(57)【要約】【課題】位置決め機構を備えた真空チャンバを小型にする。【解決手段】真空チャンバ６内で一軸方向に移動し得る第１の可動部材４と、この第１の可動部材４の移動方向と少なくとも平行および直角の方向に移動し得る第２の可動部材３とを備え、この第２の可動部材３は、第１の可動部材４に係合して第１の可動部材４の駆動力により前記一軸方向の所定の位置に移動し、その後前記一軸方向と直角の方向に移動するものであり、ワーク１は第２の可動部材３と共に移動することで位置決めされることを特徴とする真空チャンバ内の位置決め機構を提供する。【選択図】          図１
2005005543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内でワークを所定の位置に位置決めする機構であって、真空チャンバと、この真空チャンバ内で一軸方向に移動し得る第１の可動部材と、この第１の可動部材の移動方向と少なくとも平行および直角の方向に移動し得る第２の可動部材とを備え、この第２の可動部材は、前記第１の可動部材に係合してこの第１の可動部材の駆動力により前記一軸方向の所定の位置に移動し、その後前記一軸方向と直角の方向に移動するものであり、前記ワークは前記第２の可動部材と共に移動することで位置決めされることを特徴とする真空チャンバ内の位置決め機構。
【請求項２】
前記第１の可動部材は、前記真空チャンバの外に配置した第１のモータにより前記一軸方向に移動し、前記第２の可動部材は、前記真空チャンバの外に配置した第２のモータにより前記一軸方向と直角の方向に移動することを特徴とする請求項１に記載の真空チャンバ内の位置決め機構。
【請求項３】
前記第２の可動部材は、少なくとも前記第１の可動部材との前記係合がなされていないときの、前記一軸方向の移動を阻止するストッパを備えることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の真空チャンバ内の位置決め機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空チャンバ内で位置決めステージを駆動する構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より真空チャンバ内での位置決め機能を必要とする装置が存在し、たとえば電子部品の気密封止装置がこれにあたる。半導体素子、水晶振動子等のチップを容器に気密に封止する方法としては、通電時に発生するジュール熱を利用したマイクロパラレルシーム溶接法が広く用いられている（例：特許文献１）。
【０００３】
このシーム溶接法は、図７に示すようにセラミック製容器３１の開口部周縁上に金属製のシーリングフレーム３２をろう付けするか、あるいはセラミック製容器３１の開口部周縁をろう材等でメタライズしたセラミック製（もしくは全体が金属製）の容器３３の内部に水晶振動子、半導体素子等のチップ３４を収納し、このチップ３４と電極３５をワイヤ３６で電気的に接続した後、この容器３３の開口部をコバール、４２アロイ等からなる金属製のリッド３７で覆う。
【０００４】
次に、シーム溶接ヘッドを構成する一対のローラ電極３８ａ，３８ｂを下降させてリッド３７の対向する２辺の端縁部に一定の加圧条件下で接触させ、容器３３とローラ電極３８ａ，３８ｂを相対移動させると同時にローラ電極３８ａ，３８ｂにパルセーション通電を行ない、この時発生するジュール熱により２辺を溶融し容器３３とリッド３７をシーム溶接する。
【０００５】
ところで、シーム溶接は一般的に、露点管理された窒素ガス雰囲気内で行われ、従って気密封止されたパッケージ内には窒素ガスが充填されている。しかしながら水晶振動子、水晶フィルタ、水晶発振器等の水晶応用製品はいずれも水晶振動板の表面に金属薄膜電極を形成し、この金属薄膜電極を外気から保護するため気密封止されているが、最近の水晶振動デバイスの超小型化に伴い、水晶振動板もより小型化され、駆動時の抵抗を軽減するため真空雰囲気による気密封止が要求されるようになった。ところがシーム溶接を真空中で行うためには大型のチャンバが必要となり、装置自体が大型かつ高額になるという問題点を有していた。
【０００６】
このように真空チャンバを大型化せざるを得ない大きな理由の一つに、リッドが載置されたパッケージを所定の位置に位置決めしたり、所定距離所定の方向に移動したりする位置決めステージの駆動機構全体を真空チャンバ内に収納しなければならなかったことが挙げられる。これは、駆動機構全体を収納しなければチャンバの気密性を維持するのが困難であったからである。
