KR101142346B1 - 진공 흡착 헤드, 그 진공 흡착 헤드를 사용하는 진공흡착 장치 및 테이블 - Google Patents

진공 흡착 헤드, 그 진공 흡착 헤드를 사용하는 진공흡착 장치 및 테이블 Download PDF

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Abstract

본 발명의 진공 흡착 헤드는, 대형의 액정표시 패널에도 적용할 수 있고, 흡착 대상물에 굴곡이나 휘어짐이 존재하여도 흡착 대상물을 확실하게 흡착할 수 있다. 흡착 헤드에 있어서 샤프트를 설치하여 흡착 패드를 지지하고, 흡인 구멍을 통하여 흡착 패드 내의 기체를 흡배기한다. 케이싱은, 제1 및 제2스프링을 통하여 축방향에 대하여 샤프트가 이동하도록 지지한다. 흡착 패드는 스프링에 의하여 탄성적으로 지지되기 때문에, 굴곡이나 휘어짐이 있는 흡착 대상물을 확실하게 흡착할 수 있다. 이 진공 흡착 헤드는 진공 흡착 장치나 워킹 테이블에 이용할 수 있다.

Description

진공 흡착 헤드, 그 진공 흡착 헤드를 사용하는 진공 흡착 장치 및 테이블{VACUUM SUCTION HEAD, AND VACUUM SUCTION DEVICE AND TABLE USING THE SAME}
본 발명은, 글라스 판(glass 板), 액정표시 패널 기판, 수지성(樹脂性)의 판상 성형품(板狀 成形品), 금속제의 박판(薄板) 등의 흡착 대상물을 흡착하여 반송할 때에 사용하는 진공 흡착 헤드와, 1개 또는 복수의 진공 흡착 헤드에 의하여 흡착 대상물을 흡착하는 진공 흡착 장치 및 테이블에 관한 것이다.
흡착 대상물의 일례인 액정표시 패널은, 2장의 글라스 기판의 사이에 입상(粒狀)의 스페이서(spacer)를 끼워서 갭을 유지하면서 가장자리를 접착제(씰제(seal 劑))를 사용하여 접합시킨 액정표시 패널 기판에 있어서, 그 갭에 액정이 주입된 것이다. 개개의 표시장치에 사용되는 액정표시 패널은 그 용도에 따라 표시 사이즈가 크게 다르게 된다. 특히 텔레비전 수상기용이나 모니터용의 액정표시 패널은 해마다 대형화되고 있어, 액정표시 패널 에 사용되는 글라스 기판도 해마다 대형화되고 또한 얇아지게 되는 경향을 띤다.
액정표시 패널 기판은, 대형의 마더 액정표시 패널 기판(mother 液晶表示 panel 基板)을 절단함으로써 다수 개가 동시에 제조된다. 이러한 대형의 마더 액정표시 패널 기판을 절단하여 액정표시 패널 기판을 제조하는 공정에서는, 액정표시 패널 기판을 흡착하여 각각의 공정으로 반송하기 위하여 진공 흡착 장치가 사용된다. 이러한 진공 흡착 장치는 1개 또는 복수의 흡착 패드를 구비하고 있다. 액정표시 패널 기판은 0.5mm ~ 0.7mm 정도의 박판의 글라스 기판을 2장을 접합시킨 것이다. 이러한 액정표시 패널 기판은 휘어지기 쉽다. 이 때문에 특히 대형의 액정표시 패널 기판을 반송하려면, 액정표시 패널 기판의 여러 군데를 복수의 흡착 패드를 사용하여 흡착하여 반송할 필요가 있다.
여기에서 종래의 진공 흡착 헤드에 대하여 설명한다. 이하의 설명에서는 흡착 대상물의 일례로서 액정표시 패널 기판에 대하여 설명한다. 도1은 특허문헌1에 개시되어 있는 종래예1의 흡착 패드의 구조도이다. 이 흡착 패드51은, 반구 형상(半球 形狀)의 고무제의 흡입반(吸入盤)51a와, 그 흡입반51a의 상부에 연결된 흡인관(吸引管)51b로 이루어진다. 이 흡착 패드51은, 액정표시 패널 기판에 한정되지 않고, 수지제의 판상 성형품, 금속제의 박판 등을 흡착 대상물로 하여 이들 흡착에 널리 사용되고 있다. 그러나 종래예1의 흡착 패드51에 의하여 액정표시 패널 기판을 흡착하였을 경우에는, 글 라스 면이 만곡(彎曲)하여 글라스 기판 간에 삽입된 스페이서에 편재(偏在)가 발생하여, 액정표시 패널 기판에 제품불량이 발생할 우려가 있었다.
도2는, 마찬가지로 특허문헌1에 개시되어 있는 흡착 패드61의 구조를 나타내는 단면도이다. 이 흡착 패드61을 종래예2로 한다. 흡착반62는 감광성 수지재로 이루어지는 원반 형상의 흡착반으로서, 중앙부에는 상하방향으로 관통하는 흡입구62c가 형성되어 있다. 또한 그 흡착반62의 흡착면 측에는 다수의 볼록부가 형성되고, 외주 가장자리부는 기밀(氣密) 유지를 위하여 볼록부와 같은 높이의 플랫면(flat面)이 형성된다. 이 볼록부는 감광성 수지재(AFP)를 포토 에칭 처리하여 형성된다. 보강층(補强層)63은 AFP가 외부 응력(應力)에 의하여 변형되지 않도록 접합된 층이다. 마그넷 시트(magnet sheet)64는, 흡착반62와 동일한 직경의 시트이다. 양면 접착 시트65는, 마그넷 시트64와 보강층63을 접합시키기 위한 접착 시트이다. 이들의 부재63 ~ 65에는 흡입구62c와 대응하는 위치에 구멍Q가 형성된다. 철로 만든 지지부재66은, 마그넷 시트64와 같은 외경으로서 철로 만든 지지부재이다. 지지부재66의 중앙부에는, 지지부재 자신을 지지하기 위한 지지부재66a가 설치된다. 또 지지부재66a에는 흡인관67이 삽입되어 있다. 흡인관67은 도면에 나타나 있지 않은 진공펌프에 접속되어 있다.
이와 같이 형성된 흡착반62는 평탄한 액정표시 패널 기판을 가압하고 흡입구62c를 통하여 진공처리를 한다. 이렇게 해서, 흡착 패드61은 액정표시 패널 기판을 변형시키지 않고 흡착반62에 의하여 흡착시킬 수 있다. 흡 착반62는 연질 재료(軟質材料)로 구성되기 때문에 액정표시 패널 기판에는 다소의 휘어짐이 있어도 흡착 기능은 높다. 그러나 상기한 종래예1의 흡착 패드51, 또는 종래예2의 흡착 패드61을 사용하여 대형의 액정표시 패널 기판을 반송하려고 하면, 기판의 자체 중량에 의하여 액정표시 패널 기판에는 큰 휘어짐이 발생한다. 이러한 휘어짐을 방지하기 위하여는, 액정표시 패널 기판에 대하여 흡착 패드의 배치 밀도를 높게 하여야 하다.
여기에서 대형의 액정표시 패널 기판이 워킹 테이블(working table)에 재치되어, 다음의 공정으로 이 액정표시 패널 기판을 이동시키는 경우를 가정한다. 반송기(搬送機)가 워킹 테이블로부터 대형의 액정표시 패널 기판을 흡착 패드에 흡착시켜서 지지하기 위하여는, 액정표시 패널 기판의 형상에 따라 반송기에 최적의 간격으로 복수의 흡착 패드를 배치할 필요가 있다. 이 경우에 각 흡착 패드의 흡착 높이는 소정의 정밀도로 일정해야만 한다. 또 액정표시 패널 기판의 표면에 굴곡이 있을 경우, 액정표시 패널 기판의 흡착면의 법선 방향(法線方向)은 그 장소에 따라 달라진다. 이 때문에 복수의 흡착 패드의 중심축 방향이 모두 동일 방향으로 고정되는 경우에는, 흡착 패드와 액정표시 패널 기판의 간격이 소정의 값이 되지 않거나 또는 틈이 생겨서 흡착 불량이 발생할 우려가 있다.
여기에서 흡착 패드(이하, 문헌에 따라서는 흡착반이라고 한다)의 중심축 방향이 흡착 대상물의 표면에　따라 변화 가능한, 즉 좌우로 회전 가능한 흡착 장치를 종래예3으로서 설명한다. 도3은 특허문헌2에 개시되어 있 는 진공 흡착 패드의 구조를 나타내는 단면도이다. 이 진공 흡착 패드는, 흡착반71의 주위에 패드72를 배치하고, 지지봉(支持棒)74를 사용하여 좌우로 회전하도록 흡착반71과 패드72를 지지하는 것이다. 선단부가 공 모양인 지지봉74 내에 진공펌프에 연결되는 공기통로 구멍75a를 형성함과 아울러, 흡착반71에도 공기 통로 구멍75b를 형성한다. 그리고 흡착반71과 패드72로 둘러싸이는 공간S가, 공기 통로 구멍75b를 통하여 배기(排氣) 또는 흡기(吸氣)될 수 있도록 한다. 공기 통로 구멍75a 내에 스프링79를 넣고 또 스풀 밸브(spool value)77을 삽입한다. 그리고 스풀 밸브77의 선단부에 대하여, 패드72의 단면까지 신장한 센서봉(sensor棒)78을 부착한다. 또 흡착반71을 지지하는 지지체73의 중심부를 공 모양으로 뚫어서, 지지봉74의 구부(球部)를 좌우로 회전하도록 지지한다.
