JP5065621B2 - 真空吸着パッド - Google Patents

Description

本発明は、ガラス基板等の板状の被搬送物を真空吸着して保持する真空吸着パッドに関する。

従来より、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、エレクトロルミネッセンスディスプレイ等のフラットパネルディスプレイに使用される薄厚のガラス基板の搬送には、真空吸着パッドを単数又は複数備えたロボットハンドが用いられている。

真空吸着パッドの構成として、例えば下記特許文献１には、真空発生源に接続されるベース部材と、このベース部材に取り付けられた伸縮可能な蛇腹部材とを有する真空吸着パッドが記載されており、この蛇腹部材の先端に形成されたスカート部で基板を吸着保持するようにしている。

ところで、蛇腹部材は一般に伸縮性を発現させるためにゴム材料で形成されている場合が多く、このため十分な耐熱性を備えていない。従って、例えば基板に対して加熱状態で成膜等の処理を施した後、処理室から基板を取り出す際に、蛇腹部材の先端が熱変形して吸着不良が生じたり、基板上に吸着痕（接触痕）が残るなどの不具合が発生する。このため、上記処理室で処理された基板を所定温度以下に冷却する冷却室を当該処理室の後段に別途配置し、この冷却室で基板を冷却した後、取り出すようにしていた。しかし、この場合では、生産性の低下や基板処理装置の大型化が問題となっていた。

一方、例えば下記特許文献２に記載されているように、蛇腹部材の先端部に、蛇腹部材の構成材料とは異なる材料で形成されたパッド部材を取り付けた構成の真空吸着パッドが知られている。この真空吸着パッド１は、図７に示すように、真空発生源に接続され、内部に排気通路２が形成されたベース部材３と、このベース部材３に一体的に取り付けられ内部が排気通路２と連通する蛇腹部材４と、蛇腹部材４の先端に取り付けられ吸着孔５ａを有するパッド部材５とを備えている。蛇腹部材４とパッド部材５との間、及び蛇腹部材４とベース部材３との間は、それぞれ接着剤を用いて密着されている。

このような構成の真空吸着パッド１は、パッド部材５を耐熱性のある材料で構成することにより、高温処理直後の基板Ｗでも安定して吸着保持することが可能となるので、上述したような冷却設備の追加による生産性の低下と基板処理装置の大型化という問題の改善が図れるようになる。

特開２００１−３１５０８２号公報 特開２００１−１７９６７２号公報

しかしながら、図７に示した従来の真空吸着パッド１においては、パッド部材５を耐熱性のある材料（例えば金属や耐熱性エンジニアリングプラスチック）で構成したとしても、蛇腹部材４とパッド部材５との間が接着剤を用いた接着により一体化されているため、取出し時の基板Ｗの温度によっては当該接着剤が熱劣化して密着性が低下するおそれがある。

また、従来の真空吸着パッド１においては、蛇腹部材４とパッド部材５との間が接着剤を用いた接着により一体化されているため、パッド部材５の交換を容易に行えないという問題がある。このため、パッド部材５に摩耗等の経時劣化が発生した場合、真空吸着パッド１全体の交換が必要になり、メンテナンスコストが増大してしまう。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、パッド部材と蛇腹部材との間の密着性を安定に維持でき、パッド部材の交換も可能な真空吸着パッドを提供することを課題とする。

以上の課題を解決するに当たり、本発明の真空吸着パッドは、内部に排気通路が形成されたベース部材と、前記ベース部材に取り付けられ内部が前記排気通路と連通する蛇腹部材と、前記蛇腹部材の先端に取り付けられ吸着孔を有するパッド部材とを備え、前記パッド部材は、前記蛇腹部材の先端に嵌入され内部に前記吸着孔が形成された嵌入軸部を有するとともに、前記蛇腹部材の先端には、前記嵌入軸部との間の密着状態を保持する環状弾性部材が装着されている。

