JP2001156150A - 基板搬送ロボット及び基板搬送方法 - Google Patents
基板搬送ロボット及び基板搬送方法Info
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Abstract
より小さくし、回転運動の際の基板のずれや落下を防止
する。 【解決手段】 上下に配置された基板保持体としての二
つのフォーク1,2と、フォーク1,2を保持するとと
もに関節部33,43,36,46を介して連結された
伸縮可能な複数のアーム31,32、41,42,3
4,35,44,45と、アーム31,32、41,4
2,34,35,44,45を介してフォーク1,2を
前後、回転、上下運動させる各機構51,52,6,7
1,72とを備える。前後運動機構51,52は、フォ
ーク1,2の後端が回転中心を越え基板9の中心が回転
中心に一致する位置までフォーク1,2を後退させ、こ
の位置で回転運動機構6がフォーク1,2を回転させ
る。
Description
置等の基板処理装置において基板を搬送する基板搬送ロ
ボット、及び、そのような基板搬送ロボットを使用して
基板を搬送する方法に関する。
られる半導体製造装置や液晶ディスプレイを製造する際
に用いられる液晶基板処理装置等の基板処理装置では、
目的とする位置に基板を搬送するため、基板搬送ロボッ
トが搭載されている。このような基板搬送ロボットに
は、比較的小さな占有スペースであるにもかかわらず三
次元空間内の自由な位置に基板を搬送させることができ
ることから、関節型のロボットが多く用いられている。
特表平8−506771号公報、特開平4−15207
8号公報、特許第27614号公報等に開示されてい
る。多くの関節型の基板搬送ロボットは、モータの回転
運動をアームの伸縮運動に変換する機構を備えている。
そして、基板を保持する基板保持体としてのフォークが
アームの先端に取り付けられており、アームの伸縮や回
転、上下移動等を行って基板を搬送するよう構成されて
いる。
送ロボットにおいて、フォークの可動範囲との関連か
ら、基板搬送ロボットの占有スペースが今ひとつ小さく
できない問題が生じていた。この点を、図4を使用して
説明する。図4は、従来の基板搬送ロボットの問題点に
ついて説明する平面図である。図4は、従来の基板搬送
ロボットの一例として、特許第27614号公報に示さ
れた機構を示している。
を備えている。二つのフォーク1,2は、同一平面上に
位置している。二つのフォーク1,2それぞれには、伸
縮自在に組み合わせた複数のアーム31,32,41,
42が設けられている。各アーム31,32,41,4
2は、左右一対のものである。二つのアーム31,3
2,41,42が関節部33,43を介して連結された
ものが一組となっており、それが左右に設けられてい
る。
た不図示の駆動源によって駆動され、水平方向の直線運
動(前後運動)、基板搬送ロボットの中心軸(以下、ロ
ボット中心軸A)に一致した回転軸の回りの周方向の運
動(回転運動)及び垂直方向の直線運動(上下運動)す
るようになっている。図4に示す状態において、駆動源
が動作すると、左右一対のアーム31,32,41,4
2が伸び、フォーク1,2が前進する。この結果、基板
9も前進する。
させて基板9を周方向に移動させる際には、二つのフォ
ーク1,2を同時に回転させるようにする。回転運動の
際に要するスペースを小さくする目的で、この回転の
際、図4に示すようにアーム31,32,41,42を
最も縮んだ状態(フォーク1,2が最もロボット中心軸
Aに近づいた状態、以下、最縮状態と呼ぶ)にして回転
させる。
しながら回転運動を行う際に必要とされる水平方向のス
ペースの半径(以下、必要最小半径)rは、図4に示す
通り、フォーク1,2に支持された基板9のロボット中
心軸Aから最も遠い縁が描く円弧の半径に等しい。上述
した従来の基板搬送ロボットでは、図4に示す必要最小
半径rを図4に示すものより小さくすることはできな
い。この理由は、フォーク1,2が後退する際、フォー
ク1,2はロボット中心軸A上より少し前方の位置まで
しか後退できない構造となっているからである。言い換
えると、従来の機構では、フォーク1,2は、その後端
がロボット中心軸A上やそれを越えてさらに後退するこ
とはできない構造となっている。
る理由の一つは、二つのフォーク1,2が同一平面上に
配置されているためである。ロボット中心軸A上を越え
てフォーク1,2を後退させようとすると、フォーク
1,2が互いに干渉してしまう。上述したような基板処
理装置に用いられる基板搬送ロボットは、装置全体の大
型化を防止するため、狭いスペースでも基板9の搬送動
作が行えるものであることが好ましい。しかしながら、
上述したように、従来の基板搬送ロボットは、必要最小
半径rが小さくできず、より狭いスペースでの動作が難