흡착 대상물에 이 흡착 장치를 접촉시키면, 센서봉78이 흡착 대상물의 표면에 접촉하고, 스프링79의 반력(反力)에 저항하여 스풀 밸브77이 들어 올려진다. 이 때에 공기 유통 구멍75a와 75b가 서로 통하게 되어, 진공펌프에 의하여 공간S의 공기가 배기 된다. 이렇게 하여 공간S가 진공상태로 지지된다.
또 진공 흡착 장치에 다수의 흡착 패드를 설치한 것이 특허문헌3에 개시되어 있다(도면에는 나타내지 않는다). 이것은 흡착 대상물을 마더 액정표시 패널 기판으로 한 것이다. 이 진공 흡착 장치는, 워킹 테이블에 재치된 마더 액정표시 패널 기판을 진공 흡착하여 반송하는 것이다. 이 진공 흡착 장 치는, 다수의 흡착 패드와 마더 액정표시 패널 기판의 표면이 평행하게 되도록, 경사 조절기를 설치하여 조정 가능하게 하는 것을 특징으로 한다.
도4는, 특허문헌3에 개시된 종래예4에 있어서의 진공 흡착 장치80의 구조를 나타내는 단면도이다. 연장편(延長片)81은 이동대(移動臺)의 이동방향과 직각방향으로 연장되는 것이다. 연장편81에 실린더82를 부착한다. 연장편81의 하방으로 수평 지지판83을 설치하고, 이 아래로 흡인 고정부재84를 수평 지지판83과 평행하게 부착한다. 실린더82는 2개의 샤프트(shaft)85를 안내봉(案內棒)으로 하여, 수평 지지판83을 상하로 이동시킨다. 4개의 샤프트86은 흡인 고정부재84에 고정되어 있는 수평 지지판83을 관통한다. 너트88을 조절함으로써 스프링87을 통하여 흡인 고정부재84 자체의 수평방향의 균형을 조정한다. 또 4개의 경사 조절기89를 흡인 고정부재84의 4개의 모서리에 부착한다. 그리고 마더 액정표시 패널 기판90을 워킹 테이블91에 재치한다.
이러한 구성에 의하면, 워킹 테이블91의 표면에 대한 흡인 고정부재84의 간격을 경사 조절기89별로 조정할 수 있다. 이렇게 하여 흡인 고정부재84의 경사를 조정하여 수평하게 한다. 흡인 고정부재84는 내부에 구멍을 구비한다. 흡인 고정부재84의 하면(下面)에 흡인 패드92를 복수 개 부착한다. 이 흡인 패드92의 구조는 도2에 나타낸 종래예2와 동일하다.
다음에 워킹 테이블91과 복수의 흡인 패드92를 미리 평행하게 고정하는 방법에 대하여 설명한다. 워킹 테이블91의 표면을 향하여 실린더82를 구동함으로써 흡인 고정부재84를 하강시킨다. 그리고 워킹 테이블의 면에서 1 ~ 2mm의 간격을 둔 위치에 흡인 패드92를 세팅한다. 그 후에 흡인 고정부재84의 상면(上面)에 수준기(水準器)를 두고, 4개의 경사 조절기89에 있어서의 경사조정 바(傾斜調整bar)89a의 하단 위치를 조절하여 흡인 고정부재84가 수평이 되도록 한다. 이 때에 4개의 경사조정 바89a의 하단 위치를 도면에 나타나 있지 않은 위치검출수단을 사용하여 검출하고, 도면에 나타나 있지 않은 제1의 위치 메모리에 기억시켜 둔다.
다음에 흡착 및 반송하여야 할 마더 액정표시 패널 기판90을 워킹 테이블91에 재치한다. 그리고 흡인 패드92가 마더 액정표시 패널 기판90을 흡인, 고정하는 최적의 높이가 되도록, 모터89b를 구동시킴으로써 흡인 고정부재84의 위치를 결정한다. 이 때의 4개의 경사조정 바89a의 하단 위치를 위치검출수단을 사용하여 검출하고, 도면에 나타나 있지 않은 제2의 위치 메모리에 기억시켜 둔다.
이러한 설정에 의하여 마더 액정표시 패널 기판90이 반송될 때마다 새로운 마더 액정표시 패널 기판90에 대하여, 흡인 패드92의 위치결정을 자동으로 할 수 있다. 마더 액정표시 패널 기판90의 두께가 변경되었을 경우에, 그 값에 의거하여 제2의 위치 메모리의 값을 변경하면 좋다.
특허문헌1 : 일본 공개특허공보 특개평11-19838호 공보
특허문헌2 : 일본 공개실용신안공보 실개소48-45064호 공보
특허문헌3 : 국제특허공보 공개번호WO 03/049909 A1
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
글라스 기판을 반송하는 경우에는, 글라스 기판의 한 변이 1m 사이즈이면 굴곡의 허용 범위를 예를 들면 2mm ~ 20mm로 설정하는 것이 바람직하다. 또한 흡착 대상에 있어서 접합 글라스 기판의 경우에 그 두께는 1.0mm ~ 1.4mm 정도를 대상으로 하고 있다. 이러한 섬세한 접합 글라스 기판을 지지하여 반송하는 진공 흡착 장치는, 글라스 기판에 대하여 충격을 주지 않고 흡착 대상물의 표면의 굴곡에 대응할 수 있는 것으로 하여야만 한다. 이 때문에 종래예2와 같은 흡착 패드는, 좌우로 회전하는 기능을 구비하고 있지 않으므로 큰 글라스 기판의 표면의 굴곡에　대응할 수 없다.
종래예3의 흡착 패드는 좌우로 회전 가능하지만, 건축재료 또는 프레스 강판품(press 鋼板品) 등의 흡착 대상물에 대하여 개발된 것이다. 이 때문에 이 흡착 패드는 액정표시 패널 기판과 같은 미세한 구조를 구비하는 흡착 대상물을 흡착하기에는 적합하지 않다.
즉 종래예3의 흡착 패드는 좌우로 회전 가능하지만, 흡착 패드가 기울면 그대로의 상태로 지지된다. 이 흡착 패드가 기운 상태에서 액정표시 패널 기판을 흡착하려고 하면, 흡착 패드가 액정표시 패널 기판의 흡착면에 대하여 완전히 일치될 수 없어 흡착 패드가 흡착면을 강하게 누를 우려가 있다. 이 때문에 액정표시 패널 기판에 있어서, 종래예3의 흡착 패드에 의하여 액정표시 패널 기판을 흡착한 곳에서 마이크로미터 단위의 갭이 변화되어 버릴 우려가 있다. 또 흡착 패드가 흡착면에 대하여 완전히 일치되지 않고 액정표시 패널 기판을 흡착하면, 반송 도중에 액정표시 패널 기판이 낙하되어 버릴 우려가 있다.
