JP2013129432A - 基板保持用枠体と基板保持用枠体の搬送装置、および基板保持用枠体の吸着方法、吸着解除方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板保持用枠体は、大型ガラス基板を載置し、複数枚を積層して搬送あるいは保管に用いられ、搬送時の衝撃や振動に対しての強度が求められると同時に発塵による基板への異物付着や傷による製品の品質不良の発生を防止することが求められる。
本願発明は、２メートル角程度の大サイズ基板を安全に保管・輸送できる基板保持用枠体とその搬送装置等を提供する。
【解決手段】
本発明の基板保持用枠体は、少なくとも対向する２辺の金属枠部のそれぞれの上面に、該基板保持用枠体を懸垂するための吸着部を有し、該各吸着部は、該金属枠部の中空内部に通じ、加圧エアーを放出する小孔をその中心に有することを特徴とする。本発明の基板保持用枠体の搬送装置は、前記小孔を塞ぐ封じパッドと吸着パッドを有し、該封じパッドと吸着パッドの制御により、基板保持用枠体の吸着と吸着解除を行うことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、剛性であり撓み性を有する矩形状（四角形状）の基板を、同じく矩形状の基板保持用枠体の内周に設けた基板支持板に１枚ずつ載せ、該基板を載せた状態の基板保持用枠体を多段に積み重ねして保管・搬送する用途の基板保持用枠体と基板保持用枠体の搬送装置等に関するものである。
基板の例としては薄板ガラス基板があり、特には、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、液晶表示装置用のカラーフィルター基板、それらの中間製品、その他の各種基板等を挙げることができる。
これらの大型の基板は撓みやすく、四周縁辺部のみを支持した場合には、下方にやや湾曲した状態になるが、多段積みした際に基板の相互間が接触しないようにし、かつ高い密度に積層する必要がある。さらに、搬送時や保管時の振動による破損や割れから基板を保護する必要があり、塵埃の混入や汚染を防止する必要もある。

本発明は、基板保持用枠体と基板保持用枠体の搬送装置、およびその使用方法に関するものであり、特に、基板保持用枠体を従来のように、枠体の左右に張り出した手掛け部や係合部を把持する方法によらずに吸着して搬送可能にすることを考慮した基板保持用枠体とその搬送装置等に関するものである。

液晶表示ディスプレイ、プラズマ表示ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ用のカラーフィルター等に用いられる基板は、損傷したり、汚したりすることなく搬送及び保管することが重要である。このような板状物を搬送等する際は、基板同士が接触しないように所定間隔で並列収納する必要がある。
しかし、これら液晶表示ディスプレイ、プラズマ表示ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイに代表されるフラットパネルディスプレイ製品は、表示装置自体が大型化していること、小サイズ物であっても多面付けの状態で製造されること等のため、用いられる基板やその中間製品等は大サイズ化しており、１メートル角程度のサイズにもなると、０．７ｍｍ厚のガラス基板でも対向する２辺または４辺を支持した場合は、中間部が１００ｍｍ以上も下方（重力方向）に湾曲した状態になるのを避けられない。基板はさらに２メートル角以上の大サイズ化が求められており、保管スペースや取り扱い装置の問題からこのような基板を高密度で安全に保管し、取り扱いできるようにする必要がある。

特許文献１は、ディスプレイ用基板収納用トレイ、並びに、そのディスプレイ用基板収納用トレイ内に収納されたディスプレイ用基板の取り出し機構および取り出し方法に関する発明である。この発明では、上側のディスプレイ用基板収納用トレイ１０の係合部１３と下側のディスプレイ用基板収納用トレイ１０との係合部１３との間に、チャッキング用のチャック爪を挿入することができ、そのチャック爪が、上側のディスプレイ用基板収納用トレイ１０の係合部１３に係合されることによって、上側のディスプレイ用基板収納用トレイ１０のみを、下側のディスプレイ用基板収納用トレイ１０から分離して搬送するものである（段落（００３６））。本願の吸着による把持装置等とは異なり、係合部が外周枠から外側に延出している為、搬送時の接触により、変形が生じる事があり、これによりロボットハンドによる把持不良が発生する事がある問題がある。

特許文献２は、部品トレイを部品挿入装置へ供給する装置に関し、昇降機構と吸着機構で部品トレイを把持することを記載している。真空圧によって部品トレイを吸引把持するバキュームパッドによって構成され、複数のロッド内に吸引通路が形成され、上端からパイプを介して真空装置に接続されている部品トレイ供給装置である（段落（００１５］）が、本願のようなトレイ自体に加圧で吸着を解除する際に加圧エアーを放出する小孔の記載は無い。又本願のような小孔を塞ぎ、減圧して吸着し、加圧して吸着を解除するような記載も、加圧エアーで異物を散乱させなくする効果の記載もないため、異物が発生または散乱する問題がある。

