テーブル回転時、加減速時に必要なワーク保持力

質問

テーブル（円形）上のワーク（円形）を６本のチャック（丸棒側面）
にて保持した状態でテーブルをモーターで回転させます。
ワークはテーブル上のピンの上に載っており、側面をチャックにて保持されています。

その際にワークが滑らないチャックの保持力がいくら必要かはどのように考えればいいのでしょうか。

ワークとチャックとの摩擦力（チャック保持力ｘ摩擦係数）がテーブルの回転により生じる力より大きければいいというのは解るのですが、それをどのように計算すればよいかが解りません。

テーブル径：330mm　5kg　
ワーク径：300mm　0.15kg
モーターのトルクは十分にあるとする。
０rpm　から　1000rpmへ0.5secで加速させる。

この場合の計算の仕方を教えていただけませんでしょうか。よろしくお願いいたします。

シリコンウェハーと金属、樹脂との摩擦係数は、状態によって変わると思うのですが一般的にはいかほどなのでしょうか。

回答No.1

noname#230359 · ベストアンサー

ワークはウェーハか何かですか？

ピンとの摩擦を無視すれば，

(チャック保持による摩擦トルク:T)＞(ワークの慣性トルク:Ti)・・・※

であれば，動かないと考えられます。

ここで，F：チャック1個当たりの保持力，Dw：ワーク外径，M：ワーク質量，μ：チャックとワーク側面の摩擦係数，?ω：角速度変化量，?t：加速時間とすると，

・ワークの慣性モーメント：J = M・Dw^2/8　・・・(1)
・ワークの慣性トルク：Ti = J・(?ω/?t)　・・・(2)

但し，?ω = 2π・1000/60 [rad/sec] ，?t=0.5 [sec]

また，摩擦トルク：T = 6・μF・(Dw/2) = 3μF・Dw ・・・(3)

したがって，(1)～(3)を※に代入して整理すれば，

　F > {M・Dw / (24μ)}・(?ω/?t) ・・・(4)

となります。仮にμ=0.2として，(4)に各々の値を代入してみると，

　F > 1.963 [N]　→　200 [gf]

程度の力であれば，保持できるという結果になりました。(計算上は)

実際は安全目に保持力を設定するのが良いと思います。

お礼

ワークはウェハーです。

とても解りやすく教えていただき考え方がよくわかりました。

ありがとうございます。

回答No.4

noname#230359

シリコンウェハのチャッキングは通常減圧による吸着チャッキングです。
ベアウェハでない限り外周部への応力のかかるチャッキングは推奨されません
シリコンウェハのノッチを滑り止めにするのは最初に禁止されている行為です。
（ウェハのハンドリング操作もノッチを避けておこなうのが一般的です）

CVD加工等で爪で押さえる工程がある場合にも実際に押さえるのは少し内側の平坦部ですし
シリコンウェハの場合外周にはチッピング防止のための加工がされており形状的にも側面保持というのは不適なプロセスになります。
外周部保持での加工が大々的に許容されるのは廃棄時の破砕処理だけだと思います。

お礼

そのとおりで吸着による保持が一番いいのですが、ウェハーの両面を洗浄しますので吸着によるチャックができないのです。また、側面クランプが製作仕様となっています。

少しでもクランプ力を少なくする方向でウェハーへかかる力を減らしたいと思います。

ありがとうございます。

回答No.3

noname#230359

本来は、円形状のワーク底面とテーブルの上面若しくはチャックのワーク自重受け部分の
接触抵抗分が軽減されますが、それは無視して安全係数として考えれば良いと考えます。

さて、
> シリコンウェハーと金属、樹脂との摩擦係数は、状態によって変わると思うのですが
　一般的にはいかほどなのでしょうか。
金属も種類があるし、樹脂も種類があるし、シリコンウエハを含めたそれ等の表面仕上げ
状態も多様にあるし、湿式や乾式でも異なるしで、記述が困難です。

それより、シリコンウエハに“オリフラ”や“Ｖノッチ”があるなら、それを利用して、
回転方向の滑り止めを考えた方がベストです。
シリコンウエハには、応力をできるだけ与えない機構を考慮する事が製造設備設計には
大切ですよ。

回転方向の滑り止めは、力×摩擦係数×円形状ワークの半径　にてトルクが算出されます。

単純に、円形状ワークの半径を同等と考えると、シリコンウエハの“オリフラ”や
“Ｖノッチ”部分を使用すると、
＊ 摩擦係数が0.1なら、力を1/10に、
＊ 摩擦係数が0.2なら、力を1/5に、
軽減が可能で、しかも摩擦係数が変化する条件下では安定します。

“なるべく力をかけないように検討します”にも合致しますよ。

お礼

＞金属も種類があるし、樹脂も種類があるし、シリコンウエハを含めたそれ等の＞表面仕上げ状態も多様にあるし、湿式や乾式でも異なるしで、記述が困難です

表面状態がどうなっているかで変わりますので難しいのですが、SUS304等の金属であれば摩擦係数　0.2　で見ておけばこれ以上ちいさくなることはないのかなとも思っています。

金属のチャックでウェハーを保持すること自体がよくないですが、現状ではそれ以外の選択肢が無いのです・・・。

なるべく力をかけないように検討します。

ありがとうございます。

回答No.2

noname#230359

＃１さんが十分なご回答をなさっていますので、蛇足になりますが、

老婆心ながら、・・・・６本のチャック丸棒も遠心力を受けますので、
静止状態で所要の把握力があっても、回転状態では減殺しますので、この分
まで考慮なさることが必要かと思います。

お礼

遠心力はチャック機構にウェイトを設けて相殺しようと考えています。
ありがとうございます。