JP2008297092A - 磁気搬送システムおよび磁気搬送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】キャリアを安定、かつ高速に搬送でき、さらに真空内で発塵の少ない構造の磁気搬送システムを提供する。
【解決手段】本発明の磁気搬送システムは、２枚のキャリア４と、各キャリア４の上端部間に配置された、Ｎ極とＳ極とが交互に配置されてなるキャリア側磁石４１と、２枚のキャリア２の自重を支持する自重受け用ベアリング６とを有する。磁気ネジ２はキャリア側磁石４１の鉛直上方に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）関連装置の真空雰囲気で基板を搬送するための磁気搬送システムおよび磁気搬送方法に関する。

真空環境で物体を搬送する場合、従来、ラック・ピニオン機構、コロ式駆動機構、チェーン駆動機構等が多く採用されてきた。これらの駆動機構は、駆動力を接触作用により直接に伝える方式であり、接触伝達方式と呼ばれる。かかる駆動機構では、真空環境は摩擦係数が大きく、また潤滑油が使えないという特性を有するので、摩耗量が著しく多くなり、大量のゴミ（塵や埃）が発生する（この状態を「発塵」と呼ぶ）という問題があった。また摩擦係数が大きいため、接触部のクリアランスも大きくしなければならず、精密な動きを行う上で支障になっていた。

一方、近年では半導体が代表するように、電子部品等へのゴミの付着量を著しく制限することが要求される。理想的には、ゴミの発生を完全になくした駆動機構が望まれている。

ゴミの発生を低減するためには、明らかに非接触伝達方式の搬送系が望ましい。非接触伝達方式の搬送系としては従来種々の方式が提案されている。その中で、比較的に構造が簡単な方式は磁気結合の作用を利用した方式（以下「磁気搬送装置」という）である。磁気搬送装置については、最近、螺旋状の磁気回路と磁極を組み合わせた直線搬送機構が提案されている（特許文献１）。また磁気搬送装置に間接的に関係する技術として、工作機械等の分野で、送り装置として利用される磁気ねじが提案されている（特許文献２）。

図１０に従来の磁気搬送装置の一例の模式的な正面図および側面図を示す。

１枚のキャリア１０４の下端部にキャリア側磁石１０７が設けられている。そしてその下方に磁気ネジ１０２が配置されている。また、キャリア１０４には自重受け用ベアリング１０５の他、搬送方向に案内する案内用ベアリング１０６とが設けられている。

ゲートバルブ等により真空チャンバ１６０が仕切られた場合、ある真空チャンバ１６０から続く真空チャンバ１６０へとキャリア１０４が移動する際に続く真空チャンバ１６０の磁気ネジ１０２とキャリア側磁石１０７の位相を合せる必要がある。このため、従来、サーボモータにより磁気ネジ１０２の角度と回転速度を合せることで位相を合わせていた。
米国特許第５，３７７，８１６号公報 特開平７−２８００６０号公報

しかしながら、従来の方式では、大型装置における重量物の高速搬送が困難であった。従来の磁気ネジを用いた搬送系は、図１０に示す構成の場合、キャリア１０４の下部に、磁気ネジ１０２と、キャリア自重受け用ベアリング１０５と案内用ベアリング１０６とを配置している。この構造は、キャリア１０４が大型化すると上部が揺れてしまい安定した搬送が困難となる。また、この構成の場合、キャリア自重受け用ベアリング１０５の他、案内用ベアリング１０６を備えていることで発塵源が多いことが問題であった。

また、従来の位相合わせの方法では装置が大型化するにつれ、磁気ネジ間距離の誤差が発生するため、正確な位相合わせが困難であった。

そこで本発明は、上記課題に鑑み、キャリアを安定、かつ高速に搬送でき、さらに真空内で発塵の少ない構造の磁気搬送システムを提供することを目的とする。また、真空チャンバ間を移動する際の磁気ネジとキャリア側磁石との正確な位相合わせが可能な磁気搬送方法を提供することを目的とする。