特許文献３は、段落（００１３）に記載されているように負圧で保持可能な吸着ユニットを上下動可能に懸架する支持部を有しパレット上に段積みされたダンボールなどの物品を荷降ろしする装置であり、負圧解除を大気開放だけで行うものである。
大型基板の載せた基板保持枠体は、枠体の保持を確実に行うことも重要であるが、吸着解除も枠体を同時にまた短時間で確実に行う必要がある。吸着解除を大気解放だけでは、解除に要する時間また配管のつまりや変形により、吸着部間でのばらつきが出る可能性がる。また大気解放時に周辺の異物を配管内に吸い込み、基板への汚染の原因にもなる。

特開２００４−５９１１６号公報 特開平１１−３１２８９５号公報 特開２００１−２７０６２４号公報

先行文献に記載されるものではないが、本願出願前の関係技術について説明する。
図１０は、従来の基板保持用枠体の一般的形態である。基板保持用枠体１０は、断面が矩形状の中空構造である金属枠材を組み立てして、対向する１対の１１ａ、１１ｂと他の対応する１対の１１ｃ、１１ｄからなる平面視矩形状の金属枠部１１で構成されている。各金属枠部１１の４隅は、コーナーピース１６により接合されている。枠体の全体を平面にする場合もあるが、対応する１対の１１ｃ、１１ｄの中央部を下方に湾曲させる場合が多い。

四周の金属枠部１１から内側に向かって、基板支持板１３が延設されており、薄板基板はこの基板支持板１３面に周縁がかかるように載せられる。基板支持板１３で囲まれる領域Ｋは、何もない空間域である。金属枠部１１と基板支持板１３の間には、上下の枠体を位置合わせするための嵌合部１２が形成されている。嵌合部１２は枠体の表裏面に形成される。図１０では、表面側の嵌合部（第１嵌合部１２ａ）のみが図示されている。
左右の辺（一般に基板の長辺側を載せる辺）には、手掛部１５が形成され、基板保持用枠体をロッボットで搬送する際の把持部にされている。

図１１は、従来の基板保持用枠体の梱包状態を示す図である。
基板を基板保持用枠体１０に載せて、１００〜１５０段の多段積み重ね体１００にし、上面に上蓋２１を被せ、下段にインナーパレット３０をあてがい、ベルト２３で結束し、さらに防振パレット４０に乗せた梱包状態にして搬送するのが一般的である。

図９は、従来の基板保持用枠体の搬送方法を示す図である。搬送装置の一方側のみを図示しているが他方側にも一対の機構があり同様に動作するものである。また、基板Ａ１，Ａ２，Ａ３を載せた状態を示しているが、基板を載せない場合も同様である。
まず、図９（Ａ）（Ｂ）のように、枠体移送装置５０の懸垂機構であるシリンダ５１が下降する。次に、（Ｃ）のように、シリンダ５１の引き掛け部５２を枠体１０の手掛部１５の下面に差し込みする。この状態で、シリンダ５１が上昇すれば、引き掛け部５２と手掛部１５が係合しその状態（Ｄ）で、基板保持用枠体１０を搬送できる。
本発明における懸垂機構とは、枠体搬送装置のロボットハンド及び該ロボットハンドに取り付けられたシリンダ及び該シリンダ先端の吸着部を含めた装置である。
このように従来は、手掛部１５で、枠体を把持する方法が一般に行われている。

液晶表示ディスプレイ、プラズマ表示ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイに代表される各種フラットパネルディスプレイに用いられる基板は、第６世代（１８５０＊１５００ｍｍ）、第７世代（２２００＊１９００ｍｍ）、第８世代（２５００＊２２００ｍｍ）と大型化しこれに伴い基板１枚の付加価値が高くなってきている。
従って、製造工程における基板の取扱いは勿論、工程間における基板の搬送及び保管についても異物や傷などが付かない様に取り扱うことが今まで以上に重要になってきている。

このように基板を載置した枠体を積層して搬送する方式では、基板を載置し多段に積み重ねた枠体を、一枚ずつ取り出す際は、ロボットハンドが枠体の両側面から枠体を把持し移動する。基板を載置する枠体の両側面には、このロボットハンドが把持する手掛部１５が枠体から外方向に突出して取り付けられている。
基板の積載効率を上げる為、枠体は、高密度に重ねる工夫がなされ、Ｇ６（第６世代）サイズの基板で積層する枠体の間隔は、１０ｍｍ程度まで狭くすることも可能となり、これに伴い外周に突出した手掛部１５の間隔も同じように狭くなる。
従って、ロボットハンドが積層された枠体の両側面の突出した手掛部１５を掴む裕度が狭くなり、手掛部１５のわずかな変形も把持不良となる。
ロボットハンドが把持する手掛部１５は、外周枠から外側に延出している為、搬送時の接触により、変形が生じる事があり、これによりロボットハンドによる把持不良が発生する事がある。本発明は、このような把持不良を解決しようとするものである。

別の課題として基板の大型化に伴い基板保持枠体も大型化及び高重量化になり、枠体の積み重ねや取り出し操作時に使用するロボット、保管装置、開梱装置、梱包装置も大型となり設備場所の観点から省スペース化の要求がある。
又積層した梱包物をトラック輸送や海上輸送などに用いるコンテナへの収納の観点からも枠体幅サイズの縮小は、重要な課題となってきている。
基板の輸送形態は、基板を保持した高重量物の枠体を載置できる十分な強度を有するパレット上に枠体を積み重ね一番上に蓋を載せベルトなどで固定した積層物を輸送中の振動を和らげる防振台に載置したものをカバーで全体を覆った状態である。

