JP5587628B2 - 薄膜の傾き測定装置及び傾き測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、薄膜の傾き測定装置及び傾き測定方法に関し、特に、円形基材の平面上に薄膜を載置した状態でその傾きを測定する装置及び方法に関する。

従来、ガラスや樹脂等を素材とした円形基材に薄膜を成形し、成形後の薄膜の傾きが許容範囲にあることなどを確認するにあたって、光学測定装置を用い、光軸のずれを測定するなどの方法が用いられている。尚、円形基材とは、例えば、ＣＤ、ＭＤ（登録商標）等の電子メディアやレンズ等である。

また、上記測定を行う前提として、円形基材上の薄膜を芯出しするにあたり、特許文献１に記載の装置は、Ｖブロックと、エアシリンダーと、エアシリンダーのシリンダーヘッドの停止位置を検出するレーザー式変位センサとをプレート上に載置し、該プレートをスライドテーブルを介してもう一方のプレート上にＸＹ方向へ移動可能に載置し、さらにステッピングモータと演算制御装置とを載置し、円形基材の外径のばらつきに影響されず、安定した円形基材の保持力を得ることができるように構成される。

特開平６−３２０３７６号公報

しかし、上記従来の技術においては、薄膜の傾きを測定するにあたって、光学測定装置を用いているため、広い測定用スペースを要するとともに、測定装置の装置コストが高くなるという問題があった。

また、円形基材の円形平面上に載置した薄膜の傾きを精度よく測定するためには、円形基材の円形平面を所定の平面に倣わせるなどして、円形基材のＸＹＺの３軸方向の位置決めを正確に行った上で薄膜の傾きを測定する必要があるが、特許文献１に記載の円形基材の芯出し方法及び装置では、ＸＹ方向の位置決めを行うことができるものの、Ｚ方向の位置決めについては考慮されておらず、上記薄膜の傾きの測定に用いることはできないという問題があった。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、狭い場所にも対応することができるとともに、低い設備コストで精度よく薄膜の傾きを測定することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、円形平面を有する円形基材の該円形平面上に位置する薄膜の該円形平面に対する傾きを測定する装置であって、前記円形平面が所定の面に倣うように該円形基材を挟持する挟持手段と、該挟持手段によって挟持された円形基材を、前記所定の面に対して平行な一方向に予め定められている所定の位置から所定の距離移動させて予め定められた基準位置からの変位を測定する変位測定手段と、該変位測定手段によって測定された変位に基づいて、前記円形基材を位置決めする位置決め手段と、該位置決め手段によって位置決めされた前記円形基材の前記円形平面上に位置する前記薄膜表面上の複数の点の、前記円形平面からの高さを測定する高さ測定手段と、該高さ測定手段による測定値に基づいて、前記薄膜の前記円形平面に対する傾きを算出する傾き算出手段とを備えることを特徴とする。

そして、本発明によれば、従来のように光学測定装置を用いるのではなく、機械的な手段を用いて薄膜の傾きを測定することができるため、狭い場所にも対応することができるとともに、設備コストを低減することができる。また、挟持手段によって円形基材の円形平面が所定の面に倣うようにした状態で円形基材上の薄膜の傾きを測定するため、精度よく薄膜の傾きを測定することができる。

上記薄膜の傾き測定装置において、前記挟持手段を、前記所定の面を形成する面部材と、カムの移動に伴い前記円形基材を挟持する方向及び挟持を開放する方向に移動する基準突起及び一対の爪部材と、該カムの移動に伴い、載置した前記円形基材を昇降させ、該円形基材を前記面部材によって形成された所定の面に当接可能とする昇降機構とを備え、該カムが所定の位置に移動したときに、前記円形基材が前記面部材によって形成された所定の面に当接した状態で前記基準突起及び一対の爪部材によって挟持されるように構成することができる。この構成によれば、一つのカムの移動により円形基材の挟持と、円形基材の昇降を同時に行うことができ、よりコンパクトな測定装置を提供することが可能となる。