本発明の磁気搬送システムは、複数の真空チャンバと、各真空チャンバの内部に設けられている、Ｎ極とＳ極の磁石を交互に螺旋状に配置してなる磁気ネジとを有する。この磁気搬送システムは、磁気ネジを回転駆動させて生じる磁気作用により、基板を搭載するキャリアの搬送を行う。

上記目的を達成すべく本発明の磁気搬送システムは、向かい合わせて配置された２枚のキャリアと、２枚のキャリアの上端部の間に配置された、Ｎ極とＳ極とが交互に配置されてなるキャリア側磁石とを有する。また、本発明の磁気搬送システムは、さらに２枚のキャリアの自重を支持する自重受け用ベアリングとを有する。磁気ネジはキャリア側磁石の鉛直上方に配置されている。

また、本発明の磁気搬送方法は、本発明の磁気搬送システムを用いたものである。本発明の磁気搬送方法は、キャリアが搬入されようとしている真空チャンバの内部に設けられた駆動手段に対応するクラッチが、キャリア側磁石の位相と、キャリアが搬入されようとしている真空チャンバの磁気ネジの位相とが同位相となり、キャリアが所定の量だけ搬入されるまで切断されている。

本発明によれば、キャリアを安定、かつ高速に搬送でき、さらに真空内で発塵の少ない磁気搬送システムを提供することができる。

また、本発明によれば、真空チャンバ間を移動する際の磁気ネジとキャリア側磁石との正確な位相合わせが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の磁気搬送システムの詳細について説明する。

図１（ａ）に本実施形態の磁気式搬送装置の正面図を、図１（ｂ）に磁気式搬送装置の側面図をそれぞれ示す。また、図２に磁気式搬送装置の模式的な正面図及び側面図を示す。

本発明の磁気搬送システムは、複数の真空チャンバ６０と、磁気式搬送装置１とを有する。また、磁気式搬送装置１は、ＦＰＤ関連装置の真空雰囲気で基板を搬送するためのものであり、磁気ネジ２と、動力伝達機構３と、キャリア４と、自重受け用ベアリング６と、板部材５０とを有する。このような構成の本発明の磁気搬送システムは、Ｎ極とＳ極の磁石を交互に螺旋状に配置してなる磁気ネジ２を回転駆動させて生じる磁気作用により、ガラス基板１０を搭載するキャリア４の搬送を行うものである。

図３（ａ）に磁気ネジの側面図を、また、図３（ｂ）に図３（ａ）のＡ−Ａ線における断面図を示す。また、磁気ネジの模式図を図４に示す。

真空チャンバ６０の内部に設けられた磁気ネジ２は、キャリア４の鉛直上方に配置されており、図４の左側の図に示すように、ヨークとなる磁性材のシャフト２１に、帯状のラバー製の磁石２２を螺旋状に巻き付けて接着剤で固定している（磁気ネジ タイプ１）。ラバー製の磁石２２には異方性ボンド磁石が用いられている。従来の磁気ネジは、等方性磁石と呼ばれ、着磁パターンが自由に得られる反面、磁力が少ないものが用いられていた。これに対し、本願発明では搬送に必要な磁力を得るため、磁力の高い、異方性磁石でスパイラル形状の磁気ネジを構成している。なお、必要な磁力を得るためには磁石を幾層にも巻きつけることとなる。本実施形態では、Ｓｍ・Ｆ・Ｎボンド磁石ｔ＝２ｍｍを４層巻きとした。なお、シャフト２１と磁石２２、あるいはラバー磁石２２どうしは接着剤で固定するが、繰り返し使用すると、接着剤が疲労により剥がれる恐れがあるため、外周を樹脂でモールドする。

