JP2012093306A - エアマイクロメータの測定ヘッド及び厚さ測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの被測定寸法が異なった場合でも、測定ヘッドを交換することなく、測定することができ、測定ヘッドに対しワークの挿入を、安全かつ容易に行うことができるエアマイクロメータの測定ヘッドを提供する。
【解決手段】ヘッド本体２に設けた噴出孔からワークの被測定面に対しエアを噴出し、その背圧または差圧に基づき、ワークの厚さ或いは外径を測定するエアマイクロメータの測定ヘッドである。ヘッド本体２には、噴出孔を有した固定ノズル部３が固定され、噴出孔を有した可動ノズル部４が固定ノズル部３と対向しかつスライド機構６を介して接離方向に摺動可能に取り付けられる。可動ノズル部の基部には、マイクロメータヘッド１０が、その移動先端をヘッド本体２に当接させて、可動ノズル部４を固定ノズル部３に対し接離方向に微細移動させるように取り付けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークの被測定面に対しエアを噴出し、その背圧または差圧に基づき、ワークの厚さ、外径などを測定するエアマイクロメータの測定ヘッド、及びそのエアマイクロメータの測定ヘッドを使用して、板状物の厚さを測定する厚さ測定装置に関する。

ワークの内径、外径などを測定するエアマイクロメータとして、下記特許文献１に示すような、背圧・差圧式のエアマイクロメータが知られている。

このエアマイクロメータは、空気源から供給される空気を、固定オリフィス付きの２系統の管路に供給し、一方の管路を測定ヘッド用管路とし、他方の管路には別の固定オリフィスを設けて排気用管路とし、測定ヘッド用管路と排気用管路間を、差圧センサを設けたセンサ用管路で接続し、測定ヘッド用管路にはノズル孔を設けた測定ヘッドを接続して構成される。

特開２００５−１１４５１１号公報

この種のエアマイクロメータは、原理的にはワークに対し非接触の状態で配置した測定ヘッドのノズル孔から空気を噴出してワークの測定を行なうが、一般に、測定ヘッドは、ワーク孔の内径を測定する場合、ワーク孔に挿入可能な外径の円柱型に形成され、その外周面の直径対応位置両側にノズル孔が形成される共に、その内部軸方向に空気流路が形成され、空気流路が両側のノズル孔に連通されて構成される。

また、ワークの厚さ又は外径を測定する場合、測定ヘッドは、図８に示すように、二股のヘッド本体３０を有し、ワークＷ２の上面及び下面に、その二股状に開口したヘッド本体３０の開口部に挿入し、ワークＷ２の厚さを測定する構造となっている。このヘッド本体３０は、その末端に設けた接続部３３と一体に、先端を二股状に開口して形成され、接続部３３の外周には接続用のねじが形成される。さらに、ヘッド本体３０と接続部３３の内部には、空気流路３４が形成され、この空気流路３４の先端部は、ヘッド本体３０の二股部分で両側に分岐し、ヘッド本体３０の二股状に開口した開口部の内面に形成された２個のノズル孔３２、３２と連通接続されている。二股開口部内側に形成された２個のノズル孔３２、３２は相互に対向して配置されている。

通常、このようなワークＷ２の厚さを測定する場合、ワークＷ２の正確な厚さ寸法より僅かに広い開口部のヘッド本体を製作し、そのようなヘッド本体を有する測定ヘッドを用いて、ワークＷ２をヘッド本体の二股開口部内に挿入し、両側のノズル孔から空気を噴出させ、そのときに空気流路に生じる背圧または差圧を測定し、その圧力からワークＷ２の厚さを算出している。

しかし、例えば、シリコンウエハー、ガラス基板、露光マスクなどの厚さを測定する場合、そのワーク自体の厚さは約０．７ｍｍ〜約０．０５ｍｍと非常に薄く、この種の薄い板状物を測定するヘッド本体３０のノズル孔３２，３２との間隙は、例えば約１ｍｍ〜約０．３ｍｍと非常に小さく形成される。また、この種の測定ヘッドのヘッド本体は、そのノズル孔３２，３２間の間隔が固定であるため、ワークに対し測定ヘッドは専用型として製作され、異なった厚さのワークに対して、異なったヘッド本体の測定ヘッドが使用される。

