JP4592445B2 - 薄板の表面形状測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、薄板の表面形状を測定するための測定装置に関するものである。

液晶基板等の大型薄板において、その厚さおよび表面形状（例えば、平坦度）等を測定するような場合、従来、例えば、特許文献１に開示されているように、測定するガラス基板を水平に置いて、自重の影響を無くす工夫がされている。この従来技術においては、ガラス基板の下方から、該ガラス基板の単位面積あたりの重量に等しい空気圧力を付与して、ガラス基板を水平に保持しようというものであるが、装置が大掛かりとなり、制御が面倒であり且つ高価となる等、デメリットも多かった。そこで、この被測定物であるガラス基板を今度は垂直に保持して自重の影響を少なくしようとする考え方が出願人により既に提案されている（特願２００４−０４０３６８、非公開）。

例えば、当該特許出願によれば、図８に示すように、被測定物であるガラス基板１００を垂直に配置して、表面形状を測定する装置が考えられている。このような測定装置は、基台１１０の上にガラス基板１００を垂直に保持する垂直保持機構１２０（垂直保持機構）および表面形状を測定する測定機構１３０を備えている。

この測定機構１３０は、基台１１０の両端部に立設したエアスライド１４０、１４０（スライド機構）と、その外側に配設されたねじ送り機構１５０、１５０（送り機構）とからなる垂直駆動手段１６０を備えている。さらに、左右両側の垂直駆動手段１６０、１６０のエアスライド１４０、１４０のスライド部１７０、１７０には水平駆動手段１８０の両端部がそれぞれ取り付けられ、この水平駆動手段１８０に測定部１９０が装着されている。
測定部１９０は、水平駆動手段１８０によって水平移動自在に、そして、垂直駆動手段１６０によって上下移動自在になっており、被測定物であるガラス基板１００の表面形状を連続して非接触で測定していくものである。
特開平９−１２６７４５号公報（段落０００５、図１） 特願２００４−０４０３６８

しかしながら、図８に示すような装置においては、水平駆動手段１８０の両端部は、それぞれ垂直駆動手段のスライド部１７０、１７０に取り付けられて上下移動するため、スライド部１７０、１７０には、水平駆動手段１８０の重量、およびそれに装着された測定部１９０の重量の合計重量Ｗが、モーメント荷重Ｍとして加わることになる。この結果、スライド部１７０、１７０が傾斜したり、エアスライド１４０、１４０の外側に配設されたねじ送り機構１５０、１５０へもモーメント荷重が加わって、スライド部１７０の送り作動に影響を生じ、測定結果に影響を与え、信頼性を低下するおそれがあった。

