JP4651104B2 - 位置決めトレイ - Google Patents

Description

本発明は、液晶パネル等の基板の搬送や加工等に伴い、これら基板を所定位置に位置決めするためのトレイに関する。

例えば液晶パネルや半導体チップ等の基板（ワーク）を搬送、加工、組立て等の各種処理に供するにあたり、これら基板を加工装置等のテーブル上の所定位置に正確に位置決めして配置する必要がある。
このような位置決め装置は各種提案されており、特にワークのカケやワレを低減できる技術が報告されている（例えば、特許文献１参照）。
この技術によれば、位置決め装置は、基板の外周に接触可能な二辺のプレートを持つ位置決め部材と、位置決め部材に対し接近離反して基板を位置決め部材に突き当てて位置決めする可動部材とを備えており、可動部材を揺動させることにより、可動部材を突き当てる際の片当りを防止するとされている。

特開平７−６８４４１号公報

しかしながら、上記した特許文献１記載の技術の場合、位置決め部材がプレート状であるため、基板がプレートに接触する片当りを充分に緩和したり防止することは難しい。例えば、真空又は減圧環境下では素材間の摩擦係数が上昇するため、基板がプレートに片当りすると、基板がそれ以上摺動することができず、片当りしたまま基板の位置が固定される。従って、この技術の場合、位置決め精度が低く、基板のカケやワレが依然として発生するおそれがあった。
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、基板のカケやワレを大幅に低減し、又、位置決め精度を向上させることができる位置決めトレイの提供を目的とする。

本発明の位置決めトレイは、多角形の基板を載置するトレイ本体と、前記トレイ本体上に配置されて前記基板の隣接する２辺に接触し、該基板を位置決めする位置決め部材と、前記位置決め部材に対し接近離反可能であり、前記位置決め部材の内側に載置された前記基板を該位置決め部材に当接させて位置決めする可動部材と、前記可動部材を移動させる駆動部材とを備え、前記可動部材は二股分岐したアームと、各アームに取付けられて前記基板の他の２辺にそれぞれ接触する接触部材とを備え、かつ前記可動部材の接近離反する移動線を中心に前記各アームが自己揺動するよう、該アームが前記駆動部材に取付けられ、前記接触部材が前記他の２辺に接触する位置が各辺の中点になっていて、
前記トレイ本体には前記移動線上に位置する直線部と、前記移動線から離間する離間部とを接続してなるガイド溝が形成され、前記可動部材には前記ガイド溝に収容されるガイドピンが設けられ、前記可動部材の接近離反の際、前記ガイド溝の形状に沿って前記ガイドピンが移動することにより、前記各アームが前記移動線を中心に自己揺動した後、前記移動線に沿って直進して前記位置決め部材に接近することを特徴とする。
このようにすると、可動部材が出発位置から自己揺動しながら移動して、アーム先端の接触部材が基板の二辺に交互に接触し、押圧するため、常に位置決め部材に一方向からのみ基板を押し付けることができる。このため、位置決め部材に基板の一辺が片当りしたとしても、アームの自己揺動により押圧される方向が変わる際に、先に位置決め部材に片当りした基板に対する押圧が一旦開放され、他の方向から位置決め部材に基板が接触、押圧される。このため、片当りに起因する位置調整の誤差を小さくすることが可能となる。又、各アームの基板に接触する位置は、基板の一辺の中央側面近傍であり基板の重心に近いため、押圧している最中に基板が回転方向にずれることを抑制することが可能である。
又、ガイド溝の形状に応じて、前記各アームの自己揺動を正確に制御することができ、可動部材の自己揺動による基板のずれ調整がさらに充分となる。さらに、各アームが自己揺動して基板のずれ調整を充分行った後、各アームが直進して基板を位置決め部材に押圧するので、片当りを更に低減することができる。