なお、磁気ネジ２には、ラバー製の磁石の他バルクの磁石（Ｎｄ・Ｆｅ・Ｂ磁石）を用いても良い（磁気ネジ タイプ２）。この場合、図４の右側の図に示すように円弧形状の磁石のブロックをシャフト２１に接着剤で貼り付けていく。なお、この場合の磁石の形状は、ら旋状の磁気ネジ２を平面的に展開後、分割した形状とする。また、タイプ１と同様に、外周を樹脂でモールドする。

磁気ネジ２のシャフト２１は、不図示の駆動装置にて回転駆動される。なお、本実施形態における磁気ネジ２の寸法は外径φ６２［ｍｍ］×長さ８５０［ｍｍ］のものが用いられた。

また、磁気ネジ２は、真空・高温環境におくと減磁する恐れがある。そこで磁気ネジ２は水冷された非磁性のＳＵＳ３０４製のパイプの中に配置し、大気環境下に置かれる。

２枚の平板からなるキャリア４は、上端部がキャリア側磁石４１（ＳｍＣｏ磁石）を介して接合されている。側方からみると、２枚の平板は下端側に向けて広がるテーパ形状をなしている。つまり、２枚のキャリア４は上端部側の幅に対して下端部側の幅が広くなるように構成している。このような形状としたのは、キャリア４自身の搬送安定性と、キャリア４に搭載したガラス基板１０の搬送安定性及びたわみ防止、また、２枚の基板を一括処理することも目的としたことによる。

図５（ａ）にキャリア側磁石４１の正面図を、図５（ｂ）に側面図をそれぞれ示す。キャリア側磁石４１はＮ極及びＳ極の磁石が所定の角度で交互に配列されてなるものである。また、図６（ａ）に図２のＢ部詳細を、図６（ｂ）に図２のＣ部詳細を示す。

磁気ネジ２とキャリア側磁石４１との間隔は図２に示すように１０ｍｍである。磁気ネジ２が回転駆動することで磁気的作用によりキャリア側磁石４１に推力が発生し、キャリア４のレール７が自重受け用ベアリング６上を摺動する。これによりキャリア４が移動する。

なお、磁気ネジ２とキャリア側磁石４１との間隔が１０ｍｍの場合、磁気ネジ２がタイプ１では７９８［Ｎ］（磁気ネジ２．６ｍ当たり）の推力が得られ、磁気ネジがタイプ２では１６７０［Ｎ］（磁気ネジ２．６ｍ当たり）の推力が得られた。今回の必要推力は６００［Ｎ］であることからいずれのタイプも適用可能である。

本実施形態のキャリア４はキャリア側磁石４１の下方に案内用磁石４２を有するものであってもよい。案内用磁石４２は磁石を図６（ａ）に示すようにＳ、Ｎ極を４隅に配置させることで各磁石の吸引力及び反発力を利用してキャリア４を案内するものである。

もっとも、比較的案内方向の荷重が少ない場合には、磁気ネジ２の磁力だけで案内が可能となるため、この場合、案内用磁石４２は省略可能である。つまり、案内としての磁石が不要で、搬送に必要なユニットは、磁気ネジ２、キャリア４、自重受け用ベアリング６のみとなり、構造が簡単となる。

以上のように、本実施形態の磁気搬送システムにおいては磁気ネジ２をキャリア４の上方に配置し、キャリア側磁石４１を吸引する方式としている。これにより、キャリア４の上部が安定し、搬送時にキャリア４の上部が左右に振れることなく安定した搬送を実現することができる。この方式とすることで、本実施形態の場合、従来必要であった案内用ベアリングを省略することができる。これにより、真空内で発塵の少ない構造とすることができる。すなわち、２枚のキャリア４の間に配置された支持部９には自重受け用ベアリング６を設けたのみの構成としている。各キャリア４の内側にはレール７が設けられている。キャリア４のレール７は自重受け用ベアリング６上を摺動し、また、キャリア４の自重は自重受け用ベアリング６によって支持されている。