このため、多品種少量生産などで、各種の形状、寸法のワークを製造する製造ラインなどで、そのワークの厚さ寸法を測定する場合、厚さの異なるワーク毎にそのワークの厚さに合った測定ヘッドを製作しておき、異なるワークの厚さを測定する際、エアマイクロメータに対し、ワークの厚さに合った測定ヘッドを付け替えて使用しており、測定ヘッドのコストが増大すると共に、測定ヘッドの付け替えによる作業性の悪化が課題となっている。

本発明は、上述の課題を解決するものであり、ワークの被測定寸法が異なった場合でも、測定ヘッドを交換することなく、測定することができ、測定ヘッドに対しワークの挿入を、安全かつ容易に行うことができるエアマイクロメータの測定ヘッドを提供することを目的とする。また、そのエアマイクロメータの測定ヘッドを使用して、板状物の厚さを安全かつ容易に測定することができる厚さ測定装置を提供することを目的とする。

本発明に係るエアマイクロメータの測定ヘッドは、ヘッド本体に設けた噴出孔からワークの被測定面に対しエアを噴出し、その背圧または差圧に基づき、ワークの厚さ或いは外径を測定するエアマイクロメータの測定ヘッドにおいて、
該ヘッド本体には、該噴出孔を有した固定ノズル部が固定して設けられると共に、噴出孔を有した可動ノズル部が、該固定ノズル部と対向しかつスライド機構を介して接離方向に摺動可能に取り付けられ、
該可動ノズル部の基部には、マイクロメータヘッドが、その移動先端を該ヘッド本体に当接させて、該可動ノズル部を該ヘッド本体及び該固定ノズル部に対し接離方向に微細移動させるように取り付けられ、
該固定ノズル部の基部と該可動ノズル部の基部間に、該可動ノズル部を該固定ノズル部側に付勢するバネ部材が設けられ、
該ヘッド本体または該ヘッド本体を固定する部材には、直線往復駆動機構が、該可動ノズル部を該マイクロメータヘッドによる微細移動より大きく移動させて該固定ノズル部と該可動ノズル部間を開くように取り付けられたことを特徴とする。

この発明によれば、マイクロメータヘッドを回して、固定ノズル部と可動ノズル部の間隔を調整することができるので、厚さや外径の異なる各種のワークの厚さや外径を、測定ヘッドを交換することなく、簡単に測定することができる。

また、ワークを測定する際、直線往復駆動機構を動作させて固定ノズル部と可動ノズル部間を広く開口させた状態で、ワークを固定ノズル部と可動ノズル部間に挿入し、その後、マイクロメータヘッドにより調整された所定の間隔に可動ノズル部を戻して、ワークの厚さや外径を測定することができるので、ワークを誤って固定ノズル部や可動ノズル部に当てることなく、安全かつ簡単にワークを固定ノズル部と可動ノズル部間に挿入し、効率よく正確に厚さや外径を測定することができる。

ここで、上記固定ノズル部及び可動ノズル部には、噴出孔を有したノズル部材を交換可能に取り付けることができる。これによれば、ノズル部材が使用により摩耗し或いは傷ついた場合、簡単に交換して使用することができる。また、上記直線往復移動機構として流体圧シリンダまたはリニアアクチュエータを、ヘッド本体またはヘッド本体を固定する部材に取り付けることができる。

