(57)【要約】【課題】同期駆動手段を不要とする簡単な機構で、ラックギヤとピニオンギヤとを円滑に噛み合わせることが可能なラック・アンド・ピニオン機構、及び、これを備えた真空処理装置を提供することにある。【解決手段】本発明のラック・アンド・ピニオン機構は、被搬送物を搭載して搬送軌道上を移動する載置台に固定されたラックギヤと、駆動源に連結され、ラックギヤに噛合する複数のピニオンギヤと、を備え、ラックギヤを現工程のピニオンギヤから次工程のピニオンギヤへと受け渡して、載置台を搬送するものであって、載置台に固定された前記ラックギヤの歯先が、少なくとも１ヶ所で他の歯先と異なることを特徴とする。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被搬送物を搭載して搬送軌道上を移動する載置台に固定されたラックギヤと、駆動源に連結され、該ラックギヤに噛合する複数のピニオンギヤと、を備え、前記ラックギヤを現工程のピニオンギヤから次工程のピニオンギヤへと受け渡して、上記載置台を搬送するラック・アンド・ピニオン機構であって、
前記載置台に固定された前記ラックギヤの歯先が、少なくとも１ヶ所で他の歯先と異なることを特徴とするラック・アンド・ピニオン機構。
【請求項２】
前記ラックギヤの歯先が異なる箇所は、該ラックギヤの両端であることを特徴とする請求項１に記載のラック・アンド・ピニオン機構。
【請求項３】
前記ラックギヤの歯先が異なる箇所は、該ラックギヤの両端の片側であることを特徴とする請求項１に記載のラック・アンド・ピニオン機構。
【請求項４】
前記ラックギヤの歯先の違いは、圧力角の違いであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかの一項に記載のラック・アンド・ピニオン機構。
【請求項５】
前記ラックギヤの歯先の違いは、歯先幅の違いであることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかの一項に記載のラック・アンド・ピニオン機構。
【請求項６】
前記ラックギヤは、Ｒ加工されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかの一項に記載のラック・アンド・ピニオン機構。
【請求項７】
前記被搬送物が基板であって、前記載置台の搬送機構として請求項1乃至請求項６の何れかの一項に記載のラック・アンド・ピニオン機構を備え、
前記搬送軌道に沿って複数の真空処理室が接続され、前記真空処理室のうち、一以上の前記ラック・アンド・ピニオン機構が設けられていることを特徴とする真空処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、搬送機構としてのラック・アンド・ピニオン機構、及びこれを備えた真空処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ラック・アンド・ピニオン機構は、ピニオンギヤと、角棒材の一面に幅方向に歯付けしたラックギヤと、を組み合わせて構成され、ピニオンギヤの回転動作をラックギヤの直線動作に変換する機構であり、搬送機構等として利用されている。
【０００３】
例えば、インラインスパッタ装置等の真空処理装置では、基板を保持する基板トレイをラック付きのキャリアで順次搬送して各真空処理室の間で次工程に移すために受け渡し、基板に所望の処理を行う。即ち、ラックギヤを基板トレイに固定し、各真空処理室に設けられたピニオンギヤにラックギヤを噛合させて回転駆動させ、次工程の真空処理室のピニオンギヤに順次受け渡すことによって、基板トレイを搬送している。
【０００４】
図４は複数の真空処理室を備えた真空処理装置の一例を模式的に示した平面図である。
図４に示す真空処理装置には、ゲートバルブ１４を介して各種の機能を有する複数の真空処理室１０が接続されている。真空処理装置は、例えば３室の方向転換室１８がゲートバルブ１４を介して直列接続されており、各方向転換室１８には後述するキャリア（載置台）の回転機構（ターンテーブル）２２が備えられている。
【０００５】
また、各方向転換室１８の周囲には、ゲートバルブ１４を介して、それぞれ２室もしくは３室の真空処理室１０が接続されている。真空処理室１０は、例えば、スパッタリング成膜室により構成されているが、これに限定されず、他に加熱や冷却のみを行う処理室であっても構わない。
【０００６】
３室の方向転換室１８のうちの１室には、ゲートバルブ１４を介して、例えば、予備室としての中間室１９が接続されている。この中間室１９には、ゲートバルブ１４を介して、基板をストックすると共に、真空空間と大気との間で基板を出し入れする２室のロードロック室２１が接続されている。これらの部屋は真空空間として区画され、それぞれ後述する搬送軌道（符号３６はキャリアの移動方向）を備えている。
【０００７】
図５は、図４に示した真空処理装置１０の搬送方向から真空処理室１０を観た状態を模式的に示す正面図である。