また、自重受け用ベアリング６の近傍には板部材５０が配置されている。この板部材５０は図２及び図６（ｂ）に示すように真空チャンバ６０に設けられている。板部材５０は、自重受け用ベアリング６が配置された領域と、キャリア４の面のうちガラス基板１０が搭載されたキャリア面側との連通路の幅を狭めるための連通路７０を狭めるためのものである。板部材５０を設けているので自重受け用ベアリング６で生じた塵がガラス基板１０に付着しにくい構成となっている。

以上のように、本実施形態の磁気搬送システムにおいては磁気ネジ２とキャリア側磁石４１との磁気的作用により、キャリア４は鉛直方向に引上げられるため、自重受け用ベアリング６への荷重が低減し、ベアリングの寿命化、パーティクルの発生が抑制される。また、自重受け用ベアリング６とレール７との間の抵抗が低減され、高速移動が可能となる。さらに、板部材５０を設けて連通路７０を狭めているため、自重受け用ベアリング６で発生した塵がキャリア４のガラス基板１０を搭載した面側まで到達しにくいようにしている。

なお、本実施形態ではキャリア４のサイズは、Ｗ１９００×Ｈ１８３０×Ｔ１５［ｍｍ］である。この場合、ガラス基板１０のサイズは１３００×１５００×Ｔ０．６〜０．７［ｍｍ］程度のものを搭載して搬送することができる。なお、キャリア総重量は４５５［ｋｇ］となった。

次に、動力伝達機構３の構成について図７を用いて説明する。

動力伝達機構３は駆動源であるモータ５９と、カップリング６１と、駆動伝達経路中に設けられたクラッチ６２と、歯車６６を有するシャフト６５と、角度検出板６３と、センサ６４とを有する。

モータ５９の出力軸とクラッチ６２の一方とがカップリング６１で接続されている。なお、モータ５９は７５０Ｗ １／１２減速機付のものが適用可能である。また、クラッチ６２の他方はシャフト６５と接続されている。シャフト６５には切り欠きが形成された角度検出板６３が取り付けられている。シャフト６５の先端には歯車６６が設けられており、磁気ネジ２のシャフト２１の歯車２３と噛み合っている。クラッチ６２が接続されている状態ではモータ５９の駆動力がシャフト６５に伝達され、シャフト６５の歯車６６と噛み合う歯車２３を介して磁気ネジ２を回転駆動させる。一方、クラッチ６２が切断されているときは、モータ５９の駆動力はシャフト６５には伝達されないので磁気ネジ２は回転しない。

次に、キャリア４が現在入っている真空チャンバ６０から隣接する続く真空チャンバ６０へと移動する際の磁気ネジとキャリア側磁石との磁石の位相合わせに関して説明する。

本実施形態では、磁石の位相合わせをするため、キャリア側磁石４１の磁石がＮ極で始まっている場合、隣接する次の真空チャンバ６０で待ち受ける側の磁気ネジがＳ極で始まるような構造とする。具体的には、角度検出板６３にスリット（切欠き）を設け、Ｓ極が始まる角度にセンサ６４を配置する。

モータ５９を回転させ、センサ６４が検知した位置（磁気ネジのＳ極が下を向く）で、クラッチ６２を切り、キャリア４を待ち受ける。つまり、キャリア４が搬入されようとしている真空チャンバ６０に設けられたモータ５９に対応するクラッチ６２を切っておく。

キャリア４は前室（現在入っている真空チャンバ６０）の磁気ネジ２により次部屋（隣接する続く真空チャンバ６０）へと送られる。キャリア４が次部屋の磁気ネジ２に差掛かった状態では磁気ネジ２はクラッチ６２で切り離されている。このため、次部屋の磁気ネジ２はキャリア４の磁石に沿って空回りをする。このように次室の磁気ネジ２を空回りさせることで、前室の磁気ネジ２、キャリア４の磁石、及び次部屋の磁気ネジ２の位相を合わせ、同位相とさせる。