また、上記薄膜の傾き測定装置において、前記変位測定手段を、前記挟持手段によって挟持した円形基材を、前記所定の面に対して平行な一方向に前記予め定められている所定の位置から前記所定の距離移動させるスライダと、該スライダによって移動した前記円形基材に当接し、該円形基材の前記基準位置からの変位を測定するリニアセンサとを備えるように構成することができる。この構成によれば、挟持手段によって円形基材を挟持するため、ＸＹ方向の一方向については位置決めを行う必要がなく、いずれか一方向のみ位置決めをすればよく、また、スライダとリニアセンサで変位を測定するため、簡単な構成で精度よく円形基材の変位を測定することができる。

さらに、上記薄膜の傾き測定装置において、前記位置決め手段を、前記変位測定手段によって測定された前記基準位置からの変位の半分の距離を、前記予め定められた所定の位置から変位させるスライダを備えるように構成することができる。この構成によれば、スライダで変位測定手段によって測定された変位の半分の距離を変位させるだけで位置決めを行うことができるため、簡単な構成で精度よく円形基材の位置決めを行うことができる。

また、上記薄膜の傾き測定装置において、前記高さ測定手段を、前記薄膜の縁部近傍の点と、該縁部近傍の点に近接する前記円形平面上の点との差を計測する一対のリニアセンサと、該円形基材を、該円形基材の前記円形平面の中心を通り該円形平面に対して垂直な軸線回りに回動させる回動手段とを備えるように構成することができる。この構成によれば、一対のリニアセンサと回動手段の簡単な構成で、薄膜の縁部近傍の点と、該縁部近傍の点に近接する前記円形平面上の点との差、すなわち薄膜の厚さを精度よく測定することができる。

また、本発明は、円形平面を有する円形基材の該円形平面上に位置する薄膜の該円形平面に対する傾きを測定する方法であって、前記円形平面が所定の面に倣うように該円形基材を挟持した状態で、該円形基材を該所定の面に対して平行な一方向に予め定められている所定の位置から所定の距離移動させて予め定められた基準位置からの変位を測定し、該測定された変位に基づいて、前記円形基材を位置決めし、該位置決めした円形基材の前記円形平面上の前記薄膜表面上の複数の点の、前記円形平面からの高さを測定し、該測定値に基づいて前記薄膜の前記円形平面に対する傾きを算出することを特徴とする。本発明によれば、上記発明と同様に、機械的な手段を用いて薄膜の傾きを測定することができ、狭い場所にも対応することができ、低い設備コストで、精度よく薄膜の傾きを測定することができる。

以上のように、本発明によれば、設置スペースが小さくて済み、低い設備コストで精度よく薄膜の傾きを測定することが可能となる。

本発明にかかる薄膜の傾き測定装置及び傾き測定方法の測定対象となる薄膜及び円形基材を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 本発明にかかる薄膜の傾き測定装置の一実施の形態を示す斜視図である。 図２の薄膜の傾き測定装置の位置決め部を示す斜視図である。 図３の位置決め部の円形基材挟持部を示す分解鳥瞰図である。 図３の位置決め部の円形基材挟持部を示す分解俯瞰図である。 図２の薄膜の傾き測定装置の傾き測定部を示す斜視図である。 図２の薄膜の傾き測定装置の第１及び第２のカム機構の動作を説明するためのタイミングチャートである。 図３の位置決め部を簡略化して示す概略図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 図３の位置決め部の動作を説明するための概略断面図である。 図３の変位計の動作を説明するための概略図である。 図３及び図６の傾き測定部の動作を説明するための概略図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。ある。

次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明にかかる薄膜の傾き測定装置及び傾き測定方法の測定対象となる薄膜Ｆ及び円形基材Ｃを示し、薄膜Ｆは、平面視円形に形成され、円形基材Ｃの上に載置され、円形基材Ｃの上面Ｃ’と薄膜Ｆの上面Ｆ’のなす角φを薄膜Ｆの傾きとして測定する。尚、薄膜Ｆの形状は円形に限定されない。