このような構成の本発明の真空吸着パッドにおいては、蛇腹部材の先端に装着された環状弾性部材によって、パッド部材の嵌入軸部と蛇腹部材との間の密着状態を保持できるので、基板温度の影響を受けることなく蛇腹部材とパッド部材の密着性を安定に維持することができる。また、蛇腹部材とパッド部材との分離が可能であるので、パッド部材のみの交換が行えるようになり、これによりメンテナンスコストの低減を図ることができる。

また、本発明に係る真空吸着パッドは、パッド部材の嵌入軸部の先端外周に、蛇腹部材の内周面に向かって突出する環状壁部が形成され、この環状壁部は、蛇腹部材からの嵌入軸部の抜けを規制するクサビ状に形成されている。これにより、環状弾性部材の不測の破損等によるパッド部材の脱落を防止することができる。

更に、本発明に係る真空吸着パッドにおいて、嵌入軸部の先端側に位置する上記環状壁部の端面を、蛇腹部材に対する嵌入軸部の嵌入をガイドするテーパ状に形成することによって、蛇腹部材に対するパッド部材の組付作業性の向上を図ることができる。なお、環状弾性部材は、あらかじめ蛇腹部材の先端に装着しておけばよい。

パッド部材の構成材料は特に限定されないが、アルミニウム等の金属材料や、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等の耐熱性エンジニアリングプラスチックで構成されるのが好ましい。

以上述べたように、本発明の真空吸着パッドによれば、蛇腹部材とその先端に取り付けたパッド部材との間の安定した密着性を維持できるとともに、パッド部材の交換を可能としてメンテナンスコストの低減を図ることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

図１は本発明の実施形態による真空吸着パッド１１の概略構成を示す側断面図である。本実施形態の真空吸着パッド１１は、ベース部材１３と、このベース部材１３に一体的に取り付けられた蛇腹部材１４と、この蛇腹部材１４の先端に取り付けられたパッド部材１５とを備えている。

ベース部材１３は、ステンレス等の金属材料で形成されており、内部には図示しない真空ポンプ等の真空発生源に接続される排気通路１２が設けられている。蛇腹部材１４は、一定の弾性をもつゴム材料（例えばフッ素系ゴム）からなり、その軸方向への伸縮変形と横方向への撓み変形が可能である。

また、ベース部材１３には、蛇腹部材１４の周囲を囲むように円筒状の側壁１８が形成されており、この側壁１８によって蛇腹部材１４の所定以上の撓み変形を規制するようにしている。なお、側壁１８の上端には樹脂製の緩衝層１９が設けられており、蛇腹部材１４と側壁１８の上端との接触による蛇腹部材１４の損傷を防ぐようにしている。

蛇腹部材１４の一端側（図中下端側）に形成された基部１４ａは、ベース部材の略中央部に固定用ネジ部材１６を介して結合されている。固定用ネジ部材１６の軸心部には貫通孔１６ａが形成されており、この貫通孔１６ａを介して蛇腹部材１４の内部がベース部材１３の内部の排気通路１２と連通している。

パッド部材１５は、耐熱性のある材料で構成されており、本実施形態ではアルミニウム製とされている。なお、これ以外にも他の金属材料やポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等の耐熱性エンジニアリングプラスチック材料が適用可能である。

パッド部材１５の略中央部には吸着孔１５ａが形成されている。この吸着孔１５ａは、パッド部材１５の中央部に一体形成された嵌入軸部１５ｂの軸心に沿ってパッド部材１５を貫通している。パッド部材１５は、嵌入軸部１５ｂを蛇腹部材１４の先端１４ｂ内に嵌入させることで、蛇腹部材１４と一体化されている。

図２は、パッド部材１５の拡大断面図である。パッド部材１５は、基板Ｗに接触するパッド部１５ｃを有している。パッド部１５ｃは、平面形状が円形で、蛇腹部材１４の先端１４ｂが基板Ｗに接触するのを防止できるように蛇腹部材先端１４ｂよりも大きな径を有している。このパッド部１５ｃの表面には、周縁に環状に形成された凸部１５ｄの内方側において、当該パッド部１５ｃと基板Ｗとの間に真空を導入するための凹所１５ｅが設けられている。この凹所１５ｅは、吸着孔１５ａの一端に連通している。