一方、厚さ測定装置は、
定盤上に挿入されて水平に支持される板状物の厚さを、エアマイクロメータにより測定する厚さ測定装置において、
該定盤上の複数個所に該エアマイクロメータの測定ヘッドがヘッド本体を介して固定され、
該各測定ヘッドの該ヘッド本体には、噴出孔を有した固定ノズル部が固定して設けられると共に、噴出孔を有した可動ノズル部が、該固定ノズル部と対向しかつスライド機構を介して接離方向に摺動可能に取り付けられ、
該可動ノズル部の基部には、マイクロメータヘッドが、その移動先端を該ヘッド本体に当接させて、該可動ノズル部を該ヘッド本体及び該固定ノズル部に対し接離方向に微細移動させるように取り付けられ、
該固定ノズル部の基部と該可動ノズル部の基部間に、該可動ノズル部を該固定ノズル部側に付勢するバネ部材が設けられ、
該ヘッド本体または該ヘッド本体を固定する部材には、直線往復駆動機構が、該可動ノズル部を該マイクロメータヘッドによる微細移動より大きく移動させて該固定ノズル部と該可動ノズル部間を開くように取り付けられ、
該測定ヘッドの該固定ノズル部と該可動ノズル部は、該固定ノズル部と該可動ノズル部の中心を結ぶ軸が該定盤の平面と垂直になるように取り付けられ、
測定のために該板状物を該固定ノズル部と該可動ノズル部間に挿入する際、該直線往復駆動機構の押し出し作動により該可動ノズル部が該定盤上で上方に移動して、該固定ノズル部と該可動ノズル部間が開口することを特徴とする。

この発明によれば、直線往復駆動機構により可動ノズル部と固定ノズル部間を広く開口した状態で、板状物をロボットアームなどにより、定盤上の所定の高さ位置に、水平に挿入し、その状態で、可動ノズル部を測定位置に戻し、これにより、固定ノズル部と可動ノズル部間の所定位置に板状物を位置させ、エアマイクロメータの動作により、板状物の厚さを安全かつ容易に行うことができる。

ここで、上記の厚さ測定装置では、定盤上の３個所にエアマイクロメータの測定ヘッドを、各々、固定ノズル部と可動ノズル部の向きを定盤上の略中央に向け、かつ同一水平位置に固定することができる。

この発明によれば、例えば、シリコンウエハー、ガラス基板、露光マスクなどの板状物における３箇所の厚さを、効率よく一度に測定することができる。

本発明のエアマイクロメータの測定ヘッドによれば、ワークの被測定寸法が異なった場合でも、測定ヘッドを交換することなく、測定することができ、測定ヘッドに対しワークの挿入を、安全かつ容易に行うことができる。

さらに、本発明の厚さ測定装置によれば、定盤上の所定の高さ位置に水平に挿入した板状物の厚さを、エアマイクロメータにより安全かつ容易に測定することができる。

本発明の一実施形態を示すエアマイクロメータの測定ヘッドであって、（ａ）はヘッド本体の左側面図、（ｂ）はその正面図である。 （ａ）は同測定ヘッドの背面図、（ｂ）は同測定ヘッドの平面図である。 （ａ）はマイクロメータヘッドを回して可動ノズル部と固定ノズル部間を狭くした状態の左側面図、（ｂ）は同状態の測定ヘッドの正面図である。 （ａ）はマイクロメータヘッドを回して可動ノズル部と固定ノズル部間を広くした状態の左側面図、（ｂ）は同状態の測定ヘッドの正面図である。 直線往復駆動機構により可動ノズル部を上昇させ、可動ノズル部と固定ノズル部間を大きく開口した状態の左側面図、（ｂ）は同状態の測定ヘッドの正面図である。 上記エアマイクロメータの測定ヘッドを用いた厚さ測定装置の正面図である。 同厚さ測定装置の平面図である。 （ａ）は従来のエアマイクロメータの測定ヘッドの側面図、（ｂ）はその断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１はエアマイクロメータの測定ヘッド１の左側面図と正面図を示している。この測定ヘッド１は、エアマイクロメータ本体の空気供給口に、チューブ９を介して接続され、ヘッド本体２に設けた固定ノズル部３と可動ノズル部４の対向するノズルチップ３ｂ、４ｂの噴出孔から、ワークの被測定面に対しエアを噴出し、その背圧または差圧に基づき、ワークの厚さ或いは外径を測定するものであり、特に固定ノズル部３に対し可動ノズル部４を接近または離隔するように移動可能に構成される。