図２は、本発明にかかる薄膜の傾き測定装置の一実施の形態を示し、この薄膜の傾き測定装置（以下、適宜「測定装置」と略称する）１は、大別して、位置決め部１０と、傾き測定部４０とで構成され、位置決め部１０及び傾き測定部４０は、互いに離間した状態で、基台等（不図示）の水平面上に固定される。また、測定装置１は、測定装置１の全体の動作を制御する制御部（不図示）を備える。

図３に示すように、位置決め部１０は、大別して、円形基材挟持部（以下、適宜「挟持部」と略称する）１１と、挟持部１１をＸ方向（変位計５０に接離する方向）に移動させるスライダ１３と、挟持部１１及びスライダ１３をθ方向（鉛直軸回り）に回転させるスライダ１２等で構成される。

図３乃至図５に示すように、挟持部１１は、大別して、エアシリンダ１４と、フレーム２３と、エアシリンダ１４を駆動源とする第１カム機構１５及び第２カム機構２４とで構成される。尚、図４及び図５には、円形基材Ｃ及び薄膜Ｆが２組ずつ描かれているが、実際には、２組の円形基材Ｃ及び薄膜Ｆが重なるように挟持部１１の各構成要素が配置されている。

第１カム機構１５は、図４及び図５に示すように、エアシリンダ１４の出力軸１４ａに連結されるとともに、フレーム２３に固定されるカムブロック１６と、カムブロック１６のＤ１方向への移動により、Ｘ方向に互いに接離する方向に移動するスライドプレート１９（１９Ａ、１９Ｂ）とを備える。

基準側スライドプレート１９Ａは、上面視コの字状に形成され、凹部に基準面用爪１８と、側面用基準突起３１とを備える。一方、従動側スライドプレート１９Ｂは、基準側スライドプレート１９Ａに相対向するように上面視コの字状に形成され、凹部に基準面用爪１８と、一対の側面用爪１７とを備える。

また、挟持部１１には、一端がフレーム２３に、他端がスライドプレート１９（１９Ａ、１９Ｂ）に固定され、スライドプレート１９を互いに近接する方向に付勢するコイルばね２０と、スライドプレート１９に回転自在に固定され、カムブロック１６の側面を回転しながら移動するカムフォロワ２１と、基準側スライドプレート１９Ａに固定され、基準側スライドプレート１９Ａの従動側スライドプレート１９Ｂへ近接する方向への移動をブラケット（不図示）に当接することにより規制するストッパ２２とで構成される。尚、従動側スライドプレート１９Ｂにはストッパが設けられていないため、側面用爪１７の移動が規制されず、円形基材Ｃを挟持するまで移動を継続することができる。

第２カム機構２４は、図４及び図５に示すように、フレーム２３の下端部２３ａに固定されるとともに、凹部２５を各々備えるカムブラケット２６（２６Ａ、２６Ｂ）と、円形基材受け２７を各々備え、Ｚ方向に昇降可能なスライドプレート２８（円形基材受け２７とスライドプレート２８は４組存在する）と、一端がスライドプレート２８に、他端がブラケット（不図示）に固定され、スライドプレート２８を矢印Ｄ２方向（鉛直上方向）に付勢するコイルばね２９と、スライドプレート２８に回転自在に固定され、カムブロック１６の移動に伴い、カムブラケット２６の底面を回転しながら移動するカムフォロワ３０とで構成される。

図６に示すように、傾き測定部４０は、ブラケット４１と、薄膜Ｆ（図１参照）の傾きを測定する一対の変位計（リニアセンサ）４２（４２Ａ、４２Ｂ）と、変位計４２をＸ方向に移動させるスライダ４３と、変位計４２をＺ方向に昇降させるスライダ４４とで構成される。

図２及び図３に示すように、変位計（リニアセンサ）５０は、ベースプレート３２に一体的に固定され、スライダ１３のＸ方向への移動に伴ってＸ方向に移動する円形基材Ｃに当接し、円形基材Ｃの径のばらつきによって生じるＸ方向の変位量を測定するために備えられる。