종래예4의 진공 흡착 장치80에서는, 복수의 흡착 패드92에 있어서의 흡착면의 높이를 미리 일정하게 할 필요가 있다. 또 진공 흡착 장치80에서는, 각 흡착 패드92를 지지하는 흡인 고정부재84의 경사를 수준기 등을 사용하여 조정하여야만 한다. 또한 이 진공 흡착 장치80에서는, 개개의 흡착 패드92의 높이를 독립적으로 조정하는 기구가 설치되어 있지 않다. 이 때문에 마더 액정표시 패널 기판90이 워킹 테이블91에 재치되었을 때에, 그 재치 조건에 따라서 마더 액정표시 패널 기판90에 굴곡이나 휘어짐이 발생한다. 그리고 마더 액정표시 패널 기판90의 표면과 흡착 패드92의 흡착면의 간격이, 흡착 패드92마다 다르게 되어 흡착력에 차이가 발생한다. 흡착력의 차이를 작게 하기 위하여, 마더 액정표시 패널 기판90의 표면을 지나치게 강하게 누르면, 마더 액정표시 패널 기판90이 파손되거나 마더 액정표시 패널 기판의 2장의 글라스 기판의 갭이 변화되어 버릴 우려가 있다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 글라스 판이나 반도체 기판이나 세라믹스판 등의 취성재료 기판, 액정표시 패널 기판, 수지제의 판상 성형품, 금속제의 박판 등 소형에서부터 대형의 흡착 대상물에도 적용할 수 있고, 흡착 전(前) 및 흡착 중에 흡착 대상물의 굴곡 또는 휘어짐이 존재하여도, 흡착 대상물을 확실하게 흡착할 수 있는 진공 흡착 헤드를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또 흡착 대상물을 흡착 상태에서 해제한 후에, 흡착 패드가 기울어져 있어도 그 자세가 교정되어서 소정의 방향을 향하는 진공 흡착 헤드를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 이 흡착 헤드를 1개 또는 다수 개 설치하여도, 흡착 패드에 있어서 높이를 엄밀하게 조정하지 않고 흡착 대상물을 확실하게 흡착할 수 있는 진공 흡착 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 적어도 1개의 상기의 흡착 헤드를 흡착반이 위를 향한 상태로 하여 테이블에 배치하고, 흡착 대상물을 압축 에어(壓縮 air)로 확실하게 부상시켜 위치를 결정한 후에 흡착하는 진공 흡착 테이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
[발명의 구성]
청구항 제1항에 기재된 진공 흡착 헤드는, 흡착 대상물의 흡착되는 면에 접촉하여 진공 흡착하기 위한 흡착 패드(吸着 pad)와, 상기 흡착 패드를 일방의 단부(端部)로 지지하고, 또한 상기 흡착 패드 내에 대하여 기체를 흡배기(吸排氣) 하기 위한 흡배기 구멍이 형성된 샤프트(shaft)와, 상기 샤프트의 이동범위를 제한하여 미동(微動) 가능하게 지지하는 통모양 공간을 구비하는 케이싱부(casing部)와, 상기 케이싱부 내에서 상기 샤프트를 상기 케이싱부의 축방향 및 상기 축방향과 비스듬한 방향으로 미동하도록 탄성적으로 지지하는 탄성 지지부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또 상기 샤프트는, 상기 케이싱부 내의 대략 중간위치에 돌출 형상으로 형성된 단차부(段差部)를 구비하고, 상기 케이싱부는, 상기 탄성 지지부가 변형되도록 지지하기 위한 공간을 내측에 구비하는 통모양부와, 상기 통모양부의 일방의 단부를 제1개구(開口)를 남기고 봉(封)하는 제1케이싱 플레이트와, 상기 원통부의 타방의 단부를 제2개구를 남기고 봉하는 제2케이싱 플레이트를 구비한다. 상기 탄성 지지부는, 상기 제1케이싱 플레이트와 상기 단차부의 사이에서 지지되는 제1스프링과, 상기 제2케이싱 플레이트와 상기 단차부의 사이에서 지지되는 제2스프링을 구비한다.
또 상기 제1스프링 및 상기 제2스프링은 코일 스프링이며, 상기 제1 및 제2개구의 개구 지름은, 상기 샤프트의 외경보다 크고 상기 제1스프링 및 상기 제2스프링의 외경보다 작다.
또 상기 흡착 패드는 상기 제2개구 측에 구비되고 있어, 상기 흡착 패드가 무부하(無負荷) 상태에 있어서 상기 제1스프링의 압축력이 상기 제2스프링의 압축력보다 큰다.
또 상기 흡착 패드는, 판모양 부재를 사용하고, 그 일방의 면에 대하여 다수의 독립된 볼록부와 오목부를 형성한 흡착부, 상기 흡착부를 둘러싸는 상기 판모양 부재의 외주(外周) 위치에 고리 모양으로 형성한 기밀부(氣密部), 상기 흡착부의 기체를 배기(排氣)하는 통로가 되는 홈부, 상기 홈부의 기체를 외부로 배기(排氣)하는 개구를 형성한 진공 흡착반(眞空 吸着盤)을 구비한다.
또 상기 흡착 패드는, 상기 진공 흡착반을 수용하도록 형성되고, 상기 진공 흡착반이 흡착 대상물에 소정의 위치까지 근접했을 때에 상기 진공 흡착반의 주변공간으로부터 외기(外氣)를 차단하는 스커트 패드(skirt pad)를 구비한다.
또 상기 흡착 패드는, 요철이 없는 평면인 수지(樹脂)로 이루어진다.
청구항 제8항에 기재된 진공 흡착 장치는, 청구항 제1항에 기재된 진공 흡착 헤드를 적어도 1개 구비하고, 진공 흡착 헤드를 흡착 대상물의 면에 접촉시켜서 진공 흡착한다.
청구항 제9항에 기재된 테이블은, 청구항 제1항에 기재된 진공 흡착 헤드를, 흡착 패드가 상방을 향한 상태에서 베이스판에 구비하고, 흡착 대상물의 흡착면을 상기 흡착 패드에 접촉시켜서 진공 흡착한다.
상기의 테이블은, 흡착 대상물의 위치를 결정하는 위치결정수단을 더 구비한다.
[발명의 효과]
본 발명의 진공 흡착 헤드에 의하면, 샤프트가 축방향, 상기 축방향과 비스듬한 방향으로 미동(微動) 가능하도록 탄성적으로 지지되어 있기 때문에(이하, 이 기구를 일치 가능이라고 한다), 흡착 패드는 흡착 대상물의 표면에 일치하고, 또 흡착 대상물에 굴곡이 존재하여도 흡착 대상물을 확실하게 흡착할 수 있다. 또 흡착 대상물의 형상에 상관없이, 흡착 패드와 흡착 대상물의 표면의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 또 본 발명의 진공 흡착 장치에 의하면, 흡착 대상물의 크기에 따라 흡착 패드의 높이를 엄밀하게 조정하지 않고 진공 흡착 헤드를 복수 개 배치할 수 있고, 각 흡착 패드에 있어서의 흡착력을 균일하게 유지할 수 있다. 또 흡착 대상물의 표면상태, 재질, 휨 강성에 따라 흡착 패드의 종류를 변경할 수 있다. 흡착 헤드를 흡착반이 위를 향하는 상태로 복수 개 배치하고, 흡착 대상물을 압축 에어에 의하여 확실하게 부상시켜서 위치를 결정한 후에 흡착하는 진공 흡착 테이블을 실현할 수 있다.
도1은 종래예1의 흡착 패드의 구조를 나타내는 단면도이다.
도2는 종래예2의 흡착 패드의 구조를 나타내는 단면도이다.
도3은 종래예3의 흡착 패드의 구조를 나타내는 단면도이다.
도4는, 종래예4의 진공 흡착 장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
도5는, 본 발명의 실시예에 있어서의 진공 흡착 헤드의 구조를 나타내는 파단 단면도이다.
도6은, 본 발명의 실시예에 있어서의 진공 흡착 헤드의 구조를 나타내는 단면도이다.
도7은, 본 발명의 실시예에 있어서의 진공 흡착 헤드의 구조를 나타 내는 분해 사시도이다.
도8은, 본 실시예의 진공 흡착 헤드에 사용되는 흡착 패드의 일례를 나타내는 단면도이다.
도9는, 본 실시예의 진공 흡착 헤드가 사용되는 진공 흡착 장치의 개관도이다.
도10은, 본 실시예의 진공 흡착 장치에 있어서 단차가 있는 흡착 대상물을 흡착하는 상태를 나타내는 모식도이다.
도11은, 본 실시예의 진공 흡착 헤드에 있어서 흡착 패드의 자세 변화를 나타내는 모식도이다.
도12는, 본 실시예의 진공 흡착 헤드가 사용되는 테이블을 나타내는 평면도이다.
도13은, 본 실시예의 진공 흡착 헤드가 사용되는 테이블을 나타내는 측면도이다.
도14는, 본 실시예의 테이블에 있어서 위치결정 동작을 설명하는 설명도이다.
도15는, 본 실시예의 테이블에 있어서 흡착 대상물을 부상시킨 상태를 나타내는 모식도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 진공 흡착 헤드 2 케이싱
2a 플랜지부 3 제1케이싱 플레이트
3a, 4a 돌기 4 제2케이싱 플레이트
5 제1스프링 6 제2스프링
7 샤프트 7a 단차부
7b 흡기 구멍 8 흡착 패드
9 윤활 시트 10 스토퍼 플레이트
11 접속부 11a 접속기
11b 니플 31 진공 흡착 패드
32 스커트 패드 32a 플레이트부
32b 환상부 32c 스커트부
32d 슬릿 33 흡착반
33a 기밀부 33b 흡착부
33c 홈 33d 개구
34 보강층 35a, 35b 양면 접착 시트
36 흡인구 40 진공 흡착 장치
41 흡착 테이블 42a ~ 42d 앵글
본 발명의 실시예에 있어서의 진공 흡착 헤드 및 진공 흡착 장치에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 본 실시예에 있어서의 진공 흡착 헤드 1의 내부구조를 나타내는 파단(破斷) 단면도를 도5에 나타낸다. 진공 흡착 헤드1의 중심축을 따른 단면도를 도6에 나타낸다. 진공 흡착 헤드1의 구성 부품의 설치 관계를 나타내는 분해 사시도를 도7에 나타낸다. 이 진공 흡착 헤드1은, 케이싱부(casing部)와 흡착부와 탄성 지지부를 포함하여 구성된다. 도6에 나타나 있는 바와 같이 진공 흡착 헤드1의 중심축을 따른 방향을 z축 방향으로 하여, 상방향을 -, 하방향을 +로 기술한다.