Ｇ６サイズの基板を例にとると基板サイズは、１８５０＊１５００ｍｍに対して基板を載置する枠体サイズは、１９７０＊１６７０ｍｍで、上面に載せる蓋サイズは、１９７９＊１６７０ｍｍで、積層された枠体を乗せるパレットサイズは、１９９８＊１６９８ｍｍで、これらすべてを載せる防振台サイズは、 ２００８＊１７０８ｍｍとなり基板サイズに対して水平方向で２００ｍｍ程度大きくなる。

一方輸送に使われるコンテナは、海上輸送用のコンテナは、世界中の港での効率的な荷役を実現させるためにISO(国際標準化機構)規格でサイズが決められており、世界的には、２０フィート、４０フィート、４５フィートコンテナが用いられているが、日本では、４５フィートコンテナは大きすぎてトレーラーに積載されない為、４０フィートコンテナが一般的に用いられる。
４０フィートコンテナは、長さ（１２．２ｍ）×幅８ｆｔ（２．４３８ｍ）となる。
一般的なコンテナにおいて、幅方向における外寸は２，４３８ｍｍ（８フィート）であり、幅方向における内寸は約２，３４６〜２，３５２ｍｍである。
基板サイズは、Ｇ７サイズで２２００＊１９００ｍｍ、Ｇ８サイズで２５００＊２２００ｍｍと大きくなり、これらの梱包体のパレットサイズは、幅方向が２１００ｍｍ以上で２４００ｍｍを超えることも推察され、４０フィートコンテナの内寸幅方向で収納が難しい状態となる。
本発明は、このような荷扱いの課題についても解決しようとするものである。

上記課題を解決する本発明の要旨の第１は、断面が矩形状の中空構造である平坦な金属枠材で構成された平面視矩形状の金属枠部が、該金属枠部に沿って枠内側に延設した基板支持板と、金属枠部と基板支持板の境界部に形成されている嵌合部と、を少なくても有する構成にされている基板保持用枠体であって、少なくとも対向する1対の金属枠部のそれぞれの上面に、該基板保持用枠体を懸垂するための複数の円形の吸着部を有し、該各吸着部は、該金属枠部の中空内部に通じ、加圧エアーを放出する小孔をその中心に有することを特徴とする基板保持用枠体、にある。

上記課題を解決する本発明の要旨の第２は、断面が矩形状の中空構造である平坦な対向する１対の金属枠材と中央部が下方に湾曲した対向する１対の金属枠材とを少なくても有する構成にされている平面視矩形状の金属枠部が、該金属枠部に沿って枠内側に延設した基板支持板と、金属枠部と基板支持板の境界部に形成されている嵌合部と、を有する構成にされている基板保持用枠体であって、少なくとも対向する１対の金属枠部のそれぞれの上面に、該基板保持用枠体を懸垂するための複数の円形の吸着部を有し、該各吸着部は、該金属枠部の中空内部に通じ、加圧エアーを放出する小孔をその内側に有することを特徴とする基板保持用枠体、にある。
この発明は、上記要旨の第１の発明の特徴に加え、1対の金属枠材が湾曲している。

上記課題を解決する本発明の要旨の第３は、上記基板保持用枠体を吸着して懸垂する枠体搬送装置であって、該装置のロボットハンドに取り付けられ先端に吸着パッドを有する杆体は、ロボットハンドに固定され、外周シリンダを上下に駆動させるシリンダ駆動装置５８と管状の外周シリンダ５４とその内側を通る中心シリンダ５３とから構成され、中心シリンダ５３は、外周シリンダ５４と連動して金属枠部の前記小孔を塞ぐ為の封じパッド６１を先端に有し、外周シリンダは、前記封じパッドを外側から覆うことが可能な大きさの前記吸着パッド６０を有し、かつ該管状の外周シリンダを通じて吸着パッド内の減圧及び加圧操作が可能なことを特徴とするものである。

上記課題を解決する本発明の要旨の第４は、上記杆体の中心シリンダと外周シリンダとが連結した状態で、上記基板保持用枠体の金属枠部の上面に向かい下降し、中心シリンダ先端の封じパッドが金属枠部上面の吸着部に接し、該吸着部の小孔に押し当てして密閉し中心シリンダは下降を停止し、外周シリンダは、更に下降して、先端に取り付けられた吸着パッドを金属枠部に押し当てて密閉した位置で下降を停止し、その後、該管状の外周シリンダを通して吸着パッド内を減圧することを特徴とする基板保持用枠体の吸着方法、にある。

