(57)【要約】【課題】搬送部の被案内面に外周面を接触させて回転する搬送ローラを備えた真空搬送装置の発塵を低減し、耐久性を向上する。【解決手段】この真空搬送装置は、基板がセットされる台車１と、台車１の下に取り付けられた搬送レール２と、搬送レール２の被案内面を外周面で案内する搬送ローラ３と、を備えている。搬送ローラ３の少なくとも外周面（搬送部２の被案内面２２ａを案内する案内面）を含む部分をセラミックス製にする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受により軸に対して回転自在に支持され、搬送部の被案内面に外周面を接触させて回転することにより前記搬送部を案内する搬送ローラにおいて、
少なくとも前記外周面を含む部分はセラミックス材料で形成されていることを特徴とする搬送ローラ。
【請求項２】
転がり軸受により軸に対して回転自在に支持され、搬送部の被案内面に外周面を接触させて回転することにより前記搬送部を案内する搬送ローラにおいて、
前記外周面を含む外周側部材とそれ以外の部分である内周側部材とからなり、前記外周側部材はセラミックス製であり、前記内周側部材は金属製であることを特徴とする搬送ローラ。
【請求項３】
前記外周側部材は窒化珪素製またはＰＳＺ（部分安定化ジルコニア）製である請求項２記載の搬送ローラ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の搬送ローラと、前記搬送ローラを軸に対して回転自在に支持する転がり軸受と、前記搬送ローラの外周面に接触させる被案内面を備えた搬送部と、を備え、内部を真空にして使用する真空搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受により軸に対して回転自在に支持され、搬送部の被案内面に外周面を接触させて回転することにより前記搬送部を案内する搬送ローラと、これを備えた真空搬送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイパネル、半導体装置、太陽電池パネル、ハードディスク装置等を製造する設備の一部として、スパッタリング装置、プラズマＣＶＤ装置、イオン注入装置等の真空処理装置がある。そして、これらの真空処理装置は、基板等の被処理品を真空状態で搬送する真空搬送装置を備えている。
前記真空処理装置の一例として、基板が設置された搬送部をガスプラズマの放電領域を通過させて、前記基板に膜を形成するインライン真空成膜装置がある。この装置は、前記搬送部の被案内面を搬送ローラで案内する真空搬送装置を備えている。
【０００３】
この真空搬送装置の搬送ローラとしては、従来、ステンレス鋼（主にＳＵＳ４４０Ｃ）製で、焼き入れ・焼き戻し処理が施されたものが使用されている。また、この搬送ローラを回転自在に支持する転がり軸受としては、ステンレス鋼（主にＳＵＳ４４０Ｃ）製でフッ素系グリースで潤滑されたものが使用されている。
ところで、液晶ディスプレイパネル、半導体装置、太陽電池パネル、ハードディスク装置等は、表面に微細な粒子（異物）が付着することで機能が損なわれる。そのため、近年、これらの装置の小型化および集積化が進むにつれて、製品としての歩留まりを向上させるために、清浄度の高い環境で製造することが求められている。
【０００４】
また、これらの製品を製造する設備のメンテナンスに係る費用を低減すること（メンテナンスフリーにするか、メンテナンス周期を長くすること）が、製品の製造コストの低減に繋がる。そのため、液晶ディスプレイパネル、半導体装置、太陽電池パネル、ハードディスク装置等の製造コストを低減することを目的として、前述の真空処理装置および真空搬送装置の耐久性を向上することが要求されている。
【０００５】
この要求に応えるための技術として本出願人は、真空搬送装置の搬送ローラの外周面にＤＬＣ膜を設け、この搬送ローラを支持する転がり軸受の軌道面に潤滑膜を設けることを提案した（特願２００３−１８８０１８号明細書参照）。この提案によれば、真空搬送装置の発塵低減と耐久性向上に一定の効果があるが、更なる改善の余地がある。
なお、本発明と技術分野および解決課題が近い従来技術としては、下記の特許文献１に記載されたものが挙げられる。
