JP4946471B2 - ワークの支持機構および支持装置 - Google Patents

Description

本発明は、板状のワークや基板を垂直に近い状態で支持する支持機構に関する。

近年、大型の板状ワークを垂直に支持した状態で、ワークの面形状を精度よく測定する測定装置が提案されている。大型の板状ワークとしては、セラミクス、ガラス、金属などが挙げられる。例えば、セラミクスを精密機器の定盤として使用するためには、面を平坦に加工し、さらにその面の形状を精度よく測定することが望まれている。

セラミクスやガラスなどの剛性が高い材料であっても、重量が大きくなると、支持する台の上に垂直に載置した場合に、自重によるたわみ（変形）が発生しやすくなる。特に、載置のしかたによりたわみの大きさに影響があるため、たわみ（変形）が生じない支持のしかたが望まれている。

本発明は、板状ワークが、鉛直方向から少し傾いた状態で載置された場合でも、たわみ（変形）が発生しにくい支持機構を提案することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、板状のワークを垂直に支持する支持機構として、板状のワークの上面あるいは側面を支持する上部支持部材と、上面が前記板状のワークの底面に接して該ワークを支持する下部支持部材とを有し、前記下部支持部材は、上面が上向きの凸面であり、前記下部支持部材の前記上面は前記板状のワークの底面の一部に当接し、前記板状のワークの底面の長辺が前記下部支持部材とは当接しない状態で、前記板状のワークを支持する板状のワークの支持機構を提供する。

本発明の支持機構によれば、板状のワークを略垂直に支持する際に、たわみが発生しにくい状態で支持することができる。

本実施形態は、板状のワークを略垂直な状態で支持する支持機構および支持方法に関するものである。板状のワークとは、長方形や楕円形はもちろん、その外周の形状が不規則な形状のものも含む。以下、図面を参照しながら実施形態を説明するが、本発明はこれに限定されない。

図1は実施例１の支持機構に板状ワークを載置した状態を示す概略図である。第１の下部支持部材１と第２の下部支持部材２とが、板状ワーク４の底面を支持し、上部支持部材３が板状ワーク４の上面に当接して、板状ワーク４を垂直に支持している。板状ワーク４は縦1220ｍｍ、横1400ｍｍ、厚さ13ｍｍの直方体であり、重量は48ｋｇである。実施例１では、上部支持部材３に３ｋｇｆの荷重をかけることにより板状ワーク４を保持している。

実施例１の上部支持部材３は樹脂製であり、この下面すなわちワーク４の上部の端面１２に接する面は平面となっている。また、２つの下部支持部材1、２の上面すなわちワーク４の底面（底部の端面）１１と接する面は、シリンドリカルな面となっている。図２に第一の下部支持部材１のＡ−Ａ´方向の断面図を示す。上面は半径100ｍｍの曲面となっており、樹脂材で作製されている。

実施例1のワーク４の重量は48ｋｇであり、例えば、上面が平面となっている下部支持部材へ鉛直方向から傾いて載置された場合には、ワーク４の底面への荷重に偏りが生じ、一方の端部により多くの荷重が掛かることになる。ワーク４が鉛直方向に対して0.1度程度傾いた場合は、ほとんどの荷重が底面の一方の端面に加わることになる。ワーク４のＢ面側の端部に荷重が多く掛かる場合には、ワーク４は全体としてＡ面が凸面になりＢ面が凹面になるように湾曲した形状へと変形する。この場合では、ワーク４のＡ面が鉛直方向となるように載置した場合に比較して、Ａ面のたわみ（変形）量が 24μｍにもなる。ワーク４の平面度が5μｍ以下の精度を要求されるような場合は、このように傾いた状態での載置では、正確な平面度の測定はできない。

実施例1の下部支持部材は下部支持部材の上面は半径100ｍｍのシリンドリカル面となっているため、ワーク４が0.1°傾いて載置された場合でも、発生するたわみは1.9μｍ以下と見込まれ、平面度測定の精度に影響しない。

また、実施例1では第一の下部支持部材１の上面の形状を半径100ｍｍの曲面としたため、ワーク４の底面の中央付近は第一の下部支持部材１の上面と接しているが、ワーク４の底面のＡ面側の端部及びＢ面側の端部はいずれも第一の下部支持部材１の上面とは接していない。本実施例の場合、ワーク４の傾きが2°以内であれば、測定精度に影響しない範囲のたわみ量とすることができる。