上記課題を解決する本発明の要旨の第５は、上記吸着パッドが上記基板保持用枠体に吸着している状態において、管状の外周シリンダを通して先端に取り付けられた吸着パッド内を加圧した後、吸着パッドが金属枠部から離れる前に、先端に封じパッドを有する中心シリンダが上昇して吸着部の小孔から封じパッドを離し、加圧エアーを金属枠部の前記小孔を通して金属枠体の中空内へ放出した後に、吸着パッドを有する外周シリンダが中心シリンダと連結して上昇することを特徴とする基板保持用枠体の吸着解除方法、にある。

本請求項において、金属枠部とは、金属枠材を矩形状に構成した枠体をいい、基板保持用枠体とは、金属枠部に基板支持板と嵌合部等が付加された状態の全体をいうものとする。また、懸垂とは、基板保持枠体をシリンダの先端が吸着した状態で上下する動作をいうものとする。

従来、ロボットハンドが把持する手掛部１５は、金属枠部から外側に延出している為、搬送時の接触により、変形が生じる事があり、これによりロボットハンドによる把持不良が発生する事があった。しかし、本願のように、中空構造の金属枠部の上面に吸着部を設けたことにより、金属枠体から外側に延出する手掛け部を設ける必要がない為、搬送時の接触による基板保持用枠体の変形は生じ難く、ロボットハンドによる枠体の把持不良の発生を防止できた。またロボットハンドに取り付けられたシリンダ先端の吸着パッドと吸着し、搬送したのち、加圧して吸着を解除する際の加圧エアーが小孔を通して金属枠部の中空内に放出することにより、金属枠部の表面への加圧エアーの拡散を防ぎ、異物の散乱を減少することができた。

基板保持用枠体を示す平面図である。 基板保持枠体の吸着部の配置を示す図である。 基板保持用枠体の片側断面図である。 枠体の搬送装置が基板保持用枠体を懸垂する動作を示す図である。 枠体搬送装置の図である。 基板保持枠体を吸着する動作を示す図である。 基板保持枠体を吸着解除する動作を示す図である。 枠体移送装置が湾曲した基板保持用枠体を懸垂する動作を示す図である。 従来の基板保持用枠体の搬送形態を示す図である。 従来の基板保持用枠体の一般的形態を示す図である。 従来の基板保持用枠体の梱包状態を示す図である。

以下、まず、基板保持用枠体１０について、図面を参照して説明する。
図１に示すように基板保持枠体１０は、断面が矩形状の中空構造である金属枠材それぞれコーナーピース１６で連結し、平面視矩形状に組み立てした金属枠部１１が、該金属枠部１１に沿って枠内側に延設した基板支持板１３と、金属枠部１１と基板支持板１３の境界部に形成されている嵌合部１２と、を有する構成にされている。ここまでの形状は、図１０を参照して説明した従来の基板保持用枠体と同様である。

この基板保持用枠体１０の特徴は、１段の枠体の高さが、１０〜２０ｍｍ、好ましくは、１０〜１５ｍｍの高さ範囲に形成されていることと、該基板保持用枠体１０の少なくとも対向する１対の金属枠材１１のそれぞれの上面に、該基板保持用枠体１０を懸垂するための複数の吸着部１７を備えていることである。複数とは、３個乃至４個の範囲である。枠体を吸着して保持するので、手掛け部をなくしている特徴がある。
基板保持用枠体１０を低い高さに形成するのは、枠体の多段積み重ね体の基板積載密度を高めるためであり、吸着部１７を備えるのは、前記のように梱包体の体積を小さくすることと、手掛部１５を備えない枠体１０を搬送可能にするためである。

基板保持用枠体１０の基本的形態には、第１形態と第２形態との２種がある。
基板保持用枠体１０の第１の形態（請求項１）は、前後左右の四辺の金属枠材１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが平坦な形状のものであり、基板保持用枠体１０の第２の形態（請求項２）は、対向する1対の金属枠部１１ａ、１１ｂは平坦であるが、他の対向する1対の金属枠部１１ｃ、１１ｄは、中央部が下方に湾曲した形状のものである。

いずれの形態も対向する1対の金属枠材１１に、枠体１０を懸垂するための複数の吸着部１７を有している。図２Ａに示すように吸着部は、例として、金属枠部１１の１辺の中央部に１箇所と中央部から等間隔で両側に２箇所とに配置する。中央部に配置するのは、懸垂された時に金属枠部１１の、中央部での撓み量を減らすためである。又大型基板対応で懸垂の時に撓みのある場合は、更に吸着部を補間して配置することも可能である。又異なる吸着部の配置として図２Ｂに示すように金属枠部１１の１辺の中央部に配置しないで１辺の両端付近に２箇所配置して、必要により内側に更に２箇所配置することも可能である。