測定ヘッド１は、図示しない固定部に固定される固定脚部５を有したヘッド本体２を備え、ヘッド本体２は、直方体形状に形成され、その左側面に板状の固定脚部５が固定され、測定ヘッド１は固定脚部５により定盤などの上に立設される。図１のように、ヘッド本体２の右側面の下部正面側に、固定ノズル部３が正面に突き出すように設けられている。この固定ノズル部３には、内部に空気通路３ａが長手方向に形成され、固定ノズル部３の先端部上面に、ノズルチップ３ｂが上向きにかつ交換可能に取り付けられる。ノズルチップ３ｂは空気通路３ａと連通し、空気通路３ａから供給される空気をノズルチップ３ｂの噴出孔から上方に向けて噴出する構造となっている。

さらに、ヘッド本体２の右側面（図２ｂにおける上面）に、スライド機構６を介して板状の可動部８がヘッド本体２に対し上下に摺動可能に取り付けられる。スライド機構６は、ヘッド本体２の右側面にガイド溝とガイドレールを嵌合させて摺動可能に構成され、ガイド溝とガイドレールが摺接する直線ガイド面に複数の鋼球が配設され、可動部８がヘッド本体２に対し、上下に円滑に移動可能に取り付けられている。可動部８の移動距離は、可動ノズル部４が固定ノズル部３に対し開口する最大幅に設定され、スライド機構６の内部には図示しないバネ部材が設けられ、バネ部材は常時可動部８を固定側のヘッド本体２に対し下方に付勢いている。したがって、可動部８は、後述のマイクロメータヘッド１０のスピンドル１２の先端がヘッド本体２の上面に当接する位置まで、バネ部材により常に下方に付勢される。つまり、後述の直線往復駆動機構７により、可動部８が強制的に上昇しない通常時、可動部８はマイクロメータヘッド１０のスピンドル１２の先端がヘッド本体２の上面に当接した状態で静止する構造となっている。

図１に示すように、可動部８の正面側に、可動ノズル部４が、前方に水平に突き出し、かつ上記固定ノズル部３の上側に対向して設けられる。可動ノズル部４は、図２の平面図に示すように、平面視でＬ形に形成され、可動部８の正面からヘッド本体２の正面に延設されるように形成され、図１ａの左側面図のように、固定ノズル部３の真上に位置するようになっている。

可動ノズル部４は、内部に空気通路４ａが長手方向に形成され、可動ノズル部４の先端部下面に、ノズルチップ４ｂが下向きにかつ交換可能に取り付けられている。ノズルチップ４ｂは空気通路４ａと連通し、空気通路４ａから供給される空気をノズルチップ４ｂの噴出孔から下方に向けて噴出する構造となっている。

図１ｂなどに示すように、下側の固定ノズル部３のノズルチップ３ｂと上側の可動ノズル部４のノズルチップ４ｂは上下に対向しかつ１本の鉛直軸上にノズルチップ３ｂ、４ｂの中心が位置するように合わせて取り付けられ、測定時、これらのノズルチップ３ｂ、４ｂの間に、ワークが水平に挿入される。また、図１ｂなどに示すように、固定ノズル部３と可動ノズル部４の基部には空気供給用のチューブ９が接続され、図示しないエアマイクロメータ本体から供給される空気を、チューブ９を通して固定ノズル部３と可動ノズル部４に供給するようになっている。

さらに、可動ノズル部４の基部つまり可動部８の上部にマイクロメータヘッド１０が、取付ブラケット１３を介して、その移動先端のスピンドル１２をヘッド本体２に当接させるように下向きにかつ鉛直に取り付けられる。マイクロメータヘッド１０は、円筒形本体内に、スピンドル１２を下端に取り付けた移動軸を直線移動可能に配設し、その移動軸の外周部にめねじ部、おねじ部を介して螺合する回転筒が配設され、回転筒の上部に摘み部１１を取り付け、摘み部１１により回転筒を回転させることにより、スピンドル１２の移動軸を軸方向に微細移動させるように構成される。

