JP4184472B2 - 真空処理装置のラック・ピニオン駆動機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空処理装置のラック・ピニオン駆動機構に関し、特に、インラインスパッタ装置等の真空処理装置において基板トレイの搬送機構に利用されるラック・ピニオン駆動機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板を処理する真空処理装置では、基板を積載または支持したトレイ（基板トレイ）を処理室内に搬送して基板に所望の処理を行う。真空処理装置がインライン型の場合には複数の処理室が直列に接続されており、基板トレイは各処理室を順次に搬送され、移動状態の基板に対して、各処理室で順次に処理が行われる。かかるインライン型真空処理装置において基板トレイ搬送機構の駆動機構としてラック・ピニオン機構を利用するとき、ラックを基板トレイに固定し、各処理室にピニオンを設け、各処理室でラックをピニオンに噛み合わせ、ピニオンを回転させることによって基板トレイが搬送される。ピニオンは動力伝達機構を介してモータと動力伝達可能に連結されており、ラックとピニオンが噛み合ったことを条件に回転動作する。
【０００３】
上記の場合において基板トレイを或る処理室に搬入するとき、当該処理室のピニオンから離れた状態にあるラックが、非回転状態にある当該ピニオンに接近しこれと噛み合う際、歯先の衝突がしばしば発生する。歯先の衝突が発生すると、ラック・ピニオン駆動機構が破損したり、最悪の場合には搬送不能になったり、さらに正常な噛み合いに戻る際の衝突で基板の破損や発塵による基板不良を招いたりする。
【０００４】
従来では、上記問題を解決するため、例えば特開平８−７４９６１号によってラック・ピニオン駆動機構が提案されている。このラック・ピニオン駆動機構では、球状部材をバネで支持してカムの凹部に押し付けて接触させることによりピニオン軸の停止角度を所定位置に設定し、かつピニオンとラックが噛み合う前にピニオンガイドとラックガイドで位相を合わせるように構成される。かかる構成によれば、歯先の衝突を起こすことなく、ラックとピニオンを噛み合わせることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来のラック・ピニオン駆動機構によれば、バネに支持された球状部材とカムとの関係に基づいてピニオンの停止位置を管理することができ、原理的に、ラックとピニオンの間で歯先の衝突が生じないという利点を有する。しかしながら、ピニオンの回転に関し高速で回転駆動力伝達を行う場合、回転停止角度精度は機械的構造部分の制約を受け、ピニオンを常に一定の位置で停止させることができず、機械的構造部分にガタが生じ、さらに摩擦が生じるため、機械的構造部分の調整を常に繰り返さなければならないという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題を解決することにあり、基板トレイの搬送機構に利用されるラック・ピニオン駆動機構において、簡単な構成でラックとピニオンの歯先の衝突を回避し、ラックとピニオンの間でスムーズな噛み合いを実現でき、メンテナンスが容易な真空処理装置のラック・ピニオン駆動機構を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る真空処理装置のラック・ピニオン駆動機構は、上記目的を達成するため、次のように構成される。
第１のラック・ピニオン駆動機構（請求項１に対応）は、基板トレイに固定されたラックと、動力伝達機構に連結されたピニオン軸の一端に設けられかつ真空処理室内で回転可能に設けられたピニオンとを備え、ラックとピニオンを噛み合わせピニオンの回転動作で基板トレイを搬送する真空処理装置のラック・ピニオン駆動機構であり、動力伝達機構は、真空処理室の外側に設けられ、かつ外部より動力伝達手段で動力を与えられるギヤと、クラッチ機構とを有し、ギヤとピニオン軸は同軸的な位置関係に配置され、クラッチ機構は、ギヤのギヤ軸部とピニオン軸との間の結合と分離を行うように設けられる。