次に、上記構成を有する測定装置１の動作について説明するが、測定装置１の動作としては、(1)円形基材Ｃの挟持、(2)円形基材Ｃの位置決め（Ｘ方向）、及び(3)円形基材Ｃ上の薄膜Ｆの傾き測定の３つに大別することができる。まず、円形基材Ｃの挟持動作について、図面を参照しながら説明する。

円形基材Ｃの挟持を行うにあたって、図４及び図５に示すように、薄膜Ｆが載置された円形基材Ｃを４つの円形基材受け２７の上に載置し、エアシリンダ１４を駆動する。すると、エアシリンダ１４の出力軸１４ａが矢印Ｄ１方向に移動し、これに伴い、カムブロック１６及びカムブラケット２６も矢印Ｄ１方向に移動する。

ここで、カムブロック１６は、上面視略々台形状に形成されるため、出力軸１４ａとともに矢印Ｄ１方向に移動すると、カムフォロワ２１が回転しながらカムブロック１６の側面に追従して移動する。これに伴って、２つのスライドプレート１９が互いに近接する方向に移動する。但し、スライドプレート１９Ａは、移動中に、ストッパ２２がブラケット（不図示）に当接することにより基準位置で停止する。尚、基準位置については後述する。

さらに、上記スライドプレート１９の移動と同時に、カムブラケット２６は、凹部２５を有するため、カムブラケット２６がエアシリンダ１４の出力軸１４ａとともに矢印Ｄ１方向に移動すると、カムフォロワ３０が回転しながらカムブラケット２６の下面に追従して移動し、凹部２５に進入する。すると、スライドプレート２８は、コイルばね２９により矢印Ｄ２方向に付勢されているため、スライドプレート２８が凹部２５の高さ分だけ矢印Ｄ２方向に上昇する。これにより、円形基材受け２７及び円形基材受け２７の上に載置された円形基材Ｃも上昇する。

上記側面用爪１７の閉方向への移動及び円形基材受け２７の上昇について、図７及び図８を参照しながらより詳細に説明する。尚、図７は、図４及び図５に示したエアシリンダ１４の駆動に伴うカムブロック１６及びカムブラケット２６の移動ストロークと、側面用爪１７及び円形基材受け２７の位置関係を示すカム曲線である。また、図８は、円形基材Ｃの挟持動作における各部の動きを矢印で示すとともに、挟持動作完了時における挟持部１１の状態を示す概略図である。

カムブロック１６の移動に伴い、まず、側面用爪１７及び側面用基準突起３１が水平移動を開始し、両者が互いに近接する方向へ移動する。尚、側面用基準突起３１の移動は、ストッパ２２により暫くして停止する。側面用爪１７がある程度側面用基準突起３１に近接した状態で、円形基材受け２７が上昇し始め、図７の白丸で示されるように、側面用基準突起３１と側面用爪１７による円形基材Ｃの挟持（水平方向）と、基準面用爪１８と円形基材受け２７による円形基材Ｃの押さえ（垂直方向）が略々同時に完了し、円形基材Ｃの上面が基準面用爪１８の下面に当接した状態で円形基材Ｃが側面用爪１７と側面用基準突起３１とで挟持される。以上により、円形基材Ｃの挟持が完了し、円形基材Ｃを基準位置（Ｘ方向）に位置させるとともに、Ｙ方向については、側面用爪１７での挟持により自動的に位置決めされている。

次に、測定装置１の円形基材ＣのＸ方向の位置決め動作について、図９及び図１０を参照しながら説明する。尚、円形基材ＣのＸ方向の位置決めは、次工程で、円形基材Ｃ上の薄膜Ｆの傾き測定を行うにあたり、予め円形基材Ｃの中心を所定の位置に位置決め、円形基材Ｃを回転させた場合に、変位計４２Ａ、４２Ｂを各々薄膜Ｆ（図１参照）の上面Ｆ’及び円形基材Ｃの上面Ｃ’に各々当接させるために行うものである。