図３は、基板保持用枠体の片側断面図である。基板搬送用枠体１０の吸着部を有する対向する1対の金属枠部１１の片側の断面を示している。
吸着部１７は、枠体搬送装置５０の杆体５７の先端の吸着パッド６０と吸着する部分であり、吸着パッド６０が接触する平滑な面であり、該基板保持用枠体の金属枠部１１の上面の平坦な面に６箇所または８箇所配置する。吸着部には、確実な吸着を保つ為に表面にテープを貼り、表面が汚れ、傷が生じた際は、剥がして、新たなテープに貼り換えて使用しても良い。
吸着部１７の中心には、吸着する際に枠体搬送装置５０の杆体５７の先端の封じパッド６１で塞ぐことが可能な径で、吸着を解除する際に加圧エアーを放出するために金属枠部１１上面から中空内へ導通した小孔１８を有する。小孔１８は、径が大きいと封じパッドで密閉する際にパッドが変形し漏れが生じ易く、一方、径が小さいと加圧エアーを解除するのに時間がかかる。小孔は、１つに限るものでなく、小さな径で複数でも良い。径が小さいために封じパッドの変形が少なくまた複数あるため、加圧エアーの解除が容易となる。

次に、本発明の基板保持用枠体１０の枠体搬送装置５０について説明する。
最初に図５を用いて、上記基板保持用枠体１０を吸着して懸垂する枠体搬送装置５０の構成について説明する。
枠体移送装置５０は、ロボットハンド５５とロボットハンドの動作を制御するロボット７０より構成される。該ロボットハンド５５は、水平に回転動作を行う回転アーム７１、上下動作と前後動作を行う上下アーム７２と基板保持枠体１０を吸着保持して懸垂動作を行う懸垂装置５６を少なくても有する構成にされている。

次に懸垂装置の構成を説明する。
懸垂装置５６は、基板保持枠体１０を吸着保持する杆体５７と杆体を保持する枠体を少なくても有する構成にされている。
杆体５７は、先端に金属枠部１１の小孔１８を封じるための封じパッド６１を有する中心シリンダ５３と金属枠体１０の上面を密着して封じして減圧状態で吸着する吸着パッドを有する外周シリンダ５４を少なくても有する構成されている。

続いて、杆体５７の詳細な構成について図６を参照して説明する。
杆体５７は、シリンダ駆動装置５８と先端に吸着パッド６０を有する中が空洞の外周シリンダ５４と先端に封じパッド６１を有する中心シリンダ５３を有し、外周シリンダ内部には、中心シリンダの動作を制御する為のストッパーＡ ６２とストッパーＢ ６３があり、ストッパーＡ ６２には、弾性体６４が取り付けられている。
中心シリンダ５３の内部には、外周シリンダ５４のストッパーＡ ６２に取り付けられた弾性体６４と及びストッパーＢ ６３とによって中心シリンダ５３の位置を制御する固定板６５が取り付けられている。
外周シリンダ５４は中空で真空引きの配管と加圧エアー用の配管が接続されており、いずれも電磁弁により開閉が制御される。シリンダ駆動装置５８は、外周シリンダ５４を上下に駆動する装置ある。

基板保持用枠体の吸着方法について、図６Ａ，Ｂ，Ｃを参照して説明する。
図６Ａは、中心シリンダ５３の固定板６５が外周シリンダ５４の弾性体５７に抑えられ外周シリンダ５４のストッパーＢ ６３に接した状態で外周シリンダ５４に中心シリンダ５３が固定されている状態である。
この状態でシリンダ駆動装置５８により外周シリンダ５４が、吸着パッド６０が吸着部１７に接する位置まで下降する。この位置では、封じパッド６１は未だ吸着部１７の小孔１８に接していない状態である。

続いて図６Ｂに示すように、シリンダ駆動装置５８により、外周シリンダ５４は、更に下降して封じパッド６１が金属枠体の小孔１８に密着する位置まで下降する。この状態は、中心シリンダ５３の先端の封じパッド６１が金属枠部の上面に接した状態であり、密閉している状態ではない。外周シリンダが、更に距離ｓだけ下降し、封じパッド６１が小孔を上から押し付けて塞ぐ状態を図６Ｃに示す。
外周シリンダ５４は、距離ｓだけ下降するが、中心シリンダ５３は、封じパッド６１が金属枠部の上面で接した状態から封じパッド６１の弾性変形量だけ移動して止まり、その後は、弾性体５７が変形する。封じパッド６１は、弾性体５７の反発力で下方向に圧力が加わる。この圧力で金属枠体１０の小孔１８を封じパッド６１が押さえつけ密閉する。
この時吸着パッド６０は、吸着部１７を更に押さえつける状態にして吸着部を密閉状態にする。（図６Ｃ）
この時点で中空の外周シリンダ５４内部を通して吸着パッド６０内を減圧状態にし、基板保持枠体１０を吸着し、懸垂する。

次に、基板保持用枠体の吸着解除方法について、図７Ａ，Ｂを参照して説明する。
図７Ａは、吸着パッド６０と金属枠体１０とが減圧状態で吸着し、中心シリンダ５３の先端の封じパッド６１が金属枠体の小孔１８を塞いでいる状態を示す。中空の外周シリンダ５４を通して真空引きを電磁弁で停止し、加圧エアーに切り替える。この状態で吸着部１７と吸着パッド６０の中は減圧状態より瞬時に確実に常圧から加圧状態になる。加圧状態になった時点で加圧エアーは、電磁弁で停止する。