【０００７】
ここで図８、９に基づいて、真空チャンバを用いた従来のシーム溶接装置の要部を説明する。図８は従来の真空チャンバ内の位置決めステージを示す斜視図である。本図において５１は真空チャンバ、５２はＹ軸モータ、５３はＸ軸モータ５４はＹ軸送りねじ、５５はＸ軸送りねじ、５６はステージ、５７ａ、５７ｂは一対のローラ電極である。
【０００８】
まず、複数のワーク５９が並べられたキャリアボード５８が準備される。ここでワーク５９とは図７で説明した容器３３にリッド３７が載置された、あるいは仮止めされた状態をいう。次にこのキャリアボード５８がステージ５６上に載置され、真空チャンバ５１の蓋５１ｂが閉じられて内部の空気が減圧される。
【０００９】
次にＸ軸モータ５３が回転し、これに伴ってＸ軸送りねじが回転するのでリニアガイド６０ａ、６０ｂに摺動自在に支持されたテーブル５６がＸ軸方向に移動する。この移動でワーク５９の所定の列がＸ軸方向におけるローラ電極５７ａ、５７ｂの位置に位置決めされる。
【００１０】
さらにＹ軸モータ５２が回転してＹ軸送りねじ５４が回転し、リニアガイド６１ａ、６１ｂに摺動自在に支持されたプレート６２がＹ軸方向に移動し、最初の溶接位置をローラ電極５７ａ，５７ｂの直下に位置合わせする。その後ローラ電極５７ａ、５７ｂがＺ軸下方に移動し、先に図７に基づいて説明した方法で対向する２辺をシーム溶接する。
【００１１】
【特許文献１】特公平１−３８３７３号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、図８で示した真空チャンバー５１内の位置決めステージ駆動機構を上方からみた平面図を図９に示す。図９は真空チャンバ５１の本体部５１ａを水平に切断し上方から見たものなのでローラ電極５７ａ、５７ｂは図示されない。
【００１３】
図９が示すように、この従来の真空チャンバ５１は、Ｘ軸モータ５３およびＹ軸モータ５２を収納しているので外形寸法が大きくなり、高い真空度に耐え得る強度を持たせるのに不利である。また、Ｘ軸モータ５３やＹ軸モータ５２は真空中で使用可能な真空仕様としなければならない。
【００１４】
さらにＸ軸モータ５３およびＹ軸モータ５２には、駆動するため電源供給線や動作情報をエンコーダからフィードバックするための信号線からなる複数のワイヤの束であるケーブル５２ａ、５３ａを接続する必要があり、チャンバ５１に貫通孔を設けこれらケーブル５２ａ、５３ａを通した後空気圧に耐え得るようなシーリングを施す必要がある。
【００１５】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、全てのモータを真空チャンバの外に配設することにより真空チャンバの外形寸法を縮小し、さらに密封及び耐圧手段を容易にし、その結果装置の大型化やコストアップを防ぐことを目的とする
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は第１の態様として、真空チャンバと、この真空チャンバ内で一軸方向に移動し得る第１の可動部材と、この第１の可動部材の移動方向と少なくとも平行および直角の方向に移動し得る第２の可動部材とを備え、この第２の可動部材は、前記第１の可動部材に係合してこの第１の可動部材の駆動力により前記一軸方向の所定の位置に移動し、その後前記一軸方向と直角の方向に移動するものであり、前記ワークは前記第２の可動部材と共に移動することで位置決めされることを特徴とする真空チャンバ内の位置決め機構を提供する。
【００１７】
また第２の態様として、前記第１の可動部材は、前記真空チャンバの外に配置した第１のモータにより前記一軸方向に移動し、前記第２の可動部材は、前記真空チャンバの外に配置した第２のモータにより前記一軸方向と直角の方向に移動することを特徴とする第１の態様として記載の真空チャンバ内の位置決め機構を提供する。
【００１８】
さらに第３の態様として、前記第２の可動部材は、少なくとも前記第１の可動部材との前記係合がなされていないときの、前記一軸方向の移動を阻止するストッパを備えることを特徴とする第１あるいは第２の態様として記載の真空チャンバ内の位置決め機構を提供する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の１実施形態を示す真空チャンバの構成を示す斜視図である。図１において、１は先に図７に基づいて説明したワークであり、容器３３にリッド３７が載置された状態、あるいは容器３３にリッド３７が仮溶接された状態である。また、２はワーク１を複数規則的に並べて載置するキャリアボード、３は位置決めステージである第２の可動部材、４は第１の可動部材、５ａ、５ｂは一対のローラ電極、６は真空チャンバである。
