JP6652012B2

JP6652012B2 - ワーク把持装置

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Publication number: JP6652012B2
Application number: JP2016158522A
Authority: JP
Inventors: 孝池尻; 飯塚　和孝; 和孝飯塚
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-08-12
Filing date: 2016-08-12
Publication date: 2020-02-19
Anticipated expiration: 2036-08-12
Also published as: JP2018024068A

Description

この発明は、ワーク把持装置に関する。

従来から、処理対象のワークを把持するために、固定部材と、固定部材と対向して設けられた可動部材と、可動部材を固定部材側に付勢する付勢部材と、を備え、固定部材と可動部材との間でワークを把持するワーク把持装置が利用されている。なお、特許文献１には、ワーク把持装置の一例として、クランプホルダーに固定的に配設された固定側クランプ面と、基端部がクランプホルダーに固定された可動バネ板と、この可動バネ板に固定側クランプ面と対向させて配設された可動側クランプ面と、を有するクランプ装置が開示されている。なお、固定側クランプ面を有するクランプホルダーが固定部材に対応し、可動側クランプ面を有する可動バネ板が可動部材並びに付勢部材に対応する。

実開昭６２−３７９２９号公報

例えば、プラズマＣＶＤ（plasma CVD，plasma-enhanced chemical vapor deposition）装置の処理室のように、処理が実行中の環境が高温環境にある処理室内に、処理が実行されている間、ワークを把持したワーク把持装置が配置される状態にある場合、ワーク把持装置の付勢部材に熱による破損が発生し、ワーク把持装置の把持力の低下を招く、という問題がある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、プラズマＣＶＤ装置においてワークの成膜中に前記ワークを把持するワーク把持装置が提供される。このワーク把持装置は、基部と；前記基部にその上端部が固定された固定部材と；前記固定部材と対向するように配置され、前記基部にその上端部が取り付けられて前記上端部を中心として回動し、前記固定部材との間で前記ワークを把持する可動部材と；前記可動部材を前記固定部材側に付勢する付勢部材と；前記基部に固定され、前記付勢部材の一端を支持する付勢部材ホルダーと；を備える。前記付勢部材ホルダーは、前記付勢部材を前記固定部材の方向に突出させる開口部と、前記開口部を除く前記付勢部材の周囲を覆うように前記付勢部材を収容する収容部と、を有している。
この形態のワーク把持装置によれば、付勢部ホルダーの収容部が付勢部材を覆っている。また、把持部でワークを把持することにより可動部材を付勢ホルダー側に接近させて、付勢部材ホルダーと可動部材との間のすき間を狭めることができる。これにより、プラズマＣＶＤ装置内の高温状態の気体に付勢部材が直接的に晒される度合いを抑制することができる。この結果、高温状態の気体の熱が直接的に付勢部材へ伝わって付勢部材に熱による破損が発生することを抑制することができ、ワーク把持装置の把持力の低下を抑制することができる。

なお、本発明は、プラズマＣＶＤ装置のワーク把持装置だけでなく、種々の態様で実現することが可能である。例えば、プラズマＣＶＤ以外の種々の薄膜形成装置（成膜装置）のワーク把持装置や、薄膜形成装置以外の種々の処理を行なう処理装置のワーク把持装置や、ワーク把持装置を備えるワーク搬送装置、これらを備える処理装置等の形態で実現することができる。

本発明の一実施形態としてのワーク把持装置を備えるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す第１の概略図である。本発明の一実施形態としてのワーク把持装置を備えるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す第２の概略図である。ワーク把持装置の構成を＋ｘ方向側から見た状態で示す概略側面図である。ワーク把持装置の構成を−ｚ方向側から見た状態で示す概略正面図である。ワーク導入装置の溝部に固定側把持部を挿入させた状態を示す概略側面図である。ワーク把持装置の把持部でワークを把持した状態を示す概略側面図である。

図１及び図２は、本発明の一実施形態としてのワーク把持装置５０を備えるプラズマＣＶＤ装置１０の構成を示す概略図である。図１はプラズマＣＶＤ装置１０をワーク把持装置５０が真空予備室３０に位置する状態で示し、図２はプラズマＣＶＤ装置１０をワーク把持装置５０が成膜室２０に位置する状態示している。なお、図１及び図２には、互いに直交する３つの方向ｘ，ｙ，ｚが図示されている。ｙ方向は鉛直上向き方向を示し、ｘ方向及びｚ方向は水平方向を示している。図３以降の図に描かれた方向ｘ，ｙ，ｚも同様である。

