JP4498852B2 - ハンドリング装置及びそれを用いたハンドリング方法 - Google Patents

Description

この発明は、静電気吸引力を用いて高抵抗性材料をハンドリング対象物として保持するハンドリング装置及びそれを用いたハンドリング方法に関する。

従来から、図４に示すようなハンドリング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このハンドリング装置において、符号１０１は電極（静電電極）１０３を取り付けるベース部材であり、電極１０３は、複数の電極要素１０３ａと複数の電極要素１０３ｂとからなる電極要素群により構成されている。それぞれの電極要素１０３ａ及び１０３ｂはそれぞれ絶縁材１０２に覆われてベース部材１０１の一面に交互に互いに隣接して固定されている。

これらの電極１０３は制御部１０５に接続され、この制御部１０５はスイッチＳＷ（不図示）に接続されている。制御部１０５は各電極要素１０３ａ及び電極要素１０３ｂに所定の電圧を供給したり遮断したりするオン・オフ操作（例えば、電極要素１０３ａには＋Ｖボルト、電極要素１０３ｂには−Ｖボルトを出力し、オフ時には、これらの電圧を遮断する操作）が行える。

これにより、スイッチＳＷがオン時に電極１０３とハンドリング対象物１０４との間に静電気吸引力が誘起されてハンドリング対象物１０４が静電気吸引力で絶縁材１０２の保持面１０２ａに吸引されて保持され、スイッチＳＷをオフ時には、電極１０３は接地されて、これらの静電気吸引力は解消される。これにより、導体、半導体又は高抵抗体などのハンドリング対象物を静電気吸引力により吸引して、静電チャックとして機能される。

このようなハンドリング装置では、ハンドリング対象物として高抵抗性材料、導電体など広くハンドリングを行え、また、ハンドリング対象物として薄板材料を用いても、反りを抑えて保持できる。
特開２００３−２８２６７１号公報（第２頁右欄及び図２）

近年、液晶表示装置の急速な大型化に従って、ガラス基板の大型化も進んでいる。このようなガラス基板は厚みが薄く（例えば、０．７ｍｍ）で且つ大型（例えば幅１８００ｍｍ、長さ２１００ｍｍ）であるので、液晶表示装置の組立工程においては反りの発生しないハンドリング装置が望まれている。

また、ガラス基板の大型化に伴い、従来、真空室内のみで行われていた組立工程の一部を大気中から真空中へ移行することが検討され始めた。

すなわち、大気中でハンドリング対象物を保持した状態で、減圧装置付きの室内に配設された組立装置（ステージ）で、室内の環境を真空として組立作業を行うことである。

しかしながら、従来提案されているハンドリング装置を用いて大気中での保持から真空中への保持へ移行する実験では、何らかの条件の変動により、電圧オフ時に対応してハンドリング対象物としてのガラス基板の離反が円滑に行えない場合が生じた。

そこで、この発明の目的は、大気中での保持から真空中での保持に移行した場合にも、ハンドリング対象物の離反動作が円滑に行えるハンドリング装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明者らは、従来のハンドリング装置において、電源オフ時に離反動作が円滑に行えなくなる原因について検討したところ、電圧を遮断した後に保持面１０２ａに多量の静電気が残存する場合があることを認め、これが離反動作を阻害しているのではないかと考えた。

すなわち、元来、ハンドリング対象物面１０４ａ及び保持面１０２ａの双方は、ほぼ平滑であるが、それぞれ又は一方にミクロの凹凸があったり、また、ハンドリング対象物の僅かな反りなどに起因してこれらの界面にはμオーダの僅かな隙間が発生する箇所が生じている。

このような状況下で、急速に周囲の空気を排出すると、この僅かな隙間を通過して空気が急速に排出されることがある。このような場合には、電極１０３とハンドリング対象物１０４との隙間に面するそれぞれの表面（保持面１０２ａ及びハンドリング対象物面１０４ａ）と排出空気との間で空気摩擦が発生し、これにより、保持面１０２ａ及び／又はハンドリング対象物面１０４ａが空気との摩擦により帯電する。

ここで、従来のハンドリング装置では、電極要素１０３ａ、１０３ｂを覆う絶縁材料は高抵抗性材料であるので、保持面１０２ａに帯電された電荷はスイッチを遮断して接地しても即座には除去されずに保持面１０２ａに残存する。これにより、帯電した静電荷に基づく静電気力によりハンドリング対象物１０４は保持面１０２ａへの吸引が継続され、離反動作が円滑に行えなくなっていると推定した。