【特許文献１】特開平７−２７９９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、転がり軸受により軸に対して回転自在に支持され、搬送部の被案内面に外周面を接触させて回転することにより前記搬送部を案内する搬送ローラ、を備えた真空搬送装置の低発塵性と耐久性を、既に提案した方法とは別の方法で向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、転がり軸受により軸に対して回転自在に支持され、搬送部の被案内面に外周面を接触させて回転することにより前記搬送部を案内する搬送ローラにおいて、少なくとも前記外周面を含む部分はセラミックス材料で形成されていることを特徴とする搬送ローラを提供する。
本発明はまた、転がり軸受により軸に対して回転自在に支持され、搬送部の被案内面に外周面を接触させて回転することにより前記搬送部を案内する搬送ローラにおいて、前記外周面を含む外周側部材とそれ以外の部分である内周側部材とからなり、前記外周側部材はセラミックス製であり、前記内周側部材は金属製であることを特徴とする搬送ローラを提供する。
【０００８】
前記外周側部材は窒化珪素製またはＰＳＺ（部分安定化ジルコニア）製であることが好ましい。
本発明はまた、本発明の搬送ローラと、前記搬送ローラを軸に対して回転自在に支持する転がり軸受と、前記搬送ローラの外周面に接触させる被案内面を備えた搬送部と、を備え、内部を真空にして使用する真空搬送装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の搬送ローラによれば、搬送部の被案内面に接触させる外周面がセラミックス面となっているため、搬送部の案内時に外周面が摩耗し難いとともに、搬送部の案内面の損傷も低減できる。よって、無潤滑で使用する真空搬送装置の搬送ローラとして使用すると、発塵が低減され、耐久性も向上できる。
本発明の真空搬送装置によれば、本発明の搬送ローラを備えていることにより、発塵が低減され、耐久性も向上できる。
【００１０】
したがって、液晶ディスプレイパネル、半導体装置、太陽電池パネル、ハードディスク装置等の製造に本発明の真空搬送装置を使用することにより、製品に微細な粒子が付着することが防止されて歩留まりが向上する。また、本発明の真空搬送装置は耐久性が高いため、メンテナンスに係る費用が低いものとなる。その結果、本発明の真空搬送装置を使用して、液晶ディスプレイパネル、半導体装置、太陽電池パネル、ハードディスク装置等を製造すれば、これらの製品の製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の真空搬送装置の一実施形態を示す断面図である。
この真空搬送装置は、図１に示すように、基板がセットされる台車１と、台車１の下に取り付けられた搬送レール（搬送部）２と、搬送レール２の被案内面を外周面で案内する搬送ローラ３と、を備えている。
搬送レール２の下部には、搬送ローラ配置部２１が断面略Ｃ字状に形成されている。この搬送ローラ配置部２１のＣ字の内側上部に、断面台形状の溝部２２が形成されている。この溝部２２の両斜面２２ａが、搬送ローラ３の外周面で案内される被案内面となっている。
【００１２】
搬送ローラ３は、軸方向の中央部分が断面略半円状に突出した形状であり、この突出部３１が搬送レール２の溝部２２内に配置される。搬送ローラ３は転がり軸受４により、水平に延びる軸５に対して回転自在に支持されている。軸５は図１の紙面と垂直方向に複数個配置され、これら各軸５に転がり軸受４を介して搬送ローラ３が取り付けられている。搬送ローラ３は、突出部３１の外周面が搬送レール２の溝部２２の斜面（被案内面）２２ａと接触しながら回転し、上部のラジアル荷重を全て支えている。
【００１３】
搬送ローラ配置部２１の下端部２１ａに、一対の転がり軸受６が配置されている。これらの転がり軸受６の外輪は、搬送ローラ配置部２１の下端部２１ａを案内するガイドロールとして機能する。
この実施形態では、搬送レール２をＳＵＳ３０４やＳＵＳ４４０Ｃ等の金属製とし、搬送ローラ３を窒化珪素やジルコニア等のセラミックス製とすることで、両者とも金属製とした場合と比較して、搬送ローラ３の摩耗と搬送レール２の斜面２２ａの損傷が低減されるため、真空中で無潤滑で使用した際の発塵が低減され、耐久性も向上する。
【００１４】
図１の真空搬送装置では、搬送ローラ３の全体をセラミックス製としているが、搬送ローラ３の全体がセラミックス製となっている必要はなく、外周面を含む外周側部材がセラミックス製となっていればよい。図２および図３にその例を示す。
図２の搬送ローラ３０は、図１の搬送ローラ３の突出部３１に相当する部分（外周側部材）３１０と、それ以外の部分（内周側部材）３２０とが別々に形成されて、これらが嵌め合わされた構造である。そして、外周側部材３１０をセラミックス製とし、内周側部材３２０を金属製としている。すなわち、図２の搬送ローラ３０は、セラミックス製の外周側部材３１０が、転がり軸受４に金属製ハウジング（内周側部材）３２０を介して固定されている。