このプラズマＣＶＤ装置１０は、いわゆるプラズマＣＶＤによって処理対象である基板（以下、「ワーク」と呼ぶ）ＷＰの表面に炭素薄膜を形成する薄膜形成装置（成膜装置）である。ワークＷＰとしては、燃料電池に用いられるガス拡散層部材であるエキスパンドメタルが例示される。なお、成膜される炭素薄膜の構造としては、アモルファス構造や、グラファイト構造であるものとしても良く、他の種類の構造であるものとしても良い。なお、プラズマＣＶＤ装置１０は、ワークＷＰに炭素薄膜を形成するものに限定されるものではなく、炭素薄膜以外の他の種類の薄膜を、ワークＷＰの外表面に成膜するものとしても良い。例えば、プラズマＣＶＤ装置１０は、金や、白金、タンタルなどの金属元素の薄膜を成膜するものとしても良い。また、ワークＷＰとしては、燃料電池に用いられるエキスパンドメタルに限定されるものではなく、燃料電池に用いられるセパレータプレートや他の用途に用いられる種々の基板であっても良い。

プラズマＣＶＤ装置１０は、成膜室（処理室）２０と、真空予備室３０と、搬送装置４０と、を備える。真空予備室３０は成膜室２０に対して鉛直方向（ｙ方向）の上側に配置され、搬送装置４０は真空予備室３０に対して鉛直方向の上側に配置されている。但し、搬送装置４０のうち、真空予備室３０と成膜室２０との間でワークＷＰを実際に搬送するワーク把持装置５０は、真空予備室３０あるいは成膜室２０の内部に配置され、ワーク把持装置５０が成膜室２０の内部に配置された際に、ワーク把持装置５０の上部で成膜室２０と真空予備室３０とを連通する連通孔２１を封止する弁体４２は真空予備室３０内に配置される。

このプラズマＣＶＤ装置１０では、概ね、以下に示すようにワークＷＰに対する成膜処理が実行される。まず、図１に示すように、真空予備室３０の導入蓋３１を開き、ロボットハンド等のワーク導入装置６０に吸着されたワークＷＰが、ワーク導入装置６０によって真空予備室３０の内部に導入される。後述するワーク把持装置５０でワークＷＰが保持され、ワーク導入装置６０が真空予備室３０から退出された後、導入蓋３１を閉じて、真空ポンプ（不図示）によって真空予備室３０の内部が真空化される。一方、成膜室２０は、別の真空ポンプによって真空状態に維持されている。そして、図２に示すように、真空予備室３０と成膜室２０とを連通する連通孔２１を成膜室２０側で封止するゲートバルブ２２が開いて、真空状態の成膜室２０と真空予備室３０とが連通されると、搬送装置４０によって、ワークＷＰが成膜室２０の内部へ搬入されるとともに、弁体４２によって連通孔２１が真空予備室３０側で封止される。成膜室２０は、真空ポンプ、プラズマ発生装置、原料ガス供給装置、排ガス処理装置、等の成膜のための不図示の装置を備えている。成膜室２０では、搬入されたワークＷＰに対する成膜処理が実行される。そして、成膜処理後のワークＷＰは、搬送装置４０によって成膜室２０から真空予備室３０へ搬出され、ゲートバルブ２２を閉じて成膜室２０が密閉された後、真空予備室３０の真空状態が開放され、導入蓋３１を開いて、ワーク導入装置によって真空予備室３０から導出される。以上のように、プラズマＣＶＤ装置１０では、ワークＷＰに成膜処理が実行される。

図３はワーク把持装置５０の構成を＋ｘ方向側から見た状態で示す概略側面図であり、図４はワーク把持装置５０の構成を−ｚ方向側から見た状態で示す概略正面図である。ワーク把持装置５０は、搬送装置４０のシリンダー４１０に支持されており、シリンダーがｙ方向に伸縮することにより、真空予備室３０と成膜室２０との間で、把持したワークＷＰを搬送する。

ワーク把持装置５０は、シリンダー４１０に固定された基部５１０と、固定部材としての固定板５２０と、固定板５２０に対向して配置される可動部材としての可動板５３０と、可動板５３０を固定板５２０側に付勢する付勢部材としてのコイルバネ５５０と、コイルバネ５５０を支持する付勢部材ホルダーとしてのバネホルダー５４０と、を備える。

