JP2011062760A - 位置決め装置 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑手段を用いずに、位置決めを安定的に行うことができる位置決め装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る位置決め装置２０は、一対の位置決めピン１８を形成された対象物を位置決めする。位置決め装置２０は、Ｖ字状溝３０を互いに対向する配置にそれぞれ備える一対のＶ字状溝構造２５と、平面３１を互いに対向する配置にそれぞれ備える一対の平面構造２６とを備える。一対のＶ字状溝構造２５は、Ｖ字状溝３０を構成する斜面のうち、少なくとも３つの斜面が位置決めピン１８と接触するように接近し、一対の平面構造２６は、少なくとも一方の平面３１が位置決めピン１８と接触するように接近する。
【選択図】図１

Description

本発明は、位置決め用突起が形成されている対象物を位置決めする位置決め装置に関する。

近年、半導体レーザー素子およびＬＥＤ（発光ダイオード：Light Emitting Diode）素子等の化合物半導体を製造するための装置として、ＭＯＣＶＤ装置が開発されている（例えば、引用文献１および２参照）。このようなＭＯＣＶＤ装置の一例について、以下に簡単に説明する。

図１０はＭＯＣＶＤ装置（製膜装置）を示す側面断面図である。図１０に示すように、ＭＯＣＶＤ装置１では、反応室２の内部において、モーター７によって回転する回転軸６が配置され、回転軸６の上端には回転台４が支持されている。また、回転台４の上面には複数の載置台５が設けられており、これらの載置台５は自転ギア８および固定ギア９などによってそれぞれ自転する様に構成されている。

図１２は回転台と載置台との関係を示す平面図である。図１２に示すように、載置台５の上には数枚（本例では８枚）の基板３が乗せられる。基板３の材料には、例えばＳｉ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、およびサファイアガラス等が挙げられ、生産する素子の種類により適切なものが使用される。載置台５上に載せられた基板３は、回転台４の回転と載置台５の自転とによって自転および公転をする。基板３が自転と公転する仕組みによって、結晶成長層の均一性は向上する。

回転台４の下方には基板３を加熱するヒーター１０が配置されており、回転台４の情報には反応室２の内部空間を隔てる略平行な隔壁１１が設けられている。

また、反応室２の上部には、ガス供給器１５に接続された配管１２のガス吹き出し口１３が配置されている。結晶膜の原料である原料ガス１４は、ガス吹き出し口１３を介して、回転台４の回転軸上から回転台４表面に沿って放射状に供給され、載置台５上に載せられた基板３上を通過する。この結果、基板３上近傍で所望の化学反応が行われ、基板３上に所望の成膜処理が実行される。基板３上を通過した後の原料ガス１４は、回転台４の外周に設けられた排気経路１６より排気される。

ここで、回転台４上における複数の載置台５の間には、成膜処理中に生成物が回転台４に付着することを防止し、かつ基板表面と高さを揃えて基板３上部を通過する原料ガス１４の流れを乱さないようするために、複数枚（本例では８枚）の回転台カバー１７が配置されている。回転台カバー１７の概略形状を図１３に示す。

回転台カバー１７は石英製の板であって、回転台カバー１７の下面に突設される一対の位置決めピン１８が、回転台４上面に設けられた穴（図示しない）とが勘合することによって、回転台４に位置がずれないように固定される。

上述したようなＭＯＣＶＤ装置では、当然、成膜処理を行うに先立ち、装置内部に基板をセットしなくてはならない。また、成膜処理後には、基板だけではなく回転台カバーの表面に対しても成膜処理による生成物が付着するため、回転台カバーの交換が必須の作業になる。特に回転台カバーの交換では、上述のように位置決め用のピンを回転台上面の穴に勘合させる必要があるため、回転台カバーを正確に位置決めしなければならない。

これらの作業は通常、人手で行われているが、基板や回転台カバーはサファイアや石英等の破損しやすい材料でできており、作業者には高度な熟練が要求され、また慎重に作業をしなければならないことから作業にも時間がかかってしまう。このため、これらの作業を自動化することが長く望まれている。

そこで、上述の作業を自動化するためには、ＭＯＣＶＤ装置の反応室近傍に位置決め装置を配置することが必要であると考えられる。

引用文献３には、基板に突設された円筒状の一対の位置決めピンを用いて、当該基板を位置決めする位置決め装置が開示されている。引用文献３に開示された位置決め装置では、基板に突設された一対の位置決めピンの各々を、押圧片によって、Ｖ溝基準片と平型基準片とに対してそれぞれ押圧することによって、基板が位置決めされている。

特開２００２−１７５９９２号広報（２００２年６月２１日公開） 特表２００４−５１３２４３号広報（２００４年４月３０日公開） 実新昭６１−１3１２４５号広報（１９８６年８月１６日公開）

本発明者らは、引用文献３のように、Ｖ溝と平面との間に位置決めピンを位置決めする装置において、位置決めを首尾よく行うために必要となる摩擦係数について検討した。この検討結果について、図１４を用いて説明する。

図１４において、位置決めピン１０３は、Ｖ字状溝１０１と平面部１０２と間に把持されて位置決めされる。位置決めピン１０３と平面部１０２との接点にかかる力をＦ_１とし、その摩擦力をμＦ_１とする。位置決めピン１０３とＶ字状溝１０１との接点にかかる力をＦ_２とし、その摩擦力をμＦ_２とする。また、Ｖ字状溝１０１の斜面と、Ｖ字状溝１０１の押圧方向に直角な方向との角度をθとする。