前記位置決め部材は、前記トレイ本体の平面に垂直な中心軸を有する円筒又は円柱であり、該円筒又は円柱が前記２辺の各辺当り２個以上設置されていることが好ましい。
このようにすると、位置決め部材をなす円筒に基板が片当りしてもスムースに摺動して力を逃がすことができ、従来の位置決めプレートのように基板が片当りしたまま押圧されることがない。

前記円筒又は円柱は前記中心軸周りに回転可能なローラーであることが好ましい。
このようにすると、位置決め部材をなす円筒に基板が片当りした場合に、スムースに摺動して力を逃がす効果がさらに大きくなる。

本発明は、真空又は減圧環境下で使用されることが好ましい。

本発明によれば、基板のカケやワレを大幅に低減し、又、位置決め精度を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

<第１の実施形態>
図１は、本発明の第１の実施形態に係る位置決めトレイの構成例を示す上面図である。図１において、位置決めトレイ（基板トレイ）１００は、矩形状の平面を有するトレイ本体２０と、トレイ本体２０の隣接する二つの端縁から所定距離だけ内側に配置される複数の位置決め部材３０と、凹部４０と、可動部５０と、可動部５０を移動させる油圧シリンダ等の駆動部材８０とを備える。
矩形状の基板（基板）１０はトレイ本体２０の平面に載置され、基板１０の隣接する二辺の外周が位置決め部材３０の内側にそれぞれ当接することにより、基板がトレイ本体２０上に位置決めされる。凹部４０は、トレイ本体２０上に載置された基板が外側に脱落するのを防止するものであり、トレイ本体２０平面より基板１０の厚み程度低くなるように凹んでいる。凹部４０の外縁はトレイ本体２０の端縁と平行であり、かつ基板１０の大きさよりやや大きい。

位置決め部材３０は、トレイ本体２０の平面に垂直な軸を有する４個の回転する円筒（ローラー）からなり、トレイ本体２０の隣接する二つの端縁から所定距離内側の位置に沿ってそれぞれ前記円筒が２個ずつ配置されている。これらの円筒は、基板１０の一辺をほぼ３等分する位置にそれぞれ配置され、基板１０の隣接する二辺に当接するようになっている。
なお、各円筒は、凹部４０の縁部に位置している。真空又は減圧環境下では素材間の摩擦係数が上昇するため、摩擦係数を減少させることを目的として、上記円筒は軸周りに回転可能なローラーになっているが、特にローラーが軸受けに支持されていることが好ましい。但し、位置決め部材が回転しない単なる円筒（又は円柱）であってもよい。

可動部材５０は、Ｙ字形に二股分岐した２つの右アーム５２Ａ、左アーム５２Ｂと、各アームの先端の下面にそれぞれ取付けられた右ローラー５１Ａ、左ローラー５１Ｂと、各アーム５２、５２の根元を連結して長片状に延びるアーム基部５５と、アーム基部５５のうち各アーム５２Ａ，５２Ｂとの連結部側の下面に突出する第１ガイドピン５３と、アーム基部５５の先端部下面に突出する第２ガイドピン５４とを備える。
各アームの長さは、各ローラー（接触部材）５１Ａ，５２Ａが基板１０の２辺（位置決め部材に接触する２辺とは別の２辺）のそれぞれの中点１０ｂ、１０ｃに接触するよう調整されている。従って、可動部材５０による基板１０の接触位置が各辺のほぼ中点１０ｂ、１０ｃになる。ここで、位置合わせ終了後の基板の基準位置に対し、基板をトレイに載置した初期状態の位置の偏位は約±１０％以下であれば好ましく、本実施例では±１％に設定されている。従って、「接触部の接触位置が各辺の中点にある」とは、可動部材５０が最初に基板１０に接触した状態、及び完全に前進して基板１０を位置決め部材３０に押し当てた状態において、接触部の接触位置が各辺のほぼ中点にあることを意味する。
このようにすると、可動部材が出発位置から移動して直ぐにアーム先端の接触部材が基板に接触し、自己揺動可能な可動部材を用いた場合に基板の位置調整が充分に終了した後に位置決め部材に基板が到達するので、片当りを低減することができる。又、可動部材が基板を押圧して保持する位置が基板の重心に近くなるので、保持中に基板が外れたり、回転方向にずれることなく、可動部材が自己揺動することで基板１０を位置決め部材３０に押圧し、その基板の位置を限定することができる。