【００１５】
図３の搬送ローラ３０Ａは、図１の搬送ローラ３の突出部３１に相当する部分（外周側部材）３１０と、それ以外の部分（内周側部材）３２０とが別々に形成されて、これらが嵌め合わされた構造である。そして、外周側部材３１０をセラミックス製とし、内周側部材（ハウジング）３２０を金属製としている。また、金属製ハウジング３２０に雄ねじ３２１を設け、これに噛み合う雌ねじが形成されたナット７を用意し、ナット７を雄ねじ３２１に螺合することで、外周側部材３１０が軸方向へ抜けないようにしている。
【００１６】
セラミックス材料を用いて図１のような複雑な構造の搬送ローラ３を作製することは難しい。これに対して、外周側部材３１０のみをセラミックス製としている図２および図３の搬送ローラ３０，３０Ａは、図１の搬送ローラ３よりも低コストで製造することができる。
図２および図３の搬送ローラ３０，３０Ａの場合、セラミックス製の外周側部材３１０と金属製の内周側部材３２０との嵌め合いを、外周側部材３１０に割れが生じない程度に大きな「しまりばめ」とすることが好ましい。この「しまりばめ」の程度に関して下記の試験を行った。
【００１７】
先ず、図４に示す試験体を用意した。図４（ａ）は内周側部材３２０の試験体であり、図４（ｂ）は外周側部材３１０の試験体である。
図４（ａ）に示すように、内周側部材の試験体３２５は円筒体であり、基準寸法は、内径（ｄ0 ）が３２ｍｍ、外径（ｄ）が３８ｍｍ、幅（軸方向寸法：Ｔ）が５ｍｍである。この試験体３２５として、基準寸法のものと、下記の表１に示す各嵌め合い寸法に対応させた寸法のものを、ＳＵＳ３０４製素材およびＳＵＳ４４０Ｃ製素材を加工することにより用意した。加工の際に、各試験体３２５の外周面の表面粗さを平均粗さ（Ｒａ）で０．８μｍとした。
【００１８】
図４（ｂ）に示すように、外周側部材の試験体３１５は、円筒体の外周面が断面半円状に突出した形状であり、基準寸法は、内径（ｄ）が３８ｍｍ、外径（Ｄ）が４８ｍｍ、幅（軸方向寸法：Ｔ）が５ｍｍである。この試験体３１５として、基準寸法のものと、下記の表１に示す各嵌め合い寸法に対応させた寸法のものを、Ｓｉ3 Ｎ4 （窒化珪素）製素材とＰＳＺ（partially stabilized zirconia ：部分安定化ジルコニア）製素材を加工することにより用意した。加工の際に、各試験体３１５の内周面の表面粗さを平均粗さ（Ｒａ）で０．８μｍとした。
【００１９】
これらの試験体３２５，３１５を表１に示す組み合わせで２５℃の雰囲気で嵌め、１００℃の雰囲気に１時間保持した後、セラミックス製の試験体３１５にクラックや破損が発生しているかどうかを目視で調べた。その結果を下記の表１に示す。表１において、「●」はクラックおよび破損なしを、「×」はクラックまたは破損ありを、「−」は試験未実施を示す。また、「嵌め合い」の「−」は「すきまばめ」を、「＋」は「しまりばめ」を示す。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
また、各組み合わせの試験体３２５，３１５について、１００℃での嵌め合い面での最大円周方向応力（σtmax）を下記の（１）式を用いて算出し、その結果を２５℃での嵌め合いとの関係を示すグラフにまとめた。このグラフを図５に示す。
σtmax＝ｐm (1+k2) /(1-k2)…（１）
（１）式中、ｐm は面圧であり、下記の（２）式で表される。係数ｋは下記の（３）式で表される。
ｐm ＝((E1＋E2)/4) (Δd/d)(1-k2)(1-k02)/(1-k2k02) …（２）
ｋ＝ｄ／Ｄ…（３）
【００２２】
（２）式中、Ｅ1 は試験体３２５の材料の縦弾性係数を、Ｅ2 は試験体３１５の材料の縦弾性係数を示す。Δｄは有効しめしろであり、下記の（４）式で表される。係数ｋ0 は下記の（５）式で表される。
Δｄ＝ｄ・Δｄａ／（ｄ＋３）…（４）
ｋ0 ＝ｄ0 ／ｄ…（５）
（４）式中、Δｄａは見かけのしめしろである。
なお、Ｅ1 の算出には、ＳＵＳ３０４の線膨張係数＝１．６３×１０-5（／℃）、ＳＵＳ４４０Ｃの線膨張係数＝１．０１×１０-5（／℃）を使用した。Ｅ2 の算出には、Ｓｉ3 Ｎ4 の線膨張係数＝２．８０×１０-6（／℃）、ＰＳＺの線膨張係数＝９．６０×１０-6（／℃）を使用した。
【００２３】
図５のグラフから分かるように、１００℃での嵌め合い面での最大円周方向応力が５０ＭＰａを超えると破損に至る可能性が高くなる。よって、図２および図３の搬送ローラ３０，３０Ａの場合、セラミックス製の外周側部材３１０と金属製の内周側部材３２０との嵌め合いを、使用温度での嵌め合い面での最大円周方向応力が５０ＭＰａ以下となるようにすることが好ましい。