図１４において、Ｘ方向のつりあいは以下の式（１）によって表され、Ｙ方向のつりあいは以下の式（２）によって表される。

Ｆ_１＝μＦ_２ｓｉｎθ＋Ｆ_２ｃｏｓθ ・・・式（１）
Ｆ_２ｓｉｎθ＝μＦ_１＋μＦ_２ｃｏｓθ ・・・式（２）
したがって、図１４に示す姿勢のまま、位置決めピンの位置が維持されるために必要な摩擦係数（μ）は、以下の式（３）にて表される。

μ＝（√（ｃｏｓ^２θ＋ｓｉｎ^２θ）−ｃｏｓθ）／ｓｉｎθ ・・・式（３）
本発明者らは、図１４において位置決めを可能にするためには、Ｖ字状溝１０１と位置決めピン１０３との摩擦係数が、上記の式（３）で示される限界摩擦係数μ以下である必要があると考えた。

例えばＶ字状溝１０１が金属から形成され、位置決めピン１０３が石英から形成されると仮定する。また、角度θが４５degであると仮定する。このとき、上記式（３）によれば、位置決め可能な限界摩擦係数μは０．４１４以下である。

ところが、一般に乾燥した金属と石英との摩擦係数は０．４〜０．６程度ある。このため、引用文献３の位置決め装置を用いる場合、上記の仮定条件の下では高確率で位置決めを失敗してしまう。

通常の装置であれば、Ｖ溝基準片や位置決めピンに潤滑油等を塗布したり、Ｖ溝基準片にＰＴＦＥ等の潤滑性樹脂を使用したりすることによって摩擦係数を下げるという対応が考えられる。しかし、異物の進入を極度に嫌う成膜装置においては潤滑油等の使用は認められない。また、成膜後の成膜装置内における各部品の温度は数百度になる場合もあり、このため潤滑油や潤滑性油脂等を使用することはできない。

また二硫化モリブデンおよびグラファイト等の固体潤滑剤の使用によっても装置内部は汚染されるため、これらの使用は困難である。

仮に潤滑油や固体潤滑材等の潤滑手段を用いることができたとしても、これらの潤滑手段は徐々にその潤滑状態が劣化する。このため。安定的な位置決め動作のためには定期的に潤滑材を補充するなどのメンテナンスが必要となり、手間およびコストがかかってしまう。

なお、位置決め可能限界摩擦係数μの値を大きくするために、Ｖ字状溝１０１の斜面と、Ｖ字状溝１０１の押圧方向に直角な方向との角度θを４５deg以上に広げることも考えられる。しかしながら、この場合には、Ｖ字状溝１０１の開き角が小さくなるため、位置決めできる位置誤差範囲が狭くなる、および位置決めピン１０３がＶ字状溝１０１に挟まってしまい抜けなくなる等の不具合が発生してしまう。

したがって、引用文献３のように、Ｖ溝と平面との間に位置決めピンを位置決めする装置では、位置決め、特に成膜装置の部品の位置決めを安定的に行うことができない。

また、引用文献３のような位置決め装置を用いる場合、その他の潤滑手段を取ることが困難である環境（高温環境および真空環境）においても、位置決めを行うことができない。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、位置決め装置の位置決め用部材と、位置決め対象物の位置決め用突起との摩擦係数が高い場合であっても、潤滑手段を用いずに、位置決めを安定的に行うことのできる位置決め装置を提供することにある。

本発明に係る位置決め装置は、上記の問題を解決するために、一対の突起が円柱状に形成された対象物を位置決めする位置決め装置であって、
Ｖ字状溝を互いに対向する配置にそれぞれ備え、かつ、上記Ｖ字状溝同士の間に上記一対の突起のうちの一方の突起を受ける、接近離反可能な一対のＶ字状溝構造と、
平面部を互いに対向する配置にそれぞれ備え、かつ、上記平面部同士の間に上記一対の突起のうちの他方の突起を受ける、接近離反可能な一対の平面構造とを備え、
上記一対のＶ字状溝構造および上記一対の平面構造の各々は、上記一対の突起の各々を位置決めする各任意の位置において互いに近接することを特徴としている。

本発明に係る位置決め装置は、一対のＶ字状溝構造および一対の平面構造によって、一対の突起を有する対象物を位置決めする。

上記構成では、一対のＶ字状溝構造は、接近および離反することが可能であり、一対のＶ字状溝構造が接近すると、一方の突起を位置決めする任意の位置において互いに近接する。この際、一対のＶ字状溝構造におけるＶ字状溝を構成する斜面のうち、少なくとも３つの斜面が一方の突起と接触する。これによって、一方の突起がＶ字状溝同士の間に位置決めされる。

一方、一対の平面構造は、接近および離反することが可能であり、一対の平面構造が接近すると、一方の突起を位置決めする任意の位置において互いに近接する。この際、一対の平面構造における少なくとも１つの平面部が他方の突起の他方と接触する。これによって、他方の突起が平面部同士の間に位置決めされる。