又、各ガイドピン５３、５４はアーム基部５５の長辺方向の中心線上に位置する。又、各ローラー５１Ａ、５１Ｂの回転軸は各アーム５２Ａ，５２Ｂの延びる方向に垂直である。

そして、アーム基部５５のガイドピン５３近傍位置にはＡ線と垂直な方向に延びるプレート８１が旋回可能に枢着され、プレート８１を介して駆動部材８０の進退に応じた付勢力が可動部材５０に伝達される。つまり、駆動部材８０の進退に応じて可動部材５０が図１のＡ線に沿って自己揺動しながら進退し、位置決め部材３０に対し接近離反可能になっている。なお、このＡ線は、位置決め部材３０に接触した基板１０の二辺のなす角を二等分する線分の延長線上にあり、この延長線は位置決めされた基板１０の対角線と同一である。

トレイ本体２０の平面上において、位置決め部材３０に対向し凹部４０より外側位置の前記Ａ線上にガイド溝６０が設けられている。ガイド溝６０には、アーム基部５５の第１ガイドピン５３及び第２ガイドピン５４が収容され、ガイド溝６０に沿ってＡ線方向に可動部材５０が移動するようになっている。
図２（ａ）に示すように、ガイド溝６０は、Ａ線上に位置する直線部６１と、直線部６１の延長線（Ａ線）上に位置しかつ直線部６１から離間する始点部６４と、始点部６４に連続しＡ線から外側（図１の右外側）に離れる方向に弧状に湾曲する離間部６３と、離間部６３と直線部６１とを弧状に接続する接続部６２とを備える。ガイド溝６０のうち、直線部６１は位置決め部材３０に最も近い側に位置している。

次に、可動部材５０（各アーム５２Ａ、５２Ｂ及びアーム基部５５を含む）がガイド溝６０に沿って移動する状態について、図２と図３とを比較しながら説明する。
<出発位置>
まず、図２（ａ）に示すように、アーム基部５５の第２ガイドピン５４が始点部６４に収容された位置（つまり、可動部材５０が位置決め部材３０から最も離れた位置）を出発位置とする。出発位置では第１ガイドピン５３は直線部６１の後端に収容されている。
出発位置では、各ガイドピン５３、５４はＡ線上に位置するため、図３（ａ）に示すように、可動部材５０もＡ線上に位置している。
なお、この実施形態において、基板１０が所定の位置決め位置（基板１０の対角線とＡ線が一致する位置）より反時計周りに偏位して載置されたとする。

<左への自己揺動>
次に、駆動部材８０の伸長に応じて可動部材５０が位置決め部材３０側へ接近すると、図２（ｂ）に示すように、第２ガイドピン５４は始点部６４から離間部６３へ移動し、第１ガイドピン５３は直線部６１を進む。
この場合、Ａ線から見て第２ガイドピン５４は右へ変位し、第１ガイドピン５３はＡ線上に位置するので、第１ガイドピン５３を中心にして、該ピン５３より前方の可動部材５０は左へ（反時計周りに）自己揺動する。この時の自己揺動角度はＦである。これに伴い、図３（ｂ）に示すように各アームも左へ自己揺動し、右アーム先端の右ローラー５１Ａが基板１０の右中央側面１０ｂ近傍を押す。
この右ローラー５１Ａにより、右ローラーに対向する左側の位置決め部材３０に基板１０が押圧され、この方向への基板１０の位置が是正される。