このマイクロメータヘッド１０は、その上部の摘み部１１を持って回すことにより、摘み部１回転当り、例えば０．２５ｍｍの精度でスピンドル１２を上下動させることができるものであり、可動ノズル部４は、バネ部材により可動部８を下側に、つまりマイクロメータヘッド１０のスピンドル１２をヘッド本体２の上面に当接させるように付勢しているので、摘み部１１を持ってマイクロメータヘッド１０を回すことにより、可動ノズル部４を固定ノズル部３に対し、上下方向つまり接離方向に微細移動させ、これにより、上下に対向する両ノズルチップ３ｂ、４ｂ間の間隔を、ワークの厚さまたは外径に合わせて簡便に調整することができる。

さらに、この測定ヘッド１には、ワークの挿入時、固定ノズル部３と可動ノズル部４間を強制的に広く開口させるために、直線往復駆動機構７が設けられる。この直線往復駆動機構７は、プランジャ７ａを上方に突出可能に有した流体圧シリンダ、リニアアクチュエータ（モータの駆動によりめねじ孔部材を回転させ、めねじ孔に螺合する移動軸を軸方向に直線移動させる構造のアクチュエータ）、または電磁ソレノイドなどから構成され、固定脚部５の右側面に上下縦方向に向けて固定される。プランジャ７ａの直上には可動部８の下部が位置し、プランジャ７ａのストローク量は、上記マイクロメータヘッド１０による可動部８の移動量より大幅に長く設定されている。

したがって、この直線往復駆動機構７を動作させてプランジャ７ａを押出駆動すると、図５に示すように、可動部８及び可動ノズル部４が押し上げられ、固定ノズル部３と可動ノズル部４間が大きく開口するようになっている。

このように構成された測定ヘッド１は、その固定脚部５が図示しない固定部に、図１などに示すごとく、固定ノズル部３と可動ノズル部４を水平かつ上下に位置させ、ヘッド本体２が鉛直となるように固定されて使用されるが、そのような使用形態のほか、測定ヘッド１及びその固定脚部５を横に寝かせた水平状態とし、固定ノズル部３と可動ノズル部４を左右横方向に隣接して位置させる水平状態として使用することもできる。

測定ヘッド１がチューブ９を通して接続されるエアマイクロメータは、例えば、空気源から供給される空気を、固定オリフィス付きの２系統の管路に供給し、一方の管路を測定ヘッド用管路とし、他方の管路には別の固定オリフィスを設けて排気用管路とし、測定ヘッド用管路と排気用管路間を、差圧センサを設けたセンサ用管路で接続し、測定ヘッド用管路にチューブ９を介して上記測定ヘッド１を接続して、測定を行い、測定ヘッド用管路の圧力と排気用管路の圧力の差圧を差圧センサにより測定し、その差圧データと被測定寸法との関係を示すグラフデータに基づき、ワークの厚さまたは外径を算出するように構成される。

また、エアマイクロメータは、上記構成の他、空気源から空気を供給する測定部を有し、その測定部内を、多孔質部材によって第１室と第２室に仕切り、第１室の圧力を第１圧力センサにより検出し、第２室の圧力を第２圧力センサにより検出し、その第１圧力と第２圧力の圧力差に基づき、測定ヘッドのノズルから噴出する空気の質量流量を算出し、さらにその質量流量に基づき、ワークの厚さまたは外径を算出する構成のエアマイクロメータであってもよい。

ワークの外径や厚さを測定する場合、上記のように、定盤などの固定部上に測定ヘッド１を固定し、測定ヘッド１とエアマイクロメータの空気供給口との間にチューブ９を接続し、まず、測定しようとするワークの外径、厚さに合わせて、可動ノズル部４の位置を調整する。すなわち、ワークの外径または厚さに応じて、マイクロメータヘッド１０を操作し、可動ノズル部４を微小幅で上下に移動させ、固定ノズル部３のノズルチップ３ｂと可動ノズル部４のノズルチップ４ｂ間にワークを挿入したとき、ワークの上部と下部に適当な隙間を介してノズルチップ３ｂ、４ｂが位置するように調整する。