上記ラック・ピニオン駆動機構は、さらに、真空処理装置の外側であってかつギヤよりも外側に位置するピニオン軸の他端に設けられ、円板状の磁性材料で作られると共にピニオンの歯の位相と同期関係を有する複数の凸部を円周部に備えた位置調整板と、記位置調整板の近くに配置され、位置調整板に形成された凸部に対向する磁極を有しかつ位置調整板を所定位置に停止させる磁石と、一方向に直線的に移動するラックの移動方向においてピニオンの配置位置よりも下流側に配置され、ラックを検出しないときにはクラッチ機構を分離動作させ、ラックを検出したときにはクラッチ機構を結合動作させるラック検出器と、を備える。ラック検出器がラックを検出していないときには、クラッチ機構を分離動作状態に維持してピニオンを所定位置に停止させ、ラック検出器がラックを検出したときには、クラッチ機構を結合動作状態に維持してギヤからの回転駆動力を伝達してピニオンの回転を開始する。
上記のラック・ピニオン駆動機構では、ピニオン軸の他端に取り付けたピニオンと同期関係を維持する位置調整板と、この位置調整板の停止位置を決定する磁石とを設けるようにしたため、ピニオンの回転停止位置は、ラックの噛み合いが円滑に行われる位置にセットされる。ピニオン軸に回転力を伝える動力伝達機構は、クラッチで結合状態または分離状態にセットされる。クラッチの動作はラック検出器の検出信号に基づいて行われる。位置調整板の円周部に形成された複数の凸部の個数および位置は、ピニオンの複数の歯と実質的に同じであることが好ましい。
第２のラック・ピニオン駆動機構（請求項２に対応）は、上記第１の構成において、真空処理室の壁部を通るピニオン軸の部分は回転導入機構で支持されている。ピニオンは真空処理室内に設けられ、上記位置調整板は真空処理室の外側に設けられるので、ピニオン軸は真空処理室の壁部を貫通することになる。従って、真空処理室の気密性（真空状態）を保持するために回転導入機構が設けられる。
第３のラック・ピニオン駆動機構（請求項３に対応）は、上記第２の構成において、回転導入機構は磁性流体を用いたシール機構であり、このシール機構と磁石の間には磁力遮蔽板が配置されることを特徴とする。回転導入機構は磁性流体を利用した装置で構成されるため、磁石から生じた磁力線が影響を与えないように磁力遮蔽板が配置される。
第４のラック・ピニオン駆動機構（請求項４に対応）は、上記第１の構成において、磁石を取り付ける台座は、磁石の位置を変更する位置調整機構を備えることを特徴とする。磁石の位置は、位置調整板を介してピニオンの回転停止位置を決定する。この回転停止位置を調整できるようにするために、位置調整機構を設ける。
第５のラック・ピニオン駆動機構（請求項５に対応）は、上記第１の構成において、ラックの歯列の先頭位置に球状先端部が形成された突起を設けたことを特徴とする。ラックの先部がピニオンと最初に係合するときには、球状突起とピニオンの歯が接触するようにし、ロック状態が発生するのを避け、滑らかな噛み合いが生じるようにしている。
第６のラック・ピニオン駆動機構（請求項６に対応）は、上記の各構成において、ピニオンに噛み合うアイドラギヤを設け、このアイドラギヤをラックに噛み合わせ、かつアイドラギヤの各歯の歯先を幅方向に傾斜させたことを特徴とする。アイドラギヤの歯先に傾斜をつけることにより、よりいっそう、滑らかな噛み合いを達成している。
【０００８】
【発明の実施の形態】
【０００９】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は本発明に係るラック・ピニオン駆動機構の第１の実施形態を示し、図２はラック・ピニオン駆動機構の縦断面図である。図において、１１はラック、１２はピニオンである。ラック１１は、縦方向にセットされた基板トレイ１３の上部に、当該上部に沿って固定されている。ラック１１は長形の形態を有し、側面に複数の歯を備えている。図１で、ラック１１および基板トレイ１３は、共に先部側の一部分が示されている。ラック１１と基板トレイ１３は、矢印１４に示される方向に移動するものとする。最初、ラック１１とピニオン１２は噛み合ってない状態にあり、矢印１４の方向にラック１１が移動することにより、ラック１１とピニオン１２は噛み合う状態になる。図示された状態では、ラック１１とピニオン１２の噛み合いが完了し、両者が噛み合った関係に保持されている。
【００１１】