続いて加圧状態で外周シリンダは上昇し、吸着パッド６０が金属枠体の吸着部に接している状態で封じパッド６１が小孔１８より離れ、小孔１８を通して、加圧エアーが金属枠部１１の中空部へ放出される。（図７B）
図６および図７は、片側の懸垂動作を示したが、当然のことであるが、左右は並行して動作するものである。
加圧エアーが基板保持枠体の内側に積載されている基板の表面に放出されずに枠体の内部を通過して外側に放出する。これにより基板保持枠体内部での気流の乱れを防止することが可能となり、周辺の異物の混入を防ぐことが可能となる。

上述した吸着および吸着解除方法で枠体搬送装置５０が基板保持枠体１０を搬送する動作について図４を参照して説明する。
図４Ａは、積載された基板保持枠体１０の上部にロボットハンド５５の先端にある懸垂装置が位置している図である。杆体５７の先端にある吸着パッド６０及び封じパッド６１が未だ吸着部と接していない状態である。
図４Ｂは、中心シリンダ５３を連結した外周シリンダ５４が下降して先端の吸着パッド６０が基板保持枠体１０の吸着部１７まで下降した図である。中心シリンダ５３の先端の封じパッド６１は未だ小孔を塞いでない状態である。
図４Ｃは、外周シリンダ５４が更に下降して封じパッド６１が小孔を塞ぎ、吸着パッド６０が吸着部１７に密着した状態である。この時点で中空の外周シリンダ５４を通して吸着パッド６０内を減圧にして基板保持枠体を吸着した状態である。
図４Ｄは、外周シリンダが上昇した状態で、ロボットハンドが更に上部へ引き上げた状態を示す図である。
図８は、図４で説明した動作を湾曲した基板保持枠体１０を枠体搬送装置５０が懸垂する動作を示した図である。

吸着パッドの選定方法について数式１、表１、表２を用いて説明する。

数1は、物品を懸垂する場合の吸着パッド面積と真空圧力、および吊り上げ力の関係を示す式である。

なお、数１中、Ｗは、吊り上げ力（Ｎ）、 Ｃは、吸着面積（ｃｍ２）、 Ｐは、真空圧力（−ｋＰＡ）、 ｆは、安全率（水平吊り）を意味する。
本発明の基板保持用枠体は、吸着パッドで水平に吊り上げるものであり、数１で用いられる安全率は、４として、パッドの面積とそのパッドを使用した時に生じる真空圧力とで吊り上げ力が求められる。

第６世代のガラス基板の基板保持用枠体で使用するパッドの選定について説明する。
第６世代基板（１８５０＊１５００ｍｍ ０．７ｍｍｔ）の重量は、約５.０ｋｇであり、図１に示す第６世代基板を保持する基板保持用枠体で、対向する１対の金属枠部が湾曲形状で、図３に示す金属枠材の断面が中空で、金属枠部の高さｄが１０ｍｍで、板の厚さが２ｍｍｔのアルミニウム製の基板保持用枠体の重量は、５．５ｋｇであり、該基板を保持した状態での総重量が１０．５ｋｇであった。

該基板と該基板保持用枠体を対象に各種パッド径と各種真空圧力とによる場合のパッド１個あたりの理論吊り上げ力を表１に示す。
表１は、吸着パッド径２０ｍｍから６０ｍｍ即ち吸着面積が３．１４ｃｍ²から２８．２６ｃｍ²範囲で真空圧力を負圧で０から１００ｋＰａの場合の吊り上げ力（Ｎ）を計算した結果を一覧表にしたものである。

表２は、第６世代のガラス基板を保持した基板保持用枠体１０の重量が１０．５ｋｇ即ち１０２．９Ｎの場合の表１で算出した各径の吸着パッド１個あたりの吊り上げ力より必要パッド個数を示した一覧表である。

上記第６世代の基板保持用枠体の平坦な対向する１対の金属枠部のそれぞれの金属枠部の中央に１箇所と両側に１箇所ずつで３箇所、即ち１対の金属枠部の全部では６箇所の吸着部を設けた場合の吸着パッド径と吸着パッド個数を真空圧力との関係を含めて説明する。

まず吸着パッドは、金属枠部の平坦な上面の吸着部と吸着するものであるため、吸着パッド径は、該金属枠部上面の幅で制約される。第６世代の基板保持用枠体では、該金属枠体の幅は約３０ｍｍから５０ｍｍである。従って、吸着パッドの径は、５０ｍｍ以下である必要がある。
又吸着パッドは、１つの金属枠体にバランスをとるために２箇所以上即ち１対の金属枠体全体で４箇所以上になる。

上記の制約内容を踏まえて、次に表１の第６世代のガラス基板と基板保持用枠体を吊り上げるために必要な吸着パッド径と吸着パッド数の一覧表に沿って説明する。
真空圧力は、配管の圧力損失や吸着漏れを考慮してー８０ｋＰａとする。