<右への自己揺動>
さらに可動部材５０が位置決め部材３０側へ接近すると、図２（ｃ）に示すように、第２ガイドピン５４は離間部６３から接続部６２へ移動し、第１ガイドピン５３は直線部６１を進む。
接続部６２では、第２ガイドピン５４はＡ線に近づくように戻り、第１ガイドピン５３はＡ線上に位置するので、この時の自己揺動角度ＧはＦより小さくなる。従って、第１ガイドピン５３を中心にして、該ピン５３より前方の可動部材５０は右へ（順時計周りに）自己揺動する。これに伴い、図３（ｃ）に示すように各アームも右へ自己揺動し、左アーム先端の左ローラー５１Ｂが基板１０の左中央側面１０ｃ近傍を押す。
この左ローラー５１Ｂにより、左ローラーに対向する右側の位置決め部材３０に基板１０が押圧され、この方向への基板１０の位置が是正される。この時点で、左右それぞれの位置決め部材３０によって基板の位置が適正に限定される。

<前進>
さらに可動部材５０が位置決め部材３０側へ接近すると、図２（ｄ）に示すように、第２ガイドピン５４は接続部６２から直線部６１へ移動し、第１ガイドピン５３は直線部６１を進む。
この場合、Ａ線から見て第１ガイドピン５３、第２ガイドピン５４はともにＡ線上に位置するので、可動部材５０は自己揺動せずにＡ線上を前進する。これに伴い、図３（ｄ）に示すように各アーム先端の各ローラー５１Ａ，５１Ｂが基板１０の左右中央側面１０ｂ、１０ｃ近傍を均等に押す。
このように、左右のローラーから一方向ずつ順に押圧されて基板１０の位置が是正された状態で左右のローラーから均等な押圧力によって、基板１０が位置決め部材３０側へ押し当てられ、位置決めが完了する。
以上のように、基板１０を位置決め部材３０へ押し当てる前に基板の位置調整を行うことにより、基板１０の位置決め部材３０への片当りが防止され、カケやワレを防止すると共に位置決め精度が向上する。
又、可動部材５０は基板側面の左と右の辺を少なくとも１回ずつ押すように自己揺動するので、図２（ａ）に示したように基板１０がトレイ本体２０の本来の位置から反時計周りに偏位して載置された場合だけでなく、例えば基板１０がトレイ本体２０の本来の位置から順時計周りに偏位して載置された場合であっても、有効に位置調整をすることができる。

なお、第１の実施形態において、上記説明では最初に右ローラーからの基板側面の押圧の後、左ローラーからの押圧を行ったが、順序を逆にして左から先に押圧を行ってもよく、この場合はガイド溝６０を図２（ａ）のＡ線で対称としたものをガイド溝に用いればよい。
又、第１の実施形態においては、可動部材が左右に少なくとも１度ずつ自己揺動することを必須とするが、例えば、別のガイド溝を用いることにより左右に複数回自己揺動するようにしてもよい。

<第２の実施形態>
本発明の第２の実施形態に係る位置決めトレイは、位置決め部材３０が上記第１の実施形態に係るものとほぼ同一である（但し、この実施形態では位置決め部材３０を構成する円筒は中心軸まわりに回転しない）、が、可動部材については例えば特許文献１記載の可動部材と同様、移動線Ａを中心に単純に自己揺動するものを用いる。つまり、可動部材はガイド溝に沿って自己揺動が規制されるものではなく、可動部材が駆動部材に枢支され、基板がトレイ本体に偏位して載置された場合に、そのずれを緩和するよう自己揺動する。又、後述するように、この実施形態では可動部材のアームの長さが第１の実施形態のアームより短く、基板１０の２辺の中点より後方（駆動部材側）で基板と接触する。

図４は、本発明の第２の実施形態に係る位置決めトレイの構成例を示す上面図である。図４において、図１と同一の符号は第１の実施形態と同一の構成部分であるので説明を省略する。位置決めトレイ（基板トレイ）２００は、トレイ本体２０と、位置決め部材３０と、凹部４０と、可動部５００と、可動部５００を移動させる油圧シリンダ等の駆動部材８０とを備える。