また、嵌入軸部１５ｂの先端側には環状壁部１５ｆが形成されている。環状壁部１５ｆは蛇腹部材１４の内周面に向かって突出しているとともに、蛇腹部材１４からの嵌入軸部１５ｂの抜けを規制するクサビ状に形成されている。具体的には、嵌入軸部１５ｂの基部（パッド部１５ｃ）側に位置する環状壁部１５ｆの一側面１５ｇが、図１において平坦あるいはパッド部１５ｃ側に反り返った態様の傾斜面とされている。

一方、嵌入軸部１５ｂの先端側に位置する環状壁部１５ｆの端面１５ｈは、蛇腹部材１４に対する嵌入軸部１５ｂの嵌入をガイドするテーパ状に形成されている。これにより、蛇腹部材１４の先端１４ｂに対するパッド部材１５の装着作業性を高めることができる。

そして、本実施形態の真空吸着パッド１１においては、蛇腹部材１４の先端１４ｂに、当該蛇腹部材１４と嵌入軸部１５ｂとの間の密着状態を保持する環状弾性部材１７が装着されている。環状弾性部材１７は、例えばフッ素系ゴムなどからなるゴム製のシールリングあるいはＯリングが適用されている。

環状弾性部材１７は、蛇腹部材１４とパッド部材１５との間の嵌入軸部１５ｂにおける密着状態を保持するためのもので、蛇腹部材１４の先端のくびれ部に装着されることで、蛇腹部材１４の全周にわたって均等な力で嵌入軸部１５ｂに対する締付力を付与する。これにより、蛇腹部材１４とパッド部材１５との間の密着性を安定に維持でき、これらの間における真空漏れを防止できる。

以上のように構成される本実施形態の真空吸着パッド１１は、例えば図３に例示的に示すロボットハンド（基板搬送装置）２０のハンド部２１に組み込まれて使用される。このロボットハンド２０は、大気雰囲気に設置され、スパッタ装置等の基板処理装置に対する基板Ｗの搬入や搬出に用いられる。ロボットハンド２０は、複数のアーム部２２Ａ〜２２Ｄを有しており、最終段のアーム部２２Ｄにハンド部２１が連結されている。各アーム部２２Ａ〜２２Ｄ及びハンド部２１はモータ等の回転駆動源を介して任意の角度回転可能とされている。

真空吸着パッド１１は、ハンド部２１に複数本（図３の例では２本）並設された爪部２１ａ上にそれぞれ複数個（図３の例では３個）ずつ設置されている。各真空吸着パッド１１は、これらの爪部２１ａやハンド部２１等に形成された排気通路を介して真空発生源（真空ポンプ）に接続されている。

図４Ａ，Ｂは、真空ポンプ２３に対する各真空吸着パッド１１の接続例を示している。図４Ａ，Ｂの例では、ハンド部２１の爪部２１ａが７本で、各爪部２１ａに真空吸着パッド１１が４個又は７個設置されている。図４Ａは、各真空吸着パッド１１が各爪部２１ａ単位で、又は隣接する一対の爪部２１ａ単位で排気通路が構成され、かつ、単一の真空ポンプ２３にそれぞれ共通に接続された例を示している。一方、図４Ｂは、各真空吸着パッド１１が各爪部２１ａ単位で、又は隣接する一対の爪部２１ａ単位で排気通路が構成され、かつ各々の排気通路毎に設置された真空ポンプ２３にそれぞれ接続された例を示している。なお、図示した真空ポンプ２３は排気容量４００リットル／分のロータリポンプとしたが、ポンプの種類、排気容量は勿論これに限られない。

本実施形態の真空吸着パッド１１は、基板Ｗの吸着保持の際、ハンド部２１の駆動により、各パッド部材１５が基板Ｗの吸着領域に対向配置された後、図１に示したようにパッド部材１５の凸部１５ｄが基板Ｗに接触される。このとき、基板Ｗに反り等が生じていても、蛇腹部材１４のフレキシブル性により、パッド部材１５のパッド部１５ｃを基板Ｗの吸着面に容易に追従できるようになるため、基板Ｗに対する安定したコンタクト性を確保することができる。