下部支持部材および上部支持部材の材料としては、PEEK（ポリエーテルエーテルケトン）材、デルリン（デュポン社の登録商標）等の樹脂や、真鍮、アルミニウム等の金属を使用することができる。

また、実施例1の第一の下部支持部材は、金属あるいは樹脂のブロックからの切削加工や一般的な樹脂成形により形状を形成することができる。実施例1では下部支持部材を1つの材料で構成したが、平板部材の上に、シリンドリカル面を形成した部材を接着等で固定して形成することも可能である。

以上、実施例1ではワーク４が鉛直方向に傾いた場合について説明したが、下部支持部材が鉛直方向に対して傾いた状態で板状のワークを載置した場合にも、下部支持部材の上面を略凸面とすることにより、板状のワークの底面の一方の端部に荷重が集中することを防止することができる。

また、実施例1では、下部支持部材を2つとし、２箇所で板状ワークの底面を支持したが、本発明はこれに限定されない。下部支持部材の数は1あるいは複数のいずれかを選択することができる。たとえば、ワークの重量やワークと下部支持部材との摩擦を考慮し適選択することが可能である。あるいは、ワークの長辺に沿って伸びた1つの下部支持部材としてもよい。

さらに、実施例1では上部支持部材3がワーク４の上面12に接する構成の例であるが、上部支持部材はワーク４の左右の側面13を挟むように設けてもよい。

実施例２は、下部支持部材の断面の形状を台形とした例である。
図３を参照しながら実施例２の下部支持部材２１を説明する。下部支持部材の上面２１は平面でその幅Ｄｓは下部支持部材２１の下面２３の幅より狭くなっており、全体として、2３を１辺とする長方形に２２を上辺とする台形が載った六角形となっている。また、上面２２の幅Ｄｓは、その上に接して載置されるワーク4の底面１１の幅Ｄｗより狭くなっている。このため、ワーク４がいくぶん傾いて載置された場合でも、ワーク４の底面の端部荷重が集中することがない。

図３は六角形の断面の例であるが、上側の台形の部分をシリンドリカルな面の一部を平面とした形状とし、上面２２がその平面となるような形状としてもよい。あるいは、図４のような断面形状としてもよい。また、下部支持部材の上面の一部に、板状ワークの底面を接触しない凹部を設けてもよい。

実施例1及び実施例2で説明したように、下部支持部材の上面が、板状ワークの底面の端部が下部支持部材の上面と接触しないような形状とすることが好ましい。また、下部支持部材の上面の、板状のワーク４の底面と接する部分の幅（板状ワークの厚さ方向の幅）は、板状のワークの厚さより短くし、Ａ面とＢ面両方の端部が下部時支部部材の上面と接しないようにすることが好ましい。

また、実施例1及び実施例2では、下部支持部材及び上部支持部材は板状ワーク４の端面にのみ接触している。例えば、Ａ面あるいはＢ面の全領域を基準面等として使用するワークでは、Ａ面及びＢ面に支持部材が接触しないため、異物の付着等の原因になることがなく好ましい。
図３では、下部支持部材２１の底面２３の幅が上面２２の幅Ｄｓより広い構成の例であるが、底面23の幅を板状ワーク４の厚さＤｗより短い構成としてもよい。
＜変形例＞
図５は実施例２の変形例である。下部支持部材31には突起部34が設けられている。このような突起部は、板状ワークの保護或いは載置の際のガイドとして使用することができる。

上述のように、第一の実施形態の支持機構では、下部支持部材の上面と板状ワークの底面とが接する部分の長さ（板状ワークの厚さ方向の長さ）を板状ワークの厚さより短くし、さらに板状ワークの底面の端部が下部支持部材と接しないように載置することにより、荷重が偏ることによるたわみ（変形）を防止することができる。
＜第２実施形態＞
図6を参照して第2実施形態の支持装置を説明する。図６の支持装置は、基板８に高さ調節機構５を介して第一の下部支持部材1が、また高さ調節機構６を介して第二の下部支持部材が設けられており、板状のワーク４は2つの下部支持部材にその底面の一部が当接している。また板状のワーク４の上面（上側の端面）には上部支持部材３の底面が当接しており、上部支持部材３には圧力調節機構７が取り付けられ、上部支持部材が板状のワーク４へ掛ける力を調節している。