しいという問題がある。
軸A上より少し前方までしか後退できないという点は、
上記回転運動の際、基板9が受ける遠心力の問題を顕在
化させることにもなる。つまり、図4に示すように、基
板9の中心は、回転運動の中心から相当距離離れてお
り、回転運動の際には基板9に遠心力が働く。従来の基
板搬送ロボットでは、搬送を効率良く行う等の目的から
回転運動の速度を速くしたり、フォーク1,2と基板9
との間の摩擦力が充分でなかったりすると、回転運動の
際に基板がフォーク1,2上でずれたり、フォーク1,
2から落下してしまう事故が発生してしまう恐れがあ
る。
9の落下を防止するため、基板9をフォーク1,2の表
面に静電吸着する構成もあり得るが、このような構成は
フォーク1,2の構造を複雑にする欠点がある。また、
静電気によって付近の塵埃等を集めてしまって基板9に
塵埃が付着し易くなる問題や、静電吸着力を強くする
と、基板9の裏面を傷つけてしまう等の問題が発生する
場合もある。
ためになされたものであり、必要最小半径をより小さく
することが可能であり、基板のずれや落下の無い実用的
で優れた性能の基板搬送ロボット及び基板搬送方法を提
供する技術的意義を有する。
め、本願の請求項1記載の発明は、基板を保持する基板
保持体と、関節部を介して連結されて伸縮可能であると
ともに基板保持体を保持する複数のアームと、アームを
介して基板保持体を前後運動させる前後運動機構と、ア
ームを介して基板保持体を回転運動させる回転運動機構
と、アームを介して基板保持体を上下運動させる上下運
動機構とを備えた関節型の基板搬送ロボットであって、
前記基板保持体は、上下に複数設けられており、前記前
後運動機構は、前記基板保持体の後端を前記回転運動機
構の回転運動の中心を越えた状態まで基板保持体を後退
させることができる機構であるという構成を有する。ま
た、上記課題を解決するため、請求項2記載の発明は、
前記請求項1の構成において、前記複数のアームは、一
つの基板保持体に対して四つ設けられており、これら四
つのアームは、基板保持体を先端に取り付けた左右一対
の第一アームと、第一アームの後端に関節部を介して先
端が連結された左右一対の第二アームとから成るもので
あり、前記前後運動機構は、一方の第二アームにのみ直
接的に回転方向の力を与えるものであって、他方の第二
アームが一方の第二アームの回転に従ってその回転とは
逆向きに従動するよう設けられており、一方の第二アー
ムに回転方向の力が加えられた際に四本のアームが全体
に回転するのを規制して回転方向の力を基板保持体の前
後運動に変換する制動軸が設けられているという構成を
有する。また、上記課題を解決するため、請求項3記載
の発明は、前記請求項2の構成において、前記回転運動
機構は、前記制動軸を回転させることにより四本のアー
ムを一体に回転させるものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項4記載の発明
は、前記請求項1の構成において、前記前後運動機構
は、前記基板保持体の前後運動に変換される回転を行う
駆動軸と、駆動軸を回転させる駆動源とを備えており、
駆動軸の回転角度を検出して基板保持体の前後方向の位
置を監視する回転モニタが設けられているという構成を
有する。また、上記課題を解決するため、請求項5記載
の発明は、基板を保持する基板保持体と、関節部を介し
て連結されて伸縮可能であるとともに基板保持体を保持
する複数のアームと、アームを介して基板保持体を前後
運動させる前後運動機構と、アームを介して基板保持体
を回転運動させる回転運動機構と、アームを介して基板
保持体を上下運動させる上下運動機構とを備えた関節型
の基板搬送ロボットを使用して基板を搬送する基板搬送
方法であって、基板の中心が前記回転運動機構の回転運
動の中心に一致する位置に基板が位置するよう、当該基
板を保持した基板保持体を前記前後運動機構によって前
後運動させ、その後、前記回転運動機構によって基板を
回転させる動作を含むという構成を有する。
いて説明する。まず、請求項1の基板搬送ロボットの発
明の実施形態について説明する。図1は、本願発明の実
施形態である基板搬送ロボットの正面断面概略図、図2
は、図1に示す基板搬送ロボットの平面図である。
を保持する基板保持体としてのフォーク1,2と、フォ
ーク1,2を保持する複数のアーム31,32,41,
42と、アーム31,32,41,42を介してフォー
ク1,2を前後運動させる前後運動機構51,52と、
アーム31,32,41,42を介してフォーク1,2
を回転運動させる回転運動機構6と、アーム31,3
2,41,42を介してフォーク1,2を上下運動させ
る上下運動機構71,72とを備えている。
は、図1から解るように、フォーク1,2が二つ設けら
れており、それが上下に配置されている点である。説明