可動部５００は、例えば上記特許文献１記載の位置決め装置の可動部材１８（同文献の図１）とほぼ同一の構造を有する。つまり、可動部材５００は、Ｙ字形に二股分岐した２つの右アーム５２０Ａ、左アーム５２０Ｂと、各アームの先端の下面にそれぞれ取付けられた右ローラー５１０Ａ、左ローラー５１０Ｂと、各アームの根元を連結して長片状に延びるアーム基部５５０とを備える。そして、アーム基部５５０の後端にはＡ線と垂直な方向に延びるプレート８３が連結部５９０で旋回可能に枢着され、プレート８３を介して駆動部材８０の進退に応じた付勢力が可動部材５００に伝達される。これにより、可動部材５００はＡ線上を出発位置から位置決め部材３０へ向かって前進し、基板１０を位置決め部材３０へ押し当てて位置決めする。

ここで、連結部５９０はＡ線より左側に偏位している。これにより、特許文献１記載の可動部材１８と同様に可動部材５００がＡ線を中心に所定角度で左右に自己揺動し、正規位置から偏位して載置された基板を押圧する際、反力を逃すようになっている。
なお、各アームの長さは、以下のようになっている。つまり、可動部材５００が出発位置にある時に、各ローラー（接触部材）５１０Ａ、５１０Ｂが基板１０の中点１０ｂ、１０ｃより駆動部材８０側の端部近傍に位置するようにアーム長さが調整されている。

第２の実施形態の場合、可動部材は左右へ自己揺動するが、第１の実施形態のように可動部材が積極的に基板側面を左右から押し当て位置調整を行うことはない。従って、第２の実施形態の場合、基板の片当りが生じることがあるが、このような場合であっても、位置決め部材３０が円筒や円柱からなっているため、片当りした基板を容易に逃がして位置を調整することができる。その結果として、位置決め時のカケやワレを防止し、位置決め精度を向上させることができる。

<実施例>
以下に本発明を実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。

<回転可能な円筒状の位置決め部材を用い、可動部材を基板の辺の中点近傍に接触させた例>
第１の実施形態に係る実施例として、図１に示す位置決めトレイ（基板トレイ）１００を用い、位置決め部材として直径６ｍｍで中心軸周りに回転可能なものを用いた。そして、１０^−２〜１０^−４Ｐａの真空度の真空装置内で位置決め動作を行った。基板１０として、２００×２００ｍｍ角で厚み０．７ｍｍのガラス板を用い、１００枚の基板についてそれぞれ図３に示す位置決め動作を行った。位置決め終了後の基板のＡ線からのずれを各基板について測定し、ずれの平均値（以下、「位置決め誤差」という）を求めたところ、±１０μｍであった。

<回転しない円筒状の位置決め部材を用い、可動部材を基板の辺の中点より駆動部材側の端部に接触させた例>
第２の実施形態に係る実施例として、図４に示す位置決めトレイ（基板トレイ）２００を用い、実施例１と全く同様な方法で位置決め動作を行って位置決め誤差を求めたところ、±６５μｍであった。

<回転可能な円筒状の位置決め部材を用い、可動部材を基板の辺の中点より駆動部材側の端部に接触させた例>
図４に示す位置決めトレイ（基板トレイ）２００を用い、位置決め部材３０の円筒をローラー（回転可能）に変えたこと以外は、実施例２と全く同様な方法で位置決め動作を行って位置決め誤差を求めたところ、±２５μｍであった。

<板状の位置決め部材を用い、可動部材を基板の辺の中点近傍に接触させた例>
図１に示す位置決めトレイ（基板トレイ）１００を用い、位置決め部材３０を円筒でなくプレート（特許文献１の図１に記載のもの）に変えたこと以外は、実施例１と全く同様な方法で位置決め動作を行って位置決め誤差を求めたところ、±６０μｍであった。