ここで、ハンドリング対象物１０４として高抵抗性材料を選択する場合には、電極要素１０３ａと電極要素１０３ｂとがハンドリング対象物１０４と接触しても相互に短絡することがないので、電極１０３を被覆していた絶縁材料１０２を取り除くことが可能である。そこで、絶縁材１０２を取り除いたハンドリング装置を用いて同様な実験を行ったところ、ハンドリング対象物１０４の離反動作が改善された。これは、保持面１０２ａは絶縁材料が被覆されずに導電性の電極１０３が露出しているので、オフ操作で接地すれば、保持面１０２ａに帯電した静電荷が速やかに除去されるためと考えられた。

しかしながら、このような絶縁材１０２を設けないハンドリング装置によれば、絶縁材を設けない点、互いに隣接する電極１０３ａ、１０３ｂ間に異なる過大な電圧を印加すると、電極要素１０３ａ、１０３ｂ間での放電が発生するという新たな課題が発生する。例えば、各電極要素１０３ａ及び１０３ｂ間の距離が１ｍｍ程度の場合には、真空への移行に伴って、ハンドリング対象物やハンドリング装置から放出される化学汚染物質（アウトガス）の影響を受けて電位差が４００Ｖ以下でリーク（放電）する。これにより、絶縁層を無くすことにより印加電圧は制限され、電界強度を高めることができず、従来のハンドリング装置に比べて比較的離れているハンドリング対象物を引き寄せられるだけの静電吸引力を有するハンドリング装置が得られないという新たな課題が発生する。

そこで、本発明者らは、絶縁層を設けない静電チャックの静電吸引力が働く位置までハンドリング対象物を補助的に移動させることを考えた。

すなわち本発明は、減圧装置を備えることにより、静電気吸引力により大気中で高抵抗性のハンドリング対象物を保持した状態から、真空に移行した後に前記静電気吸引力によるハンドリング対象物の保持を解除することによりハンドリング対象物のハンドリングが行えるハンドリング装置において、
互いに異なる電圧を印加することが可能な電極要素がハンドリング対象物に向けて露出して隣接して配設されており、該電極要素に異なる電圧を印加させることにより、前記ハンドリング対象物を前記電極要素の表面を保持面としてに静電気吸引力により吸引して接触的に保持すると共に、該電圧の印加を遮断して前記電極要素を接地することにより前記静電気吸引力を解除してハンドリング対象物を前記電極要素の表面から離反させるハンドリング装置であって、
前記静電吸引力が働く位置まで前記ハンドリング対象物を引き寄せるための装置であって、前記ハンドリング対象物に向けて進退可能に固定される引き寄せ装置と、
前記引き寄せ装置によりハンドリング対象物が引き寄せられて前記ハンドリング対象物が静電気吸引力により吸引されて接触的に保持できるまで近接させた状態で前記電極要素への異なる電圧の印加が行えるスイッチとを備えていることを特徴とするハンドリング装置である。

このようなハンドリング装置によればハンドリング対象物が比較的離れていても、引き寄せ装置によりハンドリング対象物を静電気吸引力により吸引して接触的に保持できるまで近接させることができるので、印加電圧が低いことによる弱い静電吸引力によりハンドリング対象物を保持させることができる。

また、低い印加電圧により、必然的に電界強度も弱まり、ハンドリング対象物の裏面に形成される半導体パターンに与える影響が少ないという副次的な効果を発揮する。これにより、本発明に係るハンドリング装置は、裏面又は内部に半導体パターン又は電子回路のある電子材料の搬送、処理などのハンドリングに用いることにより、特有の作用効果を発揮する。
これにより、このようなハンドリング装置によれば、大気中での保持から真空中での保持に移行した場合にも、ハンドリング対象物の離反動作が円滑に行える。

ここで、この引き寄せ装置は、ハンドリング対象物に向けて進退可能に固定される吸着装置、機械的な引き寄せ装置が例示される。また、吸着装置としては、真空チャックまたは静電チャックが例示される。この静電チャックの保持面には絶縁層が付与されている。

本発明によれば、大気中での保持から真空中での保持に移行した場合にも、ハンドリング対象物の離反動作が円滑に行えるハンドリング装置を提供することができる。

以下に本発明の実施の形態に係るハンドリング装置につき図面に基づき説明する。なお、従来技術と同一乃至均等な部位部材は同一番号を付して詳細な説明は省略することがある。

図１は、本発明の実施の形態に係るハンドリング装置の概念を説明する概念図であり、ハンドリング装置を電極面に対して直交する中心を通る断面により切断した場合の断面図が示されている。