すなわち、本発明に係る位置決め装置では、一対のＶ字状溝構造が対象物の位置を決め、一対の平面構造が対象物の姿勢を決めることによって、位置決めが行なわれる。

また、上記構成において、Ｖ字状溝構造が一方の突起を位置決めする際、位置決めピン１０３と平面部１０２との接点にかかる力をＦ_１とし、その摩擦力をμＦ_１とする。位置決めピン１０３とＶ字状溝１０１との接点にかかる力をＦ_２とし、その摩擦力をμＦ_２とする。また、Ｖ字状溝を構成する斜面と、Ｖ字状溝構造の接近方向に直角な方向との角度をθとする。

このとき、Ｖ字状溝構造の接近方向に直角な方向における力のつりあいは、以下の式（４）により表され、Ｖ字状溝構造の接近方向における力のつりあいは、以下の式（５）により表される。

Ｆ_１ｓｉｎθ＋Ｆ_２ｓｉｎθ＝μＦ_１ｃｏｓθ＋μＦ_２ｃｏｓθ ・・・式（４）
Ｆ_１ｃｏｓθ＋μＦ_１ｓｉｎθ＝Ｆ_２ｃｏｓθ＋μＦ_２ｓｉｎθ ・・・式（５）
したがって、上記構成において、位置決めピンの位置が維持されるために必要な摩擦係数（μ）は、以下の式（６）にて表される。Ｖ字状溝構造が一方の突起を位置決めするためには、Ｖ字状溝構造と一方の突起との摩擦係数が、以下の式（６）で示される限界摩擦係数（μ）以下であればよい。

μ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ・・・式（６）
上記式（６）によれば、仮に角度θが４５°である場合、限界摩擦係数μは１となる。よって、この場合、Ｖ字状溝構造と一方の突起との摩擦係数が１以下であれば、位置決めが安定的に行なわれる。

上記構成において定められる限界摩擦係数μは、上述した従来の位置決め装置における限界摩擦係数と比べて、飛躍的に高くなる。したがって、本発明に係る位置決め装置によれば、位置決め装置の位置決め用部材と、位置決め対象物の位置決め用突起との摩擦係数が高い場合であっても、潤滑手段を用いずに、位置決めを安定的に行うことができる。

また、本発明に係る位置決め装置において、上記一対のＶ字状溝構造の少なくとも一方と、上記一対の平面構造の少なくとも一方とは、一体的に構成されていてもよい。

上記構成によれば、上記一対のＶ字状溝構造および上記一対の平面構造をそれぞれ接近させるための駆動系を簡略化することができる。

さらに、本発明に係る位置決め装置において、上記一対のＶ字状溝構造および上記一対の平面構造の各々が、上記任意の位置において互いに近接したとき、
互いに対向する上記平面部同士の間の距離は、一方のＶ字状溝構造におけるＶ字状溝を構成する斜面と、当該斜面と対向する、他方のＶ字状溝構造におけるＶ字状溝を構成する斜面との間によって決定される２つの距離のうち、少なくとも１つの距離よりも長いことが好ましい。

仮に一対のＶ字状溝構造が一方の突起を位置決めする前に、一方の平面構造が他方の把持してしまうといった事態が発生すると、その摩擦力によって、対象物はＶ字状溝構造による位置決めの前に拘束されてしまう。

上記構成によれば、一対のＶ字状溝構造におけるＶ字状溝を構成する斜面のうち、少なくとも３つの斜面が一方の突起と接触した場合であっても、一方の平面構造における平面部同士の間に他方の突起が把持されてしまうことはない。すなわち、一対のＶ字状溝構造が接近を始めてから、上記少なくとも３つの斜面が一方の突起と接触するまでの間、一対の平面構造における少なくとも一方の平面部は、他方の突起との間に隙間を有する。よって、上記のような事態は発生しないため、一対のＶ字状溝構造による位置決め動作は阻害されることなく、対象物の位置決めは安定的に行なわれる。

また、本発明に係る位置決め装置において、上記一対のＶ字状溝構造の少なくとも一方および上記一対の平面構造の少なくとも一方が、互いに独立して構成されていてもよい。

上記構成によれば、一対のＶ字状溝構造と一対の平面構造はそれぞれ独立して接近することができるため、好ましい順序で接近させることが容易になる。

さらに、本発明に係る位置決め装置において、上記一対のＶ字状溝構造が上記任意の位置において互いに近接した後に、上記一対の平面構造が上記任意の位置決め位置において互いに近接することが好ましい。

上記構成によれば、一対の平面構造における各々の平面部は、一対のＶ字状溝構造による位置決め動作を阻害せず、かつ、間に隙間を有さず他方の突起と接触することができるため、一対の平面構造による位置決め誤差は低減される。

また、本発明に係る位置決め装置において、上記一対の突起は石英から構成されており、上記Ｖ字状構造における少なくとも上記突起との接触部分は金属またはセラミックから構成されていることが好ましい。

上記構成によれば、位置決めのための摩擦係数を満足し、かつ耐摩耗性および耐熱性の面において優れた位置決め装置を実現することができる。

本発明に係る位置決め装置によれば、Ｖ字状溝を互いに対向する配置にそれぞれ備え、かつ、上記Ｖ字状溝同士の間に上記一対の突起のうちの一方の突起を受ける、接近離反可能な一対のＶ字状溝構造と、平面部を互いに対向する配置にそれぞれ備え、かつ、上記平面部同士の間に上記一対の突起のうちの他方の突起を受ける、接近離反可能な一対の平面構造とを備えるので、何ら潤滑手段を用いずに、位置決めを安定的に行うことができる。