そこで、本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、水平駆動手段および測定部の重量によって生ずるモーメント荷重が、垂直駆動手段に与える影響を少なくして、安定した作動を達成し、測定精度を向上し、測定結果の信頼性を向上することができる薄板の表面形状測定装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、基台上に被測定物である薄板を垂直に保持する垂直保持機構と、前記垂直保持機構によって保持された薄板の側縁の外側に立設された垂直駆動手段と、前記薄板の両面側に配置された一対の水平スライドレールが両端で互いに連結された構成を有し、前記垂直駆動手段の間に架設された水平駆動手段と、前記水平駆動手段の端部を前記垂直駆動手段に連結する受け板部と、前記水平駆動手段の前記水平スライドレールに装着され前記薄板の表面形状を測定する測定部とを備え、前記垂直駆動手段は、スライド機構と、このスライド機構に沿って上下にスライド移動するスライド部と、前記スライド機構に平行に前記薄板側に配設された送り機構とから構成され、前記受け板部は、一端が前記水平駆動手段の端部に固定され、他端が前記垂直駆動手段の前記スライド部に固定され、中央が前記送り機構の送り部材によって支持されており、前記水平駆動手段の端部は、前記送り部材で支持された前記受け板部を介して前記スライド部に連結されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、測定部が装着された水平駆動手段の端部は、垂直駆動手段を構成するスライド機構のスライド部に支持されるだけではなく、スライド機構よりも薄板側に配置された送り機構の送り部材によっても支持される。これによって水平駆動手段の重量および測定部の重量によるモーメント荷重が、直接的にスライド部に加わることが防止され、スライド機構の作動性の低下を防止することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の薄板の表面形状測定装置であって、各々の前記水平スライドレールに装着された前記測定部によって前記薄板の両面の形状が同時に測定されるように構成されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、垂直に保持された被測定物である薄板の表裏両面の形状を同時に計測することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の薄板の表面形状測定装置であって、前記送り機構がねじ送り機構からなり、前記送り機構の送り部材が送りナットであり、前記水平駆動手段の端部を前記スライド部に連結するための前記受け板部は、前記送りナットにフローティング機構を介して前記送りナットに支持されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、ねじ送り機構の送りナットにフローティング機構を介して水平駆動手段の端部が支持されるため、水平駆動手段の作動によって生じる水平方向の衝撃力等が、直接的に送りナットに加わらないようになり、ねじ送り機構の送り作動の安定性を向上することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の薄板の表面形状測定装置であって、前記フローティング機構は、前記受け板部に対して前記水平駆動手段に沿った方向に動き得るように前記送りナットを支持する第１ベアリングガイドと、前記受け板部に対して、前記第１ベアリングガイドの動きと直交する水平方向に動きうるように前記送りナットを支持する第２ベアリングガイドとを含むことを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の薄板の表面形状測定装置であって、前記スライド機構がエアスライド機構からなり、このエアスライド機構のスライド部とスライドレールとの間にエアパッドが挟設されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、エアスライド機構のスライド部とスライドレールとの間にエアパッドが挟設されているため、水平駆動手段の重量および測定部の重量によるモーメント荷重が加わってもスライド部の充分な剛性が確保され、スライド部の作動の安定性を向上することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の薄板の表面形状測定装置であって、前記スライド部は前記スライドレールを左右から挟むように装着され、前記エアパッドが前記スライド部の左右部分における上下の４箇所に設けられていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明によれば、スライド部はスライドレールを左右から挟むように装着され、エアパッドが、水平駆動手段の重量および測定部の重量によるモーメント荷重がスライド部に大きく加わる左右部分における上下の４箇所に設けられているため、モーメント荷重に対するスライド部の剛性を効果的に確保することができる。
また、請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の薄板の表面形状測定装置であって、前記受け板部の上部に取り付けられたワイヤロープと、前記ワイヤロープを介して吊り下げられたバランスウエイトとをさらに備え、前記バランスウエイトによって、前記水平駆動手段および前記測定部の重量に対して、重量バランスがとられていることを特徴とする。

本発明の薄板の表面形状測定装置によれば、水平駆動手段および測定部の重量によって生ずるモーメント荷重が、スライド部の作動に与える影響を少なくして、安定した作動の達成、測定精度の向上、および測定結果の信頼性を向上することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
参照する図面において、図１は、本発明に係る薄板の表面形状測定装置の全体を示す正面図であり、図２は、図１のＡ矢視図である。また、図３は、図１のＢ部分の拡大図であり、図４は、図３に示される受け板部の拡大図である。また、図５は、バランスウエイトの説明図である。図６は、図３に示されるスライド部の正面拡大図であり、図７は、図６に示されるスライド部に装着されるエアパッド部分の説明図である。なお、従来の装置（図８）において説明した要素と同一要素について、同一符号を付して説明を省略する。

図１に示すように、液晶基板等のガラス基板１００（薄板）の表面形状測定装置１は、ガラス基板１００を基台１１０の上に垂直に保持する垂直保持機構２００と、ガラス基板の表面形状を測定する測定機構３００とから構成されている。

垂直保持機構２００は、下部保持部２１０と上部保持部２２０とから構成されている。下部保持部２１０は、基台１１０の略中央部に間隔を置いて２箇所設けられた下部保持部材２１１、２１１から構成され、上部保持部２２０は、基台１１０の略中央部に立設された柱状保持本体２３０に設けられている。柱状保持本体２３０の内部には、上部保持部用のねじ送り機構２４０が内蔵され、そのねじ送り機構２４０と連結した上部保持用スライド部２５０の下部に上部保持部２２０が装着されている。