まず、図９（ａ）に示すように、基準円形基材２を側面用爪１７及び側面用基準突起３１によって挟持し、基準円形基材２の中心とスライダ１２の回転軸のＸの位置が同じとなる位置をスライダ１３の基準位置とする。また、この状態で、変位計４２のＸを基準円形基材２の薄膜測定位置（変位計４２Ａ、４２Ｂを各々薄膜Ｆ（図１参照）の上面Ｆ’及び円形基材Ｃの上面Ｃ’に各々当接させることができる位置）に合わせ、その位置を変位計４２のＸとする。この状態でスライダ１３を図９（ａ）の矢印方向に所定の位置まで移動させて変位計５０による測定を行う。

次に、図９（ｂ）に示すように、円形基材Ｃを側面用爪１７及び側面用基準突起３１によって挟持し、スライダ１３を上記と同様の所定の位置まで移動させて変位計５０による測定を行う。これによって、円形基材Ｃと基準円形基材２の直径の差を得ることができる。

上記測定により、例えば、円形基材Ｃの直径が基準円形基材２の直径よりＸだけ大きい場合には、図１０に示すように、円形基材Ｃの中心線と基準円形基材２の中心線とは、Ｘ／２だけずれるので、図９（ｂ）に示すように、スライダ１３を基準位置よりＸ／２だけ左にずれた位置に移動させることにより、円形基材Ｃの中心と、スライダ１２の回転軸を合わせる。また、変位計４２もＸ／２だけ左に移動させる。これにより、変位計４２（４２Ａ、４２Ｂ）による円形基材Ｃ上の薄膜Ｆの傾き測定が可能となる。

次に、測定装置１による円形基材Ｃ上の薄膜Ｆの傾き測定動作について図２、図６及び図１１を参照しながら説明する。

図２において、スライダ１２は、θ方向に９０°ずつ回転可能に構成され、変位計４２（４２Ａ、４２Ｂ）は、図６に明示するように、スライダ４３によってＸ方向に、スライダ４４によってＺ方向に移動可能である。

図１１は、上記Ｘ方向の位置決めが完了した状態の円形基材Ｃ上の薄膜Ｆを示し、この状態で、Ａ部〜Ｄ部の４箇所において円形基材Ｃ上の薄膜Ｆの厚さを測定する。具体的には、まず、Ａ部の薄膜Ｆの厚さを測定するため、変位計４２（４２Ａ、４２Ｂ）をスライダ４３によってＸ方向に位置決めした後、スライダ４４によってＺ方向に下降させ、変位計４２Ａを薄膜Ｆの上面Ｆ’に、変位計４２Ｂを円形基材Ｃの上面Ｃ’に当接させ、この時の変位計４２Ａと変位計４２Ｂの変位の差分を厚さＡとして制御部に記憶する。

次に、図２においてスライダ１２によって円形基材Ｃの中心を中心として挟持部１１をθ方向に９０°回転させ、図１１に示したＣ部の厚さＣの測定を行う。この動作を繰り返し、Ｂ部及びＤ部についても厚さＢ、Ｄ（不図示）を測定し、各々制御部に記憶する。

上記測定によって得られた厚さＡ〜Ｄを用い、制御部によって、次式より０°の差厚と、９０°の差厚を算出し、さらに、式１によって、薄膜Ｆの傾きφを算出することができる。尚、式１においてＬは、図１１に示した薄膜Ｆの相対向する測定位置間の距離Ｌである。
０°の差厚＝厚さＡ−厚さＢ＝Ｔab
９０°の差厚＝厚さＣ−厚さＤ＝Ｔcd

尚、本実施の形態においては、スライダ１２の回転角を９０°とし、薄膜Ｆの厚さを４箇所測定したが、スライダ１２の回転角をさらに小さくして測定回数を多くすることにより、より正確な傾き量を算出することができる。

