JP2001156150A

JP2001156150A - 基板搬送ロボット及び基板搬送方法

Info

Publication number: JP2001156150A
Application number: JP34005799A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Watanabe; 和人渡邊; Yoshihiro Katsumata; 好弘勝俣; Nobuyuki Takahashi; 信行高橋
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2001-06-08
Anticipated expiration: 2019-11-30
Also published as: JP4359369B2

Abstract

(57)【要約】【課題】回転運動を行う際に必要なスペースの半径を
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

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願の発明は、半導体製造装
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。

【０００２】

【従来の技術】各種半導体デバイスを製造する際に用い
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。

【０００３】このような関節型の基板搬送ロボットは、
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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したような基板搬
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。

【０００５】図４に示す機構は、二つのフォーク１，２
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。

【０００６】二つのフォーク１，２は、それぞれ独立し
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。

【０００７】図４において、フォーク１，２を回転運動
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。

【０００８】最縮状態でフォーク１，２が基板９を支持
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。

【０００９】上記フォーク１，２の後退が制限されてい
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。

【００１０】また一方、フォーク１，２がロボット中心
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。

【００１１】フォーク１，２上での基板９のずれや基板
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。

【００１２】本願の発明は、このような課題を解決する
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。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
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。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施の形態につ
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。

【００１５】本実施形態の基板搬送ロボットは、基板９
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。

【００１６】本実施形態の機構の大きな特徴点の一つ
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。

【００１７】二つのフォーク１，２は、同じ形状であ
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。

【００１８】下側フォーク１は、四本のアーム３１，３
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。

【００１９】下側左第一アーム３１及び下側右第一アー
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。

【００２０】上側フォーク２についても同様の構造であ
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。

【００２１】左右の下側関節部３３，４３は、各々上端
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。

【００２２】上記各四本のアーム３１，３２，４１，４
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。

【００２３】図１に示すように、本実施形態の基板搬送
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。

【００２４】下側用駆動源５１２は、モータを構成する
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。

【００２５】次に、上側フォーク２を前後運動する前後
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

【００２６】上側用駆動軸５２１は、下側用駆動軸５１
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。

【００２７】上側用駆動源５２２も、下側用駆動源５１
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。

【００２８】一方、図１に示すように、下側用駆動軸５
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。

【００２９】制動軸５３は、全体としては、短い円筒状
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。

【００３０】次に、上述した二つのフォーク１，２を前
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。

【００３１】一方、下側用駆動源５１２を動作させると
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。

【００３２】これに伴い、下側右第一アーム４１も下側
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。

【００３３】上側フォーク２を前後運動させる場合に
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。

【００３４】上記説明から解る通り、第一固定力伝達具
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。

【００３５】上記前後運動のストローク長は、図２から
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。

【００３６】次に、二つのフォーク１，２を一体に回転
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。

【００３７】回転用駆動軸６１の上端には、連結棒６３
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。

【００３８】二つのフォーク１，２を一体に回転させる
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。

【００３９】二つのフォーク１，２を一体に回転させる
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。

【００４０】次に、二つのフォーク１，２を一体に上下
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。

【００４１】まず、第一上下運動機構７１について説明
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。

【００４２】支持体７１１は円筒状であり、水平な姿勢
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。

【００４３】図１に示すように、第一被駆動ボールねじ
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。

【００４４】第一上下用駆動源７１５が動作すると、上
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。

【００４５】次に、第二上下運動機構７２について説明
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。

【００４６】第二上下運動機構７２は、第二ベース板７
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。

【００４７】図１に示すように、第二ベース板７２１の
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。

【００４８】第二上下用駆動源７２４は、ＡＣサーボモ
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。

【００４９】本実施形態の装置は、二つのフォーク１，
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。

【００５０】下側用検出板８１１は、図３に示すように
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。

【００５１】下側用駆動軸５１１が回転すると、下側用
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。

【００５２】また、図１に示すように、上側用駆動軸５
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。

【００５３】そして、この基板搬送ロボットは、不図示
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。

【００５４】次に、請求項２の基板搬送方法の実施形態
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。

【００５５】まず、基板９のある場所の高さの位置に、
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。

【００５６】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。

【００５７】次に、このようにして保持した基板９を、
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。

【００５８】そして、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。

【００５９】上述したように、本実施形態の基板搬送ロ
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。

【００６０】さらに、フォーク１，２の回転運動の際、
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。

【００６１】本実施形態では、基板保持体としてフォー
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。

【００６２】また、基板保持体の数は、上述した二つに
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。

【００６３】尚、「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」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。

【００６４】フォーク１，２を保持するアーム３１，３
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。

【００６５】各前後運動機構５１，５２の構成も、前述
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。

【００６６】

【発明の効果】以上説明した通り、本願の請求項１記載
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の実施形態である基板搬送ロボットの
正面断面概略図である。

【図２】図１に示す基板搬送ロボットの平面図である。

【図３】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。

【図４】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。

【符号の説明】

１基板保持体としての下側フォーク２基板保持体としての上側フォーク３１アーム３２アーム３３関節部３４アーム３５アーム３６関節部４１アーム４２アーム４３関節部４４アーム４５アーム４６関節部５１下側用前後運動機構５１１下側用駆動軸５１２下側用駆動源５２上側用前後運動機構５２１上側用駆動軸５２２上側用駆動源５３制動軸６回転運動機構６１回転用駆動軸６２回転用駆動源７１第一上下運動機構７２第二上下運動機構８１回転モニタ８２回転モニタ８３回転モニタ８４回転モニタ９基板

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【手続補正書】

【提出日】平成１２年１０月１０日（２０００．１０．
１０）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋信行東京都府中市四谷５丁目８番１号アネルバ株式会社内Ｆターム(参考） 5F031 CA02 GA03 GA44 GA47

Claims

【特許請求の範囲】

【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。