케이싱부는, 케이싱2, 제1개구부(開口部)가 형성된 제1케이싱 플레이트3, 제2개구부가 형성된 제2케이싱 플레이트4를 구비한다. 그리고 케이싱2 내에 탄성 지지부로서 제1스프링5와 제2스프링6이 설치되어 있다. 제1 및 제2개구의 개구 지름은, 제1스프링5 및 제2스프링6이 케이싱2의 외부로 나오지 않도록 케이싱2의 내측에 지지할 수 있는 값으로 한다. 이 개구 지름은 샤프트7의 외경보다 크고 제1스프링5 및 제2스프링6의 외경보다 작다. 케이싱부는, 탄성 지지부를 통하여 흡착부를 z축 방향 및 z축 방향에서 기울어진 경사 방향으로 이동 가능하게, 즉 흡착 대상물의 표면을 따르도록 지지한다. 또 케이싱부는, 제1스프링5 및 제2스프링6의 탄성력에 의하여 샤프트7이 소정의 방향을 향하는 상태로 자세를 교정한다.
도5 ~ 7을 사용하여 케이싱부에 대하여 설명한다. 케이싱2는 일방의 단부(端部)에 플랜지부(flange部)2a가 일체로 형성된 원통 형상의 부재로서, 그 내경(內徑)을 D1로 한다. 제1스프링5 및 제2스프링6의 외경을 D2라고 하고, 제1스프링5 및 제2스프링6이 케이싱2의 내부에서 자유롭게 변형하기 위한 클리어런스(clearance)를 d라고 한다. 이 경우에 D1 = D2 + 2d가 된다. 플랜지부2a는 케이싱2를 제2케이싱 플레이트4에 고정하기 위한 것으로서, 고정용의 나사 구멍이 형성되는 정도의 두께를 가지고 있다. 또한 플랜지부2a에는, 본 발명의 진공 흡착 헤드를 진공 흡착 장치에 부착하기 위한 구멍이나 나사 구멍이 복수 개 형성되어 있다.
제1케이싱 플레이트3은 그 중앙에 제1개구를 구비하고 있다. 제1케이싱 플레이트3은, 제1스프링5 및 제2스프링6을 통하여 샤프트7이 상하로 이동하도록 지지할 때에 제1스프링5의 상부를 고정하는 기능을 구비하고 있다. 제1케이싱 플레이트3의 최외경(最外徑)은 케이싱2의 원통부의 외경과 동일하다. 제1케이싱 플레이트3은 나사에 의하여 케이싱2의 상단면에 고정된다. 제1케이싱 플레이트3의 내측에 고리 모양(環狀)의 돌기3a가 형성된다. 제2케이싱 플레이트4는 도7에 나타나 있는 바와 같이 2장의 반원형의 플레이트4b로 구성된다. 제2케이싱 플레이트4는 그 중앙에 제1개구와 동축(同軸)인 제2개구를 구비하고, 내측에 고리 모양의 돌기4a가 형성된다. 돌기3a는 제1스프링5의 상단위치를 제1케이싱 플레이트3과 동축이 되도록 제한한다. 돌기4a는 제2스프링6의 하단 위치를 제2케이싱 플레이트4와 동축이 되도록 제한한다. 또한 제1케이싱 플레이트3의 제1개구와 제2케이싱 플레이트4의 제2개구는, 그 내측에 샤프트를 접촉시킴으로써 샤프트7의 경사를 제한하는 것이다.
다음에 흡착부에 대하여 설명한다. 흡착부는, 샤프트7, 흡착 패드8, 윤활 시트(潤滑 sheet)9, 스토퍼 플레이트(stopper plate)10, 접속부11을 포함하여 구성된다. 샤프트7은, 일방의 단부에 흡착 패드8을 지지한 상태에서 진공 흡착 헤드1이 흡착 대상물에 접촉했을 때에, 흡착 패드8 내의 공기를 급/배기(給/排氣)하거나 흡착 패드8 내의 마이너스압을 개방(開放)하거나 고압 에어를 분사하게 하는 것이다. 이를 위하여 샤프트7의 중심축에 흡기 구멍7b가 형성되어 있다. 샤프트7은, 단차부(段差部)7a의 양측에 제1스프링5 및 제2스프링6의 단부가 접촉한다. 또 샤프트7의 타방의 단면에는 도7에 나타나 있는 바와 같은 원형의 윤활 시트9와 스토퍼 플레이트10이 부착되어 있다.
접속부11은 엘보형(elbow型) 및 스트레이트형(straight型)의 어느 것이라도 좋지만, 여기에서는 엘보형인 것을 도면에 나타내었다. 이 접속부11은, 도5에 나타나 있는 바와 같이 접속기11a와 니플(nipple)11b를 구비한다. 샤프트7의 흡기 구멍7b의 상부에 형성된 너트(암나사)에 니플11b의 볼트를 결합시킴으로써, 접속부11을 샤프트7에 접속시킨다.
탄성 지지부에 대하여 설명한다. 탄성 지지부인 제1스프링5와 제2스프링6은, 동일한 외경D2 및 내경 값을 갖는 코일 스프링이다. 제1스프링5와 제2스프링6을 도5 또는 도6에 나타내는 상태로 지지하기 위하여는, 샤프트7을 단체(單體)로 하고 되감는 힘을 가함으로써, 제2스프링6을 변형시켜서 내경을 확대한다. 그리고 그 상태에서 샤프트7의 상부로부터 제2스프링6을 삽입한다. 제2스프링6이 단차부7a를 통과하고 나서 되감는 힘을 해제하면, 제2스프링6을 정규의 위치에서 지지할 수 있다. 이 상태에서 도7에 나타나 있는 바와 같이 반분(半分) 상태의 제2케이싱 플레이트4를 케이싱2의 플랜지부2a에 나사결합 시킨다. 제1스프링5는 그대로 샤프트7의 상부로부터 삽입하는 것만으로 정규의 위치에서 지지할 수 있다. 다음에 제1스프링5와 제2스프링6에 압축력(여압(與壓:pressurization))을 가한 상태로 하여, 제1케이싱 플레이트3을 케이싱2의 상단면에 나사결합하여 고정한다. 이렇게 하면 제1스프링5와 제2스프링6을 여압이 걸린 상태로 지지할 수 있다.
또 윤활 시트9 및 스토퍼 플레이트10을 고정하기 위하여는, 샤프트7의 흡기 구멍7b에 니플11b를 나사결합하면 좋다. 이러한 상태에서 각 부품을 세팅하면, 제1스프링5의 여압이 제2스프링6의 여압보다 커지게 된다. 이 때문에 제2스프링6의 여압에 저항하는 복원력이 작용하지만, 샤프트7을 제2개구 측으로 치우치게 하여 둘 수 있다. 즉 흡착 패드에 흡착 대상물이 접촉하지 않고 있는 상태, 흡착 패드가 흡착 대상물을 흡착하지 않고 있는 상태 및 흡착 패드가 에어의 분출에 의하여 흡착 대상물을 부상시키지 않고 있는 상태(이하, 무부하 상태라고 한다)에 있어서, 케이싱2에 대하여 흡착 패드8의 z축 방향의 위치를 대기 위치로 설정할 수 있다. 그러나 샤프트7이 +z축 방향으로 더 이동하는 것은, 스토퍼 플레이트10이 제1케이싱 플레이트3의 상면에 접촉함으로써 제한된다. 이 위치보다 -z축 측에서 흡착 패드8이 흡착 대상물에 대응하게 되면, 샤프트7이 -z축 방향으로 이동한다.
또 도5 ~ 도7에서는, 제1케이싱 플레이트3과 케이싱2와 제2케이싱 플레이트4는 다른　부품으로서 구성했다. 그러나 케이싱부로서의 구조는, 탄성 지지부의 변형 자유도를 유지할 수 있는 한 이 구조에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 플랜지부는 상부(케이싱의 일방 끝), 중앙, 하부(케이싱의 타방 끝)의 어디라도 좋다. 본 실시예와 다른 위치에 플랜지를 위치시키는 경우에는, 제2케이싱 플레이트4 및 케이싱2는, 케이싱2의 원통부와 겹치는 부분에 고정용의 나사 구멍을 형성하여 나사에 의하여 고정한다. 또한 제1케이싱 플레이트3과 케이싱2를 일체 구조로 하여도 좋다. 일체 구조로 함으로써 부품 수 및 조립 공수(工數)를 감소시킬 수 있다. 그 외에 케이싱부는 제1 및 제2개구의 중심을 지나는 평면에 의하여 2분할되는 구조이더라도 좋다. 또 제1스프링5와 제2스프링6을 조립하는 방법은, 상기의 방법에 한하는 것은 아니다.
흡착 패드8의 외경이 작을 경우에, 단차부7a를 경계로 하여 제1스프링5를 샤프트7의 상부로부터 삽입하고 제2스프링6을 샤프트7의 하부로부터 삽입할 수 있다. 또 나사를 사용하여 흡착 패드8을 샤프트7에 착탈하도록 하는 경우에, 샤프트7에 제2의 스프링6과 제2케이싱 플레이트4를 삽입하고 나서 흡착 패드8을 샤프트7에 부착할 수도 있다. 샤프트7에 대한 흡착 패드8의 부착의 다른 예로서 접착제, 납땜도 가능하다. 이 경우에 흡착 패드8의 설치 전에 제2의 스프링6과 제2케이싱 플레이트4를 샤프트7에 삽입할 수 있다. 샤프트7의 형상도 도5 및 도6에 나타내는 것에 한정할 필요는 없다. 예를 들면 단차부7a를 가지는 샤프트7 본체를 동시에 가공하는 대신에, 샤프트7을 구성하는 파이프부에 E링이나 O링을 삽입하고, 이 링에 의하여 제1스프링5의 하단이나 제2스프링6의 상단을 지지하여도 좋다. 또 샤프트7의 +z축 방향의 이동을 제한하기 위하여, 박판(薄板)의 스토퍼 플레이트10을 설치했지만, 이 부분에도 E링이나 O링을 삽입하여도 좋다. 또 접속부11로서 범용(汎用)의 접속기11a와 니플11b를 사용했지만, 다른 구조를 구비하는 접속 부품을 사용하여도 좋다.