２つの下部支持部材は、第1実施形態と同様に、上面が略凸面となっており、上面の板状ワーク４の底面と接する幅（載置される板状ワーク４の厚さ方向の長さ）は板状ワーク４の厚さより短く、板状ワーク４の底面の端部はいずれも2つの下部支持部材の上面には接していない。このため、第一の実施形態と同様に、底面の端部に荷重が集中することによる変形を発生することなく板状ワークを支持ずることが出来る。

上部支持部材３の底面は平面となっており、例えば、縦1220ｍｍ、横1400ｍｍ、厚さ13ｍｍで重量が48ｋｇの直方体の場合、圧力調整機構７により3ｋｇｆの荷重を掛けることにより、板状のワーク4が下部支持部材1、2の上面を滑って移動することなく保持することができる。

板状ワーク４を第２実施形態の支持装置に載置する方法として、次のような手順で載置することが出来る。まず下部支持部材1、2と上部支持部材３との間を板状ワーク4の辺の長さより長く開けた状態で、板状ワーク４の底面を下部支持部材1、2の上面に載せる。このとき、板状ワーク４の厚さ方向の中心が下部支持部材の上面の中心に載り、板状ワーク4の底面の端部が下部支持部材の上面に接しないように調整する。下部支持部材が複数ある場合には、全ての下部支持部材について、板状ワークの底面の端部と接しないように調整する。このように、姿勢を調整した状態で、上部支持部材を移動させて板状ワークの上面に接し、所定の荷重となるように調整する。

第2実施形態では、さらに2つの下部支持部材にはそれぞれ高さ調節機構が設けられており、２つの高さ調節機構５，６を独立して制御することにより、板状ワーク４の姿勢を調節することが可能である。図6に示す例では板状のワーク4は直方体であるが、例えば底辺が凹凸のあるような形状の場合でも、２つの高さ調節機構をそれぞれ、ワークの底面の高さに合わせて調節することにより、不定形の形状を有する板状のワークを支持することが出来る。

本発明は、セラミクスやガラス等の板状ワークの形状を測定する測定装置の支持機構として使用することが出来る。

実施例1の支持機構の概略図である。 実施例1の下部支持部材の断面図である。 実施例２の下部支持部材の断面図である。 第１実施形態の下部支持部材の一例の断面図である。 第１実施形態の下部支持部材の一例の断面図である。 第２実施形態の支持装置の概略図である。

符号の説明

１、２・・・下部支持部材、 ３・・・上部支持部材、 ４・・・板状のワーク、５，６・・・高さ調節機構、７・・・圧力調節機構、 ８・・・基板、 １１・・・板状ワークの底面、 ２１、３１、４１・・・下部支持機構、 ２２、４２・・・下部支持機構の上面

Claims (6)

1. 板状のワークを垂直に支持する支持機構であって、前記板状のワークの上面あるいは側面を支持する上部支持部材と、上面が前記板状のワークの底面に接して該ワークを支持する下部支持部材とを有し、前記下部支持部材は、上面が上向きの凸面であり、前記下部支持部材の前記上面は前記板状のワークの底面の一部に当接し、前記板状のワークの底面の長辺が前記下部支持部材とは当接しない状態で、前記板状のワークを支持することを特徴とする板状のワークの支持機構。
2. 請求項１記載の板状のワークの支持機構であって、前記下部支持部材の前記上面は、シリンドリカルな形状であることを特徴とする板状のワークの支持機構。
3. 請求項１記載の板状のワークの支持機構であって、前記下部支持部材の断面の形状が、上辺の長さが下辺の長さより短い台形であることを特徴とする板状のワークの支持機構。
4. 板状のワークを垂直に支持する支持機構であって、前記板状のワークの上面あるいは側面を支持する上部支持部材と、上面が前記板状のワークの底面に接して該ワークを支持する下部支持部材とを有し、前記上面は、前記板状のワークの底面の一部と接触する上向きの凸面を有し、かつ前記板状のワークの底面の長辺とは接触しない状態で前記板状のワークの底面を支持する面形状であることを特徴とする板状のワークの支持機構。
5. 請求項1から４のいずれかに記載の板状のワークの支持機構であって、前記下部支持部材を複数備えることを特徴とする板状のワークの支持機構。
6. 請求項1から５のいずれかに記載の板状のワーク支持機構であって、
   前記下部支持部材の下方に設けられ、前記下部支持部材の位置を調整する下部支持部材位置調節手段をさらに備えることを特徴とする板状のワークの支持機構。

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