図１において符号１００はハンドリング装置であり、ベース部材１０１の一面に固定されて電極１０３が形成されている。この電極１０３は、二群の電極要素１０３ａ，１０３ｂから構成され、互いに交互に隣接してその表面が平面を形成するように配設されている。以下、この電極要素１０３ａ、１０３ｂの表面はハンドリング対象物１０４を保持する面となるので、保持面１０２ａと呼称する。

各電極要素１０３ａ、１０３ｂには、スイッチＳＷ（不図示）と連動して印加電圧を制御するコントローラ１０５（印加電圧制御部）が接続されている。このコントローラ１０５は、スイッチＳＷがオンされると、電極要素１０３ａには＋Ｖボルトを印加し、電極要素１０３ｂには−Ｖボルトが印加する。また、スイッチＳＷをオフとすることにより、両電極要素１０３ａ及び電極要素１０３ｂはそれぞれ接地される。

次にこのようなハンドリング装置１００を用いたハンドリング対象物１０４のロード及びアンロードについて説明する。

保持面１０２ａにハンドリング対象物１０４を接触させた状態で、スイッチＳＷを切断（オフ)状態から印加（オン）状態とする。コントローラ１０５の出力１から正の電圧である＋Ｖ１ボルトが電極要素１０３ａに印加され、また、出力２から出力１とは逆極性の負の電圧−Ｖ１ボルトが電極要素１０３ｂに出力される。これにより、電極１０３の表面とハンドリング対象物１０４との間に静電気吸引力が誘起されて、ハンドリング対象物１０４が静電気吸引力により保持面１０２ａに吸引されてハンドリング対象物を保持することができる（ロード）。

ここで、実験によれば、例えば、ハンドリング対象物としてガラス基板を用い、保持対象面との距離が５μｍである場合には、７０Ｖ程度の印加電圧でハンドリング対象物を保持させることができる。ここで、静電気吸引力は距離の二乗に反比例するので、このような絶縁層の無い本発明に係るハンドリング装置によれば、従来のハンドリング装置の印加電圧に比べて、例えば、１／１０程度の印加電圧でハンドリング対象物をハンドリングすることが可能となる。

ついで、このハンドリング対象物１０４を保持した状態では、ハンドリング対象物１０４は、面吸着であるので、反りもなく確実に保持面１０２ａに保持される。このハンドリング対象物１０４の保持力は、全体を真空に高速で吸引しても殆ど変化はなく、確実に保持できる。

次に、スイッチＳＷをオフ(off)とすると、各出力１及び出力２からの出力がゼロボルトとなり、各電極要素１０３ａ、１０３ｂはそれぞれ接地される。これにより、ハンドリング対象物１０４は、静電気吸引力が消滅してハンドリング対象物１０４は自重により落下する。これにより、ハンドリング対象物１０４のリリースが行える（アンロード）。

なお、ロード状態で、全体を真空に高速で吸引すると、保持面１０２ａとハンドリング対象物面１０４ａとの間にある僅かな隙間を空気が高速で通り抜けることによりこれらの界面に電荷が蓄積されることがあると思われるが、本発明に係るハンドリング装置では、このアンロード工程では、いずれも速やかにハンドリング対象物をリリースすることができた。

これにより、ハンドリング対象物１０４は、たわむことなく、搬送及び／又は保持され、精度が要求される組立工程、パッキング工程、移載工程などに有効に利用が可能となる。

また、印加する電圧が低いので、保持面１０２ａに接する面の高抵抗性が維持されていれば、半導体などの電子部品の組立工程、パッキング工程、搬送工程などに有効に利用できると推定された。

変形例１

図２は、本発明の実施の形態に係るハンドリング装置の概念を説明する概念図であり、ハンドリング装置を電極面に対して直交する中心を通る断面により切断した場合の断面図が示されている。図１のハンドリング装置と同一乃至は均等な部位部材は同一番号を付して詳細な説明は省略する。

図２のハンドリング装置１００においては、ベース部材１０１の周辺に適宜の間隔を開けて固定された機械的引き寄せ装置１０６の複数個が固定されている。この機械的引き寄せ装置１０６は、保持面１０２ａに平行にハンドリング対象物１０４に向けて進退可能に移動する把持爪１０６ｂ及び把持爪１０６ｂがハンドリング対象物１０４を保持した状態で保持面１０２ａに向けて進退可能な進退機構１０６ａとから構成されている。

このような構成のハンドリング装置によれば、ハンドリング対象物１０４が少し離反している場合には、把持爪１０６ｂを後退させた状態で進退機構１０６ａを前進させる。ついで、把持爪１０６ｂを把持爪１０６ｂの先端がハンドリング対象物１０４の下面に配置されるまで前進させる。