実施の形態１に係る位置決め装置を示す斜視図である。 実施の形態１に係る位置決め装置における位置決め前の状態を示す上面図である。 実施の形態１に係る位置決め装置における位置決め後の状態を示す上面図である。 一対のブロックにおける寸法を説明するための図である。 一対のＶ字状溝構造の間に位置決めピンを位置決めする際の限界摩擦係数を説明するための図である。 本発明の実施の形態２に係る位置決め装置を示す斜視図である。 実施の形態２に係る位置決め装置における位置決め前の状態を示す上面図である。 実施の形態２に係る位置決め装置における位置決め途中の状態を示す上面図である。 実施の形態２に係る位置決め装置における位置決め後の状態を示す上面図である。 製膜装置の一例を示す側面断面図である。 製膜装置、位置決め装置、および搬送装置の配置関係について示す図である。 回転台と載置台との関係を示す平面図である。 回転台カバーを示す斜視図である。 Ｖ溝と平面との間に位置決めピンを位置決めする際の限界摩擦係数を説明するための図である。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態についてについて説明する。

なお、以下の実施形態は、本発明に係る技術を具体化するために例示するものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。また、本発明に係る技術内容は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。例えば、各実施形態で具体的に説明している部材の組み合わせおよび寸法は、例示されたものに限られず、特に支障が生じなければ、異なる組み合わせおよび寸法であってもよい。

〔実施形態１〕
第１の実施形態に係る位置決め装置２０について以下に説明する。

以下の説明では、位置決め装置２０が位置決めする対象物として回転台カバーを用いて説明するが、本発明はこれに限られず、一対の位置決めピンを設けられた部材を位置決めするための装置に適宜適用できる。

また、位置決め装置２０は、限定するわけではないが、図１１に示すように、回転台カバーを成膜装置（ＭＯＣＶＤ装置等）５０の近傍に配置され、また、搬送装置４０によって搬送された回転台カバーを位置決めする装置とする。

位置決め装置２０によって位置決めされた回転カバーは、位置決めされた姿勢のまま、搬送装置４０の搬送ハンド４２に保持され、搬送アーム４１によって移動されて、成膜装置５０の反応室内に搬送される。搬送された回転カバーは、さらに搬送装置４０によって、成膜装置５０の回転台上面に設けられた穴に位置決めピンを勘合される。

図１は、位置決め装置２０を概略的に示す斜視図である。図１に示すように、位置決め装置２０は、構成部品を載せるベース板２１、一対のブロック２２、ガイド機構２３、駆動部２４、および回転台カバー支持部２７を備えている。

位置決め装置２０が位置決めする回転台カバー１７は、石英製の厚さ２ｍｍの板状部材であって、直径３ｍｍ、長さ６ｍｍである２本の位置決めピン（突起）１８が、１００ｍｍの間隔をあけて下面に突設されている。位置決めの際、回転台カバー１７は、図１中の矢印に示すように、一対の位置決めピン１８が一対のブロック２２の間に挿入されるように配置され、回転台カバー支持部２７によって支持される。

なお、位置決めピン１８の形状は、図１に示すように円柱であればよい。

一対のブロック２２は、駆動部２４によって駆動されることによって、ガイド機構２３に沿って互いに接近または離反するように移動する。なお、以下の説明においては、図１に示すように、一対のブロック２２が互いに接近または離反する移動方向をＸ軸方向とし、ベース板２１の平面上においてＸ軸方向に対して垂直である方向をＹ軸方向とする。

また、一対のブロック２２は、Ｖ字状溝３０が互いに開口側を対峙するように配置された一対のＶ字状溝構造２５と、平面（平面部）３１が互いに平行に対峙するように一対の配置された平面構造２６とを備えている。一対のＶ字状溝構造２５における一対のＶ状溝間、および一対の平面構造２６における一対の平面３１の間には、位置決めピン１８が１本ずつ配置されるように構成されている。

一対のＶ字状溝構造２５および一対の平面構造２６は、一対の位置決めピン１８の各々を位置決めする任意の位置において、互いに近接（最接近）する。任意の位置は、位置決めピン１８の大きさ等に基づいて適宜設定されればよい。

一対のＶ字状溝構造２５は、一対のブロック２２が互いに最も接近したときに、位置決めピン１８を把持するように構成されている。一対のＶ字状溝構造２５におけるＶ字状溝３０を形成する斜面は角度（開き角）を形成している。この角度が広すぎる場合には、斜面と位置決めピン１８との摩擦係数がある程度以上に低くないと位置決めが困難になってしまい、一方、狭すぎる場合には、Ｖ字状溝３０に位置決めピン１８が挟まって抜けなくなってしまう恐れがある。このため、本実施形態では、一対のＶ字状溝構造２５におけるＶ字状溝３０の開き角を９０°としている。

一対の平面構造２６は、一対のブロック２２が互いに最も接近したときに、位置決めピン１８を把持しないように構成されている。すなわち、一対のブロック２２が互いに最も接近したときであっても、一対の平面構造２６における少なくとも一方の平面３１は位置決めピン１８との間に隙間を有するように構成されている。

一対のブロック２２の材料としては、耐熱製、耐摩耗性、およびコストを考慮して、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を用いている。ただし、本発明はこれに限られるものではなく、耐熱製および耐摩耗性のみを考慮すれば、セラミックを用いることが好ましい。

なお、一対のブロック２２の全てがＳＵＳ３０４またはセラミックから構成されることに限られず、一対のＶ字状溝構造２５における少なくとも位置決めピン１８との接触部分が金属またはセラミックから構成されていることが好ましい。