固定板５２０は、その上端部が基部５１０に固定されており、その下端部には可動板５３０側に突出した固定側把持部５２２が形成されている。可動板５３０は、その上端部を中心として回動するように、その上端部が回動軸５３２を介して基部５１０に取り付けられている。可動板５３０の固定側把持部５２２側の面５３４は、固定側把持部５２２に対向する可動側把持面に相当し、固定側把持部５２２と可動側把持面５３４とは、ワークを把持する把持部ＣＰを構成する。バネホルダー５４０は、可動板５３０の可動側把持面５３４とは反対側の面５３６側で、可動板５３０に対向するように配置され、その上端部が基部５１０に固定されており、その下端部には、可動板５３０側に開口部５４３を有し、コイルバネ５５０を収容する収容部５４２が設けられている。コイルバネ５５０は、一方の端部５５４が収容部５４２の底面５４４に点状に接触するように固定され、他方の端部５５２が可動板５３０のバネホルダー５４０側の面５３６に点状に接触するように固定されている。コイルバネ５５０には、把持部ＣＰでワークが把持されない状態で、常に、可動板５３０の可動側把持面５３４が固定板５２０の固定側把持部５２２に押し付けられる状態となるような付勢力を可動板５３０に与えるタイプのコイルバネ（圧縮コイルバネ）が用いられる。なお、シリンダー４１０、基部５１０、固定板５２０、可動板５３０、およびバネホルダー５４０は、成膜処理中の成膜室２０の内部の温度に対して十分な耐熱性を有する種々の金属材料、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム合金等が用いられる。コイルバネ５５０は、可能な限り高い耐熱性を有する部材、例えば、インコネルを用いた耐熱用コイルバネが用いられる。

このワーク把持装置５０では、以下に示すようにワークＷＰの把持が実行される。図３に示すように、ワーク導入装置６０の吸着面６２に吸着されたワークＷＰを、ワーク導入装置６０によって把持部ＣＰの近傍位置まで移動させる。そして、ワークＷＰを可動側把持面５３４に押し付けて、固定側把持部５２２と可動側把持面５３４との間隔を押し広げながら、ワーク導入装置６０の吸着面６２及び上面６４の中央位置に設けられた溝部６６（図３，４）に、固定側把持部５２２を挿入させる。

図５は、ワーク導入装置６０の溝部６６に固定側把持部５２２を挿入させた状態を示す概略側面図である。この状態で、ワーク導入装置６０によるワークＷＰの吸着を解除し、ワーク導入装置６０を後退させることにより、固定側把持部５２２と可動側把持面５３４とで構成される把持部ＣＰでワークＷＰを把持させることができる。

図６は、ワーク把持装置５０の把持部ＣＰでワークＷＰを把持した状態を示す概略側面図である。上述したように、シリンダー４１０を伸縮させて、ワークＷＰを把持した状態のワーク把持装置５０を成膜室２０（図２）に搬送させることにより、成膜室２０においてワークＷＰに成膜処理を行なうことができる。

ここで、図３のワークＷＰを把持していない状態と比較すれば分かるように、ワークＷＰを把持している状態では、開口部５４３よりも外側に位置するコイルバネ５５０の部分が少なくなり、収容部５４２で周囲を覆われるコイルバネ５５０の部分が多くなる。またワークＷＰを把持していない状態における可動板５３０とバネホルダー５４０の開口部５４３との間隔Ｄｎ（図３）に対して、ワークＷＰを把持した状態における間隔Ｄｃは狭くなり、開口部５４３と可動板５３０との間の空間も狭くなる。これにより、成膜室２０(図２）の内部で成膜処理が実行されている場合、プラズマ状態の気体に、コイルバネ５５０が直接的に晒される度合いを抑制することができる。この結果、高温状態の気体の熱が直接的にコイルバネ５５０に伝わってコイルバネ５５０に熱による破損が発生することを抑制することができ、ワーク把持装置５０の把持力の低下を抑制することができる。このため、例えば、コイルバネ５５０の耐熱温度が５００℃〜６００℃程度で、成膜室２０の内部の温度が、６００℃〜１０００℃の高温状態となっている場合においても、コイルバネ５５０の耐熱温度以上の熱が、コイルバネ５５０に直接的に伝わって破損が発生することを抑制することが可能である。