【００２０】
次に位置決めの動作を説明するが、方向の説明は図１に示したＸ、Ｙ、Ｚの矢印に基づいて記載する。
【００２１】
まず、複数のワーク１がキャリアボード２に搭載される。キャリアボード２にはＸ方向Ｙ方向共に複数列の凹所が設けてあり、ワーク１をこれら凹所に合わせて載置することで複数のワーク１を整列させることができる。
【００２２】
次にキャリアボード２が第２の可動部材３に載置される。このときキャリアボード２には位置決め孔２ａが設けてあり、第２の可動部材３上に設けられた位置決めピン３ｐと勘合するようになっているので、第２の可動部材３上でのキャリアボード２は、所定の位置および方向に規制される。
【００２３】
次に真空チャンバ６の蓋６ｂが閉じられ、図示しない真空ポンプにより内部の空気が減圧される。ここで、図１で示した真空チャンバー６内の位置決めステージ駆動機構を上方からみた平面図を図２、図３、図４に示す。図２、図３、図４は真空チャンバ６の本体部６ａを水平に切断し上方から見たものなのでローラ電極５ａ、５ｂは図示されない。
【００２４】
まず、真空チャンバ６内を減圧した直後の状態を図２に示す。ここで、ワーク１を搭載したキャリアボード２は第２の可動部材３に載置されており、第２の可動部材３の突起３ａが第１の可動部材４の凹所４ａに係合している。また、第１の可動部材４はリニアガイド１５により摺動自在に支持されており、送りねじ１３の回転によりＸ軸方向に直線運動する。
【００２５】
この送りねじ１３は真空チャンバ６の外部に設けられたＸ軸モータ７の駆動力により回転する。Ｘ軸モータ７のシャフトの回転力はカップリング１１を介してシャフトホルダ９に貫装されたシャフト１０に伝達され、さらにカップリング１２を介して送りねじ１３に伝達される。ここでシャフトホルダ９は真空チャンバ本体６ａに穿設された取付孔に装着されているが、シャフト１０を含めた状態で真空チャンバ６を密閉し、さらには圧力差にも耐え得るようになっている。
【００２６】
また図３で示すように第２の可動部材３はプレート１７上に設けられたリニアガイド１８ａ、１８ｂによりＸ軸方向に摺動自在に支持されており、さらに突起３ａが第１の可動部材４の凹所４ａに係合している。したがって第１の可動部材４のＸ軸方向の移動に伴って第２の可動部材３もＸ軸方向に移動する。
【００２７】
このようにして、真空チャンバ６の外に設けたＸ軸モータ７の駆動により、キャリアボード２に搭載された複数のワーク１の所定の列をＸ軸方向における溶接位置に位置決めすることができる。
【００２８】
次に、図４で示すように、真空チャンバ６の外に設けたＹ軸モータ８が駆動することにより送りねじ１４が回転し、リニアガイド１６ａ、１６ｂにより摺動自在に保持されたプレート１７は、Ｙ軸方向に移動する。その結果前記した所定の列のさらに所定のワーク１を溶接位置に位置決めすることができる。
【００２９】
このようにワーク１が位置決めされると、図１で示すローラ電極５ａ、５ｂが下降し溶接を行う。この場合、ローラ電極５ａ、５ｂをワーク１に接触させながら通電し、第２の可動部材３をＹ軸方向に移動させることで、ワーク１の対向する２辺を真空中でシーム溶接することが可能となる。
【００３０】
ローラ電極５ａ、５ｂの上下移動は、真空チャンバ６の外に設けたＺ軸モータ１９が発生させる回転運動を、カム機構あるいはラックアンドピニオン機構で上下運動に変換することで容易に実現できる。
【００３１】
またこの位置決め動作中、図４で示すようにＹ軸モータ８が駆動して第２の可動部材３が移動し、突起３ａと凹所４ａとの係合が離隔するのに伴い、ストッパ２０が動作して第２の可動部材３のＸ軸方向の移動を阻止する。ここで図５、図６に基づいて前記ストッパ２０の動作を説明する。
【００３２】
図５は図３で示すア−ア矢視の詳細図である（図の方向はＺ軸方向を上下方向にしてある）。また、図６は図４で示すイ−イ矢視の詳細図である（図の方向はＺ軸方向を上下方向にしてある）。図５で示すように、ストッパ２０はシャフト２１，ガイド２２、圧縮コイルばね２３で構成されている。
【００３３】
シャフト２１はガイド２２によりＹ軸方向に摺動自在に支持されており、ガイド２２は第２の可動部材３に固定されている。またシャフト２１の一端２１ａは大径になっており、この端部とガイド２２とのあいだに圧縮コイルばね２３が挟着されている。またシャフト２１の他の一端２１ｂはプレート１７の立ち上がり部に設けられたスリット２４を貫通してから大径になっている。