또한 탄성 지지부는 단차부7a의 상하에 접촉하는 코일 스프링을 사용함으로써, 무리한 부하가 걸려도 제1스프링5 및 제2스프링6이 늘어나서 소성 변형하는 것을 방지할 수 있다. 또한 제1스프링5 및 제2스프링6을, 중심이 있는 나선 형상 또는 원 형상으로 감긴 스프링으로 함으로써, 다른 형상의 스프링을 사용하는 것에 비교하여 샤프트7을 보다 용이하게 케이싱2의 중심축 위치에 위치시킬 수 있다.
또한 제1스프링5와 제2스프링6의 내경 및 외경 치수는 동일한 치수로 한정되지 않는다. 제1스프링5와 제2스프링6의 스프링 길이나 스프링의 수(數)는, 여러가지 조건에 따라 적절하게 변경한다. 이렇게 함으로써 흡착 패드8은, 흡착 대상물에 접촉하는 힘 및 흡착 대상물을 지지하는 힘을 조절할 수 있다. 본 실시예에서는, 제1스프링5 및 제2스프링6으로서 금속성의 코일 스프링을 사용한다고 했지만, 고무나 수지제(樹脂製)의 탄성부재를 사용하여도 좋다.
또 흡착 패드의 구조는 그 용도에 따라 다양한 것들이 있다. 일반적인 기판이나 프레스 가공품 등을 흡착하는 경우에는, 도1에 나타나 있는 바와 같은 흡착 패드51을 사용할 수 있다. 또 2장의 글라스 기판을 접합시킨 표시패널 기판을 흡착하는 경우에는, 2장의 글라스 기판 간에 있어서의 스페이서의 편재(偏在)가 발생하지 않도록 할 필요가 있다. 이 경우에는 도2에 나타나 있는 바와 같은 흡착 패드61을 사용한다. 또한 대형의 접합 글라스 기판을 복수의 장소에서 흡착하는 경우에도, 이 흡착 패드61을 복수 개 사용한다. 이러한 경우에는, 각 흡착 패드의 부착 공차(公差)가 있거나 각 흡착 헤드의 흡착 대상물에 대한 경사가 있으면, 각 흡착 패드와 흡착 대상물의 사이에 간격이 발생한다. 이 때문에 흡착 패드의 흡착면이 모두 흡착 대상물에 접촉하여 흡착하려고 하면, 흡착 대상물을 강하게 누르는 부분이 발생한다. 이 때에 진공 흡착 헤드1에서는, 샤프트7이 후퇴함으로써 흡착 대상물을 가압하는 힘을 완화하기 때문에 흡착 대상물을 파손시키지 않고 확실하게 흡착할 수 있다. 또 흡착 패드 자신이 상하방향으로 원활하게 이동하기 위하여, 무부하 상태에 있어서의 각 흡착 패드의 높이가 일정할 필요는 없다.
본 발명에 있어서의 다른 실시예에 의한 흡착 패드8의 구조에 대해서 도8에 의거하여 설명한다. 이 흡착 패드8은 진공 흡착 패드31과 스커트 패드(skirt pad)32를 포함하여 구성된다. 진공 흡착 패드31은 흡착반33과 보강층34가 양면 접착 시트35a에 의하여 접합된 다층 구조이다. 흡착반33은, 가장자리의 평평한 면의 기밀부(氣密部)33a와, 다수의 요철부(凹凸部)가 형성된 흡착부33b를 구비하고 있다.
흡착반33은 감광성 수지재로 이루어지는 원반 형상이고, 그 중앙부에 상하방향으로 관통한 흡인구(吸引口)36의 일부로서 개구33d가 형성된다. 기밀부33a는 감광성 수지재가 에칭(etching) 되지 않은 흡착반의 외주영역이다. 또 기밀부33a의 내주 측에는 고리 모양의 홈33c가 오목부로서 형성되어 있다. 또 흡착반33의 중심에 개구33d가 형성된다. 이 홈은 개구33d와 연결되어 오목부에 존재하는 공기를 배기할 때의 통로가 된다. 보강층34는, 흡착반33을 구성하는 감광성 수지재가 외부응력에 의하여 변형되지 않도록 접합된 층이다.
스커트 패드32는, 플레이트부32a와 환상부(環狀部)32b와 스커트부32c가 일체로 성형된 고무 성형품이다. 플레이트부32a는, 양면 접착 시트35b를 통하여 진공 흡착 패드31을 지지하는 원반 형상의 지지부재로서, 그 지름은 진공 흡착 패드31의 외경보다 충분히 크다. 이 플레이트부32a의 중심에도 개구가 형성되어, 진공 흡착 패드31의 개구와 연결되어 흡인구36을 형성하고 있다. 환상부32b는, 플레이트부32a의 외측 가장자리 부분에 두꺼운 고리 형상으로 형성되어, 소정의 간격을 두고 진공 흡착 패드31을 둘러 싼다. 또 환상부32b는 진공 흡착 패드31이 환상부32b보다 아래로 돌출하도록 형성된다. 환상부32b의 하면은 진공 흡착 패드31의 하면보다 -z축 방향에 위치한다. 스커트부32c는 환상부32b를 하부로 하여, 취성재료 기판과 대면하는 방 향으로 원추 형상으로 넓어지는 얇은 고리 모양의 고무 부재이다.
스커트 패드32는 흡착 대상물을 흡착할 때에, 흡착부 주변에서의 배기 공간을 확대하고, 진공 흡착 패드31과 흡착 대상물의 흡착 가능한 간격을 크게 하는 기능을 한다. 스커트부32c는 그 두께가 얇아지므로, 흡착 패드8이 흡착 대상물에 근접했을 때에 외주부가 접촉하여 탄성 변형한다. 이렇게 스커트 패드32의 스커트부32c는, 흡착 대상물과의 접촉에 의하여 외계(外界)로부터의 공기의 유입을 차단하는 실(seal) 기능을 발휘한다.
환상부32b에는 슬릿32d가 형성되어 있어, 스커트 외부와 스커트 내부의 사이로 공기가 리크(leak) 된다. 슬릿32d는, 흡착 대상물이 접합기판일 경우에 기판을 흡착할 때에 기판이 국부적으로 변형하는 것을 방지한다. 이 슬릿32d는, 예를 들면 성형 후의 스커트 패드32에 대하여 외주부의 일부분에 가는 홈을 형성함으로써 실현된다. 슬릿32d는, 스커트부32c가 흡착 대상물과 접촉하고 진공 흡착 패드31이 흡착 대상물에 접촉할 때까지의 사이에 내부의 공간을 마이너스압 상태로 유지할 수 있고, 또한 진공 흡착 패드31이 흡착 대상물을 흡착하는 것을 방해하지 않는 크기의 관통 구멍이면 좋다.
도2에 나타낸 종래예2의 흡착 패드에 비하여 도8에 나타낸 흡착 패드8에서는, 스커트부가 부가됨으로써 접촉면적이 넓어지고 흡착 대상물의 취성재료 기판에 있어서의 표면의 경사나 굴곡에 일치시키기 쉬워진다. 이에 따라 본원의 진공 흡착 헤드가, 더 용이하게 취성재료 기판의 표면의 경사 나 굴곡에 따라 변형될 수 있다. 이 때문에 취성재료 기판을 흡착하기 직전에, 흡착반33의 주변을 조기(早期)에 또 안정하게 마이너스압으로 할 수 있다.
또 도5 ~ 도7에서는 흡착 패드로서 도8에 나타내는 흡착 패드8을 부착한 예를 나타냈지만, 흡착 대상물의 소재, 구조, 형상에 따라서는 도1 또는 도2에 나타낸 흡착 패드를 부착하여도 좋다. 예를 들면 일반적인 기판, 프레스 가공품의 경우에는 도1의 흡착 패드51을 사용하여도 좋다. 또 액정표시 패널 기판과 같이 접합 글라스 기판이나 접합 플라스틱 기판의 경우에, 2장의 기판 간의 간격이 변화되는 것을 피하기 위하여 도2의 흡착 패드61 및 도8의 흡착 패드8이 사용된다.