の都合上、下側に配置されたフォーク1を下側フォーク
1、上側に配置されたフォーク2を上側フォーク2と呼
ぶ。
り、ほぼ長方形の板状部材にU字状の切り欠きを設けた
形状である。本実施形態では、半導体ウェーハのような
円形の基板9を搬送することが想定されており、図2に
示すように、基板9はその中心がUの字の切り欠きの円
弧部分の中心(以下、フォーク中心)にほぼ一致する位
置で保持されるようになっている。尚、本実施形態で
は、後述するように、回転運動の際に基板9に加わる遠
心力が殆どゼロになっているため、基板9をフォーク
1,2に静電吸着する構成は採用されていない。
2,41,42で保持されている。四本のアーム31,
32,41,42は、下側フォーク1に連結された左右
一対のアーム31,41(以下、下側左第一アーム31
及び下側右第一アーム41)と、下側左第一アーム31
に下側左関節部33を介して連結された下側左第二アー
ム32と、下側右第一アーム41に下側右関節部43を
介して連結された下側右第二アーム42となっている。
尚、下側フォーク2の根元の部分には、下側アーム固定
具21が設けられている。
ム41は、下側アーム固定具21に連結されており、ア
ーム固定具21を介して上側フォーク2を保持してい
る。尚、下側左第一アーム31及び下側右第一アーム4
1の先端は、不図示のギア機構又はベルトを介して連結
されている。この連結により、後述する前後運動の際、
下側フォーク1の向きが一定に保たれるようになってい
る。
り、四本のアーム34,35,44,45は、上側フォ
ーク1に連結された左右一対のアーム34,44(以
下、上側左第一アーム34及び上側右第一アーム44)
と、上側左第一アーム34に下側左関節部36を介して
連結された上側左第二アーム35と、上側右第一アーム
44に上側右関節部46を介して連結された上側右第二
アーム45となっている。尚、図1に示すように、左右
の上側第一アーム34,44と左右の上側第二アーム3
5,45との距離は長くなっており、上側左関節部36
及び上側左関節部46は、それらを繋ぐように長くなっ
ている。下側フォーク1を保持した四本のアーム31,
32,41,42は、左右の上側第一アーム34,44
と左右の上側第二アーム35,45との間の空間に位置
している。
が下側第一アーム31,41の端部に不図示の軸受を介
して填め込まれ、下端が下側第二アーム32,42の端
部に不図示の軸受を介して填め込まれている。また、左
右の上側関節部36,46も同様であり、各々、不図示
の軸受を介して上側第一第二アーム34,35,44,
45の端部に不図示の軸受を介して填め込まれている。
2,34,35,44,46は、各々独立した前後運動
機構51,52によって各フォーク1,2を前後に移動
させるようになっている。この点について以下に説明す
る。まず、下側フォーク1を前後運動させる前後運動機
構(以下、下側用前後運動機構)51について説明す
る。下側用前後運動機構51は、下側フォーク1を保持
した四本のアーム34,35,44,45が連結された
下側用駆動軸511と、下側用駆動軸511を駆動して
下側フォーク1を前後運動させる下側用駆動源512と
から主に構成されている。
ロボットのロボット中心軸Aと同軸になるようにして、
下側用駆動軸511が設けられている。そして、下側用
駆動軸511の上端部分に、下側左第二アーム35及び
下側右第二アーム45が設けられている。下側左第二ア
ーム35は下側用駆動軸511に直結されているが、下
側右第二アーム45は、ベアリングを介して下側用駆動
軸511に連結されている。
下側用回転子513及び下側用固定子514より成る構
成となっている。下側用駆動軸511の下端部分には、
下側用回転子513が設けられており、下側用回転子5
13を取り囲むようにして下側用固定子514が設けら
れている。下側用固定子514には、不図示の下側用駆
動回路が接続されている。下側用駆動回路が動作する
と、下側用固定子514が通電され、下側用駆動軸51
1に固定された下側用駆動軸511を回転させるように
なっている。下側用固定子514及び下側用回転子51
3の構成は、DCモータ、ACモータ、DC又はACサ
ーボモータ、ステッピングモータ等、各種のモータの構
成を同様のものを任意に選んで採用することができる。
運動機構(以下、上側用前後運動機構)52について説
明する。上側用前後運動機構52は、上側フォーク2を
保持した四本のアーム34,35,44,45が連結さ
れた上側用駆動軸521と、上側用駆動軸521を駆動
して上側フォーク2を前後運動させる下側用駆動源51
2とから主に構成されている
1を取り囲むようして設けられている。上側用駆動軸5
21は、下側用駆動軸511と同軸に設けられた円筒状
のものである。上側用駆動軸521の上端部分には、上