【００３４】
第２の可動部材３が第１の可動部材４と係合している図５のような状態では、シャフト２１の一端２１ａは第１の可動部材４に当接し圧縮コイルばね２３を付勢する。その結果、シャフト２１の他の一端２１ｂとプレート１７の立ち上がり部とのあいだには間隙ウが生じる。したがって、第１の可動部材４と共に第２の可動部材３がＸ軸方向に移動しても、第２の可動部材３に固定されたストッパ２０とプレート１７との間にはなんら制動力が働かない。
【００３５】
一方図６で示すように第１の可動部材４と第２の可動部材３とが離隔した状態では、第１の可動部材４によるシャフト２１の一端２１ａへの押圧がなくなり、圧縮コイルばね２３の反発力でシャフト２１が移動し、シャフト２１の他の一端２１ｂの大径部はプレート１７の立ち上がり部に圧接される。
【００３６】
この結果第２の可動部材３とプレート１７との間に制動力が働き、何らかの外力が加わっても、第２の可動部材３はＸ軸方向に移動せず、Ｙ軸モータ８の駆動力によりプレート１７と共にＹ軸方向にのみ移動する。もちろんここで、スリット２４は第２の可動部材３のＸ軸方向の可動範囲を満足するだけのＸ軸方向の長さを有し、シャフト２１の他の一端２１ｂの大径部が貫通しないスリット幅となっている。
【００３７】
以上述べたものが本願発明の１実施の形態を示す位置決め機構の一連の動作であるが、前記所定の列全ての溶接がＹ軸送りにより終了したならば、Ｙ軸モータ８の駆動により、第２の可動部材３を第１の可動部材４に係合させ、ワーク１の次の所定の列がＸ軸方向における溶接位置となるように、Ｘ軸モータ７を駆動させる。
【００３８】
また、本願発明は真空チャンバ内の位置決め機構に関するものであるから、ワークあるいはツールを真空チャンバ内の一平面上の所定の位置に位置決めするものであれば、これがシーム溶接装置に限ることなく、他のあらゆる目的の装置にも有用であることは言うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、真空チャンバの外形寸法を小さくできるので、真空機能を持つことにより装置全体が大型でおおがかりになるのをある程度防ぐことができる。
【００４０】
また、真空チャンバの外形寸法が小さくなることで、チャンバ自体の剛性を高めることが容易になり、チャンバ内の容積も小さくできるので、より真空度の高い環境をより短時間で生成することができる。
【００４１】
また、モータを真空チャンバの外に設けることで、モータを真空仕様とする必要がなくなり、一般に発熱量の大きいモータを放熱作用の少ない真空環境で駆動する必要がないので、モータの放熱設計も通常の大気中の仕様で行える。
【００４２】
さらに、真空チャンバを貫通する機構部材が軸心の移動を伴わないモータの回転軸だけなので、密閉が容易であり容易に耐圧も高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施の形態を示す真空チャンバ内の位置決め機構の斜視図
【図２】本発明の１実施の形態を示す真空チャンバ内の位置決め機構の平面図
【図３】本発明の１実施の形態を示す真空チャンバ内の位置決め機構の平面図
【図４】本発明の１実施の形態を示す真空チャンバ内の位置決め機構の平面図
【図５】本発明の１実施の形態を示すストッパの詳細図
【図６】本発明の１実施の形態を示すストッパの詳細図
【図７】シーム溶接を示す断面図
【図８】従来の形態を示す真空チャンバ内の位置決め機構の斜視図
【図９】従来の形態を示す真空チャンバ内の位置決め機構の平面図
【符号の説明】
１  ワーク
２  キャリアボード
３  第２の可動部材
４  第１の可動部材
５ａ、５ｂ  ローラ電極
６  真空チャンバ
７  Ｘ軸モータ
８  Ｙ軸モータ
９  シャフトホルダ
１０  シャフト
１１、１２  カップリング
１３、１４  送りねじ
１５、１６ａ、１６ｂ、１８ａ、１８ｂ  リニアガイド
１７  プレート
１９  Ｚ軸モータ
２０  ストッパ
２１  シャフト
２２  ガイド
２３  圧縮コイルばね
２４  スリット
【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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【図８】
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【図９】
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