真空処理室（図４ではスパッタリング成膜室）１０の底面中央部には、搬送方向を規定する搬送軌道７が敷設されている。
この搬送軌道７上には、その軌道に沿って案内部材としての複数の軸受６が支持されている。これら軸受６はキャリア２０を支承しており、キャリア２０の下面に形成された凹状の支持部５に軸受６が係合している。
【０００８】
即ち、キャリア２０は軸受６に支承されて案内されながら搬送軌道７上を移動する。
このとき、キャリア２０全体の重量は、例えば、約２００ｋｇ以上にも達するが、搬送軌道７の幅方向に対して対称な自立構造であるため、軸受６により安定に支持されている。
【０００９】
キャリア２０上には、被搬送物として、例えば２枚の基板３を保持する基板トレイ４ａ、４ｂが起立した状態で備えられている。基板３は、例えば、ガラス基板等から構成され、互いに相反する方向に臨んで背を向けるように基板トレイ４ａ、４ｂに保持されている。不図示の準備室において、基板トレイ４ａ、４ｂを傾けてキャリア２０に基板３を２枚取り付ける。基板３を保持する基板トレイ４ａ、４ｂは、図５ではキャリア２０の両側に配置する構成を示したが、片側だけでも構わない。基板３は、例えば、基板トレイ４ａ、４ｂのそれぞれ４辺に取り付けられた固定治具（不図示）により、４辺で押さえてキャリア２０に保持されている。
【００１０】
各真空処理室１０には、それぞれ内部を排気する排気装置１１が接続されている。
この排気装置１１によって、例えば、真空処理室１０は２×１０Ｐａ〜２×１０-5Ｐａ程度に真空引きされている。さらに、各真空処理室１０には、内部へ処理ガスを供給するガス供給装置９ａ、９ｂが接続されている。
【００１１】
また、基板３と対向するようにターゲット１６がそれぞれ配置され、ターゲット１６はバッキングプレート1７に起立状態で支持されている。
バッキングプレート１７の背面側には、ターゲット１６の表面上に閉じたループ状の磁場を発生させるための不図示の磁石ユニットが設けられている。さらに、基板３とターゲット１６の間の空間の上下は、シールド部材１２で覆われている。
【００１２】
上記のとおり、大型の基板を搬送するＰＤＰ等の生産で使用されるインラインスパッタ装置の真空処理装置の一例を図４及び図５に示したが、従来のラックギヤ２００とピニオンギヤ１００からなるラック・アンド・ピニオン機構には以下の解決されるべき課題が残されていた。
【００１３】
即ち、真空処理装置の真空処理室間において、現工程のピニオンギヤ１００から次工程のピニオンギヤ１００に受け渡して噛み合わせる際に、ラックギヤとピニオンギヤとの歯先同士で衝突が発生することがあった。
【００１４】
図６は、従来のラックギヤ２００とピニオンギヤ１００との噛合関係を示す模式図である。また、それぞれの歯先を符号４２、４１で示し、移動方向をそれぞれ３８、３９で示している。
歯先４１、４２同士の衝突が発生すると、負荷が掛かって駆動機構を破損したり、ピニオンギヤ１００の歯先４１上にラックギヤ２００の歯先４２が乗り上げて搬送不能となったり、正常な噛み合いに戻る際の衝突や衝撃で基板の破損や発塵による製品不良を招いたりしていた。
【００１５】
そこで、このような不具合を解決するため、一方向クラッチを設けたり、ピニオンギヤをピニオン軸に垂直な方向や軸方向に逃がす技術が提案されている。これらの技術は、歯先同士の衝突があっても自動ですぐに正常な噛み合いに復帰せしめようとする発想から創案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１６】
また、ピニオンギヤの停止角度をセンサ及び制御機構によって正確に管理して、ラックギヤをピニオンギヤの歯先に衝突させることなしに係合せしめる技術も提案されている。
【００１７】
この他にも、機械的手段で事前にピニオンギヤの位相をラックギヤに合わせるラック・アンド・ピニオン機構が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
具体的には、この機構は、球体部材をバネで支持してカムの凹部に押し付けて接触させ、ピニオン軸の停止角度を所定位置に設定し、かつピニオンギヤとラックギヤが噛み合う前にピニオンガイドとラックガイドで位相を合わせるようになっている。かかる構成によれば、歯先同士の衝突を起こすことなく、ラックギヤとピニオンギヤを噛合させることができる。
【００１８】
さらに、長手方向に複数設けられ少なくとも１つがラックギヤと噛合うように配置されたステッピングモータ駆動式のピニオンギヤと、ピニオンギヤを少なくとも２つずつ同期駆動する同期駆動手段とを備える搬送装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開平１１−２４７９５７号公報
【特許文献２】特開平８−７４９６１号公報
【特許文献３】特開平９−２９１３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