側右第二アーム45が連結されている。上側左第二アー
ム35は、ベアリングを介して下側用駆動軸511に連
結されている。
2と同様に、モータを構成する上側用回転子523及び
上側用固定子524より成る構成となっている。上側用
駆動軸521の下端部分には、上側用回転子523が設
けられ、上側用回転子523を取り囲むようにして上側
用固定子524が設けられている。上側用固定子524
には、不図示の上側用駆動回路が接続されており、上側
用固定子524を通電して上側用回転子523を回転さ
せ、これにより上側用駆動軸521を回転させるように
なっている。上側用固定子524及び上側用回転子52
3の構成も、同様に、DCモータ、ACモータ、DC又
はACサーボモータ、ステッピングモータ等、各種のモ
ータの構成を同様のものを任意に選んで採用することが
できる。
11の先端部分を取り囲むようにして、制動軸53が設
けられている。制動軸53の役目は、下側用駆動源51
2又は上側用駆動源522が動作した際に、下側用駆動
軸511又は上側用駆動軸521の回転を下側フォーク
1又は上側フォーク2の前後運動に変換するよう制動力
を加えることと、各フォーク1,2を一体に回転運動さ
せる際に駆動力を導入することである。
の部材である。制動軸53は、図1から解るように、左
半分と右半分との長さが違う段違いの形状になってい
る。そして、制動軸53の左側面と下側左関節部33の
下端とを連結するようにして、第一固定力伝達具541
が設けられている。第一固定力伝達具541は、具体的
にはベルトであり、制動軸53と下側左関節部33との
間に張架されている。また、制動軸53の右側面と右側
左関節部43の下端とを連結するようにして、第二固定
力伝達具542が設けられている。第二固定力伝達具5
42も、制動軸53と上側右関節部46との間に張架さ
れたベルトである。
後運動させる場合の動作について説明する。まず、下側
フォーク1を前後運動させる場合、下側用駆動源512
を動作させて下側用駆動軸511に回転方向の力を加え
る。この結果、下側用駆動軸511に直結された下側左
第二アーム32にも回転方向の力が加わる。この回転方
向の力は、下側左関節部33及び第一固定力伝達具54
1を介して制動軸53に伝えられる。制動軸53の反対
側には、第二固定力伝達具542を介して上側右第二ア
ーム45が連結されているので、制動軸53に与えられ
た回転方向の力は、上側右第二アーム45に伝えられ、
最終的には、上側用駆動軸521に対して与えられるこ
とになる。
と同時に、上側用駆動源522を動作させ、上側用駆動
軸521が回転しないようにトルクを与える。つまり、
上側用駆動軸521を制動させる。下側左第二アーム3
2が下側左第一アーム31に連結され、下側左第一アー
ム31が下側フォーク1を介して下側右第一アーム41
に連結され、下側右第一アーム41が下側右第二アーム
42に連結され、下側右第二アーム42がベアリングを
介して下側用駆動軸511に保持されていることから、
上記制動の結果、下側左第二アーム32が下側用駆動軸
511を中心にして円弧運動する際、下側左第一アーム
31は、下側左関節部33を中心にして円弧運動する。
左第一アーム31とは線対称な円弧運動を行う。そし
て、下側右第二アーム42は、下側左第二アーム32と
は線対称な円弧運動を従動して行う。このような対称な
円弧運動の結果、図2に示すように、下側フォーク1
は、その線対称の線の方向に前後運動することになる。
前後の向きは、下側用駆動軸511の回転の向きによる
ことは言うまでもない。尚、上記前後運動の際、下側フ
ォーク1の姿勢は変化せず、常に前後運動の方向に向い
ている。より正確には、下側フォーク1のUの字の深さ
方向(以下、フォーク基準方向と言い、図2に矢印Dで
示す)は、常に前後運動の方向になるようになってい
る。
も、上述したのと本質的に同様である。上側用駆動源5
22を動作させて上側用駆動軸521に回転方向の力を
与えると同時に、下側用駆動源512を動作させて下側
用駆動軸511が回転しないよう逆向きをトルクを発生
させる。上側右第二アーム45の円弧運動に従い、上側
右第一アーム44及び上側左第一アーム34が互いに線
対称の円弧運動を行い、上側フォーク2が前後運動す
る。
541及び第二固定力伝達具542は、左右の第一アー
ム31,41,34,44が駆動軸511,521を中
心にして回転してしまうのを規制する力を伝えるもので
ある。このような第一固定力伝達具541及び第二固定
力伝達具542は、前後運動の際、多少伸縮する。第一
固定力伝達具541及び第二固定力伝達具542として
はベルトの他、スライダのような機構を採用することも
できる。
容易に類推されるように、左第一アーム31,34と右
第一右アーム41,44とが平行になる前進位置と、左