１ 薄膜の傾き測定装置
２ 基準円形基材
１０ 位置決め部
１１ 挟持部
１２ スライダ
１３ スライダ
１４ エアシリンダ
１４ａ 出力軸
１５ 第１カム機構
１６ カムブロック
１７ 側面用爪
１８ 基準面用爪
１９（１９Ａ、１９Ｂ） スライドプレート
２０ コイルばね
２１ カムフォロワ
２２ ストッパ
２３ フレーム
２３ａ 下端部
２４ 第２カム機構
２５ 凹部
２６（２６Ａ、２６Ｂ） カムブラケット
２７ 円形基材受け
２８ スライドプレート
２９ コイルばね
３０ カムフォロワ
３１ 側面用基準突起
３２ ベースプレート
４０ 傾き測定部
４１ ブラケット
４２ 変位計
４３ スライダ
４４ スライダ
５０ 変位計
Ｃ 円形基材
Ｃ’ 上面
Ｆ 薄膜
Ｆ’ 上面

Claims (6)

1. 円形平面を有する円形基材の該円形平面上に位置する薄膜の該円形平面に対する傾きを測定する装置であって、
   前記円形平面が所定の面に倣うように該円形基材を挟持する挟持手段と、
   該挟持手段によって挟持された円形基材を、前記所定の面に対して平行な一方向に予め定められている所定の位置から所定の距離移動させて予め定められた基準位置からの変位を測定する変位測定手段と、
   該変位測定手段によって測定された変位に基づいて、前記円形基材を位置決めする位置決め手段と、
   該位置決め手段によって位置決めされた前記円形基材の前記円形平面上に位置する前記薄膜表面上の複数の点の、前記円形平面からの高さを測定する高さ測定手段と、
   該高さ測定手段による測定値に基づいて、前記薄膜の前記円形平面に対する傾きを算出する傾き算出手段とを備えることを特徴とする薄膜の傾き測定装置。
2. 前記挟持手段は、
   前記所定の面を形成する面部材と、
   カムの移動に伴い前記円形基材を挟持する方向及び挟持を開放する方向に移動する基準突起及び一対の爪部材と、
   該カムの移動に伴い、載置した前記円形基材を昇降させ、該円形基材を前記面部材によって形成された所定の面に当接可能とする昇降機構とを備え、
   該カムが所定の位置に移動したときに、前記円形基材が前記面部材によって形成された所定の面に当接した状態で前記基準突起及び一対の爪部材によって挟持されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜の傾き測定装置。
3. 前記変位測定手段は、前記挟持手段によって挟持した円形基材を、前記所定の面に対して平行な一方向に前記予め定められている所定の位置から前記所定の距離移動させるスライダと、
   該スライダによって移動した前記円形基材に当接し、該円形基材の前記基準位置からの変位を測定するリニアセンサとを備えることを特徴とする請求項１に記載の薄膜の傾き測定装置。
4. 前記位置決め手段は、前記変位測定手段によって測定された前記基準位置からの変位の半分の距離を、前記予め定められた所定の位置から変位させるスライダを備えることを特徴とする請求項１に記載の薄膜の傾き測定装置。
5. 前記高さ測定手段は、前記薄膜の縁部近傍の点と、該縁部近傍の点に近接する前記円形平面上の点との差を計測する一対のリニアセンサと、
   該円形基材を、該円形基材の前記円形平面の中心を通り該円形平面に対して垂直な軸線回りに回動させる回動手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の薄膜の傾き測定装置。
6. 円形平面を有する円形基材の該円形平面上に位置する薄膜の該円形平面に対する傾きを測定する方法であって、
   前記円形平面が所定の面に倣うように該円形基材を挟持した状態で、該円形基材を該所定の面に対して平行な一方向に予め定められている所定の位置から所定の距離移動させて予め定められた基準位置からの変位を測定し、
   該測定された変位に基づいて、前記円形基材を位置決めし、
   該位置決めした円形基材の前記円形平面上の前記薄膜表面上の複数の点の、前記円形平面からの高さを測定し、
   該測定値に基づいて前記薄膜の前記円形平面に対する傾きを算出することを特徴とする薄膜の傾き測定方法。

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