この後、ワークを正確な最大寸法で形成した大マスターゲージ、及びワークを正確な最小寸法で形成した小マスターゲージを測定ヘッド１のノズルチップ３ｂ、４ｂ間に挿入し、エアマイクロメータに大小マスターゲージの寸法を読み取らせ、大マスタ寸法及び小マスタ寸法の測定値としてそれらの値をエアマイクロメータ内の制御部のメモリに記憶させる。制御部は大マスタ寸法と小マスタ寸法の測定値から、実際のワークの測定時に得られる空気の圧力データ（流量データ）から外径または厚さ寸法を換算するための、テーブルデータまたはグラフデータを算出して記憶する。

そして、測定しようとするワークを、固定ノズル部３のノズルチップ３ｂと可動ノズル部４のノズルチップ４ｂ間に挿入して、ワークの外径または厚さの測定を行うが、このとき、まず、直線往復駆動機構７を動作させて、測定ヘッド１のノズルチップ３ｂ、４ｂ間を、図５のように大きく開口させた状態で、ワークをノズルチップ３ｂ、４ｂ間に挿入する。

つまり、直線往復駆動機構７が押出動作すると、プランジャ７ａが上昇して可動部８を押し上げ、これにより、可動ノズル部４が図５のように上昇し、測定ヘッド１のノズルチップ３ｂ、４ｂ間が大きく開口する。この状態で、ワークを固定ノズル部３のノズルチップ３ｂと可動ノズル部４のノズルチップ４ｂ間に挿入することとなるので、ワークをノズルチップに当てることなく、非接触で容易に、かつ安全にワークをノズルチップ３ｂ、４ｂ間に挿入することができる。

そして、エアマイクロメータは、ワークをノズルチップ３ｂ、４ｂ間に挿入した状態で、固定ノズル部３のノズルチップ３ｂと可動ノズル部４のノズルチップ４ｂからワークの両面に向けて空気を噴出し、そのときの空気の圧力（流量）を圧力センサにより検出し、予め記憶している圧力と寸法との関係を示すテーブルデータ等を用いて、検出された圧力データに基づき、ワークの外径または厚さ寸法が算出される。

このように、マイクロメータヘッド１０を回して、固定ノズル部３と可動ノズル部４の間隔を調整することができるので、厚さや外径の異なる各種のワークの厚さや外径を、測定ヘッドを交換することなく、簡単に測定することができる。

また、ワークを測定する際、直線往復駆動機構７を動作させて固定ノズル部３と可動ノズル部４間を広く開口させた状態で、ワークを固定ノズル部３と可動ノズル部４間に挿入し、その後、マイクロメータヘッド１０により調整された所定の間隔に可動ノズル部４を戻して、ワークの厚さや外径を測定するので、ワークを誤って固定ノズル部３や可動ノズル部４に当てることなく、非接触で安全かつ簡単にワークを固定ノズル部３と可動ノズル部４間に挿入し、効率よく正確に厚さや外径を測定することができる。

図６，７は、上記エアマイクロメータの測定ヘッド１を用いて、シリコンウエハー、ガラス基板、露光マスクなどの板状物（ワークＷ１）の厚さを測定する厚さ測定装置２０を示している。この厚さ測定装置２０は、定盤２１の上に上記構成の測定ヘッド１を、固定脚部２５を介して３個固定して形成され、ロボットハンドにより定盤２１上に水平に挿入されたワークＷ１の縁部を、３個の測定ヘッド１の各固定ノズル部３のノズルチップ３ｂと可動ノズル部４のノズルチップ４ｂ間に位置させ、そのワークＷ１の３箇所の縁部の厚さを一度に測定するように構成される。