이상과 같이 구성된 진공 흡착 헤드1을 사용하여, 대형의 흡착 대상물을 흡착하여 반송하는 경우의 동작에 대하여 설명한다. 복수의 진공 흡착 헤드1이 부착된 진공 흡착 장치40의 일례를 도9에 나타낸다. 흡착 테이블41에 대하여 흡착 대상물의 크기에 따라 복수의 앵글(angle)42a, 42b, 42c, 42d가 고정된다. 그리고 각각의 앵글42에 대하여 복수의 진공 흡착 헤드1을 흡착 대상물의 크기에 따라 1열로 부착한다. 흡착 대상물의 표면에 굴곡이 있는 경우에도 흡착 헤드1이 그에 따라 이동할 수 있기 때문에, 종래예4에서 말한 바와 같이 높이를 정하는 기구를 설치하여 개별적으로 흡착 헤드의 높이를 조절할 필요는 없다. 이 때문에 흡착 헤드의 부착을 조정하는 작업이 용이하게 된다.
복수의 진공 흡착 헤드1이 부착된 진공 흡착 장치40에 있어서, 단차(段差)가 있는 흡착 대상물을 흡착하는 일례를 도10에 나타낸다. 흡착면에 있어서 작은 단차(오프셋(offset))가 있는 흡착 대상물의 경우에도, 흡착 대상물의 표면 형상에 따라 흡착 패드가 상하로 이동하여 흡착 대상물의 표면에 맞춰지기 때문에, 확실하게 흡착 대상물을 흡착할 수 있다. 또 흡착 대상물이 작은 경우에는 진공 흡착 장치40에 진공 흡착 헤드1을 1개 설치하는 것만으로 좋다.
복수 개의 흡착 패드8을 사용하여 대형의 흡착 대상물을 흡착하여 들어 올릴 때에, 대형의 흡착 대상물에 굴곡이 발생할 경우가 있다. 이 때에 흡착 패드8의 자세의 변화를 도11에 나타낸다. 도11(A)는 흡착 전의 진공 흡착 헤드1의 상태를 나타내는 단면도이다. 전술한 바와 같이 제1스프링5의 탄력에 의하여 흡인 패드8이 최하단으로 하강한 상태를 나타낸다. 이 상태에서는 도9에 나타내는 모든 진공 흡착 헤드1에 있어서의 흡착 패드8의 높이가 z축 방향으로 일정하게 되어 있고, 흡착 패드8의 경사도 스프링의 특성에 따라 거의 일정한 상태로 되어 있다.
다음에 도면에 나타나 있지 않은 워킹 테이블에 재치된 흡착 대상물에 대하여, 모든 진공 흡착 헤드1이 근접하면 각 흡착 패드8이 흡착 대상물에 밀착한다. 진공 흡착 헤드1의 하강량이 클 경우에, 도11(B)에 나타나 있는 바와 같이 각 흡착 패드8이 -z축 방향으로 크게 후퇴한다. 흡착 대상물에 큰 굴곡이 있을 경우에 또는 흡착 대상물의 표면이 다소 경사져 있 어도, 이에 따라 샤프트7이 이동함으로써 대응할 수 있어 각 흡착 패드는 필요한 흡착력이 유지된다.
다음에 워킹 테이블로부터 흡착 대상물을 들어 올려 다른 장소로 반송하는 경우를 생각한다. 대형의 흡착 대상물을 흡착하여 반송하면, 그 도중에 흡착 대상물이 자체 중량으로 인하여 휘는 경우가 있다. 특히 대형의 흡착 대상물이 흡착 패드에 의하여 주로 중앙부에서 지지되었을 때에, 흡착 대상물의 외주부는 하방으로 휘기 쉬워진다. 이 경우에, 외주 부분에 있어서의 흡착 대상물의 표면의 법선이 진공 흡착 헤드1의 중심축 방향으로부터 벗어나 버린다.
도2에 나타나 있는 바와 같은 좌우로 회전 기능이 없는 흡착 패드61을 사용했을 경우를 가정한다. 이 경우에는 흡착반62가 흡착 대상물의 표면에 밀착한 후에 흡착 대상물의 일부의 표면이 기울면, 흡착반62와 흡착 대상물의 표면의 평행도가 무너져서 흡착반62에 있어서의 진공이 유지되지 않게 된다. 그러나 본 실시예에 있어서의 진공 흡착 헤드1을 사용하는 경우에는, 흡착반62가 자유롭게 움직일 수 있으므로, 흡착 대상물의 외주부에 배치된 흡착반62는 흡착 대상물의 표면의 경사에 대하여 자유자재로 이동할 수 있다. 이 때문에 흡착반62의 흡착력이 유지된다.
또한 본 실시예의 진공 흡착 헤드는, 흡착 대상물을 흡착하기 전(前) 및 흡착을 종료하여 흡착 대상물을 해제한 후에는 종래예3의 흡착 패드와 같이 기운 상태대로 있지 않는다. 흡착 헤드 내부의 스프링의 복원력에 의하여 흡착면이 대략 바로 아래를 향하는 상태로 흡착 패드의 자세가 복귀된다. 이 때문에 다음에 흡착 대상물을 흡착할 때에, 흡착 대상물에 상처를 내거나 흡착 불량을 일으키는 일이 없다.
도8에 나타나 있는 바와 같은 흡착 패드8 만을 사용하는 경우에는, 흡착반33이 흡착 대상물의 표면에 밀착했을 때에 스커트부32c는 흡착력에 기여하지 않는 경우가 있다. 이 상태에서 흡착 대상물의 일부의 표면이 기울면, 흡착반33과 흡착 대상물의 표면의 평행도가 무너져서 흡착반33에 있어서의 진공이 유지되지 않게 된다. 그러나 본 실시예의 진공 흡착 흡착 헤드1을 사용하는 경우에는, 제1스프링5 및 제2스프링6에 의하여 지지된 샤프트7은, 흡착 대상물의 표면이 부분적으로 기울어져 있어도 흡착 대상물의 표면의 경사에 용이하게 일치시킬 수 있다. 이 때문에 흡착 대상물을 견고하게 지지할 수 있다. 도11(C)는 이 상태를 나타내고 있다. 즉 흡착반33 자체가 흡착 대상물의 휘어짐에 따라 경사진다.
또 샤프트7의 허용 경사각은, 샤프트7의 외경(外徑)과 제1케이싱 플레이트3 및 제2케이싱 플레이트4의 내경(內徑)에 의하여 결정된다. 샤프트7의 경사 탄력은, 샤프트7의 축방향의 신장(伸長) 또는 압축력과 비교하여 작다. 이 것은 흡착 패드8이 흡착면의 경사에 대하여 유연하게 대응할 수 있다는 것을 의미한다. 또한 본 실시예의 진공 흡착 헤드1은 흡착을 종료하고 흡착 대상물을 해제한 후에 있어서, 종래예3의 흡착 패드와 같이 기운 상태 그대로가 아니고, 흡착 헤드 내부의 탄성력에 의하여 흡착면이 대략 바로 아래를 향하는 상태로 흡착 패드의 자세가 복귀된다. 이 때문에 다음에 흡착 대상물을 흡착할 때에, 흡착 대상물을 상처를 입히거나 흡착 불량을 일으키는 일이 없다.
또 본 실시예의 진공 흡착 헤드1은, 그 샤프트7이 축방향으로 이동할 수 있고 좌우로 회전 동작도 가능하고, 또한 흡착 헤드 내부의 제1스프링5 및 제2스프링6의 탄성력에 의하여, 좌우로 회전한 상태로부터 소정의 방향을 향하는 상태로 흡착 패드의 자세를 복귀시킬 수 있다. 이 때문에 종래의 진공 흡착 장치에 있어서, 사용이 적당하지 않은 흡착 패드도 흡착 대상물의 성질에 따라 사용할 수 있다. 특히 도2에 나타내는 흡착 패드61은 적합하게 사용할 수 있다.
또 본 실시예의 진공 흡착 헤드1은, 전술한 바와 같이 그 샤프트7이 2개의 스프링에 의하여 지지되는 것을 특징으로 한다. 흡인 패드8이 무부하 상태에 있을 때에는, 샤프트7을 케이싱2 내의 소정의 위치로 지지할 필요가 있다. 가령 제1스프링5와 제2스프링6 중의 1개 스프링에 의하여 그 기능을 실현시켰을 경우를 가정한다. 흡인 패드8이 무부하 상태에 있을 때에 샤프트7을 소정의 위치로 지지하기 위하여는, 1개 스프링에 있어서의 양 단부 중의 일단부를 케이싱2의 내부에 고정하고, 타단부를 샤프트7의 외주부에 고정하면 좋다. 이 고정에는 용접을 사용하거나 나사의 단부를 구부려서 그 단부를 케이싱2의 내부나 샤프트7의 외주부로 압입하면 좋다. 본 실시예에 의하면, 2개의 스프링을 삽입하는 것만으로 스프링의 단부를 고정하지 않고도 샤프트7을 소정의 위치로 지지할 수 있다. 또 2개의 스프링에 의하여 단차부7a를 삽입한다고 하는 전제에서, 각각의 스프링의 수를 변경함으로써 케이싱2에 대한 샤프트7의 초기 위치를 자유롭게 설정할 수 있다. 이러한 의미에서, 스프링을 2개 설치하는 것은 조립 공수의 의미에 있어서도 샤프트7의 초기 위치의 설정의 용이함에 있어서도 효과가 크다.