第一アーム31,34と右第二アーム41,44とが平
行になる後退位置との間の距離となっている。従来との
相違で言うと、フォーク1,2の後端がロボット中心軸
Aを越えた状態までフォーク1,2が後退できるように
なっている。この点も、本実施形態のロボットの大きな
特徴点である。
運動させる回転運動機構6の構造について説明する。回
転運動機構6は、回転用駆動軸61と、回転用駆動軸6
1を駆動する回転用駆動源62とから主に構成されてい
る。図1に示すように、上側用駆動軸521の外側に回
転用駆動軸61が同軸上に設けられている。回転用駆動
軸61は円筒状であり、内部に上側用駆動軸521等を
挿通させている。
が固定されて上方に伸びている。この連結棒63の上端
は、制動軸53に固定されている。また、上側用駆動軸
521の上端部分には、連結棒63を挿通させた挿通孔
が設けられている。この挿通孔は、回転用駆動軸61と
同軸の円弧状である。
ための回転用駆動源62は、回転用駆動軸61の下端部
分の側面に設けられた回転用回転子621と、回転用回
転子621を回転させる回転用固定子622と、回転用
固定子622を通電する不図示の回転用駆動回路とから
主に構成されている。回転用駆動回路が動作すると、回
転用固定子622が通電され、回転用駆動軸61を回転
させるようになっている。下側用固定子514及び下側
用回転子513の構成は、同様に、DCモータ等の各種
のモータの構成と同様のものを任意に選んで採用するこ
とができる。
際には、回転用駆動源62によって回転用駆動軸61が
回転させる。この際、前述した下側用駆動源512及び
上側用駆動源522は動作させず、下側用駆動軸511
や上側用駆動軸521はフリー(力を加えない状態)に
しておく。回転用駆動軸61が回転すると、連結棒63
を介して制動軸53も回転する。この結果、第一固定力
伝達具541を介して下側フォーク1及びそれを保持す
る四本のアーム31,32,41,42が一体に回転す
るとともに、第二固定力伝達具542を介して上側フォ
ーク2及びそれを保持する四本のアーム34,35,4
4,45が一体に回転する。この回転により、上述した
前後運動の方向を水平面内に任意の方向に設定すること
が可能となる。
運動させる上下運動機構71,72について説明する。
本実施形態では、上下運動のための機構が二つ設けられ
ている。一つは、移動距離の短い上下運動のための機構
(以下、第一上下運動機構)71であり、もう一つは移
動距離の長い上下運動のための機構(以下、第二上下運
動機構)72である。
する。前述した下側用駆動軸511、上側用駆動軸52
1、回転用駆動軸61、さらにはそれらに連結された各
部は、支持体711によって全体が保持されている。よ
り具体的に説明すると、図1に示すように、下側用固定
子514、上側用固定子524、回転用固定子622は
支持体711に保持されている。支持体711と回転用
駆動軸61の間、回転用駆動軸61と上側用駆動軸52
1との間、上側用駆動軸521の間には、軸受を含む不
図示の保持具が設けられている。従って、各軸は、最終
的には支持体711によって支持されており、上方のア
ーム31,32,41,42,34,35,44,45
群や二つのフォーク1,2も支持体711によって支持
されている。
の第一ベース板712に下端が固定されている。第一上
下運動機構71は、第一ベース板712の下面に固定さ
れて下方に延びる第一被駆動ボールねじ713と、第一
被駆動ボールねじ713に噛み合う第一駆動ボールねじ
714と、第一駆動ボールねじ714を回転させる第一
上下用駆動源715とから主に構成されている。
713は、下側用駆動棒511等と同軸であり、従って
基板搬送ロボット全体と同軸である。第一駆動ボールね
じ714は全体としては円筒状であり、その内面がねじ
切りされて第一被駆動ボールねじ714に噛み合ってい
る。第一上下用駆動源715は、前述した下側用駆動源
512等の同様の構成であり、第一駆動ボールねじ71
4の側面に固定された上下用回転子716と、上下用回
転子716に磁気結合する上下用固定子717と、上下
用固定子717を通電駆動する不図示の上下用駆動回路
とから構成されている。
下用回転子716の回転に伴い、第一駆動ボールねじ7
14が回転する。第一被駆動ボールねじ713714
は、不図示の回転規制部によって回転しないようになっ
ている。従って、第一駆動ボールねじ714の回転によ
って第一被駆動ボールねじ713は上下に移動する。こ
れに伴い、第一ベース板712を介して各支持体711
が一体に上下運動し、この結果、二つのフォーク1,2
も一体に上下運動する。運動の向きは、第一上下用駆動
源715による回転の向きによる。
する。第一ベース板712の下方には、第二ベース板7
21が設けられている。第二ベース板721は、前述し