また、バネホルダー５４０の収容部５４２は、コイルバネ５５０の外周が収容部５４２の壁面に点状に接触するように、例えば、正方形断面を有する直方体の外形構造とすることが好ましい。これによれば、成膜処理が実行されている場合、成膜室２０の内部の高温状態の気体に晒されて高温な状態となっている収容部５４２の壁面から、コイルバネ５５０が可能な限り熱を受け取らないようにすることができる。また、コイルバネ５５０を、コイルバネ５５０の外周が収容部５４２に接触しない大きさとしてもよい。これによれば、コイルバネ５５０が収容部５４２の壁面から直接的に熱を受け取らないようにすることができる。

また、コイルバネ５５０の可動板５３０に固定される端部５５２及び収容部５４２の底面５４４に固定される端部５５４は、接触部分が小さくなるような端末構造、理想的に点状に接触する構造であることが好ましい。例えば、コイルバネの座りを良くするために施される研削やテーパー加工による端面処理が行われていないコイルバネを適用すればよい。なお、収容部５４２の構造やコイルバネ５５０の端末構造は必須ではなく省略することも可能である。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、或いは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

（１）上記実施形態のワーク把持装置５０では、固定部材および可動板として固定板５２０および可動板５３０を用いているが、これらの部材は、角棒状、角柱状等の形状を有していてもよい。また、可動板５３０の固定板５２０側の面５３４を可動側把持面としているが、動側把持部を可動板５３０の面５３４上に別途備えるようにしてもよい。すなわち、基部にその上端部が固定された固定部材と、固定部材と対向するように配置され、基部にその上端部が取り付けられて上端部を中心として回動し、固定部材との間でワークを把持する可動部材とで、ワークを把持することができれば、その形状に特に限定はない。

（２）上記実施形態のワーク把持装置５０では、可動板５３０を付勢する付勢部材としてコイルバネ５５０を用いた場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、板バネ等の他の弾性部材を付勢部材として用いる構成としてもよい。この場合においても、付勢部材の一端を支持する付勢部材ホルダーに、付勢部材を前記固定部材の方向に突出させる開口部と、開口部を除く付勢部材の周囲を覆うように付勢部材を収容する収容部とを有していれば良い。このようにすれば、高温状態の気体の熱が直接的に付勢部材へ伝わって付勢部材に熱による破損が発生することを抑制することができ、ワーク把持装置の把持力の低下を抑制することができる。

（３）上記実施形態のプラズマＣＶＤ装置１０は、鉛直方向下から上方向に、成膜室２０、真空予備室３０、及び搬送装置４０が順に配置されている構成を例に説明した。しかしながら、これに限定されるものではなく、例えば、水平方向に、真空予備室及び成膜室が配置されている構成とし、これらの上部にワーク把持装置を有する搬送装置を備える構成の成膜装置や、成膜室と真空予備室に分かれていない構成の成膜装置であって良い。すなわち、本発明のワーク把持装置は、種々の成膜装置（薄膜形成装置）のワーク把持装置として適用することができる。また、成膜装置に限定されるものではなく、乾燥装置等に適用することも可能である。すなわち、ワーク把持装置５０が配置される環境が付勢部材の耐熱温度以上となるような種々の処理装置にも適用可能である。

１０…プラズマＣＶＤ装置
２０…成膜室
２１…連通孔
２２…ゲートバルブ
３０…真空予備室
３１…導入蓋
４０…搬送装置
４２…弁体
５０…ワーク把持装置
６０…ワーク導入装置
６２…吸着面
６４…上面
６６…溝部
４１０…シリンダー
５１０…基部
５２０…固定板
５２２…固定側把持部
５３０…可動板
５３２…回動軸
５３４…面（可動側把持面）
５３６…面
５４０…バネホルダー
５４２…収容部
５４３…開口部
５４４…底面
５５０…コイルバネ
５５２…端部
５５４…端部
ＣＰ…把持部
Ｄｃ…間隔
Ｄｎ…間隔
ＷＰ…ワーク
ｘ，ｙ，ｚ…方向

Claims

プラズマＣＶＤ装置においてワークの成膜中に前記ワークを把持するワーク把持装置であって、
基部と、
前記基部にその上端部が固定された固定部材と、
前記固定部材と対向するように配置され、前記基部にその上端部が取り付けられて前記上端部を中心として回動し、前記固定部材との間で前記ワークを把持する可動部材と、
前記可動部材を前記固定部材側に付勢する付勢部材と、
前記基部に固定され、前記付勢部材の一端を支持する付勢部材ホルダーと、
を備え、
前記付勢部材ホルダーは、前記付勢部材を前記固定部材の方向に突出させる開口部と、前記開口部を除く前記付勢部材の周囲を覆うように前記付勢部材を収容する収容部と、を有している、ワーク把持装置。