다음에 본 발명의 실시예에 있어서의 테이블에 대하여 설명한다. 이 테이블은, 흡착 헤드의 흡착반이 위를 향하는 상태에서 테이블 상에 복수 개 배치하여 흡착 대상물을 밑에서부터 지지하는 것이다. 여기에서는 흡착 대상물은 예를 들어 마더 접합기판110으로 한다. 이 테이블100의 정면도를 도12에 나타내고, 측면도를 도13에 나타낸다.
테이블100은, 그 기부(基部)가 되는 베이스판101 상에 흡착반을 위로 향하게 하여 진공 흡착 헤드1을 복수 개, 규칙적으로 소정의 간격으로 배치하고 있다. 진공 흡착 헤드1의 흡착부에는 원반 형상의 흡착 패드103이 부착되어 있다. 흡착 패드103은, 그 중앙부에 상하방향으로 관통하는 배기구멍104가 형성되어 있지만, 흡착면에 요철이 없는 형상으로 되어 있다. 흡착 패드103은 수지재로 이루어지고, 예를 들면 엔지니어링 플라스틱인 피크 재(peak材)가 사용된다. 배기구멍104는 도면에 나타나 있지 않은 펌프에 접속되어, 적절하게 에어를 분출하거나 진공처리를 할 수 있게 되어 있다.
또한 베이스판101에 수직으로, 베이스판101의 x 및 y방향의 일방의 단면을 따라 소정의 간격으로 한 줄로 나란하게 복수 개의 기준 핀102가 부착되어 있다. 또 흡착 패드103에 재치된 마더 접합기판110의 위치를 결정할 때에, 마더 접합기판110을 기준 핀102에 접촉시킬 필요가 있다. 이를 위하여 복수의 푸셔(pusher)105가 구비되어 있다. 푸셔105의 선단부에는, 마더 접합기판110에 있어서 그 단면과 접촉하는 롤러(roller)106이 부착된다. 또 기준 핀102는 롤러106과 같은 것을 구비하여도 좋다.
테이블100을 사용하여 기판의 위치를 결정하는 동작을 도14를 참고하여 설명한다. 마더 접합기판110이 반송로봇에 의하여 테이블100에 재치되면, 각각의 흡착 패드103의 중앙의 배기구멍104에서 에어가 분출되고 분출한 에어에 의하여 마더 접합기판110이 부상한다. 부상한 마더 접합기판110은, 푸셔105에 의하여 x 및 y방향의 기준 핀102에 접촉함으로써 위치가 결정된다. 위치결정이 완료되면, 에어의 분출을 정지시키고 마더 접합기판110을 하강시켜서 흡착 패드103 상에 재치한다. 마더 접합기판110은 흡착 패드103에 재치되면, 배기구멍104에서 도면에 나타나 있지 않은 진공펌프에 의하여 진공 흡인되어 흡착 패드103에 의하여 지지된다. 마더 접합기판110이 흡착 패드103에 의하여 흡인, 지지되면 롤러106은 원래의 상태로 복귀한다.
위치결정 동작 시에 흡착 패드103에서 분출한 에어는, 도14의 화살표에 나타나 있는 바와 같이 마더 접합기판110의 표면을 따라 흐른다. 이 때에 흡착 패드103의 표면이 요철이 없는 평면 패드이므로, 난류(亂流) 성 분은 적어지고 에어의 흐름이 안정적이다. 이 때문에 마더 접합기판110은 진동하지 않고 안정하게 부상한 상태가 된다.
본 실시예의 테이블에 있어서, 흡착 대상물인 기판을 부상시킨 변칙(變則) 상태를 나타내기 위하여 기판의 휘어짐을 과장하여 작성한 모식도를 도15에 나타낸다. 종래의 기판의 위치결정 시에는, 에어의 분출에 의하여 마더 접합기판110과 테이블의 간격을 형성하여 마더 접합기판110을 부상시킨다. 이 때에 분출 에어에 의하여 마더 접합기판110을 부상시키고 있기 때문에, 마더 접합기판110에는 휘어짐이나 굴곡이 발생한다. 이 경우에 마더 접합기판110의 하면측의 기판이 부분적으로 테이블과 접촉하여 하면측의 기판 표면에 상처가 나는 경우가 있었다. 또한 마더 접합기판110이 위치결정 동작 중에 테이블에 접촉하면, 약간의 위치 차이가 발생해 버린다. 이 때문에 기판에 대하여 정밀도가 높은 위치결정(얼라인먼트(alignment))을 할 수 없다고 하는 문제도 있었다.
본 발명의 진공 흡착 헤드1은, 샤프트7이 z축 방향 및 z축 방향과 비스듬한 방향으로 미동(微動) 가능하게 탄성적으로 지지되어 있다. 이 때문에 진공 흡착 헤드1을 사용하는 테이블100에 있어서, 도15에 나타나 있는 바와 같이 에어의 분출에 의한 베르누이 효과(Bernoulli 效果)에 의하여, 샤프트7의 경사 허용 범위 내에서 흡착 패드103이 마더 접합기판110의 휘어짐이나 굴곡에 완전하게 이동할 수 있다. 그리고 기판의 위치결정 시에 있어서, 마더 접합기판110과 흡착 패드103의 사이의 간격을 일정하게 유지하 도록 흡착 패드103이 상하로 움직여서 기판110이 소정의 위치까지 이동한다. 배기구멍104로부터 분출되는 에어는 흡착 패드103의 외주에 있어서 층 형상의 흐름이 되고, 마더 접합기판110과 흡착 패드103의 간격을 일정하게 유지할 수 있다. 이 때문에 마더 접합기판110의 이면에 손상을 주는 것을 방지할 수 있고 부상한 상태를 안정하게 유지할 수 있다.
이와 같이 안정한 상태에서 위치결정이 이루어지므로, 마더 접합기판110은 어긋나지 않고 높은 정밀도로 안정하게 위치가 결정된다. 위치결정이 완료된 마더 접합기판110이 흡착 패드103에 재치되면 진공 흡착 헤드1은 맞춰질 수 있으므로, 상기한 베르누이 효과에 의하여 발생한 압력 차이에 따라 마더 접합기판110의 표면의 경사에 대하여 자유자재로 맞춰진다. 이 때문에 재치된 마더 접합기판110에 불필요한 응력을 가하는 일이 없어진다. 그 후의 진공펌프에 의한 진공처리에 있어서도, 흡착 패드103에 의하여 마더 접합기판110을 확실하게 흡인하여 지지할 수 있다.
또한 본 실시예의 진공 흡착 헤드를 사용하는 테이블100에서는, 마더 접합기판110을 위치결정 전에 재치했을 때나 위치결정 후에 다시 재치했을 때에, 마더 접합기판110의 흡착 전(前)이더라도 흡착을 종료하여, 마더 접합기판110의 해제 후(後)에도 진공 흡착 헤드의 흡착면을 대략 바로 위를 향하는 상태로 복귀시킬 수 있다. 이 때문에 다음에 마더 접합기판110을 재치할 때에, 마더 접합기판110에 상처를 내지 않고 또 흡착 불량을 일으키지 않는 효과가 얻어진다.
또한 테이블100은 기판의 사이즈에 따라 적어도 1개의 진공 흡착 헤드1을 구비하고 있으면 좋다. 진공 흡착 헤드를 복수 개 구비하는 경우에는, 도12에 나타나 있는 바와 같이 그물코 형상(network-like) 또는 격자 형상으로 배치하는 것이 바람직하다. 또 기판의 외주부는 배치 밀도를 높게 하고, 그 외에는 배치 밀도를 낮게 하는 방법도 좋다. 또 전술한 바와 같은 테이블에 위치결정 수단을 더 설치한 위치결정 장치는, 플랫 패널 디스플레이의 제조공정 및 반도체 소자의 제조공정에 있어서, 기판을 반입하기 전의 프리 얼라인먼트 장치(pre-alignment 裝置)로서 매우 유효하게 적용된다.
한편 진공 흡착 헤드1, 진공 흡착 장치40, 테이블100은, 분위기 가스가 공기 뿐만 아니라 질소 가스 등의 불활성 가스나 반응 가스도 사용할 수 있다. 따라서 도14 및 도15에 나타나 있는 바와 같이 마더 접합기판110을 반송로봇에 의하여 테이블에 재치할 때에, 흡착 패드103의 중앙의 배기구멍으로 분출시키는 가스는 그 목적에 따라 재질의 가스가 선택적으로 사용된다.
또 진공 흡착 헤드1, 진공 흡착 장치40, 테이블100은, 흡착 대상물이 수평상태로 놓여진 예로 설명하였지만 이 상태에 한정되지 않고, 흡착 대상물이 세워진 상태, 경사진 상태여도 흡착 대상물의 지지 및 반송기구를 최적화 함으로써 본 발명의 효과가 발생하도록 적용할 수 있다.
본 발명의 진공 흡착 헤드1, 진공 흡착 장치40 및 테이블100이 적용되 는 흡착 대상물로서는, 수지제의 판상 성형품, 금속제의 박판이 포함된다. 또 글라스 판, 소결 재료(燒結 材料)의 세라믹스, 단결정 실리콘, 사파이어, 반도체 웨이퍼, 세라믹 기판 등의 취성재료 기판을 들 수 있다. 이러한 취성재료 기판으로서는 단판(單板) 혹은 접합기판이 포함되고, 회로 패턴이나 전극을 형성하는 금속막이나 수지막이 부착된 기판이 포함된다.