そして、真空ポンプ２３の駆動により、排気通路１２、蛇腹部材１４の内部及び吸着孔１５ａを介してパッド部材１５表面の凹所１５ｅを所定圧に真空排気するとともに、蛇腹部材１４の軸方向への所定量の縮小変形を経て基板Ｗを吸着保持する。この状態で、基板Ｗを所定の搬送位置へ搬送した後、真空ポンプ２３の駆動を停止し、排気通路１２を大気に開放するとともに、蛇腹部材１４の軸方向への所定量の伸長動作を経て、基板Ｗの吸着を解除する。

本実施形態の真空吸着パッド１１によれば、基板Ｗと接触するパッド部材１５が耐熱性のある材料で構成されているので、例えば加熱下における成膜処理など、高温処理直後の基板Ｗに対して吸着痕を発生させたり、パッド部材１５の熱劣化による密着性低下を引き起こすことなく基板Ｗを安定して吸着保持することが可能である。

また、蛇腹部材１４とパッド部材１５との間を接着剤で固定する構造ではなく、環状弾性部材１７で両者を密着固定する構造であるため、基板温度の影響を受けることなく、蛇腹部材１４とパッド部材１５との間の密着性を安定に維持することができるようになる。

更に、本実施形態の真空吸着パッド１１によれば、蛇腹部材１４とパッド部材１５との間の分離が可能であるので、パッド部材１５の交換が可能となり、経時変化で劣化したパッド部材の交換や大きさ、形状、材質の異なるパッド部材への交換を行うことができる。これにより、真空吸着パッド１１全体を交換する場合に比べて、メンテナンスコストの低減を図ることができるようになる。

なお、パッド部材１５の離脱操作は、弾性環状部材１７の弾性力以上の力でパッド部材１５を蛇腹部材１４の先端１４ｂから引き抜くようにする。また、パッド部材１５の装着操作は、環状弾性部材１７を蛇腹部材１４の先端１４ｂのくびれ部に装着した後、パッド部材１５の嵌入軸部１５ｂを蛇腹部材１４の先端１４ｂに嵌入させる。このとき、嵌入軸部１５ｂの先端側の端面１５ｈが嵌入軸部１５ｂをその嵌入方向へガイドするテーパ状に形成されているため、蛇腹部材１４に対するパッド部材１５の装着作業が容易となる。

そして、本実施形態の真空吸着パッド１１によれば、パッド部材１５の嵌入軸部１５ｂの先端に形成した環状壁部１５ｆを、蛇腹部材１４からの当該嵌入軸部１５ｂの抜けを規制するクサビ状に形成されているので、何らかの原因による環状弾性部材１７の劣化又は損傷により弾性力が低下したとしても、蛇腹部材１４からのパッド部材１５の脱落を抑制でき、基板Ｗの安定した保持動作を確保することができる。

ここで、上述した構成の本実施形態に係る真空吸着パッド１１において、蛇腹部材１４からのパッド部材１５の抜け止め規制機能を評価した一実験結果について説明する。比較として、図５に示す構成のパッド部材２５を用いた。このパッド部材２５は、その嵌入軸部２５ｂの先端に形成された環状壁部２５ｆの形状が、上述した本実施形態に係るパッド部材１５の環状壁部１５ｆの構成と異なっている。即ち、図５に示すパッド部材２５の環状壁部２５ｆは、嵌入軸部２５ｂの抜けを規制するクサビ状に形成されてはおらず、嵌入軸部２５ｂの基部（パッド部２５ｃ）側に位置する一側面が嵌入軸部２５ｂの先端に向かって傾斜する傾斜面とされている。

評価方法としては、真空吸着パッドのベース部を固定し、パッド部材１５，２５の吸着孔１５ａ，２５ａにバネ計りの計量針を引っかけて引き上げ、パッド部材１５，２５が蛇腹部材から離脱したときの荷重の大きさを各々について測定した。測定の結果を図６Ａ，Ｂに示す。図６Ａは、バネ計りを鉛直方向に引き上げたときの実験結果を示しており、図６Ｂは、バネ計りを鉛直方向に対して１５°傾斜した斜め方向に引き上げたときの実験結果を示している。