ガイド機構２３は、一対のブロック２２をＸ軸方向に沿って円滑に移動させるためのガイドであれば特に限定されない。例えば、本実施形態では、ガイド機構２３はベース板２１上に設けられたレール状の構造であり、一対のブロック２２はガイド機構２３に勘合して移動する。

駆動部２４は、一対のブロック２２が互いに接近または離反するように、各ブロック２２を駆動する。駆動方法としては従来方法を用いればよく、特に限定されるものではない。

回転台カバー支持部２７は、位置決めの際、回転台カバー１７を下方から支持するものであれば特に限定されない。例えば、本実施形態では、回転台カバー支持部２７は、ベース板２１上に設けられた３個の円柱によって構成されている。また、位置決めの際、回転台カバー１７の下面がブロック２２の上面と接触しないように、回転台カバー支持部２７の高さはブロック２２の高さよりも高く設定されている。これによって、回転台カバー１７のうちの位置決めピン１８のみが、一対のブロック２２と接触する。

次に、位置決め装置２０の位置決め動作について図２および図３を参照して説明する。図２は、回転台カバー１７がセットされた位置決め装置２０における位置決め前の状態を示す上面図である。なお、図２では、説明のために回転台カバー１７の板状部分を省略している。

図２に示すように、まず回転台カバー１７は、一対のブロック２２が互いに離反した状態の位置決め装置２０にセットされる。セットは回転台カバー１７を回転台カバー支持台２７上に置くことで完了し、このときのセット位置は、一対のＶ字状溝構造２５の間および一対の平面構造２６の間に位置決めピン１８が１本ずつ配置される位置であればよい。図２では、説明のために、位置決めピン１８が位置決め後の位置からずれた状態を示している。

セット後、駆動部２４が一対のブロック２２を駆動し、一対のブロック２２は互いに近接するように移動する。この移動時、まず一対のＶ字状溝構造２５におけるＶ字溝を構成する４つの斜面のいずれかが、一対のＶ字状溝構造２５の間に配置された位置決めピン１８に接触する。あるいは、まず一対の平面構造２６における２つの平面３１のいずれかが、一対の平面構造２６の間に配置された位置決めピン１８に接触する。このように、ブロック２２におけるいずれかの面が、２本の位置決めピン１８のうちのいずれか一方に接触すると、この位置決めピン１８は接触したブロック２２の面に押されて移動し、続いて、他方の位置決めピン１８もブロック２２における他の面と接触する。

位置決めピン１８の接触相手が一対のＶ字状溝構造２５における４つの斜面のいずれかである場合、この位置決めピン１８は接触した斜面に押されて、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動する。一方、位置決めピン１８の接触相手が一対の平面構造２６における２つの平面３１のいずれかである場合、この位置決めピン１８は接触した平面３１に押されて、Ｘ軸方向にのみ移動する。

最終的には、一対のＶ字状溝構造２５は、位置決めピン１８をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させ、一対のＶ字状溝構造２５におけるＶ字溝を構成する４つの斜面のうち、少なくとも３つの斜面によって位置決めピン１８を把持する。これによって、一対のＶ字状溝構造２５は、位置決めピン１８を所定の位置に位置決めする。

これに対し、一対の平面構造２６は、いずれか一方の平面３１によって、位置決めピン１８をＸ軸方向にのみ移動し、位置決めピン１８を所定の位置に位置決めする。

すなわち、一対のＶ字状溝構造２５は、位置決めピン１８をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させて所定の位置に位置決めするのに対し、一対の平面構造２６は、一対のＶ字状溝構造２５が把持した位置決めピン１８を回転中心として、回転台カバー１７の回転方向を所定の方向に位置決めする。言い換えると、一対のＶ字状溝構造２５は回転台カバー１７の位置を決め、一対の平面構造２６は回転台カバー１７の姿勢を決める。

以上のようにして回転台カバー１７の位置決めが行なわれる。図３は、位置決め装置２０における位置決め後の状態を示す上面図である。

ここで仮に、一対のＶ字状溝構造２５が位置決めピン１８を把持するよりも先に、一対の平面構造２６が位置決めピン１８を把持してしまった場合、両方の位置決めピン１８は動けなくなってしまい、一対のＶ字状溝構造２５による位置決めが阻害されてしまう。

そこで、本実施形態では、一対の平面構造２６が、上述したように、位置決めピン１８を把持しないように構成されている。

具体的には、図４に示すように、一対のブロック２２が最接近したとき、互いに対向する平面３１同士の間の距離ａは、一対のＶ字状溝３０のうち、一方のＶ字状溝３０を構成する斜面と、当該斜面と対向する、他方のＶ字状溝３０を構成する斜面との間によって決定される距離ｂ１およびｂ２のうち、少なくとも一方の距離よりも長い。すなわち、一対のブロック２２が最接近したとき、一対のＶ字状溝３０を構成する４つの斜面に関して、互いに対向する斜面の間に決定される２つの距離のうち少なくとも１つの距離ｂ１またはｂ２が、位置決めピン１８の直径に相当する。これに対し、一対のブロック２２が最接近したとき、互いに対向する平面３１同士の間の距離ａは、位置決めピン１８の直径よりも長い。