従来の一方向クラッチを設ける技術及びピニオンギヤを逃がす技術は、ラックギヤとピニオンギヤとの位相関係を当初は修正せず、その後正常な噛み合いに復帰せしめようとする思想である。したがって、そもそもラックギヤとピニオンギヤとの衝突は回避できず、歯先を損傷するおそれがあった。
【００２１】
また、クラッチを設ける場合は、ラックギヤの運動方向が一方向に制限される。ピニオンギヤを逃がす技術は、中間ギヤを要するので設置スペースが増大する共に、摺動部分が増加して機構的に複雑となる。
【００２２】
特許文献２の技術によれば、バネに支持された球体部材とカムの位置関係に基づいてピニオンギヤの停止位置を管理することができ、原理的にラックギヤとピニオンギヤ間で歯先同士の衝突が生じないという利点を有する。しかしながら、ピニオンギヤの回転に関し高速で回転駆動力伝達を行う場合は、回転停止角度の精度は機械的構造部分の制約を受ける。したがって、ピニオンギヤを常に一定の位置で停止させることができず、機械的構造部分にもガタが生じ、さらに摩擦が生じるため、機械的構造部分の調整を常に繰り返さなければならないという問題がある。
【００２３】
また、センサと制御機構によりピニオンギヤの停止位置を管理する技術は、ピニオンギヤとラックギヤとの位相を完全に一致させてから係合を許容することから、原理的には皆無と考えられる。しかし、特に真空処理装置への応用を考えると、同装置では４００℃程度までの高温処理を行うものもあり、センサ等の熱による影響及びラックギヤの熱膨張等を考慮する必要が生じてきた。
【００２４】
特許文献３の技術によれば、同期駆動手段により少なくとも２つずつのピニオンギヤを同期駆動しており、ラックギヤが次工程のピニオンギヤに噛合する前に同期をとる制御を行っている。しかし、ラックギヤの歯にピニオンギヤの歯が突き当ることは皆無とはいえず、ピニオンギヤの歯が突き当るとモータのトルク値が上昇して過負荷エラーが発生するか、もしくは歯が破損して、搬送を継続することができなかった。
【００２５】
本発明の目的は、同期駆動手段を不要とする簡単な機構でラックギヤとピニオンギヤとを円滑に噛み合わせることが可能なラック・アンド・ピニオン機構、及び、これを備えた真空処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記の目的を達成するべくなされた本発明の構成は、以下の通りである。
【００２７】
上記目的を達成するための本発明のラック・アンド・ピニオン機構は、被搬送物を搭載して搬送軌道上を移動する載置台に固定されたラックギヤと、駆動源に連結され、ラックギヤに噛合する複数のピニオンギヤと、を備え、
ラックギヤを現工程のピニオンギヤから次工程のピニオンギヤへと受け渡して、載置台を搬送するものであって、載置台に固定された前記ラックギヤの歯先が、少なくとも１ヶ所で他の歯先と異なることを特徴とする。
【００２８】
また、上記目的を達成するための本発明の真空処理装置は、前記被搬送物が基板であって、前記載置台の搬送機構として前記ラック・アンド・ピニオン機構を備え、
前記搬送軌道に沿って複数の真空処理室が接続され、前記真空処理室のうち、一以上の前記ラック・アンド・ピニオン機構が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、同期駆動手段を不要とする簡単な機構で、ラックギヤとピニオンギヤとを円滑に噛み合わせることができるため、搬送の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係るラック・アンド・ピニオン機構を配置したキャリアを模式的に示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係るラック・アンド・ピニオン機構の噛合関係を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係るラックギヤの拡大図である。
【図４】複数の真空処理室を備えた真空処理装置の一実施形態を模式的に示す平面図である。
【図５】搬送方向から観た従来の真空処理室を模式的に示す正面図である。
【図６】従来のラックギヤとピニオンギヤとの噛合関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図１、図２及び図３を参照して、本発明の実施の形態を説明する。尚、図１においては、図５で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付している。
【００３２】
図１を参照して、上記、真空処理装置のキャリアの搬送機構としてのラック・アンド・ピニオン機構について説明する。
図１は、図５に示す真空処理室１０をその側面側である３符号７の方向からみたラック・アンド・ピニオン機構を、さらに模式的に示した概略図である。
【００３３】