吸着パッドの径が５０ｍｍや６０ｍｍとした場合では、吸着パッドが全体で４箇所の吸着で、基板および基板保持用枠体を持ち上げることが可能である。

次に吸着パッドの径が４０ｍｍとした場合は、全体で５箇所必要である為、１対の金属枠体のバランスを取るため、６箇所となる。更に吸着パッドの径が３５ｍｍでは、６箇所で可能であり、吸着パッド径が３０ｍｍでは、８箇所となる。吸着パッド径が２０ｍｍでは１７箇所となるが８箇所を超えた場合は、枠体移送装置も複雑となるため、実用的でない。

上述した内容より、吸着パッドの径は３０ｍｍから４０ｍｍで、吸着パッドの個数は、６箇所から８箇所が可能な範囲であり、即ち１対のそれぞれの金属枠体に３箇所から４箇所である。金属枠体の撓みを抑え、機構を簡素化するためになるべく少ない吸着部で、安全な吸着力を確保するには、望ましくは、３５ｍｍ以上４０ｍｍ以下で１対のそれぞれの金属枠体に３箇所に配置することが好ましい。

次に封じパッドの径について説明する。
吸着部の中心には、吸着する際に枠体搬送装置５０の杆体５１の先端の封じパッド６１で塞ぐことが可能な径で、吸着を解除する際に加圧エアーを放出するために金属枠部上面から中空内へ導通した小孔を有する。小孔は、径が大きいと封じパッドで密閉する際にパッドが変形し漏れが生じ易く、一方、径が小さいと加圧エアーを解除するのに時間がかかる。小孔は、１つに限るものでなく、小さな径で複数でも良い。径が小さいために封じパッドの変形が少なくまた複数あるため、加圧エアーの解除が容易となる。小孔の径が３ｍｍから１０ｍｍにした時は、封じパッドの変形による漏れ、位置ずれを考慮すると封じパッドの径は６ｍｍから２０ｍｍが確実に漏れを防止できる。小孔を３ｍｍ以下で複数集合させた場合は、開口面積は大きいが封じパッドの変形は少なくできる為、小孔の集合した径に
２ｍｍ大きい径程度で変形なく封じが可能である。径３ｍｍの小孔を１ｍｍ間隔で９個を縦横に配列した場合、封じパッドの径は１５ｍｍ程度で変形なく密閉できた。

（材質に関する実施形態）
パッドの材質は、ニトリルゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、クロロプレインゴム等があり、使用目的により、選択される。液晶デイスプレイパネル用の基板の取扱いに対しては、直接に基板に接触するものではないが、汚染した場合に後の工程でポリイミドの配向膜の塗布工程で塗布膜のはじき現象が生じる可能性があるため、シリコーン系ゴムやフッ素系ゴムは、使用を避けた方が良い。
吸着パッドの材質は、吸引した時の密閉性があり、高重量物を懸垂した時の加重に対して強度を持つ材料が好ましい。
封じパッド６１の材質は、中心シリンダ５３降下して先端の封じパッド６１が小孔１８に接した際に小孔を塞ぎ、減圧した時に密閉性が保持できる弾力性を有し、繰り返して小孔に接触しても劣化の少ない材質が良く、吸着パッドと同じ材質でよい。

金属枠材１１に使用する材料には、軽量で腐食を生じない金属材料を使用できる。具体的には、純アルミニウム、ジュラルミン（アルミ、銅（３．５〜５．５％）、マグネシウム）系、アルミニウム−マンガン系等のアルミニウム合金等を使用できる。これらの材料を中空押し出し加工して枠形を製造する。

上述した内容で第６世代基板（１８５０＊１５００ｍｍ ０．７ｍｍｔ）の大型基板を高密度に積層し保管や輸送などに用いられる基板保持用枠体について実施形態を説明する。

断面が矩形状の中空構造である金属枠材を、平面視矩形状に組み立てした金属枠部１１が、中央部が下方に湾曲した１対の金属枠部と該金属枠部に沿って枠内側に延設した基板支持板１３と、平坦な１対の金属枠部と該金属枠部に沿って枠内側に延設した基板支持板１３と、金属枠部１１と基板支持板１３の境界部に形成されている嵌合部１２と、を有する構成にされている基板保持用枠体１０を厚さ２ｍｍのアルミニウム材を中空押し出し加工で製造した。平坦な１対の金属枠部１１の上面に吸着部１７をそれぞれの金属枠部１１に３箇所すなわち１対の金属枠部１１に６箇所設けた。吸着部の１箇所は、径４０ｍｍの円相当の面積を確保し、中心部に径３ｍｍの小孔１８を設けた。他の１対の湾曲した金属枠部１１とコーナーピース１６で接続し、金属枠体１１を製造した。

図１に示すように前記基板保持枠体１０の対向する平坦な１対の金属枠部１１ａと１１ｂとに吸着部１７がそれぞれの金属枠部の中央部１か所と中央部から均等間隔で両端方向にそれぞれ１か所図１に示すように備えた。図１に示されているのは、金属枠１１ａと１１ｂにそれぞれ吸着部１７が３箇所である。
基板１８５０＊１５００ｍｍ ０．７ｍｍｔのガラス基板の重量は、５ｋｇでアルミ製の基板保持用枠体は、５．５ｋｇで総重量は１０．５ｋｇであった。