た機構を全体に支持している。具体的には、第一上下用
駆動源715の第一駆動ボールねじ714は、ベアリン
グを介して第二ベース板721に支持されている。
21を上下運動させる機構となっている。具体的には、
第二上下運動機構72は、第二ベース板721に固定さ
れた第二被駆動ボールねじ722と、第二被駆動ボール
ねじ722に噛み合う第二駆動ボールねじ723と、第
二駆動ボールねじ723を回転させる第二上下用駆動源
724とから主に構成されている。
隅の部分には、挿通用開口が形成されている。第二被駆
動ボールねじ722は、短い円筒ロッド状であり、その
内面がねじ切りされている。第二被駆動ボールねじ72
2は、その端面が挿通用開口の縁を取り囲むようにして
第二ベース板721に固定されている。第二駆動ボール
ねじ723は、垂直に延びる長い棒状であり、第二ベー
ス板721の挿通用開口に挿通されるとともに第二被駆
動ボールねじ722に噛み合っている。第二駆動ボール
ねじ723の上端は、軸受を介してフレーム725に取
り付けられている。第二駆動ボールねじ723の下端
は、第二ベース板721の下方に位置し、ギア727を
介して第二上下用駆動源724に連結されている。
ータ等のモータである。第二上下用駆動源724が駆動
されると、ギア727を介して第二駆動ボールねじ72
3が回転する。第二被駆動ボールねじ722や第二ベー
ス板721は不図示の回転規制部によって回転しないよ
うになっているので、第二駆動ボールねじ723の回転
により上下運動する。この結果、第一ベース板712も
上下運動し、二つのフォーク1,2も一体に上下運動す
る。尚、第二ベース板721には、第二駆動ボールねじ
723と平行に延びるリニアガイド726が設けられて
いる。リニアガイド726は、均等な位置に2〜3本程
度設けられており、第二ベース板721の上下運動が安
定するようガイドする。
2の動作を監視する手段を備えている。以下、この点に
ついて説明する。まず、一番内側に位置する下側用駆動
軸511には、下側用回転モニタ81が設けられてい
る。図3は、下側用回転モニタ81の構成について説明
する平面概略図である。下側用回転モニタ81は、下側
用駆動軸511の回転角度を検出する磁気センサであ
り、下側用検出板811と、下側用磁気検出ヘッド81
2とから成っている。
円盤状であり、下側用駆動軸511の下端部分に水平に
取り付けられている。下側用検出板811の周縁には、
図3に示すように同じ形の凹凸が等間隔に形成されてい
る。凸部の先端には、不図示の磁石が設けられている。
磁気検出ヘッド812は、凸部の先端から所定の短い距
離離れた位置に設けられている。
検出板811も回転する。この際、磁気検出ヘッド81
2に対して、各凸部が順次接近する状態となる。磁気検
出ヘッド812は、各凸部の接近を磁束密度の変化から
読み取り、その回数によって下側用検出板811の回転
角度をモニタするようになっている。このモニタの結
果、下側用駆動軸511の回転角度、最終的には、下側
フォーク1の前後運動の距離が監視されるようになって
いる。
21、回転用駆動軸61、第一被駆動ボールねじ713
についても、同様に回転モニタ82,83,84が設け
られている。これらの回転モニタ82,83,84の構
成は、図3に示す下側用回転モニタ81と同様なので、
説明は省略する。これらの回転モニタ81,82,8
3,84により、二つのフォーク1,2の前後運動の距
離、回転運動の角度、上下運動の距離が監視されるよう
になっている。
のマイクロコンピュータからなる制御部を備えており、
各回転用モニタ81,82,83,84の検出信号は、
この制御部に入力されるようになっている。制御部は、
二つのフォーク1,2の原点位置を記憶するメモリを有
しており、原点位置の情報と、入力された各回転用モニ
タの検出信号とから、各フォーク1,2の現在位置を監
視できるようになっている。
の説明も兼ね、上記構成に係る本実施形態の基板搬送ロ
ボットの全体の動作について説明する。基板搬送ロボッ
トの初期状態では、各アーム31,32,41,42,
34,35,44,45は収縮した状態であり、二つの
フォーク1,2ともロボット中心軸A上に位置してい
る。まず、いずれか一方のフォーク1,2は、別の場所
にある基板9を受け取って保持する動作について説明す
る。
いずれか一方のフォーク1,2(以下、一例として下側
フォーク1)を位置させるため、二つの上下運動機構7
1,72の一方を駆動させる。下側フォーク1が基板9
の高さの位置したら、ロボット中心軸Aとその基板9の
中心とを結ぶ水平な線の方向にフォーク基準方向が向く
ように回転用駆動源62を動作させて回転運動を行う。
この際も各アーム31,32,41,42は収縮状態で
あり、二つのフォーク1,2はロボット中心軸A上にあ
る。
結ぶ水平な線の方向に基板9の中心とフォーク基準方向