よって、一対のブロック２２が最接近したとき、一対のＶ字状溝構造２５は位置決めピン１８を把持するが、一対の平面構造２６におけるいずれかの平面３１と位置決めピン１８との間には隙間が存在する。

このため、一対の平面構造２６が位置決めピン１８を把持することによって一対のＶ字状溝構造２５による位置決めが阻害される、というような事態は本実施形態では発生しない。したがって、本実施形態に係る位置決め装置２０は、位置決めピン１８を安定的に位置決めすることができる。

位置決めが完了した後には、再び駆動部２４によって一対のブロック２２を駆動して離反させることによって、位置決めピン１８を開放すればよい。回転台カバー１７は回転台カバー支持部２７によって支持されているため、一対のブロック２２が離反しても位置決めされた位置から移動することはない。

なお、図３では、説明のために平面３１と位置決めピン１８との間の隙間を強調して示しているが、実際には、一対の平面構造２６が位置決めピン１８を把持しない程度の隙間であれば十分である。

次に、一対のＶ字状溝構造２５と位置決めピン１８との摩擦係数について、図５を参照して説明する。図５は、Ｖ字状溝構造２５が位置決めピン１８を位置決めする様子を説明するための説明図である。なお、図５では、説明のために、一対のＶ字状溝構造２５のみを示しており、一対の平面構造２６等については省略している。

図５において、一対のＶ字状溝構造２５が位置決めピン１８を位置決めする際、位置決めピン１８と一方のＶ字状溝３０との接点にかかる力をＦ_１とし、その摩擦力をμＦ_１とする。位置決めピン１８と他の一方のＶ字状溝３０との接点にかかる力をＦ_２とし、その摩擦力をμＦ_２とする。また、一対のＶ字状溝構造２５におけるＶ字状溝３０を構成する斜面と、一対のＶ字状溝構造２５の接近方向に直角な方向との角度をθとする。

このとき、一対のＶ字状溝構造２５の接近方向に直角な方向における力のつりあいは、以下の式（７）により表され、Ｖ字状溝構造２５の接近方向における力のつりあいは、以下の式（８）により表される。

Ｆ_１ｓｉｎθ＋Ｆ_２ｓｉｎθ＝μＦ_１ｃｏｓθ＋μＦ_２ｃｏｓθ ・・・式（７）
Ｆ_１ｃｏｓθ＋μＦ_１ｓｉｎθ＝Ｆ_２ｃｏｓθ＋μＦ_２ｓｉｎθ ・・・式（８）
したがって、上記構成において、位置決めピン１８の位置が維持されるために必要な摩擦係数（μ）は、以下の式（９）にて表される。Ｖ字状溝構造が一方の突起を位置決めするためには、一対のＶ字状溝構造２５と位置決めピン１８との摩擦係数が、以下の式（９）で示される限界摩擦係数（μ）以下であればよい。

μ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ・・・式（９）
本実施形態では、一対のＶ字状溝構造２５におけるＶ字状溝３０の開き角は９０°である。このため、角度θは４５°となり、上記の式（９）によれば、位置決めのための限界摩擦係数μは１である。したがって、一対のＶ字状溝構造２５と位置決めピン１８との摩擦係数が１以下であれば、位置決めが十分可能である。

本実施形態では、一対のＶ字状溝構造２５とピン１８との摩擦係数は、ＳＵＳ３０４と石英との無潤滑時の摩擦係数であり、おおよそ０．４〜０．６である。よって、一対のＶ字状溝構造２５と位置決めピン１８との摩擦係数は、位置決めのための限界摩擦係数μの範囲に十分収まるものである。したがって、本実施形態に係る位置決め装置２０は、潤滑手段を用いずとも、位置決めピン１８を安定的に位置決めすることができる。

また、本実施形態における界摩擦係数μは従来と比べて大幅に向上しているため、仮に、位置決めピンと一対のＶ字状溝構造２５との摩擦係数が高い場合であっても、潤滑手段を用いずに位置決めを安定的に行うことができる。

また、一対のＶ字状溝構造２５におけるＶ字状溝３０の開き角は９０°に限定されるものではなく、これより大きくても小さくてもよい。

例えば、一対のＶ字状溝構造２５におけるＶ字状溝３０の開き角を大きくした場合、位置決め可能な位置範囲が広くなり、回転台カバー１７の載置位置に大きな誤差があったとしても位置決めできるという利点がある。ただし、位置決めのための限界摩擦係数μは小さくなる。そこで、前述したように、金属と石英との無潤滑時の摩擦係数はおおよそ０．４〜０．６であるから、一対のＶ字状溝構造２５におけるＶ字状溝３０の最大の開き角は、限界摩擦係数μが０．６となる１１８°とすることが好ましい。

一方、一対のＶ字状溝構造２５におけるＶ字状溝３０の開き角を小さくした場合、位置決めのための限界摩擦係数μが大きくなるという利点がある。ただし、位置決め可能な位置範囲が狭くなり、また、Ｖ字状溝３０内にピンが挟まってしまい抜けなくなってしまう恐れが高くなる。そこで、一対のＶ字状溝構造２５におけるＶ字状溝３０の最小の開き角は６０°程度であることが好ましい。

以上のことから、一対のＶ字状溝構造２５におけるＶ字状溝３０の開き角は６０°〜１１８°の範囲であることが好ましく、加工性や組立性等から最適な角度を選択すればよい。

なお、本実施形態では、一対のブロック２２のそれぞれに独立に駆動部２４を設けているが、本発明はこれに限られず、一対のブロック２２が駆動部２４を共用してもよいし、また一対のブロック２２の一方を固定として他方のみを可動する構成にしてもよい。