ついで、進退機構１０６ａを後退させてハンドリング対象物１０４が電極要素１０３ａ、１０３ｂの表面である保持面１０２ａに接触させ、スイッチＳＷをオンとする。

以下、図１と同様な操作によりハンドリング対象物１０４は保持面に静電吸引力により吸引され、真空系に移行されても静電吸着は維持される。

ここで、ハンドリング対象物１０４が機械的引き寄せ装置１０６により保持されている状態では、ハンドリング対象物１０４は、自重により中央部が落下して「たわむ」こと場合があるが、スイッチＳＷがオンされた後は保持面１０２ａの全体で吸引されるので、保持面１０２ａの平滑さに準じて平滑に維持される。

これにより、ハンドリング対象物１０４は、たわむことなく、搬送及び／又は保持され、精度が要求される組立工程、パッキング工程、移載工程などに有効に利用が可能となる。

その他の構成及び作用効果は実施の形態のハンドリング装置の構成及び作用効果と実質的に同一乃至は均等であるので詳細な説明は省略する。

変形例２

図３は、本発明の実施の形態に係るハンドリング装置の概念を説明する概念図であり、ハンドリング装置を電極面に対して直交する中心を通る断面により切断した場合の断面図が示されている。図１のハンドリング装置と同一乃至は均等な部位部材は同一番号を付して詳細な説明は省略する。

図３のハンドリング装置１００では、ベース部材１０１は適宜の間隔で貫通孔１０１ａが設けられている。この貫通孔１０１ａの上には吸着ハンド２０８の先端の吸着面２０８ａをハンドリング対象物に向けて進退可能に支持する進退機構２０７が固定されている。

この吸着ハンド２０８は、例えば、真空チャックや静電チャックである。吸着ハンド２０８が静電チャックである場合には、吸着面２０８ａには絶縁体により被覆された電極が配置されていてもよい。

このような構成のハンドリング装置１００によれば、ハンドリング対象物１０４が少し離反している場合には、吸着ハンド２０８を作用させた状態で進退機構２０７を前進させる。これにより、吸着ハンド２０８の吸引力が作用されるまで、その吸着面２０８ａが前進されると、吸着ハンド２０８はハンドリング対象物１０４を吸着させる。

ついで、進退機構２０７を後退させてハンドリング対象物１０４が電極要素１０３ａ、１０３ｂの表面である保持面１０２ａに接触させる。

以下、図１と同様な操作によりハンドリング対象物１０４は保持面に静電吸引力により保持される。

ここで、吸着ハンド２０８が真空チャックである場合には、真空系に移行された状態では、吸着ハンド２０８による吸着力は消滅するが、ハンドリング対象物１０４は、保持面１０２ａに静電吸引力により保持されているので、ハンドリング対象物１０４を落下させることはない。

また、吸着ハンド２０８が静電チャックである場合には、スイッチＳＷがオンされた後は、吸着ハンド２０８は不要となるので、さらに後退させる。これにより、吸着面２０８ａとハンドリング対象物１０４との間に距離をとることができ、吸着面２０８ａ付近では空気摩擦による帯電は起こらない。

以上のようなベース部材１０１に貫通孔１０１ａを設ける構成の変形例２に係るハンドリング装置によれば、吸着ハンド２０８の配置をハンドリング対象物１０４に対して適切に配置させれば、ハンドリング対処物１０４の自重による「たわみ」も少なくできる。

また、この変形例２に係るハンドリング装置によれば、ハンドリング対象物１０４の周囲を把持する変形例１のハンドリング装置に比べて、ハンドリング対象物１０４の中央部を吸着できるので、ハンドリング対象物１０４大きさが小さくなった場合の対応が可能であるという特徴を備えている。

また、スイッチＳＷがオンされた後は保持面１０２ａの全体で吸引されるので、保持面１０２ａの平滑さに準じて平滑に維持される。これにより、ハンドリング対象物１０４は、たわむことなく、搬送及び／又は保持され、精度が要求される組立工程、パッキング工程、移載工程などに有効に利用が可能となる。

その他の構成及び作用効果は実施の形態のハンドリング装置の構成及び作用効果と実質的に同一乃至は均等であるので詳細な説明は省略する。

以上、この発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。

例えば、以上説明した本発明に係るハンドリング装置によれば、引き寄せ装置によりハンドリング対象物を保持面に向けて引き寄せていたが、ハンドリング対象物を載置台の上に載置させた状態で載置台を保持面に向けて送り出すような昇降機構によりハンドリング対象物に対する静電力が作用する位置まで送り出すように構成してもよい。