상기 취성재료 기판의 구체적인 용도로서는, 액정표시 패널, 플라즈마 디스플레이 패널, 유기EL 디스플레이 패널 등의 플랫 패널 디스플레이용 패널을 들 수 있다.
본 발명의 진공 흡착 헤드는, 흡착 대상물로서 글라스 판, 글라스 기판을 사용하는 액정표시 패널, 플라스틱 기판을 사용하는 액정표시 패널 등의 플랫 패널 디스플레이의 흡착, 반송 뿐만 아니라 반도체, 세라믹스판, 수지성의 판상 성형품, 금속제의 박판 등을 반송하는 분야에도 사용할 수 있다. 흡착 패드의 높이 조정 작업이 용이하게 이루어지고, 특히 굴곡이 있는 판재, 표면에 단차가 있는 판금이나 프레스 가공판도 흡착할 수 있다. 또한 본 발명의 적어도 1개의 진공 흡착 헤드를 흡착반이 위를 향하는 상태로 배치하여 진공 흡착 테이블을 구성함으로써, 압축 공기를 통풍구에서 분출하여 확실하게 흡착 대상물을 부상시켜 위치를 결정하여 흡착할 수 있다.

Claims (10)

  1. 흡착 대상물의 흡착되는 면에 접촉하여 진공 흡착하기 위한 흡착 패드(吸着 pad)와,
    상기 흡착 패드를 일방의 단부(端部)로 지지하고, 또한 상기 흡착 패드 내에 대하여 기체를 흡배기(吸排氣) 하기 위한 흡배기 구멍이 형성된 샤프트(shaft)와,
    상기 샤프트의 이동범위를 제한하여 미동(微動) 가능하게 지지하는 통모양 공간을 구비하는 케이싱부(casing部)와,
    상기 케이싱부 내에서 상기 샤프트를 상기 케이싱부의 축방향 및 상기 축방향과 비스듬한 방향으로 미동 가능하도록 탄성적으로 지지하는 탄성 지지부를
    구비하되,
    상기 샤프트는, 상기 케이싱부 내의 중간위치에 돌출 형상으로 형성된 단차부(段差部)를 구비하고,
    상기 케이싱부는, 상기 탄성 지지부가 변형 가능하도록 지지하기 위한 공간을 내측에 구비하는 통모양부와, 상기 통모양부의 일방의 단부를 제1개구(開口)를 남기고 봉(封)하는 제1케이싱 플레이트와, 상기 통모양부의 타방의 단부를 제2개구를 남기고 봉하는 제2케이싱 플레이트를 구비하고,
    상기 탄성 지지부는, 상기 제1케이싱 플레이트와 상기 단차부의 사이에서 지지되는 제1코일스프링과, 상기 제2케이싱 플레이트와 상기 단차부의 사이에서 지지되는 제2코일스프링을 구비하고,
    상기 제1 및 제2개구의 개구 지름은, 상기 샤프트의 외경보다 크고 상기 제1코일스프링 및 상기 제2코일스프링의 외경보다 작은 것을
    특징으로 하는 진공 흡착 헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡착 패드는 상기 제2개구 측에 구비되고 있어,
    상기 흡착 패드가 무부하(無負荷) 상태에 있어서 상기 제1코일스프링의 압축력이 상기 제2코일스프링의 압축력보다 큰 것을
    특징으로 하는 진공 흡착 헤드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 흡착 패드는,
    판모양 부재를 사용하고,
    그 일방의 면에 대하여 다수의 독립된 볼록부와 오목부를 형성한 흡착부,
    상기 흡착부를 둘러싸는 상기 판모양 부재의 외주(外周) 위치에 고리 모양으로 형성한 기밀부(氣密部),
    상기 흡착부의 기체를 배기(排氣)하는 통로가 되는 홈부,
    상기 홈부의 기체를 외부로 배기(排氣)하는 개구를 형성한 진공 흡착반(眞空 吸着盤)을
    구비하는 것을 특징으로 하는 진공 흡착 헤드.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 흡착 패드는,
    상기 진공 흡착반을 수용하도록 형성되고, 상기 진공 흡착반이 흡착 대상물에 소정의 위치까지 근접했을 때에 상기 진공 흡착반의 주변공간으로부터 외기(外氣)를 차단하는 스커트 패드(skirt pad)를 구비하는 것을
    특징으로 하는 진공 흡착 헤드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 흡착 패드는, 요철이 없는 평면인 수지(樹脂)로 구성되는 것을 특징으로 하는 진공 흡착 헤드.
  6. 진공 흡착 헤드를 복수 구비하고, 복수의 상기 진공 흡착 헤드를 흡착 대상물의 면에 접촉시켜서 진공 흡착하는 진공 흡착 장치에 있어서,
    상기 진공 흡착 헤드는,
    흡착 대상물의 흡착되는 면에 접촉하여 진공 흡착하기 위한 흡착 패드와,
    상기 흡착 패드를 일방의 단부로 지지하고, 또한 상기 흡착 패드 내에 대하여 기체를 흡배기 하기 위한 흡배기 구멍이 형성된 샤프트와,
    상기 샤프트의 이동범위를 제한하여 미동 가능하게 지지하는 통모양 공간을 구비하는 케이싱부와,
    상기 케이싱부 내에서 상기 샤프트를 상기 케이싱부의 축방향 및 상기 축방향과 비스듬한 방향으로 미동 가능하도록 탄성적으로 지지하는 탄성 지지부를
    구비하되,
    상기 샤프트는, 상기 케이싱부 내의 중간위치에 돌출 형상으로 형성된 단차부를 구비하고,
    상기 케이싱부는, 상기 탄성 지지부가 변형 가능하도록 지지하기 위한 공간을 내측에 구비하는 통모양부와, 상기 통모양부의 일방의 단부를 제1개구를 남기고 봉하는 제1케이싱 플레이트와, 상기 통모양부의 타방의 단부를 제2개구를 남기고 봉하는 제2케이싱 플레이트를 구비하고,
    상기 탄성 지지부는, 상기 제1케이싱 플레이트와 상기 단차부의 사이에서 지지되는 제1코일스프링과, 상기 제2케이싱 플레이트와 상기 단차부의 사이에서 지지되는 제2코일스프링을 구비하는 것이고,
    상기 제1 및 제2개구의 개구 지름은, 상기 샤프트의 외경보다 크고 상기 제1, 제2코일스프링의 외경보다 작은 것을
    특징으로 하는 진공 흡착 장치.
  7. 베이스판과,
    상기 베이스판에 설치된 복수의 진공 흡착 헤드를 구비하는 테이블에 있어서,
    상기 진공 흡착 헤드는,
    흡착 대상물의 흡착되는 면에 접촉하여 진공 흡착하기 위한 흡착 패드와,
    상기 흡착 패드를 일방의 단부로 지지하고, 또한 상기 흡착 패드 내에 대하여 기체를 흡배기 하기 위한 흡배기 구멍이 형성된 샤프트와,
    상기 샤프트의 이동범위를 제한하여 미동 가능하게 지지하는 통모양 공간을 구비하는 케이싱부와,
    상기 케이싱부 내에서 상기 샤프트를 상기 케이싱부의 축방향 및 상기 축방향과 비스듬한 방향으로 미동 가능하도록 탄성적으로 지지하는 탄성 지지부를
    구비하되,
    상기 샤프트는, 상기 케이싱부 내의 중간위치에 돌출 형상으로 형성된 단차부를 구비하고,
    상기 케이싱부는, 상기 탄성 지지부가 변형 가능하도록 지지하기 위한 공간을 내측에 구비하는 통모양부와, 상기 통모양부의 일방의 단부를 제1개구를 남기고 봉하는 제1케이싱 플레이트와, 상기 통모양부의 타방의 단부를 제2개구를 남기고 봉하는 제2케이싱 플레이트를 구비하고,
    상기 탄성 지지부는, 상기 제1케이싱 플레이트와 상기 단차부의 사이에서 지지되는 제1코일스프링과, 상기 제2케이싱 플레이트와 상기 단차부의 사이에서 지지되는 제2코일스프링을 구비하는 것이고,
    상기 제1 및 제2개구의 개구 지름은, 상기 샤프트의 외경보다 크고 상기 제1, 제2코일스프링의 외경보다 작게 한 것이고,
    상기 진공 흡착 헤드는, 상기 흡착 패드가 상방을 향한 상태에서 베이스판에 복수 설치되고, 상기 흡착 패드로부터 기체를 분출시켜서 상기 흡착 패드에 재치(載置)된 흡착 대상물을 부상시키고, 상기 흡착 패드로부터 기체를 흡인(吸引)시켜서 흡착 대상물의 흡착면을 상기 흡착 패드에 접촉시켜서 진공 흡착하는 것을 특징으로 하는 테이블.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 흡착 대상물의 위치를 결정하는 위치결정수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 테이블.
  9. 삭제
  10. 삭제
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