〔実施の形態２〕
本発明に係る他の実施形態について、図６から図９に基づいて説明すれば以下の通りである。尚、本形態では、上記実施の形態１との相違点について説明するため、説明の便宜上、実施の形態１で説明した部材と同一の機能を有する部材には同一の部材番号を付し、その説明を省略する場合がある。

図６は、本形態の位置決め装置２０ａの構成を概略的に示す斜視図である。位置決め装置２０ａは、上記実施の形態１と同様、ＭＯＣＶＤ装置の回転台カバー１７を位置決めする装置である。上記した実施形態１の一対のブロック２２に変えて、本形態では、図６に示すように、一対のＶ字状溝付きブロック２８および一対の平面ブロック２９を備えている。また、位置決め装置２０ａは、構成部品を載せるベース板２１、ガイド機構２３、駆動部２４、および回転台カバー支持部２７を備えている。

回転台カバー１７は、図６中の矢印に示すように、一対の位置決めピン１８が一対のＶ字状溝構造２５の間と一対の平面構造２６の間とにそれぞれ入るように配置され、回転台カバー支持部２７によって支持される。

一対のＶ字状溝付きブロック２８は、駆動部２４によって駆動されることによって、ガイド機構２３に沿って互いに接近または離反するように移動する。また、一対のＶ字状溝付きブロック２８は、Ｖ字状溝３０が互いに開口側を対峙するように配置された一対のＶ字状溝構造２５を備えている。

一対のＶ字状溝構造２５は、一対のＶ字状溝付きブロック２８が互いに最も接近したときに、位置決めピン１８を把持するように構成されている。一対のＶ字状溝構造２５におけるＶ字状溝３０を形成する斜面の開き角は、上記実施の形態１と同様、９０°としている。

一対の平面ブロック２９は、駆動部２４によって駆動されることによって、ガイド機構２３に沿って互いに接近または離反するように移動する。また、一対の平面ブロック２９は平面３１が互いに平行に対峙するように一対の配置された平面構造２６とを備えている。一対の平面構造２６は、上記実施の形態１と異なり、一対の平面ブロック２９が互いに最も接近したときに、位置決めピン１８を把持するように構成されている。

なお、本実施形態では、Ｖ字状溝付きブロック２８および平面ブロック２９の材料としては、耐熱製、耐摩耗性、およびコストを考慮して、ＳＵＳ３０４を用いている。ただし、本発明はこれに限られるものではなく、耐熱製および耐摩耗性のみを考慮すれば、セラミックを用いることが好ましい。

ガイド機構２３は、一対のＶ字状溝付きブロック２８および一対の平面ブロック２９の各々に対して設けられており、これらのブロックをＸ軸方向に沿って円滑に移動させるためのガイドであれば特に限定されない。

駆動部２４は、一対のＶ字状溝付きブロック２８および一対の平面ブロック２９の各々に対して設けられている。駆動部２４は、一対のＶ字状溝付きブロック２８を互いに接近または離反するように各Ｖ字状溝付きブロック２８を駆動し、また、一対の平面ブロック２９を互いに接近または離反するように各平面ブロック２９を駆動する。

回転台カバー支持部２７は、実施の形態１と同様、ベース板２１上に設けられた３個の円柱によって構成されている。回転台カバー支持部２７の高さは、位置決めの際、回転台カバー１７の下面がＶ字状溝付きブロック２８および平面ブロック２９の上面と接触しないように、Ｖ字状溝付きブロック２８および平面ブロック２９の高さよりも高く設定されている。これによって、回転台カバー１７のうちの位置決めピン１８のみが、Ｖ字状溝付きブロック２８および平面ブロック２９と接触する。

次に、位置決め装置２０ａの位置決め動作について図７から図９を参照して説明する。図７は、回転台カバー１７が位置決め装置２０にセットされた状態を示す上面図である。なお、図７では、説明のために回転台カバー１７の板状部分を省略している。

図７に示すように、まず回転台カバー１７は、一対のブロック２２が互いに離反した状態の位置決め装置２０ａにセットされる。セットは回転台カバー１７を回転台カバー支持台２７に置くことで完了し、このときのセット位置は、一対のＶ字状溝構造２５の間および一対の平面構造２６の間に位置決めピン１８が１本ずつ配置される位置であればよい。図７では、説明のために、位置決めピン１８が位置決め後の位置からずれた状態を示している。

セット後、駆動部２４が一対のＶ字状溝付きブロック２８を駆動し、一対のＶ字状溝付きブロック２８は互いに近接するように移動する。この移動時、まず一対のＶ字状溝構造２５におけるＶ字溝を構成する４つの斜面のいずれかが、一対のＶ字状溝構造２５の間に配置された位置決めピン１８に接触する。続いて、この位置決めピン１８は接触したＶ字状溝構造２５におけるＶ字状溝３０の斜面に押され、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動する。一対のＶ字状溝付きブロック２８がさらに接近すると、最終的には図８に示すように、一対のＶ字状溝構造２５におけるＶ字溝を構成する４つの斜面のうち、少なくとも３つの斜面によって位置決めピン１８を把持する。