なお、本発明に係るハンドリング装置では、ロード側には、ハンドリング対象物を保持面向けて送り出す昇降機構などの補助機構が配設されるのが好ましいが、アンロード側では、これらの補助機構は不要となる。これにより、本発明に係るハンドリング装置を搬送装置として利用する場合には、アンロード側（リリース側）には、補助機構は不要となる。

また、以上に説明した本発明に係るハンドリング装置によれば、大気中での保持から真空中での保持に移行した場合について説明したが、引き寄せ装置又は送出装置が機械的な機構により行われる場合や静電チャックを併用する場合には、このハンドリング装置は、離反動作が大気中で行われる場合、また、保持動作が真空中で行われる場合も同一原理により有効に用いられる。

以上のようなハンドリング装置は、ガラス基板などの各種の薄板材料を長時間に亘って保持したり、また、保持を解除（離反動作）が瞬時に行えるので、各種の搬送装置、組立装置の一部として利用することができる。

それらは、例えば、ガラス基板などの薄膜又は薄板材料の搬送及び又は組立装置（例えば、液晶表示装置の組立工程）、半導体チップなどの各種電子部品を誘電体としての絶縁薄膜材料で包装するパッキング工程、としての応用も期待される。

本発明の実施の形態に係るハンドリング装置の一例を断面により説明する図である。 本発明の実施の形態に係るハンドリング装置の一例を断面により説明する図である。 本発明の実施の形態に係るハンドリング装置の一例を断面により説明する図である。 従来のハンドリング装置の一例を断面により説明する図である。

符号の説明

１００：ハンドリング装置
１０１：ベース部材
１０１ａ：貫通孔
１０２：絶縁材
１０２ａ：保持面
１０３：電極
１０３ａ：電極要素
１０３ｂ：電極要素
１０４：ハンドリング対象物
１０４ａ：ハンドリング対象物面
１０５：制御部（コントローラ）
１０６：機械的引き寄せ装置
１０６ａ：進退機構
１０６ｂ：把持爪
２０７：進退機構
２０８：吸着ハンド
２０８ａ：吸着面

Claims (7)

1. 減圧装置を備えることにより、静電気吸引力により大気中で高抵抗性のハンドリング対象物を保持した状態から、真空に移行した後に前記静電気吸引力によるハンドリング対象物の保持を解除することによりハンドリング対象物のハンドリングが行えるハンドリング装置において、
   互いに異なる電圧を印加することが可能な電極要素がハンドリング対象物に向けて露出して隣接して配設されており、
   該電極要素に異なる電圧を印加させることにより、前記ハンドリング対象物を前記電極要素の表面を保持面としてに静電気吸引力により吸引して接触的に保持すると共に、該電圧の印加を遮断して前記電極要素を接地することにより前記静電気吸引力を解除してハンドリング対象物を前記電極要素の表面から離反させるハンドリング装置であって、
   前記静電吸引力が働く位置まで前記ハンドリング対象物を引き寄せるための装置であって、前記ハンドリング対象物に向けて進退可能に固定される引き寄せ装置と、
   前記引き寄せ装置によりハンドリング対象物が引き寄せられて前記ハンドリング対象物が静電気吸引力により吸引されて接触的に保持できるまで近接させた状態で前記電極要素への異なる電圧の印加が行えるスイッチとを備えていることを特徴とするハンドリング装置。
2. 前記引き寄せ装置は、前記保持面に平行にハンドリング対象物に向けて進退可能に移動する把持爪及び該把持爪がハンドリング対象物を保持した状態で該ハンドリング対象物を前記保持面に向けて進退可能に構成する進退機構を備えた機械的な引き寄せ装置であることを特徴とする請求項１記載のハンドリング装置。
3. 前記引き寄せ装置は、ハンドリング対象物に向けて進退可能に固定される吸着装置であることを特徴とする請求項１記載のハンドリング装置。
4. 前記吸着装置は、真空チャックであることを特徴とする請求項３記載のハンドリング装置。
5. 前記吸着装置は、絶縁層を保持面に有する静電チャックであることを特徴とする請求項３記載のハンドリング装置。
6. 前記ハンドリング対象物は誘電体であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のハンドリング装置。
7. 前記ハンドリング対象物は裏面又は内部に電子回路又は半導体パターンを有する電子部品であり、該電子部品の表面側から請求項１乃至６のいずれかに記載のハンドリング装置によりハンドリング操作を行うハンドリング方法。

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