なお、図６Ａ，Ｂにおいて、「Ｏリング」は本発明に係る環状弾性部材１７を意味しており、Ｏリングの有無は即ち、環状弾性部材１７の装着の有無を示している。また、各図において「３０００ｕｐ」は、測定値が３０００ｇ（上記バネ計りの最大計量値）以上であり、当該荷重でもパッド部材の離脱が認められなかったことを意味している。

図６Ａ，Ｂに示したように、Ｏリングを装着していないサンプルは、どのサンプルもパッド部材の離脱が認められたのに対し、Ｏリングを装着したサンプルは、パッド部材の形状の相違及びバネ計りの引き上げ方向に関係なく、パッド部材の離脱は認められなかった。この結果から、Ｏリング即ち環状弾性部材を装着することで、パッド部材と蛇腹部材との間の一体化状態の保持性が非常に高いことがわかる。

また、Ｏリングを装着していないサンプルに関して、比較として示したパッド部材２５よりも本実施形態のパッド部材１５の方が引き抜き荷重に対する耐性が総じて高い（約２倍）ことがわかる。これにより、環状弾性部材が何らかの原因で劣化したとしても、環状壁部１５ｆのクサビ形状によって、蛇腹部材１４からのパッド部材の抜けを効果的に規制することができるようになる。

本発明の実施形態による真空吸着パッドの概略構成を示す側断面図である。 図１に示した真空吸着パッドのパッド部材の拡大図である。 図１に示した真空吸着パッドが適用されるロボットハンドの一構成例を示す斜視図である。 図３に示したロボットハンドの真空排気系統を説明する図である。 図２に示したパッド部材の作用効果を説明する上で比較のために用いた他のパッド部材の側断面の図である。 図１に示した真空吸着パッドの作用効果を説明する一実験結果である。 従来の真空吸着パッドの構成を示す側断面図である。

符号の説明

１１ 真空吸着パッド
１２ 排気通路
１３ ベース部材
１４ 蛇腹部材
１５ パッド部材
１５ａ 吸着孔
１５ｂ 嵌入軸部
１５ｃ パッド部材
１５ｄ 凸部
１５ｅ 凹所
１５ｆ 環状壁部
１６ 固定用ネジ部材
１７ 環状弾性部材（Ｏリング）
２０ ロボットハンド
２１ ハンド部
２１ａ 爪部
２２Ａ〜２２Ｄ アーム部
２３ 真空ポンプ

Claims (4)

1. 内部に排気通路が形成されたベース部材と、
   前記ベース部材に取り付けられた基部と、くびれ部が形成された先端部とを有し、内部が前記排気通路と連通する蛇腹部材と、
   前記蛇腹部材の先端に取り付けられ吸着孔を有するパッド部材とを備え、
   前記ベース部材は、前記蛇腹部材の周囲を囲むように形成された円筒状の側壁と、前記側壁の上端に設けられた樹脂製の緩衝層とを有し、
   前記パッド部材は、前記蛇腹部材の前記くびれ部に嵌入され内部に前記吸着孔が形成された嵌入軸部を有し、
   前記嵌入軸部の先端外周には、前記蛇腹部材の前記くびれ部からの前記嵌入軸部の抜けを規制するクサビ状に形成され、前記蛇腹部材の内周面に向かって突出している環状壁部が形成されており、
   前記蛇腹部材の前記くびれ部には、前記嵌入軸部との間の密着状態を保持する環状弾性部材が装着されていることを特徴とする真空吸着パッド。
2. 前記嵌入軸部の先端側に位置する前記環状壁部の端面は、前記蛇腹部材に対する前記嵌入軸部の嵌入をガイドするテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の真空吸着パッド。
3. 前記パッド部材は、金属材料からなることを特徴とする請求項１に記載の真空吸着パッド。
4. 前記パッド部材は、耐熱性エンジニアリングプラスチック材料からなることを特徴とする請求項１に記載の真空吸着パッド。

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