上部保持部２２０は、上部保持部用のねじ送り機構２４０によって上下動の移動のみ自由であり、下部保持部２１０は、下部保持部材２１１、２１１の間隔が横方向に調整可能になっている（図示せず）。そして、上部保持部２２０は、常に中央に位置するように下部保持部材２１１、２１１の間隔が調整される。すなわち、下部保持部材２１１、２１１は、近づく方向、あるいは遠ざかる方向へ移動可能に構成されている。

一方、測定機構３００は、基台１１０上の両端側に立設された垂直駆動手段３１０、３１０と、これら垂直駆動手段３１０、３１０の間に架設された水平駆動手段３２０と、この水平駆動手段３２０に装着された測定部３３０から構成されている。垂直駆動手段３１０は、エアスライド３４０（スライド機構）と垂直駆動用ねじ送り機構３５０（送り機構）とからなり、垂直駆動用ねじ送り機構３５０は、基台１１０上に設けた基台ねじ送り機構３５１を介してモータ等の駆動手段３５２へ連結されている。この駆動手段３５２の駆動によって、左右両側の垂直駆動手段３１０、３１０の上下動は同期して移動するように構成されている。

水平駆動手段３２０は、その両端部を垂直スライド部３６０、３６０に連結して橋状に形成されており、また、水平駆動手段３２０は、水平方向に所定の間隔をおいて平行に２本の水平スライドレール３７０、３７０を有し、それぞれの水平スライドレール３７０、３７０には図示しないリニアモータにより移動自在な水平スライド部３８０、３８０が装着され、その各水平スライド部には測定部３３０を構成する変位センサ３３０ａ、３３０ｂが取り付けられている。
また、２本の水平スライドレール３７０、３７０のそれぞれは、端部で相互に連結され、垂直駆動手段３１０によって２本の水平スライドレール３７０、３７０が上下動したときには、２本のスライドレール３７０、３７０の間にガラス基板１００が位置されるように構成されている。従って、変位センサ３３０ａ、３３０ｂは、測定する際に、ガラス基板１００の表裏の両面側に位置し、非接触で両面の形状測定が可能なようになっている。

このような測定機構３００によれば、測定する際に、駆動手段３５２が駆動することで、左右の垂直駆動手段３１０、３１０が同期して作動して、垂直スライド部３６０が矢印Ｙ方向（図１参照）に上下動する。さらに、左右の垂直スライド部３６０、３６０に保持された水平駆動手段３２０が作動して変位センサ３３０ａ、３３０ｂは矢印Ｘ方向（図１参照）に左右に移動する。そして、ガラス基板１００の表裏両面の全面に亘って変位センサ３３０ａ、３３０ｂを走査でき、その表面形状を測定することができる。

次に、図３を参照して、水平駆動手段３２０の端部とエアスライド３４０の垂直スライド部３６０との連結部分について説明する。図３に示すように、垂直駆動用ねじ送り機構３５０は、エアスライド３４０の内側（ガラス基板１００側）に配置されている。また、エアスライド３４０の垂直スライド部３６０に水平スライドレール３７０の端部を連結するために受け板部３９０が設けられている。この受け板部３９０は、一端部が垂直スライド部３６０の側面に取り付けられ、他端部が水平スライドレール３７０の端部下面に取り付けられ、さらに中央部が垂直駆動用ねじ送り機構３５０の送りナット４００（送り部材）によって支持されている。

図４に示すように、受け板部３９０は、上部受け板部３９０ａと下部受け板部３９０ｂとから構成され、上部受け板部３９０ａの一端部は、垂直スライド部３６０の側面に取り付けられ、他端部は、下部受け板部３９０ｂに連結されている。また、下部受け板部３９０ｂの一端部は、垂直スライド部３６０の側面に取り付けられ、他端部は、水平スライドレール３７０の端部下面に取り付けられている。
上部受け板部３９０ａと下部受け板部３９０ｂとの間には、フローティング機構４１０が装着され、第１ベアリングガイド４２０と第２ベアリングガイド４３０とを上下に有して構成されている。