吸着部１７は、枠体搬送装置５０の杆体５７の先端の吸着パッド６０と吸着する部分であり、吸着パッド６０が接触する平滑な面であり、該基板保持用枠体に対しては、枠体搬送装置の吸着パッド径３５ｍｍとし６箇所で吸着することとした。金属枠部の上面の平坦な面は４５ｍｍであり、吸着部の径は、４０ｍｍ確保できた。吸着パッドの材質はウレタン樹脂系を使用した。
吸着部の中心には、吸着する際に枠体搬送装置５０の杆体５１の先端の封じパッド６１で塞ぐことが可能な径で、吸着部の小孔の径は、３ｍｍである為、封じパッドは、ウレタン樹脂で径は６ミリとした。

１０ 基板保持用枠体
１１ 金属枠部
１１ａ，１１ｂ 左右の金属枠部
１１ｃ，１１ｄ 前後の金属枠部
１２ａ 第１嵌合部
１２ｂ 第２嵌合部
１３ 基板支持板
１４ 基板保持部材
１５ 手掛部
１６ コーナーピース
１７ 吸着部
１８ 小孔
２０ 上蓋
２１ 表面板
２２ 結束機構
２３ 結束ベルト
３０ インナーパレット
４０ 防振パレット
５０ 基板保持用枠体の搬送装置
５１ シリンダ
５２ 引き掛け部
５３ 中心シリンダ
５４ 外周シリンダ
５５ ロボットハンド
５６ 懸垂装置
５７ 杆体
５８ シリンダ駆動装置
６０ 吸着パッド
６１ 封じパッド
６２ ストッパーＡ
６３ ストッパーＢ
６４ 弾性体
６５ 固定板
７０ ロボット
７１ 回転アーム
７２ 上下アーム
１００ 枠体の多段積み重ね体
Ａ 基板
Ｋ 基板保持用枠体の空間域

Claims (6)

1. 断面が矩形状の中空構造である平坦な金属枠材で構成された平面視矩形状の金属枠部が、該金属枠部に沿って枠内側に延設した基板支持板と、金属枠部と基板支持板の境界部に形成されている嵌合部と、を少なくても有する構成にされている基板保持用枠体であって、少なくとも対向する1対の金属枠部のそれぞれの上面に、複数の円形の吸着部を有し、該各吸着部は、該金属枠部の中空内部に通じ、加圧エアーを放出する小孔を有することを特徴とする基板保持用枠体。
   
2. 断面が矩形状の中空構造である平坦な対向する１対の金属枠材と中央部が下方に湾曲した対向する１対の金属枠材とを少なくても有する構成にされている平面視矩形状の金属枠部が、該金属枠部に沿って枠内側に延設した基板支持板と、金属枠部と基板支持板の境界部に形成されている嵌合部と、を有する構成にされている基板保持用枠体であって、少なくとも対向する１対の金属枠部のそれぞれの上面に、該基板保持用枠体を懸垂するための複数の円形の吸着部を有し、該各吸着部は、該金属枠部の中空内部に通じ、加圧エアーを放出する小孔を有することを特徴とする基板保持用枠体。
   
3. 吸着部は、向かい合った１対のそれぞれの金属枠部に少なくても３または４箇所に配置され、各吸着部の直径は、３０ｍｍから４０ｍｍであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の基板保持用枠体。
   
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載した基板保持用枠体を吸着して懸垂する枠体搬送装置であって、該装置のロボットハンドに取り付けられ先端に吸着パッドを有する杆体は、管状の外周シリンダとその内側を通る中心シリンダとを少なくても有する構成で、中心シリンダは、外周シリンダと連動して、先端に封じパッドを有し、外周シリンダは、前記封じパッドを外側から覆うことが可能な大きさの前記吸着パッドを有し、かつ該管状の外周シリンダを通じて吸着パッド内の減圧及び加圧操作が可能なことを特徴とする基板保持用枠体の搬送装置。
   
5. 請求項４に記載の中心シリンダと外周シリンダとが連結した状態で、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の基板保持用枠体の金属枠部の上面に向かい下降し、中心シリンダ先端の封じパッドが金属枠部上面の吸着部に接し、該吸着部の小孔に押し当てして密閉し中心シリンダは下降を停止し、外周シリンダは、更に下降して、先端に取り付けられた吸着パッドを金属枠部に押し当てて密閉した位置で下降を停止し、その後、該管状の外周シリンダを通して吸着パッド内を減圧することを特徴とする基板保持用枠体の吸着方法。
   
6. 請求項４記載の吸着パッドが請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の基板保持用枠体に吸着している状態において、管状の外周シリンダを通して先端に取り付けられた吸着パッド内を加圧した後、吸着パッドが金属枠部から離れる前に、先端に封じパッドを有する中心シリンダが上昇して吸着部の小孔から封じパッドを離し、加圧エアーを金属枠部の前記小孔を通して金属枠体の中空内へ放出した後に、吸着パッドを有する外周シリンダが中心シリンダと連結して上昇することを特徴とする基板保持用枠体の吸着解除方法。
   
   

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