３個の測定ヘッド１は、図７に示すように、固定ノズル部３と可動ノズル部４が、固定ノズル部３のノズルチップ３ｂと可動ノズル部４のノズルチップ４ｂの中心を結ぶ軸が定盤２１の平面と垂直になるように、かつ各測定ヘッド１のノズルチップ３ｂ、４ｂの水平レベル位置が定盤上で同一となるように、固定脚部２５を介して定盤２１上に固定されている。

さらに、この例では、円盤状のワークＷ１における３箇所の周縁部の厚さを測定するために、図６，７に示すごとく、各測定ヘッド１の固定ノズル部３と可動ノズル部４の向きは、定盤***の測定ヘッド１が正面を向き、左側の測定ヘッド１が右側を向き、右側の測定ヘッド１が左側を向くように、つまり、３個の測定ヘッド１の固定ノズル部３と可動ノズル部４の向きが、各々、挿入されたワークＷ１の略中央を向くように設定されている。

このような構成の厚さ測定装置は、図示を省略しているが、各測定ヘッド１の固定ノズル部３及び可動ノズル部４に、各々エアマイクロメータ本体がチューブ９を介して接続され、ワークＷ１の厚さを測定する際、３台のエアマイクロメータにより３箇所の厚さを同時に測定する。

ワークＷ１の厚さを測定するに際し、まず、図６，７に示すように、ワークＷ１を３個の測定ヘッド１の固定ノズル部３と可動ノズル部４間に挿入するが、上記と同様に、このとき、直線往復駆動機構７の押し出し作動により、可動ノズル部４が定盤２１上で上方に大きく移動して、固定ノズル部３と可動ノズル部４間が開口するので、例えばロボットハンドにより、シリコンウエハーのワークＷ１を、狭い固定ノズル部３のノズルチップ３ｂと可動ノズル部４のノズルチップ４ｂ間に挿入する場合、ロボットハンドの挿入位置に多少の誤差があっても、ワークＷ１をノズルチップ３ｂ、４ｂに当てることなく、非接触で安全に正確な位置に挿入することができる。

また、各測定ヘッド１は、マイクロメータヘッド１０を操作して、可動ノズル部４の上下位置を微調整することができるので、生産ロットの変更などで、ワークＷ１の厚さが異なった場合でも、測定ヘッド１を交換することなく、ワークＷ１の厚さに合わせて、固定ノズル部３と可動ノズル部４間の間隙を調整し、異なった厚さのワークＷ１の測定を簡便に行うことができる。

そして、３台の各エアマイクロメータは、ワークＷ１を各測定ヘッド１の固定ノズル部３と可動ノズル部４のノズルチップ３ｂ、４ｂ間に挿入した状態で、ノズルチップ３ｂ、４ｂからワークＷ１の上下面に向けて空気を噴出し、そのときの空気の圧力（流量）を圧力センサにより検出し、予め記憶している圧力と厚さ寸法との関係を示すテーブルデータ等を用いて、検出された圧力データに基づき、ワークＷ１の厚さ寸法が算出される。

このように、上記エアマイクロメータの測定ヘッド１を使用した厚さ測定装置によれば、シリコンウエハー、ガラス基板、露光マスクなどの板状物（ワークＷ１）の厚さを、非接触で安全にかつ正確に測定することができる。

また、ワークＷ１がシリコンウエハー、ガラス基板、露光マスクなどの場合、洗浄工程の後、或いは加工工程の後に、ワークＷ１の厚さを測定する場合があるが、その際、ワークＷ１の表面に水滴や粉（塵）が付着していると、例えばレーザー厚さ測定装置を用いて、レーザー光をワークＷ１の表面に照射して厚さを測定した場合、水滴や粉にレーザー光が当たって乱反射し、正確に厚さを測定することが難しい。

しかし、上記エアマイクロメータの厚さ測定装置を使用して、シリコンウエハー、ガラス基板、露光マスクの厚さを測定すると、測定ヘッド１のノズルチップ３ｂ、４ｂから噴出する空気によりワークＷ１の表面の水滴や塵が吹き飛ばされるので、洗浄工程の後、或いは加工工程の後に、ワークＷ１の表面に水滴や粉（塵）が付着していても、その影響を受けずに、ワークＷ１の厚さを非接触で正確に測定することができる。