が向いたら、下側フォーク1が前進運動するよう、下側
用駆動源512を駆動させる。下側フォーク1の前進距
離は、下側フォーク1が基板9の下側に進入し、フォー
ク中心が基板9の中心と一致する(又は同一鉛直線上に
なる)よう設定される。そして、第一又は第二上下用駆
動源715,724を動作させ、所定の短い距離だけ下
側フォーク1を上昇させる。この結果、基板9は下側フ
ォーク1の上に載った状態となる。
別の場所に搬送する動作について説明する。まず、下側
用駆動源512を動作させ、下側フォーク1を上記基板
9を受け取った位置から後退させる。後退の距離は、基
板9の中心がロボット中心軸Aに一致した位置となるよ
う設定される。基板9の中心がロボット中心軸Aに一致
するまで下側フォーク1が後退すると、次に、第一又は
第二上下用駆動源715,724を動作させ、基板9を
搬送して最終的に位置させるべき場所(以下、搬送場
所)の高さの位置に下側フォーク1を位置させる。
結ぶ水平な線の方向に下側フォーク1のフォーク基準線
が向くように、回転用駆動源62を動作させる。搬送場
所とロボット中心軸Aとを結ぶ水平な線の方向に下側フ
ォーク1のフォーク基準線が向いたら、下側用駆動源5
12を動作させ、下側フォーク1を前進させて基板9を
搬送場所まで搬送する。尚、上記動作において、高さを
合わせる上下運動と方向を合わせる回転運動とは順序が
逆であっても良いことは、勿論である。
ボットは、基板9をフォーク1,2の上に載せて回転さ
せる際、基板9の中心が回転の中心にほぼ一致した状態
としている。このため、回転の際に基板9に加わる遠心
力はほぼゼロである。従って、遠心力によって基板9が
フォーク1,2上でずれたり、フォーク1,2から落下
したりすることは、本実施形態では皆無である。
フォーク1,2の基板9の中心がロボット中心軸Aに一
致する位置まで後退させるため、図2に示すように、最
小回転半径rは、図4に示す場合に比べてかなり小さく
なる。図2に示すように実施形態のロボットにおける最
小回転半径rは、図4に示すように基板9の周縁によっ
て決まるのではなく、アーム31,32,41,42,
34,35,44,45の縁などによって決まってい
る。このように最小回転半径rが小さいと、限られた狭
いスペースにおいてもロボットを配置して基板9の搬送
を行うことができ、極めて実用性が高い。そして、本実
施形態のロボットは二つのフォーク1,2を備えている
ため、搬送の効率が良い。この二つのフォーク1,2が
上下に配置されている点は、上述した「回転中心を越え
てフォークを後退させる」という構成を可能にする重要
な意義を有する。
ク1,2が使用されたが、「フォーク」という名称は、
その形状から付されたものであって、これに限定される
ものではない。ハンドと呼ばれたりエンドエフェクタと
呼ばれることがある。基板保持体は基板9を保持できれ
ば良いのであって、図2に示す以外の任意の構成を採用
し得る。上面に基板9を載せて保持する以外にも、例え
ば基板9を左右の縁で挟んで保持するような構成でもよ
い。また、情報記録ディスク用の基板9では中央に円形
の開口が設けられた形状である場合があり、このような
場合には、基板9を垂直な姿勢にして開口の縁で保持す
る構成もあり得る。
は限られず、三つ又はそれ以上であってもよい。尚、上
述した「回転中心を越えて基板保持体を後退させる」と
いう構成のためには、同一水平面上で一つのみの基板保
持体が配置されている点が有効であり、従って、複数の
基板保持体の少なくとも二つが上下に配置されていると
いう構成要件とすることも可能である。
体が配置されている」という限定が無くとも、「回転中
心を越えてフォークを後退させる」という構成を達成す
ることは可能である。例えば、一方のフォーク1,2を
回転中心を越えて後退させる際、他方のフォーク1,2
が一方のフォーク1,2よりさらに後退した位置に退避
できるような機構にしておけばよい。但し、この場合、
容易に理解できるように、水平方向でより広いスペース
が必要になる欠点がある。
2,41,42,34,35,44,45の構成も、前
述したものに限られるものではない。左右各二本で計四
本のアーム31,32,41,42,34,35,4
4,45で一つのフォーク1,2を保持する構成の他、
例えば左右各三本計六本のアームで一つのフォーク1,
2を保持する構成でもよい。
したものには限られない。前述した構成では、一つのフ
ォーク1,2の前後運動のための駆動軸を一つにするた
め、左右の第二アーム32,42,35,45のうちの
一方のアーム32,45のみに直接的に回転方向の力を
加え、他方の第二アーム42,35はフリーの動きとし
た。しかし、左右双方の第二アーム32,42,35,
45のそれぞれに駆動軸を設け、それらを互いに逆向き
に回転駆動する構成によっても、前述したのと同様の前