<比較例>
図４に示す位置決めトレイ（基板トレイ）２００を用い、位置決め部材３０を円筒でなくプレート（特許文献１の図１に記載のもの）に変えたこと以外は、実施例１と全く同様にして位置決め動作を行ったところ、１００枚の基板中の１５枚にワレ又はカケが生じた。又、このような欠陥の生じなかった８５枚の基板について位置決め誤差を求めたところ、±１００μｍであった。
又、比較例のトレイの位置決め動作を観察したところ、基板が位置決めプレートに片当りした際、基板がプレートにくっついてしまうことが判明した。つまり、位置決め部材が円筒であれば、基板がこれに片当りしてもスムースに摺動して力を逃がすことができるがプレート状であるとこの効果が生じない。
又、比較例の場合、実施例１，４に比べてアーム長が短く、アーム先端のローラーが基板に接触する位置が基板の重心から遠くなるため、可動部材が基板に接触した際に基板を回転させ易くなる。そのため、可動部材の自己揺動による基板の位置調整が充分に終了しない間に位置決め部材に基板が到達するので、ワレやカケが生じ易く、位置決め誤差も上昇することが考えられる。

本発明の第１の実施形態に係る位置決めトレイの一例を示す断面模式図である。 ガイド溝に収容されたガイドピンの動きを示す図である。 ガイドピンの動きに応じた可動部材の動きを示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る位置決めトレイの一例を示す断面模式図である。

符号の説明

１０ 基板（基板）
２０ トレイ本体
３０ 位置決め部材
５０、５００ 可動部
５１Ａ、５１０Ａ 右ローラー
５１Ｂ、５１０Ｂ 左ローラー
５２Ａ、５２０Ａ 右アーム
５２Ｂ、５２０Ｂ 左アーム
５３ 第１ガイドピン
５４ 第２ガイドピン
５５、５５０ アーム基部
６０ ガイド溝
６１ 直線部
６２ 接続部
６３ 離間部
６４ 始点部
８０ 駆動部材
１００、２００ 位置決めトレイ（基板トレイ）

Claims (4)

1. 多角形の基板を載置するトレイ本体と、
   前記トレイ本体上に配置されて前記基板の隣接する２辺に接触し、該基板を位置決めする位置決め部材と、
   前記位置決め部材に対し接近離反可能であり、前記位置決め部材の内側に載置された前記基板を該位置決め部材に当接させて位置決めする可動部材と、
   前記可動部材を移動させる駆動部材とを備え、
   前記可動部材は二股分岐したアームと、各アームに取付けられて前記基板の他の２辺にそれぞれ接触する接触部材とを備え、かつ前記可動部材の接近離反する移動線を中心に前記各アームが自己揺動するよう、該アームが前記駆動部材に取付けられ、
   前記接触部材が前記他の２辺に接触する位置が各辺の中点になっていて、
   前記トレイ本体には前記移動線上に位置する直線部と、前記移動線から離間する離間部とを接続してなるガイド溝が形成され、前記可動部材には前記ガイド溝に収容されるガイドピンが設けられ、前記可動部材の接近離反の際、前記ガイド溝の形状に沿って前記ガイドピンが移動することにより、前記各アームが前記移動線を中心に自己揺動した後、前記移動線に沿って直進して前記位置決め部材に接近することを特徴とする位置決めトレイ。
2. 前記位置決め部材は、前記トレイ本体の平面に垂直な中心軸を有する円筒又は円柱であり、該円筒又は円柱が前記２辺の各辺当り２個以上設置されていることを特徴とする請求項１に記載の位置決めトレイ。
3. 前記円筒又は円柱は前記中心軸周りに回転可能なローラーであることを特徴とする請求項２に記載の位置決めトレイ。
4. 真空又は減圧環境下で使用されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の位置決めトレイ。