次部屋にキャリア４が所定の量だけ搬入されてきた段階で、クラッチ６２を繋げ、モータ５９の動力でキャリア４を引き込む。

なお、磁気ネジ２の角度を合せる別な方策として、角度検出板６３を剛性の高い星型構造の角度検出板６３ａを用いても良い（図８参照）。星型の谷の角度は、磁気ネジがＳ極で始まる角度にしておき、星型形状の角度検出板に、シリンダ７０でローラー７１を押し当てることにより、単純に磁気ネジ２の角度を合せることができる。

また、各真空チャンバ６０内には、キャリア４の位置を確認できる４つのセンサが配置されており、キャリア４の搬送制御を行う（図９参照）。

センサＳ１はオーバーランセンサであり、キャリア４が移動しすぎていないかを監視する。センサＳ２は減速センサであり、減速開始を指示するためのものである。センサＳ３はクラッチ切替センサであり、クラッチ６２の切替信号を発信するためのものである。センサＳ４はショートランセンサであり、キャリア４が所定の位置まで搬入されたかどうかを確認する。

なお、キャリア搬送環境は、大気圧〜真空 １×１０^-5［Ｐａ］であり、温度は室温〜２００℃（常時）３５０℃（ＭＡＸ）である。

本発明の磁気式搬送装置の正面図及び側面図である。 本発明の磁気式搬送装置の模式的な正面図及び側面図である。 本発明の磁気ネジの側面図及び側断面図である。 巻き付け構造の磁気ネジと貼り付け構造磁気ネジの模式図である。 本発明のキャリア側磁石の正面図及び側面図である。 図２のＢ部及びＣ部の詳細を示す図である。 動力伝達機構の構成を示す図である。 星型形状の角度検出板の正面図である。 真空チャンバ内のセンサ配置例を示す模式図である。 従来の磁気搬送装置の一例の模式的な正面図および側面図である。

符号の説明

１ 磁気式搬送装置
２ 磁気ネジ
４ キャリア
６ 自重受け用ベアリング
４１ キャリア側磁石
６０ 真空チャンバ

Claims (5)

1. 複数の真空チャンバと、前記各真空チャンバの内部に設けられている、Ｎ極とＳ極の磁石を交互に螺旋状に配置してなる磁気ネジとを有し、前記磁気ネジを回転駆動させて生じる磁気作用により、基板を搭載するキャリアの搬送が行われる磁気搬送システムにおいて、
   向かい合わせて配置された２枚の前記キャリアと、
   前記２枚のキャリアの上端部の間に配置された、Ｎ極とＳ極とが交互に配置されてなるキャリア側磁石と、
   前記２枚のキャリアの自重を支持する自重受け用ベアリングと、を有し、
   前記磁気ネジが前記キャリア側磁石の鉛直上方に配置されていることを特徴とする磁気搬送システム。
2. 前記２枚のキャリアの下端部の間隔は前記上端部側の間隔よりも広い、請求項１に記載の磁気搬送システム。
3. 前記自重受け用ベアリングが配置された領域と、前記基板が搭載された前記キャリア面側との連通路の幅を狭めるための板部材を有する、請求項１または２に記載の磁気搬送システム。
4. 前記磁気ネジを駆動する駆動手段から磁気ネジまでの駆動伝達経路中にクラッチが設けられている、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の磁気搬送システム。
5. 請求項４に記載の磁気搬送システムを用いた磁気搬送方法であって、
   前記キャリアが搬入されようとしている前記真空チャンバの内部に設けられた前記駆動手段に対応する前記クラッチは、前記キャリア側磁石の位相と、前記キャリアが搬入されようとしている前記真空チャンバの前記磁気ネジの位相とが同位相となり、前記キャリアが所定の量だけ搬入されるまで切断されている磁気搬送方法。

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