基板トレイ１３には、その一方の面に、処理対象である基板１５が取り付けられている。基板トレイ１３は基板１５を真空処理室に搬送するための部材であり、従って図示された基板トレイ１３は真空処理室の内部に存在する。図２において１６は真空処理室の壁部の一部を示している。図１で真空処理室の壁部１６の図示は省略されている。壁部１６の下側は真空であり、その上側は大気の状態である。ピニオン１２は真空処理室の内部に配置されている。実際上、基板トレイ１３はガイド部材（図示せず）で支持され、このガイド部材に案内されて移動する。ピニオン１２は、ラック１１との噛み合い関係に基づいてラック１１に対して動力を伝達し、これにより基板トレイ１３を矢印１４の方向に移動させる。
【００１２】
上記ピニオン１２はピニオン軸１７の下端に固定されている。ピニオン軸１７は、図２に示されるように、真空処理室の壁部１６に固定された軸支持部材１８と回転導入機構１９で取り付けられている。軸支持部材１８の下部は、真空処理室の壁部１６に形成された孔１６ａに貫通されて配置される。軸支持部材１８と回転導入機構１９は各軸線が一致するようにして配置され、真空処理室の壁部１６にボルト等で固定された軸支持部材１８の上に、さらに回転導入機構１９がボルト等で固定されている。ピニオン軸１７は、上記のごとく取り付けらた円筒型の軸支持部材１８と回転導入機構１９の中に挿通され、支持される。回転導入機構１９は内部には磁性流体２０を利用したシール部を備え、真空処理室の真空性を保持している。回転導入機構１９のシール部の構成はこれに限定されるものではない。また軸支持部材１８と回転導入機構１９の中に挿通されたピニオン軸１７は、機械的構造として複数のボールベアリング２１によって支持されている。ピニオン軸１７の上部は、回転導入機構１９からさらに上方に延設され、その上端に位置調整板２２が固定される。位置調整板２２は、その円周部に複数の凸部２２ａが形成されている。位置調整板２２は、磁性材料で作られ、円板状部材である。凸部２２ａの数は好ましくはピニオン１２の歯の数と同じであり、かつ両者が同位相となるように配置されている。位置調整板２２の凸部２２ａとピニオン１２の歯は各々の位相が同期関係を有すればよく、凸部２２ａの数は任意である。
【００１３】
上記位置調整板２２に対して、同じ高さ位置にて、かつ凸部２２ａの寸法に対応した寸法を有する磁石（永久磁石または電磁石等）２３が配置される。磁石２３の一端の磁極が位置調整板２２の凸部２２ａの先部に対向している。かかる磁石２３は、上記回転導入機構１９に固定された支持板２４上に立設される支柱２５の上に固定されている。支持板２４には位置調整用スリット２６が形成されており、ネジ式調整器２７で磁石２３の配置位置を変更することができるようになっている。また、位置調整板２２と前述の回転導入機構１９の間には、回転導入機構１９内の磁性流体に対する磁場の影響を実用上問題とならない程度に低減させる磁力遮蔽板２８が設けられている。この磁力遮蔽板２８は好ましくは下記のクラッチ機構３１の下側に配置される。
【００１４】
上記ピニオン軸１７に回転駆動力を伝える動力伝達機構は、ベルト２９とギヤ３０とクラッチ機構３１から構成される。ベルト２９は図示しないモータによって矢印３２のごとく回転し、ギヤ３０を回転させる。ギヤ３０は、ピニオン軸１７と同軸的に配置されている。クラッチ機構３１は、図２に示されるように、回転導入機構１９の上端部に固定され、ピニオン軸１７と同軸的な位置関係に配置される。クラッチ機構３１内には電磁石３１ａが内蔵されており、電磁石が励磁されると、クラッチ板３１ｂが結合されてベルト２９の回転駆動力がピニオン軸１７に伝達され、電磁石の励磁が解除されると、クラッチ板３１ｂが分離され、ピニオン軸１７の回転が停止する。ピニオン軸１７の回転が停止する時、ピニオン軸１７の回転停止位置は、位置調整板２２と磁石２３の位置関係に基づいて決定される。上記クラッチ機構３１内の電磁石３１ａの励磁動作（結合動作）および非励磁動作（分離動作）は、ラック１１の到来の有無を検出するラック検出器３３の検出信号３４に基づいて行われる。ラック検出器３３は例えば真空処理室の内部に配置され、光学的にラックの存在を検出する。ラック検出器３３がラック１１を検出していないときには、ラック１１とピニオン１２は噛み合っていないので、クラッチ機構３１を分離動作状態に維持し、ピニオン１２を所定の位置に停止させる。ラック検出器３３がラック１１を検出したときには、図１に示されるごとくラック１１とピニオン１２は噛み合いを完了した状態にあるから、クラッチ機構３１を結合動作状態に維持し、回転駆動力を伝達してピニオン１２の回転を開始する。ピニオン１２が回転すると、真空処理装置でラック１１すなわち基板トレイ１３が矢印１４の方へ搬送される。