第１ベアリングガイド４２０は、上部受け板部３９０ａおよび下部受け板部３９０ｂに対して、送りナット４００を図４に矢印Ｆで示す方向へ動き得るように支持し、第１ベアリングガイド４２０の上方に配置された第２ベアリングガイド４３０は、第１ベアリングガイド４２０の動きと直交する方向（紙面の前後方向）に動き得るように送りナット４００を支持している。すなわち、第２ベアリングガイド４３０（図４参照）は、インナレース４３１とアウターレース４３２とから構成され、インナレース４３１が上部受け板部３９０ａ側に固定され、アウターレース４３２が送りナット４００側に固定され、紙面の前後方向への動きが可能なように送りナット４００が受け板部３９０に支持されている。なお、第１ベアリングガイド４２０も同様の構成を有し、矢印Ｆで示す方向へ動き得るように支持されている。

従って、送りナット４００に加わる水平方向の動きをこの第１ベアリングガイド４２０と第２ベアリングガイド４３０とでフローティングしている。その結果、測定部３３０が水平方向に移動する際に送りナット４００に加わる水平方向の衝撃力等は、フローティング機構４１０によって直接作用しないようになるため、送りナット４００の作動に支障を生じることを抑制して送り動作が確実になる。さらに、送りナット４００は、水平駆動手段３２０の重量および測定部３３０の重量の垂直方向荷重のみが作用するように連結構成されているため、水平駆動手段３２０の重量および測定部３３０の重量によるモーメント荷重を効果的に支持することができ、垂直スライド部３６０に直接的にモーメント荷重が加わることを防止することができる。

上部受け板部３９０ａの上部には、固定具４４０、４４０が取り付けられ、それぞれにワイヤロープ４５０、４５０が装着されており、その先端は図５に示すように、装置本体４６０の上部を通って後ろ側に延長されて、バランスウエイト４７０が取り付けられている。

これは、前述した水平駆動手段３２０の重量および測定部３３０の重量に対して、重量バランスを取るためのものである。その作動原理は、一般的に利用されているものであり、図５に示すように、受け板部３９０に加わる水平駆動手段３２０の重量および測定部３３０の重量の合計重量Ｗは、ワイヤロープ４５０を介して装置本体４６０の後ろ側に吊り下げられたバランスウエイト４７０によって重量バランスがとられている。当然に、このバランスウエイト４７０の重量と水平駆動手段３２０および測定部３３０の重量の合計重量とは、ほぼ等しい関係になっている。

このように、バランスウエイト４７０を設けることよって、水平駆動手段３２０の重量および測定部３３０の重量によるモーメント荷重が送りナット４００に加わって、垂直駆動用ねじ送り機構３５０の作動に支障が生じることを抑制できるため、モーメント荷重による負荷の軽減が図れ、作動の安定性、測定精度の向上が図れる。

次に、図６および図７に示すように、エアスライド３４０の垂直スライド部３６０と垂直スライドレール４８０との間に介在されるエアパッド４９０について説明する。垂直スライド部３６０は、垂直スライドレール４８０を囲って左右から挟むように装着され、エアパッド４９０は、垂直スライド部３６０と垂直スライドレール４８０との摺動部のうち垂直スライド部３６０の左右部分における上下の４箇所に設けられている。

このエアパッド４９０は、図７に示すように、多孔質材製（例えば、多孔質カーボン材等）よりなり、垂直スライドレール４８０に向い合う面にエア噴出穴５００を有している。また、エアスライド３４０の圧力エアが供給されるようにエア供給口５１０を備えている。さらに、エアパッド４９０は、エアパッド４９０と垂直スライドレール４８０との間に微小隙間を有するように垂直スライド部３６０に装着されている。