【実施例】
【００２４】
図６に示す試験装置を用い、図２の構造の搬送ローラ３０の耐久性を調べた。図６（ａ）は、この試験装置に搬送ローラ３０を取り付けた状態を示す正面図であり、搬送ローラ３０およびこれを支持する転がり軸受４は断面で示されている。図６（ｂ）は、この試験装置を示す側面図である。
図６（ｂ）に示すように、この試験装置は、搬送ローラ３０の上方に円板状部材８１を配置して接触させ、搬送ローラ３０の回転によりこの円板状部材８１を回転させて、円板状部材８１を支持するアーム８２に生じる振動加速度を測定する装置である。
【００２５】
図６（ｂ）において、符号８３はアーム８２の一端を支持する支柱であり、符号８４はアーム８２に荷重を付与するための重りであり、符号８５はアーム８２に生じる振動加速度を検出する加速度センサである。円板状部材８１は、アーム８２の他端（支柱８３とは反対側の端部）に回転自在に取り付けられている。
なお、円板状部材８１としてはＳＵＳ３０４製とＳＵＳ４４０Ｃ製のものを用意した。また、搬送ローラ３０の外周側部材３１０としては、ＳＵＳ３０４製、ＳＵＳ４４０Ｃ製、Ｓｉ3 Ｎ4 製、ＰＳＺ製、Ａｌ2 Ｏ3 （アルミナ）製のものを用意した。ＳＵＳ４４０Ｃ製の円板状部材８１および外周側部材３１０は、焼入れ焼戻しを施してＨＲＣ５８以上の硬さとした。
【００２６】
図６の状態で、円板状部材８１に真上から３００Ｎの荷重をかけて、加速度センサ８５でアーム８２に生じる振動加速度を測定しながら、回転速度１０００ｒｐｍで搬送ローラ３０を回転させた。なお、搬送ローラ３０の外周側部材３１０と円板状部材８１は脱脂洗浄をして、潤滑剤は用いなかった。そして、加速度センサ８５の測定値が初期値の３倍となった時点までの回転回数を寿命とした。
【００２７】
また、寿命となるまで回転させた搬送ローラ３０の外周側部材３１０と、円板状部材８１のそれぞれについて摩耗量を測定し、その測定値から１回転当たりの摩耗速度を算出した。これらの結果を図７にグラフで示す。
この結果から以下のことが分かる。搬送ローラ３０の外周側部材３１０をセラミックス製とすることで、搬送ローラ３０の外周側部材３１０がＳＵＳ３０４製およびＳＵＳ４４０Ｃ製とした場合よりも、寿命を著しく長くすることができ、摩耗速度も著しく遅くする（すなわち、発塵量を低減する）ことができる。
【００２８】
搬送ローラ３０の外周側部材３１０がセラミックス製である中では、Ａｌ2 Ｏ3 製よりもＳｉ3 Ｎ4 製およびＰＳＺ製とした方が、寿命を長くすることができ、摩耗速度も遅くする（すなわち、発塵量を低減する）ことができる。また、搬送ローラ３０の外周側部材３１０が同じセラミックス製である場合、円板状部材８１がＳＵＳ３０４製よりもＳＵＳ４４０Ｃ製の方が、寿命を長くすることができ、摩耗速度も遅くする（すなわち、発塵量を低減する）ことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の真空搬送装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】外周側部材のみがセラミックス製である搬送ローラの一例を示す断面図である。
【図３】外周側部材のみがセラミックス製である搬送ローラの一例を示す断面図である。
【図４】実施形態の試験で使用した、内周側部材の試験体（ａ）と外周側部材の試験体（ｂ）を示す断面図である。
【図５】図４の試験体を用いて行った試験の結果を示すグラフであって、両者の２５℃での嵌め合いと１００℃での嵌め合い面での最大円周方向応力と関係を示す。
【図６】図２の構造の搬送ローラの耐久性を調べるために使用した試験装置を示す正面図（ａ）と側面図（ｂ）である。
【図７】搬送ローラの耐久試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３０】
１  台車
２  搬送レール（搬送部）
２１  搬送ローラ配置部
２２  溝部
２２ａ  溝部の斜面（被案内面）
３  搬送ローラ
３０  搬送ローラ
３０Ａ  搬送ローラ
３１  突出部
３１０  外周側部材
３２０  内周側部材
３２１  雄ねじ
４  転がり軸受
５  軸
６  転がり軸受
７  ナット
８１  円板状部材
８２  アーム
８３  支柱
８４  重り
８５  加速度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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