【００１５】
図１で１１ａはラック１１の先端部である。ラック１１の先端部１１ａの側面であって、歯の並び（歯列）の先頭にラックガイド３５が設けられている。ラックガイド３５は突起状で、その先部が球形状となっている。ラックガイド３５のラックの歯の間隔は、ラック１１における歯列の間隔と同じである。このラックガイド３５は、ラック１１とピニオン１２の噛み合いを最初の段階で円滑に行うための機構である。
【００１６】
次に、上記構成を有するラック・ピニオン駆動機構の動作を説明する。図示しないモータの動作によってベルト２９が回転動作している場合、ベルト２９の回転駆動力は、ギヤ３０に伝達される。ラック１１がピニオン１２と噛み合う前の段階では、クラッチ機構３１は分離動作状態にあり、ピニオン軸１７に回転駆動力が伝達されず、ピニオン１２は停止状態にある。クラッチ機構３１が分離動作状態にあるとき、磁石２３の着磁力によって、位置調整板２２の円周部に設けられた凸部２２ａのうちいずれかの凸部の先端が磁石２３に対して常に最短距離に位置するように、ピニオン軸１７は回転を停止し、静止する。すなわち位置調整板２２はベルト２９から回転駆動力を受けない限り、位置調整板２２の凸部２２ａの先端と磁石２３との距離が最短距離に保持されることになる。
【００１７】
上記位置調整板２２と磁石２３の関係に基づくピニオン軸１７の停止位置は、位置調整板２２の凸部２２ａの位相とピニオン１２の歯の位相との同期関係に従って、予め、停止状態にあるピニオン１２が、到来したラック１１と噛み合うときに歯先の衝突が生じない位置に設定されている。このように上記の位置調整板２２と磁石２３からなるピニオン停止機構は、ラック１１とピニオン１２が噛み合うのに先立って、ピニオン１２を所定の回転角度位置に停止させる。この回転角度位置は、ラックガイド３５がピニオン１２に向かって前進したときにピニオン１２における噛み合い開始部との歯先衝突を起こさない角度位置である。なお、ピニオン１２の上記所定回転角度位置を最適に調整するため、ネジ式調整器２７によって磁石２３の配置位置を変化させることができる。
【００１８】
ピニオン１２が上記所定回転角度位置に停止している状態において、ラック１１が搬送されてくる。ピニオン１２の停止角度位置は、基板トレイ１３とラック１１が矢印１４の方向に移動し、その結果ラックガイド３５がピニオン１２に向かって前進したときに、ラックガイド３５とピニオン１２の噛み合い開始部との歯先衝突を起こさない角度位置であるため、ラックガイド３５とピニオン１２は歯先の衝突を起こすことなく噛み合う。このとき、ラック１１の歯の位相とピニオン１２の歯の位相は同期がとれた状態となっている。ラックガイド３５がさらに前進することにより、位相が同期状態にあるラック１１の歯とピニオン１２の歯は円滑な噛み合い状態に移行する。ラックガイド３５の先端は球形状となっているため、ラックとピニオンは滑らかに噛み合う。
【００１９】
ラック１１が前進して、ラック検出器３３がラック１１を検出すると、クラッチ機構３１が結合動作を行い、回転駆動力をピニオン軸１７に伝達する。その結果、磁石２３に基づく磁力を上回る回転駆動力がピニオン軸１７および位置調整板２２に加わり、ピニオン１２が回転を開始し、ラック１１および基板トレイ１３を矢印１４の方向へ継続して搬送する。ラック１１等の搬送が終了すると、再びクラッチ機構３１が分離動作状態となり、ピニオン１２を所定の回転角度位置に停止させる。
【００２０】
次に図３と図４を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。図３は図１と同じ図であり、図４は図３における要部（アイドラギヤ）を拡大して示した断面図である。本実施形態では、ピニオン１２に対して中間ギヤ３６を噛み合わせ、中間ギヤ３６とアイドラギヤ３７を同じ軸に固定し、このアイドラギヤ３７をラック１１と噛み合わせるように構成されている点に特徴がある。その他の構成は、前述の第１実施形態と実質的に同じであり、その説明を省略する。なお図３では基板トレイやラック検出器等の図示が省略されている。上記アイドラギヤ３７は、図４に示されるように、その歯先の少なくとも一部を幅方向に傾斜させるように形成されている。