後運動を行わせることができる。但し、この場合には駆
動軸が一つ増える(二つのフォーク1,2では二つ増え
る)ので、構造的に複雑になる欠点がある。
の基板搬送ロボットによれば、基板保持体が複数設けら
れているため、搬送の効率が良い。そして、複数の基板
保持体が上下に配置されており、前後運動機構が回転中
心を越えて基板保持体を後退させることができるため、
基板に加わる遠心力を少なくして回転運動を行うことが
できる。また、最小回転半径がより小さくできるので、
動作に要するスペースをさらに小さくすることができ
る。また、請求項2記載の基板搬送ロボットによれば、
上記効果に加え、前後運動機構が、一つの駆動軸の回転
運動を基板保持体の前後運動に変更する一軸タイプの機
構であるので、構造的に簡略になるという効果が得られ
る。また、請求項3記載の基板搬送ロボットによれば、
上記効果に加え、回転運動機構が、制動軸の回転により
基板保持体を回転運動させるので、この点で構造的に簡
略になるという効果が得られる。また、請求項4記載の
基板搬送ロボットによれば、上記効果に加え、前後運動
の距離が監視できるので、基板や基板保持体の位置をモ
ニタしたり、正常に動作しているかを監視したりするこ
とができるという効果が得られる。また、請求項5記載
の基板搬送方法によれば、基板の中心を回転中心に一致
させた状態で回転運動を行うので、回転の際に基板に加
わる遠心力を本質的にゼロにすることができる。このた
め、基板保持体上で基板がずれたり基板が落下したりす
る恐れは皆無となる。
正面断面概略図である。
平面概略図である。
する平面図であり、従来の基板搬送ロボットの一例とし
て、特許第27614号公報に示された機構を示してい
る。
10)
Claims (5)
- 【請求項1】 基板を保持する基板保持体と、関節部を
介して連結されて伸縮可能であるとともに基板保持体を
保持する複数のアームと、アームを介して基板保持体を
前後運動させる前後運動機構と、アームを介して基板保
持体を回転運動させる回転運動機構と、アームを介して
基板保持体を上下運動させる上下運動機構とを備えた関
節型の基板搬送ロボットであって、 前記基板保持体は、上下に複数設けられており、前記前
後運動機構は、前記基板保持体の後端が前記回転運動機
構の回転運動の中心を越えた状態まで基板保持体を後退
させることができる機構であることを特徴とする基板搬
送ロボット。 - 【請求項2】 前記複数のアームは、一つの基板保持体
に対して四つ設けられており、これら四つのアームは、
基板保持体を先端に取り付けた左右一対の第一アーム
と、第一アームの後端に関節部を介して先端が連結され
た左右一対の第二アームとから成るものであり、 前記前後運動機構は、一方の第二アームにのみ直接的に
回転方向の力を与えるものであって、他方の第二アーム
が一方の第二アームの回転に従ってその回転とは逆向き
に従動するよう設けられており、一方の第二アームに回
転方向の力が加えられた際に四本のアームが全体に回転
するのを規制して回転方向の力を基板保持体の前後運動
に変換する制動軸が設けられていることを特徴とする請
求項1記載の基板搬送ロボット。 - 【請求項3】 前記回転運動機構は、前記制動軸を回転
させることにより四本のアームを一体に回転させるもの
であることを特徴とする請求項2記載の基板搬送ロボッ
ト。 - 【請求項4】 前記前後運動機構は、前記基板保持体の
前後運動に変換される回転を行う駆動軸と、駆動軸を回
転させる駆動源とを備えており、駆動軸の回転角度を検
出して基板保持体の前後方向の位置を監視する回転モニ
タが設けられていることを特徴とする請求項1記載の基
板搬送ロボット。 - 【請求項5】 基板を保持する基板保持体と、関節部を
介して連結されて伸縮可能であるとともに基板保持体を
保持する複数のアームと、アームを介して基板保持体を
前後運動させる前後運動機構と、アームを介して基板保
持体を回転運動させる回転運動機構と、アームを介して
基板保持体を上下運動させる上下運動機構とを備えた関
節型の基板搬送ロボットを使用して基板を搬送する基板
搬送方法であって、 基板の中心が前記回転運動機構の回転運動の中心に一致
する位置に基板が位置するよう、当該基板を保持した基
板保持体を前記前後運動機構によって前後運動させ、そ
の後、前記回転運動機構によって基板を回転させる動作
を含むことを特徴とする基板搬送方法。
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- 1999-11-30 JP JP34005799A patent/JP4359369B2/ja not_active Expired - Fee Related
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