次に、駆動部２４が一対の平面ブロック２９を駆動し、一対の平面ブロック２９は互いに近接するように移動する。この移動時、まず一対の平面構造２６における２つの平面３１のいずれかが、まだ把持されていない方の位置決めピン１８と接触する。次いで、この位置決めピン１８は接触した平面３１に押されて、先に一対のＶ字状溝構造２５が把持した位置決めピン１８を回転中心として回転移動する。一対の平面ブロック２９がさらに接近すると、最終的には図９に示すように、一対の平面構造２６における２つの平面３１が位置決めピン１８を把持する。

すなわち、本実施形態においても、一対のＶ字状溝構造２５はＸ軸方向およびＹ軸方向に位置決めピン１８を移動させて所定の位置に位置決めするのに対し、一対の平面構造２６は一対のＶ字状溝構造２５が把持した位置決めピン１８を回転中心として、回転台カバー１７の回転方向を所定の方向に位置決めする。言い換えると、一対のＶ字状溝構造２５は回転台カバー１７の位置を決め、一対の平面構造２６は回転台カバー１７の姿勢を決める。

以上のようにして回転台カバー１７の位置決めが完了する。位置決めが完了した後には、一対のＶ字状溝付きブロック２８および一対の平面ブロック２９をそれぞれ離反させ、位置決めピン１８を開放すればよい。

本実施形態では、実施の形態１と同様に、一対のＶ字状溝構造２５と一対の平面構造２６を用いて位置決めを行っているため、一対のＶ字状溝構造２５と位置決めピン１８との摩擦係数が従来と比較して大きい場合であっても、位置決めを安定的に行うことができる。よって、本実施形態に係る位置決め装置２０ａは、潤滑手段を用いずとも、位置決めピン１８を位置決めすることができる。

また、本実施形態では、一対のＶ字状溝構造２５が位置決めピン１８を把持したあとに、一対の平面構造２６が位置決めピン１８を把持する。このため、一対の平面構造２６が先に位置決めピン１８を把持することによって一対のＶ字状溝構造２５による位置決めが阻害される、というような事態は本実施形態においても発生しない。よって、本実施形態に係る位置決め装置２０ａは、位置決めピン１８を安定的に位置決めすることができる。

また、本実施形態では、一対の平面構造２６が間に隙間を有さずに位置決めピン１８を把持するため、位置決め誤差が少ない。

なお、Ｖ字状溝付きブロック２８と平面ブロック２９との移動順序は上述したものに限られない。例えば、先に一対の平面構造２６を位置決めピン１８に接近させ、その後に一対のＶ字状溝構造２５を位置決めピン１８を把持するような順序であってもよい。このとき、平面構造２６で位置決めピン１８を拘束しないように、一対の平面構造２６で位置決めピン１８を把持しなけいことが好ましい。

また、本実施形態ではＶ字状溝付きブロック２８および平面ブロック２９の各ブロックに対して駆動部２４をそれぞれに独立に設けているが、本発明はこれに限られない。例えば、Ｖ字状溝付きブロック２８同士もしくは平面ブロック２９同士で共用してもよい。また、一対のＶ字状溝付きブロック２８または一対の平面ブロック２９のいずれか一方を固定し、他方のみを可動にする構成であってもよい。

本発明に係る位置決め装置は、位置決め用突起が形成されている対象物を位置決めする装置として、特には、潤滑手段を用いることのできない成膜装置の部品を位置決めする装置として、好適に利用することができる。

１７ 回転台カバー
２０、２０ａ 位置決め装置
２２ ブロック
２５ Ｖ字状溝構造
２６ 平面構造
２８ Ｖ字状溝付きブロック
２９ 平面ブロック
３０ Ｖ字状溝
３１ 平面

Claims (6)

1. 一対の突起が円柱状に形成された対象物を位置決めする位置決め装置であって、
   Ｖ字状溝を互いに対向する配置にそれぞれ備え、かつ、上記Ｖ字状溝同士の間に上記一対の突起のうちの一方の突起を受ける、接近離反可能な一対のＶ字状溝構造と、
   平面部を互いに対向する配置にそれぞれ備え、かつ、上記平面部同士の間に上記一対の突起のうちの他方の突起を受ける、接近離反可能な一対の平面構造とを備え、
   上記一対のＶ字状溝構造および上記一対の平面構造の各々は、上記一対の突起の各々を位置決めする各任意の位置において互いに近接することを特徴とする位置決め装置。
2. 上記一対のＶ字状溝構造の少なくとも一方と、上記一対の平面構造の少なくとも一方とは、一体的に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
3. 上記一対のＶ字状溝構造が上記任意の位置において互いに近接したとき、
   互いに対向する上記平面部同士の間の距離は、一方のＶ字状溝構造におけるＶ字状溝を構成する斜面と、当該斜面と対向する、他方のＶ字状溝構造におけるＶ字状溝を構成する斜面との間によって決定される２つの距離のうち、少なくとも１つの距離よりも長いことを特徴とする請求項１または２に記載の位置決め装置。
4. 上記一対のＶ字状溝構造の少なくとも一方と、上記一対の平面構造の少なくとも一方とが、互いに独立して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
5. 上記一対のＶ字状溝構造が上記任意の位置において互いに近接した後に、上記一対の平面構造が上記任意の位置決め位置において互いに近接することを特徴とする請求項４に記載の位置決め装置。
6. 上記一対の突起は石英から構成されており、
   上記Ｖ字状溝構造における少なくとも上記突起との接触部分は金属またはセラミックから構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の位置決め装置。

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