開閉機構は、水晶振動子、半導体ウェハー、ガラス基板等所定の位置に位置決め及び固定が不可欠な物品及びそれら物品のキャリアのチャッキングに広範囲に利用可能である。 The chuck opening / closing mechanism using the magnetic force of the present invention can be widely used for the chucking of articles such as crystal oscillators, semiconductor wafers, glass substrates and the like that need to be positioned and fixed at predetermined positions and carriers of these articles.
1 位置決めステージ
2 垂直腕部
2a チャッキング用爪
3 水平腕部
4 ボールスプライン部
5 ボールネジシャフト
6 磁石(電磁石)
7 ケーブル
8 基台
W ワーク、ワーク用キャリア
DESCRIPTION OF
7
Claims (7)
該ボールスプラインシャフト5に螺合したボールスプライン部4と、
該ボールスプライン部4に水平に設けられた一対の水平腕部3と、
該水平腕部3にそれぞれ一対ずつ、かつ揺動自在に設けられた垂直腕部2と、
前記ボールスプラインシャフト5の上端部に固定された位置決めステージ1と、
該位置決めステージ1の下部分の両側に設けられた少なくとも一対の磁石6cと、
該磁石6cに対向した位置の前記水平腕部3に設けられた電磁石6dと、
前記電磁石6dに対向した位置の前記垂直腕部2に設けられた前記磁石6cと同じ極性の磁石6bと、
前記垂直腕部2に前記磁石6bに対向して設けられた前記磁石6bと異なる極性の磁石6aと、
からなり、
前記電磁石6dに通電する電流の流れる方向を切換えて前記水平腕部3を昇降及び前記垂直腕部2を前記水平腕部3に設けた関節部3aを中心に揺動させてワークあるいはキャリアWを前記位置決めステージ1の上面に位置決め及び固定することを特徴とする磁力を利用したチャック開閉機構。 A ball spline shaft 5 provided vertically on the base 8;
A ball spline portion 4 screwed into the ball spline shaft 5;
A pair of horizontal arm portions 3 provided horizontally on the ball spline portion 4;
A pair of vertical arms 2 swingably provided on the horizontal arm 3;
A positioning stage 1 fixed to the upper end of the ball spline shaft 5;
At least a pair of magnets 6c provided on both sides of the lower portion of the positioning stage 1,
An electromagnet 6d provided on the horizontal arm 3 at a position facing the magnet 6c;
A magnet 6b having the same polarity as the magnet 6c provided in the vertical arm 2 at a position facing the electromagnet 6d;
A magnet 6a having a polarity different from that of the magnet 6b provided on the vertical arm 2 so as to face the magnet 6b;
Consists of
The horizontal arm 3 is moved up and down and the vertical arm 2 is swung around the joint 3a provided on the horizontal arm 3 by switching the flow direction of the current flowing through the electromagnet 6d. A chuck opening / closing mechanism using magnetic force, characterized by positioning and fixing to the upper surface of the positioning stage 1.
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