従って、垂直スライド部３６０が摺動する際に、エアスライド３４０の圧力エアが４隅部分に位置するエアパッド４９０へも供給されて、垂直スライドレール４８０に垂直スライド部３６０が支持されることとなるため、水平駆動手段３２０の重量および測定部３３０の重量によるモーメント荷重が加わっても、充分な剛性を保持でき垂直スライド部３６０が傾斜するようなことを防止して、装置全体の作動性、測定時の精度に対して安定性を確保できる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

本発明の実施の形態に係る薄板の表面形状測定装置の全体を示す正面図である。 図１のＡ矢視図である。 図１のＢ部分の拡大図である。 図３に示される受け板部の拡大図である。 バランスウエイトの説明図である。 図３に示されるスライド部の正面拡大図である。 図６に示されるスライド部に装着されるエアパッド部分の説明図である。 従来の薄板の表面形状測定装置の全体を示す正面図である。

１ 表面形状測定装置
１００ ガラス基板（薄板）
１１０ 基台
２００ 垂直保持機構
３００ 測定機構
３１０ 垂直駆動手段
３２０ 水平駆動手段
３３０ 測定部
３４０ エアスライド（スライド機構）
３５０ 垂直駆動用ねじ送り機構（送り機構）
３６０ 垂直スライド部（スライド部）
４００ 送りナット（送り部材）
４１０ フローティング機構
４９０ エアパッド

Claims (7)

1. 基台上に被測定物である薄板を垂直に保持する垂直保持機構と、
   前記垂直保持機構によって保持された薄板の側縁の外側に立設された垂直駆動手段と、
   前記薄板の両面側に配置された一対の水平スライドレールが両端で互いに連結された構成を有し、前記垂直駆動手段の間に架設された水平駆動手段と、
   前記水平駆動手段の端部を前記垂直駆動手段に連結する受け板部と、
   前記水平駆動手段の前記水平スライドレールに装着され前記薄板の表面形状を測定する測定部とを備え、
   前記垂直駆動手段は、スライド機構と、このスライド機構に沿って上下にスライド移動するスライド部と、前記スライド機構に平行に前記薄板側に配設された送り機構とから構成され、
   前記受け板部は、一端が前記水平駆動手段の端部に固定され、他端が前記垂直駆動手段の前記スライド部に固定され、中央が前記送り機構の送り部材によって支持されており、
   前記水平駆動手段の端部は、前記送り部材で支持された前記受け板部を介して前記スライド部に連結されていることを特徴とする薄板の表面形状測定装置。
2. 各々の前記水平スライドレールに装着された前記測定部によって前記薄板の両面の形状が同時に測定されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の薄板の表面形状測定装置。
3. 前記送り機構がねじ送り機構からなり、前記送り機構の送り部材が送りナットであり、前記水平駆動手段の端部を前記スライド部に連結するための前記受け板部は、フローティング機構を介して前記送りナットに支持されていることを特徴とする請求項１に記載の薄板の表面形状測定装置。
4. 前記フローティング機構は、前記受け板部に対して前記水平駆動手段に沿った方向に動き得るように前記送りナットを支持する第１ベアリングガイドと、前記受け板部に対して、前記第１ベアリングガイドの動きと直交する水平方向に動きうるように前記送りナットを支持する第２ベアリングガイドとを含むことを特徴とする請求項３に記載の薄板の表面形状測定装置。
5. 前記スライド機構がエアスライド機構からなり、このエアスライド機構のスライド部とスライドレールとの間にエアパッドが挟設されていることを特徴とする請求項１に記載の薄板の表面形状測定装置。
6. 前記スライド部は前記スライドレールを左右から挟むように装着され、前記エアパッドが前記スライド部の左右部分における上下の４箇所に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の薄板の表面形状測定装置。
7. 前記受け板部の上部に取り付けられたワイヤロープと、
   前記ワイヤロープを介して吊り下げられたバランスウエイトとをさらに備え、
   前記バランスウエイトによって、前記水平駆動手段および前記測定部の重量に対して、重量バランスがとられていることを特徴とする請求項１に記載の薄板の表面形状測定装置。

Images