１ 測定ヘッド
２ ヘッド本体
３ 固定ノズル部
３ｂ ノズルチップ
４ 可動ノズル部
４ｂ ノズルチップ
５ 固定脚部
６ スライド機構
７ 直線往復駆動機構
８ 可動部
９ チューブ
１０ マイクロメータヘッド
１２ スピンドル
２０ 厚さ測定装置
２１ 定盤

Claims (5)

1. ヘッド本体に設けた噴出孔からワークの被測定面に対しエアを噴出し、その背圧または差圧に基づき、ワークの厚さ或いは外径を測定するエアマイクロメータの測定ヘッドにおいて、
   該ヘッド本体には、該噴出孔を有した固定ノズル部が固定して設けられると共に、噴出孔を有した可動ノズル部が、該固定ノズル部と対向しかつスライド機構を介して接離方向に摺動可能に取り付けられ、
   該可動ノズル部の基部には、マイクロメータヘッドが、その移動先端を該ヘッド本体に当接させて、該可動ノズル部を該ヘッド本体及び該固定ノズル部に対し接離方向に微細移動させるように取り付けられ、
   該固定ノズル部の基部と該可動ノズル部の基部間に、該可動ノズル部を該固定ノズル部側に付勢するバネ部材が設けられ、
   該ヘッド本体または該ヘッド本体を固定する部材には、直線往復駆動機構が、該可動ノズル部を該マイクロメータヘッドによる微細移動より大きく移動させて該固定ノズル部と該可動ノズル部間を開くように取り付けられたことを特徴とするエアマイクロメータの測定ヘッド。
2. 前記固定ノズル部及び可動ノズル部には、噴出孔を有したノズル部材が交換可能に取り付けられたことを特徴とする請求項１記載のエアマイクロメータの測定ヘッド。
3. 前記直線往復移動機構として流体圧シリンダまたはリニアアクチュエータが、前記ヘッド本体または該ヘッド本体を固定する部材に取り付けられたことを特徴とする請求項１または２記載のエアマイクロメータの測定ヘッド。
4. 定盤上に挿入されて水平に支持される板状物の厚さを、エアマイクロメータにより測定する厚さ測定装置において、
   該定盤上の複数個所に該エアマイクロメータの測定ヘッドがヘッド本体を介して固定され、
   該ヘッド本体には、噴出孔を有した固定ノズル部が固定して設けられると共に、噴出孔を有した可動ノズル部が、該固定ノズル部と対向しかつスライド機構を介して接離方向に摺動可能に取り付けられ、
   該可動ノズル部の基部には、マイクロメータヘッドが、その移動先端を該ヘッド本体に当接させて、該可動ノズル部を該ヘッド本体及び該固定ノズル部に対し接離方向に微細移動させるように取り付けられ、
   該固定ノズル部の基部と該可動ノズル部の基部間に、該可動ノズル部を該固定ノズル部側に付勢するバネ部材が設けられ、
   該ヘッド本体または該ヘッド本体を固定する部材には、直線往復駆動機構が、該可動ノズル部を該マイクロメータヘッドによる微細移動より大きく移動させて該固定ノズル部と該可動ノズル部間を開くように取り付けられ、
   該測定ヘッドの該固定ノズル部と該可動ノズル部は、該固定ノズル部と該可動ノズル部の中心を結ぶ軸が該定盤の平面と垂直になるように取り付けられ、
   測定のために該板状物を該固定ノズル部と該可動ノズル部間に挿入する際、該直線往復駆動機構の押し出し作動により該可動ノズル部が該定盤上で上方に移動して、該固定ノズル部と該可動ノズル部間が開口することを特徴とする厚さ測定装置。
5. 前記エアマイクロメータの測定ヘッドは、前記定盤上の３個所に、各々、前記固定ノズル部と前記可動ノズル部の向きを該定盤上の略中央に向け、かつ同一水平位置に固定されたことを特徴とする請求項４記載の厚さ測定装置。

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