図１に示すように、載置台である、一部省略して示されたキャリア２０の下面の一側には、本発明に係るラックギヤ２と称する角棒材の一面に幅方向に歯付けした直線ギヤが、そのギヤ部を下向きにして搬送方向３１に沿って配置されている。ピニオンギヤ１は、各真空処理室に設けられ、複数の中間ギヤからなるピニオン駆動装置１５を介して大気側に配置されるサーボモータ等の不図示の駆動源の駆動力により回転する。
これら複数のピニオンギヤ１のうち、少なくとも２つが回転してラックギヤ２に順次噛合することにより、ラックギヤ２を現工程のピニオンギヤ１から次工程のピニオンギヤ１へと受け渡すようになっている。
【００３４】
ここで、本発明に係るラックギヤ２は、通常、標準基準ラックギヤの歯形は定められているが、歯先が少なくとも１ヶ所で他の歯先と異なることを特徴としている。
図１では、ラックギヤの歯先が、その両端でそれ以外の歯先と形状が異なっていることを示している。
【００３５】
即ち、図１に示す本発明に係るラック・アンド・ピニオン機構が固定されたキャリア２０は、搬送方向３１が示すように搬送軌道７上を進行も後退もすることができるため、ピニオンギヤ１と最初に接触する両端のラックギヤの形状が、他のラックギヤの形状が異なっている。
従がって、キャリア２０が一方向の進行に制限されているのであれば、そのラックギヤは片側の先頭歯の歯先が他の歯先と異なっていればよい。
【００３６】
図２は、本発明に係るラック・アンド・ピニオン機構の噛合関係を示す模式図である。
図２では、ラックギヤ２は符号３３の方向に移動し、ピニオンギヤ１は符号３４の方向に回転しており、ラックギヤ２の片側先頭の歯先が、ピニオンギヤの歯先４３にまさに接触する瞬間が示されている。
このとき、ラックギヤ２の片側先頭の歯先は、他の歯先４２と形状を変えており、ピニオンギヤ１の歯先４３上に乗り上げる確率を低減させるため、歯先４３上を符号３５の方向に滑りやすくしている。図２で示すように、ピニオン１側も面取りなどで歯先４３を狭めた加工が施すと、さらにその効果を向上させることができる。
【００３７】
このように、歯先の形状の違いは、上記のような面取り等で歯先の幅（以下、歯先幅ともいう）を変える他、さらに、歯先にＲ加工を施してもよい。
【００３８】
ここで、ピニオンギヤ１とラックギヤ２とのクリアランス（それぞれの歯に対する歯末の面間の距離）は、ピニオンギヤ１のモジュール（歯の大きさをミリメートル単位で表したもの）に対して０．３５〜０．４の係数を乗算した値が好ましい。
例えば、モジュール４のピニオンギヤを使用したラック・アンド・ピニオン機構では、そのクリアランスは約１．５ｍｍ程度が好ましい。
図２では、ラックギヤ２の前記片側先頭の歯に次ぐ二番目の歯の歯先４４も、歯先４２に比べ幅を狭くした加工が施されている。
【００３９】
図３は、本発明の実施形態に係るラックギヤの拡大図である。
図３において、符号３２は本発明に係るラックギヤ２の移動方向を表し、符合５０、
５１、５２、５３、５４、５５は、本発明に係るラックギヤ２の形状の特徴を表すためのものであり、それぞれ、基準線５０、圧力角５１、歯先５２、５３、基準線の法線５５を表している。
【００４０】
基準線５０は、相手歯車と噛み合う歯のたけに対して半分の位置を示す線であり、圧力角５１は、歯が基準線５０の法線に対して傾いている角度を示している。
歯先５２は、本発明に係るラックギヤ２の両端のうち、その片側の歯のものである。
また、歯先５３は、ラックギヤ２の両端以外の歯先であるが、その歯先幅は歯先５２より広いものになっている（歯先５２が歯先５３より狭く加工されている）。
このように、ラックギヤの少なくとも１ヶ所を加工するだけで、ラックギヤとピニオンギヤとを円滑に噛み合わせることができ、キャリア等の搬送の信頼性を向上させることができる。
【００４１】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１、１００  ピニオンギヤ
２、２００  ラックギヤ
３  基板
４ａ、４ｂ  基板トレイ
５  凹状の支持部
６  軸受
７  搬送軌道
９ａ、９ｂガス供給装置
１０  真空処理室
１１  排気装置
１４  ゲートバルブ
１５  ピニオン駆動装置
１６  ターゲット
１７  バッキングプレート
１８  方向転換室
１９  中間室
２０  キャリア（載置台）
２１  ロードロック室
２２  回転機構（ターンテーブル）
３１  ラックギヤの搬送方向
３２、３３  ラックギヤの移動方向
３４  ピニオンギヤの回転方向
３５  ラックギヤの歯先の動き  
３７  真空処理室の側面方向
３８  ラックギヤの移動方向
３９  ピニオンギヤの回転方向
４１  ピニオンギヤの歯先
４２  ラックギヤの歯先
４３  ピニオンギヤの歯先
４４  ラックギヤの歯先
５０  基準線
５１  圧力角
５２  歯先
５３  歯先
５５  基準線の法線
【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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