このように傾斜３７ａを設けることにより、アイドラギヤ３７の歯にラックガイド１１が噛み合うときによりいっそう円滑に噛み合いが行えるという利点が発揮される。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、ラック・ピニオン駆動機構を利用した真空処理装置の搬送装置において、位置調整板と磁石からなるピニオン停止機構によってピニオンを所定回転角度位置に停止させるようにしたため、簡単な構成でラックとピニオンの歯先の衝突を回避でき、ラックとピニオンの間でスムーズな噛み合いを実現でき、容易にメンテナンスを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す要部の斜視図である。
【図２】第１実施形態の要部の縦断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示す要部の斜視図である。
【図４】アイドルギヤの断面図である。
【符号の説明】
１１ ラック
１２ ピニオン
１３ 基板トレイ
１６ 壁部
１７ ピニオン軸
１９ 回転導入機構
２２ 位置調整板
２２ａ 凸部
２３ 磁石
２８ 磁力遮蔽板
２９ ベルト
３０ ギヤ
３１ クラッチ機構
３２ ラック検出器
３５ ラックガイド
３６ 中間ギヤ
３７ アイドラギヤ
３７ａ 傾斜

Claims (6)

1. 基板トレイに固定されたラックと、動力伝達機構に連結されたピニオン軸の一端に設けられかつ真空処理室内で回転可能に設けられたピニオンとを備え、前記ラックと前記ピニオンを噛み合わせ前記ピニオンの回転動作で前記基板トレイを搬送する真空処理装置のラック・ピニオン駆動機構において、
   前記動力伝達機構は、前記真空処理室の外側に設けられ、かつ外部より動力伝達手段で動力を与えられるギヤと、クラッチ機構とを有し、
   前記ギヤと前記ピニオン軸は同軸的な位置関係に配置され、
   前記クラッチ機構は、前記ギヤのギヤ軸部と前記ピニオン軸との間の結合と分離を行うように設けられ、
   さらに、
   前記真空処理装置の外側であってかつ前記ギヤよりも外側に位置する前記ピニオン軸の他端に設けられ、円板状の磁性材料で作られると共に前記ピニオンの歯の位相と同期関係を有する複数の凸部を円周部に備えた位置調整板と、
   前記位置調整板の近くに配置され、前記位置調整板に形成された前記凸部に対向する磁極を有しかつ前記位置調整板を所定位置に停止させる磁石と、
   一方向に直線的に移動する前記ラックの移動方向において前記ピニオンの配置位置よりも下流側に配置され、前記ラックを検出しないときには前記クラッチ機構を分離動作させ、前記ラックを検出したときには前記クラッチ機構を結合動作させるラック検出器と、を備え、
   前記ラック検出器が前記ラックを検出していないときには、前記クラッチ機構を分離動作状態に維持して前記ピニオンを所定位置に停止させ、前記ラック検出器が前記ラックを検出したときには、前記クラッチ機構を結合動作状態に維持して前記ギヤからの回転駆動力を伝達してピニオンの回転を開始する、
   ことを特徴とする真空処理装置のラック・ピニオン駆動機構。
2. 前記真空処理室の壁部を通る前記ピニオン軸の部分は回転導入機構で支持されていることを特徴とする請求項１記載の真空処理装置のラック・ピニオン駆動機構。
3. 前記回転導入機構は磁性流体を用いたシール機構であり、このシール機構と前記磁石の間には磁力遮蔽板が配置されることを特徴とする請求項２記載の真空処理装置のラック・ピニオン駆動機構。
4. 前記磁石を取り付ける台座は、前記磁石の位置を変更する位置調整機構を備えることを特徴とする請求項１記載の真空処理装置のラック・ピニオン駆動機構。
5. 前記ラックの歯列の先頭位置に球状先端部が形成された突起を設けたことを特徴とする請求項１記載の真空処理装置のラック・ピニオン駆動機構。
6. 前記ピニオンに噛み合うアイドラギヤを設け、このアイドラギヤを前記ラックに噛み合わせ、かつ前記アイドラギヤの各歯の歯先を幅方向に傾斜させたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の真空処理装置のラック・ピニオン駆動機構。

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